(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力回転数を複数段階で設定可能なエンジンにより駆動される可変容量ポンプと、それぞれ方向制御弁を介して前記可変容量ポンプに接続された複数のアクチュエータと、を備え、それぞれの前記方向制御弁に入力される操作量に基づいて前記方向制御弁を操作することにより前記アクチュエータの動作方向を切り換えるように構成された油圧回路を制御するための油圧回路の制御装置において、
前記可変容量ポンプの実回転数によらずに、前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量を所定値に設定する仮想吐出流量設定部と、
前記可変容量ポンプの実回転数によらずに、前記可変容量ポンプの回転数をあらかじめ設定した所定値として、当該所定値を前記可変容量ポンプの傾転量に乗じることにより、すべての前記アクチュエータへの推定流量である総推定アクチュエータ流量を求めるアクチュエータ流量演算部と、
それぞれの前記方向制御弁に対する操作量に基づいてすべての前記方向制御弁からの仮想のブリードオフ流量を算出するブリードオフ流量演算部と、
前記総推定アクチュエータ流量及び前記仮想のブリードオフ流量を前記仮想の吐出流量から減算した差分に基づいて仮想吐出圧を求め、前記仮想吐出圧に基づいて前記可変容量ポンプを制御するポンプ制御部と、
を備えることを特徴とする油圧回路の制御装置。
【請求項２】
前記ポンプ制御部は、ポンプ配管系の圧縮係数をさらに用いて前記仮想吐出圧を求めるように構成され、
前記エンジンの回転数の基準値をＮｅ０（ｒｐｍ）、前記エンジンの実回転数をＮｅ＿ｍ（ｒｐｍ）、ポンプ配管系の基準圧縮係数をＣ’ｐとした場合に、前記エンジンの実回転数がＮｅ＿ｍ（ｒｐｍ）のときの配管圧縮係数Ｃ’ｐ＿ｍを、Ｃ’ｐ＿ｍ＝Ｃ’ｐ×Ｎｅ０／Ｎｅ＿ｍとすることを特徴とする請求項１に記載の油圧回路の制御装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ流量演算部は、前記可変容量ポンプの回転数を所定値とし、前記可変容量ポンプの傾転量を乗じて得られるポンプ吐出流量を前記総推定アクチュエータ流量とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧回路の制御装置。
【請求項４】
出力回転数を複数段階で設定可能なエンジンにより駆動される可変容量ポンプと、それぞれ方向制御弁を介して前記可変容量ポンプに接続された複数のアクチュエータと、を備え、それぞれの前記方向制御弁に入力される操作量に基づいて前記方向制御弁を操作することにより前記アクチュエータの動作方向を切り換えるように構成された油圧回路を制御するための油圧回路の制御方法において、
前記可変容量ポンプの実回転数によらずに、前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量を所定値に設定するステップと、
前記可変容量ポンプの実回転数によらずに、前記可変容量ポンプの回転数をあらかじめ設定した所定値として、当該所定値を前記可変容量ポンプの傾転量に乗じることにより、すべての前記アクチュエータへの推定流量である総推定アクチュエータ流量を求めるステップと、
それぞれの前記方向制御弁に対する操作量に基づいてすべての前記方向制御弁からの仮想のブリードオフ流量を算出するステップと、
前記総推定アクチュエータ流量及び前記仮想のブリードオフ流量を前記仮想の吐出流量から減算した差分に基づいて仮想吐出圧を求め、前記仮想吐出圧に基づいて前記可変容量ポンプを制御するステップと、
を備えることを特徴とする油圧回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧回路の制御装置及び油圧回路の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベルなどの建設機械の分野において、エンジンにより駆動され、かつ、外部から吐出流量を調整可能な可変容量ポンプに、複数のクローズドセンター型方向制御弁を介してそれぞれアクチュエータを接続した油圧回路が用いられている。この油圧回路は、クローズドセンター型方向制御弁がセンターバイパス型の方向制御弁の代わりとなるように、電子制御装置の演算により可変容量ポンプを制御することが可能となっている（以下、この制御を「仮想ブリードオフ制御」と称する。）。
【０００３】
仮想ブリードオフ制御は、センターバイパス型の方向制御弁を備えたブリードオフ油圧システムのブリードオフ特性部、すなわち、各アクチュエータに供給する圧力や制御油の流量を制御している部分を数学的に置き換えて、電子制御装置による演算によって可変容量ポンプの吐出圧を制御するものである。従来のブリードオフ制御は、可変容量ポンプによって圧送した制御油の一部を実際にオイルタンクに戻しながら制御を行っていたために、可変容量ポンプを有効活用できないものとなっていた。これに対して、仮想ブリードオフ制御は、電子制御装置による演算によって、油圧回路がブリードオフ特性を有しているかのように可変容量ポンプの吐出圧を制御することにより、方向制御弁からセンターバイパス通路を省略して、実際に必要な流量の制御油のみを吐出することが可能になっている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１３／１２８６２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、油圧ショベル等の建設機械をはじめとする産業分野で用いられる機械においては、可変容量ポンプの駆動源ともなるエンジンは、エンジンの駆動モードとして、それぞれ異なる回転数に設定された複数の回転数モードが設けられている。回転数モードは、例えば３〜１０段階に設定され、エンジンの稼働時には適宜の回転数モードが選択される。可変容量ポンプから実際に吐出される制御油の流量（以下「実ポンプ吐出流量」という。）は、傾転量センサによって検出される可変容量ポンプの斜板又は斜軸の傾転量に、可変容量ポンプの回転数を乗じた値となる。すなわち、エンジンの回転数が異なれば可変容量ポンプの回転数も異なり、最大のポンプ吐出流量も変化することとなる。
