| 【発明の名称】 |
方向切換弁制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】羽賀 正和
【氏名】冨田 ▲禎▼久
【氏名】渡邊 洋
【氏名】藤島 一雄
【氏名】大平 修司
【氏名】小倉 弘
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| 【要約】 |
【課題】方向切換弁制御装置において、電気・油圧変換器を介在させて方向切換弁を駆動する場合の低温時の応答性を向上する。
【解決手段】方向切換弁制御装置２は操作レバー装置１０と、コントローラ１１と、電磁比例弁１２ａ，１２ｂと、油温センサ１３とを備え、コントローラ１１は操作レバー装置１０からの操作信号ＣＴａ，ＣＴｂと、油温センサ１３からの油温信号Ｙとを入力し、操作信号ＣＴａ，ＣＴｂに遅れ処理を加え、この遅れ処理を加えた補正信号ＭＤａ，ＭＤｂを電磁比例弁１２ａ，１２ｂに出力する。コントローラ１１は遅れ処理部１１ａと時定数補正部１１ｂとを有し、遅れ処理部１１ａでは、操作信号ＣＴａ，ＣＴｂに時定数Ｔを用いて一次遅れ処理を行い、時定数補正部１１ｂでは、油温Ｙが低下するに従って時定数Ｔを小さくする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】操作レバー装置の操作量を検知した制御信号に遅れ処理を加える遅れ処理手段を有し、この遅れ処理を加えた補正信号に基づいて電気・油圧変換器を駆動し、この電気・油圧変換器から出力される油圧信号より方向切換弁を切り換え操作し、アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を切り換え制御する方向切換弁制御装置において、前記油圧信号の作動油の温度を検出する油温センサと、前記油温センサにより検出した油温に応じて前記遅れ処理の加える程度を変化させる遅れ補正手段とを備えることを特徴とする方向切換弁制御装置。
【請求項２】請求項１記載の方向切換弁制御装置において、前記遅れ処理手段は、前記制御信号に対して時定数に応じたフィルタ処理を行う手段であり、前記遅れ補正手段は前記油温に応じて前記時定数を変化させる手段であることを特徴とする方向切換弁制御装置。
【請求項３】請求項１記載の方向切換弁制御装置において、前記遅れ処理手段は、前記制御信号の変化量を許容変化量以下に制限する手段であり、前記遅れ補正手段は前記油温に応じて前記許容変化量を変化させる手段であることを特徴とする方向切換弁制御装置。
【請求項４】請求項１記載の方向切換弁制御装置において、前記操作レバー装置は電気的な操作信号を出力する電気レバー装置であり、前記遅れ処理手段及び前記遅れ補正手段は、前記電気レバー装置からの操作信号と前記油温センサの検出値を入力し、前記電気・油圧変換器に前記補正信号を出力するコントローラに備えられていることを特徴とする方向切換弁制御装置。
【請求項５】請求項１記載の方向切換弁制御装置において、前記操作レバー装置は油圧的な操作信号を出力する油圧パイロット式であり、前記遅れ処理手段及び前記遅れ補正手段は、前記油圧的な操作信号を検出する圧力センサと、この圧力センサと前記油温センサの検出値を入力し、前記電気・油圧変換器に前記補正信号に基づく指令信号を出力するコントローラに備えられていることを特徴とする方向切換弁制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作レバー装置から出力される操作信号に基づいて方向切換弁を切り換え操作し、アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を切り換え制御する方向切換弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】建設機械、例えば油圧ショベルにおいては、フロント作業機の起動や停止時に操作レバー装置の操作レバーを急操作すると機械的ショックが発生し易い。