(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
油圧アクチュエータがオープンセンター型の方向切換弁を介して油圧ポンプに接続されると共に前記方向切換弁よりもタンク側にネガコン絞りが設けられ、操作装置の操作量に応じて前記方向切換弁の位置が可変される建設機械において、ネガコンセンサからの出力と、ネガコン圧と流量との関係を定義した第1のネガコン圧‐流量テーブルに基づいて算出される流量とに基づいて前記油圧ポンプを制御する油圧制御装置であって、
前記ネガコンセンサの異常を検出した場合に、前記操作装置の操作量と前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて、ネガコン圧を算出し、ネガコン圧と流量との関係を定義した第2のネガコン圧‐流量テーブルに基づいて流量を算出すると共に、モードセレクタにより前記ネガコンセンサからの出力に基づく制御から、前記算出したネガコン圧に基づく制御へ切り替えることで、前記ネガコンセンサからの出力に代えて、前記算出したネガコン圧に基づいて、前記油圧ポンプに対する制御指令値を算出することを特徴とする、油圧制御装置。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【0010】
図1は、本発明に係る建設機械1の構成例を示す図である。
図1において、建設機械1は、クローラ式の下部走行体2の上に、旋回機構を介して、上部旋回体3をX軸周りに旋回自在に搭載している。また、上部旋回体3は、前方中央部に、ブーム4、アーム5及びバケット6、並びに、これらをそれぞれ駆動する油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8及びバケットシリンダ9から構成される掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブレーカや破砕機等のような他のアタッチメントであってもよい。
【0011】
図2は、建設機械1に搭載される油圧ポンプ制御装置100の油圧回路図の一例を示す図である。油圧ポンプ制御装置100は、エンジン又は電動モータによって駆動される二つの油圧ポンプ10L、10Rから、切換弁11L、12L、13L及び15Lを連通するセンターバイパス管路30L、又は、切換弁11R、12R、13R、14R及び15Rを連通するセンターバイパス管路30Rを経てタンク22まで圧油を循環させる。尚、油圧ポンプ10L、10Rは、可変容量傾斜板ピストンポンプであり、一回転当たりの吐出量(cc/rev)が可変である。油圧ポンプ10L、10Rの吐出圧P1,P2は、圧力センサ28L,28Rにより検出される。圧力センサ28L,28Rの出力信号は、メインコントローラ54に供給される。
【0012】
切換弁11L、12L、13L及び15L、及び、切換弁11R、12R、13R、14R及び15Rは全てオープンセンター型である。即ち、切換弁11L、12L、13L及び15L、及び、切換弁11R、12R、13R、14R及び15Rは、それぞれのブリードオフ通路がセンターバイパス管路30L、30Rに接続されることにより、常態で油圧ポンプ10L、10Rの吐出側をタンク22に連通させる。
【0013】
切換弁11Lは、油圧ポンプ10Lが吐出する圧油を走行用油圧モータ42Lで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【0014】
切換弁11Rは、走行直進弁であり、下部走行体2を駆動する走行用油圧モータ42L、42Rと、上部旋回体3の何れかの油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9又は旋回用油圧モータ44である。)とが同時に操作された場合に、下部走行体2の直進性を高めるために油圧ポンプ10Lから左右の走行用油圧モータ42L、42Rに圧油を循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【0015】
また、切換弁12Lは、油圧ポンプ10Lが吐出する圧油を旋回用油圧モータ44で循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁12Rは、油圧ポンプ10Rが吐出する圧油を走行用油圧モータ42Rで循環させるために圧油の流れを切り換えるスプール弁である。
【0016】
また、切換弁13L、13Rはそれぞれ、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する圧油をブームシリンダ7へ供給し、また、ブームシリンダ7内の圧油をタンク22へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁13Rは、操作装置26のブーム操作レバーが操作された場合に作動するスプール弁(以下、「第一速ブーム切換弁13R」とする。)であり、切換弁13Lは、ブーム操作レバーが所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ10Lの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁(以下、「第二速ブーム切換弁13L」とする。)である。
