(57)【要約】      （修正有）【課題】操作性能の向上を実現でき、かつ研究開発に要する時間並びに金銭的なコストを低減できる技術を提供する。【解決手段】オペレータが操作する操作具（旋回レバー２１）と、操作具２１の操作量に基づいて油圧デバイス（旋回用モータ３１）へ送られる作動油の目標流量を決定するコントローラ２０と、を具備し、コントローラ２０は、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の流量と油圧デバイス３１へ送られる作動油の目標流量に基づいてブリードオフ目標流量Ｑｂを算出し、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の圧力Ｐｐと作動油タンク３６における作動油の圧力Ｐｒに基づいてブリードオフ絞り差圧Ｐｐ−Ｐｒを算出し、ブリードオフ目標流量Ｑｂとブリードオフ絞り差圧Ｐｐ−Ｐｒに基づいてブリードオフ目標開口面積Ａｔを算出してブリードオフ目標開口面積Ａｔとなるように作動油制御バルブ３７を制御する。【選択図】図３
2020139549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧デバイスと、
作動油ポンプと、
作動油タンクと、
前記作動油ポンプから前記油圧デバイスへ作動油を導くメータイン回路と、
前記油圧デバイスから前記作動油タンクへ作動油を導くメータアウト回路と、
前記作動油ポンプから前記油圧デバイスを経由することなく前記作動油タンクへ作動油を導くブリードオフ回路と、
前記メータイン回路及び前記メータアウト回路及び前記ブリードオフ回路のそれぞれの開口面積をスプールの摺動によって調節する作動油制御バルブと、を備えた作業車両において、
オペレータが操作する操作具と、
前記操作具の操作量に基づいて前記油圧デバイスへ送られる作動油の目標流量を決定するコントローラと、を具備し、
前記コントローラは、前記作動油ポンプから送り出される作動油の流量と前記油圧デバイスへ送られる作動油の目標流量に基づいてブリードオフ目標流量を算出し、前記作動油ポンプから送り出される作動油の圧力と前記作動油タンクにおける作動油の圧力に基づいてブリードオフ絞り差圧を算出し、前記ブリードオフ目標流量と前記ブリードオフ絞り差圧に基づいてブリードオフ目標開口面積を算出して当該ブリードオフ目標開口面積となるように前記作動油制御バルブを制御する、ことを特徴とする作業車両。
【請求項２】
前記コントローラは、前記ブリードオフ目標流量をＱｂとし、前記ブリードオフ絞り差圧をＰｐ−Ｐｒとし、流量係数をＣｆとし、作動油密度をρとした場合、前記ブリードオフ目標開口面積を下記の数式を用いて算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
【数１】
2020139549.tif 000007
【請求項３】
前記コントローラは、前記油圧デバイスの目標作動速度と前記油圧デバイスの実作動速度に基づいて速度偏差を算出して当該速度偏差が小さくなるように前記作動油制御バルブを制御する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の作業車両。
【請求項４】
前記コントローラは、前記速度偏差である比例項及び前記速度偏差に基づいて算出される積分項並びに微分項にそれぞれゲインを乗じて前記速度偏差が小さくなるように前記作動油制御バルブを制御する、ことを特徴とする請求項３に記載の作業車両。
【請求項５】
前記コントローラは、前記油圧デバイスの目標作動速度がゼロになってから前記油圧デバイスの実作動速度が閾値よりも小さくなると、前記油圧デバイスへ送られる作動油を遮断するように前記作動油制御バルブを制御する、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の作業車両。
【請求項６】
前記コントローラは、動作停止時に関するモードの選択状況に基づいて前記閾値を変更する、ことを特徴とする請求項５に記載の作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業車両に関する。
【０００２】
従来より、代表的な作業車両であるクレーンが知られている。クレーンは、主に走行体と旋回体で構成されている。走行体は、複数の車輪を備え、自走可能としている。旋回体は、ブームのほかにワイヤロープやフックを備え、荷物を吊り上げた状態でこれを運搬可能としている。
【０００３】
ところで、作動油ポンプから油圧デバイスへ作動油を導くメータイン回路と、油圧デバイスから作動油タンクへ作動油を導くメータアウト回路と、作動油ポンプから油圧デバイスを経由することなく作動油タンクへ作動油を導くブリードオフ回路と、を備えたクレーンが存在している（特許文献１参照）。かかるクレーンは、エンジンに掛かる負荷に応じて作動油ポンプの作動状態が変わっても、ブリードオフ回路の開口面積を調節することで操作性能の向上を実現している。
