JP2007247897A - アクチュエータに捕捉された圧力を解放するための機構を有する油圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】 油圧システムに関する。
【解決手段】 非活性なアクチュエータに捕捉された圧力はアクチュエータを次の活性時に望む方向と反対の方向に動かすことができる。本発明の方法は捕捉された圧力状態を検出し、油圧アクチュエータを活性化して動かす前に修復作用をとるものである。油圧アクチュエータに出入りする流量を制御するバルブ間の圧力差が捕捉された圧力状態を検出するために使用される。この検出動作に応答して、選択されたバルブが最初に開き、捕捉された圧力を解放し、所望の方向の動作を発生させる。捕捉された圧力状態の除去後に、１つ又は複数の他のバルブが動作し、油圧アクチュエータの所望の動きを発生させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は機械を動作させるための油圧システムに関し、特に、このような油圧システムに流れる流量を制御するためにバルブを動作させる電子回路に関する。

種々の機械類はバルブアセンブリにより制御されるシリンダ／ピストン構成のような油圧アクチュエータで作動する可動部品を有する。従来、手動動作スプール型油圧バルブはアクチュエータに出入りする流量を制御するために使用された。現在の傾向は電気制御とソレノイド動作型バルブの使用である。この型の制御はポンプからの加圧流体が第１ソレノイド動作型比例ポペットバルブを開くことにより油圧シリンダの一方のチャンバーに加えられ、同時に、第２ソレノイド動作型比例ポペットバルブが開き、他方のシリンダチャンバー内の流体をシステムタンクに還流させる。

これらのバルブが閉じると、即ち、油圧シリンダ内のピストンを動かさない場合、圧力はしばしばシリンダチャンバー内に捕捉され、バルブアセンブリの作用ポート圧力に影響を与える。相当な大きさの捕捉圧力はバルブが油圧アクチュエータを再度活性化するため開くときに好ましくない動きを生じさせる。例えば、捕捉圧力が解放されると、負荷が“垂下”するので、初期の作用ポート圧力を考慮することなく、両バルブが変化する。捕捉作用ポート圧力、供給・戻り圧力、計量モード、及び命令された動作方向に依存して、状態は、小流量が油圧アクチュエータに送られている場合に、ピストンを初期に僅かに間違った方向に動かしてしまう。その結果、油圧アクチュエータにより駆動される機械部材は遷移期間中に振動し、圧力が正常になる。油圧アクチュエータにより駆動される部品のこのような予期しない動きは機械オペレータに配分される。

付随する油圧アクチュエータの次の動作でのこのような予期しない動きになる捕捉圧力の存在はここでは“捕捉圧力状態”と呼ばれる。捕捉圧力状態は流入部及び流出部の相対閉鎖時期、シリンダチャンバーの一方を開き他方を開かないリリーフバルブ、熱効果、並びにバルブ及びシリンダの漏洩により発生する。

従来の手動スプールバルブ類は供給ラインから他の作用ポートへの通路を開く前に、スプールを介して作用ポートからタンクに戻る通路を僅かに開くことにより捕捉圧力の効果を部分的に補償した。しかしながら、これはブートストラップ効果のみを補償する。

現在の電気制御型油圧機能は各シリンダチャンバーを流体供給及び戻りラインに接続するため分離した対のソレノイド動作型バルブを使用している。この構成により、シリンダの標準駆動伸張及び駆動後退が従来のスプールバルブにより提供されるより多くの計量モードの使用を可能にする。具体的に、いくつかの再生モードは米国特許第６，７７５，９７４号に記載されているような異なる組合せの複数のソレノイド動作型バルブを開口することにより得られる。いくつかの計量モードのいずれも、適切な時期の任意の位置での開口状態に依存して使用するための特有のモードで、油圧アクチュエータの同一動作を発生するために使用できる。複数の計量モード間を選択する能力を与えることは捕捉圧力状態による好ましくない効果を緩和するのを大いに困難にする。

したがって、油圧シリンダ内で捕捉された圧力により生じる振動や他の効果を減少させ除去させるため及び機械部材が命令された方向にのみ動くことを確実にするための機構がまだ必要とされる。

本発明を組み込んでいる典型的油圧システムは油圧アクチュエータを加圧流体を含む供給ラインに結合する第１制御バルブと、油圧アクチュエータをタンクに接続された戻りラインに結合する第２制御バルブを有する。追加の制御バルブを所望のアクチュエータの双方向の動きのために設けることもできる。

不活性の油圧アクチュエータ内の捕捉圧力からの好ましくない効果を無効にする方法が油圧アクチュエータの所望の動きを指示する命令の受信時に実施される。第１制御バルブ間に存在する第１圧力差と第２制御バルブ間に存在する第２圧力差が決定される。好ましい実施例において、これらの圧力差は各バルブの反対側の圧力を検出し、検出された圧力間の差を計算することにより決定される。捕捉圧力状態が油圧アクチュエータに存在するかどうかは捕捉圧力状態の活性指示が発生する場合に第１及び第２圧力差の少なくとも１つから確認される。一般的に、所望速度及び計量モードが与えられると、存在する圧力差の定常方向が知られる。したがって、圧力差の方向が計量圧力差と逆であれば、捕捉圧力が存在する。

指示が活性であれば、第１制御バルブと第２制御バルブの一方が開き、捕捉圧力を解放する。どちらのバルブが開くかは油圧アクチュエータを動作させる計量モードにより決定される。その後、第１及び第２バルブの他方が油圧アクチュエータの所望の動作を発生するために開く場合に、捕捉圧力状態がすでに存在しない場合第１及び第２圧力差の少なくとも一方の変化に基いて決定がなされる。したがって、バルブの全開及び油圧アクチュエータの動作は捕捉圧力が油圧アクチュエータの動作のみが所望の方法で生じるレベルに緩和された後のみに生じる。

