JP4286925B2 - 独立メータリングバルブを制御するためのシステムと方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的に油圧制御バルブに関する。より詳細には、本発明は、１つか２つ以上の独立して制御可能な電気油圧式変位制御式メータリングバルブを有する独立したメータリングバルブの制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧回路において油圧出力装置の作動を制御することは、一般的に単一のスプール式バルブを用いることで達成される。単一のスプールバルブは、ポンプから油圧出力装置までの流れと、油圧出力装置からタンクまでの流れとを含む、油圧回路における油圧流体の流れを制御する一連のメータリングスロットを有する。油圧出力装置が油圧シリンダである場合、これらの流れは、通常それぞれポンプからシリンダまでの流れと、シリンダからタンクまでの流れとされる。
メータリングスロットは、スプールバルブのステムに機械加工される。この構造に関して、スロットタイミングとモジュレーションは一定である。油圧回路の性能を修正するために、ステムを再機械加工しなければならない。さらに、油圧回路の性能に別の特徴を加えるために、全く新しいステムが必要とされることがある。これが、油圧回路に特徴を加えたり、あるいはこれらの性能を最適なものにする場合に、その値段を高いものにし、時間を浪費するといった結果を生じる。
【０００３】
本分野に関連した本件出願人による、上述に記載したような「インデペンデント・メータリングバルブ」では、入力ポート、出力ポートおよび一対の制御ポートとからなる独立したメータリングバルブを開示する。別個になったメータリングバルブは、４つの独立して作動可能な電子制御式メータリングバルブから構成され、油圧回路内の流れを制御するようになっている。メータリングバルブのうち２つのバルブが入力ポートと制御ポートとの間に配置される。他方の２つのメータリングバルブが出力ポートと制御ポートとの間に配置される。各メータリングバルブは、電子的に制御されるために、油圧回路の性能は、１つか２つ以上のメータリングバルブへの制御信号を調整することにより修正できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のメータリングバルブを制御するため、より詳細には、独立メータリングバルブを制御し、従来のステムを再機械加工を行なう必要なく、油圧回路の性能を効率的に修正し最適にするシステムと方法が必要とされる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、独立したメータリングバルブを制御するためのシステムと方法である。本発明によれば、コントローラが、油圧回路において作動する１つか２つ以上の独立して作動可能な電子制御式メータリングバルブを制御するのに用いられる。該コントローラは、油圧回路に関する作動モードを含む入力、すなわち要求される速度と利用できるポンプ流量とに基づいて各メータリングバルブを制御する。メータリングバルブはスプールバルブ、ポペットバルブ、あるいはこれらとは別の種類のメータリングバルブとすることができる。コントローラは、メータリングバルブを通る流量と、メータリングバルブの圧力降下に基づいてメータリングバルブの変位コマンドを定める。コントローラは、メータリングバルブにおける不感帯、公差等を補うように変位コマンドを調整することができる。このために、メータリングバルブに付随するオフセットを定めるためのオフセット決定手段が設けられる。このオフセット決定手段は、オペレータ入力装置の操作量が第１の所定範囲より小さいときメータリングバルブを通る流れがない状態にする第１段の作動と、オペレータ入力装置の操作量が該第１の所定範囲より大きく第２の所定範囲より小さいとき少量の流れがメータリングバルブに許容される第２段の作動との２段階作動を行う。
【０００６】
本発明は、油圧回路の従来の制御では、依然として実現できなかった油圧回路の性能を融通性をもって修正する能力を提供する。上述したように、従来の油圧回路の制御では、性能を変更し、特性を付加する等のために機械加工されなければならないステムを必要とした。本発明は、油圧回路の性能の変更をソフトウェア内で実行でき、ソフトウェアにより制御できることにより高められた融通性をもたらすことになる。
本発明は、複数の油圧回路を同時に制御できるという点において、さらなる融通性をもたらす。コントローラは、油圧回路の中でリソースを（すなわち流量、圧力等）を割り当てるために様々なメータリングバルブを調整し、劣化を適切なもにしたり、重要な油圧回路に適当なリソースを与えることができる。
【０００７】
本発明は、部品を画一化する能力も提供する。本明細書に記載する独立したメータリングバルブのような画一化された部品が、費用を削減し、開発サイクルを短縮し、質を改善し性能を改善することになる。従って、本発明の特定の実施例が、いくつかの異なる種類の油圧回路を制御するのに用いることができる。例えば、本発明により制御される同一の独立メータリングバルブを、フロントエンドローダのバケットを油圧的に位置決めするためのリフト回路および、ティルト回路の双方に使用できる。さらに、独立したメータリングバルブを、フロントエンドローダの様々な型に用いることができ、異なる性能と異なる機械に関するバルブとステムを再設計する必要が排除される。さらに、独立したメータリングバルブを掘削機、トラクタ、トラック等を含む製造ラインにわたり使用できる。
【０００８】
本発明のさらなる特性と利点とともに本発明の様々な実施例の構造と操作を、添付の図面を参照して以下に詳細に記載する。
本発明を図を参照して記載する。図において、同一の番号は同一のまたは機能的に同一の要素を示す。さらに最も左側の参照番号は参照番号が最初に表示される図を示す。
