KR20130075084A - 건설기계의 작업성 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설기계의 작업성 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 전체 또는 일부의 액츄에이터가 독립 구동하는 굴삭기의 작업성을 이전의 굴삭기(예컨대, 유압식 굴삭기)와 유사하게 설정할 수 있도록 하며, 더 나아가 장비를 조작하는 사용자들이 작업 특성을 원하는 대로 설정할 수 있다.

Description

건설기계의 작업성 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING OPERATING PERFORMANCE OF CONSTRUCTION EQUIPMENT}

본 발명은 건설기계의 작업성 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 일부 또는 전체의 액츄에이터에 독립 구동 방식이 적용된 건설기계에 있어서 사용자가 원하는 작업성을 구현하기 위한, 건설기계의 작업성 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 굴삭기는 엔진에 의해 구동되는 2개의 메인펌프 및 2개의 메인펌프에서 가압된 작동유를 붐, 암, 버켓 실린더 및 스윙모터, 주행모터에 분배하고 회수하는 복수의 스풀을 구비하고 있으며, 그 스풀은 내부에 구성된 메인컨트롤 밸브에 의해 작동된다.

통상적으로 이들을 구동시키는 유압시스템은 효율이 매우 낮다. 예를 들어, 하나의 메인펌프에 의해 붐 실린더를 구동시키는 저유량 구간은 2개의 메인펌프를 사용하는 대유량 구간보다 에너지 효율이 매우 낮다. 즉, 붐의 상승 시에는 메인펌프의 최대 공급 유량의 약 1/2에 해당하는 미세조작 작동구간까지 메인컨트롤 밸브에서 많은 유동손실이 발생하여, 에너지 효율이 매우 낮다. 또한, 선회 시의 회전 운동 에너지 및 붐 조작 시의 위치 에너지는 재활용되지 못하고 손실된다.

이러한 종래의 굴삭기의 연비 개선을 위한 다양한 연구 개발 및 제품화가 행해지고 있다. 대표적으로 선회부를 전동기로 대체하고 감속 시 전기 에너지로 회생을 가능케 하는 선회 하이브리드 시스템, 붐 작동부를 독립시키고 붐의 위치 에너지를 회생 가능케 하는 붐 에너지 회생 시스템, 각 유압 액츄에이터에 대해 독립 펌프를 제어하는 PCA(Pump Controlled Actuator) 방식, 모든 액츄에이터를 각각의 전동기로 동작시키는 직렬(Series) 형태의 하이브리드 시스템 또는 전동식 굴삭기 시스템 등이 이에 해당된다.

이와 같은 독립 구동 시스템이 적용된 굴삭기는 이전의 유압식 메인 컨트롤 밸브에 의해 동작되는 유압식 굴삭기와는 다르게 액츄에이터 별 독립적으로 동작하게 되므로, 유압식 굴삭기와는 상이한 작업성을 가지게 된다. 상이한 작업성 때문에 유압식 굴삭기의 작업성에 익숙한 사용자들은 이질감을 느낀다. 또한, 사용자가 독립 구동 방식의 굴삭기를 사용함에 있어서의 불편함 및 제품에 대한 불만을 야기시킬 가능성이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전체 또는 일부의 액츄에이터가 독립 구동하는 굴삭기의 작업성을 이전의 굴삭기(예컨대, 유압식 굴삭기)와 유사하게 설정할 수 있도록 하며, 더 나아가 장비를 조작하는 사용자들이 작업 특성을 원하는 대로 설정할 수 있는, 건설기계의 작업성 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따른 장치는, 적어도 하나의 작업장치를 포함하는 건설기계의 작업성 제어 장치에 있어서, 사용자로부터 상기 작업장치에 대한 작업 특성을 설정받고, 상기 작업장치 중에서 어느 하나의 작업장치를 조작하기 위한 제1 조작 입력값을 입력받는 사용자 인터페이스부(110); 상기 작업장치 중에서 일부 또는 전체 작업장치를 독립적으로 구동시키는 구동부(130); 상기 사용자가 조작하는 작업장치 이외의 다른 작업장치들의 제2 조작 입력값들을 이용하여 작업성 보상 계수를 산출하고, 상기 산출된 보상 계수와 상기 제1 조작 입력값을 상기 설정된 작업 특성에 반영하여 상기 구동부(130)를 제어하는 작업성 제어부(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 측면에 따른 방법은, 적어도 하나의 작업장치를 포함하는 건설기계의 작업성 제어 방법에 있어서, 사용자로부터 상기 작업장치에 대한 작업 특성을 설정받는 작업 특성 설정 단계; 상기 작업장치 중에서 어느 하나의 작업장치를 조작하기 위한 제1 조작 입력값을 입력받는 제1 조작 입력 단계; 상기 사용자가 조작하는 작업장치 이외의 다른 작업장치들의 제2 조작 입력값들을 이용하여 작업성 보상 계수를 산출하는 보상 계수 산출 단계; 및 상기 산출된 보상 계수와 상기 제1 조작 입력값을 상기 설정된 작업 특성에 반영하여 상기 작업장치 중에서 일부 또는 전체 작업장치를 독립적으로 구동시키는 구동부를 제어하는 구동 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 독립 구동 방식을 적용하여 종래의 굴삭기보다 연비가 우수한 장비에 있어서도 이전과 동일한 작업성으로 건설기계를 이용할 수 있는 효과가 있다.

