WO2014148808A1 - 건설기계 유압시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

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도용호
정우용
조용락
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두산인프라코어 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a construction machine hydraulic system and a control method thereof, and more particularly, to implement free load feeling during operation of a construction machine, and to provide a plurality of hydraulic pumps separately according to operating modes of the construction machine. It relates to a construction machine hydraulic system for controlling and a control method thereof.
  • a hydraulic system In general, construction machinery is equipped with a hydraulic system, the hydraulic system is supplied with power from the engine.
  • a hydraulic system includes a hydraulic pump, a main control valve, an actuator and an operation unit.
  • the construction machinery hydraulic system is a hydraulic pump (1), an actuator (2) driven by the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump (1), the hydraulic pump ( 1) and the spool 3 constituting the main control valve (not shown) provided between the actuator, and the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 1 when the spool 3 is in a neutral state (bypass) That is, the hydraulic center receives the open center flow path 4 for bleed-off and a negative flow control (NFC) pressure Pn sensed by the open center flow path 4.
  • NFC negative flow control
  • a flow rate control unit 5 for controlling the swash plate angle of the hydraulic pump 1 in order to adjust the flow rate of the pump 1.
  • the spool 3 moves to reduce the open center flow path 4. Accordingly, the negative flow control pressure Pn is reduced, and the swash plate angle is adjusted so that the flow rate of the hydraulic pump 1 is increased. That is, the construction machine hydraulic system is controlled such that the input signal Pn and the output signal (flow rate) of the hydraulic pump 1 are inversely proportional.
  • the hydraulic fluid is bypassed to the open center flow path 4 at the stand-by, resulting in a loss in flow rate, and a pressure loss in accordance with the design of the spool 3, resulting in high efficiency. There is a problem of deterioration.
  • the hydraulic pump is composed of a first pump and a second pump of the flow control type, and an auxiliary pump.
  • the first pump and the second pump provide hydraulic oil to the actuator to perform the operation
  • the auxiliary pump provides pilot hydraulic oil to the spool hydraulic pressure of the additional hydraulic device or valve unit.
  • the inside of the main control valve is provided with a plurality of valve units for distributing the hydraulic oil to each actuator.
  • Each valve unit is provided with a spool, and is opened and closed according to the movement of the spool to control the flow direction of the hydraulic oil in the forward or reverse direction. This displacement of the spool can be flowed by the pilot oil described above.
  • the spool of the work machine which is in charge of the first pump and the second pump is determined.
  • the first pump may be in charge of the arm 1 speed spool, the boom 2 speed spool, the swing spool, the option spool and the right driving spool.
  • the second pump may be in charge of the arm 2 speed spool, the boom 1 speed spool, the bucket spool, and the left running spool.
  • the various spools described above can be operated in combination to perform a desired task by the operator. For example, when performing excavation and loading operations, dirt is lifted by the operation of boom down, arm crowd, bucket crowd, and then boom up and The upper body swings, and then the soil is transported and poured by arm dump and bucket dump.
  • Each actuator of such a machine performs a series of operations, and the upper body swing has a relatively small load as compared to a load applied to a boom up, an arm crowd, and the like.
  • the power of the engine is equally distributed to the first pump and the second pump. That is, when the power of the engine is 100%, the engine power is distributed to the first pump and the second pump by 50%, respectively, to control the flow rate of the pump.
  • the load of the load is different for the specific operation of any one of the various actuators. That is, the heavy load may be applied to the first pump or the light load may be applied to the second pump. At this time, it is understood that the second pump has a relatively large margin in the pump power.
  • the first pump to which the heavy load is applied has a flow rate controlled such that the power thereof is increased
  • the second pump to which the light load is applied has a flow rate controlled to decrease its power
  • the pump control described above will be described in detail.
  • the first pump and the second pump sense each other's pump pressure, and the swash plate angle of the pump is adjusted according to the relative pump pressure magnitude. For example, if the pump pressure of the counter pump is high, the volume of the pump is controlled to be reduced, and if the pump pressure of the pump is high, the volume of the counter pump is controlled to increase.
  • the volume (cc / rev) means the flow rate discharged per unit rotation of the pump.
  • the distribution ratio of the engine horsepower may be set even if the load acting by work mode or load mode is different. There is a problem that cannot be set differently.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is composed of a closed center main control valve and a pressure controlled hydraulic pump to prevent flow loss and pressure loss, as well as to implement a free load feeling of construction machinery hydraulic system Distribution ratio is set according to the operation mode or load and the engine horsepower is distributed to the first pump and the second pump according to the distribution ratio. It is to provide a control method of the construction machinery hydraulic system to improve the fuel economy by making all available.
  • Construction machinery hydraulic system of the present invention for achieving the above object, a plurality of pressure-controlled hydraulic pump driven by the engine provided in the construction machine; An actuator driven by the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump; A closed center type main control valve provided between the hydraulic pump and the actuator and configured to bypass a virtual flow rate; And a controller configured to control the hydraulic pump by receiving a virtual flow rate bypassed from the main control valve. It includes.
  • the construction machine hydraulic system a pressure sensor for sensing the pressure of the plurality of operation unit provided in the construction machine; An angle sensor for detecting a swash plate angle of the hydraulic pump; And an electromagnetic proportional pressure reducing valve provided between the hydraulic pump and the control unit.
  • the control unit may further include receiving the pressure of the operation unit and the swash plate angle of the hydraulic pump, and outputting a current command according to the electromagnetic proportional pressure reducing valve, wherein the electromagnetic proportional pressure reducing valve is proportional to the current command.
  • the swash plate angle is controlled to control the pressure of the hydraulic pump.
  • control unit is characterized in that for controlling the hydraulic pump separately according to the operating mode of the construction machine.
  • control unit is configured to distribute the maximum horsepower value provided by the engine to the hydraulic pump according to a predetermined distribution ratio for each operation mode of the construction machine.
  • the hydraulic pump may include a first pump and a second pump, and the controller may detect an operation amount from a plurality of operation units allocated to the first pump and the second pump, respectively, and add the sum of the first pump and the second pump. And assigning the larger sum of the manipulated amounts to the first pump.
  • the hydraulic pump may include a first pump and a second pump, and the controller may allocate the larger one of the first pump and the second pump to the first pump.
  • the hydraulic pump may include a first pump and a second pump
  • the controller may include a flow rate of hydraulic oil discharged from the first pump and the second pump, and hydraulic oil required from a plurality of operation units provided in the construction machine.
  • the flow rate control unit for calculating torque ratios of the first pump and the second pump by comparing the flow rates of the first and second pumps, and receiving information from the operation unit, the load mode selection unit, the engine speed setting unit, and the engine control unit
  • a power shift control unit for calculating the total torque required by the pump, and torques which are in charge of the first pump and the second pump, respectively, according to the sum of the torque ratio calculated by the flow rate control unit and the torque calculated by the power shift control unit.
  • a horsepower distribution control unit to calculate, a pressure command P i generated by the flow rate control unit, a pressure command P d calculated by the horsepower distribution control unit and the operation unit And a pump controller which selects the smallest value among the maximum pump pressure values P max that act as the maximum and outputs the pressure command values of the first pump and the second pump.
  • the pressure command P d calculated by the horsepower distribution control unit may include a maximum power that can be used by the first pump by dividing the total torque calculated by the power shift control unit by a torque ratio calculated by the flow rate control unit, and
  • the power of the second pump is calculated using the angle sensor of the second pump and the pressure command to determine the maximum of the subtracted value from the total torque as the maximum power, and the determined maximum power is the actual discharge flow rate Q p . It is characterized by dividing by the calculation.
  • the control method of the construction machine hydraulic system of the present invention for achieving the above object relates to a control method of a construction machine hydraulic system including a plurality of pressure-controlled hydraulic pump driven by an engine provided in the construction machine, A flow rate control step of calculating a torque ratio of the hydraulic pump by comparing the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump with the flow rate of the hydraulic oil required from a plurality of operation units provided in the construction machine; A power shift control step of receiving the information from the operation unit, the load mode selection unit, the engine speed setting unit, and the engine control unit (ECU) to calculate the total torque required by the hydraulic pump; A horsepower distribution control step of calculating torques which the hydraulic pump is responsible for, respectively, according to the sum of the torque ratio calculated in the flow rate control step and the torque calculated in the power shift control step; And the smallest value of the pressure command (P i ) generated in the flow rate control step, the pressure command (P d ) calculated in the horsepower distribution control step, and the maximum pump pressure value (P max
  • the pressure command P d calculated in the horsepower distribution control step may be used by any one of the hydraulic pumps by dividing the total torque calculated in the power shift control step by the torque ratio calculated in the flow rate control step.
  • the maximum power, the power of the other one of the hydraulic pumps is calculated using the angle sensor and the pressure command of the other one of the hydraulic pumps, and the larger of the values subtracted from the total torque is determined as the maximum power, and the determined maximum It is characterized by calculating the power divided by the actual discharge flow rate (Q p ).
  • the horsepower distribution control step the available horsepower calculation step of calculating the available horsepower value by subtracting the current horsepower value of the relative pump from the maximum horsepower value provided by the engine for each of the hydraulic pump, and in the flow rate control step The horsepower value calculated by the torque in charge of the hydraulic pump, respectively, according to the sum of the calculated torque ratio and the torque calculated in the power shift control step, and the larger horsepower value calculated from the available horsepower value calculated in the available horsepower calculation step.
  • the maximum horsepower selection step of selecting as the final control horsepower value of the pump and the pump pressure command generation step of generating the final control horsepower value selected in the maximum horsepower selection step as a pressure command (P d ) for controlling the pump.
