KR102452805B1 - 휠 로더의 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

휠 로더의 제어 방법에 있어서, 휠 로더의 붐의 상승 위치를 검출한다. 상기 붐을 승하강시키는 붐 실린더의 압력을 검출한다. 상기 붐의 위치가 상기 붐 실린더의 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한한다.

Description

휠 로더의 제어 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING WHEEL LOADER}
본 발명은 휠 로더의 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휠 로더의 작업 상태를 판단하여 휠 로더를 자동으로 제어하기 위한 휠 로더의 제어 방법 및 휠 로더의 제어 시스템에 관한 것이다.
휠 로더는 건설 현장에서, 흙, 모래 등을 굴삭하여 운반하고 덤프 트럭과 같은 화물 차량에 로딩하는 작업 등을 수행하는 데 널리 사용되고 있다.
상기 휠 로더의 작업 상태에 따라 작업 부하가 변화하고 이러한 작업 부하를 감지하여 상기 휠 로더의 엔진 또는 트랜스미션 등을 자동으로 제어함으로써, 연비를 절감할 수 있고 작업 효율의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 현재의 작업 상태와 작업 부하 상태를 실시간으로 정확하게 검출하고 이에 근거하여 휠 로더를 자동으로 제어하기 위한 기술이 요구된다.
본 발명의 일 과제는 휠 로더의 작업 수행 시에 연비를 절감하고 작업 효율을 향상시킬 수 있는 휠 로더의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 휠 로더의 제어 방법을 수행하기 위한 휠 로더의 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법에 있어서, 휠 로더의 붐의 상승 위치를 검출한다. 상기 붐을 승하강시키는 붐 실린더의 압력을 검출한다. 상기 붐의 위치가 상기 붐 실린더의 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 엔진의 최대 회전수를 제한하는 단계는 상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력 이상인 경우, 상기 붐의 위치가 최대 수평 거리 위치에 도달된 이후부터 상기 엔진의 최대 회전수를 제한하는 단계, 및 상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력보다 작은 경우, 상기 붐의 위치가 최대 수평 거리 위치보다 높은 특정 위치에 도달된 이후부터 상기 엔진의 최대 회전수를 제한하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기 설정된 압력은 40bar일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제한된 최대 회전수는 상기 붐 상승 위치에 따라 선형적으로 감소될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 상승 위치가 최대일 때의 상기 제한된 최대 회전수는 상기 엔진의 최대 회전수의 절반으로 제한될 수 있따다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐의 상승 위치를 검출하는 단계는 상기 붐의 회전 각도를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 시스템은, 엔진, 상기 엔진에 의해 구동되고 붐과 버켓을 갖는 작업 장치, 상기 붐의 상승 위치를 검출하는 붐 위치 센서, 상기 붐을 승하강시키는 붐 실린더의 압력을 검출하는 붐 실린더 압력 센서, 및 상기 붐 위치 센서 및 상기 붐 실린더 압력 센서로부터의 신호들을 수신하고 상기 붐의 위치가 상기 붐 실린더의 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한하도록 상기 엔진을 제어하는 제어 장치를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력 이상인 경우, 상기 붐의 위치가 최대 수평 거리 위치에 도달된 이후부터 상기 엔진의 최대 회전수를 제한하고, 상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력보다 작은 경우, 상기 붐의 위치가 최대 수평 거리 위치보다 높은 특정 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제한된 최대 회전수는 상기 붐 상승 위치에 따라 선형적으로 감소될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 상승 위치가 최대일 때의 상기 제한된 최대 회전수는 상기 엔진의 최대 회전수의 절반으로 제한될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 붐 위치 센서는 상기 붐의 회전 각도를 검출하는 붐 각도 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 휠 로더의 붐의 상승 위치 및 붐 실린더 압력을 검출한 후, 상기 붐의 위치가 상기 붐 실린더 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다.
이에 따라, 붐 상승 작업에서의 불필요한 엔진 출력을 억제하도록 엔진 출력을 효율적으로 제어함으로써, 작업 성능을 향상시키고 연비를 개선할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더를 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1의 휠 로더의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 붐의 회전 각도에 따른 붐 상승 위치를 나타내는 측면도이다.
