KR20210153437A - 전자 밸브의 제어를 위한 변속 제어기 및 이를 포함하는 트랙터 - Google Patents

전자 밸브의 제어를 위한 변속 제어기 및 이를 포함하는 트랙터 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따르면, 사용자로부터 변속 단수를 입력받는 통신부, 변속 단수에 따라 전자 밸브를 제어하기 위한 정보를 저장하는 메모리, 메모리를 참조하여, 변속 단수에 따라 전자 밸브를 제어하는 목표 전류 프로파일을 획득하는 메인 컨트롤러 및 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류 제어 신호를 생성하고, 전류 제어 신호에 따라 전자 밸브에 전류를 출력하는 전류 제어 SOC를 포함하는 변속 제어기가 제공될 수 있다.

Description

전자 밸브의 제어를 위한 변속 제어기 및 이를 포함하는 트랙터{TRANSMISSION CONTROL UNIT FOR CONTROLLING ELECTRIC VALVE AND TRACTOR COMPRISING THEREOF}
본 출원에 의해 개시되는 발명은, 변속 제어기 및 이를 포함하는 트랙터에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는 전자 밸브를 제어하는 변속 제어기 및 이를 포함하는 트랙터에 관한 것이다.
포장 도로 위를 주행하는 일반 주행 차량에 비하여, 트랙터를 비롯한 농작업 차량은 다양한 농작업의 종류, 농업 기계의 종류 및 농토의 상태 등에 따라 적합한 토크를 발생시키기 위하여 넓은 범위의 변속 단수를 제공할 필요가 있다. 예를 들어, 경사진 밭에서의 농작업은 농토의 경사도에 따라 잦은 기어 변속을 필요로 한다.
현재 농업기계 분야에서는 전자식 유압제어 시스템 개발에 있어 필수적인 정확한 전류 피드백형 비례제어밸브 기술이 부족하기 때문에 자동변속기와 같은 경우 변속이 운전자가 느낄 수 있는 변속충격이 크게 발생한다. 뿐만 아니라 비례제어밸브 기술은 전자식 유압제어 작업기의 성능에도 영향을 주기 때문에 농작업의 효율성에도 영향을 주게 된다.
따라서, 농업기계의 전자식 유압제어가 가능하도록 정확도와 안정성이 보장된 밸브 제어 시스템에 대한 연구가 절실한 실정이다.
본 발명의 일 과제는, 다양한 농작업 환경에 요구되는 다양한 변속 기능을 제공하는 전자 밸브 제어를 위한 변속 제어기 및 이를 포함하는 트랙터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는, 다수의 변속 단수 및 빈번한 변속 요구 등에 따라 변속 제어기의 메인 컨트롤러에 부가되는 막대한 로드를 분산할 수 있도록, 전자 밸브 제어를 담당하는 별도의 SOC(System On Chip)을 구비하는 변속 제어기 및 이를 포함하는 트랙터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 양상에 따르면, 변속 제어기(Transmission Control Unit)는 사용자로부터 입력받은 변속 단수를 수신하는 통신부, 변속 단수에 관한 정보를 저장하는 메모리, 메모리를 참조하여, 변속 단수에 따라 전자 밸브를 제어하기 위한 목표 전류 프로파일을 획득하는 메인 컨트롤러 및 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류 제어 신호를 생성하고, 전류 제어 신호에 따라 전자 밸브에 전류를 출력하는 전류 제어 SOC(System On Chip)를 포함할 수 있다.
또, 전류 제어 SOC는, 메인 컨트롤러로부터 목표 전류 프로파일을 수신하는 인터페이스, 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류 제어 신호를 생성하는 프로세서 및 전류 제어 신호에 따라 전자 밸브에 전류를 단속적으로 출력하는 디지털 출력부(Digital Out)를 단일 칩으로 포함할 수 있다.
또, 전류 제어 신호는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호 및 디더(dither) 제어 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또, 전류 제어 SOC에는 복수의 전자 밸브들이 연결되고, 메인 컨트롤러는, 메모리를 참조하여 복수의 전자 밸브들 중 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브에 관한 정보를 획득하고, 전류 제어 SOC는 미리 지정된 전자 밸브에게 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류를 출력할 수 있다.
또, 메인 컨트롤러에는 복수의 전류 제어 SOC들이 연결되고, 메인 컨트롤러는, 메모리를 참조하여 복수의 전류 제어 SOC들 중 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에 관한 정보를 획득하고, 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에게 목표 전류 프로파일을 전달하고, 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC는 미리 지정된 전자 밸브에게 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류를 출력할 수 있다.
또, 전류 제어 SOC는, 전자 밸브로부터 전자 밸브에 흐르는 전류값을 수신하는 입력부를 더 포함하고, 전류값 및 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류 제어 신호를 조정할 수 있다.