【０００９】
【実施例】
例示的環境
まず図１に図示した例示的な環境に関し本発明を記載する。詳細には、本発明は、独立したメータリングバルブ１１０と、ヘッド端部１２２およびロッド端部１２４を有する油圧シリンダ１２０とから構成された油圧回路１００に関し記載する。独立メータリングバルブ１００は、入力ポート１６０、出力ポート１９０および２つの制御ポート１７０、１８０（それぞれヘッド端部制御ポート１７０とロッド端部制御ポート１８０と、する）を含む。独立メータリングバルブ１１０は、４個の独立して作動可能な電子制御式メータリングバルブ１０５を含み、ポンプ１４０と油圧シリンダ１２０との間および油圧シリンダ１２０とタンク１５０との間の流体流量を制御するようになっている。メータリングバルブ１０５は、スプールバルブ、ポペットバルブあるいは、明らかにわかるようにこれとは別の種類のメータリングバルブとすることができる。メータリングバルブ１０５は、図１に図示するようにそれぞれ、ポンプ−シリンダヘッド端部（ＰＣＨＥ）メータリングバルブ１０５Ａ、シリンダ−タンクヘッド端部（ＣＴＨＥ）メータリングバルブ１０５Ｂ、シリンダ−タンクロッド端部（ＣＴＲＥ）メータリングバルブ１０５Ｃおよびポンプ−シリンダロッド端部（ＰＣＲＥ）メータリングバルブ１０５Ｄとする。
【００１０】
本発明は、従来のステムでは実行不可能であった手段で油圧回路１００の性能を柔軟性をもって制御し最適にするために、メータリングバルブ１０５のそれぞれを制御することに関する。本分野の当業者であれば明白なように、本発明は、油圧モータのような別の種類の油圧装置に適用する。さらに本発明は、１つか２つ以上の油圧回路１００に特定レベルの流量を与えるように、複数のポンプを制御するのに適応する。さらに、本発明は、異なる数のメータリングバルブ１０５を有する油圧回路１００に適応する。本発明は、電子的に制御されることのできる、別の種類のメータリングバルブにも適用できる。本発明は、従来のシステムを有するメータリングバルブ１０５を制御することに適する。本分野の当業者であれば明白なように、油圧回路１００に関する本発明の記載は、図示のみを目的にしてなされたものであり、いかなる手段も本発明を制限するものではない。
油圧回路の制御
図２は、本発明に関する、油圧回路１００を制御するためのコントーラ２２０を図示する。オペレータは入力装置２１０により油圧回路１００を制御できる。詳細には、入力装置２１０により、オペレータは負荷１３０に接続された油圧シリンダ１２０の位置を伸ばし、引き込ませ、あるいは維持できる。入力装置２１０により、オペレータは、油圧シリンダ１２０に関して所望の動作を形成する方向コマンドと速度コマンドを入力できる。本発明の別の実施例において、入力装置２１０は、オペレータがいなくても油圧シリンダ１２０の作動を自動的に制御するように使用される、例えばコンピュータから入力コマンド源を表す。このような入力コマンドは、自律式機械の操作を制御するのに必要である。別の入力は、リンケージ位置または速度、ポンプ流量、エンジン速度およびロード圧等に基づいた入力を含んでいればよい。
【００１１】
コントローラ２２０は方向および速度コマンドを受信し、独立メータリングバルブ１１０内のメータリングバルブ１０５のそれぞれへの適切な一連の出力２３０を判定する。本発明の好ましい実施例において、出力２３０は各メータリングバルブ１０５への電流を表す。
入力装置２１０からのコマンドに基づいて、コントローラ２２０が油圧回路１００の操作モードを判定する。一部モードと入力装置２１０からのコマンドに基づいて、コントローラ２２０は出力２３０を求めて、各メータリングバルブ１０５を適切な状態に配置する。メータリングバルブ１０５の状態は、開閉とメータリングを含む。「開く」とは、メータリングバルブ１０５が完全に開いた状態を意味する。「閉じる」とは、メータリングバルブ１０５が完全に閉じた状態を意味する。「メータリング」とは、メータリングバルブ１０５が制御信号（出力２３０として図２に図示する）に比例して部分的に開く状態を意味する。メータリングの状態において、コントローラ２２０は、制御信号を調整することによってメータリングバルブ１０５を通る流量を制御する。制御信号は、メータリングバルブ１０５内での変位を誘導する。この変位は、流体が通るメータリングバルブ１０５内の孔、すなわちスロットを調整する。
【００１２】
表Ｉは、油圧回路１００の様々な作動モードに関するメータリングバルブ１０５の状態を要約する。表Ｉに列挙した作動モードに加え、本発明は、作動故障モード、作動の高流量モード、作動の圧力制限モード等を含む色々な別のモードについて検討する。
表Ｉ−回路の作動モード
モード ＰＣＨＶバルブ ＣＴＨＥバルブ ＣＴＲＥバルブ ＰＣＲＥバルブ
ニュートラル 閉 閉 閉 閉
抵抗負荷大 メータリング 閉 メータリング 閉
抵抗負荷
大再生 メータリング 閉 閉 メータリング
オーバラン
負荷大 メータリング 閉 メータリング 閉
オーバラン負荷
再生大 メータリング 閉 閉 メータリング
オーバラン負荷急
降下大 メータリング メータリング メータリング 閉
抵抗負荷小 閉 メータリング 閉 メータリング
オーバラン
負荷小 閉 メータリング 閉 メータリング
オーバラン負荷
急降下小 閉 メータリング メータリング メータリング
フロート 閉 開 開 閉
コントローラ手段
本発明の様々な実施例において、コントローラ２２０はハードウェア、ソフトウェアまたはこれらの組み合わせを用いて実行され、そしてコンピュータシステムまたは、これらとは別の処理システムにおいて実行されてもよい。実際には、１実施例において、本発明は、本明細書に記載する機能性を遂行できるコンピュータシステムに関する。例示的なコンピュータシステム７０２が図７に図示されている。コンピュータシステム７０２は、プロセッサ７０４のような１つか２つ以上のプロセッサを含む。プロセッサ７０４は、通信バス７０６に接続されている。様々なソフトウェアの実施例が、本例のコンピュータシステムに関し記載されている。本分野の当業者がこの記載を読めば、別のコンピュータシステムまたはコンピュータアーキテクチュアを用いて本発明をいかに実行するかが明白になるであろう。
