KR950008534B1 - 건설기계의 제어방법과 장치 - Google Patents

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Description

건설기계의 제어방법과 장치

본 발명은 건설기계의 제어방법과 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조작 판넬에 설치된 복수의 스위치 중에서 작업자가 적합한 스위치를 선택해서 작업에 필요한 마력을 세팅하는 기존의 시스템에 대해서, 콘트롤러가 작업의 종류 및 숙련도를 판단하고, 온도에 의한 영향등을 보상하여 최적 마력을 자동으로 세팅하도륵 하는 마력 자동제어 시스템과 기존의 펌프의 네가티브 콘트롤러 압력보상, 크로스 센싱, 전마력제어,커트-off 기능 등을 1개의 전자비례 감압밸브를 사용하여 제어하므로써, 펌프 콘트롤러를 단순화 시켜 단가를 절감시키고, 각 기능들의 복합적인 작용이 최적으로 이루어지도록 제어하는 펌프 제어창치에 관한 것이다.

종래의 건설기계의 제어장치에서는 조작판넬에 설치된 복수의 스위치 중에서 작업에 적합한 스위치를 선택하면, 설정된 작업조건에 따라서 적절한 제어를 실행하도록 구성되어 있다.

그러나, 복수의 스위치로 작업종류에 적합에 제어를 선택지시하는 것은 작업자에게 큰 부담이 된다. 즉, 작업에 적합하지 않은 제어모드에서 작업하는 경우에는 불필요한 에너지의 손실 및 작업의 조작성을 악화시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 종래의 제어장치에서는 작업에 적절한 작업모드를 선택하기 위해서는 작업자의 많은 경험이 필요하고, 또한 미리 설정된 작업 이외에는 선택할 수 없는 단점이 있으며, 작업의 종류가 변화할 때마다 작업모드를 변화시켜야 하는 번거로움도 있

다.

그리고, 종래의 제어장치에서는 외기온도 및 유온, 수온 등 시스템 변수가 크게 변활할 때도 이를 고려하여 장비의 제어조전을 자동으로 조절하지 못하므로, 장비의 효율 저하 및 수명 단축의 원인이 된다.

또한, 종래의 건설기계의 제어장치에서는 펌프의 경전각을 최적으로 제어하기 위해서 여러가지 파이로트 압력을 센싱하여, 그 압력에 의해서 경전각을 제어한다.

즉, 조이스틱이 중립시에는 최소의 유량을 토출시키기 위해서 중립 라인의 네가티브 압력을 센싱하여 그압력에 따라서 경전각이 제어되도록 하고, 펌프의 사용 마력을 일정하게 유지시키기 위해서 토출 압력을 센싱하여 그 압력에 의해서 경전각이 제어되도록 한다.

또한, 2개의 펌프를 사용하는 시스템에서 펌프를 효율적으로 사용하기 위해서 상대편 펌프의 토출 압력에 의해서 경전각을 제어하도록 하여 상대편 펌프가 작은 부하가 걸릴때는 더 큰 유량을 출력하도록 제어하여 효율을 향상시키고, 엔진의 목표 회전수와 출력 회전수의 차에 의해서 펌프의 사판각을 제어하여, 엔진 출력 마력을 최대로 사용할 수 있도륵 하며, 외부 부하가 상승하여 릴리프 압력까지 상승했을때는 펌프의 토출 유량이 최소가 되도록 제어하여 장비의 효율을 상승시킨다.

