WO2019112339A1 - 건설기계의 휠 슬립 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

건설기계의 휠 슬립 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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WO2019112339A1
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wheel
construction machine
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서현재
김경근
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두산인프라코어 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for controlling a wheel slip of a construction machine, and more particularly, to a wheel slip control apparatus and method of a construction machine for controlling slippage of a wheel, .
  • the generator produces electric energy and supplies it to an electric motor.
  • the electric motor generates a drive torque to drive a plurality of wheels.
  • the object of the wheel drive system of the general hybrid vehicle is in general driving.
  • the construction machine having the hybrid drive system must perform the high-load operation frequently while performing the general travel. Therefore, the plurality of wheels included in the construction machine having the hybrid drive system are driven by a plurality of motors, respectively, and the wheels can operate at a high torque according to the working environment.
  • the construction machine may cause tire slip due to the separation between the rear wheel and the ground during the excavation work, and tire slip may occur due to the fact that the rotational speed of the tire can not be automatically changed when steering.
  • the present invention has been conceived to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to reduce the consumption of expensive tires by controlling the slip of the wheel in real time, To a wheel slip control device and a control method of a construction machine.
  • an apparatus for controlling a wheel slip of a construction machine including: a sensor unit for sensing a speed and a torque of a motor for driving a wheel of a construction machine; A slip control unit for controlling the slip of the wheel through a speed and a torque of the motor sensed by the sensor unit; And a driving unit for driving the motor according to the torque of the motor set by the slip control unit.
  • the sensor unit includes a motor speed sensing unit for sensing the speed of each motor; And a motor torque sensing unit for sensing torque of each motor.
  • the motor speed sensing unit and the motor torque sensing unit sense the speed and torque of each motor formed on the front left side, the front right side, the rear left side, and the rear right side.
  • the slip control unit calculates the speed difference between the front motor and the rear motor on either side of the left or right side when the construction machine performs the excavating operation and sets the torque of the corresponding motor according to the speed difference.
  • the torque of the rear motor is set when the speed difference is smaller than a negative value of the preset rpm.
  • the torque of the motor is not set when the speed difference is in the range between the predetermined amount of rpm and the preset sound of rpm.
  • the torque of the front motor is set when the speed difference is larger than the predetermined amount of rpm.
  • the slip control unit sets the torque of the motor on either the left or the right side according to the steering angle when the construction machine steers the slip control unit. .
  • the torque of the motor on the left side or the right side is set when the steering angle is a positive number and the torque of the motor on the other side of the left side or the right side is set when the steering angle is negative.
  • an apparatus for controlling a wheel slip of a construction machine including: a sensor unit for sensing a speed and a torque of a motor for driving a wheel of a construction machine; A slip control unit for controlling the slip of the wheel through a speed and a torque of the motor sensed by the sensor unit; And a drive unit for driving the motor in accordance with the torque of the motor set by the slip control unit.
  • the sensor unit includes a motor speed detection unit for detecting a speed of each motor formed in the front left, front right, rear left, and rear right, part; And a motor torque sensing unit for sensing a torque of each of the motors, wherein the slip control unit calculates a speed difference between a front motor and a rear motor on either side of the left or right side when the construction machine performs excavation work And sets the torque of the motor in accordance with the speed difference.
  • a wheel slip control method for a construction machine comprising: receiving a speed and a torque of each motor for driving a wheel of a construction machine; Calculating a speed difference between the front motor and the rear motor on either side of the left or right side; And setting a torque of each motor according to the speed difference.
  • the torque of the rear motor is set when the speed difference is smaller than the negative value of the preset rpm in the step of setting the torque of each motor.
  • the torque of the motor is not set when the speed difference is in the range between the preset rpm and the predetermined preset rpm in the step of setting the torque of each motor.
  • the torque of each of the front wheels is set when the speed difference is larger than the predetermined amount of rpm in the step of setting the torque of each motor.
  • the torque of the motor on the left side or the right side is set when the steering angle is a positive number and the torque of the motor on the other side of the left side or the right side is set when the steering angle is negative.
  • the present invention it is possible to reduce the consumption of expensive tires by controlling in real time so that slippage does not occur when the excavation work is performed, when the ramp is turned on, and when the vehicle is steered, and unnecessary energy is not wasted.
  • FIG. 1A is a view showing an example of a construction machine
  • FIG. 1B is a sectional view showing a wheel drive system of a construction machine.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an apparatus for controlling wheel slip of a construction machine according to the present invention.
  • FIG. 3 is a control logic showing a wheel slip control method of a construction machine according to the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing an embodiment of the control method according to FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing another embodiment of the control method according to FIG.
  • FIG. 1A is a view showing an example of a construction machine
  • FIG. 1B is a sectional view showing a wheel drive system of a construction machine.
