複数のアクチュエータを備える油圧システム及び関連の制御方法

专利摘要:
油圧システム及び関連の制御方法が、オペレータ入力装置１０６、作動油流源４４、及び複数のアクチュエータ１２、１４を含む。少なくとも１つの弁５２、５４が、アクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに関連付けられる。コントローラ１１０が、オペレータ入力装置１０６からの信号に応じてアクチュエータ１２、１４のそれぞれに供給すべき油圧を計算する。コントローラ１１０は、アクチュエータ１２、１４を計算された油圧で駆動するように作動油流源４４及び弁５２、５４を制御する。コントローラ１１０は、アクチュエータを計算された油圧で駆動できるか否かを判定するためにセンサ１０２で感知したパラメータも監視し、アクチュエータを計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算し、そのずれ比を用いてアクチュエータの作動を変更する。流量要求が利用可能なポンプ流量を超える場合、アクチュエータ間の速度関係を維持できるように、弁信号が流れを減らすように変更される。
公开号:JP2011515631A
申请号:JP2010550782
申请日:2009-03-06
公开日:2011-05-19
发明作者:シェヌーダ，アミール；リーデル，レイモンド
申请人:パーカー・ハニフィン・コーポレーション；
IPC主号:F15B11-16

专利说明:

[0001] 本発明は、複数のアクチュエータを備える油圧システム及び関連の制御方法に関する。]
背景技術

[0002] ［関連出願の相互参照］
本願は、２００８年３月１０日付けで出願された米国仮特許出願第６１／０３５，１８３号の出願日の利益を主張し、該出願の開示は参照により本明細書に援用される。]
[0003] 多くの油圧システムは、複数のアクチュエータを含んでいる。アクチュエータは、ポンプ等の作動油源から供給される作動油によって駆動される。本明細書中では、アクチュエータに言及する場合にさまざまな形態で用いられる用語「駆動（power）」とは、移動又は作動させるために又は移動又は作動させることを試みるためにアクチュエータに作用することを意味する。各アクチュエータに関連する１つ又は複数の弁が、アクチュエータに出入りする流体の流れを制御する。多くの場合、移動機器等において、種々の機能を果たすために複数のアクチュエータが同時に駆動される。例えば、掘削機では、オペレータが、スイング、アーム、及びブームに関連するアクチュエータを同時に駆動し得る。各アクチュエータに作用する負荷は、多くの変数に応じて変わる。アクチュエータを駆動するための圧力は、負荷に応じて変わる。複数のアクチュエータを同時に駆動するために、アクチュエータがそれぞれ異なる負荷を受けている場合、ポンプがすべてのアクチュエータの制御を可能にするのに十分な流れ及び圧力を提供することが望ましい。概して、各アクチュエータに関連する弁（又は複数の弁）を制御して、流れに対する抵抗が変えられる。最も単純な回路では、これによって弁がその関連のアクチュエータの方向及び速度を制御することが可能となる。複数の弁・アクチュエータ対を備えるより複雑な回路では、抵抗が小さすぎると供給圧力が他のアクチュエータの駆動に必要な圧力よりも低くなってしまうため、弁は概して、どの対が与える抵抗も小さすぎることがないように制御される。]
発明が解決しようとする課題

[0004] 場合によっては、ポンプは、すべてのアクチュエータをオペレータが命令した速度で駆動するためのレベルでシステム圧力を維持することができない。このような場合、種々のアクチュエータ間で命令された速度関係を維持することが望ましい。例えば、掘削機のオペレータが、ブームの速度の２倍の速度でアームを動かすことを望む場合、ポンプがアームのアクチュエータ及びブームのアクチュエータをオペレータが命令した速度で駆動するための圧力を維持することができないときでも、この関係が維持されることが望ましい。]
課題を解決するための手段

[0005] 本発明の少なくとも１つの実施の形態は、オペレータ入力装置と、作動油流源と、複数のアクチュエータと、複数の弁とを備える油圧システムを提供する。少なくとも１つの弁が、アクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに関連付けられる。該システムはコントローラをさらに備える。コントローラは、オペレータ入力装置からの信号に応じて、アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算し、アクチュエータを計算された油圧で駆動するように作動油流源及び弁を制御し、アクチュエータを計算された油圧で駆動できるか否かを判定するように感知パラメータを監視し、且つアクチュエータを計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算して該ずれ比を用いてアクチュエータの作動を変更する。]
[0006] 本発明によれば、アクチュエータをそれらの命令速度で、又は低減した速度でその命令速度の関係を維持しながら駆動するのに十分な抵抗を、油圧システムにおいて維持するように、弁は制御される。]
[0007] 種々の実施の形態によれば、油圧システムは、アクチュエータのそれぞれに対する負荷を判定する負荷監視センサを含む。コントローラは、アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算するために負荷監視センサからの負荷信号にも応じる。]