그러나, 이상의 기능들을 파이로트 압력에 의해서, 각각이 독립적으로 제어되기 때문에 최적의 상태에서 펌프를 제어하는 것이 어려우며, 펌프의 구조가 복잡해지며, 가격이 상승하는 단점이 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 작업의 종류, 작업자의 숙련도, 외기온도, 유온, 수온, 엔진성능 등을 콘트롤러가 센싱하여 자동으로 장비의 상태를 최적으로 세팅하도록 하는 장치에 의해서, 종래 작업자가 판단하여 제어하던 것을, 기계가 스스로 판단하여 제어하도록하여, 작업자의 부담을 줄이고 작업모드의 선택 오조작을 방지하며, 최적의 상태에서 장비를 제어하여, 장비의 효율을 극대화시킴과 동시에보다 쉽게 장비를 제어할 수 있도록 한다. 또한 엔진의 회진수와 조이스틱의 제어신호와 토출압력을 센싱하여 펌프 경전각을 최적으로 제어하므로써, 장비의 효율을 상승시키고 펌프의 구조를 단순화시킨 것이며 이하 발명을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 요지는 엔진에 의해서 구동되는 펌프, 펌프 토출유량을 제어하는 메인밸브, 펌프 토출유량에 의해서 제어되는 작업기, 메인밸브의 변위를 제어하는 조이스틱, 펌프 경전각을 제어하는 EPPR 밸브, 엔진 회전수를 제어하는 쓰로틀레버 제어기로 구성원 장치에서, 작업에 적합한 최적의 마력설정을 자동으로 수행되도록하는 선택수단과 기존의 방식과 같이 작업자가 작업에 필요한 마력을 판단하여, 적절한 마력을 세팅할 수 있도륵 하는 수동조작선택 수단과 수동으로 마력을 세팅하는 스피드 업, 스피드 다운 스위치를 조작판넬상에 갖추며 이 장치를 이용하고 엔진회전수를 검출하는 수단과, 펌프의 토출압을 검출하는 수단에 의해서 검출된 신호에 의해서 펌프의 최적 경전각을 콘트롤러로서 연산하며 장비에 필요한 최적마력을 연산하기 의해 펌프의 토출압력, 네가티브압력, 조이스틱 압력스위치의 입력 등을 측정하는 수단을 갖추고, 이수단에 의해서 측정된 값에 의해서 장비에 필요한 적정 마력을 콘트롤러로서 연산하고 전술한 방법에서 장비에 필요한 최적마력을 연산하기 위해서, 일정시간 동안의 펌프 토출압력의 평균값과 일정시간 동안의 네가티브 압력의 평균값에 의해서 작업의 종류를 판단하여 이 작업의 종류에 마라서 최적마력을 콘트롤러로서 연산하며, 전술한 방법에서 장비에 필요한 최적마력을 연산하기 위해서, 일정시간 동안의 네가티브 압력의 평균값과, 일정시간 동안의 펌프 토출압력의 변화율의 평균값과, 조이스틱 압력 스위치의 신호에 의해서 동시에 조이스틱을 조작한 복합동작 시간이 일정시간 동안 얼마나 되는지에 의해서 작업의 숙련도를 평가하는수단과, 이 이숙련도에 의해서 최적마력을 콘트롤러로서 연산하며 전술한 방법에서 장비에 필요한 적정 마력을 외기온도, 냉각수 온도 및 작동유 온도의 변화에 따라서 장비에 최적인 값으로 보상해 주는 온도를 콘트롤러로서 연산하머 전술한 방법에서 연산된 작업의 숙련도에 따라서 작업자에게 최적의 필링을 제공해주고 작동기의 내구성을 개선시켜 주기 위해서 펌프의 사판각 제어 동특성을 변화시켜주며 마력에 대한 등마력 선도와 선정된 엔진의 최소 연료 소비율 곡선이 만나는 엔진의 최적 효율을 나타내는 최적의 작동조건을 연산하는 수단과 이를 이용하여 엔진 및 펌프 사판각을 자동제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어방법과 장치인 것이다.

상기한 요지를 달성하기 위한 본 발명은, 제1도에서 구성도를 나타내고 있으며 엔진(2)에 의해서 구동되는 펌프(5)와 파이로트 압력을 생성하는 파이로트 압력펌프

(22)와, 펌프의 토출유량을 제어하는 메인밸브(11)와, 메인밸브의 스풀 스트로크를 제어하는 2개 이상의 조이스틱(10)과 유압탱크(13)으로 구성된 시스템에서, 펌프의 경전각을 제어하는 전자비례 감압(EPPR) 밸브와 엔진의 쓰로틀레버의 위치를 제어하는 쓰로틀레버 제어기(14)와 엔진의 회전수를 측정하는 RPM 센서와 유압탱크의 유온을 측정하는 유온센서(6)과 외기의 온도를 측정하는 외기온도센서(7)와 조이스틱의 압력을 측정하는 압력스위치(9)와 네가티브 압력을측정하는 네가티브 압력센서(9)와 최척의 조건을 연산하고, 제어신호를 출력하는 콘트롤러(1)와 조작판넬(17)상의 자동모드를 선택하도록 하는 자동파워스위치(18)와 수동모드를 선택하도록 하는 준 자동파워스위치(19) 그리고, 수동모드가 선택되었을때 엔진 회전수를 제어하는 스피드 업스위치(290) 스피드 다운 스위치(2l)로 구성되어 있다.

제2도는 기준 제어장치의 펌프의 P-Q 커브를 나타내며 작업의 종류(1,2,3,5)에 따라서 100%, 9o%, 80%, 60%, 50% 등과 같이 일정한 마력값이 정해져 있다.

즉, 중굴삭 작업과 같이 큰부하를 받는 작업에서는 마력이 크게 설정되지 않으면 작업 속도가 아주 작아진다. 따라서, 큰 마력 세팅이 요구된다.

또한 미세작업이나, 일정각 작업, 크레인 작업등과 같이 비교적 작은 부하를 받으면서, 정밀한 작업이 요구되는 작업에서는 작업기의 속도를 낮추기 위해서 낮은 마력의 세팅이 요구된다.

따라서 장비의 적절한 마력을 세팅하기 위해서는 작업자가 필요한 작업을 평가하여 조작판넬상에 주어진 작업의 종류(H, S, L 또는 중굴삭, 굴삭, 고르기, 미세 등)중에서 하나를 선택하므로써 장비의 조건을 세팅하는 방법을 사용하는 것이 기존의 제어장치의 방법이다.

제3도는 본 발명에 의한 제어장치의 펌프 P-Q 커브를 나타내며, (l)은 100%의 마력을 세팅 했을때의 최대마력의 선도이고, (2)는 최소 마력의 선도이다. 작업자가 조작판넬상의 자동파워 스위치(18)을 선택했을때는 (1)과 (2)의 마력 사이에서 최척의 마력을 컨트롤러(1)가 연산하여 자동으로 세팅한다.

