JP2000337305A - 油圧シリンダの作動制御装置および方法 - Google Patents

油圧シリンダの作動制御装置および方法

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JP2000337305A JP2000143786A JP2000143786A JP2000337305A JP 2000337305 A JP2000337305 A JP 2000337305A JP 2000143786 A JP2000143786 A JP 2000143786A JP 2000143786 A JP2000143786 A JP 2000143786A JP 2000337305 A JP2000337305 A JP 2000337305A
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カール アール． ウィルブール
John D Duffy
ジョン ディー． ダフィー
Douglas W Koofuraa
ダグラス ダブリュ． コーフラー
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    • F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンのストローク端への衝突を回避す
る。 【解決手段】 装置が油圧モータ１１０内で可動エレメ
ント１０５を制御的に動かす。レバー装置１２５は、可
動エレメント１０５の所望の速度および移動の方向を示
す操縦者コマンド信号を生じさせる。位置センサ１３０
が可動エレメント１０５の位置を検出し、位置信号を発
する。電子コントローラ１４０は操縦者コマンド信号と
位置信号とを受け取り、可動エレメント１０５の実際の
速度を決定し、そして、可動エレメントの実際の速度に
応じて制限値を決定する。加えて、コントローラは操縦
者コマンド信号の大きさと制限値とを比較し、比較に応
じて流れ制御信号を発する。電子油圧コントローラ１５
５は流れ制御信号を受取り、対応的に可動エレメント１
０５の移動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、油圧シリ
ンダの作動を制御する装置、より詳しくは、油圧シリン
ダピストンの速度を、それがストロークの終りに近づい
たときに制限する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】油圧システムは、大きな動力伝達を必要
とする用途において特に有用であり、例えば、建設およ
び産業的作業場のような過酷な環境において、極めて信
頼できる。エキスカベータ、バックホー、ローダおよび
ホイール式ローダのような地ならし機械は、油圧システ
ムの大出力と信頼性とが望まれる数少ない例である。
【０００３】典型的には、ディーゼル、すなわち、内燃
エンジンが油圧システムに動力を供給している。油圧シ
ステムが次いで機械の作業器具に動力を供給する。油圧
システムは、典型的には、加圧された作動油を供給する
ためのポンプと、油圧モータへの作動油の流れを制御す
る方向バルブとを含んでいる。油圧モータは次いで、作
業具、例えば、バケットへ動力を与える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、かかる地ならし
機械は油圧シリンダ内に機械的クッションを有し、油圧
シリンダのピストンがシリンダのストローク端に当ると
きの衝撃を和らげている。典型的には、操縦者が油圧シ
リンダピストンの速度を制御すべく、レバー装置を変位
させている。仮に、操縦者がレバーを一杯に変位させる
と、ピストンのストローク端への衝突が生じ、機械的ク
ッションは衝撃の慣性力を完全には吸収することができ
ない。このことは、クッション室を高圧下に置き、シリ
ンダの耐久性に悪影響を与え、構造的に高価なものとな
る。加えて、衝撃は機械本体の振動を生じさせ、操縦者
を不快にする。
【０００５】本発明は、かかる上述の問題を解決せんと
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の一形態では、装
置が油圧モータ内で可動エレメントを制御的に動かす。
レバー装置は、可動エレメントの所望の速度および移動
の方向を示す操縦者コマンド信号を生じさせる。位置セ
ンサが可動エレメントの位置を検出し、位置信号を発す
る。電子コントローラは操縦者コマンド信号と位置信号
とを受け取り、可動エレメントの実際の速度を決定し、
そして、可動エレメントの実際の速度に応じて制限値を
決定する。加えて、コントローラは操縦者コマンド信号
の大きさと制限値とを比較し、比較に応じて流れ制御信
号を発する。電子油圧コントローラは流れ制御信号を受
取り、対応的に可動エレメントの移動を制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１を参照するに、装置１００は
油圧モータ１１０内の可動エレメントを制御すべく適合
されている。好ましい実施の形態では、油圧モータ１１
０は第一の端部１１５および第二の端部１２０を有する
油圧シリンダであり、可動エレメント１０５は、図示の
ように、シリンダ内のピストンである。
【０００８】レバー装置１２５は、ピストン１０５の所
望の速度および移動の方向を示す操縦者コマンド信号を
生じさせる。位置センサ１３０は、シリンダ１１０内の
