JP5877616B2 - Control method of variable displacement pump - Google Patents
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Description
本発明は、ブリードオフ油圧システムを利用している建設機械等の機械に適用される可変容量ポンプの制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a variable displacement pump applied to a machine such as a construction machine using a bleed-off hydraulic system.
本出願人は、油圧ショベルなどの建設機械の分野において使用される油圧回路について、エンジンにより駆動され、かつ、外部からポンプ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、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、電気的演算により可変容量ポンプを制御する方法を特許文献1において提案している。
The applicant of the present invention relates to a hydraulic circuit used in the field of construction machinery such as a hydraulic excavator, a variable displacement pump driven by an engine and capable of adjusting a pump discharge flow rate from the outside, and a plurality of closed center type directional control valves.
これは、従来の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、各アクチュエータへの圧力や流量を制御している部分を数学的に置き換えて、コントローラ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ようにしたものである。従来の可変容量ポンプでは、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に活用できていなかったのであるが、コントローラによる演算によって、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排除して、実際に必要な流量の制御油のみを吐出することが可能となっている。 This is done by mathematically replacing the bleed-off characteristic part of the bleed-off hydraulic system with a conventional center bypass type directional control valve, that is, the part that controls the pressure and flow rate to each actuator. Is used to control the discharge pressure of the variable displacement pump. In the conventional variable displacement pump, control was performed while actually returning a part of the control oil pumped by the variable displacement pump to the tank, so the variable displacement pump could not be used effectively. By controlling the discharge pressure of the variable displacement pump as if it had a bleed-off characteristic, the center bypass passage is eliminated from the directional control valve, and only the control oil at the actually required flow rate is discharged. Is possible.
特許文献1に記載の可変容量ポンプの制御方法においては、ポンプ吐出圧指示値(仮想ポンプ吐出圧指令Pidea)の演算をする際に、図7に示すように、エンジンの馬力Heをポンプ吐出圧指令Pideaにより除した値を上限としてポンプ吐出流量Qideaを制限する例が挙げられている。しかしながら、通常、可変容量ポンプは、図8に示す、ポンプの吐出圧Pと吐出流量Qとの関係を定義した特性曲線(以下、単に「特性曲線」と言う場合がある。)から分かるように、所定の圧力P1まではポンプの吐出流量Qを一定とし、圧力P1を超えると吐出圧Pと吐出流量Qの積が一定となるように制御が行われるようになっている。そのために、アクチュエータに供給される制御油の流量が小さく、かつ、吐出圧Pが圧力P1を超えているような状態においては、ポンプの吐出流量Qを増やすことができるにもかかわらず、ポンプ吐出圧指令Pideaを下げるような演算結果が得られ、ポンプ吐出流量Qを制限することになり、可変容量ポンプを有効に活用することができないおそれがあった。
In the control method of the variable displacement pump described in
一方、特許文献1に記載の可変容量ポンプの制御方法においては、図9(a)及び(b)に示すように、エンジンの馬力を考慮しないでポンプ吐出圧指示値(ポンプ吐出圧指令Pidea)を演算する例も挙げられている。しかしながら、エンジンの馬力を全く考慮しない場合には、可変容量ポンプの負荷が高くなりすぎてエンストを生じるおそれがあった。
On the other hand, in the control method of the variable displacement pump described in
そこで、本発明は、クローズドセンター型方向制御弁を用いてコントローラによる演算によって可変容量ポンプを制御する方法において、エンストのおそれを回避しつつ可変容量ポンプを有効に活用することができる可変容量ポンプの制御方法を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention provides a variable displacement pump that can effectively use a variable displacement pump while avoiding the risk of engine stall in a method of controlling a variable displacement pump by calculation by a controller using a closed center type directional control valve. The object is to provide a control method.
