JP6092790B2 - シリンダ停滞ストラテジを有する油圧制御システム - Google Patents

Description

本開示は、一般に、油圧制御システムに関し、より詳細には、シリンダ停滞検出および制御ストラテジを有する油圧制御システムに関する。

ホイールローダ、掘削機、ドーザ、モータグレーダ、および他のタイプの重機などの機械は、様々な作業を達成するために機械の１つまたは複数のポンプから油圧流体を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、典型的には、操作者インターフェースデバイスの作動位置に基づいて速度制御される。しかしながら、アクチュエータの１つの移動が外部負荷によって制限されると、操作者インターフェースデバイスが作動位置に向けて引き続き変位されたとしても、制限されたアクチュエータは移動が非常に遅くなり、さらには完全に停止することがある（すなわち、制限されたアクチュエータは停滞し得る）。操作者インターフェースデバイスの変位位置に基づいて、停滞しているシリンダに加圧流体が引き続き割り振られる場合、機械の効率が低下し得る。さらに、機械のアクチュエータの任意の１つがその移動を制限されているとき、システム全体の流体圧力が突然増加し得る。いくつかの状況では、圧力の増加は、ポンプを停滞させる、および／または他の接続されているアクチュエータの制御性を低下させるほど高くなり得る。さらに、一般には、すべてのアクチュエータに供給される流体の圧力が、システム内での任意の１つのアクチュエータの単一の最大圧力によって制御されるので、システム圧力が増加する単一のアクチュエータの停滞状態中には、すべてのアクチュエータに供給される流体の流量が不要に減少されることがあり、生産および制御性の全体的な損失をもたらす。

停滞状態中の機械動作を改良する一方法は、２００７年８月２８日にＥｇｅｌｊａ他に付与された（特許文献１）（’９３１号特許）に記載されている。具体的には、（特許文献１）は、掘削機械で使用するための油圧システムを記載する。油圧システムは、第１のポンプから加圧流体を供給され、アクチュエータの中でもとりわけブームシリンダを有する第１の回路を含む。また、油圧システムは、第２のポンプから加圧流体を供給され、アクチュエータの中でもとりわけ揺動モータを有する第２の回路を含む。掘削機械の揺動移動中、機械の連係機構が障害物に接触し、揺動モータが移動を制限されると、第２の回路のすべてのアクチュエータに供給される流体圧力が急速に増加する。急速に増加する圧力に応答して、第２のポンプは、第２の回路内の圧力を減少させて停滞状態を回避することを試みて、急速にデストローク（ｄｅｓｔｒｏｋｅ）する。ポンプ出力の減少中の第２の回路内部での他のアクチュエータの移動に対する制御性を高めるために、第２の回路のアクチュエータに指令される流量は、第２のポンプの停滞圧力に対する感知された圧力の比に応じて縮小される。これと同時に、縮小された流量を超える第２の回路からの任意の流れは、第１の回路内に分岐され、ブームシリンダの移動を強めるのに利用可能になる。

（特許文献１）のシステムは、停滞状態中のいくつかの機械動作を改良する助けとなり得るが、このシステムは、利用可能性が不足していることがある。特に、このシステムは、単一のポンプを有する単一の回路のみを有する機械に対する利用可能性、および／または単一回路内部のアクチュエータのサブセットのみの停滞に関連付けられる状態に対する利用可能性が不足していることがある。

米国特許第７，２６０，９３１号明細書

開示する油圧制御システムは、上述した問題、および／または従来技術の他の問題の１つまたは複数を克服することを対象とする。

一態様では、本開示は、油圧制御システムを対象とする。油圧制御システムは、油圧回路と、油圧回路に加圧流体を供給するように構成されるポンプとを含むことがある。また、油圧制御システムは、油圧回路から加圧流体を受け取るように流体接続された第１の流体アクチュエータと、第１の流体アクチュエータへの流体の流れを制御するように移動可能な第１の弁機構と、油圧回路から加圧流体を受け取るように流体接続された第２の流体アクチュエータと、第２の流体アクチュエータへの流体の流れを制御するように移動可能な第２の弁機構とを含むことがある。油圧制御システムは、さらに、第１の弁機構および第２の弁機構と通信する制御装置を含むことがある。制御装置は、第１の流体アクチュエータの停滞状態の判断を行い、その判断に基づいて、第２の弁機構に向けられる流量指令を選択的に変更するように構成することができる。

別の態様では、本開示は、機械を動作させる方法を対象とする。この方法は、流体を加圧するステップと、第１の様式で機械を移動させるように加圧流体の第１の流れを向けるステップと、第２の様式で機械を移動させるように加圧流体の第２の流れを向けるステップとを含むことができる。また、この方法は、第１の様式での機械の移動に関連付けられる停滞状態の判断を行うステップと、その判断に基づいて、第２の流れの変化を選択的に指令するステップとを含むこともある。

開示する例示的な機械の概略側面図である。 図１の機械に関連付けて使用することができる開示す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行われる例示的な開示する方法を示すフローチャートである。

図１は、作業を達成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を示す。機械１０は、採掘、建設、農業、輸送、または当技術分野で知られている他の産業など、ある産業に関連付けられるあるタイプの動作を実施する固定または可動機械を具現化することができる。例えば、機械１０は、図１に示されるローダなど、資材運搬機械でよい。あるいは、機械１０は、掘削機、ドーザ、バックホー、モータグレーダ、ダンプトラック、または他の土木機械を具現化することができる。機械１０は、作業工具１４を移動させるように構成された連係システム１２と、連係システム１２に動力を提供するプライムムーバ１６とを含むことがある。

連係システム１２は、作業工具１４を移動させるために、流体アクチュエータによって作用を及ぼされる構造を含むことがある。具体的には、連係システム１２は、ブーム（すなわち上昇部材）１７を含むことがあり、ブーム１７は、１対の隣接する複動型油圧式シリンダ２０（図１には一方のみを示す）によって、作業面１８に対して水平軸２８の周りで垂直方向に回動可能である。また、連係システム１２は、水平軸３０の周りでブーム１７に対して垂直方向に作業工具１４を傾動させるために接続された単一の複動型油圧式シリンダ２６を含むこともある。ブーム１７は、一端で、機械１０の本体３２に回動可能に接続されることがあり、ブーム１７の他端には、作業工具１４が回動可能に接続されることがある。

