(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾転角制御で吐出流量の変更が可能な油圧ポンプからコントロール弁を介して供給する作動油で駆動する油圧モータと、該油圧モータと協動する電動機とによって構造体を駆動する作業機械の駆動制御方法であって、
前記構造体の動作量を決定するリモコン弁の操作量に基づく速度指令に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度フィードバック制御と、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとにおける作動油圧力差に基づく差圧フィードバック制御とを行うことで、前記油圧モータの実回転数における必要量の作動油量を吐出するように開度指令を生成して前記コントロール弁を開度制御するとともに、
前記差圧フィードバック制御を行った信号に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度信号を制御ゲインを介して加えることで、前記油圧モータの実回転数に適した作動油量を供給するように前記開度指令に対して流量補償を行うようにしたことを特徴とする作業機械の駆動制御方法。
【請求項２】
前記流量補償を行った開度指令と、前記差圧フィードバック信号を入力した差圧指令との間に、前記開度指令の変化分をフィードバックさせるマイナーループを設けて昇圧補償を行うようにした請求項１に記載の作業機械の駆動制御方法。
【請求項３】
前記油圧ポンプを第一油圧ポンプ、前記コントロール弁を第一コントロール弁、前記構造体を第一構造体とし、該第一構造体に加えて、第二油圧ポンプから第二コントロール弁を介して供給する作動油で駆動する第二構造体を有し、前記第二構造体を駆動する作動油に前記第一油圧ポンプから供給される作動油を合流させるように構成し、
前記第一構造体の動作量を決定するリモコン弁の操作量に基づく速度指令に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度フィードバック制御と、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとにおける作動油圧力差に基づく差圧フィードバック制御とを行うことで、前記油圧モータの実回転数における必要量の作動油量を吐出するように前記油圧ポンプの傾転指令を生成し、
前記差圧フィードバック制御を行った信号に対し、前記実回転数に基づく速度信号を制御ゲインを介して加えることで、前記油圧モータの実回転数に適した作動油量を供給するように前記傾転指令に対して流量補償を行い、
該流量補償された信号と、作業機械における他の指令とを比較し、その最大値を選択した信号を傾転指令として前記油圧ポンプの傾転を制御するようにした請求項１又は２に記載の作業機械の駆動制御方法。
【請求項４】
前記構造体の初期加速時に、該構造体の加速に要するトルクから電動機で出力可能な駆動トルクを除き、不足分のトルクを前記油圧モータの駆動トルクで補うように前記コントロール弁の開度指令を生成するようにした請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の作業機械の駆動制御方法。
【請求項５】
傾転角制御で吐出流量の変更が可能な第一油圧ポンプから第一コントロール弁を介して供給する作動油で駆動する油圧モータと、該油圧モータと協動する電動機とによって第一構造体を駆動する作業機械の駆動制御方法であって、
前記第一構造体に加えて、第二油圧ポンプから第二コントロール弁を介して供給する作動油で駆動する第二構造体を有し、該第二構造体を駆動する作動油に前記第一油圧ポンプの作動油を合流させるように構成され、
前記第一構造体の動作量を決定するリモコン弁の操作量に基づく速度指令に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度フィードバック制御と、前記第二油圧ポンプの実吐出圧力をフィードバックする第二ポンプ圧力フィードバック制御と、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとにおける作動油圧力差に基づく差圧フィードバック制御とを行うことで、前記油圧モータの実回転数における必要量の作動油量を吐出するように第一油圧ポンプの旋回傾転指令を生成し、該第一油圧ポンプの旋回傾転指令と前記第二油圧ポンプの傾転指令との最大値を選択して前記第一油圧ポンプを傾転角制御するようにしたことを特徴とする作業機械の駆動制御方法。
【請求項６】
前記第二ポンプ圧力フィードバック制御を、前記速度フィードバック制御を行った駆動トルク指令から電動機トルク分を除いた油圧モータトルク指令を求め、該油圧モータトルク指令に前記第二油圧ポンプの実吐出圧力をフィードバックさせる合流補償として行うようにした請求項５に記載の作業機械の駆動制御方法。
【請求項７】
前記速度フィードバック制御を行った駆動トルク指令から前記合流補償を行った油圧モータトルク指令を減じてトルク指令差を求め、
前記電動機を運転することができるエネルギと前記トルク指令差とから必要な電動機トルク指令を求めて油圧モータの不足トルクを電動機で補うようにした請求項６に記載の作業機械の駆動制御方法。
【請求項８】
前記合流補償を行った油圧モータトルク指令に基づく第一油圧ポンプの差圧指令に前記油圧モータの背圧を加えて油圧モータ回路におけるリリーフ圧力指令を求め、該リリーフ圧力指令を前記油圧モータの上流側回路における電磁リリーフ弁のリリーフ圧とした請求項６に記載の作業機械の駆動制御方法。
【請求項９】
前記差圧フィードバック制御を行った信号に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度信号を制御ゲインを介して加えることで、前記油圧モータの実回転数に適した作動油量を供給するように前記第一油圧ポンプの旋回傾転指令に対して流量補償を行うようにした請求項５に記載の作業機械の駆動制御方法。
【請求項１０】
前記流量補償を行った旋回傾転指令と、前記差圧フィードバック信号を入力した差圧指令との間に、前記旋回傾転指令の変化分をフィードバックさせるマイナーループを設けて昇圧補償を行うようにした請求項９に記載の作業機械の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械に用いられる駆動装置の制御方法に関し、詳しくは、油圧モータと電動機とによって構造体を駆動する作業機械の駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベル、クレーン、ホイールローダ、ブルドーザ等の動力機械類（この明細書及び特許請求の範囲の書類では、これらの動力機械類（重機）を総称して「作業機械」という）が土木・建設工事などに使用されている。例えば、図７に示す油圧ショベル１００を例に説明すると、油圧ショベル１００には、下部走行体１０１の上部に上部旋回体（構造体）１０２が設けられ、この上部旋回体１０２に、エンジンや運転席、バケット１０３が先端に設けられたアーム１０４、アーム１０４に連結されたブーム１０５等が備えられている。このブーム１０５は、ブームシリンダ１０６によって上昇させられるようになっている。そのため、上部旋回体１０２は大型の重量物になっている。この上部旋回体１０２は、作業時に運転席のリモコンを操作することにより、上記下部走行体１０１の上部で旋回させられる。また、ブーム１０５等が上下方向に駆動されて先端のバケット１０３によって各種作業が行われる。
【０００３】
