可变容量泵的控制方法
【专利摘要】本发明提供一种可变容量泵的控制方法，该方法使用中位关闭型方向控制阀通过控制器的运算来控制可变容量泵，能够避免发动机停机的可能性，并能够有效活用可变容量泵。基于确定了可变容量泵的排出压力与排出流量的关系的特性曲线，根据可变容量泵的实际排出流量确定第一假想排出压力，并且基于根据上述方向控制阀的操作量确定的中位关闭型方向控制阀的假想的旁路节流面积，确定假想的旁路节流流量，基于从可变容量泵的假想排出流量减去致动器流量和假想的旁路节流流量得到的值，来确定可变容量泵的第二假想排出压力，基于第一假想排出压力或第二假想排出压力中的某一个较小的值来控制可变容量泵。
【专利说明】可变容量泵的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在利用旁路节流液压系统的建筑机械等机械中应用的可变容量泵的控制方法。
【背景技术】
[0002]本 申请人:在专利文献I中提出如下方法:对于在液压挖掘机等建筑机械领域中使用的液压回路，在由发动机驱动且能够从外部调节泵排出流量的可变容量泵上，经由多个中位关闭型方向控制阀分别连接致动器，以中位关闭型方向控制阀代替中位旁通型方向控制阀的方式通过电运算来控制可变容量泵。
[0003]这是以数学方式将现有的具备中位旁通型方向控制阀的旁路节流液压系统的旁路节流特性部即对各致动器控制压力和流量的部分进行置换，从而通过控制器的运算来控制可变容量泵的排出压力。在现有的可变容量泵中，使由可变容量泵压送的控制油的一部分实际上一边返回油箱一边进行控制，因此，无法有效活用可变容量泵，但通过利用控制器的运算如是否具有旁路节流特性那样控制可变容量泵的排出压力，由此，从方向控制阀排除中位旁通通路，从而能够仅排出实际上需要的流量的控制油。
[0004]专利文献
专利文献1:日本特开2007-205464号公报。
[0005]在专利文献I所记载的可变容量泵的控制方法中，可以列举如下示例:在进行泵排出压力指示值(假想泵排出压力指令Pidea)的运算时，如图7所示，以发动机的马力He除以泵排出压力指令Pidea得到的值为上限来限制泵排出流量Qidea。但是，通常，从图8所示的定义泵的排出压力P与排出流量Q的关系的特性曲线(下面有时简称为“特性曲线”)可知，可变容量泵以如下方式进行控制:直到预定的压力Pl之前使泵的排出流量Q恒定，当超过压力Pl时，使排出压力P与排出流量Q的乘积恒定。因此，在供给至致动器的控制油的流量小且排出压力P超过压力Pl的状态下，尽管能够增加泵的排出流量Q，但得到降低泵排出压力指令Pidea的运算结果，限制泵排出流量Q，有可能无法有效活用可变容量泵。
[0006]另一方面，在专利文献I所记载的可变容量泵的控制方法中，如图9的(a)和(b)所示，还列举不考虑发动机的马力来运算泵排出压力指示值(泵排出压力指令Pidea)的示例。然而，在完全不考虑发动机的马力的情况下，可变容量泵的负荷有可能过高而发生发动机停机。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的在于提供一种可变容量泵的控制方法，该方法使用中位关闭型方向控制阀通过控制器的运算来控制可变容量泵，能够避免发动机停机的可能性，并能够有效活用可变容量泵。
[0008]为了解决上述课题，发现了如下所述的解决方案。
[0009]S卩，本发明的可变容量泵的控制方法如第I方面所述对可变容量泵进行控制，该可变容量泵由发动机驱动，能够从外部调节泵排出流量，经由一个或多个中位关闭型方向控制阀连接有致动器，所述控制方法以上述中位关闭型方向控制阀代替中位旁通型的方向控制阀的方式对所述可变容量泵进行控制，其特征在于，检测上述可变容量泵的实际排出流量和上述方向控制阀的操作量，基于确定了上述可变容量泵的排出压力与排出流量的关系的特性曲线，根据上述可变容量泵的实际排出流量确定第一假想排出压力，使上述可变容量泵的实际排出流量为上述致动器所需的致动器流量，并且基于根据上述操作量确定的中位关闭型方向控制阀的假想的旁路节流面积，确定假想的旁路节流流量，基于从上述可变容量泵的假想排出流量减去上述致动器流量和上述假想的旁路节流流量得到的值，来确定上述可变容量泵的第二假想排出压力，基于上述第一假想排出压力或第二假想排出压力中的某一较小值来控制上述可变容量泵。
