KR20200103268A - 건설 기계의 자동 변속 장치 및 자동 변속 방법 - Google Patents

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Abstract

자동 변속 장치가 구비된 건설 기계 및 건설 기계의 자동 변속 방법이 개시된다. 본 발명은 자동 변속 장치를 포함하는 건설 기계에 있어서, 상기 자동 변속 장치는, 건설 기계의 주행 속도, 지면 경사도를 측정하는 센서; 상기 센서에서 감지된 상기 주행 속도 및 지면 경사도에 따라 변속 신호를 출력하는 제어부 및 상기 제어부의 상기 변속 신호에 의해서 변속 작업을 수행하는 변속기를 포함하여 변속이 많아지는 상황이나 또는 변속 충격 및 이음이 주기적으로 발행되는 상황에 주행 속도 및 지면 경사도에 알맞는 최적화된 변속 조건을 통하여 변속이 수행되므로, 변속과 관련된 건설 기계의 부품 파손을 방지할 수 있는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계 및 건설 기계의 자동 변속 방법을 제공한다.

Description

건설 기계의 자동 변속 장치 및 자동 변속 방법{AUTOMATIC TRANSMISSION METHOD AND APPARATUS FOR A CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 건설 기계의 자동 변속 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 휠 굴삭기의 변속기를 상황에 따라 자동으로 변속할 수 있는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계 및 건설 기계의 자동 변속 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 건설기계의 일종인 휠 굴삭기는 메인 펌프로부터 발생된 유압이 주행 모터와 변속기를 경유해서 휠로 전달되는 것에 의해서 주행될 수 있다. 이러한 변속기는 수동 변속 타입, 반자동 변속 타입 또는 자동 변속 타입으로 대별될 수 있다. 수동 변속은 휠 굴삭기를 정지시킨 상태에서만 수행될 수 있다. 즉, 전후진 기어가 중립 상태이고 휠 굴삭기가 정지 상태에서, 작업자가 변속 스위치를 작동시키는 것에 의해서 변속이 이루어지는 것이다. 이로 인하여, 변속을 하기 위해서 사용자는 휠 굴삭기를 자주 정지시켜야 하는 관계로, 휠 굴삭기가 낮은 연비를 가질 수 있다. 아울러, 휠 굴삭기의 잦은 정차는 작업자의 불만 사항으로 대두되고 있다.
한편, 반자동 변속기는 변속 스위치에 의해서 작동될 수 있다. 반자동 변속기는 휠 굴삭기의 정차를 필요로 하지 않지만, 휠 굴삭기의 주행 속도에 따라 운전자가 직접 변속 스위치를 조작해야만 하는 불편함이 있을 수 있다.
도 1은 종래의 자동 변속 방법이 적용되는 건설 기계의 자동 변속 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 상술한 불편함을 해소하기 위해 발명된 한국공개특허공보 제10-2016-0086043호에는 자동 변속 장치(13)에 대하여 개시되어 있다. 이러한 자동 변속 장치는 주행 속도를 감지하는 센서(14), 변속기(13) 및 제어부(15)를 포함하고 있다. 자세하게는 변속기(13)는 출력축(28)에 설치되는 1단 기어(22), 2단 기어(24) 및 싱크로나이저(26)를 포함하며, 제어부(15)는 센서(14)에서 감지된 휠 굴삭기의 주행 속도에 따라 입력축(27)과 출력축(28)의 회전 속도들을 동기화시킨다.
즉 입력축(27)의 회전 속도와 출력축(28)의 회전 속도는 주행 모터(12)의 주행 동력을 보정하는 것에 의해서 제어부(15)에 의해 동기화되는 것으로, 이러한 동기화에 의해 상기 제어부(15)에서 변속기(13)의 자동 변속을 구현할 수 있는 기술이 개시되어 있다.
