JPH0610906A - 流体圧制御装置 - Google Patents

流体圧制御装置

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JPH0610906A
JPH0610906A JP5000697A JP69793A JPH0610906A JP H0610906 A JPH0610906 A JP H0610906A JP 5000697 A JP5000697 A JP 5000697A JP 69793 A JP69793 A JP 69793A JP H0610906 A JPH0610906 A JP H0610906A
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gain
pressure
fluid
actuator
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JP5000697A
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Dwight S Holloway
エス ホラウェイ ドワイト
Howard A Marsden
エイ マースデン ハワード
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Caterpillar Inc
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Caterpillar Inc
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    • Y10T137/86622—Motor-operated

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、流体圧アクチュエータを制
御可能に作動させるための装置を提供することである。 【構成】 本装置は、加圧された流体圧用流体の源と流
体圧アクチュエータとの間に接続される。本装置は、加
圧された流体圧用流体を流体圧アクチュエータに制御可
能に供給する。本装置は、動作信号及び負荷圧信号を受
け、それらに応答して流体圧アクチュエータを作動させ
るコントローラを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には流体圧アク
チュエータを制御する装置に関し、具体的には負荷圧フ
ィードバックを使用して流体圧アクチュエータを制御す
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】流体圧駆動システムは、流体圧掘削機、
バックホーローダ、及びエンドローダのような建設機械
に使用されている。公知のシステムは、典型的には複数
のオープンセンタ（または中心解放）制御弁を使用して
車両上の種々の流体圧アクチュエータを制御可能に作動
させている。通常は、これらの駆動システムは操作員が
作動させる一連の操縦レバーを通して制御される。これ
らのレバーは機械的に、または流体圧的に制御弁に結合
されている。オープンセンタ制御弁は、アクチュエータ
に加わる負荷に依存する可変応答をシステムに与える。
可変応答は操作員にアクチュエータに加わる負荷の指示
を与えるので手動作動システムにおいてはこれは望まし
いかも知れない。操作員は車両の動作をより良く感じ、
そして所望の結果を達成するために操縦レバーの操作を
より良く調整することができる。
【０００３】しかしながら最近になって、これらの車両
の機能を自動化または半自動化するために多くの努力が
払われてきた。これらの自動化または半自動化システム
においては、オープンセンタ弁の応答特性は、殆ど常に
望ましくない。一定のそして予測可能な動作を保証する
ために、これらのシステムは一貫した応答を要求するの
である。一定のそして予測可能な結果を達成する１つの
方法は、圧力補償型クローズドセンタ（または中心閉
塞）弁を使用することである。圧力補償型弁は、一貫し
た応答を達成するために圧力フィードバックを使用す
る。しかしながら、操作員が負荷を検知する、即ち“感
じる”ことはなくなる。
【０００４】これらのシステムにおいては、駆動システ
ムが両応答特性を呈することができることが望ましいこ
とも分かっている。例えば、手動及び自動モードを遂行
するようになっているシステムの場合には、手動モード
においてはオープンセンタ応答特性で動作し、自動モー
ドにおいては圧力補償型クローズドセンタ応答特性で動
作するる若干の流体圧回路を有していることが望ましい
かも知れない。
【０００５】本発明は、上述した諸問題の１またはそれ
以上を解消することを目的としている。
【０００６】
【発明の開示】本発明の一面においては、流体圧アクチ
ュエータを制御可能に作動させる装置が提供される。本
装置は加圧された流体圧用流体の源と、流体圧アクチュ
