JP4897247B2 - 分配型電磁油圧システムのための導管損失補正 - Google Patents

Description

本発明は機械に動力を供給するための油圧システムに関し、特に、各油圧アクチュエータが付随のアクチュエータの比較的近傍に配置された制御バルブアセンブリにより駆動される分配型油圧システムに関する。

図１を参照すると、バックホー１０は既知の型の土壌移動装置であり、この装置ではトラクター１８にブーム１６により枢着されたアーム１４の端部に回転可能に取り付けられたバケット１２を有し、ブームアセンブリ１５を形成している。油圧ブームシリンダー２０はトラクター１８に対してブーム１６を上昇および下降させ、油圧アームシリンダー２２はブーム端の周辺にアーム１４を枢着している。バケット１２は油圧バケットシリンダー２４によりアーム１４の遠方端部で回転する。

従来、ブームアセンブリ１５はトラクター１８のシャシーフレーム内に配置されたバルブにより制御され、オペレータがブーム、アームおよびバケットを単独で動かすために操作するレバーに機械的に接続されている。分離のバルブがブームアセンブリ１５にシリンダー２０、２２および２４の各々のために取り付けられる。バルブの１つを動作させるとトラクター上のポンプから付随のシリンダーに流れる加圧作動液流を制御し、シリンダーからトラクター上のタンクに戻る流体を制御する。分離の油圧導管対はブームアセンブリに沿って各シリンダーからシャシーフレーム上のバルブに流れる。これらの導管の各々はブームアセンブリの動きで屈曲するので疲労の対象になる。

最近、機械駆動型バルブから電気信号で駆動される電磁油圧バルブに向かう傾向がある。電気バルブ動作は機械の機能のコンピュータ制御を可能にする。さらに、油圧制御はこれらのバルブにより駆動されるシリンダーのような油圧アクチュエータの近傍に任意の油圧機能のためのバルブを配置することにより機械全体に分配できる。この分配型油圧システムにおいて、トラクター１８の運転台のオペレータはブームアセンブリシリンダー２０、２２および２４の各々の近傍に配置されたバルブアセンブリに電気信号を送信するジョイスティック又は他の入力装置を操作する。

このような分配型制御器は機械上の油圧配管の量を減少させる。ブームアセンブリ１５の場合、例えば、単一作動液供給導管と単一流体戻り導管のみがブーム１６、アーム１４およびバケット１２を旋回させる機能部に動力を供給するためアセンブリに沿って配管することが求められる。この場合、油圧導管の数は従来の油圧制御システムに要求される導管の数の１／３に減少した。油圧導管の数を減少させることにより導管の破損および機械の保守が減少する。

しかしながら、分配型制御は欠点が無い訳ではない。従来の油圧システムにおいて、ポンプにより発生する圧力は任意の瞬間に駆動されるすべての油圧機能部間で最大の圧力要求に対処するように制御される。圧力要求はシャシーフレーム上の機械バルブの作用ポート圧力を検出することにより得られる。機構はすべてのバルブから最大作用ポート圧力を選択し、その選択圧力をポンプの出力圧力を制御するために使用する。可変容量型ポンプが使用されるか、アンローダーバルブ又は同様な機構が固定容量型ポンプの流出部の供給導管圧力を制御する。供給導管圧力は最大作用ポート圧力以上の"マージン"と称されるある量に設定され、ポンプの出力圧力から作用ポート圧力までのオイルを計量するため差動圧力を提供する。このポンプ圧力制御技術はアクチュエータが分離した油圧導管対により接続されるバルブの集中アセンブリを有する油圧システムにおいて充分に役立つ。

普通の対の供給導管および戻り導管が複数の油圧機能部に接続された分配型油圧システムにおいて、流体分配システムの異なる区画での損失は油圧機能部の各々の動作に影響を与えることが知られている。例えば、流体がいくつかの油圧機能部に出入りするトラクターに比較的近い油圧導管区画での損失はすべての機能部の動作に影響を与え、これに対して、流体が１つの油圧機能部のみに出入りする区画の損失はその機能部のみの動作に影響を与える。さらに、制御されているアクチュエータの近傍に配置された油圧バルブの圧力を検出することはポンプが供給しなければならない圧力レベルを決定する場合バルブアセンブリとトラクター間の導管損失を充分に明らかにしない。

米国特許第６，７１８，７５９号はマルチ機能油圧システムを制御するための速度に基く方法を記載している。この方法は選択された計量モードでの油圧ブランチの等価流量コンダクタンスを表す流量係数による各油圧機能をモデル化することに基いている。等価コンダクタンス係数は、機能部の各制御バルブに流れる流量を特徴付ける個別バルブコンダクタンス係数と、もしあれば、各制御バルブの開口量を算出するため、機能部の油圧アクチュエータの所望速度、計量モード、および機能部の検出圧力と共に使用される。代案として、この制御方法は油圧システムの区画又は部品内の流量を特徴付けるようにコンダクタンス係数に反比例する制限係数を使用して実施できる。コンダクタンス係数と制限係数は一般的に"流量係数"と称される。

