JP5513395B2 - コンバイナ弁制御システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にはコンバイナ弁に関し、特に、コンバイナ弁を制御するためのシステムおよび方法に関する。

例えば、掘削機、ローダ、ブルドーザ、モータグレーダおよび他の種類の重機のような機械は、多様な作業を遂行するために、機械のポンプから作動液が供給される複数のアクチュエータを使用する。これらのアクチュエータは、通常、操作者インターフェース装置の作動位置に基づいて速度制御される。例えば、ジョイスティック、ペダル等の操作者インターフェース装置、あるいは、他の適切な操作者インターフェース装置は、関連する油圧アクチュエータの所望の速度を示す信号を生成するように可動にすることができる。操作者がインターフェース装置を動かす時は、操作者は、油圧アクチュエータが関連する所定速度で動作することを期待する。しかし、複数のアクチュエータが同時に操作されると、単一のポンプからの作動液の流量は、すべてのアクチュエータをその所望の速度で動かすには不十分である場合がある。また、単一のポンプが小型であり、単一のアクチュエータの所望速度が、その単一ポンプの流量容量を超える流体流量を要求するような状況も存在する。

複数のポンプからの作動液の流量を選択的に組み合わせて単一のアクチュエータを動かす１つの方法が、１９８５年７月１６日付で岡部（Ｏｋａｂｅ）らに交付された（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、第１弁グループおよび第２弁グループを有する機械の油圧回路システムを記載している。第１弁グループは、旋回弁、第１ブーム弁、第１アーム（例えばスティック）弁、第１バケット弁および左走行弁を含む。旋回弁および第１ブーム弁は並列に接続され、この両者が一緒に、第１アーム弁、第１バケット弁および左走行弁とタンデムに接続される。第２弁グループは、右走行弁、第２アーム弁、第２バケット弁および第２ブーム弁を含む。第２アーム弁、第２バケット弁および第２ブーム弁は並列に接続され、これらが一緒に、右走行弁とタンデムに接続される。第１および第２アーム弁は、それぞれ第１ポンプおよび第２ポンプから１つのアームアクチュエータに流体を供給する機能を有し、第１および第２バケット弁は、それぞれ第１ポンプおよび第２ポンプから１つのバケットアクチュエータに流体を供給する機能を有し、第１および第２ブーム弁は、それぞれ第１ポンプおよび第２ポンプから１つのブームアクチュエータに流体を供給する機能を有する。左および右走行弁は、それぞれ第１ポンプおよび第２ポンプから、左および右走行アクチュエータに流体を供給する機能を有する。１つの切換弁が、所望の走行操作に応答して、第１および第２弁グループを選択的に流体連結する。

（特許文献１）の油圧回路システム内部における各制御弁の位置は、旋回、ブーム、アームまたはバケットの動作を機械の走行なしに開始すると、第１および第２ポンプからの組み合わされた流体流量がその動作を駆動するように配置される。さらに、左への回転時に、同時に旋回、ブーム、アームまたはバケットの動作を開始した場合、第１および第２ポンプ両方からの流体はなおその動作を駆動する。しかし、右への回転時には、第１ポンプからの流体は、旋回、ブーム、アームおよびバケットのアクチュエータに利用可能であるが、第２ポンプからの流体は左走行アクチュエータにのみ利用可能である。また、直進走行の場合は、第１ポンプからの流体は、旋回、ブーム、アームおよびバケットのアクチュエータに利用可能であるが、第２ポンプからの流体は左および右走行アクチュエータにのみ利用可能である。

（特許文献１）に関する上記のタンデム接続関係のために、旋回およびブームの独立の動作を所望する場合は、操作者は、第１および第２ブーム制御弁のいずれかのみが作動するように、制御レバーの操作に留意しなければならない（例えば、制御レバーをその動作可能範囲の半分未満に動かす）。旋回またはブーム動作中は、操作者の留意または所望速度には関係なく、スティック機能用としては、第２ポンプのみからの流体が利用可能なだけである。

（特許文献１）の油圧回路システムはポンプの流体流量を組み合わせていくつかの機能の制御を改善することができるが、機械の操作が合理的に一貫しておらず、制限されたものになる可能性がある。特に、左回転時には、両ポンプからの流体流量を旋回、ブーム、アームおよびバケットの動作に利用可能であるが、右回転時には１つのポンプのみからの流量しか利用できないので、機械の制御が異なって混乱する可能性がある。さらに、右回転時に利用可能な流体流量が、いくつかの操作には不十分である可能性がある。

またさらに、（特許文献１）の油圧回路システムの限界と、関連の機械の操作時に払うべき配慮とのために、機械の運転コストが相当なものになる可能性がある。特に、操作者には、旋回およびブームの動作を独立かつ同時に開始するための配慮が要求されるので、機械の運転に、高度に訓練された経験豊かで高コストの操作者を使用する必要性が生じる。さらに加えて、アーム動作用の組み合わされたポンプ流量が、ブームまたは旋回動作に同時に所望される状況が生じる可能性もある。これらの同時操作は（特許文献１）の機械の場合利用不可能であるので、機械の効率および生産性が、いくつかの用途については不十分となる場合がある。

さらに、（特許文献１）の油圧回路システムは高価になる可能性がある。特に、各流体アクチュエータに組み合わされた流量を供給するために２つの弁が必要であるので、システムが相当高コストになる可能性がある。