  • the construction machine includes a generator 70 connected to the engine 50 to generate electric energy, a generator 70 connected to the generator 50 for controlling the motors 11, 13, 15, The front wheels 31 and 33 and the front hubs 21 and 21 for reducing the revolution speed (rpm) of the motors 11 and 13 and the rpm of the motors 11 and 13 and increasing the torque, The front axle 41 and the rear wheels 35 and 37 on which the rear wheels 25 and 23 are mounted and the rear hubs 25 and 25 for reducing the rpm of the motors 15 and 17 and the rpm, 27 mounted on the rear axle 43 are mounted.
  • the wheel includes a front left wheel 31, a front right wheel 33, a rear left wheel 35 and a rear right wheel 37.
  • the motor includes a front left motor 11, a front right motor 13, A left motor 15, and a rear right motor 17.
  • the construction machine can be driven by AWD, and by driving each motor by controlling its own characteristics, unlike a general construction machine, a propeller shaft or a differential gear is not provided. Slip may occur.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a wheel slip control apparatus for a construction machine according to the present invention for preventing the occurrence of such wheel slip.
  • the construction machine according to the present invention can be driven by AWD (All Wheel Drive).
  • the wheel slip control apparatus 100 of the construction machine includes sensor units 110 and 120 for sensing speed and torque of a motor of a construction machine, A slip control unit 140 for controlling the slip of the wheel through the speed of the motor, and a driving unit 150 for driving the wheel according to the torque of the corresponding wheel set by the slip control unit 140.
  • the sensor units 110 and 120 are connected to the sleep control unit 140 in a wireless or wired manner and transmit corresponding data indicating the state of the vehicle to the sleep control unit 140.
  • the sensor units 110 and 120 include a motor speed sensing unit 110 for sensing the speed of the motor and a motor torque sensing unit 120 for sensing the torque of each motor.
  • the motor speed sensing unit 110 senses the speeds of the front left motor 11, the front right motor 13, the rear left motor 15 and the rear right motor 17, .
  • the motor torque sensing unit 120 senses the torques of the front left motor 11, the front right motor 13, the rear left motor 15 and the rear right motor 17 and outputs the torque to the slip control unit 140 .
  • the slip control unit 140 controls the wheel slip of the construction machine.
  • the slip control unit 140 calculates the speed difference between the front motor and the rear motor and controls the slip of the wheel according to the speed difference when the construction machine performs excavation work or raises the ramp.
  • the slip control unit 140 calculates the speed difference between the front motor and the rear motor on either the left or right side and controls the torque of the corresponding motor according to the speed difference.
  • X rpm is a preset value and can be set differently depending on the type of the construction machine, the state of the ground, and the like.
  • the slip control unit 140 determines that slip has occurred and sets the torque of the rear motor on the side. At this time, the slip control unit 140 controls the torque of the rear motor to be set small as the speed difference increases in the negative direction.
  • the wheel slip phenomenon of the rear wheel can be eliminated by reducing the torque of the rear wheel on the side where the wheel slip has occurred.
  • the slip control unit 140 determines that slip has occurred even when the speed difference is greater than X rpm and sets the torque of the front side motor on the side. At this time, the slip control unit 140 controls the torque of the front motor to be set small as the speed difference increases in the positive direction.
  • the wheel slip phenomenon of the front wheel can be eliminated by reducing the torque of the front wheel on the side of the wheel slip issued by the control.
  • the sensor unit of the wheel slip control apparatus 100 of the construction machine may include a steering angle sensing unit 130 for sensing the steering angle of the construction machine.
  • the steering angle sensing unit 130 senses an actual steering angle based on the rotation radius of the wheel of the construction machine formed by the front vehicle unit 2 and the rear vehicle unit 3, the speed and torque of each motor, And detects the steered angle of the construction machine and transmits the detected angle to the slip control unit 140.
  • the steering angle sensing unit 130 senses the steering angle of the construction machine through an angle sensor and a steering gear angle sensor configured to sense an angle between the front vehicle unit 2 and the rear vehicle unit 3, 140).
  • the slip control unit 140 controls the slip of the wheel according to the steering angle when the construction machine is steered.
  • the slip control unit 140 can simultaneously control the slip of the wheel so that the slip does not occur even when the steering and excavation operations are performed simultaneously or when the steering wheel and the ramp are simultaneously operated.
  • the torque of the motor of either the left or right side is set according to the steering angle.
  • the slip control unit 140 controls the torque of the left motor to be set small.
  • the wheel slip phenomenon of the left wheel can be solved by reducing the torque of the left motor caused by the wheel slip.
  • the slip control unit 140 controls the torque of the right-side motor to be set small.
  • the wheel slip phenomenon of the right wheel can be solved by reducing the torque of the right motor in which the wheel slip has occurred.
  • the slip control unit 140 can set the torque of the motor according to the range of the steering angle as shown in FIG.
  • the slip control unit determines that slip does not occur when the steering angle is within the above range.
  • the X angle is a predetermined value and can be set differently depending on the type of the construction machine, the state of the ground, and the like.
  • the slip control unit 140 can control the torque of the left motor to be set to be small. In this case, .
  • the maximum steering angle and the torque reduction rate A% can be set differently depending on the type of construction machine, the ground condition, the form of the ground, and the like.
