WO2011078557A2 - 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2011078557A2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/77—Control of direction of movement of the output member
    • F15B2211/7733—Control of direction of movement of the output member providing vibrating movement, e.g. dither control for emptying a bucket

Definitions

  • the present invention relates to an electronic hydraulic control apparatus and a method using a variable behavior, in detail, the electronic joystick of the electronic hydraulic system in both the (+) direction and the negative (-) direction on the basis of the neutral within a user preset time
  • the behavior characteristics e.g., general behavior or sudden behavior characteristics
  • the present invention relates to an electronic hydraulic control apparatus using a variable behavior characteristic and a method thereof, which can provide convenience to the user.
  • a mechanical hydraulic system is designed to drive a work machine of a construction machine.
  • the mechanical hydraulic system is a pilot hydraulic pressure from a valve located on the joystick lever that controls the pilot hydraulic pressure.
  • the mechanical hydraulic system opens or closes the spool of the mechanical main control valve (MCV) to supply the hydraulic cylinder connected to the working machine of the construction machine.
  • MCV mechanical main control valve
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional mechanical hydraulic system.
  • the conventional mechanical hydraulic system includes an engine 110, a pump 120, a hydraulic valve 130 connected with a hydraulic joystick lever 131, a hydraulic main control valve 140, and a hydraulic cylinder 150.
  • the hydraulic main control valve 140 has a spool 141 and is connected to the hydraulic cylinder 150 through an orifice 142.
  • the pump 120 operated by the engine 110 supplies hydraulic oil 121, that is, hydraulic pressure to the hydraulic valve 130 and the hydraulic main control valve (MCV) 140.
  • the conventional mechanical hydraulic system is designed to drive a work machine of a construction machine by adjusting the hydraulic pressure mechanically.
  • the user intends to control the hydraulic cylinder 150 by operating the hydraulic joystick lever 131.
  • the hydraulic valve 130 supplies the pilot hydraulic pressure supplied from the pump 120 to the hydraulic MCV 140 according to a user operation of the hydraulic joystick lever 131.
  • the pilot hydraulic pressure from the hydraulic valve 130 opens or closes the spool 141 of the mechanical main control valve (MCV) 140, thereby reducing the main hydraulic pressure supplied to the hydraulic cylinder 150 connected to the work machine. Used to change.
  • MCV mechanical main control valve
  • the behavior of the operation of the hydraulic joystick lever 131 and the actual work machine is determined according to the characteristics of each mechanical element connected to the mechanical hydraulic system.
  • the behavior is determined by the notch shape of the spool 141 in the hydraulic MCV 140 or the characteristics of the parts consisting of the orifice 142 installed in the hydraulic passage. Therefore, these parts have a fixed characteristic as a mechanical element, there is a disadvantage that it is impossible to have a variable structure to have a variety of behavior during operation.
  • the hydraulic joystick lever 131 and the behavior of the work machine for it is incompatible with the operator's comfort and sudden operation (for example, the Berk's whisk operation) workability is compromised in the proper line It was forced to decide. Too soft a setting in consideration of the operator's comfort can be a problem for the whisk workability.
  • Conventional construction machinery is taking a structure that improves the responsiveness of the hydraulic joystick lever 131 at a suitable line that slightly reduces the operator's comfort and does not have a problem in the operation.
  • construction machinery eg, wheel loaders, excavators, etc.
  • excavate an excavation object that may have some degree of viscosity.
  • the viscous excavation objects may be mud, livestock manure, concrete, and the like.
  • a driver shakes the burcat up and down at a position where the excavation object is loaded into the burcat and then discards the residue attached to the burcat due to viscosity.
  • the portion of shaking the burcat in the whisk operation should be set to the maximum amount that the hydraulic fluctuation can have the maximum effect. That is, a structure that maximizes the responsiveness of the hydraulic joystick lever 131 may have optimum workability in the whisk operation.
  • the responsiveness of the work machine is set according to only the hair removal work, there is a problem that the comfort of the worker is impaired by causing vibration to the vehicle even in the work other than the hair removal work.
  • the present invention was devised to solve the above problems, and in operating the construction machine, the electric hydraulic pressure using the variable behavior characteristics, which can improve both the driver's comfort and sudden workability and consequently provide the driver with convenience. It is an object to provide a control device and a method thereof.
  • the electronic hydraulic control apparatus using a variable behavior, comprising: a signal input unit for receiving an operation signal and a mode selection signal according to the user operation; A behavior mode changing unit for changing to a general behavior characteristic mode or a sudden behavior characteristic mode according to the input mode selection signal; The signal processing unit outputs the inputted operation signal by corresponding gain in a one-to-one ratio in the general behavior characteristic mode according to the changed behavior characteristic mode, and increases and decreases the input operation signal by a predetermined gain in the sudden behavior characteristic mode. ; And a proportional valve driver for driving the proportional valve according to the signal output from the signal processor.
  • the present invention detects the user's manipulation of the electronic joystick of the electronic hydraulic system in both the positive (+) direction and the negative (-) direction with respect to the neutral within a preset time, and the behavior characteristics (eg, general behavior) according to the detection result.
