JP2807751B2 - 油圧ポンプの吐出流量制御装置及び方法 - Google Patents
油圧ポンプの吐出流量制御装置及び方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、掘削機制御装置及び方
法に関するもので、特に原動機(engin)によって駆動さ
れる油圧ポンプ(hydraulic pump)を備えた、油圧機械か
ら作業負荷に応じて要求される流量を正確に吐出できる
ようにする吐出流量制御装置及び方法に関するものであ
る。
法に関するもので、特に原動機(engin)によって駆動さ
れる油圧ポンプ(hydraulic pump)を備えた、油圧機械か
ら作業負荷に応じて要求される流量を正確に吐出できる
ようにする吐出流量制御装置及び方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】掘削機(excavator)ローダ(loader)、ド
ーザ(dozer)又は油圧式クレーン(hydraulic crane)等の
如き建設重装備は、1つのエンジンに2、3個の油圧ポ
ンプを連結させてこれらを回転させることにより得られ
る流体動力(hydraulic power)を利用して油圧シリン
ダ、油圧モーター等の如き油圧作動機(actuator)等を作
動させて各種の建設作業を行うことができるようにする
油圧機械である。
ーザ(dozer)又は油圧式クレーン(hydraulic crane)等の
如き建設重装備は、1つのエンジンに2、3個の油圧ポ
ンプを連結させてこれらを回転させることにより得られ
る流体動力(hydraulic power)を利用して油圧シリン
ダ、油圧モーター等の如き油圧作動機(actuator)等を作
動させて各種の建設作業を行うことができるようにする
油圧機械である。
【0003】最近のマイクロプロセッサー(microproces
sor)等の如き高性能電子制御回路の集積化技術と工程制
御技術の発達に力を得て油圧機械、特に建設重装備のメ
カトロニクス(mechatronics)化が行われるに伴って装備
の自動化が活発に推進されている。
sor)等の如き高性能電子制御回路の集積化技術と工程制
御技術の発達に力を得て油圧機械、特に建設重装備のメ
カトロニクス(mechatronics)化が行われるに伴って装備
の自動化が活発に推進されている。
【0004】建設重装備製作技術において実現された自
動化技術水準に対して代表的な建設重装備中の1つであ
る掘削機の場合を例として挙げれば、整地作業や単純掘
削作業の反復作業等を自動に行うことができる程度の技
術水準に止っているのが実情であるが、将来の展望とし
ては装備の自動化は急速に推進されることであろう。
動化技術水準に対して代表的な建設重装備中の1つであ
る掘削機の場合を例として挙げれば、整地作業や単純掘
削作業の反復作業等を自動に行うことができる程度の技
術水準に止っているのが実情であるが、将来の展望とし
ては装備の自動化は急速に推進されることであろう。
【0005】掘削機の如き建設装備の自動化において、
基本的に要求される技術は正確な位置制御技術である
が、これに劣らず不必要な流量の損失を防ぎエネルギー
の無駄を最小化させる技術もまた切実に要求されてい
る。
基本的に要求される技術は正確な位置制御技術である
が、これに劣らず不必要な流量の損失を防ぎエネルギー
の無駄を最小化させる技術もまた切実に要求されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】装備の正確な位置制御
と装備の使用効率を高めるための技術として現在用いら
れている典型的な技術は、可変容量形油圧ポンプ(varia
ble delibery pump)から任意の掘削作業に最も適合な量
の作動油が吐出され得るようにするために、ポンプ内の
斜板(swash plate)の傾転角を感知する感知手段を設
け、該感知手段を通じて読み入れた傾転角データと運転
者による要求流量とを比べてその誤差を補正する方式で
ある。
と装備の使用効率を高めるための技術として現在用いら
れている典型的な技術は、可変容量形油圧ポンプ(varia
ble delibery pump)から任意の掘削作業に最も適合な量
の作動油が吐出され得るようにするために、ポンプ内の
斜板(swash plate)の傾転角を感知する感知手段を設
け、該感知手段を通じて読み入れた傾転角データと運転
者による要求流量とを比べてその誤差を補正する方式で
ある。
【0007】図1に従来の掘削システムの構成を概略的
に図示した。通常的な掘削機の電子制御式掘削システム
は図1に図示した如く、動力源として作用するエンジン
1、上記エンジン1の駆動力によってそれぞれ駆動され
る2つの可変容量形ポンプ2、3、パイロット圧力を発
生させるために定量の作動油を吐出させる補助油圧ポン
プ4、上記可変容量形ポンプ2、3の各斜板を動かして
上記各ポンプ等の吐出流量を制御するポンプレギュレー
タ5、6、上記補助油圧ポンプ4から提供される流量を
受け入れて各入力電気信号に比例するパイロット圧力を
発生させ上記ポンプレギュレータ5、6に提供するポン
プ用電磁比例弁7、8、上記ポンプ2、3、の吐出流量
によって作動される少なくとも1つ以上の油圧作動機
9、10、11、入力パイロット圧力によって動くスプ
ールの位置変化に応じて上記油圧作動機9、10、11
から提供される作動油の流れ方向及び量を調節する流量
調節弁12、及び上記入力電気信号に比例するパイロッ
ト圧力を発生させ上記流量調節弁12に提供する弁制御
電磁比例弁13からなる。
に図示した。通常的な掘削機の電子制御式掘削システム
は図1に図示した如く、動力源として作用するエンジン
1、上記エンジン1の駆動力によってそれぞれ駆動され
る2つの可変容量形ポンプ2、3、パイロット圧力を発
生させるために定量の作動油を吐出させる補助油圧ポン
プ4、上記可変容量形ポンプ2、3の各斜板を動かして
上記各ポンプ等の吐出流量を制御するポンプレギュレー