  • the slip control unit 140 can control the torque of the right motor to be set to a small value. In this case, the torque of the right motor is increased up to the maximum torque Can be reduced.
  • the driving unit 150 drives the torque of the motor according to the torque of the motor set by the slip control unit 140.
  • a construction machine working at a construction site can perform work under harsh conditions such as different grounds, sloping grounds, and soft ground, and a construction machine such as a wheel loader can load a construction material with high load on a bucket.
  • a wheel slip may continuously occur in a construction machine operating under these conditions.
  • the wheel slip is controlled not to occur in each condition.
  • FIG. 3 is a control logic showing a wheel slip control method of a construction machine according to the present invention.
  • the method for controlling wheel slip of a construction machine includes the steps of receiving a speed and a torque of each motor of a construction machine (S110) A step S130 of calculating the speed difference of the motor and a step S140 of setting the torque of each motor according to the speed difference.
  • the step S130 of calculating the speed difference between the front motor and the rear motor on either side of the left or right side is mainly for controlling the slip of the wheel during excavation work or calculating the speed difference so as to control the slip of the wheel, can do.
  • step S140 of setting the torque of each motor according to the speed difference when the construction machine performs excavation without steering, the speed difference between the front motor and the rear motor on either side of the left or right side is calculated, The torque of the corresponding motor is set.
  • X rpm is a preset value and can be set differently depending on the type of the construction machine, the state of the ground, and the like.
  • R '(R) .Q' shown on the left side of FIG. 4 is an abbreviation of Rear Right Motor Torque as a rear right motor torque
  • FL (R) .Q 'shown on the right side is a front right
  • FIG. 4 which is an abbreviation of motor torque
  • the slip control unit 140 controls the torque of the rear motor to be set small as the speed difference increases in the negative direction.
  • the wheel slip phenomenon of the rear wheel can be eliminated by reducing the torque of the rear wheel on the side where the wheel slip has occurred.
  • the slip control unit 140 controls the torque of the front motor to be set small as the speed difference increases in the positive direction.
  • the method for controlling the wheel slip of the construction machine according to the present invention may further include a step (S120) of determining whether the construction machine is steered after receiving the speed and torque of each motor.
  • step of setting the torque of the motor on either the left or right side according to the steering angle (S160) is preceded by the step of receiving the steering angle (S150).
  • the slip control unit 140 can control slippage in the wheel when there is only steering, only excavation without steering, and when there is only a slope back plate without steering. Also, simultaneous control is possible so that slippage does not occur even if the steering and excavation work are simultaneously performed or the steering wheel and the ramp are simultaneously operated.
  • the slip control unit 140 may control the left motor to be set to a smaller torque (S167).
  • the torque of the left motor The wheel slip phenomenon of the left wheel can be solved.
  • the slip control unit 140 can control the torque of the right motor to be set to be small (S169) The wheel slip phenomenon of the right wheel can be solved.
  • the slip control unit 140 can set the torque of the motor according to the range of the steering angle as shown in FIG.
  • the slip control unit S140 determines that slip does not occur when the steering angle is within the above range.
  • the X angle is a predetermined value and can be set differently depending on the type of the construction machine, the state of the ground, and the like.
  • F.L.Q.Q.R.L.Q.Q. shown on the left side of FIG. 5 denotes the torque of the front and rear left motors
  • F.R.Q.R.Q.R.R.Q.Q. denotes the torque of the front and rear right motors.
  • the slip control unit 140 can control the torque of the left motor to be set to be small. In this case, .
  • the maximum steering angle and the torque reduction rate A% can be set differently depending on the type of construction machine, the ground condition, the form of the ground, and the like.
  • the slip control unit 140 can control the torque of the right motor to be set to a small value. In this case, the torque of the right motor is increased up to the maximum torque Can be reduced. According to the above control, the present invention can reduce the consumption of expensive tires by controlling the wheels in real time so as to prevent slippage, and unnecessary energy is not wasted.

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Abstract

건설기계의 휠 슬립 제어 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 장치는, 건설기계의 휠을 구동시키는 모터의 속도와 토크를 감지하는 센서부; 센서부에서 감지된 모터의 속도와 토크를 통해 휠의 슬립을 제어하는 슬립 제어부; 및 슬립 제어부에서 설정된 해당 모터의 토크에 따라 모터를 구동시키는 구동부;를 포함한다.

Description

건설기계의 휠 슬립 제어 장치 및 제어 방법
본 발명은 건설기계의 휠 슬립 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건설기계의 굴삭작업 수행시와 조향시 발생할 수 있는 휠의 슬립이 감소하도록 제어하는 건설기계의 휠 슬립 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 엔진과 발전기를 동력원으로 각각 이용하는 하이브리드 구동 시스템에 대한 연구가 증가하는 추세이다. 일반 하이브리드 자동차에 있어서, 상기 발전기는 전기에너지를 생산하여 하나의 전동기에 공급한다. 상기 전동기는 구동토크를 발생하여 다수개의 휠들을 구동할 수 있다.
