JP7846587B2

JP7846587B2 - 油圧システムにおけるキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法

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Publication number: JP7846587B2
Application number: JP2022135612A
Authority: JP
Inventors: 秀樹中嶌; 浩一喜安
Original assignee: Caterpillar SARL
Current assignee: Caterpillar SARL
Priority date: 2022-08-29
Filing date: 2022-08-29
Publication date: 2026-04-15
Anticipated expiration: 2042-08-29
Also published as: US12320372B2; DE102023123099A1; JP2024032132A; US20240068492A1

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械の油圧システムにおけるキャリブレーションシステムおよびキャリブレーション方法の技術分野に関する。

一般に、油圧ショベル等の作業機械の油圧システムでは、各種油圧アクチュエータの油圧供給源として、コントローラから出力される制御電流値に応じて容量が可変制御される可変容量型の油圧ポンプが汎用的に用いられているが、この場合に、コントローラに油圧ポンプのポンプ流量と制御電流値との対応関係を示すデータを保存し、該データを用いて求めた制御電流値をコントローラから出力するように構成したものが知られている。
前記ポンプ流量と制御電流値との対応関係を示すデータは、予め作成された仕様上のデータがコントローラに保存されており、該仕様上のデータを用いて制御電流値が出力されることになるが、製造上のバラツキや経年変化等により、制御電流値に対する仕様上のデータでのポンプ流量の値と実際のポンプ流量の値との間にズレが生じてしまうことがある。
そこで従来、前記仕様上のデータの値を実際値に一致させるためのキャリブレーションとして、油圧ポンプの斜板傾転角を可変調整するアクチュエータピストンに作用する圧力値をモニタリングしながら制御電流値を変化させることで捉えられた圧力値の変化点に対応する、実際の最小斜板位置、最大斜板位置の少なくとも一方での電流値を求め、この実際の制御電流値と仕様上の制御電流値との差を補正値として制御電流値を補正する技術（例えば、特許文献１参照）や、油圧ポンプの吐出流量を最大流量及び最小流量とするときの制御電流値とポンプ圧とに基づいて、制御電流値に係る制御パラメータ（仕様上のテーブル）を更新するようにした技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。これら特許文献１、２のものは、キャリブレーションに斜板の傾転角センサや流量計を必要とせず、簡単な構成で低コストにキャリブレーションを行うことができる。

