KR20100129995A - 건설기계의 선회제어장치 및 선회제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선회 모터(120)를 구동시키기 위한 작동유를 토출하며, 토출 유량 조절이 가능한 유압 펌프(100)와, 입력되는 펌프 지령치(Vpump)에 따라 상기 유압 펌프(100)의 토출 유량을 가변시키는 레귤레이터(101)와, 상기 유압 펌프(100)로부터 토출되는 작동유의 압력을 감지하는 압력 센서(102)와, 선회 조작부(130)로부터 입력된 선회 조작량(Vsw)을 기준으로 상기 펌프 지령치(Vpump)를 산출하여 상기 레귤레이터(101)에 출력하는 제어부(150)를 포함하는 건설기계의 선회제어장치에 관한 것으로서, 상기 제어부(150)는 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기설정된 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 상기 압력 센서(102)로부터 검출된 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작으면, 상기 기준 선회 조작량(Vswo)으로부터 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)까지 점진적으로 증가하는 변환 선회 조작량(Vsw')을 산출하고 상기 변환 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 상기 유압 펌프(100)의 펌프 지령치(Vpump)를 산출하여 상기 레귤레이터(101)에 출력하며, 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 상기 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 크면, 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)에 근접하도록 상기 펌프 지령치(Vpump)를 산출하여 상기 레귤레이터(101)에 출력하는 것을 특징으로 한다.
건설기계, 선회관성, 동력손실, 펌프 유량

Description

건설기계의 선회제어장치 및 선회제어방법{SWING CONTROL APPARATUS AND SWING CONTROL METHOD FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 몸체에 대해 상대적인 선회 가능한 상부 선회체를 구비하는 건설기계에 관한 것으로서, 특히 운전자의 급격한 선회조작시 선회 관성에 의해 동력이 손실되는 것을 최소화할 수 있는 건설기계의 선회제어장치 및 선회제어방법에 관한 것이다.
굴삭기와 같은 유압식 건설기계는 엔진에 의해 구동되는 펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 작업기와 상부 선회체가 구동된다. 보다 구체적으로, 펌프로부터 토출되는 작동유는 조작부로부터 발생하는 신호압에 따라 변환되는 제어밸브에 의해 흐름 방향이 제어되어 각 작업기 및 선회 모터에 공급된다. 이에 의해 작업기 및 상부 선회체가 구동된다.
이러한 건설기계는 상부 선회체의 회전 관성이 크다. 따라서, 선회 조작부로부터 상부 선회체를 급격하게 회전시키기 위해 선회 조작량을 크게 할 경우, 선회 조작량에 대응하는 유량이 토출되도록 유압 펌프의 사판이 제어된다. 이에 의해 유압 펌프에서는 큰 유량이 토출된다. 그러나 상부 선회체는 그 회전 관성이 커서 유 압 펌프로부터 토출되는 유량에 비례하여 선회 속도가 급격하게 상승하지 못하고 서서히 선회 속도가 상승하게 된다. 따라서, 유압 펌프로부터 토출되는 유량 모두가 선회 모터의 구동에 사용될 수 없게 되어 작동유의 압력이 상승하게 되고, 상승된 작동유의 압력은 선회 릴리프 압력을 초과하게 된다.
이러한 경우, 유압 부품 등이 손상되는 것은 물론이고, 선회 초기 유압 펌프로부터 토출되는 유량의 대부분이 선회 릴리프 밸브를 통해 탱크로 배출되게 되어 동력 손실이 커지게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 급격한 선회 구동 신호가 입력되더라도 유압 펌프의 토출 유량을 효율적으로 제어하여 동력 손실을 최소화할 수 있는 건설기계의 선회제어장치 및 선회제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 건설기계의 선회제어장치는 선회 모터(120)를 구동시키기 위한 작동유를 토출하며, 입력되는 펌프 지령치(Vpump)에 따라 토출 유량 조절이 가능한 유압 펌프(100)와, 상기 유압 펌프(100)로부터 토출되는 작동유의 압력을 감지하는 압력 센서(102)와, 선회 조작부(130)로부터 입력된 선회 조작량(Vsw)을 기준으로 상기 펌프 지령치(Vpump)를 산출하여 상기 유압 펌프(100)로 출력하는 제어부(150)를 포함하는 건설기계에 적용되는 것으로서, 상기 제어부(150)는 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기설정된 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 상기 압력 센서(102)로부터 검출된 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작으면, 상기 기준 선회 조작량(Vswo)으로부터 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)까지 점진적으로 증가하는 변환 선회 조작량(Vsw')을 산출하고 상기 변환 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 상기 유압 펌프(100)의 펌프 지령치(Vpump)를 산출하며, 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 상기 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상 기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 크면, 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)에 근접하도록 상기 펌프 지령치(Vpump)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부(150)는 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 상기 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 크면, 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)을 목표값으로 설정하고, 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)과 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)의 차이를 오차값으로 설정하여 적분비례 제어를 수행하고, 상기 변환 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 상기 유압 펌프(100)의 펌프 지령치(Vq)로부터 상기 적분비례 제어로부터 산출된 차감 지령치(Vpi)를 차감하여 출력되는 펌프 지령치(Vpump)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(150)는 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 낮은 상기 제 2 기준 압력(Pswr2) 이하가 될 때까지 상기 적분비례 제어를 수행한다.
