JP4651907B2 - 流体システムの不感帯を制御する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に流体システム、より詳細には、流体システムの不感帯を制御する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業機械に設置された流体制御装置が、操作者が流体システムを制御することを可能にする操作者インタフェースと、操作者の入力に応答して機械の作業器具を制御する油圧回路とを含む。操作者インタフェースは、操作者入力を受け取るように適合されたジョイスティックを含み、適当な入力信号を発生させて、流体システムを制御することができる。制御装置が入力信号を受け取り、適当な弁コマンドを決定する。弁コマンドは弁アセンブリまたは制御弁に送り、これによりポンプからアクチュエータへの流量が制御される。弁アセンブリはパイロット弁と、主弁とを含むことができる。
【０００３】
作業機械の一器具が、器具の位置に関連する連結位置を有する連結を介して１つまたは複数のアクチュエータに接続される。例えば、履帯式トラクターにおいて、ブレードの動きがいくつかの方向に制御される。ブレードは、トラクター本体上の連結点を中心にＣフレームを旋回させることによって、上下されることができる。ブレードは、Ｃフレームに対してブレード上の連結点を旋回させることによって、適当な位置に据えられることができる。
【０００４】
制御装置は、操作者入力信号、および関連する油圧回路信号、例えば、エンジン速度センサーから受け取られた信号に応答して、弁コマンドを決定する。そして弁コマンド信号は適当な弁アセンブリに送られる。いくつかの機械において、弁コマンド信号は、弁アセンブリ内に配置されたパイロット弁のソレノイドに送られることができる。その場合は、ソレノイドは付勢され、パイロット弁内の弁スプールを制御して、弁コマンド信号に応答して適当な位置を実現する。そしてパイロット弁は、主弁または主弁内のスプールを所望の位置に動かすために、パイロット圧力を主弁に応答可能なように供給する。そのときに、主弁は流体がアクチュエータへ供給されることを可能にする。
【０００５】
流体制御装置において、ジョイスティックの中立位置から制御されるアクチュエータの最初の運動が生ずる位置への運動に関連する不感帯が有る。この不感帯は第１の運動不感帯と呼ばれることがある。不感帯は、アクチュエータの運動を開始させるために適当な量の流量をアクチュエータに供給するために必要とされる弁位置の変化にある程度関連することができる。
【０００６】
アクチュエータの反応が、アクチュエータに供給される流体の圧力および流量にある程度依存することができる。そしてまた、流体の圧力および流量は主弁の位置、エンジン速度、およびポンプの変位にある程度依存することができる。
【０００７】
第１の運動不感帯は、関連するアクチュエータ、例えば、シリンダーが流体圧力によって動く前に主弁ステムが動く必要がある量を表わす。第１の運動不感帯はまた、ジョイスティックの最初の位置からアクチュエータの最初の運動が生ずる位置へのジョイスティックの運動に対応する。第１の運動不感帯に対応するジョイスティックの運動量が、操作者の仕様に適合するようにプログラムされることができる。この運動量は所定のエンジン速度、ポンプの変位、および負荷に対してほぼ不変である。しかし、ポンプのエンジン速度が、例えば、高アイドリング速度から低アイドリング速度へと下げる場合は、高アイドリング速度における同じジョイスティックコマンドが、低アイドリング速度においてアクチュエータの同じ応答を生じないだろう。したがって、例えば、エンジン速度が下がるにつれて、十分な流量をアクチュエータに供給して、高アイドリング状態と同じアクチュエータの応答を達成するために、ジョイスティックコマンドを増やす必要があるだろう。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５，７８４，９４５号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
いくつかの従来の流体システムが、いくつかの負荷によって誘起される動作状態を含む、不感帯の不一致を生ずることがある、これらの種々の因子を明らかにする。例えば、クローン他による米国特許（特許文献１参照）が、負荷の所望速度および負荷特性、例えば、重量を決定する、所望速度マネージャーおよび負荷応答素子を有する装置を開示する。所望速度および負荷特性は弁変換曲線を決定するために使用され、そしてこの負荷で動作するアクチュエータに対して流量を制御する弁の動作を制御するために使用される。
【００１０】
しかし、他の動作状態、例えば、連結位置もまた第１の運動不感帯の変動を生ずることがある。第１の運動不感帯の変動は不一致の操作者インタフェースを結果として生じることがあり、これは操作者の効率を低下させる。その上、そのような変動は機械の動作に誤差を引き起こすことがある。
【００１１】
本発明は、上記に示した問題のうちの１つまたはそれ以上を解決することに向けられている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の例示的実施形態が流体システムを制御する方法を提供する。本システムはエンジンによって駆動されるポンプを有する油圧回路を含むことがあり、そこではポンプは流体を弁アセンブリを通してアクチュエータに供給する。本方法は、操作者入力を受け取る工程と、油圧回路の状態を決定する工程とを含むことができる。油圧回路の状態は、アクチュエータへの流体流量、エンジン速度、およびポンプ変位のうちの少なくとも１つを含むことができる。本方法は、油圧回路の状態およびアクチュエータに関連する連結の位置の関数として弁変換関数を決定する工程とをさらに含むことができる。本方法は、弁変換関数および操作者入力に応答して弁コマンドを決定する工程と、弁コマンドを弁アセンブリに送る工程とを含むことができる。
【００１３】
本発明の別の例示的実施形態が流体システムを制御する方法を記載する。本システムは、エンジンによって駆動されるポンプを有する油圧回路を含むことがあり、そこではポンプは流体を弁アセンブリを通してアクチュエータに供給する。本方法は、第１の運動不感帯を設定する工程と、操作者入力を受け取る工程と、アクチュエータに関連する連結の位置を決定する工程と、アクチュエータへの流体流量とを含むことができる。本方法は、流体流量、連結位置、第１の運動不感帯、および操作者入力のうちの少なくとも１つに応答して弁コマンドを決定する工程をさらに含むことがあり、そこでは弁コマンドは結果として不変の不感帯を生ずることができる。
【００１４】
本発明の別の例示的実施形態によれば、流体システムが、ポンプと、ポンプを駆動するように構成、配置されたエンジンと、アクチュエータと、加圧流体源からアクチュエータへの加圧流体の流量を制御するように動作可能な弁アセンブリを有する油圧回路を含むことができる。本システムは、アクチュエータに関連する連結と、操作者入力を受け取り、入力信号を応答可能なように発生させるように構成された入力制御装置とをさらに含むことができる。制御装置が、入力信号、連結位置信号、ならびにアクチュエータの流量に対応する流量信号、エンジン速度信号、およびポンプ変位信号のうちの少なくとも１つを受け取るように構成されることができる。制御装置はまた、連結位置信号、ならびに流量信号、エンジン速度信号、およびポンプ変位信号のうちの少なくとも１つに応答して弁変換関数を決定するように構成されることができる。制御装置はさらに入力信号および弁変換関数に応答して弁コマンドを決定するように構成されて、弁コマンドは結果として不変の不感帯を生ずることができる。
【００１５】
前に述べたことは本発明のいくつかの形態を要約するものであり、本発明の全範囲を反映するように意図されていない。本発明の追加の特徴および利点が以下の説明で記載され、この説明から明らかであり、または、本発明を実施することによって分かることができる。さらに、上述の要約および以下の詳細な説明の両方とも例示的かつ説明的であり、本発明のさらなる説明を与えることだけが意図されている。
【００１６】
本明細書に組込まれ、その一部を構成する添付図面が、本発明の例示的実施形態を示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１７】
【発明の実施の形態】
さて、添付図面に示される本発明の例示的実施形態に対して詳細に参照される。可能な限り、同じ参照番号が、同一または類似の部分を参照するために図面全体を通して使用されるだろう。
【００１８】
