JP2008545935A - Ｉｍｖ走行制御装置を有する油圧システム - Google Patents

Abstract

作業機械（１０）用の油圧制御システム（２４）が開示される。油圧制御システムは、加圧流体源（２６）と、第１のチャンバおよび第２のチャンバ（５８、５６）を有する少なくとも１つのアクチュエータ（２０）とを有する。油圧制御システムはまた、流体源と第１のチャンバとの間に配置された第１の独立計量弁（３６）、およびリザーバと第２のチャンバとの間に配置された第２の独立計量弁（３４）を有する。第１および第２の独立計量弁のそれぞれは、少なくとも１つのアクチュエータの移動を促進するために流通遮断位置と流通位置との間で可動な弁体を有する。さらに、油圧制御システムは、アキュムレータ（４０）、および流体源と第１の独立計量弁との間に配置された第３の独立計量弁（４２）を有する。第３の独立計量弁は、アキュムレータを第１のチャンバに選択的に連通させて少なくとも１つのアクチュエータの移動を緩衝するように構成される。

Description

本開示は、一般に、油圧システム、より詳しくは、ＩＭＶ走行制御装置（Ｒｉｄｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を有する油圧システムに関する。

例えば、ブルドーザ、ローダ、掘削機、モータグレーダ、および他のタイプの重機械等の作業機械では、負荷を操作するために、作業器具に結合されている油圧アクチュエータが使用される。このような作業機械は、一般に、緩衝システムを含まず、したがって、平坦でないまたは凸凹の地面に当たると、縦揺れするか、跳躍前進するか、または跳ね上がる可能性がある。作業器具の大きな慣性およびそれに関連する負荷は、これらの動きを激しくする傾向があり、この結果、作業機械の摩耗が大きくなり、また操作者の不快感が増す。

作業器具が原因となる動きの大きさおよびそれに関連する負荷を低減する１つの方法は、１９９８年３月３１日にパーマー（Ｐａｌｍｅｒ）らに交付された（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、制御レバーの移動に応じて油圧アクチュエータを移動させるように接続された３ウェイソレノイド作動式方向制御弁を有する走行制御システムと、走行制御装置とを有する作業機械を記載している。走行制御装置は、油圧アクチュエータとアキュムレータとに関連付けられた弁機構を含む。弁機構は第１の弁と第２の弁とを含む。第１の弁は、油圧アクチュエータからアキュムレータへのまたはリザーバへの流体の流れを選択的に制御するように可動である。第２の弁は、第１の弁を移動させるように制御され、これによって走行制御が行われる。第１の弁が流体を油圧アクチュエータからアキュムレータに連通させるように移動された場合、油圧アクチュエータに接続された作業器具の移動は、油圧アクチュエータとアキュムレータとの間の流れによって緩衝される。したがって、作業器具に関連する負荷の力が、作業機械のフレームに伝達して、作業機械のフレームに、それに続いて、作業機械のホイールに衝撃を発生させ、これにより、作業機械が跳躍前進するかまたは跳ね上がることが防止される。

（特許文献１）の走行制御システムは、作業機械のいくつかの望ましくない移動を低減し得るが、（特許文献１）の走行制御システムは、複雑であり、高価であり、また精度および応答性が不十分であることがある。特に、（特許文献１）は、油圧アクチュエータを作動させるためにまた走行制御を行うために、異なるタイプの弁を使用するので、システムは、制御が複雑になり、また製造および保守に費用がかかる場合がある。さらに、方向制御弁は、油圧アクチュエータに関連する充填機能および排出機能の両方を制御する３位置弁であるので、方向制御弁は、費用がかかり、また正確な調整が困難であることがある。

米国特許第５，７３３，０９５号明細書

開示される油圧システムは、上記課題の１つ以上を克服することに向けられる。

一形態では、本開示は、作業機械用の油圧制御システムに関する。油圧制御システムは、供給流体を貯留するように構成されたリザーバと、流体を加圧するように構成された流体源と、第１のチャンバおよび第２のチャンバを有する少なくとも１つのアクチュエータとを含む。油圧制御システムはまた、流体源と第１のチャンバとの間に配置された第１の独立計量弁（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｖａｌｖｅ）、およびリザーバと第２のチャンバとの間に配置された第２の独立計量弁を含む。第１の独立計量弁は、少なくとも１つのアクチュエータの第１の方向への移動を促進するために流通遮断位置から流通位置に可動である弁体を有する。第２の独立計量弁は、少なくとも１つのアクチュエータの第１の方向への移動を促進するために流通遮断位置から流通位置に可動な弁体を有する。さらに、油圧制御システムは、アキュムレータ、および第１の独立計量弁と並列に且つアキュムレータと第１のチャンバとの間に配置された第３の独立計量弁を含む。第３の独立計量弁は、アキュムレータを第１のチャンバに選択的に連通させて、少なくとも１つのアクチュエータの移動を緩衝するように構成される。