特開２００８－３０３８１３号公報特開２０１４－１７７９６９号公報

前記特許文献１、２のものは、何れも、油圧ポンプの制御電流値に対するポンプ流量（ポンプ容量）のキャリブレーションを行うにあたり、ポンプ流量が最小流量（最小斜板位置）、最大流量（最大斜版位置）となるときの圧力変化に基づいて最小流量、最大流量に対する制御電流値の較正値を求め、該較正値を用いて、最小流量と最大流量とのあいだの全域の流量に対する制御電流値も較正するようになっている。しかしながら、油圧ポンプが最小流量のときには圧力が低すぎるため正確な圧力の変位点を見出すことは難しく、また、油圧ポンプが最大流量のときにはエンジン出力が低下する惧れがあってやはり正確な圧力の変位点を見出すことは難しく、このため、最小流量、最大流量に対する制御電流値の較正値を精度良く求めることは難しい。つまり、特許文献１、２のものは、精度良く較正値を求めることが難しい最小流量、最大流量で較正を行っており、このため、較正の精度に劣るという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、ポンプ制御電流値に応じて容量が可変制御される可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧油供給路に配され、バルブ制御電流値に応じて供給用開口の開口面積が可変制御される流量制御弁と、該流量制御弁の上流側に配され、流量制御弁の前後差圧を一定に保持するべく作動する圧力補償弁と、前記ポンプ制御電流およびバルブ制御電流を出力するコントローラとを備えてなる作業機械の油圧システムにおいて、前記ポンプ制御電流値と油圧ポンプのポンプ流量との対応関係を較正するキャリブレーションを行うにあたり、油圧ポンプのポンプ圧を検出する圧力検出手段を設けるとともに、前記流量制御弁の出力側に出力流量を低背圧状態で油タンクに流すリリーフ油路を接続する一方、前記コントローラに、バルブ制御電流値と流量制御弁出力流量との較正済み対応データに基づいて、任意に設定される目標流量の流量制御弁出力流量に対応するバルブ制御電流値を求め、該バルブ制御電流値を較正時バルブ制御電流値として出力するバルブ制御手段と、前記較正時バルブ制御電流値が出力されている状態でポンプ制御電流値をスイープ上昇させて出力するポンプ制御手段と、スイープ上昇中のポンプ圧の変化がピークとなるときのポンプ制御電流値を求め、該ポンプ制御電流値を、前記任意に設定された目標流量のポンプ流量に対応するポンプ制御電流値として較正する較正制御手段とを設けたことを特徴とする油圧システムにおけるキャリブレーションシステムである。
請求項２の発明は、ポンプ制御電流値に応じて容量が可変制御される可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧油供給路に配され、バルブ制御電流値に応じて供給用開口の開口面積が可変制御される流量制御弁と、該流量制御弁の上流側に配され、流量制御弁の前後差圧を一定に保持するべく作動する圧力補償弁と、前記ポンプ制御電流およびバルブ制御電流を出力するコントローラとを備えてなる作業機械の油圧システムにおいて、前記ポンプ制御電流値と油圧ポンプのポンプ流量との対応関係を較正するキャリブレーションを行うにあたり、油圧ポンプのポンプ圧を検出する圧力検出手段を設けるとともに、前記流量制御弁の出力側に出力流量を低背圧状態で油タンクに流すリリーフ油路を接続する一方、前記キャリブレーションは、バルブ制御電流値と流量制御弁出力流量との較正済み対応データに基づいて、任意に設定される目標流量の流量制御弁出力流量に対応するバルブ制御電流値を求め、該バルブ制御電流値を較正時バルブ制御電流値としてコントローラから出力するステップと、前記較正時バルブ制御電流値が出力されている状態でポンプ制御電流値をスイープ上昇させてコントローラから出力するステップと、スイープ上昇中のポンプ圧の変化がピークとなるときのポンプ制御電流値を求め、該ポンプ制御電流値を、前記任意に設定された目標流量のポンプ流量に対応するポンプ制御電流値として較正するステップとを含むことを特徴とする油圧システムにおけるキャリブレーション方法である。

請求項１、２の発明とすることにより、高精度のキャリブレーションを効率良く簡単に行うことができる。

作業機械の油圧システムの一部を示す油圧回路図である。キャリブレーションの手順を示すフローチャート図である。キャリブレーション時におけるポンプ制御電流値とポンプ圧とポンプ圧の時間微分値との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１に、作業機械の一例である油圧ショベルに設けられる油圧システムの一部を示すが、該図１において、１は車載のコントローラ（制御装置）、２は可変容量型の油圧ポンプ、２ａは油圧ポンプ２の容量可変手段、３はポンプ用電磁比例弁、４は油タンク、５は油圧ポンプ２を油圧供給源とする油圧アクチュエータ、６は油圧ポンプ２から油圧アクチュエータ５への圧油供給路に配されて油圧アクチュエータ５に対する給排制御を行うコントロールバルブである。
尚、作業機械が油圧ショベルの場合、該油圧ショベルには、ブームシリンダ、スティックシリンダ、バケットシリンダ、走行モータ、旋回モータ、オプションアタッチメント用油圧アクチュエータ等の各種の油圧アクチュエータが設けられるとともに、これら油圧アクチュエータの油圧供給源となる単数または複数の油圧ポンプが設けられるが、図１には、本実施の形態のキャリブレーションが実施される油圧ポンプ２と、該油圧ポンプ２のキャリブレーションに用いられる回路のみを示してある。

前記ポンプ用電磁比例弁３は、コントローラ１から入力されるポンプ制御電流値に基づき、該ポンプ制御電流値に応じたポンプ制御信号圧を、油圧ポンプ２の容量可変手段２ａに出力する。そして、該容量可変手段２ａは、入力されたポンプ制御信号圧に応じて作動して油圧ポンプ２の流量制御を行うようになっており、しかして、油圧ポンプ２のポンプ流量は、コントローラ１からポンプ用電磁比例弁３に出力されるポンプ制御電流値に応じて可変制御されるようになっている。