米国特許第４，５２８，８９２号明細書

本開示の制御システムは、上記の問題点の１つ以上を克服することを目指している。

一形態では、本開示は油圧制御システムに関する。この油圧制御システムは、第１流体アクチュエータと、その第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れを生成するように構成される第１ポンプとを含むことができる。また、この油圧制御システムは、第２流体アクチュエータと、その第２流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第２の流れを生成するように構成される第２ポンプとを含むことができる。さらに、この油圧制御システムは、加圧流体の第２の流れを、第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れと結合するように動作し得る弁要素を備えたコンバイナ弁と、このコンバイナ弁と通信する制御器とを含むことができる。この制御器は、第１流体アクチュエータに対する所望の速度を示す操作者入力を受け取り、その所望速度に対応する第１流体アクチュエータ用の流量を決定し、かつ、第１ポンプの流量容量を決定するように構成することができる。制御器は、また、第１流体アクチュエータ用として決定された流量が、第１ポンプの決定された流量容量よりも大きい場合には、コンバイナ弁の弁要素を動かして、加圧流体の第２の流れを、第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れと結合するように構成することができる。

他の形態では、本開示は油圧制御システムの操作方法に関する。この方法は、加圧流体の第１の流れを第１流体アクチュエータに導くステップと、加圧流体の第２の流れを第２流体アクチュエータに導くステップとを含むことができる。この方法は、また、第１流体アクチュエータに対する所望の速度を示す操作者入力を受け取るステップと、その所望速度に対応する第１流体アクチュエータ用の流量を決定するステップと、加圧流体の第１の流れの最大流量を決定するステップとを含むことができる。この方法は、さらに、第１流体アクチュエータ用として決定された流量が、加圧流体の第１の流れの最大流量よりも大きい場合には、加圧流体の第２の流れを加圧流体の第１の流れと結合して、この結合された加圧流体の流れを第１流体アクチュエータに導くステップを含むことができる。

開示される例示的な機械の概略的な側面図である。 図１の機械において用いることができる、開示される例示的な油圧制御システムの概略図である。 図２の制御システムの、開示される例示的な操作方法を表すフローチャートである。 図２の制御システムの、開示される別の例示的な操作方法を表すフローチャートである。

図１は、作業を遂行するために協働する複数のシステムおよび構成要素を有する例示的な機械１０を例示している。機械１０は、採掘、建設、農業、輸送等の産業、あるいは、当分野で既知の他の任意の産業と関連するなんらかのタイプの作業を実行する固定式または移動式の機械とすることができる。例えば、機械１０は、掘削機、ブルドーザ、ローダ、バックホウ、モータグレーダ、ダンプトラック等の土工機械、あるいは、他の任意の土工機械とすることができる。機械１０は、作業工具１４を動かすように構成される作業器具システム１２と、機械１０を推進するための駆動システム１６と、作業器具システム１２および駆動システム１６に動力を供給する動力源１８と、作業器具システムおよび駆動システム１２、１６の操作者制御用の操作者ステーション２０とを含むことができる。

作業器具システム１２は、作業工具１４を動かすために流体アクチュエータによって作動するリンク構造を含むことができる。具体的には、作業器具システム１２は、隣接する１対の複動油圧シリンダ２６（図１に１つのみ図示）によって作業面２４に対して水平軸（図示せず）の周りで垂直に回動するブーム部材２２を含むことができる。作業器具システム１２は、また、単一の複動油圧シリンダ３２によって、水平軸３０の周りで垂直に回動するスティック部材２８を含むことができる。作業器具システム１２は、さらに、作業工具１４を水平回動軸３６の周りで垂直に回動させるために、作業工具１４に動作可能に連結される単一の複動油圧シリンダ３４を含むことができる。ブーム部材２２は、機械１０のフレーム３８に回動可能に連結することができる。スティック部材２８は、回動軸３０および３６を介して、ブーム部材２２を作業工具１４に回動可能に連結することができる。

各油圧シリンダ２６、３２、３４は、筒体と、２つの分離された圧力チャンバを形成するように配置されるピストン組立体（図示せず）とを含むことができる。圧力チャンバには加圧流体を選択的に供給し、また加圧流体を排出して、ピストン組立体を筒体内で変位させ、それによって、油圧シリンダ２６、３２、３４の有効長さを変化させることができる。圧力チャンバ内へのおよびそこからの流体流量は、油圧シリンダ２６、３２、３４の速度に関係し、一方、２つの圧力チャンバ間の圧力差は、関連のリンク部材に対して油圧シリンダ２６、３２、３４が付与する力に関係する可能性がある。油圧シリンダ２６、３２、３４の伸長および収縮は作業工具１４の動きを補助することができる。

多数の異なる作業工具１４を単一の機械１０に取り付けることができ、操作者ステーション２０を介して制御できる。作業工具１４は、例えば、バケット、フォーク装置、ブレード、ショベル、リッパ、ダンプ台、掃除具、除雪機、推進装置、切断装置、把持装置等の特定作業遂行用として用いられる任意の装置、あるいは、当分野で既知の他の任意の作業遂行装置を含むことができる。作業工具１４は、図１の実施形態においては、機械１０に対して回動するように連結されているが、代替的にまたは追加的に、回転、摺動、揺動、上昇、あるいは、当分野で既知の他の任意の方式で動作することができる。

駆動システム１６は、機械１０を推進するために１つ以上の牽引装置を含むことができる。一実施例においては、駆動システム１６は、機械１０の片側に配置される左履帯４０Ｌと、機械１０の対向側に配置される右履帯４０Ｒとを含む。左履帯４０Ｌは左走行モータ４２Ｌによって駆動することができ、一方、右履帯４０Ｒは右走行モータ４２Ｒによって駆動することができる。駆動システム１６は、代替方式として、車輪、ベルト等の履帯以外の牽引装置、あるいは、他の既知の牽引装置を含み得ることが考えられる。図１の例では、機械１０は、左走行モータ４２Ｌと右走行モータ４２Ｒとの間に速度差および／または回転方向の違いを生じさせることによって舵取りすることができ、一方、直進走行は、左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒから実質的に等しい出力速度および回転方向を発生させることによって容易に実現することができる。

