JP5643223B2 - フィード・フォワード制御を利用する油圧制御システム - Google Patents

Description

本開示は、概して、油圧制御システムに関し、より詳細には、フィード・フォワード制御を採用する油圧制御システムに関する。

たとえば掘削機、ローダ、ブルドーザおよびモータグレーダ等の機械は、油圧ポンプから油圧流体が供給される複数のツールアクチュエータを用いて、種々の作業を達成することが多い。これらツールアクチュエータは、通常、パイロット制御され、オペレータが入力装置（たとえばジョイスティック）を動かすと、ツール制御弁を移動させるように、ある量のパイロット流体がツール制御弁に向けられる。ツール制御弁が移動すると、比例する量の流体がポンプからツールアクチュエータに向けられる。ポンプとツールアクチュエータとの間の流体流の量を制御するために、ロードセンシング制御方法を含むさまざまな油圧制御法が実施されてきた。

ロードセンシング制御法は、複数のツールアクチュエータの最大負荷圧とポンプ吐出圧との圧力差を測定する。コントローラは、通常、圧力差データを受け取り、最大負荷要求量を吐出するようにポンプの押しのけ容積を制御する。より詳細には、ロードセンシング制御システムは、ポンプ吐出圧力と最大負荷圧との間の所望のバッファ圧力を維持するように、ポンプの押しのけ容積を制御するように試みる。ポンプ制御安定性を維持するために、ポンプは、通常、最大負荷圧がツールアクチュエータに利用可能であることを確実にするように、流体を過剰圧力で吐出するように制御される。

ポンプ出力を調節する制御システムが、２００２年４月２３日にＤｕらに発行される（特許文献１）（‘７２２特許）に記載されている。‘７２２特許は、可変容量ポンプ、コントローラ、センサ、サーボ弁、サーボ機構、および斜板の傾斜角の調整を命令し、したがってポンプ吐出圧を調節するように動作可能なサーボ制御部を備えたシステムを記載している。‘７２２特許では、コントローラは、ポンプ吐出圧に基づいて斜板の傾斜角の調整を命令する。センサは、ポンプ吐出圧を示す信号を生成し、この信号をコントローラに送出する。コントローラは、その信号を受け取り誤差を確定すると、サーボ弁のサーボ機構に、斜板の傾斜角を変更するように命令し、それによりポンプ出力が調整される。

米国特許第６，３７４，７２２号明細書

‘７２２特許のシステムは、ポンプ吐出圧の調節精度を向上させることができるが、いくつかの不都合が依然として残っている。たとえば、誤差が発生した時点と誤差が訂正される時点との間の時間のずれにより、システム応答が遅延する可能性がある。さらに、時間のずれにより、システムが、調整が困難となり、不安定になりやすくなる可能性がある。

開示するシステムは、上述した問題および／または従来のシステムの他の問題のうちの１つまたは複数を克服することを目的とする。

一態様では、本開示は、油圧制御システムに関する。本システムは、ポンプと、ポンプによって提供される加圧流体流によってツールを移動させるように構成されるツールアクチュエータとを有することができる。本システムは、ツールアクチュエータへの加圧流体流を制御するように構成されるツール制御弁をさらに有することができる。本システムはまた、ツール制御弁およびポンプに動作可能に接続されるコントローラも有することができる。コントローラを、ツール移動要求を受け取るように構成することができる。コントローラを、さらに、ツール移動要求に関連するツール制御弁にわたる流量要求の変化を推定するように構成することができる。コントローラを、ツール移動要求を満たすように推定された流量要求の変化に基づいて、ポンプの吐出流量の調整を命令するように構成することも可能である。

別の態様では、本開示は、油圧制御システムによりツールの移動を制御する方法に関する。本方法は、ポンプによって流体を加圧するステップを含むことができる。さらに、本方法は、ツールを移動させるオペレータ命令を受け取るステップと、ツールを移動させるオペレータ命令に基づいて、油圧制御システムにおける流量要求の変化を推定するステップとを含むことができる。本方法はまた、流量要求の推定された変化に基づいてポンプの吐出流量を調整するステップも含む。本方法はさらに、オペレータ命令に基づいて、ツールを移動させるように加圧流体の少なくとも一部を向けるステップを含むことができる。

例示的な機械の図である。 図１の機械で使用することができる例示的な油圧制御システムの概略図である。 図２の油圧制御システムによって実行される例示的なフィード・フォワードおよびロードセンシング制御プロセスを示すフローチャートである。

機械１０の例示的な実施形態を図１に示す。機械１０は、１つまたは複数の作業を行うことができる可動機械または定置形機械であり得る。たとえば、機械１０は、建設業で用いられるフロントローダであり得る。機械１０を、輸送、採鉱、農業または他の任意の産業等のさまざまな産業で用いることができることが考えられる。この実施形態では、機械１０は、ツール１２、オペレータのステーション１４、１つまたは複数の牽引装置１６および動力源１８を有することができる。

ツール１２は、たとえばバケット、フォーク、ドリル、ホイスト、または当業者には明らかな他の任意の器具等の種々の異なる器具を含むことができる。ツール１２の移動を、オペレータのステーション１４から制御することができる、たとえば第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２（図２に示す）を含む１つまたは複数のツールアクチュエータによって行うことができる。第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２は、ツール１２を移動させるように構成される一対の隣接する複動形油圧アクチュエータであり得る（図１を参照）。

