KR101790358B1 - 설정가능한 능동 저크 제어 - Google Patents
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Abstract
기계장치(20)의 유압시스템(22)에서 저크를 제한하기 위한 방법은 최대 압력을 규정하는 것을 포함한다. 유압 유체의 출력 압력은 유압밸브(28)의 작업포트(32)로부터 시간에 걸쳐 지속적으로 측정되어 출력 압력율을 결정한다. 측정된 출력 압력율은 최대 압력율과 비교된다. 측정딘 출력 압력율이 최대 압력율 보다 클 때 요청된 압력율이 조정되어 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름율의 변화에 응해 발생되는 압력 차이를 감소시켜, 유압시스템(22)의 가속 또는 감속을 제한하여 기계장치(20)에서 저크를 제한한다.
Description
본 발명은 기계에서 저크를 제한하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 노상외 주행차량(off road vehicle)에서 유압적으로 작동하는 시스템에서 저크를 제한하는 것에 관한 것이다.
중장비 및/또는 기계장치, 및 특히 프론트 엔드 로더(front end loaders)와, 굴착기, 굴삭기, 불도저 등과 같은 노상외 주행 중장비차량은 전형적으로 유압 시스템을 포함한다. 유압 시스템은 유압모터 및/도는 유압피스톤을 작동시키기 위해 유압 유체를 사용한다. 유압모터 및/또는 유압피스톤으로/로부터 유압 유체의 흐름은 일반적으로 유압밸브에 의해 제어된다.
유압밸브는 펌프로부터 유압 유체를 받아들이는 공급포트와, 유압밸브에서 유압모터 및/도는 유압피스톤으로 유압 유체를 보내는 작업포트를 포함한다. 유압시스템의 작동 동안에, 운전자는, 예컨대 제어레베 등을 작동시킴으로써 명령을 입력한다. 입력된 명령은, 유압시스템의 이동을 변경하기 위하여 유체 유압의 흐름을 변경시키기 위한 위치들 사이에서 유압밸브가 급작스럽게 이동하도록 한다. 예컨대, 제1위치와 제2위치 사이에서 제어밸브의 이동은 유압시스템이 프론트 엔트 로더상의 버킷을 상승시키거나 저하시키도록 한다.
중장비에서 위치들 간의 급작스러운 이동은, 장비의 다양한 부품들의 급혹한 변경율, 즉 가속 또는 감속을 일으킨다. 유압시스템의 급속한 가속 또는 감속으로 야기되는 기계의 최종 이동은 통상적으로 저크(jerk)라고 부른다. 중장비가 통상적으로 처리하는 무거운 부하가 있을 때, 장비와 운전자에게 스트레스를 주는 과도한 저크가 발생할 수 있다.
본 발명은 기계의 유압시스템에서 저크를 제한하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방법은, 출력 압력율을 결정하기 위하여 유압시스템의 밸브로부터 시간에 걸쳐 유압 유체의 출력 압력을 지속적으로 측정하는 단계와, 초기 흐름율에서 요청된 흐름율로 밸브를 통해 유압 유체의 흐름을 조정하도록 명령을 입력하는 단계와, 측정한 출력 압력율을 최대 압력율과 비교하는 단계와; 그리고 유압 유체의 측정한 출력 압력율이 유압시스템에서 저크를 제한하기 위한 최대 압력율보다 클 때 초기 흐름율에서 요청된 흐름율과는 상이한 허용된 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에서, 기계의 유압시스템에서 저크를 제한하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 출력 압력율을 결정하기 위하여 유압시스템의 밸브로부터 시간에 걸쳐 유압의 출력 압력을 지속적을 측정하는 단계와, 초기 흐름율에서 요청된 흐름율로 밸브를 통한 유압 유체의 흐름을 조정하기 위한 명령을 입력하는 단계와, 측정한 출력 압력율을 최대 압력율과 비교하는 단계와; 그리고 측정한 출력 압력율이 유압시스템에서 저크를 제한하기 위한 최대 압력율보다 클 때 초기 흐름율에서 요청된 흐름율과는 상이한 허용된 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 다계를 포함한다. 허용된 흐름율은 요청된 흐름율에 관해 밸브로부터 유압 유체의 흐름율을 감소시키기 위해 요청된 흐름율보다 작거나, 또는 요청된 흐름율에 관해 밸브로부터 유압 유체의 흐름율을 가속시키기 위해 요청된 흐름율보다 크다.
