KR20190107415A - 건설기계의 전자 유압식 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

건설기계의 전자 유압식 제어 장치는 유압 펌프 및 액추에이터 사이의 유압 라인에 설치되고 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 제어 밸브, 입력된 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 상기 제어 밸브의 스풀에 출력하여 상기 제어 밸브의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 스풀 변위 조정 밸브, 상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 2차 압력을 검출하기 위한 압력 센서, 및 건설기계의 조작 신호에 따라 상기 스풀 변위 조정 밸브로 상기 압력지령 신호를 출력하고 상기 검출된 2차 압력과 상기 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우 상기 압력지령 신호를 보정하는 제어부를 포함한다.

Description

건설기계의 전자 유압식 제어 장치 및 방법{ELECTRO-HYDRAULIC CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 건설기계의 전자 유압식 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전자비례감압 밸브를 이용한 전자 유압식 메인컨트롤밸브를 갖는 건설기계의 전자 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
건설기계에 있어서, 전자비례감압 밸브(EPPRV)를 통해 전자 제어하는 전자 유압식 메인컨트롤밸브가 사용될 수 있다. 이에 따라, 기존의 유압식 메인컨트롤밸브에 비해 전자비례감압 밸브의 고장으로 인한 위험성이 더욱 늘어나고, 고장이 발생한 경우 대응방안이 더욱 중요해지고 있다.
상기 전자비례감압 밸브의 사용 기간이 경과함에 따라 상기 전자비례감압 밸브의 2차 압력이 외부의 압력지령 신호에 비해서 작게 생성되거나 크게 생성될 수 있다. 이 경우, 펌프 압력이 설계사양과 다른 작동압을 나타내어 건설기계의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 신뢰성 있는 성능을 유지할 수 있는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 제어 장치를 이용한 건설기계의 전자 유압식 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 전자 유압식 제어 장치는 유압 펌프 및 액추에이터 사이의 유압 라인에 설치되고 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 제어 밸브, 입력된 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 상기 제어 밸브의 스풀에 출력하여 상기 제어 밸브의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 스풀 변위 조정 밸브, 상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 2차 압력을 검출하기 위한 압력 센서, 및 건설기계의 조작 신호에 따라 상기 스풀 변위 조정 밸브로 상기 압력지령 신호를 출력하고 상기 검출된 2차 압력과 상기 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우 상기 압력지령 신호를 보정하는 제어부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 상기 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 스풀 변위 조정 밸브의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수를 이용하여 상기 압력지령 신호를 보정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 상기 특성 함수에 따라 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값을 반영하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 상기 압력지령 신호의 보정값을 새로운 압력지령 신호로서 상기 스풀 변위 조정 밸브로 출력할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 상기 압력지령 신호의 보정값에 따라 상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 새로운 2차 압력을 검출하고, 상기 새로운 2차 압력과 상기 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 특성 함수를 이용하여 상기 산출된 압력지령 신호의 보정값을 보정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제어부는, 상기 스풀 변위 조정 밸브의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수에 관한 데이터를 저장하는 저장부, 상기 검출된 2차 압력과 상기 설계 압력을 비교하고 상기 특성 함수 데이터를 이용하여 상기 압력지령 신호를 보정하는 비교부, 및 상기 압력지령 신호의 보정값을 새로운 압력지령 신호로서 상기 스풀 변위 조정 밸브로 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 저장부는 상기 압력지령 신호의 보정값을 상기 설계 압력을 위한 새로운 압력지령 신호로 저장할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 스풀 변위 조정 밸브는 전자비례감압 밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 전자 유압식 제어 방법에 있어서, 유압 펌프 및 액추에이터 사이의 유압 라인에 설치되고 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 제어 밸브, 및 입력된 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 상기 제어 밸브의 스풀에 출력하여 상기 제어 밸브의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 스풀 변위 조정 밸브를 포함하는 전자 유압 시스템을 제공한다. 상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 2차 압력을 검출한다. 상기 검출된 2차 압력과 상기 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우 상기 압력지령 신호를 보정한다. 상기 압력지령 신호의 보정값을 상기 설계 압력을 위한 새로운 압력지령 신호로 저장한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력지령 신호를 보정하는 것은 상기 스풀 변위 조정 밸브의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수를 이용하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 압력지령 신호를 보정하는 것은 상기 특성 함수에 따라 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값을 반영하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 산출된 압력지령 신호의 보정값에 따라 상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 새로운 2차 압력을 검출하고, 상기 새로운 2차 압력과 상기 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 특성 함수를 이용하여 상기 산출된 압력지령 신호의 보정값을 보정하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 압력지령 신호의 보정값을 새로운 압력지령 신호로 상기 스풀 변위 조정 밸브로 출력하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 건설시계의 전자 유압식 제어 장치 및 방법에 있어서, 압력지령 신호에 따라 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 2차 압력(파일럿 신호압)과 상기 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우 상기 압력지령 신호를 보정할 수 있다.
