JP2024501160A - ファン駆動システム - Google Patents

Abstract

液圧ファンシステム及び液圧ファンシステムの速度を制御するための方法。ファンシステムは、押しのけ容積調整要素を備える液圧可変容量型ポンプによって駆動される液圧モータによって作動するファンを備える。押しのけ容積調整要素の傾斜角は、電子変位制御ユニットに供給される傾斜電流を制御することによって調整することができる。液圧ファンシステムは、ポンプの体積流量を決定するための手段と、ポンプの体積流量を決定するための手段への信号接続、ファン速度設定装置への信号接続、決定された体積流量からファン速度を計算するためのファン速度計算ユニット、計算されたファン速度をファン速度設定装置によって設定されたファン速度と比較することによってファン速度誤差を決定するためのファン速度誤差決定ユニットを含む制御ユニットとをさらに備える。制御ユニットは、押しのけ容積調整装置の傾斜角を調整するために、適合された傾斜電流を電子変位制御ユニットに供給することができ、それにより、体積流量を、ファン速度誤差を減少させるために適合させることができ、理想的な傾斜電流値は、計算されたファン速度から導出され、安全動作は、理想的な傾斜電流値と適合された傾斜電流との差が傾斜電流閾値より大きい場合に、ファンの損傷を防ぐために実行される。

Description

本発明は、液圧ファンシステムの速度を制御するための方法、及び、液圧ファンシステムに関する。

液圧ファンシステムは、作業機械の分野において、たとえば、路面清掃装置において、広く利用されている。それらの車両は、多くの場合、液圧ポンプを駆動する内燃機関によって推進される。液圧ポンプは、たとえば、車両の吸込装置を通して空気流を発生させるために、ファンを駆動する液圧モータに液圧的に接続される。

従来技術では、液圧ファンシステムは、多くの場合、ファンの速度を制御するための液圧手段を備えている。これらの液圧制御手段は通常、効率が悪く、ファン速度を制御するための選択肢は制限されて、圧力制御されており（負荷依存）、これは、吸込ファン又は吸込ファンを覆うグリルが塞がれると、十分な空気流が回復するまでファン速度が増加することを意味する。これは、ファンに損傷を引き起こすことがある超過速度までファンが加速する可能性があるので、マイナスの結果を伴う可能性がある。そのようなファンの超過速度を防ぐために、液圧オリフィス又は弁を、ポンプとモータとの間の液圧回路で配置することができ、その弁は、液圧流れがある限度を超えると、モータ入口の圧力を減少させる。モータ入口圧力がそのような弁によって減少された場合、効率損失が生じ、今日のファン駆動システムの能率はかなり悪くなる。さらに、従来技術によるファン駆動システムの現在の作動状態は監視されず、そのため、機械操作者は、機械の作業動作に対する洞察をまったく有しておらず、潜在的な危険、たとえば、機械の作動中のファングリルの詰まりを識別することができない。

たとえば、米国特許出願公開第２００９／００２５６６１Ａ１号明細書は、作動機械の冷却ファンのための駆動システムを開示している。冷却ファンの回転速度は、冷却水温度に応じて、最適な回転速度に制御される。下限及び上限のリミッタは、目標変位角を計算するために使用され、それは、次に、目標制御電流を計算するために使用される。

米国特許出願公開第２０１１／００１１３５６Ａ１号明細書では、冷却ファンを制御するための装置が示されている。冷却ファンは、液圧ポンプによって供給される液圧モータによって駆動される。取得されるさまざまな測定値に応じて、液圧モータへの供給は、体積流れ調整装置によって調整される。目標流量制御装置は、液圧モータに供給される流量の目標値を設定する。

米国特許出願公開第２０１１／０２９３４３９Ａ１号明細書は、冷却のために設けられたファンの回転速度が目標回転速度まで増加したときに、加圧された作動油の体積流れの損失を減少させるための装置を開示している。この目的のために、特に、冷却ファンの回転速度に基づいて加速特性設定ユニットによって予め定められた加速特性が提供される。

したがって、本発明の目的は、関連する回路の作動液流れから独立して、ファン速度を制御することが可能である液圧式ファン駆動システムを提供することである。そのような制御は、水力損失を減少させることができるので、ファン駆動システムの効率を向上させる。さらに、流体流れから独立したファン速度の制御は、液圧ファンシステムへの損傷を防ぐ。本発明の別の目的は、液圧ファンシステムの速度を制御するための方法を提供すること、及び、液圧ファンシステムの現在の状態から導出される、現在の状態についての通知を機械操作者に送信することが可能である液圧ファンシステムを提供することである。本発明のシステムは、故障状態、たとえば、主要なシステムコンポーネントの詰まりを識別することも可能である。

本発明の目的は、請求項１に記載の液圧ファンシステムの（回転）速度を制御するための方法によって、及び、請求項８に記載の液圧ファンシステムによって、解決する。

本発明による液圧ファンシステムは、液圧モータによって作動されるファンを備える。液圧モータは、傾斜角が電子変位制御ユニット（ＥＤＣ）に供給される傾斜電流によって制御可能である押しのけ容積調整要素を備える液圧可変容量型ポンプによって駆動する。本発明の説明の意味において、ポンプ電流又はポンプ制御電流とも呼ばれる傾斜電流は、傾斜角を設定することが可能な傾斜角調整手段に提供される電流であり、傾斜角調整手段に提供される傾斜電流の大きさが傾斜角を決定する。

