KR20180029490A - 건설기계의 제어 시스템 및 건설기계의 제어 방법 - Google Patents

건설기계의 제어 시스템 및 건설기계의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

건설기계의 제어 시스템은 유압 펌프, 상기 유압 펌프에 제1 및 제2 병렬 라인들을 통해 각각 연결된 제1 및 제2 액추에이터들, 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제1 및 제2 제어 밸브들, 입력된 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀들의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 스풀들 각각에 공급하는 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들, 및 작업자의 조작 신호에 따라 상기 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들에 상기 제어 신호를 출력하고, 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 복합 동작을 위한 조작 신호를 수신할 때 상기 제1 액추에이터에 대한 조작 신호의 최대 허용값을 작업자에 의해 선택된 값으로 제한하고 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 상기 제한된 제1 액추에이터의 조작 신호에 따라 제한하도록 조정하는 제어 밸브 제어부를 포함한다.

Description

건설기계의 제어 시스템 및 건설기계의 제어 방법{CONTORL SYSTEM FOR CONSTRUCTION MACHINERY AND CONTROL METHOD FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설기계의 제어 시스템 및 건설기계의 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전자비례감압밸브를 이용한 전자 유압식 메인컨트롤밸브를 갖는 건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법에 관한 것이다.
최근 건설기계에 있어서, 전자비례감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 통해 전자 제어하는 전자 유압식 메인컨트롤밸브가 사용될 수 있다. 또한, 적어도 2개의 유압 펌프들에 의해 작동되는 액추에이터들의 복합 동작을 수행할 때, 엔진의 파워는 일정한 마력 분배 비율에 따라 상기 유압 펌프들로 분배될 수 있다.
기존의 기계유압식 메인컨트롤밸브를 갖는 건설기계에 있어서, 유압라인에 오리피스를 설치하여 복합 동작 시 유량분배의 밸런스를 조정할 수 있다.
그러나, 상기 오리피스의 고정된 면적 제한으로 인해 비효율적인 유량 분배 및 제어성 저하가 발생하고, 액추에이터에 가해지는 부하가 큰 경우에는 압력 손실로 인한 연비가 저하되는 문제점이 있다. 특히, 유압 펌프들의 마력 분배 시 작업 효율성을 위해 유량분배의 밸런스가 더욱 요구된다.
본 발명의 일 과제는 연비를 개선하고 제어성 및 작업 효율성을 향상시킬 수 있는 건설기계의 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 제어 시스템을 이용한 건설기계의 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템은 제1 유압 펌프, 상기 제1 유압 펌프에 제1 및 제2 병렬 라인들을 통해 각각 연결되고 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 제1 및 제2 액추에이터들, 상기 제1 및 제2 병렬 라인들에 각각 설치되고, 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제1 및 제2 제어 밸브들, 입력된 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀들의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 스풀들 각각에 공급하는 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들, 및 작업자의 조작 신호에 따라 상기 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들에 상기 제어 신호를 출력하고 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 복합 동작을 위한 조작 신호를 수신할 때 상기 제1 액추에이터에 대한 조작 신호의 최대 허용값을 작업자에 의해 선택된 값으로 제한하고 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 상기 제한된 제1 액추에이터의 조작 신호에 따라 제한하도록 조정하는 제어 밸브 제어부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 밸브 제어부는 상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 크기를 작업자에 의해 선택된 비율로 변환하고 상기 제2 액추에이터의 조작 신호로부터 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량으로의 전환 비율을 상기 제1 액추에이터에 대한 변환된 조작 신호의 크기에 비례하여 감소시키는 제어 신호를 상기 제2 스풀 변위 조정 밸브에 출력할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들은 전자비례 감압밸브(EPPRV)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어 밸브 제어부는, 상기 제1 액추에이터에 대하여 입력된 제1 조이스틱 변위량을 작업자에 의해 선택된 제한 비율에 따라 감소된 값을 갖는 2차적인 제1 조이스틱 변위량으로 변환하는 제1 조이스틱 변위량 변환부, 상기 제2 액추에이터에 대하여 입력된 제2 조이스틱 변위량을 상기 제1 액추에이터의 2차적인 제1 조이스틱 변위량에 비례하여 감소된 값을 갖는 2차적인 제2 조이스틱 변위량으로 변환하는 제2 조이스틱 변위량 변환부, 및 상기 2차적인 제1 조이스틱 변위량 및 상기 2차적인 제2 조이스틱 변위량에 따라 상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 제어 시스템은 상기 제1 유압 펌프를 구동하는 엔진에 의해 구동되며, 상기 제2 액추에이터에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프, 및 마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 토출 압력을 제어하기 위한 펌프 제어부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 펌프 제어부는 작업자가 선택한 마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 마력 비율을 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자에 의해 선택되는 상기 조작 신호의 제한 비율값의 범위는 상기 마력 분배 비율에 따라 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 액추에이터는 스윙 모터를 포함하며 상기 제2 액추에이터는 붐 실린더를 포함하고, 상기 제1 제어 밸브는 스윙 제어 밸브를 포함하며 상기 제2 제어 밸브는 붐 제어 밸브를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 방법에 있어서, 제1 유압 펌프에 제1 및 제2 병렬 라인들을 통해 연결된 제1 및 제2 액추에이터들, 및 상기 제1 및 제2 병렬 라인들에 각각 설치되며 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제1 및 제2 제어 밸브들을 포함하는 유압 시스템을 제공한다. 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대한 작업자의 조작 신호 및 상기 제1 액추에이터의 조작 신호에 대한 작업자의 제한 비율값을 수신한다. 상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 최대 허용값을 상기 제한 비율에 따라 제한한다. 상기 제2 액추에이터에 대한 조작 신호에 따른 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 상기 제한된 제1 액추에이터에 대한 조작 신호에 따라 제한하도록 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 최대 허용값을 상기 제한값으로 제한하는 것은 상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 크기를 작업자에 의해 선택된 비율로 변환하는 것을 포함하고, 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은 상기 제2 액추에이터의 조작 신호로부터 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량으로의 전환 비율을 상기 제1 액추에이터에 대한 변환된 조작 신호의 크기에 비례하여 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대한 작업자의 조작 신호를 수신하는 것은 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대한 조이스틱 변위량을 수신하는 것을 포함하고, 상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 최대 허용값을 상기 제한 비율에 따라 제한하는 것은 상기 제1 액추에이터에 대하여 입력된 제1 조이스틱 변위량을 작업자에 의해 선택된 제한 비율에 따라 감소된 값을 갖는 2차적인 제1 조이스틱 변위량으로 변환하는 것을 포함하고, 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은 상기 제2 액추에이터에 대하여 입력된 제2 조이스틱 변위량을 상기 제1 액추에이터의 2차적인 제1 조이스틱 변위량에 비례하여 감소된 값을 갖는 2차적인 제2 조이스틱 변위량으로 변환하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 2차적인 제1 조이스틱 변위량 및 상기 2차적인 제2 조이스틱 변위량에 따라 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀들에 각각 공급하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 파일럿 신호압을 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀들에 각각 공급하는 것은 전자비례 감압밸브(EPPRV)를 이용하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 제1 유압 펌프를 구동하는 엔진에 의해 구동되며 상기 제2 액추에이터에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프를 제공하고, 마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 토출 압력을 제어하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 토출 압력을 제어하는 것은 작업자가 선택한 펌프 마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 마력 비율을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자에 의해 선택되는 상기 조작 신호의 제한 비율값의 범위는 상기 마력 분배 비율에 따라 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 작업자에 의해 선택된 제1 및 제2 유압 펌프들의 펌프 마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 마력 분배 비율을 제어할 수 있고, 상기 펌프 마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들이 작동될 때에도 작업자에 의해 선택된 스윙 조이스틱 변위량의 제한 비율에 따라 스윙 제어 밸브의 스풀 변위량을 제한하여 스윙 유로 면적을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제한된 스윙 조이스틱 변위량에 따라 붐 제어 밸브의 스풀 변위량을 제한하여 붐 유로 면적을 제어할 수 있다.
