KR102459351B1 - 건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법 - Google Patents

건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

건설기계의 제어 시스템은 파일럿 펌프로부터 제어유를 공급받아 메인 컨트롤 밸브 내부의 유압 스풀의 이동을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 발생시키는 감압밸브, 유압 스풀의 이동에 따라 가동되는 작업장치의 회전 각도를 검출하기 위한 각도 센서, 및 각도 센서로부터 작업장치의 각도 정보를 수신하고 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 이내인 경우 감압밸브로 제어 신호를 출력하여 파일럿 신호압의 세기를 감소시키기 위한 제어부를 포함한다.

Description

건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법{CONTROL SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINERY AND CONTROL METHOD FOR CONSTRUCTION MACHINERY USING THE SAME}
본 발명은 건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 작업장치 조작시 발생하는 충격을 감소시키기 위한 건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법에 관한 것이다.
건설기계, 예를 들어 굴삭기는 붐, 암, 버켓 등을 포함하는 작업장치를 이용하여 굴삭, 평탄화 등의 다양한 작업들을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 작업장치의 움직임은 유압 실린더를 이용하여 제어될 수 있다. 하지만, 상기 유압 실린더는 일정 범위(stroke) 내에서만 전진 또는 후진할 수 있기 때문에, 스트로크 엔드(stroke end) 위치에서 충격이 발생할 수 있다. 이러한 충격은 작업장치의 내구성에 악영향을 미치고 작업의 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
한편, 작업장치 조작시 발생하는 충격을 감소시키기 위해서 몇 가지 하드웨어적인 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 유압 실린더 내부에 쿠션 오리피스 등을 설치하거나, 또는 메인 컨트롤 밸브로 파일럿 신호압이 공급되는 파일럿 라인에 쇼크리스 밸브를 설치하여 충격량을 감소시킬 수 있다.
그러나, 상기 하드웨어적인 방법들은 여러 번의 튜닝 과정을 거쳐야 하고, 기종에 따라서는 튜닝 방법도 달라져야 한다. 따라서, 튜닝에 많은 시간이 소요되고 다양한 고객들의 요구를 반영하기 힘들다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 작업장치 조작시 발생하는 충격을 감소시킬 수 있는 건설기계의 제어 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상기 건설기계의 제어 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템은, 파일럿 펌프로부터 제어유를 공급받아 메인 컨트롤 밸브 내부의 유압 스풀의 이동을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 발생시키는 감압밸브, 상기 유압 스풀의 이동에 따라 가동되는 작업장치의 회전 각도를 검출하기 위한 각도 센서, 및 상기 각도 센서로부터 상기 작업장치의 각도 정보를 수신하고 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 이내인 경우 상기 감압밸브로 제어 신호를 출력하여 상기 파일럿 신호압의 세기를 감소시키기 위한 제어부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작업장치는 붐, 암, 및 버켓 중에서 선택된 하나일 수 있다. 그리고, 상기 유압 스풀은 붐 스풀, 암 스풀, 및 버켓 스풀 중에서 상기 선택된 작업장치와 대응하는 하나의 스풀일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 감압밸브는 전자비례 감압(Electronic Proportional Pressure Reducing, EPPR)밸브일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 감압밸브는 상기 파일럿 펌프와 상기 유압 스풀의 일측을 연결하는 제1 파일럿 라인에 설치되며 상기 유압 스풀을 제1 방향으로 이동시키기 위한 제1 파일럿 신호압을 발생시키는 제1 감압밸브, 및 상기 파일럿 펌프와 상기 유압 스풀의 타측을 연결하는 제2 파일럿 라인에 설치되며 상기 유압 스풀을 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이동시키기 위한 제2 파일럿 신호압을 발생시키는 제2 감압밸브를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 이내로 진입하면 상기 각도의 변화에 따라 상기 파일럿 신호압의 세기가 점진적으로 감소하도록 상기 감압밸브를 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 밖인 경우 상기 파일럿 신호압의 세기가 제1 압력이 되도록 상기 감압밸브를 제어하고, 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 이내로 진입하면 상기 파일럿 신호압의 세기가 상기 제1 압력보다 작은 제2 압력이 되도록 상기 감압밸브를 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 각도 센서는 상기 작업장치의 경사각을 측정하기 위한 제1 각도 센서 및 상기 건설기계의 차량 경사각을 측정하기 위한 제2 각도 센서를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 방법은, 건설기계의 작업장치에 대한 조작신호 및 상기 작업장치의 회전 각도 정보를 획득한다. 