JPH03138469A - ロードセンシング油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧ショベル等の土木・建設機械のロードセン
シング油圧駆動装置に係わり、特に油圧ポンプの押しの
け容積を検出し、フィードバック制御によりその押しの
け容積を制御するロードセンシング油圧駆動装置に関す
る。

〔従来の技術〕

近年、油圧ショベル、油圧クレーン等、複数の作業部材
を備えた建設機械の油圧駆動装置においては、油圧ポン
プの吐出圧力が複数の作業部材を駆動する複数の油圧ア
クチュエータの最大負荷圧力よりも一定値だけ高くなる
ようにポンプ吐出量を制御することが行われており、こ
の制御をロードセンシング制御と呼んでいる。本明細書
では、このロードセンシング制御を行う油圧駆動装置を
ロードセンシング油圧駆動装置と称している。

ところで、このロードセンシング油圧駆動装置は、従来
、油圧ポンプとしては１．っの油圧ポンプを用いるのが
基本であり、この１−っの油圧ポンプにより複数のアク
チュエータを駆動する構成となっている。また、油圧ポ
ンプの制御装置としては種々のものが提案されているが
、そのほとんどは、例、ｔばＤＥ−Ａｌ−３４２２１６
５（特開昭６０１１７０６号に対応）に記載のように、
油圧ポンプの吐出圧力と最大負荷圧力とをポンプレギュ
レータの切換弁に導き、両者の差圧に応答して油圧ポン
プの押しのけ容積、斜板ポンプにあっては斜板の位置を
制御する油圧制御方式となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来技術の現状に対して、油圧ポンプの制
御装置を電子制御方式にする試みが例えば特願平１−１
６８３７号にて本件出願人によりなされており、この電
子制御方式においては満足の行くロードセンシング制御
を行うため、油圧ポンプの押しのけ容積、斜板ポンプに
あっては斜板の位置を検出する変位検出器を用い、斜板
位置をフィードバック制御により制御している。

ところで、容量の大きい油圧アクチュエータを複数備え
たロードセンシング油圧駆動装置においでは、そのアク
チュエータ容量に対応できる大容量の油圧ポンプを用い
る必要があるが、ポンプ容量には限度があるので、既存
のポンプで対応できない場合は油圧ポンプを複数用いる
必要がある。

しかしながら、従来の油圧制御方式のポンプ制御装置に
おいては、油圧ポンプが複数になった場合には各油圧ポ
ンプ毎に制御装置を設けねばならず、油圧回路が複雑に
なるという問題があった。

また、本件出願人が提案している電子制御方式のポンプ
制御装置も１つの油圧ポンプの場合を想定しており、油
圧ポンプが複数になる場合は、複数のポンプ個々に斜板
の位置を検出する変位検出器を設ける必要があり、セン
サの数が増えるという問題があった。

本発明の目的は、油圧アクチュエータの容量が大きくな
っても対応することができ、かつポンプ制御装置の構成
を簡素化できるロードセンシング油圧駆動装置を提供す
ることである。

〔課題を解決するための手段〕 本発明によれば、上記目的を達成するため、複数の油圧
アクチュエータに圧油を供給し、これを駆動する少な（
とも第１の油圧ポンプと、前記第」、の油圧ポンプの押
しのけ容積を検出する検出手段と、前記第１の油圧ポン
プの吐出圧力と前記複数のアクチュエータの最大負荷圧
力との差圧を所定の値に保持する前記第１の油圧ポンプ
の目標押しのけ容積を演算し、この目標押しのけ容積と
前記検出手段で検出した押しのけ容積とから第１の操作
指令値を演算し、これに対応する第１の指令信号を出力
する制御手段と、前記第１の指令信号に基づき前記第１
の油圧ポンプの押しのけ容積可変手段を操作し、第１の
油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第１のポンプレギ
ュレータとを備えたロードセンシング油圧駆動装置にお
いて、前記第１の油圧ポンプの吐出管路に接続した第２
の油圧ポンプと、前記第２の油圧ポンプの押しのけ容積
可変手段を操作し、第２の油圧ポンプの押しのけ容積を
制御する第２のポンプレギュレータと、前記制御手段で
求めた前記第１の油圧ポンプの目標押しのけ容積に基づ
き前記第２のポンプレギュレータを制御し、前記第２の
油圧ポンプの押しのけ容積を前記第１の油圧ポンプの押
しのけ容積と同じになるように制御する操作手段とを有
するものが提供される。

前記操作手段は、前記制御手段で求めた前記第１の油圧
ポンプの目標押しのけ容積に基づき第２の操作指令値を
演算してこれに対応する第２の指令信号を出力する構成
とすることができ、この場合、前記第２のポンプレギュ
レータはこの第２の指令信号により制御される。

