DE60032465T2

DE60032465T2 - Vorrichtung zur regelung hydraulische pumpen

Info

Publication number: DE60032465T2
Application number: DE60032465T
Authority: DE
Inventors: Hideo Konishi; Kenji Arai; Seiichi Akiyama; Masumi Nomura
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: DE60032465D1; EP1154162A4; CN1336990A; WO2001036828A1; EP1154162A1; CN1252392C; JP3561667B2; US6672055B1; JP2001140806A; EP1154162B1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für eine Hydraulikpumpe und genauer auf ein Hydraulikpumpensteuergerät, das sich zur Verwendung mit Hydraulik-Baumaschinen eignet.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Allgemein ist ein Krafteinheitssystem (Hydrauliksystem) einer Hydraulik-Baumaschine mit einer oder einer Mehrzahl von Hydraulikpumpen mit variabler Verdrängung versehen, welche durch Motorkraft angetrieben werden. Beispielsweise ist ein Hydrauliksystem für einen Hydraulik-Schaufelbagger, der eine typische Hydraulikbaumaschine ist, mit ersten und zweiten Hydraulikpumpen mit variabler Verdrängung 9 und 10 versehen, die durch Kraft von einem Motor 11 angetrieben werden, wie in 12 gezeigt ist. Das Abgabe-Drucköl aus diesen Hydraulikpumpen 9 und 10 wird einer Mehrzahl von Hydraulik-Aktuatoren 27 und 28 über Richtungsschaltventile 15 und 17 zugeführt, wo der Öffnungsgrad in Übereinstimmung mit dem Ausmaß variiert, in welchem Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert werden. Um ein adäquates Ausmaß von Drucköl zu den Hydraulik-Aktuatoren 27 und 28 zuzuführen, die zusammen manipuliert werden, ist es nötig, absorbiertes Pumpendrehmoment in gutem Gleichgewicht gegen Motorausgang zu steuern, so dass eine tatsächliche Motorgeschwindigkeit einer Ziel-Motorgeschwindigkeit folgen kann.
Deshalb ist das Hydrauliksystem mit einem Steuergerät 30 versehen, welchem Sensorsignale aus einem Motorgeschwindigkeitssensor 22 und einem Druckschalter 31 eingegeben werden. In dem Steuergerät 30 wird die Motorgeschwindigkeit eines Motors 11 auf der Grundlage eines Eingangssignals von dem Motorgeschwindigkeitssensor 22 erfasst und es wird auf der Grundlage eines Eingangssignals von dem Drucksensor 31 entschieden, ob oder ob nicht die Hydraulikpumpen 9 und 10 Drucköl abgeben. Ferner wird zur Steuerung des absorbierten Drehmoments (oder der absorbierten Pferdestärke) der Hydraulikpumpen 9 und 10, so dass die Motorgeschwindigkeit der Ziel-Motorgeschwindigkeit folgt, ein Steuersignal Ps zu den Regulatoren 12 und 13 ausgegeben, die die Abgabeströmungsraten der Hydraulikpumpen 9 und 10 regulieren. In einem elektromagnetischen Proportional-Druckreduzierungsventil 14 wird Elektro-/Öl-Umwandlung an dem Steuersignal Ps durchgeführt, und das umgewandelte Signal wird den Regulatoren 12 und 13 eingegeben.
Das vorstehend genannte herkömmliche Hydraulikpumpensteuergerät kann jedoch nicht Änderungen der Abgabeströmungsraten der Hydraulikpumpen 9 und 10 vorhersagen, die durch Manipulation der Manipulationshebel 19 und 20 verursacht werden. Daher wird, wenn Abgabeströmungsraten der Hydraulikpumpen 9 und 10 vorübergehend geändert werden, beispielsweise unmittelbar nach Manipulation der Manipulationshebel 19 und 20, oder während geringfügiger Manipulation, das Gleichgewicht zwischen Motorausgang und absorbiertem Pumpendrehmoment verloren, und eine Fluktuation einer tatsächlichen Motorgeschwindigkeit relativ zu einer Ziel-Motorgeschwindigkeit wird groß werden. Im Ergebnis kann keine angemessene Menge von Drucköl zu den Hydraulik-Aktuatoren 27 und 28 zugeführt werden, und die Betriebsfähigkeit ist verschlechtert.
Ferner ist es bei dem herkömmlichen Hydraulikpumpensteuergerät nötig, Abstimmung von Steuerparametern in Übereinstimmung mit der Art des Hydraulik-Schaufelbaggers durchzuführen. Das heißt, es besteht eine Notwendigkeit, einen Teil des Steuerprogramms für jede Art von Hydraulik-Schaufelbagger zu ändern. Ausserdem gibt es einen individuellen Unterschied zwischen Hydraulik- Schaufelbaggern, selbst wenn diese vom gleichen Typ sind. Ferner gibt es Fälle, in welchen Arbeitsumgebungen variieren, zum Beispiel zwischen einem kalten Bezirk und einem warmen Bezirk, und sich Motorkraftstoff ändert. Somit wird, wenn individueller Unterschied, Arbeitsumgebung und Zustände variieren, Abstimmung von Steuerparametern, durchgeführt vor Fracht von Hydraulik-Schaufelbaggern, nicht mehr ausführbar sein, und daher wird eine Fluktuation aktueller Motorgeschwindigkeit relativ zu einer Ziel-Motorgeschwindigkeit groß werden, und wird die Betriebsfähigkeit verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf solche Probleme gemacht. Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hydraulikpumpensteuergerät bereitzustellen, das zu jeder Zeit zur Steuerung von absorbiertem Steuerdrehmoment in gutem Gleichgewicht gegen Motorausgang in der Lage ist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hydraulikpumpensteuergerät bereitzustellen, welches die Notwendigkeit der Abstimmung von Steuerparametern und Änderung eines Steuerprogramms beseitigt, selbst in dem Fall, in welchem ein individueller Unterschied zwischen Hydraulik-Baumaschinen vorliegt, oder in dem Fall, in welchem die Arbeitsumgebung variiert, oder in dem Fall, in welchem es in eine andere Art von Hydraulik-Baumaschine eingebaut wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Hydraulikpumpensteuergerät gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Mit diesem Aufbau können die Abgabeströmungsraten des Arbeitsöls, die aus den betriebenen Hydraulikpumpen abgegeben werden, in Übereinstimmung mit Manipulation der Manipulationsmittel auf der Grundlage des Abgabedrucks der Hydraulikpumpen, und auf der Grundlage des Manipulationsausmaßes der Manipulationsmittel oder einer physikalischen Quantität, die mit dem Manipulationsausmaß korreliert ist, vorhergesagt werden. Daher ist es möglich, die tatsächliche Motor geschwindigkeit des Motors der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit folgen zu lassen, ohne das Gleichgewicht zwischen dem Motorausgang und dem absorbierten Pumpendrehmoment, unmittelbar nach jeder Manipulation oder während geringer Manipulation, zu verlieren. Somit ist das Hydraulikpumpensteuergerät der vorliegenden Erfindung in der Lage, Betriebsfähigkeitsverschlechterung infolge Motorgeschwindigkeitsfluktuationen zu vermeiden.
In einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung ist das Regulatorsteuermittel ein Mittel zum Steuern der Regulatoren durch Anwendung von Fuzzy-Logik. Das Regulatorsteuermittel enthält Konformabilitätsberechnungsmittel zum Einstellen einer Mehrzahl von antecedenten (vorrangigen) Zuständen in Übereinstimmung mit einem Bereich von Betriebszuständen des Hydrauliksystems und zum anschließenden Berechnen von Konformabilität von jedem antecedenten Zustand relativ zu physikalischen Größen, die die Betriebszustände darstellen, und Lernkorrekturmittel zum Einstellen einer Mehrzahl von Steuerparametern zum Steuern der Regulatoren in Übereinstimmung mit den antecedenten Zuständen, und zum Lernen und Korrigieren jedes der Steuerparameter auf der Grundlage sowohl der Abweichung zwischen der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit und der Konformabilität von jedem antecedenten Zustand, der durch das Konformabilitätsberechnungsmittel berechnet wurde, und zum anschließenden Ausgeben der korrigieren Steuerparameter zu den Regulatoren.