[0008] 油圧システムの弁は、各アクチュエータに関連する１つの比例弁を含み得る。別の実施の形態では、弁は、各アクチュエータに関連する４つの弁を含み、そのうちの２つがメータイン弁であり、２つがメータアウト弁である。]
[0009] 一実施の形態によれば、メータイン弁は、圧力補償弁を含み得る。弁にわたる圧力降下を示す信号を供給するために、圧力補償弁のそれぞれに補償器位置インジケータが関連付けられ得る。]
[0010] 本発明の別の実施の形態は、オペレータ入力装置、作動油流源、複数のアクチュエータ、複数の弁、及びコントローラを備える油圧システムを制御する方法を提供する。少なくとも１つの弁がアクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに関連付けられる。該方法は、オペレータ入力装置からの信号に応じて、アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算するステップと、アクチュエータを計算された油圧で駆動するように作動油流源及び弁を制御するステップと、アクチュエータを計算された油圧で駆動できるか否かを判定するように感知パラメータを監視するステップと、アクチュエータを計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算するステップと、ずれ比を用いてアクチュエータの作動を変更するステップとを含む。]
[0011] 次に、添付図面を参照して本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。]
図面の簡単な説明

[0012] 本発明に従って構成される例示的な油圧システムの概略図である。
弁の例示的な実施形態を示す。
本発明の制御方法を示す。
本発明の別の実施形態に従って構成される油圧システムを示す。
本発明のさらに別の実施形態に従って構成される油圧システムを示す。
本発明の別の制御方法を示す。]
実施例

[0013] 図１は、本発明に従って構成される例示的な油圧システム１０を概略的に示す。図１の油圧システム１０は、関連の機能をそれぞれ有する２つのアクチュエータ１２及び１４を含む。油圧システム１０が２つ以上のアクチュエータを備えていてもよいが、説明を簡単にするために、２つのアクチュエータしか備えないシステムについて説明することを認識すべきである。図１は、アクチュエータ１２に関連する機能を参照符号１６で概略的に示し、アクチュエータ１４に関連する機能を参照符号１８で概略的に示す。機能１６及び１８は、関連のアクチュエータを有する任意の既知のタイプの機能であり得る。図１ではリニアアクチュエータとして図示されているが、アクチュエータは、例えばロータリアクチュエータ等の任意の既知のタイプのアクチュエータを含み得る。] 図１
[0014] アクチュエータ１２は、アクチュエータのヘッド側チャンバ２６とロッド側チャンバ２８との間の境界を画定する可動ピストン２４を含む。ピストン２４は、ヘッド側チャンバ２６及びロッド側チャンバ２８の体積を変えるために差圧に応じて可動である。ピストン２４の移動が、アクチュエータ１２を作動させる。同様に、アクチュエータ１４は、アクチュエータのヘッド側チャンバ３６とロッド側チャンバ３８との間の境界を画定する可動ピストン３４を含む。ピストン３４は、ヘッド側チャンバ３６及びロッド側チャンバ３８の体積を変えるために差圧に応じて可動である。ピストン３４の移動が、アクチュエータ１４を作動させる。]
[0015] 油圧システム１０は、固定容量（displacement）ポンプ４４として図１に示す作動油流源も含む。ポンプ４４は、圧力制御ポンプである。代替的に、ポンプが圧力制御式である限り、可変容量ポンプ又は複数のポンプの組み合わせを用いてもよい。ポンプ４４は、リザーバ又はタンク４６と流体連通しており、アクチュエータ１２及び１４に流体を供給するようになっている。図１の固定容量ポンプ４４は、所定の最大圧力まで流体を供給するように予め選択される。] 図１
[0016] 図１の油圧システム１０は、２つの弁５２及び５４も含む。弁５２は、アクチュエータ１２に関連付けられ、ポンプ４４からアクチュエータ１２への流体の流れ及びアクチュエータ１２からタンク４６への流体の流れを制御する。同様に、弁５４は、アクチュエータ１４に関連付けられ、ポンプ４４からアクチュエータ１４への流体の流れ及びアクチュエータ１４からタンク４６への流体の流れを制御する。] 図１
[0017] 図２は、弁５４の例示的な実施形態を示す。弁５２も同様の構成であり得る。弁５４は、複数の流体開口を有する弁体６０を含む。弁５４の第１の側６４にある中央開口６２が、ポンプ４４からの流体を受け取る。弁体６０の第１の側６４にある外側開口６６及び６８が、タンク４６に接続される。弁体６０の第２の側７２にある第１の開口７０が、アクチュエータ１４のヘッド側チャンバ３６に接続される一方で、第２の開口７４が、アクチュエータ１４のロッド側チャンバ３８に接続される。] 図２
[0018] 軸方向に可動のスプール８０が、弁体６０内に位置付けられており、弁５４を通る流体の流れを制御するために弁体に対して可動である。図２に示す弁５４では、スプール８０を移動させるために電気ソレノイド８２が弁５４に接続される。代替的に、ステッピングモータ、油圧アクチュエータ、又は任意の他の既知の作動装置を用いてスプール８０を移動させてもよい。] 図２
