JP2006519965A - 弁命令信号の発生方法 - Google Patents

Abstract

制御レバーの手動の動きに応答して発生する命令信号をゆっくりと伝達するシステムにおいて、液圧シリンダを強力に延出および後退させるシステムを提供する。
【解決手段】 液圧機能（２０）は、電気液圧弁ユニット（２）の制御の下で延出および後退することができる。操作者可動命令レバー（３６）は、延出領域、中央領域、および後退領域に移動可能である。センサ（３８）が、レバー位置信号を発生する。電子レバー命令ユニット（３４）が、レバー位置信号を受け、弁命令信号を発生する。電子弁制御ユニット（３８）は、レバー命令ユニット（３４）から離れており、これと通信する。電子弁制御ユニット（２８）は、弁命令信号に応答して、液圧機能（２０）への液圧流体の伝達を制御する。弁命令信号の発生方法は、レバー（３６）を比較的ゆっくりと動かすときにはレバー位置信号に比例する命令信号を発生するステップと、レバー（３６）を比較的素早く動かすときには、レバー（３６）の延出および後退領域への最大移動に基づいた命令信号を発生する。命令信号は、レバー動き振動期間未満の大きさである遅延時間期間の後、弁制御ユニット（２８）に送信する。

Description

本発明は、液圧デバイスを動作させる電気液圧制御弁の命令信号のような、命令信号の処理システムおよび方法に関する。

農業用トラクタのような作業車両に、液圧式バケット・シリンダによって移動可能なバケットを有するローダを備えることは公知である。従来の電気液圧（ＥＨ）選択制御弁（ＳＣＶ）を用いてバケット・シリンダを制御し、一方制御弁を電子弁制御装置によって制御することも公知である。バケットの位置および動きの命令は、操作者が操作する制御レバーによって発生する。市販のシステムの中には、レバーの位置を、電子弁制御装置と通信する電子レバー・ユニットによって監視するものもある。例えば、John Deere 7030ト
ラクタでは、レバーおよび電子レバー・ユニットを、トラクタ・キャブ内にある肘掛け上に装着し、比較的低速のシリアル通信データ・リンクを通じて電子レバー・ユニットを遠隔弁制御装置と通信させている。

このようなシステムでは、ＥＨ弁応答のレスポンスは、制御弁位置のサンプル・レート、シリアル・データ・リンクのシリアル伝送レート、および弁制御装置が、ＳＣＶに伝達する弁命令信号を更新する更新レートによって左右される。

通例では、このようなシステムでは、実際のバケットの位置および動きは、シリアル通信データ・リンクが低速であるために、制御レバーの位置および動きとは正確には一致しない。加えて、システムにおける遅延の結果、ＳＣＶの状態が制御レバーと矛盾する場合もあり得る。状況によっては、ローダ・バケットからごみを取り除きたい場合等、操作者は、制御レバーを急速に動かすことによって、強力かつ迅速なＳＣＶ応答を得たい場合がある。レバー位置のＥＨ弁制御装置への伝達レートが遅すぎると、ＳＣＶは通例操作者が望む通りには応答せず、バケットの動きは、ごみを放出する程に急峻にはならない場合もある。最悪の場合には、シリアル通信リンクを通じたレバー位置の伝達は、最大変位位置ではなく、制御レバーがその中心位置付近にあるときに行われる場合もある。その結果、レバー命令信号は実際のレバー位置とは一致せず、希望したバケットの動きは達成されない場合もあり得る。

したがって、本発明の目的は、制御レバーの手動の動きに応答して発生する命令信号をゆっくりと伝達するシステムにおいて、液圧シリンダを強力に延出および後退させるシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、このようなシステムにおいて、命令信号の強度が、レバーのその中心位置からの変位の大きさの関数となるようにした、システムを提供することである。
本発明の更に別の目的は、このようなシステムにおいて、命令信号のタイミングを、レバーを動かす周波数の関数とした、システムを提供することである。

