JP2023017744A - 油圧アクチュエータを制御する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ポンプによって駆動される少なくとも２つのマニホールドを使用して接続されたアクチュエータを制御する改善された方法を提供する。【解決手段】油圧装置は、第１および第２のマニホールド１１０Ａ，１１０Ｂを備え、それらの各々は、平行に接続され、かつ入力に応答して動作されてアクチュエータへの流体の流れを調節する、対応するアクチュエータ弁を介して複数のアクチュエータに接続される。複数の作業チャンバは、第１または第２のマニホールド１１０Ａ，１１０Ｂのいずれかに接続可能であり、負のフィードバック信号に応答して制御される正味の流れを有する。負のフィードバック信号は、第１および第２のマニホールド１１０Ａ，１１０Ｂから延在する仮想流体流れ経路内の計算された圧力または流量に応答して判定される。【選択図】図３

Description

本発明は、車両（例えば、掘削機）または産業機械（例えば、射出成形機、ウォータージェット切断機）などの油圧機械における油圧アクチュエータに油圧流体のポンプ圧送された流れを供給する（場合によっては、油圧流体を受容する）分野に関する。

現時点では、掘削機、特に追跡された掘削機の油圧アクチュエータが、手動制御インターフェース（例えば、ジョイスティック）を使用してオペレータによって移動可能であるオープンセンターのアクチュエータ弁を通って延在するマニホールドを備えた油圧システムによって制御されることが一般的であり、ポンプによって供給される油圧流体がマニホールドに逸らされ、マニホールドから様々な弁に接続された油圧アクチュエータに流される。多数のマニホールドは、独自のポンプおよび弁を有する。マニホールドはまた、関連する圧力センサを有するスロットルアパーチャ（制御オリフィス）を含む。使用中、制御オリフィスから油圧流体が連続的に流出し、低圧側に戻り、オリフィスの圧力が監視され、ポンプの変位がネガティブコントロールのプロセスによって測定された圧力を所定の値に維持するように調節される。この制御プロセスは、当該技術分野ではネガコンとして知られている。例は、ＵＳ２０１６０２９０３７０（Ｄｏｏｓａｎ）に見出すことができる。

制御オリフィスを介して油圧流体が連続的に失われるのはエネルギーの無駄であり、高度に制御可能な可変容量型ポンプを使用して、この要件を省くことができる。しかしながら、既存のネガコンの制御処理が、掘削機のオペレータによって好まれている。これは、コマンドに対するアクチュエータの特徴的な応答、およびアクチュエータ機能に関する有用なフィードバックをオペレータに提供し、例えば、アクチュエータが障害物に当たったために動いていないときに感じることができる。これは、マニホールド圧力を伴うアクチュエータへの流量の変動に部分的に起因する。ネガコンはまた、アクチュエータの動きのいくつかの有用な減衰を提供する。

このような出口を含まないが、出口を通る漏れの存在をシミュレートするようにポンプ容量が変えられる油圧制御配置を提供することが知られている。これにより、オペレータが慣れ、好む制御およびフィードバックがオペレータに提供される。

そのような仮想制御配置は、２つ以上のポンプを有する典型的な油圧配置に適用することができ、それらの各々は、様々なアクチュエータが接続される別個のマニホールドに供給する。しかしながら、このような配置は、典型的には、標準的な油圧配置で両方のポンプに接続され、両方のポンプから流体を受容する高容量アクチュエータを最適に駆動することができないことがわかっている。

本発明は、ポンプによって駆動される少なくとも２つのマニホールドを使用して接続されたアクチュエータを制御する改善された方法を提供し、アクチュエータ制御コマンドに望ましい応答を提供しながら、いくつかの実施形態では、手動動作可能な制御の典型的なヒトユーザであるが、機械（例えば、ロボット的に制御された装置）でもあり得るユーザに適切なフィードバックも提供しながら、エネルギー効率を維持しようとする。

本発明によれば、油圧装置であって、
コントローラと、
原動機と、
原動機と駆動係合する回転可能シャフトを有し、回転可能シャフトの回転とともに周期的に変動する容積を有する複数の作業チャンバを備える、油圧機械であって、作業チャンバのうちの１つ以上の複数のグループの正味変位は、コントローラの制御下で独立して可変である、油圧機械と、
複数の油圧アクチュエータと、
複数の作業チャンバと複数の油圧アクチュエータとの間に延在する油圧回路と、を備え、
油圧回路は、１つ以上の作業チャンバの第１の当該グループと、１つ以上のアクチュエータの第１のグループとの間に延在する第１のマニホールド、１つ以上の作業チャンバの第１のグループから１つ以上のアクチュエータの第１のグループへの油圧流体の流量を調節するように制御可能な第１の複数のアクチュエータ弁、１つ以上の作業チャンバの異なる第２の当該グループと、１つ以上のアクチュエータの第２のグループとの間に延在する第２のマニホールド、および１つ以上の作業チャンバの第２のグループから１つ以上のアクチュエータの第２のグループへの油圧流体の流量を調節するように制御可能な第２の複数のアクチュエータ弁を備え、
１つ以上の作業チャンバは、１つ以上のギャング弁によって、第１のグループの一部となり、第１のマニホールドに接続されることと、第２のグループの一部となり、第２のマニホールドに接続されこととの間で切り替え可能であり、
作業チャンバの第１および第２のグループから第１および第２のマニホールドに流入またはそこから流出する油圧流体の流量は、コントローラの制御下で１つ以上の作業チャンバの第１および第２のグループの独立した制御によって独立して可変であり（すなわち、各マニホールドについて独立して制御することができる）、それによって第１および第２のマニホールド内の圧力は独立して変動させることができ、
第１の複数のおよび第２の複数のアクチュエータ弁は、コマンドに応答して制御可能な位置を有し、それによって第１および第２のマニホールドからアクチュエータへの流体の流量を調節し、
コントローラは、１つ以上の作業チャンバの第１および第２のグループの正味変位を独立して制御し、コマンドに応答して、第１および第２のマニホールドへの、または第１および第２のマニホールドからの流量をそれぞれ独立して変動させ、それによってコマンドに対するアクチュエータの応答を調節する、油圧装置、が提供される。

本発明はまた、油圧装置を制御する方法にも及び、この方法は、インターフェースを通るコマンドに応答して、第１および第２のマニホールド（１つ以上の作業チャンバの第１および第２のグループからまたは２つ）へのまたはそこからの流れを独立して変動させるように、作業チャンバの第１および第２のグループの正味変位を制御することを含む。

制御される第１および第２の複数のアクチュエータ弁の位置は、典型的には、（流体が流れる導管の）開放断面積である。弁が開放されるにつれて、それぞれの開放断面積が増加し、閉鎖するにつれて、それぞれの開放断面積が減少する。

したがって、コマンドに対するアクチュエータの応答は、第１および第２の複数のアクチュエータ弁の位置、第１および第２のマニホールドにそれぞれ流入または流出する油圧流体の流量、ならびに第１および第２のマニホールドそれぞれへの入力圧力によって判定される。次に、流量は、それぞれ、作業チャンバの第１または第２のグループの正味変位によって判定され、これは、容積で表現され得るか、または例えば、容積での流量を与えるために、回転可能シャフトの１回転当たりの最大容積変位および回転可能シャフトの回転速度を乗算する必要がある、回転可能シャフトの１回転当たりの最大変位の端数として表現され得る。入力圧力は、アクチュエータに供給される（またはアクチュエータから受容される）流体よりも多いまたは少ない流体を変位させることによって増加または減少させることができる。

１つ以上の作業チャンバの第１および第２のグループの正味変位を制御するだけでなく、コントローラは、例えば、コマンドに応答して、第１および第２の複数のアクチュエータ弁の位置を制御し得る。第１および第２の複数のアクチュエータ弁は、例えば、ユーザが動作可能な制御などの入力からのコマンド（例えば、パイロット圧力）によって、コントローラを介する以外で制御され得る。

典型的には、コントローラは、１つ以上のギャング弁を動作させることによって、１つ以上の作業チャンバを、１つのマニホールドに接続させることから他のマニホールド（第１および第２のマニホールドの）に接続させることに切り替えるように構成される。１つ以上のギャング弁の切り替えは、１つ以上のアクチュエータの第１のグループおよび１つ以上のアクチュエータの第２のグループへの流体流れに対する需要にそれぞれ応答する。したがって、コントローラは、例えば、１つ以上のアクチュエータの第２のグループに対する需要の増加、１つ以上のアクチュエータの第１のグループに対する需要の減少、または１つ以上のアクチュエータの第２のグループに対する需要と１つ以上のアクチュエータの第１のグループに対する需要との比率の増加に応答して、１つ以上の作業チャンバを、第１のマニホールドに接続させることから、第２のマニホールドに接続させることに切り替え得る。切り替えは、需要をより厳密に満たすことを可能にし得る。