Somit ist das Hydraulikpumpensteuergerät robust in der Steuerung, da es Fuzzy-Logik zur Steuerung der Regulatoren anwendet. Zusätzlich werden, auf der Grundlage der Konformabilität von jedem antecedenten Zustand relativ zu einer Größe, die den Betriebszustand des Hydrauliksystems repräsentiert, und auf der Grundlage der Abweichung zwischen der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit und der vorhergesagten Motorgeschwindigkeit die Steuerparameter gelernt und korrigiert und an die Regulatoren ausgegeben. Somit ist das Hydraulikpumpensteuergerät in der Lage, das absorbierte Drehmoment der Hydraulikpumpen in Übereinstimmung mit den Ausgangszuständen der Hydraulikpumpen und der Antwort der Motorgeschwindigkeit zu manipulieren. Selbst in dem Fall, in welchem beispielsweise der Betriebszustand des Hydrauliksystems variiert, gibt es einen individuellen Unterschied zwischen Hydraulik-Baumaschinen, oder in dem Fall, in welchem Arbeitsumgebung variiert, und ferner selbst in dem Fall, in welchem es in einer anderen Art von Hydraulik-Baumaschine eingebaut wird, ist das Hydraulikpumpensteuergerät in der Lage, die Abstimmung der Steuerparameter und den Vorgang der Änderung des Steuerprogramms zu beseitigen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der Abgabedruck und die Abgabeströmungsraten als physikalische Größen behandelt, welche die Betriebszustände repräsentieren, und die antecedenten Zustände werden in Übereinstimmung mit den Abgabedruck- und den Abgabeströmungsraten gewählt bzw. eingestellt. In einer noch weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung werden ein Ableitungswert erster Ordnung und ein Ableitungswert zweiter Ordnung der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit als die physikalischen Quantitäten behandelt, welche die Betriebszustände repräsentieren, und die antecedenten Zustände werden in Übereinstimmung mit dem Ableitungswert erster Ordnung und dem Ableitungswert zweiter Ordnung eingestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines Hydraulik-Schaufelbaggers, auf welchen ein Hydraulikpumpensteuergerät als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt ist;
2 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines in dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendetes Hydrauliksystem zeigt;
3 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Motorausgangskennlinie und der Ziel-Motorgeschwindigkeit zeigt, verwendet in dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Motorausgangskennlinie und der Ziel-Motorgeschwindigkeit zeigt, verwendet in dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die Regulatorkennlinie der Hydraulikpumpe zeigt, die in dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
6 ist ein Blockdiagramm, welches die Berechnung für Pumpensteuerung zeigt, die in dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
7 ist ein Diagramm, welches eine Fuzzy-Regel für Fuzzy-Steuerung zeigt, die in dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
8 ist ein Diagramm, welches eine Membership-Funktion für den antecedenten Teil einer Fuzzy-Regel zeigt, die in dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
9 ist ein Blockdiagramm, welches die Berechnung für Pumpensteuerung zeigt, die in einem Hydraulikpumpensteuergerät einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
10 ist ein Diagramm, welches eine Fuzzy-Regel für Fuzzy-Steuerung zeigt, die in dem Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
11 ist ein Diagramm, welches eine Membership-Funktion für den antecedenten Teil einer Fuzzy-Regel zeigt, die in dem Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
12 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau eines Hydrauliksystems zeigt, das in einem herkömmlichen Hydraulikpumpensteuergerät verwendet wird.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ein Hydraulikpumpensteuergerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird eine Beschreibung des Aufbaus eines allgemeinen Hydraulik-Schaufelbaggers gegeben, auf welchen das Hydraulikpumpensteuergerät angewandt ist. Wie in 1 gezeigt, ist der Hydraulik-Schaufelbagger 1 mit einer oberen Schwenkbasis 2B versehen, welche bezüglich einer unteren Verfahrbasis 2A frei schwenkbar ist. Ein Ausleger 3 erstreckt sich von der oberen Schwenkbasis 2B, dessen äußeres Ende an einem Stock 5 angeschlossen ist. Der Stock 5 weist eine Schaufel 7 an seinem äußeren Ende auf. In der Schwenkbasis 2B ist der Hydraulik-Schaufelbagger 1 mit einem Motor und Hydraulikpumpen (nicht gezeigt) zusätzlich zu einem Schwenkmotor (nicht gezeigt) zum Schwenken der oberen Schwenkbasis 2B ausgestattet. Die Hydraulikpumpen werden zur Zufuhr von Drucköl zu Hydraulik-Aktuatoren wie einem Auslegerzylinder 4 zum Betreiben des Auslegers 3, einem Stockzylinder 6 zum Betreiben des Stocks 5, einem Schaufelzylinder 8 zum Betreiben der Schaufel 7, etc. verwendet. Die prinzipiellen Aufbauten dieser Zylinder sind wie in herkömmlichen Hydraulik-Schaufelbaggern.
Das Hydraulikpumpensteuergerät der vorliegenden Erfindung ist auf die vorstehend genannte Hydraulik-Baumaschine wie einem Hydraulik-Schaufelbagger, etc. angewandt. Die erste Ausführungsform des Hydraulikpumpensteuergeräts wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 bis 8 beschrieben. Es ist zu bemerken, dass gleiche Bezugsziffern auf gleiche Teile, wie in der vorstehend genannten früheren Technik, angewandt werden. Wie in einem Blockdiagramm von 2 ge zeigt ist, ist ein Hydrauliksystem gemäß dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform mit einem Motor (Dieselmotor) 11 und ersten und zweiten Hydraulikpumpen mit variabler Verdrängung (nachfolgend einfach als Hydraulikpumpen bezeichnet) 9 und 10 versehen, welche durch Kraft von dem Motor 11 angetrieben werden. Diese Hydraulikpumpen 9 und 10 sind als Taumelscheiben-Axialkolbenpumpen aufgebaut, in welchen die Abgabeströmungsrate auf der Grundlage der winkligen Versetzung von Taumelscheiben 9a und 10a jeweils variieren. Die Taumelscheiben 9a und 10a werden jeweils durch Regulatoren 12 und 13 zur Bewegung veranlasst.
Der Regulator 12 empfängt ein Steuersignal (Kreisdruck) Ps, welches durch Elektro-/Öl-Umwandlung durch ein elektromagnetisches Proportional-Druckreduzierungsventil 14, Kreisdruck zwischen einem Richtungsschaltventil 15 und einem Überdruckventil 16 und Kreisdruck der Abgabeabschnitte der ersten und zweiten Hydraulikpumpen 9 und 10 erhalten wird. Der Regulator 13 empfängt das Steuersignal (Kreisdruck) Ps, das durch Elektro-/Öl-Umwandlung durch das elektromagnetische Proportional-Druckreduzierungsventil 14, Kreisdruck zwischen einem Richtungsschaltventil 17 und einem Überdruckventil 18 und dem Kreisdruck der Abgabeabschnitte der ersten und zweiten Hydraulikpumpen 9 und 10 erhalten werden. Die Regulatoren 12 und 13 werden durch diese Öldrücke gesteuert. Es ist zu bemerken, dass die Details, wie die Hydrauliksteuerung durch die Regulatoren 12 und 13 ausgeführt wird, später beschrieben werden.
Die Richtungsschaltventile 15 und 17 sind Einrichtungen zum Schalten der Menge und Richtung des Drucköls, welches zu den Hydraulik-Aktuatoren 27 und 28 zugeführt wird. Durch Manipulieren von Manipulationshebeln (Manipulationsmitteln) 19 und 20 wird Manipulationsdruck in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Hebelmanipulation in die Richtungsschaltventile 15 und 17 eingegeben. Die Richtungsschaltventile 15 und 17 führen den Betrieb des Schaltens der Menge und der Richtung von Drucköl aus. Das Überdruckventil 16 ist in einem Hydraulikkreis vorgesehen, damit das durch das Richtungsschaltventil 15 hindurchgetretene Drucköl in einen Tank 26 strömt. Ähnlich so ist das Überdruckventil 18 in einem Hydraulik kreis vorgesehen, damit das durch das Richtungsschaltventil 17 hindurchgetretene Drucköl in einen Tank 26 strömt. Die Überdruckventile 16 und 18 werden geöffnet, wenn der Kreisdruck einen vorbestimmten Installationsüberdruck (Relief Installation Pressure) erreicht. Das Überdruckventil 16 ist auch parallel mit einem Choke versehen. Ähnlich so ist das Überdruckventil 18 parallel mit einem Choke versehen. Eine Änderung der Menge des Öls, welches in dem Tank 26 strömt, wird durch Druckänderung sensiert, die auf der stromaufwärtigen Seite des Chokes bewirkt wird.
Mit einem solchen Aufbau strömt in dem Fall, in welchem das Ausmaß, mit welchem die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert wurden, Null ist, das Drucköl, das aus den Hydraulikpumpen 9 und 10 abgegeben wird, in dem Tank 26 durch die Richtungsschaltventile 15 und 17 und die Überdruckventile 16 und 18. Wenn dies auftritt, sind die Einlassdrücke an den Überdruckventilen 16 und 18 gleich dem Installationsüberdruck. Falls andererseits die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert werden, wird das durch die Richtungsschaltventile 15 und 17 hindurchgetretene Drucköl zu den Hydraulik-Aktuatoren 27 und 28 zugeführt. Da kein Drucköl durch die Überdruckventile 16 und 18 hindurchtritt, werden die Einlassdrücke an den Überdruckventilen 16 und 18 auf nahezu den Tankdruck reduziert. Das heißt, die Einlassdrücke an den Überdruckventilen 16 und 18 ändern sich in Übereinstimmung mit dem Ausmaß, mit welchem die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert werden. Die Einlassdrücke werden zu den Regulatoren 12 und 13 übertragen.
Ferner ist das vorstehend genannte Hydrauliksystem mit einem Steuergerät 21 zum Steuern des Betriebs der Hydraulikpumpen 9 und 10 versehen. Das Steuergerät 21 empfängt ein Signal (tatsächliche Motorgeschwindigkeit) Ne von einem Motorgeschwindigkeitssensor (Motorgeschwindigkeitserfassungssensor) 22 zum Erfassen der Motorgeschwindigkeit des Motors 11, ein Signal (Hydraulikpumpenabgabedruck) Pp von einem Drucksensor (Abgabedruckerfassungsmittel) 23 zum Erfassen eines Durchschnittsdrucks (Abgabedruck) zwischen den Hydraulikpumpen 9 und 10, und Signale (Einlassdrücke) Pr1 und Pr2 von Drucksensoren (Ma nipulationsausmaß-Erfassungsmittel) 24 und 25 zum Erfassen der Einlassdrücke der Überdruckventile 16 und 18. Auf der Grundlage dieser Eingangssignale stellt das Steuergerät 21 ein Steuersignal (Steuerdruck) Ps zum Steuern der Hydraulikpumpen 9 und 10 ein, und gibt es an das elektromagnetische Proportional-Druckreduzierungsventil 14.