상기 조작신호가 수신되면 상기 작업장치와 대응하는 메인 컨트롤 밸브의 유압 스풀로 파일럿 신호압을 인가한다. 그리고, 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 이내인 경우 상기 유압 스풀로 공급되는 파일럿 신호압의 세기를 감소시킨다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 제어 방법은 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위를 벗어나면 상기 파일럿 신호압의 세기를 다시 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 작업장치의 회전 각도 정보를 획득하는 단계는, 상기 작업장치의 경사각 정보를 획득하는 단계, 상기 건설기계의 차량 경사각 정보를 획득하는 단계, 및 상기 경사각 정보들로부터 상기 작업장치의 회전 각도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법은, 작업장치의 회전 각도를 모니터링하여 상기 작업장치의 가동 범위를 판단하고, 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치 근처에서 상기 작업장치를 감속시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 스트로크 엔드 위치에서 건설기계에 발생하는 충격을 감소시킬 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 건설기계의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 건설기계를 나타내는 측면도이다.
도 3은 도 1의 건설기계의 제어 시스템에서 작업장치의 회전 각도에 따른 파일럿 신호압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1의 건설기계의 제어 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 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.
제1, 제2 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 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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 건설기계의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2는 건설기계를 나타내는 측면도이다. 도 3은 도 1의 건설기계의 제어 시스템에서 작업장치의 회전 각도에 따른 파일럿 신호압의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템은 메인 컨트롤 밸브(도시되지 않음) 내부에 이동 가능하도록 설치되어 작업장치(80)로의 작동유 공급을 제어하기 위한 유압 스풀(30), 파일럿 펌프(22)와 유압 스풀(30) 사이에 설치되어 파일럿 신호압을 발생시키는 감압밸브들(130, 132), 작업장치(80)의 경사각을 측정하기 위한 제1 각도 센서(110), 상기 건설기계의 차량 경사각을 측정하기 위한 제2 각도 센서(105), 및 제1 및 제2 각도 센서들(110, 105)로부터 경사각 정보들을 수신하여 감압밸브들(130, 132)을 제어하기 위한 제어부(100)를 포함할 수 있다.
상기 건설기계는 굴삭기, 휠 로더, 및 지게차 등을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 굴삭기는 하부 주행체(50), 하부 주행체(50) 상에 회전 가능하도록 연결된 상부 선회체(60), 상부 선회체(60) 상에 설치되어 작업자 탑승 공간을 제공하는 캐빈(70), 및 상부 선회체(60)와 연결된 작업장치(80)를 포함할 수 있다.
작업장치(80)는 붐(82), 붐(82)을 구동시키기 위한 붐 실린더(83), 암(84), 암(84)을 구동시키기 위한 암 실린더(85), 버켓(86), 및 버켓(86)을 구동시키기 위한 버켓 실린더(87)를 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 건설기계가 굴삭기인 경우에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 이로 인하여 본 발명의 제어 시스템이 굴삭기를 제어하기 위한 것으로 한정되는 것은 아니며, 휠 로더, 지게차 등에도 적용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 유압 펌프(20)는 엔진(10)의 출력축에 연결되며, 상기 출력축이 회전함에 따라 구동되어 작동유를 토출할 수 있다. 유압 펌프(20)로부터 토출된 작동유는 메인 유압 라인(L1)을 통해 상기 메인 컨트롤 밸브로 제공될 수 있다.
파일럿 펌프(22)는 엔진(10)의 상기 출력축에 연결되며, 상기 출력축이 회전함에 따라 구동되어 제어유를 토출할 수 있다. 작업자는 조이스틱, 페달 등을 조작하여 제어유를 매개로 하는 파일럿 신호압을 발생시킬 수 있다. 상기 파일럿 신호압은 상기 메인 컨트롤 밸브의 유압 스풀(30)로 공급될 수 있다.
