KR101656765B1 - 작업 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

선회 펌프 출력 산출부는, 전동 모터의 출력을 유압 펌프에서의 출력으로 환산한 선회 펌프 출력을 산출한다. 저감량 결정부는, 선회 펌프 출력에 기초하여 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력의 저감량을 결정한다. 펌프 출력 결정부는, 제1 제어 모드에서는, 복합 조작의 상태에 따라 결정되는 유압 펌프의 출력으로부터 저감량을 뺀 값을, 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력으로서 결정한다. 펌프 출력 결정부는, 제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드보다, 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력을 증대시킨다.

Description

작업 차량 및 그 제어 방법{WORKING VEHICLE AND WORKING VEHICLE CONTROL METHOD}

본 발명은, 작업 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

작업 차량에는, 선회체와 작업기를 가지는 것이 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1의 작업 차량은, 유압(油壓) 모터에 의해 선회체(旋回體)가 선회되어, 유압 실린더에 의해 붐(boom) 등의 작업기가 구동된다. 이와 같은 작업 차량(이하, 「표준형의 작업 차량」이라고 함)에서는, 유압 모터와 유압 실린더는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다.

한편, 특허 문헌 2와 같이, 유압 모터 대신에 전동 모터를 구비하는 하이브리드형의 작업 차량이 최근 개발되어 있다. 하이브리드형의 작업 차량에서는, 전동 모터에 의해 선회체가 선회되어 유압 실린더에 의해 붐 등의 작업기가 구동된다. 전동 모터는, 예를 들면, 축전 장치에 저장된 전력에 의해 구동된다. 유압 실린더는, 유압 펌프로부터 토출된 작동유에 의해 구동된다. 이와 같은 하이브리드형의 작업 차량에서는, 표준형의 작업 차량과 비교하여, 연비를 향상시킬 수 있다.

일본 공개특허 제2010―285828호 공보 일본 특허 제5044727호 공보

작업 차량은, 작업기를 사용하여 각종 작업을 행한다. 따라서, 작업성을 향상시키기 위해, 작업기의 동작 속도를 향상시키는 것이 요구된다. 예를 들면, 굴삭한 토사 등의 대상물을 덤프 트럭에 탑재하는 작업에서는, 선회체를 선회시키는 동시에 붐을 상승시키는 조작이 행해진다. 이와 같은 복합 조작 시에는, 작업성의 향상을 위해, 붐의 상승 속도를 향상시키는 것이 요구된다.

그러나, 표준형의 작업 차량에서는, 유압 펌프의 출력은, 선회체를 선회시키는 유압 모터와, 작업기를 구동시키는 유압 실린더에 분배된다. 따라서, 유압 펌프의 출력의 일부는, 유압 모터의 구동에 이용되므로, 유압 실린더의 동작 속도를 향상시키는 데는 제한이 있다.

본 발명의 과제는, 작업 차량에 있어서, 복합 조작 시의 연비를 향상시키는 동시에, 작업기의 동작 속도를 증대시켜 작업성을 향상시키는 것에 있다.

본 발명의 일 태양(態樣)에 관한 작업 차량은, 차량 본체와, 엔진과, 유압 펌프와, 작업기와, 선회체와, 전동 모터와, 복합 조작 검출부와, 제어 모드 선택부와, 선회 펌프 출력 산출부와, 펌프 출력 결정부를 구비한다. 차량 본체는, 주행체와, 주행체에 대하여 선회 가능하게 지지되는 선회체를 가진다. 엔진은, 차량 본체에 탑재된다. 유압 펌프는, 엔진에 의해 구동된다. 작업기는, 유압 액추에이터를 가진다. 유압 액추에이터는, 유압 펌프로부터 토출(吐出)되는 작동유에 의해 구동된다. 전동 모터는, 선회체를 선회시킨다.

복합 조작 검출부는, 유압 액추에이터와 전동 모터가 복합되어 조작되는 복합 조작 상태를 검출한다. 제어 모드 선택부는, 제어 모드를, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 포함하는 복수의 제어 모드로부터 선택한다. 선회 펌프 출력 산출부는, 전동 모터의 출력을 유압 펌프에서의 출력으로 환산한 선회 펌프 출력을 산출한다. 저감량 결정부는, 선회 펌프 출력에 기초하여 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력의 저감량을 결정한다.

펌프 출력 결정부는, 제1 제어 모드에서는, 복합 조작의 상태에 따라 결정되는 유압 펌프의 출력으로부터 저감량을 뺀 값을, 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력으로서 결정한다. 펌프 출력 결정부는, 제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드보다, 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력을 증대시킨다.

본 태양에 관한 작업 차량에서는, 복합 조작 시에 제1 제어 모드에서는, 선회 펌프 출력에 기초하여 결정된 저감량만큼, 저감된 출력으로 유압 액추에이터가 구동된다. 그러므로, 복합 조작 시의 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 유압 액추에이터를 구동하는 출력은, 표준형의 작업 차량에 있어서 유압 액추에이터에 분배되는 출력에 상당한다. 그러므로, 표준형의 작업 차량과 비교하여, 유압 액추에이터의 동작 속도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 복합 조작 시에 제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드보다 큰 출력으로 유압 액추에이터가 구동된다. 그러므로, 표준형의 작업 차량과 비교하여, 복합 조작 시의 작업기의 동작 속도를 증대시킬 수 있고, 이로써, 작업성을 향상시킬 수 있다.