Nachfolgend wird eine Beschreibung, wie der Steuerdruck (Ausgangswert des elektromagnetischen Proportional-Druckreduzierungsventils 14) Ps durch das Steuergerät 21 unter Bezugnahme auf 3 bis 5 gemacht. 3 und 4 zeigen das Verhältnis zwischen der Motorausgangskennlinie und der Ziel-Motorgeschwindigkeit. 3 zeigt den Fall, in welchem ein Motorausgang 100 verwendet wird, während 4 den Fall zeigt, in welchem eine durch eine Skalenscheibe eingestellte Motorgeschwindigkeit geändert ist bzw. wird, um den Motorausgang auf weniger als 100 % zu reduzieren. Der Motorausgang wird in einen leitenden Bereich und einen verzögerten Bereich unterteilt, wobei der Punkt eines Nenndrehmoments Te (Nennpunkt) als die Grenze vorliegt. Der leitende Bereich ist ein Ausgangsbereich, in welchem der leitende Öffnungsgrad weniger als 100 % ist, während der Verzögerungsbereich ein Ausgangsbereich ist, in welchem der leitende Öffnungsgrad 100 % ist.
In dem Fall, in welchem schweres Graben durch einen Hydraulik-Schaufelbagger ausgeführt wird, wird der Motorausgang auf 100 % gesetzt, und um den Betrieb in optimalem Kraftstoffverbrauchszustand auszuführen, wird ein Zielpunkt genommen, wie bei Punkt p₁ in 3 gezeigt ist. Das heißt, eine Ziel-Motorgeschwindigkeit Nset wird auf einen Punkt gesetzt, der ein wenig niedriger als die Nennmotorgeschwindigkeit auf der Kennlinie ist, die einen Ausgang von 100 % zeigt (Motorgeschwindigkeit bei dem Nennpunkt). Andererseits gibt es im Falle leichten Ausgrabungsbetriebs Fälle, in welchen der Betrieb mit weniger als 100 % Motorausgang ausgeführt werden kann, und in welchen auch eine durch die Beschleunigungs-Skalenscheibe eingestellte Motorgeschwindigkeit reduziert werden kann. Daher wird, wie bei Punkt p₂ in 4 gezeigt ist, innerhalb des Bereichs, der sowohl durch die Kennlinie, welche einen Ausgang von 100 % anzeigt, als auch die Kennlinie, welche das Beschleunigungs-Skalenscheibenmaximum anzeigt, umschlossen wird, ein Zielpunkt in Übereinstimmung mit Motorlast und einer durch die Beschleunigungs-Skalenscheibe gewählten Motorgeschwindigkeit. In diesem Fall stellt der Abszissenwert des Zielpunkts die Ziel-Motorgeschwindigkeit dar, und der Ordinatenwert stellt das Zielmotorausgangsdrehmoment dar.
Als nächstes stellt 5 die Regulatorkennlinie der Hydraulikpumpe dar. In dem Fall, in welchem der Abgabedruck Pp der Hydraulikpumpen 9 und 10 niedrig ist, wird die maximale Abgabeströmungsrate Q_U der Hydraulikpumpen 9 und 10 gemäß dem Einlassdruck Pr1 des Überdruckventils 16 erhöht oder gesenkt, welcher mit dem Ausmaß, in welchem der Manipulationshebel 19 manipuliert ist, variiert, oder gemäß dem Einlassdruck Pr2 des Überdruckventils 18, welcher mit dem Ausmaß, in welchem der Manipulationshebel 20 manipuliert ist, variiert. Genauer wird die maximale Abgabeströmungsrate Q_U durch die folgende Formel (1) dargestellt: QU = a × Pr + b (1)wobei a und b jeweils ein Proportionalkoeffizient ist, der die Strömungsratenkennlinie der Abgabeströmungsrate Q_U anzeigt, und eine Konstante ist. Daher werden beispielsweise in dem Fall, in welchem das Ausmaß, in welchem die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert ist, klein ist, die Regulatoren 12 und 13 derart betätigt, dass die Abgabeströmungsrate Q_U niedrig wird.
In dem Fall, in welchem der Abgabedruck Pp der Hydraulikpumpen 9 und 10 mittel und hoch ist, wird die Abgabeströmungsrate Q_U mit einem Anstieg des Hydraulikpumpenabgabedrucks Pp reduziert. Dieser Druckbereich (Bereich, der durch eine schräge Kennlinie in 5 angezeigt ist) ist ein Bereich, in welchem das absorbierte Drehmoment (oder die absorbierte Pferdestärke) der Hydraulikpumpen 9 und 10 konstant wird. Die vorstehend genannte Kennlinie wird eine Drehmoment-Konstantkurve oder eine Pferdestärken-Konstantkurve genannt. Wenn der Steu erdruck Ps auf das elektromagnetische Proportional-Druckreduzierungsventil 14 variiert wird, wird die vorstehend genannte Drehmomentkonstantkurve gemäß dem Betrag des Steuerdrucks Ps verschoben, wie durch einen Pfeil in 5 gezeigt ist. Im Ergebnis wird das absorbierte Pumpendrehmoment variiert. Genauer wird die AbgabeströmungsrateQ_L durch die folgende Gleichung (2) dargestellt: QL = c × (Pp + k × Ps) + d (2)wobei c und d ein Proportionalkoeffizient ist, der die Strömungsratenkennlinie der Abgabeströmungsrate Q_L anzeigt, und eine Konstante, und k ein Koeffizient in Beziehung zu dem Steuerdruck Ps ist. Jedoch variiert jeder der Koeffizienten c, d und k zwischen einem Bereich, in welchem der Abgabedruck Pp relativ hoch ist, und einem Bereich, in welchem der Abgabedruck Pp relativ niedrig ist. Daher wird die Kennlinie Q_L, die durch die vorstehend genannte Gleichung (2) repräsentiert wird, eine Linie wie die in 5 gezeigte.
Aus der vorstehenden Beschreibung kann die maximale Abgabeströmungsrate Q_U der Hydraulikpumpe 9 oder 10 durch Druck Pr2 oder Pr2 geschätzt werden, und es wird möglich, die Abgabeströmungsrate Q_L auf der Drehmomentkonstantkurve durch den Steuerdruck Ps und den Hydraulikpumpen-Abgabedruck Pp zu schätzen. Ferner kann die vorliegende Pumpenabgabeströmungsrate Q_A durch die nachfolgende Gleichung (3) unter Verwendung von Q_U und Q_L geschätzt werden: QA = max[min(QU, QL),0] (3)
Das Steuergerät 21 stellt den auszugebenden Steuerdruck Ps unter Verwendung des vorstehend genannten Verhältnisses zwischen der Motorausgangkennlinie und der Ziel-Motorgeschwindigkeit und ebenso unter Verwendung der Regulatorkennlinie der Hydraulikpumpe (5) ein. Genauer ist das Steuergerät 21 als seine funktionellen Mittel versehen mit einem ersten Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 50, einem zweiten Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 51, einem Gesamtströmungsraten-Vorher sageberechnungsabschnitt 52, einem Vorhersage-Obergeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 53, einem Filter 54, einem Lern-Erhöhungseinstellabschnitt 55, einem Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 56, einem Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 57, einem Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 58 und einem Steuerdruck-Umwandlungsabschnitt 59. Der vorstehend genannte Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 56, Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 57, Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 58 und Steuerdruck-Umwandlungsabschnitt 59 bilden zusammen ein Regulatorsteuermittel. Es ist zu bemerken, dass das Steuergerät 21 ein allgemeines elektronisches Steuergerät ist, welches durch Einrichtungen wie eine CPU, ein RAM, ein ROM, etc. gebildet ist und das die vorstehend genannten funktionellen Mittel 50 bis 59 durch zweckmäßige Konstruktion eines Programms gebildet werden können, welches eine CPU zum Betrieb veranlasst.
Es wird eine Beschreibung jedes funktionellen Mittels gegeben. Zunächst ist ein erster Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 50 ein Mittel zum Vorhersagen der Strömungsrate Q1 des Drucköls, welches aus der ersten Hydraulikpumpe 9 abgegeben wird, und sagt die Abgabeströmungsrate Q1 durch den Einlassdruck Pr1 des Überdruckventils 16, dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und dem Steuerdruck Ps in dem vorhergehenden Schritt unter Verwendung der vorstehend genannten Regulatorkennlinie vorher, die in 5 gezeigt ist (unter Verwendung von Gleichungen (1) bis (3)).
Der zweite Pumpenabgabeströmungsrate-Vorhersageberechnungsabschnitt 51 ist ein Mittel zur Vorhersage der Strömungsrate Q2 des Drucköls, welches aus der zweiten Hydraulikpumpe 10 abgegeben wird, und sagt die Abgabeströmungsrate Q2 durch den Einlassdruck Pr2 des Überdruckventils 18, den Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und den Steuerdruck Ps in dem vorherigen Schritt unter Verwendung der in 5 gezeigten, vorstehend genannten Regulatorkennlinie (unter Verwendung der Gleichungen (1) bis (3)) vorher.
Der Gesamtströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 52 ist ein Mittel zum Berechnen einer Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q aus den Vorhersage-Abgabeströmungsraten Q1 und Q2, die durch den ersten Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 50 und den zweiten Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 51 berechnet wurden. Die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q wird durch die folgende Gleichung (4) dargestellt: Q = (Q1 + Q2) (4)
Es ist zu bemerken, dass der vorstehend genannte erste Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 50, der zweite Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 51 und der Gesamtströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 52 insgesamt ein Abgabeströmungsraten-Vorhersagemittel bilden.
