WO2016190468A1 - 건설기계의 작업장치 제어 방법 - Google Patents

건설기계의 작업장치 제어 방법 Download PDF

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WO2016190468A1
WO2016190468A1 PCT/KR2015/005382 KR2015005382W WO2016190468A1 WO 2016190468 A1 WO2016190468 A1 WO 2016190468A1 KR 2015005382 W KR2015005382 W KR 2015005382W WO 2016190468 A1 WO2016190468 A1 WO 2016190468A1
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hydraulic actuator
flow rate
pressure
actuator
control valve
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PCT/KR2015/005382
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English (en)
French (fr)
Inventor
김동수
Original Assignee
볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
김동수
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Publication date
Application filed by 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비, 김동수 filed Critical 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/24—Safety devices, e.g. for preventing overload

Definitions

  • the content disclosed in the present application relates to a method for controlling a work device of a construction machine.
  • the upper part of the excavator is composed of a boom, an arm, a bucket equipped with a hydraulic cylinder, the operation of the boom, arm, bucket is controlled by the reciprocating action of the hydraulic piston in each joint. It is important to unfold and retract the bucket when digging ground or rock. At this time, it is necessary to control the unfolding and retracting speed of the bucket for precise work.
  • the present disclosure provides a hydraulic actuator driven by a pump, a work device connected to a pivot linkage driven by the hydraulic actuator, a control valve disposed at a supply side flow path and a return side flow path of the hydraulic actuator, and controlling a flow rate, between the hydraulic actuator and the control valve.
  • a flow rate required to drive the hydraulic actuator based on a pressure sensor which is located at and detects the hydraulic pressure, an operation lever operated by an operator, and an operation signal input to the operation lever, and calculates a flow rate required for driving the hydraulic actuator from the calculated flow rate and the signal of the pressure sensor It includes a controller for controlling the control valve by calculating the opening and closing amount of the control valve.
  • the controller calculates the opening / closing amount of the control valve, the flow rate supplied to the actuator according to the magnitude and direction of the load calculated based on the pressure signal sensed by the pressure sensor in the acceleration step of the actuator. Configured to limit the increase.
  • FIG. 1 is a view showing an actuator control circuit of a construction machine according to the prior art.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating actuator hydraulic control of a construction machine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG 3 is a schematic view of driving a work device of a construction machine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating flow rate control according to an operation signal according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a graph illustrating flow control according to an operation signal according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a graph showing a flow rate increase rate according to the load according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating flow rate control according to an operation signal according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a view showing an actuator control circuit of a construction machine according to the prior art.
  • the pump connected to the engine generates power to drive the actuator, and the actuator moves back and forth through the flow rate change of the supply and return flow paths by the control valves described as A1, A2, A3 and A4. At this time, the flow rate discharged from the return side flow path is discharged to the tank.
  • FIG. 1 shows an ECU block for controlling the engine, the pump, and the control valves.
  • the operator operates the lever to input an operation signal to the ECU, the operator controls the movement of the control valve and the pump according to the input operation signal. do.
  • a pressure sensor is disposed between the actuator and the control valve of FIG. 1, and the pressure detected by the pressure sensor is divided into Pa and Pb according to supply pressure and return pressure. Based on the pressure information detected by the pressure sensor, the ECU determines how to control the control valve.
  • FIG. 2 is a view illustrating actuator hydraulic control of a construction machine according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a schematic view of driving a work device of the construction machine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 schematically shows a bucket 4 connected to an arm 3 of a construction machine and a pivot linkage connecting the bucket and the arm and the actuator, and an actuator controlling the movement of the bucket through the pivot linkage.
  • the arrow in FIG. 3 represents the linear movement of the actuator, which is converted into the curved movement of the bucket through the pivot linkage.
  • the actuator pressure Pa increases with the bucket maximum retraction.
  • the construction machine disclosed in FIGS. 2 and 3 includes a hydraulic actuator driven by a pump 70, a work device (bucket) connected to a pivot linkage driven by the hydraulic actuator 1, a supply side flow path 60 of the hydraulic actuator, and At least one control valve (30, 40) disposed in the return side flow path 50 to control the flow rate, and positioned between the hydraulic actuator and the control valve and pressure sensors (10, 20) for detecting the hydraulic pressure.
