KR102181125B1

KR102181125B1 - 건설기계의 차량 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102181125B1
Application number: KR1020140124288A
Authority: KR
Inventors: 김동목; 조이형
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2020-11-20
Also published as: KR20150073060A; JP5996623B2; JP2015121087A

Abstract

본 명세서의 일부의 실시 예는 건설기계의 차량 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 유압펌프에서 발생하는 토크 정보와 엔진 속도 오차를 이용한 보상 토크 정보로부터 엔진 목표 토크를 계산하여 송신함으로써, 유압펌프의 급격한 부하 변동에 대응하면서 더 안정적으로 엔진 제어를 수행할 수 있는 건설기계의 차량 제어 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

건설기계의 차량 제어 시스템 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING VEHICLE OF CONSTRUCTION EQUIPMENT}

본 명세서는 건설기계의 차량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

유압 셔블(Hydraulic pressure shovel) 등의 건설기계는 일반적으로 원동기로서 디젤엔진을 구비한다. 건설기계는 디젤엔진을 이용하여 적어도 하나의 가변 용량형의 유압펌프를 회전 구동시킨다. 건설기계는 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의해 유압 액츄에이터를 구동시켜 필요한 작업을 수행한다. 상기 디젤엔진은 액셀러레이터 레버 등과 같이 목표 엔진 회전수를 지령하는 입력수단을 구비하고, 목표 엔진 회전수 및 유압펌프 등을 통해서 전달되는 입력부하에 따라 연료분사량 및 엔진 회전수를 제어한다.

이러한 건설기계는 엔진과 유압펌프의 제어와 관련하여 회전수 센서를 이용하여 원래 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차(회전수 편차)를 구한다. 그리고 건설기계는 구해진 회전수 편차를 이용하여 유압펌프의 입력 토크를 제어하는 이른바 스피드 센싱 제어를 수행한다. 그러나 이 제어 방법에서 엔진 제어기는 유압펌프에서 엔진으로 전달되는 큰 부하 변동에 대응하여 엔진을 제어할 수 있는 정보로 실제 엔진 회전수밖에 이용하지 못한다. 건설기계를 동작하기 위해 끊임없이 크게 변동하는 유압 부하는 유압펌프와 기계적으로 직접 연결된 엔진으로 전달되면서, 엔진의 부족한 발생 토크만큼 실제 엔진 회전수가 저하된다. 따라서, 엔진 제어기는 실제 엔진 회전수가 저하된 후에 급부하에 대응할 수 있다.

일반적으로 엔진 제어기는 펌프 제어기 혹은 차량 제어기에 비해서 매우 복잡한 제어 로직으로 이루어져 있기 때문에, 엔진 제어기 내에서 보상 제어를 구현하는 것에는 오랜 시간과 노력의 검토가 필요하다. 이에 대한 검증도 역시 많은 시간과 노력이 필요하여, 제품 개발 자원이 증대되는 단점이 있다.

그리고 펌프 제어기 혹은 차량 제어기에서 유압펌프 토크를 계산하고 엔진 제어기에서 보상 제어를 수행하면, 계산되는 유압펌프 토크의 정확도가 떨어져 보상 토크 값이 증가하더라도 이는 엔진 제어기만 알게 된다. 즉, 유압펌프 토크를 계산하는 펌프 제어기 혹은 차량 제어기는 계산되는 토크 값의 정확도를 알기 어려운 단점도 있다.

본 명세서의 실시 예들은 엔진 제어기가 보상 제어를 수행할 때 발생 가능한 오류에 대해서 더 안정적으로 보상 제어를 수행할 수 있는 건설기계의 차량 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서의 제1 측면에 따르면, 엔진; 상기 엔진으로부터 공급되는 동력에 의해 작동되는 유압펌프; 상기 유압펌프로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 적어도 하나의 액츄에이터; 유압펌프 토크와 실제 엔진 회전수 및 목표 엔진 회전수 간의 엔진 속도 오차에 따라 보상 토크를 계산하고, 상기 계산된 유압펌프 토크를 상기 계산된 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력하는 유압펌프 제어 장치; 및 상기 출력된 엔진 목표 토크를 기초하여 엔진의 토크 제어를 수행하는 엔진 제어부를 포함하는 건설기계의 차량 제어 시스템이 제공될 수 있다.

상기 유압펌프 제어 장치는 유압펌프의 토출 용적과 토출 압력을 이용하여 유압펌프 토크를 계산하는 유압펌프 토크 계산부; 실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수의 엔진 속도 오차를 계산하는 속도오차 계산부; 상기 계산된 유압펌프 토크와 상기 계산된 엔진 속도 오차를 이용하여 보상 토크를 계산하고 상기 계산된 유압펌프 토크를 상기 계산된 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력하는 보상 토크 계산부; 상기 출력된 엔진 목표 토크를 송신하는 목표토크 정보 송신부; 및 상기 목표토크 정보 송신부로부터 수신된 엔진 목표 토크를 기초하여 엔진의 토크 제어를 수행하는 엔진 제어부를 포함할 수 있다.

상기 유압펌프 토크 계산부는 파워쉬프트 제어용 압력 및 네가콘 압력 중에서 선택된 압력과 유압펌프의 토출 압력을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산할 수 있다. 또한 상기 유압펌프 토크 계산부는 상기 유압펌프가 전류값에 의해 제어되는 전자식 펌프인 경우 사판각 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하거나, 사판각을 움직이기 위한 전류 명령값과 토출압 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산할 수 있다.

상기 유압펌프 토크 계산부는 사판각을 제어하는 레귤레이터의 제어압력 또는 사판각 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산할 수 있다.