한편, 전술한 바와 같은 목적은 선회 모터(120)를 구동시키기 위한 작동유를 토출하며, 입력된 선회 조작량(Vsw)을 기준으로 산출된 사판각에 따라 토출 유량이 가변하는 유압 펌프(100)를 포함하는 건설기계의 선회제어방법으로서, a) 선회 조작량(Vsw)이 입력되면, 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)과 제 1 기준 압력(Pswr1)을 비교하는 단계; b) 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 크면, 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)에 점진적으로 근접하도록 상기 유압 펌프(100)의 사판각을 제어하는 단계; 및 c) 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 낮은 제 2 기준 압력(Pswr2) 이하가 되면, 상기 b) 단계의 제어를 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 선회제어방법은 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 상기 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크면, 일정 시간 동안 상기 기준 선회 조작량(Vswo)으로부터 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)까지 점진적으로 증가하는 변환 선회 조작량(Vsw')을 산출하여 상기 변환 선회 조작량(Vsw')을 기준으로 상기 유압 펌프(100)의 사판각을 제어하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 유압 펌프의 토출 압력이 제 1 기준 압력을 초과하는 경우, 유압 펌프의 토출 압력을 점진적으로 하강시키면서도 펌프의 토출 유량을 증가시킬 수 있어서 상부 선회체의 선회 속도의 상승률을 제한하지 않으면서도 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 작동유의 량을 줄일 수 있어 동력 손실을 줄일 수 있게 된다.
특히, 유압 펌프의 토출 압력과 제 1 기준 압력을 기준으로 적분비례 제어를 수행하여 펌프 지령치를 산출함으로써, 동력 손실을 더욱 줄일 수 있게 된다.
또한, 적분비례 제어를 종료하는 기준을 제 1 기준 압력보다 낮은 제 2 기준압력으로 설정함으로써, 선회 모터의 선회 속도가 충분히 상승한 상태에서 적분비 례 제어를 종료할 수 있게 되고, 이에 의해 유압 펌프의 유량이 급격하게 상승하더라도 유압 펌프의 토출 압력이 급격히 증가하는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 동력 손실을 더욱더 줄일 수 있게 되는 것이다.
또한, 입력된 선회 조작량이 기준 선회 조작량보다 크면, 기준 선회 조작량으로부터 입력된 선회 조작량까지 시간에 대해 점진적으로 증가하는 변환 선환 조작량을 기준으로 펌프 지령치를 산출함으로써, 유압 펌프의 토출 압력이 급격하게 상승하는 것을 방지하여 동력 손실을 최소화할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 선회제어장치 및 선회제어방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계는 유압 펌프(100)로부터 토출되는 작동유가 컨트롤 밸브(110)의 변환에 따라 그 흐름 방향이 제어되어 선회 모터(120)에 공급된다. 이때, 상기 컨트롤 밸브(110)는 선회 조작부(130)로부터 조작되는 조작방향 및 조작량에 따라 그 변환 방향 및 변환량이 제어된다. 따라서, 선회 조작부(130)의 조작에 의해 상기 선회 모터(120)의 구동이 제어되게 된다.
한편, 유압 펌프(100)는 사판(103)의 기울기에 따라 그 토출 유량이 가변하며, 상기 사판(103)은 레귤레이터(101)에 의해 입력되는 펌프 지령치(Vpump)에 따라 그 기울기가 가변된다.