指示が不活性であり、即ち、捕捉圧力状態が油圧アクチュエータを動作させる場合に存在しない場合、第１制御バルブと第２制御バルブは直ちに開き、油圧アクチュエータの命令動作を発生させる。

捕捉圧力状態の効果を相殺する本発明の方法の変形例が双方向独立メータイン／メータアウト動作を提供するため複動シリンダの各チャンバーに接続された２対のバルブを有する油圧機能のために説明される。捕捉圧力状態の軽減策が標準駆動計量モード、及びいくつかの再生計量モードを含む複数の計量モードのために記載される。

まず図１を参照すると、機械はシリンダ１６又は回転モータのような流体駆動アクチュエータにより機械の種々の部品を動作させる複数の油圧機能を提供する油圧システム１０を有する。例えば、異なる複数の油圧機能は建設事業で使用されるバックホーのブーム、アーム及びバケットの動きを制御する。典型的油圧システム１０はタンク１５からの作動液を引き出し且つ加圧作動液を供給ライン１６に供給するためエンジン又は電気モータ（図示せず）により駆動される容積式ポンプ１２を含んでいる。供給ライン１４はアンローダーバルブ１７によりタンク戻りライン１８に接続され、戻りライン１８はチェックバルブ１９によりシステムタンク１５に接続される。アンローダー及びタンク制御バルブは付随のラインの圧力を制御するために動的に動作する。

供給ライン１４とタンク戻りライン１８は油圧システム１０が配置される機械の複数の油圧機能部に接続される。これらの機能部の１つが詳細に例示され、他の機能部１１は類似のコンポーネントを有する。油圧システム１０は各機能部のためのバルブ及びこれらのバルブを動作させるための制御回路がこの機能のためのアクチュエータの近傍に配置される分散型である。

任意の機能部２０において、供給ライン１４は流入チェックバルブ２９によりタンク戻りライン１８に接続されたノード“ｒ”を有するバルブアセンブリ２５のノード“ｓ”に接続される。バルブアセンブリ２５は第１油圧導管３０によりシリンダ１６のヘッドチャンバー２６に接続された作用ポートノード“ａ”を含み、第２導管３２によりシリンダのロッドチャンバー２７に接続された別の作用ポート“ｂ”を有する。４個の電気油圧パイロット動作型比例バルブ２１、２２、２３及び２４はバルブアセンブリ２５のノード間の作動液流量を制御し、シリンダ１６に出入りする流量を制御する。第１電気油圧比例バルブ２１はノード“ｓ”及び“ａ”間に接続され且つ記号“ｓａ”により示される。第１電気油圧比例バルブ２１は供給ライン１４とヘッドチャンバー２６間の流量を制御する。“ｓｂ”により表示される第２電気油圧比例バルブ２２はノード“ｓ”及び“ｂ”間に接続され、供給ライン１４とシリンダロッドチャンバー２７間の流量を制御する。記号“ａｒ”により表示される第３電気油圧比例バルブ２３はヘッドチャンバー２６と戻りライン１８間の流量を制御するためノード“ａ”及び“ｒ”間に接続される。記号“ｂｒ”で表示されるノード“ｂ”及び“ｒ”間の第４電気油圧比例バルブ２４はロッドチャンバー２７と戻りライン１８間の流量を制御できる。

任意の機能部２０のための油圧コンポーネントはシリンダ１６のヘッド及びロッドチャンバー２６及び２７内の圧力Ｐａ及びＰｂを検出する２個の圧力センサー３６及び３８を含む。他の圧力センサー４０は供給ライン圧力Ｐｓを計測し、圧力センサー４２はバルブアセンブリ２５のノード“ｒ”の戻りライン圧力Ｐｒを検出する。

圧力センサー３６、３８、４０及び４２は４個の電気油圧比例バルブ２１−２４を動作される信号を発生する機能制御装置４４に入力信号を発生する。機能制御装置４４は、後述するように、システム制御装置４６からの他の入力信号を受信するマイクロコンピュータに基づく回路である。機能制御装置４４により実行されるソフトウエアプログラムはシリンダ１６を適切に動作させるため特定の量により４個の電気油圧比例バルブ２１−２４を選択的に開く出力信号を発生することによりこれらの入力信号に応答する。

システム制御装置４６はデータを交換する油圧システム１０の全動作を管理し、従来のメッセージプロトコルを使用して通信リンク５５上で機能制御装置４４で命令する。システム制御装置４６はポンプ１２の流入部の圧力センサー４０と戻りライン圧力センサー５１からの信号を受信する。アンローダーバルブ１７はこれらの圧力信号に応答してシステム制御装置４６により動作する。

図２を参照すると、油圧システム１０の制御機能は制御装置４４及び４６間に分散される。単一機能部２０を考慮すると、この機能のためのジョイスティック４７からの出力信号はシステム制御装置４６に入力される。具体的には、ジョイスティック４７からの出力信号はジョイスティック位置を示す信号を油圧アクチュエータ１６のための所望速度を示す速度命令の形態の動作信号に変換する入力回路５０に入力される。

得られた速度命令は付随の機能部２０のための油圧アクチュエータ１６を制御する電気油圧比例バルブ２１−２４を動作させる機能制御装置４４に送られる。機能部が図１のような油圧シリンダ１６とピストンロッド２８を有すると、作動液がピストンロッド４５をシリンダから伸張させるためにヘッドチャンバー２６に供給されまたはピストンロッド４５を後退させるためにロッドチャンバー２７に供給される。これらの方向の１つにおけるロッドの所望の速度はいくつかの異なる通路内のバルブ２１−２４を流れる流体を計量することにより達成され、計量モードと呼ばれる。

