JP4289909B2 - 油圧ポンプの制御システムおよび荷受台昇降装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ポンプの制御システムおよび荷受台昇降装置に関し、例えば、荷台の後部に荷受台昇降装置が設備された貨物自動車に利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
貨物自動車の荷台の後部に対する荷物の上げ下ろしを容易にするために、貨物自動車の荷台の後部に荷受台昇降装置が設備されている場合がある。この貨物自動車に設備される荷受台昇降装置としては、次のようなものがある。荷台に一端部が回動自在に支持されたリフトアームの自由端部には荷受台が回動自在に支持されており、荷台と荷受台との間には荷受台を開閉させるチルトシリンダ装置が介設されているとともに、荷受台を昇降させるリフトシリンダ装置が介設されている。荷受台をチルトシリンダ装置によって閉じる際および荷受台をリフトシリンダ装置によって上昇させる際には、チルトシリンダ装置およびリフトシリンダ装置は電動モータによって運転される油圧ポンプの圧油によって駆動される。他方、荷受台を開く際および荷受台を下降させる際には、チルトシリンダ装置およびリフトシリンダ装置は油圧ポンプによって駆動されずに荷受台の自重によって作動するようになっている。
【０００３】
従来のこの種の荷受台昇降装置としては、荷受台の始動時および停止時の衝撃の発生を防止するために、荷受台の始動時にチルトシリンダ装置およびリフトシリンダ装置を緩起動させ、また、荷受台の停止時にチルトシリンダ装置およびリフトシリンダ装置を緩停止させるように構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０１５１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の荷受台昇降装置においては、リフトシリンダ装置による荷受台の昇降作動時の緩起動および緩停止とチルトシリンダ装置による荷受台の開閉作動時の緩起動および緩停止とにおける速度制御はブリードオフ回路によって実施されており、その時の油圧ポンプの流量は電動モータに高価な回転センサを設置して電動モータの回転数を計測することによって算出されているために、製造コストが増加するという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は広義には、電動モータの回転数を測定する回転センサを省略することができる油圧モータを提供することにあり、より具体的には回転センサを省略した荷受台昇降装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
電動モータ（１６）によって運転される油圧ポンプ（１７）の制御システムであって、
前記油圧ポンプ（１７）の吐出流量と前記電動モータ（１６）の供給電圧と前記油圧ポンプ（１７）の吐出圧力との関係を示すテーブル（Ｑｐ−Ｍｖ−Ｐ曲線）を記憶したメモリーを有するコントローラ（３５）と、
前記電動モータ（１６）の現在の供給電圧（Ｍｖ）を検出する端子（３５ａ）と、
前記油圧ポンプ（１７）の現在の吐出圧力（Ｐ）を検出する圧力センサ（３６）と、
を備えており、
前記コントローラ（３５）は、前記テーブル（Ｑｐ−Ｍｖ−Ｐ曲線）に前記現在の供給電圧（Ｍｖ）および前記現在の吐出圧力（Ｐ）を照合することにより、前記油圧ポンプ（１７）の現在の吐出流量（Ｑｐ）を検索する、油圧ポンプの制御システム。
【０００８】
前記した手段によれば、油圧ポンプの吐出流量は、油圧ポンプの吐出圧力と電動モータへの供給電圧とによって油圧ポンプの吐出流量を計算することができ、電動モータの回転センサを省略することができる。
【０００９】
前記した課題を解決するための荷受台昇降装置は、次の通りである。
