JP2014525549A - 油圧機械式作業機械を動作させる駆動制御方法及びシステム - Google Patents

油圧機械式作業機械を動作させる駆動制御方法及びシステム Download PDF

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Abstract

本発明は、可変容積を有する油圧走行モータ(11)を備え、油圧ポンプ(2)によって生成された作動液の流れが、前記走行モータ(11)に提供され、前記油圧ポンプ(2)から前記走行モータ(11)への前記作動液の流れを制御するための制御弁(4)が提供された、油圧駆動式作業機械(200)を動作させるシステム及び方法に関する。前記油圧ポンプ(2)には、前記走行制御弁(4)によって生成された負荷信号(LS)に応じる油圧制御が提供され、前記走行モータ(11)には、所望の駆動挙動に従う電気制御が提供される。
【選択図】図2a

Description

本発明は、例えば建設機械における油圧駆動制御に関する。
特許文献1は、油圧オープンセンター油圧走行システムを備えた建設機械用の走行制御システムを開示しており、可変容量形走行モータの容積が、油圧で制御される。降坂走行中、走行モータの容積を大きくして加速を抑制することができる。比例弁によって生成された油圧は、走行モータ内の圧力によってオーバードライブされ、即ち、走行モータが特定の圧力値に達した場合に、走行モータは、比例弁を介して走行モータに加えられる制御圧力に関係なく最大容積まで旋回される。実際の駆動状況により、モータとポンプの容積が同時に変更される。
欧州特許出願公開第2 123 947号明細書
本発明の目的は、作業機械が全速力で走行し降坂駆動で加速し始めたときの速度調整に関する問題を克服し、かつ作業機械の快適で燃料効率の高い操作を可能にする方法を提供することである。
別の目的は、作業機械が全速力で移動し降坂駆動で加速し始めたときに速度調整に関する問題を克服し、かつ作業機械の快適で燃料効率の高い操作を可能にする走行システムを提供することである。
目的は、独立クレームの特徴によって達成される。他の請求項、図面及び記述は、本発明の有利な実施形態を開示する。
可変容積を有する油圧走行モータを含む油圧駆動式作業機械を動作させるための方法が提案され、油圧ポンプによって生成された作動液の流れが、走行モータに提供され、油圧ポンプから走行モータへの作動液の流れを制御するための制御弁が提供される。油圧ポンプには、走行制御弁によって生成された負荷信号に応じた油圧制御が提供され、走行モータには、所望の駆動挙動に従った電気制御が提供される。
作業機械は、掘削機などの車輪駆動機械であることが好ましい。一般に、本発明は、開ループ走行システムを備えた全ての機械に適する。提案された発明により、走行モータの容積を最小値と最大値の間で連続的に制御することができる。機械の挙動を滑らかにすることができ、それにより急な停止又は加速を回避することができる。
他方、機械が降坂しており、実速度が許容速度を超えたときは、油圧モータの容積を増大させ、したがって許容速度に再び達するまで機械を減速することができる。走行モータ内の走行高圧力と関係なく容積を調整することができ、走行高圧力は、通常、走行モータの容積を決定するパラメータである。走行モータをいつでも安全に制御することができる。モータの容積は、走行モータを含む走行装置に組み込まれた電気弁によって直接、電気的に制御されることが好ましい。更に、走行モータは、最小容積と最大容積の間で段階的ではなく連続的に制御され、それにより、走行システムの滑らかな挙動が可能になる。更に、主制御弁(MCV)内の走行部分のスプールのストロークが制御されてもよい。
走行モータの容積を、最小容積と最大容積の間で比例的に制御することができ、その結果、機械の走行速度を制御できることが適切である。走行モータは、一定容積にだけでなく任意の必要な容積に旋回させることができる。
油圧ポンプの容積は、好ましくは、走行モードで燃料節約モードで制御されてもよい。燃料節約モードでは、作動液の流量と容積は、所望の駆動挙動にしたがって、例えば設定速度にしたがって最適に調整される。
好ましくは、制御ユニットは、所望の挙動(例えば、燃料効率及び/又は操縦し易さの点で最適化された)を得るために、走行モータ容積、走行制御弁内のスプールストローク及び油圧ポンプの容積をどのように変化させなければならないかを計算することができる。速度超過防止に加えて、本発明は、前進走行と後退走行の間の不安定な反転、より高速の加速、より滑らかな加速と減速、及び燃料節約のモードを可能にする。
本発明の好ましい実施形態によれば、走行モータの容積は、走行モータ容積制御弁からの電気的信号によって、走行モータ内の実際の走行高圧力と関係なく調整されてもよい。走行モータ内の圧力は、走行モータに送られる制御信号より優先されない。
従来のシステムでは、走行モータの容積は、走行モータ内の高圧力だけに依存する。そのようなシステムでは、圧力がない(即ち、停止状態)の場合、走行モータは最小容積にある。機械が走行し始めると、圧力が上昇し、特定値を超えた場合、走行モータは、比例弁によって走行モータに提供される制御圧力と無関係にその最大容積に旋回する。圧力がこの特定値よりも低くなった場合、走行モータは、従来のモータ制御によって最小容積に旋回され、その結果、機械の動きの不安定で急激な変化が起こることがある。
有利には、本発明では、走行モータの容積を制御し調整するために、走行高圧力以外の追加パラメータを考慮することができる。適切には、走行モータの容積は、走行モータの所望の挙動にしたがって制御されてもよい。走行モータの容積は、有利には、例えば少なくとも走行高圧力と機械の走行速度に応じて、最大容積から最小容積の範囲の容積に変更されてもよい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、走行制御弁の少なくとも1つのパイロット圧管路内の作動液の流れは、作業機械の選択された制御状態に応じて異なる装置によって選択的に生成される。例えば、パイロット圧は、走行アクチュエータによって生成されてもよく、必要に応じてパイロット圧生成装置を選択することができる制御ユニットによって制御された独立走行フローバルブによって生成されてもよい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、電気的制御弁は、作業機械の選択された制御状態に応じて様々なパイロット圧生成装置によって生成された作動液の流れを選択することができる。
電気的制御弁は、様々なパイロット圧生成源の間で切り替わることがある電磁弁でよい。詳細には、第1の制御状態で、走行制御弁の少なくとも1つのパイロット圧管路内の作動液の流れは、走行アクチュエータによって生成されてもよく、第2の制御状態では、独立走行フローバルブによって生成されてもよい。有利には、電気的制御弁(例えば、電磁弁)は、走行アクチュエータと走行制御弁の間の接続を断ち、その代わり、独立走行フローバルブが、走行制御弁に接続される。駆動制御弁は、走行制御弁の上流に配置されてもよく、走行アクチュエータと走行方向弁の間の接続が断たれ、それにより、走行アクチュエータと走行制御弁の間の接続が断たれてもよい。
操作走行モードでは、機械は、例えば、降坂駆動、加速、平地駆動、登坂駆動でよい。
作業機械の作業モードと走行モードの2つの異なる動作モードが対象となる。作業モードでは、走行アクチュエータと独立走行フローバルブを切り換えるための電気的制御弁が作動され独立走行フローバルブに切り替わり、それにより独立走行フローバルブからの信号が、主制御弁の走行部分に送られる。走行モードでは、電気的制御弁は、より滑らかな発進/停止/反転挙動を有するように作動される。作業機械が一定速度で駆動している場合、パイロット圧を走行アクチュエータから取得するか独立走行フローバルブから取得するかを選択することができる。この場合、最大制御(パイロット)圧(例えば、35バールの範囲内)を走行スプールに提供してスプールが最大ストロークになることを保証するだけでよい。
両方のモード(例えば、作業モードと走行モード)では、パイロット圧管路への信号は、走行アクチュエータ(第1の制御状態と呼ばれる制御状態で)からも、独立走行フローバルブ(即ち、独立走行フローバルブ)(第2の制御状態と呼ばれる制御状態で)からも生成することができる。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、走行モータの容積は、走行モータ容積制御弁の電流制御信号に比例した最小容積と最大容積の間の容積に連続的に調整可能である。走行モータは、特に機械の停止状態で、走行モータ容積制御弁に電流なしにその最大容積に設定されることが好ましい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、降坂駆動中、機械が、その最大許容速度を超えたとき、走行モータの容積は、より大きい容積に設定されてもよい。容積は、衰退に応じて、最小容積からより大きい容積に増やされる。登坂駆動中に、走行高圧力の既定値を超えたときは、走行モータは大きい容積にシフトされもよい。機械が降坂しており、速度が許容速度を超えたばかりのとき、許可機械速度に再び達して速度超過が回避されるまで、走行モータは、より大きい容積に旋回されて機械を減速する。走行モータの容積は、機械速度が許容速度を超えた場合に直ぐに増大される。走行モータの制御は、高速で信頼性が高い。
特に停止状態からの機械の加速を改善するため、走行モータ内の高圧力と走行速度に応じて走行モータの容積を制御してもよい。制御ユニット内で、加速を改善する容積曲線を選択することができる。走行モータの容積は、制御ユニットによってそれぞれの構成要素に送られた(例えば、走行アクチュエータの代わりに走行制御弁に最適化されたパイロット圧を生成する独立走行フローバルブに送られた)適切なパラメータによって、選択された容積曲線にしたがってもよい。
作動液の流量と油圧損失を減少させることによって、走行中と作業中の機械の燃料効率を改善することができる。損失は、作動液の流量を減少させることによって減少する。同じ段階で、必要な出力が同じままなので圧力が上昇する。1つの選択肢は、原動機の速度(即ち、ディーゼルエンジン速度)を遅くして、原動機によって直接燃料を節約することである。第2の選択肢(第1の選択肢と組み合わせることができる)は、前述のような走行システム内の油圧損失を減少させることである。これは、主に、走行モータへの作動液の流量を減少させかつ/又は反対側(即ち、油圧ポンプ側)の作動液の流量を減少させることによって行うことができる。流量は、走行モードではポンプによって直接低減され、又は作業モードでは独立走行フローバルブと組み合わされた主制御弁の走行部分によって低減される。作動液の流量の低減は、主制御弁(走行制御弁は主制御弁の一部である)の走行システム内のスプールのストロークを減少させることによって行われてもよく、油圧ポンプによって提供される作動液の流量を減少させることによって行われてもよい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、機械の走行モードでは、原動機の速度が、所定の燃料経済速度に設定されてもよく、及び/又は走行モータ内の圧力が、油圧ポンプからの作動液の流量を減少させることによって高められてもよい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、走行モータに適用される作動液の流量を減少させるために、制御弁のポンプ側と負荷側との圧力差を小さくしてもよい。油圧システム内の油圧損失を減少させることができる。
