(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一入力を用いた作業機のワークアタッチメントの制御方法であって、
（ａ）リフトレバー位置の入力を受信し、該リフトレバー位置の入力を要求持ち上げ速度と関連付けるステップと、
（ｂ）前記要求持ち上げ速度を満たすように、エンジンの回転速度、ポンプの押しのけ容積、及び、リフト制御バルブのうちの、少なくとも２つを自動制御するステップとを含み、
該自動制御を行うステップは、前記エンジンの回転速度を一定の最低速度に維持し、かつ、前記ポンプを一定の最小押しのけ容積の設定に維持しながら、前記要求持ち上げ速度を満たすように前記リフト制御バルブを調整する、制御の第１範囲を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
リフトレバー位置を要求持ち上げ速度と関連付けるステップは、前記要求持ち上げ速度を流体の流れ状態の目標値と関連付けるステップを含み、
自動制御を行うステップは、前記流れ状態の目標値を満たすように、エンジンの回転速度、ポンプの押しのけ容積、及び、リフト制御バルブのうちの、少なくとも２つを自動制御するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
自動制御を行うステップは、前記エンジンの回転速度を一定の最低速度に維持し、かつ、前記リフト制御バルブを全開に維持しながら、前記要求持ち上げ速度を満たすように前記ポンプの押しのけ容積を調整する、制御の第２範囲を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
自動制御を行うステップは、前記ポンプを最大押しのけ容積の設定に維持し、かつ、前記リフト制御バルブを全開に維持しながら、前記要求持ち上げ速度を満たすように前記エンジンの回転速度を調整する、制御の第３範囲を含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記制御の第１、第２、第３の範囲は、前記要求持ち上げ速度を満たすように、前記制御の第１範囲から前記制御の第３範囲までを連続的に実行することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記制御バルブが全開であり、かつ、前記要求持ち上げ速度が達成されていない場合に、前記制御の第１範囲から前記制御の第２範囲へシステム設定することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記ポンプが最大押しのけ容積であり、かつ、前記要求持ち上げ速度が達成されていない場合に、前記制御の第２範囲から前記制御の第３範囲へシステム設定することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記エンジンが最低速度であり、かつ、前記要求持ち上げ速度が超えられた場合に、前記制御の第３範囲から前記制御の第２範囲へシステム設定することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記ポンプの押しのけ容積が最小設定であり、かつ、前記要求持ち上げ速度が超えられた場合に、前記制御の第２範囲から前記制御の第１範囲へシステム設定することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項１０】
更に、
（ａ）ワークアタッチメントに関連する油圧システムの作業系統の動作を有効にする指示を受信するステップと、
（ｂ）自動制御を行うステップの前に、前記油圧システムのポンプを前記作業系統と流体連通状態にし、かつ、前記ポンプを前記油圧システムの駆動系統から分離する、作業系統主要モードに、前記油圧システムを設定するステップとを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
単一入力を用いた作業機のワークアタッチメントの制御方法であって、
（ａ）リフトレバー位置の入力を受信し、該リフトレバー位置の入力を要求持ち上げ速度と関連付けるステップと、
（ｂ）前記要求持ち上げ速度を満たすように、エンジンの回転速度、ポンプの押しのけ容積、及び、リフト制御バルブのうちの、少なくとも１つを自動制御するステップとを含み、
該自動制御を行うステップは、前記エンジンの回転速度を一定の最低速度に維持し、かつ、前記ポンプを一定の最小押しのけ容積の設定に維持しながら、前記要求持ち上げ速度を満たすように前記リフト制御バルブを調整する、制御の第１範囲を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
自動制御を行うステップは、前記エンジンの回転速度の制御を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記リフトレバーは、前記リフト制御バルブと機械的に接続されていることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年１月９日にＰＣＴ国際特許出願として出願され、２０１２年１月９日出願の米国特許出願番号第６１／５８４，６３０号、及び、２０１２年１月９日出願の米国特許出願番号第６１／５８４，６５０号の優先権を主張するものであり、それら全ての開示内容が参照によって本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