他の形態では、本開示は、油圧システムを制御する方法に関する。本方法は、供給流体を加圧するステップと、第１の独立計量弁の第１の弁体を流通遮断位置から流通位置に移動させて、加圧流体をアクチュエータの第１のチャンバに導き、これによって、アクチュエータの第１の方向への移動を促進するステップとを含む。さらに、本方法は、第２の独立計量弁の第２の弁体を流通遮断位置から流通位置に移動させて、アクチュエータの第２のチャンバから流体を排出し、これによって、アクチュエータの第１の方向への移動を促進するステップを含む。その上、本方法は、第３の独立計量弁の第３の弁体を流通遮断位置から流通位置に移動させて、加圧流体を第１のチャンバとアキュムレータとの間に導き、これによって、アクチュエータの移動を緩衝するステップを含む。

図１は、模範的な作業機械１０を示している。作業機械１０は、鉱業、建設業、農業、運送業等の産業、または公知の他の任意の産業に関連するある種の作業を行う移動機械であり得る。例えば、作業機械１０は、ローダ、ブルドーザ、掘削機、バックホー、モータグレーダ、ダンプトラック等の土工機械、または他の任意の土工機械であってもよい。作業機械１０は、フレーム１２、作業機械１０に移動可能に取り付け可能な作業器具１４、操作者インターフェース１６、動力源１８、および１つ以上の油圧アクチュエータ２０を含むことが可能である。

フレーム１２は、作業機械１０および作業器具１４の移動を補助する任意の構造部材を含み得る。フレーム１２は、例えば、動力源１８を作業器具１４に連結する固定ベースフレーム、リンケージシステムの可動なフレーム部材、または公知の他の任意の構造部材として具体化することが可能である。

多数の異なる作業器具１４が、単一の作業機械１０に取り付け可能であり、また操作者インターフェース１６を介して制御可能であり得る。作業器具１４は、例えば、バケット、フォーク装置、ブレード、ショベル、リッパ、ダンプ荷台、ブルーム、除雪機、推進装置、切断装置、把持装置等の、特定の作業を行うために使用される任意の装置、または公知の他の任意の作業実行装置を含むことが可能である。直接的なピボットを介して、リンケージシステムを介して、または他の任意の適切な方法で、作業器具１４を作業機械１０に連結し得る。作業器具１４は、公知の任意の方法で、作業機械１０に対して旋回するか、回転するか、摺動するか、揺動するか、昇降するかまたは移動するように構成することが可能である。

作業器具の所望の移動を示す、作業機械の操作者からの入力を受信するように、操作者インターフェース１６を構成し得る。具体的には、操作者インターフェース１６は操作者インターフェース装置２２を含んでもよい。操作者インターフェース装置２２は、例えば、オペレータステーションの一方の側に配置された単軸ジョイスティックまたは多軸ジョイスティックとして具体化することが可能である。操作者インターフェース装置２２は、作業器具１４を位置決めおよび／または配向するように構成された比例式制御装置であり得る。例えば、ホイール、ノブ、プッシュプル装置、スイッチ、ボタン、ペダル等の追加のおよび／または異なる操作者インターフェース装置、ならびに公知の他の操作者インターフェース装置を操作者インターフェース１６内に含み得ることが考慮される。

動力源１８は、例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジンのようなガス燃料エンジン等のエンジン、または公知の他の任意のタイプのエンジンであり得る。動力源１８が、代わりに、燃料電池、電力貯蔵装置、電動モータまたは油圧モータ等の他の動力源、あるいは公知の他の動力源として具体化され得ることが考慮される。

図２に示されているように、作業機械１０は、作業器具１４を移動させるように互いに協働する複数の流体構成部材を有する油圧制御システム２４を含むことが可能である。具体的には、油圧制御システム２４は、供給流体を貯留するタンク２６と、流体を加圧するようにまたその加圧された流体を油圧アクチュエータ２０に導くように構成された流体源２８とを含んでもよい。さらに、油圧制御システム２４は、ロッド端部供給弁３２、ロッド端部排出弁３４、ヘッド端部供給弁３６、ヘッド端部排出弁３８、アキュムレータ４０、およびアキュムレータ弁４２を含んでもよい。その上、油圧制御システム２４は、油圧制御システム２４の流体構成部材と通信する制御装置４８を含んでもよい。油圧制御システム２４が、例えば、チェック弁、圧力リリーフ弁、補給弁、圧力バランス通路等の追加のおよび／または異なる構成部材、ならびに公知の他の構成部材を含み得ることが考慮される。

タンク２６は、供給流体を貯留するように構成されたリザーバとして構成することが可能である。流体は、例えば、専用の作動油、エンジン用潤滑油、変速機用潤滑油、または公知の他の任意の流体を含み得る。作業機械１０内の１つ以上の油圧システムによって、タンク２６から流体を吸い込みまたタンク２６に流体を戻すことが可能になる。油圧制御システム２４を多数の別個の流体タンクに接続し得ることも考慮される。

