KR20140106616A - 선회제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

선회제어장치는, 붐(4), 암(5) 및 엔드 어태치먼트(6)를 포함하는 어태치먼트를 지지하는 선회체(3)를 전동기(21)로 선회시킨다. 어태치먼트의 자세에 따라, 전동기(21)로의 선회구동지령을 생성한다.

Description

선회제어장치 및 방법{Rotation control device and method}

본 발명은, 건설기계 등의 전동선회기구의 선회동작을 제어하는 선회제어장치 및 방법에 관한 것이다.

쇼벨 등의 건설기계에 있어서, 상부 선회체를 선회시키는 선회기구의 동력원으로서 전동기를 이용한 전동선회기구가 이용되는 경우가 있다.

쇼벨의 상부 선회체에는, 운전실을 가지는 캐빈이 마련된다. 또, 붐은 상부 선회체에 회동 가능하게 지지된다. 따라서, 상부 선회체에 지지된 붐, 붐의 선단에 연결된 암, 및 암의 선단에 연결된 버킷 등의 엔드 어태치먼트 등의 작업 요소도, 상부 선회체와 함께 선회한다.

상부 선회체에는, 운전실을 포함하는 캐빈도 마련된다. 운전실에서 쇼벨을 조종하는 운전자는, 상부 선회체가 선회하면 붐, 암과 함께 선회한다. 암의 선단의 엔드 어태치먼트 등의 작업 요소를 작업 위치에 가지고 가기 위해서는, 운전자는 상부 선회체를 선회시켜 붐과 함께 엔드 어태치먼트를 선회시키는 조작을 행한다.

여기에서, 상부 선회체의 선회구동을 행하는 선회용 전동기의 제어를 운전자의 조작레버의 조작량에 따라 행하는 선회구동 제어장치를 가지는 쇼벨이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본 특허공개공보 2009-127193호

상술의 특허문헌 1에 개시된 선회구동 제어장치에 의한 선회용 전동기의 제어에서는, 선회용 전동기에 부여되는 속도지령은, 운전자에 의한 조작레버의 조작량에 따라 결정된다. 즉, 운전자가 작업 요소를 신속하게 이동시키고자 하는 경우에는, 운전자는 조작레버의 조작량을 크게 한다. 이로써, 조작레버의 조작량에 따른 선회속도지령이 생성되고, 선회용 전동기는 이 선회속도지령에 근거하여 구동된다. 조작레버의 조작량이 크면 선회용 전동기는 급격하게 가속하여 회전속도는 빨라진다. 따라서, 상부 선회체도 급격하게 가속하여 그 선회속도는 빨라진다.

상술과 같이, 선회속도지령은, 붐, 암, 버킷(엔드 어태치먼트) 등의 작업 요소의 위치에 관계없이, 조작레버의 조작량에만 근거하여 생성된다. 따라서, 붐 및 암이 개방되어 버킷이 상부 선회체의 선회중심으로부터 멀어진 위치에 있는 경우나, 붐 및 암이 접혀서 버킷이 상부 선회체의 선회중심에 가까운 위치에 있는 경우 등이어도, 상부 선회체의 선회속도는 조작레버의 조작량에만 따라서 제어된다.

운전자는 상부 선회체의 캐빈 내에서 조작레버를 조종하고 있기 때문에, 상부 선회체와 함께 선회한다. 이로써, 운전자는 상부 선회체나 작업 요소의 선회속도를 붐이나 암이나 버킷을 보면서 느끼게 된다. 여기에서, 본 발명자 등은, 운전자가 실제로 느끼는 선회속도를 조사하였다. 그 결과, 붐 및 암이 개방되어 버킷이 상부 선회체의 선회중심으로부터 멀어진 위치(선단 영역)에 있는 경우에는, 운전자는 실제의 선회속도보다 빠르게 선회하고 있다고 느끼는 것을 알 수 있었다.

실제로 버킷으로 작업을 행하는 영역은, 상술의 선단 영역과 근접 영역과의 사이의 영역이며, 이 영역을 실제 작업영역이라고 칭한다. 버킷이 실제 작업영역에 있는 경우, 신속히 작업을 행하여 작업 효율을 올리려면, 버킷의 선회속도(즉 상부 선회체의 선회속도)를 빠르게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 상부 선회체의 선회속도를 빠르게 하면, 선단 영역에 있어서는, 운전자는 선회속도가 너무 빠르다고 느끼게 되어, 쾌적한 조작감이 상실된다.

따라서, 버킷 등의 엔드 어태치먼트의 위치에 근거하여 상부 선회체의 선회속도를 가변으로 제어하는 기술의 개발이 요망되고 있다.

.본 발명의 일 실시형태에 의하면, 붐, 암 및 엔드 어태치먼트를 포함하는 어태치먼트를 지지하는 선회체를 전동기로 선회시키는 선회제어장치로서, 상기 어태치먼트의 자세에 따라 상기 전동기로의 선회구동지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 선회제어장치가 제공된다.

　또, 다른 실시형태에 의하면, 붐, 암 및 엔드 어태치먼트를 포함하는 어태치먼트를 지지하는 선회체를 전동기로 선회시키는 선회제어방법으로서, 상기 어태치먼트의 자세를 판정하고, 판정한 상기 어태치먼트의 자세에 따라 상기 전동기로의 선회구동지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 선회제어방법이 제공된다.

상술의 발명에 의하면, 버킷 등의 엔드 어태치먼트의 자세에 따라 상부 선회체의 선회속도를 가변으로 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 선회제어장치를 가지는 건설기계의 일례인 하이브리드 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 제1 실시형태에 의한 선회제어장치를 가지는 하이브리드 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 축전계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 하이브리드 쇼벨이 행하는 작업의 작업영역을 나타내는 도이다.
도 5는 실제 작업영역에 있어서의 상부 선회체의 선회속도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 선단 작업영역에 있어서의 상부 선회체의 선회속도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 근접 작업영역에 있어서의 상부 선회체의 선회속도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 가속도·감속도맵으로부터 토크지령을 생성하는 선회제어부의 기능 블록도이다.
도 9는 선회제어부에 격납되어 있는 가속도맵을 설명하기 위한 도이다.
도 10은 선회제어부에 격납되어 있는 선단 작업영역에서의 가속도맵을 설명하기 위한 도이다.
도 11은 선회동작 중에 버킷이 통상 작업영역으로부터 선단 작업영역으로 이행한 경우의 선회속도의 추이와 가속도의 변화를 나타내는 도이다.
도 12는 토크맵을 이용하여 토크지령치를 구하는 선회제어부의 기능 블록도이다.
도 13은 엔드 어태치먼트의 선회반경을 설명하기 위한 도이다.
도 14는 제2 실시형태에 의한, 선회속도지령(선회구동지령)의 보정 기능의 블록도이다.
도 15는 레버조작량과 선회속도지령의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 선회반경과 속도지령비율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 17은 보정 후의 선회속도지령에 의하여 제어된 상부 선회체의 선회속도의 검출치를 나타내는 그래프이다.
도 18은 보정 후의 선회속도지령에 의하여 제어된 상부 선회체의 최대 선회속도의 검출치를 나타내는 그래프이다.
도 19는 시리즈 방식의 하이브리드 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 20은 전동 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.

다음으로, 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명이 적용되는 선회제어장치를 가지는 건설기계의 일례인 하이브리드 쇼벨의 측면도이다.

하이브리드 쇼벨의 하부 주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부 선회체(3)가 탑재되어 있다. 상부 선회체(3)에는, 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에, 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에 버킷(6)이 장착되어 있다. 어태치먼트에 포함되는 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압 구동된다. 상부 선회체(3)에는, 캐빈(10)이 마련되고, 또한 엔진 등의 동력원이 탑재된다.