【０００４】
この点、特許文献１に開示されたクレーンは、操作手段の操作量とブリードオフ絞り手段の前後差圧との関係をコントローラに記憶している。操作手段の操作量とブリードオフ絞り手段の前後差圧との関係は、少なくとも機種ごとに実機試験やシミュレーションを繰り返して取得する必要がある。そのため、このようなクレーンは、研究開発に要する時間並びに金銭的なコストが大きくなってしまうという問題があった。そこで、操作性能の向上を実現でき、かつ研究開発に要する時間並びに金銭的なコストを低減できる技術が求められていたのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６２６５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
操作性能の向上を実現でき、かつ研究開発に要する時間並びに金銭的なコストを低減できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明は、
油圧デバイスと、
作動油ポンプと、
作動油タンクと、
前記作動油ポンプから前記油圧デバイスへ作動油を導くメータイン回路と、
前記油圧デバイスから前記作動油タンクへ作動油を導くメータアウト回路と、
前記作動油ポンプから前記油圧デバイスを経由することなく前記作動油タンクへ作動油を導くブリードオフ回路と、
前記メータイン回路及び前記メータアウト回路及び前記ブリードオフ回路のそれぞれの開口面積をスプールの摺動によって調節する作動油制御バルブと、を備えた作業車両において、
オペレータが操作する操作具と、
前記操作具の操作量に基づいて前記油圧デバイスへ送られる作動油の目標流量を決定するコントローラと、を具備し、
前記コントローラは、前記作動油ポンプから送り出される作動油の流量と前記油圧デバイスへ送られる作動油の目標流量に基づいてブリードオフ目標流量を算出し、前記作動油ポンプから送り出される作動油の圧力と前記作動油タンクにおける作動油の圧力に基づいてブリードオフ絞り差圧を算出し、前記ブリードオフ目標流量と前記ブリードオフ絞り差圧に基づいてブリードオフ目標開口面積を算出して当該ブリードオフ目標開口面積となるように前記作動油制御バルブを制御する、ものである。
【０００８】
第二の発明は、第一の発明に係る作業車両において、
前記コントローラは、前記ブリードオフ目標流量をＱｂとし、前記ブリードオフ絞り差圧をＰｐ−Ｐｒとし、流量係数をＣｆとし、作動油密度をρとした場合、前記ブリードオフ目標開口面積を下記の数式を用いて算出する、ものである。
【数１】
2020139549.tif 000003
【０００９】
第三の発明は、第一又は第二の発明に係る作業車両において、
前記コントローラは、前記油圧デバイスの目標作動速度と前記油圧デバイスの実作動速度に基づいて速度偏差を算出して当該速度偏差が小さくなるように前記作動油制御バルブを制御する、ものである。
【００１０】
第四の発明は、第三の発明に係る作業車両において、
前記コントローラは、前記速度偏差である比例項及び前記速度偏差に基づいて算出される積分項並びに微分項にそれぞれゲインを乗じて前記速度偏差が小さくなるように前記作動油制御バルブを制御する、ものである。
【００１１】
第五の発明は、第一から第四の発明に係る作業車両において、
前記コントローラは、前記油圧デバイスの目標作動速度がゼロになってから前記油圧デバイスの実作動速度が閾値よりも小さくなると、前記油圧デバイスへ送られる作動油を遮断するように前記作動油制御バルブを制御する、ものである。
【００１２】
第六の発明は、第五の発明に係る作業車両において、
前記コントローラは、動作停止時に関するモードの選択状況に基づいて前記閾値を変更する、ものである。
【発明の効果】
【００１３】
第一の発明に係る作業車両は、オペレータが操作する操作具と、操作具の操作量に基づいて油圧デバイスへ送られる作動油の目標流量を決定するコントローラと、を具備している。そして、コントローラは、作動油ポンプから送り出される作動油の流量と油圧デバイスへ送られる作動油の目標流量に基づいてブリードオフ目標流量を算出し、作動油ポンプから送り出される作動油の圧力と作動油タンクにおける作動油の圧力に基づいてブリードオフ絞り差圧を算出し、ブリードオフ目標流量とブリードオフ絞り差圧に基づいてブリードオフ目標開口面積を算出してブリードオフ目標開口面積となるように作動油制御バルブを制御する。かかる作業車両によれば、エンジンに掛かる負荷に応じて作動油ポンプの作動状態が変わっても、ブリードオフ回路の開口面積の調節により、操作具の操作量と油圧デバイスへ送られる作動油の流量を比例させることができる。従って、オペレータの操作に対して素直な操作特性を実現できる。ひいては操作性能の向上を実現できる。また、コントローラに作動油の目標流量に関する情報やブリードオフ回路の開口面積に関する情報を記憶させればよいので、研究開発に要する時間並びに金銭的なコストを低減できる。
