KR20160003643A - 건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 엔진; 상기 엔진의 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 이용하여 상기 엔진을 제어하는 엔진 제어부; 상기 엔진으로부터 공급되는 동력에 의해 작동되는 유압펌프; 상기 유압펌프로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 적어도 하나의 액츄에이터; 및 상기 유압펌프의 토크와 상기 엔진 제어부로부터 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 상기 유압펌프의 제한사판각을 제어하는 유압펌프 제어 장치를 포함한다.

Description

건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템{METHOD, DEVICE, AND SYSTEM FOR CONTROLLING HYDRAULIC PUMP OF CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은 건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
유압셔블 등의 건설기계는, 일반적으로 원동기로서 엔진을 구비하고, 엔진을 이용하여 적어도 하나의 가변 용량형의 유압펌프를 회전 구동하여, 유압펌프로부터 토출되는 압유에 의해 유압 액추에이터를 구동하여 필요한 작업을 수행한다.
건설기계에서 유압펌프에서 발생된 급부하가 엔진으로 전달되면 엔진은 현재 발생 가능한 토크 정보를 유압펌프 제어기로 전달하고, 유압펌프 제어기는 급부하에 대한 실시간 토크 제한 대응 제어가 가능하다. 유압펌프의 토크 상승 제한은 일반적으로 정해진 시험 규정에 따라 결정되기 때문에, 건설기계의 실제 기동 중 다른 환경 조건의 부하가 발생하면 적절한 토크 제한 대응 제어가 수행될 수 없다.
이를 위해, 건설기계의 조작 장치의 비조작 상태가 미리 정해진 시간(ΔT1)을 경과했을 때, 목표 엔진 회전수(RPM)를 기준으로 유압펌프의 최소 토크 제어를 수행하고, 조작 장치가 조작되는 순간부터 정해진 시간(ΔT2)까지 정해진 토크 상승률에 근거하여 유압펌프의 토크 상승을 제한하는 기술이 제안되었다.
이러한 종래기술은 건설기계의 조작 장치가 비조작 상태에서 조작되는 순간에 발생하는 급부하로 인해 엔진의 회전수가 저하되는 것을 방지하기 위해 유압펌프의 토크를 제한하는 기술이다. 즉, 비조작 상태의 유지 시간이 정해진 시간(ΔT1)보다 크면, 유압펌프 제어기는 유압펌프가 최소 펌프 토크를 유지할 수 있도록 유압펌프의 토크 제어 밸브를 제어한다. 이때, 조작 장치에서 급조작이 발생하고, 급조작 유지 시간이 미리 정해진 유지 시간(ΔT2)보다 작으면, 유압펌프 제어기는 최소 펌프 토크를 유지한다. 급조작 유지 시간이 미리 정해진 유지 시간(ΔT2)을 경과한 후에는 유압펌프 제어기는 일반적인 회전수 제어와 같이 유압펌프의 토크를 목표 엔진 회전수에 따른 최대 펌프 토크까지 한번에 증가하도록 제어하지 않고, 정해진 토크 증가율(K)에 따라 감소된 속도로 증가하도록 제어한다.
전술한 바와 같이, 종래에는 엔진의 현재 상태에 관한 정보를 엔진 제어기로부터 전달받는 것이 아니라, 표준 부하 시험 등의 방법으로 엔진 반응에 대해 정량적인 수치를 도출하고 이를 기준으로 유압펌프의 펌프 토크 상승률을 제한하는 펌프 토크 제어를 수행한다. 이는 실제 건설기계의 가동 중에 발생할 수 있는 다양한 환경적인 변화(온도, 습도 및 대기압 등)로 인해 엔진의 부하 추종성에 변화가 생겼을 경우, 유압펌프의 토크 제한이 과도하거나 과소하여 엔진과 유압펌프 사이의 부하 매칭이 적절치 못한 문제점이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 표준 부하 시험 등의 과정에서 다양한 시험 환경이 포함되어야 한다. 이는 유압펌프 제어기에 많은 계산 부하를 요구하고, 결과적으로 제품 개발 기간이 확대되고 제품 원가가 상승하는 문제점이 발생한다.
