KR20120092146A - 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법 Download PDF

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보 비그홀름
안드레아스 에크발
킴 하이브로엑
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볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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Abstract

본 발명은 작동 기계의 유압 시스템(20)을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로서, 유압 시스템은 유압 유체를 제 1 액츄에이터(22)에 제공하기 위한 제 1 유압 기계(21), 및 유압 유체를 제 2 액츄에이터(24)에 제공하고 유압 유체를 제 1 액츄에이터(22)에 제공하기 위한 제 1 유압 기계(23)를 포함한다. 방법은 제 1 제어 모드를 사용하는 단계를 포함하며, 제 1 모드에서 제 2 유압 기계(23)로부터의 유압 흐름이 제 2 액츄에이터(24)로 흐르도록 허용하며, 제 2 유압 기계(23)의 펌프 압력은 제 1 액츄에이터(22)의 하중 압력과 관계없이 제 2 액츄에이터(24)의 하중 압력을 기초로 하여 선택된다. 방법은 제 1 액츄에이터(22)로의 요청된 흐름이 미리 결정된 임계값을 초과하면 제 2 유압 기계(23)로부터의 유압 유체가 제 1 액츄에이터(22)로 흐르도록 허용되는, 제 2 제어 모드를 사용하는 단계를 더 포함하는데, 제 2 유압 기계(23)의 펌프 압력은 제 2 액츄에이터(24)의 하중 압력 및 제 1 액츄에이터(22)의 하중 압력의 가장 높은 값을 기초로 하여 선택된다.

Description

작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법{A METHOD FOR CONTROLLING A HYDRAULIC SYSTEM OF A WORKING MACHINE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 산업 건설 기계 분야 내의 작동 기계, 특히 휠 로더(wheel loader) 및 연결식 양승기(articulated hauler)에 적용가능하다. 비록 본 발명은 휠 로더에 관하여 설명될 것이나, 본 발명은 이러한 구체적인 기계에만 한정하는 것이 아니라, 또한 덤프 트럭, 굴삭기 또는 다른 건설 정비에서와 같이, 다른 작동 기계(working machine)에서도 사용될 수 있다.
하중(load)을 올리고, 나르거나 및/또는 전달하기 위하여 작동 기계에 버킷, 컨테이너 또는 다른 형태의 기구(implement)가 제공된다.
예를 들면, 휠 로더는 기구를 올리고 내리기 위한 로드 암 유닛(load arm unit)을 갖는다. 로드 암 유닛은 로드 암 및 로드 암에 부착된 기구의 이동을 위하여 다수의 유압 실린더(hydraulic cylinder)를 포함한다. 로드 암을 올리기 위하여 한 쌍의 유압 실린더가 배열되며 기구를 틸팅(tilting)하기 위하여 또 다른 유압 실린더가 로드 암 상에 배열된다.
일반적으로 프레임(frame)이 조정되는 휠 로더는 또한 서로 휠 로더의 전방 부 및 후방 부를 회전함으로써 휠 로더를 돌리고/조향하기(steering) 위한 한 쌍의 유압 실린더를 갖는다.
유압 실린더에 더하여, 휠 로더의 유압 시스템은 바람직하게는 로드 암 유닛의 유압 실린더로 유압 유체를 제공하기 위한 제 1 펌프(작동 실린더 펌프) 및 조향 실린더로 유압 유체를 제공하기 위한 제 2 펌프(조향 실린더 펌프)를 포함한다. 유압 시스템을 최적화하고 펌프를 효율적인 방법으로 사용하기 위하여 조향 실린더 펌프가 또한 로드 암 유닛의 유압 실린더(작동 실린더)로 유압 유체를 제공하도록 사용될 수 있다.
그러한 유압 시스템은 일반적으로 조향 펌프에 의해 조향 실린더에 유압 유체가 제공되는 것을 보장하기 위하여 우선 밸브(priority valve)를 가지며, 유압 유체의 초과가 있을 때만 조향 펌프는 또한 작동 실린더에 유압 유체를 제공할 수 있다.
그러한 우선 밸브를 사용하는 종래의 유압 시스템의 단점은 특히 조향 실린더에 단독으로 유압 유체를 제공할 때(작동 실린더에는 제공하지 않고), 조향 기능에서의 불안전성이다. 조향 실린더에 단독으로 유압 유체를 제공하기 위하여 조향 실린더 펌프를 사용할 때 현재 종류의 종래 유압 시스템의 불안전성에 대한 경향이 두드러지며, 반면에 또한 작동 실린더에 유압 유체를 제공하기 위하여 조향 실린더 펌프가 사용될 때 유압 시스템은 매끄럽게 작동하는 것으로 밝혀졌는데 그 이유는 조향 실린더 펌프의 변위(displacement)의 조절이 덜 필요하기 때문이다.
그러한 유압 시스템에 있어서 조향 실린더 펌프는 유압 유체를 하중 압력보다 높은 압력으로 가압하도록 제어되며, 차례로 우선 밸브는 압력을 펌프 압력 이하로 내린다. 조향 실린더 펌프로부터의 유체는 우선 밸브를 거쳐, 조향 실린더에 유압 유체를 제공하고, 또한 우선 밸브뿐만 아니라 조향 실린더 펌프에 조향 실린더의 하중 압력과 상응하는 LS-압력을 제공하는 제어 밸브로 전달된다.