이에 따라, 펌프 파워 분배 제어 및 EPPR을 이용한 제어 밸브의 스풀 변위량 제어를 통해 액추에이터들로 작동유가 공급되는 유로들의 면적 비율을 제어함으로써, 여러 가지 상황에서 액추에이터들이 속도 밸런스를 사용자의 상황에 맞게 조정할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 편의성을 증대하고, 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 건설기계의 제어 시스템의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 제어부에 저장된 작업자가 선택한 제한 비율에 따른 스윙 조이스틱 변위량 제한맵을 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 3의 2차 스윙 조이스틱 변위량에 따른 붐 조이스틱 변위량 제한맵을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 4의 붐 조이스틱 변위량 제한맵에 따른 붐 조이스틱 변위량의 전환 비율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 펌프 마력 분배 제어 및 펌프 마력 분배 제어/스풀 변위량 제어에서의 스윙 각도에 따른 붐 높이를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 1에서 붐 상승 및 상부체 스윙의 복합 동작 신호가 수신된 경우의 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 2는 도 1의 건설기계의 제어 시스템의 제어부를 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 2의 제어부에 저장된 작업자가 선택한 제한 비율에 따른 스윙 조이스틱 변위량 제한맵을 나타내는 그래프이다. 도 4는 도 3의 2차 스윙 조이스틱 변위량에 따른 붐 조이스틱 변위량 제한맵을 나타내는 그래프이다. 도 5는 도 4의 붐 조이스틱 변위량 제한맵에 따른 붐 조이스틱 변위량의 전환 비율을 나타내는 그래프이다. 도 6은 펌프 마력 분배 제어 및 펌프 마력 분배 제어/스풀 변위량 제어에서의 스윙 각도에 따른 붐 높이를 나타내는 그래프이다. 도 7은 도 1에서 붐 상승 및 상부체 스윙의 복합 동작 신호가 수신된 경우의 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 건설기계의 제어 시스템은 제1 유압 펌프(100), 제1 유압 펌프(100)에 제1 및 제2 병렬 라인들(210, 220)을 통해 각각 연결되며 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20), 제1 및 제2 병렬 라인들(210, 220)에 각각 설치되어 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)의 동작을 각각 제어하기 위한 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320), 입력된 제어 신호에 비례하여 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)의 스풀들의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 스풀들 각각에 공급하는 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들(410, 420), 및 작업자의 조작 신호에 따라 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들(410, 420)에 상기 제어 신호를 각각 출력하고 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20) 중 어느 하나의 조작 신호에 따라 다른 하나의 동작을 제어하기 위한 제어부(500)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계는 굴삭기, 휠 로더, 지게차 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 상기 건설기계가 굴삭기인 경우에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 이로 인하여 예시적인 실시예들에 따른 제어 시스템이 굴삭기를 제어하기 위한 것으로 한정되는 것은 아니며, 휠 로더, 지게차 등에도 이와 실질적으로 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 건설기계는 하부 주행체, 상기 하부 주행체 상에 선회 가능하도록 탑재되는 상부 선회체, 및 상기 상부 선회체에 설치된 운전실과 프론트 작업 장치를 포함할 수 있다. 상기 프론트 작업 장치는 붐, 암 및 버켓을 포함할 수 있다. 상기 붐과 상기 상부 프레임 사이에는 상기 붐의 움직임을 제어하기 위한 붐 실린더가 설치될 수 있다. 상기 붐과 상기 암 사이에는 상기 암의 움직임을 제어하기 위한 암 실린더가 설치될 수 있다. 그리고, 상기 암과 상기 버켓 사이에는 상기 버켓의 움직임을 제어하기 위한 버켓 실린더가 설치될 수 있다. 상기 상부 선회체와 상기 하부 주행체 사이에는 상기 상부 선회체의 회전을 제어하기 위한 스윙 모터가 설치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 유압 펌프(100)는 동력전달장치를 통하여 엔진(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 엔진으로부터의 동력은 제1 유압 펌프(100)에 전달될 수 있다. 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)을 거쳐 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)에 각각 분배되어 공급될 수 있다.
구체적으로, 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)은 제1 메인 유압 라인(200)을 통하여 제1 유압 펌프(100)에 연결될 수 있다. 제1 메인 유압 라인(200)은 제1 센터바이패스 라인(202) 및 제1 및 제2 병렬 라인들(210, 220)로 분기될 수 있다. 제1 센터바이패스 라인(202)에는 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)이 직렬로 순차적으로 설치될 수 있다.
제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)은 제1 유압 펌프(100)에 서로 병렬로 연결된 제1 및 제2 병렬 라인들(210, 220)에 각각 설치될 수 있다. 제1 제어 밸브(310)가 절환되어 제1 센터바이패스 라인(202)이 폐쇄되더라도, 제2 제어 밸브(320)는 제2 병렬 라인(220)에 의해 제1 유압 펌프(100)에 연결되어 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유를 공급받을 수 있다. 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)은 제1 유압 펌프(100)에 병렬로 연결된 제1 및 제2 병렬 라인들(210, 220)에 설치되어 있으므로, 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)이 절환될 때 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)을 통해 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)로 분배되어 공급될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 제1 센터바이패스 라인(202)에는 제3 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 보조 제어 밸브가 설치될 수 있고, 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 상기 보조 제어 밸브를 통하여 상기 제3 액추에이터로 공급될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 액추에이터(10)는 상기 스윙 모터이고, 제2 액추에이터(20)는 상기 붐 실린더일 수 있다. 이 경우에 있어서, 제1 제어 밸브(310)는 스윙 제어 밸브이고, 제2 제어 밸브(320)는 붐 제어 밸브일 수 있다. 이와 다르게, 제1 액추에이터(10)는 상기 붐 실린더이고, 제2 액추에이터(20)는 상기 스윙 모터일 수 있다. 이 경우에 있어서, 제1 제어 밸브(310)는 붐 제어 밸브이고, 제2 제어 밸브(320)는 스윙 제어 밸브일 수 있다.
