JP4563664B2 - 速度に基づく制御システムの機能部のための油圧計量モードを選択する方法 - Google Patents

Description

本発明は機械を動作させるための電気制御型油圧システムに関し、特にシステムが任意の時間で動作する複数の計量モード（計量供給モード）の一つを決定することに関する。

種々の機械は油圧バルブにより制御される、シリンダおよびピストン構成のような、油圧アクチュエータにより操作される複数の可動部材を備えている。従来、油圧バルブは機械オペレータにより手動で動作されていた。手動動作型油圧バルブから電気制御装置やソレノイド動作型バルブの使用に移行しつつあるのが現在の傾向である。この型の制御は、制御バルブを運転席の近くに配置する必要がなく、制御されているアクチュエータの近傍に配置することができるので、油圧配管系統を単純化できる。この技術の変遷により、機械機能部の複雑なコンピュータ制御を容易にしている。

ポンプからアクチュエータへ加圧作動液を流すことは作動液流量を制御するために既知である比例ソレノイド動作型スプールバルブにより制御可能である。このようなバルブはバルブに流れる流量を制御するスプールに接続された電機子を移動させる電磁コイルを採用している。バルブの開口量は電磁コイルに流れる電流の大きさに直接関係し、作動液流量の比例制御を可能にする。電機子またはスプールは電流がソレノイドコイルから除去されるとバルブを閉じるためにばね負荷を与えられる。代案として、第２電磁コイルおよび電機子がスプールを反対方向に移動させるように設けられる。

オペレータが機械上の部材を動かそうとすると、ジョイスティックは対応する油圧アクチュエータが移動する方向と所望の流量を示す電気信号を発生するために操作される。アクチュエータをより速く動かしたければ、ジョイスティックをその中立位置からより遠くに移動させる。制御回路はジョイスティック信号を受信し、関連するバルブを開口するために信号を発生することにより応答する。ソレノイドはスプールバルブを移動させ、流入オリフィスを介してピストンの片側のシリンダ室に加圧流体を供給し且つ反対のシリンダ室から排出された流体が流出オリフィスを介してリザーバまたはタンクに流すのを可能にする。油圧機械圧力補償器はスプールバルブの流入オリフィス領域間の最小圧力（マージン）を維持する。流入オリフィスが開く程度を変化させる（例えば、バルブ係数を変化させる）ことにより、シリンダ室内の流量は可変になり、比例的に異なる速度でピストンを移動させる。バルブのソレノイドに流す任意の電流量で所望の流入オリフィスバルブ係数が得られる。このように、従来の制御方法は主として外部油圧機械圧力補償器を使用する流入オリフィス計測に基づいている。

最近、１組の比例ソレノイド動作型パイロットバルブが米国特許第５，８７８，６４７号に記載されているように油圧アクチュエータに出入りする流体を制御するために開発された。一方のバルブ対は供給ラインからシリンダ室に流れる流量を制御し、他方のバルブ対はシリンダ室からタンク戻りラインに流れる流量を制御する。各対の適正なバルブを選択的に開くことにより、シリンダはピストンを伸張または後退させる。シリンダに出入りする流体を計量供給するこれらのモード（計量モード）は「駆動伸張」および「駆動後退」と称される。
米国特許第５，８７８，６４７号

油圧システムは１つのシリンダ室から排出されている流体が他方のシリンダ室に供給するためバルブアセンブリを介して送り返される動作の再生モードを採用している。供給ラインに接続されたバルブ対は「高側再生」計量モードでシリンダ室に接続するために開口され、または戻りラインに接続されたバルブ対は「低側再生」計量モードでシリンダ室に接続するために開口される。従来、この動作モードは典型的には機械オペレータにより手動で選択された。しかしながら、自動モード選択を提供することが望まれる。

典型的な油圧システムは流体を流体供給源から運ぶ供給ラインと、流体をタンクに送り返す戻りラインと、流体制御機構として作用する複数のバルブにより供給ラインと戻りラインに接続されたピストンおよびシリンダ構成のような油圧アクチュエータとを有する。しかしながら、本発明の方法の概念は他の油圧システム構成で使用できる。複数のバルブは多くの計量モードで油圧アクチュエータに流れる流量を制御するため選択的に動作される。任意の油圧システムは２つ以上の計量モード、すなわち、駆動後退、駆動伸張、高側再生伸張、低側再生後退、低側再生伸張の組み合わせを採用できる。

任意の時間で使用するため採用された複数の計量モードの１つを選択する処理はアクチュエータに作用する力の量を示すパラメータ値を決定する工程を含む。多くの技術の１つは、例えば、アクチュエータに作用する力を直接計量するか、アクチュエータ内の圧力の測定値から負荷を導出するように決定する場合に使用できる。