[0019] 弁５４は、その圧力及び流体計測特性に関して設計及び選択される。図２に示す弁５４のスプール８０は、弁体６０と共に流体が流れ得るオリフィスを形成する４つの計測ランド９０、９２、９４、及び９６を有する。弁体６０に対するスプール８０の場所に応じて、流体は、ポンプ４４からアクチュエータ１４に流れるときにはオリフィス９０及び９２を流れることができ、アクチュエータ１４からタンク４６に流れるときにはオリフィス９４及び９６を流れることができる。オリフィスのサイズは、スプール８０が弁体６０に対して軸方向にずれると変わる。] 図２
[0020] 図２は、中立位置での弁５４を示している。スプール８０を中立位置から一方向にずらすと、２つのオリフィスが開かれて２つのオリフィスが閉じられる（閉じたオリフィスには漏れ流しか通過しない）。例えば、スプールを図２で見て右側にずらした場合、ランド９２及び９４によって形成されるオリフィスが開かれる。ランド９２及び９４によって形成されるオリフィスが開くのに応じて、ポンプ４４からの作動油が、アクチュエータ１４のロッド側チャンバ３８内に導かれてアクチュエータのロッド側チャンバ内の流体圧力を上昇させる。ロッド側チャンバ３８内の圧力上昇に応じて、アクチュエータ１４のピストン３４が図１で見て左側に移動し、ロッド側チャンバ３８の体積を増加させてヘッド側チャンバ３６の体積を減少させる。アクチュエータ１４のヘッド側チャンバ３６から押し出された流体は、タンク４６に導かれる。同様に、図２のスプールが左側に動いてランド９０及び９６によって形成されるオリフィスを開くと、ポンプ４４からの流体がアクチュエータ１４のヘッド側チャンバ３６内に導かれてアクチュエータのロッド側チャンバ３８から出されることで、ピストン３４が図１で見て右側に移動する。] 図１ 図２
[0021] 図１を再度参照すると、油圧システム１０は、圧力センサ１０２及びアクチュエータ負荷センサ１０４も含む。圧力センサ１０２は、ポンプ４４と弁５２及び５４との間に位置付けられる。図１では、圧力センサ１０２は、ポンプ４４のすぐ下流に位置付けられている。圧力センサ１０２は、圧力を監視して感知された圧力を示す信号を出力する。負荷センサ１０４の少なくとも一方が、各アクチュエータ１２及び１４に関連付けられる。図１では、負荷センサ１０４は、ロードセルであるが、例えば、得られる信号から負荷が判定され得るようにアクチュエータのチャンバ内の圧力を感知するための圧力センサを含む、他のタイプの負荷センサを用いてもよい。各負荷センサ１０４は、関連のアクチュエータに加わる負荷を監視し、感知された負荷を示す信号を出力する。] 図１
[0022] 油圧システム１０は、図１にジョイスティックとして示すオペレータ入力装置１０６も含む。オペレータ入力装置１０６は、オペレータによる入力に応じて命令信号を出力する。オペレータの入力は、アクチュエータ１２及び１４の命令された作動を示す。したがって、オペレータ入力装置１０６からの命令信号は、オペレータが命令したアクチュエータ１２及び１４の移動及び速度を示す。] 図１
[0023] 図１の油圧システム１０は、コントローラ１１０も含む。コントローラ１１０は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、又は種々の制御装置の組み合わせ等、任意のタイプの既知のコントローラであり得る。コントローラ１１０は、圧力センサ１０２、アクチュエータ負荷センサ１０４、及びオペレータ入力装置１０６からの信号を受け取り、その信号に応じて、ポンプ４４並びに弁５２及び５４に制御信号を出力する。ポンプ４４が図１に示すように固定容量ポンプである場合、ポンプ４４に対する出力信号は、単にポンプをオン又はオフにする信号である。ポンプ４４が可変容量ポンプである場合、コントローラ１１０からの出力信号は、容量を制御するために用いられ得る。コントローラ１１０から弁５２及び５４に供給される出力信号は、関連のアクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように、弁の作動、すなわち各弁のスプールの移動を制御する。コントローラ１１０は、オペレータが命令したアクチュエータ１２及び１４の移動及び速度を提供するようにポンプ４４並びに弁５２及び５４を制御することを試みる。] 図１
[0024] 油圧システム１０の各アクチュエータ１２及び１４は、特定の負荷を受け、オペレータからの入力に応じて、特定の方向に特定の速度で移動するように命令される。各アクチュエータ１２及び１４は、命令に応じて移動するための圧力要求を有する。ポンプ４４がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができる場合、アクチュエータは、オペレータによって命令される速度で駆動され得る。ポンプがすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができない場合、すべてのアクチュエータの命令速度を達成することができない。すべてのアクチュエータの命令速度が達成できない場合、コントローラ１１０は、オペレータによって命令される関係を維持するためにすべてのアクチュエータの命令速度を変更する。]
[0025] 図３は、本発明の例示的な制御方法を示し、図１の油圧システム１０を参照して説明される。図３を参照すると、方法はステップ３０１において開始し、油圧システム１０を備える機械をオンにして油圧システムに動力を供給する。ステップ３０２において、コントローラ１１０が、新たなオペレータ命令信号がオペレータ入力装置１０６から受け取られたか否かを判定する。新たな命令信号がオペレータ入力装置１０６から受け取られなかった場合、コントローラ１１０の次のサイクルタイムでステップ３０２の判定が繰り返される。新たなオペレータ命令信号がコントローラ１１０によって受け取られた場合、方法はステップ３０３に続き、コントローラ１１０がアクチュエータ負荷センサ１０４によって供給される信号を監視する。ステップ３０４において、コントローラ１１０は、アクチュエータ１２及び１４をオペレータが命令した速度で移動させるための圧力要求を求める。] 図１ 図３