펌프 출력 결정부는, 제2 제어 모드에서는, 저감량에 상당하는 만큼, 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력을 증대시켜도 된다. 이 경우, 제2 제어 모드에서는, 표준형의 작업 차량에 있어서 유압 모터의 구동에 분배되는 출력만큼, 큰 출력으로 유압 액추에이터를 구동할 수 있다. 이로써, 복합 조작 시의 작업기의 동작 속도를 더 증대시켜, 작업성을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

펌프 출력 결정부는, 제2 제어 모드에서는, 저감량보다 작은 만큼, 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력을 증대시켜도 된다. 이 경우, 제1 제어 모드보다 복합 조작 시의 작업기의 동작 속도를 증대시킬 수 있는 동시에, 연비를 향상시킬 수 있다.

작업 차량은, 토출압 검출부와 모터 출력 결정부를 더 구비해도 된다. 토출압 검출부는, 유압 펌프의 토출압을 검출한다. 모터 출력 결정부는, 복합 조작 시에서의 전동 모터의 출력을 결정한다. 모터 출력 결정부는, 제1 제어 모드에서는, 유압 펌프의 토출압에 따라 전동 모터의 출력을 제한해도 된다. 모터 출력 결정부는, 제2 제어 모드에서는, 유압 펌프의 토출압에 따른 전동 모터의 출력의 제한을 행하지 않아도 된다. 이 경우, 제1 제어 모드에서는, 표준형의 작업 차량에 있어서 유압 모터에 분배되는 출력 동등한 출력으로 전동 모터를 구동할 수 있다. 또한, 제2 제어 모드에서는, 표준형의 작업 차량에 있어서 유압 모터에 분배되는 출력보다도 큰 출력으로 전동 모터를 구동할 수 있다. 이로써, 복합 조작 시의 작업성을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

작업기는 붐을 가져도 된다. 유압 액추에이터는, 붐을 구동하는 붐 실린더라도 된다. 이 경우, 제1 제어 모드에서는, 선회체의 선회와 붐의 구동이 복합되어 행해지는, 이른바 호이스트(hoist) 선회 시에 있어서, 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 제어 모드에서는, 호이스트 선회 시에 있어서, 작업기의 동작 속도를 증대시켜 작업성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 관한 제어 방법은, 작업 차량의 제어 방법이다. 본 태양에 관한 제어 방법은, 제1 내지 제6 스텝을 포함한다. 제1 스텝에서는, 작업기용의 유압 액추에이터와 선회용(旋回用)의 전동 모터가 복합되어 조작되는 복합 조작 상태를 검출한다. 제2 스텝에서는, 제어 모드를, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 포함하는 복수의 제어 모드로부터 선택한다. 제3 스텝에서는, 전동 모터의 출력을 유압 펌프에서의 출력으로 환산한 선회 펌프 출력을 산출한다.

제4 스텝에서는, 선회 펌프 출력에 기초하여 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력의 저감량을 결정한다. 제5 스텝에서는, 제1 제어 모드에 있어서, 복합 조작의 상태에 따라 결정되는 유압 펌프의 출력으로부터 저감량을 뺀 값을, 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력으로서 결정한다. 제6 스텝에서는, 제2 제어 모드에 있어서, 제1 제어 모드보다, 복합 조작 시에서의 유압 펌프의 출력을 증대시킨다.

본 태양에 관한 작업 차량의 제어 방법에서는, 복합 조작 시에 제1 제어 모드에서는, 선회 펌프 출력에 기초하여 결정된 저감량만큼, 저감된 출력으로 유압 액추에이터가 구동된다. 그러므로, 복합 조작 시의 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 유압 액추에이터를 구동하는 출력은, 표준형의 작업 차량에 있어서 유압 액추에이터에 분배되는 출력에 상당한다. 그러므로, 표준형의 작업 차량과 비교하여, 유압 액추에이터의 동작 속도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 복합 조작 시에 제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드보다 큰 출력으로 유압 액추에이터가 구동된다. 표준형의 작업 차량과 비교하여, 복합 조작 시의 작업기의 동작 속도를 증대시킬 수 있고, 이로써, 작업성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 작업 차량에 있어서, 복합 조작 시의 연비를 향상시키는 동시에, 작업기의 동작 속도를 증대시켜 작업성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 작업 차량의 사시도이다.
도 2는 작업 차량의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 엔진 출력 토크선(torque line) 및 펌프 흡수 토크선을 나타낸 도면이다.
도 4는 복합 조작 시에서의 제1 제어 모드와 제2 제어 모드와의 유압 펌프의 출력을 나타낸 도면이다.
도 5는 작업 차량의 제어계를 나타낸 블록도이다.
도 6은 복합 조작 시의 유압 펌프의 제어를 나타낸 플로우차트이다.
도 7은 복합 조작 시의 선회 전동 모터의 제어를 나타낸 플로우차트이다.
도 8은 다른 실시형태에 관한 복합 조작 시에서의 제1 제어 모드와 제2 제어 모드와의 유압 펌프의 출력을 나타낸 도면이다.

이하 도면을 참조하여 실시형태에 관한 작업 차량에 대하여 설명한다. 도 1은, 실시형태에 관한 작업 차량(100)의 사시도이다. 본 실시형태에 있어서, 작업 차량(100)은, 유압 셔블(hydraulic excavator)이다. 작업 차량(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(4)를 구비하고 있다.

차량 본체(1)는, 주행체(2)와 선회체(3)를 가지고 있다. 주행체(2)는, 한 쌍의 주행 장치(2a, 2b)를 가진다. 각각의 주행 장치(2a, 2b)는, 크롤러 트랙(crawler track)(2d, 2e)을 가지고 있다. 주행 장치(2a, 2b)는, 크롤러 트랙(2d, 2e)을 구동함으로써, 작업 차량(100)을 주행시킨다.