【００１３】
コンピュータシステム７０２は、主メモリ７０８、好ましくはランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を含み、副メモリ７１０を含んでいてもよい。副メモリ７１０は、例えばハードディスクドライブ７１２、またはフロッピーディスクドライブ、磁気テープドライブ、光学ディスクドライブ等を含む取外し可能な記録ドライブ７１４を含んでいてもよい。取外し可能な記憶ドライブ７１４は、公知の手段で取外し可能記憶ユニット７１８から読み込んだり、ユニット７１８に書き込んでもよい。取り外し可能記憶ユニット７１８は、取外し可能な記憶ドライブ７１４により読まれたり、ドライブ７１４に書き込まれる、フロッピーディスク、磁気テープ、光学ディスク等を表す。明白なように、取外し可能記憶ユニット７１８は、コンピュータソフトウェアまたはデータを中に記憶させるコンピュータに適した記憶媒体を含む。
【００１４】
別の実施例において、副メモリ７１０は、コンピュータプログラムまたは別のインストラクションがコンピュータシステム７０２にロードできる別の同様の手段を含んでいてもよい。このような手段は、例えば、取外し可能な記憶ユニット７２２とインターフェイス７２０を含むことができる。このような例は、プログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェイス（ビデオ ゲーム装置に見られるような）、取外し可能なメモリーチップ（ＥＰＲＯＭまたはＰＲＯＭのような）およびこれに対応するソケットおよび、これとは別の取り外し可能な記憶ユニット７２２とソフトウェアおよびデータを取外し可能記憶ニット７１８からコンピュータシステム７０２に移すことのできるインターフェイス７２０を含む。
【００１５】
コンピュータシステム７０２は通信インターフェイス７２４を含むこともできる。通信インターフェイス７２４は、ソフトウェアとデータをコンピュータシステム７０２と外部装置との間に移すことができる。通信インターフェイス７２４の例にはモデム、ネットワーク・インターフェイス（イザネット・カードのような）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカード等を含む。通信インターフェイス７２４を介し移されたソフトウェアとデータが、電子信号、電磁気信号、光学的信号または通信インターフェイス７２４により受け取ることのできる別の信号の形態である。信号７２６はチャネル７２８を介し通信インターフェイスに与えられる。チャネル７２８は、信号７２６を送信し、ワイヤーまたはケーブルを用いて光ファイバー、電話線、セル電話線、ＲＦリンクおよびこれらとは別の通信チャネルを用いて実行できる。
【００１６】
本明細書において、「コンピュータープログラム媒体」と「コンピュータ適応媒体」は、取外し可能な記憶装置７１８、ハードディスクドライブ７１２にインストールされたハードディスクおよび信号７２６のような媒体のことを一般的に意味する。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム７０２にソフトウェアを与えるための手段である。
コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックともいう）が、主メモリまたは副メモリ７１０内に記憶されている。コンピュータプログラムは、通信インターフェイス７２４を介しても受け取ることができる。実行されると、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム７０２を作動して、本明細書に記載したような本発明の特徴を実行できる。詳細には、コンピュータプログラムが実行されるとプロセッサ７０４を作動して本発明の特徴を実行する。従って、このようなンピュータプログラムは、コンピュータシステム７０２のコントローラに対応する。
【００１７】
本発明が、ソフトウェアを用いて実行される１実施例において、ソフトウェアが、コンピュータプログラム製品に記憶され、取り外し可能記憶ドライブ７１４、ハードドライブ７１２、または通信インターフェイス７２４を用いてコンピュータシステム７０２にロードされる。プロセッサ７０４によって実行されるときの制御ロジック（ソフトウェア）によりプロセッサ７０４が本明細書に記載するような本発明の機能を実行する。
別の実施例において、本発明は、例えば特殊用途向き集積回路（ＡＳＩＣｓ）のようなハードウェアコンポーネントを用いたハードウェアにおいて主として実行される。本明細書に記載した機能を実行するようなハードウェア状態マシンの実行は、本分野の当業者に明白である。
【００１８】
別の実施例において、本発明は、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせを使用して実行される。
コントローラ操作
図３は、コントローラ２２０の操作をより詳細に記載する。コントローラ２２０は、流量決定器３１０、圧力決定器３２０、圧力降下決定器３３０、変位決定器３４０、およびオフセット決定器３５０を含む。
流量決定器３１０は、入力装置２１０のような入力源から要求速度３０２、コントーローラ２２０により求められたモード３０４、および油圧回路１００に利用できる流量を表すポンプ流量３０６を受け取る。流量決定器３１０は、各メータリングバルブ１０５を通るのに要求される流量３１５を判定し、油圧シリンダ１２０の速度をモード３０４とポンプ流量３０６とに関した速度３０２と一致させるようになっている。流量決定器３１０について以下に更に詳細に記載する。