ポンプ１２からの流体がシリンダチャンバー２６又は２７の１つに供給され、他のチャンバーから戻りラインに排出される基本計量モードは“駆動計量モード”または“標準計量モード”、具体的には、標準伸張モード及び標準後退モードと称される。これらの計量モードにおいて、バルブ２１又は２２の一方は供給ライン１４からシリンダ１６の一方のチャンバーに流体を送るために開口し、バルブ２４又は２３の一方は他方のシリンダチャンバーから戻りライン１８に流体を送るために開口される。油圧機能部２０は一方のシリンダチャンバーから排出する流体が伸張中の他方のシリンダチャンバーに供給するためバルブアセンブリ２５を介して戻る再生計量モードで動作する。再生モードにおいて、流体は“高側”と称される供給ラインノード“ｓ”又は“低側”と称される戻りラインノード“ｒ”を介してチャンバー間に流れる。低側後退モードにおいて、より小さいロッドチャンバー２７を満たすために要求される量に比べて、流体のより多い容量がヘッドチャンバー２６から排出されることに留意すべきである。この場合、過剰の流体はタンク１５又は他の機能部１１に継続して流す戻りライン１８に流入する。油圧システムは流体がロッドチャンバー２７から再生的に強制される高側伸張モードで動作すると、より大きなヘッドチャンバー２６を満たすために要求される追加の流体が供給ライン１４から供給される。

使用のための計量モードが付随の油圧機能部のための計量モードセレクタ５４により選択される。計量モードセレクタ５４は現在の動作状態のための最適計量モードを決定するため機能制御装置４４により実行されるソフトウエアアルゴリズムにより実行される。ソフトウエアは特定の機能でシリンダチャンバー圧力Ｐａ及びＰｂ並びに供給及び戻りライン圧力Ｐｓ及びＰｒに応答して計量モードを選択する。一旦選択されると、計量モードはシステム制御装置４６と各機能制御装置４４の他のルーチンに伝達される。計量モードの選択は（ここでは参照のために提示される）米国特許第６，８８０，３３２号に記載されたプロセスを利用できる。
バルブ制御

機能制御装置４４は命令された速度及び要求された作用ポート圧力を達成するためにどのように電気油圧比例バルブ２１−２４を動作させるかを決定するためソフトウエアルーチン５６及び５７を実行する。機能部２０のための油圧回路分岐は選択された計量モードの分岐の等価流量コンダクタンスを表す単一の係数（Ｋｅｑ）により形成される。典型的油圧機能部２０のための回路分岐はシリンダ１６に接続されたバルブアセンブリ２５を含む。等価コンダクタンス係数Ｋｅｑは４個の電気油圧比例バルブ２１−２４の各々に流れる流量及び、もしあれば、各バルブが開く量を特徴付ける各バルブコンダクタンス係数（Ｋｖｓａ，Ｋｖｓｂ，Ｋｖａｒ及びＫｖｂｒ）の組を計算するために使用される。当業者は、これらのコンダクタンス係数の代わりに、反比例流量制限係数が流量を特徴付けるために使用できることを理解するであろう。コンダクタンス係数と制限係数は油圧システムのセクション又はコンポーネントの流量を特徴付け、反比例パラメーターである。したがって、ここでは、コンダクタンス係数及び制限係数をカバーするために、総称“等価流量係数”及び“バルブ流量係数”が使用される。

本発明の制御技術を実行するアルゴリズムを説明するために使用される術語が表１に示される。
表１ 術 語
ａ： シリンダのヘッド側に関連する物品
ｂ： シリンダのロッド側に関連する部品
Ｋｖｓａ：供給ラインとノードａ間のバルブｓａのコンダクタンス係数
Ｋｖｓｂ：供給ラインとノードｂ間のバルブｓｂのコンダクタンス係数
Ｋｖａｒ：ノードａと戻りライン間のバルブａｒのコンダクタンス係数
Ｋｖｂｒ：ノードｂと戻りライン間のバルブｂｒのコンダクタンス係数
Ｋｅｑ： 等価コンダクタンス係数
Ｐａ： シリンダヘッドチャンバー圧力
Ｐｂ： シリンダロッドチャンバー圧力
Ｐｓ： 供給ライン圧力
Ｐｒ： 戻りライン圧力
ｘ： （伸張方向に正の）ピストンの命令速度

等価コンダクタンス係数（Ｋｅｑ）と各電気油圧比例バルブ２１−２４の各バルブコンダクタンス係数（Ｋｖｓａ，Ｋｖｓｂ，Ｋｖａｒ及びＫｖｂｒ）の数学的導出は（ここでは参照のために提示された）米国特許第６，７７５，９７４号に詳細に記載されている。コンダクタンス係数の導出は油圧機能部２０のために選択された計量モードに依存する。具体的には、等価コンダクタンス係数（Ｋｅｑ）はソフトウエアルーチン５６を実行する機能制御装置４４により得られる。等価コンダクタンス係数はバルブコンダクタンス係数Ｋｖｓａ，Ｋｖｓｂ，Ｋｖａｒ及びＫｖｂｒの値の初期の組を計算するため計量モード及び検出圧力と共にバルブ係数ルーチン５７により使用される。

前述の米国特許に記載されたシステムで実施されたようにバルブを動作するため初期の組のバルブコンダクタンス係数を採用する代わりに、本発明のバルブ係数ルーチン５７は捕捉圧力状態が存在するかどうかを決定し、もしそうであれば、必要に応じて、バルブコンダクタンス係数を調整するので、バルブ類は初めに捕捉圧力を緩和するように動作する。捕捉圧力状態が存在しなくなると、初期の組のバルブコンダクタンス係数が制御バルブ２１−２４を動作させるために直接使用される。