선회체(3)는, 주행체(2) 상에 탑재되어 있다. 선회체(3)는, 주행체(2)에 대하여 선회 가능하게 설치되어 있다. 선회체(3)는, 후술하는 선회 전동 모터(32)(도 2 참조)가 구동되는 것에 의해 선회한다. 선회체(3)에는 운전실(5)이 설치되어 있다. 선회체(3)는, 엔진실(16)을 가지고 있다. 엔진실(16)은, 운전실(5)의 후방에 배치되어 있다. 엔진실(16)은, 후술하는 엔진(21) 및 유압 펌프(25) 등의 기기(機器)를 수납한다.

작업기(4)는, 선회체(3)에 장착되어 있다. 작업기(4)는, 붐(7), 암(arm)(8), 작업 부속품(attachment)(9), 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 부속품 실린더(12)를 가진다. 붐(7)의 기단부(基端部)는, 선회체(3)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 붐(7)의 선단부는, 암(8)의 기단부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 암(8)의 선단부는, 작업 부속품(9)에 회전 가능하게 연결되어 있다.

붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 부속품 실린더(12)는, 후술하는 유압 펌프(25)로부터 토출된 작동유에 의해 구동되는 유압 액추에이터이다. 붐 실린더(10)는 붐(7)을 동작시킨다. 암 실린더(11)는 암(8)을 동작시킨다. 부속품 실린더(12)는, 작업 부속품(9)을 동작시킨다. 이들 실린더(10, 11, 12)가 구동되는 것에 의해 작업기(4)가 구동된다. 그리고, 본 실시형태에서는 작업 부속품(9)은 버킷(bucket)이지만, 크러셔(crusher) 또는 브레이커 등의 다른 부속품이라도 된다.

도 2는, 작업 차량(100)의 개략적인 구성을 나타내는 모식도이다. 엔진(21)은, 예를 들면, 디젤 엔진이다. 엔진(21)의 출력 마력(馬力)은, 엔진(21)의 실린더 내로 분사하는 연료량을 조정함으로써 제어된다. 이 조정은 엔진(21)의 연료 분사 펌프(22)에 부설한 전자 거버너(governor)(23)가 컨트롤러(40)로부터의 지령 신호에 의해 제어됨으로써 행해진다. 거버너(23)로서는, 일반적으로 올 스피드(all speed) 제어 방식의 거버너가 사용되고, 엔진 회전 속도가, 후술하는 목표 회전 속도로 되도록, 부하에 따라 엔진 회전 속도와 연료 분사량을 조정한다. 즉, 거버너(23)는 목표 회전수와 실제의 엔진 회전수와의 편차가 없어지도록 연료 분사량을 증감한다.

엔진(21)의 실제 회전 속도는 엔진 회전 속도 센서(24)에 의해 검출된다. 엔진 회전 속도 센서(24)에 의해 검출된 엔진 회전 속도는, 검출 신호로서 후술하는 컨트롤러(40)에 입력된다.

엔진(21)의 출력축에는, 유압 펌프(25)의 구동축이 연결되어 있다. 유압 펌프(25)는, 엔진(21)의 출력축이 회전함으로써 구동된다. 유압 펌프(25)는 가변(可變) 용량형의 유압 펌프이다. 경사판(26)의 경전각(傾轉角)이 변화함으로써, 유압 펌프(25)의 용량이 변화한다.

펌프 제어 밸브(27)는, 컨트롤러(40)로부터 입력되는 지령 신호에 의해 동작하고, 서보 피스톤을 통하여 유압 펌프(25)를 제어한다. 펌프 제어 밸브(27)는, 유압 펌프(25)의 토출압과 유압 펌프(25)의 용량의 곱이, 컨트롤러(40)로부터 펌프 제어 밸브(27)에 입력되는 지령 신호의 지령값(지령 전류값)에 대응하는 펌프 흡수 토크를 초과하지 않도록, 경사판(26)의 경전각을 제어한다. 즉, 펌프 제어 밸브(27)는, 입력되는 지령 전류값에 따라 유압 펌프(25)의 출력 토크를 제어한다.

유압 펌프(25)로부터 토출된 작동유는, 작업기 제어 밸브(28)를 통하여, 유압 액추에이터(10∼12)에 공급된다. 구체적으로는, 작동유는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 부속품 실린더(12)에 공급된다. 이로써, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 부속품 실린더(12)가 각각 구동되고, 붐(7), 암(8), 작업 부속품(9)이 작동한다.

유압 펌프(25)의 토출압은, 토출압 검출부(39)에 의해 검출된다. 토출압 검출부(39)에 의해 검출된 유압 펌프(25)의 토출압은, 검출 신호로서 컨트롤러(40)에 입력된다.

작업기 제어 밸브(28)는, 각각의 유압 액추에이터(10∼12)에 대응하는 복수의 제어 밸브를 가지는 유량(流量) 방향 제어 밸브이다. 작업기 제어 밸브(28)는, 유압 액추에이터(10∼12)에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다.

엔진(21)의 출력축에는, 발전 전동 모터(29)의 구동축이 연결되어 있다. 발전 전동 모터(29)는, 발전 작용과 전동 작용을 행한다. 발전 전동 모터(29)는, 인버터(33)를 통하여, 선회 전동 모터(32)와 축전 장치로서의 커패시터(34)에 접속되어 있다. 발전 전동 모터(29)가 발전 작용을 행함으로써 커패시터(34)에 전력이 축적된다. 커패시터(34)는, 선회 전동 모터(32)에 전력을 공급한다. 발전 전동 모터(29)가 전동 작용을 행할 때는, 커패시터(34)는 발전 전동 모터(29)에 전력을 공급한다. 선회 전동 모터(32)는, 커패시터(34)로부터 전력이 공급되는 것에 의해 구동되고, 전술한 선회체(3)를 선회시킨다. 그리고, 커패시터에 한정되지 않고 배터리 등의 다른 축전 장치가 사용되어도 된다.