【0017】
切換弁14Rは、油圧ポンプ10Rが吐出する圧油をバケットシリンダ9へ供給し、また、バケットシリンダ9内の圧油をタンク22へ排出するためのスプール弁である。
【0018】
また、切換弁15L、15Rはそれぞれ、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する圧油をアームシリンダ8へ供給し、また、アームシリンダ8内の圧油をタンク22へ排出するために圧油の流れを切り換えるスプール弁であり、切換弁15Lは、操作装置26のアーム操作レバーが操作された場合に作動するスプール弁(以下、「第一速アーム切換弁15L」とする。)であり、切換弁15Rは、アーム操作レバーが所定操作量以上で操作された場合に油圧ポンプ10Rの吐出する圧油を合流させるためのスプール弁(以下、「第二速アーム切換弁15R」とする。)である。
【0019】
操作装置26は、旋回用油圧モータ44、走行用油圧モータ42L、42R、ブーム4、アーム5、及びバケット6を操作するための操作装置であり、各種のレバーやペダル(アーム操作レバー、ブーム操作レバー、バケット操作レバー、旋回操作レバー、走行ペダル(右)、走行ペダル(左))を含んでよい。操作装置26における各種のレバーやペダルの各操作量を表す電気信号は、メインコントローラ54に供給される。ユーザによる各種のレバーやペダルの操作量の検知方法は、パイロット圧を圧力センサで検知する方法であってもよいし、レバー角度を検知する方法であってもよい。
【0020】
センターバイパス管路30L、30Rは、それぞれ、最も下流にある切換弁15L、15Rとタンク22との間にネガコン絞り20L、20Rを備え、油圧ポンプ10L、10Rが吐出した圧油の流れを制限することにより、ネガコン絞り20L、20Rの上流において、ネガコンシステムのための制御圧(以下、「ネガコン圧」とする。)を発生させる圧油管路である。ネガコン圧は、ネガコン圧センサ27L,27Rにより検出される。ネガコン圧センサ27L,27Rの出力信号は、メインコントローラ54に供給される。
【0021】
図2に示す構成では、ネガコン絞り20L、20Rの上流のネガコン圧、及び吐出圧P1,P2等を圧力センサ27L,27R,28L,28Rで検出し、検出したネガコン圧、吐出圧P1,P2等に基づいてメインコントローラ54により吐出流量の目標値を求め、その吐出流量の目標値となるように電磁比例弁57A,55Aを駆動してスプール弁600L,600Rを変位させて傾転アクチュエータ41L,41Rを制御する。この際、典型的には、メインコントローラ54は、検出されるネガコン圧が大きいほど油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を減少させ、検出されるネガコン圧が小さいほど油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を増大させるようにする。他方、後述のネガコン圧センサ27L,27Rの異常時には、メインコントローラ54は、以下で詳説する態様で吐出流量の目標値を求め、その吐出流量の目標値となるように電磁比例弁57A,55Aを駆動してスプール弁600L,600Rを変位させて傾転アクチュエータ41L,41Rを制御する。
【0022】
図2に示すように、建設機械1における何れの油圧アクチュエータも利用されていない場合(以下、「待機モード」とする。)、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する圧油は、センターバイパス管路30L、30Rを通ってネガコン絞り20L、20Rに至り、ネガコン絞り20L、20Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。
【0023】
この際、メインコントローラ54は、スプール弁600L、600Rを第一位置に変位させ、傾転アクチュエータ41L、41Rを駆動して、油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を減少させ、吐出した圧油がセンターバイパス管路30L、30Rを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制するようにする。
【0024】
一方、建設機械1における何れかの油圧アクチュエータが利用された場合、油圧ポンプ10L、10Rが吐出する圧油は、その油圧アクチュエータに対応する切換弁を介してその油圧アクチュエータに流れ込み、ネガコン絞り20L、20Rに至る量を減少或いは消滅させ、ネガコン絞り20L、20Rの上流で発生するネガコン圧を低下させる。
【0025】
この際、メインコントローラ54は、油圧ポンプ10L、10Rの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な圧油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。