これらおよびその他の目的は、本発明によって達成され、ローダ・バケット・シリンダのような液圧機能を、電気液圧弁ユニットの制御の下で、延出および後退させることができる。操作者可動命令レバーは、延出領域、中央領域、および後退領域に移動可能である。位置センサが、レバー位置信号を発生する。電子レバー命令ユニットは、レバー位置信
号を受け、弁命令信号を発生する。電子弁制御ユニット（ＶＣＵ）は、レバー命令ユニットから離れており、信号送信リンクを通じて命令信号を受ける。電子弁制御ユニットは、弁制御信号に応答して、液圧機能への液圧流体の伝達を制御する。レバーを比較的ゆっくり動かすときには、レバー命令ユニットは、レバー位置信号に比例する命令信号を発生する。レバーを比較的素早く動かすときには、レバー命令ユニットは、レバーの延出および後退領域への最大移動に基づく命令信号を発生する。レバーが最初に中央領域から延出領域または後退領域に動くとき、命令信号の送信は、レバーを延出領域および後退領域間で前後に振動させる周波数に関連する時間遅延だけ、命令信号の送信を遅らせる。

このシステムは、操作者に、改良し一層安定した電気液圧弁に対する制御を提供する。本システムは、低速、即ち、障害であるディジタル通信を克服する。本システムは、操作者がバケットを「揺さぶろう」としているときを検出し、データ・リンクの制約にも拘わらず、この意図を遂行する弁命令信号を発生する。その結果、性能および再現性が著しく向上する。例えば、操作者にローダ・バケットに対してより高度な制御を行わせることによって、操作者は一層正確に積荷を制御することができる。不規則なごみの揺さぶりの代わりに、積荷をより広い面積に一層正確に、そして急激さの制御に合わせて、分散させることができる。

これより、本発明ならびに本発明の更に別の有利な展開および構成について、更に詳細に一例として添付図面を参照しながら記載し説明する。
図１を参照すると、バケット制御システム１０は、車両またはローダ（図示せず）の枠部材１６上に枢着されているブーム（突張棒）１４の端部に枢動状に取り付けられたバケット１２を含む。ブーム１４は、ブーム・シリンダ１８によって枢動し、バケットは、ブームおよびバケットにリンク１１および１３によって接続されているバケット・シリンダ２０によって枢動する。電気液圧ＳＣＶ２２は、シリンダ１８よび２０に向かう流体流およびこれらからの流体流を制御する。電子弁制御ユニット（ＶＣＵ）２８は、ブーム位置センサ３０、バケット位置センサ３２からの信号、ならびに電子レバー・ユニット３４からの弁命令信号に応答して、制御信号をＳＣＶ２２に供給する。

操作者は、制御レバー３６を操作することによって、バケット命令信号を発生する。制御レバー３６は、中心即ち中立位置から「延出」位置範囲および「後退」位置範囲に、バケット・シリンダ２０の延出および後退にそれぞれ対応して動くことができる。レバー位置センサ３８は、レバー位置信号をレバー・ユニット３４に供給する。レバー・ユニット３４は、シリアル・データ通信バスのようなデータ・リンク４０を通じて、レバー命令信号をＶＣＵ２８に供給する。従来の回転式ポテンショメータがセンサ３０、３２および３８として機能することもできる。

レバー・ユニット３４は、２０ミリ秒毎というように、周期的に図２Ａおよび図２Ｂに表したアルゴリズム１００を実行する。このフロー・チャートの、ディジタル・コンピュータまたはマイクロプロセッサにおいて当該フロー・チャートが記述するアルゴリズムを実施するための標準的言語への変換は、当業者には明白であろう。

ステップ１０２において、ユニット３４は、センサ３８が発生する現レバー位置値を読み取り、格納する。ステップ１０４では、ユニット３４のメモリに格納されている参照テーブルから正常所望命令値を判定する。これは、ステップ１０２において読み取ったレバー位置値に比例することが好ましい。

ステップ１０６では、レバー３６がその後退および延出領域間で前後に動く際の動き振動周波数Ｆを求める。これを遂行するには、２つのソフトウェア・タイマ（図示せず）を
用い、各々を延出および後退領域の一方に関連させる。レバー３６が動いて延出または後退領域のいずれかから出ると、ａ）その領域と関連するタイマがリセットされ、ｂ）他方のタイマの値を読み取り、格納する。各タイマは、レバーが当該タイマが関連する領域内にない場合、周期的に減少していく。最終的に、レバー３６が繰り返し動いてこれらの領域間を行ったり来たりすると、ユニット３４はレバーの往復の総サイクル時間を求め格納する。このサイクル時間の逆数が、レバー周波数Ｆである。

