(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジョイステックと、
電気バルブ信号の大きさに応答して制御された油圧流体の流れを油圧アクチュエータに供給するための、前記電気バルブ信号に応答するバルブ手段と、
前記油圧アクチュエータの位置を検出し、これに応答してアクチュエータ位置信号を発信する位置検出手段と、
前記アクチュエータ位置信号を受信し、前記油圧アクチュエータが動き始める時点を判定し、その時点における前記電気バルブ信号の大きさを第１の所定のジョイスティック位置に対応させ、前記第１の所定のジョイスティック位置に対応させた電気バルブ信号の大きさを記録し、前記油圧アクチュエータの動きが終速度に達する時点を判定し、その時点における前記電気バルブ信号の前記大きさを第２の所定のジョイティック位置に対応させ、前記第２の所定のジョイスティック位置に対応させた電気バルブ信号の大きさを記録し、前記第１の所定のジョイスティック位置に対応させた電気バルブ信号と前記第２の所定のジョイスティック位置に対応させた電気バルブ信号とを調整値として使用して、前記油圧アクチュエ−タの動き始めと終速度との間の速度における前記電気信号の大きさの所望値を定める制御手段と、
が設けられた、油圧アクチュエータを含む電気油圧システムを調整するための装置。
【請求項２】
前記ジョイスティックの位置を検出し、これに応答してジョイスティック位置信号を発信するためのジョイスティック位置検出手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御手段は前記ジョイスティック位置信号を受信し、これに応答し、前記ジョイスティックが前記第１および第２の所定の位置に、またはこれらの間に位置決めされることに応答して、前記電気バルブ信号に対応した所望の電気バルブ信号の大きさを求め、該電気バルブ信号の所望の大きさに応答して電気バルブ信号を前記バルブ手段に送信して油圧流体の流れを前記油圧アクチュエータに供給することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記バルブ手段は、前記制御手段に電気的に結合された比例バルブと、該比例バルブと前記油圧アクチュエータとの間に油圧的に結合されている主バルブを含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記バルブ手段は、前記制御手段に電気的に結合されているハイドラック（Ｈｙｄｒａｃ）バルブと、該ハイドラックバルブと前記油圧アクチュエータとの間に油圧的に結合されている主バルブとを含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
パイロットバルブと、主バルブと、油圧アクチュエータと、ジョイスティックとを含む電気油圧システムを調整する方法において、
電気バルブ信号をパイロットバルブに送信し、前記電気バルブ信号の大きさに応答して制御された油圧流体の流れを油圧アクチュエータに供給し、
前記油圧アクチュエータの位置を検出し、これに応答してアクチュエータ位置信号を発信し、
該アクチュエータ位置信号を受信し、前記油圧アクチュエータが動き始める時点を判定し、その時点における前記電気バルブ信号の大きさを第１の所定のジョイスティック位置に対応させ、前記第１の所定のジョイスティック位置に対応させた電気バルブ信号の大きさを記録し、
前記油圧アクチュエータの動きが終速度に達する時点を判定し、その時点における前記電気バルブ信号の大きさを第２の所定のジョイスティック位置に対応させ、前記第１の所定のジョイスティック位置の前記電気バルブ信号と前記第２の所定のジョイスティック位置に対応させた電気バルブ信号の大きさを記録し、前記第１の所定のジョイスティック位置の前記電気バルブ信号と前記第２の所定のジョイスティック位置に対応させた電気バルブ信号とを調整値として使用して、前記油圧アクチュエ−タの動き始めと終速度との間の速度における前記電気信号の大きさの所望値を定める、
段階からなる方法。
【請求項７】
ルックアップ表における前記電気バルブ信号の大きさを所定のジョイスティック位置に対応させる段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
終速度を求める前記段階は、
前記アクチュエータ位置信号を受信し、これに応答して前記アクチュエータの動きの実際速度および平均速度を求め、