  • the behavior characteristics eg, general behavior
  • 1 is a block diagram of a conventional mechanical hydraulic system
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an electronic hydraulic control apparatus using a variable behavior characteristic according to the present invention
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of a behavior characteristic mode conversion process according to a joystick output according to the present invention
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a signal processing method in a general behavior mode applied to the present invention
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a whisk operation mode and a general operation mode according to the joystick output according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of an electronic hydraulic control apparatus using a variable behavior characteristic according to the present invention.
  • the electronic hydraulic control apparatus 220 includes a signal input unit 221, an operation state determining unit 222, a behavior mode changing unit 223, a signal input unit 224, and a proportional valve driving unit 225.
  • the operation voltage input unit 221 includes an AD converter 2211 and a mapper 2212.
  • the electronic hydraulic control device 220 is connected to the angle sensor 210 connected to the electronic joystick lever 211.
  • the electronic joystick lever 211 is an example of the manipulator that the user can operate the work machine and is not limited to the joystick.
  • the electronic hydraulic control device 220 is connected to an electronic main control valve 230 having a plurality of electronic proportional valves 231.
  • the electronic main control valve 230 receives hydraulic oil (hydraulic) from the pump 120 operated by the engine 110, and hydraulically supplies the main hydraulic pressure according to the control current of the proportional valve 231 of the electronic hydraulic control apparatus 220. Supply to the cylinder 150.
  • the signal input unit 221 receives a proportional voltage signal corresponding to a user manipulation of the electronic joystick lever 211 from the angle sensor 210, and maps the analog-digital conversion process to the input proportional voltage signal.
  • the digital manipulation signal of the joystick lever 211 is output by performing a mapping process.
  • the signal input unit 221 receives a mode selection signal (eg, a voice recognition signal, a switch signal, etc.) related to the behavior mode of the work machine from the user.
  • the electronic hydraulic control apparatus 220 may be connected to a voice recognizer, a switch, and the like (not shown in FIG. 2) to receive a user's mode selection signal.
  • the AD converter 2211 of the signal input unit 221 receives a proportional voltage signal from the angle sensor 210 connected to the electronic joystick lever 211.
  • the AD converter 2211 receives a mode selection signal from a voice recognizer or a switch. Subsequently, the AD converter 2211 performs an analog-digital conversion on the input signal and outputs a digital signal. The output digital signal is transmitted to the operation state determination unit 222 and the mapper 2212.
  • the mapper 2212 outputs a mapped digital manipulation signal by mapping a digital manipulation signal in consideration of a driver's driving characteristics when the joystick lever 211 is a neutral position and a side position away from the neutral position.
  • the manipulation state determiner 222 analyzes the digital manipulation signal of the joystick lever 211 output from the signal input unit 221 to determine a user manipulation state of the joystick lever 211.
  • the operation state determination unit 222 may determine the mode selection signal as any one of the general behavior characteristic mode and the sudden behavior characteristic mode according to the determination result.
  • the manipulation state determination unit 222 determines whether the digital manipulation signal corresponds to a normal behavior mode or a sudden (ie, whisk) behavior mode. Looking at the sudden operation mode, the driver repeatedly operates the joystick lever 211 for controlling the burcat in the positive / negative direction about the neutral position for the whisk operation. At this time, the operation state determination unit 222 detects the driver's operation characteristics and determines that the driver performs a whisk operation.
  • the operating state The determination unit 222 detects the peeling motion.
  • the operation state determination unit 222 detects as a general operation.
  • the general behavior mode refers to a general operation state in which the user does not move the joystick lever 211 in a neutral direction or moves abruptly.
  • the sudden action (hair removal) behavior mode refers to the operation state in which the user repeatedly moves the joystick lever 211 in the positive / negative direction about the neutral position rapidly for a specific time.
  • the behavior mode changing unit 223 changes to the normal behavior characteristic mode or the sudden behavior characteristic mode according to the mode selection signal input from the signal input unit 221.
  • the behavior mode changing unit 223 may change the behavior characteristics according to the behavior mode determined by the manipulation state determination unit 222.
  • the behavior mode changing unit 223 changes the behavior characteristic to a whisk behavior characteristic or a general behavior characteristic.
  • the signal processor 224 signals the digital manipulation signal output from the signal input unit 221 according to the behavior characteristic changed by the behavior mode change unit 223.
  • the signal processor 224 processes the digital manipulation signal in an integrated form in the general behavior characteristic.
  • the signal processor 224 increases or decreases the digital manipulation signal by the gain of the general behavior characteristic.
  • the increase or decrease of the gain means to delay the speed in response to the operation of the joystick lever 211.
  • the proportional valve driver 225 controls a proportional valve (P / V) control current signal for controlling the proportional valve of the electronic main control valve (MCV) 230 according to the digital operation signal processed by the signal processor 224. Outputs Then, the proportional valve 231 of the electronic main control valve (MCV) 230 supplies the main hydraulic pressure to the hydraulic cylinder 150 in accordance with the proportional valve control current signal.
  • P / V proportional valve
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of a behavior characteristic mode conversion process according to a joystick output according to the present invention.
