KR20210107765A - 건설 기계 - Google Patents

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KR20210107765A
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아키라 가나자와
히데카즈 모리키
다카아키 지바
신야 이무라
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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    • F15B2211/78—Control of multiple output members

Abstract

유압 펌프의 압유를 분류하여 복수의 유압 액추에이터에 공급하는 복합 동작 중에, 각 유압 액추에이터를 오퍼레이터의 조작에 따라서 정확하게 동작시킬 수 있는 건설 기계를 제공한다. 컨트롤러(10)는, 복합 동작 중이라고 판정한 경우, 유압 펌프(7)의 토출 유량이 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 합계 목표 유량보다도 커지도록 레귤레이터(7a)를 제어함과 함께, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 목표 유량과 속도 검출기(12 내지 14)로 검출한 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 유입 유량과의 차분이 작아지도록 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 각 개구량을 각각 제어한다.

Description

건설 기계
본 발명은, 머신 컨트롤 기능을 구비하는 건설 기계에 관한 것이다.
정보화 시공에의 대응에 수반하여, 유압 셔블 등의 건설 기계에는, 붐, 암, 버킷 등의 작업 기구의 위치나 자세를 목표 시공면에 따라 움직이도록 제어하는 머신 컨트롤 기능을 갖는 것이 있다. 그 대표적인 것으로서, 버킷 선단이 목표 시공면에 근접하면, 그 이상 버킷 선단이 목표 시공면 방향으로 진행하지 않도록, 작업 기구의 동작에 제한을 거는 것이 알려져 있다.
토목 공사 시공 관리 기준에 있어서, 목표 시공면에 대한 높이 방향의 허용 정밀도의 규격 값이 정해져 있다. 시공면의 완성형의 정밀도가 허용 값을 초과하는 경우는, 시공의 재시도가 발생하는 것에 의해 작업 효율이 저하된다. 따라서, 머신 컨트롤 기능은, 완성형의 허용 정밀도를 충족시키기 위하여 필요한 제어 정밀도를 갖는 것이 요구되고 있다.
머신 컨트롤 기능의 보급에 수반하여, 목표 시공면에 대하여 버킷 각도나 틸트 각도를 유지 혹은 보정하는 기능의 개발이 진행되고 있다. 이에 의해, 버킷 각도나 틸트 각도를 유지 혹은 보정할 필요가 있는 경우에는, 종래의 단순히 암·붐의 복합 동작을 행하는 머신 컨트롤 기능에 비하여, 머신 컨트롤 기능에 의해 동시에 제어할 필요가 있는 유압 액추에이터 수가 증가하고, 복수의 유압 액추에이터를 동시에 또한 정확하게 제어하는 것이 요구되게 된다.
유압 액추에이터의 제어 정밀도를 향상시키기 위한 일반적인 방법의 하나로서, 유압 액추에이터로 유입한 유량을 추정하고, 목표 유입 유량과의 오차를 보정하는 피드백 제어를 사용한 것이 있다. 그러나, 이들 제어 방법은 단독의 유압 액추에이터로 유입한 유량의 제어를 상정한 것이 많고, 복수의 유압 액추에이터로 분류하여 유입된 유량의 제어를 상정한 것은 적다.
복수의 유압 액추에이터로의 분류를 상정하고, 추정한 유입 유량에 기초하여 유압 펌프를 전자 제어하는 기술이, 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시되는 유압 셔블의 제어 시스템은, 유압 액추에이터의 분류 제어 시에 있어서, 부하가 큰 고부하측의 유압 액추에이터는 유압 펌프에 의해 유입 유량을 제어하고, 부하가 작은 저부하측의 유압 액추에이터는 압력 보상 밸브와 미터인 밸브에 의해 유입 유량을 제어하고 있다. 이때, 추정한 유입 유량에 기초하여 유압 펌프의 목표 토출 유량이 보정되고 있다.
일본 특허 공개 제 2007-278457호 공보
특허문헌 1의 제어 시스템은, 유입 유량의 추정 결과를 유압 펌프의 토출 유량의 제어에 반영하고 있다. 그러나, 액추에이터 섹션마다 유입 유량의 누설이나 압축에 의한 유량 손실의 영향이나 미터인 밸브의 특성이 다르기 때문에, 액추에이터 섹션마다 다른 유량 오차가 발생한다. 그 때문에, 유압 회로의 최상류에 있는 유압 펌프의 토출 유량을 보정하는 것만으로는, 모든 액추에이터 섹션의 유량 오차를 보정할 수 없다. 따라서, 분류 시에도 유량 제어 정밀도를 향상시키기 위해서는, 동작하는 유압 액추에이터의 미터인 밸브의 개구량을 개별로 직접 보정할 필요가 있다.
추정한 유입 유량을 기초로 미터인 밸브의 개구량을 직접 보정하는 경우, 유압 펌프의 토출 유량 제어와의 간섭을 피할 필요가 있다. 추정한 유입 유량을 기초로, 미터인 밸브의 개구량과 유압 펌프의 토출 유량의 양쪽을 보정한 경우, 보정 정도가 큰 경우에는 개구량과 토출 유량의 제어가 간섭을 일으키고, 유입 유량이 헌팅될 우려가 있다. 한편으로, 보정 정도가 작은 경우에는, 유압 액추에이터로의 실제의 유입 유량이 목표 유입 유량으로 수렴하는 것이 지연되기 때문에, 과도적인 목표 유입 유량으로의 추종성이 저하된다.
또한, 추정한 유입 유량을 기초로 미터인 밸브의 개구량을 직접 보정할 때, 유압 펌프로부터의 토출 유량이 목표 유입 유량에 대하여 부족하면, 목표 유입 유량과 실제의 유입 유량과의 사이에 오차가 발생해 버린다. 그 경우, 모든 미터인 밸브의 개구량이 목표 값보다도 커지기 때문에, 유입 유량의 분배 제어가 곤란해진다. 따라서, 유압 펌프로부터의 토출 유량이 부족할 것 같은 상황을 피하면서, 미터인 밸브의 개구량만을 보정하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적은, 유압 펌프로부터 토출되는 압유를 분류하여 복수의 유압 액추에이터에 공급하는 복합 동작 중에, 각 유압 액추에이터를 오퍼레이터의 조작에 따라서 정확하게 동작시킬 수 있는 건설 기계를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 유압 펌프와, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 조정하는 레귤레이터와, 복수의 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프로부터 토출되고, 상기 복수의 유압 액추에이터에 분배되는 압유의 유량을 조정하는 복수의 방향 제어 밸브와, 상기 복수의 유압 액추에이터를 조작하기 위한 조작 장치와, 상기 조작 장치로부터 입력되는 조작 신호에 기초하여, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각각의 유입 유량의 목표 값인 목표 유량을 결정하고, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 목표 유량에 따라, 상기 레귤레이터 및 상기 복수의 방향 제어 밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한 건설 기계에 있어서, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 동작 속도를 검출하는 속도 검출기를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 속도 검출기로 검출한 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 동작 속도에 기초하여 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 유입 유량을 연산하고, 상기 조작 장치로부터 입력되는 조작 신호에 기초하여, 상기 복수의 유압 액추에이터 중 2개 이상의 유압 액추에이터가 동시에 조작되는 복합 동작 중인지 여부를 판정하고, 상기 복합 동작 중이라고 판정한 경우, 상기 유압 펌프의 토출 유량이 상기 복수의 유압 액추에이터의 합계 목표 유량보다도 커지도록 상기 레귤레이터를 제어함과 함께, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 목표 유량과 상기 속도 검출기로 검출한 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 유입 유량과의 차분이 작아지도록 상기 복수의 방향 제어 밸브의 각 개구량을 각각 제어하는 것으로 한다.
