[논문]직접 제어 방식을 적용한 소형 지게차 변속 시스템에 관한 연구

정영만; 임구; 양순용

doi:10.7839/ksfc.2013.10.4.034

직접 제어 방식을 적용한 소형 지게차 변속 시스템에 관한 연구
A Study on Applying the Direct Control Method for Small Forklift Transmission System 원문보기

유공압건설기계학회지 = Journal of the Korean Society for Fluid Power and Construction Equipments, v.10 no.4, 2013년, pp.34 - 40

정영만 (Department Mechanical Automotive Engineering Graduate School of University of Ulsan) , 임구 (Department Mechanical Engineering Graduate School of University of Daegu) , 양순용 (School of Mechanical Engineering, University of Ulsan)

Abstract ▼ AI-Helper

The transmission control method of small forklift is classified into pilot control method and direct control method. In pilot control method, the hydraulic circuit which consists a lot of components is very complex so the production process is too costly and time consuming. The direct control method contains fewer components that can be configured to simple hydraulic circuit. It has more advantages because the shift sensitivity of transmission is changed easily via the input profile. In this paper, the controller design and the input profile for system are studied to apply to the direct control method. The input profile consists of Fill section, Hold section and Ramp section. The characteristic of each section is obtained through experiment. As the result, the shift sensitivity and starting performance are effected by Fill section and Hold section.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

5-7) 본 연구에서는 파일럿 제어 방식의 소형 지게차를 분석하여 비례제어 밸브를 이용한 직접 제어 방식을 적용한 시스템에 관한 연구를 하였다.
본 논문에서는 소형지게차의 메인 컨트롤 밸브를 직접방식으로 개발하고 비례제어 밸브를 통해 변속 충격과 출발성능을 개선하는 연구를 하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.