タ5、6、上記補助油圧ポンプ4から提供される流量を
受け入れて各入力電気信号に比例するパイロット圧力を
発生させ上記ポンプレギュレータ5、6に提供するポン
プ用電磁比例弁7、8、上記ポンプ2、3、の吐出流量
によって作動される少なくとも1つ以上の油圧作動機
9、10、11、入力パイロット圧力によって動くスプ
ールの位置変化に応じて上記油圧作動機9、10、11
から提供される作動油の流れ方向及び量を調節する流量
調節弁12、及び上記入力電気信号に比例するパイロッ
ト圧力を発生させ上記流量調節弁12に提供する弁制御
電磁比例弁13からなる。
【0008】しかし、上記の如く構成された従来の掘削
システムにおいては、上記電磁比例弁のヒステリシス特
性に因り必然的に誤差が発生されるし、上記油圧ポンプ
においても吐出流量に対するポンプ効率の誤差に因り吐
出量の正確な制御が困難となる。
システムにおいては、上記電磁比例弁のヒステリシス特
性に因り必然的に誤差が発生されるし、上記油圧ポンプ
においても吐出流量に対するポンプ効率の誤差に因り吐
出量の正確な制御が困難となる。
【0009】従って、上記従来の方式においては、単に
斜板の傾転角を調節してポンプの吐出量を制御するた
め、要求流量と吐出流量の間に必然的に誤差が発生する
ようになり、掘削機の精密な自動制御が行われないとい
った問題点がある。
斜板の傾転角を調節してポンプの吐出量を制御するた
め、要求流量と吐出流量の間に必然的に誤差が発生する
ようになり、掘削機の精密な自動制御が行われないとい
った問題点がある。
【0010】本発明の目的は、任意の作業のため油圧機
械の各油圧作動機が作動されるのに必要な作動油の総量
とポンプの吐出流量間の差異を最小化させるためのポン
プの吐出流量制御システムを提供するものである。
械の各油圧作動機が作動されるのに必要な作動油の総量
とポンプの吐出流量間の差異を最小化させるためのポン
プの吐出流量制御システムを提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の第1態様によれ
ば、動力源として作用するエンジン、上記エンジンの駆
動力によってそれぞれ駆動される少なくとも1つ以上の
可変容量形油圧ポンプ、パイロット圧力を発生させるた
めに定量の作動油を吐出させる補助油圧ポンプ、上記可
変容量形油圧ポンプの各斜板を動かして上記各可変容量
形油圧ポンプ等の吐出流量を制御するポンプレギュレー
タ、上記補助油圧ポンプから提供される流量を受け入れ
て各入力電気信号に比例するパイロット圧力を発生させ
て上記ポンプレギュレータに提供するポンプ用電磁比例
弁、上記可変容量形油圧ポンプの吐出流量によって作動
される少なくとも1つの油圧作動機、入力パイロット圧
力により動くスプールの位置変化によって上記油圧作動
機から提供される作動油の流れ方向及び量を制御する流
量調節弁及び上記入力電気信号に比例するパイロット圧
力を発生させて上記流量調節弁に提供する弁制御用電磁
比例弁を含む掘削機制御システムにおいて、上記エンジ
ンの時間当りの回転数を検出するための手段、上記レギ
ュレータによって作動される上記可変容量形油圧ポンプ
等の上記斜板の傾転角を検出するための手段、上記各油
圧作動機の作動量を検出するための手段、負荷の圧力を
検出するための手段、及び上記各手段によって検出され
る検出値に基づいて、上記可変容量形油圧ポンプの要求
流量と実際吐出流量間の流量偏差と上記可変容量形油圧
ポンプの要求流量と上記可変容量形油圧ポンプの吐出流
量として上記油圧作動機に提供された流量間の流量偏差
間の相対的な大きさに従って上記可変容量形油圧ポンプ
の吐出量を補正する電磁制御手段を含む油圧ポンプの吐
出流量制御装置が提供される。
ば、動力源として作用するエンジン、上記エンジンの駆
動力によってそれぞれ駆動される少なくとも1つ以上の
可変容量形油圧ポンプ、パイロット圧力を発生させるた
めに定量の作動油を吐出させる補助油圧ポンプ、上記可
変容量形油圧ポンプの各斜板を動かして上記各可変容量
形油圧ポンプ等の吐出流量を制御するポンプレギュレー
タ、上記補助油圧ポンプから提供される流量を受け入れ
て各入力電気信号に比例するパイロット圧力を発生させ
て上記ポンプレギュレータに提供するポンプ用電磁比例
弁、上記可変容量形油圧ポンプの吐出流量によって作動
される少なくとも1つの油圧作動機、入力パイロット圧
力により動くスプールの位置変化によって上記油圧作動
機から提供される作動油の流れ方向及び量を制御する流
量調節弁及び上記入力電気信号に比例するパイロット圧
力を発生させて上記流量調節弁に提供する弁制御用電磁
比例弁を含む掘削機制御システムにおいて、上記エンジ
ンの時間当りの回転数を検出するための手段、上記レギ
ュレータによって作動される上記可変容量形油圧ポンプ
等の上記斜板の傾転角を検出するための手段、上記各油
圧作動機の作動量を検出するための手段、負荷の圧力を
検出するための手段、及び上記各手段によって検出され
る検出値に基づいて、上記可変容量形油圧ポンプの要求
流量と実際吐出流量間の流量偏差と上記可変容量形油圧
ポンプの要求流量と上記可変容量形油圧ポンプの吐出流
量として上記油圧作動機に提供された流量間の流量偏差
間の相対的な大きさに従って上記可変容量形油圧ポンプ
の吐出量を補正する電磁制御手段を含む油圧ポンプの吐
出流量制御装置が提供される。
【0012】本発明の第2態様によれば、油圧機械にお
いて、任意の作業のため少なくとも1つ以上の油圧作動
機を正確に動かして所定の動作が誤差なく行われるよう
に油圧ポンプの吐出流量を制御する方法において:上記
作業遂行に要求される位置に上記油圧作動機を動かすた
めの操作データから上記油圧作動機の要求流量を計算し
た後、上記油圧ポンプに作用する負荷圧力に応じて上記
油圧ポンプの吐出可能流量を計算するステップ:上記所
定の動作のため上記油圧ポンプが吐出すべきものと要求
される要求流量を計算し、エンジンの回転数と上記油圧
ポンプの斜板の傾転角及び上記油圧作動機の作動量を読
み入れるステップ:上記回転数と上記傾転角及び上記作