上記課題を解決すべく、下記の通り解決手段を見いだした。
すなわち、本発明の可変容量ポンプの制御方法は、請求項1に記載の通り、エンジンにより駆動され、外部からポンプ吐出流量を調整可能であり、1つ又は複数のクローズドセンター型方向制御弁を介してアクチュエータが接続された1つ又は複数の可変容量ポンプを制御する方法において、前記可変容量ポンプの現在の吐出流量及び前記方向制御弁の操作量を検出し、前記エンジンの馬力が最大値を示す状態での前記可変容量ポンプの吐出圧と吐出流量との関係を定めた特性線上で、前記可変容量ポンプの現在の吐出流量に対応する第1の吐出圧の計算値を算出し、前記可変容量ポンプの現在の吐出流量を前記アクチュエータに流れるアクチュエータ流量とするとともに、前記操作量の増加に伴い減少するように設定された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、及び、前記可変容量ポンプの現在の第2の吐出圧の計算値に基づいて、仮想のブリードオフ流量を決定し、前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量から、前記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減算することにより得られた値が0に収束するように、前記可変容量ポンプの第2の吐出圧の計算値を算出し、前記第1の吐出圧の計算値又は第2の吐出圧の計算値の何れか小さい方の値に基づいて前記可変容量ポンプを制御することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the inventors have found a solution as follows.
In other words, the variable displacement pump control method of the present invention is driven by the engine and can adjust the pump discharge flow rate from the outside as described in
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の可変容量ポンプの制御方法において、前記エンジンに、前記可変容量ポンプが複数台接続され、前記可変容量ポンプのそれぞれに、1つ又は複数の前記クローズセンター型方向制御弁を介して1つ又は複数の前記アクチュエータが接続されている場合に、それぞれの前記可変容量ポンプへ分配する前記エンジンの馬力の比率を、予め、あるいは、それぞれの前記クローズドセンター型方向制御弁の操作量に応じて、決定し、前記分配された各馬力とそれぞれの前記可変容量ポンプの現在の吐出流量から前記第1の吐出圧の計算値を算出することを特徴とする。 Further, according to a second aspect of the present invention, there is provided the variable displacement pump control method according to the first aspect, wherein a plurality of the variable displacement pumps are connected to the engine, and one or each of the variable displacement pumps is connected to the engine. When one or a plurality of the actuators are connected via a plurality of the closed center type directional control valves, the ratio of the horsepower of the engine to be distributed to each of the variable displacement pumps is determined in advance or said in response to the operation amount of the closed center type directional control valve, determined to calculate the current calculated value of the from the discharge flow first ejection discharge pressure of the variable displacement pump respectively and the horsepower that is the distribution It is characterized by.
また、請求項3に記載の本発明は、請求項2に記載の可変容量ポンプの制御方法において、それぞれの前記可変容量ポンプ毎に、前記分配された馬力から、それぞれの前記可変容量ポンプの現在の吐出流量と、前記第1の吐出圧の計算値又は第2の吐出圧の計算値の何れか小さい方の値と、を積算して得られた値を減算して、それぞれの前記可変容量ポンプ毎の余剰の馬力を算出し、1つの可変容量ポンプの余剰の馬力を、他の可変容量ポンプの前記分配された馬力に加算して得られた馬力を基に、前記第1の吐出圧の計算値を算出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the variable displacement pump control method according to the second aspect, wherein for each of the variable displacement pumps, the current of each variable displacement pump is calculated from the distributed horsepower. and discharge flow rate of the value of the smaller one of the calculated values of the first ejection discharge pressure calculated value or the second ejection discharge pressure, by subtracting a value obtained by integrating, each of said calculating the excess horsepower per variable displacement pump, the excess horsepower one variable displacement pump, based on the resulting horsepower by adding to the distributed horsepower other variable displacement pump, the first and calculates the calculated value of the ejection discharge pressure.
なお、本明細書において、「クローズドセンター型方向制御弁」とは、スプールがニュートラルポジションにおいて、制御油をバイパスしないように構成された弁をいうものとする。また、「センターバイパス型の方向制御弁」とは、スプールがニュートラルポジションにおいて、制御油をバイパスするように構成された弁をいうものとする。また、「ネガティブ型」とは、入力値に対して出力値が漸次減少するものをいい、「ポジティブ型」とは、入力値に対して出力値が漸次増大するものをいう。 In the present specification, the “closed center type directional control valve” means a valve configured not to bypass the control oil when the spool is in the neutral position. The “center bypass type directional control valve” refers to a valve configured to bypass the control oil when the spool is in the neutral position. The “negative type” means that the output value gradually decreases with respect to the input value, and the “positive type” means that the output value gradually increases with respect to the input value.