상기 일반 하이브리드 자동차의 휠 구동 시스템의 목적은 일반 주행에 있다. 이와는 달리, 상기 하이브리드 구동 시스템을 갖는 건설기계는 상기 일반 주행을 수행하면서 동시에 고하중 작업을 빈번히 수행해야 한다. 따라서, 상기 하이브리드 구동 시스템을 갖는 상기 건설기계에 포함된 다수개의 휠들은 다수개의 전동기들에 의해 각각 구동되며, 상기 휠들은 작업 환경에 따라 높은 토크를 지면에 작용할 수 있다.
특히 상기 하이브리드 구동 시스템을 갖는 건설기계 중 풀타임 사륜구동 방식인 AWD(All Wheel Drive)로 구동되는 건설기계는 각 전동기(모터)가 독립적으로 구동되므로 일반 건설기계와 달리 프로펠러 샤프트(propeller shaft)나 디퍼렌셜 기어를 구비하지 않는다.
이에 따라, 상기 건설기계는 굴삭작업 수행 시 뒷바퀴와 지면과의 이격에 따른 타이어 슬립이 발생할 수 있으며, 조향 시 자동으로 타이어의 회전수를 변경하지 못함에 따른 타이어 슬립이 발생할 수 있다.
이에, 고가의 타이어 소모량을 줄이고 불필요하게 소모되어 건설기계의 연비를 저하시키지 않도록 하기 위해 건설기계의 타이어 슬립 제어가 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 굴삭작업 수행 시, 경사로 등판 시, 조향 시, 휠의 슬립을 실시간으로 제어하여 고가의 타이어의 소모량을 줄일 수 있으며, 불필요하게 에너지가 낭비되지 않도록 하는, 건설기계의 휠 슬립 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 장치는, 건설기계의 휠을 구동시키는 모터의 속도와 토크를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 감지된 상기 모터의 속도와 토크를 통해 휠의 슬립을 제어하는 슬립 제어부; 및 상기 슬립 제어부에서 설정된 해당 모터의 토크에 따라 모터를 구동시키는 구동부;를 포함한다.
상기 센서부는, 각 모터의 속도를 감지하는 모터 속도 감지부; 및 각 모터의 토크를 감지하는 모터 토크 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터 속도 감지부와 상기 모터 토크 감지부는, 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 후방 우측에 각각 형성된 각 모터의 속도와 토크를 감지하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬립 제어부는 상기 건설기계가 굴삭작업을 수행할 경우, 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하여 상기 속도차에 따라 해당 모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 속도차가 기설정 rpm의 음수보다 작을 경우, 상기 어느 일측의 후방모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 속도차가 기설정 양의 rpm과 기설정 음의 rpm 사이의 범위에 있을 경우, 모터의 토크를 미설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 속도차가 기설정 양의 rpm 보다 클 경우, 상기 어느 일측의 전방모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부는, 상기 건설기계의 조향각을 감지하는 조향각 감지부;를 포함하며, 상기 슬립 제어부는 상기 건설기계가 조향하는 경우, 조향각에 따라 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 조향각이 양수일 경우 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하고, 상기 조향각이 음수일 경우 좌측 또는 우측 중 타측의 모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 장치는, 건설기계의 휠을 구동시키는 모터의 속도와 토크를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 감지된 상기 모터의 속도와 토크를 통해 휠의 슬립을 제어하는 슬립 제어부; 및 상기 슬립 제어부에서 설정된 해당 모터의 토크에 따라 모터를 구동시키는 구동부;를 포함하며, 상기 센서부는, 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 후방 우측에 각각 형성된 각 모터의 속도를 감지하는 모터 속도 감지부; 및 상기 각 모터의 토크를 감지하는 모터 토크 감지부;를 포함하며, 상기 슬립 제어부는 상기 건설기계가 굴삭작업을 수행하는 경우, 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하여 상기 속도차에 따라 해당 모터의 토크를 설정한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 방법은, 건설기계의 휠을 구동시키는 각 모터의 속도 및 토크를 수신하는 단계; 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하는 단계; 및 상기 속도차에 따라 각 모터의 토크를 설정하는 단계;를 포함한다.
각 모터의 토크를 설정하는 단계에서, 상기 속도차가 기설정 rpm의 음수보다 작을 경우, 상기 어느 일측의 후방모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 한다.
각 모터의 토크를 설정하는 단계에서, 상기 속도차가 기설정 양의 rpm과 기설정 음의 rpm 사이의 범위에 있을 경우, 모터의 토크를 미설정하는 것을 특징으로 한다.
각 모터의 토크를 설정하는 단계에서, 상기 속도차가 기설정 양의 rpm 보다 클 경우, 상기 어느 일측의 전방모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 모터의 속도 및 토크를 수신 후, 상기 건설기계의 조향여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 조향여부를 판단하는 단계에서 조향이 있는 경우, 조향각에 따라 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 조향각이 양수일 경우 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하고, 상기 조향각이 음수일 경우 좌측 또는 우측 중 타측의 모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 굴삭작업 수행 시, 경사로 등판 시, 조향 시, 휠에 슬립이 발생하지 않도록 실시간으로 제어하여 고가의 타이어의 소모량을 줄일 수 있으며, 불필요하게 에너지가 낭비되지 않도록 한다.
