JP2013531201A - 建設機械の油圧ポンプ制御システム - Google Patents

Abstract

掘削機などの建設機械に備えられる油圧ポンプ制御システムを提供する。本発明による建設機械の油圧ポンプ制御システムにおいて、下部走行体に対して上部フレームを旋回加速させたり、走行モータなどを駆動させたりするとき、上部旋回体を旋回させるために、油圧ポンプから初期に油圧モータに必要な量の作動油を供給して、流量の損失を低減させることができる建設機械の油圧ポンプ制御システムを提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、掘削機などの建設機械に備えられる油圧ポンプ制御システムに係り、さらに詳細には、下部走行体に対して上部フレームを旋回加速させたり、走行のために走行モータの駆動を加速させたりする場合、上部旋回体が加速する初期に、可変容量型油圧ポンプ（以下、油圧ポンプ）から油圧モータに必要な量の作動油を供給することができる建設機械の油圧ポンプ制御システムに関する。

一般的に、油圧式建設機械は、エネルギを節減するために、操作量（作動油の流れを制御するスプールを切り換えるために、操作レバーの操作量に比例してスプールに供給されるパイロット信号圧を意味する）に従って可変容量型油圧ポンプの流量を制御する。また、油圧式建設機械は、固定容量型油圧モータが大部分使用されており、油圧モータに流れ込む流量は、回転速度と油圧モータの容積との積に制限される。

そのような油圧システムにおいて、図１のグラフに示されるように、運転手が旋回体を旋回させるために操作レバーを急激に操作する場合、初期に生成された油圧ポンプの吐出流量を、油圧モータの回転速度が不十分であるため、その吐出流量全部を対応できないことがある（油圧モータに実際に流れ込む流量が点線で示される）。

このとき、旋回加速区間で、油圧モータに流れ込む圧力が上昇しつつ、相当量の流量がポートリリーフ弁またはメインリリーフ弁などを介して放出される。この場合、生成されたエネルギの全部が作業に転換されずに、流量の一部がリリーフ弁を介して油圧タンクに帰還するため、流量の損失（斜線で示される部分だけ流量の損失が発生する）が発生する。

本発明の目的は、油圧モータによって旋回体を旋回加速させる場合、油圧モータに初期に供給される流量を低減させることによって効率を増大させることができる建設機械の油圧ポンプ制御システムを提供することである。

本発明の他の目的は、運転手が旋回体を旋回させるために急激に操作レバーを操作する場合でも、供給される流量が低減することによって衝撃を低減させることができる建設機械の油圧ポンプ制御システムを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、所定値以下では流量増加率を制限しないため、運転手が低減する初期の加速感を感じることができない建設機械の油圧ポンプ制御システムを提供することである。

本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムは、可変容量型油圧ポンプと、油圧ポンプに連結される油圧アクチュエータと、操作レバーの操作量に比例する信号圧によって切り換えられ、油圧アクチュエータに供給される作動油を制御するコントロールバルブと、操作レバーの操作量を検出する検出センサと、検出センサからの検出信号によって油圧ポンプの吐出流量を制御する制御部と、を備える建設機械において、検出センサによって操作レバーの操作量を検出する第１ステップと、操作レバーの操作量によって油圧ポンプに要求される要求流量を演算する第２ステップと、演算された要求流量と所定の不感帯値とを比較して判断する第３ステップと、演算された要求流量が不感帯値を超える場合、演算された要求流量から流量増加率を演算する第４ステップと、演算された流量増加率と所定の流量増加率制限値とを比較して判断する第５ステップと、演算された流量増加率が流量増加率制限値を超える場合、流量増加率制限値にしたがって操作量によって油圧ポンプに要求される流量より少ないに油圧ポンプの吐出流量を設定する第６ステップと、第３ステップで演算された流量が不感帯値より小さい場合、油圧ポンプの吐出流量を操作量による要求流量に設定する第７ステップと、を含み、油圧アクチュエータによって駆動する旋回体を旋回加速させる場合、時間が経過するにつれて、油圧ポンプの吐出流量増加率を制限して、油圧アクチュエータに供給される流量を低減させることができる。