フォークリフト、ホイールローダー、トラックローダー、掘削機、バックホウ、ブルドーザー、及び、テレハンドラーといった作業機が周知である。これらの作業機は、パレット、土（dirt）、及び／又は、瓦礫（debris）といった物質の移動に用いられる。通常、作業機は、作業機に連結された作業機器（例えばフォーク）を含んでいる。作業機に取り付けられた作業機器は、通常、油圧システムにより動力を供給される。油圧システムは、ディーゼルエンジン等の主駆動部により動力が供給される、油圧ポンプを含んでいる。フォークリフトのフォークといった作業機器は、通常、制御バルブを介して１つ以上の油圧シリンダを作動させるレバーの操作によって、上昇及び下降される。シリンダの数量は変わることもあるが、そのような適用では、大抵はその数が１〜３個である。制御バルブを通る流れは、レバー位置の作用によるものであるが、この流れは、油圧システムのポンプ速度及びポンプの押しのけ容積によっても、著しく影響を受ける。そのポンプは、通常、フォークリフトのエンジンに連結される。従って、制御バルブが全開、かつ、ポンプが最大の速度及び最大の押しのけ容積である場合に、最大の上昇速度及び力に達する。多くのシステムでは、エンジンアクセルを踏み込んでポンプ速度を増大させると同時に、オペレータがレバーを最大位置に動かした場合にのみ、この状態に達する。この行為により、フォークリフトの駆動システムが車両を前進させるため、オペレータは、停止状態を保つために、ブレーキペダルやクラッチペダルを踏み込む必要がある。従って、フォークリフト機は、最大限の持ち上げ性能を得るために、３つの別々の入力操作をオペレータに要求する。この点に、改善が望まれている。
【発明の概要】
【０００３】
単一入力で作業機のワークアタッチメントを制御する方法を開示している。本方法の１つのステップでは、ワークアタッチメントに関連する油圧システムの作業系統の動作を有効にする指示を受信する。この指示により、油圧システムを、油圧システムのポンプを作業系統と流体連通状態にさせ、かつ、ポンプを油圧システムの駆動系統から分離する、作業系統主要モードに設定する。更に、本方法は、リフトレバー位置を受信すること、及び、リフトレバー位置と要求持ち上げ速度とを関連付けることを含んでいる。又、本方法は、要求持ち上げ速度を満たすように、エンジンの回転速度、ポンプの押しのけ容積、及び、リフト制御バルブのうちの、少なくとも２つを自動制御することを含んでいる。
【０００４】
更に、本方法は、要求持ち上げ速度と流体の流れ状態の目標値とを関連付けること、及び、流れ状態の目標値を満たすように、エンジンの回転速度、ポンプの押しのけ容積、リフト制御バルブのうちの、少なくとも２つを自動制御することを含んでいる。加えて、本方法は、段階的に用い（staged）てもよく、エンジンの回転速度を一定の最低速度に維持し、かつ、ポンプを一定の最小押しのけ容積の設定に維持している間に、要求持ち上げ速度を満たすようにリフト制御バルブを調整する、制御の第１範囲を実行する。又、エンジンの回転速度を一定の最低速度に維持し、かつ、リフト制御バルブを全開に維持している間に、要求持ち上げ速度を満たすようにポンプの押しのけ容積を調整する、制御の第２範囲を実行してもよい。更に、ポンプを最大押しのけ容積の設定に維持し、かつ、リフト制御バルブを全開に維持している間に、要求持ち上げ速度を満たすようにエンジンの回転速度を調整する、制御の第３範囲を採用してもよい。
【０００５】
必ずしも一定の比率で描いていない以下の図に関連して、非限定的かつ非包括的な実施形態を説明しており、これらの図では、特に断り書きのない限り、各種の図の全体にわたって同様の参照符号は同様の部位を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の原則に従う形態例の特徴を有する作業機の概略図である。
【図２】図１の作業機へ用いるための油圧システムの概略図である。
【図３】模式的に示した制御系の部位を図２の油圧システムに追加した概略図である。
【図４】図２の油圧システムが作業系統主要モードにある状態を示した概略図である。
【図５】図２の油圧システムに使用可能な作業系統の概略図である。
【図５Ａ】図２の油圧システムに使用可能な作業系統の第２形態の概略図である。
【図６】図２の油圧システムのための電子制御システムの概略図である。
【図７】図２の油圧システムに併合した図４の作業系統の制御方法を示す処理フローチャートである。
【図８】図７の処理フローチャートをより詳細に示す処理フローチャートである。
【図９】図７及び図８の処理フローチャートに関連し、油圧システムの流れ状態を持ち上げ速度の目標値と関連付けるマップである。
【図１０】図７及び図８の処理フローチャートに関連し、油圧システムのレバー位置を持ち上げ速度の目標値と関連付けるマップである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
複数の図にわたって同様の参照符号は同様の部位及び組立を示している図面を参照して、様々な実施形態について詳細に説明する。様々な実施形態の引用は、添付のクレームの範囲を限定するものではない。更に、本明細書で説明する如何なる例も、添付のクレームについて可能な多くの実施形態のいくつかを、限定するように意図したものではなく、単に説明するものである。
【０００８】
（概要）
図１に示しているように、作業機５０が図示されている。作業機５０は、様々な持ち上げ作業を行うための、ワークアタッチメント５２を含んでいる。ある実施形態では、作業機５０がフォークリフト車であり、ワークアタッチメント５２が２つのフォークを構成している。しかしながら、当業者は、ワークアタッチメントが任意の油圧式作業機器であってもよいことを認識するであろう。
【０００９】
更に、作業機５０は、少なくとも１つの駆動車輪５４と、少なくとも１つの操舵車輪５６とを含むように示されている。ある実施形態では、１つ以上の駆動車輪５４と１つ以上の操舵車輪５６とを組み合わせてもよい。駆動車輪は、ポンプ１０２及び１０８と流体連通状態にあるエンジン１０４により駆動される。ポンプ１０２は、エンジン１０４に機械的に連結されており、同時に、ポンプ１０８は、油圧システム１００を介してエンジン１０４に接続されている。更に、ポンプ１０８は、車軸１１４、差動装置１１２、駆動軸１１０を介して、（複数の）駆動車輪５４に機械的に連結されている。
