JP5271082B2 - 独立した計量弁制御システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、制御システム及び方法、より詳しくは、独立した計量弁設備を制御するシステム及び方法に関する。

たとえば、掘削機、ローダ、ドーザ、モータグレータ、及び他の種類の重機類のような作業機械が、多くの油圧アクチュエータを使用して、多様な仕事を達成する。これらのアクチュエータは、一般的に、オペレータ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。たとえば、ジョイスティック、ペダル、又は他の任意の好適なオペレータインターフェース装置のようなオペレータインターフェース装置が、結合された油圧アクチュエータの所望の速度を示す信号を生成するよう可動であり得る。オペレータは、インターフェース装置を動かす場合に、油圧アクチュエータが関連付けられた所定速度で動くことを予想する。しかし、この所定速度は、作業機械の製造中に、通常油圧アクチュエータに負荷がかからない状態で設定される。油圧アクチュエータにかかる負荷が軽い場合の作業機械の作動中には、油圧アクチュエータは、オペレータの予想速度に実質的に一致する速度で動くことがある。しかし、油圧アクチュエータにかかる負荷が重い場合には、油圧アクチュエータは、より遅くかつ予想外の又は望ましくない速度で動くことがある。加重に関係なく油圧アクチュエータの速度を制御しようとすると、油圧アクチュエータの動きが荒々しくなる又はぎこちないものとなる。

油圧アクチュエータの円滑なオペレーションを提供しつつ、油圧アクチュエータ速度の予測可能性を向上させる１つの方法が、バッフ（Ｐｆａｆｆ）らによる（特許文献１）（２００５年４月１９日出願）に記述されている。（特許文献１）は、異なる計量モードで動作するよう電気油圧比例弁によって制御される油圧アクチュエータについて記述している。ジョイスティック位置信号が、油圧アクチュエータのための所望の速度信号に変換される。次いで、所望の速度信号が、所望の速度で油圧アクチュエータを駆動するよう、電気油圧比例弁のそれぞれの開放量を要求するのに使用される。油圧アクチュエータの負荷が、油圧アクチュエータに関連付けられた圧力を測定することによって判断され、油圧アクチュエータは、判断された負荷に基づいて異なるモードで操作される。オペレーションモード間を移行するための移行戦略が使用され、供給管路及び戻り管路の圧力は、古いオペレーションモードから移行する前に、新しいオペレーションモードに必要な閾値圧力に設定される。

（特許文献１）の油圧アクチュエータ及び制御方法は、測定された加重状態でのオペレーションモードに基づくことにより、変動負荷の流体アクチュエータの速度の予測可能性を向上させることがあるが、複雑であり、また十分な制御ができないことがある。特に、電気油圧比例弁のそれぞれが所望の速度信号に基づいて制御されるので、制御方法が複雑となり、また望ましくない弁の干渉を回避するために、正確なタイミング及び較正を必要とすることがある。その上、弁の開放量が所望の速度のみに基づくので、圧力変動が、油圧アクチュエータの予測可能性にさらに悪影響を及ぼし得る。

米国特許第６，８８０，３３２号明細書

開示されている油圧制御システムは、上記に記載した課題の１つ以上を克服することを目的とする。

一態様においては、本発明は、油圧制御システムに関する。油圧制御システムは、第１のチャンバと、第２のチャンバと、第１の計量弁と、第２の計量弁とを備えた、流体アクチュエータを含む。第１の計量弁は、第１の方向における流体アクチュエータの動きを容易にするよう加圧流体が第１のチャンバ内に流れることができる第１の位置と、加圧流体が第１のチャンバ内に流れるのが阻止される第２の位置との間で、移動可能な弁体を有する。第２の計量弁は、第１の方向における流体アクチュエータの動きを容易にするよう流体が第２のチャンバから流れることができる第１の位置と、流体が第２のチャンバから流れるのが阻止される第２の位置との間で、移動可能な弁体を有する。油圧制御システムはまた、流体アクチュエータに結合され、かつ流体アクチュエータの負荷を示す負荷信号を生成するよう構成された、少なくとも１つの流体センサと、流体アクチュエータのオペレータ所望速度を示す所望の速度信号を生成するよう可動であるオペレータインターフェース装置とを含む。油圧制御システムは、第１の及び第２の計量弁、少なくとも１つの流体センサ、及びオペレータインターフェース装置と連通している、制御装置をさらに含む。制御装置は、所望の速度信号に基づいて第１の位置と第２の位置との間の位置に第１の計量弁の弁体を動かすよう、かつ負荷信号及び第２のチャンバ内の所望の圧力に基づいて第１の位置と第２の位置との間の位置に第２の計量弁の弁体を動かすよう構成される。

別の態様においては、本発明は、油圧制御システムを操作する方法に関する。この方法は、第１の方向における流体アクチュエータの動きを容易にするよう油圧アクチュエータの第１のチャンバ内への加圧流体を計量することと、第１の方向における流体アクチュエータの動きを容易にするよう油圧アクチュエータの第２のチャンバからの流体を計量することとを含む。この方法はまた、流体アクチュエータの負荷を感知することと、負荷を示す負荷信号を生成することとを含む。この方法は、流体アクチュエータのオペレータ所望速度を示す所望の速度信号を受信することをさらに含む。この方法は、所望の速度信号に基づいて第１のチャンバ内への流体を計量することと、負荷信号及び第２のチャンバ内の所望の圧力に基づいて第２のチャンバからの流体を計量することとをさらに含む。