또, 메인 컨트롤러는 유압 펌프 내 오일의 유온을 측정하는 유온 센서로부터 유온값을 수신하고, 유온값에 따라 필타임(fill-time)을 결정할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 변속 제어기의 동작 방법은 트랙터의 변속 단수를 변경하는 변속 제어기의 동작 방법으로서, 입력부를 통해 사용자로부터 변속 단수를 입력받는 단계, 변속 제어기의 메인 컨트롤러에는 복수의 전류 제어 SOC(System On Chip)들이 연결되고, 복수의 전류 제어 SOC들 각각에는 복수의 전자 밸브들이 연결되고, 메인 컨트롤러가 복수의 전자 밸브들 중 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브에 관한 정보, 복수의 전류 제어 SOC들 중 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에 관한 정보 및 미리 지정된 전자 밸브를 제어하기 위한 목표 전류 프로파일을 획득하는 단계, 메인 컨트롤러가 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에게 미리 지정된 전자 밸브에 관한 정보 및 목표 전류 프로파일을 전달하는 단계 및 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC는 미리 지정된 전자 밸브에게 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따르면, 트랙터는 사용자로부터 변속 단수를 입력받는 입력부, 변속 단수에 따라 전자 밸브를 제어하기 위한 목표 전류 프로파일을 결정하는 메인 컨트롤러 및 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류 제어 신호를 생성하고, 전류 제어 신호에 따라 전자 밸브에 전류를 단속적으로 출력하는 전류 제어 SOC(System On Chip)를 포함하는 변속 제어기, 전류 제어 SOC로부터 인가되는 전류에 따라 유압을 조절하는 전자 밸브 및 유압에 따라 동력 전달 장치의 배치를 변경함으로써, 동력의 변속비를 조정하는 변속 장치를 포함할 수 있다.
또, 전류 제어 SOC가 생성하는 전류 제어 신호는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호 및 디더(dither)의 제어 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또, 메인 컨트롤러에는 복수의 전류 제어 SOC들이 연결되고, 복수의 전류 제어 SOC들 각각에는 복수의 전자 밸브들이 연결되고, 메인 컨트롤러는, 전자 밸브들 중 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브에 관한 정보, 복수의 전류 제어 SOC들 중 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에 관한 정보 및 미리 지정된 전자 밸브를 제어하기 위한 목표 전류 프로파일을, 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에게 전달하고, 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC는, 미리 지정된 전자 밸브에게 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류를 출력할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변속 제어기는 메인 컨트롤러 외에 전자 밸브 제어를 담당하는 별도의 SOC(System On Chip)을 구비함으로써, 다수의 변속 단수 및 빈번한 변속 요구 등에 따라 부가되는 막대한 로드를 분산할 수 있다. 이로써, 전자 밸브 제어를 위한 변속 제어기 및 이를 포함하는 트랙터는 다양한 농작업 환경에 요구되는 다양한 변속 기능을 정확하고 안정적으로 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 변속 제어기를 포함하는 트랙터에 관한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 변속 제어기의 개념도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 변속 제어기에 구비되는 전류 제어 SOC의 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 변속 제어기의 동작에 관한 개념도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 변속 제어기의 메인 컨트롤러가 제공하는 전류 프로파일 및 전류 제어 SOC가 출력하는 전류 프로파일에 관한 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따라 복수의 전류 제어 SOC를 포함하는 변속 제어기에 관한 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적 설명이 생략될 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적 으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예 는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 변속 제어기(300)를 포함하는 트랙터(1000)에 관한 도면이다.
도 1을 참조하면, 트랙터(1000)는 동력 발생 장치(100), 변속 장치(200), 변속 제어기(300), 주행 장치(400), 동력 취출 장치(미도시), 유압 장치(미도시), 작업기 체결 장치(500) 및 입력부(600) 등을 포함할 수 있다.
동력 발생 장치(100)는 트랙터(1000)의 주행 및 작업에 필요한 동력을 발생시킬 수 있다. 동력 발생 장치(100)는 예를 들면 디젤기관 또는 가솔린 기관을 장착한 장치이다. 동력 발생 장치(100)는 예를 들면, 4행정기관으로서, 2, 3, 4 등의 개수의 실린더를 구비하는 다기통으로서, 수평식 및 직렬식 등으로 배열될 수 있다.
변속 장치(200)는 동력 발생 장치(100)로부터 전달된 동력을 트랙터(1000)의 차속이나 견인력을 적절히 여러 가지 속도로 변환할 수 있다. 변속 장치(200)는 예를 들면, 기계식 변속 장치(200) 또는 유압식 변속 장치(200)일 수 있다. 기계식 변속 장치(200)는 예를 들면, 적절한 속도의 치차를 맞추어 조합하는 미끄럼 선택 기어식으로 구성될 수 있다.
변속 장치(200)는 다양한 농작업에 따라 요구되는 변속 단수를 제공할 수 있도록 주변속부, 부변속부, 전진 변속부 및 후진 변속부 등을 포함할 수 있다. 변속 장치(200)는 유압에 따라 클러치 및 브레이크를 포함하는 동력 전달 장치의 배치를 변경함으로써, 동력의 변속비를 조정할 수 있다.