【０００６】
このとき、エンジン回転数が小さい場合等においては、アクチュエータの操作量を決める操作レバーのストローク量が大きい領域において、レバーストロークが最大となる前に実ポンプ吐出流量が上限に達してしまう場合がある。したがって、仮想ブリードオフ油圧システムでは、レバーストロークが最大となる前に、アクチュエータに供給する制御油の流量（以下「アクチュエータ流量」という。）が飽和するおそれがあった。また、そのような仮想ブリードオフ油圧システムでは、アクチュエータ流量が飽和するまでの期間においても、アクチュエータの動作は、エンジンの回転数モードに拠らずに同一の速度特性となる。そのため、オペレータとしては、回転数モードに拠らずに同じ速度特性で動作している状態から突然速度飽和が現れて、操作性に異常を感じるという問題が見られた。
【０００７】
具体的に、図５は、３段階のエンジンの回転数モードを有し、設定回転数が最大のモードに最適化された仮想ブリードオフ油圧システムを採用した油圧ショベルにおける、レバーストロークに応じたポンプの流量特性及び圧力特性を示している。図５には、アクチュエータに対する負荷圧が常に一定であると仮定した場合の流量特性及び圧力特性が示されている。図５中、実線が可変容量ポンプの実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌを示し、破線がポンプの吐出圧Ｐｒｅａｌを示している。最適化されたモード３においては、レバーストローク全領域において実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌは滑らかに単調増加して推移する。
【０００８】
これに対して、モード１及びモード２においては、点線で囲まれたレバーストローク領域ではモード３と同じ流量特性を有しており、アクチュエータの動き出し位置がモードによらず一定であることが分かる。しかしながら、点線で囲まれた領域以降のレバーストローク領域においてもモードによらず同一の流量特性を実現してしまい、モード１やモード２においては、結果的にストローク途中で実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌが飽和する。したがって、モード１やモード２においては、運転者は操作性に異常を感じることとなる。
【０００９】
回転数モードごとに仮想のブリードオフ面積を設定することも考えられるが、これを実現するためには、制御装置において大容量のメモリが必要になる。すなわち、実際の油圧システムでは、アクチュエータごとに異なるブリードオフ特性を有しており、アクチュエータの数をｎ、回転数モードの数をｍとすると、ｎ×（ｍ−１）個のブリードオフ特性を記憶させるメモリ容量が必要となり、実現性に乏しい。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、仮想ブリードオフ油圧システムにおいて、エンジンの回転数モードを変更した場合であっても、アクチュエータの操作性及び流量特性を維持することが可能な、新規かつ改良された油圧回路の制御装置及び油圧回路の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、出力回転数を複数段階で設定可能なエンジンにより駆動される可変容量ポンプと、それぞれ方向制御弁を介して前記可変容量ポンプに接続された複数のアクチュエータと、を備え、それぞれの前記方向制御弁に入力される操作量に基づいて前記方向制御弁を操作することにより前記アクチュエータの動作方向を切り換えるように構成された油圧回路を制御するための油圧回路の制御装置において、前記可変容量ポンプの実回転数によらずに、前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量を所定値に設定する仮想吐出流量設定部と、前記可変容量ポンプの実回転数によらずに、前記可変容量ポンプの回転数をあらかじめ設定した所定値として、すべての前記アクチュエータへの推定流量である総推定アクチュエータ流量を求めるアクチュエータ流量演算部と、それぞれの前記方向制御弁に対する操作量に基づいてすべての前記方向制御弁からの仮想のブリードオフ流量を算出するブリードオフ流量演算部と、前記総推定アクチュエータ流量及び前記仮想のブリードオフ流量を前記仮想の吐出流量から減算した差分に基づいて仮想吐出圧を求め、前記仮想吐出圧に基づいて前記可変容量ポンプを制御するポンプ制御部と、を備えることを特徴とする油圧回路の制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１２】
また、前記ポンプ制御部は、ポンプ配管系の圧縮係数をさらに用いて前記仮想吐出圧を求めるように構成され、前記エンジンの回転数の基準値をＮｅ０（ｒｐｍ）、前記エンジンの実回転数をＮｅ＿ｍ（ｒｐｍ）、ポンプ配管系の基準圧縮係数をＣ’ｐとした場合に、前記エンジンの実回転数がＮｅ＿ｍ（ｒｐｍ）のときの配管圧縮係数Ｃ’ｐ＿ｍを、Ｃ’ｐ＿ｍ＝Ｃ’ｐ×Ｎｅ０／Ｎｅ＿ｍとしてもよい。
【００１３】