本発明の可変容量ポンプの制御方法によれば、エンストのおそれがない状態においては、エンジンの馬力演算を考慮しないでポンプ吐出圧指示値が求められ、可変容量ポンプを有効に活用することができる。また、可変容量ポンプの負荷が大きく、エンストのおそれがある状態においては、エンジンの馬力を考慮して、ポンプ吐出圧指示値が求められ、エンストを防ぐことができる。
さらに、操作状況に応じて各ポンプへの馬力の配分を変えるようにした場合には、各アクチュエータに対して優先度を持たせることが可能になり、操作性の改善が見込め、エンジンの馬力をさらに有効に活用することができるようになる。According to the control method of the variable displacement pump of the present invention, in a state where there is no fear of engine stall, the pump discharge pressure instruction value is obtained without considering the horsepower calculation of the engine, and the variable displacement pump can be used effectively. . In a state where the load of the variable displacement pump is large and there is a risk of engine stall, the pump discharge pressure command value is obtained in consideration of the horsepower of the engine, and engine stall can be prevented.
Furthermore, if the distribution of horsepower to each pump is changed according to the operating conditions, it will be possible to give priority to each actuator, which can be expected to improve operability and increase the engine horsepower. Furthermore, it becomes possible to utilize it effectively.
以下、本発明の可変容量ポンプの制御方法にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment according to a control method for a variable displacement pump of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[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可変容量ポンプの制御方法を適用可能な油圧回路の一構成例について説明する。[First Embodiment]
1. First, a configuration example of a hydraulic circuit to which the variable displacement pump control method according to the first embodiment of the present invention can be applied will be described.
図1は、複数の油圧アクチュエータ1a,1bの作動を制御する油圧ショベル等に適用される油圧回路の基本的な一例を示している。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。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ものである。
FIG. 1 shows a basic example of a hydraulic circuit applied to a hydraulic excavator or the like that controls the operation of a plurality of hydraulic actuators 1a and 1b. The actuators 1a and 1b are connected to the discharge circuit 3 of the
ポンプ圧力制御装置6の入力側には、指令入力としてのソレノイド駆動アンプ5の出力とフィードバック入力としての可変容量ポンプ2の吐出側圧力が接続され、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が接続される。
Connected to the input side of the pump pressure control device 6 are the output of the solenoid drive amplifier 5 as a command input and the discharge side pressure of the
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とを備えている。コントロールバルブ6bのスプールの両端には可変容量ポンプ2の実ポンプ吐出圧Prealと、バネ6dの弾性力と、ネガティブ型電磁比例弁6cにより制御される圧力信号P’cとが作用するが、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は然るべく、それらのバランスにより制御されている。
The pump pressure control device 6 includes a control valve 6b and a negative electromagnetic proportional valve 6c. The actual pump discharge pressure Preal of the
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り、バネ力と、これに対向する入力側の圧力信号P’cと、コントローラ12による制御信号P’tgtに基づいて入力される制御電流に比例して可変される比例ソレノイド6aが発生する力とのバランスで制御される。
The negative electromagnetic proportional valve 6c is a valve that functions as a proportional relief valve, and is input based on the spring force, the pressure signal P′c on the input side facing the spring force, and the control signal P′tgt from the
また、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を備えたもので、電気ジョイスティック等の操作レバー9により、コントローラ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。
The closed center type
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、その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の操作量に基づく操作量信号Sとされる。図1の例では、操作レバー9から、コントローラ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信号Sとして使用されるようになっている。
A command amount such as an inclination angle of the operation lever 9 for operating each closed center type
ただし、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(現在の吐出流量)Qrealとアクチュエータ流量Qaとはほぼ等しくなる。本実施の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、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することとなる。
However, the closed center type
本実施の形態では、可変容量ポンプ2に傾転量センサ11が設けられ、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の回転数を乗ずることにより、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の値をアクチュエータ流量Qaの推定値Qai(以下、「推定アクチュエータ流量Qai」という。)として用いることができる。
In the present embodiment, the