【００１０】
更に、油圧システム１００に対して、作業系統３００及びステアリング系統６００が流体連通状態にあり、アキュムレータ１１６も同様である。作業系統３００は、持ち上げ作業が実行されるようにワークアタッチメント５２を作動させ、これと同時に、ステアリング系統６００は、作業機５０が所望の方向へと選択的に操舵されるようにする。アキュムレータ１１６は、エンジンポンプ１０２が非稼働状態にある場合、又は専用作業に利用されている場合に、油圧システム１００へ加圧された流体を供給するように動作する。このような１つの例として、エンジンポンプ１０２は、オペレーションが作業系統主要モードの際に、作業系統３００を作動させるために占有的に必要とされる。この場合、アキュムレータ１１６は、オペレーションの作業系統モードが必要ではなくなるまで、必要な流体動力を供給して、ポンプ１０８及びステアリング系統６００を作動させることができる。
【００１１】
（メイン油圧システムの説明）
さて、図２に目を向けると、概略図で油圧システム１００が示されている。油圧システム１００は、ポンプ／モータ１０２に接続された、主駆動部１０４により動力が供給される。ある実施形態では、ポンプ／モータ１０２がポンプに置換されていてもよい。図示のように、油圧システム１００は、油圧ポンプ／モータ１０２を、ドライブトレイン１１４、作業系統３００、かつ／又は、ステアリング制御ユニット６００へ動力を供給する、ただ１つのポンプ／モータ（又は１つのポンプ）とすることを許容する。油圧システム１００を１つのポンプ／モータ（又は１つのポンプ）を用いて構成することにより、油圧システム１００のコストの低減、油圧システム１００の重量の低減、かつ／又は、油圧システム１００の実装サイズの低減が可能となる。更に、別途必要になる追加構成品の寄生損失を低減することにより、システムの効率を増大させることができる。
【００１２】
図示のように、油圧ポンプ／モータ１０２及び主駆動部１０４は、エンジンポンプ機構１０６に組み込むことができる。ある実施形態では、主駆動部１０４が単一方向（例えば時計回り方向）に回転すると、油圧ポンプ／モータ１０２も、主駆動部１０４の単一回転方向に回転することがある。油圧ポンプ／モータ１０２と主駆動部１０４との間は、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の入力軸／出力軸が、主駆動部１０４のクランク軸へ接続されていてもよい）。通常、油圧ポンプ／モータ１０２が、油圧アキュムレータ１１６、ドライブトレイン１１４、作業系統３００、かつ／又は、ステアリング制御ユニット６００に油圧力を供給している場合に、主駆動部１０４から油圧ポンプ／モータ１０２へ動力が伝達される。エンジンブレーキ中等の、油圧ポンプ／モータ１０２が主駆動部１０４を始動させる場合において、油圧ポンプ／モータ１０２から主駆動部１０４へ動力を伝達することができる。ある実施形態では、このシステムが１つのポンプ（例えば、１つのポンプのみ、１つのポンプ回転群のみ、１つのポンプ／モータのみ等）を含んでいる。
【００１３】
油圧ポンプ／モータ１０２は、可変容量形ポンプ／モータであってもよい。又、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、タンク１１８から低圧ライン４４０を介して作動液を受け入れる吸入口１０２ｌ（すなわち、低圧側）を含んでおり、更に、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に接続された吐出口１０２ｈ（すなわち、高圧側）を含んでいる。主駆動部１０４が油圧ポンプ／モータ１０２へ動力を供給する際、作動液は、タンク１１８から油圧ポンプ／モータ１０２の吸入口１０２ｌへ吸引され、油圧ポンプ／モータ１０２の吐出口１０２ｈから高圧力で吐出される。ある実施形態では、油圧ポンプ／モータ１０２の回転斜板が中央を越えた位置にあり、高圧ライン４００からの高圧の作動液が、油圧ポンプ／モータ１０２を通過して戻され、低圧ライン４４０及びタンク１１８へ排出される際に、油圧ポンプ／モータ１０２から主駆動部１０４へ動力が伝達される。或いは、油圧システムの逆転弁（reversing valve）を利用して、油圧ポンプ／モータ１０２と同じように、油圧ポンプ／モータと共に主駆動部を逆駆動状態（back driven）にしてもよい。
【００１４】
流量調整機器２０２（例えばリリーフ弁）は、高圧ライン４００へ接続されている。高圧ライン４００内の作動液の圧力が所定の限界値に達すると、流量調整機器２０２は、開いて作動液の一部をタンク１１８へ排出し、これにより、高圧ライン４００が過圧状態になるのを防止する。
【００１５】
流量調整機器２０６は、高圧ライン４００と、作業系統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、流量調整機器２０６が作業系統バルブ（work circuit valve）である。
【００１６】
流量調整機器２０８は、高圧ライン４００と、高圧ライン４０２との間に接続されている。図示のように、高圧ライン４０２は、ポンプ／モータ１０８の吸入口１０８ｈ（すなわち、高圧側）に接続されていてもよい。流量調整機器２０８は、遮断弁であってもよい。ある実施形態では、流量調整機器２０６と流量調整機器２０８とが、１つの三方弁に統合されていてもよい。
【００１７】
高圧ライン４０２は、流体流量調整機器２１０を経て、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、流体流量調整機器２１０は、油圧アキュムレータ１１６のための遮断弁である。又、図示の実施形態では、流体流量調整機器２１０と油圧アキュムレータ１１６とが、アキュムレータライン４０４により接続されている。