単一の機械１０に多数の異なる作業工具１４を取付け可能であることがあり、特定の作業を行うように制御することができる。例えば、作業工具１４は、バケツ、フォーク機構、ブレード、ショベル、リッパ、ダンプベッド、ほうき、除雪機、推進デバイス、切削デバイス、把持デバイス、または当技術分野で知られている別の作業実施デバイスを具現化することができる。作業工具１４は、図１の実施形態では機械１０に対して上昇および傾動するように接続されているが、あるいは、またはさらに、回動、回転、摺動、揺動、または当技術分野で知られている任意の他の様式で移動することができる。

プライムムーバ１６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、または当技術分野で知られている任意の他のタイプの燃焼機関などのエンジンを具現化することができ、機械１０の本体３２によって支持され、機械１０および作業工具１４の移動のために動力供給するように動作可能である。あるいは、プライムムーバは、燃料電池、動力貯蔵デバイス、または当技術分野で知られている別の動力源など、非燃焼動力源を具現化することができることが企図される。プライムムーバは、機械的または電気的な動力出力を発生することができ、次いで、この動力出力を、油圧式シリンダ２０および２６を移動させるための油圧力に変換することができる。

分かりやすくするために、図２は、ただ１つの油圧式シリンダ２６と、油圧式シリンダ２０の１つとの構成および接続を示す。しかし、機械１０は、必要に応じて、連係システム１２の同じ構造部材または他の構造部材を同様の様式で移動させるために接続された同様の構成の他の油圧式アクチュエータを含むこともできることに留意すべきである。

図２に示されるように、各油圧式シリンダ２０および２６は、第１の圧力チャンバ３８と第２の圧力チャンバ４０とを形成するように、管３４と、管３４の内部に配置されたピストンアセンブリ３６とを含むことがある。一例では、ピストンアセンブリ３６のロッド部分３６ａは、第２の圧力チャンバ４０を通って延在することがある。したがって、第２の圧力チャンバ４０は、そのそれぞれのシリンダのロッドエンド４４に関連付けられることがあり、第１の圧力チャンバ３８は、そのそれぞれのシリンダの反対側のヘッドエンド４２に関連付けられることがある。

第１の圧力チャンバ３８と第２の圧力チャンバ４０はそれぞれ、選択的に、加圧流体の供給および加圧流体の排出を行われることがあり、ピストンアセンブリ３６を管３４の内部で変位させ、それにより、油圧式シリンダ２０、２６の実効長さを変えて、作業工具１４（図１参照）を移動させる。第１の圧力チャンバ３８および第２の圧力チャンバ４０の内外への流体の流量は、油圧式シリンダ２０、２６および作業工具１４の速度に関係することがあり、第１の圧力チャンバ３８と第２の圧力チャンバ４０の圧力差は、作業工具１４に対して油圧式シリンダ２０、２６によって加えられる力に関係することがある。油圧式シリンダ２０、２６の伸張（矢印４６によって表される）と収縮（矢印４７によって表される）は、様々な様式で作業工具１４を移動させる（例えば、それぞれ作業工具１４を上昇および傾動させる）のを補助するように働くことがある。

第１のチャンバ３８および第２のチャンバ４０の充填および排出を調整する助けとなるように、機械１０は、相互接続して協働する複数の流体構成要素を有する油圧制御システム４８を含むことがある。特に、油圧制御システム４８は、油圧式シリンダ２０、２６、エンジン駆動式ポンプ５２、およびタンク５３の間の回路を少なくとも部分的に形成する弁スタック５０を含むことがある。弁スタック５０は、上昇弁機構５４と、傾動弁機構５６と、いくつかの実施形態では１つまたは複数の補助弁機構（図示せず）とを含むことがあり、補助弁機構は、並列して加圧流体を受け取る、および放出するように流体接続される。一例では、弁機構５４、５６は、弁スタック５０を形成するために互いにボルト留めされた別個の本体を含むことがある。別の実施形態では、各弁機構５４、５６は、外部流路（図示せず）のみを介して接続された独立型の機構でよい。必要に応じて、より多数、より少数、または異なる構成の弁機構を弁スタック５０の内部に含むことができることが企図される。例えば、連係システム１２、１つまたは複数の移動弁機構、および他の適切な弁機構の揺動運動を制御するように構成された揺動弁機構（図示せず）を弁スタック５０内に含むことができる。さらに、油圧制御システム４８は、油圧式シリンダ２０、２６の対応する移動を制御するために、弁機構５４、５６と通信する制御装置５８を含むことがある。

上昇弁機構５４と傾動弁機構５６はそれぞれ、それらの関連の流体アクチュエータの運動を調整することができる。具体的には、上昇弁機構５４は、両方の油圧式シリンダ２０の運動を同時に制御し、作業面１８に対してブーム１７を上昇させるように移動可能な要素を有することがある。同様に、傾動弁機構５６は、油圧式シリンダ２６の運動を制御し、ブーム１７に対して作業工具１４を傾動するように移動可能な要素を有することもある。