[0026] アクチュエータ１２及び１４をオペレータが命令した速度で移動させるための圧力要求は、いくつかの方法で求められ得る。例えば、コントローラ１１０は、種々の負荷及び命令信号を対応の圧力要求と相関させるルックアップテーブルを有するメモリを含み得る。代替的に、圧力要求が計算されてもよい。例えば、すべてのアクチュエータをそれらの命令速度で移動させるための圧力要求は、以下の式で要約され得る。]
[0027] ポンプ圧力＝ＰＳ＝ｆ（ｖｃｏｍ，弁サイズ）＋ｆ（負荷）＋ｆ（ＨＬＬ）＋ｆ（α）
式中、ｖｃｏｍは命令速度、ＨＬＬは油圧ライン損失、αは加速度である。加速度項を無視する、すなわち、定常状態の場合を考慮して油圧ライン損失（ＨＬＬ）を無視すると、命令速度、弁サイズ、及び流量係数に関して圧力要求を表す式は、以下の通りである。]
[0028] ]
[0029] 式中、ＦＬは負荷の力、ＡＰＥはピストンの駆動端の面積、ｖはアクチュエータ速度、ＫＶＰＬは弁係数、ρｖは弁比、ρｃはアクチュエータ（シリンダ）の面積比である。コントローラ１１０は、各アクチュエータ１２及び１４に関してこの計算を行い、最大計算圧力が、油圧システム１０の圧力要求である。]
[0030] ステップ３０４から、方法はステップ３０５に進み、コントローラ１１０は、圧力を与えるようにポンプ４４を制御する。ポンプ４４が固定容量ポンプである場合、このステップは、ポンプ４４がその固定容量で流体を供給するように駆動されることによって果たされる。ポンプ４４が可変容量ポンプである場合、コントローラ１１０は、要求圧力を与えて維持するようにポンプ４４の容量を制御することによってこのステップを果たす。]
[0031] ステップ３０６において、コントローラ１１０は、関連のアクチュエータ１２及び１４に関して命令速度を達成するように弁５２及び５４を制御する。例えば、コントローラ１１０は、スプールを移動させるために作動させるべき弁５２及び５４のソレノイドに制御信号を出力して、アクチュエータ１２又は１４を要求速度で駆動するのに適した量の流体をそのアクチュエータの関連のチャンバに供給する。このステップを行うために、コントローラ１１０は、各アクチュエータを命令速度で駆動するのに十分な流れがアクチュエータ１２及び１４に供給されるように、弁５２及び５４を制御する。コントローラ１１０は、上述のものと同様の計算によって、又はルックアップテーブルを参照することによって、圧力を求める。]
[0032] ステップ３０７において、コントローラ１１０は、圧力フィードバック信号を受け取る。図１の油圧システム１０では、圧力フィードバック信号は、圧力センサ１０２からの信号である。ステップ３０８において、コントローラ１１０は、圧力フィードバック信号が、命令された作動を達成できることを示しているか否かを判定する。このステップを行うために、図１のコントローラ１１０は、圧力信号１０２によって監視された実際の圧力が要求圧力と等しいか又はそれを超えているかを判定する。ステップ３０８の判定が肯定であり、実際の圧力が要求圧力と等しいか又はそれを超えている場合、アクチュエータ１２及び１４の命令速度を達成できる。ステップ３０８における肯定判定に応じて、方法はステップ３０２に戻る。ステップ３０８における判定が否定であり、且つ実際の圧力が要求圧力未満である場合、アクチュエータ１２及び１４の要求速度は達成できず、方法はステップ３０９に進む。] 図１
[0033] ステップ３０９において、コントローラ１１０は、ずれ比（discrepancy ratio）を求める。ずれ比は、実際の圧力の関数を要求圧力の関数で除算することによって求められる。最も単純な形態では、ずれ比は、圧力センサ１０２によって感知された実際の圧力（バール）を要求圧力で除算することによって求められ得る。他の関数は、例えば、実際の圧力の平方根を要求圧力の平方根で除算することを含み得る。ずれ比は、０〜１の値である。例えば、感知された圧力が７バールであり、要求圧力が１０バールである場合、ずれ比は、７を１０で除算すなわち０．７である。ステップ３１０において、アクチュエータ１２及び１４の作動の速度を、ずれ比を用いて変更する。アクチュエータ速度を変更するために、命令速度のそれぞれにずれ比を乗算する。各命令速度にずれ比を乗算することによって、命令速度の関係が維持される。ステップ３１０から、プロセスはステップ３０４に戻る。]
[0034] 図４は、本発明の第２の実施形態に従って構成される油圧システム１３０を示す。図４の油圧システム１３０は、関連の機能１３６及び１３８をそれぞれ有する２つのアクチュエータ１３２及び１３４を含む。アクチュエータ１３２は、アクチュエータのヘッド側チャンバ１４６とロッド側チャンバ１４８との間の境界を画定する可動ピストン１４４を含む。同様に、アクチュエータ１３４は、アクチュエータのヘッド側チャンバ１５６とロッド側チャンバ１５８との間の境界を画定する可動ピストン１５４を含む。] 図４
