JP5049284B2 - 多数のポンプ用の制御システムおよび制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、多数のポンプを有する油圧システム、より詳しくは、多数のポンプシステムを制御する方法に関する。

例えば、掘削機、ローダ、ブルドーザ、モータグレーダ等の作業機械、および他の種類の重機械では、様々な作業を実現するために作業機械のポンプからの作動油を供給する多数のアクチュエータが使用される。これらのアクチュエータは、典型的に、操作者インターフェース装置の作動位置に基づいて速度制御される。例えば、ジョイスティック、ペダル等の操作者インターフェース装置、または他の任意の適切な操作者インターフェース装置は、関連付けられた油圧アクチュエータの所望の速度を示す信号を発生させるように可動であり得る。操作者がインターフェース装置を移動させたときに、操作者は、油圧アクチュエータが、関連する所定の速度で移動することを期待する。しかし、多数のアクチュエータが同時に作動された場合、単一のポンプからの作動油の流れは、アクチュエータの全てを所望の速度で動かすには不十分である可能性がある。さらに、単一のポンプが小型であり、また単一のアクチュエータの所望の速度が、単一のポンプの流量容量を超える流体流量を必要とするという状況が存在する。

多数のポンプからの作動油の流れを選択的に混合して、単一のアクチュエータを動かす１つの方法が、１９８２年８月２４日にジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）に交付された米国特許公報（特許文献１）に記載されている。米国特許公報（特許文献１）は、第１のポンプによって加圧された流体が供給される第１の回路と、第２のポンプによって加圧された流体が供給される第２の回路とを有する油圧システムを記載している。第１および第２の回路のそれぞれは、バイパス通路を介して直列に接続された多数の流体モータを有する。さらに、第１の回路の１つの流体モータは第２の回路の流体モータと直列に接続され、また第２の回路の１つの流体モータは第１の回路の流体モータと直列に接続される。このようにして、第１の回路内に過剰流体が存在した場合、その過剰流体が第２の回路の１つの流体モータに対して利用可能にされる。同様に、第２の回路内に過剰流体が存在した場合、その過剰流体が第１の回路の１つの流体モータに対して利用可能にされる。一群のレゾルバ弁によって、第１の回路の最大圧力が第１のポンプの制御に関連され、また第２の回路の最大圧力が第２のポンプの制御に関連され、これにより、第１および第２のポンプの変位およびそれに関連する出力が制御される。一方の回路からの流体が他方の回路の１つのモータに供給されたときには、一方の回路のレゾルバ群の圧力比較機能が他方の回路の１つのモータを含めて行われる。

米国特許公報（特許文献１）のレゾルバ群は、第１の回路と第２の回路との間で共有する流れの間においても、第１および第２のポンプの出力の制御を補助し得るが、前記レゾルバ群は高価であり、信頼性が低く、また非効率的である可能性がある。特に、多数のレゾルバ弁は、油圧システムのコストを増加させ、信頼性を低下させることがある。さらに、第１および第２のポンプは、変動の予想ではなく、圧力変動または流量変動に応じて制御されるので、システムには、本質的にタイムラグが生じる可能性がある。このタイムラグにより、システムの応答性および効率が低下することがある。その上、レゾルバ弁が第１および第２のポンプの突然のおよび極端な制御変化を発生させて、第１のポンプおよび第２のポンプに駆動連結されたエンジンを急減速または急加速させることがある。これらのエンジン速度偏差により、米国特許公報（特許文献１）の油圧システムを組み込んでいる作業機械の全体効率が低下する場合がある。

米国特許第４，３４５，４３６号明細書

開示される制御システムは、上記課題の１つ以上を克服することに向けられる。

一形態では、本開示は油圧制御システムに関する。油圧制御システムは、第１のポンプ、第２のポンプ、オペレータ制御装置、および第１のポンプと第２のポンプとオペレータ制御装置とに通信する制御装置を含む。第１および第２のポンプは流体を加圧するように構成される。オペレータ制御装置は、対応する制御信号を発生させるように中立位置から最大位置までの動作範囲にわたって可動である。制御装置は、制御信号を受信するように、オペレータ制御装置が動作範囲全体にわたって移動されたときに、制御信号に応答して第１のポンプの作動に影響を及ぼすように、そしてオペレータ制御装置が動作範囲の一部にわたって移動されたときにのみ、制御信号に応答して第２のポンプの作動に影響を及ぼすように構成される。

他の形態では、本開示は油圧制御システムに関する。油圧制御システムは、第１のポンプ、第２のポンプ、流体アクチュエータ、および第１のポンプと第２のポンプとに通信する制御装置を含む。第１および第２のポンプは流体を加圧するように構成される。流体アクチュエータは、加圧流体によって可動である。制御装置は、流体アクチュエータに関する所望の特性を決定するように、所望の特性が最小値を超えたときに第１のポンプの作動を開始するように、そして所望の特性が最小値を所定量だけ超えたときにのみ第２のポンプの作動を開始するように構成される。

