KR20200034853A - 작업용 차량의 자동 4륜 구동 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

작업용 차량의 자동 4륜 구동 장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량이 경사지를 운행하는 경우 차량에 걸리는 부하를 측정하기 위해 차량에 구비된 타이어의 공기압을 측정하는 공기압 측정부, 차량의 데크에 배치된 적재물의 하중을 측정하는 무게 측정부를 구비하며, 상기 공기압 측정부와 무게 측정부에서 전송되는 신호에 따라 차량의 운행을 자동으로 4WD로 전환하도록 하는 장치 및 이의 제어방법에 대해 제공한다. 따라서, 차량이 경사지를 주행하는 경우 운전자의 별도 조작없이 자동으로 4륜 구동으로 전환되기 때문에, 차량 운전의 안전성과 편의성을 높일 수 있다.

Description

작업용 차량의 자동 4륜 구동 장치 및 이의 제어 방법{Apparatus and method for automated 4DW of working vehicle}
본 발명은 작업용 차량의 자동 4륜 구동 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 사용자의 설정에 따라 자동으로 4륜 구동이 이루어지는 작업용 차량의 4륜 구동 장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 트랙터를 포함하여 콤바인, 이앙기 등의 작업차량은 작업기를 부착 또는 탑재하여 각종 작업을 수행하는 차량이며, 통상 엔진에서 발생하는 동력을 트랜스미션을 통해 주행에 필요한 바퀴를 구동시키는 주행계 동력과, 작업에 필요한 다양한 종류의 작업기를 구동시키기 위한 PTO계 동력으로 구분된다.
4륜 구동방식은 엔진으로부터 발생한 회전 동력이 클러치를 통해 변속장치로 전달되고, 변속장치에서 엔진의 동력을 작업차량의 주행 상태에 맞도록 변속하여 전율 추진축 및 후방 추진축으로 전달한다. 전륜 추진축과 후륜 추진축에 전달된 동력은 각각 전륜 차동장치 및 후륜 차동장치에 전달되어 바퀴를 구동시킬 수 있다.
4륜 구동방식을 채용하는 작업차량은 필요에 따라 수동으로 2륜 구동에서 4륜 구동으로의 전환이 가능하게 구성된다.
그러나, 이러한 수동 4륜 구동 전환 방식은 일정 각도 이상의 경사지에서 주행할 경우 4륜 구동으로의 전환이 늦으면 차량이 밀리거나 전복될 수 있고, 물웅덩이와 같은 지형에서 바퀴에 슬립이 발생하는 경우 4륜 구동으로의 전환이 빠르지 않으면 신속하게 빠져나오기 힘들기 때문에 주행 안정성도 크게 떨어지는 문제가 있다.
또한, 차량의 데크에 중량물을 싣고 내리막길을 내려가는 경우 브레이크를 밟아도 차량이 밀리는 현상이 발생하기 때문에 주행의 안전을 위해 4륜 구동 전환을 수행할 수 있는 장치 및 이를 통한 제어가 마련될 필요가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 차량에 일정 무게가 실린 상태에서 경사지를 주행할 경우 이러한 조건을 감지하여 자동으로 4륜 구동으로 전환하도록 함으로써, 차량 운전의 편의성 및 안전성 향상에 기여할 수 있는 작업용 차량의 4륜 구동 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
실시예에 따른 작업용 차량의 4륜 구동 장치는 차량에 구비된 타이어의 공기압을 측정하는 공기압 측정부; 차량의 데크에 배치된 적재물의 하중을 측정하는 무게 측정부; 상기 공기압 측정부와 상기 무게 측정부의 신호를 입력받아 2륜 구동(2WD) 또는 4륜 구동(4WD) 여부를 결정하는 신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부와 연동되고 운전자가 손으로 조작 가능하도록 운전석의 전면에 마련되며, 온 상태로 전환될 시 상기 제어부의 동작을 활성화하는 자동 4WD 모드 스위치부; 및 상기 제어부의 신호에 따라 2륜 구동 또는 4륜 구동으로 전환하는 동력전환부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 공기압 측정부를 통해 차량의 타이어에 기설정된 공기압보다 큰 공기압이 측정되는 경우 상기 동력전환부에 4WD 전환 신호를 출력하여 차량의 운행을 4WD로 전환하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제어부는 상기 공기압 측정부를 통해 측정된 공기압이 