流量係数の導出に基くこの方法は適切な圧力の流体が各油圧アクチュエータのバルブアセンブリに供給されることを要求する。最適性能のため、この方法は要求流量を達成するため且つ所望の速度で油圧アクチュエータを動作させるため圧力の知識を要求する。この型のシステムの結果として、油圧システムの供給および戻り導管の異なる区画での損失が非常に重要になる。

流体源と複数の油圧アクチュエータとの間の流体伝導損失を補償する油圧システムを駆動する方法が提供される。各油圧アクチュエータを動作させるために必要とされる所望の圧力レベルが、各油圧アクチュエータに対して決定される。それにより、複数の所望圧力レベルが得られる。

流体源と各油圧アクチュエータとの間における供給導管に生じる流体伝導損失が決定される。各油圧アクチュエータが前記所望の圧力レベルを受けられるように、流体源により提供されるべき流体源供給圧力レベルを導出する演算が流体伝導損失に基づいて実行される。そして、流体源の圧力は流体源供給圧力レベルに基づいて制御される。

この方法の一実施例は流体源に接続された供給導管およびタンクに接続された戻り導管を有する油圧システムを動作させ、供給導管は流体が複数の油圧アクチュエータに流れる複数の第１タップを有する。本実施例は供給導管内の近傍の第１タップ間と流体源と第１タップの１つの間の第１圧力差を導出する工程を含んでいる。本実施例は各タップに接続される油圧アクチュエータを駆動するため供給導管の各タップで要求される所望の圧力を確立する。第１圧力差に基づいて、流体源により供給されるべき流体源供給圧力レベルが決定され、流体源により発生するこの圧力レベルは供給導管の各タップで生じる所望の圧力レベルになる。流体源の圧力は流体源供給圧力レベルに基づいて制御される。

本方法の他の態様は各供給導管タップで生じる実際の圧力を算出するため流体源で発生する流体源供給圧力レベルを使用する工程を含む。

本方法の更なる態様は戻り導管内の圧力を検出する工程を伴う。複数の第２圧力差が算出され、各第２圧力差は１対の第２タップ間で生じる。圧力レベルは戻り導管の圧力および複数の第２圧力差に基いて複数の第２タップの各々のために算出される。

まず図１と図２を参照すると、バックホーブームアセンブリ１５の動作を制御するための油圧システム３０は流体をタンク３４から引き出し、圧力を掛けて供給導管３６に強制する可変容量型ポンプ３２を有する流体源３１を含んでいる。代案として、図３に示されるように、固定容量型ポンプが供給導管３６の圧力を制御するためアンローダーバルブ又は類似の機構と共に使用される。ポンプの流出部圧力Ｐｓ（０）は図２の第１センサー３３により計測される。供給導管３６は、それぞれブームシリンダー２０、アームシリンダー２２およびバケットシリンダー２４を駆動する、加圧流体をブーム機能部３７、アーム機能部３８、およびバケット機能部３９に供給する。流体は戻り導管４０を介してこれらの３つの機能部３７−３９からタンク３４に戻る。タンク３４に対する流入部の戻り圧力Ｐｒ（０）は第２センサー３５により計測される。供給導管３６と戻り導管４０はブーム１６とアーム１４に沿ってバックホー１０のトラクター１８に配置されたポンプ３２およびタンク３４から３つの機能部３７−３９に伸びている。

本発明の制御方法はバックホー以外の他の型の機械上で且つブームアセンブリに付随する機能部以外の機能部を制御するために利用可能である。さらに、システム３０に設けられたものよりより多くの又は少ない機能部が制御できる。本発明の方法は油圧シリンダーを採用する模範の機械との関連で記載されているが、本発明の概念は、例えば、回転運動を発生させるモータのような他の型の油圧アクチュエータと共に使用できることを理解すべきである。

複数の分離したタップが機能部３７−３９のブランチ導管を接続するための供給導管３６および戻り導管４０に沿って異なる箇所に配置される。各機能部３７−３９は付随の油圧シリンダー、バルブアセンブリ、および電子機能制御装置を含む。具体的には、ブーム機能部３７は供給導管３６からブームシリンダー２０の一方のチャンバーに加圧流体を選択的に加え、他方のシリンダチャンバーから戻り導管４０に流体を排出する第１バルブアセンブリ４２を有する。アーム機能部３８の第２バルブアセンブリ４４はアームシリンダー２２と供給導管３６および戻り導管４０に出入りする作動液流量を制御する。バケット機能部３９はバケットシリンダー２４のチャンバーを供給導管３６およびタンク導管４０に結合する第３バルブアセンブリ４６を有する。バルブアセンブリ４２、４４、４６の各々は分配型制御システムを形成するため油圧シリンダー２０、２２および２４の近傍に配置される。電気動作型バルブ素子の多くの通常の構成はいずれも米国特許第６，３２８，２７５号に記載された素子のようなバルブアセンブリ４２、４４および４６に採用できる。