また、前記アクチュエータ流量演算部は、前記可変容量ポンプの回転数を所定値とし、前記可変容量ポンプの傾転量を乗じて得られるポンプ吐出流量を前記総推定アクチュエータ流量としてもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、出力回転数を複数段階で設定可能なエンジンにより駆動される可変容量ポンプと、それぞれ方向制御弁を介して前記可変容量ポンプに接続された複数のアクチュエータと、を備え、それぞれの前記方向制御弁に入力される操作量に基づいて前記方向制御弁を操作することにより前記アクチュエータの動作方向を切り換えるように構成された油圧回路を制御するための油圧回路の制御方法において、前記可変容量ポンプの実回転数によらずに、前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量を所定値に設定するステップと、前記可変容量ポンプの実回転数によらずに、前記可変容量ポンプの回転数をあらかじめ設定した所定値として、すべての前記アクチュエータへの推定流量である総推定アクチュエータ流量を求めるステップと、それぞれの前記方向制御弁に対する操作量に基づいてすべての前記方向制御弁からの仮想のブリードオフ流量を算出するステップと、前記総推定アクチュエータ流量及び前記仮想のブリードオフ流量を前記仮想の吐出流量から減算した差分に基づいて仮想吐出圧を求め、前記仮想吐出圧に基づいて前記可変容量ポンプを制御するステップと、を備えることを特徴とする油圧回路の制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、仮想ブリードオフ油圧システムにおいて、エンジンの回転数モードを変更した場合であっても、アクチュエータの操作性及び流量特性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る油圧回路の構成を示す回路図である。
【図２】同実施形態に係る可変容量ポンプの制御処理を示すブロック図である。
【図３】同実施形態に係る制御装置の制御ブロック図である。
【図４】同実施形態に係る可変容量ポンプの特性を示す図である。
【図５】従来の仮想ブリードオフ油圧システムの可変容量ポンプの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
［１．油圧回路の全体的構成］
まず、本発明の実施の形態にかかる油圧回路の構成の一例について説明する。図１は、複数の油圧アクチュエータ１ａ，１ｂ・・・を制御するための油圧回路を示している。この油圧回路は、例えば複数の油圧アクチュエータにより操作される油圧ショベル等に適用可能な油圧回路として構成されている。各アクチュエータ１ａ，１ｂ・・・は、エンジンＥにより駆動される可変容量ポンプ２の吐出回路３に、それぞれクローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂを介して接続されている。
【００１９】
図１の油圧回路においては、２つのアクチュエータ１ａ，１ｂ及び２つのクローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂのみが示されている。可変容量ポンプ２は斜板等のポンプ容量制御機構を備えたアキシャルピストンポンプ等の公知のポンプを用いることができる。以下、斜板の傾きを調節することにより吐出流量を制御可能な可変容量ポンプを例に採って説明する。
【００２０】
油圧回路は、可変容量ポンプ２の吐出圧を制御するためのポンプ圧力制御装置６を備えている。ポンプ圧力制御装置６は可変容量ポンプ２の吐出回路３に接続されている。ポンプ圧力制御装置６は、コントロールバルブ６ｂと、ネガティブ型電磁比例弁６ｃとを有して構成されている。コントロールバルブ６ｂのスプールの一方側の端面には、吐出回路３の圧力（以下、「実吐出圧」と称する。）Ｐｒｅａｌが作用する。また、コントロールバルブ６ｂのスプールの他方側の端面には、バネ６ｄの弾性力とネガティブ型電磁比例弁６ｃにより制御される制御油の圧力Ｐ’ｃとが作用する。スプールの両端には適当なる面積差が与えられており、コントロールバルブ６ｂのスプールの位置はそれらの力のバランスにより制御される。
【００２１】
ネガティブ型電磁比例弁６ｃは、比例リリーフ弁として機能する弁である。電磁比例弁６ｃのピストンの一方側の端面にはバネ力が作用し、他方側の端面には制御油の圧力Ｐ’ｃと、制御装置１２による制御信号Ｐ’ｔｇｔに基づいて供給される制御電流に比例して可変する比例ソレノイド６ａが発生する力とが作用する。電磁比例弁６ｃのピストンの位置はそれらの力のバランスで制御され、ピストンの位置に応じて所定流量の制御油が開放されてコントロールバルブ６ｂのスプールに作用する圧力Ｐ’ｃが調節される。
【００２２】
上述のとおり、ポンプ圧力制御装置６には可変容量ポンプ２の実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌが入力されており、制御装置１２により電磁比例弁６ｃを制御することによって、コントロールバルブ６ｂを介して出力される圧力を調節することができる。ポンプ圧力制御装置６の出力側にはコントロールピストン７が接続されており、ポンプ圧力制御装置６から出力される圧力を変えることによってコントロールピストン７のストローク量が変化し、可変容量ポンプ２の容量を制御することができる。したがって、可変容量ポンプ２の実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌを制御することができる。
【００２３】
クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂは、スプールを移動させる比例ソレノイド８を備えている。電気ジョイスティック等の操作レバー９により、制御装置１２を介してソレノイド駆動アンプ１３を作動させると、操作レバー９の傾角に応じて比例ソレノイド８が励磁される。これにより、所望の位置にクローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂのスプールが移動し、アクチュエータポート１０をその移動距離に応じた開口面積に制御する。その結果、開口面積に応じた流量の制御油がアクチュエータ１ａ，１ｂに供給される。
【００２４】
各クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂを操作するための操作レバー９の傾角などの指令量、又は各クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂのスプールの移動量は、センサで電気的に検出される。検出された指令量又は移動量は各クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・の操作量に対応する操作量Ｓｋ（ｋ＝１，２・・・）を示すパラメータとされる。図１の例では、操作レバー９から、制御装置１２を介して、ソレノイド駆動アンプ１３へ送信される指令電気信号が操作量Ｓｋを示すパラメータとして使用されるようになっている。
【００２５】
可変容量ポンプ２は、斜板の傾きを計測するための傾転量センサ１１を備え、傾転量センサ１１で検出される傾転量に可変容量ポンプ２の回転数Ｎｐを乗ずることにより、可変容量ポンプ２の実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌを算出することができる。クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂは実際にはブリードオフ流路のないバルブであり、回路上のわずかな制御油の漏れを無視すれば、可変容量ポンプ２の実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌと総アクチュエータ流量Ｑａとはほぼ等しくなる。本実施形態で説明する油圧回路では、１つの可変容量ポンプ２に複数のアクチュエータ１ａ，１ｂ・・・が接続されたものとなっており、総アクチュエータ流量Ｑａとは、すべてのクローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂにおいてアクチュエータポート１０を介してアクチュエータ１ａ，１ｂ・・・に供給される制御油の流量の総和を意味している。
【００２６】
本実施形態において、制御装置１２は、Ａ／Ｄ変換器１２ａ、演算器（ＣＰＵ）１２ｂ、Ｄ／Ａ変換器１２ｃ、記憶部１４を有して構成されている。記憶部１４は、ＲＡＭやＲＯＭ等に例示される記憶素子であり、ＣＰＵ１２ｂにより実行されるプログラムや各種の情報を記憶する。制御装置１２では、制御装置１２に入力される各種の電気信号に基づいて演算処理が行われる。本実施形態においては、制御装置１２が、仮想吐出流量設定部、アクチュエータ流量演算部、ブリードオフ流量演算部、ポンプ制御部として機能する。
【００２７】
２．油圧回路の制御方法
次に、本実施形態にかかる制御装置１２による演算処理によって実行される油圧回路の制御処理について具体的に説明する。図２は、本実施形態にかかる油圧回路の制御装置１２によるポンプ吐出圧の制御について示すブロック図である。制御装置１２のＣＰＵ１２ｂは、図２の点線Ｂ内にブロック図で示す演算処理を実行する。
【００２８】
制御装置１２は、システム圧としての可変容量ポンプ２の最大吐出圧Ｐｍａｘと、可変容量ポンプ２の吐出圧Ｐと吐出流量Ｑとの関係を規定した特性曲線に基づいて求められる第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１と、操作量Ｓｋに基づいて求められる第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２とを比較し、得られた最小値をポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔとして、可変容量ポンプ２の制御を行う。本実施形態においては、可変容量ポンプ２の最大吐出圧Ｐｍａｘが比較対象に含まれている。最大吐出圧Ｐｍａｘを含めているのは、可変容量ポンプ２の最大吐出圧Ｐｍａｘ以上の吐出圧が、可変容量ポンプ２のポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔとして指示されないようにするためである。ただし、最大吐出圧Ｐｍａｘは、本発明を実施する限りにおいては必ずしも必要なものではない。
【００２９】
（第１の仮想吐出圧の算出）
第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１は、可変容量ポンプ２の実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌに基づき、エンジンの馬力演算から求められるものである。具体的に、上述のとおり実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌは、傾転量センサ１１で検出した傾転量に可変容量ポンプ２の回転数Ｎｐを乗じて求めることができる。そして、この実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌを、可変容量ポンプ２の吐出圧Ｐと吐出流量Ｑとの関係を規定した特性曲線に基づき、第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１に変換する。この可変容量ポンプ２の吐出圧Ｐと吐出流量Ｑの積はエンジンの馬力を表すものであり、この第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１は、エンジンの馬力の観点から可変容量ポンプ２の吐出流量Ｑの上限を設定しようとするものである。なお、特性曲線は、例えば、所定の圧力Ｐ１までは、吐出圧Ｐにかかわらず一定の吐出流量Ｑとなるようにし、圧力Ｐ１を超えた領域において、吐出圧Ｐと吐出流量Ｑの積が一定となるものとすることが好ましい。