  • a hydraulic actuator driven by a pump 70
  • a work device (bucket) connected to a pivot linkage driven by the hydraulic actuator 1
  • a supply side flow path 60 of the hydraulic actuator and At least one control valve (30, 40) disposed in the return side flow path 50 to control the flow rate, and positioned between the hydraulic actuator and the control valve and pressure sensors (10, 20) for detecting the hydraulic pressure.
  • the pump is connected to the supply flow path of the hydraulic actuator, the tank (tank, 80) is connected to the return flow path is a structure in which the flow rate supplied from the pump is discharged to the tank.
  • At least one control valve is disposed in the supply side flow path and the return side flow path of the hydraulic actuator.
  • Pb the pressure sensed by the pressure sensor in the supply side flow path
  • Pa the pressure detected by the return side.
  • Aa the area where the hydraulic pressure acts on the left side of the cylinder
  • Ab the area where the hydraulic pressure acts on the right side of the cylinder.
  • Ab has an area smaller than Aa due to the width of the connecting rod 2.
  • the preferred speed of the actuator is controlled by controlling the opening / closing amount (opening) area of the supply control valve and the return control valve returning from the cylinder to the tank as shown in FIG. 2.
  • the flow rate returned to the tank from the left side of the actuator is calculated by multiplying the flow rate supplied from the pump by the area ratio (Aa / Ab) of the cylinder. Therefore, the load acting on the bucket side (that is, the side where the connecting rod is present in the actuator-the right side of the actuator in FIG. 2) can be defined as Pa * Aa-Pb * Ab.
  • the return pressure of the hydraulic actuator is Pa
  • the return hydraulic pressure area of the actuator (area under pressure) is Aa
  • the supply pressure of the hydraulic actuator is Pb
  • the supply hydraulic pressure area of the hydraulic actuator is Ab
  • the magnitude of may be defined as the absolute value of Pa * Aa-Pb * Ab.
  • the direction in which the load is given is determined according to the sign of the calculated value of Pa * Aa-Pb * Ab, and if the sign is (+), the sign is negative if the sign is (-). ) Can be defined as the load.
  • the construction machine calculates a flow rate required to drive a hydraulic actuator based on an operation lever operated by an operator and an operation signal input to the operation lever, and based on the calculated flow rate and the signal of the pressure sensor, the control valve It further includes a controller for controlling the control valve by calculating the opening and closing amount of the.
  • the controller limits the amount of increase in the flow rate supplied to the actuator according to the magnitude and direction of the load calculated based on the pressure signal sensed by the pressure sensor in the acceleration phase of the actuator. To control.
  • the controller calculates the flow rate required to drive the hydraulic actuator, it is possible to limit the amount of increase in the supply flow rate of the actuator according to the load calculated at the time of starting the hydraulic actuator.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating flow rate control according to an operation signal according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the controller calculates how much the supply-side flow rate and the return-side flow rate should be through the supply-side flow rate calculation unit 130 and the return-side flow rate calculation unit 150.
  • the controller receives the pressure signal 200 transmitted from the pressure sensor located between the actuator and the control valve, and the load applied to the current work device (bucket) based on the pressure signal received through the load calculator 210. Find out how much is. That is, how much weight is placed on the bucket.
  • the controller calculates the valve opening / closing amount in the valve opening / closing calculation unit 300 based on the required flow rate calculated by the supply-side flow rate calculation unit 130 and the return-side flow rate calculation unit 150 and the information received through the load calculation unit. This is output through the valve signal output unit 310.
  • FIG. 5 is a graph illustrating flow control according to an operation signal according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the flow rate supplied to the actuator increases linearly according to the operation signal.
  • the bucket may move unexpectedly beyond the operator's expectations. Therefore, when it is detected that the heavy material is loaded on the bucket, it is necessary to limit the rate of increase in flow rate supplied to the actuator with time.
  • Figure II of Figure 5 is a graph limiting the increase rate of the supply flow. If the operator has fastened the bucket unfolding, as in line A, limiting the rate of flow increase to a certain value, as in line B, allows the work tool to move more smoothly. Therefore, the increase rate of the supply flow rate of the hydraulic actuator may be limited to less than or equal to the predetermined flow rate increase rate, or the increase amount of the supply flow rate may be limited by low-pass filtering the flow rate supply signal.
  • Figure III of Figure 5 is a graph depicting a line (B ') of limited supply flow through low pass filtering. It is also possible to use a mixture of flow rate increase limiting and low pass filtering.