[0010]此外，本发明的第2方面在第I方面记载的可变容量泵的控制方法中，其特征在于，在上述发动机上连接有多台上述可变容量泵并在上述可变容量泵中的每个上分别经由一个或多个上述中位关闭型方向控制阀连接有一个或多个上述致动器的情况下，预先或者根据各个上述中位关闭型方向控制阀的操作量确定分配给各个上述可变容量泵的上述发动机的马力的比率，根据上述分配的各马力和各个上述可变容量泵的实际排出流量确定上述第一假想排出压力。
[0011]此外，本发明的第3方面在第2方面记载的可变容量泵的控制方法中，其特征在于，针对每个上述可变容量泵，从上述分配的马力减去将各个上述可变容量泵的实际排出流量和上述第一假想排出压力或第二假想排出压力中的某一较小的排出压力累计得到的值，来算出每个上述可变容量泵的剩余马力，基于一个可变容量泵的剩余马力加上其他可变容量泵的上述分配的马力得到的马力，来确定上述第一假想排出压力。
[0012]本发明的第4方面在第I?3方面中任一方面记载的可变容量泵的控制方法中，其特征在于，使上述第一假想排出压力能够根据上述中位关闭型方向控制阀的操作量变化。
[0013]此外，在本说明书中，所谓“中位关闭型方向控制阀”是指在阀槽处于中立位置时使控制油不旁通地构成的阀。此外，所谓“中位旁通型的方向控制阀”是指在阀槽处于中立位置时使控制油旁通地构成的阀。此外，所谓“负型”是指输出值相对于输入值逐渐减小的类型，所谓“正型”是指输出值相对于输入值逐渐增大的类型。
[0014]根据本发明的可变容量泵的控制方法，在不存在发动机停机的可能性的状态下，不考虑发动机的马力运算来求出泵排出压力指示值，能够有效活用可变容量泵。并且，在可变容量泵的负载大且存在发动机停机的可能性的状态下，考虑发动机的马力来求出泵排出压力指示值，能够防止发动机停机。
[0015]另外，在根据操作状况来改变对各泵的马力分配的情况下，能够相对于各致动器具有优先级，预期操作性的改善，能够更有效地活用发动机的马力。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是用于说明本发明的第一实施方式的可变容量泵的控制方法的液压回路图。
[0017]图2是用于说明图1的控制的框图。
[0018]图3是图2中的由点划线A包围的部分的说明图。[0019]图4是用于说明本发明的第二实施方式的框图。
[0020]图5是用于说明本发明的第三实施方式的框图。
[0021]图6是用于说明本发明的第三实施方式的变形例的框图。
[0022]图7是用于说明现有的旁路节流特性运算的框图。
[0023]图8是表示定义了泵的排出压力与排出流量的关系的特性曲线的图。
[0024]图9是用于说明现有的旁路节流特性运算的框图。
【具体实施方式】
[0025]下面，参照附图对本发明的可变容量泵的控制方法的实施方式详细进行说明。
[0026]【第一实施方式】
1、液压回路的整体结构
首先，对能够应用本发明的第一实施方式的可变容量泵的控制方法的液压回路的一个构成例进行说明。
[0027]图1示出控制多个液压致动器la、lb的动作的应用于液压挖掘机等的液压回路的基本的一个示例。各致动器la、lb经由中位关闭型方向控制阀4a、4b连接于由发动机E驱动的可变容量泵2的排出回路3。可变容量泵2是具备斜板等泵容量控制机构的轴向活塞泵等公知的泵。
[0028]在泵压力控制装置6的输入侧连接有作为指令输入的电磁铁驱动放大器5的输出和作为反馈输入的可变容量泵2的排`出侧压力，在泵压力控制装置6的输出侧连接有控制活塞7。
