(57)【要約】      （修正有）【課題】油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの分流を負荷条件によらず高精度に制御可能な建設機械および建設機械の制御システムを提供する。【解決手段】コントローラ１００は、供給圧力と第２メータイン圧力との圧力差に応じて第２メータアウト弁６５ｂの目標開口面積を演算する、または、前記供給圧力と第１メータイン圧力との圧力差に応じて第１メータアウト弁５５ｂの目標開口面積を演算するメータアウト弁制御部１４０を有する。【選択図】図３
2020041603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクと、
油圧ポンプと、
２つの給排ポートを有する第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータと、
前記第１油圧アクチュエータと前記油圧ポンプとを接続する油路に設けられた第１メータイン弁と、
前記第２油圧アクチュエータと前記油圧ポンプとを連通する油路に設けられた第２メータイン弁と、
前記第１油圧アクチュエータと前記タンクとを連通する油路に設けられた第１メータアウト弁と、
前記第２油圧アクチュエータと前記タンクとを連通する油路に設けられた第２メータアウト弁と、
前記第１油圧アクチュエータの負荷圧力である第１メータイン圧力を検出する第１圧力センサと、
前記第２油圧アクチュエータの負荷圧力である第２メータイン圧力を検出する第２圧力センサと、
前記油圧ポンプの吐出圧力である供給圧力を検出する第３圧力センサと、
前記供給圧力と前記第１メータイン圧力との圧力差に応じて前記第１メータイン弁の目標開口面積を演算し、前記供給圧力と前記第２メータイン圧力との圧力差に応じて前記第２メータイン弁の目標開口面積を演算するメータイン弁制御部を有するコントローラとを備えた建設機械および建設機械の制御システムにおいて、
前記コントローラは、前記供給圧力と前記第２メータイン圧力との圧力差に応じて前記第２メータアウト弁の目標開口面積を演算する、または、前記供給圧力と前記第１メータイン圧力との圧力差に応じて前記第１メータアウト弁の目標開口面積を演算するメータアウト弁制御部を有する
ことを特徴とする建設機械および建設機械の制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械および建設機械の制御システムにおいて、
前記メータアウト弁制御部は、前記供給圧力と前記第１メータイン圧力との圧力差が大きくなるほど前記第１メータアウト弁の目標開口面積を小さくする、または、前記供給圧力と前記第２メータイン圧力との圧力差が大きくなるほど前記第２メータアウト弁の目標開口面積を小さくする
ことを特徴とする建設機械および建設機械の制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の建設機械および建設機械の制御システムにおいて、
前記メータアウト弁制御部は、前記第１メータイン圧力が前記第２メータイン圧力よりも高く、かつ前記第１メータイン圧力と前記第２メータイン圧力との圧力差が第１の所定の圧力差よりも小さい場合に、前記第１メータアウト弁の目標開口面積を小さくする、または、前記第２メータイン圧力が前記第１メータイン圧力よりも高く、前記第２メータイン圧力と前記第１メータイン圧力との圧力差が第２の所定の圧力差よりも小さい場合に、前記第２メータアウト弁の目標開口面積を小さくする
ことを特徴とする建設機械および建設機械の制御システム。
【請求項４】
請求項１に記載の建設機械および建設機械の制御システムにおいて、
車体と、
前記車体に回動可能に取り付けられたブームと、
前記ブームに回動可能に取り付けられたアームと、
前記アームの先端部に回動可能に取り付けられたバケットとを備え、
前記第１油圧アクチュエータは、前記ブームを駆動するブームシリンダであり、
前記第２油圧アクチュエータは、前記アームを駆動するアームシリンダ、または前記バケットを駆動するバケットシリンダである
ことを特徴とする建設機械および建設機械の制御システム。
【請求項５】
請求項１に記載の建設機械および建設機械の制御システムにおいて、
前記メータアウト弁制御部は、前記第１メータイン弁の目標開口面積が第１の所定の開口面積よりも小さい場合に、前記第１メータアウト弁の目標開口面積を小さくする、または、前記第２メータイン弁の目標開口面積が第２の所定の開口面積よりも小さい場合に、前記第２メータアウト弁の目標開口面積を小さくする
ことを特徴とする建設機械および建設機械の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械および建設機械の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械（例えば、油圧ショベル）においては、油圧アクチュエータの一方の油室に油圧ポンプから吐出された圧油を流入（メータイン）させ、油圧アクチュエータの他方の油室からタンクに圧油を排出（メータアウト）することにより、油圧アクチュエータが動作する。油圧アクチュエータの一方の油室に流入する圧油の流量（メータイン流量）は例えばメータイン弁によって調節され、油圧アクチュエータの他方の油室からタンクに排出される圧油の流量（メータアウト流量）は例えばメータアウト弁によって調節される。これらの弁の弁体は、オペレータのレバー操作やコントローラで演算された油圧アクチュエータの目標速度に応じて移動する。一般に弁を通過する流量は、弁の開口面積（弁体の移動量）と弁の前後差圧によって定まる。これらのうち、弁の前後差圧は、油圧アクチュエータに作用する負荷の大きさによって変化する。そのため、オペレータはレバー操作によって、コントローラはメータイン弁の制御信号によって、弁の開口面積を調節し、油圧アクチュエータに給排される圧油の流量、すなわち油圧アクチュエータの動作速度を制御する。
【０００３】