決定されたパラメータ値は複数の入手可能なモードから計量モードを選択するために使用される。本発明の方法の好ましい実施例において、１つまたは複数の閾値レベルが各入手可能な計量モードのため規定され、パラメータ値とこれらの閾値レベル間の関係は任意の時間で使用するため計量モードを決定する。

流量制御機構は油圧アクチュエータに流れる流量を制御するため選択された計量モードで動作する。

図１を参照すると、機械の油圧システム１０はシリンダ１６または回転モータのような油圧駆動アクチュエータにより動作される機械素子類を有する。油圧システム１０はタンク１５から作動液を排出し圧力を受けた作動液を供給ライン１４に供給するためにモータまたはエンジン（図示せず）により駆動される容積式ポンプ１２を含む。ここで説明される計量モードを選択する新規な技術は可変容量型ポンプおよび他の型の油圧アクチュエータを採用する油圧システムに実施されることを理解すべきである。供給ライン１４は（比例圧力リリーフ弁のような）アンローダバルブ１７によりタンク戻りライン１８に接続され、タンク戻りライン１８はタンク制御バルブ１９によりシステムタンク１５に接続される。

供給ライン１４およびタンク戻りライン１８は油圧アクチュエータ１０が配置された機械の複数の油圧機能部に接続される。これらの機能部の一つは詳細に例示され、他の機能は同様な部品を有する。油圧アクチュエータ１０は各機能部のバルブ類およびこれらのバルブ類を動作させるための回路が機能部のアクチュエータ近傍に配置できる分散型である。例えば、バックホーのブームに対するアームの動きを制御する部品等はアームシリンダまたはブームとアーム間の接合部にまたは近傍に配置される。

任意の機能部２０において、供給ライン１４はタンク戻りライン１８に接続されたノード「ｔ」を有するバルブアセンブリ２５のノード「ｓ」に接続される。バルブアセンブリ２５は第１油圧導管３０によりシリンダ１６のヘッド室２６に接続されたノード「ａ」および第２導管３２によりシリンダ１６のロッド室２７のポートに接続されたノード「ｂ」を有する。４個の電磁油圧比例弁２１、２２、２３および２４はバルブアセンブリ２５のノード間の作動液流量を制御し、シリンダ１６に出入りする流量を制御する。第１電磁油圧比例バルブ２１はノードｓおよびａ間に接続され、文字「ｓａ」により示される。第１電磁油圧比例バルブ２１は供給ライン１４とシリンダ１６のヘッド室２６間の流量を制御できる。文字「ｓｂ」により示される第２電磁油圧比例バルブ２２はノード「ｓ」および「ｂ」間に接続され、供給ライン１４とシリンダロッド室２７間の流量を制御できる。文字「ａｔ」により示される第３電磁油圧比例バルブ２３はノード「ａ」および「ｔ」間に接続され、ヘッド室２６と戻りライン１８間の流量を制御できる。ノード「ｂ」および「ｔ」間にあり文字「ｂｔ」で示される第４電磁油圧比例バルブ２４はロッド室２７と戻りライン１８間の流量を制御できる。

任意の機能部２０の油圧部品類はシリンダ１６のヘッド室２６とロッド室２７内の圧力ＰａおよびＰｂを検出する２個の圧力センサー３６および３８を含む。他の圧力センサー４０はノード「ｓ」のポンプ供給圧力Ｐｓを計測し、圧力センサー４２は機能部２０のノード「ｔ」のタンク戻り圧力Ｐｒを検出する。圧力センサー３６、３８、４０および４２は導管損失による速度誤差を防止するためできるだけバルブアセンブリ２５に接近して配置されなければならない。これらのセンサー類により計測される種々の圧力はセンサーとこれらの測定点間のライン損失により油圧システム内のこれらの測定点の実際の圧力とわずかに相違することを理解すべきである。しかしながら、これらの検出圧力は実際の圧力に関係し且つ表す、このような差異は制御方法論で調整される。さらに、これら全ての圧力センサーはすべての機能部１１に備える必要はない。

機能部２０のための圧力センサー３６、３８、４０および４２は４個の電磁油圧比例バルブ２１−２４を動作させる機能制御装置４４に入力信号を与える。機能制御装置４４は、記載されるように、システム制御装置４６から他の入力信号を受信するマイクロコンピュータに基づく回路である。機能制御装置４４により実行されるソフトウエアプログラムはシリンダ１６を正しく動作させるための特定の流量により４個の電磁油圧比例バルブ２１−２４を選択的に開く出力信号を発生させることにより入力信号に応答する。

システム制御装置４６は機能制御装置４４と圧力制御装置４８で信号を交換する油圧システムの全体の動作を管理する。信号類は従来のメッセージプロトコルを使用して通信ネットワーク５５上の３個の制御装置４４、４６および４８間で交換される。圧力制御装置４８はポンプの流出部、戻りライン圧力センサー５１およびタンク圧力センサー５３で供給ライン圧力センサー５３からの信号を受信する。システム制御装置４６からの圧力信号と命令に応答して、圧力制御装置４８がタンク制御バルブ１９とアンローダバルブ１７を動作させる。しかしながら、もし可変容量型ポンプが使用されていると、圧力制御装置４８がポンプを制御する。