このような作業機械には、上部旋回体１０２やブーム１０５等を駆動する複数台の油圧ポンプが備えられており、それぞれの油圧ポンプから供給される作動油を単独、又は条件に応じて合流させることで大きな駆動力が得られるようになっている。また、上部旋回体１０２は、近年、油圧モータと電動機とを備えた駆動装置によって旋回させられるものも提案されている。
【０００４】
例えば、この種の駆動装置を備えた作業機械として、油圧モータを駆動源とする油圧ユニットと電動機を駆動源とする電動ユニットとを設け、旋回時にコントローラとインバータによって電動機を制御し、そのトルクで油圧ユニットをアシストするようにした駆動装置を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。この作業機械では、駆動装置の定常旋回時および減速時に、電動機に回生作用を行わせて回生電力を蓄電器に蓄えるようにしている。また、駆動装置の制御手段としては、旋回時に、要求されるトルクを求め、その要求トルクが設定値を超えたときに電動機から必要なトルクが出力されるようにしている。つまり、電動ユニットによって油圧ユニットをアシストし、全体として必要な最大トルクを確保しながら電動ユニットのアシスト分を調整することで、必要なトルクを発生させるようにしている。また、上記制御手段は、油圧モータ回路に設けられたリリーフ弁によるリリーフ時間を短縮する方向で電動機の出力トルクを制御するように構成されている。
【０００５】
さらに、他の先行技術として、油圧アクチュエータと電動・発電機の駆動力を合成する駆動力合成機構を有するハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械がある。この機械では、制動時に発生するエネルギを有効に活用するために連通弁（バイパス弁）を設けて、旋回体の慣性エネルギを電動・発電機で電気エネルギとして効率良く回生しようとしている（例えば、特許文献２参照）。この先行技術では、油圧アクチュエータの駆動力と、この油圧アクチュエータと協動する電動・発電機の駆動力との比率を設定する設定手段として、油圧モータに内蔵されたリリーフ弁を用いている。
【０００６】
また、他の先行技術として、油圧アクチュエータの両ポートの差圧を検出し、この差圧に関連させて、油圧アクチュエータに併設された電動・発電機に対してトルク指令を行うようにしたものもある（例えば、特許文献３参照）。この先行技術では、旋回体を油圧モータと電動・発電機の駆動・制動トルクとの和で駆動制御するように構成されている。さらに、駆動時には制動時に比較して油圧モータの出力トルクの割合が大きくなるように、油圧モータの駆動・停止時の最高駆動圧力を制御するリリーフ弁を設け、このリリーフ弁の起動加速時の作動圧力を減速停止時の作動圧力より高くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９０８８２号公報
【特許文献２】特開２００８−２９１５２２号公報
【特許文献３】特開２００８−６３８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、作業機械における構造体の動作としては、例えば、上記油圧ショベル１００による土砂の掘削積込み作業等のように、上部旋回体１０２を急激に加速、減速する作業が多い。そのため、上記したような大型の重量物で慣性体である上部旋回体１０２を所望の速度で旋回させようとして、リモコン弁を速く、且つ大きく操作することが多い。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１の作業機械では、リモコン弁の二次圧を直接コントロール弁のパイロットポートに作用させて流量制御しているため、旋回操作時の大きなリモコン弁の操作による旋回加速時にはコントロール弁が大きく開き、油圧ポンプからの吐出圧油のすべてが油圧モータ回路に流入する。そして、この流入油は、上記したように油圧モータ回路に昇圧緩衝機能を有するリリーフ弁を用いたとしても、慣性体である上部旋回体が所望の旋回速度に達するまではその一部が油圧モータを駆動する動力として使用されるだけで残りはリリーフ弁からリリーフされるため、これによってエネルギ利用効率が低下する。このようなエネルギ利用効率の低下は、エネルギ消費量が増大する旋回加速時に大きなエネルギ損失が発生するので顕著である。このようなエネルギ利用効率の低下は、旋回体以外の構造体を加速駆動する駆動装置においても同様に生じる。
【００１０】
また、制御手段は、旋回時に要求されるトルクが要求値を超えた場合に限り、電動機から必要なトルクを出力する構成となっているため、比較的小さいトルクが連続して必要とされるような運用条件では、電動機が作動する時間が充分に確保できない場合があり得る。したがって、蓄電した電気エネルギを充分に活用できない状況が生じる可能性がある。
【００１１】
さらに、ブレーキ時にコントロール弁が閉じられると油圧モータ回路が閉回路となり、電動機で減速トルクをアシストしたとしても油圧トルクが発生してリリーフ弁が作動するので、減速時の慣性エネルギを電気エネルギとして効率良く回収することができない。
【００１２】
なお、上記特許文献２に記載の発明においても、上記特許文献１と同様にリモコン弁の二次圧を直接コントロール弁のパイロットポートに作用させているため、リモコン弁の操作時に多くの圧油がコントロール弁に供給され、旋回体が所望の速度に達して油圧モータが所定トルクとなるまでは多くの圧油がリリーフ弁からリリーフされてエネルギ損失を生じる。
【００１３】
また、上記特許文献３に記載の発明においては、油圧モータの圧油供給口と排出口とにおける圧力を検出して、発電・電動機の動作制御をすることについて記載されているが、その圧力を利用して油圧モータに供給する圧油量を制御する詳細な制御方法については何ら記載されていない。
【００１４】
一方、作業機械によっては、上記油圧ショベルのように複数の操作レバーを同時に操作することで、例えば、上部旋回体１０２を油圧モータで旋回動作させると同時に、ブーム１０５の先端のバケット１０３による土砂持上げ動作をブームシリンダ（油圧アクチュエータ）１０６で行う複合操作がある。このような複合操作を行う作業機械には、エンジン動力に応じた容量で複数台の油圧ポンプが設けられている。上記複合操作時には、複数台の油圧ポンプから吐出された作動油が動力を必要とする駆動側に合流するようになっており、それらの油圧ポンプの吐出圧力は駆動側の圧力と同一圧力となる。
【００１５】
しかしながら、上記した上部旋回体のように油圧モータと電動機とによって駆動される構造体を有する作業機械の場合、一時的に大きな動力を必要とする油圧アクチュエータに、複数台の油圧ポンプの作動油を合流させる際は、複数台の油圧ポンプの吐出圧力は、その油圧アクチュエータの駆動圧力と同一圧力となるため、上記電動機とともに構造体を駆動する油圧モータに供給される作動油も同一圧力になってしまい、その時の油圧モータの駆動条件に適さない圧力となって効率良く駆動するのが難しくなる。
【００１６】
なお、上記特許文献１〜３には、旋回体を電動機と協動して駆動する油圧モータに供給する作動油を他の構造体の駆動動力に合流させた状態で、油圧モータによる旋回体の駆動を効率良く行えるようにする構成について何ら記載されていない。
【００１７】