도 5는 도 4의 붐 상승 위치에 따른 제한된 엔진 최대 회전수를 나타내는 그래프이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더를 나타내는 측면도이다. 도 2는 도 1의 휠 로더의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 휠 로더(10)는 서로 회전 가능하게 연결된전방 차체(12) 및 후방 차체(14)를 포함할 수 있다. 전방 차체(12)는 작업 장치 및 전방 휠(160)을 포함할 수 있다. 후방 차체(14)는 운전실(40), 엔진룸(50) 및 후방 휠(162)를 포함할 수 있다.
상기 작업 장치는 붐(20) 및 버켓(30)을 포함할 수 있다. 붐(20)은 전방 차체(12)에 자유롭게 회전 가능하도록 부착되고 버켓(30)은 붐(20)의 일단부에 자유롭게 회전 가능하도록 부착될 수 있다. 붐(20)은 전방 차체(12)에 한 쌍의 붐 실린더들(22)에 의해 연결되고, 붐(20)은 붐 실린더(22)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전할 수 있다. 틸트 암(34)은 암(20)의 거의 중심부 상에서 자유롭게 회전 가능하도록 부착되고, 틸트 암(34)의 일단부와 전방 차체(12)는 한 쌍의 버켓 실린더들(32)에 의해 연결되고, 틸트 암(34)의 타단부에 틸트 로드에 의해 연결된 버켓(30)은 버켓 실린더(32)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전(덤프 또는 크라우드)할 수 있다.
또한, 전방 차체(12)와 후방 차체(14)는 센터 핀(16)에 의해 서로 회전 가능하게 연결되고, 스티어링 실린더(도시되지 않음)에 신축에 의해 전방 차체(12)가 후방 차체(14)에 대하여 좌우로 굴절될 수 있다.
후방 차체(14)에는 휠 로더(10)를 주행시키기 위한 주행 장치가 탑재될 수 있다. 엔진(100)은 엔진룸(50) 내에 배치되고 상기 주행 장치에 파워 출력을 공급할 수 있다. 상기 주행 장치는 토크 컨버터(120), 트랜스미션(130), 프로펠러 샤프트(150), 액슬(152, 154) 등을 포함할 수 있다. 엔진(100)의 파워 출력은 토크 컨버터(120), 트랜스미션(130), 프로펠러 샤프트(150) 및 액슬(152, 154)을 통해 전방 휠(160) 및 후방 휠(162)로 전달되어 휠 로더(10)가 주행하게 된다.
구체적으로, 엔진(100)의 파워 출력은 토크 컨버터(120)를 통해 트랜스미션(130)에 전달될 수 있다. 토크 컨버터(120)의 입력축은 엔진(100)의 출력축에 연결되고, 토크 컨버터(120)의 출력축은 트랜스미션(130)에 연결될 수 있다. 토크 컨버터(120)는 임펠러, 터빈 및 스테이터를 갖는 유체 클러치 장치일 수 있다. 트랜스미션(130)은 제1 속 내지 제4 속 사이에서 속도단들을 변속시키는 유압 클러치들을 포함할 수 있고, 토크 컨버터(120)의 상기 출력축의 회전은 트랜스미션(130)에 의해 변속될 수 있다. 변속된 회전은 프로펠러 샤프트(150) 및 액슬(152, 154)을 통해 전방 휠(160) 및 후방 휠(162)로 전달되어 상기 휠 로더가 주행할 수 있다.
토크 컨버터(120)는 입력 토크에 대한 출력 토크를 증가시키는 기능, 즉, 토크비를 1 이상으로 만들 수 있는 기능을 가질 수 있다. 토크비는 토크 컨버터(120)의 상기 입력축의 회전수(Ni)와 상기 출력축의 회전수(Nt)의 비인 토크 컨버터 속도비(e)(=Nt/Ni)가 증가에 수반하여 감소한다. 예를 들면, 엔진 회전수가 일정한 상태에서 주행 중에 주행 부하가 커지면, 토크 컨버터(120)의 상기 출력축의 회전수, 즉, 차속이 감소하고 토크 컨버터 속도비는 작아진다. 이 때, 토크비는 증가하므로, 보다 큰 주행 구동력으로 주행할 수 있다.