【００１４】
第二の発明に係る作業車両において、コントローラは、ブリードオフ目標流量をＱｂとし、ブリードオフ絞り差圧をＰｐ−Ｐｒとし、流量係数をＣｆとし、作動油密度をρとした場合、ブリードオフ目標開口面積を下記の数式を用いて算出する。かかる作業車両によれば、簡素なプログラムによって前述の効果を得ることができる。即ち、操作性能の向上を実現できる。また、研究開発に要する時間並びに金銭的なコストを低減できる。
【数１】
2020139549.tif 000004
【００１５】
第三の発明に係る作業車両において、コントローラは、油圧デバイスの目標作動速度と油圧デバイスの実作動速度に基づいて速度偏差を算出して速度偏差が小さくなるように作動油制御バルブを制御する。かかる作業車両によれば、大きな外乱を受けても、オペレータの操作に対して素直な操作特性を実現できる。ひいては操作性能の向上を実現できる。
【００１６】
第四の発明に係る作業車両において、コントローラは、速度偏差である比例項及び速度偏差に基づいて算出される積分項並びに微分項にそれぞれゲインを乗じて速度偏差が小さくなるように作動油制御バルブを制御する。かかる作業車両によれば、簡素なプログラムによって前述の効果を得ることができる。即ち、操作性能の向上を実現できる。
【００１７】
第五の発明に係る作業車両において、コントローラは、油圧デバイスの目標作動速度がゼロになってから油圧デバイスの実作動速度が閾値よりも小さくなると、油圧デバイスへ送られる作動油を遮断するように作動油制御バルブを制御する。かかる作業車両によれば、油圧デバイスの停止に際して適宜な高速応答と適宜な衝撃抑制の両立を実現できる。ひいては操作性能の向上を実現できる。
【００１８】
第六の発明に係る作業車両において、コントローラは、動作停止時に関するモードの選択状況に基づいて閾値を変更する。かかる作業車両によれば、より高速応答を重視した操作特性やより衝撃抑制を重視した操作特性を実現できる。ひいては操作性能の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】クレーンを示す図。
【図２】キャビンの内部を示す図。
【図３】油圧システムの構成を示す図。
【図４】スプールの摺動量と各回路の開口面積との関係を示す図。
【図５】第一実施形態に係る制御システムの構成を示す図。
【図６】制御システムにおけるフィードフォワード制御部を示す図。
【図７】制御システムにおけるフィードバック制御部を示す図。
【図８】旋回体の旋回動作とパイロット油の圧力波形を示す図。
【図９】第二実施形態に係る制御システムの構成を示す図。
【図１０】旋回体の旋回動作と旋回用モータへ送られる作動油の圧力波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本願に開示する技術的思想は、以下に説明するクレーン１のほか、他のクレーンにも適用できる。
【００２１】
まず、図１及び図２を用いて、クレーン１について説明する。
【００２２】
クレーン１は、主に走行体２と旋回体３で構成されている。
【００２３】
走行体２は、左右一対の前輪４と後輪５を備えている。また、走行体２は、荷物の運搬作業を行う際に接地させて安定を図るアウトリガ６を備えている。なお、走行体２は、油圧デバイスによって、その上部に支持する旋回体３を旋回自在としている。
【００２４】
旋回体３は、その後部から前方へ突き出すようにブーム７を備えている。そのため、ブーム７は、油圧デバイスによって旋回自在となっている（矢印Ａ参照）。また、ブーム７は、油圧デバイスによって伸縮自在となっている（矢印Ｂ参照）。更に、ブーム７は、油圧デバイスによって起伏自在となっている（矢印Ｃ参照）。
【００２５】
加えて、ブーム７には、ワイヤロープ８が架け渡されている。ブーム７の先端部分から垂下するワイヤロープ８には、フック９が取り付けられている。また、ブーム７の基端側近傍には、ウインチ１０が配置されている。ウインチ１０は、油圧デバイスと一体的に構成されており、ワイヤロープ８の巻き入れ及び巻き出しを可能としている。そのため、フック９は、油圧デバイスによって昇降自在となっている（矢印Ｄ参照）。なお、旋回体３は、ブーム７の側方にキャビン１１を備えている。キャビン１１の内部には、コントローラ２０（図３参照）のほか、旋回レバー２１や伸縮レバー２２、起伏レバー２３、巻回レバー２４が設けられている。
【００２６】
