KR20120114945A - 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 굴삭기의 선회 가속 기울기 조절 방법에 관한 것으로,
선회 속도 기준값을 도출하고, 붐 레버 조작 신호, 암 레버 조작 신호, 버킷 레버 조작 신호 및 주행 페달 조작 신호를 이용하여 각각의 선회 속도 조정값을 추출하는 과정과,
상기의 각각의 선회 속도 조정값에 의하여 붐, 암, 버킷, 주행동작에 대한 최종 복합 정도를 판단하고, 최종 복합 정도(선회속도 조정값, Complex Factor값)에 따라 선회 가속 기울기값을 추출하는 과정과,
상기의 선회 속도 기준값과 선회 속도 조정값을 이용하여, 선회 속도 지령값을 연산한 후 상기의 선회 가속 기울기값과 함께 선회 전동기 구동용 인버터에 출력하여 선회 속도 제어를 수행하면서 전체적인 작업장치의 속도비를 조절하도록 하여 선회 동작시 붐, 암, 버킷, 주행 등 타 작업장치의 복합 조작 정도가 크거나 작은 경우 선회 가속 기울기 기준값 보다 선회 가속 기울기값을 크거나 작게 하여 굴삭기의 모든 작업 공정이 원활히 이루어질 수 있도록 함으로써 조작성 및 작업성이 향상되도록 구성함을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법{Reference swing speed control method for a excavator}

본 발명은 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 선회 동작시 붐, 암, 버킷, 주행 등 타 작업장치의 복합 조작 정도가 클수록 선회 가속 기울기값을 작게 하고, 타 작업장치의 복합 조작 정도가 작을수록 선회 가속 기울기값을 크게 하는 등 선회 동작 시 타 작업의 복합 조작 정도에 따라 선회 가속 기울기값을 가변시켜, 굴삭기의 모든 작업 공정이 원활히 이루어질 수 있도록 함으로써 조작성 및 작업성이 향상되도록 한 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 굴삭기와 같은 건설 중장비는 건설현장이나 폐기물 처리장 등에서 널리 이용되고 있다.

이러한 종래의 굴삭기는 다수의 유압실린더 및 유압모터로 이루어진 유압 액츄에이터에 의해 상부 프론트 작업장치, 주행, 선회 동작이 이루어지고, 이러한 유압 액츄에이터에 유동력을 공급하기 위한 유압펌프와 유압펌프의 에너지 공급원인 엔진 등이 탑재되어 있다.

종래 굴삭기에 있어서, 특히 선회 동작 메커니즘은 메인 유압 펌프에서 토출된 유량을 주제어밸브를 통해 선회 유압모터에 공급하여 선회 동작이 이루어진다.

여기서 굴삭기의 선회 동작 메커니즘은, 하부프레임과 유기적으로 결합된 상부프레임이 360도 회전할 수 있도록 한 시스템을 말한다.

이때, 선회 가속 기울기는 선회 모터로 공급되는 유량의 크기에 의해 결정되고, 이 유량의 크기는 메인 유압펌프에서 공급하는 토출유량과 펌프 토츌유량을 선회를 비롯한 타 작업장치로 분배하는 주제어 밸브에 의해 자동적으로 조절된다.

즉, 단독 선회 조작일 경우는 선회 가속 기울기가 상대적으로 크고, 타 작업장치와 동시 조작일 경우는 선회 가속 기울기가 작다.

한편, 굴삭기 작업에서의 선회 동작은 가속 구간에서 이루어지기 때문에 선회 가속 기울기는 굴삭기 조작성 및 작업효율에 상당한 영향을 미치고 있다.

예를 들어, 굴삭기의 대표적인 작업인 상차작업에서의 선회 동작은 굴삭 후 버킷에 적제된 부하물을 덤프트럭과 같은 지정된 장소에 덤프하기 위한 선회 동작과 다음 굴삭을 위해 복귀하는 선회 동작으로 대별된다.

전자는 버킷에 부하물을 적재한 상태에서 타 작업장치와 동시에 동작되기 때문에 주제어밸브에서의 유량 배분으로 유압 선회 모터에 공급되는 유량이 적어 선회 가속 기울기가 적고, 후자는 빈 버킷으로 복귀하는 동작으로 메인 유압 펌프에서 토출되는 유량이 온전히 선회 유압모터로 공급되는 선회 단독 동작인 경우가 대부분이기 때문에 선회 가속 기울기가 상대적으로 크다. 이는 선회 동작 보다 상대적으로 부하가 큰 작업장치로 더 많은 유량을 공급함으로써 양호한 조작 성능 확보 및 작업 효율을 향상시키기 위함이다.