そこで、本発明は、リモコン弁の操作量と油圧モータの回転数と油圧モータの吸入ポートと排出ポートとにおける作動油圧力差に応じて、油圧モータに供給する油量を制御することでエネルギ損失を抑えることができる作業機械の駆動制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は、傾転角制御で吐出流量の変更が可能な油圧ポンプからコントロール弁を介して供給する作動油で駆動する油圧モータと、該油圧モータと協動する電動機とによって構造体を駆動する作業機械の駆動制御方法であって、前記構造体の動作量を決定するリモコン弁の操作量に基づく速度指令に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度フィードバック制御と、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとにおける作動油圧力差に基づく差圧フィードバック制御とを行うことで、前記油圧モータの実回転数における必要量の作動油量を吐出するように開度指令を生成して前記コントロール弁を開度制御するとともに、前記差圧フィードバック制御を行った信号に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度信号を制御ゲインを介して加えることで、前記油圧モータの実回転数に適した作動油量を供給するように前記開度指令に対して流量補償を行うようにしている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「構造体」は、例えば、旋回動作をする上部旋回体、直線動作をするブーム等の構造体をいう。また、「構造体の動作量」は「構造体の動作速度及び動作量等」全ての動作量を含む。
【００１９】
これにより、リモコン弁の操作量と油圧モータの実回転数の差に応じた駆動トルクを油圧モータで得るために適した作動油量で、且つ油圧モータの実回転数に適した作動油量を吐出するようにコントロール弁の開度が制御される。従って、油圧ポンプから油圧モータに供給される作動油量を、実回転数に適した量で、且つリモコン弁の操作量と油圧モータの実回転数の差に応じた駆動トルクを得るために必要な量に制御することができ、エネルギ効率の向上を図ることが可能となる。
【００２０】
また、差圧フィードバック制御によるコントロール弁の開度指令に対して実回転数における必要油量が得られるように流量補償を行うので、変化する実回転数に応じた必要油量となるようにコントロール弁の開度制御を行うことができ、応答性を向上させることが可能となる。
【００２１】
また、前記流量補償を行った開度指令と、前記差圧フィードバック信号を入力した差圧指令との間に、前記開度指令の変化分をフィードバックさせるマイナーループを設けて昇圧補償を行うようにしてもよい。このようにすれば、流量補償を行った開度指令の高周波領域でのゲインをマイナーループのフィードバック制御で下げて圧力制御の安定性を向上させることができる。
【００２２】
また、前記油圧ポンプを第一油圧ポンプ、前記コントロール弁を第一コントロール弁、前記構造体を第一構造体とし、該第一構造体に加えて、第二油圧ポンプから第二コントロール弁を介して供給する作動油で駆動する第二構造体を有し、前記第二構造体を駆動する作動油に前記第一油圧ポンプから供給される作動油を合流させるように構成し、前記第一構造体の動作量を決定するリモコン弁の操作量に基づく速度指令に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度フィードバック制御と、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとにおける作動油圧力差に基づく差圧フィードバック制御とを行うことで、前記油圧モータの実回転数における必要量の作動油量を吐出するように前記油圧ポンプの傾転指令を生成し、前記差圧フィードバック制御を行った信号に対し、前記実回転数に基づく速度信号を制御ゲインを介して加えることで、前記油圧モータの実回転数に適した作動油量を供給するように前記傾転指令に対して流量補償を行い、該流量補償された信号と、作業機械における他の指令とを比較し、その最大値を選択した信号を傾転指令として前記油圧ポンプの傾転を制御するようにしてもよい。
【００２３】
このように、コントロール弁の開度制御と、油圧ポンプの傾転制御を併用することで、第一油圧ポンプから第一コントロール弁を介して供給する作動油で駆動する油圧モータと電動機で駆動する第一構造体と、第二油圧ポンプから第二コントロール弁を介して供給する作動油で駆動する第二構造体とを備えた作業機械で、この第二構造体を駆動する作動油に第一油圧ポンプの作動油を合流させる構成において、第一油圧ポンプの傾転指令を作業機械における最大値を満たす傾転指令にして流量制御を行うことができ、また、第一コントロール弁の開度を前記開度制御により絞ることで、合流に必要な第一油圧ポンプの吐出圧力を確保することができる。しかも、コントロール弁の開度は油圧モータの実回転数に適した量で、且つリモコン弁の操作量と油圧モータの実回転数の差に応じた駆動トルクを得るために必要な量に制御することができる。
【００２４】
なお、油圧モータと電動機で第一構造体のみを旋回駆動させるときは、第一コントロール弁の開度は、前記開度制御を実施せずに、圧力損失が最小となるように最大開度に設定し、第一油圧ポンプは、前記傾転角制御を実施するようにしてもよい。このように、コントロール弁の開度制御を切り換えることで、圧力損失の少ない運転をすることができる。
【００２５】
また、前記構造体の初期加速時に、該構造体の加速に要するトルクから電動機で出力可能な駆動トルクを除き、不足分のトルクを前記油圧モータの駆動トルクで補うように前記コントロール弁の開度指令を生成するようにしてもよい。このようにすれば、慣性体である構造体の初期加速時に、その構造体の加速に要するトルクを、蓄電器の電圧に基づく電動機で出力可能な駆動トルクと、その電動機の駆動トルクを除いた不足分を油圧モータの駆動トルクで補うように、それぞれのエネルギを演算しながら駆動制御を行うので、蓄積電気エネルギの利用効率を高くすることができる。しかも、油圧モータの作動油量は、電動機の駆動トルクを除いた不足分を補うように開度が制御されたコントロール弁から供給されるため、エネルギ効率の高い運用が可能となる。
【００２６】
また、傾転角制御で吐出流量の変更が可能な第一油圧ポンプから第一コントロール弁を介して供給する作動油で駆動する油圧モータと、該油圧モータと協動する電動機とによって第一構造体を駆動する作業機械の駆動制御方法であって、前記第一構造体に加えて、第二油圧ポンプから第二コントロール弁を介して供給する作動油で駆動する第二構造体を有し、該第二構造体を駆動する作動油に前記第一油圧ポンプの作動油を合流させるように構成され、前記第一構造体の動作量を決定するリモコン弁の操作量に基づく速度指令に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度フィードバック制御と、前記第二油圧ポンプの実吐出圧力をフィードバックする第二ポンプ圧力フィードバック制御と、前記油圧モータの吸入ポートと排出ポートとにおける作動油圧力差に基づく差圧フィードバック制御とを行うことで、前記油圧モータの実回転数における必要量の作動油量を吐出するように第一油圧ポンプの旋回傾転指令を生成し、該第一油圧ポンプの旋回傾転指令と前記第二油圧ポンプの傾転指令との最大値を選択して前記第一油圧ポンプを傾転角制御するようにしている。
【００２７】
このようにすれば、第一油圧ポンプから供給する作動油で駆動する油圧モータと電動機とで駆動する第一構造体と、第二油圧ポンプから供給する作動油で駆動する第二構造体とを備えた作業機械で、この第二構造体を駆動する作動油に第一油圧ポンプの作動油を合流させる構成において、第一油圧ポンプの傾転指令を第二油圧ポンプの実吐出圧力に則してフィードバック制御して、第一油圧ポンプから吐出する作動油を第二油圧ポンプから吐出する作動油に安定して合流させることができる。