さらに他の形態では、本開示は、油圧システムを作動させる方法に関する。本方法は、中立位置から最大位置までの動作範囲におけるオペレータ制御装置の位置を示す制御信号を受信するステップを含む。さらに、本方法は、制御信号が、中立位置から離れているオペレータ制御装置の位置を示したときに、制御信号に応答して第１のポンプの作動に影響を及ぼすステップと、制御信号が、中立位置から所定量だけ離れているオペレータ制御装置の位置を示したときにのみ、制御信号に応答して第２のポンプの作動に影響を及ぼすステップとを含む。

さらに他の形態では、本開示は、油圧制御システムを作動させる方法に関する。本方法は、流体アクチュエータに関する所望の特性を決定するステップを含む。さらに、本方法は、所望の特性が最小値を超えたときに第１のポンプの作動を開始するステップと、所望の特性が最小値を所定量だけ超えたときにのみ第２のポンプの作動を開始するステップとを含む。

図１は、作業を実現するように協働する多数のシステムおよび構成部材を有する模範的な作業機械１０を示している。作業機械１０は、鉱業、建設業、農業、運送業等の産業、または公知の他の任意の産業に関連するある種の作業を行う固定機械または移動機械として具体化することが可能である。例えば、作業機械１０は、掘削機、ブルドーザ、ローダ、バックホー、モータグレーダ、ダンプトラック等の土工機械、または他の任意の土工機械であってもよい。作業機械１０は、作業工具１４を動かすように構成された器具システム１２と、作業機械１０を推進させるための駆動システム１６と、器具システム１２および駆動システム１６に動力を供給する動力源１８と、器具システム１２および駆動システム１６をオペレータ制御するためのオペレータステーション２０とを含み得る。

器具システム１２は、流体アクチュエータによって作業工具１４を動かすように作用するリンケージ構造を含むことが可能である。具体的には、器具システム１２は、隣接する一対の複動油圧シリンダ２６（図１には１つのみ図示）によって、作業面２４に対して軸（図示せず）を中心に垂直方向に旋回するブーム部材２２を含み得る。さらに、器具システム１２は、単一の複動油圧シリンダ３２によって、軸３０を中心に垂直方向に旋回するスティック部材２８を含むことが可能である。その上、器具システム１２は、旋回軸３６を中心に作業工具１４を垂直方向に旋回させるように作業工具１４に動作可能に連結された単一の複動油圧シリンダ３４を含み得る。ブーム部材２２は作業機械１０のフレーム３８に旋回可能に連結することが可能である。スティック部材２８により、ブーム部材２２が、旋回軸３０と３６を介して作業工具１４に旋回可能に連結され得る。

それぞれの油圧シリンダ２６、３２、３４は、分離された２つの圧力室を形成するように配置された管およびピストンアセンブリ（図示せず）を含むことが可能である。選択的に、圧力室に加圧流体を供給しまた圧力室から加圧流体を排出して、ピストンアセンブリを管内で移動させることが可能であり、これにより、油圧シリンダ２６、３２、３４の有効長さが変更される。圧力室に流入しまたそこから流出する流体の流量は油圧シリンダ２６、３２、３４の速度に関連することが可能であり、一方、２つの圧力室の圧力差は、油圧シリンダ２６、３２、３４によって、関連付けられたリンケージ部材に与えられた力に関連することが可能である。油圧シリンダ２６、３２、３４の伸長および収縮は作業工具１４を動かすことを補助し得る。

多数の異なる作業工具１４は、１つの作業機械１０に取り付け可能であり、またオペレータステーション２０を介して制御可能であり得る。作業工具１４は、例えば、バケット、フォーク装置、ブレード、ショベル、リッパ、ダンプ荷台、ブルーム、除雪機、推進装置、切断装置、把持装置等の、特定の作業を行うために使用される任意の装置、または公知の他の任意の作業実行装置を含むことが可能である。作業工具１４は、図１の実施形態では、作業機械１０に対して旋回するように連結されているが、その代わりにまたはそれに加えて、公知の他の任意の方法で回転、摺動、揺動、昇降または移動することが可能である。

駆動システム１６は、作業機械１０を推進させるための１つ以上の牽引装置を含み得る。一例において、駆動システム１６は、作業機械１０の一方の側に配置された左側履帯４０Ｌと、作業機械１０の他方の側に配置された右側履帯４０Ｒとを含む。左側走行モータ４２Ｌによって、左側履帯４０Ｌを駆動することが可能であり、一方、右側走行モータ４２Ｒによって、右側履帯４０Ｒを駆動することが可能である。その代わりに、駆動システム１６が、ホイール、ベルト等の、履帯以外の牽引装置、または他の公知の牽引装置を含み得ることが考えられる。図１の例において、左側走行モータ４２Ｌと右側走行モータ４２Ｒとに速度差を生じさせることによって、作業機械１０を操作することが可能であり、一方、左側走行モータ４２Ｌと右側走行モータ４２Ｒとから実質的に等しい出力速度を発生させることによって、直進走行を容易にし得る。