  • hydraulic pump is characterized in that each control separately according to the operating mode of the construction machine.
  • the maximum horsepower value provided by the engine is characterized in that the distribution to each of the hydraulic pump according to a predetermined distribution ratio for each operation mode of the construction machine.
  • the hydraulic pump includes a first pump and a second pump, the horsepower distribution control step, the horsepower value calculated by the torque in charge of the first pump and the maximum horsepower value provided by the engine Pressure command (P) for selecting a larger horsepower value as the horsepower value of the first pump from the horsepower value subtracted from the horsepower value calculated by the torque in charge of the second pump, and controlling the selected horsepower value to the first pump (P). d ) to produce.
  • the operation amount is detected from a plurality of operation units allocated to the first pump and the second pump, respectively, and added to each of the first pump and the second pump, and the larger operation amount is allocated to the first pump. It is done.
  • the first pump and the second pump is characterized by assigning the larger load pressure to the first pump.
  • the closed center main control valve and the pressure-controlled hydraulic pump are configured to prevent flow loss and pressure loss, as well as to realize free load feeling.
  • the distribution ratio varies depending on the operating mode of the construction machine or the load acting on the work machine.
  • the distribution ratio of the engine horsepower can be lowered on the pump side with a spare horsepower, and the distribution ratio of engine horsepower can be raised on the pump side with heavy load.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a conventional construction machinery hydraulic system.
  • FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram showing a construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 are schematic views for explaining an example in which the horsepower of the engine is distributed to the first pump and the second pump in the construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a block diagram showing a construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a control unit of a construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing a flow control unit of the construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a power shift control unit of the construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing a horsepower distribution control unit of the construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a configuration diagram showing an example in which the horsepower of the engine is distributed in the construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • 12 to 14 are diagrams showing an example in which the power of the engine is distributed according to the distribution ratio to the first pump and the second pump according to the distribution ratio according to FIG.
  • 15 is a flow chart showing a control method of a construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a flowchart illustrating a horsepower distribution control step in a control method of a construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram showing a construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention. With reference to Figure 2 will be described in detail with respect to the specific configuration and function of the construction machine hydraulic system.
  • FIG. 2 a construction machine hydraulic system including a closed center main control valve and a pressure controlled hydraulic pump to prevent flow and pressure, and to realize free load feeling when operating a construction machine, is illustrated.
  • the construction machine hydraulic system is a hydraulic pump 100, the actuator 200, the main control valve 300, the control unit 400, the pressure sensor 500, the angle sensor 600 and the electromagnetic proportional pressure reducing valve (EPPR) valve, 700).
  • EPPR electromagnetic proportional pressure reducing valve
  • the hydraulic pump 100 is driven by an engine (not shown) which is a driving source of a construction machine, and is provided in plural as a pressure controlled electronic pump. Therefore, the flexibility is excellent in the process of discharging the hydraulic oil.
  • the actuator 200 is driven by the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100, for example, may be provided as a hydraulic cylinder or a hydraulic motor.
  • the main control valve 300 is provided in a closed center type between the hydraulic pump 100 and the actuator 200 and bypasses a virtual flow rate when the actuator 200 is operated. That is, bleed-off.
  • the main control valve 300 is provided in a closed center type, the loss of excess flow rate and pressure loss do not occur, and thus fuel efficiency of the construction machine is improved, and the open center is bypassed by bypassing the virtual flow rate. You can freely create load filling that occurs in the mold.
  • the controller 400 receives the virtual flow rate bypassed from the main control valve 300 to control the hydraulic pump 100.
  • control unit 400 receives the pressure of the operation unit 12 and the swash plate angle of the hydraulic pump 100, and outputs the current command to the electromagnetic proportional pressure reducing valve 700. 700 controls the swash plate angle to control the pressure of the hydraulic pump 100 to be proportional to the current command.
  • the pressure sensor 500 detects a pressure acting on a plurality of operation units 12, that is, a joystick or a pedal provided in a construction machine, and inputs the pressure to the control unit 400, and the angle sensor 600 is the hydraulic pressure.
  • the swash plate angle of the pump 100 is detected and input to the controller 400.
  • the ratio of the engine horsepower is lowered to the pump side of the plurality of pressure-controlled hydraulic pumps 100 where the horsepower is generated, and the distribution of engine horsepower to the pump side to which the relatively heavy load is applied.
  • the control unit 400 controls the plurality of hydraulic pumps 100 separately according to the operation mode of the construction machine.
  • control unit 400 distributes the maximum horsepower value provided from the engine (not shown) to the hydraulic pump 100 according to a predetermined distribution ratio for each operation mode of the construction machine.
  • each operation mode Distribution ratio according to the present invention does not limit the scope of rights to the values presented to help the understanding of the present invention.
  • which of the hydraulic pump 100 is assigned to the first pump 110 may have two criteria.
  • the first pump 110 and the second pump 120 are allocated by the amount of operation of the operation unit 12 of the working device such as the boom, the arm and the bucket.
  • the control unit 400 detects an operation amount from a plurality of operation units 12, that is, joysticks and pedals, respectively, assigned to the first pump 110 and the second pump 120, and detects the operation amount of the first pump 110.
  • the second pump 120 are added to each other, and the summed operation amount is allocated to the first pump 110.
  • the first pump 110 and the second pump 120 are allocated by the load acting upon the operation. Specifically, the control unit 400 allocates the greater of the load pressure to the first pump 110 during the operation of the first pump 110 and the second pump 120.
  • the horsepower of the engine is distributed to the first pump 110 and the second pump 120 by the distribution ratio of the operation mode.
  • a construction machine simultaneously performs a boom up and swing operation.
  • the second pump 120 When the second pump 120 typically does not use all 30% of the engine horsepower and uses about 20% of the engine horsepower as the actual horsepower, the current is generated by a load applied to the work machine, that is, a pressure from the outside.
  • the first pump 110 may use 80% of the engine horsepower by adding 10% of the engine horsepower, which is the horsepower of the second pump 120, to 70% of the initially set engine horsepower. Therefore, by dividing the engine horsepower of 80% by the actual discharge flow rate of the first pump 110 it is possible to calculate the discharge pressure from the first pump 110, thereby outputting the pressure command to the control unit 400 side do.
  • the construction machine hydraulic system includes a closed center type main control valve and a pressure controlled hydraulic pump, thereby preventing flow loss and pressure loss and free load feeling. .
  • FIG. 3 to 5 are schematic views for explaining an example in which the horsepower of the engine is distributed to the first pump 110 and the second pump 120 in the construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention, FIG.
  • the first horsepower ps1 of the first pump 110 and the second horsepower ps2 of the second pump 20 are the same. This is because the standard power distribution of the engine horsepower is 50%: 50%.
  • the horsepower of the engine is variable according to the distribution ratio (x) the first horsepower (ps1) of the first pump 110 and the second horsepower (ps2) of the second pump (120). It can be seen that it is distributed.
  • the spare horsepower On the pump side the distribution ratio of the engine horsepower can be lowered, and the distribution ratio of the engine horsepower can be increased on the pump side, which is relatively heavy.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a block diagram showing a control unit of the construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention
  • Figures 8 to 10 1 is a block diagram illustrating a flow rate control unit, a power shift control unit, and a horsepower distribution control unit of the hydraulic system of a construction machine according to an embodiment of the present invention.
  • the controller 400 includes a flow controller 410, a power shift controller 420, a horsepower distribution controller 430, a pump controller 440, and the like.
  • the flow rate controller 410 compares the flow rate of the hydraulic oil discharged from the first pump 110 and the second pump 120 with the flow rate of the hydraulic oil required from the plurality of operation units 12 to the first pump ( The torque ratio wp1 provided to the 110 and the second pump 120, respectively, is calculated.
  • the flow rate control unit 410 receives the swash plate angle from the angle sensor 600 for detecting the swash plate angle of the first pump 110 and the second pump 120 calculates the discharge flow rate of each working oil. .
  • the operation unit 12 includes a joystick or a pedal as described above. For example, when the joystick is operated at the maximum displacement, a request signal for a required value (flow rate or pressure) is generated. It is provided to the flow control unit 410.
  • the request signal means a magnitude of torque to be implemented in the first pump 110 and the second pump 120.
  • the flow rate control unit 410 is a current of the hydraulic fluid discharged from the first pump 110 and the second pump 120 by adding or subtracting the flow rate by the request signal input from the operation unit 12 to a certain amount of torque in the future It is calculated whether each of the hydraulic pump 100 is required, and divided by the torque ratio (wp1) for each of the first pump 110 and the second pump 120 is provided to the horsepower distribution control unit 430.
  • the bypass flow rate Q b is calculated using the calculated bypass area A b and the current pressure command P, and is calculated from the required flow rate Q p as shown in Equation 1 below.
  • the required increase or decrease flow rate dQ is calculated by subtracting the bypass flow rate Q b and the actual discharge flow rate Q a calculated from the angle sensor 600.
  • the power shift control unit 420 may be configured from the operation unit 12, the load mode selection unit 14, the engine speed setting unit 16, and the engine control unit ECU 18. In response to the information, the total power of the torque required by the hydraulic pump 100 is calculated and provided to the horsepower distribution control unit 430.
  • the load mode selection unit 14 is to be selected according to the weight of the work to be performed by the operator, for example, by selecting the load mode on the instrument panel, overload mode, heavy load mode, standard load mode, light load One of the load modes can be selected from the mode, the idle mode, and the like. As the upper load mode is selected, a higher pressure is formed in the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100, and as the lower load mode is selected, the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100 increases.