따라서, 사용 기간이 경과함에 따라 상기 스풀 변위 조정 밸브에서 출력된 2차 압력이 달라지더라도, 이를 보정하는 프로그램을 수행함으로써 건설기계의 신뢰성 있는 성능을 계속적으로 유지할 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 전자 유압식 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 전자 유압식 제어 시스템의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 제어부에서 수행되는 압력지령 신호의 보정 과정을 나타내는 그래프이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 전자 유압 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 전자 유압식 제어 시스템을 나타내는 유압 회로도이다. 도 2는 도 1의 전자 유압식 제어 시스템의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 건설기계의 전자 유압식 제어 시스템은 유압 펌프(100), 파일럿 펌프(110), 유압 펌프(100)와 적어도 하나의 액추에이터(10) 사이의 유압 라인(200)에 설치되어 액추에이터(10)의 동작을 제어하는 적어도 하나의 제어 밸브(300), 파일럿 펌프(110)로부터의 파일럿 작동유를 입력된 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 갖도록 제어 밸브(300)의 스풀에 출력하는 적어도 하나의 스풀 변위 조정 밸브(400), 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 2차 압력을 검출하기 위한 압력 센서(410), 및 건설기계의 조작 신호에 따라 스풀 변위 조정 밸브(400)에 상기 압력지령 신호를 출력하여 액추에이터(10)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, 유압 펌프(100)는 동력전달장치를 통하여 엔진(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 상기 엔진으로부터의 동력은 유압 펌프(100)에 전달될 수 있다. 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 제어 밸브(300)를 거쳐 액추에이터(10)에 공급될 수 있다.
제어 밸브(300)는 유압 라인(200)을 통하여 유압 펌프(100)에 연결될 수 있다. 제어 밸브(300)가 절환될 때 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유는 제어 밸브(300)를 통해 액추에이터(10)로 공급될 수 있다.
예를 들면, 액추에이터(10)는 상기 버켓 실린더이고, 제어 밸브(300)는 버켓 제어 밸브일 수 있다. 이와 다르게, 상기 액추에이터는 상기 붐 실린더 또는 상기 암 실린더이고, 상기 제어 밸브는 붐 제어 밸브 또는 암 제어 밸브일 수 있다.
제어 밸브(300), 즉, 상기 버켓 제어 밸브는 버켓 헤드 유압 라인(212) 및 버켓 로드 유압 라인(214)을 통해 액추에이터(10), 즉, 상기 버켓 실린더의 버켓 헤드 챔버(12) 및 버켓 로드 챔버(14)와 각각 연결될 수 있다. 따라서, 제어 밸브(300)가 절환되어 유압 펌프(100)로부터 토출된 작동유를 버켓 헤드 챔버(12) 및 버켓 로드 챔버(14)에 선택적으로 공급할 수 있다.
버켓 실린더(10)를 구동시키는 작동유는 리턴 유압 라인을 통해 드레인 탱크(T)로 귀환될 수 있다. 예를 들어, 버켓 크라우드 동작 시에 버켓 로드 챔버(14)로부터의 작동유는 버켓 로드 유압 라인(214)을 통해 제어 밸브(300), 즉, 상기 버켓 제어 밸브를 거쳐 드레인 탱크(T)로 배출될 수 있다.
