KR20210127518A - 건설 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계는 주행 모터와, 상기 주행 모터가 생성한 회전 동력을 변속시키는 변속기와, 상기 주행 모터에 작동유를 공급하는 메인 펌프와, 입력된 주행 신호에 따라 상기 메인 펌프가 상기 주행 모터에 공급하는 작동유의 유량을 제어하는 주행 스풀을 포함하는 메인 컨트롤 밸브와, 주행 조작을 위한 주행 레버와, 상기 주행 레버의 조작 신호에 따라 상기 주행 스풀에 공급되는 주행 신호을 제어하는 전자 제어 밸브, 그리고 상기 변속기의 동작을 제어하며 상기 변속기의 변속 전 상기 주행 모터의 사판각을 최소로 변경하고 상기 주행 스풀이 중립 상태가 되도록 상기 전자 제어 밸브를 동작시키는 제어 장치를 포함한다.

Description

건설 기계{CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 건설 기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상황에 따라 자동으로 변속할 수 있는 건설 기계에 관한 것이다.

건설 기계는 크게 토목 공사, 건축 공사, 또는 산업 현장에 사용되는 모든 기계를 말한다. 일반적으로 건설 기계는 엔진과 엔진의 동력으로 동작하는 유압 펌프를 가지며, 엔진과 유압 펌프를 통해 발생한 동력으로 주행을 하거나 작업 장치를 구동한다.

예를 들어, 건설 기계의 한 종류인 휠 굴삭기는 주행을 위해 유압 펌프가 생성한 유압으로 주행 모터를 구동하고 주행 모터가 생성한 회전 동력을 변속기가 변속시킨 다음 휠로 전달하게 된다. 여기서, 변속기는 수동 변속 타입, 반자동 변속 타입, 또는 자동 변속 타입으로 구분될 수 있다.

수동 변속기는 휠 굴삭기를 정지시킨 상태에서만 수행될 수 있다. 즉, 변속기의 전후진 기어가 중립 상태이고 휠 굴삭기가 정지 상태일때, 사용자의 변속 조작을 통해 변속이 수행된다. 따라서 변속을 하기 위해서 사용자는 휠 굴삭기를 자주 정지시켜야 하므로, 휠 굴삭기의 연비 효율이 저하될 수밖에 없다. 또한, 휠 굴삭기의 잦은 정차는 사용자에게 큰 번거로움을 주고 있다.

또한, 반자동 변속기는 변속 스위치에 의해서 작동될 수 있다. 반자동 변속기는 휠 굴삭기의 정차를 필요로 하지 않지만, 휠 굴삭기의 주행 속도 및 상황에 따라 운전자가 직접 변속 스위치를 조작해야만 하는 불편함이 있다.

또한, 자동 변속기는 건설 기계의 현재 작업 장소나 작업 위치에 상관없이 최저단, 즉 1단으로 출발하므로 상황에 따라 변속 충격 및 릴레이 이음이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 변속 시 발생하는 변속 충격 및 릴레이 이음이 최소화되도록 변속을 효율적으로 수행할 수 있는 건설 기계를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 건설 기계는 주행을 위한 동력을 생성하는 주행 모터와, 상기 주행 모터가 생성한 회전 동력을 변속시키는 변속기와, 상기 주행 모터에 작동유를 공급하는 메인 펌프와, 입력된 주행 신호에 따라 상기 메인 펌프가 상기 주행 모터에 공급하는 작동유의 유량을 제어하는 주행 스풀을 포함하는 메인 컨트롤 밸브와, 주행 조작을 위한 주행 레버와, 상기 주행 레버의 조작 신호에 따라 상기 주행 스풀에 공급되는 주행 신호을 제어하는 전자 제어 밸브, 그리고 상기 변속기의 동작을 제어하며, 상기 변속기의 변속 전 상기 주행 모터의 사판각을 최소로 변경하고 상기 주행 스풀이 중립 상태가 되도록 상기 전자 제어 밸브를 동작시키는 제어 장치를 포함한다.

상기한 건설 기계는 상기 주행 레버가 상기 전자 제어 밸브에 전달하는 조작 신호를 차단하는 차단 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 변속기의 변속 전 상기 차단 밸브를 동작시킬 수 있다. 상기 제어 장치가 상기 차단 밸브를 동작시키면 상기 전자 제어 밸브에 전달되는 조작 신호가 차단되면서 상기 메인 컨트롤 밸브의 상기 주행 스풀은 상기 주행 모터에 대한 작동유 공급을 중단할 수 있다.