【0026】
上述のような構成により、油圧ポンプ制御装置100は、待機モードにおいては、油圧ポンプ10L、10Rにおける無駄なエネルギー消費(油圧ポンプ10L、10Rの吐出する圧油がセンターバイパス管路30L、30Rで発生させるポンピングロス)を抑制しながらも、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ10L、10Rから必要十分な圧油を各種油圧アクチュエータに供給できるようにする。
【0027】
次に、本実施例のメインコントローラ54による特徴的な制御方法について説明する。
【0028】
図3は、本実施例のメインコントローラ54により実現される要部処理の一例を示す制御ブロック図である。
図3は、油圧ポンプ10L側の構成に関する。
【0029】
本実施例のメインコントローラ54は、ネガコン圧センサ27Lが正常時は、ブロック80に示すように、ネガコン圧センサ27Lによるネガコン圧の検出値を実質的にそのまま用いて、油圧ポンプ10Lの制御量(吐出流量の目標値)を決定する。即ち、ネガコン圧の検出値は、ブロック80−1にて、所与のネガコン圧−流量テーブルに基づいて、ネガコン圧p
n(検出値)から油圧ポンプ10Lの吐出流量の目標値が算出される。ネガコン圧−流量テーブルの一例は
図5を参照して後述する。
【0030】
他方、ネガコン圧センサ27Lの異常が検出された場合、メインコントローラ54は、
図3のブロック90に従って制御を行う。尚、ネガコン圧センサ27Lの異常検出方法は、多種多様であり、任意の方法で異常が検出されてもよい(一例については
図6を参照して後述)。
【0031】
ブロック90には、センターバイパス管路30Lに配置された各切換弁11L、12L、13L及び15Lに関連する操作装置26の各操作量、即ち走行ペダル(左)操作量LS1,旋回レバー操作量LS2、ブームレバー操作量LS3及びアームレバー操作量LS4を表す信号が入力される。また、ブロック90には、油圧ポンプ10Lの吐出圧p
d(以下、単に「ポンプ吐出圧p
d」という)を表す信号が入力される。尚、ポンプ吐出圧p
dは、油圧センサ28Lの検出値である。
【0032】
ブリード開口データテーブル90−1は、センターバイパス管路30Lに配置された各切換弁11L、12L、13L及び15Lのブリード開口データテーブルを備える。ブリード開口データテーブルは、例えば
図4に示すような特性図に基づいて設定されてもよい。
図4に示す例において、特性C1は、切換弁における操作量(ストローク)と開口面積(ブリード開口面積)A
bとの関係を表す曲線である。特性C2は、方向切換弁におけるメータイン側の開口特性を示し、特性C3は、方向切換弁におけるメータアウト側の開口特性を示す。特性C1を表すテーブルは、ブリード開口データテーブルとして、切換弁11L、12L、13L及び15Lのそれぞれに対して用意される。
【0033】
走行ペダル(左)操作量LS1,旋回レバー操作量LS2、ブームレバー操作量LS3及びアームレバー操作量LS4は、それぞれ、対応するブリード開口データテーブル(
図4参照)90−1にて、開口面積Abに変換され、ブロック90−2にて、対応する流量係数c
bが乗算され、ブロック90−5に入力される。ブロック90−5は、直列に接続された絞りの等価開口面積A
eを以下の式で表すことができることに基づいて、各切換弁11L、12L、13L及び15Lの全体としてのパラメータc
eA
eを算出する。
【0034】
【数1】
ここで、A
iは、各切換弁11L、12L、13L及び15Lのブリード開口面積である。この考えに流量係数を加えると、以下の通りとなる。
【0035】
【数2】
ここで、c
iは、各切換弁11L、12L、13L及び15Lの流量係数である。尚、iは、方向切換弁の数に対応し、例えば切換弁が1つしか存在しない構成では、シグマを取らない計算式となる(即ち、単に1つの切換弁に係る流量係数c及び開口面積Aの積が算出されることになる)。
【0036】
このようにして得られたc
eA
eは、ブロック90−6に入力される。ブロック90−6には、その他、A
nc
n及びポンプ吐出圧p
dが入力される。A
nc
nは、ネガコン絞り20Lにおける開口面積A
nにネガコン絞り20Lにおける流量係数c
nを乗じたものであり、ブロック90−3及び90−4から入力される。ブロック90−6では、以下の式に基づいて、ネガコン圧p
nが算出される。
【0037】
【数3】
このようにして算出されたネガコン圧p
nは、ブロック90−8に入力される。ブロック90−8では、所与のネガコン圧−流量テーブル(
図5参照)に基づいて、算出されたネガコン圧p
nから油圧ポンプ10Lの吐出流量の目標値が算出される。尚、
図5に示すネガコン圧−流量テーブルは、ネガコン圧p
nが高いときは、吐出流量の目標値が小さくなり、ネガコン圧が低下すると、吐出流量の目標値が大きくなる関係を有する。この関係は、ネガコン圧センサ27Lの正常時と同様であってよい。即ち、ブロック90−8におけるネガコン圧−流量テーブルは、ブロック80−1におけるネガコン圧−流量テーブルと同一であってよい。即ち、入力されるネガコン圧p