流体圧力差を生じさせることによって、それぞれの左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒを駆動し得る。具体的には、それぞれの左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒは、インペラ（図示せず）の両側に配置された第１および第２の室（図示せず）を含むことが可能である。加圧流体が第１の室に充填され、また第２の室から流体が排出されたときに、第１の方向に回転するように個々のインペラを付勢し得る。逆に、第１の室から流体が排出され、また加圧流体が第２の室に充填されたときには、逆方向に回転するように個々のインペラを付勢し得る。第１および第２の室に流入しまたそれらから流出する流体の流量によって、左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒの出力回転速度を決定することが可能であり、一方、左側走行モータ４２Ｌと右側走行モータ４２Ｒとの圧力差によって、出力トルクを決定することが可能である。

動力源１８は、例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料エンジン等の燃焼エンジン、または公知の他の任意の種類の燃焼エンジンとして具体化することが可能である。その代わりに、動力源１８が、燃料電池、電力貯蔵装置等の非燃焼式動力源、または公知の他の源として具体化され得ることが考えられる。動力源１８は機械的パワー出力および／または電気的パワー出力を発生させることが可能であり、次に、油圧シリンダ２６、３２、３４ならびに左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒを作動させるために、前記出力を油圧パワーに変換することが可能である。

所望の作業工具および／または作業機械の動きを指示する、作業機械の操作者からの入力を受信するように、オペレータステーション２０を構成し得る。具体的には、オペレータステーション２０は、操作者の座席の近傍に配置された単軸ジョイスティックまたは多軸ジョイスティックとして具体化された１つ以上の操作者インターフェース装置４６を含んでもよい。操作者インターフェース装置４６は、作業工具１４を所望の作業工具速度で動かすおよび／または配向させるように中立位置と最大位置との間で可動な比例式制御装置であり得る。同様に、作業面２４に対して作業機械１０を所望の作業機械速度で移動および／または配向させるように、同一のまたは他の操作者インターフェース装置４６が中立位置と最大位置との間で可動であり得る。操作者インターフェース装置４６が中立位置と最大位置との間で移動されたときに、位置を示す対応するインターフェース装置位置信号を発生させることが可能である。その代わりにまたはそれに加えて、オペレータステーション２０内に、例えば、ホイール、ノブ、プッシュプル装置、スイッチ、ペダル等の異なる操作者インターフェース装置、および公知の他の操作者インターフェース装置を含み得ることが考えられる。

図２に示されているように、作業機械１０は、作業工具１４（図１参照）と作業機械１０とを動かすように協働する複数の流体構成部材を有する油圧制御システム４８を含むことが可能である。特に、油圧制御システム４８は、第１の源５１からの第１の加圧流体ストリームを受け入れるように構成された第１の回路５０と、第２の源５３からの第２の加圧流体ストリームを受け入れるように構成された第２の回路５２とを含むことが可能である。第１の回路５０は、第１の加圧流体ストリームを受け入れるように並列に接続されたブーム制御弁５４、バケット制御弁５６および左側走行制御弁５８を含み得る。第２の回路５２は、第２の加圧流体ストリームを受け入れるように並列に接続された右側走行制御弁６０およびスティック制御弁６２を含み得る。第１の回路５０および／または第２の回路５２内に、例えば、駆動システム１６に対する器具システム１２の揺動動作を制御するように構成された揺動制御弁、１つ以上のアタッチメント制御弁等の追加の制御弁機構、および他の適切な制御弁機構を含み得ることが考えられる。

１つ以上のタンク６４から流体を排出しまた流体を所定のレベルに加圧するように、第１の源５１および第２の源５３を構成し得る。具体的には、それぞれの第１の源５１および第２の源５３は、例えば、可変容量形ポンプ、固定容量形ポンプ等のポンプ機構、または公知の他の任意の源として具体化してもよい。例えば、カウンタシャフト（図示せず）、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）によってまたは他の任意の適切な方法において、第１の源５１および第２の源５３のそれぞれを作業機械１０の動力源１８に別々にまた駆動可能に連結し得る。その代わりに、トルクコンバータ、減速ギヤボックスを介してまたは他の任意の適切な方法において、それぞれの第１の源５１および第２の源５３を動力源１８に間接的に連結してもよい。第２の源５３によって生成される第２の加圧流体ストリームとは独立して、第１の加圧流体ストリームを生成するように、第１の源５１を構成し得る。第１および第２のストリームは、異なる圧力レベルに加圧されることが可能であり、また異なる速度で流れることが可能である。