コントローラ２０は、主に情報記憶部と情報処理部を有している。情報記憶部は、クレーン１の制御に要する様々な情報（プログラムなど）を記憶している。また、情報処理部は、各種レバー２１〜２４の操作量を電気信号に変換し、それぞれの油圧デバイスを制御する。こうして、コントローラ２０は、ブーム７の稼動（旋回動作・伸縮動作・起伏動作）及びウインチ１０の稼動（巻入動作・巻出動作）を実現するのである。
【００２７】
詳しく説明すると、ブーム７は、油圧デバイスによって旋回自在となっている（図１における矢印Ａ参照）。本願においては、かかる油圧デバイスを旋回用モータ３１と定義する。旋回用モータ３１は、後述する作動油制御バルブ３７によって適宜に稼動される。つまり、旋回用モータ３１は、作動油制御バルブ３７が作動油の流量及び流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、旋回用モータ３１の作動速度は、センサ２５（図３参照）によって検出される。
【００２８】
また、ブーム７は、油圧デバイスによって伸縮自在となっている（図１における矢印Ｂ参照）。本願においては、かかる油圧デバイスを伸縮用シリンダ３２と定義する。伸縮用シリンダ３２は、その他の作動油制御バルブによって適宜に稼動される。つまり、伸縮用シリンダ３２は、作動油制御バルブが作動油の流量及び流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、伸縮用シリンダ３２の作動速度は、センサ（図示せず）によって検出される。
【００２９】
更に、ブーム７は、油圧デバイスによって起伏自在となっている（図１における矢印Ｃ参照）。本願においては、かかる油圧デバイスを起伏用シリンダ３３と定義する。起伏用シリンダ３３は、その他の作動油制御バルブによって適宜に稼動される。つまり、起伏用シリンダ３３は、作動油制御バルブが作動油の流量及び流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、起伏用シリンダ３３の作動速度は、センサ（図示せず）によって検出される。
【００３０】
加えて、フック９は、油圧デバイスによって昇降自在となっている（図１における矢印Ｄ参照）。本願においては、かかる油圧デバイスを巻回用モータ３４と定義する。巻回用モータ３４は、その他の作動油制御バルブによって適宜に稼動される。つまり、巻回用モータ３４は、作動油制御バルブが作動油の流量及び流動方向を切り替えることで適宜に稼動される。なお、巻回用モータ３４の作動速度は、センサ（図示せず）によって検出される。
【００３１】
次に、図３及び図４を用いて、油圧システム３０の構成について説明する。
【００３２】
油圧システム３０は、油圧デバイスの一つである旋回用モータ３１を稼動させる。油圧システム３０は、作動油ポンプ３５と作動油タンク３６を有している。また、油圧システム３０は、作動油制御バルブ３７を有している。
【００３３】
作動油ポンプ３５は、旋回用モータ３１へ作動油を送り出すものである。作動油ポンプ３５には、作動油制御バルブ３７まで回路４１がつながっている。また、作動油制御バルブ３７には、旋回用モータ３１まで回路４２及び回路４３がつながっている。そのため、作動油制御バルブ３７のスプールが一方へ摺動したときは、作動油が回路４１・４２を通って旋回用モータ３１へ流れることとなり、スプールが他方へ摺動したときは、作動油が回路４１・４３を通って旋回用モータ３１へ流れることとなる。このとき、スプールの摺動量に応じて各回路４２・４３の開口面積（ポートの開口面積：図４参照）が変わるため、作動油の流量を調節することが可能となる。なお、作動油ポンプ３５から旋回用モータ３１へ作動油を導く回路（４１・４２又は４１・４３）を「メータイン回路」という。以降では、メータイン回路４Ａとする。
【００３４】
作動油タンク３６は、旋回用モータ３１から戻ってきた作動油を蓄えるものである。旋回用モータ３１には、作動油制御バルブ３７まで回路４２及び回路４３がつながっている。また、作動油制御バルブ３７には、作動油タンク３６まで回路４４がつながっている。そのため、作動油制御バルブ３７のスプールが一方へ摺動したときは、作動油が回路４３・４４を通って作動油タンク３６へ流れることとなり、スプールが他方へ摺動したときは、作動油が回路４２・４４を通って作動油タンク３６へ流れることとなる。このとき、スプールの摺動量に応じて回路４４の開口面積（ポートの開口面積：図４参照）が変わるため、作動油の流量を調節することが可能となる。なお、旋回用モータ３１から作動油タンク３６へ作動油を導く回路（４３・４４又は４２・４４）を「メータアウト回路」という。以降では、メータアウト回路４Ｂとする。
【００３５】