이상과 같이 구성한 본 발명에 따르면, 복합 동작 중이라고 판정된 경우, 유압 펌프의 토출 유량을 복수의 유압 액추에이터의 합계 목표 유량보다도 증가시킴과 함께, 복수의 유압 액추에이터의 각 유입 유량과 각 목표 유량의 차분을 복수의 방향 제어 밸브의 각 개구량의 제어에만 반영시키는 것에 의해, 유압 펌프의 토출 유량이 부족한 상황을 피하면서, 유압 펌프의 토출 유량 제어와 복수의 방향 제어 밸브의 개구 제어 간의 간섭을 방지할 수 있다. 이에 의해, 복수의 유압 액추에이터에 정확하게 유량을 분배할 수 있기 때문에, 복수의 유압 액추에이터를 오퍼레이터의 조작에 따라서 정확하게 동작시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 건설 기계에 의하면, 유압 펌프의 압유를 분류하여 복수의 유압 액추에이터에 공급하는 복합 동작 중에, 각 유압 액추에이터를 오퍼레이터의 조작에 따라서 정확하게 동작시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시하는 유압 셔블에 탑재되는 유압 액추에이터 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시하는 컨트롤러의 처리 기능의 상세를 나타내는 기능 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 펌프 토출 유량 제어부의 연산 기능 및 블리드 오프 개구 제어부의 연산 기능의 상세를 나타내는 제어 블록도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 목표 유량 결정부, 복합 동작 판정부, 펌프 토출 유량 제어부에 있어서의 연산 결과의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 유압 액추에이터로의 목표 유량과 추정 유량의 오차가 보정되는 효과를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 컨트롤러의 처리 기능의 상세를 나타내는 기능 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 관한 블리드 오프 개구 제어부의 연산 기능의 상세를 나타내는 제어 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 관한 블리드 오프 밸브로부터 탱크로의 배출 유량의 변화를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 관한 유압 액추에이터 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 관한 컨트롤러의 처리 기능의 상세를 나타내는 기능 블록도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 관한 유압 액추에이터 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 관한 컨트롤러의 처리 기능의 상세를 나타내는 기능 블록도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 관한 블리드 오프 개구 제어부의 연산 기능의 상세를 나타내는 제어 블록도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시예에 관한 유압 액추에이터 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동등한 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 중복한 설명은 적절히 생략한다.
[실시예 1]
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 1에 있어서, 유압 셔블(100)은, 수직 방향에 각각 회동하는 복수의 피구동 부재(붐(4), 암(5), 버킷(작업구)(6)을 연결하여 구성된 다관절형의 프론트 장치(프론트 작업기)(1)와, 차체를 구성하는 상부 선회체(2) 및 하부 주행체(3)를 구비하고, 상부 선회체(2)는 하부 주행체(3)에 대하여 선회 가능하게 마련되어 있다. 또한, 프론트 장치(1)의 붐(4)의 기단은 상부 선회체(2)의 전방부에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있고, 암(5)의 일단부는 붐(4)의 기단과는 다른 단부(선단)에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있고, 암(5)의 타단부에는 버킷(6)이 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되고 있다. 붐(4), 암(5), 버킷(6), 상부 선회체(2) 및 하부 주행체(3)는, 유압 액추에이터인 붐 실린더(4a), 암 실린더(5a), 버킷 실린더(6a), 선회 모터(2a), 및 좌우의 주행 모터(3a)(한쪽의 주행 모터만 도시)에 의해 각각 구동된다.
붐(4), 암(5) 및 버킷(6)은, 단일의 평면(이하, 동작 평면) 상에서 동작한다. 동작 평면은, 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)의 회동 축에 직교하는 평면이고, 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)의 폭 방향의 중심을 통과하도록 설정할 수 있다.
오퍼레이터가 탑승하는 운전실(9)에는, 유압 액추에이터(2a, 4a 내지 6a)를 조작하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 레버 장치(조작 장치)(9a)와, 주행 모터(3a)를 구동하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 레버 장치(조작 장치)(9b)가 마련되어 있다. 조작 레버 장치(9a)는 전후 좌우로 경도 가능한 2개의 조작 레버, 조작 레버 장치(9b)는 전후 방향으로 경도 가능한 2개의 조작 레버이고, 조작 레버의 경도량(레버 조작량)에 상당하는 조작 신호를 전기적으로 검출하는 검출 장치를 포함한다. 이 검출 장치가 검출한 레버 조작량을 제어 장치인 컨트롤러(10)(도 2에 도시한다)에 전기 배선을 통하여 출력한다.
붐 실린더(4a), 암 실린더(5a), 버킷 실린더(6a), 선회 모터(2a) 및 좌우의 주행 모터(3a)의 동작 제어는, 원동기(40)에 의해 구동되는 유압 펌프(7)로부터 각 유압 액추에이터(2a 내지 6a)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 컨트롤 밸브(8)로 제어하는 것에 의해 행한다. 컨트롤 밸브(8)의 제어는, 후술하는 파일럿 펌프(70)로부터 후술하는 전자 비례 감압 밸브를 통하여 출력되는 구동 신호(파일럿 압)에 의해 행해진다. 조작 레버 장치(9a, 9b)로부터의 조작 신호에 기초하여 컨트롤러(10)로 전자 비례 감압 밸브를 제어하는 것에 의해, 각 유압 액추에이터(2a 내지 6a)의 동작이 제어된다.
또한, 조작 레버 장치(9a, 9b)는 상기와 다른 유압 파일럿 방식이라도 좋고, 각각 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작 레버의 조작 방향 및 조작량에 따른 파일럿 압을, 컨트롤 밸브(8)에 구동 신호로서 공급하도록 구성해도 좋다. 그 경우, 조작량에 따른 파일럿 압을 압력 센서에 의해 검출하고, 검출한 압력을 전기 신호로서 컨트롤러(10)에 출력하고, 후술하는 전자 비례 감압 밸브에 의해 각 유압 액추에이터(2a 내지 6a)를 구동하도록 구성해도 좋다.
관성 계측 장치(12 내지 14)는, 각속도 및 가속도를 계측하는 것이다. 붐 관성 계측 장치(12), 암 관성 계측 장치(13), 버킷 관성 계측 장치(14)는, 계측한 각속도와 가속도를 기초로 하여, 붐 실린더(4a), 암 실린더(5a), 버킷 실린더(6a) 각각의 동작 속도를 검출하는, 붐 실린더 속도 검출기(12), 암 실린더 속도 검출기(13), 버킷 실린더 속도 검출기(14)를 구성한다.