バルブ係数ルーチン５７は図３の状態図により描かれた状態機械として実施される。各状態で、機能制御装置４４は図４のフローチャート７０に示されるような一連の工程を実行する。プロセスは、新しい組の初期バルブコンダクタンス係数が工程７２で計算される場合、速度命令が変化したかどうかを決定することにより開始する。

生じるピストンロッド５４の所望の動作のために、任意の計量モードはバルブアセンブリ２５内の特定の通路内に流れる流量を要求し、生じる流量のため、流体源は流体の受容体の圧力以上の圧力を保持しなければならない。この圧力関係は開口すべき各バルブ間の正の圧力差として規定される。圧力差はバルブアセンブリ２５のノード“ａ”に接続されたアクティブバルブをΔ Ｐａ、ノードｂに接続されたアクティブバルブをΔＰｂとして示される。もしシリンダ内の捕捉圧力で生じるように圧力差が負であれば、流体は所望の動きを発生するために要求される方向と反対の方向に付随バルブを介して流れる。

したがって、工程７４で、センサー３６、３８、４０及び４２により計測されるバルブアセンブリ２５内のノード“ａ”，“ｂ”，“ｓ”及び“ｒ”の圧力は機能制御装置４４により読み取られる。適切な圧力差はバルブアセンブリの検出圧力を使用して工程７５で計算される。選択された計量モードの圧力差は以下の方程式で与えられる。
低側伸張 ΔＰａ＝Ｐｒ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｒ
標準伸張 ΔＰａ＝Ｐｓ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｒ
高側伸張 ΔＰａ＝Ｐｓ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｓ
低側後退 ΔＰａ＝Ｐａ−Ｐｒ ΔＰｂ＝Ｐｒ−Ｐｂ
標準後退 ΔＰａ＝Ｐａ−Ｐｒ ΔＰｂ＝Ｐｓ−Ｐｂ

バルブ係数ルーチン５７は捕捉圧力が存在するかどうか及び状態を緩和するためバルブコンダクタンス係数をどのように調整するかを決定するため２つの圧力差と速度命令を利用する。図３の状態図を参照すると、所定の状態が他の状態への遷移に存在するかどうかは現在の活性状態で決定される。オペレータが油圧機能部２０の動作を命令していない場合に状態０の動作が生じ、初期の組のバルブコンダクタンス係数（Ｋｖｓａ，Ｋｖｓｂ，Ｋｖａｒ及びＫｖｂｒ）は調整を要求しない。この工程で、フローチャート７０の工程７６はバルブ係数ルーチン５７により工程７８で図２の信号変換器５８に出力される初期のバルブコンダクタンス係数を変更しない。

動作がジョイスティック４７の動作により命令されると、バルブ係数ルーチン５７は速度命令及び選択された計量モードに基いて計算された２つの圧力差ΔＰａ及びΔＰｂを分析する。この評価の結果に依存して、図３のダイアグラムにより示された状態０から他の６の状態への遷移が生じる。速度命令が図１の矢印で示されるように伸張するピストンロッドとして任意に規定された正の方向への動きを指定すると、バルブ係数ルーチン５７は図３の状態図の下半分の状態１、２又は３で動作する。代案として、負の命令動作、即ち、ピストンロッド後退、は状態図の上半分の状態４、５又は６の動作になる。

状態０から状態１への遷移はもし速度命令がゼロ以上（即ち、正の動作）であり、緩和された捕捉圧力を要求する速度しきい値以下であれば生じる。理解すべきは、もしオペレータが比較的高い速度を命令すれば、バルブは動きが急速に所望の方向に生ずる大角度で開き、逆の動きが命令された動きに比べて非常に小さいので、捕捉圧力を軽減するための要求を減少させることである。したがって、バルブ係数ルーチン５７は命令された速度がＶＥＬＯＣＩＴＹ_{ＭＩＮＴＰ}で示される所定の速度しきい値以下である場合にバルブコンダクタンス係数を調整する。さらに、状態０から状態１への遷移は圧力差ΔＰａがゼロ以下であり、圧力差ΔＰｂがゼロ以上か等しいことを要求する。

状態１の期間中、バルブコンダクタンス係数は、各表のセルでの異なる組の調整要素を有する２つの次元表である、図５の論理表Ａで規定される工程７６で調整される。任意の状態を利用するための特定のセルの選択は論理表Ａの列を選択する２つの圧力差の値に基いて及び表の行を選択する活性計量モードに基いて決定される。列と行の交差点のセルはバルブコンダクタンス調整の定義を与える。状態１において、ΔＰａはゼロ以下であり、ΔＰｂは論理表Ａの上部列のセルが利用されることを示すゼロ以上か又はに等しい。さらに、例えば、低側伸張計量モードがアクティブであり、バルブ２１、２３及び２４が開くので、流体は、追加の流体が供給ライン１４から供給される状態で、ロッドチャンバーからヘッドチャンバーに送られることを仮定してみる。この状態で、論理表Ａの上部左側セル６０内の係数値が利用される。これはゼロに調整されるバルブコンダクタンス係数Ｋｖｓａ及びＫｖａｒ並びに工程７６で初期値に保たれたバルブコンダクタンス係数Ｋｖｓｂ及びＫｖｂｒのための初期非ゼロ値になる。この時点で、Ｋｖｓｂの初期値はゼロであることに留意すべきである。