ステップ１０８では、レバー周波数Ｆを、１Ｈｚのようなしきい値と比較する。レバー周波数Ｆが１Ｈｚよりも大きくない場合、アルゴリズムはステップ１０８からステップ１１０に向かう。

ステップ１１０では、レバー３６が中央領域、後退領域、または延出領域のどこにあるか判定を行う。レバー３６が延出領域にある場合、アルゴリズムはステップ１１０からステップ１１２に向かい、レバー３６が後退領域にある場合ステップ１１４に向かい、レバー３６が中央領域にある場合ステップ１１６に向かう。

ステップ１１２では、ステップ１０２からの格納してあるレバー位置から、延出領域における最大レバー位置Ｅｍａｘを求め格納する。この位置は、レバー３６が延出領域内に最も深くまで達した場合に対応する。

ステップ１１４では、ステップ１０２からの格納してあるレバー位置から、後退領域における最大レバー位置Ｒｍａｘを求め格納する。この位置は、レバー３６が後退領域内に最も深くまで達した場合に対応する。

ステップ１１６では、レバー３６が前にいたのは後退領域か、中央領域か、または延出領域であったか判定を行う。レバー３６が前に後退領域にあった場合、アルゴリズムはステップ１１６からステップ１１８に進み、レバー３６が前に延出領域にあった場合にはステップ１２０に進み、レバー３６が前に中央領域にあった場合にはステップ１２２に進む。

ステップ１１８では、以下のように、現最大後退領域レバー位置値Ｒｍａｘに倍率Ｃを乗算した値と、格納してある前のＡｍａｘ（ｒ）値との平均として、平均最大後退領域命令値Ａｍａｘ（ｒ）を計算する。
［数１］
Ａｍａｘ（ｒ）＝［Ｒｍａｘ＋（（Ｃ−１）×Ａｍａｘ（ｒ））］÷Ｃ
ここで、倍率Ｃを４の値に設定することが好ましい。

ステップ１２０では、以下のように、現最大延出領域レバー位置値Ｅｍａｘに倍率Ｃを乗算した値と、格納してある前のＡｍａｘ（ｅ）との平均として、平均最大延出領域命令値Ａｍａｘ（ｅ）を計算する。
［数２］
Ａｍａｘ（ｅ）＝［Ｅｍａｘ＋（（Ｃ−１）×Ａｍａｘ（ｅ））］÷Ｃ
ステップ１１２、１１４、１１６または１１８に続いて、ステップ１２２では、通常所望命令（ステップ１０４から）に等しいNEW COMMAND値を設定し、アルゴリズムはステッ
プ１７０に向かう。

このため、レバー３６が比較的ゆっくりと動いている場合、ステップ１１０〜１２２を処理して、レバー３６の位置に本質的に比例する、新たな命令信号NEW COMMANDを発生す
る。

ステップ１０８に戻り、レバー周波数Ｆが１Ｈｚよりも大きい場合、アルゴリズム１０８はステップ１０８からステップ１３０に向かう。
ステップ１３０では、レバー周波数Ｆの関数として、時間遅延値Ｔｄを、Ｔｄ＝（１／Ｆ）／Ｋとして求める。ここで、Ｋは、８というような、経験的に決定した定数である。その結果、レバーが素早く前後に動く程、時間遅延値は小さくなる。Ｔｄは、レバー３６の前後運動期間未満の大きさであることが好ましい。レバー３６が高速で動くとき、Ｋの値が４であると、レバー３６がその最大位置に到達してかなり後に命令信号がＶＣＵ２８に送られることがわかった。Ｋの値を８にすると、レバーの高速および低速双方の動きでも正しく作用することがわかった。

ステップ１３２では、レバー３６が中央領域、後退領域、または延出領域のどこにあるのか判定を行う。レバー３６が延出位置にある場合、アルゴリズムはステップ１３２からステップ１４０に向かい、レバー３６が後退領域にある場合ステップ１５０に向かい、レバー３６が中央領域にある場合ステップ１６０に向かう。

