JPWO2006013821A1 - 流体圧アクチュエータの制御システムおよび同制御方法ならびに流体圧機械 - Google Patents

Abstract

簡単な制御システムで、ホイールローダのバケット対地角度が自動調整される。ホイールローダは、油圧ポンプ(11)と、チルトシリンダ(5a)およびチルトバルブ(14a)と、チルトシリンダ(5a)が制御原点に達したことを検出する検出器(20)と、チルトシリンダ(5a)の長さの目標値を設定する目標設定器(17)と、制御装置(16)とを備える。制御装置(16)は、チルトシリンダ(5a)が制御原点から目標長さに達するための必要油量を算出し、周期的に、リフトシリンダ(4)の操作量を検出してチルトシリンダ(5a)への圧油の分配率を決定し、チルトシリンダ(5a)が制御原点に達してから現在までの間の各周期の分配率に応じて、制御原点到達以後のチルトシリンダ(5a)への分配油量を算出し、その油量が必要油量に達したらチルトシリンダ(5a)の作動を停止する。

Description

本発明は、油圧シリンダのような流体圧アクチュエータの変位を制御するための制御システムおよび制御方法に関する。

本発明は、また、油圧駆動の複数の可動部材を備える作業機械のような流体圧機械およびその制御方法に関する。

従来、油圧シリンダの長さのような流体圧アクチュエータの変位を制御するための制御装置に関しては種々の提案がなされているが、例えば特許文献１にはバケットレベラ装置が記載されている。

上記バケットレベラ装置は、車体に対しブームシリンダにより上下回動するブームと、ブーム先端部に取付けられ、チルトシリンダにより傾動するバケットとを備えたショベルローダ等において、バケット角度検出器と、ブーム角度検出器とを設け、バケット絶対角度（地面との角度）が設定された角度になったことをバケット角度検出器とブーム角度検出器との出力信号により判断し、バケット絶対角度が設定角度のときバケット操作レバーを中立位置に戻す。又、設定角度に対し実際のバケット絶対角度がブーム回動によって変化したとき、その変化量に応じたバケット角補正信号を演算し、そのバケット角補正信号によって電磁弁を作動させ、目標のバケット設定角度になるようバケットシリンダに圧油を供給し、長さを変更することでバケット角度を設定された角度に一定に保つとしている。

特開平１−１８２４１９号公報（第３，４頁、第１図）

ホイールローダ等においては、積込時にはブームを地上付近まで下げ、バケットを水平にして作業を行う。ブームを地上付近まで下げた時にバケットを自動的に水平にするレベラ装置は従来から存在していた。しかしながら積込対象物の硬さ等によりバケットの刃先をやや上向き（例えば５°上向き）にし、あるいは下向きにする場合がある。従来はこの操作を運転手が微調整することで対応していた。それに対して上記特許文献１記載のものにおいては、予めバケットの対地角度を設定することにより自動的に微調整が可能である。しかしながら、上記の構成においてはブーム角度検出器とバケット角度検出器と電磁弁等とを設け、予め設定されたバケット角度と比較しながらチルトシリンダの長さを制御し、バケットの高さがどの位置にあっても常にバケット角度を一定にするように構成している。そのため、構造が複雑になり、コストが高いという問題がある。

本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、構造簡単でコストの安い構成で、流体圧アクチュエータを制御できるようにすることを目的とする。

本発明の別の目的は、例えばアームとバケットをもつホイールローダのように、連結された複数の可動部材を共通の流体圧源からの圧力流体で駆動するようになった流体圧機械において、積込作業などの所定作業時に、バケットのような一つの可動部材の姿勢を、他の可動部材の姿勢に応じて自動的に調整できるようにすることにある。

本発明の一つの側面に従えば、共通の流体圧源から出力される圧力流体の流れがそれぞれ分配されるようになった少なくとも２つの流体圧アクチュエータの中の一つの所定の流体圧アクチュエータの変位を制御するためのシステムが提供される。この流体圧アクチュエータ制御システムは、前記所定の流体圧アクチュエータへ分配される圧力流体の流れを操作する操作器と、前記少なくとも２つの流体圧アクチュエータの中の他の流体圧アクチュエータの動作状態を検出して第１の検出信号を出力する第１の検出器と、前記共通の流体圧源の動作状態を検出して第２の検出信号を出力する第２の検出器と、前記第１と第２の検出器からの前記第１と第２の検出信号を入力し、前記操作器を制御する制御装置とを備える。前記制御装置は、前記第１と第２の検出信号に基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータへの前記圧力流体の分配量を、前記分配量が前記他の流体圧アクチュエータの動作状態の関数になるように、算出する。そして、前記制御装置は、算出された前記分配量に基づいて、前記操作器を制御する。

上述した構成において、２つの流体圧アクチュエータには、共通の流体圧源からの圧力流体の流れが分配されるようになっている。そのため、一方の流体圧アクチュエータへの圧力流体の分配量は、圧力流体の分配率に応じて変化し、その分配率は、他方の流体圧アクチュエータへの動作状態に応じて変化する。本発明の制御システムによれば、他方の流体圧アクチュエータへの動作状態が検出され、その検出信号に基づいて、所定の流体圧アクチュエータへの圧力流体の分配量が算出される。算出された分配量は、他方の流体圧アクチュエータの動作状態の関数になり、よって、他方の流体圧アクチュエータの動作状態に応じて変わる。このような分配量に基づいて、所定の流体圧アクチュエータへの圧力流体の流れが操作される。従って、他方の流体圧アクチュエータの動作状態に応じて、所定の流体圧アクチュエータの変位が制御される。この制御に必要な構成は、特許文献１に記載の従来構成に比較してより簡単である。