なお、実ポンプ吐出流量Qrealを検出する方法としては、例えば、可変容量ポンプ2が斜板式可変容量ポンプやラジアルポンプである場合には、ポテンショメータ等を使用して、実ポンプ吐出流量Qrealを検出することも可能である。
As a method for detecting the actual pump discharge flow rate Qreal, for example, when the
本実施の形態において、コントローラ12は、A/D変換器12a、演算器12b、D/A変換器12cを備えて構成されている。コントローラ12では、コントローラ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。演算器12b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。
In the present embodiment, the
2.可変容量ポンプの制御方法
次に、コントローラ12による演算処理によって実行される可変容量ポンプ2の制御方法について具体的に説明する。2. Next, the control method of the
本実施の形態において、コントローラ12は、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(第1の吐出圧の計算値)Pidea1と、操作量信号Sに基づいて求められる第2の仮想吐出圧(第2の吐出圧の計算値)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。
In the present embodiment, the
なお、可変容量ポンプ2の最大吐出圧Pmaxを比較対象に含めているのは、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のものである。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。
The reason why the maximum discharge pressure Pmax of the
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。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に対して一定の吐出流量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。
The first virtual discharge pressure Pidea1 is obtained from the horsepower calculation of the engine based on the actual pump discharge flow rate Qreal of the
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の操作量信号S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を参照して具体的に説明する。
The second virtual discharge pressure Pidea2 is based on the operation amount signal S of the closed center type
まず、可変容量ポンプ2の仮想ポンプ吐出流量Qideaは所定値に定められる。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、推定アクチュエータ流量Qai及び仮想ブリードオフ流量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の値は適宜設定して構わない。例えば、可変容量ポンプ2の最大吐出流量Qmaxは既知数であるので、この値を使用することができる。本実施の形態においては、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。
First, the virtual pump discharge flow rate Qidea of the
次いで、クローズドセンター型方向制御弁4a,4bの操作量信号Sの入力を受け付け、予め記憶しておいた仮想ブリードオフ特性に基づき、操作量信号Sに相当する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開口面積Abを求める。図3では図示を省略しているが、複数のクローズドセンター型方向制御弁4a,4bの操作量信号Skの入力を受け付け、それらの総和S1+S2+・・・Snを、合計の操作量信号Sとしている。この際、個々の入力に重み付けを行ったり、適当な演算処理を行ったりしても良い。
Next, the input of the operation amount signal S of the closed center type
求められた仮想の開口面積Abに、この時点で算出されている第2の仮想吐出圧Pidea2の平方根を乗算し、更に、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。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における仮想の開口面積Abと操作量信号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、予め求めておくことにより定められる。
The calculated virtual opening area Ab is multiplied by the square root of the second virtual discharge pressure Pidea2 calculated at this time, and further multiplied by the flow coefficient Kq of the center bypass type directional control valve to generate a virtual bleed-off flow rate. Find Qb. Of course, the actual closed center type
そして、仮想ポンプ吐出流量Qideaから、推定アクチュエータ流量Qaiと仮想のブリードオフ流量Qbとを減算して流量値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とアクチュエータ流量Qaは等しくなる。したがって、実ポンプ吐出流量Qrealの値を推定アクチュエータ流量Qaiとして用いることができる。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。
Then, the flow rate value ΔQ (ΔQ = Qidea-Qai-Qb) is obtained by subtracting the estimated actuator flow rate Qai and the virtual bleed-off flow rate Qb from the virtual pump discharge flow rate Qidea. At this time, in actuality, there is almost no leakage of control oil from the closed center type
このようにして、コントローラ12は、第1の仮想吐出圧Pidea1及び第2の仮想吐出圧Pidea2を求めた後、第1の仮想吐出圧Pidea1と、第2の仮想吐出圧Pidea2と、可変容量ポンプ2の最大吐出圧Pmaxとを比較し、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、コントローラ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制御する。
In this way, the
すなわち、ソレノイド駆動アンプ5は、コントローラ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、ポンプ吐出流量が大小に制御される。その結果、可変容量ポンプ2の吐出圧力が大小に制御され、ネガティブ型電磁比例弁6cの圧力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の値に略等しくなる。
That is, the solenoid drive amplifier 5 receives the control signal P'tgt from the
なお、本実施の形態においては、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。
In the present embodiment, the negative electromagnetic proportional valve 6c is used, and the
本実施の形態において、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。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。
