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KR20140116281A - 건설기계용 유압펌프 제어 장치 - Google Patents

건설기계용 유압펌프 제어 장치 Download PDF

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KR20140116281A
KR20140116281A KR1020130030363A KR20130030363A KR20140116281A KR 20140116281 A KR20140116281 A KR 20140116281A KR 1020130030363 A KR1020130030363 A KR 1020130030363A KR 20130030363 A KR20130030363 A KR 20130030363A KR 20140116281 A KR20140116281 A KR 20140116281A
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KR
South Korea
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hydraulic
pump
torque
load
hydraulic pump
Prior art date
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KR1020130030363A
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조영식
정우용
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두산인프라코어 주식회사
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Publication date
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Priority to US14/778,759 priority patent/US9903392B2/en
Priority to CN201480017037.3A priority patent/CN105051292B/zh
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Abstract

본 발명은 건설기계용 유압펌프 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치는, 요구 값에 상응하는 펌프 토크(Pump Torque)를 구현하도록 제1, 제2 펌프 지령(Pcmd1, Pcmd2)을 생성하여 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)를 제어하는 유압펌프 제어장치(100); 및
상기 유압펌프 제어장치(100)에서 엔진 동특성이 반영되어 생성된 토크 기울기 맵(map, 220)에 의해 상기 제1, 제2 펌프 지령(Pcmd1, Pcmd2)이 보정된 제1, 제2 보정펌프 지령(Pcmd11, Pcmd22)을 각각 생성하여 상기 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)에 상기 제1, 제2 보정펌프 지령(Pcmd11, Pcmd22)을 제공하도록 하는 토크 제어부(200);를 포함한다.

Description

건설기계용 유압펌프 제어 장치{Control system and method of Hydraulic Pump for Construction Machinery}
본 발명은 건설기계용 유압펌프 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 동특성을 반영하여 유압펌프를 제어할 수 있도록 하는 건설기계용 유압펌프 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 건설기계에는 유압 시스템이 탑재되어 각종 작업기를 작동시킨다. 유압시스템은 엔진으로부터 동력을 제공받아 유압펌프를 작동시키고, 유압펌프에서 토출되는 작동유에 의해 각종 작업기를 작동시키는 것이다.
유압펌프는 전자제어가 가능한 전자 유압펌프가 알려져 있다. 또한, 유압펌프는 압력 제어형으로 분류될 수 있다.
압력 제어형 전자 유압펌프는 사판의 각도를 전자제어 함으로써 최종적으로 출력되는 펌프 토크의 크기를 제어할 수 있다. 또한, 압력 제어형 전자 유압 펌프는 검출되는 작동유의 압력 값에 비례하여 펌프의 압력을 제어하는 형식이다.
종래의 기술로서 본 발명의 출원인에 의해 출원되어 공개된 특허문헌1 "건설기계의 유압펌프 제어장치 및 제어방법"이 알려져 있다.
특허문헌1에는 유압펌프의 출력 토크 제어 방법에 대한 것으로서, 엔진 회전수(rpm)를 바탕으로 엔진의 토크 응답 성능을 펌프 토크 제어 수단과 일치하는 시정수(Time constant, 時定數)로 매핑(Mapping)하도록 하는 기술이다.
특허문헌1에서 제어에 사용되는 시정수를 찾기 위해서는 엔진 회전수에 따른 동적 특성을 파악하는 것이 매우 중요한데, 종래에 유압 시스템에서는 부하 패턴이 대기 부하(zero 또는 일정 수준)에서 최고부하(Full 부하)까지 도달하는 것을 기준으로 시정수를 정하여 제어를 한다.
시정수 제어 방식은 최고 부하가 아닐 경우에 유압 펌프의 출력 토크 기울기가 작아지므로 엔진 회전수가 떨어지지는 않으나, 의도하지 않게 작업 속도가 느려져 작업성이 저하되는 문제점이 있다.