  • FIG. 3 shows a process of changing from the normal behavior mode to the whisk behavior mode and then back to the normal behavior mode in FIG. 3. This process is changed to the whisk operation mode 302 through the iterative operation process 301 for the whisk operation in the normal behavior mode, and the neutral manipulation process for changing from the whisk behavior mode 302 to the normal operation mode 304 ( Switch to normal operation mode 304 via 303.
  • the user repeatedly operates the electronic joystick lever 211 in the positive / negative direction based on the neutral position.
  • the angle sensor 210 outputs the joystick output voltage in the positive / negative direction.
  • the operation state determination unit 222 determines the operation state as a whisk operation.
  • the general behavior mode activation signal 310 represents an ON signal
  • the whisk behavior mode activation signal 320 represents an OFF signal.
  • the minimum joystick lever 211 should be moved three times in the positive / negative direction with respect to the neutral position for one second for the whisk operation.
  • the behavior mode changing unit 223 changes the behavior characteristic from the normal behavior mode to the whisk behavior mode 302.
  • the general behavior mode activation signal 310 represents an OFF signal
  • the whisk behavior mode activation signal 320 represents an ON signal.
  • the manipulation state determiner 222 determines the manipulation state as a general behavior operation.
  • the general behavior mode activation signal 310 represents an OFF signal
  • the whisk behavior mode activation signal 320 represents an ON signal.
  • the behavior mode changing unit 223 changes the behavior characteristic from the whisk behavior mode to the normal behavior mode 304.
  • the general behavior mode activation signal 310 represents an ON signal
  • the whisk behavior mode activation signal 320 represents an OFF signal.
  • the electronic hydraulic control device 220 switches to the general behavior characteristic to signal process.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a signal processing method in a general behavior mode applied to the present invention.
  • the signal processing unit 224 receives a joystick output signal (hereinafter referred to as a “target current”) corresponding to the manipulation of the electronic joystick lever 211 from the mapper 221, and the transmitted target current.
  • a target current a joystick output signal
  • the signal processing unit 224 receives a joystick output signal (hereinafter referred to as a “target current”) corresponding to the manipulation of the electronic joystick lever 211 from the mapper 221, and the transmitted target current.
  • a 'command current' the current value transmitted by the signal processor 224 to the proportional valve driver 225.
  • the signal processor 224 checks whether the target current is the same as the command current (402).
  • the signal processor 224 checks whether the target current exceeds the command current (404). On the other hand, if the target current is the same as the command current, the signal processor 224 transfers the target current to the proportional valve driver 225 as it is.
  • the signal processor 224 increases the command current by a constant gain according to the general behavior characteristic and transmits the command current to the proportional valve driver 225 (406).
  • the signal processor 224 reduces the command current by a certain gain according to the general behavior characteristic and transmits the command current to the proportional valve driver 225 (408). This is to set the command current in the form of integral by a certain slope to the target current in consideration of the user's comfort.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a whisk operation mode and a general operation mode according to the joystick output according to the present invention.
  • the signal processor 224 transfers and controls the output value of the joystick as it has been subjected to the analog-digital conversion process and the mapping process to the electromagnetic proportional valve 231.
  • the sudden action portion 521 in the whisk operation mode 520 corresponding to the sudden action portion 511 of the joystick output value 510 will be described.
  • the signal processor 224 outputs the joystick output value 510 as it is, as shown in the whisk operation mode 520.
  • the signal processor 224 increases and decreases the output value of the joystick, which has undergone the analog-to-digital conversion process and the mapping process, to a certain gain and transmits it to the electromagnetic proportional valve 231 to control it.
  • the sudden action portion 531 in the normal operation mode 530 corresponding to the sudden action portion 511 of the joystick output value 510 will be described.
  • the joystick output value 510 increases and decreases the joystick output value 510 by the inclination of the sudden action portion 531 in the sudden action portion 511.
  • the electronic hydraulic control device 220 in the whisk behavior mode by controlling the electronic proportional valve as the output value of the joystick that has undergone the AD conversion process and the mapping process, the construction machine is fast according to the movement of the joystick Because of the responsiveness, the whisk can be easily performed. However, there is a greater possibility of vibrations on the body.
  • the electronic hydraulic control device 220 controls the output value of the joystick that has undergone the AD conversion process and the mapping process by increasing or decreasing the gain by a predetermined time unit, so that the construction machine responds smoothly to the movement of the joystick ( No sudden action) to reduce vibration in the vehicle body, but may not be able to easily perform certain tasks, such as burcating.
  • the electronic hydraulic control apparatus 220 determines whether the user intends to remove the load through the operation state of the joystick movement, and thereby selects the behavior characteristics of the construction machine which is set in advance according to the working situation. It is possible to increase the convenience of work and to optimize the work efficiency.
  • the present invention can be used to improve both the driver's comfort and sudden workability in operating a construction machine and consequently provide convenience to the driver.

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Abstract

본 발명은 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 사용자가 미리 설정된 시간 안에 중립을 기준으로 양측(+) 방향 및 음측(-) 방향으로 전자식 유압 시스템의 전자식 조이스틱을 조작하는 것을 감지하고 그 감지 결과에 따라 거동 특성(예컨대, 일반 거동 특성 또는 급동작 거동 특성)을 가변시킴으로써, 건설기계를 조작함에 있어 운전자의 안락성 및 급동작작업성을 모두 향상시켜 결과적으로 운전자에게 편의성을 제공할 수 있다.