기설정된 값을 만족하는 경우, 상기 무게 측정부를 통해 차량의 데크에 실린 적재물의 하중 정보를 받아 기준값보다 큰 경우 상기 동력전환부에 4WD 전환 신호를 출력하여 차량의 운행을 4WD로 전환하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 운전자는 차량이 경사지에 진입하는 경우, 상기 자동 4WD 모드 스위치부를 온 상태로 하여 상기 제어부의 동작을 활성화시켜 상기 공기압 측정부 및 상기 무게 측정부에서 전송되는 정보에 따라 4WD 전환 신호를 출력하도록 하며, 상기 자동 4WD 모드 스위치부가 오프된 상태에서는 상기 제어부의 동작이 비활성화되고 운전자가 수동모드로 2WD와 4WD를 전환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 작업용 차량의 4륜 구동 제어 방법은, 차량이 평지에 있을 때 타이어의 공기압 기준값과, 차량의 데크에 실린 적재물의 무게에 대한 기준값을 설정하는 단계; 차량이 경사지를 운행하는 경우 운전자가 자동 4WD 전환 작동 모드를 온 시키는 단계; 및 운행 중인 차량의 타이어의 공기압을 기준값과 비교하여, 현재 타이어의 공기압이 기준값보다 크게 측정되는 경우 차량의 운행 모드를 4WD로 전환하는 단계; 를 포함할 수 있다.
그리고, 현재 타이어의 공기압이 기준값과 허용오차 이내로 측정되는 경우 운행 중인 차량의 데크에 실린 적재물의 하중을 기준값과 비교하여, 적재물의 하중이 기준값보다 크게 측정되는 경우 차량의 운행모드를 4WD로 전환하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 작업용 차량의 4륜 구동 장치는 경사지를 주행하는 경우 주행하는 곳의 경사도와 차량의 데크에 실린 무게를 감지하도록 하여 운전자의 별도 조작없이 자동으로 4륜 구동으로 전환되도록 하기 때문에, 차량 운전의 안전성과 편의성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 경사지에서 신속하게 4륜 구동으로 전환되기 때문에 바퀴가 밀려 차량이 밀리는 현상을 방지할 수 있으며 이에 차량에서 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 4륜 구동 장치가 구비된 작업용 차량이 도시된 개략도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 4륜 구동 장치의 구성을 나타낸 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 작업용 차량의 4륜 구동 장치 제어방법을 나타낸 흐름도
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 의해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 4륜 구동 장치가 구비된 작업용 차량(10)이 도시된 개략도이며, 도 2는 실시예에 따른 자동 4륜 구동 장치(10)의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에서는 트랙터와 같은 작업용 차량을 예시로 하여 이에 대한 구성을 도시하였다. 작업용 차량(10)은 일반 승용차와는 달리 사람의 수송보다는 물건을 수송하거나 각종 작업을 수행하는 차량으로 디자인적 요소는 최소로 구비하고 운행에 필요한 필수구성만을 포함하고 있으며, 운전석의 뒤편에는 화물을 싣는 용도로 소정의 공간을 제공하는 데크(11)가 마련되어 있다.
실시예는 상기와 같은 작업용 차량의 4륜 구동(4WD)을 자동으로 수행하기 위한 4륜 구동 장치에 관한 것이며, 상기 4륜 구동 장치는 작업용 차량(10)의 타이어(11)와 데크(12)와 연동되는 구성을 포함할 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 작업용 차량의 4륜 구동 장치(100)는 작업용 차량에 구비된 타이어(11)의 공기압을 측정하는 공기압 측정부(20), 데크(12)의 하중을 측정하는 무게 측정부(30), 상기 공기압 측정부(20)와 무게 측정부(30)의 신호를 입력받아 2륜 구동 또는 4륜 구동 여부를 결정하는 제어부(40), 상기 제어부(40)와 연동되며 탑승자가 손으로 조작가능한 운전석의 전면에 마련되는 자동 4WD 모드 스위치부(50), 상기 제어부(40)의 신호에 따라 2륜 구동 또는 4륜 구동을 동작시키는 동력전환부(60)를 포함할 수 있다.