예를 들면, 제1 감압밸브(130)에서 발생한 제1 파일럿 신호압은 제1 파일럿 라인(L3)을 통해 유압 스풀(30)의 일측으로 공급될 수 있고, 제2 감압밸브(132)에서 발생한 제2 파일럿 신호압은 제2 파일럿 라인(L4)을 통해 유압 스풀(30)의 타측으로 공급될 수 있다.
상기 메인 컨트롤 밸브는 메인 유압 라인(L1)에 설치되며, 유압 펌프(20)로부터 작동유를 공급받아 유압 실린더(40)의 제1 챔버(42) 또는 제2 챔버(44)로 제공할 수 있다. 이 때, 상기 작동유의 공급 방향은 상기 메인 컨트롤 밸브 내부에서 유압 스풀(30)이 이동하는 방향에 의해 결정될 수 있다.
유압 스풀(30)은 상기 메인 컨트롤 밸브 내부에 이동 가능하도록 설치되며, 유압 펌프(20)와 메인 유압 라인(L1) 및 병렬 유압 라인(L2)을 통해 연결될 수 있다. 유압 펌프(20)에서 토출된 작동유는 메인 유압 라인(L1) 및 병렬 유압 라인(L2)을 통해 유압 스풀(30)로 공급되며, 유압 스풀(30)이 이동함에 따라 유압 실린더(40)로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 유압 스풀(30)은 붐 스풀, 암 스풀, 및 버켓 스풀 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유압 스풀이 상기 붐 스풀인 경우에는 상기 유압 실린더는 붐 실린더(83)일 수 있다. 이와 다르게, 유압 스풀(30)이 상기 암 스풀인 경우에는 유압 실린더(40)는 암 실린더(85)이고, 유압 스풀(30)이 상기 버켓 스풀인 경우에는 유압 실린더(40)는 버켓 실린더(83)일 수 있다.
유압 스풀(30)의 이동은 파일럿 신호압에 의해 제어될 수 있다. 즉, 파일럿 신호압의 공급 방향에 따라 유압 스풀(30)의 이동 방향이 결정되며, 파일럿 신호압의 세기에 따라 유압 스풀(30)의 이동 량이 결정될 수 있다.
예를 들어, 파일럿 신호압이 제1 파일럿 라인(L3)을 통해 유압 스풀(30)로 공급되면 유압 스풀(30)은 좌측으로 이동하고, 유압 펌프(20)에서 토출된 작동유는 메인 유압 라인(L1)에서 분기한 병렬 유압 라인(L2)을 거쳐 유압 실린더(40)의 제1 챔버(42)로 공급될 수 있다.
반대로, 파일럿 신호압이 제2 파일럿 라인(L4)을 통해 유압 스풀(30)로 공급되면 유압 스풀(30)은 우측으로 이동하고, 유압 펌프(20)에서 토출된 작동유는 유압 실린더(40)의 제2 챔버(44)로 공급될 수 있다.
유압 실린더(40)는 작업장치(80)와 연결되며, 상기 메인 컨트롤 밸브로부터 작동유를 공급받아 작업장치(80)의 움직임을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 유압 실린더가 붐 실린더(83)인 경우에는 붐(82)의 움직임을 제어할 수 있다. 즉, 제1 챔버(42)로 작동유가 공급되면 피스톤(46)이 전진하여 붐(82)은 상승할 수 있고, 제2 챔버(44)로 작동유가 공급되면 피스톤(46)이 후진하여 붐(82)은 하강할 수 있다. 이와 다르게, 상기 유압 실린더가 암 실린더(85)인 경우에는 암(84)의 움직임이 제어될 수 있고, 상기 유압 실린더가 버켓 실린더(87)인 경우에는 버켓(86)의 움직임이 제어될 수 있다.