In the present embodiment, in most operation regions, that is, in a situation where there is no fear of engine stall, the second virtual discharge pressure Pidea2 having a value smaller than the first virtual discharge pressure Pidea1 is the pump discharge pressure command value Ptgt. Control is performed. Control of the
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、コントローラ12には操作量信号Sとしてゼロが入力される。この場合、コントローラ12で演算される仮想のブリードオフ流路の開口面積Abは最大になるから、第2の仮想吐出圧Pidea2、すなわち、ポンプ吐出圧指示値Ptgtは小さな値になる。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、昇圧させたのちは、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。
For example, when the operation lever 9 is not operated, the closed center type
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、コントローラ12で演算される仮想のブリードオフ流路の開口面積Abは小さくなる。そうすると、仮想ブリードオフ流量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、ある操作量において仮想ブリードオフ流量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。このとき、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。
On the other hand, when the operation lever 9 is operated and the closed center type
仮に、実ポンプ吐出圧Prealがアクチュエータ1a,1bの負荷圧よりも高ければ、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、アクチュエータの移動速度が増すため、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。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、コントローラ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。
If the actual pump discharge pressure Preal is higher than the load pressure of the actuators 1a and 1b, the actuators 1a and 1b move and control oil begins to flow. Then, the actual pump discharge flow rate Qreal increases to maintain the actual pump discharge pressure Preal at the pump discharge pressure command value Ptgt, and the moving speed of the actuator increases, so the estimated actuator flow rate Qai increases and the flow rate value ΔQ is a negative value And getting smaller. Therefore, the pump discharge pressure command value Ptgt decreases, and the virtual bleed-off flow rate Qb decreases. Then, when the pump discharge pressure command value Ptgt and the actual pump discharge pressure Preal are lowered, the acceleration of the actuator decreases, and gradually converges to the actual pump discharge flow rate Qreal and the actual pump discharge pressure Preal that maintain the actuator speed corresponding to the operation amount. And equilibrate. During this time, the bleed-off operation is performed only by calculation in the
従って、実際にはブリードオフ流量が流れないからポンプ効率に無駄がなく、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からその構成も簡単で安価になり、操作性も良くなる。また、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っている。
Accordingly, the bleed-off flow rate does not actually flow, so there is no waste in pump efficiency, and the bleed-off flow path is not required for the closed center type
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の操作量信号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、本実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法では、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に切り換えられるために、エンストの発生を免れることができる。
On the other hand, when the control is performed with the second virtual discharge pressure Pidea2 as the pump discharge pressure command value Ptgt, the engine stall is increased if the discharge flow rate of the
3.第1の実施の形態の方法による効果
以上のように、本実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法にしたがって可変容量ポンプ2の制御を行うことによって、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。3. As described above, by controlling the
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法は、図1と同様に、複数のアクチュエータ1a,1b,・・・1n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の演算方法が第1の実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法の場合と異なっている。以下、図4のブロック図を参照して、本実施の形態の可変容量ポンプの制御方法について説明する。[Second Embodiment]
As in the case of FIG. 1, the variable displacement pump control method according to the second embodiment of the present invention uses a second virtual circuit in a hydraulic circuit configured using a plurality of actuators 1a, 1b,. The calculation method of the discharge pressure Pidea2 is different from the case of the control method of the variable displacement pump according to the first embodiment. Hereinafter, the control method of the variable displacement pump of the present embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG.
