JP2017057926A - 油圧作業機における油圧ポンプ制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
しかるに、前記オープンセンタ型の流量制御弁を用いてネガコン圧によりポンプ流量を制御するようにしたオープンセンタ制御システムでは、センタバイパス油路から油タンクに流れるブリードオフ流量が多く、省エネの妨げになるという問題があった。
そこで、センタバイパス油路にネガコン絞りを設けないとともに、流量制御弁に形成されるブリードオフ開口面積を小さくすることでブリードオフ流量を低減する一方、ネガコン絞りが設けられていると仮想した場合の仮想ネガコン圧算出手段を設け、該仮想ネガコン圧算出手段により算出される仮想ネガコン圧によりポンプ流量を制御するようにした技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
さらに、特許文献1の流量制御弁のブリードオフ開口面積は、従来のオープンセンタ型の流量制御弁のブリードオフ開口面積よりもかなり小さく設定されており、このためブリードオフ流量が少なくなって油圧システムのダンピングが悪くなると予想されるが、特許文献1では、圧力センサで検出された油圧ポンプの吐出圧をそのまま用いて仮想ネガコン圧や仮想ブリードオフ流量を算出しているため、ハンチングが発生しやすいという問題もある。さらにまた、油圧アクチュエータ操作具の操作量が少ない段階、つまり流量制御弁の油圧アクチュエータ供給用開口が殆ど開いていない段階でブリードオフ開口面積をかなり絞っているため、操作具をステップで操作した場合や、急激に反対方向に切換える切り返し操作をした場合に、ポンプ流量に対してブリードオフ開口面積が狭すぎ、ポンプ圧が急上昇して操作性が悪くなるというという問題があり、これらに本発明の解決すべき課題がある。
請求項2の発明は、請求項1において、制御手段は、バイパスカット弁が設けられていないと仮想した場合の仮想ポンプ流量を、油圧アクチュエータ用操作具の操作信号と油圧ポンプのポンプ流量との関数テーブルを用いて、油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じて設定する一方、前記関数テーブルは、バイパスカット弁およびネガコン圧出力用バルブを非作動にした状態で、油圧アクチュエータ用操作具の操作信号を変化させたときにネガコン絞りにより発生するネガコン圧の検出値と、該ネガコン圧に対する所与のポンプ流量特性とに基づいて予め作成されることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システムである。
請求項3の発明は、請求項1または2において、制御手段は、流量制御弁のブリードオフ開口面積とバイパスカット弁の開口面積と油圧ポンプのポンプ圧とに基づいてブリードオフ低減流量を演算するとともに、該演算を行うにあたり、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段により検出されたポンプ検出圧力から油圧系固有振動数の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ポンプ検出圧力から前記抽出された周波数成分を減じた圧力を油圧ポンプのポンプ圧として用いることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システムである。
請求項4の発明は、請求項3において、制御手段は、ポンプ要求流量を求めるにあたり、前記バンドパスフィルタ処理で抽出した周波数成分を圧力フィードバックすることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システムである。
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れか一項において、制御手段は、流量制御弁に設けられる油圧アクチュエータ圧油供給用開口とバイパスカット弁の開口との開閉タイミングを調整するためのレートリミッタ処理を行い、油圧アクチュエータ圧油供給用開口を開く場合には、流量制御弁に対してバイパスカット弁を遅く作動させ、油圧アクチュエータ圧油供給用開口を閉じる場合には、流量制御弁に対してバイパスカット弁を早く作動させることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システムである。
請求項6の発明は、請求項1乃至5の何れか一項において、制御手段は、ネガコン圧出力用バルブを制御するにあたり、ネガコン圧出力用バルブの出力圧を検出する圧力検出手段により検出される実ネガコン圧をフィードバックすることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システムである。