オペレータのステーション１４は、機械１０を作動させかつ駆動する制御部を有することができる。こうした制御部の１つは、ツール制御装置、たとえば、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２によってツール１２の移動を調節するように動作可能なジョイスティック２４を含むことができる。ジョイスティック２４は、機械オペレータによって操作されると、油圧制御システム２６に対し、ツール１２を移動させるように第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２への加圧流体（たとえば油圧流体）の流れを調節する命令を発することができる。ジョイスティック２４は、流量と、第１アクチュエータ２０および第２アクチュエータ２２への流れの方向とをともに調節し、それによりツール１２の速度および移動方向を制御することができる。

ここで図２を参照すると、動力源１８は、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２に関連する油圧制御システム２６に動力を供給することができる。動力源１８は、たとえばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、または当業者には明らかである他の任意のエンジン等のエンジンであり得る。少なくとも１つの実施形態では、動力源１８を、実質的に一定の回転動力をシャフト２８によって油圧制御システム２６に提供するように構成することができる。

油圧制御システム２６は、油圧回路３０およびコントローラ３２を有することができる。コントローラ３２は、油圧回路３０を流れる流体流を制御するように油圧制御システム２６のさまざまな構成要素を制御することができる。油圧回路３０を、油圧制御システム２６内の加圧流体の流れを方向付けるために用いられるさまざまな油圧構成要素から構成することができる。たとえば、油圧回路３０は、後述するように、タンク３４、ポンプ３６、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２ならびに他の構成要素を含むことができる。ポンプ３６は、動力源１８によって提供される回転動力を利用して、タンク３４から流体を引き出し、その流体を、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２によって使用されるように加圧することができる。コントローラ３２を、ポンプ３６、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２ならびに動力源１８に動作可能に連結することにより、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２に連結されているツール１２を移動させるように、加圧流体を選択的に向けることができる。

ポンプ３６は、タンク３４から流体を引き出し、それを、油圧回路３０内で使用されるように加圧することができる。ポンプ３６は、たとえば、傾斜可能な斜板３８を有する可変容量油圧ポンプであり得る。ポンプ３６は、タンク３４からポンプ入力ポート４０を介して流体を引き出し、斜板３８の傾斜角αおよびシャフト２８の回転速度に対応する吐出流量で、圧力下の流体を油圧通路４２に吐出することができる。

ポンプ３６の吐出流量を、ポンプアクチュエータ、たとえばチルトアクチュエータ４４を用いて傾斜角αを変化させることによって制御することができる。最大傾斜角αでは、チルトアクチュエータ４４は、ポンプ３６の最大吐出流量をもたらすことができる。対照的に、最小傾斜角αでは、チルトアクチュエータ４４は、ポンプ３６の最小吐出流量をもたらすことができる。そのため、吐出流量、したがって油圧回路３０の圧力を、おもに斜板３８の移動をチルトアクチュエータ４４で制御することによって調節することができる。

チルトアクチュエータ４４は、傾斜角αを調整し、それによりポンプ３６の吐出流量を調整するように構成される任意の構成要素であり得る。１つの例示的な実施形態では、チルトアクチュエータ４４は、第１チャンバ５０および第２チャンバ５２を形成するように配置されるシリンダ４６およびピストン４８を有することができる。第１チャンバ５０に、ポンプ３６から第１チャンバ通路５３を介して加圧流体を常に供給することができる。第２チャンバ通路５６によって、選択的に、第２チャンバ５２に流体を供給するか、またはそこから流体を排出することができる。

ポンプ制御弁５８を、第２チャンバ通路５６と連通するように配置して、第２チャンバ５２へのかつそこからの流体の流れを制御して斜板３８の傾斜角αを調整することができる。ポンプ制御弁５８は、たとえばスプール弁を含むさまざまなタイプの制御弁のうちの１つであり得る。一例では、ポンプ制御弁５８は、三方比例スプール弁であり得る。すなわち、ポンプ制御弁５８は、流体流が選択的に３つの別個の通路を通過するかまたはそこから遮断される、３つの動作状態（後により詳細に説明する）の間で無限に可変であり得る。

ポンプ制御弁５８を、ポンプ制御弁アクチュエータを用いて作動させることができる。たとえば、ポンプ制御弁５８を、ソレノイド、サーボ機構、パイロット作動式機構を用いて、または当業者には既知である他の任意の方法で作動させることができる。図２の実施形態に示すように、ソレノイド６０を、コントローラ３２により、ポンプ制御弁５８を第１状態、第２状態および第３状態の間で移動させるように励磁することができる。

（図２に示す）第１状態では、ポンプ制御弁５８は、油圧通路４２と第２チャンバ通路５６との間の流体流を実質的に遮断することができる。さらに、第１状態では、第２チャンバ通路５６とポンプ排出通路６２との間の流体流もまた実質的に遮断することができる。第１状態では、実質的に斜板３８の傾斜角αのいかなる調整も行われない。