好適な実施形態では、この制御システムは、上記所定の流体圧アクチュエータの変位が所定の制御原点に到達したことを検出して第３の検出信号を出力する制御原点検出器を更に備える。そして、制御装置は、制御原点検出器からの第３の検出信号に応答して、前記分配量の算出を開始する。このように所定の流体圧アクチュエータが制御原点に到達したことに応答して分配量の計算を開始することにより、算出された分配量に基
づいて、所定の流体圧アクチュエータの制御原点からの変位が把握できる。よって、その流体圧アクチュエータの変位、またはその流体圧アクチュエータにより駆動されるバケットなどの可動部材の変位を常時検出する位置センサまたは角度センサは不要である。

好適な実施形態では、この制御システムは、前記所定の流体圧アクチュエータの目標変位を、制御装置に設定する目標設定器を更に備える。そして、制御装置は、算出された前記分配量に基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータの変位が、設定された前記目標位置に到達したか否かを判断し、そして、判断結果に基づいて、前記操作器を制御する。これにより、他方の流体アクチュエータの動作状態が変化しても、所定の流体圧アクチュエータの変位を、設定された目標変位に自動的に制御することができる。

好適な実施形態では、前記目標変位は、所定範囲内で任意に設定可能であり、そして、前記制御原点は、目標変位の設定可能囲内の所定点に固定的に設定されている。このように、制御原点が目標変位の設定可能範囲内（例えば、その範囲の一端または中央など）に設定されることにより、制御原点が設定可能範囲外に存在する場合に比較して、制御誤差がより小さくなる。

制御装置が行なう制御処理には、異なるバリエーションが採用し得る。好適な実施形態で採用される一つの制御バリエーションによると、制御装置は、繰り返される周期毎に、前記第１と第２の検出信号を入力して、各周期に前記所定の流体圧アクチュエータに分配される圧力流体の分配量を算出する。そして、制御装置は、算出された複数の周期の分配量の累積値を算出し、その累積値に基づいて操作器を制御する。また、好適な実施形態で採用される別の制御バリエーションによると、制御装置は、或る時点にて前記第１と第２の検出信号を入力して、単位時間当たりに前記所定の流体圧アクチュエータに分配される前記圧力流体の分配量を算出する。そして、制御装置は、その単位時間当たりの分配量に基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータに分配される圧力流体の流れを操作するための時間を算出し、そして、その時間に基づいて操作器を制御する。

本発明の別の側面に従えば、共通の流体圧源から出力される圧力流体の流れがそれぞれ分配されるようになった少なくとも２つの流体圧アクチュエータの中の一つの所定の流体圧アクチュエータの変位を制御するための方法が提供される。この制御方法は、前記少なくとも２つの流体圧アクチュエータの中の他の流体圧アクチュエータの動作状態を検出するステップと、前記共通の流体圧源の動作状態を検出するステップと、前記他の流体圧アクチュエータの検出された動作状態と、前記共通の流体圧源の検出された動作状態とに基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータへの圧力流体の分配量を、前記分配量が前記他の流体圧アクチュエータの動作状態の関数になるように、算出するステップと、算出された前記分配量に基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータへ分配される前記圧力流体の流れを操作するステップとを有する。

本発明のまた別の観点に従えば、互に連結された第１と第２の可動部材と、前記第１と第２の可動部材をそれぞれ駆動する第１と第２の流体圧アクチュエータと、前記第１と第２の流体圧アクチュエータに分配されることになる圧力流体の流れを出力する共通の流体圧源と、前記第２の流体圧アクチュエータへ分配される圧力流体の流れを操作する操作器とを備えた流体圧機械が提供される。この流体圧機械は、前記第１の流体圧アクチュエータの動作状態を検出して第１の検出信号を出力する第１の検出器と、前記共通の流体圧源の動作状態を検出して第２の検出信号を出力する第２の検出器と、前記第１と第２の検出器からの前記第１と第２の検出信号を入力し、前記操作器を制御する制御装置(16)とを更に備える。前記制御装置は、前記第１と第２の検出信号に基づいて、前記第２の流体圧アクチュエータへの圧力流体の分配量を、前記分配量が前記第１の流体圧アクチュエータの動作状態の関数になるように、算出し、そして、算出された前記分配量に基づいて、前記操作器(14)を制御する。

本発明の更にまた別の側面に従えば、上述したような流体圧機械のための、前記第２の可動部材の姿勢を制御するための方法が提供される。

本発明の流体圧アクチュエータ制御装置および制御方法によると、構造簡単でコストの安い構成で、流体圧アクチュエータの変位を制御することができる。

本発明の流体圧機械およびその制御方法によると、例えばアームとバケットをもつホイールローダのように、連結された複数の可動部材を共通の流体圧源からの圧力流体で駆動するようになった流体圧機械において、積込作業などの所定作業時に、バケットのような一つの可動部材の姿勢を、他の可動部材の姿勢に応じて自動的に調整することができる。

本発明の一実施形態に係るバケットチルト用油圧シリンダ（チルトシリンダという）の長さを制御するための制御システムの全体構成を示すブロック線図である。 同実施形態における制御原点検出器の構成を示す側面図である。 同実施形態におけるバケット対地角度と必要油量との関係、およびリフトレバー操作量と分配係数との関係を示す数表である。 同実施形態における第１の制御方法を示すフローチャートである。 同実施形態における第２の制御方法を示すフローチャートである。 同実施形態における第３の制御方法のための、バケット対地角度と必要油量との関係を示す数表である。

