JP6806409B2 - 静圧オプションを有する油圧ハイブリッド推進回路とその操作方法 - Google Patents

静圧オプションを有する油圧ハイブリッド推進回路とその操作方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、PCT国際特許出願として、2015年10月26日に出願され、2014年10月27日に出願された米国特許出願番号62/069,304の利益を主張するものであり、その開示はここに参照することによってその全体を援用するものである。
作業機械は、パレット、土砂、及び/または瓦礫などのような材料を移動するために使用することができる。作業機械としては、フォークリフト、ホイールローダ、トラックローダ、掘削機、バックホー、ブルドーザー、テレハンドラー、等が挙げられる。作業機械は、一般的には、作業機械に接続された作業器具(例えば、フォーク)を含む。作業機械に取り付けた作業器具は、一般的に油圧システムが搭載されている。油圧システムは、ディーゼルエンジン等の原動機によって動力を伝達された油圧ポンプを含んでいてもよい。油圧ポンプは、油圧アクチュエータへの加圧された油圧流体の流れを制御する一組のバルブによって油圧アクチュエータに接続することができる。加圧された油圧流体により、油圧アクチュエータが延長、後退、または回転し、作業器具を作動させる。
作業機械は、さらに、作業機械を推進するように構成された推進システムを備えていてもよい。推進システムは、原動機で駆動される油圧ポンプを備えていてもよい。推進システムは、流体静力学ドライブを含んでいてもよい。
本開示の一態様は、移動作業車両の油圧システムに関する。油圧システムは、ハイブリッドモードと静圧モードで構成可能である。油圧システムは、ポンプ/モータ、推進回路、ポンプ、油圧アキュムレータ、及び付属回路を含む。ポンプ/モータは、移動作業車両の駆動系と動力を交換するように構成されている。推進回路は、ポンプ/モータと油圧流体動力を交換するように構成されている。ポンプは推進回路への移動作業車両の原動機からの動力を伝達するように構成されている。油圧アキュムレータは、油圧システムがハイブリッドモードに設定されている時は、アキュムレータ隔離弁を介して推進回路と油圧流体動力を交換するように構成されている。付属回路は、少なくとも油圧システムが、静圧モードに構成されており、アキュムレータ隔離弁が閉じている時は、油圧アキュムレータから油圧流体動力を受けるように構成されている。
様々な別の態様について、以下の説明で述べる。これらの態様は、個々の特徴及び特徴の組み合わせに関連しうる。前述の一般的説明及び以下の詳細な説明は例示であり、説明に過ぎず、ここに開示された実施形態の基礎となる広い概念を限定するものではないことは理解されるべきである。
非限定的及び非包括的な実施形態について、必ずしも一定の縮尺はないが、以下の図面を参照して説明しており、特に明記しない限り、種々の図すべてにおいて同様の部分は同様の参照符号を付す。
図1は、本開示の原理に基づく一例としての特徴を有する油圧システムの略図である。 図2は、さらに、油圧システムの制御システムを示す図1の油圧システムの略図である。 図3は、さらに、油圧システムの第1の態様を示す図1の略図である。 図4は、さらに、油圧システムの第2の態様を示す図1の略図である。 図5は、さらに、油圧システムの第3の態様を示す図1の略図である。 図6は、さらに、油圧システムの第4の態様を示す図1の略図である。 図7は、さらに、油圧システムの第5の態様を示す図1の略図である。 図8は、本開示の原理に基づく一例としての特徴を有する別の油圧システムの略図である。 図9は、本開示の原理による図1又は8の油圧システムを含む作業車両の略上面図である。 図10は、本開示の原理による例である特徴を有するさらに別の油圧システムの略図である。 図11は、本開示の原理によるトランスミッションモード監視制御システムの状態図であり、ハイブリッドモード、静圧モード、及びハイブリッドモードと静圧モード間の2つの遷移モードを含む状態図である。 図12は、本開示の原理によるトランスミッションモードプロセス、駆動モータ監視プロセス、エンジン及びポンプ監視プロセス、及びバルブ監視プロセスを含む監視フローチャートである。 図13は、図12のトランスミッションモードプロセスでの使用に適したトランスミッションモードのフローチャートである。 図14は、図12の駆動モータ監視プロセスで使用するのに適した駆動モータ監視フローチャートである。 図15は、図12のエンジン及びポンプ監視プロセスで使用するのに適したエンジン及びポンプ監視フローチャートである。 図16は、図12のバルブ監視プロセスで使用するのに適したバルブ監視フローチャートである。 図17は、本開示の原理による例としての特徴を有するさらに別の油圧システムの略図である。
様々な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。いくつかの図を通して、同様の参照番号は、同様の部品や組立体を表す。様々な実施形態の参照により、添付の特許請求の範囲を限定するものではない。また、本明細書に記載の任意の実施例は限定することを意図するものではなく、単に、添付の特許請求の範囲に対する多くの可能な実施形態のうちのいくつかを記載しているに過ぎない。
本開示は、概ね、作業車両で使用する油圧回路アーキテクチャに関する。油圧回路アーキテクチャは、本開示の原理によって、推進回路と作業回路を含んでいてもよい。特定の実施形態では、推進回路と作業回路は、同一の油圧ポンプ構造(例えば、油圧ポンプまたは油圧ポンプ/モータ)から動力を供給されてもよい。特定の実施形態では、油圧ポンプ構造は、単一の駆動ポンプ(例えば、唯一のポンプ、唯一のポンプ回転群、唯一のポンプ/モータ等)を含む。特定の実施形態では、推進回路は、駆動系を介して作業車両の推進要素(例えば、車輪、トラック、等)を駆動するための油圧アキュムレータ及び油圧推進ポンプ/モータを含んでいてもよい。作業回路は、エレベーター、クランプ、ブーム、バケット、ブレード、及び/または他の構造のような作業要素を駆動するための各種アクチュエータを含んでいてもよい。各種アクチュエータは、油圧シリンダ、油圧モータ等を含んでいてもよい。好ましい実施形態では、油圧アーキテクチャを、推進回路がフォークリフト50の駆動輪54に連結された駆動系114を駆動するフォークリフト50(図9参照)上で使用し、作業回路はフォークリフト50のフォーク52を昇降させるためのバルブ及びアクチュエータ(例えば、油圧シリンダ)を備えて、フォーク52を前後傾動させ、フォーク52を左右にシフトさせる。
特定の実施形態では、推進回路の油圧アキュムレータを使用して、多くの機能と利点を提供することができる。例えば、油圧アキュムレータを設けることにより、油圧ポンプ/モータと推進回路を駆動する原動機を一貫してピーク効率または近ピーク効率で動作させることができる。さらに、油圧アキュムレータに蓄積されたエネルギーを使って、油圧ポンプ/モータを駆動するために使用する動力源(例えば、原動機、ディーゼルエンジン、または他のエンジン)を始動するための電力を提供することができる。また、油圧アキュムレータを使って、油圧ポンプ/モータに結合された動力源が動作していない場合でも、推進機能を提供することができる。同様に、油圧アキュムレータを使って、油圧ポンプ/モータに結合された動力源が動作していない場合でも、作業回路機能を提供することができる。さらに、制動/減速事象中にモータとして推進油圧ポンプ/モータを動作させることにより、作業車両の減速度に対応するエネルギーをバックフィードし、油圧アキュムレータによって保存し、後に作業車両の全体的な効率を向上させるために、再利用することができる。
特定の実施形態では、1つ(すなわち、単一の)油圧ポンプ/モータ(例えば、図1に示す油圧ポンプ/モータ102)を使用して、推進回路と作業回路の両方を駆動することができる。このような実施形態では、回路セレクタ(すなわち、モードセレクタ)を設けて、油圧ポンプ/モータの高圧側を推進回路か作業回路のいずれかと選択的流体連通させてもよい。回路セレクタは、1つ以上のバルブを含んでいてもよい。また、クロスオーバー弁を設けて推進回路と作業回路との間の流体連通を選択的に提供するようにしてもよい。クロスオーバー弁を開くことによって、動力源をオフにしても、油圧アキュムレータからの動力を、作業回路の1つまたは複数のアクチュエータを駆動するために使用できるので、作業回路のアクチュエータの作動が可能となる。回路セレクタが、ポンプ/モータを作業車両を推進させるための推進回路と流体連通させると、クロスオーバー弁を開くことによって作業回路の様々な構成要素を作動させることができる。さらに、回路セレクタが、ポンプ/モータを作業回路と流体連通させると、油圧アキュムレータを使用して作業車両の推進とステアリングを提供することができる。なお、ステアリングの構成要素は、油圧推進回路に組み込まれるのが好ましいのは理解されるであろう。動力源がオフとなると、油圧アキュムレータを使用してステアリングの構成要素に動力を伝達し、推進構成要素を駆動し、及び/または作業回路の様々な構成要素に動力を伝達する。このような動作は個々に、または同時に行うことができるということは理解できよう。クロスオーバー弁は、可変サイズのオリフィスを提供することができる。
特定の実施形態では、動力源に結合された油圧ポンプ/モータは、回転群と、動力源によるポンプ/モータシャフトの1回転当たりのポンプ/モータが排出する油圧流体の量を制御するよう調整可能な斜板を有する開回路ポンプ/モータである。特定の実施形態では、斜板がオーバーセンターコンフィギュレーションを有する。ポンプ/モータがポンプとして動作している場合、斜板は、中央の第1の側にあり、動力源は、油圧流体がリザーバ/タンクと流体連通している低圧側から回路セレクタと流体連通する高圧側へポンプ/モータを介してポンピングされるように第1の方向にポンプ/モータシャフトを回転させる。油圧ポンプ/モータをモータとして動作させる場合、斜板は、中央の第2の側に移動することができ、油圧アキュムレータからの油圧流体がポンプ/モータを通って高圧側から低圧側に導かれ、それによってポンプ/モータシャフトが、動力源によって駆動されるときにポンプ/モータシャフトが回転するのと同じ回転方向に回転する。このように、油圧アキュムレータから油圧エネルギーを使って、動力源の使用を含むモードを開始することができる。
推進ポンプ/モータはまた、リザーバ/タンクと接続された低圧側と、回路セレクタを介して動力源に連結された油圧ポンプ/モータに接続する高圧側を有する開回路ポンプ/モータであってもよい。推進ポンプ/モータは、回転群と、推進ポンプ/モータのシャフトの各回転のための推進ポンプ/モータの排気量を制御するように調整された斜板を含んでいてもよい。斜板は、推進ポンプ/モータのシャフトの双方向の回転を可能にするオーバーセンター斜板とすることができる。例えば、斜板が、中央の第1の側にある場合、ポンプ/モータを通る高圧側から低圧側への油圧流体流れにより、シャフトを時計方向に駆動することができる。また、斜板が、中央の第2の側にある場合、推進ポンプ/モータを通る高圧側から低圧側へ向かう方向の油圧流体流れにより、シャフトの回転が反時計方向になる。このように、推進ポンプ/モータを使用して、作業車両を前方と後方の両方向に駆動することができる。さらに、制動事象中に、推進ポンプ/モータはポンプとして機能することができるとともに、油圧流体を、リザーバから油圧アキュムレータに導いて、油圧アキュムレータをチャージし、これにより、減速に伴うエネルギーを捕捉ことができる。したがって、推進ポンプ/モータと油圧アキュムレータは、制動/減速、及びエネルギー貯蔵機能を提供する。他の実施形態(例えば、図8に示す実施形態)において、弁を非オーバーセンターポンプ/モータと組み合わせて使用することによって、上記のオーバーセンターポンプ/モータと同一又は同様の機能を提供することができることは理解できよう。非オーバーセンターポンプ/モータ及び弁を、図8に示すように、動力源に連結された油圧ポンプ/モータとして使用することができ、及び/または、駆動系に結合された推進油圧ポンプ/モータとして使用することができる。
このような油圧回路アーキテクチャのさらなる詳細は、本明細書にその全体が参照により援用される米国特許出願公開US2013/0280111A1に記載されている。図1〜10は、種々の油圧回路及び制御システム500を示しており、さらに、作業機械50の関連で油圧回路アーキテクチャを示す。このような油圧回路アーキテクチャを動作させる方法について、以下に記載し、示す。