【００１９】
圧力決定器３２０は、油圧回路１００内の様々な圧力３２５を定める。圧力３２５に基づいて、メータリングバルブ１０５の様々な圧力降下を以下に記載するように定めることができる。圧力決定器３２０は、油圧回路における実際の圧力あるいは推定圧力を使用すればよい。油圧回路１００内の関連領域に近接して配置された様々な圧力センサーを用いて、実際の圧力が測定される。推定圧力は、油圧回路１００の特徴の既知知識と、油圧回路が作動する環境（すなわち、ロード特性、動的動作、モード等）から得ることができる。圧力決定器３２０については以下に詳細に記載する。
圧力降下決定器３３０は、圧力決定器３２０から得られた圧力３２５に基づいて、メータリングバルブ１０５を含む、油圧回路１００内の様々な成分の圧力降下３３５を求める。圧力降下決定器３３０は、適当な変位コマンドが、メータリングバルブ１０５に関し決定できるように、圧力降下３３５を判断する。圧力降下決定器３３０を以下により詳細に記載する。
【００２０】
オフセット決定器３５０は、油圧回路１００内のメータリングバルブ１０５のそれぞれごとにオフセットコマンド３５５を決定する。オフセット３５５は、不感帯、公差、漏れ等を補償するために、メータリングバルブに使用するのに用いられる。オフセット決定器３５０については以下にさらに詳細に記載する。
変位決定器３４０は、油圧回路１００内のメータリングバルブ１０５のそれぞれに関する変位コマンドを決定する。本発明の好ましい実施例において、変位決定器３４０は、流量３１５、圧力降下３３５、およびオフセット３５５に基づいて判定コマンドを決定する。各変位コマンドは、メータリングバルブ１０５への作動信号３４５に対応し、油圧流体が通って流れる所望の孔を形成するようにバルブ内の適当な変位を初期化する。変位決定器３４０を以下に詳細に記載する。
【００２１】
コントローラは、本明細書においては開ループ手段で作動するように記載され図示されている。様々なセンサーとフィードバックループが、明らかなように速度、流量、圧力等に対し閉ループ制御を行なうように実行されればよいと考えられる。
流量決定器
上述したように、流量決定器３１０は、要求速度３０２、モード３０４およびポンプ流量３０６に基づいて流量３１５を決定する。本発明の好ましい実施例において、流量決定器３１０は、ＰＣＨＥメータリングバルブバルブ１０５Ａを流れるＰＣＨＥ流れ３１５Ａ、ＣＴＨＥメータリングバルブ１０５Ｂを流れるＣＴＨＥ流れ３１５Ｂ、ＣＴＲＥメータリングバルブ１０５Ｃを流れるＣＴＲＥ流れ３１５ＣおよびＰＣＲＥメータリングバルブ１０５Ｄを流れるＰＣＲＥ流れ３１５Ｄを判定する。
【００２２】
流量決定器３１０は、一部ポンプ流れ３０６に基づき流量３１５を決定する。ポンプ流れ３０６は、油圧回路１００に利用できる流量を表す。本発明の様々な実施例が同一のポンプ（図示せず）によって供給される複数の油圧回路１００を有していてもよい。複数の油圧回路１００が並列または平行な構造であれはよい。複数の油圧回路１００の各々は、明らかなように構造に基づいて利用できるポンプ流れ３０６の量を与える。
公知のように、油圧装置の速度３０２は流量に関連する。従って、速度３０２を達成できるかどうかは、ポンプの流量３０６に関与する。速度３０２となるのに必要とされる流量の量がポンプ流量３０６以下である場合には、流量決定器３１０は、速度３０２に基づいて流量３１５を出力する。要求流量が流れ３０６以上である場合には、流量決定器３１０は、流れ３１５を減少させて、ポンプ流れ３０６に適応できるようになり、速度３０２以下の減少速度が必要となる。これは、決定器３１０が利用できる以上の流量を、流量決定器３１０が出力できないからである。
【００２３】
流量決定器３１０は、以下の式に従って速度３０２に基づいて流量３１５を決定する。
Ｑ＝Ｖ＊Ａ
ここでＱは、流量、Ｖは速度、Ａは油圧装置の断面積である。
図８は、流量決定器３１０の作動をより詳細に表す。段階８１０において、流量決定器３１０は、要求速度３０２、モード３０４、およびポンプ流量３０６を受け取る。段階８２０において、流量決定器３１０は、モード３０４に基づいて要求速度３０２を達成するために要求される油圧回路１００を通って流れる必要流量を判断する。判定段階８３０において、要求速度３０２を達成するのに利用できる流量が十分であるかどうかを判定するのに、必要流量がポンプ流量３０６に対し比較される。必要流量がポンプ３０６よりも大きい場合には（すなわち、要求速度３０２を達成するのに利用するには十分な流量ではない）、段階８４０において、ポンプ流量３０６に対応した減少速度が決定される。次に、段階８５０において、流量３１５が減少速度とモード３０４とに基づいて判断される。処理は段階８７０に進む。
【００２４】
要求流量がポンプ流量３０６よりも小さい場合（すなわち要求速度３０２を達成するのに十分な流量である）には、段階８６０において、流量３１５が要求速度とモード３０４に基づいて決定される。処理は、段階８７０に進む。
段階８７０において流量３１５が、ポンプ流量３０６に基づいた要求速度３０２、または減少速度のいずれかに基づいて判定されると、流量３１５が変位決定器３４０に出力される。
圧力決定器
圧力決定器３２０は、油圧シリンダ１２０における圧力３２５を判定する。本発明の１実施例において、圧力決定器３２０は、ヘッド端部１２２におけるシリンダヘッド圧３２５Ａとロッド端部１２４におけるシリンダロッド圧３２５Ｂとを含む圧力３２５を判定する。本発明の別の実施例において、圧力決定器３２０は、ポンプ圧３０８を判定してもよい。本発明のさらに別の実施例において、圧力決定器３２０は、油圧モータ圧（図示せず）を判定してもよい。
【００２５】
本発明の１実施例において、圧力決定器３２０は、油圧シリンダ１２０に近接する圧力センサー（図示せず）から得られたセンサー測定値３０５から判定された実際の圧力に基づいて圧力３２５を判定する。