Der Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt (Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsmittel) 53 ist ein Mittel zum Berechnen einer Motorgeschwindigkeit, welche aus dem aktuellen Betriebszustand vorhergesagt wird. Genauer berechnet der Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 53 das absorbierte Drehmoment der Hydraulikpumpen 9 und 10 aus dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q unter Verwendung der vorstehend genannten Regulatorkennlinie von 5. Ferner berechnet der Motorgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 53 eine Motorabgabe, welche mit dem berechneten absorbierten Pumpendrehmoment im Gleichgewicht ist, und berechnet die Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr des Motors 11 aus dem Verhältnis zwischen der Motorausgangskennlinie und der Motorgeschwindigkeit, gezeigt in 3.
Der Grund, warum die Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr des Motors 11 in dieser Weise berechnet wird, ist folgender: Eine Motorgeschwindigkeit, bei welcher der Motor 11 in der Lage ist, eine stabile Nennabgabe zu produzieren, wird als eine Ziel-Motorgeschwindigkeit gewählt. Da jedoch Last auf die Hydraulikpumpen 9 und 10 proportional zu dem Produkt von Strömungsrate und Druck ist, und die maximale Strömungsrate durch die Überdruckventile 16 und 18 limitiert ist, wird die Last auf die Hydraulikpumpen in dem Niedrigdruckbereich bis zu einem Grad äquivalent zu der der Motorgeschwindigkeit nicht groß. Deshalb gibt es in dem Fall, in welchem Maschinenbetrieb bei niedrigem Druck, wie leichter Betrieb, ausgeführt wird, Fälle, in welchen die Motorgeschwindigkeit nicht auf eine Ziel-Motorgeschwindigkeit reduziert wird, und in welchen deshalb, selbst wenn die Motorgeschwindigkeit veranlasst wird, der Ziel-Motorgeschwindigkeit zu folgen, Motorgeschwindigkeitsfluktuationen nicht unterdrückt werden. Deshalb wird in dem Steuergerät 21 der ersten Ausführungsform, um Motorgeschwindigkeitsfluktuationen wirksamer zu unterdrücken, die Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr des Motors 11 berechnet, und eine tatsächliche Motorgeschwindigkeit wird veranlasst, der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr zu folgen, anstelle der Ziel-Motorgeschwindigkeit. Die berechnete Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr wird an den Filter 54 ausgegeben.
Der Filter 54 ist ein Mittel zum Ausführen eines Filterprozesses, wie "Totzeit + Verzögerung erster Ordnung", der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr, die durch den Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 53 berechnet wurde. Der Filter 54 ermöglicht es, die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr selbst in dem Fall gleichmäßig zu folgen, in welchem die Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr herauf und herunter springt oder eine Rauschkomponente enthält. Ferner wird die Abweichung ΔNe zwischen der gefilterten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne in den Lernzunahme-Einstellabschnitt 55 eingegeben.
Der Lernzunahme-Einstellabschnitt 55 ist ein Mittel zum Veranlassen, dass eine Lernzunahme auf die Abweichung ΔNe zwischen der gefilterten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne wirkt. Die Lernzunahme kann lediglich das Produkt von Konstanten, oder Differention oder Integration von ΔNe, oder die Summe von diesen sein. Der Ausgang des Lernzu nahme-Einstellabschnitts 55 ist als eine Auswertefunktion für die Motorgeschwindigkeitsabweichung ΔNe positioniert und wird als f(ΔNe) bezeichnet.
In dem Steuergerät 21 der ersten Ausführungsform wird somit ein Einschätzwert f(ΔNe), der ein Index zum Veranlassen der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne, der vorbestimmten Motorgeschwindigkeit Nr zu folgen, aus den Einlassdrücken Pr1 und Pr2 der Überdruckventile 16 und 18 und dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und aus dem Steuerdruck Ps in dem vorherigen Schritt durch die vorstehenden Prozesse in den funktionalen Mitteln 50 bis 55 abgeleitet. Wie später beschrieben wird, wird der Steuerdruck Ps so eingestellt, dass der Einschätzwert f(ΔNe) Null wird.
Das Steuergerät 21 der ersten Ausführungsform wendet Fuzzy-Logik zur Steuerung der Regulatoren 12 und 13 mit dem Steuerdruck Ps an. Genauer werden der Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q, die durch den Gesamtströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 52 berechnet wird, zuerst in den Antecedentteil von Konformabilitätsberechnungsabschnitt 56 eingegeben. Der Antecedentteil-Konformabilitätsberech nungsabschnitt (Konformabilitätsberechnungsmittel) 56 ist ein Mittel zum Berechnen der Konformabilitäten des Eingangs-Hydraulikpumpenabgabedrucks Pp und der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q relativ zu dem Ancedentteil (wenn-Teil) einer Fuzzy-Regel. Die erste Ausführungsform wendet eine Fuzzy-Regel wie die in 7 gezeigte an. Genauer ist in 7 der Teil, der als NB, NM, ..., und PB für den Pumpendruck Pp beschrieben ist, und als NB, NM, ..., und PB für die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q beschrieben ist, äquivalent zu dem Antecedentteil der Fuzzy-Regel. Ebenso bezeichnet Wij (wobei i = 1 bis 7 und j = 1 bis 7) in Tabelle von 7 eine Konsequentteil-Variable und ist später noch zu beschreiben.
Die Abkürzungssymbole NB, NM, ..., und PB in dem Antecedentteil werden Fuzzy-Kennungen genannt. Zum Beispiel ist "NB" eine Abkürzung von "Negative Big = negativ groß", "NS" "Negative Small = negativ klein", und "PB" "Positive Big = positiv groß". Zum Beispiel bedeutet für den Hydraulikpumpenabgabedrck Pp "NB", dass der Druck ziemlich klein ist und "PB" bedeutet, dass der Druck ziemlich groß ist. Für die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q bedeutet "NB", dass eine Strömungsrate ziemlich klein ist und "PB" bedeutet, dass die Strömungsrate ziemlich groß ist. Die vorstehend genannte "Konformabilität" wird verwendet, um die Übereinstimmung eines eingegebenen Werts (in der ersten Ausführungsform Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q) mit einem antecedenten Zustand zu quantifizieren. In dem Fall von Fuzzy-Steuerung wird eine Membership-Funktion für die vorstehend genannte Quantifizierung verwendet. Als die Membership-Funktion gibt es verschiedene Arten wie eine (hängende) Glockenfunktion, eine Dreiecksfunktion, etc. Jedoch wendet die erste Ausführungsform eine dreieckartige Membership-Funktion an, wie die in 8 gezeigte, dies mit Blick auf die Einfachheit der Berechnung.
8 zeigt eine Membership-Funktion für den Hydraulikpumpenabgabedruck Pp. Beispielsweise wird in dem Fall eines antecedenten Zustands wie "wenn Pp NM ist", eine Membership-Funktion entsprechend "NM" in 8 verwendet, um den Wert der Membership-Funktion für den Eingangs-Hydraulikpumpenabgabedruck Pp zu berechnen. Der berechnete Wert wird als die Konformabilität für die antecedente Bedingung "wenn Pp NM ist". Dasselbe gilt für andere antecedente Bedingungen. Zusätzlich wird, obwohl dies nicht gezeigt ist, die Konformabilität der Eingangs-Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q relativ zu jedem antecedenten Zustand durch Einstellen einer ähnlichen Membership-Funktion für die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q berechnet.
Wenn die Konformabilitäten des Eingangs-Hydraulikpumpenabgabedrucks Pp und der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q relativ zu dem antecedenten Zustand berechnet werden, berechnet der Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 56 einen zusammengesetzten Wert der Konformabilitäten in der folgenden Weise. Das bedeutet, ein zusammengesetzter Wert μij von μi und μj (i = 1 bis 7 und j = 1 bis 7) wird durch die nachfolgende Gleichung (5) berecnet: μij = μi × μj (5) wobei μj die Konformabilität des antecedenten Zustands für den Hydraulikpumpenabgabedruck Pp ist (j = 1 entspricht NB, j = entspricht NM, ..., und j = 7 entspricht PB) und μi die Konformabilität des antecedenten Zustands für die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q darstellt (i = 1 enspricht NB, i = 2 entspricht NM, ..., und i = 7 entspricht PB). Der zusammengesetzte Wert kann durch die folgende Gleichung (5') berechnet werden: μij = min (μi, μj)(5')wobei "min" eine Funktion zum Auswählen des Minimalwerts ist. Ferner gibt der Antecedentteil-Komformabilitätsberechnungsabschnitt 56 die berechneten zusammengesetzten Konformabilitätswerte μij an den Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 57 und den Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 58.
Der Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt (Lernkorrekturmittel) 57 ist ein Mittel zum Berechnen der Konsequentteil-Variablen Wij in der in 7 gezeigten Fuzzy-Regel. Der Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 57 berechnet die Konsequentteil-Variable Wij, um Lernen und eine Korrektur auf der Grundlage des Bewertungswerts f(ΔNe) auszuführen, der durch den Lernzunahme-Einstellabschnitt 55 auf der Grundlage der Abweichung ΔNe zwischen der gefilterten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne berechnet wurde, und ebenso auf der Grundlage des zusammengesetzten Konformabilitätswerts μij, der von dem Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 56 eingegeben wird. Genauer berechnet der Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 57 den Wert der Konsequentteil-Variablen Wij durch die folgende Gleichung (6): Wij(k) = Wij(k – 1) – Δt × f(ΔNe) × μij (6) wobei Δt eine inkrementale Steuerzeit ist, ΔNe die Motorgeschwindigkeitsabweichung ist, μij der zusammengesetzte Konformabilitätswert fürden antecedenten Teil ist (i = 1 bis 7 und j = 1 bis 7), Wij(k-1) Wij in dem vorhergehenden Schritt ist, und Wij(k) Wij ist, wie es in dem vorherigen Schritt berechnet wird. Es ist zu bemerken, dass der berechnete Wert von jeder Konsequentteil-Variablen Wij in einem in dem Steuergerät 21 vorgesehenen Speichermittel gespeichert wird.