また、前記操作手段は、前記制御手段で求めた前記第１
の指令信号を出力する構成としても良く、この場合は、
前記第２のポンプレギュレータはこの第１の指令信号に
より制御される。

さらに、前記第１の指令信号を油圧信号に変換する電磁
比例弁をさらに備え、前記第１のポンプレギュレータを
この電磁比例弁からの油圧信号により制御するロードセ
ンシング油圧駆動装置においては、前記操作手段は前記
電磁比例弁からの油圧信号を前記第２のポンプレギュレ
ータに導き、これを制御する構成とすることができる。

〔作用〕

このように構成した本発明においては、第２の油圧ポン
プのポンプレギュレータを第１の油圧ポンプの目標押し
のけ容積に基づき、第２の油圧ポンプの押しのけ容積が
第１の油圧ポンプの押しのけ容積と同じになるように制
御する操作手段を設けることにより、複数のアクチュエ
ータには第１および第２の油圧ポンプから圧油を供給で
きるので、アクチュエータの大容量化に対応でき、かつ
第２の油圧ポンプには押しのけ容積を検出する検出手段
を設ける必要がないので、ポンプ制御装置の構成を簡素
化できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明する。

第１図において、参照番号１は可変容量型の第１の油圧
ポンプであり、押しのけ容積可変機構、すなわち、斜板
２により容量を制御される。また、参照番号５０は斜板
５１により容量を制御される可変容量型の第２の油圧ポ
ンプであり、その吐出管路５２は第１の油圧ポンプ１の
吐出管路３に接続されている。油圧ポンプ１，５０より
吐出された圧油は吐出管路３から方向切換弁４Ａ、４Ｂ
を経て、負荷である油圧モータ５Ａおよび油圧シリンダ
５Ｂに供給され、これらを駆動する。

参照番号６は第１および第２の油圧ポンプ１゜５０の制
御装置であり、これは第１および第２の油圧ポンプ１，
５０に共通の差圧計７、圧力検出器８、変位検出器９の
センサ群およびコントローラ１０と、第１および第２の
油圧ポンプ１，５０それぞれの電磁比例弁１１．５３お
よびポンプレギュレータ１２．５４とからなっている。

差圧計７は、油圧ポンプ１の吐出圧力Ｐｓとシャトル弁
２２により取り出された油圧モータ５および油圧シリン
ダ５Ｂの最大負荷圧力ＰＬｍａｘとの差圧ΔＰを検出し
、圧力検出器８は油圧ポンプ１の吐出圧力Ｐｓを検出し
、変位検出器９は油圧ポンプ１の斜板２の位置、すなわ
ち、押しのけ容積を検出し、それぞれ対応する電気信号
をコントローラ１０に送る。コントローラ１０はこれら
検出信号に基づき油圧ポンプ１の斜板２の目標位置を演
算し、これに対応する２つの指令信号ＸＩ、Ｘ２を出力
する。この指令信号Ｘｉ、Ｘ２は電磁比例弁１１．５３
に送られ、それぞれ油圧信号に変換され、この油圧信号
がそれぞれポンプレギュレータ１２．５４に負荷される
。

０ ポンプレギュレータ１２は、油圧ポンプ１の斜板２を駆
動するサーボシリンダ１３と、サーボシリンダ１３の動
きを決めるサーボ制御弁１４とを有し、サーボ制御弁１
４は一端に電磁比例弁１１からの油圧信号が導かれる受
圧部１５を有し、他端にばね１６を有し、サーボ制御弁
１４は受圧部１５に導かれる油圧信号のレベルに応じて
ばね１６に対抗して図示左方に駆動され、サーボシリン
ダ１３のピストンの位置、すなわち、油圧ポンプ１の斜
板２の位置を決定する。ポンプレギュレータ５４も同様
に、サーボシリンダ５５、サーボ制御弁５６、受圧部５
７、ばね５８を有している。

サーボシリンダ１３．５５およびサーボ制御弁１゜４．
５６にはサーボシリンダ１３．５５の駆動用の流体とし
て油圧ポンプ１，５０の吐出圧力がチエツク弁１７を介
して導かれる。

参照番号１８はパイロットポンプであり、そのパイロッ
ト圧力はリリーフ弁１９により設定される。このパイロ
ット圧力は電磁比例弁１１．５３に送られ、油圧信号の
油圧源とされる。また、パ１ イロット圧力はチエツク弁２０を介して上述したチエツ
ク弁１７の下流に導かれ、油圧ポンプ５０の吐出圧力が
低いときにサーボシリンダ１３，５５の駆動用の第２の
流体として用いられる。なお、２１はタンクである。