流体源２８は、加圧流体の流れを発生させるように構成することが可能であり、また例えば、可変容量形ポンプ、固定容量形可変供給ポンプ（ｆｉｘｅｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｐｕｍｐ）、固定容量形固定供給ポンプ（ｆｉｘｅｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｆｉｘｅｄ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｐｕｍｐ）等のポンプ、または他の任意の適切な加圧流体源として具体化することが可能である。例えば、カウンタシャフト５０、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）によって、または他の任意の適切な方法で、流体源２８を作業機械１０の動力源１８に駆動可能に接続し得る。代わりに、トルクコンバータ、歯車装置を介して、または公知の他の任意の方法で、流体源２８を動力源１８に間接的に接続してもよい。加圧流体を油圧制御システム２４に供給するように、多数の加圧流体源を相互接続し得ることが考慮される。

油圧アクチュエータ２０は、直接的なピボットを介して、油圧アクチュエータ２０がリンケージシステムの部材である（図１を参照）リンケージシステムを介して、または他の任意の適切な方法で作業器具１４をフレーム１２に連結する流体シリンダとして具体化することが可能である。代わりに、例えば、油圧モータまたは他の適切な油圧アクチュエータ等の、流体シリンダ以外の油圧アクチュエータを油圧制御システム２４内に実装し得ることが考慮される。図２に示されているように、油圧アクチュエータ２０は、管５２と、その中に配置されたピストンアセンブリ５４とを含み得る。管５２およびピストンアセンブリ５４の一方をフレーム１２に旋回可能に連結することが可能であり、一方、管５２およびピストンアセンブリ５４の他方を作業器具１４に旋回可能に連結することが可能である。代わりに、管５２および／またはピストンアセンブリ５４をフレーム１２または作業器具１４に固定連結し得ることが考慮される。油圧アクチュエータ２０は、ロッドチャンバ５６と、ピストン６０によって分離されたヘッドチャンバ５８とを含むことが可能である。管５２内でピストンアセンブリ５４を変位させ、これによって、油圧アクチュエータ２０の有効長さを変更するために、加圧流体を流体源２８からロッドチャンバ５６およびヘッドチャンバ５８に選択的に供給し、またロッドチャンバ５６およびヘッドチャンバ５８をタンク２６に選択的に接続することが可能である。油圧アクチュエータ２０の伸長および収縮は、作業器具１４の移動を補助するように機能し得る。

ピストンアセンブリ５４は、管５２に軸方向に位置合わせされかつその中に配置されているピストン６０と、フレーム１２および作業器具１４（図１を参照）の一方に連結可能なピストンロッド６２とを含むことが可能である。ピストン６０は、第１の油圧面６４と、その反対側の第２の油圧面６６とを含み得る。第１の油圧面６４および第２の油圧面６６の流体圧によって生じる力の不均衡により、管５２内でピストンアセンブリ５４の移動が生じ得る。例えば、第１の油圧面６４に対する力が、第２の油圧面６６に対する力よりも大きかった場合、ピストンアセンブリ５４が管５２内で収縮して油圧アクチュエータ２０の有効長さを短くすることが可能である。同様に、第２の油圧面６６に対する力が、第１の油圧面６４に対する力よりも大きかった場合、ピストンアセンブリ５４が変位して油圧アクチュエータ２０の有効長さを長くする。ロッドチャンバ５６およびヘッドチャンバ５８内へのおよびそれらからの流体の流量によって、油圧アクチュエータ２０の速度を決定することが可能であり、一方、第１の油圧面６４および第２の油圧面６６に接触する流体圧によって、油圧アクチュエータ２０の作動力を決定することが可能である。Ｏリング等のシール用部材（図示せず）をピストン６０に接続して、管５２の内壁とピストン６０の円筒外面との間の流体の流れを制限することが可能である。

ロッド端部供給弁３２は、流体源２８とロッドチャンバ５６との間に配置され、また制御装置４８からの速度コマンド（ｃｏｍｍａｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）に応じてロッドチャンバ５６への加圧流体の流れを調整するように構成されることが可能である。具体的には、ロッド端部供給弁３２は、ソレノイドで作動され、かつ流体の流れがロッドチャンバ５６から遮断される第１の位置と、流体がロッドチャンバ５６に流入することが許容される第２の位置との間で移動するように構成されるバネ付勢式比例弁体を有する独立計量弁（ＩＭＶ）であり得る。ロッド端部供給弁３２の弁体は、ロッドチャンバ５６内への流量を変化させ、これによって、油圧アクチュエータ２０の速度を変化させるように、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に可動であり得る。ロッドチャンバ５６内の圧力が、流体源２８からロッド端部供給弁３２に導かれた圧力を超えた場合の再生事象中に、流体がロッドチャンバ５６からロッド端部供給弁３２を通って流れることを許容するように、ロッド端部供給弁３２を構成し得ることが考慮される。

