(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
それぞれの前記方向制御弁に対する前記操作量に基づいて前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量を設定する仮想吐出流量設定部と、
それぞれの前記方向制御弁に対する前記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、
前記可変容量ポンプの傾転量に前記可変容量ポンプの回転数を乗じることにより求められる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、及び、前記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】
前記仮想吐出流量設定部は、前記操作量に応じたそれぞれの前記アクチュエータへの仮想流量に対して重み付け演算をし、前記仮想の吐出流量を求め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】
前記ブリードオフ流量演算部は、それぞれの前記方向制御弁の仮想のブリードオフ面積を前記操作量及び前記アクチュエータへの仮想流量の演算に応じて合成演算した総ブリードオフ面積に基づいて、前記ブリードオフ流量を算出するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の油圧回路の制御装置。
【請求項４】
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、
それぞれの前記方向制御弁に対する前記操作量に基づいて前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量を設定するステップと、
それぞれの前記方向制御弁に対する前記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、
前記可変容量ポンプの傾転量に前記可変容量ポンプの回転数を乗じることにより求められる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、及び、前記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いて、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。
【０００４】
例えば、特許文献１には、アクチュエータが所望の作業を実施する際に、ポンプの仮想の吐出流量を所定値に設定し、ジョイスティック等の操作手段から入力された操作量に応じてブリードオフされる仮想のブリードオフ流量を算出し、仮想のブリードオフ流量を除いた流量の制御油が可変容量ポンプから吐出されるように可変容量ポンプを制御することが記載されている。この吐出流量の値は、例えば、ポンプによる最大の吐出流量を使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１３／１２８６２２  （段落００３２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、複数のアクチュエータを備えた油圧回路では、その仕様上、アクチュエータごとに必要な流量は異なっており、ポンプの仮想の吐出流量を必要以上に設定することは効率が低下する要因になり得る。また、特許文献１に記載の制御方法は、ポンプの仮想の吐出流量を、あらかじめ設定された一定値としているために、想定される最大の吐出流量以上の値をポンプの仮想の吐出流量として設定する必要がある。そのために、微操作領域においても無駄な圧力が立ってしまい、可変容量ポンプを有効活用できないという問題があった。
【０００７】
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、アクチュエータの操作量に適した吐出圧となるように可変容量ポンプを制御することが可能な、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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、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、それぞれの前記方向制御弁に対する前記操作量に基づいて前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量を設定する仮想吐出流量設定部と、それぞれの前記方向制御弁に対する前記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、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及び前記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。
【０００９】
また、前記仮想吐出流量設定部は、前記操作量に応じたそれぞれの前記アクチュエータへの仮想流量に対して重み付け演算をし、前記仮想の吐出流量を求めてもよい。
【００１０】
また、前記ブリードオフ流量演算部は、それぞれの前記方向制御弁の仮想のブリードオフ面積を前記操作量及び前記アクチュエータへの仮想流量の演算に応じて合成演算した総ブリードオフ面積に基づいて、前記ブリードオフ流量を算出してもよい。
【００１１】
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、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、それぞれの前記方向制御弁に対する前記操作量に基づいて前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量を設定するステップと、それぞれの前記方向制御弁に対する前記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、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及び前記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】
【００１２】
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、アクチュエータの操作量に適した吐出圧となるように可変容量ポンプを制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１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】同実施形態に係る油圧回路の圧力特性を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る制御装置の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
［１．油圧回路の全体的構成］
まず、本発明の第１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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。かかる開口面積を「ブリードオフ面積」ともいう。
【００２１】
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。
【００２２】
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の実際のポンプ吐出流量（以下、「実ポンプ吐出流量」と称する。）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。
【００２３】
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Ｎ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からの制御油の漏れはほとんどないことから、算出された実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌの値を、総アクチュエータ流量Ｑａの推定値Ｑａｉ（以下、「総推定アクチュエータ流量Ｑａｉ」と称する。）として用いることができる。
【００２４】
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、ブリードオフ流量演算部、ポンプ制御部として機能する。
【００２５】
［２．油圧回路の制御処理］