コマンドは、通常、インターフェースを介して受信される。インターフェースは、電子インターフェースであり得る。インターフェースは、機械的または油圧的インターフェースであり得る。インターフェースは、例えば、１つ以上のジョイスティック、レバー、ペダル、または他の手動のユーザインターフェースデバイスなどのユーザ入力デバイスからコマンドを通信し得る。

したがって、コマンドに対するアクチュエータの応答は、コマンドに応答して判定されるアクチュエータ弁の位置（例えば、それらが開放しているか閉鎖しているか、またはより典型的には、それらが開放している程度）だけでなく、それぞれのマニホールドへの流れに依存し、流れは、インターフェースを通るコマンドに応答して、および圧力などの他の変数によっても判定される。

圧力依存性は、特に、エミュレートされるべき、オペレータによって経験される他の、エネルギー効率がより低い油圧回路構成におけるアクチュエータの特徴的な挙動、応答および／または感触を提供することによって、アクチュエータのコマンドに対する応答をより良く制御することを可能にする。

第１または第２のマニホールドへの流入または流出の速度が独立して可変であるため、第１のマニホールド内の圧力および第２のマニホールド内の圧力は独立している。これは、そうでなければ、両方のアクチュエータのグループが、エネルギー効率が低い非常に異なる流量を必要とする場合でも、同じ圧力を使用して駆動される必要があるため、有利である。

典型的には、第１および第２のマニホールドへの、または第１および第２のマニホールドからの流量は、アクチュエータに受信されたコマンドに応答させるように、例えば、コマンドを満たすように制御される。コマンドは、例えば、流体流れまたは圧力またはアクチュエータの位置に対する需要を示し得る。需要が完全に満たされる可能性があり得る。状況によっては、需要を部分的にしか満たすことができない場合がある。例えば、可能なよりも多くの流体流れがなくてコマンドを満たすことができなかった場合、個々のアクチュエータへの流体流れは、例えば、比例して、または１つ以上のさらなるアクチュエータへの流れよりも１つ以上のアクチュエータへの流れを優先させることによってスケールバックされ得る。

装置は、典型的には、それぞれの作業チャンバとアクチュエータ弁との間の領域内で、例えば、流体がそれぞれの作業チャンバのグループからまたはそれらのグループにマニホールドに入るまたは出る場合に、第１のマニホールド内の圧力を測定するための１つ以上の第１の圧力センサと、第２のマニホールド内の圧力を測定するための１つ以上の第２の圧力センサと、を備え得る。

典型的には、第１のマニホールド（および典型的には第２のマニホールド）は、通常の動作中に作業流体が第１の（または第２の）マニホールドから低圧領域に流出し得るスロットルアパーチャを備えない。

これは、マニホールドがスロットルアパーチャ（典型的には、所定の断面の１つ以上のオリフィス）を介して加圧された作業流体（例えば、タンクまたは低圧マニホールドへ）の制御出口にもそれぞれ接続されている一般的な掘削機制御配置とは対照的であり、使用中に、（それによって作動される１つ以上のアクチュエータを介してではなく）それぞれのマニホールドからスロットルアパーチャを通る油圧流体の流れが存在することができる。

そのような配置では、スロットルアパーチャの直前のマニホールド内の作業流体の圧力が典型的には測定され、負のフィードバックを使用して油圧機械（典型的にはポンプ）の変位を制御するために使用される。これらの共通の掘削機制御配置は、コマンドに対するアクチュエータの望ましい応答、および／またはアクチュエータの動きに対する手動制御の（動き、またはそれによって及ぼされる力）感触の間の望ましいリンクを提供するが、使用中にスロットルアパーチャを通るマニホールドからの油圧流体の漏れに起因してエネルギーを無駄にする。

１つ以上のアクチュエータの第１および第２のグループが共通のアクチュエータを含んでいない場合がある。しかしながら、いくつかの実施形態では、１つ以上のアクチュエータが、１つ以上のアクチュエータの第１および第２のグループの一部であり得る。典型的には、１つ以上のアクチュエータの第１および第２のグループのアクチュエータは、それぞれ単一のマニホールド（第１または第２のマニホールド）のみに接続される。装置の各アクチュエータは、１つ以上の作業チャンバのグループに延在する単一のマニホールドにのみ接続され得る。

通常、コントローラは、第１の（または第２の）マニホールドから延在し、位置がコマンドに応答するアクチュエータ弁の位置に応じて変動する１つ以上の（仮想的な）弁を備える（仮想的な）油圧回路内の（仮想的な）特性に基づいて計算されたフィードバック信号に応答して、第１のマニホールド（および典型的には第２のマニホールドも）への、または第１のマニホールドからの流れを制御し、それによりアクチュエータ弁を通るアクチュエータへの、またはアクチュエータからの油圧流体の流れを制御する（方法が制御することを含む）ように構成される。仮想特性は、弁またはアクチュエータの位置、油圧回路内の圧力または流量、回転シャフト内のトルクなどの測定されたパラメータを考慮して、仮想油圧回路の特性のシミュレーションによって取得され得る。

変動する（仮想）弁の（仮想）位置は、アクチュエータ弁の開放断面積とともに（例えば、線形に）変動し得る（仮想）開放断面積であり得る。アクチュエータ弁の開放断面積が増加されるとき、（仮想）弁の（仮想）開放断面積は、増加され得るか、または低減され得る。

フィードバック信号は、例えば、（仮想）油圧回路内の（仮想）流体の圧力もしくは流量、または（仮想）アクチュエータの位置、または（仮想）回転シャフト内のトルクなどに基づいて計算され得る。

典型的には、コントローラは、アクチュエータ弁の位置に応じて仮想流体流れを調節する１つ以上の仮想弁を通って第１の（または第２の）マニホールドから延在する仮想流体流れ経路内の制御点における計算された圧力または流量に応答して、第１のマニホールド（および典型的には第２のマニホールドも）へのまたは第１のマニホールドからの流れを制御する（および方法は制御することを含む）ように構成される。

典型的には、仮想流体流れ経路は、１つ以上の仮想弁および仮想スロットルアパーチャを通って低圧領域に延在する。

典型的には、コントローラは、それぞれのアクチュエータ弁の位置に応じて仮想流体流れを、それぞれのスロットルアパーチャに逸らして、より低い圧力領域に逸らす、１つ以上の異なる仮想弁を通って第１の（または第２の）マニホールドから延在する複数の仮想流体流れ経路の各々の制御点での計算された圧力または流量に応答して、第１のマニホールド（および典型的には第２のマニホールドも）への、または第１のマニホールドからの流れを制御する（および方法は制御することを含む）ように構成される。

第１のマニホールド（典型的には第２のマニホールドも）への、または第１のマニホールドからの流れは、仮想流体流れ経路の制御点で、または複数の仮想流体流れ経路の各々の制御点で、計算された圧力または流量に応答して、第１のマニホールド（典型的には第２のマニホールドも）の入口圧力が変動するように制御され得る。

第１の（または第２の）マニホールドの入口圧力とは、流体が１つ以上の作業チャンバの第１の（または第２の）グループから第１の（または第２の）マニホールドに流入する（または流出する）流体の圧力を指す。

第１の複数のアクチュエータ弁が第１のマニホールドに並列に接続され得る。１つ以上のアクチュエータの第１のグループは、それぞれのアクチュエータ弁を通して第１のマニホールドに並列に接続され得る。第２の複数のアクチュエータ弁が第１のマニホールドに並列に接続され得る。１つ以上のアクチュエータの第２のグループは、それぞれのアクチュエータ弁を通して第２のマニホールドに並列に接続され得る。

２つ以上の仮想弁は、仮想流体流れ経路で直列に接続されているかのように扱われる一方で、対応するアクチュエータ弁は第１の（または第２の）マニホールドに並列に接続される。

対応する仮想弁およびアクチュエータ弁とは、同じ制御入力、典型的には、オペレータジョイスティックコマンドによって両方とも制御される仮想弁およびアクチュエータ弁を指している。アクチュエータ弁の位置は、実際の流体が流れることができるオリフィス面積とも呼ばれる断面積を判定し、一方、仮想弁の仮想位置は、仮想弁の上流および下流の圧力状態に応じて、仮想流れが発生する仮想断面積を判定する。

第１の（および典型的には、第２も）マニホールドから平行に延在する複数の当該（仮想）流れ経路が存在し、異なる１つ以上の（仮想）制御弁を中に有し、当該複数の流れ経路の各々における計算された圧力または流量が、作業チャンバの第１のグループ（または第２のグループのそれぞれ）からの第１のマニホールド（または第２のマニホールドのそれぞれ）への流量を判定する際に考慮され得る。