図１は流体システム１０２の例示的実施形態の略図である。本発明の一実施形態において、流体システム１０２は油圧回路１０４を含むことができる。油圧回路１０４は、液だめ、すなわちタンク１２と、加圧流体源３２と、流体源３２に接続されたポンプエンジン１０６とを含むことができる。加圧流体源３２は、固定変位ポンプまたは可変変位ポンプのどちらかであることができる。システム１０２はまた、流体管路１９によってポンプ３２に並行に接続された、第１および第２のアクチュエータ回路１６、１８と、入力制御装置２０と、入力制御装置２０に接続された、マイクロプロセッサのような電気的制御装置２２と、電子加圧流量制御機構（図示せず）とを含むことができる。２つのアクチュエータ回路１６、１８がこの例示的実施形態に図示されているが、実現されるシステムがわずか１つのアクチュエータ回路、または３つ以上のアクチュエータ回路を含むことができる。
【００１９】
入力制御装置２０は、電気的制御装置２２に各々接続され、操作者からの入力に比例する電気的信号を電気的制御装置２２に出力するように動作する、第１および第２の制御レバー機構２８、３０、例えば、ジョイスティックを含むことができる。当然のことながら、制御レバー機構２８、３０の各々は、例えば、ダンプおよびラックに対して、前後に動かすことができる。
【００２０】
第１および第２のアクチュエータ回路１６、１８の各々はアクチュエータ４４、４５を含み、各アクチュエータは第１および第２の流体ポート４６、４８を有することができる。各アクチュエータ４４、４５は、対応する連結５４、５６によって作業器具４９に機械的に結合されることができる。当然のことながら、他の例示的実施形態において、作業器具は１つのアクチュエータによって、または２つより多いアクチュエータによって作動させられることができる。
【００２１】
例示的実施形態において、第１および第２のアクチュエータ回路１６、１８は、例えば、制御弁を含む弁アセンブリ１２０、１２２を各々含むことができる。弁アセンブリ１２０、１２２はオープンセンタバルブ１２４、１２６それぞれを各々含むことができる。しかし、以下のように、他の種類の弁が弁アセンブリ１２０、１２２で使用されることができる。
【００２２】
システム１０２は、ポンプエンジン１０６の速度を決定するように構成された速度センサー１１２を含むことができる。エンジン速度センサー１１２は感知された速度信号を制御装置２２に送ることができる。一実施形態において、速度センサー１１２は、公知のように、エンジン１０６に取付けられた磁気ピックアップによって歯の通過に反応しやすい素子であることができる。システム１０２は、源３２からの流体流量を感知する流体流量センサー１１３をさらに含むことができる。流体流量センサー１１３は流体流量信号を制御装置２２に与えることができる。
【００２３】
システム１０２は、アクチュエータ４４、４５の位置を決定するように構成された少なくとも１つの位置センサー５０、５２を含むことができる。位置センサー５０、５２は位置信号を制御装置２２に与えることができる。本システムはまた、作業器具４９に関連する連結５４、５６の位置を決定する１つまたはそれ以上の連結位置センサー１１４、１１６を含むことができる。連結位置センサー１１４、１１６は連結位置信号を制御装置２２に与えることができる。連結位置センサー１１４、１１６は、線形位置センサーおよび回転位置センサー、またはリゾルバを含む多くの種類であることができる。線形位置センサーは、例えば、ストローク変位を感知することができる。回転位置センサーは回転変位を感知することがあり、これは次には線形量、例えば、シリンダ位置に変換される。
【００２４】
制御装置２２はジョイスティック２８、３０および速度センサー１１２から入力を受け取り、適当な弁位置コマンド、すなわちコマンド信号を弁アセンブリ１２０、１２２に与えることによって、アクチュエータ４４、４５の運動を応答可能なように制御する。
【００２５】
アクチュエータ４４、４５の第１の運動が、アクチュエータ４４、４５の作動力が拮抗する力より大きい場合に生じる、と記載することができる。第１の運動不感帯は、第１および／または第２の制御レバー機構２８、３０の中立位置からアクチュエータ４４、４５の第１の運動、すなわち最初の運動が生じる位置への運動に関連する不感帯、すなわちアクチュエータ４４、４５が応答し始める前に必要とされる制御レバー機構２８、３０の行程量として説明されることができる。
【００２６】
例えば、第１の制御レバー機構２８、例えば、ジョイスティックが中立から２度、すなわち２度偏向の位置に位置決めされる場合に、アクチュエータ４４の第１の運動が生じる場合は、第１の運動不感帯は２度であるとみなされることができる。しかし、エンジン速度が、例えば２１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍへ、下げられる場合は、それは最初のアクチュエータ運動が生じる前に５度偏向することができる。ジョイスティック位置変動、すなわち増大した不感帯はある程度、流体流量がエンジン速度の低下によって下げられるときに、ポンプからアクチュエータへのより大きな弁変位がアクチュエータへのより多くの流体流量、したがって流体圧力を可能にするために必要とされるという一般的特性に起因する。より大きな弁変位は低下されたエンジン速度の影響を相殺するために必要とされる。したがって、第１の制御レバー機構２８は適当な弁コマンドおよび関連する流体流量を実現するためにさらに動かされる。第１の運動不感帯は、この例において、２から５度に増大した。
【００２７】
同様に、２度偏向がＣフレームにおけるブレード器具の運動を開始させるのに十分であることができる。しかし、いったんブレードが低い位置から高い位置へ上げられ、停止すると、それは、最初のアクチュエータ運動が生じる前に、第１の制御レバー機構２８の５度偏向を呈することができる。そして、ジョイスティック位置変動、すなわち増大した不感帯はある程度、作業器具のより高い高さによって生成された拮抗する力が増大されるときに、ポンプからアクチュエータへのより大きな弁変位がアクチュエータへのより多くの流体流量、したがって流体圧力を可能にするために必要とされるという一般的特性に起因する。より高い弁位置は、増大した器具圧の影響を相殺するために必要とされる。したがって、制御レバー機構２８、３０は適当な弁コマンドおよび関連する流体流量を実現するためにさらに動かされる。第１の運動不感帯は、この例において、２から５度に増大した。
【００２８】
図２は流体システムを制御するオペレーション２００用の一実施形態を示し、これはステップ２０２で始まり、そしてステップ２０４へ続く。ステップ２０４において、第１の運動不感帯が設定されるか、または較正される。本発明の例示的実施形態において、システム１０２の第１の運動不感帯は経験的に決定されることができる。例えば、エンジン速度は高アイドリング（例えば、２１００ｒｐｍ）に設定されることがあり、ポンプ変位は最大変位に維持されることがあり、そして連結は所定の位置に維持されることができる。したがって、エンジン速度、ポンプ変位、および流体流量のような、連結位置および油圧回路１０４の状態が一定値に維持されることができる。そしてアクチュエータ４４、４５が動くように命令される。一実施形態において、制御レバー機構２８、３０、例えば、ジョイスティックが中立位置から、例えば、アクチュエータ４４、４５の延長を命令する第１の位置へ動かされることができる。このコマンドは制御装置２２に送られることがあり、制御装置２２は対応する弁コマンドを決定し、弁アセンブリ１２０、１２２へ送ることがあり、これによって弁１２４、１２６が適当な位置へ動くことが可能となる。最初のジョイスティックの位置と、第１のアクチュエータ運動が生じるジョイスティックの位置との間の範囲、例えば３度が、較正または設定された第１の運動不感帯と呼ばれることができる。制御はステップ２０６へ続く。
【００２９】
一例として、図３は、ジョイスティック入力、および弁アセンブリ１２０、１２２に送られた弁コマンドの関数として、較正または設定された第１の運動不感帯３０８を生じるコマンド曲線３０２を示す。コマンド曲線３０２は第１の運動不感帯をステップ２０４において設定するために利用され、いったん最初に設定されると、プロセスを通じてさらに使用される。結果として生じるコマンド曲線３０２は較正コマンド曲線と呼ばれることができる。一実施形態において、較正コマンド曲線３０２は、所望の第１の運動不感帯、例えば３度を決定することによって設定されることができる。そして、経験的解析によって、弁コマンドは、例えば、較正点３１０を設定することによって較正されて、弁１２４、１２６が、３度のジョイスティック偏向における適当な位置が所定のエンジン速度、ポンプ変位、および連結位置においてシリンダー４４、４５の第１の運動を起こすことを成し遂げるように、適当な電流（すなわち、弁コマンド）を弁アセンブリ１２０、１２２へ送ることができる。例示的実施形態において、アクチュエータの第１の運動は、適当な作業器具またはアクチュエータ４４、４５の位置の動きを見ることによって、視覚的に検出されることができる。代わりに、アクチュエータ４４、４５の位置を感知するように適合された位置センサー５０が、アクチュエータ４４、４５の運動および位置を検出するために使用されることができる。