ピストン１０５の相対位置を検出し、位置信号を発す
る。相対位置はシリンダ１１０の延伸量を表す。位置セ
ンサ１３０は、直接的または間接的に、シリンダ１１０
の相対的延伸量を測定してもよい。一つの実施の形態で
は、位置センサ１３０は高周波直線位置センサを含む。
他の実施の形態では、位置センサ１３０は回転または直
線ポテンショメータを含む。さらに他の実施の形態で
は、位置センサ１３０は回転または直線レゾルバを含
む。
【０００９】電子コントローラ１４０は位置信号を受取
り、数値的に信号を微分し、ピストン１０５の実際の速
度を決定する。電子コントローラ１４０はピストン１０
５の実際の速度に応じて制限値を決定し、操縦者コマン
ド信号の大きさと制限値とを比較し、比較に応じて流れ
制御信号を発する。
【００１０】電子油圧コントローラ１４５は流れ制御信
号を受取り、流れ制御信号に従ってピストン１０５の移
動を制御する。電子油圧コントローラ１４５は、ポンプ
１５０に代表される加圧流体源およびポンプ１５０とシ
リンダ１１０との間に接続された制御バルブ１５５を含
んでいる。制御バルブ１５５は、流れ制御信号に応じて
シリンダ１１０の第一の端部１１５および第二の端部１
２０への加圧流体の流れを調整すなわち制御する。一実
施の形態では、制御バルブ１５５は、流れ制御信号を受
取り、シリンダ１１０への所望の流れを生じさせるべく
バルブ１５５のスプールを制御可能に位置付ける電気作
動ソレノイドを含んでいる。他の実施の形態では、制御
バルブ１５５は、加圧流体をシリンダ１１０に向けるよ
うに適合された主バルブと、主バルブのスプールの移動
を制御すべく主バルブへパイロット流体を向けるべく適
合されたパイロットバルブとを含んでいる。この実施の
形態では、パイロットバルブが流れ制御信号を受取るソ
レノイドを含む。
【００１１】好ましくは、電子コントローラ１４０はマ
イクロプロセッサ基本のシステムにおいて具体化され、
これは、ソフトウエアプログラムにより処理を制御する
ために演算ユニットを利用している。典型的には、プロ
グラムはＲＯＭ，ＲＡＭ等に記憶されている。
【００１２】さて、本発明の制御の処理を表す図２のフ
ローチャートを参照する。図示の制御処理は、ピストン
１０５がシリンダ１１０の第一の端部１１５または第二
の端部１２０のいずれかに近づいたとき、ピストン１０
５の速度を制限することに向けられている。
【００１３】ブロック２０５において、電子コントロー
ラ１４０は、ピストン１０５とシリンダ１１０の第一の
端部１１５との間の距離を表す，第一の領域Ｌ１を決定
する。第一の領域Ｌ１は、位置信号の大きさを表す値、
Ｌｍｅａｓからシリンダ１１０の最小延伸量を表す値、
Ｌｍｉｎを減算することにより求められる。
【００１４】ブロック２１０において、電子コントロー
ラ１４０は、ピストン１０５とシリンダ１１０の第二の
端部１２０との間の距離を表す、第二の領域Ｌ２を決定
する。第二の領域Ｌ２は、シリンダ１１０の最大延伸量
を表す値、Ｌｍａｘから位置信号の大きさを表す値、Ｌ
ｍｅａｓを減算することにより求められる。第一および
第二の領域を図的に表した図３を参照されたい。
【００１５】図２の制御処理に戻って、処理は判断ブロ
ック２１５に続く。ここでは、電子コントローラ１４０
は第一の領域の大きさ、Ｌ１、と第二の領域の大きさ、
Ｌ２、とを比較し、ピストン１０５が位置されている領
域を求める。もしも、Ｌ１がＬ２より小さければ、ピス
トン１０５は第一の領域にあることにされ、処理は、第
一のゲイン値、Ｋ１が決定されるブロック２２０に進
む。第一のゲイン値は、ブロック２２５において計算さ
れるピストンの実際の速度、Ｖの関数として求められ
る。それから、第一の制限値、Ｕ１が図示のようにブロ
ック２３０において求められる。ブロック２３０では、
第一のゲイン値Ｋ１が第一の領域の値、Ｌ１に乗ぜられ
る。
【００１６】処理はそれから判断ブロック２３３に続
き、ここで、電子コントローラ１４０は第一の制限値Ｕ
１が第一の最小速度値Ｘより小さいかを求める。もしそ
うなら、ブロック２３４により表されるように、第一の
制限値Ｕ１は第一の最小速度値Ｘの値を取る。
【００１７】処理は判断ブロック２３５へと続き、ここ
では、電子コントローラ１４０は第一の制限値Ｕ１と負
の操縦者コマンド信号Ｖｄとを比較する。第一の制限値
Ｕ１が負の操縦者コマンド信号Ｖｄよりも小さい場合に
は、ピストンがシリンダの第一の端部に向かって余りに
も高速で移動しているとされる。従って、処理はブロッ
ク２４０に続き、ここで、電子コントローラ１４０は流
れ制御信号Ｖoutを発生する。流れ制御信号Ｖoutは、ピ
ストン１０５がシリンダ１１０の第一の端部１１５に到
達するときにピストン１０５を減速させるように、負の
第一の制限値Ｕ１に等しい大きさを有している。さもな
くば、処理はブロック２４５に進み、ここでは、電子コ
ントローラ１４０は操縦者コマンド信号の値に等しい大
きさを有する流れ制御信号を発生する。
【００１８】判断ブロック２１５に戻って言及するに、
もしも、Ｌ１がＬ２に等しいか大きければ、ピストン１
０５は第二の領域にあることにされ、処理は、第二のゲ
イン値Ｋ２が決定されるブロック２５０に進む。第二の
ゲイン値もまた、ピストンの実際の速度Ｖの関数として
求められる。それで、第二の制限値Ｕ２が図示のように
ブロック２５５において求められる。ブロック２５５で
は、第二のゲイン値Ｋ２が第二の領域の値、Ｌ２に乗ぜ
