KR20160101942A - 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법 - Google Patents

건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법은, 작동별로 가중치가 부여되고, 엔진에서 제공할 수 있는 [사용 가능한 가용 토크] 값을 작동별 토크 가중치를 통해 예비적으로 배분하며, 요구 토크에 대비하여 예비 배분 토크 값을 비교하여 여분토크와 부족토크를 계산한다. 여분 토크는 부족 토크로 판단되는 작동에 제공한다.
이로써 본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법은 사용 가능한 가용 토크를 충분히 활용하면서 작업자가 원하는 작동 성능을 낼 수 있도록 하는 것이다.

Description

건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법{Hydraulic system for Excavator and control method thereof}
본 발명은 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액추에이터가 펌프에 의해 직접 제어되는 펌프직접제어방식의 굴삭기 유압시스템에 있어서, 작동별로 가중치를 반영하여 복수의 펌프의 토크를 배분하여 제어할 수 있도록 하는 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계의 유압시스템은 동력을 발생시키는 엔진과, 엔진의 동력을 전달받아 구동되어 작동유를 토출하는 메인 유압펌프와, 작업을 수행하는 복수의 액추에이터와, 소망하는 작업기의 액추에이터를 작동시키도록 조작되는 조작부와, 조작부의 조작에 의해 요구되는 작동유를 해당 액추에이터로 분배하는 메인컨트롤 밸브를 포함하여 구성된다.
조작부는 작업자가 조작하는 조작 변위에 따라 요구 지령이 형성되고, 요구 지령에 의해 유압펌프에서 토출되는 작동유의 유량이 제어된다. 조작부는 예를 들면 조이스틱, 페달 등이 있다.
또한, 메인 유압펌프에서 작동유를 토출시키려면 펌프에 회전 토크를 가변시켜야 한다. 이러한 토크는 펌프 토크라 한다. 펌프 토크(T)는 펌프 용적과 작동유에 형성된 압력(P)의 곱으로 계산된다. 상술한 펌프용적은 펌프의 축의 1회전당 토출되는 작동유의 유량이다.
상술한 바와 같은 종래에 알려진 유압시스템은 유압펌프가 1개 또는 2개의 메인펌프에서 토출되는 작동유를 메인컨트롤 밸브의 제어에 의해 각 액추에이터에 분배하는 것이다. 즉, 메인 컨트롤 밸브에서 토출된 작동유의 압력은 메인컨트롤 밸브와 각종 밸브를 경유하는 과정에서 압력손실이 발생할 수밖에 없어 에너지 효율이 낮은 문제점이 있다.
한편, 하기 특허문헌의 도면1에는 유압시스템이 기재되어 있다. 좀 더 상세하게는 특허문헌에 기재된 유압시스템은 복수의 액추에이터와 복수의 펌프가 구비된다. 또한, 각 액추에이터는 각 펌프가 전용으로 배정되어 있다. 또한, 각 액추에이터의 유압라인 상에는 각 제어밸브가 구비되어 있다. 각 제어밸브는 해당 액추에이터에 제공되는 작동유의 유량과 작동유의흐름 방향이 결정되도록 제어된다.
그러나 상술한 특허문헌에 기재된 유압시스템은 해당 액추에이터를 작동시키도록 함에 있어서, 제어밸브를 조절함에 따라 작동유의 압력손실이 발생한다. 이러한 압력손실은 굴삭기의 연비에 좋지 않는 영향을 끼친다.
또한, 복수의 액추에이터 중에 어느 특정한 액추에이터는 굴삭기의 작동별 상태에 따라 유휴상태일 수 있는데, 유휴 상태임에도 해당 펌프는 계속 구동됨으로써 에너지를 낭비하는 문제점이 있다.
일본공개특허공보 P2002-242904A(2002.08.28.)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 굴삭기 유압시스템에 있어서, 액추에이터가 펌프에 의해 직접 제어되도록 하여 압력손실을 줄일 수 있고 연비를 향상시킬 수 있도록 하는 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 굴삭기 유압시스템에 있어서, 복수의 액추에이터 중에 유휴 액추에이터가 존재하는 경우에, 유휴 액추에이터에 제공되는 토크를 다른 액추에이터로 배분할 수 있도록 하여 에너지를 효율적으로 이용하고, 이로써 연비를 향상시킬 수 있도록 하는 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 동력이 출력되어 토크가 구현되는 엔진; 상기 엔진에 의해 구동되어 작동유가 토출되는 복수의 펌프; 상기 복수의 펌프 중에 하나 또는 둘 이상에 연결되는 복수의 액추에이터; 상기 복수의 펌프와 상기 복수의 액추에이터가 연결되는 각 유압라인 상에 각각 설치되고 개폐 작동되는 제어밸브; 상기 엔진으로부터 상기 복수의 펌프에 전달되는 동력을 분배하는 동력 분배 유닛; 및 상기 각 액추에이터의 작동별 가중치에 따라 차등하여 토크 배분 비율이 결정되고, 상기 토크 배분 비율에 따라 상기 각 펌프의 사판 각도를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 제어부에서 둘 이상의 작동이 이루어질 경우에, 높은 가중치 작동이 많은 작동에 상대적으로 높은 토크비율이 배분되도록 하여 예비 배분 토크 비율이 설정되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 제어부에서 가중치가 적용된 각 작동별 예비 토크와 작동별 요구 토크를 차감하여 각 작동별의 여분 토크와 부족 토크를 계산하고, 각 작동별의 여분 토크를 합산하여 여분 토크 총합을 계산하며, 각 작동별의 부족 토크를 합산하여 부족 토크 총합을 계산하고, 각 작동별 부족 토크에서 부족 토크 총합을 나누어 작동별 부족 토크 비율을 계산하며, 작동별 부족 토크 비율에 여분 토크 총합을 곱하여 작동별 보충 토크를 계산하고, 여분 토크가 있는 경우에는 작동별 요구 토크로 및 부족 토크가 있는 경우에는 예비 토크에 보충 토크를 합산한 값을 보정 토크로 설정하여 상기 보정 토크에 따라 상기 각 펌프의 사판 각도를 제어하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 각 액추에이터의 작동이, 붐 상승은 제1작동, 붐 하강은 제2작동, 암 크라우드는 제3작동, 암 덤프는 제4작동, 버킷 크라우드는 제5작동, 버킷 덤프는 제6작동으로 구분하고, 상기 작동별 가중치는, 상기 각 작동 별로 토크 배분에 가중치를 부여하여 부하가 큰 작동인 경우에 더 많은 토크가 배분되도록 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 각 액추에이터의 작동에, 주행은 제7작동, 추가 장치 작동은 제8작동, 상부체 스윙은 제9작동을 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 복수의 펌프가 양방향으로 작동유가 토출 되는 유압모터 또는 유압펌프인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 제어부에 예비토크 배분 계산부를 포함하고, 상기 예비토크 분배 계산부는, 각 작동 별 가중치에서 상기 각 작동별 가중치의 총합을 나누어 예비 배분비율을 계산하고, 상기 예비 배분 비율과 가용 토크를 곱셈하여 작동별 예비 토크 배분 비율을 계산하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 제어부에 요구 토크 계산부와 가용 토크 계산부를 포함하고, 상기 요구 토크 계산부는, 각 펌프로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값으로 요구 토크 값을 계산하고, 상기 가용 토크 계산부는, 실제 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상기 요구 토크 값을 차감하여 가용 토크 값을 