符号の説明

１…車体、２…ブーム、３…バケット、４…リフトシリンダ、５ａ…チルトシリンダ、１０…エンジン、１１…油圧ポンプ、１３…リフトバルブ、１４ａ…チルトバルブ、１５…吐出流量検出器、１５ａ…エンジン回転センサ、１６…制御装置、１７…目標設定器、１８…フローディバイダバルブ、２０…制御原点検出器、３０…リフトレバー、３１ａ…チルトレバー、３１…制御開始指示器、α…対地角度、αＭ…目標対地角度、Ｔｈ…必要時間、Ｖｈ…必要油量、Ｖｔ…分配油量、ＶｔＪ…単位時間当たり分配油量。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は一例としてホイールローダに搭載された、バケットチルト用油圧シリンダ（以下、チルトシリンダという）の長さを制御するための制御システムの全体構成を示すブロック線図である。図１において、車体１に起伏自在に取付けられたブーム２の先端部にはバケット３が回動自在に取付けられている。車体１とブーム２とはリフトシリンダ４により連結され、車体１とバケット３とは、リンク６およびチルトロッド６Ｔを介して、制御対象の油圧シリンダ５の一例であるチルトシリンダ５ａにより連結されている。

共通の流体圧源の一例である油圧ポンプ１１は、エンジン１０により駆動され、エンジンの回転速度に応じた流量で圧油流を吐出回路１２に出力する。油圧ポンプ１１の吐出回路１２は、フローディバイダバルブ１８に接続して２つの配管に分岐する。分岐した２つの配管中の一方の配管は、リフトバルブ１３に接続し、他方の配管は、チルトシリンダ５ａへ分配される圧油流を操作（例えば、流す／止める）ための操作器１４の一例である、チルトバルブ１４ａに接続している。リフトバルブ１３は、ボトム側配管４１によりリフトシリンダ４のボトム側と接続し、ヘッド側配管４２によりリフトシリンダ４のヘッド側と接続している。チルトバルブ１４ａは、ボトム側配管５１によりチルトシリンダ５ａのボトム側と接続し、ヘッド側配管５２によりとチルトシリンダ５ａのヘッド側と接続している。

リフトバルブ１３は、リフトシリンダ４のボトム側に圧油を送ることでリフトシリンダ４を伸長し、ヘッド側に圧油を送ることでリフトシリンダ４を縮小する。チルトバルブ１４ａは、チルトシリンダ５ａのボトム側に圧油を送ることでチルトシリンダ５ａを伸長し、ヘッド側に圧油を送ることでチルトシリンダ５ａを縮小する。このようにそれぞれのバルブはそれぞれのシリンダ４，５ａの伸長と縮小と長さの保持を制御する。

エンジン１０には、油圧ポンプ１１の動作状態の一例としての吐出流量を検出する吐出流量検出器１５の一例である、エンジン回転センサ１５ａが設けられ、チルトシリンダ５ａにはチルトシリンダ５ａの長さが所定の制御原点に相当する基準長さになったことを検出する制御原点検出器２０が設けられている。エンジン回転センサ１５ａと制御原点検出器２０、およびチルトシリンダ５ａの長さの目標値を設定する目標設定器１７は制御装置１６に接続している。目標設定器１７は、例えばロータリスイッチ、デジタルスイッチ、ボタンスイッチ等であっても良い。制御装置１６には、プログラムされたコンピュータ、特定機能専用のハードワイヤード回路、プログラマブルなハードワイヤード回路、或はこれらの組み合わせが用いられ得る。

シリンダ長さ制御開始を指示する制御開始指示器３１の一例であるチルトレバー３１ａには図の破線で示すデテント位置が設けられ、このデテント位置で制御開始を指示するようになっている。運転者がチルトレバー３１ａを後方（図示位置から右側）にストロークエンドまで引くと、デテント位置でチルトレバー３１ａは固定されるようになっている。又、チルトレバー３１ａには制御装置１６からの解除指令信号を受けてデテントを解除し、レバーを保持位置に戻すデテント解除装置３１ｄが設けられている。

リフトバルブ１３、およびこれを操作するリフトレバー３０、チルトバルブ１４ａ、およびこれを操作するチルトレバー３１ａは例えば電気式であって、それぞれ制御装置１６に接続している。リフトレバー３０は、リフトシリンダ４の動作状態を示す信号の一例である、リフトレバー３０の操作量（例えば％）信号を制御装置１６に入力するようになっている。

運転者がリフトレバー３０を前方に押すと（図示の中立位置から左側に倒す）、リフトレバー３０からの信号が制御装置１６に送られ、制御装置１６からの信号によりリフトバルブ１３が作動してリフトシリンダ４のヘッド側に圧油を送ることでリフトシリンダ４を縮小し、ブーム２を下方に回動し、ブーム２を伏せている。また、運転者がリフトレバー３０を後方に引くと（図示位置から右側に倒す）、リフトレバー３０からの信号が制御装置１６に送られ、制御装置１６からの信号によりリフトバルブ１３が作動してリフトシリンダ４のボトム側に圧油を送ることでリフトシリンダ４を伸長し、ブーム２を上方に回動し、ブーム２を起こしている。