파일럿 펌프(110)은 상기 엔진에 연결되며, 상기 엔진으로부터의 동력은 파일럿 펌프(110)에 전달될 수 있다. 파일럿 펌프(110)는 파일럿 유로(210)을 통하여 파일럿 작동유를 토출하고, 토출된 파일럿 작동유는 스풀 변위 조정 밸브(400)로 공급될 수 있다. 예를 들면, 파일럿 펌프(110)는 기어 펌프를 포함할 수 있다.
파일럿 펌프(110)로부터 토출된 파일럿 작동유는 스풀 변위 조정 밸브(400)를 거쳐 제어 밸브(300)의 스풀에 공급될 수 있다. 파일럿 펌프(110)로부터 토출된 파일럿 작동유는 파일럿 유로(210)를 통해 스풀 변위 조정 밸브(400)로 공급될 수 있다. 스풀 변위 조정 밸브(400)는 입력된 제어 신호(압력지령 신호)에 비례하여 제어 밸브(300)의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 파일럿 신호압을 제어 밸브(300)의 스풀에 공급할 수 있다.
예를 들면, 한 쌍의 스풀 변위 조정 밸브들(400)이 제어 밸브(300)의 스풀의 양측에 각각 구비될 수 있다. 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 파일럿 신호압은 제어 밸브(300) 내의 스풀의 양측에 선택적으로 공급됨으로써, 제어 밸브(300)가 절환될 수 있다. 스풀 변위 조정 밸브(400)는 입력된 제어 신호(압력지령 신호)에 비례하는 크기의 2차 압력(파일럿 신호압)을 갖는 파일럿 신호를 공급할 수 있다. 제어 밸브(300) 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.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 전자 유압식 제어 시스템은 적어도 하나의 상기 제어 밸브를 갖는 조립체로서의 전자유압식 메인컨트롤밸브(Main Control Valve)를 포함할 수 있다. 스풀 변위 조정 밸브(400)는 전자비례감압 밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 포함할 수 있다. 스풀 변위 조정 밸브(400)는 입력되는 전기적 신호(압력지령 신호)에 따라 상기 제어 밸브 내의 스풀에 가해지는 파일럿 작동유의 압력(2차 압력)을 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(500)는 조작부(600)로부터 작업자의 조작량에 비례하는 조작 신호를 수신하고, 상기 조작 신호에 대응하도록 스풀 변위 조정 밸브(400)로 상기 제어 신호로서 압력지령 신호를 출력할 수 있다. 상기 전자비례감압 밸브는 상기 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 대응하는 상기 스풀에 출력함으로써, 전기적 제어 신호로 상기 스풀를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(500)는 액추에이터(10)에 대한 조작 신호, 예를 들면, 조이스틱 변위량을 수신하고 상기 수신된 조이스틱 변위량에 대응하는 제어 신호, 예를 들면, 압력지령 전류 신호(mA)를 생성하여 상기 스풀 변위 조정 밸브로 인가할 수 있다. 상기 스풀 변위 조정 밸브는 상기 인가된 전류(mA)의 세기에 비례하는 파일럿 신호압을 제어 밸브(300)의 스풀에 공급함으로써 제어 밸브(300)의 스풀을 상기 인가된 파일럿 신호압의 세기에 따라 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 액추에이터(10)에 대한 상기 수신된 조이스틱 변위량은 기 설정된 전환 비율로 제어 밸브(300)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 액추에이터를 작동시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(500)는 압력 센서(410)에 의해 검출된 2차 압력이 상기 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력의 허용 범위를 벗어난 경우 상기 압력지령 신호를 보정하고 상기 보정된 압력지령 신호를 스풀 변위 조정 밸브(400)로 출력할 수 있다.