제1 제어 밸브(10), 즉, 상기 스윙 제어 밸브는 제1 스윙 유압라인(232) 및 제2 스윙 유압라인(234)을 통해 제1 액추에이터(10), 즉, 상기 스윙 모터의 A, B 포트와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 제1 제어 밸브(310)가 절환되어 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유를 상기 스윙 모터의 A, B 포트에 선택적으로 공급함으로써 상기 상부 선회체의 회전 방향 및 회전 속도를 제어할 수 있다.
스윙 모터(10)를 구동시키는 작동유는 리턴 유압라인을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 상기 스윙 모터의 A, B 포트들로부터의 작동유는 제1 스윙 유압라인들(234) 및 제2 스윙 유압라인(234)을 통해 제1 제어 밸브(310), 즉, 상기 스윙 제어 밸브를 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
제2 제어 밸브(320), 즉, 상기 붐 제어 밸브는 붐 헤드 유압라인(242) 및 붐 로드 유압라인(244)을 통해 제2 액추에이터, 즉, 붐 실린더(20)의 붐 헤드 챔버(22) 및 붐 로드 챔버(24)와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 제2 제어 밸브(320)가 절환되어 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유를 붐 헤드 챔버(22) 및 붐 로드 챔버(24)에 선택적으로 공급할 수 있다.
붐 실린더(20)를 구동시키는 작동유는 리턴 유압라인을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 붐 헤드 챔버(22) 및 붐 로드 챔버(24)로부터의 작동유는 붐 헤드 유압라인(242) 및 붐 로드 유압라인(244)을 통해 제2 제어 밸브(320), 즉, 상기 붐 제어 밸브를 거쳐 드레인 탱크(T)로 각각 배출될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)에 대한 조작 신호가 없는 경우에는, 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 제1 센터바이패스 유로(202)를 통해 드레인 탱크(T)로 복귀할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 파일럿 펌프(400)는 상기 엔진의 출력축에 연결되며, 상기 출력축이 회전함에 따라 구동되어 제어유를 토출할 수 있다. 예를 들면, 상기 파일럿 펌프는 기어펌프일 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 작동유 및 상기 제어유는 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
파일럿 펌프(400)로부터 토출된 제어유는 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들(410, 420)을 거쳐 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)의 스풀들에 각각 공급될 수 있다. 파일럿 펌프(400)로부터 토출된 제어유는 제어 유로(402)를 통해 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들(410, 420)로 각각 공급될 수 있다.
제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들(410, 420)은 입력된 제어 신호에 비례하여 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)의 스풀들의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 스풀들에 각각 공급할 수 있다.
예를 들면, 한 쌍의 제1 스풀 변위 조정 밸브들(410)이 제1 제어 밸브(310)의 스풀의 양측에 각각 구비될 수 있다. 제1 스풀 변위 조정 밸브(410)로부터 출력된 제1 파일럿 신호압은 제1 제어 밸브(310) 내의 스풀의 양측에 선택적으로 공급됨으로써, 제1 제어 밸브(310)가 절환될 수 있다. 제1 스풀 변위 조정 밸브(410)는 입력된 제어 신호에 비례하는 크기를 갖는 제1 파일럿 신호를 공급할 수 있다. 제1 제어 밸브(310) 내의 스풀의 이동은 상기 제1 파일럿 신호압에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 제1 파일럿 신호압의 공급 방향에 따라 상기 스풀의 이동 방향이 결정되며, 상기 제1 파일럿 신호압의 세기에 따라 상기 스풀의 변위량이 결정될 수 있다.
또한, 한 쌍의 제2 스풀 변위 조정 밸브들(420)이 제2 제어 밸브(320)의 스풀의 양측에 각각 구비될 수 있다. 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)로부터 출력된 제2 파일럿 신호압은 제2 제어 밸브(320) 내의 스풀의 양측에 선택적으로 공급됨으로써, 제2 제어 밸브(320)가 절환될 수 있다. 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)는 입력된 제어 신호에 비례하는 크기를 갖는 제2 파일럿 신호를 공급할 수 있다. 제2 제어 밸브(320) 내의 스풀의 이동은 상기 제2 파일럿 신호압에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 제2 파일럿 신호압의 공급 방향에 따라 상기 스풀의 이동 방향이 결정되며, 상기 제2 파일럿 신호압의 세기에 따라 상기 스풀의 변위량이 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 제어 시스템은 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)을 갖는 조립체로서의 메인컨트롤밸브(Main Control Valve, MCV)를 포함할 수 있다. 상기 메인컨트롤밸브는 입력되는 전기적 신호에 따라 제어 밸브 내의 스풀에 가해지는 파일럿 작동유를 제어하는 전자비례감암밸브(EPPRV)를 포함하는 전자유압식 메인컨트롤밸브일 수 있다. 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들(410, 420)은 전자비례감암밸브(EPPRV)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(500)는 상기 제어 밸브들을 제어하기 위한 제어 밸브 제어부(520) 및 상기 유압 펌프를 제어하기 위한 펌프 제어부(530)를 포함할 수 있다.
제어 밸브 제어부(520)는 조작부(600)로부터 작업자의 조작량에 비례하는 조작 신호를 수신하고, 상기 조작 신호에 대응하도록 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들(410, 420)로 상기 제어 신호로서 압력지령 신호를 각각 출력할 수 있다. 상기 전자비례감압밸브들은 상기 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 대응하는 상기 스풀들에 각각 출력함으로써, 전기적 제어 신호로 상기 스풀들을 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어 밸브 제어부(520)는 제1 액추에이터(10)에 대한 조작 신호, 예를 들면, 제1 조이스틱 변위량을 수신하고 상기 수신된 제1 조이스틱 변위량에 대응하는 제어 신호, 예를 들면, 전류를 생성하여 제1 스풀 변위 조정 밸브(410)로 인가할 수 있다. 제1 스풀 변위 조정 밸브(410)는 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 제1 파일럿 신호압을 제1 제어 밸브(310)의 스풀에 공급함으로써 제1 제어 밸브(310)의 스풀을 상기 인가된 제1 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 액추에이터(10)에 대한 상기 수신된 제1 조이스틱 변위량은 기 설정된 전환 비율로 제1 제어 밸브(310)의 스풀 변위량으로 전환될 수 있다.
제어 밸브 제어부(520)는 제2 액추에이터(20)에 대한 조작 신호, 예를 들면, 제2 조이스틱 변위량을 수신하고 상기 수신된 제2 조이스틱 변위량에 대응하는 제어 신호, 예를 들면, 전류를 생성하여 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)로 인가할 수 있다. 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)는 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 제2 파일럿 신호압을 제2 제어 밸브(320)의 스풀에 공급함으로써 제2 제어 밸브(320)의 스풀을 상기 인가된 제2 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 액추에이터(20)에 대한 상기 수신된 제2 조이스틱 변위량은 기 설정된 전환 비율로 제2 제어 밸브(320)의 스풀 변위량으로 전환될 수 있다.