펌프 및 우선 밸브 압력의 원치 않는 위상 변이(phase shift)는 펌프의 변위가 조절된다는 사실로 인해 발생할 수 있다. 만일 매우 작은 흐름이 필요하거나 또는 흐름이 전혀 필요하지 않으면, 따라서 펌프의 변위가 그에 알맞게 제어되면, 그때 증가된 흐름이 필요할 때 흐름을 다시 증가시키기 위하여 펌프의 변위를 조절할 특정 시간이 필요하다. 이는 조향 실린더 펌프 압력 및 우선 밸브 압력의 위상 변위를 야기할 수 있으며 유압 시스템 내의 불안전성을 나타낼 수 있는데, 즉, 펌프 압력 레벨 및 우선 밸브 뒤의 압력 레벨은 안정된 상태를 찾지 못하고 위아래로 왔다 갔다 할 수 있다.
본 발명의 목적은 도입부를 통해 정의된 방법을 제공하는 것으로서, 이러한 방법은 유압 시스템의 펌프가 효율적으로 사용될 수 있는 것과 동시에 유압 시스템 내의 불안전성에 대응한다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 달성된다.
제 2 유압 기계(second hydraulic machine)로부터 제 2 액츄에이터(second actuator)로 유압 유체의 흐름을 허용하며, 제 2 유압 기계의 펌프 압력은 제 1 액츄에이터의 하중 압력과 관계없이 제 2 액츄에이터의 하중 압력을 기초로 하는 제 1 제어 모드(first control mode), 및 제 2 유압 기계로부터 제 1 액츄에이터로 유압 유체의 흐름을 허용하며, 제 2 유압 기계의 펌프 압력은 제 2 액츄에이터의 하중 압력 및 제 1 액츄에이터의 하중 압력의 가정 높은 값을 기초로 하는, 제 1 액츄에이터로 요청된 흐름이 미리 결정된 임계값(threshold value)을 초과하면 사용되는 제 2 제어 모드를 갖는 방법의 제공에 의해, 예를 들면, 조향 기능이 증가된 안전성을 나타내는 작업 기능에 의해 부정적으로 영향을 받지 않고 제 1 제어 모드에서 제어될 수 있으며, 제 2 유압 기계는 작업 기능에 추가적인 유압 유체를 제공하기 위하여 제 2 제어 모드에서 사용될 수 있다.
게다가, 제 1 제어 모드에서 제 1 액츄에이터의 하중 압력과 관계없이 제 2 액츄에이터의 하중 압력을 기초로 하여 제 2 유압 기계의 펌프 압력을 선택함으로써, 제 1 및 제 2 액츄에이터를 위하여 서로 다른 펌프 압력이 사용될 수 있으며, 그렇게 함으로써 제 1 및 제 2 액츄에이터가 서로 다른 펌프 압력을 필요로 할 때 그렇지 않으면 발생할 수 있는 에너지 손실을 제거한다.
단어 "미리 결정된 임계값"은 자동으로 그리고 수동으로 선택된 값을 포함한다. 제 2 제어 모드를 사용하기 위한 다양한 조건을 달성하기 위하여 임계값은 가변 값일 수 있다. 임계값은 하나 혹은 그 이상의 파라미터의 함수일 수 있다. 예를 들면, 임계값은 서로 다른 작동 모드를 위하여 서로 다르게 선택될 수 있다. 바람직하게는, 임계값은 제 1 유압 기계의 흐름 능력을 기초로 하여 선택된다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 제 2 유압 기계로부터의 유압 유체는 제 1 액츄에이터(리프트 또는 틸트와 같은 작업 기능일 수 있는)에 대하여 제 2 액츄에이터(조향 기능일 수 있는)에 우선권을 주기 위하여 제 2 액츄에이터 및 우선 밸브를 거쳐 제 1 액츄에이터에 제공되며, 제 1 제어 모드에서 우선 밸브는 제 2 액츄에이터에 실질적으로 완전히 열리도록 제어된다. 이로써, 우선 밸브에 대하여 압력 강하와 관련된 어떠한 에너지의 손실도 감소되거나 제거될 수 있으며 우선 밸브에 의한 압력 조절에 관련된 어떠한 불안전성도 제 1 제어 모드에서 대응되거나 방지될수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 장점 및 바람직한 특징들이 다음의 설명들 및 종속 항들에 개시된다.
첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예들의 더 상세한 설명들이 아래에 뒤따른다.
도 1은 휠 로더의 측면도이고,
도 2는 작동 기계용 유압 시스템의 개략도이며,
도 3은 또 다른 작동 기계용 유압 시스템이며, 및
도 4는 또 다른 작동 기계용 유압 시스템이다.
도 1은 휠 로더 형태의 작동 기계(1)를 도시한다. 휠 로더(1)는 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있는 유압 시스템을 갖는 작동 기계의 일례로서 고려된다.
휠 로더는 전방 기계부(forward machine part, 8) 및 후방 기계부(9)를 갖는다. 이러한 기계부 각각은 액슬(axle) 상에 배열되는 프레임 및 휠(12)을 포함한다. 후방 기계부(9)는 휠 로더(1)의 작동자용 캡(10)을 포함한다. 기계부들(8, 9)은 기계부(8, 9) 사이에 배열되고 거기에 부착되는, 두 개의 유압 실린더(조향 실린더, 7a, 7b)에 의해 서로 수직 축 주위를 회전할 수 있는 것과 같이 서로 연결된다. 유압 실린더(7a, 7b)는 따라서 유압 실린더에 의해 휠 로더(1)를 돌리거나 조향하기 위하여 작동 기계(1)의 수직 방향으로 확장하는 중심 선의 각 면 상에 배열된다. 바꾸어 말하면, 휠 로더(1)는 이른바 프레임 조종의 작동 기계이다.