動量から上記油圧ポンプの実際吐出流量を計算した後、
上記油圧ポンプから上記油圧作動機に実際に提供された
作動流量を計算するステップ:上記油圧ポンプの上記要
求流量と、上記実際吐出流量間のポンプ流量偏差と上記
要求流量と上記作動流量間の作動機流量偏差をそれぞれ
求めるステップ:上記ポンプ流量偏差と上記作動機流量
偏差間の相対的な大きさに従って上記動作を行うのに最
も適合な流量である上記油圧ポンプの目標吐出流量を計
算し、これを電圧信号に変換して出力するステップを含
む油圧ポンプの吐出流量制御方法が提供される。
いて、任意の作業のため少なくとも1つ以上の油圧作動
機を正確に動かして所定の動作が誤差なく行われるよう
に油圧ポンプの吐出流量を制御する方法において:上記
作業遂行に要求される位置に上記油圧作動機を動かすた
めの操作データから上記油圧作動機の要求流量を計算し
た後、上記油圧ポンプに作用する負荷圧力に応じて上記
油圧ポンプの吐出可能流量を計算するステップ:上記所
定の動作のため上記油圧ポンプが吐出すべきものと要求
される要求流量を計算し、エンジンの回転数と上記油圧
ポンプの斜板の傾転角及び上記油圧作動機の作動量を読
み入れるステップ:上記回転数と上記傾転角及び上記作
動量から上記油圧ポンプの実際吐出流量を計算した後、
上記油圧ポンプから上記油圧作動機に実際に提供された
作動流量を計算するステップ:上記油圧ポンプの上記要
求流量と、上記実際吐出流量間のポンプ流量偏差と上記
要求流量と上記作動流量間の作動機流量偏差をそれぞれ
求めるステップ:上記ポンプ流量偏差と上記作動機流量
偏差間の相対的な大きさに従って上記動作を行うのに最
も適合な流量である上記油圧ポンプの目標吐出流量を計
算し、これを電圧信号に変換して出力するステップを含
む油圧ポンプの吐出流量制御方法が提供される。
【0013】
【実施例】以下、添付の図面等を参照しながら本発明の
好ましい実施例を説明する。
好ましい実施例を説明する。
【0014】本実施例では、本発明に対する説明を簡略
化し、本発明をより容易に理解できるようにするため
に、油圧建設重装備の最も典型的な例の中の1つである
掘削機システムに本発明を適用する場合を挙げて詳細に
説明する。
化し、本発明をより容易に理解できるようにするため
に、油圧建設重装備の最も典型的な例の中の1つである
掘削機システムに本発明を適用する場合を挙げて詳細に
説明する。
【0015】本実施例を説明するに当って、前述の図1
と同一な構成部分は同一の符号を付与し、これに対する
反復された説明は省略してある。
と同一な構成部分は同一の符号を付与し、これに対する
反復された説明は省略してある。
【0016】図2は、本実施例による油圧掘削システム
の構成を簡略に示したブロック図である。
の構成を簡略に示したブロック図である。
【0017】本実施例の掘削機システムは、図2に図示
される如く、所定の時間の間、エンジン1の回転する回
転数(又はエンジン1の回転速度)を検出する回転数検
出部14(又は、回転速度検出部)と、ポンプレギュレ
ータ5、6の作動によってそれぞれ動く可変容量形の油
圧2、3傾板傾転角の斜度を検出する傾転角検出部1
5、16と各油圧作動機9、10、11の作動量(各関
節の角度)を検出する作動量検出部17、18、19と
負荷圧力検出部20、21及び、上記の構成要素等の作
動と関連された総合的な制御を管掌するマイクロプロセ
ッサー(又は、マイクロコンピューター)が内蔵された
電子制御部22を追加して含む。
される如く、所定の時間の間、エンジン1の回転する回
転数(又はエンジン1の回転速度)を検出する回転数検
出部14(又は、回転速度検出部)と、ポンプレギュレ
ータ5、6の作動によってそれぞれ動く可変容量形の油
圧2、3傾板傾転角の斜度を検出する傾転角検出部1
5、16と各油圧作動機9、10、11の作動量(各関
節の角度)を検出する作動量検出部17、18、19と
負荷圧力検出部20、21及び、上記の構成要素等の作
動と関連された総合的な制御を管掌するマイクロプロセ
ッサー(又は、マイクロコンピューター)が内蔵された
電子制御部22を追加して含む。
【0018】以上の如く構成される掘削機システムの基
本的な作動について簡単に説明すると次のとおりであ
る。
本的な作動について簡単に説明すると次のとおりであ
る。
【0019】エンジン1が稼働された後、運動者の操作
による操作信号等が入力要求データとして電子制御部2
2内のCPU(central processing unit:図示されてい
ない)に入力されるが、別途の方法〔例えば整地作業の
自動返復遂行のために上記制御部22内の記憶装置(図
示されていない)に貯蔵されている入力要求データがC
PUに入力される〕によって入力要求値が入力されれ
ば、電子制御部22内のCPUは入力要求値から各関節
と関連された油圧作動機〔掘削機の場合、ブームシリン
ダ(boom cylinder)、ディッパーシリンダ(bucket cylin
der)、バケットシリンダ(bucket cylinder)等〕等のそ
れぞれの要求流量を演算し、これを根拠に油圧ポンプ
2、3の吐出可能流量を演算する。
による操作信号等が入力要求データとして電子制御部2
2内のCPU(central processing unit:図示されてい
ない)に入力されるが、別途の方法〔例えば整地作業の
自動返復遂行のために上記制御部22内の記憶装置(図
示されていない)に貯蔵されている入力要求データがC
PUに入力される〕によって入力要求値が入力されれ
ば、電子制御部22内のCPUは入力要求値から各関節
と関連された油圧作動機〔掘削機の場合、ブームシリン
ダ(boom cylinder)、ディッパーシリンダ(bucket cylin
der)、バケットシリンダ(bucket cylinder)等〕等のそ
れぞれの要求流量を演算し、これを根拠に油圧ポンプ
2、3の吐出可能流量を演算する。
【0020】ポンプの吐出可能流量に対する演算が完了
すれば、制御部22は得られた演算値程の流量を油圧ポ
