JP2013505413A - 設定可能なアクティブジャーク制御 - Google Patents

Abstract

【課題】機械の油圧システムにおけるジャークを制限する方法を提供する。
【解決手段】機械20の油圧システム22におけるジャークを制限する方法は、最大圧力率を定めることを含む。油圧油の出力圧力は、油圧弁28のワークポート32から常時測定され、出力圧力率を決定する。測定された出力圧力率は最大圧力率と比較される。測定された出力圧力率が最大圧力率より大きいとき、要求された流速が調整され、弁２８を通る油圧油の流速が変化するのに対応して発生する圧力差を減少させる。これにより、油圧システム22の加速又は減速における変化を制限し、機械20において感じるジャークを制限する。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的に機械の分野でジャーク（加加速度）を制限する方法に関し、特に、オフロード車両内の油圧式作動システムにおいてジャークを制限することに関する。

大型車両用設備および／または機械、特に、フロントエンド・ローダ、バックホー、掘掘削機、ブルドーザー等の大型のオフロード車両は、一般的に、油圧システムを含んでいる。この油圧システムは、油圧モータおよび／または油圧ピストンを作動させるために、油圧油を用いる。油圧モータおよび／または油圧ピストンに出入りする油圧油の流れは、一般的に、油圧弁によって制御される。

油圧弁は、ポンプからの油圧油を受け入れる供給ポートと、油圧弁から油圧モータおよび／または油圧ピストンに油圧油を供給するワークポートとを含む。油圧システムの作動中、オペレータは、例えば、制御レバーまたは同等物を作動させることによって、指令を入力する。この入力された指令により、油圧弁が急速に弁位置を切り替えて、油圧油の流れ方向を変え、油圧システムの動きを変化させる。例えば、第１位置と第２位置間の制御レバーの動きによって、油圧システムがフロントエンド・ローダのバケットを上げたり、下げたりする。

大型設備における位置間の急速な動きは、急速な変化率、即ち、設備上の種々の部品の加速又は減速を発生させる。油圧システムの急速な加速または減速によって生じる機械の動きは、一般的に、ジャークと呼ばれる。大型設備のこれらのパーツを動かす重荷重を伴うとき、この設備及びオペレータを緊張させる過度のジャークが発生する。

機械の油圧システムにおけるジャークを制限する方法が提供される。この方法は、出力圧力率を決定するために、油圧システムの弁から時間とともに供給される油圧油の出力圧力を常時測定し、弁を通じて初期の流速から要求された流速に油圧油の流れを調整する指令を入力し、測定された出力圧力率と最大圧力率とを比較し、そして、油圧システムにおけるジャークを制限するために、測定された油圧油の出力圧力率が最大圧力率よりも大きいとき、油圧油の流れを初期の流速から要求された流速と異なる許容された流速に調整することを含んでいる。

本発明の別の構成によれば、また、機械の油圧システムにおけるジャークを制限する方法が提供される。この方法は、出力圧力率を決定するために油圧システムの弁から油圧油の出力圧力を常時測定する工程、初期の流速から要求された流速に、前記弁を通る油圧油の流れを調整するための指令を入力する工程、前記測定された出力圧力率を最大圧力率と比較する工程、そして、油圧システムにおけるジャークを制限するために、油圧油の測定された出力圧力率が最大圧力率より大きいとき、初期の流速から要求された流速と異なる許容された流速に油圧油の流れを調整する工程を含んでいる。許容された流速は、要求された流速に対する弁からの油圧油の流速を減速せるために、要求された流速より小さいか、あるいは、要求された流速に対して弁からの油圧油の流速を加速するために、要求された流速より大きいかのいずれかである。

したがって、この開示された方法は、測定された出力圧力率、即ち、油圧油の出力圧力の変化率が、油圧油の圧力の変化率を制限するために、最大圧力よりも大きいときにのみ、弁を通る油圧油の流速を減少又は増加させる。これにより、油圧システムの加速又は減速を制限し、そして、油圧システムの急速な動きに対応して発生したジャークを制限する。弁からの油圧油の測定された出力圧力率は、システム上の最大負荷に相当する。油圧油の測定された流速が最大圧力率よりも大きいときにのみ、要求された流速と異なる値に許容された流速を制限することにより、油圧システムは、軽い負荷の下で十分な速度で作動させることができる。また、より高い負荷の下では、機械及びオペレータへのジャークを制限することができる。

本発明の上記特徴及び利点ならびに他の特徴及び利点は、添付の図面に関連して見るとき、以下の詳細な記載から本発明を実行するための最良の形態が容易に明らかになるであろう。