또한, 실린더 속도 검출기는 관성 계측 장치에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 붐 실린더(4a), 암 실린더(5a), 버킷 실린더(6a)에 각각 스트로크 센서를 배치하고, 스트로크 변화량을 수치 미분하는 것에 의해, 붐 실린더(4a), 암 실린더(5a), 버킷 실린더(6a)의 동작 속도를 산출하도록 구성해도 좋다.
도 2는, 유압 셔블(100)에 탑재되는 유압 액추에이터 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다. 설명의 간략화를 위해, 발명의 설명에 필요한 요소만을 기재하고 있다. 또한, 설명을 간략화하기 위해, 도 2에 있어서는, 붐(4), 암(5), 버킷(6)이 접속된 펌프 섹션만을 기재하여 설명한다.
유압 액추에이터 제어 시스템은, 각 유압 액추에이터(2a 내지 6a)를 구동하는 컨트롤 밸브(8), 컨트롤 밸브(8)에 압유를 공급하는 유압 펌프(7), 컨트롤 밸브(8)의 구동 신호가 되는 파일럿 압을 공급하는 파일럿 펌프(70), 및 유압 펌프(7)를 구동하기 위한 원동기(40)로 구성된다. 본 실시예에서는, 유압 펌프(7)는 가변 용량식으로 하고, 컨트롤러(10)로부터의 전류 지령에 기초하여 가변 용량 펌프용 전자 비례 감압 밸브(7a)가 동작하는 것에 의해 유압 펌프(7)의 용량이 조정되고, 유압 펌프(7)의 토출 유량이 제어되는 것으로 한다. 또한, 유압 펌프(7)를 고정 용량식으로 하고, 컨트롤러(10)로부터의 제어 지령에 의해 원동기(40)의 회전수를 조정하고, 유압 펌프(7)의 토출 유량을 제어하는 구성으로 해도 좋다.
유압 펌프(7)가 토출한 압유는, 붐 방향 제어 밸브(8a1), 암 방향 제어 밸브(8a3), 버킷 방향 제어 밸브(8a5)에 의해, 각각의 유압 액추에이터에 분배된다. 붐 방향 제어 밸브(8a1)는, 붐 실린더(4a)의 보텀측 유실(4a1) 또는 로드측 유실(4a2) 중 한쪽이, 유압 펌프(7)와 연결되는 유로와 연통하는 개구(미터인 개구)가 되고, 다른 한쪽이 탱크(41)에 연결되는 유로에 연통하는 개구(미터아웃 개구)가 된다. 컨트롤러(10)로부터 지령된 전류 지령에 기초하여 붐 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8a2)가 동작하는 것에 의해 파일럿 압이 조정되고, 붐 방향 제어 밸브(8a1)가 보텀측 유실(4a1) 또는 로드측 유실(4a2)에 연통할 때의 개구량이 제어된다. 전자 비례 감압 밸브(8a2a)를 구동하면, 보텀측 유실(4a1)로부터 로드측 유실(4a2)로 압유가 흐른다. 한편으로, 전자 비례 감압 밸브(8a2b)를 구동하면, 로드측 유실(4a2)로부터 보텀측 유실(4a1)로 압유가 흐른다. 암 방향 제어 밸브(8a3)에 대해서도 마찬가지로, 암 실린더(5a)의 보텀측 유실(5a1) 및 로드측 유실(5a2)과 연통하고, 그 개구량은 암 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8a4)에 의해 제어되고, 버킷 방향 제어 밸브(8a5)는, 버킷 실린더(6a)의 보텀측 유실(6a1) 및 로드측 유실(6a2)과 연통하고, 그 개구량은 버킷 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8a6)에 의해 제어된다.
유압 펌프(7)로부터 토출한 압유의 일부는, 블리드 오프 밸브(8b1)가 탱크(41)로의 유로를 연통시키는 것에 의해, 탱크(41)로 배출된다. 블리드 오프 밸브(8b1)는, 컨트롤러(10)로부터 지령된 전류 지령에 기초하여 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8b2)가 동작하는 것에 의해 파일럿 압이 조정되고, 탱크(41)로 배출되는 유량이 제어된다. 또한, 블리드 오프 밸브(8b1)를 설치하는 대신, 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)를 3방향 제어가 가능한 오픈 센터형의 방향 제어 밸브로서, 미터인 개구 및 미터아웃 개구와 연동하여 블리드 오프 개구가 조정되는 구성으로 해도 좋다.
도 3은, 컨트롤러(10)의 처리 기능의 상세를 나타내는 기능 블록도이다. 또한, 도 3에 있어서, 도 2와 마찬가지로 본 발명에 직접 관계되지 않는 기능은 생략하여 설명한다.
도 3에 있어서, 컨트롤러(10)는, 목표 유량 결정부(10a), 복합 동작 판정부(10b), 펌프 토출 유량 제어부(10c), 붐 실린더 유량 추정부(10d1), 암 실린더 유량 추정부(10d2), 버킷 실린더 유량 추정부(10d3), 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1), 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2), 버킷 실린더 미터인 개구 제어부(10e3), 블리드 오프 개구 제어부(10f)를 갖고 있다.
목표 유량 결정부(10a)는, 각 유압 액추에이터로 유입하는 목표 유량(Qa1, Qa2, Qa3)을 결정하고, 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1), 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2), 버킷 실린더 미터인 개구 제어부(10e3)로, 각각의 유압 액추에이터(4a 내지 6a)의 목표 유량이 출력된다.
본 실시예에서는, 조작 레버 장치(9a)로부터 입력된 조작량에 기초하여, 각 유압 액추에이터(4a 내지 6a)로 유입하는 목표 유량(Qa1, Qa2, Qa3)을 결정하는 것으로 한다. 또한, 조작 레버 장치(9a)로부터 입력된 조작량 이외에도, 유압 셔블(100)의 프론트 장치(1)의 자세나, 프론트 장치(1)의 작업구(6)와 목표 시공면의 상대 위치 관계에 기초하여, 목표 유량(Qa1, Qa2, Qa3)을 결정하는 구성으로 해도 좋다.
복합 동작 판정부(10b)는, 2개 이상의 유압 액추에이터가 동시에 동작하고 있는 상태, 즉 복합 동작 상태인지 여부를 판정한다. 복합 동작 상태인지 여부를 나타내는 2치 신호인 판정 플래그가, 펌프 토출 유량 제어부(10c)로 출력된다.
본 실시예에서는, 목표 유량 결정부(10a)로부터 입력된 목표 유량(Qa1, Qa2, Qa3)에 기초하여, 복합 동작 상태인지 여부를 판정하는 것으로 한다. 또한, 조작 레버 장치(9a)로부터 입력된 조작량에 기초하여, 복합 동작 상태인지 여부를 판정해도 좋다.
펌프 토출 유량 제어부(10c)는, 목표 유량 결정부(10a)가 산출한 각 유압 액추에이터(4a 내지 6a)로의 목표 유량의 합계 값(Qp)과, 복합 동작 판정부(10b)로부터 입력된 복합 동작 판정 플래그에 기초하여, 유압 펌프(7)의 목표 토출 유량을 결정한다. 복합 동작 중이라고 판정된 경우에는, 목표 유량의 합계 값(Qp)에 도 4에서 후술하는 오프셋 유량을 추가한 유량이 유압 펌프(7)의 목표 토출 유량으로서 설정되고, 그것에 대응하는 용량으로 조정하기 위한 전류 지령(Ip, ref)이 가변 용량 펌프용 전자 비례 감압 밸브(7a)로 출력된다.