반면, 선회 동작이 전기적인 전동기로 대체되는 하이브리드 또는 전기 굴삭기에 있어서는 선회 전동기 컨트롤러에서 출력되는 선회 속도 지령에 따라 동작한다.

이때, 선회 전동기 컨트롤러에서 생성되는 선회 전동기 속도 지령은 선회와 타 작업장치의 조작 정도에 따라 최종 선회 속도가 정의되어 선회와 타 작업장치 간의 동작 속도비를 조절하게 된다.(본 출원인이 2010년 6월 25일자 특허출원 제10-2010-0060467, "하이브리드 굴삭기 속도비 제어방법"으로 출원함.)

하지만, 이는 최종 선회 속도에 도달한 정상상태에서의 속도를 의미하기 때문에, 유압굴삭기의 선회 동작과 같은 가속 기울기 변화는 기대할 수 없으며, 일정한 가속 기울기 값을 가지게 된다.

전술한 바와 같이 일반적으로 굴삭기 작업에서의 선회 동작은 선회 가속 구간에서 이루어지므로, 가속 기울기가 일정하면, 복합 조작시 타 작업장치 동작 속도 대비 선회 속도가 상대적으로 빠르기 때문에 운전자가 선회 조작 레버는 미세하게 조작하고, 타 작업장치 조작 레버는 최대로 조작하더라도 적절한 복합 속도비를 얻기 어렵고, 운전자의 조작 부담이 가중되어 작업 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 선회 동작시 붐, 암, 버킷, 주행 등 타 작업장치의 복합 조작 정도가 클수록 선회 가속 기울기값을 작게 하고, 타 작업장치의 복합 조작 정도가 작을수록 선회 가속 기울기값을 크게 하는 등 선회 동작 시 타 작업의 복합 조작 정도에 따라 선회 가속 기울기값을 가변시켜, 굴삭기의 모든 작업 공정이 원활히 이루어질 수 있도록 함으로써 조작성 및 작업성이 향상되도록 한 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법은,

선회부가 선회 전동기에 의해 독립적으로 구동하되,

선회 레버 조작 신호를 이용하여 선회 속도 기준값 연산 로직에 의해 선회 속도 기준값을 도출하는 제1단계와,

붐 레버 조작 신호, 암 레버 조작 신호, 버킷 레버 조작 신호 및 주행 페달 조작 신호를 이용하여, 선회 속도 지령 조정값 연산 로직에 의해 각각의 선회 속도 조정값을 추출하는 제2단계와,

상기의 선회 속도 지령 조정값 연산 로직에서 추출한 선회 속도 조정값에 의하여 붐, 암, 버킷, 주행동작의 복합 정도를 판단하는 제3단계와,

상기 붐, 암, 버킷, 주행동작의 복합 정도 중 가장 큰 복합 정도 즉, 가장 작은 Complex Factor값을 추출하는 제4단계와,

상기의 추출된 Complex Factor값에 따라 선회 가속 기울기 조정 Factor를 연산하는 제5단계와,

상기의 선회 가속 기울기 조정 Factor와 선회 가속 기울기 기준값을 이용하여 최종 선회 가속 기울기를 연산하는 제6단계와,

상기의 선회 속도 기준값 연산 로직에서 연산한 선회 속도 기준값과 선회 속도 지령 조정값 연산 로직에서 추출한 선회 속도 조정값을 이용하여, 선회 속도 지령값을 연산한 후 상기의 선회 가속 기울기값과 함께 선회 전동기 구동용 인버터에 출력하여 선회 속도 제어를 수행하는 제7단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제4단계 내지 7단계는 각 조작 신호에 따라 조정값이 상이한 로직으로 구성되며, 타 작업장치 조작이 2가지 이상 동시에 발생할 시에는 추출한 각각의 조정값의 최소값을 취하고, 미리 설정한 별도의 조정값을 가중하여 최종 조정값을 취하는 것이 바람직하다.

