KR20160062416A - 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템에 관한 것으로서, 휠로더의 작업장 모드를 설정하는 모드 선택부, 상기 모드 선택부의 설정 신호가 입력되는 차량 제어 유닛 및 상기 차량 제어 유닛과 접속되고, 트랜스미션을 제어하는 트랜스미션 제어 유닛을 포함하고, 상기 트랜스미션 제어 유닛은 설정된 작업장 모드에 따라 휠로더의 최대 속도, 가속 및 감속 성능이 제어되도록 상기 트랜스미션을 제어하는 것을 특징으로 한다.
따라서 각각의 트랜스미션 제어 파라미터에 대하여 운전자가 별도로 조절하지 않아도 휠로더가 위치한 현재의 작업장 환경에 따라 가장 적합한 작업장 모드로 작업을 수행할 수 있다.

Description

휠로더의 트랜스미션 제어 시스템{CONTROL SYSTEM FOR TRANSMISSION OF WHEEL LOADER}

본 발명은 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 휠로더가 위치한 현재 작업장의 상태에 따라 가장 적합한 작업장 모드로 작업을 수행하는 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 건설 장비 중 적재 기계는 바퀴의 형태에 따라 무한 궤도식과 타이어식, 반무한 궤도식 및 궤조식 등으로 구분된다. 이러한 적재 기계 중 무한 궤도식은 일반적으로 트랙터 셔블, 도저 셔블 및 크롤러 로더 등으로 불리고 있으며, 불도저를 모체(母體)로 하여 도저 대신에 버킷(bucket)을 장치한 적재 기계이다.

타이어식은 일반적으로 셔블 로더, 트랙터 셔블, 휠로더, 페이 로더 등으로 불리고 있으며, 앞 부분에 버킷을 장치한 기계이다. 그리고 반무한 궤도식의 경우는 앞바퀴는 무한 궤도식이고, 뒷바퀴는 타이어식으로 하여 견인력을 보강한 적재 기계이며, 궤조식(軌條式)은 광산 또는 탄광의 갱내에서 광석이나 석탄을 적재하는 데 사용하는 기계로서 궤도 위를 달리면서 작업을 한다.

한편, 상기에서 언급된 적재 기계 중 타이어식에 속하는 휠로더는 장비 앞쪽에 설치된 붐과 링키지(linkage)에 버켓이 장착되어 버켓에 흙, 모래, 자갈, 암석, 광석 등 작업 물질을 담아 상차, 수송, 적재, 하역할 수 있는 장비로 덤프 트럭에 적재하는 상차 작업이 주임무이다.

이러한 작업은 붐의 위치를 지면에 닿도록 한 다음 버켓에 작업 물질을 담는 굴삭 작업과, 적재된 작업 물질을 이동함과 동시에 붐을 상승시켜 버켓이 적재함 높이까지 오도록 조작하는 상차 작업 등으로 구분될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 휠로더는 중앙에 각종 유압 및 주행, 스티어링, 붐(14)의 승강 및 하강을 제어하도록 마련되는 중앙 제어부(11), 상기 중앙 제어부(11)에 의해 제어되면서 구동되어 주행하도록 형성된 휠(12), 상기 중앙 제어부(11)의 전방 측으로 좌우에 회전되도록 형성한 스티어링부(13), 상기 스티어링부(13)의 전면 측으로 상하 좌우로 작동하여 작업을 수행하도록 형성한 붐(14), 상기 붐(14)의 중앙 하부에 붐(14)을 상하로 이송하도록 형성한 상하 이송부(15) 및 상기 붐(14)의 선단에 토사나 골재, 석재 등을 운반하도록 적재하여 붐(14)의 작동으로 상하 전후로 이송되어 운반하는 버켓(16)을 포함하여 구성된다.

상기 휠로더(10)는 유압이 공급되어 작동되는 스티어링부(13)와 상하 이송부(15)에 의해 상하 좌우로 움직이는 붐(14)에 설치된 버켓(16)으로 골재 및 석재 등의 중량물을 적재하여 운반하도록 한다.