상기 유압펌프 토크 계산부는 상기 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 토크에 지연이 발생하도록 하여 상기 유압펌프의 사판각의 시간지연을 보상할 수 있다.

상기 유압펌프 토크 계산부는 유압펌프의 토출 압력, 파워쉬프트 제어용 압력 및 레귤레이터 제어값에 추가로 작동유 온도를 이용하여 유압펌프 토크를 계산할 수 있다.

상기 보상 토크 계산부는 상기 계산된 엔진 속도 오차 및 부하량에 따른 테이블을 이용하여 보상 토크를 계산하거나, PID 제어기를 이용하여 보상 토크를 계산할 수 있다.

상기 시스템은 네가콘 방식의 유압시스템, 포지콘 방식의 유압시스템 및 로드센싱 방식의 유압시스템 중 어느 하나일 수 있다. 2개의 펌프를 사용하는 네가콘 유압시스템의 경우, 제1 토출압, 제2 토출압, 제1 네가콘 압력, 제2 네가콘 압력, 파워쉬프트 압력을 이용하여 해당 유압펌프의 토출 유량과 토크를 추정할 수 있다. 이때 정확한 유량 및 토크를 계산하기 위해 전술한 5가지의 제어 압력을 모두 알아야 한다. 포지콘 유압시스템의 경우, 유압펌프의 레귤레이터 압력인 제1 토출압, 제2 토출압, 제1 포지콘 압력, 제2 포지콘 압력, 파워쉬프트 압력 모두를 이용하여 토출 유량 및 토크를 추정할 수 있다. 로드센싱 방식의 유압시스템의 경우, 해당 유압펌프의 제1 레귤레이터 제어압력, 제2 레귤레이터 제어압력, 제3 레귤레이터 제어압력 등과 같은 레귤레이터 제어압력을 토대로 해당 유압펌프의 유량과 토크를 추정할 수 있다.

한편, VBO(Virtual Bleed-Off)와 같은 전류 명령에 의해 유량을 제어하는 전자식 유압펌프의 경우, 제1 토출압, 제2 토출압, 제1 전류 명령값, 제2 전류 명령값, 제1 사판각 센서값, 제2 사판각 센서값을 이용해서 유압펌프의 유량을 계산하고, 토크를 추정할 수 있다. VBO와 같은 전자펌프는, 사판각을 제어하는 레귤레이터가 펌프 제어기에 의해 계산된 전류 명령에 따라 움직인다. 즉, VBO 펌프의 유량을 계산하기 위해서는 사판각 센서값을 이용하거나, 사판각을 움직이기 위한 전류 명령값과 토출압 센서값을 이용하여 유량을 추정할 수 있다. 이렇게 추정된 펌프 유량과 검지된 토출압 센서값을 이용해서 유압펌프의 토크를 추정할 수 있다. 즉, 제1 토출압, 제2 토출압, 제1 사판각 센서값, 제2 사판각 센서값을 이용하여 전자펌프의 토크를 추정하거나, 제1 토출압, 제2 토출압, 제1 전류 명령값, 제2 전류 명령값, 제1 사판각 센서값, 제2 사판각 센서값을 모두 이용하여 전자펌프의 토크를 추정할 수 있다.

상기 유압펌프 제어 장치는 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 엔진 토크 정보 수신부; 상기 엔진 토크 정보 수신부를 통해 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 유압펌프 제한 출력 계산부; 펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력 계산부에서 계산된 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하여 유량 제한 제어 기능의 활성화 여부를 판단하는 유압펌프 유량 제어 판단부; 및 상기 유압펌프 유량 제어 판단부의 판단 결과에 따라 유량 제한 제어 기능이 활성화되어 있는 경우, 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 유압펌프 유량 제한 제어부를 더 포함 할 수 있다.

상기 시스템은 펌프 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단하는 급부하 판단부를 더 포함하고, 상기 엔진 토크 정보 수신부는 상기 급부하 판단부의 판단 결과에 따라 상기 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 엔진 현재 토크 정보를 수신할 수 있다.

한편, 본 명세서의 제2 측면에 따르면, 유압펌프의 토출 용적과 토출 압력을 이용하여 유압펌프 토크를 계산하는 단계; 실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수의 엔진 속도 오차를 계산하는 단계; 상기 계산된 유압펌프 토크와 상기 계산된 엔진 속도 오차를 이용하여 보상 토크를 계산하는 단계; 상기 계산된 유압펌프 토크를 상기 계산된 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력하는 단계; 및 상기 출력된 엔진 목표 토크에 기초하여 엔진의 토크를 제어하는 단계를 포함하는 건설기계의 차량 제어 방법이 제공될 수 있다.

상기 유압펌프 토크를 계산하는 단계는 파워쉬프트 제어용 압력 및 네가콘 압력 중에서 선택된 압력과 유압펌프의 토출 압력을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 유압펌프 토크를 계산하는 단계는 상기 유압펌프가 전류값에 의해 제어되는 전자식 펌프인 경우 사판각 센서값 을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하거나, 사판각을 움직이기 위한 전류 명령값과 토출압 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 유압펌프 토크를 계산하는 단계는 상기 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 토크에 지연이 발생하도록 하여 상기 유압펌프의 사판각의 시간지연을 보상할 수 있다.

상기 유압펌프 토크를 계산하는 단계는, 유압펌프의 토출 압력, 파워쉬프트 제어용 압력 및 레귤레이터 제어값에 추가로 작동유 온도를 이용하여 유압펌프 토크를 계산할 수 있다.

상기 보상 토크를 계산하는 단계는, 상기 계산된 엔진 속도 오차 및 부하량에 따른 테이블을 이용하여 보상 토크를 계산하거나, PID 제어기를 이용하여 보상 토크를 계산할 수 있다.

