KR101649438B1 - 건설 기계 및 컨트롤러 - Google Patents

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마사유키 고바야시
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케이와이비 가부시키가이샤
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Abstract

작동 유체에 의해 구동되는 액추에이터를 갖는 건설 기계이며, 액추에이터의 운전 상태를 나타내는 상태값을 검출하는 상태값 검출부와, 상태값과 판별 조건값을 비교함으로써 동작 모드를 판별하는 모드 판별부와, 모드 판별부의 비교 결과에 기초하여 판별 조건값을 변경하는 조건값 설정부를 구비하고, 조건값 설정부는, 상태값이 판별 조건값보다 낮아지면 판별 조건값을 올리고, 상태값이 판별 조건값보다 높아지면 판별 조건값을 내리도록 판별 조건값을 설정하는 것을 특징으로 한다.

Description

건설 기계 및 컨트롤러 {CONSTRUCTION MACHINE, AND CONTROLLER}
본 발명은 작동 유체를 이용하여 액추에이터를 구동하는 건설 기계 및 그 컨트롤러에 관한 것이다.
JP 2011-202458A에는, 작동유를 토출하여 액추에이터를 구동하는 가변 용량형의 메인 펌프와, 메인 펌프의 출력을 어시스트하도록 작동유를 토출하는 서브 펌프와, 작동 유압을 받아 회전하는 회생용의 회생 모터와, 회생 모터에 의해 구동되는 회전 전기를 구비하는 하이브리드 건설 기계가 개시되어 있다. 이와 같은 하이브리드 건설 기계에서는, 메인 펌프로부터 토출된 작동유가 제어 밸브보다도 하류측의 오리피스로 조여지고, 이 오리피스의 상류측의 작동 유압(파일럿압)에 따라 메인 펌프의 경사판의 틸팅각 등이 제어(네거티브 컨트롤 제어)된다.
상기와 같은 하이브리드 건설 기계에서는, 오리피스 상류측에 생성되는 파일럿압을 사용하여 당해 건설 기계의 동작 모드를 판별하고, 판별된 동작 모드에 따라 서브 펌프에 의한 어시스트 제어 등을 실행한다.
그러나, 건설 기계가 정상적인 작업을 행하고 있는 경우라도, 검출되는 파일럿압은 어느 정도의 변동을 포함하고 있다. 그로 인해, 파일럿압이 동작 모드 판별용의 조건값 근방에서 변동되고 있는 경우, 특정한 동작 모드가 계속되고 있음에도, 파일럿압을 검출하는 타이밍에 의해서는, 특정한 동작 모드라고 판별되거나, 특정한 동작 모드와는 다른 동작 모드라고 판별되는 경우가 있다. 이와 같이 판별되면, 특정한 동작 모드와는 다른 동작 모드에 따른 어시스트 제어가 실행되어 버려, 오퍼레이터의 조작에 대응한 어시스트 제어가 행해지지 않아, 하이브리드 건설 기계의 조작성이 악화되어 버린다.
본 발명의 목적은 조작성의 악화를 억제하는 것이 가능한 건설 기계 및 컨트롤러를 제공하는 것이다.
본 발명은, 작동 유체에 의해 구동되는 액추에이터를 갖는 건설 기계이며, 상기 액추에이터의 운전 상태를 나타내는 상태값을 검출하는 상태값 검출부와, 상기 상태값과 판별 조건값을 비교함으로써 동작 모드를 판별하는 모드 판별부와, 상기 모드 판별부의 비교 결과에 기초하여 상기 판별 조건값을 변경하는 조건값 설정부를 구비하고, 상기 조건값 설정부는, 상기 상태값이 상기 판별 조건값보다 낮아지면 상기 판별 조건값을 올리고, 상기 상태값이 상기 판별 조건값보다 높아지면 상기 판별 조건값을 내리도록 상기 판별 조건값을 설정하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 하이브리드 건설 기계에 탑재되는 컨트롤러가 실행하는 동작 모드 판별 제어 처리의 플로우 챠트이다.
도 3은 판별 압력값의 설정 방법에 대해 설명하는 도면이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계를 설명한다.
우선, 도 1을 참조하여, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계는, 예를 들어 유압 셔블이다. 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 엔진(73)의 동력에 의해 구동되는 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)를 구비한다. 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)는 경사판의 경사각에 따라 용량을 조정 가능한 가변 용량형 펌프이다.
제1 메인 펌프(71)로부터 토출되는 작동유(작동 유체)는, 상류측으로부터 순서대로, 선회 모터(80)를 제어하는 제어 밸브(1), 아암 실린더(도시 생략)를 제어하는 아암 1속용의 제어 밸브(2), 붐 실린더(90)를 제어하는 붐 2속용의 제어 밸브(3), 예비용 어태치먼트(도시 생략)를 제어하는 제어 밸브(4), 및 좌측 주행용의 좌측 모터(도시 생략)를 제어하는 제어 밸브(5)에 공급된다. 각 제어 밸브(1∼5)는, 제1 메인 펌프(71)로부터 각 액추에이터로 유도되는 작동유의 유량을 조정하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다. 각 제어 밸브(15)는 하이브리드 건설 기계의 오퍼레이터가 조작 레버를 수동 조작하는 것에 수반하여 공급되는 파일럿압에 의해 조작된다.