예를 들면, 조작부(600)는 조이스틱, 페달 등을 포함할 수 있다. 작업자가 조작부(600)를 조작하면, 상기 조작에 대응하는 조작 신호가 발생될 수 있다. 조작부(600)는 상기 조이스틱 변위량(또는 각도)을 측정하는 센서를 포함할 수 있다. 조작부(600)는 상기 측정된 변위량에 대응하는 전압신호 또는 전류 신호와 같은 신호를 출력할 수 있다. 제어부(500)는 상기 조작 신호를 수신하여 상기 조작 신호에 대응하도록 상기 메인컨트롤밸브를 제어함으로써 상기 제1 및 제2 액추에이터들을 작동시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 제어 시스템은 제2 액추에이터(20)에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프(110), 제2 액추에이터(20) 및 제2 유압 펌프(110) 사이의 유압 라인에 설치되며 제2 액추에이터(20)의 동작을 제어하기 위한 제3 제어 밸브(330), 및 입력된 제어 신호에 비례하여 제3 제어 밸브(330)의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 스풀에 공급하는 제3 스풀 변위 조정 밸브(430)를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제2 유압 펌프(110)는 제1 유압 펌프(100)를 구동하는 상기 엔진에 연결될 수 있다. 상기 엔진의 파워는 후술하는 바와 같은 펌프 제어부(520)에 의해 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)로 일정 비율로 분배될 수 있다.
제2 유압 펌프(110)로부터 토출된 작동유는 제3 제어 밸브(330)를 거쳐 제2 액추에이터(20)에 공급될 수 있다. 구체적으로, 제3 제어 밸브(330)는 제2 메인 유압 라인(204)을 통하여 제2 유압 펌프(110)에 연결될 수 있다. 제2 메인 유압 라인(204)은 제2 센터바이패스 라인(204) 및 제3 병렬 라인(230)으로 분기될 수 있다. 제2 센터바이패스 라인(204)에는 제3 제어 밸브(330) 및 추가적인 보조 제어 밸브(도시되지 않음)가 직렬로 순차적으로 설치될 수 있다.
제3 제어 밸브(330)는 붐 헤드 유압라인(242) 및 붐 로드 유압라인(244)을 통해 제2 액추에이터(20), 즉, 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버(22) 및 붐 로드 챔버(24)와 각각 연결될 수 있다. 제3 제어 밸브(330)가 절환되어 제2 유압 펌프(110)로부터 토출된 작동유를 붐 헤드 챔버(22) 및 붐 로드 챔버(24)에 선택적으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)로부터 토출된 작동유는 제1 및 제2 제어 밸브들(310, 330)을 거쳐 제2 액추에이터(20)로 공급될 수 있다.
제2 액추에이터(20)에 대한 조작 신호가 없는 경우에는, 제2 유압 펌프(110)로부터 토출된 작동유는 제2 센터바이패스 유로(204)를 통해 드레인 탱크(T)로 복귀할 수 있다.
파일럿 펌프(400)로부터 토출된 제어유는 제3 스풀 변위 조정 밸브(430)를 거쳐 제3 제어 밸브(330)의 스풀에 공급될 수 있다. 파일럿 펌프(400)로부터 토출된 제어유는 제어 유로(402)를 통해 제3 스풀 변위 조정 밸브(430)로 공급될 수 있다.
제3 스풀 변위 조정 밸브(430)는 입력된 제어 신호에 비례하여 제3 제어 밸브(330)의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 제3 제어 밸브(330)의 상기 스풀에 공급할 수 있다.
예를 들면, 한 쌍의 제3 스풀 변위 조정 밸브들(430)이 제3 제어 밸브(330)의 스풀의 양측에 각각 구비될 수 있다. 제3 스풀 변위 조정 밸브(430)로부터 출력된 제3 파일럿 신호압은 제3 제어 밸브(330) 내의 스풀의 양측에 선택적으로 공급됨으로써, 제3 제어 밸브(330)가 절환될 수 있다. 제3 스풀 변위 조정 밸브(430)는 입력된 제어 신호에 비례하는 크기를 갖는 제3 파일럿 신호를 공급할 수 있다. 제3 제어 밸브(330) 내의 스풀의 이동은 상기 제3 파일럿 신호압에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 제3 파일럿 신호압의 공급 방향에 따라 상기 스풀의 이동 방향이 결정되며, 상기 제3 파일럿 신호압의 세기에 따라 상기 스풀의 변위량이 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제3 스풀 변위 조정 밸브(430)는 전자비례감암밸브(EPPRV)를 포함할 수 있다.
제어 밸브 제어부(520)는 제2 액추에이터(20)에 대한 조작 신호, 예를 들면, 제2 조이스틱 변위량을 수신하고 상기 수신된 제2 조이스틱 변위량에 대응하는 제어 신호, 예를 들면, 전류를 생성하여 제3 스풀 변위 조정 밸브(430)로 인가할 수 있다. 제3 스풀 변위 조정 밸브(430)는 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 제3 파일럿 신호압을 제3 제어 밸브(330)의 스풀에 공급함으로써 제3 제어 밸브(330)의 스풀을 상기 인가된 제3 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 액추에이터(20)에 대한 상기 수신된 제2 조이스틱 변위량은 기 설정된 전환 비율로 제3 제어 밸브(330)의 스풀 변위량으로 전환될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 제어 시스템은 입력된 펌프 제어 신호에 따라 제1 유압 펌프(100)의 사판각을 조절하여 제1 유압 펌프(100)의 토출 유량을 제어하기 위한 제1 사판각 조절 유닛 및 입력된 펌프 제어 신호에 따라 제2 유압 펌프(110)의 사판각을 조절하여 제2 유압 펌프(110)의 토출 유량을 제어하기 위한 제2 사판각 조절 유닛을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 사판각 조절 유닛은 입력되는 파일럿 압력에 따라 제1 유압 펌프(100)의 사판각을 조절하는 제1 레귤레이터(120) 및 제1 레귤레이터(120)에 입력되는 파일럿 압력을 제어하기 위한 제1 전자비례감압밸브(130)를 포함할 수 있다. 상기 제2 사판각 조절 유닛은 입력되는 파일럿 압력에 따라 제2 유압 펌프(110)의 사판각을 조절하는 제2 레귤레이터(122) 및 제2 레귤레이터(122)에 입력되는 파일럿 압력을 제어하기 위한 제2 전자비례감압밸브(132)를 포함할 수 있다.
제1 레귤레이터(120)는 제1 전자비례감압밸브(130)를 매개로 파일럿 펌프(400)와 연결되고, 제2 레귤레이터(122)는 제2 전자비례감압밸브(132)를 매개로 파일럿 펌프(400)와 연결될 수 있다.