第１の（および典型的には第２のマニホールドも）から並列に延在する当該複数の流れ経路のうちの１つにおいて、直列に接続された複数の制御弁が存在し、第１の（および典型的には第２のマニホールドも）から並列に延在する当該複数の流れ経路のうちの別の１つでは、単一の制御弁が存在し得る。少なくとも１つのアクチュエータについては、当該複数の流れ経路の両方が、同じアクチュエータ制御信号に基づいてそのオリフィス面積が判定される制御弁を備え得る。

インターフェースは、第１および／または第２のマニホールドの入力圧力に応答して変動する出力を提供し得る。

出力は、レバー、ボタン、またはホイールなどの手動動作された制御の応答の変動であり得る。圧力に応答した変動は、（ｉ）手動動作された制御の移動、（ｉｉ）手動動作された制御の移動に対する抵抗、（ｉｉｉ）手動動作された制御によって及ぼされた力、（ｉｖ）移動に伴う手動動作された制御の移動または及ぼされた力に対する抵抗の変動のうちの１つ以上であり得る。第１および／または第２のマニホールド内の圧力に対するこれらの応答は、人間のオペレータにフィードバックを感触によって提供するため既知の掘削機制御配置の有用な特徴である。例えば、それらは、アクチュエータに接続されたマニホールド内の圧力が上昇するため、アクチュエータ（例えば、掘削バケット）が障害物と接触していることをオペレータが検出することを可能にする。

出力は、電子信号であり得る。１つ以上のユーザ動作可能な手動制御は、例えば、油圧または電子カップリングを介して１つ以上のアクチュエータ弁に結合され得る。１つ以上のアクチュエータ弁は、（典型的には、電子的な）インターフェースを介して受信されたコマンドに応答して、コントローラによって制御され得る。

１つ以上のアクチュエータ弁の第１および第２のグループが、閉鎖中心型であり、アクチュエータへの通常開放経路がなく通常閉鎖経路を有し、それらの各々が、インターフェースを通るコマンドに応答して開放可能であり、油圧流体を少なくとも１つのアクチュエータに流れさせ得る。

これは、スロットルアパーチャからの負圧フィードバックを使用する掘削機における一般的な弁配置とは対照的であり、スロットルアパーチャは、典型的には直列に接続された開放中心（デフォルトでは開放されている）弁に基づいている。

コントローラは、マニホールドが、使用中に作業流体がスロットルアパーチャを通って低圧領域に流れる開放出口を備えるかのように、アクチュエータにインターフェースを通ってコマンドに応答させるように、第１のマニホールド（および典型的にはまた、第２のマニホールド）への、または第１のマニホールドからの流れを制御する（および方法は制御することを含む）ように構成され得る。

典型的には、本発明の一部ではない当該スロットルアパーチャは、恒久的に開放しているアパーチャである。本発明では、当該スロットルアパーチャも、スロットルアパーチャに隣接するマニホールド内の圧力を測定するように構成された出口圧力センサも存在しない。本発明では、第１および第２のマニホールドへの流量は、当該スロットルアパーチャに隣接する当該出口圧力センサからの圧力信号の負のフィードバックに応答して制御されない（圧力センサおよびスロットルアパーチャが存在しない可能性があるため、または経路が弁を介して（スロットルアパーチャと低圧領域との間で）密封されている可能性があるため）。

装置は、コマンドに応答して、少なくとも１つのアクチュエータ弁を通じて第１のマニホールドにのみ接続される（第２のマニホールドには接続されない）単一のアクチュエータに（または、から）作業チャンバの複数のグループから（または、グループに）、流体流れの大部分（５０％超）（典型的には、流体流れの少なくとも７５％または流体流れの少なくとも９０％、または１００％）を選択的に方向付ける（および方法は、選択的に方向付けることを含み得る）（または受容する）ように構成され得る。これは、受信されたコマンドに応じて選択的に（および一時的に）行われる。これは、流体流れの大部分を単一のアクチュエータに方向付けるか、または単一のアクチュエータから受容するために、流体が両方のマニホールドから供給される既知のデバイスとは対照的である。必要に応じて、作業チャンバの１つ以上のグループが、第２のマニホールドに接続されることから、これを可能にするコマンドに応答して第１のマニホールドに接続されることに切り替わるように装置が構成され得る。方法は、少なくとも１つのアクチュエータ弁を通じて第１のマニホールドにのみ接続される（第２のマニホールドには接続されない）単一のアクチュエータに／から作業チャンバの複数のグループから／に流体流れの大部分（例えば、流体流れの５０％超、または少なくとも７５％、または少なくとも９０％、または１００％）を選択的に方向付けるコマンドに応答して、作業チャンバの１つ以上のグループを第２のマニホールドに接続されることから第１のマニホールドに接続されることに切り替えることを含み得る。各アクチュエータは、アクチュエータ弁を介して第１のマニホールドにのみ、または第２のマニホールドにのみ接続され得る。アクチュエータの第１のグループ（および典型的には第２のグループも）は、複数の異なる容量を有するアクチュエータを備え得る。アクチュエータ弁の第１のグループは、異なる最大開放断面積を有するアクチュエータ弁を備え得る。

装置は、作業チャンバのグループの作業チャンバの大部分（５０％超）、または７５％超、または９０％超、またはすべてを第１または第２のマニホールドのうちの１つに選択的に接続するように構成され得る。これは、コマンドに応答して、例えば、１つ以上のアクチュエータへの、または１つ以上のアクチュエータからの流体流れに対する大きな需要に応答して、選択的に（および一時的に）発生する。

装置は、第１のマニホールド内の圧力変化が、第１のアクチュエータよりも第２のアクチュエータへの流量の所与の変化に対してより少なく変動するように構成され得る。

第１のアクチュエータ弁のうちの複数（いくつかまたはすべてであり得る）が並列に接続されて、作業チャンバの第１のグループからアクチュエータへの流体流れのために独立して制御可能な並列経路を提供し得る。

第２のアクチュエータ弁も並列に接続され得る。
作業チャンバの第１のグループは、第１のマニホールドへのまたは第１のマニホールドからの流れを調節するように制御されて、（第１の１つ以上のアクチュエータの）第１のアクチュエータへの流体流量を引き起こし、および／または第１のマニホールドへの流れまたは第１のマニホールドからの流れを引き起こし、第１のグループは、第１のマニホールドが油圧流体のためのスロットルアパーチャを備えるかのように応答し得、このスロットルアパーチャは実際には存在しない。

したがって、コマンドに対する１つ以上のアクチュエータの応答、および潜在的にはユーザに提供されるフィードバックも、第１のマニホールドが当該スロットルアパーチャを有するかのように変動する。これにより、アクチュエータの動き、および潜在的には装置のフィードバックも、スロットルアパーチャを実際に有する必要がなく、そのようなスロットルアパーチャを有する油圧制御回路をエミュレートすることが可能になり、それによってエネルギーが節約される。

コントローラは、互いに直列に接続され、油圧流体のためのスロットルアパーチャを介して低圧領域に接続されている第１の複数の開放中心の一部またはすべてをエミュレートし、ポンプの必要な変位を判定するために、スロットルアパーチャにあったであろう圧力を計算することができる。

コントローラは、アクチュエータの第１のグループの流体流れに対する需要が、その時点で作業チャンバのグループによって提供され得る最大流体流量を超えるとき、デフォルトで、作業チャンバのうちのいくつかを第１のマニホールドに接続し、作業チャンバのうちのいくつかを第２のマニホールドに接続し、追加の作業チャンバを第１のマニホールドに接続するように（および、方法はデフォルトで接続することを含む）構成され得る。

したがって、コントローラは、第１および第２のマニホールドに接続されたアクチュエータを動作させるために、第１および第２のマニホールドに作業流体を方向付けるように構成され得、これにより、第１および第２のマニホールドはそれぞれ、作業チャンバからの作業流体の正味の流れの一部を同時に受容する。コントローラはまた、第１のマニホールドに接続されている１つ以上のアクチュエータにのみ作業流体を方向付け、第２のマニホールドに接続されている任意のアクチュエータには方向付けず、第２のマニホールドから第１のマニホールドに１つ以上の作業チャンバの接続を切り替えるように構成され得る。

したがって、作業チャンバから第１のマニホールドへの作業流体の正味の流れ（例えば、油圧装置の作業流体の最大流量の５０％超）があるが、作業チャンバから第２のマニホールドへの作業流体の正味の流れがない場合があり得る。

典型的には、装置は、第１のマニホールド内の圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサと、第２のマニホールド内の圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサと、含む、複数の圧力センサを備える。作業チャンバの第１のグループからの第１のマニホールドへの入力で圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサと、作業チャンバの第２のグループからの第２のマニホールドへの入力で圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサと、が存在し得る。コントローラは通常、圧力センサからの測定された圧力およびインターフェースを介して受信された制御信号も処理して、少なくとも作業チャンバの第１および第２のグループの変位を判定する。