각 제어 밸브(1∼5)는 서로 병렬인 중립 유로(6)와 패러렐 통로(7)를 통해 제1 메인 펌프(71)에 접속된다. 중립 유로(6)에 있어서의 제어 밸브(5)의 하류측에는, 제1 파일럿압을 생성하기 위한 오리피스(8)가 설치된다. 오리피스(8)은, 통과하는 작동유의 유량이 많으면 상류측에 높은 제1 파일럿압을 생성하고, 통과하는 유량이 적으면 상류측에 낮은 제1 파일럿압을 생성한다.
중립 유로(6)는, 제어 밸브(1∼5)의 모두가 중립 위치 또는 중립 위치 근방에 있는 경우에, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 전부 또는 일부를 탱크(74)(저류부)로 유도한다. 이 때, 오리피스(8)를 통과하는 작동유의 유량은 많아, 높은 제1 파일럿압이 생성된다.
한편, 제어 밸브(1∼5)가 풀 스트로크로 전환되면, 중립 유로(6)가 폐쇄되어, 오리피스(8)를 통과하는 작동유가 거의 없어져, 제1 파일럿은 거의 제로로 된다.
단, 제어 밸브(1∼5)의 조작량에 의해서는, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 일부가 액추에이터로 유도되고, 나머지가 중립 유로(6)로부터 탱크(74)로 유도되게 된다. 이와 같은 경우에는, 오리피스(8)는 중립 유로(6)를 흐르는 유량에 따른 제1 파일럿압을 생성한다.
제어 밸브(5)와 오리피스(8) 사이의 중립 유로(6)에는 파일럿 유로(9)가 접속되고, 파일럿 유로(9)에는 오리피스(8)의 상류측에 생성되는 제1 파일럿압이 유도된다. 파일럿 유로(9)에는, 레귤레이터(10)와, 파일럿 유로(9) 내의 제1 파일럿압을 검출하는 제1 압력 센서(11)가 설치된다.
레귤레이터(10)는, 파일럿 유로(9)의 제1 파일럿압과 역비례하여 제1 메인 펌프(71)의 경사판의 경사각을 제어하고, 제1 메인 펌프(71)의 1회전당의 배수 용적량을 제어한다. 따라서, 제어 밸브(1∼5)가 풀 스트로크로 전환되어, 파일럿 유로(9)의 제1 파일럿압이 제로로 되면, 제1 메인 펌프(71)의 경사판의 경사각이 최대로 되어, 1회전 당의 배수 용적량이 최대로 된다.
제2 메인 펌프(72)로부터 토출되는 작동유는, 상류측으로부터 순서대로, 우측 주행용의 우측 모터(도시 생략)를 제어하는 제어 밸브(12), 버킷 실린더(도시 생략)를 제어하는 제어 밸브(13), 붐 실린더(90)를 제어하는 붐 1속용의 제어 밸브(14), 및 아암 실린더(도시 생략)를 제어하는 아암 2속용의 제어 밸브(15)에 공급된다. 각 제어 밸브(12∼15)는 제2 메인 펌프(72)로부터 각 액추에이터로 유도되는 작동유의 유량을 조정하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다. 각 제어 밸브(12∼15)는, 하이브리드 건설 기계의 오퍼레이터가 조작 레버를 수동 조작하는 것에 수반하여 공급되는 파일럿압에 의해 조작된다.
각 제어 밸브(12∼15)는, 중립 유로(16)를 통해 제2 메인 펌프(72)에 접속되어 있다. 또한, 제어 밸브(13) 및 제어 밸브(14)는, 중립 유로(16)와 병렬인 패러렐 통로(17)를 통해 제2 메인 펌프(72)에 접속되어 있다. 중립 유로(16)에 있어서의 제어 밸브(15)의 하류측에는, 제2 파일럿압을 생성하기 위한 오리피스(18)가 설치된다. 오리피스(18)는, 제1 메인 펌프(71)측의 오리피스(8)와 동일한 기능을 갖는 것이다.
제어 밸브(15)와 오리피스(18) 사이의 중립 유로(16)에는 파일럿 유로(19)가 접속되고, 파일럿 유로(19)에는 오리피스(18)의 상류측에 생성되는 제2 파일럿압이 유도된다. 파일럿 유로(19)에는, 레귤레이터(20)와 파일럿 유로(19) 내의 제2 파일럿압을 검출하는 제2 압력 센서(21)가 설치된다.
레귤레이터(20)는 파일럿 유로(19)의 제2 파일럿압과 역비례하여 제2 메인 펌프(72)의 경사판의 경사각을 제어하고, 제2 메인 펌프(72)의 1회전당의 배수 용적량을 제어한다. 따라서, 제어 밸브(12∼15)가 풀 스트로크로 전환되어, 파일럿 유로(19)의 제2 파일럿압이 제로로 되면, 제2 메인 펌프(72)의 경사판의 경사각이 최대로 되어, 일회전당의 배수 용적량이 최대로 된다.
다음에, 선회 모터(80)에 대해 설명한다.
선회 모터(80)는, 하이브리드 건설 기계의 상부에 설치되는 오퍼레이터 탑승부를 선회시키는 유압 모터이며, 선회 회로(81)에 설치된다. 선회 회로(81)는 제어 밸브(1)에 접속되는 한 쌍의 급배 통로(33, 34)와, 급배 통로(33, 34)의 각각에 접속되어, 설정 압력으로 밸브 개방하는 릴리프 밸브(35, 36)를 구비한다.
제어 밸브(1)가 중립 위치로 설정되어 있는 경우에는, 제어 밸브(1)의 액추에이터 포트가 폐쇄되므로, 선회 모터(80)에 대한 작동유의 급배가 차단된다. 이에 의해, 선회 모터(80)는 정지 상태로 유지된다.