図２を参照すると、油圧システム１０のための制御機能部は異なる制御装置４４、４６および４８間に配分される。システム制御装置４６により実行されるソフトウエアプログラムは機能制御装置４４の命令を発生することにより入力信号に応答する。具体的に、システム制御装置４６はいくつかのユーザ動作型ジョイスティック４７または異なる油圧機能部のための類似の入力装置からの信号を受信する。これらの入力装置信号はジョイスティック位置信号を制御されている付随の油圧アクチュエータの所望の速度を示す信号に変換する各機能のための個別のマッピングルーチン５０により受信される。マッピング機能はリニアであるか所望されるような他の形状を有する。例えば、中立中央位置からジョイスティックの移動範囲の第１の半分が速度の低四分位数（ｌｏｗｅｒ ｑｕａｒｔｉｌｅ）にマップされ、低速でアクチュエータの比較的微細な制御を実施する。この場合、ジョイスティック行程の後半分が速度の上位７５パーセントの範囲にマップされる。マッピングルーチンはシステム制御装置４６内のコンピュータにより解法される演算式により実施され、またはマッピングは制御装置のメモリに蓄積された照合表により得られる。マッピングルーチン５０の出力は各機能部のシステム使用者により望まれる未加工の速度を示す信号である。

理想的な状態において、所望の速度はこの機能部と関連する油圧バルブを制御するために使用される。しかしながら、多くの例において、所望の速度は機械の他の機能部１１により油圧システムに出された同時の要望を考慮して達成できない。例えば、すべての機能部により要求された作動液流量の全量はポンプ１２の最大出力を超える場合がある。どちらの場合も、制御システムは作動液を要求するすべての機能部の間で獲得可能な量を分配しなければならず、任意の機能部は十分な所望の速度で動作させることができない。この割当により各機能部の所望の速度を達成できないが、オペレータにより支持されるようにアクチュエータ間の速度関係をまだ維持している。

所望の機能速度を発生するために十分な供給流量がすべての供給源から存在するかどうかを決定するために、流量分配ルーチン５２はすべての活性機能部の計量モードに関する支持を受け取る。流量分配ルーチンは利用できる総供給流体量をもし各機能部が所望の速度で動作すると要求される総流量と比較する。この処理の結果は現在の活性である機能部のための一組の速度命令である。これにより、関連する機能部が（速度命令を）実行し且つ得られる供給流量が不充分であれば命令された速度が機械オペレータにより要望された速度以下である速度が決定される。

各速度命令は関連の機能部１１または２０の機能制御装置４４に送られる。機能制御装置４４は命令された速度で油圧アクチュエータを駆動するため機能部のための油圧アクチュエータを制御するバルブ２１−２４のような電磁油圧比例バルブの動作法を決定する。この決定の第１工程として、各機能制御装置４４は周期的に特有の時間の機能部の最適計量モードを特定する計量モード選択ルーチン５４を実行する。

図１のシリンダ１６とピストン２８のような油圧シリンダおよびピストン構成を動作させる機能部の計量モードを考慮しよう。作動液がシリンダ１６からピストンロッド４５を伸張させるためヘッド室２６に供給され、且つシリンダ内にピストンロッド４５を後退させるためロッド室２７に供給されなければならないことが容易に理解される。しかしながら、ピストンロッド４５はロッド室２７の容積の一部を占有するので、この容積はヘッド室により要求されるよりピストンの等しい移動量を発生させるために作動液を要求しない。従って、要求される流体量はアクチュエータが伸張または後退されているかどうかおよび使用される計量モードにより決定される。

ポンプからの流体がシリンダ室２６または２７に供給され他方のシリンダ室から戻りラインに排出される基本計量モードは「駆動計量モード」と称され、具体的には「駆動伸張」および「駆動後退」と称される。

油圧システムは一方のシリンダ室２６または２７から排出される流体が他方のシリンダ室を供給するためバルブアセンブリ２５を介して戻る「再生」計量モードを採用している。再生モードにおいて、流体が「高側再生」と称される供給ラインノード「ｓ」を介してまたは「低側再生」の戻りラインノード「ｔ」を介してシリンダ室間に流れる。再生後退モードにおいて、流体がヘッド室２６からロッド室２７に強制的に流れているときより小さいロッド室に要求されるよりより多い流量がヘッド室から排出される。低側再生後退モードにおいて、過剰な流体が戻りライン１８に流入し、タンク１５にまたは追加の流量を要求する低側再生モードで開口する他の機能部１１に流れ続ける。