本発明の他の実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムは、可変容量型油圧ポンプと、油圧ポンプに連結される油圧アクチュエータと、操作レバーの操作量に比例する信号圧によって切り換えられ、油圧アクチュエータに供給される作動油を制御するコントロールバルブと、操作レバーの操作量を検出する第１検出センサと、油圧ポンプの吐出圧力を検出する第２検出センサと、第１および第２検出センサからの検出信号によって油圧ポンプの吐出流量を制御する制御部と、を備える建設機械において、第１および第２検出センサによって操作レバーの操作量と油圧ポンプの吐出圧力をそれぞれ検出する第１ステップと、操作レバーの操作量によって油圧ポンプに要求される流量を演算する第２ステップと、検出センサによって検出された実際の圧力値と所定の圧力制限値とを比較して判断する第３ステップと、第３ステップで検出された圧力値が圧力制限値より大きい場合、操作量による要求流量から検出された圧力値と圧力制限値との差に定数を掛けた値を減算したものを油圧ポンプの吐出流量に設定する第４ステップと、第３ステップで検出された圧力値が圧力制限値より小さい場合、油圧ポンプの吐出流量を操作量による要求流量に設定する第５ステップとを含み、油圧アクチュエータによって駆動する旋回体を旋回加速させる場合、油圧ポンプの検出された圧力を油圧ポンプの吐出流量にフィードバックして、油圧アクチュエータに供給される流量を低減させることができる。

さらに好ましい実施形態によれば、前述の可変容量型油圧ポンプの吐出流路に設けられて、油圧ポンプの吐出圧力を検出する検出センサを備え、検出された圧力と油圧ポンプの容積とを利用してトルクを演算し、時間が経過するにつれて、演算されたトルク値の増加量が制限されるように油圧ポンプの容積を減らすことができる。

油圧ポンプの吐出流量を制御する場合、所定の圧力値を設定して、検出センサによって検出された実際の圧力値が所定の圧力値より大きい場合、実際に検出された圧力値と所定の圧力値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって油圧ポンプの容積を減らすことができる。

油圧ポンプの吐出流量を制御する場合、所定のトルク値を設定し、演算されたトルク値が所定のトルク値より大きい場合、演算されたトルク値と所定のトルク値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって油圧ポンプの容積を減らすことができる。

検出センサによって検出された実際の圧力値と油圧ポンプの吐出流量とを利用して馬力を演算し、時間が経過するにつれて、演算された馬力値の増加量が制限されるように油圧ポンプの吐出流量を低減させることができる。

可変容量型油圧ポンプの吐出流量を制御する場合、所定の馬力値を設定し、演算された馬力値が所定の馬力値より大きい場合、演算された馬力値と所定の馬力値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって油圧ポンプの吐出流量を低減させることができる。

前述のように構成される本発明の実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムは下記のような利点を有する。

油圧モータによって旋回体を旋回加速させる場合、油圧ポンプから初期に油圧モータに供給される作動油の損失を低減させることによって効率を増大させ、それにより燃費を向上させることができる。

また、運転手が旋回体を旋回させるために急激に操作レバーを操作する場合でも、供給される流量が低減することによって衝撃を低減させることができ、それにより操作感を高めることができる。

また、所定値以下では、流量増加率を制限しない不感帯域を設定することによって、運転手の意図どおり初期の加速力を操作することができる。

建設機械の旋回体を油圧モータによって旋回加速させる場合、油圧ポンプから初期に油圧モータに供給される流量の一部に損失が発生することを示すグラフである。 本発明の実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムに適用される油圧回路の概略図である。 本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムにおいて、油圧ポンプの流量増加率を制限する場合、油圧ポンプの吐出要求量と実際の吐出流量との関係を示すグラフである。 本発明の他の実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムを示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明するが、これは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想及び範囲が限定されることを意味するものではない。