제1 감압밸브(130)는 파일럿 펌프(22)와 유압 스풀(30)의 일측을 연결하는 제1 파일럿 라인(L3)에 설치되며, 파일럿 펌프(22)로부터 제어유를 공급받아 유압 스풀(30)을 좌측으로 이동시키기 위한 제1 파일럿 신호압을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 감압밸브는 전자비례 감압(Electronic Proportional Pressure Reducing, EPPR)밸브일 수 있다. 상기 전자비례 감압밸브는 수신된 제어 신호의 세기, 예를 들면, 전류의 세기에 비례하는 파일럿 신호압을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 파일럿 신호압의 세기는 제1 감압밸브(130)가 수신한 제어 신호의 세기에 의해 결정되며, 유압 스풀(30)의 좌측으로의 이동 량은 상기 제1 파일럿 신호압의 세기에 의해 결정될 수 있다.
제2 감압밸브(132)는 파일럿 펌프(22)와 유압 스풀(30)의 타측을 연결하는 제2 파일럿 라인(L4)에 설치되며, 파일럿 펌프(22)로부터 제어유를 공급받아 유압 스풀(30)을 우측으로 이동시키기 위한 제2 파일럿 신호압을 발생시킬 수 있다. 이 경우에 있어서, 유압 스풀(30)의 상기 타측은 상기 제1 파일럿 신호압을 수신하는 유압 스풀(30)의 상기 일측과 서로 반대 방향일 수 있다.
예를 들면, 상기 제2 감압밸브는 전자비례 감압(Electronic Proportional Pressure Reducing, EPPR)밸브일 수 있다. 상기 전자비례 감압밸브는 수신된 제어 신호의 세기, 예를 들면, 전류의 세기에 비례하는 파일럿 신호압을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 제2 파일럿 신호압의 세기는 제2 감압밸브(132)가 수신한 제어 신호의 세기에 의해 결정되며, 유압 스풀(30)의 우측으로의 이동 량은 상기 제2 파일럿 신호압의 세기에 의해 결정될 수 있다.
제1 각도 센서(110)는 작업장치(80)의 경사각을 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 작업장치는 붐이고, 상기 각도 센서는 지구 중심 방향으로 작용하는 중력 가속도를 이용하여 상기 붐의 지평면에 대한 각도를 측정할 수 있다. 상기 지평면은 상기 지구 중심 방향에 수직한 평면일 수 있다.
상기 건설기계가 평지에서 작업 중인 경우에는, 상기 지평면은 상기 건설기계가 작업중인 지면과 동일한 면일 수 있다. 따라서, 제1 각도 센서(110)가 측정한 상기 작업장치(80)의 경사각은 작업장치(80)의 회전 각도와 동일한 각도일 수 있다. 제어부(100)는 상기 작업장치(80)의 회전 각도 정보를 이용하여 작업장치(80)를 구동하기 위한 유압 실린더(40)의 가동 범위를 판단할 수 있다. 예를 들어 상기 작업장치가 붐(82)인 경우, 상기 회전 각도가 최소이면 붐(82)이 최대로 하강한 상태일 수 있고, 상기 회전 각도가 최대이면 붐(82)이 최대로 상승한 상태일 수 있다.
이와 다르게, 상기 건설기계는 경사지에서도 작업을 수행할 수 있다. 이러한 경우에는 상기 지평면은 상기 건설기계가 작업중인 지면과 동일하지 않을 수 있다. 즉, 제1 각도 센서(110)로부터 측정된 작업장치(80)의 경사각은 작업장치(80)의 회전 각도와 서로 다를 수 있다.
제2 각도 센서(120)는 상기 건설기계의 차량 경사각을 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 각도 센서는 상기 건설기계의 캐빈(70)에 설치되며, 지구 중심 방향으로 작용하는 중력 가속도를 이용하여 상기 건설기계의 상기 지평면에 대한 각도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정된 차량 경사각이 0도이면 상기 건설기계는 평지에서 작업 중이고, 상기 측정된 차량 경사각이 0도가 아니면 상기 건설기계는 경사지에서 작업중인 경우일 수 있다.