발전 전동 모터(29)의 토크는, 컨트롤러(40)에 의해 제어된다. 발전 전동 모터(29)가 발전 작용을 행하도록 제어될 때는, 엔진(21)에 의해 발생한 출력 토크의 일부가, 발전 전동 모터(29)의 구동축에 전달되어 엔진(21)의 토크를 흡수하여 발전이 행해진다.

발전 전동 모터(29)에 의해 발생한 교류 전력은 인버터(33)에 의해 직류 전력으로 변환되어 커패시터(34)에 공급된다. 발전 전동 모터(29)가 전동 작용을 행하도록 제어될 때는, 커패시터(34)에 축적된 직류 전력이, 인버터(33)와 교류 전력으로 변환되어 발전 전동 모터(29)에 공급된다. 이로써, 발전 전동 모터(29)의 구동축이 회전 구동되고, 발전 전동 모터(29)에 의해 토크가 발생한다. 이 토크는, 발전 전동 모터(29)의 구동축으로부터 엔진(21)의 출력축에 전달되어, 엔진(21)의 출력 토크에 가산된다. 발전 전동 모터(29)의 발전량(흡수 토크량), 전동량(어시스트량 발생 토크량)은, 컨트롤러(40)로부터의 지령 신호에 따라 제어된다.

인버터(33)는, 발전 전동 모터(29)가 발전 작용한 경우에는 발전한 전력을, 또는 커패시터(34)에 축적된 전력을, 선회 전동 모터(32)에 적합한 원하는 전압, 주파수, 상수(相數; number of phases)의 전력으로 변환하여 선회 전동 모터(32)에 공급한다. 그리고, 선회체(3)의 선회 동작이, 감속 또는 제동되었을 경우에는, 선회체(3)의 운동 에너지가 전기 에너지로 변환된다. 이 전기 에너지는, 회생 전력으로서, 커패시터(34)에 축전되거나, 발전 전동 모터(29)의 전동 작용을 위한 전력으로서 공급된다.

운전실(5)에는, 조작 장치(51∼53), 및 표시 입력 장치(43)가 설치되어 있다. 조작 장치(51∼53)는, 제1 조작 장치(51), 제2 조작 장치(52), 및 목표 회전 속도 설정 장치(53)를 가진다.

제1 조작 장치(51)는, 선회체(3)를 작동시키기 위해 오퍼레이터에 의해 조작된다. 제1 조작 장치(51)는, 예를 들면, 레버 등의 조작 부재를 가지고 있다. 제1 조작 장치(51)의 조작 방향 및 조작량을 나타내는 조작 신호는, 컨트롤러(40)에 입력된다. 즉, 제1 조작 장치(51)의 중립 위치에 대한 조작 방향 및 조작량에 따라, 우측 선회 조작량, 또는 좌측 선회 조작량을 나타내는 선회 조작 신호가 컨트롤러(40)에 입력된다.

컨트롤러(40)는, 제1 조작 장치(51)의 조작량에 따라, 커패시터(34)로부터 선회 전동 모터(32)에 공급하는 전력을 제어한다. 이로써, 선회체(3)는, 제1 조작 장치(51)의 조작량에 따른 속도로 선회한다. 또한, 선회체(3)는, 제1 조작 장치(51)의 조작 방향을 따른 방향으로 선회한다.

제1 조작 장치(51)는, 조작 방향을 따라 암(8)의 조작 장치로서 겸용되어도 된다. 예를 들면, 제1 조작 장치(51)의 좌우 방향의 조작과 전후 방향의 조작이, 암(8)의 조작과 선회체(3)의 조작에 할당되어도 된다. 이 경우, 전술한 작업기 제어 밸브(28)는, 제1 조작 장치(51)의 조작량에 따라 암 실린더(11)를 제어하는 제어 밸브의 개구 면적을 변경한다. 이로써, 제1 조작 장치(51)의 조작량에 따른 속도로 암(8)이 작동한다. 제1 조작 장치(51)의 조작 방향을 따라 암 실린더(11)가 신축된다.

제2 조작 장치(52)는, 붐(7)을 작동시키기 위해 오퍼레이터에 의해 조작된다. 제2 조작 장치(52)는, 예를 들면, 레버 등의 조작 부재를 가지고 있다. 제2 조작 장치(52)의 조작 방향 및 조작량을 나타내는 조작 신호는, 컨트롤러(40)에 입력된다. 즉, 제2 조작 장치(52)의 중립 위치에 대한 조작 방향 및 조작량에 따라, 붐 상승 조작량, 또는 붐 하강 조작량을 나타내는 붐 조작 신호가 컨트롤러(40)에 입력된다.

작업기 제어 밸브(28)는, 제2 조작 장치(52)의 조작량에 따라 붐 실린더(10)를 제어하는 제어 밸브의 개구 면적을 변경한다. 이로써, 제2 조작 장치(52)의 조작량에 따른 속도로 붐(7)이 작동한다. 또한, 제2 조작 장치(52)의 조작 방향을 따라, 붐 실린더(10)가 신축된다.

제2 조작 장치(52)는, 조작 방향을 따라 작업 부속품(9)의 조작 장치로서 겸용되어도 된다. 예를 들면, 제2 조작 장치(52)의 좌우 방향의 조작과 전후 방향의 조작이, 붐(7)의 조작과 작업 부속품(9)의 조작에 할당되어도 된다. 이 경우, 작업기 제어 밸브(28)는, 제2 조작 장치(52)의 조작량에 따라 부속품 실린더(12)를 제어하는 제어 밸브의 개구 면적을 변경한다. 이로써, 제2 조작 장치(52)의 조작량에 따른 속도로 작업 부속품(9)이 작동한다. 또한, 제2 조작 장치(52)의 조작 방향을 따라, 부속품 실린더(12)가 신축된다.