상기의 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법에 의하여서는, 선회 속도 기준값 연산 로직에 의해 선회 속도 기준값을 도출하고, 붐 레버 조작 신호, 암 레버 조작 신호, 버킷 레버 조작 신호 및 주행 페달 조작 신호를 이용하여, 선회 속도 지령 조정값 연산 로직에 의해 각각의 선회 속도 조정값을 추출하는 과정과,

상기의 선회 속도 지령 조정값 연산 로직에서 추출한 선회 속도 조정값에 의하여 붐, 암, 버킷, 주행동작의 복합 정도를 판단하여 가장 큰 복합 정도가 즉, 가장 작은 Complex Factor값을 추출하여 선회 가속 기울기값을 연산하는 과정과,

상기의 선회 속도 기준값과 선회 속도 조정값을 이용하여, 선회 속도 지령값을 연산한 후 상기의 선회 가속 기울기값과 함께 선회 전동기 구동용 인버터에 출력하여 선회 속도 제어를 수행하면서 전체적인 작업장치의 속도비를 조절하도록 하여, 선회 동작시 붐, 암, 버킷, 주행 등 타 작업장치의 복합 조작 정도가 클수록 선회 가속 기울기값을 작게 하고, 타 작업장치의 복합 조작 정도가 작을수록 선회 가속 기울기값을 크게 하는 등 선회 동작 시 타 작업의 복합 조작 정도에 따라 선회 가속 기울기값을 가변시켜, 굴삭기의 모든 작업 공정이 원활히 이루어질 수 있도록 함으로써 조작성 및 작업성이 향상되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법에서 하이브리드 굴삭기에 대한 개략적인 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법의 제어를 위한 구성을 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법에서 조작신호에 따른 선회 가속도 기울기 연산 로직의 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법에서 선회 가속도 기울기값을 추출하는 상태의 예를 나타낸 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법에서 하이브리드 굴삭기에 대한 개략적인 구성을 도시한 것으로서,

엔진(1)에 의해 구동되는 유압펌프(2)에서는 유체가 압력을 가진 채로 이동하도록 하고,

상기 엔진(1)의 힘이 부족할 때 엔진 어시스트 전동기(3)를 가동하면서 힘을 보충하도록 하고,

컨트롤러에서는 펌프 레귤레이터(4)를 통하여 상기 유압펌프(2)에서 배출되는 유량을 조절하도록 하고,

상기의 유압펌프(2)에 주제어밸브(5)를 통하여 전달되는 유압의 힘에 의하여 주행용 모터(6)와 붐 실린더(7)와 암 실린더(8) 및 버킷 실린더(9)를 병렬로 결합하여 주행은 물론, 붐과 암 및 버킷의 작동이 가능하도록 하고,

선회 레버(11)의 조작에 따른 선회 레버 조작 신호를 전달받는 컨트롤러(10)에서 인버터(17)를 통하여 충전장치(16)의 전원을 공급받는 선회 전동기(18)를 작동하면서 선회 동작이 가능하도록 하고,

동시에 붐 레버(12)의 조작과, 암 레버(13)의 조작, 버킷 레버(14)의 조작 및/또는 주행 페달(15)의 조작에 따른 붐 레버 조작 신호, 암 레버 조작 신호, 버킷 레버 조작 신호 및 주행 페달 조작 신호를 전달받는 컨트롤러(10)에서 인버터(19)를 통하여 충전장치(16)의 전원을 공급받는 상기의 엔진 어시스트 전동기(3)를 작동하면서 붐, 암, 버킷의 동작 및/또는 주행이 가능하도록 구성한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법의 제어를 위한 구성을 도시한 것으로서,

선회 레버(11)의 조작에 따른 선회 레버 조작 신호(11-1)를 전달받는 컨트롤러(10)의 선회 속도 기준값 연산 로직(21)에서 선회 속도 기준값을 도출하고,

동시에 붐 레버(12)의 조작에 따른 붐 레버 조작 신호(12-1), 암 레버(13)의 조작에 따른 암 레버 조작 신호(13-1), 버킷 레버(14)의 조작에 따른 버킷 레버 조작 신호(14-1) 및/또는 주행 페달(15)의 조작에 따른 주행 페달 조작 신호(15-1)를 전달받는 컨트롤러(10)의 선회 속도 지령조정값 연산 로직(22)에서 선회 속도 조정값(Complex Factor값)을 추출하고,

상기의 선회 속도 지령 조정값과 선회 가속 기울기 기준값을 기초로 선회 기울기 연산 로직(24)에서 선회 가속 기울기 값을 추출하도록 하고,

상기의 선회 속도 기준값 연산 로직(21)에서 연산한 선회 속도 기준값과, 선회 속도 지령 조정값 연산 로직(22)에서 추출한 선회 속도 조정값을 이용하여, 선회 속도 지령값을 연산한 후, 상기의 선회 속도 지령값과 상기의 선회 기울기 연산 로직(24)에서 추출한 선회 가속 기울기값을 인버터(17)를 통해 선회 전동기(18)에 출력하여 충전장치(16)의 전원을 공급받는 선회 전동기(18)를 작동하면서 복합 선회 동작이 가능하도록 구성한 것이다.