제어 밸브(1)가 모터 정회전 위치로 전환되면, 급배 통로(33)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 급배 통로(34)가 탱크(74)에 접속된다. 이에 의해, 급배 통로(33)를 통해 작동유가 공급되어 선회 모터(80)가 정회전함과 함께, 선회 모터(80)로부터의 복귀 작동유가 급배 통로(34)를 통해 탱크(74)로 배출된다.
한편, 제어 밸브(1)가 모터 역회전 위치로 전환되면, 급배 통로(34)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 급배 통로(33)가 탱크(74)에 접속된다. 이에 의해, 급배 통로(34)를 통해 작동유가 공급되어 선회 모터(80)가 역회전함과 함께, 선회 모터(80)로부터의 복귀 작동유가 급배 통로(33)를 통해 탱크(74)로 배출된다.
선회 모터(80)의 회전 시에, 급배 통로(33, 34)의 선회 압력이 릴리프 밸브(35, 36)의 설정 압력에 도달한 경우에는, 릴리프 밸브(35, 36)가 개방되어 고압측 통로의 작동유가 저압측 통로로 유도된다.
또한, 선회 모터(80)의 회전 중에 제어 밸브(1)가 중립 위치로 전환되면, 제어 밸브(1)의 액추에이터 포트가 폐쇄되어, 선회 회로(81)는 폐쇄 회로로 된다. 이와 같이 폐쇄 회로로 되어도, 선회 모터(80)는 관성 에너지로 계속해서 회전한다. 이 때, 제어 밸브(1)의 액추에이터 포트가 폐쇄되기 전에 저압이었던 한쪽의 급배 통로(33, 34)의 압력이 상승하고, 고압이었던 다른 쪽의 급배 통로(33, 34)의 압력이 하강하여, 선회 모터(80)에 브레이크력이 작용한다. 급배 통로(33, 34)의 브레이크 압력이 릴리프 밸브(35, 36)의 설정 압력에 도달한 경우에는, 릴리프 밸브(35, 36)가 개방하여, 고압측 통로의 작동유가 저압측 통로로 유도된다.
또한, 브레이크 동작 시에 선회 모터(80)의 흡입 유량이 부족한 경우에는, 작동유를 저류하는 탱크(74)로부터 급배 통로(33, 34)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(82, 83)를 통해, 탱크(74)의 작동유가 선회 모터(80)로 공급된다.
다음에, 붐 실린더(90)에 대해 설명한다.
붐 실린더(90)의 동작은 제어 밸브(14)에 의해 제어된다. 붐 2속용의 제어 밸브(3)는 제어 밸브(14)와 연동하여 전환된다.
제어 밸브(14)가 도 1의 중립 위치로부터 우측 위치로 전환되면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유가 급배 통로(22)를 통해 붐 실린더(90)의 피스톤측실(91)로 공급됨과 함께, 로드측실(92)로부터의 복귀 작동유가 급배 통로(23)를 통해 탱크(74)로 배출된다. 이에 의해, 붐 실린더(90)는 신장된다.
제어 밸브(14)가 도 1의 중립 위치로부터 좌측 위치로 전환되면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유가 급배 통로(23)를 통해 로드측실(92)로 공급됨과 함께, 피스톤측실(91)로부터의 복귀 작동유가 급배 통로(22)를 통해 탱크(74)로 배출된다. 이에 의해, 붐 실린더(90)는 수축된다.
또한, 제어 밸브(14)가 중립 위치로 되어 있는 경우에는, 붐 실린더(90)에 대한 작동유의 급배가 차단되어, 붐 실린더(90)는 정지 상태로 유지된다. 제어 밸브(14)를 중립 위치로 전환하여 붐의 움직임을 멈춘 경우, 버킷, 아암, 및 붐 등의 자중에 의해, 붐 실린더(90)에는 수축되는 방향의 힘이 작용한다. 따라서, 붐 실린더(90)의 피스톤측실(91)은 부하를 유지하는 부하측 압력실로서 기능한다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 선회 회로(81) 및 붐 실린더(90)로부터의 작동유의 에너지를 회수하여, 에너지 회생을 행하도록 구성되어 있다.
우선, 선회 회로(81)로부터의 작동유를 이용한 회생 시스템에 대해 설명한다.
선회 모터(80)에 접속되는 급배 통로(33, 34)에는, 각각 분기 통로(84, 85)가 접속된다. 분기 통로(84, 85)는 합류되어, 선회 회로(81)로부터의 작동유를 회생 모터(75)로 유도하기 위한 선회 회생 통로(39)에 접속된다. 분기 통로(84)에는 급배 통로(33)로부터 선회 회생 통로(39)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(37)가 설치되고, 분기 통로(85)에는 급배 통로(34)로부터 선회 회생 통로(39)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(38)가 설치된다. 선회 회생 통로(39)는 합류 회생 통로(25)를 통해 회생 모터(75)에 접속된다.
회생 모터(75)는 경사판의 경사각이 조정 가능한 가변 용량형의 유압 모터이다. 회생 모터(75)는 발전기로서도 기능하는 전동 모터(77)와 동축 회전하도록 연결되어 있다. 전동 모터(77)를 발전기로서 기능시키는 경우에는, 전동 모터(77)에서 발전된 전력은 인버터(78)를 통해 배터리(79)에 충전된다. 회생 모터(75)와 전동 모터(77)는 직접 연결해도 되고, 감속기를 통해 연결해도 된다.