タンク６４は、流体供給を保持するように構成されたリザーバとして形成することが可能である。流体は、例えば、専用の作動油、エンジン用潤滑油、変速機用潤滑油、または公知の他の任意の流体を含み得る。作業機械１０内の１つ以上の油圧システムによって、流体をタンク６４から排出しまたそのタンクに流体を戻すことが可能になる。油圧制御システム４８を多数の別々の流体タンクにまたは単一のタンクに接続し得ることが考えられる。

それぞれのブーム制御弁、バケット制御弁、右側走行制御弁、左側走行制御弁およびスティック制御弁５４〜６２によって、それらに関連付けられた流体アクチュエータの動作を調整することが可能になる。具体的には、ブーム制御弁５４は、ブーム部材２２に関連付けられた油圧シリンダ２６の動作を制御するように可動な要素を有することが可能であり、バケット制御弁５６は、作業工具１４に関連付けられた油圧シリンダ３４の動作を制御するように可動な要素を有することが可能であり、またスティック制御弁６２は、スティック部材２８に関連付けられた油圧シリンダ３２の動作を制御するように可動な要素を有することが可能である。同様に、左側走行制御弁５８は、左側走行モータ４２Ｌの動作を制御するように可動な弁体を有することが可能であり、一方、右側走行制御弁６０は、右側走行モータ４２Ｒの動作を制御するように可動な要素を有することが可能である。

加圧流体が、共通の通路を介して第１の回路５０および第２の回路５２の個々のアクチュエータに流れまたそこから排出されることが許容されるように、前記第１の回路および前記第２の回路の制御弁を接続し得る。具体的には、第１の回路５０の制御弁は、第１の共通の供給通路６６を介して第１の源５１に接続され、また共通の第１の排出通路６８を介してタンク６４に接続されてもよい。第２の回路５２の制御弁は、第２の共通の供給通路７０を介して第２の源５３に接続され、また共通の第２の排出通路７２を介してタンク６４に接続されてもよい。ブーム制御弁、バケット制御弁および左側走行制御弁５４〜５８は、個々の流体通路７４、７６および７８のそれぞれを介して共通の第１の供給通路６６と並列に接続されることが可能であり、また個々の流体通路８０、８２および８４のそれぞれを介して共通の第１の排出通路６８と並列に接続されることが可能である。同様に、右側走行制御弁６０およびスティック制御弁６２は、個々の流体通路８６と８８のそれぞれを介して共通の第２の供給通路７０と並列に接続され、また個々の流体通路９０と９２のそれぞれを介して共通の第２の排出通路７２と並列に接続されることが可能である。チェック弁体９４をそれぞれの流体通路７４、７６、９４内に配置して、制御弁への加圧流体の一方向供給を行うことが可能である。

ブーム制御弁、バケット制御弁、右側走行制御弁、左側走行制御弁およびスティック制御弁５４〜６２の要素は同様であり、また関連して機能することが可能であるので、本開示においては、ブーム制御弁５４の作動のみについて説明する。一例において、ブーム制御弁５４は、第１の室の供給要素（図示せず）と第１の室の排出要素（図示せず）と第２の室の供給要素（図示せず）と第２の室の排出要素（図示せず）とを含んでもよい。第１および第２の室の供給要素を流体通路７４と並列に接続して、第１の源５１からの流体を前記第１および第２の室の供給要素の個々の室に充填することが可能であり、一方、第１および第２の室の排出要素を流体通路８０と並列に接続して、個々の室から流体を排出することが可能である。油圧シリンダ２６を伸長させるために、第１の源５１からの加圧流体が流体通路７４を介して油圧シリンダ２６の第１の室に充填されることを許容するように、第１の室の供給要素を移動させることが可能であり、一方、流体が油圧シリンダ２６の第２の室から流体通路８０を介してタンク６４に排出されるように、第２の室の排出要素を移動させることが可能である。油圧シリンダ２６を逆方向に移動させるために、油圧シリンダ２６の第２の室に加圧流体を充填するように、第２の室の供給要素を移動させることが可能であり、一方、油圧シリンダ２６の第１の室から流体を排出するように、第１の室の排出要素を移動させることが可能である。その代わりに、第１の室に関連付けられた単一の要素と、第２の室に関連付けられた単一の要素とによって、供給機能および排出機能の両方を実行し得ることが考えられる。

供給要素および排出要素は、コマンドに応答してバネ付勢に抗して可動なソレノイドであり得る。特に、油圧シリンダ２６、３２、３４ならびに左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒは、第１および第２の室に流入しまたそれらから流出する流体の流量に対応する速度で動くことが可能である。インターフェース装置位置信号を介して指示された操作者が望む速度を実現するために、供給要素および排出要素のソレノイド（図示せず）に、推定または測定された圧力に基づくコマンドを送信することが可能であり、このコマンドにより、前記供給要素および前記排出要素が、バネ付勢に抗して、必要な流量に対応する大きさだけ開くことになる。コマンドは流量コマンドまたは弁体位置コマンドの形態であり得る。

