KR101756355B1 - 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 동력원에 의해 구동되며 작동유체를 공급하는 굴삭기펌프와, 굴삭기펌프로부터 펌핑되는 작동유체를 작업실린더로 유입시키는 굴삭기 스풀밸브와, 컨트롤러로부터 입력되는 제어신호에 의하여 굴삭기 스풀밸브를 제어하는 굴삭기용 전자밸브를 포함하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법에 있어서, 컨트롤러가 전자제어신호를 설정 주기에 따라 점진적으로 변경시키면서 굴삭기용 전자밸브로 송출하는 단계, 굴삭기펌프의 감지센서로부터 컨트롤러의 전자제어신호 각각에 대한 굴삭기펌프의 출력신호들을 수신하는 단계, 컨트롤러에서 송출하는 전자제어신호들과, 전자제어신호들 각각에 대한 굴삭기펌프의 출력신호들을 수학적인 방법을 이용하여, 가상의 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 단계 및 추정된 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점에 대응하는 컨트롤러의 전자제어신호를 굴삭기 스풀밸브의 실제 열림시점 또는 닫힘시점으로 등록하여 보정하는 단계를 포함하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법을 제공한다.
따라서 굴삭기 스풀밸브에 대한 밸브 자체의 개별 편차와, 부품 노후 또는 변형 등으로 인한 특성에 따른 편차 등을 모두 고려한 굴삭기 스풀밸브의 실제 열림시점 또는 닫힘시점을 활용함으로써 총괄적인 정확한 제어를 수행할 수 있다.

Description

굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법 {Method for correcting deviation of excavator electronic valve}

본 발명은 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실제 밸브가 열리고 닫히는 시점을 확인하고, 이를 통하여 각 전자밸브의 밸브편차를 보정함으로써 정확한 제어를 수행할 수 있게 하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭작업, 토사를 운반하는 적재작업, 건물을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정지작업 등의 작업을 행하는 건설기계로서 장비의 이동 역할을 하는 주행체, 주행체에 탑재되어 회전하는 선회체, 선회체에 회동 가능하게 연결되는 붐과 암 및 암의 단부에 부착되는 버켓이나 브레이커 등과 같은 옵션 등으로 이루어진 장치로 구성되며, 상기한 작업들을 수행하기 위해서는 많은 힘을 낼 수 있어야하기 때문에 유압이 주로 사용되고 있다.

상기 굴삭기용 전자유압 밸브시스템은 동력원에 의하여 구동되며 작동유체를 공급하는 굴삭기펌프와, 굴삭기펌프로부터 압송된 유체를 작업실린더로 유입시키는 굴삭기용 스풀밸브와, 굴삭기용 스풀밸브를 제어하고 작동유체를 공급하는 전자비례 감압밸브와, 상기 굴삭기펌프와 상기 전자비례 감압밸브를 제어하는 컨트롤러를 포함하여, 전자비례 감압밸브와 같은 전기 신호에 의해 제어가 이루어지고 사람의 직접 구동보다 프로그램에 의한 작업을 요구하고 있다.

한편, 상기한 종래의 굴삭기 유압시스템은, 밸브 자체의 개별 편차와 밸브스풀을 작동시키는 전자비례밸브 또는 리니어 액추에이터의 편차로 인하여 밸브의 열림과 닫힘의 편차가 발생하고, 또한 일정 사용 후에 나타나는 부품의 노후 또는 변형으로 특성이 달라지면서 이에 대해서도 편차가 발생하는 문제점이 있었다.

때문에, 이를 개선하기 위하여 종래에는 전자비례 감압밸브의 특성치를 컨트롤러에 미리 입력하여 보정하거나, 시행 오차방법을 통하여 상기한 편차를 보정하는 방법을 이용하고 있다.

