JP2011515631A - 複数のアクチュエータを備える油圧システム及び関連の制御方法 - Google Patents

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Abstract

油圧システム及び関連の制御方法が、オペレータ入力装置106、作動油流源44、及び複数のアクチュエータ12、14を含む。少なくとも1つの弁52、54が、アクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに関連付けられる。コントローラ110が、オペレータ入力装置106からの信号に応じてアクチュエータ12、14のそれぞれに供給すべき油圧を計算する。コントローラ110は、アクチュエータ12、14を計算された油圧で駆動するように作動油流源44及び弁52、54を制御する。コントローラ110は、アクチュエータを計算された油圧で駆動できるか否かを判定するためにセンサ102で感知したパラメータも監視し、アクチュエータを計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算し、そのずれ比を用いてアクチュエータの作動を変更する。流量要求が利用可能なポンプ流量を超える場合、アクチュエータ間の速度関係を維持できるように、弁信号が流れを減らすように変更される。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数のアクチュエータを備える油圧システム及び関連の制御方法に関する。
[関連出願の相互参照]
本願は、2008年3月10日付けで出願された米国仮特許出願第61/035,183号の出願日の利益を主張し、該出願の開示は参照により本明細書に援用される。
多くの油圧システムは、複数のアクチュエータを含んでいる。アクチュエータは、ポンプ等の作動油源から供給される作動油によって駆動される。本明細書中では、アクチュエータに言及する場合にさまざまな形態で用いられる用語「駆動(power)」とは、移動又は作動させるために又は移動又は作動させることを試みるためにアクチュエータに作用することを意味する。各アクチュエータに関連する1つ又は複数の弁が、アクチュエータに出入りする流体の流れを制御する。多くの場合、移動機器等において、種々の機能を果たすために複数のアクチュエータが同時に駆動される。例えば、掘削機では、オペレータが、スイング、アーム、及びブームに関連するアクチュエータを同時に駆動し得る。各アクチュエータに作用する負荷は、多くの変数に応じて変わる。アクチュエータを駆動するための圧力は、負荷に応じて変わる。複数のアクチュエータを同時に駆動するために、アクチュエータがそれぞれ異なる負荷を受けている場合、ポンプがすべてのアクチュエータの制御を可能にするのに十分な流れ及び圧力を提供することが望ましい。概して、各アクチュエータに関連する弁(又は複数の弁)を制御して、流れに対する抵抗が変えられる。最も単純な回路では、これによって弁がその関連のアクチュエータの方向及び速度を制御することが可能となる。複数の弁・アクチュエータ対を備えるより複雑な回路では、抵抗が小さすぎると供給圧力が他のアクチュエータの駆動に必要な圧力よりも低くなってしまうため、弁は概して、どの対が与える抵抗も小さすぎることがないように制御される。
場合によっては、ポンプは、すべてのアクチュエータをオペレータが命令した速度で駆動するためのレベルでシステム圧力を維持することができない。このような場合、種々のアクチュエータ間で命令された速度関係を維持することが望ましい。例えば、掘削機のオペレータが、ブームの速度の2倍の速度でアームを動かすことを望む場合、ポンプがアームのアクチュエータ及びブームのアクチュエータをオペレータが命令した速度で駆動するための圧力を維持することができないときでも、この関係が維持されることが望ましい。
本発明の少なくとも1つの実施の形態は、オペレータ入力装置と、作動油流源と、複数のアクチュエータと、複数の弁とを備える油圧システムを提供する。少なくとも1つの弁が、アクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに関連付けられる。該システムはコントローラをさらに備える。コントローラは、オペレータ入力装置からの信号に応じて、アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算し、アクチュエータを計算された油圧で駆動するように作動油流源及び弁を制御し、アクチュエータを計算された油圧で駆動できるか否かを判定するように感知パラメータを監視し、且つアクチュエータを計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算して該ずれ比を用いてアクチュエータの作動を変更する。
本発明によれば、アクチュエータをそれらの命令速度で、又は低減した速度でその命令速度の関係を維持しながら駆動するのに十分な抵抗を、油圧システムにおいて維持するように、弁は制御される。
種々の実施の形態によれば、油圧システムは、アクチュエータのそれぞれに対する負荷を判定する負荷監視センサを含む。コントローラは、アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算するために負荷監視センサからの負荷信号にも応じる。