계산하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 제어부에 요구 토크 계산부와 가용 토크 계산부를 포함하고, 상기 요구 토크 계산부는, 각 펌프로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값으로 요구 토크 값을 계산하고, 상기 가용 토크 계산부는, 목표 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상기 요구 토크 값을 차감하여 계산하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템은, 상기 제어부에 보정 토크 배분 계산부를 포함하고, 상기 보정 토크 배분 계산부는, 각 작동별 예비 토크와 각 작동별 요구 토크를 차감하여 각 작동별의 여분 토크와 부족 토크를 계산하고, 상기 각 작동별의 여분 토크를 합산하여 여분 토크 총합을 계산하며, 상기 각 작동별의 부족 토크를 합산하여 부족 토크 총합을 계산하고, 각 작동별 부족 토크에서 상기 부족 토크 총합을 나누어 작동별 부족 토크 비율을 계산하고, 상기 작동별 부족 토크 비율에 상기 여분 토크 총합을 곱하여 작동별 보충 토크를 계산하며, 어느 특정한 펌프가 여분 토크 작동인 경우에는 작동별 요구 토크가 구현되고, 다른 특정한 펌프가 부족 토크 작동인 경우에는 상기 예비 배분 토크와 상기 작동별 보충 토크를 합산 보정하여 작동별 최종 토크 배분이 이루어지는 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법은, 엔진으로부터 동력을 공급 받아 구동되고, 복수의 액추에이터에 각각 단독으로 또는 복수로 연결되는 복수의 펌프를 구비하고, 상기 복수의 펌프의 토크를 각각 독립적으로 조절하도록 상기 복수의 펌프의 사판 각도를 제어하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법에 있어서, 상기 각 액추에이터의 작동별 가중치에 따라 차등하여 토크 배분 비율을 결정하고; 상기 토크 배분 비율에 따라 상기 각 펌프의 펌프 토크가 가변 되도록 제어하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에서, 상기 각 액추에이터의 작동이, 붐 상승은 제1작동, 붐 하강은 제2작동, 암 크라우드는 제3작동, 암 덤프는 제4작동, 버킷 크라우드는 제5작동, 버킷 덤프는 제6작동으로 구분하고, 상기 작동별 가중치는, 상기 각 작동별로 토크 배분에 가중치를 부여하여 부하가 큰 작동인 경우에 더 많은 토크가 배분되도록 하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에서, 상기 각 액추에이터의 작동에, 주행은 제7작동, 추가 장치 작동은 제8작동, 상부체 스윙은 제9작동을 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에 예비토크 배분 계산 단계를 더 포함하고, 상기 예비토크 배분 계산단계는, 각 작동별 가중치에서 상기 가중치의 총합을 나누어 예비 배분비율을 계산하고, 상기 예비 배분 비율과 가용 토크를 곱셈하여 작동별 예비 토크 배분 비율을 계산하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에 요구 토크 계산단계와 가용 토크 계산단계를 더 포함하고, 상기 요구 토크 계산단계는, 각 펌프로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값으로 요구 토크 값을 계산하고, 상기 가용 토크 계산단계는, 실제 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상기 요구 토크 값을 차감하여 가용 토크 값을 계산하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에 요구 토크 계산단계와 가용 토크 계산단계를 더 포함하며, 상기 요구 토크 계산단계는, 각 펌프로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값으로 요구 토크 값을 계산하고, 상기 가용 토크 계산단계는, 목표 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상기 요구 토크 값을 차감하여 가용 토크 값을 계산하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에 보정 토크 배분 계산단계를 더 포함하며, 상기 보정 토크 배분 계산단계는, 각 작동별 예비 토크와 작동별 요구 토크를 차감하여 각 작동별의 여분 토크와 부족 토크를 계산하고, 각 작동별의 여분 토크를 합산하여 여분 토크 총합을 계산하며, 각 작동별의 부족 토크를 합산하여 부족 토크 총합을 계산하며, 각 작동별 부족 토크에서 상기 부족 토크 총합을 나누어 작동별 부족 토크 비율을 계산하고, 상기 작동별 부족 토크 비율에 상기 여분 토크 총합을 곱하여 작동별 보충 토크를 계산하며, 각 펌프에서 여분 토크 작동인 경우에는 작동별 요구 토크가 구현되고, 각 펌프에서 부족 토크 작동인 경우에는 상기 예비 배분 토크와 상기 작동별 보충 토크를 합산 보정하여 작동별 최종 토크 배분이 이루어지는 것일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법은 액추에이터가 펌프에 의해 직접 제어됨으로써 압력손실을 줄일 수 있고, 이로써 연비를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법은 각 작동별로 요구 토크와 엔진으로부터 출력되는 가용 토크와 각 펌프에서 구현되는 각 펌프 토크를 고려하여 토크에 여유가 있는 펌프는 펌프 토크가 감소되게 제어되고, 펌프 토크가 부족한 펌프는 펌프 토크가 증가되도록 제어됨으로써, 엔진에서 출력되는 엔진 토크를 낭비 없이 적극적으로 활용할 수 있다. 이로써 낭비되는 토크를 방지함으로써 연비 향상의 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 비교예에 따른 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 기재된 비교예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 토크 배분 비율을 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에서 예비 토크배분을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에서 최종 토크배분을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
[부호의 설명]
11 ~ 13: 제1 ~ 제3 펌프
21 ~ 23: 제1 ~ 제3 액추에이터
41 ~ 45: 제1 ~ 제5 제어밸브
111 ~ 115: 제1 ~ 제5 펌프
121 ~ 127: 제1 ~ 제7 액추에이터
141 ~ 152: 제1 ~ 제12 제어밸브
200: 제어부
210: 예비 토크 배분 계산부
220: 요구 토크 계산부
230: 가용 토크 계산부
240: 보정 토크 배분 계산부
301, 401: 엔진
302, 402: 동력 분배 유닛
LP-1, LP-2: 작동유 차징 유압회로
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
<비교예>
본 출원서에 기재된 비교예는 본 발명의 특징을 설명하기 위하여 제시된 것일 뿐이고, 공지된 기술이 아님을 밝힌다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 비교예에 따른 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 1은 비교예에 따른 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1에 기재된 비교예에 따른 건설기계의 유압시스템에서 토크 배분 비율을 설명하기 위한 도면이다.