図4は、第2の仮想吐出圧Pidea2の別の演算方法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、コントローラ12による演算処理を示すものである。
この図4において、コントローラ12は、複数のクローズドセンター型方向制御弁4a,4b,・・・,4nの操作量S1,S2,・・・,Sk,・・・,Snの入力を受け付け、それらについて、仮想のブリードオフ特性に相当するクローズドセンター型方向制御弁4a,4b,・・・,4nの全体としての仮想のブリードオフ流路の開口面積Abを下記式を用いて合成演算により求める。なお、式中のAbkは、それぞれのクローズドセンター型方向制御弁4a,4b,・・・,4nの仮想のブリードオフ面積Abkを指しており、各操作量信号Skと相関関係を有する値であることはすでに述べたとおりである。FIG. 4 is a view for explaining another method of calculating the second virtual discharge pressure Pidea2, and shows a calculation process by the
In FIG. 4, the
このようにして仮想のブリードオフ流路の開口面積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の平方根を乗算し、更に、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。 Except for the synthetic calculation of the opening area Ab of the virtual bleed-off channel in this way, the virtual opening area Ab is set to the virtual opening area Ab in the same manner as the calculation method of the second virtual discharge pressure Pidea2 described in the first embodiment. The virtual bleed-off flow rate Qb is obtained by multiplying the square root of the second virtual discharge pressure Pidea2 calculated at this time and further multiplying by the flow coefficient Kq of the center bypass type directional control valve.
本実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法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、個別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。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。
By controlling the
[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法は、エンジンに対して可変容量ポンプが複数台接続され、可変容量ポンプのそれぞれに、クローズドセンター型方向制御弁を介してアクチュエータが接続された可変容量ポンプを制御する方法にかかるものである。[Third Embodiment]
In the variable displacement pump control method according to the third embodiment of the present invention, a plurality of variable displacement pumps are connected to the engine, and an actuator is connected to each of the variable displacement pumps via a closed center type directional control valve. The present invention relates to a method for controlling a connected variable displacement pump.
本実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法においては、可変容量ポンプの吐出圧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の求め方以外は、第1の実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法の場合と同様に実施することができる。以下、図5に基づいて、本発明の第3の実施の形態について説明する。 In the control method for the variable displacement pump according to the present embodiment, other than the method for obtaining the first virtual discharge pressure Pidea1 obtained based on the characteristic curve that defines the relationship between the discharge pressure P and the discharge flow rate Q of the variable displacement pump. Can be implemented in the same manner as in the control method of the variable displacement pump according to the first embodiment. Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
なお、本実施の形態のように、油圧回路上に複数の可変容量ポンプを備えている場合においては、それぞれの可変容量ポンプごとに、第1の仮想吐出圧Pidea1、第2の仮想吐出圧Pidea2、及びポンプ吐出圧指示値Ptgtを求めることとなる。 When a plurality of variable displacement pumps are provided on the hydraulic circuit as in the present embodiment, the first virtual discharge pressure Pidea1 and the second virtual discharge pressure Pidea2 are provided for each variable displacement pump. And the pump discharge pressure command value Ptgt is obtained.
図5は、本実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法における、コントローラによる第1の仮想吐出圧Pidea1の演算方法を説明するために示す図であって、図2のブロック図中における「馬力演算」として示された部分の変形例を示したものである。図示したものでは、エンジンに接続される可変容量ポンプ2a,2bの数を2個としている。また、説明を簡単にするために、可変容量ポンプ2a,2b毎に、それぞれ1個のクローズドセンター型方向制御弁4a,4b及びアクチュエータ1a、1bが接続されているものとする。この図5の例においては、各可変容量ポンプ2a,2bに、予め0.5ずつの比率で馬力を配分するようにしている。そして、コントローラ12は、各可変容量ポンプ2a,2bに分配された各馬力と、各可変容量ポンプ2a,2bの実ポンプ吐出流量Qrealとからそれぞれの可変容量ポンプ2a,2bの第1の仮想吐出圧Pidea1を算出するようにしている。
FIG. 5 is a diagram for explaining a calculation method of the first virtual
また、図5の例では、コントローラ12は、それぞれの可変容量ポンプ2a,2b毎に、分配された馬力から、各可変容量ポンプ2a,2bの実ポンプ吐出流量Qrealとポンプ吐出圧指示値Ptgtとを積算して得られた値を減算して、それぞれの可変容量ポンプ2a,2b毎の余剰の馬力を算出する。そして、1つの可変容量ポンプ2a(2b)に分配された馬力に、他の可変容量ポンプ2b(2a)の余剰の馬力を加算して、当該1つの可変容量ポンプ2a(2b)が利用可能な馬力の値としている。
Further, in the example of FIG. 5, the
この構成によれば、第1の実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法による効果と併せて、各可変容量ポンプ2a,2bに分配された馬力の余剰分を、有効に活用することができるという効果を得ることができる。
なお、1つのエンジンに接続する可変容量ポンプの数は3個以上であってもよく、この場合においても、1つの可変容量ポンプにおける余剰の馬力を、他の可変容量ポンプにおいて有効活用することができるようになる。According to this configuration, together with the effect of the variable displacement pump control method according to the first embodiment, the surplus horsepower distributed to the variable displacement pumps 2a and 2b can be effectively utilized. The effect that can be obtained.