中間流機能およびリリーフ機能のために、第１の回路５０および第２の回路５２の共通の供給通路および排出通路６６〜７２を相互接続し得る。特に、共通の第１の供給通路６６および共通の第２の供給通路７０により、流体が共通のフィルタ９６ならびに第１のバイパス要素９８および第２のバイパス要素１００のそれぞれを介してタンク６４に迂回されることが可能になる。すなわち、第１の源５１および第２の源５３は、決して、出力を完全にゼロにするようにデストロークすることがない。第１の源５１および第２の源５２が最小流設定または「中間」流設定にデストロークされたときにも、第１のバイパス要素９８および第２のバイパス要素１００により、最小ポンプ圧力を維持しつつ、最小量の流体の流れがタンク６４に戻ることが可能になり得る。さらに、共通の第１の排出通路６８および共通の第２の排出通路７２により、流体が第１の回路５０および第２の回路５２からシャトル弁１０２と共通の主リリーフ要素１０４とを介してタンク６４に解放されることが可能になる。第１の回路５０または第２の回路５２内の流体が所定のレベルを超えたときに、回路からのより高圧の流体がシャトル弁１０２と共通の主リリーフ要素１０４とを介してタンク６４に排出し得る。

直進走行弁１０６により、左側走行制御弁５８および右側走行制御弁６０を互いに直列関係に選択的に再配置することが可能になる。特に、直進走行弁１０６は、中立位置から直進走行位置に向かって可動な弁体１０７を含み得る。弁体１０７が中立位置にあった場合、左側走行制御弁５８および右側走行制御弁６０に、第１の源５１および第２の源５３のそれぞれからの加圧流体を独立して供給して、左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒを別々に制御することが可能である。弁体１０７が直進走行位置にあった場合、依存して移動させるために、第１の源５１のみからの加圧流体を受け入れるように、左側走行制御弁５８および右側走行制御弁６０を直列に接続することが可能である。走行コマンドのみがアクティブであった（例えば器具コマンドがアクティブであった）場合、弁体１０７は中立位置にあり得る。左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒの負荷が不均一であった（すなわち、左側履帯４０Ｌが柔らかい地面にあり、一方、右側履帯４０Ｒがコンクリートにあった）場合、第１の源５１および第２の源５３からの出力圧力が異なったとしても、直進走行弁１０６を介して第１の源５１および第２の源５３を分離することにより、直進走行が可能になり得る。作業機械１０の走行中に器具の制御を維持するように、直進走行弁１０６を作動させることが可能である。例えば、操作者が、走行中にブーム制御弁５４を作動させた場合、第１の源５１からの加圧流体を左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒに供給するように、直進走行弁１０６の弁体１０７が移動することが可能であり、一方、ブーム制御弁が第２の源５３からの加圧流体を受け入れ得る。直進走行弁１０６と一体のチェック弁を介して、ブーム制御弁５４によって使用されない過剰流体を左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒに供給することが可能である。

直進走行弁１０６の弁体１０７が直進走行位置に移動されたときに、第１の回路５０および第２の回路５２の両方を介して弁体１０７を介して、第２の源５３からの流体を実質的に同時に導き、油圧シリンダ２６、３２、３４を駆動することが可能である。第２の源５３からの第２の加圧流体ストリームを第１の回路５０および第２の回路５２の両方の油圧シリンダ２６、３２、３４に導くことが可能であるが、この理由は、作業機械１０の直進走行中に、左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒによって、第１の源５１からの第１の加圧流体ストリームの全てをほぼ完全に消費することが可能であるからである。

１つ以上の流体アクチュエータを高速で動かすために、コンバイナ弁１０８により、共通の第１の供給通路６６および共通の第２の供給通路７０からの第１の加圧流体ストリームと第２の加圧流体ストリームとを混合し得る。特に、コンバイナ弁１０８は、中立位置と双方向流通位置との間で可動な弁体１１０を含むことが可能である。中立位置に入った場合、第２の回路５２内の圧力よりも所定量だけ大きくなっている第１の回路５０の圧力に応答して、第１の回路５０からの流体が第２の回路５２に流入することが許容され得る。所定量はバネ付勢に関連しまた製造工程中に固定することが可能である。このようにして、右側走行機能またはスティック機能が、第２の源５３の出力容量よりも大きい流体流量を必要とし、また第２の回路５２内の圧力が低下し始めていた場合、弁体１１０を介して、第１の源５１からの流体を第２の回路５２に偏向し得る。双方向流通位置に入った場合、第２の加圧流体ストリームが第１の回路５０に流れて、制御弁５４〜５８に導かれた第１の加圧流体ストリームと混合することが許容され得る。