油圧システムの弁は、各アクチュエータに関連する1つの比例弁を含み得る。別の実施の形態では、弁は、各アクチュエータに関連する4つの弁を含み、そのうちの2つがメータイン弁であり、2つがメータアウト弁である。
一実施の形態によれば、メータイン弁は、圧力補償弁を含み得る。弁にわたる圧力降下を示す信号を供給するために、圧力補償弁のそれぞれに補償器位置インジケータが関連付けられ得る。
本発明の別の実施の形態は、オペレータ入力装置、作動油流源、複数のアクチュエータ、複数の弁、及びコントローラを備える油圧システムを制御する方法を提供する。少なくとも1つの弁がアクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに関連付けられる。該方法は、オペレータ入力装置からの信号に応じて、アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算するステップと、アクチュエータを計算された油圧で駆動するように作動油流源及び弁を制御するステップと、アクチュエータを計算された油圧で駆動できるか否かを判定するように感知パラメータを監視するステップと、アクチュエータを計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算するステップと、ずれ比を用いてアクチュエータの作動を変更するステップとを含む。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
本発明に従って構成される例示的な油圧システムの概略図である。 弁の例示的な実施形態を示す。 本発明の制御方法を示す。 本発明の別の実施形態に従って構成される油圧システムを示す。 本発明のさらに別の実施形態に従って構成される油圧システムを示す。 本発明の別の制御方法を示す。
図1は、本発明に従って構成される例示的な油圧システム10を概略的に示す。図1の油圧システム10は、関連の機能をそれぞれ有する2つのアクチュエータ12及び14を含む。油圧システム10が2つ以上のアクチュエータを備えていてもよいが、説明を簡単にするために、2つのアクチュエータしか備えないシステムについて説明することを認識すべきである。図1は、アクチュエータ12に関連する機能を参照符号16で概略的に示し、アクチュエータ14に関連する機能を参照符号18で概略的に示す。機能16及び18は、関連のアクチュエータを有する任意の既知のタイプの機能であり得る。図1ではリニアアクチュエータとして図示されているが、アクチュエータは、例えばロータリアクチュエータ等の任意の既知のタイプのアクチュエータを含み得る。
アクチュエータ12は、アクチュエータのヘッド側チャンバ26とロッド側チャンバ28との間の境界を画定する可動ピストン24を含む。ピストン24は、ヘッド側チャンバ26及びロッド側チャンバ28の体積を変えるために差圧に応じて可動である。ピストン24の移動が、アクチュエータ12を作動させる。同様に、アクチュエータ14は、アクチュエータのヘッド側チャンバ36とロッド側チャンバ38との間の境界を画定する可動ピストン34を含む。ピストン34は、ヘッド側チャンバ36及びロッド側チャンバ38の体積を変えるために差圧に応じて可動である。ピストン34の移動が、アクチュエータ14を作動させる。
油圧システム10は、固定容量(displacement)ポンプ44として図1に示す作動油流源も含む。ポンプ44は、圧力制御ポンプである。代替的に、ポンプが圧力制御式である限り、可変容量ポンプ又は複数のポンプの組み合わせを用いてもよい。ポンプ44は、リザーバ又はタンク46と流体連通しており、アクチュエータ12及び14に流体を供給するようになっている。図1の固定容量ポンプ44は、所定の最大圧力まで流体を供給するように予め選択される。
図1の油圧システム10は、2つの弁52及び54も含む。弁52は、アクチュエータ12に関連付けられ、ポンプ44からアクチュエータ12への流体の流れ及びアクチュエータ12からタンク46への流体の流れを制御する。同様に、弁54は、アクチュエータ14に関連付けられ、ポンプ44からアクチュエータ14への流体の流れ及びアクチュエータ14からタンク46への流体の流れを制御する。
図2は、弁54の例示的な実施形態を示す。弁52も同様の構成であり得る。弁54は、複数の流体開口を有する弁体60を含む。弁54の第1の側64にある中央開口62が、ポンプ44からの流体を受け取る。弁体60の第1の側64にある外側開口66及び68が、タンク46に接続される。弁体60の第2の側72にある第1の開口70が、アクチュエータ14のヘッド側チャンバ36に接続される一方で、第2の開口74が、アクチュエータ14のロッド側チャンバ38に接続される。
軸方向に可動のスプール80が、弁体60内に位置付けられており、弁54を通る流体の流れを制御するために弁体に対して可動である。図2に示す弁54では、スプール80を移動させるために電気ソレノイド82が弁54に接続される。代替的に、ステッピングモータ、油圧アクチュエータ、又は任意の他の既知の作動装置を用いてスプール80を移動させてもよい。
弁54は、その圧力及び流体計測特性に関して設計及び選択される。図2に示す弁54のスプール80は、弁体60と共に流体が流れ得るオリフィスを形成する4つの計測ランド90、92、94、及び96を有する。弁体60に対するスプール80の場所に応じて、流体は、ポンプ44からアクチュエータ14に流れるときにはオリフィス90及び92を流れることができ、アクチュエータ14からタンク46に流れるときにはオリフィス94及び96を流れることができる。オリフィスのサイズは、スプール80が弁体60に対して軸方向にずれると変わる。