[0029]泵压力控制装置6具备控制阀6b和负型电磁比例阀6c。在控制阀6b的阀槽的两端作用有可变容量泵2的实际泵排出压力Preal、弹簧6d的弹力、以及由负型电磁比例阀6c控制的压力信号P’ C，但对阀槽的两端赋予适当的面积差，控制阀6b适当地根据它们的平衡来控制。
[0030]负型电磁比例阀6c是作为比例溢流阀发挥功能的阀，根据弹簧力、与弹簧力相对的输入侧的压力信号P’c、和能够与基于控制器12的控制信号P’tgt输入的控制电流成比例地变化的比例电磁铁6a所产生的力的平衡来控制。
[0031]此外，中位关闭型方向控制阀4a、4b具备使阀槽移动的比例电磁铁8，当经由控制器12利用电控制杆等操作杆9使电磁铁驱动放大器13动作时，与操作杆9的倾斜角对应地使比例电磁铁8励磁。由此，中位关闭型方向控制阀4a、4b的阀槽移动到期望的位置，将致动器端口 10控制为与其移动距离对应的开口面积。其结果是，将与开口面积对应的流量的控制油供给至致动器la、lb。
[0032]利用传感器对用于操作各中位关闭型方向控制阀4a、4b的操作杆9的倾斜角等指令量、或各中位关闭型方向控制阀4a、4b的阀槽的移动量进行电检测,该指令量或移动量为基于各中位关闭型方向控制阀4a、4b的操作量的操作量信号S。在图1的示例中，从操作杆9经由控制器12将发送给电磁铁驱动放大器13的指令电信号作为操作量信号S使用。
[0033]不过，中位关闭型方向控制阀4a、4b实际上是没有旁路节流流路的阀，若无视流路上的控制油的些许泄漏，则可变容量泵2的实际泵排出流量Qreal与致动器流量Qa基本相等。在本实施方式中说明的液压回路中，在一个可变容量泵2上连接有多个致动器la、lb，致动器流量Qa意味着在所有的中位关闭型方向控制阀4a、4b中经由致动器端口 10供给至致动器la、lb的控制油的流量的总和。
[0034]在本实施方式中，在可变容量泵2上设置有倾转量传感器11，由倾转量传感器11检测的倾转量乘以可变容量泵2的转速，由此能够算出实际泵排出流量Qreal。几乎不存在自中位关闭型方向控制阀4a、4b的控制油的泄漏，因此，可以将算出的实际泵排出流量Qreal的值作为致动器流量Qa的预计值Qai (以下称为“预计致动器流量Qai”)使用。
[0035]另外，作为检测实际泵排出流量Qreal的方法，例如在可变容量泵2为斜板式可变容量泵或径向泵的情况下，也可以使用电位计等来检测实际泵排出流量Qreal。
[0036]在本实施方式中，控制器12构成为具备A/D转换器12a、运算器12b和D/A转换器12c。在控制器12中，基于输入到控制器12的各种电信号来进行运算处理。运算器12b执行图2的虚线B内用框图表示的运算处理。
[0037]2、可变容量泵的控制方法
接着，对利用控制器12的运算处理执行的可变容量泵2的控制方法具体地进行说明。
[0038]在本实施方式中，控制器12将可变容量泵2的最大排出压力Pmax、基于规定了可变容量泵2的排出压力P与排出流量Q的关系的特性曲线求出的第一假想排出压力Pideal、基于操作量信号S求出的第二假想排出压力Pidea2进行比较，将得到的最小值作为泵排出压力指示值Ptgt，来进行可变容量泵2的控制。
[0039]另外，在比较对象中包含可变容量泵2的最大排出压力Pmax是为了使可变容量泵2的最大排出压力Pmax以上的排出压力不被指示为可变容量泵2的泵排出压力指示值Ptgt0不过,只要实施本发明，不一定需要最大排出压力Pmax。
[0040]第一假想排出压力Pideal是基于可变容量泵2的实际泵排出流量Qreal根据发动机的马力运算求出的。具体而言，如上所述，实际泵排出流量Qreal可以通过将由倾转量传感器11检测到的倾转量乘以可变容量泵2的转速而求出。进而，基于规定了可变容量泵2的排出压力P与排出流量Q的关系的特性曲线，将该实际泵排出流量Qreal转换为第一假想排出压力Pideal。该可变容量泵2的排出压力P与排出流量Q的乘积表不发动机的马力，从发动机的马力的观点来看，该第一假想排出压力Pideal要设定可变容量泵2的排出流量Q的上限。另外，特性曲线例如优选为:直到预定的压力Pl之前排出流量Q相对于排出压力P恒定，在超过了压力Pl的区域中，排出压力P与排出流量Q的乘积恒定。