追加又は代替として、走行モータへの作動液の流量を減少させるために、走行アクチュエータへの代替装置(例えば、独立走行フローバルブ)によって所望のパイロット圧を確立することにより、走行パイロット管路内のパイロット圧を低下させることができる。油圧システム内の油圧損失を減少させることができる。
追加又は代替として、機械の作業モード中の走行制御弁内の油圧補償損失を少なくするために、走行モータに進む作動液の流量を少なくすることによって、走行高圧力を、油圧システムの高圧構成要素内の平均圧力レベルに対応する平均圧力値に設定してもよい。油圧システム内の油圧補償損失を減少させることができる。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、機械の作業モードでは、走行モータの容積を、走行モータへの作動液の流量の減少と平行に減少させてもよい。走行モータへの作動液の流量が減少したとき、同時に走行モータの容積を減少させて機械速度を維持してもよい。
本発明の更に他の態様によれば、作業機械を動作させるための走行システムが提案され、走行システムは、原動機によって駆動される油圧ポンプと、可変容積を有しかつ油圧ポンプから供給される作動液によって駆動可能な油圧走行モータとを有する。走行モータは、電気的に制御された走行モータ制御弁を備え、油圧ポンプは、走行制御弁によって生成された負荷信号に応じて油圧ポンプを制御する油圧ポンプコントローラを備える。
有利には、提案されたシステムは、流れ共有による開ループ閉中心負荷検出システムである。「流れ共有」は、必要な流量が最大ポンプ流量より大きい場合を除く全ての能動機能の間で流れが共有されることを意味する。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、制御弁をパイロット圧生成走行アクチュエータか又はパイロット圧生成独立走行フローバルブに機能的に接続するための弁が提供されてもよい。これにより、走行アクチュエータを走行制御弁から切り離すことができる。
独立走行フローバルブは、主制御弁の走行部分を制御する。走行モータは、走行モータ容積制御弁によって制御され、それにより、走行モータの容積を任意の所望の容積に変更することができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、油圧ポンプコントローラは、減圧弁を有してもよい。減圧弁は、作動液の流量を減少させ、したがって走行システム内の油圧損失を減少させることを可能にする。
更に、コンピュータプログラムは、前記プログラムがプログラム可能なマイクロコンピュータ上で実行されたときに方法を実行するように又は前述の本発明の方法での使用に適応されたコンピュータプログラムコードを含む。詳細には、コンピュータプログラムは、インターネットに接続されたコンピュータ上で実行されたときに制御ユニット又はその構成要素のうちの1つにダウンロード可能なように適応されてもよい。
更に、コンピュータ上で本発明の方法で使用されるプログラムコードを含む、コンピュータ可読媒体上に記憶されたコンピュータプログラム製品が提案される。コンピュータプログラムとコンピュータプログラム製品は、走行システムの制御ユニット内に実装されてもよい。
更に、詳細には、電気信号によって制御ユニットと通信する少なくとも1つのジョイスティック及び/又はペダル及び/又は主制御弁を含む電気油圧式制御システムの少なくとも1つを備えた車両が提案される。一般に、本発明の方法及びシステムは、電気油圧式制御システムを備えた機械に適用することができ、その場合、走行アクチュエータだけでなくジョイスティックとペダルが油圧でなくなり、代わりにそれぞれの制御ユニットに電気信号が提供される。更に、主制御弁は、電気的に制御されてもよい。
本発明による油圧回路を有する作業機械の例示的実施形態を示す図である。 本発明による建設機械の走行システムの油圧回路の幾つかの副要素の例示的実施形態を示す、概略図である。 本発明による建設機械の走行システムの油圧回路の特定部分の詳細図である。 本発明による建設機械の走行システムの油圧回路の特定部分の詳細図である。 本発明による建設機械の走行システムの油圧回路の特定部分の詳細図である。 電気的走行モータ機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。
本発明は、前述及びその他の目的及び利点と共に、概略的に示された実施形態の以下の詳細な説明から最もよく理解され、これらの実施形態に限定されない。
図面において、同等又は類似の要素は、同等の参照数字によって示される。図面は、概略的な表現に過ぎず、本発明の特定のパラメータを表現するものではない。更に、図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示すものであり、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきでない。
本発明は、建設機械の油圧伝達システムで適用することができる。本発明は、特に、開ループ油圧システムに有用である。
図1は、図2a〜図2dに詳細に示された油圧走行システム100を装備した作業機械(後で機械200として記述する)などの車両200を概略的に示す。分かりやすくするために、図2aは、油圧回路の概要を示し、一方、走行システム100の様々な部分が、図2b、図2c及び図2dに示され、走行システム全体100は、これらの図に示された部分からなる。分かりやすくするために、部分的な図2b、図2c、図2dを繋ぐ油圧又はデータ線は、図面内のそれぞれの線が続く位置を示すために単一の英字a、b、c、…で示される。
走行システム100は、走行モータを駆動するための構成要素を含む。油圧ポンプ2と、油圧ポンプ2を駆動する原動機1としてのディーゼルエンジンが、走行システムに結合される。油圧ポンプ2は、また、骨材、道具、付属品(図示せず)などの作業機械200の他の構成要素に作動液を供給することがある。
油圧ポンプ2は、主制御弁(弁の一部分だけが走行制御弁4として示されている)のスプールへの作動液(典型的には、作動油)の流れを生成する。主制御弁は、典型的には、骨材、工具及び/又は付属品(図示せず)などの機械200の様々な構成要素への作動液の流れを供給するためにより多くのスプールを含む。図には、主制御弁の走行部分だけが示されているが、主制御弁のこの走行部分は、以下では走行制御弁4と呼ばれる。
走行パイロット管路4L及び4R上にパイロット圧(又は、圧力差)がない場合、走行制御弁4のスプールは、中立位置にあり、油圧ポンプ2から走行システム100への供給が閉じられる。これにより、走行システム100の油圧システムは、クローズドセンタシステムである。
機械200のオペレータが、走行したい場合、オペレータは、走行アクチュエータ29を操作して、走行制御弁4のパイロット圧管路4L又は4Rの一方に供給される油圧パイロット圧を生成しなければならない。走行アクチュエータ29は、油圧部分29aを有する。走行アクチュエータ29は、例えば移動ペダル、ジョイスティック、スライダなどでよい。油圧パイロット圧は、電磁弁26、即ち、弁26のソレノイドに供給される電気制御電流にしたがって状態を適応させる電気的制御弁に伝わり、弁26は、中立位置で、走行アクチュエータ29によって生成された油圧パイロット圧を、走行方向弁28を介して走行制御弁4に送る。中立位置では、電磁弁26に電流が供給されない。
走行方向弁28は、機械200のオペレータによる走行方向アクチュエータ23(例えば、スイッチ)の操作に応じて、機械200の走行方向、即ち前進又は後退を設定する。走行方向アクチュエータ23は、3つの位置、即ち前進、後退及び中立(停止状態)を有することがある。走行方向弁28は、選択された走行方向(即ち、前方L又は後方R)に応じて、走行アクチュエータ29によって生成された油圧パイロット圧を、走行パイロット管路4L又は走行パイロット管路4Rに伝える。このパイロット圧は、走行制御弁4のスプールを選択方向に動かす。油圧ポンプ2によって生成された作動液の流れは、(選択方向に応じて)作業管路6L又は作業管路6Rを介して走行装置32に送られる。各作業管路6L,6Rは、補充弁5L,5Rを有する。走行装置32は、可変容積走行モータ11、走行モータ容積制御スプール10に接続された走行モータ容積制御弁9、圧力リリーフ弁12L,12R、ブレーキ弁13、及びシャトル弁7を含む。シャトル弁7は、管路6R又は6L両方の圧力のうち高い方を選択し、圧力信号を高圧力センサ16に送る。油圧は、走行装置32の外部の走行制御弁4から来る作業管路6L,6Rに接続された圧力管路8L,8Rによって、走行装置32内の走行モータ11に供給される。
同時に、走行装置32の負荷圧力は、負荷検出管路31(負荷信号LSを検出する)を介して、ポンプコントローラ3と、特にLS制御弁3bに送られる。負荷検出管路31に締切り弁30が配置される。締切り弁30は、システム内の負荷信号LS圧力を制限し、これにより最大システム圧力を制限する。機械200が始動されて、走行制御弁4からの負荷信号LSがなくなったとき、油圧ポンプ2は、その最小容積にあり、機械200の油圧システム内の漏れをカバーする作動液の予備流だけを提供する。この場合、油圧ポンプ2によって生成された油圧(作業圧力)が、信号管路2bを介してLS制御弁3bに送られ、LS制御弁3bのスプールを位置1から位置2に動かすので、LS制御弁3b(位置1及び2を有する)は、位置2にある。LS制御弁3bは、油圧ポンプ2によって生成された油圧を、2つの端位置0とCYL_MAXとの間の位置を有するスイベル角度制御弁2aに送る。これらの端位置の間の他の全ての位置が可能である。
油圧は、スイベル角度制御弁2aのスプールを、その最大スイベル角度位置CYL_MAXから、油圧ポンプ2の最小スイベル角度である位置0に動かす。弁3bは、走行制御弁4からの負荷信号LSが、LS信号管路31を介してLS制御弁3bに送られた場合だけ2から1に動かされ、LS制御弁3bが、位置2から位置1に動かされ、スイベル角度制御弁2aのチャンバ内の圧力が、タンク40に放出される。次に、スイベル角度制御弁2aのスプールは、位置0から位置CYL_MAXに動き、油圧ポンプ2は、走行システム100、即ち走行制御弁4と走行モータ11に、より多くの作動液の流れを提供する。作動液のこの流れは、(選択方向に応じて)作業管路6L又は6Rを介して、走行装置32に進み、したがって走行モータ11に進む。
走行装置32は、走行モータ11、走行モータ10の容積を変化させる走行容積制御スプール10(モータレギュレータ)、及び電気的に制御された走行容積制御弁9を有する。