이와 같은 원리에 의해 구동되는 건설기계는 상부 선회체의 회전 관성이 커 서 선회 초기에 선회 모터(120)에 큰 부하가 작용되는 결과를 가져온다. 따라서, 선회 조작량(Vsw)이 클 경우, 선회 조작량(Vsw)에 대응하는 선회 속도로 선회 모터(120)를 선회 구동시키기 위해 선회 초기에 선회 모터(120)에는 많은 유량이 공급되나, 선회 모터(120)의 초기 회전 속도가 매우 느리기 때문에 대부분의 유량이 선회 모터(120)를 구동시키는데 사용되지 못하고, 선회 모터(120)의 전단에서의 압력을 급격하게 상승시키게 된다. 따라서, 선회 모터(120)를 구동시키는데 필요한 소량의 유량을 제외하고는 나머지 유량 모두가 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인된다.
이러한 이유로, 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)을 초과하는 경우에 유압 펌프(100)의 토출 유량이 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 양을 최소화할 수 있도록 유압 펌프(100)의 토출 유량을 제어할 수 있는 선회제어장치가 필요하게 된다. 이하에서는 이러한 선회제어장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 선회제어장치는 선회 조작부(130)로부터 입력되는 선회 조작량(Vsw)과 유압 펌프(100)의 토출 압력을 검출하기 위한 압력 센서(102)로부터 검출된 토출 압력(Ppump)을 기준으로 펌프 지령치(Vpump)를 산출하여 상기 레귤레이터(101)에 출력하는 제어부(150)를 포함한다.
본 실시예에서는 이해의 편의를 도모하고자 압력 센서(102)가 유압 펌프(100)와 컨트롤 밸브(110)의 사이에 설치되는 것을 일례로 도시하였다. 하지만, 압력 센서(102)의 설치는 꼭 이에 한정되는 것은 아니며 선회 모터(120)의 상류에 생성되는 작동유의 압력을 측정할 수 있는 위치라면 어디든 무방하다. 즉, 도시되 지 않은 선회 릴리프 밸브(미도시)의 상류에만 위치한다면 어디든 가능하며, 선회릴리프 밸브에 근접하게 설치될 수록 압력측정값을 보다 정확하게 사용할 수 있음은 물론이다.
또한 본 실시예에서는 가장 일반화된 시스템을 설명함으로써 본 발명을 설명한다. 하지만, 본 발명은 꼭 이러한 시스템에서만 사용가능한 것은 아니다. 최근에는 전자유압의 상용화에 의해 펌프모터를 엔진 연동식이 아닌 전자식으로 변경시키기도 한다. 이때, 펌프 지령치(Vpump)는 펌프 모터의 유형에 따라 펌프의 사판각을 조절하기 위한 신호로 사용되거나 펌프 모터의 회전수를 조절하기 위해 사용될 수 있게 된다. 이러한 변형시에도 펌프 지령치(Vpump)는 사용자의 선회조작량에 대응되는 크기로 출력이 되어야 함은 물론이고, 이에 의해 펌프의 토출유량이 조절되는 것이므로 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 수 있음은 물론이다.
이러한 제어부(150)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 선회 조작량 산출부(151)와, 적분비례 제어부(150)와, 펌프 지령치 산출부(153)를 포함한다.
상기 선회 조작량 산출부(151)는 상기 선회 조작부(130)로부터 입력되는 선회 조작량(Vsw)을 기준 선회 조작량(Vswo)과 비교하고, 비교결과 입력 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 작으면, 상기 선회 조작량 산출부(151)는 입력된 선회 조작량(Vsw)을 그대로 펌프 지령치 산출부(153)에 출력한다. 그러면, 펌프 지령치 산출부(153)는 메모리(140)에 저장된 선회 조작량(Vsw)에 대한 펌프 지령치(Vq)가 설정된 테이블(Tsp)로부터 펌프 지령치(Vq, Vpump)를 산출하고, 이를 레귤레이터(101)에 출력한다. 앞서 설명한 바와 같이 펌프 지령치(101)는 레귤레이 터(101)를 이용하여 펌프(100)의 토출유량을 조절하는 펌프(100)에 대해서는 레귤레이터(101)에 출력되고, 펌프 모터의 회전수를 조절하여 펌프의 토출유량을 조절하는 펌프에 대해서는 펌프의 회전수 제어를 위한 제어부(미도시)로 출력될 것이다. 여기서, 상기 펌프 지령치(Vpump)는 동일한 선회 조작량(Vsw)에 대응하여 목표된 펌프 토출 유량이 조절되도록 설정되어 있다. 즉, 선회조작량(Vsw)이 커지면 목표 토출유량이 크게 형성되도록 펌프 지령치(Vpump)가 출력되고, 선회조작량(Vsw)이 작아지면 목표 토출유량이 작게 형성되도록 펌프 지령치(Vpump)가 출력된다. 이러한 신호의 출력은 조작효율을 향상시키기 위해 선회조작에 대응하여 즉각 대응하는 것이 바람직하다. 이와 같이 펌프 지령치(Vpump)가 출력되는 경우 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 작은 경우, 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 유량이 없거나 많지 않아 문제가 발생되지 않는다.