リフト部材（１１）に支持された荷受台（１２）と、前記リフト部材（１１）を昇降させるアクチュエータ（１５）と、電動モータ（１６）によって運転されて前記アクチュエータ（１５）に圧油を供給する油圧ポンプ（１７）とを備えている荷受台昇降装置において、
前記油圧ポンプ（１７）が前記手段に係る油圧ポンプの制御システムによって制御されることを特徴とする荷受台昇降装置。
【００１０】
前記した手段によれば、油圧ポンプの吐出流量を吐出圧力と電動モータへの供給電圧によって求められるため、電動モータの回転数を測定する回転センサを省略しても荷受台昇降装置の上昇、閉駆動の速度制御や緩起動、緩停止を実施することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
図２に示されているように、本発明に係る荷受台昇降装置１０は、貨物自動車１の荷台２の後端に設備されている。荷受台昇降装置１０はリフト部材としてのリフトアーム１１を一対備えており、両リフトアーム１１、１１は荷台２の後端部に左右対称形に配されて、それぞれの一端部が回動自在に支持されている。両リフトアーム１１、１１の自由端部間には荷受台１２が回動自在に支持されている。荷受台１２はアルミニウムや鉄等の耐腐食性および剛性を有する材料が使用されて、荷台２に対応した大きさの長方形のパネル形状に形成されている。荷受台１２の上面における荷台２と反対側の端辺（以下、後端辺とする。）付近にはカートストッパ１３が後端辺に沿って敷設されており、カートストッパ１３は荷受台１２に乗せられたカート等が脱落するのを防止するように構成されている。
【００１３】
荷台２の後端辺下面と荷受台１２の荷台側端辺である前端辺との間には、荷受台１２を開閉させるための一対のチルトシリンダ装置１４、１４が左右対称形にそれぞれ介設されており、両チルトシリンダ装置１４、１４は開きスイッチ３８または閉じスイッチ３９の操作に応答して、荷受台１２をリフトアーム１１の荷受台１２の支軸を回転中心にして垂直姿勢と水平姿勢との間を往復回動させるように構成されている。チルトシリンダ装置１４はチルト下げスイッチ４２またはチルト上げスイッチ４３の操作に応答して、水平姿勢になっている荷受台１２を約±１０度の範囲で荷受台の先端を首振り動作をさせて荷受台の接地を容易に実行し得るように構成されている。また、荷台２の後端辺下面と両リフトアーム１１、１１の後端部との間には、荷受台１２を昇降させるための一対のリフトシリンダ装置１５、１５が左右対称形にそれぞれ介設されており、両リフトシリンダ装置１５、１５はリフトアーム１１をその荷台２側の支軸を回転中心にして回動させることにより、荷受台１２を荷台２の高さ位置と接地位置との間で昇降させるように構成されている。
【００１４】
次に、油圧回路および制御回路について説明する。図１に示されているように、チルトシリンダ装置１４およびリフトシリンダ装置１５にはいずれも単動形の油圧シリンダ装置が使用されている。チルトシリンダ装置１４は電動モータの一例であるＤＣモータ１６によって運転される油圧ポンプ１７から供給された圧油により荷受台１２を閉じるように作動する。また、リフトシリンダ装置１５は油圧ポンプ１７の圧油により荷受台１２を上昇させるように作動する。なお、荷受台１２を開く際には、チルトシリンダ装置１４に供給された圧油を荷受台１２の自重によって排出させることによって開くようになっている。また、荷受台１２を下降させる際には、リフトシリンダ装置１５に供給された圧油を荷受台１２の自重で排出することにより下降させるようになっている。油圧ポンプ１７の吸入ポートにはタンク１８が接続されており、油圧ポンプ１７の吐出ポートに接続された主油路１９は途中からチルトシリンダ装置１４への油路（以下、チルト用油路という。）２０と、リフトシリンダ装置１５への油路（以下、リフト用油路という。）２１とに分岐されている。
【００１５】