반면에 작업자가 준 자동파워 스위치(19)을 선택했을때는 작업자가 필요한 마력을 판단하여 조작판넬상의 스피드 업 스위치(20), 다우 스위치(21)의 조작을 통해서 필요한 마력을 세팅압력할 수 있도록 되어있다.

제4도는 엔진의 성능 커브상에 최소 연료 소비율 선도를 표시한 것으로서, 만약 필요한 마력이 최대마력의 80%라면 그림의 80% 등마력 선도와 같이 여러 지점에서 필요한 마력을 얻을 수 있으나 엔진의 효율을 최대로 할 수 있는 A점(연료소비율이 가장 낮은 곳)에 엔진을 세팅하는 것이 장비를 가장 경제적으로 사용할 수 있는 방법이다. 이때 A점에서 엔진을 사용하기 위해서는 쓰로틀레버를 L_A에 위치시키고, 목표 RPM을 R_A에 위치시키면 된다.·따라서 필요한 각 마력에서 최대효율을 출력할 수 있는 점들을 이은 선이 그림의 최소 연료 소비율 선도이다.

그러므로, 콘트롤러에 이 선도를 기억시키면 필요한 마력에 따라서, 장비의 효율을 극대화할 수 있는 쓰로틀레버의 위치와 목표 RPM을 연산할 수 있다.

제5도는 조이스틱 2차압에 따른 네가티브 압력을 나타낸 선도로서, 조이스틱을 변이시키면 이 값에 비례해서 조이스틱 2차압이 변화하고, 조이스틱 2차압이 변화하면 그림과 같이 네가티브압력이 변화한다. 따라서 조이스틱의 변이량이 어느 정도인지를 네가티브 압력의 변화에 따라서 간접적으로 판단할 수 있다. 즉, 조이스틱을 많이 변위하는 작업을 했을때는 네가티브 압력이 감소하고, 조이스틱을 미소변위하는 작업을 했을때는 네가티브 압력이 증가된다. 그러므로 네가티브 압력의 변화에 의해서 조이스틱 변위를 판만할 수 있다.

제6도는 조이스틱을 중립위치에서 갑자기 최대로 변위시키는 스텝 입력에 대한 펌프 토출압력의 변화를 표시한 선도로서, (1)의 선도는 상승시간이 짧으며, 목표값에 빠르게 수렴하는 동특성을 가진 선도로서, 숙련된 작업자에 의해서 작업이 수행필 때는 조이스틱의 변위에 따라서 민감하게 출력이 변화되는 이와같은 선도가 유리하다 반면에, (2)의 선도는 목표값에의 수렴 속도는 늦지만 오실레이션(OSCILLATION)이 작고, 언더슈트 오버슈트(UNDERSHOOT OVERSHOOT)가 작은 동특성을 가진 선도로서, 미숙련자가 작업하거나, 정밀한 작업을 수행할 때에는 정확하게 작업기를 제어할 수 있는 이와같은 선도가 유리하다.

따라서, 작업의 종류나, 작업자의 숙련도에 따라서 펌프 사판각 제어신호를 변화시켜(l)과 (2)사이의 적절한 선도를 유지하도록 하여 보다 쉽게 작업기를 제어할 수 있도륵 할 수 있다.

제7도는 콘트롤러의 연산 플로우챠트로서, 기존 제어기에서 작업자가 판단하던 것을 콘트롤러가 판단하도록 하기 위해서, 작업의 종류, 작업자의 숙련도를 연산하여 엔진 효율을 최대로 할 수 있는 마력을 연산하여, 외기 온도 및 작동유의 온도에 따른 영향을 보상하여, 최적 마력을 출력하는 기능을 수행한다.

제8도는 토출압력의 입력 선도로서, 토출압력의 변화로부터 작업의 종류와 작업의 숙련도를 연산하기 위하여 콘트롤러가 연산하는 과정을 표시하였다.

즉 8a는 시간에 따른 펌프의 토출압력의 변화를 표시한 선도로서, 제1도의 압력센서(16)에 의해서 펌프의 토출압력이 콘트롤러에 입력되며, 이때 만약 조이스틱을 조작하고 있으면, 제11도의 작업시간 신호가 ON되며, 작업시간 신호가 ON되었을때는 콘트롤러에 입력된 토출압력의 신호를 Tpl의 샘를링 시간동안 가산하여 그 평균값을 일정한 크기의 버퍼 1에 저장한다. 버퍼 1에 저장된 값들의 시간에 따른 변화를 8b에 나타내었다. 8b의 선도에서 Tp2의 샘플링 시간마다 버퍼 1에 저장된 값들의 평균값을 연산하여 그 결과를 버퍼 2에 입력한다. 8b의 선도에서 버퍼 l의 평균값이 A로 계산되어 버퍼 2에 A값이 입력되는 것을 볼수 있다. 버퍼 2에 입력된 압력의 평균값을 Tp3의 샘를링 시간마다 평균값을 취하여 Paverage 변수에 입력시킨다. Paverage의 값은 작업자가 작업을 수행하고 있는 동안의 일정시간 간격의 토출압력의 평균값으로써, Paverage 값이 크면 큰 마력의 세팅이 필요하고, Paverage 값이 작을때는 작은 마력의 세팅이 요구된다.

