(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力補償部によって圧力偏差信号に補償をかけて、圧力操作量を出力する圧力制御系を有し、作動油の吐出圧力制御と吐出流量制御を切換えて電気的に閉ループ制御する制御手段を有する可変容量形ポンプにおいて、
前記制御手段は、
流量信号と圧力操作量信号とを入力信号として入力し、圧力制御時には入力信号を遮断し、流量制御時にはフィードバック信号を出力するリミッタと、
前記リミッタの出力信号に応答補償を与える圧力応答補償回路と、を備え、
前記圧力応答補償回路の出力信号を圧力偏差信号に減算信号として加え、圧力補償部の入力信号とするものであり、
前記圧力応答補償回路は、流量制御時に、前記圧力偏差信号を外乱として打ち消す出力信号を生じることを特徴とする可変容量形ポンプ。
【請求項２】
前記圧力応答補償回路は、遅れ要素を含む回路からなることを特徴とする請求項１に記載の可変容量形ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動油の吐出圧力制御と吐出流量制御を電気的に切換ながら閉ループ制御する制御手段を有する可変容量形ポンプに関するものであり、特に圧力制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧回路において、可変量形ポンプから吐出させる作動油の吐出圧力及び吐出流量を比例電磁弁で電気的に閉ループ制御する場合、一般的に次のように行われている。
【０００３】
ポンプからの吐出圧力の偏差信号に圧力応答補償回路によって補償をかけて圧力操作量を生じさせて制御する。このような圧力制御を圧力操作量が所定の流量設定値に達するまで行い、流量設定値を越えたら、圧力制御から流量制御に切り換える。または、最初に流量制御を行い、圧力操作量が所定の流量設定値より小さくなったら、流量制御から圧力制御に切り換える。このように、一つのアクチュエータで、圧力制御と流量制御とを切り換えるリミッタ方式が一般的に知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の制御方法には次のような問題がある。圧力制御状態と流量制御状態との間の切換えには時間的遅れがあるため、流量制御から圧力制御に切り換えた場合、圧力信号にサージ圧力が発生し、切換時の出力信号が不安定になるという問題がある。このため、圧力信号が定常状態に達するまでの整定時間が長くなってしまう。
【０００５】
また、サージ圧力が生じる原因は圧力制御系の補償要素にあるが、圧力制御系の補償要素を独立して調整することは、煩雑で困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、制御系の切換時の安定性を向上させるとともに、過渡応答特性を良好にすることができる可変容量形ポンプを提供することを主な目的とする。また、本発明の別の目的は、圧力制御及び流量制御の過渡応答特性を夫々独立して調整することができる可変容量形ポンプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、圧力補償部によって圧力偏差信号に補償をかけて、圧力操作量を出力する圧力制御系を有し、作動油の吐出圧力制御と吐出流量制御を切換えて電気的に閉ループ制御する制御手段を有する可変容量形ポンプにおいて、前記制御手段は、流量信号と圧力操作量信号とを入力信号として入力し、圧力制御時には入力信号を遮断し、流量制御時にはフィードバック信号を出力するリミッタと、前記リミッタの出力信号に応答補償を与える圧力応答補償回路と、を備え、前記圧力応答補償回路の出力信号を圧力偏差信号に減算信号として加え、圧力補償部の入力信号とするものであり、前記圧力応答補償回路は、流量制御時に、前記圧力偏差信号を外乱として打ち消す出力信号を生じることを特徴とする。
【０００８】
本発明におけるリミッタは、圧力制御時には、流量信号及び圧力操作量の入力信号を遮断する。即ち、流量信号と圧力操作量は、圧力偏差信号へフィードバックしないため、圧力制御時の流量信号とは無関係に圧力制御を独立して行うことが可能となる。
【０００９】
一方、流量制御時には、リミッタは入力信号を遮断せずにそのまま通過させる。このため、リミッタに入力された圧力操作量と流量信号は、圧力応答補償回路に入力されて補償が加えられ、圧力偏差信号へのフィードバック信号となる。即ち、圧力応答ループが構成される。このとき、このループは、流量信号を目標値、圧力操作量をフィードバック信号、圧力補償部を制御対象、圧力偏差信号を外乱とした流量制御のための閉ループ回路とみなすことができる。このため、流量制御時の応答特性を、外乱としての圧力偏差信号を除去するように独立して制御することが可能となる。例えば、圧力応答補償回路の補償要素を、圧力偏差信号を打ち消すようなフィードバック信号を生成するように構成することにより、圧力操作量と流量信号を一致させて、外乱としての圧力偏差信号を除去し、流量制御を独立に安定させることが可能となる。
【００１０】