チルト用油路２０にはチルトシリンダ装置１４の伸縮を制御するための制御弁（以下、チルト用弁という。）２２が介設されており、リフト用油路２１にはリフトシリンダ装置１５の伸縮を制御するための制御弁（以下、リフト用弁という。）２３が介設されている。チルト用弁２２およびリフト用弁２３はいずれも、２ポート・２位置・スプリングオフセット・電磁切換弁によって構成されている。主油路１９には制御弁（以下、下げ用弁という。）２５および逆止弁２４が直列に介設されている。
【００１６】
主油路１９には排出油路２７が油圧ポンプ１７および逆止弁２４を迂回するように接続されている。排出油路２７にはチルトシリンダ装置１４およびリフトシリンダ装置１５の短縮作動すなわち荷受台１２が自重により開く作動および荷受台１２が自重により下降する作動を制御するための制御弁（以下、排出用弁という。）２８が介設されている。排出用弁２８は流量比例弁によって構成されている。油圧ポンプ１７と逆止弁２４との間の主油路１９の途中からは、リリーフ油路１９ａが分岐されて排出油路２７に接続されており、リリーフ油路１９ａの途中にはリリーフ弁３０が介設されている。
【００１７】
ＤＣモータ１６はモータリレー２９のリレースイッチ２９ａを介してバッテリー３２に接続されている。バッテリー３２はメインスイッチ３３を介してコントローラ３５の電源端子３５ａに接続されている。モータリレー２９のリレーコイル２９ｂはモータリレー端子３５ｂに接続されている。
【００１８】
排出用弁２８のソレノイドは電流検出用抵抗３１を介してコントローラ３５の電流検出端子３５ｄに接続されているとともに、流量比例弁端子３５ｅに接続されている。下げ用弁２５のソレノイドはコントローラ３５の下げ用弁端子３５ｆに接続され、また、リフト用弁２３のソレノイドはコントローラ３５のリフト用弁端子３５ｇに接続され、チルト用弁２２のソレノイドはコントローラ３５のチルト用弁端子３５ｈに接続されている。
【００１９】
主油路１９にはチルト用油路２０とリフト用油路２１との接続部位の圧力を検出する圧力センサ３６が接続されており、圧力センサ３６の出力端はコントローラ３５の圧力センサ端子３５ｉに接続されている。
【００２０】
コントローラ３５の操作信号端子３５ｊには操作ボックス３７が接続されており、操作ボックス３７には荷受台１２の開き作動を指令するためのスイッチ（以下、開きスイッチという。）３８と、荷受台１２の閉じ作動を指令するためのスイッチ（以下、閉じスイッチという。）３９と、荷受台１２の下げ作動を指令するためのスイッチ（以下、下げスイッチという。）４０と、荷受台１２の上げ作動を指令するためのスイッチ（以下、上げスイッチという。）４１と、荷受台１２を水平の位置から±１０度の範囲内において荷受台の先端部を下げるチルト下げスイッチ４２と、先端部を持ち上げるチルト上げスイッチ４３とがそれぞれ設置されている。
【００２１】
図２に示されているように、コントローラ３５の入力端には荷受台１２の傾きを検出するチルトセンサ５１と、荷受台１２のリフト位置を検出するリフトセンサ５２と、荷台２の水平に対する傾斜角度を検出する荷台傾斜角センサ５３とが接続されている。チルトセンサ５１は荷受台１２とリフトアーム１１の取付部に設置されており、リフトアーム１１に対する荷受台１２の傾きを測定することにより荷受台１２の開き角度を検出するように構成されている。リフトセンサ５２はリフトアーム１１に介設されており、リフトアーム１１の回動角度を検出することにより荷受台１２の高さ位置を検出するように構成されている。荷台傾斜角センサ５３は荷受台１２の傾きを測定する基準となる荷台２の水平に対する傾斜角を測定するものであり、図２においては荷台２に取付けているように描かれているが、実際には荷台２に設置されているコントローラ３５の基板の上に取り付けられている。
【００２２】
コントローラ３５はマイクロコンピュータ等によって構成されており、メモリーに記憶されたプログラムやテーブルの内容、圧力センサ３６、チルトセンサ５１、リフトセンサ５２および荷台傾斜角センサ５３の検出値に基づいてモータリレー２９、排出用弁２８、下げ用弁２５、リフト用弁２３、チルト用弁２２の作動を制御するように構成されている。