図１は、油圧システムを含む機械の概略ブロック図である。 図２は、機械の油圧システムにおけるジャークを制限する方法を示すフローチャート図である。

図１において、機械は、一般的に参照番号２０で示される。この機械２０は、フロントエンド・ローダ、バックホー、掘削機、ブルドーザー等の大型のオフロード車両を含むが、これに制限されるものではない。この機械２０は、ここに記載以外の機械２０を含むことができ、さらに、固定の機械、即ち、車両を含む必要のない機械２０を含むことができる。

機械２０は、油圧システム２２を含む。この油圧システム２２は、油圧ピストンおよび／または油圧モータを含むが、これらに限定されるものではない装置２４を作動させる。油圧システム２２は、機械２０のコンポーネント２６を動かすために２つ以上の位置間で急速移動することができる。機械２０のコンポーネント２６は、フロントエンド・ローダのバケット、バックホーまたは掘削機のブーム、ブルドーザーのブレードを含むが、これに制限されるものではない。油圧システム２２は、ここに記載しない他のいくつかの装置２４を含むことができ、また、ここに記載しない他のいくつかのコンポーネント２６を動かすことができる。

油圧システム２２は、油圧油を用いて、従来公知のように油圧装置２４を作動させる。油圧装置に出入りする油圧油の流れは、一般的に１つ以上の油圧弁によって制御される。

油圧弁２８は、各々特定の利用に適した油圧弁２８の形式及び構造を含む。一般的に、油圧弁２８は、ボアを形成するハウジングを含む。このボア内にスプールが配置され、スプールは、少なくとも第１位置と第２位置との間を移動可能である。ハウジングは、さらに、供給ポート３０、少なくとも１つのワークポート３２、及び少なくとも１つの戻りポート３４を形成する。供給ポート３０、ワークポート３２、戻りポート３４の各々は、ボアを通じて連通している。

供給ポート３０は、ポンプ３６から油圧油を供給する。ワークポート３２は、油圧油を油圧装置２４に出入りさせる。戻りポート３４は、油圧装置２４からの油圧油をタンク３８に戻し、このタンクは、次にポンプ３６に供給する。ボア内のスプールの動きは、種々のポート間の流体の連通を開閉し、公知のように、油圧システム２２を通る油圧油の流れを制御する。基本的な油圧システム２２は、ここに記載されているが、この油圧システム２２は、ここに記載した以外の構成であってもよく、また、他の種々のコンポーネントを含むこともできる。

油圧システム２２の作動中、オペレータは、入力装置４０を介して指令を入力する。入力装置４０は、制御弁に連結したレバーを含み、この制御弁は、油圧弁２８と流体連通している。代わりに、入力装置４０は、油圧弁２８を制御するために、油圧弁２８に電気信号を送るように形成された電子コントローラ４２を含む。入力装置４０は、いくつかの他の適当な形式の入力装置および／または制御装置２４を含み、油圧弁２８を制御しかつ動作させる。

入力した指令は、弁位置間を移動させるために油圧弁２８を作動させ、油圧油の流れを変えて、油圧システム２２の動きを変化させる。例えば、第１位置と第２位置との間で制御装置２４の動きにより、油圧システム２２が、フロントエンド・ローダのバケットを上下動させる。油圧システム２２が低負荷の状態にあるとき、例えば、フロントエンド・ローダのバケットが空であるとき、油圧システム２２の加速における急速な変化は、僅かにジャークを発生させる。しかし、油圧システム２２が高負荷の状態にあるとき、例えば、フロントエンド・ローダのバケットが十分に積載されているとき、油圧システム２２の加速における急速な変化は、大きなジャークを発生させる。

機械２０は、さらに、コントローラ４２と、油圧弁２８に連結された少なくとも１つの圧力センサ４４を含む。コントローラ４２は、コンピュータまたは同等物を含み、プロセッサ、メモリ、制御用ソフトウエア、及び機械２０を作動かつ制御するために必要な他の部品を含むことができる。圧力センサ４４は、ワークポート３２に連結され、そして、ワークポート３２と油圧装置２４の間に流れる油圧油の出力圧力を検出するように構成されている。

図２において、機械２０の油圧システム２２におけるジャークを制限する方法が示されている。機械２０の油圧システム２２におけるジャークを制限する方法は、油圧システム２２の弁２８から油圧油の出力圧力を常時測定する工程（ブロック４６）を含む。油圧油の出力圧力は、出力圧力の変化量、即ち、時間に対する弁２８からの油圧油の出力圧力の変化率を決めるために常時監視される。圧力センサ４４は、時間に対する油圧弁２８のワークポート３２から流れる油圧油の出力圧力を測定する。このように、圧力センサ４４は、油圧弁２８のワークポート３２から流れる油圧油の出力圧力を常時検出する。圧力センサ４４は、測定された出力圧力をコントローラ４２に伝達しており、このコントローラは、以下に記載するように、制御用ソフトウエアにおける測定された出力圧力に関係したデータを利用する。