本開示の原理によると、油圧回路アーキテクチャを動作させる方法により、作業機械50が円滑かつ有益に使用できるようになる。油圧式ハイブリッド車両は、一般的には、アキュムレータにエネルギー貯蔵容量を確保するために、また、ポンプとモータの動作排気量を増加させてポンプとモータの効率を上げるために、最大システム動作圧力より低い圧力で作動する。しかし、これにより、一般的には、登坂、ハード加速、または高トルクが望まれる他の場合に駆動系に迅速に送達することができるトルクが制限される。この瞬時トルクの欠如は、システムから高圧アキュムレータを隔離し、圧力(及びそれによるトルク)を高圧アキュムレータの運転圧力を超える圧力レベルまで非常に迅速に上昇させることができる一般的な静圧モードで車両を操作することにより、解消することができる。
図11を参照すると、例えば、トランスミッションモード監視制御状態マシン650は、本開示の原理によって示されている。図示のように、制御状態マシン650は、ハイブリッドモード660、静圧モード670、第一遷移モード680、及び第二遷移モード690を含む。ハイブリッドモード660から静圧モード670への移行時に第一遷移モード680が起動される。また、静圧モード670からハイブリッドモード660への移行時に第二遷移モード690が起動される。図示のように、経路692は、ハイブリッドモード660から第一遷移モード680へのスイッチを示す。また、経路694は、第一遷移モード680から静圧モード670へのスイッチを示す。同様に、経路696は、静圧モード670から第二遷移モード690へのスイッチを示す。そして、経路698は、第二遷移モード690からハイブリッドモード660へのスイッチを示す。図示のように、監視制御状態マシン650は、2つのトランスミッションモード660、670と、2つの遷移モード680、690を含む。他の実施形態では、追加のモード、追加の遷移モード、及び/または追加の経路が、種々のモードの間に含まれていてもよい。
図13のフローチャート750A及び750Bに略式で示した論理によって決定されるように、トランスミッション状態マシン650の状態は、選択されたトランスミッションモード652、現在のトランスミッションモード654、及びそれぞれの値の組み合わせにより決定される。制御状態マシン650のハイブリッドモード660に、さらに後述するハイブリッド推進モード84の機能及び操作的特徴を含んでいてもよく、及び/またはそれを起動できるようにしてもよい。選択されたトランスミッションモード652は、ハイブリッド推進モード84に設定されており、現在のトランスミッションモード654がハイブリッド推進モード84に設定されている時には、トランスミッション状態マシン650の状態は、ハイブリッド推進モード660に設定される。静圧モード670は、同様に、さらに後述する静圧モード86の操作的及び機能的特徴を含んでいてもよく、及び/または、それを起動できるようにしてもよい。選択されたトランスミッションモード652は、静圧モード86に設定されており、現在のトランスミッションモード654が静圧モード86に設定されている時には、トランスミッション状態マシン650の状態は、静圧推進モード670に設定される。
図11に示すように、トランスミッションモード監視制御状態マシン650(すなわち、監視制御装置)はハイブリッドモード660及び静圧モード670の2つの状態を有する。他の実施形態では、追加の状態が含まれていてもよい。例えば、後述の作業回路プライマリモード82の操作的及び機能的特徴を含んでいてもよく、及び/またはそれを起動させるようにしてもよい作業回路状態が含まれていてもよい。
遷移モード680、690は状態660、670の間の遷移動作を制御するために定義される。特に、第一遷移モード680は、ハイブリッドモード状態660から静圧モード状態670に切り替えるときに、遷移動作を制御する。同様に、第二遷移モード690は、静圧モード状態670からハイブリッドモード状態660に切り替えるときに、遷移動作を制御する。他の実施形態では、他の遷移モードは、様々な他の状態(例えば、作業回路プライマリモード82の操作的及び機能的特徴を含む、及び/またはそれを起動させる状態)へ、またはそこから定義してもよい。
現在のトランスミッションモード654は、バルブと、システムアクチュエータの既存の状態によって定義される。選択されたトランスミッションモード652は、オペレータの動作によって定義される。制御状態マシン650のトランスミッションモードの状態は、ハイブリッドモード660にあるときにはハイブリッドシステムコンポーネントの動作を定義する。また、制御状態マシン650のトランスミッションモードの状態は、静圧モード670にあるときには、静圧システムコンポーネントの動作を定義する。第一遷移モード680では、選択されたトランスミッションモード652は、静圧モード86であり、現在のトランスミッションモード654がハイブリッド推進モード84である。また、第二遷移モード690では、選択されたトランスミッションモード652は、ハイブリッド推進モード84に設定され、現在のトランスミッションモード654は静圧モード86に設定される。状態マシン650は、特定の実施形態では、監視アルゴリズムの各計算ループ上で実行される。図示の実施形態では、現在のトランスミッションモードが最初に決定され、選択されたトランスミッションモードが次に判定される。
図12を参照すると、例として、本開示の原理によると、監視フローチャート700が示されている。特に、監視フローチャート700は、トランスミッションモード処理750を含む。図示のように、トランスミッションモードプロセス750は、現在のトランスミッションモードプロセス750A及び選択されたトランスミッションモードプロセス750Bを含む。経路705は、現在のトランスミッションモードプロセス750Aから選択されたトランスミッションモードプロセス750Bへの移行を示す。監視フローチャート700は、さらに、駆動モータ監視プロセス850を含む。経路715は、トランスミッションモード処理750から駆動モータ監視プロセス850への移行を示す。監視フローチャート700は、さらに、エンジン及びポンプ監視プロセス900を含む。経路725は、駆動モータ監視プロセス850からエンジン及びポンプ監視プロセス900への移行を示す。監視フローチャート700は、さらに、弁監視プロセス950を含む。図示のように、経路735は、エンジン及びポンプ監視プロセス900から弁監視プロセス950への移行を示す。経路745は、弁監視プロセス950からトランスミッションモードプロセス750への移行も示す。
図13を参照すると、トランスミッションモードプロセス750を表す例示のフローチャートが、本開示の原理によって示されている。トランスミッションモードのフローチャート750は、現在のトランスミッションモードプロセス750A及び選択されたトランスミッションモードプロセス750Bを含む。現在のトランスミッションモードプロセス750Aは、トランスミッションの現在のまたは既存の状態を判定する。この判定は、弁位置センサの一部またはすべてが利用できない場合、公知の弁とアクチュエータの状態及び/またはコマンドバルブとアクチュエータの状態に基づいて行われる。現在のトランスミッションモード654は、現在、どのモードが作業機械50上で実行されているかによって決定される。よって、現在のトランスミッションモードプロセス750Aは、現在のトランスミッションモード654を計算するために使用されるプロセスである。選択されたトランスミッションモードプロセス750Bは、作業機械50のオペレータ制御されたパラメータと既存のセンサ、バルブ、アクチュエータの状態に基づいて、次のトランスミッションモード状態を選択するために使用されるプロセスである。トランスミッションモードのフローチャート750は、現在のトランスミッションモード654と選択されたトランスミッションモード652を判定するための複数のテストと評価を含む。
現在のトランスミッションモードプロセス750Aの第1のテストセット800は、オペレータが加速または減速したいかどうかを判定するためのテスト802を含む。第1のテストセット800は、アキュムレータ隔離弁210(すなわち、開放)に通電されているかどうかを判定するためのテスト804も含む。第1のテストセット800は、さらに、前に選択したトランスミッションモード652pがハイブリッド推進モード84であるかどうかを判定するテスト806を含む。テスト802、804、及び806のそれぞれの結果の論理値は、論理AND808において、ANDで連結される。特に、各テスト802、804、及び806などの出力は、すべてバイナリであってブール論理を使用してANDゲート808で結合される。
トランスミッションモードのフローチャート750は、さらに、第2のテストセット810を含む。第2のテストセット810は、オペレータが作業機械50を加速したいかどうかを判定するためのテスト811を含む。第2のテストセット810は、原動機104(例えば、エンジン)がON(即ち、動作中)であるかどうかを判定するためのテスト812を含む。第2のテストセット810は、アキュムレータ隔離弁210の通電していない(即ち、閉)かどうかを判定するためのテスト813を含む。第2のテストセット810は、作業回路弁206(即ち、バルブ上のエンジンポンプ)が通電していない(即ち、閉)かどうかを判定するためのテスト814を含む。第2のテストセット810は、主要隔離弁208の通電していない(即ち、開)かどうかを判定するためのテスト815を含む。第2のテストセット810は、駆動モータ108(例えば、ポンプ/モータ)の排気量が最大排気量に達したかどうかを判定するためのテスト816を含む。第2のテストセット810は、前に選択したトランスミッションモード652pが静圧モード86かどうかを判定するためのテスト817を含む。そして、第2のテストセット810は、静圧モード有効化変数が「有効化」に設定されているかどうかを判定するためのテスト818を含む。テスト811〜818のそれぞれの結果の論理値は論理AND819においてANDで連結される。特に、各テスト811から818などの出力は、すべてバイナリであってブール論理を使用してANDゲート819で結合される。
トランスミッションモードのフローチャート750は、さらに、第3のテストセット820を含む。第3のテストセット820は、現在のトランスミッションモード654が、ハイブリッド推進モード84であるかどうかを判定するためのテスト821を含む。第3のテストセット820は、ポンプ/モータ102の目標圧力が静圧移行圧より大きいかどうかを判定するためのテスト822を含む。目標圧力とは、オペレータのコマンドを達成するためにポンプ/モータ108とポンプ/モータ102が動作する際に望ましい圧力をいう。静圧移行圧は、システムが、コマンドが低すぎるときに静圧モード86に入らないようにするために、目標圧力が超えなければならないキャリブレーションである。静圧移行圧は、静圧モード86に入るための目標圧力の最低閾値を設定する。第3のテストセット820は、ポンプ/モータ102の目標圧力がアキュムレータ116の現在の圧力より大きいかどうかを判定するためのテスト823を含む。第3のテストセット820は、フルスケールの起動のアクセルペダル率が、静圧モード86への移行を要求するための閾値率より大きいかどうかを判定するためのテスト824を含む。第3のテストセット820は、静圧モード86が有効かどうかを判定するためのテスト825を含む。テスト818と825は、特定の実施形態において組み合わせてもよい。第3のテストセット820は、作業回路300の要求流量が静圧移行流量未満であるかどうかを決定するテスト826を含む。静圧移行流量は、作業回路の要求流量があまりに大きい場合(例えば、作業回路フロー需要が所定の値を超えた場合)に、静圧モードへの移行を防止するキャリブレーション又は予め設定された一定の値のことである。第3のテストセット820は、現在の作業機械50の速度が最大静圧移行速度より小さいかどうかを判定するテスト827を含む。第3のテストセット820は、車両ホットシフトが静圧モード86への移行を阻止していないかどうかを判定するためのテスト828を含む。ホットシフトとは、現在の進行方向を逆にすることを意図して前進−ニュートラル−後退スイッチ(即ち、FNRスイッチ)の方向を変更するものである。換言すれば、前進中に作業機械50を逆にする、もしくはその逆である。そして、第3のテストセット820は、条件タイマーが時間切れかどうかを判定するためのテスト829を含む。条件タイマーとは、テスト829が真となる所定時間前に、条件テスト822〜827が真とならなければならないということを意味する。テスト829は、信号ノイズがスイッチを新規の状態にさせる(即ち、する)ことを防ぐ。テスト821〜829のそれぞれの結果の論理値は論理AND831において論理的にANDで連結される。特に、各テスト821〜829などの出力は、すべてバイナリであってブール論理を使用してANDゲート831で結合される。