Description

가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치 및 그 방법
본 발명은 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 사용자가 미리 설정된 시간 안에 중립을 기준으로 양측(+) 방향 및 음측(-) 방향으로 전자식 유압 시스템의 전자식 조이스틱을 조작하는 것을 감지하고 그 감지 결과에 따라 거동 특성(예컨대, 일반 거동 특성 또는 급동작 거동 특성)을 가변시킴으로써, 건설기계를 조작함에 있어 운전자의 안락성 및 급동작 작업성을 모두 향상시켜 결과적으로 운전자에게 편의성을 제공할 수 있는, 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래에는 기계식 유압시스템으로 건설기계의 작업기가 구동되도록 설계되어 있다. 기계식 유압시스템은 파일럿 유압을 제어하는 조이스틱 레버에 위치한 밸브로부터의 파일럿 유압으로 기계식 메인 컨트롤 밸브(MCV: Main Control Valve)의 스풀을 열거나 닫음으로써, 건설기계의 작업기에 연결된 유압실린더에 공급되는 메인 유압을 제어하는 구조를 가진다.
도 1 은 종래의 기계식 유압 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기계식 유압 시스템은 엔진(110), 펌프(120), 유압식 조이스틱 레버(131)와 연결된 유압밸브(130), 유압식 메인 컨트롤 밸브(140) 및 유압 실린더(150)를 포함한다. 여기서, 유압식 메인 컨트롤 밸브(140)는 스풀(141)을 구비하고 있으며, 오리피스(142)를 통해 유압 실린더(150)와 연결되어 있다.
엔진(110)에 의해 작동하는 펌프(120)는 작동유(121) 즉, 유압을 유압밸브(130) 및 유압식 메인 컨트롤 밸브(MCV)(140)로 공급한다. 종래의 기계식 유압 시스템은 기계식으로 유압을 조정하여 건설기계의 작업기가 구동되도록 설계되어 있다.
사용자는 유압식 조이스틱 레버(131)를 조작하여 유압 실린더(150)를 제어하고자 한다. 이를 위해, 유압식 조이스틱 레버(131)의 사용자 조작에 따라 유압 밸브(130)는 펌프(120)로부터 공급되는 파일럿 유압을 유압식 MCV(140)로 공급한다. 그러면, 유압 밸브(130)로부터의 파일럿 유압은 기계식 메인 컨트롤 밸브(MCV)(140)의 스풀(Spool)(141)을 열거나 닫음으로써, 작업기에 연결된 유압 실린더(150)에 공급되는 메인 유압을 변경시키는데 이용된다.
한편, 유압식 조이스틱 레버(131)와 실제 작업기의 동작에 대한 거동성은 기계식 유압 시스템에 연결된 각 기계 요소의 특성에 따라 결정된다. 예를 들면, 거동성은 유압식 MCV(140) 내에서의 스풀(141)의 노치(Notch) 형상 또는 유압로에 설치된 오리피스(142) 등으로 이루어진 부품들의 특성으로 결정된다. 그러므로 이러한 부품은 기계요소로써 고정적 특성을 가지므로, 작동 중에 다양한 거동성을 갖도록 가변 구조로 이루어지기는 불가능하다는 단점이 있다.
따라서 이러한 기계식 유압 시스템으로 이루어진 종래의 건설기계에서, 유압식 조이스틱 레버(131)와 이에 대한 작업기의 거동성은 양립할 수 없는 작업자의 안락성과 급동작(예컨대, 버캣의 털기 동작) 작업성이 적정선에서 타협하여 결정될 수밖에 없었다. 작업자의 안락성을 고려하여 너무 부드럽게 설정할 시에는 털기 작업성에 문제가 될 수 있다. 종래의 건설기계는 작업자의 안락성을 약간 떨어뜨리고 작업에 문제가 없을 정도의 적정선에서 유압식 조이스틱 레버(131)의 응답성을 높이는 구조를 택하고 있다.
특히, 털기 작업에 있어, 건설기계(예컨대, 휠로더 및 굴삭기 등)는 어느 정도의 점성이 있을 수 있는 굴삭 대상물을 굴삭한다. 예를 들면, 점성이 있는 굴삭 대상물은 진흙, 가축분뇨 및 콘크리트 등이 될 수 있다. 이러한 경우에, 운전자가 버캣에 굴삭 대상물을 적재한 후 버리는 위치에서 버캣을 위아래로 흔들어 점성으로 인해 버캣에 붙어있는 잔여물을 낙하시키는 건설기계의 운전방법이 필요하다.
여기서, 털기 동작에서 버캣을 흔드는 부분은 유압변동이 가능한 최대량으로 설정되어야 최대의 효과를 낼 수 있다. 즉, 유압식 조이스틱 레버(131)의 응답성을 최대로 높이는 구조는 털기 작업에서 최적의 작업성을 가질 수 있다. 반면, 털기 작업에만 맞추어 작업기의 반응성을 설정하면, 털기 작업 이외의 작업에서도 차량에 진동을 초래하여 작업자의 안락성이 저해된다는 문제점이 있다.