このような機械的ショックを防止するため、従来の方向切換弁制御装置では例えば特開平５−２６３４３５号公報に記載のように、操作レバー装置から出力された操作信号をコントローラに導き、コントローラーで一次遅れ要素等を用いた遅延処理により補正して急操作を緩和した出力信号とし、この出力信号をに基づき方向切換弁を切り換え操作することにより、操作レバーの急操作による衝撃力や振動を緩和している。
【０００３】また、コントローラからの出力信号により方向切換弁を切り換え操作する場合は、方向切換弁を油圧パイロット操作式とし、コントローラと方向切換弁の間に電磁比例弁等の電気・油圧変換器を介在させ、コントローラからの出力信号（電気信号）を油圧信号に変換し、油圧信号で方向切換弁を駆動するのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】コントローラと方向切換弁の間に電気・油圧変換器、例えば電磁比例弁を介在させ、油圧信号で方向切換弁を駆動する方向切換弁制御装置にあっては、作動油を媒体として信号を伝えている。しかし、作動油は温度により粘性が変化するため、操作レバーを常温で操作した場合と低温で操作した場合の電磁比例弁応答性が変化し、低温時には操作レバーに対する電磁比例弁の応答が遅くなり、操作しずらいという問題がある。
【０００５】本発明は、電気・油圧変換器を介在させて方向切換弁を駆動する場合の低温時の応答性の低下を小さくする方向切換弁制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成するために、本発明は、操作レバー装置の操作量を検知した制御信号に遅れ処理を加える遅れ処理手段を有し、この遅れ処理を加えた補正信号に基づいて電気・油圧変換器を駆動し、この電気・油圧変換器から出力される油圧信号より方向切換弁を切り換え操作し、アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を切り換え制御する方向切換弁制御装置において、前記油圧信号の作動油の温度を検出する油温センサと、前記油温センサにより検出した油温に応じて前記遅れ処理の加える程度を変化させる遅れ補正手段とを備えるものとする。
【０００７】このように油温センサと遅れ補正手段とを設け、油温に応じて遅れ処理の加える程度を変化させることにより、低温時に加える遅れ補正の度合いを小さくして低温時の補正信号の応答性の低下を小さくすることができ、これにより低温時に電気・油圧変換器の応答性が悪くなっても、最終的な電気・油圧変換器の出力特性を常温時の補正信号で動作させた場合の出力特性に近づけ、操作レバー装置を急操作したときの低温時の応答性を向上することができる。
【０００８】（２）上記（１）において、好ましくは、前記遅れ処理手段は、前記制御信号に対して時定数に応じたフィルタ処理を行う手段であり、前記遅れ補正手段は前記油温に応じて前記時定数を変化させる手段である。
【０００９】このようにフィルタ処理の時定数を油温に応じて変化させることにより遅れ処理の加える程度が変化する。
【００１０】（３）上記（１）において、前記遅れ処理手段は、前記制御信号の変化量を許容変化量以下に制限する手段であり、前記遅れ補正手段は前記油温に応じて前記許容変化量を変化させる手段であってもよい。
【００１１】このように制御信号の変化量を制限するときの許容変化量を油温に応じて変化させることにより遅れ処理の加える程度を変化させることができる。
