KR20180004173A - 작업 기계를 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

작업 기계(11)의 작업의 양은 유압 스윙 모터(16m)와 실린더(21c 내지 23c)를 작동시키는 제어 유닛(L1 내지 L4)의 작동의 양에 기초한 퍼지 로직을 이용하여 추정된다. 추정된 작업의 양에 기초하여 엔진(19)의 회전 속도를 설정하는 설정 신호가 퍼지 로직을 이용하여 설정된다. 엔진(19)의 회전 속도는 제어 유닛(L1 내지 L4)으로 운전자의 작동 의도에 따라 최적화될 수 있고, 유압 시스템의 에너지 손실은 억제될 수 있다.

Description

작업 기계를 제어하기 위한 장치 및 방법

본 발명은 작업 기계를 작동시키는 유압 액추에이터 및 유압 액추에이터를 작동시키기 위한 작업 유체를 배출하는 펌프를 포함하는 유압 시스템과, 펌프를 구동하는 엔진을 갖는 작업 기계를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

유압 쇼벨 등의 종래의 작업 기계는 작업 장치를 이용하여 다양한 과업을 실행하고 또한 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프로부터 배출되는 유압 오일로 유압 실린더와 유압 모터와 같은 유압 액추에이터를 작동시킴으로써 하부 주행체에 대해 상부 회전체를 회동시킨다.

일부 경우에 있어서, 그러한 작업 기계의 운전자는 유압 시스템의 최대 파워를 사용하거나 최대 속도에서 레벨링(leveling)(지반의 평탄화(smoothing)) 또는 크레인 작업을 수행할 필요가 없다. 그러한 경우에 있어서, 운전자에 의한 레버의 조작량이 작고 유압 액추에이터의 속도가 낮기 때문에 유압 시스템에 요구되는 파워는 작은 반면, 예를 들면, 제어 밸브를 통해 탱크로 누출되는 유압 오일의 양이 많거나 낮은 효율로 인해 펌프에서 에너지 손실이 크기 때문에 유압 시스템의 에너지 손실은 크다. 따라서, 유압 시스템은 운전자에 의한 레버의 작동과 관련된 유압 액추에이터의 작업량에 따라 효율적인 지점에서 사용되는 것이 요구된다.

예를 들면, 각각의 과업이 운전자에 의한 레버의 조작량에 기초한 퍼지 추론을 이용하여 식별되는 구성이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 내지 특허문헌 5 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허공개 평10-18355호 [특허문헌 2] 일본 특허공개 평10-60948호 [특허문헌 3] 일본 특허공개 평10-266273호 [특허문헌 4] 일본 특허공개 제2000-204600호 [특허문헌 5] 일본 특허공개 제2001-140806호

그러나, 특허문헌 1 내지 특허문헌 5에 기재된 구성들은 과업의 유형을 식별하고 작업성을 향상시키는 것을 목적으로 하는 것으로서, 단순히 펌프 유속을 제어하거나 이른바 엔진 자동 감속 제어의 유효/무효를 변경할 뿐이며, 효율적인 지점에서의 유압 시스템의 사용이 고려되어 있지 않다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 고안된 것으로서, 그 목적은 유압 시스템의 에너지 손실을 억제하도록 설계된 작업 기계를 제어하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

청구항 1에 기재된 발명은, 작업 기계를 작동시키는 유압 액추에이터와 유압 액추에이터를 작동시키기 위한 작업 유체를 배출하는 펌프를 포함하는 유압 시스템과, 펌프를 구동하는 엔진을 갖는 작업 기계를 제어하는 제어 장치로서: 제어 장치는 조작 수단에 의해 작동되는 유압 액추에이터의 조작량에 기초한 퍼지 추론을 이용하여 작업 기계의 작업량을 추정하는 추정 수단과; 퍼지 추론을 이용하여 설정 신호를 설정하는 설정 수단을 갖고, 설정 신호는 추정 수단에 의해 추정된 작업량에 따라 엔진 속도를 설정하기 위해 이용된다.

청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 청구항 1에 따른 작업 기계의 제어 장치의 추정 수단은 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 조작 수단의 조작량의 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 작업 기계의 작업량을 추정한다.

청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 청구항 2에 따른 작업 기계의 유압 액추에이터와 제어 장치의 조작 수단은 각각 복수로 제공되고, 제어 장치는 조작 수단의 각각의 조작량을 가중하는 가중 수단을 추가로 포함하며, 추정 수단은 가중 수단에 의해 가중된 조작 수단의 조작량의, 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 작업 기계의 작업량을 추정한다.