상기 변속기는 1단과 상기 1단 보다 상대적으로 빠른 출력 속도를 갖는 2단을 포함할 수 있다. 그리고 상기 건설 기계가 주행을 시작할 때, 상기 제어 장치는 상기 변속기를 상기 2단으로 제어할 수 있다.

상기한 건설 기계는 상기 건설 기계가 위치한 지면의 경사도를 측정하는 경사도 측정 시스템을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 장치는 상기 건설 기계의 속도가 기설정된 1단 변속 기준 속도 이하이고 상기 건설 기계가 주행하는 지면의 경사도가 기설정된 1단 변속 기준 경사도 이상이면 상기 변속기를 상기 2단에서 상기 1단으로 변경시킬 수 있다.

상기한 건설 기계는 상기 주행 모터를 양 방향으로 회전시키기 위해 상기 주행 모터에 연결된 제1 주행 유압 라인 및 제2 주행 유압 라인을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 경사도 측정 시스템은 상기 제1 주행 유압 라인과 상기 제2 주행 유압 라인에 걸리는 압력을 각각 측정하는 제1 압력 센서 및 제2 압력 센서를 포함할 수 있다.

상기 기설정된 1단 변속 기준 속도는 5km/h이고, 상기 기설정된 1단 변속 기준 경사도는 15도일 수 있다.

상기 제어 장치는 상기 변속기가 상기 1단일 때, 상기 건설 기계의 속도가 기설정된 2단 변속 기준 속도 이상이고 상기 건설 기계가 주행하는 지면의 경사도가 기설정된 2단 변속 기준 경사도 이하이면 상기 변속기를 다시 상기 1단에서 상기 2단으로 변경시킬 수 있다.

상기 기설정된 2단 변속 기준 속도는 9km/h이고, 상기 기설정된 2단 변속 기준 경사도는 10도일 수 있다.

상기 제어 장치는 상기 변속기의 변속 전 상기 주행 모터의 회전수를 상기 변속기의 출력 속도와 동기화시킬 수 있다.

상기한 건설 기계는 상기 변속기를 수동으로 조작하기 위한 변속 레버와, 상기 주행 신호를 생성하기 위한 파일럿 펌프, 그리고 상기 메인 펌프 및 상기 파일럿 펌프와 연결되어 동력을 제공하는 엔진을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 건설 기계는 변속 시 발생하는 변속 충격 및 릴레이 이음이 최소화되도록 변속을 효율적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 유압 회로도이다.
도 2는 도 1의 건설 기계에 사용된 경사도 측정 시스템의 일례를 나타낸다.
도 3은 도 1의 건설 기계의 제어 장치에서 수행되는 제어 로직의 기본 개념을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 동작 시간별 주행 모터에 공급되는 작동유 압력, 건설 기계의 속도, 변속 밸브의 상태, 및 주행 모터의 사판각을 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래의 건설 기계의 동작 시간별 주행 모터에 공급되는 작동유 압력, 건설 기계의 속도, 변속 밸브의 상태, 및 주행 모터의 사판각을 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1의 건설 기계에 사용된 변속기가 2단에서 1단으로 변속되는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 7은 도 1의 건설 기계에 사용된 변속기가 1단에서 2단으로 변속되는 과정을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)를 설명한다. 일례로, 건설 기계(101)는 휠 타입(wheel type)의 굴삭기일 수 있다. 따라서, 건설 기계(101)는 하부 주행체와, 하부 주행체에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체를 포함할 수 있다. 그리고 상부 선회체에는 각종 작업 장치와 운전석 그리고 엔진룸이 설치되고, 하부 주행체에는 주행을 위한 구성들이 설치된다. 또한, 작업 장치는 붐, 암, 버켓, 및 이들을 구동하기 위한 구동 장치들을 포함할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)는 주행 모터(400), 변속기(450), 메인 펌프(310), 메인 컨트롤 밸브(500), 주행 레버(770), 전자 제어 밸브(730), 차단 밸브(750), 및 제어 장치(700)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)는 휠(480), 경사도 측정 시스템(740), 제1 주행 유압 라인(641)(도 2에 도시함), 제2 주행 유압 라인(642)(도 2에 도시함), 파일럿 펌프(370), 엔진(200), 센터 조인트(center joint)(800), 및 변속 레버(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

메인 펌프(310)는 작동유를 토출하며, 메인 펌프(310)에서 토출된 작동유는 후술할 메인 컨트롤 밸브(500)를 통해 후술할 주행 모터(400)를 포함한 각종 구동 장치들에 분배되어 공급된다. 또한, 메인 펌프(310)는 사판의 각도에 따라 토출되는 작동유의 유량이 가변하는 가변 용량형 펌프일 수 있다.

