JP2006219975A - 移動機械のための半能動走行制御 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来のアキュムレータを、走行制御弁、方向制御弁、および液圧源で置き換えた作業車の、走行制御を行うためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】液圧源は、可変容量形油圧ポンプ125とすることができる。走行制御弁110は、シリンダ60にかかる負荷、すなわちヘッド端61の圧力が第1のリリーフ圧力以上であるときに、流体が油圧シリンダ60のヘッド端61から流れることを可能にする第1のリリーフ圧力に設定される。流体がヘッド端61から流れると、車両の作業ツールが第1の位置から第2の位置に落ちる。次いで走行制御弁110は、第1のリリーフ圧力より高く、作業ツールを第1の位置へと移動させるのに十分な第2のリリーフ圧力に再設定される。その後、液圧源125からの流体がヘッド端61に入り、作業ツールを動かしてほぼ第1の位置に戻すことを可能にするのに十分長い間、方向制御弁120が開かれる。走行制御弁110は動的に調整できる。
【選択図】図2

Description

本発明は、作業車のための走行制御に関する。より詳細には、作業車の作業ツールを操作する油圧シリンダによる緩衝作用に関する。
作業車が地面の上を移動するとき、地形の荒さによって車両の走行が荒くなることがある。作業ツールおよび作業ツールと車両の間のリンク機構を含む車両の作業部分と、車両フレームとの強固な機械的関係は、車両への衝撃荷重を増大させやすく、それによって、車両走行の荒さが増す。四輪駆動ローダの走行制御システムは一般的であり、通常、ブームシリンダをアキュムレータに連結する弁を備え、そこでアキュムレータは最終的には緩衝装置として働く。柔軟性をもたらし、車両の作業部分と車両フレームの間で衝撃荷重を緩和し、それによって車両運転者の快適さを増し、車両の安定性を向上させるように、すべてが設計されている。しかし、このようなシステムは複雑で、高価で、嵩が大きい、すなわち車両上のかなりの空間を必要とする。
上述したように、作業車で一般に使用される走行制御システムは通常、複雑で、高価で、嵩が大きい。さらに、こうしたシステムは通常、性能が制限されており、空のまたは荷を積んだバケット(すなわち軽いまたは重いツール)の両方ではなくどちらかでの動作に対して適合されなければならない。
本明細書には、たとえば従来のアキュムレータのような高価で複雑な嵩の大きい構成要素を伴わない、走行制御を行うシステムおよび方法が記載される。さらに、記載されるシステムおよび手段は、作業車の動作条件の全範囲にわたって最適化することができる。本発明では、電気油圧式方向制御弁に並列につながれた比例リリーフ弁および電磁弁を備えるバルブシステムが、作業ツールを操作する油圧シリンダを制御する。比例リリーフ弁は、油圧シリンダのヘッド端を流体リザーバに接続し、電磁弁は、シリンダのロッド端を流体リザーバに接続する。制御装置が、電磁弁および電気油圧式方向制御弁に制御信号を送る。
以下の図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明を利用する作業車1の例示的な実施形態の側面図である。図1に示される特定の作業車1はフレーム10を備え、このフレーム10は、運転室34、前方フレーム部20、後方フレーム部30、前輪22、後輪32、作業ツール70、ブーム50、および枢動点60で前方フレーム部20に枢動式に連結され、枢動点60aでブームに枢動式に取り付けられた油圧シリンダ60を有する。前輪22および後輪32は、当技術分野で良く知られているように作業車1を地面の上で推進する。
図1からわかるように、油圧シリンダ60がブーム50からの荷重を走行制御による助けなしで支持しているとき、ブーム50および油圧シリンダ60は、前方フレーム部20に対する位置が動かない。したがって、リンク機構80および作業ツール70と同様ブーム50の重量も、前方フレーム部20に対して相対的に動かないまたは固定された位置で支持され、前輪22にかかる重力荷重を加え、その重力荷重によって新しい重心を設定する。ブーム50が前方フレーム部20に対して動かないことは、ブーム50が前方フレーム部20の固定部分に等しくなるという効果を持つ。この特定の構成によって、車両1が荒い地形に沿って急速で進むときに、車両1の走行が荒くなり、操作の安定性が低下する可能性がある。