[0041]第二假想排出压力Pidea2通过与基于特性曲线求出第一假想排出压力Pideal的程序不同的程序，基于中位关闭型方向控制阀4a、4b的操作量信号S，利用图2的点划线A内表示的运算处理求出。参照图3具体说明图2的点划线A内的运算处理的一例。
[0042]首先，将可变容量泵2的假想泵排出流量Qidea确定为预定值。如后所述，第二假想排出压力Pidea2是基于从假想泵排出流量Qidea减去了预计致动器流量Qai和假想旁路节流流量Qb得到的流量值Λ Q利用闭环运算求出的，因此，假想泵排出流量Qidea可以适当设定。例如可变容量泵2的最大排出流量Qmax为已知数，因此可以使用该值。在本实施方式中，将可变容量泵2的最大排出流量Qmax用作假想泵排出流量Qidea。
[0043]接着，接受中位关闭型方向控制阀4a、4b的操作量信号S的输入，基于预先存储的假想旁路节流特性，求出与操作量信号S相当的中位关闭型方向控制阀4a、4b的假想旁路节流流路的开口面积Ab。虽然在图3中省略了图示，但接受多个中位关闭型方向控制阀4a、4b的操作量信号Sk的输入，将它们的总和S1+S2+…Sn作为合计的操作量信号S。此时，也可以对各个输入进行加权或者进行适当的运算处理。
[0044]对求出的假想的开口面积Ab乘以在该时刻算出的第二假想排出压力Pidea2的平方根，进而乘以中位旁通型方向控制阀的流量系数Kq来求出假想的旁路节流流量Qb。当然，实际的中位关闭型方向控制阀4a、4b是没有旁路节流流路的中位关闭型，该假想的旁路节流流路的开口面积Ab是运算上的值。使用与现有的旁路节流液压系统中的中位旁通型方向控制阀的旁路节流特性同样的设计方法，预先求出所使用的中位关闭型方向控制阀4a、4b中的假想的开口面积Ab与操作量信号S的关系，由此来确定该假想旁路节流特性。
[0045]进而，从假想泵排出流量Qidea减去预计致动器流量Qai和假想的旁路节流流量Qb而求出流量值Λ Q(A Q=Qidea-Qa1-Qb)。此时，实际上几乎不存在自中位关闭型方向控制阀4a、4b的控制油的泄漏，因此，若泄漏量为0，则可变容量泵2的实际泵排出流量Qreal与致动器流量Qa相等。因此，可以将实际泵排出流量Qreal的值用作预计致动器流量Qai。使用数字滤波器等，将求出的流量值Λ Q除以泵配管系统的配管压缩系数C’p并进行积分，由此能够算出第二假想排出压力Pidea2。
[0046]这样，在求出第一假想排出压力Pideal和第二假想排出压力Pidea2后，控制器12将第一假想排出压力Pideal、第二假想排出压力Pidea2和可变容量泵2的最大排出压力Pmax进行比较，将其中的最小值作为泵排出压力指示值Ptgt。进而，控制器12基于通过从泵的最大排出压力Pmax减去泵排出压力指示值Ptgt而反转的控制信号P’ tgt,对可变容量泵2的排出压力进行闭环控制。
[0047]即，电磁铁驱动放大器5接受控制器12的控制信号P’ tgt，来使负型电磁比例阀6c的比例电磁铁6a的励磁增强或减弱。其结果是，与该励磁的大小成反比，换言之，根据泵排出压力指示值Ptgt 对负型电磁比例阀6c的压力成比例地进行控制，由此操作控制阀6b。其结果是，控制活塞7使泵容量控制机构动作，控制泵容量即泵排出流量增大或减小。其结果是，控制可变容量泵2的排出压力增大或减小，克服负型电磁比例阀6c的压力来操作控制阀6b。这样，由于对泵排出压力进行闭环控制，因此，实际泵排出压力Preal与泵排出压力指示值Ptgt的值大致相等。