이와 같은 본 발명의 하이브리드 굴삭기의 선회 속도 지령 제어방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1단계는 선회부가 선회 전동기(18)에 의해 독립적으로 구동되는 하이브리드 굴삭기에 있어서,

선회 레버 조작 신호(11-1)를 이용하여 컨트롤러(10)의 선회 속도 기준값 연산 로직(21)에 의해 선회 속도 기준값을 도출한다.

다음으로, 제2단계는 붐 레버 조작 신호(12-1), 암 레버 조작 신호(13-1), 버킷 레버 조작 신호(14-1) 및 주행 페달 조작 신호(15-1)를 이용하여, 선회 속도 지령 조정값 연산 로직(22)에 의해 각각의 선회 속도 조정값을 추출한다.

여기서, 제2단계는 각 조작 신호에 따라 조정값이 상이한 로직으로 구성되며, 타 작업장치 조작이 2가지 이상 동시에 발생할 시에는 추출한 각각의 조정값의 최소값을 취하고, 미리 설정한 별도의 조정값을 가중하여 최종 조정값을 취하는 것이 바람직하다.

다음의 제3단계는, 상기의 제2단계에서의 판단 결과에 따라 상기의 선회 속도 조정값(Complex Factor값)에 의해 도 3에 도시한 것과 같은 선회 가속 기울기 기준값을 기초로 선회 기울기 연산 로직(24)을 이용해 선회 가속 기울기값을 추출한다.

제4단계는 선회 속도 기준값 연산 로직(21)에서 연산한 선회 속도 기준값과, 선회 속도 지령 조정값 연산 로직(22)에서 추출한 선회 속도 조정값을 이용하여, 선회 속도 지령값을 연산한다.

이후, 상기의 선회 속도 지령값과 상기의 선회 가속 기울기값을 선회 전동기(18) 구동용 인버터(17)에 출력하여 선회 속도 제어를 수행한다.

다음으로, 선회 전동기(18) 속도 제어의 결과로 나타난 실제 선회 전동기(18) 회전속도를 이용하여 유압펌프(2)의 토출유량을 제어함으로써, 선회를 포함한 작업장치 복합 조작시 선회와 작업장치의 적절한 속도비가 구현된다.

결과적으로, 본 발명은 작업장치 속도비 불균형에 따른 조작성 저하로 인해 발생하는 운전자의 조작 부담을 경감하고, 추가적으로 작업 효율 향상 및 연비 개선에 기여할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

1 : 엔진 2 : 유압펌프
3 : 엔진 어시스트 전동기 5 : 주제어 밸브
10 : 컨트롤러 17, 19 : 인버터
18 : 선회 전동기 21 : 선회 속도 기준값 연산 로직
22 : 선회 속도 지령 조정값 연산 로직
23 : 복합정도 판단로직 24 : 선회 기울기 연산 로직

Claims (2)

1. 선회 레버 조작 신호에 의해 선회 속도 기준값을 도출하고, 붐 레버 조작 신호, 암 레버 조작 신호, 버킷 레버 조작 신호 및 주행 페달 조작 신호를 이용하여 각각의 선회 속도 조정값을 추출하고,
   상기의 각각의 선회 속도 조정값에 의하여 붐, 암, 버킷, 주행동작에 대한 최종 복합 정도를 판단하여 선회 가속 기울기값을 추출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 선회 가속 기울기 조절 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기의 선회 레버 조작 신호를 이용하여 선회 속도 기준값 연산 로직에 의해 선회 속도 기준값을 도출하는 단계와,
   상기의 붐 레버 조작 신호, 암 레버 조작 신호, 버킷 레버 조작 신호 및 주행 페달 조작 신호를 이용하여, 선회 속도 지령 조정값 연산 로직에 의해 각각의 선회 속도 조정값을 추출하는 단계와,
   상기의 선회 속도 지령 조정값 연산 로직에서 추출한 각각의 선회 속도 조정값에 의하여 붐, 암, 버킷, 주행동작에 대한 최종 복합 정도를 판단하는 단계와,
   상기 최종 복합정도(최종 선회속도 조정값, Complex Factor값)에 따라 선회 가속 기울기값을 추출하는 단계와,
   상기의 선회 속도 기준값 연산 로직에서 연산한 선회 속도 기준값과 선회 속도 지령 조정값 연산 로직에서 추출한 선회 속도 조정값을 이용하여, 선회 속도 지령값을 연산한 후 상기의 선회 가속 기울기값과 함께 선회 전동기 구동용 인버터에 출력하여 선회 속도 제어를 수행하는 단계로 구성하여서 됨을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기의 선회 가속 기울기 조절 방법.

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