図2は、中立位置での弁54を示している。スプール80を中立位置から一方向にずらすと、2つのオリフィスが開かれて2つのオリフィスが閉じられる(閉じたオリフィスには漏れ流しか通過しない)。例えば、スプールを図2で見て右側にずらした場合、ランド92及び94によって形成されるオリフィスが開かれる。ランド92及び94によって形成されるオリフィスが開くのに応じて、ポンプ44からの作動油が、アクチュエータ14のロッド側チャンバ38内に導かれてアクチュエータのロッド側チャンバ内の流体圧力を上昇させる。ロッド側チャンバ38内の圧力上昇に応じて、アクチュエータ14のピストン34が図1で見て左側に移動し、ロッド側チャンバ38の体積を増加させてヘッド側チャンバ36の体積を減少させる。アクチュエータ14のヘッド側チャンバ36から押し出された流体は、タンク46に導かれる。同様に、図2のスプールが左側に動いてランド90及び96によって形成されるオリフィスを開くと、ポンプ44からの流体がアクチュエータ14のヘッド側チャンバ36内に導かれてアクチュエータのロッド側チャンバ38から出されることで、ピストン34が図1で見て右側に移動する。
図1を再度参照すると、油圧システム10は、圧力センサ102及びアクチュエータ負荷センサ104も含む。圧力センサ102は、ポンプ44と弁52及び54との間に位置付けられる。図1では、圧力センサ102は、ポンプ44のすぐ下流に位置付けられている。圧力センサ102は、圧力を監視して感知された圧力を示す信号を出力する。負荷センサ104の少なくとも一方が、各アクチュエータ12及び14に関連付けられる。図1では、負荷センサ104は、ロードセルであるが、例えば、得られる信号から負荷が判定され得るようにアクチュエータのチャンバ内の圧力を感知するための圧力センサを含む、他のタイプの負荷センサを用いてもよい。各負荷センサ104は、関連のアクチュエータに加わる負荷を監視し、感知された負荷を示す信号を出力する。
油圧システム10は、図1にジョイスティックとして示すオペレータ入力装置106も含む。オペレータ入力装置106は、オペレータによる入力に応じて命令信号を出力する。オペレータの入力は、アクチュエータ12及び14の命令された作動を示す。したがって、オペレータ入力装置106からの命令信号は、オペレータが命令したアクチュエータ12及び14の移動及び速度を示す。
図1の油圧システム10は、コントローラ110も含む。コントローラ110は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、又は種々の制御装置の組み合わせ等、任意のタイプの既知のコントローラであり得る。コントローラ110は、圧力センサ102、アクチュエータ負荷センサ104、及びオペレータ入力装置106からの信号を受け取り、その信号に応じて、ポンプ44並びに弁52及び54に制御信号を出力する。ポンプ44が図1に示すように固定容量ポンプである場合、ポンプ44に対する出力信号は、単にポンプをオン又はオフにする信号である。ポンプ44が可変容量ポンプである場合、コントローラ110からの出力信号は、容量を制御するために用いられ得る。コントローラ110から弁52及び54に供給される出力信号は、関連のアクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように、弁の作動、すなわち各弁のスプールの移動を制御する。コントローラ110は、オペレータが命令したアクチュエータ12及び14の移動及び速度を提供するようにポンプ44並びに弁52及び54を制御することを試みる。
油圧システム10の各アクチュエータ12及び14は、特定の負荷を受け、オペレータからの入力に応じて、特定の方向に特定の速度で移動するように命令される。各アクチュエータ12及び14は、命令に応じて移動するための圧力要求を有する。ポンプ44がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができる場合、アクチュエータは、オペレータによって命令される速度で駆動され得る。ポンプがすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができない場合、すべてのアクチュエータの命令速度を達成することができない。すべてのアクチュエータの命令速度が達成できない場合、コントローラ110は、オペレータによって命令される関係を維持するためにすべてのアクチュエータの命令速度を変更する。
図3は、本発明の例示的な制御方法を示し、図1の油圧システム10を参照して説明される。図3を参照すると、方法はステップ301において開始し、油圧システム10を備える機械をオンにして油圧システムに動力を供給する。ステップ302において、コントローラ110が、新たなオペレータ命令信号がオペレータ入力装置106から受け取られたか否かを判定する。新たな命令信号がオペレータ入力装置106から受け取られなかった場合、コントローラ110の次のサイクルタイムでステップ302の判定が繰り返される。新たなオペレータ命令信号がコントローラ110によって受け取られた場合、方法はステップ303に続き、コントローラ110がアクチュエータ負荷センサ104によって供給される信号を監視する。ステップ304において、コントローラ110は、アクチュエータ12及び14をオペレータが命令した速度で移動させるための圧力要求を求める。