제 9 도는 토출압력 변화율의 입력 선도로서, 토출압력의 변화로부터 작업의 숙련도를 연산하기 위해서 콘트롤러가 연산하는 과정을 표시하였다. 즉 9a도는 시간에 따른 펌프 토출압력의 변화를 표시한 선도로서, 토출압력의 제 1 도의 압력센서(16)에 의해서 펌프 토출압력이 콘트롤러에 입력되며, 토출압력의 변화율 P는 P=(Pn-Pn+1)/T1에 의해서 계산되며, 여기서 T1은 압력센서에서 압력을 센싱하는 샘플링 시간이고, Pn+1은 Pn이 입력된 후 T1의 샘플링 시간 이후에 입력되는 압력신호이다. 계산된 압력 변화율은 제11도의 작업시간 신호가 ON되었을때 콘트롤러에 입력되어 Tp1의 샘플링 시간 동안 가산하여 그 평균값을 일정한 크기의 버퍼 1에 저장한다. 버퍼 1에 저장된 값들의 시간에 따른 변화를 9b에 나타내었다. 9b의 선도에서 Tp2의 샘플링 시간마다 버퍼 1에 저장된 값들의 평균값을 연산하여 그 결과를 버퍼 2에 입력한다. 9b의 선도에서 버퍼 1의 평균값이 B로 계산되어 버퍼 2에 B값이 입력되는 것을 볼 수 있다. 버퍼 2에 입력된 압력의 변화율의 평균값을 Tp3의 샘플링 시간마다 평균값을 취하여 dPaverage 변수에 입력시킨다.

dPaverage의 값은 작업자가 작업을 수행하고 있는 동안의 일정시간 간격의 토출압력의 변화율의 평균값으로써, dPaverage 값이 크면 작업의 숙련도를 높게 평가하고, dPaverage 값이 작을때는 작업의 숙련도를 낮게 평가한다.

제10도는 네가티브 압력의 변화 선도이다. 네가티브 압력의 변화로부터 작업의 종류와 작업의 숙련도를 연산하기 위하여 콘트롤러가 연산하는 과정을 표시하였다.

즉 10a는 시간에 따른 네가티브 압력의 변화를 표시한 선도로서, 제 1 도의 네가티브 압력센서(16)에 의해서 네가티브 압력이 콘트롤러에 입력되며, 이때 만약 조이스틱을 조작하고 있으면, 제11도의 작업시간 신호가 ON되며, 작업시간 신호가 ON되었을대는 콘트롤러에 입력된 네가티브 압력의 신호를 Tn1의 샘플링시간동안 가산하여 그 평균값을 일정한 크기의 버퍼 1에 저장한다. 버퍼 1에 저장된 값들의 시간에 따른 변화를 l0b에 나타내었다. 10b의 선도에서 Tn2의 샘플링 시간마다 버퍼 1에 저장된 값들의 평균값을 연산하여 그 결과를 버퍼 2에 입력한다. 10b의 선도에서 버퍼 1의 평균값이 C로 계산되어 버퍼 2에 C이 입력되는것을 볼 수 있다. 버퍼 2에 입력된 압력의 평균값을 Tn3의 샘플링 시간마다 평균값을 취하여 Naverage 변수에 입력시킨다. Naverage의 값은 작업자가 작업을 수행하고 있는 동안의 일정시간 간격의 네가티브 압력의 평균값으로써, Naverage 값이 크면 큰 마력의 세팅이 필요하고, Naverage 값이 작을때는 작은 마력의 세팅이 요구된다.

제11도는 조이스틱 조작신호 입력 선도로서, 제12도의 조이스틱 조작 신호 검출부의 4개의 압력 스위치로부터 입력된 신호에 의해서 작업의 실시여부를 판단하고, 작업자가 조이스틱을 동시에 제어하는 복합 동작이 얼마나 많이 제어되고 있는지를 평가하기 위한 복합 동작율을 계산하는 과정이다. 즉, 압력스위치의 입력신호가 제11도와 같이 입력되었을때, 작업시간은 4개의 압력스위치중 1개 이상의 ON 신호가 입력되는시간이며 제11도의 작업시간 선도와 같이 나타난다. 또한 2개의 이상의 ON신호가 입력될때의 시간이 복합동작 시간이며 제11도에 나타내었다. 그러므로, 복합 동작율은 일정시간 동안의 복합동작 시간을 작업 시간으로 나눈 값으로 나타난다. 복합 동작율을 나타내는 Javerage 값은 콘트롤러에서 작업의 숙련도를 평가하는 기준이 된다.

제12도는 조이스틱 조작신호의 검출로부서, 조이스틱이 동시에 제어되고 있는지를 평가하여 작업자의 숙련도를 평가하는 요소가 된다. 즉, 숙련원된 작업자는 작업기를 복합 동작 하므로써 보다 빠르고, 정확하게 원하는 작업을 수행할 수 있으나, 미숙련자는 복합동작이 많은 결험을 필요로하여 쉽게 제어하기 어려우므로, 단독 동작을 많이 사용하게 된다. 따라서 복합 동작이 많을때는 숙련된 작업자로 판단하여 세팅 마력을 상승시키고, 제6도의 선도에서 숙련자에게 적합한 동특성으로 펌프를 제어하고 복합동작이 작을때는 미숙련 작업자로 판단하여 세팅 마력을 감소시키고, 제6도의 미숙련자에게 적합한 동특성으로 펌프 제어 신호를 출력한다.