図１は、多くの構成要素を有する例示的作業機械１０を例示している。作業機械１０とは、鉱業、建築、農業、輸送、又は当業界で公知の他の業界のような業界に関連する、ある種のオペレーションを遂行する固定又は移動機械であり得る。たとえば、作業機械１０とは、掘削機、ドーザ、ローダ、バックホー、モータグレータ、ダンプトラック、又は他の任意の土工機械のような土工機械であり得る。作業機械１０には、フレーム１２と、作業工具１４と、作業器具１４をフレーム１２に接続する１つ以上の油圧アクチュエータ３０ａ〜ｃと、オペレータステーション１６と、動力源１８と、少なくとも１つの牽引装置２０とが含まれることがある。

フレーム１２が、作業機械１０の動きを支える、任意の構造ユニットを含むことがある。フレーム１２が、たとえば、動力源１８を牽引装置２０に接続する固定された基本フレーム、連結システムの可動フレーム部材、又は当業界で公知の他の任意のフレームとして具現化することがある。

数々の異なる作業工具１４が、１つの作業機械１０に装着可能であり、オペレータステーション１６を介して制御可能であり得る。作業工具１４には、たとえば、バケット、フォーク設備、ブレード、ショベル、リッパー、ダンプベッド、ほうき、除雪機、走行装置、切断装置、把持装置、又は当業界で公知の、仕事を遂行する他の任意の装置のような、特定の仕事を遂行するのに使用される、任意の装置が含まれることがある。作業工具１４が、直接ピボット（ｄｉｒｅｃｔ ｐｉｖｏｔ）を介して、連結システムを介して、１つ以上の油圧シリンダを介して、モータを介して、又は他の任意の適切な方法で、作業機械１０に接続されることがある。作業工具１４が、当業界で公知の任意の方法で、作業機械１０に対して、枢転する、回転する、滑動する、揺れる、持ち上げる、又は動くよう構成されることがある。

オペレータステーション１６が、作業機械オペレータから、所望の作業工具の動きを示す入力を受信するよう構成されることがある。具体的には、オペレータステーション１６が、シートの一方の側に置かれた単軸の又は多軸のジョイスティックとして具現化されたオペレータインターフェース装置２２を含むことがある。オペレータインターフェース装置２２は、作業工具１４を位置決めする及び／又は配向するよう、かつ作業工具１４の所望の速度を示すインターフェース装置位置信号を作成するよう構成された、比例制御装置であり得る。追加の及び／又は異なるオペレータインターフェース装置が、たとえば、車輪、つまみ、プッシュプル装置、スイッチ、ペダル、及び当業界で公知の他のオペレータインターフェース装置のような、オペレータステーション１６内に含まれることが考えられる。

動力源１８が、たとえば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料動力エンジン、又は当業界で公知の他の任意の種類のエンジンのような、エンジンとして具現化することがある。動力源１８が、代替形態として、燃料電池、電力貯蔵装置、電気又は油圧モータ、又は当業界で公知の別の動力源のような、別の動力源として具現化することが考えられる。

牽引装置２０が、作業機械１０のそれぞれの側に置かれた（一方の側のみ示されている）履帯を含むことがある。代替形態として、牽引装置２０が、車輪、ベルト、又は他の牽引装置を含むことがある。牽引装置２０は、操縦可能である場合もあれば、操縦可能でない場合もある。牽引装置２０が、油圧制御される、機械制御される、電子制御される、又は他の任意の好適な方法で制御されることが考えられる。

図２に例示されているように、作業機械１０が、作業工具１４を動かすよう共に協働する、複数の流体構成要素を有する油圧制御システム２４を含むことがある。具体的には、油圧制御システム２４が、流体源を保持するタンク２６と、流体を加圧して、その加圧流体を油圧アクチュエータ３０ａ〜ｃへと方向付けるよう構成された流体源２８とを含むことがある。油圧制御システム２４がまた、ヘッドエンド供給弁３２と、ヘッドエンドドレン弁３４と、ロッドエンド供給弁３６と、ロッドエンドドレン弁３８と、ヘッドエンド圧力センサ４０と、ロッドエンド圧力センサ４２と、加速度センサ４４とを含むことがある。油圧制御システム２４が、油圧制御システム２４の流体構成要素と連通している制御装置４８をさらに含むことがある。油圧制御システム２４が、たとえば、アキュムレータ、制限オリフィス、逆止め弁、圧力逃がし弁、補給弁、圧力等比通路、温度センサ、位置センサ、及び当業界で公知の他のこのような構成要素のような、追加の及び／又は異なる構成要素を含むことが考えられる。

タンク２６が、流体源を保持するよう構成された貯蔵容器を構成することがある。流体は、たとえば、専用作動油、エンジン潤滑油、トランスミッション潤滑油、又は当業界で公知の他の任意の流体を含むことがある。作業機械１０内の１つ以上の油圧システムが、タンク２６から流体を引き込み、タンク２６に流体を戻すことがある。油圧制御システム２４が、多くの個々の流体タンクに接続されることも考えられる。

流体源２８が、加圧流体の流れを作るよう構成され、たとえば、可変容量形ポンプ、定容量形ポンプ、又は当業界で公知の他の任意の加圧流体源のような、ポンプを含むことがある。流体源２８が、たとえば、副軸５０、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）により、又は他の任意の好適な方法で、作業機械１０の動力源１８に駆動可能に接続されることがある。代替形態として、流体源２８が、トルクコンバータ、ギヤボックスを介して、又は当業界で公知の他の任意の方法で、動力源１８に間接的に接続されることがある。多くの加圧流体源が、加圧流体を油圧制御システム２４に供給するよう相互接続されることが考えられる。