また、前記コントロールバルブ６は、後述するパイロット作動式のスプール弁（本発明の流量制御弁に相当する）８と、該スプール弁８の上流側に配される圧力補償弁９と、スプール弁８にパイロット圧を出力する第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂとを備えて構成されている。
前記スプール弁８は、油圧アクチュエータ５に対する給排流量制御を行うと共に給排方向を切換える方向切換弁であって、第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂにそれぞれ接続される第一、第二パイロットポート８ａ、８ｂと、圧力補償弁９を介して油圧ポンプ２に接続されるポンプポート８ｐと、油タンク４に接続されるタンクポート８ｔと、油圧アクチュエータ５の第一入出力ポート５ａに接続される第一アクチュエータポート８ｃと、油圧アクチュエータ５の第二入出力ポート５ｂに接続される第二アクチュエータポート８ｄと、負荷圧導入油路１１を介して後述する圧力補償弁９の第二パイロットポート９ｂに接続される負荷圧出力ポート８ｅとを備えている。そして、スプール弁８は、第一、第二の両パイロットポート８ａ、８ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、油圧アクチュエータ５に対する給排制御を行わず、且つ、負荷圧出力ポート８ｅを閉じる中立位置Ｎに位置しているが、第一パイロットポート８ａにパロット圧が入力されることにより第一作動位置Ｘに切換わって、ポンプポート８ｐから第一アクチュエータポート８ｃに至る供給用開口８ｆと、第二アクチュエータポート８ｄからタンクポート８ｔに至る排出用開口８ｇと、供給用開口８ｆの下流側から負荷圧出力ポート８ｅに至る負荷圧用開口８ｈとを開き、また、第二パイロットポート８ｂにパイロット圧が入力されることにより第二作動位置Ｙに切換わって、ポンプポート８ｐから第二アクチュエータポート８ｄに至る供給用開口８ｆと、第一アクチュエータポート８ｃからタンクポート８ｔに至る排出用開口８ｇと、供給用開口８ｆの下流側から負荷圧出力ポート８ｅに至る負荷圧用開口８ｈとを開くように構成されている。そして、前記供給用開口８ｆの開口面積は、第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂから出力されるパイロット圧によって移動するスプール弁８の移動ストロークに応じて定まるようになっていると共に、スプール弁８から油圧アクチュエータ５への出力流量は、供給用開口８ｆの開口面積によって制御されるようになっている。さらに、第一、第二作動位置Ｘ、Ｙのスプール弁８は、負荷圧用開口８ｈが開くことで、スプール弁８の出口側圧力（油圧アクチュエータ５の負荷圧）が負荷圧導入油路１１に導入されるようになっている。

また、前記圧力補償弁９は、スプール弁８の入口側圧力が入力される第一パイロットポート９ａと、スプール弁８の出口側圧力が前記負荷圧導入油路１１を介して入力される第二パイロットポート９ｂと、バネ９ｃとを備えているとともに、第一パイロットポート９ａに入力されたスプール弁８の入口側圧力は圧力補償弁９の弁体を閉側に押圧し、第二パイロットポート９ｂに入力されたスプール弁８の出口側圧力とバネ９ｃの押圧力とは圧力補償弁９の弁体を開側に押圧するように構成されている。そして、該圧力補償弁９の開口面積は、スプール弁８の入口側圧力と出口側圧力との差圧（前後差圧）が一定となるように制御される。つまり、スプール弁８の前後差圧が大きくなると、圧力補償弁９の弁体が閉側に移動することで開口面積が小さくなって通過圧力損失が大きくなり、これによってスプール弁８の入口側圧力が下がる一方、スプール弁８の前後差圧が小さくなると、圧力補償弁９の弁体が開側に移動することで開口面積が大きくなって通過圧力損失が小さくなり、これによってスプール弁８の入口側圧力が上昇し、このような圧力補償弁９の作動によって、スプール弁８の前後差圧が一定に保持されるようになっている。