변속 제어기(300)는, 변속 단수에 따라 미리 정해진 유압이 변속 장치(200)에 인가되도록 전자 밸브(800)의 개폐 동작을 제어할 수 있다. 변속 제어기(300)는 변속 단수에 따라 전자 밸브(800)의 개폐 동작을 제어하는 전류 프로파일을 결정하고, 전류 프로파일에 따라 전자 밸브(800)에 전류를 출력할 수 있다.
변속 제어기(300)는 변속 장치(200)의 결속(Engage) 및 해제(Disengage)를 위해서 유압 형성이 필요한 경우 목표 전류 값을 제어함으로써 유압을 제어할 수 있다.
또, 변속 제어기(300)는 목표 높이 또는 작업 특성에 따라 작업기기에 인가하는 전류 값을 제어함으로써 작업 기기를 정밀하게 제어할 수 있다.
주행장치는 변속 장치(200)로부터 전달되는 동력을 이용하여 차체를 이동하는 장치로서, 바퀴 및 차축을 포함하는 바퀴형 또는 무한궤도를 포함하는 장궤형을 포함할 수 있다.
동력 취출 장치(Power Take OFF; P.T.O)는 동력 발생 장치(100)에서 발생된 동력의 일부를 작업기 등에 전달하는 장치이다. 동력 취출 장치는 변속 장치(200)에 연결되고, 작업기 및 작업의 종류에 따라 요구되는 크기의 동력을 작업기에 전달할 수 있다.
유압 장치는 작업기의 일부를 이동시키는 조작 등에 이용된다. 유압 장치는 기관의 회전 동력으로 유압 펌프를 구동시키고, 유압 펌프에서 생긴 유압의 오일을 조작 밸브로 하여금 유압 실린더로 보내고, 유압을 이용해 피스톤을 밀어 작업기를 이동시킬 수 있다.
작업기 체결 장치(500)는 트랙터(1000)의 후부에 배치되는 트랙터(1000)의 힛치부(hitch)로서, 작업기와 체결되어 작업기를 견인할 수 있다. 예를 들면, 작업기 체결 장치(500)는 3점 연결 장치로서, 2개의 하부 링크 및 1개의 상부 링크를 포함할 수 있다.
입력부(600)는 사용자로부터 트랙터(1000) 및 작업기를 조작하는 입력을 수신하는 구성이다. 예를 들면, 입력부(600)는 사용자로부터 트랙터(1000)의 조향에 관한 입력, 트랙터(1000)의 변속 단수에 관한 입력 등을 수신할 수 있다. 입력부(600)는 예를 들면, 레버, 핸들, 버튼 및 터치 센서를 포함하는 디스플레이 등을 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 변속 제어기(300)의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 변속 제어기(300)는 변속 제어기(300)의 동작을 전반적으로 제어하는 메인 컨트롤러(340), 전자 밸브(800)로 인가되는 전류를 제어하는 전류 제어 SOC(350), 트랙터(1000)의 각종 전자기기들과 통신할 수 있는 CAN(Controller Area Network) 통신부, 변속 제어와 관련된 정보들을 저장하는 메모리 및 변속 제어기(300)에 전원을 공급하는 전원부(330) 등을 포함할 수 있다.
메인 컨트롤러(340)는 전류 제어 SOC(350), CAN 통신부(310), 메모리(320) 및 전원부(330) 등 변속 제어기(300)의 각 구성 요소들을 제어할 수 있다. 메인 컨트롤러(340)는 CAN 통신부(310)를 통해 입력부(600), 유온 센서 및 배터리 센서 등과 통신할 수 있다. 메인 컨트롤러(340)는 입력부(600)로부터 변속 단수에 관한 입력을 수신할 수 있다. 메인 컨트롤러(340)는 유온 센서로부터 오일의 유온값을 수신하거나, 배터리 센서로부터 배터리 분압에 관한 정보를 수신할 수 있다.
미도시하였으나, 메인 컨트롤러(340)는 셔틀, 변속 레버 및 클러치 등 트랙터(1000) 사용자의 변속 조건을 판단할 수 있는 입력 조건 평가 모듈, 입력 조건의 평가를 바탕으로 한 밸브 동작을 판단하는 밸브 맵핑 모듈, 밸브 맵핑을 바탕으로 메모리(320)에 캘리브레이션된 전류 프로파일을 선택하는 모듈 및 유온 보상을 위해 메모리(320)에 캘리브레이션된 Fil Time 을 선택하는 모듈, 선택된 전류 프로파일과 Fil Time을 바탕으로 완성된 목표 전류를 확정하는 모듈 및 확정된 목표 전류를 SOC로 전송하는 통신 모듈들을 더 포함할 수 있다.
메모리(320)는 변속 제어기(300)의 동작에 필요한 정보들을 저장할 수 있다. 메모리(320)는 변속 제어기(300)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들을 임시적으로 저장할 수 있다.