이 경우에 있어서, 작업장치(80)의 회전 각도는 상기 작업장치(80)의 경사각과 상기 건설기계의 차량 경사각의 차이와 동일한 각도일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 각도 센서(110)는 제3 내지 제5 각도 센서들(112, 114, 116)을 포함할 수 있다. 제3 각도 센서(112)는 붐(82)에 설치되며, 붐(82)의 상기 지평면에 대한 각도를 측정할 수 있다. 제4 각도 센서(114)는 암(84)에 설치되어 암(84)의 상기 지평면에 대한 각도를 측정할 수 있고, 제5 각도 센서(116)는 버켓(86)에 설치되며, 버켓(86)의 상기 지평면에 대한 각도를 측정할 수 있다. 제어부(100)는 제3 내지 제5 각도 센서들(112, 114, 116)로부터 각도 정보들을 수신하고, 이로부터 작업장치들(82, 84, 86) 각각의 회전 각도를 산출할 수 있다.
제1 및 제2 각도 센서들(110, 120)에서 측정된 경사각 정보들은 무선 통신, 예를 들면, CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), FlexRay 등을 통해 제어부(100)로 송신될 수 있다. 이와 다르게, 제1 및 제2 각도 센서들(110, 120)이 유선을 통해 직접 제어부(100)와 연결될 수도 있다.
제어부(100)는 제1 및 제2 각도 센서들(110, 120)로부터 경사각 정보들을 수신하고, 조이스틱 및 페달 등으로부터 상기 건설기계의 조작신호를 수신할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부는 전자 제어 장치(Electronic Control Unit, ECU)일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(100)는 제1 및 제2 각도 센서들(110, 120)로부터 수신된 경사각 정보들을 이용하여 작업장치(80)의 회전 각도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 각도 센서로부터 수신된 각도가 0도인 경우에는 상기 제1 각도 센서로부터 수신된 각도가 상기 작업장치의 회전 각도와 동일한 각도일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제2 각도 센서로부터 수신된 각도가 0도가 아닌 경우에는, 상기 제1 각도 센서로부터 수신된 각도와 상기 제2 각도 센서로부터 수신된 각도의 차이가 상기 작업 장치의 회전 각도일 수 있다.
제어부(100)는 상기 작업장치(80)의 회전 각도 및 상기 조작신호에 대응하여 제1 감압밸브(130) 및 제2 감압밸브(132)로 제어 신호를 출력할 수 있다. 상기 제어 신호를 수신한 제1 감압밸브(130) 및 제2 감압밸브(132)는 파일럿 펌프(22)로부터 토출된 제어유를 매개로 하는 제1 파일럿 신호압 및 제2 파일럿 신호압을 각각 발생시킬 수 있다. 상기 제1 파일럿 신호압 및 상기 제2 파일럿 신호압은 유압 스풀(30)로 공급될 수 있다. 이 경우에 있어서, 제어부(100)는 상기 조작신호에 따라 제1 감압밸브(130) 또는 제2 감압밸브(132) 중에서 어떤 감압밸브로 제어 신호를 출력할 것인지를 결정할 수 있다.
유압 실린더(40)의 피스톤(46)은 일정한 스트로크(stroke)를 가질 수 있다. 이에 따라, 유압 실린더(40)의 가동 범위는 제한될 수 있다. 이것이 도 3에 도시되어 있다. 이 때, 도 3의 가로축은 작업장치(80)의 회전 각도를 나타내고, 세로축은 유압 스풀(30)로 입력되는 파일럿 신호압의 세기를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 작업장치(80)는 회전 각도가 제1 각도(θ1)내지 제4 각도(θ4)인 범위 내에서 구동할 수 있다. 즉, 제1 각도(θ1)에 대응하는 A 지점 및 제4 각도(θ4)에 대응하는 D 지점은 각각 작업장치(80)를 구동시키기 위한 유압 실린더(40)의 스트로크 엔드(stroke end) 위치일 수 있다. 예를 들어, 상기 작업장치가 붐(82)인 경우에는, 상기 A 지점은 붐(82)이 최대로 하강한 상태를 나타내고, 상기 D 지점은 붐(82)이 최대로 상승한 상태일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(100)는 상기 작업장치(80)의 회전 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 이내인 경우 제1 감압밸브(130) 또는 제2 감압밸브(132)로 제어 신호를 출력하여 상기 제1 파일럿 신호압 또는 상기 제2 파일럿 신호압의 세기를 감소시킬 수 있다.