また、リミッタには、流量制御時の圧力信号の変動を吸収するオフセット信号を更に入力するように構成しても良い。この場合には、流量制御時に圧力脈動やその他の圧力変化に対して、オフセット信号により不感帯を設定することができるため、流量制御時の安定性をより向上させることができる。
【００１１】
本発明の圧力応答補償回路は、流量制御時においてリミッタの出力信号に応答補償を与えることにより、圧力の変化を打ち消すものである。このような圧力応答補償回路は、１次遅れ要素、加算回路、ダイオード回路等を含む回路として構成することができる。
【００１２】
流量制御から圧力制御への切換時において、圧力制御の応答が負荷の圧力変化に追従できなくなった場合には、サージ圧力が生じてしまう。本発明では、圧力応答補償回路によって応答性を遅くすることにより、負荷圧力の変化が速い場合でも圧力偏差を打ち消さないようにして流量を変化させることができる。このため、制御の切換時点より速い時期に流量を低下させて、サージ圧力を低減することが可能となる。従って、安定な制御切換えを行うことができ、整定時間の短縮化が図られる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の可変容量形ポンプ前記圧力応答補償回路は、遅れ要素を含む回路からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、請求項１に係る発明における圧力応答補償回路の好ましい態様である。上述のように、流量制御時には、流量信号を目標値、圧力操作量をフィードバック信号、圧力補償部を制御対象、圧力偏差信号を外乱とした閉ループ回路ができる。このため、圧力応答補償回路は、この閉ループ回路のループゲインと回路中に補償要素によって圧力の応答性を制御するものとなる。本発明では、このような閉ループ回路における圧力応答補償回路に遅れ要素を含んでいるため、ループゲインを固定にし、圧力応答補償回路内部の偏差を最小限にして、圧力の応答性を制御することが可能となる。
【００１５】
尚、圧力応答性制御を効果的に行うべく、圧力応答補償回路は、圧力補償部の補償要素の逆数をとった遅れ要素とすることが好ましい。また、簡素化のため、圧力応答補償回路を一次遅れ要素とすることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態について、以下、図示例とともにに説明する。図１は、本実施形態に係る可変容量形ポンプの制御部のブロック図である。本実施形態の制御部では、圧力偏差信号ΔＰを入力し、これを圧力補償部５により補償して圧力操作量Ｐuを出力するものである。そして、フィードバック要素として、圧力操作量Ｐuとオフセット信号offの和から流量信号Ｑinを減じた信号を入力するリミッタ１、圧力応答補償回路３が接続され、圧力応答補償回路３の出力信号ｄ（キャンセル信号）が、圧力偏差信号ΔＰにフィードバックされるように構成されている。
【００１７】
圧力補償部５は、圧力偏差信号ΔＰとキャンセル信号ｄの差を入力し、圧力操作量Ｐuを出力する。この圧力補償部５は、本実施形態の場合、二モデルの要素で構成されており、数１の式で表された伝達関数となっている。尚、圧力補償部５は、数１の関数に限定されるものではない。
【００１８】
【数１】
Ｇ（ｓ）＝（ａ２ｓ２＋ｂ２ｓ＋ｃ２）／（ａ１ｓ２＋ｂ１ｓ＋ｃ１）
【００１９】
ここで、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，は夫々定数とする。
【００２０】
リミッタ１は、圧力操作量Ｐuとオフセット信号offとの和から流量信号Ｑinを減じた信号を入力する。そして、圧力制御時、即ち入力信号が負の時（圧力偏差が小さくなった時）には、この入力信号は遮断され、流量制御時、即ち入力信号が正の時には、入力信号をそのまま出力するようになっている。
【００２１】
圧力応答補償回路３は、流量制御時の圧力の応答特性を制御するための回路であり、流量制御時にリミッタ１からの出力信号、即ち圧力操作量Ｐuとオフセット信号offとの和と流量信号Ｑinの差信号を入力し、キャンセル信号ｄを生成し出力するものである。本実施形態の圧力応答補償回路３は、一次遅れ要素からなる数２の式の伝達関数で表される。尚、圧力応答補償回路３も数２の関数に限定されるものではない。
【００２２】
【数２】
Ｈ（ｓ）＝Ｋ／（１＋Ｔｓ）  （Ｋは定数）
【００２３】
これにより、流量制御時には、圧力応答補償回路３からキャンセル信号ｄがフィードバックされ、これと圧力差信号ΔＰとの差信号が圧力補償部５に入力されるようになっている。
【００２４】
このように構成された本実施形態の制御部を用いた可変容量形ポンプの吐出圧力の制御及び吐出流量の制御について夫々以下に説明する。
【００２５】
図２は、圧力制御及び流量制御の際の流量Ｑと圧力Ｐの特性を示す関係図である。図３（ａ）は、圧力偏差信号ΔＰと圧力操作量Ｐuの関係図であり、図３（ｂ）は、圧力偏差信号ΔＰとキャンセル信号ｄの関係図である。圧力制御は、図３（ａ）に示すとおり、圧力操作量Ｐuが流量信号Ｑinより小さいときに行われる。このとき、圧力操作量Ｐuは増加しているが、リミッタ１で入力信号を遮断しているため、図３（ｂ）に示すように、キャンセル信号ｄは流量制御への切換時まで出力されない。即ち、圧力制御中は、圧力偏差信号ΔＰへのキャンセル信号ｄのフィードバックを阻止し、圧力制御を流量信号の変化とは無関係に独立して行うことができる。