【００２８】
また、前記第二ポンプ圧力フィードバック制御を、前記速度フィードバック制御を行った駆動トルク指令から電動機トルク分を除いた油圧モータトルク指令を求め、該油圧モータトルク指令に前記第二油圧ポンプの実吐出圧力をフィードバックさせる合流補償として行うようにしてもよい。このようにすれば、電動機トルク分を除いた油圧モータトルク分が得られるようにした第一油圧ポンプの傾転指令を第二油圧ポンプの吐出圧力で補正するので、第一油圧ポンプの傾転指令を第二油圧ポンプの実吐出圧力に則してより正確にフィードバック制御することができる。
【００２９】
また、前記速度フィードバック制御を行った駆動トルク指令から前記合流補償を行った油圧モータトルク指令を減じてトルク指令差を求め、前記電動機を運転することができるエネルギと前記トルク指令差とから必要な電動機トルク指令を求めて油圧モータの不足トルクを電動機で補うようにしてもよい。このようにすれば、複数台の油圧ポンプで駆動する複数の構造体を備えた作業機械において、旋回体の旋回駆動は油圧モータの駆動トルクで分担した不足分を電動機で補うようにすればよいため、油圧モータの駆動トルクに応じて蓄積電気エネルギを効率良く使用してエネルギ効率の良い運転ができる。
【００３０】
また、油圧モータのみで第一構造体を旋回駆動させながら、第二構造体を第一油圧ポンプの作動油を合流させて駆動させる場合と比較して、油圧モータトルクは同じトルクとなり、電動機トルクによるアシスト分、駆動トルクを増加することができるので、旋回作業時間の短縮を図ることができる。
【００３１】
また、前記合流補償を行った油圧モータトルク指令に基づく第一油圧ポンプの差圧指令に前記油圧モータの背圧を加えて油圧モータ回路におけるリリーフ圧力指令を求め、該リリーフ圧力指令を前記油圧モータの上流側回路における電磁リリーフ弁のリリーフ圧としてもよい。このようにすれば、電磁リリーフ弁の制御圧力が系に必要な圧力より小さく設定されることはない。また、第一油圧ポンプから吐出される作動油の圧力以下でリリーフしないように電磁リリーフ弁の設定値を調整することができ、油圧モータ回路において第二構造体を駆動するための作動油圧力を安定して保つことができる。
【００３２】
また、前記差圧フィードバック制御を行った信号に対し、前記油圧モータの実回転数に基づく速度信号を制御ゲインを介して加えることで、前記油圧モータの実回転数に適した作動油量を供給するように前記第一油圧ポンプの旋回傾転指令に対して流量補償を行うようにしてもよい。このようにすれば、最終的な第一油圧ポンプの旋回傾転指令に対して油圧モータの実回転数における必要油量が得られるように流量補償を行うので、変化する実回転数に応じた必要油量となるように第一油圧ポンプを傾転制御することができる。
【００３３】
また、前記流量補償を行った旋回傾転指令と、前記差圧フィードバック信号を入力した差圧指令との間に、前記旋回傾転指令の変化分をフィードバックさせるマイナーループを設けて昇圧補償を行うようにしてもよい。このようにすれば、流量補償を行った旋回傾転指令の高周波領域でのゲインをマイナーループのフィードバック制御で下げて圧力制御の安定性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、リモコン弁の操作量に応じて油圧モータを駆動する圧油量が最適となるようにコントロール弁を開度制御、または、油圧ポンプを傾転制御することで調整するので、油圧モータで構造体を駆動するためのエネルギ効率を向上させることが可能となる。
【００３５】
また、電動機と油圧モータとで駆動する構造体と油圧アクチュエータで駆動する構造体とにそれぞれ作動油を供給する油圧ポンプを備えた作業機械において、油圧モータ側の作動油を油圧アクチュエータ側に合流させるとともに、リモコン弁の操作量に応じた作動油を油圧アクチュエータ及び油圧モータに供給して効率良く複数の構造体を駆動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る駆動制御装置の電動機と協動する油圧モータを駆動する第一油圧ポンプ系統を示す油圧回路図である。
【図２】図１に示す駆動制御装置の第一油圧ポンプ系統における制御ブロック図である。
【図３】図１に示す駆動制御装置による旋回体の駆動シーケンス図である。
【図４】図１に示す油圧回路に合流回路を備えさせた油圧回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る駆動制御装置における制御方法を示す油圧回路図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る駆動制御装置における制御方法を示す油圧回路図である。
【図７】作業機械の一例である油圧ショベルを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、作業機械の第一構造体として油圧ショベルの上部旋回体（以下、単に「旋回体」という）を例にし、第二構造体として油圧アクチュエータ駆動のブームを例に説明する。また、第一構造体作動用の油圧モータを駆動するポンプを第一油圧ポンプ、第二構造体作動用の油圧アクチュエータを駆動するポンプを第二油圧ポンプとする。
【００３８】
図１に示すように、旋回体（第一構造体；図７に示す１０２）を駆動する駆動制御装置１としては、油圧モータ２と電動機３との協動によって旋回体を旋回駆動し、油圧モータ２の減速時には、電動機３の回生機能によって油圧モータ２の慣性エネルギ（運動エネルギ）を電気エネルギに変換して回収するように構成されている。この電動機３に回生作用を行わせて発電機とする回生機能は、公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００３９】
また、上記旋回体の旋回方向及び旋回速度等の動作量を決定する第一リモコン弁５（旋回リモコン）が設けられている。この第一リモコン弁５は、旋回体の旋回方向を決定する傾倒ハンドル４を有している。この傾倒ハンドル４を傾倒する方向、角度、及び速度等によって旋回体の旋回方向、速度及び加速度が決定される。第一リモコン弁５には、操作量に応じた二次圧を検出する圧力センサ６が設けられている。この圧力センサ６で検出された左右ポートの差圧が、旋回体を回転させるための速度指令（回転数指令）として制御装置７に入力されるようになっている。正の信号を正回転とすると、負の信号は逆回転となる。
【００４０】
一方、上記油圧モータ２は、第一油圧ポンプ１０で吐出される作動油によって駆動されている。この油圧モータ２は、第一油圧ポンプ１０から作動油を吸入・排出する油圧モータ回路１１に接続されている。油圧モータ回路１１は、油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートとに接続された油路１２，１３が第一コントロール弁１４を介して接続されている。油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートとは、回転方向によって逆になる。
【００４１】
また、上記油圧モータ回路１１の油路１２，１３の間には、油圧モータ２の減速時にこれらの油路１２，１３を連通させることで油圧モータ２の排出側において発生する損失を回避する電磁リリーフ弁１５，１６が設けられている。この電磁リリーフ弁１５，１６は、油圧モータ２の正回転、及び逆回転時に作動油が流れる方向が異なるので、油路１２，１３のそれぞれからリリーフできるように設けられている。
【００４２】