청구항 4에 기재된 발명은 작업 기계를 작동시키는 유압 액추에이터와 유압 액추에이터를 작동시키기 위한 작업 유체를 배출하는 펌프를 포함하는 유압 시스템과, 펌프를 구동하는 엔진을 구비한 작업 기계를 제어하는 제어 방법으로서: 제어 방법은, 조작 수단에 의해 작동되는 유압 액추에이터의 조작량에 기초한 퍼지 추론을 이용하여 작업 기계의 작업량을 추정하는 단계와; 퍼지 추론을 이용하여 설정 신호를 설정하는 단계를 구비하고, 설정 신호는 추정된 작업량에 따라 엔진 속도를 설정하기 위해 사용된다.

청구항 5에 기재된 발명은 청구항 4에 기재된 작업 기계의 제어 방법으로서, 작업 기계의 작업량은 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 조작 수단의 조작량의 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 요구조건의 사전에 결정된 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 추정된다.

청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 5에 기재된 작업 기계의 제어 방법으로서, 복수의 유압 액추에이터를 작동시키는 복수의 조작 수단의 각각의 조작량을 가중하는 단계와, 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 조작 수단의 가중된 조작량의 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 작업 기계의 작업량을 추정하는 단계를 추가로 포함한다.

청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 추정 수단은 조작 수단에 의해 작동되는 유압 액추에이터의 조작량에 기초한 퍼지 추론을 이용하여 작업 기계의 작업량을 추정하고, 설정 수단은 추정된 작업량에 따른 엔진 속도를 설정하는 설정 신호를 퍼지 추론을 이용하여 설정한다. 따라서, 조작 수단을 작동시킴에 있어서 운전자의 의도에 따라 엔진 속도가 최적화될 수 있어, 유압 시스템의 에너지 손실을 억제할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 추정 수단은 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 조작 수단의 조작량의 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 작업 기계의 작업량을 추정한다. 따라서, 추정 정밀도가 더욱 향상될 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 추정 수단은 조작 수단의 가중된 조작량을 사용하여 작업 기계의 작업량을 추정하므로, 추정 정밀도가 더욱 향상된다.

청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 작업 기계의 작업량은 조작 수단에 의해 작동되는 유압 액추에이터의 조작량에 기초한 퍼지 추론을 이용하여 추정되고, 추정된 작업량에 따른 엔진 속도를 설정하는 설정 신호는 퍼지 추론을 이용하여 설정된다. 따라서, 조작 수단을 작동시킴에 있어서 운전자의 의도에 따라 엔진 속도가 최적화될 수 있어, 유압 시스템의 에너지 손실을 억제할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 작업 기계의 작업량은 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 조작 수단의 조작량의 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 추정된다. 따라서, 추정 정밀도가 더욱 향상될 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명에 따르면, 조작 수단의 가중된 조작량을 이용하여 작업 기계의 작업량을 추정하므로, 추정 정밀도가 더욱 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 작업 기계를 제어하기 위한 제어 장치의 일 구현예를 나타내는 회로도이다.
도 2는 제어 장치의 일부의 내부 구조를 나타내는 블록도이다.
도 3은 제어 장치의 가중 수단을 나타내는 설명도이다.
도 4는 제어 장치의 추정 수단을 나타내는 설명도이다.
도 5는 제어 장치에 사용되는 멤버십 기능의 일 실시예를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제어 장치에 의해 사용되는 제어 방법의 플로우차트이다.
도 7은 제어 장치를 구비한 작업 기계의 측면도이다.
도 8a는 제어 장치의 일 실시예로서 스틱인(stick-in) 작동의 양을 나타내는 그래프이고, 도 8b는 스틱아웃(stick-out) 작동의 양을 나타내는 그래프이고, 도 8c는 낮은 레벨에 대한 적용 레벨의 일시적 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8d는 중간 레벨에 대한 적용 레벨의 일시적 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8e는 높은 레벨에 대한 적용 레벨의 일시적 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8은 도 8c 내지 도 8e에 기초하여 얻어진 중심값(centroid value)의 일시적 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 도 1 내지 도 8에 나타난 구현예에 기초하여 이하에서 상세히 기술된다.

도 7은 유압 쇼벨로서 작업 기계(11)를 나타낸다. 이 작업 기계(11)는 유압으로 작동되는 (유압 구동식) 섀시(12)와 섀시(12)에 탑재되어 유압으로 구동되는 (유압 구동식) 작업 장치(13)를 갖는다. 섀시(12)에는, 상부 회전체(16)가 회전 베어링(15)을 사이에 두고 회전 유압 모터(16m)에 의해 회전되는 방식으로 하부 주행체(14) 상에 제공된다. 운전자 스테이션을 구성하는 캡(17)과 기계룸(18)이 상부 회전체(16)에 탑재되고, 도 1에 나타난 엔진(19)과 이 엔진(19)에 의해 구동되는 (제1 및 제2) 펌프(P1, P2)가 기계룸(18)에 탑재된다.