【００１８】
更に、高圧ライン４０２は、流量調整機器２１２と、もう１つの流量調整機器２２４とを経て、高圧ライン４０６に接続されている。図示の実施形態では、流量調整機器２１２は作業系統バルブであり、流量調整機器２２４は、高圧ライン４０６からの作動液が高圧ライン４０２に入り込むことを防止する逆止弁である。また、図示の実施形態では、流量調整機器２１２及び２２４は、高圧ライン４０２と高圧ライン４０６とを接続する横断フローライン４０８の途中に、直列に接続されている。別の実施形態では、横断フローライン４０８の途中に、単体の流量調整機器が用いられていてもよい。
【００１９】
ここで、作業機５０の推進系統の、ある形態について説明する。この推進系統は、出力軸１１０を介して、ドライブトレイン１１４へ動力を送り、又、ドライブトレイン１１４から動力を受ける、ポンプ／モータ１０８を含んでいる。特に、出力軸１１０は、ギヤボックス１１２に接続されている。ギヤボックス１１２は、一対の駆動車輪５４へ接続された差動装置を含んでいてもよい。例えば、１つの車輪を駆動する１つの原動機といった、別のドライブトレインも利用可能である。ドライブトレイン１１４へ動力を送る際、ポンプ／モータ１０８は、作業機５０の加速、作業機５０の斜面上方への移動、かつ／又は、作業機５０のその他の全般的な移動を行うことができる。作業機５０が減速する、かつ／又は、斜面下方へ移動する際、ポンプ／モータ１０８は、ドライブトレイン１１４から動力を受ける。油圧システム１００が、ハイブリッド推進モード（hybrid propel mode）８４、又は、作業系統主要モード８２である際に、ポンプ／モータ１０８は、油圧アキュムレータ１１６へ油圧力を送ることができる。特に、ポンプ／モータ１０８は、低圧ライン４４０を介してタンク１１８から作動液を受けて、作動液を加圧し、加圧した作動液を、高圧ライン４０２を通して、更に流体流量調整機器２１０及びアキュムレータライン４０４を通して、油圧アキュムレータ１１６へ送ることができる。
【００２０】
ポンプ／モータ１０８は、油圧アキュムレータ１１６又はポンプ／モータ１０２からの油圧力により、駆動することができる。特に、油圧システム１００が作業系統主要モード８２である場合、ポンプ／モータ１０８は、図３に示されているように、油圧アキュムレータ１１６から油圧力を受ける。油圧システム１００がハイブリッド推進モード８４である場合、ポンプ／モータ１０８は、油圧ポンプ／モータ１０２と油圧アキュムレータ１１６との何れか一方、或いは、油圧ポンプ／モータ１０２と油圧アキュムレータ１１６との双方から、油圧力を受けることができる。油圧システム１００が流体静力モード（hydrostatic mode）８６である場合、ポンプ／モータ１０８は、油圧ポンプ／モータ１０２から動力を受けることができる。しかしながら、ポンプ／モータ１０８は、油圧ポンプ／モータ１０２に動力を伝達することができ、これによって、主駆動部１０４が、エンジンブレーキを与えることができる。
【００２１】
高圧ライン４０２とタンク１１８との間に、リリーフ弁２１４を接続してもよい。高圧ライン４０２からのフィードバックを、ポンプ／モータ制御圧力弁２２０を経由して、油圧ポンプ／モータ１０２へ付与することができる。特に、高圧ライン４０２とポンプ／モータ制御圧力弁２２０との間には、機器２２２が接続されている。ある実施形態、かつ／又は、あるモードにおいて、ポンプ／モータ制御圧力弁２２０は、油圧ポンプ／モータ１０２へ圧力信号を送信し、これによって、油圧ポンプ／モータ１０２を制御することができる。
【００２２】
図示の実施形態において、ステアリング制御ユニット６００は、高圧ライン４０２から油圧力を受ける。特に、高圧ライン４０２には、ステアリングフィードバルブ２１８及びステアリングフィードバルブ２１６を経て、中間圧力ステアリングライン４２０が接続されている。ステアリング制御ユニット６００とタンク１１８との間に、戻りライン４２２が接続されている。
【００２３】
マニホールドブロック２００には、様々な構成要素が含まれている。例えば、流量調整機器２０２、流量調整機器２０６、流量調整機器２０８、流体流量調整機器２１０、流量調整機器２１２、リリーフ弁２１４、ポンプ／モータ制御圧力弁２２０、機器２２２、かつ／又は、流量調整機器２２４が、マニホールドブロック２００に含まれている。
【００２４】
さて、図３に目を向けると、油圧システム１００の回路図と共に、制御システム５００の回路図が示されている。図示のように、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している。更に、制御システム５００は、オペレータインタフェース５０６を監視することにより、オペレータに油圧システム１００の制御を許可し、更に、作業機５０を制御する。制御システム５００の電子制御ユニット５０２は、油圧システム１００の様々なモードをモデル化する計算を実行可能であり、これによって、最適のモードを決定し、そして、所与の作業環境及び所与のオペレータ入力に対して、最適のモードを選択する。ある状況下において、油圧システム１００のモードは、作業機５０の燃料効率を最大限にするように選択される。別の状況では、油圧システム１００のモードは、油圧システム１００の性能を最大限にするように、更にこれによって作業機５０の性能を最大限にするように選択される。電子制御ユニット５０２は、作業機５０が繰り返し行う作業サイクルを学習することができる。作業サイクルを学習することにより、電子制御ユニット５０２は、作業サイクルについての効率を最大限にすることができ、作業機５０が作業サイクル中であることを認識することができる。電子制御ユニット５０２は、作業機５０がどの作業サイクルにあるのかに応じて、モードを別様に切り替えることができる。作業サイクル中にモードを切り替えることによって、油圧システム１００の様々なパラメータを、効率や性能のために最適化することができる。例えば、油圧アキュムレータ１１６の蓄圧、油圧ポンプ／モータ１０２かつ／又はポンプ／モータ１０８の回転斜板の角度、かつ／又は、主駆動部１０４の起動及び停止のタイミングを、作業機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、作業機５０が従来の作業機のように機能し、かつ、オペレータにとって従来の作業機のように感じられるように、従来の作業機を模倣してもよい。