本発明の別の実施例において、圧力決定器３２０は、モード３０４と流量３１５に基づいて圧力３２５を推定する。本実施例において、圧力決定器３２０は、負荷１３０とポンプ圧３０８とに基づいて圧力３２５を推定してもよい。これらのパラメータは、部分的には、油圧回路１００に関する既知の作動環境に基づいている。例えば、負荷１３０は、油圧回路１００が作動する機械の既知の特徴に基づいて大まかに判定することができる。負荷１３０と油圧回路１００の別の特徴に基づいて、要求されるポンプ圧３０８を推定できる。明白なように、これらの推定値は、推定圧３２５に関する構成を提供することになる。
【００２６】
本発明の好ましい実施例において、圧力決定器３２０は、圧力センサーからのセンサー測定値３０５にまず基づいて圧力３２５を判定する。本実施例において圧力決定器３２０は、１つか２つ以上のセンサーの故障の場合のバックアップとして圧力３２５を推定し、さもなければ誤った測定値を与えることになる。本発明の本実施例は、決定的な故障を防ぎ、故障したセンサーが取り替えられるまで作動し続けることができる。
圧力降下決定器
圧力降下決定器３３０は、圧力３２５、モード３０４、およびポンプ圧３０８に基づいてメータリングバルブ１０５のそれぞれの圧力降下３３５を判定する。本発明の好ましい実施例において、圧力降下決定器３３０は、ＰＣＨＥメータリングバルブ１０５ＡのＰＣＨＥ圧力降下３２５Ａ、ＣＴＨＥメータリングバルブ１０５ＢのＣＴＨＥ圧力降下３３５Ｂ、ＣＴＲＥメータリングバルブ１０５ＣのＣＴＲＥ圧力降下３３５ＣおよびＰＣＲＥメータリングバルブ１０５ＤのＰＣＲＥ圧力降下３３５Ｄを判定する。
【００２７】
モード３０４はどのメータリングバルブ１０５が、開き、閉じ、あるいはメータリングしているかを判定する。モード３０４は、部分的に圧力降下決定器３３０を作用させて、各メータリングバルブ１０５を通る圧力降下３３５を判定する。開いたメータリングバルブ１０５を通る圧力降下３３５は、油圧回路１００の特徴（リリーフバルブ等を含む）とメータリングバルブ１０５により判定された値に設定される。これは、各開いたメータリングバルブ１０５の圧力降下を最小にする。これらの値は、明らかなように使用されるメータリングバルブ１０５の種類と、モード３０４とに基づく。
閉じたメータリングバルブ１０５の圧力降下３３５が非常に大きな、すなわち最大値（例えばコントローラ２２０に関する最大整数値）に設定されるのが好ましい。流量３１５をゼロに設定することに組み合わされると、このことは、閉じたメータリングバルブがどんな流れをも流さないことを確実にする。
【００２８】
「メータリング」しているメータリングバルブ１０５の圧力降下３３５は、メータリングバルブ１０５の各側部に関する圧力間の差により判定される。ＰＣＨＥメータリングバルブ１０５Ａ、ＰＣＨＥ圧力降下３３５Ａはポンプ圧３０８とシリンダヘッド圧３２５Ａとの差である。ＰＣＲＥメータリングバルブ１０５Ｄに関しＰＣＲＥ圧力降下３３５Ｄは、ポンプ圧３０８とシリンダロッド圧３２５Ｂとの差である。ＣＴＨＥメータリングバルブ１０５Ｂに関し、ＣＴＨＥ圧力降下３３５Ｂは、シリンダヘッド圧３２５Ａとタンク圧との差であり、これは好ましい実施例においてゼロであると想定される。ＣＴＲＥメータリングバルブ１０５Ｃに関し、ＣＴＲＥ圧力降下３３５Ｃは、シリンダロッド圧３２５Ｂとタンク圧との差である。「メータリング」しているメータリングバルブ１０５の各側部の圧力間の差がこれ以外の場合を示していても、本発明の１実施例において、圧力降下３３５が開いたメータリングバルブ１０５に設定される最小値以上であるように設定されればよい。
オフセット決定器
オフセット決定器３５０は、不感帯、公差等による影響を補うようにモード３０４に基づいてオフセット３５５を決定する。本発明の１実施例において、オフセット３５５は、動作を予測して、メータリングバルブ１０５を予め位置決めするのに使用することができる。本発明の好ましい実施例において、オフセット決定器３５０は、ＰＣＨＥメータリングバルブ１０５Ａに関するオフセット３５５Ａ、ＣＴＨＥメータリングバルブ１０５Ｂに関する３５５Ｂ、ＣＴＲＥメータリングバルブ１０５Ｃに関するオフセット３５５ＣおよびＰＣＲＥメータリングバルブ１０５Ｄに関するオフセット３５５Ｄを決定する。本発明のこの実施例において、オフセット３５５がメータリングバルブ１０５に適用され、不感帯等のような影響を補うようになっている。このような影響を補うことにより、変位コマンドが入力されたときバルブを通る流れが直ちに生じるようにすることができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施例において、３つの種類のオフセット３５５が含まれている。すなわち、設計上の不感帯オフセット、ゼロ流量オフセット、及びゼロ変位オフセットである。設計上の不感帯オフセットは、最悪の場合に対応するもの、すなわち、設計によってメータリングバルブ１０５内における実際の公差を補う、メータリングバルブ１０５内の変位の量である。設計上の不感帯オフセットは、メータリングバルブ１０５の種類に基づいて特定される。ゼロ流量オフセットは、バルブを通る流れがないこと、すなわち、バルブを通る漏れが最小であることが保証できる変位の最大量である。ゼロ流量オフセットは、設計上の不感帯から、最悪の場合の公差又は実際の公差を減じた場合を考慮して、かつ、ある程度の変位を減じた場合を考慮して、メータリングバルブ１０５の漏れを最小にするように定められる。ゼロ変位オフセットは、メータリングバルブ１０５が閉じた状態で変位がゼロであることを保証するものである。
【００３０】