비교예에 따른 유압시스템은 엔진(301)으로부터 출력된 동력이 동력분배 유닛(302)에 의해 각 펌프(11 ~ 13)에 제공되고, 각 펌프(11 ~ 13)는 작동유를 토출하며, 각 펌프에는 각 액추에이터(21 ~ 23)이 연결된다.
좀 더 상세하게는 각 펌프(11 ~ 13)는 작동유가 양방향으로 토출되고, 사판 각도가 가변되며, 모터 작용을 겸하는 형식이다. 또한, 각 펌프(11 ~ 13)와 각 액추에이터(21 ~ 23)는 폐회로를 구성한다.
제1 펌프(11)의 양단과 제1 액추에이터(21)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결되고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제1 제어밸브(41)가 구비된다. 또한, 제1 펌프(11)의 양단과 제2 액추에이터(22)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제4 제어밸브(44)가 구비된다.
마찬가지로, 제2 펌프(12)의 양단과 제1 액추에이터(21)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결되고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제2 제어밸브(42)가 구비된다. 또한, 제2 펌프(12)의 양단과 제2 액추에이터(22)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제3 제어밸브(43)가 구비된다.
다른 한편으로, 제3 펌프(13)의 양단과 제3 액추에이터(23)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결되고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제5 제어밸브(45)가 구비된다.
상술한 제1 액추에이터(21)는 암을 작동시키도록 하는 암 실린더일 수 있고, 제2 액추에이터(22)는 붐을 작동시키도록 하는 붐 실린더 일 수 있으며, 제3 액추에이터는 버킷을 작동시키도록 하는 버킷 실린더일 수 있다.
즉, 제1 액추에이터(21)는 제1 펌프(11) 또는 제2 펌프(12)로부터 작동유를 제공받을 수 있다. 마찬가지로, 제2 액추에이터(22)는 제1 펌프(11) 또는 제2 펌프(12)로부터 작동유를 제공받을 수 있다.
다른 한편으로, 각 펌프(11 ~ 13)의 고압 유압라인은 작동유 차징 유압회로(LP-1)와 연결된다. 작동유 차징 유압회로는 차징펌프와 어큐뮬레이터와 차징 릴리프 밸브를 포함하여 구성된다.
차징 펌프는 엔진 동력에 의해 작동유를 토출하고, 토출된 작동유를 어큐뮬레이터에 제공한다. 어큐뮬레이터는 작동유를 저장하는 것으로, 작동유에 작용되고 압력 에너지가 저장되는 것이다. 차징 릴리프 밸브는 차징되는 작동유의 압력이 설정된 압력보다 높은 압력이 형성될 때에 개방되어 작동유 차징 유압회로의 내에 설정된 압력을 유지하도록 하는 것이다.
한편, 굴삭기를 운전할 때에 조이스틱 또는 페달이 작동되면 해당 액추에이터가 작동 될 때에 필요한 요구 토크가 생성된다. 비교예에 따른 요구 토크의 비율은 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같다. 그리고 요구 토크 비율이 반영되어 실질적으로 토크가 배분되는 비율은 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같다. 즉, 요구 토크 비율와 실제로 토크 배분 비율이 동일하다.
예를 들면, 비교예에 따른 유압시스템은 각 펌프마다 토크의 배분 비율이 정해진다. 이로써 총 가용 토크에서 비율에 따라 각 펌프에서 구현할 수 있는 펌프 토크는 결정된다. 예컨대, 제1펌프(11)는 125Nm로, 제2펌프(12)는 166.7Nm로, 제3펌프(13)는 208.3Nm로 정해질 수 있다. 한편, 제1 펌프(11)는 125Nm가 구현되도록 분배 되었는데, 실제로는 이보다 큰 토크가 요구되거나 훨씬 낮은 토크가 구현될 수 있다.
이에 부연 설명하면, 굴삭기를 운전할 때에는 어느 특정한 작동이 요구될 때가 있다. 예를 들면 붐 상승, 암 크라우드 등의 작동을 수행할 때에 상대적으로 더 큰 토크가 요구된다. 반면에, 붐 하강, 상부체 스윙 등의 작동을 수행할 때에는 상대적으로 낮은 토크가 요구된다. 즉, 굴삭기가 어떤 작동을 수행하느냐에 따라 해당 펌프에 작용되는 펌프 토크는 가변되는 것이다.