請求項2の発明とすることにより、仮想ブリードオフ制御における油圧アクチュエータの動作を、より確実にオープンセンタ制御と同等にすることができる。
請求項3の発明とすることにより、演算されるブリードオフ低減流量の周波数変動を抑制することができて、ポンプ圧のハンチングを防止できる。
請求項4の発明とすることにより、油圧系のダンピング係数が大きくなって、ハンチングの抑制に貢献できる。
請求項5の発明とすることにより、ポンプ圧の立ち上がりが滑らかになって操作性が向上するとともに、油圧アクチュエータ用操作具をステップで操作した場合や、急激に反対方向に切換える切り返し操作をしたような場合に、油圧ポンプの吐出油が閉じ込められてポンプ圧が急上昇してしまう不具合を回避できる。
請求項6の発明とすることにより、ネガコン圧出力用バルブのヒステリシスを低減できるとともに、応答性を向上させることができる。
尚、前記左右の走行用操作具、バケット用操作具、旋回用操作具、ブーム用操作具、アーム用操作具は、操作レバーや操作ペダルであって、図示しないが、以下の説明において、油圧アクチュエータ用操作具、または単に操作具と称する場合もあり、本発明の油圧アクチュエータ用操作具に相当する。
尚、前述した左走行用、バケット用、第一速ブーム用、第二速アーム用、右走行用、旋回用、第一速アーム用、第二速ブーム用の各流量制御弁20〜27、第一、第二バイパスカット弁31L,31R、第一、第二ネガコン絞り32L、32R、第一、第二ネガコン用リリーフ弁33L、33Rは、コントロールバルブ37としてユニット化された状態で組付けられている。
ここで、前記モニタ装置54は、機体情報やカメラ情報等の各種情報を表示するディスプレイ54aを備えているとともに、画面切換えや各種設定、コントローラ50のメモリ書き換え等を行うための操作手段54b(タッチパネルや操作キー等)を備えている。
また、前記モードスイッチ52は、制御モードを切換えるためにオペレータが操作するスイッチであって、油圧ショベル1の運転室に配されている。そして、該モードスイッチ52によって、後述する『仮想ポンプ流量設定用テーブル作成モード』、『仮想ブリードオフ制御モード』、『オープンセンタ制御モード』の何れかの制御モードを任意に選択することができるようになっている。尚、本実施の形態では、モードスイッチ52はモニタ装置54とは別に設けられているが、モニタ装置54の操作手段を用いて制御モードを切換える構成にすることもできる。
まず、図4にメインルーチンのフローチャート図を示すが、メインルーチンがスタートすると、コントローラ50は、まず、ステップS1で、前記第一、第二ポンプ圧センサ39L、39R、第一、第二ネガコン圧センサ40L、40R、操作検出手段51、モードスイッチ52の信号を読み込む。次いで、ステップS2で、流量制御弁制御を実行する。該流量制御弁制御は、後述する流量制御弁制御ブロック61で行われる制御であって、操作検出手段51から入力される油圧アクチュエータ用操作具の操作信号に基づいて各流量制御弁20〜27を制御するが、その詳細については後述する。さらにコントローラ50は、ステップS3で、モードスイッチ52により選択されたモードを判定する。そして、該選択されたモードに対応する制御、つまり、『仮想ポンプ流量設定用テーブル作成モード』が選択されている場合には『仮想ポンプ流量設定用テーブル作成制御』(ステップS4)、『仮想ブリードオフ制御モード』が選択されている場合には『仮想ブリードオフ制御』(ステップS5)、『オープンセンタ制御モード』が選択されている場合には『オープンセンタ制御』(ステップS6)をそれぞれ実行する。
ここで、前記『仮想ポンプ流量設定用テーブル作成制御』は、『仮想ブリードオフ制御』で用いる「操作信号vsポンプ流量」のテーブル(該「操作信号vsポンプ流量」のテーブルは、本発明の油圧アクチュエータ用操作具の操作信号と油圧ポンプのポンプ流量との関数テーブルに相当する)を作成するための制御であって、「操作信号vsポンプ流量」のテーブルは、各油圧アクチュエータAについてそれぞれ作成される。また、『仮想ブリードオフ制御』は、第一、第二バイパスカット弁31L、31Rを作動させてブリードオフ流量(第一、第二メインポンプ13、14から第一、第二センタバイパス油路29、30を経由して油タンク16に流れる流量)を低減する一方で、オープンセンタ制御時と同等に油圧アクチュエータAを作動させるためのポンプ流量制御を行う制御である。さらに、『オープンセンタ制御』は、油圧アクチュエータ用流量制御弁20〜27のブリードオフ開口20a〜27aの通過量に応じて発生するネガコン圧に基づいてポンプ流量制御を行うための制御である。
