KR20240020808A - 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템 및 방법 - Google Patents

건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템 및 방법 Download PDF

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김혁중
곽홍섭
서재학
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에이치디현대인프라코어 주식회사
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Abstract

본 발명은 휠의 위치를 센싱하는 앵글센서; 상기 앵글센서로부터 휠의 위치 신호를 수신하여 조향을 제어하는 VCU; 상기 VUC로부터 제어신호를 수신하여 유량의 방향을 결정하는 휠 조향 밸브; 상기 휠 조향 밸브를 통해 유입된 압유에 의해 휠 조향력을 출력하는 조향 실린더; 및 상기 조향 실린더로부터 출력된 조향력에 의해 조향되도록 움직이는 전륜 및 후륜;을 포함하는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템 및 방법{SYSTEM OF AUTOMATIC ALIGNMENT OF FONT AND REA WHEELS FOR CONSTRUCTION MACHINE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 4륜 조향 방식을 갖는 건설기계에서 전후륜 자동으로 정렬하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래 전륜과 함께 후륜을 조향하는 4륜 조향(4 wheel steering: 4WS) 방식은 전륜만 조향하는 2륜 조향(2-wheel steering: 2WS) 방식에 비해 저속에서는 회전반경을 작게 할 수 있고, 고속에서는 선회 안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
즉, 4륜 조향 방식의 경우, 저속에서는 후륜 조향각을 전륜 조향각에 대해 반대방향인 역위상으로 제어함으로써 회전반경을 축소시키게 되고, 또한 고속에서는 후륜 조향각을 전륜 조향각과 같은 방향인 동위상으로 제어함으로써 차량의 조종 안정성을 향상시키게 된다.
그런데 4륜 조향 방식을 갖는 장비는 상황에 따라 조향 방식을 2륜 조향에서 4륜 조향으로 또는 4륜 조향에서 2륜 조향으로 전환하여 사용할 필요가 있다. 4륜 조향과 2륜 조향 간 모드 변환을 위해서는 장비가 정지되어야 하고 전후륜 간 정렬이 선행되어야 한다.
또한, 도 1을 참조하면, 종래 4륜 조향 방식 장비에서는 4륜 조향과 2륜 조향 간 전환시 선행되는 전후륜 정렬을 위해서는 운전자가 직접 조향 핸들(1)을 조작하여 휠 조향밸브(2)를 통해 조향 실린더(3)로 가는 유량의 방향을 조정하였다. 종래 전후륜 정렬 시스템에서는, 4륜 조향과 2륜 조향 간 모드 변환을 위하여 액슬 정렬을 시도할 때 운전자가 직접 전후륜 정렬을 해야 하는데, 조향 휠을 빠르게 조작하는 경우 유압밸브를 동작하게 하기 위한 시간 지연으로 인해 간헐적인 액슬 정렬이 틀어지는 문제가 있었다.
한국 등록특허공보 제10-1360761호(2014.02.12.공고)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 건설기계의 액슬 센서의 고장 여부를 인지할 수 있고, 4륜 조향과 2륜 조향 간 전환시 선행되는 전/후륜 정렬이 자동으로 이루어질 수 있는 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템은, 휠의 위치를 센싱하는 앵글센서; 상기 앵글센서로부터 휠의 위치 신호를 수신하여 조향을 제어하는 VCU; 상기 VUC로부터 제어신호를 수신하여 유량의 방향을 결정하는 휠 조향 밸브; 상기 휠 조향 밸브를 통해 유입된 압유에 의해 휠 조향력을 출력하는 조향 실린더; 및 상기 조향 실린더로부터 출력된 조향력에 의해 조향되도록 움직이는 전륜 및 후륜;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 앵글센서는 센서의 동작 전범위를 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 앵글센서의 휠 위치 신호에 근거하여 전후륜 자동 정렬이 수행될 수 있다.
