KR20180134028A - 농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템 - Google Patents

농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템 Download PDF

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KR20180134028A
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Abstract

본 발명은 농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 농작업차량에서 유압실린더 등을 구동하기 위하여 사용되는 비례제어밸브의 이력 현상(hysteresis)에 의한 오차를 효과적으로 보정할 수 있는 농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템은, 농작업차량에 장착되는 비례제어밸브(20)에서의 이력 현상(hysteresis)을 검출하고 이를 효과적으로 보정하여 줄 수 있으며, 나아가, 이를 통하여 상기 비례제어밸브(20)를 이용하여 구동되는 유압실린더 등을 보다 정확하게 제어할 수 있게 된다.

Description

농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템 {PROPORTIONAL CONTROL VALVE CALIBRATION SYSTEM FOR AGRICULTURAL WORKING MACHINE}
본 발명은 농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 농작업차량에서 유압실린더 등을 구동하기 위하여 사용되는 비례제어밸브의 이력 현상(hysteresis)에 의한 오차를 효과적으로 보정할 수 있는 농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템에 관한 것이다.
트랙터 등 농작업차량에서는 자세 제어, 작업기의 구동 등 다양한 용도로 유압 시스템을 사용한다.
예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 트랙터(1)에서는 3점링크 등 연결링크(5)에 로터리기, 복토기, 정지기 등 다양한 작업기를 부착하여 여러 작업을 수행할 수 있으며, 이때 도 2에 도시된 3점링크(5)에서는 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 승강암(10)이 한 쌍의 지지링크(5c)로 연결되어, 상기 지지링크(5c) 및 이에 연결된 하부링크(5a)를 승강하여 줌으로써, 상기 3점링크(5)에 부착되는 작업기를 상승 또는 하강시킬 수 있게 된다.
보다 구체적으로인 예로서, 상기 트랙터(1)의 3점링크(5)에서의 유압 시스템을 도 3을 참조하여 살펴보면, 상기 유압실린더(30)는 비례제어밸브(20)에 의하여 인가되는 유압으로 구동되어 상기 승강암(10) 등의 구동을 거쳐 상기 작업기를 승강하게 된다. 이때, 상기 트랙터(1) 등 농작업차량에서 사용되는 비례제어밸브(20)는 전류를 코일 등에 인가하여 스풀(spool)의 움직임을 조절함으로써 상기 유압실린더(30) 등으로 인가되는 유량을 제어하게 된다. 그런데, 상기 비례제어밸브(20)에서는 상기 코일에 포함되는 페라이트 코어 등의 특성으로 인하여 전류의 증가 및 감소 시에 특성이 달라지는 이력 현상(hysteresis)이 발생할 수 있고, 이에 따라 동일한 전류가 인가되더라도 전류의 증가 및 감소 여부에 따라 상기 유압실린더(30) 등으로 인가되는 유량이 달라지면서 상기 유압실린더(30)에 대한 제어에 오차가 발생하게 된다.
이에 따라, 상기 유압실린더(30) 등에 대한 보다 정확한 제어를 위해서는 상기 비례제어밸브(20)의 이력 현상에 따른 오차를 보정하여 주는 것이 바람직할 것이나, 아직 이에 대한 적절한 해결 방안이 제시되지 못하고 있다.
한국 등록특허공보 제10- 0850597호(2008.08.05)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 농작업차량(1)에 사용되는 비례제어밸브(20)에서의 이력 현상(hysteresis)을 검출하여 이를 효과적으로 보정하여 줄 수 있는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 상기 비례제어밸브(20)의 이력 현상에 따른 오차를 보정하여 줌으로써, 상기 비례제어밸브(20)를 이용하여 구동되는 유압실린더(30) 등을 보다 정확하게 제어할 수 있는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템은, 제어 전류에 따라 제1장치(200)의 구동을 위해 공급되는 유량을 조절하는 비례제어밸브(20); 및 하나 이상의 특정 유량에 대하여, 상기 제어 전류가 증가하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값 및 상기 제어 전류가 감소하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값의 차이를 산출하고, 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정하는 보정부(400);를 포함하여 구성되며, 상기 비례제어밸브(20)는 동일한 크기의 제어 전류가 입력되더라도 상기 제어 전류가 증가하는 상태인지 또는 감소하는 상태인지에 따라 상기 제어 전류에 의한 유량이 달라지는 이력 현상(hysteresis)을 나타내는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 보정부(400)는, 복수의 특정 유량에 대하여, 상기 제어 전류가 증가하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값 및 상기 제어 전류가 감소하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값의 차이를 산출하고, 산출된 상기 제어 전류 값의 차이들의 평균값을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정할 수 있다.