  • FIG. 6 is a graph showing a flow rate increase rate according to the load according to an embodiment of the present disclosure.
  • the linkage structure of the bucket is indirectly estimated by the load (Pa * Aa-Pb * Ab) calculated from the pressure sensor installed in the bucket cylinder. It is possible to limit the bucket feed side flow rate with a corresponding flow rate increase rate. That is, if the bucket is heavily loaded, the supply flow rate is controlled at a lower flow rate increase rate to prevent sudden movement of the bucket.
  • the controller may measure the load of the bucket through the load calculator 210. That is, in the case of arm or bucket in the work device composed of boom, arm and bucket of construction machine, the direction of load-positive or negative-and its size are detected with respect to the gravity direction around the pivot point. By doing this, an approximate attitude can be estimated.
  • the calculated load is then provided to the supply flow rate increase rate limiting unit 140, through which the controller determines how much to increase the flow rate increase rate on the supply side.
  • the construction machine according to the present disclosure is a hydraulic actuator, a work device connected to a pivot linkage driven by the hydraulic actuator, a control valve disposed on a supply side flow path and a return side flow path of the hydraulic actuator, the hydraulic pressure control valve, the hydraulic pressure And a pressure sensor, positioned between the actuator and the control valve, for detecting hydraulic pressure, and a controller.
  • a method of controlling a work device of a construction machine includes calculating a supply side flow rate and a return side flow rate required to drive a hydraulic actuator based on an operation lever signal input by an operator and an operation signal input to the operation lever by a controller. And controlling the control valve by calculating an opening / closing amount of the control valve based on the calculated flow rate and the pressure detected by the pressure sensor.
  • the controller is an increase amount of the flow rate supplied to the actuator according to the magnitude and direction of the load calculated based on the pressure signal detected by the pressure sensor in the acceleration step of the actuator To limit.

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Abstract

본 공개에 따른 건설기계용 작업장치 제어 방법은, 펌프로 구동되는 유압 액튜에이터, 상기 유압 액튜에이터가 구동하는 피봇 링키지에 연결된 작업장치, 유압 액튜에이터의 공급측 유로 및 귀환측 유로에 배치되어 유량을 제어하는 컨트롤 밸브, 상기 유압 액튜에이터와 상기 컨트롤 밸브 사이에 위치하며 유압을 검출하는 압력 센서, 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작레버 및 상기 조작레버에 입력되는 조작신호에 기반하여 유압 액튜에이터를 구동하는데 필요한 유량을 산출하며, 산출된 유량과 상기 압력 센서의 신호로부터 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하여 컨트롤 밸브를 제어하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러가 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하는 데 있어서, 상기 액튜에이터의 가속 단계에서 상기 압력 센서에 감지되는 압력 신호에 기반하여 계산되는 부하의 크기 및 방향에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량의 증가량을 제한하도록 제어한다.

Description

건설기계의 작업장치 제어 방법
본 출원에서 공개되는 내용은 건설기계의 작업 장치 제어 방법에 관련된다.
건설기계 중 굴삭기 경우, 굴삭기의 상부체는, 유압실린더가 장착된 붐, 암, 버켓으로 구성되며, 각 관절 부위에 있는 유압 피스톤의 왕복 작용으로 붐, 암, 버켓의 작동이 제어된다. 땅이나 암석을 파내는 작업 등을 수행할 때 버켓의 펼침 및 오므림 작업이 중요하며, 이 때 정밀한 작업을 위해 버켓의 펼침이나 오므림 속도를 제어할 필요가 있다.
예를 들어, 버켓이 오므려져 있는 상태에서 버켓이 펼쳐지는 경우, 즉, 버켓이 암쪽을 향해 안쪽으로 구부러진 상태에서 암 바깥쪽을 향해 이동하는 경우, 버켓과 암 그리고 버켓을 구동하는 액츄에이터와 연결된 연결구조(링키지, linkage)의 기하학적 구조로 인하여 실린더가 동일한 속도로 링키지를 작동시키더라도, 버켓의 펼침 속도가 갑자기 커져서 버켓의 급작스런 동작이 이루어지게 된다. 이 때 버켓 움직임의 가속력이 급격히 변하므로 장비에 충격과 진동을 발생하게 하고 오퍼레이터가 불편함을 겪을 수 있다. 이러한 경우 버켓의 펼침 가속도를 일정치로 제한할 필요가 있다.