엔진(200)은 메인 펌프(100)와 연결되어 동력을 제공한다. 엔진(200)은 연료를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 예를 들어, 엔진(200)은 디젤 엔진이거나 액화 천연 가스(LNG) 엔진, 압축 천연 가스(CNG) 엔진, 흡착 천연 가스(ANG) 엔진, 액화 석유 가스(LPG) 엔진, 또는 가솔린 엔진일 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 엔진(200) 대신 전기 모터 등 다른 동력 장치가 사용될 수도 있다.

주행 모터(400)는 주행을 위한 동력을 생성한다. 즉, 주행 모터(400)가 생성한 동력으로 휠(480)이 회전하면서 건설 기계(101)가 주행할 수 있게 된다. 또한, 주행 모터(400)는 가변 사판식이고 전자식으로 제어될 수 있다. 즉, 후술할 제어 장치(700)가 전기 신호로 주행 모터(400)의 사판을 제어할 수 있다. 전자식 주행 모터(400)의 경우 용량 제어 밸브에 의해 용적이 조절되며, 용적이 최소 내지 최대의 전 영역에서 전자적으로 제어될 수 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 주행 모터(400)는 기계식일 수도 있다. 기계식 주행 모터(400)는 사판각을 최소 및 최대, 2가지를 기계적으로 고정시켜 운행될 수 있다. 기계식 주행 모터(400)는 전자식 주행 모터(400)보다 저렴한 장점이 있으며 주로 소형 건설 기계에 적용되고 있다.

메인 컨트롤 밸브(main control valve, MCV)(500)는 주행 모터(400)를 포함한 각종 구동 장치에 대한 메인 펌프(310)에서 토출된 작동유의 공급을 제어한다.

구체적으로, 메인 컨트롤 밸브(500)는 주행 모터(400)를 제어하기 위한 주행 스풀(540)을 포함한 복수 개의 제어 스풀들을 포함할 수 있다. 이러한 복수 개의 제어 스풀들이 각각 각종 구동 장치들에 대한 작동유의 공급을 제어하게 된다.

또한, 메인 컨트롤 밸브(500)는 제어 스풀의 양 단에 각각 연결되어 조작 장치의 조작에 따른 신호를 전달받아 제어 스풀을 스트로크(stroke)시키는 스풀 캡을 더 포함할 수 있다. 일례로, 스풀 캡에는 전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reducing valve, EPPRV)가 설치될 수 있으며, 전자 비례 감압 밸브의 개폐 정도에 따라 제어 스풀에 가하는 압력이 달라지고, 제어 스풀은 압력에 의해 양 방향으로 움직이게 될 수 있다. 이때, 제어 스풀에 가해지는 압력은 후술할 파일럿 펌프(370)가 생성한 파일럿 압력을 조작 장치의 조작에 따라 전자 제어 밸브가 조절하게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 조작 장치는 주행 레버(770)를 포함할 수 있다. 즉, 사용자가 주행 레버(770)를 조작하여 건설 기계(101)를 전진 또는 후진시키게 된다.

전자 제어 밸브(730)는 주행 레버(770)의 조작 신호에 따라 주행 스풀(540)에 공급하는 주행 신호을 제어한다. 이때, 파일럿 펌프(370)는 주행 신호를 생성하기 위한 압력을 생성한다. 즉, 주행 신호는 압력 형태일 수 있다.

또한, 전자 제어 밸브(730)는 후술할 제어 장치(700)의 지령에 따라 주행 스풀(540)의 동작 상태를 제어할 수도 있다.

각종 구동 장치들 중 주행 모터(400)를 예로 들어 동작 과정을 상세히 설명하면, 사용자가 주행 레버(770)를 조작하면, 주행 레버(770)의 조작 신호에 따라 전자 제어 밸브(730)는 파일럿 펌프(370)가 메인 컨트롤 밸브(500)의 주행 스풀(540)에 공급하는 주행 신호를 제어한다. 그리고 주행 스풀(540)은 입력받은 주행 신호에 따라 움직여 메인 펌프(310)가 토출한 작동유를 주행 모터(400)로 공급시키게 된다. 전술한 바와 같이, 주행 스풀(540)이 입력받은 주행 신호는 파일럿 압력일 수 있다.