図２ないし図４に示された本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムは、エンジン１に連結される可変容量型油圧ポンプ（以下、油圧ポンプ）２及びパイロットポンプ３と、油圧ポンプ２に連結される油圧アクチュエータ４（例えば、油圧モータ）と、操作レバー５の操作量に比例するパイロット信号圧によって切り換えられ、油圧アクチュエータ４に供給される作動油を制御するコントロールバルブ６（図面にはスプールが示される）と、操作レバー５の操作量を検出する検出センサ７と、検出センサ７からの検出信号によって油圧ポンプ２の吐出流量を制御する制御部９と、を備える建設機械において、検出センサ７によって操作レバー５の操作量を検出する第１ステップＳ１００と、操作レバー５の操作量によって油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１を演算する第２ステップＳ２００と、演算された流量と所定の不感帯値とを比較して判断する第３ステップＳ３００と、演算された流量が不感帯値を超える場合、演算された要求流量から流量増加率を演算する第４ステップＳ４００と、演算された流量増加率と所定の流量増加率制限値とを比較して判断する第５ステップＳ５００と、演算された流量増加率が流量増加率制限値を超える場合、流量増加率制限値にしたがって操作量によって油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１より少ないに油圧ポンプの吐出流量を設定する第６ステップＳ６００と、第３ステップＳ３００で演算された流量が不感帯値より小さい場合、油圧ポンプ２の吐出流量を操作量による要求流量Ｑ１に設定する第７ステップＳ７００と、を含んで、油圧アクチュエータ４によって駆動する旋回体（図示せず）を旋回加速させる場合、時間が経過するにつれて、油圧ポンプ２の吐出流量増加率を制限して、油圧アクチュエータ４に供給される流量を低減させることができる。

油圧ポンプ２の吐出流路に設けられて、油圧ポンプ２の吐出圧力を検出する検出センサ８を備えて、検出された圧力と油圧ポンプ２の容積とを利用してトルクを演算し、時間が経過するにつれて、演算されたトルク値の増加量が制限されるように油圧ポンプの容積を減らすことができる。

油圧ポンプ２の吐出流量を制御する場合、所定の圧力値を設定して、検出センサ８によって検出された実際の圧力値が所定の圧力値より大きい場合、実際に検出された圧力値と所定の圧力値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって油圧ポンプ２の容積を減らすことができる。

油圧ポンプ２の吐出流量を制御する場合、所定のトルク値を設定して、演算されたトルク値が所定のトルク値より大きい場合、演算されたトルク値と所定のトルク値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって油圧ポンプ２の容積を減らすことができる。

検出センサ８によって検出された実際の圧力値と油圧ポンプ２の吐出流量とを利用して馬力を演算し、時間が経過するにつれて、演算された馬力値の増加量が制限されるように、油圧ポンプ２の吐出流量を低減させることができる。

油圧ポンプ２の吐出流量を制御する場合、所定の馬力値を設定して、演算された馬力値が所定の馬力値より大きい場合、演算された馬力値と所定の馬力値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって、油圧ポンプ２の吐出流量を低減させることができる。

図中、説明されていない符号１０は、油圧ポンプ２の吐出流量を制御するために、操作レバー５から供給される信号圧力を、制御部９からの制御信号に比例するように変換させる比例制御弁である。

以下、本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムの使用例について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図３に示されるように、検出センサ７によって操作レバー５の操作量を検出する（Ｓ１００を参照）。

Ｓ２００において、操作レバー５の操作量によって油圧ポンプ２に要求される吐出流量Ｑ１を演算する。すなわち、操作レバー５の操作量に対する要求流量は、関係式または表（図示せず）によって吐出流量Ｑ１を演算する。