또한, 상기 제1장치(200)의 구동을 감지하여 제1센싱신호를 생성하는 제1센서(100);를 더 포함하며, 상기 보정부(400)는, 상기 제어 전류를 증가시키면서 미리 정해진 하나 이상의 특정 제어 전류 값에 대하여, 상기 제1센서(100)를 이용하여 상기 제1장치(200)의 구동 속도를 산출하고, 상기 제어 전류를 감소시키면서 산출된 상기 제1장치(200)의 각 구동 속도에서의 제어 전류 값을 측정하고, 산출된 상기 제1장치(200)의 각 구동 속도에 대하여, 상기 제어 전류가 증가하는 상태에서의 상기 특정 제어 전류 값과 상기 제어 전류가 감소하는 상태에서의 상기 측정된 제어 전류 값의 차이를 산출하며, 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정할 수 있다.
여기서, 상기 보정부(400)는, 상기 제어 전류의 증가에 따라 상기 비례제어밸브(20)가 유량 공급을 개시하는 시점의 최소 전류값 및 상기 비례제어밸브(20)가 최대 유량을 공급하는 시점의 최대 전류값의 평균값을 제1전류값으로 하고, 상기 제1전류값을 기준으로 동일한 값이 가감된 값을 제2전류값 및 제3전류값으로 하여, 상기 제어 전류를 증가시키면서 상기 제1전류값, 제2전류값 및 제3전류값을 포함하는 복수의 전류값에 대하여 상기 제1장치(200)의 각 구동 속도를 산출하고, 상기 제어 전류를 감소시키면서 상기 제1장치(200)의 각 구동 속도에서의 제어 전류 값을 측정할 수 있다.
이때, 상기 보정부(400)는, 상기 제어 전류가 증가하는 상태인지 또는 감소하는 상태인지에 따라 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 제1장치(200)의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제1센서(100)는 상기 제1장치(200)의 위치를 감지하는 위치 센서이며, 상기 보정부(400)는, 상기 제1센싱신호의 미분값을 이용하여 상기 제1장치(200)의 구동 속도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제1장치(200)는 3점링크에서 작업기를 승하강시키기 위한 승강암(10)이고, 상기 제1센서(100)는 상기 승강암(10)의 위치를 감지하는 위치센서(50)이며, 상기 보정부(400)는 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 승강암(10)의 구동을 제어할 수 있다.
또한, 상기 보정부(400)는, 상기 제1장치(200)를 포함하는 하나 이상의 장치의 구동을 감지하는 제1센서(100)를 포함하는 하나 이상의 센서를 보정함에 있어, 상기 하나 이상의 장치를 상한점 및 하한점을 포함하는 구동 가능한 범위에서 구동시키면서, 상기 상한점 및 상기 하한점에서의 상기 센서의 센싱신호를 수집한 후, 이를 고려하여 상기 센서를 보정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템은, 농작업차량에 장착되는 비례제어밸브(20)에서의 이력 현상(hysteresis)을 검출하고 이를 효과적으로 보정하여 줄 수 있게 된다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템은 상기 비례제어밸브(20)의 이력 현상에 따른 오차를 보정하여 줌으로써, 상기 비례제어밸브(20)를 이용하여 구동되는 유압실린더 등을 보다 정확하게 제어할 수 있다는 효과를 가진다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 통상의 농작업차량의 측면도이다.
도 2는 통상의 농작업차량의 연결링크(3점링크)를 도시한 사시도이다.
도 3은 통상의 연결링크(3점링크)에 장착되는 비례제어밸브 및 센서들의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량에서의 비례제어밸브의 이력 현상 및 이에 대한 보정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량에서의 비례제어밸브 보정 시스템의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량의 3점링크에서의 비례제어밸브에 대한 보정 방법을 설명하기 위한 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량의 3점링크에서의 비례제어밸브에 대한 보정 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량의 3점링크에서의 비례제어밸브에 대한 보정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10과 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량에서의 위치센서 보정 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
아래에서는 여러 종류의 농작업차량(1) 중 주로 트랙터의 3점링크(5)에 구비되어 유압실린더(30)로 유량을 공급하여 승강암(10)을 구동시키는 비례제어밸브(20)에 대한 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 콤바인 하베스터나 이양기 등 여러 종류의 농작업차량(1)에 장착되어 사용되는 다양한 비례제어밸브(proportional control valve)들에 대한 보정 시스템으로 폭넓게 적용될 수 있다.
먼저, 도 1과 도 2를 참조하여 통상의 농작업차량(1)의 구조 및 상기 농작업차량(1) 및 이에 부착되는 작업기(도시되지 않음)의 구조 및 동작에 대하여 간단하게 살핀 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템에 대하여 설명한다.