건설기계에 부착된 작업장치를 구동할 때, 액튜에이터에 걸리는 부하를 기반으로 액튜에이터의 자세 또는 위치를 판별하고, 그에 따른 액튜에이터의 초기 기동 가속도를 액튜에이터의 부하에 따라 조절하는 것이 본 공개의 기술적 과제이다.
본 공개는 펌프로 구동되는 유압 액튜에이터, 상기 유압 액튜에이터가 구동하는 피봇 링키지에 연결된 작업장치, 유압 액튜에이터의 공급측 유로 및 귀환측 유로에 배치되어 유량을 제어하는 컨트롤 밸브, 상기 유압 액튜에이터와 상기 컨트롤 밸브 사이에 위치하며 유압을 검출하는 압력 센서, 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작레버 및 상기 조작레버에 입력되는 조작신호에 기반하여 유압 액튜에이터를 구동하는데 필요한 유량을 산출하며, 산출된 유량과 상기 압력 센서의 신호로부터 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하여 컨트롤 밸브를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
본 공개에서 상기 컨트롤러는 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하는 데 있어서, 상기 액튜에이터의 가속 단계에서 상기 압력 센서에 감지되는 압력 신호에 기반하여 계산되는 부하의 크기 및 방향에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량의 증가량을 제한하도록 구성된다.
만약 실린더에 작용하는 부하를 감지하여 버켓의 자세를 추정하고 그것을 바탕으로 버켓 움직임의 가속력을 제한할 수 있다면 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 또한 일반적으로 버켓에 물건이 실려있어 버켓에 가해지는 부하가 증가된 경우에 숙련된 오퍼레이터는 장비의 안정성을 위하여 비교적 서서히 레버를 조작한다. 그러나 본 공개에 따라 버켓의 가속력을 제한시에 자동적으로 버켓 움직임의 가속력이 제한되므로 숙련된 오퍼레이터가 아니라도 장비의 안정성을 유지하면서 작업을 수행할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 건설 기계의 액튜에이터 제어 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 본 공개의 일 실시예에 따른 건설 기계의 액츄에이터 유압 제어를 도시한 도면이다.
도 3은 본 공개의 일 실시예에 따른 건설 기계의 작업 장치의 구동하는 모식도이다.
도 4는 본 공개의 일 실시예에 따른 조작신호에 따른 유량 제어를 도시하는 순서도이다.
도 5는 본 공개의 일 실시예에 따른 조작신호에 따른 유량 제어를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 공개의 일 실시예에 따른 부하에 따른 유량증가율을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 공개의 또다른 실시예에 따른 조작신호에 따른 유량 제어를 도시하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 종래 기술에 따른 건설 기계의 액튜에이터 제어 회로를 도시한 도면이다.
액튜에이터 제어 회로에서 엔진과 연결된 펌프가 액튜에이터를 구동하는 파워를 발생시키며 A1, A2, A3, A4로 기재된 컨트롤 밸브들에 의한 공급측 유로와 귀환측 유로의 유량 변화를 통해 액튜에이터가 앞 뒤로 움직이게 된다. 이때 귀환측 유로에서 배출되는 유량은 탱크로 빠져나가게 된다.
도 1의 좌측에는 엔진 및 펌프, 그리고 컨트롤 밸브들을 제어하는 ECU 블록이 도시되어 있으며, 오퍼레이터가 레버를 조작하여 조작 신호가 ECU에 입력되면 입력된 조작 신호에 따라 컨트롤 밸브 및 펌프의 움직임을 제어하게 된다.
도 1의 액튜에이터와 컨트롤 밸브 사이에는 압력 센서가 배치되며, 이 압력 센서에서 감지되는 압력은 공급측 압력 및 귀환측 압력에 따라 Pa, Pb로 나누어져 감지된다. 압력센서에 의해 감지되는 압력 정보를 기반으로 하여 ECU는 컨트롤 밸브를 어떻게 제어해야 하는지 판단하게 된다.
도 2는 본 공개의 일 실시예에 따른 건설 기계의 액츄에이터 유압 제어를 도시한 도면이며, 도 3은 본 공개의 일 실시예에 따른 건설 기계의 작업 장치의 구동하는 모식도이다.