하지만, 상기 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 커서 목표 토출 유량이 클 경우, 본 실시예에서는 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 유량을 최소화하기 위해 기준 선회 조작량(Vswo)까지만 일시적으로 펌프 지령치(Vpump)를 상승시킨 후 일정 시간(t0) 동안 펌프로부터 토출되는 유량이 점진적으로 상승하여 목표된 토출유량에 도달할 수 있도록 선회 조작량 산출부(151)에 의해 펌프 지령치(Vpump)가 제어된다. 이러한 제어는 선회 조작량(Vsw)을 상술한 바와 같이 변환시켜 변환 선회 조작량(Vsw')을 산출하는 것으로 가능하게 된다.
이렇게 변환 선회 조작량(Vsw')을 사용하더라도 선회 부하에 따라 선회 모터 (120) 상류의 작동유 압력이 일시적으로 커져 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 유량이 발생될 수 있다. 이는, 선회 구동의 응답성을 확보하기 위해 변환 선회 조작량(Vsw')을 산출하기 위한 시간(t0)을 너무 길게 할 수 없어 발생되는 것인데, 이를 보상하기 위해 본 실시예에서는 적분비례 제어부(150)를 더 사용한다. 본 실시예에서의 적분비례 제어부(150)는 현재 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 큰지 여부에 대한 정보를 입력받고, 이러한 정보와 상기 변환 선회 조작량(Vsw')을 기준으로 펌프 지령치(Vq, Vpump)를 산출하게 된다. 펌프 지령치(Vq, Vpump)를 산출하는 구체적인 방법은 펌프 지령치 산출부(153)의 설명란에서 상세히 설명한다.
일정 시간과 선회 조작량(Vsw)의 변화량은 도 3에 도시된 바와 같은 그래프로 표현될 수 있으며, 이러한 설정은 메모리(140)에 미리 저장되어 있을 수 있다.
이와 같은 기능을 하는 선회 조작량 산출부(151)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 선회 조작부(130)로부터 입력되는 선회 조작량(Vsw)과 기준 선회 조작량(Vswo)이 합산되는 제 1 합산점(151a)과, 상기 선회 조작량(Vsw)의 크기에 따라 펌프 지령치 산출부(153)에 출력하는 신호를 산출하는 제 1 스위치부(151b)로 구성될 수 있다.
상기 적분비례 제어부(152)는 압력 센서(102)에 의해 감지된 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)과 메모리(140)에 기설정된 제 1 기준 압력(Pswr1)을 비교하고, 비교결과, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작으면, 펌프 지령치 산출부(153)에 차감 지령치(Vpi)를 0으로 출력한다. 여기서, 차감 지령치(Vpi)는 상기 변환 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 펌프 지령치(Vq)를 차감하기 위한 것으로서, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작을 때는 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 작동유가 없는 상태이므로, 상기 펌프 지령치(Vq)를 감소시키지 않고 레귤레이터(101)로 출력하게 된다.
반면, 비교결과, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 크면, 상기 적분비례 제어부(150)는 제 1 기준 압력(Pswr1)을 목표값으로 설정하고, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)과 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)의 차이값을 오차값으로 설정하여 적분비례 제어를 수행한다. 적분비례 제어를 수행하면, 차감 지령치(Vpi)가 산출된다. 이때, 차감 지령치(Vpi)는 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)에 근접하도록 유압 펌프(100)의 사판각을 제어할 수 있는 값으로서, 상기 펌프 지령치(Vq)로부터 차감하게 된다. 이와 같은 차감 지령치(Vpi)에 의해 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)을 초과하여 급격하게 상승하지 않으면서도 유압 펌프(100)의 사판각을 점진적으로 증가시킬 수 있게 된다. 즉, 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 작동유의 유량을 최소화하면서도 선회 속도의 상승률을 저하시키기 않게 되어 선회 구동의 응답성이 저하되지 않으면서도 동력 손실을 최소화할 수 있게 된다.