붐 실린더 유량 추정부(10d1), 암 실린더 유량 추정부(10d2), 버킷 실린더 유량 추정부(10d3)는, 붐 실린더 속도 검출기(12), 암 실린더 속도 검출기(13), 버킷 실린더 속도 검출기(14)가 검출한 실린더 속도(Ve1, Ve2, Ve3)를 기초로, 붐 실린더(4a), 암 실린더(5a), 버킷 실린더(6a)로 유입하고 있다고 추정되는 추정 유량(Qe1, Qe2, Qe3)을 산출한다. 붐 실린더 유량 추정부(10d1)에 있어서, 붐 실린더(4a)의 추정 유량(Qe1)은 이하의 식 (1)로부터 산출된다.
Figure pct00001
여기서, Sa1은 붐 실린더(4a)의 단면적이다. 압유가 보텀측 유실(4a1)로부터 유입하고 있으면 붐 실린더(4a)의 보텀측의 단면적을 Sa1로 하고, 압유가 로드측 유실(4a2)로부터 유입하고 있으면 붐 실린더(4a)의 로드측의 단면적을 Sa1로 한다. 암 실린더 유량 추정부(10d2), 버킷 실린더 유량 추정부(10d3)에 대해서도, 식 (1)을 사용한 마찬가지의 연산에 의해 추정 유량(Qe2, Qe3)이 산출되기 때문에, 상세한 설명을 생략한다. 추정 유량(Qe1, Qe2, Qe3)은, 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1), 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2), 버킷 실린더 미터인 개구 제어부(10e3)로 각각 출력된다.
붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1), 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2), 버킷 실린더 미터인 개구 제어부(10e3)는, 붐 실린더 유량 추정부(10d1)가 추정한 붐 실린더로의 유입 유량(Qe1), 암 실린더 유량 추정부(10d2)가 추정한 암 실린더로의 유입 유량(Qe2), 버킷 실린더 유량 추정부(10d3)가 추정한 버킷 실린더로의 유입 유량(Qe3)과, 목표 유량 결정부(10a)가 산출한 각각의 유압 액추에이터로의 목표 유량(Qa1, Qa2, Qa3)에 기초하여, 목표 유량과 추정 유량의 오차를 보정하도록 미터인 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 개구량을 결정한다. 결정한 개구량에 조정하기 위한 전류 지령(Ia1, ref, Ia2, ref, Ia3, ref)이, 붐 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8a2), 암 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8a4), 버킷 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8a6)로 출력된다.
붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1)에 있어서, 붐 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8a2)로의 전류 지령(Ia1, ref)은, 이하의 식 (2), (3), (4)로 계산된다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
여기서, Qa1, new는 추정 유량(Qe1)에 기초하여 산출되는 보정량을 추가한 붐 실린더(4a)로의 목표 유량, Aa1은 붐 미터인 밸브(8a1)의 목표 개구량, KI는 적분 제어의 피드백 게인이다. f1은 보정 후 목표 유량(Qa1, new)로부터 목표 개구량(Aa1)으로의 변환 테이블, g1은 목표 개구량(Aa1)으로부터 전류 지령(Ia1, ref)으로의 변환 테이블이다. 식 (2)에서는, 목표 유량(Qa1)을 그대로 지령하는 피드포워드량과, 목표 유량(Qa1)과 추정 유량(Qe1)의 오차를 보정하는 피드백량을 모두 더한다. 목표 유량(Qa1)과 추정 유량(Qe1)의 오차를 보정하는 것에 의해, 유온 등의 영향에 의한 유압 시스템의 동적 특성 변동으로의 로버스트화를 도모한다. 또한, 목표 유량(Qa1)과 추정 유량(Qe1)의 오차를 적분하여 보정량으로 하는 것에 의해, 유량 계수의 오차나 압유의 유량 손실에 기인하여 발생하는 정상적인 유량 오차를 해소한다.
암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2) 및 버킷 실린더 미터인 개구 제어부(10e3)에 있어서도, 식 (2) 내지 (4)를 이용한 마찬가지의 연산에 의해 전류 지령(Ia2, ref, Ia3, ref)이 산출되기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.
블리드 오프 개구 제어부(10f)는, 블리드 오프용 전자 비례 감압 밸브(8b2)로의 전류 지령(Ib, ref)을 연산하여 출력한다. 일례로서, 본 실시예에 있어서의 블리드 오프 밸브(8b1)는, 조작 레버(9a, 9b)의 조작량에 관계없이, 항상 일정한 개구를 연 상태로 되도록 제어된다. 또한, 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 개구량에 종속하도록, 블리드 오프 밸브(8b1)의 개구량을 조정하는 구성으로 해도 좋다.
도 4는, 펌프 토출 유량 제어부(10c)의 연산 기능 및 블리드 오프 개구 제어부(10f)의 연산 기능의 상세를 나타내는 제어 블록도이다.
펌프 토출 유량 제어부(10c)에 있어서는, 복합 동작 판정부(10b)로부터 입력된 판정 플래그에 기초하여, 복합 동작 시라면 일정 유량(Qconst), 복합 동작 시가 아니라면 영 유량(Q0) = 0이 셀렉터(SLT1)에 의해 선택된다. 선택된 유량이 오프셋 지령(Qoffset)으로서 전달되고, 목표 유량(Qp)와 더할 수 있어서 보정 후 목표 유량(Qp, new)이 된다. 최종적으로, 변환 테이블(TBL1)에 의해 보정 후 목표 유량(Qp, new)으로부터 전류 지령(Ip, ref)으로 변환되어서, 가변 용량 펌프용 전자 비례 감압 밸브(7a)로 출력된다.
복합 동작 중인 것을 판정하고, 유압 펌프(7)의 토출 유량을 목표 유량(Qp)에 대하여 증가시키는 것에 의해, 목표 유량(Qp)에 대하여 유압 펌프(7)의 토출 유량이 부족한 상황을 확실하게 피할 수 있다.
리드 오프 개구 제어부(10f)에 있어서는, 사전에 설정된 일정 개구량(Aconst)이 목표 개구량(Ab)으로서 부여되고, 변환 테이블(TBL2)에 의해 목표 개구량(Ab)으로부터 전류 지령(Ib, ref)으로 변환되어서, 블리드 오프용 전자 비례 감압 밸브(8b2)로 출력된다.
블리드 오프 밸브(8b1)를 일정 개구량(Aconst)만큼 항상 열어두는 것에 의해, 오프셋 지령(Qoffset)에 의해 잉여가 된 분의 유압 펌프(7)의 토출 유량을, 블리드 오프 밸브(8b1)로부터 배출하고, 유압 액추에이터(4a 내지 6a)로 잉여의 압유가 유입하는 상황을 피할 수 있다.