우선, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 통상의 트랙터 등의 농작업차량(1)은 차량본체(2)와 상기 차량본체(2)에 다양한 작업기를 연결할 수 있는 3점링크(3 points link) 등의 연결링크(5)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 차량본체(2)는 엔진(도시되지 않음)과 변속기(도시되지 않음) 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 상기 농작업차량(1)의 구동과 작업에 필요한 다양한 장치들이 설치될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 트랙터 등 농작업차량(1)의 3점링크 등 연결링크(5)는 트랙터 차량본체(2)와 상기 작업기(도시되지 않음)를 연결하는 한 쌍의 하부링크(5a), 상기 하부링크(5a)의 상부에 배치되어 상기 작업기와 상기 트랙터 차량본체(2)를 연결하는 상부링크(5b) 및 상기 한 쌍의 하부링크(5a)에 각각 설치되며 일측과 타측이 상기 하부링크(5a) 및 상기 트랙터 차량본체(2)와 연결되는 지지링크(5c)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 상기 한 쌍의 지지링크(5c)에는 유압실린더(30)에 의하여 구동되는 승강암(10)이 연결되어, 상기 지지링크(5c) 및 이에 연결된 하부링크(5a)를 승강하여 줌으로써, 상기 3점링크(5)에 부착되는 작업기를 상승 또는 하강시킬 수 있게 된다.
이때, 상기 농작업차량(1)에는 상기 승강암(10)을 구동시키기 위하여 상기 유압실린더(30)로 유량을 공급하는 비례제어밸브(20, 도3에 도시됨)가 구비되며, 상기 비례제어밸브(20)는 제어 전류를 코일 등에 인가하여 스풀(spool)의 움직임을 조절함으로써 상기 유압실린더(30)로 공급되는 유량을 조절하게 된다. 그런데, 상기 비례제어밸브(20)에서는 상기 코일에 포함되는 페라이트 코어 등의 특성으로 인하여 전류의 증가 및 감소 시에 특성이 달라지는 이력 현상(hysteresis)을 보이게 되며, 이에 따라 상기 비례제어밸브(20)에 동일한 제어 전류가 인가되더라도 상기 제어 전류의 증가 및 감소 상태에 따라 상기 유압실린더(30) 등으로 인가되는 유량이 달라지면서 상기 유압실린더(30)에 대한 제어에 오차가 발생하는 문제가 따르게 된다.
이에 대하여, 본 발명에서는 상기 비례제어밸브(20)의 이력 현상(hysteresis)에 따른 오차를 효과적으로 보정할 수 있는 보정 시스템을 제공한다.
나아가, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 3점링크(5)에는 승강암(10)의 위치를 감지하여 센싱신호를 생성하는 위치센서(50)를 포함하여, 상기 작업기에 대한 견인력을 측정하는 견인센서(60), 상기 작업기가 경운하는 깊이 등을 측정할 수 있는 경심센서(70), 상기 작업기의 수평 제어에 따른 경사도를 측정하는데 사용되는 수평실린더위치센서(80) 등 전위차계(potentiometer)를 포함하는 다양한 센서들이 사용될 수 있는 바, 본 발명에서는 상기 농작업차량(1)에 구비되는 다양한 센서들을 효과적으로 보정할 수 있는 보정 시스템도 개시한다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템에 대한 블록도를 예시하고 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템은, 제어 전류에 따라 제1장치(200)의 구동을 위해 공급되는 유량을 조절하는 비례제어밸브(20) 및 하나 이상의 특정 유량에 대하여, 상기 제어 전류가 증가하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값 및 상기 제어 전류가 감소하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값의 차이를 산출하고, 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정하는 보정부(400)를 포함하여 구성될 수 있다. 덧붙여, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에는 상기 비례제어밸브(20)로부터 유량을 공급받아 승강암(10) 등 제1장치(200)를 구동시키는 유압실린더(30) 등이 포함될 수도 있다.
여기서, 상기 비례제어밸브(20)는 동일한 크기의 제어 전류가 입력되더라도 상기 제어 전류가 증가하는 상태인지 또는 감소하는 상태인지에 따라 상기 제어 전류에 의한 유량이 달라지는 이력 현상(hysteresis)을 나타내는 밸브일 수 있다.
즉, 도 5를 참조하여 살펴보면, 상기 비례제어밸브(20)는 앞서 설명한 바와 같이 비례제어밸브(20)의 코일에 포함되는 페라이트 코어 등의 특성으로 인하여 전류의 증가 및 감소 시에 특성이 달라지는 이력 현상(hysteresis)을 보이게 되며, 이에 따라, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 제어 전류가 증가(loading)하는 상태에서의 제어 전류에 따른 유량 그래프(도 5의 ⓐ - ⓒ 구간)가 제어 전류가 감소(unloading)하는 상태에서의 제어 전류에 따른 유량 그래프(도 5의 ⓓ - ⓕ 구간)과 서로 상이하게 된다.