작업 장치(13)는 상부 회전체(16)에 의해 축방향으로 지지되어 붐 실린더(21c)에 의해 회전되는 붐(21)과, 붐(21)의 선단에 축방향으로 결합되어 스틱 실린더(22c)에 의해 회전되는 스틱(22)과, 스틱(22)의 선단에 축방향으로 결합되는 부재에 부착되어 버킷 실린더(23c)에 의해 회전되는 버킷(23)을 갖는다.

펌프(P1, P2)는 가변 경사판 타입 또는 경사판 조절기와 같은 용량 제어기(Φ1, Φ2)를 갖는 가변 용량 폄프이다. 이 펌프(P1, P2)는 엔진(19)의 출력축(19a)에 연결되어 엔진(19)에 의해 구동된다. 이 펌프(P1, P2)의 출력 채널(27, 28)은 제어 밸브(CV)에 연결된다. 이 제어 밸브(CV)를 통해, 작업 유체로서의 유압 오일은, 유압 액추에이터이고 회전 모터로서 기능하는 회전 유압 모터(16m), 유압 액추에이터이고 유압 실린더로서 기능하는 붐 실린더(21c), 유압 액추에이터이고 유입 실린더로서 기능하는 스틱 실린더(22c), 및 유압 액추에이터이고 유압 실린더로서 기능하는 버킷 실린더(23c)에 공급된다. 본 구현예에서는, 펌프(P1)는 유압 오일을 붐 실린더(21c) 및 버킷 실린더(23c)에 공급하고, 펌프(P2)는 유압 오일을 회전 유압 모터(16m) 및 스틱 실린더(22c)에 공급한다.

제어 밸브(CV)의 변위는 운전자 스테이션에 제공되는 유압 또는 전기 레버와 같은 조작 수단(작동 레버)(L1 내지 L4)의 조작량(즉, 중립 위치에 대한 각각의 조작 수단(작동 레버)의 경사각 또는 변위의 레벨)에 따라 제어 된다. 제어 밸브(CV)의 하나는 예를 들면 단일 블록에 슬라이딩 가능하게 제공되는 스풀 등으로 구성되고, 각각의 펌프(P1, P2)에 의해 공급되는 유압 오일의 방향과 유속을 제어하며, 이와 같이 제어된 유압 오일을 회전 유압 모터(16m), 스틱 실린더(22c), 붐 실린더(21c) 및 버킷 실린더(23c)에 공급한다. 제어 밸브(CV)에 있어서, 펌프(P1, P2)로부터 탱크(T)로의 연결은 각각의 스풀에 형성된, 도시되지 않은 센터 바이패스 라인을 통해 이루어진다. 센터 바이패스 라인으로부터 얻어지는 네거티브 유량 제어 압력(negative flow control pressure, NFC 압력)은 예를 들면 제어 장치(CT)로부터 펌프(P1, P2)의 용량 제어기(Φ1, Φ2)로 피드백된다. NFC 압력은, 제어 밸브(CV)의 스풀이 중립 위치에 있을 때 NFC 압력이 최대이고, 스풀의 변위의 레벨이 커질수록 NFC 압력이 작아지고, NFC 압력이 높을수록 펌프 유속이 펌프(P1, P2)의 용량 제어기(Φ1, Φ2)에 의해 더 작게 구성되며, NFC 압력이 낮을수록 펌프 유속이 높아지는 (NFC 시스템) 방식으로, 펌프(P1, P2)의 토출 유속을 제어하도록 구성된다. 블록의 내부에는, 예를 들면 섀시(12)의 하부 주행체(14)에 제공되는 것으로서, 유압 액추에이터로서 기능하는 (도시하지 않은) 좌측 및 우측 주행 유압 모터에 공급되는 유압 오일의 방향과 유속을 제어하기 위한 스풀 등도 제공되고, 조작 수단은 이 스풀에 대응하도록 운전자 스테이션에 제공된다. 그러나, 도 1은 회전 유압 모터(16m) 및 실린더(21c 내지 23c)에 대응하는 회로 및 조작 수단(L1 내지 L4)만을 나타내고, 다른 회로 및 조작 수단의 도시는 생략한다. 본 구현예는 NFC 시스템에 대응하는 제어 밸브(CV)를 기재하지만, 본 구현예는 NFC 시스템에 한정되지 않고 따라서 다른 제어 밸브(CV)에 제공될 수 있다.