트랜스미션(130)은 전진용 유압 클러치, 후진용 유압 클러치 및 제1 속 내지 제4 속용 유압 클러치들을 포함할 수 있다. 상기 유압 클러치들 각각은 트랜스미션 제어장치(TCU)(140)를 통해 공급되는 압유(클러치압)에 의해 결합 또는 해방될 수 있다. 즉, 상기 유압 클러치에 공급되는 클러치압이 증가하면 상기 유압 클러치는 결합되고 상기 클러치압이 감소하면 해방될 수 있다.
주행 부하가 낮아지고 토크 컨버터 속도비(e)가 증가하여 기 설정값(eu) 이상이 되면 속도단은 1단 시프트 업된다. 반대로 주행 부하가 높아지고 토크 컨버터 속도비(e)가 기 설정값(ed) 이하가 되면 속도단은 1단 시프트 다운된다.
트랜스미션(130)은 매뉴얼 모드 또는 복수 개의 오토 변속 모드들을 구비할 수 있다. 상기 변속 모드들은 모드 변환 스위치(도시되지 않음)의 조작에 의해 변환될 수 있다. 예를 들면, 트랜스미션(130)은 매뉴얼 모드, 1-4 오토 모드 및 1-3 오토 모드를 포함할 수 있다. 매뉴얼 모드로 설정된 경우, 변속 선택 레버에 의해 선택된 속도단이 적용될 수 있다. 1-4 오토 모드 또는 1-3 오토 모드로 설정된 경우, 상기 변속 선택 레버에 의해 선택된 속도단 이하의 속도단들 사이에서 자동으로 변속될 수 있다.
후방 차체(14)에는 상기 작업 장치의 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)에 압유를 공급하기 위한 가변 용량형 유압 펌프(200)가 탑재될 수 있다. 가변 용량형 유압 펌프(200)는 엔진(100)으로부터의 파워 출력의 일부를 사용하여 구동될 수 있다. 예를 들면, 엔진(100)의 출력은, 엔진(100)과 토크 컨버터(120) 사이에 설치되어 있는 기어 트레인(110)과 같은 동력전달장치(PTO)를 통해서 작업 장치용 유압 펌프(200)와 스티어링용의 유압 펌프(도시되지 않음)를 구동시킬 수 있다.
가변 용량형 유압 펌프(200)에는 펌프 제어장치(EPOS)가 연결되고, 상기 펌프 제어장치에 의해 가변 용량형 유압 펌프(200)의 토출 유량이 제어될 수 있다. 유압 펌프(200)의 유압 회로 상에는 붐 제어 밸브(210)와 버켓 제어 밸브(212)와 같은 메인 제어 밸브(MCV)가 설치될 수 있다. 유압 펌프(200)의 토출유는 메인 제어 밸브의 전단의 유압라인(202)에 설치된 붐 제어 밸브(210) 및 버켓 제어 밸브(212)를 통해 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)에 공급될 수 있다. 메인 제어 밸브(MCV)는 조작 레버로부터 입력되는 파일럿 압력에 따라 유압 펌프(200)로부터 토출된 작동유를 붐 실린더(22) 및 버켓 실린더(32)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 붐(20)과 버켓(30)은 유압 펌프(200)로부터 토출된 작동유의 유압에 의해 구동될 수 있다.
운전실(40) 내에는 운전 조작 장치가 구비될 수 있다. 상기 운전 조작 장치는 주행 페달(142), 브레이크 페달(144), 및 FNR 주행 레버와 붐 실린더(22)와 버켓 실린더(32)와 같은 실린더들을 작동시키기 위한 조작 레버들을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 휠 로더(10)는 엔진(100)의 출력을 동력전달장치(PTO)를 통해 상기 주행 장치를 구동시키기 위한 주행 시스템과 붐(20)과 버켓(30)과 같은 작업 장치를 구동시키기 위한 유압 장치계를 포함할 수 있다.
또한, 후방 차체(14)에는 휠 로더(10)의 제어 장치(300)가 탑재될 수 있다. 제어 장치(300)는 프로그램을 실행하는 CPU, 메모리와 같은 저장 장치, 그 밖의 주변 회로 등을 갖는 연산 처리 장치를 포함할 수 있다.