液圧ファンシステムの速度を制御するための方法は、以下の反復ステップを含む。

第１のステップａ）において、ポンプの作動パラメータは、ポンプの体積流量を決定するために、たとえば、少なくとも、ポンプの回転速度及び押しのけ容積調整要素の傾斜角を測定するための手段によって、又は、他の比較可能な変数によって、測定される。ポンプの回転速度及び押しのけ容積調整要素の傾斜角の他に、ポンプの体積流量が、たとえば、吸入力及びポンプのポンプ入口とポンプ出口との間の圧力差を測定することによって、決定される可能性がある。しかしながら、体積流量を決定するために、他の比較可能な変数を測定、又は決定することは、当業者の常識である。

第２のステップｂ）において、ファン速度は、ファンシステムを表す式を使用して、ステップａ）のように決定された体積流量に基づいて計算される。これらの式は、物理式、たとえば、液圧ファンシステムのデジタルツインとして働く状態空間マトリックス又はモデルとすることができる。式は、ニューラルネットの形態で使用される可能性もあり、それは、たとえば、現実又は理想化モデルの液圧ファンシステムからの測定値の形態のトレーニングデータを受信した後に、ファン速度の値を体積流量の入力値に割り当てる。

ステップｃ）において、ファン速度誤差値は、ステップｂ）の計算されたファン速度をファン速度設定値と比較することによって決定される。ファン速度設定値は、操作者によって予め設定できるだけでなく、値は、制御ユニットによって設定することもできる。ファン速度設定値は、機械的インタフェースによって設定することもでき、それによって、ファン速度設定装置の機械的移動は、ファン速度設定値を表す電気信号に変換される。次いで、この電気信号は、計算されたファン速度を表す電気信号と比較することができる。

ステップｄ）において、押しのけ容積調整要素の傾斜角を調整するために電子変位制御ユニットに供給される傾斜電流が適合される。それによって、押しのけ容積調整要素の傾斜角は、ファン速度誤差を減少させることができるように調整される。傾斜電流が押しのけ容積調整要素の傾斜角をどのように調整するかについての多くの異なる解決方法が利用できる。たとえば、傾斜電流は、斜板に作用するソレノイドに提供される可能性があり、たとえば、斜板を傾けて、その結果、傾斜角を調整するために、押しのけ容積調整要素として働く。押しのけ容積調整要素の傾斜角が、ファン速度誤差が減少するような方向に変化する場合、液圧的に作動されるファンのファン速度は、ファン速度設定値に近づく。これは、液圧ファンシステムの安定した作動動作を保証する。

ステップｅ）において、理想的な傾斜電流は、ファンシステムの理想的な動作を想定するステップｂ）の計算されたファン速度から導出される。この理想的な傾斜電流は、液圧ファンシステムが理想的な条件下で、すなわち、外乱の影響なしに、又は、少なくとも予測できない外乱の影響なしに作動する場合に、特定の速度でファンを作動させるために、電子変位制御装置（ＥＤＣ）に提供されなければならない電流を表す。

ステップｆ）において、理想的な傾斜電流とステップｄ）で適合される傾斜電流との差が予め定義された傾斜電流閾値より大きい場合に、ファンの損傷を防ぐ、たとえば、ファンの超過速度を防ぐために、安全関連の機能／動作が実行される。理想的な傾斜電流が適合された傾斜電流から大きく逸脱する場合、液圧ファンシステムの作動中に外乱が生じていることがある可能性がある。

この場合、たとえば、警告メッセージを制御インタフェースに送信することによって、又は、液圧ファンシステム又はファン（ブレード）の激しい損傷を避けるためにシステムをシャットダウンすることによって、外乱の影響の下での作動から生じる特定の安全関連動作を実行することが好ましいことがある。偏差閾値の大きさを定義することによって、システム操作者は、理想的な傾斜電流と提供された傾斜電流との差が小さいときにすぐに安全動作を呼び出す、かなり低い閾値を設定すること、又は、より外乱を許容するシステム動作につながるより大きい閾値を定義することのいずれかを選択してもよい。

本発明の１つの実施形態において、追加のステップｅ）及びｆ）は、ステップｃ）及びｄ）と少なくとも部分的に時間並列に（同時に）実行される。本発明に対する文脈において、文言「時間並列に」又は「同時に」は、ステップｃ）及びｅ）を並列に実行し、その後、ステップｄ）及びｆ）を実行することに限定されない。「時間並列に」は、たとえば、ステップｃ）、ｅ）、及びｆ）を前のものと同時に実行できることを意味する、時間的に略並列なものとして、及び、代替的な選択肢として、処理されることである。しかしながら、当業者は、具現化されたステップに異なる作業順を適用してもよく、たとえば、ステップｃ）、次いで、ステップｅ）、次いで、ステップｆ）、最終的に、ステップｄ）を実行してもよい。ステップｂ）の後に開始し、再びステップａ）で本発明による方法を開始する前に終了するステップｃ）～ｆ）のすべての順序は、本発明の概念に包含される。

本発明の別の実施形態では、速度誤差閾値を定義することができる。これを行うことによって、ファン速度誤差がこの閾値レベルを超えた場合に対処するために、閾値レベルを設定することができる。ここで、人は、傾斜電流適合を開始すること、又は、前記のような安全動作をとることについて考えることができる。速度誤差閾値の大きさを定義することによって、液圧ファンシステムの外乱に対する感度を設定することができる。速度誤差閾値が小さいほど、液圧ファンシステムの速度を制御するための方法の感度はより高い。

本発明による方法は、液圧ポンプ及び／又は液圧モータが開液圧回路又は閉液圧回路で作動する液圧式ファン駆動システムを制御するために適用することができる。液圧ファンシステムに追加の機能及び／又は安全機能を提供するファンシステムの液圧回路に、同じ又は代替的な種類の追加の液圧構成要素を配置することも、本発明に包含される。

