(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクと、
少なくとも１つの原動機によって駆動され、また、前記タンクに接続された、少なくとも１つのシステムポンプと、
少なくとも１つの該システムポンプに接続された第１流量方向制御バルブと、
アキュムレータと、
少なくとも１つの前記システムポンプに選択的に流体連通されており、シャフトに連結された第１及び第２容量形ポンプユニットを含み、前記シャフトが第２荷重に連結され、前記第１容量形ポンプユニットが、少なくとも１つの前記システムポンプの少なくとも１つに選択的に流体接続される第１側、及び、前記タンクに流体接続された第２側を含み、前記第２容量形ポンプユニットが、前記アキュムレータに流体接続された第１側、及び、前記タンクに流体接続された第２側を含む、油圧トランスフォーマと、
少なくとも１つの前記システムポンプ及び前記油圧トランスフォーマに選択的に流体連通されるアクチュエータによって駆動される、第１荷重と、
前記油圧トランスフォーマと前記第１流量方向制御バルブとの間の流量分担によって生じる、前記油圧システムにおける動的応答を減らすように配置・構成され、一連の指示が保存されたメモリを有し、前記一連の指示を遂行して流量分担する方法を実行するように配置・構成されたコントローラと、
を備えた油圧システムであって、
前記方法は、
操作者の入力を受け取って読み込むこと、
圧力測定値に基づいて、前記第１荷重を示す荷重値を算出すること、
この荷重値に基づいて目標流量を算出すること、
前記油圧トランスフォーマが、単独で、この目標流量を供給するのに十分かどうかを判定すること、
前記油圧トランスフォーマが、単独で、目標流量を供給するのに十分でない場合に、
不足流量を算出すること、
この不足流量を示す命令を算出して前記第１流量方向制御バルブに送信すること、及び、
前記油圧トランスフォーマが、単独で、目標流量を供給するのに十分である場合に、
前記油圧トランスフォーマのための所要の吐出量を算出すること、
前記油圧トランスフォーマに、この所望の吐出量を実現するための、もう１つの、トランスフォーマへの命令を算出して送信すること、
を含むことを特徴とする油圧システム。
【請求項２】
少なくとも１つの前記原動機によって駆動され、また、前記タンクに接続された、第２システムポンプと、
該第２システムポンプに接続された第２流量方向制御バルブと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項３】
前記コントローラによって遂行される前記方法は、
前記第２流量方向制御バルブに、不足流量の少なくとも一部を示す前記第２流量方向制御バルブへの命令を算出して送信すること
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の油圧システム。
【請求項４】
前記コントローラによって遂行される前記方法は、
前記アクチュエータにおける圧力測定値を読み込むこと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項５】
前記コントローラによって遂行される前記方法は、
前記アクチュエータにおける温度測定値を読み込むこと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項６】
前記油圧システムが、過剰負荷からエネルギを回収する場合、前記第１流量方向制御バルブへ送られる前記命令は、前記第１流量方向制御バルブの所望の開口面積に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項７】
前記メモリは、ルックアップテーブルをさらに含み、
前記コントローラによって遂行される前記方法は、
前記ルックアップテーブルを検索すること、及び、
前記ルックアップテーブルへの入力として所望の前記開口面積を利用して、前記命令の少なくとも一部を決定すること、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の油圧システム。
【請求項８】
前記コントローラによって遂行される前記方法は、
前記シャフトにおける速度測定値を読み込むこと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項９】
前記コントローラによって遂行される前記方法は、
前記第１及び第２容量形ポンプユニットのうちの少なくとも１つにおける測定吐出量位置を読み込むこと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１０】
前記油圧トランスフォーマが、単独で、目標流量を供給するのに十分かどうかを判定することは、
前記油圧トランスフォーマによって供給されることができる最大流量を計算すること
を含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１１】
不足流量を算出することは、
目標流量から、現在の前記シャフトの速度と前記測定吐出量位置に対する実際の流量を差し引くこと
を含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１２】
少なくとも１つの前記システムポンプに選択的に流体連通される第２アクチュエータによって駆動される、第３荷重をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記システムポンプ及び前記油圧トランスフォーマに選択的に流体連通される第２アクチュエータによって駆動される、第３荷重をさらに含み、