アクチュエータ12及び14をオペレータが命令した速度で移動させるための圧力要求は、いくつかの方法で求められ得る。例えば、コントローラ110は、種々の負荷及び命令信号を対応の圧力要求と相関させるルックアップテーブルを有するメモリを含み得る。代替的に、圧力要求が計算されてもよい。例えば、すべてのアクチュエータをそれらの命令速度で移動させるための圧力要求は、以下の式で要約され得る。
ポンプ圧力=P=f(vcom,弁サイズ)+f(負荷)+f(HLL)+f(α)
式中、vcomは命令速度、HLLは油圧ライン損失、αは加速度である。加速度項を無視する、すなわち、定常状態の場合を考慮して油圧ライン損失(HLL)を無視すると、命令速度、弁サイズ、及び流量係数に関して圧力要求を表す式は、以下の通りである。
Figure 2011515631
式中、Fは負荷の力、APEはピストンの駆動端の面積、vはアクチュエータ速度、KVPLは弁係数、ρは弁比、ρはアクチュエータ(シリンダ)の面積比である。コントローラ110は、各アクチュエータ12及び14に関してこの計算を行い、最大計算圧力が、油圧システム10の圧力要求である。
ステップ304から、方法はステップ305に進み、コントローラ110は、圧力を与えるようにポンプ44を制御する。ポンプ44が固定容量ポンプである場合、このステップは、ポンプ44がその固定容量で流体を供給するように駆動されることによって果たされる。ポンプ44が可変容量ポンプである場合、コントローラ110は、要求圧力を与えて維持するようにポンプ44の容量を制御することによってこのステップを果たす。
ステップ306において、コントローラ110は、関連のアクチュエータ12及び14に関して命令速度を達成するように弁52及び54を制御する。例えば、コントローラ110は、スプールを移動させるために作動させるべき弁52及び54のソレノイドに制御信号を出力して、アクチュエータ12又は14を要求速度で駆動するのに適した量の流体をそのアクチュエータの関連のチャンバに供給する。このステップを行うために、コントローラ110は、各アクチュエータを命令速度で駆動するのに十分な流れがアクチュエータ12及び14に供給されるように、弁52及び54を制御する。コントローラ110は、上述のものと同様の計算によって、又はルックアップテーブルを参照することによって、圧力を求める。
ステップ307において、コントローラ110は、圧力フィードバック信号を受け取る。図1の油圧システム10では、圧力フィードバック信号は、圧力センサ102からの信号である。ステップ308において、コントローラ110は、圧力フィードバック信号が、命令された作動を達成できることを示しているか否かを判定する。このステップを行うために、図1のコントローラ110は、圧力信号102によって監視された実際の圧力が要求圧力と等しいか又はそれを超えているかを判定する。ステップ308の判定が肯定であり、実際の圧力が要求圧力と等しいか又はそれを超えている場合、アクチュエータ12及び14の命令速度を達成できる。ステップ308における肯定判定に応じて、方法はステップ302に戻る。ステップ308における判定が否定であり、且つ実際の圧力が要求圧力未満である場合、アクチュエータ12及び14の要求速度は達成できず、方法はステップ309に進む。
ステップ309において、コントローラ110は、ずれ比(discrepancy ratio)を求める。ずれ比は、実際の圧力の関数を要求圧力の関数で除算することによって求められる。最も単純な形態では、ずれ比は、圧力センサ102によって感知された実際の圧力(バール)を要求圧力で除算することによって求められ得る。他の関数は、例えば、実際の圧力の平方根を要求圧力の平方根で除算することを含み得る。ずれ比は、0〜1の値である。例えば、感知された圧力が7バールであり、要求圧力が10バールである場合、ずれ比は、7を10で除算すなわち0.7である。ステップ310において、アクチュエータ12及び14の作動の速度を、ずれ比を用いて変更する。アクチュエータ速度を変更するために、命令速度のそれぞれにずれ比を乗算する。各命令速度にずれ比を乗算することによって、命令速度の関係が維持される。ステップ310から、プロセスはステップ304に戻る。
図4は、本発明の第2の実施形態に従って構成される油圧システム130を示す。図4の油圧システム130は、関連の機能136及び138をそれぞれ有する2つのアクチュエータ132及び134を含む。アクチュエータ132は、アクチュエータのヘッド側チャンバ146とロッド側チャンバ148との間の境界を画定する可動ピストン144を含む。同様に、アクチュエータ134は、アクチュエータのヘッド側チャンバ156とロッド側チャンバ158との間の境界を画定する可動ピストン154を含む。
図4の油圧システム130は、8つの弁を含み、そのうちの4つずつが各アクチュエータ132及び134に関連付けられる。各アクチュエータの4つの弁は、2つのメータイン弁162及び164と2つのメータアウト弁166及び168とを含む。場合によっては、弁162及び164が、アクチュエータから出る流れを調節してもよく、弁166及び168が、アクチュエータに入る流れを調節してもよいが、説明を簡単にするために、アクチュエータの供給側の弁162及び164を「メータイン弁」と呼び、アクチュエータの戻り側の弁を「メータアウト弁」と呼ぶ。2つのメータイン弁は、各アクチュエータのヘッド側チャンバに入る流体の流れを制御する1つの弁162と、各アクチュエータのロッド側チャンバに入る流体の流れを制御する1つの弁164とを含む。2つのメータアウト弁は、各アクチュエータのヘッド側チャンバから出る流体の流れを制御する1つの弁166と、各アクチュエータのロッド側チャンバから出る流体の流れを制御する1つの弁168とを含む。図4の各弁162、164、166、及び168は、独立制御される比例弁である。弁を通る流体の流れを制御するために、各弁のソレノイドアクチュエータ等のアクチュエータ170を作動可能である。