상기 방법은 네가콘 방식의 유압시스템, 포지콘 방식의 유압시스템 및 로드센싱 방식의 유압시스템 중 어느 하나에 적용될 수 있다. 2개의 펌프를 사용하는 네가콘 유압시스템의 경우, 제1 토출압, 제2 토출압, 제1 네가콘 압력, 제2 네가콘 압력, 파워쉬프트 압력을 이용하여 해당 유압펌프의 토출 유량과 토크를 추정할 수 있다. 이때 정확한 유량 및 토크를 계산하기 위해 전술한 5가지의 제어 압력을 모두 알아야 한다. 포지콘 유압시스템의 경우, 유압펌프의 레귤레이터 압력인 제1 토출압, 제2 토출압, 제1 포지콘 압력, 제2 포지콘 압력, 파워쉬프트 압력 모두를 이용하여 토출 유량 및 토크를 추정할 수 있다. 로드센싱 방식의 유압시스템의 경우, 해당 유압펌프의 제1 레귤레이터 제어압력, 제2 레귤레이터 제어압력, 제3 레귤레이터 제어압력 등과 같은 레귤레이터 제어압력을 토대로 해당 유압펌프의 유량과 토크를 추정할 수 있다.

상기 방법은, 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 단계; 유압펌프의 토크를 산출하는 단계; 및 상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 유압펌프의 토크를 이용하여 상기 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 단계; 펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 상기 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 큰 경우, 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은, 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상인 경우, 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간 이상인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간 이상인 경우, 유압펌프에 급부하가 발생한 것으로 판단하여 상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 엔진 현재 토크 정보를 수신할 수 있다.

본 명세서의 적어도 일부의 실시 예에 따르면 엔진 제어기가 보상 제어를 수행할 때 발생 가능한 오류에 대해서 더 안정적으로 보상 제어를 수행할 수 있다.

또한, 본 명세서의 적어도 일부의 실시 예에 따르면 유압펌프에서 발생하는 토크 정보와 엔진 속도 오차를 이용한 보상 토크 정보로부터 엔진 목표 토크를 계산하여 송신함으로써, 유압펌프의 급격한 부하 변동에 대응하면서 더 안정적으로 엔진 제어를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 차량 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 장치의 구성도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 도 1의 유압펌프 토크 계산부의 구성도이다.
도 4는 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 도 1의 유압펌프 토크 계산부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 장치의 구성도이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 건설기계의 차량 제어 방법에 대한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 방법에 대한 흐름도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유압펌프 제어 장치는 시동이 켜진 순간부터 시동이 꺼질 때까지 일반적으로 계속 동작한다. 하지만, 특별한 경우 즉, 급부하 조건에서만 실시되도록 구현될 수 있다. 특별한 경우에, 엔진 제어부(ECU: Engine Control Unit)와 유압펌프 제어 장치(EPOS: Electronic Power Optimizing System)는 캔(CAN) 통신을 통해 펌프 토크 정보를 실시간으로 서로 주고 받을 수 있어야 한다. 이때, 제어주기가 빠르면 빠를수록 효과가 크므로, 캔 업데이트율(CAN Update Rate)도 클수록 좋다. 현재 건설기계에서 가장 빈번한 캔 업데이트율을 가진 신호들은 10ms마다 업데이트되므로 토크보상 엔진제어를 위한 유압펌프 토크 정보도 10ms마다 업데이트되는 것이 바람직하다. 하지만, 이를 위해서는 캔 정보가 너무 많아져 캔 부하율에 의해 안정적인 동작을 보장하지 못하는 상태에 이를 수도 있다. 이러한 상황을 대비하기 위해 급부하 조건시에만 본 발명에 따른 유압펌프 제어 동작을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 차량 제어 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량 제어 시스템은 엔진(110), 엔진 제어부(120), 유압펌프(130) 및 유압펌프 제어 장치(140)를 포함한다.

엔진 제어부(120)는 엔진(110)의 엔진 제한 토크 정보와 엔진 현재 토크 정보를 이용하여 엔진(110)을 제어한다. 엔진 제어부(120)는 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 캔 신호 형태로 다른 장치로 제공할 수 있다.

유압펌프(130)는 엔진(110)으로부터 공급되는 동력에 의해 작동된다.

유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프(130)의 펌프 토출 용적과 펌프 토출 압력을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 산출한다. 유압펌프 제어 장치(140)는 캔 통신을 통해 엔진 제어부(120)로부터 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신할 수 있다.

유압펌프 제어 장치(140)는 압력센서를 통해서 직접적으로 압력 값을 측정하고 측정된 압력 값을 이용하여 유압펌프의 토출 압력을 계산한다. 이때, 직접적으로 측정된 압력 값은 외부에서 들어오는 부하를 포함할 수 있다. 유압펌프 제어 장치(140)는 센서 또는 테이블 등을 통해서 사판각 위치 또는 유압펌프 용량을 계산할 수 있다.

여기서, 유압펌프 제어 장치(140)가 계산된 유압펌프의 토출 압력을 캔(CAN) 신호의 형태로 전달하므로 캔 지연(Delay)이 발생할 수 있다. 따라서 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프 사판각의 위치 또는 유압펌프 현재 용량과 목표 용량 사이의 중간 값을 고려하여 유압펌프의 토출 압력을 엔진 제어부(120)에 전달할 수 있다. 목표 용량은 제어 로직이나 펌프 레귤레이터에 의해 하드웨어적으로 제어되는 목표값을 의미한다. 중간 값은 반드시 평균((실제값+목표값)/2)으로 한정될 필요는 없다. 이러한 중간 값은 실제 차량에서의 시험에 의해 조정되어 조정 인자(Tuning Parameter)로 지정될 수 있다.