도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 선회제어장치를 가지는 하이브리드 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계는 이중선, 고압유압라인은 실선(굵은 선), 파일럿라인은 파선, 전기구동·제어계는 실선(가는 선)으로 각각 나타나 있다. 다만, 도 2에서는 건설기계로서 하이브리드 쇼벨을 예시하고 있지만, 구동 방식은 하이브리드식에 한정되지 않고, 전동선회기구를 가지는 쇼벨이면 된다. 또, 건설기계로서 쇼벨에 한정되지 않고, 예를 들면 엔드 어태치먼트로서 리프팅 마그넷이 이용된 리프팅 마그넷기 등으로 전동선회기구를 가지는 작업 기계이면 된다.

기계식 구동부로서의 엔진(11)과, 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)는, 변속기(13)의 2개의 입력축에 각각 접속되어 있다. 변속기(13)의 출력축에는, 유압펌프로서 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다.

컨트롤밸브(17)는, 하이브리드 쇼벨에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 제어장치이다. 하부 주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다.

전동발전기(12)에는, 인버터(18)를 통하여, 축전기로서의 커패시터를 포함하는 축전계(120)가 접속된다. 축전계(120)에는, 인버터(20)를 통하여 전동 작업 요소로서의 선회용 전동기(21)가 접속되어 있다. 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)에는, 리졸버(22), 메카니컬 브레이크(23), 및 선회변속기(24)가 접속된다. 또, 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다. 선회용 전동기(21)와, 인버터(20)와, 리졸버(22)와, 메카니컬 브레이크(23)와, 선회변속기(24)로 부하구동계가 구성된다.

조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)은, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)에 각각 접속된다. 압력센서(29)는, 전기계의 구동 제어를 행하는 컨트롤러(30)에 접속된다.

본 실시형태에서는, 붐(4)의 각도를 검출하기 위한 붐각도센서(7B)가 붐(4)의 지지축에 장착되어 있다. 또, 암(5)의 각도를 검출하기 위한 암각도센서(8A)가 암(5)의 지지축에 장착되어 있다. 붐각도센서(7B) 및 암각도센서(8A)는, 검출한 붐각도(θB) 및 암각도(θA)를 컨트롤러(30)에 공급한다. 또, 붐실린더(7)의 보텀측의 유압을 검출하기 위한 유압센서(7P)가 유압실린더(7)에 장착되어 있다. 유압센서(7P)는, 검출한 유압(Pb)을 컨트롤러(30)에 공급한다.

도 3은 축전계(120)의 구성을 나타내는 블록도이다. 축전계(120)는, 축전기로서의 커패시터(19)와, 승강압 컨버터(100)와 DC버스(110)를 포함한다. DC버스(110)는, 커패시터(19), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 사이에서의 전력의 수수(授受)를 제어한다. 커패시터(19)에는, 커패시터 전압치를 검출하기 위한 커패시터 전압검출부(112)와, 커패시터 전류치를 검출하기 위한 커패시터 전류검출부(113)가 마련되어 있다. 커패시터 전압검출부(112)와 커패시터 전류검출부(113)에 의하여 검출되는 커패시터 전압치와 커패시터 전류치는, 컨트롤러(30)에 공급된다. 다만, 도 3에는, 축전기로서 커패시터(19)를 나타내지만, 커패시터(19) 대신에, 리튬 이온 전지 등의 충전 가능한 이차전지, 리튬 이온 커패시터, 또는, 전력의 수수가 가능한 그 외의 형태의 전원을 축전기로서 이용해도 된다.

승강압 컨버터(100)는, 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 운전 상태에 따라, DC버스 전압치를 일정한 범위 내에 들어가도록 승압 동작과 강압 동작을 전환하는 제어를 행한다. DC버스(110)는, 인버터(18 및 20)와 승강압 컨버터(100)와의 사이에 배치되어 있으며, 커패시터(19), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 사이에서의 전력의 수수를 행한다.

도 2로 되돌아가, 컨트롤러(30)는, 하이브리드 쇼벨의 구동 제어를 행하는 주제어부로서의 제어장치이다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되고, CPU가 내부 메모리에 격납된 구동제어용의 프로그램을 실행함으로써 실현되는 장치이다.

컨트롤러(30)는, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호를 속도지령으로 변환하여, 선회용 전동기(21)의 구동 제어를 행한다. 압력센서(29)로부터 공급되는 신호는, 선회기구(2)를 선회시키기 위하여 조작장치(26)를 조작한 경우의 조작량을 나타내는 신호에 상당한다.

컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)의 운전 제어(전동(어시스트) 운전 또는 발전 운전의 전환)를 행함과 함께, 승강압 제어부로서의 승강압 컨버터(100)를 구동 제어함으로써 커패시터(19)의 충방전 제어를 행한다. 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 충전 상태, 전동발전기(12)의 운전 상태(전동(어시스트) 운전 또는 발전 운전), 및 선회용 전동기(21)의 운전 상태(역행 운전 또는 회생 운전)에 근거하여, 승강압 컨버터(100)의 승압 동작과 강압 동작의 전환 제어를 행하고, 이로써 커패시터(19)의 충방전 제어를 행한다.

승강압 컨버터(100)의 승압 동작과 강압 동작의 전환 제어는, DC버스 전압검출부(111)에 의하여 검출되는 DC버스 전압치, 커패시터 전압검출부(112)에 의하여 검출되는 커패시터 전압치, 및 커패시터 전류검출부(113)에 의하여 검출되는 커패시터 전류치에 근거하여 행해진다.

이상과 같은 구성에 있어서, 어시스트 모터인 전동발전기(12)가 발전한 전력은, 인버터(18)를 통하여 축전계(120)의 DC버스(110)에 공급되고, 승강압 컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다. 선회용 전동기(21)가 회생 운전하여 생성한 회생 전력은, 인버터(20)를 통하여 축전계(120)의 DC버스(110)에 공급되고, 승강압 컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다.

선회용 전동기(21)의 회전속도(각속도(ω))는 리졸버(22)에 의하여 검출된다. 또, 붐(4)의 각도(붐각도(θB))는 붐(4)의 지지축에 마련된 로터리 엔코더 등의 붐각도센서(7B)에 의하여 검출된다. 암(5)의 각도(암각도(θA))는 암(5)의 지지축에 마련된 로터리 엔코더 등의 암각도센서(8A)에 의하여 검출된다. 컨트롤러(30)에 마련된 선회제어부(40)는, 붐각도(θB), 암각도(θA), 붐실린더(7)의 보텀측의 유압(Pb), 및, 선회용 전동기(21)의 각속도(ω)에 근거하여, 선회용 전동기(21)에 주는 속도지령을 생성한다. 본 실시형태에서는 선회제어부(40)는 컨트롤러(30)에 장착되어 있지만, 선회구동장치로서 컨트롤러(30)와는 따로 마련되어도 된다.

이상과 같은 구성의 하이브리드 쇼벨에 있어서, 엔드 어태치먼트로서 버킷(6)이 암(5)의 선단에 장착되어 있는 경우의 작업영역에 대하여 검토한다. 도 4는 상술의 하이브리드 쇼벨이 행하는 작업의 작업영역을 나타내는 도이다.

