KR960012407B1 - 유압장비의 유량제어 방법(Flow Control Method of Hydraulic Machine) - Google Patents

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Description

유압장비의 유량제어 방법

제1도는 본 발명을 실현하기 위한 유압 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 블럭도.

제2도는 유압펌프의 토출량과 토출압력과의 관계를 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명을 설명하기 위한 흐름도.

제4도는 우압펌프의 부하압에 따른 유압펌프의 토출유량과 조작레버의 조작량과의 관계를 나타낸 그래프.

본 발명은 원동기(Engine)에 의해 구동되는 가변용량형 유압펌프(variable delivery oil hydraulic pump)와 이 펌프에 연결된 복수의 유압작동기(actuator)들로 구성되는 유압장비에 있어서, 각 작동기의 속도변화를 감지하여 각 작동기의 유량 및 펌프의 토출유량(rate of flow)을 제어하고 펌프의 부하압력과 원동기의 회전 속도를 이용하여 펌프의 최대토출유량을 제한하는 방법으로서, 작동기의 출력보다 펌프의 출력을 적절히 지연시켜서 작동기의 기동시 유압쇼크를 줄여주는 유량제어방법에 관한 것이다.

유압장비, 구체적으로 예를들면, 굴삭기가 행하는 작업은 경부하작업(예를들면, 평지나 경사지의 면 고르기 작업 등)에서부터 중부하작업(예를들면, 땅파기 작업 등)에 이르기까지 다양한 종류(모드)가 있음에도 불구하고, 작업 모드에 상관없이 각 모드의 작업이 수행될때마다 펌프로부터 동일한 유량이 토출되도록 하는 불합리한 점을 보상하기 위하여 종래에는 조작레버의 조작량에 비례하여 유압펌프의 토출량을 제어하는 네그티브 제어(negative control : 이하, negacon이라 약칭함)방식을 채택하여 조작레버가 최대로 작동되지 않는 경우에는 유압펌프의 토출유량을 줄여 줌으로써 에너지의 손실이 발생되지 않도록 하는 방법이 제안되어 활용되고 있다.

그러나, 위와 같은 네그티브 제어방식을 채택할 종래의 방법에 의하면, 저압영역에서는 유압펌프의 토출 유량을 효과적으로 제어할 수 있지만 고압영역에서는 유압펌프의 토출유량을 효과적으로 제어할 수 없는 결함이 있다.

제2도는 유압펌프의 토출유량(Q)과 토출압력(P)과의 관계를 나타낸 negacon 선도이다.

제2도에서, 참조부호 J1으로 표시된 지점은 조작레버가 최대로 조작된 상태를 나타낸다.

또한, J2로 표시된 지점에서는 표준(Standard) 작업모드(이하, S모드로 약칭함) 뿐만 아니라 경(Light) 작업모드(이하, L모드라 약칭함)와 중(Heavy) 작업모드(이하, H모드로 약칭함)시 펌프의 토출유량은 q1으로 동일하다.

한편, 고압영역에 속하는 소정의 압력 Ph에 대한 H, S, L모드에서의 펌프의 토출유량은 q1, q2, q3로 각각 나타내면, 이들 토출량은 압력 Ph 하에서 각 작업모드별로 펌프가 낼 수 있는 최대 토출량이 된다.

이때, 조작레버의 조작량을 살펴보며, 고압영역에서는 펌프의 토출량을 제어할 수 없다는 것을 알 수 있다.

예를들어, H모드의 경우 조작레버는 절반정도만 조작된 상태이지만, 유압펌프의 최대 토출량이 q1으로 제한되어 있는 이유로 인하여, 조작레버를 최대로 조작한다 하더라도 토출량은 역시 q1으로 제한된다.