ここで、前記スプール弁８から油圧アクチュエータ５への出力流量は、以下のオリフィスの式（１）により、スプール弁８の供給用開口８ｆの開口面積と、スプール弁８の前後差圧と、流量係数とによって求められる。
Ｑ＝Ｃ×Ａ×√ΔＰ・・・（１）
上記式（１）において、Ｑはスプール弁８からの出力流量、Ｃは流量係数、Ａはスプール弁８の供給用開口８ｆの開口面積、ΔＰはスプール弁８の前後差圧である。
そして、前述したように、スプール弁８の前後差圧ΔＰは圧力補償弁９によって一定に保持されるとともに、供給用開口８ｆの開口面積Ａは、第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂから出力されるパイロット圧に応じて定まるから、流量係数Ｃを一定とみなすと、スプール弁８から油圧アクチュエータ５への出力流量は、油圧ポンプ２のポンプ圧や油圧アクチュエータ５の負荷が変動しても、第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂから出力されるパイロット圧に応じて定まることになる。

前記第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂは、コントローラ１から入力されるバルブ制御電流値に基づき、該バルブ制御電流値に応じたパイロット圧を前記スプール弁８の第一、第二パイロットポート８ａ、８ｂにそれぞれ出力する。そして、スプール弁８は、入力されたパイロット圧に応じた開口面積で供給用開口８ｆおよび排出用開口８ｇを開いて油圧アクチュエータ５に対する供給流量制御および排出流量制御を行うようになっているとともに、スプール弁８の前後差圧は圧力補償弁９によって一定に保持されるようになっており、しかして、スプール弁８からの出力流量は、コントローラ１から第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂに出力されるバルブ制御電流値に応じて可変制御されるようになっている。

また、図１において、１２は前記コントロールバルブ６と油圧アクチュエータ５とを接続するアクチュエータ油路１３から分岐形成されて油タンク４に至るリリーフ油路であって、該リリーフ油路１２には、コントローラ１からの制御信号に基づいてリリーフ圧を変更できる可変リリーフ弁１４が配設されている。そして、例えば油圧アクチュエータ５がブレーカ等の背圧低減が必要な油圧アクチュエータの場合に、前記可変リリーフ弁１４の設定圧を低圧に設定することで、低背圧状態で油圧アクチュエータ５からの排出油をリリーフ油路１２を経由して油タンク４に流すことができるようになっている。

さらに、図１において、１８は前記コントローラ１に入出力自在に接続されるモニタ装置１８であって、該モニタ装置１８は、例えば油圧ショベルの運転室に配置されていて、図示しない表示画面や、キーボート、タッチパネル、ダイヤル等の操作手段を備えており、機体状態の表示や各種設定等を行うときに用いられるものであるが、本実施の形態では、該モニタ装置１８の操作手段の操作に基づいて、後述するキャリブレーションの開始や作業、終了等を行うことができるようになっている。

一方、前記コントローラ１は、入力側に、油圧アクチュエータ５用の操作具１５の操作方向および操作量を検出する操作検出手段１６や、油圧ポンプ２のポンプ圧を検出する圧力センサ（本発明の圧力検出手段に相当する）１７等が接続される一方、出力側には前記ポンプ用電磁比例弁３や、第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂ、可変リリーフ弁１４等が接続されている。そして、コントローラ１は、後述するキャリブレーションが実行されていない通常作業時には、操作検出手段１６から入力される操作具１５の操作方向や操作量、圧力センサ１７から入力されるポンプ圧等に基づいて目標ポンプ流量を求め、油圧ポンプ２のポンプ流量が該目標ポンプ流量となるように前記ポンプ用電磁比例弁３に対してポンプ制御電流値を出力する。この場合に、コントローラ１には、ポンプ制御電流値とポンプ流量との対応関係を示したポンプ用対応データＰＤが保存されており、該ポンプ用対応データＰＤに基づいて、目標ポンプ流量に対応するポンプ制御電流値をポンプ用電磁比例弁３に出力するように構成されている。そして、ポンプ用電磁比例弁３は、前述したように、ポンプ制御電流値に応じたポンプ制御信号圧を油圧ポンプ２の容量可変手段２ａに出力し、これにより、油圧ポンプ２の吐出流量は目標ポンプ流量となるように制御されるようになっている。尚、後述するキャリブレーションの実行時には、操作具１５の操作がなされていない状態で、コントローラ１からポンプ用電磁比例弁３に対してポンプ制御電流が出力される構成になっている。