走行装置32において、作動液の流れは、逆止め弁14L又は14Rを介して、走行モータ11に進み、その結果、走行モータ11が回転し始める。走行モータ11は、シャフト34を介して走行ギアボックス17に接続され、シャフト34は、この例では、2本のプロペラシャフト36,38と2本の軸(図示せず)を介して機械200のホイールを駆動する。走行モータ11から戻った作動液は、走行装置32内のブレーキ弁13と作業管路6L又は6R(選択された方向に応じて)を介して、走行制御弁4に進み、走行制御弁4からタンク40に進む。
ブレーキ弁13のスプールは、動いて作業管路6L及び6Rへの接続を断ち、それにより、走行モータ11から戻る作動液の流れが、走行制御弁4に戻ることができる。中立位置では、ブレーキ弁13の全てのポートが閉じられ、走行モータ11から作業管路6L及び6Rへの接続はオリフィス15R及び15Lを介したものだけである。
図2a〜図2dに示された走行システム100の電気制御回路は、走行高圧力センサ16、走行速度センサ18、走行/作業選択スイッチ22、走行アクチュエータ圧力センサ25、走行パイロット圧力センサ24、走行方向スイッチ23、走行方向弁28、ギア選択スイッチ20、独立走行フローバルブ27、電磁弁26、走行モータ容積制御弁9、LS減圧弁3a、及び制御ユニット50を含む。制御ユニット50は、単方向にも双方向にも機能できる入力/出力信号線S1〜S12を有する。
制御ユニット50の入力信号は、信号線を介して、走行高圧力センサ16(信号線S10)、走行速度センサ18(信号線S8)、走行/作業選択スイッチ22(信号線S12)、走行アクチュエータ圧力センサ25(信号線S5)、走行パイロット圧力センサ24(信号線S2)、走行方向スイッチ23(信号線S1)、ギア選択スイッチ20(信号線S11)によって提供される。
制御ユニット50の出力信号は、走行モータ容積制御弁9(信号線S9)、LS減圧弁3a(信号線S6)、走行方向弁28(信号線S1)、電磁弁26(信号線S3)、及び独立走行フローバルブ27(信号線S4)への信号線を介した信号である。
原動機1は、信号線S7を介して制御ユニット50に接続される。
LS減圧弁3aによって、走行制御弁4を介した圧力損失LS_ΔPを減少させることができ、それにより、作動液の流れは、走行制御弁4のスプールに進み、したがって走行モータ11に進む。
走行モータ11に進む作動液の流量を減少させる代替案は、独立走行フローバルブ27と電磁弁26によって、走行パイロット管路4L,4R内のパイロット圧を減少させることである。独立走行フローバルブ27は、所望のパイロット圧を生成し、電磁弁26は、走行方向弁28を介して走行制御弁4のスプールに、独立走行フローバルブ27によって生成されたパイロット圧を送るか、走行アクチュエータ29によって生成されたパイロット圧を送るかを選択する。
換言すると、電磁弁26は、走行アクチュエータ29によって生成された油圧パイロット圧とは別に、走行制御弁4のスプールのストロークを制御する。
作動液の流量が減少し、それにより作動液の流れによって生じる損失が減少することから、作動液の流量を減少させるこれらの2つの機能が、燃料効率を改善すると考えられる。この状況で、制御ユニット50の重要な出力信号は、走行モータ容積制御弁9への信号である。この走行モータ容積制御弁9により、走行モータ11の容積を、弁のソレノイドへの電流に比例して、最大容積から最小(0)容積まで制御することができる。走行モータ容積制御弁9の電流がない場合、走行モータ11は、最大容積である。入力信号に応じて、走行モータ11の容積は、機械200が、速度超過でなく、また良好で滑らかな制御挙動、良好な加速、ソフト発進及び停止挙動、並びに良好な燃料効率を有するように制御される。そのような制御のため、制御ユニット50は、機械200の所望の駆動挙動のための制御パラメータを含むことがある。
以下の節では、平坦地、降坂及び登坂を運転する手順について述べる。
機械200が停止状態のとき、走行モータ11はその最大容積にあり、機械200をその位置に保持するために最大化可能トルクを有する。平坦地で、オペレータが走行したいとき、オペレータは、走行アクチュエータ29を操作し、それにより、パイロットギアポンプ19から来る作動液に油圧パイロット圧が生じ、パイロット圧は、走行アクチュエータ29のストロークに依存する。パイロットギアポンプ19は、ギアシフト弁21を介して走行装置ボックス17に接続される。ギア選択スイッチ20は、ギアシフト弁21に機能的に接続され、信号線S11を介して制御ユニット50に接続される。
生成されたパイロット圧は、走行アクチュエータ圧力センサ25によって検出され、それぞれの信号が制御ユニット50に送られる。走行制御弁4のスプールは、動かされ、油圧ポンプ2からの作動液の流れが、走行装置32内の走行モータ11に送られる。走行モータ11が回転しはじめ、機械200が駆動し始める。走行高圧力センサ16によって検出された高い走行圧力と、走行速度センサ18によって検出された機械200の走行速度とに応じて、走行モータ11の容積が、走行モータ容積制御弁9を介して最大容積から最小容積に変更される。この容積変更は、制御ユニット50によって提供されたそれぞれの制御パラメータによって、最大可能加速を有するように最適化され得る。
オペレータが、機械200を停止したいとき、オペレータは、走行アクチュエータ29を開放する。走行パイロット圧が、0に低下し、走行制御弁4のスプールは、中立位置に進み、したがって油圧ポンプ2への接続が断たれる。走行モータ11への作動液(例えば、油)の流量が0に減少する。制御ユニット50は、機械200の停止が柔らかで急でないように走行モータ11の容積を制御することができる。
降坂駆動の場合、基本制御原理は、平坦地での駆動と同じである。主な違いは、降坂を走行するとき、機械200が、重力による加速を受け、したがって機械200が平坦地より高速で降坂を走行する可能性があることである。この高速超過を防ぐために、機械200は、走行モータ11の容積を制御することによって適切に減速される。オペレータが、走行アクチュエータ29を最大ストロークで操作する場合、機械200は、その最大許容速度に達するまで加速される。重力によって、また制御ユニット50の働きがない場合、機械200は、更に降坂で加速し、最大許容速度を超える速度に達する。本発明によれば、走行モータ11の容積が大きくされる。走行モータ11の容積を大きくすると、走行モータ11が制動される。これにより、最大許容速度を超えるのを防ぐことができ、即ち、オペレータが望む速度が維持される。
登坂駆動の場合、基本制御原理は、平坦地での駆動と同じである。主な違いは、登坂駆動の際には、機械200が重力によって減速されるので機械200を動かすのに必要なトルクが大きいため、走行高圧力が増大することである。圧力が、規定値より低いままの場合、走行モータ11の容積は変化しない。走行高圧力のこの規定値を超えた場合、走行モータ容積制御弁9が走行モータ11の容積を大きくし、走行モータ11のトルクを大きくする。更に、走行圧力は、走行モータ11の容積を制御するだけでなく、速度又は速度の低下も制御する。これらの2つの後者のパラメータは、登坂走行の主な入力信号である。走行モータ11の容積は、走行モータ容積制御弁9を介して制御ユニット50によって、一方で、最大可能登坂能力が確保され、他方で、機械200が、走行アクチュエータ29の実ストロークに従った最大可能速度で登坂駆動できるように制御される。通常、オペレータは、常に走行アクチュエータ29を最大ストロークにした状態で登坂駆動する。
本発明は、また、燃料節約モードを可能にする。燃料節約モードは、機械200が一定速度で走行しているときのみ有効である。原動機1(即ち、ディーゼルエンジン)の燃料消費を減少させ、走行モータ11への作動液の流量を減少させ、それにより作動液の流れにより生じる損失を減少させることができる。
燃料節約モードは、作業モード(wモード)並びに走行モード(tモード)で有効になる。
作業モードでは、オペレータは、機械200の全ての機能を運用することができる。この場合、油圧システムの高圧構成要素内の平均圧力レベルは、約150〜200バールである。この場合、主制御弁の走行部分に付加的な他の構成要素(走行制御弁4)は、有効であり、油圧ポンプ2から作動液が供給される。主制御弁に含まれる走行部分(即ち、走行制御弁4)内の補償損失をできるだけ少なくするために、走行高圧力は、走行モータ11に進む作動液の流量を減少させることによって平均圧力レベルに設定される。作業モードでは、これは、前述のように、独立走行フローバルブ27と電磁弁26によって行われる。独立走行フローバルブ27は、走行モータ11への必要な作動液の流量を有するよう走行制御弁4のスプールを所望の位置にするのに必要な油圧パイロット圧を生成する。電磁弁26は、走行アクチュエータ29から走行方向弁28への(したがって、走行制御弁4への)接続を断ち、独立走行フローバルブ27が、代わりに走行方向弁28に(したがって、走行制御弁4に)接続される。このとき、走行制御弁4のスプールの位置は、走行アクチュエータ圧力に依存せず、制御ユニット50によって制御することができる。作動液の流量の減少により、機械200の駆動は以前より遅くなる。機械速度を所望の(より高い)値に維持するために、作動液の流量の減少と並行して走行モータ11の容積を減少させてもよい。これは、適切な制御信号を走行モータ容積弁9に送る制御ユニット50によって行われる。
走行モードでは、原理はほぼ同じである。しかしながら、走行モードでは、オペレータが、機械200と一緒に走行できるのみで他の機能が有効でないという違いがある。この事実により、圧力補償がないので、走行高圧力は、作業モードの場合より高くなり得る。即ち、作動液の流量の減少は、作業モードの場合より大きくなり得る。作動液の流量の減少は、最初に、原動機1の速度を、燃料消費に関して最適動作点を有する速度まで低下させることによって行われる。走行高圧力が、まだ最大可能圧力でない場合、作動液の流量は、更に、直接油圧ポンプ2によって減少される。作動液の流量の減少は、LS減圧弁3aによって行われる。LS減圧弁3aは、圧力をLS制御弁3bに送る。LS制御弁3bに送られた圧力が高いほど、走行制御弁4を介した圧力損失LS_ΔPが減少する。圧力損失LS_ΔPが減少すると、走行モータ11への作動液の流量も減少する。
提案された発明により、走行モータ11の容積を最小値と最大値の間で比例的に制御することができる。機械200が降坂を進み、実際の速度が許容速度を超えたとき、油圧モータ11の容積が大きくされ、これにより許容速度に再び達するまで機械200が減速される。燃料節約モードでは、作動液の流量と容積が、設定速度にしたがって最良に調整される。
より柔らかな発進/停止/反転挙動を提供するために、走行制御弁4のパイロット圧の圧力源として、走行アクチュエータ29の代わりに、独立走行フローバルブ27が選択される。この独立走行フローバルブ27によって、主制御弁4の走行スプールの開閉を滑らかに行うことができる。オペレータが、例えば走行し始めた場合、オペレータは、走行アクチュエータ29を0から最大ストロークに押し、それにより、走行スプールも0から最大ストロークにきわめて素早く押されて、その結果、機械100が不安定な挙動になる。独立走行フローバルブ27によって、走行スプールを制御する圧力を一定に高めることができ、その結果、主制御弁4の走行スプールのストロークの増大が一定になり、機械100の加速が滑らかになる。同じ原理は、機械100の停止と反転を柔らかにするために使用することができる。