コントローラは、コマンドに応答して、さらに、アクチュエータの動きの減衰を実装するために、作業チャンバの第１および第２のグループの変位を独立して制御（および方法は、独立して制御することを含む）し得る。

コントローラは、インターフェースを通るコマンドに応答して、第１および第２のマニホールド内の流れを独立して変動させるよう、作業チャンバの第１および第２のグループの正味変位を制御（および方法は、制御することを含む）し得る。

典型的には、方法は、１つ以上の作業チャンバを、第１のマニホールドに接続されることから、第２のマニホールドに接続されることに切り替えることをさらに含む。この場合、それらは一緒に制御される作業チャンバのグループ間でも交換される。

第１の（および典型的には第２も）マニホールドへの、または第１のマニホールドからの流れは、アクチュエータの第１のグループ（および典型的にはアクチュエータの第２のグループも）のうちの１つ以上の振動を能動的に減衰させるように調節され得る。

掘削機ブームなどのリニアアクチュエータは、制御性を低減させる自然振動を生じやすく、したがって効率と生産性に影響を及ぼす可能性がある。（圧力センサ、位置センサ、またはその他を使用して）当該振動を測定し、それらを抑制するために機械流量を調整する閉鎖ループシステムを、圧力への流量の位相の影響が振動の位相と反対になるように流量調整をタイミング調整することによって作製することができる。

典型的には、インターフェースを介して受信されるコマンドは、アクチュエータ弁を作動させるために使用される流体の圧力（例えば、パイロット圧力）であるか、またはそれらは、例えば、電子信号であり得る。典型的には、アクチュエータ弁は、通常閉鎖された弁である。

油圧回路は、１つ以上のさらなるマニホールドを備え得、各々は、１つ以上の作業チャンバのそれぞれのさらなる当該グループと、１つ以上のアクチュエータのさらなるグループとの間に延在し、１つ以上のさらなるマニホールドは、それぞれ、１つ以上の作業チャンバのそれぞれのさらなるグループから１つ以上のアクチュエータのそれぞれのさらなるグループへの油圧流体の流れを調節するように制御可能である、それぞれのさらなる複数のアクチュエータ弁を有する。１つ以上のまたはすべての作業チャンバは、第１のマニホールドに接続されること、第２のマニホールドに接続されること、およびさらなるマニホールドのうちの１つに接続されることの間で切り替え可能であり得る。

しかしながら、当該複数の作業チャンバは、第１のマニホールドまたは第２のマニホールドにのみ接続することができ、任意のさらなるマニホールドに接続されなくてもよい。

油圧回路は、回転可能シャフトの回転とともに周期的に変動する容積を有し、典型的には、コントローラの制御下で独立して可変である正味変位を有し、１つ以上のさらなるマニホールドを通して１つ以上のさらなるアクチュエータに固定接続される、１つ以上の固定接続された作業チャンバを備え得、典型的には、固定接続された作業チャンバは、１つのマニホールドに接続されることと、別のマニホールドに接続されることとの間で切り替えることができない。

ここで、本発明の１つ以上の実施例を、以下の図面を参照して図示する。

既知の掘削機アクチュエータ制御装置の概略図である。 図１の既知の装置からの負フィードバック制御テーブルの概略図である。 本発明による掘削機アクチュエータ制御配置の概略図である。 本発明とともに使用するためのポンプモジュールの概略図である。 コントローラの概略図である。 本発明の装置によって使用されるための負フィードバック制御テーブルの概略図である。 本発明による、異なる関数圧力での流量（ｙ軸）対コマンド信号（ｘ軸）のグラフである。 本発明に従って計算されたフィードバックがない装置を除いて、図７に対応する。

図１を参照すると、油圧掘削機のアクチュエータのための典型的な油圧制御システムは、可変容量型ポンプ１５Ａ、１５Ｂから油圧流体をそれぞれ受容するように構成されている第１および第２のマニホールド１０Ａ、１０Ｂを採用する。各マニホールドは、複数の閉鎖中心アクチュエータ制御弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ、２０Ｈを通ってアクチュエータ３０Ａ（ブーム）、３０Ｂ（バケット）、３０Ｃ（ディッパー機能）、３０Ｄ（右移動）、３０Ｅ（左移動）、３０Ｆ（スイング機能）まで延在する。この例では、アクチュエータの大部分は、単一の個別に制御可能なアクチュエータ弁を介して単一のマニホールドから流体を受容するが、２つのより高い容量のアクチュエータ（ブーム３０Ａおよびディッパー３０Ｃ）は、各々がアクチュエータ弁を有するそれぞれの流れ経路を介して両方のマニホールドから流体を受容する。

コマンドインターフェースは、オペレータによってアクチュエータ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆを制御するために使用される、手動動作される制御レバー４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｆ、４０Ｈを含む。制御レバーは、パイロット油圧制御ライン５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｆ、５０Ｈを通してそれぞれのアクチュエータ弁を開閉するように動かされ得る。弁が閉鎖位置から開放されるにつれて、それらの開放断面積はゼロから増加し、それぞれのマニホールドからアクチュエータに流体が流れることを可能にする。流体流量は、レベル位置を変動させることによって連続的に制御することができる。いくつかの実装態様では、閉鎖中心弁は、例えば、アクチュエータを反対方向に動作させるために、２つの反対方向のいずれかに開放することができる。

制御ラインはまた、開放中心制御弁６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆ、６０Ｇ、６０Ｈに延在する。開放中心制御弁６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄは、第１のマニホールド１０Ａから、定義された断面積のオリフィス７０Ａの形態にあるスロットルを介してタンク（低圧）７５に延在するよう直列に接続される。開放中心制御弁６０Ｅ、６０Ｆ、６０Ｇ、６０Ｈは、第２のマニホールド１０Ｂから、定義された断面積のオリフィス７０Ｂの形態にあるさらなるスロットルを介してタンク（低圧）７５に延在するよう直列に接続される。圧力センサ８０Ａ、８０Ｂは、オリフィスの制御弁側の制御圧力を測定する。

開放中心制御弁は、対応するアクチュエータ弁が閉鎖されている（最小開放断面積の点）ときに（最大開放断面積の点で）開放され、アクチュエータ弁が開放されると閉鎖される。いくつかのアクチュエータでは、制御レバーは、単一のアクチュエータ弁および対応する単一の制御弁を動作させる。各マニホールドに接続されたアクチュエータ弁を動作させる制御レバー（４０Ａ、４０Ｃ）の場合、制御ライン（５０Ａ、５０Ｃ）は、各マニホールドに接続されたアクチュエータ弁および制御弁に延在し、これらの両方を一斉に調節する。

アクチュエータ弁が開放されると、流体はそれぞれのアクチュエータに流れ、流量は、アクチュエータ弁がどのくらい開放しているか（その開放断面積）、およびそれぞれのマニホールドへの入口における入力圧力によって判定される。定常状態では、ポンプからの流量は、アクチュエータによって消費されるのと同じ速度で流体を供給する。

個々のマニホールドに接続されたアクチュエータが動作されていない場合、バイパス流体流れは、それぞれのオリフィスを除いて、最小限の流れ抵抗で各マニホールドからタンクに流れることができる。したがって、それぞれのオリフィスで測定される制御圧力は、同じマニホールドに対する入口圧力と事実上同じである。アクチュエータ弁が開放されると、対応する制御弁が閉鎖され、制御弁を通る流れ抵抗を増加させ、入力圧力に対して制御圧力を減少させる。

動作中、制御圧力は連続的に測定され、各ポンプの変位は、測定された制御圧力（Ｐ、ｘ軸）（第１のマニホールド１０Ａについてはセンサ８０Ａによって測定された制御圧力、および第２のマニホールド１０Ｂについてはセンサ８０Ｂによって測定された制御圧力）に応じて判定された流量（Ｆ、ｙ軸）を与えるように変動される。図２は、測定された圧力Ｐと流量Ｆとの関係を示す。この負のフィードバック配置は、当該技術分野ではネガコンとして知られており、コマンドに対するアクチュエータの特徴的な応答を生成する。

第１および第２のマニホールドへの入力圧力は、測定されるものでも、直接制御されるものでもないが、オリフィス８０Ａおよび８０Ｂの前に測定された制御圧力に応答してポンプ流量の負のフィードバック制御の結果として間接的に制御されることに留意されたい。アクチュエータ内の流体が高圧である場合、またはアクチュエータが抵抗に直面するために移動することができない場合、負のフィードバック制御により、入力圧力が比較的高い値で安定するまで流れが増加されるため、それぞれのマニホールドへの入力圧力が増加する。これは、既知のネガコンデバイスの感触の重要な部分であり、この感触を再現することが有利であることを認識している。