Der zweite Term auf der rechten Seite der vorstehenden Gleichung (6) wird größer, wenn die Konformabilität eines antecedenten Zustands höher wird (wenn ein antecedenter Zustand eine bessere Übereinstimmung aufweist), und wenn der Einschätzwert f(ΔNe) für die Motorgeschwindigkeitsabweichung ΔNe größer wird. Daher wird das Ausmaß der Änderung für die Konsequentteil-Variable Wij in dem vorherigen Schritt größer. Daher ändert sich der zweite Term auf der rechten Seite der vorstehenden genannten Gleichung (6), bis der Einschätzwert f(ΔNe) Null wird, und die Änderung (Lernen) der Konsequentteil-Variablen Wij wird durchgeführt, bis der Einschätzwert f(ΔNe) Null wird. Die geänderte (gelernte) Konsequent-Variable Wij(k) wird an den Steuerausgangsdrehmonent-Berechnungsabschnitt 58 ausgegeben.
Es ist zu bemerken, dass wenn die durch die Beschleunigerskalenscheibe eingestellte Motorgeschwindigkeit geändert wird, die Ziel-Motorgeschwindigkeit Nset für den Motor 11 ebenfalls geändert wird, wie in 4 gezeigt ist. Es ist zu bemerken, dass das Steuergerät 21 der ersten Ausführungsform eine Konsequentteil-Variable Wij für jede durch die Beschleunigerskalenscheibe eingestellte Motorgeschwindigkeit anwendet und das Lernen und Korrigieren der Konsequentteil-Variablen Wij für jede eingestellte Motorgeschwindigkeit ausführt.
Der Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 58 ist ein Mittel zum Berechnen eines Ausgangsdrehmoments Tr, welches an die Hydraulikpumpen ausgegeben wird, und berechnet das Ausgangsdrehmoment Tr aus der Konsequentteil-Variablen Wij(k) und dem zusammengesetzten Konformabilitätswert μij unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (7): Tr = [μij – Wij(k)]/Σμij (7)
Die vorstehend genannte Gleichung (7) ist eine Berechnungsgleichung für einen so genannten gewichteten Durchschnitt und ist eine allgemeine Methode zur Berechnung eines Ausgangswerts für Fuzzy-Steuerung. Das berechnete Ausgangsdrehmoment Tr wird an den Steuerdruckumwandlungsabschnitt 59 ausgegeben. Der Steuerdruckumwandlungsabschnitt 59 ist ein Mittel zum Umwandeln des Ausgangsdrehmoments Tr zu einem Steuerdruck Ps. Der Steuerdruck Ps, der durch Umwandeln des Ausgangsdrehmoments Tr erhalten wird, wird an das elektromagnetische Proportional-Druckreduzierungsventil 14 ausgegeben.
Da das Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, arbeitet es in der folgenden Weise, wenn eine hydraulische Baumaschine mit dem Hydraulikpumpensteuergerät betrieben wird. Wenn der Bediener zuerst die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert, werden Richtungsschaltventile 15 und 17 so geschaltet, dass das Drucköl in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Manipulation von dem Hydraulikpumpen 9 und 10 zu den Hydraulik-Aktuatoren 27 und 28 geliefert wird. Die Einlassdrücke Pr1 und Pr2 an den Überdruckventilen 16 und 18 werden ebenso in Übereinstimmung mit dem Ausmaß geändert, in welchem die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert werden. Die Einlassdrücke Pr1 und Pr2 werden durch die Drucksensoren 23 und 24 erfasst und an das Steuergerät 21 ausgegeben.
Wenn das Steuergerät 21 die Einlassdrücke Pr1 und Pr2 empfängt, sagen der erste Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 50 und zweite Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 51 des Steuergeräts 21 die Strömungsrate Q1 und Q2 der Hydraulikpumpen 9 und 10 aus den Eingangsdrücken Pr1 und Pr2, den Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und dem Steuerdruck Ps in dem vorherigen Schritt voraus und berechnen diese unter Verwendung der in 5 gezeigten Regulatorkennlinie. Ferner berechnet der Gesamtströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 52 die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q unter Verwendung von Gleichung (4).
Wenn die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q berechnet wird, berechnet der Vorhersage-Motorgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 53 das absorbierte Drehmoment der Hydraulikpumpen 9 und 10 aus der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q und dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp, berechnet durch die Verwendung der Regulatorkennlinie von 5. Ferner berechnet der Vorhersage-Motorgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 53 einen Motorausgang, der mit dem berechneten, absorbierten Pumpendrehmoment im Gleichgewicht ist, und berechnet die Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr aus dem Verhältnis zwischen der Motorausgangskennlinie und der Ziel-Motorgeschwindigkeit, gezeigt in 3. Dann führt der Filter 54 einen Filterprozess, wie "Totzeit + Verzögerung erster Ordnung", auf der berechneten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr durch. Ferner veranlasst der Lernzunahme-Einstellabschnitt 55, dass eine vorbestimmte Lernzunahme auf die Abweichung ΔNe zwischen der gefilterten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne wirkt, und berechnet dann einen Einschätzwert f(ΔNe) für die Motorgeschwindigkeitsabweichung ΔNe.
Zusätzlich zu der Berechnung des Einschätzwerts f(ΔNe) auf der Grundlage der Einlassdrücke Pr1 und Pr2 berechnet der Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 56 des Steuergeräts 21 die Konformabilitäten μj (j = 1 bis 7) und μi (i = 1 bis 7) des Hydraulikpumpenabgabedrucks Pp und der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q relativ zu dem antecedenten Teil der in 7 gezeigten Fuzzy-Regel, dies unter Verwendung einer Membership-Funktion wie die in 8 gezeigte. Der Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 56 berechnet ferner den zusammengesetzten Konformabilitätswert μij (i = 1 bis 7 und j = 1 bis 7) unter Verwendung von Gleichung (5) oder Gleichung (5'). Ferner ändert (oder lernt) auf der Grundlage des Einschätzwerts f(ΔNe) für die Motorgeschwindigkeitsabweichung ΔNe und des zusammengesetzten Konformabilitätswerts μij, der Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 57 den Wert von jeder Konse quentvariablen Wij in der in 7 gezeigten Fuzzy-Regel unter Verwendung von Gleichung (6). Da der zweite Term von Gleichung (6) sich ändert, bis der Einschätzwert f(ΔNe) Null wird, wird die Änderung (das Lernen) der Konsequentteil-Variablen Wij durchgeführt, bis der Einschätzwert f(ΔNe) Null wird.
Wenn die Änderung (das Lernen) der Konsequentteil-Variablen Wij durchgeführt wird, berechnet der Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 58 ein Ausgangsdrehmoment Tr aus der Konsequentteil-Variablen Wij und dem zusammengesetzten Konformabilitätswert μij unter Verwendung von Gleichung (7). Ferner wandelt der Steuerdruckumwandlungsabschnitt 59 das berechnete Ausgangsdrehmoment Tr zu einem Steuerdruck Ps um und gibt es an das elektromagnetische Proportional-Druckreduzierungsventil 14 aus. Das elektromagnetische Proportional-Druckreduzierungsventil 14 führt Elektro-/Öl-Umwandlung an dem Steuerdruck Ps aus und gibt es an die Regulatoren 12 und 13. Die Regulatoren 12 und 13 veranlassen die Taumelscheiben 9a und 10a der Hydraulikpumpen 9 und 10, sich in Übereinstimmung mit den eingegebenen Steuerdrücken Ps zu bewegen. In Übereinstimmung mit den Winkelversetzungen der Taumelscheiben 9a und 10a werden die Abgabeströmungsraten der Hydraulikpumpen 9 und 10 geändert.
Somit wird gemäß dem Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform der Steuerdruck Ps für die Regulatoren 12 und 13 der Hydraulikpumpen 9 und 10 auf der Grundlage der Motorgeschwindigkeit Ne und des Hydraulikpumpenabgabedrucks Pp geändert, und ebenso auf der Grundlage der Einlassdrücke Pr1 und Pr2 der Überdruckventile 16 und 18, welche mit dem Ausmaß korreliert sind, in welchen die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert werden. Daher können die Strömungsraten der Hydraulikpumpen 9 und 10 während des Betriebs präzise vorhergesagt werden, so dass die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne der vorhergesagten Motorgeschwindigkeit Nr folgen kann, ohne das Gleichgewicht zwischen dem Motorausgang und dem absorbierten Pumpendrehmoment zu verlieren, dies unmittelbar nach Hebelmanipulation oder während geringer Manipulation. Somit hat das Hydraulikpumpensteuergerät der ersten Ausführungsform den Vorteil, das Betriebsfähigkeitsverschlechterung infolge Motorgeschwindigkeitsfluktuationen verhindert werden können.