コントローラ１０で行われる演算の内容を機能ブロック
図で第２図に示す。

第２図において、参照番号３０は差圧ΔＰとポンプ吐出
圧力Ｐｓとから油圧ポンプ１の斜板２の目標位置θ０を
演算するブロックであり、参照番号３１はその目標位置
θ０から指令信号ｘｉ、ｘ２を生成するブロックである
。

ブロック３０において、ブロック３２は差圧ΔＰから差
圧ΔＰを目標差圧ΔＰｏに保持するための差圧目標吐出
量θΔｐの変化速度θΔｐを求めるものであり、ここで
求めた変化速度θΔｐは積分ブロック３３で積分され差
圧目標吐出量θΔｐとされる。一方、ブロック３４では
、油圧ポンプ１．５０の吐出圧力Ｐｓから予め記憶した
入力トルク制限関数に基づき入力制限目標吐出量θＴが
２ 求められる。このようにして求めた２つの目標値θΔｐ
、θＴは最小値選択ブロック３５でそのうちの小値が選
択され、油圧ポンプ１の押しのけ容積の目標値、すなわ
ち、斜板２の目標位置θＯが決定される。

ブロック３１は、斜板目標位置θ０から電磁比例弁１１
に対する指令信号ＸＩを求める第１のブロック３１Ａと
、斜板目標位置θ０から電磁比例弁５３に対する指令信
号Ｘ２を求める第２のブロック３１Ｂとからなっている
。

第１のブロック３１Ａは第１の制御経路３６と第２の制
御経路３７とを有し、第１の制御経路３６ではブロック
３８Ａにおいて斜板目標位置θ０を予め記憶した関係に
基づき基本指令値ｉｏ１に変換する。この関数は電磁比
例弁１１の特性に応じて、斜板２の目標位置θ０を基本
指示令値ｉｏ１に変換する。第２の制御経路３７におい
ては、減算部３９で斜板目標位置θ０と変位検出器９で
検出した斜板２の位置θとの偏差がとられ、スイッチ機
能を有するブロック４０を経てブロック４１で３ 比例定数Ｋを掛けて補正値ｉｃを得る。ブロック３８Ａ
で得た基本指令値ｉｏ１とブロック４１で得た補正値ｉ
ｃとは加算部４２で加算され、操作指令値ｉｘが得られ
、操作指令値ｉｘは増幅器４３Ａで増幅され、指令信号
Ｘ１に変換される。

また、第１のブロック３１Ａは第３の制御経路３７Ａを
有し、第３の制御経路３７Ａでは、変位検出器９で得た
斜板２の位置θの検出信号が異常判定ブロック４４に送
られ、その検出信号が異常かどうかが判定される。この
判定は、例えば正常時の検出信号のレベル範囲を予め記
憶しておき、検出信号のレベルがその範囲内かどうかを
見ることにより行うことができる。ブロック４４は、検
出信号が所定のレベル範囲にあるときは正常と判断し、
レベル０の信号を出力し、所定のレベル範囲を逸脱する
と異常と判定し、レベル１の信号を出力する。この信号
はブロック４０に送られる。

ブロック４０は信号が００ときは図示の位置にあり、偏
差Δθをブロック４１に伝達し、信号が１になると第２
の制御経路３７を遮断し、予め用意４ したブロック４５のΔθ＝０の値を出力する。これによ
り、ブロック４１に送られる補正値ｉｃは０となり、加
算部４２では基本指令値ｉｏ１の値がそのまま操作指令
値ｉｔとして出力される。

第２のブロック３１Ｂは第１のブロック３１Ａの第１の
制御経路３６に相当する単一の制御経路からなり、この
制御経路では、第１の制御経路３６のブロック３８Ａと
同様に、ブロック３８Ｂにおいて斜板目標位置θ０を予
め記憶した関係に基づき基本指令値ｉｏ２に変換する。

この関数は電磁比例弁５３の特性に応じて、斜板５１の
目標位置θ０を基本指令地ｉｏ２に変換する。この基本
指令値ｉｏ２はそのまま操作指令値として増幅器４３Ｂ
で増幅され、指令信号Ｘ２に変換される。

以上のようにして求めた指令信号Ｘｉ、Ｘ２は前述した
ように電磁比例弁１１．５３に送られ、ポンプレギュレ
ータ１２．５４による油圧ポンプ１．５０の容量が制御
される。