따라서, 기술한 방법은, 측정한 출력 압력율, 즉 유압 유체의 출력 압력의 변화율이 유압 유체의 압력의 변화율을 제한하기 위한 최대 압력율보다 클 때에만 밸브를 통한 유압 유체의 흐름율을 감소시키거나 도는 증가시켜, 유압시스템의 가속 또는 감속과 유압시스템의 급속한 이동에 응해 발생되는 저크를 제한한다. 밸브로부터 유압 유체의 측정한 출력 압력율은 유압시스템 상의 현재 부하에 대응한다. 최대 압력율은 시스템 상의 최대 부하에 대응한다. 유압 유체의 측정한 출력 압력이 최대 압력율 보다 클 때에만 허용된 흐름율을 요청된 흐름율과 상이한 값으로 제한하는 것은, 가벼운 부하에서는 최대 속도에서 유압시스템이 동작하도록 하고, 또한 보다 무거운 부하에서는 기계와 운전자에 대한 저크를 제한하도록 동작한다.
본 발명의 상기 특징과 장점들과 다른 특징들과 장점들은 첨부도면과 함께 본 발명을 실시하기 위한 최고의 모드에 대한 상세한 설명으로부터 명확하게 알게 될 것이다.
본 발명에 따라 출력 압력이 최대 압력율 미만일 때, 요청된 흐름율은 유압시스템에서 상당한 가속 변화를 일으키지 않아, 상당한 레벨의 저크를 일으키지 않게 되는 효과가 있다.
도 1은 유압시스템을 포함하는 기계의 도식적 박스도면.
도 2는 기계의 유압시스템에서 저크를 제한하기 위한 방법을 보여주는 흐름도.
도 2는 기계의 유압시스템에서 저크를 제한하기 위한 방법을 보여주는 흐름도.
도 1을 참조하면, 기계장치가 참조번호 20으로 표시되어 있다. 기계장치(20)는, 한정하고자 하는 것은 아니지만 프론트 엔트 로더, 굴착기, 굴삭기, 불도저 등과 같은 노상외 주행 중장비차량을 포함할 수 있다. 기계장치(20)는 여기에서 기술한 것 이외의 기계장치(20)를 포함할 수 있고, 차량에 포함될 필요가 없는 기계장치(20)와 같은 고정식 기계장치(20)를 포함할 수 있다.
기계장치(20)는 유압시스템(22)을 포함한다. 유압시스템(22)은, 한정하고자 하는 것은 아니지만 유압피스톤 및/또는 유압모터를 포함하는 장치(24)를 작동시킨다. 유압시스템(22)은 기계장치(20)의 부품(26)들을 이동시키기 위한 두 개 이상의 피스톤들 사이에서 급속한 이동을 할 수 있다. 기계장치(20)의 부품(26)은, 한정하는 것은 아니지만 프론트 엔드 로더의 버킷과, 굴착기 또는 굴삭기의 붐(boom)(팔), 또는 불도저의 날(blade)를 포함할 수 있다. 유압시스템(22)은 여기에서 기술한 것 이외의 다른 장치(24)를 포함할 수 있고, 또한 여기에서 기술한 것 이외의 다른 부품(26)을 이동시킬 수 있다는 것을 알아야 한다.