그러나 이러한 선행 문헌에는 건설 기계의 현재 작업 장소나 작업 위치에 상관없이 변속 1단으로 출발하기 때문에 변속 충격 및 이음이 주기적으로 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 일반적인 소형 휠 굴삭기의 경우 기계식 주행 모터 및 수동 변속 타입 변속기를 사용하고 있으므로, 건설 기계의 제조비용을 감소하면서도, 안전 사고 없이 안정적인 자동 변속을 도입할 수 있도록 기계식 주행 모터를 장착할 필요성이 대두되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2016-0086043호
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 변속이 많아지는 상황이나 또는 변속 충격 및 이음이 주기적으로 발행되는 상황에 주행 속도 및 지면 경사도에 알맞은 최적화된 변속 조건을 통하여 변속이 수행되므로, 변속과 관련된 건설 기계의 부품 파손을 방지할 수 있는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계 및 건설 기계의 자동 변속 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자동 변속 장치를 포함하는 건설 기계에 있어서, 상기 자동 변속 장치는, 작업자가 수동으로 기어 단수를 조작할 수 있는 1단, 2단과, 제어부에 의해 1단 또는 2단으로 자동으로 조작되도록 하는 오토 모드를 선택할 수 있는 변속레버; 변속 작업을 수행하는 변속기 및 상기 건설 기계의 출발 시, 상기 변속 레버가 오토 모드로 선택된 경우 상기 변속기에 2단 변속 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계를 제공한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 건설 기계의 출발 시, 상기 변속 레버가 오토 모드로 선택되고, 작업 모드가 워크모드와 주행모드 중 워크모드인 경우 상기 변속기에 2단 변속 신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 경사도 15도 이상 및 차량 속도 5km/h 이하의 변속 조건을 만족하면 2단에서 1단으로 변속할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 경사도 10도 미만 및 차량 속도 9km/h 이상의 변속 조건을 만족하면 1단에서 2단으로 변속할 수 있다.
또한 상기 자동 변속 장치는, 건설 기계의 주행 속도, 지면 경사도를 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 센서는, 건설 기계의 주행 속도를 감지할 수 있도록 출력축에 부착되어 출력축의 회전 속도를 감지할 수 있다.
또한 상기 센서는, 건설 기계의 경사를 측정하는 구배 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 엔진과 연결되어 구동력을 전달받아 작동유를 토출하는 유압 펌프; 상기 유압 펌프에 토출되는 작동유의 유압에 의해서 구동되어 주행 동력을 발생하는 주행 모터를 더 포함하고, 상기 변속기는, 상기 주행 모터로부터 주행 동력을 전달받는 입력축; 액슬에 주행 동력을 전달하는 출력축; 상기 출력축에 설치되는 1단 기어; 상기 출력축에 설치되는 2단 기어 및 상기 주행 모터로부터 주행 동력을 전달받는 입력축에 연결 싱크로나이저를 포함하고, 상기 싱크로나이저는, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 1단 기어 또는 상기 2단 기어에 선택적으로 연결될 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 센서에서 감지된 건설 기계의 주행 속도에 따라 입력축과 출력축의 회전 속도들을 동기화할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 건설 기계의 출발 시 2단으로 주행하는 2단 주행단계를 포함하되, 상기 2단 주행단계는, 건설 기계가 출발을 준비하는 준비단계; 건설 기계의 출발 시 작업자가 기어의 단수를 조작할 수 있는 1단, 2단인지 또는 제어부에 의해 자동으로 기어가 조작되는 오토 모드인지 판단하는 판단단계; 상기 제어부에서 오토 모드로 판단되면 건설기계가 2단으로 출발하도록 변속기에 2단 변속 신호를 출력하는 변속단계를 포함하는 건설 기계 자동 변속 방법을 제공한다.
또한, 건설 기계의 주행 속도 및 지면 경사도를 포함하는 변속 조건을 제어부로 전송하는 전송단계; 상기 변속 조건을 확인하는 확인단계; 상기 확인단계에서 변속 조건을 만족하면 주행 모터의 사판각을 0cc로 변경하는 변경단계; 2단 클러치 오프단계; 기어를 중립시키는 중립단계; 주행 모터의 회전수를 output rpm과 동기화시키는 동기화단계 및 1단 클러치를 온 시키는 온단계를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 전송 단계서의 변속 조건은, 경사도 15도 이상 및 차량 속도 5km/h 이하일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 건설 기계가 1단으로 주행하는 1단 주행단계; 건설 기계의 주행 속도 및 지면 경사도를 포함하는 변속 조건을 제어부로 전송하는 전송단계; 변속 조건을 확인하는 확인단계; 상기 확인단계에서 변속 조건을 만족하면 주행 모터의 사판각을 0cc로 변경하는 변경단계; 1단 클러치 오프단계; 기어를 중립시키는 중립단계; 주행 모터의 회전수를 output rpm과 동기화시키는 동기화단계 및 2단 클러치를 온 시키는 온단계를 포함하는 건설 기계 자동 변속 방법을 제공한다.