調整された組のバルブコンダクタンス係数は、工程７８で、各バルブの係数をバルブを所望量に開くために加えられるべき電流レベルを示す信号に変換する信号変換器５８に入力される。バルブドライバ５９は付随のバルブ２１−２４に加えられる電流レベルを発生する。本例において、調整された組のバルブコンダクタンス係数はバルブコンダクタンス係数Ｋｖｂｒのみが非ゼロ値を有するように開く第４電気油圧比例バルブ２４になる。このバルブの開口でシリンダ１６のロッドチャンバー２７をノード“ｒ”に接続し、それによりロッドチャンバー内の流体を戻りライン１８に排出させる。結果として、ピストン２８はヘッドチャンバー２６内の捕捉圧力により図１の上方向に動かし、動作が増加すると、ヘッドチャンバーのサイズが内部の捕捉圧力を減少させる。ロッドチャンバーの流体がノード“ｒ”に解放されるので、ノードの圧力が増加する。同時に、ヘッドチャンバーに接続されたノード“ａ”の圧力が減少する。最終的に、ノード“ａ”及び“ｒ”の圧力が捕捉圧力状態が除去された時点で均等になる。

図５の論理表Ａのセルに指定されるようにバルブコンダクタンス係数を調整することにより、油圧シリンダ１６内の捕捉圧力は動作を命令する初期で解放される。これにより捕捉圧力がオペレータにより指定された方向と反対方向の動作を発生するのを防止する。

捕捉圧力状態が存在しなくなると、遷移が他の状態、本例では、状態２に生じ、非調整のバルブコンダクタンス係数（Ｋｖｓａ，Ｋｖｓｂ，Ｋｖａｒ及びＫｖｂｒ）が、後述されるように、電気油圧比例バルブ２１−２４を動作させるために採用される。いくつかの状態において、非調整のバルブコンダクタンス係数の変更は閉状態の任意のバルブから速度の不連続を発生させ、その後に開く。この不連続動作は機械の動作に悪影響を与えないが、機械のオペレータを不安にさせる。その解決法は閉鎖されるバルブに小流量を与え、捕捉圧力を解放されることである。例えば、この流量レベルは任意のバルブの調整されたバルブコンダクタンス係数を全開位置の係数の０．０５パーセントに相当する一定の値に設定することにより達成される。この予備係数値はＫｖ_ｐｒｅで示される。得られた流量は速度の不連続を発生させることなく続いて開口するためバルブを予め調整する主ポペットバルブを開くことなしに、電気油圧比例バルブ２１、２２、２３又は２４のパイロットバルブ部を動作させる。

速度不連続が関心事である油圧システムにおいて、図６の論理表Ｂが図５の論理表の代わりに使用できる。この代案論理表Ｂで、バルブ係数ルーチン５７が状態１であり、低側伸張計量モードが選択されると、バルブコンダクタンス係数は上部左側セル８２に規定されるように調整される。ここで、バルブコンダクタンス係数Ｋｖｓａはその初期値又は予備係数値Ｋｖ_ｐｒｅの最小値に設定される。したがって、バルブコンダクタンス係数Ｋｖｓａはより小さいパイロットバルブ動作、予備値Ｋｖ_ｐｒｅ、又は予め決定された初期値コンダクタンス係数を与えるどれかに設定される。同時に、バルブコンダクタンス係数Ｋｖａｒは初期バルブ係数値の最大値又はより大きい値又は予備係数値Ｋｖ_ｐｒｅの負に等しく設定される。低側伸張再生計量モードにおいて、流体は第３電気油圧比例バルブ２３（“ｂｒ”）を介して戻りラインノード“ｒ”から正規の流れの逆方向であり負のバルブ係数により示される作用ポートノード“ａ”に流れる。バルブコンダクタンス係数Ｋｖｓｂはゼロに維持され、バルブコンダクタンス係数Ｋｖｂｒはその初期値のままである。

図３及び図５を再度参照すると、代案として、標準伸張計量モードが状態１で選択されると、流入チェックバルブ２９がバルブアセンブリ２５と供給ライン１４間にあるかどうかに依存して、わずかに異なるバルブコンダクタンス係数発生プロセスが実施される。このようなチェックバルブは流体がバルブ２１又は２２を介して供給ラインに逆流するのを防止する。結果として、ある計量モードにおいて第１及び第２電気油圧比例バルブ２１又は２２の制御はバルブ係数ルーチン５７により調整する必要がなく、付随のバルブコンダクタンス係数はそれらの初期値に設定される。Ｋｖａｒ及びＫｖｓｂが標準伸張モードにおいてゼロであることに留意すべきである。しかしながら、もし装置が流入チェックバルブ２９を利用しなければ、状態１での標準伸張モードのバルブコンダクタンス係数は表のセルの下部に示される様に調整される。具体的に、表Ａにおいて、バルブコンダクタンス係数Ｋｖｓａは状態１でゼロに設定される。表Ｂ（図６）の対応するセルにおいて、Ｋｖｓａが予備係数値Ｋｖ_ｐｒｅの最小値又は最初に導出された値Ｋｖｓａのどちらか小さい方に設定される。

類似の調整値は状態１及び３で使用のための高側伸張計量モード用の及び負の方向に動きが命令されると状態４及び６での使用のための低側後退及び標準後退計量モード用の、図５の論理表Ａに、示される。これに対して、表６の論理表Ｂの他のセルは正規の制御が捕捉圧力の次の解放を開始する場合にバルブの速度不連続動作を除去するバルブコンダクタンス係数を調整する。

再度図３を参照すると、もしオペレータが油圧機能部２０の動作を停止するためにジョイスティック４７を放し、その間バルブ係数ルーチン５７が状態１にあると、速度命令はゼロになり遷移を状態０に戻す。代案として、もし状態１で、速度命令が捕捉圧力速度しきい値（ＶＥＬＯＣＩＴＹ_{ＭＩＮＴＰ}）より大きい値に等しくなると、圧力差ΔＰａの事前の負の値が正になると、遷移が捕捉圧力の効果の補償が要求されないような状態２になる。状態２への遷移後、バルブ係数ルーチン５７による初期の処理段階で発生した初期バルブコンダクタンス係数は油圧機能部２０のバルブ２１−２４の活性化に使用するための図２の信号変換器５８に直接送られる。