제어 장치(CT)는 엔진 속도(19)를 제어하는 회전수 제어 기능과, 펌프(P1, P2)의 용량을 제어함으로써 펌프(P1, P2)로부터 배출되는 유압 오일의 양을 제어하는 배출량 제어 기능을 갖는다. 구체적으로, 제어 장치(CT)는 도시되지 않은 회전수 센서를 이용하여 엔진 속도(19)를 검출하면서, 평가 회전수(rated rotational frequency) 및 사전에 설정된 차동 회전수(differential rotational frequency)에 기초하여 설정 신호(30)를 생성한다. 설정 신호(30)는 엔진(19)에 설치된 연료 분사기의 연료 분사 타이밍과 분사량을 제어하기 위한 (전류와 같은) 전기 신호이다. 제어 장치(CT)는 또한 도시되지 않은 압력 센서에 의해 검출된 NFC 압력에 대응하는 (전류와 같은) 전기 신호를 펌프(P1, P2)의 용량 제어기(Φ1, Φ2)에 출력함으로써 펌프(P1, P2)의 토출 유속을 제어한다. 제어 장치(CT)는 또한 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량, 즉, 제어 밸브(CV)의 스풀의 적어도 하나의 조작량 또는, 본 구현예에 있어서, 각각의 스풀의 조작량에 따라, 앞서 설명한 제어 신호와 같은 (전류와 같은) 전기 신호를 생성한다.

제어 장치(CT)의 회전수 제어 기능이 엔진 속도(19)를 설정하는 방법을 이하에서 구체적으로 설명한다. 도 2에 나타난 바와 같이, 제어 장치(CT)는 입력 유닛(31), 환경 설정 유닛(32), 가중 수단으로서 기능하는 가중 유닛(33), 추정 수단으로서 기능하는 추정 유닛(34), 출력 유닛(35) 등을 갖는다. 추정 유닛(34)과 출력 유닛(35)은 퍼지 추론을 이용하여 설정 신호(30)를 설정하기 위한 설정 수단으로서 기능하는 설정 유닛(36)을 구성하고, 그 설정 신호(30)는 추정 유닛(34)에 의해 추정되는 작업량에 따라 엔진(19)의 엔진 속도를 설정하기 위해 이용된다. 제어 장치(CT)는, 퍼지 추론을 이용함으로써 각각의 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량에 따라, 작업 기계(11)의 작업량, 즉, 회전 유압 모터(16m) 및 실린더(21c 내지 23c)의 작업량을 추정하고, 추정된 작업량에 따라 엔진 속도(19)를 설정한다.

입력 유닛(31)은, 출력 채널(27, 28)에 제공되는 압력 센서(37, 38)에 의해 검출되는 펌프(P1, P2)의 토출 압력(41, 42), 상부 회전체(16)를 하부 주행체(14)에 대해 좌측으로 회전시킬 때 얻어지는 조작 수단(L1)의 조작량에 따라 설정되는, 파일롯 압력 또는 전기 신호와 같은, 회전 유압 모터(16m)의 좌측 회전 조작량(43)과 우측 회전 조작량(44), 조작 수단(L2)을 통해 얻어지는 붐 상승 및 하강 조작량에 따라 설정되는, 파일롯 압력 또는 전기 신호와 같은, 붐 실린더(21c)의 붐 상승 조작량(45)과 붐 하강 조작량(46), 조작 수단(L3)에 통해 얻어지는 스틱인 및 스틱아웃 조작량에 따라 설정되는, 파일롯 압력 또는 전기 신호와 같은, 스틱 실린더(22c)의 스틱인 조작량(47)과 스틱아웃 조작량(48), 조작 수단(L4)을 통해 얻어지는 버킷인 및 버킷아웃 조작량에 따라 설정되는, 파일롯 압력 또는 전기 신호와 같은, 버킷 실린더(23c)의 버킷인 조작량(49)과 버킷아웃 조작량(50), 및 조작 수단(L1 내지 L4)이 작동되었는지 여부를 결정하기 위한 결정 플래그(상태 플래그)(51)의 입력을 수신한다. 이 입력 유닛(31)에 입력되는 값은 각각 A/D 변환되어 가중 유닛(33) 및 출력 유닛(35)으로 출력된다.