本発明による方法は、液圧ポンプ及び／又は液圧モータに適用されてもよく、押しのけ容積調整要素は、斜板又はヨークである。換言すれば、方法は、斜軸又は斜板ポンプ又はモータにも適用することができる。

本発明の１つの実施形態において、遮断弁は、ポンプとモータとの間に液圧的に配置されてもよい。遮断弁は、最終的にモータ速度が停止へと減速されるまで、ポンプとモータとの間の作動液流れが減少又は遮断さえされる第１の安全位置と、ポンプ及びモータがファンを作動させるために液圧的に接続されている第２の作動位置とを備える。

ステップｆ）において、提供された傾斜電流と理想的な傾斜電流との差が予め定義された傾斜電流閾値より大きい、又は、ファン速度誤差が予め定義された速度誤差閾値より大きい場合に、遮断弁は、作動位置から安全位置に切り換えることができる。たとえば、閾値は、ファンの速度超過によるファンの損傷を防ぐために定義した。機能的な安全動作の１つの可能な実施形態は、遮断弁を作動位置から安全位置に切り換えることである。遮断弁は、二位置弁、又は所望の用途に応じた比例弁とすることができる。遮断弁が二位置弁である場合、その作動位置からその安全位置への遮断弁の切替えは、液圧ポンプを液圧モータから切り離し、したがって、液圧モータを停止し、それは、次に、ファンを停止／静止させる。遮断弁が比例弁である場合、作動位置から安全位置への切替えは、モータ入口の圧力をより低くし、ファンのトルク及び速度を減少させる。これは、最終的に弁をその閉位置にし、停止するまで、ファン速度も減少する。

ステップｆ）における遮断弁の切り換えに対する追加又は代替の機能は、提供された傾斜電流と理想的な傾斜電流との差、又は、ファン速度誤差が、対応する予め定義された閾値より大きい場合、操作者に、及び／又は、制御インタフェースに、及び／又は、ファンシステムのユーザインタフェースに、及び／又は、ファンシステムが取り付けられる作業機械に、警告メッセージを送信することである。この警告通知を受信した後に、システム操作者又は制御インタフェースは、外乱を排除するために、追加の安全動作を実行することができ、それによって、システム動作を理想的なシステム動作へと再調整する。本発明によると、外乱を排除するために、機械の電気的停止、エンジン速度の減少、又は、吸込システム若しくは吸気グリルの清掃の開始のような他の安全対策も実行されてもよい。当業者は、システム動作をそれぞれ維持し、駆動ファン又は液圧ファンシステムの損傷を防ぐために、安全動作を実行する多くの他の方法を知っている。

ステップｄ）における傾斜電流の適合は、Ｐ－、ＰＩ－、ＰＩＤ－、ファジー、若しくは予測制御装置、又は、類似の種類の線形若しくは非線形制御装置を使用して、ファン速度誤差に基づいて計算することができる。適切な制御アーキテクチャは、利用可能なアプリケーション及び計算機能力に応じて、当業者によって選択される。上述の制御装置のいずれかのパラメータが、かなり迅速な又は代わりに遅い制御装置応答を得るために、調整されてもよい。たとえば、ニューラルネットワーク又は予測制御装置のアプリケーションのようなコンピュータ知能方法のアプリケーションも本発明に包含される。

理想的な傾斜電流は、ステップｅ）において、理想的な傾斜電流の値を、計算されたファン速度のすべての値に割り当てた、参照テーブル、マトリックス、関数、又は類似のデータ構造から導出することができる。データ構造は、本発明の液圧ファンシステムによる、又は、液圧ファンシステムのモデルベースの計算の結果を使用することによる、シミュレーション又は実験から得られる測定値を使用して設定されてもよい。データ構造は、理想的なシステム動作を表す可能性があるだけでなく、理想的なシステム動作に影響を与える平均外乱も含んでもよい。この第２の選択肢は、これらの平均／通常の外乱の外側にある外乱に対する本発明の安全システムの応答を減速する／制限する。

本発明による液圧ファンシステムは、液圧モータによって作動されるファンを備える。ファン及びモータは、たとえば、シャフト及び／若しくはギアボックス、又は、液圧モータによって発生されたトルクをファンに伝達する類似物で接続することができる。システムは、傾けることができる押しのけ容積調整要素を備える、液圧モータを駆動するための液圧可変容量型ポンプをさらに備え、傾斜角は、電子変位制御ユニットに供給される傾斜電流を制御することによって調整することができる。可変容量形ポンプ及び液圧モータは、ポンプ出口の液圧が液圧モータの入口に伝達されるように、液圧的に接続される。押しのけ容積調整要素は、たとえば、斜板とすることができ、それは、可変容量形ポンプの体積流量及び／又は押しのけ容積を調整することができるように傾けることができる。傾斜角は、たとえば、電子変位制御装置に供給される傾斜電流を制御することによって変えることができ、電子変位制御装置は、たとえば、押しのけ容積調整要素に作用し、それによって、その傾斜角を変えるソレノイドとすることができ、したがって、可変容量形ポンプを通る体積流量の変化をもたらす。液圧ファンシステムは、ポンプの体積流量を決定するための手段をさらに備える。当業者に明らかである、ポンプの体積流量を決定するためのさまざまな方法があるので、当業者は、選択されたアプリケーションのために適切な解決方法を選択する。