図１では、３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃで識別される、３つの油圧アクチュエータが表されているが、話を簡単にするために、図２の油圧概略図では、油圧アクチュエータ３０ｃのみが表されていることに留意されたい。したがって、油圧アクチュエータ３０ｃのみについて言及するが、油圧制御システム２４のすべてについての記述であり、油圧アクチュエータ３０ａ及び３０ｂに適応可能である。

油圧アクチュエータ３０ｃが、直接ピボットを介して、連結システム内の部材を形成する油圧アクチュエータ３０ｃとの連結システムを介して、又は他の任意の適切な方法で、（図１を参照するに）作業工具１４をフレーム１２に接続する、流体シリンダを含むことがある。流体シリンダ以外の油圧アクチュエータが、代替形態として、たとえば、油圧モータ又は当業界で公知の他の任意の種類のアクチュエータのような油圧制御システム２４内に実装されることが考えられる。図２に例示されているように、油圧アクチュエータ３０ｃが、チューブ５２とチューブ５２内に置かれたピストンアセンブリ５４とを含むことがある。チューブ５２及びピストンアセンブリ５４の１つが、フレーム１２に枢転可能に接続され、チューブ５２及びピストンアセンブリ５４の他の１つが、作業工具１４に枢転可能に接続されることがある。チューブ５２及び／又はピストンアセンブリ５４が、代替形態として、フレーム１２又は作業工具１４のいずれかに固定接続されることが考えられる。油圧アクチュエータ３０ｃが、ピストン６０によって分離された、第１のチャンバ５６と第２のチャンバ５８とを含むことがある。第１の及び第２のチャンバ５６、５８に、流体源２８から加圧流体が選択的に供給され、ピストンアセンブリ５４をチューブ５２内で変位させるようタンク２６に選択的に接続され、これにより、油圧アクチュエータ３０ｃの有効長が変わることがある。油圧アクチュエータ３０ｃの拡張及び後退が、作業工具１４を動かすのを補助するよう機能することがある。

ピストンアセンブリ５４が、軸方向に整列し、かつチューブ５２内に置かれたピストン６０と、フレーム１２及び作業工具１４の１つに接続可能なピストンロッド６２とを含むことがある（図１を参照するに）。ピストン６０が、第１の油圧面６４と、第１の油圧面６４に反対の第２の油圧面６６とを含むことがある。第１の及び第２の油圧面６４、６６に対する流体圧力による力の不均衡により、チューブ５２内でピストンアセンブリ５４が動くことがある。たとえば、第１の油圧面６４に対する力が第２の油圧面６６に対する力より大きいと、ピストンアセンブリ５４が変位して、油圧アクチュエータ３０ｃの有効長を増加させることがある。同様に、第２の油圧面６６に対する力が第１の油圧面６４に対する力より大きい場合には、ピストンアセンブリ５４がチューブ５２内で後退して、油圧アクチュエータ３０ｃの有効長を減少させることがある。第１の及び第２のチャンバ５６及び５８内への、またこれらからの流体の流量が、油圧アクチュエータ３０ｃの速度を決め、第１の及び第２の油圧面６４及び６６と接触している流体の圧力が、油圧アクチュエータ３０ｃの作動力を決めることがある。Ｏリングのようなシール用部材（図示せず）が、チューブ５２の内部の壁とピストン６０の外部の円筒面との間の流体の流れを制限するよう、ピストン６０に接続されることがある。

ヘッドエンド供給弁３２が、流体源２８と第１のチャンバ５６との間に置かれ、制御装置４８からのコマンド速度に応じて第１のチャンバ５６への加圧流体の流れを調節するよう構成されることがある。具体的には、ヘッドエンド供給弁３２が、ソレノイド作動され、かつ流体が第１のチャンバ５６内に流れることができる第１の位置と、流体の流れが第１のチャンバ５６から阻止される第２の位置との間で動くよう構成された、比例ばねで偏倚された弁機構（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｓｐｒｉｎｇ−ｂｉａｓｅｄ ｖａｌｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を含むことがある。ヘッドエンド供給弁３２が、第１のチャンバ５６内への流量を変えるよう第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動可能であり、これにより、油圧アクチュエータ３０ｃの速度に影響を及ぼすことがある。ヘッドエンド供給弁３２が、代替形態として、油圧作動される、機械作動される、空気圧作動される、又は他の任意の好適な方法で作動されることが考えられる。さらに、ヘッドエンド供給弁３２が、第１のチャンバ５６内の圧力が流体源２８からヘッドエンド供給弁３２に方向付けられた圧力を超える回生イベント中に、流体が第１のチャンバ５６からヘッドエンド供給弁３２を通って流れることを可能にするよう構成されることが考えられる。本明細書においては、回生には、充填チャンバ内への全流量の一部分として、加圧流体を第１の及び第２のチャンバ５６、５８の排出している１つから第１の及び第２のチャンバ５６、５８の充填している１つへと方向付けることが含まれることがある。

ヘッドエンドドレン弁３４が、第１のチャンバ５６とタンク２６との間に置かれ、制御装置４８からのコマンド圧力に応じて第１のチャンバ５６からタンク２６への流体の流れを調節するよう構成されることがある。具体的には、ヘッドエンドドレン弁３４が、ソレノイド作動され、かつ流体が第１のチャンバ５６から流れることができる第１の位置と、流体が第１のチャンバ５６から流れるのが阻止される第２の位置との間で動くよう構成された、比例ばねで偏倚された弁機構を含むことがある。ヘッドエンドドレン弁３４が、第１のチャンバ５６内の流体の圧力を変えるよう、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動可能であり得る。ヘッドエンドドレン弁３４が、代替形態として、油圧作動される、機械作動される、空気圧作動される、又は他の任意の好適な方法で作動されることが考えられる。