제어부(100)로 작업자의 조작신호가 수신되면, 제어부(100)는 제1 감압밸브(130) 또는 제2 감압밸브(132) 중에서 선택된 하나의 감압밸브로 제어 신호를 출력할 수 있고, 이에 따라 유압 스풀(30)에는 세기가 제2 압력(P2)인 파일럿 신호압이 공급되어 작업장치(80)가 구동될 수 있다.
이후, 상기 작업장치(80)의 회전 각도가 제2 각도(θ2) 이하가 되거나(제1 범위, Ⅰ) 또는 제3 각도(θ3) 이상이 되면(제3 범위, Ⅲ), 제어부(100)는 제1 감압밸브(130) 또는 제2 감압밸브(132)를 제어하여 유압 스풀(30)로 공급되는 상기 파일럿 신호압의 세기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 상기 작업장치(80)의 회전 각도가 제1 각도(θ1) 또는 제4 각도(θ4)인 경우에는 유압 스풀(30)로 공급되는 상기 파일럿 신호압의 세기는 제1 압력(P1)까지 감소될 수 있다.
즉, 제어부(100)는 상기 작업장치(80)의 회전 각도가 제1 범위(Ⅰ) 또는 제3 범위(Ⅲ) 이내로 진입하면, 제1 감압밸브(130) 또는 제2 감압밸브(132)를 제어하여 유압 스풀(30)로 공급되는 파일럿 신호압의 세기를 감소시킬 수 있다. 상기 파일럿 신호압의 세기가 약해짐에 따라 유압 스풀(30)의 이동 량이 감소할 수 있고, 유압 실린더(40)로의 작동유 공급량이 감소하여 작업장치(80)의 구동 속도가 감소될 수 있다. 이 때, 상기 A 지점 및 상기 D 지점은 각각 유압 실린더(40)의 가동 범위 끝단, 즉 스트로크 엔드(stroke end) 위치이므로, 스트로크 엔드 위치 근처에서 작업장치(80)에 발생하는 충격이 감소될 수 있다.
한편, 제2 압력(P2)에서 제1 압력(P1)까지 파일럿 신호압의 세기를 감소시키는 패턴은 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 작업장치의 회전 각도가 상기 제2 범위에서 상기 제1 범위 이내로 진입하면 곧바로 파일럿 신호압의 세기를 제1 압력(P1)까지 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 범위 및 상기 제3 범위에서의 파일럿 신호압의 세기는 제1 압력(P1)이고, 상기 제2 범위에서의 파일럿 신호압의 세기는 제2 압력(P2)일 수 있다.
이와는 다르게, 제어부(100)는 파일럿 신호압의 세기가 점진적으로 감소하도록 제1 및 제2 감압밸브들(130, 132)을 제어할 수도 있다. 예를 들어, C 지점에서 제2 압력(P2)이던 파일럿 신호압의 세기는 상기 작업장치(80)의 회전 각도가 증가함에 따라 비례적으로 감소하여 D 지점에서는 제1 압력(P1)이 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템은 작업장치의 회전 각도를 모니터링하여 상기 작업장치의 가동 범위를 판단하고, 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치 근처에서 상기 작업장치를 감속시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 스트로크 엔드 위치에서 건설기계에 발생하는 충격을 감소시킬 수 있다.
이하에서는 도 1의 건설기계의 제어 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 도 1의 건설기계의 제어 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 먼저 건설기계에 대한 조작신호 및 작업장치의 회전 각도 정보를 획득한다(S110).
작업자는 조이스틱 등을 조작하여 작업장치(80)의 움직임을 제어할 수 있다. 제어부(100)는 상기 조작신호를 수신할 수 있다. 제어부(100)로 상기 조작신호가 수신되면(S100), 제어부(100)는 제1 감압밸브(130) 또는 제2 감압밸브(132) 중에서 선택된 하나의 감압밸브로 제어 신호를 출력하여 파일럿 신호압을 발생시킬 수 있다(S130). 상기 파일럿 신호압은 유압 스풀(30)로 공급되어 유압 실린더(40)로의 작동유 공급을 제어할 수 있다. 유압 실린더(40)는 작동유를 공급받아 작업장치(80)를 구동시킬 수 있다.