さらに、コントローラ１は、キャリブレーションが実行されていない通常作業時には、操作検出手段１６から入力される操作具１５の操作方向および操作量等に基づいてアクチュエータ要求流量を求め、スプール弁８から油圧アクチュエータ５への出力流量が該アクチュエータ要求流量となるように前記第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂに対してバルブ制御電流を出力する。この場合、コントローラ１には、スプール弁８の出力流量とバルブ制御電流値との対応関係を示したバルブ用対応データＶＤが保存されており、該バルブ用対応データＶＤに基づいて、アクチュエータ要求流量に対応するバルブ制御電流値を第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂに出力するように構成されている。そして、第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂは、前述したように、コントローラ１から入力されるバルブ制御電流値に応じたパイロット圧をスプール弁８に出力し、これによりスプール弁８から油圧アクチュエータ５への出力流量はアクチュエータ要求流量となるように制御されるようになっている。尚、後述するキャリブレーションの実行時には、操作具１５の操作がなされていない状態で、コントローラ１から第二電磁比例弁１０Ｂに対してバルブ制御電流が出力される構成になっている。

ここで、前記スプール弁８の出力流量とバルブ制御電流値との対応関係を示すバルブ用対応データＶＤは、後述するようにポンプ制御電流値とのポンプ流量との対応関係のキャリブレーションに用いられるが、該キャリブレーションに用いられるバルブ用対応データＶＤは、仕様上のものではなく、実測データに基づいてスプール弁８の出力流量とバルブ制御電流値との対応関係を較正した較正済みのバルブ用対応データＶＤが用いられる。該較正済みのバルブ用対応データＶＤは、例えば、コントロールバルブ６のサプライヤー側において、コントロールバルブ６の出荷前検査で実施された実測データに基づいて作成され、前記モニタ装置１８を用いて、あるいは他の入力手段や通信手段を介して、コントローラ１に入力保存される。また、コントロールバルブ６を油圧ショベルに搭載した状態でスプール弁８の出力流量とバルブ制御電流値との対応関係を実測し、該実測データに基づき仕様上のバルブ用対応データＶＤを較正して較正済みバルブ用対応データＶＤを得ることもできる。そして、この較正済みバルブ用対応データＶＤは、ポンプ制御電流値とのポンプ流量との対応関係のキャリブレーションに用いられるだけでなく、前述した通常作業時に用いられることは勿論である。

さらに、前記コントローラ１には、ポンプ制御電流値とポンプ流量との対応関係のキャリブレーションを制御するキャリブレーション制御部２０が設けられているが、該キャリブレーション制御部２０は、後述するように、キャリブレーションの実行時に、前記第二電磁比例弁１０Ｂに対してバルブ制御電流を出力するバルブ制御部（本発明のバルブ制御手段に相当する）２１、ポンプ制御電流値をスイープ上昇させて出力するポンプ制御部（本発明のポンプ制御手段に相当する）２２、前記ポンプ用対応データＰＤを較正する較正制御部（本発明の較正制御手段に相当する）２３等を備えて構成されている。

次いで、前記キャリブレーション制御部２０が行うキャリブレーション制御について、図２のフローチャート図に基づいて説明する。
尚、キャリブレーションを実行する場合には、前準備として、スプール弁８の第一、第二アクチュエータポート８ｃ、８ｄと油圧アクチュエータ５の第一、第二入出力ポート５ａ、５ｂとの接続油路を閉鎖するとともに、スプール弁８の第二アクチュエータポート８ｄからの出力流量が前述したリリーフ油路１２の可変リリーフ弁１４を経由して油タンク４に流れるようにしておく。この場合に、可変リリーフ弁１４の設定圧を低圧に設定することで、スプール弁８からの出力流量は低背圧状態で油タンク４に流れるようになっている。