선회 회생 통로(39)에는, 상류측으로부터, 압력 센서(40), 제1 회생 제어 밸브(41), 및 감압 밸브(42)가 설치된다.
압력 센서(40)는 제1 회생 제어 밸브(41)와 체크 밸브(37, 38) 사이의 선회 회생 통로(39)에 설치된다. 압력 센서(40)는 선회 회로(81) 내의 작동유의 압력을 검출한다. 제1 회생 제어 밸브(41)는 압력 센서(40)에 의해 검출된 압력에 따라, 선회 회생 통로(39)를 개폐하는 전자기 밸브이다.
감압 밸브(42)는 제1 회생 제어 밸브(41)의 하류측의 선회 회생 통로(39)에 설치되어 있다. 감압 밸브(42)는 입구와 출구의 차압이 일정값이 되도록 동작하는 밸브 부재이다. 감압 밸브(42)는, 제1 회생 제어 밸브(41)가 고장난 경우 등에, 급배 통로(33, 34)의 압력을 유지하여, 선회 모터(80)가 벗어나는 것을 방지한다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)에서는, 소정의 선회 회생 조건 성립 시에 제1 회생 제어 밸브(41)가 개방되고, 선회 회로(81)로부터의 작동유가 선회 회생 통로(39) 및 합류 회생 통로(25)를 통해 회생 모터(75)로 유도된다. 이에 의해, 회생 모터(75)의 회전축과 동기하여 전동 모터(77)의 회전축이 회전하므로, 전동 모터(77)에 의해 발전할 수 있어, 배터리(79)를 충전할 수 있다.
다음에, 붐 실린더(90)의 피스톤측실(91)로부터의 작동유를 이용한 회생 시스템에 대해 설명한다.
붐 실린더(90)의 피스톤측실(91)과 제어 밸브(14)를 접속하는 급배 통로(22), 및 피스톤측실(91)로부터의 작동유를 회생 모터(75)로 유도하기 위한 실린더 회생 통로(26)에는, 작동유의 흐름을 전환하는 제2 회생 제어 밸브(24)가 설치된다.
제2 회생 제어 밸브(24)는, 통상은 도시한 바와 같이 노멀 위치를 유지하고, 소정의 실린더 회생 조건 성립 시에 회생 위치로 전환되도록 구성되어 있다. 또한, 제2 회생 제어 밸브(24)보다도 하류의 실린더 회생 통로(26)에는, 붐 실린더(90)의 피스톤측실(91)로부터 회생 모터(75)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(27)가 설치되어 있다.
제2 회생 제어 밸브(24)가 노멀 위치에 있는 경우에는, 급배 통로(22)는 연통 상태로 되고, 실린더 회생 통로(26)는 차단 상태로 된다. 이에 의해, 붐 실린더(90)의 피스톤측실(91)과 제어 밸브(14) 사이에서 작동유의 흐름이 허용된다.
이에 대해, 제2 회생 제어 밸브(24)가 회생 위치로 전환되면, 급배 통로(22) 및 실린더 회생 통로(26)의 양 통로가 연통 상태로 된다. 제2 회생 제어 밸브(24)는 붐 실린더(90)의 수축 시에 회생 위치로 전환되는 것으로, 붐 실린더(90)의 피스톤측실(91)로부터의 복귀 작동유는 급배 통로(22) 및 실린더 회생 통로(26)로 분배된다. 급배 통로(22)를 통과하는 작동유의 유량 및 실린더 회생 통로(26)를 통과하는 작동유의 유량은 제2 회생 제어 밸브(24)의 전환량에 따라 조정된다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)에서는, 소정의 실린더 회생 조건 성립 시에 제2 회생 제어 밸브(24)가 회생 위치로 전환되고, 붐 실린더(90)의 피스톤측실(91)로부터의 작동유가 실린더 회생 통로(26) 및 합류 회생 통로(25)를 통해 회생 모터(75)로 유도된다. 이에 의해, 회생 모터(75)의 회전축과 동기하여 전동 모터(77)의 회전축이 회전하므로, 전동 모터(77)에 의해서 발전할 수 있어, 배터리(79)를 충전할 수 있다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 서브 펌프(76)를 사용하여, 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)의 출력을 어시스트하도록 구성되어 있다. 이 서브 펌프(76)에 의한 어시스트 제어에 대해 설명한다.
서브 펌프(76)는, 경사판의 경사각이 조정 가능한 가변 용량형 펌프이다. 서브 펌프(76)는 회생 모터(75) 및 전동 모터(77)와 동축 회전하도록 연결되어 있다. 서브 펌프(76)는 기본적으로 전동 모터(77)의 구동력에 기초하여 회전한다. 전동 모터(77)의 회전수는 인버터(78)를 통해 컨트롤러(60)에 의해 제어된다. 또한, 서브 펌프(76) 및 회생 모터(75)의 경사판의 경사각은 경사각 제어기(76A, 75A)를 통해 컨트롤러(60)에 의해 제어된다.
서브 펌프(76)에는, 토출 통로(50)가 접속되어 있다. 토출 통로(50)는 제1 메인 펌프(71)의 토출측의 중립 유로(6)에 합류하는 제1 어시스트 통로(51)와, 제2 메인 펌프(72)의 토출측의 중립 유로(16)에 합류하는 제2 어시스트 통로(52)로 분기하도록 구성되어 있다.