また、１台の油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへ圧油を供給する場合も、各メータイン弁の開口面積と前後差圧によって各油圧アクチュエータのメータイン流量が定まる。複数の油圧アクチュエータにそれぞれ作用する負荷の大きさが異なる場合、負荷の小さい油圧アクチュエータへ圧油が流れ易くなるため、複数の油圧アクチュエータへ圧油を同時に供給（分流）するためには、各メータイン弁の前後差圧に応じて各メータイン弁の開口面積を調節する必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１は、制御弁のストロークを検出するストロークセンサー（弁位置センサ）を設けるとともに、制御弁の前後の圧力を検出する圧力センサーを設け、これらセンサーからの信号およびメインコントローラからの信号に基づいてバルブコントローラが制御弁の開度を電気的に制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１１７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の建設機械の油圧回路では、複数の油圧アクチュエータの負荷条件によっては、各油圧アクチュエータの動作速度を正確に制御できないおそれがある。なぜなら、制御弁に作用する流体力、弁位置センサの誤差、圧力センサの誤差に対する考慮がなされていないからである。
【０００７】
例えば、複数の油圧アクチュエータにそれぞれ作用する負荷が大きく異なる場合、負荷が低い方の油圧アクチュエータに対応するメータイン弁の前後差圧（油圧ポンプの吐出圧力と油圧アクチュエータの負荷圧力との圧力差）が大きくなる。一般的に、メータイン弁の前後差圧が大きくなるほど、所望のメータイン流量を得るために必要な開口面積が小さくなり、それに応じて流速（単位開口面積あたりの流量）が大きくなる。その結果、弁体に作用する流体力が大きくなり、メータイン弁の開口面積に誤差が生じ易くなる。また、メータイン弁の開口面積の変化量に対するメータイン流量の変化量が大きくなるため、メータイン弁の開口面積の誤差に対して流量誤差が拡大する。すなわち、メータイン弁の前後差圧が大きくなるほど、流体力、弁位置センサの誤差に起因する流量誤差が大きくなる。
【０００８】
一方、複数の油圧アクチュエータにそれぞれ作用する負荷が極めて近しい場合、各油圧アクチュエータのメータイン圧力が供給圧力とほぼ等しくなるため、メータイン弁の前後差圧に対して圧力センサの誤差が相対的に大きくなり、メータイン弁の前後差圧の計測値から所望の目標開口面積を算出することが困難となる。すなわち、メータイン弁の前後差圧が小さくなるほど、圧力センサの誤差に起因する流量誤差が大きくなる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの分流を負荷条件によらず高精度に制御可能な建設機械および建設機械の制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、タンクと、油圧ポンプと、２つの給排ポートを有する第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータと、前記第１油圧アクチュエータの一方の給排ポートと前記油圧ポンプとを接続する油路に設けられた第１メータイン弁と、前記第２油圧アクチュエータの一方の給排ポートと前記油圧ポンプとを連通する油路に設けられた第２メータイン弁と、前記第１油圧アクチュエータの他方の給排ポートと前記タンクとを連通する油路に設けられた第１メータアウト弁と、前記第２油圧アクチュエータの他方の給排ポートと前記タンクとを連通する油路に設けられた第２メータアウト弁と、前記第１油圧アクチュエータの一方の給排ポートの圧力である第１メータイン圧力を検出する第１圧力センサと、前記第２油圧アクチュエータの一方の給排ポートの圧力である第２メータイン圧力を検出する第２圧力センサと、前記油圧ポンプの吐出圧力である供給圧力を検出する第３圧力センサと、前記供給圧力と前記第１メータイン圧力との圧力差に応じて前記第１メータイン弁の目標開口面積を演算し、前記供給圧力と前記第２メータイン圧力との圧力差に応じて前記第２メータイン弁の目標開口面積を演算するメータイン弁制御部を有するコントローラとを備えた建設機械および建設機械の制御システムにおいて、前記コントローラは、前記供給圧力と前記第２メータイン圧力との圧力差に応じて前記第２メータアウト弁の目標開口面積を演算する、または、前記供給圧力と前記第１メータイン圧力との圧力差に応じて前記第１メータアウト弁の目標開口面積を演算するメータアウト弁制御部を有するものとする。
【００１１】
以上のように構成した本発明によれば、供給圧力と第２メータイン圧力との圧力差に応じて第２メータアウト弁を制御する、または、供給圧力と第１メータイン圧力との圧力差に応じて第１メータアウト弁を制御することにより、第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータのいずれか低負荷側に圧油を供給する第１メータイン弁または第２メータイン弁の前後差圧が低下する。これにより、第１および第２アクチュエータの負荷条件によらず、第１メータイン弁および第２メータイン弁の開口面積が拡大し、かつ開口面積の変化量に対するメータイン流量の変化量が小さくなるため、第１メータイン弁または第２メータイン弁の弁体に作用する流体力、第１メータイン弁または第２メータイン弁の開口面積の誤差に起因するメータイン流量誤差が低減される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、建設機械において、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの分流を負荷条件によらず高精度に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。
【図２】図１に示す油圧ショベルに搭載される油圧アクチュエータ制御システムの概略構成図である。
【図３】図２に示すコントローラの機能ブロック図である。