또한, 종래의 표준 부하 시험 등의 방법으로 펌프 부하 토크를 통해서 얻은 간접적으로 파악되는 엔진 성능 특성은 엔진-펌프의 부하 매칭에 부적절하다. 표준 부하 시험 등의 방법으로 측정되는 회전수 거동 특성 등은 실제 엔진 제어기가 제어 중 계산하는 엔진 성능과 차이가 있을 수 있다. 즉, 종래에는 펌프 제어에 필요한 엔진의 정보 중 제한된 정보만을 사용함으로써, 펌프 제어기는 엔진의 상태를 정확히 파악할 수 없고, 이로 인해 엔진-펌프 매칭 제어가 원활하지 않을 수 있다.
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 유압펌프 제어기가 정해진 토크 상승률을 기준으로 펌프 토크를 제어함에 따라 발생하는 펌프 토크의 상승 지연을 방지할 수 있는 건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 명세서의 다른 목적은 엔진과 유압펌프 사이에 적절한 부하 매칭을 이룰 수 있는 건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템을 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 제1 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 시스템은, 엔진; 상기 엔진의 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 이용하여 상기 엔진을 제어하는 엔진 제어부; 상기 엔진으로부터 공급되는 동력에 의해 작동되는 유압펌프; 상기 유압펌프로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 적어도 하나의 액츄에이터; 및 상기 유압펌프의 토크와 상기 엔진 제어부로부터 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 상기 유압펌프의 사판각을 제어하는 유압펌프 제어 장치를 포함한다.
본 명세서의 제2 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 방법은, 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 단계; 유압펌프의 토크를 산출하는 단계; 및 상기 수신한 엔진 제한 토크 정보 및 상기 유압펌프의 토크를 이용하여 상기 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 단계를 포함한다.
본 명세서의 제3 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 장치는, 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 엔진 토크 정보 수신부; 상기 엔진 토크 정보 수신부를 통해 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 유압펌프 제한 출력 계산부; 및 펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력 계산부에서 계산된 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하여 유량 제한 제어 기능의 활성화 여부를 판단하는 유압펌프 유량 제어 판단부; 및 상기 유압펌프 유량 제어 판단부의 판단 결과에 따라 유량 제한 제어 기능이 활성화되어 있는 경우, 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 유압펌프 유량 제한 제어부를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프의 출력을 제어하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템을 제공함으로써, 기존의 유압펌프 제어기에서 정해진 토크 상승률을 기준으로 펌프 토크를 제어함에 따라 발생하는 펌프 토크의 상승 지연을 방지할 수 있고, 엔진과 유압펌프 사이에 적절한 부하 매칭을 이룰 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면,
도 2 및 도 3은 유압펌프의 토크를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블럭도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 방법을 나타낸 흐름도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 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.
본 발명의 일실시예에 따른 유압펌프 제어 장치는 시동이 켜진 순간부터 시동이 꺼질 때까지 일반적으로 계속 동작한다. 하지만, 특별한 경우 즉, 급부하 조건에서만 실시되도록 구현될 수 있다. 특별한 경우에, 엔진 제어부(ECU: Engine Control Unit)와 유압펌프 제어 장치(EPOS: Electronic Power Optimizing System) 는 캔(CAN) 통신을 통해 펌프 토크 정보를 실시간으로 서로 주고 받을 수 있어야 한다. 이때, 제어주기가 빠르면 빠를수록 효과가 크므로, 캔 업데이트율(CAN Update Rate)도 클수록 좋다. 현재 건설기계에서 가장 빈번한 캔 업데이트율을 가진 신호들이 10ms마다 업데이트되므로 토크보상 엔진제어를 위한 유압펌프 토크 정보도 10ms마다 업데이트되는 것이 바람직하다. 하지만, 이를 위해서는 캔 정보가 너무 많아져 캔 부하율이 안정적인 동작을 보장하지 못하는 상태에 이를 수도 있다. 이러한 상황을 대비하기 위해 급부하 조건시에만 본 발명에 따른 유압펌프 제어 동작을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유압펌프 제어 시스템은 엔진(110), 엔진(110)의 엔진 제한 토크 정보와 엔진 현재 토크 정보를 이용하여 엔진(110)을 제어하는 엔진 제어부(120), 엔진(110)으로부터 공급되는 동력에 의해 작동되는 유압펌프(130) 및 유압펌프(130)의 펌프 토출 용적과 펌프 토출 압력을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 산출하는 유압펌프 제어 장치(140) 등을 포함한다.