특허문헌1. 대한민국 공개 특허공보 제10-2011-0073082호(2011.06.29.)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 엔진의 동적 특성을 파악하고, 엔진 동적 특성이 반영되도록 부하 범위 별로 토크 기울기 맵(map)을 제공하여 유압펌프의 출력 토크를 제어할 수 있도록 하는 건설기계용 유압펌프 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치는, 요구 값에 상응하는 펌프 토크(Pump Torque)를 구현하도록 제1, 제2 펌프 지령(Pcmd1, Pcmd2)을 생성하여 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)를 제어하는 유압펌프 제어장치(100); 및 상기 유압펌프 제어장치(100)에서 엔진 동특성이 반영되어 생성된 토크 기울기 맵(map, 220)에 의해 상기 제1, 제2 펌프 지령(Pcmd1, Pcmd2)이 보정된 제1, 제2 보정펌프 지령(Pcmd11, Pcmd22)을 각각 생성하여 상기 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)에 상기 제1, 제2 보정펌프 지령(Pcmd11, Pcmd22)을 제공하도록 하는 토크 제어부(200);를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치의 상기 토크 기울기 맵(220)은, 유압부하를 최소에서 최대까지의 범위에서 3 내지 5개의 구간으로 구간을 정하고, 각 구간 별로 유압부하를 발생시켰을 때에 엔진회전수 드롭 현상이 안정화되는 시점(時點)의 각각의 토크 기울기를 구하여 생성된 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압펌프 제어 장치.
또한, 본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치의 상기 유압부하별 각 구간의 범위는 서로 다르게 설정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치의 상기 유압부하별 각 구간의 범위는 큰 부하 구간일수록 작은 부하 구간에 비교하여 상대적으로 좁게 설정될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치는, 압력 제어형 전자 유압펌프가 탑재된 유압시스템에서 엔진이 노후 또는 변화되어 정상적인 출력이 되지 않을 때에, 엔진의 동특성을 반영한 부하범위 별 토크 기울기 맵(map)에 의해 유압펌프가 제어되도록 함으로써, 펌프 부하 변동에 따른 엔진 회전수 감소량을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치는, 펌프 부하 변동 정도를 개선할 수 있고, 나아가 작업기의 제어 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 비교예에 따른 유압펌프 제어장치의 제어 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 비교예에 따른 유압펌프 제어장치의 제어 장치에 의해 구현되는 엔진회전수와 펌프 토크에 대한 시간 추이 그래프이다.
도 3은 비교예에 따른 유압펌프 제어장치의 제어에 의해 구현되는 엔진회전수에 대한 펌프 토크 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치에서 부하를 단계 별로 상승시킬 때에 엔진 회전수의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치에서 부하 범위 별로 토크 기울기를 설정하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치에 의해 구현되는 엔진회전수와 펌프 토크에 대한 시간 추이 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치의 제어에 의해 구현되는 엔진회전수에 대한 펌프 토크 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.
한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
먼저 도 1을 참조하여 유암펌프의 제어에 대하여 설명한다.
도 1의 (a)는 유량제어를 설명하기 위한 도면이다. 유량제어는 P-Q 선도에 따라 제어될 수 있다. 즉, 엔진에서 출력되는 최대 토크는 정해져 있으므로, 엔진이 정지되지 않은 안정된 범위 내에서 유압펌프를 작동시키는 것이다. 예컨대, 높은 압력이 요구되면 유량은 감소시키고, 압력이 낮을 때에는 최대 유량을 토출하도록 제어되는 것이다.
도 1의 (b)는 마력제어를 설명하기 위한 도면이다. 마력제어는 부하모드를 사전에 선택하여 유압펌프를 제어하는 것이다. 즉, 작업성능을 높이고자 할 때에는 최대 토크가 출력되도록 상위의 부하모드를 선택하고, 경부하의 작업을 하고자 할 때에는 최대 토크를 낮추도록 하위의 부하모드를 선택하는 것이다.