제어 장치(300)는 휠 로더(10)에 장착된 다양한 센서들로부터 신호들을 수신할 수 있다. 예를 들면, 제어 장치(300)는 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 센서(102), 주행 페달(142)의 조작량을 검출하는 주행 페달 검출 센서(143), 브레이크 페달(144)의 조작량을 검출하는 브레이크 페달 검출 센서(145), 트랜스미션(130)의 속도단, 전진(F), 중립(N) 및 후진(R)을 선택하는 변속 레버의 조작 위치를 검출하는 FNR 레버(변속 레버) 위치 검출 센서(146), 및 파킹 스위치(parking switch)의 접속 여부를 검출하는 파킹 검출 센서에 연결될 수 있다.
또한, 제어 장치(300)는 토크 컨버터(120)의 상기 입력축의 회전수(Ni)를 검출하는 회전수 검출 센서(122a), 토크 컨버터(120)의 상기 출력축의 회전수(Nt)를 검출하는 회전수 검출 센서(122b), 및 트랜스미션(130)의 출력축의 회전 속도, 즉 차속(v)을 검출하는 차속 검출 센서(132)에 연결될 수 있다.
또한, 제어 장치(300)는 메인 제어 밸브(MCV) 전단의 유압 라인(202)에 설치되어 유압 펌프(200)의 토출 압력을 검출하는 압력 센서(204), 및 붐 실린더(22)의 헤드측 압력을 검출하는 붐 실린더 압력 센서(222)에 연결될 수 있다. 또한, 제어 장치(300)는 붐(20)의 회전 각도를 검출하는 붐 각도 센서(224), 버켓(30)의 회전 각도를 검출하는 버켓 각도 센서(234)에 연결될 수 있다.
휠 로더(10)에 장착된 센서들에 의해 검출된 신호들은 도 2의 점선 화살표에 나타낸 바와 같이 제어 장치(300)에 입력될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 제어 장치(300)는 휠 로더(10)에 장착된 센서들로부터 수신된 신호들 중에서 특정 신호들을 선택하고 신경망 알고리즘과 같은 기 학습된 예측 알고리즘을 수행하여 각각의 개별 부하 상태 여부를 나타내는 출력값들을 산출하고 이를 분석하여 휠 로더(10)의 현재의 작업 부하 상태 또는 현재의 작업 상태를 결정할 수 있다. 나아가, 제어 장치(300)는 엔진 제어장치(ECU), 트랜스미션 제어장치(TCU)(140), 펌프 제어장치(EPOS) 등에 연결될 수 있고, 최종 부하 상태 또는 작업 상태를 고려하여 휠 로더(10)의 엔진(100), 트랜스미션(130), 유압 펌프(200) 등을 선택적으로 제어할 수 있다.
이하에서는, 상기 휠 로더의 제어 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 장치를 나타내는 블록도이다. 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 붐의 회전 각도에 따른 붐 상승 위치를 나타내는 측면도이다. 도 5는 도 4의 붐 상승 위치에 따른 제한된 엔진 최대 회전수를 나타내는 그래프이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 휠 로더의 제어 장치(300)는 작업 상태 판단부(310), 제어 신호 출력부(320) 및 저장부(330)를 포함할 수 있다.
작업 상태 판단부(310)는 휠 로더(10)에 장착된 센서들로부터 휠 로더(10)가 수행하는 현재 작업의 부하 상태 또는 현재의 작업 상태를 결정할 수 있다. 제어 신호 출력부(320)는 상기 결정된 현재 작업의 부하 상태 또는 작업 상태에 따라, 예를 들면, 엔진의 출력 토크 제어, 엔진의 rpm 제어, 트랜스미션의 변속 제어 등과 같은 수행될 제어 종류를 선택하고 제어 신호를 출력할 수 있다. 저장부(330)는 작업 상태 판단부(310)에서 수행되는 연산을 위해 필요한 데이터, 제어 신호 출력부(320)에서 제어 신호를 결정하는 데 필요한 제어 맵 등을 저장할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 작업 상태 판단부(310)는 휠 로더(10)에 장착된 센서들로부터 작업 상태를 나타내는 신호들을 수신하고 상기 수신된 신호들 중에서 일부 신호들을 선택하고 분석하여 휠 로더(10)의 현재의 작업 부하 상태 또는 작업 상태를 판단할 수 있다.