엔진 제어부(120)는 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 제공한다. 엔진 제어부(120)는 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 캔 신호 형태로 다른 장치로 제공할 수 있다. 따라서, 유압펌프 제어 장치(140)는 캔 통신을 통해 엔진 제어부(120)로부터 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프(130)의 토크를 다음과 같이 산출할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 유압펌프 제어 장치(140)는 펌프 토출 용적 추정부(210) 및 펌프 토크 계산부(220) 등을 포함할 수 있다.
펌프 토출 용적 추정부(210)는 유압펌프(130)의 유량을 결정하는 레귤레이터를 제어하는 압력 모두를 입력 값으로 받는다. 즉, 펌프 토출 용적 추정부(210)는 네가콘 제어 방식의 유압펌프에서 레귤레이터의 제어압력으로 들어가는 펌프 토출 압력, 네가콘 압력 및 파워 쉬프트 제어용 압력을 입력 값으로 받는다. 펌프 토출 용적 추정부(210)는 입력받은 제어용 압력과 해당 유압펌프의 설계 및 성능 실험 자료에 기초하여 미리 설정된 테이블을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다. 이때, 펌프 토출 용적 추정부(210)는 사판각의 동적 지연 특성을 고려해 시간 지연 요소를 추가하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다.
다음으로, 펌프 토크 계산부(220)는 측정된 펌프 토출 압력과 펌프 토출 용적 추정부(210)에 의해 추정된 펌프 토출 용적을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산한다.
이때, 펌프 토크 계산부(220)가 펌프 토출 압력과 펌프 토출 용적을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산하는 방법은 두 가지로 구분될 수 있다.
첫 번째로는, 펌프 토크 계산부(220)는 하기 수학식 1과 같이 펌프 토출 압력(Pd), 펌프 토출 용적(q) 및 펌프 효율(η)을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산할 수 있다.
Figure pct00001
여기서, TQ는 펌프 토크, Pd는 펌프 토출 압력, q는 펌프 토출 용적, η는 펌프 효율을 나타낸다.
두 번째로, 펌프 토크 계산부(220)는 미리 저장된 테이블을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산할 수 있다. 여기서, 테이블은 유압펌프의 설계 및 시험 결과에 기초하는 펌프 토출 압력 및 펌프 토출 용적을 입력 값으로 하는 테이블일 수 있다.
펌프 토크 계산부(220)는 테이블에 존재하지 않는 입력 값에 대해서는 인접한 테이블의 값에 보간법(Interpolation)을 적용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산할 수 있다.
펌프 토출 용적 추정부(210)는 유압펌프가 네가콘 제어 방식의 유압펌프가 아닌 다른 제어 방식의 유압펌프인 경우, 유압펌프(130)의 사판(132)을 제어하는 레귤레이터의 제어압력을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다. 여기서, 레귤레이터는 가변 용량형 유압펌프의 사판을 제어하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 유압펌프(130)의 사판(132)을 제어하는 레귤레이터가 제1 레귤레이터 제어압력 및 제2 레귤레이터 제어압력에 의해 제어되는 경우, 펌프 토출 용적 추정부(210)는 제1 레귤레이터 제어압력 및 제2 레귤레이터 제어압력을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다. 이때, 레귤레이터가 제1 레귤레이터 제어압력, 제2 레귤레이터 제어압력, …, 제N 레귤레이터 제어압력에 의해 제어되는 경우, 펌프 토출 용적 추정부(210)는 제1 레귤레이터 제어압력, 제2 레귤레이터 제어압력, …, 제N 레귤레이터 제어압력을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수 있다. 즉, 레귤레이터의 제어 입력으로 전달되는 제1 레귤레이터 제어압력 및 제2 레귤레이터 제어압력 등이 펌프 토출 용적 추정부(210)에 입력될 수 있다. 펌프 토출 용적 추정부(210)에 의해 추정된 펌프 토출 용적은 도 2와 마찬가지로 펌프 토크 계산부(220)에 전달되어 유압펌프(130)의 토크가 계산될 수 있다.