  • the engine speed setting unit 16 allows the manager to arbitrarily select the engine speed (rpm). For example, the engine speed setting unit 16 may set a desired engine speed (rpm) by adjusting the RPM dial. The higher the engine speed (rpm) is set, the greater the power provided by the engine to the hydraulic pump (100), but because of the increased fuel consumption and the durability of the construction machine may reduce the appropriate engine speed is set desirable. In the standard load mode, it can be set to approximately 1400rpm and can be set higher or lower depending on the operator's preference.
  • the engine control unit 18 is a device for controlling the engine, and provides the power shift control unit 420 with information of the actual engine speed (rpm).
  • a maximum value of the lever pressures VtrStr of the plurality of operation units 12 is selected to calculate power.
  • the operation unit 12 A total power is calculated by summing the power set by and the PID control value.
  • the horsepower distribution control unit 430 is a total power of the torque ratio wp1 calculated by the flow rate control unit 410 and the torque calculated by the power shift control unit 420. According to the first pump 110 and the second pump 120 calculates the torque respectively responsible.
  • a process of calculating the pressure command P d of each hydraulic pump 100 by the horsepower distribution control unit 430 will be described first.
  • the total torque calculated by the power shift control unit 420 will be described.
  • the maximum power that can be used by the first pump 110 is calculated by dividing power by the torque ratio wp1 calculated by the flow controller 410.
  • the power of the second pump 120 is calculated using the angle sensor 600 and the pressure command of the second pump 120 and subtracted from the total power, and the first pump 110.
  • the maximum power that can be used at the maximum power and the value obtained by subtracting the power of the second pump 120 from the total torque is determined as the maximum power.
  • the determined maximum power is divided by the actual discharge flow rate Q a to calculate a pressure command P d for horsepower control.
  • the pump controller 440 is the pressure command (P d) calculated from the pressure command (P i), the horsepower distribution controller 430 generated by the flow rate controller 410, and The smallest value among the maximum pump pressure values P max acting on the operation unit 12 is selected and output as the pressure command values of the first pump 110 and the second pump 120, and the current is commanded as a current command. After the conversion is transferred to the electromagnetic proportional pressure reducing valve 700.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which horsepower of an engine is distributed in a construction machine hydraulic system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first pump 110 and A variable horsepower distribution ratio is assigned to each of the second pumps 120 to optimally distribute the engine torque toward a large horsepower consumption due to a large load or a large amount of operation.
  • FIG. 12 to 14 are diagrams showing an example in which the power of the engine is distributed to the first pump and the second pump according to the distribution ratio according to FIG. 11, and FIG. 12 is a power diagram of the first pump 110. Is a graph.
  • Pump horsepower is calculated as the product of the pressure (P1) and the volume (Q1) of the first pump 110, in the first pump 110 by the power to which the ratio is applied at the maximum power (horsepower) Occupies the realm of. According to an embodiment of the present invention, assuming that the distribution ratio of the first pump 110 is 70% of the engine horsepower, it occupies a wide area corresponding to 70%.
  • FIG. 13 is a graph showing a power diagram of the second pump 120.
  • the pump horsepower (or pump power) is calculated as the product of the pressure P2 and the volume Q2 of the second pump 120.
  • the second pump 120 occupies an area corresponding to the applied power at the maximum power (horsepower), and according to an embodiment of the present invention, the distribution ratio of the second pump 120 is 30% of the engine horsepower. Since it is assumed to be 30%, it occupies a narrow area as much as 30%.
  • FIG. 15 is a flow chart showing a control method of a construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 16 is a flow chart showing a horsepower distribution control step in the control method of a construction machine hydraulic system according to an embodiment of the present invention.
  • a detailed configuration of the control method of the construction machine hydraulic system will be described in detail with reference to FIGS. 15 and 16. In the meantime, the description of the same content as the construction machine hydraulic system will be omitted.
  • the control method of the hydraulic system for a construction machine includes a flow rate control step (S110) and a power shift control step in a construction machine hydraulic system including a plurality of pressure-controlled hydraulic pumps 100 driven by an engine. S120), the horsepower distribution control step (S130) and the pump control step (S140) and the like is configured.
  • the flow control step (S110) compares the flow rate of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 100 with the flow rate of the hydraulic oil required from the plurality of operation units 12 provided in the construction machine to the hydraulic pump 100. Calculate the torque ratio wp1 provided for each.
  • the flow rate control step (S110) is performed by the flow rate control unit 410, and the specific control method is the same as described in the features of the flow rate control unit 410.
  • the power shift control step (S120) is provided with information from the operation unit 12, the load mode selection unit 14, the engine speed setting unit 16, and the engine control unit ECU 18. Calculate the total power required in.
  • the power shift control step (S120) is performed by the power shift control unit 420, and the detailed control method is the same as described in the features of the power shift control unit 420.
  • the process of calculating the total torque in the power shift control step S120 is the same as the process of calculating the total torque in the power shift control unit 420 described with reference to FIG. Shall be.
  • the flow rate control step (S110) and the power shift control step (S120) is not limited to the order, it is preferably performed at the same time with each other.
  • the horsepower distribution control step (S200) is the hydraulic pump 100 according to the total power of the torque ratio (wp1) calculated in the flow control step (S110) and the torque calculated in the power shift control step (S120) (100). Calculate the torque each of the
  • the horsepower distribution control step (S200) is performed in the horsepower distribution control unit 430, the available horsepower calculation step (S210), the maximum horsepower selection step (S220) and the pump pressure command generation step ( S230) and the like.
  • the available horsepower calculation step S210 calculates an available horsepower value obtained by subtracting the current horsepower value of the relative pump from the maximum horsepower value provided by the engine for each of the hydraulic pumps 100.
  • the maximum horsepower selection step (S220) is the hydraulic pump 100 according to the total power of the torque ratio (wp1) calculated in the flow control step (S110) and the torque calculated in the power shift control step (S120) (100). ) Is selected as the final control horsepower value of the pump, the larger horsepower value of the horsepower value calculated by the respective torque and the available horsepower value calculated in the available horsepower calculation step (S210).
  • the pump pressure command generation step S230 generates a final control horsepower value selected in the maximum horsepower selection step S220 as a pressure command P d for controlling the corresponding pump.
  • the hydraulic pump 100 includes the first pump 110 and the second pump 120.
  • the first pump The horsepower value calculated by the torque in charge of 110 and the horsepower value calculated by subtracting the horsepower value calculated by the torque in charge of the second pump 120 from the maximum horsepower value provided by the engine. Is selected as the horsepower value of the first pump 110, and the selected horsepower value is generated as a pressure command (P d ) for controlling the first pump (110).
  • the pump control step S300 may include a pressure command P i generated in the flow rate control step S110, a pressure command P d calculated in the horsepower distribution control step S130, and The smallest value among the maximum pump pressure values P max acting on the operation unit 12 is selected and output as the pressure command value of the hydraulic pump 100.
  • the pump control step (S300) is performed by the pump control unit 440, and the output pressure command value is converted into a current command and then transferred to the electromagnetic proportional pressure reducing valve 700 to receive the pressure of the hydraulic pump 100. Control.

Abstract

본 발명은 건설기계 유압시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 상기 건설기계 유압시스템은 건설기계에 마련되는 엔진에 의하여 구동되는 복수개의 압력 제어형 유압 펌프, 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유에 의하여 구동되는 액추에이터, 상기 유압 펌프 및 상기 액추에이터 사이에 마련되고, 가상의 유량을 바이패스시키는 클로즈드 센터(closed center)형 메인 컨트롤 밸브 및 상기 메인 컨트롤 밸브로부터 바이패스된 가상의 유량을 입력받아 상기 유압 펌프를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

건설기계 유압시스템 및 이의 제어방법
본 발명은 건설기계 유압시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건설기계의 조작 시 자유로운 로드 필링(load feeling)을 구현하고, 복수개의 유압 펌프를 건설기계의 작동 모드에 따라 각각 별개로 제어하는 건설기계 유압시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계는 유압시스템이 구비되어 있으며, 상기 유압시스템은 엔진으로부터 동력을 제공받는다. 이러한 유압시스템은 유압 펌프, 메인 컨트롤 밸브, 액추에이터 및 조작부 등을 포함하여 구성된다.
도 1은 종래의 건설기계 유압시스템을 나타낸 유압 회로도로서, 상기 건설기계 유압시스템은 유압 펌프(1), 상기 유압 펌프(1)에서 토출되는 작동유에 의하여 구동되는 액추에이터(2), 상기 유압 펌프(1)와 상기 액추에이터 사이에 마련되는 메인 컨트롤 밸브(미도시)를 구성하는 스풀(3), 상기 스풀(3)이 중립 상태인 경우 상기 유압 펌프(1)로부터 토출되는 작동유를 바이패스(bypass), 즉 블리드 오프(bleed-off)시키는 오픈 센터(open center) 유로(4) 및 상기 오픈 센터 유로(4)에서 감지된 네가티브 플로우 컨트롤(Negative Flow Control, NFC) 압력(Pn)을 입력받아 상기 유압 펌프(1)의 유량을 조절하기 위하여 상기 유압 펌프(1)의 사판각을 제어하는 유량 제어 유닛(5) 등을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 운전자가 상기 액추에이터(2)를 구동시키기 위하여 조이스틱 등의 조작부를 조작하면, 상기 스풀(3)이 이동하여 상기 오픈 센터 유로(4)가 감소한다. 이에 따라 상기 네가티프 플로우 컨트롤 압력(Pn)은 감소하고, 상기 유압 펌프(1)의 유량이 증가되도록 사판각이 조절된다. 즉, 상기 건설기계 유압시스템은, 상기 유압 펌프(1)의 입력 신호(Pn)와 출력 신호(유량)가 반비례하도록 제어된다.