예를 들면, 메모리(320)는 변속 조건을 판단하는 입력 조건에 관한 정보, 입력 조건 및 변속 조건에 따른 밸브 동작에 관한 정보, 전류 프로파일에 관한 정보 및 유온에 따른 fill time 정보 등을 저장할 수 있다.
메인 컨트롤러(340)는 전류 제어 SOC(350)를 제어함으로써 전류 제어 SOC(350)에 연결된 복수의 전자 밸브(800)들을 조작하고, 변속 장치(200)의 변속비를 조절할 수 있다. 전류 제어 SOC(350)는 메인 컨트롤러(340)의 지시에 기초하여, 복수의 전자 밸브(800)들을 제어할 수 있다. 전류 제어 SOC(350)는 전자 밸브(800)를 통전(ON) 시키거나 단락(OFF)시킬 수 있다.
복수의 전자 밸브(800)들은 유압 회로를 구성하는 요소들이다. 전자 밸브(800)들의 개폐에 따라 유압 회로의 오일 경로가 변경되면서 클러치 및 브레이크를 비롯한 동력전달장치들을 제어할 수 있고, 변속비가 조절될 수 있다.
전자 밸브(800)는 전기에너지를 기계에너지로 바꾸어 스풀을 이동하며 유량 및 유압을 조절하는 밸브이다. 전자 밸브(800)는 예를 들면 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 전자 밸브(800)는 예를 들면 비례제어밸브(Proportional control valve)로서, 밸브 스풀 변위가 공급 전류에 비례하는 무한 위치 밸브이다. 비례제어밸브는 직류 솔레노이드를 사용하여 유압시스템의 압력, 유량 등의 연속 또는 다단제어를 전기신호에 따라서 비례적으로 제어할 수 있다.
전자 밸브(800)는 전기 신호에 비례한 압력이나 유량을 연속적으로 제공할 수 있고, 원격제어가 가능하고, 일렉트로닉스와 결합하여 조작성이 우수하다. 또한, 전자 밸브(800)는 유압회로를 간략화하여 원가 절감이 가능하며, 전용 앰프, 컨트롤러와 조합하여 밸브와의 전기신호를 원활하게 제어하기 때문에 무충격화가 가능하다.
도 3은 일 실시예에 따른 변속 제어기(300)에 구비되는 전류 제어 SOC(350)의 개념도이다.
도 3을 참조하면, 전류 제어 SOC(350)는 단일 칩 상에 인터페이스(351), 프로세서(353), 메모리, 입력 장치 및 출력 장치를 구비함으로써, 그 자체로 자기완결적 시스템을 구성하는 단일 칩 시스템(System On Chip)이다. 다시 말하면, 전류 제어 SOC(350)는 전자 밸브 제어를 위한 기능들을 외부 자원의 도움 없이 내부의 자원들을 이용하여 구현할 수 있다.
전류 제어 SOC(350)는 인터페이스(351) 또는 통신부를 통해 메인 컨트롤러(340)와 정보를 송수신할 수 있다. 전류 제어 SOC(350)는 인터페이스(351)를 통해 전류 프로파일을 수신할 수 있다. 인터페이스(351)는 예를 들면, MMC/SD 인터페이스, I2C(Inter-Integrated Circuit), I2S(Intergrated Interchip Sound), USB, 메모리컨트롤러, MDP(Mini Display Port) 등을 포함할 수 있다.
수신된 전류 프로파일은 전류 제어 SOC(350) 내부의 시스템 버스를 통해 프로세서(353)에 전달될 수 있다.
프로세서(353)는 전류 프로파일을 구현하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(353)는 PWM 제어에 따른 PWM 주파수 및 PWM 듀티비를 획득하고, PWM 주파수 및 PWM 듀티비에 따라 디지털 출력부(354)에 제어 신호를 전달할 수 있다. 또, 프로세서(353)는 디더 제어를 위한 디더 주파수를 획득하고, 디더 주파수에 따라 디지털 출력부(354)에 제어 신호를 전달할 수 있다.
프로세서(353)는 예를 들면, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
메모리(352)는 전류 제어 SOC(350)의 동작에 필요한 정보들을 저장할 수 있다. 메모리(352)는 프로그램 또는 입/출력되는 데이터들을 저장할 수 있다.
메모리(352)는 PWM 제어에 관한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(352)는 목표 전류 프로파일 및 목표 전류값을 출력하기 위한 PWM 주파수 및 PWM 듀티비에 관한 정보를 저장할 수 있다.
메모리(352)는 디더 제어에 관한 정보들을 저장할 수 있다. 메모리(352)는 목표 전류 프로파일 및 목표 전류값을 출력하기 위한 디더 전류의 주파수 및 진폭에 관한 정보를 저장할 수 있다.