[0035] 図４の油圧システム１３０は、８つの弁を含み、そのうちの４つずつが各アクチュエータ１３２及び１３４に関連付けられる。各アクチュエータの４つの弁は、２つのメータイン弁１６２及び１６４と２つのメータアウト弁１６６及び１６８とを含む。場合によっては、弁１６２及び１６４が、アクチュエータから出る流れを調節してもよく、弁１６６及び１６８が、アクチュエータに入る流れを調節してもよいが、説明を簡単にするために、アクチュエータの供給側の弁１６２及び１６４を「メータイン弁」と呼び、アクチュエータの戻り側の弁を「メータアウト弁」と呼ぶ。２つのメータイン弁は、各アクチュエータのヘッド側チャンバに入る流体の流れを制御する１つの弁１６２と、各アクチュエータのロッド側チャンバに入る流体の流れを制御する１つの弁１６４とを含む。２つのメータアウト弁は、各アクチュエータのヘッド側チャンバから出る流体の流れを制御する１つの弁１６６と、各アクチュエータのロッド側チャンバから出る流体の流れを制御する１つの弁１６８とを含む。図４の各弁１６２、１６４、１６６、及び１６８は、独立制御される比例弁である。弁を通る流体の流れを制御するために、各弁のソレノイドアクチュエータ等のアクチュエータ１７０を作動可能である。] 図４
[0036] 各アクチュエータ１３２及び１３４に関連する４つの弁１６２、１６４、１６６、及び１６８は、ポンプ１７６からアクチュエータへの流体の流れ及びアクチュエータからタンク１７８への流体の流れを制御する。例えば、アクチュエータ１３２を伸ばすためには、弁１６２及び１６８が開かれる。弁１６２を開くと、ポンプ１７６からアクチュエータ１３２のヘッド側チャンバ１４６に流体を流すことができる。アクチュエータ１３２のヘッド側チャンバ１４６に入る流体によってできる差圧は、アクチュエータのピストン１４４を図４で見て右側に押す傾向がある。ピストン１４４の右側への移動は、アクチュエータ１３２のロッド側チャンバ１４８の体積を減らしてロッド側チャンバから流体を押し出す。アクチュエータ１３２のロッド側チャンバ１４８から押し出された流体は、弁１６８を通ってタンク１７８に導かれる。同様に、アクチュエータ１３２を縮めるためには、弁１６４及び１６６が開かれる。その結果、ポンプ１７６からの流体が弁１６４を通ってアクチュエータ１３２のロッド側チャンバ１４８に導かれて、ピストン１４４を図４で見て左側に移動させ、アクチュエータ１３２のヘッド側チャンバ１４６から弁１６６を通してタンク１７８へ流体が導き出される。] 図４
[0037] 図４の油圧システム１３０は、ポンプ１７６、圧力センサ１８２、アクチュエータ負荷センサ１８４（そのうちの少なくとも１つが各アクチュエータ１３２及び１３４に関連付けられる）、オペレータ入力装置１８６、及びコントローラ１８８も含む。図４に示すポンプ１７６は、可変容量ポンプである。ポンプ１７６は、可動斜板等の容量を変えるための装置１９０を含む。圧力センサ１８２、アクチュエータ負荷センサ１８４、及びオペレータ入力装置１８６は、図１を参照して上述したものと同様である。コントローラ１８８は、圧力センサ１８２、アクチュエータ負荷センサ１８４、及びオペレータ入力装置１８６からの信号を受け取り、信号に応じて、ポンプ１７６並びに弁１６２、１６４、１６６、及び１６８に制御信号を供給する。ポンプ１７６への制御信号は、メータイン弁１６２及び１６４に圧力を与えて維持するようにポンプの容量を制御する。弁１６２、１６４、１６６、及び１６８に供給される制御信号は、弁を通ってアクチュエータ１３２及び１３４に出入りする流体の流れを制御する。コントローラ１８８は、オペレータが命令したアクチュエータ１３２及び１３４の移動及び速度を提供するようにポンプ１７６並びに弁１６２、１６４、１６６、及び１６８を制御することを試みる。] 図１ 図４
[0038] 油圧システム１３０の各アクチュエータ１３２及び１３４は、特定の負荷を受け、オペレータからの入力に応じて、特定の方向に特定の速度で移動するように命令される。各アクチュエータ１３２及び１３４は、命令に応じて移動するための圧力要求を有する。ポンプ１７６がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができる場合、アクチュエータは、オペレータによって命令される速度で駆動され得る。ポンプ１７６がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができない場合、すべてのアクチュエータの命令速度を達成することができない。すべてのアクチュエータの命令速度が達成できない場合、コントローラ１８８は、オペレータによって命令される関係を維持するためにすべてのアクチュエータの命令速度を変更する。]
[0039] 図４のコントローラ１８８は、図３を参照して前述した制御方法に従い得る。図４のポンプ１７６は、可変容量ポンプであるため、図３の制御方法のステップ３０５は、図４の油圧システム１３０に適用される場合、可能であれば要求圧力を与えるようにポンプの容量を制御することを含む。図４の油圧システム１３０の弁１６２、１６４、１６６、及び１６８は、独立制御されるため、図３の制御方法のステップ３０６は、図４の油圧システム１３０に適用される場合、単に適当な弁を通して流れを制御することから成る。] 図３ 図４
[0040] 図５は、本発明のさらに別の実施形態に従って構成される油圧システム２００を示す。図５に示す油圧システム２００も、関連の機能２０６及び２０８をそれぞれ有する２つのアクチュエータ２０２及び２０４を含む。前述の油圧システム１０及び１３０のように、図５の油圧システム２００は、３つ以上のアクチュエータを備えていてもよいが、説明を簡単にするために、２つのアクチュエータしか備えないシステムについて説明する。アクチュエータ２０２は、アクチュエータのヘッド側チャンバ２１６とロッド側チャンバ２１８との間の境界を画定する可動ピストン２１４を含む。同様に、アクチュエータ２０４は、アクチュエータのヘッド側チャンバ２２６とロッド側チャンバ２２８との間の境界を画定する可動ピストン２２４を含む。] 図５