【００１２】（４）また、上記（１）において、好ましくは、前記操作レバー装置は電気的な操作信号を出力する電気レバー装置であり、前記遅れ処理手段及び前記遅れ補正手段は、前記電気レバー装置からの操作信号と前記油温センサの検出値を入力し、前記電気・油圧変換器に前記補正信号を出力するコントローラに備えられている。
【００１３】これにより電気レバー装置を備えかつ電気・油圧変換器を介在させて方向切換弁を駆動する場合の低温時の応答性を向上することができる。
【００１４】（５）上記（１）において、前記操作レバー装置は油圧的な操作信号を出力する油圧パイロット式であり、前記遅れ処理手段及び前記遅れ補正手段は、前記油圧的な操作信号を検出する圧力センサと、この圧力センサと前記油温センサの検出値を入力し、前記電気・油圧変換器に前記補正信号に基づく指令信号を出力するコントローラに備えられているものであってもよい。
【００１５】これにより油圧パイロット式の操作レバー装置を備えかつコントローラと電気・油圧変換器を介在させて油圧信号を補正したり、任意のマイコン制御を付加する場合の低温時の応答性を向上することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１７】まず、本発明の第１の実施形態による方向切換弁制御装置を図１〜図５により説明する。
【００１８】図１において、１は例えば油圧ショベルに搭載される油圧駆動装置であり、この油圧駆動装置１に本実施形態の方向切換弁制御装置２が設けられている。油圧駆動装置１はメインの油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３から吐出される圧油により駆動されるアクチュエータ４と、油圧ポンプ３とアクチュエータ４の間に介在する方向切換弁５とを有している。アクチュエータ４は例えば油圧ショベルのフロント作業機の構成要素であるブーム、アーム、バケットの任意のものを駆動するアクチュエータ、例えばブームシリンダである。
【００１９】方向切換弁制御装置２は方向切換弁５を切り換え操作し、アクチュエータ４に供給される圧油の方向と流量を切り換え制御してアクチュエータ４の動作方向と動作速度を制御するものであり、操作レバー装置１０と、コントローラ１１と、電磁比例弁１２ａ，１２ｂと、油温センサ１３とを備えている。
【００２０】操作レバー装置１０は電気レバー装置であり、操作レバー１０ａと、操作レバー１０ａの操作方向と操作量を検出し、操作方向に応じて電気的な操作信号ＣＴａ，ＣＴｂを出力する操作量検出器１０ｂとで構成されている。
【００２１】コントローラ１１は操作レバー装置１０からの操作信号ＣＴａ，ＣＴｂと、油温センサ１３からの油温信号Ｙとを入力し、操作信号ＣＴａ，ＣＴｂに所定の遅れ処理を加え、この遅れ処理を加えた補正信号ＭＤａ，ＭＤｂを出力する。
【００２２】電磁比例弁１２ａ，１２ｂは、コントローラ１１から出力される補正信号ＭＤａ，ＭＤｂにより作動し、パイロットポンプ１４からの圧力を元圧として補正信号ＭＤａ，ＭＤｂに応じた油圧信号ＰＬａ，ＰＬｂを生成する。この油圧信号ＰＬａ，ＰＬｂはパイロットライン１５ａ，１５ｂを介して方向切換弁５のパイロット操作部５ａ，５ｂに与えられ、方向切換弁５が切り換え操作され、これによりアクチュエータ４に供給される圧油の流量が制御され、操作レバー１０ａの操作量に応じたアクチュエータ４の動作速度となる。
【００２３】油温センサ１３は電磁比例弁１２ａ，１２ｂにより生成される油圧信号ＰＬａ，ＰＬｂの作動油の温度を検出するものであり、例えばパイロットライン１５ｂに設けられている。
【００２４】コントローラ１１の処理機能を図２に示す。これは操作信号ＣＴａ，ＣＴｂに対し一次遅れの補正処理を行った場合の例である。操作信号ＣＴａ，ＣＴｂはＣＴで代表し、補正信号ＭＤａ，ＭＤｂはＭＤで代表する。
