WO2006013821A1

WO2006013821A1 - 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

Info

Publication number: WO2006013821A1
Application number: PCT/JP2005/014041
Authority: WO
Inventors: Minoru Wada
Original assignee: Komatsu Ltd.
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2006-02-09
Also published as: JPWO2006013821A1; US7555898B2; JP4579249B2; CN1989302A; SE0700254L; DE112005001879B4; US20070199438A1; CN1989302B; DE112005001879T5; SE530764C2

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

明細書

流体圧ァクチユ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

技術分野

[0001] 本発明は、油圧シリンダのような流体圧ァクチユ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。

[0002] 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。

背景技術

[0003] 従来、油圧シリンダの長さのような流体圧ァクチユ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力例えば特許文献 1にはバケツトレべラ装置が記載されている。

[0004] 上記バケツトレベラ装置は、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パケットとを備えたショべルローダ等において、パケット角度検出器と、ブーム角度検出器とを設け、パケット絶対角度 (地面との角度）が設定された角度になったことをパ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、パケット絶対角度が設定角度のときパ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パ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パケット角補正信号を演算し、そのパケット角補正信号によって電磁弁を作動させ、目標のパケット設定角度になるようバケツトシリンダに圧油を供給し、長さを変更することでパケット角度を設定された角度に一定に保つとしている。

[0005] 特許文献 1 :特開平 1— 182419号公報 (第 3, 4頁、第 1図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 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、パ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パケットを自動的に水平にするレベラ装置は従来力存在していた。し力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、予めパ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パケット角度検出器と電磁弁等とを設け、予め設定されたパ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、パケットの高さがどの位置にあっても常にパ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。

[0007] 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、流体圧ァクチユエータを制御できるようにすることを目的とする。

[0008] 本発明の別の目的は、例えばアームとパ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力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、パ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課題を解決するための手段

[0009] 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つの流体圧ァクチユエータの中の一つの所定の流体圧ァクチユエータの変位を制御するためのシステムが提供される。この流体圧ァクチユエータ制御システムは、前記所定の流体圧ァクチユ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つの流体圧ァクチユエータの中の他の流体圧ァクチユ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、て、前記所定の流体圧ァクチユ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ァクチユ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。

[0010] 上述した構成において、 2つの流体圧ァクチユエータには、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、一方の流体圧ァクチユ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、他方の流体圧ァクチユ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、他方の流体圧ァクチユ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、所定の流体圧ァクチユ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、他方の流体圧ァクチユエータの動作状態の関数になり、よって、他方の流体圧ァクチユ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、所定の流体圧ァクチユエータへの圧力流体の流れが操作される。従って、他方の流体圧ァクチユエータの動作状態に応じて、所定の流体圧ァクチユエ一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。

[0011] 好適な実施形態では、この制御システムは、上記所定の流体圧ァクチユエ一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ァクチユ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、所定の流体圧ァクチユエータの制御原点からの変位が把握できる。よって、その流体圧ァクチユエータの変位、またはその流体圧ァクチユエータにより駆動されるパ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。

[0012] 好適な実施形態では、この制御システムは、前記所定の流体圧ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユエータの変位が、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、他方の流体ァクチユエータの動作状態が変化しても、所定の流体圧ァクチユエータの変位を、設定された目標変位に自動的に制御することがでさる。

[0013] 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。

[0014] 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ァクチユ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ノリエーシヨンによると、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ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユ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、その時間に基づヽて操作器を制御する。

[0015] 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つの流体圧ァクチユエータの中の一つの所定の流体圧ァクチユ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つの流体圧ァクチユエータの中の他の流体圧ァクチユエ一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ツプと、前記他の流体圧ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユ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ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユ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。

[0016] 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の流体圧ァクチユエータと、前記第 1 と第 2の流体圧ァクチユ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の流体圧ァクチユ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 の流体圧ァクチユ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の検出器力もの前記第 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!/、て、前記第 2の流体圧ァクチユエータへの圧力流体の分配量を、前記分配量が前記第 1の流体圧ァクチユ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。

[0017] 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。

発明の効果

[0018] 本発明の流体圧ァクチユ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、構成で、流体圧ァクチユエータの変位を制御することができる。

[0019] 本発明の流体圧機械およびその制御方法によると、例えばアームとパケットをもつホィ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。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明の一実施形態に係るバケツ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。

[図 2]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。 [図 3]同実施形態におけるパ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。

[図 4]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。

[図 5]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。

[図 6]同実施形態における第 3の制御方法のための、パ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

[0021] 1 · · ·車体、 2· "ブーム、 3· · ·ノケット、 4· · ·リフトシリンダ、 5a…チルトシリンダ、 10· · ·ェンジン、 11 · · ·油] £ポンプ、 13· · ·リフトノノレブ、 14a' ··チノレトノノレブ、 15· · ·5£出 ¾ 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· · ·リフトレノ一、 31a…チルトレノ一、 3 1…制御開始指示器、 α…対地角度、 …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。

発明を実施するための最良の形態

[0022] 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。

[0023] 図 1は一例としてホイールローダに搭載された、パケットチルト用油圧シリンダ（以下、チルトシリンダと、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の先端部にはパケット 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とパケット 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。

[0024] 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、ェ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 Z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、る。

[0025] 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。

[0026] 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、ボタンスィ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ビュータ、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。

[0027] 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つている。運転者がチルトレバー 31aを後方（図示位置力も右側）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 3 la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。

[0028] リフトノレブ 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⁰ /₀)信号を制御装置 16に入力するようになって、る

[0029] 運転者がリフトレバー 30を前方に押すと（図示の中立位置力も左側に倒す）、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（図示位置力も右側に倒す)、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。