さらなる実施形態において、液圧ファンシステムは、制御ユニットをさらに備える。制御ユニットは、ポンプの体積流量を決定するための手段への別の信号接続と、ファン速度を設定するための装置への信号接続とを備える。前記したように、ポンプの体積流量を決定するための手段、たとえば、回転速度センサ及び傾斜角測定センサは、さまざまな装置から選択することができる。ファン速度設定装置は、たとえば、制御インタフェース又はジョイスティックであってもよい。どちらの信号接続も、任意の物理的制約に制限されるというわけではなく、すなわち、接続は、ワイヤを介して、若しくは、無線接続として確立されてもよく、及び／又は、接続は、バスシステム又は任意の他の通信構造であってもよい。

制御ユニットは、決定された体積流量に基づいてファン速度を計算するためのファン速度計算ユニットをさらに備える。ファン速度計算ユニットは、ファン速度が決定される可能性があるベース上に計算ルール及び／又は測定値を保存するための手段を備えてもよい。制御ユニットは、計算されたファン速度を、ファン速度設定装置によって設定されたファン速度と比較することによってファン速度誤差を決定するためのファン速度誤差決定ユニットをさらに備える。この比較に基づいて、制御ユニットは、適合された傾斜電流を押しのけ容積制御ユニットに提供し、それにより、ファン速度誤差を縮小させるために、体積流量を適合させることができる。上述したように、押しのけ容積又は液圧可変容量型ポンプの体積流量は、ポンプ又はモータユニットの変位制御ユニットに提供される傾斜電流を調整することによって適合される。

制御ユニットは、決定されたファン速度誤差に基づいて電子変位制御ユニットに提供／供給される傾斜電流を計算するための制御装置を備えることができる。電流のこの適合は、たとえば、制御アーキテクチャ、たとえば、ＰＩ又はＰＩＤ制御装置を適用することによって、ファン速度誤差から直接的又は間接的に導出することができる。コンピュータ又はマイクロコントローラが制御ユニットとして使用される場合、ファン速度計算ユニット、ファン速度誤差決定ユニット、及びファングリル詰まり検知ユニットを、本発明の概念に従う個別のコンピュータ若しくは装置として、又は、本発明の概念に従う同じコンピュータ及び／若しくはマイクロコントローラ及び／若しくは装置を共有するユニットとして、設計することができる。

制御ユニットは、たとえば、ファングリルがほこり又はごみ屑で詰まった場合に、機能的な安全動作を実行するためのファングリル詰まり検知ユニットをさらに備える可能性がある。これらの動作は、たとえば、ファンの速度超過を防ぐことにより、ファンの損傷を防ぐことができる。適合された傾斜電流と計算されたファン速度から導出された理想的な傾斜電流との差、すなわち、ファン速度誤差が、予め定義された閾値より大きい場合、安全面の重要な動作が実行されてもよい。傾斜電流及び理想的な傾斜電流が大きく異なる場合、液圧ファンシステムの不具合がある可能性がある。理想的な傾斜電流は、システムが理想的な又は最適な条件下で作動される場合、必要であろう傾斜電流を表す。ファングリル詰まり検知ユニットによって引き起こされてもよい動作は、安全面で重要である、たとえば、ファンシステムのシャットダウン、通知の送信、ファントルク若しくはファン速度の減少、関連する計算パラメータ、すなわち、ファン速度誤差に基づく傾斜電流の計算のためのパラメータの変更、又は、類似の安全面で重要な方策であってもよい。

本発明によるファングリル詰まり検知ユニットは、液圧ポンプと液圧モータとの間に液圧的に配置される遮断弁を切り換えることが可能である可能性がある。遮断弁は、ポンプ及びモータが液圧的に接続される作動位置と、ポンプとモータとの間の液圧式接続が遮断される安全位置とを備える。遮断弁は、２つの上述の位置を有する二位置弁として、又は、比例弁として実装されてもよく、ポンプとモータとの間の流体接続は、遮断弁の作動位置において全開であり、遮断弁がその安全位置の方へ切り替わるにつれて、徐々に減少する。ファングリル詰まり検知ユニットは、たとえば、水圧を遮断弁スプールに加えることによって、又は、適合された傾斜電流と理想的な傾斜電流との差、若しくはファン速度誤差が、ファン速度誤差のための予め定義された閾値より大きい場合に、ソレノイドによって遮断弁スプールに作用することによって、この遮断弁を切り換えることが可能である。

本発明の概念の別の実施形態によると、遮断弁は、遮断弁をその安全位置に押圧するばねをさらに備えてもよい。作動中、遮断弁は、供給／適合された傾斜電流と理想的な傾斜電流との差、又は、ファン速度誤差が、傾斜電流又はファン速度誤差の対応する予め定義された閾値より小さい場合のみ、ばねの力に対して作用する、又は、ばねの力に対して作用する信号を提供するファングリル詰まり検知ユニットによって、その作動位置に押圧される。遮断弁が切り換え可能であることの代わりに又はそれに追加して、詰まり検知ユニットは、供給された傾斜電流と理想的な傾斜電流との差又はファン速度誤差が、対応する予め定められた閾値より大きい場合、警告メッセージ又は通知、若しくは他の信号を、操作者に、制御インタフェース若しくはファンシステムのユーザインタフェースに、又は、ファンシステムが取り付けられる装置に送信することが可能である可能性がある。

上述したように、ポンプの体積流量の決定時に当業者が利用できる多くの選択肢がある。体積流量は、流量センサによって直接的に、又は、体積流量を計算することができる他のパラメータを測定することによって間接的に、測定することができる。体積流量は、たとえば、回転速度センサで測定されるポンプの回転速度に基づいて、そして、測定されるポンプの変位傾斜角に基づいて、傾斜角センサによって、計算することができる。