nが、検出値であるか(ブロック80−1)、算出値(予想値)であるか(ブロック90−8)の相違だけである。
【0038】
尚、数3の式は、以下の数4と数5の式に基づく。
【0040】
【数5】
p
tは、タンク圧であり、ここではゼロとする。ネガコン圧p
nに対しては、所定の上限値p
nmaxが設定される。上限値p
nmaxは、リリーフ弁の設定圧に対応してよい。
【0041】
モードセレクタ94は、ネガコン圧センサ27Lの正常時のモードとネガコン圧センサ27Lの異常時のモードとを切り替える。メインコントローラ54は、ネガコン圧センサ27Lの異常を検出した場合に、モードセレクタ94を切り替えて、ブロック90を実効化する。
【0042】
尚、図示していないが、エンジン回転数と設定トルクから馬力制御時の最大流量(馬力制御目標値)が算出され、この馬力制御目標値とブロック90で上述の如く算出された吐出流量の目標値のうちのいずれか小さい方が最終目標値として選択されてもよい。
【0043】
尚、
図3は、油圧ポンプ10L側の構成に関するものであるが、油圧ポンプ10R側についても同様であってよい。即ち、油圧ポンプ10R側の場合は、ネガコン圧センサ27Rが正常時は、ネガコン圧センサ27Rによるネガコン圧の検出値を実質的にそのまま用いて、油圧ポンプ10Rの制御量(吐出流量の目標値)が決定される。ネガコン圧センサ27Rの異常が検出された場合、ブロック90には、センターバイパス管路30Rに配置された各切換弁11R、12R、13R、14R及び15Rに関連する操作装置26の各操作量が入力される。また、ブロック90には、油圧ポンプ10Rの吐出圧p
d(ポンプ吐出圧p
d)を表す信号が入力される。そして、ブリード開口データテーブル90−1は、センターバイパス管路30Rに配置された各切換弁11R、12R、13R、14R及び15Rのブリード開口データテーブル(
図4参照)を備えることになる。
【0044】
図6は、ネガコン圧センサ27Lの異常検出方法の一例を示すフローチャートである。
図6に示す処理ルーチンは、所定周期毎にメインコントローラ54により実行されてよい。尚、
図6は、ネガコン圧センサ27Lの異常検出方法であるが、ネガコン圧センサ27Rの異常検出方法についても同様であってよい。
【0045】
ステップ600では、操作装置26の各操作量に基づいて、無操作状態であるか否かが判定される。無操作状態は、操作装置26の各種のレバーやペダルのいずれも操作されていない状態を指す。無操作状態である場合には、ステップ602に進む。
【0046】
ステップ602では、油圧ポンプ10Lに対して最大流量を指示する。
【0047】
ステップ604では、ネガコン圧(ネガコン圧センサ27Lの検出値)が所定値よりも大きいか否かが判定される。所定値は、ネガコン圧センサ27Lが正常時に油圧ポンプ10Lが最大流量を吐出するときに得られるネガコン圧センサ27Lの検出値範囲の下限値に対応して設定されてもよい。ネガコン圧が所定値よりも大きい場合には、ステップ606に進み、ネガコン圧が所定値よりも小さい場合には、ステップ608に進む。
【0048】
ステップ606では、ネガコン圧センサ27Lが正常であると判定される。この場合、モードセレクタ94は、ネガコン圧センサ27Lの正常時のモードが形成される切換位置に変更又は維持される。
【0049】
ステップ608では、ネガコン圧センサ27Lが異常であると判定される。この場合、モードセレクタ94は、ネガコン圧センサ27Lの異常時のモードが形成される切換位置に変更又は維持される。
【0050】
以上説明した本実施例の油圧制御装置によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。
【0051】
上述の如く、ネガコン圧センサ27L、27Rに異常が生じた場合でも、ネガコン制御を継続することができ、操作性及び省エネ性を確保することができる。尚、一般的に知られるように、ネガコン制御は、負荷が高い場合に油圧アクチュエータの速度が低速となり、負荷が低い場合に油圧アクチュエータの速度が高速となる点で人間の慣性に相性が良いものである。また、
図3に示すブロック90はソフトウェアへのプログラム追加だけで簡易に実現することができる。これにより、簡易に故障耐性を向上することができる。
【0052】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【0053】
例えば、上述した実施例では、
図2等に示す特定の構成の油圧回路が用いられているが、油圧回路の構成は多種多様である。例えば、油圧アクチュエータの一部は、電動モータにより駆動される油圧ポンプにより実現されてもよい。
【0054】
また、上述した実施例では、
図3等示すように、特定の算出方法によりネガコン圧を算出しているが、ネガコン圧の算出方法は変更・修正されてもよい。例えば、油の経年劣化により油の粘度が変化することや、機器の経年劣化によって油圧ポンプ10L,10Rの漏れ損失が増加すること(これにより、指令値を実現できない場合があること)が考慮され、吐出圧調整ゲインが乗算されたポンプ吐出圧が使用されてもよい。