図3は、走行モータ容積制御弁9(図2d)によって実行される電気的走行モータ制御のブロック図を示す。駆動状態分類ブロックB10が、種々の入力を受け取る。
第1組の入力は、機械の動作モードOM(走行モード又は作業モード)、選択ギアGS、ペダル踏力PP、LS圧力LSP、走行方向TD(後退又は前進)などの各種パラメータを提供するパラメータブロックと関連付けられる。更に他の入力ブロックMSが、機械速度と関連付けられ、機械速度は、一定速度、上昇速度、下降速度をそれぞれ示す次の制御ブロックに入力される。
別の入力TMHPは、最大許容走行モータ高圧力を制限する制御ブロックを介して、走行モータ高圧力センサ16(図2d)から来る。別の入力は、要求速度の評価と関連したブロックB20から来る。ブロック20は、走行ペダル踏力ブロックTPPから、0圧力と最大圧力の間の段を示す制御ブロック、一定圧力を示す制御ブロック、最大圧力とゼロ圧力の間の段を示す制御ブロック、減少圧力挙動を示す制御ブロック、及び増大圧力挙動を示す制御ブロックを介した入力を有する。ブロック20は、更に、ギア選択ブロックGSから選択ギアに関連した入力と、LMSPブロックから法定最大速度パラメータと関連したパラメータとを受け取る。
運転状態が分類されるブロックB10は、運転状態の分類に応じて、結果を、モード機能ブロックFB10を介して走行モータ容積の計算と関連したブロックB30に転送する。ブロック30は、また、フィードバックとしてB10に入力を提供し、要求速度の評価と関連したブロックB20に入力を提供する。走行モータ容積の計算の結果は、ブロックB30から、走行モータ制御と関連したブロックB40に転送される。
モード機能ブロックFB10が、図4a〜図4hにブロック図として詳細に述べられ、モード機能ブロックFB10は、速度制御機能(図4a)、安全モード(図4b)、後退モード(図4c)、停止モード(図4cd)、登坂駆動モード(図4e)、ギアダウンシフトモード(図4f)、非常時速度超過防止(図4g)、エコモード(図4h)などと関連した各種機能ブロックを含む。
図4aの速度制御機能ブロックFB20において、ブロックFB22は、パラメータペダル踏力PPと選択ギアGSに基づいて要求速度と、機械速度MSとを計算する。その後のブロックFB24では、ブロックFB22からの計算された要求速度と機械速度MSの入力とに基づいて閉ループ制御が実行され、結果が、走行モータ制御ブロックB30に転送される。
図4bの安全機能ブロックFB30では、機械速度センサ状態ブロックMS−S、走行モータ高圧力センサ状態ブロックTMHP−S、及びペダル踏力センサ状態ブロックPP−Sに基づいてブロックFB31でエラー評価が行われ、その結果が、ブロックFB32又はFB33に転送される。FB31の出力信号は、ブロックFB32及びFB33に送られ、「ギア1」、「ギア2」又は「エラー」が選択されている場合、信号は、更にブロックFB34に進み、「ギア3」が選択されている場合、信号は、ブロックFB35に送られる。実際に選択されたギアが、低い方のギア(例えば、第1又は第2ギア1)であるか、エラーが検出された場合は、ブロックFB32に進む。高い方のギア(例えば、第3ギア)が実際に選択された場合は、ブロックFB33に進む。また、ブロックFB32及びFB33は、選択されたギアに応じて進んだギア選択スイッチ状態ブロックGSS−Sとギア選択スイッチ値ブロックGSS−Vの入力を受け取る。
ブロックFB32は、ブロックFB34に入力を提供し、ブロックFB34では、必要な作動液の流れが、最低速度(例えば、機械速度センサシステム、走行モータ高圧力センサシステム又はペダル踏力センサシステムの検出エラーにもかかわらず機械の使用を可能にする最大5km/時)に対応するように設定される。ブロックFB33は、ブロックFB35に入力を提供し、ブロックFB35で、必要な作動液の流量が最高速度(例えば、最大20km/時)に対応するように設定される。ブロックFB34又はFB35は、生成された流体関連パラメータを走行モータ制御ブロックB40に転送し、それにしたがって、走行モータ制御ブロックB40は、必要な機械速度を確立する。
図4cに示された反転機能ブロックFB40内のブロックFB41は、機械速度ブロックMSと走行モータ制御ブロックB40からの入力により、減速を滑らかにするために作動液の流量を増やす。TSに応じた特定の速度レベルに達した場合は、B50で走行方向が変更される。
図4dに示された停止モードブロックFB50内のブロックFB51は、機械速度ブロックMSと走行モータ制御ブロックB40からの入力にしたがって、減速を滑らかにするように作動液の流量を増やす。ギア選択TSに応じて、FB51の出力は、より強く減速するために上側制御ブロックに転送されるか、より滑らかに減速するために下側制御ブロックに転送される。
図4eの登坂駆動機能ブロックFB60は、作動液の流量を増やして走行モータトルクを高める中央機能ブロックFB61を有する。ブロックFB61は、走行モータ制御ブロックB40から入力と、制御ブロックを介して、ペダル踏力の挙動(一定又は増大)、機械速度の挙動(減少)、及び走行モータ高圧力(許容上限まで増大)を示す走行モータ高圧力ブロックTMHP、機械速度ブロックMS及びペダル踏力ブロックPPから組み合わせ入力とを受け取り、これにより所望の登坂駆動挙動を確立する。
図4fは、機械を滑らかに減速するために作動液の流量を減少させるギアダウンシフト機能ブロックFB70を示す。ブロックFB71は、制御ブロックを介して、滑らかな減速を示す走行モータ制御ブロックB40に入力を提供し、制御ブロックを介してギアダウンシフトを示すギア選択ブロックGSの入力を受け取る。走行モータ制御ブロックB40は、ブロックFB71に入力をフィードバックする。
図4gは、機械の速度超過を防ぐために提供される非常時速度超過機能ブロックFB80を示す。ブロックFB81は、機械を素早く減速するための作動液の流量の強い減少を提供し、また機械速度ブロックMSから制御ブロックを介して、速度制限を有する速度増加を示す入力を受け取る。走行モータ制御ブロックB40は、ブロックFB81から入力を受け取り、ブロックFB81に情報をフィードバックする。
図4hは、燃料節約のためのエコモードブロックFB90を示す。ブロックFB91は、制御から走行アクチュエータ29(図2b)の油圧部分29aを介して(独立)走行フローバルブ27へのシフトを提供し、したがって走行流量シフト弁ブロックTFSV(電磁弁26に関連した)と独立走行フローバルブブロックITFV(弁27に関連した)とに進む。ブロックFB91は、エコモード前提条件ブロックFB92を介して、ペダル踏力ブロックPP、ギア選択ブロックGS、操作モードブロックOM、機械速度ブロックMS、及び走行モータ高圧ブロックTMHPから入力を受け取る。ブロック92は、油圧ポンプを駆動するディーゼルエンジンの回転数を計算するためにブロックFB94に入力を提供し、結果が、エンジンブロックB60に転送される。
更に、ブロックFB91は、走行パイロット圧力センサブロックTPiPと走行ペダル踏力センサブロックTPPから入力を受け取る最大パイロット圧ブロックFB93に進む。ブロックFB93は、ポンプ流量の計算が行われるブロックFB95に進み、ブロックFB95は、失速防止制御ブロックB50に入力を提供する。更にブロックFB93は、走行モータ制御ブロックB40に渡される走行モータ容積が計算されるブロックFB96に進む。
有利には、本発明は、走行システムの全体的な操縦性の改善を可能にする。機械の発進及び停止の挙動が柔らかになり、機械自体の駆動快適性が改善され、それにより、機械が滑らに挙動し不安定でなくなる。これは、主に、走行モータの容積の制御によって達成されるが、走行アクチュエータ(例えば、走行ペダルなど)と主制御弁の曲線を制御ユニットの制御によって最適化することによっても達成される。
2 油圧ポンプ
4 制御弁
11 油圧走行モータ
200 油圧駆動式作業機械
本発明は、例えば建設機械における油圧駆動制御に関する。
特許文献1は、油圧オープンセンター油圧走行システムを備えた建設機械用の走行制御システムを開示しており、可変容量形走行モータの容積が、油圧で制御される。降坂走行中、走行モータの容積を大きくして加速を抑制することができる。比例弁によって生成された油圧は、走行モータ内の圧力によってオーバードライブされ、即ち、走行モータが特定の圧力値に達した場合に、走行モータは、比例弁を介して走行モータに加えられる制御圧力に関係なく最大容積まで旋回される。実際の駆動状況により、モータとポンプの容積が同時に変更される。
欧州特許出願公開第2 123 947号明細書
本発明の目的は、作業機械が全速力で走行し降坂駆動で加速し始めたときの速度調整に関する問題を克服し、かつ作業機械の快適で燃料効率の高い操作を可能にする方法を提供することである。
別の目的は、作業機械が全速力で移動し降坂駆動で加速し始めたときに速度調整に関する問題を克服し、かつ作業機械の快適で燃料効率の高い操作を可能にする走行システムを提供することである。
目的は、独立クレームの特徴によって達成される。他の請求項、図面及び記述は、本発明の有利な実施形態を開示する。
可変容積を有する油圧走行モータを備えた油圧駆動式作業機械を動作させる方法が提案され、油圧ポンプによって生成された作動液の流れが、走行モータに提供され、開ループ閉中心負荷検出油圧システムにおいて油圧ポンプから走行モータへの作動液の流れを制御するための制御弁が提供される。油圧ポンプが、走行制御弁によって生成された負荷信号に応じて油圧で制御され、走行モータが、作業機械の所望の駆動挙動にしたがって電気的に制御される。
作業機械は、掘削機などの車輪駆動機械であることが好ましい。一般に、本発明は、開ループ走行システムを備えた全ての機械に適する。提案された発明により、走行モータの容積を最小値と最大値の間で連続的に制御することができる。機械の挙動を滑らかにすることができ、それにより急な停止又は加速を回避することができる。
他方、機械が降坂しており、実速度が許容速度を超えたときは、油圧モータの容積を増大させ、したがって許容速度に再び達するまで機械を減速することができる。走行モータ内の走行高圧力と関係なく容積を調整することができ、走行高圧力は、通常、走行モータの容積を決定するパラメータである。走行モータをいつでも安全に制御することができる。モータの容積は、走行モータを含む走行装置に組み込まれた電気弁によって直接、電気的に制御されることが好ましい。更に、走行モータは、最小容積と最大容積の間で段階的ではなく連続的に制御され、それにより、走行システムの滑らかな挙動が可能になる。更に、主制御弁(MCV)内の走行部分のスプールのストロークが制御されてもよい。