휠 로더는 물건 또는 재료와 같이, 서로 다른 하중을 다루기 위한 로드 암 어셈블리(load arm assembly, 2)를 포함한다. 로드 암 어셈블리(2)는 리프트 암 유닛(lift arm unit, 4) 및 리프트 암 유닛 상에 장착되는 버킷 형태의 기구(3)를 포함한다. 도시된 예에서 버킷(3)은 재료(11)로 채워져 있다. 로드 암 유닛(4)의 제 1 단(first end)은 버킷의 리프트 운동을 달성하기 위하여 전방 기계부(8)에 회전하여 연결된다. 버킷(3)은 버킷의 경사 운동을 달성하기 위하여 리프트 암 유닛(4)의 제 2 단에 회전하여 연결된다. 리프트 암 유닛(4)은 두 개의 유압 실린더(리프트 실린더, 5a, 5b)에 의해 차량의 후방 기계부(8)에 대하여 올려지거나 내려질 수 있다. 각각의 유압 실린더는 전방 기계부(8)에 결합되는 그것의 제 1 단 및 리프트 암 유닛(4)에 결합되는 그것의 제 2 단에 위치한다. 버킷(3)은 또 다른 유압 실린더(경사 실린더(tilt cylinder), 6)에 의해 리프트 암 유닛(4)에 대하여 경사질 수 있다.
휠 로더는 또한 내연기관과 같은 엔진, 토크 변환기, 기어 박스 등을 포함하는 드라이브 라인(drive line)을 포함한다. 엔진은 휠(12)을 구동하고 엔진과 토크 변환기 사이의 드라이브 라인에 배열될 수 있는 동력 인출 장치(power take off)에 의해 유압 시스템 내의 유압 기계(펌프)를 구동하기 위한 드라이브 라인에 동력을 공급하도록 배열될 수 있다.
도 2는 유압 시스템(20)의 개략도이다. 본 발명에 따른 방법은 그러한 유압 시스템과 함께 적용될 수 있다. 유압 시스템은 유압 유체를 제 1 액츄에이터(22)에 제공하기 위한 제 1 유압 기계(21), 및 유압 유체를 제 2 액츄에이터(24)에 제공하기 위한 제 2 유압 기계(23)를 포함한다. 제 1 및 제 2 유압 기계는 바람직하게는 가변 변위를 갖는 펌프이다. 제 2 유압 기계(23)는 유압 유체를 밸브 배열과 같은, 몇몇 종류의 할당 유닛(apportionment unit, 25)을 거쳐 제 2 액츄에이터(24)로 전달할 수 있다. 우선 밸브(25)는 바람직하게는 제 2 유압 기계(23)로부터의 유압 유체가 또한 제 1 액츄에이터(22)로 흐르도록 허용하기 위하여 사용된다. 우선 밸브(25)의 기능은 제 1 액츄에이터(22)에 대하여 제 2 액츄에이터(24)에 우선권을 주고 유압 유체의 과잉이 존재할 때만 제 1 액츄에이터로 유압 유체의 흐름을 허용하는 것이다. 제 1 액츄에이터(22) 및/또는 제 2 액츄에이터(24)는 하나 혹은 그 이상의 유압 실린더, 제어 밸브, 유압 도관(conduit) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 제 2 유압 기계(23)로부터의 유압 흐름이 제 2 액츄에이터(24)로 흐르도록 허용하는, 제 1 제어 모드를 포함한다. 제 1 제어 모드에서 제 2 유압 기계로부터의 유압 유체는 단독으로 제 2 액츄에이터로만 흐르도록 허용되며 따라서 어떤 유압 유체도 제 2 유압 기계(23)로부터 제 1 액츄에이터(22)로 흐르도록 허용되지 않는다. 이러한 제어 모드에서 제 2 유압 기계(23)의 펌프 압력은 제 1 액츄에이터(22)의 하중 압력과 관계없이 제 2 액츄에이터(24)의 하중 압력을 기초로 하여 선택된다. 우선 밸브(25)는 바람직하게는 우선 밸브에 대한 압력 강하에 기인하는 에너지 손실을 방지하기 위하여 제 1 제어 모드에서 완전히 열리며 그렇지 않으면 유압 시스템의 안전성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는 우선 밸브에 의한 압력 조절은 존재하지 않는다. 바꾸어 말하면, 한편으로는 제 1 액츄에이터(22)와 제 1 유압 기계(21)가 그리고 다른 한편으로는 제 2 액츄에이터(24)와 제 2 유압 기계(23)가 제 1 제어 모드에서 두 개의 분리된 유압 시스템으로서 작동한다.
방법은 제 1 액츄에이터(22)로의 요청된 흐름이 미리 결정된 임계값을 초과하면 제 2 유압 기계(23)로부터의 유압 유체가 제 1 액츄에이터(22)로 흐르도록 허용되는, 제 2 제어 모드를 사용하는 단계를 더 포함한다. 제 2 제어 모드에서 제 2 유압 기계(23)의 펌프 압력은 제 2 액츄에이터(24)의 하중 압력 및 제 1 액츄에이터(22)의 하중 압력의 가장 높은 값을 기초로 하여 선택된다. 그렇게 함으로서, 제 2 유압 기계(23)는 비록 제 1 액츄에이터의 하중 압력이 제 2 액츄에이터의 하중 압력보다 높다 할지라도 유압 유체를 제 1 액츄에이터(22)로 제공할 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시된 것과 같이, 제 2 유압 기계(23)는 제 2 유압 기계의 펌프 압력을 제어하기 위한 제어 신호(26)를 수신한다. 제 1 제어 모드에서, 이러한 제 2 펌프 제어 신호(26)는 제 2 액츄에이터(24) 내의 현재의 하중 압력을 기초로 하는데, 반면에 제 2 제어 모드에서는 이러한 제 2 펌프 제어 신호(26)는 제 2 액츄에이터(24)의 하중 압력 및 제 1 액츄에이터(22)의 하중 압력의 가장 높은 값을 기초로 한다. 게다가, 제 2 제어 모드에서 우선 밸브(25)는 우선 밸브를 조절하기 위한 제어 신호(27)를 수신한다. 우선 밸브 제어 신호(27)는 적절하게 제 2 액츄에이터(24)의 하중 압력을 기초로 한다. 제 1 유압 기계는 바람직하게는 제 1 제어 모드 및 제 2 제어 모드 모두에서, 상응하게 제 1 유압 기계(21)의 펌프 압력을 제어하기 위한 제어 신호(28)를 수신한다. 이러한 제 1 펌프 제어 신호(28)는 제 1 액츄에이터(22)의 하중 압력을 기초로 한다.