환경 설정 유닛(32)은 추정 유닛(34)에 의해 사용되도록 다양한 수치를 설정한다. 예를 들면, 환경 설정 수단은, 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량에 기초하여 작업 기계(11)의 작업량이 검출되는 사전에 결정된 시간 주기(예를 들면, 15초), 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량을 샘플링하는 샘플링 속도(SR), 퍼지 추론의 결론부의 퍼지 규칙에 대응하는 가중 팩터(W1, Wm, Wh) 등을 설정한다. 환경 설정 수단(32)에 의해 설정되는 수치는 도시되지 않은 저장 수단(메모리)에 저장되고 수정될 수 있다.

가중 수단(33)은 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량을 가중한다. 도 3에 나타난 바와 같이, 가중 유닛(33)은, 계수(이득)(53 내지 60)를 각각 가중함으로써, 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량에 따라 설정되는, 조작량(43 내지 50)을 곱하여 얻어지는 값에서 최대 요소를 추정 유닛(34)에 출력한다. 다시 말하면, 가중 유닛(33)은 최대 조작량(61)을 추정 유닛(34)에 출력한다. 이 가중 계수(53 내지 60)는 조작 수단(L1 내지 L4)에 의해 작동되는 회전 유압 모터(16m)와 실린더(21c 내지 23c)의 작동에 따라 설정된다. 본 구현예에서는, 조작량(43 내지 45, 47 및 49)에 대응하는 가중 계수(53 내지 55, 57 및 59)는 1로 설정되고, 붐 하강 조작량(46)에 대응하는 가중 계수(56)는 0으로 설정되며, 스틱아웃 조작량(48)과 버킷아웃 조작량(50)에 대응하는 가중 계수는 1 미만의 사전 결정값으로 설정된다.

추정 유닛(34)은, 회전 유압 모터(16m)와 실린더(21c 내지 23c)를 작동하는 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량에 기초하여, 퍼지 추론을 이용하여 작업 기계(11)의 작업량을 추정 및 산출하는 퍼지 추론 산출 유닛이다. 구체적으로, 도 4에 나타난 바와 같이, 추정 유닛(34)은 가중 유닛(33)으로부터 입력된 최대 조작량(61)에 멤버십 기능(F)을 도입하는 멤버십 기능 도입 유닛(62)과, 환경 설정 유닛(32)과 멤버십 기능 도입 유닛(62)에 의해 도입된 멤버십 기능(F)으로부터 입력되는 수치를 이용함으로써 사전에 결정된 시간 주기(TP) 내에서 퍼지 규칙의 전건부(antecedent part)에 적용 레벨(평균값)을 계산하는 적용 레벨 계산 유닛(63 내지 65)과, 적용 레벨 계산 유닛(63)에 의해 계산된 적용 레벨과 환경 설정 유닛(32)에 의해 입력된 수치를 이용하여 퍼지 규칙의 결론부(consequent part)의 중심값을 계산함으로써 역퍼지화(defuzzification)를 수행하는 중심값 계산 유닛(66)과, 중심값 계산 유닛(66)에 의해 계산된 중심값을 증폭시키는 증폭기(67)를 갖는다. 추정 유닛(34)에서는, 따라서, 멤버십 기능 도입 유닛(62)이 제어 장치(CT)의 퍼지 추론의 전건부를 산출하기 위한 전건부 산출 유닛으로서 기능하고, 적용 레벨 계산 유닛(63 내지 65)과 중심값 계산 유닛(66)은 제어 장치(CT)의 퍼지 추론의 결론부를 계산하기 위한 결론부 계산 유닛으로서 기능한다.

멤버십 기능 도입 유닛(62)에 의해 사용되는 멤버십 기능(F)은 회전 유압 모터(16m)와 실린더(21c 내지 23c)의 속도에 대한 요구 레벨을 양적으로 나타낸다. 본 구현예에서는, 도 5의 실시예에 나타난 바와 같이, 예를 들면, 멤버십 기능은 속도에 대한 요구 레벨이 낮은 때의 적용 레벨(이하, “낮은 레벨”이라 한다)을 나타내는 기능(Fl)과, 속도에 대한 요구 레벨이 중간 정도인 때의 적용 레벨(이하, “중간 레벨”이라 한다)을 나타내는 기능(Fm)과, 속도에 대한 요구 레벨이 높은 때의 적용 레벨(이하, “높은 레벨”이라 한다)을 나타내는 기능(Fh)으로 구성된다.

적용 레벨 계산 유닛(63 내지 65) 각각은 환경 설정 유닛(32)으로부터 입력되는 사전에 결정된 시간 주기(TP) 내에서 각각의 샘플링 속도에 대해 멤버십 기능 도입 유닛(62)에 의해 도입되는 멤버십 기능(F)의 낮은 레벨, 중간 레벨 및 높은 레벨을 검출하고, 검출된 레벨의 각각을 사전에 결정된 시간 주기(TP)로 나눔으로써 적용 레벨(Gl, Gm, Gh)(사전에 결정된 시간 주기(TP) 각각에 대한 평균값)을 얻는다.