弁機構５４、５６は、共通の経路を介して、油圧式シリンダ２０、２６への加圧流体の流れおよび油圧式シリンダ２０、２６からの加圧流体の流れを調整するように接続することができる。具体的には、弁機構５４、５６は、共通の供給経路６０を介してポンプ５２に接続することができ、共通の排出経路６２を介してタンク５３に接続することができる。上昇弁機構５４と傾動弁機構５６は、それぞれ別個の流体経路６６および６８を介して共通の供給経路６０に並列に接続することができ、また、それぞれ別個の流体経路７２および７４を介して共通の排出経路６２に並列に接続することができる。各流体経路６６、６８の内部に、圧力補償弁７８および／またはチェック弁７９を配設して、実質的に一定の流量を有する一方向での流体供給を弁機構５４、５６に提供することができる。圧力補償弁７８は、流れ通過位置と流れ阻止位置との間の差圧に応答して移動可能な事前補償弁（図２に示される）または事後補償弁でよく、それにより、圧力補償弁７８に向けられる流体の圧力が変わるときでさえ、流体の実質的に一定の流量が弁機構５４および５６に提供される。いくつかの用途では、必要に応じて、圧力補償弁７８および／またはチェック弁７９を省略することができることが企図される。

上昇弁機構５４と傾動弁機構５６はそれぞれ実質的に同一であり、４つの独立した調量弁（ＩＭＶ）を含むことがある。４つのＩＭＶのうち、２つは、一般に流体供給機能に関連付けられることがあり、２つは、一般に排出機能に関連付けられることがある。例えば、上昇弁機構５４は、ヘッドエンド供給弁８０と、ロッドエンド供給弁８２と、ヘッドエンド排出弁８４と、ロッドエンド排出弁８６とを含むことがある。同様に、傾動弁機構５６は、ヘッドエンド供給弁８８と、ロッドエンド供給弁９０と、ヘッドエンド排出弁９２と、ロッドエンド排出弁９４とを含むことがある。

ヘッドエンド供給弁８０は、流体経路６６と、油圧式シリンダ２０の第１のチャンバ３８に連通する流体経路１０４との間に配設することができ、制御装置５８からの流量指令に応答して第１のチャンバ３８への加圧流体の流量を調整するように構成することができる。ヘッドエンド供給弁８０は、可変位置のばね偏倚式の弁要素、例えばポペットまたはスプール要素を含むことがあり、これは、流体が第１のチャンバ３８内に流れることを可能にされる第１の端部位置と、第１のチャンバ３８からの流体の流れが阻止される第２の端部位置との間の任意の位置に移動するように作動および構成されるソレノイドである。ヘッドエンド供給弁８０は、例えば、固定位置弁要素または当技術分野で知られている任意の他の弁要素など、追加の要素または異なる要素を含むことができることが企図される。あるいはまた、ヘッドエンド供給弁８０は、油圧作動、機械作動、空気圧作動、または任意の他の適切な様式で作動することもできることが企図される。

ロッドエンド供給弁８２は、流体経路６６と、油圧式シリンダ２０の第２のチャンバ４０に連通する流体経路１０６との間に配設することができ、制御装置５８からの流量指令に応答して第２のチャンバ４０への加圧流体の流量を調整するように構成することができる。ロッドエンド供給弁８２は、可変位置のばね偏倚式の弁要素、例えばポペットまたはスプール要素を含むことがあり、これは、流体が第２のチャンバ４０内に流れることを可能にされる第１の端部位置と、第２のチャンバ４０からの流体が阻止される第２の端部位置との間の任意の位置に移動するように作動および構成されるソレノイドである。ロッドエンド供給弁８２は、例えば、固定位置弁要素または当技術分野で知られている任意の他の弁要素など、追加の弁要素または異なる弁要素を含むことができることが企図される。あるいはまた、ロッドエンド供給弁８２は、油圧作動、機械作動、空気圧作動、または任意の他の適切な様式で作動することもできることが企図される。

ヘッドエンド排出弁８４は、流体経路１０４と流体経路７２との間に配設することができ、制御装置５８からの流量指令に応答して、油圧式シリンダ２０の第１のチャンバ３８からタンク５３への加圧流体の流量を調整するように構成することができる。ヘッドエンド排出弁８４は、可変位置のばね偏倚式の弁要素、例えばポペットまたはスプール要素を含むことがあり、これは、流体が第１のチャンバ３８から流れることを可能にされる第１の端部位置と、第１のチャンバ３８からの流体の流れが阻止される第２の端部位置との間の任意の位置に移動するように作動および構成されるソレノイドである。ヘッドエンド排出弁８４は、例えば、固定位置弁要素または当技術分野で知られている任意の他の弁要素など、追加の弁要素または異なる弁要素を含むことができることが企図される。あるいはまた、ヘッドエンド排出弁８４は、油圧作動、機械作動、空気圧作動、または任意の他の適切な様式で作動することもできることが企図される。

ロッドエンド排出弁８６は、流体経路１０６と流体経路７２との間に配設することができ、制御装置５８からの流量指令に応答して、油圧式シリンダ２０の第２のチャンバ４０からタンク５３への加圧流体の流量を調整するように構成することができる。ロッドエンド排出弁８６は、可変位置のばね偏倚式の弁要素、例えばポペットまたはスプール要素を含むことがあり、これは、流体が第２のチャンバ４０から流れることを可能にされる第１の端部位置と、第２のチャンバ４０からの流体の流れが阻止される第２の端部位置との間の任意の位置に移動するように作動および構成されるソレノイドである。ロッドエンド排出弁８６は、例えば、固定位置弁要素または当技術分野で知られている任意の他の弁要素など、追加の弁要素または異なる弁要素を含むことができることが企図される。あるいはまた、ロッドエンド排出弁８６は、油圧作動、機械作動、空気圧作動、または任意の他の適切な様式で作動することもできることが企図される。

ヘッドエンド供給弁８８は、流体経路６８と、油圧式シリンダ２６の第１のチャンバ３８に連通する流体経路１０８との間に配設することができ、制御装置５８からの流量指令に応答して第１のチャンバ３８への加圧流体の流量を調整するように構成することができる。ヘッドエンド供給弁８８は、可変位置のばね偏倚式の弁要素、例えばポペットまたはスプール要素を含むことがあり、これは、流体が第１のチャンバ３８内に流れることを可能にされる第１の端部位置と、第１のチャンバ３８からの流体の流れが阻止される第２の端部位置との間の任意の位置に移動するように作動および構成されるソレノイドである。ヘッドエンド供給弁８８は、例えば、固定位置弁要素または当技術分野で知られている任意の他の弁要素など、追加の要素または異なる要素を含むことができることが企図される。あるいはまた、ヘッドエンド供給弁８８は、油圧作動、機械作動、空気圧作動、または任意の他の適切な様式で作動することもできることが企図される。