本発明の方法は、さらに、油圧油の出力圧力の変化率を計算する工程（ブロック４８）を含む。出力圧力の変化率は、油圧システム２２がどのように早く加速又は減速されているかを示す。油圧弁２８の出力圧力の高い変化率は、高い加速または減速を示し、過度のジャークを導くことになる。コントローラ４２は、ソフトウエアを用いて出力圧力の変化率を計算し、そして、メモリ内に出力圧力の変化率を記憶することができる。

本発明の方法は、さらに、最大圧力率を定める工程（ブロック５０）を含む。最大圧力率は、油圧システム２２内の油圧油の時間に対する上側作動圧力の変化率である。この最大圧力率は、さらに、ワークポート３２で測定された、油圧弁２８から油圧油の出力圧力に依存している、可変の最大圧力の変化量を含むように定めることができる。好ましくは、最大圧力率は、弁２８からの油圧油の出力圧力に反比例している。上述したように、弁２８のワークポート３２での出力圧力の変化率は、油圧システム２２に加えられるより高い負荷に対応する。したがって、より高い出力圧力の変化率は、油圧システム２２に加えられた高い負荷に関係する。同様に、より低い出力圧力の変化率は、油圧システム２２に加えられるより低い負荷に関連する。このように、低い出力圧力の変化率、即ち、低負荷では、最大圧力の変化率は、最大である。同様に、高い出力圧力の変化率、即ち、高負荷では、最大圧力の変化率は、最小である。最大圧力率は、最低の出力圧力率に関連した最高レベルと最高の出力圧力率に関連した最低レベルとの間で変化する。最大圧力率は、コントローラ４２に、例えば、所定の出力圧力率に対する最大圧力率の表として、蓄積される。

本方法は、さらに、油圧システム２２に指令を入力する工程（ブロック５２）を含み、初期の流速から要求された流速に弁２８を通る油圧油の流れに変化を要求する。この要求された流速は、与えられた入力を所定速度にするために、要求された所望の流速である。このように、油圧システム２２の動きにおける急速な変化を要求する入力は、入力された指令を実行するために初期の流速よりも十分に高いか低い油圧油の要求された流速を要求する。指令は、いずれかの適切な装置２４と上述したようないずれかの適切な方法によって入力することができる。

本方法は、さらに、測定された出力圧力率と最大圧力率とを比較する工程（ブロック５４）を含み、この工程は、測定された出力圧力率と最大圧力率のどちらが、最も高いかを決定する。コントローラ４２の制御用ソフトウエアは、測定された出力圧力率が、最大圧力率よりも大きいかどうかを決定するために、最大圧力率に対して、測定された出力圧力率を比較する。測定された出力圧力率が、最大出力圧力率よりも大きい場合、そのとき、コントローラ４２は、最大圧力率に適合して要求された流速を修正する。測定された出力圧力が、最大圧力率より小さい場合、そのとき、コントローラ４２は、要求された流速を修正しない。

したがって、本方法は、油圧油の測定された出力圧力率が最大圧力率よりも大きいとき、初期流速から、上述したように、要求された流速と異なる許容された流速に油圧油の流れを調整する工程（ブロック５６）を含む。流速を調整して、油圧システム２２における加速または減速の変化を制限することは、油圧システム２２におけるジャークを制限することである。上述したように、弁２８の位置を調整することによって流速が調整され、弁２８を通る油圧油の流れを制御する。

初期の流速から許容された流速に油圧油の流速を調整することは、弁２８を通る油圧油の流れにおける変化が増加するかまたは減少するかを決定する工程（ブロック５８）を含む。弁２８を通る油圧油の流速が増加すると、そのとき、油圧システム２２は、加速される。弁２８を通る油圧油の流速が減少すると、そのとき、油圧システム２２は、減速される。

油圧油の流速が増加していると決定される場合、そのとき、初期の流速から許容された流速に油圧油の流れを調整する工程は、さらに、初期の流速から要求された流速よりも小さい許容された流速に油圧油の流れを調整するように定められる。即ち、油圧油の出力圧力の変化率が最大圧力率よりも小さくなるまで、油圧油の流速が減少する（ブロック６０）。
流速を減少することは、要求された流速に対して弁２８からの油圧油の流速を減速させる。これにより、油圧油の圧力が減少する。