[0048]另外，在本实施方式中，使用负型的电磁比例阀6c，在未输出控制信号P’ tgt时，能够以最大压力驱动可变容量泵2。但是，也可以使用正型电磁比例阀来代替负型电磁比例阀。在该情况下，省略了使泵排出压力指示值Ptgt反转的程序，作为泵排出压力指示值Ptgt和控制信号P’ tgt相等进行处理。
[0049]在本实施方式中，在大部分的操作区域即没有发动机停机的可能性的状况下，值比第一假想排出压力Pideal小的第二假想排出压力Pidea2成为泵排出压力指示值Ptgt来进行控制。将第二假想排出压力Pidea2作为泵排出压力指示值Ptgt的可变容量泵2的控制如下进行。
[0050]例如在未对操作杆9进行操作时，中位关闭型方向控制阀4a、4b处于中立位置，对控制器12输入O作为操作量信号S。在该情况下，由控制器12运算的假想的旁路节流流路的开口面积Ab成为最大，因此，第二假想排出压力Pidea2即泵排出压力指示值Ptgt为较小的值。可变容量泵2基于泵排出压力指示值Ptgt排出控制油，但使泵配管系统的排出回路3的实际泵排出压力Preal压缩并升压至泵排出压力指示值Ptgt后，实际泵排出流量Qreal只需要回路的些许泄漏量。
[0051]另一方面，当对操作杆9进行操作而将中位关闭型方向控制阀4a、4b向切换位置方向操作时，由控制器12运算的假想的旁路节流流路的开口面积Ab减小。于是，假想旁路节流流量Qb减小，因此流量值Λ Q增大，对其进行积分的结果是，泵排出压力指示值Ptgt增大。其结果是，在某一操作量，假想旁路节流流量Qb增大，流量值Λ Q被收敛至0，因此，收敛并平衡为假想泵排出流量Qidea与假想旁路节流流量Qb均衡的泵排出压力指示值Ptgt。此时，可变容量泵2基于泵排出压力指示值Ptgt排出控制油，但与未对操作杆9进行操作时同样，实际泵排出流量Qreal只需要回路的些许泄漏量。
[0052]如果实际泵排出压力Preal比致动器la、Ib的负载压力高，则致动器la、Ib移动，控制油开始流动。于是，为了将实际泵排出压力Preal保持为泵排出压力指示值Ptgt，实际泵排出流量Qreal增大，致动器的移动速度增加，因此，预计致动器流量Qai增大，流量值AQ成为负值而减小。因此，泵排出压力指示值Ptgt减小，假想旁路节流流量Qb减小。而且，泵排出压力指示值Ptgt、进而实际泵排出压力Preal下降，由此，致动器的加速度降低，逐渐收敛并平衡为维持与操作量相称的致动器速度的实际泵排出流量Qreal和实际泵排出压力Preal。在此期间，旁路节流动作在控制器12内仅通过运算进行，若忽略回路上的泄漏，则实际泵排出流量Qreal限于供给至致动器la、Ib的量。
[0053]因此，实际上没有旁路节流流量流动，因此泵效率没有浪费，并且，在中位关闭型方向控制阀4a、4b中不需要旁路节流流路，因此，其结构也简单且低廉，操作性也好。并且，泵的排出流量也不会因发动机的马力特性而受到限制，因此泵效率更良好。
[0054]另一方面，在将第二假想排出压力Pidea2作为泵排出压力指示值Ptgt进行控制的过程中，尽管是发动机的负载大的状态，但若持续增加可变容量泵2的排出流量，则有可能发生发动机停机。但是，在这种情况下，基于中位关闭型方向控制阀4a、4b的操作量信号S计算的第二假想排出压力Pidea2超过基于发动机的马力特性计算的第一假想排出压力Pideal，将第一假想排出压力Pideal作为泵排出压力指令Ptgt进行控制。因此，在本实施方式的可变容量泵的控制方法中，在有可能发生发动机停机的情况下，将泵排出压力指示值Ptgt切换为第一假想排出压力Pideal，因此能够避免发生发动机停机。
[0055]3、基于第一实施方式的方法的效果