そして、前記ステップS6−1で第一、第二バイパスカット弁31L、31Rが全開となることにより、第一、第二センタバイパス油路29、30を流れるブリードオフ流量は、全開の第一、第二バイパスカット弁31L、31Rを通過して第一、第二ネガコン絞り32L、33Rに供給される。これにより第一、第二ネガコン絞り32L、33Rの上流側には、油圧アクチュエータ用流量制御弁20〜27のブリードオフ開口20a〜27aの通過量に応じて増減するネガコン圧が発生し、該ネガコン圧が第一、第二ネガコンライン34L、34Rを経由して第一、第二シャトル弁35L、35Rの一方の入力ポート35La、35Raに入力される。一方、第一、第二シャトル弁35L、35Rの他方の入力ポート35La、35Raには第一、第二ネガコン圧出力用電磁比例弁38L、38Rの出力圧が入力されるが、該出力圧は前記ステップS6−1で最低値となるように制御されるため、前記一方の入力ポート35La、35Raから入力されるネガコン圧が第一、第二シャトル弁35L、35Rから出力されて第一、第二メインポンプ13,14の容量可変手段13a、14aに入力される。これにより第一、第二メインポンプ13、14のポンプ流量は、油圧アクチュエータ用流量制御弁20〜27のブリードオフ開口20a〜27aの通過量に応じて発生するネガコン圧により増減制御される。
而して、『オープンセンタ制御』では、油圧アクチュエータ用流量制御弁20〜27のブリードオフ開口20a〜27aの通過量に応じて発生するネガコン圧によって、第一、第二メインポンプ13、14のポンプ流量が増減制御される。この場合、何れの油圧アクチュエータ用操作具も操作されていない場合には、ブリードオフ開口20a〜27aを通過するブリードオフ流量が最大となってネガコン圧が高くなり、これによりポンプ流量が最低流量となるように制御される一方、油圧アクチュエータ用操作具が操作されると、その操作量に応じてブリードオフ開口20a〜27aを通過するブリードオフ流量が減少してネガコン圧が低くなり、これによりポンプ流量が増大するように制御されるが、この制御は、従来から汎用的に採用されている制御であるため、詳細な説明は省略する。
ここで、前記第一、第二バイパスカット弁31L、31Rは、コントローラ50から制御指令が出力されない非作動状態で全開位置Nに位置し、また、第一、第二ネガコン圧出力用電磁比例弁38L、38Rの出力圧は、コントローラ50から制御指令が出力されない非作動状態で最低圧(タンク圧)となるように構成されている。而して、第一、第二バイパスカット弁31L、31Rや第一、第二ネガコン圧出力用電磁比例弁38L、38Rに何らかの不具合が生じて作動しない場合であっても、オープンセンタ制御を行うことができるようになっている。
また、図18に示すように、全開位置Nでの第一バイパスカット31の開口面積は、中立位置の流量制御弁CVのブリードオフ開口面積よりも小さく設定されているが、第一、第二バイパスカット弁31L、31Rが全開のときには、該全開の第一、第二バイパスカット弁31L、31Rによって第一、第二センタバイパス油路29、30を流れる圧油が絞られないように設定されており、これにより、『オープンセンタ制御』では、第一、第二バイパスカット弁31L、31Rが設けられていない場合と同等のネガティブコントロール制御が行われるようになっている。
尚、図6に示すフローチャートには、一つの油圧アクチュエータ用の「操作信号vsポンプ流量」の作成手順を示したが、他の油圧アクチュエータ用の「操作信号vsポンプ流量」についても、同様の手順で順次作成される。
尚、前記各ブロック61〜66の詳細については後述するが、流量制御弁制御ブロック61の制御は、前述したメインルーチンのステップS2で行われる制御であって、『仮想ポンプ流量設定用テーブル作成制御』、『仮想ブリードオフ制御モード』、『オープンセンタ制御モード』の全ての制御において実行される。
また、第一、第二信号選択器68、70は、モードスイッチ52で設定された制御モードに基づいて信号を切換えるものであって、『オープンセンタ制御モード』および『仮想ポンプ流量設定用テーブル作成制御』が設定されている場合には、これら第一、第二信号選択器68、70によって、Min圧設定器67から出力される第一ネガコン圧出力用電磁比例弁38Lの最低圧(Min圧、タンク圧)指令値、全開設定器69から出力される第一バイパスカット弁31Lの全開指令値がそれぞれ選択され、これにより前述したステップS6−1、ステップS4−1の処理が行われる。一方、『仮想ブリードオフ制御』が選択されている場合には、第一、第二信号選択器68、70によって、ネガコン圧出力用電磁比例弁制御ブロック66からの出力値、バイパスカット弁設定ブロック64からの出力値がそれぞれ選択されるようになっている。