コントローラ４２は、油圧油の出力圧力の変化率を監視し、出力圧力の変化率が最大圧力率より上方に上昇しないことを確実にする（ブロック６２）。出力圧力の変化率は、最大圧力率より上方に上昇する場合、油圧油の流速がさらに減少する。出力圧力の変化率が最大圧力率より下方に留まる場合、そのとき、油圧油の流速が要求された流速に等しくなるまで、油圧油の流れは増加する（ブロック６４）。コントローラ４２は、最大圧力率に対する出力圧力の変化率を監視することを続行し、出力圧力の変化率が最大圧力率より下方に留まることを確実にする（ブロック６６）。したがって、コントローラ４２は、油圧システム２２が平衡となるまで弁２８を通る油圧油の流速を減少または増加し続ける。

弁２８を通る油圧油の流速が減少していると決定される場合、そのとき、初期の流速から許容された流速の油圧油の流れを調整する工程は、さらに、初期の流速から、要求された流速よりも大きい許容された流速の油圧油の流れを調整するように定めることができ、即ち、油圧油の出力圧力の変化率が最大圧力率よりも小さくなるまで、弁２８を通る油圧油の流速が増加する（ブロック６８）。流速を増加すると、要求された流速に対して弁２８からの油圧油の流速を加速させる。この結果、流体の圧力が増加する。

コントローラ４２は、出力圧力の変化率を監視し、出力圧力の変化率が最大圧力率よりも上方に上昇しないことを確実にする（ブロック７０）。出力圧力の変化率は、最大圧力率よりも上方に上昇する場合、そのとき、油圧油の流速がさらに増加する。出力圧力の変化率が、最大圧力率よりも下方に留まる場合、そのとき、油圧油の流速が要求された流速に等しくなるまで、油圧油の流れが減少する（ブロック７２）。コントローラ４２は、最大圧力率に対する出力圧力の変化率を監視し続け、出力圧力の変化率が最大圧力率よりも下方に留まることを確実にする（ブロック７４）。したがって、コントローラ４２は、油圧システム２２が平衡となるまで、弁２８を通る油圧油の流速を増加または減少し続ける。

上述したように、本方法は、さらに、測定された油圧油の出力圧力が、最大圧力率よりも小さいとき、初期の流速から要求された流速に油圧油の流れを調整する工程（ブロック７６）をさらに含む。このように、弁２８のワークポート３２からの出力圧力が最大圧力率よりも小さいとき、要求された流速に調整する必要はない。言い換えれば、出力圧力が、最大圧力率より小さいとき、要求された流速は、油圧システム２２における十分な加速変化を発生させず、その結果、大きいレベルのジャークを発生させない。

本発明を実施するための最良の形態を詳細に記載してきたが、この発明に関する技術の当業者には、添付の請求項に記載の範囲内で、本発明を実施するための種々の変形例及び実施形態を認めることができよう。

Claims (9)

1. 機械（20）の油圧システム（22）におけるジャークを制限する方法であって、該方法は、
   出力圧力率を決定するために前記油圧システム（22）の弁（28）からの油圧油の出力圧力を常時測定する工程、
   初期の流速から要求された流速に、前記弁（28）を通る油圧油の流れにおける変化を要求する指令を入力する工程、
   前記測定された出力圧力率を最大圧力率と比較する工程、及び、
   油圧油の前記測定された出力圧力率が、前記油圧システム（22）におけるジャークを制限するために最大圧力率よりも大きいとき、前記初期の流速から、要求された流速と異なる許容された流速に油圧油の流れを調整する工程を含んでいることを特徴とする方法。
2. 前記初期の流速から、要求された流速と異なる許容された流速に油圧油の流れを調整する工程は、さらに、初期の流速から、要求された流速よりも小さい許容された流速に油圧油の流れを調整し、前記要求された流速に対して前記弁（28）からの油圧油の流速を減速するように定められることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記初期の流速から、要求された流速と異なる許容された流速に油圧油の流れを調整する工程は、さらに、初期の流速から、要求された流速よりも大きい許容された流速に油圧油の流れを調整し、前記要求された流速に対して前記弁（28）からの油圧油の流速を加速するように定められることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. さらに、最大圧力率を定める工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記最大圧力率は、前記弁（28）からの油圧油の出力圧力によって決まる可変の最大圧力率を含むように、前記最大圧力率を定義することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記最大圧力率は、前記弁（28）からの油圧油の出力圧力に逆比例することを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記初期の流速から、許容された流速に油圧油の流れを調整する工程は、さらに、油圧油の流れを制御するために前記弁（28）の位置を調整するように定められることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 油圧油の前記測定された出力圧力率が前記最大圧力率より小さいとき、前記初期の流速から、許容された流速に油圧油の流れを調整する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記機械（20）は、前記弁（28）のワークポート（32）に連結された圧力センサ（44）を含み、かつ油圧油の出力圧力を常時測定する工程は、さらに、前記弁（28）のワークポート（32）からの油圧油の圧力を検出することを特徴とする請求項１記載の方法。

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