도 1a는 건설기계의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 1b는 건설기계의 휠 구동 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 방법을 나타내는 제어로직이다.
도 4는 도 3에 따른 제어 방법의 일 실시예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 3에 따른 제어 방법의 다른 실시예를 나타내는 그래프이다.
[부호의 설명]
100: 건설기계의 휠 슬립 제어 장치
110: 모터 속도 감지부
120: 모터 토크 감지부
130: 조향각 감지부
140: 슬립 제어부
150: 구동부
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1a는 건설기계의 일 예를 나타내는 도면이며, 도 1b는 건설기계의 휠 구동 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 1b를 참조할 때, 건설기계는 엔진(50)에 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기(70), 발전기(70)에 연결되어 각 모터(11,13,15,17)를 제어하며 에너지 저장부(90)에 연결되는 인버터(80), 전방 휠(31,33)과 모터(11,13) 및 모터(11, 13)의 분당 회전수(rpm)을 줄이고 토크를 증대하는 전방 허브(21, 23)가 탑재되는 전방 액슬(41), 후방 휠(35,37)과 모터(15,17) 및 모터(15, 17)의 회전수(rpm)을 줄이고 토크를 증대하는 후방 허브(25, 27)가 탑재되는 후방 액슬(43)을 포함한다.
휠은 전방 좌측 휠(31), 전방 우측 휠(33), 후방 좌측 휠(35), 후방 우측 휠(37)을 포함하며, 모터는 전방 좌측 모터(11), 전방 우측 모터(13), 후방 좌측 모터(15), 후방 우측 모터(17)를 포함한다.
이와 같이 상기 건설기계는 AWD로 구동될 수 있으며, 그 특성상 각 모터를 각각 제어함으로써 구동하므로 일반 건설기계와 달리 프로펠러 샤프트(propeller shaft)나 디퍼렌셜 기어를 구비하지 않아 굴삭 작업 수행 시나 조향 시에 휠의 슬립이 발생할 수 있다.
도 2는 이러한 휠 슬립의 발생을 방지하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에 따른 건설기계는 AWD(All Wheel Drive)로 구동될 수 있다.
도 2를 참조할 때, 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 장치(100)는 건설기계의 모터의 속도와 토크를 감지하는 센서부(110, 120), 센서부(110, 120)에서 감지된 상기 모터의 속도를 통해 휠의 슬립을 제어하는 슬립 제어부(140), 슬립 제어부(140)에서 설정된 해당 휠의 토크에 따라 휠을 구동시키는 구동부(150)를 포함한다.
센서부(110, 120)는 슬립 제어부(140)와 무선 또는 유선으로 연결되어, 슬립 제어부(140)로 차량의 상태를 나타내는 해당 데이터를 전송한다.
센서부(110, 120)는 모터의 속도를 감지하는 모터 속도 감지부(110), 각 모터의 토크를 감지하는 모터 토크 감지부(120)를 포함한다.
모터 속도 감지부(110)는 전방 좌측 모터(11), 전방 우측 모터(13), 후방 좌측 모터(15), 후방 우측 모터(17)의 속도를 각각 감지하여 슬립 제어부(140)로 모터의 속도를 전송한다.
모터 토크 감지부(120)는 전방 좌측 모터(11), 전방 우측 모터(13), 후방 좌측 모터(15), 후방 우측 모터(17)의 토크를 각각 감지하여 슬립 제어부(140)로 모터의 토크를 전송한다.
슬립 제어부(140)는 건설기계의 휠 슬립을 제어한다.
즉, 슬립 제어부(140)는 건설기계가 굴삭작업을 수행하거나 경사로를 등판할 경우, 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하고, 그 속도차에 따라 휠의 슬립을 제어하게 된다.
슬립 제어부(140)는 건설기계가 굴삭작업을 수행할 경우, 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하여 상기 속도차에 따라 해당 모터의 토크를 설정하도록 제어한다.
슬립 제어부(140)는 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차의 범위가 도 4와 같이 미리 설정된 범위(즉, -X rpm ≤ 속도차 ≤ X rpm) 내에 있으면, 휠의 토크가 그대로 유지되도록 제어한다.
여기서, X rpm은 미리 설정된 값으로, 건설기계의 종류, 지반의 상태 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
속도차가 상기 범위 내에 있으면, 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
그러나, 속도차가 상기 범위 밖(속도차 ＜ -X rpm, 속도차 ＞ X rpm)에 있으면, 슬립이 발생한 것으로 판단하여 해당 측의 전방 모터 또는 후방 모터의 토크를 설정하게 된다.
슬립 제어부(140)는 속도차 ＜ -X rpm인 경우, 슬립이 발생한 것으로 판단하여, 해당 측의 후방 모터의 토크를 설정하게 된다. 이 때, 슬립 제어부(140)는 속도차가 음의 방향으로 증가할수록 후방 모터의 토크를 작게 설정하도록 제어한다.
