KR20180037369A

KR20180037369A - 건설기계의 제어 시스템 및 건설기계의 제어 방법

Info

Publication number: KR20180037369A
Application number: KR1020160127409A
Authority: KR
Inventors: 김기용; 안현식; 정우용; 김창묵
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-04-12
Also published as: EP3305994A2; US20180094406A1; EP3305994B1; EP3305994B8; CN107893786B; EP3305994A3; US10519628B2; CN107893786A

Abstract

건설기계의 제어 시스템은 제1 유압 펌프, 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 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 제어 밸브의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 제1 제어 밸브의 스풀에 공급하는 제1 스풀 변위 조정 밸브, 및 작업자의 조작 신호에 따라 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브에 상기 제어 신호를 출력하고 상기 제1 액추에이터가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행할 때 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 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. 기존의 건설기계에 있어서, 암이나 버켓 등의 자중에 의한 동작 시에는 미터-아웃(meter-out) 면적 제어를 통해 작업기 속도를 제어할 수 있다. 이 때, 오리피스 면적 선도는 액추에이터(암 실린더, 버켓 실린더 등)로 공급되는 작동유 유량이 최소인 경우 또는 상대적으로 적은 유량인 경우를 기반으로 설계될 수 있다. 따라서, 자중에 의한 동작이 아닌 부하 작업 시에는 배압이 증가하여 압력 손실로 인한 연비가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 일 과제는 연비를 개선하고 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 유압 라인들을 통해 각각 연결되고 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 제1 및 제2 액추에이터들, 상기 제1 및 제2 유압 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 제어 밸브의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 제1 제어 밸브의 스풀에 공급하는 제1 스풀 변위 조정 밸브, 및 작업자의 조작 신호에 따라 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브에 상기 제어 신호를 출력하고 상기 제1 액추에이터가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행할 때 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 제어부를 포함한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량에 비례하도록 상기 제1 제어 밸브의 미터-아웃(meter-out) 제어를 수행할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 액추에이터의 단독 동작시에 상기 제1 액추에이터로 공급되는 제1 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하고 상기 제1 액추에이터의 복합 동작 시에 상기 제1 액추에이터로 공급되는 제2 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하고, 상기 제2 작동유 유량은 상기 제1 작동유 유량보다 작을 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 액추에이터의 단독 동작 시의 상기 제1 제어 밸브는 제1 오리피스 면적을 갖고, 상기 제1 액추에이터의 복합 동작 시의 상기 제1 제어 밸브는 상기 제1 오리피스 면적보다 작은 제2 오리피스 면적을 가질 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브는 전자비례 감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대하여 입력된 조이스틱 변위량 및 유압 시스템에서의 각 상태값들로부터 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량을 산출하는 산출부, 상기 산출된 작동유 유량에 따라 상기 제1 액추에이터에 대하여 입력된 조이스틱 변위량을 2차 조이스틱 변위량으로 변환하는 조이스틱 변위량 변환부, 및 상기 2차 조이스틱 변위량에 따라 상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 액추에이터는 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 제어 시스템은 제3 및 제4 유압 라인들을 통해 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프, 및 상기 제3 및 제4 유압 라인들에 각각 설치되고, 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 제어 밸브들을 더 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 방법에 있어서, 제1 유압 펌프에 제1 및 제2 유압 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 액추에이터가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행하는 지 여부를 판단한다. 상기 제1 액추에이터의 동작에 따라 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량을 산출한다. 상기 산출된 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정한다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은 상기 산출된 작동유 유량에 비례하도록 상기 제1 제어 밸브의 미터-아웃(meter-out) 면적 제어를 수행하는 것을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량을 산출하는 것은, 상기 제1 액추에이터의 단독 동작시에 상기 제1 액추에이터로 공급되는 제1 작동유 유량을 산출하고, 상기 제1 액추에이터의 복합 동작 시에 상기 제1 액추에이터로 공급되는 제2 작동유 유량을 산출하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제2 작동유 유량은 상기 제1 작동유 유량보다 작을 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은, 상기 제1 액추에이터의 단독 동작 시에 상기 제1 제어 밸브가 제1 오리피스 면적을 갖도록 조정하고, 상기 제1 액추에이터의 복합 동작 시에 상기 제1 제어 밸브가 상기 제1 오리피스 면적보다 작은 제2 오리피스 면적을 갖도록 조정하는 것을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 산출된 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은, 상기 산출된 작동유 유량에 따라 상기 제1 액추에이터에 대하여 입력된 조이스틱 변위량을 2차 조이스틱 변위량으로 변환하고, 상기 2차 조이스틱 변위량에 따라 상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 것을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 2차 조이스틱 변위량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 제1 제어 밸브의 스풀에 공급하는 것을 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 파일럿 신호압을 상기 제1 제어 밸브의 스풀에 공급하는 것은 전자비례 감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 이용하는 것을 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 제3 및 제4 유압 라인들을 통해 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프, 및 상기 제3 및 제4 유압 라인들에 각각 설치되며 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 제어 밸브들을 제공하는 것을 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 따르면, 제1 액추에이터가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행할 때, 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량에 비례하도록 상기 제1 제어 밸브의 미터-아웃(meter-out) 제어를 수행할 수 있다. 즉, 스풀 변위에 따른 오리피스 면적 선도를 상기 액추에이터로 공급되는 작동유 유량이 최대인 경우 또는 상대적으로 많은 경우를 기반으로 하여 설계하고, 자중에 의한 동작에서와 같이 실제 작동유 공급 유량이 상대적으로 줄어드는 경우에는 오리피스 면적(미터-아웃 면적)이 작아지도록 제어함으로써 캐비테이션을 방지하고, 부하 동작에서와 같이 실제 작동유 공급 유량이 상대적으로 증가하는 경우에는 상기 오리피스 면적(미터-아웃 면적)이 커지도록 제어함으로써 연비를 개선할 수 있다.