디지털 출력부(Digital Out)(354)는 프로세서(354)에서 전류 제어 SOC(350) 외부의 전자 밸브(800)로 디지털 신호를 출력하는 구성이다. 디지털 출력부(354)는 프로세서(353)의 제어 신호에 따라 전자 밸브(800)에 연결된 스위치의 On/Off를 제어할 수 있다. 디지털 출력부(354)는 프로세서(353)의 전류 제어 신호에 따라 전자 밸브(800)에 소정의 시간 동안 소정의 크기의 전류를 출력하거나, 소정의 시간 동안 전류 출력을 중단할 수 있다. 이로써, 디지털 출력부(354)는 프로세서(353)로부터 전달받은 전류 제어 신호에 따라 전자 밸브(800)에 전류를 단속적으로 출력할 수 있다. 디지털 출력부(354)는 예를 들면, ISA슬롯과 PCI슬롯, PCI Express, 노트북용 PCMCIA 그리고 USB 방식, 랜 I/O 등을 포함할 수 있다.
ADC(Analog to Digital Converter)(355)는 전자 밸브(800)로부터 신호를 입력 받아 전류 제어 SOC(350) 내부의 프로세서(353)로 전달하는 구성이다. ADC(355)는 전자 밸브(800)에 흐르는 전류값을 아날로그 신호의 형태로 입력받고, 디지털 신호로 변경하여 프로세서(353)에게 전달할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 변속 제어기(300)의 동작에 관한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 변속 제어기(300)의 메인 컨트롤러(340)는 입력부(600)를 통해 변속 단수에 관한 입력을 수신할 수 있다. 메인 컨트롤러(340)는 파워 셔틀을 통한 전진 및 후진 조건의 입력, 주변속기 및 부변속기를 통한 변속 조건의 입력 및 클러치 등의 변속 조건에 관한 입력들을 수신할 수 있다. 메인 컨트롤러(340)는 각종 입력부(600)들을 통해 수신한 입력을 종합적으로 판단하여, 변속 단수를 결정할 수 있다.
메인 컨트롤러(340)는 메모리(320)를 참조하여, 변속 단수에 따른 복수의 전자 밸브(800)들 각각의 개폐 상태 및 복수의 전자 밸브(800)들 각각에 인가되는 전류 프로파일을 획득할 수 있다. 메인 컨트롤러(340)는 획득한 전자 밸브(800)들 각각의 개폐 상태 및 전자 밸브(800)들 각각에 인가되는 전류 프로파일에 관한 정보를 전류 제어 SOC(350)에게 전달할 수 있다.
전류 제어 SOC(350)는 변속 단수에 따른 유압 회로를 구현하기 위해, 복수의 전자 밸브(800) 각각의 개폐 상태를 제어할 수 있다. 전류 제어 SOC(350)는 복수의 전자 밸브(800)들의 개폐 상태에 따라 복수의 전자 밸브(800)들 전부 또는 미리 정해진 일부에게 지정된 전류 프로파일에 따라 전류를 출력할 수 있다. 이로써, 변속 제어기(300)는 변속 단수에 따라 전자 밸브(800)들을 제어함으로써, 변속 장치(200)를 제어할 수 있다. 전류 제어 SOC(350)의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 및 디더(Dither)의 주파수 제어에 대해서는 도 5를 참조하여 자세히 후술하기로 한다.
전류 제어 SOC(350)는 ADC(355)를 통해 전자 밸브(800)에 흐르는 전류값을 수신하고, 전자 밸브(800)에 흐르는 전류값과, 메인 컨트롤러(340)부터 전달받은 전류 프로파일에 따른 목표 전류값을 비교할 수 있다. 전류 제어 SOC(350)는 비교값에 기초하여, 전자 밸브(800)에 출력하는 전류값을 조정할 수 있다. 예를 들어, 전류 제어 SOC(350)는 전자 밸브(800)에 흐르는 전류값이 목표 전류값보다 작은 경우, PWM 듀티비를 증가하여 출력하는 전류값을 증가시킬 수 있다.
포장 도로를 주행하는 일반 주행 차량과 달리, 농업 기계는 다양한 작업에 따라 다양한 변속 단수 및 빈번한 변속 빈도를 제공할 필요가 있고, 이에 따라 복수의 전자 밸브(800)들이 변속 제어기(300)에 연결될 수 있다.
종래의 트랙터(1000)의 변속 제어기(300)는 하나의 컨트롤러가 복수의 전자 밸브(800)들을 고속으로 제어함에 따라, 컨트롤러는 고속 샘플링 및 막대한 연산 부하를 감당하게 되는 문제점을 갖는다.
일 실시예에 따른 트랙터(1000)의 변속 제어기(300)는 메인 컨트롤러(340)와 별도로, 전자 밸브(800)에 출력하는 전류를 제어하는 전류 제어 SOC(350)를 구비한다. 이로써, 다채널 밸브를 제어하기 위해 변속 제어기(300)의 메인 컨트롤러(340)에 부가되는 막대한 로드가 분산되고, 변속 제어기(300)의 연산 속도 향상 및 가동 수명 증가의 이점을 갖는다.