トランスミッションモードのフローチャート750は、第4のテストセット833を含む。第4のテストセット833は、第1のサブセットのテスト834及び第2のサブセットのテスト835を含む。第1のサブセットのテスト834は、現在のトランスミッションモード654が、静圧モード86であるかどうかを判定するためのテスト836を含む。第1のサブセットのテスト834は、ポンプ/モータ108の目標圧力がアキュムレータ116の現在の圧力より小さいかどうかを判定するためのテスト837を含む。目標圧力とは、オペレータのコマンドを達成するためにポンプ/モータ108とポンプ/モータ102が動作する際に望ましい圧力をいう。第1のサブセットのテスト834は、フルスケールの起動のアクセルペダル率が、閾値静圧終了率より小さいかどうかを判定するためのテスト838を含む。第1のサブセットのテスト834は、オペレータが作業機械50を減速したいかどうかを判定するためのテスト839を含む。第1のサブセットのテスト834は、オペレータが作業機械50をニュートラルにしたいかを判定するためのテスト840を含む。第1のサブセットのテスト834は、原動機104の状態がOFFかどうかを判定するためのテスト841を含む。そして、第1のサブセットのテスト834は、制御システム500に何か不具合がないかどうかを判定するためのテスト842を含む。テスト836〜842のそれぞれの結果の論理値は論理OR846において論理的に論理和が取られる。特に、各テスト836〜842などの出力は、すべてバイナリであってブール論理を使用してORゲート846で結合される。
第4のテストセット833の第2のサブセットのテスト835は、条件タイマーが時間切れかどうかを判定するためのテスト843を含む。条件タイマーとは、テスト843が真となる所定時間前に、条件テスト836〜842が真とならなければならないということを意味する。テスト843は、信号ノイズがスイッチを新規の状態にさせる(即ち、する)ことを防ぐ。
論理OR846のそれぞれの結果と第2のサブセットのテスト835の結果の論理値は、論理AND848で論理的にANDで連結される。特に、ORゲート846及びテスト843などのそれぞれの出力は、すべてバイナリであってブール論理を使用してANDゲート848で結合される。
図13に示すように、トランスミッションモードのフローチャート750は開始位置752で開始してもよい。図12に示すように、経路745は、監視フローチャート700のループの部分である。図13に示すように、経路745は、開始位置752で開始してもよく、また、弁監視フロープロセス950から流れてもよい。経路745は、それぞれの場合、論理ANDゲート808のAND出力が真である(例えば、ブール値「1」である)かどうかを判定するための決定点754に制御をもたらす。論理AND808が真であれば、現在のトランスミッションモード654は、ハイブリッド推進モード84であり、そのようにブロック756で登録される。論理ANDゲート808の出力が真でない(例えば、ブール値「0」である)場合、制御は、論理AND819が真かどうかを判定する決定点758に進む。論理AND819が真であれば、現在のトランスミッションモード654は静圧モード86であり、そのようにブロック760で登録される。論理AND819が真でない場合、現在のトランスミッションモード654は、ブロック762で前に登録されたままとなる(即ち、変更しない)。ブロック756、ブロック760、またはブロック762のいずれかの結果が、トランスミッションモードのフローチャート750の現在のトランスミッションモードプロセス750Aからトランスミッションモードのフローチャート750の選択されたトランスミッションモードプロセス750Bまでの経路705に沿って制御パスとして伝達される。
トランスミッションモードのフローチャート750の選択されたトランスミッションモードプロセス750Bは、現在のトランスミッションモードプロセス750Aから情報を受取る。現在のトランスミッションモードプロセス750Aの結果は選択されたトランスミッションモードプロセス750Bからの結果とともに搬送される。経路705は、論理AND831が評価される決定点774に制御をもたらす。論理AND831が真であれば、選択されたトランスミッションモード652は静圧モード86であり、そのようにブロック776で設定、登録される。論理AND831が真でない場合、制御は、論理AND848が評価される決定点778に進む。論理AND848が真であれば、選択されたトランスミッションモード652はハイブリッド推進モード84であり、そのようにブロック780で設定、登録される。論理AND848が真でなければ、選択されたトランスミッションモード652は前に選択したトランスミッションモード652pのままとなり、そのようにブロック782で登録される。現在のトランスミッションモードプロセス750Aと選択されたトランスミッションモードプロセス750Bの結果は、経路715に沿って駆動モータ監視フローチャート850に伝達される。
図14を参照すると、駆動モータ監視プロセス850を示す例示のフローチャートが、本開示の原理によって示されている。駆動モータ監視フローチャート850は、選択されたトランスミッションモードプロセス750Bで開始し、経路715が選択されたトランスミッションモード652が静圧モード86かどうかを判定する決定点860に制御を移行する。この結果が「Yes」である場合、制御はブロック870に移行し、駆動モータ108(即ち、ポンプ/モータ)の排気量が100%に設定される。選択されたトランスミッションモード652が静圧モード86でない場合、制御は、駆動モータ108の排気量が通常のハイブリッド駆動モータ目標排気量の計算によって設定されるブロック880に移行する。駆動モータ目標排気量は、ステップ890にて電子制御ユニット502に解放される。そして制御はエンジン及びポンプ監視プロセス900に渡される。
図15を参照すると、エンジン及びポンプ監視プロセス900を示す例示のフローチャートが、本開示の原理によって示されている。エンジン及びポンプ監視フローチャート900は、現在のトランスミッションモードプロセス750Aで開始する。制御は、現在のトランスミッションモード654が、静圧モード86に設定されているかどうかを見るために問い合わせされる決定点902に移行する。結果が「YES」の場合は、制御は、エンジン目標状態がONに設定されるブロック912に進む。ONのエンジン目標状態値がステップ932で制御システムに保存され、解放される。そして制御は、ポンプ/モータ102の静圧流と圧力目標が、原動機104と協働して算出されるブロック914に渡される。そして、制御は静圧モードエンジン目標速度が算出されるブロック916に移行する。エンジン目標速度は、ステップ936で制御システムに保存され、解放される。そして、制御は、静圧モードエンジンポンプ目標排気量が計算されるブロック918に渡される。結果のエンジンポンプ目標排気量は、ステップ938でシステムに保存され、解放される。決定点902の結果がNOであった場合には、制御は、ハイブリッドモードエンジン目標状態が算出されるブロック922に移行する。結果として得られるエンジン目標状態がステップ932で制御システムに保存され、解放される。そして制御は、ポンプ/モータ102のハイブリッドモード流と圧力目標が、原動機104と協働して算出されるブロック924に移行する。そして、制御は、ハイブリッドモードエンジン目標速度が算出されるブロック926に移行する。エンジン目標速度がステップ936で制御システムに保存され、解放される。そして、制御は、ハイブリッドモードエンジンポンプ目標排気量が算出されるブロック928に移行する。結果のエンジンポンプ目標排気量は、ステップ938で制御システムに保存され、解放される。エンジン目標状態、エンジン目標速度、及びエンジンポンプ目標排気量が算出されると、制御は弁監視プロセス950に渡される。
図16を参照すると、弁監視プロセス950を表す例示のフローチャートが、本開示の原理によって示されている。弁監視フローチャート950は、選択されたトランスミッションモードプロセス750Bで開始する。弁監視フローチャート950は、第1のテストセット980と第2のテストセット990を含む。第1のテストセット980は、アキュムレータ隔離弁210に通電している(即ち、開)かどうかを判定するテスト981を含む。テストセット980は、選択したトランスミッションモード652が静圧モード86であるかどうかを判定するテスト982を含む。テストセット980は、駆動モータ圧変化率がゼロより大きいかどうかを判定するテスト983を含む。ゼロより大きい圧力変化率は、エンジンポンプが、モータ、弁、及び他の油圧コンポーネントが消費するより多くの流量をシステムに供給することを意味する。この値が負のときに弁が閉じると、システムにキャビテーションが起きる可能性がある。テストセット980は、エンジン目標速度がエンジン(即ち、原動機104)に対する最小静圧速度より大きいかどうかを判定するテスト984を含む。テストセット980は、エンジン速度状態が最小静圧エンジン速度より大きいかどうかを判定するテスト985を含む。そして、テストセット980は、駆動モータ108(即ち、ポンプ/モータ)の油圧が油圧アキュムレータ116の現在の圧力より大きいかどうかを判定するテスト986を含む。テスト981〜986のそれぞれの結果の論理値は論理AND987においてANDで連結され、保存される。特に、各テスト981〜986などの出力は、すべてバイナリであってブール論理を使用してANDゲート987で結合される。
第2のテストセット990は、アキュムレータ隔離弁210への通電がOFF(即ち、閉)かどうかを判定する第1のテスト991を含む。第2のテストセット990は、駆動モータ108の現在の圧力が最小静圧モード移行圧より低いかどうかを判定するテスト992を含む。そして、第2のテストセット990は、原動機104(例えば、エンジン)がOFFであるかどうかを判定するテスト993を含む。テスト991〜993のそれぞれの結果の論理値は論理OR994においてORで論理和をとり、保存される。特に、各テスト991〜993などの出力は、すべてバイナリであってブール論理を使用してORゲート994で結合される。
弁監視フローチャート950の制御に入ると、決定点952は、論理AND987が真かどうかを評価する。論理AND987が真であれば、制御は、アキュムレータ隔離弁210が閉じられている(即ち、通電をOFFとされる)ブロック954に渡される。AND987の論理値が真でない場合、制御は、論理OR994が評価される決定点956に渡す。OR994の論理値が真であれば、制御は、アキュムレータ隔離弁210が開とされる(即ち、通電される)ブロック958に渡す。OR994の論理値が真でなければ、制御は、アキュムレータ隔離弁210が保持される現在の状態であるブロック960に移行する。弁監視フローチャート950が完了すると、制御は、経路745に沿ってトランスミッションモードプロセス750に渡される。
本開示の原理によると、また、図1〜7に示すように、油圧システム100(即ち、油圧回路アーキテクチャ)は、作業機械50の駆動系114(即ち、作業車両、移動作業車両、フォークリフト、リフトトラック、フォークトラック、ホイールローダ、ディガー、掘削機、バックホウローダなど)に動力を伝達するように構成されている。油圧システム100は、さらに、作業機械50の作業回路300に動力を伝達するように構成してもよい。油圧システム100は、作業機械50のステアリング制御ユニット600(例えば、油圧ステアリング回路)に動力を伝達するように構成してもよい。図9に示すように、作業機械50は、作業アタッチメント52(例えば、フォーク、作業成分など)、少なくとも1つの駆動輪54、及び少なくとも1つのステアリングホイール56を含む。特定の実施形態では、1つ以上の駆動輪54を1つ以上のステアリングホイール56と組み合わせてもよい。特定の実施形態では、作業機械50は、単一の駆動の油圧ポンプのみを含んでいてもよい。