이러한 건설기계 유압시스템에 의하면, 스탠바이(stand-by) 시 상기 오픈 센터 유로(4)로 작동유가 바이패스되어 유량 손실이 발생하고, 상기 스풀(3)의 설계에 따라 압력 손실이 발생하여 효율이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 종래에 알려진 건설기계 유압시스템에서 유압 펌프는 유량 제어형의 제1펌프 및 제2 펌프와, 보조 펌프로 구성된다. 상기 제1펌프 및 제2 펌프는 작업을 수행하도록 하는 액추에이터에 작동유를 제공하고, 상기 보조 펌프는 부가적인 유압기기 또는 밸브유닛의 스풀 수압부에 파일럿 작동유를 제공한다.
메인 컨트롤 밸브의 내부에는 각 액추에이터에 작동유를 분배하기 위한 복수의 밸브유닛이 구비된다. 각 밸브 유닛에는 각각 스풀이 구비되며, 상기 스풀의 이동에 따라 개폐되어 작동유의 흐름방향을 순방향 또는 역방향으로 제어한다. 이러한 스풀의 이동변위는 상술한 파일럿 작동유에 의해 유동될 수 있다.
상기 제1펌프 및 제2펌프가 담당하는 작업기의 스풀이 정해져 있으며, 예를 들면 상기 제1펌프는 암1속 스풀, 붐2속 스풀, 스윙 스풀, 옵션 스풀 및 우측주행 스풀을 담당할 수 있고, 상기 제2펌프는 암2속 스풀, 붐1속 스풀, 버킷 스풀, 좌측주행 스풀을 담당할 수 있다.
상술한 여러 가지의 스풀은 작업자가 소망하는 작업을 수행하기 위하여 복합적으로 작동될 수 있다. 예를 들면, 굴삭하여 상차하는 작업을 수행할 때에 붐 하강(boom down), 암 크라우드(arm crowd), 버킷 크라우드(bucket crowd)의 작동에 의해 흙을 퍼 올리고, 이후 붐 상승(boom up)과 상부체 스윙(swing)이 이루어지며 이후에 암 덤프(Arm dump), 버킷 덤프(bucket dump) 작용에 의해 흙을 옮겨 쏟아내게 된다.
이와 같은 작업기의 각 액추에이터가 일련의 작동은 수행하는데 붐 업, 암 크라우드 등에 작용되는 부하에 비교하여 상부체 스윙은 상대적으로 부하가 작게 작용한다.
종래에 알려진 건설기계 유압시스템에서는 엔진의 파워를 제1펌프 및 제2펌프에 동일하게 분배한다. 즉, 엔진의 파워를 100%라고 할 경우, 제1펌프 및 제2펌프에는 엔진 파워가 각각 50%씩 분배되어 펌프의 유량이 제어된다.
앞서 설명한 바와 같이, 여러 가지 액추에이터 중에서 어느 특정한 액추에이터의 특정한 작동에는 부하의 경중이 다르게 작용 된다. 즉, 제1펌프에 중부하가 작용되거나 제2 펌프에 경부하가 작용될 수 있다. 이때 제2펌프는 상대적으로 펌프파워에 여유가 있는 것으로 파악된다.
종래에 알려진 건설기계 유압시스템에서는 상술한 바와 같이 중부하가 작용되는 제1펌프는 그 파워가 상승되도록 유량이 제어되고, 경부하가 작용되는 제2펌프는 그 파워가 감소되도록 유량이 제어된다.
상술한 펌프제어에 대하여 부연 설명한다. 제1펌프와 제2펌프는 서로의 펌프압력을 감지하고, 상대의 펌프압력 크기에 따라 해당 펌프의 사판각도가 조절된다. 예를 들면, 상대 펌프의 펌프압력이 높으면 해당 펌프의 용적이 감소되도록 제어되고, 해당 펌프의 펌프압력이 높으면 상대 펌프의 용적이 증가되도록 제어된다. 여기서 용적(cc/rev)은 펌프의 단위 회전당 토출되는 유량을 의미한다.
종래에 알려진 유압시스템의 제어는 다음과 같은 문제점이 지적된다.
제1펌프 및 제2 펌프에서 상대의 펌프압력에 해당 펌프제어로 작용되기 위해서는 유압라인과 각종 밸브를 경유하게 되는데, 이러한 과정에서 작동유의 압력손실이 발생한다. 또한, 펌프파워에 여유가 있다는 의미는 엔진에서 구현되는 파워의 일부가 이용되지 못하고 낭비된다는 의미이다.
한편, 엔진은 연료를 연소시켜 파워를 구현하는 것이므로, 상술한 바와 같이, 엔진의 파워를 이용하지 않은 만큼 연료를 낭비하는 문제가 있는 것이다.
다른 한편으로, 상술한 바와 같이, 종래에 알려진 유압시스템에 따른 제1펌프 및 제2 펌프는 압력의 평균으로 마력을 제한하기 때문에 토출유량을 고려하지 않은 마력제어를 사용할 수밖에 없고, 어느 특정한 작업형태에서는 펌프에서 구현 가능한 최대 마력을 사용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래에 알려진 건설기계 유압시스템에 따른 제1펌프 및 제2 펌프의 엔진 마력을 동일한 비율로 할당받는 것으로 정해져 있기 때문에 작업모드 별 또는 부하모드 별로 작용되는 부하가 다름에도 엔진마력의 분배 비율을 다르게 설정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 클로즈드 센터형 메인 컨트롤 밸브와 압력 제어형 유압 펌프로 구성됨으로써 유량 손실 및 압력 손실을 방지함과 아울러 자유로운 로드 필링(load feeling)을 구현하는 건설기계 유압시스템을 제공하고, 작동 모드 또는 부하에 따라 분배 비율이 설정되고 이러한 분배 비율에 따라 엔진의 마력이 제1펌프와 제2펌프에 분배되도록 함으로써 엔진에서 제1펌프 및 제2 펌프에 제공되는 엔진마력을 전부 이용할 수 있도록 하여 연비를 향상시키는 건설기계 유압시스템의 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건설기계 유압시스템은, 건설기계에 마련되는 엔진에 의하여 구동되는 복수개의 압력 제어형 유압 펌프; 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유에 의하여 구동되는 액추에이터; 상기 유압 펌프 및 상기 액추에이터 사이에 마련되고, 가상의 유량을 바이패스시키는 클로즈드 센터(closed center)형 메인 컨트롤 밸브; 및 상기 메인 컨트롤 밸브로부터 바이패스된 가상의 유량을 입력받아 상기 유압 펌프를 제어하는 제어부; 를 포함한다.
그리고, 상기 건설기계 유압시스템은, 상기 건설기계에 마련되는 복수의 조작부의 압력을 감지하는 압력 센서; 상기 유압 펌프의 사판각을 감지하는 각도 센서; 및 상기 유압 펌프와 상기 제어부 사이에 마련되는 전자 비례 감압 밸브(EPPR valve); 를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 조작부의 압력 및 상기 유압 펌프의 사판각을 입력받고, 이에 따른 전류 지령을 상기 전자 비례 감압 밸브로 출력하며, 상기 전자 비례 감압 밸브는 상기 전류 지령에 비례하도록 상기 유압 펌프의 압력을 제어하기 위하여 상기 사판각을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 유압 펌프를 상기 건설기계의 작동 모드에 따라 각각 별개로 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값을 상기 건설기계의 작동 모드 별로 미리 정해진 분배 비율에 따라 상기 유압 펌프에 각각 분배하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유압 펌프는 제1펌프 및 제2펌프를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1펌프 및 제2펌프에 각각 할당된 복수의 조작부로부터 조작량을 검출하여 상기 제1펌프 및 제2펌프 별로 합산하고, 합산된 조작량이 더 큰 쪽을 제1펌프로 할당하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유압 펌프는 제1펌프 및 제2펌프를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1펌프 및 제2펌프 중에서 부하 압력이 더 큰 쪽을 제1펌프로 할당하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유압 펌프는 제1펌프 및 제2펌프를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1펌프 및 제2펌프에서 토출되는 작동유의 유량과, 상기 건설기계에 마련되는 복수의 조작부로부터 요구되는 작동유의 유량을 비교하여 상기 제1펌프 및 제2펌프의 토크 비율을 계산하는 유량 제어부와, 상기 조작부, 부하모드 선택부, 엔진회전수 설정부 및 엔진제어유닛(ECU)로부터 정보를 제공받아 상기 유압 펌프에서 요구되는 토크의 총합을 계산하는 파워 시프트 제어부와, 상기 유량 제어부에서 계산된 토크 비율과 상기 파워 시프트 제어부에서 계산된 토크의 총합에 따라 상기 제1펌프 및 제2펌프가 각각 담당하는 토크를 계산하는 마력 분배 제어부와, 상기 유량 제어부에서 발생하는 압력 지령(Pi), 상기 마력 분배 제어부에서 계산된 압력 지령(Pd) 및 상기 조작부에 최대로 작용하는 최대 펌프 압력 값(Pmax) 중 가장 작은 값을 선택하여 상기 제1펌프 및 제2펌프의 압력 지령 값으로 출력하는 펌프 제어부를 포함한다.