상기 제어에 의해 휠 슬립이 발생한 해당 측의 후방 휠의 토크를 감소시킴으로써 후방 휠의 휠 슬립 현상을 해소시킬 수 있다.
슬립 제어부(140)는 속도차 ＞ X rpm인 경우에도 슬립이 발생한 것으로 판단하여, 해당 측의 전방 모터의 토크를 설정하게 된다. 이 때, 슬립 제어부(140)는 속도차가 양의 방향으로 증가할수록 전방 모터의 토크를 작게 설정하도록 제어한다.
상기 제어에 의해 휠 슬립이 발행한 해당 측의 전방 휠의 토크를 감소시킴으로써 전방 휠의 휠 슬립 현상을 해소시킬 수 있다.
이에 본 발명에 따르면, 휠 슬립 현상이 해소됨으로써 불필요한 에너지의 소모를 해소할 수 있으며, 건설기계의 특성상 고가의 타이어의 마모를 줄일 수 있게 된다.
본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 장치(100)의 센서부는 건설기계의 조향각을 감지하는 조향각 감지부(130)를 포함할 수 있다.
조향각 감지부(130)는 전방차량 유닛(2)과 후방차량 유닛(3)으로 형성되는 건설기계의 휠의 회전반경, 각 모터의 속도와 토크 등을 바탕으로 실제 조향된 각도를 감지하는 것으로, 건설기계의 조향된 각도를 감지하여 슬립 제어부(140)로 전송한다.
또한, 조향각 감지부(130)는 전방차량 유닛(2)과 후방차량 유닛(3)의 상호 각도를 센싱하도록 형성된 각도 센서와 조향 기어 각도 센서를 통해 건설기계의 조향된 각도를 감지하여 슬립 제어부(140)로 전송할 수 있다.
슬립 제어부(140)는 건설기계가 조향할 경우, 조향각에 따라 휠의 슬립을 제어하게 된다.
슬립 제어부(140)는 조향과 굴삭작업이 동시에 이루어지거나, 조향과 경사로 등판이 동시에 이루어질 경우에도 휠에 슬립이 발생하지 않도록 동시 제어가 가능하다.
슬립 제어부(140)는 건설기계가 조향할 경우, 조향각에 따라 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하게 된다.
수신된 조향각이 0보다 작은 경우(우회전 시), 슬립 제어부(140)는 좌측 모터의 토크가 작게 설정되도록 제어한다.
상기 제어에 의해 휠 슬립이 발생한 좌측 모터의 토크를 감소시킴으로써 좌측 휠의 휠 슬립 현상을 해소시킬 수 있다.
수신된 조향각이 0인 경우, 좌측 및 우측 모터의 토크는 그대로 유지되도록 제어된다.
수신된 조향각이 0보다 큰 경우(좌회전 시), 슬립 제어부(140)는 우측 모터의 토크가 작게 설정되도록 제어한다.
상기 제어에 의해 휠 슬립이 발생한 우측 모터의 토크를 감소시킴으로써 우측 휠의 휠 슬립 현상을 해소시킬 수 있다.
슬립 제어부(140)는 도 5와 같이 조향각의 범위에 따라 모터의 토크를 설정할 수 있다.
즉, 조향각이 미리 설정된 범위(-X 각도 ≤ 조향각 ≤ X 각도)인 경우에는 좌측 및 우측 모터의 토크를 그대로 유지하도록 설정할 수 있다. 슬립 제어부는 조향각이 상기 범위 내에 있으면 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단한다.
여기서, X 각도는 미리 설정된 값으로, 건설기계의 종류, 지반의 상태 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
조향각이 -X 각도 보다 작은 경우(우회전 시), 슬립 제어부(140)는 좌측 모터의 토크가 작게 설정되도록 제어할 수 있으며, 이 경우 최대 음의 조향각까지 좌측 모터의 토크를 수신된 토크 대비 A %까지 줄일 수 있다.
여기서, 최대 조향각과 토크 줄임률 A %는 건설기계의 종류, 지반 상태, 지반의 형태 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
조향각이 X 각도 보다 큰 경우(좌회전 시), 슬립 제어부(140)는 우측 모터의 토크가 작게 설정되도록 제어할 수 있으며, 이 경우 최대 양의 조향각까지 우측 모터의 토크를 수신된 토크 대비 A %까지 줄일 수 있다.
구동부(150)는 슬립 제어부(140)에서 설정된 모터의 토크에 따라 해당 모터의 토크를 구동하는 것이다.
건설현장에서 작업하는 건설기계는 강도가 상이한 지반, 경사 지반, 연약 지반 등과 같이 열악한 조건에서 작업을 수행할 수 있으며, 휠로더와 같은 건설기계는 버킷에 높은 하중의 건설재료를 실을 수 있다.
이러한 조건에서 작업하는 건설기계에는 지속적으로 휠 슬립이 발생할 수 있는데, 본 발명은 각 조건에서 휠 슬립이 발생하지 않도록 제어하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립 제어 방법을 나타내는 제어로직이다.