再生はピストンロッド４５がシリンダ１６から伸びている時生じ、ヘッド室２６を満たすために要求されるより不充分な流量がより小さいロッド室２７から排出している。低側再生モードの伸張中、機能部はタンク戻りライン１８から追加流量を受けなければならない。この追加流量はアンローダバルブ１７を通して他の機能部またはポンプ１２から流れる。低側再生モード中、タンク制御バルブ１９は戻りライン１８内の流体がタンク１５に流れるのを制限するため少なくとも部分的に閉鎖され、流体が他の機能部１１またはポンプ１２から間接的に供給されることを理解すべきである。高側再生モードがロッドを伸ばすために使用されると、追加流体がポンプ１２から流入する。

第１実施例において、計量モード選択ルーチン５４は機能部のシリンダ室圧力ＰａおよびＰｂを利用している。第２実施例において、供給および戻り圧力ＰｓおよびＰｒが使用される。これらの圧力測定値から、計量モード選択ルーチンのアルゴリズムは必要な圧力が各計量モードで動作させるため供給および／または戻りライン（１４および／または１８）から得られるかどうかを決定する。その後、有効なモードが選択される。一旦選択されると、計量モードはシステム制御装置４６と各機能制御装置４４のバルブ開口ルーチンに伝達される。

特有の計量モードが任意の時間で実行可能であるかどうか油圧負荷Ｌに従って決定される。好ましい実施例において、油圧負荷は式Ｌ＝Ｒ^＊Ｐａ−Ｐｂに従って計算される。ここで、Ｒはシリンダのヘッドおよびロッド室２６および２７の（油圧）断面積の比である。油圧負荷はピストンロッド４５に作用する外力Ｆｘの変化で変化するだけでなく、導管流体損失およびシリンダ摩擦変化でも変化する。代案として、油圧負荷は力Ｆｘ（例えば、ピストンロッド上の負荷セル４３により）を計量することによりおよび式Ｌ＝Ｆｘ／Ａｂを使用して概算される。しかしながら、この場合、導管ライン損失およびシリンダ摩擦は無視され、ある油圧システムで受け入れられる。他のシステムにおいて、不正確な計量モード移行になる。従って、計量モード選択は油圧負荷またはアクチュエータに作用する外力Ｆｘまたは外力に起因するシステムの圧力であるパラメータの値に基づいている。これらの変形例を考慮して、本発明の方法はパラメータとして油圧負荷を使用する状況で記載される。

本発明の制御方法は外部リニア力が作用するシリンダおよびピストン構成を制御する観点から説明されているが、ここで述べられる方法はアクチュエータに作用する外力がトルクとして表せるモータを制御するために使用される。従って、本発明の記載を簡単にするため、用語「力」はトルクを含んでいる。

図３はピストンロッドをシリンダから伸張するため油圧システムの動作を詳細に示している。いくつかの閾値に対する油圧負荷の関係が動作させるための３つの伸張計量モード（駆動、低側再生、または高側再生）の１つを決定する。後述するように、類似の組の閾値はピストンがシリンダ内に後退されている間に計量モードを決定するために使用される。図３の上部のグラフは計量モード選択を示している。モード選択が２つのモード間で不必要に前後に切り替えるシステムの可能性を減少させるためヒステリシスを含んでいることに注目すべきである。制御アルゴリズムは昇順にＬＡからＬＦで示される６個の負荷閾値を採用している。本例では、第１の３つの閾値ＬＡ、ＬＢおよびＬＣは最大から最小の負の順序にある負のレベルである。他の３つの閾値ＬＤ、ＬＥおよびＬＦは正の負荷レベルである。モード選択アルゴリズムの基本的な実行において、６つの負荷閾値は特有の機能部のために決定された固定値である。代案として、後述するように、油圧機能の動作条件に依存して変化する動的閾値が使用できる。

ロッド伸張のため図４の状態図を参照すると、機能制御部４４は負荷が最大の負の閾値レベルＬＡ以下である低側再生（ｒｅｇｅｎ）を選択する。低側再生モードから、制御装置は油圧負荷が負の閾値レベルＬＣ以上になると高側再生モードに移行する。もし負荷が最大正閾値レベルＬＦ以上であれば、移行が高側再生から駆動モードに生じる。この動作は油圧負荷が高側再生が再度使用される点での正の閾値レベルＬＤ以下に減少するまで駆動モードにとどまる。負荷が負の閾値レベルＬＡ以下に低下すると、移行が高側再生モードから低側再生モードに生じる。

図２を再度参照すると、移行が生じると、新計量モードが機能制御装置４４により実行されるバルブ開口ルーチン５６に伝達される。バルブ開口ルーチン５６はモード、速度命令、および各バルブ２１−２４が選択された計量モードで命令速度に達成するために開口されるべき量を決定することによりシステム内で計測された動作に応答する。