前記実際の速度を前記平均速度と比較し、前記実際および前記平均速度との差が所定量以下であることに応答して、終速度を求める、
段階からなることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ジョイスティックの位置を検出し、これに応答してジョイスティック位置信号を発信し、
該ジョイスティック位置信号を受信し、これに応答して前記電気バルブ信号に対応する所望の電気バルブ信号の大きさを求め、
電気バルブ信号を前記パイロットバルブに送信して、前記電気バルブ信号の所望の大きさに応答して、油圧流体の流れを前記油圧アクチュエータに供給する、段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気バルブ信号の所望の大きさを求める前記段階は、前記ジョイスティックが第１または第２の所定の位置に位置決めされることに応答して、マップされる電気バルブ信号の大きさを選択する段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
所望の大きさを求める前記段階は、前記ジョイスティックが前記第１および第２の所定の位置の間に位置決めされていることに応答して、マップされた電気バルブ信号の大きさの間に補間する段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的に電気油圧システムを調整する方法と装置に関する。より詳細には、本発明は、電気油圧システムの２つの作動点を制御レバーの２つの所定の位置に対応させる調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホイール式ローダのような作業機械は、作業サイクル中に、複数の位置を可動な作業用具を含む。このような用具は、一般的に、バケット、フォークおよび別の材料処理装置を含む。バケットに対応する一般的な作業サイクルでは、バケットに材料を積み込むように、バケットとこれに組み合わされるリフトアームを掘削位置に位置決めし、次いで搬送位置、上昇位置、および材料をバケットから取り出すための投棄位置に順次位置決めすることを含む。
制御レバーは、オペレータステーションに取り付けられており、バケットまたはリフトアームを動かすための油圧回路に接続されている。オペレータは、加圧流体を油圧シリンダに向けて用具を動かす油圧バルブを開閉するのに、手で制御レバーを動かさなければならない。例えば、リフトアームが持ち上げられるべきとき、オペレータは、リフトアーム油圧回路に組み合わされた制御レバーを油圧バルブによって加圧流体がリフトシリンダのヘッド端部に流れる位置に動かし、これによりリフトアームが持ち上げられる。制御レバーがニュートラル位置に戻ると、油圧バルブは閉じて、加圧流体がリフトシリンダに流れなくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の種類のシステムにおいて、電気油圧システムの性能、すなわち特徴が、電気油圧部品の摩耗のために時間の経過とともに変わってしまう。電気油圧システムの特徴が変わると、電気油圧システムの性能がオペレータの期待に対応できなくなる可能性がある。ある場合には、オペレータは所望の性能レベルを達成できなくなることがある。
従って、オペレータの期待に合うように電気油圧システムの性能が一致するような電気油圧システムを調整する装置と方法を提供する。
本発明は上述の問題の１つか２つ以上を解決する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様において、電気油圧システムを調整する装置および方法を開示する。本発明において、電気バルブ信号に応答する油圧バルブが、油圧流体の流れを油圧アクチュエータに制御可能に供給する。位置センサーが油圧アクチュエータの位置を検出し、これに応答して、アクチュエータ位置信号を発信する。マイクロプロセッサがベースのコントラーラがアクチュエータ位置信号を受信し、油圧アクチュエータが動き始める時を判定し、電気バルブ信号の大きさを第１の所定のジョイスティック位置に対応させる。この後、油圧アクチェエータの動きが終速度に達する時をマイクロプロセッサベースコントローラが判定し、電気バルブ信号の大きさを第２の所定のジョイスティックの位置に対応させる。
【０００５】
【実施例】