제1 전자비례감압밸브(130)에 높은 전류 지령치인 펌프제어신호가 입력되면 제1 레귤레이터(120)에 입력되는 파일럿 압력이 증가하게 되어 제1 유압 펌프(100)의 유량이 감소할 수 있다. 제2 전자비례감압밸브(132)에 높은 전류 지령치인 펌프제어신호가 입력되면 제2 레귤레이터(122)에 입력되는 파일럿 압력이 증가하게 되어 제2 유압 펌프(110)의 유량이 감소할 수 있다. 즉, 상기 펌프제어신호의 전류 지령치를 줄이면 상기 유압 펌프의 토출 유량을 증가시킬 수 있어 상기 유압 펌프의 토출 압력을 높일 수 되고, 펌프제어신호의 전류 지령치를 증가시키면 상기 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜 상기 유압 펌프의 토출 압력을 감소시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어 밸브 제어부(520)는 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)의 복합 동작을 위한 조작 신호를 수신할 때, 제1 액추에이터(10)에 대한 조작 신호의 최대 허용값을 작업자에 의해 선택된 값으로 제한하고 제2 액추에이터(20)에 대한 조작 신호에 따른 제2 제어 밸브(320)의 스풀 변위량을 상기 제한된 제1 액추에이터(10)의 조작 신호에 따라 제한하도록 제어할 수 있다. 제어 밸브 제어부(520)는 제1 액추에이터(10)의 조작 신호의 크기를 작업자에 의해 선택된 비율로 변환하고 제2 액추에이터(20)의 조작 신호로부터 제2 제어 밸브(320)의 스풀 변위량으로의 전환 비율을 상기 제1 액추에이터에 대한 변환된 조작 신호의 크기에 비례하여 감소시키는 제어 신호를 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)에 출력할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(500)는 데이터 수신부(510), 제어 밸브 제어부(520) 및 펌프 제어부(530)를 포함할 수 있다.
데이터 수신부(510)는 조작부(600)로부터 조이스틱 변위량을 수신하고 사용자 선택부(610)로부터 작업자가 선택한 조이스틱 변위량 제한 비율, 마력 분배 비율 등을 수신할 수 있다. 데이터 수신부(510)는 붐, 암, 버켓 및 스윙에 대한 조작 신호로서 조이스틱 변위량을 수신할 수 있다. 예를 들면, 데이터 수신부(510)는 붐 실린더에 대한 조작 신호로서 붐 조이스틱 변위량(붐 스트로크) 및 스윙 모터에 대한 조작 신호로서 스윙 조이스틱 변위량(스윙 스트로크)를 수신할 수 있다.
예를 들면, 사용자 선택부(610)는 스풀 변위량 제어 및 펌프 마력 분배 제어를 작업자가 원하는 범위 내에서 수행하기 위한 사용자 입력 수단일 수 있다. 사용자 선택부(610)는 터치식 화면, 토글 버튼 등과 같은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 데이터 수신부(510)는 사용자 선택부(610)와 연결되어 사용자가 직접 선택한 파라미터값들을 수신할 수 있다.
데이터 수신부(510)는 제1 유압 펌프(100) 및 제2 유압 펌프(110)의 토출 압력 및 펌프 사판각을 수신할 수 있다. 또한, 데이터 수신부(510)는 엔진제어유닛(ECU)으로부터 엔진회전속도(rpm), 출력 토크 등의 정보를 수신할 수 있다.
제어 밸브 제어부(520)는 제1 조이스틱 변위량 변환부(522), 제2 조이스틱 변위량 변환부(524) 및 출력부(526)를 포함할 수 있다.
제1 조이스틱 변위량 변환부(522)는 제1 액추에이터(10)에 대하여 입력된 제1 조이스틱 변위량을 작업자에 의해 선택된 제한 비율에 따라 감소된 값을 갖는 2차적인 제1 조이스틱 변위량으로 변환할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 조이스틱 변위량 변환부(522)는 작업자가 선택한 제한 비율에 따른 변위량 제한맵을 이용하여 입력된 스윙 조이스틱 변위량(스윙 스트로크)을 2차 스윙 조이스틱 변위량으로 변환시킬 수 있다. 작업자가 선택된 제한 비율이 20%인 경우(최대 허용값이 80%인 경우), 상기 입력된 스윙 조이스틱 변위량(0~100%)은 상기 2차 스윙 조이스틱 변위량으로(0~80%)으로 맵핑될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 2차 스윙 조이스틱 변위량의 최대 허용값(80%)은 상기 입력된 스윙 조이스틱 변위량의 최대 허용값(100%)의 20%만큼 감소된 값을 가질 수 있다. 이와 다르게, 작업자가 선택된 제한 비율이 20%인 경우, 상기 입력된 스윙 조이스틱 변위량의 80% 이상인 값을 모두 80%로 변환시킬 수 있다.
제2 조이스틱 변위량 변환부(524)는 제2 액추에이터(20)에 대하여 입력된 제2 조이스틱 변위량을 제1 액추에이터(10)의 상기 2차적인 제1 조이스틱 변위량에 비례하여 감소된 값을 갖는 2차적인 제2 조이스틱 변위량으로 변환할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 조이스틱 변위량 변환부(524)는 변위량 제한맵을 이용하여 입력된 붐 조이스틱 변위량(붐 스트로크)을 2차적인 붐 조이스틱 변위량으로 변환시킬 수 있다. 상기 입력된 붐 조이스틱 변위량에 대한 상기 2차적인 붐 조이스틱 변위량의 감소율은 2차 스윙 조이스틱 변위량(제한된 스윙 스트로크)의 크기에 비례할 수 있다. 즉, 스윙 스트로크가 증가할수록, 상기 2차적인 붐 조이스틱 변위량은 더 작아지도록 변환될 수 있다.
출력부(526)는 상기 조정된(제한된) 2차적인 스윙 조이스틱 변위량 및 2차적인 붐 조이스틱 변위량에 비례하여 상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 제어 신호들을 출력할 수 있다. 출력부(526)는 상기 조정된 2차적인 스윙 조이스틱 변위량에 비례하는 전류를 생성하여 제1 스풀 변위 조정 밸브(410)로 인가하고 상기 조정된 2차적인 붐 조이스틱 변위량에 비례하는 전류를 생성하여 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)로 인가할 수 있다. 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들(410, 420)는 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 제1 및 제2 파일럿 신호압을 상기 스윙 및 붐 제어 밸브들의 스풀들에 각각 공급함으로써 상기 스윙 및 붐 제어 밸브의 스풀들을 상기 인가된 제1 및 제2 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다.