그러나 엔진에서 출력되는 가용 토크는 한정되어 있고, 그 가용 토크를 각 펌프(11 ~ 13)에 분배되는데, 어떤 펌프는 펌프토크에 여유가 있을 수 있고, 다른 어떤 펌프는 과부하 작용되어 펌프토크의 작동이 불안정할 수 있다.
비교예에 따른 건설기계 유압시스템에서 토크 배분방법은 요구토크가 큰 작동은 무조건 실제 토크가 많이 할당되는 배분 방법이다.
이로써 특정 상황에서 특정작동은 해당 요구토크를 100% 사용하는 것이 필요함에도 비교예에 따른 유압시스템의 제어방법은 요구토크의 총합보다 엔진토크가 더 적은 경우에, 요구토크 비율만큼만 가져가기 때문에 실제 토크 값이 줄어들 수밖에 없는 문제점이 있다.
예를 들면, 굴삭 작업 중에 암과 버킷을 동시에 작동시킬 때에 정상작동을 위해서는 암의 요구토크가 모두 공급되어야 함에도 적게 공급 받아 암이 정상적으로 작동하지 않을 수 있다.
따라서 종래에 알려진 메인 컨트롤 밸브에 의해 제어되는 유압시스템에 비교하여 상대적으로 연비 면에서는 개선될 수 있지만, 여전히 토크의 배분이 합리적으로 이루어지지 못하는 문제점이 존재한다.
<제1실시예>
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템을 설명한다. 첨부도면 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템을 설명하기 위한 도면이다.
실시예에 따른 유압시스템은 엔진(401)으로부터 출력된 동력이 동력분배 유닛(402)에 의해 각 펌프(111 ~ 113)에 제공되고, 각 펌프(111 ~ 113)는 작동유를 토출하며, 각 펌프에는 각 액추에이터(121 ~ 123)이 연결된다.
좀 더 상세하게는 각 펌프(111 ~ 113)는 작동유가 양방향으로 토출되고, 사판 각도가 가변되며, 모터 작용을 겸하는 형식이다. 또한, 각 펌프(111 ~ 113)와 각 액추에이터(121 ~ 123)는 폐회로를 구성한다.
제1 펌프(111)의 양단과 제1 액추에이터(121)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결되고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제1 제어밸브(141)가 구비된다. 또한, 제1 펌프(111)의 양단과 제2 액추에이터(122)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제4 제어밸브(144)가 구비된다.
마찬가지로, 제2 펌프(112)의 양단과 제1 액추에이터(121)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결되고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제2 제어밸브(142)가 구비된다. 또한, 제2 펌프(112)의 양단과 제2 액추에이터(122)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제3 제어밸브(143)가 구비된다.
다른 한편으로, 제3 펌프(113)의 양단과 제3 액추에이터(123)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결되고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제5 제어밸브(145)가 구비된다.
상술한 제1 액추에이터(121)는 암을 작동시키도록 하는 암 실린더일 수 있고, 제2 액추에이터(122)는 붐을 작동시키도록 하는 붐 실린더 일 수 있으며, 제3 액추에이터(123)는 버킷을 작동시키도록 하는 버킷 실린더일 수 있다.
즉, 제1 액추에이터(121)는 제1 펌프(111) 또는 제2 펌프(112)로부터 작동유를 제공받을 수 있다. 마찬가지로, 제2 액추에이터(122)는 제1 펌프(111) 또는 제2 펌프(112)로부터 작동유를 제공받을 수 있다.
<제2실시예>
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압시스템은 제4, 5 펌프(114, 115)가 포함될 수 있고, 제4, 5, 6, 7 액추에이터(124, 125, 126, 127)이 더 포함될 수 있다.
제2 펌프(112)의 양단과 제4 액추에이터(124)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결되고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제6 제어밸브(146)가 구비된다.
또한, 제3 펌프(113)의 양단과 제4 액추에이터(124)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제7 제어밸브(147)가 구비된다.
또한, 제3 펌프(113)의 양단과 제5 액추에이터(125)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제8 제어밸브(148)가 구비된다.
또한, 제4 펌프(114)의 양단과 제5 액추에이터(125)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제9 제어밸브(149)가 구비된다.
또한, 제4 펌프(114)의 양단과 제7 액추에이터(127)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제11 제어밸브(151)가 구비된다.
또한, 제5 펌프(115)의 양단과 제6 액추에이터(126)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제10 제어밸브(150)가 구비된다.
또한, 제5 펌프(115)의 양단과 제7 액추에이터(127)의 양측 포트가 각각 유압라인으로 연결될 수 있고, 각 유압라인 상에는 단순히 개폐만 제어되는 제12 제어밸브(152)가 구비된다.
상술한 제4 액추에이터(124)는 상부체 스윙을 작동시키도록 하는 스윙 모터일 수 있고, 제5 액추에이터(125)는 좌측 주행을 담당하는 좌-주행모터일 수 있으며, 제6 액추에이터(126)는 우측 주행을 담당하는 우-주행모터일 수 있고, 제7 액추에이터(127)는 추가 옵션 장치를 작동시키도록 하는 추가 장치일 수 있다.
즉, 제4 액추에이터(124)는 제2 펌프(112) 또는 제3 펌프(113)로부터 작동유를 제공받을 수 있다. 마찬가지로, 제5 액추에이터(125)는 제3 펌프(113) 또는 제4 펌프(114)로부터 작동유를 제공받을 수 있다. 제6 액추에이터(126)는 제5 펌프(115)로부터 작동유를 제공받을 수 있다. 제7 액추에이터(127)는 제4 펌프(114) 또는 제5 펌프(115)로부터 작동유를 제공받을 수 있다.
각 펌프(111 ~ 115)에는 각각 작동유 압력센서와 사판각 센서가 구비된다.
작동유 압력센서는 각 펌프(111 ~ 115)에서 토출되는 작동유의 압력을 주기적으로 검출하여 제어부(200)에 제공한다. 이로써 제어부(200)에서는 검출되는 매순간마다 각 펌프/모터의 입출구 압력의 차이를 계산하여 각 펌프(111 ~ 115)에서 토출되는 작동유 압력의 변화를 모니터링하여 관리하게 된다.