이러한 휠로더는 상술한 바와 같이 다양한 작업장에서 작업을 수행하므로 각각의 작업장의 환경에 적합하도록 트랜스미션의 여러 가지 제어 파라미터(parameter)를 세부적으로 조정할 필요가 있으며, 구체적으로 휠로더가 위치한 현재 작업장의 환경에 따라 가장 적합한 작업장 모드를 결정하는 제어 시스템의 도출의 필요성이 제기된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0075809호(2013.07.08.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 휠로더의 트랜스미션의 여러 가지 제어 파라미터, 예를 들어 최대 속도, 가속 성능 및 감속 성능 등을 세부적으로 조정함으로써 현재의 작업장 환경에서 가장 적합한 작업장 모드를 가질 수 있도록 하는 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템은, 휠로더의 작업장 모드를 설정하는 모드 선택부; 상기 모드 선택부의 설정 신호가 입력되는 차량 제어 유닛(VCU, Vehicle Control Unit); 및 상기 차량 제어 유닛과 접속되고, 트랜스미션을 제어하는 트랜스미션 제어 유닛(TCU, Transmission Control Unit); 을 포함하고, 상기 트랜스미션 제어 유닛은 설정된 작업장 모드에 따라 휠로더의 최대 속도, 가속 및 감속 성능이 제어되도록 상기 트랜스미션을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 작업장 모드는, 평균 작업장 모드와, 상기 평균 작업장 모드 보다 낮은 최대 속도, 낮은 가속 성능 및 높은 감속 성능을 갖는 제1작업장 모드와, 상기 평균 작업장 모드 보다 높은 최대 속도, 높은 가속 성능 및 낮은 감속 성능을 갖는 제2작업장 모드를 포함한다.

또한, 상기 트랜스미션은 유압식 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차량 제어 유닛은 CAN 통신을 통해 설정된 휠로더의 작업장 모드를 상기 트랜스미션 제어 유닛으로 전달하는 것을 특징으로 한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, 휠로더가 위치한 현재의 작업장 환경에서 운전자가 가장 적합한 모드를 선택하는 경우 각각의 모드에 가장 적합하도록 트랜스미션의 제어 파라미터를 변경하여 휠로더의 최대 속도, 가속 성능 및 감속 성능 등을 조정함으로써, 운전자가 각 제어 조건을 조절할 필요가 없어 작업 효율성이 현저히 증대되는 장점이 있으며, 이로 인하여 휠로더의 연비가 향상된다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 휠로더를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템에 따른 가속 성능 및 감속 성능을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템에서 유압식 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템을 나타낸 구성도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템에 따른 가속 성능 및 감속 성능을 나타낸 그래프이다. 도 2 내지 도 4를 참조하여 상기 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템의 구성 및 기능에 대하여 상세히 설명한다.

상기 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템은 운전자가 현재 휠로더가 위치한 작업장 환경에서 가장 적합한 휠로더의 작업장 모드를 선택하는 경우 설정된 작업장 모드에 부합하도록 트랜스미션의 제어 파라미터(parameter)를 변경함으로써 휠로더의, 최대 속도, 가속 성능 및 감속 성능 등을 조정하기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 모드 선택부(100), 차량 제어 유닛(110), 트랜스미션 제어 유닛(120) 및 트랜스미션(130) 등을 포함하여 구성된다.

상기 모드 선택부(100)는 현재 휠로더가 위치한 작업장의 환경에 따라 휠로더를 동작시키는데 필요한 다양한 작업장 모드를 운전자가 선택하여 설정할 수 있도록 구비된 조작 수단으로서, 모니터의 자판, 키패드 또는 휠 스위치 등으로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 작업장 모드는 휠로더가 위치한 작업장의 환경에 따라 평균 작업장 모드(middle area mode), 제1작업장 모드(small area mode) 및 제2작업장 모드(large mode) 등을 포함하여 구성된다.