상술한 부하모드는 경부하 모드, 표준 부하모드, 중부하 모드 등으로 표현될 수 있다. 또한, 풀 파워 모드, 파워모드, 표준모드, 경제모드, 아이들 모드 등으로 표현될 수 있다. 즉, 부하의 경중 또는 출력되는 토크의 크기에 따라 표현한 것이다.
도 1의 (c)는 유량제어와 마력제어를 복합하여 적용한 유압펌프의 제어를 나타낸 것이다.
즉, 작업의 형태가 중부하일 때에는 상위의 파워모드(P모드)를 선택하여 작업하고, 작업의 형태가 경부하일 때에는 하위의 표준모드(S모드)를 선택하여 작업하게 된다. 이로써 파워모드에서 표준모드로 변경되었을 때에 최대 토출유량은 감소되는 쪽으로 제한되어 제어되는 것이다.
비교예는 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이. 유량제어와 마력제어를 복합하여 유압펌프를 제어할 때에 펌프 토크와 엔진회전수간의 상관관계를 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
첨부도면 도 2는 비교예에 따른 유압펌프 제어장치의 제어 장치에 의해 구현되는 엔진회전수와 펌프 토크에 대한 시간 추이 그래프이다. 도 3은 비교예에 따른 유압펌프 제어장치의 제어에 의해 구현되는 엔진회전수에 대한 펌프 토크 그래프이다.
도 2에서 A, B는 조이스틱을 급하게 조작하여 요구 값(유량/유압)이 급격하게 요구된 경우이다. 이때, 엔진 회전수(rpm)은 급격하게 순간적으로 급격하게 저하되고, 실제 펌프 토크가 불안정하게 저하는 형태를 보인다.
도 3에서 살펴보면, 엔진 회전수(rpm)은 정격 회전수 1800rpm ~ 1900rpm전후에서 선형의 형태를 띠지만, C부분처럼 불안정하게 튀는 부분이 발생한다. C부분은 도 2의 A, B 부분에 해당한다. 즉, 비교예에서는 조이스틱을 급격하게 조작하는 경우에 최종적으로 출력되는 펌프 토크가 불안정함을 알 수 있고, 이로써 작업기의 제어성이 저하되는 문제점이 있다.
C부분에 대하여 부연 설명하면 다음과 같다.
조이스틱을 급작스럽게 조작하면, 조이스틱 레버에 의해 최대 요구 토크(Max Torque)가 커지고, 엔진 회전수(rpm)가 감소하면 유압펌프의 출력 토크(T)는 감소한다.
최대 요구 토크(Max Torque)의 변화량만 제어하게 되면, 실제 토크 변화량이 이 급격한 부분에서 엔진 회전수(rpm)이 감소하는데, 이는 사용할 수 있는 에너지도 제한하는 성능의 저하를 야기할 수 있다. 즉, 연료는 일반적인 분사량으로 분사되는데 엔진회전수가 저하되면 소모된 연료로 구현할 수 있는 에너지의 총합이 있음에도 손실이 커져 연비가 나빠지는 결과를 초래한다.
다른 한편으로, 엔진 회전수(rpm)를 감시하여 토크의 크기를 제어한도로 갖는 경우는 후행 조치로써, 결과 값을 피드백(peed back)하므로, 갑작스러운 엔진 회전수(rpm) 변화에 대응하기는 어려움이 있다. 또한, 최종적으로 출력되는 유압펌프의 최종 토크가 불안정하여 작업기의 제어성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치에 대해서 설명한다.
첨부도면 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치에서 부하를 단계 별로 상승시킬 때에 엔진 회전수의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치에서 부하 범위 별로 토크 기울기를 설정하는 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치에 의해 구현되는 엔진회전수와 펌프 토크에 대한 시간 추이 그래프이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치의 제어에 의해 구현되는 엔진회전수에 대한 펌프 토크 그래프이다.