さらに、油路１２，１３の間には、通常使用時の圧力を超えた場合にタンク２１へ作動油を逃すように作動するリリーフ弁２２と、油路１２，１３内での油循環時に油量が減るとタンク２１から油を吸引するチェック弁２３とが設けられている。
【００４３】
また、この実施形態では、第一コントロール弁１４の旋回セクションのパイロットポート１７，１８に電磁比例減圧弁１９，２０が設置されている。この電磁比例減圧弁１９，２０には、一次圧として上記第一リモコン弁５の二次圧が導かれており、制御装置７から電磁比例減圧弁１９，２０の二次圧が制御できるようになっている。これらの電磁比例減圧弁１９，２０により、第一コントロール弁１４のパイロットポート１７，１８を高精度で制御できるようにしている。このように、制御装置７からの開度指令によって電磁比例減圧弁１９，２０による第一コントロール弁１４の開度制御が行われ、上記第一リモコン弁５の速度指令に対して油圧モータ２の実回転数における必要量の作動油が供給されるように制御される。この例の電磁比例減圧弁１９，２０は、逆比例型が用いられている。
【００４４】
さらに、上記油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートには圧力センサ２５，２６がそれぞれ設けられている。これらの圧力センサ２５，２６で検出された圧力の差圧が、差圧フィードバックとして制御装置７に入力されている。この油圧モータ２の吸入および排出ポートの差圧により、制御装置７内で油圧モータ２の発生トルクが推定される（負の信号の場合は、逆トルク）。
【００４５】
また、上記電動機３は、上記制御装置７を介して、この電動機３を駆動するための電力を蓄える蓄電器２７と接続されている。この蓄電器２７は、制御装置７を介して電動機３との間で電力の授受を行うようになっている。蓄電器２７は、旋回体を回転駆動するために油圧モータ２が加速する時には、油圧モータ２と協動する電動機３へ電力を供給するよう放電する。また、蓄電器２７は、油圧モータ２が減速する時には、油圧モータ２を制動するよう電動機３に回生作用を生じさせて得た回生電力が蓄電される。このように、上記制御装置７は、油圧モータ２の加速時においては、油圧モータ２と協動する電動機３へ回転指令を出し、油圧モータ２の減速時においては、油圧モータ２を制動するよう電動機３に回生指令を行うようになっている。
【００４６】
さらに、上記電動機３には回転数センサ２４が設けられている。この回転数センサ２４によって検出された実回転数は、速度フィードバックとして上記制御装置７に入力されている。この速度フィードバックにより、制御装置７内で第一リモコン弁５からの速度指令（回転数指令）と実回転数の差から加速度が求められる。
【００４７】
また、上記第一油圧ポンプ１０には、傾転角を制御する傾転角調整ポート４０に電磁比例減圧弁４１が設けられている。この電磁比例減圧弁４１のソレノイド電流が上記制御装置７からの信号によって制御され、これにより第一油圧ポンプ１０の傾転角が制御される。このように、制御装置７からの傾転指令によって電磁比例減圧弁４１による第一油圧ポンプ１０の傾転角制御が行われ、上記第一リモコン弁５の速度指令に対して油圧モータ２の実回転数における必要量の作動油が吐出されるように制御される。
【００４８】
この制御装置７による具体的な制御としては、第一リモコン弁５からの速度指令（回転数信号）、油圧モータ２の差圧信号に基づく差圧フィードバック（トルク信号）、及び電動機３の回転数信号に基づく速度フィードバック（実回転数）に基づいて、電動機３と油圧モータ２に設定されたトルクが得られるように制御される。つまり、電動機３を回転させるとともに、電動機３のトルク不足分を補うように第一コントロール弁１４の電磁比例減圧弁１９，２０に開度指令、または、第一油圧ポンプ１０の電磁比例減圧弁４１に傾転指令が送られ、第一油圧ポンプ１０から第一コントロール弁１４を介して供給される作動油によって油圧モータ２が回転させられるようになっている。
【００４９】
しかも、この制御装置７による制御では、第一リモコン弁５が操作されて加速と判断した際に、蓄電器２７に電動機３の運転が可能な電気エネルギが蓄積されている場合は、この電気エネルギで優先的に電動機３を駆動し、トルク不足分が上記したように制御される油圧モータ２によって補われる。この期間、電磁リリーフ弁１５，１６は作動しないことを基本とするが、第一コントロール弁１４の開度制御、または、第一油圧ポンプ１０の傾転角制御による圧力制御性能を補うために補助的に使用してもよい。
【００５０】
このように、上記駆動制御装置１における油圧モータ２は、第一リモコン弁５の操作量に基づいた旋回駆動トルクから電動機３によるトルクを除いた不足分が得られるように、制御装置７によって、第一コントロール弁１４の開度制御、または、第一油圧ポンプ１０の傾転角制御により圧力制御が行われる。第一コントロール弁１４による圧力制御は、電磁比例減圧弁１９，２０で第一コントロール弁１４の開度制御によって行われる。これにより、第一油圧ポンプ１０から油圧モータ２に供給される圧油量が高精度で制御される。この時、第一油圧ポンプの傾転は、第一油圧ポンプ１０による旋回傾転指令と、作業機械における他の指令とを比較し、その最大値を選択した信号を傾転指令として制御される。なお、油圧モータ２と電動機３で第一構造体のみを旋回駆動させるときは、第一コントロール弁１４の開度制御による圧力制御ではなく、第一油圧ポンプ１０の傾転角制御により圧力制御が行われる。これにより、第一油圧ポンプ１０から油圧モータ２に供給される圧油量が高精度で制御される。この時、第一コントロール弁１４の開度は、圧力損失が最小となるように制御される。この開度は基本的には最大開度に設定される。
【００５１】
また、第一コントロール弁１４の開度、または、第一油圧ポンプ１０の傾転角を制御することにより、電動機３によるトルクと油圧モータ２によるトルクとの配分を変更することが可能となっている。例えば、蓄電器２７の蓄積エネルギが規定値以下になると、電動機３のトルクを徐々に滅少させると同時に油圧モータ２のトルクを増加させて、電動機３から油圧モータ２への切換えをショックレスでスムーズに行うことができる。そして、最終的には、第一リモコン弁５からの回転数指令によって決まる必要な油量が得られるように第一コントロール弁１４の開度、または、第一油圧ポンプ１０の傾転角が設定される。詳細は、後述する。この電動機３と油圧モータ２のトルク配分は、最もエネルギ利用率が良好となる比率に予め設定しておき、電動機３と油圧モータ２のトルクに関連する状態変化（蓄電器２７の蓄電エネルギが既定値以下など）に応じて変動させ、電動機３と油圧モータ２の合計トルクが必要な旋回駆動トルクとなるようにする。
【００５２】
一方、第一リモコン弁５が操作されて減速と判断された際には、電動機３に回生作用を行わせて慣性エネルギを電気エネルギに変換した回生電力を蓄電器２７に蓄える。このときブレーキ側の電磁リリーフ弁１５又は１６をアンロードにして作動油を循環させる。また、第一油圧ポンプ１０の傾転角は最小、第一コントロール弁１４は全閉として、第一油圧ポンプ１０の吐出油は第一コントロール弁１４を介して全量をタンク２１へバイパスさせて、消費エネルギを最小にする。
【００５３】
さらに、電動機３ですべての慣性エネルギが回収できないと判断した場合（電動機３で発生させるべきブレーキトルクが許容値を超えた場合、蓄電器２７の電圧、電流制御値が許容値を超えた場合等）、ブレーキ側の電磁リリーフ弁１５又は１６の設定圧力を調整して油路１２，１３内の抵抗を増やす。これにより、不足するブレーキトルクを油圧モータ２で発生させる。
【００５４】