또한 상기 전송 단계서의 변속 조건은, 경사도 10도 미만 및 차량 속도 9km/h 이상일 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계 및 건설 기계의 자동 변속 방법에 의하면, 변속이 많아지는 상황이나 또는 변속 충격 및 이음이 주기적으로 발행되는 상황에 주행 속도 및 지면 경사도에 알맞는 최적화된 변속 조건을 통하여 변속이 수행되므로, 변속과 관련된 건설 기계의 부품 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 건설 기계의 주행 속도 및 지면 경사도에 따라 변속기가 고단에서 저단으로 또는 그 역으로 자동적으로 변속되어, 변속을 위한 건설 기계의 정차가 필요없으므로, 건설 기계의 연비와 작업자의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 자동 변속 방법이 적용되는 건설 기계의 자동 변속 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설 기계의 자동 변속 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 휠 구동 시스템을 갖는 건설 기계의 제어부에서 수행되는 변속 제어 로직을 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 건설 기계의 자동 변속 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 건설 기계의 자동 변속 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건설 기계의 자동 변속 장치를 나타낸 단면도이다. 건설 기계의 자동 변속 장치 및 자동 변속 방법
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계는 유압 펌프(110), 주행 모터(120), 변속기(130), 액슬(160) 및 휠(170)을 포함한다. 일 예로 상기 건설 기계는 휠로 주행되는 휠 굴삭기를 포함할 수 있다. 또한 자동 변속 장치는 변속기(130)와, 후술할 각종 센서(140) 및 자동 변속 여부를 제어하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
유압 펌프(110)는 엔진(미도시)과 연결되어 구동력을 전달받아 작동유를 토출한다. 한편, 엔진은 연료를 연소하여 구동력을 발생시키고 엔진축을 통하여 유압 펌프(110)로 상기 구동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 엔진은 디젤 엔진일 수 있고, 또는 엔진은 액화천연가스(LNG) 엔진, 압축천연가스(CNG) 엔진, 흡착천연가스(ANG) 엔진, 액화석유가스(LPG) 엔진, 또는 가솔린 엔진일 수 있다.
주행 모터(120)는 유압 펌프(110)에 토출되는 작동유의 유압에 의해서 구동되어 주행 동력을 발생시킨다. 상기 주행 모터(120)는 전자식 주행 모터 및 기계식 주행 모터로 구분된다. 전자식 주행 모터의 경우 용량 제어 밸브에 의해 용적이 조절되는 가변 용량형으로, 최소 내지 최대의 전 영역에서 전자적으로 제어하여 사용되어 운행될 수 있는 모터를 의미한다. 또한 기계식 주행 모터는 사판각을 최소 및 최대, 2가지를 기계적으로 고정시켜 운행될 수 있는 모터로 전자식 주행 모터보다 저렴한 장점이 있으며 주로 소형 건설 기계에 적용되고 있다.
또한 변속기(130)는 주행 동력을 휠 굴삭기의 주행 속도에 부합하여 자동으로 변속시킬 수 있다. 자동으로 변속된 주행 동력은 액슬(160)을 통해서 휠(170)로 전달된다. 이러한 변속기(130)의 자동 변속은 휠 로더 등 휠로 주행되는 다른 건설 기계들에도 적용될 수 있다.
또한 본 발명에 의한 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계는, 건설 기계의 주행 속도, 지면 경사도 및 기타 건설 기계의 상태를 감지하는 센서(140); 출력축(138)에 설치되는 1단 기어(132), 2단 기어(134) 및 싱크로나이저(136)를 더 포함하는 변속기(130) 및 상기 센서(140)에서 센싱된 센서 값을 토대로 상기 변속기(130)의 변속 여부를 자동으로 제어하는 제어부(150)를 더 포함한다. 이 경우 상기 제어부(150)는 변속기(130)에 변속 신호를 출력하고, 상기 변속기(130)는 상기 변속 신호에 의해 변속 작업을 수행하게 된다.
이 경우 싱크로나이저(136)는 주행 모터(120)로부터 주행 동력을 전달받는 입력축(137)에 연결될 수 있다. 또한 싱크로나이저(136)는 주행 속도에 따른 사용자의 조작 또는 제어부(150)의 제어에 따라 1단 기어(132)와 2단 기어(134)에 선택적으로 연결될 수 있다. 즉, 싱크로나이저(136)가 1단 기어(132)에 치합되면, 건설 기계는 1단으로 주행되고, 싱크로나이저(136)가 2단 기어(134)에 치합되면, 건설 기계는 1단보다 빠른 2단으로 주행된다.
센서(140)는 일 예로 건설 기계의 주행 속도를 감지할 수 있도록 출력축(138)에 부착되어 출력축(138)의 회전 속도를 감지할 수 있다.
제어부(150)는 센서(140)에서 감지된 건설 기계의 주행 속도에 따라 입력축(137)과 출력축(138)의 회전 속도들을 동기화시킬 수 있다. 즉 입력축(137)의 회전 속도와 출력축(138)의 회전 속도는 주행 모터(120)의 주행 동력을 보정하는 것에 의해서 동기화될 수 있다. 제어부(150)는 변속기(130)의 동작을 제어하는 변속기 제어 유닛(Transmission Control Unit : TCU)을 포함할 수 있다. 제어부(150)는 전류값을 이용해서 주행 모터(120)의 사판각을 조절하는 것에 의해서 주행 모터(120)의 회전 속도를 휠 굴삭기의 실제 주행 속도와 동일하게 할 수 있다.