図３は、本発明による配置１００の概略図である。破線ボックス３００内の構成要素は、実際の構成要素ではなく、仮想構成要素であり、その機能は、以下に説明されるように、コントローラ１０２によってエミュレートされる。図１の配置と同様に、第１のマニホールド１１０Ａおよび第２のマニホールド１１０Ｂがあり、その各々は、第１のマニホールドの場合は、油圧アクチュエータ１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃに延在し、第２のマニホールドの場合は、油圧アクチュエータ１３０Ｄ、１３０Ｅ、１３０Ｆに延在する。それぞれのマニホールドからの各アクチュエータへの流れは、第１のマニホールドの場合、アクチュエータ弁１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ａ’によって制御され、第２のマニホールドの場合、アクチュエータ弁１２０Ｄ、１２０Ｅ、１２０Ｆ、１２０Ｅ’によって制御される。アクチュエータ弁は、油圧制御ライン１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ、１５０Ｅ、１５０Ｆのパイロット圧力によって、各アクチュエータに関連付けられた制御レベル１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ、１４０Ｅ、１４０Ｆによって制御される。

複数のポンプモジュール１６０Ａ～Ｈは、共通の回転シャフト１７０を介して原動機１６５によって駆動され、弁ネットワーク１８０によって第１のマニホールド１１０Ａまたは第２のマニホールド１１０Ｂのいずれかに切り替え接続され得る出力マニホールド１７５Ａ～Ｈを有する。弁ネットワークは、制御ライン１９５を介してコントローラ１０２によって制御される。コントローラは、個々のポンプモジュールの変位も制御する。このように、各マニホールドへの流量は、個々のポンプモジュールの変位を制御することによって、また、どのポンプモジュールが一緒にグループ化され、各マニホールドに接続されるかを制御することによって、コントローラによって調節され得る。圧力センサ１８５Ａ、１８５Ｂは、第１および第２のマニホールド１１０Ａ、１１０Ｂにおける入力圧力を測定し、測定値をコントローラに送信する。

この例では、各アクチュエータは、ポンプモジュールの最大変位全体を消費し得るいくつかのアクチュエータを含む単一のマニホールドのみに接続される（したがって、図１の既知のシステムの両方のマニホールドへの接続が必要である）。これらの高容量アクチュエータのために、並列に接続された２つのアクチュエータ弁は、同じ制御レバーによって制御された同じマニホールドから単一のアクチュエータに流体を提供し、例えば、アクチュエータ弁１２０Ａおよび１２０Ａ’は、制御レバー１４０Ａによって調節された第１のマニホールドから並列に流れをアクチュエータ１３０Ａに提供し、アクチュエータ弁１２０Ｅおよび１２０Ｅ’は、制御レバー１４０Ｅによって調節された第２のマニホールドから並列に流れをアクチュエータ１３０Ｅに提供する。それにもかかわらず、２つのアクチュエータ弁を並列に使用するのではなく、流体流れのためにより大きな断面積を有する単一の弁を使用することができる。

ここで、コントローラおよびポンプモジュールの機能を、図４および図５を参照して説明する。図４は、本発明に有用な個々のポンプモジュール１６０の概略図である。ポンプモジュールは、ポンプモジュールを実装する電子整流式油圧機械（ＥＣＭ）２００の一部分である。ＥＣＭは、シリンダの内表面によって画定される作業容積２０４を有するシリンダ２０２と、偏心カム２０８によって回転可能なシャフト１７０から駆動され、シリンダ内で往復してシリンダの作業容積を周期的に変動させるピストン２０６と、を有する複数の作業チャンバを備える。回転可能なシャフトは、ドライブシャフトに固定的に接続され、一緒に回転する。シャフト位置および／または速度センサ２１０は、シャフトの瞬間的な角度位置および／または回転の速度を判定し、信号ライン２１２を介してコントローラ１０２に送信することにより、機械コントローラが、各シリンダのサイクルの瞬間的な位相を判定することを可能にする。

作業チャンバは、それぞれ、関連付けられた作業チャンバを有し、作業チャンバから低圧油圧流体マニホールド２１６に延在するチャネルを選択的に密閉するように動作可能である電子作動されたフェースシールポペット弁２１４の形態にある低圧弁（ＬＰＶ）に関連付けられ、これは、１つもしくはいくつかの作業チャンバ、または実際には、本明細書に示されるように、ポンプモジュール内のすべての作業チャンバを、装置の低圧油圧流体マニホールドおよびタンク７５に接続し得る。ＬＰＶは、作業チャンバ内の圧力が低圧油圧流体マニホールド内の圧力以下であるとき、すなわち吸気ストローク中に受動的に開放されて、作業チャンバを低圧油圧流体マニホールドと流体連通させるが、ＬＰＶ制御ライン２１８を介してコントローラの能動的制御下で選択的に閉鎖可能であり、作業チャンバを低圧油圧流体マニホールドと流体連通させない、通常開放ソレノイド作動弁である。弁は、代替的に、通常閉鎖弁であり得る。

作業チャンバは各々、圧力作動送達弁の形態に各々があるそれぞれ高圧弁（ＨＰＶ）２２０にさらに関連付けられる。ＨＰＶはそれぞれの作業チャンバから外側に開放され、各々は、１つもしくはいくつかの作業チャンバ、または実際には図２に示されるようにすべてをポンプモジュールの高圧油圧流体マニホールド１７５に接続し得る、作業チャンバから高圧油圧流体マニホールド２２２に延在するそれぞれのチャネルを密閉するように動作可能である。ＨＰＶは、弁全体の圧力差により受動的に開放され、ＨＰＶ）内の付勢部材の力を考慮する、通常閉鎖圧力開放逆止弁として機能する。ＨＰＶはまた、コントローラが、ＨＰＶが関連付けられた作業チャンバ内の圧力によって開放されると、ＨＰＶ制御ライン２２４を介して選択的に開放を保持し得る、通常閉鎖ソレノイド作動逆止弁として機能する。典型的には、ＨＰＶは、高圧油圧流体マニホールド内の圧力に対してはコントローラによって開放可能ではない。ＨＰＶは、高圧油圧流体マニホールド内に圧力があるが作業チャンバ内にないとき、コントローラの制御下で追加的に開放可能であり得るか、または部分的に開放可能であり得る。

ポンピングモードでは、コントローラは、関連付けられた作業チャンバのサイクル内の最大容積のポイントの近くで典型的には１つ以上のＬＰＶを能動的に閉鎖し、低圧油圧流体マニホールドへの経路を閉鎖し、それによって、その後の収縮ストローク（ただし、ＨＰＶを能動的に開放して保持しない）で関連付けられたＨＰＶを通して油圧流体を方向付けることによって、油圧ポンプによる作業チャンバから高圧油圧流体マニホールドへの油圧流体の正味変位率を選択する。コントローラは、ＬＰＶ閉鎖およびＨＰＶ開放の数および順序を選択して、選択された正味変位率を満たすように流れを生成するか、またはシャフトのトルクまたは電力を作る。コントローラによる上記の「選択」は、定期的に、または継続的にリフレッシュされる。ポンプモジュールが第１のマニホールドへの接続から第２のマニホールドへ、またはその逆に移動されるとき、選択はリフレッシュまたは更新される。

いくつかの実施形態は、例えば、アクチュエータが低下したとき、または制動トルクを印加するために車輪モータがポンプとして動作したときに、油圧アクチュエータから戻って受容された油圧流体を監視してそこからエネルギーを再生し、それを機械的エネルギーに変換することも可能であるポンプモジュールを含み得る。これらの場合、ポンプモジュールの作業チャンバはまたモータに適合されており、この場合、コントローラは、ＬＰＶならびにＨＰＶを能動的に制御し、コントローラが、高圧油圧流体マニホールドを介して油圧機械によって変位された油圧流体の正味変位率を選択することで、関連付けられた作業チャンバのサイクル内の最小容積のポイントの直前にＬＰＶのうちの１つ以上を能動的に閉鎖し、作業チャンバ内の油圧流体を残りの収縮ストロークによって圧縮させる低圧油圧流体マニホールドへの経路を閉鎖する、監視動作モードを実行することができる。関連付けられたＨＰＶは、その圧力が均等になると開放され、少量の油圧流体が、油圧機械コントローラによって開放されて保持される関連付けられたＨＰＶを通して方向付けられる。コントローラは次いで、関連付けられたＨＰＶを、典型的には、関連付けられた作業チャンバのサイクルの最大容積に近くなるまで能動的に開放したままにし、高圧油圧流体マニホールドから作業チャンバに油圧流体を入れて、回転可能なシャフトにトルクを印加する。

サイクルごとにＬＰＶを閉鎖するかまたは開放したままにするかを判定するだけでなく、コントローラは、変動する作業チャンバの容積に対してＨＰＶの閉鎖の正確な位相を変動させ、それによって、高圧から低圧油圧流体マニホールドへの、またはその逆の油圧流体の正味変位率を選択するように動作可能である。