走行モータの容積を、最小容積と最大容積の間で比例的に制御することができ、その結果、機械の走行速度を制御できることが適切である。走行モータは、一定容積にだけでなく任意の必要な容積に旋回させることができる。
油圧ポンプの容積は、好ましくは、走行モードで燃料節約モードで制御されてもよい。燃料節約モードでは、作動液の流量と容積は、所望の駆動挙動にしたがって、例えば設定速度にしたがって最適に調整される。
好ましくは、制御ユニットは、所望の挙動(例えば、燃料効率及び/又は操縦し易さの点で最適化された)を得るために、走行モータ容積、走行制御弁内のスプールストローク及び油圧ポンプの容積をどのように変化させなければならないかを計算することができる。速度超過防止に加えて、本発明は、前進走行と後退走行の間の不安定な反転、より高速の加速、より滑らかな加速と減速、及び燃料節約のモードを可能にする。
本発明の好ましい実施形態によれば、走行モータの容積は、走行モータ容積制御弁からの電気的信号によって、走行モータ内の実際の走行高圧力と関係なく調整されてもよい。走行モータ内の圧力は、走行モータに送られる制御信号より優先されない。
従来のシステムでは、走行モータの容積は、走行モータ内の高圧力だけに依存する。そのようなシステムでは、圧力がない(即ち、停止状態)の場合、走行モータは最小容積にある。機械が走行し始めると、圧力が上昇し、特定値を超えた場合、走行モータは、比例弁によって走行モータに提供される制御圧力と無関係にその最大容積に旋回する。圧力がこの特定値よりも低くなった場合、走行モータは、従来のモータ制御によって最小容積に旋回され、その結果、機械の動きの不安定で急激な変化が起こることがある。
有利には、本発明では、走行モータの容積を制御し調整するために、走行高圧力以外の追加パラメータを考慮することができる。適切には、走行モータの容積は、走行モータの所望の挙動にしたがって制御されてもよい。走行モータの容積は、有利には、例えば少なくとも走行高圧力と機械の走行速度に応じて、最大容積から最小容積の範囲の容積に変更されてもよい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、走行制御弁の少なくとも1つのパイロット圧管路内の作動液の流れは、作業機械の選択された制御状態に応じて異なる装置によって選択的に生成される。例えば、パイロット圧は、走行アクチュエータによって生成されてもよく、必要に応じてパイロット圧生成装置を選択することができる制御ユニットによって制御された独立走行フローバルブによって生成されてもよい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、電気的制御弁は、作業機械の選択された制御状態に応じて様々なパイロット圧生成装置によって生成された作動液の流れを選択することができる。
電気的制御弁は、様々なパイロット圧生成源の間で切り替わることがある電磁弁でよい。詳細には、第1の制御状態で、走行制御弁の少なくとも1つのパイロット圧管路内の作動液の流れは、走行アクチュエータによって生成されてもよく、第2の制御状態では、独立走行フローバルブによって生成されてもよい。有利には、電気的制御弁(例えば、電磁弁)は、走行アクチュエータと走行制御弁の間の接続を断ち、その代わり、独立走行フローバルブが、走行制御弁に接続される。駆動制御弁は、走行制御弁の上流に配置されてもよく、走行アクチュエータと走行方向弁の間の接続が断たれ、それにより、走行アクチュエータと走行制御弁の間の接続が断たれてもよい。
操作走行モードでは、機械は、例えば、降坂駆動、加速、平地駆動、登坂駆動でよい。
作業機械の作業モードと走行モードの2つの異なる動作モードが対象となる。作業モードでは、走行アクチュエータと独立走行フローバルブを切り換えるための電気的制御弁が作動され独立走行フローバルブに切り替わり、それにより独立走行フローバルブからの信号が、主制御弁の走行部分に送られる。走行モードでは、電気的制御弁は、より滑らかな発進/停止/反転挙動を有するように作動される。作業機械が一定速度で駆動している場合、パイロット圧を走行アクチュエータから取得するか独立走行フローバルブから取得するかを選択することができる。この場合、最大制御(パイロット)圧(例えば、35バールの範囲内)を走行スプールに提供してスプールが最大ストロークになることを保証するだけでよい。
両方のモード(例えば、作業モードと走行モード)では、パイロット圧管路への信号は、走行アクチュエータ(第1の制御状態と呼ばれる制御状態で)からも、独立走行フローバルブ(即ち、独立走行フローバルブ)(第2の制御状態と呼ばれる制御状態で)からも生成することができる。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、走行モータの容積は、走行モータ容積制御弁の電流制御信号に比例した最小容積と最大容積の間の容積に連続的に調整可能である。走行モータは、特に機械の停止状態で、走行モータ容積制御弁に電流なしにその最大容積に設定されることが好ましい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、降坂駆動中、機械が、その最大許容速度を超えたとき、走行モータの容積は、より大きい容積に設定されてもよい。容積は、衰退に応じて、最小容積からより大きい容積に増やされる。登坂駆動中に、走行高圧力の既定値を超えたときは、走行モータは大きい容積にシフトされもよい。機械が降坂しており、速度が許容速度を超えたばかりのとき、許可機械速度に再び達して速度超過が回避されるまで、走行モータは、より大きい容積に旋回されて機械を減速する。走行モータの容積は、機械速度が許容速度を超えた場合に直ぐに増大される。走行モータの制御は、高速で信頼性が高い。
特に停止状態からの機械の加速を改善するため、走行モータ内の高圧力と走行速度に応じて走行モータの容積を制御してもよい。制御ユニット内で、加速を改善する容積曲線を選択することができる。走行モータの容積は、制御ユニットによってそれぞれの構成要素に送られた(例えば、走行アクチュエータの代わりに走行制御弁に最適化されたパイロット圧を生成する独立走行フローバルブに送られた)適切なパラメータによって、選択された容積曲線にしたがってもよい。
作動液の流量と油圧損失を減少させることによって、走行中と作業中の機械の燃料効率を改善することができる。損失は、作動液の流量を減少させることによって減少する。同じ段階で、必要な出力が同じままなので圧力が上昇する。1つの選択肢は、原動機の速度(即ち、ディーゼルエンジン速度)を遅くして、原動機によって直接燃料を節約することである。第2の選択肢(第1の選択肢と組み合わせることができる)は、前述のような走行システム内の油圧損失を減少させることである。これは、主に、走行モータへの作動液の流量を減少させかつ/又は反対側(即ち、油圧ポンプ側)の作動液の流量を減少させることによって行うことができる。流量は、走行モードではポンプによって直接低減され、又は作業モードでは独立走行フローバルブと組み合わされた主制御弁の走行部分によって低減される。作動液の流量の低減は、主制御弁(走行制御弁は主制御弁の一部である)の走行システム内のスプールのストロークを減少させることによって行われてもよく、油圧ポンプによって提供される作動液の流量を減少させることによって行われてもよい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、機械の走行モードでは、原動機の速度が、所定の燃料経済速度に設定されてもよく、及び/又は走行モータ内の圧力が、油圧ポンプからの作動液の流量を減少させることによって高められてもよい。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、走行モータに適用される作動液の流量を減少させるために、制御弁のポンプ側と負荷側との圧力差を小さくしてもよい。油圧システム内の油圧損失を減少させることができる。
追加又は代替として、走行モータへの作動液の流量を減少させるために、走行アクチュエータへの代替装置(例えば、独立走行フローバルブ)によって所望のパイロット圧を確立することにより、走行パイロット管路内のパイロット圧を低下させることができる。油圧システム内の油圧損失を減少させることができる。
追加又は代替として、機械の作業モード中の走行制御弁内の油圧補償損失を少なくするために、走行モータに進む作動液の流量を少なくすることによって、走行高圧力を、油圧システムの高圧構成要素内の平均圧力レベルに対応する平均圧力値に設定してもよい。油圧システム内の油圧補償損失を減少させることができる。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、機械の作業モードでは、走行モータの容積を、走行モータへの作動液の流量の減少と平行に減少させてもよい。走行モータへの作動液の流量が減少したとき、同時に走行モータの容積を減少させて機械速度を維持してもよい。
本発明の更に他の態様によれば、原動機によって駆動される油圧ポンプと、可変容積を有しかつ油圧ポンプから供給された作動液によって駆動可能な油圧走行モータとを有し、開ループ閉中心負荷検出油圧システムを有する、作業機械を動作させるための走行システムが提案される。走行モータは、電気的に制御される走行モータ制御弁を備え、油圧ポンプは、走行制御弁によって生成された負荷信号に応じて油圧ポンプを制御する油圧ポンプコントローラを備える。
有利には、提案されたシステムは、流れ共有による開ループ閉中心負荷検出システムである。「流れ共有」は、必要な流量が最大ポンプ流量より大きい場合を除く全ての能動機能の間で流れが共有されることを意味する。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、制御弁をパイロット圧生成走行アクチュエータか又はパイロット圧生成独立走行フローバルブに機能的に接続するための弁が提供されてもよい。これにより、走行アクチュエータを走行制御弁から切り離すことができる。
独立走行フローバルブは、主制御弁の走行部分を制御する。走行モータは、走行モータ容積制御弁によって制御され、それにより、走行モータの容積を任意の所望の容積に変更することができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、油圧ポンプコントローラは、減圧弁を有してもよい。減圧弁は、作動液の流量を減少させ、したがって走行システム内の油圧損失を減少させることを可能にする。
更に、コンピュータプログラムは、前記プログラムがプログラム可能なマイクロコンピュータ上で実行されたときに方法を実行するように又は前述の本発明の方法での使用に適応されたコンピュータプログラムコードを含む。詳細には、コンピュータプログラムは、インターネットに接続されたコンピュータ上で実行されたときに制御ユニット又はその構成要素のうちの1つにダウンロード可能なように適応されてもよい。
更に、コンピュータ上で本発明の方法で使用されるプログラムコードを含む、コンピュータ可読媒体上に記憶されたコンピュータプログラム製品が提案される。コンピュータプログラムとコンピュータプログラム製品は、走行システムの制御ユニット内に実装されてもよい。