상기 센서(140)는 변속기(130)의 일측에 구비되어 건설 기계의 주행 속도를 감지하는 속도 센서로 도시되어 있으나, 본 발명에서 센서(140)는 이러한 속도 센서를 포함하되 이에 한정되지 않으며, 부가적으로 건설 기계에 관한 정보를 제공하는 다른 센서들을 더 포함할 수도 있다. 예를 들면 상기 센서(140)는 건설 기계의 경사를 측정하는 구배 센서; 주행 모터의 압력을 감지하는 압력 센서; 주행 모터와 변속기의 온도를 감지하는 온도 센서; 가속도 센서 등을 포함할 수 있다. 이 경우 제어부(150)는 센서(140)의 속도 센서뿐만 아니라 압력 센서, 온도 센서, 구배 센서 등으로부터 제공된 건설 기계의 주행 속도에 관한 다양한 정보들을 근거로 변속기(130)에 자동 변속 신호를 출력할 수 있다.
이 때 변속기(130)는 적어도 하나의 클러치 및 적어도 하나의 감속기를 각각 포함할 수 있다. 상기 클러치 및 상기 감속기는 기어 트레인(gear train)으로 배치될 수 있다. 이러한 클러치 및 상기 감속기의 다양한 배치 및 다양한 직경의 기어를 사용하여 변속비를 각각 설정할 수 있다. 본 발명에서는 상기 변속기(130)는 2단 변속이 가능한 구성으로 설명하기로 한다.
한편, 상기 제어부(150)는 건설 기계의 주행 속도가 변속 속도 범위 이내에 도달하면, 유압 펌프(110)로부터 주행 모터(120)로 공급되는 작동유를 차단할 수 있다. 따라서, 주행 모터의 용적이 순간적으로 0cc가 될 수 있다. 작동유 차단에 의해서 주행 모터(120)와 변속기(130)는 무부하 상태로 전환될 수 있다. 이에 1단 기어(132) 또는 2단 기어(134)에 치합되어 있던 싱크로나이저(136)가 중립 모드 위치로 이동될 수 있다.
이러한 중립 모드에서, 제어부(150)는 주행 모터(120)의 사판각을 제어하여, 주행 모터(120)로부터 발생되는 주행 동력을 실제 주행 속도와 동일하도록 보정할 수 있다. 따라서, 변속 속도 범위는 제어부(150)에 설정될 수 있다. 상기된 동작들에 의해서 입력축(137)과 출력축(138)의 회전 속도들이 동기화되면, 제어부(150)는 싱크로나이저(136)로 변속 신호를 전송할 수 있다. 싱크로나이저(136)는 변속 신호에 따라 1단 기어(132) 또는 2단 기어(134)에 선택적으로 치합될 수 있다.
이 경우 일반적인 상황에서 변속 2단 상태에서의 작업 및 주행을 별다른 변속이 없어도 문제없이 수행할 수 있다. 그러나 다음과 같이 일반적인 상황이 아닌 부분도 발생될 수 있다. 즉 건설 기계가 사용되는 높은 경사지가 있는 작업 현장의 경우 높은 경사지가 지속적으로 연장되는 현장도 있을 수 있기 때문에, 본 상황에서 무리하게 변속을 수행하게 되면, 싱크로나이저(136)가 파손될 수 있는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해 2단에서 1단으로 변속하는 제어가 필요하다. 이 후 변속 1단 구동 상태에서, 낮은 토크와 높은 속도를 요구하는 평지를 만난 경우에는 2단으로 변속을 해야 할 필요성이 있다. 그러나 이렇게 변속하는 상황이 많아지게 되면, 변속충격을 저감하는 방법이 필요하다. 즉 본 발명은 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계에서 이러한 변속이 많아지는 상황이나 또는 변속 충격 및 이음이 주기적으로 발행되는 상황에 주행 속도 및 지면 경사도에 알맞는 최적화된 변속 조건을 통하여 변속이 수행되므로, 변속과 관련된 건설 기계의 부품 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 휠 구동 건설 기계의 경우 전동기 파워(torque, rpm)에 따라 변속기 및 감속기 사양이 결정되므로, 토크가 크고 속도가 낮거나, 속도가 빠르고 토크가 낮거나, 혹은 토크도 높고 속도도 높으냐에 따라 변속기, 감속기의 사양이 결정되는데 이러한 모든 것으로 고려하여 최적사양을 결정해야만 한다.