도 3은 건설기계의 암(arm, 3)과 연결된 버켓(4) 및 버켓 및 암과 액튜에이터를 연결하는 피봇 링키지(Pivot linkage), 피봇 링키지를 통해 버켓의 움직임을 제어하는 액튜에이터가 개략적으로 도시되어 있다. 도 3의 화살표는 액튜에이터의 직선적인 움직임을 나타내며, 이러한 액튜에이터의 직선적인 움직임은 피봇 링키지를 통해 버켓의 곡선적인 움직임으로 변화된다. 여기서, 중력의 방향과 기하학적 구조 상, 버켓 최대 오므림으로 갈수록 액튜에이터 압력 Pa가 증가하게 된다.
도 2와 도 3에서 공개된 건설기계는, 펌프(70)로 구동되는 유압 액튜에이터, 상기 유압 액튜에이터(1)가 구동하는 피봇 링키지에 연결된 작업장치(버켓), 유압 액튜에이터의 공급측 유로(60) 및 귀환측 유로(50)에 배치되어 유량을 제어하는 하나 이상의 컨트롤 밸브(30, 40), 상기 유압 액튜에이터와 상기 컨트롤 밸브 사이에 위치하며 유압을 검출하는 압력 센서(10, 20)를 포함한다.
유압 액튜에이터에 대해 더 상세히 설명하면, 유압 액튜에이터의 공급 유로에는 펌프가 연결되고 귀환 유로에는 탱크(tank, 80)가 연결되어 펌프에서 공급되는 유량이 탱크로 배출되는 구조이다.
하나 이상의 컨트롤 밸브는 유압 액튜에이터의 공급측 유로 및 귀환측 유로에 배치되는데, 본 공개의 도 2를 기준으로 버켓이 펼쳐지는 움직임을 가정하면, 상기 압력센서가 공급측 유로에서 감지하는 압력은 Pb으로 지칭하며, 귀환측에서 감지하는 압력을 Pa으로 지칭하자. 또한, 이 때 실린더의 왼쪽에 유압이 작용하는 면적은 Aa, 실린더의 오른쪽에 유압이 작용하는 면적은 Ab로 지칭하자. 도 2에서 확인할 수 있듯이, Ab는 커넥팅 로드(connecting rod, 2)의 너비 때문에 Aa보다 작은 면적을 갖는다.
버켓 펼침의 경우 상기 도 2와 같이 공급측 컨트롤 밸브와 실린더에서 탱크로 귀환하는 귀환측 컨트롤 밸브의 개폐량(개구) 면적을 제어함으로써 액튜에이터의 바람직한 속도를 제어하게 된다.
버켓 펼침시 액튜에이터의 왼쪽에서 탱크로 귀환하는 유량은 펌프에서 공급되는 유량에 실린더의 면적비(Aa/Ab)를 곱한만큼 증대되어 계산된다. 따라서, 버켓측 (즉, 액튜에이터에서 커넥팅 로드가 존재하는 쪽 - 도 2에서는 액튜에이터 오른쪽) 실린더에 작용하는 부하를 Pa*Aa - Pb*Ab 로 정의할 수 있다.
상기 유압 액튜에이터의 귀환측 압력을 Pa, 액츄에이터의 귀환측 수압 면적(압력을 받는 면적)을 Aa, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 압력을 Pb, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 수압 면적을 Ab로 지칭할 때, 상기 부하의 크기는 Pa*Aa - Pb*Ab의 절대값으로 정의될 수 있다.
이 때, 상기 부하가 주어지는 방향은 Pa*Aa - Pb*Ab의 계산값의 부호에 따라 정해지며, 상기 부호가 (+)인 경우 정(positive) 부하로 부호가 (-)인 경우 부(negative) 부하로 정의될 수 있다.
부하의 부호가 (+)인 경우, 즉 정(Positive) 부하가 작용할 때는 버켓 귀환측 밸브 KvAR에서 압력손실을 발생시켜 Pa가 (Pa*Aa - Pb*Ab)/Aa 값에 해당하는 압력 이상으로 유지하여야 하며, 이는 버켓의 오버런(overrun)을 방지하고 공급측 실린더 및 공급측 유로의 캐비테이션(공동현상, cavitation)을 방지하기 위함이다. 부하가 부(Negative)부하인 경우 유압 시스템의 효율 증대를 위하여 귀환측 컨트롤 밸브와 공급측 컨트롤 밸브는 최소한의 압력손실만 발생시키도록 오픈(open)하여 펌프의 동력이 실린더를 직접적으로 구동시킬 수 있도록 한다.