第２状態では、ポンプ制御弁５８は、第２チャンバ通路５６をポンプ排出通路６２に連結することができ、それにより、ポンプ制御弁５８内のスプールの相対位置に応じて、可変量の流体が第２チャンバ５２からタンク３４に流れることができ、有効に第２チャンバ５２が減圧される。この状態で、第１チャンバ５０内の加圧流体により、ピストン４８がシリンダ４６内に後退することができ、それにより、チルトアクチュエータ４４の有効長が低減し、斜板３８の傾斜角αが増大する。

第３状態では、ポンプ制御弁５８は、ポンプ３６の出力を、油圧通路４２によって第２チャンバ通路５６に連結することができ、それにより、ポンプ制御弁５８内のスプールの相対位置に応じて、可変量の流体が第２チャンバ５２内に入ることができる。この状態では、第２チャンバ５２内に流れ込む加圧流体はピストン４８に作用することができ、ピストン４８を伸長させ（すなわち、第２チャンバ５２の容積を拡大させ）、それによりチルトアクチュエータ４４の有効長が増大し、斜板３８の傾斜角αが低減する。別法として、望ましい場合、ピストン４８の伸長によって斜板３８の傾斜角αを増大させることができ、ピストン４８の後退によって傾斜角αを低減させることができるように、チルトアクチュエータ４４を再構成することができることが考えられる。第２状態または第３状態のいずれかにおいて、ポンプ制御弁５８のスプールの位置を、チルトアクチュエータ４４へのまたはそこからの流れの量を変更するようにある範囲内で変更することができる。

ツール制御弁６４が、ポンプ３６から油圧通路４２を介して加圧流体流を受け取り、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２内に流体を供給してツール１２を移動させることができる。ツール制御弁６４の動作状態に応じて、第１ツール供給通路６６を介して（すなわちツールアクチュエータ２０、２２を伸長させるために）、または第２ツール通路６８を介して（すなわちツールアクチュエータ２０、２２を後退させるために）、流体を第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２に向けることができる。第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２からの流体を、ツール排出通路７０を介して排出することができる。ツール制御弁６４を、たとえばサーボ機構、ソレノイド、パイロット作動式機構を含むツール制御弁アクチュエータにより、または当該技術分野において既知である他の任意の方法で作動させることができる。図２の実施形態に示すように、サーボ機構７２を、コントローラ３２によって、ツール１２を移動させるようツール制御弁６４を移動させるように励磁することができる。

機械オペレータは、ジョイスティック２４を用いてツール１２の移動を命令することができ、制御センサ７４を、オペレータ命令を示す信号を生成するように位置付けることができる。すなわち、制御センサ７４は、ニュートラル位置から離れるジョイスティック２４の変位に比例する信号を生成し、コントローラ３２に送出することができる。この信号を、コントローラ３２が受け取ることができ、コントローラ３２は、ツール制御弁６４を、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２のツール１２を移動させる所望の調整をもたらす、対応する量だけ移動させるように、サーボ機構７２を応答可能に励磁する命令（後により詳細に説明する）を確定することができる。

コントローラ３２は、油圧制御システム２６の構成要素を制御しかつ作動させる手段を有する、単一のマイクロプロセッサまたは複数のマイクロプロセッサを具現化することができる。さまざまなシステムパラメータを関連付ける１つまたは複数のマップを、コントローラ３２のメモリに格納することができる。これらマップの各々は、表、グラフ、式の形態および／または別の好適な形態でデータの集まりを含むことができる。マップを、コントローラ３２により自動的またはオペレータにより手動で、機械１０に取り付けられている構成要素の作動に影響を及ぼすように、選択しかつ／または変更することができる。マップを使用する代わりに、油圧制御システム２６が、コントローラ３２が他の制御機能（たとえば、式、ルックアップテーブル）にアクセスするのを許可することができることも考えられる。

第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２が、オペレータ入力にしたがってツール１２を移動させるように伸長または後退する際、第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２内に移動する流体は、ツール制御弁６４にかかる圧力に影響を与えることができる。ツール制御弁６４の前後の圧力降下を、１つまたは複数の圧力センサによって検知することができる。たとえば、ポンプ３６とツール制御弁６４との間の流体圧力を検知するように、油圧通路４２に沿って第１圧力センサ７６を配置することができる。より詳細には、第１圧力センサ７６を、ツール制御弁６４に近接して配置することができる。同様に、たとえば、ツール１２の伸長中に、ツール制御弁６４と第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２との間の流体圧力を検知するように、第１ツール供給通路６６に沿って第２圧力センサ７８を配置することができる。同様に、たとえば、ツール１２の後退中に、ツール制御弁６４と第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２との間の流体圧力を検知するように、第２ツール供給通路６８に沿って第３圧力センサ８０を配置することができる。第１圧力センサ７６、第２圧力センサ７８および第３圧力センサ８０は、コントローラ３２に圧力信号を送出することができる。コントローラ３２は、第１圧力センサ７６、第２圧力センサ７８および第３圧力センサ８０から圧力信号を受け取り、これら信号を比較して、ツール制御弁６４の前後の実際の圧力勾配値を確定することができる。