供給ライン１４の圧力Ｐｓと戻りライン１８の圧力Ｐｒは選ばれた計量モードと計量されたシステム圧力に基づいてシステムおよび圧力制御装置４６および４８により制御される。円滑な移行が計量モード間で生ずるため、流量を機能部に供給するための供給または戻りライン１４および１８の一つが移行の前に新計量モードの適切な圧力レベルであることが望まれる。供給圧力と戻り圧力が対応する計量モード移行が生じる前の油圧負荷に応答して制御される。さらに、圧力制御装置４８は計量モード移行後の供給および戻りライン１４および１８の適正圧力の維持を継続する。

図３の下２つのグラフはそれぞれ供給ライン１４と戻りライン１８の圧力レベル変化を示している。圧力制御は図５および図６の状態図で示される。所望の供給ライン圧力Ｐｓと戻りライン圧力Ｐｒの決定はシステム制御装置４６内のＰｓおよびＰｒ設定値ルーチン６２により実施される。このルーチン６２は各機械機能部の供給および戻りライン圧力の要求設定値を計算し、各圧力の制御で使用する各ラインの設定値から最大値を選択する。

機能部の１つの要求供給ライン圧力の決定を考慮すると、機能部は低側再生モードで動作する場合供給ライン１４の最小圧力レベル（例えば、２０バール）を特定することが図３および図５から理解される。この計量モードにおいて、機能部は供給ライン１４からのどのような流量も要求せず、供給ラインはこの特有の機能部が関与している限り最小圧力レベルを維持される。低側再生モードの負荷が閾値レベルＬＢ以上に上昇すると、この機能部の供給ライン圧力Ｐｓは高側再生モードに要求される圧力レベルに増加する。この圧力上昇は負荷が閾値レベルＬＣを超える前に生じ、この場合、閾値レベルＬＣは計量モード移行が高側再生に対して生じる時の値である。結果として、供給ライン１４の圧力はモード移行が生じると少なくとも高側再生のこの機能部により要求されるレベルにある。

機械の他の機能部は、システム制御装置４６により選択され、圧力レベルを設定するため圧力制御装置４８により使用される、より高い供給制御ライン圧力を要求していることを理解すべきである。しかしながら、供給ラインの圧力が少なくとも任意の機能部の現在の動作モードを要求するほど大きければ、機能部は適正に動作する。このように、負荷が閾値レベルＬＢを超えると、Ｐｓ、Ｐｒ設定値機能部６２はこの機能部により要求された新しい供給ラインを計算するためこの機能部の命令速度ｘに従って機能制御装置４４から受信された計量圧力Ｐａ、ＰｂおよびＰｒを使用している。

高側再生モードで動作中、負荷は、前述したように、動作の駆動伸張モードに生じる移行になる閾値レベルＬＦ以上に増加する。高側再生モードで伸張中供給ラインの圧力は一般的に一定の負荷および速度条件を与えられる駆動伸張モードで要求される圧力以上であるので、供給ライン圧力の対応する変化は負荷レベルＬＦが超過するまで生じない。この設定点で、供給ライン圧力は駆動伸張モードで要求されるレベルに減少する。

駆動伸張モードにおいて、もし負荷レベルが閾値レベルＬＥ以下に減少すると、供給ライン圧力Ｐｓは高側再生モードで要求されるレベルに増加する。従って、圧力は、移行が高側再生モードに生じる点での油圧負荷が閾値レベルＬＤ以下に減少し続ける、要求レベルにプリセットされる。

もし高側再生モードの油圧負荷が閾値レベルＬＡ以下に低下すると、移行が低側再生モードに対して生じる。この負荷の低下は、流体が低側再生モードで供給ライン１４から要求されないように、この機能部の供給ライン圧力Ｐｓを最小圧力レベルに設定させる。

戻りライン１８の圧力はシリンダ１６に付随する油圧負荷に基づいて同様な方法で制御される。任意の機能部２０は低側再生モードでない場合、機能部により要求される戻りライン１８の圧力レベルＰｒが、図３に示されるように、最小圧力（例えば、２０バール）に設定される。しかしながら、もし油圧負荷が負の閾値レベルＬＢ以下に減少すると、要求された戻りライン圧力は低側再生モードのレベルに増加する。戻りライン１８の圧力は油圧負荷が低側再生への移行を生じる点で閾値レベルＬＡ以下に減少し続ける場合に適切なレベルにある。流体が他のモードで戻りライン１８から要求されないように、この機能部の戻りライン圧力Ｐｒは油圧負荷が閾値レベルＬＣ以上に増加するまで低側再生レベルを維持する。ここで、閾値レベルＬＣは要求された戻りライン圧力が最小圧力レベルに減少する時点での値である。