상기 평균 작업장 모드는 휠로더가 작업하기 위하여 배치되는 일반적인 작업장 모드로서 평균 수준 크기의 작업장에 적합한 모드이며, 이때 상기 트랜스미션(130)의 제어 파라미터인 최대 속도, 전후진 가속 성능 및 감속 성능은 평균값을 가진다. 즉, 상기 평균 작업장 모드에서는 상기 트랜스미션(130)의 제어 파라미터가 모두 휠로더의 평균 성능에 대응되는 값을 가진다.

상기 제1작업장 모드는 휠로더가 건설 현장이나 창고 내부 등과 같은 작업장 환경이 비교적 좁은 지역으로서 짧은 구간을 주행하며 전후진 쉬프트 간격(shift interval)이 작은 작업장에 적합한 모드이며, 이때 상기 트랜스미션(130)의 제어 파라미터인 최대 속도 및 전후진 가속 성능은 상기 평균 작업장 모드 보다 낮은 값을 가지는 반면, 감속 성능은 높은 값을 갖는다.

즉, 상기 제1작업장 모드에서는 상기 트랜스미션(130)의 단수 별 최대 속도를 낮춤으로써 고 RPM에서 최대 속도를 낮게 제한하고, 가속 성능을 낮춤과 동시에 감속 성능을 높여 휠로더의 전후진 변환 시 신속한 휠로더의 운용이 가능하도록 한다.

상기 제2작업장 모드는 토목 공사 현장 등과 같은 작업장 환경이 비교적 넓은 지역으로서 먼 구간을 주행하며 고속 주행이 잦은 작업장에 적합한 모드이며, 이때 상기 트랜스미션(130)의 제어 파라미터인 최대 속도 및 전후진 가속 성능은 상기 평균 작업장 모드 보다 높은 값을 가지는 반면, 감속 성능은 낮은 값을 갖는다.

즉, 상기 제2작업장 모드에서는 상기 트랜스미션(130)의 단수 별 최대 속도를 높임으로써 저 RPM에서 최대 속도를 높게 설정하고, 가속 성능을 높임과 동시에 감속 성능을 낮춰 휠로더의 주행 시 고연비를 유도하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션 제어 파라미터 중 상기 트랜스미션(130)의 단수 별 최대 속도는 1단에서 대략 5km/h, 2단에서 대략 10km/h, 3단에서 대략 18km/h 및 4단에서 대략 26km/h를 가지도록 설정된다.

그리고 도 3을 참조하면, 상기 평균 작업장 모드에서는 휠로더의 차속 변화, 즉 전후진 가속 성능이 (a) 선도와 같은 값을 가지도록 설정되고, 상기 제1작업장 모드에서는 전후진 가속 성능이 상기 평균 작업장 모드 보다 낮은 값을 가지도록 (c) 선도와 같은 값으로 설정되며, 상기 제2작업장 모드에서는 전후진 가속 성능이 상기 평균 작업장 모드 보다 높은 값을 가지도록 (b) 선도와 같은 값으로 설정된다.

또한, 도 4를 참조하면 상기 평균 작업장 모드에서는 휠로더의 감속 성능이 (a) 선도와 같은 값을 가지도록 설정되고, 상기 제1작업장 모드에서는 감속 성능이 상기 평균 작업장 모드 보다 높은 값을 가지도록 (b) 선도와 같은 값으로 설정되며, 상기 제2작업장 모드에서는 감속 성능이 상기 평균 작업장 모드 보다 낮은 값을 가지도록 (c) 선도와 같은 값으로 설정된다.