【００２５】コントローラ１１は遅れ処理部１１ａと時定数補正部１１ｂとを有している。遅れ処理部１１ａでは、前回の処理サイクルで得た補正信号をＭＤ-1とし、時定数をＴ、経過時間をｔとしたとき、ＭＤ＝ＭＤ-1＋（ＣＴ−ＭＤ-1）×（１−ｅ-t/T）
の式により補正信号ＭＤを算出することで、操作信号ＣＴに一次遅れ処理（フィルタ処理）を加える。時定数補正部１１ｂでは、油温Ｙと時定数Ｔの関係をテーブル化して記憶しておき、油温Ｙの値を参照して該当する時定数Ｔを読み出す。油温Ｙと時定数Ｔの関係を演算式で記憶し、この演算式にそのときの油温Ｙを代入して演算により時定数Ｔを求めてもよい。油温Ｙと時定数Ｔの関係は油温Ｙが低下するに従って時定数Ｔが小さくなるように設定されている。
【００２６】図３に操作レバー１０ａを急操作したステップ応答の場合の処理前の操作信号ＣＴと処理後の補正信号ＭＤとの関係を示す。図中、ＭＤ１は油温が常温の時の補正信号ＭＤの特性であり、ＭＤ２は油温が低温時の補正信号ＭＤの特性である。低温時の補正信号ＭＤ１は、上記時定数補正部１１ｂで時定数Ｔを小さくすることにより常温時の補正信号ＭＤ１より速い応答となる。
【００２７】図４は操作レバー１０ａを緩やかに操作した場合の図３と同様な図である。この場合も、低温時の補正信号ＭＤ２は時定数Ｔを小さくすることにより常温時の補正信号ＭＤ１より速い応答となる。
【００２８】低温時の電磁比例弁１２ａ，１２ｂの応答性は悪くなるが、補正信号ＭＤ２の応答を速めることにより、最終的な電磁比例弁１２ａ，１２ｂの出力特性は常温時に補正信号ＭＤ１の特性で動作させた場合の出力特性に近づくこととなる。このため操作レバー１０ａを急操作したときの低温時の応答性が向上し、作業効率が向上する。
【００２９】本発明の第２の実施形態を図５〜図７により説明する。本実施形態はコントローラからの出力値である補正信号ＭＤの変化量を制限する許容変化量（最大変化量）に補正を加える場合のものである。
【００３０】図５は本実施形態でのコントローラ１１Ａの処理機能を示す。図２と同様、操作信号ＣＴａ，ＣＴｂはＣＴで代表し、補正信号ＭＤａ，ＭＤｂはＭＤで代表する。
【００３１】コントローラ１１Ａは変化量制限処理部１１Ａａと許容変化量補正部１１Ａｂとを有している。変化量制限処理部１１Ａａは、前回の処理サイクルで得た補正信号をＭＤ-1とし、許容変化量をＶとしたとき、ＣＴ−ＭＤ-1＞Ｖ→ＭＤ＝ＭＤ-1＋ＶＣＴ−ＭＤ-1≦Ｖ→ＭＤ＝ＣＴにより補正信号ＭＤを算出する。許容変化量補正部１１Ａｂでは、油温Ｙと許容変化量Ｖの関係をテーブル化して記憶しておき、油温Ｙの値を参照して該当する許容変化量Ｖを読み出す。油温Ｙと許容変化量Ｖの関係を演算式で記憶し、この演算式に油温Ｙを代入して許容変化量Ｖを求めてもよい。油温Ｙと許容変化量Ｖの関係は油温Ｙが低下するに従って許容変化量Ｖが大きくなるように設定されている。
【００３２】図６に操作レバー１０ａを急操作したステップ応答の場合の処理前の操作信号ＣＴと処理後の補正信号ＭＤとの関係を示す。図中、ＭＤ１は油温が常温の時の補正信号ＭＤの特性であり、ＭＤ２は油温が低温時の補正信号ＭＤの特性である。ステップ応答の場合は、ＣＴ−ＭＤ-1＞ＶでＭＤ＝ＭＤ-1＋Ｖとなり、出力値の最大変化量はＶに制限されるため、補正信号ＭＤ１，ＭＤ２の特性は許容変化量Ｖの傾きとなる。よって、低温時は、上記許容変化量補正部１１Ａｂで許容変化量Ｖを大きくすることにより、補正信号ＭＤ２は常温時の補正信号ＭＤ１より速い応答となる。