이에 따라, 상기 액추에이터로 공급되는 작동유 유량을 기반으로 미터-아웃 면적을 최대로 설계하고 복합 동작 시에 감소되는 작동유 유량에 비례하여 미터-아웃 면적을 제어함으로써, 복합 동작 시에 상기 감소된 작동유 유량에 의해 캐비테이션(cavitation)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 굴삭 작업과 같은 부하 작업 시에는 미터-아웃 면적이 커지도록 제어되므로 배압을 감소시켜 연비를 개선시킬 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 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 건설기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 제어 시스템의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1에서 암 실린더가 자중에 의한 단독 동작을 수행할 때의 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 5는 도 1에서 암 실린더가 자중에 의한 복합 동작을 수행할 때의 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에서 암 조이스틱 변위량 제한맵을 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 4 및 도 5에서 암 실린더로 공급되는 작동유 유량에 따른 암 제어 밸브의 스풀 변위량을 나타내는 그래프이다.
도 8은 종래의 암 제어 밸브의 오리피스 면적 선도 및 예시적인 실시예들에 따른 암 제어 밸브의 오리피스 면적 선도를 나타내는 그래프들이다.
도 9는 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.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

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.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 유압 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 2는 도 1의 건설기계의 유압 시스템을 제어하기 위한 제어 시스템을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 2의 제어 시스템의 제어부를 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 1에서 암 실린더가 자중에 의한 단독 동작을 수행할 때의 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 5는 도 1에서 암 실린더가 자중에 의한 복합 동작을 수행할 때의 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 6은 도 4 및 도 5에서 암 조이스틱 변위량 제한맵을 나타내는 그래프이다. 도 7은 도 4 및 도 5에서 암 실린더로 공급되는 작동유 유량에 따른 암 제어 밸브의 스풀 변위량을 나타내는 그래프이다. 도 8은 종래의 암 제어 밸브의 오리피스 면적 선도 및 예시적인 실시예들에 따른 암 제어 밸브의 오리피스 면적 선도를 나타내는 그래프이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 건설기계의 제어 시스템은 제1 유압 펌프(100), 제1 유압 펌프(100)에 제1 및 제2 유압 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 유압 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 스풀 변위 조정 밸브 및 제2 스풀 변위 조정 밸브(420), 및 작업자의 조작 신호에 따라 상기 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들에 상기 제어 신호를 각각 출력하여 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)의 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 붐 실린더, 상기 암 실린더 및 상기 버켓 실린더가 신장 또는 수축함에 따라 상기 붐, 상기 암 및 상기 버켓은 다양한 움직임을 구현할 수 있고, 상기 프론트 작업장치는 여러가지 작업을 수행할 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 및 제2 유압 라인들(210, 220)로 분기될 수 있다.

제1 및 제2 제어 밸브들(310, 320)은 제1 유압 펌프(100)에 서로 병렬로 연결된 제1 및 제2 유압 라인들(210, 220)에 각각 설치될 수 있다. 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, 제3 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 보조 제어 밸브가 제1 유압 펌프(100)에 연결된 유압 라인에 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 붐 실린더이고, 제2 액추에이터(20)는 상기 암 실린더일 수 있다. 이 경우에 있어서, 제1 제어 밸브(310)는 붐 제어 밸브이고, 제2 제어 밸브(320)는 암 제어 밸브일 수 있다.

제1 제어 밸브(10), 즉, 상기 붐 제어 밸브는 붐 헤드 유압라인(232) 및 붐 로드 유압라인(234)을 통해 제1 액추에이터(10), 즉, 상기 붐 실린더의 붐 헤드 챔버(12) 및 붐 로드 챔버(14)와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 제1 제어 밸브(310)가 절환되어 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유를 붐 헤드 챔버(12) 및 붐 로드 챔버(14)에 선택적으로 공급할 수 있다.