상기 공기압 측정부(20)는 차량이 주행 중인 상태일 때 차량에 구비된 타이어의 공기압을 측정하는 부재로, 타이어 공기압 자동 감지 시스템(TPMS)이 사용될 수 있다. 상기 TPMS는 타이어에 부착된 전파식별 센서로 타이어의 압력과 온도를 감지한 뒤, 이 정보를 운전석으로 보내 운전자가 실시간으로 타이어의 압력 상태를 점검할 수 있도록 하는 장치로, 타이어의 공기압의 손실을 계속적으로 관찰할 수 있도록 하는 장치이다.
실시예는 상기 TPMS가 4륜 구동 장치(100)의 제어부(40)에 연결되며, 상기 제어부(40)는 TPMS로부터 전송되는 정보를 참조할 수 있다. 상기 제어부(40)는 차량의 초기 공기압 정보를 저장해 놓은 상태에서, 차량의 운행 중 상기 공기압 측정부(20)에서 도출되는 타이어의 공기압 정보를 비교하여 현재 차량에 어느 정도의 부하가 걸리고 있는지를 예측할 수 있도록 한다.
상기 무게 측정부(30)는 차량이 주행 중인 상태일 때 차량에 실린 화물의 무게를 판단하기 위해 배치될 수 있으며, 데크에 실린 화물의 무게를 측정하기 위해 차량탑재형 과적표시기와 같은 공지된 기술이 사용될 수 있다. 차량의 적재 무게에 대한 정보를 기준값으로 설정해 놓은 상태에서, 차량의 운행 중 상기 무게 측정부(30)에서 도출되는 적재 무게를 상기 기준값과 비교하면 차량의 적재 상태를 알 수 있다.
실시예에 따른 4륜 구동 장치(100)는 차량의 적재 상태에 대한 정보를 기반으로 하여 차량에 걸리는 부하를 판단하기 위해 상기와 같이 공기압 측정부(20)와 무게 측정부(30)를 차량에 배치하였다.
상기 공기압 측정부(20)는 차량의 타이어의 공기압을 측정하는 구성이지만, 타이어의 공기압은 타이어의 상태와 주변 온도에 의해 영향을 받아 차량에 적재물이 실린 경우에도 정상 상태인 것으로 판단할 가능성이 있다. 따라서, 실시예는 이러한 오류를 방지하기 위해 무게 측정부(30)를 추가적으로 구비하여 보다 정확하게 차량에 걸리는 부하를 판단하도록 하였다.
제어부(40)는 상기 공기압 측정부(20) 또는 무게 측정부(30)에서 전송되는 정보를 입력받아 2WD/4WD 구동전환 여부를 결정한 뒤 제어신호를 출력하는 제어 기구로서, 차량을 전자제어하는 ECU에 구성되거나 TCS 등에 구성될 수 있다.
상기 제어부(40)는 상기 공기압 측정부(20)에서 측정된 타이어의 공기압이 일정 수준을 넘어서는 경우에 4WD 전환신호를 출력하며, 상기 무게 측정부(30)에서 측정되는 무게가 일정 수준을 넘어서는 경우에도 4WD 전환신호를 출력하도록 구성된다.
상기 제어부(40)에서 출력되는 4WD 전환신호는 동력전환부(60)로 전송될 수 있다. 상기 동력전환부(60)는 2륜 구동에서 4륜 구동, 4륜 구동에서 2륜 구동으로 전환할 수 있도록 하는 구성요소로, 통상 엔진의 회전 동력을 변속하는 트랜스미션 출력측 쪽에 구비되어 전륜 또는 후륜으로 전달되는 동력을 단속할 수 있도록 구성될 수 있다.
그리고, 실시예의 4륜 구동 장치(100)는 자동 4WD 모드 스위치부(50)를 포함할 수 있으며, 상기 자동 4WD 모드 스위치부(50)는 운전자에 의해 조작되는 부재로, 상기 제어부(40)는 운전자가 상기 자동 4WD 모드 스위치부(50)를 눌러 차량 운행 중 2WD-4WD의 전환을 자동으로 실시하고자 할 때 사용되는 구성이다.