ロッドエンド供給弁３６が、流体源２８と第２のチャンバ５８との間に置かれ、制御装置４８からのコマンド速度に応じて第２のチャンバ５８への加圧流体の流れを調節するよう構成されることがある。具体的には、ロッドエンド供給弁３６が、ソレノイドで作動され、かつ流体が第２のチャンバ５８内に流れることができる第１の位置と、流体が第２のチャンバ５８から阻止される第２の位置との間で動くよう構成された、比例ばねで偏倚された弁機構を含むことがある。ロッドエンド供給弁３６が、第２のチャンバ５８内への流量を変えるよう第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動可能であり、これにより、油圧アクチュエータ３０ｃの速度に影響を及ぼすことがある。ロッドエンド供給弁３６が、代替形態として、油圧作動される、機械作動される、空気圧作動される、又は他の任意の好適な方法で作動されることが考えられる。さらに、ロッドエンド供給弁３６が、第２のチャンバ５８内の圧力が流体源２８からロッドエンド供給弁３６に方向付けられた圧力を超える回生イベント中に、流体が第２のチャンバ５８からロッドエンド供給弁３６を通って流れることを可能にするよう構成されることが考えられる。

ロッドエンドドレン弁３８が、第２のチャンバ５８とタンク２６との間に置かれ、制御装置４８からのコマンド圧力に応じて第２のチャンバ５８からタンク２６への流体の流れを調節するよう構成されることがある。具体的には、ロッドエンドドレン弁３８が、ソレノイド作動され、かつ流体が第２のチャンバ５８から流れることができる第１の位置と、流体が第２のチャンバ５８から流れるのが阻止される第２の位置との間で動くよう構成された、比例ばねで偏倚された弁機構を含むことがある。ロッドエンドドレン弁３８が、第２のチャンバ５８内の流体の圧力を変えるよう、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動可能であり得る。ロッドエンドドレン弁３８が、代替形態として、油圧作動される、機械作動される、空気圧作動される、又は他の任意の好適な方法で作動されることが考えられる。

ヘッド及びロッドエンド供給弁及びドレン弁３２〜３８が、相互に流体接続されることがある。特に、ヘッド及びロッドエンド供給弁３２、３６が、流体源２８から延在する共通の供給通路６８に平行して接続されることがある。ヘッド及びロッドエンドドレン弁３４、３８が、タンク２６に至る共通のドレン通路７０に平行して接続されることがある。ヘッドエンド供給弁及びドレン弁３２、３４が、制御装置４８からのコマンド速度及び圧力に応じて第１のチャンバ５６に選択的に供給し排出させるために、第１のチャンバ通路７２に平行して接続されることがある。ロッドエンド供給弁及びドレン弁３６、３８が、制御装置４８からのコマンド速度及び圧力に応じて第２のチャンバ５８に選択的に供給し排出させるために、共通の第２のチャンバ通路７４に平行して接続されることがある。

ヘッド及びロッドエンド圧力センサ４０、４２が、それぞれ第１の及び第２のチャンバ５６、５８と流体連通し、第１の及び第２のチャンバ５６、５８内の流体の圧力を感知するよう構成されることがある。ヘッド及びロッドエンド圧力センサ４０、４２が、さらに、第１の及び第２のチャンバ５６、５８内の圧力を示す負荷信号を生成するよう構成されることがある。ヘッド及びロッドエンド圧力センサ４０、４２によって生成された圧力測定は、油圧シリンダ３０ｃの加速度を示す動圧力測定を生成するよう時間測定と比較されることがある。

加速度センサ４４が、油圧シリンダ３０ｃに結合され、シリンダの動きの加速度を感知するよう、かつこれに対応する加速度信号を生成するよう構成されることがある。所望の場合には加速度センサ４４が省かれて、油圧シリンダ３０ｃの加速度は、上述した動圧力測定から判断されることが考えられる。さらに、加速度センサ４４が実装されている場合には、加速度センサ４４を較正するのに、動圧力測定が利用されることが考えられる。

制御装置４８が、油圧制御システム２４のオペレーションを制御する手段を含む、１つのマイクロプロセッサ又は多くのマイクロプロセッサとして具現化することがある。数々の市販のマイクロプロセッサが、制御装置４８の機能を遂行するよう構成され得る。制御装置４８が、数々の作業機械機能を制御することができる、一般的な作業機械のマイクロプロセッサ内で容易に具現化され得ることを理解されたい。制御装置４８には、メモリ、二次記憶装置、プロセッサ、及びアプリケーションを実行するための他の任意の構成要素が含まれることがある。様々な他の回路が、電源回路、信号調整回路、ソレノイドドライバ回路、及び他の種類の回路類のような、制御装置４８に結合されることがある。