본 발명에서는 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 하나 이상의 특정 유량에 대하여, 상기 제어 전류가 증가하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값 및 상기 제어 전류가 감소하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값의 차이(예를 들어, 도 5의 ①)를 산출하고, 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정함으로써, 상기 비례제어밸브(20)의 이력 현상에 따른 오차를 제거하고 보다 정확한 제어를 수행할 수 있게 된다.
또한, 도 6에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템의 동작을 설명하는 순서도를 예시하고 있다. 아래에서는 도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템의 동작을 보다 자세하게 예시한다.
도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 먼저 S10 단계에서는 비례제어밸브(20)에 대한 제어 전류를 증가시키면서 미리 정해진 하나 이상의 특정 제어 전류 값에서의 제1장치(200)의 각 구동 속도를 산출하게 된다.
즉, 비례제어밸브(20)에 대한 제어 전류를 증가시킴에 따라, 소정의 불감 영역을 지나 밸브 개방 전류(Iinit)에 이르면(도 5의 ⓐ 지점), 상기 비례제어밸브(20)는 밸브를 개방하면서 승강암(10) 등 제1장치(200)의 구동을 위한 유량을 공급하기 시작하게 된다.
이때, 상기 제1장치(200)는 상기 비례제어밸브(20)로부터 직접 유량을 공급받아 구동되는 다양한 실린더 등일 수도 있겠으나, 이외에 상기 승강암(10) 등과 같이 상기 비례제어밸브(20)로부터 유량을 공급받아 작동되는 유압실린더(30) 등에 의하여 간접적으로 구동되는 장치일 수도 있다. 여기서, 상기 제어 전류가 증가함에 따라 상기 비례제어밸브(20)에서 공급되는 유량도 증가하게 되고, 이에 따라 상기 유량에 의하여 구동되는 승강암(10) 등 제1장치(200)의 구동 속도도 그에 비례하여 증가하게 된다.
이어서, 상기 보정부(400)는 상기 제어 전류가 미리 정해진 하나 이상의 특정 제어 전류 값에 이르게 되면, 상기 제어 전류 값에서의 유량 또는 상기 유량에 의하여 구동되는 제1장치(200)의 구동 속도를 산출하게 된다.
보다 구체적인 예를 들어, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제어 전류가 ⓑ 지점에 이르게 되면, 상기 제어 전류 값에서의 유량 또는 상기 승강암(10) 등 제1장치(200)의 구동 속도를 산출할 수 있다.
이때, 상기 승강암(10) 등 제1장치(200)의 위치를 감지하는 위치센서(50) 등 제1센서(100)를 구비하는 경우, 상기 제1센서(100)에서 생성되는 상기 제1장치(200)의 위치에 대한 센싱신호를 미분하여 상기 제1장치(200)에 대한 구동 속도를 산출할 수도 있다.
계속하여, 상기 비례제어밸브(20)에 대한 제어 전류를 미리 정해진 밸브 최대 전류(Imax) 값까지 증가시킨 후(도 5의 ⓒ 지점), 다시 상기 제어 전류를 감소시키게 된다. 제어 전류 감소 시에도 소정의 구간에서 상기 비례제어밸브(20)의 유량 또는 이에 의하여 구동되는 제1장치(200)의 구동 속도가 불변하는 영역이 나타나게 되고(도 5의 ⓒ - ⓓ 구간), 이어서 다시 제어 전류의 감소에 따라 상기 유량 또는 제1장치(200)의 구동 속도가 감소하게 된다.
이에 따라, S20 단계에서는 상기 비례제어밸브(20)에 대한 제어 전류를 감소시키면서, 상기 산출된 각 구동 속도(또는 유량)에서의 제어 전류 값을 측정하게 된다.
즉, S20 단계에서는 상기 비례제어밸브(20)에 대한 제어 전류를 감소시키면서 상기 도 5의 ⓑ 지점에서 산출하였던 유량 또는 제1장치(200)의 구동 속도에 이르게 되면(도 5의 ⓔ 지점), 상기 유량 또는 제1장치(200)의 구동 속도에서의(도 5의 ⓔ 지점에서의) 상기 비례제어밸브(20)에 대한 제어 전류 값을 측정하게 된다.