図７はピストンロッドを後退させるため油圧システムの動作を示す図である。ここで、他の対の負荷閾値ＬＧとＬＩが低側再生と駆動計量モード間を選択するために採用される。ピストンを後退させるため、低側再生モードは、再生モードが直接の供給ライン流量を要求しないので、一般的に駆動後退で選択される。中間負荷閾値ＬＨは供給および戻りラインの圧力を変化させるために使用される。供給ライン圧力は駆動モードで要求されるレベルに増加し、戻りライン圧力はこれらのモードへの各移行の前に低側再生圧力に増加する。低側再生モードでの後退期間中の流入部でのキャビテーションを防止するため、圧力が戻りラインに要求される。高側再生はピストンロッドを後退させるため例示のシステムにおいて使用されないが、図７の制御アルゴリズムに付加することができる。

既述の計量モードと圧力制御は固定の閾値レベルＬＡ−ＬＩを利用している。油圧システムの効率は計量モードの移行と供給および戻りラインの圧力とが生じると動的に決定するため油圧機能部の瞬時動作パラメータを採用することにより増加する。以下の動的閾値式が予定の計量モード供給および戻り移行圧力を与えられた固定閾値レベルを選択するために使用される。。

種々の計量モードのピストンロッド４５の動きを発生するために要求される駆動圧力Ｐｅｑは表１の式により与えられる。
表１
計量モード駆動圧力
低側再生伸張 Ｐｅｑ＝（Ｒ^＊Ｐｒ−Ｐｒ）−（Ｒ^＊Ｐａ−Ｐｂ）
高側再生伸張 Ｐｅｑ＝（Ｒ^＊Ｐｓ−Ｐｓ）−（Ｒ^＊Ｐａ−Ｐｂ）
駆動伸張 Ｐｅｑ＝（Ｒ^＊Ｐｓ−Ｐｒ）−（Ｒ^＊Ｐａ−Ｐｂ）
低側再生後退 Ｐｅｑ＝（Ｐｒ−Ｒ^＊Ｐｒ）＋（Ｒ^＊Ｐａ−Ｐｂ）
駆動後退 Ｐｅｑ＝（Ｐｓ−Ｒ^＊Ｐｒ）＋（Ｒ^＊Ｐａ−Ｐｂ）

もし駆動圧力がゼロ、例えば、Ｐｅｑ＝０であれば、シリンダ上の力は油圧圧力により平衡にされ、動きは生じない。しかしながら、シリンダ摩擦、バルブ損失、および導管ライン損失を解消するため、Ｐｅｑは合計マージン定数Ｋ（例えば、３０バール）に一致または超過しなければならない。したがって、もし駆動圧力がこの合計マージン定数（例えば、Ｐｅｑ＝Ｋ）に一致または超過すると、ピストンロッド４５は２個のバルブが開くとき命令される速度に与えられる方向に移動する。この条件を使用し、油圧負荷（Ｒ＊Ｐａ−Ｐｂ）を表１の各式に代入することにより表２の圧力関係に対する負荷を発生し、任意の計量モードが任意の時間で実行可能であるかどうかの決定において使用する負荷範囲を規定している。
表２
計量供給モード動作範囲
低側再生伸張 Ｌ＝Ｒ＊Ｐｒ−Ｐｒ−Ｋ
高側再生伸張 Ｌ＝Ｒ＊Ｐｓ−Ｐｓ−Ｋ
駆動伸張 Ｌ＝Ｒ＊Ｐｓ−Ｐｒ−Ｋ
低側再生後退 Ｌ＝Ｒ＊Ｐｒ−Ｐｒ＋Ｋ
駆動後退 Ｌ＝−Ｐｓ＋Ｒ＊Ｐｒ＋Ｋ

実際の計量モード移行点が図３に示される。これらの計量モード移行は油圧負荷、および（所望の移動の方向を暗に含む）計量モードに依存する供給ライン圧力Ｐｓおよび戻りライン圧力Ｐｒの１つまたは両方の機能部である。負荷が負荷閾値の同じ側に留まるために変化するように、供給ライン圧力、戻りライン圧力、または両方を変化させることにより、モードの移行が回避できることは表１の関係から明らかである。

表２の式の１つ以上は任意の時間で真であるので、複数の有効計量モードがこの制御アルゴリズムで同時に生じる。有効モードの１つはもっとも有効で経済的な動作を提供し、所望の速度を得るモードに基づいて選択される。具体的には、例えば、ピストンロッドの伸張中に、低側再生伸張モードは、この場合流れが供給ラインから直接要求されないので、流体が戻りラインで得られると仮定する最大優先度を持っている。その後、高側再生伸張は供給ライン１４からの次の最小流量を要求するように選択され、駆動伸張モードは最低優先度を有する。表２の計量モード動作範囲が満足されなければならないが、計量モード移行点は異なる設計上の妥協に合わせるため異なる状況で別々に選択できる。