【００３０】
（第２の仮想吐出圧の算出）
第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２は、特性曲線に基づいて第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１を求めるプロセスとは別のプロセスにより、クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂの操作量Ｓｋに基づき、図２の一点鎖線Ａ内に示される演算処理によって求められる。図２の一点鎖線Ａ内の演算処理の一例を、図３の制御ブロック図を参照して具体的に説明する。
【００３１】
まず、制御装置１２は、可変容量ポンプ２の仮想の吐出流量（以下、「仮想ポンプ吐出流量」と称する。）Ｑｉｄｅａをあらかじめ定めた所定値に設定する。すなわち、制御装置１２は仮想吐出流量設定部としての処理を実行する。後述するように、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２は、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａから総推定アクチュエータ流量Ｑａｉ及び仮想のブリードオフ流量Ｑｂを減算した流量値ΔＱに基づいてクローズドループで演算されるものであるために、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａは実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌと異なっていてよい。
【００３２】
ただし、実際の油圧回路の使用時において想定される吐出流量よりも大きい値にする必要があることから、本実施形態においては、可変容量ポンプ２の最大吐出流量Ｑｍａｘを仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａとして用いている。これにより、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａは、エンジンの回転数モードによらず、すなわち、可変容量ポンプ２の実際の回転数によらず、同一の値となる。
【００３３】
また、制御装置１２は、すべてのアクチュエータ１ａ，１ｂ・・・に供給される制御油の流量の総和となる総推定アクチュエータ流量Ｑａｉを求める。すなわち、制御装置１２はアクチュエータ流量演算部としての処理を実行する。実際にブリードオフ流路を有していない油圧システムにおいては、実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌ（可変容量ポンプ２の回転数Ｎｐ×傾転量）と総アクチュエータ流量Ｑａとが等しくなる。しかしながら、本実施形態の制御装置１２は、エンジンの回転数モードにかかわらず、すなわち、可変容量ポンプ２の実際の回転数Ｎｐにかかわらず、演算上の回転数を、あらかじめ定めた所定値Ｎｐ０に固定し、これに傾転量を乗じて総推定アクチュエータ流量Ｑａｉを求める。
【００３４】
これにより、総推定アクチュエータ流量Ｑａｉは、傾転量が同じであれば、エンジンの回転数モードによらず、すなわち、可変容量ポンプ２の実際の回転数によらず、同一の値となる。すなわち、制御装置１２による演算は、見かけ上、流量制御となっているが、実際には、エンジン回転数を一定としていることから傾転量制御を実行するものとなっている。このように傾転量制御を実行することにより、エンジンの回転数モードに依存しない制御が実行可能となっている。また、このように傾転量制御を実行することにより、あらかじめ設定された回転数でエンジンが駆動されるモード以外の駆動モードでエンジンが駆動される場合においても、仮想のポンプ吐出流量と仮想のブリードオフ流量とがすでに決まっているため、容易に制御することができる。
【００３５】
なお、演算上の可変容量ポンプ２の回転数Ｎｐ０は、エンジンの最大出力を基準として、実現され得る可変容量ポンプ２の回転数の最大値としてもよく、あるいは、エンジンの省エネ運転時を基準として、省エネ運転時の可変容量ポンプ２の回転数としてもよい。
【００３６】
また、制御装置１２は、あらかじめ記憶しておいた仮想ブリードオフ特性に基づいて、合計の操作量Ｓに応じたクローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・の仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂを求める。求められた仮想の総開口面積Ａｂに、この時点で算出されている第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２のｍ乗根を乗算し、さらに、センターバイパス型方向制御弁の流量係数Ｋｑを乗じて仮想のブリードオフ流量Ｑｂを求める。すなわち、制御装置１２はブリードオフ流量演算部としての処理を実行する。上記ｍ乗根は、例えば平方根であってよい。
【００３７】