이에 따라, S30 단계에서는 상기 각 구동 속도에 대하여 상기 제어 전류가 증가하는 상태(loading)에서의 제어 전류 값과 상기 제어 전류가 감소하는 상태(unloading)에서의 제어 전류 값의 차이(도 5의 ①에 해당)을 산출할 수 있게 되며, 이에 따라 상기 산출된 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정하여 줌으로써, 상기 비례제어밸브(20)의 이력 현상에 의한 오차를 효과적으로 보정하여 보다 정확한 제어를 수행할 수 있게 된다.
보다 구체적인 예로서, 아래에서는 트랙터(1)의 3점링크(5)에 구비되는 승강암(10) 및 이를 구동하기 위한 유압실린더(30)와 상기 유압실린더(30)에 유량을 공급하는 비례제어밸브(20)에 있어서, 상기 비례제어밸브(20)는 승강암(10)을 승강시키기 위한 상승비례제어밸브(20a)와 하강비례제어밸브(도시되지 않음)를 포함하는 모듈로 구성될 수 있는 바, 상기 상승비례제어밸브(20a)와 하강비례제어밸브를 보정하는 경우를 들어 보다 자세하게 설명한다.
도 7에서는 상승비례제어밸브(20a)를 보정하기 위한 도면을 예시하고 있다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 상승비례제어밸브(20a)는 소정의 유량을 상기 유압실린더(30)로 인가하게 되고, 이에 따라 상기 유압실린더(30)는 상기 승강암(10)을 상승시키면서 상기 3점링크(5)에 부착되는 작업기를 들어올리게 된다.
반대로, 하강비례제어밸브에서는 상기 상승비례제어밸브(20a)의 경우와 반대로, 소정의 유량을 상기 유압실린더(30)로 인가하게 되는데, 이에 따라 상기 유압실린더(30)는 상기 승강암(10)을 하강시키면서 상기 3점링크(5)에 부착되는 작업기를 하강시키게 된다.
이때, 위치센서(50)는 상기 승강암(10)의 위치(즉, 회전각)을 감지하여 제1센싱신호를 생성하게 되고, 상기 보정부(400)에서는 상기 제1센싱신호를 이용하여 상기 승강암(10)의 구동 속도를 산출하여, 상기 상승비례제어밸브(20a) 또는 하강비례제어밸브의 보정을 수행하는데 사용하게 된다.
도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)의 3점링크(5)에서의 상승비례제어밸브(20a)에 대한 보정 방법의 순서도를 예시하고 있다. 또한, 도 9에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)의 3점링크(5)에서의 상승비례제어밸브(20a)에 대한 보정 방법을 설명하기 위한 그래프를 도시하고 있다.
아래에서는 도8과 도9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)의 3점링크(5)에서의 상승비례제어밸브(20a)에 대한 보정 방법을 보다 자세하게 설명한다.
먼저, 상승비례제어밸브(20a)에 대한 제어 전류를 증가(S110)시키면서 연결링크(또는 승강암(10))의 상승이 시작되는 시점(즉, 상기 상승비례제어밸브(20a)가 개방되어 유량이 공급되기 시작하는 시점)을 검출(S112)한 후, 밸브 개방 전류(Iinit)를 측정(S114)하게 된다(도 9의 ⓐ 지점).
이어서, 다시 상기 상승비례제어밸브(20a)에 대한 제어 전류를 증가(S120)시키면서, 상기 제어 전류가 밸브 최대 전류(Imax) - 밸브 개방 전류(Iinit)의 5%에 해당하는 지점(IL_5%)을 검출(S122)한 후(도 9의 ⓑ 지점), 상기 5%에 해당하는 지점(IL_5%)에서의 상기 상승비례제어밸브(20a)에서 공급되는 유량에 의하여 구동되는 상기 승강암(10)의 구동 속도(V_5%)를 산출(S124)하게 된다. 물론, 필요에 따라서는 상기 5%에 해당하는 지점(IL_5%) 외에 다른 지점이 사용될 수도 있다.
이어서, 다시 상기 상승비례제어밸브(20a)에 대한 제어 전류를 증가(S130)시키면서, 상기 제어 전류가 밸브 최대 전류(Imax) - 밸브 개방 전류(Iinit)의 50%에 해당하는 지점(IL_50%)을 검출(S132)한 후(도 9의 ⓒ 지점), 상기 50%에 해당하는 지점(IL_50%)에서의 상기 상승비례제어밸브(20a)에서 공급되는 유량에 의하여 구동되는 상기 승강암(10)의 구동 속도(V_50%)를 산출(S134)하게 된다. 물론, 필요에 따라서는 상기 50%에 해당하는 지점(IL_50%) 외에 다른 지점이 사용될 수도 있다.