【００２３】
次に、以上の構成に係る荷受台昇降装置１０の基本的な作動を説明する。
【００２４】
図１において、メインスイッチ３３がオンにされた状態において圧油を供給するための条件が成立した場合には、リレーコイル２９ｂがコントローラ３５によって励磁されてリレースイッチ２９ａがオンされる。これにより、バッテリー３２の電圧がＤＣモータ１６に印加され、油圧ポンプ１７がＤＣモータ１６によって回転駆動されるため、油圧ポンプ１７の圧油が主油路１９に送給される。コントローラ３５は油圧ポンプ１７の吐出流量をＤＣモータ１６の駆動電圧と圧力センサ３６の検出圧力値とを後述するテーブルに照合することによって求める。
【００２５】
最初に、開きスイッチ３８が操作された場合には、コントローラ３５によってチルト用弁２２のソレノイドが励磁されるとともに、下げ用弁２５のソレノイドが励磁されて切り換えられ、チルトシリンダ装置１４内の圧油が荷受台１２の自重により排出され、チルト用弁２２、下げ用弁２５および排出用弁２８を介してタンク１８に戻される。
【００２６】
次いで、下げスイッチ４０が操作された場合には、コントローラ３５によってリフト用弁２３のソレノイドが励磁されるとともに、下げ用弁２５のソレノイドが励磁されて切り換えられ、リフトシリンダ装置１５内の圧油が荷受台１２の自重により排出され、リフト用弁２３、下げ用弁２５および排出用弁２８を介してタンク１８に戻される。
【００２７】
その後に、上げスイッチ４１が操作された場合には、リフト用弁２３のソレノイドがコントローラ３５によって励磁されてリフト用弁２３が切り換えられ、油圧ポンプ１７からの圧油が主油路１９およびリフト用油路２１を経由してリフトシリンダ装置１５に供給されて荷受台１２が上昇される。
【００２８】
最後に、閉じスイッチ３９が操作された場合には、チルト用弁２２のソレノイドがコントローラ３５によって励磁されてチルト用弁２２が切り換えられ、油圧ポンプ１７からの圧油が主油路１９およびチルト用油路２０を経由してチルトシリンダ装置１４に送給されて荷受台１２が閉じられる。なお、荷受台１２の開きスイッチ３８および閉じスイッチ３９は、荷受台１２がリフトの上限に停止しているときにのみ操作できるようになっており、荷受台１２をリフトの上限から下降させた位置では操作できないようになっている。
【００２９】
前述した荷受台の上昇作動に際して緩起動および緩停止が実施される場合には、荷受台の上昇速度を規定するリフトシリンダ装置１５の流量について図３に示されたシーケンス制御が実行される。図３において、縦軸にはリフトシリンダ装置１５の流量（ｍ³ ／分）が取られており、横軸にはリフトシリンダ装置１５のストロークに依存するリフトセンサ５２の出力値であるリフト角度が取られている。図３中、６０は上昇開始点、６１は緩起動範囲、６２は緩起動速度から等速度への速度変換点（以下、緩起動変換点という。）、６３は等速上昇範囲、６４は等速度から緩停止速度への速度変換点（以下、緩停止変換点という。）、６５は緩停止範囲、６６は上昇終了点を示している。ここで、各点の値はリフト角値で表される。上昇終了点６６は車高に無関係に一定であるので、リフト角が零であるとする。上昇開始点６０は車高の変動に追従して変動するが、車高に無関係に一定であるとする。緩起動変換点６２は上昇開始点６０に緩起動範囲６１を加算することにより設定される。緩停止変換点６４は上昇終了点に緩停止範囲６５を減算することにより設定される。
【００３０】
なお、油圧ポンプ１７の吐出流量をＱｐ、流量比例弁（排出用弁）２８の制御流量をＱｖとすると、リフトシリンダ装置１５の流量（目標流量）Ｑｃは、次式（１）によって求められる。
Ｑｃ＝Ｑｐ−Ｑｖ・・・（１）
また、ポンプの押し退け容積をＶｒ、ＤＣモータ１６の回転数をＮとすると、油圧ポンプ１７の吐出流量Ｑｐは、次式（２）によって求められる。