Das Hydraulikpumpensteuergerät ist in seiner Steuerung robust, da es Fuzzy-Logik zur Steuerung der Hydraulikpumpen 9 und 10 (genauer der Regulatoren 12 und 13) anwendet. Das Hydraulikpumpensteuergerät ist ebenso in der Lage, das absorbierte Drehmoment der Hydraulikpumpen 9 und 10 in Übereinstimmung mit den Ausgangszuständen der betriebenen Hydraulikpumpen 9 und 10 und mit der Antwort der Motorgeschwindigkeit zu manipulieren, da es den Steuerdruck Ps aus dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp, dem Konformabilitäten μj und der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q relativ für jeden Bereich, und dem Abschätzwert f(ΔNe) für die Abweichung ΔNe der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit relativ zu der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr lernt und berechnet. Das heißt, selbst wenn sich die Ausgangszustände der Hydraulikpumpen 9 und 10 durch Änderung des Typs des Hydraulik-Schaufelbaggers, individuellen Unterschied, etc. oder die dynamische Kennlinie der Motorgeschwindigkeit durch eine Änderung der Arbeitsumgebung (z.B. ein kalter Bereich, ein warmer Bereich, etc.) oder eine Änderung des Kraftstoffs, können die Hydraulikpumpen 9 und 10 in Übereinstimmung mit jedem Hydraulik-Schaufelbagger und Arbeitsumgebung gesteuert werden, da das Steuergerät 21 selbst die Konsequentteil-Variable Wij lernt, welche die Basis zur Einstellung des Steuerdrucks Ps ist. Daher kann, selbst wenn der Typ von Hydraulik-Schaufelbagger oder der Arbeitsumgebung variiert, dasselbe Steuergerät (dieselbe Steuermethode) verwendet werden. Im Ergebnis wird die Abstimmung von Steuerparametern für jeden Maschinentyp und der Vorgang des Änderns eines Steuerprogramms unnötig.
Ferner, wie der Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q, welche Eingangswerte zum Einstellen des Steuerdrucks Ps sind, einen Übergang vollziehen, hängt von dem Ausmaß ab, mit welchem die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert sind, und Kennlinienänderungen, wie individueller Unterschied von Maschinen und Pumpen, Maschinenarten, etc. Wenn jedoch eine Membership-Funktion für den antecedenten Teil einer Fuzzy-Regel den gesamten Übergangsbereich enthält, wird ein antecedenter Zustand, der am konformsten für die vorstehenden Kennlinienänderungen ist, als ein Berechnungsobjekt behandelt, und eine Konsequentteil-Variable Wij, entsprechend dem antecedenten Zustand, welcher ein Berechnungsobjekt ist, wird aktualisiert (oder gelernt), um den Einschätzwert f(ΔNe) zu Null zu machen. Daher kann Steuerung der Hydraulikpumpen 9 und 10 entsprechend solchen Kennlinienänderungen ebenfalls realisiert werden. Es ist zu bemerken, dass in einem Übergangszustand, in welchem Änderungen deutlich sind, unmittelbar nach Hebelmanipulation der Zustand in eine Mehrzahl von Intervallen geteilt werden kann, in Abhängigkeit von der nach Manipulation verstrichenen Zeit. In diesem Fall wird die Konsequentteil-Variable Wij für jedes Intervall vorbereitet, und der Einschätzwert f(ΔNe) in dem Lernzunahme-Einstellabschnitt 55 wird eingestellt.
Nun wird eine Beschreibung eines Hydraulikpumpensteuergeräts gegeben, welches gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Das Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform ist, wie bei der vorstehend genannten ersten Ausführungsform auf eine hydraulische Baumaschine, wie einen Hydraulik-Schaufelbagger, etc., angewandt, der in 1 gezeigt ist. Das Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform weist auch das gleiche Hydrauliksystem wie die erste Ausführungsform auf, wie das, welches in 2 gezeigt ist. Das Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Funktion (des Verfahrens der Steuerung der Hydraulikpumpen). Das Verhältnis zwischen der Motorausgangskennlinie und der Ziel-Motorgeschwindigkeit, gezeigt in 3 und 4, und die Regulatorkennlinie der in 5 gezeigten Hydraulikpumpen sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
Der Aufbau des Hydraulikpumpensteuergeräts der zweiten Ausführungsform, die Funktion des Steuergeräts (das Verfahren der Steuerung der Hydraulikpumpen) wird nachfolgend primär unter Bezugnahme auf 9 bis 11, zusätzlich zu 2 bis 5, die in der ersten Ausführungsform verwendet wurden, beschrieben. Wie in einem Berechnungs-Blockdiagramm von 9 gezeigt ist, ist das Steuergerät 21' der zweiten Ausführungsform mit einem ersten Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 60, einem zweiten Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 61, einem Gesamtströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 62, einem Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechungsabschnitt 63, einem Filter 64, einem Lernzunahme-Einstellabschnitt 65, einem Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 66, einem Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 67, einem Steuerausgangsdrehmomentberechnungsabschnitt 58 und einem Steuerdruckumwandlungsabschnitt 69. Es ist zu bemerken, dass das Steuergerät 21' ein allgemeines elektronisches Steuergerät ist, welches aus Einrichtungen wie einer CPU, einem RAM, einem ROM, etc., gebildet ist, und dass die vorstehend genannten funktionalen Mittel 60 bis 69 durch zweckmäßige Konstruktion eines Programms gebildet werden können, welche eine CPU veranlassen, zu arbeiten.
Eine Beschreibung jedes funktionellen Mittels wird gegeben. Der erste Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 60 ist ein Mittel zum Vorhersagen einer Strömungsrate Q1 des Drucköls, welches aus einer ersten Hydraulikpumpe 9 abgegeben wird, durch den Einlassdruck Pr1 eines Überdruckventils 16, den Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und den Steuerdruck Ps in dem vorherigen Schritt, unter Verwendung der Regulatorkennlinie, die in 5 gezeigt ist.
Der zweite Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 61 ist ein Mittel zur Vorhersage der Strömungsrate Q2 des Drucköls, welches aus einer zweiten Hydraulikpumpe 10 abgegeben wird, durch den Einlassdruck Pr2 eines Überdruckventils 18, den Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und den Steuerdruck Ps in dem vorherigen Schritt, unter Verwendung der Regulatorkennlinie, die in 5 gezeigt ist.
Der Gesamtströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 62 ist ein Mittel zum Berechnen einer Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q aus den Vorhersage-Abgabeströmungsraten Q1 und Q2, die durch den ersten Pumpenabgabeströ mungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 60 und den zweiten Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 61 berechnet wurden, unter Verwendung von Gleichung (4), sowie in der ersten Ausführungsform. Es ist zu bemerken, dass der vorstehend genannte erste Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 60, der zweite Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 61 und der Gesamtströmungsraten-Vorhersageberechnungsabschnitt 62 insgesamt ein Abgabeströmungsraten-Vorhersagemittel bilden.
Der Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt (Vorhrsage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsmittel) 63 ist ein Mittel zum Berechnen von Motorgeschwindigkeit. Der Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 63 berechnet das absorbierte Drehmoment der Hydraulikpumpen 9 und 10 aus dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q unter Verwendung der Regulatorkennlinie von 5. Ferner berechnet der Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt einen Motorausgang, welcher mit dem berechneten, absorbierten Pumpendrehmoment im Gleichgewicht steht, und berechnet die Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr des Motors 11 aus dem Verhältnis zwischen der Motorausgangskennlinie und der Motorgeschwindigkeit, gezeigt in 3.
Der Filter 64 ist ein Mittel zum Durchführen eines Filtervorgangs, wie "Totzeit + Verzögerung erster Ordnung" an der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr, berechnet durch den Vorhersage-Motorgeschwindigkeitsberechnungsabschnitt 63, so dass selbst in dem Fall, in welchem die Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr auf Abschnitten variiert oder eine Rauschkomponente enthält, die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr gleichmäßig folgen kann.
Der Lernzunahme-Einstellabschnitt 65 ist ein Mittel zum Bewirken, dass eine Lernzunahme auf die Abweichung ΔNe zwischen der gefilterten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne wirkt, um eine Einschätzungsfunktion f(ΔNe) für die Motorgeschwindigkeitsabweichung ΔNe zu berechnen. Die Lernzunahme kann das Produkt von Konstanten, oder Differentation oder Integration von ΔNe, oder die Summe von diesen sein.
Die Funktionen der vorstehend genannten funktionalen Mittel 60 bis 65 sind gleich denen der funktionalen Mittel 50 bis 55 der ersten Ausführungsform. Um zu bewirken, dass die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr folgt, stellt das Steuergerät 21' den Steuerdruck Ps so ein, dass der Einschätzwert f(ΔNe), der durch die funktionalen Mittel 60 bis 65 abgeleitet wurde, Null wird. Die zweite Ausführungsform wendet auch Fuzzy-Steuerung zur Steuerung der Regulatoren 12 und 13 mit dem Steuerdruck Ps an, aber unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, wie die Fuzzy-Steuerung gesteuert wird.
Genauer werden in der zweiten Ausführungsform der Ableitungswert erster Ordnung dΔNe und der Ableitungswert zweiter Ordnung d²ΔNe der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit, die durch den Filter 64 gefiltert ist, in den Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 66 als Eingabewerte für Fuzzy-Steuerung eingegeben. Der Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt (Konformabilitätsberechnungsmittel) 66 ist ein Mittel zum Berechnen der Konformabilitäten des Ableitungswerts erster Ordnung dΔNe und des Ableitungswerts zweiter Ordnung d²ΔNe einer Eingabe-Vorhersage-Motorgeschwindigkeit relativ zu dem antecedenten Teil einer Fuzzy-Regel. Die zweite Ausführungsform wendet eine Fuzzy-Regel wie die in 10 gezeigte an. In der Figur ist der Teil, der als NB, NM, ..., und PB für den Ableitungswert erster Ordnung dΔNe beschrieben ist, und als NB, NM, ..., und PB für den Ableitungswert zweiter Ordnung d²ΔNe beschrieben ist, äquivalent zu dem antecedenten Teil der Fuzzy-Regel.