유압시스템(22)은 기술분야에서 잘 공지된 바와 같이 유압장치(24)를 작동시키기 위해 유압 유체를 사용한다. 유압장치(24)로 또한 로부터 유압 유체의 흐름은 하나 이상의 유압밸브들에 의해 일반적으로 제어된다.
유압밸브(28)는 소정의 적절한 형상과 또한 각 특정 응용에 적합한 유압밸브(28)의 구성을 포함할 수 있다. 전형적으로, 유압장치(28)는 구멍(bore)을 규저하는 하우징을 포함한다. 구멍 내에 스풀이 배치되어, 적어도 제1위치와 제2위치 사이에서 이동가능하다. 하우징은 공급포트(30)와, 적어도 하나의 작업포트(32)와, 그리고 적어도 하나의 회수포트(34)를 더 규정한다. 공급포트(30), 작업포트(32) 및 회수포트(34) 각각은 구멍과 유체 연통한다. 공급포트(30)는 펌프(36)로부터 유압 유체를 공급한다. 작업포트(332)는 유압 유체를 유압장치(24)로 또한 유압장치에서부터 보낸다. 회수포트(34)는, 유압장치(24)에서 탱크(38)로 역으로 유압 유체를 회수하고, 이는 펌프(36)로 다시 공급된다. 잘 공지된 바와 같이, 구멍 내에서 스풀의 이동은 다양한 포트들 간의 유체 연통을 개방하고 또한 밀폐하여 유압시스템(22)을 통한 유압 유체의 흐름을 제어한다. 기본적인 유압시스템(22)을 여기에서 기술하였지만, 유압시스템(22)은 여기에서 기술한 것과는 상이하게 구성될 수 있고, 또한 다른 다양한 부품들을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다.
유압시스템(22)의 작동 동안에, 운전자는 입력장치(40)를 통해 명령을 입력한다. 입력장치(40)는, 유압밸브(28)와 유체 연통하는 제어밸브에 연결되는 레버를 포함할 수 있다. 다르게는, 입력장치(40)는 유압밸브(28)를 제어하기 위해 유압밸브(28)에 전기 신호를 전송하도록 구성되는 전자 제어기(42)를 포함할 수 잇다. 입력장치(40)는 유압밸브(28)를 제어하고 또한 작동시키기에 적합한 다른 적절한 유형의 입력 및/또는 제어장치(24)를 포함할 수 있다.
입력된 명령은 유압밸브(28)를 활성화시켜, 유압시스템(22)의 이동을 변경하기 위하여 유압 유체를 흐름을 변경하는 위치들 사이에서 이동하도록 한다. 예컨대, 제1위치와 제2위치 사이에서 제어장치(24)의 이동은 유압시스템(22)이 프론트 엔트 로더의 버킷을 상승시키거나 하강시키도록 한다. 유압시스템(22)이 작은 부하 하에 있으면, 예컨대 프론트 엔트 로더의 버킷이 비워져 있으면, 유압시스템(22)의 가속시 급격한 변화는 저크를 거의 일으키지 않는다. 그러나, 유압시스템(22)이 무거운 부하 하에 있으면, 예컨대 프론트 엔드 로더의 버킷이 부하로 완전히 차 있을 때, 유압시스템(22)의 가속시 급격한 변화는 상당한 저크를 일으킨다.