위에서 언급된 제어 신호들(26, 27, 28)은 바람직하게는 신호들이 유압 압력 및/또는 제어 유닛에 의해 생산되는 유압 신호 또는 전기 신호일 수 있는 현재의 액츄에이터의 하중 압력을 나타내는 이른바 LS 신호들이다. 게다가, 우선 밸브(25)는 바람직하게는 또 다른 제어 신호(29)를 수신하는데, 상기 제어 신호는 우선 밸브(25) 및 제 2 액츄에이터(24) 사이의 위치에서의 유압 유체의 압력을 기초로 할 수 있다(상기 압력은 제 2 유압 기계(23)의 펌프 압력과 상응한다).
제 1 액츄에이터(22)로의 요청된 흐름이 미리 결정된 임계값을 초과할 때만 제 2 제어 모드를 사용함으로써, 제 2 유압 기계(23)는 예를 들면, 제 1 유압 기계가 제 1 액츄에이터로 요청된 흐름을 전달할 수 없을 때, 제 1 액츄에이터로의 유압 유체의 추가적인 흐름을 제공하도록 사용될 수 있다. 미리 결정된 임계값은 바람직하게는 제 1 유압 기계(21)의 흐름 능력을 기초로 하여 선택된다. 예를 들면, 제 1 유압 기계의 최대 흐름 능력의 특정 퍼센트(percentage)에 상응하는 임계값이 선택될 수 있다. 최대 흐름 능력은 결국 특정 회전 속도 및 제 1 유압 기계의 최대 변위에 의해 결정된다.
예를 들면, 임계값은 제 1 유압 기계의 최대 흐름 능력의 70%와 같거나 초과하도록 선택될 수 있거나, 혹은 바람직하게는 제 1 유압 기계가 제 1 액츄에이터로의 요청된 흐름을 제공할 수 있는 한 제 1 제어 모드를 유지하기 위하여 제 1 유압 기계의 최대 흐름 능력의 90%와 같거나 초과하도록 선택될 수 있거나 또는 제 1 유압 기계의 최대 흐름 능력과 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있다.
특정 조건 하에서 비록 제 1 액츄에이터로의 요청된 흐름이 제 1 유압 기계의 흐름 능력을 초과할지라도(최대 흐름 능력의 100% 이상과 상응하는 임계값을 선택함으로써) 제 1 제어 모드를 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 임계값의 적절한 상한은 예를 들면 150% 미만일 수 있으며, 바람직하게는 제 1 유압 기계의 최대 흐름 능력의 130% 미만일 수 있다.
하부 범위에서의 임계값은 바람직하게는 제 2 유압 기계가 어떠한 선행의 유압 유체 흐름 강하 없이 제 1 액츄에이터로 유압 유체를 제공하기 위하여 사용될 수 있는 것을 보장하도록 선택된다. 이는 또한 제 2 유압 기계가 부드럽게 연결될 수 있으며 이는 결국 인체공학적 장점을 갖는다는 것을 의미한다. 상부 범위에서의 임계값은 예를 들면, 작동 기계의 버킷을 흔들기 위하여 작동자가 짧은 기간 동안 여러 차례 제어 레버를 심하게 이동시킬 때 제 2 유압 기계의 불필요한 사용을 방지하도록 사용될 수 있다. 그러한 경우에 있어서 경제적이고 기능적인 이유 모두를 위하여, 제 2 유압 기계가 사용되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
미리 결정된 임계값은 제 2 제어 모드를 사용하기 위한 서로 다른 조건을 달성하기 위하여 바람직하게는 가변 값이다. 제 1 유압 기계의 최대 흐름 능력의 고정된 퍼센트를 구성하는 임계값은 제 1 유압 기계의 회전 속도에 의존할 것이며 그렇게 함으로써 현재 회전 속도에 따라 변경된다는 사실에 더하여, 서로 다른 작동 조건을 위하여 서로 다른 임계값이 선택될 수 있다. 바꾸어 말하면, 미리 결정된 임계값은 작동 기계의 현재 작동 상태를 기초로 하여 선택될 수 있다. 임계값은 작동 기계의 작동 전 또는 작동 동안에 자동으로 또는 수동으로 선택될 수 있다.
예를 들면, 순간에서의 엔진으로부터 이용가능한 동력의 기능으로서의 임계값의 선택에 의해 장점이 달성될 수 있는데, 이러한 엔진이 작동 기계의 휠 뿐만 아니라 유압 시스템을 구동하도록 배열된다. 만일 엔진이 낮은 회전 속도에서 작동하고 작동자가 급하게 액셀러레이터 페달을 누르면, 엔진이 꺼지는 것을 방지하기 위하여 제 2 모드로 전환하기 전에 엔진 회전 속도가 특정 레벨에 도달할 때까지 기다리는 것이 바람직하다. 임계값은 또한 작동 기계가 작동하는 현재 고도(altitude)에 의해 결정되는데, 그 이유는 일반적으로 내연기관이 높은 고도에서 더 약하기 때문이다.