運転者がチルトレバー３１ａを前方に押すと（実線で図示の中立位置から左側に倒す）、チルトレバー３１ａからの信号が制御装置１６に送られ、制御装置１６からの信号によりチルトバルブ１４ａが作動してチルトシリンダ５ａのヘッド側に圧油を送ることでチルトシリンダ５ａを縮小し、リンク６およびチルトロッド６Ｔによりバケット３を下方に回動している。また、運転者がチルトレバー３１ａを後方に引くと（実線で図示の中立位置から右側に倒す）、チルトレバー３１ａからの信号が制御装置１６に送られ、制御装置１６からの信号によりチルトバルブ１４ａが作動してチルトシリンダ５ａのボトム側に圧油を送ることでチルトシリンダ５ａを伸長し、リンク６およびチルトロッド６Ｔによりバケット３を上方に回動している。

図２は制御原点検出器２０の構成の一例を示す説明図である。図２において、チルトシリンダ５ａのシリンダチューブ２１のヘッド近傍に近接スイッチ２２を設ける。シリンダロッド２３に検出体２４が結合される。チルトシリンダ５ａが設定した長さに達し、検出体２４の先端部２４Ｔが近接スイッチ２２に重なる位置になると、近接スイッチ２２が作動して信号を発信する。

運転者がチルトレバー３１ａ
を後方に引いて、チルトレバー３１ａがデテント位置で固定されると、チルトレバー３１ａからのシリンダ長さ制御開始を指示する信号が制御装置１６に送られ、制御装置１６からの信号によりチルトバルブ１４ａが作動してチルトシリンダ５ａのボトム側に圧油を送ることでチルトシリンダ５ａを伸長する。そして、上記のようにチルトシリンダ５ａが設定した長さに達すると、近接スイッチ２２からの信号が制御装置１６に送られる。

次に作動について説明する。図１において、ブーム２は、リフトシリンダ４を伸長すると上昇し、縮小すると下降する。バケット３は、チルトシリンダ５ａを伸長すると上方に回動してチルトバックし、縮小すると下方に回動してダンプする。ホイールローダで排土作業を行う場合、リフトシリンダ４を伸長してブーム２を上昇させ、チルトシリンダ５ａを縮小してバケット３をダンプさせて排土する。

運転者は通常、排土が終わると、次に、ホイールローダを迅速に積込姿勢にするためにリフトシリンダ４を縮小してブーム２を下降させながら、チルトシリンダ５ａを伸長してバケット３をチルトバックさせる。

通常の積込作業時にはブーム２の先端部を地上付近まで下げ、バケット３の底面３Ｔを水平にする。しかしながら、積込対象物の硬さ等によりバケット３の先端部をやや上向き（例えば＋５°）、あるいは下向き（例えば−５°）にする場合がある。すなわち、バケット３の底面３Ｔの対地角度αを−５°〜＋５°にする場合がある。バケット３の底面３Ｔの対地角度αは、ブーム２が積込状態（図１に示すようにブーム２の先端部が地表近くの低い位置まで降りた状態）にあるときのチルトシリンダ５ａの長さにより定まる。したがって、チルトシリンダ５ａの長さを制御することによりバケット３の底面３Ｔの対地角度αを制御することができる。従って、前述の目標設定器１７はチルトシリンダ５ａの長さの代わりにバケット３の底面３Ｔの対地角度αの目標値を設定しても良い。

以下に図１で示したシリンダ長さ制御装置により行われるシリンダ長さ制御方法について説明する。図３の（ａ）は、一例の、バケット３の底面３Ｔの対地角度αとチルトシリンダ４の必要油量Ｖｈとの関係を示す数表１である。本実施形態においては、掘削作業時のバケット３の底面３Ｔの対地角度αを、対地角度αの全可変範囲中の０°に近い部分範囲−５°〜＋５°内で、任意の角度に調整できるようにしている。数表１はブーム２が積込状態にあり、バケット３の底面３Ｔの対地角度αが−５°の点を制御原点とし、この点におけるチルトシリンダ５ａの長さＬ１を基準として、バケット３の底面３Ｔを所定の対地角度にするためのチルトシリンダ５ａの長さＬ２（＝目標長さＬＭ）を求め、長さＬ１から長さＬ２にするために必要な油量である必要油量Ｖｈを算出して数表にしたものである。すなわち、数表１は制御原点におけるチルトシリンダ５ａの必要油量を０としたときに、バケット３の底面３Ｔの対地角度α（°）を＋側にチルトさせるために、チルトシリンダ５ａのボトム側に供給すべき必要油量Ｖｈ（例えば cc ）を対地角度α毎に示している。この数表１の数値は予め制御装置１６に記憶させてある。

エンジン回転回数はエンジン回転センサ１５ａからの信号に基づいて求める。前述のように油圧ポンプ１１の吐出油はリフトバルブ１３とチルトバルブ１４ａとに分流して供給されている。したがって、シリンダ長さ制御作動中にリフトシリンダ４に圧油を供給すると油圧ポンプ１１の吐出流量の一部はリフトシリンダ４に流れ、チルトシリンダ５ａに供給される油量は減ることになる。