如上所述，通过按照本实施方式的可变容量泵的控制方法进行可变容量泵2的控制，使得在大部分的操作区域即不存在发动机停机的可能性的状态下，值比第一假想排出压力Pideal小的第二假想排出压力Pidea2成为泵排出压力指示值Ptgt来进行控制。该第二假想排出压力Pidea2自身不考虑发动机的马力而求出，因此能够最大限度地活用可变容量泵2的效率。另一方面，在发动机的负载高的情况下，算出的第二假想排出压力Pidea2高于第一假想排出压力Pideal，因此，第一假想排出压力Pideal被控制成为泵排出压力指示值Ptgt。因此，在容易发生发动机停机的状况下，基于发动机的马力抑制可变容量泵2的实际泵排出流量Qreal，因此能够防止发动机停机。
[0056]【第二实施方式】
本发明的第二实施方式的可变容量泵的控制方法，在与图1同样使用多个致动器la、lb、…In构成的液压回路中，第二假想排出压力Pidea2的运算方法与第一实施方式的可变容量泵的控制方法的情况不同。以下，参照图4的框图对本实施方式的可变容量泵的控制方法进行说明。
[0057]图4是用于说明第二假想排出压力Pidea2的另一运算方法的图，示出图2的点划线A内表示的控制器12的运算处理。
[0058]在该图4中，控制器12接受多个中位关闭型方向控制阀4a、4b、…、4n的操作量S1、S2、-Sk,…、Sn的输入，关于它们，使用下述式子通过合成运算求出与假想的旁路节流特性相当的中位关闭型方向控制阀4a、4b、…、4n的作为整体的假想的旁路节流流路的开口面积Ab。另外，式中的Abk是指各个中位关闭型方向控制阀4a、4b、…、4n的假想的旁路节流面积Abk，是与各操作量信号Sk具有相关关系的值，这一点如已经描述的那样。
[0059][数学式I]
【权利要求】
1.一种可变容量泵的控制方法，对可变容量泵进行控制，该可变容量泵由发动机驱动，能够从外部调节泵排出流量，经由一个或多个中位关闭型方向控制阀连接有致动器，所述控制方法以上述中位关闭型方向控制阀代替中位旁通型的方向控制阀的方式对所述可变容量泵进行控制，其特征在于， 检测上述可变容量泵的实际排出流量和上述方向控制阀的操作量， 基于确定了上述可变容量泵的排出压力与排出流量的关系的特性曲线，根据上述可变容量泵的实际排出流量确定第一假想排出压力， 使上述可变容量泵的实际排出流量为上述致动器所需的致动器流量，并且基于根据上述操作量确定的中位关闭型方向控制阀的假想的旁路节流面积，确定假想的旁路节流流量，基于通过从上述可变容量泵的假想排出流量减去上述致动器流量和上述假想的旁路节流流量而得到的值，来确定上述可变容量泵的第二假想排出压力， 基于上述第一假想排出压力或第二假想排出压力中的某一个较小值来控制上述可变容量泵。
2.根据权利要求1所述的可变容量泵的控制方法，其特征在于， 在上述发动机上连接有多台上述可变容量泵并在上述可变容量泵的每个上分别经由一个或多个上述中位关闭型方向控制阀连接有一个或多个上述致动器的情况下， 预先或者根据各个上述中位关闭型方向控制阀的操作量，确定分配给各个上述可变容量泵的上述发动机的马力的比率， 根据上述分配的各马力和各个上述可变容量泵的实际排出流量，确定上述第一假想排出压力。
3.根据权利要求2所述的可变容量泵的控制方法，其特征在于， 针对每个上述可变容量泵，从上述分配的马力减去将各个上述可变容量泵的实际排出流量和上述第一假想排出压力或第二假想排出压力中的某一较小的排出压力累计得到的值，来算出每个上述可变容量泵的剩余马力， 基于一个可变容量泵的剩余马力加上其他可变容量泵的上述分配的马力而得到的马力，确定上述第一假想排出压力。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的可变容量泵的控制方法，其特征在于， 使上述第一假想排出压力能够根据上述中位关闭型方向控制阀的操作量变化。
【文档编号】F15B11/00GK103688064SQ201280021242
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年3月2日 优先权日:2012年3月2日
【发明者】山路宪平 申请人:博世力士乐株式会社