그런데, 상기한 종래의 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법은, 각각의 밸브에 대한 밸브 자체의 개별 편차와, 밸브스풀의 편차를 비롯한 부품 노후 또는 변형 등으로 인한 특성에 따른 편차 등을 무시하기 때문에 정확한 밸브제어를 수행할 수 없었으며, 이로 인한 우수한 제어성능을 확보할 수 없는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0147551호

본 발명은, 실제 밸브의 열림 또는 닫힘 조건을 프로그램에 입력시켜 총괄적으로 정확한 제어가 가능하고, 이를 통한 제어 성능을 향상시킬 수 있는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 동력원에 의해 구동되며 작동유체를 공급하는 굴삭기펌프와, 상기 굴삭기펌프로부터 펌핑되는 작동유체를 작업실린더로 유입시키는 굴삭기 스풀밸브와, 컨트롤러로부터 입력되는 제어신호에 의하여 상기 굴삭기 스풀밸브를 제어하는 굴삭기용 전자밸브를 포함하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법에 있어서, 상기 컨트롤러가 전자제어신호를 설정 주기에 따라 점진적으로 변경시키면서 상기 굴삭기용 전자밸브로 송출하는 단계, 상기 굴삭기펌프의 감지센서로부터 상기 컨트롤러의 전자제어신호 각각에 대한 상기 굴삭기펌프의 출력신호들을 수신하는 단계, 상기 컨트롤러에서 송출하는 상기 전자제어신호들과, 상기 전자제어신호들 각각에 대한 상기 굴삭기펌프의 출력신호들을 수학적인 방법을 이용하여, 가상의 상기 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 단계 및 추정된 상기 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점에 대응하는 상기 컨트롤러의 전자제어신호를 상기 굴삭기 스풀밸브의 실제 열림시점 또는 닫힘시점으로 등록하여 보정하는 단계를 포함하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법을 제공한다.

본 발명에 따른 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 굴삭기 스풀밸브에 대한 밸브 자체의 개별 편차와, 부품 노후 또는 변형 등으로 인한 특성에 따른 편차 등을 모두 고려한 굴삭기 스풀밸브의 실제 열림시점 또는 닫힘시점을 활용함으로써 총괄적인 정확한 제어를 수행할 수 있다.

둘째, 각각의 굴삭기 전자밸브에 대한 개별적인 편차를 용이하게 보정할 수 있으며, 실제 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점을 토대로 프로그래밍하여 정확한 제어를 할 수 있고, 이를 통해 우수한 제어성능을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기의 유압시스템의 유압회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법을 나타내는 절차도이다.
도 3은 도 2의 굴삭기밸브의 실제 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하기 위한 밸브선도를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법을 살펴봄에 앞서, 도 1을 참조하여 굴삭기용 유압시스템을 살펴보기로 한다. 상기 굴삭기용 유압시스템은, 1개의 굴삭기 스풀밸브에 대한 유압시스템을 개략적으로 나타낸 것으로서, 엔진과 같은 동력원에 의하여 구동되고 작동유체를 공급하는 굴삭기펌프(200)와, 상기 굴삭기펌프(200)로부터 펌핑되는 작동유체를 작업실린더(400)로 유입시키는 굴삭기 스풀밸브(300)와, 컨트롤러(100)로부터 입력되는 전자제어신호에 의하여 상기 굴삭기 스풀밸브(300)를 제어하는 굴삭기용 전자밸브(310,320)를 포함하고 있으며, 상기 컨트롤러(100)에서 지령되는 전자제어신호에 따라 상기 굴삭기펌프(200)와 상기 굴삭기용 전자밸브(310,320)가 제어되는 구성으로 되어 있다. 여기서, 미설명부호 210은 굴삭기펌프의 압력을 감지하는 압력센서이고, 220은 굴삭기펌프와 연결된 펌프제어밸브 및 경전각 측정센서를 나타낸다.