더 나아가, 본 발명은, 종래에는 불가능했던 세부적인 작업성 설정을 가능케 하여 사용자별 성향에 맞는 건설기계의 동작 특성을 다양하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 건설기계의 작업성 제어 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1은 본 발명에 따른 건설기계의 작업성 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 유압식 굴삭기 선회부의 단독 동작 시 선회 회전 특성에 대한 일실시예 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

도 1은 본 발명에 따른 건설기계의 작업성 제어 장치의 일실시예 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 건설기계의 작업성 제어 장치(100)는 사용자 인터페이스부(110), 작업성 제어부(120) 및 구동부(130)를 포함한다.

이하, 건설기계 중에서 굴삭기에 작업성 제어가 적용되는 일례를 설명하기로 한다. 여기서, 굴삭기는 선회 및 붐, 혹은 그 외의 암, 버켓, 주행의 일부 혹은 전체가 독립 제어되는 굴삭기를 나타낸다.

작업성 제어 장치(100)는 각 액츄에이터 단독 동작성을 유압 굴삭기의 동작성에 맞추어 설정한다. 그리고 작업성 제어 장치(100)는 복합 조작이 발생할 시에는 복수의 액츄에이터 입력 신호에 대한 함수로 보정 계수를 산출하고, 그 보정 계수에 의해 단독 동작 시의 설정 값에 보정을 적용하여 작업성을 조정한다. 또한, 작업성 제어 장치(100)는 사용자가 굴삭기의 모드를 파워 모드 혹은 이코노미 모드로 변경할 시, 모드 변경에 따른 모드 보정 계수값을 모든 액츄에이터에 일률적으로 적용하여 굴삭기의 전체적인 작업성을 조정한다. 더 나아가, 작업성 제어 장치(100)는 사용자 인터페이스부(110)에 구비된 계기 판넬의 사용자 설정 기능을 사용자에게 제공하여 보정 계수를 직접 설정할 수 있게 한다. 이를 통해, 작업성 제어 장치(100)는 굴삭기의 작업성을 사용자의 성향에 맞게 변경할 수 있다.

이하, 작업성 제어 장치(100)의 구성요소 각각에 대하여 살펴보기로 한다.

사용자 인터페이스부(110)는 사용자로부터 상기 작업장치에 대한 작업 특성을 하기의 [수학식 1]과 같이 설정받는다.

그리고 사용자 인터페이스부(110)는 작업장치 중에서 어느 하나의 작업장치를 조작하기 위한 제1 조작 입력값을 입력받는다.

구동부(130)는 적어도 하나의 작업장치를 포함하고, 작업장치 중에서 일부 또는 전체 작업장치를 독립적으로 구동시킨다.

작업성 제어부(120)는 사용자가 조작하는 작업장치 이외의 다른 작업장치들의 제2 조작 입력값들을 이용하여 작업성 보상 계수를 산출한다. 그리고 작업성 제어부(120)는 그 산출된 보상 계수와 제1 조작 입력값을 사용자 인터페이스부(110)를 통해 설정된 작업 특성에 반영하여 구동부(130)를 제어한다.

예를 들어, 선회부의 작업성 보상 계수 산출 과정을 구체적으로 살펴보면 하기의 [수학식 2]와 같다.

여기서, 작업성 보상 계수(Power Factor_swing)는 1.0보다 같거나 작다. 다만, 선회 이외의 모든 입력값이 '0'일 때(즉,선회 단독 동작일 때), 1.0이다.