제14도는 본 발명의 다른 실시예의 구성도로서, 유압식 조이스틱 대신에 전기식 조이스틱을 사용하여 작업자의 조이스틱 조작 강도를 전기 신호로 직접 콘트롤러에 입력하는 것이며, 따라서, 조이스틱의 조작여부를 센싱하는 압력스위치가 불필요하고, 리턴 라인의 네가티브 압력을 센싱하는 압력센서도 불필요하다.

전기식 조이스틱을 사용하므로써, 네가티브 압력을 센싱하여 조이스틱의 조작 정도를 판단하는 것보다 정확하게 조작 정도를 센싱할 수 있다. 즉 네가티브 압력에 의해서 조이스틱의 조작 정도를 판단하는 것은 제5도와 같이 조이스틱의 변위에 대한 네가티브 압력의 변화가 선형적으로 비례하지 않으므로 이에 따른 오차가 크게 발생한다.

이와같이 된 본 발명의 작용은 제7도에서 콘트롤러의 전체 연산과정을 나타내었다.

작업자가 조작판넬상의 자동파워 스위치를 선택하면, 작업의 종류를 판단하는 연산과 작업자의 숙련도를 판단하는 연산의 결과에 의해서 장비에 요구되는 최적의 조건을 판단하고 이 조건에 의해서 적절한 마력의 세팅값을 결정하는 연산을 수행한다.

이 연산된 마력값을 유온, 수온, 외기온도의 온도 보상 함수에 의해서 적절한 값으로 보상하여 최종 마력세팅값을 얻기위한 온도보상 연산을 수행한다.

온도보상에 의해서 출력된 마력에 의해 마력을 제어하기 위한 제어기의 제어신호를 연산하는 제어신호 연산부에 의해서 최종 제어신호를 연산한다. 이 연산된 제어신호를 제어기로 출력하므로써, 장비를 최적의 상태로 제어한다.

반면에 작업자가 준 자동파워 스위치를 선택하면, 마력 세팅을 기존의 방식과 같이 작업자가 장비에 필요한 마력을 판단하여 여기에 적합한 엔진의 RPM을 조작판넬상의 스피드 업, 스피드 다운 스위치를 조작하는 것에 의해서 세팅한다.

콘트롤러 연산과정을 자세히 설명하면, 조작판넬상의 자동파워 스위치가 ON되었을때는 콘트롤러의 메모리에 기억된 초기 작업조전이 입력된다. 이 값에 따라서 장비가 작동되면서 필요한 연산을 수행한다. 즉 네가티브 평균 압력를 연산하기 위해서 제9도와 같은 연산을 수행한다.

제10도와 같이 연산된 Naverage 값은 일정시간 동안의 네가티브 압력의 평균값으로서, 조이스틱의 변위가 많이 이루어졌을 때는 Naverage의 값이 작은 값을 나타내고, 조이스틱의 변위가 작은 범위에서 많이 이루어졌을때는 Naverage의 값이 크게 나타난다. 즉 이 값의 변화에 따라서 작업자가 빠른 작업을 원하는지 정밀 작업을 위한 느린 작업을 원하는지를 판단할 수 있다. 따라서, 작업의 종류를 연산하는 연산과정에이 값이 입력된다. 또한 Naverage 값의 크기에 따라서 숙련된 작업자는 작은 값을 출력하고, 미숙련 작업자는 큰 값을 출력하는 것이 일반적으므로, 작업의 숙련도를 평가하는 연산과정에 입력된다.

제8도, 제9도와 같이 연산된 Paverage와 dPaverage에서, Paverage에 입력된 값은 펌프 토출압력의 일정시간 동안의 평균값을 나타내며, Paverage의 값이 클때는 큰 부하가 걸리는 중굴삭 작업에 가까운 작업을 수행하고 있는 것으로 판단하고 작은 값일때는 작은 부하가 걸리는 경부하 작업에 가까운 작업을 수행하고 있는 것으로 판단하여 적절한 작업의 종류를 판단할 수 있다. 따라서, 작업의 종류를 연산하는 연산과정에 이 값이 입력되어 작업의 종류를 연산한다. 또한, dPaverage에 입력된 값은 펌프 토출압력 변화율의 일정시간 동안의 평균값을 나타내며, dPaverage의 값이 클때는 압력변화가 큰 작업으로 숙련도가 낮은 것으로 판단하고, 작은 값일때는 압력 변화가 작은 작업으로 숙련도가 큰 것으로 판단하여, 필요한 숙련도를 연산할 수 있다. 따라서, 작업의 숙련도를 연산하는 연산과정에 이 값이 입력되어 작업의 숙련도를 연산한다.

제11도에서와 같이 연산된 조이스틱의 복합 동작을 Javerage에 입력된 값은 작업자가 수행한 작업중에서 동시에 2가지 이상의 작업을 수행하는 복합 동작 시간을 작업 수행한 시간으로 나눈 값으로서, 작업자가 복합 동작을 얼마나 많이 했는가를 평가할 수 있는 값이다.