このように、加速時は、第一コントロール弁１４の開度、または、第一油圧ポンプ１０の傾転角を調整して供給する作動油量で油圧モータ２の必要発生トルクを制御して、電磁リリーフ弁１５又は１６は原則として作動しないようにする。また、減速時は、ブレーキ側の電磁リリーフ弁１５又は１６をアンロードにして作動油を循環させて、減速エネルギは原則として全量を電動機を用いて蓄電器２７へ回収する。
【００５５】
図２に示すように、上記駆動制御装置１における制御ブロック図としては、第一リモコン弁５の傾倒方向と操作量から、速度指令演算３０によって速度が演算される。この速度は、電動機３に設けられた回転数センサ２４からの速度フィードバックとの差から必要な加速度が加速度演算３１によって演算され、その加速度の加速トルクが加速トルク演算３２によって演算される。
【００５６】
一方、蓄電器２７の電圧が蓄電器電圧検出３３によって検出され、その電圧と上記加速トルク演算３２で演算された全体のトルクなどに基づいて、電動機トルク算出３４によって電動機３で出力可能なトルクが算出される。この算出された電動機３で出力可能なトルクは、上記加速トルク演算３２で演算された全体のトルクから減算され、この減算されたトルクが油圧モータ２に必要なトルクとして算出される。なお、油圧モータ２に必要なトルクに制限が必要な場合（例えば、油圧モータ２の吸入ポート圧をある値以上にしたい場合など）は、全体トルクから逆に油圧モータ２に必要なトルクを減算して電動機３で出力すべきトルクを算出してもよい。
【００５７】
そして、油圧モータ２の制御としては、この油圧モータ２に必要なトルクに対して差圧指令演算３５がなされ、この差圧指令に対して、油圧モータ２の吸入・排出ポートにおける圧力を検出する圧力センサ２５，２６からの差圧がフィードバックされて比較される。その後、その信号に対して圧力制御３６が行われて第一コントロール弁１４、または、第一油圧ポンプ１０による流量制御が行われる。これにより、油圧モータ２に対して、電動機３で出力できるトルクを除いた分のトルクを出力することができる量の作動油が供給されて駆動される。また、この実施形態では、上記第一コントロール弁１４による流量制御を電磁比例減圧弁１９，２０で、または、上記第一油圧ポンプ１０による流量制御を電磁比例減圧弁４１で行っているので、高精度で制御することができる。
【００５８】
さらに、この図では、第一コントロール弁１４による流量制御によって油圧モータ２に供給する作動油の流量制御を実線で、第一油圧ポンプ１０の傾転制御による流量制御を二点鎖線で示している。後述する第１実施形態においては、第一コントロール弁１４と第一油圧ポンプ１０による流量制御を併用し、後述する第２実施形態においては、第一油圧ポンプ１０の傾転制御によって流量制御を行う。詳細は、後述する。
【００５９】
一方、電動機３の制御としては、上記電動機トルク算出３４で算出されたトルクを出力するように電流指令演算３７で電流が演算され、この演算結果に対して、電動機３に供給される電流がフィードバックされて比較される。その後、その信号に対して電流制御３８が行われて電力変換器３９が制御され、電動機３が駆動される。この電動機３の駆動は、回転数センサ２４によって検出され、上記速度フィードバックとして速度指令演算３０の演算結果にフィードバックされる。
【００６０】
次に、図３に基づいて、上記駆動制御装置１による動作シーケンスの一例を説明する。この動作シーケンスは、第一リモコン弁５による速度指令、旋回体の速度フィードバック、電動機３のトルク、油圧モータ２の吸排差圧トルク、及びこれら電動機３と油圧モータ２とによる合計トルクの時間変化を示している。
【００６１】
図示する例では、第一リモコン弁５を一方に傾倒することで速度フィードバックに示すように旋回体を一方向に「加速」・「定速」で旋回させた後、第一リモコン弁５を中立に戻して「減速」させた後、他方に傾倒させて旋回体を逆方向に「加速」・「定速」・「減速」で旋回させる例を示している。
【００６２】
上記第一リモコン弁５を操作して図示する上向き（一方へ旋回）の速度指令が出されると、慣性体である旋回体を回転させるためのトルクとして、電動機３を予め決められたトルクで回転させることで蓄電器２７は放電され、この電動機３によるトルクの不足分を補うように油圧モータ２が駆動される。これにより、これら電動機トルクと油圧モータトルクとの合計トルクによって、慣性体である旋回体を旋回開始時に加速させるための大きな合成トルクが得られるように駆動される。つまり、停止状態の旋回体を旋回させる開始時に、最大の省エネルギ効果が得られるように電動機３の出力を利用し、その不足分を油圧モータ２で補うようにしている。そして、定速旋回時には小さな旋回トルクを油圧モータ２のみによって得るような運転とし、減速時には電動機３の回生作用によって慣性エネルギのほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収して蓄電器２７に蓄電する。
【００６３】
図では、この動作後、逆方向に向けて第一リモコン弁５を操作した時も示しているが、向きが逆のトルクを発生させる他は上記作用と同一であるため、その説明は省略する。
【００６４】
このように、上記駆動制御装置１によれば、第一リモコン弁５の操作量に基づいた全トルクに対し、電動機３によって発生させることができるトルクの不足分を油圧モータ２で発生させるようにしている。これにより、油圧モータ２を駆動する作動油量は、第一コントロール弁１４の開度、または、第一油圧ポンプ１０の傾転角を制御することで調整するので、電動機３と油圧モータ２とによって旋回体を駆動するためのエネルギ効率を向上させることが可能となる。しかも、蓄電器２７の電圧を監視し、電動機３に供給できるエネルギを演算しながら旋回制御を行うので、蓄積エネルギの利用効率を向上させることができる。
【００６５】
また、油圧モータ２の減速時には、電磁リリーフ弁１５又は１６を開放することによって油圧モータ２の排出側において発生する圧力損失を回避し、旋回体の慣性エネルギのほぼ全量を電動機３の回生作用による電気エネルギとして回収することができるので、エネルギ効率の良い駆動制御装置１の運用ができる。
【００６６】
さらに、旋回体の停止時に、この種の油圧駆動による油の圧縮効果等によって生じる揺れ戻りが起こらないように、上記電動機３の回転数を観測して停止時に電動機３のトルクを制御することで乗り心地を改善することもできる。また、電動機３と油圧モータ２のトルクを個別に制御するので、旋回フィーリングの設定も自由にできる。
【００６７】
次に、図４に基づいて、油圧ショベルのように、上記電動機３と油圧モータ２との協動によって旋回駆動する第一構造体（上部旋回体；図７に示す１０２）に加えて、油圧アクチュエータで上昇駆動する第二構造体（ブーム；図７に示す１０５）を備えた油圧回路を説明する。この油圧回路では、上記複数の駆動体を同時に操作する複合操作が行えるように合流回路を備えている。この図では、上記図１に示す制御装置７に関する構成の記載を省略し、図１と同一の構成には同一符号を付して説明する。
【００６８】
図示するように、この駆動制御装置５０では、旋回体（第一構造体）を旋回させる油圧モータ２及び電動機３を備えるとともに、ブーム（第二構造体）を上昇又は下降させる油圧アクチュエータ５１（図７に示すブームシリンダ１０６）を備えている。このような構成の場合、旋回体を駆動する上述した第一油圧ポンプ１０に加えて、油圧アクチュエータ５１を駆動する第二油圧ポンプ５２が設けられている。この第二油圧ポンプ５２は、傾転角を制御する傾転角調整ポート４２に、電磁比例減圧弁４３が設けられている。第二油圧ポンプ５２は、第二コントロール弁５３を介して上記油圧アクチュエータ５１と接続されている。この第二コントロール弁５３を切換えることで、油圧アクチュエータ５１を上昇又は下降させるようになっている。