まず、キャリブレーション制御部２０は、モニタ装置１８からキャリブレーション作業開始の操作信号が入力されると、キャリブレーションポイントとなる任意の目標流量を設定する（ステップＳ１）。該目標流量は、モニタ装置１８によって任意に設定、変更できる。
続けて、前記較正済みバルブ用対応データＶＤに基づいて、前記目標流量のスプール弁８出力流量に対応するバルブ制御電流値を求め、該バルブ制御電流値を較正時バルブ制御電流値として設定する（ステップＳ２）。そして、該較正時バルブ制御電流値をバルブ制御部２１から第二電磁比例弁１０Ｂに対して出力する（ステップＳ３）。この較正時バルブ制御電流値の出力は、キャリブレーションが終了するまで継続される。これにより、スプール弁８は、第二作動位置Ｙに切換わるとともに、該第二作動位置Ｙの供給用開口８ｆの開口面積は、較正時バルブ制御電流値に対応する開口面積に固定保持される。
続けて、前記較正時バルブ制御電流値が出力されている状態で、ポンプ制御部２２からポンプ用電磁比例弁３に対して、スイープに適した所定の一定速度でポンプ制御電流値をスイープ上昇させながら出力する（ステップＳ４）。
さらに、前記ステップＳ４のポンプ制御電流値のスイープ上昇中に、圧力センサ１７により油圧ポンプ２のポンプ圧を検出する（ステップＳ５）。さらに、該検出されたポンプ圧の時間微分値を求め、該時間微分値に基づいて、スイープ上昇中におけるポンプ圧の変化のピークを検出する（ステップＳ６）。
つまり、スプール弁８の供給用開口８ｆの開口面積を、較正時バルブ制御電流値（任意の目標流量のスプール弁８出力流量に対応するバルブ制御電流値）に対応する開口面積に固定保持した状態で、ポンプ制御電流値をスイープ上昇させていくと、油圧ポンプ２の吐出油は、圧力補償弁９、スプール弁８、リリーフ油路１２の可変リリーフ弁１４を経由して油タンク４に流れるが、この場合に、ポンプ制御電流値のスイープ上昇に伴い増加するポンプ流量が目標流量より少ない場合は、供給用開口８ｆを抵抗なく通過したスプール弁８からの出力流量は低背圧状態で油タンク４に流れ、ポンプ圧は低圧に保持される。この状態からさらにポンプ制御電流値をスイープ上昇させて、ポンプ流量が目標流量を超えると、該ポンプ流量がスプール弁８の供給用開口８ｆを通過する際の抵抗が大きくなって、スプール弁８の入口側圧力が増加する。これによりスプール弁８の前後差圧が大きくなって、圧力補償弁９が閉じる。そして、該圧力補償弁９が閉じることでポンプ圧が急上昇するが、該ポンプ圧の急上昇を、ポンプ圧の時間微分値のピークに基づいて検出する。
さらに、較正制御部２３において、ポンプ圧の変化がピークとなったときのポンプ制御電流値を求め、該ポンプ制御電流値を、前記目標流量のポンプ流量に対応するポンプ制御電流値として、前記コントローラ１に保存されているポンプ用対応データＰＤを較正する（ステップＳ７）。
この場合に、キャリブレーションを行うために設定される目標流量の設定数が一つの場合には、さらに較正制御部２３によって、前記較正されたポンプ制御電流値と、コントローラ１に保存されているポンプ用対応データＰＤにおける目標流量のポンプ流量に対応するポンプ制御電流値との差を較正量として、ポンプ流量の全域に亘ってポンプ用対応データＰＤのポンプ流量とポンプ制御電流値との対応関係を較正して、キャリブレーションを終了する。この場合に、目標流量の設定数が一つであっても、目標流量をポンプ流量の中間領域の流量として該中間領域流量のキャリブレーションを行うことで、ポンプ流量の全域に亘って高精度な流量制御を行うことができる。
また、目標流量の設定数が複数の場合には、図２のフローチャート図には図示しないが、各目標流量ごとに前記ステップＳ１～Ｓ７を行った後に、複数の較正されたポンプ制御電流値を用いて、ポンプ流量の全域に亘ってポンプ用対応データＰＤにおけるポンプ流量とポンプ制御電流値との対応関係を較正して、キャリブレーションを終了する。このように目標流量の設定数を複数にした場合には、より高精度なポンプ流量の流量制御を行うことができる。
尚、図３に、キャリブレーションの実行時においてコントローラ１から出力されるポンプ制御電流値と、油圧ポンプ２のポンプ圧と、該ポンプ圧の時間微分値との関係の実測例を示すが、該図３に示されるように、ポンプ圧の変化のピークは、時間微分値のスパイク状のピークによって検出される。

