CN106062384B

CN106062384B - 操作装置

Info

Publication number: CN106062384B
Application number: CN201580012026.0A
Authority: CN
Inventors: 近藤哲弘; 清水博明
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2018-06-29
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: JP2015175174A; WO2015141132A1; JP6190297B2; CN106062384A

Abstract

操作装置（100），具有操作部（2）、且具备输出与该操作部（2）的操作量对应的先导压力的先导阀（3）、以及输出与操作部（2）的操作量对应的操作量信号的电气信号输出装置（4）。电气信号输出装置（4）具有：检测操作部（2）的操作量并输出与该操作量对应的操作量检测信号（v）的操作量检测单元（41）；以与先导阀（3）输出的先导压力（p）相关的形式改变操作量检测信号（v），以此计算操作量信号（v′）的操作量信号计算单元（42）；以及将计算得到的操作量信号输出的操作量信号输出单元（43）。

Description

操作装置

技术领域

本发明涉及输出油压信号和电气信号的操作装置。

背景技术

以往，油压挖掘机、起重机、轮式装载机、推土机等动力机械类（在此说明书和权利要求书的文件中，将这些动力机械类（重机械）总称为“作业机械”）被使用于土木/建筑工程等。通常，作业机械具备多个油压执行器。例如，作为作业机械之一的油压挖掘机中，在下部行驶体的上部设置有上部旋转体，该上部旋转体具备发动机、驾驶座、梢端设置有铲斗（bucket）的斗杆（arm）、和与斗杆连接的动臂（boom）等。该油压挖掘机中设置有行驶用马达、旋转用马达、动壁用汽缸、斗杆用汽缸、以及铲斗用汽缸等多个油压执行器，并且搭载有向它们供给压力油的油压泵。

图9是示出根据现有技术例1的作业车辆的驱动控制系统101的概略结构的框图。根据现有技术例1的作业车辆的驱动控制系统101具备可变容量型油压泵8、被油压泵8传送的工作油驱动的油压执行器10、对流向油压执行器10的工作油的流动进行切换的控制阀6、以及对油压泵8的吐出量进行控制的控制器7作为基本结构。控制阀6的先导端口借由先导管路5与先导阀3连接。先导阀3中设置有用于接收对油压执行器10进行的操作输入的操作部2。将与该操作部2的操作量对应的先导压力从先导阀3向控制阀6供给。先导管路5中设置有检测先导压力的压力传感器91，从该压力传感器91向控制器7输出先导压力操作量检测信号。控制器7以基于先导压力操作量检测信号获得与操作部2的操作量成比例的吐出量的形式，对油压泵8的泵吐出容量进行控制。

在上述根据现有技术例1的作业车辆的驱动控制系统101中，基于先导压力操作量检测信号对油压泵8的泵吐出容量进行控制，然而，形成为基于操作部2的操作量对油压泵8的泵吐出容量进行控制的结构的驱动控制系统也是已知的（例如，专利文献1）。在图10所示的现有技术例2的作业车辆的驱动控制系统102中，检测操作部2的操作量的操作量检测传感器41（例如，电位计等）设置于先导阀3，在控制器7中，基于从操作量检测传感器41输出的操作量检测信号v，对油压泵8的泵吐出容量进行控制。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2000-46006号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

图4是示出先导阀3的输入输出特性的一个例子的图表。如该图表所示，对于作为向先导阀3输入的输入值的操作部操作量θ的增加，作为先导阀3的输出值的先导压力p发生不规则变化。操作部操作量θ小于规定的设定值θ_min的范围成为死区（Dead zone）（中性区；neutral zone），在该死区中，先导压力p与操作量的增减无关而保持恒定。又，图5是示出操作量检测传感器41的输入输出特性的一个例子的图表。如该图表所示，对于作为向操作量检测传感器41输入的输入值的操作部操作量θ的增加，作为操作量检测传感器41的输出值的操作量检测信号v线性增加。