マニホールド２１６、１７５上の矢印は、ポンプモードでの油圧流体流れを示し、モータリングモードでは流れが逆になる。

実際には、共通のシャフトおよび単一のコントローラによって接続され、典型的には、ポンプモジュール各々の各作業チャンバに関連付けられた弁に制御信号を送信することができる単一のシャフト位置センサを使用する、図４に示されるようないくつかのポンプモジュールが存在する。ポンプモジュール内の作業チャンバは、シャフトの周りに均等に間隔を置いて配置される必要はなく、典型的には、シャフトに沿って負荷を分配するために交互配置される。

したがって、各ポンプモジュールを構成する作業チャンバは固定されているが、第１および第２のマニホールドに流れを提供するポンプモジュールは、必要に応じて変動され得る。

いくつかの実施形態では、図示される作業チャンバ、マニホールド、およびアクチュエータに加えて、固定接続を介して１つ以上のさらなるアクチュエータに流体を供給する（またはそこから流体を受容する）共通シャフトに結合された１つ以上のさらなるポンプモジュール（１つ以上の作業チャンバを備える）が存在する。この種の固定サービスは、特定のタイプのアクチュエータ、例えば、ステアリングアクチュエータに有用である。

図５は、コントローラ１０２の概略図である。コントローラは、ポンプモジュールのデータベース２５４、およびどの作業チャンバがどのポンプモジュールに固定的に関連付けられているか、どのポンプモジュールがどのマニホールドに現在接続されているかのデータベース２５６、およびシミュレートされた油圧流体回路２００のパラメータに関するデータ２５８を記憶するメモリ２５２と電子的に通信するプロセッサ回路２５０を含む。コントローラは、第１および第２の油圧回路マニホールドの各々についての圧力および任意の他の関連する測定信号２６０、ならびにシャフト位置および／または速度信号も、信号ライン２６２を通して受信する。フィードバック信号２６０は、単純な圧力信号であり得るが、アクチュエータ位置信号、流れ測定値、温度測定値、コマンド、例えば、オペレータコマンド、変位需要信号なども受信し得る。コントローラからの出力は、作業チャンバ弁制御ライン２１８、２２４（ＬＰＶ、および必要に応じてＨＰＶを制御するため）、およびスイッチングブロック内の弁を制御する弁切り替え制御ライン２６４を含む。

いくつかの実施形態では、コントローラから独立してアクチュエータ弁コマンドが通信されるのではなく、コントローラは、例えば、電子インターフェースまたはユーザ入力周辺機器からコマンドを受信し、アクチュエータ弁を制御する。

動作中、コントローラは、どのポンプモジュールがどのマニホールドに接続されているかのデータベースを、デフォルト構成から維持する。また、コントローラは、それぞれのマニホールドに接続されたポンプモジュールによって各マニホールドへの油圧流体の送達された容積と油圧流体の需要された容積との差のアキュムレータ（コントローラに記憶された内部変数である）２６６Ａ、２６６Ｂを維持する。回転可能なシャフトが回転すると、様々な作業チャンバについて異なる時間（シャフト位置）に決定点が到達される。所与の作業チャンバの決定点において、コントローラは、どの油圧回路モジュールに作業チャンバが接続されているか（これは、ポンプモジュール、およびどの作業チャンバがどのポンプモジュールに固定的に関連付けられているかのデータベース２５４、およびどのポンプモジュールがどのマニホールドに現在接続されているかのデータベース２５６を照会する必要がある）を判定し、コントローラは次いで、そのマニホールドに対して受信された需要に応じて、作業チャンバが接続されているマニホールドのアキュムレータを更新する。次いで、コントローラは、アキュムレータの値を閾値と比較し、蓄積された需要が閾値を超える場合、それをスケジュールし、次いで弁制御信号を送信して、作業チャンバに、作業チャンバが作業流体の正味変位を生じさせ、アキュムレータによって記憶された値から作業流体の正味変位を減算するアクティブサイクルを実行させる。さもなければ、作業チャンバに、作業チャンバが作業流体の正味変位を生じさせない非アクティブサイクルを実行させ（例えば、コントローラは、作業チャンバのＬＰＶに信号を送信して、作業チャンバの容積のサイクルを通じてＬＰＶを開放したままにする）、アキュムレータは変更されない。このようにして、コントローラは、作業チャンバが接続されているマニホールドからの需要に応じて、アクティブサイクルを実行するかどうかを各作業チャンバに対して決定する。アキュムレータおよび需要信号は、任意の都合の良い単位を使用し得る。１つの既知の例では、需要は、Ｆ_ｄと称される、回転シャフトの１回転当たりの最大可能変位の端数である「変位端数」として表される。目標流量は、容積に関して、Ｆ_ｄと回転軸の回転速度との積である。

コントローラは、時々、油圧流体に対する変化する需要を満たすために、ポンプモジュールを１つの油圧回路モジュールから別の油圧回路モジュールに再割り当てする必要があると判定する。この場合、コントローラは、ポンプモジュールの高圧マニホールドを一方のマニホールドから他方のマニホールドに切り替えるために、制御信号を弁ネットワーク１８０内の関連する弁に送信し、どのポンプモジュールがどの油圧回路モジュールに現在接続されているかのデータベース２５６を更新する。したがって、将来、あるマニホールドへの割り当てから別のマニホールドへの割り当てに切り替えられたポンプモジュールの各作業チャンバについて決定点に到達すると、コントローラは、新しいマニホールドの変位アキュムレータの値、したがって、新しいマニホールドによる油圧流体に対する需要を読み取る。

図３を再び参照すると、動作中、アクチュエータ弁は、様々なアクチュエータへの第１および第２のマニホールドの接続を調節するために、以前のようにユーザコマンドに応答して開閉される。しかしながら、各ポンプモジュールの変位は、各ポンプモジュールが接続されるマニホールドに関連するフィードバック信号を使用して判定され、仮想油圧回路３００の計算された応答における仮想流体圧力に基づいて計算される。

仮想油圧回路は、第１のマニホールド１００Ａから、スロットルオリフィス３３０Ａを介して低圧シンク３２５まで直列に仮想制御弁３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃを通って延在する第１の仮想回路分岐３１０Ａを備える。第２の仮想回路分岐３１０Ｂは、第１の仮想分岐３１０Ａと平行な第１のマニホールド１１０Ａから、スロットルオリフィス３３０Ｂを介して低圧シンク３２５まで仮想制御弁３２０Ｇを通って延在する。それに対応して、第３の仮想回路分岐３１０Ｃは、第２のマニホールド１１０Ｂからスロットルオリフィス３３０Ｃを介して低圧シンク３２５まで仮想制御弁３２０Ｈを通って延在し、それと平行して、第４の仮想回路分岐３１０Ｄは、第２のマニホールド１１０Ｂから、スロットルオリフィス３３０Ｄを介して低圧シンク３２５まで仮想制御弁３２０Ｅ、３２０Ｇ、３２０Ｈを通って延在する。デュアルアクチュエータ弁１２０Ａ、１２０Ａ’および１２０Ｅ、１２０Ｅ’（または単一の大容量アクチュエータ弁）をそれぞれ有する高容量アクチュエータ１３０Ａ、１３０Ｅは、それらが接続されるマニホールドから延在する２つの並列仮想回路分岐の各々に対応する仮想制御弁（それぞれ３２０Ａ、３２０Ｇ、および３２０Ｅ、３２０Ｈ）を有する。

仮想油圧回路３００のパラメータは、メモリ２５２内に記憶され２５８、油圧仮想回路の機能をシミュレートするために更新される。シミュレーションは、圧力センサ１８５Ａおよび１８５Ｂによって測定された第１および第２の油圧マニホールド内の入力圧力のライブ測定値を利用する。仮想制御弁は、対応するアクチュエータ弁の開放断面積が増加するにつれて低減する開放断面積を有するものとして処理される（３２０Ａおよび３２０Ｇは、１２０Ａおよび１２０Ａ’がより閉鎖されるとより開放されるものとして処理される、３２０Ｂは、１２０Ｂがより閉鎖されるとより開放されるものとして処理される、３２０Ｃは、１２０Ｃがより閉鎖されるとより開放されるものとして処理される、３２０Ｄは、１２０Ｄがより閉鎖されるとより開放されるものとして処理される、３２０ＥおよびＨは、１２０Ｅおよび１２０Ｅ’がより閉鎖されるとより開放されるものとして処理される、３２０Ｆは、１２０Ｆより閉鎖されるとより開放されるものとして処理される）。実際には、各仮想制御弁の開放断面積は、各制御レバーからの制御信号の測定のパラメータとして判定され得る。いくつかの実施形態では、ユーザ制御から、または電子インターフェースからの信号は、アクチュエータ弁を制御し、仮想制御弁の仮想位置を判定する両方のために使用される。