붐 실린더(10)를 구동시키는 작동유는 리턴 유압라인을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 예를 들어, 붐 상승 동작 시에 붐 로드 챔버(14)로부터 작동유는 붐 로드 유압라인(234)을 통해 제1 제어 밸브(310), 즉, 상기 붐 제어 밸브를 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.

제2 제어 밸브(320), 즉, 상기 암 제어 밸브는 암 헤드 유압라인(242) 및 암 로드 유압라인(244)을 통해 제2 액추에이터, 즉, 암 실린더(20)의 암 헤드 챔버(22) 및 암 로드 챔버(24)와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 제2 제어 밸브(320)가 절환되어 제1 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유를 암 헤드 챔버(22) 및 암 로드 챔버(24)에 선택적으로 공급할 수 있다.

암 실린더(20)를 구동시키는 작동유는 리턴 유압라인을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 예를 들어, 암 크라우드 동작 시에 암 로드 챔버(24)로부터의 작동유는 암 로드 유압라인(244)을 통해 제2 제어 밸브(320), 즉, 상기 암 제어 밸브를 거쳐 드레인 탱크(T)로 각각 배출될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 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 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)를 거쳐 제2 제어 밸브(320)의 스풀에 공급될 수 있다. 파일럿 펌프(400)로부터 토출된 제어유는 제어 유로(410)를 통해 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)로 공급될 수 있다. 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)는 입력된 제어 신호에 비례하여 제2 제어 밸브(320)의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 제2 제어 밸브(320)의 스풀에 각각 공급할 수 있다.

예를 들면, 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 제1 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 파일럿 신호를 공급할 수 있다. 제2 제어 밸브(320) 내의 스풀의 이동은 상기 파일럿 신호압에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 파일럿 신호압의 공급 방향에 따라 상기 스풀의 이동 방향이 결정되며, 상기 파일럿 신호압의 세기에 따라 상기 스풀의 변위량이 결정될 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)와 유사하게, 파일럿 펌프(400)로부터 토출된 제어유는 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브를 거쳐 제1 제어 밸브(310)의 스풀에 공급될 수 있다. 파일럿 펌프(400)로부터 토출된 제어유는 제어 유로(410)를 통해 상기 제1 제어 스풀 변위 조정 밸브로 공급될 수 있다. 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브는 입력된 제어 신호에 비례하여 제1 제어 밸브(310)의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 제1 제어 밸브(310)의 스풀에 각각 공급할 수 있다.

또한, 한 쌍의 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브들이 제1 제어 밸브(310)의 스풀의 양측에 각각 구비될 수 있다. 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 파일럿 신호압은 제1 제어 밸브(310) 내의 스풀의 양측에 선택적으로 공급됨으로써, 제1 제어 밸브(310)가 절환될 수 있다. 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브는 입력된 제어 신호에 비례하는 크기를 갖는 파일럿 신호를 공급할 수 있다. 제1 제어 밸브(310) 내의 스풀의 이동은 파일럿 신호압에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 파일럿 신호압의 공급 방향에 따라 상기 스풀의 이동 방향이 결정되며, 상기 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. 상기 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들은 전자비례감암밸브(EPPRV)를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(500)는 조작부(600)로부터 작업자의 조작량에 비례하는 조작 신호를 수신하고, 상기 조작 신호에 대응하도록 상기 제1 및 제2 스풀 변위 조정 밸브들로 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, 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 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브로 인가할 수 있다. 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브는 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 파일럿 신호압을 제1 제어 밸브(310)의 스풀에 공급함으로써 제1 제어 밸브(310)의 스풀을 상기 인가된 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.

제어부(500)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 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 제1 및 제2 액추에이터(10, 20)에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프(102), 제1 액추에이터(10)와 제2 유압 펌프(102) 사이의 제3 유압 라인(212)에 설치되며 제1 액추에이터(10)의 동작을 제어하기 위한 제3 제어 밸브(312), 제2 액추에이터(20)와 제2 유압 펌프(102) 사이의 제4 유압 라인(222)에 설치되며 제2 액추에이터(20)의 동작을 제어하기 위한 제4 제어 밸브(322), 및 입력된 제어 신호에 비례하여 제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)의 스풀들의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 스풀들에 각각 공급하는 제3 및 제4 스풀 변위 조정 밸브들을 더 포함할 수 있다.

제2 유압 펌프(102)는 제1 유압 펌프(100)를 구동하는 상기 엔진에 연결될 수 있다. 제2 유압 펌프(102)로부터 토출된 작동유는 제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)을 거쳐 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)에 각각 분배되어 공급될 수 있다.