測定値及び／又は計算値は、エラー検出状態監視、予知保全、又は類似の目的のためにアクセス可能とするために、メモリユニットに記憶させることができる。特に、体積流量、ファン速度、ファン速度誤差、傾斜電流、及び／又は理想的な傾斜電流の値は、システムの摩耗の現在の状態についての、又は、たとえば、ファングリルを塞ぐほこり若しくはごみ屑などのシステムに影響を与える外乱についての結論を与えるので、特別な対象である。

本発明によると、液圧モータ及び／又はポンプの押しのけ容積調整要素は、斜板又はヨークとすることができる。換言すれば、斜軸又は斜板ポンプ又はモータを使用することができる。

本発明の液圧ファンシステムは、液圧式吸込若しくは吹込システムとして、又は、液圧式作業車両若しくは機械の液圧式排気装置として、使用されてもよい。液圧式作業車両は、たとえば、道路掃除装置若しくは道路／通路維持車両、又は、除雪車両である可能性がある。

上記のように、全体として説明された本発明は、ここで、好ましい実施形態及び好ましい設計の可能性が示される添付図面を使用して、さらに詳述される。しかしながら、これらの好ましい実施形態は、本発明の着想の範囲を制限するものではない。示された好ましい実施形態は、本発明の精神から離れることなく、互いに組み合わせることができる。さらにまた、当業者の知識の可能性の範囲内の修正は、本発明の精神から離れることなく、実施することができる。

本発明による液圧ファンシステムの液圧図を示す。 本発明による液圧ファンシステムの速度を制御するための方法のフロー図を示す。 本発明による制御ユニットの概略図を示す。

図１は、シャフト及び／又は歯車手段を介して液圧モータ２０に接続されたファン２５を備える、本発明による液圧ファンシステム１を示す。液圧モータ２０の出口は、モータ出口ライン２４を介して液圧タンク５に接続される。可変変位による液圧ポンプ１０は、ポンプ吸込ライン１４を介してタンク５に液圧的に接続される。ポンプ出口は、ポンプ圧力ライン１６を介して遮断弁３０に接続され、遮断弁３０の出口は、液圧モータ２０の入口ライン２２に液圧を伝達することが可能であるモータ入口ライン２２に液圧的に接続される。

遮断弁３０は、停止位置とも呼ばれる安全位置３２と、作動位置３４とを備える。ばね３８は、遮断弁アクチュエータ３６によって及ぼされる力で打ち消されない場合、その停止／安全位置３２に、遮断弁３０を保持する。図１に示される遮断弁３０は、安全位置３２と作動位置３４との間で切換可能である二位置弁として設計されている。安全位置３２では、ポンプ圧力ライン１６及びモータ入口ライン２２が液圧的に分離され、その一方で、作動位置３４では、ポンプ圧力ライン１６及びモータ入口ライン２２が液圧的に接続される。しかしながら、遮断弁３０は、遮断弁アクチュエータ３６の力に比例して減少することができる開口を提供する比例弁としても設計される可能性がある。遮断弁アクチュエータ３６は、安全動作信号５２を送信することが可能である安全動作信号接続３５を介して、制御ユニット４０に接続される（図２及び３参照）。

液圧ポンプ１０は、ポンプ１０の体積流量１９を制御する、押しのけ容積調整要素１５を備える。ポンプ１０の体積流量１９は、体積流量信号接続４１を介して制御ユニット４０に接続される回転速度センサ１７及び傾斜角センサ１８によって決定される。制御ユニット４０はさらに、押しのけ容積調整要素１５に連結された電子変位制御ユニット（ＥＤＣ）に傾斜電流１２を送信することが可能である。押しのけ容積調整要素１５の傾斜角は、傾斜電流１２に従って設定される。

図２は、図１に典型的に示される液圧ファンシステム１の速度を制御するための方法のフローチャートを示し、ステップａ）～ｄ）及びｅ）～ｆ）を含む。方法は、ファン２５を備える液圧システムを制御するために適用することができ、ファン２５は、液圧可変容量型ポンプ１０によって駆動される液圧モータ２０によって作動される。液圧可変容量型ポンプ１０は、押しのけ容積調整要素１５、たとえば、斜板又はヨークを備え、その傾斜角１３は、ＥＤＣに供給される傾斜電流１２によって制御される。図２に示される本発明による方法は、繰り返し及び／又は定期的に実行される以下のステップを含む（参照システム要素については図１を参照）。

ステップａ）
液圧ポンプ１０の体積流量１９は、液圧システムの作動パラメータを測定することによって決定される。ポンプ１０の体積流量１９は、ポンプ１０の回転速度１１及び押しのけ容積調整要素１５の傾斜角１３を測定するための手段によって典型的に決定することができる。押しのけ容積調整要素１５の傾斜角１３が液圧ポンプ１０の押しのけ容積に直接影響を与えているので、ポンプ１０の体積流量１９は、本例では、ポンプ１０の回転速度１１にポンプ１０の１回転あたりの押しのけ容積を掛けることによって計算することができる。或いは、ポンプ１０の体積流量は、体積流量センサを使用して、より直接的に測定される可能性があり、体積流量センサは、モータ入口ライン２２をポンプ出口と接続する液圧ライン１６に取り付けられてもよい。

ステップｂ）
ファン速度４５は、ステップａ）の体積流量１９に基づいて、ファンシステム１を表す式を使用して計算される。式は、体積流量１９とファン速度４５との間の技術的な相関関係を表し、液圧ファンシステム１の物理モデルを作成することによって、又は、ファン速度４５の値を体積流量１９の対応する値に割り当てるのに好適なニューラルネットを、たとえば、液圧ファンシステム１の作動中に測定されるトレーニングデータでトレーニングすることによって、導出することができる。