차단 밸브(750)는 후술할 제어 장치(700)에 의해 제어되며, 주행 레버(770)가 전자 제어 밸브(730)에 전달하는 조작 신호를 선택적으로 차단한다. 즉, 차단 밸브(750)가 동작되면 주행 레버(770)가 전자 제어 밸브(730)에 전달하는 조작 신호가 차단되고, 조작 신호가 차단되면 메인 컨트롤 밸브(500)의 주행 스풀(540)에 주행 신호가 전달되지 않으면서 주행 스풀(540)은 중립 상태가 되고 주행 모터(400)에는 작동유가 공급되지 않게 된다.

변속기(450)는 주행 모터(400)가 생성한 회전 동력을 변속시킨다. 그리고 변속기(450)는 1단과 1단보다 상대적으로 빠른 출력 속도를 갖는 2단을 포함할 수 있다. 즉, 변속기(450)는 주행 모터(400)가 공급한 회전 동력을 입력받아 1단 기어 또는 2단 기어를 통해 변속시킨 후 출력할 수 있다.

또한, 변속기(450)는 하나 이상의 클러치 및 하나 이상의 감속기를 각각 포함할 수 있다. 클러치 및 감속기는 기어 트레인(gear train)으로 배치될 수 있다. 이러한 클러치 및 상기 감속기의 다양한 배치 및 다양한 직경의 기어를 사용하여 변속비를 각각 설정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 2단 변속이 가능한 변속기(450)를 예로 들어 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 변속기(450)는 수동, 자동, 또는 반자동으로 동작할 수 있다.

변속 레버(미도시)는 사용자가 수동으로 변속기(450)의 기어 단수를 조작할 수 있는 1단과, 2단, 그리고 자동으로 변속되는 오토 모드 중 하나를 선택할 수 있다. 오토 모드에서는 후술할 제어 장치(700)에 의해 1단 또는 2단으로 자동 조절된다.

하지만, 본 발명의 일 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 변속기(450)는 2단 보다 더 높은 고단을 추가로 포함할 수 있으며, 이 경우 변속 레버는 2단 보다 더 높은 고단을 추가로 선택할 수 있다.

휠(480)은 변속기(450)가 변속시켜 공급하는 회전 동력으로 회전하게 된다. 그리고 휠(480)이 회전하면서 건설 기계(101)는 주행을 시작하게 된다.

센터 조인트(center joint)(800)는 건설 기계(101)가 하부 주행체와 상부 선회체로 나뉜 상태에서 하부 주행체와 상부 선회체의 중앙에 위치하여 작동유를 전달하는 역할을 수행한다.

경사도 측정 시스템(740)은 건설 기계(101)가 위치한 지면의 경사도를 직접 또는 간접적으로 측정한다.

구체적으로, 경사도 측정 시스템(740)은 기울기 센서 또는 가속도 센서를 포함할 수 있다. 기울기 센서는 중력 방향에 대한 경사를 감지하므로, 기울기 센서가 사용되면 중력 방향을 기준으로 건설 기계(101)가 위치한 지면의 경사도를 직접적으로 측정할 수 있다. 가속도 센서는 주행 중의 경사 방향의 가속도는 중력 가속도의 삼각 함수의 코사인(cos) 성분이므로, 가속도 센서를 통해서도 건설 기계(101)가 주행하는 지면의 경사도를 계산할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 경사도 측정 시스템(740)은 전술한 기울기 센서와 가속도 센서를 이용하는 방법 이외에 주행 모터(400)에 공급되는 작동유의 압력 차이를 이용하는 방법을 사용할 수도 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 주행 유압 라인(641) 및 제2 주행 유압 라인(642)은 주행 모터(400)를 양 방향으로 회전시키기 위해 서로 반대되는 방향에서 주행 모터(400)에 각각 연결된다. 예를 들어, 제1 주행 유압 라인(641)으로 작동유가 공급되면 주행 모터(400)는 좌회전을 하고, 제2 주행 유압 라인(642)으로 작동유가 공급되면 주행 모터(400)는 우회전을 할 수 있다. 그리고 주행 모터(400)에 공급되는 작동유의 압력 차이를 이용하는 경사도 측정 시스템(740)은 제1 주행 유압 라인(641)과 제2 주행 유압 라인(642)에 걸리는 압력을 각각 측정하는 제1 압력 센서(741) 및 제2 압력 센서(742)를 포함할 수 있다. 제1 주행 유압 라인(641)과 제2 주행 유압 라인(642)을 통해 주행 모터(400)에 유량이 유입되면 건설 기계(101)의 구동 부하에 따라 제1 압력 센서(741)와 제2 압력 센서(742)에서 측정되는 압력 간에 차이가 발생되고, 압력 차이가 클수록 고부하 조건인 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 제1 압력 센서(741)와 제2 압력 센서(742)에서 측정된 압력 간의 차이에 비례하여 건설 기계(101)가 주행하는 지면의 경사도를 간접적으로 추정할 수 있다.