유압 펌프 제어장치(100)는 요구되는 유량/유압에 대응하여 복수의 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)에서 토출되는 작동유의 유량과 작동유의 유압을 구현하도록 하는 것이다.
유압펌프의 제어는 마력제어부(110)와 유량제어부(120)를 포함한다. 마력제어(110)에는 요구 유닛(10), 부하모드 선택 유닛(20), 엔진회전수 설정부(30), 엔진제어장치(40: ECU)로부터 정보를 제공받는다.
요구 유닛(10)은 조이스틱, 페달 등이 있을 수 있다. 예를 들면 조이스틱을 최대 변위로 조작하면 요구 값(유량/압력)에 대한 요구 신호가 발생하고, 요구신호는 마력제어부(110)와 유량제어부(120)에 제공된다.
부하모드 선택 유닛(20)은 작업자가 수행하고자 하는 작업의 경중에 따라 선택하는 것이다. 예를 들면, 계기판에서 부하모드를 선택하는 것으로, 과중부하 모드, 중부하 모드, 표준부하 모드, 경부하 모드, 아이들 모드 등에서 어느 하나의 부하모드를 선택하는 것이다. 상위 부하모드가 선택될수록 유압펌프에서 토출되는 작동유에 높은 압력이 형성되고, 하위 부하모드가 선택될수록 유압펌프에서 토출되는 작동유의 유량이 증대된다.
엔진회전수 설정부(30)는 엔진회전수(rpm)을 관리자가 임의로 선택할 수 있게 한 것이다. 예를 들면, RPM 다이얼을 조절하여 작업자가 소망하는 엔진회전수(rpm)을 설정하는 것이다. 엔진회전수(rpm)를 높게 설정할수록 엔진에서 더 큰 동력을 유압펌프에 제공하지만, 상대적으로 연료소모가 증가하고 건설기계의 내구성이 저하될 우려가 있으므로 적정한 엔진회전수를 설정하는 것이 바람직하다. 표준 부하모드일 경우에 예를 들면 1400rpm으로 설정할 수 있고, 작업자의 성향에 따라 좀 더 높거나 낮게 설정할 수도 있다.
엔진제어장치(40)는 엔진을 제어하도록 하는 장치로서, 실제 엔진회전수(rpm) 정보를 마력 제어부(110)에 제공한다.
마력 제어부(110)는 수집된 정보를 가공하여 요구되는 토크의 총합을 계산하고, 토크 총합은 토크 분배 제어부(130)에 제공된다.
한편, 유량제어부(120)는 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)의 사판각도 정보를 제공받아 현재 토출되는 유량이 어느 정도인지를 파악하고, 요구 유닛(10)으로부터 어느 정도의 유량이 요구되는지를 가감하여, 앞으로 어느 정도의 토크가 필요한지를 계산한다. 한편, 유압펌프는 제1 유압펌프(P1)와 제2 유압펌프(P2)로 제공되므로, 유압펌프 별로 토크 비율을 나누고, 나누어진 정보는 토크 분배 제어부(130)에 제공된다.
또한, 유량제어부(120)는 앞으로 어느 정도 크기의 압력이 필요한지를 계산하고 필요한 압력은 압력 지령(Pi)으로 펌프 제어부(140)에 제공한다.
토크 분배 제어부(130)는 마력 제어부(110)로부터 제공받은 토크 총합에서 유량제어부(120)로부터 제공받은 토크 크기 비율에 따라 제1 유압펌프(P1)와 제2 유압펌프(P2)가 각각 담당할 토크의 크기의 토크 지령(Pd)을 상술한 펌프 제어부(140)에 제공한다. 토크 지령(Pd)은 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)를 제어하도록 하는 각각의 제어신호를 포함한다.