将先导阀3的输入输出特性与操作量检测传感器41的输入输出特性进行比较，相对于输入值，它们的输出值的变化的时机和变化的特性不同。因此，像现有技术例2的作业机械的驱动控制系统102那样，虽基于相同的操作部操作量θ，但以特性不同的信号（即操作量检测信号v和先导压力p）使油压泵8和控制阀6运转的情况下，需在控制器7中进行将特性不同的信号对应起来的处理。为此，为了在控制器7侧执行使操作量检测信号v和先导压力p的对应起来的处理，需要进行控制器7的程序的改变、以及上述程序改变后的实物机械的运行确认等。

又，先导阀3的先导压力p相对于操作部操作量θ存在个体差异（例如，制造的偏差），而且操作量检测传感器41的操作量检测信号v也相对于操作部操作量θ存在个体差异（例如，制造的偏差），因此存在将它们对应起来的话会使偏差叠加的问题。

另外，在将现有技术例1的作业机械的驱动控制系统101改造成现有技术例2的作业机械的驱动控制系统102时，也需要与上述相同的繁杂作业。

本发明鉴于以上的情况而形成，目的在于提供一种输出与操作部的操作量对应的油压信号和电气信号的操作装置，无需或简化在输入有从操作装置输出的电气信号的装置（例如控制器）中进行的处理。

解决问题的手段：

根据本发明的操作装置，具备：操作部、输出与所述操作部的操作量对应的先导压力的先导阀、以及输出与所述操作部的操作量对应的操作量信号的电气信号输出装置；所述电气信号输出装置具有：检测所述操作部的操作量并输出与该操作量对应的操作量检测信号的操作量检测单元；以与所述先导阀输出的所述先导压力相关的形式改变所述操作量检测信号，以此计算所述操作量信号的操作量信号计算单元；以及将计算得到的所述操作量信号输出的操作量信号输出单元。

在此，所述操作量信号计算单元优选形成为以下结构：将所述操作量检测信号与规定值进行比较，当所述操作量检测信号在所述规定值以下时，认为所述操作部位于死区而计算大小恒定的所述操作量信号，当所述操作量检测信号大于规定值时，计算大小与所述操作部的操作量对应的所述操作量信号。

根据上述结构的操作装置，从电气信号输出装置输出的操作量信号（电气信号）与从先导阀输出的先导压力（油压信号）具有正的相关关系。将该操作装置应用于作业机械所具备的油压执行器的驱动控制系统时，向控制阀输出的先导压力相对于操作部操作量具有的特性与向控制器输出的操作量信号相对于操作部操作量具有的特性对应（一致）。从而，无需在被输入操作量信号的装置（例如，控制器）中进行使操作量信号与先导压力对应起来的处理，能够简化该装置的处理。

在上述操作装置中，所述操作量信号计算单元可以形成为存储操作量检测信号−操作量信号对应信息并利用该操作量检测信号−操作量信号对应信息计算所述操作量信号的结构，所述操作量检测信号−操作量信号对应信息示出与所述操作量检测信号对应的所述操作量信号。

根据上述结构，无需进行复杂的计算即可根据操作量检测信号计算操作量信号。

在上述操作装置中，所述操作量检测信号−操作量信号对应信息最好是试验性地求出与所述操作量检测信号对应的所述操作量信号后得到的。

根据上述结构，能够无关于先导阀输出的先导压力中产生的个体差异（偏差）以及操作量检测信号中产生的操作部与操作量检测传感器之间的检测误差的大小，而计算出对先导压力的个体差异以及操作部与操作量检测传感器之间的检测误差等进行修正后的操作量信号。

发明效果：

根据本发明，从操作装置输出的先导压力与从相同操作装置输出的操作量信号具有正的相关关系。因此，能够在被输入来自操作装置的操作量信号的装置中，无需或简化使先导压力与操作量信号对应起来的处理。

