KR102616420B1

KR102616420B1 - 건설장비의 작업유닛 제어장치

Info

Publication number: KR102616420B1
Application number: KR1020217007461A
Authority: KR
Inventors: 박도상
Original assignee: 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2023-12-21
Also published as: US20210348365A1; KR20210053909A; EP3861176A1; EP3861176A4; EP3861176B1; CN112805440B; WO2020071567A1; CN112805440A

Abstract

작업유닛을 유압제어하며, 조작레버에 의해 작동되는 유압제어장치, 상기 유압제어장치와 전기적으로 연결되는 복수의 서브 ECU장치, 상기 유압제어장치 및 상기 복수의 서브 ECU장치의 상태정보를 제공받는 메인 ECU장치, 상기 메인 ECU장치로부터 생성된 신호에 의해 상기 복수의 서브 ECU장치로의 전원을 인가 또는 차단하도록 구성되는 릴레이장치 및 비상모드를 온/오프하도록 구성된 비상모드 스위치;를 포함하고, 상기 비상모드 스위치가 온인 경우, 상기 메인 ECU장치의 고장 진단 신호에 따라 전원이 차단된 릴레이장치는 상기 조작레버의 이동에 의해 상기 복수의 서브 ECU장치로 전원을 인가 또는 차단하는 건설장비의 작업유닛 제어장치가 제공된다.

Description

건설장비의 작업유닛 제어장치

본 발명은 건설장비의 작업유닛 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건설장비 고장진단 시 작업유닛의 작동을 미세하게 제어할 수 있는 건설장비의 작업유닛 제어장치에 관한 것이다.

종래기술에 따르면, 작동 중 건설장비의 작업유닛 제어장치의 고장이 진단되면, 모든 작업유닛의 유압제어를 차단함으로써 장비가 멈추게 된다.

고장이 발생하여 모든 유압 제어가 차단되었을 경우, 모든 장비의 동작이 불가능하게 된다. 특히 작업유닛이 상승된 상태에서 고장이 발생되어 장비가 멈출 때에는, 상기 작업유닛은 안전한 수리를 위해서 하강되어야 한다.

하지만 모든 유압제어가 차단된 상태이므로 제어가 불가능하다.

이때, 강제적으로 유압제어장치에 전원(electric power)을 인가하여 상기 작업유닛을 하강시킬 수도 있지만, 상기 작업유닛이 자유낙하 하면서 지면에 충돌하여 장비가 손상될 수 있을 뿐만 아니라, 안전사고가 발생될 수 있다.

따라서, 작업유닛 제어장치의 고장이 진단된 상태에서 수리 또는 사용자의 필요에 의해 장비를 천천히 제어 가능하도록 하는 기능이 요구된다.

일본공개공보 특개평7-109097 (1995. 04. 25. 공개)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 붐 등의 작업유닛이 건설장비의 고장진단에 의해 상승된 상태에서 정지되어도 작업유닛을 서서히 하강시킬 수 있는 건설장비의 작업유닛 제어장치를 제공하는 것이다.

그에 따라, 작업유닛을 유압제어하며, 조작레버에 의해 작동되는 유압제어장치, 상기 유압제어장치와 전기적으로 연결되는 복수의 서브 ECU장치, 상기 유압제어장치 및 상기 복수의 서브 ECU장치의 상태정보를 제공받는 메인 ECU장치, 상기 메인 ECU장치로부터 생성된 신호에 의해 상기 복수의 서브 ECU장치로의 전원을 인가 또는 차단하도록 구성되는 릴레이장치 및 비상모드를 온/오프하도록 구성된 비상모드 스위치;를 포함하고, 상기 비상모드 스위치가 온인 경우, 상기 메인 ECU장치의 고장 진단 신호에 따라 전원이 차단된 릴레이장치는 상기 조작레버의 이동에 의해 상기 복수의 서브 ECU장치로 전원을 인가 또는 차단하는 건설장비의 작업유닛 제어장치가 제공된다.