更に、詳細には、電気信号によって制御ユニットと通信する少なくとも1つのジョイスティック及び/又はペダル及び/又は主制御弁を含む電気油圧式制御システムの少なくとも1つを備えた車両が提案される。一般に、本発明の方法及びシステムは、電気油圧式制御システムを備えた機械に適用することができ、その場合、走行アクチュエータだけでなくジョイスティックとペダルが油圧でなくなり、代わりにそれぞれの制御ユニットに電気信号が提供される。更に、主制御弁は、電気的に制御されてもよい。
本発明による油圧回路を有する作業機械の例示的実施形態を示す図である。 本発明による建設機械の走行システムの油圧回路の幾つかの副要素の例示的実施形態を示す、概略図である。 本発明による建設機械の走行システムの油圧回路の特定部分の詳細図である。 本発明による建設機械の走行システムの油圧回路の特定部分の詳細図である。 本発明による建設機械の走行システムの油圧回路の特定部分の詳細図である。 電気的走行モータ機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。 走行モータ容積を計算するための入力として使用される種々の機能のブロック図である。
本発明は、前述及びその他の目的及び利点と共に、概略的に示された実施形態の以下の詳細な説明から最もよく理解され、これらの実施形態に限定されない。
図面において、同等又は類似の要素は、同等の参照数字によって示される。図面は、概略的な表現に過ぎず、本発明の特定のパラメータを表現するものではない。更に、図面は、本発明の典型的な実施形態だけを示すものであり、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきでない。
本発明は、建設機械の油圧伝達システムで適用することができる。本発明は、特に、開ループ油圧システムに有用である。
図1は、図2a〜図2dに詳細に示された油圧走行システム100を装備した作業機械(後で機械200として記述する)などの車両200を概略的に示す。分かりやすくするために、図2aは、油圧回路の概要を示し、一方、走行システム100の様々な部分が、図2b、図2c及び図2dに示され、走行システム全体100は、これらの図に示された部分からなる。分かりやすくするために、部分的な図2b、図2c、図2dを繋ぐ油圧又はデータ線は、図面内のそれぞれの線が続く位置を示すために単一の英字a、b、c、…で示される。
走行システム100は、走行モータを駆動するための構成要素を含む。油圧ポンプ2と、油圧ポンプ2を駆動する原動機1としてのディーゼルエンジンが、走行システムに結合される。油圧ポンプ2は、また、骨材、道具、付属品(図示せず)などの作業機械200の他の構成要素に作動液を供給することがある。
油圧ポンプ2は、主制御弁(弁の一部分だけが走行制御弁4として示されている)のスプールへの作動液(典型的には、作動油)の流れを生成する。主制御弁は、典型的には、骨材、工具及び/又は付属品(図示せず)などの機械200の様々な構成要素への作動液の流れを供給するためにより多くのスプールを含む。図には、主制御弁の走行部分だけが示されているが、主制御弁のこの走行部分は、以下では走行制御弁4と呼ばれる。
走行パイロット管路4L及び4R上にパイロット圧(又は、圧力差)がない場合、走行制御弁4のスプールは、中立位置にあり、油圧ポンプ2から走行システム100への供給が閉じられる。これにより、走行システム100の油圧システムは、クローズドセンタシステムである。
機械200のオペレータが、走行したい場合、オペレータは、走行アクチュエータ29を操作して、走行制御弁4のパイロット圧管路4L又は4Rの一方に供給される油圧パイロット圧を生成しなければならない。走行アクチュエータ29は、油圧部分29aを有する。走行アクチュエータ29は、例えば移動ペダル、ジョイスティック、スライダなどでよい。油圧パイロット圧は、電磁弁26、即ち、弁26のソレノイドに供給される電気制御電流にしたがって状態を適応させる電気的制御弁に伝わり、弁26は、中立位置で、走行アクチュエータ29によって生成された油圧パイロット圧を、走行方向弁28を介して走行制御弁4に送る。中立位置では、電磁弁26に電流が供給されない。
走行方向弁28は、機械200のオペレータによる走行方向アクチュエータ23(例えば、スイッチ)の操作に応じて、機械200の走行方向、即ち前進又は後退を設定する。走行方向アクチュエータ23は、3つの位置、即ち前進、後退及び中立(停止状態)を有することがある。走行方向弁28は、選択された走行方向(即ち、前方L又は後方R)に応じて、走行アクチュエータ29によって生成された油圧パイロット圧を、走行パイロット管路4L又は走行パイロット管路4Rに伝える。このパイロット圧は、走行制御弁4のスプールを選択方向に動かす。油圧ポンプ2によって生成された作動液の流れは、(選択方向に応じて)作業管路6L又は作業管路6Rを介して走行装置32に送られる。各作業管路6L,6Rは、補充弁5L,5Rを有する。走行装置32は、可変容積走行モータ11、走行モータ容積制御スプール10に接続された走行モータ容積制御弁9、圧力リリーフ弁12L,12R、ブレーキ弁13、及びシャトル弁7を含む。シャトル弁7は、管路6R又は6L両方の圧力のうち高い方を選択し、圧力信号を高圧力センサ16に送る。油圧は、走行装置32の外部の走行制御弁4から来る作業管路6L,6Rに接続された圧力管路8L,8Rによって、走行装置32内の走行モータ11に供給される。
同時に、走行装置32の負荷圧力は、負荷検出管路31(負荷信号LSを検出する)を介して、ポンプコントローラ3と、特にLS制御弁3bに送られる。負荷検出管路31に締切り弁30が配置される。締切り弁30は、システム内の負荷信号LS圧力を制限し、これにより最大システム圧力を制限する。機械200が始動されて、走行制御弁4からの負荷信号LSがなくなったとき、油圧ポンプ2は、その最小容積にあり、機械200の油圧システム内の漏れをカバーする作動液の予備流だけを提供する。この場合、油圧ポンプ2によって生成された油圧(作業圧力)が、信号管路2bを介してLS制御弁3bに送られ、LS制御弁3bのスプールを位置1から位置2に動かすので、LS制御弁3b(位置1及び2を有する)は、位置2にある。LS制御弁3bは、油圧ポンプ2によって生成された油圧を、2つの端位置0とCYL_MAXとの間の位置を有するスイベル角度制御弁2aに送る。これらの端位置の間の他の全ての位置が可能である。
油圧は、スイベル角度制御弁2aのスプールを、その最大スイベル角度位置CYL_MAXから、油圧ポンプ2の最小スイベル角度である位置0に動かす。弁3bは、走行制御弁4からの負荷信号LSが、LS信号管路31を介してLS制御弁3bに送られた場合だけ2から1に動かされ、LS制御弁3bが、位置2から位置1に動かされ、スイベル角度制御弁2aのチャンバ内の圧力が、タンク40に放出される。次に、スイベル角度制御弁2aのスプールは、位置0から位置CYL_MAXに動き、油圧ポンプ2は、走行システム100、即ち走行制御弁4と走行モータ11に、より多くの作動液の流れを提供する。作動液のこの流れは、(選択方向に応じて)作業管路6L又は6Rを介して、走行装置32に進み、したがって走行モータ11に進む。
走行装置32は、走行モータ11、走行モータ10の容積を変化させる走行容積制御スプール10(モータレギュレータ)、及び電気的に制御された走行容積制御弁9を有する。
走行装置32において、作動液の流れは、逆止め弁14L又は14Rを介して、走行モータ11に進み、その結果、走行モータ11が回転し始める。走行モータ11は、シャフト34を介して走行ギアボックス17に接続され、シャフト34は、この例では、2本のプロペラシャフト36,38と2本の軸(図示せず)を介して機械200のホイールを駆動する。走行モータ11から戻った作動液は、走行装置32内のブレーキ弁13と作業管路6L又は6R(選択された方向に応じて)を介して、走行制御弁4に進み、走行制御弁4からタンク40に進む。
ブレーキ弁13のスプールは、動いて作業管路6L及び6Rへの接続を断ち、それにより、走行モータ11から戻る作動液の流れが、走行制御弁4に戻ることができる。中立位置では、ブレーキ弁13の全てのポートが閉じられ、走行モータ11から作業管路6L及び6Rへの接続はオリフィス15R及び15Lを介したものだけである。
図2a〜図2dに示された走行システム100の電気制御回路は、走行高圧力センサ16、走行速度センサ18、走行/作業選択スイッチ22、走行アクチュエータ圧力センサ25、走行パイロット圧力センサ24、走行方向スイッチ23、走行方向弁28、ギア選択スイッチ20、独立走行フローバルブ27、電磁弁26、走行モータ容積制御弁9、LS減圧弁3a、及び制御ユニット50を含む。制御ユニット50は、単方向にも双方向にも機能できる入力/出力信号線S1〜S12を有する。
制御ユニット50の入力信号は、信号線を介して、走行高圧力センサ16(信号線S10)、走行速度センサ18(信号線S8)、走行/作業選択スイッチ22(信号線S12)、走行アクチュエータ圧力センサ25(信号線S5)、走行パイロット圧力センサ24(信号線S2)、走行方向スイッチ23(信号線S1)、ギア選択スイッチ20(信号線S11)によって提供される。
制御ユニット50の出力信号は、走行モータ容積制御弁9(信号線S9)、LS減圧弁3a(信号線S6)、走行方向弁28(信号線S1)、電磁弁26(信号線S3)、及び独立走行フローバルブ27(信号線S4)への信号線を介した信号である。
原動機1は、信号線S7を介して制御ユニット50に接続される。
LS減圧弁3aによって、走行制御弁4を介した圧力損失LS_ΔPを減少させることができ、それにより、作動液の流れは、走行制御弁4のスプールに進み、したがって走行モータ11に進む。
走行モータ11に進む作動液の流量を減少させる代替案は、独立走行フローバルブ27と電磁弁26によって、走行パイロット管路4L,4R内のパイロット圧を減少させることである。独立走行フローバルブ27は、所望のパイロット圧を生成し、電磁弁26は、走行方向弁28を介して走行制御弁4のスプールに、独立走行フローバルブ27によって生成されたパイロット圧を送るか、走行アクチュエータ29によって生成されたパイロット圧を送るかを選択する。
換言すると、電磁弁26は、走行アクチュエータ29によって生成された油圧パイロット圧とは別に、走行制御弁4のスプールのストロークを制御する。
作動液の流量が減少し、それにより作動液の流れによって生じる損失が減少することから、作動液の流量を減少させるこれらの2つの機能が、燃料効率を改善すると考えられる。この状況で、制御ユニット50の重要な出力信号は、走行モータ容積制御弁9への信号である。この走行モータ容積制御弁9により、走行モータ11の容積を、弁のソレノイドへの電流に比例して、最大容積から最小(0)容積まで制御することができる。走行モータ容積制御弁9の電流がない場合、走行モータ11は、最大容積である。入力信号に応じて、走行モータ11の容積は、機械200が、速度超過でなく、また良好で滑らかな制御挙動、良好な加速、ソフト発進及び停止挙動、並びに良好な燃料効率を有するように制御される。そのような制御のため、制御ユニット50は、機械200の所望の駆動挙動のための制御パラメータを含むことがある。