이와 같은 적분비례 제어의 수행은 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 2 기준 압력(Pswr2)보다 낮은 상태까지 지속된다. 앞서 설명한 바와 같이 유압 펌프(100)의 토출 압력은 본 발명의 이해를 돕기 위해 도입된 것으로 실질적으로는 선회 릴리프 밸브 상류측 압력을 지칭하는 것을 참조한다. 상기 제 2 기준 압력(Pswr2)은 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 낮게 설정되는데, 이는 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 낮은 순간에 적분비례 제어를 종료할 경우, 선회 조작량(Vsw)에 대응하는 펌프 지령치(Vpump)를 산출하여 사판(103)을 제어하게 되나, 이때, 선회 조작량(Vsw)에 대응하는 펌프 지령치(Vpump)가 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 클 수 있게 된다. 그러면, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)은 갑자기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 높은 압력으로 급상승할 수 있게 되고, 이와 같은 현상은 반복적으로 발생할 수 있게 되어 진동이나 소음 등의 발생은 물론 동력 손실을 효율적으로 줄이지 못할 수 있다. 따라서, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 낮은 제 2 기준 압력(Pswr2) 이하가 되는 순간 적분비례 제어를 종료하게 된다. 여기서, 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 높은 압력에서 적분비례 제어 중 압력이 떨어지는 이유는 선회모터의 구동속도가 빨라지게 되면 유량의 소비가 많아짐에 의해서이다. 이에 의해, 선회모터의 구동속도가 빨라지면 작동유의 압력이 떨어져 제 1 기준 압력(Pswr1)과 제 2 기준 압력(Pswr2) 사이의 크기로 압력이 형성되는 경우가 있는데, 이 경우에는 선회모터의 빠른 가속을 위해 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)에 맞추어 압력이 상승되도록 적분제어가 이루어지게 된다. 여기서, 제 2 기준 압력(Pswr2)은 선회 속도의 상승이 충분히 이루어져 선회 관성에 의해 유압 펌프(100)의 토출압력이 하강하는 지점인 것이 바람직하다. 일 예로 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)을 220bar로 설정하면, 제 2 기준 압력(Pswr2)은 215bar 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 적분제어는 선회 조작량의 변환이 완료된 이후에도 선회부하에 의해 토출 압력이 제 1 기준압력(Pswr1)보다 커지는 경우에도 앞서 설명한 바와 동일하게 수행될 수 있다. 이러한 적분제어의 진행은 선회 조작량이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 큰 경우에만 진행되도록 함으로써 필요한 시기에만 적분제어가 이루어지도록 하는 것이 보다 바람직하다. 이는, 선회 조작량이 크지 않을 경우에 압력이 상승하는 이유는 다른 구동부에서의 문제 또는 부하에 의해 이루어질 가능성이 높기 때문이며, 이 경우 유량제어가 진행될 경우 해당 작업의 효율이 저하될 수 있게 된다. 즉, 선회조작의 크기에 따라 이러한 사항을 확인하는 것이 바람직한 것이다.
이러한 기능을 하는 적분비례 제어부(150)는 압력 센서(102)로부터 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 입력되고 메모리(140)로부터 제 1 기준 압력(Pswr1)이 입력되는 제 2 합산점(152a)과, 적분비례 제어의 수행 또는 종료 여부를 결정하는 제 2 스위치부(152c)와, 제 1 기준 압력(Pswr1)과 제 2 기준 압력(Pswr2)을 선택하는 기준압력 선택부(152b)와, 적분비례 제어를 수행하는 적분비례제어 수행부(152d)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 펌프 지령치 산출부(153)는 선회 조작량 산출부(151)로부터 입력 선회 조작량(Vsw) 또는 변환 선회 조작량(Vsw')을 입력받고, 적분비례 제어부(150)로부터 차감 지령치(Vpi)와 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)과 제 1 기준 압력(Pswr1)의 비교결과를 입력받는다. 또한, 상기 펌프 지령치 산출부(153)는 메모리(140)에 저장된 선회 조작량(Vsw)에 대한 펌프 지령치(Vq)의 관계에 대한 정보를 테이블(Tsp) 형태로 제공받는다.
이와 같은 정보를 제공받은 펌프 지령치 산출부(153)는 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작은 경우, 상기 테이블(Tsp)로부터 상기 변환된 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 상기 펌프 지령치(Vpump)를 산출하여 레귤레이터(101)에 출력한다. 이는, 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작은 경우, 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 양이 없거나 적기 때문이다.
한편, 상기 펌프 지령치 산출부(153)는 현재 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 큰 경우, 상기 산출된 펌프 지령치(Vq)로부터 차감 지령치(Vpi)를 차감하여 레귤레이터(101)에 출력한다. 이는 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 높은 경우, 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 유량이 많은 것을 의미하기 때문에 일정 시간 동안 점진적으로 토출 유량을 증가시키기 위해서이다. 여기서, 선회 모터(120)는 시간이 경과할수록 소모하는 토출 유량이 증가하게 된다. 따라서, 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 양을 최소화하면서도 선회 모터(120)를 기존과 같은 가속도로 선회시킬 수 있도록 상기 차감 지령치(Vpi)를 설정하는 것이 바람직하다.