예를 들면, 작업 상태 판단부(310)는 붐 실린더(22)의 헤드측에 설치된 압력 센서(222)로부터 붐 실린더 압력 신호, FNR 레버 위치 검출 센서(146)로부터 FNR 신호, 유압 펌프(200)의 토출 압력 센서(204)로부터 유압 펌프의 메인 압력 신호, 차속 검출 센서(132)로부터 차속 신호, 붐 각도 센서(224)로부터 붐 위치 신호, 토크 컨버터(120)의 회전수 검출 센서들(122a, 122b)로부터 획득한 입력축의 회전수(Ni) 및 출력축의 회전수(Nt)의 비, 즉, 토크 컨버터 속도비 신호, 주행 페달 검출 센서(145)로부터 가속 페달 위치 신호 등을 수신할 수 있다. 작업 상태 판단부(310)에 의해 수신된 신호들은 이에 제한되지 않으며, 상기 휠 로드의 작업 부하 상태 또는 작업 상태를 판단하기 위해 사용될 수 있는 다양한 신호들을 수신할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 수신된 신호들 중에서 선택된 신호는 휠 로더(10)가 수행하는 특정 작업에서 소요되는 특정의 부하 상태, 즉, 저부하 상태, 중부하 상태, 고부하 상태 및 가속/경사지 부하 상태들 중에서 적어도 어느 하나의 부하 상태를 효과적으로 나타낼 수 있는 지표가 될 수 있다.
상기 붐 실린더 압력 신호는 버켓(30)에 적재된 적재물의 무게, 붐(20)의 높이 등에 따라 현재 휠 로더의 작업 부하 상태를 직접적으로 나타낼 수 있는 지표가 될 수 있다. 상기 붐 실린더 압력 신호는 휠 로더의 주행 작업 상태, 붐업 동작 및 복합 작업(주행붐업) 상태를 판단하는 데 사용될 수 있다.
상기 FNR 신호는 굴삭 작업 종료 후 후진 작업 시작이나 주행 작업 중 전진 또는 후진의 전환과 같은 작업간의 전환을 구분하는 지표가 될 수 있다. 상기 FNR 신호는 휠 로더의 주행 작업 상태 및 복합 작업(주행붐업) 상태를 판단하는 데 사용될 수 있다.
상기 유압 펌프의 메인 압력 신호, 즉, MCV 입력단 압력은 상기 붐 실린더 압력과는 달리 운전자의 붐/버켓 조작이 없으면 기본 압력 상태 유지하므로, 굴삭 작업 상태 또는 붐(20)과 버켓(30) 중 적어도 어느 하나의 동작을 나타내는 지표가 될 수 있다. 상기 유압 펌프의 메인 압력 신호는 휠 로더의 주행 작업 상태, 복합 작업(주행붐업) 상태 및 굴삭 작업 상태를 판단하는 데 사용될 수 있다.
상기 차속 신호는 휠 로더의 주행 속도를 나타내는 지표가 될 수 있다. 상기 차속 신호는 휠 로더의 주행 작업 상태, 복합 작업(주행붐업) 상태 및 굴삭 작업 상태를 판단하는 데 사용될 수 있다.
상기 붐 위치 신호는 휠 로더의 주행 작업과 굴삭 작업 시의 붐 위치와 차량 덤프 작업 시의 붐 위치가 서로 상이하여 이들의 동작들을 구분하여 주는 지표가 될 수 있다. 상기 붐 위치 신호는 휠 로더의 주행 작업 상태, 복합 작업(주행붐업) 상태 및 굴삭 작업 상태를 판단하는 데 사용될 수 있다.
상기 토크 컨버터 속도비 신호는 차량의 주행 부하를 나타내는 지표로서 굴삭 작업 상태 및 경사지 주행 작업 상태를 나타낼 수 있다. 상기 토크 컨버터 속도비 신호는 휠 로더의 주행 작업 상태, 복합 작업(주행붐업) 상태, 굴삭 작업 상태 및 가속 작업 상태를 판단하는 데 사용될 수 있다.