図2は、本発明のための回路100の例示的な実施形態の概略図である。回路100は、油圧シリンダ60と、走行制御弁110と、電気油圧式(E−H)主制御弁120と、油圧ポンプ125と、制御装置130と、少なくとも第1のモードスイッチ状態および第2のモードスイッチ状態を有するモードスイッチ140と、この場合は少なくともブーム50および作業ツール70を含む負荷95と、を含む。負荷95の重量は、運搬物を作業ツール70に追加することによって増大されることがある。
油圧シリンダ60は、第1のピストン面67aおよび第2のピストン面67bを有するピストン67、ロッド64、ピストン側61、ロッド側62、円筒壁63、第1の端壁65、ならびに第2の端壁66を備える。ピストン側61は、第1の面67a、第1の端壁65、および、第1のピストン面67aと第1の端壁65の間にある円筒壁63の第1の円筒部63aを備える。ロッド側62は、第2のピストン面67b、第2の端壁66、および、第2のピストン面と第2の端壁66の間にある円筒壁63の第2の円筒部63bを備える。ピストン側61およびロッド側62の体積、ならびに、第1および第2の円筒部63a、63bの長さは、油圧シリンダ60が伸縮するにつれて変化する。
図3は、走行制御弁110の例示的な実施形態の概略図である。図3に示すように、この特定の実施形態は、ヘッド端61および流体リザーバ90に流体接続された第1の弁部111と、ロッド側62および流体リザーバ90に流体接続された電磁弁112を備える第2の弁部とを含む。第1の弁部111は、走行制御を調整するための、2位置3ポートのE−H走行制御作動弁111a、2位置2ポートのパイロット制御流れ制御弁111b、およびE−H調整可能圧力リリーフ弁111cを備える。第2の弁部は、ロッド側62を流体リザーバ90に接続するE−H遮断弁112を備える。走行制御弁110は、ポート110a、110b、110cで、それぞれピストン側61、ロッド側62、および流体リザーバに流体接続される。
図4は、制御装置130によって受信および分配される信号の流れを示す。図4で示すように、制御装置130は、E−H主制御弁120へと、かつE−H走行制御作動弁111a、E−H調整式圧力リリーフ弁、およびE−H遮断弁112を通じて走行制御弁110へと、制御信号を分配する。制御装置130は、圧力変換器145、角度センサ135、モードスイッチ140、およびジョイスティック150から受信される信号に基づいて信号を分配する。
図5は、E−H主制御弁120、可変油圧ポンプ125、および流体リザーバ90を示す、図2の回路の部分概略図である。E−H主制御弁120は、当技術分野で良く知られた方向制御弁である。E−H主制御弁120は、ポート120a、120b、120c、120dで、それぞれピストン側61、ロッド側62、油圧ポンプ125、流体リザーバ90に流体接続されており、制御装置130からの信号によって制御されている。こうして、E−H主制御弁120は、(1)走行制御が作動されず、E−H主制御弁120が、正常な作業機能を達成するための単なる方向制御弁として作動される標準作業モード、および(2)E−H主制御弁120が、走行制御弁110の補助として用いられる走行制御モード、の少なくとも2つのモードで制御される。モード(2)が手短に、完全に説明される。
制御装置130は、当技術分野で良く知られた装置であり、ハードワイヤードシステム、継電器システム、またはデジタル電子システムとすることができる。モードスイッチ140が第1のモードスイッチ状態にある場合、制御装置130は、オペレータ制御150からの信号によって標準作業モードのE−H主制御弁120を制御する。しかし、モードスイッチ140が第2のモードスイッチ状態にある場合、E−H主制御弁120は、モード(2)、すなわち走行制御モードに従って制御される。モードスイッチ140の例示的な一実施形態は、当分野では周知のオペレータ制御トグルスイッチである。