상기 서브 ECU장치로부터 측정되는 상기 유압제어장치의 상태정보 측정값에 따라 상기 메인 ECU장치는 유압제어장치의 고장 유무를 판단할 수 있다.

상기 비상모드 스위치는 상기 메인 ECU장치를 통하여 상기 릴레이장치에 연결될 수 있다.

상기 메인 ECU장치는 상기 비상모드 스위치의 온 신호에 따라 상기 릴레이장치의 온/오프를 반복 제어할 수 있다.

상기 릴레이장치의 온/오프는 하기 계산식 1로 구해지는 제어속도로 상기 유압제어장치를 제어할 수 있다.

[계산식 1]

v=T_on/(T_on+T_off) ×100

(여기서, v는 제어속도이고, T_on은 T_on+T_off로 이루어지는 1주기 내에서 전류(I_on)가 인가되는 시간을 의미하고, T_off는 릴레이장치의 오프 시간을 의미함)

상기 제어속도는 소정값(v_p) 이하로 제어될 수 있다.

상기 소정값(v_p)은 60%일 수 있다.

상기 조작레버의 중립위치에서 조작변위가 소정범위(d_p) 이상인 경우에 상기 비상모드 스위치는 상기 릴레이장치의 온/오프를 수행할 수 있다.

상기 조작레버의 조작변위의 소정범위(d_p)는 10%일 수 있다.

따라서, 건설장비 고장진단 시 작업유닛의 작동을 미세하게 제어하여 서서히 하강시킴으로써 안전사고를 방지할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 작업유닛 제어장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 작업유닛 제어장치의 속도제어를 나타낸 그래프이다.
도 3은 레버 조작 변위에 따라 전원이 인가되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 작업유닛 제어장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 건설장비의 작업유닛 제어장치는 유압제어장치(100), 서브 ECU장치(200), 메인 ECU장치(300), 세이프티 레버스위치(400) 및 릴레이장치(500)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 작업유닛은 도시하지 않은 붐, 암, 버킷, 스윙, 주행유닛 등의 작업유닛을 의미할 수 있고, 유압제어장치(100)는 상기 작업유닛 중 상기 붐을 승하강 제어하기 위한 붐실린더, 상기 암을 승하강 제어하기 위한 암실린더, 상기 버킷을 유압제어하기 위한 버킷 실린더 또는 상기 스윙을 회전제어하기 위한 스윙밸브 등을 의미할 수 있다.

도 1에는 상기 유압제어장치(100)가 하나인 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 상기 유압제어장치(100)는 복수로 적용될 수도 있다.

서브 ECU장치(200)는 복수의 ECU 장치(201, 202, 203)으로 이루어질 수 있고, 각각의 유압제어장치(100)를 제어하기 위하여 유압제어장치(100)와 전기적으로 연결될 수 있다.

각각의 서브 ECU장치(200)는 각각의 유압제어장치(100)에 대응되도록 전기적으로 연결됨으로써 각각의 유압제어장치(100)의 유로 개폐를 제어하게 된다.

또한, 서브 ECU장치(200)는 각각의 유압제어장치(100)의 상태정보를 실시간으로 측정하며, 측정된 상태정보를 기초로 하여 유압제어장치(100)중 어느 것이 고장 상태인지 아닌지를 판단하도록 한다.

메인 ECU장치(300)는 릴레이장치(500)의 전원 인가 및 차단을 제어하도록 구성될 수 있다.

여기서, 메인 ECU장치(300)는 서브 ECU장치(200)를 통하여 검출되는 유압제어장치(100) 중 하나의 상태정보 측정값을 전송받게 되고, 유압제어장치(100)로부터 고장 신호를 받을 때 릴레이장치(500)로의 전원을 차단할 수 있다.

