선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 농업용 트랙터에 적용하기 위해 개발된 전-토로이달식 무단변속기 메커니즘 을 제어할 수 있는 전기유압식 제어 시스템을 개 발, 소개하였다.
- 본 연구의 목적은 기 제작된 무단변속기 메커니즘을 바탕으로 운전자가 편리하게 운전할 수 있고, 농작업을 효율적으로 수행할 수 있는 전자 유압식 무단변속기 제어기를 개발하는데 있다. 현재까지 반-토로 이달 무단변속기의 제어기 3-6,13)와 벨트식 무단변속기의 제어기710)에 대해서는 여러 연구 결과가 있었으나, 본 연구의 대상인 전-토로 이달 무단변속기의 제어기에 대해서는 가변기제어를 위한 마이크로프로세서 응용 무단변속 제어(4)와 유압제어회 로 구성 16) 외 에 농업 트랙터용 무단변속기 제어기에 대해서는 거의 연구발표가 없는 실정이다.
제안 방법
- CVT 메커니즘의 제어를 위한 CVT 제어기의 계측시스템을 회전속도 계측시스템, 조작 신호 계측시스템, 유체 온도 계측시스템 그리고 압력 계측시스템 등으로 구성하였다.
- 가변기 속도비의 변화는 롤러 실린더 내 압력의 제어를 통해 구현되는데, 이 압력을 계측하여 제어의 피드백 자료로 활용하고, 외부로부터의 부하량을 추정하기 위해 오일 압력 계측시스템을 구성하였다. 유압 계측 센서로는 반도체 스트레인 게이지 형식의 압력 센서를 사용하였다.
- 각 계측시스템으로부터 자료를 수집하고, 수집된 자료를 기초로 CVT 메커니즘 제어를 위한 제어량을 연산하며, 연산된 제어 량을 구동시 스 템으로 출력하기 위해 산업용 컴퓨터를 이용하였다. 또한 컴퓨터와 각 장치간의 접속을 위해 필요한 기능을 갖춘 인터페이스 보드들도 개발, 장 착하였다.
- 자동차나 산업용 기계의 제어용 컴퓨터는 부피가 작고, 전력 소모가 적으며, 내 진동성이 큰 원칩(one chip) 마이컴이 대부분이다. 그러나 본 연구에서는 무단변속기 제어 알고리즘 구현에 중점을 두고, 원칩 마이컴 개발 중 발생할 수 있는 문제점을 배제하기 위해, 산업용 컴퓨터 (Pentium Ⅲ)를 제어 용 컴 퓨터로 사용하였다.
- 또한, 유압 시스템의 핵심부품인 압력 비례 제어 밸브의 특성 시험을 수행하였으며, 제어기의 제어 성능을 대표 할 수 있는 변속비 계단응답시험을 수행하였다. 그리고 개발된 무단변속기를 트랙터에 장착하고, 주행 시험과 작업 시험을 수행하여 CVT 작업 성능을 평 가하였다.
- 조작 신호 계측시스템은 운전자가 트랙터의 주행에 필요한 최소한의 운전 정보를 지시할 때, 이를 즉시 제어기가 수집하여 제어에 적용하기 위한 장치이며, 가속 페달 각 변위, 최고 속도 설정 레버 각 변위 등을 계측한다. 또한 전, 후진 설정 스위치 및 급제동 스위치 도 조작 신호 계측시스템에 포함되며, 제어기가 항상 이들 스위치들 을 검사하여 이상 신호가 발생되 었을 때, 적절한 조치를 취할 수 있도록 하였다.
- 6과 같이 나타나는 것은 디스크사이에서 롤러가중앙에 위치할 때 안정 되게 회전하지 못하고, 약간의 롤러-캐리지 (roller-carriage) 작용력, 혹은 외부 부하 변화에 대해 작용력 균형이 깨지면서 어느 한쪽으로 이동하기 때문으로 판단된다. 또한, 다양한 RV 변화 특성실험을 수행하였고, 그 결과들을 CVT 제어 알고리즘 개발에 이용하였다.
- 본 연구에서 개발된 무단변속기 및 제어기의 성능을 평가하기 위해 상기 설계된 속도와 실제 차속의 변화 비교 시험을 수행하였다. 또한, 유압 시스템의 핵심부품인 압력 비례 제어 밸브의 특성 시험을 수행하였으며, 제어기의 제어 성능을 대표 할 수 있는 변속비 계단응답시험을 수행하였다. 그리고 개발된 무단변속기를 트랙터에 장착하고, 주행 시험과 작업 시험을 수행하여 CVT 작업 성능을 평 가하였다.