本発明は、電子油圧システムの調整方法と装置１００に関する。例えば、図１を参照すると、本発明は、バケット１０８のようなペイロードキャリヤを有するホイール式ローダ機械の作業用具１０２を制御可能に動かす電気油圧システムを調整するのに適用できる。バケット１０８は、リフトアーム組立体１１０に接続されており、このリフトアーム１１０は、機械のフレームに取り付けられている一対のリフトアームピボットピン１１２（このうち一つのみを示す）のまわりを２つの油圧リフトシリンダすなわちアクチュエータ１０６（このうち一つのみを示す）によってピボット運動可能に作動する。一対のリフトアームロードベアリングピボットピン１１８（一つのみを示す）がリフトアーム組立体１１０とリフトシリンダ１０６に取り付けられている。バケット１０８はバケットティルトシリンダ１１４によってティルトピボットピン１１６のまわりを傾斜するようになっている。本発明は、ホイール式ローダ機械１０４に関して記載するが、本発明は電気油圧システムを有する機械であればいかなる種類のものにも同じように適用できる。
【０００６】
図２を参照すると、ホイール式ローダに適用できるものとして、調整システム１００が概略的に示されている。調整システムは複数の入力を検出するようになっており、これに応答して出力信号を作り出し、制御システムにおける様々なアクチュエータに送信される。調整システムはマイクロプロセッサがベースの制御手段２０８を含むのが好ましい。
第１、第２および第３のジョイスティック２０６Ａ、２０６Ｂおよび２０６Ｃは作業用具１０４に対しオペレータ制御を与える。ジョイスティックは、単軸に沿って動く制御レバー２１９を含む。しかしながら、第１軸（水平）に沿った動きに加えて、制御レバー２１９は水平軸に垂直な第２の軸に沿っても動いてもよい。第１ジョイスティック２０６Ａはリフトアーム組立体１１０のリフト作動を制御する。第２のジョイスティック２０６Ｂは、バケット１０８のティルト作動を制御する。第３のジョイスティック２０６Ｃは、特定の作業工具の作動のような補助的な機能を制御する。
【０００７】
ジョイスティック位置検出手段２２０は、ジョイスティック制御レバー２１９の位置を検出し、これに応答して電気ジョイスティック位置信号を発信する。電気信号は制御手段２０８の入力に送信される。ジョイスティック位置検出手段２２０は、制御レバーのピボット運動位置に応答してパルス幅変調信号を作り出す回転式電位差計を含むのが好ましいが、制御レバーのピボット運動位置に応答して電気信号を作ることのできるセンサーであれば本発明で作動可能である。
用具または油圧アクチュエータ位置検出手段２１６、２１８は、作業機械１０４に対する作業用具１０２の位置を検出し、これに応答して用具位置信号を発信する。好ましい実施例において、位置検出手段２１６、２１８は、リフトアーム組立体１１０の位置を検出するためのリフト位置検出手段２１６と、バケット１０８の位置を検出するためのティルト位置検出手段２１８を含む。
【０００８】
１実施例において、リフトおよびティルト位置検出手段２１６、２１８は回転式電位差計を含む。回転式電位差計は、車両に対するリフトアームの角度位置とリフトアーム組立体１１０に対するバケット１０８の角度位置に応答して、パルス幅変調信号を発信するようになっている。リフトアームの角度位置はリフトシリンダーの伸び量の関数なので、リフト位置検出手段２１６内の回転式電位差計によって作られた信号は、油圧アクチュエータのリフトシリンダ、すなわちシリンダ１０６Ａ、Ｂの伸び量の関数である。同様に、バケット１０８の角度位置は、ティルトシリンダの伸び量の関数なので、ティルト位置検出手段２１８における回転式電位差計によって作られた信号は、油圧アクチュエータ、すなわちシリンダ１１４のティルトシリンダの伸び量の関数である。検出手段２１６、２１８の機能は、油圧シリンダの相対的な延びを直接的にあるいは間接的に計測できればいかなるセンサーでもよい。例えば、電位差計を油圧シリンダ内に配置されたラジオ周波数（ＲＦ）センサーに置き換えることができる。
【０００９】
電気バルブ信号に応答してバルブ手段２０２は、油圧アクチュエータすなわちシリンダ１０６Ａ、Ｂ、１１４に油圧流体の流れを制御的に供給する。リフトアーム組立体１１０は左右リフト油圧シリンダ１０６Ａ、Ｂとティルト油圧シリンダ１１４を含む。