前記第２アクチュエータは、少なくとも１つの前記システムポンプと前記第１流量方向制御バルブとの間に接続されることを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【請求項１４】
前記第１流量方向制御バルブ、及び、前記油圧トランスフォーマのための所望の吐出量は、前記油圧システムが、前記少なくとも１つのシステムポンプを含む複数の流量供給源と、前記第２荷重を含む複数の荷重と、前記アキュムレータを含む複数のエネルギ貯蔵要素との間で円滑に流量を分担することを可能にするように制御されることを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、PCT国際特許出願として、2014年3月14日に出願されており、かつ、2013年3月15日に出願された米国特許出願第61／791,895号，及び，2013年3月15日に出願された米国特許出願第61／798,649号に対する優先権を主張する。その開示内容は、その全体を参照として本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
移動式の重機（例えば、掘削機、バックホウローダ、ホイールローダ等）は、大抵、様々な能動的機械要素（例えば、スイング（旋回要素）、ブーム、ディッパ、バケット、リンク機構、トラック、回転ジョイント等）に動力供給するために、油圧トランスフォーマと連結して用いられる油圧駆動の直動及びロータリーアクチュエータを有する油圧システムを含む。
機械制御システムのユーザインターフェースにアクセスすることにより、機械装置の操作者は、機械を制御し、作業（例えば土運搬）を行う。
【０００３】
ハイブリッドシステムにおいて、油圧トランスフォーマは、往々にして、正確な速度制御を必要とする外部荷重に（例えばシャフトを介して）連結される。
作業サイクルを通して、油圧トランスフォーマは、トルクが、シャフト、外部荷重、及び／または、エネルギ貯蔵装置（例えばアキュムレータ）へ／から伝達される、モータリング機能またはポンピング機能を提供することができる。
【０００４】
ポンプモータは、有限変位の性能を有するため、油圧システムは、例えば、重力に逆らって作業要素（例えばブーム）を持ち上げるか、または、移動させるために、システムが利用されるときに、特定の回転速度で大流量要求を常に実現することはできない。
このようなハイブリッドの作業回路において、流量が油圧トランスフォーマと１台以上のポンプモータによって供給される場合に、１台以上の油圧モータへの流量要求を最適に実現する必要性が、頻繁に生じる。
さらに、このような流量要求は、最大燃料効率と最大生産性を可能にするために、機械装置の操作者に対してトランスペアレントであるように、円滑に遂行されるべきである。
【発明の概要】
【０００５】
本開示における態様は、油圧システムにおいて、油圧トランスフォーマと１台以上の油圧ポンプとの間で効率的に流量分担し、大流量を供給する流量要求を実現するためのシステムと方法に関するものである。
【０００６】
本発明の一態様における油圧システムは、タンク、少なくとも１つのシステムポンプ、第１流量方向制御バルブ、アキュムレータ、油圧トランスフォーマ、第１荷重、及び、コントローラを含む。
この少なくとも１つのシステムポンプは、少なくとも１つの原動機によって駆動され、また、タンクに接続される。
第１流量方向制御バルブは、少なくとも１つのシステムポンプに接続される。
油圧トランスフォーマは、少なくとも１つのシステムポンプに選択的に流体連通され、また、シャフトに連結された第１及び第２容量形ポンプユニットを含む。
このシャフトは、第２荷重に連結される。
第１容量形ポンプユニットは、少なくとも１つのシステムポンプの少なくとも１つに選択的に流体接続される第１側、及び、タンクに流体接続された第２側を含む。
第２容量形ポンプユニットは、アキュムレータに流体接続された第１側、及び、タンクに流体接続された第２側を含む。
第１荷重は、少なくとも１つのシステムポンプ及び油圧トランスフォーマに選択的に流体連通されるアクチュエータによって駆動される。
コントローラは、油圧トランスフォーマと第１流量方向制御バルブとの間の流量分担によって生じる、油圧システムにおける動的応答を減らすように、配置・構成される。
【０００７】
コントローラは、一連の命令が保存されるメモリを有する。
コントローラは、これら一連の命令を実行して流量分担するための方法を遂行するように、配置・構成される。
この方法は、
操作者の入力を受け取って読み込むこと、
圧力測定値に基づいて、第１荷重を示す荷重値を算出すること、
この荷重値に基づいて目標流量を算出すること、
油圧トランスフォーマが、単独で、この目標流量を供給するのに十分かどうかを判定すること、
油圧トランスフォーマが、単独で、目標流量を供給するのに十分でない場合に、
不足流量を算出すること、
この不足流量を示す命令を算出して第１流量方向制御バルブに送信すること、及び、
油圧トランスフォーマが、単独で、目標流量を供給するのに十分である場合に、
油圧トランスフォーマのための所要の吐出量を算出すること、
油圧トランスフォーマに、この所望の吐出量を実現するための、もう１つの、トランスフォーマへの命令を算出して送信すること、
を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示における原理に従った第１油圧システムの回路図である。
【図２】本開示における原理に従った第２油圧システムの回路図である。
【図３】本開示における原理に従った油圧システムに用いられることができる機械装置の一例となる移動式掘削機を示している。
【図４】図３に示された移動式掘削機の斜視図である。