第１および第２の油圧マニホールド内の入力圧力および各仮想制御弁および仮想スロットルオリフィス３３０Ａ、３３０Ｂ、３３０Ｃ、３３０Ｄのシミュレートされた開放断面積を考慮すると、各仮想弁上の圧力降下、したがって油圧仮想回路内の流体圧力および流量が計算される。特に関連するのは、実在するのであれば、位置３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃ、３４０Ｄで各仮想回路分岐においてスロットルオリフィスの前に、油圧仮想回路内に存在する計算された圧力である。

この計算を行うために、各アクチュエータに対する制御信号１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ、１５０Ｅ、１５０Ｆが監視される。各仮想制御弁３２０Ａ、３２０Ｂ、３２０Ｃ、３２０Ｄ、３２０Ｅ、３２０Ｆ、３２０Ｇ、３２０Ｈについて、仮想開放断面積は、対応する制御信号に基づいてルックアップテーブルから計算または判定される。それぞれの制御信号によって示されるように、対応するアクチュエータ弁の開放断面積が増加するにつれて、仮想開放断面積が減少する。

多数の仮想制御弁を直列に備える各仮想油圧回路分岐について、総当量の開放断面積Ａ_{ｅｑｕｉｖ}は、各個々の制御弁Ａの仮想開放断面積から以下のように計算される。

各仮想油圧回路分岐について、例えば、以下の式を使用して、回路分岐を通るそれぞれのマニホールドからのシミュレートされた漏れ流れｑが計算され、このときＡは単一の弁の仮想開放断面積または多数の仮想弁が存在する場合Ａ_{ｅｑｕｉｖ}であり、ΔＰは弁の直上流の圧力から弁の直下流の圧力を引いた圧力であり、ｃは実験によって見出すことができる係数（流れ係数として当該技術分野で知られている）（典型的には約０．７）であり、ρは流体密度である。

次に、仮想スロットルオリフィス３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃ、３４０Ｄの前に計算された圧力は、例えば、ルックアップテーブルを使用して、この流量から計算することができ、結果として生じる圧力は、それぞれのマニホールドに流体を送達する作業チャンバのグループの正味流量を選択するための負のフィードバック信号として使用される。

図６を参照すると、流量Ｆ_Ａ、Ｆ_Ｂは、そのマニホールドに接続された回路分岐（第１のマニホールド１１０Ａについて３１０Ａおよび３１０Ｂ、および第２のマニホールド１１０Ｂについて３１０Ｃおよび３１０Ｄ）に対して、各計算された圧力Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂ（第１のマニホールド１１０Ａについて３４０Ａおよび３４０Ｂ、ならびに第２のマニホールド１１０Ｂについて３４０Ｃおよび３４０Ｄ）に基づいて判定される。次いで、これらは合計され、それぞれのマニホールドに接続されたポンプモジュールの流量Ｆが判定される。

次いで、それぞれのマニホールドに接続されたポンプモジュールの変位が計算されて、必要な流量が与えられ、作業チャンバの容積の個々のサイクルにアクティブまたは非アクティブサイクルを実行させるかどうかの決定がそれに応じて行われる。これは、それぞれのマニホールドに接続されたポンプモジュールの数および容量、ならびに回転可能なシャフトの現在の回転速度を考慮に入れて、必要な流量に対応する変位端数（Ｆｄ）を計算することを伴い得る。

一方のマニホールドに対する変位需要が、そのマニホールドに現在接続されているポンプモジュールの作業チャンバに対する最大可能需要を超える場合、１つ以上のポンプモジュールが、弁ネットワーク１８０内の弁の作動によって他方のマニホールドから移動され、ポンプモジュールの割り当て２５６が更新される。両方のマニホールドに対する総需要が一度に送達されることができない場合、ポンプモジュールは、所定の優先順位付けスキームに従って第１および第２のマニホールド間で分割され得る。

結果として、各マニホールドに送達される流れは既知のネガコン配置と同様であり、オペレータに対するシステムの感触は既知のネガコンデバイスと同様である。しかしながら、いくつかの主な違いおよび利点が存在する。

第一に、マニホールド分岐が仮想であるため、実際のスロットルオリフィスを介した作業流体の実際の損失はなく、エネルギー効率を改善する。

さらに、これは、比較的少ない追加のセンサを使用して達成される。例えば、いくつかの実施形態は、流量を判定するために、マニホールド入力圧力およびユーザコマンドのみを測定し得る。それにもかかわらず、追加的な圧力センサ（例えば、ＡＴアクチュエータ）、アクチュエータ位置センサ、流量センサなどの追加的なセンサが組み込まれ得る。

ポンプモジュールおよびそれらの作業チャンバは、異なるアクチュエータへの流体流れに対する需要の変動に対処するために、一方のマニホールドから他方へ再割り当てされ得る。したがって、ポンプモジュールの大部分が、必要なときに単一のマニホールドに一時的に接続され得るため、ポンプモジュールの最大総出力の半分以上を潜在的に必要とする高容量アクチュエータを単一のマニホールドから供給することができる。

既存の掘削機では、アクチュエータは、同じマニホールド上の２つ以上のアクチュエータが一度に使用される頻度を低減させることを視野に入れて、同時に使用される頻度に部分的に基づいて、１つのマニホールドまたは別のマニホールドに割り当てられる。これに対する１つの理由は、単一の圧力源から異なる圧力レベルで２つのアクチュエータに流体を供給することに関連するエネルギー損失である。しかしながら、高い流れ需要を有するアクチュエータは、両方のマニホールドに接続されることを必要とし、それにより、組み合わされたポンプ流のすべてをそれらに送ることができる。これにより、両方のマニホールドを１つのマニホールドにまとめることができる。本発明では、非常に異なる圧力または流量で同時に動作され得るアクチュエータは、異なるマニホールドに割り当てられ得る。各マニホールドに接続されたポンプ容量は動的に変更され得るため、システムを単一の圧力源に低減させることなく、任意の高流量アクチュエータに必要な流れを提供する。これによりエネルギー効率が改善される。

図３の例では、並列仮想回路分岐３１０Ａおよび３１０Ｂは、高容量アクチュエータ１３０Ａが動作されたときに流れを制御するために使用され、並列仮想回路分岐３１０Ｃおよび３１０Ｄは、高容量アクチュエータ１３０Ｅが動作されるときに流れを制御するために使用される。追加の仮想回路分岐３１０Ｂおよび３１０Ｃの提供、ならびにそれぞれの仮想制御弁３２０Ｇ、３２０Ｈとスロットルオリフィス３３０Ｂ、３３０Ｃの間の位置３４０Ｃ、３４０Ｃでの圧力の計算、および追加のアクチュエータ制御弁（または単一のより高い断面のアクチュエータ制御弁）は、それぞれの高容量アクチュエータが動作されるときに、それらのアクチュエータを第１および第２のマニホールドの両方に接続することを必要とすることなく、ポンプモジュールの流れの半分以上の出力を使用することを可能にする（図１に従う）。これは、第１および第２のマニホールドが、高容量アクチュエータが使用されるときに異なる圧力および流量に留まり、エネルギーを節約し、制御を簡略化することができるため有利であり、また、ポンプモジュールが一方のマニホールドから他方のマニホールドに接続されることへポンプモジュールを移動させ、動作されるときに高容量アクチュエータへの流体の送達をサポートすることができる機械の能力によって可能になる。

有利には、この例では、システムの流量および応答は、常にマニホールド入力圧力とともに変動する。マニホールド入力圧力は、アクチュエータへの流体流量を判定するため、重要なパラメータである。アクチュエータへの流体流れは、任意の所与の時間では、マニホールド入口圧力、アクチュエータ内の圧力、および関連するアクチュエータ弁の開放断面積の関数であり、上記のように、典型的なネガコンシステムは、この特徴的な圧力依存性を提供し、したがって、オペレータに有用な制御システムに特有の感触を提供する。これはまた、応答をある程度スムーズにする。さらに、いくつかの構成では、オペレータは、例えば、制御ジョイスティックの動きに対する抵抗に関して、マニホールド内の圧力を実際に感じることができる。本発明による配置は、有利に、この感触を複製することができる。

この圧力依存性は、流体が供給されるアクチュエータ内の圧力である、複数の異なる機能圧力のそれぞれについて、ジョイスティックからの油圧制御ライン内のパイロット圧力などの異なるアクチュエータ制御信号値（ｘ軸）に対する流量をリットル毎分（ｙ軸）で示す図７に示される。これは、物理的構成要素において対応するが、ポンプモジュールの流量を変動させ、上述した負のフィードバックなしに、図８に示される制御信号のフィードフォワードのみを使用してマニホールド間でポンプモジュールを再割り当てするシステムの対応する応答と対照的である。