또한, 다시 상기 상승비례제어밸브(20a)에 대한 제어 전류를 증가(S140)시키면서, 상기 제어 전류가 밸브 최대 전류(Imax) - 밸브 개방 전류(Iinit)의 95%에 해당하는 지점(IL_95%)을 검출(S142)한 후(도 9의 ⓓ 지점), 상기 95%에 해당하는 지점(IL_95%)에서의 상기 상승비례제어밸브(20a)에서 공급되는 유량에 의하여 구동되는 상기 승강암(10)의 구동 속도(V_95%)를 산출(S144)하게 된다. 물론, 필요에 따라서는 상기 95%에 해당하는 지점(IL_95%) 외에 다른 지점이 사용될 수도 있다.
이어서, 상기 상승비례제어밸브(20a)에 대한 제어 전류가 밸브 최대 전류(Imax)까지 증가(도 9의 ⓔ 지점)하면(S150), 상기 제어 전류를 감소(S152)시키면서, 상기 95%에 해당하는 지점(IL_95%)에서의 상기 승강암(10)의 구동 속도(V_95%), 상기 50%에 해당하는 지점(IL_50%)에서의 상기 승강암(10)의 구동 속도(V_50%) 및 상기 5%에 해당하는 지점(IL_5%)에서의 상기 승강암(10)의 구동 속도(V_5%)와 상기 승강암(10)의 구동 속도가 같아지는 지점(즉, unloading 구간에서의 각 ⓖ, ⓗ, ⓘ 지점)에서의 각 제어 전류 값(즉, IU_95%, IU_50%, IU_5%)을 측정(S154)하게 된다.
이어서, 상기 상승비례제어밸브(20a)에 대한 제어 전류를 증가시키는 과정 및 상기 상승비례제어밸브(20a)에 대한 제어 전류를 감소시키는 과정에서 상기 5%에 해당하는 지점에서의 각 제어 전류(IL_5%, IU_5%)의 오차 비율(L_Hys_5%), 상기 50%에 해당하는 지점에서의 각 제어 전류(IL_50%, IU_50%)의 오차 비율(L_Hys_50%) 및 상기 95%에 해당하는 지점에서의 각 제어 전류(IL_95%, IU_95%)의 오차 비율(L_Hys_95%)을 산출(S160, S162, S164)하고, 상기 각 제어 전류의 오차 비율(L_Hys_5%, L_Hys_50%, L_Hys_95%)의 평균치(L_Hys_average)를 산출(S166)하게 된다.
이에 따라, 산출된 상기 각 제어 전류의 오차 비율에 대한 평균치를 이용하여 상기 상승비례제어밸브(20a)를 보정함으로써, 상기 상승비례제어밸브(20a)에서의 이력 현상에 따른 오차를 효과적으로 보정할 수 있게 된다.
특히, 상기와 같이, 상기 상승비례제어밸브(20a)가 유량 공급을 개시하는 시점의 최소 전류값(밸브 개방 전류, Iinit)과 최대 유량을 공급하는 시점의 최대 전류값(밸브 최대 전류, Imax)의 평균값(IL_50%)과 함께 상기 평균값(IL_50%)을 기준으로 동일한 값이 가감된 복수의 지점을 이용하여 보정값을 산출함으로써, 상기 상승비례제어밸브(20a)의 특성을 보다 정확하게 보정할 수 있는 보정값을 산출할 수 있게 된다.
또한 본 발명이 반드시 상기 각 제어 전류의 오차 비율에 대한 평균치를 산출하고 이를 이용하여 상기 상승비례제어밸브(20a)를 보정하는 것이 한정되는 것은 아니며, 복수의 지점에 대한 각 제어 전류 값의 차이를 테이블의 형태로 저장하고, 이를 이용하여 상기 상승비례제어밸브(20a)를 보정하여 줄 수도 있다.
나아가, 상기 상승비례제어밸브(20a)를 제어함에 있어서, 상기 제어 전류가 증가하는 상황인지 또는 감소하는 상황인지에 따라 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 승강암(10) 등 제1장치(200)의 구동을 제어함으로써, 상기 제1장치(200)의 구동을 보다 정밀하게 제어할 수 있게 된다.
상기한 일련의 설명에서 주로 상승비례제어밸브(20a)를 보정하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이러한 설명은 하강비례제어밸브에도 동일하게 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
또한, 상기한 일련의 설명에서는 상기 비례제어밸브(20)가 상기 상승비례제어밸브(20a)와 상기 하강비례제어밸브를 포함하는 모듈로 구성되는 경우에 대하여 설명하였으나, 이러한 설명은 상기 비례저어밸브(20)가 하나의 비례제어밸브로 이루어지는 경우에도 동일하게 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
나아가, 상기 트랙터 등 농작업차량(1)에는 승강암(10) 등 제1장치(200)의 구동을 제어하기 위하여 상기 승강암(10)의 위치를 감지하여 센싱신호를 생성하는 위치센서(50)를 포함하여, 작업기에 대한 견인력을 측정하는 견인센서(60), 상기 작업기가 경운하는 깊이 등을 측정할 수 있는 경심센서(70), 상기 작업기의 수평 제어에 따른 경사도를 측정하는데 사용되는 수평실린더위치센서(80) 등 전위차계(potentiometer)를 포함하는 다양한 센서들이 사용될 수 있는 바, 본 발명에서는 상기 위치센서(50)를 포함하는 농작업차량(1)에 구비되는 다양한 센서들을 효과적으로 보정할 수 있는 보정 시스템도 개시한다.