バルブアセンブリ４２、４４および４６の動作はそれぞれ機能制御装置４８、５０および５２により制御される。各機能制御装置は付随するバルブアセンブリと共にブームアセンブリ１５に沿って配置される。各機能制御装置４８、５０および５２は付随のバルブアセンブリ４２、４４および４６内のバルブを駆動させるので、対応するシリンダー２０、２２および２４はバックホーのオペレータにより命令されるように動く。この動作を達成するため、各機能制御装置４８、５０および５２はスイスのジュネーブの国際標準化機構により発布されたＩＳＯ１１８９８により規定された通信プロトコルを使用しているコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）シリアルバスのような通信ネットワーク５６を介してシステム制御装置５４から命令を受信する。

システム制御装置５４の機能制御装置４８、５０および５２は各制御装置に指定された特定のタスクを実行するソフトウエアプログラムを実行するマイクロコンピュータに基く装置である。システム制御装置５４は油圧システム３０の全体の動作を監視する。特に、システム制御装置５４はバックホー１０上のジョイスティック５８、圧力センサー３３および３５、および他の入力装置からオペレータ入力信号を受信する。これらの信号に応答して、システム制御装置５４は付随のバルブアセンブリおよび各油圧シリンダーの駆動方法を機能制御装置４８、５０および５２に指示するため通信ネットワーク５６を介してデータおよび動作命令を送信する。システム制御装置５４は、後述されるように、供給導管３６に必要な圧力を発生するため可変容量型ポンプ３２を駆動する。代案として、個別のポンプ制御装置はポンプの動作および流体源３１の他の部品を特に管理するため通信ネットワーク５６に接続できる。

例えば、ブームアセンブリ１５上の任意の油圧シリンダー２０、２２および２４の動きを発生するため、バックホーオペレータはシリンダーが動く所望の速度を示すため対応するジョイスティック５８を操作する。ジョイスティック５８からの信号は通信ネットワーク５６を介して特定のシリンダーに付随する機能部のための機能制御装置に送信されるシリンダー速度命令を発生するシステム制御装置５４に入力される。

各機能制御装置４８、５０および５２は、指定されたシリンダーの命令速度を達成するためバルブアセンブリの駆動法を決定することにより、システム制御装置５４からのシリンダー速度命令および付随するバルブアセンブリ４２、４４又は４６のポートで検出された圧力に対応した処理を行う。具体的には、任意の機能制御装置４８、５０および５２は、導管、バルブ、シリンダー、および付随する機能部の他の油圧部品の流量抵抗又はコンダクタンスを特徴付ける等価流量係数を導出することにより、これらの入力信号に対応した処理を行う。このプロセスは各機能部が命令速度で駆動するために要求する所望の圧力レベルも決定する。等価流量係数から、個別のバルブ流量係数は対応するバルブアセンブリ４２、４４および４６内の各バルブ素子のために導出される。バルブ流量係数は各バルブ素子が駆動されている油圧シリンダー２０、２２および２４に必要な流量を提供するために開口しなければならない程度を規定する。各バルブ流量係数に基き、電流は対応するバルブ素子のために電気オペレータに発生し入力される。システム制御装置５４と機能制御装置４８、５０および５２の動作は参照のためにここに記載されている米国特許第６，７１８，７５９号に記載されている。

この制御パラダイムが流量パラメータを利用しているので、流量に影響する供給導管３６および戻り導管４０の損失および他の特性は各機能の動作が制御される精度に影響する。従って、本発明の制御方法は供給および戻り導管３６および４０の異なる区画で生じる流量損失を特徴付け、これらの損失が各機能部の制御に作用する効果を評価する。本発明の油圧システム３０内のシステム制御装置５４はブームアセンブリ１５のポンプ３２およびタンク３４と３つのバルブアセンブリ４２、４４および４６間の油圧導管の種々の区間での圧力損失を考慮することにより従来の速度に基く制御法に改良を加えている。

図２を参照すると、供給導管３６と戻り導管４０は複数の区画から成る。供給導管３６の第１区画６３はポンプ３２とブーム機能部３７が接続される第１タップ６０間に伸びている。第１区画６３と後述される他の区画の流量損失はオリフィスとして図示され、この第１区画を流れる流量はＱｓ（１）（ここで、"ｓ"は供給導管を示す）として示される。供給導管第１区画６３の流量コンダクタンス係数はＫｖｓ（１）として示される。供給導管３６の第２区画６４は第１タップ６０とアーム機能部３８の第２タップ６１間に伸びている。この第２区画６４はＱｓ（２）として示される流量と流量係数Ｋｖｓ（２）を有する。供給導管３６の第３区画６５は第２タップ６１とバケット機能部３９が接続する第３タップ６２間に伸びている。第３区画６５は流量Ｑｓ（３）と流量係数Ｋｖｓ（３）により特徴付けられる。新規な制御方法の本発明の実施は流量コンダクタンス係数を採用しているが、代案として流量抵抗を示す同様な係数を使用できる。さらに、温度補償が損失計算の忠実度を改善するために追加できる。

供給導管タップの１つと機能部のためのバルブアセンブリ間の各導管は損失を有する。ブームシリンダー２０の供給ブランチ導管６６は流量Ｑｓｆ（１）を送り、流量係数Ｋｖｓｆ（１）により示される（ここで、"ｆ"はパラメータが機能ブランチに関係することを示す）。アーム機能部３８は流量Ｑｓｆ（２）と流量係数Ｋｖｓｆ（２）により特徴付けられる供給ブランチ導管６８を有する。同様に、バケット機能部３９の供給ブランチ導管６９がＱｓｆ（３）として示される流量と流量係数Ｋｖｓｆ（３）を有する。