ロッドエンド供給弁９０は、流体経路６８と、油圧式シリンダ２６の第２のチャンバ４０に連通する流体経路１１０との間に配設することができ、制御装置５８からの流量指令に応答して第２のチャンバ４０への加圧流体の流量を調整するように構成することができる。具体的には、ロッドエンド供給弁９０は、可変位置のばね偏倚式の弁要素、例えばポペットまたはスプール要素を含むことがあり、これは、流体が第２のチャンバ４０内に流れることを可能にされる第１の端部位置と、第２のチャンバ４０からの流体が阻止される第２の端部位置との間の任意の位置に移動するように作動および構成されるソレノイドである。ロッドエンド供給弁９０は、例えば、固定位置弁要素または当技術分野で知られている任意の他の弁要素など、追加の弁要素または異なる弁要素を含むことができることが企図される。あるいはまた、ロッドエンド供給弁９０は、油圧作動、機械作動、空気圧作動、または任意の他の適切な様式で作動することもできることが企図される。

ヘッドエンド排出弁９２は、流体経路１０８と流体経路７４との間に配設することができ、制御装置５８からの流量指令に応答して、油圧式シリンダ２６の第１のチャンバ３８からタンク５３への加圧流体の流量を調整するように構成することができる。具体的には、ヘッドエンド排出弁９２は、可変位置のばね偏倚式の弁要素、例えばポペットまたはスプール要素を含むことがあり、これは、流体が第１のチャンバ３８から流れることを可能にされる第１の端部位置と、第１のチャンバ３８からの流体の流れが阻止される第２の端部位置との間の任意の位置に移動するように作動および構成されるソレノイドである。ヘッドエンド排出弁９２は、例えば、固定位置弁要素または当技術分野で知られている任意の他の弁要素など、追加の弁要素または異なる弁要素を含むことができることが企図される。あるいはまた、ヘッドエンド排出弁９２は、油圧作動、機械作動、空気圧作動、または任意の他の適切な様式で作動することもできることが企図される。

ロッドエンド排出弁９４は、流体経路１１０と流体経路７４との間に配設することができ、制御装置５８からの流量指令に応答して、油圧式シリンダ２６の第２のチャンバ４０からタンク５３への加圧流体の流量を調整するように構成することができる。ロッドエンド排出弁９４は、可変位置のばね偏倚式の弁要素、例えばポペットまたはスプール要素を含むことがあり、これは、流体が第２のチャンバ４０から流れることを可能にされる第１の端部位置と、第２のチャンバ４０からの流体の流れが阻止される第２の端部位置との間の任意の位置に移動するように作動および構成されるソレノイドである。ロッドエンド排出弁９４は、例えば、固定位置弁要素または当技術分野で知られている任意の他の弁要素など、追加の弁要素または異なる弁要素を含むことができることが企図される。あるいはまた、ロッドエンド排出弁９４は、油圧作動、機械作動、空気圧作動、または任意の他の適切な様式で作動することもできることが企図される。

ポンプ５２は、可変容量を有することがあり、負荷感知制御することができ、タンク５３から流体を引き出して、流体を高圧で弁機構５４、５６に放出する。すなわち、ポンプ５２は、ストローク調節メカニズム９６、例えばスワッシュプレートまたはスピル弁を含むことがあり、その位置が、油圧制御システム４８の感知された負荷に基づいて油圧機械式に調節され、それによりポンプ５２の出力（すなわち放出速度）を変える。ポンプ５２の変位は、ポンプ５２から実質的に流体が放出されないゼロ変位位置から、流体が最大流量でポンプ５２から放出される最大変位位置まで調節することができる。一実施形態では、負荷感知経路（図示せず）が、圧力信号をストローク調節メカニズム９６に送ることができ、その信号の値に基づいて（すなわち信号流体の圧力に基づいて）ストローク調節メカニズム９６の位置が変化して、ポンプ５２の出力を増加または減少させることができる。ポンプ５２は、例えば、カウンタシャフトによって、ベルトによって、または任意の他の適切な様式で、機械１０のプライムムーバ１６に駆動可能に接続することができる。あるいは、ポンプ５２は、トルク変換器を介して、ギアボックスを介して、電気回路を介して、または当技術分野で知られている任意の他の様式で、プライムムーバ１６に間接的に接続することができる。

タンク５３は、流体の供給を保つように構成されたリザーバを構成することができる。流体は、例えば、専用の油圧作動油、エンジン潤滑油、トランスミッション潤滑油、または当技術分野で知られている任意の他の流体を含むことがある。機械１０の内部の１つまたは複数の油圧回路は、タンク５３から流体を引き出すこと、およびタンク５３に流体を戻すことができる。また、必要に応じて、油圧制御システム４８を複数の個別の流体タンクに接続することができることが企図される。

制御装置５８は、機械１０の操作者からの入力に基づいて、および感知された動作パラメータに基づいて弁機構５４、５６を制御するための構成要素を含む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。多数の市販のマイクロプロセッサを、制御装置５８の機能を実施するように構成することができる。制御装置５８は、複数の機械機能を制御することが可能な汎用機械マイクロプロセッサで容易に具現化することができることを理解すべきである。制御装置５８は、メモリ、二次記憶デバイス、処理装置、またはアプリケーションを実行するための任意の他の構成要素を含むことがある。電源回路、信号調整回路、ソレノイドドライバ回路、および他のタイプの回路など、様々な他の回路が制御装置５８に関連付けられることがある。