도 5는, 목표 유량 결정부(10a), 복합 동작 판정부(10b), 펌프 토출 유량 제어부(10c)에 있어서의 연산 결과의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는, 조작 레버 장치(9a)로부터 입력되는 조작량에 기초하여, 목표 유량 결정부(10a)에 의해 결정된 목표 유량을 나타내고 있다. 본 실시예에서는, 먼저 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1)에 목표 유량(Qa1)이 입력되고, 시각 t1에 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2)에 목표 유량(Qa2)이 입력된 경우를 일례로서 다룬다. 이 경우, 시각 t1 이후에서는, 목표 유량 결정부(10a)로부터 목표 유량(Qa1, Qa2)이 동시에 출력되게 된다.
도 5의 (b)는, 목표 유량 결정부(10a)로부터 입력되는 목표 유량에 기초하여, 복합 동작 판정부(10b)에 의해 판단되는 판정 플래그를 나타내고 있다. 시각 t1 이전에서는, 목표 유량 결정부(10a)로부터 붐 실린더(4a)로의 목표 유량(Qa1)만이 부여되고 있기 때문에, 복합 동작 판정부(10b)는 복합 동작 중이 아니라고 판단하고, 판정 플래그를 False로서 출력한다. 시각 t1 이후에서는, 목표 유량 결정부(10a)로부터 붐 실린더(4a)로의 목표 유량(Qa1)과 암 실린더(5a)로의 목표 유량(Qa2)이 부여되고 있기 때문에, 복합 동작 판정부(10b)는 복합 동작 중이라고 판단하고, 판정 플래그를 True로서 출력한다.
도 5의 (c)는, 목표 유량 결정부(10a)로부터 입력되는 목표 유량과, 복합 동작 판정부(10b)로부터 입력되는 판정 플래그에 기초하여, 펌프 토출 유량 제어부(10d)에 의해 결정된 보정 후 목표 유량(Qp, new)을 나타내고 있다. 시각 t1 이전에서는, 목표 유량 결정부(10a)가 목표 유량(Qa1)만을 출력하고 있고, 복합 동작 판정부(10b)가 복합 동작 중이 아니라고 판정하고 있기 때문에, 보정 후 목표 유량(Qp, new) = Qa1이 되고 있다. 시각 t1 이후에서는, 목표 유량 결정부(10a)가 목표 유량(Qa1과 Qa2)을 출력하고 있고, 복합 동작 판정부(10b)가 복합 동작 중이라고 판정하고 있기 때문에, 보정 후 목표 유량(Qp, new) = Qa1+Qa2+Qoffset이 되고 있다.
도 6은, 본 실시예에 의한 유압 액추에이터로의 목표 유량과 추정 유량의 오차가 보정되는 효과를 도시하는 도면이다. 도 5와 마찬가지로, 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1)에 목표 유량(Qa1)이 입력되고, 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2)에 목표 유량(Qa2)이 입력된 경우를 일례로서 다룬다.
도 6의 (a)에, 본 실시예의 비교예로서, 유압 펌프(7)의 목표 토출 유량만을 보정하고 미터인 개구를 보정하지 않은 경우의 각 유압 액추에이터의 유량 배분의 일례를 나타낸다. 붐 실린더(4a)와 암 실린더(5a)에서 발생하는 유량 손실 및 붐 미터인 밸브(8a1)와 암 미터인 밸브(8a3)의 특성이나 유량 계수가 다르기 때문에, 붐 실린더(4a)와 암 실린더(5a)로의 유입 유량의 배분 비율에 오차가 생기고, 목표 유량(Qa1)과 추정 유량(Qe1)의 사이 및 목표 유량(Qa2)와 추정 유량(Qe2)의 사이에 정상적인 오차가 발생하고 있다.
도 6의 (b)에, 본 실시예에 의한 각 유압 액추에이터의 유량 배분의 일례를 나타낸다. 목표 유량(Qa1)과 추정 유량(Qe1) 및 목표 유량(Qa2)와 추정 유량(Qe2)의 오차에 따라, 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1) 및 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2)가 식 (2) 내지 (4)에 기초하여 목표 개구량을 보정한다. 이에 의해, 붐 실린더(4a)와 암 실린더(5a)로의 유입 유량의 배분 비율의 오차가 수정되고, 목표 유량(Qa1)과 추정 유량(Qe1)의 사이 및 목표 유량(Qa2)와 추정 유량(Qe2)의 사이 정상적인 오차가 해소되고 있다. 또한, 복합 동작 상태로 되는 시각 t1 이후에 있어서, 펌프 토출 유량 제어부(10c)가 유압 펌프(7)의 토출 유량을 증가시킨 것에 의해, 암 추정 유량(Qe2)의 목표 유량(Qa2)으로의 추종성이 향상하고 있다.
본 실시예에서는, 유압 펌프(7)와, 유압 펌프(7)의 토출 유량을 조정하는 레귤레이터(7a)와, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)와, 유압 펌프(7)로부터 토출되고, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)에 분배되는 압유의 유량을 조정하는 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)와, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)를 조작하기 위한 조작 장치(9a)와, 조작 장치(9a)로부터 입력되는 조작 신호에 기초하여, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 각각의 유입 유량의 목표 값인 목표 유량을 결정하고, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 각 목표 유량에 따라, 레귤레이터(7a) 및 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)를 제어하는 컨트롤러(10)를 구비한 건설 기계(100)에 있어서, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 각 동작 속도를 검출하는 속도 검출기(12 내지 14)를 구비하고, 컨트롤러(10)는, 속도 검출기(12 내지 14)로 검출한 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 각 동작 속도에 기초하여 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 각 유입 유량을 연산하고, 조작 장치(9a)로부터 입력되는 조작 신호에 기초하여, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a) 중 2개 이상의 유압 액추에이터가 동시에 조작되는 복합 동작 중인지 여부를 판정하고, 상기 복합 동작 중이라고 판정한 경우, 유압 펌프(7)의 토출 유량이 상기 복수의 유압 액추에이터의 합계 목표 유량보다도 커지도록 레귤레이터(7a)를 제어함과 함께, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 각 목표 유량과 속도 검출기(12 내지 14)로 검출한 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 각 유입 유량과의 차분이 작아지도록 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 각 개구량을 각각 제어한다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 복합 동작 중이라고 판정된 경우, 유압 펌프(7)의 토출 유량을 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 합계 목표 유량보다도 증가시킴과 함께, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 각 유입 유량과 각 목표 유량의 차분을 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 각 개구량의 제어에만 반영시키는 것에 의해, 유압 펌프(7)의 토출 유량이 부족한 상황을 피하면서, 유압 펌프(7)의 토출 유량 제어와 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 개구 제어 간의 간섭을 방지할 수 있다. 이에 의해, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)에 정확하게 유량을 분배할 수 있기 때문에, 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)를 오퍼레이터의 조작에 따라서 정확하게 동작시키는 것이 가능하게 된다.
[실시예 2]
본 발명의 제2 실시예에 관한 유압 셔블에 대하여, 제1 실시예와의 상위점을 중심으로 설명한다.
도 7은, 제2 실시예에 관한 컨트롤러(10)의 처리 기능의 상세를 나타내는 기능 블록도이다.