도 3을 참조할 때, 본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립을 제어하는 방법은, 건설기계의 각 모터의 속도 및 토크를 수신하는 단계(S110), 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하는 단계(S130) 및 속도차에 따라 각 모터의 토크를 설정하는 단계(S140)를 포함한다.
좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하는 단계(S130)는 주로 굴삭작업 시 휠의 슬립을 제어하기 위한 것이나, 경사로 등판 시에도 휠의 슬립을 제어하도록 속도차를 산출할 수 있다.
속도차에 따라 각 모터의 토크를 설정하는 단계(S140)는, 건설기계가 조향 없이 굴삭작업을 수행할 경우, 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하여 상기 속도차에 따라 해당 모터의 토크를 설정하도록 제어한다.
좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차의 범위가 도 4와 같이 미리 설정된 범위(즉, -X rpm ≤ 속도차 ≤ X rpm) 내에 있으면(S143), 휠의 토크가 그대로 유지되도록 제어(S148)한다.
여기서, X rpm은 미리 설정된 값으로, 건설기계의 종류, 지반의 상태 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 또한 도 4의 좌측에 도시된 R.L(R).Q'는 후방 우측 모터의 토크로 Rear Right Motor Torque 의 약자이며, 우측에 도시된 F.L(R).Q'는 전방 우측 모터의 토크로 Front Right Motor Torque 의 약자로 도 4의 실시예에서는 우측의 전방 모터와 후방 모터의 토크를 제어하는 것으로 설명하기로 한다.
이 경우 속도차가 상기 범위 내에 있으면, 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
그러나, 속도차가 상기 범위 밖(속도차 ＜ -X rpm, 속도차 ＞ X rpm)에 있으면, 슬립이 발생한 것으로 판단하여 해당 측의 전방 모터 또는 후방 모터의 토크를 설정하게 된다.
속도차 ＜ -X rpm인 경우(S141), 슬립이 발생한 것으로 판단하여, 해당 측의 후방 모터의 토크를 설정(S147)하게 된다. 이 때, 슬립 제어부(140)는 속도차가 음의 방향으로 증가할수록 후방 모터의 토크를 작게 설정하도록 제어한다.
상기 제어에 의해 휠 슬립이 발생한 해당 측의 후방 휠의 토크를 감소시킴으로써 후방 휠의 휠 슬립 현상을 해소시킬 수 있다.
속도차 ＞ X rpm인 경우(S145), 슬립이 발생한 것으로 판단하여 해당 측의 전방 모터의 토크를 설정(S149)하게 된다. 이 때, 슬립 제어부(140)는 속도차가 양의 방향으로 증가할수록 전방 모터의 토크를 작게 설정하도록 제어한다.
본 발명에 따른 건설기계의 휠 슬립을 제어하는 방법은, 각 모터의 속도 및 토크를 수신 후, 상기 건설기계의 조향여부를 판단하는 단계(S120)를 더 포함할 수 있다.
판단하는 단계(S120)에서 조향이 있는 경우, 조향각에 따라 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
조향각에 따라 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하는 단계(S160)전 조향각을 수신하는 단계(S150)가 선행됨은 물론이다.
물론, 슬립 제어부(140)는 조향만 있는 경우, 조향 없이 굴삭작업만 있는 경우, 조향 없이 경사로 등판만 있는 경우에 휠에 슬립이 발생하지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 조향과 굴삭작업이 동시에 이루어지거나, 조향과 경사로 등판이 동시에 이루어질 경우에도 휠에 슬립이 발생하지 않도록 동시 제어가 가능하다.
수신된 조향각이 0보다 작은 경우(S161)(우회전 시), 슬립 제어부(140)에 의해 좌측 모터의 토크가 작게 설정되도록 제어(S167)할 수 있으며, 이에 휠 슬립이 발생한 좌측 모터의 토크를 감소시킴으로써 좌측 휠의 휠 슬립 현상을 해소시킬 수 있다.
또한, 수신된 조향각이 0인 경우(S163), 좌측 및 우측 모터의 토크는 그대로 유지되도록 제어(S168)된다.
또한, 수신된 조향각이 0보다 큰 경우(S165)(좌회전 시), 슬립 제어부(140)는 우측 모터의 토크가 작게 설정되도록 제어(S169)할 수 있으며, 이에 휠 슬립이 발생한 우측 모터의 토크를 감소시킴으로써 우측 휠의 휠 슬립 현상을 해소시킬 수 있다.
또한, 슬립 제어부(140)는 도 5와 같이 조향각의 범위에 따라 모터의 토크를 설정할 수 있다.
조향각이 미리 설정된 범위(-X 각도 ≤ 조향각 ≤ X 각도)인 경우에는 좌측 및 우측 모터의 토크를 그대로 유지하도록 설정할 수 있다. 슬립 제어부(S140)는 조향각이 상기 범위 내에 있으면 슬립이 발생하지 않은 것으로 판단한다.