ンプ2、3が吐出できるようにするために、上記演算値
に相応する制御信号(所定の電気信号)等をポンプ用電
磁比例弁7、8にそれぞれ提供する。
すれば、制御部22は得られた演算値程の流量を油圧ポ
ンプ2、3が吐出できるようにするために、上記演算値
に相応する制御信号(所定の電気信号)等をポンプ用電
磁比例弁7、8にそれぞれ提供する。
【0021】その結果、ポンプ用電磁比例弁7、8から
それぞれ提供されるパイロット圧力によって作動される
ポンプレギュレータ5、6が、油圧ポンプ2、3の斜板
傾転角を調節するようになることにより、油圧ポンプ
2、3から制御部22が求めた演算値に該当する量の作
動油圧ポンプが吐出されるようになる。
それぞれ提供されるパイロット圧力によって作動される
ポンプレギュレータ5、6が、油圧ポンプ2、3の斜板
傾転角を調節するようになることにより、油圧ポンプ
2、3から制御部22が求めた演算値に該当する量の作
動油圧ポンプが吐出されるようになる。
【0022】このとき、傾転角検出部15、16を通じ
て制御部22は、自身の制御によって動くようになった
斜板の実際移動角度(実際斜板傾転角度)を検出すると
共に、回転検出部14からエンジン1の回転数を読み入
れて油圧ポンプ2、3の実際吐出流量を演算する。
て制御部22は、自身の制御によって動くようになった
斜板の実際移動角度(実際斜板傾転角度)を検出すると
共に、回転検出部14からエンジン1の回転数を読み入
れて油圧ポンプ2、3の実際吐出流量を演算する。
【0023】なお、上記制御部22は、作動量検出部1
7、18、19を通じて油圧作動機9、10、11をそ
れぞれの実際作動量を読み入れ、これを流量に換算す
る。
7、18、19を通じて油圧作動機9、10、11をそ
れぞれの実際作動量を読み入れ、これを流量に換算す
る。
【0024】このようにして、油圧ポンプ2、3の実際
吐出流量と、実際に油圧作動機9、10、11の作動の
ため所要された実際作動流量とを求めた制御部22は、
2つの流量等の差を求め、その差異を補償した制御信号
等を出力するようになる。
吐出流量と、実際に油圧作動機9、10、11の作動の
ため所要された実際作動流量とを求めた制御部22は、
2つの流量等の差を求め、その差異を補償した制御信号
等を出力するようになる。
【0025】一方、制御部22は、任意の作業を行おう
とする運転者の操作に応じて入力される操作信号等に該
当する油圧作動機の流量値を、流量調節弁12の作動を
制御するための弁用電磁比例弁13に提供すべき出力電
気信号(弁制御信号)として換算し、上記弁用電磁比例
弁13に提供する。
とする運転者の操作に応じて入力される操作信号等に該
当する油圧作動機の流量値を、流量調節弁12の作動を
制御するための弁用電磁比例弁13に提供すべき出力電
気信号(弁制御信号)として換算し、上記弁用電磁比例
弁13に提供する。
【0026】これに従って、上記弁用電磁比例弁13か
ら提供されるパイロット圧力によって流量制御弁12内
の各弁のスプールが動くようになることにより、上記油
圧ポンプ2、3から吐出された流量が各油圧作動機9、
10、11にそれぞれ提供されて作業が行われる。
ら提供されるパイロット圧力によって流量制御弁12内
の各弁のスプールが動くようになることにより、上記油
圧ポンプ2、3から吐出された流量が各油圧作動機9、
10、11にそれぞれ提供されて作業が行われる。
【0027】図3は前述の制御部22の構成を表わし、
図4は上記制御部22の制御プロセスを順次に説明した
流れ図である。
図4は上記制御部22の制御プロセスを順次に説明した
流れ図である。
【0028】先ず、図3を参照しながら前述の制御部2
2の構成を考察すれば、マイクロプロセッサーからなる
中央処理装置(以下”CPU”という)31と、検出手
段15〜21及び操作手段23から提供されるアナログ
信号をディジタル信号に変換するA/D(Analog to Dig
ital)変換部32と、該A/D変換部32の出力データ
信号等の中、1つのデータ信号を選んで出力するマルチ
プレクサー33と、エンジン1の回転数に相応する数の
パルスを発生させる回転数検出手段14の出力パルスを
計数する回転数カウンタ34と、上記CPU31が遂行
すべき制御プログラムが貯蔵されているROM35及び
RAM36と、弁用電磁比例弁13とポンプ用電磁比例
弁7、8の作動を制御するためにディジタル信号をアナ
ログ信号に変換するD/A変換部37、39と、これら
D/A変換部37、39の出力信号を増幅して上記弁用
電磁比例弁13及びポンプ用電磁比例弁7、8にそれぞ
れ提供する増幅部38、40から構成される。
2の構成を考察すれば、マイクロプロセッサーからなる
中央処理装置(以下”CPU”という)31と、検出手
段15〜21及び操作手段23から提供されるアナログ
信号をディジタル信号に変換するA/D(Analog to Dig
ital)変換部32と、該A/D変換部32の出力データ
信号等の中、1つのデータ信号を選んで出力するマルチ
プレクサー33と、エンジン1の回転数に相応する数の
パルスを発生させる回転数検出手段14の出力パルスを
計数する回転数カウンタ34と、上記CPU31が遂行
すべき制御プログラムが貯蔵されているROM35及び
RAM36と、弁用電磁比例弁13とポンプ用電磁比例
弁7、8の作動を制御するためにディジタル信号をアナ
ログ信号に変換するD/A変換部37、39と、これら
D/A変換部37、39の出力信号を増幅して上記弁用
電磁比例弁13及びポンプ用電磁比例弁7、8にそれぞ
れ提供する増幅部38、40から構成される。
【0029】装備が稼働されれば、ROM35に貯蔵さ
れたプログラムによってCPU31が制御機能を遂行す
るようになるが、上記CPU31は、A/D変換部32
を制御して斜板の傾転角検出手段15、16と、作動量
検出手段17、18、19から提供されるアナログ信号
をディジタル信号に変換してRAMに貯蔵させる。
れたプログラムによってCPU31が制御機能を遂行す
るようになるが、上記CPU31は、A/D変換部32