본 실시예에서는, 블리드 오프 밸브(8b1)를 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)에 대하여 독립하여 구동하는 것으로 한다. 도 7에 도시하는 블리드 오프 개구 제어부(10f)는, 복합 동작 판정부(10b)로부터 입력된 복합 동작 판정 플래그에 기초하여, 블리드 오프 밸브(8b1)의 개구량을 결정한다. 복합 동작 중이라고 판정된 경우는, 블리드 오프 밸브(8b1)를 여는 지령이 생성되고, 전류 지령(Ib, ref)이 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8b2)로 출력된다. 복합 동작 중이 아니라고 판정된 경우는, 블리드 오프 밸브(8b1)를 완전히 닫는 지령이 생성되고, 전류 지령(Ib, ref)이 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8b2)로 출력된다.
도 8은, 제2 실시예에 관한 블리드 오프 개구 제어부(10f)의 연산 기능의 상세를 나타내는 제어 블록도이다.
블리드 오프 개구 제어부(10f)에 있어서는, 복합 동작 판정부(10b)로부터 입력된 판정 플래그에 기초하여, 복합 동작 시라면 일정 개구(Aconst), 복합 동작 시가 아니라면 영 개구(A0) = 0이 셀렉터(SLT2)에 의해 선택된다. 선택된 개구량이 블리드 오프 밸브(8b1)의 목표 개구(Ab)로서 전달되고, 변환 테이블(TBL2)에 의해 목표 개구(Ab)로부터 전류 지령(Ib, ref)으로 변환되어서, 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8b2)로 출력된다.
도 9는, 제2 실시예에 관한 블리드 오프 밸브(8b1)로부터 탱크(41)로의 배출 유량의 변화를 도시하는 도면이다.
도 9의 (a)는, 조작 레버 장치(9a)로부터 입력되는 조작량에 기초하여, 목표 유량 결정부(10a)에 의해 결정된 목표 유량을 나타내고 있다. 도 5의 (a)와 마찬가지로, 먼저 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1)에 목표 유량(Qa1)이 입력되고, 시각 t1에 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2)에 목표 유량(Qa2)이 입력된 경우를 일례로서 다룬다.
도 9의 (b)는, 복합 동작 판정부(10b)로부터 입력되는 판정 플래그에 기초하여, 블리드 오프 개구 제어부(10f)에 의해 결정된 블리드 오프 밸브(8b1)의 목표 개구(Ab)를 나타내고 있다. 시각 t1 이전에서는, 복합 동작 판정부(10b)가 복합 동작 중이 아니라고 판정하고 있기 때문에, 목표 개구(Ab) = 0이 되고, 블리드 오프 밸브(8b1)를 완전히 닫도록 설정하고 있다. 시각 t1 이후에서는, 복합 동작 판정부(10b)가 복합 동작 중이라고 판정하고 있기 때문에, 목표 개구(Ab) = Aconst가 되고 있다.
도 9의 (c)는, 블리드 오프 개구 제어부(10f)로부터 전류 지령(Ib, ref)가 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8b2)에 입력되어서 블리드 오프 밸브(8b1)가 구동되었을 때, 블리드 오프 밸브(8b1)로부터 탱크(41)로 배출되는 블리드 오프 배출 유량(Qb)을 나타내고 있다. 시각 t1 이전에서는, 블리드 오프 밸브(8b1)가 완전히 닫힌 상태가 되고, 블리드 오프 배출 유량(Qb) = 0이 되고 있다. 시각 t1 이후에서는, 블리드 오프 밸브(8b1)의 개구가 Aconst만큼 연 상태로 되고, 유압 펌프(7)의 토출 압력에 따른 블리드 오프 배출 유량(Qb)이 탱크(41)로 배출되고 있다.
본 실시예에 관한 건설 기계(100)는, 유압 펌프(7)가 토출한 압유의 잉여분을 배출하기 위한 블리드 오프 밸브(8b1)를, 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)와 독립하여 구동하도록 구비하고, 컨트롤러(10)는, 복합 동작 중이라고 판정한 경우, 블리드 오프 밸브(8b1)를 열고, 복합 동작 중이 아니라고 판정한 경우, 블리드 오프 밸브(8b1)를 닫도록 제어한다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지인 효과 외에, 이하의 효과가 얻어진다.
복합 동작 중이 아닌 경우에 블리드 오프 밸브(8b1)를 완전히 닫는 것에 의해, 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1), 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2), 버킷 실린더 미터인 개구 제어부(10e3)에 의해 복합 동작 시의 유량 오차를 보정하면서, 블리드 오프 밸브(8b1)로부터 탱크(41)로의 쓸데없는 유량 배출을 억제할 수 있다. 이에 의해, 유압 액추에이터의 제어 정밀도와 에너지 절약성을 양립시키는 것이 가능하게 된다.
[실시예 3]
본 발명의 제3 실시예에 관한 유압 셔블에 대하여, 제1 실시예와의 상위점을 중심으로 설명한다.
도 10은, 제3 실시예에 관한 유압 액추에이터 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 10에 도시하는 유압 액추에이터 제어 시스템은, 붐 실린더 유량 센서(71)를 붐 방향 제어 밸브(8a1)의 상류에, 암 실린더 유량 센서(72)를 암 방향 제어 밸브(8a3)의 상류에, 버킷 실린더 유량 센서(73)를 버킷 방향 제어 밸브(8a5)의 상류에 설치하고 있다. 유량 센서(71 내지 73)에 의해, 붐 실린더(4a), 암 실린더(5a), 버킷 실린더(6a)로 유입하는 유량을 직접 추정한다. 유량 센서(71 내지 73)는 컨트롤러(10)에 전기 배선을 통하여 접속되고, 유량 검출 결과를 컨트롤러(10)에 출력한다.
도 11은, 제3 실시예에 관한 컨트롤러(10)의 처리 기능의 상세를 나타내는 기능 블록도이다.
붐 실린더 유량 센서(71), 암 실린더 유량 센서(72), 버킷 실린더 유량 센서(73)는, 산출한 추정 유량(Qe1, Qe2, Qe3)을, 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1), 암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2), 버킷 실린더 미터인 개구 제어부(10e3)로 출력한다.
본 실시예에 관한 건설 기계(100)는, 속도 검출기(12 내지 14) 대신에 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 상류에 각각 배치된 복수의 유량 센서(71 내지 73)를 구비한다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지인 효과 외에, 이하의 효과가 얻어진다.
붐 실린더 유량 센서(71), 암 실린더 유량 센서(72), 버킷 실린더 유량 센서(73)로 각 유압 액추에이터(4a 내지 6a)로의 유입 유량을 직접 검출하는 것에 의해, 유압 액추에이터 동작 시의 마찰이나 진동의 영향에 의한 추정 유량(Qe1, Qe2, Qe3)의 추정 오차를 제거하는 것이 가능하게 되고, 추정 유량(Qe1, Qe2, Qe3)을 보다 정확하게 산출하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 보다 정확한 추정 유량(Qe1, Qe2, Qe3)을 사용하여 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 각 개구량을 제어하는 것에 의해, 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)로의 유입 유량을 의해 정확하게 분배하는 것이 가능하게 된다.
[실시예 4]
본 발명의 제4 실시예에 관한 유압 셔블에 대하여, 제1 실시예와의 상위점을 중심으로 설명한다.