【００３０】
較正曲線３０２、ならびに関連するジョイスティック位置および弁コマンドが、記憶装置内の表に格納され、較正コマンド表と呼ばれることができる。代わりに、取外し可能または磁気媒体における記憶のような、他の既知の形の記憶装置が使用されることができる。ジョイスティック入力が較正表と比較されて、適当な弁コマンドを決定することができる。連結位置および油圧回路１０４の状態が、較正表が決定された場合と同じである場合に、第１の運動不感帯は同じである必要がある。
【００３１】
図２のオペレーション２００に戻って、ステップ２０６において、本機械の動作中、操作者入力が制御装置２２によって受け取られる。入力コマンドは、操作者の操作に応答して、制御レバー機構２８、３０、例えば、ジョイスティックから受け取られる。
【００３２】
そして、図２のステップ２０８において、流体システム１０２内に配置された油圧回路１０４の状態が決定される。本発明の例示的実施形態において、油圧回路状態がエンジン速度と、ポンプ変位とを含むことができる。当業者は、他の油圧回路状態もまた利用され得ることを理解するであろう。代替の実施形態において、状態は流体流量および／または本機械が実行する作業機能を含むことができる。作業機能の例として、上昇、下降、積載、荷降ろし、傾ける、倒す、および引き上げる機能が挙げられ、以下にさらに論じられる。一例示的実施形態において、油圧回路１０４の状態は絶えず監視され、操作者入力が受け取られる場合に利用できる。別の例示的実施形態において、油圧回路１０４の状態は周期的に利用できるか、または操作者入力が受け取られる時にのみ監視できる。制御はステップ２１０へ続く。
【００３３】
ステップ２１０において、アクチュエータ４４、４５に関連する連結５４、５６の位置が決定されることができる。この決定は、対応する連結位置センサー１１４、１１６からの入力にもとづいて行なわれることができる。そして、制御はステップ２１２へ続く。
【００３４】
図２のステップ２１２において、弁コマンドが連結位置、油圧回路状態、および操作者入力に応答して決定される。コマンドは、結果として生じる第１の運動不感帯が設定された第１の運動不感帯と一致するように決定される。すなわち、例えば、たとえ連結位置、エンジン速度、および／またはポンプ変位が変化したとしても、第１の運動不感帯は設定された第１の運動不感帯と同じか、またはその閾値内である。制御はステップ２１４へ続く。
【００３５】
本発明の例示的実施形態において、適当な弁コマンドは操作者入力および弁変換関数によって決定されることができる。弁変換関数は、連結位置ならびに油圧回路状態、例えば、エンジン速度およびポンプ変位の関数であることができる。各曲線が結果として合致する第１の運動不感帯３０８になるように、較正コマンド曲線３０２のようなコマンド曲線が、ポンプエンジン速度、連結位置、およびポンプ変位のある範囲に対して経験的に決定されることができる。弁変換関数を設定する、調整されたコマンド曲線が、高アイドリング、中アイドリング、および低アイドリングエンジン速度、最大および最小ポンプ変位、ならびに所定の完全に引っ込んだ位置から所定の完全に延びた位置に、最小リフト位置から最大リフト位置に、および完全に降ろされる位置から完全に載せる位置にわたる種々の連結位置に対して開発される。例えば、最大ポンプ変位、低アイドリングエンジン速度、および連結の所定位置において、調整されたコマンド曲線４０２が、図４に示されたように、結果として不変の不感帯を生じることができる。そして調整されたコマンド曲線４０２は、較正コマンド曲線３０２と比較されることができる。そして、各曲線の第１の運動不感帯が設定された第１の運動不感帯３０８に一致するように、弁コマンドオフセットが、較正コマンド曲線３０２と調整されたコマンド曲線との間の差に基づいて、各調整されたコマンド曲線に対して決定されることができる。
【００３６】
弁コマンドオフセット表が設定され、エンジン速度、連結位置、およびポンプ変位を変化させた範囲に対して、ならびに不感帯に影響を及ぼす油圧回路の他の変数に対して格納されることができる。システム１０２の動作中、適当に調整されたコマンド曲線を決定するために、較正コマンド曲線３０２（これは高アイドリング、最大ポンプ変位、および連結の所定位置において開発された）がアクセスされて、較正コマンドを決定する。そして、較正コマンドオフセットが、連結位置、および油圧回路状態、例えば、決定された実際のエンジン速度およびポンプ変位に基づき弁変換関数を利用することによって、かつ較正オフセット表からの適当なオフセットにアクセスすることによって決定される。そして、較正オフセットは較正コマンドに追加されて、結果として、弁アセンブリ１２０、１２２に送られる場合に適当な弁位置を生じる弁コマンドを生じる。そして、決定された弁コマンドにより、設定された第１の運動不感帯をもたらす。
【００３７】
ステップ２１４において、いったん弁コマンドは決定されると、制御装置２２はコマンドを弁アセンブリ１２０、１２２に送られ、これにより弁１２４、１２６が適当な位置へ動き、それによって油圧回路１０４の動作を制御することができる。そして制御は、制御がステップ２０２に戻されるステップ２１６へ続く。
【００３８】
例として、図５Ａは、最大ポンプ変位および連結の所定位置に対して、エンジン速度の関数としての弁コマンドオフセット曲線を示す。この弁コマンドオフセット曲線は、上述のように、弁コマンドを決定するために較正コマンド曲線に追加される較正オフセットを決定するために使用されることができる。図５Ａの曲線から分かるように、高アイドリングエンジン速度において、較正コマンド曲線は、エンジン速度が高アイドリング、かつ連結が所定位置の状態での最大ポンプ変位で生成されたので、弁コマンドを生成するために較正コマンド曲線にオフセットが全く追加される必要がない。エンジン速度が低下するにしたがって、オフセットは図５Ａのグラフに示されたように増大する。
【００３９】
図５Ｂは、最小ポンプ変位および連結の所定位置に対して、エンジン速度の関数としての弁コマンドオフセット曲線の一例を示す。この弁コマンドオフセット曲線は、上述のように、弁コマンドを決定するために較正コマンド曲線に追加される較正オフセットを決定するために使用されることができる。図５Ｂの曲線から分かるように、高アイドリングエンジン速度において、較正コマンド曲線は、エンジン速度が高アイドリング、かつ連結が所定位置の状態での最大ポンプ変位（最小ポンプ変位ではない）で生成されたので、小さいオフセットが弁コマンドを生成するために較正コマンド曲線に追加される必要があることがある。エンジン速度が低下するにしたがって、オフセットは図５Ｂのグラフに示されたように増大することができる。
【００４０】
図５Ａおよび図５Ｂは単一の変数（すなわち、ポンプ変位）だけのための較正オフセットマップを示すのに対して、較正オフセットマップは、ｎ次元較正オフセットマップを生じる変数がいくらであっても生成されることができる。例えば、較正オフセットマップは、連結位置対エンジン速度および／または連結位置対ポンプ変位に対して生成されることができる。
【００４１】
本発明の例示的実施形態において、３次元較正オフセットマップが、図６に示されたように、連結の所定位置でエンジン速度およびポンプ変位を変化させて開発されることができる。較正オフセットマップ６０２は、エンジン速度およびポンプ変位を変化させたオフセットマップの一例である。点６０４において、エンジン速度は高アイドリングであり、ポンプ変位は最大である。したがって、これらは較正コマンド曲線が生成された状態であるので、生成されたオフセットはゼロである。エンジン速度が、例えば、点６０６まで低下するにつれて、オフセットは増大することができる。ポンプ変位が、例えば、点６０６まで低下するにつれて、オフセットは増大する。これらの両方が点６１０まで低下するにつれて、オフセットは最大位置まで増大する。
【００４２】