コントローラ３２は、そのメモリに、ツール制御弁６４の前後の実際の圧力勾配値を１つまたは複数の所定の圧力勾配値に関連付けるロードセンシング制御マップ１００を格納することができる。ロードセンシング制御マップ１００は、種々の動作状態に対してさまざまな所定圧力勾配値を含むことができることが考えられる。ただし、単一の所定圧力勾配値をすべての動作状態下で使用されるように格納することができることも考えられる。ロードセンシング制御マップ１００を用いることにより、コントローラ３２は、ツール制御弁６４の前後の実際の圧力勾配値が、所定圧力勾配値から、許容可能な量を上回って逸脱すると確定した場合、誤差を特定し、ポンプ制御弁５８を調節するロードセンシング制御信号を生成することができる。コントローラ３２は、ロードセンシング制御信号に基づいて、ポンプ制御弁５８に対しチルトアクチュエータ４４への流体の流れを変更させることができる。

たとえば、実際の圧力勾配値が所定圧力勾配値より低い場合、コントローラ３２は、ポンプ制御弁５８に対して第２状態で動作するように命令することができ、それによりポンプ３６の吐出流量が増大する。対照的に、実際の圧力勾配値が予測よりも高い場合、コントローラ３２は、ポンプ制御弁５８に対して第３状態で動作するように命令することができ、それによりポンプ３６の吐出流量が低減する。このように、少なくとも油圧制御システム２６による流量要求が過度に急峻であるかまたは過渡的でない時に、ツール制御弁６４の前後の実質的に一定の圧力勾配が維持される傾向にあることが可能である。

コントローラ３２がポンプ制御弁５８の移動を命令するために、ポンプ制御弁５８の動作に関連する１つまたは複数のポンプ制御弁マップを使用することができる。たとえば、コントローラ３２は、そのメモリに、ポンプ制御弁５８の位置をポンプ３６の吐出流量に関連付けるポンプ制御弁位置マップ１０２を格納することができる。ポンプ制御弁位置マップ１０２を、コントローラ３２が、チルトアクチュエータ４４の所望の移動を達成するために必要なツール制御弁５８の位置の調整を確定するために使用することができる。状況によっては、所望の流体流量を達成するようにポンプ制御弁５８を適切に位置決めするためにソレノイド６０が必要とする力を計算することが必要な場合もある。この計算を容易にするために、コントローラ３２は、そのメモリに、ポンプ制御弁５８の位置を、ポンプ制御弁５８を適所に移動させるために必要な力（たとえば流体圧力）に関連付けるポンプ制御弁力マップ１０４を格納することができる。特に、ポンプ制御弁力マップ１０４は、付勢装置、たとえばソレノイド６０に抗して作用するリターンスプリング８２に関連する定数「ｋ」を含むことができ、ポンプ制御弁５８を移動させるためにソレノイド６０が必要な対応する力を励磁電流に関連付けることができ、これは、コントローラ３２がポンプ３６の吐出流量の調整を命令するのに役立つことができる。さらに、コントローラ３２は、そのメモリに、励磁電流および／または流体圧力を必要なソレノイド力に関連付けるポンプ制御弁電流マップ１０６を格納することができる。すなわち、ポンプ制御弁電流マップ１０６は、コントローラ３２がポンプ３６の吐出流量の調整を命令するのに役立つことも可能である。

油圧制御システム２６の応答性を向上させるために、フィード・フォワード制御を採用することができる。フィード・フォワード制御を、ロードセンシング制御の代替手段として使用することができると考えられるが、フィード・フォワード制御の反応特性とロードセンシング制御の能力とを利用してフィード・フォワード調整の精度を検証しあらゆる不正確も補正するために、フィード・フォワードをロードセンシングと組み合わせて用いることが望ましい可能性がある。フィード・フォワード制御は、機械オペレータによりツール１２のツール移動要求に関連する流量要求の変化を推定することができる可能性がある。さらに、フィード・フォワード制御は、ツール制御弁６４の前後の圧力勾配の変化を推定することができる可能性がある。圧力勾配の推定された変化を、流量要求の推定された変化に関連付けることができ、ツール１２の起動に関連付けることができる。たとえば、ポンプ３６から油圧通路４２内に流れ込む流体は、油圧通路４２内の圧力の上昇をもたらす傾向があり得る。別法として、油圧通路４２から出て第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２内に流れ込む流体は、油圧通路４２内の圧力の低下をもたらす傾向があり得る。

推定された流量要求変化に基づき、フィード・フォワード制御は、ポンプ３６の吐出流量を調節することができ、ツール１２の作動からもたらされるツール制御弁６４の前後の圧力変化を補償することができる。フィード・フォワード制御を用いて、油圧制御システム２６によって、流体の供給を、それが必要となる前にまたは必要となる際に変更することができる。本明細書で用いるフィード・フォワード制御とは、推定された外乱に対して事前に定義された方法で応答する制御系を指すものとする。たとえば、ツール１２の移動が命令されると、フィード・フォワード制御は、対応する圧力の変化が発生するのとほぼ同時に、流量要求の推定された変化に応答することができる。フィード・フォワード制御は、ポンプ３６の吐出流量を調整して、ツール制御弁６４にわたる流量要求の推定された変化に対応することができる。ポンプ３６の吐出流量の調整を、コントローラ３２がツール制御弁６４を介してツール１２の作動を命令するのとほぼ同時にまたはその前に行うことができる。