여기서, X 각도는 미리 설정된 값으로, 건설기계의 종류, 지반의 상태 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 또한 도 5의 좌측에 도시된 F.L.Q' & R.L.Q' 는 전후방 좌측 모터의 토크를 의미하고, F.R.Q' & R.R.Q' 는 전후방 우측 모터의 토크를 의미한다.
조향각이 -X 각도 보다 작은 경우(우회전 시), 슬립 제어부(140)는 좌측 모터의 토크가 작게 설정되도록 제어할 수 있으며, 이 경우 최대 음의 조향각까지 좌측 모터의 토크를 수신된 토크 대비 A %까지 줄일 수 있다.
여기서, 최대 조향각과 토크 줄임률 A %는 건설기계의 종류, 지반 상태, 지반의 형태 등에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
조향각이 X 각도 보다 큰 경우(좌회전 시), 슬립 제어부(140)는 우측 모터의 토크가 작게 설정되도록 제어할 수 있으며, 이 경우 최대 양의 조향각까지 우측 모터의 토크를 수신된 토크 대비 A %까지 줄일 수 있다. 상기 제어에 의해 본 발명은 휠에 슬립이 발생하지 않도록 실시간으로 제어하여 고가의 타이어의 소모량을 줄일 수 있으며, 불필요하게 에너지가 낭비되지 않도록 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 건설기계의 휠을 구동시키는 모터의 속도와 토크를 감지하는 센서부;
    상기 센서부에서 감지된 상기 모터의 속도와 토크를 통해 휠의 슬립을 제어하는 슬립 제어부; 및
    상기 슬립 제어부에서 설정된 해당 모터의 토크에 따라 모터를 구동시키는 구동부;를 포함하는 건설기계의 휠 슬립 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    각 모터의 속도를 감지하는 모터 속도 감지부; 및
    각 모터의 토크를 감지하는 모터 토크 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 휠 슬립 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모터 속도 감지부와 상기 모터 토크 감지부는,
    전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 후방 우측에 각각 형성된 각 모터의 속도와 토크를 감지하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 휠 슬립 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬립 제어부는 상기 건설기계가 굴삭작업을 수행하는 경우, 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하여 상기 속도차에 따라 해당 모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 속도차가 기설정 rpm의 음수보다 작은 경우, 상기 어느 일측의 후방모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 속도차가 기설정 양의 rpm과 기설정 음의 rpm 사이의 범위에 있는 경우, 모터의 토크를 미설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 속도차가 기설정 양의 rpm 보다 큰 경우, 상기 어느 일측의 전방모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 건설기계의 조향각을 감지하는 조향각 감지부;를 포함하며,
    상기 슬립 제어부는 상기 건설기계가 조향하는 경우, 조향각에 따라 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조향각이 양수인 경우 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하고, 상기 조향각이 음수인 경우 좌측 또는 우측 중 타측의 모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 장치.
  10. 건설기계의 휠을 구동시키는 모터의 속도와 토크를 감지하는 센서부;
    상기 센서부에서 감지된 상기 모터의 속도와 토크를 통해 휠의 슬립을 제어하는 슬립 제어부; 및
    상기 슬립 제어부에서 설정된 해당 모터의 토크에 따라 모터를 구동시키는 구동부;를 포함하며,
    상기 센서부는,
    전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측, 후방 우측에 각각 형성된 각 모터의 속도를 감지하는 모터 속도 감지부; 및
    상기 각 모터의 토크를 감지하는 모터 토크 감지부;를 포함하며,
    상기 슬립 제어부는 상기 건설기계가 굴삭작업을 수행하는 경우, 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하여 상기 속도차에 따라 해당 모터의 토크를 설정하는 휠 슬립 제어 장치.
  11. 건설기계의 휠을 구동시키는 각 모터의 속도 및 토크를 수신하는 단계;
    좌측 또는 우측 중 어느 일측의 전방 모터와 후방 모터의 속도차를 산출하는 단계; 및
    상기 속도차에 따라 각 모터의 토크를 설정하는 단계;를 포함하는 휠 슬립 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    각 모터의 토크를 설정하는 단계에서, 상기 속도차가 기설정 rpm의 음수보다 작은 경우, 상기 어느 일측의 후방모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    각 모터의 토크를 설정하는 단계에서, 상기 속도차가 기설정 양의 rpm과 기설정 음의 rpm 사이의 범위에 있을 경우, 모터의 토크를 미설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    각 모터의 토크를 설정하는 단계에서, 상기 속도차가 기설정 양의 rpm 보다 큰 경우, 상기 어느 일측의 전방모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 각 모터의 속도 및 토크를 수신 후, 상기 건설기계의 조향여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 조향여부를 판단하는 단계에서 조향이 있는 경우, 조향각에 따라 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 조향각이 양수인 경우 좌측 또는 우측 중 어느 일측의 모터의 토크를 설정하고, 상기 조향각이 음수인 경우 좌측 또는 우측 중 타측의 모터의 토크를 설정하는 것을 특징으로 하는 휠 슬립 제어 방법.
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