또한, 펌프 토출 용적 추정부(210)는 유압펌프(130)의 사판(132)에 설치된 사판각 센서에 의해 측정된 값을 이용하여 펌프 토출 용적을 추정할 수도 있다.
유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프(130)의 토크와 엔진 제어부(120)로부터 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프(130)의 사판각 또는 제한사판각을 제어할 수 있다.
또한, 엔진 제한 토크 정보에 따른 유압펌프의 제한사판각은 엔진제조사, 펌프제조사 또는 건설기계 제조사에 의해 미리 정해질 수 있다. 여기서, 엔진 제한 토크 정보에 대응되는 유압펌프의 제한사판각은 테이블 형태로 미리 만들어질 수 있다. 이에, 테이블은 엔진과 유압펌프의 설계 및 시험 결과에 기초하여 테이블 값 형태로 유압펌프 제어 장치(140)에 내장될 수 있다. 따라서, 유압펌프 제어장치(140)는 테이블에 저장된 유압펌프의 제한사판각에 따라 유압펌프(130)의 사판(132)을 제어할 수 있다. 여기서, 제한사판각은 엔진 제한 토크 정보에 따라 제어되는 사판각의 임계치를 의미한다. 엔진 제한 토크 값에 각각 1:1매치되는 제한사판각의 최대 제어 수치를 테이블화 하거나 또는 엔진 제한 토크 값과 제한사판각의 최대 제어 수치를 함수화 할 수 있다.
또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 토크를 제한함으로써, 유압펌프(130)의 출력을 제어할 수 있다. 예를 들면, 유압펌프 제어 장치(140)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 토크의 상승 기울기를 제한함으로써, 유압펌프(130)의 출력을 제어할 수 있다. 이에 따라, 유압펌프 제어 장치(140)는 동일한 기준 즉, 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유량제어형 펌프와 압력제어형 펌프를 모두 제어할 수 있다.
또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보와 유압펌프(130)의 토크의 차이값이 특정값 이상일 경우 유압펌프(130)의 제한사판각을 추가로 하향 보정할 수 있다. 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보와 유압펌프(130)의 토크의 차이값이 특정값 이상일 경우 유압펌프(130)의 제한사판각을 미리 정해진 값보다 크게 하여 유압펌프(130)의 토크를 크게 함으로써, 엔진(110)의 가용출력을 극대화할 수 있다.
또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보에 기반하여 유압펌프(130)의 토크를 상시 제어함으로써, 엔진 현재 토크 정보가 엔진 제한 토크 정보를 초과하지 않도록 유지할 수 있다.
또한, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보를 기준으로 유압펌프(130)의 토크의 상승 기울기를 제한할 수도 있다. 즉, 유압펌프 제어 장치(140)는 엔진 제한 토크 정보를 기반으로 유압펌프(130)의 토크의 상승 기울기의 제한값(Torque Rate Limit)을 제어변수로 사용하여 엔진 현재 토크 정보가 엔진 제한 토크 정보를 넘지 않도록 유지할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 유압펌프 제어 장치(140)는 급부하 판단부(410), 엔진 토크 정보 수신부(420), 유압펌프 제한 출력 계산부(430), 유압펌프 유량 제어 판단부(440) 및 유압펌프 유량 제한 제어부(450) 등을 포함한다.
급부하 판단부(410)는 펌프 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단한다. 자세하게는, 급부하 판단부(410)는 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상인지 여부를 판단하고, 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간(△T1) 이상인지 여부를 판단하여 유압펌프(130)의 급부하 발생 여부를 판단한다. 즉, 급부하 판단부(410)는 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상이고, 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간(△T1) 이상인 경우, 유압펌프(130)에 급부하가 발생한 것으로 판단한다. 급부하 판단부(410)의 입력단에는 로우 패스 필터가 적용되어 오동작을 막을 수 있다.