중심값 계산 유닛(66)은, 예를 들면, 적용 레벨 계산 유닛(63 내지 65)에 의해 얻어진 적용 레벨(Gl, Gm, Gh)을 이용하여, 예를 들면, 수식 W = (Wh * Gh + Wm * Gm + Wl * Gl) / (Gh + Gm + Gl) 에 기초하여 중심값(W)을 계산한다. 본 구현예에서는, (1) 높은 레벨일 때 엔진 속도(19)가 유지되고, (2) 중간 레벨일 때 엔진 속도(19)가 낮아지며, (3) 낮은 레벨일 때 엔진 속도(19)가 현저히 낮아지는 세 가지 퍼지 규칙이 설정된다. 따라서, 본 구현예에서는, 추정 유닛(34)은 퍼지 추론을 이용하여 엔진 속도(19)의 감소량, 즉, 차동 회전수(differential rotational frequency)를 계산한다. 가중 팩터(Wh, Wm, Wl)은 이들 세 가지 퍼지 규칙의 결론부에 따라 설정된다. 본 구현예에서는, 이 가중 팩터는 0과 같거나 0 미만이고 Wh > Wm > Wl 과 같이 설정된다.

증폭기(67)는 중심값(W)을 사전에 결정된 증폭도(예를 들면, 1)로 증폭함으로써 얻어지는 출력값인 차동 회전수(68)를 도 2에 나타난 출력 유닛(35)에 출력한다.

그 후, 결정 플래그(51)가 조작 수단(L1 내지 L4)이 작동되었다고 결정하는 때에만, 차동 회전수(68)를 처리함으로써 얻어지는 전기 신호인 설정 신호(30)를 출력 유닛(35)이 출력한다. 엔진(19)에 설치된 연료 분사기의 연료 분사 타이밍과 분사량은, 출력 유닛(35)으로부터 출력되는 설정 신호(30) 및 도시되지 않은 가속 다이얼 등의 설정 수단에 의해 사전에 설정된, 사전에 결정된 평가 회전수(rated rotational frequency)에 기초하여 제어됨으로써, 엔진 속도(19)를 목표 회전수({평가 회전수} + {차동 회전수})로 제어한다.

이하, 본 구현예에 따른 제어 방법이 도 6에 나타난 플로우차트를 참조하여 설명된다. 도 6에 나타난 원 내의 번호는 단계 번호를 나타낸다.

(단계 1)

먼저, 제어 장치(CT)는 사전에 결정된 시간 주기(TP) 내에서 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량의 최대값의 평균값을 계산한다. 그렇게 해서, 추정 유닛(34)은 적용 레벨 계산 유닛(63 내지 65)으로 하여금 가중 유닛(33)에 의해 가중되는 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량의 최대값에 대응하는 최대 조작량(61)에 대해 사전에 결정된 시간 주기(TP) 내의 평균값을 계산하게 한다.

(단계 2)

다음으로, 멤버십 기능 도입 유닛(62)에 의해 도입되는 멤버십 기능(F)을 이용하여, 제어 장치(CT)는 추정 유닛(34)의 적용 레벨 계산 유닛(63 내지 65)으로 하여금 단계 1에서 얻어진 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량의 평균값의 각각의 레벨에 대해 적용 레벨(Gl, Gm, Gh)을 결정하게 한다(역퍼지화). 멤버십 기능 도입 유닛(62)에 의해 도입되는 멤버심 기능(F)을 이용하여, 제어 장치(CT)는 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량의 레벨에 대응하는 적용 레벨을 계산한 후 사전에 결정된 시간 주기(TP) 내의 이 적용 레벨의 평균값을 계산할 수도 있다는 점에 유의하라.

(단계 3)

제어 장치(CT)는 또한 설정 유닛(36)(추정 유닛(34)의 중심값 계산 유닛(66)으로 하여금 단계 2에서 얻어진 적용 레벨(Gl, Gm, Gh)과 환경 설정 유닛(32)에 의해 설정된 가중 팩터(Wl, Wm, Wh)를 이용함으로써 중심값(W)을 정량화하게 한다(역퍼지화).

(단계 4)

제어 장치(CT)는 출력 유닛(35)이 단계3에서 정량화된 중심값(W)에 대응하는(비례하는) 값을 설정 신호(30)로 변환하게 한 다음, 이 설정 신호(30) 및 평가 회전수에 대응하는 값을 변환한 신호에 기초하여 설정되는 목표 회전수에서 엔진(19)을 작동시킨다.