フィード・フォワード制御の１つの例示的な実施形態では、コントローラ３２は、制御センサ７４によって生成される信号を受け取ることができる。これら信号は、たとえば、機械オペレータによって操作されるように、ジョイスティック２４の位置を示すことができる。コントローラ３２は、制御センサ７４によって生成される信号を受け取ると、フィード・フォワード制御応答の計算を開始することができる。フィード・フォワード制御応答は、機械オペレータの命令に従ってツール１２が移動するのとほぼ同時にまたはその前に、コントローラ３２がポンプ３６の吐出流量を調整するように作成する命令を含むことができる。

フィード・フォワード制御応答を、コントローラ３２が、コントローラ３２のメモリに格納されているフィード・フォワード制御マップ１０８を用いることによって確定することができる。たとえば、コントローラ３２は、制御センサ７４から受け取った信号を、ツール移動要求（すなわちジョイスティック２４の位置）をポンプ３６の吐出流量の変化に関連付けるフィード・フォワード制御マップ１０８と比較することができる。そして、コントローラ３２は、フィード・フォワード制御マップ１０８を用いて、ツール１２を移動させるために第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２が必要とする流量要求の変化を推定することができる。たとえば、オペレータが、流量要求の増大を示すツール移動要求を開始する場合、コントローラ３２は、ポンプ３６の吐出流量を増大させることができる。逆に、オペレータが、流量要求の低減を示すツール移動要求を開始する場合、コントローラ３２は、ポンプ３６の吐出流量を低減させることができる。

ポンプ３６の新たな吐出流量を確定する時、コントローラ３２は、ポンプ制御弁５８に関連するポンプ制御弁マップ１０２、１０４のうちの少なくとも１つを実行して、コントローラ３２からポンプ制御弁５８のソレノイド６０への命令を確定することができる。すなわち、コントローラ３２は、ポンプ３６の吐出流量を、ポンプ３６の変化した吐出流量を実現するようにチルトアクチュエータ４４を調整するために必要なポンプ制御弁５８の位置に関連付ける、ポンプ制御弁位置マップ１０２を採用することができる。ポンプ制御弁５８をリターンスプリング８２によって付勢することができるため、コントローラ３２は、ばね定数「ｋ」を含むポンプ制御弁力マップ１０４を採用して、ポンプ制御弁５８を移動させるためにソレノイド６０が必要とする力を確定することができる。最後に、コントローラ３２は、ポンプ制御弁５８を、ポンプ３６の変化した吐出流量をもたらすために必要な位置に移動させるために必要な力を、ソレノイド６０が必要とする励磁電流に関連付ける、ポンプ制御弁電流マップ１０６を採用することができる。

コントローラ３２が増大流量要求を示す状況では、コントローラ３２は、たとえば、ポンプ制御弁５８に対し、ポンプ３６の吐出流量を増大させるその第２状態になるように命令することができる。同様に、コントローラ３２が低減流量要求を示す状況では、コントローラ３２は、たとえば、ポンプ制御弁５８に対し、ポンプ３６の吐出流量を低減するその第３状態になるように命令することができる。

コントローラ３２が、ロードセンシング制御応答と組み合わせてフィード・フォワード制御応答を命令することにより、ポンプ３６の吐出流量を調整することができることが考えられる。後により詳細に説明するように、これら応答の各々を、コントローラ３２が、独立してまたはほぼ同時に発生するように命令することができる。

ジョイスティック２４からのオペレータ入力に従ってツール１２を制御するために、コントローラ３２はまた、制御センサ７４からの信号を利用してツール制御応答命令を発することも可能である。ツール制御応答命令を、コントローラ３２が、フィード・フォワード制御応答を命令するとほぼ同時にまたはその直後に発することができる。ツール制御応答命令を、コントローラ３２が、機械オペレータの要求に応じてツール１２を移動させるように第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２を作動させるように実行することができる。

コントローラ３２は、そのメモリに、ツール移動要求をツール制御弁６４の流体出力に関連付けるツール制御マップ１１０を格納することができる。ツール制御マップ１１０を用いて、ツール制御弁６４の流体出力の変化を確定することができる。ツール制御弁６４の流体出力の確定される変化に従ってツール制御弁６４の調整を命令するために、コントローラ３２は、そのメモリに、ツール制御弁６４の流体出力の確定される変化をツール制御弁６４の位置に関連付けるツール命令マップ１１２を格納することができる。

ツール制御弁６４が要求する位置を確定する時、コントローラ３２は、サーボ機構７２に対し、たとえば第１供給通路６６および第２供給通路６８のうちの一方に流体を通過させ、排出通路７０を介して流体をタンク３４内に排出することにより、ツール１２を移動させるようにツール制御弁６４を調整するように命令することができる。

開示した油圧制御システムを、ポンプの吐出流量を調節するあらゆる機械で応用することができる可能性がある。開示した解決法を、油圧ツールシステム、特に可動機械に搭載されて使用される油圧ツールシステムにおいて特に応用することができる。

図３に示すように、機械オペレータは、機械１０の可変流量要求を満たすようにポンプ３６の吐出流量を調整するように、ロードセンシング制御と組み合わせてフィード・フォワード制御を実施することにより、油圧制御システム２６の動作を調節するプロセスを開始することができる。油圧制御システム２６の動作中、機械オペレータは、たとえばジョイスティック２４を介して、ツール移動要求を開始するオペレータ入力を提供することができる（ステップ２００）。オペレータ入力を制御センサ７４が検知することができ（ステップ２０２）、制御センサ７４は、コントローラ３２に転送されるオペレータ入力信号（たとえばツール移動要求）を生成することができる。オペレータ入力信号（たとえばツール移動要求）を、コントローラ３２が受け取ることができ、１つまたは複数のマップと組み合わせて使用することにより、少なくとも２つの応答信号（たとえばフィード・フォワード応答信号またはツール応答信号）を生成することができる。