状態２への遷移は、速度命令が捕捉圧力しきい値（ＶＥＬＯＣＩＴＹ_{ＭＩＮＴＰ}）に少なくとも等しいまたはゼロ以上である場合、状態０から直接生じ、両圧力差は正になる。どちらの場合も、捕捉圧力の効果の補償が要求されず、初期バルブコンダクタンス係数が調整されない。バルブ係数ルーチン５７は入力回路５０からの速度命令が正でなく、即ち、油圧機能の動作が停止又は方向を逆転するまで状態２に留まる。

遷移は速度命令がゼロ以上であるが捕捉圧力速度しきい値（ＶＥＬＯＣＩＴＹ_{ＭＩＮＴＰ}）以下である状態で状態０から状態３に生じ、圧力差ΔＰａは圧力差ΔＰｂがゼロ以下であると負ではない。バルブ係数ルーチン５７が状態３にある間に、バルブコンダクタンス係数は図５及び図６に論理表Ａ又はＢにより規定されるように調整される。この時点で、ΔＰａがゼロ以上又はに等しく及びΔＰｂがゼロ以下であるので、論理表の係数値の下部列が選択される。利用される下部列の特定のセルが選択された計量モードに基いて決定される。各セル内の方程式は任意のバルブコンダクタンス係数が調整されるか、もしそうであれば、状態１に対して前述の調整と類似の方法で特定される。

もし速度命令が状態３においてゼロになると、遷移が状態０に戻る。代案として、もし速度命令が捕捉圧力速度しきい値（ＶＥＬＯＣＩＴＹ_{ＭＩＮＴＰ}）以上又はに等しく又は事前の負の圧力差ΔＰｂが正であれば、遷移が状態３から状態２になる。前述したように、バルブコンダクタンス係数の初期値は状態２へのバルブ２１−２４を動作させるために利用される。

速度命令が負の方向の動作、即ち、ピストンロッド後退を指示すると、バルブ係数ルーチン５７は図３の状態図の上部半分で状態４、５及び６で動作する。これらの３つの上部状態の動作は速度命令の大きさと２つの圧力差ΔＰａ及びΔＰｂに基いて生じる遷移を有する下部状態に対して記載された動作と類似している。具体的に、状態０から状態４への遷移は速度が負になり、最小捕捉圧力しきい値より大きい場合、即ち、ＶＥＬＯＣＩＴＹ_{ＭＩＮＴＰ}の負の値より負である場合に生じる。さらに、圧力差ΔＰａはゼロ以下でなければならず、ΔＰｂはゼロ以上又はに等しくなければならない。状態４で動作中、バルブコンダクタンス係数は、どの計量モードが選択されたかに依存する論理表の係数値の上部列にしたがって、調整される。

もし速度命令が状態４においてゼロになると、遷移は状態０に戻る。代案として、速度命令が負の捕捉圧力速度しきい値（−ＶＥＬＯＣＩＴＹ_{ＭＩＮＴＰ}）より充分に大きい（より負である）ので、又は事前の負の圧力差ΔＰａが現在において正であるので、もし捕捉圧力補償が要求されなければ、遷移は状態５に生じる。

状態５の遷移は速度命令が最小捕捉圧力以下又はに等しいか、ゼロ以下であり、２つの圧力差ΔＰａ及びΔＰｂが正である場合、状態０から直接生じる。後者の状態は捕捉圧力が重要でない場合に生じる。したがって、状態５において、バルブコンダクタンス係数（Ｋｖｓａ，Ｋｖｓｂ，Ｋｖａｒ及びＫｖｂｒ）の初期導出値はバルブを制御するため直接不変でかつ利用状態になる。動作が停止する（速度命令をゼロに均等化する）場合又は動作が反対方向に（速度命令がゼロ以上である）場合に、遷移が状態５から状態０に生じる。

バルブ係数ルーチン５７の状態６の動作は状態０からの遷移で生じる。これは速度命令がゼロ以下であり、負の捕捉圧力しきい値（−ＶＥＬＯＣＩＴＹ_{ＭＩＮＴＰ}）以上である場合に生じ、その間、ΔＰａがゼロ以上又はに等しく、ΔＰｂがゼロ以下である。状態６において、バルブコンダクタンス係数は活性である特定の計量モードに基いて選択された特定のセルを有する論理表のセルの下列にしたがって調整される。油圧機能部の動作が停止し、即ち、速度命令がゼロに等しい場合、遷移は状態６から状態０に戻る。代案として、速度命令が負の最小捕捉圧力速度以下又はに等しい場合、又は事前の負の差圧ΔＰｂが正になる場合に、遷移が状態６から状態５に生じる。これらの状態の第１状態において、命令速度は捕捉圧力の効果に打勝つのに充分に大きく、その間に、第２状態において、捕捉圧力は解放されている。

バルブ係数ルーチン５７は命令された方向の動きに悪影響を与える油圧シリンダ１６内の捕捉圧力の存在を認識する。この認識に応答して、バルブコンダクタンス係数は捕捉圧力を解放するため初期のシリンダ動作で調整される。そうすることにより、捕捉圧力はオペレータにより命令された方向と逆方向の動作を発生させない。

上記記載は主に本発明の好ましい実施例に向けられた。本発明の範囲内の種々の代案が注目されたが、当業者が本発明の実施例の開示から明らかである追加の代案を実現するであろうことが予期される。例えば、本発明の補償技術はシリンダ・ピストンアクチュエータ及び他のバルブアセンブリ以外に他の型の油圧アクチュエータで利用できる。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲から決定されるべきであり、上記開示により制限されるものでない。