상기 제어 로직은 유압펌프 제어 장치(140)가 아닌 차량 제어부에서 수행될 수 있다. 그렇게 되면, 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프(130)만을 제어하고, 차량 제어부로부터 제어 명령을 수신할 수 있다. 또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진의 보상 제어에 이용할 유압펌프 토크를 계산하여 제공한다. 차량 제어부는 보상 제어를 수행하거나 엔진 제어부(120)로 펌프토크 정보를 전송할 수 있다.

도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프 토크 계산부(210), 속도오차 계산부(220), 보상 토크 계산부(230) 및 목표토크 정보 송신부(240)를 포함한다.

이하, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 유압펌프 제어 장치(140)의 구성요소 각각에 대하여 살펴보기로 한다.

유압펌프 토크 계산부(210)는 유압펌프의 토출 압력, 파워쉬프트 제어용 압력 및 네가콘 압력을 이용하여 유압펌프 토크를 계산한다. 이때, 유압펌프 토크 계산부(210)는 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 요구 토크에 지연이 발생하도록 하여, 유압펌프의 사판각에 의한 시간지연을 보상할 수 있다. 또한, 유압펌프 토크 계산부(210)는 작동유 상태에 따라 토크의 오차가 발생하는 것을 방지하기 위해, 유압펌프의 토출 압력, 파워쉬프트 제어용 압력 및 네가콘 압력과 함께 작동유 온도를 이용하여 유압펌프 토크를 계산할 수 있다.

한편, 유압펌프 토크 계산부(210)는 유압펌프가 네가콘 제어 방식의 유압펌프 이외의 다른 유압펌프인 경우, 유압펌프의 사판각을 제어하는 레귤레이터의 제어 압력 또는 제어신호를 이용하여 유압펌프 토크를 계산할 수 있다.

속도오차 계산부(220)는 실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수의 엔진 속도 오차를 계산한다. 건설기계는 일정한 작업성능을 유지하기 위해서 엔진 속도를 일정하게 유지하는 것이 필수적인데, 계산된 유압펌프 토크만으로는 일정한 엔진 속도를 유지하기 위한 엔진 목표 토크를 제대로 계산하기 어렵다. 따라서 보상 토크 계산부(230)가 유압펌프 토크와 엔진 속도 오차를 이용해서 엔진의 보상된 엔진 목표 토크를 계산할 수 있도록, 속도오차 계산부(220)는 엔진 속도 오차를 계산하여 보상 토크 계산부(230)로 전달한다.

속도오차 계산부(220)는 두 가지 방법으로 엔진 속도 오차를 계산할 수 있다. 첫째, 속도오차 계산부(220)는 엔진 속도 오차만을 계산해서 보상토크 계산부(230)에 전달한다. 그러면, 보상 토크 계산부(230)는 PID 제어 등을 통해 유압펌프 토크와 함께 엔진 속도 오차를 보상 제어에 반영한다. 둘째, 속도오차 계산부(220)는 엔진 속도 오차를 기반으로 PID 제어 등의 방법을 통해 회전수 오차에 따른 펌프 토크를 계산한다. 그리고 속도오차 계산부(220)는 계산된 펌프 토크를 보상 토크 계산부(230)에 전달한다. 그러면, 보상 토크 계산부(230)는 펌프 토크를 이용하여 보상 제어를 수행한다.

보상 토크 계산부(230)는 유압펌프 토크 계산부(210)에서 계산된 유압펌프 토크와 속도오차 계산부(220)에서 계산된 엔진 속도 오차를 이용하여 보상 토크를 계산하고 그 계산된 유압펌프 토크를 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력한다. 즉, 보상 토크 계산부(230)는 계산된 유압펌프 토크에 엔진 속도 오차를 이용해서 엔진이 내야 할 엔진 목표 토크로 보상한다. 엔진 속도 오차가 클수록 유압펌프 토크에 보상되는 값도 커져서, 유압펌프 토크와 엔진 목표 토크의 차이가 커진다. 반대로, 엔진 속도 오차가 작을수록 유압펌프 토크에 보상되는 값이 작아져, 유압펌프 토크와 엔진 목표 토크의 차가 줄어든다. 보상 토크 계산부(230)는 엔진 속도 및 부하량에 따른 실험적 테이블을 이용하여 엔진 속도 오차에 따른 보상 토크 값을 계산될 수 있다. 또한, 보상 토크 계산부(230)는 PID 제어기를 이용해서 엔진 속도 오차에 따른 보상 토크 값을 계산할 수 있다.

목표토크 정보 송신부(240)는 보상 토크 계산부(230)에 의해 계산된 보상된 엔진 목표 토크를 엔진 제어부(120)에 엔진 목표 토크로 송신한다. 예를 들어, 목표토크 정보 송신부(240)는 유압펌프 요구 토크를 캔(CAN) 프로토콜을 이용하여 엔진 제어부(120)로 전달할 수 있다.

엔진 제어부(120)는 목표토크 정보 송신부(240)를 통해 수신된 엔진의 엔진 목표 토크를 이용하여 엔진이 추종해야 할 엔진 목표 토크에 대한 토크 제어를 수행한다. 따라서 본 명세서에 따른 엔진 제어부(120)는 엔진의 과도한 연료 분사를 줄일 수 있고, 엔진으로 하여금 정확한 시기에 정확한 양의 연료 분사를 수행하도록 할 수 있다.

이하, 도 2의 유압펌프 토크 계산부(210)의 일 실시예 및 다른 실시예에 대한 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 도 3 및 도 4에서 설명하기로 한다.

한편, 본 발명에 따른 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프(130)의 토크를 다음과 같이 산출할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유압펌프 제어 장치(140)는 펌프 토출 용적 추정부(310) 및 펌프 토크 계산부(320) 등을 포함할 수 있다.