【００２５】
さて、図４に目を向けると、作業系統主要モード８２が図示されている。作業系統主要モード８２は、ワークアタッチメント５２が、多用、継続使用、かつ／又は、大量の流量の作動液を必要とする使用の下にある場合に、制御システム５００により選択される。作業機５０のドライブトレイン１１４は、作業系統主要モード８２において使用可能である。特に、油圧アキュムレータ１１６は、ポンプ／モータ１０８へ動力を供給し、又、ポンプ／モータ１０８から動力を受けることができる。油圧アキュムレータ１１６が所定のレベルまで使い果たされると、制御システム５００は、油圧アキュムレータ１１６が再蓄圧されるように、油圧システム１００をハイブリッド推進モード８４へ迅速に切り替えることができる。油圧アキュムレータ１１６が所定の圧力レベルまで再蓄圧されると、制御システム５００は、油圧システム１００を作業系統主要モード８２へ戻すことができる。
【００２６】
（作業系統の説明）
図５及び図５Ａを参照すると、作業系統３００の例が示されている。作業系統３００は、作業機５０のワークアタッチメント５２を作動させるためのものである。図示の実施形態において、作業系統３００は、ポンプ流体ライン４０６を介してポンプ１０２へ接続するための、ポンプポート３０２を有している。更に、作業系統３００は、貯留槽又はタンク１１８へ接続するための、タンクポート３０４を有している。
【００２７】
更に、作業系統３００は、ワークアタッチメントのリフト機能を有効にする第１のバルブ３０６と、ワークアタッチメントのチルト機能を有効にする第２のバルブ３０８と、ワークアタッチメントのサイドシフト機能を有効にする第３のバルブ３１０とを含んでいる。図示の当該実施形態において、バルブ３０６、３０８、３１０は、スプール及びスリーブ形式の比例弁である。
【００２８】
第１のバルブ３０６は、ポート３０２から、ワークアタッチメント５２へ機械的に連結された１つ又は複数の油圧リフトシリンダ３１２、３１４へ、加圧流体を選択的に供給するように、構成及び配置されている。ワークアタッチメント５２は、リフト機能中に、バルブ３０６の動作によって選択的に上昇或いは下降される。リフトシリンダ３１２、３１４の上昇速度は、バルブ３０６を通る流れに起因する。バルブ３０６を通る流れは、バルブ３０６のスプールの各端部で作用する、一対の可変ソレノイドアクチュエータ３２２、３２６によって制御可能である。可変ソレノイドアクチュエータ３２２、３２６は、夫々、制御ライン３２４、３２８を介して、制御システム５００により操作可能である。図５Ａに示されているように、バルブ３０６は、制御ライン３２４’を介して制御部と通信する、アナログポジショナを備えたレバー３２２’へ、機械的に連結されていてもよい。
【００２９】
第２のバルブ３０８は、ポート３０２から、ワークアタッチメント５２へ機械的に連結された油圧チルトシリンダ３１６、３１８の一方又は双方へ、加圧流体を選択的に供給するように、構成及び配置されている。ワークアタッチメント５２は、チルト機能中に、バルブ３０８の動作によって、選択的に前方又は後方へ傾斜される。バルブ３０８を通る流れは、バルブ３０８のスプールの各端部で作用する、一対の可変ソレノイドアクチュエータ３３０、３３４によって制御可能である。可変ソレノイドアクチュエータ３３０、３３４は、夫々、制御ライン３３２、３３６を介して、制御システム５００により操作可能である。図５Ａに示されているように、バルブ３０８は、制御ライン３３２’を介して制御部と通信する、アナログポジショナを備えたレバー３３０’へ、機械的に連結されていてもよい。
【００３０】
第３のバルブ３１０は、ポート３０２から、ワークアタッチメント５２へ機械的に連結されたサイドシフト油圧シリンダ３２０へ、加圧流体を選択的に供給するように、構成及び配置されている。ワークアタッチメント５２は、サイドシフト機能中に、バルブ３１０の動作によって、左右に選択的に移動される。バルブ３１０を通る流れは、バルブ３１０のスプールの各端部で作用する、一対の可変ソレノイドアクチュエータ３３８、３４２によって制御可能である。可変ソレノイドアクチュエータ３３８、３４２は、夫々、制御ライン３４０、３４４（338,342）を介して、制御システム５００により操作可能である。図５Ａに示されているように、バルブ３１０は、制御ライン３４０’を介して制御部と通信する、アナログポジショナを備えたレバー３３８’へ、機械的に連結されていてもよい。
【００３１】
（電子制御システム）
油圧システム１００は、作業機５０に出された要求（例えば、オペレータによって）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５０のオペレータインタフェース５０６を監視し、更に、油圧システム１００の様々なセンサ及び動作パラメータを監視する。制御システム５００は、オペレータインタフェース５０６から受けた入力を評価する。
【００３２】