油圧アクチュエータ３０ｃのための、インターフェース装置位置、流体アクチュエータ負荷、コマンド速度、及びコマンド圧力を関係づける、１つ以上のマップが、制御装置４８のメモリ内に格納されていることがある。これらのマップのそれぞれが、テーブル、グラフ、及び／又は等式の形態であり得る。一例においては、インターフェース装置位置及びコマンド速度が、ヘッド及びロッドエンド供給弁３２、３６を制御するための二次元テーブルの座標軸を形成することがある。適切な供給弁のコマンド速度及び弁体位置が、別の個々の二次元マップ内で又は三次元マップ内のインターフェース装置位置と共に関係づけられることがある。インターフェース装置位置信号が、１つの二次元マップ内の弁体位置に直接関係づけられることも考えられる。同じ例において、制御装置４８のメモリ内の別の二次元マップの２つの軸が、ヘッド及びロッドエンドドレン弁３４、３８を制御するよう、負荷情報とコマンド圧力とを関係づけることがある。制御装置４８が、オペレータが、油圧アクチュエータ３０ｃの作動に影響を及ぼすために、これらのマップを直接修正できるよう及び／又は制御装置４８のメモリ内に格納されている利用可能な関係マップから特有のマップを選択できるよう構成されることがある。マップは、たとえば、抵抗、過速、移行、及び他のこのような機械オペレーションモードのような、作業機械のオペレーションモードに基づいて選択可能であることが考えられる。

抵抗オペレーションモードは、油圧アクチュエータ３０ｃが外部から生成された力に対抗するオペレーションを含むことがある。過速オペレーションモードは、作業機械１０に対する負荷により、当然ながら油圧アクチュエータ３０ｃが所望の方向に動くオペレーションを含むことがある。移行モードは、抵抗モードと過速モードとの間の移行中の、油圧アクチュエータ３０ｃのオペレーションを含むことがある。任意の１つのオペレーションモード中、ヘッド及びロッドエンド供給弁及びドレン弁３２〜３８の２つのみが動作中であり、残りの２つが流れを阻止する位置にあることがある。たとえば、油圧アクチュエータ３０ｃが、重力の引きに対して上方に（抵抗モード）、フレーム１２のブーム部分を動かすよう延在している場合には（図１を参照するに）、ヘッドエンド供給弁３２（図２を参照するに）が、第１のチャンバ５６を加圧流体で充填するよう、第１の又は流れが通過する位置の方に動くことがある。同時に、ロッドエンドドレン弁３８が、第２のチャンバ５８からの流体をタンク２６に排出できるようにするために、流れが通過する位置の方に動くことがある。この状況において、ヘッドエンドドレン弁３４及びロッドエンド供給弁３６の両方が、油圧アクチュエータ３０ｃの望ましくない動きを防止するよう、第２の又は流れを阻止する位置にあることがある。同様に、油圧アクチュエータ３０ｃが、重力の引きで下方に（過速モード）、フレーム１２のブーム部分を動かすよう後退している場合には（図１を参照するに）、ヘッドエンドドレン弁３４（図２を参照するに）が、第１のチャンバ５６から加圧流体を排出させるために、第１の又は流れが通過する位置に動くことがある。同時に、ロッドエンド供給弁３６が、第２のチャンバ５８を加圧流体で充填するよう、流れが通過する位置の方に動くことがある。この状況において、ヘッドエンド供給弁３２及びロッドエンドドレン弁３８の両方が、油圧アクチュエータ３０ｃの望ましくない動きを防止するよう、第２の又は流れを阻止する位置にあることがある。

制御装置４８が、オペレータインターフェース装置２２及びヘッド及びロッドエンド圧力センサ４０、４２から入力を受信するよう、かつ入力及び上述した関係マップに応じて、ヘッド及びロッドエンド供給弁及びドレン弁３２〜３８のオペレーションを要求するよう構成されることがある。具体的には、制御装置４８が、それぞれ通信回線８０、８２、８４、及び８６を介して、油圧アクチュエータ３０ｃのヘッド及びロッドエンド供給弁及びドレン弁３２〜３８と、通信回線８８を介してオペレータインターフェース装置２２と、それぞれ通信回線９０及び９２を介して、ヘッド及びロッドエンド圧力センサ４０、４２と連通していることがある。制御装置４８が、オペレータインターフェース装置２２からインターフェース装置位置信号及びヘッド及びロッドエンド圧力センサ４０、４２から油圧アクチュエータ負荷信号を受信し、制御装置４８のメモリ内に格納されている選択された及び／又は修正された関係マップを参照して、コマンド速度値及び圧力値を判断することがある。コマンド速度により、ヘッドエンド及びロッドエンド供給弁３２及び３６が、所望の作業工具速度を生じさせる流量で、適切なチャンバを選択的に充填することがある。コマンド圧力により、ヘッドエンド及びロッドエンドドレン弁３４及び３８が、対応するドレンチャンバ内に所望の圧力を生じさせる流量で、第１の及び第２のチャンバ５６、５８を選択的に排出することがある。

制御装置４８が、油圧シリンダ３０ｃの加速度に応じて、ヘッド及びロッドエンド供給弁及びドレン弁３２〜３８の弁体の動きに影響を及ぼすよう構成されることがある。特に、制御装置４８が、通信回線９４を介して加速度センサ４４と連通し、加速度センサ４４から加速度信号を受信するよう構成されることがある。制御装置４８が、加速度信号に応じてコマンド速度及び／又は圧力を修正するよう構成されることがある。コマンド速度及び／又は圧力と加速度信号との間の関係は、制御装置４８のメモリ内に格納されている、１つ以上のテーブル、グラフ、又は等式内に含まれることがある。

制御装置４８がまた、回生を選択的に実施するよう構成されることがある。具体的には、制御装置４８が、圧力センサ４０及び４２から負荷信号を受信し、回生が可能かどうか判断することがある。たとえば、油圧アクチュエータ３０ｃが後退しており、第２のチャンバ５８を出る流体の圧力が流体源２８からの流体の圧力を超えた場合、制御装置４８が、第２のチャンバ５８からの流体の少なくとも一部分が第１のチャンバ５６に再び方向付けられると判断することがある。この状況において、流体源２８の必要な出力が、回生が利用できなかった場合よりも低く、したがって、流体源２８が少ない消費電力レベルで操作されることがある。