이에, 상기한 굴삭기용 유압시스템의 작동은 컨트롤러(100)에 의하여 상기 굴삭기펌프(200)와 연결된 펌프제어밸브(220)와 굴삭기용 전자밸브(310,320)에 전자제어신호가 가해지면 이에 대응하는 압력이 토출되고, 이 압력신호는 굴삭기 스풀밸브(300)의 스풀을 움직여 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림면적이 제어되는 작동구조로 되어 있다. 여기서, 상기한 굴삭기용 유압시스템의 세부 구성은 후술하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법을 제외한 공지의 굴삭기 유압시스템의 구성과 실질적으로 동일하며 이에 대하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기에서 굴삭기용 전자밸브(310,320)는 제작 시 양산에서 허용되는 범위 내에 개별 특성에 차이가 발생하게 되고, 또한 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림도 제작 시 허용될 수밖에 없는 가공 공차와 스프링력의 허용치에 따라 개별적인 차이를 갖는다. 나아가, 상기한 굴삭기용 전자밸브(310,320)의 특성과, 굴삭기 스풀밸브(300)의 스프링특성 또한 사용시간이 지남에 따라 노화로 인하여 변화하게 되는데, 제어 시 이에 따른 편차들을 보정할 필요가 있게 된다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법은, 상기한 편차요소들을 모두 고려한 실제의 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림 또는 닫힘 시점을 가상으로 추정하고 이를 적용하여 정확한 제어는 물론 이를 통한 제어 성능을 향상시킬 수 있도록 되어 있다.

이하에서는, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법을 살펴보기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법은, 상기 컨트롤러(100)가 전자제어신호를 상기 굴삭기용 전자밸브(310,320)로 송출하는 단계(S10)와, 상기 굴삭기펌프(200)의 출력신호들을 수신하는 단계(S20)와, 가상의 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 단계(S30)와, 상기 컨트롤러(100)에 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점으로 등록하여 보정하는 단계(S40)를 포함한다.

먼저, 상기 컨트롤러(100)가 전자제어신호를 변경시키면서 상기 굴삭기용 전자밸브(310,320)로 송출한다(S10). 이때 상기 전자제어신호는 설정 주기에 따라 점진적으로 서서히 올리거나 내리면서 송출하며, 설정 주기는 상기 굴삭기용 전자밸브(310,320)의 특성 등에 따라 작업자 또는 컴퓨터가 임의로 설정할 수 있다.

그런 다음, 상기한 바에 따라 컨트롤러(100)에서 전자제어신호들을 송출한 후, 상기 굴삭기펌프(200)의 감지센서로부터 상기 컨트롤러(100)의 전자제어신호 각각에 대한 상기 굴삭기펌프(200)의 출력신호들을 수신한다(S20).

여기서, 상기 굴삭기펌프(200)의 감지센서는 상기 굴삭기펌프(200)에 설치되는 경전각 측정센서(220)를 적용할 수 있으며, 이러한 경우 상기 굴삭기펌프(200)의 출력신호는, 상기 경전각 측정센서(220)로부터 출력되는 경전각신호를 적용한다.

또는, 상기 굴삭기펌프(200)의 감지센서는 상기 굴삭기펌프(200)에 설치되는 압력센서(220)를 적용할 수 있으며, 이러한 경우 상기 굴삭기펌프의 출력신호는, 상기 압력센서(220)로부터 출력되는 압력신호를 적용할 수 있다. 여기서, 상기 압력센서는, 유압시스템이 네거티브 제어방식을 적용하는 경우 상기 굴삭기펌프(200)의 네거티브 압력을 감지하여, 감지된 상기 네거티브 압력값을 상기 컨트롤러(100)에 상기 압력신호로 송출하게 된다.

상기한 바와 같이, 상기 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법은, 상기 컨트롤러(100)의 전자제어신호에 대한 상기 굴삭기펌프(200)의 사판각의 변화 또는 펌프유량 변화와 같이 실질적으로 밸브의 열림을 물리적으로 파악할 수 있는 데이터를 활용한다.