エータとの間に結合される。本装置は加圧された流体圧
用流体を流体圧アクチュエータへ制御可能に供給する。
本装置は、動作信号及び負荷圧信号を受けそれらに応答
して流体圧アクチュエータを作動させるためのコントロ
ーラを含む。
【０００７】本発明の別の面においては、流体圧アクチ
ュエータを制御可能に作動させる装置が提供される。本
装置は加圧された流体圧用流体の源と、流体圧アクチュ
エータとの間に結合される。本装置は加圧された流体圧
用流体を流体圧アクチュエータへ制御可能に供給する。
本装置は、動作信号、モード指示信号及び負荷圧信号を
受けそれらに応答して流体圧アクチュエータを作動させ
るためのコントローラを含む。
【０００８】
【実施例】図１に圧力非補償型オープンセンタ弁１０２
を使用した流体圧回路を簡易化して示す。弁１０２は流
体圧アクチュエータ１０４を作動させるために使用さ
れ、アクチュエータ１０４とポンプ／タンク配列１０６
／１０８との間に接続されている。弁１０２は操作員が
操縦するレバー（図示してない）によって作動される。
典型的にはレバーは機械的に、または流体圧的に弁１０
２に結合されている。操作員が操作する操縦レバーによ
って弁内のスプールが移動し、スプールは弁内の複数の
オリフィスまたはスロットを開閉して流体圧アクチュエ
ータ１０４への流体の流れを制御する。図１に示す簡略
化した弁１０２においては、第１のオリフィス１１０は
ポンプ（Ｐ）１０６と流体圧アクチュエータ１０４との
間に通路を形成している。第２のオリフィス１１２は流
体圧アクチュエータ１０４とタンク（Ｔ）１０８との間
に通路を形成している。第３のオリフィス１１４はポン
プ（Ｐ）１０６とタンク（Ｔ）１０８との間に通路を形
成している。
【０００９】図２は、図１の流体圧回路の応答が流体圧
アクチュエータ１０４の負荷の関数として変化する様を
示す。図２に示す曲線は、スプール位置の関数としての
弁の応答、またはアクチュエータ１０４への流体の流れ
を示す。例えば、回路は定格負荷のために設計されてい
る。定格負荷または設計負荷の下での回路の応答を設計
負荷曲線２０２で示す。回路は不感帯、即ちアクチュエ
ータ１０４へ流体が流れないスプール位置の範囲を呈す
る。定格負荷に対するこの不感帯をＤＢ1 によって示し
てある。定格負荷の場合、残余のスプール位置の範囲で
はアクチュエータ１０４への流体の流れはスプール位置
に比例し、計量用スロット面積の関数である。簡略化の
ために、流れを直線で示してあるが、本発明はこのよう
に限定されるものではない。
【００１０】しかしながら、アクチュエータ１０４に加
わる負荷が設計負荷よりも小さければ、応答は変化す
る。軽負荷の下での回路の応答を軽負荷曲線２０４で示
す。図示のように、軽負荷の下ではアクチュエータ１０
４への流体の流れは、同一スプール位置における設計負
荷の場合よりも大きい。同様に、アクチュエータ１０４
に加わる負荷が設計負荷よりも大きくても、応答は変化
する。重負荷の下での回路の応答を重負荷曲線２０６で
示す。図示のように、重負荷の下では操作員はレバーの
作動を増大させてスプール位置を増加させ、設計負荷の
下での応答と同一応答を得るようにしなければならな
い。更に、不感帯範囲が増加する。重負荷の下での不感
帯をＤＢ2 で示してある。
【００１１】図３に圧力補償型クローズドセンタ弁３０
２を使用した流体圧回路を簡略化して示す。弁３０２は
流体圧アクチュエータ３０４を作動させるために使用さ
れ、アクチュエータ３０４と可変ポンプ／タンク配列３
０６／３０８との間に接続されている。弁３０２は、操
作員が操縦レバー（図示してない）を操作することによ
って作動させられる。典型的にはレバーは機械的に、ま
たは流体圧的に弁３０２に結合されている。操作員が操
縦レバーを操作して弁内のスプールを移動させると、ス
プールは弁内の複数のオリフィスまたはスロットを開閉
して流体圧アクチュエータ３０４への流体の流れを制御
する。図３に示す簡略化した弁３０２では、第１のオリ
フィス３１０はポンプ（Ｐ）と流体圧アクチュエータ３
０４との間に通路を形成している。第２のオリフィス３
１２はタンク（Ｔ）と流体圧アクチュエータ３０４との
間に通路を形成している。手段３１６が弁への圧力フィ
ードバックを提供する。フィードバック手段３１６は、
第１及び第２の補償器３１８、３２０、及び第３のオリ
フィス３１４を含む。第１及び第２の補償器３１８、３
２０は第３の可変オリフィス３１４の計量用スロット面
積、及び可変ポンプ３０６の出力を流体圧アクチュエー
タ３０４内の圧力の関数としてを制御するようになって
いる。フィードバック手段３１６は、弁３０２の全ての
負荷に対する応答を一定にするようになっている。弁３
０２の応答を図４に示す。弁はＤＢ3で示す一定の不感
帯範囲を呈する。更に残余のスプール位置範囲において
は、アクチュエータへの流体の流れは曲線４０２によっ
て示されているように、スプール位置に対して線形であ