Note that the number of variable displacement pumps connected to one engine may be three or more. In this case as well, surplus horsepower in one variable displacement pump can be effectively utilized in other variable displacement pumps. become able to.
また、図6は、第3の実施の形態の応用例について説明するために示す図である。この図6の例では、各可変容量ポンプ2a,2bに分配するエンジンの馬力の比率を予め定めるのではなく、クローズドセンター型方向制御弁4a,4bの操作量に応じて決定するようにしている。このとき、可変容量ポンプ2a,2bごとに重み付けを行ったり、適当な演算処理を行ったりしても良い。この変形例の構成によれば、各可変容量ポンプ2a,2bに接続されたアクチュエータ1a、1b毎の操作量を反映して、負荷圧の高い、あるいは、操作上優先度の高いアクチュエータが接続されている可変容量ポンプ2a,2bが使用可能な馬力の割合が調整されるようになる。したがって、操作性が改善され、エンジンの馬力を有効に活用することができるようになり、可変容量ポンプ2a,2bをさらに有効に活用することができるようになる。
Moreover, FIG. 6 is a figure shown in order to demonstrate the application example of 3rd Embodiment. In the example of FIG. 6, the ratio of the engine horsepower distributed to the variable displacement pumps 2a and 2b is not determined in advance, but is determined according to the operation amount of the closed center type
以上のように、第3の実施の形態にかかる可変容量ポンプの制御方法によれば、第1の実施の形態の方法による効果と併せて、さらに、エンジンの馬力を有効に活用することができるという効果を得ることができる。
なお、エンジンに接続された複数の可変容量ポンプのうちの一つ又は複数に対して、複数のアクチュエータが接続されていてもよい。この場合、第2の実施の形態における第2の仮想吐出圧Pidea2の演算方法を適宜組み合わせて実施することができる。As described above, according to the control method of the variable displacement pump according to the third embodiment, the horsepower of the engine can be effectively utilized together with the effect of the method of the first embodiment. The effect that can be obtained.
A plurality of actuators may be connected to one or a plurality of variable displacement pumps connected to the engine. In this case, the calculation method of the second virtual discharge pressure Pidea2 in the second embodiment can be implemented in an appropriate combination.
[他の実施の形態]
以上説明した第1〜第3の実施の形態は、本発明の実施の形態の一例を示したものにすぎず、これらの実施の形態は、本発明の目的の範囲内において適宜変形することが可能である。[Other embodiments]
The first to third embodiments described above are merely examples of embodiments of the present invention, and these embodiments may be appropriately modified within the scope of the object of the present invention. Is possible.
例えば、可変容量ポンプの吐出流量をアクチュエータの操作量に応じて二次関数的に増大させるようにすれば、1つのアクチュエータを単独操作する時にはメータイン絞り部での抵抗を減少させ、エネルギー損失を回避し、複合操作時はメータインでの分流制御効果を高め、負荷の異なるアクチュエータの複合操作が可能となる(図5及び図6においてフローレートが加味されている部分を参照)。 For example, if the discharge flow rate of the variable displacement pump is increased in a quadratic function according to the operation amount of the actuator, the resistance at the meter-in throttle section is reduced when operating one actuator alone, and energy loss is avoided. At the time of combined operation, the effect of diversion control in meter-in is enhanced, and combined operation of actuators with different loads becomes possible (refer to the portions where the flow rate is added in FIGS. 5 and 6).