- 또한, 작업 부하 변동이나 작업자의 가속 페달 변경 등에 대응하여 원활한 작업을 유지하기 위해 실시간으로 목표 속도비를 계산하는 루틴도 포함하고 있는데, 목표 변속비가 변경되면 PID 제어 방식의 속도비 제어 루틴이 작동하여 즉시 변경된 목표 속도비에 현재 속도비를 맞추도록 하였다.
- 무단변속기 제어기의 핵심 부품인 비례 제어 밸브의 특성 실험을수행하였다.Fig.
- 본 연구에서 개발된 무단변속기 및 제어기의 성능을 평가하기 위해 상기 설계된 속도와 실제 차속의 변화 비교 시험을 수행하였다. 또한, 유압 시스템의 핵심부품인 압력 비례 제어 밸브의 특성 시험을 수행하였으며, 제어기의 제어 성능을 대표 할 수 있는 변속비 계단응답시험을 수행하였다.
- 유압 계측 센서로는 반도체 스트레인 게이지 형식의 압력 센서를 사용하였다. 본 연구에서 선정한 압력 계측 센서는 신호 처리 회 로를 내장하고 있고, 2선식 신호 처리 방식을 채 택하고 있으며, 비교적 소형이다.
- 본 연구에서 개발한 무단변속기 제어기는 변 속비 제어 기 법으로 PID 제어 방식을 적용하였다. 비 례, 미분, 적분 계수는 반복 실험을 통해 최적의 값을 찾아내었고, 모드 별로 적절한 계수를 적용할 수 있도록 룩업 표를 작성하였다.
- 온도 센서로는 다양한 온도 센서 중, 전기 신호의 인출이 가능하고, 냉접 점 보상 등의 추가 교정 이 필요 없는 백금 측온저항식 온도 센서인 Pt-100을 사용하였다.
- 이러한 필요성에 따라 본 연구진은 1 단계로 트랙터용 무단변속기의 메커니즘을 설계하여 무단변속기를 제작하였고, 실험을 통해 무단변 속 기능을 확인한 바 있다.2)
- 무단변속기제어기는 지속적으로 변화하는 부하와 운전자의 조작 신호에 따라 신속한 제어 를 수행하여야 하며, 트랙터 및 작업 환경의 다양한 외 란에 의한 영향을 최소화시킬 수 있어야 한다. 이를 위해, 무단변속기의 각종 정보를 수집하기 위한 계측시스템을 구성하였고, 유압을 이용하는 모드(속도 구간) 전환 클러치, 롤러 실린더, 유압 밸브 블록 및 밸브 구동 전자 회로 등으로 구동시스템을 구성 하였다.
- 무단변속기 장착 트랙터의 대표적인 특징으로 일정 엔진 속도에서 무단 변속에 의해 차량 속 도를 점차 증가하게 할 수 있는 기능을 들 수 있다. 이와 같은 성능을 확인하기 위해 입력 축 속 도를 lOOOrpm으로 일 정 하게 유지한 상태에서 변 속 유압밸브 조절에 의해 차량의 속도가 실제 무 단 변속하여 원하는 속도까지 변화시키는 시험을 수행하였다.
- 전체 알고리즘은 초기화 루틴, 키 입력 루틴, 자료 수집 루틴, 목표 속도비 변경 루틴, 유압 밸 브 제어 루틴 등으로 구성되며, 각 루틴은 순환 루틴 내에서 선택적으로 수행된다.
- 제어 알고리즘은, 트랙터의 다양한 주행 및 작업 시험을 통해 얻은 PID 제어 게 인을 룩업 표로 만들어 활용하였으며, 비례제어형 릴리프 밸브 와 펄스폭변조방식의 비례유량제어밸브에 의 흐]] 가변기 롤러 부하를 제어함으로써 가변기의 속 도비를 제어하였다.
- 제어 알고리즘의 개발 후 예비 실험을 통해 적정 제어 계수를 찾아내었고, 이를 룩업표 (look-up table)로 정 리 하여 프로그램에 삽입 시 켰다.