펌프 제어부(140)는 최대 펌프 압력 값(Pmax)과 압력지령(Pi)값과 분배된 토크 지령(Pd)값 중에 가장 작은 값이 선택되고, 펌프 지령 값으로 출력되며, 펌프 지령 값은 제1 유압펌프(P1)를 제어하는 제1펌프 지령(Pcmd1)과 제2 유압펌프(P2)를 제어하는 제2펌프지령(Pcmd2)으로 구분되어 출력된다.
일반적인 상황에서는 상술한 제1, 제2 펌프지령(Pcmd1, Pcmd2)는 각각 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)에 제공되고, 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)는 제1, 제2 펌프지령(Pcmd1, Pcmd2)에 따른 작동유의 토출유량과 토출압력을 구현한다.
그러나 엔진이 노후되거나 외부의 요인으로 인하여 엔진의 동특성이 변화될 수 있고, 이러한 경우에는 앞서 비교예의 도 3에서 C부분처럼 불안정한 현상을 보인다.
본 발명에 따른 유압펌프 제어장치(100)는 제1, 제2 펌프지령(Pcmd1, Pcmd2)에 토크 제어부(200)를 부가하여 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)를 안정적으로 제어하도록 한 것이다.
토크 제어부(200)는 토크 계산부(210)와 토크 기울기 맵(220)을 포함하여 구성된다.
토크 계산부(210)는 다음의 수학식1에 의해 계산된다.
Figure pat00001
T: 유압펌프에 의해 구현되는 펌프 토크(Pump Torque)의 크기이다.
P: 유압펌프에서 토출되는 작동유의 압력이다.
Q: 유압펌프에서 단위회전당 토출되는 작동유의 유량이다.
A: 힘의 단위를 마력단위로 환산하기 위한 상수이다.
토크 기울기 맵(220)은 유압부하에 따른 엔진 동적 특성을 확인하여 생성되는 토크 기울기이다. 토크 기울기 맵의 생성은 첨부도면 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 구현 가능한 최대 유압부하를 100%로 할 때에 유압부하 범위를 단계적으로 설정하고, 단계적으로 설정된 유압부하를 건설기계(장비)에 제공하면서 엔진 회전수 변화 추이를 확인한다.
설정된 단계적인 유압부하로 급격하게 작용하였을 때에 엔진회전수(rpm)가 일시적으로 저하된 후에 복원되는데 어느 시점에 복원되는지를 확인한다.
예를 들면, 50% 유압부하를 작용하였을 때에 엔진회전수(rpm)의 드롭 량이 정격 엔진 회전수보다 높으면 다음 단계로 진행한다.
다음 단계에서 75% 유압부하를 작용하였을 때에 엔진회전수(rpm)의 드롭 량(D1)이 정격 엔진회전수보다 낮다면, 토크 기울기를 변화시키면서 엔진회전수(rpm)의 드롭 포인트가 정격 엔진회전수 보다 높은 지점을 찾는다.
또 다음 단계에서 100% 유압부하를 작용하였을 때에 엔진회전수(rpm)의 드롭량(D2)이 현저하게 떨어질 수 있다. 이때에도 토크 기울기를 변화시키면서 엔진회전수(rpm)의 드롭 포인트가 정격 엔진회전수 보다 높게 안정된 지점을 찾는다.
상술한 바와 같이, 유압부하를 단계적으로 높게 작용시키면서 엔진회전수(rpm)의 변화추이를 살피고, 드롭 포인트가 정격 엔진회전수보다 높거나 안정될 때에 유압부하와 엔진회전수 간의 동특성을 일치된 것으로 간주하는 것이다.
상술한 실시예에서는 유압부하를 50%, 70%, 100%의 예로 들었지만, 도 6에 나타낸 바와 같이, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%로 5구간으로 나누어 실시할 수도 있다.
도 6을 참조하여 설명하면, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 초기의 낮은 부하를 작용하여 엔진회전수가 안정되는 시점(時點)을 찾고, 이때의 기울기를 제1 토크 기울기(R1)로 정의한다.