油圧システム100は、エネルギーを回復し、そのエネルギーを油圧アキュムレータ116に再利用のために保存するように構成される。例えば、作業機械50が減速されたときに駆動系114は、油圧システム100に運動エネルギーを送達することができ、それによって、油圧アキュムレータ116にエネルギーを蓄える。油圧システム100はまた、油圧アキュムレータ116に蓄えられたエネルギーによって、作業機械50の原動機104(例えば、内燃機関)を迅速に開始するように構成されている。油圧システム100は、油圧アキュムレータ116から油圧動力を引き出すことによって原動機104を稼働することなく駆動系114、作業回路300、及び/またはステアリング制御ユニット600に動力を伝達するように構成してもよい。特定の実施形態では、原動機104は、単一の油圧ポンプのみを駆動してもよい。特定の実施形態では、原動機104は、駆動系114と作業回路300に動力を伝達する単一の油圧ポンプのみを駆動してもよい。特定の実施形態では、原動機104は、少なくとも駆動系114と作業回路300に動力を伝達する単一の油圧ポンプのみを駆動してもよい。特定の実施形態では、原動機104は、駆動系114、作業回路300と、ステアリング制御ユニット600に動力を伝達する単一の油圧ポンプのみを駆動してもよい。特定の実施形態では、原動機104は、駆動系114と作業回路300と、ステアリング制御ユニット600に、少なくとも動力を伝達する単一の油圧ポンプのみを駆動してもよい。
油圧システム100は、(例えば、オペレータによって)作業機械50に出された要求に応じて、様々なモードで動作する。制御システム500は、作業機械50のオペレータインターフェース506を監視し、また、各種センサ510、及び油圧システム100の動作パラメータを監視する。図2に示すように、信号線508により、制御システム500内の通信を容易にすることができる。制御システム500は、オペレータインターフェース506から受信した入力を評価する。特定の実施形態では、電子制御ユニット502は、各種センサ510と、最も適したモードに油圧システム100を構成するための油圧システム100の動作パラメータを監視する。モードは、図3に示すような作業回路プライマリモード82、図4及び図5に示すようなハイブリッド推進モード84、及び図6及び図7に示すような静圧モード86を含む。電子制御ユニット502は、オペレータインターフェース506、原動機104、及び環境条件(例えば、周囲温度)を監視することができる。メモリ504(例えば、RAMメモリ)は、実行可能なコード、動作パラメータ、オペレータインターフェースからの入力を保存し、電子制御ユニット502内で使用することができる。
作業回路プライマリモード82(図3参照)において、原動機104からの動力は直接、油圧システム100によって作業回路300に供給され、油圧アキュムレータ116からの動力は、油圧システム100により駆動系114に送出される。特定の実施形態では、ステアリング制御ユニット600のための動力は、作業回路プライマリモード82に油圧アキュムレータ116から取り出される。作業回路プライマリモード82は、駆動系114による電力需要が低い、比較的低い、及び/または低いと予想されるとき、及び作業回路300による動力需要及び/または油圧流量要求が、高い、比較的高い、及び/または高いと予想される時に選択できる。そのような条件は、例えば、作業機械50がゆっくり動いている、または静止しており、作業アタッチメント52が広範囲に及び/または高負荷で使用されているとき、起こり得る。作業回路プライマリモード82では、ステアリング制御ユニット600は、油圧アキュムレータ116から動力を受取ってもよい。
ハイブリッド推進モード84(図4及び5参照)は、駆動系114からの動力需要が、作業回路300の動力需要を上回ったときに使用してもよい。作業機械50の減速からエネルギーを取り戻すことが望まれる場合、ハイブリッド推進モード84を使用してもよい。さらに、ハイブリッド推進モード84を使用して原動機104を稼動せず、またはフルタイムで稼動せずに作業機械50に動力を供給してもよい。例えば、ハイブリッド推進モード84は、十分な圧力が油圧アキュムレータ116内に存在していれば、原動機104を遮断することができる。油圧アキュムレータ116がより低い圧力まで枯渇すると、ハイブリッド推進モード84は、油圧で原動機104を再開し、それによって、油圧アキュムレータ116をリチャージするとともに、原動機104から作業機械50に動力も供給する。ハイブリッド推進モード84において、ステアリング制御ユニット600は、油圧アキュムレータ116及び/または原動機104から動力を受取ることができる。
静圧モード86(図6及び図7を参照)は、駆動系114の需要が高い、比較的高い、及び/または高いことが予想されるときに使用してもよい。例えば、作業機械50が高速で駆動される場合、作業機械50が上まで駆動され傾斜でする場合、及び/または駆動系114が高負荷にある場合である。駆動系114の需要が十分に高く、油圧アキュムレータ116内の圧力が油圧アキュムレータ116の圧力定格及び/または作動圧力を超えること必要とするときに静圧モード86を使用することができる。油圧アキュムレータ116の圧力定格及び/または作動圧力は、油圧アキュムレータ116を隔離させることができるモード(例えば、静圧モード86)と、油圧アキュムレータ116が接続されるモード(例えば、ハイブリッド推進モード84)の間で切り替えることができる油圧システム内で相応に低下させることができる。静圧モード86において、ステアリング制御ユニット600は、原動機104から動力を受取ることができる。
制御システム500は、迅速に、作業回路プライマリモード82、ハイブリッド推進モード84、及び/または静圧モード86との間を切り替え、油圧システム100を作業機械50の需要にあわせて連続して調整することができる。
図1を参照すると、油圧システム100が概略図で示されている。油圧システム100は、ポンプ/モータ102に接続される原動機104によって動力を伝達される。特定の実施形態では、ポンプ/モータ102は、ポンプと置き換えることができる。図示のように、油圧システム100では、油圧ポンプ/モータ102は、駆動系114、作業回路300、及び/またはステアリング制御ユニット600に動力を伝達する単一のポンプ/モータ(または単一のポンプ)とすることができる。油圧システム100を単一のポンプ/モータ(または単一のポンプ)で構成することによって、油圧システム100のコストを削減でき、油圧システム100の重量を低減させることができ、追加のコンポーネントの寄生損失を低減させることにより、油圧システム100の効率を上げる事ができ、及び/または油圧システム100のパッケージサイズを小型化することができる。
図示のように、油圧ポンプ/モータ102及び原動機104をエンジンポンプ組立体106に組み立てる事ができる。特定の実施形態では、原動機104は、単一の回転方向(例えば、時計方向)に回転し、よって、油圧ポンプ/モータ102は、原動機104の単一の回転方向にも回転することができる。油圧ポンプ/モータ102と原動機104の間でシャフトによって動力を伝達することができる(例えば、油圧ポンプ/モータ102の入力/出力軸を原動機104のクランクシャフトに連結することができる)。動力は、一般的には油圧ポンプ/モータ102が油圧動力を油圧アキュムレータ116、駆動系114、作業回路300、及び/またはステアリング制御ユニット600に供給するときに、原動機104から油圧ポンプ/モータ102に移行する。動力は、油圧ポンプ/モータ102が、エンジンブレーキ時、原動機104を起動したときに、原動機104に油圧ポンプ/モータ102から移行してもよい。
油圧ポンプ/モータ102は、可変排気量ポンプ/モータであってもよい。このような可変排気量ポンプ/モータは、一般的には、可変排気量ポンプ/モータの排気量を変化させるように作動させることができる排気量コントローラ122を含む。このような可変排気量ポンプ/モータはアキシャルピストンポンプ/モータ、斜軸ポンプ/モータ、ロータリーベーンポンプ/モータ、及びそれらの排気量を変えることができる他のポンプ/モータを含んでいてもよい。可変排気量アキシャルピストンポンプ/モータは、一般的には油圧ポンプ/モータの排気量を可変制御するように構成した排気量コントローラとしての斜板を含む。斜軸ポンプ/モータは、一般的には油圧ポンプ/モータの排気量を可変制御するように構成した排気量コントローラとしての調整可能なベアリングプレートを含む。油圧ポンプ/モータ102は、オーバーセンターポンプ/モータであってもよい。油圧ポンプ/モータ102は、低圧ライン440を介してタンク118から油圧流体を受ける入口102l(即ち、低圧側)を有し、油圧ポンプ/モータ102は、油圧ポンプ/モータ102の高圧ライン400に接続された出口102h(即ち、高圧側)を含む。原動機104が、油圧ポンプ/モータ102に動力を供給すると、油圧流体は、油圧ポンプ/モータ102の入口1021にタンク118から引き出され、高圧で油圧ポンプ/モータ102の出口102hから排出される。特定の実施形態では、油圧ポンプ/モータ102の排気量コントローラ122(例えば、斜板)が中央上に位置し、高圧ライン400からの高圧油圧流体が油圧ポンプ/モータ102を通って後方に駆動され、低圧ライン440とタンク118へ射出されると、油圧ポンプ/モータ102から原動機104へ動力が送達される。あるいは、図8に示すように、油圧システム100’の逆流弁103を使って原動機104を油圧ポンプ/モータ102’で油圧ポンプ/モータ102と同様にバックドライブする。
流量制御装置202(例えば、リリーフ弁)は、高圧ライン400への接続を含む。高圧ライン400内の油圧流体圧力が所定の限界に達すると、流量制御装置202が開き、油圧流体の一部をタンク118に投入し、それによって過圧状態に到達する高圧ライン400を保護する。
流量制御装置206は、高圧ライン400と作業回路300の高圧ライン406との間に接続されている。図示の実施形態では、流量制御装置206は作業回路弁である。
流量制御装置208は、高圧ライン400と高圧ライン402の間に接続されている。図示のように、高圧ライン402をポンプ/モータ108の入口108h(即ち、高圧側)に接続してもよい。流量制御装置208は、隔離弁でもよい。特定の実施形態では、流量制御装置206と流量制御装置208は単一の三方向弁207(図8参照)と結合してもよい。
高圧ライン402は、流体流量制御装置210により油圧アキュムレータ116に接続されている。図示の実施形態では、流体流量制御装置210は油圧アキュムレータ116用の隔離弁である。図示の実施形態では、流体流量制御装置210と油圧アキュムレータ116はアキュムレータライン404によって接続されている。
高圧ライン402は、さらに流量制御装置212と別の流量制御装置224とによって高圧ライン406に接続されている。図示の実施形態では、流量制御装置212はValvistor(登録商標)比例流量制御装置であり、流量制御装置224は、高圧ライン406から油圧流体が高圧ライン402に入るのを防止する逆止弁である。図示の実施形態では、流量制御装置212及び224は、高圧ライン402と高圧ライン406とを接続するクロスオーバー流路408に沿って直列に接続されている。他の実施形態では、単一の流量制御装置は、クロスオーバー流路408に沿って使用してもよい。
作業機械50の推進システムの特定の態様を説明する。推進システムは、送信と受信の両方が、出力軸110を介して、駆動系114と動力を受け渡しするポンプ/モータ108を含む。特に、出力軸110は、ギヤボックス112に接続されている。油圧ポンプ/モータ108は可変排気量ポンプ/モータでもよい。上記の方法のように、適した可変排気量ポンプ/モータは、可変排気量ポンプ/モータの排気量を変化させるように作動させることができる排気量コントローラ128を含んでいてもよい。上記のように、これらは、アキシャルピストンポンプ/モータ、斜軸ポンプ/モータ、ロータリーベーンポンプ/モータ、及びそれらの排気量を変えることができる他のポンプ/モータを含んでいてもよい。上記のように、可変排気量アキシャルピストンポンプ/モータは、一般的には油圧ポンプ/モータの排気量を可変制御するように構成した排気量コントローラとしての斜板を含む。斜軸ポンプ/モータは、一般的には油圧ポンプ/モータの排気量を可変制御するように構成した排気量コントローラとしての調整可能な軸受板を含む。図9に示すように、ギヤボックス112は一対の駆動輪54に接続されたディファレンシャルを含んでいてもよい。他の実施形態では、油圧ポンプ/モータは、駆動輪54のそれぞれに設けてもよく、ディファレンシャルは使用しなくてもよい。駆動系114に動力を伝達する際、ポンプ/モータ108は作業機械50を加速しても、作業機械50を傾斜で上方に移動させても、及び/または作業機械50へ全体的な動きを提供してもよい。作業機械50が減速すると、及び/または下方へ走行して傾くと、ポンプ/モータ108は駆動系114からエネルギーを受取る。油圧システム100がハイブリッド推進モード84または作業回路プライマリモード82にあるときには、ポンプ/モータ108は油圧エネルギーを油圧アキュムレータ116に伝達する。特に、ポンプ/モータ108はタンク118から低圧ライン440を介して油圧流体を受取り、油圧流体を加圧し、それを高圧ライン402を通して流体流量制御装置210とアキュムレータライン404を通し、油圧アキュムレータ116に送る。