예를 들면, 경제 모드(economy mode) 또는 실행 모드(performance mode)에서 작동 기계를 작동하기 위하여 서로 다른 임계값이 사용될 수 있다. 경제 모드에서 임계값은 상부 범위, 즉, 연료 소비를 감소시키기 위하여 시스템을 대부분 제 1 모드에서 유지할, 상대적으로 높은 값 내에 존재하도록 선택된다. 실행 모드에서 임계값은 하부 범위, 즉, 상대적으로 낮은 값 내에 존재하도록 선택되는데, 그 이유는 제 2 유압 기계의 증가된 사용이 증가된 흐름 이용을 야기할 것이기 때문이다. 이로써, 유압 기계의 성능이 증가될 수 있다.
제 1 액츄에이터로의 요청된 흐름이 미리 결정된 임계값 아래의 레벨로부터 임계값 위의 레벨로 증가할 때 제어 모드가 제 1 제어 모드로부터 제 2 제어 모드로 변환되는 것과 동일한 방법으로, 제 1 액츄에이터로의 요청된 흐름이 미리 결정된 임계값 위의 레벨로부터 임계값 아래의 레벨로 감소할 때 제 2 제어 모드로부터 제 1 제어 모드로의 변경이 바람직하게 발생할 것이다.
게다가, 제 1 제어 모드로부터 제 2 제어 모드로의 변경을 제어하기 위하여 첫 번째 미리 결정된 임계값이 선택될 수 있으며, 제 2 제어 모드로부터 제 1 제어 모드로의 변경을 제어하기 위하여 두 번째 미리 결정된 임계값이 선택될 수 있는데, 상기 첫 번째 및 두 번째 미리 결정된 임계값은 서로 다를 수 있다. 만일 첫 번째 및 두 번째 미리 결정된 임계값이 서로 다르면 결과는 이력 효과(hysteresis effect)가 될 것이다. 제 1 모드로부터 제 2 모드로 변환하기 위한 더 높은 임계값의 제공 및 제 2 모드로부터 제 1 모드로 변환하기 위한 더 낮은 값의 제공에 의해, 시스템은 더 안정될 것이다. 그렇지 않으면, 시스템이 임계값에 가까운 상태에서 작동할 때 시스템은 반복적으로 전환될 위험이 존재한다.
제 1 액츄에이터(22)로의 요청된 흐름은 다양한 방법으로 계산될 수 있다. 예를 들면, 만일 제 1 액츄에이터(22)가 시스템이 서보에 의해 제어되는(servo-controlled) 제어 밸브로 보내지는 제어 전류에 의해 제어되면, 제어 전류의 크기는 요청된 흐름의 척도일 수 있다.
대안으로서, 제 1 유압 기계(21)의 전류 변위를 측정함으로써 제 1 액츄에이터로 요청된 흐름의 간접 측정이 획득될 수 있다. 위치 센서(position sensor)에 의해 현재 회전 속도에서 제 1 유압 기계의 최대 변위의 퍼센트가 측정될 수 있다. 제 1 유압 기계의 변위가 최대 변위 또는 최대 변위에 가깝게 증가될 때 요청된 흐름은 제 1 유압 기계의 능력을 초과할 것이며 시스템은 제 1 모드로부터 제 2 모드로 전환하도록 제어되는 것으로 추정된다.
도 3은 본 발명에 따른 방법에 의해 제어되도록 디자인되는 유압 시스템(120)의 또 다른 실시 예를 도시한다. 작동 기계의 리프트 기능 및/또는 틸트 기능과 같은 작동 기능을 획득하기 위하여 제 1 액츄에이터(122)가 배열되며, 작동 기계(1, 도 1에 도시)의 조향 기능을 획득하기 위하여 제 2 액츄에이터(124)가 배열된다. 제 1 유압 기계(121)는 유압 유체를 제 1 액츄에이터의 하나 혹은 그 이상의 유압 실린더(작동 실린더)에 제공하기 위하여 제 1 액츄에이터(122)에 연결되는, 가변 변위를 갖는 펌프이다. 제 2 유압 기계(123)는 유압 유체를 제 2 액츄에이터(124)의 하나 혹은 그 이상의 유압 실린더(조향 실린더) 및/또는 제 1 액츄에이터(122)의 작동 실린더에 제공하기 위하여 가변 변위를 갖는 펌프이다. 조향 실린더 펌프(123)는 우선 밸브(125)에 연결되며 우선 밸브는 제 2 액츄에이터(124) 및 제 1 액츄에이터(122)에 연결된다.
조향 실린더 펌프 및 작동 실린더 펌프에 대한 제어 신호들(126, 128)은 이른바 "전기적" LS 신호들이다. 작동 실린더 펌프 압력을 측정하기 위하여 제 1 압력 센서(first pressure sensor, 129)가 배열된다. 제 1 전기 제어 밸브(first electrically controlled valve, 130)는 작동 실린더 펌프(121)에 대한 유압 제어 신호(128)를 생성하기 위하여 제어 유닛(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 제 1 전기 제어 밸브(130)에 대한 전기 신호는 제 1 액츄에이터(122)의 하중 압력을 기초로 한다.