이후, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 20% 부하를 작용하여 엔진회전수가 안정되는 시점(時點)을 찾고, 이때의 기울기를 제2 토크 기울기(R2)로 정의한다.
마찬가지로, 도 6의 (c, d, e)에 나타낸 바와 같이, 제3 ~ 제5 토크 기울기(R3 ~ R5)을 단계적으로 찾아 정의 한다.
상술한 바와 같이, 정의 된 제1 ~ 제5 토크 기울기(R1 ~ R5)는 도 6의 (f)에 나타낸 바와 같이, 부하 구간별 대비 토크 기울기 맵(map)을 생성하는 것이다.
상술한 바와 같이 구해지는 토크 기울기 맵(220)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 토크 제어부(200)에 제공된다.
토크 제어부(200)에서는 토크 계산부(210)에서 계산된 토크 값에 토크 기울기 값을 반영하여 최종적으로 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)를 제어할 제1, 제2 보정펌프지령(Pcmd11, Pcmd22)을 생성하여 출력하는 것이다.
즉, 상술한 토크 기울기 맵(220)은 엔진 동특성이 반영된 값이기 때문에, 최종적으로 생성된 제1, 제2 보정펌프지령(Pcmd11, Pcmd22)는 엔진 동특성이 반영된 펌프제어 지령값인 것이다.
다른 한편으로, 유압부하의 구간을 세분화하여 나눌수록 엔진동특성을 좀 더 정확하게 찾을 수 있지만, 세분화된 구간이 많을수록 엔진동특성을 찾는 데에 많은 시간이 소요되므로 3 내지 5개의 구간이 바람직하다.
상술한 유압부하의 부하별 구간은 등간격으로 설정할 수 있다. 예를 들면, 5구간으로 설정하는 경우에, 20%씩 동등한 범위로 부하 구간을 설정할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 유압부하의 부하별 구간은 등간격으로 설정할 수 있지만, 부등간격을 설정될 수도 있다. 예를 들면, 유압부하가 낮은 쪽에는 범위를 넓게 설정하고, 유압부하가 높은 쪽은 상대적으로 좁게 설정하여 세분되도록 설정할 수 있다. 좀 더 상세하게는 유압부하를 5구간으로 설정하는 경우에, 제1부하구간은 0 ~ 30%, 제2부하구간은 30% ~ 55%, 제3부하구간은 55% ~ 75%, 제4부하구간은 75% ~ 90%, 제5부하구간은 90 ~ 100%로 설정할 수 있는 것이다.
이에 부연 설명하면, 유압부하가 낮을 때에는 엔진회전수의 드롭(drop)현상이 두드러지지 않을 수 있지만, 유압부가 큰 경우에는 엔진회전수의 드롭 량이 크게 나타날 수 있다. 때문에 유압부하가 큰 구간일수록 세분화되게 설정하여 유압부하와 엔진회전수 간의 동특성의 일치점을 찾는 것이다. 이로써 좀 더 정확하게 엔진동특성을 파악할 수 있게 된다. 즉, 부하별 구간은 큰 부하 구간일수록 부하범위를 좁게 설정하고, 상대적으로 작은 부하 구간일수록 넓게 설정함으로써 부하 반응에 민감한 구간에 가중치를 더 크게 설정할 수 있고, 이로써 엔진 동특성을 좀 더 정확하게 파악할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 제1, 제2 보정펌프지령(Pcmd11, Pcmd22)는 엔진 동특성이 반영된 토크 기울기 맵(220)에 의해 최종적으로 생성된 것이고, 상술한 제1, 제2 보정펌프지령(Pcmd11, Pcmd22)에 의해 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)가 제어된다.
첨부도면 도 7 및 도 8은 상술한 제1, 제2 보정펌프지령(Pcmd11, Pcmd22)에 의해 구현되는 엔진 회전수(rpm)과 실제 펌프 토크간의 상관관계를 보인 그래프이다.