そのため、上記のリフトシリンダ４を作動させた時にチルトシリンダ５ａに供給される油量を求めるための、リフトレバー３０の操作量と、チルトシリンダ５ａに分配される油量との関係を分配係数として示した数表２を、図３の（ｂ）に示すように設定してある。この数表２の数値は、予め制御装置１６に記憶させてある。数表２の上段はリフトレバー３０の操作量（例えば％）、下段は分配係数である。分配係数は、油圧ポンプ１１からの圧油の吐出流量に対するチルトシリンダ５ａに分配される油量の割合を示す。制御装置１６がこの数表２に基づいて把握する分配係数とリフトレバー３０の操作量との関係は、図３（ｃ）に例示するようなものである。図３（ｃ）に示した例では、リフトレバー３０の下げ操作量が０％から９０％の間では、分配係数はリフトレバー３０の下げ操作量の一次関数であり、下げ操作量が増えるほど（つまり、リフトシリンダ４への圧油の供給量が増えるほど）、分配係数は低下する。下げ操作量が９０％から１００％の間では、ブーム２が自由落下するようになっているので、分配係数は１である。

チルトシリンダ５ａに分配される油量Ｖｔは次の式１により求められる。

分配油量Ｖｔ＝油圧ポンプ容量（cc/rev）×エンジン回転回数（rev）×分配係数 …式1

以下に、排土が終わった後に積込を開始するまでの間にバケット３の対地角度を設定値に制御するための第１のシリンダ長さ制御方法について図４のフローチャートおよび図３の図表を参照して説明する。ａ）図４に示すステップ１０１で、運転者はバケット３の目標対地角度αＭ（又はチルトシリンダ５ａの目標長さＬＭ）を定め、目標設定器１７により制御装置１６に入力する。ｂ）ステップ１０２で、運転者は制御開始指示器３１、すなわちチルトレバー３１ａをデテント位置にして制御装置１６にシリンダ長さ制御開始を指示する。通常、排土が終わった直後、ブーム２の下降とバケット３のチルトバックが行なわれている時に、この指示が行なわれる。したがって、この時、バケットチルトバルブ１４ａは、チルトシリンダ５ａのボトム側に圧油を送っており、チルトシリンダ５ａは伸長している。ｃ）ステップ１０３で、制御装置１６は入力された目標対地角度αＭに基づいて数表１から必要油量Ｖｈを算出する。例えば、目標対地角度αＭが４°であれば、数表１において目標対地角度αＭ＝対地角度α＝４°に対応する必要油量Ｖｈは３１５０となる。ｄ）ステップ１０４で、制御装置１６は制御原点検出器２０からの検出信号を入力し、チルトシリンダ５ａの長さが制御原点（対地角度α＝−５°に相当する）に到達したか否かを判定する。ＹＥＳの場合には制御はステップ１０５に進み、ＮＯの場合には制御はステップ１０４の前に戻る。つまり、チルトシリンダ５ａが制御原点となる設定した長さに達すると、近接スイッチ２２から信号が制御装置１６に送られ、制御はステップ１０５に進む。通常、排土後にバケット３をチルトバックさせている間（チルトシリンダ５ａが伸長している間）に、必ず或る時点で、チルトシリンダ５ａの長さは制御原点を通過し、制御はステップ１０５に進む。ｅ）ステップ１０５で、制御装置１６はエンジン回転センサ１５ａからの検出信号、およびリフトレバー３０から操作量信号を入力し、前記の式１および数表２に基づいて、油圧ポンプ１１からチルトシリンダ５ａに分配される油量Ｖｔの累積値を算出する。算出される分配油量Ｖｔの累積値は、エンジン回転回数の関数であり、よって、エンジン回転回数が変わればその累積値も変わる。加えて、この累積値は、リフトレバー３０の操作量の関数であり、よって、、リフトレバー３０の操作量が変われば、として算出される。すなわち、ステップ１０５Aで、エンジン回転センサ１５ａから検出信号が入力され、その検出信号に基づき、所定時間長（例えば０．０１秒）の１周期中のエンジン回転回数が検出される。ステップ１０５Bで、リフトレバー３０から操作量信号が入力され、ステップ１０５Cで、その操作量信号と数表２から、リフトレバー３０の現在の下げ操作量に対応する分配係数が決定される。ステップ１０５Dで、エンジン回転回数と分配係数に基づき、式１より、１周期中にチルトシリンダ５ａに分配される油量Ｖｔが計算される。算出された１周期中の分配油量Ｖｔは、エンジン回転回数の関数であるだけでなく、リフトレバー３０の操作量の関数でもある。よって、分配油量Ｖｔは、エンジン回転回数が変われば変わるだけでなく、リフトレバー３０の操作量が変われば変わる。ステップ１０５Eで、現在のサイクルの分配油量Ｖｔが、前サイクルまでに算出された分配油量Ｖｔの累積値に加算される。

このようなステップ１０５は、所定時間長（例えば０．０１秒）の周期毎に繰り返され、各周期で算出された分配油量Ｖｔが累積される。つまり、１つの周期（０．０１秒）の間にチルトシリンダ５ａに分配される油出量Ｖｔを算出し、その分配油量Ｖｔに、次の周期（０．０１秒）の間にチルトシリンダ５ａに分配される油量Ｖｔを加え、それを繰り返す。このようにして算出された分配油量Ｖｔの累積値は、チルトシリンダ５ａの長さが制御原点に到達した時点から現在までの間にチルトシリンダ５ａに分配された総油量を示す。なお、分配油量Ｖｔを正確に算出するためには、できるだけ短い時間間隔で分配油量Ｖｔを算出するのが良く、０．１秒毎〜０．００５秒毎の間で適宜に定めた所定時間毎に算出するのが良い。ｆ）ステップ１０６で、制御装置１６は分配油量Ｖｔの累積値と必要油量Ｖｈとを比較し、分配油量Ｖｔの累積値が必要油量Ｖｈに達したか否かを判定する。その結果、ＹＥＳの場合にはステップ１０７に進み、ＮＯの場合には次のサイクルのステップ１０５に進む。ｇ）ステップ１０７で、制御装置１６はチルトバルブ１４ａに閉止信号を出力し、チルトバルブ１４ａを閉じてチルトシリンダ５ａを保持状態（静止状態）にする。又、同時にチルトレバー３１ａに解除信号を出力してデテントを解除し、制御開始指示を解除する。