戻り導管４０は流体源３１と３つの機能部３７−３９のためのタップ７０、７１および７２間に形成される多数の区画７３、７４および７５に分割される。ブーム機能部３７のための第１タップ３０とタンク３４間の戻り導管４０の第１区画７３に流れる流量はＱｒ（１）で示され、流量係数Ｋｖｒ（１）により特徴付けられる（ここで、"ｒ"は戻り導管を示す）。第２戻り導管区画７４は第１タップ７０とアーム機能部３８のための第２タップ７１間に伸び、流量Ｑｒ（２）および流量係数Ｋｖｒ（２）により示される。戻り導管４０の第３区画７５は第２タップ７１および第３タップ７２間に配置され、流量係数Ｋｖｒ（３）および流量Ｑｒ（３）により特徴付けられる。

ブーム機能部３７と戻り導管の第１タップ７０間の流体を運ぶブランチ導管は流体Ｑｒｆ（１）を運び、流量係数Ｋｖｒｆ（１）により特徴付けられる。アーム機能部３８から第２タップ７１に伸びる戻りブランチ導管７８は流量係数Ｋｖｒｆ（２）および流量Ｑｒｆ（２）により示される。バケット機能部３９の戻りブランチ導管７９は流量Ｑｒｆ（３）と流量係数Ｋｖｒｆ（３）を有する。矢印で示されるように戻り導管区画７３、７４および７５内と戻りブランチ導管７６、７８および７９内の流れの方向をタンクから機能部に向かうように任意に規定したが、流れを逆方向にしたとしても同様であることを留意すべきである。

供給導管３６と戻り導管４０の異なる区画での損失８３の決定はシステム制御装置５４により繰り返し実行されるソフトウエアルーチンにより実施される。損失はこの損失に打勝つためポンプ３２により供給されなければならない圧力を決定するために使用されるので、各機能部は適切な動作のために要求される圧力で流体を受け入れる。ソフトウエアルーチン８０は図４に示され、ソフトウエアの実行中に使用される変数、カウンタ、および他のパラメータを初期化することにより工程８２で開始する。次に、工程８３で、ルーチンは供給導管３６の各区画の流量Ｑｓ（ｘ）と戻り導管４０の各区画の流量Ｑｒ（ｘ）を算出する（ここで、ｘは特定の区画を数字で示す）。これらの流量は各機能部が供給および戻り導管の各区画に寄与する流量の関数である。例えば、第１戻り導管区画７３の流量は３つの機能部３７−３９のための戻りブランチ導管７６、７８および７９の各々での流量Ｑｒｆ（１）−Ｑｒｆ（３）の和である。一方、第３戻り導管区画７５の流量はバケット機能部３９のための戻りブランチ導管７９での流量Ｑｒｆ（３）のみである。各戻りブランチ導管７６、７８および７９での流量は特定の機能部３７−３９が流体を戻り導管に送っているか再生モードで生じるように流体を戻り導管から排出しているかどうかに依存する正又は負であることに留意すべきである。同様な理由で、各供給ブランチ導管６６、６８および６９での流量は正又は負である。

工程８３の供給および戻り導管区画での流量の算出は関数カウント（計数）Ｘを１に設定することにより工程１００で始まる図５のフローチャートにより示される。工程１０２で、第１供給区画６３の流量Ｑｓ（１）は３つの機能供給ブランチ６６、６８および６９の各々の流量Ｑｓｆ（１）−Ｑｓｆ（３）を加算することにより算出される。関数カウントＸの現在値は１であり、機能ブランチの全数ｎは模範油圧システム３０で３であることに留意すべきである。類似の算出が機能戻り導管７６、７８および７９の各々の流量Ｑｒｆ（１）―Ｑｒｆ（３）を加算することにより第１戻り導管区画７３での流量を求めるための工程１０４で実行される。供給および戻りブランチ流量の値は各機能制御装置４８、４９および５２から得られ、またはシステム制御装置５４により命令速度、計量ノード、および各機能部３７−３９のシリンダーピストン面積から算出される。工程１０５で、供給導管３６および戻り導管４０の現在の区画のため新規の計算値Ｑｓ（ｘ）およびＱｒ（ｘ）はシステム制御装置５４のメモリ内のデータテーブルに蓄積される。関数カウントＸは工程１０６で増分し、流量がすべての供給および戻り導管区画のために算出されたとき生るように新関数カウントが油圧システムの機能数（ｎ）を超えるかどうかが工程１０８で決定される。もし決定されなければ、流量算出ルーチンは供給および戻り導管３６および４０の次の区画のための流量Ｑｓ（ｘ）およびＱｒ（ｘ）を導出するため工程１０２に戻る。すべての流量が計算されると、サブルーチンが終了し、プログラム実行がメインソフトウエアルーチン８０に戻る以前に、関数カウントは工程１１０で１にリセットされる。