제어 장치(700)는 경사도 측정 시스템(740)과 각 종 센서들로부터 건설 기계(101)의 속도와 건설 기계(101)가 현재 위치한 지면의 경사도와 현재 작업 모드 여부와 현재 변속 레버의 조작 위치와 변속기(450)의 현재 단수 등에 대한 정보를 수집하고 이를 종합적으로 분석하여 변속기(450)와 주행 모터(400)와 차단 밸브(750) 그리고 전자 제어 밸브(730) 등을 제어할 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에서, 제어 장치(700)는 변속기(450)의 동작을 제어하면서, 변속기(450)의 변속 전 주행 모터(400)의 사판각을 최소로 변경하고 차단 밸브(750)를 동작시킨다. 그리고 차단 밸브(750)가 동작되면 전자 제어 밸브(730)에 전달되는 조작 신호가 차단되면서 메인 컨트롤 밸브(500)의 주행 스풀(540)은 주행 모터(400)에 대한 작동유 공급을 중단하게 된다.

하지만, 본 발명의 일 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 메인 컨트롤 밸브(500)의 주행 스풀(540)이 중립 상태가 되도록 제어 장치(700)가 직접 전자 제어 밸브(730)를 제어할 수도 있다. 이 경우, 차단 밸브(750)는 생략될 수도 있다.

또한, 제어 장치(700)는 변속 시 건설 기계(101)의 현재 주행 속도에 따라 주행 모터(400)를 제어하여 주행 모터(400)의 출력 회전 속도와 변속기(450)의 출력 회전 속도를 동기화시킬 수 있다. 즉, 주행 모터(400)의 회전 속도를 건설 기계(101)의 실제 주행 속도와 동일하게 조절한다. 주행 모터(400)가 전자식인 경우, 제어 장치(700)는 전류 신호를 통해 주행 모터(400)의 회전 속도를 조절할 수 있다.

또한, 건설 기계(101)의 현재 주행 속도는 건설 기계(101)에 기본적으로 장착된 속도계를 이용하거나 다른 각종 센서들이 취득한 정보를 통해 간접적으로 추정할 수 있다. 예를 들어, 변속기(450)의 일측에 설치되어 회전수를 측정하는 센서 또는 건설 기계(101)의 가속도를 측정하는 센서를 통해 건설 기계(101)의 속도를 측정할 수 있다.

또한, 제어 장치(700)는 변속 레버가 오토 모드에 위치한 상태로 건설 기계(101)가 정지 상태에서 주행을 시작할 때에는 기본적으로 변속기(450)를 2단으로 동작시킨다. 건설 기계(101)가 어떤 위치에 있던 1단으로 출발하게 되면, 변속 충격이 빈번하게 발생된다. 이에, 사용자는 수동 조작 시 변속기(450)를 2단에 두고 주행을 시작하며, 경사지를 등판할 때 1단으로 변경하게 된다. 한편, 작업 모드에서는 주로 변속기의 1단을 사용하게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)는 변속기(450)가 자동으로 제어되는 로직에서 주행을 시작할 때 변속기(450)를 2단으로 동작시킨다.

건설 기계(101)는 변속기(450)가 2단인 상태에서 통상적인 작업과 주행을 별다른 변속이 없어도 문제없이 수행할 수 있다. 그러나 건설 기계(101)가 경사도가 높은 경사지에서 작업 또는 주행을 하는 경우에는 변속기(450)가 2단인 상태에서 작업과 주행을 수행하기에 무리가 있다.

따라서 제어 장치(700)는 건설 기계(101)의 속도와 건설 기계(101)가 주행하는 지면의 경사도를 고려하여 자동으로 변속기(450)를 1단으로 변경시킬 수 있다. 이때, 2단에서 1단으로의 변속이 무리하게 수행되면, 변속기(450)의 부품이 파손되는 문제가 발생될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 2단에서 1단으로 적절하게 변속하는 제어가 필요하다.