ロッド端部排出弁３４は、ロッドチャンバ５６とタンク２６との間に配置され、また制御装置４８からの速度コマンドに応じてロッドチャンバ５６からタンク２６への流体の流れを調整するように構成されることが可能である。具体的には、ロッド端部排出弁３４は、ソレノイドで作動され、かつ流体がロッドチャンバ５６から流れることが阻止される第１の位置と、流体がロッドチャンバ５６から流れることが許容される第２の位置との間で移動するように構成されるバネ付勢式比例弁体を有するＩＭＶであり得る。ロッド端部排出弁３４の弁体は、ロッドチャンバ５６からの流量を変化させ、これによって、油圧アクチュエータ２０の速度を変化させるように、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に可動であり得る。

ヘッド端部供給弁３６は、流体源２８とヘッドチャンバ５８との間に配置され、また制御装置４８からの速度コマンドに応じてヘッドチャンバ５８への加圧流体の流れを調整するように構成されることが可能である。具体的には、ヘッド端部供給弁３６は、流体がヘッドチャンバ５８から遮断される第１の位置と、流体がヘッドチャンバ５８に流入することが許容される第２の位置との間で移動するように構成されたバネ付勢式比例弁体を有するＩＭＶであり得る。ヘッド端部供給弁３６の弁体は、ヘッドチャンバ５８内への流量を変化させ、これによって、油圧アクチュエータ２０の速度を変化させるように、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に可動であり得る。さらに、ヘッドチャンバ５８内の圧力が、流体源２８からヘッド端部供給弁３６に導かれた圧力を超えた場合の再生事象中にまたは走行制御モード中に、流体がヘッドチャンバ５８からヘッド端部供給弁３６を通って流れることを許容するように、ヘッド端部供給弁３６を構成し得ることが考慮される。

ヘッド端部排出弁３８は、ヘッドチャンバ５８とタンク２６との間に配置され、また制御装置４８からの速度コマンドに応じてヘッドチャンバ５８からタンク２６への流体の流れを調整するように構成されることが可能である。具体的には、ヘッド端部排出弁３８は、流体がヘッドチャンバ５８から流れることが阻止される第１の位置と、流体がヘッドチャンバ５８から流れることが許容される第２の位置との間で移動するように構成されたバネ付勢式比例弁体を有するＩＭＶであり得る。ヘッド端部排出弁３８の弁体は、ヘッドチャンバ５８からの流量を変化させ、これによって、油圧アクチュエータ２０の速度を変化させるように、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に可動であり得る。

アキュムレータ弁４２を介して、アキュムレータ４０をヘッドチャンバ５８に選択的に連通させて、選択的に、加圧流体を油圧シリンダ２０から受け入れまた加圧流体を油圧シリンダ２０に導くことが可能である。特に、アキュムレータ４０は、圧縮可能なガスで充填され、かつ流体力源として将来使用するための加圧流体を貯留するように構成された圧力容器であり得る。圧縮可能なガスは、例えば、窒素または他の適切な圧縮可能なガスを含んでもよい。ヘッドチャンバ５８内の流体が所定の圧力を超え、一方、アキュムレータ弁４２およびヘッド端部供給弁３６が流通状態にあった場合、ヘッドチャンバ５８からの流体はアキュムレータ４０に流入し得る。窒素ガスは圧縮可能であるので、窒素ガスは、バネのように作用し、また流体がアキュムレータ４０に流入したときに圧縮し得る。次に、ヘッドチャンバ５８内の流体圧が所定の圧力未満に低下し、一方、アキュムレータ弁４２およびヘッド端部供給弁３６が流通状態にあった場合、アキュムレータ４０内の圧縮窒素によって、流体をアキュムレータ４０内から付勢してヘッドチャンバ５８内に戻すことが可能である。

油圧シリンダ２０内の圧力振動を除去するために、油圧システム２４は、流体がヘッドチャンバ５８とアキュムレータ４０との間に流れたときに、流体からあるエネルギーを吸収し得る。このことを実現する減衰機構は、アキュムレータ弁４２内に、またはアキュムレータ４０とヘッドチャンバ５８との間の流体通路内に配置された制限オリフィス４４を含むことが可能である。作業器具１４が、平坦でない地面に応じて移動する毎に、制限オリフィス４４を通して流体を圧入し得る。制限オリフィス４４を通して油を圧入するために消費されたエネルギーを熱に変換することが可能であり、これによって、エネルギーを油圧システム２４から散逸させることが可能である。流体からのエネルギーのこの散逸により、反発エネルギーが本質的に吸収され、作業機械１０の走行がより滑らかになる。