当然のことながら、複数の較正オフセットマップ６０２は、複数の連結位置の各々でエンジン速度およびポンプ変位を変化させて開発されることができる。オフセットマップ６０２は動作中に感知された連結位置に基づいて選択されることがあり、オフセット点は感知されたエンジン速度およびポンプ変位に基づいて決定されることができる。代わりに、感知された連結位置が特定のオフセットマップ６０２と正確に一致しない場合に、制御装置２２は、感知された連結位置に最も近い２つのオフセットマップの間で推定することによって、オフセットを決定することができる。
【００４３】
本発明の例示的実施形態において、較正コマンド曲線が、各曲線が結果として設定された第１の運動不感帯を生じるように、各エンジン速度、ポンプ変位、および連結位置に対して経験的に設定されることができる。本機械の動作中、適当な曲線がエンジン速度、ポンプ変位、および連結位置に基づいて選択されることができる。そして、適当な弁コマンドが操作者入力に応答して適当な較正曲線から選択される。
【００４４】
さらにもう１つの実施形態において、弁コマンドは較正コマンド曲線３０２および操作者入力に応答して動的に決定されることができる。すなわち、連結位置、エンジン速度、またはポンプ変位変動に対して所定のコマンド曲線を用いる代わりに、弁コマンドは、較正された第１の運動不感帯を有するコマンド曲線を生じるために設定された式を用いて動的に決定される。例えば、弁コマンド乗算器が決定されることができる。弁コマンド乗算器は、ジョイスティック入力が連結位置に基づいて変更されることができるように動作することができる。連結位置に関連する乗算器が、不感帯は不変のジョイスティック位置で起きることを確実にする。
【００４５】
本発明の別の実施形態において、コマンド曲線および関連するオフセットは、流量および連結位置の変動に基づいて設定されることができる。すなわち、特定のエンジン速度、ポンプ変位、および連結位置に対してコマンド曲線を有する代わりに、曲線は流量および／または流体圧力ならびに連結位置に直接基づくことができる。この流速はエンジン速度およびポンプ変位に基づいて計算されることができるか、または流量センサーが流量を直接測定するために使用されることができる。したがって、本機械の動作中、流量および連結位置は決定され、適当なコマンド曲線またはオフセット表が決定された流量および連結位置に基づいて選択されて、適当な弁コマンドを決定する。
【００４６】
本発明の別の実施形態において、較正オフセットが特定の作業機能、ならびに変化するエンジン速度、ポンプ変位、および連結位置に対して決定されることができる。例えば、ホイールローダーのような土工機械用の作業機能が、バケット上昇機能と、バケット下降機能と、積載機能と、荷降ろし機能とを含むことができる。各作業機能は様々な回路状態で動作することがあり、様々なジョイスティック入力を必要とする。例えば、上昇バケットコマンドがジョイスティックの後方位置を必要とすることがあり、制御レバー機構２８、３０、例えば、ジョイスティックの前方位置を必要とすることができる下部ブレードコマンドとは対照的である。したがって、操作者入力が受け取られる場合に、油圧回路１０４の一状態である、エンジン速度、ポンプ変位、連結位置、および現行の作業機能が決定されることができる。そして弁コマンドは、上述のように適当な較正コマンド曲線および較正オフセットに応答して決定されることができる。作業機能を明らかにすることにより、作業器具および関連するアクチュエータが受ける予想負荷を明らかにすることができる。したがって、一実施形態において、作業機能を明らかにすることによって、結果として生じる第１の運動不感帯の精度を向上させることができる。
【００４７】
別の代替実施形態において、クローズドセンタバルブが弁アセンブリ１２０に使用されることができる。オープンセンタバルブを用いる実施形態のために上述された曲線および表に類似した較正コマンド曲線およびオフセット表が設定され、同じように使用されて、不変の第１の運動不感帯を操作者に与えることができる。
【００４８】
（産業上の利用可能性）
動作時、操作者が、適当なジョイスティック２８を制御することによって、作業器具が動くように命令する場合に、コマンドが制御装置２２によって受け取られる。制御装置２２は、操作者入力、およびアクチュエータ４４、４５に関連する連結５４、５６の位置に応答して、適当な弁コマンドを決定することができる。弁コマンドは、例えば、エンジン速度、ポンプ変位、および／または本機械の現行の作業機能のような、油圧回路１０４の状態を決定することによって決定されることができる。操作者入力、連結位置、および現行の回路状態は較正コマンド曲線と共に使用されて、較正弁コマンドを決定することができる。一例示的実施形態において、弁オフセット表もまたアクセスされて、現行のジョイスティック入力および回路状態に応答して較正オフセットを決定することができる。そして較正オフセットは較正弁コマンドに追加されることがあり、結果として生じる弁コマンドが弁アセンブリ１２０、１２２に送られる。送られた弁コマンドは、設定された第１の運動不感帯と合致する第１の運動不感帯を結果として生じる。不変の第１の運動不感帯が、より効果的な機械動作を生じ、かつ操作ミスを減らすことができる、操作者用の不変の器具制御インタフェースを与えることができる。開示された本装置は多くの作業機械に対して広い用途を有する。
【００４９】
明白な特徴の種々の変更および修正がなされることは、当業者にとって容易に明らかだろう。本発明の他の実施形態が、本明細書の考察およびここに開示された本発明の実施によって当業者にとって明らかだろう。本明細書および実施例は単なる例として考えられることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体システムの例示的実施形態を示す図である。
【図２】本発明の例示的実施形態における流体システムを制御する一方法の流れ図である。
【図３】本発明の例示的実施形態におけるジョイスティック入力および弁コマンドの関数としてのコマンド曲線のグラフである。
【図４】本発明の例示的実施形態における様々なエンジン速度に対するジョイスティック入力および弁コマンドの関数としてのコマンド曲線のグラフである。
【図５Ａ】本発明の例示的実施形態におけるポンプ変位およびエンジン速度の関数としての弁コマンドオフセットのグラフである。
【図５Ｂ】本発明の例示的実施形態におけるポンプ変位およびエンジン速度の関数としての弁コマンドオフセットのグラフである。
【図６】本発明の例示的実施形態におけるポンプ変位およびエンジン速度の関数としての弁コマンドオフセットのグラフである。
【符号の説明】
１２ タンク
１６ 第１のアクチュエータ回路
１８ 第２のアクチュエータ回路
１９ 流体管路
２０ 入力制御装置
２２ 電気的制御装置
２８ 第１の制御レバー機構
３０ 第２の制御レバー機構
３２ 加圧流体源
４４ アクチュエータ
４５ アクチュエータ
４６ 第１の流体ポート
４８ 第２の流体ポート
４９ 作業器具
５０ 位置センサー
５２ 位置センサー
５４ 連結
５６ 連結
１０２ 流体システム
１０４ 油圧回路
１０６ ポンプエンジン
１１２ エンジン速度センサー
１１３ 流量センサー
１１４ 連結位置センサー
１１６ 連結位置センサー
１２０ 弁アセンブリ
１２２ 弁アセンブリ
１２４ オープンセンタバルブ
１２６ オープンセンタバルブ
２００ オペレーション
３０２ コマンド曲線
３０８ 第１の運動不感帯
３１０ 較正点
４０２ コマンド曲線
６０２ 較正オフセットマップ
６０４ 点
６０６ 点
６１０ 点
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に流体システム、より詳細には、流体システムの不感帯を制御する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業機械に設置された流体制御装置が、操作者が流体システムを制御することを可能にする操作者インタフェースと、操作者の入力に応答して機械の作業器具を制御する油圧回路とを含む。操作者インタフェースは、操作者入力を受け取るように適合されたジョイスティックを含み、適当な入力信号を発生させて、流体システムを制御することができる。制御装置が入力信号を受け取り、適当な弁コマンドを決定する。弁コマンドは弁アセンブリまたは制御弁に送り、これによりポンプからアクチュエータへの流量が制御される。弁アセンブリはパイロット弁と、主弁とを含むことができる。
【０００３】
作業機械の一器具が、器具の位置に関連する連結位置を有する連結を介して１つまたは複数のアクチュエータに接続される。例えば、履帯式トラクターにおいて、ブレードの動きがいくつかの方向に制御される。ブレードは、トラクター本体上の連結点を中心にＣフレームを旋回させることによって、上下されることができる。ブレードは、Ｃフレームに対してブレード上の連結点を旋回させることによって、適当な位置に据えられることができる。