따라서, 이 경우 조작레버의 조작량이 절반 이상을 넘는 경우에는 펌프로부터 항상 동일한 유량을 토출할 수 밖에 없다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 유압장비에 있어서 펌프의 토출유량을 외부 부하량에 적합하게 조절해 주어 유량의 손실을 막고 운전자의 조작요구에 대해 각 유압작동기의 독립된 조작성을 보장하여 장비의 조작성을 향상시키는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 원동기의 회전력에 의해 구동되는 적어도 하나 이상의 가변용량형 유압펌프와, 상기 원동기의 회전수를 검출하는 회전수검출수단과, 상기 펌프의 부하압력을 검출하는 원동기 부하압력검출수단과, 상기 펌프의 토출유량에 의해 작동되는 복수의 작동기와 상기 펌프로부터 상기 작동기들 각각으로 제공되는 작동유의 흐름방향 및 유량을 제어하기 위한 복수의 유량제어밸브와, 상기 작동기들 각각의 실제 작동속도를 검출하기 위한 작동기속도검출수단과, 운전자의 조작량을 전기신호로 변환하여 출력하는 장비조작수단과, 복수의 작업모드중 선택된 하나의 모드를 나타내는 소정의 선택모드신호를 출력하는 출력선택수단과, 상기 출력선택수단 및 상기 조작수단으로부터 제공되는 조작신호들에 응답하여 상기 펌프의 토출유량을 부하량에 따라서 조절하기 위한 제어수단을 적어도 포함하는 유압 시스템에서 본 발명에 따라 유량을 제어하는 방법은 상기 출력선택수단에 의해 선택된 어느 하나의 작업모드에 따른 모드값 M과, 상기 조작수단의 조작량(조작각도)에 상응하게 발생되는 조작량데이타 φ[i]와, 상기 작동기속도검출수단들로부터 제공되는 작동기들의 실제속도 v[i]와, 상기 펌프압력검출수단으로부터 제공되는 펌프의 부하압력 P[i] 및, 상기 회전수검출수단으로부터 제공되는 원동기회전수 N을 각각 읽어들이는 제1단계와; (여기서, v(i)는 i번째 작동기의 실제속도, φ[i]는 i번째 작동기에 대한 조작레버의 조작각도, P[j]는 j번째 펌프의 부하압력을 각각 나타냄.)

상기 모드값(M)과 상기 원동기회전수(N)를 이용하여 펌프의 출력마력을 제한하고, 이렇게 제한된 출력 마력의 범위 내에서 상기 펌프부하압력 P(i)에 근거하여 유압펌프들 각각이 토출할 수 있는 최대토출가능유량 QMax[j]를 계산하는 제2단계와; (여기서, QMax[j]는 j번째 펌프의 최대토출가능유량을 나타냄.)