버킷(6)은 굴착 및 적재 작업을 행하는 것이며, 붐(4) 및 암(5)이 최대로 개방된 상태(최대 리치)에서는 거의 작업은 행해지지 않는다. 통상은, 버킷(6)이 최대 리치의 80% 정도까지의 영역에서 작업이 행해진다. 또, 붐(4) 및 암(5)이 완전히 폐쇄된 상태에서는 거의 작업은 행해지지 않는다. 통상은, 버킷(6)이 최대 리치의 40% 정도 이상의 영역에서 작업이 행해진다. 즉, 통상의 작업에서는, 버킷(6)이 최대 리치의 40%에서 80%의 사이에 위치하는 상태에서 작업이 행해진다. 따라서, 버킷(6)의 최대 리치의 40%에서 80%까지의 사이를 실제 작업영역이라고 정의한다. 최대 리치의 80%를 넘은 영역을 선단 작업영역이라고 칭하고, 최대 리치의 40%에 미치지 않는 영역을 근접 작업영역이라고 칭한다.

선단 작업영역에서는, 운전자는 실제의 선회의 가감속도보다 크다고 느낀다. 즉, 예를 들면, 버킷(6)이 선단 작업영역에 있을 때에 운전자가 조작레버를 조작하여 선회동작을 행한 경우, 운전자가 의도하는 선회가속도보다 운전자가 실제로 느끼는 선회가속도가 크다. 이로써, 운전자에게 위화감 혹은 불쾌감을 줄 우려가 있다. 따라서, 선단 작업영역에서는, 버킷(6)(즉 상부 선회체(3))을 너무 크게 가감속시키지 않는 것이, 운전자에게 있어서 위화감 없이, 쾌적하다고 느끼는 동작을 실현할 수 있다.

버킷(6)이 운전자의 머리 위에 있을 때에는, 버킷(6)이 운전자로부터 보이기 어려운 상황이 된다. 따라서, 버킷(6)이 운전자의 머리 위의 영역(상부 작업영역이라고 칭함)에 위치할 때에는, 버킷(6)(즉 상부 선회체(3))을 너무 크게 가감속시키지 않는 것이 운전자에게 있어서 쾌적하다고 느끼는 동작이 된다. 특히, 시야 밖에 버킷(6)이 위치하는 상황에서는, 가감속을 작게 하는 것이 바람직하다. 또, 버킷(6)이 지면보다 아래에 위치할 때에도, 버킷(6)이 운전자로부터 보이기 어려운 상황이 된다. 따라서, 버킷(6)이 지면보다 아래의 영역(하부 작업영역이라고 칭함)에 위치할 때에는, 버킷(6)(즉 상부 선회체(3))을 너무 크게 가감속시키지 않는 것이 운전자에게 있어서 쾌적하다고 느끼는 동작이 된다.

이상을 정리하면, 선단 작업영역, 상부 작업영역, 및 하부 작업영역에 버킷이 위치하고 있을 때에는, 선회가감속도를 통상보다 작게 함으로써, 운전자에게 있어서 쾌적한 조종성을 실현할 수 있다. 한편, 근접 작업영역에 버킷이 위치하고 있을 때에는, 선회가속도를 통상보다 크게 함으로써, 운전자에게 있어서 쾌적한 조종성을 실현할 수 있다.

상기 검토를 근거로 하여, 본 실시형태에 의한 선회제어부(40)는, 엔드 어태치먼트(버킷, 리프팅 마그넷 등)가 어떤 작업영역에 위치하고 있는지에 따라, 선회가감속도를 가변 제어함으로써, 쾌적한 조작성을 실현한다. 보다 구체적으로는, 본 실시형태에서는, 선단 작업영역, 근접 작업영역, 상부 작업영역 및 하부 작업영역에 주목하여, 선단 작업영역 및 근접 작업영역에 있어서의 가감속도를 실제 작업영역에 있어서의 가감속도보다 작게 함으로써, 운전자에게 있어서 쾌적한 조작성을 실현한다. 또한, 근접 작업영역에 있어서의 가감속도를 실제 작업영역에 있어서의 가감속도보다 크게 함으로써, 운전자에게 있어서 쾌적한 조작성을 실현시킨다.

도 5는 실제 작업영역에 있어서의 버킷(6)(즉, 상부 선회체(3))의 선회속도를 나타내는 그래프이다. 실제 작업영역에서는, 통상의 선회속도지령에 근거하여 선회속도가 제어된다. 운전자가 조작레버를 조작하면, 조작량에 따른 속도지령이 생성되고, 속도지령에 근거하여 선회용 전동기의 토크지령이 생성된다. 선회용 전동기(21)는 이 토크지령에 의하여 구동되어, 상부 선회체(3)를 선회시킨다. 도 5에 있어서, 점선은 유압 선회의 경우의 레버조작량에 따른 속도지령에 의한 선회속도의 추이를 나타내고, 2점 쇄선은 종래의 전동 선회의 경우의 선회속도의 추이를 나타내며, 실선은 본 실시형태에 의한 전동 선회의 경우의 선회속도의 추이를 나타낸다. 도 5에 있어서, 속도를 나타내는 선의 경사가 가속도에 상당한다. 다만, 도 5에 나타내는 예는, 조작레버의 조작량을 최대로 한 경우의 예이며, 선회속도는 최대 선회속도(Vmax)에 도달하고 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 실제 작업영역에서는, 조작레버의 조작량에 따른 속도지령이 생성되고, 전동 선회의 경우의 선회속도의 추이는, 종래의 전동 선회와 본 실시형태에 의한 전동 선회 모두 유압 선회의 경우의 선회속도의 추이와 대략 일치한다. 즉, 실제 작업영역에서는, 종래의 전동 선회와 본 실시형태에 의한 전동 선회 모두 실제의 선회가속도는, 조작레버의 조작량에 따른 속도지령에 의한 선회가속도와 대략 동일해진다. 도 5에 있어서, 종래의 전동 선회에 있어서의 선회가속도(α)는, 선회속도의 추이의 경사로 나타난다.

도 6은 선단 작업영역에 있어서의 버킷(6)(즉, 상부 선회체(3))의 선회속도를 나타내는 그래프이다. 도 6에 있어서, 도 5와 마찬가지로, 점선은 유압 선회의 경우의 레버조작량에 따른 속도지령에 의한 선회속도의 추이를 나타내고, 2점 쇄선은 종래의 전동 선회의 경우의 선회속도의 추이를 나타내며, 실선은 본 실시형태에 의한 전동 선회의 경우의 선회속도의 추이를 나타낸다. 종래의 전동 선회의 경우, 선단 작업영역에 있어서도, 실제 작업영역에 있어서의 선회가속도와 동일한 가속도(α)가 설정되기 때문에, 버킷(6)은 캐빈(10)으로부터 비교적 먼 위치에서 선회하고 있음에도 불구하고, 운전자는 선회속도가 빠르다고 느끼게 된다. 이로 인하여, 선회조작을 행하기 어렵다는 감각을 운전자에게 주게 된다. 따라서, 본 실시형태에 의한 전동 선회의 경우, 선회가속도를 종래의 전동 선회에 있어서의 선회가속도(α)보다 작게 설정하여, 레버조작에 대응하는 가속도보다 작은 가속도로 버킷(6)을 선회시킴으로써, 운전자에게 쾌적한 조종성을 제공한다. 다만, 유압 선회의 경우는, 선단 작업영역에 있어서의 버킷(6)의 선회가속도는, 모멘트가 커지기 때문에, 실제 작업영역에 있어서의 가속도보다 작아진다.