る。
【００１２】図５乃至図８を参照する。本発明または装
置は、クローズドセンタ圧力補償型弁にオープンセンタ
弁の動作特性または応答を制御可能に与えるようになっ
ている。手段５０２は加圧された流体圧用流体を流体圧
アクチュエータへ制御可能に供給する。手段５０２は圧
力補償型クローズドセンタ弁５０２を含む。
【００１３】手段５１６は動作信号を生成する。好まし
い実施例では、動作信号生成手段５１６は電子的操縦レ
バー５１８を含む。手段５１２はモード信号を生成す
る。一実施例では、モード信号生成手段５１２はスイッ
チ５１４を含む。このスイッチは、それぞれに信号を生
成する少なくとも２つの位置を有する。このスイッチは
操作員によって制御され、弁の所望の応答特性を圧力非
補償型か圧力補償型で指示する。別の実施例のモード信
号生成手段５１２は、動作を手動モードまたは自動モー
ドで指示するスイッチ５１４を含む。これらのスイッチ
はそれらの機能から以下にモード指示手段と称すること
もある。
【００１４】制御手段５１０は動作信号とモード信号と
を受け、それらに応答して命令信号を生成する。好まし
い実施例では、制御手段５１０はマイクロプロセッサを
ベースとするコントローラ５１１を含む。命令信号は弁
５０２を作動させ、弁のスプールを移動させることによ
って流体圧アクチュエータ５０４への流体の流れを制御
する。弁は、流体圧用流体を命令信号に線形に比例させ
るようになっている。
【００１５】手段５０６は流体圧アクチュエータ５０４
の負荷圧を検知し、それに応答して負荷圧信号を生成す
る。好ましい実施例では、圧力検知手段５０６は圧力セ
ンサ５０８を含む。もし弁が圧力非補償型弁の応答特性
で作動していることをモード指示手段５１４が指示して
いれば、コントローラ５１０は負荷圧信号を受け、それ
に応答して利得信号を決定する。次いで利得信号と動作
信号との関数として命令信号が決定される。
【００１６】もし弁が圧力補償型弁の応答特性で作動し
ていることをモード指示手段５１４が指示していれば、
命令信号は動作信号に線形に比例し、負荷圧信号には無
関係になる。図６に示す装置５００は、圧力補償型弁及
びパイロット弁配列５０３／５２０を使用して流体圧ア
クチュエータ５０４を作動させるようになっている。装
置５００は上述したものと同じように動作する。
【００１７】図７及び８をを参照する。好ましい実施例
では、コントローラ５１１は複数の利得曲線を記憶して
いる。簡易化のために３本の利得曲線を示してあるが、
本発明は如何なる数にも限定されるものではない。各利
得曲線は所定の負荷に対応付けられている。コントロー
ラ５１１は負荷圧検知手段５０６によって検知された負
荷の関数として曲線を選択するようになっている。選択
した曲線を使用してコントローラ５１１は動作信号の関
数として利得を決定する。次いで利得及び動作信号を使
用して命令信号を決定する。より精密な利得を得るため
に、コントローラ５１１が曲線間を補間または補外する
ようにしてもよい。
【００１８】利得曲線は、アクチュエータ５０４に加わ
る負荷が変化するにつれて異なる利得曲線が選択される
ように構成されている。一実施例では、利得曲線は線形
である。例えば図７に示されている３本の利得曲線６０
２、６０４、６０６は線形であり、同一の勾配を有して
いる。別の実施例では、図８の３本の利得曲線６０８、
６１０、６１２のように、利得曲線は線形であるが異な
る勾配を有している。この場合、全ての負荷に対する利
得曲線は、所与の動作信号またはレバー位置に対して利
得が最大値に到達するようにすることが好ましい。図７
及び８において各曲線はそれぞれＰＬ1 、ＰＬ2 、ＰＬ
3 なる所与の負荷に対応している。これら３つの負荷
は、 ＰＬ1 ≦ＰＬ2 ≦ＰＬ3 なる関係を有している。所与の操縦レバー位置及び動作
信号に対しては、利得信号は負荷に逆比例する。即ち、 Ｇ1 ≧Ｇ2 ≧Ｇ3 である。ここに、Ｇ1 、Ｇ2 及びＧ3 はそれぞれ利得信
号である。
【００１９】本発明または上述した装置５００は、圧力
補償型クローズドセンタ制御弁を介して流体圧アクチュ
エータ５０４を制御可能に作動させるようになってい
る。操作員は、モード指示手段５１４を介して所望の動
作モードを識別する。制御手段５１０はモード指示手段
５１４に応答し、それに相応して弁の動作を制御する。
【００２０】例えば操作員は、圧力補償型クローズドセ
ンタ弁の応答特性を望んでいることをモード指示手段５
１４を介して指示することができる。このシナリオで
は、命令信号は動作信号に線形に比例する。もし操作員
が、圧力非補償型クローズドセンタ弁の応答特性を望ん
でいることをコントローラに信号すれば、コントローラ
は上述のように利得曲線からの利得信号を使用して命令
信号を生成する。このようにして、アクチュエータに加
わる負荷が変化すると、弁５０４の出力も変化する。
【００２１】本発明の他の面、目的、及び特色は図面、