목표 회전 속도 설정 장치(53)는, 엔진(21)의 목표 회전 속도를 설정하기 위한 장치이다. 목표 회전 속도 설정 장치(53)는, 예를 들면, 다이얼 등의 조작 부재를 가지고 있다. 오퍼레이터는, 목표 회전 속도 설정 장치(53)를 조작함으로써, 엔진(21)의 목표 회전 속도를 수동으로 설정할 수 있다. 목표 회전 속도 설정 장치(53)의 조작 내용은 조작 신호로서 컨트롤러(40)에 입력된다.

표시 입력 장치(43)는, 엔진 회전 속도 등, 작업 차량(100)의 정보를 표시하는 표시 장치로서 기능한다. 또한, 표시 입력 장치(43)는, 터치 패널식의 모니터를 가지고 있고, 오퍼레이터에 의해 조작되는 입력 장치로서도 기능한다.

컨트롤러(40)는, RAM, ROM 등의 기억부(42), 및 CPU 등의 연산부(41)를 가지는 컴퓨터에 의해 실현된다. 컨트롤러(40)는, 엔진(21) 및 유압 펌프(25)를 제어하도록 프로그램되어 있다. 그리고, 컨트롤러(40)는 복수의 컴퓨터에 의해 실현되어도 된다.

컨트롤러(40)는, 도 3의 P1 또는 E1으로 나타낸 바와 같은 엔진 출력 토크선에 기초하여 엔진(21)의 제어를 행한다. 엔진 출력 토크선은, 엔진(21)이 회전 속도에 따라 출력할 수 있는 토크 상한값을 나타낸다. 즉, 엔진 출력 토크선은, 엔진 회전 속도와 엔진(21)의 출력 토크의 최대값과의 관계를 규정한다. 거버너(23)는, 엔진(21)의 출력 토크가 엔진 출력 토크선을 넘지 않도록 엔진(21)의 출력을 제어한다. 엔진 출력 토크선은, 컨트롤러(40)의 기억부(42)에 기억되어 있다.

컨트롤러(40)는, 엔진 회전 속도가, 설정된 목표 회전 속도로 되도록, 지령 신호를 거버너(23)에 보낸다. 도 3의 FH는, 목표 회전 속도가 최대 목표 회전 속도 NH일 때의 최고속 레귤레이션 라인(regulation line)을 나타내고 있다. 도 3의 F1은, 목표 회전 속도가 NH보다 작은 N1일 때의 레귤레이션 라인을 나타내고 있다. 이와 같이, 컨트롤러(40)는, 설정된 목표 회전 속도에 따라 엔진 출력 토크선을 변경한다.

컨트롤러(40)는, 엔진(21)의 목표 회전 속도에 따른 유압 펌프(25)의 목표 흡수 토크를 산출한다. 이 목표 흡수 토크는, 엔진(21)의 출력 마력과 유압 펌프(25)의 흡수 마력이 균형잡히도록 설정된다. 컨트롤러(40)는, 도 3의 Lp로 나타낸 바와 같은 펌프 흡수 토크선에 기초하여 목표 흡수 토크를 산출한다. 펌프 흡수 토크선은, 엔진 회전 속도와 유압 펌프(25)의 흡수 토크와의 관계를 규정하는 것이며, 컨트롤러(40)의 기억부(42)에 기억되어 있다.

또한, 컨트롤러(40)는, 설정된 작업 모드에 따라 엔진 출력 토크선을 선택한다. 작업 모드는, 표시 입력 장치(43)에 의해 설정된다. 작업 모드로는, P 모드와 E 모드가 있다.

P 모드는, 엔진(21)의 출력 토크가 크고, 작업성이 우수한 작업 모드이다. P 모드에서는, 도 3에 나타낸 제1 엔진 출력 토크선 P1이 선택된다. 제1 엔진 출력 토크선 P1은, 예를 들면, 엔진(21)의 정격 또는 최대의 파워 출력에 상당한다.

E 모드는, 엔진(21)의 출력 토크가 P 모드보다 작고, 연비가 우수한 작업 모드이다. E 모드에서는, 도 3에 나타낸 제2 엔진 출력 토크선 E1이 선택된다. 제2 엔진 출력 토크선 E1에서는, 제1 엔진 출력 토크선 P1보다 엔진(21)의 출력 토크가 작아진다.

본 실시형태에 관한 작업 차량(100)에서는, 오퍼레이터는, 전술한 P 모드에 대하여 복수의 제어 모드를 선택할 수 있다. 복수의 제어 모드는, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 가진다. 제2 제어 모드에서는, 컨트롤러(40)는, 제1 엔진 출력 토크선 P1에 의해 엔진(21)을 제어한다. 제1 제어 모드에서는, 후술하는 바와 같이 유압 펌프(25)의 출력이 저감되고, 그에 맞추어, 엔진의 출력 토크가 저감된다. 즉, 제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드보다 유압 펌프(25)의 출력이 증대된다.

도 4는, 복합 조작 시에서의 제1 제어 모드와 제2 제어 모드와의 유압 펌프(25)의 출력을 나타내는 도면이다. 그리고, 본 실시형태에 있어서, 복합 조작이란, 붐 인상과 선회와의 복합 조작을 의미하고 있고, 다른 유압 액추에이터의 조작은 행해지고 있지 않은 것으로 한다.