図7は、走行制御を実施するためにアキュムレータ160を利用する従来技術の油圧システムを示す。図8および図9に示すように、アキュムレータ160は、構造的に複雑でやや嵩が大きくなりやすい。図8および図9に示すように、アキュムレータ160は、入力ポート161、ピストン162、ガス163aを収容するガスチャンバ163、内面164aを有する円筒形アキュムレータ壁164、アキュムレータ160の内側である第1の端面165aを有する第1の端壁165、第2の端壁166、アキュムレーションチャンバ167、およびガス入口ポート168を備えることができる。アキュムレーションチャンバ167は、アキュムレータ160に入る作動液にさらされる内面164aの一部である第1の露出した円筒部164a’、第1の端壁165、および第1のピストン面162aを備える。ガスチャンバ163は、第2の端壁166、第2のピストン面162b、および、ガス163aにさらされる内側円筒面164aの一部であり第2のピストン面162bと第2の端面166の間に配置された、第2の露出した円筒部164a”を備える。
第2の露出した円筒部164a”の長さは、アキュムレータ160に加圧流体が出入りするにつれて変化する。図8および図9で示すように、作動液がアキュムレーションチャンバ167に流入するにつれて、作動液による圧力下で、ガスチャンバの体積は第1の体積Vから第2の体積Vへと変化する。結果として、ガスの量はほぼ一定であるので、ガス163aの圧力が、第1の圧力Pから第2の圧力Pへと変化する。したがって、所与のいかなる時間でのアキュムレータの圧力Pも、等式P=P=P ÷Vに従う傾向がある。アキュムレータ圧力Pは、アキュムレータ160内の流体圧力Pとほぼ等しい。
図6は、本発明、すなわち上記の代替走行制御システムのための、アルゴリズム200の例示的な実施形態である。この例示的なアルゴリズムのためのプロセスは、基本的に3つの部分、すなわち(1)モード設定200a、(2)比較および計算200b、(3)調整200cを有する。
このプロセスのモード設定200aは、ステップ201でモードスイッチ140の状態をチェックすることから始まる。モードスイッチ140がモードスイッチ第2状態でない場合、プロセスはステップ205へと進み、走行制御弁110が不作動にされる、あるいは、すでに不作動である場合は不作動のままとなる。ステップ201でモードスイッチがモードスイッチ第2状態である場合、プロセスはステップ210および220へと進み、角度弁(A)が角度センサ135から記録され、初期静圧(P)が圧力変換器から記録され、走行制御弁第1状態が実施される。図4で示したように、P値は、圧力の瞬間的な急上昇を記録する可能性を低下させるために、圧力変換器のフィルタ済みの示度からとられる。
プロセスの比較および計算200b部が、モード設定200aの直後に始まり、ステップ230で、ブーム角度の変化がある場合それがジョイスティック150の操作によるものであったかどうかを判断することから始まる。角度変化がジョイスティック150の操作によるものであった場合、プロセスは次いでステップ210に進む。
ステップ230で、角度変化がジョイスティックの動きによるものではなかった場合、計算が始まる。ステップ240で、角度差(ΔA)が以下の等式ΔA=A−Aによって計算される。次いでステップ245で、ΔAおよびPを使用して、図8および図9に示されたアキュムレータモデルに基づく理論アキュムレータ圧力(P)を計算する。この特定のアキュムレータ160のアキュムレータ圧力(P)は、ガスチャンバ163内のガス163aの量が一定にとどまるので、ピストン162が移動することによって生じる、ガスチャンバ163の体積の変化に基づく。ピストン162の押しのけ量は、ΔAの角度変化によってブーム50を動かすのに十分な体積の作動流体の、ピストン側からアキュムレータへの移動から計算される。他のアキュムレータが使用される場合は、アキュムレータ圧力(PA)は異なって計算されることができる。