を制御して斜板の傾転角検出手段15、16と、作動量
検出手段17、18、19から提供されるアナログ信号
をディジタル信号に変換してRAMに貯蔵させる。
【0030】また、CPU31は、回転数カウンタ34
を制御してエンジン1の回転数に比例する数のパルスを
発生させる回転数検出手段14から提供される上記パル
スの個数を計数して上記RAMに貯蔵させる。
を制御してエンジン1の回転数に比例する数のパルスを
発生させる回転数検出手段14から提供される上記パル
スの個数を計数して上記RAMに貯蔵させる。
【0031】一方、既に前で説明された如く、制御部2
2は電磁比例弁等を制御するための制御電気信号等を出
力するが、これに先立ち、制御部22内のCPU31は
RAM36に貯蔵されたデータを用いて出力データを計
算した後、D/A変換部37及び39にそれぞれ所定の
ディジタル出力データ信号を提供する。
2は電磁比例弁等を制御するための制御電気信号等を出
力するが、これに先立ち、制御部22内のCPU31は
RAM36に貯蔵されたデータを用いて出力データを計
算した後、D/A変換部37及び39にそれぞれ所定の
ディジタル出力データ信号を提供する。
【0032】D/A変換部37、39に提供されたディ
ジタル信号は、アナログ電流信号に変換され、増幅部3
8、40に提供されて増幅された後、それぞれの電磁比
例弁に提供される。
ジタル信号は、アナログ電流信号に変換され、増幅部3
8、40に提供されて増幅された後、それぞれの電磁比
例弁に提供される。
【0033】この様な過程を図4の流れ図を参照しなが
らより具体的に説明すれば、次の通りである。
らより具体的に説明すれば、次の通りである。
【0034】先ず、任意の作業を行うにおいて、要求さ
れる角度に各関節を動かすための油圧作動機9、10、
11の要求流量91、92、93を計算する(ステップ
41)。
れる角度に各関節を動かすための油圧作動機9、10、
11の要求流量91、92、93を計算する(ステップ
41)。
【0035】このとき、運転者が装備を手動にして操作
する場合には、操作手段23の出力をA/D変換手段3
2及びマルチプレクサー33を通じて受け入れた後、油
圧作動機9、10、11の要求流量91、92、93を
計算し、自動反復作業が行われる場合には、各関節が目
標位置に到達するのに必要な各関節の作動速度を求め
て、これを各油圧作動機9、10、11の要求流量9
1、92、93として換算する。
する場合には、操作手段23の出力をA/D変換手段3
2及びマルチプレクサー33を通じて受け入れた後、油
圧作動機9、10、11の要求流量91、92、93を
計算し、自動反復作業が行われる場合には、各関節が目
標位置に到達するのに必要な各関節の作動速度を求め
て、これを各油圧作動機9、10、11の要求流量9
1、92、93として換算する。
【0036】油圧作動機の要求流量に対する換算が完了
すれば、油圧の大きさに比例して出力電圧が増加される
ようになっている圧力検出手段20、21を通じて油圧
ポンプ2、3に作用する負荷圧力P1、P2を検出し、
A/D変換部32及びマルチプレクサー33を通じて読
み入れた後、油圧ポンプ2、3の出力特性(図6参
照)、即ち、原動機(エンジン)の出力の大きさによっ
て決定されるポンプの出力特性線図(第1線図ないし第
3線図)における負荷圧力によって、ポンプの吐出可能
流量Qmax1、Qmax2を演算する(ステップ4
2)。
すれば、油圧の大きさに比例して出力電圧が増加される
ようになっている圧力検出手段20、21を通じて油圧
ポンプ2、3に作用する負荷圧力P1、P2を検出し、
A/D変換部32及びマルチプレクサー33を通じて読
み入れた後、油圧ポンプ2、3の出力特性(図6参
照)、即ち、原動機(エンジン)の出力の大きさによっ
て決定されるポンプの出力特性線図(第1線図ないし第
3線図)における負荷圧力によって、ポンプの吐出可能
流量Qmax1、Qmax2を演算する(ステップ4
2)。
【0037】それぞれの油圧作動機9、10、11は、
油圧ポンプ2と3のうち、どのポンプから作動油の供給
を受けるべきであるか予め決定されているが、この決定
に従って、各油圧ポンプ2、3の要求流量Qr1、Qr
2を計算する(ステップ43)。
油圧ポンプ2と3のうち、どのポンプから作動油の供給
を受けるべきであるか予め決定されているが、この決定
に従って、各油圧ポンプ2、3の要求流量Qr1、Qr
2を計算する(ステップ43)。
【0038】このとき、各油圧ポンプ2、3のQr1、
Qr2は、どの油圧作動機9、10、11が作動される
べきであるかの点と、油圧ポンプ2、3の吐出可能流
量、及び油圧ポンプ2、3から各油圧作動機9、10、
11に流れることになる作動油の量を調節する各流量調
節弁の内部構造とによって決定されるが、これらと関連
されたデータは流量分配テーブルに記録されている。
Qr2は、どの油圧作動機9、10、11が作動される
べきであるかの点と、油圧ポンプ2、3の吐出可能流
量、及び油圧ポンプ2、3から各油圧作動機9、10、
11に流れることになる作動油の量を調節する各流量調
節弁の内部構造とによって決定されるが、これらと関連
されたデータは流量分配テーブルに記録されている。
【0039】例えば、油圧作動機9、10、11の全て
に流量が要求される場合にはバケットシリンダ9とブー
ムシリンダ11の要求流量qibk、qibmは、第1
油圧ポンプ2から出力され、ディッパースティックシリ
ンダ10の要求流量qidsは第2油圧ポンプ3から出
力されるように流量分配テーブルに予め作成されてい
る。
に流量が要求される場合にはバケットシリンダ9とブー
ムシリンダ11の要求流量qibk、qibmは、第1
油圧ポンプ2から出力され、ディッパースティックシリ
ンダ10の要求流量qidsは第2油圧ポンプ3から出
力されるように流量分配テーブルに予め作成されてい
る。
【0040】次いで、傾転角検出手段15、16を通じ
て検出した各油圧ポンプ2、3内の斜板の傾転角α1,
α2を、A/D変換部32を通じて読み入れ、マグネチ