또한 본 발명의 자동 변속 방법이 적용되는 건설 기계는 2단으로 주행하는 것을 기본으로 한다. 건설 기계가 어떤 위치에 있던 1단으로 출발하게 되면, 변속 충격 및 이음이 주기적으로 발생하게 된다. 또한 일반적인 운전자의 경우 일반 주행에서는 2단을 주로 사용하며, 높은 경사를 만났을 때 1단으로 수동 변경하게 된다. 또한, 작업 시에는 주로 1단을 사용하기 때문에 작업 시에는 2단에 대한 수요가 없으며, 필요 시 2단으로 수동 변속하게 된다. 이러한 이유로 본 발명에서는 변속 2단으로 출발하는 것으로 시작되는 제어로직이 기술되어 있다.
이 경우, 본 발명에 의한 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계는, 작업자가 수동으로 기어 단수를 조작할 수 있는 1단, 2단과, 제어부(150)에 의해 1단 또는 2단으로 자동으로 조작되도록 하는 오토 모드를 선택할 수 있는 변속 레버를 포함하고 있다. 다시 말하면 상기 변속 레버는 1단, 2단, 오토 모드를 포함하여 작업자가 변속 레버를 조작하여 1단, 2단 또는 오토 모드로 선택할 수 있다. 이하 본 발명에 의한 변속 레버는 1단, 2단 및 오토 모드로 설명을 하나, 더 높은 고단 기어가 적용될 수도 있다.
제어부(150)는 상기 변속 레버에서 변속 레버 상태(1단, 2단 및 오토 모드를 포함한다)의 상태를 가지고, 변속 여부를 판단하게 되고, 특히 본 발명은 건설 기계의 출발 시 상기 변속 레버가 작업자에 의해 오토 모드로 선택된 경우 변속기에 최초 2단 변속 신호를 출력하여 건설기계가 2단으로 출발되도록 하는 구성에 그 특징이 있다.
도 3은 도 2의 휠 구동 시스템을 갖는 건설 기계의 제어부(150)에서 수행되는 변속 제어 로직을 나타내는 구성도이다.
도 3과 같이, 최적 사양의 변속 조건을 구현하기 위하여 변속기(130) 및 제어부(150)를 사용하여 자동 변속을 수행하는 제어 로직(control logic)을 구현해야 한다. 이러한 제어 로직은 제어부(150)에서 작업 모드(워크모드, 주행모드를 포함한다), 변속 레버 상태, 차량 속도, 주행 모터의 사판각, 지면 경사 및 현 기어의 위치를 종합적으로 판단하여 건설 기계의 변속기(130)의 기어 변속을 수행하게 된다. 한편, 상기 작업모드는 작업자에 의해 워크모드 또는 주행모드로 설정될 수 있다.
우선 제어부(150)에서 2단에서 출발하여 1단으로 변속하는 변속 조건에 대하여 다음과 같다. 자세하게는 상기 제어부(150)의 다음과 같은 변속 조건을 만족하게 되면 2단에서 1단으로 기어의 변속을 자동으로 수행하게 된다.
- 작업 모드 : 워크모드, 주행모드 중 워크모드
- 변속 레버 : 1단, 2단, 자동 중 자동
- 차량 속도 : 설정 속도 이하
- 지면경사판정 : 설정 경사도 이상
이 경우, 설정 속도 및 설정 경사도는 경사지에서 변속을 수행하면 변속하는 중에 동력이 없으므로, 차량의 속도가 줄어들고 최악의 경우 뒤로 밀릴 수도 있기 때문에 튜닝을 통해 적정한 값을 선정하는 것이 필요할 것이다. 따라서 경사도 15도 이상 및 차량 속도 5km/h 이하가 바람직하다.
반대로, 상기 제어부(150)에서 1단에서 2단으로 변속하는 변속 조건에 대하여 다음과 같다.
- 작업 모드 : 워크모드, 주행모드 중 둘 다 포함한다.
- 변속 레버 : 1단, 2단, 자동 중 자동
- 차량 속도 : 설정 속도 이상
- 지면경사판정 : 설정 경사도 이하
이 경우 완만한 경사 또는 경사가 짧은 구간 동안 오르락 내리락할 경우 변속이 빈번히 발생될 수 있기 때문에 지면 경사판단기준을 2단에서 1단으로 변속하는 경우와 다르게 설정된다. 이에 경사도 10도 미만, 차량 속도 9km/h 이상이 바람직하다.