또한, 제어 장치(700)는 변속기(450)가 1단일 때, 건설 기계(101)의 속도와 건설 기계(101)가 주행하는 지면의 경사도의 현재 상황에 따라 자동으로 변속기(450)를 2단으로 변경시킬 수 있다. 즉, 변속기(450)가 1단인 상태에서, 건설 기계(101)가 낮은 토크와 높은 속도를 요구하는 평지를 만난 경우에는 2단으로 변속을 해야 할 필요성이 있다.

전술한 바와 같은 동작으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)는 변속을 위해 정차할 필요가 없을 뿐만 아니라, 사용자가 변속을 위해 별도의 조작 장치를 조작할 필요도 없으며, 잦은 변속으로 변속 충격 및 릴레이 이음이 빈번하게 발생하는 것도 최소화하면서, 주행 속도 및 지면 경사도에 적합한 최적화된 변속이 수행될 수 있다.

또한, 제어 장치(700)는 엔진 제어 장치(engine control unit, ECU), 차량 제어 장치(vehicle control unit, VCU), 및 변속기 제어 장치(transmission control unit, TCU) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)는 변속 시 발생하는 변속 충격 및 릴레이 이음이 최소화되도록 변속을 효율적으로 수행할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 건설 기계(101)의 변속 시 변속 충격과 릴리프 이음을 억제할 수 있는 기본적인 제어 로직에 대해 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제어 장치의 제어 로직(control logic)은 현재 작업 모드인지 여부와, 변속 레버의 조작 위치, 변속기(450)의 단수, 건설 기계(101)의 속도, 주행 모터(400)의 사판각, 및 건설 기계(101)가 위치한 지면 경사도에 대한 정보를 입력받아 변속기(450)의 변속이 필요한 것으로 판단되면, 변속기(450)의 변속을 수행하게 된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서는, 변속 전에 주행 모터(400)의 사판각을 최소로 변경하면서, 차단 밸브(750)를 동작시켜 주행 레버(770)의 조작 신호를 차단하여 메인 컨트롤 밸브(500)의 주행 스풀(540)을 중립으로 변경시킨다. 이에, 주행 모터(400)의 사판각이 최소로 되고, 주행 모터(540)에 대한 작동유 공급을 중단되므로, 변속 충격과 릴리프 이음의 발생이 억제될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)의 동작 시간별 주행 모터(400)에 공급되는 작동유 압력, 건설 기계(101)의 속도, 변속 밸브의 상태, 및 주행 모터(400)의 사판각을 나타낸다. 여기서, 변속 밸브는 변속기(450)의 변속 동작을 수행하기 위해 마련되며, 변속 밸브의 동작에 따라 변속기(450)가 1단에서 2단으로 또는 2단에서 1단으로 변경된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)에 사용된 차단 밸브(750)가 동작하지 않는 경우에, 즉 종래의 건설 기계의 동작 시간별 주행 모터(400)에 공급되는 작동유 압력, 건설 기계의 속도, 변속 밸브의 상태, 및 주행 모터(400)의 사판각을 나타낸다. 즉, 도 5에서는 변속 전 주행 모터(400)에 대한 작동유 공급이 중단되지 않는다.

도 5에 나타난 바와 같이, 변속 전 주행 모터(400)에 대한 작동유 공급이 중단되지 않으면, 변속 중에 높은 릴리프 압력이 가해지고, 이는 릴리프 이음을 유발하게 된다.

반면, 도 4에 나타난 바와 같이, 변속 전 주행 모터(400)에 대한 작동유 공급을 중단시키면, 작동유 공급이 중단된 동안 릴리프 압력이 크게 낮아지면서 릴리프 이음이 억제된다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계(101)의 구체적인 변속 과정에 대하여 설명한다.

도 6은 변속기(450)가 제어 장치(700)의 제어에 의해 자동으로 2단에서 1단으로 변속되는 동작 과정을 나타낸다.

건설 기계(101)가 작업 모드로 동작하지 않고 주행을 시작하면, 제어 장치(700)는 변속 레버가 오토 모드에 위치하는지 확인한다. 그리고 변속 레버가 오토 모드이면, 건설 기계(101)가 주행을 시작할 때 변속기(450)는 2단으로 동작하게 된다.