또한, 상기 전후륜을 자동으로 정렬하기 위해 전기조향 비례제어밸브를 제어하는 파일럿 전류신호가 발생되며 상기 앵글센서의 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 될 때까지 상기 파일럿 전류신호가 발생되어 자동 정렬이 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법은, 건설기계의 2륜 조향과 4륜 조향 간 전환 모드, 4륜 조향 크랩과 4륜 조향 라운드 간 전환 모드를 포함하는 전환 모드 중 하나의 전환 모드를 선택하는 전환 모드 선택 단계(S10); 건설기계의 전후륜 자동 정렬이 수행될 수 있게 하는 자동 정렬 활성화 단계(S20); 상기 건설기계의 전후륜 자동 정렬이 수행되기 전 선행조건으로서 장비 상태 확인 단계(S30); 조향 전기신호를 발생하여 자동 정렬을 수행하기 위한 전기조향 활성화 단계(S40); 건설기계의 액슬에 장착된 앵글센서의 휠 위치 신호에 근거하여 전륜과 후륜의 정렬을 자동으로 수행하는 자동 정렬 단계(S50); 및 상기 전후륜 자동 정렬이 완료된 이후에, 상기 전환 모드 선택 단계(S10)에서 선택된 전환 모드의 전환 동작이 이루어지는 조향모드 전환 단계(S60);를 포함할 수 있다.
상기 자동 정렬 활성화 단계(S20)에서는, 자동 정렬 스위치를 누르거나 모니터에서 자동 정렬 아이콘을 터치하여 수행될 수 있다.
상기 장비 상태 확인 단계(S30)에서는, 장비가 정지 상태에 있는지 여부를 확인할 수 있다.
상기 자동 정렬 수행 단계(S50)는, 파일럿 전류신호 송신 단계(S51), 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도인지 확인하는 단계(S52), 파일럿 전류신호 컷오프 단계(S53), 및 정렬 여부 확인 단계(S54)를 포함할 수 있다.
상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)에서는, 전후륜을 자동으로 정렬하기 위해 전기조향 비례제어밸브를 제어하는 파일럿 전류신호를 송신할 수 있다.
상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도인지 확인하는 단계(S52)에서 상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 아니면 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 될 때까지 상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)로 되돌아 갈 수 있다.
상기 파일럿 전류신호 컷오프 단계(S53)에서는 상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도이면 자동 정렬을 위한 파일럿 전류신호를 컷오프할 수 있다.
상기 정렬 여부 확인 단계(S54)에서는, 상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도임을 확인하고 파일럿 전류신호를 컷오프한 후 실제로 전후륜이 정렬되었는지 확인하며, 전후륜이 정렬되지 않은 것으로 판단되면 다시 자동 정렬을 위한 상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)로 되돌아 가고, 전후륜이 정렬된 것으로 확인되면 상기 조향 모드 전환 단계(S60)로 넘어갈 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템 및 방법에 따르면, 앵글센서를 사용함으로써 센서의 동작범위를 벗어나가나 비정상적인 신호 여부를 VCU에서 판단가능하여 센서 오류를 운전자에게 팝업으로 인지할 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 자동 정렬 모드를 실시할 수 있도록 전기 조향 장치를 채택함으로써 간단한 동작만으로 VCU에서 모드 전환을 할 수 있도록 전후륜 정렬을 직접 진행하므로 편의성이 증대되고 운전자의 조향핸들 조작 속도 편차에 따른 정렬의 틀어짐 오류 발생을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 건설기계의 전후륜 정렬 시스템을 설명하는 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템을 설명하는 개략도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 휠굴착기와 같은 건설기계의 4륜 조향 방식을 갖는 장비에서 조향 방식을 2륜 조향에서 4륜 조향으로 또는 4륜 조향에서 2륜 조향으로 전환하기 위해 선행되어야 하는 전후륜 정렬이 자동으로 구현되도록 한다.
본 발명에 따르면, 액슬에 장착되어 바퀴의 움직임을 센싱하는 액슬 센서로서 앵글센서를 채택하여 센서 동작 전범위를 모니터링하고 이를 통해 센서의 고장 여부를 차량에서 판단하고 고객에게 피드백할 수 있다.