アキュムレータ弁４２は、ヘッド端部供給弁３６と並列にまたアキュムレータ４０とヘッドチャンバ５８との間に配置することが可能である。制御装置４８からの速度コマンドに応じてアキュムレータ４０とヘッドチャンバ５８との間の加圧流体の流れを調整するように、アキュムレータ弁４２を構成し得る。具体的には、アキュムレータ弁４２は、流体がヘッドチャンバ５８とアキュムレータ４０との間に流れることが阻止される第１の位置と、流体がヘッドチャンバ５８とアキュムレータ４０との間に流れることが許容される第２の位置との間で移動するように構成されたバネ付勢式比例弁体を有するＩＭＶであり得る。走行制御モード時において、固定制限オリフィス４４の代わりに、アキュムレータ弁４２の弁体を流通位置と流通遮断位置との間の任意の位置に制御可能に移動させて、ヘッドチャンバ５８とアキュムレータ４０との間の制限流量および関連する流量を変化させることが可能であり、これによって、作業機械１０の走行中における油圧アクチュエータ２０の緩衝作用が変化されることが考慮される。さらに、走行制御モード以外の作動モード時において、流体源２８が、油圧アクチュエータ２０の所望の速度を発生させるには不十分な容量であった場合に、油圧アクチュエータ２０の意図された移動のために流体をヘッドチャンバ５８に供給するように、アキュムレータ弁４２をさらに構成し得ることが考慮される。

ロッド端部供給弁３２、ロッド端部排出弁３４、ヘッド端部供給弁３６、ヘッド端部排出弁３８、およびアキュムレータ弁４２を相互に流体接続することが可能である。特に、ロッド端部供給弁３２およびヘッド端部供給弁３６は、流体源２８から延びる共通の供給通路６８と並列に接続することが可能である。ロッド端部排出弁３４およびヘッド端部排出弁３８は、タンク２６に至る共通の排出通路７０と並列に接続することが可能である。制御装置４８からの速度コマンドに応じて、選択的に、ロッドチャンバ５６に流体を供給しまたロッドチャンバ５６から流体を排出するために、ロッド端部供給弁３２およびロッド端部排出弁３４を共通のロッドチャンバ通路７２に接続し得る。制御装置４８からの速度コマンドに応じて、選択的に、ヘッドチャンバ５８に流体を供給しまたヘッドチャンバ５８から流体を排出するために、ヘッド端部供給弁３６、ヘッド端部排出弁３８およびアキュムレータ弁４２を共通のヘッドチャンバ通路７４に接続することが可能である。

制御装置４８は、油圧制御システム２４の作動を制御するための手段を含む単一のマイクロプロセッサまたは複数のマイクロプロセッサとして具体化することが可能である。制御装置４８の機能を実行するように、商業的に入手可能な多数のマイクロプロセッサを構成できる。制御装置４８が、多数の作業機械機能を制御できる一般的な作業機械マイクロプロセッサとして容易に具体化され得ることを理解されたい。制御装置４８は、メモリと、補助記憶装置と、プロセッサと、アプリケーションを動作させるための他の任意のコンポーネントとを含むことが可能である。電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路等の他の種々の回路、および他のタイプの回路を制御装置４８に結合し得る。

インターフェース装置の位置と、油圧アクチュエータ２０に関する速度コマンド情報とに関連する１つ以上のマップを制御装置４８のメモリに記憶することが可能である。これらのマップのそれぞれは、表、マップ、式の形態または他の適切な形態であり得る。制御装置４８により、関係マップを自動または手動で選択および／または修正して、油圧アクチュエータ２０の作動を変更することが可能である。

操作者インターフェース装置２２から入力を受信するように、またその入力に応じて、油圧アクチュエータ２０に関する速度を指令するように、制御装置４８を構成し得る。具体的には、制御装置４８は、通信線８０〜８６をそれぞれ介して油圧アクチュエータ２０のロッド端部供給弁３２、ロッド端部排出弁３４、ヘッド端部供給弁３６およびヘッド端部排出弁３８と通信し、通信線８８を介して操作者インターフェース装置２２と通信し、また通信線９０を介してアキュムレータ弁４２と通信することが可能である。制御装置４８は、操作者インターフェース装置２２からインターフェース装置位置信号を受信し、また制御装置４８のメモリに記憶されている選択および／または修正された関係マップを参照して、速度コマンド値を決定することが可能である。次に、これらの速度値を油圧アクチュエータ２０に指令することによって、ロッド端部供給弁３２、ロッド端部排出弁３４、ヘッド端部供給弁３６、ヘッド端部排出弁３８および／またはアキュムレータ弁４２が、選択的に、油圧アクチュエータ２０に関連付けられたロッドチャンバ５６およびヘッドチャンバ５８を流体で充填するかまたはロッドチャンバ５６およびヘッドチャンバ５８から流体を排出して、所望の作業器具速度を発生させることが可能になる。