電子制御ユニット５０２は、油圧システム１００が最適なモードに設定されるように、油圧システム１００の種々のセンサ５１０及び動作パラメータを監視する。これらのモードには、図４に示したような作業系統主要モード、ハイブリッド推進モード（図示せず）、及び、流体静力モード（図示せず）が含まれる。電子制御ユニット５０２は、オペレータインタフェース５０６、主駆動部１０４、及び、環境条件（例えば、周囲温度）を監視できる。作業系統主要モードでは、作動の間、ポンプ１０２が、バルブ２０６及び２０８の動作を介して、作業系統３００へ流体動力を直接供給すると共に、駆動システム及びステアリングシステムが、ポンプ１０２から分離され、代わりにアキュムレータ１１６により動力を供給される。
【００３３】
図６を参照すると、電子制御ユニット５０２は、プロセッサ５０５と、ＲＡＭ、フラッシュドライブ、又はハードドライブといった、非一時（non-transient）記憶媒体又はメモリ５０４とを含むものとして、概略的に示されている。メモリ５０４は、実行可能コード、動作パラメータ、オペレータインタフェースからの入力を記憶するためのものであり、又、プロセッサ５０５は、コードを実行するためのものである。更に、電子制御ユニット５０２は、作業系統主要モードの実行に利用可能な、いくつかの入力及び出力を有するものとして示されている。入力の１つは、エンジンの測定回転速度５２０である。エンジンの測定回転速度５２０は、電子制御ユニット５０２へ直接入力してもよく、或いは、コントロール・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）を介して、制御システムの別の部位から受けてもよい。もう１つの入力は、ポンプの測定押しのけ容積（measured pump displacement）５２２である。ポンプの測定押しのけ容積５２２は、例えば、図３に示されているような、ポンプ１０２の押しのけ容積フィードバックセンサであってもよい。
【００３４】
電子制御ユニット５０２へのもう１つの入力は、レバー位置入力５２４である。レバー位置入力は、図５Ａに示したような、油圧レバーのポジショナからの信号であってもよく、或いは、図５及び図６に示すような、電子レバーからの直接のデジタル信号であってもよい。更に、複数のレバー位置入力も可能である。一例として、リフトシリンダ３１２／３１４と関連しているリフトレバー５３２の位置、チルトシリンダ３１６／３１８と関連しているチルトレバー５３４の位置、及び、サイドシフトシリンダ３２０と関連しているサイドシフトレバー５３６の位置がある。図示の当該実施形態において、レバー位置入力５２４は、油圧リフトシリンダ３１２、３１４及び制御バルブ３０６に関係する電子出力を行う、レバーからの入力である。
【００３５】
引き続き図６を参照すると、電子制御ユニット５０２からのいくつかの出力が示されている。１つの出力は、エンジン回転速度／スロットル指令信号５２６である。この出力は、エンジンへ直接提供してもよく、或いは、ＣＡＮを通して車両制御システムの別の部位へ伝達してもよい。もう１つの出力は、例えば、可変容量形アキシャルピストンポンプの回転斜板の角度を調整することによって、ポンプ１０２の出力を調整するための、ポンプの押しのけ容積指令５２８である。更にもう１つの出力は、バルブ指令出力５３０である。バルブ３０６、３０８、３１０の各々を制御するために、夫々、制御ライン３２４／３２８、３３２／３３６、３４０／３４４を介して、複数のバルブ指令出力を提供してもよい。図示の当該実施形態において、バルブ指令出力５３０は、制御ライン３２４／３２８を通る、制御バルブ３０６のソレノイドバルブ３２２／３２６への比例信号である。更に、電子制御ユニット５０２は、全ての流れをポンプ１０２から作業系統３００へ転ずることによって作業系統主要モードを実行可能にするために、バルブ２０６／２０８に対するバルブ位置指令を出力することができる。
【００３６】
更に、電子制御ユニット５０２は、制御ユニット５０２の入力と出力とを関連付けるための、いくつかのマップ又はアルゴリズムを含んでいてもよい。例えば、制御ユニット５０２は、エンジンの測定回転速度の入力を、ポンプの算出回転速度へ関連付けるためのアルゴリズムを含んでいてもよい。同様に、ポンプの流れ状態の算出値を得るために、ポンプの算出回転速度とポンプの測定押しのけ容積５２２とを共に使用してもよい。更に、バルブ指令出力５３０から、或いは、図５Ａに示すようにバルブのポジショナから、バルブ３０６の位置を決定することができる。まとめると、エンジンの測定回転速度５２０、ポンプの測定押しのけ容積５２２、及び、バルブ指令５３０は、ワークアタッチメント５２へ接続されたシリンダ３１２／３１４、３１６／３１８、３２０の各々に対する、作動液の算出流量の総計を決定するために使用することができる。
【００３７】
図９を参照すると、電子制御ユニット５０２へ組み込むことができるマップが示されており、このマップは、リフトシリンダ３１２／３１４への流れ状態と、ワークアタッチメントの持ち上げ速度との間の相互関係を提供する。作動液は相対的に圧縮することができないため、ワークアタッチメント５２の速度は、ワークアタッチメント５２に接続されたシリンダの各々に対する作動液の算出流量と関連付けることができる。３つのバルブのうち１つのみが使用されている場合、相互関係には、動作中のバルブを通る流れについての計算のみが必要となる。複数のバルブが同時に使用されている場合、例えば、リフトシリンダ３１２／３１４の通過流量を確かめるために、補助的なマップやアルゴリズムを利用することができる。或いは、速度を、各油圧シリンダでの実測流量へ関連付けてもよく、又は、ワークアタッチメント５２や作業機５０の別の場所の、ポジショナかつ／又は加速度計を用いて、直接測定してもよい。
【００３８】
一般論として、作業機５０のオペレータは、ワークアタッチメント５２を希望の又は必要な持ち上げ速度に維持することに、最も関心がある。このため、リフトシリンダ３１２／３１４及び制御バルブ３０６を通る流れは、通常は最も重要である。この場合、電子制御ユニット５０２は、希望の又は必要な持ち上げ速度の継続が保証されるように、システムを制御するよう構成することができる。作業機５０のオペレータは、持ち上げ速度を要求しない初期位置と、最大の持ち上げ速度を要求する最大位置との間の任意の位置へ、リフトレバーを動かすことによって、希望の持ち上げ速度の指示を与えることができる。