또한, 상기 유량 제어부에서 발생하는 압력 지령(Pi)은, 상기 조작부의 조작 압력을 감지하여 계산된 요구 유량(Qp)으로부터 바이패스 유량(Qb) 및 상기 제1펌프 및 제2펌프에서 토출되는 작동유의 유량(Qa)를 감산하여 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마력 분배 제어부에서 계산되는 압력 지령(Pd)은, 상기 파워 시프트 제어부에서 계산된 토크 총합을 상기 유량 제어부에서 산출된 토크 비율로 나누어 상기 제1펌프가 사용할 수 있는 최대 파워와, 상기 제2펌프의 각도 센서 및 압력 지령을 이용하여 상기 제2펌프의 파워를 계산하여 이를 상기 토크 총합에서 감산한 값 중 큰 값을 최대 파워로 결정하며, 결정된 최대 파워를 실제 토출 유량(Qp)으로 나누어 계산하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건설기계 유압시스템의 제어방법은, 건설기계에 마련되는 엔진에 의하여 구동되는 복수개의 압력 제어형 유압 펌프를 포함하는 건설기계 유압시스템의 제어방법에 관한 것으로서, 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유의 유량과, 상기 건설기계에 마련되는 복수의 조작부로부터 요구되는 작동유의 유량을 비교하여 상기 유압 펌프의 토크 비율을 계산하는 유량 제어 단계; 상기 조작부, 부하모드 선택부, 엔진회전수 설정부 및 엔진제어유닛(ECU)로부터 정보를 제공받아 상기 유압 펌프에서 요구되는 토크의 총합을 계산하는 파워 시프트 제어 단계; 상기 유량 제어 단계에서 계산된 토크 비율과 상기 파워 시프트 제어 단계에서 계산된 토크의 총합에 따라 상기 유압 펌프가 각각 담당하는 토크를 계산하는 마력 분배 제어 단계; 및 상기 유량 제어 단계에서 발생하는 압력 지령(Pi), 상기 마력 분배 제어 단계에서 계산된 압력 지령(Pd) 및 상기 조작부에 최대로 작용하는 최대 펌프 압력 값(Pmax) 중 가장 작은 값을 선택하여 상기 유압 펌프의 압력 지령 값으로 출력하는 펌프 제어 단계; 를 포함한다.
또한, 상기 유량 제어 단계에서 발생하는 압력 지령(Pi)은, 상기 조작부의 조작 압력을 감지하여 계산된 요구 유량(Qp)으로부터 바이패스 유량(Qb) 및 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유의 유량(Qa)를 감산하여 필요 증감 유량(dQ)를 산출함으로써 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마력 분배 제어 단계에서 계산되는 압력 지령(Pd)은, 상기 파워 시프트 제어 단계에서 계산된 토크 총합을 상기 유량 제어 단계에서 산출된 토크 비율로 나누어 상기 유압 펌프 중 어느 하나가 사용할 수 있는 최대 파워와, 상기 유압 펌프 중 다른 하나의 각도 센서 및 압력 지령을 이용하여 상기 유압 펌프 중 다른 하나의 파워를 계산하여 이를 상기 토크 총합에서 감산한 값 중 큰 값을 최대 파워로 결정하며, 결정된 최대 파워를 실제 토출 유량(Qp)으로 나누어 계산하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마력 분배 제어 단계는, 상기 유압 펌프 각각에 대하여 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값에서 상대 펌프의 현재 마력 값을 감산한 가용 마력 값을 계산하는 가용 마력 계산 단계와, 상기 유량 제어 단계에서 계산된 토크 비율과 상기 파워 시프트 제어 단계에서 계산된 토크의 총합에 따라 상기 유압 펌프가 각각 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값과, 상기 가용 마력 계산 단계에서 계산하는 가용 마력 값 중에서 더 큰 마력 값을 해당 펌프의 최종 제어 마력 값으로 선정하는 최대 마력 선정 단계와, 상기 최대 마력 선정 단계에서 선정된 최종 제어 마력 값을 해당 펌프를 제어하는 압력 지령(Pd)으로 생성하는 펌프 압력지령 생성단계를 포함한다.
또한, 상기 유압 펌프를 상기 건설기계의 작동 모드에 따라 각각 별개로 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값을 상기 건설기계의 작동 모드 별로 미리 정해진 분배 비율에 따라 상기 유압 펌프에 각각 분배하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유압 펌프는 제1펌프 및 제2펌프를 포함하고, 상기 마력 분배 제어 단계는, 상기 제1펌프가 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값과, 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값에서 상기 제2펌프가 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값을 감산한 마력 값 중에서 더 큰 마력 값을 제1펌프의 마력 값으로 선정하고, 선정된 마력 값을 상기 제1펌프를 제어하는 압력 지령(Pd)으로 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1펌프 및 제2펌프에 각각 할당된 복수의 조작부로부터 조작량을 검출하여 상기 제1펌프 및 제2펌프 별로 합산하고, 합산된 조작량이 더 큰 쪽을 제1펌프로 할당하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1펌프 및 제2펌프 중에서 부하 압력이 더 큰 쪽을 제1펌프로 할당하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 건설기계 유압시스템에 따르면, 클로즈드 센터형 메인 컨트롤 밸브와 압력 제어형 유압 펌프로 구성됨으로써 유량 손실 및 압력 손실을 방지함과 아울러 자유로운 로드 필링(load feeling)을 구현할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 건설기계 유압시스템의 제어방법에 따르면, 엔진의 마력을 제1펌프와 제2펌프에 분배함에 있어서 분배 비율을 건설기계의 작동 모드 또는 작업기에 작용하는 부하에 따라 달리 분배비율을 설정함으로써, 여유마력이 있는 펌프 쪽에는 엔진마력의 분배비율을 낮출 수 있고, 상대적으로 중부하가 작용되는 펌프 쪽에는 엔진마력의 분배비율을 높일 수 있다.
따라서, 엔진으로부터 제1펌프 및 제2펌프에 제공되는 엔진의 마력을 낭비 없이 모두 이용할 수 있게 되어 결국 건설기계의 연비가 향상되는 장점이 있다.
도 1은 종래의 건설기계 유압시스템을 나타낸 유압 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템을 나타낸 유압 회로도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템에서 제1펌프 및 제2펌프에 엔진의 마력이 분배되는 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어부를 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 유량 제어부를 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 파워 시프트 제어부를 나타낸 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 마력 분배 제어부를 나타낸 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템에서 엔진의 마력이 분배되는 예를 나타낸 구성도이다.
도 12 내지 도 14는 도 11에 따라 엔진의 파워가 분배 비율에 따라 제1펌프와 제2펌프에 분배비율에 따라 분배된 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어방법에서 마력 분배 제어 단계를 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템을 나타낸 유압 회로도이이다. 도 2를 참조하여 상기 건설기계 유압시스템의 구체적인 구성 및 기능에 대하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 클로즈드 센터형 메인 컨트롤 밸브와 압력 제어형 유압 펌프를 포함하여 유량 및 압력을 방지함과 아울러 건설기계의 조작 시 자유로운 로드 필링(load feeling)을 구현하기 위한 건설기계 유압시스템이 도시되어 있으며, 상기 건설기계 유압시스템은 유압 펌프(100), 액추에이터(200), 메인 컨트롤 밸브(300), 제어부(400), 압력 센서(500), 각도 센서(600) 및 전자 비례 감압 밸브(EPPR valve, 700) 등을 포함하여 구성된다.
상기 유압 펌프(100)는 건설기계의 구동원인 엔진(미도시)에 의하여 구동되며, 압력 제어형 전자 펌프로서 복수개 마련된다. 따라서, 작동유의 토출 과정에서 유연성(flexibility)이 뛰어나다.
상기 액추에이터(200)는 상기 유압 펌프(100)에서 토출되는 작동유에 의하여 구동되며, 예를 들어 유압 실린더 또는 유압 모터 등으로 마련될 수 있다.
상기 메인 컨트롤 밸브(300)는 상기 유압 펌프(100) 및 액추에이터(200) 사이에서 클로즈드 센터(closed center)형으로 마련되고, 상기 액추에이터(200)의 작동 시 가상의 유량을 바이패스(bypass), 즉 블리드 오프(bleed-off)시킨다.
구체적으로, 상기 메인 컨트롤 밸브(300)는 클로즈드 센터형으로 마련됨으로써 잉여 유량의 손실 및 압력 손실이 발생하지 않아 건설기계의 연비 등이 향상되는데, 가상의 유량을 바이패스시킴으로써 오픈 센터(open center)형에서 발생하는 로드 필링을 자유롭게 생성할 수 있다.
상기 제어부(400)는 상기 메인 컨트롤 밸브(300)로부터 바이패스된 가상의 유량을 입력 받아 상기 유압 펌프(100)를 제어한다.
즉, 상기 제어부(400)는 조작부(12)의 압력 및 상기 유압 펌프(100)의 사판각을 입력받고, 이에 따른 전류 지령을 전자 비례 감압 밸브(700)로 출력하며, 상기 전자 비례 감압 밸브(700)는 상기 전류 지령에 비례하도록 상기 유압 펌프(100)의 압력을 제어하기 위하여 상기 사판각을 제어한다.
여기서, 상기 압력 센서(500)는 건설기계에 마련되는 복수의 조작부(12), 즉 조이스틱 또는 페달 등에 작용하는 압력을 감지하여 상기 제어부(400)에 입력하고, 상기 각도 센서(600)는 상기 유압 펌프(100)의 사판각을 감지하여 상기 제어부(400)에 입력한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 복수개의 압력 제어형 유압 펌프(100) 중 여유 마력이 발생하는 펌프 쪽에는 엔진마력의 분배비율을 낮추고, 상대적으로 중부하가 작용되는 펌프 쪽에는 엔진마력의 분배비율을 높이기 위하여 상기 제어부(400)는 상기 복수개의 유압 펌프(100)를 건설기계의 작동 모드에 따라 각각 별개로 제어한다.
즉, 상기 제어부(400)는 상기 엔진(미도시)에서 제공되는 최대 마력 값을 건설기계의 작동 모드 별로 미리 정해진 분배 비율에 따라 상기 유압 펌프(100)에 각각 분배하는 것을 특징으로 한다.