구체적으로, 레벨링(지반의 평탄화)이 수행될 때 도 8a 및 도 8b에 나타난 바와 같이 스틱 실린더(22c)의 스틱인 조작량(47)과 스틱아웃 조작량(48)이 변동되는 경우가 고려된다. 도 8a 및 도 8b에 파일럿 압력에 의해 나타난 바와 같이, 이 조작량이 0 초부터 40 초까지 -1.5 MPa 내지 1.5 MPa 사이에서, 40 초부터 80 초까지 -1.0 MPa 내지 1.0 MPa 사이에서, 그리고 80 초부터 120 초까지 -4.0 MPa 내지 4.0 MPa 사이에서 변동될 때, 사전에 결정된 시간 주기(TP)(15 초) 내에서의 조작량의 평균값에 대응하는 적용 레벨(Gl, Gm, Gh)은 도 8c 내지 도 8e에 나타난 바와 같이 낮은 레벨, 중간 레벨 및 높은 레벨에 대해 얻어진다. 본 구현예에서는, 이 적용 레벨(Gl, Gm, Gh)에 대해, 예를 들면, Wh = 0, Wm = -100 및 Wl = -200으로 설정함으로써 각각의 시간에 대한 중심값(W)이 도 8f에 나타난 바와 같이 얻어진다. 그 후, 엔진(19)의 엔진 속도는 이 중심값(W)에 대응하는(비례하는) 회전수를 평가 회전수에 가산함으로써 목표 회전수로 제어된다.

전술된 바와 같이, 상술한 구현예에 따르면, 작업 기계(11)의 작업량은 회전 유압 모터(16m) 및 실린더(21c 내지 23c)를 작동시키는 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량에 기초한 퍼지 추론을 이용하여 추정 유닛(34)에 의해 추정되고, 그 후, 엔진(19)의 엔진 속도를 설정하기 위한 설정 신호는 추정된 작업량에 따른 퍼지 추론을 이용하여 설정 유닛(36)에 의해 설정된다. 따라서, 엔진 속도는 조작 수단(L1 내지 L4)을 작동함에 있어서 운전자의 의도에 따라 최적화될 수 있다. 다시 말해서, 엔진(19) 및 펌프(P1, P2)의 효율적인 부분이 이용될 수 있다.

구체적으로, 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량이 작은 경우, 회전 유압 모터(16m)와 실린더(21c 내지 23c)의 작동 속도는 거의 동일하지만, 엔진 속도는 스틱아웃 작동과 같은 작동에 따라 달라진다. 이 때문에, 조작 수단(L1 내지 L4)이 운전자에 의해 작동되는 양이 작을 때, 회전 유압 모터(16m)와 실린더(21c 내지 23c)의 속도에 대한 요구 레벨 또한 기본적으로 낮아서, 유압 시스템의 요구 파워가 높을 필요가 없다. 그러나, 유압 오일을 탱크(T)로 누출함으로써 야기되는 에너지 손실을 저감하려는 의도에서 펌프(P1, P2)의 유속을 낮추는 것은 펌프(P1, P2) 자체의 효율 감소로 이어지므로, 에너지 손실을 저감할 수 없는 결과를 초래한다. 반면, 본 구현예는 NFC 시스템을 채용하여 엔진(19)의 엔진 속도를 감소시킨다.

따라서, 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량이 동일한 때조차도 가변 용량형 펌프(P1, P2)의 경사판이 자연스럽게 상승하기 시작하기 때문에 펌프(P1, P2)의 효율이 쉽게 낮아지지 않는다.

그 결과, 펌프(P1, P2), 회전 유압 모터(16m) 및 실린더(21c 내지 23c)를 포함하는 유압 시스템의 에너지 손실을 저감할 수 있다.

구체적으로, 작업 기계(11)의 작업량을 추정하는 정밀도는, 추정 유닛(34)으로 하여금 사전에 결정된 시간 주기(TP) 내에 얻어진 조작 수단(L1 내지 L4)의 조작량의 최대값의 평균값과, 회전 유압 모터(16m)와 실린더(21c 내지 23c)의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능(F)에 기초하여 작업 기계(11)의 작업량을 추정하게 함으로써 보다 향상될 수 있다.