전술된 바와 같이, 종래의 기계식 유압 시스템에서 건설기계의 거동특성을 부드럽게 하여 운전자의 안락성을 향상시키게 되면, 이에 대한 반대급부로 적재물 털기와 같은 급격한 반응성을 보여야 하는 특정 작업의 효율이 떨어지게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 건설기계를 조작함에 있어 운전자의 안락성 및 급동작 작업성을 모두 향상시켜 결과적으로 운전자에게 편의성을 제공할 수 있는, 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 전자식 유압 제어 장치는, 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치에 있어서, 사용자 조작에 따른 조작 신호 및 모드 선택 신호를 입력받기 위한 신호 입력부; 상기 입력된 모드 선택 신호에 따라 일반 거동 특성 모드 또는 급동작 거동 특성 모드로 변경하기 위한 거동 모드 변경부; 상기 변경된 거동 특성 모드에 따라 상기 일반 거동 특성 모드이면 상기 입력된 조작 신호를 일대일 비율로 대응시켜 출력하고, 상기 급동작 거동 특성 모드이면 상기 입력된 조작 신호를 소정의 이득만큼 증감시켜 출력하는 신호 처리부; 및 상기 신호 처리부에서 출력된 신호에 따라 비례 밸브를 구동시키기 위한 비례 밸브 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 사용자가 미리 설정된 시간 안에 중립을 기준으로 양측(+) 방향 및 음측(-) 방향으로 전자식 유압 시스템의 전자식 조이스틱을 조작하는 것을 감지하고 그 감지 결과에 따라 거동 특성(예컨대, 일반 거동 특성 또는 급동작 거동 특성)을 가변시킴으로써, 건설기계를 조작함에 있어 운전자의 안락성 및 급동작 작업성을 모두 향상시켜 결과적으로 운전자에게 편의성을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 기계식 유압 시스템의 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치의 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 조이스틱 출력에 따른 거동 특성 모드 변환 과정에 대한 일실시예 설명도,
도 4 는 본 발명에 적용되는 일반 거동 모드에서 신호처리 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 5 는 본 발명에 따른 조이스틱 출력에 따라 털기 작업 모드와 일반 작업 모드에 대한 일실시예 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 2 는 본 발명에 따른 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치의 일실시예 구성도이다.
본 발명에 따른 전자식 유압 제어 장치(220)는 신호 입력부(221), 조작상태 판단부(222), 거동 모드 변경부(223), 신호 입력부(224) 및 비례 밸브 구동부(225)를 포함한다. 여기서, 조작 전압 입력부(221)는 AD 컨버터(2211) 및 맵퍼(2212)를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 전자식 유압 제어 장치(220)의 구성요소 각각에 대하여 살펴보기로 한다.
우선, 전자식 유압 제어 장치(220)는 전자식 조이스틱 레버(211)와 연결된 각도 센서(210)와 연결되어 있다. 여기서, 전자식 조이스틱 레버(211)는 사용자가 작업기를 조작할 수 있는 조작기에 대한 일례이며 조이스틱에 한정되지 않는다.
전자식 유압 제어 장치(220)는 다수의 전자식 비례 밸브(231)를 구비한 전자식 메인 컨트롤 밸브(230)와 연결되어 있다. 전자식 메인 컨트롤 밸브(230)는 엔진(110)에 의해 동작하는 펌프(120)로부터 작동유(유압)를 공급받고, 전자식 유압 제어 장치(220)의 비례 밸브(231) 제어 전류에 따라 메인 유압을 유압 실린더(150)로 공급한다.
신호 입력부(221)는 각도 센서(210)로부터 전자식 조이스틱 레버(211)의 사용자 조작에 대응하는 비례 전압 신호를 입력받고, 그 입력된 비례 전압 신호에 아날로그-디지털(Analog-Digital) 변환 과정과 맵핑(Mapping) 과정을 수행하여 조이스틱 레버(211)의 디지털 조작 신호를 출력한다. 또한, 신호 입력부(221)는 사용자로부터 작업기의 거동 모드와 관련된 모드 선택 신호(예컨대, 음성인식 신호, 스위치 신호 등)를 입력받는다. 여기서, 전자식 유압 제어 장치(220)는 음성 인식기 및 스위치 등(도 2에 도시되지 않음)과 연결되어 사용자의 모드 선택 신호를 입력받을 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 신호 입력부(221)의 AD 컨버터(2211)는 전자식 조이스틱 레버(211)와 연결된 각도 센서(210)로부터 비례 전압 신호를 입력받는다. 또한, AD 컨버터(2211)는 음성 인식기 또는 스위치 등으로부터 모드 선택 신호를 입력받는다. 이어서, AD 컨버터(2211)는 입력된 신호를 아날로그-디지털 변환을 수행하여 디지털 신호를 출력한다. 그 출력된 디지털 신호는 조작 상태 판단부(222) 및 맵퍼(2212)로 전달된다.
맵퍼(2212)는 조이스틱 레버(211)가 중립위치인 경우와 중립위치에서 멀어지는 측면위치인 경우에 운전자의 운전 특성을 고려하여 디지털 조작 신호를 맵핑하여 맵팽된 디지털 조작 신호를 출력한다.