도 5는 일 실시예에 따른 변속 제어기(300)의 메인 컨트롤러(340)가 제공하는 전류 프로파일 및 전류 제어 SOC(350)가 출력하는 전류 프로파일에 관한 그래프이다.
메인 컨트롤러(340)는 도 5(a)에 도시된 바와 같이 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브(800)에 대한 전류 프로파일을 전류 제어 SOC(350)에게 전달할 수 있다.
전류 프로파일은 시간의 흐름에 따라 제어하는 목표 전류값들을 기록한 데이터 세트이다. 예를 들면, 전자 밸브(800)에 전류 프로파일에 따른 목표 전류값들이 인가됨으로써, 변속 단수에 따른 유압 제어가 수행될 수 있다.
실시예들에 따르면, 전류 프로파일은 목표 전류값이 상승하는 구간, 목표 전류값이 유지하는 구간 및 목표 전류값이 하강하는 구간 등 복수의 구간들의 조합으로 구성될 수 있다.
명세서 전반에서, 전류값을 기준으로 설명한 사항들은 전기 제어의 일 실시예이다. 전류값을 기준으로 설명한 사항들은 옴의 법칙을 이용하여 전압값을 기준으로 설명되는 사항들을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 메인 컨트롤러(340)는 목표 전압값들을 기록한 전압 프로파일 또는 목표 전력값들을 기록한 전력 프로파일을 이용할 수 있다. 이 경우, 전류 제어 SOC(350)는 전압 프로파일에 따라 목표 전압값들을 출력하거나, 전력 프로파일에 따라 목표 전력값들을 출력함으로써 전자 밸브(800) 및 유압 제어를 수행할 수 있다.
전류 제어 SOC(350)는 전류 프로파일을 구현하기 위하여, 전류의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 및 디더(Dither)의 제어를 수행할 수 있다.
도 5(b)에 도시된 바와 같이, 전류 제어 SOC(350)가 전압을 걸어준 경우(ON) 전류값은 시간을 갖고 상승하고, 전압을 해제(OFF)한 경우 전류값은 시간을 갖고 하강하게 된다. 전류 제어 SOC(350)는 PWM 제어 신호에 따라 전압의 ON과 OFF를 반복함으로써, 출력 전류 프로파일을 출력할 수 있다.
PWM 주파수 및 듀티비는 밸브의 사양에 따라 각각 다르게 권고되며, 권고된 PWM 주파수 및 듀티비가 지켜지지 않으면, 밸브의 수명을 보장할 수 없다. 따라서 밸브 사양에서 권고하는 PWM 주파수 및 듀티비를 준수하는 것이 중요하다.
전자 제어 SOC는 전자 밸브(800)의 고속 제어 시, 권고된 PWM 주파수 및 듀티비를 준수하기 위해서 요구되는 연산을 담당함으로써, 메인 컨트롤러(340)의 로드를 경감시킬 수 있다.
또, 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 전류 제어 SOC(350)는 전자 밸브(800)에게 소정의 디더(Dither) 주파수 및 진폭에 따른 디더 전류를 인가할 수 있다. 디더 주파수에 따라 전류를 소폭 변화시키면, 밸브의 니들(Needle)은 유압에 변화를 주지 않는 범위 내에서 미세하게 위아래로 떨리면서 액츄에이터 구동 신호를 생성한다. 전류 제어 SOC(350)는 디더 제어를 적용함으로써, 목표 유압의 변경 시 목표 전류값을 변화시킬 때 밸브 니들의 응답성을 상승시킬 수 있다.
전자 제어 SOC는 디더 제어에 요구되는 연산을 담당함으로써, 메인 컨트롤러(340)의 로드를 경감시킬 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 복수의 전류 제어 SOC들(3501, 3502, 3503)을 포함하는 변속 제어기(300)에 관한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 메인 컨트롤러(340)는 복수의 전류 제어 SOC들(3501, 3502, 3503)과 연결될 수 있다. 전류 제어 SOC(350)가 구비됨에 따라 메인 컨트롤러(340)의 로드가 경감된 만큼, 메인 컨트롤러(340)는 복수의 전류 제어 SOC들(3501, 3502, 3503)을 제어할 수 있다.
전류 제어 SOC(3501, 3502, 3503) 각각은 복수의 전자 밸브들(810, 820, 830)과 연결될 수 있다. 전류 제어 SOC(350)는 전자 밸브(800)로 인가되는 전류 제어만을 담당하므로, 로드가 높지 않으며, 전류 제어 SOC(350)의 성능에 따라 다양한 개수의 전자 밸브들(800)을 제어할 수 있다.
메모리(320)는 유압 회로도를 저장할 수 있다. 메모리(320)는 유압 회로도에 기초하여, 복수의 전자 밸브들(810, 820, 830) 중에서 변속 단수에 따라 제어되는 전자 밸브(822)에 관한 정보를 저장할 수 있다. 또, 메모리(320)는 복수의 전류 제어 SOC(3501, 3502, 3503)들 중에서, 변속 단수에 따라 제어되는 전자 밸브(822)와 연결된 전류 제어 SOC(3502)에 관한 정보를 저장할 수 있다. 또, 메모리(320)는 변속 단수에 따라 제어되는 전자 밸브(822)에 인가되는 전류 프로파일을 저장할 수 있다.