Die Konformabilität wird zur Quantifizierung der Übereinstimmung eines Eingabewerts (in der zweiten Ausführungsform der Ableitungswert erster Ordnung dΔNe und der Ableitungswert zweiter Ordnung d²ΔNe) mit jedem antecedenten Zustand (d.h. NB, NM, ..., und PB). Die zweite Ausführungsform führt eine Quantifizierung unter Verwendung einer Membership-Funktion wie die in 11 gezeigte aus. Als Membership-Funktion gibt es verschiedene Arten, wie ein Typ einer (hängenden) Glocke, eines Dreiecks, etc. Die zweite Ausführungsform wendet jedoch mit Blick auf die Einfachheit der Berechnung eine Membership-Funktion vom Dreiecktyp an. 11 zeigt eine Membership-Funktion für den Ableitungswert erster Ordnung dΔNe. Beispielsweise wird in dem Fall eines antecedenten Zustands wie "falls dΔNe NM ist", eine Membership-Funktion entsprechen "NM" in 11 zur Berechnung des Werts der Membership-Funktion für den eingegebenen Ableitungswert erster Ordnung dΔNe angewandt. Der berechnete Wert ist als die Konformabilität für den antecedenten Zustand "falls dΔNe NM ist" definiert. Das Gleiche gilt für andere antecedente Zustände. Zusätzlich wird, obwohl dies nicht gezeigt ist, die Konformabilität eines eingegebenen Ableitungswerts zweiter Ordnung d²ΔNe relativ zu jedem antecedenten Zustand berechnet durch Einstellen einer ähnlichen Membership-Funktion für den Ableitungswert zweiter Ordnung d²ΔNe.
Wenn die Konformabilitäten für den eingegebenen Ableitungswert erster Ordnung dΔNe und den eingegebenen Ableitungswert zweiter Ordnung d²ΔNe mit jedem antecedenten Zustand berechnet werden, berechnet der Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 66 einen zusammengesetzten Wert der Konformabilitäten. Das heißt, ein zusammengesetzter Wert μij von μi und μj (i = 1 bis 7 und j = 1 bis 7) wird berechnet unter Anwendung der vorstehend genannten Gleichung (5) oder Gleichung (5'), wie in der ersten Ausführungsform. In diesem Fall stellt μj die Konformabilität für den antecedenten Zustand für den Ableitungswert erster Ordnung dΔNe (j = 1 entspricht NB, j = 2 entspricht NM, ..., und J = 7 entspricht PB) und μi stellt die Konformabiltität des antecedenten Zustands für den Ableitungswert zweiter Ordnung d²ΔNe (i = 1 entspricht NB, i = 2 entspricht NM, ..., und i = 7 entspricht PB) dar.
Der Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt (Lern-Korrektur-Mittel) 67 ist ein Mittel zum Berechnen des Werts der Konsequentteil-Variablen Wij in der Fuzzy-Regel, die in 10 gezeigt ist. Auf der Grundlage des Einschätzwerts f(ΔNe), der durch den Lernzunahme-Einstellabschnitt 65 auf der Grundlage der Abwei chung dΔNe zwischen der gefilterten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne, und auch auf der Grundlage des zusammengesetzten Konformabilitätswerts μij berechnet wurde, der von dem Ancedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitts 66 eingegeben wurde, berechnet der Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 67 die Konsequentteil-Variable Wij, um Lernen und eine Korrektur unter Verwendung von Gleichung (6) wie in der ersten Ausführungsform auszuführen. Das berechnete Wij wird in Speichermitteln gespeichert, die in dem Steuergerät 21' vorgesehen sind. Es ist zu bemerken, dass die Konsequentteil-Variable Wij für jede Beschleunigerskalenscheibe vorbereitet wird und dass der Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 67 das Lernen und die Korrektur der Konsequentteil-Variablen Wij für Beschleunigerskalenscheibe durchführt.
Die Konsequentteil-Variable Wij, die durch den Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 67 berechnet wird, wird zusammen mit dem zusammengesetzten Konformabilitätswert μij, der durch den Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 66 berechnet wurde, in den Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 68 eingegeben. Der Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 68 ist ein Mittel zur Berechnung eines Ausgangsdrehmoments Tr, welches an die Hydraulikpumpen ausgegeben wird, und berechnet das Ausgangsdrehmoment Tr aus der Konsequentteil-Variablen Wij(k) und dem zusammengesetzten Konformabilitätswert μij unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (7) (welche ein gewichteter Durchschnitt ist), wie in der ersten Ausführungsform. Ferner wird das Ausgangsdrehmoment Tr, welches durch den Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 68 berechnet wurde, in Steuerdruck Ps durch den Steuerdruckumwandlungsabschnitt 69 umgewandelt und wird an das elektromagnetische Proportional-Druckreduzierungsventil 14 ausgegeben. Der vorstehend genannte Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 66, Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 67, Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 68 und Steuerdruckumwandlungsabschnitt 69 bilden insgesamt ein Regulatorsteuermittel.
Da das Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, arbeitet es in der folgenden Weise, wenn eine hydraulische Baumaschine mit dem Hydraulikpumpensteuergerät betrieben wird. Wenn der Bediener zunächst die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert, werden die Richtungsschaltventile 15 und 17 derart geschaltet, dass das Drucköl in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Manipulation aus den Hydraulikpumpen 9 und 10 zu den Hydraulik-Aktuatoren 27 und 28 geliefert wird. Die Einlassdrücke Pr1 und Pr2 an den Überdruckventilen 16 und 18 werden ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Ausmaß geändert, in welchem die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert werden. Die Einlassdrücke Pr1 und Pr2 werden durch die Drucksensoren 24 und 25 erfasst und an das Steuergerät 21' ausgegeben.
Falls das Steuergerät 21' die Einlassdrücke Pr1 und Pr2 empfängt, sagen der erste Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersage-Berechnungsabschnitt 60 und der zweite Pumpenabgabeströmungsraten-Vorhersage-Berechnungsabschnitt 61 des Steuergeräts 21' die Abgabeströmungsraten Q1 und Q2 der Hydraulikpumpen 9 und 10 aus den Eingangsdrücken Pr1 und Pr2, den Hydraulikpumpenabgabedruck Pp, und den Steuerdruck Ps in dem vorherigen Schritt unter Verwendung der Regulatorkennlinie, die in 5 gezeigt ist, voraus und berechnen diese. Ferner berechnet der Gesamtströmungsraten-Vorhersage-Berechnungsabschnitt 62 die Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q unter Verwendung der vorstehend genannten Gleichung (4).
Als nächstes berechnet der Vorhersage-Motorgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 63 das absorbierte Drehmoment der Hydraulikpumpen 9 und 10 aus der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q und dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp, der unter Verwendung der Regulatorkennlinie von 5 berechnet wurde. Ferner berechnet der Vorhersage-Motorgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 63 einen Motorausgang, der mit dem berechneten absorbierten Pumpendrehmoment im Gleichgewicht ist, und berechnet die Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr aus dem Verhältnis zwischen der Motorausgangskennlinie und der Ziel- Motorgeschwindigkeit, die in 3 gezeigt ist. Dann führt der Filter 64 den vorstehend genannten Filterprozess an der berechneten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr durch. Ferner veranlasst der Lernzunahme-Einstellabschnitt 65, dass eine vorbestimmte Lernzunahme auf die Abweichung ΔNe zwischen der gefilterten Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne wirkt, und berechnet dann einen Einschätzwert f(ΔNe) für die Motorgeschwindigkeitsabweichung ΔNe.
Zusätzlich zu der Berechnung des Einschätzwerts f(ΔNe) auf der Grundlage der Einlassdrücke Pr1 und Pr2 berechnet der Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 66 des Steuergeräts 21' die Konformabilitäten uj (j = 1 bis 7) und μi (i = 1 bis 7) des Ableitungswerts erster Ordnung dΔNe und des Ableitungswerts zweiter Ordnung d²ΔNe der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit relativ zu dem Antecedentteil der in 10 gezeigten Fuzzy-Regel, dies unter Verwendung einer Membership-Funktion wie die in 11 gezeigte. Der Antecedentteil-Konformabilitätsberechnungsabschnitt 66 berechnet ferner den zusammengesetzten Konformabilitätswert μij (i = 1 bis 7 und j = 1 bis 7) unter Verwendung von Gleichung (5) oder Gleichung (5'). Ferner, auf der Grundlage des Einschätzwerts f(ΔNe) und des zusammengesetzten Konformabilitätswerts μij ändert (oder lernt) der Konsequentteil-Variablen-Berechnungsabschnitt 67 den Wert von jeder Konsequentteil-Variablen Wij in der in 11 gezeigten Fuzzy-Regel, unter Verwendung von Gleichung (6). Da der zweite Term von Gleichung (6) sich ändert, bis der Einschätzwert f(ΔNe) Null wird, wird die Änderung (das Lernen) der Konsequentteil-Variablen Wij durchgeführt, bis der Einschätzwert f(ΔNe) Null wird.
Wenn die Änderung (das Lernen) der Konsequentteil-Variablen Wij durchgeführt wird, berechnet der Steuerausgangsdrehmoment-Berechnungsabschnitt 68 ein Ausgangsdrehmoment Tr aus der Konsequentteil-Variablen Wij und dem zusammengesetzten Konformabilitätswert μij unter Verwendung von Gleichung (7). Ferner wandelt der Steuerdruckumwandlungsabschnitt 69 das berechnete Ausgangsdrehmoment Tr in einen Steuerdruck Ps und gibt diesen zu dem elektromagnetischen Proportional-Druckreduzierungsventil 14. Das elektromagnetische Proporti onal-Druckreduzierungsventil 14 führt Elektro-/Öl-Umwandlung des Steuerdrucks Ps durch und gibt diesen in die Regulatoren 12 und 13 ein. Die Regulatoren 12 und 13 veranlassen die Taumelscheiben 9a und 10a der Hydraulikpumpen 9 und 10, sich in Übereinstimmung mit den eingegebenen Steuerdrücken Ps zu bewegen. In Übereinstimmung mit den Winkelverschiebungen der Taumelscheiben 9a und 10a werden die Abgabeströmungsraten der Hydraulikpumpen 9 und 10 geändert.