以上のように構成した本実施例においては、コントロー
ラ６の後段のブロック３１において、第５ １のブロック３１Ａでは変位検出器９の検出信号に異常
がないときは第２の制御経路３７は遮断されないので、
ブロック３０で求めた斜板目標位置θ０から第１の制御
経路３６で基本指令値ｉｏ１が求められ、これに第２の
制御経路３７で求めた補正値ｉｃが加算されて操作指令
値ｉｔが求められ、これに対応した指令信号ｘ１が生成
される。したがって、油圧ポンプ１の斜板位置は目標位
置θ０に一致するようフィードバック制御される。すな
わち、第１の制御経路３６と第２の制御経路３７は両者
が組み合わさってフィードバック制御系を構成している
。

変位検出器９が故障したり、変位検出器９からコントロ
ーラ１０に至る信号伝達系に異常が生じるなどして、変
位検出器９の検出信号に異常が発生すると、異常判定ブ
ロック４４からはレベル１の信号が出力され、ブロック
４０は第２の制御経路３７を遮断する。このため、基本
指令値ｉｏ１がそのまま操作指令値Ｌｘとなり、油圧ポ
ンプ１の斜板２はこの操作指令値ｉｘによりオープンル
ー６ プで制御される。したがって、検出信号に異常が生じて
も油圧ポンプ１が制御不能になることがないので、信頼
性の高いポンプ制御を行うことができる。

一方、ブロック３１の第２のブロック３１Ｂにおいては
、ブロック３０で求めた同じ斜板目標位置θ０を用いて
ブロック３８Ｂで基本指令値ｉｏ２が求められ、これに
対応する指令信号Ｘ２が生成され、電磁比例弁５３に出
力される。すなわち、油圧ポンプ５０の斜板５１は、油
圧ポンプ１の斜板目標位置θＯを用いて油圧ポンプ１の
斜板２とほぼ同傾転となるようにオープンループにより
制御される。

そして、第２図に示す前段のブロック３０においては、
差圧目標吐出量θΔｐと入力制限目標吐出量θＴとが演
算され、差圧目標吐出量θΔｐが入力制限目標吐出量θ
Ｔよりも小さいときは差圧目標吐出量θΔｐが斜板目標
位置θＯとして選択され、入力制限目標吐出量０丁が差
圧目標吐出量θΔｐよりも小さくなると入力制限目標吐
出量θ７ Ｔが斜板目標位置θ０として選択されるので、油圧ポン
プ１，５０の斜板位置は、ポンプ吐出量の合計が入力制
限目標吐出量θＴを越えないように入力トルク制限制御
されながら、差圧目標吐出量θΔｐにより差圧ΔＰが目
標差圧ΔＰＯに保持されるようにロードセンシング制御
される。

以上のようにして吐出量が制御された油圧ポンプ１，５
０からの圧油は吐出管路３で合流して油圧モータ５Ａお
よび／または油圧シリンダ５Ｂに供給され、これらを駆
動する。

したがって、本実施例によれば、第１および第２の２つ
の油圧ポンプ１，５０を設けたので、油圧モータ５Ａお
よび油圧シリンダ５Ｂの容量が大きい場合でも十分に必
要な量の圧油を供給でき、適切にこれらを駆動できると
共に、第１の油圧ポンプ１の斜板目標位置θＯを用いて
第２の油圧ポンプ５０をも制御するので、第２の油圧ポ
ンプ５０には斜板位置を検出する変位検出器を設ける必
要がなく、ポンプ制御装置の構成を簡素化することがで
きる。

８ また、第１−の油圧ポンプ１はフィードバック制御によ
り斜板位置を精度良く制御できると共に、変位検出器９
からの検出信号に異常が生じた場合にはオープンループ
に切換えて制御するので、検出信号の異常発生時に油圧
ポンプ１が制御不能となることはなく、信頼性の高い制
御を行うことができる。

本発明の他の実施例を第３図により説明する。

図中、第２図に示す部材と同等の部材には同じ符号を付
している。

第３図において、後段のブロック６０は増幅器４３Ａの
出力側において信号線６１を分岐させ、電磁比例弁１１
に出力する指令信号Ｘ１をそのまま電磁比例弁５３に出
力する構成としたものである。

本実施例によれば、第１の実施例の第２図に示す第２の
ブロック３１Ｂが不要になり、コントローラ１０での演
算が簡素化されると共に、油圧ポンプ５０も油圧ポンプ
１の斜板位置を検出する変位検出器９を用いてフィード
バック制御されるの−９ で、制御精度が向上する。