ックピックアップ(Magnetic Pick-up)センサを採用した
回転数検出手段14から提供される所定の時間当りのエ
ンジンの回転数に相応する個数のパルスを回転数カウン
タ34が計数するようにし、該回転数カウンタ34から
エンジン1の回転数Neを読み入れると共に、角度の大
きさに応じて出力電圧値の変わるポテンションメータ(P
otentiometer)等から構成される作動量検出手段17、
18、19によって検出される各関節相対角度θ1、θ
2、θ3をA/D変換部32を通じて読み入れる(ステ
ップ44)。
て検出した各油圧ポンプ2、3内の斜板の傾転角α1,
α2を、A/D変換部32を通じて読み入れ、マグネチ
ックピックアップ(Magnetic Pick-up)センサを採用した
回転数検出手段14から提供される所定の時間当りのエ
ンジンの回転数に相応する個数のパルスを回転数カウン
タ34が計数するようにし、該回転数カウンタ34から
エンジン1の回転数Neを読み入れると共に、角度の大
きさに応じて出力電圧値の変わるポテンションメータ(P
otentiometer)等から構成される作動量検出手段17、
18、19によって検出される各関節相対角度θ1、θ
2、θ3をA/D変換部32を通じて読み入れる(ステ
ップ44)。
【0041】エンジン1の回転数Ne、斜板傾転角α
1、α2、関節角度θ1、θ2、θ3をそれぞれ読み入
れた後、上記斜板の傾転角α1、α2から各油圧ポンプ
2、3の吐出容積De1、De2を求め、これにエンジ
ン1の回転数Neを乗じて各油圧ポンプ2、3の実際吐
出流量Qe1、Qe2を演算する(ステップ45)。
1、α2、関節角度θ1、θ2、θ3をそれぞれ読み入
れた後、上記斜板の傾転角α1、α2から各油圧ポンプ
2、3の吐出容積De1、De2を求め、これにエンジ
ン1の回転数Neを乗じて各油圧ポンプ2、3の実際吐
出流量Qe1、Qe2を演算する(ステップ45)。
【0042】図5a及び図5bは、ポンプ用電磁比例弁
7、8のそれぞれに加えられる電流i1、i2と、ポン
プ用電磁比例弁7、8から油圧ポンプ2、3に加えられ
るパイロット圧力及び各2、3から実際に吐出される流
量(以下、ポンプの実際吐出流量という)との関係を示
したものであって、一定の負荷圧力においてエンジン1
の回転数Neを一定にする場合を示したものである。こ
れらの図面に図示された如く、実際に構成要素等の固有
特性(例を挙げれば、電磁比例弁のヒステリシス現象、
システムの応答速度)に伴う流量の偏差が少ないことが
わかる。
7、8のそれぞれに加えられる電流i1、i2と、ポン
プ用電磁比例弁7、8から油圧ポンプ2、3に加えられ
るパイロット圧力及び各2、3から実際に吐出される流
量(以下、ポンプの実際吐出流量という)との関係を示
したものであって、一定の負荷圧力においてエンジン1
の回転数Neを一定にする場合を示したものである。こ
れらの図面に図示された如く、実際に構成要素等の固有
特性(例を挙げれば、電磁比例弁のヒステリシス現象、
システムの応答速度)に伴う流量の偏差が少ないことが
わかる。
【0043】このような流量偏差を勘案して油圧ポンプ
の実際吐出流量Qe1、Qe2を演算すれば、その誤差
を減らすことができるようになる。
の実際吐出流量Qe1、Qe2を演算すれば、その誤差
を減らすことができるようになる。
【0044】各油圧ポンプ2、3の実際吐出流量のQe
1、Qe2に対する演算が完了された後、各油圧作動機
9、10、11に実際に作用した作動流量Qa1、Qa
2を求める(ステップ46)。
1、Qe2に対する演算が完了された後、各油圧作動機
9、10、11に実際に作用した作動流量Qa1、Qa
2を求める(ステップ46)。
【0045】油圧ポンプ2、3の作動流量Qa1、Qa
2を計算する過程について詳細に説明すれば次の通りで
ある。
2を計算する過程について詳細に説明すれば次の通りで
ある。
【0046】作動装置等、即ちブーム、バケット、ディ
ッパースティック等は、各油圧作動機9、10、11と
リンク(link)によって連結され、各作業装置等相互間
も、またリンクによってそれぞれ連結される構造をなし
ているため、各油圧作動機9、10、11とそれぞれ連
結される各作業装置間の相対角度θ1、θ2、θ3を一
定の周期で読み入れて各作業装置の各速度θ’1、θ’
2、θ’3を演算し、これらを基にして各油圧作動機
9、10、11の作動量(油圧シリンダの場合はシリン
ダのストローク)を演算する。
ッパースティック等は、各油圧作動機9、10、11と
リンク(link)によって連結され、各作業装置等相互間
も、またリンクによってそれぞれ連結される構造をなし
ているため、各油圧作動機9、10、11とそれぞれ連
結される各作業装置間の相対角度θ1、θ2、θ3を一
定の周期で読み入れて各作業装置の各速度θ’1、θ’
2、θ’3を演算し、これらを基にして各油圧作動機
9、10、11の作動量(油圧シリンダの場合はシリン
ダのストローク)を演算する。
【0047】次に各油圧作動機9、10、11の上記作
動量に基づいた各油圧作動機9、10、11の線速度
d’1、d’2、d’3に、各各油圧作動機9、10、
11の体積を乗じて、それらそれぞれの実際に作用した
油圧ポンプの作動流量Qa1、Qa2を求める。
動量に基づいた各油圧作動機9、10、11の線速度
d’1、d’2、d’3に、各各油圧作動機9、10、
11の体積を乗じて、それらそれぞれの実際に作用した
油圧ポンプの作動流量Qa1、Qa2を求める。
【0048】油圧作動機9、10、11が前述の実施例
における如く、油圧シリンダである場合には、各作業装
置間の相対速度を検出せず、シリンダのストロークを直
接検出する方法を適用することもできる。
における如く、油圧シリンダである場合には、各作業装
置間の相対速度を検出せず、シリンダのストロークを直
接検出する方法を適用することもできる。
【0049】勿論、油圧作業機が油圧モータである場合
には各速度θ’1、θ’2、θ’3をそのまま活用す
る。