【００３９】
ユーザにより指示された希望の持ち上げ速度を、測定したシステムパラメータと関連付けるために、マップやアルゴリズムを電子制御ユニット５０２へ組み込むことができる。このような例の一つとして、ワークアタッチメント５２の持ち上げ速度を、レバー位置入力５２４へ直接関連付けるマップを、図１０に示している。図９及び図１０のマップ（又は類似のアルゴリズム）を利用することによって、電子制御ユニット５０２は、レバー位置入力５２４により要求された持ち上げ速度を満たすように、エンジン回転速度５２６とポンプ押しのけ容積５２８とバルブ位置５３０とを、同時に選択的に命令することができる。
【００４０】
（制御方法）
図７及び図８を参照すると、作業系統３００の制御方法１０００が示されている。図７及び図８では、方法のステップを特定の順序で図表に示しているが、この方法は、図示の順序による実行に限定することを、必ずしも意図したものではないことに留意されたい。むしろ、図示のステップの少なくともいくつかは、同時処理、異なる順序、かつ／又は、一斉に実行してもよい。
【００４１】
方法１０００の１番目のステップ１００２では、電子制御ユニット５０２により、作業系統主要モードでの動作を要求する指示を、ユーザから受ける。この指示は、ユーザの様々な入力に依るものであってよい。例えば、ユーザは、作業系統に関連するレバー５３２、５３４、５３６の１つを動かしてもよい。別の例は、制御システム５００のユーザインタフェース５０６を介して、ユーザが直接的に又は間接的にモードを選択することである。
【００４２】
２番目のステップ１００４では、油圧システム１００を作業系統主要モードに設定する。上述したように、作業系統主要モードは、作業系統３００へ流体圧力を提供するために、ポンプ１０２が単体で応答可能になるモードである。図示の実施形態では、図３に示すように、バルブ２０６が開位置になり、バルブ２０８が閉位置になるように制御することで、ステップ１００４を遂行する。図示のように、バルブ２０６／２０８の位置調整によって、駆動システム及びステアリングシステムをポンプ１０２から分離し、作業系統３００をポンプ１０２と流体連通状態にする。なお、バルブ２０６、２０８は、１つの三方弁であってもよい。更に、油圧システムの残部から分離する必要がないシステムもあり、ステップ１００４が必要ではない場合、かつ／又は、作業系統を駆動システムの残部から分離することが不必要な場合もある。このようなケースは、分離したポンプが作業系統へ提供された場合であり、かつ、クラッチ制御トルクコンバータ式自動変速機（clutch operated torque converter automatic transmissions）を備えた、流体静力的な適用（hydrostatic applications）において存在する。
【００４３】
３番目のステップ１００６では、エンジン１０４を最低回転速度へ設定し、ポンプ１０２を最小押しのけ容積に設定し、リフト制御バルブ３０６を最小の公称流量に設定する。このステップは、上記の要素の何れかが、既にその位置にあることを要求するものではない。ステップ１００６は、作業に従事する前に、作業系統を確実に最小の動作状態にするものである。
【００４４】
４番目のステップ１００８では、電子制御ユニット５０２により、リフトレバー入力５３２からリフトレバー位置を受信する。前記のように、リフトレバー位置は、図１０に示したようなアルゴリズムやマップを介して、ワークアタッチメント５２の要求持ち上げ速度と相関しているものである。
【００４５】
５番目のステップ１０１０では、リフトレバー位置に基づいて、要求持ち上げ速度又は相関する目標値が維持されるように、エンジンの回転速度、ポンプの押しのけ容積、及び、リフトバルブの位置を自動制御する。「自動制御」という用語の使用は、制御システム５００により制御されるように、エンジン、ポンプ、制御バルブの制御を決定することを意味する。これは、エンジンの回転速度、ポンプの押しのけ容積、かつ／又は、制御バルブの位置を、オペレータが直接制御するマニュアル制御とは、対照的である。開示したシステムの自動制御は、持ち上げプロセス全体が、オペレータからの１つの入力により制御されるようにする。これは、所望の持ち上げ速度を達成するために、リフトレバー及びアクセルペダルをオペレータが同時かつ直接調節する必要のある従来のシステムを上回って、大幅に改善されている。更に、多くの従来システムでは、リフト作業中に作業機がクリープ現象で前方へ行かないように、オペレータがブレーキペダル又はクラッチペダル（エンジンをニュートラルにする）を同時に操作する必要がある。ところが、開示したシステム及び制御は、ワークアタッチメント５２の持ち上げ時に、オペレータが作業機へ提供する入力を、３つではなく１つにするものである。
【００４６】
ある実施形態では、要求持ち上げ速度を、油圧リフトシリンダ３１２、３１４の流れ状態の目標値へ関連付ける。上述したように、流れ状態の目標値の組は、エンジンの回転速度（又はポンプの速度）、ポンプの押しのけ容積、リフト制御バルブの位置と相互に関連させる、アルゴリズムやマップ（例えば、図９及び１０のマップ）から得ることができる。ある実施形態では、流れ状態を直接測定する。更に別の実施形態では、目標値が、位置センサ及び／又は加速度計により測定されるような、リフトレバー位置により指示された要求持ち上げ速度である。このステップ中に、電子制御ユニット５０２は、エンジン１０４が重い負荷で停止しないように、非停止（anti-stall）アルゴリズムを実行することができ、エンジンの回転速度を増大させ、かつ／又は、ポンプの押しのけ容積を低下させる。
【００４７】