附图说明

图1是示出具备本发明的一种实施形态的操作装置的作业机械的驱动控制系统的概略结构的框图；

图2是示出电气信号输出装置的电气信号的流动的框图；

图3是示出操作量检测信号−操作量信号对应信息的一个例子的图；

图4是示出先导阀的输入输出特性的图表；

图5是示出操作量检测传感器的输入输出特性的图表；

图6是示出操作量检测信号与操作量信号的关系的图表；

图7是示出电气信号输出装置的输入输出特性的图表；

图8是示出操作量信号与先导压力的关系的图表；

图9是示出根据现有技术例1的作业车辆的驱动控制系统的概略结构的框图；

图10是示出根据现有技术例2的作业车辆的驱动控制系统的概略结构的框图。

具体实施方式

以下，基于附图说明根据本发明的实施形态。图1是示出具备本发明的一种实施形态的操作装置100的作业机械的驱动控制系统1的概略结构的框图。如图1所示，使用本发明的一种实施形态的操作装置100作为作业机械的驱动控制系统1的一个构成要素。作业机械的驱动控制系统1具备可变容量型油压泵8、被油压泵8传送的工作油驱动的油压执行器10、对流向油压执行器10的工作油的流动进行切换的控制阀6、以及对油压泵8的吐出量进行控制的控制器7作为基本结构。油压执行器10例如是作业机械所具备的油压汽缸或油压马达等。在此，为了简化说明，驱动控制系统1具备一个油压执行器10和一个油压泵8，但也可以是驱动控制系统1具备至少一个油压执行器10和至少一个油压泵8。

油压泵8中设置有对油压泵8的泵吐出流量进行控制的泵容量控制装置81。泵容量控制装置81例如可以由与油压泵8的斜板连接的调节器和对调节器的驱动压力进行压力调节的电磁比例阀等构成。泵容量控制装置81通过改变油压泵8的斜板角度，以此控制泵吐出流量。借由来自控制器7的倾转控制信号对泵容量控制装置81的动作进行控制。

控制阀6设置于从油压泵8向油压执行器10供给工作油的油压回路11上。控制阀6是对供给至油压执行器10的工作油的流动方向、工作油的供给的开始/停止等进行切换的方向切换阀。借由该控制阀6的动作切换油压执行器10的动作方向和启动/停止。从操作装置100经过先导管路5向控制阀6的先导端口供给先导压力，借由该先导压力对控制阀6的动作进行控制。

操作装置100具备：操作部2、输出与操作部2的操作量对应的先导压力（油压信号）的先导阀3、以及输出与操作部2的操作量对应的操作量信号（电气信号）的电气信号输出装置4。

操作部2是接收对油压执行器10进行的动作指令输入的操作输入单元。借由该操作部2的操作量（操作部2的倾倒的方向、角度以及速度等）确定油压执行器10的动作。

先导阀3是向控制阀6输出与操作部2的操作量对应的油压信号的油压信号输出单元。先导阀3中设置有未图示的油圧回路，对操作部2进行操作时，与操作部2的操作量对应的先导压力向先导管路5输出。

电气信号输出装置4是向控制器7输出与操作部2的操作量对应的电气信号的输出单元。图2是示出电气信号输出装置4的电气信号的流动的框图。如图2所示，电气信号输出装置4具备操作量检测传感器41、操作量信号计算单元42、以及操作量信号输出单元43。操作量检测传感器41与操作量信号计算单元42、操作量信号计算单元42与操作量信号输出单元43、操作量信号输出单元43与控制器7分别以可发送电器信号的形式通过有线或无线进行连接。

操作量检测传感器41是直接或间接检测操作部2的操作量（例如倾转角）的操作量检测单元。操作部2例如可以由检测操作部2的倾转角的至少一个电位计构成。操作量检测传感器41检测操作部操作量θ，并将与该操作部操作量θ对应的操作量检测信号v向操作量信号计算单元42输出。另外，操作量检测信号v可以是电压值和电流值中任意一个。

操作量信号计算单元42从操作量检测传感器41获得操作量检测信号v，并基于获得的操作量检测信号v算出操作量信号v′。操作量信号输出单元43将计算得到的操作量信号v′向控制器7输出。获得操作量信号v′的控制器7基于接收的操作量信号v′计算倾转角控制信号，并将该倾转角控制信号向泵容量控制装置81输出，以使油压泵8的工作油的吐出方向和吐出量根据操作部2的操作量进行改变。