には各速度θ’1、θ’2、θ’3をそのまま活用す
る。
【0050】その後、ステップ43において説明された
流量分配テーブルに基づいて各油圧作動機9、10、1
1に実際に作用した油圧ポンプ2、3の流量Qa1、Q
a2(以下、”関節作動流量”という)を演算する。
流量分配テーブルに基づいて各油圧作動機9、10、1
1に実際に作用した油圧ポンプ2、3の流量Qa1、Q
a2(以下、”関節作動流量”という)を演算する。
【0051】例えば、各油圧ポンプ2、3が独立的に用
いられる場合、ブームシリンダ、ディッパースティック
シリンダ、バケットシリンダが作動される時、関節作動
流量Qa1、Qa2は次の通りである。
いられる場合、ブームシリンダ、ディッパースティック
シリンダ、バケットシリンダが作動される時、関節作動
流量Qa1、Qa2は次の通りである。
【0052】Qa1=qa1(バケットシリンダ流量)
+qa3(ブームシリンダ流量) Qa2=qa2(ディッパースティックシリンダの流
量) そして、各油圧ポンプ2、3の吐出流量が合流される場
合、即ちブームとバケットの複合作動時、油圧作動機の
作動流量Qa1、Qa2は次の2つに分れる。
+qa3(ブームシリンダ流量) Qa2=qa2(ディッパースティックシリンダの流
量) そして、各油圧ポンプ2、3の吐出流量が合流される場
合、即ちブームとバケットの複合作動時、油圧作動機の
作動流量Qa1、Qa2は次の2つに分れる。
【0053】(イ)作動流量の和が第1ポンプ2の吐出
流量より小さい場合、 Qa1=qa1(バケットシリンダ流量)+qa3(ブ
ームシリンダ流量) Qa2=0 (ロ)作動流量の和が第1ポンプ2の吐出流量より大き
い場合、 Qa1=Qmax1 Qa2=qa1(バケットシリンダ流量)+qa3(ブ
ームシリンダ流量) −Qmax1 次いで、ステップ43において、演算された油圧ポンプ
2、3の要求流量Qr1、Qr3と実際吐出流量Qa
1、Qa2間の流量偏差(以下、ポンプ流量偏差とい
う)dQe1、dQe2を演算すると共に、油圧ポンプ
2、3の上記要求流量Qr1、Qr2と油圧ポンプ2、
3の吐出流量として油圧作動機に提供された流量Qa
1、Qa2間の流量偏差(以下、作動機流量偏差とい
う)dQa1、dQa2を演算する(ステップ47)。
流量より小さい場合、 Qa1=qa1(バケットシリンダ流量)+qa3(ブ
ームシリンダ流量) Qa2=0 (ロ)作動流量の和が第1ポンプ2の吐出流量より大き
い場合、 Qa1=Qmax1 Qa2=qa1(バケットシリンダ流量)+qa3(ブ
ームシリンダ流量) −Qmax1 次いで、ステップ43において、演算された油圧ポンプ
2、3の要求流量Qr1、Qr3と実際吐出流量Qa
1、Qa2間の流量偏差(以下、ポンプ流量偏差とい
う)dQe1、dQe2を演算すると共に、油圧ポンプ
2、3の上記要求流量Qr1、Qr2と油圧ポンプ2、
3の吐出流量として油圧作動機に提供された流量Qa
1、Qa2間の流量偏差(以下、作動機流量偏差とい
う)dQa1、dQa2を演算する(ステップ47)。
【0054】dQe1=Qr1−Qe1、 dQe2=
Qr2−Qe1 dQa1=Qr1−Qa1、 dQe2=Qr2−Qa
1 上記のステップ47から求めたポンプ流量偏差(dQe
1、dQe2)と作動機流量偏差(dQa1、dQa
2)との相対大きさによって決定される次の式によっ
て、各油圧ポンプ2、3の目標吐出流量(Qo1、Qo
2)が計算される(ステップ48)。
Qr2−Qe1 dQa1=Qr1−Qa1、 dQe2=Qr2−Qa
1 上記のステップ47から求めたポンプ流量偏差(dQe
1、dQe2)と作動機流量偏差(dQa1、dQa
2)との相対大きさによって決定される次の式によっ
て、各油圧ポンプ2、3の目標吐出流量(Qo1、Qo
2)が計算される(ステップ48)。
【0055】 Qo=(Ppe+Pia)xdQe+(Ppa+Pia)xdQa =dQoe+dQoa+Qo_1 ここで、Ppe及びPpaは比例ゲインであり、Pie
及びPiaは積分ゲイン、dQoe及びdQoaは任意
の制御サイクルの間の油圧ポンプ2、3及び油圧作動機
9、10、11それぞれの補正流量、Qo_1は前述の
制御サイクルにおける油圧ポンプ2、3の目標吐出流量
である。
及びPiaは積分ゲイン、dQoe及びdQoaは任意
の制御サイクルの間の油圧ポンプ2、3及び油圧作動機
9、10、11それぞれの補正流量、Qo_1は前述の
制御サイクルにおける油圧ポンプ2、3の目標吐出流量
である。
【0056】本実施例では制御ゲインとして比例積分ゲ
インを用いたが、これに限らず比例ゲイン、微分ゲイン
及び積分ゲインを組み合わせて用いることもできる。
インを用いたが、これに限らず比例ゲイン、微分ゲイン
及び積分ゲインを組み合わせて用いることもできる。
【0057】次いで、演算された補正出力流量を最終目
標吐出流量として、該値を該当油圧ポンプから出力でき
るように出力電圧に変えて、制御部22のD/A変換部
39を経て増幅部40に出力するようにすれば、増幅部
40は電圧信号を電流値に変換、増幅し、ポンプ用電磁
比例弁7、8を駆動させる。
標吐出流量として、該値を該当油圧ポンプから出力でき
るように出力電圧に変えて、制御部22のD/A変換部
39を経て増幅部40に出力するようにすれば、増幅部
40は電圧信号を電流値に変換、増幅し、ポンプ用電磁
比例弁7、8を駆動させる。
【0058】これによって、ポンプ用電磁比例弁7、8
が上記増幅部40から提供される電流信号に応答して、
補助流圧ポンプ4からポンプレギュレータに伝達される
パイロット圧力を変換させ、油圧ポンプ2、3内の斜板
の傾転角を調節することにより、油圧ポンプ2、3の吐
出量を補正して、各油圧作動機に目標吐出量を出力し、
望む作業を行えるようにする(ステップ49)。
が上記増幅部40から提供される電流信号に応答して、
補助流圧ポンプ4からポンプレギュレータに伝達される
パイロット圧力を変換させ、油圧ポンプ2、3内の斜板
の傾転角を調節することにより、油圧ポンプ2、3の吐