【図４】図３に示すメータアウト弁制御部の機能ブロックである。
【図５】前後差圧低減開口演算部の演算で用いる前後差圧低減開口マップの一例を示す図である。
【図６】図４に示す目標開口選択部の演算処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施例におけるメータアウト弁制御部の機能ブロックである。
【図８】図７に示す圧力差保持開口演算部の演算で用いる圧力差保持開口マップの一例を示す図である。
【図９】図７に示す目標開口選択部の演算処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施例におけるコントローラの機能ブロック図である。
【図１１】図１０に示すメータアウト弁制御部の機能ブロックである。
【図１２】図１１に示す目標開口選択部の演算処理を示すフローチャートである。
【図１３】メータイン弁の前後差圧とメータイン流量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る建設機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照しつつ説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の第１の実施例を図１〜図６を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本実施例に係る油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。
【００１７】
図１において、油圧ショベル６００は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１１、アーム１２、バケット（作業具）８）を連結して構成された多関節型のフロント装置（フロント作業機）１５と、車体を構成する上部旋回体１０および下部走行体９とを備え、上部旋回体１０は下部走行体９に対して旋回可能に設けられている。
【００１８】
フロント装置１５のブーム１１の基端は上部旋回体１０の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の一端はブーム１１の先端に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の他端にはバケットリンク８ａを介してバケット８が垂直方向に回動可能に支持されている。
【００１９】
ブーム１１、アーム１２、バケット８、上部旋回体１０、および下部走行体９は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、および左右の走行油圧モータ３ｂ（左側のみ図示）によりそれぞれ駆動される。
【００２０】
オペレータが搭乗する運転室１６には、フロント装置１５の油圧アクチュエータ５〜７、および上部旋回体１０の旋回油圧モータ４を操作するための操作信号を出力する右操作レバー装置１ｃおよび左操作レバー装置１ｄと、下部走行体９の左右の走行油圧モータ３ｂを操作するための操作信号を出力する走行用右操作レバー装置１ａおよび走行用左操作レバー装置１ｂとが設けられている。
【００２１】
左右の操作レバー装置１ｃ，１ｄは、それぞれ、操作信号として電気信号を出力する電気式の操作レバー装置であり、オペレータによって前後左右に傾倒操作される操作レバーと、この操作レバーの傾倒方向および傾倒量（レバー操作量）に応じた電気信号を生成する電気信号生成部とを有する。操作レバー装置１ｃ，１ｄから出力された電気信号は、電気配線を介してコントローラ１００（図２に示す）に入力される。本実施例では、右操作レバー装置１ｃの操作レバーの前後方向の操作がブームシリンダ５の操作に対応し、同動作レバーの左右方向の操作がバケットシリンダ７の操作に対応している。一方、左操作レバー装置１ｃの操作レバーの前後方向の操作が旋回油圧モータ４の操作に対応し、同操作レバーの左右方向の操作がアームシリンダ６の操作に対応している。
【００２２】
ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、および左右の走行油圧モータ３ｂの動作制御は、エンジンや電動モータなどの原動機（本実施例では、エンジン１４）によって駆動される油圧ポンプ装置２から油圧アクチュエータ３ｂ，４〜７に供給される作動油の方向および流量をコントロールバルブ２０で制御することにより行う。
【００２３】
コントロールバルブ２０は、コントローラ１００（図２に示す）から出力される制御信号により駆動される。走行用右操作レバー装置１ａおよび走行用左操作レバー装置１ｂの操作に基づいてコントローラ１００から制御信号がコントロールバルブ２０に出力されることにより、下部走行体９の左右の走行油圧モータ３ｂの動作が制御される。また、操作レバー装置１ｃ，１ｄからの操作信号に基づいてコントローラ１００から制御信号がコントロールバルブ２０に出力されることにより、油圧アクチュエータ３ｂ，４〜７の動作が制御される。ブーム１１はブームシリンダ５の伸縮により上部旋回体１０に対して上下方向に回動し、アーム１２はアームシリンダ６の伸縮によりブーム１１に対して上下および前後方向に回動し、バケット８はバケットシリンダ７の伸縮によりアーム１２に対して上下および前後方向に回動する。
【００２４】
図２は、油圧ショベル６００に搭載される油圧アクチュエータ制御システムの概略構成図である。
【００２５】
図２において、油圧アクチュエータ制御システムは、油圧ショベル６００の動作を制御するコントローラ１００と、ブームシリンダ５およびアームシリンダ６を駆動するコントロールバルブ２０とで構成される。なお、説明を簡略化するため、図２では、コントロールバルブ２０のブリードオフセクション２０ａ、ブームセクション２０ｂ、アームセクション２０ｃのみを示し、その他のセクションは省略している。
【００２６】
油圧ポンプ装置２は、油圧ポンプ２ａと、レギュレータ２ｂとで構成される。レギュレータ２ｂは、コントローラ１００によって駆動され、油圧ポンプ２ａの吐出流量を調整する。油圧ポンプ２ａの吐出ポートは、供給油路２１を介してコントロールバルブ２０に接続されている。