상기 조작수단에 대응되는 펌프의 최대토출가능유량과 그 펌프들의 유량제어를 위한 조작레버들로부터 각각 입력되는 입력조작량들을 연계시켜 조작수단의 입력요구유량 qa[i]를 계산하는 제3단계와; 상기 조작 수단에 의해 임의의 유압펌프가 단독으로 동작되는지 또는 여러개의 펌프들이 함께 동작되는지를 조사하여, 단독조작이라고 판명되면 조작수단의 입력요구유량 qa[i]이 펌프의 출력유량 QOUT[j]와 작동기의 출력유량 qOUT[j]가 되도록 하는 제4단계와; 단독조작이 아니라고 판명되면 상기 적어도 하나 이상의 펌프와 각각 연결된 작동기들 각각이 입력될 것을 요구하는 입력요구유량 qa[i][j]의 합 qTot[j]를 구하고(여기서, qa[i][j]는 j번째 펌프와 연결된 작동기들 중 i번째 작동기의 요구유량을 나타냄.) 펌프의 유량토출조건이 합류조건인지 또는 비합류조건인지에 따라서 작동기의 유량 및 펌프의 유량을 각각 재분배하는 제5단계와; 상기 제4 및 제5단계에서 얻어진 각 작동기의 출력요구유량 qOut[i]와 출력요구속도상구 K[i]를 이용하여 각 작동기의 출력요구속도 vOut[i]를 구하고, 상기 속도검출수단으로부터 각 작동기의 실제속도 v[i]를 읽어들인 후 상기 출력요구속도 vOut[i]와 실제속도 v[i] 사이의 오차 Av[i]를 구하고, 이 오차값 Av[i]를 토대로 각 작동기의 유량을 제어하기 위한 전압 VaOut[i]를 계산하여 전압신호들을 생성하는 제6단계와; 작동기들 각각의 실제속도 v[i]를 이용하여 각 펌프의 실제토출유량 Q[j]를 연산하고, 각 펌프의 출력요구유량 QOut[j]와 상기 실제토출유량 Q[j] 사이의 오차 △Q[j]를 연산하여(S23), 각 펌프의 토출량을 제어하기 위한 전압 VpOut[j]를 계산하여 전압신호들을 생성하는 제7단계와; 전압신호들 VaOut[i]와 VpOut[j]는 작동기들 각각의 유량을 제어하기 위한 상기 전자비례밸브들과 상기 펌프들과 각각 연결된 레귤레이터들을 제어하기 위한 전자비례밸브로 각각 출력되도록 하되, 작동기의 기동시 발생되는 유압쇼크를 줄이기 위해 작동기전압 VaOut[i]와 펌프전압 VpOut[j]는 소정의 시간 간격 Td를 두고 출력되게 하는 제8단계를 포함하는 것이 특징이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제5단계는 상기 펌프유량토출조건이 상기 비합류조건이면 각펌프별 토출유량을 계산하기 위해 먼저 펌프를 각각의 최대토출가능유량 QMax[j]가 각 펌프와 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[j]보다 큰지 여부를 조사하여 각 펌프의 최대토출가능유량 QMax[j]가 자신과 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[j]보다 크지 않으면 각 펌프에 대한 요구유량의 합들(qTot[1], qTot[2], …qTot[j])을 상호 비교하여 가장 큰 요구유량의 합 qTotMax를 구하는 단계와; 상기 최대요구유량합 qTotMax를 기준으로 설정하여 각 펌프와 연결된 작동기들 각각의 입력요구유량 qa[i][j]를 수정한 후 수정된 작동기입력요구유량을 각 작동기의 출력요구 유량 qOut[i][j]로서 설정하여 작동기 유량을 재분배하고, 각 펌프에 연결된 작동기 각각의 입력요구유량 qa[i][j]의 합 qTot[j]를 각각 수정한 후 수정된 작동기들이 입력요구유량의 합 qTot[j]를 그 펌프의 출력유량 QOut[j]으로서 설정하는 단계와; 상기 각 펌프의 최대토출가능유량 QMax[j]가 그것과 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[j]보다 크면 각 펌프에 연결된 작동기들의 요구유량합 qTot[j]를 각 펌프의 출력유량 QOUT[j]로 설정하고, 조작 수단들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 작동기들 각각의 출력유량 qOut[j]로 설정하는 단계와; 상기 펌프토출유량조건이 상기 합류조건이면 시스템이 포함하는 모든 작동기들 각각의 요구유량을 합한 것(∑qa[i])을 모든 작동기들이 요구하는 총요구유량 qTot로서 설정하고, 총요구유량 qTot가 시스템이 포함하는 모든 펌프들 각각의 토출할 수 있는 펌프토출가능유량 QMax[j]를 합한 것(∑QMax[j]) 보다 작은 지의 여부를 조사하여, 작다고 판단되면 각 펌프에 연결된 작동기들 각각의 입력요구유량을 합한 요구유량(즉, 각 입력요구유량의 합) qTot[j]를 각 펌프의 토출유량 QOut[j]로 설정하고 조작수단들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 각 조작수단에 대응되는 작동기의 출력유량 qOut[i]로 설정하는 단계와; 상기 총요구유량 qTot가 시스템이 포함되는 모든 펌프들 각각이 토출할 수 있는 펌프토출가능유량 QMax[j]를 합한 것 (∑QMax[j]) 보다 작지 않다고 판단되면 펌프들 각각의 최대 토출가능유량 QMax[j] 중에서 가장 큰 토출가능유량값 QMax를 찾고, 상기 유량(QMax)에 준하여 동일한 비율로 시스템이 포함하는 작동기들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 수정한 후, 수정된 작동기들 각각의 입력요규유량 qa[i]를 각 작동기의 출력유량 qOut[i]로서 설정하며, 시스템이 포함하는 펌프들 각각의 최대토출가능유량 QMax[j]를 각 펌프의 출력유량 QOut[j]로서 설정하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.

이제부터 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 대해 상세히 설명하겠다.

제1도는 본 발명이 적용되는 유압시스템의 구성을 나타낸 것으로, 도면에서, 참조번호 1로 나타낸 것은 연료분사수단으로부터 분사되는 연료량에 상응한 회전력을 얻는 원동기이고, 참조번호 2로 나타낸 것은 원동기(1)의 회전소수를 검출하는 원동기소도검출수단이다.

제1도에서, 참조번호 3 및 3a는 원동기 (1)의 회전력에 의해 구동되는 가변용량형유압펌프를 각각 나타낸 것이고, 4는 원동기(1)의 회전력에 의해 구동되어 파일럿 압유를 공급하기 위한 보조펌프를 나타낸 것이며, 5 및 5a는 두 개의 가변용량형유압펌프(3, 3a) 각각이 가지고 있는 사판(swash plate)의 경전각(oblique angle)을 조절하여 펌프의 토출유량을 변화시키는 펌프레귤레이트를 각각 나타낸 것이고, 6은 유압모터를 나타낸 것이고 6a 내지 6c는 유압실린더를 각각 나타낸 것이다.