Claims (3)
前記可変容量ポンプの現在の吐出流量及び前記方向制御弁の操作量を検出し、
前記エンジンの馬力が最大値を示す状態での前記可変容量ポンプの吐出圧と吐出流量との関係を定めた特性線上で、前記可変容量ポンプの現在の吐出流量に対応する第1の吐出圧の計算値を算出し、
前記可変容量ポンプの現在の吐出流量を前記アクチュエータに流れるアクチュエータ流量とするとともに、前記操作量の増加に伴い減少するように設定された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、及び、前記可変容量ポンプの現在の第2の吐出圧の計算値に基づいて、仮想のブリードオフ流量を決定し、前記可変容量ポンプの仮想の吐出流量から、前記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減算することにより得られた値が0に収束するように、前記可変容量ポンプの第2の吐出圧の計算値を算出し、
前記第1の吐出圧の計算値又は第2の吐出圧の計算値の何れか小さい方の値に基づいて前記可変容量ポンプを制御することを特徴とする可変容量ポンプの制御方法。 Is driven by the engine, it is possible to adjust the pump discharge flow rate from the outside, you in one or more of closed center type via a directional control valve how to control one or more variable displacement pump in which the actuator is connected And
Detecting the current discharge flow rate of the variable displacement pump and the operation amount of the directional control valve,
In the variable capacitance discharge pressure and relationship-determined characteristic line between the discharge flow rate of the pump in a state where the maximum value is horsepower of the engine, first ejection discharge pressure corresponding to the current discharge flow rate of the variable displacement pump and of calculating the calculated value,
The current discharge flow rate of the variable displacement pump is set as an actuator flow rate that flows through the actuator, a virtual bleed-off area of a closed center type directional control valve that is set to decrease as the operation amount increases , and A virtual bleed-off flow is determined based on the calculated value of the current second discharge pressure of the variable displacement pump, and the actuator flow and the virtual bleed-off flow are subtracted from the virtual discharge flow of the variable displacement pump. as values obtained converge to 0 by, calculating a calculated value of the second ejection discharge pressure of the variable displacement pump,
Control method for a variable displacement pump, wherein the controller controls the variable displacement pump based on the smaller one the value of the calculated value of the calculated value of the first ejection discharge pressure or the second ejection discharge pressure.
それぞれの前記可変容量ポンプへ分配する前記エンジンの馬力の比率を、予め、あるいは、それぞれの前記クローズドセンター型方向制御弁の操作量に応じて、決定し、
前記分配された各馬力とそれぞれの前記可変容量ポンプの現在の吐出流量から前記第1の吐出圧の計算値を算出することを特徴とする請求項1に記載の可変容量ポンプの制御方法。 When a plurality of the variable displacement pumps are connected to the engine, and one or a plurality of the actuators are connected to each of the variable displacement pumps via one or a plurality of the closed center directional control valves. In addition,
The ratio of the horsepower of the engine distributed to each of the variable displacement pumps is determined in advance or according to the operation amount of each of the closed center type directional control valves,
Control method for a variable capacity pump according to claim 1, characterized in that calculating a calculated value of said first ejection discharge pressure from the current discharge flow rate of the horsepower and each of the variable displacement pump that is the distribution.
1つの可変容量ポンプの余剰の馬力を、他の可変容量ポンプの前記分配された馬力に加算して得られた馬力を基に、前記第1の吐出圧の計算値を算出することを特徴とする請求項2に記載の可変容量ポンプの制御方法。 For each of said variable displacement pump, wherein the distributed horsepower, current and the discharge flow rate of each of the variable displacement pump, the calculated value or the calculated value of the second ejection discharge pressure of the first ejection discharge pressure Subtract the value obtained by integrating any smaller value, and calculate the excess horsepower for each of the variable displacement pumps,
Excess horsepower one variable displacement pump, based on the resulting horsepower by adding to the distributed horsepower other variable displacement pump, characterized by calculating a calculated value of said first ejection discharge pressure The method for controlling a variable displacement pump according to claim 2.
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