次に、排土が終わった後に積込を開始するまでの間にバケット３の対地角度を設定値に制御するための第２のシリンダ長さ制御方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。この第２の制御方法は、リフトレバー３０の操作量があまり大きく変化しないとき（例えば、図３（ｃ）に示す９０％から１００％の領域にあるとき）に、実行されるのに適している。Ａ）図５に示すように、ステップ２０１で、運転者はバケット３の目標対地角度αＭ（又はチルトシリンダ５ａの目標長さＬＭ）を定め、目標設定器１７により制御装置１６に入力する。Ｂ）ステップ２０２で、運転者は制御開始指示器３１、すなわちチルトレバー３１ａをデテント位置にして制御装置１６にシリンダ長さ制御開始を指示する。前述したように、通常、この時、チルトバルブ１４ａは、チルトシリンダ５ａのボトム側に圧油を送っており、チルトシリンダ５ａは伸長している。Ｃ）ステップ２０３で、制御装置１６は入力された目標対地角度αＭに基づいて数表１から必要油量Ｖｈを算出する。Ｄ）ステップ２０４で、制御装置１６は前記エンジン回転センサ１５ａからエンジン回転信号を入力して、エンジン回転速度Ｎ（rev/sec）を求める（ステップ２０４A）。また、制御装置１６は、リフトレバー３０から操作量信号を入力して（ステップ２０４B）、数表２より、リフトレバー３０の現在の下げ操作量に対応した分配係数を決定する（ステップ２０４C）。そして、制御装置１６は、エンジン回転速度Ｎ（rev/sec）と分配係数を用いて、チルトシリンダ５ａに単位時間当たりに分配される油量ＶtＪを算出する（２０４D）。算出された単位時間当たりの分配油量ＶtＪは、エンジン回転回数の関数であるだけでなく、リフトレバー３０の操作量の関数でもある。さらに、制御装置１６は、前記必要油量Ｖｈを前記単位時間当り分配油量ＶtＪで除算して、チルトシリンダ５ａへ分配された総油量が前記必要油量Ｖｈに達するまでの必要時間Ｔｈ（＝Ｖｈ／ＶtＪ）を算出する（２０４E）。なお、単位時間当たり分配油量ＶｔＪは次の式２により求められる。

ＶｔＪ＝油圧ポンプ容量（cc/rev）×Ｎ（rev/sec）×分配係数 …式２Ｅ）ステップ２０５で、制御装置１６は制御原点検出器２０からの検出信号を入力し、チルトシリンダ５ａの長さが制御原点に到達したか否かを判定する。チルトシリンダ５ａの長
さが制御原点に到達し、ＹＥＳの場合にはステップ２０６に進み、チルトシリンダ５ａの長さが制御原点に到達しないＮＯの場合にはステップ２０５の前に戻る。Ｆ）ステップ２０６で、制御装置１６はチルトシリンダ５ａの長さが制御原点に到達した時点から前記必要時間が経過したか否かを判定する。ＹＥＳの場合にはステップ２０７に進み、ＮＯの場合にはステップ２０６の前に戻る。Ｇ）ステップ２０７で、制御装置１６はチルトバルブ１４ａに閉止信号を出力し、チルトバルブ１４ａを閉じてチルトシリンダ５ａを保持状態にする。又、同時にチルトレバー３１ａに解除信号を出力してデテントを解除し、制御開始指示を解除する。

次に、排土が終わった後に積込を開始するまでの間にバケット３の対地角度を設定値に制御するための第３のシリンダ長さ制御方法について説明する。図６は、一例としての、バケット３の底面３Ｔの対地角度αとチルトシリンダ４の必要油量Ｖｈとの関係を示す数表３である。この例においても掘削作業時(積込状態時）の、バケット３の底面３Ｔの対地角度αを−５°〜＋５°に調整することとしている。数表３はブーム２が積込状態にあり、バケット３の底面３Ｔの対地角度αが０°の点（つまり、バケット３の底面３Ｔが地面と平行）を制御原点とし、この点におけるチルトシリンダ５ａの長さＬ０１を基準として、バケット３の底面３Ｔを所定の対地角度にするためのチルトシリンダ５ａの長さＬ０２（目標長さＬＭ）を求め、長さＬ０１から長さＬ０２にするために必要な油量である必要油量Ｖｈを算出して数表にしたものである。

すなわち、数表３は制御原点におけるチルトシリンダ５ａの必要油量を０としたときに、バケット３の底面３Ｔの対地角度α（°）を＋側にチルトさせるために、チルトシリンダ５ａのボトム側に供給すべき必要油量Ｖｈ（例えば cc ）を対地角度α毎に示し、バケット３の底面３Ｔの対地角度α（°）を−側にチルトさせるために、チルトシリンダ５ａのヘッド側に供給すべき必要油量Ｖｈ（例えばcc ）を対地角度α毎に示している。この数表３の数値は予め制御装置１６に記憶させてある。