走行制御モードを開始するように、制御装置４８を構成することも可能である。特に、制御装置４８は、走行制御モードに手動で切り換えることが可能であるか、または１つ以上の入力に応じて走行制御モードに自動的に入ることが可能である。例えば、ボタン、スイッチ、または他の操作者制御装置（図示せず）は、作業機械の操作者が手動で作動させた場合に制御装置４８が走行制御モードに入るオペレータステーション１６に関連付けてもよい。逆に、制御装置４８は、作業機械１０の走行速度、作業機械１０の負荷状態、作業器具１４の位置または配向を示す入力、またはこのような他の入力を受信して、走行制御モードに自動的に入ることが可能である。走行制御モード時において、制御装置４８により、ロッド端部供給弁３２およびヘッド端部排出弁３８の弁体を流通遮断位置に移動させるかまたはそこに留まらせることが可能である。次に、制御装置４８によって、ロッド端部排出弁３４、ヘッド端部供給弁３６およびアキュムレータ弁４２の弁体を流通位置に移動させ得る。上記のように、流体が制限オリフィス４４を通過する毎に流体からエネルギーを吸収するために、アキュムレータ弁４２を流通位置に移動させて、流体がヘッドチャンバ５８とアキュムレータ４０との間に流れることを許容することが可能である。ヘッド端部供給弁３６を流通位置に移動させて、流体がアキュムレータ弁４２とヘッドチャンバ５８との間に流れることを許容し得る。流体がアキュムレータ４０からヘッドチャンバ５８に流入しているときに作業器具１４が上方に跳ね上がっている間は、ロッド端部排出弁３４を流通位置に移動させて、油圧ロックを防止することが可能である。さらに、ロッド端部排出弁３４およびヘッド端部供給弁３６の弁体を流通位置と流通遮断位置との間に選択的に位置決めして、ヘッドチャンバ５６およびロッドチャンバ５８から出るおよび／またはそれらに入る流体の制限を変更することが可能であり、これによって、走行制御モード中の減衰が大きくなることが考慮される。

アキュムレータ４０内の流体の正確な圧力制御を促進するように、１つ以上のセンサ９２、９４を制御装置４８に関連付け得る。圧力センサ９２は、ヘッドチャンバ５８内の流体圧を監視するように配置することが可能であり、一方、センサ９４は、アキュムレータ４０に入る流体圧を監視するように配置することが可能である。センサ９２と９４は、通信線９６と９８をそれぞれ介して制御装置４８と通信し得る。走行制御モードの開始時における作業器具１４の望ましくない移動を最小限に抑えるために、アキュムレータ４０内の流体圧をヘッドチャンバ５８内の圧力に実質的に一致させることが可能である。アキュムレータ弁４２を流通位置に移動させ、またヘッド端部供給弁３２およびヘッド端部排出弁３４を流通位置と流通遮断位置との間で選択的に移動させることによって、および／または流体源２８を作動させることによって、アキュムレータ４０内の圧力を変化させ得る。センサ９２と９４によって監視された流体間の圧力差に応じて、ヘッド端部供給弁３２およびヘッド端部排出弁３４を選択的に移動させて、アキュムレータ４０から流体を排出することが可能であり、一方、流体源２８を選択的に作動させて、アキュムレータ４０を流体で充填することが可能であり、これによって、アキュムレータ４０およびヘッドチャンバ５８内の流体圧が実質的に均衡する。

開示される油圧制御システムは、作業器具に接続された油圧アクチュエータを含む任意の作業機械に適用でき得る。開示される油圧制御システムは、作業器具の慣性およびそれに関連する負荷が原因となる作業機械の望ましくない移動を最小限に抑えることによって作業機械の走行制御を改善することが可能である。次に、油圧制御システム２４の作動について説明する。

作業機械１０の作動中に、作業機械の操作者は、操作者インターフェース装置２２を操作して、作業器具１４の移動を行うことが可能である。操作者インターフェース装置２２の作動位置は、操作者が要求または所望した作業器具１４の速度に関連し得る。操作者インターフェース装置２２は、操作者が要求または所望した速度を示す位置信号を発生させて、この位置信号を制御装置４８に送信することが可能である。

操作者が要求または所望した速度によって生じた油圧アクチュエータ２０に関する速度コマンドを決定するように、制御装置４８を構成し得る。具体的には、操作者インターフェース装置位置信号を受信するように、またその操作者インターフェース装置位置信号と、制御装置４８のメモリに記憶されている関係マップとを比較して、適切な速度コマンド信号を決定するように、制御装置４８を構成してもよい。次に、制御装置４８は、ロッド端部供給弁３２、ロッド端部排出弁３４、ヘッド端部供給弁３６およびヘッド端部排出弁３８にコマンド信号を送信して、ロッドチャンバ５６およびヘッドチャンバ５８内へのおよびそれらからの加圧流体の流れを調整することが可能であり、これによって、操作者が要求または所望した速度に実質的に一致する油圧アクチュエータ２０の移動が生じる。

いくつかの状態において、例えば、走行制御以外の作動モード中において、流体源２８からの加圧流体の流れは、操作者が所望した速度で油圧アクチュエータ２０を伸長するには不十分である可能性がある。これらの状態において、制御装置４８は、アキュムレータ弁４２およびヘッド端部供給弁３６の弁体を流通位置に移動させて、加圧流体がアキュムレータ４０からヘッドチャンバ５８に流れることを許容することが可能である。