また、61−2はバケット操作信号51−2に基づいてバケットクローズ側電磁比例弁53−2a、バケットオープン側電磁比例弁53−2bに制御指令を出力するバケット用流量制御弁制御ブロック、61−3はブーム操作信号51−3に基づいて第一速ブーム上昇側電磁比例弁53−3a、第一速ブーム下降側電磁比例弁53−3bに制御指令を出力する第一速ブーム用流量制御弁制御ブロック、61−4はアーム操作信号51−4に基づいて第二速アームイン側電磁比例弁53−4a、第二速アームアウト側電磁比例弁53−4bに制御指令を出力する第二速アーム用流量制御弁制御ブロックであって、これらバケット用、第一速ブーム用、第二速アーム用の各流量制御弁制御ブロック61−2、61−3、61−4は、図示しないが、前記左走行用流量制御弁制御ブロック61−1と同様の各要素を備えて構成されている。
さらに、61−5は第二速アーム用制限テーブルであって、該第二速アーム用制限テーブル61−5は、ブーム上昇とアームインとの連動操作性向上のため、ブーム上昇側操作信号に基づいてアームイン操作信号を制限するためのものであって、該第二速アーム用制限テーブル61−5から出力される第二速アームイン制限信号は、Min(最小値)選択器61−6に入力される。そして、該Min選択器61−6は、上記第二速アーム用制限テーブル61−5から出力される第二速アームイン制限信号と、操作検出手段51により検出されるアームイン操作信号51−4とのうち最小値を選択し、該最小値をアームイン操作信号として前記第二速アーム用流量制御弁制御ブロック61−4に出力するようになっている。
前記各ブリードオフ開口設定ブロック62−1、62−2、62−3、62−3の構成について説明すると、左走行用ブリードオフ開口面積設定ブロック62−1は、左走行前進側電磁比例弁53−1a指令値を元に左走行用流量制御弁20のブリードオフ開口面積を求める左走行用前進側ブリードオフ開口面積テーブル62−1aと、左走行後進側電磁比例弁53−1b指令値に基づいて左走行用流量制御弁20のブリードオフ開口面積を求める左走行用後進側ブリードオフ開口面積テーブル62−1bと、これら左走行用前進側、後進用のブリードオフ開口面積テーブル62−1a、62−1bで求められたブリードオフ開口面積のうち最小値を選択するMin(最小値)選択器62−1cの各要素を備えて構成されており、Min選択器62−1cで選択された値を左走行用ブリードオフ開口面積Aptiとして出力する。
また、バケット用、第一速ブーム用、第二速アーム用のブリードオフ開口面積設定ブロック62−2、62−3、62−4は、図示しないが、前記左走行用ブリードオフ開口面積設定ブロック62−1と同様の要素を備えていて、バケット用ブリードオフ開口面積設定ブロック62−2は、バケットクローズ側電磁比例弁53−2a指令値、バケットオープン側電磁比例弁53−2b指令値に基づいてバケット用流量制御弁21のブリードオフ開口面積(バケット用ブリードオフ開口面積Apti)を求めて出力し、また、第一速ブーム用ブリードオフ開口面積設定ブロック62−3は、第一速ブーム上昇側電磁比例弁53−3a指令値、第一速ブーム下降側電磁比例弁53−3b指令値に基づいて第一速ブーム用流量制御弁22のブリードオフ開口面積(第一速ブーム用ブリードオフ開口面積Apti)を求めて出力し、また、第二速アーム用ブリードオフ開口面積設定ブロック62−4は、第二速アームイン側電磁比例弁53−4a指令値、第二速アームアウト側電磁比例弁53−4b指令値に基づいて第二速アーム用流量制御弁23のブリードオフ開口面積(第二速アーム用ブリードオフ開口面積Apti)を求めて出力する。
図10において、63−1は左走行用仮想ポンプ流量設定部、63−2はバケット用仮想ポンプ流量設定部、63−3は第一速ブーム用仮想ポンプ流量設定部、63−4は第二速アーム用仮想ポンプ流量設定部であって、これら仮想ポンプ流量設定部63−1、63−2、63−3、63−4には、前述した『仮想ポンプ流量設定用テーブル作成制御』で作成した左走行用、バケット用、ブーム用、アーム用の「操作信号vsポンプ流量」のテーブルが、仮想ポンプ流量設定用のテーブルとしてそれぞれ収納されている。そして、仮想ポンプ流量設定部63−1、63−2、63−3、63−4は、上記「操作信号vsポンプ流量」のテーブルを用いて、左走行操作信号51−1、バケット操作信号51−2、ブーム操作信号51−3、アーム操作信号51−4にそれぞれ対応するポンプ流量を求め、該ポンプ流量を仮想ポンプ流量として出力する。
また、63−5は第二速アーム用制限テーブルであって、該第二速アーム用制限テーブル63−5は、ブーム上昇とアームインとの連動操作性向上のため、ブーム上昇側操作信号に基づいてアームイン操作信号を制限するためのものであって、該第二速アーム用制限テーブルから出力される第二速アームイン制限信号は、Min(最小値)選択器63−6に入力される。そして、該Min選択器63−6は、上記第二速アーム用制限テーブル63−5から出力される第二速アームイン制限信号と、操作検出手段51により検出されるアームイン操作信号とのうち最小値を選択し、該最小値をアームイン操作信号として第二速アーム用仮想ポンプ流量テーブル63−4に出力するようになっている。