【図５】例示的な制御システムを作動させるための、例示的なロジックフローチャートである。この例示的な制御システムは、本開示における原理に従った特定の油圧システムを制御するために用いられる。
【図６】例示的な制御システムを作動させるための、他の例示的なロジックフローチャートである。この例示的な制御システムは、本開示における原理に従った特定の油圧システムを制御するために用いられる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付図面に示されている本開示の態様を詳細に参照する。可能な限り、同一の参照番号が、同一または同類の構造を示すように図面全体にわたって用いられている。
【００１０】
後述されるハイブリッドの油圧システムを備えた本発明のシステムと方法は、概して、さらに高い燃料効率を実現する。その一方で、機械装置の作動の間に、このようなハイブリッド油圧システムを利用する操作者のトランスペアレンシー（ユーザが気付くことなく処理が実行されること）が維持される。
特に、操作者のトランスペアレンシーは、流量供給源の不適切、かつ／または、非効率的なスケジューリングによる好ましくない動的応答を減らすことによって、実現されることができる。
これは、本発明のいくつかの実施形態において、各々が異なる流量で動力供給することができる複数の供給源の間で、流量分担することによって、遂行される。
【００１１】
図１は、本開示の原理に従った油圧システム１０を示している。
この油圧システム１０は、概して、複数の可変容量形ポンプ１４、１６、流量方向制御バルブ２４、２６、及び、油圧トランスフォーマ３０を含む。
ここで説明されるシステムと方法は、油圧システム１０内に実装される。しかしながら、本開示の原理は、複数の流量供給源からの流れが、組み合わされ、所望の流速を実現するような如何なる油圧システムにも適用可能であることが理解される。
【００１２】
このシステム１０は、原動機１８によって駆動される可変容量形ポンプ１４、１６を含む。他の例として、２つの原動機が、其々、可変容量形ポンプ１４、１６を駆動するために用いられてもよい。
原動機１８は、例として、ディーゼルエンジン、火花点火エンジン、電気モータ、または、他の動力源を含む。いくつかの実施形態において、１つのみの原動機が、可変容量形ポンプ１４、１６の双方に動力供給するために必要とされることが理解される。
【００１３】
可変容量形ポンプ１４、１６の各々は、タンク２２（つまり低圧力リザーバ）から低圧力の油圧流体をくみ上げる入口を含む。可変容量形ポンプ１４、１６は、１回転当たりの、ポンプの吐出量を制御するための、斜板１５、１７を含むことができる。
可変容量形ポンプ１４、１６は、タンク２２から油圧流体をくみ上げて、第１荷重、第２荷重、及び、第３荷重を駆動するための加圧油圧流体を出力する。第１荷重は、第１油圧アクチュエータ２８（例えばブームシリンダ）によって制御され、第２荷重は、外部荷重４２に連結されたシャフト４０を有する油圧トランスフォーマ３０の形態であり、また、第３荷重は、他のアクチュエータ２９によって制御される。
【００１４】
可変容量形ポンプ１４、１６は、其々、出口を有し、これらの出口を経由して、高圧力の油圧流体が、出力される。これらの出口は、好ましくは、第１荷重、第２荷重、及び、第３荷重のような複数の異なる作業荷重回路に（直接的または間接的に）流体連結される。
この実施形態において、流量方向制御バルブ２４、２６は、荷重回路（例えばアクチュエータまたは荷重）と、可変容量形ポンプ１４、１６と、タンク２２との間の流量を制御する。油圧システム１０の他の実施形態として、これより複雑または単純な荷重回路が、システム内に存在してもよいことが、理解される。
【００１５】
システム１０が掘削機を操作するために用いられるいくつかの例として、第１荷重は、第１アクチュエータ２８によって駆動されるブームを含む。
第２荷重（外部荷重４２）は、トランスフォーマ３０によって操作されるスイングを含む。第３荷重は、他のアクチュエータ２９によって駆動されるアーム、バケット、及び、トラックモータを含む。
【００１６】
第２荷重回路は、第１ポート３２、第２ポート３４、及び、第３ポート３５を備えた油圧トランスフォーマ３０を含む。この、油圧トランスフォーマ３０の第１ポート３２は、流量方向制御バルブ２４、２６の出口を介して、可変容量形ポンプ１４、１６の出口に間接的に接続されている。
第１ポート３２は、さらに、第１アクチュエータ２８に流体連結されている。第２ポート３４は、タンク２２に流体連結されている。第３ポート３５は、油圧アキュムレータ３６に流体連結されている。
【００１７】
また、油圧トランスフォーマ３０は、外部回転荷重４２に連結される出力／入力シャフト３８を含む。例として、クラッチ４０が用いられ、外部荷重４２に出力／入力シャフト３８を選択的に係合し、また、外部荷重４２から出力／入力シャフト３８を選択的に係合解除することができる。
クラッチ４０が、外部荷重４２に出力／入力シャフト３８を係合した場合、出力／入力シャフト３８と外部荷重４２との間で、トルクが伝達される。
【００１８】
その一方で、クラッチ４０が、外部荷重４２から出力／入力シャフト３８を係合解除した場合、出力／入力シャフト３８と外部荷重４２との間で、トルクは伝達されない。
本発明のいくつかの実施形態において、クラッチ４０と外部荷重４２との間で、歯車減速が与えられてもよい。油圧トランスフォーマ３０のいくつかの実施形態において、クラッチを介在させないことが理解される。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態において、他のアクチュエータ２９は、可変容量形ポンプ１４、１６と流量方向制御バルブ２４、２６との間に流体接続されている。