[0041] 図５の油圧システム２００も、８つの弁を含み、そのうちの４つずつが各アクチュエータに関連付けられる。各アクチュエータに関連する４つの弁は、２つのメータイン弁２３４及び２３６と２つのメータアウト弁２３８及び２４０とを含む。先の実施形態のように、アクチュエータの供給側の弁２３４及び２３６を「メータイン弁」と呼び、アクチュエータの戻り側の弁２３８及び２４０を「メータアウト弁」と呼ぶ。] 図５
[0042] 図５の各弁２３４、２３６、２３８、及び２４０は、圧力補償弁である。各圧力補償弁は、パイロット部２４６及び圧力補償器部２４８を含む。パイロット部２４６は、弁を通る流れを調整するように制御可能であるソレノイド等のアクチュエータ２５０を含む。補償器部２４８は、パイロット部２４６にわたって所定の圧力降下を維持するように油圧機械式に移動するスプールを含む。例えば、弁のパイロット部２４６にわたる所定の圧力降下が１０バールである場合、補償器部２４８のスプールは、パイロット部２４６にわたるこの１０バールの圧力降下を維持することを試みるように移動する。図５のメータアウト弁２３８及び２４０は、圧力補償弁として図示されているが、より単純な構成を有する弁をメータアウト弁に用いてもよいことを当業者は認識すべきである。] 図５
[0043] 図５の油圧システム２００は、各メータイン弁２３４及び２３６に関連付けられる補償器位置インジケータ２５６も含む。補償器位置インジケータ２５６は、弁の補償器部２４８のスプールの位置を感知して感知した位置を示す信号を出力する。] 図５
[0044] 図５の油圧システムは、ポンプ２６０及びタンク２６２も含む。図５に示すポンプ２６０は、圧力制御ポンプである。ポンプ２６０は、ポンプの出力圧力が制御され得るように容量を変えるための制御信号に応じる、可動斜板等の装置２６４を含む。] 図５
[0045] 油圧システム２００は、図５にジョイスティックとして示すオペレータ入力装置２６８も含む。オペレータ入力装置２６８は、オペレータによる入力に応じて、オペレータが命令した種々のアクチュエータ２０２及び２０４の移動及び速度を示す命令信号を供給する。] 図５
[0046] 油圧システム２００のコントローラ２７０は、オペレータ入力装置２６８及び補償器位置インジケータ２５６からの入力信号を受け取り、アクチュエータ２０２及び２０４の作動を制御するためにポンプ２６０と弁２３４、２３６、２３８及び２４０のパイロット部２４６のアクチュエータ２５０とに制御信号を供給する。ポンプ２６０に供給される制御信号は、ポンプの圧力設定を制御し、作動されるべき弁２３４、２３６、２３８及び２４０のパイロット部２４６に供給される制御信号は、パイロット部を開いて関連のアクチュエータへの流れを可能にする。コントローラ２７０は、オペレータが命令したアクチュエータ２０２及び２０４の移動及び速度を提供するようにポンプ２６０及び弁を制御することを試みる。]
[0047] 油圧システム２００の各アクチュエータ２０２及び２０４は、特定の負荷を受け、オペレータからの入力に応じて、特定の方向に特定の速度で移動するように命令される。各アクチュエータ２０２及び２０４は、命令に応じて移動するための圧力要求を有する。ポンプ２６０がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができる場合、アクチュエータは、オペレータによって命令される速度で駆動され得る。ポンプ２６０がすべての命令されたアクチュエータの圧力要求を満たすことができない場合、すべてのアクチュエータの命令速度を達成することができない。すべてのアクチュエータの命令速度が達成できない場合、コントローラ２７０は、オペレータによって命令される関係を維持するためにすべてのアクチュエータの命令速度を変更する。]
[0048] 一例として、オペレータによる命令に応じてアクチュエータを駆動するために、アクチュエータ２０２のヘッド側チャンバ２１６の圧力が７０バールであるべきであり、アクチュエータ２０４のヘッド側チャンバ２２６の圧力が１００バールであるべきであり、ポンプ２６０によって与えられる圧力が１１０バールであると仮定する。アクチュエータ２０２の弁２３４が４０バールの圧力降下を提供することができ、アクチュエータ２０４の弁２３４が１０バールの圧力降下を提供することができる場合、アクチュエータ２０２及び２０４のオペレータが命令した速度が達成され得る。しかしながら、ポンプの容量が最大化され、例えば、アクチュエータ２０４の弁２３４が７バールの圧力降下しか提供できない場合、すべてのアクチュエータの命令速度を達成できず、コントローラ２７０は、オペレータが命令した関係を維持するためにアクチュエータ２０２及び２０４の命令速度を変更する。]
[0049] 図６は、本発明の例示的な制御方法を示し、図５の油圧システム２００を参照して説明される。図６の制御方法は、図６の方法がアクチュエータ負荷を監視するステップ（図３のステップ３０３）を含まないことを除いて、図３に記載の制御方法と同様であることに留意すべきである。図６を参照すると、方法はステップ６０１において開始し、油圧システム２００を備える機械をオンにして油圧システムに動力を供給する。ステップ６０２において、コントローラ２７０が、新たなオペレータ命令信号がオペレータ入力装置２６８から受け取られたか否かを判定する。新たなオペレータ命令信号がオペレータ入力装置２６８から受け取られなかった場合、コントローラ２７０の次のサイクルタイムでステップ６０２の判定が繰り返される。新たなオペレータ命令信号がコントローラ２７０によって受け取られた場合、方法はステップ６０３に続き、コントローラ２７０は、弁の補償器部２４８のスプールの現在の位置を示す信号に応じて、例えば、メモリに記憶されており種々の命令信号及び補償器部２４８の位置を対応の圧力要求と相関させるルックアップテーブルを参照することによって、アクチュエータ２０２及び２０４をオペレータが命令した速度で移動させるための圧力要求を求める。] 図３ 図５ 図６