Ｓ３００において、演算された流量Ｑ１と所定の不感帯値とを比較して判断し、流量が不感帯値を超える場合、次のステップ（Ｓ４００）に進み、流量が不感帯値以下である場合、Ｓ７００に進む。このとき、不感帯値は、油圧ポンプ２の吐出流量が、設定値以下では流量増加率を制限しないために設定されたものである。

Ｓ４００において、演算された流量が不感帯値を超える場合、演算された要求流量Ｑ１から流量増加率を演算する。

Ｓ５００において、演算された流量増加率と所定の流量増加率制限値（油圧アクチュエータ４の容積を鑑みて設定された制限値）とを比較して判断し、流量増加率が流量増加率制限値を超える場合、次のステップ（Ｓ６００）に進み、流量増加率が流量増加率制限値以下である場合、Ｓ７００に進む。

Ｓ６００において、演算された流量増加率が流量増加率制限値を超える場合、流量増加率制限値にしたがって操作量によって油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１より少ないに油圧ポンプの吐出流量を設定する。

Ｓ７００において、第３ステップＳ３００で演算された流量が不感帯値より小さい場合、または第５ステップＳ５００で流量増加率が流量増加率制限値より小さい場合に、油圧ポンプ２の吐出流量を操作量による要求流量Ｑ１に設定する。

Ｓ８００において、第６ステップＳ６００または第７ステップＳ７００で設定された油圧ポンプ２の吐出流量値を保存する。

図４に示されるように、本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムによれば、油圧アクチュエータ４の駆動によって旋回体を旋回加速させる場合、運転手による操作レバー５の操作量を検出センサ７によって検出して、油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１を演算する。

このとき、演算された吐出流量Ｑ１が所定の値（不感帯値をいう）以下である場合、油圧ポンプ２から操作量による要求流量Ｑ１（点線で示す）を吐出する。一方、演算された吐出流量Ｑ１が所定の値を超える場合には、流量増加率を制限するため、油圧ポンプ２の実際の吐出流量（実線で示す）を低減させることができる。

これにより、油圧ポンプ２の吐出流量増加率が制限される場合、図４で斜線で示される部分だけ、油圧アクチュエータ４に供給される流量を低減させることができる。

図２及び図５に示された本発明の他の実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムは、エンジン１に連結される油圧ポンプ２及びパイロットポンプ３と、油圧ポンプ２に連結される油圧アクチュエータ４（例えば、油圧モータ）と、操作レバー５の操作量に比例するパイロット信号圧によって切り換えられ、油圧アクチュエータ４に供給される作動油を制御するコントロールバルブ６（図面にはスプールが示される）と、操作レバー５の操作量を検出する検出センサ７と、油圧ポンプ２の吐出圧力を検出する検出センサ８と、検出センサ７および検出センサ８からの検出信号によって油圧ポンプ２の吐出流量を制御する制御部９と、を備える建設機械において、検出センサ７及び検出センサ８によって操作レバー５の操作量と油圧ポンプ２の吐出圧力とをそれぞれ検出する第１ステップＳ１０００と、操作レバー５の操作量によって油圧ポンプ２に要求される流量Ｑ１を演算する第２ステップＳ２０００と、検出センサ８によって検出された実際の圧力値と所定の圧力制限値とを比較して判断する第３ステップＳ３０００と、第３ステップＳ３０００で検出された圧力値が圧力制限値より大きい場合、操作量による要求流量Ｑ１から検出された圧力値と圧力制限値との差に定数（ゲイン）を掛けた値を減算した値を油圧ポンプ２の吐出流量に設定する第４ステップＳ４０００と、第３ステップＳ３０００によって検出された圧力値が圧力制限値より小さい場合、油圧ポンプ２の吐出流量を操作量による要求流量Ｑ１に設定する第５ステップＳ５０００と、を含んで、油圧アクチュエータ４によって駆動する旋回体を旋回加速させる場合、油圧ポンプ２の検出された圧力を油圧ポンプ２の吐出流量にフィードバックして、油圧アクチュエータ４に供給される流量を低減させることができる。