ポンプ/モータ108は油圧アキュムレータ116または油圧ポンプ/モータ102からの油圧動力によって駆動される。特に、油圧システム100が作業回路プライマリモード82にある場合には、ポンプ/モータ108は図3に示すように油圧アキュムレータ116から油圧動力を受取る。図4及び5に示すように油圧システム100がハイブリッド推進モード84にある場合、ポンプ/モータ108は油圧ポンプ/モータ102、油圧アキュムレータ116、または油圧ポンプ/モータ102と油圧アキュムレータ116の両者のいずれかから油圧動力を受取るようにしてもよい。図6及び7に示すように、油圧システム100が静圧モード86にある場合、ポンプ/モータ108は油圧ポンプ/モータ102から動力を受取る。しかし、ポンプ/モータ108は、油圧ポンプ/モータ102に動力を送達してそれにより原動機104がエンジンブレーキを提供するようにしてもよい。
リリーフ弁214を高圧ライン402とタンク118の間に接続してもよい。高圧ライン402からのフィードバックは、ポンプ/モータ制御圧力弁220(例えば、減圧弁)を通って油圧ポンプ/モータ102に送ってもよい。特に、使用点フィルタ装置222を高圧ライン402とポンプ/モータ制御圧力弁220の間に接続する。ポンプ/モータ制御圧力弁220は、圧力信号を油圧ポンプ/モータ102に送り、特定の実施形態及び/または特定の態様では、それによって油圧ポンプ/モータ102を制御する。
図示の実施形態では、ステアリング制御ユニット600は高圧ライン402から油圧動力を受取る。特に、中間圧ステアリングライン420を、ステアリング供給弁218(例えば、流量制御弁)とステアリング供給弁216(例えば、減圧弁)を介して高圧ライン402に接続する。戻りライン422は、ステアリング制御ユニット600とタンク118の間に接続される。
様々な構成要素がマニホールドブロック200に含まれていてもよい。例えば、流量制御装置202、流量制御装置206、流量制御装置208、流体流量制御装置210、流量制御装置212、リリーフ弁214、ポンプ/モータ制御圧力弁220、装置222、及び/または流量制御装置224はマニホールドブロック200内に含まれていてもよい。
図2を参照すると、制御システム500の略図が油圧システム100の略図と共に示されている。図からわかるように、油圧システム100は油圧システム100の状態を示す複数のセンサを監視する。制御システム500は、さらにオペレータインターフェース506を監視し、それによって、オペレータが油圧システム100を制御できるようになり、ひいては、作業機械50を制御できるようになる。制御システム500の電子制御ユニット502は種々の態様で油圧システム100をモデルとする演算を行い、最適な態様を判別し、所定の作業条件及び所定の操作入力に対する最適な態様を選択する。特定の条件下では、油圧システム100の態様を選択して作業機械50の燃料効率を最大限とすることができる。別の条件下では、油圧システム100の態様を選択して油圧システム100の、ひいては作業機械50の性能を最大限とすることができる。電子制御ユニット502は作業機械50が繰り返し行う作業サイクルを学ぶことができる。作業サイクルを学ぶことにより、電子制御ユニット502は作業サイクルの効率を最大限とすることができ、作業機械50が作業サイクルにあるときを識別することができる。電子制御ユニット502はどの作業サイクルに作業機械50があるかにより、異なるモードに切り替えてもよい。作業サイクルを通してモードを切り替えることにより、油圧システム100の各種のパラメータを最適化して性能の効率を上げることができる。例えば、油圧アキュムレータ116の充填圧、油圧ポンプ/モータ102及び/またはポンプ/モータ108の斜板の角度、及び/または原動機104の開始及び停止のタイミングを、作業機械50の作業サイクルに基づいて決定することができる。制御システム500は従来の作業機械を模倣して作業機械50に従来の作業機械のように作動させることにより、オペレータが従来の機械を作動しているように感じるようになる。
図3を参照すると、作業回路プライマリモード82が示されている。作業アタッチメント52が頻繁に使用されているとき、長時間使用されているとき、及び/または油圧流体の高体積流量を要する使用の際に、制御システム500によって作業回路プライマリモード82が選択される。作業機械50の駆動系114は作業回路プライマリモード82で運転可能である。特に、油圧アキュムレータ116はポンプ/モータ108と動力の受け渡しをできる。油圧アキュムレータ116が所定のレベルまで消耗すると、制御システム500は迅速に油圧システム100をハイブリッド推進モード84に切り替えて油圧アキュムレータ116を再充電する。油圧アキュムレータ116が所定の圧力レベルまで再充電されると、制御システム500は油圧システム100を作業回路プライマリモード82に戻すことができる。
図4を参照すると、ハイブリッド推進モード84が示されている。特に、ハイブリッドモード84aが示されている。ハイブリッドモード84aでは、油圧ポンプ/モータ102と、油圧アキュムレータ116と、ポンプ/モータ108の間でエネルギーのやり取りができる。特に、油圧アキュムレータ116をリチャージする目的で、油圧ポンプ/モータ102は油圧動力を油圧アキュムレータ116に供給する。油圧ポンプ/モータ102は別に、もしくは同時に動力をポンプ/モータ108に供給して作業機械50を推進してもよい。油圧アキュムレータ116は原動機104を始動する目的で油圧ポンプ/モータ102に動力を供給する。別に、または同時に油圧アキュムレータ116は動力をポンプ/モータ108に供給して作業機械50を推進してもよい。ポンプ/モータ108は油圧流体動力を油圧アキュムレータ116に供給でき、よって油圧アキュムレータ116をチャージできる。別に、または同時に、ポンプ/モータ108は動力を油圧ポンプ/モータ102に提供してもよい。油圧ポンプ/モータ102への動力源を使って原動機104を始動、及び/またはエンジンブレーキを提供できる(例えば、油圧アキュムレータ116が満杯のとき)。油圧システム100がハイブリッドモード84aにあるとき、作業回路300を油圧流体動力から切断してもよい。この場合、作業回路300は油圧動力に対しての需要がないからである。
図5を参照すると、ハイブリッド推進モード84を再度示している。特に、ハイブリッドモード84bを示している。ハイブリッドモード84bは、クロスオーバー流路408が開放されていて油圧流体動力が高圧ライン402から作業回路300に供給できることを除いてはハイブリッドモード84aと類似している。ハイブリッドモード84bでは、油圧ポンプ/モータ102、油圧アキュムレータ116及び/またはポンプ/モータ108は油圧動力を作業回路300に供給することができる。
作業機械50が適度な作業付加を受けているとき、及び/または高効率及び/または駆動系114からのエネルギー再利用をしたい場合には、ハイブリッド推進モード84が好ましい。
図6を参照すると、静圧モード86が示されている。具体的には静圧モード86aが示されている。静圧モード86aは、作業機械50の駆動系114が重荷重下にあるときに使用できる。例えば、作業機械50が高トルク/パワーで駆動しているとき、及び/または作業機械50が傾斜で駆動されたときである。油圧システム100が静圧モード86aで作動しているときには、高圧ライン400と高圧ライン402内の油圧は作業圧及び/または油圧アキュムレータ116の定格圧を超える。ハイブリッド推進モード84と静圧モード86の間を切り替えることによって、油圧システム100は、油圧アキュムレータ116を高圧に曝すことなく、高圧ライン402内が高圧となるタスクを実施することができる。よって、アキュムレータ116が油圧ポンプ/モータ102の最大圧定格に合った圧力定格である必要なく、ハイブリッド推進モード84の利得を享受できる。流体流量制御装置210でアキュムレータ116を迂回(例えば、隔離)することによって、油圧システム100は、アキュムレータ116が所望の作業圧に加圧されるまで待つ必要がなくなる。油圧システム100が静圧モード86aにあるとき、作業回路300を油圧流体動力から切断してもよい。この場合、作業回路300は油圧動力に対しての需要がないからである。
図7を参照すると、静圧モード86がさらに示されている。特に、静圧モード86bが示されている。静圧モード86bは、クロスオーバー流路408が開放されていて油圧流体動力が高圧ライン402から作業回路300に供給できることを除いては、静圧モード86aと類似している。静圧モード86bでは、油圧ポンプ/モータ102及び/またはポンプ/モータ108は油圧動力を作業回路300に供給することができる。
図8を参照すると、本開示の原理による第2の実施形態を構成するシステムを示している。このシステムは、上述した油圧システム100’を含む。概念や特徴の多くが図1〜7に示す第1の実施形態と類似しているため、第1の実施形態に関する説明を第2の実施形態のために参照することによって援用する。類似する特徴や要素を示す際、可能な場合は同じ参照番号で表す。第2の実施形態についての下記の説明は、主に第1と第2の実施形態の間の差に限定する。油圧システム100’では、油圧システム100の流量制御装置206と流量制御装置208が単一の三方向弁207と置き換えられている。さらに、油圧システム100の流量制御装置212と流量制御装置224はON−OFF電気制御弁212’と定流弁224’に置き換えることができる。本開示の他の実施形態では、ON−OFF電気制御弁212’と定流弁224’をさらに置き換えられている。同様に、流量制御装置212と流量制御装置224も本実施形態では代替することができる。
図9を参照すると、作業機械50の概略レイアウトを示している。図示の実施形態では、作業機械50はフォークトラックである。
図10を参照すると、本開示の原理に基づく第3の実施形態を構成するシステムの概略を示している。このシステムは、油圧システム100’’を有する。油圧システム100と同様に、油圧システム100’’は、作業回路300に動力を伝達する。しかし、油圧システム100’’では、油圧ポンプ107を使用して作業回路300へ油圧動力を提供する。この油圧ポンプ107は、また、シャフト109によってポンプ/モータ102’’に接続されている。クラッチ105が、原動機104と油圧ポンプ/モータ102’’の間に操作可能に接続されている。低圧アキュムレータ117(即ち、貯蔵アキュムレータ)をさらに含み、油圧ポンプ/モータ102’’の低圧側に接続されている。
油圧ポンプ/モータ102’’をゼロ斜板変位角に位置させることによって、動力は原動機104からクラッチ105を通って油圧ポンプ107まで流れる。よって、原動機104からの動力は、作業回路300に直接伝達される。原動機104が作業回路300に直接動力を伝達する一方、油圧アキュムレータ116は、ポンプ/モータ108と動力の受け渡しができる。よって、油圧システム100’’は、図3に示すような作業回路プライマリモード82と類似した態様である。
油圧アキュムレータ116からの油圧動力を使って原動機104を始動できる。特に、油圧動力は油圧アキュムレータ116から流体流量制御装置210を通って油圧ポンプ/モータ102’’に流れる。クラッチ105は係合され、よって、油圧ポンプ/モータ102’’は原動機104を始動できる。
油圧ポンプ/モータ102’’、油圧アキュムレータ116、ポンプ/モータ108、及び原動機104をハイブリッド推進モード84に類似したハイブリッド推進モードで操作できる。作業回路300が油圧動力を必要としている場合には、油圧ポンプ107はシャフト109を介して油圧ポンプ/モータ102’’からの動力を受取る。よって、油圧システム100’’は、図5に示すようなハイブリッドモード84bと類似した態様である。
油圧アキュムレータ116は、流体流量制御装置210を閉じることによってポンプ/モータ108から隔離することができる。このように、油圧システム100’’を静圧モード86に類似した静圧モードで操作することができる。作業回路300が油圧動力を必要としている場合には、油圧ポンプ107はシャフト109を介して油圧ポンプ/モータ102’’からの動力を受取ることができる。