図１は複数の油圧機能を有する典型的な油圧システムを示す概略図である。 図２は油圧機能の１つのための制御図である。 図３は油圧機能の各制御バルブのためのコンダクタンス係数を決定するプロセスを示す状態図である。 図４は図３の各状態で生じる処理工程のフロー図である。 図５は図３の状態図のいくつかの状態のためのコンダクタンス係数を規定する表である。 図６は図３の状態図のいくつかの状態のための他のコンダクタンス係数を規定する表である。

符号の説明

１０ 油圧システム
１２ ポンプ
１４ 供給ライン
１５ タンク
１６ シリンダ
１７ アンローダーバルブ
１８ タンク戻りライン
１９ チェックバルブ
２０ 機能
２１、２２、２３、２４ 比例バルブ
２５ バルブアセンブリ
２６ ヘッドチャンバー
２７ ロッドチャンバー
２８ ピストン
３０、３２ 導管
３６、３８、４０、４２ 圧力センサー
４４ 機能制御装置
４５ ピストンロッド
４６ システム制御装置
４７ ジョイスティック
５０ 入力回路
５５ 通信リンク
５４ 計量モードセレクタ
５６、５７ ソフトウエアルーチン
５８ 信号変換器
７０ フローチャート

Claims (25)

1. 油圧アクチュエータを加圧流体を含む供給ラインに接続する第１制御バルブと、前記油圧アクチュエータをタンクに接続された戻りラインに接続する第２制御バルブを有する油圧システムにおいて、
   前記油圧アクチュエータの所望の動作を指示する命令を受信する工程と；
   前記第１制御バルブ間に存在する第１圧力差を決定する工程と；
   前記第２制御バルブ間に存在する第２圧力差を決定する工程と；
   活性指示が発生する場合の前記油圧アクチュエータに捕捉圧力状態が存在するかどうかを前記第１圧力差と前記第２圧力差の少なくとも１つから確認する工程と；
   を具備し、前記指示が活性である場合、
   （ａ）前記捕捉圧力を解放するため、前記第１制御バルブと前記第２バルブの一つを開く工程と；
   （ｂ）前記補足された圧力状態が存在しない場合、前記第１圧力差と前記第２圧力差の少なくとも１つの変化から決定し、その後、前記油圧アクチュエータの所望の動作を発生させるため前記第１制御バルブと前記第２制御バルブの他方を開く工程と；
   前記指示が非活性である場合、前記油圧アクチュエータの所望の動作を発生するため前記第１制御バルブと前記第２制御バルブの２つを開く工程と；
   を具備することを特徴とする方法。
2. 第１圧力差を決定する工程が、
   前記第１制御バルブの一方の第１圧力を検出する工程と；
   前記第１制御バルブの他方の第２圧力を検出する工程と；
   前記第１圧力と前記第２圧力間の差を計算する工程と；
   を具備することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 捕捉圧力状態の存在が前記第１圧力差の演算符号に基いて確認されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 第２圧力差を決定する工程が、
   前記第２制御バルブの一方の第１圧力を検出する工程と；
   前記第２制御バルブの他方の第２圧力を検出する工程と；
   前記第１圧力と前記第２圧力間の差を計算する工程と；
   を具備することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 捕捉圧力状態の存在が前記第２圧力差の演算符号に基いて確認させることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記第１圧力差と前記第２圧力差の少なくとも一方の変化が各圧力差の演算符号の変化を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 活性指示を発生する工程は前記命令が所定のしきい値より大きい所望の動作を指示することを要求することを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記第１制御バルブと前記第２制御バルブの他方が電気的に動作し、且つ、前記捕捉圧力を解放するため前記第１制御バルブと前記第２制御バルブの一方を開口している間に、次の開口のため前記第１制御バルブと前記第２制御バルブの他方を予め調整する電流を流す工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 油圧アクチュエータの第１ポートを加圧流体を含む供給ラインに接続された第１ノードに結合する第１電気油圧バルブと、前記油圧アクチュエータの第２ポートを前記第１ノードに結合する第２電気油圧バルブと、前記第１ポートをタンクに接続された戻りラインに接続された第２ノードに結合する第３電気油圧バルブと、前記第２ポートを前記第２ノードに結合する第４電気油圧バルブとを有する油圧システムにおいて、
   前記油圧アクチュエータの所望の動作を指示する命令を受信する工程と
   前記命令に応答して、前記第１、第２、第３及び第４電気油圧バルブの何れかを開くために選択し、第１選択バルブと第２選択バルブを開くために指示する工程と；
   前記第１選択バルブ間に存在する第１圧力差を決定する工程と；
   前記第２選択バルブ間に存在する第２圧力差を決定する工程と；
   前記油圧アクチュエータの動作を発生するため流体を前記油圧アクチュエータに流す前に、捕捉圧力を逃がすために前記第１選択バルブと前記第２選択バルブの一方を開口する工程と；
   捕捉圧力状態が前記油圧アクチュエータに存在するかどうかを前記第１圧力差と前記第２圧力差の少なくとも一方で確認する工程と；
   捕捉圧力状態が存在しない場合、前記油圧アクチュエータの所望の動作を発生するため前記第１選択バルブと前記第２選択バルブの２つを開口する工程と；
   を具備することを特徴とする方法。
10. 前記捕捉圧力を解放するため前記第１選択バルブと前記第２選択バルブの一方を開口する工程は捕捉圧力状態が存在を確認される場合のみ実行されることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記第１電気油圧バルブ、前記第２電気油圧バルブ、前記第３電気油圧バルブ及び前記第４電気油圧バルブが比例バルブであることを特徴とする請求項９記載の方法。