따라서, Javerage의 값이 크면 복합동작을 많이 사용한 숙련된 작업으로 판단하고, Javerage의 값이 작으면 복합동작을 작게 사용한 미숙련 작업으로 판단한다.

그러므로, 작업의 숙련도를 연산하는 연산과정에 Javerage 값이 입력되어 작업의 숙련도를 판단할 수 있다. 이상의 과정에서 연산된 Paverage 값과 Naverage 값에 의해서 작업의 종류를 연산한다.

작업의 종류를 연산하는 과정은 작업자가 작업의 종류를 판단하던 것을 대신하는 것으로서, 만약 자동파워 스위치가 ON되었을때는 제8도와 제9도에서 입력되는 네가티브 압력의 평균값(Naverage)과 토출압력의 평균값(Paverage)에 의해서 함수 f(Naverage, Paverage)의 연산으로 필요한 작업종류가 연산된다.

즉, 토출압력의 평균값이 커지면 부하가 큰 작업인 중굴삭 작업에 가까운 것으로 판단하고, 토출압력의 평균값이 작아지면 부하가 작은 작업인 미세작업에 가까운 것으로 판단한다. 또한 네가티브 압력의 평균값이 커지면 속도가 느린 작업인 미세작업에 가까운 것으로 판단하고, 네가티브 압력의 평균값이 작아지면, 작업의 속도가 빠른 작업인 중굴삭 작업에 가까운 것으로 판단한다. 이 작업의 종류에 따라서 중굴삭 작업에 가까운 작업은 세팅 마력을 크게 설정하고 미세작업에 가까운 작업은 세팅 마력을 작게 설정한다.

작업자의 숙련도(B)를 연산하는 과정은, 네가티브 압력의 평균값(average)과 압력 변화율의 평균값(dPaverage)과 복합동작율(Javerage)에 의해서 함수f₃(Naverage, Paverage, Javerage)의 연산으로 작업의 숙련도를 계산한다. 즉, Naverage의 값이 크면 빠른 작업을 위해서 숙련된 작업자가 장비를 제어하고 있는 것으로 판단하여 숙련도 B값을 중가시키고, Naverage의 값이 작으면 미숙련된 작업에 의해서 작업이 천천이 이루어지고 있는 것으로 판단하여 숙련도 B값을 감소시킨다.

또한, 압력 변화율의 평균값(dPaverage)의 값이 크면 미숙련자에 의해서 작업이 진행되어 압력의 변화가 많은 것으로 판단하여 숙련도(B)값을 감소시키고,

dPaverage의 값이 작으면 숙련된 작업자에 의해서 작업이 진행되어 작업기에 심한 층격부하가 가해지지 않은 것으로 판단하여 숙련도 B값을 증가시킨다.

또한, 작업자가 두가지 이상의 작업기를 동시에 제어하는 복합동작을 얼마나 많이 하고 있는가를 나타내는 복합동작율이 크면 숙련도 B값을 증가시키고, 복합동작율이 작을때는 B값을 감소시킨다.

이상의 연산에 의해서 현재 진행되고 있는 작업의 숙련도를 평가할 수 있으며, 이 값에 의해서 숙련도가 클때는 마력의 세팅값을 증가시키는 연산을 수행하고, 펌프의 동특성이 제6도의 (1)에 가까와 지도록 제어한다.

또한 숙련도가 작을때는 마력의 세팅값을 감소시키는 연산을 수행하고, 펌프의 동특성이 제6도의 (2)에 가까와 지도록 제어한다. 이상의 연산과정에서 얻은 작업종류

(A)와 작업 숙련도(B)에 의해서 장비의 최적마력(HP)를 계산한다. 즉 함수 f₃(A,B)는 연산된 작업의 종류와 작업의 숙련도의 작업도에 적합한 최적마력을 연산하는 함수로서, 작업의 종류 A가 증가하면 최적마력(HP)를 증가시키고 A가 감소하면 최적마력

(HP)를 증가시키고 B가 감소하면 최적마력(HP)를 감소시키도록 하는 함수이다. 온도에 의한 영향을 보상하는 연산은, 작동유의 온도와 외기 온도, 냉각수 온도를 센싱하여 장비의 상태를 최적으로 유지할 수 있도록 함수 f₄(HP, 유온, 수온, 외기온도)에 의해서 마력 보상값 HP롤 연산하고, 펌프의 초기 경전각을 연산한다.

즉, 함수 f₄(HP, 유온, 수온, 외기온도)는 유온이 t oil 1보다 낮은 온도일때는 예열이 안된 상태이므로 이때 큰 부하가 걸리면 장비에 무리를 주므로, 펌프의 경전각 초기치를 줄이도톡 연산하고, 빨리 예열될 수있도록 마력 보상값 △HP를 증가시킨다. 또한 유온이 t ol1 2보다 높은 온도에서는, 유온의 증가에 따라서 펌프의 토출유량이 증가하므로 마력 보상값 △HP를 감소시킨다. 엔진 냉각수 온도의 영향은 냉각수 온도가

t water 1의 온도보다 낮을때는 빠른 예열을 위해서 마력 보상값 △HP를 증가시키고, 엔진 냉각수 온도가 t water 2온도보다 높을때는 엔진의 출력 마력이 감소하므로 마력 보상값 △HP를 감소시키고, 펌프 경전각의 초기치를 증가시킨다. 외기온도의 영향은 외기온도가 t ex 1 보다 작을때는 빨리 예열될 수 있도록 마력 보상값 △HP를 증가시키고, 외기온도가 t ex 2보다 상승하면 엔진의 출력마력이 감소하므로 펌프 경전각의 초기치를 증가시킨다.