さらに、63−7はMax(最大値)選択器であって、該Max選択器63−7は、前記左走行用、バケット用、第一速ブーム用、第二速アーム用の仮想ポンプ流量設定部63−1、63−2、63−3、63−4から出力される仮想ポンプ流量のうち最大値を選択する。そして、該選択された最大値は、油圧アクチュエータAの加速、減速性を調整するために設けられたレートリミッタ63−8によりポンプ流量の増加、減少速度の調整がなされてから、仮想ポンプ流量Qvpとして仮想ポンプ流量設定ブロック63から出力される。
一方、図11において、64−1は左走行用バイパスカット開口設定ブロック、64−2はバケット用バイパスカット開口設定ブロック、64−3は第一速ブーム用バイパスカット開口設定ブロック、64−4は第二速アーム用バイパスカット開口設定ブロックであって、これら各バイパスカット開口設定ブロック64−1、64−2、64−3、64−4は、左走行操作信号51−1、バケット操作信号51−2、ブーム操作信号51−3、アーム操作信号51−4に基づいて、対応する油圧アクチュエータAが作動したときの第一バイパスカット弁31Lの開口面積を設定する。
前記各バイパスカット開口設定ブロック64−1、64−2、64−3、64−4の構成について説明すると、左走行用バイパスカット開口設定ブロック64−1は、左走行操作信号51−1のプラス側(前進側)信号を抽出する前進側操作関数テーブル64−1aと、信号の上げ・下げの応答を応答を調整するプラス側レートリミッタ64−1bと、プラス側レートリミッタ64−1bからの出力信号を元に第一バイパスカット弁31Lの開口面積を設定する左走行前進側バイパスカット弁開口面積テーブル64−1cと、左走行操作信号のマイナス側(後進側)信号を抽出するマイナス側操作関数テーブル64−1dと、信号の上げ・下げの応答を応答を調整するマイナス側レートリミッタ64−1eと、マイナス側レートリミッタ64−1eからの出力信号を元に第一バイパスカット弁31Lの開口面積を設定する左走行後進側バイパスカット弁開口面積テーブル64−1fと、上記左走行前進側バイパスカット弁開口面積テーブル64−1cの出力信号と左走行後進側バイパスカット弁開口面積テーブル64−1fの出力信号とのうち最小値を選択するMin選択器64−1gの各要素を備えて構成されており、Min選択器64−1gで選択された最小値を左走行用バイパスカット弁開口面積として出力する。
また、バケット用バイパスカット開口設定ブロック64−2、第一速ブーム用バイパスカット開口設定ブロック64−3、第二速アーム用バイパスカット開口設定ブロック64−4は、図示しないが、前記左走行用バイパスカット開口設定ブロック64−1と同様の各要素を備えて構成されており、それぞれ、バケット操作信号51−2、ブーム操作信号51−3、アーム操作信号51−4を入力して、バケット用バイパスカット弁開口面積、第一速ブーム用バイパスカット弁開口面積、第二速アーム用バイパスカット弁開口面積を出力する。
また、64−5は第二速アーム用制限テーブルであって、該第二速アーム用制限テーブル64−5は、ブーム上昇とアームインとの連動操作性向上のため、ブーム上昇側操作信号に基づいてアームイン操作信号を制限するためのものであって、該第二速アーム用制限テーブル64−5から出力される第二速アームイン制限信号は、Min(最小値)選択器64−6に入力される。そして、該Min選択器64−6は、上記第二速アーム用制限テーブルから出力される第二速アームイン制限信号と、操作検出手段51により検出されるアームイン操作信号とのうち最小値を選択し、該最小値をアームイン操作信号として第二速アーム用バイパスカット開口設定ブロック64−4に出力するようになっている。
さらに、64−7はMin選択器であって、該Min選択器64−7は、前記前記左走行用、バケット用、第一速ブーム用、第二速アーム用の各バイパスカット開口設定ブロック64−1、64−2、64−3、64−4から出力される左走行用、バケット用、第一速ブーム用、第二速アーム用のバイパスカット弁開口面積のうち最小値を選択する。そして、該選択された最小値は、バイパスカット弁開口面積Abcとしてバイパスカット弁設定ブロック64から出力されるとともに、バイパスカット弁指令値テーブル64−8に入力され、該バイパスカット弁指令値テーブル64−8においてバイパスカット弁指令値に変換されて、バイパスカット弁設定ブロック64から出力される。そして、前述したようにモードスイッチ52により『仮想ブリードオフ制御モード』が選択されている場合には、上記バイパスカット弁設定ブロック64からの出力値が第二信号選択器70により選択されて、第一バイパスカット弁31Lを制御する。