左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒのそれぞれは、流体圧力差を生成することによって駆動することができる。具体的には、左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒのそれぞれは、インペラ（図示せず）の両側に配置される第１および第２チャンバ（図示せず）を含むことができる。第１チャンバに加圧流体を充填し、第２チャンバの流体を排出すると、インペラを強制的に第１方向に回転させることができる。逆に、第１チャンバの流体を排出して、第２チャンバに加圧流体を充填すると、各々のインペラを強制的に逆方向に回転させることができる。第１および第２チャンバへのおよびそこからの流体流量が、左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒの回転速度を決定することができ、一方、左走行モータ４２Ｌと右走行モータ４２Ｒと間の圧力差によってトルクを決定することができる。

動力源１８は、例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、気体燃料エンジン等のエンジン、あるいは、当分野で既知の他の任意の種類の燃焼エンジンとして具現化することができる。代わりの方式として、動力源１８を、燃料電池、動力貯蔵装置等の非燃焼式動力源、あるいは、当分野で既知の他の動力源として具現化してもよいことが考えられる。動力源１８は、機械的または電気的な動力出力を生成することができ、続いて、その動力出力を、油圧シリンダ２６、３２、３４と、左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒとを作動させるための液圧パワーに変換することができる。

操作者ステーション２０は、作業工具および／または機械の所望の動作を示す機械操作者からの入力を受け取るように構成することができる。具体的には、操作者ステーション２０は、運転席の近傍に配置される単軸または多軸のジョイスティックとして具現化される１つ以上の操作者インターフェース装置４６を含むことができる。操作者インターフェース装置４６は、所望の作業工具速度を示す作業工具位置信号を生成することによって、作業工具１４を位置決めおよび／または方向付けするように構成される比例型制御器とすることができる。同様に、同じまたは他の操作者インターフェース装置４６を、所望の機械速度を示す機械位置信号を生成することによって、作業面２４に対して機械１０を位置決めおよび／または方向付けするように構成することができる。操作者ステーション２０の内部には、代替的にまたは追加的に、例えば、ホイール、ノブ、プッシュプル装置、スイッチ、ペダル等の異なる操作者インターフェース装置、および、当分野で既知の他の操作者インターフェース装置を含めてもよいことが考えられる。

図２に示すように、機械１０は、協働して作業工具１４（図１参照）および機械１０を動かす複数の流体構成要素を有する油圧制御システム４８を含むことができる。特に、油圧制御システム４８は、第１供給源５１から加圧流体の第１の流れを受け取るように構成される第１回路５０と、第２供給源５３から加圧流体の第２の流れを受け取るように構成される第２回路５２とを含むことができる。第１回路５０は、加圧流体の第１の流れを受け取るように並列に接続されるブーム制御弁５４と、バケット制御弁５６と、左走行制御弁５８とを含むことができる。第２回路５２は、加圧流体の第２の流れを受け取るように並列に接続される右走行制御弁６０と、スティック制御弁６２とを含むことができる。例えば、作業器具システム１２の駆動システム１６に対する旋回動作を制御するように構成される旋回制御弁、１つ以上の取り付け制御弁等の追加的な制御弁機構、および他の適切な制御弁機構を第１および／または第２回路５０，５２内に含めてもよいことが考えられる。

第１および第２供給源５１、５３は、１つ以上のタンク６４から流体を引き抜いて、その流体を所定のレベルに加圧することができる。具体的には、第１および第２供給源５１、５３のそれぞれは、例えば、可変容量型ポンプ、固定容量型ポンプ等のポンプ機構、あるいは、当分野で既知の他の供給源として具現化することができる。第１および第２供給源５１、５３は、それぞれ、例えば、カウンタシャフト（図示せず）、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）によって、あるいは他の任意の適切な方法で、別個にかつ駆動可能に、機械１０の動力源１８に連結することができる。代わりの方式として、第１および第２供給源５１、５３のそれぞれを、トルクコンバータ、減速ギヤボックスを介して、あるいは他の適切な方法で、動力源１８に間接的に連結することができる。第１供給源５１は、第２供給源５３が生成する加圧流体の第２の流れと無関係に、加圧流体の第１の流れを生成することができる。加圧流体の第１および第２の流れは、異なる圧力レベルおよび／または流量とすることができる。

タンク６４は、供給流体を保持するように構成される容器を構成することができる。流体は、例えば、専用の作動油、エンジン潤滑油、変速機潤滑油、あるいは、当分野で既知の他の任意の流体を含むことができる。機械１０内部の１つ以上の液圧システムが、タンク６４から流体を引き抜き、それをタンク６４に戻すことができる。油圧制御システム４８は、複数の別個の流体タンクまたは単一のタンクに接続し得ることが考えられる。

ブーム、バケット、左走行、右走行およびスティック制御弁５４〜６２のそれぞれは、それらの関係する流体アクチュエータの動作を調節することができる。具体的には、ブーム制御弁５４は、ブーム部材２２に関連する油圧シリンダ２６の動きを制御するように動作し得る要素を有することができ、バケット制御弁５６は、作業工具１４に関連する油圧シリンダ３４の動きを制御するように動作し得る要素を有することができ、スティック制御弁６２は、スティック部材２８に関連する油圧シリンダ３２の動きを制御するように動作し得る要素を有することができる。同様に、左走行制御弁５８は、左走行モータ４２Ｌの動きを制御するように動作し得る弁要素を有することができ、一方、右走行制御弁６０は、右走行モータ４２Ｒの動きを制御するように動作し得る要素を有することができる。