상기 [수학식 2]와 같이, 선회부의 작업성 보상 계수(Power Factor_swing)는 붐 조작 입력값(Input_boom), 암 조작 입력값(Input_arm), 버켓 조작 입력값(Input_bucket), 주행 조작 입력값(Input_traction)의 함수로 정의되며 1.0보다 같거나 작은 값을 가지도록 한다. 즉, 한 액츄에이터의 작업성 보상 계수는 그 외 다른 액츄에이터의 조작 입력값들의 함수로 정의된다. 여기서, 선회부의 조작 입력값은 제1 조작 입력값이고, 그 외 다른 액츄에이터의 조작 입력값들은 제2 조작 입력값들로 지칭될 수 있다. 그 외 액츄에이터의 조작 입력값들이 모두 영의 값을 가질 경우 작업성 보상 계수는 1.0으로 정의되는 함수이다. 그러므로 다른 액츄에이터를 조작하지 않는 단독 동작의 경우는 작업성 보상 계수가 1.0이 된다. 도 3에서 도시된 단독 동작의 작업성대로 작업이 이루어진다. 사용자 인터페이스부(110)는 사용자로부터 작업장치별로 도 3에서 도시된 단독 동작의 작업성과 같이 작업 특성을 각각 설정받을 수 있다. 즉, 사용자가 원하는 작업성을 설정할 수 있다. 반면, 복합조작이 발생할 경우 작업성 보상 계수는 1.0보다 같거나 작은 값을 가지도록 함수가 정의되어 있다.

상기의 [수학식 3]에 표시된 바와 같이, 선회부의 작업 특성이 단독 동작 시 보다 느려지게 변경된다. 적절한 작업성 보상 계수 함수 정의에 의해 기존 유압식 굴삭기의 복합 조작 작업성을 구현할 수 있게 된다.

사용자 인터페이스부(110)는 산출된 보상 계수에 상관없이 작업 특성이 고정되도록, 사용자로부터 일부 작업장치의 작업 특성을 수동으로 설정받을 수 있다. 이와 같이, 복합 조작 시에 작업 속도 저하가 일어나지 않아도 사용자가 불편함을 느끼지 않는 경우라면 작업성 보상 계수를 1.0으로 설정할 수도 있다. 예를 들어, 암 조작과 버켓 조작을 동시에 실시하는 복합 조작에 있어서는 각각 독립적으로 동작할 때의 특성대로 움직이는 것을 사용자가 원한다면, 암과 버켓 간의 작업성 보상 계수를 항시 1.0이 되도록 함수를 설정함에 의해, 암과 버켓은 항시 독립 구동할 때의 최대 작업 속도로 움직이게끔 할 수 있다.

한편, 작업성 제어부(120)는 사용자로부터 사용자 인터페이스부(110)를 통해 모드 보상 계수를 설정받는 경우, 제2 조작 입력값들과 사용자 인터페이스부(110)를 통해 설정된 모드 보상 계수를 이용하여 작업성 보상 계수를 산출한다. 즉, 사용자가 굴삭기의 모드를 변경할 경우에 있어서는 전 액츄에이터의 작업성 보상 계수(Power Factor)에 곱으로 정의되는 모드 보상 계수(Mode Compensation Factor)를 규정한다.

작업성 제어부(120)는 표준 모드(Standard Mode) 상태에서 단독 동작 및 작업성 보상 계수(Power Factor)의 함수에 따라 작업성을 제어한다. 이때, 모드 보상 계수는 하기의 [수학식 4]와 같이 정의된다.

단, 상기의 [수학식 4]에 정의된 파워 모드일 때, 1.2나 이코노미 모드일 때, 0.8은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서 설정한 값이다.

즉, 표준 모드로 굴삭기가 동작할 경우에는 모드 보상 계수는 1.0으로 설정된다. 파워 모드(Power Mode)일 경우에는 1.0보다 큰 값으로 설정된다. 이코노미 모드(Economy Mode)일 경우에는 1.0보다 작은 값으로 설정된다. 사용자의 모드 변경에 의해, 작업성 제어부(120)는 굴삭기 전체의 작업 특성을 상향 혹은 하향시킨다. 또한, 사용자 인터페이스부(110)는 모드 보상 계수를 적정한 범위 내에서 사용자가 임의로 변경 가능하도록, 사용자에게 모드 설정 기능을 제공할 수 있다. 더 나아가, 사용자 인터페이스부(110)는 액츄에이터별 작업성 보상 계수의 함수를 세부 설정할 수 있도록, 사용자에게 작업성 보상 계수의 함수 설정 기능을 제공할 수 있다. 여기서, 작업성 보상 계수의 함수는 정수 형태, 테이블 맵 형태 등을 모두 포괄하며, 본 발명에서는 어느 특정한 함수의 형태로 한정하지 않는다. 그러므로 함수의 정의 형태에 따라서 사용자의 작업성 보상 계수의 설정 형태도 다양하게 존재할 수 있다.

하기의 [수학식 5]에는 선회 회전 속도의 산출식이 나타나 있다.

도 2는 본 발명에 따른 건설기계의 작업성 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.

사용자 인터페이스부(110)는 사용자로부터 건설기계의 작업장치에 대한 작업 특성을 설정받는다(S202).

그리고 사용자 인터페이스부(110)는 사용자로부터 작업장치에 대한 제1 조작 입력값을 입력받는다(S204).