【０００４】
制御装置は、操作者入力信号、および関連する油圧回路信号、例えば、エンジン速度センサーから受け取られた信号に応答して、弁コマンドを決定する。そして弁コマンド信号は適当な弁アセンブリに送られる。いくつかの機械において、弁コマンド信号は、弁アセンブリ内に配置されたパイロット弁のソレノイドに送られることができる。その場合は、ソレノイドは付勢され、パイロット弁内の弁スプールを制御して、弁コマンド信号に応答して適当な位置を実現する。そしてパイロット弁は、主弁または主弁内のスプールを所望の位置に動かすために、パイロット圧力を主弁に応答可能なように供給する。そのときに、主弁は流体がアクチュエータへ供給されることを可能にする。
【０００５】
流体制御装置において、ジョイスティックの中立位置から制御されるアクチュエータの最初の運動が生ずる位置への運動に関連する不感帯が有る。この不感帯は第１の運動不感帯と呼ばれることがある。不感帯は、アクチュエータの運動を開始させるために適当な量の流量をアクチュエータに供給するために必要とされる弁位置の変化にある程度関連することができる。
【０００６】
アクチュエータの反応が、アクチュエータに供給される流体の圧力および流量にある程度依存することができる。そしてまた、流体の圧力および流量は主弁の位置、エンジン速度、およびポンプの変位にある程度依存することができる。
【０００７】
第１の運動不感帯は、関連するアクチュエータ、例えば、シリンダーが流体圧力によって動く前に主弁ステムが動く必要がある量を表わす。第１の運動不感帯はまた、ジョイスティックの最初の位置からアクチュエータの最初の運動が生ずる位置へのジョイスティックの運動に対応する。第１の運動不感帯に対応するジョイスティックの運動量が、操作者の仕様に適合するようにプログラムされることができる。この運動量は所定のエンジン速度、ポンプの変位、および負荷に対してほぼ不変である。しかし、ポンプのエンジン速度が、例えば、高アイドリング速度から低アイドリング速度へと下げる場合は、高アイドリング速度における同じジョイスティックコマンドが、低アイドリング速度においてアクチュエータの同じ応答を生じないだろう。したがって、例えば、エンジン速度が下がるにつれて、十分な流量をアクチュエータに供給して、高アイドリング状態と同じアクチュエータの応答を達成するために、ジョイスティックコマンドを増やす必要があるだろう。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５，７８４，９４５号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
いくつかの従来の流体システムが、いくつかの負荷によって誘起される動作状態を含む、不感帯の不一致を生ずることがある、これらの種々の因子を明らかにする。例えば、クローン他による米国特許（特許文献１参照）が、負荷の所望速度および負荷特性、例えば、重量を決定する、所望速度マネージャーおよび負荷応答素子を有する装置を開示する。所望速度および負荷特性は弁変換曲線を決定するために使用され、そしてこの負荷で動作するアクチュエータに対して流量を制御する弁の動作を制御するために使用される。
【００１０】
しかし、他の動作状態、例えば、連結位置もまた第１の運動不感帯の変動を生ずることがある。第１の運動不感帯の変動は不一致の操作者インタフェースを結果として生じることがあり、これは操作者の効率を低下させる。その上、そのような変動は機械の動作に誤差を引き起こすことがある。
【００１１】
本発明は、上記に示した問題のうちの１つまたはそれ以上を解決することに向けられている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の例示的実施形態が流体システムを制御する方法を提供する。本システムはエンジンによって駆動されるポンプを有する油圧回路を含むことがあり、そこではポンプは流体を弁アセンブリを通してアクチュエータに供給する。本方法は、操作者入力を受け取る工程と、油圧回路の状態を決定する工程とを含むことができる。油圧回路の状態は、アクチュエータへの流体流量、エンジン速度、およびポンプ変位のうちの少なくとも１つを含むことができる。本方法は、油圧回路の状態およびアクチュエータに関連する連結の位置の関数として弁変換関数を決定する工程とをさらに含むことができる。本方法は、弁変換関数および操作者入力に応答して弁コマンドを決定する工程と、弁コマンドを弁アセンブリに送る工程とを含むことができる。
【００１３】
本発明の別の例示的実施形態が流体システムを制御する方法を記載する。本システムは、エンジンによって駆動されるポンプを有する油圧回路を含むことがあり、そこではポンプは流体を弁アセンブリを通してアクチュエータに供給する。本方法は、第１の運動不感帯を設定する工程と、操作者入力を受け取る工程と、アクチュエータに関連する連結の位置を決定する工程と、アクチュエータへの流体流量とを含むことができる。本方法は、流体流量、連結位置、第１の運動不感帯、および操作者入力のうちの少なくとも１つに応答して弁コマンドを決定する工程をさらに含むことがあり、そこでは弁コマンドは結果として不変の不感帯を生ずることができる。
【００１４】
本発明の別の例示的実施形態によれば、流体システムが、ポンプと、ポンプを駆動するように構成、配置されたエンジンと、アクチュエータと、加圧流体源からアクチュエータへの加圧流体の流量を制御するように動作可能な弁アセンブリを有する油圧回路を含むことができる。本システムは、アクチュエータに関連する連結と、操作者入力を受け取り、入力信号を応答可能なように発生させるように構成された入力制御装置とをさらに含むことができる。制御装置が、入力信号、連結位置信号、ならびにアクチュエータの流量に対応する流量信号、エンジン速度信号、およびポンプ変位信号のうちの少なくとも１つを受け取るように構成されることができる。制御装置はまた、連結位置信号、ならびに流量信号、エンジン速度信号、およびポンプ変位信号のうちの少なくとも１つに応答して弁変換関数を決定するように構成されることができる。制御装置はさらに入力信号および弁変換関数に応答して弁コマンドを決定するように構成されて、弁コマンドは結果として不変の不感帯を生ずることができる。
【００１５】
前に述べたことは本発明のいくつかの形態を要約するものであり、本発明の全範囲を反映するように意図されていない。本発明の追加の特徴および利点が以下の説明で記載され、この説明から明らかであり、または、本発明を実施することによって分かることができる。さらに、上述の要約および以下の詳細な説明の両方とも例示的かつ説明的であり、本発明のさらなる説明を与えることだけが意図されている。
【００１６】
本明細書に組込まれ、その一部を構成する添付図面が、本発明の例示的実施形態を示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１７】
【発明の実施の形態】
さて、添付図面に示される本発明の例示的実施形態に対して詳細に参照される。可能な限り、同じ参照番号が、同一または類似の部分を参照するために図面全体を通して使用されるだろう。
【００１８】
図１は流体システム１０２の例示的実施形態の略図である。本発明の一実施形態において、流体システム１０２は油圧回路１０４を含むことができる。油圧回路１０４は、液だめ、すなわちタンク１２と、加圧流体源３２と、流体源３２に接続されたポンプエンジン１０６とを含むことができる。加圧流体源３２は、固定変位ポンプまたは可変変位ポンプのどちらかであることができる。システム１０２はまた、流体管路１９によってポンプ３２に並行に接続された、第１および第２のアクチュエータ回路１６、１８と、入力制御装置２０と、入力制御装置２０に接続された、マイクロプロセッサのような電気的制御装置２２と、電子加圧流量制御機構（図示せず）とを含むことができる。２つのアクチュエータ回路１６、１８がこの例示的実施形態に図示されているが、実現されるシステムがわずか１つのアクチュエータ回路、または３つ以上のアクチュエータ回路を含むことができる。
【００１９】
入力制御装置２０は、電気的制御装置２２に各々接続され、操作者からの入力に比例する電気的信号を電気的制御装置２２に出力するように動作する、第１および第２の制御レバー機構２８、３０、例えば、ジョイスティックを含むことができる。当然のことながら、制御レバー機構２８、３０の各々は、例えば、ダンプおよびラックに対して、前後に動かすことができる。
【００２０】