제1 어시스트 통로(51)에는 컨트롤러(60)에 의해 개폐 제어되는 전자기식의 제1 개폐 제어 밸브(53)가 설치되고, 제2 어시스트 통로(52)에는 컨트롤러(60)에 의해 개폐 제어되는 전자기식의 제2 개폐 제어 밸브(54)가 설치된다. 제1 개폐 제어 밸브(53)보다도 하류의 제1 어시스트 통로(51)에는, 서브 펌프(76)로부터 제1 메인 펌프(71)측으로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(55)가 설치된다. 제2 개폐 제어 밸브(54)보다도 하류의 제2 어시스트 통로(52)에는, 서브 펌프(76)로부터 제2 메인 펌프(72)측으로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(56)가 설치된다.
어시스트 제어 시에는, 제1 개폐 제어 밸브(53) 및 제2 개폐 제어 밸브(54)가 필요에 따라 개방되고, 전동 모터(77)에 의해 서브 펌프(76)가 구동된다. 이에 의해, 서브 펌프(76)로부터 토출된 작동유를 제1, 제2 어시스트 통로(51, 52)를 통해 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 토출측에 공급할 수 있어, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 출력을 어시스트하는 것이 가능해진다.
상기한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 시스템 전체를 제어 및 관리하는 컨트롤러(60)를 구비하고 있다. 컨트롤러(60)는 중앙 연산 장치(CPU), 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 억세스 메모리(RAM), 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 구비하는 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있다.
컨트롤러(60)는 제1, 제2 압력 센서(11, 21)에 의해 검출되는 제1, 제2 파일럿압에 기초하여 하이브리드 건설 기계의 동작 모드를 판별하고, 동작 모드에 대응한 어시스트 제어를 실행하도록 구성되어 있다.
동작 모드에는, 선회 모터(80)에 의해 오퍼레이터 탑승부를 선회하는 선회 모드, 버킷 실린더에 의해 버킷을 조작하는 버킷 조작 모드, 아암 실린더에 의해 아암을 조작하는 아암 조작 모드, 붐 실린더(90)에 의해 붐을 조작하는 붐 조작 모드, 좌우의 주행용 모터에 의해 주행하는 주행 모드 등이 포함된다.
도 2를 참조하여, 하이브리드 건설 기계의 컨트롤러(60)가 실행하는 동작 모드 판별 제어 처리에 대해 설명한다. 동작 모드 판별 제어 처리는 하이브리드 건설 기계의 운전 중에, 소정 제어 주기로 반복해서 실행된다.
스텝 101(S101)에서는, 컨트롤러(60)는 제1 압력 센서(11)에 의해 검출되는 제1 파일럿압, 및 제2 압력 센서(21)에 의해 검출되는 제2 파일럿압을 취득한다. 이들 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압은 건설 기계의 액추에이터의 운전 상태를 나타내는 상태값이다. 이와 같이, 컨트롤러(60)는 상태값을 검출하는 상태값 검출부를 포함하고 있다.
S102에서는, 컨트롤러(60)는, 제1 파일럿압이 제1 판별 압력값 P1(판별 조건값)보다 작고, 또한 제2 파일럿압이 제2 판별 압력값 P2(판별 조건값)보다도 큰지의 여부를 판정한다. 제1 판별 압력값 P1에는 초기값으로서 1.5㎫이 설정되어 있고, 제2 판별 압력값 P2에는 초기값으로서 1.0㎫이 설정되어 있다.
컨트롤러(60)는, 제1 파일럿압이 제1 판별 압력값 P1보다 작고, 또한 제2 파일럿압이 제2 판별 압력값 P2보다 큰 경우에 S103의 처리를 실행하고, 그 이외의 경우에 S106의 처리를 실행한다.
제1 파일럿압이 제1 판별 압력값 P1보다 작고, 또한 제2 파일럿압이 제2 판별 압력값 P2보다 큰 경우, 컨트롤러(60)는, S103에 있어서 현재의 동작 모드가 선회 모드 등, 제1 메인 펌프(71)에 의해 액추에이터가 구동되는 모드(MODE1)라고 판별한다. 이와 같이, 컨트롤러(60)는, 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압과, 미리 설정된 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2를 비교함으로써, 동작 모드가 MODE1(특정 동작 모드)인지 그 이외인지를 판별하는 모드 판별부를 포함하고 있다.
S104에서는, 컨트롤러(60)는, 제1 판별 압력값 P1을 초기값인 1.5㎫로부터 제1 보정 조건값인 1.6㎫로 변경하고, 제2 판별 압력값 P2를 초기값인 1.0㎫로부터 제2 보정 조건값인 0.9㎫로 변경한다. 제1 판별 압력값 P1을 초기값보다 크게 설정하고, 제2 판별 압력값 P2를 초기값보다 작게 설정함으로써, 동작 모드가 MODE1이라고 판별된 후에는, MODE1 이외의 동작 모드라고 판별되기 어려워진다. 이와 같이, 컨트롤러(60)는, 동작 모드가 MODE1 이외의 동작 모드라고 판별되기 어려워지도록 정해진 보정 조건값을 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2로 하여설정하는 조건값 설정부를 포함하고 있다. 즉, 컨트롤러(60)(조건값 설정부)는 히스테리시스를 형성하여 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2를 설정한다.
S105에서는, 컨트롤러(60)는, 제1 메인 펌프(71)의 출력을 서브 펌프(76)에 의해 어시스트하므로, 제1 개폐 제어 밸브(53)를 개방 제어함과 함께 제2 개폐 제어 밸브(54)를 폐쇄 제어한다. 이에 의해, 서브 펌프(76)로부터 토출된 작동유가 제1 어시스트 통로(51)를 통해 제1 메인 펌프(71)의 토출측에 공급되고, 제1 메인 펌프(71)의 출력이 어시스트된다.