이때, 작업성 제어부(120)는 다른 작업장치들의 제2 조작 입력값들이 입력되는지 여부를 확인한다(S206).

상기 확인 결과(S206), 다른 작업장치들의 제2 조작 입력값들이 입력되지 않는 경우, 작업성 제어부(120)는 작업성 보상 계수를 "1"로 지정한다(S208).

반면, 상기 확인 결과(S206), 다른 작업장치들의 제2 조작 입력값들이 입력되면, 작업성 제어부(120)는 모드 보상 계수가 입력되는지 여부를 확인한다(S210).

상기 확인 결과(S210), 모드 보상 계수가 입력되지 않는 경우, 작업성 제어부(120)는 제2 조작 입력값들을 이용하여 작업장치의 작업성 보상 계수를 산출한다(S212).

반면, 상기 확인 결과(S210), 모드 보상 계수가 입력되는 경우, 작업성 제어부(120)는 제2 조작 입력값들과 모드 보상 계수를 이용하여 작업장치의 작업성 보상 계수를 산출한다(S214).

이후, 작업성 제어부(120)는 제1 조작 입력값과, "S212" 과정 또는 "S214" 과정에서 산출된 보상 계수를 작업 특성에 반영하여 구동부(130)를 제어한다.

도 3은 본 발명에 적용되는 유압식 굴삭기 선회부의 단독 동작 시 선회 회전 특성에 대한 일실시예 예시도이다.

유압식 굴삭기 선회부의 단독 동작 시, 사용자의 조작 입력 대 선회 회전 속도 특성이 도 3에 표시되어 있다. 전술된 바와 같이, 구동부(130)의 선회부가 전동 시스템으로 변경되는 경우, 전동 시스템으로 동작하는 선회 작업성이 도 3과 같은 작업성을 가질 수 있도록 반영할 필요가 있다. 이는 선회 이외의 부분이 단독 시스템으로 변경될 경우 마찬가지의 단독 동작의 작업성 설정 과정을 우선적으로 거친다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

100: 작업성 제어 장치 110: 사용자 인터페이스부
120: 작업성 제어부 130: 구동부

Claims (6)

1. 적어도 하나의 작업장치를 포함하는 건설기계의 작업성 제어 장치에 있어서,
   사용자로부터 상기 작업장치에 대한 작업 특성을 설정받고, 상기 작업장치 중에서 어느 하나의 작업장치를 조작하기 위한 제1 조작 입력값을 입력받는 사용자 인터페이스부(110);
   상기 작업장치 중에서 일부 또는 전체 작업장치를 독립적으로 구동시키는 구동부(130);
   상기 사용자가 조작하는 작업장치 이외의 다른 작업장치들의 제2 조작 입력값들을 이용하여 작업성 보상 계수를 산출하고, 상기 산출된 보상 계수와 상기 제1 조작 입력값을 상기 설정된 작업 특성에 반영하여 상기 구동부(130)를 제어하는 작업성 제어부(120)
   를 포함하는 건설기계의 작업성 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 작업성 제어부(110)는,
   상기 사용자로부터 상기 사용자 인터페이스부(110)를 통해 모드 보상 계수를 설정받는 경우, 상기 제2 조작 입력값들과 상기 설정된 모드 보상 계수를 이용하여 작업성 보상 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업성 제어 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 사용자 인터페이스부(110)는,
   상기 사용자로부터 상기 작업장치별로 작업 특성을 각각 설정받는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업성 제어 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 사용자 인터페이스부(110)는,
   상기 산출된 보상 계수에 상관없이 작업 특성이 고정되도록, 상기 사용자로부터 일부 작업장치의 작업 특성을 수동으로 설정받는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업성 제어 장치.
5. 적어도 하나의 작업장치를 포함하는 건설기계의 작업성 제어 방법에 있어서,
   사용자로부터 상기 작업장치에 대한 작업 특성을 설정받는 작업 특성 설정 단계;
   상기 작업장치 중에서 어느 하나의 작업장치를 조작하기 위한 제1 조작 입력값을 입력받는 제1 조작 입력 단계;
   상기 사용자가 조작하는 작업장치 이외의 다른 작업장치들의 제2 조작 입력값들을 이용하여 작업성 보상 계수를 산출하는 보상 계수 산출 단계; 및
   상기 산출된 보상 계수와 상기 제1 조작 입력값을 상기 설정된 작업 특성에 반영하여 상기 작업장치 중에서 일부 또는 전체 작업장치를 독립적으로 구동시키는 구동부를 제어하는 구동 제어 단계
   를 포함하는 건설기계의 작업성 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 보상 계수 산출 단계는,
   상기 사용자로부터 모드 보상 계수를 설정받는 경우, 상기 제2 조작 입력값들과 상기 설정된 모드 보상 계수를 이용하여 작업성 보상 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 작업성 제어 방법.

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