상기한 바에 따라, 컨트롤러(100)로부터 송출되는 전자제어신호들에 대한 상기 굴삭기펌프(200)의 출력신호들을 수신하면, 컴퓨터는 이를 토대로 상기 컨트롤러(100)에서 송출하는 상기 전자제어신호들과, 상기 전자제어신호들 각각에 대한 상기 굴삭기펌프(200)의 출력신호들을 수학적인 방법을 이용하여, 가상의 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정한다(S30).

여기서, 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 방법에 대하여 세부적으로 살펴보면, 상기 컨트롤러(100)에서 송출하는 상기 전자제어신호들과, 상기 전자제어신호들 각각에 대한 상기 굴삭기펌프(200)의 출력신호들을 커브피팅(Curve fitting)을 이용하여 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정한다.

이에 대하여 상세하게 살펴보면, 먼저 상기 컨트롤러(100)의 전자제어신호들 각각에 대한 상기 굴삭기펌프(200)의 출력신호들을 곡선 커프피팅을 이용하여 도 3에 나타난 바와 같이 밸브선도를 산출한다. 여기서, 도 3의 (a)는 굴삭기 전자밸브(310,320)의 전자제어신호(지령)에 대한 굴삭기펌프(200)의 경전각 신호의 밸브선도이고, (b)는 굴삭기 전자밸브(310,320)의 전자제어신호(지령)에 대한 굴삭기펌프(200)의 압력신호의 밸브선도이다.

상기한 바에 따라, 상기 밸브선도를 산출하면, 상기 밸브선도에서 곡선에 대한 접선의 기울기가 설정된 기울기값 이상이 시작되는 변곡지점(도 3의 S점)을 파악하고, 상기 변곡지점을 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점으로 추정한다. 여기서, 상기 변곡지점은 펌프 경전각이 급변하는 지점 또는 펌프압력이 급변하는 지점으로서, 이러한 변곡지점으로 설정하기 위한 기울기값은 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림 또는 닫힘으로 인정되는 값으로 작업자 또는 컴퓨터가 설정할 수 있다.

상기 굴삭기용 전자밸브의 열림시점 또는 닫힘시점으로 추정하는 세부단계에 대하여 살펴보기로 한다. 먼저, 작업자 또는 컴퓨터가 상기 밸브선도에서 의선에 대한 접선의 기울기가 설정된 기울기값 이상이 시작되는 지점에서의 상기 컨트롤러(100)의 전자제어신호를 제2지점으로 하고, 상기 제2지점 이전의 상기 컨트롤러(100)의 전자제어신호를 제1지점으로 설정하여, 상기 제1지점과 상기 제2지점 사이 구간을 추정영역으로 설정한다.

그런 다음, 컴퓨터는 상기 추정영역에 대한 상기 컨트롤러(100)의 전자제어신호와 상기 굴삭기펌프(200)의 출력신호를 토대로 수학적 알고리즘을 이용하여 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 가상의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정한다. 이때의 수학적 알고리즘은 통상의 곡선트래킹 알고리즘 등을 이용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기한 바에 따라, 가상의 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점이 추정되면, 추정된 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점을 실제 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점으로 설정하고, 추정된 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림시점 또는 닫힘시점에 대응하는 상기 컨트롤러(100)의 전자제어신호를 상기 굴삭기 스풀밸브(300)의 실제 열림시점 또는 닫힘시점으로 등록하여 보정한다(S40). 한편, 상기에서는 굴삭기 스풀밸브(300) 스풀1개에 대한 전자밸브(310,320)의 편차보정방법에 대하여 나타내었으나, 복수개의 굴삭기 스풀밸브(300) 스풀의 경우에도 상기한 방법에 따라 각 밸브에 대한 개별적인 편차를 보정할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이, 상기 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법은 전자제어신호에 의해 구동되는 굴삭기 스풀밸브(300)에서 컨트롤러(100)에서 지령되는 전자제어신호에 의해 작동되어, 실질적으로 굴삭기 스풀밸브(300)의 열림이 시작되는 지점으로 추정된 가상의 지점을 파악하고, 이를 실제 굴삭기 스풀밸브(300)가 열리고 닫히는 조건으로 프로그램에 입력함으로써 개별적인 부품의 편차가 주는 제어 방해 요인을 최소화할 수 있어 정확한 제어가 가능하고, 이에 따른 제어성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100... 컨트롤러 200... 굴삭기펌프
210... 압력센서 220... 경전각 측정센서
300... 굴삭기 스풀밸브 310,320... 굴삭기용 전자밸브
400... 작업실린더