制御装置５８は、機械１０の操作卓の内部に位置する１つまたは複数のインターフェースデバイス９８を介して、機械１０の所望の移動に関連付けられる操作者入力を受信することができる。インターフェースデバイス９８は、例えば、単軸または多軸ジョイスティック、レバー、または（搭乗した操作者によって直接制御される場合には）操作者座席の近傍に位置する他の既知のインターフェースデバイスを具現化することがある。各インターフェースデバイス９８は、比例型のデバイスでよく、これは、中立位置から最大変位位置までの範囲を通って移動可能であり、対応する変位信号を生成し、この信号は、油圧式シリンダ２０、２６によって引き起こされる作業工具１４の所望の速度、例えば作業工具１４の所望の傾動および上昇速度を示す。これらの信号は、同じまたは異なるインターフェースデバイス９８によって個別にまたは同時に生成することができ、さらなる処理のために制御装置５８に送ることができる。

インターフェースデバイス位置信号、対応する所望の作業工具速度、関連の流量、弁要素位置、システム圧力、および／または油圧制御システム４８の他の特性に関係する１つまたは複数のマップを、制御装置５８のメモリに記憶することができる。これらのマップはそれぞれ、テーブル、グラフ、および／または数式の形態でよい。一例では、所望の作業工具速度、システム圧力、および／または指令された流量は、ヘッドエンドおよびロッドエンド供給弁８０、８２、８８、９０の制御のための２Ｄまたは３Ｄテーブルの座標軸を成すことがある。所望の速度で油圧式シリンダ２０、２６を移動させるのに必要な指令された流量と、それに対応する、適切な弁機構５４、５６の弁要素位置とは、必要に応じて、同じまたは別の独立した２Ｄまたは３Ｄマップに関係付けられることがある。また、所望の速度を、単一の２Ｄマップ内の弁要素位置に直接関係付けることもできることが企図される。制御装置５８は、油圧式シリンダ２０、２６の作動に影響を及ぼすために、操作者がこれらのマップを直接修正することができるように、および／または制御装置５８のメモリに記憶されている利用可能な関係マップから特定のマップを選択することができるように構成することができる。また、必要に応じて、感知または決定された機械動作モードに基づいて、制御装置５８によって使用するためのマップを自動的に選択することができることも企図される。

制御装置５８は、インターフェースデバイス９８から入力を受信し、その入力に応答して、かつ上述した関係マップに基づいて、弁機構５４、５６の動作を指令するように構成することができる。具体的には、制御装置５８は、所望の速度を示すインターフェースデバイス位置信号を受信し、制御装置５８のメモリに記憶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、弁機構５４、５６内部の供給要素と排出要素それぞれに関する所望の流量値および／またはそれに関連する位置を決定することができる。次いで、所望の作業工具速度を生じる流量で油圧式シリンダ２０、２６の第１のチャンバ３８または第２のチャンバ４０の充填を行うように、所望の流量および／または位置を適切な供給要素および排出要素に指令することができる。

また、制御装置５８は、油圧制御システム４８の感知されたパラメータに基づいて、機械動作中の油圧式シリンダ２０、２６の停滞状態を判断するように構成することもできる。例えば、油圧式シリンダ２０、２６の感知された速度、油圧式シリンダ２０、２６の所望の速度（すなわち、インターフェースデバイス９８から受信される作業工具１４の所望の上昇および傾動速度）、油圧式シリンダ２０、２６の既知の幾何形状（例えば、油圧式シリンダ２０、２６内部の流れ領域および／または圧力領域）、およびポンプ５２によって油圧式シリンダ２０、２６に供給される流体の圧力に基づいて、制御装置５８は、油圧式シリンダ２０、２６のどれが停滞しているのかを判断するように構成することができる。本開示の目的上、シリンダの停滞は、シリンダ（例えば油圧式シリンダ２０、２６の１つ）が、シリンダおよび負荷をかけられた作業工具を移動させるのに通常は十分な加圧流体を供給されているが、移動がほとんどまたは全く実現されていない状態と定義することができる。この状態は、例えば、作業工具１４が、かなりの質量を有する障害物に当たるようにシリンダ２０および／または２６によって移動されており、その障害物が、シリンダ２０および／または２６によって加えられる力よりも大きな力で、工具のさらなる移動を妨げているとき（すなわち障害物の負荷が突破力を超えているとき）に生じることがある。シリンダ停滞の判断は、以下の節で詳細に述べる。

油圧式シリンダ２０、２６の実際の速度は、１つまたは複数の速度センサ１０２、１０３によって感知されることがあり、油圧制御システム４８の圧力は、圧力センサ１０５によって感知されることがある。速度センサ１０２、１０３はそれぞれ、油圧式シリンダ２０および２６のピストンアセンブリ３６の内部に埋め込まれた磁石（図示せず）に関連付けられた磁気ピックアップ型のセンサを具現化することがあり、これは、油圧式シリンダ２０、２６の延出位置を検出し、時間に対する位置変化をインデックスし、油圧式シリンダ２０、２６の速度を示す対応する信号を生成するように構成される。油圧式シリンダ２０、２６が延出および後退するとき、速度センサ１０２、１０３は、信号を生成して制御装置５８に送ることができる。あるいは、速度センサ１０２、１０３は、他のタイプのセンサを具現化することもできることが企図され、例えば、油圧式シリンダ２０、２６の内部の導波路（図示せず）に関連付けられる磁気抵抗型のセンサ、油圧式シリンダ２０、２６に外部に取り付けられたケーブル（図示せず）に関連付けられるケーブル型のセンサ、内部または外部に取り付けられた光センサ、油圧式シリンダ２０、２６によって回動可能なジョイントに関連付けられるロータリ型のセンサ、または当技術分野で知られている任意の他のタイプの速度センサである。あるいは、速度センサ１０２、１０３は、単に、油圧式シリンダ２０、２６の延出および後退位置に関連付けられる信号を生成するように構成することができることもさらに企図される。この状況では、制御装置５８は、時間に従って位置信号をインデックスすることができ、それにより、速度センサ１０２、１０３からの信号に基づいて油圧式シリンダ２０、２６の速度を決定する。

