JP2002508042A - 可変容量形ポンプを制御する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 所要流量の作動油が供給されるように可変容量形ポンプ（１２）の容量を制御する方法を開示する。この方法は土木機械（１００）が掘削サイクルで動作していることを検知し、ポンプ（１２）の最大容量よりも小さい所要のポンプ容量を決定し、所要流量の作動油が供給されるようにポンプの容量を所要のポンプ容量に制御するステップから成る。

Description

【発明の詳細な説明】 可変容量形ポンプを制御する装置および方法 技術分野 本発明は、可変容量形ポンプの容量を制御する方法および装置に関し、特に、 土木機械の作業サイクルに応じて可変容量形ポンプの容量を制御する方法および 装置に関する。 背景技術 従来、ホイールローダ等の土木機械は、その作業具を作動させる油圧シリンダ への作動油の流量を制御するために定容量形ポンプを採用している。掘削サイク ルなど、作業サイクルによりは、定容量形ポンプは、シリンダが利用し切れない 流量を供給することがある。そのために、シリンダが、それ以上必要としない作 動油はスプールバイパス弁または逃がし弁を介してタンクへ戻される。残念なが ら、タンクへ戻された作動油は有効な仕事に利用できない。 本発明の目的は、１またはそれ以上の上記問題を克服することにある。 発明の開示 本発明の１つの特徴によれば、所要流量の作動油を供給するために、可変容量 形ポンプの容量を制御する方法を開示する。この方法は、土木機械が掘削サイク ルで動作しているかどうかを判定する段階と、最大ポンプ容量以下の所要容量を 求める段階と、ポンプ容量を前記所要ポンプ容量に制御することにより所要の作 動油流量を流動させる段階とを含む。 図面の簡単な説明 添付の図面に沿って本発明の詳細を以下に説明する。 図１は土木機械の油圧装置を示すブロック図である。 図２は土木機械の前部を示す側面図である。 図３は油圧装置における可変容量形ポンプの容量を調整する制御装置の一実施 形態を示すブロック図である。 図４は油圧装置における可変容量形ポンプの容量を調整する制御装置の他の実 施形態を示すプロック図である。 図５は油圧装置における可変容量形ポンプの容量を調整する制御装置の更に他 の実施形態を示すブロック図である。 発明の好ましい実施態様 添付の図面、特に図１に例えばホイールローダのような土木機械の油圧装置１ ０を示す。この油圧装置は、例えば可変容量形ポンプ１２のような加圧流体供給 源、第１と第２の回路１４、１６、タンク１７、電子制御装置１８、リフトレバ ー２０および傾動レバー２２を含む。 油圧ポンプ１２は、最小容量位置から最大容量位置へ向けて動作し、容量制御 装置２４により制御される。ポンプ容量制御装置２４は、電子制御装置１８から の容量指令信号を受信して、これに応答する。 第１の回路１４は、供給導管２８と第１のオープンセンタ制御弁３０とを介し て油圧ポンプ１２から作動油を供給されるリフトシリンダ２６を含む。リフトシ リンダ２６は、導管３２、３４を介して第１のオープンセンター制御弁３０に接 続されている。第１のオープンセンタ制御弁３０は、電子制御装置１８からの流 量指令信号を受信し、これに応答して、バネにより付勢された中立位置から第１ と第２の作動位置へ移動可能な電気制御比例弁である。 第１のオープンセンタ制御弁３０が中立位置にあるとき、油圧ポンプ１２から リフトシリンダ２６への作動油の流入が遮断され、供給導管２８を介して第２の 回路１６へ流入自在となる。第１と第２の作動位置では、油圧ポンプ１２からの 作動油が、適切な導管３２、３４を介してリフトシリンダ２６に連通し、制御弁 ３０を通じての下流の第２の回路１６への流入が遮断される。制御弁３０が、中 立位置と第１と第２の作動位置のいずれか一方との間で動作している間は、油圧 ポンプ１２からの作動油の一部が下流の第２の回路１６へ流入する。 第２の回路１６は、供給導管２８および第２のオープンセンタ制御弁３８を介 して第１の回路１４から作動油を供給される傾動シリンダ３６を含む。傾動シリ ンダ３６は、導管４０、４２を介して第２のオープンセンタ制御弁３８と連通す る。第２のオープンセンタ制御弁３８も、電子制御装置１８からの流量指令信号 に応答してバネにより付勢された中立位置から第１と第２の作動位置へ移動自在 な電気制御比例弁である。 