本発明のこの実施例において、オフセット３５５は、動作を予測して、メータリングバルブ１０５を予め位置決めするのに用いられる。油圧回路１００がニュートラルモードであるときに、オフセット決定器３５０はオフセット３５５をゼロ変位オフセットに設定する。本発明の好ましい実施例において、入力装置２１０は、その操作量がゼロではない要求速度となる前の領域に、所定量の不感帯を含む。特に、入力装置２１０において、０から２０％の範囲の操作量は、ゼロ要求速度３０２に対応するものとなる。
オフセット決定器３５０は、入力装置２１０のこの不感帯範囲内において２つの段階で作動する。具体的に述べると、操作量が０から１０％の範囲であるときに、オフセット決定器３５０は、ゼロ変位オフセットにオフセット３５５を維持する。ゼロ変位オフセットは、メータリングバルブ１０５を通る流れがなく、ほとんど漏れがない状態でメータリングバルブ１０５が閉鎖されることを保証するものである。操作量が１０％から２０％の範囲である場合には、オフセット決定器３５０は、動作を予測して、オフセット３５５をゼロ流量オフセットに設定する。操作量が１０％となる点において、油圧回路１００は、そのモードをニュートラルモードから他のニュートラルではないモードに切り換える。この点においては、油圧シリンダ１２０の速度はゼロのままである。
【００３１】
操作量が１０％から２０％までの範囲である場合には、設計上の不感帯オフセットにおける公差のために少量の漏れがメータリングバルブ１０５を通って流れる。入力装置２１０が２０％の範囲を越えて操作されたとき、ただちにメータリングバルブ１０５を通って流れるようにするために、この程度の漏れは許容される。操作量が要求速度を表す２０％に達する点で、オフセット決定器３５０は、オフセット３３５を不感帯オフセットに設定する。明らかなように、入力装置２１０について上述とは別の不感帯並びに別のオフセット３５５を設けることができる。
変位決定器
変位決定器３４０は、変位コマンドと、これに対応する各メータリングバルブ１０５に関する作動信号３４５を、流量３１５、圧力降下３３５、およびオフセット３５５とに基づいて判定する。本発明の好ましい実施例において、変位決定器は３４０は、ＰＣＨＥメータリングバルブ１０５Ａに関する作動信号３４５Ａと、ＣＴＨＥメータリングバルブ１０５Ｂに関する作動信号３４５Ｂ、ＣＴＲＥメータリングバルブ１０５Ｃに関する作動信号３４５ＣおよびＰＣＲＥメータリングバルブ１０５Ｄに関する作動信号３４５Ｄを判定する。本発明の好ましい実施例において、作動信号３４５は、メータリングバルブ１０５を作動させるのに供給される電流信号である。明らかなように作動信号３４５は、油圧回路１００に用いられる特定のメータリングバルブ１０５に依存する、電圧信号、ディジタル値、パルス幅変調信号等とすることができる。
【００３２】
図４では、変位決定器３４０の一部４００の作動をより詳細に記載している。詳細には、図４は、本発明に従って単一のメータリングバルブ１０５を制御する独立メータリングバルブコントローラ４１０（ＩＭＶ４１０）を図示する。本発明の好ましい実施例において、変位決定器３４０は、４つのＩＭＶ４１０を含んでおり、１つのＩＭＶ４１０は４個のメータリングバルブ１０５のそれぞれに対応する。単一のメータリングバルブ１０５を制御するときのＩＭＶ４１０の作動について次に論じる。
ＩＭＶ４１０が、入力としてメータリングバルブ１０５に関する流量３１５、圧力降下３３５、およびメータリングバルブ１０５に関するオフセット３５５を受け取る。ＩＭＶ４１０は、メータリングバルブ１０５を作動させるための作動信号３４５を出力する。上述したように、本発明の好ましい実施例において、作動信号３４５はメータリングバルブ１０５に作用する電流信号であり、この中での変位を誘導したり、減少させるようにする。ＩＭＶ４１０がメータの機能的なブロック４２０と、反転バルブ機能ブロック４３０とを含む。
【００３３】
メータブロック４２０は、流量３１５、圧力降下３３５、およびメータリングバルブ１０５に関するオフセット３３５を受信し、変位コマンド４２５を決定する。本発明の１つの好ましい実施例において、要求流量３１５、圧力降下３３５およびオフセット３５５に適合するためにメータリングバルブ１０５が変位しなければならない距離の大きさを表す。反転バルブブロック４３０は変位コマンド４２５（距離）を作動信号に変換し、メータリングバルブ１０５に適用される。メータブロック４２０と反転バルブブロック４３０とが図５と６に関し以下により詳細に論じられている。
メータブロック
図５は、メータブロック４２０の作動をより詳細に記載する。メータブロック４２０は、変換オペレータ５１０、公称不感帯５２０、速度リミッタ５３０、第１加算ジャンクション５４０、および第２の加算ジャンクション５５０、とを含む。
【００３４】
変換オペレータ５１０は、流量３１５と圧力降下３３５とを受け、相対変位５１５を計算する。本発明の１実施例において、相対変位５１５は次の式により求められる。
ｆ（Ｑ，Ｐ_d ）＝Ｑ／ＫＣ_d Ｗ√２Ｐ_d ／ρ
ここで、Ｑは流量、Ｐ_d は圧力降下、Ｃ_d は排出係数であり、
Ｗは面積ゲイン、Ｄは流体密度、およびＫは単位変換定数である。
変換オペレータは５１０は、メータリングバルブ１０５の特徴と油圧回路１００に基づいて上述の式の適当な値を用いて相対変位５１５を判定する。
本発明の好ましい実施例において、相対変位５１５は、上述の式に対向するルックアップ表またはマップの形態で記録された試験データに基づいて判定される。明らかなように流量と圧力降下の値は表へのインデックスとして使用され、相対変位５１５を求めるようになる。
【００３５】
圧力降下３３５を補償することにより、コントローラ２２０は、従前達成できなかった手段でメータリングバルブ１０５を調整できる。例えば、メータリングバルブ１０５は特定の流量３１５だけではなく、特定の圧力３０８、３２５も与えるように調整できる。従って、コントローラ２２０は、適切な劣化を与え、流量または圧力を別のより重要な油圧回路１００に割当ることによってピーク要求の状態において油圧回路１００をより有効に制御できる。これらの目的は、部分的には、本発明に従ってメータリングバルブ１０５を制御することにより達成できる。