또한, 본 발명은 조향 레버의 전기신호로 조향이 가능하게 하는 전기조향 장치를 활용하여 4륜 조향과 2륜 조향 간 전환시 운전자가 수동으로 차량 바퀴를 정렬하는 문제 및 수동 정렬 중 발생할 수 있는 정렬 틀어짐 문제를 개선할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템은, 휠의 위치를 센싱하는 앵글센서(10), 상기 앵글센서(10)로부터 휠의 위치 신호를 수신하여 조향을 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit)(20), 상기 VUC(20)로부터 제어신호를 수신하여 유량의 방향을 결정하는 휠 조향 밸브(40), 상기 휠 조향 밸브(40)를 통해 유입된 압유에 의해 휠 조향력을 출력하는 조향 실린더(50), 상기 조향 실린더(50)로부터 출력된 조향력에 의해 조향되도록 움직이는 전륜 및 후륜을 갖는 휠(60)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 VUC(20)로부터 제어신호를 수신하여 조향 신호를 출력하는 전기 조향 장치(30)를 더 포함할 수 있으며, 상기 휠 조향 밸브(40)는 상기 전기 조향 장치(30)로부터 조향 전기신호를 수신하여 유량의 방향을 결정할 수 있다.
상기 앵글센서(10)는 센서 동작 전범위를 모니터링할 수 있고, 이를 통해 센서의 고장 여부를 차량에서 판단하고 고객에게 피드백할 수 있다. 즉, 상기 앵글센서를 사용하면 동작범위를 벗어났거나 비정상적인 신호 여부를 VCU에서 판단 가능하므로 센서 오류를 운전자에게 팝업을 통해 인지할 수 있게 한다.
본 발명에서는 전기 조향 장치(30)를 채택함으로써 운전자가 조향 모드를 변환하기 위해 직접 조향 핸들을 조작하지 않고도 간단한 스위치 또는 모니터의 터치 명령으로 차량의 전후륜을 정렬할 수 있다.
전후륜 자동 정렬은 앵글센서의 휠 위치 신호에 근거하여 수행된다. 전후륜을 자동으로 정렬하기 위해 전기조향 비례제어밸브를 제어하는 파일럿 전류신호를 발생하며 앵글센서의 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 될 때까지 상기 파일럿 전류신호를 발생하여 자동 정렬을 수행한다. 여기서 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도는 통상 0도로 설정할 수 있으며, 임의의 다른 각도로 설정할 수도 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법을 설명한다.
도 3에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법은, 전환 모드 선택 단계(S10), 자동 정렬 활성화 단계(S20), 장비 상태 확인 단계(S30), 전기조향 활성화 단계(S40), 자동 정렬 단계(S50), 조향모드 전환 단계(S60)를 포함한다.
상기 전환 모드 선택 단계(S10)는 2륜 조향에서 4륜 조향으로 전환 모드, 4륜 조향에서 2륜 조향으로 전환 모드, 4륜 조향 크랩과 4륜 조향 라운드 간 전환 모드 중 하나의 모드를 선택하는 단계이며, 전환 모드 선택은 운전자에 의해 행해진다. 여기서, 4륜 조향 크랩 모드는 전륜과 후륜 축 모두가 한 방향으로 꺽여져서 마치 게걸음과 같이 이동하게 하는 모드이고, 4륜 조향 라운드 모드는 전륜과 후륜 축이 서로 반대 방향으로 꺽여져서 원형으로 회전 이동할 수 있게 하는 모드다.
상기 자동 정렬 활성화 단계(S20)는, 자동 정렬 스위치를 누르거나 모니터에서 자동 정렬 아이콘을 터치함으로써 자동 정렬이 수행될 수 있게 활성화하는 단계다.