한편, 조작상태 판단부(222)는 신호 입력부(221)에서 출력된 조이스틱 레버(211)의 디지털 조작 신호를 분석하여 조이스틱 레버(211)의 사용자 조작상태를 판단한다. 그리고 조작상태 판단부(222)는 그 판단 결과에 따라 모드 선택 신호를 일반 거동 특성 모드 및 급동작 거동 특성 모드 중 어느 하나의 거동 모드로 판단할 수 있다. 조작상태 판단부(222)는 디지털 조작 신호가 일반 거동 모드에 해당하는지 아니면 급동작(즉, 털기 동작) 거동 모드에 해당하는지를 판단한다. 급동작 모드를 살펴보면, 운전자는 털기 작업을 위해 버캣을 제어하는 조이스틱 레버(211)를 중립위치를 중심으로 양/음 방향으로 반복하여 움직이는 조작을 한다. 이때, 조작상태 판단부(222)는 이러한 운전자의 조작 특성을 감지하여 운전자가 털기 동작을 하는 것으로 판단한다.
예를 들어, 1초 이내에 조이스틱 레버(211)의 방향이 중립을 기준으로 양->음->양->음 방향 또는, 음->양->음->양 방향으로의 변화하면, 조작상태 판단부(222)는 털기 동작으로 감지한다. 반면, 1초 이내에 조이스틱이 중립 또는 양방향, 음방향으로 연속적으로 머물러 있으면, 조작상태 판단부(222)는 일반 작업으로 감지한다. 여기서, 일반 거동 모드는 사용자가 조이스틱 레버(211)를 중립위치를 중심으로 어느 한쪽 방향으로 움직이거나, 급격하게 움직이지 않는 일반적인 조작 상태를 말한다. 반면, 급동작(털기 동작) 거동 모드는 사용자가 특정 시간 동안 조이스틱 레버(211)를 급격하게 중립위치를 중심으로 양/음 방향으로 반복하여 움직이는 조작 상태를 말한다.
거동 모드 변경부(223)는 신호 입력부(221)에서 입력된 모드 선택 신호에 따라 일반 거동 특성 모드 또는 급동작 거동 특성 모드로 변경한다. 또한, 거동 모드 변경부(223)는 조작상태 판단부(222)에서 판단된 거동 모드에 따라 거동 특성을 변경할 수 있다. 거동 모드 변경부(223)는 거동 특성을 털기 거동 특성 또는 일반 거동 특성으로 변경한다.
신호 처리부(224)는 거동 모드 변경부(223)에서 변경된 거동 특성에 따라 신호 입력부(221)로부터 출력된 디지털 조작 신호를 신호처리한다. 신호 처리부(224)는 일반 거동 특성에서 디지털 조작 신호를 적분 형태로 신호처리한다. 예를 들면, 신호 처리부(224)는 디지털 조작 신호를 일반 거동 특성의 이득만큼 증가시키거나 감소시킨다. 여기서, 이득의 증감은 조이스틱 레버(211)의 조작에 반응하는 속도를 지연시키는 것을 의미한다.
비례 밸브 구동부(225)는 신호 처리부(224)에서 신호처리된 디지털 조작 신호에 따라 전자식 메인 컨트롤 밸브(MCV)(230)의 비례 밸브를 제어하는 비례 밸브(P/V: Proportional Valve) 제어 전류 신호를 출력한다. 그러면, 전자식 메인 컨트롤 밸브(MCV)(230)의 비례 밸브(231)는 비례 밸브 제어 전류 신호에 따라 메인 유압을 유압 실린더(150)로 공급한다.
도 3 은 본 발명에 따른 조이스틱 출력에 따른 거동 특성 모드 변환 과정에 대한 일실시예 설명도이다.
도 3의 과정은 일반 거동 모드에서 털기 거동 모드로 변경된 후, 다시 일반 거동 모드로 변경되는 과정이 도 3에 나타나 있다. 이러한 과정은 일반 거동 모드에서 털기 동작을 위한 반복 조작 과정(301)을 통해 털기 동작 모드(302)로 변경되고, 털기 거동 모드(302)에서 일반 동작 모드(304)로 변경하기 위한 중립 조작 과정(303)을 통해 일반 동작 모드(304)로 전환된다.
반복 조작 과정(301)을 살펴보면, 사용자는 전자식 조이스틱 레버(211)를 중립위치를 기준으로 양/음 방향으로 반복 조작한다. 조이스틱 레버(211)의 반복 조작에 따라, 각도 센서(210)는 양/음 방향의 조이스틱 출력 전압을 출력한다. 그러면, 조작 상태 판단부(222)는 조작 상태를 털기 동작으로 판단한다. 이때, 일반 거동 모드 활성화 신호(310)는 온(ON) 신호를 나타내고, 털기 거동 모드 활성화 신호(320)는 오프(OFF) 신호를 나타낸다. 여기서, 털기 작업을 위해 1초 동안 최소 조이스틱 레버(211)를 중립위치를 기준으로 3번 양/음 방향으로 움직여야 한다고 가정하기로 한다.