他のアクチュエータ２９が作動すると、他のアクチュエータ２９は、可変容量形ポンプ１４、１６の出口における圧力を変化させる。
この構成において、例えば、圧力センサ(P_pump1)３１及び圧力センサ(P_pump2)３３（図２参照）によって測定される、他のアクチュエータ２９によって変化した圧力を検知することによって、以下でさらに詳細に説明されるように、作動流体の流れが、制御され、継続して流れることを確実にすることができる。
【００２０】
また、システム１０は、可変容量形ポンプ１４、１６、流量方向制御バルブ２４、２６、及び、油圧トランスフォーマ３０と、インターフェースをとる電子制御装置４４を含む。
また、この電子制御装置４４が、システム１０の至る所に備えられる、様々な他のセンサや他のデータソースと、さらにインターフェースをとることが理解されるであろう。
例えば、電子制御装置４４は、アキュムレータ３６内の油圧圧力と、可変容量形ポンプ１４、１６によって供給されるシステム１０内の複数のアクチュエータすなわち複数の荷重への圧力と、油圧トランスフォーマ３０のポンプ側とタンク側における圧力と、他の圧力と、を測定するための、システム１０に組み込まれた複数の圧力センサとインターフェースをとることができる。
【００２１】
また、コントローラ４４は、出力／入力シャフト３８の回転速度と、トランスフォーマのシャフトの回転速度を感知する、回転速度センサとインターフェースをとることができる。
いくつかの例において、電子制御装置４４は、例えば、斜板１５、１７の位置を制御することによって、可変容量形ポンプ１４、１６を制御するように作動する。
他の例において、電子制御装置４４は、原動機１８にかかる負荷を監視するように用いられ、また、原動機１８によって駆動されるドライブシャフト（例えばドライブシャフト１９）の所定の回転速度によって可変容量形ポンプ１４、１６にわたる油圧流速を制御することができる。
【００２２】
従って、本発明のいくつかの実施形態において、原動機１８は、ドライブシャフト１９に連結されている。本発明の一実施形態として、シャフト１回転当たりの、可変容量形ポンプ１４、１６にわたる油圧流体の吐出量は、可変容量形ポンプ１４、１６の其々の斜板１５、１７の位置を変えることによって変化させることができる。
コントローラ４４は、さらに、クラッチ４０とインターフェースをとることができ、操作者が、外部荷重４２に対して、油圧トランスフォーマ３０の出力／入力シャフト３８を選択的に係合・係合解除することを可能にする。
【００２３】
電子制御装置４４は、ユーザインターフェース４８及びメモリ４６を含む。油圧システム１０のコントローラは、ユーザインターフェース４８と協働して、システムに連結された様々な機械要素（例えば荷重またはアクチュエータ等）の作動を制御することができる。
いくつかの実施形態において、ユーザインターフェース４８は、機械要素の全体の動作を決定するコントローラの命令を受け取るように、配置・構成されてもよい。
【００２４】
ユーザインターフェース４８は、例えばコンピュータ、ジョイスティック、及び／または同様のもののような、操作者からの命令を受け取ることができる任意の電子デバイスまたは機械装置である。
メモリ４６は、システム１０の作動を制御するために電子制御装置４４によって利用される、様々なアルゴリズム、及び、制御ロジックを含むことができる。また、メモリ４６は、特定の計量、例えばシステムの目標流量を計算するのに役立つ、１つ以上のルックアップテーブルを含むことができる。
【００２５】
いくつかの実施形態において、電子制御装置４４は、原動機１８が一定した運転状態（つまり定常的な運転状態）で作動することを可能にする負荷平準化機能を提供するように、油圧トランスフォーマ３０の作動を制御することができ、従って、原動機１８の全体の効率を上げることを促進する。
この負荷平準化機能は、１台以上の原動機１８に低負荷がかかる期間におけるアキュムレータ３６内での効率的なエネルギの貯蔵、及び、１台以上の原動機１８に高負荷がかかる期間における貯蔵されたエネルギの効果的な解放によって提供されることができる。これは、原動機１８がピークの所要動力よりはむしろ平均の所要動力に対してサイズ調整されることを可能にする。
【００２６】
図２は、共通のシャフトによって連結された複数のポンプ／モータユニットを有する油圧トランスフォーマ３０ａを備えた、図１のシステム１０の代替の実施形態を示している。
例えば、この油圧トランスフォーマ３０ａは、シャフト１０４によって連結された第１及び第２可変容量容積型ポンプ／モータユニット１００，１０２を含む。
【００２７】
このシャフト１０４は、第１ポンプ／モータユニット１００を第２ポンプ／モータユニット１０２に連結する第１部分１０６と、出力／入力シャフト３８を形成する第２部分１０８を含む。
第１ポンプ／モータユニット１００は、可変容量形ポンプ１４、１６と（間接的に）流体連通する第１側１００ａと、タンク２２と流体連通する第２側１００ｂを含む。第２ポンプ／モータユニット１０２は、アキュムレータ３６と流体連通する第１側１０２ａと、タンク２２と流体連通する第２側１０２ｂを含む。
【００２８】
本発明の一実施形態において、第１及び第２ポンプ／モータユニット１００、１０２の各々は、シャフト１０４と共に回転する回転ユニット（例えば、シリンダブロック及びピストン）と、シャフト１０４の１回転あたりの吐出量を変化させるために、シャフト１０４に対して異なる角度で配置することができる斜板１１０を含む。
ポンプ／モータユニット１００、１０２のうちの任意の１つによって吐出される、シャフト１０４の１回転あたりの油圧流体の流量は、その任意のポンプ／モータユニットに対応する斜板１１０の角度を変えることによって変化させることができる。