Somit wird gemäß dem Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform, wie bei der ersten Ausführungsform, der Steuerdruck Ps für die Regulatoren 12 und 13 der Hydraulikpumpen 9 und 10 auf der Grundlage der Motorgeschwindigkeit Ne und dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und ebenfalls auf der Grundlage der Einlassdrücke Pr1 und Pr2 der Überdruckventile 16 und 18, welche mit dem Ausmaß korreliert sind, in welchem die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert sind, eingestellt. Daher können die Strömungsraten der Hydraulikpumpen 9 und 10 während des Betriebs präzise vorhergesagt werden, so dass die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne der vorhergesagten Motorgeschwindigkeit Nr folgen kann, ohne das Gleichgewicht zwischen dem Motorausgang und dem absorbierten Pumpendrehmoment unmittelbar nach Hebelmanipulation oder während geringer Manipulation zu verlieren. Somit hat das Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform den Vorteil, dass Betriebsverschlechterung infolge von Motorgeschwindigkeitsfluktuationen verhindert werden kann.
Das Hydraulikpumpensteuergerät der zweiten Ausführungsform ist in seiner Steuerung robust, da es Fuzzy-Logik anwendet, um die Hydraulikpumpen 9 und 10 (genauer die Regulatoren 12 und 13) zu steuern. Das Hydraulikpumpensteuergerät ist ebenso in der Lage, das absorbierte Drehmoment der Hydraulikpumpen 9 und 10 in Übereinstimmung mit den Ausgangszuständen der Hydraulikpumpen 9 und 10, die betrieben werde, und mit der Antwort der Motorgeschwindigkeit zu manipulieren, da es den Steuerdruck Ps aus den Konformabilitäten μj und μi des Ableitungswerts erster Ordnung dΔNe und des Ableitungswerts zweiter Ordnung d²ΔNe der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit relativ zu dem Antecedentteil der Fuzzy-Regel, und aus dem Einschätzwert f(ΔNe) für die Abweichung ΔNe der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit Ne relativ zu der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit Nr lernt. Daher kann selbst dann, wenn die Art von Hydraulik-Schaufelbagger oder die Arbeitsbedingung sich ändern, das gleiche Steuergerät (das gleiche Steuerverfahren) verwendet werden, dies wie bei der ersten Ausführungsform. Im Ergebnis wird Abstimmung von Steuerparametern für jeden Maschinentyp und der Vorgang eines Änderns eines Steuerprogramms unnötig. Es ist zu bemerken, dass mit der ersten Ausführungsform ein Übergangszustand, in welchem Änderungen deutlich werden, unmittelbar nach der Hebelmanipulation der Zustand in eine Mehrzahl von Intervallen in Abhängigkeit von der nach der Manipulation vergangenen Zeit unterteilt werden kann. In diesem Fall wird die Konsequentteil-Variable Wij für jedes Intervall vorbereitet, und der Einschätzwert f(ΔNe) in dem Lernzunahme-Einstellabschnitt 65 eingestellt.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die zwei bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die hier gegebenen Details zu beschränken, sondern kann innerhalb des Bereichs der anliegenden Ansprüche modifiziert werden. Zum Beispiel kann, obwohl in den vorstehenden Ausführungsformen die Einlassdrücke Pr1 und Pr2 an den Überdruckventilen 16 und 18 als physikalische Größen erfasst werden, die mit dem Ausmaß, in welchem die Manipulationshebel 19 und 20 manipuliert sind, korreliert sind, die Manipulation selbst erfasst werden, um die Abgabeströmungsrate Q vorherzusagen.
Zusätzlich wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der antecedente Zustand der Fuzzy-Regel in Übereinstimmung mit dem Hydraulikpumpenabgabedruck Pp und der Vorhersage-Gesamtströmungsrate Q oder in Übereinstimmung mit dem Ableitungswert erster Ordnung dΔNe und dem Ableitungswert zweiter Ordnung d²ΔNe der Vorhersage-Motorgeschwindigkeit eingestellt. Jedoch ist der antecedente Zustand der Fuzzy-Regel nicht auf die vorstehend genannten physikalischen Größen (Pp, Q, dΔNe und d²ΔNe) beschränkt, wenn es eine physikalische Größe ist, die den Betriebszustand des Hydrauliksystems repräsentiert.
Der anticedente Zustand kann in Übereinstimmung mit drei oder mehr physikalischen Größen oder einer einzigen Größe eingestellt werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie vorstehend beschrieben, eignet sich das Hydraulikpumpensteuergerät der vorliegenden Erfindung für eine Hydraulik-Baumaschine mit einem Hydrauliksystem, das aus einem Motor, Hydraulikpumpen, Hydraulik-Aktuatoren, etc., aufgebaut ist.

Claims

Hydraulikpumpen-Steuergerät (21) für ein hydraulisches System, in welchem hydraulische Pumpen (9, 10) durch eine Motor (11) angetrieben werden, so dass Betriebsabgabedrucköl zu hydraulischen Aktuatoren (27, 28) zugeführt wird, wobei die Aktuatoren durch Manipulationsmittel (19, 20) manipuliert werden, um die Menge und Richtung des Drucköls zu modifizieren, und Regulatoren (12, 13) der Hydraulikpumpen (9, 10) derart steuert, dass absorbiertes Drehmoment der Hydraulikpumpen (9, 10) im Gleichgewicht mit einem Abtrieb der Motor steht, wobei das Hydraulikpumpen-Steuergerät umfasst: Motorgeschwindigkeits-Erfassungsmittel (22) zum Erfassen der Motorgeschwindigkeit des Motors (11); Abgabedruck-Erfassungsmittel (23) zum Erfassen eines Abgabedrucks der Hydraulikpumpen (9, 10); Manipulationsausmaß-Erfassungsmittel (24, 25) zum Erfassen eines Ausmaßes, mit welcher die Manipulationsmittel (19, 20) manipuliert werden, oder einer physikalischen Quantität, die mit dem Ausmaß korreliert; Abgabeströmungsraten-Vorhersagemittel (50 bis 52, 60 bis 62) zum Vorhersagen von Abgabeströmungsraten des Betriebsöls, welche aus den Hydraulikpumpen (9, 10) gemäß einer Manipulation des Manipulationsmittels (19, 20) abgegeben werden, auf der Grundlage einer Ausgabe des Abgabedruck-Erfassungsmittels (23) und einer Ausgabe des Manipulationsgrößen-Erfassungsmittels (24, 25); Vorhersagemotorgeschwindigkeits-Berechnungsmittel (53, 63) zum Berechnen des absorbierten Drehmoments der Hydraulikpumpen (9, 10) auf der Grundlage der durch das Abgabeströmungsraten-Vorhersagemittel (50 bis 52, 60 bis 62) und einer Ausgabe des Abgabedruck-Erfassungsmittels (23) vorhergesagten Abgabeströmungsraten, und um dann eine Vorhersagemotorgeschwindigkeit des Motors (11) aus dem berechneten absorbierten Drehmoment der Hydraulikpumpen (9, 10) zu berechnen; und Regulatorsteuermittel (56 bis 59, 66 bis 69) zum Steuern der Regulatoren (12, 13) auf der Grundlage einer Abweichung zwischen der Vorhersagemotorgeschwindigkeit, die durch das Vorhersagemotorgeschwindigkeits-Berechnungsmittel (53, 63) berechnet wurde und einer tatsächlichen Motorgeschwindigkeit, die durch das Motorgeschwindigkeits-Erfassungsmittel (22) erfasst wurde.
Hydraulikpumpen-Steuergerät gemäß Anspruch 1, wobei das Regulatorsteuermittel (56 bis 59, 66 bis 69) ein Mittel zum Steuern der Regulatoren durch Anwendung von Fuzzy-Logik ist und enthält Konformabilitäts-Berechnungsmittel (56, 66) zum Wählen einer Mehrzahl von antecedenten Bedingungen in Übereinstimmung mit einem Bereich von Betriebszuständen des Hydrauliksystems und um dann Konformabilität von jeder antecedenten Bedingung relativ zu den physikalischen Quantitäten zu berechnen, welche die Betriebszustände darstellen; und Lernkorrekturmittel (57, 67) zum Einstellen einer Mehrzahl von Steuerparametern zum Steuern der Regulatoren (12, 13) in Übereinstimmung mit den antecedenten Bedingungen und zum Lernen und Korrigieren von jedem der Steuerparameter auf der Grundlage von sowohl der Abweichung zwischen der vorhergesagten Motorgeschwindigkeit und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit, und der Konformabilität der antecedenten Bedingung, die durch das Konformabilitätsberechnungsmittel berechnet wurde, und um dann die korrigierten Steuerparameter an die Regulatoren (12, 13) auszugeben.
Hydraulikpumpen-Steuergerät gemäß Anspruch 2, wobei der Abgabedruck und die Abgabeströmungsraten als die physikalischen Quantitäten behandelt werden, welche die Betriebszustände darstellen, und wobei die antecedenten Bedingungen in Übereinstimmung mit dem Abgabedruck und den Abgabeströmungsraten gewählt sind.
Hydraulikpumpen-Steuergerät gemäß Anspruch 2, wobei ein in der ersten Ordnung differenzierter Wert und ein in der zweiten Ordnung differenzierter Wert der Vorhersagemotorgeschwindigkeit als die physikalischen Quantitäten behandelt werden, welche die Betriebszustände repräsentieren, und wobei die antecedenten Bedingungen in Übereinstimmung mit dem in der ersten Ordnung differenzierten Wert und dem in der zweiten Ordnung differenzierten Wert gewählt sind.