各アクチュエータ132及び134に関連する4つの弁162、164、166、及び168は、ポンプ176からアクチュエータへの流体の流れ及びアクチュエータからタンク178への流体の流れを制御する。例えば、アクチュエータ132を伸ばすためには、弁162及び168が開かれる。弁162を開くと、ポンプ176からアクチュエータ132のヘッド側チャンバ146に流体を流すことができる。アクチュエータ132のヘッド側チャンバ146に入る流体によってできる差圧は、アクチュエータのピストン144を図4で見て右側に押す傾向がある。ピストン144の右側への移動は、アクチュエータ132のロッド側チャンバ148の体積を減らしてロッド側チャンバから流体を押し出す。アクチュエータ132のロッド側チャンバ148から押し出された流体は、弁168を通ってタンク178に導かれる。同様に、アクチュエータ132を縮めるためには、弁164及び166が開かれる。その結果、ポンプ176からの流体が弁164を通ってアクチュエータ132のロッド側チャンバ148に導かれて、ピストン144を図4で見て左側に移動させ、アクチュエータ132のヘッド側チャンバ146から弁166を通してタンク178へ流体が導き出される。
図4の油圧システム130は、ポンプ176、圧力センサ182、アクチュエータ負荷センサ184(そのうちの少なくとも1つが各アクチュエータ132及び134に関連付けられる)、オペレータ入力装置186、及びコントローラ188も含む。図4に示すポンプ176は、可変容量ポンプである。ポンプ176は、可動斜板等の容量を変えるための装置190を含む。圧力センサ182、アクチュエータ負荷センサ184、及びオペレータ入力装置186は、図1を参照して上述したものと同様である。コントローラ188は、圧力センサ182、アクチュエータ負荷センサ184、及びオペレータ入力装置186からの信号を受け取り、信号に応じて、ポンプ176並びに弁162、164、166、及び168に制御信号を供給する。ポンプ176への制御信号は、メータイン弁162及び164に圧力を与えて維持するようにポンプの容量を制御する。弁162、164、166、及び168に供給される制御信号は、弁を通ってアクチュエータ132及び134に出入りする流体の流れを制御する。コントローラ188は、オペレータが命令したアクチュエータ132及び134の移動及び速度を提供するようにポンプ176並びに弁162、164、166、及び168を制御することを試みる。
油圧システム130の各アクチュエータ132及び134は、特定の負荷を受け、オペレータからの入力に応じて、特定の方向に特定の速度で移動するように命令される。各アクチュエータ132及び134は、命令に応じて移動するための圧力要求を有する。ポンプ176がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができる場合、アクチュエータは、オペレータによって命令される速度で駆動され得る。ポンプ176がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができない場合、すべてのアクチュエータの命令速度を達成することができない。すべてのアクチュエータの命令速度が達成できない場合、コントローラ188は、オペレータによって命令される関係を維持するためにすべてのアクチュエータの命令速度を変更する。
図4のコントローラ188は、図3を参照して前述した制御方法に従い得る。図4のポンプ176は、可変容量ポンプであるため、図3の制御方法のステップ305は、図4の油圧システム130に適用される場合、可能であれば要求圧力を与えるようにポンプの容量を制御することを含む。図4の油圧システム130の弁162、164、166、及び168は、独立制御されるため、図3の制御方法のステップ306は、図4の油圧システム130に適用される場合、単に適当な弁を通して流れを制御することから成る。
図5は、本発明のさらに別の実施形態に従って構成される油圧システム200を示す。図5に示す油圧システム200も、関連の機能206及び208をそれぞれ有する2つのアクチュエータ202及び204を含む。前述の油圧システム10及び130のように、図5の油圧システム200は、3つ以上のアクチュエータを備えていてもよいが、説明を簡単にするために、2つのアクチュエータしか備えないシステムについて説明する。アクチュエータ202は、アクチュエータのヘッド側チャンバ216とロッド側チャンバ218との間の境界を画定する可動ピストン214を含む。同様に、アクチュエータ204は、アクチュエータのヘッド側チャンバ226とロッド側チャンバ228との間の境界を画定する可動ピストン224を含む。
図5の油圧システム200も、8つの弁を含み、そのうちの4つずつが各アクチュエータに関連付けられる。各アクチュエータに関連する4つの弁は、2つのメータイン弁234及び236と2つのメータアウト弁238及び240とを含む。先の実施形態のように、アクチュエータの供給側の弁234及び236を「メータイン弁」と呼び、アクチュエータの戻り側の弁238及び240を「メータアウト弁」と呼ぶ。