【００６９】
また、油圧アクチュエータ５１を駆動制御するための第二コントロール弁５３を操作する第二リモコン弁５４（ブームリモコン）が設けられている。この第二リモコン弁５４の操作によって、第二コントロール弁５３が切換えられる。
【００７０】
このように旋回体を旋回させる油圧モータ２及び電動機３と、ブームを上昇又は下降させる油圧アクチュエータ５１とによる複合操作を行う回路には、上述した第一コントロール弁１４の後流側に合流弁５５が設けられている。この合流弁５５は、第二リモコン弁５４（ブームリモコン）の操作によって切換えられる。第二リモコン弁５４の操作によって合流弁５５が切換えられると、第一油圧ポンプ１０から吐出される作動油が第二油圧ポンプ５２から吐出する作動油に合流させられて、油圧アクチュエータ５１の動作をアシストするようになっている。
【００７１】
上記合流弁５５の切換えは、油圧アクチュエータ５１のロッド６１を上昇させる方向に第二リモコン弁５４が倒されて上昇側制御圧が所定の切換え圧に達したら、この第二リモコン弁５４から合流弁５５のパイロットポート５６に作用している制御圧で合流側（図示する右側）に切換えられる。また、この合流弁５５が切換えられる時は、第一リモコン弁５の両ポートの高圧選択部５７で選択された制御圧と第二リモコン弁５４の制御圧とが高圧選択部５８で高圧選択され、第一油圧ポンプ１０が傾転制御される。第一リモコン弁５よりも第二リモコン弁５４を大きく操作することが多いため、第一油圧ポンプ１０の傾転制御も第二リモコン弁５４の上昇制御圧によって制御されることが多い。これにより、第一油圧ポンプ１０から吐出される作動油が合流弁５５を介して油圧アクチュエータ５１の合流路５９に供給されて、第二油圧ポンプ５２の作動油に合流させられる。合流路５９には逆止弁６０が設けられており、油圧アクチュエータ５１側から合流弁５５方向に作動油が逆流するのを防止している。
【００７２】
また、上記第二リモコン弁５４の上昇側制御圧によって、第二油圧ポンプ５２の電磁比例減圧弁４３が制御される。これにより、第二油圧ポンプ５２から第二コントロール弁５３を介して油圧アクチュエータ５１に供給される作動油は、第二リモコン弁５４の操作量に応じた流量となる。
【００７３】
従って、合流弁５５が合流側に切換えられた時には、第一油圧ポンプ１０及び第二油圧ポンプ５２は同一の吐出圧に制御される。そして、第一油圧ポンプ１０から吐出された作動油が合流弁５５から合流路５９を介して、第二油圧ポンプ５２から油圧アクチュエータ５１に供給される作動油と合流させられて油圧アクチュエータ５１に供給される。これにより、油圧アクチュエータ５１は、大きな駆動力で迅速な上昇駆動がなされる。
【００７４】
一方、上記したように第二リモコン弁５４の上昇側制御圧で傾転制御された第一油圧ポンプ１０から第一コントロール弁１４を介して油圧モータ２に供給される作動油は、第一リモコン弁５からの制御圧で開度制御される第一コントロール弁１４を介して供給される。これにより、第一リモコン弁５の操作量に応じた作動油が油圧モータ２に供給される。つまり、第一油圧ポンプ１０が第二リモコン弁５４の上昇側制御圧で傾転制御されたとしても、第一油圧ポンプ１０から油圧モータ２に供給される作動油量は第一コントロール弁１４で制限され、第一リモコン弁５の操作量に応じた作動油量に制御することができる。この制御の詳細を、以下に説明する。
【００７５】
図５は、本発明の第１実施形態に係る駆動制御装置５０による第一コントロール弁１４及び第一油圧ポンプ１０の制御方法を示した油圧回路図である。図４及び図１と同一の構成には同一符号を付して説明する。上記第一コントロール弁１４の開度制御及び第一油圧ポンプ１０の傾転角制御は、電動機３の回転数センサ２４からの実回転数信号が上記第一リモコン弁５からの速度指令に対して速度フィードバックとして入力される。そして、その信号に対して速度制御７０を行って速度指令に対するフィードバック制御が行われ、その信号から電動機３で出力可能なトルクを除くことで差圧指令が作成される。
【００７６】
その後、その差圧指令に対し、油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートとに設けられた圧力センサ２５，２６の作動油圧力差に基づく差圧信号が制御ゲイン７１を介して差圧フィードバックとして入力されてフィードバック制御が行われる。そして、そのフィードバック制御後の信号に基づいて、第一コントロール弁１４の開度制御と、第一油圧ポンプ１０の傾転制御とがそれぞれ行われる。
【００７７】
第一コントロール弁１４の開度制御としては、差圧偏差（差圧指令と差圧フィードバックの差）に対して圧力制御７２を行った後、その開度指令の操作量に、上記電動機３に設けられた回転数センサ２４の信号から得られる油圧モータ２の実回転数に基づいて制御ゲイン７７により計算した必要なポンプ油量が加えられる。これにより、最新の実回転数に則した開度指令が最終的な指令として出力されるように流量補償をしている。
【００７８】
また、この流量補償した開度指令と、上記差圧偏差との間に、第一コントロール弁１４の開度指令の変化分をフィードバックするマイナーループ７８を設けて昇圧補償をしている。つまり、第一コントロール弁１４の開度指令に対して微分動作（Ｄ動作）の制御演算が行われ、この制御演算後の信号が上記差圧偏差に対してフィードバックされる。これによって高周波領域でのゲインを下げることができ、開度指令を平滑化させることで圧力制御の安定性を向上させている。
【００７９】
そして、この流量補償及び昇圧補償された信号が、制御ゲイン７３を介して開度指令として第一コントロール弁１４のパイロットポート１７，１８に出力されて第一コントロール弁１４の開度が制御される。このように、この実施形態では、第一コントロール弁１４の開度制御に、流量補償と昇圧補償とを行うことによって、高速で且つ安定した制御特性を得ることができるようにしている。
【００８０】
しかも、上述したように、第一コントロール弁１４のパイロットポート１７，１８に電磁比例減圧弁１９，２０（図１）を設けて第一コントロール弁１４の開度制御を行っているので、必要流量を高精度で制御することができる。これにより、エネルギ効率の向上を図っている。
【００８１】
一方、第一油圧ポンプ１０の傾転制御としては、上記差圧偏差に対して圧力制御７４を行った後、上記電動機３に設けられた回転数センサ２４の信号から得られる油圧モータ２の実回転数に基づいて制御ゲイン７７により計算した必要なポンプ油量が、上記圧力制御７４を行った後の旋回傾転指令に加えられる。これにより、最新の実回転数に則した旋回傾転指令が最終的な指令として出力されるように流量補償をしている。
【００８２】
また、この流量補償した旋回傾転指令と、上記差圧偏差との間に、旋回傾転指令の変化分をフィードバックするマイナーループ７９を設けて昇圧補償をしている。つまり、旋回傾転指令に対して微分動作（Ｄ動作）の制御演算が行われ、この制御演算後の信号が上記差圧偏差に対してフィードバックされることによって高周波領域でのゲインが下げられている。これにより、旋回傾転指令を平滑化させることで圧力制御の安定性を向上させている。
【００８３】
そして、この流量補償及び昇圧補償された旋回傾転指令が最大値選択７５に入力され、作業機械における他の指令（この例では、走行指令、ブーム上昇指令、その他）と比較される。そして、この最大値選択７５で選択された信号が制御ゲイン７６を介して傾転指令として第一油圧ポンプ１０の電磁比例減圧弁４１に出力されて、第一油圧ポンプ１０の傾転角が制御される。
【００８４】