叙述の如く構成された本実施の形態において、作業機械の油圧システムには、ポンプ制御電流値に応じて容量が可変制御される可変容量型の油圧ポンプ２、該油圧ポンプ２から油圧アクチュエータ５への圧油供給路に配され、バルブ制御電流値に応じて供給用開口８ｆの開口面積が可変制御されるスプール弁８、該スプール弁８の上流側に配され、スプール弁８の前後差圧を一定に保持するべく作動する圧力補償弁９、前記ポンプ制御電流およびバルブ制御電流を出力するコントローラ１等が備えられているが、このものにおいて、ポンプ制御電流値と油圧ポンプ２のポンプ流量との対応関係を較正するキャリブレーションを行う場合には、油圧ポンプ２のポンプ圧を検出する圧力センサ１７を設けるとともに、スプール弁８の出力側にスプール弁８の出力流量を低背圧状態で油タンク４に流すリリーフ油路１２を接続する。さらに、前記コントローラ１には、バルブ制御電流値とスプール弁８出力流量との較正済みバルブ用対応データＶＤに基づいて、任意に設定される目標流量のスプール８出力流量に対応するバルブ制御電流値を求め、該バルブ制御電流値を較正時バルブ制御電流値として出力するバルブ制御手段２１と、較正時バルブ制御電流値が出力されている状態でポンプ制御電流値をスイープ上昇させて出力するポンプ制御手段２２と、スイープ上昇中のポンプ圧の変化がピークとなるときのポンプ制御電流値を求め、該ポンプ制御電流値を、前記任意に設定された目標流量のポンプ流量に対応するポンプ制御電流値として較正する較正制御手段２３とが設けられることになる。

このように本実施の形態にあっては、キャリブレーション時に、コントローラ１から較正時バルブ制御電流値を出力することで、スプール弁８の供給用開口８ｆの開口面積を、較正済みバルブ用対応データＶＤに基づいて求められた任意の目標流量のスプール８出力流量に対応する開口面積に保持し、この状態でポンプ制御電流値をスイープ上昇させて油圧ポンプ２のポンプ流量を増加させていく。そして、スプール弁８の供給用開口８ｆに供給されるポンプ流量が前記目標流量を超えると、スプール弁８の前後差圧を一定に保持するべく圧力補償弁９が閉じることになるが、該圧力補償弁９が閉じることでポンプ圧が急上昇し、該ポンプ圧の急上昇がポンプ圧の変化のピークとして検出され、そしてこのポンプ圧変化のピーク時のポンプ制御電流値が、目標流量のポンプ流量に対応するポンプ制御電流値として較正されることになる。

この結果、ポンプ制御電流値と油圧ポンプのポンプ流量との対応関係を較正するキャリブレーションを行うにあたり、ポンプ圧の変化のピークに基づいて、任意に設定される目標流量のポンプ流量に対するポンプ制御電流値を較正できることになり、しかして、ポンプ圧の変位点を見出すことが難しいポンプ最低流量や最大流量で較正を行う場合のように較正の精度が劣るようなことなく、高精度で信頼性の高いキャリブレーションを行うことができる。さらに、任意に設定される目標流量をポンプ流量の中間領域として該中間領域のポンプ流量をキャリブレーションすることで、油圧ポンプ２の吐出流量全域に亘って高精度な流量制御を行えることになる。しかもこのキャリブレーションは、コントローラ１からバルブ制御電流値およびポンプ制御電流値を出力し、該出力中のポンプ圧を検出するだけで行うことができるから、キャリブレーション用の特別な機器を必要とせず、簡単な構成で効率の良いキャリブレーションを行えることになる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば上記実施の形態では、キャリブレーション時に流量制御弁（スプール弁８）の出力側に接続されるリリーフ油路として、油圧アクチュエータ５がブレーカ等の背圧低減が必要な油圧アクチュエータの場合に、該油圧アクチュエータ５からの排出油を低背圧状態で油タンク４に流すために設けられたリリーフ油路１２が用いられているが、このようなリリーフ油路１２が設けられていない場合には、油圧システムに設けられている他のセクション（図１には図示せず）のリリーフ油路を流量制御弁に配管接続してキャリブレーションを実施することもできる。
また、上記実施の形態では、流量制御弁（スプール弁８）は、バルブ制御電流値が入力される第一、第二電磁比例弁１０Ａ、１０Ｂから出力されるパイロット圧によりスプールが移動するパイロット作動式のものであるが、これに限定されることなく、流量制御弁を電磁弁として、該流量制御弁にバルブ制御電流値が直接入力される構成のものであっても良い。