圧力センサ１０５は、油圧制御システム４８の圧力を示す信号を生成するように構成された任意のタイプのセンサを具現化することがある。例えば、圧力センサ１０５は、関連のセンサ要素と連絡する流体によるそのセンサ要素の圧縮に比例する信号を生成するように構成された、歪ゲージ型、容量型、または圧電型の圧縮センサでよい。圧力センサ１０５によって生成された信号は、さらなる処理のために制御装置５８に送ることができる。

制御装置５８は、油圧式シリンダ２０、２６が停滞状態であると判断されている間に、機械制御性、生産性、および効率を改良する制御ストラテジを実施するようにさらに構成することができる。特に、油圧式シリンダ２０、２６の１つの停滞状態中、制御装置５８は、停滞しているシリンダから、停滞状態でない油圧制御システム４８の他方のシリンダに流体を選択的に向け直す流れ共有制御ストラテジを実施するように構成することができる。このストラテジは、以下の節でより詳細に論じる。

図３は、油圧制御システム４８によって行われる例示的な動作を示す。開示する概念をさらに示すために、図３を以下の節でより詳細に論じる。

開示する油圧制御システムは、制御性、生産性、および効率が問題となる複数の流体アクチュエータを含む任意の機械に適用可能であることがある。開示する油圧制御システムは、システムのアクチュエータが停滞している時を検出し、停滞状態に基づいて選択的に流れ共有ストラテジを実施することによって、制御性、生産性、および効率を高めることができる。ここで、油圧制御システム４８の動作を説明する。

機械１０の動作中、機械の操作者は、インターフェースデバイス９８を操作して、作業工具１４の対応する移動を引き起こすことができる。インターフェースデバイス９８の変位位置は、操作者が望む作業工具１４の速度に関係付けられることがある。操作者インターフェースデバイス９８は、操作中に操作者が望む速度を示す位置信号を生成して、この位置信号をさらなる処理のために制御装置５８に送ることができる。

制御装置５８は、油圧式シリンダ２０、２６の動作中に入力を受信して、その入力に基づいて決定を行うことができる。具体的には、制御装置５８は、とりわけ、操作者インターフェースデバイス位置信号を受信し、メモリに記憶されているマップを参照して、油圧制御システム４８内部の各流体アクチュエータに関する所望の速度および対応する所望の流量を決定することができる。次いで、作業工具１４の所望の速度をもたらすように油圧式シリンダ２０、２６を移動させるために、これらの対応する所望の流量をアクチュエータ弁機構５４、５６の適切な供給要素および排出要素に指令することができる。

機械１０の動作のいくつかの時点で、連係システム１２の部材の移動が制限される状況が生じることがある。例えば、作業工具１４が土資材の堆積物に打ち込まれるとき、連係システム１２を介して油圧式シリンダ２０、２６に作用するバケット力（ｂｕｃｋｅｔ ｆｏｒｃｅ）が増加することがある。いくつかの例では、堆積物によって及ぼされる反力が、油圧式シリンダ２０または２６の突破力を超えることがあり、それにより、油圧式シリンダ２０、２６の１つまたは複数が停滞して、操作者によって望まれる様式での移動を停止される。チェックされていない場合、停滞状態中に機械１０の動作が低下することがあり、操作者は、作業工具１４の移動を修正することがあまりできず、機械の生産性および効率が低くなる。

上述されたシリンダ停滞に関連付けられる悪影響を減少する助けとなるように、制御装置５８は、油圧式シリンダ２０、２６のどれが停滞状態であるかを判断し、判断に基づいて、選択的に油圧式シリンダ２０、２６の間の流れ共有を開始するように構成することができる。図３に示されるように、流れ共有ストラテジでの第１のステップは、油圧式シリンダ２０、２６の所望の速度の監視と、油圧式シリンダ２０、２６の実際の速度の感知と、油圧制御システム４８の圧力の感知とを含むことがある（ステップ３００）。上述したように、油圧式シリンダ２０、２６の所望の速度は、インターフェースデバイス９８を介して機械１０の操作者から受信することができる。油圧式シリンダ２０、２６の実際の速度は、速度センサ１０２、１０３によって直接感知されることがあり、あるいは、油圧式シリンダ２０、２６の位置が速度センサ１０２、１０３によって直接感知され、その後、実際の速度を決定するために制御装置５８によって時間に従ってインデックスされる。油圧制御システム４８の圧力は、圧力センサ１０５によって感知することができる。所望の速度、実際の速度、および圧力を示す信号は、さらなる処理のために制御装置５８に送ることができる。

インターフェースデバイス９８、速度センサ１０２、１０３、および圧力センサ１０５から信号を受信した後、制御装置５８は、各シリンダ２０、２６の実際の流体流量および所望の流体流量を計算するように構成することができる（ステップ３１０）。各油圧式シリンダ２０、２６に関する実際の流体流量は、各シリンダ２０、２６の測定または決定された速度と、各シリンダ２０、２６内部の対応する既知の流通断面積との関数として計算されることがある。所望の流体流量は、それぞれの弁機構に向けられた流量指令に対応することがあり、これらの流量指令は、メモリに記憶されている関係マップを用いて、所望のシリンダ速度、油圧制御システム４８の実際の圧力、および供給弁の弁開放位置を参照することによって前に決定されている。次いで、制御装置５８は、各油圧式シリンダ２０、２６に関する所望の流体流量に対する実際の流体流量の比を決定することができる（ステップ３２０）。

制御装置５８は、計算された比およびシステム圧力を、それぞれ第１の比しきい値および圧力しきい値と比較して、油圧式シリンダ２０、２６がそれぞれ停滞状態であるかどうか判断することができる。一例では、第１の比しきい値は、約０〜０．２の範囲内であることがあり、圧力しきい値は、最大システム圧力の約９０％の圧力でよい。計算された比が約０．２未満であるとき、油圧式シリンダ２０、２６の特定の１つの実際の流量が、その特定のシリンダに関して望まれる流量よりもはるかに低いと判断することができ、これは、その特定の油圧式シリンダが移動を制約されている可能性が非常に高いことを意味する。油圧システム４８の圧力が約９０％よりも大きいとき、停滞状態中にしばしばそうであるように、油圧式シリンダ２０、２６の少なくとも１つが非常に大きい力で障害物に押し当たっていると結論付けることができる。