사판각 센서는 각 펌프(111 ~ 115)의 사판각도를 주기적으로 검출하여 제어부(200)에 제공한다. 사판각도는 각 펌프(111 ~ 115)의 용적을 계산하는 정보로 이용된다. 즉, 제어부(200)는 검출되는 매순간마다 각 펌프(111 ~ 115)의 용적을 계산하여 각 펌프(111 ~ 115)에서 토출되는 작동유 토출 유량을 모니터링하여 관리하게 된다.
다른 한편으로, 각 펌프(111 ~ 115)의 고압 유압라인은 작동유 차징 유압회로(LP-2)와 연결된다. 작동유 차징 유압회로는 비교예에서 설명하였으므로 중복된 설명은 생략한다.
한편, 제어부(200)는 엔진제어장치(ECU)로부터 엔진회전수(rpm) 값을 제공받는다. 엔진회전수(rpm)는 작동유에 형성된 토크를 계산할 때에 이용되는 정보이다.
한편, 각 펌프(111 ~ 115)의 사판 각도는 제어부(200)의 제어지령에 의해 제어된다. 제어지령은 사판각도를 가변시켜 펌프 토크를 변화시키도록 한다.
각 펌프에서 작동유를 토출시키려면 펌프에 회전토크를 가변시켜야 한다. 이러한 토크는 펌프 토크라 한다. 펌프 토크(T)는 펌프 용적과 작동유에 형성된 압력(P)의 곱으로 계산된다. 상술한 펌프 용적은 펌프의 축이 1회전당 토출되는 작동유의 유량이다.
유압 펌프의 용적은 사판의 경사각도와 엔진 회전수(rpm)에 의해 가변될 수 있다. 사판의 경사각도가 작을수록 용적이 작아지고, 사판의 경사각도가 커질수록 용적이 커진다. 사판의 경사각도는 제어부에 의해 제어된다. 또한, 엔진 회전수(rpm)가 빠를수록 유량이 증가되고, 엔진 회전수(rpm)가 느릴수록 유량이 감소된다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법을 설명한다. 첨부도면 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에서 예비 토크배분을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 유압시스템의 제어방법에서 최종 토크배분을 설명하기 위한 도면이다.
제어부(200)는 요구 토크 값과 가용 토크 값이 계산되고, 각 액추에이터(121 ~ 127)의 작동별 가중치가 반영된 예비 토크 배분 비율이 계산되며, 각 펌프(111 ~ 115) 별로 여유토크는 감산되고 부족 토크는 가산되어 보정 토크 배분 비율이 계산된다. 보정 토크 비율에 따라 각 펌프(111 ~ 115)의 사판 각도가 제어되는 것이다.
한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 각 액추에이터(121 ~ 123)의 작동에 따라, 제1작동은 붐 상승, 제2작동은 붐 하강, 제3작동은 암 크라우드, 제4작동은 암 덤프, 제5작동은 버킷 크라우드, 제6작동은 버킷 덤프로 구분할 수 있다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압시스템은 제4, 5 펌프(114, 115)가 더 포함될 수 있고, 제4, 5, 6, 7 액추에이터(124, 125, 126, 127)이 더 포함될 수 있다.
따라서 작동 구분에 주행은 제7작동, 추가 장치 작동은 제8작동, 상부체 스윙은 제9작동으로 구분되는 각 액추에이터의 작동이 더 포함될 수 있다.
각 작동별로 토크 배분에 가중치를 부여하여 부하가 큰 작동인 경우에 더 많은 토크가 배분되도록 하는 것일 수 있고, 이는 다음의 표1을 참조하여 설명한다.
Figure pct00001
표1에 기재된 가중치는 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 예시 값이다. 마찬가지로 가중치 기본 설정 값은 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 예시 값이다. 상술한 가중치 및 가중치 기본 설정 값은 제조사에서 기본 값으로 부여하여 탑재시킬 수 있고, 작업자의 선호도에 따라 갱신될 수도 있다.
작업자의 선호도라 함은 작업 종류에 따른 것이다. 예를 들면, 굴삭이 주된 작업일 수 있고, 평탄화 작업이 주된 작업일 수 있으며, 파쇄기 또는 절단기 등 옵션 장치를 이용하는 작업이 주된 작업일 수 있다. 각 작업별로 더 많은 토크를 필요로 하는 액추에이터가 있을 수 있고, 이러한 경우에 특정한 액추에이터의 작동에 대한 가중치와 가중치 기본 설정 값을 새롭게 부여할 수 있는 것이다.
이하의 설명에서는 표1에 제시된 예시 값을 참조하여 토크의 배분에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어방법은, 엔진에서 제공할 수 있는 [사용 가능한 가용 토크] 값을 작동별 토크 가중치를 통해 예비적으로 배분하고, 요구 토크에 대비하여 예비 배분 토크 값을 비교하여 여분토크와 부족토크를 계산한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어방법은, 여분 토크는 부족 토크로 판단되는 작동에 제공하여 사용 가능한 가용 토크를 충분히 활용하면서 작업자가 원하는 작동 성능을 낼 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어방법에서 필요로 하는 데이터는 각 작동에 따른 펌프 압력, 각 작동에 따른 요구 유량, 엔진에서 실제로 구현되는 실제 엔진 회전수 및 요구 토크에 대응하기 위하여 수정되는 목표 엔진회전수이다.
제어부(200)는 예비 토크 배분 계산부(210)와 요구 토크 계산부(220)와 가용 토크 계산부(230)와 보정 토크 배분 계산부(240)를 포함하여 구성된다.
예비 토크 배분 계산부(210)는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 예비 토크 배분 계산부(210)는 작동별 가중치가 부여(211)되고, 각 가중치의 총합이 계산되며, 각 작동 가중치에서 상기 가중치의 총합을 나누어 예비 배분비율이 계산(212)되고, 상기 예비 배분 비율과 가용 토크를 곱셈하여 작동별 예비 토크 배분 비율이 계산(213)된다.