상기 가속 페달 위치 신호는 운전자의 가속 의도를 나타내는 지표가 될 수 있다. 상기 가속 페달 위치 신호는 가속 작업 상태를 판단하는 데 사용될 수 있다.
작업 상태 판단부(310)는 상기 수신된 신호들 중에서 일부 신호들을 선택하고 분석하여 휠 로더(10)의 현재의 작업 부하 상태 또는 작업 상태를 판단할 수 있다.
제어 신호 출력부(320)는 작업 상태 판단부(310)에 의해 판단된 휠 로더의 현재의 작업 부하 상태 또는 작업 상태를 고려하여 휠 로더(10)의 엔진(100), 트랜스미션(130), 유압 펌프(200) 등을 선택적으로 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들면, 제어 신호 출력부(320)는 엔진 출력 토크, 엔진 회전수(rpm), 변속 단수, 변속 시점 등을 제어하기 제어 신호를 출력할 수 있다.
저장부(330)는 작업 상태 판단부(310)와 연결되며 작업 상태 판단을 위한 데이터를 저장하는 제1 저장부(332) 및 제어 신호 출력부(320)와 연결되며 제어 신호를 위한 데이터를 저장하는 제2 저장부(334)를 포함할 수 있다. 제1 저장부(332)는 연산을 위해 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 제2 저장부(334)는 제어 신호를 결정하는 데 필요한 엔진 토크 제어 맵, 엔진 rpm 제어 맵, 트랜스미션 변속 제어 맵 등을 저장할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 작업 상태 판단부(310)는 붐 각도 센서(224)로부터 붐(20)의 회전 각도에 따른 붐 상승 위치를 판단할 수 있다. 작업 상태 판단부(310)는 붐 실린더 압력 센서(222)로부터의 붐 실린더 압력 신호를 통하여 붐 실린더(22)의 헤드측 압력, 즉 붐 실린더 압력을 판단할 수 있다.
제어 신호 출력부(320)는 상기 붐의 상승 위치가 상기 붐 실린더 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진(100)의 최대 회전수를 제한하도록 상기 엔진을 제어할 수 있는 엔진 회전수 제어 신호를 출력할 수 있다.
제어 신호 출력부(320)는 상기 붐 상승 위치가 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진 최대 회전수 제어 모드를 수행하기 위한 엔진 회전수 제어 신호를 엔진 제어장치(ECU)에 출력할 수 있다. 엔진 제어장치(ECU)는 상기 엔진 회전수 제어 신호를 수신하고 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 붐(20)의 회전 각도(θmax.r)는 붐(20)의 최저 위치에서의 연장선(L)과 최대 수평 거리 위치(maximum horizontal reach)에서의 붐(20)의 연장선(R) 사이의 각도이고, 붐(20)의 회전 각도(θmax.h)는 붐(20)의 최저 위치에서의 연장선(L)과 최고 위치(max boom height)에서의 붐(20)의 연장선(H) 사이의 각도로서 정의될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 붐(20)이 상기 최저 위치와 최대 수평 거리 위치(θmax.r) 사이에 있을 때 엔진의 최대 회전수(Rmax)는 제한되지 않고, 붐(20)이 최대 수평 거리 위치(θmax.r)에 도달된 이후 또는 최대 수평 거리 위치(θmax.r)보다 높은 특정 위치(θp)부터 엔진의 최대 회전수는 제한될 수 있다.
구체적으로, 제어 장치(300)는, 상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력(예를 들면, 40bar) 이상인 경우, 붐(20)의 위치가 최대 수평 거리 위치(θmax.r)에 도달된 이후부터 상기 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다(그래프 A). 또한, 제어 장치(300)는, 상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력(예를 들면, 40bar)보다 작은 경우, 붐(20)의 위치가 최대 수평 거리 위치(θmax.r)보다 높은 특정 위치(θp)에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다(그래프 B).
예를 들면, 특정 위치(θp)는 θmax.r + θmax.hㅧ20%일 수 있다. 최대 수평 거리 위치에서의 붐(20)의 회전 각도(θmax.r)는 40ㅀ내지 45ㅀ일 수 있고, 특정 위치에서의 붐(20)의 회전 각도(θp)는 58ㅀ 내지 63ㅀ일 수 있다.