図5の各弁234、236、238、及び240は、圧力補償弁である。各圧力補償弁は、パイロット部246及び圧力補償器部248を含む。パイロット部246は、弁を通る流れを調整するように制御可能であるソレノイド等のアクチュエータ250を含む。補償器部248は、パイロット部246にわたって所定の圧力降下を維持するように油圧機械式に移動するスプールを含む。例えば、弁のパイロット部246にわたる所定の圧力降下が10バールである場合、補償器部248のスプールは、パイロット部246にわたるこの10バールの圧力降下を維持することを試みるように移動する。図5のメータアウト弁238及び240は、圧力補償弁として図示されているが、より単純な構成を有する弁をメータアウト弁に用いてもよいことを当業者は認識すべきである。
図5の油圧システム200は、各メータイン弁234及び236に関連付けられる補償器位置インジケータ256も含む。補償器位置インジケータ256は、弁の補償器部248のスプールの位置を感知して感知した位置を示す信号を出力する。
図5の油圧システムは、ポンプ260及びタンク262も含む。図5に示すポンプ260は、圧力制御ポンプである。ポンプ260は、ポンプの出力圧力が制御され得るように容量を変えるための制御信号に応じる、可動斜板等の装置264を含む。
油圧システム200は、図5にジョイスティックとして示すオペレータ入力装置268も含む。オペレータ入力装置268は、オペレータによる入力に応じて、オペレータが命令した種々のアクチュエータ202及び204の移動及び速度を示す命令信号を供給する。
油圧システム200のコントローラ270は、オペレータ入力装置268及び補償器位置インジケータ256からの入力信号を受け取り、アクチュエータ202及び204の作動を制御するためにポンプ260と弁234、236、238及び240のパイロット部246のアクチュエータ250とに制御信号を供給する。ポンプ260に供給される制御信号は、ポンプの圧力設定を制御し、作動されるべき弁234、236、238及び240のパイロット部246に供給される制御信号は、パイロット部を開いて関連のアクチュエータへの流れを可能にする。コントローラ270は、オペレータが命令したアクチュエータ202及び204の移動及び速度を提供するようにポンプ260及び弁を制御することを試みる。
油圧システム200の各アクチュエータ202及び204は、特定の負荷を受け、オペレータからの入力に応じて、特定の方向に特定の速度で移動するように命令される。各アクチュエータ202及び204は、命令に応じて移動するための圧力要求を有する。ポンプ260がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができる場合、アクチュエータは、オペレータによって命令される速度で駆動され得る。ポンプ260がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができない場合、すべてのアクチュエータの命令速度を達成することができない。すべてのアクチュエータの命令速度が達成できない場合、コントローラ270は、オペレータによって命令される関係を維持するためにすべてのアクチュエータの命令速度を変更する。
一例として、オペレータによる命令に応じてアクチュエータを駆動するために、アクチュエータ202のヘッド側チャンバ216の圧力が70バールであるべきであり、アクチュエータ204のヘッド側チャンバ226の圧力が100バールであるべきであり、ポンプ260によって与えられる圧力が110バールであると仮定する。アクチュエータ202の弁234が40バールの圧力降下を提供することができ、アクチュエータ204の弁234が10バールの圧力降下を提供することができる場合、アクチュエータ202及び204のオペレータが命令した速度が達成され得る。しかしながら、ポンプの容量が最大化され、例えば、アクチュエータ204の弁234が7バールの圧力降下しか提供できない場合、すべてのアクチュエータの命令速度を達成できず、コントローラ270は、オペレータが命令した関係を維持するためにアクチュエータ202及び204の命令速度を変更する。
図6は、本発明の例示的な制御方法を示し、図5の油圧システム200を参照して説明される。図6の制御方法は、図6の方法がアクチュエータ負荷を監視するステップ(図3のステップ303)を含まないことを除いて、図3に記載の制御方法と同様であることに留意すべきである。図6を参照すると、方法はステップ601において開始し、油圧システム200を備える機械をオンにして油圧システムに動力を供給する。ステップ602において、コントローラ270が、新たなオペレータ命令信号がオペレータ入力装置268から受け取られたか否かを判定する。新たなオペレータ命令信号がオペレータ入力装置268から受け取られなかった場合、コントローラ270の次のサイクルタイムでステップ602の判定が繰り返される。新たなオペレータ命令信号がコントローラ270によって受け取られた場合、方法はステップ603に続き、コントローラ270は、弁の補償器部248のスプールの現在の位置を示す信号に応じて、例えば、メモリに記憶されており種々の命令信号及び補償器部248の位置を対応の圧力要求と相関させるルックアップテーブルを参照することによって、アクチュエータ202及び204をオペレータが命令した速度で移動させるための圧力要求を求める。
