JP2010502918A - 駆動システム及び液圧駆動装置を監視する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、液圧駆動装置（１）を監視するための駆動システム及び液圧駆動装置を監視する方法に関する。少なくとも１つの液圧ピストン・エンジン（２）を備え、前記液圧ピストン・エンジン（２，２’）を制御する制御ユニット（６，６’）が前記液圧ピストン・エンジン（２，２’）に配置された駆動システムであって、前記制御ユニット（６，６’）は、前記駆動システム（１）を制御する中央制御装置（１３）に第１のインタフェース（１４）を介して接続され、前記第１のインタフェース（１４）を介して前記駆動システム（１）を制御する制御信号を送ることができる。前記中央制御装置（１３）は、更に、第２のインタフェース（２６）を介して前記制御ユニット（６）に接続され、また前記第２のインタフェース（２６）を介して、遮断信号を、前記制御ユニット（６，６’）から前記中央制御装置（１３）に送り且つ／又は前記中央制御装置（１３）から前記制御ユニット（６，６’）に送ることができる。

Description

本発明は、駆動システム及び液圧駆動装置を監視する方法に関する。

液圧駆動装置の設計では、駆動装置を制御するために電子回路が使用されることが次第に増えてきている。特許文献１に示されたように、液圧機械上に配置された電子構成要素と中央電子回路を組み合わせることができる。これにより、中央電子回路によって液圧駆動装置を制御することでき、特定の液圧機械を調整する各調整装置は、この液圧機械上に局所的に配置された電子回路によって制御される。中央電子回路と分散式制御ユニットは、各場合にインタフェースを介して互いに接続される。このインタフェースを介して、中央電子回路が生成する制御信号が個々の液圧機械の制御ユニットに渡される。中央電子回路は、必要に応じて、更に他の弁も制御する。

特許文献１で提案されたシステムの場合、相互監視機能が設けられていないという欠点がある。従って、故障が起きた場合に駆動装置全体が遮断される。詳細には、制御機能が液圧機械の中央電子回路と局所制御ユニットに分散された分散式電子システムは、故障が起きた場合に相互監視と遮断によってリスクの可能性を最小にすることができない。

ドイツ特許出願公開明細書第４３２７６５１号

従って、本発明は、駆動システム及び液圧駆動装置を監視する方法を作成する目的に基づき、液圧駆動装置は、制御不能になった場合に遮断されるか又は安全状態にされる。

この目的は、本発明の請求項１又は１５による駆動システム並びに本発明の請求項１０又は１６による液圧駆動装置を監視する方法によって達成される。

本発明による駆動システムの場合、少なくとも１つの液圧ピストン・エンジンにより、制御ユニットは、制御するために液圧ピストン・エンジンに接続される。中央制御装置は、第１のインタフェースを介してこの制御ユニットに接続される。中央制御装置は、第１のインタフェースを介して液圧駆動装置を制御する制御信号を送る。本発明によれば、中央制御装置と制御ユニットは、少なくとも１つの第２のインタフェースを介して互いに接続され、遮断信号は、第２のインタフェースを介して、制御ユニットから中央制御装置に送られ且つ／又は中央制御装置から制御ユニットに送られてもよい。従って、制御ユニットによって障害が検出された場合、遮断される中央制御機能を実行する中央制御装置によって液圧システム全体を遮断することができ、中央制御装置は、個別の遮断経路によって制御ユニットを遮断することができる。

代替として、本発明による駆動システムは、少なくとも２つの液圧ピストン・エンジンを備え、各液圧ピストン・エンジン上にピストン・エンジンを制御する制御ユニットが配置され、制御ユニットは、第１のインタフェースを介して互いに接続される。更に、制御ユニットは、第２のインタフェースを介して互いに接続され、その第２のインタフェースを介して、遮断信号が、制御ユニットの１つから他の制御ユニットのうちの少なくとも１つに送られてもよい。