ステップｃ）
ステップｂ）の計算されたファン速度４５を、たとえば、操作者の入力に従って、ファン速度設定装置４７で設定されたファン速度設定値４３と比較することによって、ファン速度誤差４８は決定される。比較は、ファン速度設定値４３から、ステップｂ）で計算されたファン速度値４５を減算することによって、典型的に実行される。

ステップｄ）
電子変位制御ユニット（ＥＤＣ）に提供される傾斜電流１２は、押しのけ容積調整要素１５の傾斜角１３を調整するために適合され、そのため、ファン速度誤差４８は小さくなる。換言すれば、傾斜電流１２は、ステップｃ）で決定されたファン速度誤差４８に基づいて計算され、押しのけ容積調整要素１５、たとえば、斜板又はヨークの傾斜角１３を調整するために、電子変位制御ユニット（ＥＤＣ）に送信される。それによって、ポンプ１０の体積流量１９は増減する。

傾斜電流１２は、押しのけ容積調整要素１５に作用し、傾斜電流に比例して押しのけ容積調整要素１５の傾斜角１３を設定するソレノイドに供給されてもよい。

ファン速度設定値４３が計算されたファン速度４５より大きい場合、傾斜電流１２は、押しのけ容積調整要素１５の傾斜角が増加するような方向に適合されてもよく、それにより、ポンプ１０の体積流量１９が増加し、したがって、計算されるファン速度４５がより大きくなる。したがって、ファン速度設定値４３と計算されたファン速度４５との間のファン速度誤差４８は小さくなり、たとえば、比例制御装置（Ｐ制御装置）が取り付けられた場合、ファン速度誤差４８には一定の係数が掛けられ、傾斜電流１２を決定する。しかしながら、当業者は、ファン速度誤差４８に基づいて傾斜電流適合を計算するために適用可能なさまざまな種類の制御装置を知っている。

図２に示されるように、ステップｅ）及びｆ）は、ステップｃ）及びｄ）と略同時に実行される。ステップｅ）において、理想的な傾斜電流は、計算されたファン速度４５から導出され、ファンシステム１の理想的な動作が推定される。ステップｅ）の計算されたファン速度４５から始めて、たとえば、参照テーブル、マトリックス、又は理想的な条件の下でのファン速度と傾斜電流との間の関係が記載された類似の方法の支援により、理想的な傾斜電流値５５が決定される。これは、すべての計算されたファン速度４５に、理想的な傾斜電流値５５を関連付けることができることを意味する。ここで、異なる物理モデル又は外乱は、理論レベルで考慮することができる。

次のステップｆ）では、ステップｅ）で決定された理想的な傾斜電流値５５は、ステップｄ）で適合されて、電子変位制御装置ＥＤＣに供給された傾斜電流値１２と比較される。２つの電流の差が予め定義された閾値より大きい場合、たとえば、ファンの速度超過によるファン２５の損傷を防ぐために、安全動作５２が実行される。ファンの速度超過は、たとえば、体積流量１９又は液圧モータ２０の入口ライン２２における圧力に関して、液圧モータ２０中の圧力低下が非常に大きい、又は、液圧モータ２０を通る体積流量１９が非常に大きいような場合に起こることがある。これは、ファン２５を液圧モータ２０に接続するシャフトにおける非常に高いトルク及び／又は回転速度をもたらす。

予め定義される閾値は、液圧ファンシステム１がこの理想的な動作からの逸脱にどれだけ早く反応するかを定義することができる。予め定義される閾値がより高く設定されるほど、システムの外乱への反応はより遅く又はより後に（より滑らかに）なり、それは、理想的な傾斜電流と比較した場合の、供給される傾斜電流の増加又は減少につながる。

図３は、本発明による制御ユニット４０の概略図を示す。図３において、実線矢印は、制御ユニット４０の外部との物理的接続を表し、破線は、制御ユニット４０内の通信パラメータを表し、それは、物理的接続を介して共有することができるが、制御ユニット４０のサブユニット間で仮想的に交換することもできる。制御ユニット４０は、体積流量信号接続４１を備え、それを介して、ポンプ１０の回転速度１１及び押しのけ容積調整要素１５の傾斜角１３を決定するためのセンサ１７、１８が、制御ユニット４０に接続される。制御ユニット４０は、制御インタフェース又は類似のファン速度設定装置４７からファン速度設定値４３を受信するためのファン速度設定値信号接続４２をさらに備える。信号接続４１を介して送信されるセンサ信号１７及び１８は、ファン速度計算ユニット４４で処理され、ファン速度計算ユニット４４は、センサ信号１７及び１８に基づいて、ファン速度４５を計算する。計算されたファン速度４５は、ファン速度誤差決定ユニット４６に、そして、ファングリル詰まり検知ユニット５０に内部で配布される。ファン速度誤差決定ユニット４６は、計算されたファン速度４５をファン速度設定値４３と比較することによって、ファン速度誤差４８を決定することが可能である。ファン速度誤差４８に基づいて、制御装置６０は、適合された傾斜電流１２を、制御ユニット４０の出力として、電子変位制御ユニットＥＤＣに、傾斜電流ライン４９を介して提供／供給する。

ファングリル詰まり検知ユニット５０は、機能的な安全動作５２を実行することが可能であり、それは、制御ユニット４０の出力として送信することもでき、又は、制御装置６０によって実行される、ファン速度誤差４８に基づく傾斜電流１２の計算を適合させるために、制御ユニット４０の内部で処理することもできる。ファングリル詰まり検知ユニット５０は、計算された傾斜電流１２及び計算されたファン速度４５に基づいてどの安全面の重要な動作を実行すべきか選択及び計算し、ファングリル詰まり検知ユニット５０は、理想的な傾斜電流５５を電子変位制御ユニットＥＤＣに供給された傾斜電流１２と比較するために、計算されたファン速度４５から理想的な傾斜電流５５を導出することが可能である。