상기 장비 상태 확인 단계(S30)는, 자동 정렬이 수행되기 전에 장비의 상태를 확인하는 단계로서, 장비가 정지 상태에 있는지를 확인한다. 자동 정렬이 수행되기 위한 선행조건으로서 정지 상태에 있어야 한다. 부가적으로 장비의 파킹이 해제되었는지 여부와 장비가 평지에 정차되어 있는지 여부를 더 확인할 수도 있다. 파킹 해제 여부는 파킹 신호로 확인하고, 정지 여부는 속도 센서 신호로 확인하고, 평지에 정치되었는지 여부는 가속도 센서 신호로 확인할 수 있다.
상기 전기조향 활성화 단계(S40)는, 전기조향 선택 스위치를 눌러서 전기조향이 활성화되는 단계다.
상기 자동 정렬 수행 단계(S50)는, 앵글센서의 휠 위치 신호에 근거하여 전륜과 후륜의 정렬을 자동으로 수행하는 단계다.
상기 조향 모드 전환 단계(S60)는, 상기 자동 정렬 수행 단계(S50)에서 전륜과 후륜이 정렬된 이후에, 2륜 조향과 4륜 조향 간 전환의 경우 2륜 조향 과 4륜 조향 간 전환을 위한 솔레이노 밸브의 전환 동작이 이루어지고, 4륜 조향에서 크랩 모드와 라운드 모드 간 전환의 경우 크랩 모드와 라운드 모드 간 전환을 위한 솔레노이즈 밸브의 전환 동작이 이루어진다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법에 따르면, 상기 자동 정렬 수행 단계(S50)는 도 4에 도시된 바와 같이 파일럿 전류신호 송신 단계(S51), 앵글센서 출력값이 전후륜 정렬에 해당하는 각도인지 확인하는 단계(S52), 파일럿 전류신호 컷오프 단계(S53), 정렬 여부 확인 단계(S54)를 포함한다.
상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)는, 전후륜을 자동으로 정렬하기 위해 전기조향 비례제어밸브를 제어하는 파일럿 전류신호를 송신하는 단계다.
상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도인지 확인하는 단계(S52)는 앵글센서의 센싱 결과 휠의 위치가 정렬 위치에 해당하는 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도인 것을 확인하는 단계다. 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 아니면 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 될 때까지 상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)로 되돌아간다. 여기서, 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도는 통상 0도로 설정할 수 있으며, 임의의 다른 각도로 설정할 수도 있다.
상기 파일럿 전류신호 컷오프 단계(S53)는 상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도이면 자동 정렬을 위한 파일럿 전류신호를 컷오프하는 단계이다.
상기 정렬 여부 확인 단계(S54)는 상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도임을 확인하고 파일럿 전류신호를 컷오프한 후 실제로 전후륜이 정렬되었는지 확인하는 단계이다. 전후륜이 정렬되지 않은 것으로 판단되면 다시 자동 정렬을 위한 상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)로 되돌아 가고, 전후륜이 정렬된 것으로 확인되면 상기 조향 모드 전환 단계(S60)로 넘어간다.
이상 설명한 본 발명에 따른 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템 및 방법에 따르면, 종래 운전자가 전후륜을 정렬하는 과정에서 정렬이 완료되지 않은 상황이 발생해도 운전자가 어떤 문제가 발생했는지 인지하기 어려웠으나, 앵글센서를 사용함으로써 센서의 동작범위를 벗어나가나 비정상적인 신호 여부를 VCU에서 판단가능하여 센서 오류를 운전자에게 팝업으로 인지할 수 있게 한다.