好ましい実施例において、バルブ手段２０２は、電気油圧パイロット供給バルブ２１０を含む。電気油圧パイロット供給バルブ２１０は、電気的に制御手段２０８に接続されており、電気出力信号を制御手段２０８から受信するようになっている。電気油圧パイロット供給バルブ２１０は油圧的にパイロット源（図示せず）とバルブ手段２０２の残りの部分に接続されている。パイロット供給バルブ２１０は、通常閉じられているオンオフパイロットバルブであるのが好ましく、パイロット流体流れを制御するように含まれている。制御手段２０８は、パイロット供給バルブ２１０を付勢された、すなわち開いた状態に維持し、加圧流体がバルブ手段２０２の残りの部分に向けられるようになる。制御手段２０８は、さらに所定の故障状況に応答してパイロット供給バルブ２１０を消勢すなわち閉じるようにし、このためにパイロット流体流れを停止することになる。
【００１０】
バルブ制御手段２０２の第１部分２０２Ａは左右のリフトシリンダ１０６Ａ、Ｂの作動を制御する。バルブ制御手段２０２の第２の部分２０２Ｂはティルト油圧シリンダ１１４の作動を制御する。第１および第２の部分２０２Ａと２０２Ｂは、実質的に同じであり、このために第１（リフト）部分について記述する。第２（ティルト）部分は同じように作動する。第３部分（図示せず）は、補助的な機能の作動を制御する。
バルブ手段２０２の第１部分２０２Ａは、パイロット供給バルブ２１０を介してパイロット供給源（図示せず）に接続された、電気的に付勢されるパイロットバルブ２１２Ａを含む。主制御バルブ２１４Ａは電気付勢式パイロットバルブ２１２Ａを油圧アクチュエータ１０６Ａ、Ｂに結合する。
【００１１】
電気的に付勢されるパイロットバルブ２１２Ａは本分野において一般的であるように比例式のものである。電気付勢式パイロットバルブ２１２Ａは、主制御バルブの方向に向けられる電気油圧パイロット圧が最大のパイロット圧となる完全に開いた場所と、パイロット圧がほぼゼロである閉じた場所との間を連続的に変化する。電気付勢式パイロットバルブ２１２Ａが開かれる程度は、制御手段２０８から受信した電気信号の大きさに依存する。パイロット制御バルブ２１２Ａからのパイロット圧は主制御手段２１４Ａに向けられる。パイロット圧バルブ２１２Ａは主制御バルブ２１４Ａの上昇入力ポート２２２Ａと下降入力ポート２２４Ａに結合されている。パイロット圧バルブ２１２Ａはパイロット圧を、制御手段２０８からの信号に従って入力ポート２２２Ａ、２２４Ａのうちの一つに向けるようにする。
【００１２】
主制御バルブ２１４Ａはさらに油圧ポンプ（図示せず）に油圧的に結合されており、油圧ポンプから供給圧を受け取るようになっている。主バルブ２１４Ａはリフトシリンダ１０６Ａ、Ｂのヘッド端部とロッド端部にそれぞれ接続されている上昇および下降出力ポートを有する。主バルブ２１４Ａは供給圧で作動し、リフトシリンダ１０６Ａ、１０６Ｂのヘッド端部とロッド端部に加圧流体を制御可能に向ける。
同様に、バルブ手段２０２の第２の（ティルト）部分は、制御手段２０８の制御のもとで第２のパイロット圧バルブ２１２Ｂを含む。第２の主制御バルブ２１４Ｂは、第２のパイロット圧バルブ２１２Ｂとティルトシリンダ１１４との間に結合されている。第２のパイロット圧バルブ２１２Ｂは、第２の主制御バルブ２１４Ｂの第１の入力ポート２２２Ｂまたは第２の入力ポート２２４Ｂのいずれかにパイロット圧を向ける。第２の主制御バルブ２１４Ｂは、さらに油圧ポンプ（図示せず）に油圧的に結合されており、供給圧を油圧ポンプから受けるようになっている。第２の主バルブ２１４Ｂはティルトシリンダ１１４のヘッド端部とロッド端部にそれぞれ結合されている上昇および下降出力ポートを有する。第２の主バルブ２１４Ｂは供給圧で作動し、加圧流体をティルトシリンダ１１４のヘッド端部とロッド端部に制御可能に向ける。
【００１３】
比例パイロットバルブについて記載してきたが、比例パイロットバルブはハイドラック（ＨＹＤＲＡＣ）バルブに置き換えてもよい。例示的なハイドラックバルブは米国特許第５、３６６、２０２号に記載されており、本発明は、この先行技術を引用し、この特許明細書の記述を本明細書の記述の一部とする。
本発明は、電気油圧システムの２つの作動点を制御レバーの２つの位置に調整する装置と方法を提供する。これによって制御レバーの変移と電気油圧システムの作動とが一致することになる。図３のグラフを参照して本発明を述べる。
バルブ調整は、エンジンがほぼ高アイドルで作動し、バケットが空の状態で実施されるのが好ましい。３０２において、線形の電流コマンドを有する電気バルブ信号がパイロットバルブに送信される。パイロットバルブは、３０４によって示されているようなパイロット圧、すなわち力を作り出す。パイロット圧によって、３０６によって示されているように対応する主バルブのステムが変移する。変移したステムは、３０８によって示されているように油圧、すなわち力を作り出す。油圧によって対応する油圧アクチュエータすなわちシリンダが動く。シリンダの動きの速度は、３１０によって表されている。