ステップ１４０では、ステップ１０２からの格納してあるレバー位置から、延出領域における最大レバー位置Ｅｍａｘを求め格納する。この位置は、延出領域に最も深くまで達した場合に対応する。

ステップ１４２および１４４では、カウンタ値が、ステップ１３０において計算した時間遅延Ｔｄを表す値に達するまで、送出遅延カウンタを繰り返し増分するように動作する。時間期間Ｔｄが満了すると、アルゴリズムはステップ１４４からステップ１４６に向かい、NEW COMMAND値を、延出領域について前に求めた平均最大命令値Ａｍａｘ（ｅ）に設
定する。ステップ１４６から、制御はステップ１７０に戻る。ステップ１３０および１４２〜１４４の結果、命令信号を送るタイミングは、レバーを動かす周波数の関数となる。

ステップ１３２において、レバー３６が後退領域にあると判定した場合、制御はステップ１５０に進む。
ステップ１５０では、ステップ１０２からの格納してあるレバー位置から、後退領域における最大レバー位置Ｒｍａｘを求め格納する。この位置は、レバー３６が後退領域内に最も深く達した場合に対応する。

ステップ１５２および１５４は、カウンタ値が、ステップ１３０において計算した遅延値Ｔｄを表す値に達するまで、送出遅延カウンタを繰り返し増分するように動作する。時間期間Ｔｄが満了すると、次いで、アルゴリズムはステップ１５４からステップ１５６に向かい、NEW COMMAND値を、退出についての平均最大命令値Ａｍａｘ（ｒ）に等しく設定
する。制御は、ステップ１５６からステップ１７０に戻る。

ステップ１４６および１５６の結果、命令信号の大きさは、レバーのその中心位置からの変位の大きさの関数となる。
ステップ１３２において、レバー３６が中央領域にあると判定した場合、制御はステップ１６０に進む。

ステップ１６０では、NEW COMMAND値を、ステップ１７４の前の動作からのOLD COMMAND値に等しく設定する。
ステップ１６２では、送出時間遅延カウンタ値を０にリセットする。

ステップ１６４では、レバー３６は前に後退、中央、または延出領域の内どこにあったのか判定を行う。レバー３６が前に後退領域にあった場合、アルゴリズムはステップ１６４からステップ１６６に向かい、レバー３６が前に延出領域にあった場合ステップ１６８
に向かい、レバーが前に中央領域にあった場合ステップ１０２に向かう。

ステップ１６６では、ステップ１１８に関して説明したように、平均最大後退領域命令値Ａｍａｘ（ｒ）を再度計算する。
ステップ１６８では、ステップ１２０に関して説明したように、最大延出領域命令値Ａｍａｘ（ｅ）を再度計算する。

ステップ１２２、１６６または１６８に続いて、アルゴリズムはステップ１７０に進む。
ステップ１７０では、命令値が変化した場合（NEW COMMAND≠OLD COMMAND)、かつ命令
値をＶＣＵ２８に前に送信してから５０ミリ秒よりも長い時間が経過した場合、アルゴリズムはステップ１７２に向かい、それ以外の場合ステップ１８０に向かう。ソフトウェア・タイマ即ちカウンタ「送信タイマ」を利用して、前に命令値を送信してからの経過時間を求める。

送信タイマが、命令値をＶＣＵ２８に前に送信してから１秒経過したことを示す場合、アルゴリズムはステップ１８０からステップ１７２に向かい、それ以外の場合ステップ１８２に向かう。

ステップ１７２では、NEW COMMANDをＶＣＵ２８に送り、一方ＶＣＵ２８は弁ユニット
２２にバケット・シリンダ１２を延出または後退させる。
ステップ１７４では、OLD COMMANDをNEW COMMANDに等しく設定する。

ステップ１７６では、送信タイマがステップ１７２の動作以降の経過時間を監視できるように、送信タイマをリセットする。
ステップ１８０または１７６の後、ステップ１８２では、送信タイマを増分し、アルゴリズムはステップ１０２に戻る。