제1도에서, 참조번호 7과 7a∼7c로 나타낸 것은 펌프(3, 3a)로부터 작동기들인 유압모터(6) 및 유압실린더들(6a∼6c)로 전달되는 압유(壓油)의 흐름방향 및 흐름양을 조절하기 위한 유량제어밸브들이고, 참조번호 8은 입력되는 전기량에 상응하게 펌프레귤레이트들(5, 5a)을 구동시키는 레귤레이터구동용 전자비례밸브를 나타낸 것이며, 또한, 9 및 9a는 입력전기량에 비례하는 파일럿 압을 발생시켜 유량제어밸브들(7, 7a∼7c)을 조절하는 밸브구동용 전자비례밸브들을 나타낸 것이다.

참조번호 10은 원동기(1)의 회전수를 검출하는 원동기회전수 검출수단을 나타낸 것이고, 11 및 11a는 펌프들(3, 3a) 각각의 부하압력을 검출하는 펌프부하압력검출수단들을 나타낸 것이고, 12 및 12a는 작동기들(6, 6a∼6c)들이 구동될 때 유량제어밸브들(7, 7a∼7c)을 통하여 탱크로 나가는 센터 바이패스(center bypass)유량을 막아주는 로직밸브들을 나타낸 것이며, 13과 13a∼13c는 작동기들(6, 6a∼6c) 각각의 속도(또는, 위치)를 검출하는 작동기속도(또는, 작동기위치) 검출수단을 각각 나타낸 것이다.

제1도에서, 참조번호 14로 나타낸 것은 상술한 전자식 구성요소들의 작동을 소정의 전기제어신호들에 의해 총체적으로 제어하는 제어회로이고, 15 및 15a는 조작레버를 각각 나타낸 것이며, 참조번호 16은 작업모드(L, S, H)를 각각에 따라서 원동기 및 유압펌프의 출력마력크기를 선택하기 위해 선택된 작업모드에 대응되는 소정의 모드신호를 발생하여 제어회로(14)로 제공하는 출력선택수단을 나타낸 것이다.

제어회로(14)는 통상적으로 고성능 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터 등에 의해 구성된다.

이상과 같은 구성을 갖는 유압시스템에 적용되는 본 발명에 따른 유량제어방법에 대해 제3도의 흐름도를 참조하면서 다음에 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 제어기능을 직접적으로 수행하는 제어회로(14)는 출력선택수단(16)에 의해 선택된 작업모드 L, S, H 중 어느 하나의 모드에 따른 모드값 M과, 조작레버들(15, 15a)의 조작량(조작각도)에 상응하게 발생되는 조작량데이터 φ[i]와, 작동기속도검출수단들(13, 13a∼13c)로부터 제공되는 작동기들(6, 6a∼6c)의 실제속도 v[i]와, 펌프압력검출수단들(11, 11a)로부터 제공되는 펌프들(3, 3a)의 부하압력 P[j] 및, 원동기회전수검출수단(2)로부터 제공되는 원동기회전수 N를 각각 읽어들인다(S1).

여기서, v[i]는 i번째 작동기의 실제속도, φ[i]는 i번째 작동기에 대한 조작레버의 조작각도, P[j]는 j번째 펌프의 부하압력을 각각 나타낸다.

이어, 제어회로(14)는 선택된 모드를 나타내는 모드값(M)과 원동기회전수(N)를 이용하여 펌프들(3, 3a)의 출력마력을 제한하고, 이렇게 제한된 출력마력의 범위 내에서 펌프부하압력 P[j]에 근거하여 유압펌프들 각각이 토출할 수 있는 최대토출가능유량 QMax[j]를 연산한다(S2).여기서, QMax[j]는 j번째 펌프의 최대토출가능유량을 나타낸다.

조작레버들 각각에 대응되는 펌프들 각각의 최대토출가능유량과 그 펌프들의 유량제어를 위한 조작레버들로부터 각각 입력되는 입력조작량들을 연계시켜 조작수단들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 계산한다(S3).

이를 제4도를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

예를들어, 출력모드(즉, 작업모드)가 H모드이고 어느 한 펌프의 부하압력이 P1이라면 그 펌프의 최대토출가능유량은 시스템의 출력선도에 의거하여 q1으로 결정된다.

이렇게 얻어진 최대토출가능유량 q1을 근거로 하여 미리 저장된 정보에 따라 유량요구선도 c1이 결정된다.