또한 상기 제어부(150)에서는 변속 속도가 범위로 설정될 수 있는데, 예를 들면, 건설 기계의 주행 속도가 저속에서 5km/h에 도달하면 2단에서 1단으로의 자동 변속이 시작되고, 또는 8km/h 이하에서 경사도가 15도 이상일 때 2단에서 1단으로의 자동 변속이 시작될 수 있다. 또한 2단에서 1단으로의 변속 속도 범위는 5km/h 내지 8km/h 범위일 수 있으며, 상기된 변속 속도 범위는 건설 기계의 사양에 따라 변경될 수 있다.
이하 본 발명에 의한 건설 기계의 자동 변속 방법에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 건설 기계의 자동 변속 방법을 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 건설 기계의 자동 변속 방법을 도시한 순서도이다.
도 4와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 건설 기계의 자동 변속 방법은 건설 기계의 2단 주행단계(S100); 차량의 속도, 지면경사도 등의 변속 조건을 제어부로 전송하는 전송단계(S110); 변속 조건을 확인하는 확인단계(S120); 주행 모터(120)의 사판각을 0cc로 변경하는 변경단계(S130); 2단 클러치 오프단계(S140); 기어를 중립시키는 중립단계(S150); 모터 회전수를 output rpm과 동기화시키는 동기화단계(S160) 및 1단 클러치를 온(ON) 시키는 온단계(S170)를 포함한다.
2단 주행단계(S100)에서 건설 기계는 싱크로나이저(136)와 2단 기어(134)가 치합되어 2단으로 주행될 수 있다. 특히 건설 기계의 자동 변속 방법에서 상기 2단 주행단계(S100)는 상기 건설 기계가 출발을 준비하는 준비단계(S101), 상기 건설 기계의 출발 시 작업자가 기어의 단수를 조작할 수 있는 1단, 2단 또는 제어부(150)에 의해 자동으로 기어가 조작되는 오토 모드인지 판단하는 판단단계(S102), 제어부(150)에서 자동 변속모드로 판단되면 건설기계가 2단으로 출발하도록 변속기에 2단 변속 신호를 출력하는 변속단계(S103)를 포함한다.
전송단계(S110)에서 센서(140)는 변속기(130)의 출력축(138) 속도를 감지하여 제어부(150)로 감지된 속도 값을 전송한다. 이 경우 출력축(138)의 속도는 건설 기계의 실제 주행 속도일 수 있다. 또한 상기 센서(140)는 건설 기계가 위치된 지면의 경사도를 감지할 수 있다. 센서(140)는 감지된 출력축(138)의 속도 및 지면 경사도를 제어부(150)로 전송할 수 있다.
또한 확인단계(S120)에서 변속 조건은 상술한 바와 같이, 자동 기어 변속 모드인 오토 모드에서 설정 속도 이하로 주행 시 기어 위치가 2단인 경우로 경사도 15도 이상 및 차량 속도 5km/h 이하가 바람직하다.
즉 2단 주행단계(S100)에서 기어의 위치가 2단으로, 건설 기계의 2단 주행 시에는 전송단계(S110)에서 변속 정보를 제어부(150)로 CAN 통신 등을 통하여 전송한다. 확인단계(S120)에서 변속 정보를 바탕으로 변속 조건을 확인하고 만족된다고 판단되면, 주행 모터(120)의 사판각을 0cc로 변경한 후 기어를 2단에서 1단으로 변경을 시작하게 되는 것이다.(S140 내지 S170)
자세하게는 제어부(150)는 유압 펌프(110)로부터 주행 모터(120)로 공급되던 작동유를 차단할 수 있다. 작동유 차단에 의해서 주행 모터(120)와 변속기(130)는 무부하 상태로 전환(S140)될 수 있다. 싱크로나이저(136)는 1단 기어(132)로부터 분리되어, 변속기(130)는 중립 모드(S150)로 전환될 수 있다. 따라서, 주행 동력은 더 이상 휠(170)로 전달되지 않을 수 있다.
단계 S160에서, 제어부(150)는 무부하 상태인 주행 모터(120)의 주행 동력을 보정하여, 입력축(137)의 속도와 출력축(138)의 속도를 동기화시킬 수 있다. 동기화가 완료되면, 제어부(150)는 싱크로나이저(136)로 변속 신호를 전송할 수 있다. 또한 싱크로나이저(136)는 전송된 변속 신호에 의해서 1단 기어(132)에 치합될 수 있다. 따라서, 건설 기계는 2단으로부터 1단으로 변속되어 주행할 수 있다. 한편, 2단에서 1단으로의 자동 변속이 완료되면, 가속 페달을 밟는 것에 의해서 건설 기계의 주행 속도는 기계적으로 제어될 수 있다.