さらに、高容量アクチュエータ１３０Ａ、１３０Ｅは、各アクチュエータに割り当てられた追加の仮想マニホールド分岐、仮想制御弁、仮想制御圧力、および仮想スロットルオリフィスに起因して、残りのアクチュエータに対して異なる圧力応答を有する。

この例では、仮想油圧回路内の圧力が計算され、負のフィードバックによってポンプモジュールの第１および第２のグループの流量を判定するために使用されるが、負のフィードバック信号は、他の計算された特性、例えば、計算された仮想流量または仮想アクチュエータの移動の位置もしくは速度に基づいて計算され得る。

さらに、所与の例では、各マニホールドの流体流量は、仮想油圧回路部分の特性の効果的なシミュレーションによって判定されるが、コントローラは、代替的なアルゴリズムを使用して流体流量を計算し得、いずれにせよ、計算されたフィードバック信号は、必要に応じてさらに修正され得、例えば、平滑化を導入するためにフィルタリングされ得る。シミュレートされた構成要素の特性は、恒久的に、または異なる動作モードで（例えば、ユーザオプションを提供するために）変動し得、例えば、仮想制御弁開放断面は、負荷圧力に対する感度を増加させ、システム内の圧力降下を減少させるために増加され得るが、これは、それぞれの制御ジョイスティックがより大きなデッドバンドを有する効果を有する。

これらの例では、ポンプモジュールは、ポンプとして機能し、アクチュエータに流体を送達する。しかしながら、本発明はまた、作業チャンバが、アクチュエータから流体を受容するモータとして制御される場合に動作可能である。したがって、ポンプモジュールは、代替的な動作モードでは動作可能なポンプおよびモータであり得る。これにより、アクチュエータによって戻される油圧流体からのエネルギー回生が容易になる。

Claims (14)

1. 油圧装置であって、
   コントローラと、
   原動機と、
   前記原動機と駆動係合する回転可能シャフトを有し、前記回転可能シャフトの回転とともに周期的に変動する容積を有する複数の作業チャンバを備える、油圧機械であって、前記作業チャンバのうちの１つ以上の複数のグループの正味変位は、前記コントローラの制御下で独立して可変である、油圧機械と、
   複数の油圧アクチュエータと、
   前記複数の作業チャンバと前記複数の油圧アクチュエータとの間に延在する油圧回路と、を備え、
   前記油圧回路が、１つ以上の作業チャンバの第１の前記グループと、１つ以上のアクチュエータの第１のグループとの間に延在する第１のマニホールド、１つ以上の作業チャンバの前記第１のグループから１つ以上のアクチュエータの前記第１のグループへの油圧流体の流量を調節するように制御可能な第１の複数のアクチュエータ弁、１つ以上の作業チャンバの異なる第２の前記グループと、１つ以上のアクチュエータの第２のグループとの間に延在する第２のマニホールド、および１つ以上の作業チャンバの前記第２のグループから１つ以上のアクチュエータの前記第２のグループへの油圧流体の流量を調節するように制御可能な第２の複数のアクチュエータ弁を備え、
   １つ以上の作業チャンバが、１つ以上のギャング弁によって、前記第１のグループの一部となり、前記第１のマニホールドに接続されることと、前記第２のグループの一部となり、前記第２のマニホールドに接続されることとの間で切り替え可能であり、
   作業チャンバの前記第１および第２のグループから前記第１および第２のマニホールドに流入またはそこから流出する油圧流体の流量が、前記コントローラの制御下で１つ以上の作業チャンバの前記第１および第２のグループの独立した制御によって独立して可変であり、それによって前記第１および第２のマニホールド内の圧力は独立して変動させることができ、
   前記第１および第２の複数のアクチュエータ弁が、コマンドに応答して制御可能な位置を有し、それによって前記第１および第２のマニホールドから前記アクチュエータへの流体の流量を調節し、
   前記コントローラが、１つ以上の作業チャンバの前記第１および第２のグループの前記正味変位を独立して制御し、前記コマンドに応答して、前記第１および第２のマニホールドへの、または前記第１および第２のマニホールドからの流量をそれぞれ独立して変動させ、それによって前記コマンドに対する前記アクチュエータの前記応答を調節し、
   前記コントローラが、前記アクチュエータ弁の前記位置に応じて、仮想流体流れを調節する１つ以上の仮想弁を通して前記第１のマニホールドから延在する仮想流体流れ経路内の制御点における計算された圧力または流量に応答して、前記第１のマニホールドへの、または前記第１のマニホールドからの前記流れを制御するように構成され、
   前記コントローラが、それぞれのアクチュエータ弁の位置に応じた仮想流体流れを、それぞれのスロットルアパーチャに逸らして、より低い圧力領域へ逸らす１つ以上の異なる仮想弁を通って前記第１のマニホールドから延在する複数の仮想流体流れ経路の各々の制御点での計算された圧力または流量に応答して、前記第１のマニホールドへのまたは前記第１のマニホールドからの流れを制御するように構成される、油圧装置。
2. 前記コントローラが、前記第１のマニホールドから延在し、かつその位置が前記コマンドに応答する前記アクチュエータ弁の前記位置に応じて変動する１つ以上の仮想弁を備える仮想油圧回路内の仮想特性に基づいて計算されたフィードバック信号に応答して、前記第１のマニホールドへの、または前記第１のマニホールドからの流れを制御して、それにより前記アクチュエータ弁を通る前記アクチュエータへの、または前記アクチュエータからの油圧流体の流れを制御するように構成される、請求項１に記載の油圧装置。
3. ２つ以上の仮想弁が、仮想流体流れ経路で直列に接続されているかのように扱われる一方で、対応するアクチュエータ弁が前記第１のマニホールドに並列に接続される、先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置。
4. 異なる１つ以上の仮想制御弁を中に有する、前記第１のマニホールドから平行に延在する複数の前記仮想流れ経路が存在し、前記複数の流れ経路の各々における計算された圧力または流量が、作業チャンバの前記第１のグループから前記第１のマニホールドへの流量を判定する際に考慮される、先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置。
5. インターフェースが、前記第１および／または第２のマニホールドの入力圧力に応答して変動する出力を提供する、先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置。
6. 前記コントローラが、前記マニホールドが、使用中に作業流体がスロットルアパーチャを通って低圧領域に流れる開放出口を備えるかのように、前記アクチュエータに、前記インターフェースを介してコマンドに応答させるように、前記第１のマニホールドへの、または前記第１のマニホールドからの前記流れを制御するように構成される、請求項５に記載の油圧装置。
7. コマンドに応答して、少なくとも１つのアクチュエータ弁を通じて前記第１のマニホールドにのみ接続される単一のアクチュエータに、または単一のアクチュエータから、作業チャンバの前記複数のグループから、または前記複数のグループに、流体流れの大部分を選択的に方向付ける、または受容するように構成される、先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置。
8. 前記第１のマニホールド内の圧力変化が、第１のアクチュエータよりも第２のアクチュエータへの流量の所与の変化に対してより少なく変動するように構成される、請求項７に記載の油圧装置。
9. 複数の前記第１のアクチュエータ弁が並列に接続されて、作業チャンバの前記第１のグループからアクチュエータへの流体流れのために独立して制御可能な並列経路を提供する、先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置。
10. 作業チャンバの前記第１のグループが、前記第１のマニホールドへのまたは前記第１のマニホールドからの前記流れを調節するように制御されて、第１のアクチュエータへの流体流量を引き起こし、および／または前記第１のマニホールドへの流れまたは前記第１のマニホールドからの流れを引き起こし、前記第１のグループが、前記第１のマニホールドが油圧流体のためのスロットルアパーチャを備えるかのように応答し、前記スロットルアパーチャが実際には存在しない、先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置。
11. 前記コントローラが、アクチュエータの前記第１のグループの流体流れに対する需要が、その時点で作業チャンバの前記グループによって提供され得る最大流体流量を超えるとき、デフォルトで、前記作業チャンバのうちのいくつかを前記第１のマニホールドに接続し、前記作業チャンバのうちのいくつかを前記第２のマニホールドに接続し、追加の作業チャンバを前記第１のマニホールドに接続するように構成される、先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置。
12. 前記コントローラが、前記コマンドに応答して、さらに、アクチュエータの動きの減衰を実装するために、作業チャンバの前記第１および第２のグループの変位を独立して制御する、先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置。
13. 先行請求項のいずれか一項に記載の油圧装置を制御する方法であって、前記方法が、前記インターフェースを通るコマンドに応答して、前記第１および第２のマニホールドへの、または前記第１および第２のマニホールドからの前記流れを独立して変動させるように、作業チャンバの前記第１および第２のグループの前記正味変位を制御することを含む、方法。
14. 前記第１のマニホールドへの、または前記第１のマニホールドからの前記流れが、アクチュエータの前記第１のグループのうちの１つ以上の振動を能動的に減衰させるように調節される、請求項１３に記載の方法。

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