加算ジャンクション５４０は、オフセット３５５と公称不感帯５２０とを受取り、２つを加算するだけである。上述したように、本発明の好ましい実施例は、３つの種類のオフセット、すなわち公称不感帯オフセット、ゼロ流量オフセットおよびゼロ変位オフセットを含む。公称不感帯は、不感帯５２０により得られる。本発明の好ましい実施例において、公称不感帯は、メータブロック４２０において自動的に補償される。オフセット３５５は、不感帯５２０に加えられるべき別のオフセットを補償する。例えば、ゼロの流量オフセットを達成するために、オフセット３５５は実質的に負の値であり、不感帯５２０が加えられると、この合計が公称不感帯と漏出長さを足した公差となる。
【００３６】
速度リミッタ５３０が加算ジャンクション５４０の出力を受け取る。速度リミッタ５３０は、段階的な変化をオフセット３５５に与えるという影響を少なくする。速度リミッタ５３０は、オフセット３５５における変化の影響をゆるやかにするように作用する。例えば、速度リミッタ５３０が第１番目の低域フィルタであればよい。明らかなように、オフセット３５５の変化の影響をゆるやかにする別のフィルタでも同様に利用できる。
加算ジャンクション５５０が速度リミッタ５３０から出力を受け取り、変換オペレータ５１０から関連する相対５１５を受取り、これら２つをともに加えるだけて、絶対的変位コマンド４２５を形成するようになっている。変位コマンド４２５は、流量３１５と圧力降下３３５とを得るのにメータリングバルブ１０５に付与されるべき絶対的変位の量を表す。
反転バルブブロック
図６は、反転バルブブロック４３０の作動をより詳細に図示している。反転バルブブロックは、その変位量を達成するのに、変換コマンド４２５と、メータリングバルブ１０５に付与される作動信号３４５との間の変換を実行する。上述したように、本発明の好ましい実施例において、作動信号３４５は電流信号である。反転バルブブロック４３０は、図６に図示するように変位／電流曲線６１０に従って変位と電流との間の変換を実行する。本発明の１実施例において、反転バルブブロック４３０は、ルックアップ表として変位／電流曲線６１０を実行し、変位コマンド４２５がインデックスを作動信号３４５に与える。本発明の別の実施例において、反転バルブブロック４３０は式の形態で変位／電流曲線６１０を要約する。明白なように、変位／電流曲線６１０は、メータリングバルブ１０５の種類が異なるごとに変わる。さらに明らかなように、反転バルブブロック４３０が機能する曲線の種類は、メータリングバルブ１０５を変更し、異なる種類の作動（例えば、電流のかわりに電圧等）を要求する。
結論
本発明は、いくつかの好ましい実施例に関し詳細に図示し、記載してきたが、本発明の請求の範囲に記載した本発明の精神と範囲から逸脱することなく、形態と詳細における様々な変更をなされてもよいことが本分野の当業者であれば理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により制御されるべき油圧回路の図である。
【図２】油圧回路を制御するための本発明に関するコントローラの図である。
【図３】本発明に従ったコントーラをより詳細に記載する図である。
【図４】本発明に従った単一のメータリングバルブ制御するコントローラの一部を表す図である。
【図５】本発明に関する単一のバルブコントーラのメータリング部分をより詳細に表す図である。
【図６】本発明に関する単一のバルブコントローラの反転バルブ部分をより詳細に記載する図である。
【図７】本発明に従ったコントーラを実行するのに有効なコンピュータシステムの例の図である。
【図８】流量決定器の作動をより詳細に表す図である。
【符号】
１００ 回路
１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ、１０５Ｄ メータリングバルブ
１１０ 独立メータリングバルブ
１２０ シリンダ
１２２ ヘッド端部
１２４ ロッド端部
１４０ ポンプ
１６０ 入力ポート
１７０、１８０ 制御ポート
１９０ 出力ポート
２１０ 入力装置
２２０ コントローラ

Claims (10)

1. メータリングバルブと油圧装置とを含む油圧回路を制御するシステムであって、
   要求速度に基づいてメータリングバルブを通る所望の流量を定めるための流量決定手段と、
   前記メータリングバルブの所望の圧力降下を定めるための圧力降下決定手段と、
   前記油圧装置を作動させる大きさの流れを生じさせないオペレータ入力装置の操作量範囲として、前記メータリングバルブに付随するオフセットを定めるためのオフセット決定手段と、
   前記所望の流量と前記所望の圧力降下と前記オフセットとから前記メータリングバルブの変位を定めるための変位決定手段と、
   該変位に基づいて前記メータリングバルブを作動させ、前記油圧回路内の前記油圧装置を制御するための作動手段と、
   を備え、
   前記オフセット決定手段は、オペレータ入力装置の操作量が第１の所定範囲より小さいとき前記メータリングバルブを通る流れがない状態にする第１段の作動と、オペレータ入力装置の操作量が前記第１の所定範囲より大きく第２の所定範囲より小さいとき少量の流れが前記メータリングバルブに許容される第２段の作動との２段階作動が生じるように前記オフセットを定めることを特徴とするシステム。
2. 前記流量決定手段は、前記要求速度と、前記油圧回路に利用できる流れの量とに基づいて前記所望の流量を判定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記流量決定手段は、
   前記利用可能な流量に基づいて前記油圧装置の最高速度を判定するための手段と、
