JP2001090705A - 油圧シリンダの作動を制御する方法及び装置 - Google Patents

油圧シリンダの作動を制御する方法及び装置

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JP2001090705A JP2000271163A JP2000271163A JP2001090705A JP 2001090705 A JP2001090705 A JP 2001090705A JP 2000271163 A JP2000271163 A JP 2000271163A JP 2000271163 A JP2000271163 A JP 2000271163A JP 2001090705 A JP2001090705 A JP 2001090705A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業器具の突然の急激な動作に関連した悪影
響を回避するために、油圧システムの円滑な過渡応答性
を提供する流れ制御信号を作り出すことを目的とする。 【解決手段】 油圧モータ内の可動部を制御可能に移動
させるための装置及び方法が開示される。レバー装置
は、可動部の目標速度を表す操作者命令信号を発生させ
る。電子制御装置は、操作者命令信号を受信して、操作
者命令信号を限界値と比較し、操作者命令信号が限界値
よりも大きい場合には限定的命令信号を作り出す。電気
油圧式制御装置は、操作者命令信号を受信し、それに応
答して可動部の移動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、全体的には、油圧
シリンダの作動制御を行う装置に係り、特に、油圧シリ
ンダピストンの速度制御を行う装置に関する。
【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、更に、建設作業や
製作作業の現場等の苛酷な環境においても極めて高い信
頼性を有する。高出力と高い信頼性を持つ油圧システム
が切望される例としては、掘削機、バックホウローダ、
ホイールローダのような土工機械が挙げられる。
【0003】通常、ディーゼルエンジン等の内燃エンジ
ンが油圧システムに動力を供給し、次に、油圧システム
は、機械装置の作業器具に対して動力を与える。一般的
に、油圧システムは、加圧された油圧流体を供給するポ
ンプと、バケット等の作業用付属装置に動力を伝える油
圧モータへの油圧流体の流れを制御する切換弁とを備え
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のシステムの欠点
は、土工機械を使用して正確且つ効果的に様々な作業機
能を行うためには、操作者に高い熟練度が必要とされる
点にある。一般的な作業機械は大きく、高出力で、しか
も高価であることから、起こり得る機械損傷を回避する
ために、高度に熟練した操作者を必要とする。また、操
作者は、様々な作業機能を効果的に行うために、特定の
順序でしかも特定のタイミングで複数のレバーを操作す
るという高度の技能を身に付ける必要がある。従来シス
テムの他の欠点は、ジャーク、即ち作業器具の突然の急
激な動作を低減するために、油圧システムの過渡応答性
の改善が今も続けられているという点にある。ジャーク
は操作者を疲れさせ、生産性を低下させる可能性があ
る。本発明は、上記した問題の少なくとも1つを克服す
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの観点にお
いて、本装置は、油圧モータ内の可動部を制御可能に移
動させる。レバー装置は、可動部の目標速度を示す操作
者命令信号を作り出す。電子制御装置は、その操作者命
令信号を受信して、操作者命令信号を限界値と比較し、
操作者命令信号が限界値よりも大きい場合には限定的命
令信号を作り出す。電気油圧式制御装置は、操作者命令
信号を受信し、それに応じて可動部の移動を制御する。
【0006】本発明の他の観点では、油圧モータ内の可
動部を制御可能に移動させる方法が提供される。可動部
の目標速度を示す操作者命令信号が設定される。操作者
命令信号が受信され、限界値と比較され、操作者命令信
号が限界値よりも大きい場合には流れ制御信号が作り出
される。可動部の移動は、流れ制御信号に応じて制御さ
れる。
【0007】
【実施例】本発明をよりよく理解するため添付図面を参
照されたい。図1を参照する。装置100は、油圧モー
タ110内の可動部105を制御するようにされてい
る。好ましい実施形態では、図示されるように、油圧モ
ータ110は、第1の端部115と第2の端部120と
を有する油圧シリンダであり、可動部105はシリンダ
内のピストンである。レバー装置125は、ピストン1
05の移動の目標速度及び目標方向を示す操作者命令信
号を設定する。電子制御装置140は、操作者命令信号
を受信して、流れ制御信号を作り出す。
【0008】電気油圧式制御装置145は、流れ制御信
号を受信して、流れ制御信号に従ってピストン105の
移動を制御する。電気油圧式制御装置145は、ポンプ
150、及び、ポンプ150とシリンダ110との間に
接続された制御弁155によって示される加圧流体源を
備える。制御弁155は、流れ制御信号に応じて、シリ
ンダ110の第1及び第2の端部115、120に対す
る加圧流体の流れを調節つまり制御する。一実施形態に