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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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。
【００３０】
図３に示すように、制御装置１２は、まず、各クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・の操作量Ｓｋ（ｋ＝１，２・・・）の情報を受け付け、これらの操作量Ｓｋ（ｋ＝１，２・・・）に基づいて可変容量ポンプ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を定める。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。第１の実施の形態においては、すべての方向制御弁４ａ，４ｂ・・・の操作量Ｓｋ（ｋ＝１，２・・・）の総和Ｓ１＋Ｓ２＋・・・＋Ｓｎを合計の操作量Ｓとし、あらかじめ記憶しておいた仮想ポンプ吐出流量特性に基づいて、操作量Ｓに応じた仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａを求める。仮想ポンプ吐出流量特性は、例えば、合計の操作量Ｓが大きくなることに比例して仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａも大きくなるように設定される。
【００３１】
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。かかる総開口面積を、「総ブリードオフ面積」ともいう。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。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。
【００３２】
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。本実施形態においては、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａが合計の操作量Ｓに応じて可変とされていることから、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａが小さく設定される場合には、仮想の総開口面積Ａｂも小さい値となるように設定される。
【００３３】
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。このとき、実際には、クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・からの制御油の漏れはほとんどないために、漏れ量を０とすれば、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とは等しくなる。したがって、実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌの値を総推定アクチュエータ流量Ｑａｉとして用いることができる。そして、求められた流量値ΔＱをデジタルフィルタ等を使用して、ポンプ配管系の配管圧縮係数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。
【００３４】
（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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
［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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
このとき、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａは方向制御弁４ａ，４ｂ・・・の合計の操作量Ｓに応じて設定されることから、仮想の総開口面積Ａｂも小さくすることができ、これに伴って、ポンプ吐出圧も低く抑えることができる。したがって、無駄な圧力を抑制することができる。クローズドセンター型方向制御弁４ａ，４ｂ・・・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。
【００４１】
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、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。
【００４２】
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。このとき、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａが必要以上に大きい値となっていないために、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へ速やかに収束する。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。
【００４３】
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、また、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌが必要以上に大きくなることがないため、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。
【００４４】
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。
【００４５】
［４．圧力特性］
図４は、油圧回路におけるポンプ吐出圧の特性を説明するための図である。図４中、実線が本実施形態にかかる油圧回路における仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａ、仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂ、実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌ、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌを示し、破線が仮想ポンプ吐出流量を最大値で固定した場合における仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａ´、仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂ´、実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌ´、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌ´を示している。
【００４６】
本実施形態にかかる油圧回路では、仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａが、方向制御弁４ａ，４ｂ・・・の合計の操作量Ｓが大きくなるにしたがって比例的に大きく設定されるようになっている。一方、仮想の総開口面積Ａｂは、方向制御弁４ａ，４ｂ・・・の合計の操作量Ｓが大きくなるにしたがって比例的に小さく設定されるようになっている。したがって、操作量が小さく、アクチュエータ流量が小さい領域においては仮想の総開口面積Ａｂが小さくされ、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌを小さくすることができる。
【００４７】
［５．まとめ］
以上のように、第１の実施の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、方向制御弁４ａ，４ｂ・・・の合計の操作量Ｓに応じて設定される。したがって、操作量が小さい領域においては、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を小さくすることができ、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌが無駄に大きくなることを防ぐことができる。また、第１の実施の形態にかかる油圧回路によれば、実ポンプ吐出圧Ｐｒｅａｌを抑えることができるために、燃費を低減することもできる。