여기서, 상기 평균 작업장 모드에서 트랜스미션(130)의 제어 파라미터로 설정되는 최대 속도, 전후진 가속 성능 및 감속 성능 등의 평균값은 휠로더가 위치하는 작업장의 구체적인 면적 크기에 따라 변경될 수 있고, 상기 제1작업장 및 제2작업장 모드에서의 최대 속도, 전후진 가속 성능 및 감속 성능과 상기 평균 작업장 모드에서의 최대 속도, 전후진 가속 성능 및 감속 성능의 차이값도 휠로더가 위치하는 작업장의 구체적인 면적 크기에 따라 변경될 수 있으며, 상기 파라미터들의 평균값 또는 차이값에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

상기 차량 제어 유닛(VCU, Vehicle Control Unit; 110)은 휠로더를 제어하는 차량전자제어장치로서, 평균 작업장 모드, 제1작업장 모드 및 제2작업장 모드 등으로 구성되는 상기 작업장 모드에 대응하여 각각의 트랜스미션 제어 파라미터의 값들을 설정하고, 상기 모드 선택부(100)로부터 상기 작업장 모드의 설정 신호를 입력받아 상기 설정 신호에 대응되는 작업장 모드를 가지도록 상기 트랜스미션 제어 유닛(120)을 제어한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 차량 제어 유닛(110)은 상기 평균 작업장 모드에서 상기 트랜스미션(130)의 단수 별 최대 속도가 1단에서 대략 5km/h, 2단에서 대략 10km/h, 3단에서 대략 18km/h 및 4단에서 대략 26km/h를 가지도록 설정한다.

그리고 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 평균 작업장 모드에서 (a) 선도의 가속 성능 및 (a) 선도의 감속 성능을 가지도록 트랜스미션 제어 파라미터의 값을 설정하고, 상기 제1작업장 모드에서 (c) 선도의 가속 성능 및 (b) 선도의 감속 성능을 가지도록 트랜스미션 제어 파라미터의 값을 설정하며, 상기 제2작업장 모드에서 (b) 선도의 가속 성능 및 (c) 선도의 구동력을 가지도록 트랜스미션 제어 파라미터의 값을 설정한다.

상기 트랜스미션 제어 유닛(TCU, Transmission Control Unit; 120)은 상기 차량 제어 유닛(110)에 접속되고, 상기 트랜스미션(130)이 상기 모드 선택부(100)로부터 상기 차량 제어 유닛(110)에 입력된 상기 작업장 모드의 설정 신호에 대응하는 트랜스미션 제어 파라미터를 갖도록 제어한다.

즉, 상기 트랜스미션 제어 유닛(120)은 운전자가 설정한 상기 작업장 모드에 따라 휠로더의 최대 속도, 가속 성능 및 감속 성능 등이 제어되도록 상기 트랜스미션(130)을 제어한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 트랜스미션(130)은 유압식 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)인 것이 바람직하다.

즉, 기계식 변속기에 의하면 휠로더의 변속이 자동 또는 수동으로 이루어지도록 모드를 선택하거나, 고단 또는 저단에서의 설정된 속도값을 갖도록 단수를 조절하므로 다양한 상기 작업장 모드에서 휠로더의 최대 속도, 전후진 가속 성능 및 감속 성능을 제어할 수 없지만, 상기 유압식 무단 변속기는 유압 펌프모터의 사판각을 조절하여 속도 및 토크(torque)를 제어하므로 상기 트랜스미션 제어 파라미터 값들을 용이하게 제어할 수 있다.

구체적으로, 기존의 기계식 변속기는 크기가 다른 기어가 엔진축에 맞물리면서 속도를 변화시키는 윈리로 작동된다. 즉 일정한 기어비로 고정되어 움직이는데 이러한 원리로 기어를 사용하는 변속기는 변속단계가 한정되어 변속과정에서 쇼크가 일어나게 된다.

반면, 유압식 무단 변속기는 변속 단계가 연속적으로 이루어지는 시스템이므로 엔진출력에 맞춰 변속이 부드럽게 이루어지므로 변속 시 발생하는 동력의 손실을 줄일 수 있다.

그리고 기어 변속에 따른 변속충격이 없는 것은 물론이고 엔진의 속도를 바퀴와 독립적으로 유지할 수 있기 때문에 엔진의 최적 운전을 가능하게 하여 연비 향상이 가능하고, 이에 따른 배기가스 절감 효과도 있다.