도 4에 있어서 Tmax는, 전술한 펌프 흡수 토크에 의해 결정되는 유압 펌프(25)의 최대 출력이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 제어 모드에서는, 유압 펌프(25)의 출력은, 최대 출력 Tmax보다 작은 값 T1으로 저감된다. 그 저감량 dT는, 선회 전동 모터(32)의 출력을 유압 펌프(25)에서의 출력으로 환산한 선회 펌프 출력에 기초하여 결정된다. 제1 제어 모드에서는, 유압 펌프(25)의 출력 T1에 의해 붐 실린더(10)가 구동된다.

제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드와 같은 유압 펌프(25)의 출력의 저감은 행해지지 않고, 최대 출력 Tmax가 유압 펌프(25)의 출력으로 된다. 즉, 제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드보다, 저감량 dT에 상당하는 만큼, 복합 조작 시에서의 유압 펌프(25)의 출력이 증대된다. 제2 제어 모드에서는, 최대 출력 Tmax에 의해 붐 실린더(10)가 구동된다. 상세하게는, 제2 제어 모드에서는, 제1 조작 장치(51)와 제2 조작 장치(52)와의 조작량에 따라, 유압 펌프(25)의 출력이 결정된다. 최대 출력 Tmax는, 제1 조작 장치(51)와 제2 조작 장치(52)와의 조작량에 따라 결정되는 유압 펌프(25)의 출력의 최대값이다.

그리고, 선회 전동 모터(32)가 조작되어 있지 않고 또한 붐 실린더(10)만이 조작되고 있는 단독 조작 시에는, 최대 출력 Tmax가 유압 펌프(25)의 출력의 최대값으로 된다. 이하, 복합 조작 시에서의 제1 제어 모드와 제2 제어 모드와의 처리에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5는, 작업 차량(100)의 제어계를 나타낸 블록도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(40)의 연산부(41)는, 복합 조작 검출부(44)와, 제어 모드 선택부(45)와, 선회 펌프 출력 산출부(46)와, 저감량 결정부(47)와, 펌프 출력 결정부(48)와, 모터 출력 결정부(49)를 가진다.

도 6은, 복합 조작 시의 유압 펌프(25)의 제어를 나타낸 플로우차트이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 스텝 S1에서는, 복합 조작 검출부(44)가, 붐 실린더(10)와 선회 전동 모터(32)가 복합되어 조작되고 있는지의 여부를 검출한다. 상세하게는, 복합 조작 검출부(44)는, 붐 상승 조작과 선회 조작이 복합해 행해지고 있는지의 여부를 검출한다. 복합 조작 검출부(44)는, 제1 조작 장치(51)와 제2 조작 장치(52)로부터의 검출 신호에 의해, 복합 조작의 유무를 판정한다. 붐 상승 조작과 선회 조작이 복합되어 행해지고 있을 때는, 스텝 S2로 진행한다.

스텝 S2에서는, 제1 제어 모드가 선택되어 있는지의 여부가 판정된다. 오퍼레이터는, 표시 입력 장치(43)를 조작함으로써, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드 중 어느 하나를 설정할 수 있다. 제어 모드 선택부(45)는, 표시 입력 장치(43)로부터, 선택된 제어 모드를 나타내는 선택 신호를 수신하고, 상기 선택된 제어 모드를 복합 조작 시의 제어 모드로서 설정한다. 스텝 S2에 있어서 제1 제어 모드가 선택되어 있을 때는, 스텝 S3으로 진행한다. 스텝 S2에 있어서 제1 제어 모드가 선택되어 있지 않을 때, 즉 제2 제어 모드가 선택되어 있을 때는, 스텝 S6로 진행한다.

스텝 S3에서는, 전술한 저감량 dT가 산출된다. 저감량 dT는 이하의 수식 1로 표현된다.

[수식 1]

α는, 소정의 게인이다. 제1 제어 모드에서는, α은 1, 또는 1 근방의 값이 설정된다. Ls는, 선회 펌프 출력이다. 선회 펌프 출력 산출부(46)는, 선회 전동 모터(32)의 출력 토크에 선회 전동 모터(32)의 회전 속도를 곱하여 선회 전동 모터(32)의 출력을 산출하고, 그것을 유압 펌프(25)에서의 출력으로 환산함으로써, 선회 펌프 출력 Ls를 산출한다. 선회 펌프 출력 Ls는 이하의 수식 2로 표현된다.

[수식 2]

Nm은, 선회 전동 모터(32)의 회전 속도이다. 선회 전동 모터(32)의 회전 속도 Nm은, 모터 회전 속도 검출부(54)에 의해 검출된다. Tm은, 선회 전동 모터(32)의 출력 토크이다. 선회 전동 모터(32)의 출력 토크 Tm은, 모터 토크 검출부(55)에 의해 검출된다. ρ는, 유압 손실을 가미(加味; consider)한 효율이며, 소정값이 설정된다.

저감량 결정부(47)는, 상기한 선회 펌프 출력 Ls 및 수식 1로부터, 복합 조작 시에서의 유압 펌프(25)의 출력의 저감량 dT를 산출한다.

다음에, 스텝 S4에서는, 펌프 출력 결정부(48)가, 복합 조작 시에서의 유압 펌프(25)의 출력 Tp를 산출한다. 복합 조작 시에서의 유압 펌프(25)의 출력 Tp는, 이하의 수식 3에 의해 산출된다.

[수식 3]

즉, 펌프 출력 결정부(48)는, 제1 제어 모드에서는, 유압 펌프(25)의 최대 출력 Tmax로부터 저감량 dT를 뺀 값을, 복합 조작 시에서의 유압 펌프(25)의 출력 Tp로서 결정한다. 그리고, 스텝 S5에 있어서, 컨트롤러(40)는, 펌프 제어 밸브(27)에, 유압 펌프(25)의 출력 Tp에 대응하는 지령 신호를 출력한다. 전술한 바와 같이, 제1 제어 모드에서는, 유압 펌프(25)의 출력 Tp는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 최대 출력 Tmax 보다 작은 값 T1으로 된다.