다음, 제어 장치(700)는 건설 기계(101)의 속도와 건설 기계(101)가 위치한 지면 경사도를 측정하여 1단 변속 조건에 해당하는지 판단한다. 이때, 변속기(450)의 출력 회전 속도를 측정하고 이를 근거로 건설 기계(101)의 실제 주행 속도를 산출할 수 있다.

그리고 지면 경사도는 경사도 측정 시스템(740)을 통해 측정할 수 있다. 경사도 측정 시스템(740)은 기울기 센서 또는 가속도 센서를 포함하거나 주행 모터(400)에 양 방향으로 연결된 제1 주행 유압 라인(641)과 제2 주행 유압 라인(642) 간에 압력 차이를 측정하여 간접적으로 추정할 수도 있다.

구체적으로, 건설 기계(101)의 속도가 기설정된 1단 변속 기준 속도 이하이고 건설 기계(101)가 주행하는 지면의 경사도가 기설정된 1단 변속 기준 경사도 이상이면 변속기(450)를 2단에서 상기 1단으로 변경시킨다. 일례로, 기설정된 1단 변속 기준 속도는 5km/h이고, 기설정된 1단 변속 기준 경사도는 15도일 수 있다.

제어 장치(700)는 1단 변속 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 주행 모터(400)의 사판각을 최소로 변경하고, 차단 밸브(750)를 동작시켜 주행 모터(400)에 대한 작동유 공급을 중단한 다음 주행 모터(400)의 출력 회전 속도와 변속기(450)의 출력 회전 속도를 동기화시킨다. 이때, 1단 클러치를 오프(off)시키고 기어는 중립을 유지한다.

이후, 2단 클러치를 온(on)시킴으로써, 변속기(450)를 2단에서 1단으로 변경시키는 동작을 완료하게 된다.

도 7은 변속기(450)가 제어 장치(700)의 제어에 의해 자동으로 1단에서 2단으로 변속되는 동작 과정을 나타낸다.

제어 장치(700)는 변속기(450)가 1단일 때, 건설 기계(101)의 속도와 건설 기계(101)가 위치한 지면 경사도를 측정하여 2단 변속 조건에 해당하는지 판단한다.

구체적으로, 건설 기계(101)의 속도가 기설정된 2단 변속 기준 속도 이상이고 건설 기계(101)가 주행하는 지면의 경사도가 기설정된 2단 변속 기준 경사도 이하이면 변속기(450)를 1단에서 다시 2단으로 변경시킨다. 일례로, 기설정된 2단 변속 기준 속도는 9km/h이고, 기설정된 2단 변속 기준 경사도는 10도일 수 있다.

제어 장치(700)는 2단 변속 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 주행 모터(400)의 사판각을 최소로 변경하고, 차단 밸브(750)를 동작시켜 주행 모터(400)에 대한 작동유 공급을 중단한 다음 주행 모터(400)의 출력 회전 속도와 변속기(450)의 출력 회전 속도를 동기화시킨다. 이때, 2단 클러치를 오프(off)시키고 기어는 중립을 유지한다.

이후, 1단 클러치를 온(on)시킴으로써, 변속기(450)를 1단에서 2단으로 변경시키는 동작을 완료하게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101: 건설 기계
200: 엔진
310: 메인 펌프
370: 파일럿 펌프
400: 주행 모터
450: 변속기
480: 휠
500: 메인 컨트롤 밸브
540: 주행 스풀
641: 제1 주행 유압 라인
642: 제2 주행 유압 라인
700: 제어 장치
730: 전자 제어 밸브
741: 제1 압력 센서
742: 제2 압력 센서
750: 차단 밸브
770: 주행 레버
800: 센터 조인트

Claims (11)