상술한 가중치는 표1에 나타낸 값을 이용할 수도 있고, 갱신된 가중치가 이용될 수도 있다. 이는 어느 특정한 작동을 구현하고자 할 때에 해당 액추에이터에 좀 더 큰 토크가 배분될 수 있도록 하여 작업기의 작동을 원활하게 구현할 수 있도록 하는 것이다.
요구 토크 계산부(220)와 가용 토크 계산부(230)는 도 4를 참조하여 설명한다. 요구 토크 계산부(220)는 각 펌프(111 ~ 115)로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값에 의해 요구 토크 값이 계산된다. 좀 더 상세하게는 펌프 압력에 요구 유량을 곱셈하면 요구 토크를 구할 수 있다. 즉, 요구되는 토크가 어느 정도인지, 각 작동별로 필요로 하는 토크가 어느 정도인지를 계산하는 것이다.
가용 토크 계산부(230)는 실제 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상술한 요구 토크 값이 차감되어 가용 토크 값이 계산된다. 이로써 현재 시점에서 토크로 활용이 가능한 현재 시점의 토크의 크기를 계산하는 것이다.
한편, 가용 토크 값은 목표 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상술한 요구 토크 값이 차감되어 계산되는 것일 수 있다. 이로써 엔진회전수가 목표 엔진 회전수에 도달하였을 때에 구현되는 토크의 크기를 계산하는 것이다.
나아가 작업자가 목표로 하는 엔진회전수로 구현될 수 있는 토크와 실제로 엔진에서 구현되는 토크를 비교하여 실질적으로 엔진(401)이 공급 가능한 토크가 얼마인지를 계산할 수 있는 것이다.
보정 토크 배분 계산부(240)는, 각 작동별 예비 토크와 작동별 요구 토크를 차감하여 각 작동별의 여분 토크와 부족 토크가 계산(241)되고, 각 작동별의 여분 토크가 합산되어 여분 토크 총합이 계산되며 각 작동별의 부족 토크가 합산되어 부족 토크 총합이 계산(242)되며, 각 작동별 부족 토크에서 부족 토크 총합을 나누어 작동별 부족 토크 비율이 계산(243)되고, 작동별 부족 토크 비율에 여분 토크 총합을 곱하여 작동별 보충 토크가 계산(244)된다.
어느 특정한 펌프(111 ~ 115)에서 여분 토크 작동인 경우에 작동별 요구 토크가 구현되고, 어느 특정한 펌프(111 ~ 115)에서 부족 토크 작동인 경우에 상기 예비 배분 토크와 상기 작동별 보충 토크가 합산 보정되어 작동별 최종 토크 배분이 이루어지는 것이다.
동작별로 가중치를 고려하여 토크를 배분하는 것에 대해 부연 설명하면 다음과 같다. 높은 토크 배분 값이 필요한 작동에 높은 가중치를 설정하여 해당 작동과 함께 다른 작동이 이루어질 경우에, 높은 가중치 작동이 많은 토크를 배분 받게 구성되어 예비 배분 토크비율이 설정되는 것이다.
또한, 해당 가중치는 적용 시점이 설정될 수도 있다. 적용시점은 예를 들면, 요구 유량이 발생한 직후로 설정될 수 있다. 이는 조이스틱을 조작하더라도 실제로 액추에이터가 요구되는 작동을 수행하기까지는 물리적인 시간차이를 가질 수밖에 없다. 따라서 해당 액추에이터의 원활한 작동을 구현할 수 있도록 하기 위해서는 적용시점이 빠를수록 좋을 수 있다.
이하, 작업기의 작동 사례를 들어 본 발명의 실시예에 따른 유압시스템의 제어방법에서 작동별 가중치를 고려한 예비 토크 배분의 예를 설명한다.
[사례 1]
붐 하강(Boom Down), 암 크라우드(Arm Crowd) 및 버킷 크라우드(Bucket Crowd)의 복합동작이 요구되고, 모두 가중치 시작시점이 1 값을 초과한 경우이다.
표 1에 따르면 붐 하강은 제2 작동(1값)이고, 암 크라우드는 제3작동(1.3값)이며, 버킷 크라우드는 제5작동(1값)이다. 합산 가중치는 1과 1.3과 1을 합산하므로 3.3이다.
제2작동에 대한 토크 배분율을 계산하면, 1에서 3.3을 나누어 백분율로 나타내면 30%이다.
제3작동에 대한 토크 배분율을 계산하면, 1.3에서 3.3을 나누어 백분율로 나타내면 40%이다.
제5작동에 대한 토크 배분율을 계산하면, 1에서 3.3을 나누어 백분율로 나타내면 30%이다.
따라서 상술한 사례 1에서는 예비 토크 배분이 붐 액추에이터는 30%, 암 액추에이터는 40%, 버킷 액추에이터는 30%로 설정되는 것이다.
[사례 2]
붐 하강(Boom Down), 암 크라우드(Arm Crowd) 및 버킷 크라우드(Bucket Crowd)의 복합동작이 요구되고, 암 크라우드를 제외한 나머지 작동은 가중치 시작시점이 초과한 경우이다.
표 1에 따르면 붐 하강은 제2 작동(1값)이고, 암 크라우드는 제3작동(1.3값)이며, 버킷 크라우드는 제5작동(1값)이다. 이때 가중치 시작시점을 충족하지 못한 경우에는 기본 값을 1값을 적용한다. 이로써 암 크라우드의 제3작동은 1값으로 적용된다. 따라서 합산 가중치는 1과 1과 1을 합산하므로 3이다.
제2작동에 대한 토크 배분율을 계산하면, 1에서 3.3을 나누어 백분율로 나타내면 33.3%이다.
제3작동에 대한 토크 배분율을 계산하면, 1에서 3.3을 나누어 백분율로 나타내면 33.3%이다.
제5작동에 대한 토크 배분율을 계산하면, 1에서 3.3을 나누어 백분율로 나타내면 33.3%이다.