【００１４】
本発明は油圧シリンダの動きに対応する２つの作動点を求める。第１の作動点は油圧シリンダの動きを開始する電気バルブ信号の大きさとして決定される。第２の作動点は、油圧シリンダの動きを終速度に到達させる電気バルブ信号の大きさとして決定される。
シリンダの速度を決定するために、制御手段２０８は、アクチュエータ位置信号を受信し、これに応答して実際のシリンダ速度と公知の方法で平均シリンダ速度を求める。終速度を求めるために、制御手段２０８は、実際の速度を平均速度と比較し、実際および平均速度の間の差が所定量以下である場合には、終速度が例えば、実際および平均速度の差が１０パーセント以下である場合に発生したと考えられる。
【００１５】
シリンダが動き始めると、電気バルブ信号の大きさが記録され、これが作動点１である。同様に、シリンダの動きが終速度に達すると、電気バルブ信号の大きさが再び記録される。これが作動点２である。２つの作動点、すなわち２つの電気バルブ信号の大きさが、２つの所定のジョイスティックすなわち制御レバー位置Ｘ１、Ｘ２に対してルックアップ表にマップされる。言い換えれば、２つの所定の制御レバー位置Ｘ1 、Ｘ２は、制御電流１1 、１ 2に変換される。例えば、Ｘ１は、制御レバーの４°のずれ（レバーの移動の約１３％）を表し、Ｘ２は、制御レバーの２６．６°のずれ（レバーの移動の約９５％）を表す。このように、調整の後、制御レバーが４°変位すると、シリンダが動き始めなければならない（高アイドルでバケットが空のときに）。同様に、レバーが２６．６°変位すると、シリンダは終速度に達しなければならない（高アイドルでバケットが空のとき）。
【００１６】
２つの作動点は特定の機械の電気油圧特性を表す基本的なバルブ曲線を構成するのに用いられる。次いで補間法が実施されて、Ｘ１とＸ２との間の制御レバー位置において電気バルブ信号の大きさを求める。好ましいことには、電気油圧特性の調整によって複数の機械の間に一致した性能をもたらすことになる。
このように、本発明を詳細に示し、上述の好ましい実施例に関して記載してきたが、本分野の当業者であれば、様々な別の実施例を本発明の精神と範囲から逸脱することなく考えることができる。
ホイール式ローダのような機械は、作業サイクルの間に複数の位置を通って動くことのできる作業用具を含む。バケットに対応される典型的な作業サイクルでは、バケットとこれに組み合わされるリフトアーム組立体を、バケットに材料を詰め込むための掘削位置に位置決めし、次いで搬送位置、上昇位置および材料をバケットから取り出すための投棄位置に位置決めすることを含む。
【００１７】
電気油圧システムは、作業用具を動かして、作業サイクルが実行されるようにする。電気油圧システムの一致した性能を形成するために、本発明は、電気油圧システムを調整する方法と装置を提供する。調整方法は、第１に機械が製造されるときに行なわれるのが好ましく、機械の寿命にわたって何度も、油圧システムの部品が摩耗するときでも油圧作動システムが一致して機能することを確実にする。従って、電気油圧システムはオペレータの期待に対応できる。本発明は、ホイール式ローダに関して記載してきたが、本発明の当業者であれば電気油圧システムを有する機械であればいかなる種類のものにも適用できることがわかる。
本発明の別の態様、目的および利点は図面、発明の開示および請求の範囲から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ローダ機械、すなわちホイール式ローダの前方部分の側面図である。
【図２】ローダ機械の電気油圧制御システムのブロック線図である。
【図３】電気油圧システムの様々な特徴を表すグラフである。
【符号】
１００  調整装置
１０２  作業用具
１０６  アクチュエータ
１０８  バケット
１１０  リフトアーム組立体
１１２  リフトアームピボットピン
１１４  バケットティルトシリンダ
２０６  ジョイスティック
２０８  マイクロプロセッサベースコントローラ
２１０  電気油圧パイロット供給バルブ
２１２  パイロットバルブ
２１４  主制御バルブ
２１６、２１８  アクチュエータ位置検出手段
２１９  制御レバー
【図１】
0003964488.tif 000002
【図２】
0003964488.tif 000003
【図３】
0003964488.tif 000004