その結果、レバーが比較的ゆっくりと動いている場合、ステップ１１０〜１１２および１７０〜１７２では、レバー３６の位置に本質的に比例する新たな命令信号をＶＣＵ２８に送信するように動作する。

しかしながら、操作者が急激にレバー３６を前後に動かし場合、ステップ１３０〜１７２では、制御ユニット３４に、レバー３６の最大延出および後退位置に基づいた命令信号をＶＣＵ２８に送らせるように動作する。これにより、電子レバー・ユニット３４と遠隔のＶＣＵ２８との間の遅い信号伝送レートにかかわらず、バケット１２が確実に勢いよく振り動かされることになる。命令信号は、操作者が制御レバーを動かしている速さ、およびレバーが中心から動かす遠さの双方の関数となる。命令信号の周波数またはタイミングは、レバーを動かす周波数の関数となり、命令信号の大きさは、レバーのその中心位置からの変位の大きさの関数となる。

このアルゴリズムは、実際のレバー位置に合わせて、最大命令信号を送信しようとする。例えば、操作者がローダのバケットからごみを「振り落とす」ことを望む場合、操作者は急速に制御レバーを作動させる。急速なレバーの運動を検出すると、アルゴリズムは、平均ピーク・レバー位置に基づいて、そしてレバーがそのピーク位置付近にあるときにのみ、弁命令を送信し始める。

ステップ１７０、１８０および１８２では、命令が変化していない場合、１秒間ＶＣＵ２８への新たな命令の送信を行わないように動作する。
ステップ１７０では、命令が変化している場合、５０ミリ秒毎に新たな命令をＶＣＵ２
８に送信するように動作する。

以上、具体的な実施形態に関して本発明の説明を行ったが、多くの代替物、変更物、および変形物も、前述の説明に鑑みれば、当業者には明白であることは理解されよう。したがって、本発明は、添付した特許請求の範囲の精神および範囲に該当する、このような代替物、変更物、および変形物を全て包含することを意図するものとする。

図１は、本発明によるローダ・バケット制御システムの簡略構成図である。 図２は、図２Ａと図２Ｂの組み合わせを示す図。 図２Ａは、図１のレバー制御ユニットが実行するアルゴリズムを示す論理フロー図の一部である。 図２Ｂは、図１のレバー制御ユニットが実行するアルゴリズムを示す論理フロー図の残りの部分である。

Claims (13)