供給ライン圧力と戻りライン圧力が変化する、モード移行閾値レベルＬＡ、ＬＣ、ＬＤ、ＬＦ、ＬＧおよびＬＩおよび中間閾値レベルＬＢ、ＬＥおよびＬＨは下記式により決定される。
表３
計量モード移行点
ＬＡ＝Ｒ^＊Ｐｒ−Ｐｒ−Ｎ
ＬＢ＝Ｒ^＊Ｐｒ−Ｐｒ−Ｍ
ＬＣ＝Ｒ^＊Ｐｒ−Ｐｒ−Ｋ
ＬＤ＝Ｒ^＊Ｐｓ−Ｐｓ−Ｎ
ＬＥ＝Ｒ^＊Ｐｓ−Ｐｓ−Ｍ
ＬＦ＝Ｒ^＊Ｐｓ−Ｐｓ−Ｋ
ＬＧ＝Ｒ^＊Ｐｒ−Ｐｒ＋Ｋ
ＬＨ＝Ｒ^＊Ｐｒ−Ｐｒ＋Ｍ
ＬＩ＝Ｒ^＊Ｐｒ−Ｐｒ＋Ｎ
ここで、Ｍは圧力変化が計量モードの移行以前に生じるように選択される定数（例えば、４５バール）であり、Ｎはヒステリシスの所望の程度を与えるために選択された定数（例えば、６０バール）であり、Ｋ＝Ｍ＝Ｎである。これらの２つの定数の選択はポンプがどれほど速く応答するかおよびヒステリシス負荷がどれほど早く変化するかに依存する。

上述のように、計量モード、圧力測定値、および速度命令はピストンロッド４５の命令速度を達成する意味で電磁油圧比例バルブ２１−２４を動作させるため機能測定装置４４内のバルブ動作ルーチン５６により使用される。各計量モードにおいて、アセンブリ２５内のバルブの２つが活性または開口している。計量モードはどの対のバルブが開くかを規定する。バルブ開口ルーチン５６が選択されたバルブの各々が開口する量を決定する。これにより、機能制御装置がバルブ２１−２４の選択されたバルブを動作させるための電流レベルを発生させるバルブドライバ５８の組に伝達する４つの出力信号の組になる。

以上の説明は主に本発明の好ましい実施例に向けられた。本発明の範囲内で種々の変形に注意が引かれたが、この分野の当業者が本発明の実施例の開示から明らかである追加の変形例を認識するであろうことが予期される。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲から決定されるべきで、上記実施例により限定されるものでない。

図１は本発明を実施している油圧システムの概略図である。 図２は油圧システムのための制御図である。 図３は油圧負荷と計量モード移行間の関係、および油圧負荷とシステム内の供給および戻りラインの流体圧力制御との関係を示すピストンロッド伸張中の油圧システム動作の図である。 図４は油圧システムの伸張計量モードの状態図である。 図５は伸張中の供給ラインの制御を示す状態図である。 図６は伸張中の戻りラインの圧力を示す状態図である。 図７は、図３と類似の、ピストンロッド後退のための図である。

符号の説明

１０ 油圧システム
１２ 容積式ポンプ
１４ 供給ライン
１５ タンク
１６ シリンダ
１７ アンローダバルブ
１８ タンク戻りライン
１９ タンク制御バルブ
２０ 機能部
２１、２２、２３、２４ 電磁油圧比例バルブ
２５ バルブアセンブリ
２６ ヘッド室
２７ ロッド室
３０ 第１油圧導管
３６、３８、４０、４２、４９、５１、５３ 圧力センサー
４４、４６、４８ 制御装置
４５ ピストンロッド
４７ ジョイスティック
５０ マッピングルーチン
５２ 流量割当てルーチン
５４ 計量モード選択ルーチン
５５ 通信ネットワーク
５６ バルブ開口ルーチン
５８ バルブドライバ
６２ Ｐｓ、Ｐｒ設定値機能部
６４ 圧力制御ルーチン

Claims (18)