上述した比較中、制御装置５８は、所望の流量に対する実際の流量の比が第１の比しきい値よりも大きく、システム圧力が低い（すなわち圧力しきい値未満である）と判断したとき、油圧式シリンダ２０、２６のどれも停滞状態でないと結論付けることができる（ステップ３４０）。この状況では、所望の流量が、引き続き弁機構５４、５６のすべての弁要素に指令される（ステップ３５０）。例えば、特定の用途では、機械１０の操作者は、インターフェースデバイス９８を操作して、上昇と傾動の両方で作業工具１４の最大速度を要求し、各弁機構５４、５６を通して油圧式シリンダ２０、２６に１００ ｌｐｍ（リットル毎分）の流量を向けるように要求することができる。この状況では、ポンプ５２は、合計で約１００ ｌｐｍを加圧することが可能であることがある。したがって、制御装置５８は、各弁機構５４、５６に向けられる５０ ｌｐｍの指令された流量を生成することができる。ステップ３３０の完了時、制御装置５８は、対応する実際の流量が所望の指令された流量にほぼ等しいことを示す速度で油圧式シリンダ２０、２６が移動していると判断することができる。したがって、制御装置５８は、各油圧式シリンダ２０、２６に関する実際の流量と所望の流量の比を約１．０と計算することがあり、これは、停滞状態に関連付けられる第１の比しきい値よりもはるかに大きい。ほぼ同時に、制御装置５８は、システム圧力をチェックし、システム圧力が最大圧力の約５０％程度と判断することがあり、これも正常な動作（すなわち停滞状態が生じていない動作）を示す。停滞状態が検出されていないので、制御装置５８は、インターフェースデバイス９８が同じ最大変位位置に留まっている限り、引き続き各弁機構５４、５６に５０ ｌｐｍの流量指令を向けることができる。

制御装置５８は、油圧式シリンダ２０、２６の特定のサブセットに関する比が第１の比しきい値よりも大きいが、システム圧力が高い（すなわち圧力しきい値よりも大きい）とき（ステップ３６０）、そのサブセットを含まない他の油圧式シリンダ２０、２６が停滞状態であると判断することができる（ステップ３７０）。この状況では、所望の流量と、「再加算」流量とが、停滞していない油圧式シリンダに関連付けられるそれぞれの弁機構５４、５６に指令されることがある（ステップ３８０）。上述した例に続いて、機械１０の操作者が、上昇と傾動の両方において作業工具１４の最高速度を要求するようにインターフェースデバイス９８を操作し、制御装置５８が、各弁機構５４、５６に向けられた５０ ｌｐｍの指令された流量を生成した場合、制御装置５８は、ここで、油圧式シリンダ２６に関する実際の流量と所望の流量の比が第１の比しきい値よりも大きい（すなわち傾動が所望の速度で進んでいる）が、システム圧力が圧力しきい値よりも高いと判断することがある。この状況では、制御装置５８は、機械１０の他のアクチュエータが外力によって非常に遅くされており、さらには完全に止められており（すなわち、この例では油圧式シリンダ２０が停滞しており）、それによりシステム圧力の突然の増加を引き起こしていると判断することができる。これらの条件下では、５０ ｌｐｍの流量指令が依然として各弁機構５４、５６に向けられているとしても、実際には、弁機構５６のみが、所望の流量で、または所望の流量に近い流量で流体を通すことがある。弁機構５４は、多少はあるにせよほとんど流体を通さないことがある。したがって、ポンプ５２は、この時点で突然、油圧式シリンダ２０、２６のどちらにも消費されない約５０ ｌｐｍの余剰容量（すなわち再加算流量）を有することがある。機械１０の生産性および効率を改良するために、その余剰容量は、停滞していないアクチュエータに（すなわち、この例では油圧式シリンダ２６に）向けられることがある。したがって、油圧式シリンダ２０、２６のうちの停滞している油圧式シリンダに指令されているが消費されない流体の所望の流量は、油圧式シリンダ２０、２６のうちの停滞していない油圧式シリンダの弁機構に向けられる流量指令に再加算されることがある。すなわち、弁機構５４を通る流量により、ここでは、１００ ｌｐｍが弁機構５６に指令されることがある。

いくつかの用途では、再加算流量は、機械１０のぎくしゃくした移動を妨げるように、制限を受けながら所望の流量に再加算されることがある。すなわち、弁機構５６に向けられる流量指令が５０ ｌｐｍから１００ ｌｐｍに突然跳ね上がる場合、機械１０の傾動移動は、速度が突然倍増し、これは、いくつかの状況では望ましくないことがある。したがって、制御装置５８は、流量指令を再加算量だけ徐々に増加させるように構成することができる。すなわち、制御装置５８は、流量指令が増加される速度を制限することができる。一実施形態では、流量指令が増加される速度は、用途に応じて、約１００〜１５００ ｌｐｍ／秒に制限されることがある。

制御装置５８は、油圧式シリンダ２０、２６の特定の１つに関する比が第１の比しきい値よりも小さく、システム圧力が高いと判断したとき（ステップ３９０）、油圧式シリンダ２０、２６のその特定の１つ自体が停滞状態であると判断することができ（ステップ４００）、停滞している油圧式シリンダ２０、２６に関連付けられるそれぞれの弁機構５４、５６に指令される流量を、所望の流量またはデフォルトの一定の流量の低い方に制限することができる（ステップ４１０）。一例では、デフォルトの一定の流量は最大流量の約１０〜５０％であることがあり、停滞状態が突然緩和される状況で（すなわち、制限されていた機械移動が突然制限されなくなった場合に）、作業工具の突発的な移動を妨げることを意図される。上述した例に続いて、油圧式シリンダ２０が作業工具１４の上昇中に停滞していると判断された場合、その後、弁機構５４に向けられる流量指令は、約５〜２５ ｌｐｍに減少されることがある。