스텝 S2에 있어서, 제2 제어 모드가 선택되어 있을 때는, 스텝 S6으로 진행한다. 스텝 S6에서는, 저감량 dT가 0으로 설정된다. 상세하게는, 제2 제어 모드에서는, 전술한 게인α이 0으로 설정됨으로써, 저감량 dT가 0로 된다.

그리고, 스텝 S4에 있어서, 상기한 수식 3으로부터, 제2 제어 모드에서는, 복합 조작 시에서의 유압 펌프(25)의 출력 Tp는, 최대 출력 Tmax로 된다. 즉, 펌프 출력 결정부(48)는, 제2 제어 모드에서는, 저감량 dT에 상당하는 만큼, 복합 조작 시에서의 유압 펌프(25)의 출력을 증대시킨다.

그리고, 스텝 S5에 있어서, 컨트롤러(40)는, 펌프 제어 밸브(27)에 유압 펌프(25)의 출력 Tp에 대응하는 지령 신호를 출력한다. 전술한 바와 같이, 제2 제어 모드에서는, 유압 펌프(25)의 출력 Tp는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 최대 출력 Tmax로 된다.

다음에, 제1 제어 모드와 제2 제어 모드에서의 선회 전동 모터(32)의 제어에 대하여 설명한다. 도 7은, 복합 조작 시의 선회 전동 모터(32)의 제어를 나타내는 플로우차트이다. 도 7에 있어서, 스텝 S11 및 S12는, 각각 전술한 스텝 S1 및 S2와 같기 때문에, 설명을 생략한다.

스텝 S12에 있어서, 제1 제어 모드가 선택되어 있을 때는, 스텝 S13 내지 S15에 있어서, 선회 전동 모터(32)의 출력의 제한이 행해진다. 상세하게는, 스텝 S13에 있어서, 유압 펌프(25)의 토출압이 검출된다. 유압 펌프(25)의 토출압은, 토출압 검출부(39)에 의해 검출된다.

스텝 S14에 있어서, 모터 출력의 상한 Tm1이 산출된다. 여기서는, 모터 출력 결정부(49)가, 유압 펌프(25)의 토출압에 따라 모터 출력의 상한 Tm1을 결정한다. 예를 들면, 모터 출력 결정부(49)는, 유압 펌프(25)의 토출압이 작을수록, 모터 출력의 상한 Tm1을 작게 한다.

다음에, 스텝 S15에 있어서, 모터 출력 지령값이 결정된다. 여기서는, 모터 출력 결정부(49)가, 제1 조작 장치(51)의 조작량에 의해 결정되는 모터 출력 Tm2와, 전술한 모터 출력의 상한 Tm1 중 작은 쪽을, 모터 출력 지령값으로서 결정한다. 즉, 모터 출력 결정부(49)는, 제1 제어 모드에서는, 유압 펌프(25)의 토출압에 따라 선회 전동 모터(32)의 출력을 모터 출력의 상한 Tm1 이하로 제한한다.

그리고, 스텝 S16에 있어서, 컨트롤러(40)는, 인버터(33)에 모터 출력 지령값에 대응하는 지령 신호를 출력한다. 표준형의 작업 차량에서는, 유압 모터에 의한 선회를 위해 분배되는 유압 펌프(25)의 출력은, 유압 펌프(25)의 토출압에 따라 결정된다. 그러므로, 상기한 바와 같이 제1 제어 모드에서의 모터 출력의 상한 Tm1이 결정됨으로써, 도 4에 있어서 파선(破線)으로 나타낸 바와 같이, 표준형의 작업 차량에서의 선회용의 유압 펌프(25)의 출력과 동등한 선회 전동 모터(32)의 출력을 얻을 수 있다.

스텝 S12에 있어서, 제2 제어 모드가 선택되어 있을 때는, 스텝 S13로부터 S15와 같은 선회 전동 모터(32)의 출력의 제한은 행해지지 않는다. 따라서, 스텝 17에 있어서, 모터 출력 결정부(49)는, 제1 조작 장치(51)의 조작량에 따라 결정되는 모터 출력 Tm2를, 모터 출력 지령값으로서 결정한다.

그리고, 스텝 S16에 있어서, 컨트롤러(40)는, 인버터(33)에 모터 출력 지령값에 대응하는 지령 신호를 출력한다. 이로써, 도 4에 있어서 파선으로 나타낸 바와 같이, 제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드에서의 선회 전동 모터(32)의 출력 이상의 선회 전동 모터(32)의 출력을 얻을 수 있다.

그리고, 모터 출력 결정부(49)는, 제2 제어 모드에서는, 유압 펌프(25)의 토출압에 따른 선회 전동 모터(32)의 출력의 제한을 행하지 않지만, 커패시터(34)의 전력 잔량 등에 따라 선회 전동 모터(32)의 출력의 제한을 행하는 것을 제외한 것은 아니다.

이상 설명한 본 실시형태에 관한 작업 차량(100)에서는, 복합 조작 시에 제1 제어 모드에서는, 선회 펌프 출력에 기초하여 결정된 저감량만큼, 저감된 출력으로 붐 실린더(10)가 구동된다. 그러므로, 복합 조작 시의 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 저감된 출력은, 표준형의 작업 차량에 있어서 붐 실린더의 구동에 분배되는 출력에 상당한다. 그러므로, 표준형의 작업 차량과 비교하여, 붐 실린더(10)의 동작 속도의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 복합 조작 시에 제2 제어 모드에서는, 제1 제어 모드와 같은 출력의 저감은 행해지지 않고, 최대 출력 Tmax로 붐 실린더(10)가 구동된다. 그러므로, 복합 조작 시의 붐 실린더(10)의 동작 속도를 증대시켜 작업성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다.