이러한 펌프 지령치 산출부(153)는 변환 선회 조작량(Vsw')과 차감 지령치(Vpi)가 입력되어 펌프 지령치(Vpump)의 차감 여부를 결정하는 제 3 스위치부(153b)와, 차감 지령치(Vpi)와 테이블(Tsp)로부터 산출된 펌프 지령치(Vq)가 입력되어 차감되는 제 3 합산점(153a)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선회제어방법에 대하여 설명한다. 단, 제어부(150)의 구성은 본 실시예와 달리 구성될 수 있으므로, 선회제어방법은 제어 부(150)에 의해 통합적으로 수행되는 것으로 예시하여 설명한다.
우선, 작업자가 선회 조작부(130)를 조작하면, 선회 조작부(130)로부터 입력된 선회 조작량(Vsw)과 압력 센서(102)로부터 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제어부(150)로 입력된다(S10). 그러면, 제어부(150)는 입력된 선회 조작량(Vsw)을 기설정된 기준 선회 조작량(Vswo)을 비교한다(S11).
S11 단계의 비교결과, 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 작으면, 제어부(150)는 선회 조작량(Vsw)과 펌프 지령치(Vq)가 설정된 테이블(Tsp)로부터 입력된 선회 조작량(Vsw)에 대응하는 펌프 지령치(Vq)를 산출한다(S12). 이때, 펌프 지령치(Vq)는 입력된 선회 조작량(Vsw)에 대하여 펌프 지령치(Vq)가 시간에 따라 변하는 시간에 대한 함수로 설정될 수 있다. 그런 후에, 제어부(150)는 산출된 펌프 지령치(Vq)를 출력 펌프 지령치(Vpump)로 하여 레귤레이터(101)에 출력한다(S13)(S14). 그러면, 레귤레이터(101)는 출력 펌프 지령치(Vpump)에 따라 유압 펌프(100)의 사판각을 조절하여 유압 펌프(100)의 유량을 증가시키게 된다.
그런 후에, 선회 조작부(130)로부터 선회 조작량(Vsw)이 입력되고 있는지를 판단하고(S19), 판단결과, 선회 조작량(Vsw)이 입력되지 않으면, 제어를 종료한다. 반면, S19 단계에서 선회 조작량(Vsw)이 입력되면, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 2 기준 압력(Pswr2)보다 작은지 여부를 판단하고(S20), 판단결과, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 2 기준 압력(Pswr2)보다 작으면, 다시 S16 단계에서 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 큰지 여부를 판단한다(S16). 그러나 제 1 기준 압력(Pswr1)이 기준 선회 조작량(Vswo) 이상에서 발생하는 압력으로 설정되기 때문에 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 작은 경우, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)은 제 1 기준 압력(Pswr1)을 초과하지 않게 된다. 따라서, S13 단계를 수행하게 된다.
한편, S11 단계의 비교결과, 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크면, 제어부(150)는 입력 선회 조작량(Vsw)을 일정 시간 동안(t0) 기준 선회 조작량(Vswo)으로부터 입력 선회 조작량(Vsw)까지 점진적으로 증가시키는 변환 선회 조작량(Vsw')을 산출하고(S14), 테이블(Tsp)로부터 변환 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 펌프 지령치(Vq)를 산출한다(S15). 그런 후에 제어부(150)는 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)을 제 1 기준 압력(Pswr1)과 비교한다(S16). 비교결과, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작거나 같으면, 산출된 펌프 지령치(Vq)를 레귤레이터(101)에 출력한다(S13)(S18). 즉, 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 펌프 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작은 경우, 유압 펌프(100)의 토출 유량이 선회 릴리프를 통해 드레인되지 않은 상태이므로, 사판각을 급격히 증가시키더라도 작동유의 유량 손실이 발생하지 않게 된다. 따라서, 이러한 상황에서는 선회 동작의 응답성을 향상시키기 위해 토출 유량의 급격한 상승이 필요하고, 이러한 이유로 변환된 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 펌프 지령치(Vpump)를 레귤레이터(101)에 출력하게 되는 것이다. 그러나, 이러한 경우, 유압 펌프(100)의 유량 증가율은 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기준 선회 조작량(Vswo)보다 작은 경우보다 낮게 설정되어 유량의 아주 급격한 상승에 의한 손실을 줄일 수 있게 된다.