コントローラ３２は、１つまたは複数のマップを使用してフィード・フォワード応答信号を確定することができる。より詳細には、コントローラ３２は、たとえばフィード・フォワード制御マップ１０８を使用して、オペレータ入力によってもたらされる、ツール制御弁６４にわたる流量要求の変化を推定することができる（ステップ２０４）。推定された流量要求の変化、したがって対応する圧力勾配の関連する変化を補償するために、コントローラ３２は、推定された流量要求の流量を満たすために十分なポンプ３６の吐出流量の調整を確定することができる。さらに、コントローラ３２は、１つまたは複数のポンプ制御弁マップ１０２、１０４、１０６を実行することにより、ポンプ３６の吐出流量の調整を実施するために十分なポンプ制御弁５８に対する命令を確定することができる（ステップ２０６）。コントローラ３２は、フィード・フォワード制御に対してポンプ吐出流量の調整を推定し、ポンプ制御弁５８に対する命令を確定すると、推定された流量要求の変化に従ってポンプ３６の吐出流量を変更するために、ポンプ制御弁５８に対してチルトアクチュエータ４４を調整するように命令することができる（ステップ２０８）。

その後または同時に、コントローラ３２は、さらに別のマップを使用してツール応答信号を生成することができる。より詳細には、コントローラ３２は、ツール制御マップ１１０を利用して、制御センサ７４によって検知されるオペレータ入力を使用してツール応答信号を確定し、ツール命令マップ１１２を利用して、ツール制御を実施するようにツール制御弁６４にいかに命令するかを確定することができる（ステップ２１０）。そして、コントローラ３２は、サーボ機構７２にツール制御応答命令を送出することによりツール制御弁６４を調整することができ、ツール制御弁６４は、ツール１２を移動させるように第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２を伸長または後退させることができる（ステップ２１２）。第１ツールアクチュエータ２０および第２ツールアクチュエータ２２への流体流により、ツール制御弁６４の前後の圧力降下を変化させることができ、それを、第１圧力センサ７６、第２圧力センサ７８および第３圧力センサ８０が検知することができる。

コントローラ３２は、まず、第１圧力センサ７６、第２圧力センサ７８および第３圧力センサ８０から圧力信号を受け取って実際の圧力勾配値を確定することにより、ロードセンシング制御を実施することができる（ステップ２１４）。コントローラ３２は、１つまたは複数のマップを実行して、ロードセンシング制御に応答してポンプ吐出流量調整を確定することができる。より詳細には、コントローラ３２は、ロードセンシング制御マップ１００を実行して、誤差があるか否かを確定することができる。すなわち、実際の圧力勾配値が、所定圧力勾配値から許容可能な量を越えて逸脱する時に、誤差を画定することができる（ステップ２１６）。実際の圧力勾配値と所定圧力勾配値との間で確定される誤差に基づいて、コントローラ３２は、誤差をロードセンシング制御マップ１００における補正係数と比較することにより、誤差を訂正する命令を開始することができる。さらに、コントローラ３２は、１つまたは複数のポンプ制御弁マップ１０２、１０４、１０６を実行して、誤差を訂正するようにポンプ制御弁５８に対する命令を確定することができる（ステップ２０６）。コントローラ３２は、ロードセンシング制御に対する補正係数を確定し、誤差に基づいて吐出流量の調整をもたらすようにポンプ制御弁５８に対する命令を確定すると、ポンプ制御弁５８に対し、ポンプ３６の吐出流量を調整するようにチルトアクチュエータ４４を調整するよう命令することができる。

第１例では、機械オペレータは、ツール１２がたとえば最大上昇速度の２０パーセントに対応する速度で上昇するように命令することができる。ここで図３を参照すると、機械オペレータは、この上昇速度を、ジョイスティック２４を操作することによって命令することができる。オペレータの命令の結果として、制御センサ７４は、所望のツール上昇速度の２０パーセントを示す信号（たとえばツール移動要求）を生成することができる。コントローラ３２は、信号を受け取ると、ポンプ制御弁マップ１０２、１０４、１０６と組み合わせてフィード・フォワード制御マップ１０８を実行することにより、ポンプ制御弁５８をポンプ３６の吐出出力を増大させる第２状態になるように調整する命令を確定することができる。フィード・フォワード制御を実施すると同時に、またはほぼ同時に、コントローラ３２は、ツール制御マップ１１０およびツール命令マップ１１２を介してツール制御を実施することにより、ツール制御弁６４に対してツール１２を移動させるように命令することができる。さらに、コントローラ３２は、第１圧力センサ７６、第２圧力センサ７８および第３圧力センサ８０を利用してツール制御弁６４の前後の圧力勾配を監視することにより、ロードセンシング制御を実施することができる。コントローラ３２は、圧力信号を受け取ると、ポンプ制御弁マップ１０２、１０４、１０６と組み合わせてロードセンシング制御マップ１００を実行することにより、実際の圧力降下値が所定圧力低下と比較して許容できる量を越えて逸脱しているか否かを確定し、その後、ポンプ３６の吐出流量の調整に従ってポンプ制御弁５８を調整する命令を確定することができる。すなわち、ロードセンシング制御は、フィード・フォワード制御が流量要求の評価を誤ったか否かの判断に役立つことができる。たとえば、フィード・フォワード制御が流量要求を過大評価した状況では、コントローラ３２は、ポンプ３６の吐出流量の修正する低減を命令することができる。