５つめのステップ１０１０の実行中に、経時的に、同時に、或いは、重複する方式で、最小と最大の間の制御値へ調整するように、エンジン、ポンプ、及びバルブを段階的に用いてもよい。例えば、詳しくは後述するが、まず、制御の第１範囲において、バルブを最小の公称流量から最大の流量へ調整し、続いて、制御の第２範囲において、ポンプの押しのけ容積を最小から最大へ増加させる。全開のバルブと押しのけ容積が最大のポンプとにより、流れ状態の目標値を維持できない場合は、エンジンの回転速度を最小速度から最大速度へ調整する、制御の第３範囲を実施することができる。図９では、これらの各段階を、夫々、範囲１、範囲２、範囲３として示している。範囲及び構成要素は、任意の順序で制御又は段階化できるが、上記の順序は、ポンプ押しのけ容積の制御が中間速度に適合している間に、低速でのより優れた制御のために制御バルブが提供することができる程度の、より望ましい制御をもたらすものとされている。更に、より高速な持ち上げ速度状態で、エンジンの回転速度を制御することも好ましい。
【００４８】
全ての実施形態において、４番目及び５番目のステップ１００８、１０１０は、オペレータがワークアタッチメント５２を思う通りに制御及び位置調整できるように、もはや作業系統主要モードである必要はないという指示をステップ１０１２で受信するまで、継続的に実施する。オペレータは、ユーザインタフェース５０６又は別の手段を介して、作業系統主要モードを直接的に解除してもよく、或いは、それらを用いずに、所定時間が経過した後、作業系統主要モードを終了させてもよい。更に、作業機５０の別の重要機能の起動時には、作業系統主要モードが終了するように構成することもできる。方法１０００の最後のステップは、作業系統主要モードを終了するステップ１０１４である。
【００４９】
図８を参照すると、５番目のステップ１０１０をどのように遂行すればよいのかを示す例が提供されている。上述したように、多くの別の方法を利用してもよい。
【００５０】
ステップ１０２０では、要求された持ち上げ速度を満たすように、エンジンを一定の最低速度に、かつ、ポンプを一定の最小押しのけ容積の設定に維持している間に、リフト制御バルブを調整する。これは、先に制御の第１範囲に区分したものである。ステップ１０２０の間に、制御バルブを最小位置（例えば、流量ゼロ）と最大位置との間の任意位置に調整する。ステップ１０２２では、制御バルブが最大位置に達しており、かつ、要求持ち上げ速度がまだ満たされていない状態であるか否かを判定する。ある実施形態では、この判定を、レバー位置に基づく要求持ち上げ速度（図１０）と、油圧シリンダへの流れ状態に基づく実際の持ち上げ速度（図９）とを比較することで行う。ある実施形態では、図９及び図１０のマップを一緒に使用して、制御バルブを調整できる流れ状態の目標値を決定する。ステップ１０２０及び１０２２は、制御バルブの調整によって要求持ち上げ速度が満たされる間、継続的に繰り返す。
【００５１】
制御バルブの動作のみを介して、要求持ち上げ速度をそれ以上維持しなくてもよい場合は、ステップ１０２４を実行する。これは、先に制御の第２範囲に区分したものである。なお、固定容量型ポンプを使用している場合は、ステップ１０２４（及び、続くステップ１０２６、１０２８）が使用されなくてもよく、或いは、必要なくてもよい。ステップ１０２４では、エンジンの回転速度が一定の最低速度位置に維持されている間、制御バルブを全開の最大状態に維持する。しかしながら、要求持ち上げ速度又は相関する流れ状態の目標値を満たすために、ステップ１０２０で説明したのと同様の方法で、ポンプを最小の押しのけ容積と最大の押しのけ容積との間の任意位置に調整する。
【００５２】
ステップ１０２６では、ポンプが最小の押しのけ容積であり、かつ、要求持ち上げ速度を超えているか否かを判定する。この条件が満たされている場合は、再度、制御バルブを持ち上げ速度の制御に関連させるステップ１０２０へ復帰する。ステップ１０２８では、ポンプが最大の押しのけ容積にあり、かつ、要求持ち上げ速度がまだ満たされていない状態であるか否かを判定する。ポンプが調整可能であり、要求された持ち上げ速度を満たすことができる場合は、ステップ１０２４〜１０２６を連続的にループする。全開の制御バルブと最大押しのけ容積のポンプとによって、持ち上げ速度を満たすことができない場合は、ステップ１０３０を実行する。
【００５３】
ステップ１０３０では、レバー位置によって指示された如き要求持ち上げ速度を維持するようにエンジンを調整している間、制御バルブを全開に保持すると共に、ポンプを最大の押しのけ容積に保持する。これは、先に制御の第３範囲に区分したものである。エンジンの回転速度は、最低速度設定と最大速度設定との間の任意位置に調整する。エンジンの回転速度が最低速度設定に調整され、かつ、持ち上げ速度が超えられるまで、ステップ１０３０を実行する。この判定は、ステップ１０３２で行う。この時点で、持ち上げ速度の制御のためにポンプを調整可能な場合は、ステップ１０２４へ復帰する。
【００５４】
上述した様々な実施形態は、例示のために提供したものに過ぎず、添付のクレームを限定するように解釈されるべきものではない。当業者は、本明細書で説明及び記載した具体例や適用例に従うことなく、更に、本発明の真の主旨及び範囲から外れることなく、実行することができる様々な改修及び変更を、容易に認識するであろう。
【符号の説明】
【００５５】
５０：作業機、５２：ワークアタッチメント、８２：作業系統主要モード、１００：油圧システム、１０２：ポンプ、１０４：エンジン、３００：作業系統、３０６：制御バルブ、５２４：レバー位置入力、５３２：リフトレバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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