第１および第２回路５０、５２の制御弁は、加圧流体が、共通の流路を経由して、それらの回路のそれぞれのアクチュエータに流れまたそれから排出されるように接続することができる。具体的には、第１回路５０の制御弁は、第１の共通供給流路６６を介して第１供給源５１に接続することができ、第１の共通排出流路６８を介してタンク６４に接続することができる。第２回路５２の制御弁は、第２の共通供給流路７０を介して第２供給源５３に、第２の共通排出流路７２を介してタンク６４に接続することができる。ブーム、バケットおよび左走行制御弁５４〜５８は、それぞれ、個々の流体流路７４、７６および７８を介して第１の共通供給流路６６に並列に接続することができ、また、それぞれ、個々の流体流路８４、８６および８８を介して第１の共通排出流路６８に並列に接続することができる。同様に、右走行およびスティック制御弁６０、６２は、それぞれ、個々の流体流路８２および８０を介して第２の共通供給流路７０に並列に接続することができ、また、それぞれ、個々の流体流路９０および９２を介して第２の共通排出流路７２に並列に接続することができる。チェック弁９４を、流体流路７４、７６および８０のそれぞれに配備して、それぞれ、制御弁５４、５６および６２への加圧流体の一方向性の供給を行うことができる。

ブーム、バケット、左走行、右走行およびスティック制御弁５４〜６２の要素は、類似のものとすることができ、関係する方式で機能することができるので、本開示では、ブーム制御弁５４の操作のみについて説明する。一例において、ブーム制御弁５４は、第１チャンバ供給要素（図示せず）、第１チャンバ排出要素（図示せず）、第２チャンバ供給要素（図示せず）および第２チャンバ排出要素（図示せず）を含むことができる。第１および第２チャンバ供給要素は、流体流路７４に並列に接続されて、それらの各チャンバに第１供給源５１からの流体を充填することができ、一方、第１および第２チャンバ排出要素は、流体流路８４に並列に接続されて、各チャンバから流体を排出することができる。油圧シリンダ２６を伸長させるために、第１チャンバ供給要素を動かして、第１供給源５１からの加圧流体を、油圧シリンダ２６の第１チャンバに流体流路７４から充填することができ、一方、第２チャンバ排出要素を動かして、流体を、油圧シリンダ２６の第２チャンバから流体流路８４経由でタンク６４に排出することができる。油圧シリンダ２６を反対方向に動かすために、第２チャンバ供給要素を動かして、油圧シリンダ２６の第２チャンバに加圧流体を充填することができ、一方、第１チャンバ排出要素を動かして、流体を、油圧シリンダ２６の第１チャンバから排出することができる。代わりの方式として、供給および排出の両機能を、第１チャンバに関わる単一要素と第２チャンバに関わる単一要素とによって、あるいは、すべての充填および排出機能を制御する単一の弁によって実行し得ることが考えられる。

供給および排出要素は、指令に応答して、バネ付勢に対抗してソレノイドで可動なものとすることができる。特に、油圧シリンダ２６、３２、３４と、左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒとは、第１および第２チャンバに流入するまたそれから流出する流体の流量に対応する速度で動作することができる。インターフェース装置の位置信号によって示される操作者の所望速度を実現するために、想定または測定された圧力に基づく指令を供給および排出要素のソレノイド（図示せず）に伝送して、そのソレノイドに、必要流量に対応する量だけそれらの要素を開放させることができる。指令は、流量指令または弁要素の位置指令の形態とすることができる。また、供給および排出要素を、場合によってはパイロット操作方式としてもよいことが考えられる。

第１および第２回路５０、５２の共通の供給および排出流路は、メークアップ機能およびリリーフ機能のために相互接続することができる。特に、第１および第２の共通供給流路６６、７０は、それぞれ、共通フィルタ９６と、第１および第２バイパス要素９８、１００とを介してタンク６４からメークアップ流体を受け取ることができる。加圧流体の第１または第２の流れの圧力が所定のレベル以下に低下する時、タンク６４からの流体を、それぞれ、共通フィルタ９６と、第１または第２バイパス要素９８、１００とを経由して第１および第２回路５０、５２に流入させることができる。さらに、第１および第２の共通排出流路６８、７２は、第１および第２回路５０、５２から流体をタンク６４に逃がすことができる。第１および第２回路５０、５２内部の流体の圧力が所定のレベルを超えた時、過大圧力を有する回路からの流体を、シャトル弁１０２および共通の主リリーフ要素１０４を介してタンク６４に排出することができる。

直進走行弁１０６は、左および右走行制御弁５８、６０を互いに並列の関係に選択的に再構成することができる。特に、直進走行弁１０６は、中立位置から直進走行位置に向けて動作し得る弁要素１０７を含むことができる。弁要素１０７が中立位置にある場合は、左および右走行制御弁５８、６０は、それぞれ、第１および第２供給源５１、５３から独立に加圧流体の供給を受けて、左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒを別個に制御することができる。弁要素１０７が直進走行位置に動かされると、左および右走行制御弁５８、６０は、並列に接続されて、相互依存動作用として第１供給源５１のみから加圧流体を受け取ることができる。左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒの相互依存動作は、左および右履帯４０Ｌ、４０Ｒの実質的に等しい回転速度をもたらすように機能することができ、それによって、機械１０を直進方向に推進する。