Claims (6)

1. 동력원에 의해 구동되며 작동유체를 공급하는 굴삭기펌프와, 상기 굴삭기펌프로부터 펌핑되는 작동유체를 작업실린더로 유입시키는 굴삭기 스풀밸브와, 컨트롤러로부터 입력되는 제어신호에 의하여 상기 굴삭기 스풀밸브를 제어하는 굴삭기용 전자밸브를 포함하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법에 있어서,
   상기 컨트롤러가 전자제어신호를 설정 주기에 따라 점진적으로 변경시키면서 상기 굴삭기용 전자밸브로 송출하는 단계;
   상기 굴삭기펌프의 감지센서로부터 상기 컨트롤러의 전자제어신호 각각에 대한 상기 굴삭기펌프의 출력신호들을 수신하는 단계;
   상기 컨트롤러에서 송출하는 상기 전자제어신호들과, 상기 전자제어신호들 각각에 대한 상기 굴삭기펌프의 출력신호들을 수학적인 방법을 이용하여, 가상의 상기 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 단계; 및
   추정된 상기 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점에 대응하는 상기 컨트롤러의 전자제어신호를 상기 굴삭기 스풀밸브의 실제 열림시점 또는 닫힘시점으로 등록하여 보정하는 단계를 포함하고,
   상기 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 단계에서,
   상기 수학적인 방법은 상기 컨트롤러에서 송출하는 상기 전자제어신호들과, 상기 전자제어신호들 각각에 대한 상기 굴삭기펌프의 출력신호들을 커브피팅(Curve fitting)을 이용하여 상기 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 굴삭기펌프의 감지센서는 상기 굴삭기펌프에 설치되는 경전각 측정센서이며,
   상기 굴삭기펌프의 출력신호는, 상기 경전각 측정센서로부터 출력되는 경전각신호로 형성되는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 굴삭기펌프의 감지센서는 상기 굴삭기펌프에 설치되는 압력센서이며,
   상기 굴삭기펌프의 출력신호는, 상기 압력센서로부터 출력되는 압력신호로 형성되는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 굴삭기용 전자밸브의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 단계는,
   상기 컨트롤러의 전자제어신호들 각각에 대한 상기 굴삭기펌프의 출력신호들을 곡선 커프피팅을 이용하여 밸브선도를 산출하는 단계와,
   상기 밸브선도에서 곡선에 대한 접선의 기울기가 설정된 기울기값 이상이 시작되는 지점을 상기 굴삭기 스풀밸브의 열림시점 또는 닫힘시점으로 추정하는 단계를 포함하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 굴삭기용 전자밸브의 열림시점 또는 닫힘시점으로 추정하는 단계는,
   상기 밸브선도에서 곡선에 대한 접선의 기울기가 설정된 기울기값 이상이 시작되는 지점에서의 상기 컨트롤러의 전자제어신호를 제2지점으로 하고, 상기 제2지점 이전의 상기 컨트롤러의 전자제어신호를 제1지점으로 설정하여, 상기 제1지점과 상기 제2지점 사이 구간을 추정영역으로 설정하고,
   상기 추정영역에 대한 상기 컨트롤러의 전자제어신호와 상기 굴삭기펌프의 출력신호를 토대로 수학적 알고리즘을 이용하여 상기 굴삭기용 전자밸브의 가상의 열림시점 또는 닫힘시점을 추정하는 굴삭기용 전자밸브의 편차보정방법.

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