제어부(100)는 제1 각도 센서(110)로부터 작업장치(80)의 경사각 정보를 수신하고, 제2 각도 센서(120)로부터 상기 건설기계의 차량 경사각 정보를 수신할 수 있다. 제어부(100)는 상기 경사각 정보들을 이용하여 작업장치(80)의 회전 각도를 계산하고, 이를 통해 작업장치(80) 및 이를 구동하기 위한 유압 실린더(40)의 가동 범위를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 각도 센서로부터 수신된 각도가 0도인 경우에는 상기 제1 각도 센서로부터 수신된 각도가 상기 작업장치의 회전 각도와 동일한 각도일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제2 각도 센서로부터 수신된 각도가 0도가 아닌 경우에는, 상기 제1 각도 센서로부터 수신된 각도와 상기 제2 각도 센서로부터 수신된 각도의 차이가 상기 작업 장치의 회전 각도와 동일한 각도일 수 있다.
이 경우에 있어서, 제어부(100)는 붐(82)에 설치된 제3 각도 센서(112)로부터 붐(82)의 경사각 정보를 수신할 수 있고, 암(84)에 설치된 제4 각도 센서(114)로부터 암(84)의 경사각 정보를 수신할 수 있고, 버켓(84)에 설치된 제5 각도 센서(116)로부터 버켓(86)의 경사각 정보를 수신할 수 있다. 제어부(100)는 상기 경사각 정보들 및 제2 각도 센서(120)로부터 수신된 상기 건설기계의 차량 경사각 정보를 이용하여 각 작업장치의 회전 각도를 계산할 수 있다.
상기 작업장치(80)의 회전 각도가 기 설정된 각도 범위 이내로 진입하면(S130), 제어부(100)는 제1 감압밸브(130) 또는 제2 감압밸브(132)로 제어 신호를 출력하여 유압 스풀(30)로 공급되는 파일럿 신호압의 세기를 감소시킨다(S140).
예를 들면, 상기 기 설정된 각도 범위는 상기 작업장치를 구동시키기 위한 상기 유압 실린더의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위일 수 있다. 즉, 제어부(100)는 유압 실린더(40)의 스트로크 엔드 위치 근처에서 유압 스풀(30)로 공급되는 파일럿 신호압의 세기가 작아지도록 제1 감압밸브(130) 및 제2 감압밸브(132)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 유압 실린더(40)에 의해 구동되는 작업장치(80)는 스트로크 엔드 위치 근처에서 구동 속도가 느려질 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 방법은 작업장치의 회전 각도를 모니터링하여 상기 작업장치의 가동 범위(stroke)를 판단하고, 상기 가동 범위 끝단, 즉, 스트로크 엔드 위치 근처에서 상기 작업장치를 감속시킬 수 있다. 이에 따라, 건설기계에 발생하는 충격을 감소시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 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: 엔진 20: 유압 펌프
22: 파일럿 펌프 30: 유압 스풀
40: 유압 실린더 42: 제1 챔버
44: 제2 챔버 50: 하부 주행체
60: 상부 선회체 70: 캐빈
80: 작업장치 82: 붐
83: 붐 실린더 84: 암
85: 암 실린더 86: 버켓
87: 버켓 실린더 100: 제어부
110: 제1 각도 센서 112: 제3 각도 센서
114: 제4 각도 센서 116: 제5 각도 센서
120: 제2 각도 센서 130: 제1 감압밸브
132: 제2 감압밸브 L1: 메인 유압 라인
L2: 병렬 유압 라인 L3: 제1 파일럿 라인
L4: 제2 파일럿 라인 T: 오일 탱크
Ⅰ: 제1 범위 Ⅱ: 제2 범위
Ⅲ: 제3 범위

Claims (10)

  1. 파일럿 펌프로부터 제어유를 공급받아 메인 컨트롤 밸브 내부의 유압 스풀의 이동을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 발생시키는 감압밸브;
    상기 유압 스풀의 이동에 따라 가동되는 작업장치의 회전 각도를 검출하기 위한 각도 센서; 및
    상기 각도 센서로부터 상기 작업장치의 각도 정보를 수신하고, 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 이내인 경우 상기 감압밸브로 제어 신호를 출력하여 상기 파일럿 신호압의 세기를 감소시키기 위한 제어부를 포함하고,
    상기 감압밸브는,