실시예들에 따른 유압 회로도의 설계 및 변속 제어기(300) 내 소자들의 배치에 따라, 제어되는 전자 밸브(822)는 복수일 수 있고, 이에 따라 제어되는 전자 밸브(822)에 연결된 전류 제어 SOC(3502)는 복수일 수 있다.
메인 컨트롤러(340)는, 입력부(600)를 통해 수신한 변속 단수에 따라, 메모리(320)로부터, 제어되는 전자 밸브(822), 제어되는 전자 밸브(822)가 연결된 전류 제어 SOC(3502) 및 제어되는 전자 밸브(822)에 인가되는 전류 프로파일에 관한 정보를 획득할 수 있다. 메인 컨트롤러(340)는, 제어되는 전자 밸브(822)에 연결된 전류 제어 SOC(3502)에게 제어되는 전자 밸브(822)에 관한 정보 및 전류 프로파일을 전달할 수 있다.
전류 제어 SOC(350)는 제어되는 전자 밸브(822)에게, 전류 프로파일에 따른 PWM 제어 및 디더 제어를 이용하여 전류를 출력할 수 있다. 이로써, 변속 제어기(300)는 변속 단수에 따라 복수의 전류 제어 SOC(350) 및 복수의 전자 밸브를 포함하는 다채널 전자 밸브 제어 시스템을 제어할 수 있다.
전류 제어 SOC(350)는 단일 칩 시스템으로서, 자기완결적으로 기능할 수 있는 하나의 단위체이다. 변속 제어기(300)는 필요한 변속 단수의 증가, 전자 밸브 개수의 증가 등에 따라 메인 컨트롤러(340) 및 전류 제어 SOC(350)의 성능에 대한 업그레이드가 필요한 경우, 메인 컨트롤러(340)에 연결되는 전류 제어 SOC(350)의 개수를 증가시키고, 전류 제어 SOC(350)에 연결되는 전자 밸브들을 분산시킴으로써, 변속 제어기(300)는 처리 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 프로세서들, 수단들, 회로들 및 알고리즘 단계들이 전자 하드웨어, (편의를 위해, 여기에서 "소프트웨어"로 지칭되는) 다양한 형태들의 프로그램 또는 설계 코드 또는 이들 모두의 결합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 이러한 상호 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 단계들이 이들의 기능과 관련하여 위에서 일반적으로 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 특정한 애플리케이션 및 전체 시스템에 대하여 부과되는 설계 제약들에 따라 좌우된다. 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 각각의 특정한 애플리케이션에 대하여 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있으나, 이러한 구현 결정들은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.
여기서 제시된 다양한 실시예들은 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 사용한 제조 물품(article)으로 구현될 수 있다. 용어 "제조 물품"은 임의의 컴퓨터-판독가능 장치로부터 액세스 가능한 컴퓨터 프로그램, 캐리어, 또는 매체(media)를 포함한다. 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 저장 매체는 자기 저장 장치(예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립, 등), 광학 디스크(예를 들면, CD, DVD, 등), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 장치(예를 들면, EEPROM, 카드, 스틱, 키 드라이브, 등)를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 용어 "기계-판독가능 매체"는 명령(들) 및/또는 데이터를 저장, 보유, 및/또는 전달할 수 있는 무선 채널 및 다양한 다른 매체를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
제시된 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조는 예시적인 접근들의 일례임을 이해하도록 한다. 설계 우선순위들에 기반하여, 본 발명의 범위 내에서 프로세스들에 있는 단계들의 특정한 순서 또는 계층 구조가 재배열될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 첨부된 방법 청구항들은 샘플 순서로 다양한 단계들의 엘리먼트들을 제공하지만 제시된 특정한 순서 또는 계층 구조에 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1000 트랙터
100 동력 발생 장치
200 변속 장치
300 변속 제어기
340 메인 컨트롤러
350 전류 제어 SOC
400 주행 장치
500 작업기 체결 장치
600 입력부
700 센서
800 전자 밸브

Claims (11)

  1. 사용자로부터 입력받은 변속 단수를 수신하는 통신부;
    변속 단수에 관한 정보를 저장하는 메모리;
    상기 메모리를 참조하여, 상기 변속 단수에 따라 전자 밸브를 제어하기 위한 목표 전류 프로파일을 획득하는 메인 컨트롤러; 및
    상기 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류 제어 신호를 생성하고, 상기 전류 제어 신호에 따라 상기 전자 밸브에 전류를 출력하는 전류 제어 SOC(System On Chip); 를 포함하는
    변속 제어기(Transmission Control Unit).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 SOC는,
    상기 메인 컨트롤러로부터 상기 목표 전류 프로파일을 수신하는 인터페이스, 상기 목표 전류 프로파일에 기초하여 상기 전류 제어 신호를 생성하는 프로세서 및 상기 전류 제어 신호에 따라 상기 전자 밸브에 전류를 단속적으로 출력하는 디지털 출력부(Digital Out)를 단일 칩으로 포함하는
    변속 제어기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 신호는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호 및 디더(dither) 제어 신호 중 적어도 하나를 포함하는