이상의 f₄(HP, 유온, 수온, 외기온도) 함수에 의해서 연산된 마력 보상값 △HP에 의해서 최종마력 HPr을 HPr = HP-△HP에 의해서 연산하고, 펌프의 초기 경전각을 연산하여 그 결과를 마력 제어신호 연산부에 입력한다.

최종마력(HPr)에 따른 출력신호의 연산은 함수 f₅(HPr 경전각 초기치)에 의해서 쓰로틀레버위치, 목표 RPM이 연산된다. 함수 f₅(HPr, 펌프 경전각 초기치)의 연산과정을 설명하면, 제4도의 엔진 성능 커브에서 연산된 최적마력(HPr)에 적합한 세팅값은 등마력 선도를 따라서 여러가지가 있을 수 있지만, 최대의 효율을 얻기 위해서는 최소 연료소비율 선도와 등마력 선도가 만나는 점에서 제어가 이루어지는 경우이다.

따라서, 엔진의 최대 효율을 출력하기 위해서는 최소 연료소비율 선도를 따라서 제어가 이루어져야 할 것이다. 그러므로, 함수 f₅(HPr, 펌프 경전각 초기치)의 연산은 입력된 HPr에 따라서 최소 연료소비율을 갖는 지점의 목표 RPM과 쓰로틀레버 위치를 연산한다.

펌프 특성 커브 연산과정은 작업기의 필링을 작업자의 숙련도에 따라서 변화시키기 위한 연산과정으로서 제6도의 스텝 부하에 따른 압력 커브(1)의 커브는 상승시간이 최소가 되도록 제어 했을때의 출력 결과로서 작업자의 조이스틱 신호에 따라서 민감하게 제어되는 유량 특성을 나타낸다. 또한 (2)의 커브는 (1)의 커브와 비교하여 상승시간은 크지만 오실리레이션(OSCILLATION)이 작은 특성을 가진 제어로서 외부 부하의급격한 번화에 대해서 엔진 EPM의 오버슈트, 언더슈트(OVERSHOOT,UNDERSHOOT)가 작은 특성을 가진 커브이다. 따라서 함수 f₆(B)의 연산은 B의 값이 크면 펌프의 제어특성이 (1)의 커브에 가까와 지도록 펌프 경전각 제어신호를 연산하고, B의 값이 작으면 펌프의 제어특성이 (2)의 커브에 가까와 지도록 펌프 경전각 제어신호를 연산한다.

이상의 제어신호에 의해서 펌프의 경전각 제어, 엔진 쓰로틀레버 제어, 목표 RPM 변경, 펌프의 경전각 제어 특성 변경등에 의해서 장비의 상태에 최적인 마력의 세팅이 자동으로 이루어진다.

제13도는 본 발명의 다른 실시예로서, 조이스틱의 변위에 비례하는 전기신호를 출력하는 전기식 조이스틱과, 펌프의 토출유량을 조이스틱의 전기신호에 따라서 제어하는 전자비례 솔레노이드밸브를 사용한 장치로서, 위에서 설명한 자동 마력 설정을 위한 조이스틱 조작이 평균값 복합 동작율을 연산하기 위해서, 네가티브 압력의 평균값에 의해서 조이스틱의 조작정도의 평균값이 Naverage 값을 얻는 대신에, 전기식 조이스틱에 의해서 조이스틱의 조작정도를 직접 콘트롤러에 입력하여, 이 값의 일정 시간 동안의 평균값을 산출하여 그 값을 Naverage에 입력한다.

또한 조이스틱의 복합동작율을 계산하기 위해서 조이스틱 압력스위치의 ON OFF 여부를 판단하는 대신에 일정 시간마다 조이스틱의 전기신호가 동시에 2갱 이상이 입력되는 시간을 1개 이상의 조이스틱 전기신호가 입력되는 시간으로 나눈값의 평균값에 의해서 복합동작율(Javerage)을 연산한다. 최적마력 세탕값의 연산과정의나머지는 위에서 설명한 것과 동일하다. 또한 제13도에서 펌프의 경전각을 최적으로 제어하기 위해서 콘트롤러에서 제14도와 같은 연산과정을 수행한다. 즉 위의 연산과정에서 연산된 세팅마력을 입력하고 펄프 토출압력 P1, P2와 조이스틱이 중립 위치에 있는지(J)를 검출하여 이 값에 따라서 최적 토출유량을 함수 f₇(HP, P1, P2, J)에 의해서 연산한다. 함수 f1은 P1, P2에 따라서 마력 HP를 일정하게 유지시키는 유량을 연산하고, 만약 조이스틱이 중립위치에 있을 때는 유량을 최소로 출력하도륵 연산하는 함수이다.