油圧制御システム４８は、操作者インターフェース装置４６と通信しかつ第１の源５１および第２の源５３と通信する制御装置１１２を含むことも可能である。具体的には、制御装置１１２は、通信線１１４を介して操作者インターフェース装置４６と通信し、また通信線１１６と１１８のそれぞれを介して第１の源５１および第２の源５３と通信してもよい。制御装置１１２が、例えば、コンバイナ弁１０８、制御バルブ５４〜６２、共通の主リリーフ要素１０４、第１のバイパス要素９８および第２のバイパス要素１００、直進走行弁１０６等の、油圧制御システム４８の他の構成部材、および油圧制御システム４８のこのような他の構成部材と通信し得ることが考えられる。

制御装置１１２は、油圧制御システム４８の作動を制御するための手段を含む単一のマイクロプロセッサまたは複数のマイクロプロセッサとして具体化することが可能である。制御装置１１２の機能を実行するように、商業的に入手可能な多数のマイクロプロセッサを構成できる。制御装置１１２が、作業機械の多数の機能を制御できる一般的な作業機械用マイクロプロセッサに容易に具体化され得ることを理解されたい。制御装置１１２は、メモリと、補助記憶装置と、プロセッサと、アプリケーションを動作させるための他の任意のコンポーネントとを含むことが可能である。他の種々の回路は、電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路等の制御装置１１２、および他の種類の回路に関連付けることが可能である。

制御装置１１２のメモリには、油圧シリンダ２６、３２、３４ならびに左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒに関する、インターフェース装置位置信号、所望の速度、関連流量および／または弁体位置に関連する１つ以上のマップを記憶し得る。これらのマップのそれぞれは、表、グラフおよび／または方程式の形態の収集データを含むことが可能である。一例において、所望の速度および指令流量は、第１および第２の室の供給要素の制御に関する２次元表の座標軸を形成し得る。適切な供給要素の所望の速度および弁体位置で流体アクチュエータを動かすのに必要な指令流量は、他の別個の２次元マップに関連するか、または所望の速度と共に単一の３次元マップに関連することが可能である。さらに、単一の２次元マップにおいて、所望の速度を弁体位置に直接関連し得ることが考えられる。操作者が、流体アクチュエータの動作に影響を及ぼすために、上記マップを直接修正すること、および／または制御装置１１２のメモリに記憶されている利用可能な関係マップから特定のマップを選択することを許容するように、制御装置１１２を構成することが可能である。作業機械の作動モードに基づいて、マップを選択することも可能であり得ることが考えられる。

操作者インターフェース装置４６からの入力を受信するように、また入力と上記関係マップとに応じて制御弁５４〜６２の作動を指令するように、制御装置１１２を構成することが可能である。具体的には、制御装置１１２は、所望の速度を示すインターフェース装置位置信号を受信し、また制御装置１１２のメモリに記憶されている選択および／または修正された関係マップを参照して、制御弁５４〜６２内の供給要素および排出要素のそれぞれのために、流量値および／またはそれに関連する位置を決定することが可能である。次に、適切な供給要素および排出要素に流量または位置を指令して、所望の作業工具速度または作業機械速度によって生じた流量で第１または第２の室の充填を行うことが可能である。

決定された流量に応じてコンバイナ弁１０８の作動に影響を及ぼすように、制御装置１１２を構成し得る。すなわち、特定の流体アクチュエータの所望の速度に関連する決定された流量が所定の基準を満たした場合、制御装置１１２は、弁体１１０を双方向流通位置に向かって移動させて、追加の加圧流体を第１の回路５０に供給し得るか、または逆に、弁体１１０の移動を防止し得る。

図３は、加圧流体の流量またはインターフェース装置の位置と、制御装置１１２によって第１の源５１および第２の源５３に発せられる出力流コマンドとの関係を含むグラフ１２０を示している。具体的には、第１の曲線１２２は、ブーム制御弁５４またはスティック制御弁６２のために決定されおよび／または前記ブーム制御弁または前記スティック制御弁に指令された加圧流体の流量、またはその代わりに、中立位置と最大位置との間のインターフェース装置４６の位置を表し得る。第２の曲線１２４は、曲線１２２がブーム制御弁５４に関連した場合の第１の源５１に指令された出力流、または曲線１２２がスティック制御弁６２に関連した場合の第２の源５３に指令された出力流を表すことが可能である。第３の曲線１２６は、第１の源５１および第２の源５３に指令された他の流量を表し得る。具体的には、グラフ１２０がブーム制御弁５４およびスティック制御弁６２に関連し得るが、同様に、グラフ１２０が制御弁５４〜６２のいずれか１つに関連し得る。