S18단계를 수행한 후, 제어부(150)는 선회 조작량(Vsw)이 입력되는지를 판단하고(S19), 선회 조작량(Vsw)이 계속 입력되고 있으면, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)을 제 2 기준 압력(Pswr2)과 비교한다. 비교결과, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 2 기준 압력(Pswr2)보다 작으면, 제어부(150)는 다시 S11 단계를 수행하고, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 2 기준 압력(Pswr2)보다 크면 S16 단계를 수행한다. 이와 같은 과정을 반복적으로 수행하는 동안, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)은 점진적으로 상승하게 되어 제 1 기준 압력(Pswr1)을 초과하게 된다. 이는 유압 펌프(100)의 토출 유량의 증가율은 선회 모터(120)를 구동하는데 필요한 유량의 증가율보다 커지도록 테이블(Tsp)이 설정되기 때문이다.
이러한 경우, S16단계에서 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 커지게 되므로, 제어부(150)는 변환 선회 조작량(Vsw')으로부터 산출된 펌프 지령치(Vq)를 레귤레이터(101)에 그대로 입력하면 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)은 더욱 상승하여 동력 손실이 커지게 된다. 이러한 이유로, 제어부(150)는 현재 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)과 제 1 기준 압력(Pswr1)의 차이를 기준으로 산출된 펌프 지령치(Vq)를 보정하여 출력 펌프 지령치(Vpump)를 산출하고(S17), 이를 레귤레이터(101)에 출력한다(S18).
도 5를 참조하여 상기 S17단계에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면, 제 1 기준 압력(Pswr1)을 목표값으로 하고, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)과 제 1 기준 압력(Pswr1)의 차이값을 오차값으로 하여 적분비례 제어를 수행하고, 그 결과 차감 지령치(Vpi)가 산출된다(S17a). 그런 후에, 변환 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 펌프 지령치(Vq)로부터 차감 지령치(Vpi)를 차감하여 레귤레이터(101)에 입력된 펌프 지령치(Vpump)를 산출한다(S17b). 즉, 차감 지령치(Vpi)는 제 1 기준 압력(Pswr1)과 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)의 차이에 따라 변동되고 시간에 대해 점진적으로 증가하기 때문에 펌프 지령치(Vpump)를 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 낮아지도록 점진적으로 감소시킬 수 있게 된다.
S18 단계를 수행한 후, 제어부(150)는 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 2 기준 압력(Pswr2)과 비교하여 제 2 기준 압력(Pswr2)보다 작은 경우에 한하여 적분비례 제어를 종료하게 된다. 이는 제 1 기준 압력(Pswr1)을 기준으로 적분비례 제어를 종료할 경우, 선회 조작량(Vsw)에 따른 펌프 지령치(Vpump)가 테이블(Tsp)로부터 산출되어 다시 제 1 기준 압력(Pswr1)을 초과하여 상승할 수 있기 때문이다. 그러나 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작은 제 2 기준 압력(Pswr2)을 기준으로 적분비례 제어를 종료할 경우, 적분비례 제어를 통해 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 2 기준 압력(Pswr2)까지 하강하는 시간 동안 선회 모터(120)의 선회 속도가 상승하기 때문에 선회 모터(120)가 소비하는 유량이 증가하게 된다. 따라서, 선회 조작량(Vsw)에 대응하는 펌프 지령치(Vq)를 레귤레이터(101)에 입력하여 유압 펌프(100)의 유량을 증가시키더라도 토출 압력(Ppump)은 상승하지 않게 된다.
전술한 선회제어방법에 의해 검출된 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump) 및 사판각에 대한 그래프가 도 6a 및 도 6b에 도시된다. 도 6a 및 도 6b는 선회 조작부(130)를 기준 선회 조작량(Vswo) 이상으로 조작한 상태를 유지하면서 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)과 사판각을 측정한 그래프이다. 이를 참조하면, t1이 되는 시점이 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1) 이상이 되는 지점으로서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)은 t1의 시점에서 더 이상 증가하지 않게 됨을 알 수 있다. 반면, 도 6b는 유압 펌프(100)의 사판각은 t1 시점에서도 계속 증가됨을 알 수 있다. 즉, 유압 펌프(100)의 유량 증가율이 선회 모터(120)의 가속에 의해 필요한 유량의 증가율보다 높지 않기 때문에 유압 펌프(100)의 토출 유량을 증가시키더라도 토출 압력(Ppump)이 상승하지 않을 수 있고, 이에 의해 선회 릴리프 밸브를 통해 드레인되는 작동유의 양을 최소화하여 동력손실을 최소화할 수 있는 것이다.