図４を参照すると、メインルーチン８０の実行は戻り導管４０でのタップ７０、７１および７２の各々の圧力を算出する第１部分に進む。戻り導管の各タップの圧力は正常ではこれらの２つのタップ間の戻り導管の区画での損失のためタンクにより近い近傍のタップでの圧力より大きい。同様に、第１タップ７０の圧力は正常では第２圧力センサー３５により測定されるタンク３４の圧力より大きい。タップ圧力の算出はタンク３４に最も近い第１タップ７０により工程８４で始まり、各連続するタップ７１および７２の圧力を計算するタンクから離間する戻り導管４０に沿って順次進む。負のタップの流量がある場合、２つのタップ間の圧力は減少する。

任意のタップでの圧力は以下の式で与えられる近傍の戻り導管区画での圧力差ΔＰに基いている。

ここで、Ｘは圧力が計算されているタップの数（例えば、この時点では、Ｘ＝１）を示す関数カウントである。式（１）は圧力差の符号を保存する以下の方法で書き換えられる。

したがって、タップｘでの圧力Ｐｒ（ｘ）は以下の式で算出される。

Ｐｒ（ｘ−１）はタンクにより近い戻り導管のある箇所での圧力である。ｘ＝１である第１戻り導管タップ７０において、Ｐｒ（ｘ−１）は第２センサー３５により測定される圧力Ｐｒ（０）である。他の戻り導管７１および７２において、Ｐｒ（ｘ−１）は予め算出されたタップ圧力である。圧力が任意のタップのために算出されると、その値は将来の用途のため工程８５でメモリテーブル６５に蓄積される。

工程８６で、すべての戻り導管タップの圧力が算出されたかどうか、例えば、Ｘが最後の機能タップの数に等しい（例えば、Ｘ＝３）かどうかが決定される。もし１つ又は複数の戻り導管タップが残っていると、実行はタップカウントが工程８４に戻る前に増分される工程８７に分岐し、タンク３４から離間する次の戻り導管タップで圧力を算出する。すべての戻りタップの圧力が算出されると、プログラム実行は工程８８に進む。

この場合、システム制御装置５４はポンプ３２の所望の流出部圧力が３つの機能部３７−３９の圧力条件に基いて導出されるソフトウエアルーチン８０の第２部分の実行を開始する。所望のポンプ流出部圧力は供給導管３６の損失のため機能部により要望されまたは要求される最大圧力以上でなければならない。ソフトウエアルーチン８０のこの部分はポンプ３２から供給導管に沿って最遠に配置されたタップを有する機能部により要求される圧力を最初に計算し、各連続する機能部により要求される圧力を計算するポンプに向けて供給導管３６に沿って順次進展する。この進展プロセスの各段はポンプから供給導管に沿ってさらに下流の機能部に要求される圧力を満足させるため選択されたタップに生じなければならない圧力を計算する。選択されたタップの機能部により要求される圧力と下流のタップにより要求される圧力のより大きい方が次の計算反復に使用される。これらの順次計算の結果がポンプ３２を制御するために使用される所望のポンプ流出部圧力である。

ソフトウエアルーチン８０のこの第２の部分は図４の工程８６から工程８８までの遷移で始まる。これが生じると、機能カウントは模範システムがバケット機能部３９（ｘ＝３）であるポンプから最遠の機能部を示す。第１工程８８は選択された機能部（例えば、初期において、バケット機能部３９）により要求される圧力を示す流体源供給圧力設定値を算出する。システム制御装置５４は計量モードが付随の機能制御装置４８、５０および５２により選択されたことに依存する以下の式の１つに従って流体源供給圧力設定値（ＰＳ設定値）を導出する。

ここで、ｘは付随のシリンダーピストンの所望の速度であり、Ｋｅｑは選択された機能部のための流量コンダクタンス計数であり、Ａｂはロッドシリンダーチャンバーのピストン面積であり、Ｒはピストン面積のロッドシリンダーチャンバーのピストン面積に対するヘッドシリンダーチャンバーの比であり、Ｐａはヘッドチャンバー圧力であり、Ｐｂはロッドチャンバー圧力であり、Ｐｒは戻り導管圧力である。選択された計量モード、等価流量コンダクタンス係数、および要求圧力値はシステム制御装置５４により各機能制御装置４８、５０および５２から得られる。駆動伸張および退行計量モードにおいて、供給導管３６からの流体は一方のシリンダーチャンバーに加えられ、他方のシリンダーチャンバーから排出する流体のすべては戻り導管４０に入る。高側再生モードにおいて、一方のシリンダーチャンバーから排出される流体は供給導管３６に接続されたバルブアセンブリのノードを介して他方のシリンダーチャンバーに供給される。低側再生モードにおいて、一方のシリンダーチャンバーから排出される流体は戻り導管４０に接続されたバルブアセンブリのノードを介して他方のシリンダーチャンバーに供給される。代案として、Ｐｓ設定値の計算は各機能制御装置４８、５０および５２で実施され、通信ネットワーク５６を介してシステム制御装置５４に伝達され、システム制御装置が実行しなければならない計算を減少させる。