もちろん、実際のクローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・はブリードオフ流路のないクローズドセンター型のものであり、この仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂは演算上の値である。この仮想ブリードオフ特性は、使用するクローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・における仮想の総開口面積Ａｂと合計の操作量Ｓとの関係を、従来のブリードオフ油圧システムにおけるセンターバイパス型方向制御弁のブリードオフ特性と同様の設計方法を用いて、あらかじめ求めておくことにより設定することができる。
【００３８】
そして、制御装置１２は、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａから、総推定アクチュエータ流量Ｑａｉ及び仮想のブリードオフ流量Ｑｂを減算して流量値ΔＱ（ΔＱ＝Ｑｉｄｅａ−Ｑａｉ−Ｑｂ）を求める。求められた流量値ΔＱをデジタルフィルタ等を使用して、ポンプ配管系の基準圧縮係数Ｃ’ｐにより除算するとともに積分することにより、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２を算出することができる。このとき、本実施形態の制御装置１２は、すべてのエンジンの回転数モードにおいて可変容量ポンプ２の動特性が類似した特性となるように、基準圧縮係数Ｃ’ｐを回転数モードにより補正する。
【００３９】
具体的に、エンジンがある回転数モードｍで運転中において、操作量Ｓに応じて算出される流量値ΔＱｍ（ｓ）は、上記の総推定アクチュエータ流量Ｑａｉの演算において設定した可変容量ポンプ２の回転数Ｎｐ０の場合のエンジンの回転数を基準値Ｎｅ０とし、エンジンの実際の回転数を実回転数Ｎｅ＿ｍとすると、以下の式（１）で表すことができる。
【００４０】
【数１】
0006367677.tif 000002
Qidea_m：回転数モードｍのときの実ポンプ吐出流量
Qb_m(s)：回転数モードｍ、操作量Ｓのときのブリードオフ流量
Qai_m：回転数モードｍのときの総推定アクチュエータ流量
Qb(s)：エンジン回転数の基準値Ｎｅ０、操作量Ｓのときのブリードオフ流量
【００４１】
ここで、回転数モードｍの場合の第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２＿ｍは、以下の式（２）で表すことができる。
【００４２】
【数２】
0006367677.tif 000003
【００４３】
したがって、回転数モードｍのときの配管圧縮係数Ｃ’ｐ＿ｍは、C'p_m=Ne0/Ne_m*C'pとなり、基準圧縮係数Ｃ’ｐを、エンジンの回転数モードに応じて補正してＣ’ｐ＿ｍとすることにより、可変容量ポンプ２の静特性が同一であれば、可変容量ポンプ２の動特性も類似する特性を示すことが分かる。
【００４４】
本実施形態の制御装置１２では、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａが一定値であり、総推定アクチュエータ流量Ｑａｉが０の場合の第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２は、回転数モードにかかわらず一定となっている。したがって、操作量Ｓに応じてブリードオフ流量Ｑｂのみが変わることから、回転数モードによらずアクチュエータの動き出し位置は一定となっている。また、総推定アクチュエータ流量Ｑａｉが０ではないものの十分に小さい場合においても、Ｑｉｄｅａ＞＞ＱａｉであってＱａｉ＝０と考えられることから、微操作領域も回転数モードにかかわらず同一の特性を有している。したがって、可変容量ポンプ２の静特性は同一となっている。すなわち、可変容量ポンプ２の動特性も類似する特性を示すこととなる。
【００４５】
図４は、仮想ブリードオフ油圧システムを採用した油圧ショベルにおいて、図５と同じ条件で得られた可変容量ポンプ２の流量特性及び圧力特性を示している。図４中、実線が実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌを示し、破線がポンプの吐出圧Ｐｒｅａｌを示している。図４に示すように、本実施形態にかかる油圧回路は、エンジンの回転数モードにかかわらずアクチュエータの動き出し位置は一致しており、点線で囲まれた微操作領域においてエンジンの回転数モードを変更した場合であっても可変容量ポンプ２の流量特性は安定している。また、エンジンの回転数モードにかかわらず、流量特性が飽和することもなく、回転数モードの変更をスムーズに行うことができることが分かる。
【００４６】
（ポンプ吐出圧の指示）
図２に戻り、制御装置１２は、求められた第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１及び第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２、さらには可変容量ポンプ２の最大吐出圧Ｐｍａｘを互いに比較し、そのうちの最小値をポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔとする。そして、制御装置１２は、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔをポンプの最大吐出圧Ｐｍａｘから減算することによって反転させた制御信号Ｐ’ｔｇｔに基づいて、可変容量ポンプ２の吐出圧をクローズドループで制御する。すなわち、制御装置１２はポンプ制御部としての処理を実行する。
【００４７】