【００２７】
コントロールバルブ２０のブリードオフセクション２０ａ、ブームセクション２０ｂ、およびアームセクション２０ｃには、供給油路２１を介して油圧ポンプ２ａから圧油が供給される。ブリードオフセクション２０ａにおいて、供給油路２１は分岐油路２２へ分岐しており、分岐油路２２はブリードオフ弁２５を介してタンク２９に接続されている。ブリードオフ弁２５は、コントローラ１００によって駆動され、供給油路２１とタンク２９とを連通することにより、油圧ポンプ２ａからの圧油をブリードオフさせる。
【００２８】
ブームセクション２０ｂにおいて、供給油路２１はブームメータイン弁５３ａ（５３ｂ）を介してアクチュエータ油路５４ａ（５４ｂ）に接続されている。アクチュエータ油路５４ａ（５４ｂ）は、ブームシリンダ５のボトム側油室５ａ（ロッド側油室５ｂ）に接続されている。また、アクチュエータ油路５４ａ（５４ｂ）は、ブームメータアウト弁５５ａ（５５ｂ）を介してタンク２９に接続されている。コントローラ１００は、でブームメータイン弁５３ａ（５３ｂ）を駆動して開くことにより、油圧ポンプ２ａからの圧油をブームシリンダ５のボトム側油室５ａ（ロッド側油室５ｂ）に供給することができる。また、コントローラ１００は、ブームメータアウト弁５５ａ（５５ｂ）を駆動して開くことにより、ブームシリンダ５のボトム側油室５ａ（ロッド側油室５ｂ）の圧油をタンク２９へ排出することができる。なお、アームセクション２０ｃは、ブームセクション２０ｂと同様の構成であるため、説明を省略する。
【００２９】
コントローラ１００には、右操作レバー装置１ｃ、左操作レバー装置１ｄからのブーム操作信号、アーム操作信号と、供給油路２１に設置された供給圧力センサ２８からの供給圧力信号と、アクチュエータ油路５４ａに設置されたブーム圧力センサ５８ａからのブーム圧力信号と、アクチュエータ油路６４ａに設置されたアーム圧力センサ６８ａからのアーム圧力信号と、ブームメータイン弁５３ａに設置されたブームメータイン弁位置センサ５９ａからのブームメータイン弁位置信号と、アームメータイン弁６３ａに設置されたアームメータイン弁位置センサ６９ａからのアームメータイン弁位置信号とが入力されており、これらの入力に基づいてレギュレータ２ｂと、ブリードオフ弁２５と、ブームメータイン弁５３ａ，５３ｂと、ブームメータアウト弁５５ａ，５５ｂと、アームメータイン弁６３ａ，６３ｂと、アームメータアウト弁６５ａ，６５ｂとを駆動する。
【００３０】
ここで、本実施例では、説明を簡略化するため、アクチュエータ油路５４ａ，６４ａにのみ圧力センサ５８ａ，６８ａを設ける構成としたが、アクチュエータ油路５４ｂ，６４ｂにも圧力センサを設けてもよい。また、弁位置センサは、ブリードオフ弁２５、ブームメータイン弁５３ａ，５３ｂ、ブームメータアウト弁５５ａ，５５ｂ、アームメータイン弁６３ａ，６３ｂ、アームメータアウト弁６５ａ，６５ｂの全てに設けてもよい。
【００３１】
図３は、コントローラ１００の機能ブロック図である。なお、図３では、説明を簡略化するため、油圧ポンプ２ａからブームシリンダ５、アームシリンダ６のボトム側油室５ａ，６ａに圧油を供給する機能に関わる部分のみを示し、その他の機能に関わる部分は省略している。
【００３２】
図３において、コントローラ１００は、目標流量演算部１１０と、ポンプ制御部１２０と、メータイン弁制御部１３０と、メータアウト弁制御部１４０と、弁位置制御部１５０と、変換部１６１〜１６５とを有する。
【００３３】
変換部１６１〜１６５は、各センサからの信号を物理値に変換して出力する。例えば、変換部１６１，１６２，１６３は、電圧値であるブーム圧力信号、アーム圧力信号、供給圧力信号から、圧力変換用マップを用いて、圧力値であるブームメータイン圧力、アームメータイン圧力、供給圧力を演算して出力し、変換部１６４，１６５は、デューティ比であるブームメータイン弁位置信号、アームメータイン弁位置信号から、ストローク変換用マップを用いて、ストローク値であるブームメータイン弁位置、アームメータイン弁位置を演算して出力する。
【００３４】
目標流量演算部１１０は、右操作レバー装置１ｃ、左操作レバー装置１ｄからのブーム操作信号、アーム操作信号に基づいて、ブーム目標流量、アーム目標流量を演算し、ポンプ制御部１２０、メータイン弁制御部１３０、メータアウト弁制御部１４０に送信する。例えば、右操作レバー装置１ｃが車体の後方に傾倒されるほどブーム目標流量を正の側に大きくし、右操作レバー装置１ｃが車体の前方に傾倒されるほどブーム目標流量を負の側に大きくし、左操作レバー装置１ｄが車体の右方に傾倒されるほどアーム目標流量を正の側に大きくし、左操作レバー装置１ｄが車体の左肩に傾倒されるほどアーム目標流量を負の側に大きくする。
【００３５】
ポンプ制御部１２０は、ブーム目標流量、アーム目標流量に基づき、レギュレータ制御信号と、ブリードオフ弁制御信号とを演算し、それぞれ、レギュレータ２ｂと、ブリードオフ弁２５とに出力する。例えば、ブーム目標流量の絶対値とアーム目標流量の絶対値との合計値を油圧ポンプ２ａから供給するようにレギュレータ制御信号を演算し、レギュレータ制御信号に応じてブリードオフ弁２５を閉じるようにブリードオフ弁制御信号を演算する。
【００３６】
メータイン弁制御部１３０は、ブーム目標流量、アーム目標流量、ブームメータイン圧力、アームメータイン圧力、供給圧力に基づき、ブームメータイン弁目標開口面積、アームメータイン弁目標開口面積を演算し、弁位置制御部１５０へ出力する。これらの演算は、例えば特許文献１に記載されている演算方法と同じである。
【００３７】
メータアウト弁制御部１４０は、ブーム目標流量、アーム目標流量、ブームメータイン圧力、アームメータイン圧力、供給圧力に基づき、ブームメータアウト弁目標開口面積、アームメータアウト弁目標開口面積を演算し、弁位置制御部１５０へ出力する。メータアウト弁制御部１４０で行われる演算の詳細は、後述する。
【００３８】