1. 주행을 위한 동력을 생성하는 주행 모터;
   상기 주행 모터가 생성한 회전 동력을 변속시키는 변속기;
   상기 주행 모터에 작동유를 공급하는 메인 펌프;
   입력된 주행 신호에 따라 상기 메인 펌프가 상기 주행 모터에 공급하는 작동유의 유량을 제어하는 주행 스풀을 포함하는 메인 컨트롤 밸브;
   주행 조작을 위한 주행 레버;
   상기 주행 레버의 조작 신호에 따라 상기 주행 스풀에 공급되는 주행 신호을 제어하는 전자 제어 밸브; 및
   상기 변속기의 동작을 제어하며, 상기 변속기의 변속 전 상기 주행 모터의 사판각을 최소로 변경하고 상기 주행 스풀이 중립 상태가 되도록 상기 전자 제어 밸브를 동작시키는 제어 장치
   를 포함하는 건설 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주행 레버가 상기 전자 제어 밸브에 전달하는 조작 신호를 차단하는 차단 밸브를 더 포함하며,
   상기 제어 장치는 상기 변속기의 변속 전 상기 차단 밸브를 동작시키고,
   상기 제어 장치가 상기 차단 밸브를 동작시키면 상기 전자 제어 밸브에 전달되는 조작 신호가 차단되면서 상기 메인 컨트롤 밸브의 상기 주행 스풀은 상기 주행 모터에 대한 작동유 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
3. 제1항에 있어서,
   상기 변속기는 1단과 상기 1단 보다 상대적으로 빠른 출력 속도를 갖는 2단을 포함하며,
   상기 건설 기계가 주행을 시작할 때, 상기 제어 장치는 상기 변속기를 상기 2단으로 제어하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
4. 제3항에 있어서,
   상기 건설 기계가 위치한 지면의 경사도를 측정하는 경사도 측정 시스템을 더 포함하며,
   상기 제어 장치는 상기 건설 기계의 속도가 기설정된 1단 변속 기준 속도 이하이고 상기 건설 기계가 주행하는 지면의 경사도가 기설정된 1단 변속 기준 경사도 이상이면 상기 변속기를 상기 2단에서 상기 1단으로 변경시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
5. 제4항에 있어서,
   상기 주행 모터를 양 방향으로 회전시키기 위해 상기 주행 모터에 연결된 제1 주행 유압 라인 및 제2 주행 유압 라인을 더 포함하며,
   상기 경사도 측정 시스템은 상기 제1 주행 유압 라인과 상기 제2 주행 유압 라인에 걸리는 압력을 각각 측정하는 제1 압력 센서 및 제2 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
6. 제4항에 있어서,
   상기 기설정된 1단 변속 기준 속도는 5km/h이고, 상기 기설정된 1단 변속 기준 경사도는 15도인 것을 특징으로 하는 건설 기계.
7. 제4항에 있어서,
   상기 제어 장치는 상기 변속기가 상기 1단일 때, 상기 건설 기계의 속도가 기설정된 2단 변속 기준 속도 이상이고 상기 건설 기계가 주행하는 지면의 경사도가 기설정된 2단 변속 기준 경사도 이하이면 상기 변속기를 상기 1단에서 다시 상기 2단으로 변경시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
8. 제7항에 있어서,
   상기 기설정된 2단 변속 기준 속도는 9km/h이고, 상기 기설정된 2단 변속 기준 경사도는 10도인 것을 특징으로 하는 건설 기계.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는 상기 변속기의 변속 전 상기 주행 모터의 회전수를 상기 변속기의 출력 속도와 동기화시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
10. 제1항에 있어서,
    상기 변속기를 수동으로 조작하기 위한 변속 레버와;
    상기 주행 신호를 생성하기 위한 파일럿 펌프; 그리고
    상기 메인 펌프 및 상기 파일럿 펌프와 연결되어 동력을 제공하는 엔진
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
11. 주행을 위한 동력을 생성하는 주행 모터;
    상기 주행 모터가 생성한 회전 동력을 변속시키는 변속기;
    상기 주행 모터에 작동유를 공급하는 메인 펌프;
    입력된 주행 신호에 따라 상기 메인 펌프가 상기 주행 모터에 공급하는 작동유의 유량을 제어하는 주행 스풀을 포함하는 메인 컨트롤 밸브;
    주행 조작을 위한 주행 레버;
    상기 주행 레버의 조작 신호에 따라 상기 주행 스풀에 공급되는 주행 신호을 제어하는 전자 제어 밸브;
    지면의 경사도를 측정하는 경사도 측정 시스템; 및
    상기 변속기의 동작을 제어하며, 상기 변속기의 변속 전 상기 주행 모터의 사판각을 최소로 변경하고 상기 주행 스풀이 중립 상태가 되도록 상기 전자 제어 밸브를 동작시키는 제어 장치
    를 포함하며,
    상기 변속기는 1단과 상기 1단 보다 상대적으로 빠른 출력 속도를 갖는 2단을 포함하되, 주행을 시작할 때 상기 제어 장치는 상기 변속기를 상기 2단으로 제어하고,
    상기 제어 장치는 속도가 기설정된 1단 변속 기준 속도 이하이고 지면의 경사도가 기설정된 1단 변속 기준 경사도 이상이면 상기 변속기를 상기 2단에서 상기 1단으로 변경시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계.

Images