상기 제한된 최대 회전수는 상기 붐 상승 위치에 따라 선형적으로 감소될 수 있다. 상기 붐 상승 위치가 최대일 때(θmax.h)의 상기 제한된 최대 회전수는 상기 엔진의 최대 회전수의 절반으로 제한될 수 있다.
휠 로더의 작업 특성을 고려할 때, 붐업 동작에서 최종 목표 위치에 도달되기 전에 프런트의 충격 감소 및 적재물 이탈 방지를 위해 붐의 상승 속도를 줄이게 된다. 이를 위해, 주행 페달 또는 붐 조이스틱 변위를 미세 조작하게 되어, 필요 이상의 높은 엔진 회전수에 의해 과다한 연료 소모를 야기할 수 있다.
상술한 바와 같이, 휠 로더의 제어 장치(300)는 휠 로더(10)의 붐의 위치가 붐 실린더 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한하여 엔진을 제어할 수 있는 엔진 회전수 제어 신호를 출력할 수 있다.
이에 따라, 붐 상승 작업에서의 불필요한 엔진 출력을 억제하도록 엔진 출력을 효율적으로 제어함으로써, 작업 성능을 향상시키고 연비를 개선할 수 있다.
이하에서는, 도 3의 휠 로더의 제어 장치를 이용하여 휠 로더를 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 휠 로더의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 먼저, 휠 로더의 붐 상승 위치 및 붐 실린더 압력을 나타내는 신호들을 수신할 수 있다(S100, S110).
휠 로더의 제어 장치(300)는 휠 로더에 장착된 센서들로부터 작업 상태를 나타내는 신호들을 수신할 수 있다. 예를 들면, 작업 상태 판단부(310)는 붐 실린더 압력 신호, 붐 위치 신호 등을 수신할 수 있다.
이후, 상기 붐 상승 위치 및 상기 붐 실린더 압력에 대응하여 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다(S130).
제어 신호 출력부(320)는 상기 붐의 상승 위치가 상기 붐 실린더 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한하도록 상기 엔진을 제어할 수 있는 엔진 회전수 제어 신호를 출력할 수 있다. 엔진 제어장치(ECU)는 상기 엔진 회전수 제어 신호를 수신하고 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 붐(20)이 최저 위치와 최대 수평 거리 위치(θmax.r) 사이에 있을 때 엔진의 최대 회전수(Rmax)는 제한되지 않고, 붐(20)이 최대 수평 거리 위치(θmax. reach)에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수는 제한될 수 있다.
구체적으로, 상기 붐 실린더 압력이 기 설정된 압력(예를 들면, 40bar) 이상인 경우, 붐(20)의 위치가 최대 수평 거리 위치(θmax.r)에 도달된 이후부터 상기 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다. 상기 붐 실린더 압력이 기 설정된 압력(예를 들면, 40bar)보다 작은 경우, 붐(20)의 위치가 최대 수평 거리 위치(θmax.r)보다 높은 특정 위치(θp)에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한할 수 있다.
예를 들면, 특정 위치(θp)는 θmax.r + θmax.hㅧ20%일 수 있다. 최대 수평 거리 위치에서의 붐(20)의 회전 각도(θmax.r)는 40ㅀ내지 45ㅀ일 수 있고, 특정 위치에서의 붐(20)의 회전 각도(θp)는 58ㅀ 내지 63ㅀ일 수 있다.
상기 제한된 최대 회전수는 상기 붐 상승 위치에 따라 선형적으로 감소될 수 있다. 상기 붐 상승 위치가 최대일 때(θmax.h)의 상기 제한된 최대 회전수는 상기 엔진의 최대 회전수의 절반으로 제한될 수 있다.
휠 로더의 작업 특성을 고려할 때, 붐업 동작에서 최종 목표 위치에 도달되기 전에 프런트의 충격 감소 및 적재물 이탈 방지를 위해 붐의 상승 속도를 줄이게 된다. 이를 위해, 주행 페달 또는 붐 조이스틱 변위를 미세 조작하게 되어, 필요 이상의 높은 엔진 회전수에 의해 과다한 연료 소모를 야기할 수 있다.