図1及び17を参照すると、油圧ポンプ/モータ102の排気量コントローラ122は、第1のアクチュエータ150及び/または第2のアクチュエータ152によって制御することができる。アクチュエータ150及び/または152は、信号線508の1本以上を介して電気信号を電子制御ユニット502から受取る。このように、電子制御ユニット502は、油圧ポンプ/モータ102の排気量を制御することができる。特に、アクチュエータ150及び/または152は、油圧を制御ライン430から受容することができる。制御ライン430は、低下させたレベルの油圧をアクチュエータ150及び/または152に送達してもよい。例えば、特定の実施形態では、制御ライン430は、500psiの油圧をアクチュエータ150及び/または152まで供給する。アクチュエータ150及び/または152は、制御ライン430によって送達される油圧を調整して、電子制御ユニット502からのコマンドによって排気量コントローラ122の角度を制御する。油圧アクチュエータ150及び/または152は油圧流体を必要に応じてタンク118に排出する。
同様に、油圧ポンプ/モータ108の排気量コントローラ128は、第1のアクチュエータ160及び/または第2のアクチュエータ162によって制御することができる。アクチュエータ160及び/または162は、信号線508の1本以上を介して電気信号を電子制御ユニット502から受取る。このように、電子制御ユニット502は、油圧ポンプ/モータ108の排気量を制御することができる。特に、アクチュエータ160及び/または162は、油圧を制御ライン430から受容することができる。制御ライン430は、低下させたレベルの油圧をアクチュエータ160及び/または162に送達してもよい。例えば、特定の実施形態では、制御ライン430は、500psiの油圧をアクチュエータ160及び/または162まで供給する。アクチュエータ160及び/または162は、制御ライン430によって送達される油圧を調整して、電子制御ユニット502からのコマンドによって排気量コントローラ128の角度を制御する。油圧アクチュエータ160及び/または162は油圧流体を必要に応じてタンク118に排出する。
特定の従来の油圧回路では、斜板アクチュエータに動力を伝達する油圧は軸方向の油圧ポンプによって生成された。例えば、特定の従来の可変排気量ポンプハウジングは、可変排気量ポンプ用の第1のチャンバと、固定排気量ギヤポンプまたは固定排気量内接ギヤポンプ用の第2のチャンバとを含んでいた。固定排気量ギア/内接ギヤポンプを回転することによって、斜板アクチュエータの制御に使用する油圧が生成される。
本開示の特定の実施形態によると、アクチュエータ150、152、160、及び/または162を制御するための油圧及び油圧流の提供専用の腋窩油圧ポンプは省略している。むしろ、図1及び17に示すようにアクチュエータ150、152、160、162を制御するための油圧及び油圧流を、油圧アキュムレータ116から引き出すことができる。斜板アクチュエータを制御するための専用のポンプを有する従来の油圧ポンプ/モータでは、専用ポンプによって油圧回路の全体的な効率を下げることになる。特に、腋窩油圧ポンプは、油圧ポンプ/モータが回転しているときは常に回転して動力を消費する。腋窩ポンプが連続して回転すると、一般的にはエネルギー/動力を消費する。従来のポンプ/モータが一貫した及び/または比較的一貫した排気量で運転しているときには、斜板アクチュエータが必要とするエネルギーは、腋窩ポンプが消費するものよりずっと少ない。よって、従来の腋窩ポンプが消費するエネルギーの殆どの部分が無駄となり、よって、油圧回路の全体効率が下がる。さらに、無駄になったエネルギーは、油圧回路によって生成される熱負荷を増加させ、したがってさらなる冷却を必要とする。
図1に示すように、油圧動力は高圧ライン402から取り出して、さらに付属機能に動力を伝えるために使用することができる。特に、ポンプ/モータ制御圧力弁220は油圧及び油圧流を高圧ライン402から受取り、圧力レベルを高圧ライン402内の圧力レベルから制御ライン430の圧力レベルに下げることができる。上述したように、制御ライン430の圧力を使って、油圧ポンプ/モータ102及び/または108の排気量コントローラ122の位置(例えば、斜板角)を制御することができる。
特定の実施形態では、制御ライン430は油圧ポンプ/モータ102または108の一方の専用とし、その位置(例えば、斜板角)を直接制御してもよい。このような専用制御ラインを有する構成では、第2の専用制御ラインと第2のポンプ/モータ制御圧力弁220を一体化して他のポンプ/モータ108または102を制御してもよい。図示のように、制御ライン430の圧力が油圧ポンプ/モータ102と108の両者に送られ、その位置(例えば、斜板角)の個々のモジュレーションを、アクチュエータ150、152及び160、162によってそれぞれ行うことができる。
油圧システム100がハイブリッド推進モード84で操作されているときには、高圧ライン402が供給する圧力は、油圧アキュムレータ116の現在の圧力と概ね同等となる。エネルギーは油圧アキュムレータ116から消費されるので、油圧アキュムレータ116の圧力レベル、ひいては、ポンプ/モータ制御圧力弁220に供給される圧力レベルは時間と共に低下する。本開示の特定の実施形態では、油圧アキュムレータ116の最低圧力レベルを決定できる。特定の実施形態では、油圧アキュムレータ116の最低圧力レベルは、油圧アキュムレータ116の予備チャージ圧レベルに相当する。油圧アキュムレータ116内の圧力がこの最低圧力レベルに近づくにつれ、油圧システム110はハイブリッド推進モード84から静圧モード86に切り替え、油圧アキュムレータ116を油圧ポンプ/モータ102が供給する油圧でリチャージしても、及び/または油圧アキュムレータ116をポンプ/モータ108及び/または作業回路300から回復したエネルギーでリチャージしてもよい。よって、動作時に、油圧アキュムレータ116内の圧力は、最低圧力レベルに、またはそれより上に維持される。
特定の実施形態では、油圧アキュムレータ116の最低圧力レベルは、制御ライン430の油圧レベルより高くなる。このように、ポンプ/モータ制御圧力弁220は、制御ライン430に比較的一貫した圧力を送達できる。特定の実施形態では、油圧アキュムレータ116の予めチャージした圧力は、1300psiであり、制御ライン430内で搬送した制御圧は500psiまたは約500psiである。よって、アクチュエータ150、152、160、162は、制御ライン430によって一貫した圧力レベルの供給を受けることができる。
図1に示すように、付属機能の圧力は、高圧ライン402から引き出す。他の実施形態では、油圧は専用の油圧アキュムレータによって付属の機能に供給される。
図1及び17に示すように、ステアリング制御ユニット600もそれぞれ高圧ライン402、402’から圧力を引き出す。よって、ステアリング制御ユニット600は、油圧ポンプ/モータ102、油圧ポンプ/モータ108、作業回路300、及び/または油圧アキュムレータ116から動力を伝えられる。ステアリング供給弁216及び/または218はステアリング制御ユニット600を適切に操作するために高圧ライン402の油圧を調整できる。特定の実施形態では、ステアリング供給弁216はポンプ/モータ制御圧力弁220と類似した方法で圧力を低減できる。
ポンプとモータ制御アクチュエータ150、152、160、162とステアリング制御ユニット600に加え、他の付属機能が高圧ライン402から動力を受取る。例えば、制動油圧システムは同様に高圧ライン402から動力を受取る。
付属機能に供給される油圧は所定の最大変化量で所定のレベルに維持できるので、従来の付属機能は、一般的に、使用され、それぞれ図1、8、10、及び17の油圧システム100、100’、100’’及び1000とともに使用、及び/またはこれらに含まれていてもよい。
図17を再び参照すると、本開示の原理による第4の実施形態を構成する油圧システムを示している。このシステムは、上記の油圧システム1000を有する。概念や特徴の多くが図1〜16に示す第1、第2、及び第3の実施形態と類似しているため、第1、第2、及び第3の実施形態に関する説明を第4の実施形態のために参照することによって適宜ここに援用する。類似する特徴や要素を示す際、可能な場合は同じ参照番号で表す。第4の実施形態についての下記の説明は、主に第1、第2及び第3の実施形態と、第4の実施形態の間の差に限定する。一般的に第1、第2、第3及び第4の実施形態の特定の特徴は、適宜組み合わせたり構成したり出来るので別の実施形態を形成できる。
油圧システム1000において、付属の機能は、油圧アキュムレータ116または高圧ライン402’から動力を受取る。一方、特定の上述の実施形態では、高圧ライン402からの油圧動力を受取った付属機能を含んでいた。特に、図17のポンプ及びモータ制御システムは、油圧アキュムレータ116または高圧ライン402’から油圧動力を受取る。一方、ステアリング制御ユニット600は高圧ライン402’から動力を受取る。別の実施形態では、ステアリング制御ユニット600及び/または他の付属機能は、油圧アキュムレータ116から油圧動力を受取る。
電子制御ユニット502は、油圧アキュムレータ116内の圧力を監視することができる。油圧アキュムレータ116内の圧力が所定の値を下回ると、電子制御ユニット502が、油圧システム1000の各種構成要素に油圧アキュムレータ116をリチャージするように指示を出すようにしてもよい。これらの各種構成要素は油圧アキュムレータ116を他の構成要素とは別に、または一緒にリチャージしてもよい。特に、油圧アキュムレータ116は、原動機104から動力を受取るポンプ/モータ102、駆動系114から(例えば、作業機械50が動的及び/または位置エネルギーを駆動系114に伝達するとき)動力を受取るポンプ/モータ108、及び/または作業回路300(例えば、作業回路300に伝達される1つ以上の作業アタッチメント52の動的及び/または位置エネルギーから)によってリチャージしてもよい。
上述したように、本開示の原理によれば、油圧システム100、100’、100’’は、ハイブリッド作業機械50に対する静圧モードを含む。これにより、一時的な、または略一時的な高トルクを駆動系114に送達することができ、及び/または需要があれば、高圧を作業回路300に送達することができる。上述したように、油圧アキュムレータ116は、油圧アキュムレータ116内の圧力レベルに合うだけ十分に低い圧力要件の下、駆動系114及び/または作業回路300に動力を供給することができる。油圧アキュムレータ116を使用することによって、エネルギーを駆動系114及び/または作業回路300から回復することができる。駆動系114及び/または作業回路300がアキュムレータ116内の圧力レベルを超える動力を必要とする場合には、油圧システムを静圧モード86に切り替えてもよい。静圧モードは、油圧アキュムレータ116を切り離し、ポンプ/モータ108及び/または作業回路300により高い圧力を送達することができる。
特定の構成及び/または特定の用途では、油圧システム1000の特定の付属機能にアキュムレータ116からの加圧された油圧流体で動力を伝達する。特に、隔離弁210が閉鎖して付属機能が油圧アキュムレータ116から隔離されている場合(例えば、静圧モード86で)、圧力は必要な圧力レベルを下回るまで降下して付属機能に効果的に動力を伝えることができる。例えば、油圧システム100、100’、100’’が静圧モード86で動作している場合、そして、1つ以上の駆動輪54が(例えば、凍った箇所または油分の多い箇所を通ることによって)スリップする場合には、高圧ライン402ないの圧力が、ポンプ/モータ108が降下するにしたがって急激に降下する。上述したように、専用の固定排気量ポンプより、むしろアクチュエータ150、152、160、及び/または162は高圧ライン402によって動力を伝達されてもよい。高圧ライン402で圧力が降下すると、アクチュエータ150、152、160、162に送達された圧力が下がり、ポンプ/モータ102及び/または108の制御が失われる。専用ポンプとモータ制御ポンプを設けていない実施形態では、静圧モード86なしでは制御を復活するのは困難である、または不可能である。高圧ライン402内で圧力が様々な形で崩壊することにより、駆動性、操作の円滑さ、及び/または作業機械50の利用可能性に悪影響を及ぼす。
図17に示すように、油圧システム1000により、高圧ライン402’内で圧力が損失しても適した圧力が確実にアクチュエータ150、152、160及び/または162に供給される。特に、油圧アキュムレータ116は静圧ブロック240によって制御ライン430に接続される。図示のように静圧ブロック240はマニホールドブロック200とは別体である。別の実施形態では、静圧ブロック240はマニホールドブロック200に組み込んでもよい。