- 증속, 감속, 변속, 부하 극복 등 무단변속기 메커니즘의 기능을 구현하기 위해, 제어기 구동시 스템으로써 모드 전환 클러치, 롤러 실린더, 유압 밸브 블록 및 밸브 구동 전자회로 등을 설계, 제 작하였다.Fig.
- 특히 가변기 속도비의 중간값이 아닌 2.0 이 나, 0.5 값으로의 계단응답 성능시험은 오버슈트 를 기계적으로 방지할 수 있기 때문에 각 계수를 최대로 하여 실험을 수행하였다.
대상 데이터
- Ring사의 비례 제어형 릴리프 밸브를 이용하였다. 또한 펄스 폭 변조(PWM) 신호에 의해 작동하는 비 례유량제어밸브”)는 본 연구에서 자체 제 작한 밸브 구동장치를 이용하였다. 밸브 구동장 치 의 출력은 밸브 특성에 맞춰 200Hz, 12V로 설정하였다.
- 가변기 속도비의 변화는 롤러 실린더 내 압력의 제어를 통해 구현되는데, 이 압력을 계측하여 제어의 피드백 자료로 활용하고, 외부로부터의 부하량을 추정하기 위해 오일 압력 계측시스템을 구성하였다. 유압 계측 센서로는 반도체 스트레인 게이지 형식의 압력 센서를 사용하였다. 본 연구에서 선정한 압력 계측 센서는 신호 처리 회 로를 내장하고 있고, 2선식 신호 처리 방식을 채 택하고 있으며, 비교적 소형이다.
이론/모형
- 본 연구에서 개발한 무단변속기 제어기는 변 속비 제어 기 법으로 PID 제어 방식을 적용하였다. 비 례, 미분, 적분 계수는 반복 실험을 통해 최적의 값을 찾아내었고, 모드 별로 적절한 계수를 적용할 수 있도록 룩업 표를 작성하였다.
- 또한, 가변기 속도비 와 무관한 변속기 출력 축 회 전속도는 모드전환 을 위한 변속 시점을 결정하기 위해 계측되며, 트 랙터의 주행속도로도 계산할 수 있다. 회전속도 계즉을 위한 센서로는, 큰 회전 속도를 검 줄하는데 유리하며, 자동차의 자동변속기 등에 폭넓게 적용되고 있는 마그네틱-픽 업을 사용하였다.
성능/효과
- 제어 성능 시험에서 나타나는 위와 같은 성능 지수들은 무단변속기의 주행, 작업등을 수행하기 에 충분히 작은 값이다. 따라서 본 연구에서 개 발한 무단변속기의 가변기 속도비 제어에 대한 계단응답 성능은 트랙터의 무단변속 기능을 구 현하기 위해 매우 우수한 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 개발한 트랙터용 무단변속기는 밴 치 실험과 차량시험 결과, 각종 농작업 시 운전자 의 조작이나 부하 변동에 대해 운전자가 별다른 조작을 하지 않고서도 원활하게 작업을 수행할 수 있을 정도로 우수한 속도비 제어성능을 보였다.
- 10의 48~55초 구간에서 제어기가 반 응하지 않은 이유는, 이 구간에서 엔진 회전속도가 설정된 값 이하로 떨어지지 않았기 때문이다. 주목할 점은 본 연구의 트랙터용 무단변속기 제어기는 부하가 인가되어 차속이 감소할 때, 엔 진의 속도를 제어할 수 없다는 점이다. 이것은 일반 자동차와 달리 농업용 트랙터는 대부분 변 속기의 동력 인출(PTO : Power-Take-Off) 축에 외부 작업기를 부착하여 사용하는데, 이 장치들이 주행 조건이나 부하의 상태와 무관하게 일정한 엔진 회전수를 요구함으로, 변속기 시험 중 일 정 한 엔진 회전속도 유지에 제어의 관점을 맞추었기 때문이다.
후속연구
- 엔진 출력 축과 가변기 축 회전 속도간의 비로 계산되는 가변기의 속도비(RV)는 제어기의 제어 대상이므로, 부하 극복을 위한 피드백 자료로 활용될 수 있도록 하였다. 또한, 가변기 속도비 와 무관한 변속기 출력 축 회 전속도는 모드전환 을 위한 변속 시점을 결정하기 위해 계측되며, 트 랙터의 주행속도로도 계산할 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.