조향 실린더 펌프 압력을 측정하기 위하여 제 2 압력 센서(131)가 배열된다. 제 2 전기 제어 밸브(132)는 조향 실린더 펌프(123)에 유압 제어 신호(126)를 생성하기 위하여 제어 유닛에 의해 제어된다. 제 1 제어 모드에서, 제 2 전기 제어 밸브(132)에 대한 전기 신호는 제 2 액츄에이터(124)의 하중 압력을 기초로 한다. 제 2 제어 모드에서, 제 2 전기 제어 밸브(132)에 대한 전기 신호는 제 2 액츄에이터(124)의 하중 압력 및 제 1 액츄에이터(122)의 하중 압력의 가장 높은 값을 기초로 한다.
우선 밸브(125)에 대한 제어 신호(127)는 제 2 액츄에이터의 하중 압력을 기초로 한 제 2 액츄에이터(124)로부터의 유압 LS 신호이다. 유압 LS 신호는 우선 밸브의 흐름 제어 소자(flow control element)의 일 면(왼쪽 면)에 작용한다. 이러한 면에서 유압 LS 신호(127)와 동일한 방향으로 작용하는 스프링(133)이 배열된다. 게다가, 우선 밸브(125) 및 우선 밸브(125)의 다른 면(오른쪽 면)을 갖는 제 2 액츄에이터(124) 사이에 위치하는 위치(position)를 연결하는 도관(134)이 또한 존재하는데, 이는 압력이 우선 밸브 하류, 즉, 우선 밸브(125) 및 제 2 액츄에이터(124) 사이에 존재하며, 스프링(133)의 스프링력에 반대 방향으로 흐름 제어 소자의 오른쪽 면상에 힘을 생성한다는 것을 나타낸다.
제 2 액츄에이터(124)는 일반적으로 우선 밸브(125)로부터 액츄에이터의 조향 실린더(도시되지 않음)로의 유압 유체의 흐름을 제어하기 위하여 제어 밸브(도시되지 않음)를 포함한다. 우선 밸브의 한 가지 기능은 조향 기능을 위하여 사용되는 제어 밸브에 대한 압력 강하를 제어하는 것이다. 제어 밸브에 대한 압력 강하는 실질적으로 위에서 언급된 스프링(133)의 특성에 의해 결정된다. 만일 우선 밸브(125)의 오른쪽 면상의 압력이 왼쪽 면상의 압력(스프링력 + 유압 LS 신호(127)로부터의 힘)보다 높게 되면, 흐름 제어 소자는 조향 실린더로의 흐름을 닫고 제 1 액츄에이터의 작동 실린더(도시되지 않음)로의 흐름을 열기 시작할 것이다. 만일 압력이 더 증가되면, 흐름 제어 소자 위치의 변화는 그때 압력의 변화에 비례하는데 그 이유는 스프링력이 스프링(133)의 압축에 비례하기 때문이다. 바꾸어 말하면;
P_STEER = LS_STEER + P_SPRING
이때 P_STEER(135)는 제어 밸브 전의 압력이고 LS_STEER(127)은 제어 밸브 후의 압력이다.
LS 압력은 제어 밸브 하류의 조향 실린더 내의 압력과 같기 때문에, 제어 밸브에 대한 압력 강하는 실질적으로 스프링(133)의 압력 요소(P_SPRING)이다.
조향 실린더 펌프(123)는 유사한 방법으로 작동한다. 펌프는 LS 압력(126)에 제한을 받으며 LS 압력보다 높은 펌프 압력(136)을 제공한다.
P_PUMP = LS_PUMP + ΔP_PUMP
우선 밸브를 작동 실린더에 완전히 열기 위하여, 펌프 압력은 우선 밸브 및 제어 밸브 사이의 위치(135)에 존재하는 최대 압력(P_STEER_MAX)보다 높아야만 한다.
P_PUMP 〉LS_STEER + P_SPRING_MAX; P_STEER_MAX = LS_STEER + P_SPRING_MAX
본 발명의 일 실시 예에 따라 제 1 제어 모드는 조향 실린더 펌프(123)의 펌프 압력(P_PUMP)을 조향 실린더(124)의 하중 압력(LS_STEER) 및 우선 밸브 스프링(133)의 최소 스프링력에 기인하는 압력 요소(P_SPRING_MIN)의 합계보다 낮게 유지함으로써 달성된다. 게다가, 제 2 제어 모드는 제 2 유압 기계의 펌프 압력을 조향 실린더의 하중 압력(LS_STEER) 및 우선 밸브 스프링(133)의 스프링력에 기인하는 압력 요소(P_SPRING_MAX)의 합계보다 높게 유지함으로써 달성된다.
예로서, 다음의 수를 가정한다:
P_SPRING_MIN = 15 바(bar)
P_SPRING_MAX = 20 바
ΔP_PUMP = 10 바
펌프(123)가 우선 밸브(125)로서 LS 신호를 수신하는 경우에, 우선 밸브(125)는 조향 실린더(124)에 열릴 것이며 제 1 액츄에이터의 작동 실린더(122)에 완전히 닫힐 것이다. 그러나 펌프(123)로의 LS 신호는 제어 유닛으로부터 상기 제 2 전기 제어 밸브(132)로의 전기 신호에 의해 선택될 수 있으며 그것 때문에 펌프 압력이 증가될 수 있으며, 따라서 그에 따라 우선 밸브(125)가 제어될 수 있다.
LS_STEER가 100 바라고 가정한다. 이는 흐름 제어 소자를 최대 거리로 대체하고 밸브를 작동 실린더(122)에 완전히 열기 위하여 우선 밸브 흐름 제어 소자가 120 바로 이동하기 시작하기 전에 P_STEER(135)가 115 바에 도달하여야 한다는 것을 나타낸다. 만일 LS_PUMP가 110 바이면 펌프 압력(P_PUMP)은 120 바가 될 것이다. 이러한 압력은 또한 우선 밸브(125)가 조향 실린더(124)에 닫히고 작동 실린더(122)에 완전히 열린 후에 존재할 것이다. 만일 조향 실린더(124)로부터 흐름이 요청되면 우선 밸브는 조향 실린더(124)로의 필요한 압력을 유지하는 것을 우선적으로 하고 그 후에 작동 실린더(122)로의 흐름을 허용하기 위하여 열 것이다.