在本实施形态中，操作量信号计算单元42和操作量信号输出单元43一体而成。操作量信号计算单元42（以及操作量信号输出单元43）具备中央处理器CPU（CentralProcessing Unit）、存储有程序的ROM（只读存储器；Read Only Memory）、提供用于CPU作业的暂时存储区域的RAM（随机存取存储器；Random Access Memory）、定时器、以及对输入数据和输出数据进行输入输出的I/O（输入输出端口：Input/output Port）作为基本结构。在操作量信号计算单元42（以及操作量信号输出单元43）中，存储于ROM的程序等软件与CPU等硬件协作，以此计算并输出操作量信号v′。作为操作量信号计算单元42（以及操作量信号输出单元43），例如可以使用微控制器（microcontroller）。

操作量信号计算单元42中，例如存储了图3所示那样的操作量检测信号−操作量信号对应信息。操作量检测信号−操作量信号对应信息是用于唯一地导出与操作量检测信号v对应的操作量信号v′的信息。操作量信号计算单元42从电气信号输出装置4接收操作量检测信号v时，参照操作量检测信号−操作量信号对应信息计算操作量信号v′。如此，如果利用操作量检测信号−操作量信号对应信息，则无需复杂的计算，即能够基于操作量检测信号v唯一地获得操作量信号v′。

操作量检测信号−操作量信号对应信息理想的是，借由搭载了存储有操作量检测信号−操作量信号对应信息的电气信号输出装置4的操作装置100，试验性地求出与操作量检测信号v对应的操作量信号v′后得到的。从先导阀3输出的先导压力p中存在因构成部件的制造偏差而导致的个体差异，从操作量检测传感器41输出的操作量检测信号v中存在操作部2与操作量检测传感器41之间的检测误差（个体差异）。因此，如果如上那样利用试验性地求出的操作量检测信号−操作量信号对应信息计算操作量信号v′，则计算得到的操作量信号v′修正了先导压力p的个体差异以及操作部2与操作量检测传感器41之间的检测误差等。因此，在作为操作量信号v′的输出目标的控制器7中，无需修正先导压力p的个体差异以及操作部2与操作量检测传感器41之间的检测误差等。

另外，图3所示的操作量检测信号−操作量信号对应信息，是操作量信号计算单元42根据操作量检测信号v计算操作量信号v′而使用的操作量检测信号−操作量信号对应信息的一种形态。操作量检测信号−操作量信号对应信息不限于表格内容，例如亦可是计算式、图表、映射图等形态。又，操作量检测信号−操作量信号对应信息亦可是施加于操作量检测信号v的滤波。

图4是示出了先导阀3的输入输出特性的一个例子的图表。该图表的横轴表示作为向先导阀3输入的输入值的操作部操作量θ，纵轴表示作为先导阀3的输出值的先导压力p。先导阀3的输入输出特性为不规则的非线性。先导阀3中设置有无论操作量如何变化先导压力p均不发生变化的死区。在本实施形态中，将死区设定在操作部操作量θ为规定的第一设定值θ_min以下的范围。而且，在操作部操作量θ大于第一设定值θ_min且小于第二设定值θ_max的范围内，先导压力p相对于操作部操作量θ基本为线性对应。

图5是示出操作量检测传感器41的输入输出特性的一个例子的图表。该图表的横轴表示作为向操作量检测传感器41输入的输入值的操作部操作量θ，纵轴表示作为操作量检测传感器41的输出值的操作量检测信号v。操作量检测信号v与操作部操作量θ是否位于死区无关，随着操作部操作量θ的增加而增大，表示为操作部操作量θ的一次函数。

如上所述，先导阀3的输入输出特性与操作量检测传感器41的输入输出特性不同。因此，在操作量信号计算单元42中，以与先导阀3输出的先导压力p具有正相关性的形式改变操作量检测信号v，以此计算操作量信号v′。其结果是，操作量检测信号v与操作量信号v′的关系像图6所示那样具有正相关性。更详细地，操作量信号计算单元42将操作量检测信号v与对应于第一设定值θ_min的规定值进行比较，如果操作量检测信号v在上述规定值以下，则认为操作部2位于死区而计算大小恒定的操作量信号。又，如果操作量检测信号v大于上述规定值，则操作量信号计算单元42计算大小与操作部2的操作量对应的操作量信号v′。通过将如上计算得到的操作量信号v′从电气信号输出装置4输出，以此使先导阀3的输入输出特性与电气信号输出装置4的输入输出特性对应（一致）。