加えて、本油圧システム３０においては、回路４１から分岐した回路４５も作動油制御バルブ３７につながっている。また、回路４２及び回路４３から分岐した回路４６も作動油制御バルブ３７につながっている。更に、回路４６から分岐した回路４７が作動油タンク３６につながっている。作動油制御バルブ３７は、スプールが中立位置にあるとき及びいずれの方向へ摺動したときも回路４５と回路４６をつなぐものである（センターバイパス形である）。そのため、作動油制御バルブ３７のスプールが中立位置にあるとき及びいずれの方向へ摺動したときも、作動油が回路４５・４６・４７を通って作動油タンク３６へ流れることとなる。このとき、スプールの摺動量に応じて回路４６の開口面積（ポートの開口面積：図４参照）が変わるため、作動油の流量を調節することが可能となる。なお、作動油ポンプ３５から旋回用モータ３１を経由することなく作動油タンク３６へ作動油を導く回路（４５・４６・４７）を「ブリードオフ回路」という。以降では、ブリードオフ回路４Ｃとする。
【００３６】
更に加えて、本油圧システム３０においては、作動油制御バルブ３７のスプールをパイロット油の圧力によって摺動させる。パイロット油を旋回レバー２１の操作量に応じた圧力とするためにパイロット油圧制御バルブ３８が設けられている。パイロット油圧制御バルブ３８には、作動油制御バルブ３７の一端側油室へ作動油を導く回路４８がつながっている。そのため、オペレータが旋回レバー２１を掴んで一方へ倒すと、その操作量に応じたパイロット油の圧力で作動油制御バルブ３７のスプールを一方へ押すこととなる。このとき、旋回レバー２１の操作量とスプールの摺動量が比例関係となる。また、パイロット油圧制御バルブ３８には、作動油制御バルブ３７の他端側油室へ作動油を導く回路４９がつながっている。そのため、オペレータが旋回レバー２１を掴んで他方へ倒すと、その操作量に応じたパイロット油の圧力で作動油制御バルブ３７のスプールを他方へ押すこととなる。このときも、旋回レバー２１の操作量とスプールの摺動量が比例関係となる。
【００３７】
ところで、作動油ポンプ３５は、エンジン３９によって作動する。そのため、エンジン３９に掛かる負荷が変化すると、作動油ポンプ３５の作動状態も変わってしまう。つまり、エンジン３９に掛かる負荷が増大すると、エンジン３９の回転速度が下がるので、作動油ポンプ３５の作動速度も下がってしまう。すると、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の流量が減少してしまうのである。反対に、エンジン３９に掛かる負荷が減少すると、エンジン３９の回転速度が上がるので、作動油ポンプ３５の作動速度も上がってしまう。すると、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の流量が増加してしまうのである。なお、エンジン３９の回転速度は、センサ２６によって検出される。エンジン３９の回転速度は、作動油ポンプ３５の作動速度と同義である。更に、ブリードオフ回路４Ｃにおける作動油制御バルブ３７の前後差圧（以降「ブリードオフ絞り差圧」とする）は、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の圧力と作動油タンク３６における作動油の圧力との差に相当する。従って、本クレーン１においては、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の圧力をセンサ２７によって検出し、作動油タンク３６における作動油の圧力をセンサ２８によって検出する。但し、作動油タンク３６における作動油の圧力は、大気圧に等しいと考えると、必ずしもセンサ２８が必要というわけではない。
【００３８】
以下に、図５から図８を用いて、第一実施形態に係る制御システム５０の構成について説明する。ここでは、説明における符号（Ａ）・（Ｂ）・（Ｃ）・・・が図中の符号（Ａ）・（Ｂ）・（Ｃ）・・・に合致する。
【００３９】
制御システム５０は、作動油制御バルブ３７のスプールを適宜に摺動させる。制御システム５０は、フィードフォワード制御部５１とフィードバック制御部５２を有している。
【００４０】
まず、フィードフォワード制御部５１について説明する。フィードフォワード制御部５１は、旋回体３が旋回動作を開始してから停止するまで連続的に機能するものである。
【００４１】
フィードフォワード制御部５１は、センサ２６の検出信号に基づいてエンジン３９の回転速度Ｎｅを把握する（Ａ）。そして、エンジン３９の回転速度Ｎｅに基づいて作動油ポンプ３５から送り出される作動油の流量を算出する（Ｂ）。同時に、フィードフォワード制御部５１は、旋回レバー２１の操作量に対応する旋回用モータ３１の目標作動速度Ｓｔを把握する（Ｃ）。そして、旋回用モータ３１の目標作動速度Ｓｔに基づいて旋回用モータ３１へ送られる作動油の目標流量を算出する（Ｄ）。その後、フィードフォワード制御部５１は、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の流量と旋回用モータ３１へ送られる作動油の目標流量に基づいてブリードオフ目標流量Ｑｂを算出する。