【００３３】図７は操作レバー１０ａを緩やかに操作した場合の図６と同様な図である。この場合は、操作信号ＣＴはショックがない変化量の範囲に入っているため、ＣＴ−ＭＤ-1≦ＶでＭＤ＝ＣＴとなり、ＣＴを何も補正せず補正信号ＭＤ１，ＭＤ２として出力する。よって、低温時の補正信号ＭＤ２は常温時の補正信号ＭＤ１と同じ応答となる。
【００３４】本実施形態においても、操作レバー１０ａを急操作したときの補正信号ＭＤ２の応答を速めることにより、最終的な電磁比例弁１２ａ，１２ｂの出力特性は常温時に補正信号ＭＤ１の特性で動作させた場合の出力特性に近づくこととなり、低温時の応答性が向上し、作業効率が向上する。
【００３５】本発明の第３の実施形態を図８及び図９により説明する。本実施形態は操作レバー装置に油圧パイロット式を用い、操作レバー装置と方向切換弁の間に電磁比例弁を設置した場合の例である。図８中、図１に示す部材と同等のものには同じ符号を付している。
【００３６】図８において、１０Ｂは油圧パイロット式の操作レバー装置であり、この操作レバー装置１０Ｂは操作レバー１０ａと、操作レバー１０ａの操作方向と操作量に応じて油圧信号（パイロット圧）ＰＬａ，ＰＬｂを生成する１対のパイロット弁（図示せず）を内蔵した油圧信号発生部１０ｃとを有し、油圧信号発生部１０ｃはパイロットライン１５ｃ，１５ｄを介して電磁比例弁２４ａ，２４ｂの入力ポートに接続されている。パイロットライン１５ｃ，１５ｄには油圧信号であるパイロット圧を検出する圧力センサ２５ａ，２５ｂが設けられ、圧力センサ２５ａ，２５ｂからのパイロット圧信号ＣＰａ，ＣＰｂはコントローラ１１Ｂに入力される。コントローラ１１Ｂはパイロット圧信号ＣＰａ，ＣＰｂに補正を加え、補正した信号を指令信号ｉａ，ｉｂとして出力する。
【００３７】電磁比例弁２４ａ，２４ｂは、コントローラ１１Ｂから出力された指令信号ｉａ，ｉｂにより作動し、操作レバー装置１０Ｂで発生した油圧信号ＰＬａ，ＰＬｂを補正する。方向切換弁５はこの補正された油圧信号に応じて切り換え操作され、指令信号ｉａ，ｉｂに応じてアクチュエータ４の動作速度が制御される。
【００３８】コントローラ１１Ｂではパイロット圧信号ＣＰａ，ＣＰｂに対しマイコン制御のための補正と遅れ処理のための補正を加える。これらの処理内容を図９にフローチャートで示す。マイコン制御の補正処理は微操作比例制御の例である。
【００３９】まず、コントローラ１１Ｂには予め微操作比例制御を指示する選択スイッチ２６を設けておき、ステップＳ１で圧力センサ２５ａ，２５ｂの信号（パイロット圧信号）ＣＰａ，ＣＰｂ、油温センサの油温信号Ｙ、選択スイッチ２６の指示信号Ｚを読込む。ステップＳ２では、パイロット圧信号ＣＰａ，ＣＰｂに油温Ｙに応じた遅れ処理を加え、補正信号ＭＤａ，ＭＤｂを得る。この処理内容は、パイロット圧信号ＣＰａ，ＣＰｂをＣＰで代表し、補正信号ＭＤａ，ＭＤｂをＭＤで代表すると、ＣＴがＣＰに変わる点を除いて図２又は図５に示したものと同じである。
【００４０】次に、ステップＳ３で指示信号ＺがＯＮかどうかを判断し、ＯＮでない場合にはステップＳ４に進み、指令信号ｉａ ，ｉｂ をｉａ＝ＭＤａ，ｉｂ＝ＭＤｂと置く。即ち、圧力センサ２５ａ，２５ｂで検出したパイロット圧の信号ＣＰａ，ＣＰｂに遅れ処理を加えた補正信号ＭＤａ，ＭＤｂをそのまま指令信号とする。ステップＳ３で指示信号ＺがＯＮであると判断された場合には、ステップＳ５に進み、ｉａ＝ＭＤａ×Ｋ，ｉｂ＝ＭＤｂ×Ｋの演算を行う。ここでＫはＫ＜１、例えばＫ＝０．５である。即ち、圧力センサ２５ａ，２５ｂで検出したパイロット圧の信号ＣＰａ，ＣＰｂに遅れ処理を加えた補正信号ＭＤａ，ＭＤｂをそのまま指令信号とせずに、それより小さい値を指令信号とする。次いで、ステップＳ６で上記指令信号ｉａ，ｉｂを電磁比例弁２４ａ，２４ｂに出力する。