따라서, 제 1 제어 모드는 조향 실린더 펌프(123)의 펌프 압력을 115 바보다 낮게 유지함으로써 달성될 수 있다(P_PUMP〈 LS_STEER + P_SPRING_MIN).
제 2 제어 모드는 펌프 압력을 120 바보다 높게 유지함으로써 달성될 수 있다(P_PUMP 〉LS_STEER + P_SPRING_MAX).
만일 작동 실린더(122)의 하중 압력이 조향 실린더(124)의 하중 압력보다 높으면, 하지만 조향 실린더 펌프 압력(136)은 작동 실린더(122)의 하중 압력을 기초로 하여 선택된다. 바꾸어 말하면, 만일 LS_WORK 〉LS_STEER + P_SPRING_MAX이면 그때 P_PUMP는 LS_WORK + ΔP_PUMP가 되도록 선택된다.
도 4는 본 발명에 따른 방법과 함께 사용될 수 있는 유압 시스템(160)의 또 다른 변형을 도시한다.
도 4를 참조하여 주로 도 3에서의 유압 시스템과 비교되는 차이가 설명될 것이다. 유사하거나 동일한 기능/부품과 관련하여 이전의 도면이 또한 참조되며, 동일한 참조 번호가 사용될 것이다.
도 4의 유압 시스템에서 우선 밸브(125) 및 제 2 액츄에이터(124) 사이의 위치(135)로부터 우선 밸브의 오른쪽 면으로 확장하는 도관(134) 내에 전기 제어 밸브(150)가 배열된다. 이러한 밸브는 본 발명의 방법에 따른 제 1 모드 및 제 2 모드의 선택을 제어하도록 사용될 수 있다.
조향에 대한 공급 압력과 상응하는, 우선 밸브 하류, 즉, 우선 밸브와 제 2 액츄에이터 사이의 압력은 우선 밸브(125)의 흐름 제어 소자의 오른쪽 면상에 힘을 생성할 수 있다. 이러한 힘은 전기 제어 밸브(150)에 의해 처리되거나 제거될 수 있다.
우선 밸브(125)는 제 2 액츄에이터의 하중 압력을 기초로 하여 제 2 액츄에이터(124)로부터 하나의 유압 LS 신호(127)를 수신한다. 이러한 유압 신호는 우선 밸브(125)의 흐름 제어 소자의 왼쪽 면에 작용한다. 또한 이 면에서 유압 LS 신호(127)와 같은 동일한 방향으로 작용하는 스프링(133)이 배열된다.
전기 제어 밸브(150)가 활성화될 때, 즉, 제어 유닛으로부터의 전기 전류가 밸브로 보내질 때, 우선 밸브(125)의 오른쪽 면은 탱크(151)에 연결된다. 따라서, 우선 밸브(125)의 흐름 제어 소자 상에 오른쪽으로부터 왼쪽으로 작용하는 효율적인 힘이 존재한다. 이는 우선 밸브(125)가 작동 실린더(122)에 대하여 닫히고 조향 실린더(124)에 완전히 열리는 것을 나타낸다. 바꾸어 말하면, 시스템은 제 1 모드가 된다.
제어 유닛으로부터 전기 제어 밸브(150)로의 전기 전류가 존재하지 않을 경우에, 유압 유체가 전기 제어 밸브(150)를 통하여 흐르고 우선 밸브(125)의 흐름 제어 소자의 오른쪽 면에 작용하도록 허용한다. 만일 상기 밸브의 오른쪽 면상의 힘이 상기 밸브의 왼쪽 면상의 스프링 및 하중 압력에 의해 생성되는 힘보다 적으면, 상기 밸브는 작동 실린더에 대하여 여전히 닫힐 것이며 조향 실린더에 완전히 열릴 것이다. 만일 다른 한편으로 우선 밸브의 오른쪽 면상의 힘이 상기 밸브의 왼쪽 면상의 스프링 및 하중 압력에 의해 생성되는 힘을 초과하면, 우선 밸브는 작동 실린더(122)에 열리기 시작할 것이다. 그때, 시스템은 제 2 모드가 된다.
본 발명은 위에서 설명되고 도면에 도시된 실시 예들에 한정하지 않으며, 오히려, 통상의 지식을 가진 자들은 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 많은 변경 및 변경이 만들어질 수 있다는 것을 인식할 것이라는 것을 이해하여야 한다.