走行制御モード中に、アキュムレータ４０を使用することも可能である。具体的には、制御装置４８が走行制御モードに自動的に入るかまたは手動で走行制御モードに入ったときに、制御装置４８は、ロッド端部供給弁３２およびヘッド端部排出弁３８の弁体を流通遮断位置に移動させ（または既に流通遮断位置にあった場合には前記弁体を流通遮断位置に保持し）、またアキュムレータ弁４２、ヘッド端部供給弁３６およびロッド端部排出弁３４の弁体を流通位置に移動させることが可能である。走行制御モード時において、流体がロッドチャンバ５６から出てヘッドチャンバ５８に流入しまたそこから出ることが許容され得る。流体はロッドチャンバ５６から出てヘッドチャンバ５８に流入しまたそこから出るので、流体の流れが制限されたときに反発エネルギーを吸収することが可能である。

走行制御モード中に、流体がアキュムレータ４０とヘッドチャンバ５８との間に流れることが許容される前に、アキュムレータ４０およびヘッドチャンバ５８内の流体圧を実質的に均衡させ得る。特に、流体がアキュムレータ４０とヘッドチャンバ５８との間に導かれる前に、アキュムレータ４０およびヘッドチャンバ５８内の流体が実質的に均衡しなかった場合、作業器具１４は走行制御モードの開始時に望ましくない移動を生じさせる可能性がある。例えば、アキュムレータ４０内の流体圧がヘッドチャンバ５８内の流体圧を超えた場合に、ヘッド端部供給弁３６およびアキュムレータ弁４２の弁体を流通位置に移動させて、走行制御モードの作動を開始すると、アキュムレータ４０内の流体がヘッドチャンバ５８に流入して作業器具１４を上昇させてしまうことがある。逆に、ヘッドチャンバ５８内の流体圧がアキュムレータ４０内の流体圧を超えた場合に、ヘッド端部供給弁３６およびアキュムレータ弁４２の弁体を流通位置に移動させると、ヘッドチャンバ５８内の流体がアキュムレータ４０に流入して作業器具１４を下降させてしまうことがある。

流通位置と流通遮断位置との間でロッド端部供給弁３２およびロッド端部排出弁３４の弁体を選択的に移動させることによって、および／または流体源２８を作動させることによって、アキュムレータ４０およびヘッドチャンバ５８内の流体圧を均衡させ得る。例えば、アキュムレータ４０内の流体圧の低減が所望された場合、ロッド端部供給弁３２およびロッド端部排出弁３４の両方の弁体を流通位置に移動させて、アキュムレータ４０からの流体がロッド端部供給弁３２およびロッド端部排出弁３４を通ってタンク２６に流れることを許容することが可能である。同様に、アキュムレータ４０内の流体圧の増加が所望された場合、ロッド端部供給弁３２およびヘッド端部供給弁３６の弁体を流通遮断位置に移動させ、次に、流体源２８によって加圧流体の流れを発生させることが可能である。ヘッド端部供給弁３６およびロッド端部供給弁３２の両方の弁体が流通遮断位置にあり、また流体源２８が加圧流体の流れを発生させた場合、流れをアキュムレータ４０に流入させることが可能であり、これによって、流体圧が増加される。

油圧制御システム２４は実質的に同一の５つの独立計量弁を利用可能であるので、油圧制御システムの費用および複雑さが低減し得る。特に、ＩＭＶは一般的であるので、油圧制御システム２４を製造および修理するための費用は、異なるタイプの制御弁を有するシステムと比較して少ない。例えば、単一タイプの弁を製造するための、単一タイプの弁を仕入れるための、単一タイプの弁を組み立てるかまたは修理する技術者を訓練するための費用、およびそれらに関連する他の費用は、多数の弁のタイプを有するシステムに関連するそれらの費用よりもはるかに少ないであろう。また、ＩＭＶは実質的に同一であるので、ＩＭＶの作動を制御する制御方法も同様であることが可能であり、ソフトウェアに関連する費用および複雑さが低減する可能性がある。

さらに、ＩＭＶが２位置のみの弁であるので、ＩＭＶのコストが低減し得る。具体的には、３つ以上の位置を有する弁は、追加の機械加工および材料を必要とし、これにより、ＩＭＶの基本価格が高くなる。さらに、３つ以上の位置を有する弁を正確に調整する難易度は、位置の数に比例した割合で高くなる。

開示される油圧制御システムに種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示される油圧制御システムの仕様および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。例えば、走行制御モード中に有効に使用するために、アキュムレータ４０およびアキュムレータ弁４２が、ヘッドチャンバ５８ではなく、ロッドチャンバ５６により適切に関連付けられるように、油圧シリンダ２０を別々に配向してもよい。さらに、アキュムレータ４０およびアキュムレータ弁４２を多数の油圧アクチュエータ２０および／または多数の油圧回路に関連付けることが可能である。仕様および実施例は模範的なものに過ぎないと考えるべきであり、真の範囲は、次の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。