도 12는, 제4 실시예에 관한 유압 액추에이터 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 12에 도시하는 유압 액추에이터 제어 시스템은, 유압 펌프(7)의 토출 압력을 계측하기 위한 펌프 토출 압력 센서(51), 붐 미터인 밸브(8a1) 하류의 붐 부하 압력을 계측하기 위한 붐 부하 압력 센서(52, 55), 암 미터인 밸브(8a3) 하류의 암 부하 압력을 계측하기 위한 암 부하 압력 센서(53, 56), 버킷 미터인 밸브(8a5) 하류의 버킷 부하 압력을 계측하기 위한 버킷 부하 압력 센서(54, 57)를 설치하고 있다. 압력 센서(51 내지 57)는 컨트롤러(10)에 전기 배선을 통하여 접속되고, 압력 검출 결과를 컨트롤러(10)에 출력한다.
도 13은, 제4 실시예에 관한 컨트롤러(10)의 처리 기능의 상세를 나타내는 기능 블록도이다.
붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1)에는, 목표 유량 결정부(10a)가 산출한 목표 유량(Qa1), 붐 실린더 유량 추정부(10f1)가 추정한 추정 유량(Qe1)에 더하여, 펌프 토출 압력 센서(51)가 검출한 펌프 토출 압력(Pd), 붐 부하 압력 센서(52, 55)가 검출한 붐 부하 압력(Pa1)이 입력된다. 붐 실린더 미터인 개구 제어부(10e1)는, 이하의 식 (5)에 의해, 식 (2)에 의해 산출된 보정 후 목표 유량(Qa1, new)을 목표 개구량(Aa1)으로 변환한다.
Figure pct00005
여기서, k는 유량 계수나 압유의 밀도 등의 영향을 가미한 정의 상수 값이다. 식 (5)의 우변 분모 에 나타내는 바와 같이, 붐 미터인 밸브(8a1)의 상류측의 압력(펌프 토출 압력(Pd))과 하류측의 압력(붐 부하 압력(Pa1))의 차압을 고려하여 붐 미터인 밸브(8a1)의 목표 개구량(Aa1)을 결정하는 것에 의해, 차압의 영향에 의한 붐 미터인 밸브(8a1)의 통과 유량의 변화를 보상할 수 있다. 식 (2), (4), (5)를 이용하여, 붐 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8a2)로의 전류 지령(Ia1, ref)을 산출한다.
암 실린더 미터인 개구 제어부(10e2)는, 목표 유량(Qa2), 추정 유량(Qe2), 펌프 토출 압력(Pd), 암 부하 압력(Pa2)을 이용하여, 버킷 실린더 미터인 개구 제어부(10e3)는, 목표 유량(Qa3), 추정 유량(Qe3), 펌프 토출 압력(Pd), 버킷 부하 압력(Pa3)을 이용하여, 식 (2), (4), (5)로부터 전류 지령(Ia2, ref, Ia3, ref)을 각각 산출한다.
본 실시예에 관한 건설 기계(100)는, 유압 펌프(7)와 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)를 연결하는 각 유로에 배치된 제1 압력 센서(51)과, 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)와 복수의 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)를 연결하는 각 유로에 배치된 제2 압력 센서(52 내지 57)를 더 구비하고, 컨트롤러(10)는, 제1 압력 센서(51) 및 제2 압력 센서(52 내지 57)로 검출한 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 전후 차압에 따라, 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)를 제어한다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지인 효과 외에, 이하의 효과가 얻어진다.
미터인 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 상류측의 압력(펌프 토출 압력(Pd))과 하류측의 압력(부하 압력(Pa1))의 차압을 고려하여 미터인 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 목표 개구량(Aa1)을 결정하는 것에 의해, 차압의 영향에 의한 미터인 밸브의 통과 유량의 변화를 보상할 수 있다. 이에 의해, 부하 압력의 변동에 대한 유압 액추에이터(4a 내지 6a)의 속도 응답성을 향상시킬 수 있다.
[실시예 5]
본 발명의 제5 실시예에 관한 유압 셔블에 대하여, 제4 실시예와의 상위점을 중심으로 설명한다.
도 14는, 제5 실시예에 관한 블리드 오프 개구 제어부(10f)의 연산 기능의 상세를 나타내는 제어 블록도이다.
블리드 오프 개구 제어부(10f)는, 복합 동작 판정부(10b)로부터 입력되는 판정 플래그에 더하여, 펌프 토출 압력 센서(51)로부터 입력되는 펌프 토출 압력(Pd)에 기초하여, 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브(8b2)로의 전류 지령(Ib, ref)을 산출한다.
유압 액추에이터에 부하가 더해질 경우, 펌프 토출 압력(Pd)가 증가하고, 블리드 오프 밸브(8b1)로부터 탱크(41)로 배출되는 배출 유량이 증가한다. 배출 유량이 증가하면, 유압 액추에이터로 유입하는 유량이 감소하고, 목표 유량과 추정 유량의 오차가 증대하는 것이 예상된다.
유압 액추에이터에 부하가 더해진 경우의 유량 오차의 증대를 방지하기 위해, 예를 들어 도 14에 도시하는 일정 개구(Aconst)를, 펌프 토출 압력(Pd)에 따라서 이하의 식 (6)으로부터 산출한다.
Figure pct00006
여기서, Qb, const는 블리드 오프 밸브(8b1)로부터 배출하는 목표 일정 배출 유량이다. 펌프 토출 압력 센서(51)가 검출한 펌프 토출 압력(Pd)을 입력으로 하여, 식 (6)의 연산을 행하는 TBL3에 의해 일정 개구(Aconst)를 산출한다.
TBL3에 의해, 펌프 토출 압력(Pd)의 변동에 관계없이, 일정한 유량(Qb, const)을 배출하도록 블리드 오프 밸브(8b1)의 개구량을 조정한다.
본 실시예에 관한 건설 기계는, 유압 펌프(7)의 하류에 배치된 압력 센서(51)를 더 구비하고, 컨트롤러(10)는, 압력 센서(51)가 검출한 유압 펌프(7)의 하류측의 압력에 따라, 블리드 오프 밸브(8b1)의 개구량을 보정한다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 제4 실시예와 마찬가지인 효과 외에, 이하의 효과가 얻어진다.
유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)의 부하의 증대에 따라서 블리드 오프 밸브(8b1)의 개구가 닫히는 방향으로 제어하고, 탱크(41)로의 배출 유량을 줄이는 것에 의해, 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a)로 유입하는 유량의 감소를 방지할 수 있다.
[실시예 6]
본 발명의 제6 실시예에 관한 유압 셔블에 대하여, 제1 실시예와의 상위점을 중심으로 설명한다.
도 15는, 제6 실시예에 관한 유압 액추에이터 제어 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 15에 도시하는 유압 액추에이터 제어 시스템은, 붐 압력 보상 밸브(61)를 붐 방향 제어 밸브(8a1)의 상류에, 암 압력 보상 밸브(62)을 암 방향 제어 밸브(8a3)의 상류에, 버킷 압력 보상 밸브(63)를 버킷 방향 제어 밸브(8a5)의 상류에 설치하고 있다. 압력 보상 밸브(61 내지 63)는, 압력 보상 밸브(61 내지 63)와 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5) 간의 유로의 압력과, 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)와 유압 액추에이터(4a, 5a, 6a) 간의 유로의 압력을 인도하는 수압부를 갖고, 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 상류와 하류의 압력을 일정하게 유지하도록 개구를 조정한다.