1 : 휠 로더
2 : 로드 암 어셈블리
3 : 버킷
4 : 리프트 암 유닛
5a, 5b : 유압 실린더
7a, 7b : 유압 실린더
8 : 전방 기계부
9 : 후방 기계부
10 : 캡
12 : 휠
20 : 유압 시스템
21 : 제 1 유압 기계
22 : 제 1 액츄에이터
23 : 제 2 유압 기계
24 : 제 2 액츄에이터(24)
25 : 우선 밸브
26, 27, 28, 29 : 제어 신호
120 : 유압 시스템
121 : 제 1 유압 기계
122 : 제 1 액츄에이터
123 : 제 2 유압 기계
124 : 제 2 액츄에이터
125 : 우선 밸브
126 : 유압 제어 신호
127 : 유압 LS 신호
129 : 제 1 압력 센서
130 : 제 1 전기 제어 밸브
131 : 제 2 압력 센서
132 : 제 2 전기 제어 밸브
133 : 스프링
136 : 펌프 압력
150 : 전기 제어 밸브
151 : 탱크
160 : 유압 시스템

Claims (24)

  1. 작동 기계의 제 1 액츄에이터(22; 122)로 유압 유체를 제공하기 위한 제 1 유압 기계(21; 121), 및 상기 작동 기계의 제 2 액츄에이터(24; 124)로 유압 유체를 제공하고 상기 제 1 액츄에이터(22; 122)로 유압 유체를 제공하기 위한 제 2 유압 기계(23; 123)를 포함하는, 작동 기계(1)의 유압 시스템(20; 120; 160)을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 제 2 유압 기계(21; 121)로부터 상기 제 2 액츄에이터(22; 122)로의 유압 유체의 흐름을 허용하며, 상기 제 2 유압 기계의 펌프 압력은 상기 제 1 액츄에이터(22; 122)의 하중 압력과 관계없이 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)의 하중 압력을 기초로 하여 선택되는, 제 1 제어 모드를 사용하는 단계, 및
    상기 제 1 액츄에이터(22; 122)로의 요청된 흐름이 미리 결정된 임계값을 초과하면 상기 제 2 유압 기계(23; 123)로부터의 유압 유체가 상기 제 1 액츄에이터(22; 122)로 흐르도록 허용되며, 상기 제 2 유압 기계(23; 123)의 펌프 압력은 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)의 하중 압력 및 상기 제 1 액츄에이터(22; 122)의 하중 압력의 가장 높은 값을 기초로 하여 선택되는, 제 2 제어 모드를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 상기 제 1 유압 기계(21, 121)의 흐름 능력을 기초로 하여 선택되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1항 혹은 2항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 상기 제 2 제어 모드를 사용하기 위한 다양한 조건을 달성하기 위하여 가변 값인 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 상기 제 1 유압 기계(21, 121)의 최대 흐름 능력의 70%와 동일하거나 또는 초과하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 상기 제 1 유압 기계(21, 121)의 최대 흐름 능력의 90%와 동일하거나 또는 초과하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4항 혹은 5항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 상기 제 1 유압 기계(21, 121)의 최대 흐름 능력의 150%와 동일하거나 또는 미만이 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  7. 제 4항 혹은 5항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 상기 제 1 유압 기계(21, 121)의 최대 흐름 능력의 130%와 동일하거나 또는 미만이 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 실질적으로 상기 제 1 유압 기계(21, 121)의 최대 흐름 능력과 동일하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  9. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 액츄에이터(22; 122)에 대하여 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)에 우선권을 주기 위하여 상기 제 2 유압 기계(23; 123)로부터의 상기 유압 유체가 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)에 그리고 우선 밸브(25; 125)를 거쳐 상기 제 1 액츄에이터(22; 122)에 제공되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 우선 밸브(25; 125)는 상기 제 1 액츄에이터에 대하여 상기 제 2 액츄에이터에 우선권을 주기 위하여 상기 유압 유체가 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)로 흐르도록 허용되는 상태로 상기 우선 밸브(25; 125)를 가져오도록 작용하는 스프링(133)을 갖는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 제어 모드는 상기 제 2 유압 기계(23; 123)의 상기 펌프 압력을 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)의 하중 압력 및 상기 우선 밸브 스프링(133)의 스프링력에 기인하는 압력 요소의 합보다 낮게 유지함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 제어 모드는 상기 제 2 유압 기계(23; 123)의 상기 펌프 압력을 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)의 하중 압력 및 상기 우선 밸브 스프링(133)의 최소 스프링력에 기인하는 압력 요소의 합보다 낮게 유지함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  13. 제 10항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 제어 모드는 상기 제 2 유압 기계(23; 123)의 상기 펌프 압력을 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)의 하중 압력 및 상기 우선 밸브 스프링(133)의 스프링력에 기인하는 압력 요소의 합보다 높게 유지함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 스프링력은 상기 우선 밸브 스프링(133)의 최소 스프링력 및 최대 스프링력 사이의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 제 2 제어 모드는 상기 제 2 유압 기계(23; 123)의 상기 펌프 압력을 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)의 하중 압력 및 상기 우선 밸브 스프링(133)의 최대 스프링력에 기인하는 압력 요소의 합보다 높게 유지함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  16. 제 9항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어 모드에서 상기 우선 밸브(125)는 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)에 실질적으로 완전히 열리도록 제어되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  17. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 상기 작동 기계(1)의 현재 작동 상태를 기초로 하여 선택되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  18. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 경제 모드 또는 실행 모드에서 상기 작동 기계(1)를 작동하기 위하여 선택되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  19. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 결정된 임계값은 상기 작동 기계(1)의 작동 동안에 변경되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  20. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어 모드로부터 상기 제 2 제어 모드로의 변경을 제어하기 위하여 첫 번째 상기 미리 결정된 임계값이 선택되며, 상기 제 2 제어 모드로부터 상기 제 1 제어 모드로의 변경을 제어하기 위하여 두 번째 상기 미리 결정된 임계값이 선택되며, 상기 첫 번째 및 두 번째 미리 결정된 임계값은 서로 다른 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  21. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 액츄에이터(22; 122)는 상기 작동 기계(1)의 기구(2)를 작동하기 위하여 배열되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  22. 전 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 액츄에이터(24; 124)는 상기 작동 기계(1)의 조향 기능(7a, 7b)을 작동하기 위하여 배열되는 것을 특징으로 하는 작동 기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 방법.
  23. 프로그램이 컴퓨터상에 구동될 때, 제 1 내지 22항 중 어느 한 항의 단계를 실행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  24. 제 23항에 따른 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체.
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