そして、仮想ブリードオフ制御システムでは、バイパスカット弁BCでセンタバイパス油路SBを操作具操作量が少ない段階で閉じてブリードオフ流量を削減する一方で、オープンセンタ制御システムと同等に油圧アクチュエータを動作させるために、以下の計算ステップ(1)〜(3)でポンプ流量を求める。
(1)流量制御弁のブリードオフ開口面積(等価ブリードオフ開口面積Aept)とネガコン絞り開口面積Ancとポンプ圧Ppとから、図16に示すオープンセンタ制御システムのブリードオフ流量を、バイパスカット弁BCが設けられていないと仮想した場合の仮想ブリードオフ流量として求める。
(2)流量制御弁のブリードオフ開口面積(等価ブリードオフ開口面積Aept)とネガコン絞り開口面積Ancとバイパスカット弁開口面積Abcとポンプ圧Ppとから、図17に示す仮想ブリードオフ制御システムのブリードオフ流量を、実ブリードオフ流量として求める。
(3)オープンセンタ制御システムと同等に油圧アクチュエータを動作させるために必要な仮想ブリードオフ制御システム時のポンプ流量(ポンプ要求流量)を、下記の式(式1)を用いて求める。
ポンプ要求流量=仮想ポンプ流量−ブリードオフ低減流量・・・(式1)
尚、(式1)の仮想ポンプ流量は、バイパスカット弁BCが設けられていないと仮想した場合のポンプ流量、つまりオープンセンタ制御システム時のポンプ流量である。そして、該仮想ポンプ流量は、前述した仮想ポンプ流量設定ブロック63から出力される仮想ポンプ流量Qvpを用いることができる。また、ブリードオフ低減流量は、上記(1)で求めた仮想ブリードオフ流量(オープンセンタ制御システム時のブリードオフ流量)と、(2)で求めた実ブリードオフ流量(仮想ブリードオフ制御システム時のブリードオフ流量)との差分(仮想ブリードオフ流量−実ブリードオフ流量)である。
そして、前記(1)、(2)、(3)のステップの計算は、後述するポンプ流量制御ブロック65において行われる。
図12において、65−1は等価ブリードオフ開口面積演算ブロックであって、該等価プリードオフ開口面積演算ブロック65−1は、下記の式(数1)を用いて、直列に接続された左走行用、バケット用、第一速ブーム用、第二速アーム用のブリードオフ開口面積Aptiから等価ブリードオフ開口面積Aeptを求める。
と、前記仮想センタバイパス開口面積演算ブロック65−3で求めた仮想センタバイパス開口面積Avptとから、下記の式(数3)を用いて、第一バイパスカット弁31Lがある場合の第一センタパイパス通路29の開口面積Aapt(実センタバイパス開口面積Aapt)を求める。
一方、65−6はバンドパスフィルタであって、該バンドパスフィルタ65−6は、第一ポンプ圧センサ39Lにより検出される第一メインポンプ圧力信号39L−1から油圧系固有振動数の周波数成分を抽出する。そして、第二減算器65−7で、第一メインポンプ圧力信号39L−1から上記バンドパスフィルタ65−6で抽出された油圧系固有振動数の周波数成分を減じて、平滑化された安定したポンプ圧信号Ppにする。
さらに、平方根演算器65−8で、前記第二減算器65−7で求めた平滑化されたポンプ圧Ppの平方根を求め、該平方根にゲイン65−9で係数Cqを乗じる。さらに、第一乗算器65−10で、前記第一減算器65−5から出力された面積(Avpt−Aapt)とゲイン65−9の出力値とを乗じて、仮想ブリードオフ流量Qvboを求める。上記第一減算器65−5、平方根演算器65−8、ゲイン65−9、第一乗算器65−10の処理は、下記の式(数4)で表される。
さらに、65−11は第三減算器であって、該第三減算器65−11で、仮想ポンプ流量設定ブロック63から出力される仮想ポンプ流量Qvpから、前記第一乗算器65−10で求めた仮想ブリードオフ流量Qvboを引いて、ポンプ要求流量Qrqを求める。
一方、前記バンドパスフィルタ65−6で抽出された油圧系固有振動数の周波数成分は、フィードバックゲイン65−12で圧力フィードバックゲインKpを乗じる。また、65−13はゲイン補償器であって、該ゲイン補償器65−13は、前記等価ブリードオフ開口面積演算ブロック65−1から出力される等価ブリードオフ開口面積Aeptを元にゲイン補償係数を出力するものであり、図20に示すように、等価ブリードオフ開口面積Aeptが全閉のとき、および流量制御弁20〜23が全て中立位置で等価ブリードオフ開口面積Aeptが全開のときは、圧力フィードバックが不要であるのでゲイン補償係数はゼロに設定している。そして、第二乗算器65−14で、前記フィードバックゲイン65−12の出力値にゲイン補償器65−13の出力値を乗じる。さらに、第四減算器65−15で、前記第二乗算器65−14の出力値を、前記第三減算器65−11で求めたポンプ要求流量Qrqに圧力フィードバックして、ポンプ流量指令値Qpcdを設定する。さらに、所与のポンプ流量・ネガコン圧特性に基づいて作成されたネガコン圧指令テーブル65−16で、ポンプ流量指令値Qpcdをネガコン圧指令値に変換し、該ネガコン圧指令値がポンプ流量制御ブロック65から出力される。