구체적으로, 제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)은 제2 메인 유압 라인(202)을 통하여 제2 유압 펌프(102)에 연결될 수 있다. 제2 메인 유압 라인(202)은 제3 및 제4 유압 라인들(212, 222)로 분기될 수 있다.

제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)은 제2 유압 펌프(102)에 서로 병렬로 연결된 제3 및 제4 유압 라인들(212, 222)에 각각 설치될 수 있다. 제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)이 절환될 때 제2 유압 펌프(102)로부터 토출된 작동유는 제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)을 통해 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)로 분배되어 공급될 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 제4 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 보조 제어 밸브가 제2 유압 펌프(102)에 연결된 유압 라인에 설치될 수 있고, 제2 유압 펌프(102)로부터 토출된 작동유는 상기 보조 제어 밸브를 통하여 상기 제4 액추에이터로 공급될 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제3 제어 밸브(312)는 붐 제어 밸브이고, 제4 제어 밸브(322)는 암 제어 밸브일 수 있다. 암이 복합 동작을 수행할 때(예를 들면, 암 크라우드 동작 및 붐 업 동작)을 수행할 때, 제2 제어 밸브(320)는 암 메인 제어 밸브이고, 제4 제어 밸브(322)는 암 합류 제어 밸브일 수 있다. 이 경우에 있어서, 제2 제어 밸브(320)를 통해 암 실린더(20)로부터 공급되는 유량이 제4 제어 밸브(322)를 통해 공급되는 유량보다 상대적으로 더 많을 수 있다. 또한, 붐이 복합 동작을 수행할 때(예를 들면, 붐 업 동작 및 암 크라우드 동작), 제1 제어 밸브(310)는 붐 합류 제어 밸브이고, 제3 제어 밸브(312)는 붐 메인 제어 밸브일 수 있다. 이 경우에 있어서, 제3 제어 밸브(312)를 통해 붐 실린더(10)로 공급되는 유량이 제1 제어 밸브(310)를 통해 공급되는 유량보다 상대적으로 더 많을 수 있다.

제2 스풀 변위 조정 밸브(420)와 유사하게, 파일럿 펌프(400)로부터 토출된 제어유는 상기 제3 및 제4 스풀 변위 조정 밸브들을 거쳐 제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)의 스풀들에 공급될 수 있다. 상기 제3 및 제4 스풀 변위 조정 밸브들은 입력된 제어 신호에 비례하여 제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)의 스풀들의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 제3 및 제4 제어 밸브들(312, 322)의 상기 스풀들에 각각 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 제3 및 제4 스풀 변위 조정 밸브들은 전자비례감암밸브(EPPRV)를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(500)는 제2 액추에이터(20)가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행할 때 제2 액추에이터(20)로 공급되는 작동유 유량에 따라 제2 제어 밸브(320)의 스풀 변위량을 제어할 수 있다. 제어부(500)는 제2 액추에이터(20)로 공급되는 작동유 유량에 비례하도록 제1 제어 밸브(320)의 미터-아웃(meter-out) 면적 제어를 수행할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(500)는 데이터 수신부(510), 산출부(520), 조이스틱 변위량 변환부(530) 및 출력부(540)를 포함할 수 있다.

데이터 수신부(510)는 조작부(600)로부터 조이스틱 변위량을 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 및 암 실린더에 대한 조작 신호로서 암 조이스틱 변위량을 수신할 수 있다. 또한, 데이터 수신부(510)는 유압 시스템에서의 각 상태값들, 예를 들면, 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)의 압력 또는 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 압력을 수신할 수 있다. 예를 들면, 데이터 수신부(510)는 압력 센서(700)로부터 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)로부터 토출되는 작동유의 토출 압력을 수신할 수 있다.

산출부(520)는 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대하여 입력된 조이스틱 변위량 및 상기 상태값, 예를 들면, 상기 제1 및 제2 유압 펌프들의 토출 압력으로부터 제2 액추에이터(20)의 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행하는 지 여부를 판단하고 제2 액추에이터(20)의 동작에 따라 제2 액추에이터(20)로 공급되는 작동유 유량을 산출할 수 있다.

이와 다르게, 산출부(520)는 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 압력, 예를 들면, 헤드측 챔버 압력 및 로드측 챔버 압력을 측정하고 이들 사이의 압력 차이로부터 상기 액추에이터의 단독 또는 복합 동작의 수행 여부를 결정할 수 있다.

예를 들면, 산출부(520)는 제2 액추에이터(20)가 자중에 의한 단독 동작을 수행하는 경우에는 제2 액추에이터(20)로 공급되는 작동유 유량을 최대 유량값으로 설정하고 제2 액추에이터(20)가 제1 액추에이터(10)와 함께 복합 동작을 수행하는 경우에는 조이스틱 조작량에 비례하여 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)로 분배되는 작동유 유량값을 각각 산출할 수 있다.