第２例では、機械オペレータは、上昇速度を、最大上昇速度の２０パーセントに対応する上昇速度から、最大上昇速度の５パーセントに対応する速度まで調整することができる。機械オペレータは、ジョイスティック２４を操作することによりこの上昇速度を命令することができる。オペレータの命令の結果として、制御センサ７４は、所望のツール上昇速度の５パーセントを示す信号（たとえばツール移動要求）を生成することができる。フィード・フォワード制御を実施しているコントローラ３２は、流量要求の低減を認識することができ、それに従って、ポンプ３６の吐出出力を低減するように作用することができる。さらに、ロードセンシング制御を実施しているコントローラ３２は、第１圧力センサ７６、第２圧力センサ７８および第３圧力センサ８０を介して、フィード・フォワード制御が流量要求の評価を誤ったことを検知することができる。たとえば、フィード・フォワード制御が流量要求を過小評価した状況では、コントローラ３２は、ポンプ３６の吐出流量の修正する増大を命令することができる。

開示した実施形態は複数のマップ（たとえば１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０および１１２）を有するが、コントローラ３２に対し、油圧制御システム２６内の流体流を調節するように命令するために十分な任意の数または編成のマップを利用することができる。たとえば、複数のマップのうちの１つまたは複数を単一マップに結合してもよく、またはさらなるマップに分割してもよい。さらに、油圧制御システム２６は、機械１０の流量要求を調節するさまざまな構成要素を有することができる。たとえば、機械１０が複数のツールまたはツールを操作するさまざまなアクチュエータを有する状況では、油圧制御システム２６は、フィード・フォワード制御およびロードセンシング制御を実施するのに十分な任意の数またはタイプの構成要素を有することができる。

開示した方法および装置は、流量要求の変化を変化する前に推定し、予想し、かつ／または抑制することにより、システム安定性およびシステム応答を向上させることができる。ロードセンシング制御と組み合わせて、流量要求に対して迅速に予期し応答するようにフィード・フォワード制御を利用することにより、フィード・フォワード制御に応答して命令される流量要求が許容できる範囲内にあることを検証する油圧制御システム２６を採用することにより、油圧制御システム２６は、先のシステムより圧力勾配のより応答性が高くかつより正確な調節を可能にすることができる。

本開示の範囲から逸脱することなく、開示した油圧制御システムに対してさまざまな変更および変形を行うことができることが、当業者には明らかとなろう。開示した油圧制御システムの他の実施形態は、本明細書に開示した仕様および実施を考慮することにより、当業者には明らかとなろう。仕様および例は単に例示するものとして考慮される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れらの均等物によって示される。

Claims (20)