기계장치(20)는 유압밸브(28)에 연결되는 제어기(42)와 그리고 적어도 하나의 압력센서(44)를 더 포함할 수 있다. 제어기(42)는, 프로세서, 메모리, 제어 소프트웨어 및 기계장치(20)의 동작과 제어에 필요한 다른 부품들을 가지는 컴퓨터 등을 포함할 수 있다. 압력센서(44)는 작업포트(32)에 연결되고, 또한 작업포트(32)와 유압장치(24) 사이에 흐르는 유압 유체의 출력 압력을 감지하도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 기계장치(20)의 유압시스템(22)에서 저크를 제한하는 방법이 도시되어 있다. 기계장치(20)의 유압시스템(22)에서 저크를 제한하는 방법은, 유압시스템(22)의 밸브(28)로부터 유압 유체의 출력 압력을 지속적으로 측정하는 것을 포함한다(블록 46). 출력 압력율, 즉 유압 유체의 출력 압력은 밸브(28)로부터 유압 유체의 출력 압력의 변화율을 시간에 걸쳐 결정하도록 지속적으로 감시된다. 압력센서(44)는 유압밸브(28)의 작업포트(32)로부터 흐르는 유압 유체의 출력 압력을 시간에 걸쳐 측정한다. 이와 같이, 압력센서(44)는 유압밸브(28)의 작업포트(32)로부터 유압 유체의 압력을 지속적으로 감지한다. 압력센서(44)는 측정한 출력 압력을 제어기(42)로 전송하고, 제어기는 아래에서 기술하는 바와 같이 제어 소프트웨어에서 측정한 출력 압력과 관련된 데이터를 활용한다.
방법은 유압 유체의 출력 압력의 변화율을 계산하는 것을 더 포함한다(블록 48). 출력 압력의 변화율은 유압시스템(22)이 얼마나 빨리 가속 또는 감속되는지를 나타낸다. 유압밸브(28)의 출력 압력의 높은 변화율은, 과도한 저크를 일으킬 수 있는 높은 가속 또는 감속을 나타내다. 제어기(42)는 소프트웨어를 사용하여 출력 압력의 변화율을 계산할 수 있고, 또한 출력 압력의 변화율을 메모리에 저장할 수 있다.
방법은 최대 압력율을 규정하는 것을 더 포함할 수 있다(블록 50). 최대 압력율은 유압시스템(22) 내 유압 유체의 시간에 걸친 상한 작동 압력변화율이다. 최대 압력율은 작업포트(32)에서 측정한, 유압밸브(28)로부터 유압 유체의 출력 압력에 따라 다른, 가변 최대 압력율을 포함하도록 더 규정될 수 있다. 바람직하게, 최대 압력율은 밸브(28)로부터 유압 유체의 출력 압력에 역으로 비례한다. 상기에서 설명하였듯이, 밸브(28)의 작업포트(32)에서 출력 압력율은 유압시스템(22)에 인가되는 부하에 대응한다. 따라서, 높은 출력 압력율은 유압시스템(22)에 인가되는 높은 부하에 상관된다. 비슷하게, 낮은 출력 압력율은 유압시스템(22)에 인가되는 낮은 부하에 상관된다. 이와 같이, 낮은 출력 압력율에서, 즉 낮은 부하에서, 최대 압력율은 가장 크다. 비슷하게, 높은 출력 압력율에서, 즉 높은 부하에서, 최대 압력율은 가장 작다. 최대 압력율은 가장 낮은 출력 압력율과 관련되는 가장 높은 레벨과 가장 높은 출력 압력율과 관련되는 가장 낮은 레벨 사이에서 변한다. 최대 압력율은 제어기(42)에 저장될 수 있다. 예컨대 주어진 출력 압력율에 대한 최대 압력율의 테이블로서 저장될 수 있다.
방법은 초기 흐름율에서 요청된 흐름율로 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름의 변화를 요청하기 위해 유압시스템(22)에 명령을 입력하는 것을 더 포함할 수 있다(블록 52). 요청된 흐름율은 주어진 속도에서 주어진 입력을 수행하기 위해 필요한 유체의 원하는 흐름율이다. 이와 같이, 유압시스템(22)의 동작에서 급격한 변화를 요청하는 입력은, 입력된 명령을 수행하기 위하여 유압 유체의 요청된 흐름율이 초기 흐름율보다 상당히 높아지거나 또는 낮아지는 것을 필요로 한다. 명령은 상기에서 기술한 바와 같이 소정의 적절한 장치(24)와 소정의 적절한 방식으로 입력될 수 있다.