이때, 그 펌프의 작동과 관련된 조작레버의 조작량이 deg1이라고 하면 얻어진 요구유량선도 c1에 의거하여 입력요구유량 qr1을 얻게된다.

이상과 같은 연산을 수행하여 조작수단들 각각의 입력요구유량 qa[i]이 구해지면 레버의 조작이 임의의 유압펌프가 단독으로 동작되게 조작하는지, 또는 펌프들이 함께 동작되게 조작하는지를 조사하여(S4), 단독조작이라고 판명되면(S4에서 YES이면) 해당 조작레버의 입력요구유량 qa[i]이 펌프의 출력유량 QOUT[j]와 작동기의 출력유량 qOUT[i]가 되도록 하고 (S5), 이어서 작동기의 출력요구속도를 계산하기 위한 단계로 넘어간다.

한편, 단독조작이 아니라고 판명되면(S4에서 NO이면) 먼저, 각각의 펌프와 연결된 작동기를 각각이 입력될 것을 요구하는 입력요구유량 qa[i][j]의 합 qTot[j]를 구한다(S6).

여기서, qa[i][j]는 j번째 펌프와 연결된 작동기들 중 i번째 작동기의 요구유량을 나타낸다.

이어, 펌프의 유량토출조건(이 조건은 유량조절밸브의 내부 구조, 유압작동기의 특성 또는 작업모두 등에 따라서 결정됨)이 유압 펌프토출유량의 합류를 나타내는지 여부를 조사하여(S7), 비합류조건이면(S7에서 NO이면) 각 펌프 별토출유량을 계산하기 위해 먼저 펌프들 각각의 최대토출가능 유량 QMax[J]가 각 펌프와 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[J] 보다 큰지 여부를 조사한다(S8).

이때, 각 펌프의 최대토출가능유량 QMax[j]가 자신과 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[j]보다 크지 않으면(S8에서 NO이면) 각 펌프에 대한 요구유량의 합들(qTot[i], qTot[2], …qTot[j])을 상호 비교하여 가장 큰 요구 유량의 합 qTotMax를 구한다(S9).

이어, 계산된 최대요구유량합 qTotMax를 기준으로 설정하여 각 펌프와 연결된 작동기들 각각의 입력요구유량 qa[i][j]를 다음과 같이 각각 수정한 후

qa[i][j]*(qa[i][j]/qTotMax*QMax[j]

이렇게 수행된 작동기입력요구유량을 각 작동기의 출력요구 유량 qOut[i][j]로서 설정한다(S10).또, 각 펌프에 연결된 작동기 각각의 입력요구유량 qa[i][j]의 합 qTot[j]를 다음과 같이 각각 수정한 후

qTot[j]*(qTot[j]/qTotMax)*QMax[j]

이렇게 수정된 작동기들의 입력요규유량의 합 qTot[j]를 그 펌프의 출력유량 QOut[j]으로서 설정한다(S11).

상기의 단계 S8에서, 각 펌프의 최대토출가능유량 QMax[j]가 그것과 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[j]보다 크면(S8에서 YES이면) 각 펌프에 연결된 작동기들의 요구유량합 qTout[j]를 각 펌프의 출력유량 QOUT[j]로 설정하고, 조작수단들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 작동기들 각각의 출력유량 qOut[i]로 설정한다(S12).

단계 S7에서, 합류조건이면(YES이면) 시스템이 포함하는 모든 작동기들 각각의 요구유량을 합한 것(∑qa[i])을 모든 작동기들이 요구하는 총요구유량 qTot로서 설정한다(S13).

이어, 총요구유량 qTot가 시스템이 포함하는 모든 펌프들 각각이 토출할 수 있는 펌프토출가능유량 QMax[j]를 합한 것(∑QMax[j]) 보다 작은지의 여부를 조사하여(S14), 작다고 판단되면(S14에서 YES이면) 각 펌프에 연결된 작동기들 각각의 입력요구유량을 합한 요구유량(즉, 각 입력요구유량의 합) qTot[j]를 각 펌프의 토출유량 QOut[j]로 설정하고 조작수단들 각각의 입력요구유량 qa[j]를 각 조작수단에 대응되는 작동기의 출력유량 qOut(i)로 설정한다(S15).

여기서, 예를들어, 두 개의 펌프를 포함하는 시스템의 경우 펌프들의 토출유량을 연산할 때 요구유량에 따라 두 펌프에 펌프토출유량을 반분하여 할당하거나(즉, 두 펌프가 동일한 유량을 토출하도록 하거나) 또는, 어느 하나의 펌프는 토출가능한 최대유량을 토출하도록 하고 모자라는 분량의 유량은 다른 하나의 펌프로부터 토출되도록 하는 방법을 사용할 수 있다.