Ｑｐ＝Ｖｒ×Ｎ・・・（２）
【００３１】
しかし、本実施の形態においては、ＤＣモータ１６の回転数を測定する回転センサが設置されていないので、ＤＣモータ１６の回転数Ｎから油圧ポンプ１７の吐出流量Ｑｐを求めることができない。そこで、本実施の形態においては、図４に示されたシーケンスフローにより、油圧ポンプ１７の吐出圧力とＤＣモータ１６の給電電圧とによってポンプ流量Ｑｐを求めるものとした。
【００３２】
一般に、ＤＣモータで駆動される油圧ポンプの吐出流量特性はＤＣモータの供給電圧と油圧ポンプの吐出圧力によって求めることができる。そこで、本実施の形態においては、図５に示されているように、油圧ポンプ１７の吐出流量ＱｐとＤＣモータ１６の供給電圧Ｍｖと油圧ポンプ１７の吐出圧力Ｐとの関係曲線を実験やコンピュータのシュミレーション等の実験的手法によって予め求めて、コントローラ３５のメモリーにテーブルとして記憶させておき、検出されたＤＣモータ１６の供給電圧Ｍｖと油圧ポンプ１７の吐出圧力Ｐとによってコントローラ３５がテーブルからポンプ流量Ｑｐを検索して求めるように構成した。なお、図５において、Ｘ軸には油圧ポンプ１７の吐出圧力Ｐ（ＭＰａ）が、Ｙ軸にはＤＣモータ１６の供給電圧Ｍｖ（Ｖ）が、Ｚ軸には油圧ポンプ１７の吐出流量Ｑｐ（ｍ³ ／分）がそれぞれ取られている。
【００３３】
次に、図３の緩起動変換点６２における油圧ポンプ１７の現在の吐出流量ＱｐをＤＣモータ１６の現在の給電電圧Ｍｖと油圧ポンプ１７の現在の吐出圧力Ｐとによって求める場合を、図３〜図６によって説明する。なお、緩起動変換点６２における油圧ポンプ１７の現在の吐出流量Ｑｐは、例えば、緩起動変換点６２のフィードバック制御に使用することができる。
【００３４】
図３に示されたシーケンスフローにおいて緩起動変換点６２に達すると、図４に示された流量検出フローがスタートする。供給電圧検出ステップＳ１においては、電源端子３５ａの電圧がＤＣモータ１６の現在の給電電圧Ｍｖとして検出される。ポンプ吐出圧力検出ステップＳ２においては、圧力センサ３６の出力圧力が油圧ポンプ１７の現在の吐出圧力Ｐとして検出される。流量テーブル検索Ｓ３においては、コントローラ３５が図５に示されたＱｐ−Ｍｖ−Ｐ曲線であってメモリーに記憶されたテーブルに現在の給電電圧Ｍｖと現在の吐出圧力Ｐとを照合することにより、油圧ポンプ１７の現在の吐出流量Ｑｐを検索する。
【００３５】
この際、Ｑｐ−Ｍｖ−Ｐ曲線は実験的手法によって作成されたデータであるために、図５に示されているように、吐出流量Ｑｐを点として検索することができない。そこで、コントローラ３５は流量補完計算ステップＳ４において、図６に示された補完計算を実行する。この補完計算により、油圧ポンプ１７の現在の吐出流量Ｑｐを絶対値として求めることができる。
【００３６】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３７】
1) 油圧ポンプの吐出流量を吐出圧力とＤＣモータの供給電圧とによって求めることにより、ＤＣモータの回転数を測定する回転センサを省略することができるので、荷受台昇降装置ひいては荷受台昇降装置付き貨物自動車のイニシャルコストやランニングコスト等のコストを低減することができる。
【００３８】
2) 図６に示された補完計算を実行することにより、油圧ポンプの吐出流量Ｑｐの絶対値を求めることができるので、油圧ポンプの吐出流量Ｑｐを精密に制御することができる。
【００３９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００４０】
例えば、図６に示された補完計算は省略してもよい。
【００４１】
荷受台を昇降させるリフト用アクチュエータおよび荷受台を回動させるチルト用アクチュエータはシリンダ装置によって構成するに限らず、油圧モータ等によって構成してもよい。
【００４２】