따라서, 상기 스윙 제어 밸브의 유로 면적은 작업자가 선택한 제한 비율에 따라 제한되고 상기 붐 제어 밸브의 유로 면적은 상기 제한된 스윙 조이스틱 변위량의 크기에 반비례하도록 제어될 수 있다. 상기 조정된 2차적인 스윙 조이스틱 변위량에 따른 상기 스윙 제어 밸브의 유로 면적은 스윙 조이스틱 변위량이 제한되지 않은 경우의 상기 스윙 제어 밸브의 유로 면적보다 작아지도록 제어되고, 상기 조정된 2차적인 붐 조이스틱 변위량에 따른 상기 붐 제어 밸브의 유로 면적은 붐의 단독 동작시의 상기 붐 제어 밸브의 유로 면적보다 작아지도록 제어될 수 있고, 상기 붐 제어 밸브의 유로 면적의 감소 비율은 상기 2차적인 스윙 조이스틱 변위량의 크기에 비례할 수 있다. 또한, 상기 조정된 2차 붐 조이스틱 변위량에 따른 상기 붐 제어 밸브의 유로 면적은 스윙 조이스틱 변위량이 제한되지 않은 경우에서의 상기 붐 제어 밸브의 유로 면적보다 커지도록 제어될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 2차적인 스윙 조이스틱 변위량이 조정됨에 따라, 상기 붐 제어 밸브의 조작 신호에 대한 스풀 변위량 역시 조정될 수 있다. 즉, 붐 조작 신호로부터 붐 제어 밸브의 스풀 변위량으로의 전환 비율(붐 조작 신호의 전환 비율)은 스윙 스트로크(즉, 제한된 스윙 조이스틱 변위량)의 크기에 비례하여 감소될 수 있다. 상기 상부체 선회와 붐 상승의 복합 동작에서의 상기 붐 조작 신호의 전환 비율은 붐 단독 동작 시의 전환 비율보다 더 작을 수 있다. 예를 들면, 스윙 스트로크(2차적인 스윙 조이스틱 변위량)가 100%일 때, 상기 입력된 붐 조이스틱 변위량으로부터 상기 붐 제어 밸브의 스풀 변위량의 전환 비율은 붐 단독 동작시의 전환 비율의 약 50%로 감소될 수 있다.
펌프 제어부(530)는 마력 분배 비율 산출부(532) 및 출력부(534)를 포함할 수 있다.
마력 분배 비율 산출부(532)는 작업자가 선택한 마력 분배 비율에 따라 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)의 마력 비율을 제어하기 위한 목표 마력값들을 산출할 수 있다. 이와 다르게, 마력 분배 비율 산출부(532)는 조이스틱의 조작 신호들에 따라 산출된 마력 분배 비율을 제공하거나, 아래의 표 1과 같이 복합 동작의 종류에 따라 기 설정된 토크 분배 비율을 갖는 작동 모드를 제공할 수 있다.
작동모드 복합동작의 종류 제1 펌프토크
분배 비율(%)
제2 펌프토크
분배 비율(%)
1 붐 상승, 버킷 작동 55 45
2 붐 하강, 버킷 작동 50 50
3 암 크라우드, 상부체 스윙 50 50
4 암 덤프, 상부체 스윙 30 70
5 붐 상승, 암 작동 50 50
6 붐 상승, 상부체 스윙 70 30
7 버킷 작동, 암 작동 50 50
출력부(534)는 상기 마력 분배 비율에 따라 제1 및 제2 레귤레이터들(120, 122)에 입력되는 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 펌프 제어 신호들을 출력할 수 있다. 출력부(534)는 상기 마력 분배 비율에 따라 결정된 목표 마력값들에 대응하는 전류를 생성하여 제1 및 제2 전자비례감압밸브들(130, 132)로 인가할 수 있다. 제1 및 제2 전자비례감압밸브들(130, 132)은 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 파일럿 신호압을 제1 및 제2 레귤레이터들(120, 122)에 각각 공급함으로써 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)의 토출 유량 및 토출 압력을 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자에 의해 선택되는 상기 조작 신호의 제한 비율값의 범위는 상기 마력 분배 비율에 따라 결정될 수 있다. 마력 분배에 따라 제1 유압 펌프(100)의 최대 토출 유량이 결정되면, 상기 최대 토출 유량에서 캐비테이션(cavitation)이 발생시키지 않는 스윙 조이스틱 변위량에 대한 제한 비율의 범위가 결정될 수 있다. 이에 따라, 작업자는 사용자 선택부(610)를 통해 상기 결정된 제한 비율의 범위 내에서 제한 비율을 선택할 수 있다.
상술한 바와 같이, 복합 동작에서 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)의 마력 분배 비율을 조정함으로써(펌프 마력 분배 제어), 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)의 작업 속도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 붐과 스윙의 복합 동작시 제1 유압 펌프(100)와 제2 유압 펌프(110)의 마력 비율을 증가 또는 감소하도록 조정함으로써, 붐의 작동 속도보다 스윙 모터의 작동 속도를 상대적으로 증가 또는 감소시킬 수 있다.
또한, 복합 동작에서 제1 액추에이터(10)에 대한 조작 신호를 작업자의 선택 비율로 제한하고 제2 액추에이터(20)에 대한 조작 신호를 제1 액추에이터(10)의 제한된 조작 신호에 따라 제한하도록 제어함으로써(스풀 변위량 제어), 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)의 작업 속도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 붐과 스윙의 복합 동작시 스윙 모터(10)에 대한 스윙 조이스틱 변위량을 제한시킴으로써, 상기 제한된 스윙 조이스틱 변위량에 따른 상기 스윙 모터의 작동 속도는 상기 스윙 조이스틱 변위량을 제한시키지 않은 경우에서의 스윙 모터의 작동 속도보다 더 커지도록 제어될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 펌프 마력 분배/스풀 변위량 제어에서의 선회체 스윙 각도에 따른 붐 높이의 범위(Rb)가 펌프 마력 분배 제어에서의 선회체 스윙 각도에 따른 붐 높이의 범위(Ra)보다 더 클 수 있다.
예를 들면, 펌프 마력 분배 제어만이 수행된 경우, 선회체가 일정 각도만큼 회전하는 동안 붐의 상승 높이는 제1 범위 내에서 제어될 수 있다. 반면, 펌프 마력 분배 제어와 스풀 변위량 제어가 동시에 수행된 경우, 선회체가 동일한 각도만큼 회전하는 동안 붐의 상승 높이는 상기 제1 범위보다 더 큰 제2 범위 내에서 제어될 수 있다.
선회체의 회전 반경 45도에 있는 트럭으로 상차 작업을 수행할 경우에는 스윙 거리가 짧아 붐의 작동 속도가 스윙 모터의 작동 속도보다 상대적으로 커야 작업 효율성에 유리하고, 반면, 선회체의 회전 반경 180도에 있는 트럭으로 상차 작업을 수행할 경우에는 스윙 거리가 길어 스윙 모터의 작동 속도가 붐의 작동 속도보다 상대적으로 커야 작업 효율성에 유리할 수 있다.