制御装置４８が、オペレータ入力に基づいて回生量及び流体源２８の出力を調節することがある。特に、回生流体と流体源２８から充填チャンバ内に流れる流体との比率は、オペレータ入力装置２２の作動位置に基づくことがある。オペレータインターフェース装置位置と許容しうる回生流の割合との間の関係は、制御装置４８のメモリ内に格納されている、テーブル、グラフ、又は等式内に含まれることがある。次いで、流体源２８が、第２のチャンバ５８から回生される流体の量を引いた、所望の速度で油圧アクチュエータ３０ｃを動かすのに必要な加圧流体の流量を作るよう操作されることがある。回生が不可能である場合、流体源２８が、所望の速度で油圧シリンダ３０ｃを動かすのに必要な加圧流体の充分な流量を作るよう操作されることがある。

図３及び図４は、油圧制御システム２４を操作する方法の例を例示している。開示されているシステム及びそのオペレーションについてさらに例示するために、図３及び図４について以下に論じる。

開示されている油圧制御システムは、変動負荷及びオペレーションモードでの速度の予測可能性が望ましい、油圧アクチュエータを含む、任意の作業機械に適応可能であり得る。開示されている油圧制御システムは、油圧アクチュエータ加重及び加速度を油圧アクチュエータに結合された弁について要求された速度及び／又は圧力に関係づけることにより、オペレータ制御を向上させることがある。次に、油圧制御システム２４のオペレーションについて説明する。

作業機械１０のオペレーション中、作業機械オペレータが、作業工具１４を動かすよう、オペレータインターフェース装置２２を巧みに操作することがある。オペレータインターフェース装置２２の作動位置は、オペレータの予想される又は所望の作業工具１４の速度に関係づけられることがある。オペレータインターフェース装置２２が、オペレータの巧みな操作中にオペレータの予想される又は所望の速度を示す位置信号を生成し、この位置信号を制御装置４８に送信することがある。

制御装置４８が、油圧シリンダ３０ｃのオペレーション中に様々な入力を受信することがある。図３の流れ図に示されているように、制御装置４８が、オペレータインターフェース装置位置信号を受信する（ステップ１００）、ヘッド及びロッドエンド圧力センサ４０、４２から負荷信号を受信する（ステップ１１０）、油圧シリンダ３０ｃの測定された及び／又は判断された加速度を示す信号を受信する（ステップ１２０）ことがある。負荷信号から、制御装置４８が、油圧シリンダ３０ｃに対する負荷の大きさを判断することがある。負荷の大きさは、測定された圧力を第１の及び第２の油圧面６４及び６６の力の範囲に関係づける標準方程式から計算されることがある。その上、オペレーションモード（たとえば、抵抗、過速、又は移行）が、測定された圧力を１組の所定閾値である圧力値と比較することによって判断されることがある。たとえば、油圧シリンダ３０ｃの第１のチャンバ５６内の圧力が所定値を超え、かつ第２のチャンバ５８内の圧力が所定値未満である場合、制御装置４８が、油圧シリンダ３０ｃが抵抗モードで動作していると判断することがある。同様に、油圧シリンダ３０ｃの第１のチャンバ５６内の圧力が所定値未満であり、かつ第２のチャンバ５８内の圧力が所定値を超えた場合、制御装置４８が、油圧シリンダ３０ｃが過速モードで動作していると判断することがある。油圧シリンダ３０ｃの第１のチャンバ５６内の圧力が所定値未満であり、かつこれが減少し始めた場合、制御装置４８が、油圧シリンダ３０ｃが抵抗モードと過速モードとの間の移行モードに入っていると判断することがある。同様に、油圧シリンダ３０ｃの第１のチャンバ５６内の圧力が所定値未満であり、かつこれが増加し始めた場合、制御装置４８が、油圧シリンダ３０ｃが過速モードと抵抗モードとの間の移行モードに入っていると判断することがある。

抵抗モード又は過速モードで動作している場合には、制御装置４８が、第１の及び第２のチャンバ５６、５８の排出している１つ内に所望の圧力を提供するよう、ドレン弁の弁体位置を設定することがある。所望の圧力及び関連する弁機構位置は、油圧シリンダ３０ｃの測定された加重状態に基づき、制御装置４８のメモリ内に格納されている、ルックアップテーブル、グラフ、及び／又は等式を通じて判断されることがある（ステップ１３０）。流れが通過する位置と流れを阻止する位置との間の弁体位置は、ドレンチャンバ内に所望の圧力を生成するよう、ヘッド及びロッドエンド圧力センサ４０、４２の適切な１つから受信された負荷信号に従って連続的に制御されることがある。

また、抵抗モード又は過速モードでの油圧シリンダ３０ｃのオペレーション中に、制御装置４８が、オペレータインターフェース装置２２からの所望の速度信号を制御装置４８のメモリ内に格納されている関係マップと比較して、ヘッド及びロッドエンド供給弁３２、３６の動作している１つのための適切な速度コマンドを判断することがある。次いで、制御装置４８が、第１の及び第２のチャンバ５６、５８の適切な１つ内への加圧流体の流量を調節するためにヘッド及びロッドエンド供給弁３２及び３６の適切な１つの弁体の動きを要求し、これにより、オペレータの予想される又は所望の速度に実質的に一致する、油圧アクチュエータ３０ｃの動きが生じることがある（ステップ１４０）。