12. 前記第１、第２、第３及び第４電気油圧バルブのどれかを開くために選択する工程が標準伸張モード、標準後退モード、低側伸張モード、高側伸張モード及び低側後退モード間から計量モードを選択する工程からなることを特徴とする請求項９記載の方法。
13. 前記第１、第２、第３及び第４電気油圧バルブのどれかを開くために選択する工程が選択された計量モードに応答して決定されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記第１圧力差ΔＰａと前記第２圧力差ΔＰｂが下記の表で与えられる前記選択された計測モードの方程式により決定されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
    低側伸張 ΔＰａ＝Ｐｒ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｒ
    標準伸張 ΔＰａ＝Ｐｓ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｒ
    高側伸張 ΔＰａ＝Ｐｓ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｓ
    標準後退 ΔＰａ＝Ｐａ−Ｐｒ ΔＰｂ＝Ｐｓ−Ｐｂ
    低側後退 ΔＰａ＝Ｐａ−Ｐｒ ΔＰｂ＝Ｐｒ−Ｐｂ
    （ここで、Ｐｓは第１ノードの圧力であり、Ｐｒは第２ノードの圧力であり、Ｐａは油圧アクチュエータの第１ポートの圧力であり、Ｐｂは油圧アクチュエータの第２ポートの圧力である。）
15. 捕捉圧力状態の存在が第１圧力差ΔＰａの演算符号に基いて確認されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 捕捉圧力状態の存在が第２圧力差の演算符号に基いて確認されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
17. 前記捕捉圧力を解放するため前記第１選択バルブと前記第２選択バルブの一方を開口する工程は前記命令が所定のしきい値量より大きい所望の動作を指示することを要求することを特徴とする請求項１４記載の方法。
18. 捕捉圧力状態が存在すると、捕捉圧力状態が存在しない時点で開口するための前記第１選択バルブと前記第２選択バルブの他方を用意するために電流が加えられることを特徴とする請求項１４記載の方法。
19. 加圧流体を含む供給ラインに接続された第１ノードに油圧アクチュエータの第１ポートに結合する第１電気油圧比例バルブと、第１ノードに油圧アクチュエータの第２ポートを結合する第２電気油圧比例バルブと、タンクに接続された戻りラインに接続された第２ノードに前記第１ポートを結合する第３電気油圧比例バルブと、前記第２ノードに前記第２ポートを結合する第４電気油圧比例バルブを有する油圧システムにおいて、
    第１ポートの第１圧力Ｐａを決定する工程と；
    第２ポートの第２圧力Ｐｂを決定する工程と；
    第１ノードの第３圧力Ｐｓを決定する工程と；
    第２ノードの第４圧力Ｐｒを決定する工程と；
    油圧アクチュエータが動作する所望速度を指示する命令を受信する工程と；
    前記命令、前記第１圧力及び前記第２圧力に応答して、前記第１、第２、第３及び第４電気油圧比例バルブの各々のバルブ流量係数を導く工程と；
    前記第１ポートと前記第１ノード及び前記第２ノードの一方との間に存在する第１圧力差を決定する工程と；
    前記第２ポートと前記第１ノード及び前記第２ノードの他方との間に存在する第２圧力差を決定する工程と；
    捕捉圧力状態が前記油圧アクチュエータにある場合を、前記第１圧力差と前記第２圧力差から確認する工程と；
    捕捉圧力状態がある場合、
    （ａ）調整されたバルブ流量係数を発生するため前記バルブ流量係数を調整する工程と、
    （ｂ）前記捕捉圧力状態を緩和する前記調整されたバルブ流量係数に応答して前記第１、第２、第３及び第４電気油圧比例バルブを制御する工程と；
    捕捉圧力状態がない場合、前記油圧アクチュエータを所望の速度で動かすため前記バルブ流量係数に応答して前記第１、第２、第３及び第４電気油圧比例バルブを制御する工程と；
    を有することを特徴とする方法。
20. 前記第１、第２、第３及び第４電気油圧比例バルブの各々のバルブ流量係数を導出する工程が前記第３圧力及び前記第４圧力に応答することを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. バルブ流量係数を導出する工程が標準伸張モード、標準後退モード、低側伸張モード、高側伸張モード及び低側後退モードから計量モードを選択する工程からなることを特徴とする請求項１９記載の方法。
22. 前記第１圧力差ΔＰａと前記第２圧力差ΔＰｂが下記の表の前記選択された計量モードの方程式で決定されることを特徴とする請求項２１記載の方法。
    低側伸張 ΔＰａ＝Ｐｒ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｒ
    標準伸張 ΔＰａ＝Ｐｓ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｒ
    高側伸張 ΔＰａ＝Ｐｓ−Ｐａ ΔＰｂ＝Ｐｂ−Ｐｓ
    標準後退 ΔＰａ＝Ｐａ−Ｐｒ ΔＰｂ＝Ｐｓ−Ｐｂ
    低側後退 ΔＰａ＝Ｐａ−Ｐｒ ΔＰｂ＝Ｐｒ−Ｐｂ
    （ここで、Ｐｓは第１ノードの圧力であり、Ｐｒは第２ノードの圧力であり、Ｐａは油圧アクチュエータの第１ポートの圧力であり、Ｐｂは油圧アクチュエータの第２ポートの圧力である。）
23. 捕捉圧力状態の存在が前記第１圧力差ΔＰａの演算符号に応答して確認されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
24. 捕捉圧力状態の存在が前記第１圧力差ΔＰｂの演算符号に応答して確認されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
25. 捕捉圧力の存在を確認する工程は前記命令が所定のしきい値速度以上の所望の速度を指示することを要求することを特徴とする請求項１９記載の方法。

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