펌프 출력 결정부(48)는, 제2 제어 모드에서는, 저감량 dT보다 작은 만큼, 복합 조작 시에서의 유압 펌프(25)의 출력을 증대시켜도 된다. 즉, 제2 제어 모드에 있어서 수식 1의 게인α이 0보다 크고 1보다 작은 값으로 설정되어도 된다. 이 경우, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제2 제어 모드에 있어서 붐 실린더(10)의 구동에 사용되는 유압 펌프(25)의 출력 Tp는, T1과 Tmax와의 사이의 값으로 된다.

제어 모드는 제1 제어 모드와 제2 제어 모드와의 2개에 한정되지 않고, 3개 이상이라도 된다. 예를 들면, 제3 제어 모드에서는, 저감량 dT가 제1 제어 모드와 제2 제어 모드와의 사이의 값으로 되어도 된다.

상기한 실시형태에서는, 붐 인상과 선회와의 복합 조작에 대하여 본 발명이 적용되고 있지만, 붐 상승 이외의 작업기(4)의 조작과 선회와의 복합 조작에 대하여 본 발명이 적용되어도 된다.

본 발명에 의하면, 작업 차량에 있어서, 복합 조작 시의 연비를 향상시키는 동시에, 작업기의 동작 속도를 증대시켜 작업성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 주행체와, 상기 주행체에 선회(旋回) 가능하게 지지되는 선회체를 구비하는 차량 본체;
   상기 차량 본체에 탑재되는 엔진;
   상기 엔진에 의해 구동되는 유압(油壓) 펌프;
   상기 유압 펌프로부터 토출(吐出)되는 작동유에 의해 구동되는 유압 액추에이터를 구비하는 작업기;
   상기 선회체를 선회시키는 전동 모터;
   상기 유압 액추에이터와 상기 전동 모터가 복합되어 조작되는 복합 조작 상태를 검출하는 복합 조작 검출부;
   제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 포함하는 복수의 제어 모드로부터 제어 모드를 선택하는 제어 모드 선택부;
   상기 전동 모터의 출력을 상기 유압 펌프에서의 출력으로 환산한 선회 펌프 출력을 산출하는 선회 펌프 출력 산출부;
   상기 선회 펌프 출력에 기초하여 상기 복합 조작 시에서의 상기 유압 펌프의 출력의 저감량을 결정하는 저감량 결정부; 및
   상기 제1 제어 모드에서는, 상기 복합 조작의 상태에 따라 결정되는 상기 유압 펌프의 최대 출력으로부터 상기 저감량을 뺀 값을, 상기 복합 조작 시에서의 상기 유압 펌프의 출력으로서 결정하고, 상기 제2 제어 모드에서는, 상기 제1 제어 모드보다, 상기 복합 조작 시에서의 상기 유압 펌프의 출력을 증대시키는, 펌프 출력 결정부;
   를 포함하는 작업 차량.
2. 제1항에 있어서,
   상기 펌프 출력 결정부는, 상기 제2 제어 모드에서는, 상기 저감량에 상당하는 만큼, 상기 복합 조작 시에서의 상기 유압 펌프의 출력을 증대시키는, 작업 차량.
3. 제1항에 있어서,
   상기 펌프 출력 결정부는, 상기 제2 제어 모드에서는, 상기 저감량보다 작은 만큼, 상기 복합 조작 시에서의 상기 유압 펌프의 출력을 증대시키는, 작업 차량.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유압 펌프의 토출압을 검출하는 토출압 검출부;
   상기 복합 조작 시에서의 상기 전동 모터의 출력을 결정하는 모터 출력 결정부;
   를 더 포함하고,
   상기 모터 출력 결정부는, 상기 제1 제어 모드에서는, 상기 유압 펌프의 토출압에 따라 상기 전동 모터의 출력을 제한하고, 상기 제2 제어 모드에서는, 상기 유압 펌프의 토출압에 따른 상기 전동 모터의 출력의 제한을 행하지 않는, 작업 차량.
5. 제1항에 있어서,
   상기 작업기는 붐(boom)을 구비하고,
   상기 유압 액추에이터는, 상기 붐을 구동하는 붐 실린더인, 작업 차량.
6. 작업기용의 유압 액추에이터와, 선회용의 전동 모터가 복합되어 조작되는 복합 조작 상태를 검출하는 단계;
   제1 제어 모드와 제2 제어 모드를 포함하는 복수의 제어 모드로부터 선택된 제어 모드를 나타내는 선택 신호를 수신하는 단계;
   상기 전동 모터의 출력을 유압 펌프에서의 출력으로 환산한 선회 펌프 출력을 산출하는 단계;
   상기 선회 펌프 출력에 기초하여 상기 복합 조작 시에서의 상기 유압 펌프의 출력의 저감량을 결정하는 단계;
   상기 제1 제어 모드에 있어서, 상기 복합 조작의 상태에 따라 결정되는 상기 유압 펌프의 최대 출력으로부터 상기 저감량을 뺀 값을, 상기 복합 조작 시에서의 상기 유압 펌프의 출력으로서 결정하는 단계; 및
   상기 제2 제어 모드에 있어서, 상기 제1 제어 모드보다, 상기 복합 조작 시에서의 상기 유압 펌프의 출력을 증대시키도록, 상기 유압 펌프의 지령 신호를 출력하는 단계;
   를 포함하는 작업 차량의 제어 방법.
   
   

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