펌프 토출 용적 추정부(310)는 유압펌프(130)의 유량을 결정하기 위한 레귤레이터를 제어하는 압력 모두를 입력 값으로 받는다. 즉, 펌프 토출 용적 추정부(310)는 네가콘 제어 방식의 유압펌프에서 레귤레이터의 제어압력으로 들어가는 펌프 토출 압력, 네가콘 압력 및 파워쉬프트 제어용 압력을 입력 값으로 받는다. 펌프 토출 용적 추정부(310)는 입력받은 제어용 압력과 해당 유압펌프의 설계 및 성능 실험 자료에 기초하여 미리 설정된 테이블을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다. 이때, 펌프 토출 용적 추정부(310)는 사판각의 동적 지연 특성을 고려해 시간 지연 요소를 추가하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다.

다음으로, 펌프 토크 계산부(320)는 측정된 펌프 토출 압력과 펌프 토출 용적 추정부(310)에 의해 추정된 펌프 토출 용적을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산한다.

이때, 펌프 토크 계산부(320)가 펌프 토출 압력과 펌프 토출 용적을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산하는 방법은 두 가지로 구분될 수 있다.

첫 번째로는, 펌프 토크 계산부(320)는 하기 수학식 1과 같이 펌프 토출 압력(Pd), 펌프 토출 용적(q) 및 펌프 효율(η)을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산할 수 있다.

여기서, TQ는 펌프 토크, Pd는 펌프 토출 압력, q는 펌프 토출 용적, η는 펌프 효율을 나타낸다.

두 번째로, 펌프 토크 계산부(320)는 미리 저장된 테이블을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산할 수 있다. 여기서, 테이블은 유압펌프의 설계 및 시험 결과에 기초하는 펌프 토출 압력 및 펌프 토출 용적을 입력 값으로 하는 테이블일 수 있다.

펌프 토크 계산부(320)는 테이블에 존재하지 않는 입력 값에 대해서는 인접한 테이블의 값에 보간법(Interpolation)을 적용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산할 수 있다.

펌프 토출 용적 추정부(310)는 유압펌프가 네가콘 제어 방식의 유압펌프가 아닌 다른 제어 방식의 유압펌프인 경우, 유압펌프(130)의 사판(132)을 제어하는 레귤레이터의 제어압력을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다. 여기서, 레귤레이터는 가변 용량형 유압펌프의 사판을 제어하는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 유압펌프(130)의 사판(132)을 제어하는 레귤레이터가 제1 레귤레이터 제어압력 및 제2 레귤레이터 제어압력에 의해 제어되는 경우, 펌프 토출 용적 추정부(310)는 제1 레귤레이터 제어압력 및 제2 레귤레이터 제어압력을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다. 이때, 레귤레이터가 제1 레귤레이터 제어압력, 제2 레귤레이터 제어압력, ..., 제N 레귤레이터 제어압력에 의해 제어되는 경우, 펌프 토출 용적 추정부(310)는 제1 레귤레이터 제어압력, 제2 레귤레이터 제어압력, ..., 제N 레귤레이터 제어압력을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다. 즉, 레귤레이터의 제어 입력으로 전달되는 제1 레귤레이터 제어압력 및 제2 레귤레이터 제어압력 등이 펌프 토출 용적 추정부(310)에 입력될 수 있다. 펌프 토출 용적 추정부(310)에 의해 추정된 펌프 토출 용적은 도 2와 마찬가지로 펌프 토크 계산부(320)에 전달되어 유압펌프(130)의 토크가 계산될 수 있다.

또한, 펌프 토출 용적 추정부(310)는 유압펌프(130)의 사판(132)에 설치된 사판각 센서에 의해 측정된 값을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수도 있다.

유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프(130)의 토크와 엔진 제어부(120)로부터 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프(130)의 사판각 또는 제한사판각을 제어할 수 있다.

또한, 엔진 제한 토크 정보에 따른 유압펌프의 제한사판각은 엔진제조사, 펌프제조사 또는 건설기계 제조사에 의해 미리 정해질 수 있다. 여기서, 엔진 제한 토크 정보에 대응되는 유압펌프의 제한사판각은 테이블 형태로 미리 만들어질 수 있다. 이에, 테이블은 엔진과 유압펌프의 설계 및 시험 결과에 기초하여 테이블 값 형태로 유압펌프 제어 장치(140)에 내장될 수 있다. 따라서, 유압펌프 제어장치(140)는 테이블에 저장된 유압펌프의 제한사판각에 따라 유압펌프(130)의 사판(132)을 제어할 수 있다. 여기서, 제한사판각은 엔진 제한 토크 정보에 따라 제어되는 사판각의 임계치를 의미한다. 이를 위해, 엔진 제한 토크 정보에 각각 1:1로 매칭되는 제한사판각의 최대 제어 수치를 테이블화하거나 또는 엔진 제한 토크 정보와 제한사판각의 최대 제어 수치를 함수화할 수 있다.

또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 토크를 제한함으로써, 유압펌프(130)의 출력을 제어할 수 있다. 예를 들면, 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 토크의 상승 기울기를 제한함으로써, 유압펌프(130)의 출력을 제어할 수 있다. 이에 따라, 유압펌프 제어 장치(140)는 동일한 기준 즉, 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유량제어형 펌프와 압력제어형 펌프를 모두 제어할 수 있다.

또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보와 유압펌프(130)의 토크의 차이값이 특정값 이상일 경우 유압펌프(130)의 제한사판각을 추가로 하향 보정할 수 있다. 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보와 유압펌프(130)의 토크의 차이값이 특정값 이상일 경우 유압펌프(130)의 제한사판각을 미리 정해진 값보다 크게 하여 유압펌프(130)의 토크를 크게 함으로써, 엔진(110)의 가용출력을 극대화할 수 있다.