直進走行弁１０６の弁要素１０７が直進走行位置に動かされると、第２供給源５３からの流体は、弁要素１０７を介して、実質的に同時に第１および第２回路５０、５２の両方を通るように導かれ、油圧シリンダ２６、３２、３４を駆動することができる。機械１０の直進走行の間は、第１供給源５１からの加圧流体の第１の流れのすべてが左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒによってほぼ完全に消費される可能性があるので、第２供給源５３からの加圧流体の第２の流れを、第１および第２回路５０、５２の両方の油圧シリンダ２６、３２、３４に導くことができるのである。なお、油圧制御システム４８は、代替的に、直進走行弁１０６に関して、次のように補足的な方式で構成し得ることが理解されるべきである。すなわち、弁要素１０７が直進走行位置にある時には、左および右走行制御弁５８、６０を、第２供給源５３のみから加圧流体を受け取るように並列に接続し、一方、第１供給源５１からの流体を、弁要素１０７を介して、実質的に同時に第１および第２回路５０、５２の両方を通ってブーム、バケットおよびスティック制御弁５４、５６、６２に導くことが可能なように構成することができる。

コンバイナ弁１０８は、１つ以上の流体アクチュエータの高速動作のために、第１および第２の共通供給流路６６、７０からの加圧流体の第１および第２の流れを結合することができる。特に、コンバイナ弁１０８は、一方向開または一方向流れ通過位置と、閉止または流れ遮断位置と、双方向開または双方向流れ通過位置との間に動作し得る弁要素１１０を含むことができる。一方向開位置にある場合は、第１回路５０の圧力が第２回路５２内の圧力よりも所定量だけ高いことに応答して、第１回路５０からの流体が第２回路５２に流入し得る（例えばチェック弁１１１を通って）ようにすることができる。この所定量は、チェック弁１１１のバネ付勢に関係付けることができ、製造過程において固定することができる。この方式によって、右走行またはスティックの機能が第２供給源５３の出力容量よりも大きい流体流量を要求して、第２回路５２内部の圧力が低下し始めた場合に、第１供給源５１からの流体を、弁要素１１０を介して、第２回路５２に転用することができる。チェック弁１１１はコンバイナ弁１０８の下流側に示されているが、代替方式として、チェック弁１１１を、コンバイナ弁１０８の上流側またはコンバイナ弁１０８の内部に含め得ることが理解されるべきである。閉止位置にある場合は、コンバイナ弁１０８を通る実質的にすべての流れを遮断することができる。しかし、双方向開位置にある場合は、コンバイナ弁１０８前後の想定または測定された圧力差に応じて、加圧流体の第１の流れを第２回路５２に流入させて、制御弁６０、６２に導かれる加圧流体の第１の流れと結合することができるか、また、加圧流体の第２の流れを第１回路５０に流入させて、制御弁５４〜５８に導かれる加圧流体の第１の流れと結合することができる。

コンバイナ弁１０８は、一方向開位置と、閉止位置と、双方向開位置との間の任意の位置に連続的に調節することができる。この方式によって、加圧流体の流量の度合いを、例えば、制御弁５４〜６２の指令速度、供給源５１、５３の指令流量、および／またはコンバイナ弁１０８前後の圧力差に基づいて制御することができる。例えば、弁要素１１０は、電流指令のような指令に応答して、バネ付勢に対抗してソレノイドで可動なものとすることができる。例示的な一実施形態においては、電流指令を０Ａ〜２Ａの範囲にすることができる。この場合、０Ａを、弁要素１１０が実質的に完全に一方向開位置に位置決めされる場合に対応させ、１Ａを、弁要素１１０が実質的に完全に閉止位置に位置決めされる場合に対応させ、２Ａを、弁要素１１０が実質的に完全に双方向開位置に位置決めされる場合に対応させることができる。さらに、一方向開位置と閉止位置との間の弁要素１１０の位置は、０Ａと１Ａとの間の電流指令に比例的に対応させることができる。同様に、閉止位置と双方向開位置との間の弁要素１１０の位置は、１Ａと２Ａとの間の電流指令に比例的に対応させることができる。この電流指令は、コンバイナ弁１０８のソレノイドに伝送されて、弁要素１１０を、コンバイナ弁１０８を通過する所望流量に相当し得る指令位置に向けて動かすことができる。弁要素１１０は、代替方式として、例えば、パイロット式または対向ソレノイド式等の、当分野で既知の他の任意の方法で制御し得ることが理解されるべきである。

油圧制御システム４８は、また、操作者インターフェース装置４６と、コンバイナ弁１０８と、制御弁５４〜６２の供給および排出要素と通信する制御器１１２を含むことができる。具体的には、制御器１１２は、通信線１１４を介して操作者インターフェース装置４６と、通信線１１６を介してコンバイナ弁１０８と、追加の通信線（図示せず）を介して制御弁５４〜６２の供給および排出要素と通信することができる。制御器１１２は、油圧制御システム４８の他の構成要素、例えば、第１および第２供給源５１、５３、共通の主リリーフ要素１０４、第１および第２バイパス要素９８、１００、直進走行弁１０６、および油圧制御システム４８の他の類似の構成要素と通信し得ることも考えられる。

制御器１１２は、油圧制御システム４８の操作を制御する手段を含む単一または複数のマイクロプロセッサとして具現化することができる。商業的に入手可能な多数のマイクロプロセッサを、制御器１１２の機能を実行するように構成できる。制御器１１２は、機械の多数の機能を制御し得る一般的な機械のマイクロプロセッサにおいて容易に具現化できることが理解されるべきである。制御器１１２は、記憶装置、２次記憶装置、プロセッサ、およびアプリケーションを実行するための他の任意の構成要素を含むことができる。種々の他の回路、例えば、電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路、および他の種類の回路を、制御器１１２に関連付けることができる。