以下、本発明の他の実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムの使用例を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図５に示されるように、検出センサ７によって操作レバー５の操作量を検出し、検出センサ８によって油圧ポンプ２の吐出圧力を検出する（Ｓ１０００を参照）。

Ｓ２０００において、操作レバー５の操作量に従って、油圧ポンプ２に要求される吐出流量Ｑ１を演算する。すなわち、操作レバー５の操作量に対する要求流量は、関係式または表（図示せず）によって吐出流量Ｑ１を演算する。

Ｓ３０００において、検出センサ８によって検出された実際の圧力値と所定の圧力制限値とを比較して判断し、実際の圧力値が所定の圧力制限値を超える場合、次のステップＳ４０００に進み、実際の圧力値が所定の圧力制限値より小さい場合、Ｓ５０００ステップに進む。このとき、実際の圧力値として、圧力に容積を掛けたトルク値が使用されることができる。圧力制限値は、油圧アクチュエータ４側のポートリリーフ弁への流量の損失を減らすとともに、装備の性能には干渉しないように設定された圧力値を意味する。

Ｓ４０００において、第１ステップＳ１０００で検出センサ８によって検出された圧力値が圧力制限値より大きい場合、操作量による要求流量Ｑ１から検出された圧力値と圧力制限値との差に定数（ゲイン）を掛けた値を減算したもの（（要求流量Ｑ１−（（検出された圧力値−圧力制限値）×ゲイン））を油圧ポンプ２の吐出流量として設定する。

Ｓ５０００において、第３ステップＳ３０００で検出された圧力値が圧力制限値より小さい場合、油圧ポンプ２の吐出流量を操作量による要求流量Ｑ１に設定する。

前述のように、本発明の他の実施形態による建設機械の油圧ポンプ制御システムは、油圧アクチュエータ４によって駆動する旋回体を旋回加速させる場合、検出センサによって検出された油圧ポンプ２の吐出圧力を油圧ポンプ２の吐出流量にフィードバックすることによって、油圧アクチュエータ４に供給される流量を低減させることができる。

油圧モータによって旋回体を旋回加速させる場合、時間が経過するにつれて、油圧ポンプの吐出流量増加量を制限して流量の損失を防止し、それにより燃費を向上させることができる。

また、運転手が旋回体を旋回させるために急激に操作する場合でも、供給される流量が低減することによって操作感を高めることができる。所定値以下では、流量増加率を制限しない不感帯を設定して、運転手の意図どおり初期の加速力を操作することができる。

１ エンジン
２ 可変容量型油圧ポンプ
３ パイロットポンプ
４ 油圧アクチュエータ
５ 操作レバー
６ コントロールバルブ
７、８ 検出センサ
９ 制御部

Claims (7)