따라서 상술한 사례 2에서는 예비 토크 배분이 붐 액추에이터는 33.3%, 암 액추에이터는 33.3%, 버킷 액추에이터는 33.3%로 설정되는 것이다.
이하, 작업기의 작동 사례를 들어 본 발명의 실시예에 따른 유압시스템의 제어방법에서 여유 토크와 부족 토크를 고려한 보정 토크 배분의 예를 설명한다.
[사례 3]
붐 다운(Boom Down), 암 크라우드(Arm Crowd) 및 버킷 크라우드(Bucket Crowd)의 복합작동이 요구되고, 모두 가중치 시작시점을 넘긴 경우이다.
한편, 엔진에서 제공 가능한 가용 토크를 500Nm이라고 가정하고, 붐 다운(Boom Down) 요구토크는 200Nm라고 가정하고, 암 크라우드(Arm Crowd) 요구토크는 150Nm라고 가정하고, 버킷 크라우드(Bucket Crowd) 요구토크는 250Nm라고 가정하여 설명한다.
1) 예비 토크 배분 값 계산
제2작동(Boom Down) 토크 배분 값: 30% × 500 = 150
제3작동(Arm Crowd) 토크 배분 값: 40% × 500 = 200
제5작동(Bucket Crowd) 토크 배분 값: 30% × 500 = 150
2) 여분토크와 부족 토크 계산
제2작동(Boom Down): 150 - 200 = -50
제2작동에서 예비 토크 값이 요구토크에 미달되므로 부족토크로 판단한다.
제3작동(Arm Crowd): 200 - 150 = 50
제3작동에서 예비 토크 값이 요구토크에 대해 여유가 있으므로 여유토크로 판단한다.
제5작동(Bucket Crowd): 150 - 250 = -100
제5작동에서 예비 토크 값이 요구토크에 미달되므로 부족토크로 판단한다.
3) 작동별 부족토크 비율 계산
제2작동(Boom Down): 50/(50+100) = 33%
제5작동(Bucket Crowd): 100/(50+100) = 67%
4) 작동별 보충토크 계산
제3작동인의 여분토크를 제2작동과 제5작동)에 보충되도록 계산하는 것이다.
제2작동(Boom Down): 33% × 50 = 16.5
제5작동(Bucket Crowd): 67% × 50 = 33.5
5) 작동별 최종 배분 토크
제2작동(붐 하강)의 최종 토크 배분 값: 150 + 16.5 = 166.5Nm
제3작동(암 크라우드)의 최종 토크 배분 값: 150Nm
제5작동(버킷 크라우드)의 최종 토크 배분 값: 150+33.5 = 183.5Nm
다른 한편으로, 단순하게 요구토크 값을 근거하여 토크를 배분하였을 때에는 다음과 같이, 토크가 배분된다.
제2작동(Boom Down) 최종 토크 배분 값: 33% × 500 = 166.7Nm
제3작동(Arm Crowd) 최종 토크 배분 값: 25% × 500 = 125Nm
제5작동(Bucket Crowd) 최종 토크 배분 값: 42% × 500 = 208.3Nm
제어부(200)는 최종적으로 토크 배분을 수행함에 있어서, 각 펌프(111 ~ 113)의 사판각도를 조절한다. 예를 들면, [사례 3]에서 제2작동을 구현하기 위하여 제1펌프(111)는 토크가 125Nm에서 150Nm로 증가 되도록 제어된다.
마찬가지로, [사례 3]에서 제3작동을 구현하기 위하여 제2펌프(112)는 토크가 166.7Nm에서 166.5Nm로 감소 되도록 제어된다. 또한, [사례 3]에서 제5작동을 구현하기 위하여 제3펌프(113)는 토크가 208.3Nm에서 183.5Nm로 감소되도록 제어된다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 유압시스템 제어방법에 따르면, 각 작동별로 가중치를 반영하여 토크를 재분배할 수 있고 이로써 가중치가 높게 요구되는 액추에이터에 더 많은 토크가 배분될 수 있는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 건설기계의 유압시스템 및 유압시스템의 제어방법은 가용토크를 각 펌프토크가 반영되도록 배분하여 연비를 향상시키고, 각 액추에이터의 작동을 원활하게 구현하도록 하는 데에 이용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 동력이 출력되어 토크가 구현되는 엔진;
    상기 엔진에 의해 구동되어 작동유가 토출되는 복수의 펌프;
    상기 복수의 펌프 중에 하나 또는 둘 이상에 연결되는 복수의 액추에이터;
    상기 복수의 펌프와 상기 복수의 액추에이터가 연결되는 각 유압라인 상에 각각 설치되고 개폐 작동되는 제어밸브;
    상기 엔진으로부터 상기 복수의 펌프에 전달되는 동력을 분배하는 동력 분배 유닛; 및
    상기 각 액추에이터의 작동별 가중치에 따라 차등하여 토크 배분 비율이 결정되고, 상기 토크 배분 비율에 따라 상기 각 펌프의 사판 각도를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 건설기계의 유압시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    둘 이상의 작동이 이루어질 경우에, 높은 가중치 작동이 많은 작동에 상대적으로 높은 토크비율이 배분되도록 하여 예비 배분 토크 비율이 설정되는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    가중치가 적용된 각 작동별 예비 토크와 작동별 요구 토크를 차감하여 각 작동별의 여분 토크와 부족 토크를 계산하고,
    각 작동별의 여분 토크를 합산하여 여분 토크 총합을 계산하며,
    각 작동별의 부족 토크를 합산하여 부족 토크 총합을 계산하고,
    각 작동별 부족 토크에서 부족 토크 총합을 나누어 작동별 부족 토크 비율을 계산하며,
    작동별 부족 토크 비율에 여분 토크 총합을 곱하여 작동별 보충 토크를 계산하고,
    여분 토크가 있는 경우에는 작동별 요구 토크로 및 부족 토크가 있는 경우에는 예비 토크에 보충 토크를 합산한 값을 보정 토크로 설정하여 상기 보정 토크에 따라 상기 각 펌프의 사판 각도를 제어하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 각 액추에이터의 작동은,
    붐 상승은 제1작동, 붐 하강은 제2작동, 암 크라우드는 제3작동, 암 덤프는 제4작동, 버킷 크라우드는 제5작동, 버킷 덤프는 제6작동으로 구분하고,
    상기 작동별 가중치는, 상기 각 작동 별로 토크 배분에 가중치를 부여하여 부하가 큰 작동인 경우에 더 많은 토크가 배분되도록 하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 각 액추에이터의 작동에, 주행은 제7작동, 추가 장치 작동은 제8작동, 상부체 스윙은 제9작동이 더 포함되는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 펌프는 양방향으로 작동유가 토출 되는 유압모터 또는 유압펌프인 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 예비토크 배분 계산부를 포함하고,