ポンプ供給設定値は機能部が命令速度で駆動するため各機能のための供給導管タップで生じるために必要である所望の圧力を示す。しかしながら、各供給導管タップでの圧力は供給導管３６に沿って下流である他の機能部の要求を満足させるため充分に大きくなければならない。下流の圧力要求は任意のタップ位置のための補正Ｐｓ設定値の一部として指定され、各供給導管タップ６０−６２のために実行される計算の一部として算出される。ポンプから最遠であるバケット機能部３９とタップ６２のための補正Ｐｓ設定値はゼロである。従って、工程８９において、選択された機能部のＰｓ設定値が予め計算された補正Ｐｓ設定値以上であると判断されて、工程９０を飛ばして工程９２へ移る。後続のタップ６１又は６０では、工程８９の判断において、下流の機能部の要求する圧力の方が、上流のタップに接続された機能部によって要求される圧力よりも大きい場合（ＮＯ）がある。この場合、ソフトウエアルーチンは工程９０を実行し、現在の機能部のための新規に計算されたＰｓ設定値を他の機能部により要求された圧力から導出された以前の計算補正Ｐｓ設定値に置換する。

工程９２で、次の上流タップ（ｘ−１）のための補正Ｐｓ設定値は現在Ｐｓ設定値とポンプ３２に向かう近傍の供給導管区画での損失を使用して算出される。この計算は以下の式を採用する。

ここで、ｘは現在のタップと供給導管３６の近傍の区画を示す機能カウントである。

工程９３で、この計算がすべての機能部３７−３９のために実施されたかどうかが決定される。もしそうでなければ、ソフトウエアルーチン８０の実行は機能カウントが供給導管３６に沿ってポンプ３２に向かって最も近い次の機能部を選択するため決定される工程９４に分岐する。実行は工程８８に戻り、ＰＳ設定値と新しい選択された機能部のための補正ＰＳ設定値の導出を繰り返す。

ソフトウエアルーチン８０の第２領域の計算が完了すると、最終補正ＰＳ設定値はすべての機能部３７−３９の要求を満足させるためポンプ３２の流出部で発生しなければならない圧力を示す。具体的には、設定値は供給導管損失を考慮した最大圧力を要求する機能部の要求に合致することを要求されるポンプ流出部圧力である。最終補正ＰＳ設定値はシステム制御装置が流体源３１内の可変容量型ポンプ３２を駆動するために使用される流体源供給圧力レベルとして工程９５で蓄積される。

ポンプ３２の流出部の流体源供給圧力レベルを提供するように流体源３１が動作することにより、典型的には供給導管３６の種々の区画６３−６５での損失のため各供給導管タップ６０−６２で生じる圧力は低くなる。バルブアセンブリ４２、４４および４６を適切に制御するため、機能制御装置４８−５０は各供給導管タップ６０−６２に現れる実際の圧力を知らなければならない。システム制御装置５４はこれらのタップ圧力を認識しなければならない。この目的のため、ソフトウエアルーチン８０は機能カウントがブーム機能部３７と第１供給導管タップ６０を示す１（ｘ＝１）である時の工程９３から工程９５に分岐する。各タップで得られる圧力は供給導管損失を考慮して流体源供給圧力レベルから算出される。最初に補正ＰＳ設定値Ｐｓ（０）に対応するポンプ設定値圧力、および第１供給導管区画６３のための流量計数Ｋｖｓ（１）と流量Ｑｓ（１）は第１タップ６０で生じる実際の圧力設定値Ｐｓ（１）を導出するために採用される。この導出のため以下の式が使用される。

ここで、ｘは選択された機能部および供給導管タップを示す。この計算された供給導管圧力設定値Ｐｓ（ｘ）はメモリテーブルに蓄積され、工程９７で通信ネットワーク５６を介して各制御装置に伝達される。次に、工程９８で、圧力設定値がすべての供給導管タップ６０−６２のために算出されたかどうかが決定され、もしそうであれば、ソフトウエアルーチン８０の実行が終了する。そうでなければ、実行は、次の機能部の圧力設定値を計算するため、工程９６に戻る前に、機能カウントが増分する工程９９に分岐する。

ソフトウエアルーチン８０が終了すると、流体源供給圧力レベルはすべての機能部３７−３９がバックホー１０のオペレータにより命令されるように実行するための充分な圧力を受けるポンプ設定圧力を設定する。さらに、機能制御装置４８、５０および５２の各々は供給導管３６および戻り導管４０のタップに現れる実際の圧力を通知され、対応するバルブアセンブリ４２、４４および４６の動作で通知された圧力を使用し、制御されている油圧シリンダー２０、２２および２４の所望の速度および動作を発生する。

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例が注目されたが、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実現する可能性があることが予測される。したがって、本発明の範囲は、上記開示により限定されることなく、特許請求の範囲から決定されるべきである。

図１は本発明を組み込んだバックホーの側面図である。 図２はバックホーに取り付けられたブーム、アーム、およびバケットを動かすための油圧システムの概略図である。 図３は油圧システムに使用される油圧流体源の他の実施例を示している。 図４は油圧システムの各機能部でのポンプのための制御圧力と供給および戻り導管内の圧力を算出する方法を示すフローチャートである。 図５は油圧システムの供給および戻り導管の区画に流れる流量を算出するサブルーチンを示すフローチャートである。