以下の節では、平坦地、降坂及び登坂を運転する手順について述べる。
機械200が停止状態のとき、走行モータ11はその最大容積にあり、機械200をその位置に保持するために最大化可能トルクを有する。平坦地で、オペレータが走行したいとき、オペレータは、走行アクチュエータ29を操作し、それにより、パイロットギアポンプ19から来る作動液に油圧パイロット圧が生じ、パイロット圧は、走行アクチュエータ29のストロークに依存する。パイロットギアポンプ19は、ギアシフト弁21を介して走行装置ボックス17に接続される。ギア選択スイッチ20は、ギアシフト弁21に機能的に接続され、信号線S11を介して制御ユニット50に接続される。
生成されたパイロット圧は、走行アクチュエータ圧力センサ25によって検出され、それぞれの信号が制御ユニット50に送られる。走行制御弁4のスプールは、動かされ、油圧ポンプ2からの作動液の流れが、走行装置32内の走行モータ11に送られる。走行モータ11が回転しはじめ、機械200が駆動し始める。走行高圧力センサ16によって検出された高い走行圧力と、走行速度センサ18によって検出された機械200の走行速度とに応じて、走行モータ11の容積が、走行モータ容積制御弁9を介して最大容積から最小容積に変更される。この容積変更は、制御ユニット50によって提供されたそれぞれの制御パラメータによって、最大可能加速を有するように最適化され得る。
オペレータが、機械200を停止したいとき、オペレータは、走行アクチュエータ29を開放する。走行パイロット圧が、0に低下し、走行制御弁4のスプールは、中立位置に進み、したがって油圧ポンプ2への接続が断たれる。走行モータ11への作動液(例えば、油)の流量が0に減少する。制御ユニット50は、機械200の停止が柔らかで急でないように走行モータ11の容積を制御することができる。
降坂駆動の場合、基本制御原理は、平坦地での駆動と同じである。主な違いは、降坂を走行するとき、機械200が、重力による加速を受け、したがって機械200が平坦地より高速で降坂を走行する可能性があることである。この高速超過を防ぐために、機械200は、走行モータ11の容積を制御することによって適切に減速される。オペレータが、走行アクチュエータ29を最大ストロークで操作する場合、機械200は、その最大許容速度に達するまで加速される。重力によって、また制御ユニット50の働きがない場合、機械200は、更に降坂で加速し、最大許容速度を超える速度に達する。本発明によれば、走行モータ11の容積が大きくされる。走行モータ11の容積を大きくすると、走行モータ11が制動される。これにより、最大許容速度を超えるのを防ぐことができ、即ち、オペレータが望む速度が維持される。
登坂駆動の場合、基本制御原理は、平坦地での駆動と同じである。主な違いは、登坂駆動の際には、機械200が重力によって減速されるので機械200を動かすのに必要なトルクが大きいため、走行高圧力が増大することである。圧力が、規定値より低いままの場合、走行モータ11の容積は変化しない。走行高圧力のこの規定値を超えた場合、走行モータ容積制御弁9が走行モータ11の容積を大きくし、走行モータ11のトルクを大きくする。更に、走行圧力は、走行モータ11の容積を制御するだけでなく、速度又は速度の低下も制御する。これらの2つの後者のパラメータは、登坂走行の主な入力信号である。走行モータ11の容積は、走行モータ容積制御弁9を介して制御ユニット50によって、一方で、最大可能登坂能力が確保され、他方で、機械200が、走行アクチュエータ29の実ストロークに従った最大可能速度で登坂駆動できるように制御される。通常、オペレータは、常に走行アクチュエータ29を最大ストロークにした状態で登坂駆動する。
本発明は、また、燃料節約モードを可能にする。燃料節約モードは、機械200が一定速度で走行しているときのみ有効である。原動機1(即ち、ディーゼルエンジン)の燃料消費を減少させ、走行モータ11への作動液の流量を減少させ、それにより作動液の流れにより生じる損失を減少させることができる。
燃料節約モードは、作業モード(wモード)並びに走行モード(tモード)で有効になる。
作業モードでは、オペレータは、機械200の全ての機能を運用することができる。この場合、油圧システムの高圧構成要素内の平均圧力レベルは、約150〜200バールである。この場合、主制御弁の走行部分に付加的な他の構成要素(走行制御弁4)は、有効であり、油圧ポンプ2から作動液が供給される。主制御弁に含まれる走行部分(即ち、走行制御弁4)内の補償損失をできるだけ少なくするために、走行高圧力は、走行モータ11に進む作動液の流量を減少させることによって平均圧力レベルに設定される。作業モードでは、これは、前述のように、独立走行フローバルブ27と電磁弁26によって行われる。独立走行フローバルブ27は、走行モータ11への必要な作動液の流量を有するよう走行制御弁4のスプールを所望の位置にするのに必要な油圧パイロット圧を生成する。電磁弁26は、走行アクチュエータ29から走行方向弁28への(したがって、走行制御弁4への)接続を断ち、独立走行フローバルブ27が、代わりに走行方向弁28に(したがって、走行制御弁4に)接続される。このとき、走行制御弁4のスプールの位置は、走行アクチュエータ圧力に依存せず、制御ユニット50によって制御することができる。作動液の流量の減少により、機械200の駆動は以前より遅くなる。機械速度を所望の(より高い)値に維持するために、作動液の流量の減少と並行して走行モータ11の容積を減少させてもよい。これは、適切な制御信号を走行モータ容積弁9に送る制御ユニット50によって行われる。
走行モードでは、原理はほぼ同じである。しかしながら、走行モードでは、オペレータが、機械200と一緒に走行できるのみで他の機能が有効でないという違いがある。この事実により、圧力補償がないので、走行高圧力は、作業モードの場合より高くなり得る。即ち、作動液の流量の減少は、作業モードの場合より大きくなり得る。作動液の流量の減少は、最初に、原動機1の速度を、燃料消費に関して最適動作点を有する速度まで低下させることによって行われる。走行高圧力が、まだ最大可能圧力でない場合、作動液の流量は、更に、直接油圧ポンプ2によって減少される。作動液の流量の減少は、LS減圧弁3aによって行われる。LS減圧弁3aは、圧力をLS制御弁3bに送る。LS制御弁3bに送られた圧力が高いほど、走行制御弁4を介した圧力損失LS_ΔPが減少する。圧力損失LS_ΔPが減少すると、走行モータ11への作動液の流量も減少する。
提案された発明により、走行モータ11の容積を最小値と最大値の間で比例的に制御することができる。機械200が降坂を進み、実際の速度が許容速度を超えたとき、油圧モータ11の容積が大きくされ、これにより許容速度に再び達するまで機械200が減速される。燃料節約モードでは、作動液の流量と容積が、設定速度にしたがって最良に調整される。
より柔らかな発進/停止/反転挙動を提供するために、走行制御弁4のパイロット圧の圧力源として、走行アクチュエータ29の代わりに、独立走行フローバルブ27が選択される。この独立走行フローバルブ27によって、主制御弁4の走行スプールの開閉を滑らかに行うことができる。オペレータが、例えば走行し始めた場合、オペレータは、走行アクチュエータ29を0から最大ストロークに押し、それにより、走行スプールも0から最大ストロークにきわめて素早く押されて、その結果、機械100が不安定な挙動になる。独立走行フローバルブ27によって、走行スプールを制御する圧力を一定に高めることができ、その結果、主制御弁4の走行スプールのストロークの増大が一定になり、機械100の加速が滑らかになる。同じ原理は、機械100の停止と反転を柔らかにするために使用することができる。
図3は、走行モータ容積制御弁9(図2d)によって実行される電気的走行モータ制御のブロック図を示す。駆動状態分類ブロックB10が、種々の入力を受け取る。
第1組の入力は、機械の動作モードOM(走行モード又は作業モード)、選択ギアGS、ペダル踏力PP、LS圧力LSP、走行方向TD(後退又は前進)などの各種パラメータを提供するパラメータブロックと関連付けられる。更に他の入力ブロックMSが、機械速度と関連付けられ、機械速度は、一定速度、上昇速度、下降速度をそれぞれ示す次の制御ブロックに入力される。
別の入力TMHPは、最大許容走行モータ高圧力を制限する制御ブロックを介して、走行モータ高圧力センサ16(図2d)から来る。別の入力は、要求速度の評価と関連したブロックB20から来る。ブロック20は、走行ペダル踏力ブロックTPPから、0圧力と最大圧力の間の段を示す制御ブロック、一定圧力を示す制御ブロック、最大圧力とゼロ圧力の間の段を示す制御ブロック、減少圧力挙動を示す制御ブロック、及び増大圧力挙動を示す制御ブロックを介した入力を有する。ブロック20は、更に、ギア選択ブロックGSから選択ギアに関連した入力と、LMSPブロックから法定最大速度パラメータと関連したパラメータとを受け取る。
運転状態が分類されるブロックB10は、運転状態の分類に応じて、結果を、モード機能ブロックFB10を介して走行モータ容積の計算と関連したブロックB30に転送する。ブロック30は、また、フィードバックとしてB10に入力を提供し、要求速度の評価と関連したブロックB20に入力を提供する。走行モータ容積の計算の結果は、ブロックB30から、走行モータ制御と関連したブロックB40に転送される。
モード機能ブロックFB10が、図4a〜図4hにブロック図として詳細に述べられ、モード機能ブロックFB10は、速度制御機能(図4a)、安全モード(図4b)、後退モード(図4c)、停止モード(図4cd)、登坂駆動モード(図4e)、ギアダウンシフトモード(図4f)、非常時速度超過防止(図4g)、エコモード(図4h)などと関連した各種機能ブロックを含む。
図4aの速度制御機能ブロックFB20において、ブロックFB22は、パラメータペダル踏力PPと選択ギアGSに基づいて要求速度と、機械速度MSとを計算する。その後のブロックFB24では、ブロックFB22からの計算された要求速度と機械速度MSの入力とに基づいて閉ループ制御が実行され、結果が、走行モータ制御ブロックB30に転送される。
図4bの安全機能ブロックFB30では、機械速度センサ状態ブロックMS−S、走行モータ高圧力センサ状態ブロックTMHP−S、及びペダル踏力センサ状態ブロックPP−Sに基づいてブロックFB31でエラー評価が行われ、その結果が、ブロックFB32又はFB33に転送される。FB31の出力信号は、ブロックFB32及びFB33に送られ、「ギア1」、「ギア2」又は「エラー」が選択されている場合、信号は、更にブロックFB34に進み、「ギア3」が選択されている場合、信号は、ブロックFB35に送られる。実際に選択されたギアが、低い方のギア(例えば、第1又は第2ギア1)であるか、エラーが検出された場合は、ブロックFB32に進む。高い方のギア(例えば、第3ギア)が実際に選択された場合は、ブロックFB33に進む。また、ブロックFB32及びFB33は、選択されたギアに応じて進んだギア選択スイッチ状態ブロックGSS−Sとギア選択スイッチ値ブロックGSS−Vの入力を受け取る。