도 7에 나타난 바와 같이, 실제 펌프 토크는 요구 값에 의해 시간 흐름에 따라 변화되고, 이에 대응하여 엔진 회전수(rpm)가 변화된다. 제1, 제2 보정펌프지령(Pcmd11, Pcmd22)에 의해 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)가 제어되는 경우에 정격 엔진회전수(rpm)는 1800rpm을 기준으로 할 때에 정격 엔진회전수(rpm)보다 급격하게 엔진회전수가 낮아지는 드롭 현상을 보이지는 않고, 양호한 엔진회전수를 나타냄을 알 수 있다.
한편, 도 8에 나타낸 바와 같이, 엔진회전수(rpm)와 펌프 토크(kgf m)는 비례하여 제어됨을 알 수 있다. 즉, 엔진 회전수(rpm)를 제어함으로써 펌프 토크를 소망하는 크기로 제어할 수 있는 것이다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 엔진특성이 변화되었을 때에 엔진회전수(rpm)와 펌프 토크(kgf m)의 상관관계 그래프와 비교하여, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제1, 제2 보정펌프지령(Pcmd11, Pcmd22)에 의해 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)가 제어될 때에 매우 안정되게 제어됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치는, 압력 제어형 전자 유압펌프가 탑재된 유압시스템에서 엔진이 노후 또는 변화되어 정상적인 출력이 되지 않을 때에, 엔진의 동특성을 반영한 부하범위 별 토크 기울기 맵(map)에 의해 유압펌프가 제어되도록 함으로써, 펌프 부하 변동에 따른 엔진 회전수 감소량을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치는, 펌프 부하 변동 정도를 개선할 수 있고, 나아가 작업기의 제어 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
다른 한편으로, 엔진의 동특성을 고려하여 유압부하를 작용시킴으로써 엔진에서 연료가 과다하게 소모되는 것을 방지할 수 있으므로 연비향상에 도움이 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 건설기계용 유압펌프 제어 장치는 엔진의 동적특성을 반영하여 유압펌프를 제어하는 데에 이용될 수 있다.
10: 요구 유닛 20: 부하모드 선택 유닛
30: 엔진회전수 설정부 40: 엔진제어장치(ECU)
100: 유압펌프 제어장치
110: 마력 제어부 120: 유량 제어부
130: 토크 분배 제어부 140: 펌프 제어부
200: 토크 제어부 210: 토크 계산부
220: 토크 기울기 맵(map)
P1, P2: 제1, 제2 유압펌프

Claims (4)

  1. 요구 값에 상응하는 펌프 토크(Pump Torque)를 구현하도록 제1, 제2 펌프 지령(Pcmd1, Pcmd2)을 생성하여 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)를 제어하는 유압펌프 제어장치(100); 및
    상기 유압펌프 제어장치(100)에서 엔진 동특성이 반영되어 생성된 토크 기울기 맵(map, 220)에 의해 상기 제1, 제2 펌프 지령(Pcmd1, Pcmd2)이 보정된 제1, 제2 보정펌프 지령(Pcmd11, Pcmd22)을 각각 생성하여 상기 제1, 제2 유압펌프(P1, P2)에 상기 제1, 제2 보정펌프 지령(Pcmd11, Pcmd22)을 제공하도록 하는 토크 제어부(200);
    를 포함하는 건설기계용 유압펌프 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 토크 기울기 맵(220)은,
    유압부하를 최소에서 최대까지의 범위에서 3 내지 5개의 구간으로 구간을 정하고, 각 구간 별로 유압부하를 발생시켰을 때에 엔진회전수 드롭 현상이 안정화되는 시점(時點)의 각각의 토크 기울기를 구하여 생성된 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압펌프 제어 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 유압부하별 각 구간의 범위는 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압펌프 제어 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 유압부하별 각 구간의 범위는 큰 부하 구간일수록 작은 부하 구간에 비교하여 상대적으로 좁게 설정되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 유압펌프 제어 장치.
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