   該最高速度を前記要求速度と比較するための手段と、
   前記最高速度と前記要求速度の一方に基づいて前記所望の流量を求めるための手段と、
   が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. 前記メータリングバルブの入口側にかかる入口圧を判定するための手段と、
   前記メータリングバルブの出口側にかかる出口圧を判定するための手段と、
   を備え、
   前記圧力降下決定手段は、前記入口圧と前記出口圧との差として前記所望の圧力降下を求めることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記油圧装置は油圧シリンダであって、前記システムは、
   前記油圧シリンダのヘッド端部圧を求めるための手段と、
   前記油圧シリンダのロッド端部圧を求めるための手段と、
   を備え、
   前記圧力降下決定手段は、前記ヘッド端部圧と前記ロッド端部圧とのうち少なくとも一方に基づいて前記所望の圧力降下を求めることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記油圧回路へのポンプ供給流体のポンプ圧を求めるための手段を備え、
   前記圧力降下決定手段は、前記ヘッド端部圧と、前記ロッド端部圧および前記ポンプ圧のうち少なくとも一方に基づいて前記所望の圧力降下を求めることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記作動手段は、
   前記メータリングバルブの特徴に基づいて、前記変位を作動信号に変換する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. それぞれが複数のメータリングバルブを備えた複数の油圧回路を制御するためのシステムであって、
   要求速度と、前記複数の油圧回路のそれぞれに利用できる流量とに基づいて、前記複数の油圧回路のそれぞれの複数の前記メータリングバルブを通って流れる所望の流量を求めるための流量決定手段と、
   前記複数の油圧回路の各々の複数の前記メータリングバルブの各々の所望の圧力降下を判定するための圧力降下決定手段と、
   前記油圧装置を作動させる大きさの流れを生じさせないオペレータ入力装置の操作量範囲として、前記メータリングバルブに付随するオフセットを定めるためのオフセット決定手段と、
   前記複数の油圧回路のそれぞれの前記複数のメータリングバルブの各々に対応した前記所望の流量と前記所望の圧力降下と前記オフセットに基づいて、前記複数の油圧回路のそれぞれの前記複数のメータリングバルブの各々に関する変位を判定するための変位決定手段と、
   を備え、
   前記オフセット決定手段は、オペレータ入力装置の操作量が第１の所定範囲より小さいとき前記メータリングバルブを通る流れがない状態にする第１段の作動と、オペレータ入力装置の操作量が前記第１の所定範囲より大きく第２の所定範囲より小さいとき少量の流れが前記メータリングバルブに許容される第２段の作動との２段階作動が生じるように前記オフセットを定めることを特徴とするシステム。
9. メータリングバルブを有する油圧回路を制御するための方法であって、
   油圧装置を作動させる大きさの流れを生じさせないオペレータ入力の操作量範囲としてのメータリングバルブに付随するオフセットを、オペレータの操作入力が第１の所定範囲より小さいとき前記メータリングバルブを通る流れがない状態にする第１段の作動と、オペレータの操作入力が前記第１の所定範囲より大きく第２の所定範囲より小さいとき少量の流れが前記メータリングバルブに許容される第２段の作動との２段階作動が生じるように定め、
   前記メータリングバルブの所望の圧力降下を決定し、
   前記メータリングバルブを通る所望の流量を決定し、
   前記所望の圧力降下と前記所望の流量と前記オフセットに基づいて前記メータリングバルブの変位を決定する、
   段階からなることを特徴とする方法。
10. 入力ポートと、出力ポートと、第１および第２制御ポートとを含む独立したメータリングバルブおよび油圧シリンダとを含む油圧回路を制御するようになっており、第１および第２の独立して作動可能な電気油圧メータリングバルブが前記入力ポートと前記第１および第２制御ポートとの間に配置され、第３および第４の独立して作動可能な電気油圧メータリングバルブが前記出力ポートと前記第１および第２制御ポートとの間に配置されるようになったシステムにおいて、
    前記油圧装置を作動させる大きさの流れを生じさせないオペレータ入力装置の操作量範囲として、前記メータリングバルブに付随するオフセットを定めるオフセット決定器と、
    要求速度に基づいて第１、第２、第３および第４のメータリングバルブの少なくとも１つを通って流れる所望の流量を求める流量決定器と、
    ポンプ圧と、前記油圧シリンダのヘッド圧および前記油圧シリンダのロッド圧とに基づいて、前記第１、第２、第３および第４のメータリングバルブの少なくとも一つの所望の圧力降下を求める圧力降下決定器と、
    前記所望の流量と前記所望の圧力降下と前記オフセットに基づいて前記第１、第２、第３および第４のメータリングバルブに関する変位を判定する変位決定器と、
    を備え、
    前記オフセット決定器は、オペレータ入力装置の操作量が第１の所定範囲より小さいとき前記メータリングバルブを通る流れがない状態にする第１段の作動と、オペレータ入力装置の操作量が前記第１の所定範囲より大きく第２の所定範囲より小さいとき少量の流れが前記メータリングバルブに許容される第２段の作動との２段階作動が生じるように前記オフセットを定めることを特徴とするシステム。

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