한편, S170 단계에서 1단 클러치 온을 위해 순간적으로 전류를 상승시키게 되면 변속 시 충격이 발생하기 때문에 서서히 전류를 상승시켜 충격을 없앤다. 하지만 너무 느리게 변속을 수행한다면 건설 기계의 가속력이 줄어들어 또 다른 충격을 운전자가 느끼게 되므로 적정한 전류의 상승을 찾아야 한다.
도 5과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 건설 기계의 자동 변속 방법은 건설 기계의 1단 주행단계(S200); 차량의 속도 및 지면 경사도 등의 변속 조건을 제어부로 전송하는 전송단계(S210); 변속 조건을 확인하는 확인단계(S220); 주행 모터(120)의 사판각을 0cc로 변경하는 변경단계(S230); 1단 클러치 오프단계(S240); 기어를 중립시키는 중립단계(S250); 모터 회전수를 output rpm과 동기화시키는 동기화단계(S260) 및 2단 클러치를 온(ON) 시키는 온단계(S270)를 포함한다.
1단 주행단계(S100)에서 건설 기계는 싱크로나이저(136)와 1단 기어(132)가 치합되어 1단으로 주행될 수 있다.
전송단계(S210)에서 센서(140)는 변속기(130)의 출력축(138) 속도를 감지할 수 있다. 또한 출력축(138)의 속도는 건설 기계의 실제 주행 속도일 수 있다. 또한 상기 센서(140)는 건설 기계가 위치된 지면의 경사도를 감지할 수 있다. 센서(140)는 감지된 출력축(138)의 속도 및 지면 경사도를 제어부(150)로 전송할 수 있다.
또한 확인단계(S220)에서 변속 조건은 상술한 바와 같이, 자동 기어 변속 모드에서 설정 속도 이하로 주행 시 기어 위치가 2단인 경우로 경사도 10도 미만, 차량 속도 9km/h 이상이 바람직하다.
즉 1단 주행단계(S200)에서 기어의 위치가 1단으로, 건설 기계의 1단 주행 시에는 전송단계(S210)에서 변속 정보를 제어부(150)로 CAN 통신 등을 통하여 전송한다. 확인단계(S220)에서 변속 정보를 바탕으로 변속 조건을 확인하고 만족된다고 판단되면, 주행 모터(120)의 사판각을 0cc로 변경한 후 기어를 1단에서 2단으로 변경을 시작하게 되는 것이다.(S240 내지 S270)
자세하게는 제어부(150)는 유압 펌프(110)로부터 주행 모터(120)로 공급되던 작동유를 차단할 수 있다. 작동유 차단에 의해서 주행 모터(120)와 변속기(130)는 무부하 상태로 전환(S240)될 수 있다. 싱크로나이저(136)는 2단 기어(134)로부터 분리되어, 변속기(130)는 중립 모드(S250)로 전환될 수 있다. 따라서, 주행 동력은 더 이상 휠(170)로 전달되지 않을 수 있다.
단계 S260에서, 제어부(150)는 무부하 상태인 주행 모터(120)의 주행 동력을 보정하여, 입력축(137)의 속도와 출력축(138)의 속도를 동기화시킬 수 있다. 동기화가 완료되면, 제어부(150)는 싱크로나이저(136)로 변속 신호를 전송할 수 있다. 또한 싱크로나이저(136)는 전송된 변속 신호에 의해서 2단 기어(134)에 치합될 수 있다. 따라서, 건설 기계는 1단으로부터 2단으로 변속되어 주행할 수 있다. 한편, 1단에서 2단으로의 자동 변속이 완료되면, 가속 페달을 밟는 것에 의해서 건설 기계의 주행 속도는 기계적으로 제어될 수 있다.