次いで、ステップ250で調整が始まり、E−H比例リリーフ弁111cを、算出されたアキュムレータ圧力(P)に調整する。ステップ260で、E−H主制御弁120が位置#1に移動または維持され、油圧ポンプ125が、Pを実現するために必要に応じて調整される。ステップ270でモードスイッチ140の状態が変化しない場合、プロセスはステップ230に進み、必要に応じてさらなる調整が行われる。ステップ270でモードスイッチの状態が変化した場合は、プロセスはステップ201に進む。
図示された実施形態を説明してきたが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲を逸脱することなく、様々な修正が加えられることが明らかであろう。
本発明を装備した車両の例示的な実施形態の側面図である。 本発明の例示的な実施形態の説明図である。 走行制御弁の例示的な実施形態の概略図である。 制御装置によって受信および送信される信号に関する、本発明の例示的な実施形態である。 油圧ポンプおよびE−H主制御弁の例示的な実施形態の概略図である。 要求に応じた走行制御を得るために制御装置が従うアルゴリズムの例示的な実施形態である。 アキュムレータを利用する従来技術における、走行制御のためのシステムの説明図である。 十分な負荷がかけられた従来技術のアキュムレータの説明図である。 不十分な負荷がかけられた図8のアキュムレータの説明図である。
符号の説明
1 作業車
50 ブーム
60 油圧シリンダ
61 ヘッド端(ピストン側)
62 ロッド端(ロッド側)
90 流体リザーバ
100 回路
110 走行制御弁
111a E−H走行制御作動弁
111b パイロット制御流れ制御弁
111c E−H調整可能圧力リリーフ弁
112 電磁弁(E−H遮断弁)
120 電気油圧式(E−H)主制御弁
125 油圧ポンプ
130 制御装置
135 角度センサ
140 モードスイッチ
145 圧力変換機
150 ジョイスティック
160 アキュムレータ
162 ピストン
200a モード設定
200b 比較および計算
200c 調整

Claims (32)

  1. 作業ツールを有する移動機械用の油圧回路であって、
    ヘッド端およびロッド端を有する少なくとも1つの油圧シリンダと、
    液圧源と、
    流体リザーバと、
    前記ヘッド端、前記ロッド端、前記液圧源、および前記流体リザーバに流体接続された方向制御弁と、
    第1の走行制御弁状態と第2の走行制御弁状態を有し、前記ヘッド端、前記ロッド端、前記方向制御弁、および前記流体リザーバに流体接続された走行制御弁とを備え、前記第1の走行制御弁状態は、前記ヘッド端の流体が第1のレベルのリリーフ圧力より高い液圧に到達すると、前記ヘッド端の流体が前記流体リザーバに向かって流れることを自動的に可能にし、前記作業ツールは、前記ヘッド端の前記流体が前記流体リザーバに向かって流れるにつれて、記録された第1の位置から第2の位置へと移動し、前記第1の走行制御弁状態は、前記液圧が前記リリーフ圧力より低くなると、前記ヘッド端の前記流体が前記流体リザーバに向かって流れるのを前記走行制御弁が自動的に遮断することを可能にし、前記方向制御弁は、前記走行制御弁が前記第1の走行制御弁状態にあるとき、前記液圧源からの流体が前記ヘッド端に入り前記作業ツールを前記第2の位置から前記第1の位置に向かって動かすことを自動的に可能にし、前記リリーフ圧力は、前記作業ツールを前記第1の位置に向かって動かすのに十分な高さの第2のレベルに自動的に調整される、油圧回路。
  2. 前記第2のレベルと前記第1のレベルの差が、前記第1の位置と前記第2の位置の間で前記ヘッド端から前記流体リザーバに向かって流れる前記流体の量に比例する、請求項1に記載の油圧回路。
  3. 前記第1の位置が第1のブーム角度を含み、前記第2の位置が第2のブーム角度を含む、請求項1に記載の油圧回路。
  4. 前記液圧源が液圧ポンプを含む、請求項1に記載の油圧回路。
  5. 前記油圧ポンプが、可変容量形油圧ポンプを含む、請求項4に記載の油圧回路。
  6. 前記可変容量形油圧ポンプが、前記リリーフ圧力を実現するために動的に調整される、請求項5に記載の油圧回路。