制御ユニットの相互監視のために、各制御ユニットの制御信号が、各場合に、第１のインタフェースを介して少なくとも１つの更に他の第１の制御ユニットに送られる。障害が検出された場合、遮断信号は、第２のインタフェースを介して、監視制御ユニットから被監視制御ユニットに送られる。監視は、１つの他の制御ユニットだけによって行われてもよく、幾つか又は全ての他の制御ユニットによって行われてもよい。

本発明によれば、制御ユニットは、中央制御装置の制御信号を読み出し、その確からしさ（plausibility）を確認する。制御ユニットが誤り（即ち、確からしくない制御信号（implausible control signal）を検出した場合、制御ユニットは遮断信号を出力する。制御ユニットは、遮断信号を中央制御装置に送り、それにより液圧駆動装置全体が停止される。

駆動システム及び液圧駆動装置を監視する方法は、中央制御装置の電子回路を重複して備える必要がないという利点を有する。その代わりに、中央制御装置は、液圧機械上に提供された既存の制御ユニットによって監視される。そのようないわゆる搭載電子ユニットは、特に、ケーブル配線コストをできるだけ低く維持するために提供される。これにより、液圧機械上の１つ又は複数のそのような制御ユニットによって分散式に監視を行うことができる。

従属クレームでは、本発明による駆動システム並びに液圧システムを監視する方法の有利な更に他の開発が説明される。

詳細には、制御ユニットが第１の監視部を有し、中央制御装置が第２の監視部を有すると有利である。従って、制御信号のどの出力を内部的に遮断できるかに基づいて、中央制御装置内で内部故障監視を実行することができる。一方、配置された第１の監視部によって、制御ユニット内で中央制御装置の冗長監視が行われる。従って、中央制御装置の機能の冗長監視は、中央制御装置自体と制御ユニットで外部から行われる。

中央制御装置は、第１のインタフェースを介してその制御信号を出力する。そのような制御信号は、第１のインタフェースを介して出力され、制御ユニットによって確認される。特に好ましくは、第２の監視部は、中央制御装置の制御機能をシミュレートする演算装置を含むことができ、特に、中央制御装置にも送られる同じ入力パラメータを考慮するシミュレーションが行われることが好ましい。そのような入力パラメータは、例えば第１のインタフェースを介して、制御ユニットにも送られる。中央制御装置の機能をシミュレートするそのような演算装置を使用することによって、中央制御装置によって出力される制御信号を個別に予測することができる。中央制御装置が実際に出力する制御信号とシミュレーションに基づいて得られた値とのずれが検出された場合は、障害が含まれると判定され、従って制御ユニットが遮断信号を出力する。

別の好ましい実施形態によれば、期待値が、制御ユニットの第１の監視部に記憶される。中央制御装置の全ての機能をシミュレーションする代わりに、中央制御装置が出力する制御信号だけが期待値と合致するかが確認される。この確認は、わずかな計算能力しか必要としない。

中央制御装置を遮断するために、中央制御装置の電力回路を直接遮断できるように遮断信号が中央制御装置に出力されることが好ましい。中央制御装置内で計算ルーチンを実行する中央制御装置が故障した場合でも、液圧駆動装置の構成要素への制御信号の出力が遮断される。制御信号が遮断された場合、液圧駆動装置は、常に安全動作状態になるように設計される。

別の好ましい実施形態によれば、中央制御装置が第１のインタフェースを介して遮断信号を出力することもでき、この更に他の遮断信号は、制御ユニットによるピストン・エンジン制御信号の出力を遮断するために使用される。従って、逆に、故障が起き、中央制御装置の内部故障監視によって検出された場合は、例えば制御ユニットから液圧ピストン・エンジンの調整装置への制御信号の出力を抑制することができる。

この方法を実行するための本発明による駆動システムの好ましい実施形態は、図面に示され、以下の説明により詳細に説明される。

本発明による駆動システムの概略図 本発明による駆動システムを監視する方法を説明するブロック図

本発明による駆動システムの構造と、液圧駆動装置を監視する手順とを詳細に説明する前に、まず、本発明をより良く理解するために、基本的な構成要素を備えた液圧駆動装置について説明する。例えば、図１に示した液圧駆動装置１は、装軌車両を駆動するために設計されている。従って、示した実施形態では、液圧駆動装置１は、詳細には同様に実現された２つの液圧回路を備える。説明での無駄な繰り返しを回避するために、以下では、２つの液圧回路の一方だけを詳しく説明する。他方の液圧回路を参照する対応参照記号にはダッシュが付けられている。