S102에 있어서, 제1 파일럿압이 제1 판별 압력값 P1 이상, 또는 제2 파일럿압이 제2 판별 압력값 P2 이하로 판정된 경우에는, 컨트롤러(60)는 S106의 처리를 실행한다.
S106에서는, 컨트롤러(60)는, 제1 파일럿압이 1.0㎫ 이상이고, 또한 제2 파일럿압이 1.0㎫ 이하인지의 여부를 판정한다. 컨트롤러(60)는, 제1 파일럿압이 1.0㎫ 이상이고, 또한 제2 파일럿압이 1.0㎫ 이하인 경우에는 S107의 처리를 실행하고, 그 이외의 경우에는 S110의 처리를 실행한다.
S107에서는, 컨트롤러(60)는, 현재의 동작 모드가 버킷 조작 모드 등, 제2 메인 펌프(72)에 의해 액추에이터가 구동되는 모드(MODE2)라고 판별한다.
S107 처리 후의 S108에서는, 컨트롤러(60)는, 제1 판별 압력값 P1을 초기값인 1.5㎫로 변경하고, 제2 판별 압력값 P2를 초기값인 1.0㎫로 변경한다. 이와 같이, 컨트롤러(60)는 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2를 초기값으로 복귀시키는 조건값 설정부를 포함하고 있다.
S109에서는, 컨트롤러(60)는, 제2 메인 펌프(72)의 출력을 서브 펌프(76)에 의해 어시스트하므로, 제1 개폐 제어 밸브(53)를 폐쇄 제어함과 함께 제2 개폐 제어 밸브(54)를 개방 제어한다. 이에 의해, 서브 펌프(76)로부터 토출된 작동유가 제2 어시스트 통로(52)를 통해 제2 메인 펌프(72)의 토출측에 공급되고, 제2 메인 펌프(72)의 출력이 어시스트된다.
S106에 있어서, 제1 파일럿압이 1.0㎫보다 작고, 또는 제2 파일럿압이 1.0㎫보다 크다고 판정된 경우는, 컨트롤러(60)는 S110의 처리를 실행한다.
S110에서는, 컨트롤러(60)는, 현재의 동작 모드가 주행 모드 등, 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)에 의해 복수의 액추에이터가 구동되는 모드(MODE3)라고 판별한다.
S110 처리 후의 S111에서는, 컨트롤러(60)는, 제1 판별 압력값 P1을 초기값인 1.5㎫로 변경하고, 제2 판별 압력값 P2를 초기값인 1.0㎫로 변경한다. S111의 처리는 S108의 처리와 동일하다.
S112에서는, 컨트롤러(60)는, 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)의 출력을 서브 펌프(76)에 의해 어시스트하므로, 제1 개폐 제어 밸브(53)를 개방 제어함과 함께 제2 개폐 제어 밸브(54)를 개방 제어한다. 이에 의해, 서브 펌프(76)로부터 토출된 작동유가, 제1 어시스트 통로(51) 및 제2 어시스트 통로(52)를 통해, 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)의 토출측에 공급되고, 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)의 출력이 어시스트된다.
상기 컨트롤러(60)가 실행하는 동작 모드 판별 제어 처리에 의한 작용, 효과에 대해 설명한다.
여기서, 오퍼레이터에 의한 선회 조작의 지시에 의해 선회 모드로 설정되고, 제1 파일럿압이 0.5㎫로 되고, 제2 파일럿압이 1.05㎫로 된 경우를 상정한다.
제1 파일럿압이 0.5㎫이고, 제2 파일럿압이 1.05㎫이므로, S101∼S103에 있어서, 컨트롤러(60)는 하이브리드 건설 기계의 동작 모드가 MODE1이라고 판별한다. 그 후, 컨트롤러(60)는, S104에서 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2를 제1 보정 조건값 및 제2 보정 조건값으로 변경하고, S105에서 제1 메인 펌프(71)의 출력을 어시스트하도록 제1 개폐 제어 밸브(53)를 개방한다.
선회 조작이 계속되고 있는 경우라도, 검출되는 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압은 항상 일정값은 아니고, 오퍼레이터에 의한 조작 레버 제어의 요동 등에 기인하여 어느 정도의 범위에서 변동되고 있다. 미리 실험에 의해, 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압은 중심값에 대해 ±0.1㎫ 정도로 변동되는 것으로 판명되고 있다. 따라서, 제1 파일럿압의 중심값이 0.5㎫인 경우에는 제1 파일럿압은 0.5±0.1㎫로 검출되고, 제2 파일럿압의 중심값이 1.05㎫인 경우에는 제2 파일럿압은 1.05±0.1㎫로 검출된다.
소정의 제어 주기 후에 다시 동작 모드 판별 제어 처리가 실행되었을 때에, 상기한 압력 변동의 영향에 의해, 제1 파일럿압이 0.4㎫ 및 제2 파일럿압이 0.95㎫로 되어 있는 것으로 한다. 그렇게 하면, S102에 있어서, 컨트롤러(60)는, 압력 변동의 영향을 받은 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압에 기초하여 동작 모드를 판별하게 된다.