이에 대하여 도 10과 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 농작업차량(1)에서의 센서 보정 방법의 순서도를 도시하고 있다. 이때, 상기 센서에는 상기 승강암(10)의 위치를 감지하는 위치센서(50) 뿐만 아니라 상기 견인센서(60), 상기 작업기가 경운하는 깊이 등을 측정할 수 있는 경심센서(70), 상기 수평실린더위치센서(80) 등도 포함될 수 있다.
상기 위치센서(50)가 상기 승강암(10)의 보정 및 제어에 사용되는 바, 상기 위치센서(50)의 정확도가 상기 승강암(10) 등 제1장치(200)의 정확한 제어에 심대한 영향을 미칠 수 있는 것과 같이, 앞서 살핀 비례제어밸브(20)의 보정과 함께 상기 다양한 센서들을 보정하여 줌으로써, 상기 농작업차량(1)에 대한 제어의 신뢰성 및 정확성을 개선할 수 있게 된다.
도 10에서는 상기 위치센서(50) 및 견인센서(60)에 대한 보정 과정을 예시하고 있다. 먼저, 보정 모드에 진입(S1010)하면, 연결링크(또는 승강암(10))를 구동할 수 있는 최저점까지 하강(S1020, S1030)시키게 된다. 이어서, 상기 위치센서(50), 상기 견인센서(60), 및 상기 경심센서(70)의 센싱신호를 변환(ADC)하여 상기 위치센서(50)에 대한 하한점과 상기 견인센서(60) 및 상기 경심센서(70)에 대한 초기값으로 설정(S1040, S1050)하게 된다.
다음으로, 상기 연결링크(또는 승강암(10))를 구동할 수 있는 최고점까지 상승(S1060, S1070)시키게 된다. 이어서, 상기 위치센서(50)의 센싱신호를 변환(ADC)하여 상기 위치센서(50)에 대한 상한점으로 설정(S1080, S1090)하게 된다.
이에 따라, 상기 승강암(10)이 구동할 수 있는 범위에 대한 위치센서(50)의 하한점과 상한점 설정 및 상기 견인센서(60)와 상기 경심센서(70)의 초기값 설정을 자동으로 정확하게 수행할 수 있으며, 나아가 필요한 경우 상기 센서들에 대한 보정을 수시로 수행할 수 있게 된다.
나아가, 도 10의 위치센서(50), 견인센서(60), 및 경심센서(70)에 대한 보정에 이어, 도 11의 수평실린더위치센서(80)에 대한 보정도 함께 또는 별도로 수행하도록 할 수도 있다.
도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 먼저 수평실린더를 구동할 수 있는 최고점까지 상승(S1110, S1120)시키게 된다. 이어서, 상기 수평실린더위치센서(80)의 센싱신호를 변환(ADC)하여 상기 수평실린더위치센서(80)에 대한 상한점으로 설정(S1130, S1140)하게 된다.
다음으로, 상기 수평실린더를 구동할 수 있는 최저점까지 하강(S1150, S1160)시키게 된다. 이어서, 상기 수평실린더위치센서(80)의 센싱신호를 변환(ADC)하여 상기 수평실린더위치센서(80)에 대한 하한점으로 설정(S1170, S1180)하게 된다.
이에 따라, 상기 수평실린더가 구동할 수 있는 범위에 대한 상기 수평실린더위치센서(80)의 하한점과 상한점 설정을 자동으로 정확하게 수행할 수 있으며, 나아가 필요한 경우 상기 수평실린더위치센서(80)에 대한 보정을 수시로 수행할 수 있게 된다.