開示される模範的な作業機械の概略側面図である。 図１の作業機械用の開示される模範的な油圧制御システムの概略図である。

Claims (10)

1. 作業機械（１０）用の油圧制御システム（２４）であって、
   供給流体を貯留するように構成されたリザーバ（２６）と、
   流体を加圧するように構成された流体源（２８）と、
   第１のチャンバ（５８）と第２のチャンバ（５６）とを有する少なくとも１つのアクチュエータ（２０）と、
   流体源と第１のチャンバとの間に配置された第１の独立計量弁（３６）であって、少なくとも１つのアクチュエータの第１の方向への移動を促進するために流通遮断位置と流通位置との間で可動な弁体を有する第１の独立計量弁（３６）と、
   リザーバと第２のチャンバとの間に配置された第２の独立計量弁（３４）であって、少なくとも１つのアクチュエータの第１の方向への移動を促進するために流通遮断位置と流通位置との間で可動な弁体を有する第２の独立計量弁（３４）と、
   アキュムレータ（４０）と、
   流体源と第１の独立計量弁との間に配置された第３の独立計量弁（４２）であって、アキュムレータを第１のチャンバに選択的に連通させて少なくとも１つのアクチュエータの移動を緩衝するように構成される第３の独立計量弁（４２）と
   を備える油圧制御システム（２４）。
2. 第３の独立計量弁がアキュムレータを第１のチャンバに連通させたとき、第１および第２の独立計量弁が流通位置にある請求項１に記載の油圧制御システム。
3. 第１、第２および第３の独立計量弁が実質的に同一である請求項１に記載の走行制御システム。
4. 第１のチャンバとリザーバとの間に配置された第４の独立計量弁（３８）と、
   第２のチャンバと流体源との間に配置された第５の独立計量弁（３２）と、
   第１、第２、第３、第４および第５の独立計量弁のそれぞれと通信する制御装置（４８）と
   をさらに含み、第４および第５の独立計量弁のそれぞれが、少なくとも１つのアクチュエータの第２の方向への移動を促進するために流通遮断位置と流通位置との間で可動な弁体を有する請求項１に記載の油圧制御システム。
5. 第１のチャンバ内の流体圧を感知するように構成された第１のセンサ（９２）と、
   アキュムレータ内の流体圧を感知するように構成された第２のセンサ（９４）と
   をさらに含み、
   制御装置が、感知圧力の差に応じて、流通位置と流通遮断位置との間で第２および第５の独立計量弁の弁体を選択的に移動させて、加圧流体が第１のチャンバとアキュムレータとの間に導かれる前に第１のチャンバおよびアキュムレータ内の流体圧を実質的に均衡させるように構成される請求項４に記載の油圧制御システム。
6. 油圧システム（２４）を制御する方法であって、
   供給流体を加圧するステップと、
   流通遮断位置と流通位置との間で第１の独立計量弁（３６）の第１の弁体を移動させて、加圧流体をアクチュエータ（２０）の第１のチャンバ（５８）に導き、これによって、アクチュエータの第１の方向への移動を促進するステップと、
   流通遮断位置と流通位置との間で第２の独立計量弁（３４）の第２の弁体を移動させて、アクチュエータの第２のチャンバ（５６）から流体を排出し、これによって、アクチュエータの第１の方向への移動を促進するステップと、
   流通遮断位置と流通位置との間で第３の独立計量弁（４２）の第３の弁体を移動させて、加圧流体を第１のチャンバとアキュムレータ（４０）との間に導き、これによって、アクチュエータの移動を緩衝するステップと
   を含む方法。
7. 第１の弁体が流通位置にある場合に、第３の弁体の流通遮断位置からの移動が開始される請求項６に記載の方法。
8. 第１、第２および第３の独立計量弁が実質的に同一である請求項６に記載の方法。
9. 流通遮断位置と流通位置との間で第４の独立計量弁（３８）の第４の弁体を移動させて、アクチュエータの第１のチャンバから流体を排出し、これによって、アクチュエータの第２の方向への移動を促進するステップと、
   流通遮断位置と流通位置との間で第５の独立計量弁（３２）の第５の弁体を移動させて、加圧流体をアクチュエータの第２のチャンバに導き、これによって、アクチュエータの第２の方向への移動を促進するステップと、
   第１のチャンバ内の流体圧を感知するステップと、
   アキュムレータ内の流体圧を感知するステップと、
   感知圧力の差に応じて第２および第５の弁体を選択的に移動させて、加圧流体が第１のチャンバとアキュムレータとの間に導かれる前に第１のチャンバおよびアキュムレータ内の流体圧を実質的に均衡させるステップと
   をさらに含む請求項６に記載の方法。
10. 作業機械（１０）であって、
    動力源（１８）と、
    作業器具（１４）と、
    動力源と作業器具とを動作可能に連結するフレーム（１２）と、
    作業器具の移動を補助するように構成された請求項１〜５のいずれか１項に記載の油圧制御システム（２４）と、
    を備える作業機械（１０）。

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