    상기 파일럿 펌프와 상기 유압 스풀의 일측을 연결하는 제1 파일럿 라인에 설치되며, 상기 유압 스풀을 제1 방향으로 이동시키기 위한 제1 파일럿 신호압을 발생시키는 제1 감압밸브; 및
    상기 파일럿 펌프와 상기 유압 스풀의 타측을 연결하는 제2 파일럿 라인에 설치되며, 상기 유압 스풀을 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이동시키기 위한 제2 파일럿 신호압을 발생시키는 제2 감압밸브를 포함하고,
    상기 작업 장치는 상기 작업 장치의 각도가 제1 각도 내지 제4 각도 사이의 범위 내에서 구동하고, 상기 제1 각도 및 상기 제4 각도 각각은 상기 작업 장치의 스트로크 엔드 위치를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 작업 장치의 각도가 상기 제2 각도 내지 제3 각도 사이의 제2 범위 이내로 진입하면 상기 제1 및 제2 파일럿 신호압들의 세기가 제2 압력이 되도록 상기 제1 및 제2 감압 밸브들을 제어하고,
    상기 작업 장치의 각도가 상기 제1 각도 내지 상기 제2 각도 사이의 제1 범위 이내 또는 상기 제3 각도 내지 제4 각도 사이의 제3 범위 이내로 진입하면 상기 제1 및 제2 파일럿 신호압들의 세기가 상기 제2 압력보다 작은 제1 압력이 되도록 상기 제1 및 제2 감압 밸브들을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 작업장치는 붐, 암, 및 버켓 중에서 선택된 하나이고,
    상기 유압 스풀은 붐 스풀, 암 스풀, 및 버켓 스풀 중에서 상기 선택된 작업장치와 대응하는 하나의 스풀인 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 감압밸브는 전자비례 감압(Electronic Proportional Pressure Reducing, EPPR)밸브인 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 각도가 상기 작업장치의 스트로크 엔드 위치를 포함한 소정의 각도 범위 이내로 진입하면 상기 각도의 변화에 따라 상기 파일럿 신호압의 세기가 점진적으로 감소하도록 상기 감압밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 각도 센서는
    상기 작업장치의 경사각을 측정하기 위한 제1 각도 센서; 및
    상기 건설기계의 차량 경사각을 측정하기 위한 제2 각도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 시스템.
  8. 건설기계의 작업장치에 대한 조작신호 및 상기 작업장치의 회전 각도 정보를 획득하는 단계;
    상기 조작신호가 수신되면 상기 작업장치와 대응하는 메인 컨트롤 밸브의 유압 스풀로 파일럿 신호압을 인가하는 단계; 및
    상기 유압 스풀로 공급되는 파일럿 신호압의 세기를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 작업 장치는 상기 작업 장치의 각도가 제1 각도 내지 제4 각도 사이의 범위 내에서 구동하고, 상기 제1 각도 및 상기 제4 각도 각각은 상기 작업 장치의 스트로크 엔드 위치를 포함하고,
    상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하는 단계는,
    상기 작업 장치의 각도가 상기 제2 각도 내지 제3 각도 사이의 제2 범위 이내로 진입하면 상기 제1 및 제2 파일럿 신호압들의 세기가 제2 압력이 되도록 상기 유압 스풀의 양측에 연결된 제1 및 제2 감압 밸브들을 제어하는 단계; 및
    상기 작업 장치의 각도가 상기 제1 각도 내지 상기 제2 각도 사이의 제1 범위 이내 또는 상기 제3 각도 내지 제4 각도 사이의 제3 범위 이내로 진입하면 상기 제1 및 제2 파일럿 신호압들의 세기가 상기 제2 압력보다 작은 제1 압력이 되도록 상기 제1 및 제2 감압 밸브들을 제어하는 단계를 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 작업장치의 회전 각도 정보를 획득하는 단계는,
    상기 작업장치의 경사각 정보를 획득하는 단계;
    상기 건설기계의 차량 경사각 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 경사각 정보들로부터 상기 작업장치의 회전 각도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어 방법.
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