おいては、制御弁155は、流れ制御信号を受信して、
シリンダ110に対する所定の流れを生成するように弁
155のスプールを制御可能に位置決めする電気的に作
動可能なソレノイドを備えることができる。他の実施形
態においては、制御弁155は、加圧流体をシリンダ1
10に方向付けるようにする主弁、及び、主弁のスプー
ルの動きを制御するためにパイロット流体を主弁に方向
付けるようにするパイロット弁を備えることができる。
本実施形態では、パイロット弁は、流れ制御信号を受信
するソレノイドを備えることになる。
【0009】電子制御装置140は、ソフトウエア・プ
ログラムに従ってプロセスを制御するために演算装置を
使用するマイクロプロセッサを基盤としたシステムで具
体化されることが好ましい。通常、プログラムは、読み
出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ等に記憶され
ている。電子制御装置140は、流れ制御信号に従って
ピストン105の移動を制御するために、少なくとも1
つの制御モジュールを備えることができる。マイクロプ
ロセッサという用語は、マイクロコンピュータ、マイク
ロプロセッサ、集積回路等のプログラム可能なものを少
なくとも含むことを意味するものであることに留意され
たい。電子制御装置140は、複数のセンサからの入力
信号を変換し、この入力信号に基づいていくらかの演算
を行い、更に、複数の装置を駆動するに十分な電力の出
力信号を発生させることができる電子回路を内蔵するこ
とが好ましい。マイクロプロセッサは、1つ又はそれ以
上の入力信号の受信に応答して1つ又はそれ以上の出力
信号を作り出すために、複数の予め選択された論理規則
を用いてプログラムされていることが好ましい。本発明
は、急速な過渡的操作者速度命令への応答性に関連する
ジャークを減少させるように操作者速度命令を制限する
ために用いられる。その結果、関連する油圧システムの
過渡応答性は円滑化され、操作者の疲労を減少させ、生
産性を高めることが可能となる。
【0010】ここで、図2を参照すると、本発明の好ま
しい実施形態200が、ソフトウエア・プログラムを表
すフローチャートで示されている。ブロック205を参
照すると、ここで作業器具の目標速度を表す操作者命令
信号が作り出される。判断ブロック210において、操
作者命令信号の大きさが、限定的命令信号と比較され、
更に、加速度限界値の大きさがゼロと比較される。限定
的命令信号は、極めて僅かなジャークしか発生しない理
想的な速度命令値を意味する。換言すれば、限定的命令
信号は、油圧シリンダ速度の円滑な制御を可能とするも
のである。加速度限界値は、限定的命令信号の目標勾配
を意味する。まず、限定的命令信号は操作者命令信号の
値に設定され、加速度限界値はゼロに設定される。
【0011】プロセスは、操作者命令信号が限定的命令
信号よりも大きいことが判り、更に、加速度限界値がゼ
ロよりも小さいと判った場合はブロック215に進み、
加速度限界値はゼロに設定される。そうでなければ、プ
ロセスは判断ブロック220に続く。操作者命令信号の
値が限定的命令信号の値よりも小さく、更に、加速度限
界値がゼロよりも大きい場合、プロセスはブロック21
5に逆戻りする。そうでなければ、プロセスはブロック
225に続き、そこでは、予測命令値が求められる。予
測命令値は、限定的命令信号の変曲点が生じる点での値
を表す。例えば、変曲点は、限定的命令信号の勾配の方
向が変わる時に生じる。ここで図3を参照すると、操作
者命令信号は、ステップ状の値、及びフィルタにかけら
れた値として示される。第3の曲線は限定的命令信号を
表す。点Aと点Bとは、限定的命令信号の変曲点を表
す。予測命令信号は以下の方程式に従って求められる。 予測命令値=限定的命令値+信号(加速度限界)*[絶
対値(加速度限界)*dt*(絶対値(加速度限界)*
dt+ジャーク限界*dt*dt)]/(2*ジャーク
限界*dt*dt)
【0012】予測命令値の値が求められると、プロセス
はブロック230に進み、操作者命令信号の値が限定的
命令信号の値と比較され、更に、予測命令値が操作者命
令信号の値と比較される。操作者命令値が限定的命令値
よりも大きく、更に、予測命令値が限定的命令値よりも
大きい場合には、プロセスはブロック235に続き、そ
こで、ジャーク限界が設定される。判断ブロック230
は、限定的命令信号の変曲点を求め、図示された状態が
存在する場合には、限定的命令信号は変曲点(点B)に
あるということになる。結果として、ジャーク限界値
は、負のパラメータVALに設定される。そうでなけれ
ば、プロセスはブロック240に進む。操作者命令信号
が、限定的命令信号より小さく、更に、予測命令値の値
が操作者命令値よりも小さい場合、限定的命令信号は、
変曲点(点A)にあるということになり、結果として、
ジャーク限界はブロック245に示されるように正のパ
ラメータVALに設定される。VALは、操作者がシス
テムの目標応答時間に基づいて調整したパラメータであ
る。VALは、油圧シリンダの円滑な動作を可能とす
る。そうでなければ、限定的命令信号は変曲点における
ものとはみなされず、プロセスはブロック250に進
み、ジャーク限界の信号が以下の方程式に従って求めら
れる。 ジャーク限界=信号(操作者命令−限定的命令)*VA
【0013】プロセスは、ブロック255に進み、加速
度限界が求められる。加速度はジャーク限界を積分する