방법은 측정된 출력 압력율과 최대 압력율 중 어느 것이 큰지를 결정하기 위하여 측정된 출력 압력율과 최대 압력율을 비교하는 것을 더 포함할 수 있다(블록 54). 제어기(42)의 제어 소프트웨어는 최대 압력율에 대해 측정된 압력율을 비교하여, 측정된 측정 출력 압력에서 측정된 출력 압력율이 최대 압력율보다 큰지를 판단한다. 만일 측정된 출력 압력율이 최대 압력율보다 크다면, 제어기(42)는 최대 압력율에 따르도록 요청된 흐름율을 수정한다. 만일 측정된 출력 압력이 최대 압력율 미만이라면, 제어기(42)는 요청된 흐름율을 수정하지 않는다.
따라서, 방법은, 유압 유체의 측정된 출력 압력율이 최대 압력율보다 클 때, 초기 흐름율에서, 상기에서 기술한 바와 같이 요청된 흐름율과는 상이한 허용된 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것을 포함한다(블록 56). 흐름율을 조정하는 것은, 유압시스템(22)의 가속 또는 감속에서 변화를 제한하여, 유압시스템(22)에서 저크를 제한하게 된다. 상기에서 기술한 바와 같이, 밸브(28)의 위치를 조정함으로써 흐름율이 조정되어 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름을 제어하게 된다.
초기 흐름율에서 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름율을 조정하는 것은, 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름에서의 변화가 가속인지 또는 감속인지를 판단하는 것을 포함한다(블록 58). 만일 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름율이 증가하면, 유입시스템(22)은 가속된다. 만일 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름율이 감소하면, 유압시스템(22)은 감속된다.
만일 유압 유체의 흐름율이 증가하는 것으로 판단된다면, 초기 흐름율에서 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것은, 초기 흐름율에서, 요청된 흐름율 미만인 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것으로서 더 규정될 수 있다. 즉, 유압 유체의 흐름율이 유압 유체의 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 미만이 될 때까지 유압 유체의 흐름율이 감소한다(블록 60). 흐름율을 감소시키는 것은 요청된 흐름율에 관한 밸브(28)로부터의 유압 유체의 흐름율을 감속시켜, 유압 유체의 압력을 줄이게 된다.
제어기(42)는, 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 위로 상승하지 않도록 하는 것을 보장하기 위하여 유압 유체의 출력 압력의 변화율을 감시한다(블록 62). 만일 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 위에 있다면, 유압 유체의 흐름율은 줄어든다. 만일 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 아래라면, 유압 유체의 흐름율이 요청된 흐름과 동일하게 될 때까지 유압 유체의 흐름이 증가된다(블록 64). 제어기(42)는, 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 아래에서 유지되는 것을 보장하기 위하여 최대 압력율에 대해 출력 압력의 변화율을 감시하는 것을 지속한다(블록 66). 따라서, 제어기(42)는 유압 시스템(22)이 평형 상태에 도달할 때까지 밸브(28)를 통하 유압 유체의 흐름율을 감소시키거나 또는 증가시키는 것을 지속한다.
만일, 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름율이 감소하는 것으로 판단되면, 초기 흐름율에서 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것은, 초기 흐름율에서, 요청된 흐름율보다 큰 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것으로서 더 규정될 수 있다. 즉, 유압 유체의 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 미만일 될 때까지 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름율이 증가한다(블록 68). 흐름율을 증가시키는 것은 요청된 흐름율에 관하 밸브(28)로부터의 유압 유체의 흐름율을 가속시켜, 유체의 압력을 증가시키게 된다.