한편, 상기 차량 제어 유닛(110)은 CAN 통신을 통해 상기 모드 선택부(100)로부터 입력받은 설정 신호에 대응되는 휠로더의 작업장 모드를 상기 트랜스미션 제어 유닛(120)으로 전달하는 것을 특징으로 한다. 따라서 상기 차량 제어 유닛(110)과 상기 트랜스미션 제어 유닛(120) 간에 운전자가 설정한 작업장 모드에 대한 정보를 신속하게 송수신할 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여 유압식 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다. 첨부도면 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템에서 유압식 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)를 설명하기 위한 도면이다.

유압식 무단 변속기는 입력축(510)으로부터 출력축(520)까지 크게 2가지의 경로로 동력이 전달될 수 있다. 그 중에 제1 경로는 기어 열에 의해 변속되는 경로이고, 다른 하나는 유압에 의해 변속되는 경로이다.

기어 열에 의해 변속되는 것은 유성기어(514), 링 기어(516) 및 선 기어(518)을 포함하고, 유성기어(514)는 캐리어(512)에 설치되는 구성이다. 그리고 기어 열은 복수로 제공될 수 있다. 기어 열에 의해 변속되는 것은 맞물리는 기어의 잇수 비율에 따라 변속비율이 결정된다. 즉, 기어 열에 의해 변속되는 것은 단수가 유한하다.

유압에 의해 변속되는 것은 유압펌프(532)와 유압모터(534)를 포함하는 구성이다. 그리고 유압펌프(532)의 사판각도를 가변 함으로써 입력되는 속도와 출력되는 속도의 속도비율이 달라진다. 즉, 유압에 의해 변속되는 것은 단수가 없어 무단 변속이 가능한 구성이다. 유압모터(534)에서 출력된 동력은 제1, 2 기어(542, 544)를 경유하여 출력축(520)으로 전달될 수 있다.

따라서 유압식 무단 변속기는 상술한 2가지의 경로 중에 어느 하나가 선택되어 변속될 수 있고, 특히 차량(휠 로더)의 주행속도에 최적화된 속도로 변속할 수 있는 것이다.

한편, 상술한 2가지의 경로 중에 어느 하나가 선택되는 것은 듀얼 요크(Dual yoke)의 구성에 의해 달성될 수 있고, 이러한 듀얼 요크의 구성은 공지기술을 이용하는 것으로 더욱 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템은 휠 로더를 제어하는 데에 이용될 수 있다.

100: 모드 선택부 110: 차량 제어 유닛
120: 트랜스미션 제어 유닛 130: 트랜스미션
510: 입력축 520: 출력축
512: 캐리어 514: 유성 기어
516: 링 기어 518: 선 기어
532: 유압 펌프 534: 유압 모터
542, 544: 제1, 2 기어

Claims (4)

1. 휠로더의 작업장 모드를 설정하는 모드 선택부;
   상기 모드 선택부의 설정 신호가 입력되는 차량 제어 유닛(VCU, Vehicle Control Unit); 및
   상기 차량 제어 유닛과 접속되고, 트랜스미션을 제어하는 트랜스미션 제어 유닛(TCU, Transmission Control Unit);을 포함하고,
   상기 트랜스미션 제어 유닛은 설정된 작업장 모드에 따라 휠로더의 최대 속도, 가속 및 감속 성능이 제어되도록 상기 트랜스미션을 제어하는 것을 특징으로 하는 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 작업장 모드는,
   평균 작업장 모드와,
   상기 평균 작업장 모드 보다 낮은 최대 속도, 낮은 가속 성능 및 높은 감속 성능을 갖는 제1작업장 모드와,
   상기 평균 작업장 모드 보다 높은 최대 속도, 높은 가속 성능 및 낮은 감속 성능을 갖는 제2작업장 모드를 포함하는 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 트랜스미션은 유압식 무단 변속기(CVT, Continuously Variable Transmission)인 것을 특징으로 하는 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 차량 제어 유닛은 CAN 통신을 통해 설정된 휠로더의 작업장 모드를 상기 트랜스미션 제어 유닛으로 전달하는 것을 특징으로 하는 휠로더의 트랜스미션 제어 시스템.
   

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