단계 S14에서, 총요구유량 qTot가 시스템이 포함하는 모든 펌프들 각각이 토출할 수 있는 펌프토출가능유량 QMax[j]를 합한 것(∑QMax[j] 보다 작지 않다고 판단되면 (S14에서 NO이면)(즉, 펌프들이 요구 유량을 충족시키지 못할 때에는) 펌프들 각각의 최대토출가능유량 QMax[j] 중에서 가장 큰 토출가능유량 값 QMax를 갖고(S16), 이 유량(QMax)에 준하여 동일한 비율로 시스템이 포함하는 작동기들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 다음과 같이 수정한 후,

qa[i]*(qa[i]/qTot)*QMax

이렇게 수정된 작동기들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 각 작동기의 출력유량 qOut[i]로서 설정하며(S17), 시스템이 포함하는 펌프들 각각의 최대토출가능유량 QMax[j]를 각 펌프의 출력유량 QOut[j]로서 설정한다(S18).

이어, 제어회로(14)는 각 작동기의 출력요구속도 vOut[i]를 다음의 식에 따라 구하고(S19),

vOut[i]=qOut[i]*K[i]

(여기서, K[i]는 i번째 작동기의 출력요구속도 상수임.)

각각의 속도검출수단(13, 13a∼13c)으로부터 각 작동기의 실제속도 v[i]를 읽어들인 후 상기 출력요구속도 vOUT[i]와 실제속도 v[i] 사이의 오차 △v[i]를 구하고(S20). 이 오차값 △v[i]를 토대로 각 작동기의 유량을 제어하기 위한 전압 VaOut[i]를 계산하여 전압신호들을 생성한다(S21).

또한, 작동기들 각각의 실제속도 v[i]를 이용하여 각 펌프의 실제토출유량 Q[j]를 연산하고(S22), 각 펌프의 출력요구유량 QOut[j]와 상기 실제토출유량 Q[j] 사이의 오차 △Q[j]를 연산하여(S23), 각 펌프의 토출량을 제어하기 위한 전압 VpOut[j]를 계산하여 전압신호들을 생성한다(S24).

이상에서 설명된 바와 같이 생성된 전압신호들 VaOut[i]와 VpOut(j)는 통상적으로 제어회로(14)의 내부에 구성되는 신호중폭수단(도시되지 않음)에 의해 전류신호들로 변환되어 증폭된 후 펌프들(3, 3a)로부터 작동기들로 공급되는 유량을 제어하기 위한 전자비례밸브들(9, 9a)과 상기 펌프들(3, 3a)가 각각 연결된 레귤레이트들(5, 5a)을 제어하기 위한 전자비례밸브(8)로 각각 제공되도록 하되, 작동기의 기동시 발생되는 유압쇼크를 줄이기 위해 작동기전압 VaOut[i]와 펌프전압 VpOut[j]는 소정의 시간 간격 Td를 두고 출력되도록 한다(S25∼S27).

따라서, 상기 작동기 유량제어용 전자비례밸브 9 및 9a는 입력된 전류신호들에 각각에 상응하게 유량제어밸브들 7, 7a∼7c로 파일럿압력을 각각 발생하여 유량제어밸브들 각각의 스풀을 움직이게 됨으로써 작동기들(6, 6a∼6c) 각각으로 공급되는 유량을 조절하게 되고, 상기 펌프레귤레이터 제어용 전자비례밸브(8)는 입력되는 전기신호를 각각에 상응하게 각 레귤레이터 5 및 5a의 사판을 소정의 각도로 경전시키는 것에 의해 펌프들 각각이 토출하는 유량을 제어하게 된다.

이때, 앞에서 설명된 바와 같이 적어도 하나 이상의 유압작동기가 구동되어 있는 쪽의 로직밸브 12 또는 12a(또는, 두 로직밸브 12 및 12a 모두)를 닫아 줌으로써 펌프들(3, 3a)로부터 토출되는 모든 작동유가 구동중에 있는 적어도 하나 이상의 작동기로 전달된다.

따라서, 각 작동기의 실제 작동속도를 통하여 얻어진 각 작동기로의 유량의 합이 펌프들로부터 실제로 토출되는 유량과 동일하게 된다.

또한, 각 작동기의 출력요구속도와 그것의 실제작동속도 간의 오차를 구하고 이를 통하여 출력전압을 보상해 줌으로써 펌프로부터 그것으로 출력되는 유량을 조절하여 원하는 작업이 이루어지게 한다.