스풀 변위 조정 밸브(400)는 제어부(500)로부터 인가된 압력지령 신호(mA)의 세기에 비례하여 파일럿 신호압(2차 압력)을 제어 밸브(300)의 스풀에 공급할 수 있다. 상기 압력지령 신호와 상기 2차 압력은 스풀 변위 조정 밸브(400)의 압력지령 신호 대 설계 압력의 고유한 특성 함수에 의해 결정되는 파라미터들일 수 있다.
사용 기간이 경과함에 따라 스풀 변위 조정 밸브(400)의 출력된 2차 압력(파일럿 신호압)이 달라지게 되고, 이로 인해 상기 2차 압력이 원하는 요구 압력(설계 압력)의 오차 범위를 벗어날 수 있다. 이 경우, 제어부(500)는 스풀 변위 조정 밸브(400)로 입력되는 압력지령 신호를 보정하는 보정 프로그램을 수행함으로써 스풀 변위 조정 밸브(400)가 원하는 요구 압력의 오차 범위 내에 있는 2차 압력을 출력하도록 할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 건설기계의 전자 유압식 제어 시스템은 스풀 변위 조정 밸브(400)의 보정 프로그램의 수행 여부를 결정하기 위한 선택부(700)를 더 포함할 수 있다. 작업자는 선택부(700)를 통해 상기 보정 프로그램의 수행 여부를 결정하고, 제어부(500)는 선택부(700)로부터 보정 프로그램의 실행 제어 신호에 따라 스풀 변위 조정 밸브(400)의 보정 프로그램을 수행할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(500)는 데이터 수신부(510), 저장부(520), 비교부(530) 및 출력부(540)를 포함할 수 있다.
데이터 수신부(510)는 조작부(600)로부터 조이스틱 변위량을 수신하고 선택부(700)로부터 보정 프로그램의 실행 제어 신호를 수신하고, 압력 센서(410)로부터 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 2차 압력을 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 버켓 실린더에 대한 조작 신호로서 버켓 조이스틱 변위량을 수신할 수 있다.
저장부(520)는 스풀 변위 조정 밸브(400)의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들면, 저장부(520)에는 스풀 변위 조정 밸브(400)의 특성 함수에 대한 초기 데이터가 저장될 수 있다. 아래 표 1은 초기화 실행 시에 저장된 스풀 변위 조정 밸브의 파라미터들(압력지령 신호 대 설계 압력)을 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00001
또한, 저장부(520)는 후술하는 바와 같이, 비교부(530)에 의해 산출된 상기 압력지령 신호의 보정값을, 설계 압력(2차 압력 기준값)을 위한 새로운 압력지령 신호 기준값으로 저장할 수 있다.
비교부(530)는 상기 검출된 2차 압력과 상기 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력을 비교하고 상기 특성 함수 데이터를 이용하여 상기 압력지령 신호를 보정할 수 있다. 비교부(530)는 스풀 변위 조정 밸브(400)의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수를 이용하여 상기 압력지령 신호를 보정할 수 있다.
예를 들면, 상기 설계 압력과 상기 검출된 2차 압력 사이의 구간에서의 특성 함수를 결정하고, 상기 구간에서의 상기 특성 함수에 따라 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값을 반영하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 압력지령 신호의 보정값에 따라 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 새로운 2차 압력을 검출하고, 상기 새로운 2차 압력과 상기 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 특성 함수를 이용하여 상기 산출된 압력지령 신호의 보정값을 보정할 수 있다.
출력부(540)는 상기 압력지령 신호의 보정값을 새로운 압력지령 신호로서 스풀 변위 조정 밸브(400)로 출력할 수 있다.
이하에서는, 상기 보정 프로그램에 따라 수행되는 압력지령 신호의 보정 과정에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 도 1의 제어부에서 수행되는 압력지령 신호의 보정 과정을 나타내는 그래프이다.
아래 표 2는 14 bar의 설계 압력에 대하여 압력지령 신호의 보정 과정을 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00002
도 3 및 표 2를 참조하면, 제어부(500)는 상기 보정 프로그램의 실행 제어 신호를 수신하면, 초기화 실행값으로 저장된 최초의 압력지령 신호(C0)(445mA)를 스풀 변위 조정 밸브(400)로 출력할 수 있다. 이어서, 압력 센서(410)로부터 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 2차 압력(P0)(15.5bar)과 최초의 압력지령 신호(C0)에 의해 예정된 설계 압력(14bar)을 비교하고, 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우 상기 특성 함수를 이용하여 상기 압력지령 신호의 보정값(C1)을 산출할 수 있다.