    변속 제어기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 SOC에는 복수의 상기 전자 밸브들이 연결되고,
    상기 메인 컨트롤러는, 상기 메모리를 참조하여 상기 복수의 전자 밸브들 중 상기 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브에 관한 정보를 획득하고,
    상기 전류 제어 SOC는 상기 미리 지정된 전자 밸브에게 상기 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류를 출력하는,
    변속 제어기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러에는 복수의 상기 전류 제어 SOC들이 연결되고,
    상기 메인 컨트롤러는, 상기 메모리를 참조하여 상기 복수의 전류 제어 SOC들 중 상기 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에 관한 정보를 획득하고, 상기 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에게 상기 목표 전류 프로파일을 전달하고,
    상기 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC는 상기 미리 지정된 전자 밸브에게 상기 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류를 출력하는,
    변속 제어기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 SOC는,
    상기 전자 밸브로부터 상기 전자 밸브에 흐르는 전류값을 수신하는 입력부를 더 포함하고,
    상기 전류값 및 상기 목표 전류 프로파일에 기초하여 상기 전류 제어 신호를 조정하는
    변속 제어기.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러는
    유압 펌프 내 오일의 유온을 측정하는 유온 센서로부터 유온값을 수신하고, 상기 유온값에 따라 필타임(fill-time)을 결정하는
    변속 제어기.
  8. 트랙터의 변속 단수를 변경하는 변속 제어기의 동작 방법으로서,
    입력부를 통해 사용자로부터 변속 단수를 입력받는 단계;
    상기 변속 제어기의 메인 컨트롤러에는 복수의 상기 전류 제어 SOC(System On Chip)들이 연결되고, 상기 복수의 전류 제어 SOC들 각각에는 복수의 상기 전자 밸브들이 연결되고, 상기 메인 컨트롤러가 상기 복수의 전자 밸브들 중 상기 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브에 관한 정보, 상기 복수의 전류 제어 SOC들 중 상기 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에 관한 정보 및 상기 미리 지정된 전자 밸브를 제어하기 위한 목표 전류 프로파일을 획득하는 단계;
    상기 메인 컨트롤러가 상기 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에게 상기 미리 지정된 전자 밸브에 관한 정보 및 상기 목표 전류 프로파일을 전달하는 단계; 및
    상기 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC는 상기 미리 지정된 전자 밸브에게 상기 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류를 출력하는 단계;를 포함하는
    변속 제어기의 동작 방법.
  9. 사용자로부터 변속 단수를 입력받는 입력부;
    상기 변속 단수에 따라 전자 밸브를 제어하기 위한 목표 전류 프로파일을 결정하는 메인 컨트롤러 및 상기 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류 제어 신호를 생성하고, 상기 전류 제어 신호에 따라 상기 전자 밸브에 전류를 단속적으로 출력하는 전류 제어 SOC(System On Chip)를 포함하는 변속 제어기;
    상기 전류 제어 SOC로부터 인가되는 전류에 따라 유압을 조절하는 전자 밸브; 및
    상기 유압에 따라 동력 전달 장치의 배치를 변경함으로써, 동력의 변속비를 조정하는 변속 장치;를 포함하는
    트랙터.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 전류 제어 SOC가 생성하는 전류 제어 신호는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호 및 디더(dither)의 제어 신호 중 적어도 하나를 포함하는
    트랙터.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 메인 컨트롤러에는 복수의 상기 전류 제어 SOC들이 연결되고, 상기 복수의 전류 제어 SOC들 각각에는 복수의 상기 전자 밸브들이 연결되고,
    상기 메인 컨트롤러는, 상기 복수의 전자 밸브들 중 상기 변속 단수에 따라 미리 지정된 전자 밸브에 관한 정보, 상기 복수의 전류 제어 SOC들 중 상기 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에 관한 정보 및 상기 미리 지정된 전자 밸브를 제어하기 위한 목표 전류 프로파일을, 상기 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC에게 전달하고,
    상기 미리 지정된 전자 밸브가 연결된 전류 제어 SOC는, 상기 미리 지정된 전자 밸브에게 상기 목표 전류 프로파일에 기초하여 전류를 출력하는,
    트랙터.
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JP2013199988A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Mitsubishi Electric Corp 変速機制御装置
JP2013204785A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Aisin Aw Co Ltd 電磁弁駆動回路の制御装置および異常診断方法
KR20190126578A (ko) * 2018-05-02 2019-11-12 주식회사 만도 브레이크 시스템 및 그 제어방법

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