상기 도 10 및 도 11에서의 다양한 센서들에 대한 보정과 함께 앞서 살핀 상기 비례제어밸브(20)에 대한 보정이 순차적으로 수행될 수도 있으며, 이러한 경우 상기 승강암(10) 등 제1장치(200)의 구동에 관련된 다양한 센서들 및 비례제어밸브(20)에 대한 보정이 함께 이루어질 수 있어, 상기 제1장치(200)에 대한 제어를 보다 정확하게 수행할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
그리고, 앞서 살핀 상기 비례제어밸브(20)에 대한 보정은, 상기 승강암(1)의 구동에 따른 상기 위치센서(50)의 보정의 경우에 대하여 설명하였으나. 상기 수평실린더의 구동에 따른 상기 수평실린더위치센서(80)의 보정의 경우에도 동일하게 적용될 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(1) : 농작업차량 (2) : 차량본체
(5) : 연결링크 (10) : 승강암
(20) : 비례제어밸브 (20a) : 상승비례제어밸브
(30) : 유압실린더 (50) : 위치센서
(60) : 견인센서 (70) : 경심센서
(80) : 수평실린더위치센서 (100) : 제1센서
(200) : 제1장치 (400) : 진단부

Claims (8)

  1. 제어 전류에 따라 제1장치(200)의 구동을 위해 공급되는 유량을 조절하는 비례제어밸브(20); 및
    하나 이상의 특정 유량에 대하여, 상기 제어 전류가 증가하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값 및 상기 제어 전류가 감소하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값의 차이를 산출하고, 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정하는 보정부(400);를 포함하여 구성되며,
    상기 비례제어밸브(20)는 동일한 크기의 제어 전류가 입력되더라도 상기 제어 전류가 증가하는 상태인지 또는 감소하는 상태인지에 따라 상기 제어 전류에 의한 유량이 달라지는 이력 현상(hysteresis)을 나타내는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정부(400)는,
    복수의 특정 유량에 대하여, 상기 제어 전류가 증가하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값 및 상기 제어 전류가 감소하는 상태에서 상기 특정 유량을 공급하는 제어 전류 값의 차이를 산출하고,
    산출된 상기 제어 전류 값의 차이들의 평균값을 이용하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1장치(200)의 구동을 감지하여 제1센싱신호를 생성하는 제1센서(100);를 더 포함하며,
    상기 보정부(400)는,
    상기 제어 전류를 증가시키면서 미리 정해진 하나 이상의 특정 제어 전류 값에 대하여, 상기 제1센서(100)를 이용하여 상기 제1장치(200)의 구동 속도를 산출하고,
    상기 제어 전류를 감소시키면서 산출된 상기 제1장치(200)의 각 구동 속도에서의 제어 전류 값을 측정하고,
    산출된 상기 제1장치(200)의 각 구동 속도에 대하여, 상기 제어 전류가 증가하는 상태에서의 상기 특정 제어 전류 값과 상기 제어 전류가 감소하는 상태에서의 상기 측정된 제어 전류 값의 차이를 산출하며,
    산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 비례제어밸브(20)를 보정하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보정부(400)는,
    상기 제어 전류의 증가에 따라 상기 비례제어밸브(20)가 유량 공급을 개시하는 시점의 최소 전류값 및 상기 비례제어밸브(20)가 최대 유량을 공급하는 시점의 최대 전류값의 평균값을 제1전류값으로 하고,
    상기 제1전류값을 기준으로 동일한 값이 가감된 값을 제2전류값 및 제3전류값으로 하여,
    상기 제어 전류를 증가시키면서 상기 제1전류값, 제2전류값 및 제3전류값을 포함하는 복수의 전류값에 대하여 상기 제1장치(200)의 각 구동 속도를 산출하고,
    상기 제어 전류를 감소시키면서 상기 제1장치(200)의 각 구동 속도에서의 제어 전류 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 보정부(400)는,
    상기 제어 전류가 증가하는 상태인지 또는 감소하는 상태인지에 따라 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 제1장치(200)의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1센서(100)는 상기 제1장치(200)의 위치를 감지하는 위치 센서이며,
    상기 보정부(400)는, 상기 제1센싱신호의 미분값을 이용하여 상기 제1장치(200)의 구동 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1장치(200)는 3점링크에서 작업기를 승하강시키기 위한 승강암(10)이고,
    상기 제1센서(100)는 상기 승강암(10)의 위치를 감지하는 위치센서(50)이며,
    상기 보정부(400)는 산출된 상기 제어 전류 값의 차이를 고려하여 상기 승강암(10)의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보정부(400)는,
    상기 제1장치(200)를 포함하는 하나 이상의 장치의 구동을 감지하는 제1센서(100)를 포함하는 하나 이상의 센서를 보정함에 있어,
    상기 하나 이상의 장치를 상한점 및 하한점을 포함하는 구동 가능한 범위에서 구동시키면서,
    상기 상한점 및 상기 하한점에서의 상기 센서의 센싱신호를 수집한 후,
    이를 고려하여 상기 센서를 보정하는 것을 특징으로 하는 농작업차량(1)에서의 비례제어밸브(20) 보정 시스템.
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