또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보에 기반하여 유압펌프(130)의 토크를 상시 제어함으로써, 엔진 현재 토크 정보가 엔진 제한 토크 정보를 초과하지 않도록 유지할 수 있다.

또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보를 기준으로 유압펌프(130)의 토크의 상승 기울기를 제한할 수도 있다. 즉, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보를 기반으로 유압펌프(130)의 토크의 상승 기울기의 제한값(Torque Rate Limit)을 제어변수로 사용하여 엔진 현재 토크 정보가 엔진 제한 토크 정보를 넘지 않도록 유지할 수도 있다.

한편, 네가콘 압력과 파워쉬프트 제어용 압력은 펌프 용적을 추정하기 위해서 2개의 압력 모두가 필요할 수 있다. 또한, 둘 중 하나의 압력만이 필요할 수도 있다. 도 3은 네가콘 제어 방식의 유압펌프 경우에 적용될 수 있고, 도 4는 일반적인 경우에 적용될 수 있다. 즉, 토출압력, 네가콘 압력 및 파워쉬프트 제어용 압력은 모두 유압펌프의 레귤레이터 입장에서는 제1 내지 제3 레귤레이터 제어압력 등에 해당할 수 있다. 이러한 관계를 포지콘 방식의 펌프로 확장하면, 포지콘 압력 및 파워쉬프트 제어용 압력으로 대체될 수 있다. 파워쉬프트 제어나 포지콘 또는 네가콘 제어 압력이 없는 단순 기계식 펌프의 경우에는 제1 토출압, 제2 토출압, 제3 토출압 등으로 대체될 수 있다.

이와는 별도로 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프의 사판각에 설치된 센서로부터 유압펌프의 용적(유량)을 추정할 수 있다. 그리고 유압펌프 제어 장치(140)는 압력센서의 압력값과 사판각 센서의 용적값으로부터 유압펌프 토크를 직접 계산할 수 있다. 센서의 용적값은 사판각 위치로부터 계산될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 장치의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 유압펌프 제어 장치(140)는 급부하 판단부(410), 엔진 토크 정보 수신부(420), 유압펌프 제한 출력 계산부(430), 유압펌프 유량 제어 판단부(440) 및 유압펌프 유량 제한 제어부(450) 등을 더 포함할 수 있다.

급부하 판단부(410)는 펌프 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단한다. 자세하게는, 급부하 판단부(410)는 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상인지 여부를 판단하고, 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간(△T1) 이상인지 여부를 판단하여 유압펌프(130)의 급부하 발생 여부를 판단한다. 즉, 급부하 판단부(410)는 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상이고, 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간(△T1) 이상인 경우, 유압펌프(130)에 급부하가 발생한 것으로 판단한다. 급부하 판단부(410)의 입력단에는 로우 패스 필터가 적용되어 오동작을 막을 수 있다.

엔진 토크 정보 수신부(420)는 급부하 판단부(410)의 판단 결과에 따라 유압펌프(130)에 급부하가 발생한 경우, 엔진 제어부(120)로부터 캔 프로토콜을 이용하여 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신한다. 여기서, 엔진 제한 토크 정보는 배기가스 규제에 따라 제한되는 연료량이나 제한되는 연료량으로 인해서 결정되는 엔진 토크 정보와 엔진의 내구성이나 성능 보호를 위해서 제한되는 토크 및 연료량의 제한값을 포함하고, 현재 발생 토크 정보는 엔진의 목표 토크 값과 현재 예측되는 엔진의 발생 토크 값을 포함한다.

유압펌프 제한 출력 계산부(430)는 엔진 토크 정보 수신부(420)를 통해 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프(130)에 공급되는 유압펌프 제한 출력을 계산한다. 자세하게는, 유압펌프 제한 출력 계산부(430)는 엔진 제한 토크 정보 및 유압펌프 유량 제한 제어부(450)의 펌프 모델을 이용하여 엔진 토크에 대응되는 펌프 제한 유량을 계산하고, 계산된 펌프 제한 유량과 현재 펌프 토출 압력을 기준으로 제한되어야 할 유압펌프 제한 출력을 계산한다. 여기서, 펌프 제한 유량은 유압펌프 유량 제한 제어부(450)에 의해 제한되어야 하는 유량이다.

유압펌프 유량 제어 판단부(440)는 유압펌프 제한 출력 계산부(430)에서 계산된 유압펌프 제한 출력과 펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유량을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력을 비교하여 유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 크고, 엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치(△TQ) 이하인 경우, 유량 제어 기능이 활성화된 것으로 판단한다.

또한, 유압펌프 유량 제어 판단부(440)는 유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 작은 경우, 유량 제어 기능이 비활성화된 것으로 판단한다.

유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 유량 제어 판단부(440)의 판단 결과에 따라 유량 제어 기능이 활성화된 경우, 파워쉬프트 제어 압력(Pf 압력)을 이용하여 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 출력을 제어한다.

이때, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 토크를 제한함으로써, 유압펌프(130)의 출력을 제어할 수 있다.

또한, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 토크의 상승 기울기를 제한함으로써, 유압펌프(130)의 출력을 제어할 수 있다. 이에 따라, 유량제어형 펌프와 압력제어형 펌프를 모두 동일한 기준 즉, 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 제어할 수 있다.