弁位置制御部１５０は、ブームメータイン弁目標開口面積、アームメータイン弁目標開口面積、ブームメータアウト弁目標開口面積、アームメータアウト弁目標開口面積、ブームメータイン弁位置、アームメータイン弁位置に基づき、ブームメータイン弁制御信号、アームメータイン弁制御信号、ブームメータアウト弁制御信号、アームメータアウト弁制御信号を演算し、それぞれブームメータイン弁５３ａ、アームメータイン弁６３ａ、ブームメータアウト弁５５ｂ、アームメータアウト弁６５ｂへ出力する。例えば、弁の開口面積特性を示すマップを用いて、目標開口面積に応じた弁位置になるように制御信号を演算する。また、目標開口面積に応じた弁位置と弁位置センサ５９ａ，６９ａで取得した弁位置との偏差に応じて、公知のフィードバック制御により制御信号を補正してもよい。
【００３９】
図４は、メータアウト弁制御部１４０の機能ブロック図である。なお、図４においては、ブームメータアウト弁目標開口面積の演算に関わる部分のみを示し、アームメータアウト弁目標開口面積の演算に関わる部分は省略している。なお、アームメータアウト弁目標開口面積の演算は、以下に説明するブームメータアウト弁目標開口面積の演算と同様に行われる。
【００４０】
図４において、メータアウト弁制御部１４０は、基準排出開口演算部１４１と、逸走防止開口演算部１４２と、前後差圧低減開口演算部１４３と、目標開口選択部１４４と、減算部１４５とを有する。
【００４１】
減算部１４５は、供給圧力からブームメータイン圧力を引いて、メータイン弁５３ａ（５３ｂ）の前後差圧を演算し、前後差圧低減開口演算部１４３へ出力する。
【００４２】
基準排出開口演算部１４１は、ブーム目標流量に基づき、基準排出開口面積を演算し、目標開口選択部１４４へ出力する。例えば、ブーム目標流量が大きいほど、基準排出開口面積も大きくなるように演算する。ブームから排出されるメータアウト流量によって生じる圧力損失を抑えることを目的に、ブーム目標流量に応じてブームメータアウト弁の開口面積が大きくなるように基準排出開口面積を演算することが望ましい。
【００４３】
逸走防止開口演算部１４２は、ブームメータイン圧力に基づき、逸走防止開口面積を演算し、目標開口選択部１４４へ出力する。例えば、一定値（例えば５ＭＰａ）からブームメータイン圧力を引いた値が大きいほど、逸走防止開口面積が小さくなるように演算する。一般に、油圧アクチュエータが逸走（自重落下や外力によって駆動されるなど）した場合には、メータイン圧力が略０となる。そのため、本実施例においては、ブーム１１の逸走を防止することを目的に、ブームメータイン圧力が０よりも十分に大きい値に保つようにブームメータイン圧力に応じて逸走防止開口面積を演算することが望ましい。
【００４４】
前後差圧低減開口演算部１４３は、メータイン前後差圧に基づき、前後差圧低減開口面積を演算し、目標開口選択部１４４へ出力する。例えば、図５に示す前後差圧低減開口マップを用いて、前後差圧低減開口面積を演算する。図５に示すように、メータイン前後差圧が大きいほど（例えば１０ＭＰａ以上であれば）、ブームのメータアウト開口面積を小さくし、メータアウト圧力を大きくする。メータアウト圧力はブーム１１にブレーキとして作用するため、メータアウト圧力を大きくするとブーム１１の見かけ上の負荷が増加し、メータイン前後差圧が低減する。メータイン前後差圧を低減することにより、ブーム目標流量を得るためのブームメータイン弁５３ａ（５３ｂ）の開口面積が大きくなり、弁体に作用する流体力を低減できる。また、図１３に示すように、メータイン開口面積の変化量に対するメータイン流量の変化量を小さくできる。これにより、メータイン弁５３ａ（５３ｂ）の弁体に作用する流体力、弁位置センサ５９ａの誤差に起因するメータイン流量誤差を低減することができる。
【００４５】
目標開口選択部１４４は、基準排出開口面積、逸走防止開口面積、前後差圧低減開口面積から１つを選択し、ブームメータアウト目標開口面積として弁位置制御部１５０へ出力する。
【００４６】
図６は、目標開口選択部１４４の演算処理を示すフローチャートである。
【００４７】
ステップＳ１４０１でメータイン圧力が閾値ＰＬ（例えば５ＭＰａ）以上であればステップＳ１４０２へ進み、そうでなければステップＳ１４２０へ進む。
【００４８】
ステップＳ１４２０では、逸走防止開口面積をブームメータアウト目標開口面積として選択し、弁位置制御部１５０へ出力する。
【００４９】
ステップＳ１４０２でメータイン前後差圧が閾値ＰＨ（例えば１０ＭＰａ）以下であればステップＳ１４１０へ進み、そうでなければステップＳ１４３０へ進む。ここで、ブームシリンダ５のみを駆動する場合、ブームメータイン弁５３ａ（５３ｂ）を全開とし、ブームシリンダ５への供給流量を油圧ポンプ２ａの吐出流量で調整する。そのため、ブームブームシリンダ５の負荷圧力と油圧ポンプ２ａの吐出圧力とがほぼ等しくなり、ブームメータイン弁５３ａ（５３ｂ）の前後差圧が閾値ＰＨ以上となることはない。ブームメータイン弁５３ａ（５３ｂ）の前後差圧が閾値ＰＨ以上となるのは、ブームシリンダ５とアームシリンダ６とを同時に駆動する際に、アームメータイン圧力の上昇に伴って油圧ポンプ２ａの吐出圧力がブームメータイン圧力よりも高くなったときである。
【００５０】
ステップＳ１４３０では、前後差圧低減開口面積をブームメータアウト目標開口面積として選択し、弁位置制御部１５０へ出力する。
【００５１】
ステップＳ１４１０では、基準排出開口面積をブームメータアウト目標開口面積として選択し、弁位置制御部１５０へ出力する。
【００５２】
以上のように、ブームメータイン圧力が小さい場合には、逸走防止開口面積がブームメータアウト目標開口面積として選択されるため、ブーム１１の逸走を防止できる。また、ブームメータイン圧力が大きい場合であっても、メータイン圧力差が大きい場合には、前後差圧低減開口面積がブームメータアウト目標開口面積として選択されるため、ブームメータイン弁５３ａ（５３ｂ）の弁体に作用する流体力、弁位置センサ５９ａの誤差に起因するメータイン流量誤差を低減することができる。また、ブームメータイン圧力が高く、かつメータイン前後差圧が小さい場合には、基準排出開口面積がブームメータアウト目標開口面積として選択されるため、メータアウト流量によって生じる圧力損失を抑えることができる。