駆動装置１の液圧回路は、液圧ポンプ・ユニット２を備える。液圧ポンプ・ユニット２は、液圧ポンプ３を備える。液圧ポンプ３は、駆動軸４によって駆動される。

液圧ポンプ３は、双方向に輸送するように設計され、その輸送量は調整可能である。液圧ポンプ３の輸送方向と輸送量を調整するために、調整装置５が提供される。調整装置５は、液圧ポンプ３の調整機構と共に動作する。調整装置５を活動化するために、制御ユニット６がポンプ・ユニット２に組み込まれる。

調整装置５の設定により、液圧ポンプ３は、圧力媒体を第１の作動管７か第２の作動管８に注入する。

作動管７と８は、液圧モータ９に接続される。液圧モータ９は、例えば、装軌車両のチェーンドライブに（図示していない方式で）接続された駆動軸１０を駆動する。駆動軸１０の回転速度は、回転速度センサ１１によって取得され、それに対応する値が、第１のセンサライン１２を介して制御ユニット６に報告される。本発明による液圧駆動装置用の制御システムの場合、制御ユニット６は、調整装置５をピストン・エンジン制御信号によって制御する。このために、制御ユニット６は、ピストン・エンジン制御信号を調整装置５の対応する構成要素に渡す。これらの構成要素は、詳細には、液圧ポンプ・ユニット２内の制御圧力と調整圧力を設定するための釣り合った磁石でよい。

各場合に必要とされる設定値は、制御ユニット６のみによって決定されるだけでなく、例えば中央制御装置１３による液圧駆動装置１の他の液圧ピストン・エンジンの更に他の制御ユニットに従って決定され、次に、実施のために制御ユニット６に送られる。

中央制御装置１３は、共通インタフェースを介して制御ユニット６と通信し、この共通インタフェースは、示した例ではバス・システムである。車両で使用される好ましいバス・システムとして、ＣＡＮバス１４が使用される。中央制御装置１３と制御ユニット６間のデータ伝送は、示した実施形態では両方向矢印によって示したように双方向である。

中央制御装置１３では、調整又は制御アルゴリズムが記憶され、このアルゴリズムは、例えば、操作レバー１５の設定に基づいて液圧駆動装置の必要な設定パラメータを計算する。中央制御装置１３は、計算された設定パラメータに応じて、ＣＡＮバス１４を介して制御ユニット６に送られる制御信号を出力する。制御ユニット６は、ＣＡＮバス１４を介して、自分が関与する制御信号にアクセスするだけでなく、液圧駆動装置１の更に他の構成要素を制御する制御信号にもアクセスする。そのような更に他の構成要素は、例えば、ポンプ・ユニット２に組み込まれない電磁弁でもよい。

中央制御装置１３が出力する制御信号は、少なくとも１つの制御ユニット６によって監視され、故障が起きた場合、制御ユニット６は遮断信号を出力し、それにより中央制御装置１３が制御信号を更に出力するのを防ぐ。制御信号の更なる出力の防止は、安全状態への復帰を含むように理解される（即ち、ヌル制御信号の出力）。そのような遮断信号は、単一の制御ユニット６によって出力されてもよく、中央制御装置１３は、液圧駆動装置に含まれる全ての制御ユニット６、６’によって監視されてもよい。図１に示したように、この場合、中央制御装置１３の障害制御信号又は別の故障の適切な認識によって、各制御ユニット６、６’は遮断信号を出力する。