【００２９】
また、斜板１１０の角度を変えることは、シャフト１０４と任意のポンプ／モータユニットの回転ユニットとの間に伝達されるトルクを変化させる。斜板１１０がシャフト１０４に対して垂直に配置される場合、油圧流体の流れは、ポンプ／モータユニット１００，１０２に全く生じない。
斜板１１０は、シャフト１０４の双方向の回転を可能にするオーバーセンター（両傾転）の斜板であってもよい。この場合の斜板１１０の角度位置は、システム１０の作動状態に基づいて電子コントローラ４４により個別に制御される。
これにより、斜板１１０の位置を制御することによって、コントローラ４４は、いくつかの作動モードでシステム１０を作動させることができる。
【００３０】
ポンプ／モータユニット１００、１０２の吐出量及び吐出方向を制御することによって、特定のレベルにおける流体動力（圧力×流量）は、別のレベルに変換されるか、または、外部荷重４２を駆動するために用いられるシャフトの動力として供給されることができる。
外部荷重４２の減速が望まれる場合、油圧トランスフォーマ３０ａは、タンク２２からの低圧力の流体を吸込み、貯蔵のためのアキュムレータ３６か、流量方向制御バルブ２４、２６を介して可変容量形ポンプ１４、１６に間接的に接続された第１アクチュエータ２８か、または、この２つの組み合わせ（両方）、のうちのいずれかに、流体を送るポンプとして作動することができる。
【００３１】
いくつかの例において、図１のクラッチ４０と同様の、クラッチが、出力／入力シャフト３８を外部荷重４２から選択的に切り離すために、用いられることができる。
この構成において、シャフトの仕事を外部荷重４２に作用させる必要がない場合、油圧トランスフォーマ３０ａは、スタンドアローンの油圧トランスフォーマ（例えば、油圧トランスフォーマ）として、機能することができる。
これは、他の関連するシステム負荷（例えば、第１アクチュエータ２８）によって要求される圧力にかかわらずシステム１０からエネルギを取り出し、現在のアキュムレータ圧力において絞られることなく（without throttling）、エネルギを貯蔵することによって実現される。
【００３２】
同様に、絞られないエネルギが、さらに、現在圧力においてアキュムレータ３６から引き出され、所望の作動圧力でシステム１０に供給される。
油圧トランスフォーマ３０ａによる供給流量の配分は、ポンプ／モータユニット１００，１０２の斜板１１０の位置を制御することによって、制御される。
本発明における特定の実施形態において、図２に示されているような本開示の態様が、出力／入力シャフト３８と外部荷重４２との間の連結を切り離すためのクラッチがないシステムにおいて用いられてもよい。
【００３３】
いくつかの例において、システム１０は、第１アクチュエータ２８のロッド側とタンク２２との間で流体連通されたロッドトゥタンクバルブ１１６を含む。
モータとして第２ポンプ／モータユニット１０２を作動させるために、アキュムレータ３６から動力が取り出される場合、第２ポンプ／モータ１０２の斜板１１０は回転し、また、第１ポンプ／モータユニット１００は、作動流体を、タンク２２からシステム負荷（例えば第１アクチュエータ２８）に送り出すように作動する。
【００３４】
特に、流量方向制御バルブ２４、２６が閉鎖された場合に、この作動流体が、第１アクチュエータ２８に供給され、第１アクチュエータ２８は、荷重（例えばブーム）を駆動するように作動される。この場合、アクチュエータ２８が荷重を駆動するように機能するために、第１アクチュエータ２８の上部キャビティ内に含まれる作動流体は、ロッドトゥタンクバルブ１１６を介して、アクチュエータ２８のロッド側からタンク２２に引き戻される。
【００３５】
図３及び４は、図１及び２に関連して上述したタイプの油圧回路構成を組み込んだ移動式の掘削装置の例示的な実施形態を示している。
特に、図３及び４は、アンダーキャレッジ２１０に支持される上部構造２１２を含む例示的な掘削機２００を描写している。このアンダーキャレッジ２１０は、掘削機２００を移動させるための推進構造を含む。
例えば、アンダーキャレッジ２１０は、左右に軌道を含むことができる。上部構造２１２は、アンダーキャレッジ２１０に対して旋回軸２０８（つまりスイング軸）まわりに回動可能である。特定の実施形態において、上述したタイプのトランスフォーマの入力／出力シャフトは、アンダーキャレッジ２１０に対してスイング軸２０８まわりに上部構造２１２を回動させるために用いられる。
【００３６】
上部構造２１２は、機械装置の原動機（例えば原動機１８）を支持して運ぶことができ、さらに、例えばユーザインターフェース４８のようなオペレータインタフェースを含む運転室２２５を含むことができる。
ブーム２０２は、上部構造２１２によって支持され、また、ブームシリンダ２０２ｃによって上昇位置と下降位置との間で回動される。アーム２０４が、ブーム２０２の先端部に回動可能に連結されている。アームシリンダ２０４ｃが、ブーム２０２に対してアーム２０４を回動させるために用いられる。
掘削機２００は、さらに、アーム２０４の先端部に回動可能に連結されているバケット２０６を含む。バケットシリンダ２０６ｃが、アーム２０４に対してバケット２０６を回動させるために用いられる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、ブームシリンダ２０２ｃ、アームシリンダ２０４ｃ、及び、バケットシリンダ２０６ｃは、上述したタイプの荷重回路システムの一部であることができる。
いくつかの実施形態において、第１荷重２８は、ブームシリンダ２０２ｃとして機能することができる。