1. 複数の計量供給モードを有する油圧システム内のポンプと供給ラインを介し接続され、前記油圧システム内のタンクと戻りラインを介し接続されたバルブアセンブリに接続された油圧アクチュエータの流量を、前記アクチュエータへの所望の速度に対応する入力信号に応じて制御する方法において、
   前記アクチュエータに作用する力の大きさを示すパラメータ値を検出する工程と；
   前記アクチュエータのロッド室から排出された流体が前記バルブアセンブリの戻りラインノードを介し前記アクチュエータのヘッド室に供給されて、前記アクチュエータを伸張させる低側再生伸張計量供給モードと、
   前記ヘッド室から排出された流体が前記バルブアセンブリの供給ラインノードを介し前記ロッド室に供給されて、前記アクチュエータを伸張させる高側再生伸張計量供給モードと、
   前記ポンプからの流体が前記アクチュエータの前記ヘッド室に供給され、前記アクチュエータの前記ロッド室からの流体が前記戻りラインに排出されて、前記アクチュエータを伸張させる駆動伸張計量供給モードと、
   のいずれかを前記パラメータ値に応じて選択する、又は、
   前記ポンプからの流体が前記ロッド室に供給され、前記ヘッド室からの流体が前記戻りラインに排出されて、前記アクチュエータを後退させる駆動後退計量供給モードと、
   前記ヘッド室から排出された流体が前記戻りラインノードを介し前記ロッド室に供給されて、前記アクチュエータを後退させる低側再生後退計量供給モードと、
   のいずれかを前記パラメータ値に応じて選択する工程と；
   選択された前記計量供給モードに応じて前記アクチュエータに流れる流量を制御するように前記バルブアセンブリを動作させる工程と；
   を含むことを特徴とするアクチュエータへの流量を制御する方法。
2. 前記アクチュエータを前記油圧システム内の前記ポンプに接続する前記供給ライン内の圧力を計測し、第１圧力計測値を発生する工程と；
   前記アクチュエータを前記油圧システム内の前記タンクに接続する前記戻りライン内の圧力を計測し、第２圧力計測値を発生する工程と；
   をさらに含み、
   前記計量供給モードが、前記パラメータ値と前記第１圧力計測値および前記第２圧力計測値の両方の間の関係に応じて選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記アクチュエータを前記油圧システム内の前記ポンプに接続する前記供給ラインと前記アクチュエータを前記油圧システム内の前記タンクに接続する前記戻りラインの一方の圧力を計測し、圧力計測値を発生する工程をさらに含み、前記計量供給モードが、前記パラメータ値と前記圧力計測値間の関係に応じて選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記複数の計量供給モードの各々に対する閾値レベルを規定する工程をさらに含み、前記計量供給モードが、前記パラメータ値と所定の前記閾値レベルの各々との間の所定の関係に応じて選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記複数の計量供給モードの各々に対する前記閾値レベルを規定する工程が、前記油圧システム内の流体の圧力に基づいて前記計量供給モードの各々に対する前記閾値レベルを計算する工程を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記複数の計量供給モードの一つに対する前記閾値レベルが、供給源から前記アクチュエータに供給されている流体の圧力に基づいて規定されることを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 前記複数の計量供給モードの一つに対する前記閾値レベルが、前記油圧システムの前記アクチュエータとタンク間に伸びる導管内の圧力に基づいて規定されることを特徴とする請求項４記載の方法。
8. 前記複数の計量供給モードの一つに対する閾値レベルが、供給源から前記アクチュエータに供給される流体の圧力と前記油圧システムの前記アクチュエータとタンク間に伸びる導管内の圧力に基づいて規定されることを特徴とする請求項４記載の方法。
9. 前記複数の計量供給モードの各々に対する前記閾値レベルが、前記油圧システム内の流体の圧力および前記アクチュエータの特性に基づいて規定されることを特徴とする請求項４記載の方法。
10. 前記計量供給モードを選択する工程が、
    前記パラメータ値が第１閾値レベルより小さいとき、前記複数の計量供給モードより選択された第２計量供給モードから前記複数の計量供給モードより選択された第１計量供給モードに移行する工程と；
    前記パラメータ値が前記第１閾値レベルより大きな第２閾値より大きいとき、前記第１計量供給モードから前記第２計量供給モードに移行する工程と；
    を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
11. 前記パラメータ値が前記第２閾値レベルより大きな第３閾値レベルより大きいとき、前記第２計量供給モードから前記複数の計量供給モードより選択された第３計量供給モードに移行する工程と；
    前記パラメータ値が前記第３閾値レベルより小さく前記第２閾値レベルより大きな第４閾値より小さいとき、前記第３計量供給モードから前記第２計量供給モードに移行する工程と；
    をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 前記第１計量供給モードが、前記低側再生の計量供給モードであり；前記第２計量モードが前記高側再生の計量モードであり；前記第３計量モードが前記駆動の計量モードであることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記パラメータ値を検出する工程が前記アクチュエータ内の圧力レベルを検出する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
14. 前記アクチュエータが、各々が断面積を有する２つの室を有するシリンダであり、前記パラメータ値が式Ｒ＊Ｐａ-Ｐｂ（ここで、Ｒは２つの室の断面積の比であり、Ｐａは一方の室の圧力レベルであり、Ｐｂは他方の室の圧力レベルである）により与えられることを特徴とする請求項１記載の方法。
15. 前記パラメータ値に応じて前記アクチュエータに供給される流体の圧力を制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
16. 前記パラメータ値と、前記油圧システムの前記供給ラインと前記戻りラインの少なくとも一つの中の圧力レベルに基づいて計算された閾値との間の関係に応じて、前記アクチュエータに供給される流体の圧力を制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
17. 前記アクチュエータを駆動するために必要な駆動圧力より大きい前記パラメータ値に応じて前記油圧システムの導管の、供給ラインと戻りラインの少なくとも一つの内の圧力を変化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
18. 前記アクチュエータを駆動するために必要な駆動圧力より小さい前記パラメータ値に応じて前記油圧システムの導管の、供給ラインと戻りラインの少なくとも一つの内の圧力を変化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。

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