만일 S102의 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2가 초기값 상태였다고 하면, 제1 파일럿압이 0.4㎫ 및 제2 파일럿압이 0.95㎫인 경우에는, 컨트롤러(60)는, 실제의 동작 모드가 MODE1의 상태로 계속되고 있음에도, S102 및 S106의 처리를 거쳐 MODE3이라고 오판별해 버린다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 전회의 동작 모드 판별 제어 처리에 있어서 MODE1이라고 판별했을 때에, 제1 판별 압력값 P1을 초기값으로서의 1.5㎫(제1 임계값)로부터 제1 보정 조건값으로서의 1.6㎫(제2 임계값)로 완화하고, 제2 판별 압력값 P2를 초기값으로서의 1.0㎫(제2 임계값)로부터 제2 보정 조건값으로서의 0.9㎫ (제1 임계값)로 완화하고 있으므로, MODE1 이외의 동작 모드가 판별되기 어려운 상태로 되어 있다. 그로 인해, 선회 조작 계속 중에 있어서, 압력 변동의 영향에 의해 제1 파일럿압이 0.4 ㎫ 및 제2 파일럿압이 0.95㎫로 되어 있어도, 컨트롤러(60)는 현재의 동작 모드가 MODE1이라고 정확하게 판별할 수 있다.
본 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계에 따르면, 동작 모드가 일단 MODE1로 판별된 후에는, 히스테리시스를 형성하여 제1 판별 압력값 P1 및 제1 판별 압력값 P1이 설정되므로, 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압의 압력 변동에 기인하는 동작 모드의 오판별이 억제된다. 따라서, 실제의 동작 모드와는 다른 모드로서 판별되는 경우는 없고, 정확하게 판별된 동작 모드에 기초하여 오퍼레이터 조작에 대응한 어시스트 제어를 실행할 수 있다. 이에 의해, 하이브리드 건설 기계의 조작성의 악화를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 하이브리드 건설 기계에서는, 동작 모드가 MODE1로 판별되고, 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2에 제1 보정 조건값 및 제2 보정 조건값이 설정된 후에, 오퍼레이터의 조작에 기초하여 동작 모드가 변경되고, 동작 모드가 MODE2 또는 MODE3으로 판별되면, 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2는 초기값으로 복귀된다. 이와 같이 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2를 초기값으로 복귀시킴으로써, 동작 모드가 MODE1 이외의 동작 모드라고 판별되기 어려워지는 상태가 계속되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제1 판별 압력값 P1의 제1 보정 조건값은 제1 판별 압력값 P1의 초기값보다도 크게 설정되고, 제2 판별 압력값 P2의 제2 보정 조건값은 제2 판별 압력값 P2의 초기값보다도 작게 설정된다. 제1 보정 조건값 및 제2 보정 조건값, 보다 구체적으로는 제1 판별 압력값 P1의 초기값과 제1 보정 조건값의 차이 및 제2 판별 압력값 P2의 초기값과 제2 보정 조건값의 차이는, 오퍼레이터에 의한 조작 레버 제어의 요동 등에 기인하여, 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압에 발생할 수 있는 압력 변동에 기초하여 정해진 값이다. 이와 같이 제1 판별 압력값 P1 및 제2 판별 압력값 P2를 설정함으로써, 하이브리드 건설 기계의 조작성의 악화를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 3을 참조하여, 판별 압력값의 설정의 방법에 대해 더 설명한다. 도 3은 제1 판별 압력값 P1의 설정에 관한 모식도이다. 도 3에 있어서, L1은 제1 파일럿압의 측정값을 나타내는 파형이고, L2는 제1 파일럿압의 측정값으로부터 압력 변동 성분을 제거한 파형이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 파일럿압이 저하되어, 시각 t1에서 동작 모드가 MODE3으로부터 MODE1로 전환되는 경우, 제1 판별 압력값 P1은 1.5㎫로부터 1.6㎫(제1 보정 조건값)로 된다. 이 때, 제1 판별 압력값 P1은 제1 파일럿압의 압력 변동의 반 진폭 A 이상 어긋나게하여 설정된다. 이와 같이 설정함으로써, MODE1로 전환된 직후에 압력 변동이 발생하고 있어도, 그 압력 변동이 요인으로 되어 제1 파일럿압의 측정값이 보정 후의 제1 판별 압력값 P1(1.6㎫)을 초과하는 경우는 없다. 그로 인해, MODE1로부터 다른 동작 모드로 전환되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
또한, 동작 모드가 MODE1로 전환되었을 때에는, 제1 판별 압력값 P1을 제1 파일럿압의 압력 변동의 진폭 2A 이상 어긋나게 하여 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 압력 변동 성분을 제거한 제1 파일럿압의 값이, 변경 전후의 제1 판별 압력값 P1의 사이에 있을 때에, 동작 모드가 전환되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
도 3에서는 제1 판별 압력값 P1의 설정 방법에 대해 설명했지만, 제2 판별 압력값 P2에 대해서도 동일한 방법으로 설정된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술 목표 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지는 아니다.
본 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계에서는, 하이브리드 건설 기계의 액추에이터의 운전 상태를 대표하는 상태값으로서 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압을 검출하고 있지만, 액추에이터의 운전 상태를 대표하는 상태값이면 이들 파일럿압 이외의 신호를 검출해도 된다. 예를 들어, 제1 파일럿압 대신에 오리피스(8)와 제어 밸브(5) 사이의 작동유의 유량을 검출하고, 제2 파일럿압 대신에 오리피스(18)와 제어 밸브(15) 사이의 작동유의 유량을 검출해도 된다.
본 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계에서는, 판별된 동작 모드에 따라 어시스트 제어를 실행하도록 하였지만, 어시스트 제어 대신 또는 어시스트 제어와 함께, 그 밖의 제어를 실행하도록 해도 된다.