【００４２】
また、フィードフォワード制御部５１は、センサ２７の検出信号に基づいて作動油ポンプ３５から送り出される作動油の圧力Ｐｐを把握する（Ｅ）。フィードフォワード制御部５１は、かかる圧力波形に対してローパスフィルタをかける（Ｆ）。同時に、フィードフォワード制御部５１は、センサ２８の検出信号に基づいて作動油タンク３６における作動油の圧力Ｐｒを把握する（Ｇ）。このとき、作動油タンク３６における作動油の圧力は、大気圧に等しいとして機械的に０ＭＰａとしてもよい。その後、フィードフォワード制御部５１は、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の圧力Ｐｐと作動油タンク３６における作動油の圧力Ｐｒに基づいてブリードオフ絞り差圧Ｐｐ−Ｐｒを算出する。
【００４３】
更に、フィードフォワード制御部５１は、ブリードオフ目標流量Ｑｂとブリードオフ絞り差圧Ｐｐ−Ｐｒからブリードオフ目標開口面積Ａｔを算出する（Ｈ）。このとき、フィードフォワード制御部５１は、下記の数式（オリフィスの数式）を用いてブリードオフ目標開口面積Ａｔを算出するものとしている。なお、かかる数式においては、流量係数をＣｆとし、作動油密度をρとしている。
【数１】
2020139549.tif 000005
【００４４】
加えて、フィードフォワード制御部５１は、スプールの摺動量とブリードオフ回路４Ｃの開口面積との関係を表す変換テーブルに基づいてスプール目標摺動量Ｄｔを読み取る（Ｉ）。つまり、ブリードオフ回路４Ｃの開口面積がブリードオフ目標開口面積Ａｔとなるスプール目標摺動量Ｄｔを読み取るのである。その後、フィードフォワード制御部５１は、パイロット油の圧力とスプールの摺動量との関係を表す変換テーブルに基づいてパイロット油目標圧力Ｐｔを読み取る（Ｊ）。つまり、スプールの摺動量がスプール目標摺動量Ｄｔとなるパイロット油目標圧力Ｐｔを読み取るのである。このようにして、フィードフォワード制御部５１は、パイロット油目標圧力Ｐｔを決定する。なお、パイロット油目標圧力Ｐｔは、パイロット油圧制御バルブ３８の操作電圧Ｏｖに変換される（Ｋ）。
【００４５】
次に、フィードバック制御部５２について説明する。フィードバック制御部５２も、旋回体３が旋回動作を開始してから停止するまで連続的に機能するものである。
【００４６】
フィードバック制御部５２は、旋回レバー２１の操作量に対応する旋回用モータ３１の目標作動速度Ｓｔを把握する（Ｌ）。これは、旋回体３の目標旋回速度と同義である。同時に、フィードバック制御部５２は、センサ２５の検出信号に基づいて旋回用モータ３１の実作動速度Ｓａを把握する（Ｍ）。これは、旋回体３の実旋回速度と同義である。その後、フィードバック制御部５２は、旋回用モータ３１の目標作動速度Ｓｔと旋回用モータ３１の実作動速度Ｓａに基づいて速度偏差Ｓｔ−Ｓａを算出する。
【００４７】
また、フィードバック制御部５２は、速度偏差Ｓｔ−Ｓａである比例項に予め定めたゲイン（比例ゲインＫｐ）を乗じて操作量を算出する（Ｎ）。かかる制御手法は、偏差に比例して操作量を変化させるものであるから比例制御と呼ばれる。一般的に比例制御を加えると、偏差が小さいほど操作量が小さく、偏差が大きいほど操作量が大きくなる。比例ゲインＫｐを適宜に定めると、偏差を収束させる動作の立ち上がりが早くなる。
【００４８】
更に、フィードバック制御部５２は、速度偏差Ｓｔ−Ｓａに基づいて算出される積分項に予め定めたゲイン（積分ゲインＫｉ）を乗じて操作量を算出する（Ｏ）。かかる制御手法は、偏差の積分に比例して操作量を変化させるものであるから積分制御と呼ばれる。一般的に積分制御を加えると、偏差の積分が小さいほど操作量が小さく、偏差の積分が大きいほど操作量が大きくなる。積分ゲインＫｉを適宜に定めると、やや時間がかかるものの偏差を収束させることが可能となる。
【００４９】
加えて、フィードバック制御部５２は、速度偏差Ｓｔ−Ｓａに基づいて算出される微分項に予め定めたゲイン（微分ゲインＫｄ）を乗じて操作量を算出する（Ｐ）。かかる制御手法は、偏差の微分に比例して操作量を変化させるものであるから微分制御と呼ばれる。一般的に微分制御を加えると、偏差の微分が小さいほど操作量が小さく、偏差の微分が大きいほど操作量が大きくなる。微分ゲインＫｄを適宜に定めると、オーバーシュートや振動現象を抑えることが可能となる。
【００５０】
このような制御システム５０により、コントローラ２０は、常に適切な操作電圧Ｏｖをパイロット油圧制御バルブ３８のアンプに印加することができる（Ｑ）。但し、フィードバック制御部５２は、このようなＰＩＤ制御に限定するものではない。例えばＰＩ制御やＰＤ制御、その他の制御であってもよい。
【００５１】