엔진 토크 정보 수신부(420)는 급부하 판단부(410)의 판단 결과에 따라 유압펌프(130)에 급부하가 발생한 경우, 엔진 제어부(120)로부터 캔(CAN) 프로토콜을 이용하여 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신한다. 여기서, 엔진 제한 토크 정보는 배기가스 규제에 따라 제한되는 연료량이나 제한되는 연료량으로 인해서 결정되는 엔진 토크 정보와 엔진의 내구성이나 성능 보호를 위해서 제한되는 토크 및 연료량의 제한값을 포함하고, 현재 발생 토크 정보는 엔진의 목표 토크 값과 현재 예측되는 엔진의 발생 토크 값을 포함한다.
유압펌프 제한 출력 계산부(430)는 엔진 토크 정보 수신부(420)를 통해 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프(130)에 공급되는 유압펌프 제한 출력을 계산한다. 자세하게는, 유압펌프 제한 출력 계산부(430)는 엔진 제한 토크 정보 및 유압펌프 유량 제한 제어부(450)의 펌프 모델을 이용하여 엔진 토크에 대응되는 펌프 제한 유량을 계산하고, 계산된 펌프 제한 유량과 현재 펌프 토출 압력을 기준으로 제한되어야 할 유압펌프 제한 출력을 계산한다. 여기서, 펌프 제한 유량은 유압펌프 유량 제한 제어부(450)에 의해 제한되어야 하는 유량이다.
유압펌프 유량 제어 판단부(440)는 유압펌프 제한 출력 계산부(430)에서 계산된 유압펌프 제한 출력과 펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유량을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력을 비교하여 유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 크고, 엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치(△TQ) 이하인 경우, 유량 제어 기능이 활성화된 것으로 판단한다.
또한, 유압펌프 유량 제어 판단부(440)는 유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 작은 경우, 유량 제어 기능이 비활성화된 것으로 판단한다.
유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 유량 제어 판단부(440)의 판단 결과에 따라 유량 제어 기능이 활성화된 경우, 파워 쉬프트 제어 압력(Pf 압력)을 이용하여 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 출력을 제어한다.
이때, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 토크를 제한함으로써, 유압펌프(130)의 출력을 제어할 수 있다.
또한, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 토크의 상승 기울기를 제한함으로써, 유압펌프(130)의 출력을 제어할 수 있다. 이에 따라, 유량제어형 펌프와 압력제어형 펌프를 모두 동일한 기준 즉, 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 제어할 수 있다.
추가로, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 일정한 가중치를 부여하여 다양한 환경 및 기종에 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)의 파워 쉬프트 제어에 의해 출력이 제한되면, 사판은 유량을 감소시키는 방향으로 작동하고, 엔진의 부담을 줄여 과도한 연료 분사를 줄일 수 있으며, 유압펌프의 부하가 감소되어 엔진 회전 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 유압펌프 유량 제어 판단부(440)의 판단 결과에 따라 유량 제어 기능이 비활성화된 경우, 기설정된 값에 따라 유압펌프(130)의 출력을 제어한다.
추가로, 유압펌프 유량 제한 제어부(450)는 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치(△N) 이하인 경우, 유압펌프(130)의 출력 제어를 종료한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율(△P/△T) 이상인지 여부를 판단한다(S510).
펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상인 경우, 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간(△T1) 이상인지 여부를 판단한다(S520).
펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간 이상인 경우, 유압펌프(130)에 급부하가 발생한 것으로 판단하여 엔진 제어부(120)로부터 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신한다(S530).
수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프(130)에 공급되는 유압펌프 제한 출력을 계산한다(S540). 자세하게는, 엔진 제한 토크 정보 및 유압펌프 유량 제한 제어부(450)의 펌프 모델을 이용하여 엔진 토크에 대응되는 펌프 제한 유량을 계산하고, 계산된 펌프 제한 유량과 현재 펌프 토출 압력을 기준으로 제한되어야 할 유압펌프 제한 출력을 계산한다.
이어서, 펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유량을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단한다(S550).