第１および第２のアクチュエータ回路１６、１８の各々はアクチュエータ４４、４５を含み、各アクチュエータは第１および第２の流体ポート４６、４８を有することができる。各アクチュエータ４４、４５は、対応する連結５４、５６によって作業器具４９に機械的に結合されることができる。当然のことながら、他の例示的実施形態において、作業器具は１つのアクチュエータによって、または２つより多いアクチュエータによって作動させられることができる。
【００２１】
例示的実施形態において、第１および第２のアクチュエータ回路１６、１８は、例えば、制御弁を含む弁アセンブリ１２０、１２２を各々含むことができる。弁アセンブリ１２０、１２２はオープンセンタバルブ１２４、１２６それぞれを各々含むことができる。しかし、以下のように、他の種類の弁が弁アセンブリ１２０、１２２で使用されることができる。
【００２２】
システム１０２は、ポンプエンジン１０６の速度を決定するように構成された速度センサー１１２を含むことができる。エンジン速度センサー１１２は感知された速度信号を制御装置２２に送ることができる。一実施形態において、速度センサー１１２は、公知のように、エンジン１０６に取付けられた磁気ピックアップによって歯の通過に反応しやすい素子であることができる。システム１０２は、源３２からの流体流量を感知する流体流量センサー１１３をさらに含むことができる。流体流量センサー１１３は流体流量信号を制御装置２２に与えることができる。
【００２３】
システム１０２は、アクチュエータ４４、４５の位置を決定するように構成された少なくとも１つの位置センサー５０、５２を含むことができる。位置センサー５０、５２は位置信号を制御装置２２に与えることができる。本システムはまた、作業器具４９に関連する連結５４、５６の位置を決定する１つまたはそれ以上の連結位置センサー１１４、１１６を含むことができる。連結位置センサー１１４、１１６は連結位置信号を制御装置２２に与えることができる。連結位置センサー１１４、１１６は、線形位置センサーおよび回転位置センサー、またはリゾルバを含む多くの種類であることができる。線形位置センサーは、例えば、ストローク変位を感知することができる。回転位置センサーは回転変位を感知することがあり、これは次には線形量、例えば、シリンダ位置に変換される。
【００２４】
制御装置２２はジョイスティック２８、３０および速度センサー１１２から入力を受け取り、適当な弁位置コマンド、すなわちコマンド信号を弁アセンブリ１２０、１２２に与えることによって、アクチュエータ４４、４５の運動を応答可能なように制御する。
【００２５】
アクチュエータ４４、４５の第１の運動が、アクチュエータ４４、４５の作動力が拮抗する力より大きい場合に生じる、と記載することができる。第１の運動不感帯は、第１および／または第２の制御レバー機構２８、３０の中立位置からアクチュエータ４４、４５の第１の運動、すなわち最初の運動が生じる位置への運動に関連する不感帯、すなわちアクチュエータ４４、４５が応答し始める前に必要とされる制御レバー機構２８、３０の行程量として説明されることができる。
【００２６】
例えば、第１の制御レバー機構２８、例えば、ジョイスティックが中立から２度、すなわち２度偏向の位置に位置決めされる場合に、アクチュエータ４４の第１の運動が生じる場合は、第１の運動不感帯は２度であるとみなされることができる。しかし、エンジン速度が、例えば２１００ｒｐｍから１０００ｒｐｍへ、下げられる場合は、それは最初のアクチュエータ運動が生じる前に５度偏向することができる。ジョイスティック位置変動、すなわち増大した不感帯はある程度、流体流量がエンジン速度の低下によって下げられるときに、ポンプからアクチュエータへのより大きな弁変位がアクチュエータへのより多くの流体流量、したがって流体圧力を可能にするために必要とされるという一般的特性に起因する。より大きな弁変位は低下されたエンジン速度の影響を相殺するために必要とされる。したがって、第１の制御レバー機構２８は適当な弁コマンドおよび関連する流体流量を実現するためにさらに動かされる。第１の運動不感帯は、この例において、２から５度に増大した。
【００２７】
同様に、２度偏向がＣフレームにおけるブレード器具の運動を開始させるのに十分であることができる。しかし、いったんブレードが低い位置から高い位置へ上げられ、停止すると、それは、最初のアクチュエータ運動が生じる前に、第１の制御レバー機構２８の５度偏向を呈することができる。そして、ジョイスティック位置変動、すなわち増大した不感帯はある程度、作業器具のより高い高さによって生成された拮抗する力が増大されるときに、ポンプからアクチュエータへのより大きな弁変位がアクチュエータへのより多くの流体流量、したがって流体圧力を可能にするために必要とされるという一般的特性に起因する。より高い弁位置は、増大した器具圧の影響を相殺するために必要とされる。したがって、制御レバー機構２８、３０は適当な弁コマンドおよび関連する流体流量を実現するためにさらに動かされる。第１の運動不感帯は、この例において、２から５度に増大した。
【００２８】
図２は流体システムを制御するオペレーション２００用の一実施形態を示し、これはステップ２０２で始まり、そしてステップ２０４へ続く。ステップ２０４において、第１の運動不感帯が設定されるか、または較正される。本発明の例示的実施形態において、システム１０２の第１の運動不感帯は経験的に決定されることができる。例えば、エンジン速度は高アイドリング（例えば、２１００ｒｐｍ）に設定されることがあり、ポンプ変位は最大変位に維持されることがあり、そして連結は所定の位置に維持されることができる。したがって、エンジン速度、ポンプ変位、および流体流量のような、連結位置および油圧回路１０４の状態が一定値に維持されることができる。そしてアクチュエータ４４、４５が動くように命令される。一実施形態において、制御レバー機構２８、３０、例えば、ジョイスティックが中立位置から、例えば、アクチュエータ４４、４５の延長を命令する第１の位置へ動かされることができる。このコマンドは制御装置２２に送られることがあり、制御装置２２は対応する弁コマンドを決定し、弁アセンブリ１２０、１２２へ送ることがあり、これによって弁１２４、１２６が適当な位置へ動くことが可能となる。最初のジョイスティックの位置と、第１のアクチュエータ運動が生じるジョイスティックの位置との間の範囲、例えば３度が、較正または設定された第１の運動不感帯と呼ばれることができる。制御はステップ２０６へ続く。
【００２９】
一例として、図３は、ジョイスティック入力、および弁アセンブリ１２０、１２２に送られた弁コマンドの関数として、較正または設定された第１の運動不感帯３０８を生じるコマンド曲線３０２を示す。コマンド曲線３０２は第１の運動不感帯をステップ２０４において設定するために利用され、いったん最初に設定されると、プロセスを通じてさらに使用される。結果として生じるコマンド曲線３０２は較正コマンド曲線と呼ばれることができる。一実施形態において、較正コマンド曲線３０２は、所望の第１の運動不感帯、例えば３度を決定することによって設定されることができる。そして、経験的解析によって、弁コマンドは、例えば、較正点３１０を設定することによって較正されて、弁１２４、１２６が、３度のジョイスティック偏向における適当な位置が所定のエンジン速度、ポンプ変位、および連結位置においてシリンダー４４、４５の第１の運動を起こすことを成し遂げるように、適当な電流（すなわち、弁コマンド）を弁アセンブリ１２０、１２２へ送ることができる。例示的実施形態において、アクチュエータの第１の運動は、適当な作業器具またはアクチュエータ４４、４５の位置の動きを見ることによって、視覚的に検出されることができる。代わりに、アクチュエータ４４、４５の位置を感知するように適合された位置センサー５０が、アクチュエータ４４、４５の運動および位置を検出するために使用されることができる。
【００３０】
較正曲線３０２、ならびに関連するジョイスティック位置および弁コマンドが、記憶装置内の表に格納され、較正コマンド表と呼ばれることができる。代わりに、取外し可能または磁気媒体における記憶のような、他の既知の形の記憶装置が使用されることができる。ジョイスティック入力が較正表と比較されて、適当な弁コマンドを決定することができる。連結位置および油圧回路１０４の状態が、較正表が決定された場合と同じである場合に、第１の運動不感帯は同じである必要がある。
【００３１】
図２のオペレーション２００に戻って、ステップ２０６において、本機械の動作中、操作者入力が制御装置２２によって受け取られる。入力コマンドは、操作者の操作に応答して、制御レバー機構２８、３０、例えば、ジョイスティックから受け取られる。
【００３２】