静圧ブロック240は、油圧アキュムレータ116からアクチュエータ150、152、160、及び/または162(即ち、付属機能)への油圧動力の送達に対応する。静圧ブロック240は、さらに、必要な場合の油圧アキュムレータ116のリチャージに対応する。他の付属機能(例えば、パワーステアリング機能、パワーブレーキ、エアコンディショニング回路、ファンドライブ回路、その他多数の回路)は同様に供給できる。このような付属機能は、静圧ブロック240を介して油圧アキュムレータ116から油圧動力を受取ることもでき、及び/または油圧動力を追加の静圧ブロックを介して油圧アキュムレータ116から受取ることもできる。図示の実施形態では、油圧アキュムレータ116は、駆動系114及び/または作業回路300から運動及び/または位置エネルギーを回復するのに使用するものと同じ油圧アキュムレータ116である。別の実施形態では、専用の油圧アキュムレータは、静圧ブロック240によって同様にリチャージでき、様々な付属機能に動力を提供することができる。
ポンプ及びモータ制御システムのようなある付属機能は高圧ライン402内の油圧の損失を回復できない(図1参照)。しかしながら、ステアリング制御ユニット600のような他の付属機能は油圧が高圧ライン402に戻るとその機能が回復する。よって、様々なアプリケーション及び/または様々な環境が、油圧アキュムレータ116から静圧ブロック240を通って油圧動力を受取るのにより適している場合もある。
本開示の原理によれば、追加の弁260がアキュムレータ116をアクチュエータ150、152、160及び/または162に接続する。図17に示すように、弁260(即ち、制御隔離弁)は選択的に開閉できる。油圧システム1000が静圧モード84にあるときには、弁260は開であり、よって、アキュムレータ116とポンプとモータ制御との間の接続を形成する。第2の弁250(即ち静圧チャージ弁)を設けて、静圧ループとそれに対応する圧力をポンプ及びモータ制御150、152、160、162及びアキュムレータ116とは別に維持してもよい。このように、静圧モード86は油圧アキュムレータ116とは異なる圧力で操作することができる。
油圧アキュムレータ116内の圧力が激減すると(例えば、静圧モード86油圧システム1000を運転している間)、バルブ250は、電子制御ユニット502によって開とされ、これによって油圧アキュムレータ116を高圧ライン402’から再充電する。
図17に示すように、流量制限器282を含むことにより公称の流体量が静圧回路から送達され油圧アキュムレータ116に追加されるように構成することができる。高圧ライン402’内の圧力は、ハイドロチャージバルブ250の開放により実質的に低減することなく、よって、静圧モード86は高圧ライン402’とともに油圧アキュムレータ116より実質的に高い圧力で動作する。
図17は、本開示の原理による例示の静圧ブロック240を示す。 特に、静圧ブロック240は、アキュムレータライン404’への接続、高圧ライン402’への接続、制御ライン430への接続および戻りライン422への接続を含む。特に、逆止弁270と逆止弁280は、それぞれアキュムレータライン404’に接続される。逆止弁270により、流体が油圧アキュムレータ116から静圧ブロック240へ流れるようになる。制御隔離弁260が開き、油圧アキュムレータ116からの流体流は、さらにポンプ/モータ制御圧力弁220を通って制御ライン430及び/または戻りライン422に流れる。油圧アキュムレータ116内の圧力が高圧ライン402’内の圧力を超えたときに、静圧チャージバルブ250は、高圧ライン402’に油圧アキュムレータ116からの油圧流体の流れを遮断することができる。逆止弁280により、油圧流体は静圧ブロック240から油圧アキュムレータ116に流れ、よって油圧アキュムレータ116を再充電する。特に、高圧ライン402’内の圧力が、油圧アキュムレータ116内の圧力を超え、油圧アキュムレータ116のリチャージが望まれる場合、制御隔離弁260及び静圧チャージバルブ250をひらくことによって油圧流体が静圧チャージバルブ250、油圧ライン412、制御隔離弁260、油圧ライン410、流量制限器282、チェックバルブ280、およびアキュムレータライン404’を通過して流れ、それによって油圧アキュムレータ116をチャージする。ポンプ/モータ制御圧力弁220は過分な圧力を戻りライン422に開放することができる。
本開示の原理によると、例示のアルゴリズムを油圧システム100の制御内に組み込んでもよい。例示のアルゴリズムは、9つの主要な構成要素を含む。
例示のアルゴリズムの第1の主要コンポーネントは、下記の条件に合ったときに、トランスミッションモードスーパーバイザを有する静圧モード(例えば、静圧モード86)を選択することである。
現在のモードはハイブリッドモードであるAND
目標圧力は特定のキャリブレーションより大きいAND
目標圧力は、高圧アキュムレータの圧力よりも大きいAND
アクセルペダルコマンド(例えば率)はキャリブレートした値(例えば50%)より大きいAND
静圧モードが有効であるAND
作業回路の要求流量ゼロであるAND
車速が特定のキャリブレーション(例えば7MPH)より小さいAND
車両は低い特定のキャリブレートした速度でホットシフトしているOR車両がホットシフトしていない。
例示のアルゴリズムの第2の主要コンポーネントは、a)駆動モータ目標排気量を100%(あるいは他の所定の値)とするように指示を出すことと、b)エンジンポンプモードをエンジンおよびポンプ監視プロセスでハイブリッドモードからハイブリッドと静圧モードの間の遷移モードに変更特に、エンジン及びポンプ監視プロセス(即ちエンジンスーパーバイザ)が3つの決定目標a)エンジン状態(ON/OFF)、b)エンジン目標速度、及びc)エンジンポンプ目標排気量を算出する。下記にこれらの値を算出するのに使用する計算を要約する。
エンジン目標状態を静圧モードでON状態に変更する。
エンジン目標パワーを基本の方程式:Ptarget=Ptargetreqdから計算する。ここで
targetはオペレータの命令から計算した目標圧力である。
reqdは目標圧力を達成するのに必要なエンジンポンプ流である。
reqdは、Qreqd=Qdm+Qwc+Qleak+Qep−targetを使って算出する。
ここで
dmは、現存の駆動モータの消費流量である。
wcは、現存の作業回路の消費流量である。
leakは、現存のシステムリークである。
ep−tgtは、目標圧を達成するために、マニホールドに追加のエンジンポンプ流である。
dmはωdmmax−dmdmを使って算出する。
ここで
ωdmは検出された駆動モータ速度である。
max−dmは、理論的最大駆動モータ排気量である。
dmは、最大駆動モータ排気量の分数である。
wcは、Qwc=Qlift−dmd+Qtilt−dmd+Qshift−dmdを使って算出する。
ここで
lift−dmdは、リフトフローの要求である。
tilt−dmdは、チルトフローのの要求である。
shift−dmdはシフト流の要求である。
各サービスの要求流量はQx−dmd=dmrx−cylを使用して計算する。
ここで
dmrは、サービス「x」に対するドライバのマスト要求(dmr)速度である。
各サービスに対するdmrは、目標シリンダ速度対オペレータのレバーコマンドのキャリブレートされたルックアップテーブルである。
x−cylはサービス「x」のシリンダ断面領域である。
leakは駆動モータ速度、エンジンポンプ速度、及びシステム圧などのような感受性因子に基づいて、移行機能から予測される。
ep−tgt
から算出する。
この方程式の基礎は、どれだけの追加量をマニホールドにポンピングしてシステム目標圧を達成することにある。
ここで
fl−curはシステムマニホールド内の現在の流体量である。
fl−cur
から算出する。
この方程式の基礎は、固定マニホールドブロック圧計算である。マニホールド内の現在の流体量の方程式である。
ここで
manは、システムマニホールド内で検出した圧力である。
manはシステムマニホールドキャビティの量である。
Bは、油圧システム流体の体積率である。
fl−tgtは、システムマニホールド内の流体目標量である。
この方程式の基礎は、固定マニホールドブロック圧計算である。マニホールド内の現在の流体量の方程式である。
fl−tgt
から算出する。
ここで
targetは、先に説明したような目標圧である。
manはシステムマニホールドキャビティの量である。
Bは、油圧システム流体の体積率である。
DTtgtは、システムマニホールドにおける流体の目標体積を達成するための目標時間である。
この値は、キャリブレーションであるが、目標圧力の変化に対する反応の速度を制御する。DTtgtが小さければ小さいほど、アルゴリズムは迅速に反応する。
を使って計算する。
この方程式は、基本の方程式に基づきトルクと速度から動力を計算するものである。
ここで
targetは、エンジン目標パワー(上記で算出)である。
max−epは、理論的な最大エンジンポンプ排気量である。
ωeng−tgtは、エンジン目標速度(上記で算出)である。
manは、システムマニホールド通常の静圧モード操作の下で検知した圧力である。システムが遷移状態にあるときに、次の圧力値が使用される。
1)高圧アキュムレータ(hpa)目標隔離弁が開放されると、目標圧力を使ってポンプ排気量を計算しなければならない。これは、一度バルブが閉じると圧力はどうなるかを予測することであり、hpa隔離弁が一度閉鎖すると、圧力がスパイクしないように防ぐ。
2)そうでない場合、対象隔離弁が閉鎖されるが、トランスミッションモードはいまだに静圧でない場合、圧力スパイクが現れている可能性が非常に高い。最大hpa圧のキャリブレーション値を使って、システム圧の変化を制限し、またこれによりポンプ目標排気量が下がり過ぎないように維持し、よって、初期の圧力スパイクが終わったらキャビテーションが起きないようしないように防ぐ。
上記のいずれも真でない場合、そして、マニホールドの圧力がキャビテーションを起こし始め、センサが小さい(キャリブレーション)値(例えば10バール)より小さい値を報告した場合、その小さい値をデフォルトの10バールと置き換えて、結果のポンプ排気量を計算するときに、ゼロエラーによって除算しないように防ぐ(上記の方程式参照)。これにより、移行の継続性を維持する。
例示のアルゴリズムの第3の主要構成要素は、バルブスーパーバイザ有する静圧モードに適合する値を構成することを含む。特に:
i.主要隔離弁は開放するよう命令される。
ii.EPON弁は遮断するよう命令される。
iii.EPOFF弁は、オペレータの命令から要求された作業回路流をそのまま供給するよう命令される。
iv.バルブスーパーバイザは、次の条件が真であれば高圧アキュムレータ隔離弁を閉じる。
1.選択したトランスミッションモードが静圧である。
2.駆動モータ圧の変化率がゼロより大きいまたは小さい値である(キャリブレーション)
これが必要なのは、正の駆動モータ圧変化率がエンジンポンプが同等またはシステムが消費しているよりわずかに高い流量出力を達成していることを示すものであるためである。高圧アキュムレータ隔離弁がエンジンポンプ流出力がシステムの消費流量と一致して直ぐに閉じるように命令されると、流れが存続し、マニホールド圧が予測どおりに動作する(これは望ましいシナリオ)。弁が閉じる前に流量が一致しなかった場合には、車両はサージを起こすか、速度の低下となる可能性がある。サージは、エンジンポンプが駆動モータが消費している流量より十分に多い流量を供給している場合に起きる。エンジンポンプが、駆動モータが消費しているより少ない量を供給する場合、駆動モータでは、キャビテーションが起きはじめ、ポンプ流がモータ流と一致するまでは減速が起きる。さらに、ポンプ制御圧は発達した静圧ライン圧力に依存しており、制御圧は失われ、駆動モータとエンジンポンプは制御圧が回復するまでそのデフォルト位置に戻る。
エンジン目標速度は、指定したキャリブレーションより大きい(エンジンアイドル速度より大きい)
3.目標エンジン速度は指定したキャリブレーションより大きい(エンジンアイドルスピードより大きい)