油圧シリンダ２６、３２、３４と、左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒとに対するインターフェース装置の位置信号、所望アクチュエータ速度、関連する流量、および／または弁要素の位置を関係付ける１つ以上のマップを、制御器１１２の記憶装置に保存することができる。これらの各マップは、表、グラフおよび／または式の形態のデータの集積を含むことができる。一例においては、所望速度および指令流量が、第１および第２チャンバの供給要素を制御するための２次元の表の座標軸を形成することができる。流体アクチュエータを所望速度で動かすのに必要な指令流量と、適切な供給要素の対応する弁要素の位置とは、別の別個の２次元マップにおいて関係付けることができるか、あるいは、所望速度と一緒に１つの３次元マップにおいて関係付けることができる。所望のアクチュエータ速度は、単一の２次元マップにおいて弁要素の位置に直接関係付け得ることも考えられる。制御器１１２は、操作者が、これらのマップを直接修正すること、および／または、制御器１１２の記憶装置に保存された利用可能な関係マップから特定のマップを選択して流体アクチュエータの動作を変えることを可能にするように構成することができる。マップは、また、追加的にまたは代替的に、機械の運転モードに基づいて自動選択可能にすることが考えられる。

制御器１１２は、操作者インターフェース装置４６から入力を受け取り、その入力および上記の関係マップに応答して制御弁５４〜６２の操作を指令するように構成することができる。具体的には、制御器１１２は、所望速度を示すインターフェース装置の位置信号を受け取り、制御器１１２の記憶装置に保存されている選択および／または修正された関係マップを参照して、制御弁５４〜６２内部の各供給および排出要素に対する流量値および／または関連位置を決定することができる。続いて、流量または位置を適切な供給および排出要素に指令して、所望の作業工具速度をもたらす流量で第１または第２チャンバの充填を行うことができる。

制御器１１２は、例えば、制御弁５４〜６２の指令速度、供給源５１、５３の指令流量および／またはコンバイナ弁１０８の前後の圧力差に応答して、コンバイナ弁１０８の操作を変えるように構成することができる。すなわち、特定の流体アクチュエータの所望速度に関連する決定流量が所定の基準値に合致すると、制御器１１２は、弁要素１１０を一方向流れ通過位置の方向に動かして、第２回路５２に追加の加圧流体を供給するか、あるいは、弁要素１１０を双方向流れ通過位置の方向に動かして、第１回路５０および／または第２回路５２に追加の加圧流体を供給するか、あるいは、弁要素１１０を閉止位置から動かないように抑止することができる。所定の基準値については、図３および図４に関連して以下に説明する。

図３および図４は油圧制御システム４８の例示的な操作方法を示す。本開示のシステムおよびその操作をさらに詳しく示すために、以下において、図３および図４について説明する。

一実施形態において、油圧制御システムは暖熱回路をも含むことができる。すなわち、第１および第２回路５０、５２の共通の供給および排出流路６６、６８および７０、７２を、それぞれ、暖熱および／または他のバイパス機能用の第１および第２バイパス流路１０９、１１３を介して選択的に通信することができる。各バイパス流路１０９、１１３には、それぞれバイパス弁１０５を配設することができ、このバイパス弁１０５は、流体を、共通の供給流路６６および７０から共通の排出流路６８および７２に導くように構成することができる。各バイパス弁１０５は、閉止または流れ遮断位置から開または流れ通過位置に動作し得る弁要素を含むことができる。この構成によって、例えば機械１０の始動時のように、バイパス弁１０５が開位置にある時は、第１および第２供給源５１、５３によって加圧される流体は、ほとんど制限されることなく（すなわち制御弁５４〜６２を通らずに）第１および第２回路５０、５２内を循環することができる。暖熱後に、バイパス弁１０５の弁要素を閉止位置に動かすことができ、それによって、第１および第２回路５０、５２内の流体の圧力を形成して、前記のように、制御弁５４〜６２用として利用可能にすることができる。バイパス流路１０９、１１３およびバイパス弁１０５は、場合によっては省略し得ることが考えられる。

開示された油圧制御システムは、負荷および運転モードが変化する条件の下で速度の予測可能性が求められる複数の流体アクチュエータを含むいかなる機械にも適用可能である。開示された油圧制御システムは、複数のポンプからの加圧流体の流れを選択的に結合することによって、かつ、その結合された流れを複数の流体アクチュエータの適切なアクチュエータに導くことによって操作者の制御を改善することができる。以下に、油圧制御システム４８の操作について説明する。

機械１０の運転中、機械の操作者は、操作者インターフェース装置４６を操作して作業工具１４を動作させることができる。操作者インターフェース装置４６の作動位置は、作業工具１４および／または機械１０の操作者予期速度または所望速度に関係付けることができる。操作者インターフェース装置４６は、その操作において操作者予期速度または所望速度を示す位置信号を発生して、この位置信号を制御器１１２に伝送することができる。

制御器１１２は、油圧シリンダ２６、３２および３４と、左および右走行モータ４２Ｌ、４２Ｒとの操作時の入力を受け取って、その入力に基づく決定をなすことができる。図３のフローチャートに示すように、制御器１１２は、操作者インターフェース装置の位置信号を受け取って（ステップ２００）、油圧制御システム４８の各流体アクチュエータに対する所望速度と、制御弁５４〜６２および供給源５１、５３の両者に対する対応する流量指令とを決定することができる（ステップ２１０）。制御器１１２は、また、インターフェース装置の位置信号から、機械１０の直進走行が所望されているか否かを決定することができる（ステップ２２０）。