이상에서 굴삭기의 유압시스템을 통하여 상세히 설명된 본 발명에 따르면 유압장비의 유량을 제어함에 있어서 다음과 같은 장점들을 얻을 수 있게 된다.

첫째, 유압펌프들의 토출유량을 부하에 따라서 적절히 조정하여 줌으로써 작업모드에 따른 장비의 효율적인 구동이 가능하게 되고 그 결과 에너지절감효과가 발생된다.

둘째, 조작레버의 조작량에 따라서 각 작동기의 자동속도를 조절하여 줌으로써 조작성을 향상시키고 미세작업의 경우에도 조작성을 보장할 수 있다.

셋째, 펌프의 토출가능유량과 조작레버의 조작량과의 관계를 동시에 고려하여 펌프의 토출량 및 유압작동기의 출력유량을 결정하여 줌으로써 설정된 작업모드에 가장 적합한 제어조건을 제공하게 된다.

넷째, 작동기의 구동시 로직밸브를 당겨 줌으로써 펌프의 토출유량을 전부 작동기로 보낼 수 있게 되어 펌프의 효율적인 이용이 가능하게 되고 연료의 손실을 줄일 수 있게 된다.

다섯째, 작동기의 기동시 펌프의 출력을 작동기의 출력에 비해 적절히 지연시켜 줌으로써 작동기의 기동시에 발생되는 쇼크를 줄여 조작성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 원동기의 회전력에 의해 구동되는 적어도 하나 이상의 가변용량형 유압펌프와, 이 적어도 하나 이상의 제공되는 작동유에 의해 구동되는 복수의 작동기와, 펌프로부터 상기 작동기들 각각으로 제공되는 상기 작동유의 흐름방향 및 유량을 제어하기 위한 복수의 유량제어밸브와, 작동기속도검출수단과, 장비조작수단과, 펌프부하압력검출수단과, 복수의 작업모드중 선택된 하나의 모드를 나타내는 소정의 선택모드신호를 출력하는 출력선택수단과, 이 출력선택수단 및 상기 조작수단으로부터 제공되는 소정의 조작신호들에 응답하여 상기 적어도 하나 이상의 펌프의 토출유량을 부하량에 따라서 조절하기 위한 제어수단을 포함하는 유압 시스템에서 유량을 제어하는 방법에 있어서; 상기 출력선택수단으로부터의 모드값(M)과, 상기 조작수단으로부터의 조작량데이터(φ[i]와, 상기 작동기속도검출수단들로부터의 각 작동기의 실제속도(v[i])와, 상기 펌프부하압력검출수단으로부터의 펌프부하압력(P[j]) 및, 상기 회전수검출수단으로부터의 원동기회전수(N)를 각각 읽어들이는 제1 단계와; 상기 모드값(M)과 상기 원동기회전수(N)를 이용하여 펌프의 출력마력을 제한하고, 이렇게 제한된 출력마력의 범위 내에서 상기 펌프부하압력 P[j]에 근거하여 유압펌프들 각각이 토출할 수 있는 최대토출가능유량 QMax[j]를 계산하는 제2단계와; 상기 조작수단에 대응되는 펌프의 최대토출가능유량과 그 펌프들의 유량제어를 위한 조작레버들로부터 각각 입력되는 입력조작량들을 연계시켜 조작수단의 입력요구유량 qa[i]를 계산하는 제3단계와; 상기 조작수단에 의해 임의의 유압펌프가 단독으로 동작되는지 또는 여러개의 펌프들이 함께 동작되는지를 조사하여, 단독조작이라고 판명되면 조작수단의 입력요구유량 qa[i]이 펌프의 출력유량 QOUT[j]와 작동기의 출력유량 qOUT[i]가 되도록 하는 제4단계와; 단독조작이 아니라고 판명되면 상기 적어도 하나 이상의 펌프와 각각 연결된 작동기들 각각이 입력될 것을 요구하는 입력요구유량 qa[i][j]의 합 qTot[j]를 구하고 펌프의 유량토출조건이 합류조건인지 또는 비합류조건인지에 따라서 작동기의 유량 및 펌프의 유량을 각각 재분배하는 제5단계와; 상기 제4 및 제5단계에서 얻어진 각 작동기의 출력요구유량 qOut[i]와 출력요구속도상수 K[i]를 이용하여 각 작동기의 출력 요구속도 vOut[i]를 구하고, 상기 속도검출수단으로부터 각 작동기의 실제속도 v[i]를 읽어들인 후 상기 출력요구속도 vOut[i]와 실제속도 v[i] 사이의 오차 Av[i]를 구하고, 이 오차 값 △v[i]를 토대로 각 작동기의 유량을 제어하기 위한 전압 VaOut[i]를 계산하여 전압신호들을 생성하는 제6단계와; 작동기들 각각의 실제속도 v[i]를 이용하여 각 펌프의 실제토출유량 Q[j]를 연산하고, 각 펌프의 출력요구유량 QOut[j]와 상기 실제토출유량 