ブロックFB32は、ブロックFB34に入力を提供し、ブロックFB34では、必要な作動液の流れが、最低速度(例えば、機械速度センサシステム、走行モータ高圧力センサシステム又はペダル踏力センサシステムの検出エラーにもかかわらず機械の使用を可能にする最大5km/時)に対応するように設定される。ブロックFB33は、ブロックFB35に入力を提供し、ブロックFB35で、必要な作動液の流量が最高速度(例えば、最大20km/時)に対応するように設定される。ブロックFB34又はFB35は、生成された流体関連パラメータを走行モータ制御ブロックB40に転送し、それにしたがって、走行モータ制御ブロックB40は、必要な機械速度を確立する。
図4cに示された反転機能ブロックFB40内のブロックFB41は、機械速度ブロックMSと走行モータ制御ブロックB40からの入力により、減速を滑らかにするために作動液の流量を増やす。TSに応じた特定の速度レベルに達した場合は、B50で走行方向が変更される。
図4dに示された停止モードブロックFB50内のブロックFB51は、機械速度ブロックMSと走行モータ制御ブロックB40からの入力にしたがって、減速を滑らかにするように作動液の流量を増やす。ギア選択TSに応じて、FB51の出力は、より強く減速するために上側制御ブロックに転送されるか、より滑らかに減速するために下側制御ブロックに転送される。
図4eの登坂駆動機能ブロックFB60は、作動液の流量を増やして走行モータトルクを高める中央機能ブロックFB61を有する。ブロックFB61は、走行モータ制御ブロックB40から入力と、制御ブロックを介して、ペダル踏力の挙動(一定又は増大)、機械速度の挙動(減少)、及び走行モータ高圧力(許容上限まで増大)を示す走行モータ高圧力ブロックTMHP、機械速度ブロックMS及びペダル踏力ブロックPPから組み合わせ入力とを受け取り、これにより所望の登坂駆動挙動を確立する。
図4fは、機械を滑らかに減速するために作動液の流量を減少させるギアダウンシフト機能ブロックFB70を示す。ブロックFB71は、制御ブロックを介して、滑らかな減速を示す走行モータ制御ブロックB40に入力を提供し、制御ブロックを介してギアダウンシフトを示すギア選択ブロックGSの入力を受け取る。走行モータ制御ブロックB40は、ブロックFB71に入力をフィードバックする。
図4gは、機械の速度超過を防ぐために提供される非常時速度超過機能ブロックFB80を示す。ブロックFB81は、機械を素早く減速するための作動液の流量の強い減少を提供し、また機械速度ブロックMSから制御ブロックを介して、速度制限を有する速度増加を示す入力を受け取る。走行モータ制御ブロックB40は、ブロックFB81から入力を受け取り、ブロックFB81に情報をフィードバックする。
図4hは、燃料節約のためのエコモードブロックFB90を示す。ブロックFB91は、制御から走行アクチュエータ29(図2b)の油圧部分29aを介して(独立)走行フローバルブ27へのシフトを提供し、したがって走行流量シフト弁ブロックTFSV(電磁弁26に関連した)と独立走行フローバルブブロックITFV(弁27に関連した)とに進む。ブロックFB91は、エコモード前提条件ブロックFB92を介して、ペダル踏力ブロックPP、ギア選択ブロックGS、操作モードブロックOM、機械速度ブロックMS、及び走行モータ高圧ブロックTMHPから入力を受け取る。ブロック92は、油圧ポンプを駆動するディーゼルエンジンの回転数を計算するためにブロックFB94に入力を提供し、結果が、エンジンブロックB60に転送される。
更に、ブロックFB91は、走行パイロット圧力センサブロックTPiPと走行ペダル踏力センサブロックTPPから入力を受け取る最大パイロット圧ブロックFB93に進む。ブロックFB93は、ポンプ流量の計算が行われるブロックFB95に進み、ブロックFB95は、失速防止制御ブロックB50に入力を提供する。更にブロックFB93は、走行モータ制御ブロックB40に渡される走行モータ容積が計算されるブロックFB96に進む。
有利には、本発明は、走行システムの全体的な操縦性の改善を可能にする。機械の発進及び停止の挙動が柔らかになり、機械自体の駆動快適性が改善され、それにより、機械が滑らに挙動し不安定でなくなる。これは、主に、走行モータの容積の制御によって達成されるが、走行アクチュエータ(例えば、走行ペダルなど)と主制御弁の曲線を制御ユニットの制御によって最適化することによっても達成される。
2 油圧ポンプ
4 制御弁
11 油圧走行モータ
200 油圧駆動式作業機械

Claims (21)

  1. 可変容積を有する油圧走行モータ(11)を備え、油圧ポンプ(2)によって生成された作動液の流れが、前記走行モータ(11)に提供され、前記油圧ポンプ(2)から前記走行モータ(11)への前記作動液の流れを制御するための制御弁(4)が提供された、油圧駆動式作業機械(200)を動作させる方法であって、前記油圧ポンプ(2)には、前記走行制御弁(4)によって生成された負荷信号(LS)に応じる油圧制御が提供され、前記走行モータ(11)には、所望の駆動挙動に従う電気制御が提供される方法。
  2. 前記走行モータ(11)の前記容積が、電気的に制御された走行モータ容積制御弁(9)によって調整される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記走行制御弁(4)の少なくとも1つのパイロット圧管路(4L,4R)内の前記作動液の流れが、前記作業機械(200)の選択された制御状態に応じた異なる装置(27,29)によって選択的に生成される、請求項1乃至2のいずれかに記載の方法。
  4. 前記第1の制御状態で、前記走行制御弁(4)の前記少なくとも1つのパイロット圧管路(4L,4R)内の前記作動液の流れが、走行アクチュエータ(29)によって生成され、第2の制御状態で、独立走行フローバルブ(27)によって生成される、請求項3に記載の方法。
  5. 前記電気的制御弁(26)が、前記作業機械(200)の選択された制御状態に応じて前記異なる装置(27,29)によって生成された前記作動液の流れを選択する、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記走行モータ(11)の前記容積が、最大容積と最小容積の間で連続的に調整可能である、請求項1乃至5のいずれかに記載の方法。
  7. 降坂駆動の走行モードで、前記機械(200)が、その最大許容速度を超えたときに、前記走行モータ(11)の前記容積が、より大きい容積に増大され、かつ/又は登坂駆動の動作モードで、走行高圧力の既定値を超えたときに、前記走行モータ(11)が、より大きい容積にシフトされ、かつ/又は速度低下が、規定の最大値を超える、請求項1乃至6のいずれかに記載の方法。
  8. 前記走行モータ(11)に適用される前記作動液の流れを減少させるために、前記走行制御弁(4)のポンプ側と負荷側との圧力差(Δρ)が減少される、請求項1乃至7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記走行モータ(11)に適用される前記作動液の流れを減少させるために、前記走行パイロット管路(4L,4R)内のパイロット圧が低下される、請求項1乃至8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記制御弁(4)のポンプ側と負荷側との圧力差(Δρ)が、プリセット値(LSΔρ)に調整される、請求項1乃至9のいずれかに記載の方法。
  11. 前記機械(200)の作業モードで、前記走行モータ(11)の前記容積が、前記走行モータ(11)への前記作動液の流れの減少と平行に減少される、請求項8乃至10のいずれかに記載の方法。
  12. 前記機械(200)の走行モードで、前記原動機(1)の速度が、所定の燃料経済速度に設定され、かつ/又は前記走行モータ(11)内の前記圧力が、前記油圧ポンプ(2)からの前記作動液の流れを減少させることによって増大される、請求項8乃至11のいずれかに記載の方法。
  13. 前記走行モードで平坦地で駆動するとき、前記走行アクチュエータ(29)が活動化され、これにより、前記走行アクチュエータ(29)のストロークに応じて作動液の油圧パイロット圧が生成され、前記走行制御弁(4)のスプールが動かされ、これにより、前記作動液の流れが前記走行モータ(11)に送られたときに、前記走行モータ(11)の前記容積が、走行高圧力と前記機械(200)の走行速度に応じて最大容積と最小容積との間の容積に変更される、請求項8乃至11のいずれかに記載の方法。
  14. 原動機(1)によって駆動される油圧ポンプ(2)と、可変容積を有しかつ前記油圧ポンプ(2)から供給された作動液によって駆動可能な油圧走行モータ(11)とを備えた、作業機械(200)を操作するための走行システム(100)であって、前記走行モータ(11)は、電気的に制御された走行モータ制御弁(9)を備え、前記油圧ポンプ(2)が、前記走行制御弁(4)によって生成された負荷信号(LS)に応じて前記油圧ポンプ(2)を制御する油圧ポンプコントローラ(3)を備える、走行システム(100)。
  15. 前記作業機械(200)の選択された制御状態に応じて、前記走行制御弁(4)のパイロット管路(4L,4R)をパイロット圧生成走行アクチュエータ(29)又はパイロット圧生成独立走行フローバルブ(27)に交互に機能的に接続するための弁(26)が提供される、請求項14に記載のシステム。
  16. 前記油圧ポンプコントローラ(3)が、減圧弁(3a)を有する、請求項14または15に記載のシステム。
  17. 請求項14乃至16のいずれかに記載の走行システム(100)を備えた車両。
  18. 電気信号によって制御ユニットと通信する少なくとも1つのジョイスティック及び/又はペダル及び/又は主制御弁を有する電気油圧式制御システムの少なくとも1つを含む、請求項17に記載の車両。
  19. コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、前記プログラムが、プログラム可能なマイクロコンピュータ上で実行されたときに、請求項1乃至13の少なくとも一項に記載の方法を実行するか又はその方法で使用するように適応されたコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
  20. 前記インターネットに接続されたコンピュータ上で実行されたときに制御ユニット(50)又はその構成要素のうちの1つにダウンロードできるように適応された、請求項19に記載のコンピュータプログラム。
  21. コンピュータ可読媒体上に記憶されたコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ上で請求項1乃至13のいずれかに記載の方法で使用されるプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。
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