KR20140123636A - 건설기계의 차량 제어 방법 및 장치 - Google Patents

건설기계의 차량 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설기계의 차량 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 유압펌프의 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단하는 단계; 상기 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산하는 단계; 및 계산된 유압펌프 요구 토크를 이용하여 엔진의 토크 보상 제어를 수행하는 단계를 포함한다.

Description

건설기계의 차량 제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for Controlling Vehicle of Construction Machine}
본 발명은 건설기계의 차량 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
유압셔블 등의 건설기계는, 일반적으로 원동기로서 디젤엔진을 구비하고, 디젤엔진을 이용하여 적어도 하나의 가변 용량형의 유압펌프를 회전 구동시키며, 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의해 유압액츄에이터를 구동시켜 필요한 작업을 수행한다. 상기 디젤엔진은 엑셀러레이터 레버 등과 같이 목표 엔진 회전수를 지령하는 입력수단을 구비하고, 목표 엔진 회전수에 따라 연료분사량 및 엔진 회전수를 제어한다.
이러한 건설기계는 엔진과 유압펌프의 제어와 관련하여 회전수 센서를 이용하여 원래 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차(회전수 편차)를 구하고, 구해진 회전수 편차를 이용하여 유압펌프의 입력 토크를 제어하는 이른바 스피드 센싱 제어를 수행한다. 이 제어의 목적은 목표 엔진 회전수에 대하여 검출된 실제 엔진 회전수가 저하된 경우, 유압펌프의 부하 토크(입력 토크)를 저하시켜 엔진 정지를 방지하여 엔진의 출력을 유효하게 이용하는 것에 있었다.
여기서 엔진의 출력은 엔진 주변의 환경에 의해서도 크게 변한다. 예를 들면 사용되는 장소가 고지대인 경우 대기압의 저하에 의해 엔진출력 토크가 저하될 수 있다. 이러한 환경의 변화에 대응하여 엔진출력이 저하된 경우에도 엔진 회전수의 저하를 적게 할 수 있도록 한 종래기술로서, 유럽공개특허 제01533524호가 있다.
상기 특허에서 엔진 제어기는 엔진의 작동 환경과 관련된 센서값과 건설기계의 유압장치에 사용되는 작동유 온도 센서값을 이용하여 목표 엔진 회전수를 보상할 수 있는 계수를 계산하고, 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수를 기준으로 엔진의 연료 분사량, 분사시기, 분사압 및 분사율을 계산하여 엔진을 제어한다.
그러나, 종래에는 엔진 제어기가 유압펌프에서 엔진으로 전달되는 급부하에 대응하여 엔진을 제어할 수 있는 정보는 실제 엔진 회전수밖에 없다. 예를 들면, 유압펌프와 엔진이 저부하 상태를 유지하는 조작기의 비조작 상태에서, 조작이 이루어지면 유압펌프의 토출 유량과 토출압이 급상승하면서 유압펌프에 급부하가 발생하게 된다. 유압펌프에서 발생한 급부하는 유압펌프와 기계적으로 직접 연결된 엔진으로 전달되면서, 엔진의 부족한 발생 토크만큼 실제 엔진 회전수가 저하된다. 따라서, 엔진 제어기는 실제 엔진 회전수가 저하된 뒤에야 급부하에 대응이 가능하다.
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유압펌프에서 발생한 급부하가 엔진으로 전달될 때 빠르고 정확하게 엔진을 제어할 수 있는 건설기계의 차량 제어 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 제1 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 건설기계의 차량 제어 방법은, 유압펌프의 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단하는 단계; 상기 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산하는 단계; 및 계산된 유압펌프 요구 토크를 이용하여 엔진의 토크 보상 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 제2 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 건설기계의 차량 제어 장치는, 유압펌프의 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단하는 급부하 판별부; 상기 급부하 판별부의 판단 결과, 상기 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산하는 유압펌프 토크 계산부; 및 상기 유압펌프 토크 계산부에 의해 계산된 유압펌프 요구 토크를 이용하여 엔진의 토크 보상 제어를 수행하는 엔진 제어부를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 유압펌프에서 발생하는 토크 정보를 엔진 제어부로 전달하는 건설기계의 차량 제어 방법 및 장치를 제공함으로써, 유압펌프의 급부하에 대응하여 엔진 제어를 빠르고 정확하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 차량 제어 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 차량 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 차량 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량 제어 장치는 급부하 판별부(110), 유압펌프 토크 계산부(120), 토크 정보 송신부(130) 및 엔진 제어부(140) 등을 포함한다.
급부하 판별부(110)는 유압펌프의 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단한다. 자세하게는, 급부하 판별부(110)는 유압펌프의 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상이고, 유압펌프의 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 제1 지속시간(△T1) 이상인 경우, 유압펌프에 급부하가 발생한 것으로 판단한다.
또한, 급부하 판별부(110)는 급부하 지속시간 또는 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이를 이용하여 급부하 종료 여부를 판단한다. 자세하게는, 급부하 판별부(110)는 급부하 지속시간이 기설정된 제2 지속시간(△T2) 이상이거나, 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이가 기설정된 기준치(△N) 이하인 경우, 급부하가 종료된 것으로 판단한다.
유압펌프 토크 계산부(120)는 급부하 판별부(110)의 판단 결과에 따라, 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산한다. 이때, 유압펌프 토크 계산부(120)는 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 요구 토크에 지연이 발생하도록 하여, 유압펌프의 사판각에 의한 시간지연을 보상할 수 있다. 또한, 유압펌프 토크 계산부(120)는 작동유 상태에 따라 토크의 오차가 발생하는 것을 방지하기 위해, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수와 함께 작동유 온도를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산할 수 있다.
또한, 유압펌프 토크 계산부(120)는 토크 상승이 더 빠른 급부하 구간에서, 계산된 유압펌프 요구 토크에 가중치를 더할 수 있다. 자세하게는, 유압펌프 토크 계산부(120)는 계산된 유압펌프 요구 토크에서 고주파 성분을 추출하고, 추출된 고주파 성분에 가중치를 곱한 후, 계산된 유압펌프 요구 토크에 가중치가 곱해진 고주파 성분을 더할 수 있다.
토크 정보 송신부(130)는 유압펌프 토크 계산부(120)에 의해 계산된 유압펌프 요구 토크를 캔(CAN) 프로토콜을 이용하여 엔진 제어부(140)로 전달한다.
엔진 제어부(140)는 토크 정보 송신부(130)를 통해 전달된 유압펌프 요구 토크를 이용하여 엔진의 토크 보상 제어를 수행한다. 따라서, 본 발명에 따른 엔진 제어부(140)는 엔진의 과도한 연료 분사를 줄일 수 있고, 엔진으로 하여금 정확한 시기에 정확한 양의 연료 분사를 수행하도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 차량 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 유압펌프의 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상인지 여부를 판단한다(S210).
유압펌프의 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상인 경우, 유압펌프의 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 제1 지속시간(△T1) 이상인지 여부를 판단한다(S220).
유압펌프의 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 제1 지속시간(△T1) 이상인 경우, 유압펌프에 급부하가 발생한 것으로 판단하여, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산한다(S230). 이때, 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 요구 토크에 지연이 발생하도록 하여, 유압펌프의 사판각에 의한 시간지연을 보상할 수 있다. 또한, 작동유 상태에 따라 토크의 오차가 발생하는 것을 방지하기 위해, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수와 함께 작동유 온도를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산할 수 있다.
이후, 계산된 유압펌프 요구 토크를 이용하여 엔진의 토크 보상 제어를 수행한다(S240).
이어서, 급부하 지속시간이 기설정된 제2 지속시간(△T2) 이상인지 여부를 판단하고(S250), 급부하 지속시간이 기설정된 제2 지속시간(△T2) 이상인 경우, 급부하가 종료된 것으로 판단하여, 엔진의 토크 보상 제어를 종료한다(S260)
급부하 지속시간이 기설정된 제2 지속시간(△T2) 미만인 경우, 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이가 기설정된 기준치(△N) 이하인지 여부를 판단하고(S252), 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이가 기설정된 기준치(△N) 이하인 경우, 급부하가 종료된 것으로 판단하여, 엔진의 토크 보상 제어를 종료한다(S260)
추가로, 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 토크 상승이 더 빠른 급부하 구간에서, 계산된 유압펌프 요구 토크에 가중치를 더할 수 있다. 자세하게는, 계산된 유압펌프 요구 토크에서 고주파 성분을 추출하고, 추출된 고주파 성분에 가중치를 곱한 후, 계산된 유압펌프 요구 토크에 가중치가 곱해진 고주파 성분을 더할 수 있다.
전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러 및 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110: 급부하 판별부 120: 유압펌프 토크 계산부
130: 토크 정보 송신부 140: 엔진 제어부