これにより、ソレノイド駆動アンプ５は、制御装置１２の制御信号Ｐ’ｔｇｔを受けてネガティブ型電磁比例弁６ｃの比例ソレノイド６ａの励磁を強弱する。その結果、その励磁の大きさに反比例して、換言すれば、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔにしたがってネガティブ型電磁比例弁６ｃの圧力Ｐ’ｃが比例的に制御され、それによって、コントロールバルブ６ｂが操作される。その結果、コントロールピストン７がポンプ容量制御機構を動かし、ポンプ容量、すなわち、ポンプ吐出流量が制御される。その結果、可変容量ポンプ２の吐出圧力が制御され、ネガティブ型電磁比例弁６ｃの圧力Ｐ’ｃに対抗してコントロールバルブ６ｂが操作されることとなる。このように、ポンプ吐出圧はクローズドループ制御されているために、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌはポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔの値にほぼ等しくなる。
【００４８】
なお、本実施形態においては、ネガティブ型の電磁比例弁６ｃが使用されており、制御信号Ｐ’ｔｇｔが出力されない時に最大圧で可変容量ポンプ２を駆動することができる。ただし、ネガティブ型電磁比例弁の代わりにポジティブ型電磁比例弁を用いるようにしてもよい。この場合、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔを反転させるプロセスが省略され、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔと制御信号Ｐ’ｔｇｔが等しいものとして扱われる。
【００４９】
［３．油圧回路の動作例］
以上のように実行される油圧回路の制御においては、大部分の操作領域、すなわち、エンストのおそれがない状況下では、第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１よりも第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２が小さい値となり、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２がポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔとなって制御が行われる。第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２をポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔとする可変容量ポンプ２の制御は以下のように行われる。
【００５０】
例えば、操作レバー９が操作されていないときには、クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・は中立位置にあり、制御装置１２には合計の操作量Ｓとしてゼロが入力される。この場合、制御装置１２で演算される仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂは最大になるため、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２、すなわち、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔは小さい値となる。ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔに基づき可変容量ポンプ２は制御油を吐出するが、ポンプ配管系の吐出回路３の実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌをポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔにまで圧縮し、昇圧させた後は、実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌは回路のわずかな漏れ分しか必要としなくなる。
【００５１】
一方、操作レバー９が操作されてクローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・が切換位置方向に操作されると、制御装置１２で演算される仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂは小さくなる。そうすると、仮想のブリードオフ流量Ｑｂが小さくなるために流量値ΔＱが大きくなり、それが積分された結果、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔは大きくなっていく。その結果、ある合計操作量において仮想のブリードオフ流量Ｑｂは大きくなっていき、流量値ΔＱがゼロに収束するため、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａと仮想のブリードオフ流量Ｑｂが釣合うポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔに収束し、平衡する。
【００５２】
クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・が切換位置方向に操作された場合においても、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔに基づき可変容量ポンプ２は制御油を吐出するが、操作レバー９が操作されていないときと同様、実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌは、回路のわずかな漏れ分しか必要としない。
【００５３】