"301" 과정 후에, 거동 모드 변경부(223)는 거동 특성을 일반 거동 모드에서 털기 거동 모드(302)로 변경한다. 여기서, 일반 거동 모드 활성화 신호(310)는 오프(OFF) 신호를 나타내고, 털기 거동 모드 활성화 신호(320)는 온(ON) 신호를 나타낸다. "302" 과정에서 털기 거동 특성으로 변경됨에 따라, 급 동작이 되어 털기 작업이 용이하게 수행할 수 있다.
그리고 조이스틱 출력 전압이 중립위치를 기준으로 양/음 반복적인 움직임 없이 1초 이상 유지되면, 조작 상태 판단부(222)는 조작 상태를 일반 거동 동작으로 판단한다. 여기서, 일반 거동 모드 활성화 신호(310)는 오프(OFF) 신호를 나타내고, 털기 거동 모드 활성화 신호(320)는 온(ON) 신호를 나타낸다.
"303" 과정 후에, 거동 모드 변경부(223)는 거동 특성을 털기 거동 모드에서 일반 거동 모드(304)로 변경한다. 여기서, 일반 거동 모드 활성화 신호(310)는 온(ON) 신호를 나타내고, 털기 거동 모드 활성화 신호(320)는 오프(OFF) 신호를 나타낸다. 일반 거동 모드(304)에서, 전자식 유압 제어 장치(220)는 일반 거동 특성으로 전환하여 신호처리한다.
도 4 는 본 발명에 적용되는 일반 거동 모드에서 신호처리 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
일반 거동 특성 모드에서, 신호 처리부(224)는 전자식 조이스틱 레버(211)의 조작에 대응하는 조이스틱 출력 신호(이하, '목표 전류'라 함)를 맵퍼(221)로부터 전달받고, 그 전달된 목표 전류를 일반 거동 특성에 따라 일정한 이득으로 증감시켜 비례 밸브 구동부(225)로 전달한다. 이하, 신호 처리부(224)가 비례 밸브 구동부(225)로 전달하는 전류 값을 '지령 전류'라 한다.
신호 처리부(224)는 목표 전류가 지령 전류와 동일한지 여부를 확인한다(402).
상기 확인 결과(402), 목표 전류가 지령 전류와 동일하지 않다면, 신호 처리부(224)는 목표 전류가 지령 전류를 초과하는지 여부를 확인한다(404). 반면, 목표 전류가 지령 전류와 동일하다면, 신호 처리부(224)는 목표 전류 그대로 비례 밸브 구동부(225)로 전달한다.
상기 확인 결과(404), 목표 전류가 지령 전류를 초과하면, 신호 처리부(224)는 지령 전류를 일반 거동 특성에 따른 일정한 이득만큼 증가시켜 비례 밸브 구동부(225)로 전달한다(406). 반면, 목표 전류가 지령 전류 이하이면, 신호 처리부(224)는 지령 전류를 일반 거동 특성에 따른 일정한 이득만큼 감소시켜 비례 밸브 구동부(225)로 전달한다(408). 이는 사용자의 안락성을 고려하여 목표 전류에 일정한 기울기만큼의 적분 형태로 지령 전류를 설정하기 위함이다.
도 5 는 본 발명에 따른 조이스틱 출력에 따라 털기 작업 모드와 일반 작업 모드에 대한 일실시예 설명도이다.
거동 모드가 털기 거동 특성이면, 신호 처리부(224)는 아날로그-디지털 변환 과정과 맵핑 과정을 거친 조이스틱의 출력값 그대로 전자 비례 밸브(231)로 전달하여 제어한다. 이와 관련하여, 조이스틱 출력값(510)의 급동작 부분(511)에 대응하는 털기 작업 모드(520)에서의 급동작 부분(521)을 살펴보기로 한다. 조이스틱 출력값(510)이 급동작 부분(511)에서 특정값으로 변경되면, 신호 처리부(224)는 털기 작업 모드(520)에 도시된 바와 같이 조이스틱 출력값(510)을 그대로 출력한다.
반면, 거동 모드가 일반 거동 특성이면, 신호 처리부(224)는 아날로그-디지털 변환 과정과 맵핑 과정을 거친 조이스틱의 출력값을 일정 이득으로 증감시켜 전자 비례 밸브(231)로 전달하여 제어한다. 이와 관련하여, 조이스틱 출력값(510)의 급동작 부분(511)에 대응하는 일반 작업 모드(530)에서의 급동작 부분(531)을 살펴보기로 한다. 조이스틱 출력값(510)이 급동작 부분(511)에서 특정값이 조이스틱 출력값(510)을 급동작 부분(531)의 기울기만큼 증감시켜 출력한다.
하기의 [표 1]을 참조하여 거동 모드별 특징을 살펴보기로 한다.
표 1
거동 모드별 특징
거동 모드 동작 방법 거동 특성
털기거동모드 AD변환 과정과 맵핑 과정을 거친 조이스틱의 출력값으로 전자비례밸브를 그대로 제어함. 조이스틱의 움직임에 따라 건설기계가 빠른 응답성을 보이기 때문에 털기 작업이 용이함. 그러나 차체에 진동이 발생함.