유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 큰 경우, 엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치(△TQ) 이하인지 여부를 판단한다(S560).
엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 유량 제어 기능이 활성화된 것으로 판단하여 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 출력을 제어한다(S570).
유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 작거나, 엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치를 초과하는 경우, 유량 제어 기능이 비활성화된 것으로 판단하여 기설정된 값에 따라 유압펌프(130)의 출력을 제어한다(S552).
추가로, 목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치(△N) 이하인지 여부를 판단한다(S580).
목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 유량 제어 기능의 활성화 여부에 상관없이 유압펌프(130)의 출력 제어를 중지한다(S590).
목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치를 초과하는 경우, 단계 S530으로 돌아가서 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신한 후, 이후 절차를 순차적으로 진행한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 엔진 제어부(120)로부터 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신한다(S610).
유압펌프의 토크를 산출한다(S620). 이때, 전술한 바와 같이, 펌프 토출 압력(Pd), 펌프 토출 용적(q) 및 펌프 효율(η)을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산하거나, 미리 저장된 테이블 즉, 유압펌프의 설계 및 시험 결과에 기초하는 펌프 토출 압력 및 펌프 토출 용적을 입력 값으로 하는 테이블을 이용하여 유압펌프(130)의 토크를 계산할 수 있다.
이어서, 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프(130)에 공급되는 유압펌프 제한 출력을 계산한다(S630). 자세하게는, 엔진 제한 토크 정보 및 유압펌프 유량 제한 제어부(450)의 펌프 모델을 이용하여 엔진 토크에 대응되는 펌프 제한 유량을 계산하고, 계산된 펌프 제한 유량과 현재 펌프 토출 압력을 기준으로 제한되어야 할 유압펌프 제한 출력을 계산한다.
이어서, 펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유량을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단한다(S640).
유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 큰 경우, 엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치(△TQ) 이하인지 여부를 판단한다(S650).
엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 유량 제어 기능이 활성화된 것으로 판단하여 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프(130)의 출력을 제어한다(S660).
유압펌프 현재 출력이 유압펌프 제한 출력보다 작거나, 엔진 현재 토크 정보와 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치를 초과하는 경우, 유량 제어 기능이 비활성화된 것으로 판단하여 기설정된 값에 따라 유압펌프(130)의 출력을 제어한다(S642).
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, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러 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.
본 발명에 따른 건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템에 의하면, 유압펌프 현재 출력과 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 유압펌프의 출력을 제어하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법, 장치 및 시스템을 제공함으로써, 기존의 유압펌프 제어기에서 정해진 토크 상승률을 기준으로 펌프 토크를 제어함에 따라 발생하는 펌프 토크의 상승 지연을 방지할 수 있고, 엔진과 유압펌프 사이에 적절한 부하 매칭을 이룰 수 있다는 점에서 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용 가능성이 있는 발명이다.

Claims (23)

  1. 엔진;
    상기 엔진의 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 이용하여 상기 엔진을 제어하는 엔진 제어부;
    상기 엔진으로부터 공급되는 동력에 의해 작동되는 유압펌프;
    상기 유압펌프로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 적어도 하나의 액츄에이터; 및
    상기 유압펌프의 토크와 상기 엔진 제어부로부터 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 상기 유압펌프의 사판각을 제어하는 유압펌프 제어 장치;
    를 포함하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압펌프 제어 장치는 펌프 토출 용적과 펌프 토출 압력을 이용하여 상기 유압펌프의 토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유압펌프 제어 장치는 상기 유압펌프의 토크와 상기 엔진 제어부로부터 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 상기 유압펌프의 제한사판각을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유압펌프 제어 장치는 상기 엔진 제한 토크 정보와 상기 유압펌프의 토크의 차이값을 근거로, 상기 차이값에 따라 상기 유압펌프의 제한사판각을 추가로 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유압펌프 제어 장치는 상기 엔진 제한 토크 정보와 상기 유압펌프의 토크의 차이값이 특정값 이상일 경우 상기 유압펌프의 제한사판각을 추가로 하향 보정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 유압펌프 제어 장치는 펌프 토출 압력, 네가콘 압력 및 파워 쉬프트 제어용 압력을 이용하여 상기 펌프 토출 용적을 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 유압펌프 제어 장치는 다수의 레귤레이터 제어압력 또는 사판각 센서에 의해 측정된 값을 이용하여 상기 펌프 토출 용적을 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유압펌프 제어 장치는 상기 엔진 제한 토크 정보를 기준으로 상기 유압펌프의 토크의 상승 기울기를 제한하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 유압펌프 제어 장치는 상기 펌프 토출 용적과 상기 펌프 토출 압력을 이용하여 계산된 유압펌프의 토크를 이용하여 상기 엔진 현재 토크 정보가 상기 엔진 제한 토크 정보를 초과하지 않도록 상기 사판을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 시스템.