本発明のさらに他の実施例を第４図および第５図により
説明する。図中、第１図および第２図に示す部材と同等
の部材には同じ符号を付している。

第４図において、本実施例のポンプ制御装置６は、第１
の実施例のポンプレギュレータ５４に対して設けられた
電磁比例弁５３を備えておらず、代わりにポンプレギュ
レータ１２に対する電磁比例弁１１を共用し、電磁比例
弁１１の油圧信号をパイロットライン７０によりサーボ
制御弁５６の受圧部５７に導く構成としている。

第５図において、コントローラ１０の後段のブロック７
１．は、第２図の第１のブロック３１Ａのみからなる構
成である。

本実施例によれば、さらに電磁比例弁をも共用したので
、電磁比例弁の使用数が減少し、ポンプ制御装置の構成
をさらに簡素化することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、アクチュエータの大容量化にに対応で
きると共に、ポンプ制御装置の機器を一０ 部共用できるので、ポンプ制御装置の構成を簡素化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるロードセンシング油圧
駆動装置の概略図であり、第２図は、第１図に示すコン
トローラの演算内容を示す機能ブロック図であり、第３
図は本発明の他の実施例による第２図と同様な機能ブロ
ック図であり、第４図は本発明のさらに他の実施例によ
るロードセンシング油圧駆動装置の概略図であり、第５
図は第２図と同様な機能ブロック図である。 符号の説明 １．５０・・・油圧ポンプ ２．５１・・・斜板（押しのけ容積可変手段）３・・・
吐出管路 ５Ａ・・・油圧モータ ５Ｂ・・・油圧シリンダ ９・・・変位検出器 １０・・・コントローラ（制御手段） １１．５３・・・電磁比例弁 １２．５４・・・ポンプレギュレータ ３１Ｂ・・・第２のブロック（操作手段）６１・・・信
号線（操作手段） ７０・・・パイロット管路（操作手段）θ０・・・斜板
目標位置（目標押しのけ容積）ｉｏｌ、ｉｏ２・・・基
本指令値 ｉｘ・・・操作指令値 Ｘｉ、Ｘ２・・・指令信号

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の油圧アクチュエータに圧油を供給し、これ
   を駆動する少なくとも第１の油圧ポンプと、前記第１の
   油圧ポンプの押しのけ容積を検出する検出手段と、前記
   第１の油圧ポンプの吐出圧力と前記複数のアクチュエー
   タの最大負荷圧力との差圧を所定の値に保持する前記第
   １の油圧ポンプの目標押しのけ容積を演算し、この目標
   押しのけ容積と前記検出手段で検出した押しのけ容積と
   から第１の操作指令値を演算し、これに対応する第１の
   指令信号を出力する制御手段と、前記第１の指令信号に
   基づき前記第１の油圧ポンプの押しのけ容積可変手段を
   操作し、第１の油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第
   １のポンプレギュレータとを備えたロードセンシング油
   圧駆動装置において、 前記第１の油圧ポンプの吐出管路に接続した第２の油圧
   ポンプと、 前記第２の油圧ポンプの押しのけ容積可変手段を操作し
   、第２の油圧ポンプの押しのけ容積を制御する第２のポ
   ンプレギュレータと、 前記制御手段で求めた前記第１の油圧ポンプの目標押し
   のけ容積に基づき前記第２のポンプレギュレータを制御
   し、前記第２の油圧ポンプの押しのけ容積を前記第１の
   油圧ポンプの押しのけ容積と同じになるように制御する
   操作手段と を有することを特徴とするロードセンシング油圧駆動装
   置。
2. （２）請求項１記載のロードセンシング油圧駆動装置に
   おいて、前記操作手段は、前記制御手段で求めた前記第
   １の油圧ポンプの目標押しのけ容積に基づき第２の操作
   指令値を演算してこれに対応する第２の指令信号を出力
   し、前記第２のポンプレギュレータをこの第２の指令信
   号により制御することを特徴とするロードセンシング油
   圧駆動装置。
3. （３）請求項１記載のロードセンシング油圧駆動装置に
   おいて、前記操作手段は、前記制御手段で求めた前記第
   １の指令信号を出力し、前記第２のポンプレギュレータ
   をこの第１の指令信号により制御することを特徴とする
   ロードセンシング油圧駆動装置。
4. （４）前記第１の指令信号を油圧信号に変換する電磁比
   例弁をさらに備え、前記第１のポンプレギュレータをこ
   の電磁比例弁からの油圧信号により制御する請求項１記
   載のロードセンシング油圧駆動装置において、前記操作
   手段は、前記電磁比例弁からの油圧信号を前記第２のポ
   ンプレギュレータに導き、これを制御することを特徴と
   するロードセンシング油圧駆動装置。