또한, 종래에는 4륜 조향과 2륜 조향 간 모드 전환을 위해서 운전자가 모드 전환 스위치를 활성화한 이후 직접 차량 정렬을 실시하였으나, 자동 정렬 모드를 실시할 수 있도록 전기 조향 장치를 채택함으로써 간단한 동작만으로 VCU에서 모드 전환을 할 수 있도록 전후륜 정렬을 직접 진행하므로 편의성이 증대되고 운전자의 조향핸들 조작 속도 편차에 따른 정렬의 틀어짐 오류 발생을 현저히 줄일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 조향 핸들
2: 휠 조향 밸브
3: 조향 실린더
4: 휠
10: 앵글센서
20: VCU
30: 전기 조향 장치
40: 휠 조향 밸브
50: 조향 실린더
60: 휠

Claims (12)

  1. 휠의 위치를 센싱하는 앵글센서;
    상기 앵글센서로부터 휠의 위치 신호를 수신하여 조향을 제어하는 VCU;
    상기 VUC로부터 제어신호를 수신하여 유량의 방향을 결정하는 휠 조향 밸브;
    상기 휠 조향 밸브를 통해 유입된 압유에 의해 휠 조향력을 출력하는 조향 실린더; 및
    상기 조향 실린더로부터 출력된 조향력에 의해 조향되도록 움직이는 전륜 및 후륜;을 포함하는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 앵글센서는 센서의 동작 전범위를 모니터링할 수 있는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 앵글센서의 휠 위치 신호에 근거하여 전후륜 자동 정렬이 수행되는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전후륜을 자동으로 정렬하기 위해 전기조향 비례제어밸브를 제어하는 파일럿 전류신호가 발생되며 상기 앵글센서의 출력값이 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 될 때까지 상기 파일럿 전류신호가 발생되어 자동 정렬이 수행되는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 시스템.
  5. 건설기계의 2륜 조향과 4륜 조향 간 전환 모드, 4륜 조향 크랩과 4륜 조향 라운드 간 전환 모드를 포함하는 전환 모드 중 하나의 전환 모드를 선택하는 전환 모드 선택 단계(S10);
    건설기계의 전후륜 자동 정렬이 수행될 수 있게 하는 자동 정렬 활성화 단계(S20);
    상기 건설기계의 전후륜 자동 정렬이 수행되기 전 선행조건으로서 장비 상태 확인 단계(S30);
    조향 전기신호를 발생하여 자동 정렬을 수행하기 위한 전기조향 활성화 단계(S40);
    건설기계의 액슬에 장착된 앵글센서의 휠 위치 신호에 근거하여 전륜과 후륜의 정렬을 자동으로 수행하는 자동 정렬 단계(S50); 및
    상기 전후륜 자동 정렬이 완료된 이후에, 상기 전환 모드 선택 단계(S10)에서 선택된 전환 모드의 전환 동작이 이루어지는 조향모드 전환 단계(S60);
    를 포함하는 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자동 정렬 활성화 단계(S20)는, 자동 정렬 스위치를 누르거나 모니터에서 자동 정렬 아이콘을 터치하여 수행되는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 장비 상태 확인 단계(S30)는, 장비가 정지 상태에 있는지 여부를 확인하는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자동 정렬 수행 단계(S50)는, 파일럿 전류신호 송신 단계(S51), 앵글센서 출력값이 전후륜 정렬에 해당하는 각도인지 확인하는 단계(S52), 파일럿 전류신호 컷오프 단계(S53), 및 정렬 여부 확인 단계(S54)를 포함하는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)는, 전후륜을 자동으로 정렬하기 위해 전기조향 비례제어밸브를 제어하는 파일럿 전류신호를 송신하는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 앵글센서 출력값이 전후륜 정렬에 해당하는 각도인지 확인하는 단계(S52)에서 상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 아니면 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도가 될 때까지 상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)로 되돌아 가는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 파일럿 전류신호 컷오프 단계(S53)는 상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도이면 자동 정렬을 위한 파일럿 전류신호를 컷오프하는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정렬 여부 확인 단계(S54)에서는, 상기 앵글센서 출력값이 상기 전후륜 정렬에 해당하는 각도임을 확인하고 파일럿 전류신호를 컷오프한 후 실제로 전후륜이 정렬되었는지 확인하며, 전후륜이 정렬되지 않은 것으로 판단되면 다시 자동 정렬을 위한 상기 파일럿 전류신호 송신 단계(S51)로 되돌아 가고, 전후륜이 정렬된 것으로 확인되면 상기 조향 모드 전환 단계(S60)로 넘어가는, 건설기계의 전후륜 자동 정렬 방법.
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