制御システム５０の効果について一例を示すと、次のようになる。即ち、旋回レバー２１の操作量が同じでもエンジン３９の回転速度Ｎｅが低ければ、作動油ポンプ３５から送り出される作動油が減ってしまう。そこで、パイロット油の圧力を高くしてスプールの摺動量を大きくすることにより、ブリードオフ回路４Ｃの流量を減らすのである。これについては、図８の（Ａ）及び（Ｂ）より、旋回動作を開始してから停止するまでパイロット油の圧力が高く維持されているのが分かる。反対に、旋回レバー２１の操作量が同じでもエンジン３９の回転速度Ｎｅが高ければ、作動油ポンプ３５から送り出される作動油が増えてしまう。そこで、パイロット油の圧力を低くしてスプールの摺動量を小さくすることにより、ブリードオフ回路４Ｃの流量を増やすのである。これについては、図８の（Ｃ）及び（Ｄ）より、旋回動作を開始してから停止するまでパイロット油の圧力が低く維持されているのが分かる。
【００５２】
以上のように、本クレーン１は、オペレータが操作する操作具（旋回レバー２１）と、操作具（２１）の操作量に基づいて油圧デバイス（旋回用モータ３１）へ送られる作動油の目標流量を決定するコントローラ２０と、を具備している。そして、コントローラ２０は、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の流量と油圧デバイス（３１）へ送られる作動油の目標流量に基づいてブリードオフ目標流量Ｑｂを算出し、作動油ポンプ３５から送り出される作動油の圧力Ｐｐと作動油タンク３６における作動油の圧力Ｐｒに基づいてブリードオフ絞り差圧Ｐｐ−Ｐｒを算出し、ブリードオフ目標流量Ｑｂとブリードオフ絞り差圧Ｐｐ−Ｐｒに基づいてブリードオフ目標開口面積Ａｔを算出してブリードオフ目標開口面積Ａｔとなるように作動油制御バルブ３７を制御する。かかるクレーン１によれば、エンジン３９に掛かる負荷に応じて作動油ポンプ３５の作動状態が変わっても、ブリードオフ回路４Ｃの開口面積の調節により、操作具（２１）の操作量と油圧デバイス（３１）へ送られる作動油の流量を比例させることができる。従って、オペレータの操作に対して素直な操作特性を実現できる。ひいては操作性能の向上を実現できる。また、コントローラ２０に作動油の目標流量に関する情報やブリードオフ回路４Ｃの開口面積に関する情報を記憶させればよいので、研究開発に要する時間並びに金銭的なコストを低減できる。
【００５３】
また、本クレーン１において、コントローラ２０は、ブリードオフ目標流量をＱｂとし、ブリードオフ絞り差圧をＰｐ−Ｐｒとし、流量係数をＣｆとし、作動油密度をρとした場合、ブリードオフ目標開口面積Ａｔを下記の数式を用いて算出する。かかるクレーン１によれば、簡素なプログラムによって前述の効果を得ることができる。即ち、操作性能の向上を実現できる。また、研究開発に要する時間並びに金銭的なコストを低減できる。
【数１】
2020139549.tif 000006
【００５４】
更に、本クレーン１において、コントローラ２０は、油圧デバイス（旋回用モータ３１）の目標作動速度Ｓｔと油圧デバイス（３１）の実作動速度Ｓａに基づいて速度偏差Ｓｔ−Ｓａを算出して速度偏差Ｓｔ−Ｓａが小さくなるように作動油制御バルブ３７を制御する。かかるクレーン１によれば、大きな外乱を受けても、オペレータの操作に対して素直な操作特性を実現できる。ひいては操作性能の向上を実現できる。
【００５５】
加えて、本クレーン１において、コントローラ２０は、速度偏差Ｓｔ−Ｓａである比例項及び速度偏差Ｓｔ−Ｓａに基づいて算出される積分項並びに微分項にそれぞれゲインを乗じて速度偏差Ｓｔ−Ｓａが小さくなるように作動油制御バルブ３７を制御する。かかるクレーン１によれば、簡素なプログラムによって前述の効果を得ることができる。即ち、操作性能の向上を実現できる。
【００５６】
以下に、図９及び図１０を用いて、第二実施形態に係る制御システム５０の構成について説明する。ここでは、第一実施形態に係る制御システム５０と異なる部分についてのみ説明する。
【００５７】
制御システム５０は、フィードフォワード制御部５１とフィードバック制御部５２のほか、モード別停止制御部５３を有している。モード別停止制御部５３は、旋回体３が旋回動作を停止する際に機能するものである。
【００５８】
モード別停止制御部５３は、スイッチ２９の操作によって高速応答を重視したモードと衝撃抑制を重視したモードを選択し得る。但し、コントローラ２０が様々な稼働環境を読み解いて自動的にモードを選択するとしてもよい。
【００５９】