図13において、66−1は所与のネガコン圧指令値とネガコン圧出力用電磁比例弁指令値との関係が示された電磁比例弁特性テーブルであって、該電磁比例弁特性テーブル66−1を用いてネガコン圧指令値からネガコン圧出力用電磁比例弁指令値を求める。
さらに、減算器66−2で、ネガコン圧指令に対して第一ネガコン圧センサ40Lにより検出される実ネガコン圧をフィードバックし、制御器66−3でPID制御等の制御演算を行う。そして、加算器66−4で、前記電磁比例弁特性テーブル66−1の出力値と制御器66−3の出力値とを加算し、該加算値を第一ネガコン圧出力用電磁比例弁38L指令としてネガコン圧出力用電磁比例弁制御ブロック66から出力する。そして、前述したようにモードスイッチ52により『仮想ブリードオフ制御モード』が選択されている場合には、上記ネガコン圧出力用電磁比例弁制御ブロック66からの出力値が第一信号選択器68により選択されて、第一ネガコン圧出力用電磁比例弁38Lを制御する。
図14において、71−1は減算器、71−2は減算器71−1の出力を制限するリミッタ、71−3はリセット機能付き積分器である。リミッタ71−2のプラス側制限値を大きくすると出力が速く立ち上がり、小さくすると立ち上がりが遅くなる。また、リミッタ71−2のマイナス側制限値を小さくすると出力が速く中立に戻り、大きくすると中立への戻りが遅くなる。リセット機能付き積分器71−3は、反対側の信号が立ち上がると積分がリセットされる。例えば、アームイン操作から急激にアームアウト操作をしたとき、アーム操作信号がアウト側に立ち上がるとアームイン側の信号が強制的にゼロにされ、迅速に切り返しできるようにしている。尚、ポンプ流量は逆方向の信号がないので、仮想ポンプ流量設定ブロック63に用いられるレートリミッタ処理器63−8の積分器には、リセット機能は不要である。
図15の下図において、点線はレートリミット処理を行わない場合、実線はレートリミット処理を行った場合を示す。レートリミット処理を行わない場合は、油圧アクチュエータ用操作具をステップ状に操作した場合に、流量制御弁CVのPC開口(油圧アクチュエータAへの圧油供給用開口)が十分に開かないうちに第一バイパスカット弁31Lが閉まる。また、操作具を中立位置に戻したときにPC開口がほとんど閉まった時点で第一バイパスカット弁31Lが開く。このため、第一メインポンプ13の吐出油が閉じ込められ、ポンプ圧が急上昇してメインリリーフ弁47が噴く不具合が生じる。
そこで、流量制御弁CVのPC開口と第一バイパスカット弁31Lの開閉タイミングを調整するレートリミッタ処理を行う。つまり、操作具を中立位置側からフル操作側に操作する場合(PC開口を開く場合)には、流量制御弁CVに対して第一バイパスカット弁31Lを遅く作動させる一方、操作具をフル操作側から中立位置側に操作する場合(PC開口を閉じる場合)には、流量制御弁CVに対して第一バイパスカット弁31Lを速く作動させる(図15では、PC開口を閉じる場合、流量制御弁CVも第一バイパスカット弁31Lもレートリミッタ処理しない場合よりも遅く作動させているが、第一バイパスカット弁31Lの方が遅くなる度合いが小さく、これにより、相対的に流量制御弁CVに対して第一バイパスカット弁31Lを速く作動させている)ように、レートリミッタ処理する。このようなレートリミッタ処理を行うと、操作具をステップ状に操作しても、流量制御弁CVのPC開口面積が十分に開いた状態で第一バイパスカット弁31Lが閉まる。また、操作具を中立位置に戻したときに第一バイバスカット弁31Lが十分に開いた状態でPC開口が閉まり、これにより、第一メインポンプ13の吐出油が閉じ込められてポンプ圧が急上昇する不具合を確実に解消できる。
また、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、各種油圧作業機の油圧ポンプ制御に実施できることは勿論である。
13、14 第一、第二メインポンプ
13a、14a 第一、第二メインポンプの容量可変手段
16 油タンク
20〜27 流量制御弁
20a〜27a 流量制御弁のブリードオフ開口
29、30 第一、第二センタバイパス油路
31L、31R 第一、第二バイパスカット弁
32L、32R 第一、第二ネガコン絞り
35L、35R 第一、第二シャトル弁
38L、38R 第一、第二ネガコン圧出力用電磁比例弁
39L、39R 第一、第二ポンプ圧センサ
40L、40R 第一、第二ネガコン圧センサ
50 コントローラ
64−1b、64−1e、71 レートリミッタ
65−6 バンドパスフィルタ
Claims (6)