１０ バックホー
１２ バケット
１４ アーム
１５ ブームアセンブリ
１６ ブーム
１８ トラクター
２０ 油圧ブームシリンダー
２２ 油圧アームシリンダー
２４ 油圧バケットシリンダー
３０ 油圧システム
３１ 流体源
３２ 可変容量型ポンプ
３３、３５ センサー
３４ タンク
３６ 供給導管
３７ ブーム機能部
３８ アーム機能部
３９ バケット機能部
４０ 戻り導管
４２、４４、４６ バルブアセンブリ
４８、５０、５２ 機能制御装置
５４ システム制御装置
５６ 通信ネットワーク

Claims (24)

1. 複数の第１のタップを有する供給導管が流体源に連結されると共に、前記複数の第１のタップを介して複数の油圧アクチュエータに流体が供給される、油圧システムを駆動する方法において、
   前記供給導管における隣接する第１のタップ間の圧力差、及び、前記流体源と前記流体源に隣接する第１のタップとの間の圧力差、を決定して複数の第１の圧力差を導出する工程と、
   前記複数の第１のタップに連結されている前記複数の油圧アクチュエータを作動させるために前記複数の第１のタップに必要な供給圧力を決定する工程と、
   前記複数の第１の圧力差を用いて、前記流体源が供給すべき流体源供給圧力を決定することにより、前記複数の第１のタップに前記供給圧力を発生させる工程と、
   前記流体源供給圧力に基づいて前記流体源の圧力を制御する工程と、
   を有することを特徴とする油圧システムを駆動する方法。
2. １対の第１のタップ間の流量を決定して、前記流量及び前記１対の第１のタップ間における供給導管の区画の流量係数を用い、第１の圧力差を算出することにより、前記複数の第１の圧力差を導出することを特徴とする請求項１に記載の油圧システムを駆動する方法。
3. 前記隣接する第１のタップの間の圧力差を決定する工程には、
   （ａ）前記隣接する第１のタップ間における前記供給導管の流量を決定する工程と、
   （ｂ）前記流量及び前記隣接する第１のタップ間における供給導管の区画の流量係数を用いて第１の圧力差を算出する工程と、
   （ｃ）前記供給導管の他の１対の第１のタップ間に対して前記工程（ａ）〜（ｂ）を繰り返す工程と、
   が含まれることを特徴とする請求項１に記載の油圧システムを駆動する方法。
4. 前記流体源供給圧力を用いて前記複数の第１のタップの圧力を算出する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の油圧システムを駆動する方法。
5. 前記圧力を算出する工程には、
   前記隣接する第１のタップ間の流量を決定する工程と、
   前記流量及び前記隣接する第１のタップ間における供給導管の区画の流量係数を用いて第１の圧力差を算出する工程と、
   が含まれることを特徴とする請求項４に記載の油圧システムを駆動する方法。
6. 前記圧力を算出する工程には、圧力差及び前記隣接する第１のタップの一方の圧力を用いて、前記隣接する第１のタップの他方の圧力を算出する工程がをさらに含まれることを特徴とする請求項５に記載の油圧システムを駆動する方法。
7. 前記複数の油圧アクチュエータから流体が前記流体源に戻される、戻り導管の圧力を検出する工程と、
   前記複数の油圧アクチュエータとタンクに連結された前記戻り導管との間に流体が流れる複数の第２のタップの各圧力を、前記戻り導管の圧力を用いて算出する工程と、
   がさらに含まれることを特徴とする請求項１に記載の油圧システムを駆動する方法。
8. 前記複数の第２のタップを介して流体を前記複数の油圧アクチュエータと戻り導管との間に流す方法において、
   前記戻り導管の圧力を検出する工程と、
   １対の第２のタップ間に生じる圧力差を第２の圧力差とする、第２の圧力差を複数算出する工程と、
   前記戻り導管の圧力と前記複数の第２の圧力差に基いて前記複数の第２のタップの圧力を各々算出する工程と、
   がさらに含まれることを特徴とする請求項１に記載の油圧システムを駆動する方法。
9. 前記複数の第２の圧力差を算出する工程が、前記１対の第２のタップ間の流量、及び戻り導管の区画の流量係数に基くことを特徴とする請求項８に記載の油圧システムを駆動する方法。
10. 流体源と複数の油圧アクチュエータとの間の導管における流体損失を補償する、油圧システムを駆動する方法において、
    前記複数の油圧アクチュエータにおける各々の供給圧力を決定して、複数の供給圧力を決定する工程と、
    前記流体源と前記複数の油圧アクチュエータとの間における前記導管の流量係数を各々決定する工程と、
    前記流量係数、前記複数の供給圧力、及び、前記流体源に隣接する前記導管の圧力を用いて、前記導管に供給される各々の油圧アクチュエータ圧力を算出する工程と、
    前記油圧アクチュエータ圧力を用いて、各油圧アクチュエータを制御する工程と、
    を有することを特徴とする油圧システムを駆動する方法。
11. 前記流量係数が前記導管の選択箇所間の圧力差を特定することを特徴とする請求項１０に記載の油圧システムを駆動する方法。
12. 前記流量係数を決定する工程には、前記導管の１対の箇所間の流量を算出する工程と、前記流量と前記導管の前記１対の箇所間における区画の流量係数に基づいて圧力差を算出する工程と、が含まれることを特徴とする請求項１０に記載の油圧システムを駆動する方法。