    상기 예비토크 분배 계산부는,
    각 작동 별 가중치에서 상기 각 작동별 가중치의 총합을 나누어 예비 배분비율을 계산하고,
    상기 예비 배분 비율과 가용 토크를 곱셈하여 작동별 예비 토크 배분 비율을 계산하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    요구 토크 계산부와 가용 토크 계산부를 포함하고,
    상기 요구 토크 계산부는, 각 펌프로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값으로 요구 토크 값을 계산하고,
    상기 가용 토크 계산부는, 실제 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상기 요구 토크 값을 차감하여 가용 토크 값을 계산하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    요구 토크 계산부와 가용 토크 계산부를 포함하고,
    상기 요구 토크 계산부는, 각 펌프로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값으로 요구 토크 값을 계산하고,
    상기 가용 토크 계산부는, 목표 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상기 요구 토크 값을 차감하여 계산하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 보정 토크 배분 계산부를 포함하고,
    상기 보정 토크 배분 계산부는,
    각 작동별 예비 토크와 각 작동별 요구 토크를 차감하여 각 작동별의 여분 토크와 부족 토크를 계산하고,
    상기 각 작동별의 여분 토크를 합산하여 여분 토크 총합을 계산하며,
    상기 각 작동별의 부족 토크를 합산하여 부족 토크 총합을 계산하고,
    각 작동별 부족 토크에서 상기 부족 토크 총합을 나누어 작동별 부족 토크 비율을 계산하고,
    상기 작동별 부족 토크 비율에 상기 여분 토크 총합을 곱하여 작동별 보충 토크를 계산하며,
    어느 특정한 펌프가 여분 토크 작동인 경우에는 작동별 요구 토크가 구현되고, 다른 특정한 펌프가 부족 토크 작동인 경우에는 상기 예비 배분 토크와 상기 작동별 보충 토크를 합산 보정하여 작동별 최종 토크 배분이 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템.
  11. 엔진으로부터 동력을 공급 받아 구동되고, 복수의 액추에이터에 각각 단독으로 또는 복수로 연결되는 복수의 펌프를 구비하고, 상기 복수의 펌프의 토크를 각각 독립적으로 조절하도록 상기 복수의 펌프의 사판 각도를 제어하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 각 액추에이터의 작동별 가중치에 따라 차등하여 토크 배분 비율을 결정하고;
    상기 토크 배분 비율에 따라 상기 각 펌프의 펌프 토크가 가변 되도록 제어하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 각 액추에이터의 작동은, 붐 상승은 제1작동, 붐 하강은 제2작동, 암 크라우드는 제3작동, 암 덤프는 제4작동, 버킷 크라우드는 제5작동, 버킷 덤프는 제6작동으로 구분하고,
    상기 작동별 가중치는, 상기 각 작동별로 토크 배분에 가중치를 부여하여 부하가 큰 작동인 경우에 더 많은 토크가 배분되도록 하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 각 액추에이터의 작동에 주행은 제7작동, 추가 장치 작동은 제8작동, 상부체 스윙은 제9작동을 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    예비토크 배분 계산 단계를 더 포함하고,
    상기 예비토크 배분 계산단계는,
    각 작동별 가중치에서 상기 가중치의 총합을 나누어 예비 배분비율을 계산하고, 상기 예비 배분 비율과 가용 토크를 곱셈하여 작동별 예비 토크 배분 비율을 계산하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    요구 토크 계산단계와 가용 토크 계산단계를 더 포함하며,
    상기 요구 토크 계산단계는, 각 펌프로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값으로 요구 토크 값을 계산하고,
    상기 가용 토크 계산단계는, 실제 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상기 요구 토크 값을 차감하여 가용 토크 값을 계산하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    요구 토크 계산단계와 가용 토크 계산단계를 더 포함하며,
    상기 요구 토크 계산단계는, 각 펌프로부터 제공되는 펌프 압력 값과 조이스틱 또는 페달의 조작에 의해 생성되는 요구 유량 값으로 요구 토크 값을 계산하고,
    상기 가용 토크 계산단계는, 목표 엔진 회전수 값에 의해 구현되는 총 토크에서 상기 요구 토크 값을 차감하여 가용 토크 값을 계산하는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    보정 토크 배분 계산단계를 더 포함하며,
    상기 보정 토크 배분 계산단계는,
    각 작동별 예비 토크와 작동별 요구 토크를 차감하여 각 작동별의 여분 토크와 부족 토크를 계산하고,
    각 작동별의 여분 토크를 합산하여 여분 토크 총합을 계산하며,
    각 작동별의 부족 토크를 합산하여 부족 토크 총합을 계산하며,
    각 작동별 부족 토크에서 상기 부족 토크 총합을 나누어 작동별 부족 토크 비율을 계산하고,
    상기 작동별 부족 토크 비율에 상기 여분 토크 총합을 곱하여 작동별 보충 토크를 계산하며,
    각 펌프에서 여분 토크 작동인 경우에는 작동별 요구 토크가 구현되고, 각 펌프에서 부족 토크 작동인 경우에는 상기 예비 배분 토크와 상기 작동별 보충 토크를 합산 보정하여 작동별 최종 토크 배분이 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 건설기계의 유압시스템의 제어방법.
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