[0050] ステップ６０３から、方法はステップ６０４に進み、コントローラ２７０は、命令圧力を与えるようにポンプ２６０を制御する。ステップ６０５において、コントローラ２７０は、関連のアクチュエータ２０２及び２０４に関して命令速度を達成するように弁２３４、２３６、２３８、及び２４０を制御する。弁の補償器部２４８のスプールが、それらの関連のパイロット部２４６にわたる所望の圧力降下を維持するために、それらの関連のパイロット部２４６における圧力の変化又は流れの変化に応じて位置を変え得ることを留意すべきである。ステップ６０６において、コントローラ２７０は、圧力フィードバック信号を受け取る。図５の油圧システムでは、圧力フィードバック信号は、弁２３４及び２３６の補償器部２４８のスプールの位置を示す信号である。この位置が、コントローラ２７０において以前に受け取られた位置とは異なり得ることに留意されたい。ステップ６０７において、コントローラ２７０は、圧力フィードバック信号が命令作動を達成できることを示しているか否かを判定する。ステップ６０７を行うために、図５のコントローラ２７０は、補償器位置インジケータ２５６から受け取られた各弁２３４及び２３６の補償器部２４８のスプールの指示位置を、補償器部のスプールの所望の位置と比較する。コントローラ２７０は、例えばルックアップテーブルの参照から、ポンプの命令圧力で種々のアクチュエータに関してオペレータが命令した速度を達成するための各弁の補償器部２４８のスプールの所望の位置を知る。指示位置が各アクチュエータ２０２及び２０４の各弁２３４及び２３６の所望の位置に一致する場合、ステップ６０７の判定は肯定であり、アクチュエータ２０２及び２０４の命令速度を達成できる。ステップ６０７における肯定判定に応じて、方法はステップ６０２に戻る。ステップ６０７における判定が否定であり、且つ１つ又は複数の補償器部２４８の指示位置が所望の位置に一致しない場合、アクチュエータ２０２及び２０４の命令速度は達成できず、方法はステップ６０８に進む。] 図５
[0051] ステップ６０８において、コントローラ２７０は、ずれ比を求める。図５の油圧システム２００では、ずれ比は、弁２３４又は２３６にわたる実際の圧力降下の関数をその弁における所望の圧力降下の関数で除算することによって求められる。最も単純な形態では、ずれ比は、弁の補償器部２４８のスプールの位置によって示された補償器部２４８にわたる実際の圧力降下を、弁の補償器部２４８にわたる所望の圧力降下で除算することによって求められ得る。ずれ比は、０〜１の値である。例えば、補償器部２４８にわたる所望の圧力降下が１０バールであり、補償器部２４８の感知位置が７バールの圧力降下を示している場合、ずれ比は、７バールを１０で除算すなわち０．７である。２つ以上の弁で所望の圧力降下が達成されない場合には、コントローラは、実際の圧力降下対所望の圧力降下の最小の比をずれ比として用いる。] 図５
[0052] ステップ６０９において、アクチュエータ速度が、ずれ比を用いて変更される。アクチュエータ速度を変更するために、命令速度のそれぞれにずれ比を乗算する。各命令速度にずれ比を乗算することによって、命令速度の関係が維持される。ステップ６０９から、プロセスはステップ６０３に戻り、変更された命令速度でステップが繰り返される。]
[0053] 本発明の原理、実施形態、及び動作が本明細書で詳細に説明されているが、これは、開示されている特定の説明形態に限定されると解釈されてはならない。したがって、本発明の精神又は範囲から逸脱せずに本明細書中の実施形態のさまざまな変更を行うことができることが、当業者には明らかとなるであろう。]

权利要求:

請求項1
油圧システムであってオペレータ入力装置と、作動油流源と、複数のアクチュエータと、前記アクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに少なくとも１つが関連付けられる、複数の弁と、前記オペレータ入力装置からの信号に応じて、前記アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算し、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動するように前記作動油流源及び前記弁を制御し、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できるか否かを判定するように感知パラメータを監視し、且つ前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算して該ずれ比を用いて前記アクチュエータの作動を変更する、コントローラと、を備える、油圧システム。
請求項2
前記コントローラは、各アクチュエータの命令速度に前記ずれ比を乗算して前記アクチュエータに関する変更作動速度を求め、前記アクチュエータを前記変更作動速度で駆動するように前記アクチュエータに供給すべき変更油圧を計算し、且つ前記アクチュエータを前記変更油圧で駆動するように前記作動油流源及び前記弁を制御することによって、前記ずれ比を用いて前記アクチュエータの作動を変更する、請求項１に記載の油圧システム。