【００５３】
本実施例に係る油圧ショベル（建設機械）６００は、タンク２９と、油圧ポンプ２ａと、２つの給排ポートを有するブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）５およびアームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）６と、ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）５と油圧ポンプ２ａとを接続する油路５４ａ，５４ｂに設けられた第１メータイン弁５３ａ，５３ｂと、アームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）６と油圧ポンプ２ａとを連通する油路６４ａ，６４ｂに設けられた第２メータイン弁６３ａ，６３ｂと、ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）５とタンク２９とを連通する油路に設けられたブームメータアウト弁（第１メータアウト弁）５５ａ，５５ｂと、アームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）とタンク２９とを連通する油路に設けられたアームメータアウト弁（第２メータアウト弁）６５ａ，６５ｂと、ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）の負荷圧力であるブームメータイン圧力（第１メータイン圧力）を検出するブーム圧力センサ（第１圧力センサ）５８ａと、アームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）６の負荷圧力であるアームメータイン圧力（第２メータイン圧力）を検出するアーム圧力センサ（第２圧力センサ）６８ａと、油圧ポンプ２ａの吐出圧力である供給圧力を検出する供給圧力センサ（第３圧力センサ）２８と、前記供給圧力とブームメータイン圧力（第１メータイン圧力）との圧力差に応じてブームメータイン弁（第１メータイン弁）５３ａ（５３ｂ）の目標開口面積を演算し、前記供給圧力とアームメータイン圧力（第２メータイン圧力）との圧力差に応じてアームメータイン弁（第２メータイン弁）６３ａ（６３ｂ）の目標開口面積を演算するメータイン弁制御部１３０を有するコントローラ１００とを備え、コントローラ１００は、前記供給圧力とアームメータイン圧力（第２メータイン圧力）との圧力差に応じてアームメータアウト弁（第２メータアウト弁）６３ａ（６３ｂ）の目標開口面積を演算する、または、前記供給圧力とブームメータイン圧力（第１メータイン圧力）との圧力差に応じてブームメータアウト弁（第１メータアウト弁）５５ａ（５５ｂ）の目標開口面積を演算するメータアウト弁制御部１４０を有する。
【００５４】
また、本実施例におけるメータアウト弁制御部１４０は、油圧ポンプ２ａの供給圧力とブームメータイン圧力（第１メータイン圧力）との圧力差が大きくなるほどブームメータアウト弁（第１メータアウト弁）５５ａ（５５ｂ）の目標開口面積を小さくする、または、前記供給圧力とアームメータイン圧力（第２メータイン圧力）との圧力差大きくなるほどアームメータアウト弁（第２メータアウト弁）６５ａ（６５ｂ）の目標開口面積を小さくする。
【００５５】
また、本実施例に係る油圧ショベル（建設機械）６００は、上部旋回体（車体）１０と、上部旋回体１０に回動可能に取り付けられたブーム１１と、ブーム１１に回動可能に取り付けられたアーム１２と、アーム１２の先端部に回動可能に取り付けられたバケット８とを備え、ブーム１１を駆動するブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）５と、アーム１２を駆動するアームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）６と、バケット８を駆動するバケットシリンダ（第２油圧アクチュエータ）とを備えている。
【００５６】
以上のように構成した本実施例によれば、供給圧力とアームメータイン圧力との圧力差に応じてアームメータアウト弁６５ａ（６５ｂ）を制御する、または、供給圧力とブームメータイン圧力との圧力差に応じてブームメータアウト弁５５ａ（５５ｂ）を制御することにより、ブームシリンダ５およびアームシリンダ６のいずれか低負荷側に圧油を供給するブームメータイン弁５５ａ（５５ｂ）またはアームメータイン弁６３ａ（６３ｂ）の前後差圧が低下する。これにより、ブームシリンダ５およびアームシリンダ６の負荷条件によらず、ブームメータイン弁５５ａ（５５ｂ）およびアームメータイン弁６３ａ（６３ｂ）の開口面積が拡大し、かつ開口面積の変化量に対するメータイン流量の変化量が小さくなるため、ブームメータイン弁５５ａ（５５ｂ）またはアームメータイン弁６３ａ（６３ｂ）の弁体に作用する流体力、ブームメータイン弁５３ａ（５３ｂ）またはアームメータイン弁６３ａ（６３ｂ）の開口面積の誤差に起因するメータイン流量誤差が低減される。
【００５７】
なお、本実施例では、油圧ショベル６００にコントローラ１００を搭載した構成を説明したが、例えばコントローラ１００を油圧ショベル６００から分離して配置し、油圧ショベル６００の遠隔操作を可能とした油圧ショベル（建設機械）６００の制御システムとして構成しても良い。
【実施例２】
【００５８】
本発明の第２の実施例を図７〜図９を参照しつつ説明する。
【００５９】
本実施例は、メータイン前後差圧を検出する圧力センサ２８，５８ａ，６８ａの誤差に起因するメータイン流量誤差を低減するものである。
【００６０】
図７は、本実施例におけるメータアウト弁制御部１４０の機能ブロック図である。以下、第１の実施例（図４に示す）との相違点を中心に説明する。
【００６１】
図７において、メータアウト弁制御部１４０は、基準排出開口演算部１４１と、逸走防止開口演算部１４２と、前後差圧低減開口演算部１４３と、減算部１４５とを有し、さらに目標開口選択部２４４と、圧力差保持開口演算部２４６と、減算部２４７とを有する。