조이스틱 변위량 변환부(530)는 상기 산출된 작동유 유량에 따라 제2 액추에이터(20)에 대하여 입력된 조이스틱 변위량을 2차 조이스틱 변위량으로 변환할 수 있다. 조이스틱 변위량 변환부(530)는 제2 액추에이터(20)의 자중에 의한 동작 시, 변위량 제한맵을 이용하여 제2 액추에이터(20)에 대하여 입력된 조이스틱 변위량으로부터 2차 조이스틱 변위량으로 변환할 수 있다. 상기 입력된 조이스틱 변위량은 상기 변위량 제한맵에 저장된 배분되는 작동유 유량에 따른 기 설정된 비율로 상기 2차 조이스틱 변위량으로 변환될 수 있다.

출력부(540)는 상기 조정된(제한된) 2차 조이스틱 변위량에 비례하여 상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 출력할 수 있다. 출력부(540)는 상기 조정된 2차 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 파일럿 신호압을 제2 제어 밸브(320)의 스풀에 공급함으로써 제2 제어 밸브(320)의 스풀을 상기 인가된 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 암 실린더(20)가 자중에 의한 단독 동작(암 크라우드 동작)을 수행할 때, 암 실린더(20)는 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)로부터 최대 작동유 유량(예를 들면, 작동유 유량 100%)을 공급받을 수 있다. 이 경우에 있어서, 제1 유압 펌프(100)로부터의 작동유(예를 들면, 작동유 유량 50%)는 제2 제어 밸브(320)를 통해 암 실린더(20)에 공급되고 제2 유압 펌프(102)로부터 작동유(예를 들면, 작동유 유량 50%)는 제4 제어 밸브(322)를 통해 암 실린더(20)로 공급될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 암 실린더(20)가 자중에 의한 복합 동작(암 크라우드 동작 및 붐 업 동작)을 수행할 때, 암 실린더(20)는 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)로부터 기 설정된 작동유 유량(예를 들면, 작동유 유량 50%)을 공급받고 붐 실린더(10)는 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)로부터 기 설정된 작동유 유량(예를 들면, 작동유 유량 50%)을 공급받을 수 있다. 이 경우에 있어서, 제1 유압 펌프(100)로부터의 작동유(예를 들면, 작동유 유량 40%)는 제2 제어 밸브(320)를 통해 암 실린더(20)에 공급되고 제2 유압 펌프(102)로부터 작동유(예를 들면, 작동유 유량 10%)는 제4 제어 밸브(322)를 통해 암 실린더(20)로 공급될 수 있다. 또한, 제1 유압 펌프(100)로부터의 작동유(예를 들면, 작동유 유량 10%)는 제1 제어 밸브(310)를 통해 붐 실린더(10)에 공급되고 제2 유압 펌프(102)로부터 작동유(예를 들면, 작동유 유량 40%)는 제3 제어 밸브(312)를 통해 붐 실린더(10)로 공급될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 입력된 암 조이스틱 변위량은 변위량 제한맵에 저장된 암 실린더(20)로 배분되는 작동유 유량에 따른 기 설정된 비율로 2차 조이스틱 변위량으로 변환될 수 있다. 암 실린더(20)가 자중에 의한 단독 동작(암 크라우드 동작)을 수행할 때(A), 입력된 암 조이스틱 변위량(0~100%)은 2차 암 조이스틱 변위량으로(0~100%)으로 맵핑될 수 있다. 암 실린더(20)가 자중에 의한 복합 동작(암 크라우드 동작 및 붐 업 동작)을 수행할 때(B), 입력된 암 조이스틱 변위량(0~100%)은 2차 암 조이스틱 변위량으로(0~P%)으로 맵핑될 수 있다. 상기 입력된 암 조이스틱 변위량에 대한 상기 2차 암 조이스틱 변위량의 감소율은 상기 산출된 작동유 유량의 크기에 비례할 수 있다. 즉, 암 실린더(20)로 공급되는 작동유 유량이 감소할수록, 상기 2차 암 조이스틱 변위량은 더 작아지도록 변환될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 암 실린더(20)로 배분되는 작동유 유량에 따라 암 제어 밸브(320)의 스풀 변위량이 조정될 수 있다. 암 실린더(20)가 자중에 의한 단독 동작(암 크라우드 동작)을 수행할 때(A), 암 실린더(20)로 공급되는 작동유 유량(MAX)에 따라 암 조이스틱 변위량에 대한 암 제어 밸브(320)의 스풀 변위량(최대 허용값 100%)이 조정될 수 있다. 암 실린더(20)가 자중에 의한 복합 동작(암 크라우드 동작 및 붐 업 동작)을 수행할 때(B), 암 실린더(20)로 공급되는 작동유 유량이 감소함에 따라 암 조이스틱 변위량에 대한 암 제어 밸브(320)의 스풀 변위량의 최대 허용값 역시 감소되도록 조정될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 종래의 암 제어 밸브(320)의 오리피스 면적 선도(점선으로 도시된 그래프)는 캐비테이션 방지를 위해 최소 공급 유량을 기준으로 설계될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따른 암 제어 밸브(320)의 오리피스 면적 선도(실선으로 도시된 그래프)는 최대 공급 유량을 기준으로 설계할 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예들에 따른 암 제어 밸브의 오리피스 면적 선도는 종래의 오리피스 면적 선도보다 더 큰 값을 가질 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 건설기계의 제어 시스템은 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 제어하기 위한 제1 및 제2 제어 밸브들 및 입력되는 전기 신호에 따라 상기 제1 및 제2 제어 밸브들 내의 스풀에 가해지는 파일럿 작동유를 제어하는 전자비례감압밸브들을 포함하는 전자유압식 메인컨트롤밸브를 포함할 수 있다. 상기 건설기계의 제어 시스템은, 상기 제1 액추에이터가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행할 때, 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량에 비례하도록 상기 제1 제어 밸브의 미터-아웃(meter-out) 제어를 수행할 수 있다.