提供された傾斜電流１２が、予め定められた傾斜電流閾値よりも大きく、理想的な傾斜電流５５から逸脱する場合、制御ユニット４０は、たとえば、ポンプ圧力ライン１６とモータ入口ライン２２との間の液圧接続を減少させる若しくは閉じるために、遮断弁アクチュエータ３６に提供される電流を減少させる、又は、押しのけ容積調整要素１５を後方に傾けるために、電子変位制御ユニットＥＤＣへの電力供給を減少させる若しくは遮断する安全面の重要な動作を呼び出し、それによって、液圧モータ２０にモータ入口ライン２２を介して体積流量を減少させる。

上記の開示並びに添付の図面及び特許請求の範囲から、本発明による液圧ファンシステムの速度を制御するための方法及び液圧ファンシステムが、先行技術を上回る多くの可能性及び利点を提供することが理解されるであろう。当該技術分野において知られている液圧ファンシステムの速度を制御する方法及び液圧ファンシステムに対するさらなる修正及び変更が、本発明の精神から逸脱することなく、本発明による方法及び液圧ファンシステムに行われる可能性があることはさらに当業者によって理解されるであろう、したがって、すべてのこれらの修正及び変更は、特許請求の範囲の範囲内であり、それらに包含される。上述の例及び実施形態は例示のみを目的とするものであり、それを考慮した、当業者に示唆される、実施形態のさまざまな修正、変更、又は組合せが、本出願の精神及び範囲に含まれることはさらに理解されるべきである。

１ 液圧ファンシステム
５ タンク
１０ 液圧ポンプ
１１ 回転速度ポンプ
１２ 傾斜電流
１３ 傾斜角
１４ ポンプ吸込ライン
１５ 押しのけ容積調整要素
１６ ポンプ圧力ライン
１７ 回転速度センサ
１８ 角度センサ
１９ 体積流量
２０ 液圧モータ
２２ モータ入口ライン
２４ モータ出口ライン
２５ ファン
３０ 遮断弁
３２ 安全位置
３４ 作動位置
３５ 安全動作信号接続
３６ 遮断弁アクチュエータ
３８ ばね
４０ 制御ユニット
４１ 体積流量信号接続
４２ ファン速度設定値信号接続
４３ ファン速度設定値
４４ ファン速度計算ユニット
４５ 計算されたファン速度
４６ ファン速度誤差決定ユニット
４７ ファン速度設定装置
４８ ファン速度誤差
４９ 傾斜電流ライン
５０ ファングリル詰まり検知ユニット
５２ 安全動作
５５ 理想的な傾斜電流値
６０ 制御装置
ＥＤＣ 電子変位制御ユニット

Claims (16)