このように、制御原点を対地角度αの可変範囲−５°〜＋５°の中央である０°に設定した場合、図３（ａ）に例示した数表１のように制御原点を対地角度αの可変範囲−５°〜＋５°の一端である−５°に設定した場合と比較して、分配供給油量の総量が必要油量Ｖｈに達したか否かの判断の精度が向上する。しかし、この方法では、排土後にバケット３をチルトバックさせているときに、チルトシリンダ５ａを必ず制御原点０°に相当する長さまで一旦縮小しなければならないという面倒がある。

この制御方法は、基本的に図４のフローチャートに示したと同様のルーチンで行なうことができる。その場合、ステップ１０３からステップ１０５での制御内容のみが、既に説明した第１の制御方法とは異なる。つまりステップ１０３で、制御装置１６は入力された目標対地角度αＭに基づいて数表３から必要油量Ｖｈを算出する。例えば、目標対地角度αＭが＋４°であれば必要油量Ｖｈは１４００となり、目標対地角度αＭが−４°であれば必要油量Ｖｈは７００となる。目標対地角度αＭが＋側であれば、チルトシリンダ５ａのボトム側に圧油を送るので、ヘッド側に圧油を送る場合に比べ必要油量は多くなる。シリンダのヘッド側スペースは、そこに挿入されているロッドの体積分だけ、ボトム側スペースより体積が小さいからである。

そして、ステップ１０４で、制御装置１６は制御原点検出器２０からの検出信号を入力し、チルトシリンダ５ａの長さが制御原点（対地角度α＝０°に相当する）に到達したか否かを判定する。チルトシリンダ５ａの長さが制御原点に到達しないＮＯの場合にはステップ１０４の前に戻る。チルトシリンダ５ａの長さが制御原点に到達し、ＹＥＳの場合にはステップ１０５に進むとともに、目標対地角度αＭが＋側であれば、制御装置１６はチルトバルブ１４ａにチルトシリンダ５ａのボトム側に圧油を送るように制御信号を送りチルトシリンダ５ａを伸張するように制御し、目標対地角度αＭが−側であれば、制御装置１６はチルトバルブ１４ａにチルトシリンダ５ａのヘッド側に圧油を送るように制御信号を送り、チルトシリンダ５ａを伸縮するように制御する。これ以外のステップでの制御内容は、図４を参照して既に説明した第１の制御方法と同じである。

或は、この第３の制御方法は、図５のフローチャートに示したルーチンで行なうこともできる。その場合には、ステップ２０３からステップ２０６での制御内容のみが、既に説明した第２の制御方法とは異なる。つまりステップ２０３で、制御装置１６は入力された目標対地角度αＭに基づいて数表３から必要油量Ｖｈを算出する。

そしてステップ２０５で、制御装置１６は制御原点検出器２０からの検出信号を入力し、チルトシリンダ５ａの長さが制御原点（対地角度α＝０°に相当する）に到達したか否かを判定する。チルトシリンダ５ａの長さが制御原点に到達しないＮＯの場合にはステップ２０５の前に戻る。チルトシリンダ５ａの長さが制御原点に到達し、ＹＥＳの場合にはステップ２０６に進むとともに、目標対地角度αＭが＋側であれば、制御装置１６はチルトバルブ１４ａにチルトシリンダ５ａのボトム側に圧油を送るように制御信号を送りチルトシリンダ５ａを伸張するように制御し、目標対地角度αＭが−側であれば、制御装置１６はチルトバルブ１４ａにチルトシリンダ５ａのヘッド側に圧油を送るように制御信号を送り、チルトシリンダ５ａを伸縮するように制御する。これ以外のステップでの制御内容は、図５を参照して既に説明した第２の制御方法と同じである。

上述した本発明の実施形態によると、制御装置に油圧シリンダの長さ制御開始を指示し、その油圧シリンダの目標長さを入力することによって、自動的に油圧シリンダの長さを目標長さに制御することが可能である。そのため、例えばホイールローダの積込作業時にバケットチルト用のチルトシリンダの長さを設定することにより、バケットのチルト角度を自動的に目標値に制御することができる。したがって、バケットの対地角度を積込対象物によって適宜選択し、バケットを自動的に所望の対地角度に制御することが容易にでき、運転者の作業性、および作業効率を向上できる。又、この実施形態にかかるシリンダ長さ制御システムのハードウェア構成は、既存の油圧システムに加えて、油圧ポンプの吐出量検出器とシリンダ位置検出器という２個のセンサと、制御装置と、目標設定器を追加した比較的に簡単な構成であり、コストも安い。

上記実施形態はホイールローダに適用した例を述べているが、これは説明のための例示に過ぎず、これにのみ本発明の適用範囲を限定する趣旨ではない。本発明は、油圧ショベルまたは油圧クレーンなどの各種の油圧または流体圧機械において、油圧シリンダやその他の流体圧アクチュエータの変位の自動制御に利用できる。

Claims (9)