즉, 실시예는 운전자가 경사로에 진입하여 자동 4WD 모드 스위치부(50)를 누르면 자동 4WD 전환 모드가 온 상태로 활성화되고, 상기 공기압 측정부(20), 무게 측정부(30) 및 제어부(40)의 동작이 활성화될 수 있다. 그러나, 실시예는 상기 자동 4WD 모드 스위치부(50)를 배재하고, 운행 중 항시 제어부(40)의 제어를 통해 전환을 수행할 수도 있다.
운전자에 의해 자동 4WD 모드가 활성화된 경우, 제어부(40)는 공기압 측정부(20)와 무게 측정부(30)에서 전송되는 정보에 따라 해당되는 조건을 만족하면 4WD 전환 신호를 출력하여 차량이 4WD 상태로 주행되도록 한다. 상기 제어부(40)는 공기압 측정부(20)와 무게 측정부(30)에서 주기적으로 정보를 전송받아 차량의 해당되는 조건을 충족하지 않는 상태로 변경되면, 2WD 전환 신호를 출력하여 차량이 2WD 상태로 주행되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 작업용 차량의 4륜 구동 장치 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 작업용 차량의 4륜 구동 장치 제어방법은 우선 운전자가 자동 4WD 전환 작동 모드를 온시키는 과정을 포함할 수 있다. 탑승자는 도로의 상황에 따라 특히 차량이 경사 구간에 진입하는 경우 자동 4WD 전환 작동 모드를 온시킬 수 있다. 도로의 상태가 평지이고 불안정한 구간이 없다고 판단되는 경우에 운전자는 자동 4WD 전환 작동 모드를 오프된 상태로 유지할 수 있으며, 운전자가 수동으로 2WD-4WD를 전환하여 차량의 운행을 제어할 수 있다.
자동 4WD 전환 작동 모드가 온 상태가 되면, 차량의 데크에 설치된 무게 측정부와 차량의 타이어에 설치된 공기압 측정부는 실시간으로 제어부에 측정 정보를 전송한다. 상기 공기압 측정부는 차량의 타이어의 공기압을 측정하는 구성으로, 이를 측정하기 위해 초기 타이어의 공기압의 기준값을 설정해 놓는 과정이 선행될 수 있다. 평지에서 타이어의 공기압의 기준값을 설정한 후에, 주행을 시작하면 타이어의 공기압 상태에 따라 현재 차량에 어느 정도에 부하가 걸리고 있는지를 가늠할 수 있다. 타이어의 공기압이 기준값보다 크게 나타나는 경우에는 차량에 평소보다 많은 부하가 걸리고 있는 것으로 예측할 수 있다.
현재 공기압이 기설정된 공기압보다 큰지에 대한 여부를 판단하는 과정을 거친 후에, 현재 공기압이 기설정된 공기압보다 큰 경우는 차량의 운행 모드를 4WD 모드로 변경한다. 만약, 현재 공기압이 기설정된 공기압과 같거나, 사용자가 설정한 허용 오차의 범위 내로 나타나는 경우에는 다음 과정을 수행한다.
타이어의 공기압은 차량에 걸리는 부하에 의해서도 변동되지만, 주변의 온도와 타이어의 상태에 따라서도 변동되기 때문에 타이어의 공기압 정보 외에 다른 정보를 추가로 참조한다. 실시예는 적재물이 실리는 차량의 데크의 초기 무게를 설정하는 과정을 선행하고, 적재물의 하중이 기설정된 값보다 큰지에 대한 정보를 도출하는 과정을 수행한다.
적재물의 하중이 기설정된 값보다 큰 경우에는 차량이 경사면을 주행시 타이어가 밀리는 현상이 발생할 수 있기 때문에, 차량의 주행을 4WD로 전환하는 과정을 수행한다.
적재물의 하중이 기설정된 값보다 작은 경우에는 차량이 경사면을 주행한다 하여도 차량에 걸리는 부하가 경미하여 타이어의 회전에 영향이 없는 것으로 판단하여 현재의 주행모드(2WD)를 유지하면서 운행하도록 한다.
즉, 실시예에 따른 작업용 차량의 4륜 구동 장치 제어방법은 운전자에 의해 자동 4WD 전환 작동 모드가 온 상태로 전환되면, 제어부는 실시간으로 차량에 걸리는 부하에 대한 정보를 전송받게 되는데, 상기 정보는 차량의 타이어에 걸리는 공기압과 차량의 데크에 실린 적재물의 무게 정보를 포함할 수 있다.