제안 방법

(1) 파일럿 제어 방식의 MCV를 직접 제어 방식으로 개발하였다.
(2) 비례제어 밸브를 제어 할 수 있는 임베디드 시스템을 개발하였다.
(3) 변속감도와 출발성능을 개선하기 위해 입력 프로파일의 변화에 따른 Fill구간, Hold구간, Ramp구간의 실차 테스트를 수행하였다.
(4) 입력 프로파일의 각 구간이 변속충격과 출발성능에 미치는 영향을 파악하였다.
Fill구간에서 시간과 전류값의 변화에 대한 특성을 조사하기 위해 시간을 같게 하고 전류값을 변화시킨 Case1～2와 전류값을 같게 하고 시간을 변화시킨 Case3～4로 나누어 실험 하였고. 실험조건은 Table 1과 같다.
Hold구간에서 시간과 전류값의 변화에 대한 특성을 조사하기 위해 시간을 같게 하고 전류값을 변화시킨 Case5～8과 전류값을 같게 하고 시간을 변화시킨 Case9～11로 나누어 실험 하였다. 실험조건은 Table 2와 같다.
Ramp구간에서 시간과 전류값의 변화에 대한 특성을 조사하기 위해 시간을 같게 하고 전류값을 변화시킨 Case12～15와 전류값을 같게 하고 시간을 변화시킨 Case16～19로 나누어 실험 하였다. 실험조건은 Table 3과 같다.
⁹⁾ 변속감도에 대한 수치적인 표현이 어렵기 때문에 주관적으로 데이터를 나타냈다. 변속감도와 출발 성능의 구분은 총 5부분으로 구분하여 표현하였으며 상은 A, 중상은 B, 보통은 C, 다소나쁨 D, 나쁨 E로 나타내었다. 실험의 기본 데이터 값은 기본세팅 값을 사용하였고 변속감도는 B, 출발성능은 C로 나타났다.
변속충격은 차량의 감도와 출발성능으로 나누어 표현하였다. 변속충격에 대한 데이터는 전문 운전자가 직접 전진 3회 후진 3회를 2회 반복하여 실험을 수행하였다.⁹⁾ 변속감도에 대한 수치적인 표현이 어렵기 때문에 주관적으로 데이터를 나타냈다.
실험은 ETDR세팅 프로그램의 기본 값을 이용하여 각 구간의 설정을 변경하여 실험하였으며 Fill구간 테스트, Hold구간 테스트, Ramp구간 테스트, 종합 테스트로 진행하였다. 변속충격은 차량의 감도와 출발성능으로 나누어 표현하였다. 변속충격에 대한 데이터는 전문 운전자가 직접 전진 3회 후진 3회를 2회 반복하여 실험을 수행하였다.
복합 테스트는 모든 경우를 분석하여 변속감도와 출발성능이 B이상의 조합으로 프로파일을 조합하여 실험하였다. Table 4는 복합 테스트를 실험조건을 나타낸 것이다.
는 ETDR의 신호 입력방식과 제어 방법 설정을 나타낸 부분으로 입력방식은 전압 2타입(0～5볼트, 0～10볼트), 저항, 전류 등으로 입력방식을 설정할 수 있도록 되어 있으며 제어방식은 전진 및 후진, 인칭의 사용 유무를 설정 할 수 있도록 되어있다. 본 연구에서는 전압(0～5볼트)의 입력방식과 전진, 후진 및 인칭을 사용하도록 ETDR을 세팅하였다.
실차 테스트는 개발된 컨트롤러를 이용하여 실험하였다. 실험을 통하여 입력 프로파일의 변화에 따른 변속 압력 그래프가 어떻게 생성되는지 파악하였고 ETDR세팅 프로그램은 총 3구간으로 나누어져 있으며 각 구간이 변속압력에 미치는 영향을 파악하였다.
실험은 ETDR세팅 프로그램의 기본 값을 이용하여 각 구간의 설정을 변경하여 실험하였으며 Fill구간 테스트, Hold구간 테스트, Ramp구간 테스트, 종합 테스트로 진행하였다. 변속충격은 차량의 감도와 출발성능으로 나누어 표현하였다.
실차 테스트는 개발된 컨트롤러를 이용하여 실험하였다. 실험을 통하여 입력 프로파일의 변화에 따른 변속 압력 그래프가 어떻게 생성되는지 파악하였고 ETDR세팅 프로그램은 총 3구간으로 나누어져 있으며 각 구간이 변속압력에 미치는 영향을 파악하였다. 추가적인 실험을 통하여 변속충격이 가장 적은 프로파일을 구하였다.
실험을 통하여 입력 프로파일의 변화에 따른 변속 압력 그래프가 어떻게 생성되는지 파악하였고 ETDR세팅 프로그램은 총 3구간으로 나누어져 있으며 각 구간이 변속압력에 미치는 영향을 파악하였다. 추가적인 실험을 통하여 변속충격이 가장 적은 프로파일을 구하였다.
컨트롤러를 개발하기 위해서는 지게차의 작동 파라미터를 측정하였고, 단품 테스트를 통하여 실차에 임베디드 시스템 형태로 개발하였다.

성능/효과

이러한 현상은 변속기의 클러치에 형성되는 압력의 제어를 통하여 해결할 수 있다.¹⁾ 변속 시 클러치 압력형성이 빠르면 변속응답 시간은 좋아지나 과도한 토크가 발생하여 변속충격이 일어나고 압력형성이 늦으면 부드러운 변속이 가능하나 변속응답이 늦고 클러치의 마찰에 의한 마모가 발생하는 문제가 있다.²⁾
모듈레이션 밸브의 세팅을 변경하여 고객이 원하는 변속감도를 충족시키고 있지만 고객이 원하는 변속감도를 찾기에는 많은 어려움이 있고 많은 시간과 예산이 소요되는 단점이 있다.^3,4) 반면 직접 제어 방식은 비례제어 밸브를 이용하여 MCV의 파일럿 라인 없이 직접 클러치 압력을 조절하기 때문에 구성부품의 수가 적고 간단한 유압회로를 구성할 수 있고 간단한 입력 프로파일의 변경만으로도 변속기의 변속충격을 변화 시킬 수 있는 장점이 있다.
7의 데이터를 분석하면 Case1～3 의 경우 Fill구간의 최대압력이 8bar이하로 형성되어 출발성능이 B로 개선되나 Case4는 최대 압력이 8bar 이상 형성돼 출발성능 D로 나타났다. 결과적으로 Fill구간은 출발성능의 개선은 있으나 변속감도는 나빠지므로 기본세팅의 값이 적절하다고 판단된다.
동일한 Fill구간, Hold구간을 설정하고 Ramp구간의 설정의 변화에 따라 변속충격과 출발성능이 변함을 알 수 있다. 위의 실험결과로부터 Fill구간은 기본세팅 값이 좋고 Hold구간은 변속감도와 출발성능에 가장 많은 영향을 주는 것을 알 수 있다. Ramp구간은 변속감도와 출발성능에 적은 영향만을 준다는 것을 알 수 있다.