본 공개에 따른 건설 기계는 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작레버 및 상기 조작레버에 입력되는 조작신호에 기반하여 유압 액튜에이터를 구동하는데 필요한 유량을 산출하며, 산출된 유량과 상기 압력 센서의 신호로부터 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하여 컨트롤 밸브를 제어하는 컨트롤러를 더 포함한다.
상기 컨트롤러는 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하는 데 있어서, 상기 액튜에이터의 가속 단계에서 상기 압력 센서에 감지되는 압력 신호에 기반하여 계산되는 부하의 크기 및 방향에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량의 증가량을 제한하도록 제어한다.
또한 상기 컨트롤러가 유압 액튜에이터를 구동하는데 필요한 유량을 계산함에 있어, 유압 액튜에이터의 기동 시점에 계산되는 부하에 따라 액튜에이터의 공급 유량의 증가량을 제한할 수 있다.
도 4는 본 공개의 일 실시예에 따른 조작신호에 따른 유량 제어를 도시하는 순서도이다.
조작레버 신호(100)가 입력되면 컨트롤러는 공급측 유량 계산부(130) 및 귀환측 유량 계산부(150)를 통해 공급측 유량 및 귀환측 유량이 얼마가 되어야 할지를 계산한다. 이와 병렬적으로 컨트롤러는 액튜에이터와 컨트롤 밸브 사이에 위치한 압력 센서에서 송출된 압력 신호(200)를 받아들이며, 부하 계산부(210)를 통해 수신한 압력신호를 기반으로 현재 작업장치(버켓)에 가해진 부하가 얼마가 되는지를 파악한다. 즉 버켓에 어느정도의 중량물이 얹혀있는지를 파악한다.
이후 컨트롤러는 공급측 유량 계산부(130) 및 귀환측 유량 계산부(150)에서 계산된 필요 유량과 부하 계산부를 통해 수신한 정보를 기반으로 밸브 개폐량 계산부(300)에서 밸브 개폐량을 계산하고 이를 밸브 신호 출력부(310)를 통해 출력하게 된다.
도 5는 본 공개의 일 실시예에 따른 조작신호에 따른 유량 제어를 나타내는 그래프이다. 도 5의 그림 I을 참조하면, 조작신호에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량은 선형으로 증가한다. 그러나 버켓에 중량물이 실려있는 상태에서 액튜에이터에 공급되는 유량이 그림 II에서 라인 A의 신호와 같이 작업자의 의도하지 않은 급조작의 형태로 증가하는 경우, 오퍼레이터의 예상을 넘어 버켓이 급격히 움직일 수 있다. 따라서 버켓에 중량물이 실려있는 상태가 감지된 경우에는, 시간에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량 증가율을 제한할 필요가 있다.
도 5의 그림 II는 공급유량의 증가율을 제한한 그래프이다. 만약 오퍼레이터가 버켓 펼침에 대하여 라인 A와 같이 빠르게 조작한 경우라면 라인 B와 같이 유량 증가율을 일정치로 제한하면 작업장치를 보다 더 부드럽게 움직일 수 있게 된다. 따라서 유압 액튜에이터의 공급 유량의 증가율을 미리 결정된 유량 증가율 이하로 제한하거나 유량 공급 신호를 로패스 필터링(low-pass filtering) 처리하여 공급 유량의 증가량을 제한할 수 있다.
도 5의 그림 III에는 로패스 필터링을 통해 공급유량이 제한된 라인(B’)이 그려진 그래프가 도시되어 있다. 유량 증가율 제한 및 저주파 통과 필터링을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
도 6은 본 공개의 일 실시예에 따른 부하에 따른 유량증가율을 도시한 그래프이다. 위와 같은 과정을 통해 버켓 링키지의 기하학적 형상에 의한 가속 특성을 제한하기 위하여 버켓 실린더에 설치된 압력센서로부터 계산되는 부하(Pa*Aa - Pb*Ab)에 의해 버켓의 링키지 구조를 간접적으로 추정하고, 그것에 상응하는 유량 증가율로 버켓 공급측 유량을 제한할 수 있다. 즉, 버켓에 많은 부하가 걸려있는 경우 더 낮은 유량증가율로 공급 유량을 제어하여 버켓의 급격한 움직임을 방지한다.