제어기(42)는, 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 위로 상승하지 않도록 하는 것을 보장하기 위하여 출력 압력의 변화율을 감시한다(블록 70). 만일 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 위로 상승한다면, 유압 유체의 흐름율은 더 증가한다. 만일 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 아래에 있다면, 유압 유체의 흐름은 유압 유체의 흐름율이 요청된 흐름율과 동일하게 될 때까지 감소한다(블록 72). 제어기(42)는, 출력 압력의 변화율이 최대 압력율 아래에 있는 것을 보장하기 위하여 최대 압력율에 대해 출력 압력의 변화율을 감시하는 것을 지속한다(블록 74). 따라서, 제어기(42)는 유압시스템(22)이 평형 상태에 도달할 때까지 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름율을 증가시키거나 또는 감소시키는 것을 지속한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 방법은, 유압 유체의 측정된 출력 압력이 최대 압력율 미만일 때 초기 흐름율을 요청된 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것을 더 포함한다(블록 76). 이와 같이, 밸브(28)의 작업포트(32)로부터의 출력 압력이 최대 압력율 미만이면, 요청된 흐름율에 대한 조정이 필요하지 않다. 즉 환언하면, 출력 압력이 최대 압력율 미만일 때, 요청된 흐름율은 유압시스템(22)에서 상당한 가속 변화를 일으키지 않아, 상당한 레벨의 저크를 일으키지 않는다.
본 발명을 실시하기 위한 최고의 모드들을 상세히 설명하였지만, 본 발명의 당업자라면 첨부된 청구항의 범위 내에서 본 발명을 실시하기 위한 다른 디자인과 실시예들을 인지하게 될 것이다.
Claims (9)
- 기계장치(20)의 유압시스템(22)에서 저크를 제한하기 위한 방법에 있어서, 방법은:
출력 압력율을 결정하기 위하여 유압시스템(22)의 밸브(28)로부터 유압 유체의 출력 압력을 시간에 걸쳐 지속적으로 측정하는 단계와;
초기 흐름율에서 요청된 흐름율로 밸브(28)를 통한 유압 유체의 흐름의 변화를 요청하기 위한 명령을 입력하는 단계와;
측정된 출력 압력율을 최대 압력율과 비교하는 단계와; 그리고
유압 유체의 측정된 출력 압력율이 유압시스템(22)에서 저크를 제한하기 위한 최대 압력율보다 클 때 초기 흐름율을, 요청된 흐름율과 상이한 허용되는 흐름율로 유체 유압의 흐름을 조정하는 단계를 포함하는 데;
최대 압력율을 규정하는 것을 더 포함하며, 상기 최대 압력율을 규정하는 것은, 밸브(28)로부터 유압 유체의 출력 압력에 따라 가변 최대 압력율을 포함하도록 최대 압력율을 규정하는 것을 특징으로 하는 기계장치의 유압시스템에서 저크를 제한하기 위한 방법. - 제1항에 있어서, 초기 흐름율에서, 요청된 흐름율과는 상이한 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것은, 요청된 흐름율에 관한 밸브(28)로부터의 유압 유체의 흐름율을 감속시키기 위하여 초기 흐름율에서 요청된 흐름율 미만인 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것으로 더 규정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 초기 흐름율에서, 요청된 흐름율과는 상이한 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것은, 요청된 흐름율에 관한 밸브(28)로부터의 유압 유체의 흐름율을 가속시키기 위하여 초기 흐름율에서, 요청된 흐름율보다 큰 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것으로 더 규정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 최대 압력율은 밸브(28)로부터 유압 유체의 출력 압력에 역으로 비례하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 초기 흐름율에서 허용되는 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것은, 유압 유체의 흐름을 제어하기 위해 밸브(28)의 위치를 조정하는 것으로서 더 규정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 유압 유체의 측정된 출력 압력율이 최대 압력율 미만일 때 최대 흐름율에서 요청된 흐름율로 유압 유체의 흐름을 조정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기계장치(20)는 밸브(28)의 작업포트(32)와 결합된 압력센서(44)를 포함하며 압력센서는 밸브(28)의 작업포트(32)로부터 유압 유체의 압력을 지속적으로 감지하는 것을 특징으로 하는 방법.
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