상기 유압 펌프(100)가 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)를 포함하여 구성되는 경우, 이러한 건설기계 작동 모드의 예를 아래 [표 1]에 나타난 바와 같으며, 각각의 작동 모드에 따른 분배 비율은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 값으로 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
표 1
동작 제1펌프(%) 제2펌프(%)
Boom Up 55 45
Boom Down 50 50
Bucket Crowd 50 50
Bucket Dump 50 50
Arm Crowd 40 60
Arm Dump 45 55
Swing 70 30
Boom Up + Bucket 55 45
Boom Down + Bucket 50 50
Arm Crowd + Swing 50 50
Arm Dump + Swing 30 70
Boom Up + Arm 50 50
Boom Up + Swing 70 30
Bucket + Arm 50 50
Bucket + Swing 70 30
3가지 복합동작 + Swing 70 30
이때, 상기 유압 펌프(100) 중 어느 것이 제1펌프(110)로 할당되는지는 두 가지 기준이 있을 수 있다.
첫 번째로 붐, 아암 및 버켓 등의 작업 장치의 조작부(12)의 조작량에 의하여 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)를 할당한다. 구체적으로 상기 제어부(400)는 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)에 각각 할당된 복수의 조작부(12), 즉 조이스틱 및 페달 등으로부터 조작량을 검출하여 이를 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120) 별로 합산하고, 합산된 조작량이 더 큰 쪽을 제1펌프(110)로 할당하는 것이다.
두 번째로 작업 시 작용하는 부하에 의하여 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)를 할당한다. 구체적으로 상기 제어부(400)는 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120) 중에서 작업 시 부하 압력이 더 큰 쪽을 제1펌프(110)로 할당하는 것이다.
한편, 상기 [표 1]에 나타난 건설기계의 작동 모드에 따른 분배 비율에 의하면, 엔진의 마력이 해당 작동 모드의 분배 비율에 의하여 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)로 분배되는데, 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)의 초기 유량이 설정되는 과정에 대하여 건설기계가 붐 업(Boom Up)과 스윙(Swing) 동작을 동시에 하는 경우를 예로 들어 설명한다.
건설기계가 붐 업(Boom Up)과 스윙(Swing) 동작을 동시에 하는 경우에는 상기 [표 1]에 나타난 바와 같이 제1펌프(110)에는 엔진 마력의 70%가, 제2펌프(120)에는 엔진 마력의 30%가 분배된다.
상기 제2펌프(120)에서 통상적으로 엔진 마력의 30% 모두를 다 사용하지 않고 대략 엔진 마력의 20% 정도를 실제 마력으로 사용하고 있는 경우, 외부에서 작업기에 작용하는 부하, 즉 압력에 의하여 현재 제2펌프(120)에서 토출되는 작동유의 실제 토출량을 알 수 있다. 즉, 상기 제2펌프(120)의 실제 토출량은 마력 나누기 작용압력(Q=마력/압력)에 의하여 산출되고, 이때의 사판각은 상기 각도 센서(600)에 의하여 감지된다.
이때 상기 제1펌프(110)는 처음에 설정된 엔진 마력의 70%에 상기 제2펌프(120)의 여유 마력인 엔진 마력의 10%가 추가되어 엔진 마력의 80%를 사용할 수 있다. 따라서, 80%의 엔진 마력을 상기 제1펌프(110)의 실제 토출 유량으로 나누어 주면 상기 제1펌프(110)에서의 토출 압력을 계산할 수 있으며, 이에 따른 압력 지령을 제어부(400) 측으로 출력하게 된다.
결론적으로, 상기 건설기계 유압시스템은 클로즈드 센터형 메인 컨트롤 밸브와 압력 제어형 유압 펌프를 포함하여 구성됨으로써, 유량 손실 및 압력 손실을 방지함과 아울러 자유로운 로드 필링(load feeling)을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 도 3 내지 14를 참조하여 상기 건설기계 유압시스템에 의하여 건설기계의 작동 모드에 따라 엔진의 마력이 분배되는 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템에서 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)에 엔진의 마력이 분배되는 예를 설명하기 위한 개략도로서, 도 3을 참조하면 상기 제1펌프(110)의 제1마력(ps1)과 상기 제2펌프(20)의 제2마력(ps2)이 동일함을 알 수 있다. 이는 엔진의 마력을 50%:50%로 정형분배가 이루어지기 때문이다.
반면, 도 4를 참조하면, 상기 제1 펌프(110)의 제1마력(ps1)과 상기 제2펌프(120)의 제2마력(ps2)이 분배비율(x)에 따라 엔진의 마력이 가변 분배됨을 알 수 있다.
즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 건설기계의 작동 모드에 따른 분배 비율(x)에 따라 엔진의 마력이 제1펌프(110)와 제2펌프(120)에 각각 분배되었을 경우, 예를 들면 상기 제1펌프(110)에 가중되어 엔진 마력이 분배되고, 상기 제2펌프(120)에 상대적으로 낮게 엔진마력이 분배되면, 마력은 50%마력 선도를 기준으로 상기 제1펌프(110)의 제1마력(ps1)은 증가되고, 상기 제2펌프(20)의 제2마력(ps2)은 감소됨을 알 수 있다.
결론적으로, 엔진의 마력을 상기 제1펌프(110)와 제2펌프(120)에 분배함에 있어서 분배 비율을 건설기계의 작동 모드 또는 작업기에 작용하는 부하에 따라 달리 분배비율을 설정함으로써, 여유마력이 있는 펌프 쪽에는 엔진마력의 분배비율을 낮출 수 있고, 상대적으로 중부하가 작용되는 펌프 쪽에는 엔진마력의 분배비율을 높일 수 있다.
따라서, 엔진으로부터 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)에 제공되는 엔진의 마력을 낭비 없이 모두 이용할 수 있게 되어 결국 건설기계의 연비가 향상되는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템을 나타낸 구성도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어부를 나타낸 구성도이며, 도 8 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 유량 제어부, 파워 시프트 제어부 및 마력 분배 제어부를 각각 나타낸 구성도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제어부(400)는 유량 제어부(410), 파워 시프트 제어부(420), 마력 분배 제어부(430) 및 펌프 제어부(440) 등을 포함하여 구성된다.
상기 유량 제어부(410)는 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)에서 토출되는 작동유의 유량과, 상기 복수의 조작부(12)로부터 요구되는 작동유의 유량을 비교하여 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)로 각각 제공되는 토크 비율(wp1)을 계산한다.
구체적으로, 상기 유량 제어부(410)는 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)의 사판각을 감지하는 각도 센서(600)로부터 사판각을 입력받아 각각의 작동유의 토출 유량을 산출한다.
그리고, 상기 조작부(12)는 상술한 바와 같이 조이스틱 또는 페달 등을 포함하고, 예를 들어 조이스틱을 최대 변위로 조작하면 요구 값(유량 또는 압력)에 대한 요구 신호가 발생하며, 이러한 요구 신호는 상기 유량 제어부(410)로 제공된다. 상기 요구 신호는 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)에서 구현될 토크의 크기를 의미한다.
상기 유량 제어부(410)는 현재 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)에서 토출되는 작동유의 유량에서 상기 조작부(12)로부터 입력되는 요구 신호에 의한 유량을 가감하여 앞으로 어느 정도의 토크가 각각의 유압 펌프(100)에 필요한지 계산하며, 이를 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120) 별로 토크 비율(wp1)로 나눈 후 상기 마력 분배 제어부(430)로 제공한다.
한편, 도 8을 참조하여 상기 유량 제어부(410)에서 발생하는 압력 지령(Pi)을 산출하는 과정을 설명하면, 먼저 상기 압력 센서(500)가 상기 조작부(12)의 압력을 감지하여 상기 메인 컨트롤 밸브(300)를 구성하는 각 스풀(spool)의 요구 유량(Qp)과 상기 메인 컨트롤 밸브(300)의 바이패스 면적(Ab)을 계산한다.
그리고, 계산된 바이패스 면적(Ab)과 현재의 압력 지령(P)을 이용하여 바이패스 유량(Qb)을 계산하며, 아래의 [수학식 1]과 같이 상기 요구 유량(Qp)으로부터 상기 바이패스 유량(Qb) 및 상기 각도 센서(600)로부터 산출되는 실제 토출 유량(Qa)을 감산하여 필요한 증가 또는 감소 유량(dQ)를 산출한다.
[수학식]
dQ=Qp-Qb-Qa
필요 증가 또는 감소 유량(dQ)이 계산되면 이로부터 각 유압 펌프(100)의 압력 지령(Pi)을 산출하게 된다.
다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 파워 시프트 제어부(420)는 상기 조작부(12), 부하모드 선택부(14), 엔진회전수 설정부(16) 및 엔진제어유닛(ECU, 18)로부터 정보를 제공받아 상기 유압 펌프(100)에서 요구되는 토크의 총합(total power)을 계산하여 이를 상기 마력 분배 제어부(430)에 제공한다.
여기서, 상기 부하모드 선택부(14)는 작업자가 수행하고자 하는 작업의 경중에 따라 선택하는 것으로서, 예를 들어 계기판에서 부하모드를 선택하는 것으로 과중부하 모드, 중부하 모드, 표준부하 모드, 경부하 모드, 아이들 모드 등에서 어느 하나의 부하 모드를 선택할 수 있다. 상위 부하모드가 선택될수록 유압펌프(100)에서 토출되는 작동유에 높은 압력이 형성되고, 하위 부하모드가 선택될수록 유압펌프(100)에서 토출되는 작동유의 유량이 증대된다.