【００３８】
場合によっては、図１及び２に示されたようなハイブリッドの油圧システムは、さらに高い燃料効率を実現するために、追加の機能を必要とする。この追加の機能は、図３及び４に示された掘削装置の操作者のような、システムの操作者にトランスペアレントであることが望ましい。
換言すると、システムの作動モード間の移行は、操作者がモードの移行に気づかないように、散発的・発作的でなく、円滑であるべきである。
モード移行の間に問題を引き起こす好ましくない動的応答の主な原因は、流量供給源のスケジューリングである。
【００３９】
例えば、システムが、過剰負荷からエネルギを受け取ると、（例えば、アクチュエータを制御する流量方向制御バルブが、負荷を降下させるようにシフトしたときに、負荷が自由降下することをアクチュエータが可能にする場合）流れは、エネルギの回収と貯蔵を可能にするように、油圧トランスフォーマ３０ａを介して移動する必要がある。
しかしながら、スイングが、設定された速度で回転している場合、油圧トランスフォーマは、所望のブーム速度を保持するために必要とされるすべての流量を供給するのに十分でない場合がある。
この場合、少なくとも一部の流量が、例えば流量方向制御バルブ２４、２６のような代替供給源から送られることが有益である。
【００４０】
ここで図５及び６を参照すると、流量分担を含んだ油圧システムを作動させるための方法３００及び４００を図示する、例示的なロジックフローチャートが、示されている。
電子制御装置４４のような制御システムが、油圧システム１０のような油圧システムを制御するために配置・構成されることが、理解される。この方法３００及び４００は、制御システムを作動させるための例示的な方法である。
【００４１】
この制御ロジック／アーキテクチャの主要目的は、ハイブリッドの油圧システム、または、ハイブリッドの油圧システムを実装した機械装置の作動中に、操作者のトランスペアレンシーを改善することである。
特に、方法３００及び４００は、複数の流量供給源の間で流量分担させることによって、流量供給源の不適切、かつ／または、非効率的なスケジューリングによる動的応答を減らすための例示的な方法である。
方法３００及び４００は、図２に示されたハイブリッドの油圧システム１０に関連して説明されるが、方法３００及び４００は、如何なる油圧システムに実装されてもよい。
【００４２】
コントローラ４４が、デジタル指示及びまたはアナログ指示を処理し、また、方法３００及び４００を実装するのに適した、任意の装置（例えばコンピュータデバイス）であることが、さらに理解される。
いくつかの実施形態において、コントローラ４４は、コンピュータに読み込み可能な媒体の、少なくとも一部の形式を含む。このコンピュータに読み込み可能な媒体は、コントローラ４４によってアクセス可能な、任意の利用可能な媒体を含む。
例として、コンピュータに読み込み可能な媒体は、コンピュータに読み込み可能な記憶媒体、及び、コンピュータに読み込み可能な通信媒体を含む。
【００４３】
コンピュータに読み込み可能な記憶媒体は、揮発性・不揮発性、及び、取り外し可能・取り外しができない媒体を含む。このような媒体は、コンピュータに読み込み可能な指示、データ構造、プログラムモジュール、または、他のデータ等の、情報を記憶するように構成された任意の装置に実装される。
コンピュータに読み込み可能な記憶媒体は、これに限定されないが、RAM、ROM、電気的消去可能ロム（EEPROM）、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術、CD-ROM、DVD、または他の光学式記憶媒体、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶媒体、または他の磁気記憶媒体、または、所望の情報を記憶するために用いられることができ、また、コントローラ４４によってアクセス可能な、その他の媒体（例えば、システム１０、制御アルゴリズム、保存された測定値、及び、同様のものを作動させるための、多くの指示を含むことができるメモリ４６）を含む。
【００４４】
コンピュータに読み込み可能な通信媒体は、概して、コンピュータに読み込み可能な指示、データ構造、プログラムモジュール、または、例えば搬送波若しくは他の搬送機構等の変調されたデータ信号としての他のデータを統合し、また、任意の情報送達媒体を含む。
この“変調されたデータ信号”は、１つ以上の特性集合を有するか、または、信号内の情報をエンコードするための方法において変換された、信号のことである。
例として、コンピュータに読み込み可能な通信媒体は、例えば有線のネットワークまたは直接の有線接続等の、有線媒体、及び、例えば超音波、無線周波数、赤外線または他の無線媒体等の、無線媒体を含む。
また、上記の如何なる組み合わせも、コンピュータに読み込み可能な媒体の範囲内で含まれる。
【００４５】
ここで図５を参照すると、方法３００は、コントローラ４４が操作者の入力及び測定値を受け取って読み込んで処理する、演算３０２から始まる。特に、操作者は、ユーザインターフェース４８を介して方法３００の実行を要求することができる。
さらに、操作者の入力は、例えば、各々の流量方向制御バルブ２４、２６に作用する油圧ジョイスティックによって生成されるパイロット圧Δ（デルタ）、または、操作者のジョイスティックの移動によって生成される他の圧力変化であってもよい。
【００４６】
また、コントローラ４４は、荷重を算出するために、アクチュエータにおけるヘッド側の圧力、及び／または、温度等の測定値を読み込むことができる。