도 7은 본 공개의 또다른 실시예에 따른 조작신호에 따른 유량 제어를 나타내는 그래프이다. 컨트롤러는 부하 계산부(210)를 통해 버켓의 부하를 측정할 수 있다. 즉, 건설기계의 붐, 암 및 버켓 등으로 구성되는 작업장치에서 암이나 버켓의 경우 피봇점을 중심으로 중력 방향에 대하여 부하의 방향 - 정(positive) 또는 부(Negative) -과 그 크기를 검출함으로써 대략의 자세를 추정할 수 있다. 그 후 계산된 부하는 공급측 유량 증가율 제한부(140)에 제공되며, 이를 통해 컨트롤러는 어느정도로 공급측의 유량 증가율을 제한해야 하는지를 판단하게 된다.
본 공개에 따른 건설기계의 작업장치 제어 방법은 다음과 같은 단계로 이루어질 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 본 공개에 따른 건설기계는 유압 액튜에이터, 상기 유압 액튜에이터가 구동하는 피봇 링키지에 연결된 작업장치, 유압 액튜에이터의 공급측 유로 및 귀환측 유로에 배치되어 유량을 제어하는 컨트롤 밸브, 상기 유압 액튜에이터와 상기 컨트롤 밸브 사이에 위치하며 유압을 검출하는 압력 센서, 및 컨트롤러를 포함한다.
본 공개에 따른 건설기계의 작업장치 제어 방법은 오퍼레이터에 의해 조작레버 신호가 입력되는 단계, 컨트롤러가 상기 조작레버에 입력되는 조작신호에 기반하여 유압 액튜에이터를 구동하는데 필요한 공급측 유량 및 귀환측 유량을 산출하는 단계, 및 컨트롤러가 상기 산출된 유량과 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력을 기반으로 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하여 컨트롤 밸브를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 컨트롤러가 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하는 단계에서 상기 컨트롤러는 상기 액튜에이터의 가속 단계에서 상기 압력 센서에 감지되는 압력 신호에 기반하여 계산되는 부하의 크기 및 방향에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량의 증가량을 제한한다.
위에서 설명된 내용들은 단지 설명을 위한 하나의 실시예로서 제시된 것뿐이다. 본 출원의 발명의 범위는 상기한 실시예에 한정되지 않으며 해당 기술 분야의 통상의 기술자가 변형, 수정하여 실시할 수 있는 범위까지 그 권리범위가 미친다.

Claims (14)

  1. 펌프로 구동되는 유압 액튜에이터;
    상기 유압 액튜에이터가 구동하는 피봇 링키지에 연결된 작업장치;
    유압 액튜에이터의 공급측 유로 및 귀환측 유로에 배치되어 유량을 제어하는 컨트롤 밸브;
    상기 유압 액튜에이터와 상기 컨트롤 밸브 사이에 위치하며 유압을 검출하는 압력 센서;
    오퍼레이터에 의해 조작되는 조작레버; 및
    상기 조작레버에 입력되는 조작신호에 기반하여 유압 액튜에이터를 구동하는데 필요한 유량을 산출하며, 산출된 유량과 상기 압력 센서의 신호로부터 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하여 컨트롤 밸브를 제어하는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 컨트롤러가 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하는 데 있어서, 상기 액튜에이터의 가속 단계에서 상기 압력 센서에 감지되는 압력 신호에 기반하여 계산되는 부하의 크기 및 방향에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량의 증가량을 제한하도록 하는 건설 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 액튜에이터의 귀환측 압력을 Pa, 액츄에이터의 귀환측 수압 면적을 Aa, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 압력을 Pb, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 수압 면적을 Ab로 지칭할 때,
    상기 부하의 크기는 Pa*Aa - Pb*Ab의 절대값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유압 액튜에이터의 귀환측 압력을 Pa, 액츄에이터의 귀환측 수압 면적을 Aa, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 압력을 Pb, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 수압 면적을 Ab로 지칭할 때,
    상기 부하가 주어지는 방향은 Pa*Aa - Pb*Ab의 계산값의 부호에 따라 정해지며, 상기 부호가 (+)인 경우 정(positive) 부하로 부호가 (-)인 경우 부(negative) 부하로 정의되는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유압 액츄에이터에 정(positive) 부하가 작용할 때,
    상기 컨트롤러는 Pa가 (Pa*Aa - Pb*Ab)/Aa 값 이상의 압력을 유지하도록 귀환측 컨트롤 밸브를 제어하여, 작업장치의 오버런(overrun)을 방지하고 상기 유압 액츄에이터 내 공급측 실린더 포트의 캐비테이션 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유압 액츄에이터에 부(negative) 부하가 작용할 때,
    상기 컨트롤러는 펌프의 동력이 유압 액츄에이터를 직접적으로 구동시킬 수 있을 만큼만 귀환측 컨트롤 밸브 및 공급측 컨트롤 밸브를 오픈하여, 유압 액츄에이터에서 발생하는 압력 손실을 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러가 유압 액튜에이터를 구동하는데 필요한 유량을 계산함에 있어, 유압 액튜에이터의 기동 시점에 계산되는 부하에 따라 액튜에이터의 공급 유량의 증가량을 제한하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공급 유량의 증가량을 제한하는 데 있어,
    유압 액튜에이터의 공급 유량의 증가율을 미리 결정된 유량 증가율 이하로 제한하거나 유량 공급 신호를 로패스 필터링(low-pass filtering) 처리하여 공급 유량의 증가량을 제한하는 것을 특징으로 하는 건설 기계.