본 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계에서는, 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압에 기초하여 MODE1∼3을 판별하도록 하였지만, 제1 파일럿압 및 제2 파일럿압에 기초하여, MODE1∼3 이외의 동작 모드, 예를 들어 회생 제어를 실행하는 회생 모드 등을 판별하도록 해도 된다.
본 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계에서는, MODE1로 판별되었을 때에 제1 판별 압력값과 제2 판별 압력값의 양쪽을 보정하도록 하였지만, 어느 한쪽만을 보정하도록 해도 된다. 또한, 동작 모드를 위한 판별 압력값을 3개 이상 형성해도 된다. 많은 동작 모드를 설정함으로써, 정교한 액추에이터의 제어를 행하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계에서는, 동작 모드가 MODE1로 판별되었을 때 이외에도 판별 압력값을 변경해도 된다. 예를 들어, 동작 모드가 MODE2로 판별되었을 때에, MODE2의 판별 조건인 판별 압력값을 완화하도록 변경해도 된다. 그 경우, MODE2의 동작 모드로부터 다른 동작 모드로 이행했을 때에, MODE2의 판별 조건인 판별 압력값을 초기값으로 복귀시키도록 한다. 이에 의해, MODE1에 추가하여, MODE2의 경우에 있어서도, 다른 동작 모드라고 오판별하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의한 하이브리드 건설 기계에서는, 작동 유체로서 작동유를 사용하고 있지만, 작동유 대신에 물이나 수용성 대체액 등을 사용해도 된다.
본원은 2013년 2월 28일에 일본 특허청에 출원된 JP2013-38967호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (7)

  1. 작동 유체에 의해 구동되는 액추에이터를 갖는 건설 기계이며,
    상기 액추에이터의 운전 상태를 나타내는 상태값을 검출하는 상태값 검출부와,
    상기 상태값과 판별 조건값을 비교함으로써 동작 모드를 판별하는 모드 판별부와,
    상기 모드 판별부의 비교 결과에 기초하여 상기 판별 조건값을 변경하는 조건값 설정부를 구비하고,
    상기 조건값 설정부는, 상기 상태값이 상기 판별 조건값보다 낮아지면 상기 판별 조건값을 올리고, 상기 상태값이 상기 판별 조건값보다 높아지면 상기 판별 조건값을 내리도록 상기 판별 조건값을 설정하는, 건설 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조건값 설정부는,
    상기 모드 판별부의 비교 결과에 기초하여, 상기 판별 조건값으로서 제1 임계값 또는 당해 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 설정하도록 구성되어 있고,
    상기 판별 조건값으로서 상기 제1 임계값이 설정되어 있는 경우, 상기 상태값이 상기 제1 임계값보다 낮아졌을 때에 상기 판별 조건값을 상기 제2 임계값으로 변경하고,
    상기 판별 조건값으로서 상기 제2 임계값이 설정되어 있는 경우, 상기 상태값이 상기 제2 임계값보다 높아졌을 때에 상기 판별 조건값을 상기 제1 임계값으로 변경하는, 건설 기계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상태값 검출부는 복수의 상기 상태값을 검출하고,
    상기 모드 판별부는 상기 복수의 상태값마다 설정된 상기 판별 조건값과, 상기 상태값을 비교함으로써 동작 모드를 판별하고,
    상기 조건값 설정부는 상기 모드 판별부의 비교 결과에 기초하여 각 판별 조건값을 변경하는, 건설 기계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조건값 설정부는, 상기 모드 판별부에 있어서 동작 모드가 상기 건설 기계의 차체가 선회하는 선회 모드라고 판단된 경우에, 상기 판별 조건값을 변경하는, 건설 기계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 유체를 저류하는 저류부와,
    작동 유체를 토출하는 펌프와,
    상기 펌프와 상기 저류부, 및 상기 펌프와 상기 액추에이터의 연통 상태를 제어하는 제어 밸브와,
    상기 펌프로부터 토출된 작동 유체이며, 상기 제어 밸브로부터 상기 저류부를 향하는 작동 유체의 흐름을 좁히는 오리피스를 더 구비하고,
    상기 상태값 검출부는, 상기 상태값으로서 상기 제어 밸브와 상기 오리피스 사이의 작동 유체의 압력을 검출하고,
    상기 모드 판별부는, 상기 상태값 검출부에 의해 검출된 압력과 상기 판별 조건값을 비교함으로써 동작 모드를 판별하는, 건설 기계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 판별 조건값의 변경 전과 변경 후의 값의 차이는, 상기 제어 밸브와 상기 오리피스 사이의 작동 유체의 압력에 발생할 수 있는 압력 변동에 기초하여 정해지는 값인, 건설 기계
  7. 작동 유체에 의해 구동되는 액추에이터를 갖는 건설 기계에 구비되는 컨트롤러이며,
    상기 액추에이터의 운전 상태를 나타내는 상태값을 검출하는 상태값 검출부와,
    상기 상태값과 판별 조건값을 비교함으로써 동작 모드를 판별하는 모드 판별부와,
    상기 모드 판별부의 비교 결과에 기초하여 상기 판별 조건값을 변경하는 조건값 설정부를 구비하고,
    상기 조건값 설정부는, 상기 상태값이 상기 판별 조건값 보다 낮아지면 상기 판별 조건값을 올리고, 상기 상태값이 상기 판별 조건값보다 높아지면 상기 판별 조건값을 내리도록 상기 판별 조건값을 설정하는, 컨트롤러.
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