도 7은 근접 작업영역에 있어서의 버킷(6)(즉, 상부 선회체(3))의 선회속도를 나타내는 그래프이다. 도 7에 있어서, 도 5와 마찬가지로, 점선은 유압 선회의 경우의 레버조작량에 따른 속도지령에 의한 선회속도의 추이를 나타내고, 2점 쇄선은 종래의 전동 선회의 경우의 선회속도의 추이를 나타내며, 실선은 본 실시형태에 의한 전동 선회의 경우의 선회속도의 추이를 나타낸다. 종래의 전동 선회의 경우, 근접 작업영역에 있어서도, 실제 작업영역에 있어서의 선회가속도와 동일한 가속도(α)가 설정되기 때문에, 버킷(6)은 캐빈(10)으로부터 비교적 가까운 위치에서 선회하고 있음에도 불구하고, 운전자는 선회속도가 늦다고 느끼게 된다. 따라서, 본 실시형태에 의한 전동 선회의 경우, 선회가속도를 종래의 전동 선회에 있어서의 선회가속도(α)보다 크게 설정하여, 레버조작에 대응하는 가속도보다 큰 가속도로 버킷(6)을 선회시킴으로써, 운전자에게 기민한 동작감을 제공한다. 다만, 유압 선회의 경우는, 선단 작업영역에 있어서의 버킷(6)의 선회가속도는, 모멘트가 작아지기 때문에, 실제 작업영역에 있어서의 가속도보다 매우 커진다.

다음으로, 본 실시형태에 의한 선회가속 제어에 대하여 설명한다. 선회감속 시의 감속도 제어는 선회가속 시의 가속도 제어와 동일하고, 여기에서는 선회가속 시의 가속도 제어에 대해서만 설명한다.

본 실시형태에 의한 선회가속 제어는, 컨트롤러(30)의 선회제어부(40)에 의하여 행해진다. 도 8은 가속도·감속도맵으로부터 토크지령을 생성하는 선회제어부(40)의 기능 블록도이다.

선회제어부(40)는, 미리 준비된 가속도맵(42a) 및 감속도맵(42b)을 내부에 격납한 가속도·감속도 결정부(42)를 가지고 있다. 가속도맵(42a)(감속도맵(42b))은, 붐(4) 및 암(5)의 다양한 자세와 출력해야 하는 선회가속도(선회감속도)와의 관계를 나타내는 맵이다. 본 실시형태에서는 붐(4) 및 암(5)의 자세를 나타내는 요소로서 붐각도(θB) 및 암각도(θA)가 이용된다. 붐각도센서(7B) 및 암각도센서(8A)로부터의 검출 신호는, 자세판정부(45)로 입력된다. 어태치먼트의 자세는, 자세판정부(45)에 의하여 판정되고, 판정 결과가 가속도맵(42a)으로 입력된다.

가속도맵(42a)을 참조하여 결정된 선회가속도는, 가속도·감속도 결정부(42)로부터 출력되고, 스무딩부(44)에 의하여 스무딩이 실시된 후, 속도지령 산출부(46)에 공급된다. 다만, 가감속 판정부(41)는, 현재속도(각속도(ω))와 속도지령 산출부(50)로부터 출력되는 제1 속도지령(V1)을 비교하여 가속 중인지 감속 중인지를 판단하고, 그 판단 결과를 가속도·감속도 결정부(42)로 보낸다. 가속도·감속도 결정부(42)는, 가속 중인지 감속 중인지의 판단 결과에 근거하여, 가속 중이면 가속도맵(42a)을 참조하고, 감속 중이면 감속도맵(42b)을 참조한다. 제2 선회구동지령 생성부로서의 속도지령 산출부(46)는, 스무딩부(44)로부터 공급된 선회가속도로부터 제2 속도지령(V2)(제2 선회구동지령)을 생성하여, 전환부(48)에 출력한다.

한편, 선회제어부(40)는 제1 선회구동지령 생성부로서의 속도지령 산출부(50)를 가지고 있다. 속도지령 산출부(50)는, 선회조작레버의 레버조작량으로부터 제1 속도지령(V1)(제1 선회구동지령)을 생성하여, 전환부(48)에 출력한다.

구동지령 전환부로서의 전환부(48)는, 속도지령 산출부(46)로부터 공급된 제2 속도지령(V2)과, 속도지령 산출부(50)로부터 공급된 제1 속도지령(V1)을 비교하여 어느 쪽이 작은지 판정한다. 이 경우, 속도지령치는 선회방향에 의존하여 정부(正負)의 부호를 가지기 때문에, 각각의 절대치를 이용하여 비교된다. 그리고, 전환부(48)는, 제2 속도지령(V2)이 제1 속도지령(V1)보다 작은 경우에는, 제2 속도지령(V2)을 선택하여 토크지령 생성부(52)에 출력한다. 한편, 제2 속도지령(V2)이 제1 속도지령(V1) 이상이 된 경우에는, 전환부(48)는 제1 속도지령(V1)을 선택하여 토크지령 생성부(52)에 출력한다.

토크지령 생성부(52)는, 공급된 제1 속도지령(V1) 또는 제2 속도지령(V2)으로부터 토크지령을 생성하고, 생성한 토크지령을 출력한다. 토크지령 생성부(52)로부터 출력된 토크지령은, 선회용 전동기(21)의 구동을 제어하는 인버터(20)에 공급된다. 인버터(20)는, 공급된 토크지령에 근거하여 선회용 전동기(21)를 구동한다. 따라서, 선회용 전동기(21)에 의하여 선회구동되는 상부 선회체(3)의 선회가속도는 토크지령 생성부(52)로부터 출력되는 토크지령에 의하여 결정된다.

이와 같이, 어태치먼트의 자세에 근거하여 가속도가 구해지므로, 선회의 동작이 단독 동작인지, 어태치먼트의 동작과 동시에 행해지는 복합 동작인지에 관계없이, 안정된 선회동작을 실현할 수 있다.

선회제어부(40)에 의하여 행해지는 선회제어처리의 일례에 대하여 더욱 설명한다.

선회제어부(40)에는, 붐각도(θB) 및 암각도(θA) 외에, 붐실린더(7)의 보텀측의 유압(Pb) 및 선회용 전동기(21)의 현재의 회전속도(각속도(ω))가 공급된다. 붐각도(θB) 및 암각도(θA)는, 붐(4) 및 암(5)이 개방되어 있는지 접혀져 있는지의 자세를 나타내는 요소이다.

붐실린더(7)의 보텀측의 유압(Pb)은, 어태치먼트에 어느 정도 부하가 가해지고 있는지를 나타내는 요소이다. 버킷에 다량의 토사가 적재되어 있는 상태(중작업 중)에서는, 선회동작에 있어서 갑자기 가감속하면 토사가 넘치기 쉬워진다. 이로 인하여, 붐실린더(7)의 보텀측의 유압(Pb)을 가속도맵(42a), 감속도맵(42b)으로 입력한다. 이로써, 어태치먼트에 가해지고 있는 부하를 보고 선회의 가감속을 조정한다.

선회용 전동기(21)의 현재의 회전속도(각속도(ω))는 후술과 같이 선회가속도를 변화시키기 위한 트리거로서 이용된다.

도 9(a), (b)는 선회제어부(40)에 격납되어 있는 실제 작업영역에서의 가속도맵(42a)을 설명하기 위한 도이다. 도 9(b)는, 버킷(6)이 실제 작업영역에 있는 경우에 선회동작을 행할 때의 가속도맵에 대응하는 그래프이다. 도 9(a)는 도 9(b)에 나타내는 바와 같이 가속도가 변경된 경우의 선회속도의 추이를 나타내는 그래프이다.