開示及び特許請求の範囲を検討することによって明白に
なるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体圧アクチュエータ及びオープンセンタ弁を
有する流体圧回路を様式化して示す図である。
【図２】図１の流体圧アクチュエータの応答を示すグラ
フである。
【図３】流体圧アクチュエータ及びクローズドセンタ圧
力補償型弁を有する流体圧回路を様式化して示す図であ
る。
【図４】図３の流体圧回路の応答を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例による流体圧アクチュエータ、
クローズドセンタ圧力補償型弁及び制御手段を有する流
体圧回路を様式化して示す図である。
【図６】本発明の別の実施例による流体圧アクチュエー
タ、パイロット弁、クローズドセンタ圧力補償型弁、及
び制御手段を有する流体圧回路を様式化して示す図であ
る。
【図７】図５及び６の制御手段によって使用される本発
明の実施例による負荷依存利得曲線のグラフである。
【図８】図５及び６の制御手段によって使用される本発
明の別の実施例による負荷依存利得曲線のグラフであ
る。
【符号の説明】
１０２ 圧力非補償型オープンセンタ弁 １０４、３０４、５０４ 流体圧アクチュエータ １０６、３０６ ポンプ １０８、３０８ タンク １１０、１１２、１１４、３１０、３１２、３１４ オ
リフィス ３０２、５０２ 圧力補償型クローズドセンタ弁 ３１６ フィードバック手段 ３１８、３２０ 補償器 ５００ 流体圧制御装置 ５０３ 圧力補償型弁 ５０６ 圧力検知手段 ５０８ 圧力センサ ５１０ 制御手段 ５１１ コントローラ ５１２ モード信号生成手段 ５１４ モード指示手段 ５１６ 動作信号生成手段 ５１８ 操縦レバー ５２０ パイロット弁

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加圧された流体圧用流体の源と流体圧ア
    クチュエータとの間に接続され流体圧アクチュエータを
    制御可能に作動させる装置であって、 加圧された流体圧用流体を上記流体圧アクチュエータに
    制御可能に供給する手段と、 動作信号を生成する手段と、 少なくとも第１の値を有する値の集合の１つを有するモ
    ード信号を生成する手段と、 上記動作信号と上記モード信号とを受け、それらに応答
    して命令信号を生成する制御手段とを具備し、 上記供給手段は上記命令信号を受けそれに応答して上記
    流体圧アクチュエータへの流体圧用流体の流れを制御
    し、上記供給手段は上記流体圧用流体の流れを上記命令
    信号に比例させるようになっており、 上記流体圧アクチュエータの負荷圧を検知し、それに応
    答して負荷圧信号を生成する手段をも具備し、 上記制御手段は上記負荷圧信号を受けそれに応答して利
    得信号を決定し、上記モード信号が上記第１の値を有し
    ていれば上記命令信号は上記利得信号及び上記動作信号
    の関数であることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 上記供給手段はクローズドセンタ圧力補
    償型弁を含む請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 上記供給手段はクローズドセンタ圧力補
    償型弁及びパイロット弁を含む請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 上記動作信号生成手段は操作員が操縦す
    るレバーを含む請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 上記制御手段は上記負荷圧力信号の関数
    として利得信号を決定し、上記命令信号は上記動作信号
    及び上記利得信号の関数である請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 上記制御手段は複数の選択可能な利得曲
    線を含む請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 上記制御手段は曲線間を補間または補外
    する手段を含む請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 上記利得曲線は線形である請求項６に記
    載の装置。
  9. 【請求項９】 上記線形利得曲線は同一の勾配を有して
    いる請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 上記利得曲線は異なる勾配を有し、所
    定の動作信号値において最大値に達する請求項８に記載
    の装置。
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