상기 특성 함수에 따라 상기 검출된 2차 압력(P0)을 상기 설계 압력(14bar)으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값을 반영하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다. 스풀 변위 조정 밸브(400)의 특성 함수에 대한 데이터로부터 14bar와 24bar 사이의 구간에서의 특성 함수(F)를 결정하고, 상기 구간에서 선형 보간법을 이용하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다. 예를 들면, 14bar와 24bar 사이의 구간(F1)에서는 1bar 당 15.1mA((596-445)/10 mA/bar)의 변환 비율을 가지므로, 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값(1.5bar*15.1mA/bar)을 반영하여 새로운 압력지령 신호값(422.35mA(445mA - (1.5bar*15.1mA/bar)))을 산출할 수 있다.
이어서, 상기 압력지령 신호의 보정값(C1)에 따라 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 2차 압력(P1)(13.2bar)과 최초의 압력지령 신호(C0)에 의해 예정된 설계 압력(14bar)을 비교하고, 압력차가 기 설정된 허용 범위(R)를 벗어난 경우 상기 특성 함수를 이용하여 상기 보정된 압력지령 신호의 보정값(C2)을 산출할 수 있다.
상기 특성 함수에 따라 상기 검출된 2차 압력(P1)을 상기 설계 압력(14bar)으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값을 반영하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다. 스풀 변위 조정 밸브(400)의 특성 함수에 대한 데이터로부터 7bar와 14bar 사이의 구간에서의 특성 함수(F2)를 결정하고, 상기 구간에서 선형 보간법을 이용하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다. 예를 들면, 7bar와 14bar 사이의 구간에서는 1bar 당 15.4mA((445-337)/7 mA/bar)의 변환 비율을 가지므로, 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값((0.8bar*15.4mA/bar)을 반영하여 새로운 압력지령 신호값(457.32mA(445mA-(0.8bar*15.4mA/bar))을 산출할 수 있다.
이어서, 상기 압력지령 신호의 보정값(C2)에 따라 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 2차 압력(P2)(14.2bar)과 최초의 압력지령 신호(C0)에 의해 예정된 설계 압력(14bar)을 비교하고, 압력차가 기 설정된 허용 범위(R)(예를 들면, 1bar) 이내에 있을 경우 상기 보정 프로그램을 종료할 수 있다. 이 때, 비교부(530)에 의해 산출된 상기 압력지령 신호의 보정값(C2)는 해당하는 설계 압력(14bar)을 위한 새로운 압력지령 신호 기준값으로 저장할 수 있고, 출력부(540)는 해당하는 설계 압력(14bar)을 위한 압력지령 신호로서 새롭게 저장된 압력지령 신호의 보정값(C2)을 스풀 변위 조정 밸브(400)로 출력할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 또 다른 샘플링된 설계 압력에 대하여 압력지령 신호의 보정 과정을 수행할 수 있다. 제어부(500)는 기 설정된 횟수 이상 보정을 수행한 후에도 압력차가 기 설정된 허용 범위 이내에 있지 않을 경우 초기화를 실행하고, 초기화 실행값으로 저장된 최초의 압력지령 신호를 스풀 변위 조정 밸브(400)로 출력하고, 상기 스풀 변위 조정 밸브의 조정된 특성 함수를 이용하여 상기 압력지령 신호를 보정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 건설시계의 전자 유압식 제어 장치는 상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 2차 압력과 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우 상기 압력지령 신호를 보정할 수 있다.
따라서, 사용 기간이 경과함에 따라 EPPR 밸브에서 출력된 2차 압력(파일럿 신호압)이 달라지더라도, 이를 보정하는 프로그램을 수행함으로써 건설기계의 일정한 성능을 계속적으로 유지할 수 있다.