いくつかの実施形態において、ヘッド側圧力トランスデューサ１１２が用いられ、アクチュエータのヘッド側の圧力を測定することができる。また、ヘッド側温度トランスデューサ１１４が用いられ、アクチュエータのヘッド側の温度を測定することができる。
本発明の他の実施形態として、ロッド側圧力トランスデューサが、荷重を正確に推定するために準備されてもよい。
【００４７】
演算３０２を終えた後に、方法３００は、演算３０４に移動する。演算３０４において、コントローラ４４は、操作者の入力、測定値、及び、推定荷重に基づいて、目標流量を算出する。
例えば、操作者のジョイスティックからの命令と、アクチュエータへの推定荷重に基づいて、コントローラ４４は、ルックアップテーブルを取り出し、利用する。このルックアップテーブルから取り出された情報に基づいて、コントローラ４４は、目標流量を算出する。
【００４８】
方法３００は、その後、演算３０６へ移動する。演算３０６において、コントローラ４４は、油圧トランスフォーマ３０ａが、演算３０４において算出された目標流量を単独で供給するのに十分かどうかを判定する。
適切に決定を下すために、コントローラ４４は、１つ以上の測定値を用いて、ネガティブな動的応答なしで油圧トランスフォーマ３０ａを通過することができる最大流量を決定する。
演算３０６において、コントローラ４４は、目標流量をこの最大流量と比較し、最大流量が目標流量に十分合うかどうかを判定する。
【００４９】
最大流量が目標流量に十分合わない場合、方法３００は、演算３０８に移動する。演算３０８において、トランスフォーマ３０ａは、最大流量に設定され、また、コントローラ４４は、代替供給源によって補充される必要がある不足流量を算出する。
この不足流量は、油圧トランスフォーマ３０ａの最大流量を越えて必要とされる流量であり、また、他の流量供給源（例えば流量方向制御バルブ２４、２６）からの流れによって緩和される。
【００５０】
演算３１０及び３１２において、不足流量は、コントローラ４４から流量方向制御バルブ２４、２６に送信される命令に変換される。
各々の流量方向制御バルブ２４、２６から要求される流量は、同量または異なる量のどちらでもよい。この命令は、流量方向制御バルブ２４、２６で受信され、また、要求される流量が、システムに供給される。
【００５１】
しかしながら、油圧トランスフォーマ３０ａの最大流量が、算出された目標流量を供給するのに十分である場合、方法３００は、演算３０８ではなく演算３１４へ移動する。
演算３１４において、コントローラ４４は、目標流量を実現するために必要とされる吐出量を計算し、この目標流量を命令に変換する。
演算３１６において、この命令は、油圧トランスフォーマ３０ａに送信され、要求された吐出量を実現し、掘削機を作動させるための目標流量を供給する。
【００５２】
演算３１２または演算３１６を終えると、方法３００は、演算３１８で終了する。
方法３００のいくつかの実施形態において、コントローラ４４は、所定または任意の時間内において、方法３００に従って継続的に作動することができる。
それにもかかわらず、他の実施形態において、コントローラ４４は、ユーザインターフェース４８を介して操作者から新たな入力を受け取った場合のみ、方法３００を再開してもよい。
【００５３】
ここで図６を参照すると、方法４００は、コントローラ４４が操作者の命令を読み込む演算４０２から始まる。
方法３００における演算３０２に関連して上述したように、コントローラ４４は、操作者の入力を受け取って読み込んで処理する。
【００５４】
演算４０４において、コントローラ４４は、アクチュエータの圧力測定値を読み込む。この圧力測定値は、アクチュエータのヘッド側の圧力を含み、また、ヘッド側圧力トランスデューサ１１２、ロッド側圧力トランスデューサ、または同様のものを利用して読み込むことができる。
【００５５】
いくつかの例において、演算４０５において、コントローラ４４は、さらに、アクチュエータの温度測定値を読み込む。この温度測定値は、アクチュエータのヘッド側の温度を含むことができ、また、ヘッド側温度トランスデューサ１１４、ロッド側温度トランスデューサ、または同様のものを利用して読み込むことができる。
【００５６】
方法４００は、その後、演算４０６に移動する。演算４０６において、コントローラ４４は、演算４０４、４０５において読み込まれた圧力及び／または温度測定値に基づいて荷重を算出する。
【００５７】
演算４０８において、コントローラ４４は、目標流量を算出するために、ルックアップテーブルを検索利用する。
このルックアップテーブルは、特定の測定値（例えば推定荷重）を流量と関連付ける操作マップである。
演算４０２において読み込まれた操作者の命令、演算４０４、４０５において読み込まれた測定値、及び／または、演算４０６において算出された推定荷重に基づいて、コントローラ４４は、ルックアップテーブルを利用し、これらの入力の１つ以上を、流れと関連付ける。
いくつかの実施形態において、この流れは、目標流量である。
【００５８】
演算４１０において、コントローラ４４は、トランスフォーマのシャフト３８における速度センサを読み取り、演算４１２において、下側のポンプ‐モータの斜板に連結された１つ以上の位置センサを読み取り、そして、演算４１４において、演算４１０及び４１２において読み取られた測定速度及び測定吐出量位置に基づいて、油圧トランスフォーマ３０ａの下側のポンプ‐モータを通過することができる最大流量を計算する。
いくつかの実施形態において、演算４１４において、コントローラ４４は、速度センサから読み取られる速度を、油圧トランスフォーマ３０ａの可能な限りの最大吐出量と掛け合わせることによって、最大流量を計算する。
【００５９】
演算４１６において、コントローラ４４は、演算４１４において計算された最大流量が、演算４０８において計算された目標流量に十分合うかどうかを判定する。