られる。
【００１９】処理はそれから判断ブロック２５７に続
き、ここで、電子コントローラ１４０は第二の制限値Ｕ
２が第二の最小速度値Ｙより小さいかを求める。第二の
最小速度値Ｙは第一の最小速度値Ｘと同じ大きさであっ
てもよいことに留意されたい。もしも、第二の制限値Ｕ
２が第二の最小速度値Ｙより小さいのなら、ブロック２
５８により表されるように、第二の制限値Ｕ２は第二の
最小速度値Ｙの値を取る。
【００２０】処理は判断ブロック２６０へと続き、ここ
では、電子コントローラ１４０は第二の制限値Ｕ２と操
縦者コマンド信号Ｖｄの大きさとを比較する。第二の制
限値Ｕ２が操縦者コマンド信号の大きさよりも小さい場
合、すなわち、ピストンがシリンダ１１０の第二の端部
１２０に向かって余りにも高速で移動しているとされる
場合には、処理はブロック２６５に続く。ここでは、電
子コントローラ１４０は、ピストン１０５がシリンダ１
１０の第二の端部１２０に到達するときにピストン１０
５を減速させるように、第二の制限値Ｕ２に等しい大き
さを有している流れ制御信号Ｖoutを発生する。さもな
くば、処理はブロック２４５に進み、ここでは、電子コ
ントローラ１４０は操縦者コマンド信号の大きさに等し
い大きさを有する流れ制御信号を発生する。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、油圧シリンダ１１０の速度を
制限する、より詳しくは、ピストン１０５がストローク
端に近づくとき油圧シリンダピストンの速度を制限する
ことに向けられている。有利なことに、本発明は、命令
されたシリンダの速度、すなわち、操縦者コマンド信号
を制限値と比較し、ピストンがシリンダ端の一つに向か
って余りにも高速で移動していることが求められたとき
は、命令されたシリンダ速度を制限する。有利なこと
に、制限値はシリンダピストンの実際の速度と位置の関
数であり、シリンダピストンの制御性を改善する。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧シリンダの作動を制御する電子油圧システ
ムを示す説明図である。
【図２】油圧シリンダピストンがストローク端に近づい
たとき、ピストンの速度を制限する制御処理を示すフロ
ーチャートである。
【図３】油圧シリンダに関係する制御処理の変数を示す
説明図である。
【符号の説明】
１００ 装置 １０５ ピストン（可動エレメント） １１０ シリンダ（油圧モータ） １１５ 第一の端部 １２０ 第二の端部 １２５ レバー装置 １３０ 位置センサ １４０ 電子コントローラ １４５ 電子油圧コントローラ １５０ ポンプ １５５ 制御バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダフィー ジョン ディー. アメリカ合衆国 61615 イリノイ州 ピ オーリア ウェスト ウッドウェイ ドラ イブ 4709 (72)発明者 コーフラー ダグラス ダブリュ. アメリカ合衆国 60565 イリノイ州 ナ パービル キングスレイ ドライブ 2415

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 油圧モータ内の可動エレメントを制御可
    能に移動させる装置であって、 可動エレメントの所望の速度および移動の方向を示す操
    縦者コマンド信号を発するレバー装置と、 可動エレメントの位置を検出し、位置信号を発するよう
    に適合された位置センサと、 操縦者コマンド信号および位置信号を受取り、可動エレ
    メントの実際の速度を求め、該実際の速度と可動エレメ
    ントの位置とに応じて制限値を求めるように適合された
    電子コントローラであって、ここで、コントローラは操
    縦者コマンド信号の大きさと制限値とを比較し、該比較
    に応じて流れ制御信号を発する電子コントローラと、 該流れ制御信号を受取り、可動エレメントの移動を対応
    して制御するように適合された電子油圧コントローラと
    を備えることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 油圧モータは、第一の端部および第二の
    端部を有する油圧シリンダであり、可動エレメントはピ
    ストンであることを特徴とする請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 油圧モータ内の可動エレメントを制御可
    能に移動させる方法であって、 可動エレメントの所望の速度および移動の方向を示す操
    縦者コマンド信号を発生させ、 可動エレメントの位置を検出し、位置信号を発生させ、 操縦者コマンド信号および位置信号を受取り、可動エレ
    メントの実際の速度を求め、該実際の速度と可動エレメ
    ントの位置とに応じて制限値を求め、ここで、コントロ
    ーラは操縦者コマンド信号の大きさと制限値とを比較
    し、該比較に応じて流れ制御信号を発生し、 該流れ制御信号を受取り、可動エレメントの移動を対応
    して制御するステップを備えることを特徴とする方法。
JP2000143786A 1999-05-17 2000-05-16 油圧シリンダの作動制御装置および方法 Pending JP2000337305A (ja)

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