  10. 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 단계;
    유압펌프의 토크를 산출하는 단계; 및
    상기 수신한 엔진 제한 토크 정보 및 상기 유압펌프의 토크를 이용하여 상기 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 단계;
    를 포함하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 큰 경우, 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 유압펌프 제한 출력을 계산하는 단계는,
    상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 펌프 모델을 이용하여 엔진 토크에 대응되는 펌프 제한 유량을 계산하는 단계; 및
    계산된 펌프 제한 유량과 현재의 펌프 토출 압력을 이용하여 상기 유압펌프 제한 출력을 계산하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력보다 작은 경우, 기설정된 값에 따라 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  15. 제10항 또는 제14항에 있어서,
    목표 엔진 회전수와 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 목표 엔진 회전수와 상기 실제 엔진 회전수의 차이값이 기설정된 기준치 이하인 경우, 상기 유압펌프의 출력 제어를 중지하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 펌프 토출 압력의 증가율이 기설정된 증가율 이상인 경우, 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간 이상인지 여부를 판단하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 펌프 토출 압력의 증가율의 지속시간이 기설정된 지속시간 이상인 경우, 유압펌프에 급부하가 발생한 것으로 판단하여 상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치를 초과하는 경우, 기설정된 값에 따라 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 단계에서,
    상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 토크를 제한하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 단계에서,
    상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 토크의 상승 기울기를 제한하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 방법.
  20. 엔진 제한 토크 정보 및 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 엔진 토크 정보 수신부;
    상기 엔진 토크 정보 수신부를 통해 수신한 엔진 제한 토크 정보를 이용하여 유압펌프에 명령될 유압펌프 제한 출력을 계산하는 유압펌프 제한 출력 계산부; 및
    펌프 토출 압력 및 펌프 모델을 이용하여 계산된 유압펌프 현재 출력이 상기 유압펌프 제한 출력 계산부에서 계산된 유압펌프 제한 출력보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 엔진 현재 토크 정보와 상기 엔진 제한 토크 정보의 차이값이 기설정된 기준치 이하인지 여부를 판단하여 유량 제한 제어 기능의 활성화 여부를 판단하는 유압펌프 유량 제어 판단부; 및
    상기 유압펌프 유량 제어 판단부의 판단 결과에 따라 유량 제한 제어 기능이 활성화되어 있는 경우, 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 비례하여 상기 유압펌프의 출력을 제어하는 유압펌프 유량 제한 제어부;
    를 포함하는 건설기계의 유압펌프 제어 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 유압펌프 제한 출력 계산부는 상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 펌프 모델을 이용하여 엔진 토크에 대응되는 펌프 제한 유량을 계산하고, 계산된 펌프 제한 유량과 현재의 펌프 토출 압력을 이용하여 상기 유압펌프 제한 출력을 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 유압펌프 유량 제한 제어부는 상기 유압펌프 현재 출력과 상기 유압펌프 제한 출력의 차이값에 일정한 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    펌프 토출 압력의 증가율을 이용하여 급부하 발생 여부를 판단하는 급부하 판단부;
    를 더 포함하고,
    상기 엔진 토크 정보 수신부는 상기 급부하 판단부의 판단 결과에 따라 상기 유압펌프에 급부하가 발생한 경우, 상기 엔진 제한 토크 정보 및 상기 엔진 현재 토크 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압펌프 제어 장치.
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