추가로, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 일정한 가중치를 부여하여 다양한 환경 및 기종에 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)의 파워쉬프트 제어에 의해 출력이 제한되면, 사판은 유량을 감소시키는 방향으로 작동하고, 엔진의 부담을 줄여 과도한 연료 분사를 줄일 수 있으며, 유압펌프의 부하가 감소되어 엔진 회전 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 유량 제어 판단부(440)의 판단 결과에 따라 유량 제어 기능이 비활성화된 경우, 기설정된 값에 따라 유압펌프(130)의 출력을 제어한다.

추가로, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치(△N) 이하인 경우, 유압펌프(130)의 출력 제어를 종료한다.

도 6은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 건설기계의 차량 제어 방법에 대한 흐름도이다.

유압펌프 토크 계산부(210)는 유압펌프의 토출 압력, 파워쉬프트 제어용 압력 및 네가콘 압력을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정한다(S402).

그리고 유압펌프 토크 계산부(210)는 펌프 토출 용적과 토출 압력을 이용하여 유압펌프 토크를 계산한다(S404). 이때, 유압펌프 토크 계산부(210)는 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 요구 토크에 지연이 발생하도록 하여, 유압펌프의 사판각에 의한 시간지연을 보상할 수 있다.

이후, 속도오차 계산부(220)는 실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수의 엔진 속도 오차를 계산한다(S406). 보상 토크 계산부(230)가 유압펌프 토크와 엔진 속도 오차를 이용해서 엔진의 보상된 엔진 목표 토크를 계산할 수 있도록, 속도오차 계산부(220)는 엔진 속도 오차를 계산하여 보상 토크 계산부(230)로 전달한다.

그리고 보상 토크 계산부(230)는 유압펌프 토크 계산부(210)에서 계산된 유압펌프 토크와 속도오차 계산부(220)에서 계산된 엔진 속도 오차를 이용하여 보상 토크를 계산하고 그 계산된 유압펌프 토크를 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력한다(S408). 즉, 보상 토크 계산부(230)는 계산된 유압펌프 토크에 엔진 속도 오차를 이용해서 엔진이 내야 할 엔진 목표 토크로 보상한다.

목표토크 정보 송신부(240)는 보상 토크 계산부(230)에 의해 계산된 보상된 엔진 목표 토크를 엔진 제어부(120)에 엔진 목표 토크로 송신한다(S410). 예를 들어, 목표토크 정보 송신부(240)는 유압펌프 요구 토크를 캔(CAN) 프로토콜을 이용하여 엔진 제어부(120)로 전달할 수 있다.

엔진 제어부(120)는 목표토크 정보 송신부(240)를 통해 수신된 엔진의 엔진 목표 토크를 이용하여 엔진이 추종해야 할 엔진 목표 토크에 대한 토크 제어를 수행한다(S412).

한편, S402 과정에서 유압펌프 토크 계산부(210)는 유압펌프가 네가콘 제어 방식의 유압펌프 이외의 다른 유압펌프인 경우, 유압펌프의 사판각을 제어하는 레귤레이터의 제어 압력을 이용하여 유압펌프 토크를 계산할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 방법에 대한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 급부하 판단부(410)는 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상인지 여부를 판단한다(S502).

펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상인 경우, 급부하 판단부(410)는 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간(△T1) 이상인지 여부를 판단한다(S504).

펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간 이상인 경우, 엔진 토크 정보 수신부(420)는 유압펌프(130)에 급부하가 발생한 것으로 판단하여 엔진 제어부(120)로부터 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신한다(S506).

유압펌프 제한 출력 계산부(430)는 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프(130)에 공급되는 유압펌프 제한 출력을 계산한다(S508). 자세하게는, 유압펌프 제한 출력 계산부(430)는 엔진 제한 토크 정보 및 유압펌프 유량 제한 제어부(450)의 펌프 모델을 이용하여 엔진 토크에 대응되는 펌프 제한 유량을 계산하고, 계산된 펌프 제한 유량과 현재 펌프 토출 압력을 기준으로 제한되어야 할 유압펌프 제한 출력을 계산한다.

이어서, 유압펌프 유량 제어 판단부(440)는 펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유량을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단한다(S510).

유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 큰 경우, 유압펌프 유량 제어 판단부(440)는 엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치(△TQ) 이하인지 여부를 판단한다(S512).

엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유량 제어 기능이 활성화된 것으로 판단하여 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 출력을 제어한다(S514).

유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 작거나, 엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치를 초과하는 경우, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유량 제어 기능이 비활성화된 것으로 판단하여 기설정된 값에 따라 유압펌프(130)의 출력을 제어한다(S520).

추가로, 유압펌프 유량 제어 판단부(440)는 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치(△N) 이하인지 여부를 판단한다(S516).

목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유량 제어 기능의 활성화 여부에 상관없이 유압펌프(130)의 출력 제어를 중지한다(S518).

목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치를 초과하는 경우, 단계 S506으로 돌아가서 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신한 후, 이후 절차를 순차적으로 진행한다.

전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러 및 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니 되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.