図３に示されているように、源５１、５３からの流体流量をいくつかの異なる方法で調整するように、制御装置１１２を構成し得る。特に、制御装置１１２は、一方または両方の源５１、５３がいつ作動したか、また流体アクチュエータ２６、３２、３４、４２Ｌ、４２Ｒの所望の速度に関連する決定された流量と一組の所定値との比較、またはその代わりに、操作者インターフェース装置の位置と一組の所定値との直接比較がどの程度のものであったかを決定することが可能である。決定された流量を比較したときに、一組の所定値はゼロ流量と最大流量としきい値流量とを含み得る。しきい値流量は、単一源から利用可能な最大流量の約２０％であることが可能である。操作者インターフェース装置位置信号を比較したときに、一組の所定値は、中立位置と最大位置と第１のしきい値位置と第２のしきい値位置とに対応し得る。第１のしきい値位置は中立位置から最大位置までの範囲の３０％であることが可能であり、一方、第２のしきい値位置は前記範囲の７０％であることが可能である。制御装置１１２は、上記比較に応じて第１の源５１および第２の源５３からの出力流を調整し得る。上記しきい値位置が、模範的なものに過ぎず、種々の用途に対応するように調整され得ることに留意されたい。

開示される油圧制御システムは、少なくとも１つの流体アクチュエータと、多数の源の間におけるシームレスな協働が望まれる多数の加圧流体源とを含む任意の作業機械に適用でき得る。開示される油圧制御システムによって、多数の源の間における作動移行をスムーズにし、これにより、多数の源を駆動する動力源で発生する負荷変動を低減することが可能である。次に、油圧制御システム４８の作動について説明する。

作業機械１０の作動中に、作業機械の操作者は、操作者インターフェース装置４６を操作して、作業工具１４および／または作業機械１０を動かすことが可能である。中立位置と最大位置との間の操作者インターフェース装置４６の作動位置は、操作者が要求または所望した作業工具１４および／または作業機械１０の速度に関連し得る。操作者インターフェース装置４６は、操作中に、操作者が要求または所望した速度を示すインターフェース装置位置信号を発生させ、この信号を制御装置１１２に送信することが可能である。

制御装置１１２は、油圧シリンダ２６、３２および３４ならびに左側走行モータ４２Ｌおよび右側走行モータ４２Ｒの作動中に入力を受信し、その入力に基づいて決定を行い得る。具体的には、制御装置１１２は、操作者インターフェース装置位置信号を受信し、油圧制御システム４８内のそれぞれの流体アクチュエータに関する所望の速度を決定し、また制御弁５４〜６２に指示される対応する流量コマンドを決定することが可能である。さらに、制御装置１１２は、インターフェース装置位置信号から、作業機械１０の直進走行、したがって、直進走行弁１０６およびコンバイナ弁１０８の制御作動が望まれているか否かを決定することが可能である。

それぞれの制御弁５４〜６２に指令された流体の流量を供給するために、制御装置１１２は第１の源５１および第２の源５３の出力を調整し得る。図３を参照すると、第１の回路５０内の流体アクチュエータの１つに関連付けられた操作者インターフェース装置４６が中立位置から移動された場合に、または第１の回路５０内の制御弁の１つのために決定されおよび／またはそれに指令された流量がゼロよりも大きかった場合に（曲線１２２）、第１の源５１の作動を開始して、第１の加圧流体ストリームを生成することが可能である（曲線１２４）。さらに、上記特定の操作者インターフェース装置４６の位置が最大位置に向かって移動する、すなわち決定された流量が増加したときに、制御装置１１２により、第１の源５１の作動に影響を及ぼして、第１の源５１の出力を増加させることが可能になる。さらに、上記特定の操作者インターフェース装置４６が第１のしきい値位置（インターフェース装置の位置の範囲の３５％）を通過して移動するか、または決定された流量がしきい値流量（第１の源の容量の２０％）を超えたときに、制御装置１１２は、第１の回路５０と第２の回路５２との間で共有する流れを予想して第２の源５３の作動を開始し得る（曲線１２６）。上記特定の操作者インターフェース装置４６が第２のしきい値位置（インターフェース装置の位置の範囲の７０％）に達するか、または決定された流量が、第１の源５１および第２の源５３の混合された最大流量容量に達したときに、第１の源５１および第２の源５３の両方を制御して、それらの源の最大出力容量において加圧流体を実質的に同時に出力することが可能である。第２の回路５２に関連付けられた操作者インターフェース装置４６が作動されたときに、第１の源５１および第２の源５３の制御は同様であり得るが、第２の源５３の作動は、第１の源５１が作動する前に開始される。

従来技術よりも優れた複数の利点は、油圧制御システム４８の制御方法およびハードウェアに関連し得る。具体的には、多数の別個のレゾルバ弁ではなく、操作者インターフェース装置４６の位置または決定された流量に基づいて、第１の源５１および第２の源５３の両方の作動を制御することが可能であるので、油圧制御システム４８は簡単であり、安価であり、そして信頼性があり得る。さらに、油圧制御システム４８は、流体変動に反応するのではなく、必要な流れまたは圧力を予想して、第１の源５１および第２の源５３の作動を制御するので、２つの源の間における作動移行はスムーズであり、ほぼシームレスであり得る。スムーズかつほぼシームレスなこの作動により、動力源１８によって生じた速度偏差の低減を容易にすることが可能になり、これによって、作業機械１０の効率が向上する。さらに、油圧システム４８は、反応するのではなく、予想し得るので、システム内のニーズの変化に迅速に応答し得る。