따라서, 기존의 오리피스 구조에서의 작은 오리피스 면적으로 인한 부하 작업 시 압력 손실을 방지할 수 있고, 액추에이터로 공급되는 작동유 유량을 기반으로 오리피스 면적 선도를 최대로 설계하고 복합 동작 시에 감소되는 작동유 유량에 비례하여 미터-아웃 면적을 제어함으로써, 복합 동작 시에 상기 감소된 작동유 유량에 의해 캐비테이션(cavitation)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 굴삭 작업과 같은 부하 작업 시에 미터-아웃 면적이 커지도록 제어하므로 배압을 감소시켜 연비를 개선시킬 수 있다.

상기 건설기계의 제어 시스템은 자중에 의해 동작하는 암 크라우드 동작 시에 암 제어 밸브를 제어하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 자중에 의해 동작하는 붐 다운, 버켓 크라우드와 같은 경우에도 이와 실질적으로 동일하게 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이하에서는, 도 1 및 도 2의 제어 시스템을 이용하여 건설기계를 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 9는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1, 도 2 및 도 9를 참조하면, 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)에 대한 작업자의 조작 신호 및 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)의 토출 압력을 수신할 수 있다(S100).

예시적인 실시예들에 있어서, 조작부(600)를 통해 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)에 대한 조작 신호를 수신할 수 있다. 붐 실린더에 대한 조작 신호로서 붐 조이스틱 변위량 및 암 실린더에 대한 조작 신호로서 암 조이스틱 변위량을 수신할 수 있다. 또한, 제1 유압 펌프(100) 및 제2 유압 펌프(102)의 압력을 수신할 수 있다. 이와 다르게, 상기 붐 실린더 및 상기 암 실린더의 압력을 수신할 수 있다.

이어서, 제2 액추에이터(20)의 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행하는 지 여부를 판단하고(S110, S120), 제2 액추에이터(20)의 동작에 따라 제2 액추에이터(20)로 공급되는 작동유 유량을 산출할 수 있다(S130, S132).

제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)에 대하여 입력된 조이스틱 변위량 및 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)의 토출 압력으로부터 제2 액추에이터(20)의 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행하는 지 여부를 판단하고 제2 액추에이터(20)의 동작에 따라 제2 액추에이터(20)로 공급되는 작동유 유량을 산출할 수 있다.

제2 액추에이터(20)가 자중에 의한 단독 동작을 수행하는 경우에는 제2 액추에이터(20)로 공급되는 작동유 유량을 기 설정된 유량값(예를 들면, 최대 유량값)으로 설정하고 제2 액추에이터(20)가 제1 액추에이터(10)와 함께 복합 동작을 수행하는 경우에는 조이스틱 조작량에 비례하여 제1 및 제2 액추에이터들(10, 20)로 분배되는 작동유 유량값을 각각 산출할 수 있다.

예를 들면, 암 실린더(20)가 자중에 의한 단독 동작(암 크라우드 동작)을 수행할 때, 암 실린더(20)는 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)로부터 최대 작동유 유량(예를 들면, 작동유 유량 100%)을 공급받을 수 있다. 암 실린더(20)가 자중에 의한 복합 동작(암 크라우드 동작 및 붐 업 동작)을 수행할 때, 암 실린더(20)는 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)로부터 기 설정된 작동유 유량(예를 들면, 작동유 유량 50%)을 공급받고 붐 실린더(10)는 제1 및 제2 유압 펌프들(100, 102)로부터 기 설정된 작동유 유량(예를 들면, 작동유 유량 50%)을 공급받을 수 있다.