한편, S270 단계에서 2단 클러치 온을 위해 순간적으로 전류를 상승시키게 되면 변속 시 충격이 발생하기 때문에 서서히 전류를 상승시켜 충격을 없앤다. 하지만 너무 느리게 변속을 수행한다면 건설 기계의 가속력이 줄어들어 또 다른 충격을 운전자가 느끼게 되므로 적정한 전류의 상승을 찾아야 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계 및 건설 기계의 자동 변속 방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 유압 펌프 120 : 주행 모터
130 : 변속기 132 : 1단 기어
134 : 2단 기어 136 : 싱크로나이저
137 : 입력축 138 : 출력축
140 : 센서 150 : 제어부
160 : 액슬 170 : 휠

Claims (15)

  1. 자동 변속 장치를 포함하는 건설 기계에 있어서,
    상기 자동 변속 장치는,
    작업자가 수동으로 기어 단수를 조작할 수 있는 1단, 2단과, 제어부에 의해 1단 또는 2단으로 자동으로 조작되도록 하는 오토 모드를 선택할 수 있는 변속레버;
    변속 작업을 수행하는 변속기 및
    상기 건설 기계의 출발 시, 상기 변속 레버가 오토 모드로 선택된 경우 상기 변속기에 2단 변속 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 건설 기계의 출발 시, 상기 변속 레버가 오토 모드로 선택되고, 작업 모드가 워크모드와 주행모드 중 워크모드인 경우 상기 변속기에 2단 변속 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    아래의 변속 조건을 만족하면 2단에서 1단으로 변속하는 것을 특징으로 하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
    - 차량 속도 : 설정 속도 이하
    - 지면경사판정 : 설정 경사도 이상
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 변속 조건은,
    경사도 15도 이상 및 차량 속도 5km/h 이하인 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는,
    아래의 변속 조건을 만족하면 1단에서 2단으로 변속하는 것을 특징으로 하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
    - 차량 속도 : 설정 속도 이상
    - 지면경사판정 : 설정 경사도 이하
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 변속 조건은,
    경사도 10도 미만 및 차량 속도 9km/h 이상인 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
  7. 청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 자동 변속 장치는, 건설 기계의 주행 속도, 지면 경사도를 측정하는 센서를 더 포함하고,
    상기 센서는,
    건설 기계의 주행 속도를 감지할 수 있도록 출력축에 부착되어 출력축의 회전 속도를 감지하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 센서는,
    건설 기계의 경사를 측정하는 구배 센서를 더 포함하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
  9. 청구항 1에 있어서,
    엔진과 연결되어 구동력을 전달받아 작동유를 토출하는 유압 펌프;
    상기 유압 펌프에 토출되는 작동유의 유압에 의해서 구동되어 주행 동력을 발생하는 주행 모터를 더 포함하고,
    상기 변속기는,
    상기 주행 모터로부터 주행 동력을 전달받는 입력축;
    액슬에 주행 동력을 전달하는 출력축;
    상기 출력축에 설치되는 1단 기어;
    상기 출력축에 설치되는 2단 기어 및
    상기 주행 모터로부터 주행 동력을 전달받는 입력축에 연결 싱크로나이저를 포함하고,
    상기 싱크로나이저는
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 1단 기어 또는 상기 2단 기어에 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서에서 감지된 건설 기계의 주행 속도에 따라 입력축과 출력축의 회전 속도들을 동기화하는 자동 변속 장치가 구비된 건설 기계.
  11. 건설 기계의 출발 시 2단으로 주행하는 2단 주행단계(S100)를 포함하되,
    상기 2단 주행단계(S100)는,
    건설 기계가 출발을 준비하는 준비단계(S101);
    건설 기계의 출발 시 작업자가 기어의 단수를 조작할 수 있는 1단, 2단인지 또는 제어부에 의해 자동으로 기어가 조작되는 오토 모드인지 판단하는 판단단계(S102);
    상기 제어부에서 오토 모드로 판단되면 건설기계가 2단으로 출발하도록 변속기에 2단 변속 신호를 출력하는 변속단계(S103)를 포함하는 건설 기계 자동 변속 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    건설 기계의 주행 속도 및 지면 경사도를 포함하는 변속 조건을 제어부로 전송하는 전송단계(S110);
    상기 변속 조건을 확인하는 확인단계(S120);
    상기 확인단계(S120)에서 변속 조건을 만족하면 주행 모터의 사판각을 0cc로 변경하는 변경단계(S130);
    2단 클러치 오프단계(S140);
    기어를 중립시키는 중립단계(S150);
    주행 모터의 회전수를 output rpm과 동기화시키는 동기화단계(S160) 및
    1단 클러치를 온(ON) 시키는 온단계(S170)를 더 포함하는 건설 기계 자동 변속 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전송 단계(S110)서의 변속 조건은,
    경사도 15도 이상 및 차량 속도 5km/h 이하인 것을 특징으로 하는 건설 기계 자동 변속 방법.
  14. 건설 기계가 1단으로 주행하는 1단 주행단계(S200);
    건설 기계의 주행 속도 및 지면 경사도를 포함하는 변속 조건을 제어부로 전송하는 전송단계(S210);
    변속 조건을 확인하는 확인단계(S220);
    상기 확인단계(S220)에서 변속 조건을 만족하면 주행 모터의 사판각을 0cc로 변경하는 변경단계(S230);
    1단 클러치 오프단계(S240);
    기어를 중립시키는 중립단계(S250);
    주행 모터(120)의 회전수를 output rpm과 동기화시키는 동기화단계(S260) 및
    2단 클러치를 온(ON) 시키는 온단계(S270)를 포함하는 건설 기계 자동 변속 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 전송 단계(S210)서의 변속 조건은,
    경사도 10도 미만 및 차량 속도 9km/h 이상인 것을 특징으로 하는 건설 기계 자동 변속 방법.
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