가속도맵(42a)에는, 붐(4) 및 암(5)의 자세와 출력해야 하는 가속도의 관계가 나타나 있다. 자세 정보로서 붐각도(θB)와 암각도(θA)가 가속도·감속도 결정부(42)에 입력되면, 가속도·감속도 결정부(42)는 가속도맵(42a)을 참조하여 그 때의 붐(4) 및 암(5)의 자세에 적합한 가속도를 출력한다.

예를 들면 붐각도(θB)와 암각도(θA)로부터 판정되는 붐(4) 및 암(5)의 자세로부터 버킷(6)의 위치가 실제 작업영역 내라고 판정되면, 실제 작업영역에 있어서의 가속도를 나타내는 가속도맵(42a)이 참조된다. 그리고, 그 가속도맵(42a)에서 나타나는 가속도가 가속도·감속도 결정부(42)로부터 출력된다. 실제 작업영역에 있어서의 가속도를 나타내는 가속도맵(42a)에는, 도 9(b)에 나타내는 바와 같은 가속도의 크기가 나타나 있다.

도 9(b)의 그래프에 의하면, 처음에 작은 가속도(G1)가 출력되고, 소정의 시간 후에 큰 가속도(G2)가 되며, 마지막에 매우 작은 가속도(G3)가 된다. 이러한 가속도 패턴에 의하면, 도 9(a)에 나타내는 바와 같은 선회속도 추이가 된다. 즉, 선회속도가 지령에 의한 속도까지 증대하기까지, 처음에는 가속도(G1)로 천천히 가속을 시작한다. 어느 정도 선회속도가 상승하면 큰 가속도(G2)가 된다(이 가속도(G2)는 운전자가 위화감을 느끼지 않을 정도로 큰 가속도로 설정되어 있다). 그리고, 지령에 의한 선회속도에 도달하기 직전에 매우 작은 가속도(G3)가 된다. 도 9(a), (b)에 나타내는 예는, 선회조작레버의 조작량이 최대이며, 선회속도가 최대 선회속도(Vmax)가 되는 경우이다.

도 10은 선회제어부(40)에 격납되어 있는 선단 작업영역에서의 가속도맵(42a)을 설명하기 위한 도이다. 도 10(b)는, 버킷(6)이 선단 작업영역에 있는 경우에 선회동작을 행할 때의 가속도맵에 대응하는 그래프이다. 도 10(a)는 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 가속도가 변경된 경우의 선회속도의 추이를 나타내는 그래프이다.

예를 들면 붐각도(θB)와 암각도(θA)로부터 판정되는 붐(4) 및 암(5)의 자세로부터 버킷(6)의 위치가 선단 작업영역 내라고 판정되면, 선단 작업영역에 있어서의 가속도를 나타내는 가속도맵(42a)이 참조된다. 그리고, 그 가속도맵(42a)에서 나타나는 가속도가 가속도·감속도 결정부(42)로부터 출력된다. 선단 작업영역에 있어서의 가속도를 나타내는 가속도맵(42a)에는, 도 10(b)에 나타내는 바와 같은 가속도의 크기가 나타나 있다.

도 10(b)의 그래프에 의하면, 처음에 작은 가속도(G1)가 출력되고, 소정의 시간 후에 큰 가속도(G4)가 되며, 마지막에 매우 작은 가속도(G3)가 된다. 이러한 가속도 패턴에 의하면, 도 10(a)에 나타내는 바와 같은 선회속도 추이가 된다. 즉, 선회속도가 지령에 의한 속도까지 증대하기까지, 처음에는 가속도(G1)로 천천히 가속을 시작한다. 어느 정도 속도가 상승하면 큰 가속도(G4)가 된다(이 가속도(G4)는 운전자가 위화감을 느끼지 않을 정도로 큰 가속도로 설정되어 있다). 그리고, 지령에 의한 선회속도에 도달하기 직전에 매우 작은 가속도(G3)가 된다. 가속도(G3)로 하는 것은, 지령에 의한 선회속도에 대해서 매끄럽게 가속도를 변화시키기 위해서이다. 도 10(a), (b)에 나타내는 예는, 선회조작레버의 조작량이 최대이며, 선회속도가 최대 선회속도(Vmax)가 되는 경우이다.

도 10(b)에 나타내는 가속도(G4)는, 선단 작업영역에 있어서의 선회가속도이며, 도 9(b)에 나타내는 실제 작업영역에 있어서의 가속도(G2)보다 작은 값으로 설정되어 있다. 따라서, 버킷(6)이 선단 작업영역 내에 있는 경우의 선회가속도는, 버킷(6)이 통상 작업영역에 있는 경우의 선회가속도보다 작은 값으로 설정된다. 이로써, 운전자의 위화감을 없애, 쾌적한 조작감을 운전자에게 제공할 수 있다.

여기에서, 선회 중에 버킷(6)이 상이한 작업영역에 들어가는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 버킷(6)이 상이한 영역에 들어간 것을, 붐(4) 및 암(5)의 자세로부터 판정할 수 있다. 그리고, 버킷(6)이 상이한 영역으로 이행하였다고 판정되면, 참조하는 가속도맵(42a)을, 이행하기 전의 작업영역에 있어서의 맵으로부터, 이행한 후의 작업영역에 있어서의 맵으로 변경한다.

예를 들면, 선회동작 중에 버킷(6)이 실제 작업영역으로부터 선단 작업영역으로 이행한 경우는, 참조하는 가속도맵이, 선회의 도중에 도 10(b)에 대응하는 가속도맵으로부터 도 9(b)에 대응하는 가속도맵으로 전환된다.

도 11(a), (b)는 선회동작 중에 버킷(6)이 실제 작업영역으로부터 선단 작업영역으로 이행한 경우의 선회속도의 추이와 가속도의 변화를 나타내는 도이다. 도 11(a), (b)에 나타내는 예에서는, 시각 t2에 있어서, 버킷(6)이 선단 작업영역으로부터 실제 작업영역으로 이행하고 있다. 따라서, 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 가속도·감속도 결정부는, 시각 t2에 있어서 참조하는 가속도맵(42a)을 선단 작업영역에 있어서의 가속도맵(도 10(b))으로부터 통상 작업영역에 있어서의 가속도맵(도 9(b))으로 전환하여, 가속도를 출력한다. 따라서, 도 11(b)의 점선으로 나타나는 바와 같이, 시각 t2보다 앞까지는, 선단 작업영역에 있어서의 가속도맵(도 10(b))으로부터 얻어지는 가속도(G4)가 출력된다. 그리고, 시각 t2를 지나면 선단 작업영역에 있어서의 가속도맵(도 9(b))으로부터 얻어지는 가속도(G2)가 출력된다.

다만, 도 11(b)에는 스무딩부(44)에서 스무딩이 실시된 가속도의 변화가 실선으로 나타나 있다. 스무딩부(44)는, 가속도가 단계적으로 변화하면 충격이 발생하므로, 이것을 방지하기 위하여 가속도의 변화를 평활화하기 위하여 마련된다. 스무딩부(44)는, 가속도를 보간 연산에 의하여 평활화하는 것이며, 보간 연산부로서 기능한다. 스무딩부(44)에 의하여 스무딩을 실시함으로써, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이 선회속도는 매끄럽게 변화한다. 이로써, 가속도의 변화에 의한 충격을 방지할 수 있다.