이후, 상기 산출된 작동유 유량에 따라 제2 제어 밸브(320)의 스풀 변위량을 조정하고(S140), 상기 조정된 스풀 변위량에 비례하는 전류를 생성하여 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)로 인가할 수 있다(S150). 한편, 제2 액추에이터(20)가 자중에 의한 동작을 수행하고 있지 않을 경우, 조이스틱 조작량에 따라 스풀 변위량을 산출하고(S142), 상기 산출된 스풀 변위량에 비례하는 전류를 생성하여 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)로 인가할 수 있다(S150).

제2 액추에이터(20)의 자중에 의한 동작 시, 변위량 제한맵을 이용하여 제2 액추에이터(20)에 대하여 입력된 조이스틱 변위량으로부터 2차 조이스틱 변위량으로 변환할 수 있다. 상기 입력된 조이스틱 변위량은 상기 변위량 제한맵에 저장된 배분되는 작동유 유량에 따른 기 설정된 비율로 상기 2차 조이스틱 변위량으로 변환될 수 있다.

예를 들면, 암 실린더(20)가 자중에 의한 단독 동작(암 크라우드 동작)을 수행할 때(A), 입력된 암 조이스틱 변위량(0~100%)은 2차 암 조이스틱 변위량으로(0~100%)으로 맵핑될 수 있다. 암 실린더(20)가 자중에 의한 복합 동작(암 크라우드 동작 및 붐 업 동작)을 수행할 때(B), 입력된 암 조이스틱 변위량(0~100%)은 2차 암 조이스틱 변위량으로(0~P%)으로 맵핑될 수 있다. 상기 입력된 암 조이스틱 변위량에 대한 상기 2차 암 조이스틱 변위량의 감소율은 상기 산출된 작동유 유량의 크기에 비례할 수 있다. 즉, 암 실린더(20)로 공급되는 작동유 유량이 감소할수록, 상기 2차 암 조이스틱 변위량은 더 작아지도록 변환될 수 있다.

상기 조정된 2차 조이스틱 변위량에 비례하는 전류는 제어 신호로서 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)로 인가할 수 있다. 제2 스풀 변위 조정 밸브(420)는 상기 인가된 전류의 세기에 비례하는 파일럿 신호압을 제2 제어 밸브(320)의 스풀에 공급함으로써 제2 제어 밸브(320)의 스풀을 상기 인가된 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다.

예를 들면, 암 실린더(20)로 배분되는 작동유 유량에 따라 암 제어 밸브(320)의 스풀 변위량이 조정될 수 있다. 암 실린더(20)가 자중에 의한 단독 동작(암 크라우드 동작)을 수행할 때(A), 암 제어 밸브(320)의 스풀 변위량은 최대 허용값 100%로 설정될 수 있다. 암 실린더(20)가 자중에 의한 복합 동작(암 크라우드 동작 및 붐 업 동작)을 수행할 때(B), 암 제어 밸브(320)의 스풀 변위량의 최대 허용값은 감소되도록 조정될 수 있다.

암 실린더(20)의 자중에 의한 동작 시에 암 제어 밸브(320)의 오리피스 면적은 암 실린더(20)로 공급되는 작동유 유량에 따라 제어될 수 있다. 암 실린더(20)의 단독 동작 시(A)의 암 제어 밸브(320)는 제1 오리피스 면적을 갖고, 암 실린더(20)의 복합 동작 시(B)의 암 제어 밸브(320)는 상기 제1 오리피스 면적보다 작은 제2 오리피스 면적을 갖도록 제어될 수 있다.

따라서, 제2 액추에이터(20)가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행할 때, 제2 액추에이터(20)로 공급되는 작동유 유량에 비례하도록 제2 제어 밸브(320)의 미터-아웃(meter-out) 면적 제어를 수행할 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 12: 붐 헤드 챔버
14: 붐 로드 챔버 20: 제2 액추에이터
22: 암 헤드 챔버 24: 암 로드 챔버
100: 제1 유압 펌프 102: 제2 유압 펌프
200: 제1 메인 유압 라인 202: 제2 메인 유압 라인
210: 제1 유압 라인 212: 제3 유압 라인
220: 제2 유압 라인 222: 제4 유압 라인
310: 제1 제어 밸브 312: 제3 제어 밸브
320: 제2 제어 밸브 322: 제4 제어 밸브
400: 파일럿 펌프 410: 제어 유로
420: 제2 스풀 변위 조정 밸브 500: 제어부
510: 데이터 수신부 520: 산출부
530: 조이스틱 변위량 변환부 540: 출력부
600: 조작부 700: 압력 센서