開示される油圧制御システムに種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示される油圧制御システムの仕様および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様および実施例は模範的なものに過ぎないと考えるべきであり、真の範囲は、次の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。

開示される模範的な作業機械の概略側面図である。 図１の作業機械用の開示される模範的な油圧制御システムの概略図である。 図２の制御システムに関連する開示される模範的な関係を示したグラフである。

Claims (10)

1. 油圧制御システム（４８）であって、
   流体を加圧するように構成された第１のポンプ（５１）と、
   流体を加圧するように構成された第２のポンプ（５３）と、
   対応する制御信号を発生させるように中立位置から最大位置までの動作範囲にわたって可動なオペレータ制御装置（４６）と、
   第１のポンプ、第２のポンプおよびオペレータ制御装置と通信する制御装置（１１２）であって、
   制御信号を受信するように、
   オペレータ制御装置が動作範囲全体にわたって移動されたときに、制御信号に応答して第１のポンプの作動に影響を及ぼすように、そして
   オペレータ制御装置が動作範囲の一部にわたって移動されたときにのみ、制御信号に応答して第２のポンプの作動に影響を及ぼすように構成された制御装置（１１２）と
   を備え、
   オペレータ制御装置（４６）が前記動作範囲の前記一部の始まりの位置まで移動されたときに、制御装置（１１２）は、前記第１および第２のポンプの両方が、流体を前記第１および第２のポンプのそれぞれの最大出力容量以下のレベルで同時に加圧するように、前記第２のポンプの作動に影響を及ぼす油圧制御システム（４８）。
2. オペレータ制御装置が中立位置から移動されたときに、制御信号に応答して第１のポンプの作動を開始するように制御装置が構成され、
   オペレータ制御装置が中立位置から動作範囲の約３５％にわたって移動されたときにのみ、制御信号に応答して第２のポンプの作動を開始するように制御装置が構成される請求項１に記載の油圧制御システム。
3. オペレータ制御装置が中立位置から動作範囲の約７０％にわたって移動されたときに、制御信号に応答して第１のポンプおよび第２のポンプが同時にそれらの完全な出力容量まで作動されるように制御装置が構成される請求項２に記載の油圧制御システム。
4. オペレータ制御装置が第１のオペレータ制御装置であり、
   油圧制御システムが、対応する第２の制御信号を発生させるように中立位置から最大位置までの動作範囲にわたって可動な第２のオペレータ制御装置（４６）を含み、
   制御装置が、さらに、
   第２のオペレータ制御装置が中立位置から移動されたときに、第２の制御信号に応答して第２のポンプの作動を開始するように、そして
   第２のオペレータ制御装置が中立位置から動作範囲の約３５％にわたって移動されたときにのみ、第２の制御信号に応答して第１のポンプの作動を開始するように構成される請求項３に記載の油圧制御システム。
5. 油圧システム（４８）を作動させる方法であって、
   中立位置から最大位置までの動作範囲内におけるオペレータ制御装置（４６）の位置を示す制御信号を受信するステップと、
   制御信号が、中立位置から離れているオペレータ制御装置の位置を示したときに、制御信号に応答して第１のポンプ（５１）の作動に影響を及ぼすステップと、
   制御信号が、中立位置から所定量だけ離れているオペレータ制御装置の位置を示したときにのみ、制御信号に応答して第２のポンプ（５３）の作動に影響を及ぼすステップであって、前記第１および第２のポンプの両方が、流体を前記第１および第２のポンプのそれぞれの最大出力容量以下のレベルで同時に加圧するように、前記第２のポンプの作動に影響を及ぼすステップと、
   を含む方法。
6. 所定量が動作範囲の約３５％である請求項５に記載の方法。
7. オペレータ制御装置が中立位置から第２の所定量だけ離されたときに、制御信号に応答して第１のポンプおよび第２のポンプがそれらの完全な出力容量まで作動されるステップをさらに含む請求項５に記載の方法。
8. 第２の所定量が動作範囲の約７０％である請求項７に記載の方法。
9. 中立位置から最大位置までの動作範囲内における第２のオペレータ制御装置（４６）の位置を示す第２の制御信号を受信するステップと、
   第２の制御信号が、中立位置から離れている第２のオペレータ制御装置の位置を示したときに、第２の制御信号に応答して第２のポンプの作動に影響を及ぼすステップと、
   第２の制御信号が、中立位置から所定量だけ離れている第２のオペレータ制御装置の位置を示したときにのみ、第２の制御信号に応答して第１のポンプの作動に影響を及ぼすステップと、
   をさらに含む請求項５に記載の方法。
10. パワー出力を発生させるように構成された動力源（１８）と、
    作業工具（１４）と、
    作業工具を選択的に動かすように動力源と作業工具との間で駆動連結された、請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧システム（４８）と、
    を備える作業機械（１０）。

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