세이프티 레버스위치(400)는 사용자에 의해 수동으로 작동되되, 세이프티 레버스위치(400)가 Unlock 상태인 경우에는 모든 유압제어장치(100)에 전원을 공급하여 유압제어가 가능하도록 하고, 세이프티 레버스위치(400)가 Lock 상태로 절환되면 모든 유압제어장치(100)의 유압제어를 차단하는 기능을 수행하도록 한다.

여기서, 서브 ECU장치(200)로부터 유압제어장치(100) 중 어느 하나가 고장인 것으로 진단되는 경우에는 세이프티 레버스위치(400)가 Unlock 상태인 경우라 하더라도, 비상모드 스위치(600)가 릴레이장치(500)를 반복적으로 온/오프하도록 구성될 수 있다.

비상모드 스위치(600)는 릴레이장치(500)에 강제적으로 전원을 인가할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이 경우 조작레버(700)를 통해 릴레이장치(500)의 온/오프를 반복 제어하되, 아래의 계산식 1로 구해지는 제어속도로 유압제어장치(100)를 제어할 수 있다.

[계산식 1]

v=T_on/(T_on+T_off) ×100

본 계산식에서, v는 제어속도이고, T_on은 T_on+T_off로 이루어지는 1주기 내에서 전류(I_on)가 인가되는 시간을 의미하고, T_off는 릴레이장치(500)의 오프 시간을 의미한다.

제어속도 v는 엄밀한 물리적 속도를 의미하는 것은 아니다. 다시 말해서, 제어속도 v는 건설장비의 정상 상태시 제어속도에 대한 백분율(%) 형태의 비(ratio)를 의미할 수 있다.

한편, 도 2는 건설장비의 유압회로의 속도제어를 나타낸 그래프로서, 도 2를 도 1과 함께 참조하면 I_on은 건설장비의 정상 상태에서 일반적으로 릴레이장치(500)에 인가되는 전류값을 의미할 수 있고, I_off는 릴레이장치(500)에 공급되는 전류가 차단된 상태에서의 전류값을 의미할 수 있다.

또한, T_on=t₂-t₁이고, T_off=t₃-t₂이며, T_on과 T_off의 합을 1주기로 정의할 수 있다.

상기한 1주기인 T_on+T_off는 일반적인 경우 약 300ms에 근사할 수 있지만, T_on 또는 T_off의 다양한 조합에 따라 다양한 값이 구해질 수 있으므로 이에 한정되지 않는다.

한편, 비상모드 스위치(600)가 On되면 장비의 고장유무와 상관없이 강제로 장비가 천천히 동작될 수 있다.

즉, 메인 ECU장치(300)에서 도 2에 나타낸 바와 같이 파형이 온/오프(On/Off) 반복되도록 하면, 유압제어장치(100)의 전원이 차단되고 인가되는 것이 반복되어 장비의 모든 밸브 기구가 일정하게 끊어지면서 움직이도록 함으로써 장비유닛을 서서히 움직이도록 한다.

다시, 도 1에 나타난 바와 같은 조작레버(700)의 조작 변위에 비례하여T_on과 T_off를 조절하여 상기 붐, 암, 버킷, 스윙, 주행유닛 등의 작업유닛의 속도 조절이 가능해진다.

제어속도(v)는 상기 계산식 1에 의해 결정된다.

제어속도(v)는 소정값(v_p) 이하로 설정될 수 있고, 바람직하게는 소정값(v_p)이 60%로 설정될 수 있다.

제어속도(v)의 최대값을 60% 이하로 설정하는 경우, 조작레버(700)가 사용자의 미숙한 조작에 의해 최대변위로 조작되더라도 제어속도(v)가 60% 이하로 제어되도록 하게 된다.

아울러 도 3을 참조하면, 조작레버(700)의 조작변위가 중립위치에서 0이면 전원이 차단되어 동작되지 않고, 조작레버(700)의 조작변위가 0~100%라고 한다면, 소정범위(d_p) 이상 당겼을 때부터 전원이 인가되기 시작하도록 한다.