制御装置４８が、油圧アクチュエータ３０ｃの加速を可能にすることがある。具体的には、制御装置４８が、加速度センサ４４から感知された加速度情報に従って又は動圧力測定から判断された加速度に従って、適切な充填弁及びドレン弁の要求された弁体位置を修正することがある（ステップ１５０）。上記に示されているように、修正量は、ルックアップテーブル又はグラフを参照することにより又は１つ以上の等式を介する計算により判断されることがあり、したがって、定常状態が達成されると、油圧アクチュエータ３０ｃの速度は所望の速度に実質的に一致し、ドレンチャンバ内の圧力は所望の値に設定される。

制御装置４８が、オペレータ入力に従って過速モードでのオペレーション中に回生を調節することがある。特に、制御装置４８が、最初に、油圧アクチュエータ３０ｃが現在過速モードで動作しており、かつ第１の及び第２のチャンバ５６、５８の排出している１つ内の圧力が所定値を超えたと断定することにより、回生が可能かどうか判断することがある（ステップ１６０）。回生が可能である場合、制御装置４８が、ドレンチャンバから回生される充填チャンバ内への全流量の割合を判断することがある（ステップ１７０）。この判断は、オペレータインターフェース装置２２の位置及び制御装置４８のメモリ内に格納されている関係に基づくことがある。

流体源２８の出力の流れは、回生流の許容しうる割合により、異なる形で制御されることがある。特に、回生が可能である場合、流体源２８が、許容しうる回生流の割合を引いた、充填チャンバ内への必要な流体の流量に実質的に等しい速度で加圧流体の流れを出力するよう要求されることがある（１８０）。たとえば、第１のチャンバ５６内への３０ユニット／分の流量が、所望の速度で油圧アクチュエータ３０ｃに延在するのに必要であり、かつ許容しうる回生流の割合が１０％である場合、流体源２８が、２７ユニット／分の流量を作るよう操作されなければならない。しかし、回生が不可能である場合（たとえば、油圧アクチュエータ３０ｃが抵抗モードで動作している場合）、流体源２８が、所望の速度に対応する、すべての３０ユニット／分を作るよう操作されなければならない（ステップ１９０）。

抵抗モードと過速モードとの間の移行中に、制御装置４８が、空洞化現象が起こる可能性を最小限に抑えるよう、第１の及び第２のチャンバ５６及び５８の両方内の圧力を厳密に調節することがある。特に、制御装置４８が、最初に、油圧アクチュエータ３０ｃが移行モードに入ったかどうか判断することがある。制御装置４８が、第１の及び第２のチャンバ５６、５８の充填している１つ（図４の流れ図のチャンバＡ参照）内の圧力が減少している場合には、伝達モードに入ったと判断することがある（ステップ２００）。制御装置４８が、チャンバＡ内の流体の圧力が所定閾値まで減少したと判断した場合（ステップ２１０）、制御装置４８が、チャンバＡ内の圧力を閾値に維持し、以前のドレンチャンバ内の圧力（図４の流れ図のチャンバＢ参照）が増加できるようにすることがある（ステップ２２０）。

制御装置４８が、チャンバＢ内の圧力が第２の所定閾値まで増加したかどうか判断し（ステップ２３０）、これに応じて、チャンバＡ内の流体の圧力に影響を及ぼすことがある。具体的には、チャンバＢ内の圧力が第２の所定閾値まで増加した場合、制御装置４８が、チャンバＢ内の圧力を維持し、チャンバＡ内の圧力がさらに減少できるようにすることがある（ステップ２４０）。次いで、制御装置４８が、チャンバＡ内の圧力を監視し、圧力が最小閾値に達したかどうか判断することがある（ステップ２５０）。チャンバＡ内の圧力が最小閾値に達した場合、制御装置４８が、チャンバＡ内の圧力を最小閾値に維持し、オペレータインターフェース装置２２からの所望の速度信号に基づいてチャンバＢ内の圧力が第２の閾値を超えて増加できるようにすることがある（ステップ２６０）。

ヘッド及びロッドエンド供給弁３２及び３６が所望の速度に基づいて制御され、かつヘッド及びロッドエンドドレン弁３４及び３８が第１の及び第２のチャンバ５６、５８の排出している１つ内の所望の圧力に基づいて制御されるので、油圧アクチュエータ３０ａ〜ｃの制御が簡単なものとなり得る。その上、ヘッド及びロッドエンドドレン弁３４及び３８が所望の圧力及び測定された負荷に基づいて制御されるので、油圧アクチュエータ３０ａ〜ｃが、予想通り変動負荷で遂行し、抵抗モードと過速モードとの間のシームレス移行を実現することがある。

当業者には、開示されている油圧制御システムの様々な修正形態及び変形形態が作られ得ることが明らかとなろう。当業者には、仕様について考慮し、開示されている油圧制御システムを実践することにより、他の実施形態も明らかとなろう。仕様及び例は単なる例示と考えられるべきであり、真の範囲は、頭記の特許請求の範囲及びそれらの等価物に示されている。

開示されている作業機械の例を示す概略側面図である。 図１の、開示されている作業機械の油圧制御システムの例を示す概略図である。 図２の、開示されている制御システムを操作する方法の例を例示する流れ図である。 図２の、開示されている制御システムを操作する別の方法の例を例示する流れ図である。

Claims (9)