특히, 추정 정밀도는 조작 수단(L1 내지 L4)의 가중된 조작량을 이용하여 추정 유닛(34)으로 작업 기계(11)의 작업량을 추정함으로써 더욱 향상될 수 있다. 그 결과, 엔진 속도는 조작 수단(L1 내지 L4)에 의해 작동되는 회전 유압 모터(16m) 및 실린더(21c 내지 23c)의 작동에 적합한 회전수로 제어될 수 있다. 결과적으로서, 유압 시스템의 에너지 손실을 보다 신뢰성 있게 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 조작 수단(L1 내지 L4)에 대한 엔진 속도가 급격하게 변화하는 것 또한 방지된다.

따라서, 엔진 속도는 과업에 적합한 회전수로 제어되면서 연료 소비를 향상시킬 수 있다.

상술한 구현예에 따르면, 멤버십 기능(F)이나 가중 팩터(Wl, Wm, Wh) 등은 설정된 퍼지 규칙에 기초하여 임의로 설정될 수 있다.

회전 유압 모터(16m) 및 실린더(21c 내지 23c)의 속도에 대한 요구 레벨은 반드시 3개(낮은 레벨, 중간 레벨, 높은 레벨)일 필요는 없고 2개나 4개 이상의 레벨이 설정될 수도 있다.

본 발명은 유압 쇼벨 타입 작업 기계에 적합하며 섀시로부터 돌출하는 작업 장치를 갖는 경우 휠 타입 작업 기계에도 적용될 수 있다.

본 발명은 유압 액추에이터 및 펌프를 갖는 유압 시스템이 장착된 작업 기계의 제조 및 판매에 관련된 모든 분야에 산업적으로 적용 가능하다.

CT: 제어 장치
F: 멤버십 기능
L1 내지 L4: 조작 수단
P1, P2: 펌프
11: 작업 기계
16m: 유압 액추에이터로서 기능하는 회전 유압 모터
19: 엔진
21c: 유압 액추에이터로서 기능하는 붐 실린더
22c: 유압 액추에이터로서 기능하는 스틱 실린더
23c: 유압 액추에이터로서 기능하는 버킷 실린더
33: 가중 수단으로서 기능하는 가중 유닛
34: 추정 수단으로서 기능하는 추정 유닛
36: 설정 수단으로서 기능하는 설정 유닛

Claims (6)

1. 작업 기계를 작동시키는 유압 액추에이터 및 유압 액추에이터를 작동시키기 위한 작업 유체를 배출하는 펌프를 포함하는 유압 시스템과, 펌프를 구동하는 엔진을 갖는 작업 기계를 제어하기 위한 제어 장치로서:
   유압 액추에이터를 작동시키는 조작 수단의 조작량에 기초한 퍼지 추론을 이용하여 작업 기계의 작업량을 추정하는 추정 수단과; 및
   상기 추정 수단에 의해 추정된 작업량에 따라 엔진 속도를 설정하기 위해 이용되는 설정 신호를 퍼지 추론을 이용하여 설정하는 설정 수단을 포함하는, 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 추정 수단은 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 조작 수단의 조작량의 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 작업 기계의 작업량을 추정하는, 제어 장치.
3. 제2항에 있어서,
   유압 액추에이터 및 조작 수단은 각각 복수로 제공되고,
   상기 제어 장치는 조작 수단의 각각의 조작량을 가중하는 가중 수단을 더 포함하고,
   상기 추정 수단은 상기 가중 수단에 의해 가중된 상기 조작 수단의 조작량의 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 최대값의 평균값, 및 상기 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 작업 기계의 작업량을 추정하는, 제어 장치.
4. 작업 기계를 작동시키는 유압 액추에이터 및 유압 액추에이터를 작동시키기 위한 작업 유체를 배출하는 펌프를 포함하는 유압 시스템과, 펌프를 구동하는 엔진을 갖는 작업 기계를 제어하기 위한 제어 방법으로서:
   조작 수단에 의해 작동되는 유압 액추에이터의 조작량에 기초한 퍼지 추론을 이용하여 작업 기계의 작업량을 추정하는 단계와; 및
   추정된 작업량에 따라 엔진 속도를 설정하는 데 이용되는 설정 신호를 퍼지 추론을 이용하여 설정하는 단계를 포함하는, 제어 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 작업 기계의 작업량은 사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 조작 수단의 조작량의 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 추정되는, 제어 방법.
6. 제5항에 있어서:
   복수의 유압 액추에이터를 작동시키는 복수의 조작 수단의 각각의 조작량을 가중하는 단계; 및
   사전에 결정된 시간 주기 내에 얻어진 조작 수단의 가중된 조작량의 최대값의 평균값, 및 유압 액추에이터의 속도에 대한 사전에 결정된 요구 레벨을 나타내는 멤버십 기능에 기초하여 작업 기계의 작업량을 추정하는 단계를 추가로 포함하는, 제어 방법.

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