일반거동모드 AD변환 과정과 맵핑 과정을 거친 조이스틱의 출력값을 시간 단위로 일정 이득으로 증감하여 제어함. 조이스틱의 움직임에 따라 건설기계가 부드러운 응답성(급동작 안함)을 갖게 되어 차체에 진동은 저감되지만, 버캣 털기 작업과 같은 특정작업이 용이하지 않음.
상기 [표 1]에 표시된 대로, 털기 거동 모드에서 전자식 유압 제어 장치(220)는 AD변환 과정과 맵핑 과정을 거친 조이스틱의 출력값으로 전자비례밸브를 그대로 제어함으로써, 조이스틱의 움직임에 따라 건설기계가 빠른 응답성을 보이기 때문에 털기 작업을 용이하게 수행할 수 있다. 그러나 차체에 진동이 발생할 가능성이 커진다.
반면, 일반 거동 모드에서 전자식 유압 제어 장치(220)는 AD변환 과정과 맵핑 과정을 거친 조이스틱의 출력값을 일정 시간 단위로 일정 이득을 증감하여 제어함으로써, 조이스틱의 움직임에 따라 건설기계가 부드러운 응답성(급동작 안함)을 갖게 되어 차체에 진동을 저감시킬 수 있지만, 버캣 털기 작업과 같은 특정작업을 용이하게 수행하지 못할 수 있다.
이에 따라, 전자식 유압 제어 장치(220)는 조이스틱 움직임의 조작 상태를 통해 사용자가 적재물 털기 작업을 하려는지 여부를 판단하고, 이를 통해 미리 설정된 건설기계의 거동 특성을 작업 상황에 따라 가변시켜 선택함으로써, 사용자의 편의성을 높일 수 있으며, 작업 효율을 최적으로 맞출 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
본 발명은, 건설기계를 조작함에 있어 운전자의 안락성 및 급동작 작업성을 모두 향상시켜 결과적으로 운전자에게 편의성을 제공할 수 있는데 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 장치에 있어서,
    사용자 조작에 따른 조작 신호 및 모드 선택 신호를 입력받기 위한 신호 입력부;
    상기 입력된 모드 선택 신호에 따라 일반 거동 특성 모드 또는 급동작 거동 특성 모드로 변경하기 위한 거동 모드 변경부;
    상기 변경된 거동 특성 모드에 따라 상기 일반 거동 특성 모드이면 상기 입력된 조작 신호를 일대일 비율로 대응시켜 출력하고, 상기 급동작 거동 특성 모드이면 상기 입력된 조작 신호를 소정의 이득만큼 증감시켜 출력하는 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부에서 출력된 신호에 따라 비례 밸브를 구동시키기 위한 비례 밸브 구동부
    를 포함하는 전자식 유압 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력된 조작 신호를 분석하여 상기 입력된 모드 선택 신호를 일반 거동 특성 모드 및 급동작 거동 특성 모드 중 어느 하나의 거동 모드로 판단하기 위한 조작상태 판단부
    를 더 포함하는 전자식 유압 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조작상태 판단부는,
    상기 입력된 조작 신호가 소정의 시간 안에 중립위치를 기준으로 양측(+) 및 음측(-) 방향으로 소정의 개수만큼 교대로 반복되면 급동작 거동 모드로 판단하는 전자식 유압 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 조작상태 판단부는,
    상기 입력된 조작 신호가 소정의 시간 동안에 중립위치, 양측 방향 및 음측 방향 중 어느 하나에 연속적으로 유지되면 일반 거동 모드로 판단하는 전자식 유압 제어 장치.
  5. 가변적 거동 특성을 이용한 전자식 유압 제어 방법에 있어서,
    사용자 조작에 따른 조작 신호 및 모드 선택 신호를 입력받는 신호 입력 단계;
    상기 입력된 모드 선택 신호에 따라 일반 거동 특성 모드 또는 급동작 거동 특성 모드로 변경하는 거동 모드 변경 단계;
    상기 변경된 거동 특성 모드에 따라 상기 일반 거동 특성 모드이면 상기 입력된 조작 신호를 일대일 비율로 대응시켜 출력하고, 상기 급동작 거동 특성 모드이면 상기 입력된 조작 신호를 소정의 이득만큼 증감시켜 출력하는 신호 처리 단계; 및
    상기 출력된 신호에 따라 비례 밸브를 구동시키는 비례 밸브 구동 단계
    를 포함하는 전자식 유압 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 입력된 조작 신호를 분석하여 상기 입력된 모드 선택 신호를 일반 거동 특성 모드 및 급동작 거동 특성 모드 중 어느 하나의 거동 모드로 판단하는 조작상태 판단 단계
    를 더 포함하는 전자식 유압 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 조작상태 판단 단계는,
    상기 입력된 조작 신호가 소정의 시간 안에 중립위치를 기준으로 양측(+) 및 음측(-) 방향으로 소정의 개수만큼 교대로 반복되면 급동작 거동 모드로 판단하는 전자식 유압 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 조작상태 판단 단계는,
    상기 입력된 조작 신호가 소정의 시간 동안에 중립위치, 양측 방향 및 음측 방향 중 어느 하나에 연속적으로 유지되면 일반 거동 모드로 판단하는 전자식 유압 제어 방법.
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