最大流量が目標流量に十分合わない場合、方法４００は、演算４１８に移動する。演算４１８において、いくつかの実施形態において、コントローラ４４は、目標流量から、現在のシャフト速度と斜板の角度に対する実際の流量を差し引くことによって、不足流量を算出する。
この不足流量は、流量方向制御バルブ２４、２６からの流れによって緩和される必要がある。
【００６０】
演算４２０において、不足流量は、流量方向制御バルブ２４、２６に送信される命令に変換され、不足流量をシステム１０に供給する。
流量方向制御バルブ２４、２６に送信される命令は、システム１０及び／または流量方向制御バルブ２４、２６の、状態及び／または構成に基づいて、異なっていてもよい。
例えば、いくつかの実施形態において、流量方向制御バルブ２４、２６の一方は、タンク２２に連結され、また、流量方向制御バルブ２４、２６の他方は、幾つもの理由のうちの少なくとも１つの理由で閉鎖される。
【００６１】
流量を回収する場合の、パイロット圧の命令は、以下の式（１）に示されるような開口方程式を利用して算出されることができる。
特に、この開口方程式を用いると、コントローラ４４は、複数のセンサから読み取られるヘッド側の測定圧力及びタンクの測定圧力に基づいた目標流量を実現するために必要とされる、所望の開口面積を算出する。
【００６２】
(1)  A_DESIRED = Q_DEFICIT/ (Cd* SQRT ([P_HEAD - P_TANK]*(2/RHO)))
ここで、A_DESIREDは所望の開口面積であり、Q_DEFICITは不足流量であり、Cdは流量係数であり、P_HEADはアクチュエータのヘッド側の圧力であり、P_TANKはタンク圧力であり、また、RHOは流体密度である。
【００６３】
その後、開口面積をパイロット圧Δと関連付けるルックアップテーブルが用いられ、ヘッド側をタンク２２に連結する開口用のパイロット圧Δを決定する。
いくつかの実施形態において、このルックアップテーブルは、コンピュータ処理される関数である。この関数は、例えばこの場合、ヘッド側をタンクに連結する開口の、所定の開口面積に対して必要とされるパイロット圧Δを表示するために利用されることができる。このような関数の一例が、以下の式（２）に示される。
【００６４】
(2)  X_DCV = F_PP (A_DESIRED)
ここで、X_DCVはパイロット圧Δであり、また、F_PP (A)は、この場合、入力としての、式（１）によって計算された所望の開口面積を受け取るルックアップテーブルである。この、ブーム流量方向制御バルブにわたる所望のパイロット圧Δは、電子制御される複数の圧力制御バルブを用いて実現される。
【００６５】
代替の構成として、流量方向制御バルブ２４、２６の双方は、其々のポンプ１４，１６をアクチュエータのヘッド側に連結する複数の開口を有する。
コントローラ４４は、最適化に基づいたアルゴリズムを利用して、最適なパイロット圧命令を算出し、流量方向制御バルブ２４、２６の双方に送信してもよい。
この例における命令は、アクチュエータのヘッド側、ポンプ１４の出口、及び、ポンプ１６の出口における、圧力センサの測定値に基づいている。
特に、式（３）、（４）、（５）が、システムの試運転に先立って得られたテストデータを用いて作成されたルックアップテーブルと併せて利用され、上述したように流量供給する状況において最適なパイロット圧を決定することができる。
【００６６】
(3)  X_DCV - ARGMIN_X {A1(X) + A2(X)*SQRT (DP2)/SQRT (DP1)-Q_DEFICIT/ (Cd*SQRT (DP1*2/RHO))}
(4)  DP1 = P_PUMP1 - P_HEAD
(5)  DP2 = P_PUMP2 - P_HEAD
ここで、ARGMIN_Xは、この関数（{A1(X) + A2(X)*SQRT (DP2)/SQRT (DP1)-Q_DEFICIT/ (Cd*SQRT (DP1*2/RHO))}）を最小にするXの値を読み出す関数である。A1(X)は、ポンプ１４をヘッド側に連結する一方の流量方向制御バルブにおける開口の、開口面積に対するパイロット圧Δのマップであり、また、A2(X)は、ポンプ１６をヘッド側に連結する他方の流量方向制御バルブにおける開口の、開口面積に対するパイロット圧Δのマップである。
このX_DCVの命令は、圧力制御によって（例えば、閉ループ制御における電子比例圧力逃しバルブを用いて）、流量方向制御バルブ２４、２６のパイロットポートにおいて実現される。
この算出された命令は、どちらのシナリオにおいても、アクチュエータに送信され、また、アルゴリズムは、演算終了４２６で終了する。
【００６７】
しかしながら、最大流量が目標流量に十分合う場合、方法４００は、演算４２２及び４２４に移動する。方法４００の演算４２２及び４２４は、方法３００の演算３１４及び３１６と同様、または、実質的に同様である。
演算４２０かそれとも演算４２４を終えると、方法４００は、演算４２６で終了する。
方法４００のいくつかの実施形態において、コントローラ４４は、サンプリング期間において、方法４００に従って継続的に作動することができ、また、この方法を繰り返すことができる。
それにもかかわらず、他の実施形態において、コントローラ４４は、ユーザインターフェース４８を介して操作者から新たな入力を受け取った場合のみ、方法４００を再開してもよい。
【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６】
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