후속연구

향후 변속감도와 출발성능을 주관적인 느낌이 아닌 객관적인 데이터로 표현할 수 있는 연구를 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소형 지게차의 변속기의 MCV를 제어하는 방식에는 어떤 것들이 있는가?	소형 지게차의 변속기의 MCV(Main Control Valve)를 제어하는 방법에는 MCV의 파일럿 압력을 이용한 파일럿 제어 방식(Pilot Control Method)과비례제어 밸브를 이용하여 MCV의 압력을 직접 제어 하는 직접 제어 방식(Direct Control Method)으로 구분된다. 파일럿 제어 방식은 내부 유압 회로가 복잡 하고 구성 부품의 수가 많아 개발, 제작과정에 많은 비용과 시간의 투자가 필요하게 된다.
	변속기의 MCV를 제어하는 방법 중 직접 제어 방식의 장점은 무엇인가?	모듈레이션 밸브의 세팅을 변경하여 고객이 원하는 변속감도를 충족시키고 있지만 고객이 원하는 변속감도를 찾기에는 많은 어려움이 있고 많은 시간과 예산이 소요되는 단점이 있다. 3,4) 반면 직접 제어 방식은 비례제어 밸브를 이용하여 MCV의 파일럿 라인 없이 직접 클러치 압력을 조절하기 때문에 구성부품의 수가 적고 간단한 유압회로를 구성할 수 있고 간단한 입력 프로파일의 변경만으로도 변속기의 변속충격을 변화 시킬 수 있는 장점이 있다.
	변속기의 MCV를 제어하는 방법 중 파일럿 제어 방식의 단점은 무엇인가?	변속감도를 개선하기 위해 모듈레이션 밸브(Modulation Valve)의두 개의 스프링을 교환해 가면서 변속감도를 테스트 해야 한다. 모듈레이션 밸브의 세팅을 변경하여 고객이 원하는 변속감도를 충족시키고 있지만 고객이 원하는 변속감도를 찾기에는 많은 어려움이 있고 많은 시간과 예산이 소요되는 단점이 있다. 3,4) 반면 직접 제어 방식은 비례제어 밸브를 이용하여 MCV의 파일럿 라인 없이 직접 클러치 압력을 조절하기 때문에 구성부품의 수가 적고 간단한 유압회로를 구성할 수 있고 간단한 입력 프로파일의 변경만으로도 변속기의 변속충격을 변화 시킬 수 있는 장점이 있다.

참고문헌 (9)

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H. K. Jang, D. Y. Kook, J. K. Lee, J. H. Choi, "Development of Start Feel Index of a Forklift Truck", KSME, Vol 26, No. 1, pp.74-82, 2002

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J. Y. Oh, G. H. Lee, C. H. Jung, "The Hydraulic System Modeling and Analysis of the Automatic Transmission using Clutch Direct Control for Forklift Truck", KSFC Fall Conference, pp.70-75, 2007
H. Y. Kim, C. S. Lee, Y. W. Jeong, "A Study on Modulation of Forklift Transmission and Improvement of Inching Performance", Pusan university report, pp.9-48, 2005
J. Y. Oh, G. S. Kim, J. H. Lee, K. G. Hwang, S. H. Lee, "Clutch Hydraulic System Modeling and Analysis using Direct Type Control for Automatic Transmission of Forklift Truck", KSPE Spring Conference, pp.885-890, 2006
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B. H. Kwon, S. B. Kim, H. S. Kim, "Modeling of a Clutch to Clutch Controlled Automatic Transmission and Simulation Tool for Prediction of Shift Quality", KSAE Spring Conference, pp.431-436, 2000
Y. M. Jeong, C. S. Jeong, S. Y. Yang, "A Study on Development of Proportional Control Valve System for Small Forklift", KSFC Spring Conference, pp.105-108, 2012
H. G. Jang, D. Y. Kuk, J. G. Lee, J. H. Choi, "Development of Start Fell Index of a Forklift Truck", KSNVE Spring Conference, pp.1094-1099, 2001

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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