예를 들어, 선회체의 회전 반경 45도에 있는 트럭으로 상차 작업을 수행할 경우에는 도 6의 그래프 G1을 따르도록 펌프 마력 분배 제어와 스풀 변위량 제어를 수행할 수 있다. 또한, 선회체의 회전 반경 90도에 있는 트럭으로 상차 작업을 수행할 경우에는 도 6의 그래프 G2를 따르도록 펌프 마력 분배 제어와 스풀 변위량 제어를 수행할 수 있고, 선회체의 회전 반경 180도에 있는 트럭으로 상차 작업을 수행할 경우에는 도 6의 그래프 G3를 따르도록 펌프 마력 분배 제어와 스풀 변위량 제어를 수행할 수 있다.
따라서, 상기 펌프 마력 분배 제어만으로 붐과 스윙의 복합 작업의 효율성이 충분하지 않은 경우, 상기 스풀 변위량 제어를 통해 스윙 및 붐 유로 면적을 조정함으로써, 스윙 또는 붐의 작동 범위를 증가시킬 수 있다. 도 6
상술한 바와 같이, 상기 건설기계의 제어 시스템은 작업자에 의해 선택된 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)의 마력 분배 비율에 따라 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)의 마력 분배 비율을 제어할 수 있고, 작업자에 의해 선택된 스윙 조이스틱 변위량의 제한 비율에 따라 스윙 제어 밸브(310)의 스풀 변위량을 제한하여 스윙 유로 면적을 제어할 수 있다. 또한, 상기 건설기계의 제어 시스템은 상기 제한된 스윙 조이스틱 변위량에 따라 붐 제어 밸브(320)의 스풀 변위량을 제한하여 붐 유로 면적을 제어할 수 있다.
이에 따라, 펌프 파워 분배 제어 및 EPPR을 이용한 제어 밸브의 스풀 변위량 제어를 통해 액추에이터로 작동유가 공급되는 유로들의 면적 비율을 제어함으로써, 여러 가지 상황에서 액추에이터들이 속도 밸런스를 사용자의 상황에 맞게 조정할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 편의성을 증대하고, 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 도 1의 제어 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 2 및 도 8을 참조하면, 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)에 대한 작업자의 조작 신호, 제1 액추에이터(10)의 조작 신호에 대한 작업자가 선택한 제한 비율값, 및 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)에 대한 작업자가 선택한 마력 분배 비율값을 수신할 수 있다(S100, S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자는 조작부(600)를 통해 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)에 대한 조작 신호를 입력할 수 있다. 작업자는 사용자 선택부(610)를 통해 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)에 대한 펌프 마력 분배 비율을 선택 및 입력할 수 있다. 작업자는 사용자 선택부(610)를 통해 제1 액추에이터(10)의 조작 신호에 대한 제한 비율값을 선택 및 입력할 수 있다.
이후, 제1 액추에이터(10)의 조작 신호의 최대 허용값을 상기 제한 비율에 따라 제한하고(S120), 제1 액추에이터(10)에 대한 상기 제한된 조작 신호에 따라 제1 제어 밸브(310)의 스풀을 이동시킬 수 있다(S122).
예를 들면, 입력된 스윙 조이스틱 변위량(스윙 스트로크)는 작업자가 선택한 제한 비율에 따라 2차 스윙 조이스틱 변위량으로 변환될 수 있다. 작업자가 선택된 제한 비율이 20%인 경우(최대 허용값이 80%인 경우), 상기 입력된 스윙 조이스틱 변위량(0~100%)은 상기 2차 스윙 조이스틱 변위량으로(0~80%)으로 맵핑될 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 2차 스윙 조이스틱 변위량의 최대 허용값(80%)은 상기 입력된 스윙 조이스틱 변위량의 최대 허용값(100%)의 20%만큼 감소된 값을 가질 수 있다.
이어서, 상기 조정된 2차적인 스윙 조이스틱 변위량에 비례하는 전류를 생성하여 제1 스풀 변위 조정 밸브(410)로 인가할 수 있다. 제1 스풀 변위 조정 밸브(410)는 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 제1 파일럿 신호압을 상기 스윙 제어 밸브의 스풀에 공급함으로써 상기 스윙 제어 밸브의 스풀을 상기 인가된 제1 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다.
이어서, 제2 액추에이터(20)에 대한 입력된 조작 신호를 상기 제한된 제1 액추에이터(10)의 조작 신호에 따라 제한하고(S130), 제2 액추에이터(20)에 대한 상기 제한된 조작 신호에 따라 제2 제어 밸브(320)의 스풀을 이동시킬 수 있다(S132).
예를 들면, 입력된 붐 조이스틱 변위량(붐 스트로크)는 변위량 제한맵을 이용하여 2차 붐 조이스틱 변위량으로 변환될 수 있다. 상기 입력된 붐 조이스틱 변위량에 대한 상기 2차적인 붐 조이스틱 변위량의 감소율은 2차 스윙 조이스틱 변위량(제한된 스윙 스트로크)의 크기에 비례할 수 있다. 즉, 스윙 스트로크가 증가할수록, 상기 2차적인 붐 조이스틱 변위량은 더 작아지도록 변환될 수 있다.
이어서, 상기 조정된 2차적인 붐 조이스틱 변위량에 비례하는 전류를 생성하여 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)로 인가할 수 있다. 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)는 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 제2 파일럿 신호압을 상기 붐 제어 밸브의 스풀에 공급함으로써 상기 붐 제어 밸브의 스풀을 상기 인가된 제2 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다.
상기 붐 조이스틱 변위량이 조정됨에 따라, 상기 붐 제어 밸브의 조작 신호에 대한 스풀 변위량 역시 조정될 수 있다. 즉, 붐 조작 신호로부터 붐 제어 밸브의 스풀 변위량으로의 전환 비율(붐 조작 신호의 전환 비율)은 스윙 스트로크의 크기에 비례하여 감소될 수 있다. 상기 복합 동작에서의 상기 붐 조작 신호의 전환 비율은 붐 단독 동작 시의 전환 비율보다 더 작을 수 있다. 예를 들면, 스윙 스트로크가 100%일 때, 상기 입력된 붐 조이스틱 변위량으로부터 상기 붐 제어 밸브의 스풀 변위량의 전환 비율은 붐 단독 동작시의 전환 비율의 약 50%로 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이, 작업자에 의해 선택된 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)의 펌프 마력 분배 비율에 따라 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)의 마력 분배 비율을 제어할 수 있고, 상기 펌프 마력 분배 비율에 따라 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 110)이 작동될 때에도 작업자에 의해 선택된 스윙 조이스틱 변위량의 제한 비율에 따라 스윙 제어 밸브(310)의 스풀 변위량을 제한하여 스윙 유로 면적을 제어할 수 있다. 또한, 상기 제한된 스윙 조이스틱 변위량에 따라 붐 제어 밸브(320)의 스풀 변위량을 제한하여 붐 유로 면적을 제어할 수 있다.