第２のオープンセンタ制御弁３８が中立位置にあるとき、供給導管２８から傾 動シリンダ３６へのの作動油の流入が遮断され、タンク１７への流入が絞り装置 ４４により制御自在に制限される。第１と第２の作動位置にある間、第１の回路 １４から供給導管２８を通過する作動油の流れが適切な導管４０、４２を介して 傾動シリンダ３６と連通し、第２の制御弁３８を介してタンク１７に流入する前 記制限された流が遮断される。第２の制御弁３８が、第１と第２の作動位置のい ずれか一方で動作するとき、その初期段階では、制限された流量の作動油が絞り 装置４４を介してタンク１７へ流入できる。初期段階を過ぎると、前記絞り装置 を通過する作動油が遮断さ れる。 電子制御装置１８は、リフトレバー２０および傾動レバー２２からリフト制御 信号と傾動制御信号とを受信する。電子制御装置１８は上記信号を処理し、ポン プ容量制御装置２４および該当する制御弁３０、３８に指令信号を送出する。流 量指令信号を受信すると、これに応答して油圧ポンプ１２の容量がリフトレバー ２０および傾動レバー２２が要求する入力を満たすのに必要な流量を提供できる 位置まで移動する。同様に、流量指令信号を受信した第１と第２のオープンセン タ制御弁３０、３８は、リフトレバー２０および傾動レバー２２からの制御信号 の要求に従って、連携のアクチュエーター２６／３６に必要流量を供給できる位 置へ移動する。 電子制御装置は、機械エンジン６０と、トランスミッション６２とを含む駆動 系（図示せず）に関する幾つかの信号を自動的に受信する。エンジン速度センサ ５０は、エンジン６０のフライホイールの回転に応答するエンジン速度信号を生 成する。トランスミッション６２の動作を選択的に制御するため、トランスミッ ション制御レバー５２が組み込まれている。このトランスミッション制御レバー ５２は、所要のギヤ比および／または土木機械の方向を示すトランスミッション 制御信号を電子制御装置１８に送出する。走行速度センサ５３はトランスミッシ ョン出力速度に応答する機械走行速度信号を生成する。 電子制御装置１８は、リフトシリンダ２６と傾動シリンダ３６の位置を示す位 置センサ５４からの位置信号を受信することができる。例えば、位置センサ５４ はリフトおよび傾動油圧シリンダにおけるシリンダ伸張量を感知する変位センサ を含むことができる。このような位置信号は、図２に示す土木機械の作業具１０ ７の位置を示す。作業具１０７の位置は連接部の角度を測定することにより求め るてもよい。すなわち、位置信号を生成する装置として、回転ポテンシオメータ のような回転角度センサなども含まれ、例えば、リフトアーム回動ピンの１つの 回転を測定し、この測定結果からリフトアーム集成体の幾何的形態またはリフト シリンダの伸張量を求めることができる。作業具の位置は油圧シリンダの伸張量 を測定することにより、或は、三角法により連接部の角度の測定値から算出する ことができる。 図２に、土木機械１００、特に作業具１０７を有するホイールローダの前部１ ０５を示す。但し、図示のホイールローダは土木機械の一例に過ぎない。作業具 １０７は、２基の油圧リフトシリンダ２６（１基のみ図示されている）により、 機械フレームに取り付けられた１対のリフトアーム回動ピン１２５（一方のみ図 示されている）を中心に回動するリフトアーム集成体またはリンク機構１１５に 連結されたバケット１１０を含む。リフトアーム集成体およびリフトシリンダに は、１対のリフトアーム荷重支持回動ピン１３０（一方のみ図示されている）が 取り付けられている。バケットは、また、１対のバケット回動ピン１３５（一方 のみ図示されている）を中心に、バケット傾動シリンダ３６により傾動させられ たり、引き寄せられたりする。 本発明は、マイクロプロセッサに基づくシステムとして実施され、該システム はコンピュータを利用することによりソフトウェアプログラムに従って動作プロ セスを制御する。多くの場合、プログラムは、読み取り専用メモリーやランダム アクセスメモリーなどに記憶させてある。添付の各ブロック図に沿って以下にプ ログラムを説明する。 先ず、図３に示す実施形態を参照して説明する。本発明はポンプの容量を所定 量を以て低減することにより、掘削サイクル中の油圧 装置１０の余剰流量を低減する。そのため、以下の３つの状態に応答して、土木 機械が掘削サイクルで動作していることを電子制御装置１８が検知する。 １）操作者が、トランスミッションの第１の前進ギヤ比を表わす第１ギヤ前進 シフト位置を選択したこと。 ２）作業具が掘削位置にあること。 ３）土木機械の走行速度が所定値以下であること。 作業具が掘削位置にあるか否かを判断する１つの方法として、リフトシリンダ の位置を測定することにより、リフトリンク機構が水平基準線に等しいか、或は 、それ以下の高さにあるかを確かめるという方法がある。このような水平基準線 は、例えば、図２に仮想線で示すように、リフト回動ピン１２５およびバケット 回動ピン１３５により定義することができる。 土木機械が掘削サイクルで動作しているかどうかを決定するのが図３のブロッ ク３０５である。土木機械が掘削を行なっていることを検知すると、電子制御装 置１８は以下の式に従って、図３のブロック３１０に示すように適正なポンプ容 量を決定する。 DISP_DESIRED＝α×DISP_MAX ここで、 DISP_MAXはポンプ１２の最大容量、 αは好ましくは０．５から１．０に相当するポンプ容量に対する乗数、 DISP_DESIREDはポンプ１２の所要容量である。 所要ポンプ容量を決定すると、電子制御装置は次に、図３のブロック３１５に 示すように、レバーのオーバーライド状態が存在するかどうかを判定する。本発 明においては、リフト制御信号および傾動制御信号で表わされるリフトレバーと 傾動レバーの合計角度が所 定値を超えるか、或は、リフトレバーと傾動レバーのいずれか一方の角度が所定 値を超えると、レバーのオーバーライド状態が発生する。レバーのオーバーライ ド状態発生に呼応して、前記所要ポンプ容量が最大容量以下にデフォルト設定さ れる。 所要のポンプ容量を決定した電子制御装置１８は、容量制御装置２４に対する ポンプ容量指令信号を生成し、該指令信号は可変容量形ポンプ１２のポンプ容量 を制御することにより所要の流体流量を発生させる。 次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と共通する要 素には第１の実施形態と同じ参照番号を付し、その説明を省略する。 本発明の他の実施形態を図４に示す。図４の実施形態は、ポンプ容量の上限を 決定するために操作ダイヤル４０５を利用する。操作者は、操作タイヤル４０５ を利用して土木機械が処理すべき土壌の状態を特定することによりポンプ容量の 上限を決定することができる。例えば、操作ダイヤル４０５が低(Easy Material )、中(Moderate Material)および高(Hard Material)の標識が施された３位置式 回転スイッチを有し、ダイヤルのそれぞれの設定位置が特定のポンプ容量乗数α に対応する。操作者が操作ダイヤル４０５を設定すると、電子制御装置１８が、 これに応答して対応のポンプ容量乗数αを決定する。例えば、図示する実施形態 の場合、制御装置１８はルックアップ表から、「低」に対しては０．８５、「中 」に対しては０．７５、「高」に対しては０．０６のポンプ容量乗数αを選択す る。ポンプ容量乗数αが決定されると、制御装置１８は第１の実施形態の場合と 同様に所要のポンプ容量を決定する。 図５に示す本発明の更に他の実施形態を説明する。ブロック５０５に示すよう に、電子制御装置１８は、例えば、傾動シリンダ２６ とリフトシリンダ３６の位置を表わす位置信号を微分することにより個々のシリ ンダの速度を測定する。測定された傾動シリンダとリフトシリンダの速度は各々 のシリンダの作動油利用量を表わす。傾動シリンダとリフトシリンダの速度が測 定されると、制御装置１８は、ブロック５１０にて示すように、必要なポンプ容 量を算出する。必要なポンプ容量は以下の式により算出される。 FLOW＝VEL_CYLINDER×AREA_CYLINDER DISP_REQUIRED=FLOW/SPEED_PUMP α＝DISP_REQUIRED/DISP_MAX DISP_DESIRED=α×DISP_MAX ここで、 VEL_CYLINDERは位置信号を微分することにより求められ、 AREA_CYLINDERは一定であり、 SPEED_PUMPはエンジンの速度から得られ、 DISP_REQUIREDはポンプ１２の必要容量であり、 DISP_MAXはポンプ１２の最大容量であり、 αはポンプ容量乗数を表わし、 DISP_DESIREDはポンプ１２の所要容量である。 所要のポンプ容量が決定されたら、電子制御装置１８はポンプ制御装置２４に 対するポンプ容量指令信号を生成し、この指令信号は可変容量形ポンプ１２のポ ンプ容量を制御して所要の油圧を発生させる。 