ステップ603から、方法はステップ604に進み、コントローラ270は、命令圧力を与えるようにポンプ260を制御する。ステップ605において、コントローラ270は、関連のアクチュエータ202及び204に関して命令速度を達成するように弁234、236、238、及び240を制御する。弁の補償器部248のスプールが、それらの関連のパイロット部246にわたる所望の圧力降下を維持するために、それらの関連のパイロット部246における圧力の変化又は流れの変化に応じて位置を変え得ることを留意すべきである。ステップ606において、コントローラ270は、圧力フィードバック信号を受け取る。図5の油圧システムでは、圧力フィードバック信号は、弁234及び236の補償器部248のスプールの位置を示す信号である。この位置が、コントローラ270において以前に受け取られた位置とは異なり得ることに留意されたい。ステップ607において、コントローラ270は、圧力フィードバック信号が命令作動を達成できることを示しているか否かを判定する。ステップ607を行うために、図5のコントローラ270は、補償器位置インジケータ256から受け取られた各弁234及び236の補償器部248のスプールの指示位置を、補償器部のスプールの所望の位置と比較する。コントローラ270は、例えばルックアップテーブルの参照から、ポンプの命令圧力で種々のアクチュエータに関してオペレータが命令した速度を達成するための各弁の補償器部248のスプールの所望の位置を知る。指示位置が各アクチュエータ202及び204の各弁234及び236の所望の位置に一致する場合、ステップ607の判定は肯定であり、アクチュエータ202及び204の命令速度を達成できる。ステップ607における肯定判定に応じて、方法はステップ602に戻る。ステップ607における判定が否定であり、且つ1つ又は複数の補償器部248の指示位置が所望の位置に一致しない場合、アクチュエータ202及び204の命令速度は達成できず、方法はステップ608に進む。
ステップ608において、コントローラ270は、ずれ比を求める。図5の油圧システム200では、ずれ比は、弁234又は236にわたる実際の圧力降下の関数をその弁における所望の圧力降下の関数で除算することによって求められる。最も単純な形態では、ずれ比は、弁の補償器部248のスプールの位置によって示された補償器部248にわたる実際の圧力降下を、弁の補償器部248にわたる所望の圧力降下で除算することによって求められ得る。ずれ比は、0〜1の値である。例えば、補償器部248にわたる所望の圧力降下が10バールであり、補償器部248の感知位置が7バールの圧力降下を示している場合、ずれ比は、7バールを10で除算すなわち0.7である。2つ以上の弁で所望の圧力降下が達成されない場合には、コントローラは、実際の圧力降下対所望の圧力降下の最小の比をずれ比として用いる。
ステップ609において、アクチュエータ速度が、ずれ比を用いて変更される。アクチュエータ速度を変更するために、命令速度のそれぞれにずれ比を乗算する。各命令速度にずれ比を乗算することによって、命令速度の関係が維持される。ステップ609から、プロセスはステップ603に戻り、変更された命令速度でステップが繰り返される。
本発明の原理、実施形態、及び動作が本明細書で詳細に説明されているが、これは、開示されている特定の説明形態に限定されると解釈されてはならない。したがって、本発明の精神又は範囲から逸脱せずに本明細書中の実施形態のさまざまな変更を行うことができることが、当業者には明らかとなるであろう。

Claims (19)

  1. 油圧システムであって
    オペレータ入力装置と、
    作動油流源と、
    複数のアクチュエータと、
    前記アクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに少なくとも1つが関連付けられる、複数の弁と、
    前記オペレータ入力装置からの信号に応じて、前記アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算し、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動するように前記作動油流源及び前記弁を制御し、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できるか否かを判定するように感知パラメータを監視し、且つ前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算して該ずれ比を用いて前記アクチュエータの作動を変更する、コントローラと、
    を備える、油圧システム。
  2. 前記コントローラは、各アクチュエータの命令速度に前記ずれ比を乗算して前記アクチュエータに関する変更作動速度を求め、前記アクチュエータを前記変更作動速度で駆動するように前記アクチュエータに供給すべき変更油圧を計算し、且つ前記アクチュエータを前記変更油圧で駆動するように前記作動油流源及び前記弁を制御することによって、前記ずれ比を用いて前記アクチュエータの作動を変更する、請求項1に記載の油圧システム。
  3. 前記アクチュエータに対する負荷を判定して前記コントローラに負荷信号を供給するように各アクチュエータに少なくとも1つが関連付けられる、複数の負荷監視センサをさらに含み、前記コントローラは、前記負荷信号を用いて前記アクチュエータに供給すべき油圧を計算する、請求項1に記載の油圧システム。