図２では、中央制御装置３と制御ユニット６、６’の構造を概略的に示す。中央制御装置１３は、中央演算装置１７を備える。中央演算装置１７は、中央制御装置１３が出力する制御信号を計算するために使用される。このために必要な情報は、両方向矢印１８で示したように、ＣＡＮバス１４を介して読み出される情報に基づいて決定される。このために、中央制御装置１３の中央演算装置１７に制御アルゴリズムが記憶される。制御アルゴリズムは、読み出したシステム・パラメータ（例えば、操作レバー１５又は加速ペダル１６の位置）に基づいて液圧ピストン・エンジンの設定値を決定するプログラムである。例えば２つの液圧ポンプ・ユニット２、２’を左／右に割り当てた場合、液圧ポンプ２と液圧ポンプ２’の異なる旋回角を設定することによって、コーナリングが可能である。

中央演算装置１７が決定する制御信号は、ＣＡＮバス１４を介して制御ユニット６及び／又は制御ユニット６’に送られる。液圧駆動装置１の更に他の構成要素を制御するために、中央制御装置１３は、十分な電力で、例えば釣り合った磁石を直接制御するための制御信号を出力することができる電力回路２８を含む。電力回路は、エネルギー供給装置１９に接続される。エネルギー供給装置１９は、矢印２０に示したように、中央演算装置１７によって遮断されてもよく、例えばエネルギー供給装置１９へのエネルギー供給を中断する非常スイッチ２１によって遮断されてもよい。

中央制御装置１３が出力する制御信号は、ＣＡＮバス１４を介して制御ユニット６及び／又は制御ユニット６’に送られる。制御ユニット６、６’（この場合も制御ユニット６だけを詳しく述べるが）はそれぞれ制御ユニット２２を有し、制御ユニット２２は、受信制御信号を処理して、ピストン・エンジン制御信号によって液圧ピストン・エンジンの関連調整装置５を制御できるようにする。このために、制御ユニット２２は、制御ユニット電力回路２３に接続され、制御ユニット電力回路２３は、例えば釣り合った磁石を制御するのに十分な電力のピストン・エンジン制御信号を出力する準備をする。

制御ユニット電力回路２３は、制御ユニットエネルギー供給機構２４に接続される。制御ユニットエネルギー供給機構２４は、入力側で、制御ユニット６の第１の監視部２５に接続される。制御ユニット６の第１の監視部２５は、中央制御装置１３が出力する制御信号をＣＡＮバスを介して読み出し、ＣＡＮバスは、中央制御装置１３と制御ユニット６間に第１のインタフェースを構成し、確からしさ分析（plausibility analysis）を実行する。制御信号の確からしさを確認するために、例えば、制御信号の期待値が、制御ユニット６に記憶される。このために、制御ユニット６は、期待値が記憶されるメモリを備える。

中央制御装置１３が出力する制御信号が、第１の監視部２５によって読み出された場合は、期待値との比較によって読み出し信号の確からしさが確認される。メモリ内に対応する期待値が見つからなかった場合は、制御信号に障害があり、これにより液圧駆動装置１を遮断しなければならないことが分かる。液圧駆動装置１を遮断するために、制御ユニット６は、第２のインタフェース２６を介して中央制御装置１３に遮断信号を送る。第２のインタフェース２６は、第１のインタフェースとは別であり、示した実施形態ではＣＡＮバス１４である。第２のインタフェース２６が第１のインタフェースと別なので、データ伝送中にＣＡＮバス１４に障害が生じた場合でも、液圧システムの遮断が保証される。

図示した実施形態では、第１の監視部２５による遮断又は遮断信号の出力のために、制御ユニットエネルギー供給装置２４は、対応する遮断信号が制御ユニットエネルギー供給装置２４によって出力されるように制御される。図示した実施形態では、遮断信号は、中央制御装置１３のエネルギー供給装置１９に直接出力される。中央制御装置１３内のエネルギー供給装置１９が遮断信号を受け取ると、中央制御装置１３の電力回路２８のエネルギー供給が直接遮断される。その結果、出力信号は全てリセットされ、液圧駆動装置１は安全動作状態になる。