  8. 유압 액튜에이터, 상기 유압 액튜에이터가 구동하는 피봇 링키지에 연결된 작업장치, 유압 액튜에이터의 공급측 유로 및 귀환측 유로에 배치되어 유량을 제어하는 컨트롤 밸브, 상기 유압 액튜에이터와 상기 컨트롤 밸브 사이에 위치하며 유압을 검출하는 압력 센서, 및 컨트롤러를 포함하는 건설 기계에 있어서,
    오퍼레이터에 의해 조작레버 신호가 입력되는 단계;
    컨트롤러가 상기 조작레버에 입력되는 조작신호에 기반하여 유압 액튜에이터를 구동하는데 필요한 공급측 유량 및 귀환측 유량을 산출하는 단계; 및
    컨트롤러가 상기 산출된 유량과 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력을 기반으로 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하여 컨트롤 밸브를 제어하는 단계;를 포함하며,
    상기 컨트롤러가 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하는 단계에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 액튜에이터의 가속 단계에서 상기 압력 센서에 감지되는 압력 신호에 기반하여 계산되는 부하의 크기 및 방향에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량의 증가량을 제한하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업 장치를 제어하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유압 액튜에이터의 귀환측 압력을 Pa, 액츄에이터의 귀환측 수압 면적을 Aa, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 압력을 Pb, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 수압 면적을 Ab로 지칭할 때,
    상기 부하의 크기는 Pa*Aa - Pb*Ab의 절대값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업 장치를 제어하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 유압 액튜에이터의 귀환측 압력을 Pa, 액츄에이터의 귀환측 수압 면적을 Aa, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 압력을 Pb, 상기 유압 액튜에이터의 공급측 수압 면적을 Ab로 지칭할 때,
    상기 부하가 주어지는 방향은 Pa*Aa - Pb*Ab의 계산값의 부호에 따라 정해지며, 상기 부호가 (+)인 경우 정(positive) 부하로 부호가 (-)인 경우 부(negative) 부하로 정의되는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업 장치를 제어하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유압 액츄에이터에 정(positive) 부하가 작용할 때,
    상기 컨트롤러는 Pa가 (Pa*Aa - Pb*Ab)/Aa 값 이상의 압력을 유지하도록 귀환측 컨트롤 밸브를 제어하여, 작업장치의 오버런(overrun)을 방지하고 상기 유압 액츄에이터 내 공급측 실린더 포트의 캐비테이션 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업 장치를 제어하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 유압 액츄에이터에 부(negative) 부하가 작용할 때,
    상기 컨트롤러는 펌프의 동력이 유압 액츄에이터를 직접적으로 구동시킬 수 있을 만큼만 귀환측 컨트롤 밸브 및 공급측 컨트롤 밸브를 오픈하여, 유압 액츄에이터에서 발생하는 압력 손실을 감소시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업 장치를 제어하는 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤러가 상기 컨트롤 밸브의 개폐량을 계산하는 단계에 있어서,
    유압 액튜에이터의 기동 시점에 계산되는 부하에 따라 액튜에이터에 공급되는 유량의 증가량을 제한하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업 장치를 제어하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 액튜에이터에 공급되는 유량의 증가량을 제한하는 데 있어,
    유압 액튜에이터의 공급 유량의 증가율을 미리 결정된 유량 증가율 이하로 제한하거나 유량 공급 신호를 로패스 필터링(low-pass filtering) 처리하여 공급 유량의 증가량을 제한하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 작업 장치를 제어하는 방법.
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