이에 따라, 펌프 파워 분배 제어 및 EPPR을 이용한 제어 밸브의 스풀 변위량 제어를 통해 액추에이터들로 작동유가 공급되는 유로들의 면적 비율을 제어함으로써, 여러 가지 상황에서 액추에이터들이 속도 밸런스를 사용자의 상황에 맞게 조정할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 편의성을 증대하고, 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 제1 액추에이터 20: 제2 액추에이터
22: 붐 헤드 챔버 24: 붐 로드 챔버
100: 제1 유압 펌프 110: 제2 유압 펌프
200: 메인 유압 라인 202: 제1 센터바이패스 라인
204: 제2 센터바이패스 라인 210: 제1 병렬 라인
220: 제2 병렬 라인 230: 제3 병렬 라인
232: 제1 스윙 유압라인 234: 제2 스윙 유압라인
310: 제1 제어 밸브 320: 제2 제어 밸브
330: 제3 제어 밸브 400: 파일럿 펌프
402; 제어 유로 410: 제1 스풀 변위 조정 밸브
420: 제2 스풀 변위 조정 밸브 430: 제3 스풀 변위 조정 밸브
500: 제어부 510: 데이터 수신부
520: 제어 밸브 제어부
522: 제1 조이스틱 변위량 변환부
524: 제2 조이스틱 변위량 변환부
526: 출력부 530: 펌프 제어부
532: 마력 분배 비율 산출부 534: 출력부
600: 조작부 610: 사용자 선택부

Claims (16)

  1. 제1 유압 펌프;
    상기 제1 유압 펌프에 제1 및 제2 병렬 라인들을 통해 각각 연결되고 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 제1 및 제2 액추에이터들;
    상기 제1 및 제2 병렬 라인들에 각각 설치되고, 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제1 및 제2 제어 밸브들;
    입력된 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀들의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 스풀들 각각에 공급하는 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들; 및
    작업자의 조작 신호에 따라 상기 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들에 상기 제어 신호를 출력하고, 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 복합 동작을 위한 조작 신호를 수신할 때 상기 제1 액추에이터에 대한 조작 신호의 최대 허용값을 작업자에 의해 선택된 값으로 제한하고 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 상기 제한된 제1 액추에이터의 조작 신호에 따라 제한하도록 조정하는 제어 밸브 제어부를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 밸브 제어부는 상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 크기를 작업자에 의해 선택된 비율로 변환하고 상기 제2 액추에이터의 조작 신호로부터 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량으로의 전환 비율을 상기 제1 액추에이터에 대한 변환된 조작 신호의 크기에 비례하여 감소시키는 제어 신호를 상기 제2 스풀 변위 조정 밸브에 출력하는 건설기계의 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들은 전자비례 감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 밸브 제어부는
    상기 제1 액추에이터에 대하여 입력된 제1 조이스틱 변위량을 작업자에 의해 선택된 제한 비율에 따라 감소된 값을 갖는 2차적인 제1 조이스틱 변위량으로 변환하는 제1 조이스틱 변위량 변환부;
    상기 제2 액추에이터에 대하여 입력된 제2 조이스틱 변위량을 상기 제1 액추에이터의 2차적인 제1 조이스틱 변위량에 비례하여 감소된 값을 갖는 2차적인 제2 조이스틱 변위량으로 변환하는 제2 조이스틱 변위량 변환부; 및
    상기 2차적인 제1 조이스틱 변위량 및 상기 2차적인 제2 조이스틱 변위량에 따라 상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프를 구동하는 엔진에 의해 구동되며, 상기 제2 액추에이터에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프; 및
    마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 토출 압력을 제어하기 위한 펌프 제어부를 더 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 펌프 제어부는 작업자가 선택한 마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 마력 비율을 제어하는 건설기계의 제어 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 작업자에 의해 선택되는 상기 조작 신호의 제한 비율값의 범위는 상기 마력 분배 비율에 따라 결정되는 건설기계의 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 액추에이터는 스윙 모터를 포함하며 상기 제2 액추에이터는 붐 실린더를 포함하고, 상기 제1 제어 밸브는 스윙 제어 밸브를 포함하며 상기 제2 제어 밸브는 붐 제어 밸브를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
  9. 제1 유압 펌프에 제1 및 제2 병렬 라인들을 통해 연결된 제1 및 제2 액추에이터들, 및 상기 제1 및 제2 병렬 라인들에 각각 설치되며 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제1 및 제2 제어 밸브들을 포함하는 유압 시스템을 제공하고;
    상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대한 작업자의 조작 신호 및 상기 제1 액추에이터의 조작 신호에 대한 작업자의 제한 비율값을 수신하고;
    상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 최대 허용값을 상기 제한 비율에 따라 제한하고; 그리고
    상기 제2 액추에이터에 대한 조작 신호에 따른 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 상기 제한된 제1 액추에이터에 대한 조작 신호에 따라 제한하도록 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 최대 허용값을 상기 제한값으로 제한하는 것은 상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 크기를 작업자에 의해 선택된 비율로 변환하는 것을 포함하고,
    상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은 상기 제2 액추에이터의 조작 신호로부터 상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량으로의 전환 비율을 상기 제1 액추에이터에 대한 변환된 조작 신호의 크기에 비례하여 감소시키는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대한 작업자의 조작 신호를 수신하는 것은 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대한 조이스틱 변위량을 수신하는 것을 포함하고,
    상기 제1 액추에이터의 조작 신호의 최대 허용값을 상기 제한 비율에 따라 제한하는 것은 상기 제1 액추에이터에 대하여 입력된 제1 조이스틱 변위량을 작업자에 의해 선택된 제한 비율에 따라 감소된 값을 갖는 2차적인 제1 조이스틱 변위량으로 변환하는 것을 포함하고,
    상기 제2 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은 상기 제2 액추에이터에 대하여 입력된 제2 조이스틱 변위량을 상기 제1 액추에이터의 2차적인 제1 조이스틱 변위량에 비례하여 감소된 값을 갖는 2차적인 제2 조이스틱 변위량으로 변환하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 2차적인 제1 조이스틱 변위량 및 상기 2차적인 제2 조이스틱 변위량에 따라 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀들에 각각 공급하는 것을 더 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 파일럿 신호압을 상기 제1 및 제2 제어 밸브들의 스풀들에 각각 공급하는 것은 전자비례 감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 이용하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 유압 펌프를 구동하는 엔진에 의해 구동되며, 상기 제2 액추에이터에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프를 제공하고; 그리고
    마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 토출 압력을 제어하는 것을 더 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 토출 압력을 제어하는 것은 작업자가 선택한 펌프 마력 분배 비율에 따라 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 마력 비율을 제어하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 작업자에 의해 선택되는 상기 조작 신호의 제한 비율값의 범위는 상기 마력 분배 비율에 따라 결정되는 건설기계의 제어 방법.
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