  7. 前記方向制御弁が電気油圧弁を含む、請求項1に記載の油圧回路。
  8. 前記リリーフ圧力を自動的に調整する制御装置をさらに含む、請求項7に記載の油圧回路。
  9. 前記制御装置が、少なくともほぼ前記第2のレベルの液圧を発生するように前記可変容量形ポンプを動的に調節する、請求項8に記載の油圧回路。
  10. 前記制御装置が、デジタルコンピュータを含む、請求項8に記載の油圧回路。
  11. 前記制御装置がプログラム可能である、請求項10に記載の油圧回路。
  12. 前記制御装置が、前記移動機械の走行を実質的に改善する圧力パターンが形成されるように、前記リリーフ圧力、前記E−H主制御弁、および前記油圧ポンプを調整する、請求項10に記載の油圧回路。
  13. 作業ツールと、ヘッド端およびロッド端を有する少なくとも1つの油圧シリンダと、流体リザーバと、液圧源とを備える作業車用の走行制御システムであって、
    方向制御弁と、
    第1の走行制御弁状態および第2の走行制御弁状態を有し、比例リリーフ弁および電磁弁を備える走行制御弁と、
    第1のモードおよび第2のモードを有する制御装置であって、前記第1のモードは、前記第1の走行制御弁を前記第1の走行制御弁状態に置き、前記第1の走行制御弁状態は、前記ヘッド端の流体が動的に設定されたリリーフ圧力に到達すると、前記ヘッド端の流体が前記流体リザーバに向かって流れることを可能にし、前記作業ツールは、前記ヘッド端の前記流体が前記流体リザーバに向かって流れるにつれて第1の位置から第2の位置に移動し、前記第1の走行制御弁状態は、前記ヘッド端の前記流体が第1のレベルのリリーフ圧力より低くなると、前記ヘッド端の前記流体が前記リザーバに向かって流れるのを前記走行制御弁が遮断することを可能にし、前記制御装置は、前記ヘッド端から流れる流体の体積に比例して、前記初期設定リリーフ圧力よりも高いリリーフ圧力に前記比例リリーフ弁を調整することによって、前記方向制御弁が、前記液圧源からの流体を前記ヘッド端に流し、前記作業ツールが第2の位置に移動した後にそれを前記第1の位置に向かって移動させることを可能にし、前記第2の方向制御弁状態は、流体が前記液圧源から前記ヘッド端へと流れるのを遮断し、前記制御装置は、前記方向制御弁の状態を自動的に変化させることができる、走行制御システム。
  14. 第2の方向制御弁状態は、前記作業ツールが前記第2の位置から前記第1の位置にほぼ到達すると、流体が前記液圧源から前記ヘッド端に流れるのを遮断する、請求項13に記載の走行制御システム。
  15. 前記第1の位置および前記第2の位置が、それぞれ第1のブーム角度および第2のブーム角度を含む、請求項14に記載の走行制御システム。
  16. 前記制御装置が、プログラム可能なデジタル制御装置を含む、請求項14に記載の走行制御システム。
  17. 前記走行制御弁が前記第1の走行制御弁状態にあるとき、前記制御装置が前記方向制御弁の状態を自動的に変化させる、請求項14に記載の走行制御システム。
  18. 前記作業ツールが前記第2の位置に移動し、前記ヘッド端の前記流体が前記設定圧力より低くなった後に、前記制御装置が、前記方向制御弁を前記第1の方向制御弁状態に自動的に切り替える、請求項17に記載の走行制御システム。
  19. 前記設定圧力が、前記制御装置によって動的に変えられる、請求項18に記載の走行制御システム。
  20. 前記制御装置が、前記方向制御弁を前記第1の方向制御弁状態へと切り替える時期を変えることができる、請求項18に記載の走行制御システム。
  21. 前記制御装置が、前記方向制御弁を前記第2の方向制御弁状態へと切り替える時期を変えることができる、請求項19に記載の走行制御システム。
  22. 走行制御システムと、作業ツールと、ヘッド端およびロッド端を有する少なくとも1つの油圧シリンダと、流体リザーバと、液圧源とを備える作業車であって、
    方向制御弁と、
    第1の走行制御弁状態および第2の走行制御弁状態を有し、比例リリーフ弁および電磁弁を備える走行制御弁と、