請求項3
前記アクチュエータに対する負荷を判定して前記コントローラに負荷信号を供給するように各アクチュエータに少なくとも１つが関連付けられる、複数の負荷監視センサをさらに含み、前記コントローラは、前記負荷信号を用いて前記アクチュエータに供給すべき油圧を計算する、請求項１に記載の油圧システム。
請求項4
前記負荷監視センサは、前記アクチュエータのロッドに取り付けられるロードセルである、請求項３に記載の油圧システム。
請求項5
前記油圧システムは圧力センサをさらに含み、該圧力センサは、前記作動油流源と前記弁との間の実際の圧力を感知して前記コントローラに圧力信号を供給し、該圧力信号は、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できるか否かを判定するための前記感知パラメータである、請求項１に記載の油圧システム。
請求項6
前記コントローラは、前記圧力センサからの前記圧力信号を前記アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧で除算することによって、前記ずれ比を計算し、最小値が前記ずれ比である、請求項５に記載の油圧システム。
請求項7
各アクチュエータに１つの弁のみが関連付けられ、該弁は、前記作動油流源から前記アクチュエータへの流体の流れ及び該アクチュエータからタンクへの流体の流れを制御するように可動であるスプールを有する比例弁である、請求項１に記載の油圧システム。
請求項8
前記作動油流源は、固定容量油圧ポンプである、請求項７に記載の油圧システム。
請求項9
各アクチュエータに４つの弁が関連付けられ、該４つの弁は、前記アクチュエータのヘッド側チャンバに入る流れを制御する第１のメータイン弁と、前記アクチュエータのロッド側チャンバに入る流れを制御する第２のメータイン弁と、前記アクチュエータの前記ヘッド側チャンバから出る流れを制御する第１のメータアウト弁と、前記アクチュエータの前記ロッド側チャンバから出る流れを制御する第２のメータアウト弁とを備える、請求項１に記載の油圧システム。
請求項10
前記第１のメータイン弁及び前記第２のメータイン弁は、比例弁である、請求項９に記載の油圧システム。
請求項11
前記作動油流源は、可変容量油圧ポンプである、請求項１０に記載の油圧システム。
請求項12
前記第１のメータイン弁及び前記第２のメータイン弁は、圧力補償弁である、請求項９に記載の油圧システム。
請求項13
前記圧力補償弁のそれぞれは、パイロット部及び補償部を含み、圧力降下を設定するように前記コントローラによって制御される、請求項１２に記載の油圧システム。
請求項14
前記油圧システムは、前記圧力補償弁の各補償部に関連する補償器位置インジケータをさらに含み、該補償器位置インジケータは、その補償器部のスプールの位置を感知して該感知されたスプール位置を示す信号を出力し、前記感知されたスプール位置は、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できるか否かを判定するための前記感知パラメータである、請求項１３に記載の油圧システム。
請求項15
前記感知されたスプール位置は、関連の弁にわたる実際の圧力降下を示し、前記コントローラは、前記関連の弁にわたる前記実際の圧力降下を前記設定された圧力降下で除算することによって前記ずれ比を計算する、請求項１４に記載の油圧システム。
請求項16
オペレータ入力装置、作動油流源、複数のアクチュエータ、複数の弁、及びコントローラを備え、少なくとも１つの弁が前記アクチュエータに出入りする流体の流れを制御するように各アクチュエータに関連付けられる、油圧システムを制御する方法であって、前記オペレータ入力装置からの信号に応じて、前記アクチュエータのそれぞれに供給すべき油圧を計算するステップと、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動するように前記作動油流源及び前記弁を制御するステップと、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できるか否かを判定するように感知パラメータを監視するステップと、前記アクチュエータを前記計算された油圧で駆動できないという判定に応じて、ずれ比を計算するステップと、前記ずれ比を用いて前記アクチュエータの作動を変更するステップと、を含む、油圧システムを制御する方法。
請求項17
各アクチュエータの感知を行うステップと、感知された負荷を用いるステップであって前記アクチュエータに供給すべき油圧を計算する、用いるステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
請求項18
前記感知パラメータを監視するステップは、前記作動油流源と前記弁との間の実際の圧力を感知するステップを含み、前記ずれ比を計算するステップは、前記感知された実際の圧力を各アクチュエータに供給すべき前記計算された油圧で除算するステップと、最小値を前記ずれ比として用いるステップとを含む、請求項１６に記載の方法。
請求項19
前記ずれ比を用いて前記アクチュエータの作動を変更するステップは、各アクチュエータの命令速度に前記ずれ比を乗算して変更作動速度を求め、前記アクチュエータを前記変更作動速度で駆動するように前記アクチュエータのそれぞれに供給すべき変更油圧を計算し、且つ前記アクチュエータを前記変更油圧で駆動するように前記作動油流源及び前記弁を制御するステップを含む、請求項１６に記載の方法。