中央制御装置１３には、制御ユニット６と６’のどちらが遮断信号を出力するかは関係ない。制御ユニット６又は６’の遮断信号のために中央制御装置１３を遮断する他に、逆に、中央制御装置１３によって制御ユニット６，６’がピストン・エンジン制御信号を出力するのを防ぐこともできる。中央制御装置１３では、内部故障監視が行われる第２の監視部１７’が、中央演算装置１７に組み込まれることが好ましい。内部故障監視で、例えば、液圧駆動装置１が出力制御信号に反応できるようにするセンサ信号に基づいて、液圧駆動装置１に障害があることを検出した場合は、更に他の遮断信号が、ＣＡＮバス１４（即ち、第１のインタフェース）を介して制御ユニット６及び／又は制御ユニット６’に出力され送られる。遮断信号は、ＣＡＮバス１４に接続された全ての制御ユニット６、６’に印加されてもよく、制御ユニット６又は６’の一方だけに選択的に印加されてもよい。

制御及び／又は調整不良を正確に取得できる好ましい実施形態よれば、制御ユニット６の第１の監視部２５にシミュレーション・アルゴリズムが組み込まれる。このシミュレーション・アルゴリズムは、中央演算装置１７内で実行される制御アルゴリズムに対応する。本出願と関連して、用語「制御」は、任意の制御又は調整を意味するように理解される。

従って、第１の監視部２５の演算装置は、中央演算装置１７の機能をシミュレートする。中央制御装置１３の中央演算装置１７と第１の監視部２５の演算装置で同一の算術演算が実行されるので、中央制御装置１３が出力する制御信号を、第１の監視部２５内部でシミュレートされた制御信号と比較することは簡単にできる。ここでずれが検出された場合、制御ユニット６は遮断信号を出力する。

本発明は、示した実施形態に制限されない。好ましい実施形態の個々の特徴を互いに組み合わせることもできる。

詳細には、２つの制御ユニット６、６’が互いに監視するように規定されてもよい。これにより、中央制御装置１３なしにシステムの安全性をかなり高めることができる。制御ユニット６、６’の機能は、例えば他の制御ユニットによってシミュレートされる。制御ユニット６、６’の機能を監視するために、制御ユニット６，６’が生成する信号が、第１のインタフェースを介してシステムの他の制御ユニット６、６’に送られる。このために、中央制御装置１３と共に詳しく説明される例のように、制御ユニット６、６’は、ＣＡＮバス１４を介して接続される。故障した場合、制御ユニット６、６’は、各場合に存在する第２のインタフェース２６によって再び遮断される。

液圧ピストン・エンジンの制御ユニット６、６’の相互監視の場合も、中央制御装置１３による実施に関して説明された駆動システムの特徴とそれに対応する方法を同様に適用することができる。

１ 駆動装置
２ 液圧ポンプ・ユニット
３ 液圧ポンプ
４、１０ 駆動軸
５ 調整装置
６ 制御ユニット
７、８ 作動管
９ 液圧モータ
１１ 回転速度センサ
１２ 第１のセンサライン
１３ 中央制御装置
１４ ＣＡＮバス
１５ 操作レバー

Claims (16)