1. 共通の流体圧源(11)から出力される圧力流体の流れがそれぞれ分配されるようになった少なくとも２つの流体圧アクチュエータ(4,5)の中の一つの所定の流体圧アクチュエータ(5)の変位を制御するためのシステムにおいて、 前記所定の流体圧アクチュエータ(5)へ分配される前記圧力流体の流れを操作する操作器(14)と、 前記少なくとも２つの流体圧アクチュエータの中の他の流体圧アクチュエータの動作状態を検出して第１の検出信号を出力する第１の検出器(30)と、 前記共通の流体圧源の動作状態を検出して第２の検出信号を出力する第２の検出器(15)と、 前記第１と第２の検出器(30,15)からの前記第１と第２の検出信号を入力し、前記操作器(14)を制御する制御装置(16)とを備え、 前記制御装置(16)は、前記第１と第２の検出信号に基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータへの前記圧力流体の分配量を、前記分配量が前記他の流体圧アクチュエータの動作状態の関数になるように、算出し、そして、算出された前記分配量に基づいて、前記操作器(14)を制御する、流体圧アクチュエータ制御システム。
2. 請求項１記載の流体圧アクチュエータ制御システムにおいて、 前記所定の流体圧アクチュエータの変位が所定の制御原点に到達したことを検出して第３の検出信号を出力する制御原点検出器(20)を更に備え、 前記制御装置(16)は、前記制御原点検出器(20)からの前記第３の検出信号に応答して、前記分配量の算出を開始する、流体圧アクチュエータ制御システム。
3. 請求項２記載の流体圧アクチュエータ制御システムにおいて、 前記所定の流体圧アクチュエータの目標変位を、前記制御装置(16)に設定する目標設定器(17)を更に備え、 前記制御装置(16)は、算出された前記分配量に基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータの変位が、設定された前記目標位置に到達したか否かを判断し、そして、判断結果に基づいて、前記操作器(14)を制御する、流体圧アクチュエータ制御システム。
4. 請求項３記載の流体圧アクチュエータ制御システムにおいて、 前記目標変位は、所定の変位範囲内で任意に設定可能であり、 前記制御原点は、前記所定の変位範囲内の所定変位に設定されている、流体圧アクチュエータ制御システム。
5. 請求項１記載の流体圧アクチュエータ制御システムにおいて、 前記制御装置(16)は、繰り返される周期毎に、前記第１と第２の検出信号を入力して、各周期に前記所定の流体圧アクチュエータに分配される前記圧力流体の分配量を算出し、算出された複数の周期の分配量の累積値を算出し、そして、算出された前記分配量の累積値に基づいて、前記操作器(14)を制御する、流体圧アクチュエータ制御システム。
6. 請求項１記載の流体圧アクチュエータ制御システムにおいて、 前記制御装置(16)は、或る時点にて前記第１と第２の検出信号を入力して単位時間当たりに前記所定の流体圧アクチュエータに分配される前記圧力流体の分配量を算出し、算出された単位時間当たりの分配量に基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータに分配される前記圧力流体の流れを操作するための時間を算出し、そして、算出された前記時間に基づいて、前記操作器(14)を制御する、流体圧アクチュエータ制御システム。
7. 共通の流体圧源(11)から出力される圧力流体の流れがそれぞれ分配されるようになった少なくとも２つの流体圧アクチュエータ(4,5)の中の一つの所定の流体圧アクチュエータ(5)の変位を制御するための方法において、 前記少なくとも２つの流体圧アクチュエータの中の他の流体圧アクチュエータ(4)の動作状態を検出するステップと、 前記共通の流体圧源(11)の動作状態を検出するステップと、 前記他の流体圧アクチュエータの検出された前記動作状態と、前記共通の流体圧源の検出された前記動作状態とに基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータへの前記圧力流体の分配量を、前記分配量が前記他の流体圧アクチュエータの動作状態の関数になるように、算出するステップと、 算出された前記分配量に基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータ(5)へ分配される前記圧力流体の流れを操作するステップと、を有する流体圧アクチュエータ制御方法。
8. 互に連結された第１と第２の可動部材(2,3)と、前記第１と第２の可動部材(2,3)をそれぞれ駆動する第１と第２の流体圧アクチュエータ(4,5)と、前記第１と第２の流体圧アクチュエータに分配されることになる圧力流体の流れを出力する共通の流体圧源(11)と、前記第２の流体圧アクチュエータ(5)へ分配される前記圧力流体の流れを操作する操作器(14)とを備えた流体圧機械において、 前記第１の流体圧アクチュエータの動作状態を検出して第１の検出信号を出力する第１の検出器(30)と、 前記共通の流体圧源の動作状態を検出して第２の検出信号を出力する第２の検出器(15)と、 前記第１と第２の検出器(30,15)からの前記第１と第２の検出信号を入力し、前記操作器(14)を制御する制御装置(16)とを備え、 前記制御装置(16)は、前記第１と第２の検出信号に基づいて、前記第２の流体圧アクチュエータ(5)への前記圧力流体の分配量を、前記分配量が前記第１の流体圧アクチュエータの動作状態の関数になるように、算出し、そして、算出された前記分配量に基づいて、前記操作器(14)を制御する、流体圧機械。
9. 互に連結された第１と第２の可動部材と、前記第１と第２の可動部材(2,3)をそれぞれ駆動する第１と第２の流体圧アクチュエータ(4,5)と、前記第１と第２の流体圧アクチュエータに分配されることになる圧力流体の流れを出力する共通の流体圧源(11)とを備えた流体圧機械のための、前記第２の可動部材(3)の姿勢を制御するための方法において、 前記第１の流体圧アクチュエータ(4)の動作状態を検出するステップと、 前記共通の流体圧源(11)の動作状態を検出するステップと、 前記第１の流体圧アクチュエータの検出された前記動作状態と、前記共通の流体圧源の検出された前記動作状態とに基づいて、前記所定の流体圧アクチュエータへの前記圧力流体の分配量を、前記分配量が前記他の流体圧アクチュエータの動作状態の関数になるように、算出するステップと、 算出された前記分配量に基づいて、前記第２の流体圧アクチュエータ(5)へ分配される前記圧力流体の流れを操作するステップと、を有する制御方法。

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