図示の実施形態に関して本発明の詳細を以上に説明したが、当業者には明白な ように、本発明の思想および範囲を逸脱することなく、更に多様な実施態様が可 能である。 産業上の利用可能性 本発明は所要のポンプ容量を自動的に決定する方法を提供し、これにより油圧 ポンプが送り出す作動油の流量の大部分が作業に有効に利用可能になる。本発明 は、既に述べたように、土木機械の作業具が掘削中であればこれを検知し、これ に呼応して、可変容量形ポンプの容量を低減することにより、作動油流量の大部 分が油圧シリンダに供給され作業に活用されるように、所要流量を設定する方法 と装置を提供する。これにより、作動油の余剰分をタンクへ直接戻すことによる 作動油の浪費が回避される。 本発明のその他の特徴、目的および利点は図面、開示内容および以下に記載す る請求の範囲に照らして明らかになるであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．土木機械（１００）の作業具（１０７）を作動させるための油圧シリンダ （２６、３６）に所要流量の作動油が供給されるように可変容量形ポンプ（１２ ）の容量を制御する方法において、 土木機械（１００）が掘削サイクルで動作していることを検知する段階と、 ポンプ（１２）の最大容量よりも小さい所要のポンプ容量を決定する段階と、 所要流量の作動油が供給されるようにポンプの容量を所要のポンプ容量に制御 する段階とを含んで成ることを特徴とする制御方法。 ２．土木機械（１００）がエンジン（６０）とトランスミッション（６２）と を含んでおり、 作業具が掘削サイクルで動作していることを検知する段階が、 トランスミッション（６２）が第１ギヤ前進ギヤ比に設定されていることを確 認する段階と、 作業具（１０７）が掘削位置にあることを確認する段階と、 土木機械（１００）の走行速度が所定の速度以下であることを確認する段階と を含んで成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．所要のポンプ容量を以下の式に従って求めることを特徴とする請求項２に 記載の方法。 DISP_DESIRED＝α×DISP_MAX ここで、 DISP_MAXはポンプ（１２）の最大容量であり、 αはポンプ容量乗数であり、 DISP_DESIREDはポンプ（１２）の所要の容量である。 ４．土木機械（１００）が、該土木機械（１００）により処理すべき土壌の状 態を特定することにより所要のポンプ容量を選択するための操作ダイヤル（４０ ５）を含み、操作ダイヤルの設定値に応じて所要のポンプ容量を決定する段階を 含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．更に、油圧シリンダ（２６、３６）の速度を測定する段階と、 エンジン（６０）の速度を測定する段階と、 シリンダ速度およびエンジン速度に応じて所要のポンプ容量を求める段階を含 むことを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．土木機械（１００）の作業具（１０７）を作動させるための油圧シリンダ （２６、３６）に所要流量の作動油が供給されるように可変容量形ポンプ（１２ ）の容量を制御する装置において、 土木機械（１００）が掘削サイクルで動作していることを検知する手段（１８ ）と、 最大ポンプ容量よりも小さい所要のポンプ容量を求める手段（１８）と、 所要流量の作動油を流動させるため、ポンプ容量を前記所要のポンプ容量に制 御する手段（２４）とを具備することを特徴とする制御装置。 ７．土木機械（１００）により処理すべき土壌の状態を特定することにより所 要のポンプ容量を選択するための操作ダイヤル（４０５）を含み、操作ダイヤル （４０５）の設定値に応じて所要のポンプ容量を決定することを特徴とする請求 項６に記載の装置。 ８．更に、シリンダ（２６、３６）の位置を表わす位置信号を出力する位置セ ンサ（５４）と、 前記位置信号を受信し、外位置信号を微分し、シリンダ（２６、 ３６）の移動速度を表わす速度信号を出力する手段と、 エンジン速度を表わすエンジン速度信号を出力するエンジン速度センサ（５０ ）とを具備することを特徴とする請求項７に記載の装置。 ９．シリンダ速度信号およびエンジン速度信号に応答して所要のポンプ容量を 決定する手段（１８）を含むことを特徴とする請求項１０項に記載の装置。