1. ポンプと、
   ポンプによって提供される加圧流体流によってツールを移動させるように構成されるツールアクチュエータと、
   ツールアクチュエータへの加圧流体流を制御するように構成されるツール制御弁と、
   ツール制御弁およびポンプに動作可能に接続されるコントローラであって、
   ツール移動要求を受け取り、
   ツール移動要求に関連するツール制御弁にわたる流量要求の変化を推定し、
   ツール移動要求を満たすように推定された流量要求の変化に基づいて、ポンプの吐出流量の調整を命令する
   ように構成され、ツール移動要求を複数の値のパラメータのそれぞれに関連付けるフィード・フォワード制御マップを複数有し、前記複数のフィード・フォワード制御マップのうち、検出されたパラメータに関連付けられたフィード・フォワード制御マップを実行することにより流量要求の変化を推定するように構成されるコントローラと、
   を具備する油圧制御システム。
2. ツール制御装置のオペレータ操作に基づいてツール移動要求の指示を検知するように構成される制御センサをさらに有する、請求項１に記載の油圧制御システム。
3. コントローラが、ツール移動要求をポンプの吐出流量の変化に関連付けるフィード・フォワード制御マップを有し、コントローラが、フィード・フォワード制御マップを実行することにより流量要求の変化を推定するように構成される、請求項２に記載の油圧制御システム。
4. ポンプアクチュエータへの加圧流体流を制御するように構成されるポンプ制御弁をさらに有する、請求項３に記載の油圧制御システム。
5. コントローラが、ポンプ制御弁の位置をポンプの吐出流量に関連付けるポンプ制御弁位置マップを有し、コントローラが、ポンプ制御弁位置マップを実行することにより吐出流量の調整を命令するように構成される、請求項４に記載の油圧制御システム。
6. コントローラが、ポンプ制御弁の位置を、ポンプ制御弁を付勢装置に抗して調整するために必要な力に関連付けるポンプ制御弁力マップを有し、コントローラは、ポンプ制御弁力マップを実行することにより吐出流量の調整を命令するように構成される、請求項５に記載の油圧制御システム。
7. コントローラが、ポンプ制御弁を付勢装置に抗して調整するために必要な力を、ポンプ制御弁の位置を調整するために弁アクチュエータが必要とする励磁電流に関連付けるポンプ制御弁電流マップを有し、コントローラが、ポンプ制御弁電流マップを実行することにより吐出流量の調整を命令するように構成される、請求項６に記載の油圧制御システム。
8. コントローラが、ツール移動要求をツール制御弁の流体出力に関連付けるツール制御マップを有し、コントローラが、さらに、ツール制御マップを実行することによりツール制御弁の流体出力の変化を確定するように構成される、請求項２に記載の油圧制御システム。
9. コントローラが、ツール制御弁の流体出力の変化をツール制御弁の位置に関連付けるツール命令マップを有し、コントローラが、さらに、ツールを移動させるようにツール命令マップを実行することにより、ツール制御弁の位置の変化を命令するように構成される、請求項８に記載の油圧制御システム。
10. コントローラが、ツール制御弁の位置の変化を命令するように構成されるのとほぼ同時に、ポンプの吐出流量の調整を命令するように構成される、請求項９に記載の油圧制御システム。
11. コントローラが、ツール制御弁の位置の変化を命令する前に、ポンプの吐出流量の調整を命令するように構成される、請求項９に記載の油圧制御システム。
12. 少なくとも１つの圧力値を検知し、少なくとも１つの圧力値をコントローラに送出するように構成される少なくとも１つの圧力センサをさらに有し、それにより、コントローラが、実際の圧力勾配値を確定するように構成され、コントローラが、実際の圧力勾配値を所定圧力勾配値と比較することにより誤差を確定す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。
13. コントローラが、誤差をポンプの吐出流量の変化に関連付けるロードセンシング制御マップを有し、コントローラが、ロードセンシング制御マップを実行することによりポンプの吐出流量の追加の変化を確定するように構成される、請求項１２に記載の油圧制御システム。
14. コントローラが、ポンプの吐出流量の追加の変化をポンプ制御弁の特徴に関連付ける少なくとも１つのポンプ制御弁マップを有し、コントローラが、少なくとも１つのポンプ制御弁マップを実行することによりポンプの吐出流量の調整を命令するように構成される、請求項１３に記載の油圧制御システム。
15. 油圧制御システムによりツールの移動を制御する方法であって、
    ポンプによって流体を加圧するステップと、
    ツールを移動させるオペレータ命令を受け取るステップと、
    ツールを移動させるオペレータ命令に基づいて、複数の値のパラメータのそれぞれに関連付ける複数のフィード・フォワード制御マップのうち、検出されたパラメータに関連付けられたフィード・フォワード制御マップを実行することにより油圧制御システムにおける流量要求の変化を推定するステップと、
    流量要求の推定された変化に基づいてポンプの吐出流量を調整するステップと、
    オペレータ命令に基づいて、ツールを移動させるように加圧流体の少なくとも一部を向けるステップと、
    を含む方法。
16. ツール制御弁の前後の圧力降下を確定するステップをさらに含み、ポンプの吐出流量を調整するステップが、流量要求の推定された変化に基づいてポンプの吐出流量を調整することに加えて、ツール制御弁の前後の圧力降下に基づいて吐出流量を調整することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. ツールを移動させるように加圧流体の少なくとも一部を向けるのとほぼ同時に、流量要求の推定された変化に基づいてポンプの吐出流量を調整するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
18. ツールを移動させるように加圧流体の少なくとも一部を向ける前に、流体要求の推定された変化に基づいてポンプの吐出流量を調整するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. 動力源と、
    動力源によって機械的に駆動されるポンプと、
    ポンプに流体連結され、かつポンプの押しのけ容積を調整するように構成されるポンプアクチュエータと、
    ツールを移動させるようにポンプから加圧流体流を受け取るように構成されるツールアクチュエータと、
    ツールアクチュエータへの加圧流体流を制御するように構成されるツール制御弁と、
    ツール移動要求を示す第１信号を生成するように構成される制御センサと、
    制御センサおよびツール制御弁に動作可能に接続されるコントローラであって、
    ツール移動要求に関連するツール制御弁にわたる流量要求の変化を推定し、
    ツール移動要求を満たすようにツール制御弁の移動を命令し、
    ツール制御弁にツール移動要求を満たすように移動するよう命令するのとほぼ同時に、流量要求の推定された変化に対応するようポンプの吐出流量を調整するように、ポンプアクチュエータへの加圧流体流を命令する
    ように構成され、ツール移動要求を複数の値のパラメータのそれぞれに関連付けるフィード・フォワード制御マップを複数有し、前記複数のフィード・フォワード制御マップのうち、検出されたパラメータに関連付けられたフィード・フォワード制御マップを実行することにより流量要求の変化を推定するように構成されるコントローラと、
    を具備する機械。
20. １つまたは複数の圧力値を示す第２信号を生成するように構成される少なくとも１つの圧力センサをさらに有し、コントローラが、少なくとも１つの圧力センサに動作可能に接続され、さらに、
    第２信号に基づくツール制御弁の前後の実際の圧力勾配値と、ツール制御弁の前後の所定圧力勾配値との差に基づき、誤差を確定し、
    誤差に基づいてポンプの吐出流量を調整するように、ポンプアクチュエータへの加圧流体流を命令する
    ように構成される、請求項１９に記載の機械。

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