出量を補正して、各油圧作動機に目標吐出量を出力し、
望む作業を行えるようにする(ステップ49)。
【0059】
【発明の効果】以上において説明された本発明によれ
ば、望む作業のために必要な正確な流量を、油圧ポンプ
が吐出して、油圧作動機の関節作動に必要な流量を確保
することにより、自動作業時の作動誤差を相当に減少さ
せ、作業の追従性を向上させ、その結果望む作業を正確
に行うことができるようになる。
ば、望む作業のために必要な正確な流量を、油圧ポンプ
が吐出して、油圧作動機の関節作動に必要な流量を確保
することにより、自動作業時の作動誤差を相当に減少さ
せ、作業の追従性を向上させ、その結果望む作業を正確
に行うことができるようになる。
【0060】
【図1】従来の掘削機システムの概略構成図である。
【図2】本発明による吐出流量制御システムが作用され
た掘削機システムの概略構成図である。
た掘削機システムの概略構成図である。
【図3】図2に示された制御部の詳細構成図である。
【図4】図2に示された制御部の制御方法を説明するた
めの流れ図である。
めの流れ図である。
【図5】a、bは本発明の実施例に採用された電磁比例
弁及び油圧ポンプの入出力特性をそれぞれ示したグラフ
である。
弁及び油圧ポンプの入出力特性をそれぞれ示したグラフ
である。
【図6】油圧ポンプの出力特性を示すグラフである。
1 エンジン 2、3 可変容量形油圧ポンプ 4 補助油圧ポンプ 5、6 ポンプレギュレータ 7、8 ポンプ用電磁比例弁 9、10、11 油圧作動機 12 流量調節弁 13 弁用電磁比例弁部 14 回転数検出部 15、16 斜板傾転角検出部 17、18、19 作動量検出部 20、21 負荷圧力検出部 22 制御部 23 操作部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E02F 9/22 F04B 1/24 F04B 49/00 341 F15B 11/00
Claims (3)
- 【請求項1】 動力源として作用するエンジン、上記エ
ンジンの駆動力によってそれぞれ駆動される少なくとも
1つ以上の可変容量形油圧ポンプ、パイロット圧力を発
生させるために定量の作動油を吐出させる補助油圧ポン
プ、上記可変容量形油圧ポンプの各斜板を動かして上記
各可変容量形油圧ポンプ等の吐出流量を制御するポンプ
レギュレータ、上記補助油圧ポンプから提供される流量
を受け入れて各入力電気信号に比例するパイロット圧力
を発生させて上記ポンプレギュレータに提供するポンプ
用電磁比例弁、上記可変容量形油圧ポンプの吐出流量に
よって作動される少なくとも1つの油圧作動機、入力パ
イロット圧力により動くスプールの位置変化によって上
記油圧作動機から提供される作動油の流れ方向及び量を
制御する流量調節弁及び上記入力電気信号に比例するパ
イロット圧力を発生させて上記流量調節弁に提供する弁
制御用電磁比例弁を含む掘削機制御システムにおいて、
上記エンジンの時間当りの回転数を検出するための手
段、上記レギュレータによって作動される上記可変容量
形油圧ポンプ等の上記斜板の傾転角を検出するための手
段、上記各油圧作動機の作動量を検出するための手段、
負荷の圧力を検出するための手段、及び上記各手段によ
って検出される検出値に基づいて、上記可変容量形油圧
ポンプの要求流量と実際吐出流量間の流量偏差と上記可
変容量形油圧ポンプの要求流量と上記可変容量形油圧ポ
ンプの吐出流量として上記油圧作動機に提供された流量
間の流量偏差間の相対的な大きさに従って上記可変容量
形油圧ポンプの吐出量を補正する電磁制御手段を含む油
圧ポンプの吐出流量制御装置。 - 【請求項2】 上記電磁制御手段が、 マイクロプロセッサーの如き中央処理装置: 上記傾転角の検出手段、上記油圧作動機の上記作動量検
出手段、上記負荷圧力検出手段及び操作手段から提供さ
れるアナログ信号をデジタル信号に変換させるためのア
ナログ/デジタル変換手段: 上記アナログ/デジタル変換手段の出力データ信号等の
うち、1つのデータ信号を選んで出力するためのマルチ
プレクサー手段: 上記エンジンの回転数に相当する数のパルスを発生させ
る上記回転数検出手段の出力パルスを計数するための回
転数カウント手段: 上記中央処理装置が行うべき制御プログラムを貯蔵する
貯蔵手段: 上記弁制御用電磁比例弁と上記ポンプ用電磁比例弁の作
動を制御するためにデジタル信号をアナログ信号に変換
させるためのデジタル/アナログ変換手段:及び上記デ
ジタル/アナログ変換手段の出力信号を増幅して上記弁
制御用電磁比例弁と上記ポンプ用電磁比例弁に提供する
ための増幅手段: を含む請求項1記載の油圧ポンプの吐出流量制御装置。 - 【請求項3】 油圧機械において、任意の作業のため、
少なくとも1つ以上の油圧作動機を正確に動かして所定
の動作が誤差なしに行えるように油圧ポンプの吐出量を
制御する方法において: 上記作業遂行に要求される位置に上記油圧作動機を動か
すための操作データから上記油圧作動機の要求流量を計
算した後、上記油圧ポンプに作用する負荷圧力に応じて
上記油圧ポンプの吐出可能流量を計算するステップ: 上記所定の動作のため上記油圧ポンプが吐出すべきもの
と要求される要求流量を計算し、エンジンの回転数と上
記油圧ポンプの斜板の傾転角及び上記油圧作動機の作動
量を読み入れるステップ: 上記回転数と上記傾転角及び上記作動量から上記油圧ポ
ンプの実際吐出流量を計算した後、上記油圧ポンプから
上記油圧作動機に実際に提供された作動流量を計算する
ステップ: 上記油圧ポンプの上記要求流量と上記実際吐出流量間の
ポンプ流量偏差と、上記要求流量と、上記作動流量間の
作動機流量偏差をそれぞれ求めるステップ: 上記ポンプ流量偏差と作動機流量偏差間の相対的な大き
さに従って上記動作を行うのに最も適合な流量である上
記油圧ポンプの目標吐出流量を計算し、これを電気信号
に変換して出力するステップを含む油圧ポンプの吐出流
量制御方法。
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