【００６２】
減算部２４７は、ブームメータイン圧力からアームメータイン圧力を差し引いた圧力差（以下、ブームアームメータイン圧力差）を演算し、圧力差保持開口演算部２４６へ出力する。
【００６３】
圧力差保持開口演算部２４６は、ブームアームメータイン圧力差に基づき、圧力差保持開口面積を演算し、目標開口選択部２４４へ出力する。例えば、図８に示す圧力差保持開口マップを用いて、圧力差保持開口面積を演算する。ブームアームメータイン圧力差が小さいほど（例えば２ＭＰａ以下であれば）、ブームメータアウト弁の開口面積を小さくし、ブームシリンダ５のメータアウト圧力を大きくする。一般に、フロント作業機１５を空振りさせるときはアームシリンダ６よりもブームシリンダ５のメータイン圧力が大きいが、掘削時に掘削反力がブーム１１に作用するとアームシリンダ６よりもブームシリンダ５のメータイン圧力が小さくなる。ブームシリンダ５のメータアウト圧力がアームシリンダ６のメータアウト圧力よりも高いときは、圧力損失を抑えるため、ブリードオフ弁２５を閉じた状態で、ブームシリンダ５のメータイン弁５３ａ（５３ｂ）を全開とし、アームシリンダ６のメータイン弁６３ａ（６３ｂ）の開口面積を調整することにより、ブームシリンダ５に供給される流量を制御する。このとき、ブームシリンダ５のメータイン圧力は油圧ポンプ２ａの供給圧力とほぼ等しく、ブームシリンダ５のメータイン前後差圧はほぼゼロとなる。掘削時に掘削反力がブーム１１に作用すると、ブームシリンダ５のメータイン圧力が低下し、アームシリンダ６のメータイン圧力に近づく。このとき、第１の実施例では、アームシリンダ６のメータイン前後差圧が小さくなることで、相対的に圧力センサ２８，５８ａ，６８ａの誤差を無視できなり、アームシリンダ６側のメータイン弁６３ａ（６３ｂ）でブームシリンダ５に供給される流量を精度良く制御することが困難となる。本実施例では、ブームメータイン圧力とアームメータイン圧力との圧力差（ブームアームメータイン圧力差）に基づき、圧力差保持開口面積を演算することにより、掘削時においてもアームシリンダ６よりもブームシリンダ５のメータイン圧力を高く保ち、メータイン前後差圧を検出する圧力センサ２８，５８ａ，６８ａの誤差に起因するメータイン流量誤差を低減することを可能としている。
【００６４】
目標開口選択部２４４は、基準排出開口面積、逸走防止開口面積、前後差圧低減開口面積、圧力差保持開口面積から１つを選択し、ブームメータアウト目標開口面積として弁位置制御部１５０へ出力する。
【００６５】
図９は、目標開口選択部２４４の演算処理を示すフローチャートである。以下、第１の実施例（図６に示す）との相違点を説明する。
【００６６】
ステップＳ１４０２でメータイン前後差圧が閾値ＰＨ（例えば１０ＭＰａ）以下であれば、ステップＳ２４０３でブームアームメータイン圧力差が閾値ＰＬ２（例えば２ＭＰａ）以上であればステップＳ１４１０へ進み、そうでなければステップＳ２４６０へ進む。
【００６７】
ステップＳ２４６０では、圧力差保持開口面積をブームメータアウト目標開口面積として選択し、弁位置制御部１５０へ出力する。
【００６８】
本実施例におけるメータアウト弁制御部１４０は、ブームメータイン圧力（第１メータイン圧力）がアームメータイン圧力（第２メータイン圧力）よりも高く、かつブームメータイン圧力（第１メータイン圧力）とアームメータイン圧力（第２メータイン圧力）との圧力差が閾値（第１の所定の圧力差）よりも小さい場合に、ブームメータアウト弁（第１メータアウト弁）５５ａ（５５ｂ）の目標開口面積を小さくする、または、アームメータイン圧力（第２メータイン圧力）がブームメータイン圧力（第１メータイン圧力）よりも高く、アームメータイン圧力（第２メータイン圧力）とブームメータイン圧力（第１メータイン圧力）との圧力差が閾値（第２の所定の圧力差）よりも小さい場合に、前記第２メータアウト弁の目標開口面積を小さくする。
【００６９】
以上のように構成した本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果に加えて、以下の効果が得られる。
【００７０】
ブームメータイン圧力がアームメータイン圧力よりも高く、かつその圧力差が小さい場合には、圧力差保持開口面積がブームメータアウト弁５５ａ（５５ｂ）の目標開口面積として選択されるため、掘削時においてもアームシリンダ６よりもブームシリンダ５のメータイン圧力を大きく保つことができ、メータイン前後差圧を検出する圧力センサ２８，５８ａ，６８ａの誤差に起因するメータイン流量誤差を低減することができる。
【実施例３】
【００７１】
本発明の第３の実施例を図１０〜図１２を参照しつつ説明する。
【００７２】
本実施例は、メータイン前後差圧を検出せずに前後差圧低減開口面積を演算するものである。
【００７３】
図１０は、本実施例におけるコントローラ１００の機能ブロック図である。以下、第１の実施例（図３に示す）との相違点を中心に説明する。
【００７４】
図１０において、コントローラ１００は、目標流量演算部１１０と、ポンプ制御部１２０と、メータイン弁制御部１３０と、メータアウト弁制御部３４０と、弁位置制御部１５０と、変換部１６１〜１６５とを有する。本実施例におけるメータアウト弁制御部３４０は、変換部１６３から供給圧力を入力せず、メータイン弁制御部１３０からブームメータイン弁目標開口面積、アームメータイン弁目標開口面積を入力する点で第１の実施例のメータアウト弁制御部１４０（図３に示す）と異なる。
【００７５】
図１１は、メータアウト弁制御部３４０の機能ブロックである。以下、第１の実施例（図４に示す）との相違点を中心に説明する。
【００７６】
図１１において、メータアウト弁制御部１４０は、基準排出開口演算部１４１と、逸走防止開口演算部１４２と、流体力低減開口演算部３４３とを有する。
【００７７】