1. 少なくとも１つの液圧ピストン・エンジン（２）を備え、前記液圧ピストン・エンジン（２，２’）を制御する制御ユニット（６，６’）が前記液圧ピストン・エンジン（２，２’）に配置された駆動システムであって、前記制御ユニット（６，６’）は、前記駆動システム（１）を制御する中央制御装置（１３）に第１のインタフェース（１４）を介して接続され、前記第１のインタフェース（１４）を介して前記駆動システム（１）を制御する制御信号を送ることができ、
   前記中央制御装置（１３）は、更に、第２のインタフェース（２６）を介して前記制御ユニット（６）に接続され、また前記第２のインタフェース（２６）を介して、遮断信号を、前記制御ユニット（６，６’）から前記中央制御装置（１３）に送り且つ／又は前記中央制御装置（１３）から前記制御ユニット（６，６’）に送ることができることを特徴とする駆動システム。
2. 前記制御ユニット（６，６’）は、第１の監視部（２５，２５’）を備え、前記中央制御装置（１３）は、第２の監視部（１７’）を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動システム。
3. 前記中央制御装置（１３）が出力する前記制御信号は、前記制御ユニット（６，６’）の前記第１の監視部（２５，２５’）によって確認することができることを特徴とする、請求項２に記載の駆動システム。
4. 前記制御ユニット（６，６’）の前記第１の監視部（２５，２５’）は、前記中央制御装置（１３）の制御機能をシミュレートするための演算装置を有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の駆動システム。
5. 前記第１の監視部（２５，２５’）は、期待値を記憶するメモリを備え、前記第１の監視部（２５，２５’）は、前記中央制御装置（１３）が出力する制御信号を期待値と比較することができることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の駆動システム。
6. 前記中央制御装置（１３）の前記電力回路（２８）を前記遮断信号によって遮断することができることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動システム。
7. 前記第１のインタフェースを介して、前記中央制御装置（１３）は、更に他の遮断信号を前記制御ユニット（６，６’）を送り、前記更に他の遮断信号は、前記制御ユニット（６，６’）によってピストン・エンジン制御信号の出力を遮断することができることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動システム。
8. 前記制御ユニット（６，６’）は、前記液圧ピストン・エンジン（２，２’）を制御する電力回路（２３）を備え、前記電力回路（２，２’）は、前記第２のインタフェース（２６，２６’）を介して送られる前記遮断信号によって遮断することができることを特徴とする請求項７に記載の駆動システム。
9. 前記第１のインタフェースを構成するバス・システム（１４）が設けられたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動システム。
10. 中央制御装置（１３）と、前記中央制御装置（１３）に接続され液圧ピストン・エンジン（２，２’）を制御する少なくとも１つの制御ユニット（６，６’）とを備えた駆動システム（１）を監視する方法であって、
    前記制御ユニット（６，６’）が、前記中央制御装置（１３）が出力する制御信号を読み出すステップと、
    前記制御ユニット（６，６’）が前記制御信号を確認するステップと、
    確からしくない制御信号が存在する場合に、前記制御ユニット（６，６’）が、第２のインタフェース（２６）を介して遮断信号を前記中央制御装置（１３）に出力するステップとを含む方法。
11. 前記制御ユニット（６，６’）は、前記中央制御装置（１３）の制御機能をシミュレートし、シミュレーション結果を前記読み出した制御信号と比較することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記制御ユニット（６，６’）によって、前記読み出した制御信号が、前記制御ユニット（６，６’）に記憶された期待値と比較されるステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記遮断信号は、前記中央制御装置（１３）の電力回路（２８）を遮断することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記中央制御装置（１３）において、内部故障監視が実行され、故障が検出された場合に、前記中央制御装置（１３）は、更に他の遮断信号を出力して前記制御ユニット（６，６’）の電力回路（２３）を遮断することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 少なくとも２つの液圧ピストン・エンジン（２，２’）を備え、各液圧ピストン・エンジン（２，２’）に前記ピストン・エンジン（２，２’）を制御する制御ユニット（６，６’）が配置された駆動システムであって、前記制御ユニット（６，６’）が、第１のインタフェース（１４）を介して互いに接続され、更に、前記制御ユニット（６，６’）が、第２のインタフェース（２６）を介して互いに接続され、第１と第２インタフェース（１４，１６）を介して、遮断信号を前記制御ユニット（６，６’）のうちの１つから前記他の制御ユニット（６，６’）の少なくとも１つに送ることができる駆動システム。
16. 液圧ピストン・エンジン（２，２’）をそれぞれ制御し且つそれに接続された少なくとも２つの制御ユニット（６，６’）を備えた駆動システム（１）を監視する方法であって、
    前記制御ユニット（６，６’）が出力する前記制御信号を、前記少なくとも１つの他の制御ユニット（６，６’）の少なくとも１つによって読み出すステップと、
    前記少なくとも１つの他の制御ユニット（６，６’）が前記制御信号を確認するステップと、
    確からしくない制御信号が存在する場合に、前記少なくとも１つの他の制御ユニット（６，６’）が、第２のインタフェース（２６）を介して前記他の制御ユニット（６，６’）の１つ又は複数に遮断信号を出力するステップを含む方法。

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