4.エンジン速度は指定したキャリブレーションより大きい(前のキャリブレーションと同じでなければならない)。エンジンは、高圧アキュムレータ隔離弁が閉じると、失速して低速になる。失速は、圧力スパイクの結果のトルクに呼応して圧力スパイクと低速エンジンポンプ排気量によって引き起こされる。この高トルクは特定の速度で最大エンジントルクより大きいので、エンジンが失速する。速度が高ければ、回転慣性があり、トルク容量が大きく、エンジン失速が生じる前の回復時間が大きいことから、エンジンは、低速よりも一時トルクスパイクを取り扱いしやすくなる。目標と実際のエンジン速度要件の理由は、システムは、エンジン速度が要求され、この値より上であると観察されたときにのみ弁を閉じなければならないということである。これにより、キャリブレーションの悪化を防ぎ、エンジン速度の振動による不本意なシフトを避けることができる。
5.駆動モータ圧は高圧アキュムレータ圧よりキャリブレートした値だけ大きい(通常は小さい負の値)。
この要件は、開放後に高圧アキュムレータ隔離弁が閉じる(例えば直ぐに閉鎖する)のを防止する。それには、(高圧アキュムレータ圧に基づく)通常のハイブリッド圧が静圧モードに入ろうとする前に回復する必要がある。これにより、高圧アキュムレータ隔離弁が静圧モードへの遷移中に高速で振動することを防ぐことができる。
v.弁のスーパーバイザーはHPA隔離弁を開放する一方で、システムは次の事象のときに静圧モードになる。
1.駆動モータ圧がキャリブレートしたレベル(たとえば50バール)より下まで降下する。これは、モータ内でのキャビテーションとトルク出力の損失を防ぐためである。
2.エンジン状態のステータスがOFFとして検出される(ポンピングの準備はできていない)。
これは、モータが油圧油の安定した供給源を有している。
例示のアルゴリズムの第4の主要コンポーネントは、下記の条件に合ったときに、現在のトランスミッションモードが、トランスミッションモードスーパーバイザと流体静力学的であると判定することを含む。
低レベル状態は、「加速」(即ち、オペレータの意図が、作業機械は加速すべきであることを示している)AND
エンジンが、エンジンポンプ排気量が増加するためにONおよびREADYであると確認されるAND
高圧アキュムレータ隔離弁は閉であることが確認されているAND
epon弁が閉であることが確認されているAND
主要隔離弁が開であることが確認されているAND
駆動モータの排気量状態が特定の値(例えばキャリブレーション〜90%)より大きいことが確認されているAND
前に選択したトランスミッションモードは静圧であるAND
静圧モードが有効
例示のアルゴリズムの第5の主要構成要素は、現在のトランスミッションモードが静圧になると、エンジンのポンプモードを遷移モードから静圧モードに変えることを含む。エンジンの動作は、遷移モードと同じである。
例示のアルゴリズムの第6の主要コンポーネントは、所定の時間下記の条件に合うとトランスミッションモードスーパーバイザを有する静圧モードを終了することを含む。
目標圧は高圧アキュムレータ圧力状態より低いOR
アクセルペダルはキャリブレートした値よりも小さいOR
低レベル状態が「減速」OR
低レベル状態が「ニュートラル」OR
エンジン状態が「Off」(即ちポンピングの準備ができていない)
例示のアルゴリズムの第7の主要なコンポーネントは、システムの不具合が検出されると直ぐに現存の静圧モードを終了することを含む。
例示のアルゴリズムの第8の主要コンポーネントは、トランスミッションモードスーパーバイザが静圧モードを終了し通常のハイブリッドモードに移行中であるときに、エンジンポンプの静圧モードを終了することを含む。
例示のアルゴリズムの第9の主要なコンポーネントは、トランスミッションモードスーパーバイザーがHSTATモードを終了すると、高圧アキュムレータ隔離弁を開放することを含む。
特定の実施形態では、上記の機能または機能のセットは単一の駆動ポンプコンポーネント(例えば、単一ポンプ、単一ポンプ/モータ、単一ポンピング回転群など)で実現できる。本明細書で使用される、ポンプという用語は、流体を低圧から高圧へ、その機能に動力を伝達するのに十分な時間の間移送できることをいう。単一の駆動ポンプはチャージポンプを含んでいてもよい。ここで使用する「駆動ポンプ」と「駆動油圧ポンプ」は原動機によって駆動される(例えば、直接機械的に駆動される)ポンプまたはポンプ/モータを意味する。
上記で説明した各種実施形態は、例示のみを目的として提供するものであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図したものではない。当業者にとって、ここで図示説明した例示の実施形態やアプリケーションに従うことなく、また、特許請求の範囲に述べる本発明の真の精神と範囲から逸脱することなく様々な変形や変化を行うことができることは容易に理解できよう。

Claims (20)

  1. ハイブリッドモード及び静圧モードに構成可能な移動作業車両用の油圧システムであって、
    前記移動作業車両の駆動系と動力を交換するように構成されたポンプ/モータと、
    前記ポンプ/モータと油圧流体動力を交換するように構成された推進回路と、
    前記推進回路へ前記移動作業車両の原動機から動力を伝達するように構成されたポンプと、
    前記油圧システムが前記ハイブリッドモードにあるように構成されている時は、アキュムレータ隔離弁を介して、前記推進回路と油圧流体動力を交換するように構成された油圧アキュムレータと、
    少なくとも前記油圧システムが、前記静圧モードにあるように構成されており、前記アキュムレータ隔離弁が閉じている時は、前記油圧アキュムレータの圧力に応じて、前記油圧アキュムレータから油圧流体動力を受けるか、或いは、前記推進回路から前記油圧アキュムレータへ油圧流体動力を伝達して前記油圧アキュムレータを蓄圧するように構成された付属回路とを備え、
    前記推進回路の高圧ラインから取り出された油圧動力が、さらに前記付属回路に動力を伝えるために使用される、油圧システム。
  2. 前記ポンプ/モータは、第1の可変排気量ポンプ/モータであり、前記ポンプは第2可変排気量ポンプ/モータである請求項1に記載の油圧システム。
  3. 前記ポンプ/モータと前記ポンプの少なくとも一方は、排気量コントローラとアクチュエータを有する可変排気量ポンプ/モータであり、前記アクチュエータは前記排気量コントローラの位置を設定するように構成されることにより、前記可変排気量ポンプ/モータの排気量を設定し、前記付属回路は油圧で前記アクチュエータに動力を伝達する請求項1に記載の油圧システム。
  4. 前記排気量コントローラは調整可能な軸受板であり、前記アクチュエータは軸受板アクチュエータであり、前記位置は、軸受板角である請求項3に記載の油圧システム。
  5. 前記排気量コントローラは斜板であり、前記アクチュエータは斜板アクチュエータであり、前記位置は、斜板角である請求項3に記載の油圧システム。
  6. 前記付属回路はステアリング回路である請求項1に記載の油圧システム。
  7. 前記付属回路は制動回路である請求項1に記載の油圧システム。
  8. 前記付属回路は、第1の圧力で動作するように構成され、前記油圧アキュムレータは第2の圧力を超えて動作するように構成され、前記第1の圧力は前記第2の圧力よりも小さい請求項1に記載の油圧システム。
  9. 前記油圧システムが前記ハイブリッドモードの時には前記アキュムレータ隔離弁を介して前記油圧アキュムレータが蓄圧及び放圧されるように構成され、前記油圧アキュムレータは前記油圧システムが前記静圧モードにあるときに流量制限器を介して蓄圧されるように構成される請求項1に記載の油圧システム。
  10. 前記推進回路は、前記油圧システムが前記ハイブリッドモードにあるときに前記油圧アキュムレータと略同じ圧力であり、前記油圧システムが前記静圧モードであるときに前記推進回路は、前記油圧アキュムレータから独立した圧力となる請求項9に記載の油圧システム。
  11. 移動作業車両用油圧システムであって、前記油圧システムは、前記移動作業車両の慣性エネルギーを取り込み、前記慣性エネルギーを油圧アキュムレータ内に貯蔵されたポテンシャルエネルギーに変換し、ハイブリッドモードの時には前記油圧アキュムレータの前記ポテンシャルエネルギーの少なくともいくらかを解放することによって前記移動作業車両の少なくとも1つのアクチュエータに動力を伝達するように構成され、前記油圧システムはさらに静圧モードで動作するように構成されており、前記油圧システムは、
    前記油圧アキュムレータと、
    斜板と、前記斜板の斜板角を設定することによって可変排気量ポンプ/モータの排気量を設定するように構成された斜板アクチュエータを備えた前記可変排気量ポンプ/モータと、
    前記油圧アキュムレータと前記斜板アクチュエータの間に設けられ、前記斜板アクチュエータに、前記油圧アキュムレータ内に貯蔵した前記ポテンシャルエネルギーで油圧動力を提供する油圧回路と、
    前記油圧アキュムレータを推進回路から選択的に隔離するためのアキュムレータ隔離弁と、を備え、
    前記推進回路の高圧ラインから取り出された油圧動力が、さらに前記油圧回路に動力を伝えるために使用され、
    前記油圧回路は、前記油圧システムが前記静圧モードで動作して、前記アキュムレータ隔離弁が閉じているときに、前記油圧アキュムレータの圧力に応じて、前記油圧アキュムレータから前記斜板アクチュエータへ油圧エネルギーを伝達するか、或いは、前記推進回路から前記油圧アキュムレータへ油圧エネルギーを伝達して前記油圧アキュムレータを蓄圧するように構成されている油圧システム。
  12. 前記可変排気量ポンプ/モータは前記移動作業車両の原動機に操作可能に連結されている請求項11に記載の油圧システム。
  13. 前記可変排気量ポンプ/モータは前記移動作業車両の駆動系に操作可能に連結されている請求項11に記載の油圧システム。
  14. さらに第2の斜板と第2の斜板アクチュエータを備えた第2の可変排気量ポンプ/モータを備え、前記第2の斜板アクチュエータは前記第2の斜板の第2の斜板角を設定するように構成され、よって、前記第2の可変排気量ポンプ/モータの第2の排気量を設定し、前記油圧回路がまた前記油圧アキュムレータと前記第2の斜板アクチュエータの間にあり、前記油圧回路はまた前記第2の斜板アクチュエータに前記油圧アキュムレータ内に貯蔵した前記ポテンシャルエネルギーで油圧動力を伝達する請求項11に記載の油圧システム。
  15. 前記油圧システムが前記ハイブリッドモードにあるように構成されたときにエネルギーが前記油圧アキュムレータと前記移動作業車両の駆動系との間で前記アキュムレータ隔離弁、前記推進回路、及び前記可変排気量ポンプ/モータを介して伝達され、前記油圧システムが前記静圧モードにあるように構成されたときにはエネルギーは前記移動作業車両の原動機と前記駆動系の間で前記第2の可変排気量ポンプ/モータ、前記推進回路、及び前記可変排気量ポンプ/モータを介して伝達される請求項14に記載の油圧システム。
  16. 移動作業車両用油圧システムの付属回路に動力を伝達する方法であって、前記油圧システムはハイブリッドモードと静圧モードに構成可能であり、前記方法は、
    少なくとも前記油圧システムが前記静圧モードにあるように構成されたときに前記付属回路を、油圧アキュムレータに油圧接続することと、
    前記油圧システムが前記ハイブリッドモードになるように構成されたときに前記油圧アキュムレータに前記移動作業車両の慣性エネルギーで再生することと、
    前記油圧システムが前記ハイブリッドモードにあるように構成されたときに前記油圧システムの推進回路で前記油圧アキュムレータを前記油圧アキュムレータと前記推進回路と略等しい圧力で蓄圧及び放圧し、
    前記油圧システムが前記静圧モードになるように構成されたときに、前記油圧アキュムレータを前記推進回路から隔離し、前記油圧アキュムレータの圧力に応じて、前記油圧アキュムレータから前記付属回路へ放圧するか、或いは、前記推進回路内の圧力を前記油圧アキュムレータより高くして前記油圧アキュムレータを前記油圧システムの前記推進回路から流量制限器を介して蓄圧することを含み、
    前記推進回路の高圧ラインから取り出した油圧動力を、さらに前記付属回路に動力を伝えるために使用する、方法。
  17. さらに前記付属回路で可変排気量ポンプ/モータの排気量コントローラを起動することを含む請求項16に記載の方法。
  18. さらに、前記油圧アキュムレータ内の油圧を維持して前記油圧システムが前記静圧モードになるように構成されたときに前記可変排気量ポンプ/モータの制御を維持することを含む請求項17に記載の方法。
  19. 前記可変排気量ポンプ/モータは、前記排気量コントローラを起動するための供給制御圧専用の油圧ポンプを含まない請求項17に記載の方法。
  20. さらに、前記付属回路で前記移動作業車両のステアリングユニットを起動することを含む請求項16に記載の方法。
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