상기 엔진회전수 설정부(16)는 엔진의 회전수(rpm)를 관리자가 임의로 선택할 수 있게 한 것으로서, 예를 들어 RPM 다이얼을 조절하여 작업자가 소망하는 엔진회전수(rpm)을 설정할 수 있다. 엔진회전수(rpm)를 높게 설정할수록 엔진에서 더 큰 동력을 유압펌프(100)에 제공하지만, 상대적으로 연료소모가 증가하고 건설기계의 내구성이 저하될 우려가 있으므로 적정한 엔진회전수를 설정하는 것이 바람직하다. 표준 부하모드일 경우 대략 1400rpm으로 설정할 수 있고, 작업자의 성향에 따라 좀 더 높거나 낮게 설정할 수도 있다.
상기 엔진제어유닛(18)은 엔진을 제어하도록 하는 장치로서, 실제 엔진회전수(rpm)의 정보를 상기 파워 시프트 제어부(420)에 제공한다.
한편, 도 9를 참조하여 상기 파워 시프트 제어부(420)에서 토크 총합을 산출하는 과정을 설명하면, 먼저 상기 복수개의 조작부(12)의 레버 압력(VtrStr) 중 최대값을 선택하여 파워를 계산하고, 상기 엔진제어유닛(18)의 실제 엔진회전수(rpm)에서 상기 엔진회전수 설정부(16)에서 설정된 엔진회전수를 감산하여 PID 제어를 수행한 후, 초기 엔진의 파워, 상기 조작부(12)에 의해 설정된 파워 및 상기 PID 제어값을 합산하여 토크 총합(total power)을 산출한다.
다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 마력 분배 제어부(430)는 상기 유량 제어부(410)에서 계산된 토크 비율(wp1)과 상기 파워 시프트 제어부(420)에서 계산된 토크의 총합(total power)에 따라 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)가 각각 담당하는 토크를 계산한다.
도 10을 참조하여 상기 마력 분배 제어부(430)에서 각각의 유압 펌프(100)의 압력 지령(Pd)을 산출하는 과정을 설명하면, 먼저 상기 파워 시프트 제어부(420)에서 계산된 토크 총합(total power)을 상기 유량 제어부(410)에서 산출된 토크 비율(wp1)로 나누어 상기 제1펌프(110)가 사용할 수 있는 최대 파워를 계산한다.
그리고, 상기 제2펌프(120)의 각도 센서(600) 및 압력 지령을 이용하여 상기 제2펌프(120)의 파워를 계산하여 이를 토크 총합(total power)에서 감산하며, 상기 제1펌프(110)에서 사용할 수 있는 최대 파워와, 토크 총합(total power)에서 상기 제2펌프(120)의 파워를 감산한 값 중 큰 값을 최대 파워로 결정한다.
결정된 최대 파워는 상기 실제 토출 유량(Qa)으로 나누어 마력 제어를 위한 압력 지령(Pd)을 산출한다.
다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 펌프 제어부(440)는 상기 유량 제어부(410)에서 발생하는 압력 지령(Pi), 상기 마력 분배 제어부(430)에서 계산된 압력 지령(Pd) 및 상기 조작부(12)에 최대로 작용하는 최대 펌프 압력 값(Pmax) 중 가장 작은 값을 선택하여 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)의 압력 지령 값으로 출력하여 이를 전류 지령으로 변환한 후 상기 전자 비례 감압 밸브(700)로 전달한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템에서 엔진의 마력이 분배되는 예를 나타낸 구성도로서, 도 11을 참조하면 건설기계의 복합 동작 모드에 따라 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120) 각각에 가변 마력 분배 비율을 할당하여 부하가 많이 걸리거나 조작량이 많아 마력 소모가 큰 쪽으로 엔진 토크를 최적으로 분배시킨다.
즉, 상기 제1펌프(110) 및 제2펌프(120)가 현재 소모하고 있는 마력을 계산하기 위해, 상기 각도 센서(600)에서 감지된 유압 펌프(100)의 사판각 정보를 통해 얻어지는 현재 유량과, 제어하고 있는 압력 지령을 이용하여 이를 전체 마력에서 감산한 만큼의 여유 마력을 사용한다.
도 12 내지 도 14는 도 11에 따라 엔진의 파워가 분배 비율에 따라 제1펌프와 제2펌프에 분배비율에 따라 분배된 예를 나타낸 도면으로서, 도 12는 제1펌프(110)의 파워 선도를 나타낸 그래프이다.
펌프마력(또는 펌프파워)는 상기 제1펌프(110)의 압력(P1)과 용적(Q1)의 곱으로 계산되며, 상기 제1펌프(110)에서는 최대파워(마력)에서 비율이 적용된 파워만큼의 영역을 차지한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 제1펌프(110)의 분배비율이 엔진 마력의 70%로 가정하면, 70%에 해당하는 만큼 넓은 영역을 차지한다.
도 13은 상기 제2펌프(120)의 파워 선도를 나타낸 그래프로서, 펌프마력(또는 펌프파워)는 상기 제2펌프(120)의 압력(P2)과 용적(Q2)의 곱으로 계산된다. 마찬가지로 상기 제2펌프(120)에서는 최대파워(마력)에서 비율이 적용된 파워만큼의 영역을 차지하며, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 제2펌프(120)의 분배비율은 엔진 마력의 30%로 가정하였으므로 30%에 해당하는 만큼 좁은 영역을 차지한다.
도 14는 상기 제1펌프(110)의 펌프마력(파워)과 상기 제2펌프(120)의 펌프마력(파워)을 합한 전체 마력은 엔진에서 상기 제1펌프(110) 및 제2 펌프(120)에 제공하는 총 마력(파워)과 동일하게 된다. 즉, 가용 마력을 모두 이용하는 것으로 낭비되는 에너지가 없게 된다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이며, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계 유압시스템의 제어방법에서 마력 분배 제어 단계를 나타낸 순서도이다. 도 15 및 도 16을 참조하여 상기 건설기계 유압시스템의 제어방법의 구체적인 구성에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 상기 건설기계 유압시스템과 동일한 내용에 대하여는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 15를 참조하면, 상기 건설기계 유압시스템의 제어방법은 엔진에 의하여 구동되는 복수개의 압력 제어형 유압 펌프(100)를 포함하는 건설기계 유압시스템에 있어서 유량 제어 단계(S110), 파워 시프트 제어 단계(S120), 마력 분배 제어 단계(S130) 및 펌프 제어 단계(S140) 등을 포함하여 구성된다.
상기 유량 제어 단계(S110)는 상기 유압 펌프(100)에서 토출되는 작동유의 유량과, 상기 건설기계에 마련되는 복수의 조작부(12)로부터 요구되는 작동유의 유량을 비교하여 상기 유압 펌프(100)로 각각 제공되는 토크 비율(wp1)을 계산한다.
상기 유량 제어 단계(S110)는 상기 유량 제어부(410)에서 수행되고, 그 구체적인 제어 방법은 상기 유량 제어부(410)의 특징에서 설명한 바와 같다.
그리고 상기 유량 제어 단계(S110)에서 발생하는 압력 지령(Pi)을 산출하는 과정은 도 8을 참조하여 설명한 상기 유량 제어부(410)에서 발생하는 압력 지령(Pi)을 산출하는 과정과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 파워 시프트 제어 단계(S120)는 상기 조작부(12), 부하모드 선택부(14), 엔진회전수 설정부(16) 및 엔진제어유닛(ECU, 18)로부터 정보를 제공받아 상기 유압 펌프(100)에서 요구되는 토크의 총합(total power)을 계산한다.
상기 파워 시프트 제어 단계(S120)는 상기 파워 시프트 제어부(420)에서 수행되고, 그 구체적인 제어 방법은 상기 파워 시프트 제어부(420)의 특징에서 설명한 바와 같다.
그리고, 상기 파워 시프트 제어 단계(S120)에서 토크 총합(total power)을 산출하는 과정은 도 9를 참조하여 설명한 상기 파워 시프트 제어부(420)에서 토크 총합을 산출하는 과정과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 유량 제어 단계(S110) 및 상기 파워 시프트 제어 단계(S120)는 그 순서에 구속되는 것이 아니며, 서로 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
상기 마력 분배 제어 단계(S200)는 상기 유량 제어 단계(S110)에서 계산된 토크 비율(wp1)과 상기 파워 시프트 제어 단계(S120)에서 계산된 토크의 총합(total power)에 따라 상기 유압 펌프(100)가 각각 담당하는 토크를 계산한다.
구체적으로, 도 16을 참조하면 상기 마력 분배 제어 단계(S200)는 상기 마력 분배 제어부(430)에서 수행되며, 가용 마력 계산 단계(S210), 최대 마력 선정 단계(S220) 및 펌프 압력지령 생성단계(S230) 등을 포함하여 구성된다.
상기 가용 마력 계산 단계(S210)는 상기 유압 펌프(100) 각각에 대하여 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값에서 상대 펌프의 현재 마력 값을 감산한 가용 마력 값을 계산한다.
상기 최대 마력 선정 단계(S220)는 상기 유량 제어 단계(S110)에서 계산된 토크 비율(wp1)과 상기 파워 시프트 제어 단계(S120)에서 계산된 토크의 총합(total power)에 따라 상기 유압 펌프(100)가 각각 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값과, 상기 가용 마력 계산 단계(S210)에서 계산하는 가용 마력 값 중에서 더 큰 마력 값을 해당 펌프의 최종 제어 마력 값으로 선정한다.
상기 펌프 압력지령 생성단계(S230)는 상기 최대 마력 선정 단계(S220)에서 선정된 최종 제어 마력 값을 해당 펌프를 제어하는 압력 지령(Pd)으로 생성한다.