도 11(a)의 A부에 있어서의 스무딩은, 시각 t1에 있어서의 가속도(G1)로부터 가속도(G4)로의 변화(하나의 가속도맵 중에서 가속도의 변화)를 매끄럽게 한다. 마찬가지로, 도 11(a)의 C부에 있어서의 스무딩은, 시각 t3에 있어서의 가속도(G2)로부터 가속도(G3)로의 변화(하나의 가속도맵 중에서 가속도의 변화)를 매끄럽게 한다. 한편, 도 11(a)의 B부에 있어서의 스무딩은, 시각 t2에 있어서 선단 작업영역에 대응하는 맵으로부터 실제 작업영역에 대응하는 맵으로 가속도맵이 전환될 때에 가속도(G4)로부터 가속도(G2)로의 변화를 매끄럽게 한다.

이상 설명한 예에서는, 선단 작업영역 및 근접 작업영역에 있어서의 가속도를 가변 제어하고 있다. 상부 작업영역, 및 하부 작업영역에 대응하는 가속도맵을 준비해 두면, 버킷(6)(엔드 어태치먼트)이 상부 작업영역, 및 하부 작업영역에 있는 경우에도, 선단 작업영역 및 근접 작업영역과 마찬가지로, 가속도를 가변 제어하여 쾌적한 조작성을 제공할 수 있다. 버킷(6)이 상부 작업영역, 또는 하부 작업영역에 있는지 아닌지에 대해서는, 붐각도(θB) 및 암각도(θA)로부터 판정할 수 있다. 다만, 어태치먼트의 위치가 작업영역을 넘어 변화할 때에도 선회가속도가 매끄럽게 변화하는 경우에는, 반드시 스무딩을 행할 필요는 없고, 스무딩부(44)는 필요에 따라서 마련하면 된다.

또, 이상 설명한 실시형태에서는 가속도맵으로부터 가속도를 구하고, 그 가속도를 속도로 환산하여 속도지령을 구하고 나서, 속도지령을 토크지령으로 환산하고 있다. 각 작업영역에 있어서의 붐 및 암의 자세와 토크지령치와의 관계를 나타내는 토크맵을 준비해 두고, 가속도맵(42a) 및 감속도맵(42b) 대신에 토크맵을 이용하여 토크지령치를 직접 구해도 된다.

도 12는 토크맵을 이용하여 토크지령치를 구하는 선회제어부(40)의 기능 블록도이다. 선회제어부(40)는, 미리 준비된 가속 시 토크맵(43a) 및 감속 시 토크맵(43b)을 내부에 격납한 토크 결정부(43)를 가지고 있다. 가속 시 토크맵(43a)(감속 시 토크맵(43b))은, 붐(4) 및 암(5)의 다양한 자세와 출력해야 하는 선회 토크와의 관계를 나타내는 맵이다. 본 실시형태에서는 붐(4) 및 암(5)의 자세를 나타내는 요소로서 붐각도(θB) 및 암각도(θA)가 이용된다.

가속 시 토크맵(43a)을 참조하여 결정된 가속 시 토크는, 토크 결정부(43)로부터 출력되고, 스무딩부(44)에 의하여 스무딩이 실시된 후, 전환부(48)에 출력된다. 다만, 가감속 판정부(41)는, 현재속도(각속도(ω))와 속도지령 산출부(50)로부터 공급되는 제1 속도지령(V1)을 비교하여 가속 중인지 감속 중인지를 판단하고, 그 판단 결과를 토크 결정부(43)로 보낸다. 토크 결정부(43)는, 가속 중인지 감속 중인지의 판단 결과에 근거하여, 가속 중이면 가속 시 토크맵(43a)을 참조하고, 감속 중이면 감속 시 토크맵(43b)을 참조한다. 스무딩부(44)로부터 출력된 제2 토크지령(T2)(제2 선회구동지령)은, 전환부(48)에 공급된다. 도 12에 나타내는 선회제어부(40)에서는, 가감속 판정부(41)와 토크 결정부(43)로 제2 선회구동지령 생성부를 구성하고 있다.

한편, 선회제어부(40)는, 속도지령 산출부(50)와, 제1 선회구동지령 생성부로서의 토크지령 생성부(51)를 가지고 있다. 속도지령 산출부(50)는, 선회조작레버의 레버조작량으로부터 제1 속도지령(V1)(제1 선회구동지령)을 생성하여, 토크지령 생성부에 공급한다. 토크지령 생성부(51)는, 속도지령 산출부(50)로부터 공급되는 제1 속도지령(V1)과 상부 선회체(3)의 현재속도에 근거하여 제1 토크지령(제1 선회구동지령)을 생성하여, 전환부(48)에 출력한다.

구동지령 전환부로서의 전환부(48)는, 토크 결정부(43)로부터 스무딩부(44)를 통하여 공급되는 제2 토크지령(T2), 토크지령 생성부(51)로부터 공급된 제1 토크지령(T1)을 비교하여 어느 쪽이 작은지 판정한다. 그리고, 전환부(48)는, 제2 토크지령(V2)이 제1 토크지령(T1)보다 작은 경우에는, 제2 토크지령(V2)을 선택하여 인버터(20)에 출력한다. 한편, 제2 토크지령(T2)이 제1 토크지령(T1) 이상이 된 경우에는, 전환부(48)는 제1 토크지령(V1)을 선택하여 인버터(20)에 출력한다. 인버터(20)는, 공급된 토크지령에 근거하여 선회용 전동기(21)를 구동한다. 따라서, 선회용 전동기(21)에 의하여 선회구동되는 상부 선회체(3)의 선회가속도는 전환부(48)로부터 출력되는 토크지령에 의하여 결정된다. 이와 같이, 어태치먼트의 자세에 근거하여 토크지령이 구해지므로, 선회의 동작이 단독 동작인지, 어태치먼트의 동작과 동시에 행해지는 복합 동작인지에 관계없이, 안정된 선회동작을 실현할 수 있다.

다음으로 본 발명의 제2 실시형태에 대하여 설명한다.

이하에 설명하는 제2 실시형태에서는, 엔드 어태치먼트의 선회반경(R)에 근거하여 선회속도지령을 보정함으로써, 엔드 어태치먼트(상부 선회체(3))의 선회속도를 제어한다.

도 13은 엔드 어태치먼트의 선회반경을 설명하기 위한 도이다. 도 13에는, 붐(4)과, 붐(4)의 선단에 장착된 암(5)이 나타나 있다. 엔드 어태치먼트인 버킷(6)은, 암(5)의 선단에 장착된다. 엔드 어태치먼트의 위치를, 버킷(6)이 장착된 암(5)의 선단의 위치로 한다.

도 13에 있어서, 붐(4)의 회전운동중심(Cbm)부터 암(5)의 회전운동중심(Cam)까지의 거리를, 붐길이(Lb)로 한다. 또, 암(5)의 회전운동중심(Cam)부터 버킷의 회전운동중심(Cbt)까지의 거리를, 암길이(La)로 한다. 붐(4)은 상부 선회체(3)에 장착되어 있으므로, 붐(4), 암(5), 및 버킷(6)도, 상부 선회체(3)의 선회중심(Ctb)을 중심으로 하여 선회한다. 따라서, 엔드 어태치먼트(버킷(6))의 선회반경(R)은, 상부 선회체(3)의 선회중심(Ctb)부터 버킷의 회전운동중심(Cbt)까지의 거리로써 나타낼 수 있다.

쇼벨이 수평으로 위치하고 있는 경우를 생각하면, 상부 선회체(3)의 선회중심(Ctb)부터 붐(4)의 회전운동중심(Cbm)까지의 수평방향의 거리(L1)는 기존의 값이다. 붐(4)의 회전운동중심(Cbm)부터 암(5)의 회전운동중심(Cam)까지의 수평방향의 거리(L2)는, 붐(4)의 길이(Lb)와 붐각도(θB)로부터, Lb×cosθB로써 구할 수 있다. 또, 암(5)의 회전운동중심(Cam)부터 버킷(6)의 회전운동중심(Cbt)까지의 수평방향의 거리(L3)는, 암(5)의 길이(La)와 암각도(θA)와 붐(4)의 굽힘각도(θC)로부터, La×cos(θA-(θB-θC))로써 구할 수 있다.