- 可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポンプから圧油供給される油圧アクチュエータと、中立位置でポンプ流量を油タンクに流すブリードオフ開口を有するとともに油圧アクチュエータ用操作具の操作に基づいて油圧ポンプから油圧アクチュエータへの供給流量を制御するオープンセンタ型の流量制御弁と、油圧ポンプから流量制御弁のブリードオフ開口を経由して油タンクに至るセンタバイパス油路と、ブリードオフ開口の下流側のセンタバイパス油路に配されてネガコン圧を発生するネガコン絞りとを備えた油圧作業機の油圧回路において、
前記ネガコン絞りの上流側に配され、非作動時にはセンタバイパス油路を全開し、作動時にはセンタバイパス油路を閉じるバイパスカット弁と、油圧ポンプの可変容量手段にネガコン圧を出力するべく作動するネガコン圧出力用バルブと、前記バイパスカット弁およびネガコン圧出力用バルブの作動を制御する制御手段と、ネガコン圧出力用バルブの非作動時にはネガコン絞りにより発生するネガコン圧を油圧ポンプの容量可変手段に導き、ネガコン圧出力用バルブの作動時にはネガコン圧出力用バルブから出力されるネガコン圧を油圧ポンプの容量可変手段に導くネガコン圧導入手段とを設けるとともに、
前記制御手段は、
油圧アクチュエータ用操作具の操作に基づきバイパスカット弁を作動させてセンタバイパス油路から油タンクに流れるブリードオフ流量を低減する一方、該バイパスカット弁の作動時に、バイパスカット弁が設けられていないと仮想した場合の仮想ブリードオフ流量とバイパスカット弁が作動した場合の実ブリードオフ流量との差分をブリードオフ低減流量として求めるとともに、バイパスカット弁が設けられていないと仮想した場合の仮想ポンプ流量から前記ブリードオフ低減流量を減じてポンプ要求流量を求め、油圧ポンプの吐出流量を該ポンプ要求流量にするべくネガコン圧出力用バルブを作動させる仮想ブリードオフ制御を行うことを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システム。 - 請求項1において、制御手段は、バイパスカット弁が設けられていないと仮想した場合の仮想ポンプ流量を、油圧アクチュエータ用操作具の操作信号と油圧ポンプのポンプ流量との関数テーブルを用いて、油圧アクチュエータ用操作具の操作量に応じて設定する一方、前記関数テーブルは、バイパスカット弁およびネガコン圧出力用バルブを非作動にした状態で、油圧アクチュエータ用操作具の操作信号を変化させたときにネガコン絞りにより発生するネガコン圧の検出値と、該ネガコン圧に対する所与のポンプ流量特性とに基づいて予め作成されることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システム。
- 請求項1または2において、制御手段は、流量制御弁のブリードオフ開口面積とバイパスカット弁の開口面積と油圧ポンプのポンプ圧とに基づいてブリードオフ低減流量を演算するとともに、該演算を行うにあたり、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段により検出されたポンプ検出圧力から油圧系固有振動数の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行い、ポンプ検出圧力から前記抽出された周波数成分を減じた圧力を油圧ポンプのポンプ圧として用いることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システム。
- 請求項3において、制御手段は、ポンプ要求流量を求めるにあたり、前記バンドパスフィルタ処理で抽出した周波数成分を圧力フィードバックすることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システム。
- 請求項1乃至4の何れか一項において、制御手段は、流量制御弁に設けられる油圧アクチュエータ圧油供給用開口とバイパスカット弁の開口との開閉タイミングを調整するためのレートリミッタ処理を行い、油圧アクチュエータ圧油供給用開口を開く場合には、流量制御弁に対してバイパスカット弁を遅く作動させ、油圧アクチュエータ圧油供給用開口を閉じる場合には、流量制御弁に対してバイパスカット弁を早く作動させることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システム。
- 請求項1乃至5の何れか一項において、制御手段は、ネガコン圧出力用バルブを制御するにあたり、ネガコン圧出力用バルブの出力圧を検出する圧力検出手段により検出される実ネガコン圧をフィードバックすることを特徴とする油圧作業機における油圧ポンプ制御システム。
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