そして、図２のステップ２０８において、流体システム１０２内に配置された油圧回路１０４の状態が決定される。本発明の例示的実施形態において、油圧回路状態がエンジン速度と、ポンプ変位とを含むことができる。当業者は、他の油圧回路状態もまた利用され得ることを理解するであろう。代替の実施形態において、状態は流体流量および／または本機械が実行する作業機能を含むことができる。作業機能の例として、上昇、下降、積載、荷降ろし、傾ける、倒す、および引き上げる機能が挙げられ、以下にさらに論じられる。一例示的実施形態において、油圧回路１０４の状態は絶えず監視され、操作者入力が受け取られる場合に利用できる。別の例示的実施形態において、油圧回路１０４の状態は周期的に利用できるか、または操作者入力が受け取られる時にのみ監視できる。制御はステップ２１０へ続く。
【００３３】
ステップ２１０において、アクチュエータ４４、４５に関連する連結５４、５６の位置が決定されることができる。この決定は、対応する連結位置センサー１１４、１１６からの入力にもとづいて行なわれることができる。そして、制御はステップ２１２へ続く。
【００３４】
図２のステップ２１２において、弁コマンドが連結位置、油圧回路状態、および操作者入力に応答して決定される。コマンドは、結果として生じる第１の運動不感帯が設定された第１の運動不感帯と一致するように決定される。すなわち、例えば、たとえ連結位置、エンジン速度、および／またはポンプ変位が変化したとしても、第１の運動不感帯は設定された第１の運動不感帯と同じか、またはその閾値内である。制御はステップ２１４へ続く。
【００３５】
本発明の例示的実施形態において、適当な弁コマンドは操作者入力および弁変換関数によって決定されることができる。弁変換関数は、連結位置ならびに油圧回路状態、例えば、エンジン速度およびポンプ変位の関数であることができる。各曲線が結果として合致する第１の運動不感帯３０８になるように、較正コマンド曲線３０２のようなコマンド曲線が、ポンプエンジン速度、連結位置、およびポンプ変位のある範囲に対して経験的に決定されることができる。弁変換関数を設定する、調整されたコマンド曲線が、高アイドリング、中アイドリング、および低アイドリングエンジン速度、最大および最小ポンプ変位、ならびに所定の完全に引っ込んだ位置から所定の完全に延びた位置に、最小リフト位置から最大リフト位置に、および完全に降ろされる位置から完全に載せる位置にわたる種々の連結位置に対して開発される。例えば、最大ポンプ変位、低アイドリングエンジン速度、および連結の所定位置において、調整されたコマンド曲線４０２が、図４に示されたように、結果として不変の不感帯を生じることができる。そして調整されたコマンド曲線４０２は、較正コマンド曲線３０２と比較されることができる。そして、各曲線の第１の運動不感帯が設定された第１の運動不感帯３０８に一致するように、弁コマンドオフセットが、較正コマンド曲線３０２と調整されたコマンド曲線との間の差に基づいて、各調整されたコマンド曲線に対して決定されることができる。
【００３６】
弁コマンドオフセット表が設定され、エンジン速度、連結位置、およびポンプ変位を変化させた範囲に対して、ならびに不感帯に影響を及ぼす油圧回路の他の変数に対して格納されることができる。システム１０２の動作中、適当に調整されたコマンド曲線を決定するために、較正コマンド曲線３０２（これは高アイドリング、最大ポンプ変位、および連結の所定位置において開発された）がアクセスされて、較正コマンドを決定する。そして、較正コマンドオフセットが、連結位置、および油圧回路状態、例えば、決定された実際のエンジン速度およびポンプ変位に基づき弁変換関数を利用することによって、かつ較正オフセット表からの適当なオフセットにアクセスすることによって決定される。そして、較正オフセットは較正コマンドに追加されて、結果として、弁アセンブリ１２０、１２２に送られる場合に適当な弁位置を生じる弁コマンドを生じる。そして、決定された弁コマンドにより、設定された第１の運動不感帯をもたらす。
【００３７】
ステップ２１４において、いったん弁コマンドは決定されると、制御装置２２はコマンドを弁アセンブリ１２０、１２２に送られ、これにより弁１２４、１２６が適当な位置へ動き、それによって油圧回路１０４の動作を制御することができる。そして制御は、制御がステップ２０２に戻されるステップ２１６へ続く。
【００３８】
例として、図５Ａは、最大ポンプ変位および連結の所定位置に対して、エンジン速度の関数としての弁コマンドオフセット曲線を示す。この弁コマンドオフセット曲線は、上述のように、弁コマンドを決定するために較正コマンド曲線に追加される較正オフセットを決定するために使用されることができる。図５Ａの曲線から分かるように、高アイドリングエンジン速度において、較正コマンド曲線は、エンジン速度が高アイドリング、かつ連結が所定位置の状態での最大ポンプ変位で生成されたので、弁コマンドを生成するために較正コマンド曲線にオフセットが全く追加される必要がない。エンジン速度が低下するにしたがって、オフセットは図５Ａのグラフに示されたように増大する。
【００３９】
図５Ｂは、最小ポンプ変位および連結の所定位置に対して、エンジン速度の関数としての弁コマンドオフセット曲線の一例を示す。この弁コマンドオフセット曲線は、上述のように、弁コマンドを決定するために較正コマンド曲線に追加される較正オフセットを決定するために使用されることができる。図５Ｂの曲線から分かるように、高アイドリングエンジン速度において、較正コマンド曲線は、エンジン速度が高アイドリング、かつ連結が所定位置の状態での最大ポンプ変位（最小ポンプ変位ではない）で生成されたので、小さいオフセットが弁コマンドを生成するために較正コマンド曲線に追加される必要があることがある。エンジン速度が低下するにしたがって、オフセットは図５Ｂのグラフに示されたように増大することができる。
【００４０】
図５Ａおよび図５Ｂは単一の変数（すなわち、ポンプ変位）だけのための較正オフセットマップを示すのに対して、較正オフセットマップは、ｎ次元較正オフセットマップを生じる変数がいくらであっても生成されることができる。例えば、較正オフセットマップは、連結位置対エンジン速度および／または連結位置対ポンプ変位に対して生成されることができる。
【００４１】
本発明の例示的実施形態において、３次元較正オフセットマップが、図６に示されたように、連結の所定位置でエンジン速度およびポンプ変位を変化させて開発されることができる。較正オフセットマップ６０２は、エンジン速度およびポンプ変位を変化させたオフセットマップの一例である。点６０４において、エンジン速度は高アイドリングであり、ポンプ変位は最大である。したがって、これらは較正コマンド曲線が生成された状態であるので、生成されたオフセットはゼロである。エンジン速度が、例えば、点６０６まで低下するにつれて、オフセットは増大することができる。ポンプ変位が、例えば、点６０６まで低下するにつれて、オフセットは増大する。これらの両方が点６１０まで低下するにつれて、オフセットは最大位置まで増大する。
【００４２】
当然のことながら、複数の較正オフセットマップ６０２は、複数の連結位置の各々でエンジン速度およびポンプ変位を変化させて開発されることができる。オフセットマップ６０２は動作中に感知された連結位置に基づいて選択されることがあり、オフセット点は感知されたエンジン速度およびポンプ変位に基づいて決定されることができる。代わりに、感知された連結位置が特定のオフセットマップ６０２と正確に一致しない場合に、制御装置２２は、感知された連結位置に最も近い２つのオフセットマップの間で推定することによって、オフセットを決定することができる。
【００４３】
本発明の例示的実施形態において、較正コマンド曲線が、各曲線が結果として設定された第１の運動不感帯を生じるように、各エンジン速度、ポンプ変位、および連結位置に対して経験的に設定されることができる。本機械の動作中、適当な曲線がエンジン速度、ポンプ変位、および連結位置に基づいて選択されることができる。そして、適当な弁コマンドが操作者入力に応答して適当な較正曲線から選択される。
【００４４】
さらにもう１つの実施形態において、弁コマンドは較正コマンド曲線３０２および操作者入力に応答して動的に決定されることができる。すなわち、連結位置、エンジン速度、またはポンプ変位変動に対して所定のコマンド曲線を用いる代わりに、弁コマンドは、較正された第１の運動不感帯を有するコマンド曲線を生じるために設定された式を用いて動的に決定される。例えば、弁コマンド乗算器が決定されることができる。弁コマンド乗算器は、ジョイスティック入力が連結位置に基づいて変更されることができるように動作することができる。連結位置に関連する乗算器が、不感帯は不変のジョイスティック位置で起きることを確実にする。