선회반경(R)은, 거리(L1)에, 거리(L2)=Lb×cosθB 및 거리(L3)=La×cos(θA-(θB-θC))를 가산함으로써 구해진다(R=L1＋Lb×cosθB＋La×cos(θA-(θB-θC)). 거리(L1), 붐길이(Lb), 암길이(La), 및 붐 굽힘각도(θC)는 기존의 값이며, 붐각도센서(7B) 및 암각도센서(8A)에 의하여 검출된 붐각도(θB) 및 암각도(θA)를 이 식에 대입함으로써 선회반경(R)을 구할 수 있다.

상술의 선회반경(R)은 붐(4) 및 암(5)의 자세에 따라 변화한다. 즉, 선회반경(R)은, 붐(4)의 경사각인 붐각도(θB)와 암(5)의 경사각인 암각도(θA)에 의하여 변화한다. 붐각도(θB)가 작을 수록 선회반경(R)은 커지고, 암각도(θA)가 작을 수록 선회반경(R)은 커진다. 붐각도(θB) 및 암각도(θA)가 최소일 때에 선회반경(R)은 최대가 된다. 즉, 붐각도(θB) 및 암각도(θA)의 양방이 최소일 때에, 엔드 어태치먼트(버킷(6))는 상부 선회체(3)의 선회중심(Ctb)으로부터 가장 먼 위치가 된다. 반대로, 붐각도(θB) 및 암각도(θA)의 양방이 최대일 때에, 엔드 어태치먼트(버킷(6))는 상부 선회체(3)의 선회중심(Ctb)에 가장 가까운 위치가 된다. 이와 같이, 엔드 어태치먼트(버킷(6))의 위치를 나타내는 파라미터로서 선회반경(R)을 이용할 수 있다.

본 실시형태에서는, 선회반경(R)에 근거하여 속도지령치를 보정함으로써, 제 1 실시형태와 마찬가지로 선회속도 또는 선회가속도를 가변 제어하여 쾌적한 조작성을 제공한다.

도 14는 본 실시형태에 의한, 선회속도지령(선회구동지령)의 보정 기능의 블록도이다. 통상, 선회구동지령의 일례인 선회속도지령은, 선회조작레버의 레버조작량으로부터 생성된다. 도 14에 있어서, 선회조작레버의 레버조작량이 속도지령 생성부(60)에 입력된다. 속도지령 생성부(60)는, 레버조작량을 선회속도지령으로 변환하고, 선회속도지령(TV1)을 생성하여 출력한다.

도 15는 레버조작량과 선회속도지령(TV1)의 관계를 나타내는 그래프이다. 선회조작레버의 레버조작량이 커지면 선회속도지령(TV1)의 값은 커진다. 즉, 운전자가 선회속도를 크게 하려고 하여 레버조작량을 크게 하면(즉, 선회조작레버를 크게 경사지게 하면), 선회속도지령(TV1)은 커져, 선회용 전동기의 회전속도가 커진다. 레버조작량이 어느 정도 커지면, 그 이상은 선회속도지령(TV1)은 커지지 않고 일정해진다.

속도지령 생성부(60)는, 도 15에 나타내는 바와 같은 맵을 가지고 있으며, 레버조작량이 입력되면, 레버조작량에 대응하는 선회속도지령을 생성하여, 선회속도지령(TV1)으로서 출력한다. 속도지령 생성부(60)로부터 출력된 선회속도지령(TV1)은 속도지령 보정부(62)에 입력된다.

한편, 선회반경 연산부(64)에는, 붐각도(θB) 및 암각도(θA)가 입력된다. 선회반경 연산부(64)는, 붐각도(θB) 및 암각도(θA)로부터 엔드 어태치먼트의 선회반경(R)을 산출하고, 산출한 선회반경(R)을 상술의 속도지령 보정부(62)에 출력한다.

속도지령 보정부(62)는, 속도지령 생성부(60)에서 생성된 선회속도지령(TV1)을 선회반경(R)에 근거하여 보정하여 선회속도지령(TV2)을 생성하고, 선회용 전동기(21)에 출력한다. 구체적으로는, 속도지령 보정부(62)는, 선회속도지령(TV1)에 속도지령비율(VR)을 곱함으로써, 선회속도지령(TV1)을 선회속도지령(TV2)으로 보정한다(TV2=TV1×VR).

속도지령비율(VR)은 미리 설정된 1.0 이하의 비율이며, 도 16에 나타내는 바와 같이, 선회반경(R)이 커질 수록 속도지령비율(VR)은 작아진다. 선회반경(R)이 최소일 때에는(즉, 붐(4) 및 암(5)이 완전하게 접힌 상태에서는), 속도지령비율(VR)은 1.0이며, 선회속도지령(TV2)은 선회속도지령(TV1)과 동일하여, 레버조작량으로부터 구해진 선회속도지령(TV1)인 채이다. 붐(4) 및 암(5)이 개방되어 선회반경(R)이 커짐에 따라, 도 16에 나타내는 바와 같이 속도지령비율(VR)은 점점 작아져 간다. 따라서, 선회반경(R)에 의하여 보정된 선회속도지령(TV2)은, 선회반경(R)이 커짐에 따라, 선회속도지령(TV1)보다 작아져 간다.

이상과 같이 하여, 레버조작량으로부터 생성된 선회속도 지령(TV1)에 속도지령비율(RV)을 곱하여 보정한 선회속도 지령(TV2)이 선회용 전동기(21)에 공급된다. 이로써, 선회용 전동기(21)의 선회속도(즉, 상부 선회체(3) 및 엔드 어태치먼트의 선회속도)는 선회속도 지령(TV2)에 의하여 제어된다. 따라서, 엔드 어태치먼트(버킷(6))의 선회반경(R)이 커지면 커질수록, 상부 선회체(3)의 선회속도는 선회속도 지령(TV1)에 의하여 제어된 선회속도보다 작아지도록 제어된다.

도 17은 선회속도지령(TV2)에 의하여 제어된 상부 선회체(3)의 선회속도의 검출치를 나타내는 그래프이다. 실선(A)은, 선회반경(R)이 작은 경우의 레버조작량에 대한 선회속도의 검출치를 나타낸다. 실선(B)은, 선회반경(R)이 큰 경우의 레버조작량에 대한 선회속도의 검출치를 나타낸다. 실선(A)과 실선(B)을 비교함으로써, 선회반경(R)이 큰 경우가, 동일한 레버조작량이어도 선회속도가 작아지도록 제어되고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 붐(4) 및 암(5)이 개방되면 개방될수록, 선회속도가 작아지도록 제어되고, 그에 따라 그 선회속도에 도달할 때까지의 선회가속도가 작아져, 적절한 조작감을 조작자에게 줄 수 있다.

선회속도가, 그 레버조작량에 있어서의 최대 속도에 도달한 후에는, 도 18에 나타나는 바와 같이, 그 레버조작량이 유지되고 있는 동안은, 선회속도는 그 최대 속도로 유지된다. 도 18에 있어서, 실선(A)은, 선회반경(R)이 작은 경우에, 선회속도가 레버조작량에 대응하는 최대 선회속도로 유지되고 있는 것을 나타낸다. 한편, 실선(B)은, 선회반경(R)이 큰 경우에, 선회속도가 레버조작량에 대응하는 최대 선회속도로 유지되고 있는 것을 나타낸다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 선회반경(R)에 근거하여 선회구동지령의 일례인 선회속도지령(TV1)을 보정하여 선회속도지령(TV2)으로 함으로써, 선회속도를 가변 제어하여 쾌적한 조작성을 제공할 수 있다.