Q[j] 사이의 오차 △Q[j]를 연산하여(S23), 각 펌프의 토출량을 제어하기 위한 전압 VpOut[j]를 계산하여 전압신호들을 생성하는 제7단계와; 전압신호들 VaOut[i]와 VpOut[j]는 작동기들 각각의 유량을 제어하기 위한 상기 전자비례밸브들과 상기 펌프들과 각각 연결된 레귤레이터들을 제어하기 위한 전자 비례밸브로 각각 출력되도록 하되, 작동기의 기동시 발생되는 유압쇼크를 줄이기 위해 작동기전압 VaOut[i]와 펌프전압 VpOut[j]는 소정의 시간 간격 Td를 두고 출력되게 하는 제8단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압장비의 유량제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제5단계는 상기 펌프유량토출조건이 상기 비합류조건이면 각 펌프 별 토출유량을 계산하기 위해 먼저 펌프들 각각의 최대토출가능유량 QMax[j]가 각 펌프와 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[j]보다 큰지 여부를 조사하여 각 펌프의 최대토출가능유량 QMax[j]가 자신과 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[j] 보다 크지 않으면 각 펌프에 대한 요구유량의 합들(qTot[1], qTot[2], …qTopt[j])을 상호 비교하여 가장 큰 요구유량의 qTotMax를 구하는 단계와; 상기 최대요구유량합 qTotMax를 기준으로 설정하여 각 펌프와 연결된 작동기들 각각의 입력요구유량 qa[i][j]를 수정한 후 수정된 작동기입력요구유량을 각 작동기의 출력요구유량 qOut[i][j]로서 설정하여 작동기유량을 재분배하고, 각 펌프에 연결된 작동기 각각의 입력요구유량 qa[i][j]의 합 qTot[j]를 각각 수정한 후 수정된 작동기들의 입력요구유량의 합 qTot[j]를 그 펌프의 출력유량 QQut[j]으로서 설정하는 단계와; 상기 각 펌프의 최대토출가능유량 QMax[j]가 그것과 연결된 작동기들이 요구하는 유량의 합 qTot[j] 보다 크면 각 펌프에 연결된 작동기들의 요구유량합 qTot[j]를 각 펌프의 출력유량 QOUT[j]로 설정하고, 상기 조작수단들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 작동기들 각각의 출력유량 qOut[i]로 설정하는 단계와; 상기 펌프토출유량조건이 상기 합류조건이면 시스템이 포함하는 모든 작동기들 각각의 요구유량을 합한 것(∑qa[i])을 모든 작동기들이 요구하는 총요구유Tot로서 설정하고, 상기 총요구유량 qTot가 시스템이 포함하는 모든 펌프들 각각이 토출할 수 있는 펌프토출가능유량 QMax[j]를 합한 것(∑QMax[j]) 보다 작은지의 여부를 조사하여, 작다고 판단되면 각 펌프에 연결된 작동기들 각각의 입력요구유량을 합한 요구유량 qTot[j]를 각 펌프의 토출유량 QOut[j]로 설정하고 조작수단들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 각 조작수단에 대응되는 작동기의 출력유량 qOut[i]로 설정하는 단계와; 상기 총요구유량 qTot가 시스템이 포함하는 모든 펌프들 각각이 토출할 수 있는 펌프토출가능유량 QMax[j]를 합한 것(∑QMax[j]) 보다 작지 않다고 판단되면 펌프들 각각의 최대토출가능유량 QMax[j] 중에서 가장 큰 토출가능유량값 QMax를 찾고, 상기 유량(QMax)에 준하여 동일한 비율로 시스템이 포함하는 작동기들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 수정한 후, 수정된 작동기들 각각의 입력요구유량 qa[i]를 각 작동기의 출력유량 qOut[i]로서 설정하며, 시스템이 포함하는 펌프들 각각의 최대토출가능유량 QMax[j]를 각 펌프의 출력유량 QOut[j]로서 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압장비의 유량제어방법.