13. 前記流量係数を決定する工程には、前記複数の油圧アクチュエータが前記導管に連結される箇所の間における導管の区画の流体伝導損失を決定する工程が含まれることを特徴とする請求項１０に記載の油圧システムを駆動する方法。
14. 前記流体源により供給されるべき流体源供給圧力を算出する工程をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の油圧システムを駆動する方法。
15. 前記流体源供給圧力が、前記複数の供給圧力と前記流量係数に基づいて算出されることを特徴とする請求項１４に記載の油圧システムを駆動する方法。
16. 前記流体源供給圧力に基づいて、前記流体源の圧力を制御する工程をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の油圧システムを駆動する方法。
17. 前記個別の圧力を算出する工程には、
    前記導管内の複数の箇所を規定する工程と、
    （ａ）前記導管内の隣接する箇所間の流量を決定する工程と、
    （ｂ）前記流量、及び前記隣接する箇所間における前記導管の区画における流量係数を利用して圧力差を算出する工程と、
    が含まれることを特徴とする請求項１０に記載の油圧システムを駆動する方法。
18. 前記個別の圧力を算出する工程には、前記導管内の隣接する箇所の一方の箇所の圧力差及び圧力を採用して、前記隣接する箇所の他方の箇所の圧力を算出する工程がさらに含まれることを特徴とする請求項１７に記載の油圧システムを駆動する方法。
19. 流体源に連結された供給導管、及び、タンクに連結された戻り導管を有する、前記流体源及び複数の油圧アクチュエータが前記供給導管の異なる第１の箇所で連結された、油圧システムを駆動する方法において、
    （ａ）前記１対の第１の箇所間の流量を決定する工程と、
    （ｂ）前記流量と前記第１の箇所間における前記供給導管の区画の流量係数を用いて、第１の圧力差を算出する工程と、
    （ｃ）前記供給導管の他の対の第１の箇所に対して、前記工程（ａ）および（ｂ）を繰り返して、複数の第１の圧力差を算出する工程と、
    （ｄ）前記複数の油圧アクチュエータの各々を動作させるための供給圧力を決定する工程と、
    （ｅ）前記流体源から最遠の前記第１の箇所を選択された第１の箇所として特定する工程と、
    （ｆ）前記複数の第１の圧力差の１つの関数として補正圧力を算出すると共に、及び、前記選択された第１の箇所に連結された前記油圧アクチュエータの前記供給圧力を算出する工程と、
    （ｇ）選択された第１の箇所より前記流体源に近い他の第１の箇所を、新たに選択された第１の箇所として再特定する工程と；
    （ｈ）補正圧力又は選択された第１の箇所に連結された前記油圧アクチュエータの前記供給圧力のいずれか大きい方を、選択された圧力として選択する工程と、
    （ｉ）前記複数の第１の圧力差の１つの関数として補正圧力を再算出すると共に、及び、選択された圧力を再算出する工程と、
    （ｊ）前記油圧アクチュエータが連結されるすべての前記第１の箇所に対して、前記工程（ｇ）乃至（ｉ）を繰り返す工程と、
    （ｋ）前記補正圧力を流体源供給圧力として指定する工程と、
    （ｌ）前記流体源供給圧力を使用して、前記流体源により供給される圧力を制御する工程と、
    を有することを特徴とする油圧システムを駆動する方法。
20. 前記油圧アクチュエータが前記供給導管に連結されている各箇所で得られる油圧アクチュエータ圧力を、前記流体源供給圧力を用いて算出する工程をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載の油圧システムを駆動する方法。
21. 前記油圧アクチュエータ圧力を算出する工程には、
    前記供給導管内の隣接する箇所の流量を決定する工程と、
    前記流量と前記隣接する箇所の間における前記供給導管の区画の流量係数を利用して圧力差を算出する工程と、
    が含まれることを特徴とする請求項２０に記載の油圧システムを駆動する方法。
22. 前記油圧アクチュエータ圧力を算出する工程が、前記隣接する箇所の他方の圧力を算出するために、圧力差と前記供給導管の前記隣接する箇所の一方の圧力を用いることを特徴とする請求項２１に記載の油圧システムを駆動する方法。
23. 前記戻り導管が、前記複数の油圧アクチュエータから流体が流れる複数の第２の箇所を有し、
    前記戻り導管の圧力を検出する工程と、
    対の第２の箇所間で生じる複数の第２の圧力差を算出する工程と、
    前記戻り導管の圧力と前記複数の第２の圧力差に基いて、前記複数の第２の箇所の各々の戻り圧力を算出する工程と、
    がさらに含まれることを特徴とする請求項１９に記載の油圧システムを駆動する方法。
24. 前記複数の第２の圧力差を算出する工程が、前記対の第２の箇所間における流量と前記対の第２の箇所間における前記戻り導管の区画の流量係数に基くことを特徴とする請求項２３に記載の油圧システムを駆動する方法。

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