本発明は、油圧ショベル等の作業機械の油圧システムにおいて、コントローラから出力されるポンプ制御電流値と油圧ポンプのポンプ流量との対応関係をキャリブレーションする場合に利用することができる。

１コントローラ
２油圧ポンプ
４油タンク
５油圧アクチュエータ
８スプール弁
９圧力補償弁
１２リリーフ油路
１７圧力センサ
２０キャリブレーション制御部
２１バルブ制御部
２２ポンプ制御部
２３較正制御部

Claims

ポンプ制御電流値に応じて容量が可変制御される可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧油供給路に配され、バルブ制御電流値に応じて供給用開口の開口面積が可変制御される流量制御弁と、該流量制御弁の上流側に配され、流量制御弁の前後差圧を一定に保持するべく作動する圧力補償弁と、前記ポンプ制御電流およびバルブ制御電流を出力するコントローラとを備えてなる作業機械の油圧システムにおいて、前記ポンプ制御電流値と油圧ポンプのポンプ流量との対応関係を較正するキャリブレーションを行うにあたり、
油圧ポンプのポンプ圧を検出する圧力検出手段を設けるとともに、
前記流量制御弁の出力側に出力流量を低背圧状態で油タンクに流すリリーフ油路を接続する一方、
前記コントローラに、
バルブ制御電流値と流量制御弁出力流量との較正済み対応データに基づいて、任意に設定される目標流量の流量制御弁出力流量に対応するバルブ制御電流値を求め、該バルブ制御電流値を較正時バルブ制御電流値として出力するバルブ制御手段と、
前記較正時バルブ制御電流値が出力されている状態でポンプ制御電流値をスイープ上昇させて出力するポンプ制御手段と、
スイープ上昇中のポンプ圧の変化がピークとなるときのポンプ制御電流値を求め、該ポンプ制御電流値を、前記任意に設定された目標流量のポンプ流量に対応するポンプ制御電流値として較正する較正制御手段とを設けたことを特徴とする油圧システムにおけるキャリブレーションシステム。
ポンプ制御電流値に応じて容量が可変制御される可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧油供給路に配され、バルブ制御電流値に応じて供給用開口の開口面積が可変制御される流量制御弁と、該流量制御弁の上流側に配され、流量制御弁の前後差圧を一定に保持するべく作動する圧力補償弁と、前記ポンプ制御電流およびバルブ制御電流を出力するコントローラとを備えてなる作業機械の油圧システムにおいて、前記ポンプ制御電流値と油圧ポンプのポンプ流量との対応関係を較正するキャリブレーションを行うにあたり、
油圧ポンプのポンプ圧を検出する圧力検出手段を設けるとともに、
前記流量制御弁の出力側に出力流量を低背圧状態で油タンクに流すリリーフ油路を接続する一方、
前記キャリブレーションは、
バルブ制御電流値と流量制御弁出力流量との較正済み対応データに基づいて、任意に設定される目標流量の流量制御弁出力流量に対応するバルブ制御電流値を求め、該バルブ制御電流値を較正時バルブ制御電流値としてコントローラから出力するステップと、
前記較正時バルブ制御電流値が出力されている状態でポンプ制御電流値をスイープ上昇させてコントローラから出力するステップと、
スイープ上昇中のポンプ圧の変化がピークとなるときのポンプ制御電流値を求め、該ポンプ制御電流値を、前記任意に設定された目標流量のポンプ流量に対応するポンプ制御電流値として較正するステップとを含むことを特徴とする油圧システムにおけるキャリブレーション方法。