Claims (8)

  1. 유압펌프의 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단하는 단계;
    상기 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산하는 단계; 및
    계산된 유압펌프 요구 토크를 이용하여 엔진의 토크 보상 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 건설기계의 차량 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 급부하 발생 여부를 판단하는 단계에서,
    상기 유압펌프의 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상이고, 상기 유압펌프의 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 제1 지속시간 이상인 경우, 상기 유압펌프에 급부하가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프 요구 토크를 계산하는 단계에서,
    상기 유압펌프의 토출 압력의 상승에 따라 증가되는 유압펌프 요구 토크에 지연이 발생하도록 하여 상기 유압펌프의 사판각의 시간지연을 보상하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프 요구 토크를 계산하는 단계에서,
    작동유 온도를 고려하여 유압펌프 요구 토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프 요구 토크를 계산하는 단계 이후에,
    계산된 유압펌프 요구 토크에서 고주파 성분을 추출하는 단계;
    추출된 고주파 성분에 가중치를 곱하는 단계; 및
    상기 계산된 유압펌프 요구 토크에 가중치가 곱해진 고주파 성분을 더하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 토크 보상 제어를 수행하는 단계 이후에,
    급부하 지속시간 또는 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이를 이용하여 급부하 종료 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 유압펌프의 급부하가 종료된 경우, 상기 토크 보상 제어를 종료하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 급부하 종료 여부를 판단하는 단계에서,
    급부하 지속시간이 기설정된 제2 지속시간 이상이거나, 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이가 기설정된 기준치 이하인 경우, 급부하가 종료된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 차량 제어 방법.
  8. 유압펌프의 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단하는 급부하 판별부;
    상기 급부하 판별부의 판단 결과, 상기 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 유압펌프의 토출 압력, 파워 쉬프트 제어용 압력 및 실제 엔진 회전수를 이용하여 유압펌프 요구 토크를 계산하는 유압펌프 토크 계산부; 및
    상기 유압펌프 토크 계산부에 의해 계산된 유압펌프 요구 토크를 이용하여 엔진의 토크 보상 제어를 수행하는 엔진 제어부;
    를 포함하는 건설기계의 차량 제어 장치.
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