1. 電子変位制御ユニット（ＥＤＣ）に供給される傾斜電流（１２）を制御することによって傾斜角（１３）を調整することができる押しのけ容積調整要素（１５）を備える液圧可変容量型ポンプ（１０）によって駆動される液圧モータ（２０）によって作動されるファン（２５）を備える液圧ファンシステム（１）の速度を制御するための方法であって、
   ａ）前記ポンプ（１０）の作動パラメータを測定することによって、前記ポンプ（１０）の体積流量（１９）を決定するステップと、
   ｂ）前記体積流量（１９）とファン速度（４５）との間の物理的相関を表す式を使用して、ステップａ）で決定された前記体積流量（１９）に基づいて、前記ファン速度（４５）を計算するステップと、
   ｃ）ステップｂ）の前記計算されたファン速度（４５）を、入力装置（４７）で提供されたファン速度設定値（４３）と比較することによって、ファン速度誤差（４８）を決定するステップと、
   ｄ）前記ファン速度誤差（４８）が減少するように、前記押しのけ容積調整要素（１５）の前記傾斜角（１３）を調整するために、前記電子変位制御ユニット（ＥＤＣ）に供給される前記傾斜電流（１２）を適合させるステップであって、前記傾斜電流の適合が、Ｐ－、ＰＩ－、ＰＩＤ－、ファジー、若しくは予測制御装置（６０）、又は、類似の種類の線形若しくは非線形制御装置を使用して、ファン速度誤差（４８）に基づいて計算される、ステップと
   の反復ステップを含み、
   ｅ）ステップｂ）の前記計算されたファン速度（４５）から理想的な傾斜電流値（５５）を導出するステップと、
   ｆ）ステップｅ）で導出された前記理想的な傾斜電流値（５５）とステップｄ）で適合された前記適合された傾斜電流（１２）との差が傾斜電流閾値より大きい場合に、前記ファン（２５）の損傷を防ぐために、安全動作（５２）を実行するステップと
   がステップｃ）及びｄ）と同時に実行される、
   方法。
2. ステップｃ）で決定された前記ファン速度誤差（４８）が速度誤差閾値より大きい場合、前記ファン（２５）の損傷を防ぐための安全動作（５２）が実行される、
   請求項１に記載の方法。
3. ステップｆ）において、遮断弁（３０）が、前記ポンプ（１０）及び前記モータ（２０）が液圧的に接続される作動位置（３４）から、前記ポンプ（１０）と前記モータ（２０）との間の液圧接続が減少又は遮断される安全位置（３２）に切り換えられる、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記傾斜電流閾値又は前記速度誤差閾値を超えた場合に、警告信号が、前記ファンシステム（１）の操作者に、制御インタフェースに、若しくはユーザインタフェースに、又は、前記ファンシステム（１）をホストする作業機械に送信される、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. ステップｅ）の前記理想的な傾斜電流値（５５）が、参照テーブル、マトリックス、関数、又は計算されたファン速度（４５）のすべての値を前記理想的な傾斜電流（５５）の値にマップした類似のデータ構造から導出される、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 液圧ファンシステム（１）であって、
   － 液圧モータ（２０）によって作動されるファン（２５）と、
   － 傾斜角（１３）が電子変位制御装置（ＥＤＣ）に供給することができる傾斜電流（１２）を制御する制御ユニット（４０）によって調整することができる傾斜可能な押しのけ容積調整要素（１５）を備える、前記液圧モータ（２０）を駆動するための液圧可変容量型ポンプ（１０）と、
   － 入力コマンドに応じてファン速度設定値（４３）を設定するためのファン速度設定装置（４７）と、
   － 前記ポンプ（１０）の体積流量（１９）を決定するための手段と
   を備え、
   前記制御ユニット（４０）が、
   － 前記ポンプ（１０）の前記体積流量（１９）を決定するための手段への体積流量信号接続（４１）と、
   － 前記電子変位制御装置（ＥＤＣ）へのファン速度設定値信号接続（４２）と、
   － 前記決定された体積流量（１９）に基づいて、ファン速度（４５）を計算するためのファン速度計算ユニット（４４）と、
   － 前記計算されたファン速度（４５）を前記ファン速度設定装置（４７）によって設定された前記ファン速度設定値（４３）と比較することによって、ファン速度誤差（４８）を決定するためのファン速度誤差決定ユニット（４６）と
   を備え、
   前記制御ユニット（４０）が、前記傾斜角（１３）が前記ファン速度誤差（４８）を縮小させるために調整することができるように、前記電子変位制御装置（ＥＤＣ）に供給される前記傾斜電流（１２）を適合させることが可能であり、
   前記傾斜電流の適合が、Ｐ－、ＰＩ－、ＰＩＤ－、ファジー、若しくは予測制御装置（６０）、又は、類似の種類の線形若しくは非線形制御装置を使用して、ファン速度誤差（４８）に基づいて計算され、
   前記制御ユニット（４０）が、理想的な傾斜電流値（５５）を各計算されたファン速度（４５）に割り当て、前記理想的な傾斜電流値（５５）を前記制御ユニット（４０）によって適合された前記傾斜電流（１２）の値と比較し、前記理想的な傾斜電流値（５５）と前記適合された傾斜電流値（１２）との差が傾斜電流閾値より大きい場合に、前記ファン（２５）の損傷を防ぐための安全動作（５２）を実行する、ファングリル詰まり検知ユニット（５０）をさらに備える、
   液圧ファンシステム（１）。
7. 前記ファン速度誤差決定ユニット（４６）によって決定された前記ファン速度誤差（４８）が、速度誤差閾値より大きい場合に、前記制御ユニット（４０）が、前記ファン（２５）の損傷を防ぐための安全動作（５２）を実行することが可能である、
   請求項６に記載の液圧ファンシステム（１）。
8. 前記ファングリル詰まり検知ユニット（５０）が、前記ポンプ（１０）と前記モータ（２０）との間の液圧接続が減少又は遮断されている安全位置（３２）から、前記傾斜電流閾値を超えていない場合に前記ポンプ（１０）及び前記モータ（２０）が液圧的に接続されている作動位置（３４）に、遮断弁（３０）を切り換えることが可能である、
   請求項６又は７に記載の液圧ファンシステム（１）。
9. 前記傾斜電流閾値を超えていない場合、前記遮断弁（３０）が、ばね（３８）の力に対して、前記ファングリル詰まり検知ユニット（５０）によってその作動位置（３４）に押圧される、
   請求項８に記載の液圧ファンシステム（１）。
10. 前記傾斜電流閾値を超えた場合に、前記ファン詰まり検知ユニット（５０）が、警告メッセージを、前記ファンシステム（１）の操作者に、制御インタフェース、若しくはユーザインタフェースに、又はホスト装置に送信することが可能である、
    請求項６～９のいずれか一項に記載の液圧ファンシステム（１）。
11. 前記ポンプ（１０）の前記体積流量（１９）が、回転速度センサ（１７）で測定される前記ポンプ（１０）の回転速度（１１）に基づいて、且つ、傾斜角センサ（１８）で測定される前記押しのけ容積調整要素（１５）の前記傾斜角（１３）に基づいて、決定される、
    請求項６～１０のいずれか一項に記載の液圧ファンシステム（１）。
12. 体積流量（１９）、ファン速度（４５）、ファン速度誤差（４８）、傾斜電流（１２）、及び／又は理想的な傾斜電流（５５）の値が、エラー検出、状態監視、予知保全、又は類似の目的のためにアクセス可能とするために、メモリユニットに記憶される、
    請求項６～１１のいずれか一項に記載の液圧ファンシステム（１）。
13. 前記ポンプ（１０）及び前記モータ（２０）が、開液圧回路又は閉液圧回路で作動する、
    請求項６～１２のいずれか一項に記載の液圧ファンシステム（１）。
14. 前記押しのけ容積調整要素（１５）が、斜板又はヨークである、
    請求項６～１３のいずれか一項に記載の液圧ファンシステム（１）。
15. 液圧式吸込若しくは吹込システムとしての、又は、液圧式作業車両若しくは機械の液圧式排気装置としての、
    請求項６～１４のいずれか一項に記載の液圧ファンシステム（１）の使用。
16. 前記液圧式作業車両が、道路掃除装置である、
    請求項１５に記載の液圧ファンシステム（１）の使用。

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