いくつかの用途では、油圧式シリンダ２０、２６の特定の１つが停滞状態であるかどうかの判断のための因子として、さらなるパラメータが働くことがある。特に、開示する実施形態は、停滞状態が存在するために、油圧式シリンダ２０、２６の特定の１つに関する少なくとも最小の所望の流量が存在することを必要とすることがある。一例では、最小の所望の流量は、最大流量の約１〜１０％でよい。最小の所望の流量未満が要求／指令される状況では、速度センサ１０２、１０３の限界により、所望の流量と実際の流量の比較が難しくなることがある。

制御装置５８は、システム圧力が減少し始めた後、および／または所望の流量に対する実際の流量の比が増加し始めた後でさえ、油圧式シリンダ２０、２６の特定の１つに関して停滞状態ステータスを維持するように構成することができる。すなわち、停滞状態に近い状態での機械の安定性を改良するために、制御装置５８は、所望の流量に対する実際の流量の比が第１の比しきい値よりも高い第２の比しきい値を超えて増加するまで、油圧式シリンダ２０、２６の特定の１つに関して停滞状態ステータスを維持することがある。一例では、第２の比しきい値は、約０．３でよい。

油圧制御システム４８の開示する制御ストラテジおよびハードウェアは、機械１０の生産性および効率を改良する助けとなることがある。具体的には、機械１０の組み合わされた移動動作中（例えば、複合された上昇と傾動の移動中）、停滞している油圧式シリンダのためのものとして意図されていた余剰の流れが、停滞していないシリンダに分岐されることがある。ポンプ５２をデストロークしてその出力を減少させるのではなく、ポンプ５２のこの余剰容量は、停滞していない油圧式シリンダに利用可能になることがあるので、機械１０の生産性および効率を改良することができる。

さらに、ポンプ５２は、デストロークして、その出力を頻繁にまたは大幅に減少する必要はもはやないので、停滞していない油圧式シリンダに対する修正を改良することができる。特に、停滞している油圧式シリンダにより、ポンプ５２によって放出される流体の圧力が増加されるにつれて、ポンプ５２の放出速度を大幅に減少させることができる。流量のこの減少は、通常は、停滞していない油圧式アクチュエータを含めたすべての油圧式アクチュエータへの流れを減少させることがある。しかし、停滞していないアクチュエータに再加算流を向け直すことによって、ポンプ５２をデストロークする必要なくシステム圧力を減少させることができる。したがって、ポンプ５２の出力は、停滞状態前および停滞状態中に実質的に一定のままであることがあり、それにより、停滞していない油圧式シリンダの十分な修正を可能にする十分な流れを提供する。

最後に、停滞している油圧式アクチュエータに指令にされる流体の流量を減少させることができるので、アクチュエータが再び自由に動くときに、機械１０に対する制御性を高めることができる。すなわち、制約から解放されると、一旦停滞した油圧式アクチュエータは、その完全な速度をゆっくりと取り戻すことができ、それにより、ぎくしゃくした機械の移動の可能性を減少させる。

開示した油圧制御システムに対して様々な修正および変形を施すことができることは当業者に明らかであろう。他の実施形態は、本明細書を考察することで、また開示した油圧制御システムを実施することで当業者に明らかになろう。本明細書および例は、単に例示とみなされるものと意図され、真の範囲は、添付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 (8)

1. 油圧回路（５０）と、
   油圧回路に加圧流体を供給するように構成されたポンプ（５２）と、
   油圧回路から加圧流体を受け取るように流体接続された第１の流体アクチュエータ（２０）と、
   第１の流体アクチュエータへの流体の流れを制御するように移動可能な第１の弁機構（５４）と、
   油圧回路から加圧流体を受け取るように流体接続された第２の流体アクチュエータ（２６）と、
   第２の流体アクチュエータへの流体の流れを制御するように移動可能な第２の弁機構（５６）と、
   第１の弁機構および第２の弁機構と通信する制御装置（５８）とを備える油圧制御システム（４８）であって、制御装置（５８）が、
   第１の流体アクチュエータの停滞状態の判断を行い、
   判断に基づいて、第２の弁機構に向けられる流量指令を、第１の弁機構に向けられた流量指令にほぼ等しい量だけ、しきい値限界未満の速度で流量指令を選択的に増加する
   ように構成される油圧制御システム（４８）。
2. しきい値限界が、約１００〜１５００ｌｐｍ／秒である請求項１に記載の油圧制御システム。
3. 制御装置が、第１の流体アクチュエータが停滞状態であると判断されるときに、第１の弁機構に向けられた流量指令を選択的に制限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。
4. 制御装置が、第１の弁機構に向けられた流量指令を最大流量指令の約１０〜５０％に選択的に制限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。
5. ポンプの出力が、第１の流体アクチュエータの停滞状態前または停滞状態中に実質的に変化しない請求項１に記載の油圧制御システム。
6. ポンプが、油圧機械式の負荷感知ポンプである請求項５に記載の油圧制御システム。
7. 機械（１０）を動作させる方法であって、
   流体を加圧するステップと、
   第１の様式で機械を移動させるために、加圧流体の第１の流れを向けるステップと、
   第２の様式で機械を移動させるために、加圧流体の第２の流れを向けるステップと、
   第１の様式での機械の移動に関連付けられる停滞状態の判断を行うステップと、
   第１の様式での機械の移動が停滞していると判断されるときに、第１の弁機構に向けられた流量指令にほぼ等しい量だけ、しきい値限界未満の速度で流量指令を選択的に増加させるよう、第２の流れの変化を選択的に指令するステップと
   を含む方法。
8. 変化を選択的に指令するステップが、第１の様式での機械の移動が停滞していると判断されるときに、第１の流れとほぼ等しい量だけの第２の流れの増加を選択的に指令するステップを含む請求項７に記載の方法。