【００４１】これにより、スイッチ２６をＯＮにしない場合は、通常通りに油圧アクチュエータ４の動作速度を制御でき、スイッチ２６をＯＮした場合は、油圧アクチュエータ４の微操作比例制御が可能となると共に、スイッチ２６がＯＮ、ＯＦＦのいずれの場合もステップＳ２の処理により低温時の応答性を向上した制御が可能となる。
【００４２】なお、コントローラ１１Ｂで行われるマイコン制御の補正処理は微操作比例制御以外のものであってもよいことは、勿論である。
【００４３】本発明の第４の実施形態を図１０により説明する。本実施形態は操作レバー装置に油圧パイロット式を用い、かつ方向切換弁は電磁比例弁で操作し任意のマイコン制御を行えるようにしたものである。図中、図１及び図８に示す部材と同等のものには同じ符号を付している。
【００４４】図１０において、操作レバー装置１０Ｂの油圧信号発生部１０ｃに接続されたパイロットライン１５ｅ，１５ｆには油圧信号であるパイロット圧を検出する圧力センサ２５ａ，２５ｂが設けられ、圧力センサ２５ａ，２５ｂからのパイロット圧信号ＣＰａ，ＣＰｂはコントローラ１１Ｃに入力される。電磁比例弁１２ａ，１２ｂは、コントローラ１１Ｃから出力される指令信号ｉａ，ｉｂにより作動し、パイロットポンプ１４からの圧力を元圧にして指令信号ｉａ，ｉｂに応じた油圧信号ＰＬａ，ＰＬｂを生成する。方向切換弁５はこの油圧信号ＰＬａ，ＰＬｂに応じて切り換え操作され、指令信号ｉａ，ｉｂに応じてアクチュエータ４の動作速度が制御される。
【００４５】コントローラ１１Ｃでは、第３の実施形態と同様、パイロット圧信号ＣＰａ，ＣＰｂに対しマイコン制御のための補正と遅れ処理のための補正を加える。マイコン制御の補正処理は例えば図９のフローチャートにステップＳ５で示した微操作比例制御であり、遅れ処理も図９のフローチャートにステップＳ２で示したものと同じである。また、本実施形態では電磁比例弁１２ａ，１２ｂの油圧源がパイロットポンプ１４であるため、電磁比例弁１２ａ，１２ｂは操作レバー装置１０Ｂで発生したパイロット圧よりも高い油圧信号を生成することができ、コントローラ１１Ｃで加えるマイコン制御の補正は、操作レバー装置１０Ｂで発生したパイロット圧を減圧側に補正するだけでなく、増圧側にも補正できるため、コントローラ１１Ｃは任意のマイコン制御を行うことができる。そして、このような任意のマイコン制御に対して、選択スイッチ２６がＯＮ、ＯＦＦのいずれの場合も低温時の応答性を向上した制御が可能となる。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、低温時に電気・油圧変換器の応答性が悪くなっても、補正信号の低温時の応答性の低下を小さくし、最終的な電気・油圧変換器の出力特性を常温時の補正信号で動作させた場合の出力特性に近づけるので、操作レバー装置を急操作したときの低温時の応答性が向上し、作業効率を向上することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５５２２
【氏名又は名称】日立建機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月９日（１９９９．４．９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７８１６
【弁理士】
【氏名又は名称】春日 讓
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２９１６０８（Ｐ２０００−２９１６０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１０２１１７ |
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