    第1のモードおよび第2のモードを有する制御装置であって、前記第1のモードは、前記第1の走行制御弁を前記第1の走行制御弁状態に置き、前記第1の走行制御弁状態は、前記ヘッド端の流体が動的に設定されたリリーフ圧力に到達すると、前記ヘッド端の流体が前記流体リザーバに向かって流れることを可能にし、前記作業ツールは、前記ヘッド端の前記流体が前記流体リザーバに向かって流れるにつれて第1の位置から第2の位置に移動し、前記第1の走行制御弁状態は、前記ヘッド端の前記流体が第1のレベルのリリーフ圧力より低くなると、前記ヘッド端の前記流体が前記リザーバに向かって流れるのを前記走行制御弁が遮断することを可能にし、前記制御装置は、前記ヘッド端から流れる流体の体積に比例して、前記初期設定リリーフ圧力よりも高いリリーフ圧力に前記比例リリーフ弁を調整することによって、前記方向制御弁が、前記液圧源からの流体を前記ヘッド端に流し、前記作業ツールが第2の位置に移動した後にそれを前記第1の位置に向かって移動させることを可能にし、前記第2の方向制御弁状態は、流体が前記液圧源から前記ヘッド端へと流れるのを遮断し、前記制御装置は、前記方向制御弁の状態を自動的に変化させることができる、作業車。
  23. 第2の方向制御弁状態は、前記作業ツールが前記第2の位置から前記第1の位置にほぼ到達すると、流体が前記液圧源から前記ヘッド端に流れるのを遮断する、請求項22に記載の作業車。
  24. 前記第1の位置および前記第2の位置が、それぞれ第1のブーム角度および第2のブーム角度を含む、請求項23に記載の作業車。
  25. 前記制御装置が、プログラム可能なデジタル制御装置を含む、請求項23に記載の作業車。
  26. 前記走行制御弁が前記第1の走行制御弁状態にあるとき、前記制御装置が前記方向制御弁の前記状態を自動的に変化させる、請求項23に記載の作業車。
  27. 前記作業ツールが前記第2の位置に移動し、前記ヘッド端の前記流体が前記設定圧力より低くなった後に、前記制御装置が、前記方向制御弁を前記第1の方向制御弁状態に自動的に切り替える、請求項26に記載の作業車。
  28. 前記設定圧力が、前記制御装置によって動的に変えられる、請求項27に記載の作業車。
  29. 前記制御装置が、前記方向制御弁を前記第1の方向制御弁状態へと切り替える時期を変えることができる、請求項27に記載の作業車。
  30. 前記制御装置が、前記方向制御弁を前記第2の方向制御弁状態へと切り替える時期を変えることができる、請求項28に記載の作業車。
  31. 走行制御システムと、作業ツールと、ブームと、少なくとも1つの油圧シリンダと、流体リザーバと、液圧源とを備える作業車用の、走行制御を行うための方法であって、前記油圧シリンダが、ヘッド端およびロッド端を有し、前記走行制御システムが、方向制御弁と、比例リリーフ弁および電磁弁を備える走行制御弁と、制御装置とを備え、前記方法が、
    前記走行制御弁を、流体を前記ヘッド端から第1のリリーフ圧力で流すことを可能にする前記第1のリリーフ圧力に設定するステップと、
    第1のブーム角度を記録するステップと、
    流体が前記ヘッド端から流れることを可能にし、その結果として、前記ブームが前記第1のブーム角度から、前記作業ツールを前記第1のブーム角度よりも低い位置に配置する第2のブーム角度へと動くことを可能にするステップと、
    前記走行制御弁を、前記ブームを前記第2のブーム角度から前記第1のブーム角度へと移動させるのに十分な第2のリリーフ圧力に調整するステップと、
    前記液圧源からの流体が前記ヘッド端へと前記第2のリリーフ圧力で流れるのを可能にするために前記方向制御弁を開くステップと、
    前記ブームが前記第2のブーム角度から、前記第1のブーム角度とほぼ等しいブーム角度へと移動したときに、流体が前記圧力源から前記ヘッド端に流れるのを遮断するために前記方向制御弁を閉じるステップとを含む方法。
  32. 前記ブームが前記第2のブーム角度から前記第1の端部へと移動した後に前記走行制御弁を前記第1のリリーフ圧力に調整するステップをさらに含む、請求項31に記載の方法。
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