본 발명의 일 실시예 따르면 상기 유압 펌프(100)는 상기 제1펌프(110) 및 상기 제2펌프(120)를 포함하여 구성되는데, 상기 마력 분배 제어 단계(S200)에 따르면 상기 제1펌프(110)가 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값과, 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값에서 상기 제2펌프(120)가 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값을 감산한 마력 값 중에서 더 큰 마력 값을 제1펌프(110)의 마력 값으로 선정하고, 선정된 마력 값을 상기 제1펌프(110)를 제어하는 압력 지령(Pd)으로 생성하게 된다.
다시 도 15를 참조하면, 상기 펌프 제어 단계(S300)는 상기 유량 제어 단계(S110)에서 발생하는 압력 지령(Pi), 상기 마력 분배 제어 단계(S130)에서 계산된 압력 지령(Pd) 및 상기 조작부(12)에 최대로 작용하는 최대 펌프 압력 값(Pmax) 중 가장 작은 값을 선택하여 상기 유압 펌프(100)의 압력 지령 값으로 출력한다.
상기 펌프 제어 단계(S300)는 상기 펌프 제어부(440)에서 수행되며, 출력된 압력 지령 값은 전류 지령으로 변환된 후 상기 전자 비례 감압 밸브(700)로 전달되어 상기 유압 펌프(100)의 압력을 제어하게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 건설기계에 마련되는 엔진에 의하여 구동되는 복수개의 압력 제어형 유압 펌프;
    상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유에 의하여 구동되는 액추에이터;
    상기 유압 펌프 및 상기 액추에이터 사이에 마련되고, 가상의 유량을 바이패스시키는 클로즈드 센터(closed center)형 메인 컨트롤 밸브; 및
    상기 메인 컨트롤 밸브로부터 바이패스된 가상의 유량을 입력받아 상기 유압 펌프를 제어하는 제어부; 를 포함하는 건설기계 유압시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건설기계에 마련되는 복수의 조작부의 압력을 감지하는 압력 센서;
    상기 유압 펌프의 사판각을 감지하는 각도 센서; 및
    상기 유압 펌프와 상기 제어부 사이에 마련되는 전자 비례 감압 밸브(EPPR valve); 를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 조작부의 압력 및 상기 유압 펌프의 사판각을 입력받고, 이에 따른 전류 지령을 상기 전자 비례 감압 밸브로 출력하며, 상기 전자 비례 감압 밸브는 상기 전류 지령에 비례하도록 상기 유압 펌프의 압력을 제어하기 위하여 상기 사판각을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 유압 펌프를 상기 건설기계의 작동 모드에 따라 각각 별개로 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값을 상기 건설기계의 작동 모드 별로 미리 정해진 분배 비율에 따라 상기 유압 펌프에 각각 분배하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제1펌프 및 제2펌프를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1펌프 및 제2펌프에 각각 할당된 복수의 조작부로부터 조작량을 검출하여 상기 제1펌프 및 제2펌프 별로 합산하고, 합산된 조작량이 더 큰 쪽을 제1펌프로 할당하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제1펌프 및 제2펌프를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1펌프 및 제2펌프 중에서 부하 압력이 더 큰 쪽을 제1펌프로 할당하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제1펌프 및 제2펌프를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1펌프 및 제2펌프에서 토출되는 작동유의 유량과, 상기 건설기계에 마련되는 복수의 조작부로부터 요구되는 작동유의 유량을 비교하여 상기 제1펌프 및 제2펌프의 토크 비율을 계산하는 유량 제어부와,
    상기 조작부, 부하모드 선택부, 엔진회전수 설정부 및 엔진제어유닛(ECU)로부터 정보를 제공받아 상기 유압 펌프에서 요구되는 토크의 총합을 계산하는 파워 시프트 제어부와,
    상기 유량 제어부에서 계산된 토크 비율과 상기 파워 시프트 제어부에서 계산된 토크의 총합에 따라 상기 제1펌프 및 제2펌프가 각각 담당하는 토크를 계산하는 마력 분배 제어부와,
    상기 유량 제어부에서 발생하는 압력 지령(Pi), 상기 마력 분배 제어부에서 계산된 압력 지령(Pd) 및 상기 조작부에 최대로 작용하는 최대 펌프 압력 값(Pmax) 중 가장 작은 값을 선택하여 상기 제1펌프 및 제2펌프의 압력 지령 값으로 출력하는 펌프 제어부를 포함하는 건설기계 유압시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유량 제어부에서 발생하는 압력 지령(Pi)은, 상기 조작부의 조작 압력을 감지하여 계산된 요구 유량(Qp)으로부터 바이패스 유량(Qb) 및 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유의 유량(Qa)를 감산하여 필요 증감 유량(dQ)를 산출함으로써 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 마력 분배 제어부에서 계산되는 압력 지령(Pd)은, 상기 파워 시프트 제어부에서 계산된 토크 총합을 상기 유량 제어부에서 산출된 토크 비율로 나누어 상기 제1펌프가 사용할 수 있는 최대 파워와, 상기 제2펌프의 각도 센서 및 압력 지령을 이용하여 상기 제2펌프의 파워를 계산하여 이를 상기 토크 총합에서 감산한 값 중 큰 값을 최대 파워로 결정하며, 결정된 최대 파워를 실제 토출 유량(Qp)으로 나누어 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압 시스템.
  10. 건설기계에 마련되는 엔진에 의하여 구동되는 복수개의 압력 제어형 유압 펌프를 포함하는 건설기계 유압시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유의 유량과, 상기 건설기계에 마련되는 복수의 조작부로부터 요구되는 작동유의 유량을 비교하여 상기 유압 펌프의 토크 비율을 계산하는 유량 제어 단계;
    상기 조작부, 부하모드 선택부, 엔진회전수 설정부 및 엔진제어유닛(ECU)로부터 정보를 제공받아 상기 유압 펌프에서 요구되는 토크의 총합을 계산하는 파워 시프트 제어 단계;
    상기 유량 제어 단계에서 계산된 토크 비율과 상기 파워 시프트 제어 단계에서 계산된 토크의 총합에 따라 상기 유압 펌프가 각각 담당하는 토크를 계산하는 마력 분배 제어 단계; 및
    상기 유량 제어 단계에서 발생하는 압력 지령(Pi), 상기 마력 분배 제어 단계에서 계산된 압력 지령(Pd) 및 상기 조작부에 최대로 작용하는 최대 펌프 압력 값(Pmax) 중 가장 작은 값을 선택하여 상기 유압 펌프의 압력 지령 값으로 출력하는 펌프 제어 단계; 를 포함하는 건설기계 유압시스템의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유량 제어 단계에서 발생하는 압력 지령(Pi)은, 상기 조작부의 조작 압력을 감지하여 계산된 요구 유량(Qp)으로부터 바이패스 유량(Qb) 및 상기 유압 펌프에서 토출되는 작동유의 유량(Qa)를 감산하여 필요 증감 유량(dQ)를 산출함으로써 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템의 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 마력 분배 제어 단계에서 계산되는 압력 지령(Pd)은, 상기 파워 시프트 제어 단계에서 계산된 토크 총합을 상기 유량 제어 단계에서 산출된 토크 비율로 나누어 상기 유압 펌프 중 어느 하나가 사용할 수 있는 최대 파워와, 상기 유압 펌프 중 다른 하나의 각도 센서 및 압력 지령을 이용하여 상기 유압 펌프 중 다른 하나의 파워를 계산하여 이를 상기 토크 총합에서 감산한 값 중 큰 값을 최대 파워로 결정하며, 결정된 최대 파워를 실제 토출 유량(Qp)으로 나누어 계산하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 마력 분배 제어 단계는,
    상기 유압 펌프 각각에 대하여 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값에서 상대 펌프의 현재 마력 값을 감산한 가용 마력 값을 계산하는 가용 마력 계산 단계와,
    상기 유량 제어 단계에서 계산된 토크 비율과 상기 파워 시프트 제어 단계에서 계산된 토크의 총합에 따라 상기 유압 펌프가 각각 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값과, 상기 가용 마력 계산 단계에서 계산하는 가용 마력 값 중에서 더 큰 마력 값을 해당 펌프의 최종 제어 마력 값으로 선정하는 최대 마력 선정 단계와,
    상기 최대 마력 선정 단계에서 선정된 최종 제어 마력 값을 해당 펌프를 제어하는 압력 지령(Pd)으로 생성하는 펌프 압력지령 생성단계를 포함하는 건설기계 유압시스템의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유압 펌프를 상기 건설기계의 작동 모드에 따라 각각 별개로 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템의 제어방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값을 상기 건설기계의 작동 모드 별로 미리 정해진 분배 비율에 따라 상기 유압 펌프에 각각 분배하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제1펌프 및 제2펌프를 포함하고,
    상기 마력 분배 제어 단계는,
    상기 제1펌프가 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값과, 상기 엔진에서 제공되는 최대 마력 값에서 상기 제2펌프가 담당하는 토크에 의하여 계산되는 마력 값을 감산한 마력 값 중에서 더 큰 마력 값을 제1펌프의 마력 값으로 선정하고, 선정된 마력 값을 상기 제1펌프를 제어하는 압력 지령(Pd)으로 생성하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템의 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1펌프 및 제2펌프에 각각 할당된 복수의 조작부로부터 조작량을 검출하여 상기 제1펌프 및 제2펌프 별로 합산하고, 합산된 조작량이 더 큰 쪽을 제1펌프로 할당하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템의 제어방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1펌프 및 제2펌프 중에서 부하 압력이 더 큰 쪽을 제1펌프로 할당하는 것을 특징으로 하는 건설기계 유압시스템의 제어방법.
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