以上の説明では荷受台昇降装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、本発明に係る油圧ポンプは、油圧シリンダ装置や油圧モータ等の油圧アクチュエータの駆動に使用される電動モータによって運転される油圧ポンプ全般に適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、油圧ポンプの吐出流量を吐出圧力と電動モータの駆動電圧とによって求めることにより、電動モータの回転数を測定する回転センサを省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である荷受台昇降装置の油圧回路および制御回路を示す回路図である。
【図２】荷受台昇降装置全体の斜視図である。
【図３】リフトシリンダ装置の上昇作動のシーケンスチャートである。
【図４】流量検出フローチャートである。
【図５】Ｑｐ−Ｍｖ−Ｐ曲線を示すグラフである。
【図６】流量補完計算を説明するための各説明図である。
【符号の説明】
１…貨物自動車、２…荷台、１０…荷受台昇降装置、１１…リフトアーム（リフト部材）、１２…荷受台、１３…カートストッパ、１４…チルトシリンダ装置、１５…リフトシリンダ装置、１６…ＤＣモータ、１７…油圧ポンプ、１８…タンク、１９…主油路、１９ａ…リリーフ油路、２０…チルト用油路、２１…リフト用油路、２２…チルト用弁、２３…リフト用弁、２４…逆止弁、２５…下げ用弁、２７…排出油路、２８…排出用弁、２９…モータリレー、２９ａ…リレースイッチ、２９ｂ…リレーコイル、３０…リリーフ弁、３１…電流検出用抵抗、３２…バッテリー、３３…メインスイッチ、３５…コントローラ、３５ａ…電源端子、３５ｂ…モータリレー端子、３５ｄ…電流検出端子、３５ｅ…流量比例弁端子、３５ｆ…下げ用弁端子、３５ｇ…リフト用弁端子、３５ｈ…チルト用弁端子、３５ｉ…圧力センサ端子、３５ｊ…操作信号端子、３６…圧力センサ、３７…操作ボックス、３８…開きスイッチ、３９…閉じスイッチ、４０…下げスイッチ、４１…上げスイッチ、４２…チルト下げスイッチ、４３…チルト上げスイッチ、５１…チルトセンサ、５２…リフトセンサ、５３…荷台傾斜角センサ、６０…上昇開始点、６１…緩起動範囲、６２…緩起動速度から等速度への速度変換点（緩起動変換点）、６３…等速上昇範囲、６４…等速度から緩停止速度への速度変換点（緩停止変換点）、６５…緩停止範囲、６６…上昇終了点。

Claims (3)

1. 電動モータ（１６）によって運転される油圧ポンプ（１７）の制御システムであって、
   前記油圧ポンプ（１７）の吐出流量と前記電動モータ（１６）の供給電圧と前記油圧ポンプ（１７）の吐出圧力との関係を示すテーブル（Ｑｐ−Ｍｖ−Ｐ曲線）を記憶したメモリーを有するコントローラ（３５）と、
   前記電動モータ（１６）の現在の供給電圧（Ｍｖ）を検出する端子（３５ａ）と、
   前記油圧ポンプ（１７）の現在の吐出圧力（Ｐ）を検出する圧力センサ（３６）と、
   を備えており、
   前記コントローラ（３５）は、前記テーブル（Ｑｐ−Ｍｖ−Ｐ曲線）に前記現在の供給電圧（Ｍｖ）および前記現在の吐出圧力（Ｐ）を照合することにより、前記油圧ポンプ（１７）の現在の吐出流量（Ｑｐ）を検索する、油圧ポンプの制御システム。
2. 前記コントローラ（３５）は、補完計算することにより、前記現在の吐出流量（Ｑｐ）を特定することを特徴とする請求項１に記載の油圧ポンプの制御システム。
3. リフト部材（１１）に支持された荷受台（１２）と、前記リフト部材（１１）を昇降させるアクチュエータ（１５）と、電動モータ（１６）によって運転されて前記アクチュエータ（１５）に圧油を供給する油圧ポンプ（１７）とを備えている荷受台昇降装置において、
   前記油圧ポンプ（１７）が請求項１の油圧ポンプの制御システムによって制御されることを特徴とする荷受台昇降装置。

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