반면, t2의 시점은 선회 속도가 정상상태에 도달한 시점으로서, 유압 펌프(100)의 사판각이 최대가 되더라도 선회 모터(120)의 구동 속도가 높기 때문에 오히려 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 하강함으로 알 수 있다.
이와 같은 제어에 의해 도 6b에 도시된 바와 같은 ESA 영역 부분만큼 그 동력의 손실을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선회제어장치의 제어 블록도,
도 2는 도 1의 제어부에 대한 제어 블록도,
도 3은 도 2의 상세 제어 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선회제어방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 도 1의 ①-② 구간을 구체화한 흐름도,
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프의 토출 압력 선도와 종래의 유압 펌프 토출 압력 선도를 개략적으로 나타낸 그래프이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프의 사판각 변화 선도와 종래 유압 펌프의 사판각 변화 선도를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>
100; 유압 펌프 101; 레귤레이터
102; 압력 센서 120; 선회 모터
130; 선회 조작부 150; 제어부
Pswr1: 제 1 기준 압력 Pswr2: 제 2 기준 압력
Vsw: 입력 선회 조작량 Vswo: 기준 선회 조작량
Vsw'; 변환 선회 조작량 Vq: 펌프 지령치
Vpump: 출력 펌프 지령치 Ppump: 토출 압력
Vpi: 차감 지령치
Tsp: 테이블

Claims (5)

  1. 선회 모터(120)를 구동시키기 위한 작동유를 토출하며, 입력되는 펌프 지령치(Vpump)에 따라 토출 유량 조절이 가능한 유압 펌프(100)와, 상기 유압 펌프(100)로부터 토출되는 작동유의 압력을 감지하는 압력 센서(102)와, 선회 조작부(130)로부터 입력된 선회 조작량(Vsw)을 기준으로 상기 펌프 지령치(Vpump)를 산출하여 상기 유압 펌프(100)로 출력하는 제어부(150)를 포함하는 건설기계의 선회제어장치에 있어서,
    상기 제어부(150)는,
    상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 기설정된 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 상기 압력 센서(102)로부터 검출된 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 작으면, 상기 기준 선회 조작량(Vswo)으로부터 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)까지 점진적으로 증가하는 변환 선회 조작량(Vsw')을 산출하고 상기 변환 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 상기 유압 펌프(100)의 펌프 지령치(Vpump)를 산출하며,
    상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 상기 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 크면, 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)에 근접하도록 상기 펌프 지령치(Vpump)를 산출하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(150)는,
    상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 상기 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크고 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 크면,
    상기 제 1 기준 압력(Pswr1)을 목표값으로 설정하고, 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)과 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)의 차이를 오차값으로 설정하여 적분비례 제어를 수행하고,
    상기 변환 선회 조작량(Vsw')에 대응하는 상기 유압 펌프(100)의 펌프 지령치(Vq)로부터 상기 적분비례 제어로부터 산출된 차감 지령치(Vpi)를 차감하여 출력되는 펌프 지령치(Vpump)를 산출하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부(150)는 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 낮은 상기 제 2 기준 압력(Pswr2) 이하가 될 때까지 상기 적분비례 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회제어장치.
  4. 선회 모터(120)를 구동시키기 위한 작동유를 토출하며, 입력된 선회 조작량(Vsw)을 기준으로 산출된 사판각에 따라 토출 유량이 가변하는 유압 펌프(100)를 포함하는 건설기계의 선회제어방법에 있어서,
    a) 선회 조작량(Vsw)이 입력되면, 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)과 제 1 기준 압력(Pswr1)을 비교하는 단계;
    b) 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 크면, 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)에 점진적으로 근접하도록 상기 유압 펌프(100)의 사판각을 제어하는 단계; 및
    c) 상기 유압 펌프(100)의 토출 압력(Ppump)이 상기 제 1 기준 압력(Pswr1)보다 낮은 제 2 기준 압력(Pswr2) 이하가 되면, 상기 b) 단계의 제어를 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 입력된 선회 조작량(Vsw)이 상기 기준 선회 조작량(Vswo)보다 크면, 일정 시간 동안 상기 기준 선회 조작량(Vswo)으로부터 상기 입력된 선회 조작량(Vsw)까지 점진적으로 증가하는 변환 선회 조작량(Vsw')을 산출하여 상기 변환 선회 조작량(Vsw')을 기준으로 상기 유압 펌프(100)의 사판각을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 선회제어방법.
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