상술한 바와 같이, 휠 로더의 제어 장치(300)는 휠 로더(10)의 붐의 위치가 붐 실린더 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한하여 엔진을 제어할 수 있는 엔진 회전수 제어 신호를 출력할 수 있다.
이에 따라, 붐 상승 작업에서의 불필요한 엔진 출력을 억제하도록 엔진 출력을 효율적으로 제어함으로써, 작업 성능을 향상시키고 연비를 개선할 수 있다
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 휠 로더 12: 전방 차체
14: 후방 차체 20: 붐
22: 붐 실린더 30: 버켓
32: 버켓 실린더 34: 틸트 암
40: 운전실 50: 엔진룸
100: 엔진 102: 엔진 회전수 센서
110: 기어 트레인 120: 토크 컨버터
122a, 122b: 회전수 검출 센서 130: 트랜스미션
132: 차속 검출 센서 140: 트랜스미션 제어장치
142: 주행 페달 143: 주행 페달 검출 센서
144: 브레이크 페달 145: 브레이크 페달 검출 센서
146: FNR 레버 위치 검출 센서 150: 프로펠러 샤프트
152, 154: 액슬 160: 전방 휠
162: 후방 휠 200: 유압 펌프
202: 유압 라인 204: 압력 센서
210: 붐 제어 밸브 212: 버켓 제어 밸브
222: 붐 실린더 압력 센서 224: 붐 각도 센서
234: 버켓 각도 센서 300: 제어 장치
310: 작업 부하 판단부 312: 신호 수신부
314: 신호 선택부 316: 개별 부하 판단부
318: 부하 상태 판단부 320: 제어 신호 출력부
330: 저장부 332: 제1 저장부
334: 제2 저장부

Claims (11)

  1. 휠 로더의 붐의 상승 위치를 검출하는 단계;
    상기 붐을 승하강시키는 붐 실린더의 압력을 검출하는 단계; 및
    상기 붐의 상승 위치가 상기 붐 실린더의 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한하는 단계를 포함하고,
    상기 엔진의 최대 회전수를 제한하는 단계는
    상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력 이상인 경우, 상기 붐의 상승 위치가 최대 수평 거리 위치에 도달된 이후부터 상기 엔진의 최대 회전수를 제한하는 단계; 및
    상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력보다 작은 경우, 상기 붐의 상승 위치가 최대 수평 거리 위치보다 높은 특정 위치에 도달된 이후부터 상기 엔진의 최대 회전수를 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기 설정된 압력은 40bar인 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제한된 최대 회전수는 상기 붐의 상승 위치에 따라 선형적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 붐의 상승 위치가 최대일 때의 상기 제한된 최대 회전수는 상기 엔진의 최대 회전수의 절반으로 제한되는 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 붐의 상승 위치를 검출하는 단계는 상기 붐의 회전 각도를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 방법.
  7. 엔진;
    상기 엔진에 의해 구동되고 붐과 버켓을 갖는 작업 장치;
    상기 붐의 상승 위치를 검출하는 붐 위치 센서;
    상기 붐을 승하강시키는 붐 실린더의 압력을 검출하는 붐 실린더 압력 센서; 및
    상기 붐 위치 센서 및 상기 붐 실린더 압력 센서로부터의 신호들을 수신하고, 상기 붐의 상승 위치가 상기 붐 실린더의 압력에 따라 기 설정된 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한하도록 상기 엔진을 제어하는 제어 장치를 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력 이상인 경우, 상기 붐의 상승 위치가 제1 위치에 도달된 이후부터 상기 엔진의 최대 회전수를 제한하고, 상기 붐 실린더의 압력이 기 설정된 압력보다 작은 경우, 상기 붐의 상승 위치가 상기 제1 위치보다 높은 제2 위치에 도달된 이후부터 엔진의 최대 회전수를 제한하는 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 위치는 최대 수평 거리 위치인 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제한된 최대 회전수는 상기 붐의 상승 위치에 따라 선형적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 붐의 상승 위치가 최대일 때의 상기 제한된 최대 회전수는 상기 엔진의 최대 회전수의 절반으로 제한되는 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 붐 위치 센서는 상기 붐의 회전 각도를 검출하는 붐 각도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 로더의 제어 시스템.
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