機械１０の直進走行が所望されている場合は、直進走行弁１０６の弁要素１０７を中立位置から直進走行位置の方向に動かすことができる。弁要素１０７が直進走行位置の方向に動かされる時は、コンバイナ弁１０８の弁要素１１０を、双方向開位置の方向に動かないように抑止することができる（ステップ２３０）。機械１０の直進の間は、加圧流体の第２の流れが、直進走行弁１０６を介して油圧シリンダ２６および３４にすでに流体供給している可能性があるので、弁要素１１０は、一方向開位置、閉止位置、あるいは、一方向開位置と閉止位置との間に保持することができる。

機械１０の直進走行が所望されていない場合は、制御器１１２は、スティック部材２８が動作しているか否か、および、それがどのような速度で動作しているかを決定することができる。特に、制御器１１２は、スティック制御弁６２に指令された流量を所定の閾値と比較することができる（ステップ２４０）。この流量指令がその所定閾値を超えている場合は、加圧流体の第１の流れと結合する流れとしての第２供給源５３からの余剰流量が、十分には存在しないであろう。第２供給源５３からのこの余剰流量が所定値よりも低い場合に流れの結合が生じると、スティック部材２８は予期せざる緩慢な速度で動作する可能性がある。

スティック制御弁６２に指令される流量が所定値を超える場合は、制御器１１２は、ブーム部材２２が操作されているか否か、および、それがどの程度に操作されているかを決定することができる。特に、制御器１１２は、ブーム制御弁５４に指令された流量を第１供給源５１の流量容量と比較することができる（ステップ２５０）。油圧システム４８内部の優先度を次のように定めることができる。すなわち、ブーム制御弁５４に指令された流量が第１供給源５１の流量容量を超過する場合は、スティック制御弁６２に指令された流量が所定値を超えていても、ブーム制御弁５４に指令される流量を優先して、弁要素１１０を双方向流れ通過位置に動かすようにするのである（ステップ２６０）。しかし、ブーム制御弁５４に指令される流量が第１供給源５１の流量容量よりも小さい場合は、弁要素１１０を一方向流れ通過位置に保持して、双方向流れ通過位置に動かないように抑止することができる（ステップ２７０）。

スティック制御弁６２に指令される流量が所定閾値よりも低い場合は、コンバイナ弁１０８の弁要素１１０を、特定条件の下で、双方向流れ通過位置の方向に動かすことができる。例えば、制御器１１２は、ブーム制御弁５４およびバケット制御弁５６に指令される流量の合計が第１供給源５１の流量容量を超過するか否かを決定することができる（ステップ２８０）。この合計が第１供給源５１の流量容量を超える場合は、コンバイナ弁１０８の弁要素１１０を双方向流れ通過位置の方向に動かして、加圧流体の第２の流れを加圧流体の第１の流れと結合し、その結合された流れを、油圧シリンダ２６および３４で使用するために第１回路５０に導くことができる（ステップ２９０）。しかし、ブーム制御弁５４およびバケット制御弁５６に指令される流量の合計が第１供給源５１の流量容量を超えない場合は、コンバイナ弁１０８の弁要素１１０を一方向流れ通過位置に保持して、双方向流れ通過位置に動かないように抑止することができる（ステップ３００）。

図３の方法と同様に、図４の別の方法はステップ２００〜２４０を含む。しかし、図４の方法においては、図３の方法とは違って、スティック制御弁６２に指令された流量が所定の閾値を超過する場合であっても、ブーム制御弁５４に指令された流量に関係なく、流れの結合が全く発生しないようにすることができる。より具体的には、スティック制御弁６２に指令される流量が所定の閾値を超過する場合、制御はステップ２７０に直接移行して、そこで、弁要素１１０を一方向流れ通過位置に保持することができる。

油圧制御システム４８の制御方式およびハードウェアにはいくつかの利点を関連付けることができる。具体的には、第１供給源５１の流量容量よりも低い流量しか必要としないブーム操作の間は、第１供給源５１からの余剰流量を、弁要素１１０を介して第２回路５２に転用し、スティック操作の速度を高めることができる。このスティック速度の増大は、機械１０の生産性および効率を向上させることができる。さらに、加圧流体の第１および第２の流れの結合を専用のコンバイナ弁を介して実行できるので、ごく僅かな個数の制御弁しか必要でない。制御弁の個数の低減は機械１０のコストの低下に繋がる。

油圧制御システム４８は、いかなる方向における回転時にも機械１０の一貫した運転を提供することができるので、機械１０の運転コストを最小化することができる。特に、機械１０の一貫した運転は機械１０の制御を簡単化することができる。機械１０の制御が簡単化されると、操作者に必要な訓練、経験および熟練度が最小限となり、機械１０の運転コストを低減することができる。

開示された油圧制御システムに対して種々の修正および変更が可能であることが、当業者には明らかであろう。開示された油圧制御システムの説明および実際を考察することによって、当業者には、他の実施形態が明らかになるであろう。説明および例は例示的な事例としてのみ考慮されるべきことが意図されており、真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその等価物によって示される。

Claims (7)