이하에서는, 도 1 및 도 2의 전자 유압식 제어 장치를 이용한 건설기계의 제어 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 건설기계의 전자 유압식 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 스풀 변위 조정 밸브(400)의 보정 프로그램의 실행 제어 신호에 따라 압력 센서(410)로부터 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 2차 압력을 수신하고, 상기 검출된 2차 압력과 설계 압력을 비교하고(S100) 상기 검출된 2차 압력과 상기 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어나는 지 여부를 판단할 수 있다(S110).
예시적인 실시예들에 있어서, 작업자는 선택부(700), 예를 들면, 계기판 설정 메뉴에 보정 프로그램 선택 버튼을 통해 상기 보정 프로그램의 수행 여부를 결정할 수 있다.
제어부(500)는 선택부(700)로부터 상기 보정 프로그램의 실행 제어 신호를 수신하면, 샘플링된 설계 압력(예를 들면, 14bar)을 위한 최초의 압력지령 신호를 스풀 변위 조정 밸브(400)로 출력하고 스풀 변위 조정 밸브(400)는 입력된 압력지령 신호에 따른 2차 압력(파일럿 신호압)을 출력할 수 있다. 이 때, 건설기계의 버켓(10)이 지면에 접촉한 상태의 자세를 갖도록 제어될 수 있다.
이어서, 압력 센서(410)로부터 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 2차 압력과 상기 샘플링된 설계 압력을 비교하고, 압력차가 기 설정된 허용 범위 이내에 있는 지 여부를 판단할 수 있다.
이어서, 상기 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다(S120).
예시적인 실시예들에 있어서, 제어부(500)는 스풀 변위 조정 밸브(400)의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수를 이용하여 상기 압력지령 신호를 보정할 수 있다. 상기 특성 함수에 따라 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값을 반영하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다.
예를 들면, 상기 설계 압력과 상기 검출된 2차 압력 사이의 구간에서의 특성 함수를 결정하고, 상기 구간에서 선형 보간법을 이용하여 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 새로운 압력지령 신호값을 상기 압력지령 신호의 보정값으로 결정할 수 있다.
이후, 상기 압력지령 신호의 보정값에 따라 스풀 변위 조정 밸브(400)로부터 출력된 2차 압력이 기 설정된 허용 범위 이내에 있는 지 여부를 판단할 수 있다(S130).
상기 2차 압력이 기 설정된 허용 범위 이내에 있는 경우 상기 보정 프로그램을 종료할 수 있다. 이 때, 상기 압력지령 신호의 보정값은 해당하는 설계 압력을 위한 새로운 압력지령 신호 기준값으로 저장할 수 있고, 제어부(500)는 해당하는 설계 압력을 위한 압력지령 신호로서 새롭게 저장된 압력지령 신호의 보정값을 스풀 변위 조정 밸브(400)로 출력할 수 있다.
상기 2차 압력이 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 초기화 진행 여부를 판단할 수 있다(S140).
제어부(500)는 상기 보정 프로그램에 따른 보정이 기 설정된 횟수보다 작을 경우 단계 S120으로 진행하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출할 수 있다.
상기 보정 프로그램에 따른 보정이 기 설정된 횟수 이상 수행한 후에도 압력차가 기 설정된 허용 범위 이내에 있지 않을 경우 초기화를 실행할 수 있다(S150).