ことによって求められる。加速度限界が求められると、
プロセスはブロック260に進み、限定的命令値が求め
られる。限界的命令値は加速度限界を積分することによ
って求められる。このような積分段階は、よく知られた
数値積分技法に基づいて演算される。ここで、プロセス
は判断ブロック265に進み、誤差が許容値TOLと比
較される。システム誤差は、限定的命令信号の大きさか
ら減算された操作者命令値の大きさの絶対値ということ
になる。許容値即ちTOLは、予め設定された値であ
る。誤差が許容値よりも小さい場合、プロセスはブロッ
ク270に進み、様々なパラメータはリセットされる。
これには、操作者命令信号の値と同じ値に設定された限
定的命令信号と、ゼロに設定された加速度限界とジャー
ク限界値とが含まれる。換言すれば、操作者命令信号が
実質的に限定的命令信号と同じである場合、パラメータ
はリセットされる。プロセスはブロック275に進み、
限定的命令信号が低域通過フィルタを用いてフィルタに
かけられ、あらゆる偽波形が除去され、ブロック280
に示されるように、流れ制御信号として出力、即ち作り
出される。
【0014】
【発明の効果】本発明は、ジャーク、即ち作業器具の突
然の急激な動作に関連した悪影響を回避するため、油圧
システムの円滑な過渡応答性を提供する流れ制御信号を
作り出すことを目的とする。本発明は、流れ制御信号
を、操作者命令信号の大きさ及び限界値の小さい方に制
限することによって、上記目的を達成する。限界値は、
操作者の入力に基づいて変えることができるので有利で
ある。例えば、操作者は、複数の値の1つからこの限界
値を選択することができる。従って、操作者は、システ
ムの目標とする応答性を実現するように限界値を調整す
ることができる。本発明の、他の観点、目的及び利点
は、図面、詳細な説明及び特許請求の範囲を検討するこ
とによって見出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】油圧シリンダの作動を制御するための電気油圧
式システムを示す概要図である。
【図2】油圧シリンダの作動を制御するための制御プロ
セスを示すフローチャートである。
【図3】限定的命令信号と操作者命令信号とを示すグラ
フである。
【符号の説明】
100 装置 105 可動部/ピストン 110 油圧モータ/シリンダ 115 第1の端部 120 第2の端部 125 レバー装置 140 電子制御装置 145 電気油圧式制御装置 150 ポンプ 155 制御弁 210、220、230、240、265 判断ブロッ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード ジー イングラム アメリカ合衆国 イリノイ州 60174− 5604 セント チャールズ パーシモン ドライヴ 240

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 油圧モータ内の可動部を制御可能に移動
    させるための装置であって、 前記可動部の目標速度を表す操作者命令信号を設定する
    ためのレバー装置と、 前記操作者命令信号を受信し、前記操作者命令信号を限
    界値と比較し、更に、前記操作者命令信号が前記限界値
    よりも大きい場合には流れ制御信号を作り出すようにさ
    れた電子制御装置と、 前記流れ制御信号を受信し、それに応答して前記可動部
    の移動を制御するようにされた電気油圧式制御装置とを
    備えたことを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 前記油圧モータは、第1の端部及び第2
    の端部を有する油圧シリンダであり、前記可動部はピス
    トンであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記限界値は、前記操作者により選択可
    能であることを特徴とする請求項2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記電気油圧式制御装置は、加圧流体
    源、及び、前記加圧流体源と前記油圧シリンダとの間に
    接続され、前記流れ制御信号に応じて前記油圧シリンダ
    への前記加圧流体の流れを制御するようにされた制御バ
    ルブを備えたことを特徴とする請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 油圧モータ内の可動部を制御可能に移動
    させるための方法であって、 前記可動部の目標速度を表す操作者命令信号を設定する
    段階と、 前記操作者命令信号を受信し、前記操作者命令信号を限
    界値と比較し、更に、前記操作者命令信号が前記限界値
    よりも大きい場合には流れ制御信号を作り出す段階と、 前記流れ制御信号に応じて前記可動部の移動を制御する
    段階とを含むことを特徴とする方法。
  6. 【請求項6】 操作者が前記限界値を選択する段階を含
    むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記流れ制御信号に応じて前記加圧流体
    の前記油圧シリンダへの流れを制御する段階を含むこと
    を特徴とする請求項6に記載の方法。
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