なお、仮に、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌがアクチュエータ１ａ，１ｂ・・・の負荷圧よりも高い場合には、アクチュエータ１ａ，１ｂ・・・が移動し、制御油が流れ始める。そうすると、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌをポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔに保持すべく実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌが増大し、アクチュエータ１ａ，１ｂ・・・の移動速度が増すため、傾転量の増大に応じて総推定アクチュエータ流量Ｑａｉは大きくなり、流量値ΔＱは負の値となって小さくなっていく。そのため、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔは減少していき、仮想のブリードオフ流量Ｑｂは小さくなる。
【００５４】
そして、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔひいては実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌが下がることによりアクチュエータの加速度が低下し、徐々に操作量に見合ったアクチュエータ速度を維持する実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌ及び実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌに収束し、平衡する。この間、ブリードオフ動作は、制御装置１２内で演算のみでなされ、実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌは、回路上の漏れを無視すれば、アクチュエータ１ａ，１ｂ・・・に供給された分に限られる。
【００５５】
したがって、実際にはブリードオフ流量が流れることがなく、ポンプ効率に無駄がなくなる。また、クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・にブリードオフ流路が不要であるため、その構成も簡単で安価になり、操作性も良くなる。さらに、ポンプの吐出流量がエンジンの馬力特性によって制限を受けることもないために、ポンプ効率はさらに良好なものとなる。
【００５６】
一方、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２をポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔとして制御が行われる中で、エンジンの負荷が大きい状態にもかかわらず可変容量ポンプ２の吐出流量を増やし続けようとすると、エンストを生じるおそれがある。しかしながら、そのような場合には、クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂの操作量Ｓに基づいて計算される第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２が、エンジンの馬力特性に基いて計算される第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１を上回ることになり、第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１をポンプ吐出圧指令Ｐｔｇｔとして制御が行われることとなる。したがって、本実施形態にかかる可変容量ポンプ２の制御処理では、エンストのおそれがある場合には、ポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔが第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１に切り換わるために、エンストの発生を免れることができる。
【００５７】
［４．まとめ］
以上のように、本実施形態にかかる油圧回路によれば、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２の演算に用いる仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａが、エンジンの回転数モードにかかわらず一定の値とされ、また、総推定アクチュエータ流量Ｑａｉを求める際のポンプ回転数Ｎｐが、エンジンの回転数モードにかかわらず一定の値とされる。また、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２の演算に用いる基準圧縮係数Ｃ’ｐが、エンジンの回転数モードによって補正される。したがって、エンジンの回転数モードにかかわらず、可変容量ポンプ２の静特性が同一になるとともに、動特性が類似する特性を有することとなる。したがって、アクチュエータの動き出し位置が同一になるとともに、その後の動作に異常を感じることがなくなり、操作性を向上させることができる。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５９】
１ａ，１ｂ    アクチュエータ
２    可変容量ポンプ
４ａ，４ｂ    クローズドセンター型方向制御弁
６    ポンプ圧力制御装置
６ｂ    コントロールバルブ
６ｃ    電磁比例弁
７    コントロールピストン
１２    制御装置
【図１】
0006367677.tif 000004
【図２】
0006367677.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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