图7是示出电气信号输出装置4的输入输出特性的一个例子的图表。该图表的横轴表示作为向电气信号输出装置4输入的输入值的操作部操作量θ，纵轴表示作为电气信号输出装置4的输出值的操作量信号v′。在电气信号输出装置4的输入输出特性中，当操作部操作量θ在死区范围内时，无论操作部操作量θ如何操作量信号v′均为表示中性的固定值（零）。又，操作部操作量θ在死区范围以外时，操作量信号v′为大小与操作部操作量θ对应的信号。在此，操作量信号v′随着操作部操作量θ的增加而增加。

图8是示出操作量信号v′与先导压力p的关系的一个例子的图表。该图表中，横轴表示先导压力p，纵轴表示操作量信号v′。如上所述，由于电气信号输出装置4的输入输出特性与先导阀3的输入输出特性中，输出值相对于输入值其变化的时机和变化的特性是对应的，因此操作量信号v′与先导压力p具有线性对应的相关关系。即，可以将操作量信号v′表示为先导压力p的一次函数。

如以上所说明的，在根据本实施形态的作业机械的驱动控制系统1中，作为输入至控制器7的电气信号的操作量信号v′与作为输入至控制阀6的油压信号的先导压力p具有高精度的相关关系，因此电气信号输出装置4的输入输出特性与先导阀3的输入输出特性高精度地对应。从而，在控制器7中，无需进行使操作量检测信号v与先导压力对应起来的处理。因此，控制器7中，无需用于执行使操作量检测信号v与先导压力p对应起来的处理的程序，无需在操作量检测传感器41和先导阀3中至少一个的输入输出特性发生变化时改变上述程序、以及无需上述程序改变后的实物机械的运行确认等。

又，如果在本发明的操作装置的制造时、或者在实物机械中试验性获得计算操作量信号v′时使用的操作量检测信号−操作量信号对应信息，则在操作量信号v′中先导阀3的制造偏差（个体差异）和操作量检测传感器41的检测误差等已被修正。因此，无需在控制器7中对操作量信号v′进行修正先导阀3的个体差异和操作量检测传感器41的检测误差等的处理。

又，在像现有技术例1那样利用油压信号对油压泵8的泵吐出容量进行控制的作业机械的驱动控制系统101中，无需对安装于控制器7的程序进行大幅度改变既可将驱动控制系统101的先导阀3和压力传感器91替换为根据本实施形态的操作装置100。

符号说明：

1 驱动控制系统；

2 操作部；

3 先导阀；

4 电气信号输出装置；

41 操作量检测传感器（操作量检测单元）；

42 操作量信号计算单元；

43 操作量信号输出单元；

5 先导管路；

6 控制阀；

7 控制器；

8 油压泵；

81 泵容量控制装置；

10 油压执行器；

100 操作装置。

Claims

1.一种操作装置，其特征在于，具备：

操作部、

输出与所述操作部的操作量对应的先导压力的先导阀、以及

输出与所述操作部的操作量对应的操作量信号的电气信号输出装置；

所述电气信号输出装置具有：检测所述操作部的操作量并输出与该操作量对应的操作量检测信号的操作量检测单元；以与所述先导阀输出的所述先导压力具有正相关的形式改变所述操作量检测信号，以此计算所述操作量信号的操作量信号计算单元；以及将计算得到的所述操作量信号输出的操作量信号输出单元。

2.根据权利要求1所述的操作装置，其特征在于，所述操作量信号计算单元形成为以下结构：将所述操作量检测信号与规定值进行比较，当所述操作量检测信号在所述规定值以下时，认为所述操作部位于死区而计算大小恒定的所述操作量信号，当所述操作量检测信号大于规定值时，计算大小与所述操作部的操作量对应的所述操作量信号。

3.根据权利要求1或2所述的操作装置，其特征在于，所述操作量信号计算单元形成为存储操作量检测信号−操作量信号对应信息并利用该操作量检测信号−操作量信号对应信息计算所述操作量信号的结构；

所述操作量检测信号−操作量信号对应信息示出与所述操作量检测信号对应的所述操作量信号。

4.根据权利要求3所述的操作装置，其特征在于，所述操作量检测信号−操作量信号对应信息是试验性地求出与所述操作量检测信号对应的所述操作量信号后得到的。