【００４８】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態にかかる油圧回路は、図１と同様に、複数のアクチュエータ１ａ，１ｂ・・・を用いて構成された油圧回路において、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２の演算処理が第１の実施の形態にかかる制御装置の場合と異なっている。本実施形態においては、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２の演算に用いる、仮想のブリードオフ流路の総開口面積（総ブリードオフ面積）Ａｂが、各アクチュエータの特性を考慮して合成演算されて求められるように構成されている。すなわち、総ブリードオフ面積Ａｂは、各クローズドセンター型方向制御弁の仮想のブリードオフ面積を、各方向制御弁に入力される操作量及び仮想の吐出流量の演算に応じて合成演算して求められるようになっている。以下、図５の制御ブロック図を参照して、第２の実施の形態にかかる油圧回路の制御処理について説明する。
【００４９】
図５は、本実施形態における第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２の演算処理を説明するために示す図であり、図２の一点鎖線Ａ内に示される、制御装置１２による演算処理を示すものである。第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２は、第１の実施の形態の場合と同様に、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及びブリードオフ流量Ｑｂを減算した流量値ΔＱ（ΔＱ＝Ｑｉｄｅａ−Ｑａｉ−Ｑｂ）を求め、流量値ΔＱをデジタルフィルタ等を使用して積分して、仮想ポンプ配管系の配管圧縮係数Ｃ’ｐにより除算することにより求めることができる。第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２の演算式は、下記式１で表すことができる。
【００５０】
【数１】
0006367676.tif 000002
【００５１】
図５において、ブリードオフ流量Ｑｂの演算に用いる仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂを求めるにあたり、制御装置１２は、各クローズドセンター型方向制御弁の操作量Ｓｋ（ｋ＝１，２，・・・ｎ）の入力を受け付け、あらかじめ設定された仮想ブリードオフ特性に基づき、それぞれの方向制御弁の仮想のブリードオフ面積Ａｂｋ（ｋ＝１，２，・・・ｎ）を求める。そして、制御装置１２は、求められた仮想のブリードオフ面積Ａｂｋ（ｋ＝１，２，・・・ｎ）を用いて、仮想のブリードオフ特性に相当する、仮想のブリードオフ流路の総開口面積（総ブリードオフ面積）Ａｂを下記式２の合成演算により求める。
【００５２】
【数２】
0006367676.tif 000003
【００５３】
上記式２において、ｎはアクチュエータの総数であり、制御装置１２は、それぞれの方向制御弁の仮想のブリードオフ面積Ａｂｋ（ｋ＝１，２，・・・ｎ）の２乗の逆数に、それぞれの方向制御弁の仮想ブリードオフ面積Ａｂｋに応じて設定される係数ｖｋ（ｋ＝１，２，・・・ｎ）を乗じて得られた値の総和の平方根の逆数を、すべての方向制御弁の仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂとして求めている。制御装置１２は、この仮想の総開口面積Ａｂに基づいて仮想のブリードオフ流量Ｑｂを求め、第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２を算出する。
【００５４】
係数ｖｋは、各アクチュエータごとに設定される係数であって、仮想ブリードオフ面積Ａｂｋが大きいほど係数ｖｋの値も大きくなるように設定することができる。各アクチュエータは、それぞれ異なる特性を有しており、それぞれ最大のアクチュエータ流量も異なっている。油圧ショベルの例で言えば、ブームを上昇させるアクチュエータと、ブームを下降させるアクチュエータとでは、ブームを下降させるアクチュエータに必要なアクチュエータ流量は少ない。ブームが自重で下がりやすいためである。したがって、係数ｖｋを用いて、アクチュエータの特性に応じた重み付け演算を行い、より多くのアクチュエータ流量を必要とするアクチュエータを重視して第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２が求められるようになっている。
【００５５】
係数ｖｋは、例えば、以下のように設定することができる。
【００５６】
【数３】
0006367676.tif 000004
Wk(s)：各アクチュエータの重み関数
W(s)：各アクチュエータの重み関数の最大値
s(s1,…,sn)：方向制御弁の操作量
Wq_k(s1,…,sn)：各アクチュエータに対応する方向制御弁の操作量がｓｋのときの重み係数
Qidea_k(sk)：各アクチュエータに対応する方向制御弁の操作量がｓｋのときの仮想ポンプ吐出流量
【００５７】
ここで、それぞれの方向制御弁に対する操作量Ｓに応じて可変とした仮想ポンプ吐出流量Ｑｉｄｅａは、例えば、以下のように求めることができる。
【００５８】
【数４】
0006367676.tif 000005
【００５９】
以上のようにして仮想のブリードオフ流路の総開口面積Ａｂを合成演算する以外は、第１の実施の形態で説明した第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２の演算方法と同様に、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。上記ｍ乗根は、例えば平方根であってもよい。
【００６０】
制御装置１２は、求められた第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２、エンジンの馬力特性から導かれる第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１、ポンプの最大吐出圧Ｐｍａｘを互いに比較し、最小値をポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔに設定して、可変容量ポンプ２の制御を行う。
【００６１】
第２の実施の形態にかかる油圧回路の制御処理にしたがって可変容量ポンプ２の制御を行うことにより、大部分の操作領域、すなわち、エンストのおそれがない状態においては、第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１よりも小さい値の第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。この第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２に基づき可変容量ポンプ２を制御することにより、個々のアクチュエータの要求特性に合わせた操作性を得ることができる。
【００６２】
また、この第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２自体は、エンジンの馬力を考慮しないで求められるものであるために、可変容量ポンプ２の効率を最大限に活用することができる。一方、エンジンの負荷が高い場合においては、算出される第２の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ２が第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１を上回るために、第１の仮想吐出圧Ｐｉｄｅａ１がポンプ吐出圧指示値Ｐｔｇｔとなって制御されることとなる。したがって、エンストが発生しやすい状況においては、エンジンの馬力に基づいて可変容量ポンプ２の実ポンプ吐出流量Ｑｒｅａｌが抑えられるために、エンストを防ぐことができる。
【００６３】
なお、係数ｖｋは、上述の例に限られるものではない。それぞれのアクチュエータの操作状態に応じて要求吐出圧の補正を行う場合等、目的に応じた最適な係数ｖｋを設定することができる。
【００６４】
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】
【００６５】
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】
0006367676.tif 000006
【図２】
0006367676.tif 000007
【図３】
0006367676.tif 000008
【図４】
0006367676.tif 000009
【図５】
0006367676.tif 000010