또, 상술의 실시형태에서는, 엔진(11)과 전동발전기(12)를 유압펌프인 메인펌프(14)에 접속하여 메인펌프를 구동하는, 이른바 패럴렐 방식의 하이브리드 쇼벨에 본 발명을 적용한 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은, 도 19에 나타내는 바와 같이 엔진(11)으로 전동발전기(12)를 구동하고, 전동발전기(12)가 생성한 전력을 축전계(120)에 축적하고 나서 축적한 전력에 의해서만 펌프용 전동기(400)를 구동하여 메인펌프(14)를 구동하는, 이른바 시리즈 방식의 하이브리드 쇼벨에도 적용할 수도 있다. 이 경우, 전동발전기(12)는, 본 실시형태에서는 엔진(11)에 의하여 구동시키는 것에 의한 발전 운전만을 행하는 발전기로서의 기능을 구비하고 있다.

또, 본 발명은 하이브리드 쇼벨에 한정되지 않고, 도 20에 나타내는 바와 같은 전동 쇼벨에도 적용할 수 있다. 도 10에 나타내는 전동 쇼벨은, 엔진(11)이 마련되어 있지 않아, 펌프용 전동기(400)만으로 메인펌프(14)가 구동된다. 펌프용 전동기로의 전력은 축전계(120)로부터의 전력으로 모두 조달된다. 축전계(120)에는, 컨버터(120A)를 통하여 외부 전원(500)이 접속 가능하게 되어 있으며, 외부 전원(500)으로부터 전력이 축전계(120)에 공급되어 축전기가 충전되고, 축전기로부터 펌프용 전동기(400)에 전력이 공급된다.

본 발명은 구체적으로 개시된 상술의 쇼벨을 일례로 하는 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이, 다양한 변형예 및 개량예가 이루어질 것이다.

본 출원은, 2011년 12월 28일 출원된 우선권 주장 일본특허출원 제2011-289430호에 근거하는 것이며, 그 전체 내용은 본 출원에 원용된다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 건설기계 등의 전동선회기구의 선회동작을 제어하는 선회제어장치 및 방법에 적용 가능하다.

1 하부 주행체
1A, 1B 유압모터
2 선회기구
3 상부 선회체
4 붐
5 암
6 버킷
7 붐실린더
7B 붐각도센서
8 암실린더
8A 암각도센서
9 버킷실린더
10 캐빈
11 엔진
12 전동발전기
13 변속기
14 메인펌프
15 파일럿펌프
16 고압유압라인
17 컨트롤밸브
18, 20 인버터
19 커패시터
21 선회용 전동기
22 리졸버
23 메카니컬 브레이크
24 선회변속기
25 파일럿라인
26 조작장치
26A, 26B 레버
26C 페달
27 유압라인
28 유압라인
29 압력센서
30 컨트롤러
40 선회제어부
42 가속도·감속도 결정부
42a 가속도맵
42b 감속도맵
43 토크 결정부
43a 가속 시 토크맵
43b 감속 시 토크맵
44 스무딩부
45 자세판정부
46 속도지령 산출부
48 전환부
50 속도지령 산출부
51 토크지령 생성부
52 토크지령 생성부
60 속도지령 생성부
62 속도지령 보정부
64 선회반경 연산부
100 승강압 컨버터
110 DC버스
111 DC버스 전압검출부
112 커패시터 전압검출부
113 커패시터 전류검출부
120 축전계
400 펌프용 전동기
500 외부 전원

Claims (17)

1. 붐, 암 및 엔드 어태치먼트를 포함하는 어태치먼트를 지지하는 선회체를 전동기로 선회시키는 선회제어장치로서,
   상기 어태치먼트의 자세에 따라 상기 전동기로의 선회구동지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 선회제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 어태치먼트의 선회반경이 클수록, 상기 전동기로의 선회구동지령은 작아지는 선회제어장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 선회구동지령은 상기 전동기의 가속도 또는 감속도에 관한 지령으로서,
   상기 어태치먼트의 자세에 근거하여, 상기 선회체의 선회의 가속도 또는 감속도를 결정하는 구동지령 결정부를 가지는 선회제어장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 구동지령 결정부가 출력한 가속도 또는 감속도를 적분하여 선회속도지령을 생성하는 속도지령 생성부를 가지는 선회제어장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 구동지령 결정부가 출력한 가속도 또는 감속도가 매끄럽게 변화하도록 가속도 또는 감속도를 보간하여 평활화하는 보간 연산부를 더 가지는 선회제어장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 구동지령 결정부가 출력한 토크가 매끄럽게 변화하도록 가속 시 토크 또는 감속 시 토크를 보간하여 평활화하는 보간 연산부를 더 가지는 선회제어장치.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 구동지령 결정부는, 미리 준비된 가속 시의 구동지령맵 또는 감속 시의 감속도맵으로부터 가속 시 또는 감속 시의 구동지령을 결정하여 출력하는 선회제어장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 구동지령 결정부는, 상기 가속 시의 구동지령맵 또는 감속 시의 구동지령맵의 양방을 따로 가지는 선회제어장치.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   레버조작량에 근거하여, 상기 전동기로의 제1 선회구동지령을 생성하는 제1 선회구동지령 생성부와,
   상기 전동기의 상기 구동지령을 제2 선회구동지령으로서 생성하는 제2 선회구동지령 생성부를 가지고,
   상기 제1 선회구동지령과 상기 제2 선회구동지령과의 비교 결과에 근거하여, 상기 제1 선회구동지령과 상기 제2 선회구동지령을 전환하는 구동 전환부를 가지는 선회제어장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 선회구동지령이 상기 제1 선회구동지령보다 작을 때에는 상기 제2 선회구동지령이 출력되는 선회제어장치.
11. 제 2 항에 있어서,
    상기 선회구동지령은 레버조작량에 근거하여 생성되는 상기 전동기의 속도지령으로서,
    상기 어태치먼트의 자세에 근거하여, 상기 속도지령을 보정하는 속도지령 보정부를 가지는 선회제어장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 속도지령 보정부는, 상기 속도지령에 보정값을 곱하여 보정되는 선회제어장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 어태치먼트의 선회반경이 클수록, 상기 보정치는 작아지는 선회제어장치.
14. 붐, 암 및 엔드 어태치먼트를 포함하는 어태치먼트를 지지하는 선회체를 전동기로 선회시키는 선회제어방법으로서,
    상기 어태치먼트의 자세를 판정하고,
    판정한 상기 어태치먼트의 자세에 따라 상기 전동기로의 선회구동지령을 생성하는 것을 특징으로 하는 선회제어방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 어태치먼트의 선회반경이 클수록, 상기 전동기로의 선회구동지령을 작게 하는 선회제어방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 선회구동지령은 상기 전동기의 가속도 또는 감속도에 관한 지령으로서,
    상기 어태치먼트의 자세에 근거하여, 상기 선회체의 선회의 가속도 또는 감속도를 결정하는 선회제어방법.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 선회구동지령은 레버조작량에 근거하여 생성되는 상기 전동기의 속도지령으로서,
    상기 어태치먼트의 자세에 근거하여, 상기 속도지령을 보정하는 선회제어방법.

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