본 실시예에 관한 건설 기계(100)는, 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 상류와 하류의 압력차를 일정하게 유지하기 위한 압력 보상 밸브(61 내지 63)를, 복수의 방향 제어 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 각 상류에 각각 구비한다.
이상과 같이 구성한 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지인 효과에 더하여, 이하의 효과가 얻어진다.
압력 보상 밸브(61 내지 63)가 미터인 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 전후 차압을 일정하게 조정하는 것에 의해, 도 12에 도시하는 압력 센서(51 내지 57)를 설치하는 일 없이, 미터인 밸브(8a1, 8a3, 8a5)의 전후 차압의 영향에 의한 미터인 밸브 통과 유량의 변화를 보상할 수 있다. 이에 의해, 압력 센서의 설치 비용을 억제하고, 컨트롤러(10)의 전자 제어 로직을 간략화할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는, 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성의 일부를 추가하는 것도 가능하고, 어떤 실시예의 구성의 일부를 삭제하고, 혹은, 다른 실시예의 일부와 치환하는 것도 가능하다.
1 … 프론트 장치, 2 … 상부 선회체, 2a … 선회 모터(유압 액추에이터), 3 … 하부 주행체, 3a … 주행 모터, 4 … 붐, 4a … 붐 실린더, 5 … 암, 5a … 암 실린더, 5a1 … 보텀측 유실, 5a2 … 로드측 유실, 6 … 버킷, 6a … 버킷 실린더(유압 액추에이터), 6a1 … 보텀측 유실, 6a2 … 로드측 유실, 7 … 유압 펌프, 7a … 가변 용량 펌프용 전자 비례 감압 밸브(레귤레이터), 8 … 컨트롤 밸브, 8a1 … 붐 방향 제어 밸브(붐 미터인 밸브), 8a2 … 붐 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브, 8a3 … 암 방향 제어 밸브(암 미터인 밸브), 8a4 … 암 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브, 8a5 … 버킷 방향 제어 밸브(버킷 미터인 밸브), 8a6 … 버킷 방향 제어 밸브용 전자 비례 감압 밸브, 8b1 … 블리드 오프 밸브, 8b2 … 블리드 오프 밸브용 전자 비례 감압 밸브, 9 … 운전실, 10 … 컨트롤러, 10a … 목표 유량 결정부, 10b … 복합 동작 판정부, 10c … 펌프 토출 유량 제어부, 10d1 … 붐 실린더 유량 추정부, 10d2 … 암 실린더 유량 추정부, 10d3 … 버킷 실린더 유량 추정부, 10e1 … 붐 실린더 미터인 개구 제어부, 10e2 … 암 실린더 미터인 개구 제어부, 10e3 … 버킷 실린더 미터인 개구 제어부, 10f … 블리드 오프 개구 제어부, 12 … 붐 관성 계측 장치(붐 실린더 속도 검출기), 13 … 암 관성 계측 장치(암 실린더 속도 검출기), 14 … 버킷 관성 계측 장치(버킷 실린더 속도 검출기), 40 … 원동기, 41 … 탱크, 51 … 펌프 토출 압력 센서(제1 압력 센서), 52 … 붐 부하 압력 센서(제2 압력 센서), 53 … 암 부하 압력 센서(제2 압력 센서), 54 … 버킷 부하 압력 센서(제2 압력 센서), 55 … 붐 부하 압력 센서(제2 압력 센서), 56 … 암 부하 압력 센서(제2 압력 센서), 57 … 버킷 부하 압력 센서(제2 압력 센서), 61 … 붐 압력 보상 밸브, 62 … 암 압력 보상 밸브, 63 … 버킷 압력 보상 밸브, 71 … 붐 실린더 유량 센서, 72 … 암 실린더 유량 센서, 73 … 버킷 실린더 유량 센서, 100 … 유압 셔블(건설 기계).

Claims (6)

  1. 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프의 토출 유량을 조정하는 레귤레이터와,
    복수의 유압 액추에이터와,
    상기 유압 펌프로부터 토출되고, 상기 복수의 유압 액추에이터에 분배되는 압유의 유량을 조정하는 복수의 방향 제어 밸브와,
    상기 복수의 유압 액추에이터를 조작하기 위한 조작 장치와,
    상기 조작 장치로부터 입력되는 조작 신호에 기초하여, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각각의 유입 유량의 목표 값인 목표 유량을 결정하고, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 목표 유량에 따라, 상기 레귤레이터 및 상기 복수의 방향 제어 밸브를 제어하는 컨트롤러를 구비한 건설 기계에 있어서,
    상기 복수의 유압 액추에이터의 각 동작 속도를 검출하는 속도 검출기를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 속도 검출기로 검출한 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 동작 속도에 기초하여 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 유입 유량을 연산하고,
    상기 조작 장치로부터 입력되는 조작 신호에 기초하여, 상기 복수의 유압 액추에이터 중 2개 이상의 유압 액추에이터가 동시에 조작되는 복합 동작 중인지 여부를 판정하고,
    상기 복합 동작 중이라고 판정한 경우, 상기 유압 펌프의 토출 유량이 상기 복수의 유압 액추에이터의 합계 목표 유량보다도 커지도록 상기 레귤레이터를 제어함과 함께, 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 목표 유량과 상기 속도 검출기로 검출한 상기 복수의 유압 액추에이터의 각 유입 유량과의 차분이 작아지도록 상기 복수의 방향 제어 밸브의 각 개구량을 각각 제어하는
    것을 특징으로 하는 건설 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 펌프가 토출한 압유의 잉여분을 배출하기 위한 블리드 오프 밸브를, 상기 복수의 방향 제어 밸브와 독립하여 구동하도록 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 복합 동작 중이라고 판정한 경우, 상기 블리드 오프 밸브를 열고, 상기 복합 동작 중이 아니라고 판정한 경우, 상기 블리드 오프 밸브를 닫도록 제어하는
    것을 특징으로 하는 건설 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 속도 검출기 대신에 상기 복수의 방향 제어 밸브의 상류에 각각 배치된 복수의 유량 센서를 구비한
    것을 특징으로 하는 건설 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유압 펌프와 상기 복수의 방향 제어 밸브를 연결하는 각 유로에 배치된 제1 압력 센서와,
    상기 복수의 방향 제어 밸브와 상기 복수의 유압 액추에이터를 연결하는 각 유로에 배치된 제2 압력 센서를 더 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 압력 센서 및 상기 제2 압력 센서로 검출한 상기 복수의 방향 제어 밸브의 전후 차압에 따라, 상기 복수의 방향 제어 밸브를 제어하는
    것을 특징으로 하는 건설 기계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 방향 제어 밸브의 상류와 하류의 압력차를 일정하게 유지하기 위한 압력 보상 밸브를, 상기 복수의 방향 제어 밸브의 각 상류에 각각 구비한
    것을 특징으로 하는 건설 기계.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 유압 펌프의 하류에 배치된 압력 센서를 더 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 압력 센서가 검출한 상기 유압 펌프의 하류측의 압력에 따라, 상기 블리드 오프 밸브의 개구량을 보정하는
    것을 특징으로 하는 건설 기계.
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