1. 電気液圧弁ユニット（２２）の制御の下で延出および後退可能な液圧機能（２０）と、延出領域、中央領域、および後退領域に移動可能な操作者可動命令レバー（３６）と、レバー位置信号を発生するセンサ（３８）と、前記レバー位置信号を受け、弁命令信号を発生する電子レバー命令ユニット（３４）と、前記レバー命令ユニット（３４）から離れておりこれと通信する電子弁制御ユニット（２８）とを有し、前記弁制御ユニット（２８）が、前記液圧機能（２０）への液圧流体の伝達（例えば供給）を前記弁命令信号に応答して制御するシステムにおいて、弁命令信号の発生方法であって、
   前記レバー（３６）の動き振動周波数（Ｆ）を求めるステップと、
   前記振動周波数（Ｆ）がしきい値よりも大きい場合、前記レバー（３６）が延出領域にあるときには、命令信号、特に、最大レバー位置値から得た最大延出命令を前記弁制御ユニット（２８）に送信し、前記レバー（３６）が後退領域にあるときには、命令信号、特に、最大レバー位置値から得た最大後退命令を前記弁制御ユニット（２８）に送信するステップと、
   を含む、方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記振動周波数（Ｆ）がしきい値よりも大きくない場合、前記レバー（３６）が延出領域にあるときには、現レバー位置から得た延出命令を前記弁制御ユニット（２８）に送信し、前記レバー（３６）が後退領域にあるときには、現レバー位置から得た後退命令を前記弁制御ユニット（２８）に送信する、方法。
3. 請求項１または２記載の方法において、
   前記延出命令は、前記レバー（３６）が延出領域にある場合には、現レバー位置に比例し、前記後退命令は、前記レバー（３６）が後退領域にある場合には、現レバー位置に比例する、方法。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法であって、更に、
   送出時間遅延値を求めるステップと、
   前記送出時間遅延の満了時に、命令を前記弁制御ユニット（２８）に送信するステップと、
   を含む、方法。
5. 請求項４記載の方法において、
   前記送出時間遅延は、前記レバー（３６）の動き振動期間未満の大きさである、方法。
6. 請求項４または５記載の方法であって、更に、
   前記レバー（３６）が延出領域または後退領域にあるとき、送出時間遅延カウンタを周期的に増分するステップと、
   前記レバー（３６）が中央領域にあるとき、前記送出時間遅延カウンタをリセットするステップと、
   を含む、方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法であって、更に、
   前記レバー（３６）が動いて中央領域に入ったとき、前記レバー（３６）が前に後退領域にあった場合には平均最大後退レバー位置値を計算し、前記レバー（３６）が前に延出領域にあった場合には平均最大延出レバー位置値を計算するステップを含む、方法。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法であって、更に、
   新命令が前の命令と異なる場合、かつ前の命令を前記弁制御ユニット（２８）に送信して以来ある時間が経過した場合、新命令を前記弁制御ユニット（２８）に送信するステップを含む、方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法であって、更に、
   前記命令が変化している場合、かつ前の命令を前記弁制御ユニット（２８）に送信して以来ある時間期間未満が経過した場合、前記弁制御ユニット（２８）への命令の送信を禁止するステップを含む、方法。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記平均最大後退レバー位置値Ａｍａｘ（ｒ）は、現最大後退領域レバー位置値Ｒｍａｘに倍率Ｃを乗算した値と、格納してある前のＡｍａｘ（ｒ）値との平均であり、
    前記平均最大延出レバー位置値Ａｍａｘ（ｅ）は、前記現最大延出領域レバー位置値Ｅｍａｘに倍率Ｃを乗算した値と、前記格納してある前のＡｍａｘ（ｅ）値との平均である、方法。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法であって、更に、
    前記レバー（３６）が延出領域を動くとき、レバー延出位置値およびレバー後退位置値を求め格納するステップと、
    前記格納したレバー延出位置値から最大レバー延出値を求めるステップと、
    前記格納したレバー後退位置値から最大レバー後退値を求めるステップと、
    を含む、方法。
12. 電気液圧弁ユニット（２２）の制御の下で延出および後退可能な液圧機能（２０）と、延出領域、中央領域、および後退領域に移動可能な操作者可動命令レバー（３６）と、レバー位置信号を発生するセンサ（３８）と、前記レバー位置信号を受け、弁命令信号を発生する電子レバー命令ユニット（３４）と、前記レバー命令ユニット（３４）から離れておりこれと通信する電子弁制御ユニット（２８）とを有し、前記電子弁制御ユニット（２８）が、前記弁命令信号に応答して前記液圧機能（２０）への液圧流体の伝達を制御するようになったシステムにおける、弁命令信号の発生方法であって、該方法が好ましくは請求項１から１１までのいずれか１項に係り、
    レバー（３６）を比較的ゆっくりと動かすとき、前記レバー位置信号に比例した命令信号を発生するステップと、
    前記レバー（３６）を比較的急激に動かすとき、前記レバー（３６）の延出領域および後退領域への最大移動に基づく命令信号を発生するステップと、
    を含む、方法。
13. 電気液圧弁ユニット（２２）の制御の下で延出および後退可能な液圧機能（２０）と、延出領域、中央領域、および後退領域に移動可能な操作者可動命令レバー（３６）と、レバー位置信号を発生するセンサ（３８）と、前記レバー位置信号を受け、弁命令信号を発生する電子レバー命令ユニット（３４）と、前記レバー命令ユニット（３４）から離れておりこれと通信する電子弁制御ユニット（２８）とを有し、前記電子弁制御ユニット（２８）が、前記弁命令信号に応答して前記液圧機能（２０）への液圧流体の伝達を制御するようになったシステムにおける、弁命令信号の発生方法であって、該方法が好ましくは請求項１から１２までのいずれか１項に係り、
    前記レバー（３６）を動かす周波数（Ｆ）の関数であるタイミングで、命令信号を発生するステップと、
    前記レバー（３６）のその中心位置からの変位の大きさの関数である大きさを有する命令信号を発生するステップと、
    を含む、方法。

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