여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims

엔진;
상기 엔진으로부터 공급되는 동력에 의해 작동되는 유압펌프;
상기 유압펌프로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 적어도 하나의 액츄에이터;
유압펌프 토크와 실제 엔진 회전수 및 목표 엔진 회전수 간의 엔진 속도 오차에 따라 보상 토크를 계산하고, 상기 계산된 유압펌프 토크를 상기 계산된 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력하는 유압펌프 제어 장치; 및
상기 출력된 엔진 목표 토크를 기초하여 엔진의 토크 제어를 수행하는 엔진 제어부
를 포함하고,
상기 유압펌프 제어 장치는
유압펌프의 토출 용적과 토출 압력을 이용하여 유압펌프 토크를 계산하는 유압펌프 토크 계산부;
실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수의 엔진 속도 오차를 계산하는 속도오차 계산부;
상기 계산된 유압펌프 토크와 상기 계산된 엔진 속도 오차를 이용하여 보상 토크를 계산하고 상기 계산된 유압펌프 토크를 상기 계산된 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력하는 보상 토크 계산부;
상기 출력된 엔진 목표 토크를 송신하는 목표토크 정보 송신부; 및
상기 목표토크 정보 송신부로부터 수신된 엔진 목표 토크를 기초하여 엔진의 토크 제어를 수행하는 엔진 제어부
를 포함하고,
상기 유압펌프 토크 계산부는
파워쉬프트 제어용 압력 및 네가콘 압력 중에서 선택된 압력과 유압펌프의 토출 압력을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 유압펌프 토크 계산부는
상기 유압펌프가 전류값에 의해 제어되는 전자식 펌프인 경우 사판각 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하거나, 사판각을 움직이기 위한 전류 명령값과 토출압 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유압펌프 토크 계산부는
사판각을 제어하는 레귤레이터의 제어압력 또는 사판각 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유압펌프 토크 계산부는
상기 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 토크에 지연이 발생하도록 하여 상기 유압펌프의 사판각의 시간지연을 보상하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유압펌프 토크 계산부는
유압펌프의 토출 압력, 파워쉬프트 제어용 압력 및 레귤레이터 제어값에 추가로 작동유 온도를 이용하여 유압펌프 토크를 계산하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 보상 토크 계산부는
상기 계산된 엔진 속도 오차 및 부하량에 따른 테이블을 이용하여 보상 토크를 계산하거나, PID 제어기를 이용하여 보상 토크를 계산하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유압펌프의 사판각을 제어하는 레귤레이터의 입력값은 네가콘 압력, 포지콘 압력, 포지콘 입력신호 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유압펌프 제어 장치는
엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 엔진 토크 정보 수신부;
상기 엔진 토크 정보 수신부를 통해 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 유압펌프 제한 출력 계산부;
펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력 계산부에서 계산된 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하여 유량 제한 제어 기능의 활성화 여부를 판단하는 유압펌프 유량 제어 판단부; 및
상기 유압펌프 유량 제어 판단부의 판단 결과에 따라 유량 제한 제어 기능이 활성화되어 있는 경우, 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 유압펌프 유량 제한 제어부
를 더 포함하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
제10항에 있어서,
펌프 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단하는 급부하 판단부를 더 포함하고,
상기 엔진 토크 정보 수신부는 상기 급부하 판단부의 판단 결과에 따라 상기 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 시스템.
유압펌프의 토출 용적과 토출 압력을 이용하여 유압펌프 토크를 계산하는 단계;
실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수의 엔진 속도 오차를 계산하는 단계;
상기 계산된 유압펌프 토크와 상기 계산된 엔진 속도 오차를 이용하여 보상 토크를 계산하는 단계;
상기 계산된 유압펌프 토크를 상기 계산된 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력하는 단계; 및
상기 출력된 엔진 목표 토크에 기초하여 엔진의 토크를 제어하는 단계
를 포함하고,
상기 유압펌프 토크를 계산하는 단계는
파워쉬프트 제어용 압력 및 네가콘 압력 중에서 선택된 압력과 유압펌프의 토출 압력을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 유압펌프 토크를 계산하는 단계는
상기 유압펌프가 전류값에 의해 제어되는 전자식 펌프인 경우 사판각 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하거나, 사판각을 움직이기 위한 전류 명령값과 토출압 센서값을 이용하여 유압펌프의 토출 용적을 계산하는 단계를 더 포함하는 건설기계의 차량 제어 방법.
삭제
삭제
제12항에 있어서,
상기 유압펌프 토크를 계산하는 단계는
상기 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 토크에 지연이 발생하도록 하여 상기 유압펌프의 사판각의 시간지연을 보상하는 건설기계의 차량 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 유압펌프 토크를 계산하는 단계는
유압펌프의 토출 압력, 파워쉬프트 제어용 압력 및 레귤레이터 제어값에 추가로 작동유 온도를 이용하여 유압펌프 토크를 계산하는 건설기계의 차량 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 보상 토크를 계산하는 단계는
상기 계산된 엔진 속도 오차 및 부하량에 따른 테이블을 이용하여 보상 토크를 계산하거나, PID 제어기를 이용하여 보상 토크를 계산하는 건설기계의 차량 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 유압펌프의 사판각을 제어하는 레귤레이터의 입력값은 네가콘 압력, 포지콘 압력, 포지콘 입력신호 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.
제12항에 있어서,
엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 단계;
유압펌프의 토크를 산출하는 단계; 및
상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 유압펌프의 토크를 이용하여 상기 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 단계;
펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단하는 단계;
상기 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 큰 경우, 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.
제19항에 있어서,
유압펌프의 토출 용적과 토출 압력을 이용하여 유압펌프 토크를 계산하는 단계;
실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수의 엔진 속도 오차를 계산하는 단계;
상기 계산된 유압펌프 토크와 상기 계산된 엔진 속도 오차를 이용하여 보상 토크를 계산하는 단계;
상기 계산된 유압펌프 토크를 상기 계산된 보상 토크로 보상하여 엔진 목표 토크로 출력하는 단계; 및
상기 출력된 엔진 목표 토크에 기초하여 엔진의 토크를 제어하는 단계
를 포함하고,
엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 단계;
유압펌프의 토크를 산출하는 단계; 및
상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 유압펌프의 토크를 이용하여 상기 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 단계;
펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단하는 단계;
상기 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 큰 경우, 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 단계
를 더 포함하고,
펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상인 경우, 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간 이상인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
상기 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간 이상인 경우, 유압펌프에 급부하가 발생한 것으로 판단하여 상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.