モード別停止制御部５３は、パイロット油圧制御バルブ３８の操作電圧Ｏｖを把握する。そして、モード別停止制御部５３は、かかる操作電圧Ｏｖをパイロット油圧制御バルブ３８のアンプに印加する（Ｑ）。同時に、モード別停止制御部５３は、旋回レバー２１の操作量に対応する旋回用モータ３１の目標作動速度Ｓｔを把握する。また、モード別停止制御部５３は、センサ２５の検出信号に基づいて旋回用モータ３１の実作動速度Ｓａを把握する。更に、モード別停止制御部５３は、動作停止時に関するモードの選択状況を把握する。そして、モード別停止制御部５３は、旋回用モータ３１の目標作動速度Ｓｔがゼロになってから旋回用モータ３１の実作動速度Ｓａが閾値Ｔよりも小さくなると、旋回用モータ３１へ送られる作動油を遮断するように作動油制御バルブ３７を制御する（図１０の（Ａ）及び（Ｃ）におけるＰ点参照）。
【００６０】
この点、モード別停止制御部５３は、選択しているモードに応じて閾値Ｔを変更する。具体的に説明すると、高速応答を重視したモードを選択している場合は、閾値Ｔを通常時よりも高い位置へズラし（図１０の（Ａ）参照）、衝撃抑制を重視したモードを選択している場合は、閾値Ｔを通常時よりも低い位置へズラすのである（図１０の（Ｃ）参照）。このようにすることで、高速応答を重視したモードを選択している場合では、旋回体３が未だ旋回動作を続けていても、旋回用モータ３１へ送られる作動油を遮断するので、素早く停止させることができる。反対に、衝撃抑制を重視したモードを選択している場合では、旋回体３が旋回動作を停止する或いはほぼ停止するころに旋回用モータ３１へ送られる作動油を遮断するので、滑らかに停止させることができる。
【００６１】
以上のように、本クレーン１において、コントローラ２０は、油圧デバイス（旋回用モータ３１）の目標作動速度Ｓｔがゼロになってから油圧デバイス（３１）の実作動速度Ｓａが閾値Ｔよりも小さくなると、油圧デバイス（３１）へ送られる作動油を遮断するように作動油制御バルブ３７を制御する。かかるクレーン１によれば、油圧デバイス（３１）の停止に際して適宜な高速応答と適宜な衝撃抑制の両立を実現できる。ひいては操作性能の向上を実現できる。
【００６２】
また、本クレーン１において、コントローラ２０は、動作停止時に関するモードの選択状況に基づいて閾値Ｔを変更する。かかるクレーン１によれば、より高速応答を重視した操作特性やより衝撃抑制を重視した操作特性を実現できる。ひいては操作性能の向上を実現できる。
【００６３】
最後に、本願においては、油圧デバイスを旋回用モータ３１とし、旋回体３の旋回動作に着目して説明を行ったが、これに限定するものではない。つまり、本願に開示する技術的思想は、油圧デバイスを伸縮用シリンダ３２とし、ブーム７の伸縮動作に適用することが可能である。また、油圧デバイスを起伏用シリンダ３３とし、ブーム７の起伏動作に適用することが可能である。更に、油圧デバイスを巻回用モータ３４とし、ウインチ１０の巻回動作に適用することが可能である。加えて、本願においては、クレーン１を用いて説明を行ったが、これに限定するものではない。つまり、本願に開示する技術的思想は、油圧デバイスを備えたあらゆる作業車両に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１          クレーン
２          走行体
３          旋回体
７          ブーム
２０        コントローラ
２１        旋回レバー（操作具）
２２        伸縮レバー（操作具）
２３        起伏レバー（操作具）
２４        巻回レバー（操作具）
３０        油圧システム
３１        旋回用モータ（油圧デバイス）
３２        伸縮用シリンダ（油圧デバイス）
３３        起伏用シリンダ（油圧デバイス）
３４        巻回用モータ（油圧デバイス）
３５        作動油ポンプ
３６        作動油タンク
３７        作業油制御バルブ
３８        パイロット油圧制御バルブ
５０        制御システム
５１        フィードフォワード制御部
５２        フィードバック制御部
５３        モード別停止制御部
４Ａ        メータイン回路
４Ｂ        メータアウト回路
４Ｃ        ブリードオフ回路
Ａｔ        ブリードオフ目標開口面積
Ｑｂ        ブリードオフ目標流量
Ｐｐ−Ｐｒ  ブリードオフ絞り差圧
Ｔ          閾値
【図１】
2020139549.tif 000008
【図２】
2020139549.tif 000009
【図３】
2020139549.tif 000010
【図４】
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【図５】
2020139549.tif 000012
【図６】
2020139549.tif 000013
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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