1. 第１のチャンバ（５６）及び第２のチャンバ（５８）を有する流体アクチュエータ（３０ｃ）と、
   第１の方向における流体アクチュエータの動きを容易にするよう加圧流体が第１のチャンバ内に流れることができる第１の位置と、加圧流体が第１のチャンバ内に流れるのが阻止される第２の位置との間で移動可能な弁体を有する第１の流量制御弁（３２）と、
   第１の方向における流体アクチュエータの動きを容易にするよう流体が第２のチャンバから流れることができる第１の位置と、流体が第２のチャンバから流れるのが阻止される第２の位置との間で移動可能な弁体を有する第２の流量制御弁（３８）と、
   流体アクチュエータに結合され、かつ流体アクチュエータの負荷を示す負荷信号を生成するよう構成された、少なくとも１つの流体センサ（４０、４２）と、
   流体アクチュエータのオペレータ所望速度を示す所望の速度信号を生成するよう可動であるオペレータインターフェース装置（２２）と、
   第１の及び第２の流量制御弁、少なくとも１つの流体センサ、及びオペレータインターフェース装置と連通している制御装置（４８）と
   を備えた、油圧制御システム（２４）であって、
   前記流体アクチュエータ（３０ｃ）が負荷を受けた際、制御装置が、前記流体アクチュエータ（３０ｃ）の加速度に基づいて、速度が所望の速度に到達するように、前記第１の流量制御弁（３２）を開閉し、前記第２のチャンバ内の圧力に基づいて、前記第２のチャンバ内の圧力が所望の圧力になるように、前記第２の流量制御弁を開閉して流体源（２８）からの圧力を制御するよう構成された、油圧制御システム（２４）。
2. 制御装置が、
   負荷信号に基づいて油圧エネルギの回生が可能かどうか判断し、
   オペレータインターフェース装置の位置に基づいてある量の回生を実施し、
   回生量及び所望の速度信号に基づいて前記流体源（２８）の出力を調節するように、
   さらに構成された請求項１に記載の油圧制御システム。
3. 少なくとも１つの流体センサが、第１のチャンバに結合された第１の圧力センサ（４０）であり、
   油圧制御システムが、第２のチャンバに結合された第２の圧力センサ（４２）をさらに含み、
   制御装置が、第１のチャンバ内の圧力が所定値未満まで減少した場合には、抵抗モードから過速モードに動作モードを変更する制御を実施するようさらに構成された請求項１に記載の油圧制御システム。
4. 抵抗モードと過速モードとの間の移行において、動作モードの変更は、
   第１チャンバ内の圧力が前記所定値に達した後に、負荷信号に基づいて第２のチャンバ内の圧力が増加できるようにすることと、
   第２のチャンバ内の圧力が第２の前記所定値に達するまで、第１のチャンバ内の圧力を所定値に維持することと、
   第２のチャンバ内の圧力が第２の前記所定値に達した後に、第１のチャンバ内の圧力が所定値未満まで減少できるようにすることと、
   第１のチャンバ内の圧力が最小の前記所定値に達するまで、第２のチャンバ内の圧力を第２の所定値に維持することと、
   第１のチャンバ内の圧力が最小の前記所定値に達した後に、負荷信号に基づいて第２のチャンバ内の圧力が第２の前記所定値を超えることができるようにすることと
   を含む請求項３に記載の油圧制御システム。
5. 油圧制御システム（２４）を操作する方法であって、
   第１の方向における流体アクチュエータの動きを容易にするよう油圧アクチュエータ（３０ｃ）の第１のチャンバ（５６）内への加圧流体を流量制御することと、
   第１の方向における流体アクチュエータの動きを容易にするよう油圧アクチュエータの第２のチャンバ（５８）からの流体を流量制御することと、
   流体アクチュエータの負荷を感知し、負荷を示す負荷信号を生成することと、
   流体アクチュエータのオペレータ所望速度を示す所望の速度信号を受信することと、
   前記所望の速度信号に基づいて第１のチャンバ内への流体を流量制御することと、
   負荷が増えたことを負荷信号が示し、第２のチャンバ内の圧力が、所定の圧力を超えた場合に、前記第２のチャンバからの流体の流量を増やすこと、
   を含む方法。
6. 負荷信号に基づいて油圧エネルギの回生が可能かどうか判断することと、
   所望の速度信号に基づいてある量の回生を実施することと、
   回生量及び所望の速度信号に基づいて流体源（２８）の出力を調節することとをさらに含む請求項５に記載の方法。
7. 負荷を感知することが、第１のチャンバ内の圧力及び第２のチャンバ内の圧力を感知することを含み、方法が、第１のチャンバ内の圧力が所定値未満まで減少した場合に抵抗モードから過速モードに動作モードを変更することをさらに含む請求項５に記載の方法。
8. 抵抗モードと過速モードとの間の移行において、動作モードの変更は、
   第１のチャンバ内の圧力が前記所定値に達した後に、負荷信号に基づいて第２のチャンバ内の圧力が増加できるようにすることと、
   第２のチャンバ内の圧力が第２の前記所定値に達するまで、第１のチャンバ内の圧力を所定値に維持することと、
   第２のチャンバ内の圧力が第２の前記所定値に達した後に、第１のチャンバ内の圧力が所定値未満まで減少できるようにすることと、
   第１のチャンバ内の圧力が最小の前記所定値に達するまで、第２のチャンバ内の圧力を第２の所定値に維持することと、
   第１のチャンバ内の圧力が最小の前記所定値に達した後に、負荷信号に基づいて第２のチャンバ内の圧力が第２の前記所定値を超えることができるようにすることと
   を含む請求項７に記載の方法。
9. 動力源（１８）と、
   作業工具（１４）と、
   動力源に動作可能に接続され、かつ作業工具の動きに影響を及ぼすよう構成された、請求項１〜４のいずれか一項に記載の油圧制御システム（２４）と
   を備えた、作業機械（１０）。

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