실시간으로 측정되는 상기 정보가 미리 설정된 타이어의 공기압에 대한 기준값과 차량의 데크의 초기 무게의 범주를 초과하는 경우에는 차량의 운행을 4WD로 자동적으로 전환하여 운행을 실시할 수 있다.
차량의 운행 구간이 경사지에서 다시 평지로 이동하는 경우 운전자는 자동 4WD 전환 작동 모드를 오프시키고, 수동모드로 필요에 따라 4WD-2WD로 전환하면서 운행을 수행할 수 있다.
실시예는 차량이 경사지에 진입한 경우 주행하는 곳에서 걸리는 타이어의 공기압과 차량의 데크에 실린 무게를 실시간으로 감지하도록 하여 운전자의 별도 조작없이 자동으로 4륜 구동으로 전환되도록 하기 때문에, 차량 운전의 안전성과 편의성을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 작업용 차량
11: 타이어
12: 데크
20: 공기압 측정부
30: 무게 측정부
40: 제어부
50: 자동 4WD 모드 스위치부
60: 동력전환부
100: 4WD 구동 장치

Claims (6)

  1. 차량에 구비된 타이어의 공기압을 측정하는 공기압 측정부;
    차량의 데크에 배치된 적재물의 하중을 측정하는 무게 측정부;
    상기 공기압 측정부와 상기 무게 측정부의 신호를 입력받아 2륜 구동(2WD) 또는 4륜 구동(4WD) 여부를 결정하는 신호를 출력하는 제어부;
    상기 제어부와 연동되고 운전자가 손으로 조작 가능하도록 운전석의 전면에 마련되며, 온 상태로 전환될 시 상기 제어부의 동작을 활성화하는 자동 4WD 모드 스위치부; 및
    상기 제어부의 신호에 따라 2륜 구동 또는 4륜 구동으로 전환하는 동력전환부를 포함하는 작업용 차량의 자동 4륜 구동 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 공기압 측정부를 통해 차량의 타이어에 기설정된 공기압보다 큰 공기압이 측정되는 경우 상기 동력전환부에 4WD 전환 신호를 출력하여 차량의 운행을 4WD로 전환하는 작업용 차량의 자동 4륜 구동 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 공기압 측정부를 통해 측정된 공기압이 기설정된 값을 만족하는 경우, 상기 무게 측정부를 통해 차량의 데크에 실린 적재물의 하중 정보를 받아 기준값보다 큰 경우 상기 동력전환부에 4WD 전환 신호를 출력하여 차량의 운행을 4WD로 전환하는 작업용 차량의 자동 4륜 구동 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    운전자는 차량이 경사지에 진입하는 경우, 상기 자동 4WD 모드 스위치부를 온 상태로 하여 상기 제어부의 동작을 활성화시켜 상기 공기압 측정부 및 상기 무게 측정부에서 전송되는 정보에 따라 4WD 전환 신호를 출력하도록 하며,
    상기 자동 4WD 모드 스위치부가 오프된 상태에서는 상기 제어부의 동작이 비활성화되고 운전자가 수동모드로 2WD와 4WD를 전환하는 작업용 차량의 자동 4륜 구동 장치.
  5. 차량이 평지에 있을 때 타이어의 공기압 기준값과, 차량의 데크에 실린 적재물의 무게에 대한 기준값을 설정하는 단계;
    차량이 경사지를 운행하는 경우 운전자가 자동 4WD 전환 작동 모드를 온 시키는 단계; 및
    운행 중인 차량의 타이어의 공기압을 기준값과 비교하여, 현재 타이어의 공기압이 기준값보다 크게 측정되는 경우 차량의 운행 모드를 4WD로 전환하는 단계; 를 포함하는 작업용 차량의 4륜 구동 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    현재 타이어의 공기압이 기준값과 허용오차 이내로 측정되는 경우 운행 중인 차량의 데크에 실린 적재물의 하중을 기준값과 비교하여, 적재물의 하중이 기준값보다 크게 측정되는 경우 차량의 운행모드를 4WD로 전환하는 단계;를 포함하는 작업용 차량의 자동 4륜 구동 제어 방법.
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