1. 可変容量型油圧ポンプと、前記油圧ポンプに連結される油圧アクチュエータと、操作レバーの操作量に比例する信号圧によって切り換えられ、前記油圧アクチュエータに供給される作動油を制御するコントロールバルブと、前記操作レバーの操作量を検出する検出センサと、前記検出センサからの検出信号によって前記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御部と、を備える建設機械において、
   前記検出センサによって前記操作レバーの操作量を検出する第１ステップと、
   前記操作レバーの操作量によって前記油圧ポンプに要求される要求流量を演算する第２ステップと、
   演算された前記要求流量と所定の不感帯値とを比較して判断する第３ステップと、
   演算された前記要求流量が前記不感帯値を超える場合、演算された前記要求流量から流量増加率を演算する第４ステップと、
   演算された前記流量増加率と所定の流量増加率制限値とを比較して判断する第５ステップと、
   演算された前記流量増加率が前記流量増加率制限値を超える場合、前記流量増加率制限値にしたがって操作量によって前記油圧ポンプに要求される前記要求流量より少ないに油圧ポンプの吐出流量を設定する第６ステップと、
   前記第３ステップで演算された前記要求流量が前記不感帯値より小さい場合、前記油圧ポンプの吐出流量を操作量による前記要求流量に設定する第７ステップと、を含み、
   前記油圧アクチュエータによって駆動する上部旋回体を旋回加速させる場合、時間が経過するにつれて、前記油圧ポンプの吐出流量増加率を制限して、前記油圧アクチュエータに供給される流量を低減させる
   ことを特徴とする建設機械の油圧ポンプ制御システム。
2. 前記可変容量型油圧ポンプの吐出流路に設けられて、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する検出センサを備え、検出された圧力と前記油圧ポンプの容積とを利用してトルクを演算し、時間が経過するにつれて、演算されたトルク値の増加量が制限されるように前記油圧ポンプの容積を減らす
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧ポンプ制御システム。
3. 前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を制御する場合、所定の圧力値を設定して、前記検出センサによって検出された実際の圧力値が所定の圧力値より大きい場合、実際に検出された圧力値と所定の圧力値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって前記油圧ポンプの容積を減らす
   ことを特徴とする請求項２に記載の建設機械の油圧ポンプ制御システム。
4. 前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を制御する場合、所定のトルク値を設定し、演算されたトルク値が所定のトルク値より大きい場合、演算されたトルク値と所定のトルク値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって前記油圧ポンプの容積を減らす
   ことを特徴とする請求項２に記載の建設機械の油圧ポンプ制御システム。
5. 前記検出センサによって検出された実際の圧力値と前記油圧ポンプの吐出流量とを利用して馬力を演算し、時間が経過するにつれて、演算された馬力値の増加量が制限されるように前記油圧ポンプの吐出流量を低減させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の建設機械の油圧ポンプ制御システム。
6. 前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を制御する場合、所定の馬力値を設定し、演算された馬力値が所定の馬力値より大きい場合、演算された馬力値と所定の馬力値との差に所定の定数を掛け、流量制御信号にフィードバックすることによって前記油圧ポンプの吐出流量を低減させる
   ことを特徴とする請求項５に記載の建設機械の油圧ポンプ制御システム。
7. 可変容量型油圧ポンプと、前記油圧ポンプに連結される油圧アクチュエータと、操作レバーの操作量に比例する信号圧によって切り換えられ、前記油圧アクチュエータに供給される作動油を制御するコントロールバルブと、前記操作レバーの操作量を検出する第１検出センサと、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する第２検出センサと、前記第１および第２検出センサからの検出信号によって前記油圧ポンプの吐出流量を制御する制御部と、を備える建設機械において、
   前記第１および第２検出センサによって前記操作レバーの操作量と前記油圧ポンプの吐出圧力をそれぞれ検出する第１ステップと、
   前記操作レバーの操作量によって前記油圧ポンプに要求される要求流量を演算する第２ステップと、
   前記検出センサによって検出された実際の圧力値と所定の圧力制限値とを比較して判断する第３ステップと、
   前記第３ステップで検出された前記圧力値が前記圧力制限値より大きい場合、操作量による前記要求流量から検出された前記圧力値と前記圧力制限値との差に定数を掛けた値を減算したものを前記油圧ポンプの吐出流量に設定する第４ステップと、
   前記第３ステップで検出された前記圧力値が前記圧力制限値より小さい場合、前記油圧ポンプの吐出流量を操作量による前記要求流量に設定する第５ステップと、を含み、
   前記油圧アクチュエータによって駆動する上部旋回体を旋回加速させる場合、前記油圧ポンプの検出された圧力を前記油圧ポンプの吐出流量にフィードバックして、前記油圧アクチュエータに供給される流量を低減させる
   ことを特徴とする建設機械の油圧ポンプ制御システム。

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