여기서, 상기 전원이 인가되기 시작하는 조작레버(700)의 조작변위의 소정범위(d_p)는 바람직하게 10%로 설정될 수 있다.

또한, 조작레버(700)의 조작변위에 따라 T_on 이 증가하게 되는데, 조작변위가 증가할수록 상기 장비유닛의 제어되는 시간이 증가하여 결과적으로 속도가 빨라진다.

따라서, 조작레버(700)를 최대 100%로 당기더라도 장비가 천천히 움직여야 하기 때문에 전체 제어시간에서 T_on 의 비율이 60%를 넘기지 않도록 하는 것이다.

여기서, 조작레버(700)의 조작변위에 따른 상기 전체 제어시간에서의 T_on비율의 상한값은 건설장비의 중량 등의 설계값에 따라 다양하게 설정될 수 있으므로 60%에 한정되지 않는다.

상기 건설장비의 작업유닛 제어장치는 건설장비의 고장진단이 발생되는 경우, 특히 붐 등의 장비유닛이 상승한 상태에서 정지되더라도 장비유닛을 서서히 하강시킬 수 있도록 미세제어가 가능하므로 작업유닛의 낙하에 의한 파손 및 안전사고를 방지할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 작업유닛 제어장치
100: 유압제어장치
200: 서브 ECU장치
300: 메인 ECU장치
400: 세이프티 레버스위치
500: 릴레이장치
600: 비상모드 스위치
700: 조작레버
T_on: 전류가 인가되는 시간
T_off: 전류가 차단되는 시간

Claims

작업유닛을 유압제어하며, 조작레버에 의해 작동되는 유압제어장치;
상기 유압제어장치와 전기적으로 연결되는 복수의 서브 ECU장치;
상기 유압제어장치 및 상기 복수의 서브 ECU장치의 상태정보를 제공받는 메인 ECU장치;
상기 메인 ECU장치로부터 생성된 신호에 의해 상기 복수의 서브 ECU장치로의 전원을 인가 또는 차단하도록 구성되는 릴레이장치; 및
비상모드를 온/오프하도록 구성된 비상모드 스위치;를 포함하고,
상기 비상모드 스위치가 온인 경우, 상기 메인 ECU장치의 고장 진단 신호에 따라 전원이 차단된 릴레이장치는 상기 조작레버의 이동에 의해 상기 복수의 서브 ECU장치로 전원을 인가 또는 차단하며,
상기 서브 ECU장치로부터 측정되는 상기 유압제어장치의 상태정보 측정값에 따라 상기 메인 ECU장치는 유압제어장치의 고장 유무를 판단하고,
상기 메인 ECU장치는 상기 비상모드 스위치의 온 신호에 따라 상기 릴레이장치의 온/오프를 반복 제어하는, 건설장비의 작업유닛 제어장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 비상모드 스위치는 상기 메인 ECU장치를 통하여 상기 릴레이장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업유닛 제어장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 릴레이장치의 온/오프는 하기 계산식 1로 구해지는 제어속도로 상기 유압제어장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업유닛 제어장치.
[계산식 1]
v=T_on/(T_on+T_off) ×100
(여기서, v는 제어속도이고, T_on은 T_on+T_off로 이루어지는 1주기 내에서 전류(I_on)가 인가되는 시간을 의미하고, T_off는 릴레이장치의 오프 시간을 의미함)
제5항에 있어서,
상기 제어속도는 소정값(v_p) 이하로 제어되는 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업유닛 제어장치.
제6항에 있어서,
상기 소정값(v_p)은 60%인 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업유닛 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 조작레버의 중립위치에서 조작변위가 소정범위(d_p) 이상인 경우에 상기 비상모드 스위치는 상기 릴레이장치의 온/오프를 수행하는 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업유닛 제어장치.
제8항에 있어서,
상기 조작레버의 조작변위의 소정범위(d_p)는 10%인 것을 특징으로 하는 건설장비의 작업유닛 제어장치.