【００４５】
本発明の別の実施形態において、コマンド曲線および関連するオフセットは、流量および連結位置の変動に基づいて設定されることができる。すなわち、特定のエンジン速度、ポンプ変位、および連結位置に対してコマンド曲線を有する代わりに、曲線は流量および／または流体圧力ならびに連結位置に直接基づくことができる。この流速はエンジン速度およびポンプ変位に基づいて計算されることができるか、または流量センサーが流量を直接測定するために使用されることができる。したがって、本機械の動作中、流量および連結位置は決定され、適当なコマンド曲線またはオフセット表が決定された流量および連結位置に基づいて選択されて、適当な弁コマンドを決定する。
【００４６】
本発明の別の実施形態において、較正オフセットが特定の作業機能、ならびに変化するエンジン速度、ポンプ変位、および連結位置に対して決定されることができる。例えば、ホイールローダーのような土工機械用の作業機能が、バケット上昇機能と、バケット下降機能と、積載機能と、荷降ろし機能とを含むことができる。各作業機能は様々な回路状態で動作することがあり、様々なジョイスティック入力を必要とする。例えば、上昇バケットコマンドがジョイスティックの後方位置を必要とすることがあり、制御レバー機構２８、３０、例えば、ジョイスティックの前方位置を必要とすることができる下部ブレードコマンドとは対照的である。したがって、操作者入力が受け取られる場合に、油圧回路１０４の一状態である、エンジン速度、ポンプ変位、連結位置、および現行の作業機能が決定されることができる。そして弁コマンドは、上述のように適当な較正コマンド曲線および較正オフセットに応答して決定されることができる。作業機能を明らかにすることにより、作業器具および関連するアクチュエータが受ける予想負荷を明らかにすることができる。したがって、一実施形態において、作業機能を明らかにすることによって、結果として生じる第１の運動不感帯の精度を向上させることができる。
【００４７】
別の代替実施形態において、クローズドセンタバルブが弁アセンブリ１２０に使用されることができる。オープンセンタバルブを用いる実施形態のために上述された曲線および表に類似した較正コマンド曲線およびオフセット表が設定され、同じように使用されて、不変の第１の運動不感帯を操作者に与えることができる。
【００４８】
（産業上の利用可能性）
動作時、操作者が、適当なジョイスティック２８を制御することによって、作業器具が動くように命令する場合に、コマンドが制御装置２２によって受け取られる。制御装置２２は、操作者入力、およびアクチュエータ４４、４５に関連する連結５４、５６の位置に応答して、適当な弁コマンドを決定することができる。弁コマンドは、例えば、エンジン速度、ポンプ変位、および／または本機械の現行の作業機能のような、油圧回路１０４の状態を決定することによって決定されることができる。操作者入力、連結位置、および現行の回路状態は較正コマンド曲線と共に使用されて、較正弁コマンドを決定することができる。一例示的実施形態において、弁オフセット表もまたアクセスされて、現行のジョイスティック入力および回路状態に応答して較正オフセットを決定することができる。そして較正オフセットは較正弁コマンドに追加されることがあり、結果として生じる弁コマンドが弁アセンブリ１２０、１２２に送られる。送られた弁コマンドは、設定された第１の運動不感帯と合致する第１の運動不感帯を結果として生じる。不変の第１の運動不感帯が、より効果的な機械動作を生じ、かつ操作ミスを減らすことができる、操作者用の不変の器具制御インタフェースを与えることができる。開示された本装置は多くの作業機械に対して広い用途を有する。
【００４９】
明白な特徴の種々の変更および修正がなされることは、当業者にとって容易に明らかだろう。本発明の他の実施形態が、本明細書の考察およびここに開示された本発明の実施によって当業者にとって明らかだろう。本明細書および実施例は単なる例として考えられることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体システムの例示的実施形態を示す図である。
【図２】本発明の例示的実施形態における流体システムを制御する一方法の流れ図である。
【図３】本発明の例示的実施形態におけるジョイスティック入力および弁コマンドの関数としてのコマンド曲線のグラフである。
【図４】本発明の例示的実施形態における様々なエンジン速度に対するジョイスティック入力および弁コマンドの関数としてのコマンド曲線のグラフである。
【図５Ａ】本発明の例示的実施形態におけるポンプ変位およびエンジン速度の関数としての弁コマンドオフセットのグラフである。
【図５Ｂ】本発明の例示的実施形態におけるポンプ変位およびエンジン速度の関数としての弁コマンドオフセットのグラフである。
【図６】本発明の例示的実施形態におけるポンプ変位およびエンジン速度の関数としての弁コマンドオフセットのグラフである。
【符号の説明】
１２ タンク
１６ 第１のアクチュエータ回路
１８ 第２のアクチュエータ回路
１９ 流体管路
２０ 入力制御装置
２２ 電気的制御装置
２８ 第１の制御レバー機構
３０ 第２の制御レバー機構
３２ 加圧流体源
４４ アクチュエータ
４５ アクチュエータ
４６ 第１の流体ポート
４８ 第２の流体ポート
４９ 作業器具
５０ 位置センサー
５２ 位置センサー
５４ 連結
５６ 連結
１０２ 流体システム
１０４ 油圧回路
１０６ ポンプエンジン
１１２ エンジン速度センサー
１１３ 流量センサー
１１４ 連結位置センサー
１１６ 連結位置センサー
１２０ 弁アセンブリ
１２２ 弁アセンブリ
１２４ オープンセンタバルブ
１２６ オープンセンタバルブ
２００ オペレーション
３０２ コマンド曲線
３０８ 第１の運動不感帯
３１０ 較正点
４０２ コマンド曲線
６０２ 較正オフセットマップ
６０４ 点
６０６ 点
６１０ 点
Claims (3)
- エンジンによって駆動されて流体をアクチュエータへ弁アセンブリを通して供給するポンプを有する油圧回路を含む流体システムを制御する方法であって、
操作者入力を受け取る工程と、
アクチュエータへの流体流量、エンジン速度、およびポンプ変位のうちの少なくとも１つを含む油圧回路の状態を決定する工程と、
アクチュエータを作業器具に機械的に結合し、種々の異なる複数の位置を有する連結の位置を連結位置センサーにより決定する工程と、
油圧回路の状態、および連結の位置の関数として弁変換関数を決定する工程と、
弁変換関数および操作者入力に応答して弁コマンドを決定する工程であって、弁コマンドは結果として不変の第１の運動不感帯を生じる工程と、
弁コマンドを弁アセンブリへ送る工程と、を含む方法。 - エンジンによって駆動されて流体をアクチュエータへ弁アセンブリを通して供給するポンプを有する油圧回路を含む流体システムを制御する方法であって、
第１の運動不感帯を設定する工程と、
操作者入力を受け取る工程と、
アクチュエータを作業器具に機械的に結合し、種々の異なる複数の位置を有する連結の位置を連結位置センサーにより決定する工程と、
アクチュエータへの流体流量を決定する工程と、
連結位置、ならびに流体流量、第１の運動不感帯、および操作者入力のうちの少なくとも１つに応答して弁コマンドを決定する工程であって、弁コマンドは結果として不変の第１の運動不感帯を生じる工程と、を含む方法。 - ポンプと、加圧流体源を駆動するように構成され、配置されたエンジンと、アクチュエータと、加圧流体源からアクチュエータへの加圧流体の流量を制御するように動作可能な弁アセンブリとを含む油圧回路と、
アクチュエータを作業器具に機械的に結合し、種々の異なる複数の位置を有する連結と、
連結の位置を決定するための連結位置センサーと、
操作者入力を受け取り、入力信号を応答可能なように発生させるように構成された入力制御装置と、
入力信号、連結位置センサーからの連結位置信号、ならびにアクチュエータへの流体流量に対応する流量信号、エンジン速度信号、およびポンプ変位信号のうちの少なくとも１つを受け取るように構成され、連結位置信号、ならびに流量信号、エンジン速度信号、およびポンプ変位信号のうちの少なくとも１つに応答して弁変換関数を決定するように構成され、そして入力信号および弁変換関数に応答して弁コマンドを決定するようにさらに構成された制御装置と、を備える流体システムであって、弁コマンドは結果として不変の第１の運動不感帯を生じる流体システム。
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