연산된 토출유량을, 엔진의 회전수차에 따른 함수 f₇(RPM)에 의해서 보상값을 연산하여 최적 토출유량을 연산한다. 함수 f₇(RPM)은 엔진의 출력마력을 최대한 사용하기 위해서 펌프의 입력 마력을 엔진의 출력 마력보다 높게 설정하고, 이때 엔진의 회전수가 감소하는 것을 센싱하여 목표회전수와의 차만큼을 보상하는 함수이다.

연산 유량에 따라서 필요한 사판각을 함수 f₈(Q)에 의해서 연산하여 이 값을

제13도의 전자비례 감압밸브로 출력하여 펌프의 경전각을 최적으로 제어한다.

이상과 같이 본 발명에 의한 건설기계의 제어장치는, 작업자가 작업의 종류를 판단하여 적절한 작업스위치를 선택해야 하는 기존의 제어장치에 대해서, 최적의 장비효율과 작업자의 편리성을 제공하는 장치이며, 펌프의 경전각을 전자비례 감압밸브에서 최적의 값으로 제어하므로써, 펌프의 구조를 간단화 시키고, 장비의 성능을 개선할 수 있다.

제1도는 본 발명의 구성도

제2도는 기존 제어 장치의 P-Q 커브.

제3도는 본 발명의 P-Q 커브.

제4도는 엔진의 성능 커브.

제5도는 조이스틱 2차압에 따른 네가티브 압력 커브.

제6도는 스텐 부하에 따른 압력 커브.

제7도는 콘트롤러의 연산 플로우챠트.

제8도는 토출압력 입력 선도.

제9도는 토출압력 변화율의 입력 선도.

제10도는 네가티브 압력의 입력 선도.

제11도는 조이스틱 조작 신호 입력 선도.

제12도는 조이스틱 조작 신호 검출부.

제13도는 본 발명의 다른 실시예.

제14도는 콘트롤러의 펌프 경전각 연산 플로우챠트.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 콘트롤러 2 : 엔진

3 : RPM 센서 4 : 전자비례감압(EPPR) 밸브

5 : 메인펌프 6 : 유온센서

7 : 외기온도 센서 8 : 네가티브 압력센서

9 : RCV 압력스위치 9a : 압력스위치 1

9b : 압력스위치 2 9c : 압력스위치 3

9d : 압력스위치 4 10 : 조이스틱

11 : 메인 밸브 13 : 유압탱크

14 : 쓰로틀 레버 제어기 15 : 엔진 냉각수 온도 센서

16 : 토출 압력 센서 17 : 조작 판넬

18 : 자동파워 스위치 19 : 준자동파워 스위치

20 : 스피드 업 스위치 21:스피드 다운 스위치

22 : 파이로트 압력 펌프 23 : 전자비례 제어밸브

Claims (3)

1. 엔진(2)에 의해서 구동되는 메인펌프(5), 펌프 토출유량을 제어하는 메인밸브(11), 펌프 토출유량에 의해서 제어되는 작업기, 메인밸브의 변위를 제어하는 조이스틱(10), 펌프 경전각을 제어하는 EPPR 밸브(4), 엔진 회전수를 제어하는 쓰로틀레버 제어기(14)로 구성된 장치에 있어서 조작판넬에 자동 파워스위치(18)를 설치하고, 그 옆에 자동파워스위치(19)를 설치하며 그 옆에 스피드 업, 스피드 다운 스위치(20)(2l)를 설치한 것을 특징으로 하는 전설기계의 제어장치.
2. 엔진(2) 옆에 RPM 센서(3)을 설치하고, 펌프(5)옆에 토출압력센서(16)을 설치하여 이들을 콘트롤러(1)에 연결한 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어장치.
3. 장비에 필요한 최적마력을 연산하기 위해 펌프의 토출압력, 네가티브 압력, 조이스틱 압력스위치의 입력 등을 측정하는 콘트롤러를 갖추고, 이 콘트롤러에 의해서 측정된 값에 의해서 장비에 필요한 적정 마력을 연산하되 장비에 필요한 최적마력을 연산하기 위해서, 일정시간 동안 네가티브 압력의 평균값과 일정시간 동안의 네가티브 압력의 평균값에 의해서 작업의 종류를 판단하여 이 작업의 종류에 따라서 최적마력을 일정시간 동안의 네가티브 압력의 평균값과, 일정시간 동안의 펌프 토출 압력의 변화율의 평균값과, 조이스틱 압력 스위치의 신호에 의해서 동시에 조이스틱을 조작한 복합동작 시간이 일정시간 동안 얼마나 되는지에 의해서 작업의 숙련도를 평가하고 이 숙련도에 의해서 최적마력을 콘트롤러로서 연산하고 장비에 필요한 적정마력을 외기온드, 냉각수 온도 및 작동유 온도의 변화에 따라서 장비의 최적인 값으로 보상해 주는 온도 보상방법을 연산하며 연산된 작업의 숙련도에 따라서 작업자에게 최적의 필링을 제공해 주고 작동기의 내구성을 개선시켜 주기 위해서 펌프의 사판각 제어 동특성을 변화시키게 하며 연산된 마력에 대한 등마력 선도와 선정된 엔진의 최소 연료 소비율 곡선이 만나는 엔진의 최적 효율을 나타내는 최적의 작동조건을 연산하여 엔진 및 펌프 사판각을 자동 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 제어방법.