Claims

제1 유압 펌프;
상기 제1 유압 펌프에 제1 및 제2 유압 라인들을 통해 각각 연결되고 상기 제1 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 동작 가능한 제1 및 제2 액추에이터들;
상기 제1 및 제2 유압 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 제어 밸브의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 제1 제어 밸브의 스풀에 공급하는 제1 스풀 변위 조정 밸브; 및
작업자의 조작 신호에 따라 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브에 상기 제어 신호를 출력하고, 상기 제1 액추에이터가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행할 때 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 제어부를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량에 비례하도록 상기 제1 제어 밸브의 미터-아웃(meter-out) 면적 제어를 수행하는 건설기계의 제어 시스템
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 액추에이터의 단독 동작시에 상기 제1 액추에이터로 공급되는 제1 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하고 상기 제1 액추에이터의 복합 동작 시에 상기 제1 액추에이터로 공급되는 제2 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하고, 상기 제2 작동유 유량은 상기 제1 작동유 유량보다 작은 건설기계의 제어 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 제1 액추에이터의 단독 동작 시의 상기 제1 제어 밸브는 제1 오리피스 면적을 갖고, 상기 제1 액추에이터의 복합 동작 시의 상기 제1 제어 밸브는 상기 제1 오리피스 면적보다 작은 제2 오리피스 면적을 갖는 건설기계의 제어 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 스풀 변위 조정 밸브는 전자비례 감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 및 제2 액추에이터들에 대하여 입력된 조이스틱 변위량 및 유압 시스템에서의 각 상태값들로부터 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량을 산출하는 산출부;
상기 산출된 작동유 유량에 따라 상기 제1 액추에이터에 대하여 입력된 조이스틱 변위량을 2차 조이스틱 변위량으로 변환하는 조이스틱 변위량 변환부; 및
상기 2차 조이스틱 변위량에 따라 상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 액추에이터는 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더 중 적어도 어느 하나를 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
제3 및 제4 유압 라인들을 통해 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프; 및
상기 제3 및 제4 유압 라인들에 각각 설치되고, 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 제어 밸브들을 더 포함하는 건설기계의 제어 시스템.
제1 유압 펌프에 제1 및 제2 유압 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 액추에이터가 자중에 의한 단독 또는 복합 동작을 수행하는 지 여부를 판단하고;
상기 제1 액추에이터의 동작에 따라 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량을 산출하고; 그리고
상기 산출된 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은 상기 산출된 작동유 유량에 비례하도록 상기 제1 제어 밸브의 미터-아웃(meter-out) 제어를 수행하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 제1 액추에이터로 공급되는 작동유 유량을 산출하는 것은,
상기 제1 액추에이터의 단독 동작시에 상기 제1 액추에이터로 공급되는 제1 작동유 유량을 산출하고; 그리고
상기 제1 액추에이터의 복합 동작 시에 상기 제1 액추에이터로 공급되는 제2 작동유 유량을 산출하는 것을 포함하고,
상기 제2 작동유 유량은 상기 제1 작동유 유량보다 작은 건설기계의 제어 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은,
상기 제1 액추에이터의 단독 동작 시에 상기 제1 제어 밸브가 제1 오리피스 면적을 갖도록 조정하고; 그리고
상기 제1 액추에이터의 복합 동작 시에 상기 제1 제어 밸브가 상기 제1 오리피스 면적보다 작은 제2 오리피스 면적을 갖도록 조정하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 산출된 작동유 유량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 조정하는 것은,
상기 산출된 작동유 유량에 따라 상기 제1 액추에이터에 대하여 입력된 조이스틱 변위량을 2차 조이스틱 변위량으로 변환하고; 그리고
상기 2차 조이스틱 변위량에 따라 상기 파일럿 신호압의 세기를 제어하기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 2차 조이스틱 변위량에 따라 상기 제1 제어 밸브의 스풀 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 상기 제1 제어 밸브의 스풀에 공급하는 것을 더 포함하는 건설기계의 제어 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 파일럿 신호압을 상기 제1 제어 밸브의 스풀에 공급하는 것은 전자비례 감압밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 이용하는 것을 포함하는 건설기계의 제어 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 제1 액추에이터는 붐 실린더, 암 실린더 및 버켓 실린더 중 적어도 어느 하나를 포함하는 건설기계의 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
제3 및 제4 유압 라인들을 통해 상기 제1 및 제2 액추에이터들에 작동유를 공급하기 위한 제2 유압 펌프, 및 상기 제3 및 제4 유압 라인들에 각각 설치되며 상기 제1 및 제2 액추에이터들의 동작을 각각 제어하기 위한 제3 및 제4 제어 밸브들을 제공하는 것을 더 포함하는 건설기계의 제어 방법.