1. 第１流体アクチュエータ（２６）と、
   第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れを生成するように構成される第１ポンプ（５１）と、
   第２流体アクチュエータ（３２）と、
   第２流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第２の流れを生成するように構成される第２ポンプ（５３）と、
   加圧流体の第２の流れを、第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れと結合するように動作し得る弁要素（１１０）を有するコンバイナ弁（１０８）であって、
   一方向流れ結合位置と、流れ遮断位置と、双方向流れ結合位置との間の任意の位置に動かすことができ、
   加圧流体の第１の流れは、コンバイナ弁を一方向流れ結合位置および双方向流れ結合位置のいずれの方向に動かしても、第２流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第２の流れと結合することが可能であり、かつ、
   加圧流体の第２の流れは、コンバイナ弁を双方向流れ結合位置の方向に動かす場合にのみ、第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れと結合することが可能である、コンバイナ弁と、
   第１ポンプ（５１）及び第２ポンプ（５２）からの加圧流体の流れを選択的に左及び右の走行モータ（４２Ｌ，４２Ｒ）に導くように動作しうる直進走行弁（１０６）であって、その直進走行位置では、第１ポンプ（５１）からの流れを左及び右の走行モータ（４２Ｌ，４２Ｒ）に結合すると共に第２ポンプ（５３）からの流れを第１及び第２流体アクチュエータ（２６，３２）に結合する直進走行弁（１０６）と、
   コンバイナ弁（１０８）及び直進走行弁（１０６）と通信する制御器（１１２）と、
   を備えた油圧制御システム（４８）であって、その制御器が、
   第１流体アクチュエータに対する所望速度を示す操作者入力を受け取り、
   その所望速度に対応する第１流体アクチュエータ用の流量を決定し、
   第１ポンプの流量容量を決定し、
   第１流体アクチュエータ用として決定された流量が、第１ポンプの決定された流量容量よりも大きい場合には、加圧流体の第２の流れを、第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れと結合し、
   関連の機械の直進走行が所望されているか否かを決定し、かつ、
   直進走行が所望されている場合は、直進走行弁（１０６）を直進走行位置に動かし、かつコンバイナ弁の弁要素の、双方向流れ結合位置の方向への動作を抑止するように、コンバイナ弁の弁要素を動かす、
   ように構成される、油圧制御システム。
2. 制御器が、さらに、
   第２流体アクチュエータに対する所望速度の指示を受け取り、
   第２流体アクチュエータに対する所望速度に対応する第２流体アクチュエータ用の流量を決定し、かつ、
   第２流体アクチュエータ用として決定された流量が所定量よりも大きい場合には、コンバイナ弁の弁要素の双方向流れ結合位置の方向への動作を抑止するが、その場合、コンバイナ弁の双方向流れ結合位置の方向への動作は、第１流体アクチュエータ用として決定された流量が、第１ポンプの決定された流量容量よりも小さい場合にのみ抑止される、
   ように構成される、請求項１に記載の油圧制御システム。
3. 第３の流体アクチュエータ（３４）をさらに含み、加圧流体の第１の流れが、この第３流体アクチュエータに第１流体アクチュエータと並行して導かれる、請求項１に記載の油圧制御システム。
4. 制御器が、さらに、
   第３流体アクチュエータに対する所望速度の指示を受け取り、
   第３流体アクチュエータに対する所望速度に対応する第３流体アクチュエータ用の流量を決定し、かつ、
   第２流体アクチュエータ用として決定された流量が所定量よりも小さく、かつ、第１および第３流体アクチュエータ用として決定された流量の合計が、第１ポンプの決定された流量容量よりも大きい場合には、コンバイナ弁の弁要素を双方向流れ結合位置の方向に動かす、
   ように構成される、請求項３に記載の油圧制御システム。
5. 加圧流体の第１の流れを第１ポンプ（５１）から第１流体アクチュエータ（２６）に導くステップと、
   加圧流体の第２の流れを第２ポンプ（５３）から第２流体アクチュエータ（３２）に導くステップと、
   第１流体アクチュエータに対する所望の速度を示す操作者入力を受け取るステップと、
   その所望速度に対応する第１流体アクチュエータ用の流量を決定するステップと、
   加圧流体の第１の流れの最大流量を決定するステップと、
   第１流体アクチュエータ用として決定された流量が、加圧流体の第１の流れの最大流量よりも大きい場合には、加圧流体の第２の流れを加圧流体の第１の流れと結合して、この結合された加圧流体の流れを第１流体アクチュエータに導くステップと、
   関連の機械の直進走行が所望されているか否かを決定するステップと、
   直進走行が所望されている場合は、第１ポンプ（５１）からの加圧流体の流れを左及び右の走行モータ（４２Ｌ，４２Ｒ）に結合すると共に第２ポンプ（５３）からの加圧流体の流れを第１及び第２流体アクチュエータ（２６，３２）に結合し、加圧流体の第２の流れを、第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れと結合しないように抑止するステップと、
   を含む、油圧制御システム（４８）の操作方法。
6. 第２流体アクチュエータに対する所望速度の指示を受け取るステップと、
   第２流体アクチュエータに対する所望速度に対応する第２流体アクチュエータ用の流量を決定するステップと、
   第２流体アクチュエータ用として決定された流量が所定量よりも大きい場合には、加圧流体の第２の流れを、第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れと結合しないように抑止するステップであって、第１流体アクチュエータ用として決定された流量が、加圧流体の第１の流れの最大流量よりも小さい場合にのみ、加圧流体の第２の流れを、第１流体アクチュエータに導かれる加圧流体の第１の流れと結合しないように抑止するステップと、
   をさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. フレーム（３８）と、
   フレームに回動可能に連結されるブーム部材（２２）と、
   ブーム部材に回動可能に連結されるスティック部材（２８）と、
   スティック部材に動作可能に連結される作業工具（１４）と、
   ブーム部材、スティック部材および作業工具をフレームに対して動かすように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の油圧制御システム（４８）と、
   を含む機械（１０）。

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