제어부(500)는 초기화 실행값으로 저장된 최초의 압력지령 신호를 스풀 변위 조정 밸브(400)로 출력하고, 단계 S120으로 진행하여 상기 스풀 변위 조정 밸브의 조정된 특성 함수를 이용하여 상기 최초의 압력지령 신호를 보정할 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: 액추에이터 12: 헤드 챔버
14: 로드 챔버 100: 유압 펌프
110: 파일럿 펌프 200: 유압 라인
210: 파일럿 유로 212: 헤드 유압 라인
214: 로드 유압 라인 300: 제어 밸브
400: 스풀 변위 조정 밸브 500: 제어부
510: 데이터 수신부 520: 저장부
530: 비교부 540: 출력부
600: 조작부 700: 선택부

Claims (13)

  1. 유압 펌프 및 액추에이터 사이의 유압 라인에 설치되고, 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 제어 밸브;
    입력된 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 상기 제어 밸브의 스풀에 출력하여 상기 제어 밸브의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 스풀 변위 조정 밸브;
    상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 2차 압력을 검출하기 위한 압력 센서; 및
    건설기계의 조작 신호에 따라 상기 스풀 변위 조정 밸브로 상기 압력지령 신호를 출력하고, 상기 검출된 2차 압력과 상기 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우 상기 압력지령 신호를 보정하는 제어부를 포함하는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 스풀 변위 조정 밸브의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수를 이용하여 상기 압력지령 신호를 보정하는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 특성 함수에 따라 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값을 반영하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출하는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 압력지령 신호의 보정값을 새로운 압력지령 신호로서 상기 스풀 변위 조정 밸브로 출력하는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 압력지령 신호의 보정값에 따라 상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 새로운 2차 압력을 검출하고, 상기 새로운 2차 압력과 상기 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 특성 함수를 이용하여 상기 산출된 압력지령 신호의 보정값을 보정하는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 스풀 변위 조정 밸브의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수에 관한 데이터를 저장하는 저장부;
    상기 검출된 2차 압력과 상기 설계 압력을 비교하고 상기 특성 함수 데이터를 이용하여 상기 압력지령 신호를 보정하는 비교부; 및
    상기 압력지령 신호의 보정값을 새로운 압력지령 신호로서 상기 스풀 변위 조정 밸브로 출력하는 출력부를 포함하는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 저장부는 상기 압력지령 신호의 보정값을 상기 설계 압력을 위한 새로운 압력지령 신호로 저장하는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 스풀 변위 조정 밸브는 전자비례감압 밸브(Electronic Proportional Pressure Reducing Valve, EPPRV)를 포함하는 건설기계의 전자 유압식 제어 장치.
  9. 유압 펌프 및 액추에이터 사이의 유압 라인에 설치되고 내부에 구비된 스풀의 변위량에 따라 상기 액추에이터의 동작을 제어하기 위한 제어 밸브, 및 입력된 압력지령 신호에 비례하는 2차 압력을 상기 제어 밸브의 스풀에 출력하여 상기 제어 밸브의 스풀의 변위량을 제어하기 위한 스풀 변위 조정 밸브를 포함하는 전자 유압 시스템을 제공하고;
    상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 2차 압력을 검출하고;
    상기 검출된 2차 압력과 상기 압력지령 신호에 의해 예정된 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우 상기 압력지령 신호를 보정하고; 그리고
    상기 압력지령 신호의 보정값을 상기 설계 압력을 위한 새로운 압력지령 신호로 저장하는 것을 포함하는 건설기계의 전자 유압식 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 압력지령 신호를 보정하는 것은 상기 스풀 변위 조정 밸브의 압력지령 신호 대 설계 압력의 특성 함수를 이용하는 것을 포함하는 건설기계의 전자 유압식 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 압력지령 신호를 보정하는 것은 상기 특성 함수에 따라 상기 검출된 2차 압력을 상기 설계 압력으로 변환시키는 상기 압력지령 신호의 차이값을 반영하여 상기 압력지령 신호의 보정값을 산출하는 것을 포함하는 건설기계의 전자 유압식 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 산출된 압력지령 신호의 보정값에 따라 상기 스풀 변위 조정 밸브로부터 출력된 새로운 2차 압력을 검출하고; 그리고
    상기 새로운 2차 압력과 상기 설계 압력 사이의 압력차가 기 설정된 허용 범위를 벗어난 경우, 상기 특성 함수를 이용하여 상기 산출된 압력지령 신호의 보정값을 보정하는 것을 더 포함하는 건설기계의 전자 유압식 제어 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 압력지령 신호의 보정값을 새로운 압력지령 신호로 상기 스풀 변위 조정 밸브로 출력하는 것을 더 포함하는 건설기계의 전자 유압식 제어 방법.
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