流体力低減開口演算部３４３は、ブームメータイン目標開口面積に基づき、流体力低減開口面積を演算し、目標開口選択部１４４へ出力する。流体力低減開口演算部３４３は、例えば、ブームメータイン目標開口面積が所定値（例えば５ｍｍ２）以上となるまで、徐々に流体力低減開口面積を小さくする。ブームのメータアウト開口面積を小さくしてメータアウト圧力を増加させることで、ブームメータイン目標開口面積を大きくし、第１の実施例と同様に流体力を抑えることができる。また、図１３に示すように、開口面積の変化量に対するメータイン流量の変化量を小さくできる。これにより、メータイン弁５３ａ（５３ｂ）の弁体に作用する流体力、弁位置センサ５９ａの誤差に起因するメータイン流量誤差を低減することができる。
【００７８】
図１２は、目標開口選択部３４４の演算処理を示すフローチャートである。以下、第１の実施例（図６に示す）との相違点を説明する。
【００７９】
ステップＳ３４０２でブームメータイン弁目標開口面積が閾値ＡＬ（例えば５ｍｍ２）以上であればステップＳ１４１０へ進み、そうでなければステップＳ３４３０へ進む。
【００８０】
ステップＳ３４３０では、流体力低減開口面積をブームメータアウト目標開口面積として選択し、弁位置制御部１５０へ出力する。
【００８１】
本実施例におけるメータアウト弁制御部１４０は、ブームメータイン弁（第１メータイン弁）５３ａ（５３ｂ）の目標開口面積が閾値（第１の所定の開口面積）ＡＬよりも小さい場合に、ブームメータアウト弁（第１メータアウト弁）５５ａ（５５ｂ）の目標開口面積を小さくする、または、アームメータイン弁（第２メータイン弁）６３ａ（６３ｂ）の目標開口面積が閾値（第２の所定の開口面積）よりも小さい場合に、アームメータアウト弁（第２メータアウト弁）６５ａ（６５ｂ）の目標開口面積を小さくする。
【００８２】
以上のように構成した本実施例によれば、ブームメータイン弁目標開口面積が小さい場合（アームメータイン圧力がブームメータイン圧力よりも高く、かつその圧力差が大きい場合）には、流体力低減開口面積がブームメータアウト目標開口面積として選択される、または、アームメータイン弁目標開口面積が小さい場合（ブームメータイン圧力がアームメータイン圧力よりも高く、かつその圧力差が大きい場合）には、流体力低減開口面積がアームメータアウト目標開口面積として選択されるため、第１の実施例と同様に、メータイン弁５３ａ，５３ｂ，６３ａ，６３ｂの弁体に作用する流体力、メータイン弁５３ａ，５３ｂ，６３ａ，６３ｂの開口面積の誤差に起因するメータイン流量誤差を低減することができる。
【００８３】
なお、本実施例では、メータイン目標開口面積を用いて前後差圧低減開口面積を演算する例を記載して説明したが、弁位置センサ５９ａ，６９ａの信号に基づき前後差圧低減開口面積を演算してもよい。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は、フロント装置の先端に作業具としてバケットを備える油圧ショベルに本発明を適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限られず、バケット以外の作業具を備える油圧ショベルや油圧ショベル以外の建設機械にも適用可能である。また、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１ａ…走行用右操作レバー装置、１ｂ…走行用左操作レバー装置、１ｃ…右操作レバー装置、１ｄ…左操作レバー装置、２…油圧ポンプ装置、２ａ…油圧ポンプ、２ｂ…レギュレータ、３ｂ…走行油圧モータ、３ｂ…油圧アクチュエータ、４…旋回油圧モータ（油圧アクチュエータ）、５…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、５ａ…ボトム側油室、５ｂ…ロッド側油室、６…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、７…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、８…バケット（作業具）、８ａ…バケットリンク、９…下部走行体、１０…上部旋回体（車体）、１１…ブーム、１２…アーム、１４…エンジン（原動機）、１５…フロント装置、１６…運転室、２０…コントロールバルブ、２０ａ…ブリードオフセクション、２０ｂ…ブームセクション、２０ｃ…アームセクション、２１…供給油路、２２…分岐油路、２５…ブリードオフ弁、２８…供給圧力センサ、２９…タンク、５３ａ，５３ｂ…ブームメータイン弁（第１メータイン弁）、５４ａ，５４ｂ…アクチュエータ油路、５５ａ，５５ｂ…ブームメータアウト弁（第１メータアウト弁）、５８ａ…ブーム圧力センサ（第１圧力センサ）、５９ａ…ブームメータイン弁位置センサ、６３ａ，６３ｂ…アームメータイン弁（第２メータイン弁）、６４ａ，６４ｂ…アクチュエータ油路、６５ａ，６５ｂ…アームメータアウト弁（第２メータアウト弁）、６８ａ…アーム圧力センサ（第２圧力センサ）、６９ａ…アームメータイン弁位置センサ、１００…コントローラ、１１０…目標流量演算部、１２０…ポンプ制御部、１３０…メータイン弁制御部、１４０…メータアウト弁制御部、１４１…基準排出開口演算部、１４２…逸走防止開口演算部、１４３…前後差圧低減開口演算部、１４４…目標開口選択部、１４５…減算部、１５０…弁位置制御部、１６１〜１６５…変換部、２４４…目標開口選択部、２４６…圧力差保持開口演算部、２４７…減算部、３４３…流体力低減開口演算部、３４４…目標開口選択部、６００…油圧ショベル（建設機械）。
【図１】
2020041603.tif 000003
【図２】
2020041603.tif 000004
【図３】
2020041603.tif 000005
【図４】
2020041603.tif 000006
【図５】
2020041603.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020041603.tif 000009
【図８】
2020041603.tif 000010
【図９】
2020041603.tif 000011
【図１０】
2020041603.tif 000012
【図１１】
2020041603.tif 000013
【図１２】
2020041603.tif 000014
【図１３】
2020041603.tif 000015