  4. 前記負荷監視センサは、前記アクチュエータのロッドに取り付けられるロードセルである、請求項3に記載の油圧システム。
  5. 前記油圧システムは圧力センサをさらに含み、該圧力センサは、前記作動油流源と前記弁との間の実際の圧力を感知して前記コントローラに圧力信号を供給し、該圧力信号は、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できるか否かを判定するための前記感知パラメータである、請求項1に記載の油圧システム。
  6. 前記コントローラは、前記圧力センサからの前記圧力信号を前記アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧で除算することによって、前記ずれ比を計算し、最小値が前記ずれ比である、請求項5に記載の油圧システム。
  7. 各アクチュエータに1つの弁のみが関連付けられ、該弁は、前記作動油流源から前記アクチュエータへの流体の流れ及び該アクチュエータからタンクへの流体の流れを制御するように可動であるスプールを有する比例弁である、請求項1に記載の油圧システム。
  8. 前記作動油流源は、固定容量油圧ポンプである、請求項7に記載の油圧システム。
  9. 各アクチュエータに4つの弁が関連付けられ、該4つの弁は、前記アクチュエータのヘッド側チャンバに入る流れを制御する第1のメータイン弁と、前記アクチュエータのロッド側チャンバに入る流れを制御する第2のメータイン弁と、前記アクチュエータの前記ヘッド側チャンバから出る流れを制御する第1のメータアウト弁と、前記アクチュエータの前記ロッド側チャンバから出る流れを制御する第2のメータアウト弁とを備える、請求項1に記載の油圧システム。
  10. 前記第1のメータイン弁及び前記第2のメータイン弁は、比例弁である、請求項9に記載の油圧システム。
  11. 前記作動油流源は、可変容量油圧ポンプである、請求項10に記載の油圧システム。
  12. 前記第1のメータイン弁及び前記第2のメータイン弁は、圧力補償弁である、請求項9に記載の油圧システム。
  13. 前記圧力補償弁のそれぞれは、パイロット部及び補償部を含み、圧力降下を設定するように前記コントローラによって制御される、請求項12に記載の油圧システム。
  14. 前記油圧システムは、前記圧力補償弁の各補償部に関連する補償器位置インジケータをさらに含み、該補償器位置インジケータは、その補償器部のスプールの位置を感知して該感知されたスプール位置を示す信号を出力し、前記感知されたスプール位置は、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できるか否かを判定するための前記感知パラメータである、請求項13に記載の油圧システム。
  15. 前記感知されたスプール位置は、関連の弁にわたる実際の圧力降下を示し、前記コントローラは、前記関連の弁にわたる前記実際の圧力降下を前記設定された圧力降下で除算することによって前記ずれ比を計算する、請求項14に記載の油圧システム。
  16. オペレータ入力装置、作動油流源、複数のアクチュエータ、複数の弁、及びコントローラを備え、少なくとも1つの弁が前記アクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに関連付けられる、油圧システムを制御する方法であって、
    前記オペレータ入力装置からの信号に応じて、前記アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算するステップと、
    前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動するように前記作動油流源及び前記弁を制御するステップと、
    前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できるか否かを判定するように感知パラメータを監視するステップと、
    前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算するステップと、
    前記ずれ比を用いて前記アクチュエータの作動を変更するステップと、
    を含む、油圧システムを制御する方法。
  17. 各アクチュエータの感知を行うステップと、感知された負荷を用いるステップであって前記アクチュエータに供給すべき油圧を計算する、用いるステップとをさらに含む、請求項16に記載の方法。
  18. 前記感知パラメータを監視するステップは、前記作動油流源と前記弁との間の実際の圧力を感知するステップを含み、前記ずれ比を計算するステップは、前記感知された実際の圧力を各アクチュエータに供給すべき前記計算された油圧で除算するステップと、最小値を前記ずれ比として用いるステップとを含む、請求項16に記載の方法。
  19. 前記ずれ比を用いて前記アクチュエータの作動を変更するステップは、各アクチュエータの命令速度に前記ずれ比を乗算して変更作動速度を求め、前記アクチュエータを前記変更作動速度で駆動するように前記アクチュエータのそれぞれに供給すべき変更油圧を計算し、且つ前記アクチュエータを前記変更油圧で駆動するように前記作動油流源及び前記弁を制御するステップを含む、請求項16に記載の方法。
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