[0030] 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力左側に倒す )、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によりパケット 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によりパケット 3を上方に回動している。

[0031] 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ィッチ 22を設ける。シリンダ口ッド 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 2 4の先端部 24Tが近接スィッチ 22に重なる位置になると、近接スィッチ 22が作動して信号を発信する。

[0032] 運転者がチルトレバー 3 la

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 力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 力も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、近接スィッチ 22からの信号が制御装置 16に送られる。

[0033] 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。パケット 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を縮小してパケット 3をダンプさせて排土する。

[0034] 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を伸長してパケット 3をチルトバックさせる。

[0035] 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、パケット 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パケット 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、パケット 3の底面 3Tの対地角度 αを— 5° 〜+ 5° にする場合がある。パケット 3の底面 3Τ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パケット 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 の長さの代わりにパケット 3の底面 3Tの対地角度 aの目標値を設定しても良い。

[0036] 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、パケット 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、掘削作業時のパケット 3の底面 3Tの対地角度 aを、対地角度 a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、パケット 3の底面 3Tの対地角度 αがー 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、パケット 3の底面 3 T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、パケット 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 a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。

[0037] 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 1 1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 1 1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。

[0038] 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 3 0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 1 1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。

[0039] 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。

[0040] 分配油量 Vt =油圧ポンプ容量（cc/rev) Xエンジン回転回数 (rev) X分配係数

…式 1

[0041] 以下に、排土が終わった後に積込を開始するまでの間にパケット 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、運転者はバケツト 3の目標対地角度 ex M (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の下降とパケット 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、パケットチルトノレブ 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《Μに基づいて数表 1から必要油量 Vhを算出する。例えば、目標対地角度が 4° であれば、数表 1において目標対地角度 α Μ =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、近接スィッチ 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、排土後にパケット 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 3 0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ぐリフトレバー 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ぐリフトレバー 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。

[0042] 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をカ卩え、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力も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 V tを算出するのが良ぐ 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に達したカゝ否かを判定する。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。

[0043] 次に、排土が終わった後に積込を開始するまでの間にパケット 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、運転者はパケット 3の目標対地角度 α Μ (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 31 a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 ex M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 V 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 V h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 ( =VhZVtJ)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。

[0044] VtJ =油圧ポンプ容量（cc/rev) X N (rev/sec) X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力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 14 a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。

[0045] 次に、排土が終わった後に積込を開始するまでの間にパケット 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、パケット 3の底面 3Tの対地角度 a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、パケット 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、パケット 3の底面 3Τの対地角度 αが 0° の点（つまり、パケット 3の底面 3Τ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、パケット 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。

[0046] 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、パケット 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 5 a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、パケット 3の底面 3Τ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のへ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。

[0047] 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 ex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に達した力否かの判断の精度が向上する。しかし、この方法では、排土後にパケット 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ー且縮小しなければならないという面倒がある。

[0048] 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での制御内容のみ力既に説明した第 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 α Μ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 α Μが + 4° であれば必要油量 Vhは 1400となり、目標対地角度 α Μがー 4 ° であれば必要油量 Vhは 700となる。目標対地角度 α Μ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。

[0049] 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、NOの場合にはステツプ 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 α Μ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 α Μがー側であれば、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。

[0050] 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での制御内容のみ力既に説明した第 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 α Mに基づ、て数表 3から必要油量 Vhを算出する。

[0051] 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、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 α Μ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 α Μがー側であれば、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。

[0052] 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パ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、パ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、パケットの対地角度を積込対象物によって適宜選択し、パ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、この実施形態に力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力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ァクチユエータの変位の自動制御に利用できる。

Claims

請求の範囲

[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つた少なくとも 2つの流体圧ァクチユエータ (4,5)の中の一つの所定の流体圧ァクチュエータ (5)の変位を制御するためのシステムにお、て、前記所定の流体圧ァクチュエータ (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つの流体圧ァクチユエータの中の他の流体圧ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユ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ァクチユ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、流体圧ァクチユエータ制御システム。

[2] 請求項 1記載の流体圧ァクチユエータ制御システムにおいて、前記所定の流体圧ァクチユ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、流体圧ァクチユエータ制御システム。

[3] 請求項 2記載の流体圧ァクチユエータ制御システムにおいて、前記所定の流体圧ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユエータの変位が、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、流体圧ァクチユエータ制御システム。

[4] 請求項 3記載の流体圧ァクチユ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、流体圧ァクチユエータ制御システム。

[5] 請求項 1記載の流体圧ァクチユ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ァクチユ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、流体圧ァクチユエータ制御システム。

[6] 請求項 1記載の流体圧ァクチユ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ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユ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、流体圧ァクチユ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つた少なくとも 2つの流体圧ァクチユエータ (4,5)の中の一つの所定の流体圧ァクチュエータ (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つの流体圧ァクチユエータの中の他の流体圧ァクチユエータ (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、前記他の流体圧ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユ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ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユエータ (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、を有する流体圧ァクチユエータ制御方法。

[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の流体圧ァクチユエータ (4,5)と、前記第 1と第 2の流体圧ァクチユ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の流体圧ァクチユエータ (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の流体圧ァクチユエ一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、て、前記第 2の流体圧ァクチユエータ (5)への前記圧力流体の分配量を、前記分配量が前記第 1の流体圧ァクチユ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。

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の流体圧ァクチユエータ (4,5)と、前記第 1と第 2の流体圧ァ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の流体圧ァクチユエータ (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の流体圧ァクチユ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、前記所定の流体圧ァクチユ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ァクチユ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の流体圧ァクチユエータ (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。