【００２６】
一方、圧力操作量Ｐuが流量信号Ｑinに達すると、制御は圧力制御から流量制御に切り替わる。このとき、リミッタ１は、入力信号を圧力応答補償回路３に出力するため、圧力応答回路をフィードバック要素とする圧力応答ループが構成される。
【００２７】
このとき、この圧力応答ループは、流量信号Ｑinを目標値、圧力操作量Ｐuをフィードバック信号、圧力補償を制御対象、圧力偏差信号ΔＰを外乱とした流量制御のための閉ループ回路とみなすことができる。このため、この閉ループ回路によって、流量制御を独立して行うことができるようになる。また、キャンセル信号ｄを圧力偏差信号ΔＰを打ち消すように生成すべく圧力応答補償回路３で調整し、圧力操作量Ｐuと流量信号Ｑinを一致させて、外乱としての圧力偏差信号ΔＰを除去し、流量制御を独立に安定させることが可能となる。
【００２８】
流量制御時にこのような閉ループ回路ができるため、流量制御中の圧力操作量Ｐuが、外乱（圧力偏差信号ΔＰ）に対して反応できなくなった場合に圧力制御の切換が行われる。即ち、キャンセル信号ｄが外乱に対して反応できる場合には、流量制御が行われ、流量を一定に制御することができる。ここで、図６は、外乱（圧力偏差信号ΔＰ）が微少な場合の圧力値及び流量の経時的変化の状態図である。図６に示すように、外乱（圧力偏差信号ΔＰ）が小さい間は、流量はほぼ一定になるように制御されている。
【００２９】
一方、キャンセル信号ｄが外乱（圧力偏差信号ΔＰ）が微少に対して反応しなくなった場合には、流量は変化し、これにより流量制御から圧力制御へ切り換えられる。ここで、図４に圧力の変化、即ち外乱（圧力偏差信号ΔＰ）の変化に対する流量の応答性の関係図を示す。図４に示すように、圧力が増加し、一定値を越えると、それまでほぼ一定値に保持されていた流量が減少し始める。尚、図４に示すように、圧力応答特性が低い程、流量が一定に保持される区間が少なくなり、圧力変化に対して速く流量を変化させることができる。
【００３０】
このように負荷圧力の立ち上がりの速さに応じて圧力制御に切替わる時間が速まるため、制御の切換時点よりも早い時期に流量が減少し、その結果、サージ圧力を低減することができる。このため、制御切換えを安定にすることができ、制定時間の短縮化が図られる。
【００３１】
図５（ａ）は、本実施形態のリミッタ１、圧力応答補償回路３がない場合の圧力応答の特性図であり、図５（ｂ）は、本実施形態に係る可変容量形ポンプにおける圧力応答の特性図である。図５（ｂ）に示すように、本実施形態による制御では、流量制御から圧力制御への切換時のサージ圧力が低減していることがわかる。
【００３２】
尚、負荷圧力の立ち上がりに対する反応は、圧力応答補償回路の補償要素（１次遅れ要素）により独立に設定することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明は、流量信号と圧力操作量を入力して、フィードバック信号を出力するとともに、圧力制御時には入力信号を遮断するリミッタと、前記リミッタの出力信号に応答補償を与える圧力応答補償回路とを備え、前記圧力応答補償回路の出力信号を圧力偏差信号に減算信号として加え、圧力補償部の入力信号としているため、制御系の切換時の安定性を向上させるとともに、過渡応答特性を良好にすることができるという効果を有する。
【００３４】
また、本発明は、圧力制御及び流量制御の過渡応答特性を夫々独立して調整することができ、調整を簡素化できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る可変容量形ポンプの制御部のブロック図である。
【図２】本実施形態による圧力制御及び流量制御の際の流量Ｑと圧力Ｐの特性を示す関係図である。
【図３】圧力偏差信号ΔＰと各信号の関係図である。図３（ａ）は、圧力偏差信号ΔＰと圧力操作量の関係図、図３（ｂ）は、圧力偏差信号ΔＰとキャンセル信号ｄの関係図である。
【図４】本実施形態による制御の圧力応答の動特性図である。
【図５】流量制御から圧力制御へ切り換える際の圧力応答の特性図である。図５（ａ）は、従来例の可変容量形ポンプ制御部による圧力応答の特性図であり、図５（ｂ）は、本実施形態に係る可変容量形ポンプ制御部による圧力応答の特性図である。
【図６】圧力偏差信号ΔＰが微少なときの圧力値及び流量の状態図である。
【符号の説明】
１：リミッタ
３：圧力応答補償回路
５：圧力補償部
ΔＰ：圧力偏差信号
Ｑin：流量信号
Ｐu ：圧力操作量
off ：オフセット信号
ｄ：キャンセル信号
【図１】
0003781552.tif 000002
【図２】
0003781552.tif 000003
【図３】
0003781552.tif 000004
【図４】
0003781552.tif 000005
【図５】
0003781552.tif 000006
【図６】
0003781552.tif 000007