このように、この実施形態では、第一コントロール弁１４の開度制御及び第一油圧ポンプ１０の傾転角制御に、流量補償と昇圧補償とを行うことによって、高速で且つ安定した制御特性を得ることができるようにしている。また、このように第一コントロール弁１４の開度制御及び第一油圧ポンプ１０の傾転角制御を行うことで、第一リモコン弁５からの速度指令と、油圧モータ２の実回転数と、油圧モータ２の吸入ポートと排出ポートの圧力差と、に基づいた最適の作動油量を第一油圧ポンプ１０から吐出させることが可能となる。これにより、通常運転時にはリリーフ弁２２から第一油圧ポンプ１０の作動油を排出することがなくなり、エネルギ効率の向上を図ることができる。
【００８５】
さらに、上記旋回体の旋回動作中に、第二リモコン弁５４（図４）によって油圧アクチュエータ５１が上昇させられる場合は、旋回傾転指令は、油圧モータ２を駆動するのに最適な作動油量を吐出するように低く制御されているため、上記最大値選択７５でブーム上昇指令（第二リモコン弁５４の上昇側制御圧）が選択される。そして、その信号が制御ゲイン７６を介して傾転指令として第一油圧ポンプ１０の電磁比例減圧弁４１に出力されて、第一油圧ポンプ１０の傾転角が制御される。これにより、第一油圧ポンプ１０からブーム上昇指令に応じた作動油が吐出され、合流弁５５を介して油圧アクチュエータ５１に供給される。
【００８６】
この場合、第一油圧ポンプ１０の作動油を第二油圧ポンプ５２の作動油に合流させて油圧アクチュエータ５１を大きな駆動力で駆動することができる状態を保ちつつ、電動機３と協動して駆動する油圧モータ２に第一リモコン弁５の操作量に適した量の作動油を、第一コントロール弁１４の開度制御を行うことにより供給することができる。これにより、油圧アクチュエータ５１によるブームの駆動と、油圧モータ２及び電動機３による旋回体の駆動とを効率良く行うことができる。
【００８７】
なお、ブームを上昇させずに、旋回体の旋回のみを実施する場合は、第一コントロール弁１４の開度は、開度制御を実施せずに、圧力損失が最小となるように最大開度に設定し、第一油圧ポンプ１０は、傾転制御を実施するようにしてもよい。このように第一コントロール弁１４の開度制御を切り換えることで、よりエネルギ損失の少ない運転をすることができる。
【００８８】
次に、図６に基づいて、第２実施形態に係る作業機械の駆動制御装置８０による駆動制御方法を説明する。この駆動制御装置８０は、第一油圧ポンプ１０の傾転指令を第二油圧ポンプ５２の実吐出圧力で補償するようにした例である。図１及び図４，５と同一の構成には同一符号を付して説明する。
【００８９】
図示するように、この実施形態では上記第一リモコン弁５の圧力センサ６で検出された左右ポートの差圧に基づく速度指令に対して、電動機３の回転数センサ２４からの実回転数信号が速度フィードバックとして入力される。そして、その信号に対して速度制御７０を行い、速度指令に対する速度フィードバック制御が行われる。その後、その信号から電動機３で出力可能なトルク（合流補償前）を除くことで、油圧モータトルク指令（合流補償前）が作成される。
【００９０】
そして、この油圧モータトルク指令（合流補償前）に対し、第二油圧ポンプ５２の実吐出圧力が第二油圧ポンプ圧力フィードバック８１としてフィードバック制御される。これにより、油圧モータトルク指令（合流補償前）を第二油圧ポンプ５２の実吐出圧力まで上昇させる合流補償が行われる（合流補償が０以下の場合は、合流補償リミッタ８２でカットする）。これにより、油圧モータトルク指令（合流補償後）が生成され、この油圧モータトルク指令（合流補償後）から制御ゲインを介して差圧指令が生成される。
【００９１】
その後、この差圧指令に対し、圧力センサ２５，２６の作動油圧力差に基づく差圧信号が制御ゲイン７１を介して差圧フィードバックとして入力される。そして、差圧偏差（差圧指令と差圧フィードバックの差）に対して圧力制御７４が行われた後、上記電動機３に設けられた回転数センサ２４の信号から得られる油圧モータ２の実回転数に基づいて制御ゲイン７７により計算された必要ポンプ油量が、上記圧力制御７４を行った後の旋回傾転指令に加えられて流量補償がなされる。これにより、最新の実回転数に則した旋回傾転指令が、最終的な指令として出力される。
【００９２】
また、この実施形態でも、流量補償した旋回傾転指令と上記差圧偏差との間に、旋回傾転指令の変化分をフィードバックするマイナーループ７９を設けて昇圧補償をしている。
【００９３】
そして、この旋回傾転指令が最大値選択７５に入力され、第二リモコン弁５４からのブーム上昇指令（油圧アクチュエータ５１の上昇指令）と比較される。この最大値選択７５に入力される旋回傾転指令は、上記第二油圧ポンプ５２の実吐出圧力で補償された旋回傾転指令であり、上記第二リモコン弁５４からのブーム上昇指令（第二油圧ポンプ５２の傾転指令）と比較されて、合流補償後の指令が第二リモコン弁５４のブーム上昇指令よりも高い場合には、合流補償後の旋回傾転指令が選択され、低い場合には第二リモコン弁５４のブーム上昇指令が選択されて、第一油圧ポンプ１０の傾転角が制御される。また、第二油圧ポンプ５２の傾転角は、第二リモコン弁５４からのブーム上昇指令により制御される。
【００９４】
このように制御すれば、第一油圧ポンプ１０の傾転指令を第二油圧ポンプ５２の吐出圧力で補正して、第一油圧ポンプ１０の傾転指令を第二油圧ポンプ５２の実吐出圧力に則して正確にフィードバック制御することができる。
【００９５】
一方、この実施形態では、上記合流補償後の差圧指令に油圧モータ２の背圧側に設けられた圧力センサ２６（図では右側）からのモータ背圧フィードバックを行い、そのモータ背圧フィードバック信号と差圧指令を加えた信号を油圧モータ２の上流側の電磁リリーフ弁１５のリリーフ圧力指令としている。このようにすることで、電磁リリーフ弁１５の制御圧力が系に必要な圧力より小さく設定されることはない。また、上記合流補償後の差圧指令を用いることで、第二リモコン弁５４の上昇指令が合流補償後の旋回傾転指令よりも高く、第二リモコン弁５４のブーム上昇指令が選択されて第一油圧ポンプ１０の傾転角が制御されても、第一油圧ポンプ１０から吐出される作動油が油圧モータ回路１１の電磁リリーフ弁１５（１６）からリリーフしないように、電磁リリーフ弁１５（１６）の設定値を調整することができる。これにより、油圧モータ回路１１において、油圧アクチュエータ５１を駆動するための作動油圧力を安定して保つことができる。
【００９６】
また、この実施形態では、蓄電器２７に電動機３の運転が可能なエネルギが蓄積されている場合は、上記速度制御７０を行った旋回体を駆動するために必要な駆動トルク指令から上記合流補償を行った油圧モータトルク指令（合流補償後）を除いた不足分を補うように、蓄電器２７の電圧検出３３で検出された電圧などを基に電動機トルク算出３４で電動機トルク指令が算出される。この電動機トルク指令によって、油圧モータ２の不足トルクを電動機３で補うように、電動機３が制御（図２）される。これにより、複数台の油圧ポンプ１０，５２で駆動する複数の構造体を備えた作業機械において、油圧モータ２の駆動トルクに応じて蓄積電気エネルギを効率良く使用してエネルギ効率の良い運転ができる。その上、電動機３によるアシスト分、旋回作業時間を短縮することができ、ポンプ損失を低減することができる。
【００９７】
以上説明したように、上記駆動制御方法によれば、旋回体を駆動するために必要なトルクから電動機３の駆動トルクを除いた不足分を油圧モータ２の駆動トルクで補うように、この油圧モータ２の旋回動作に必要な油量だけを第一コントロール弁１４の開度、または、第一油圧ポンプ１０の傾転角を制御することで供給するので、油圧モータ２のトルク制御手段としてリリーフ弁を使用することなくエネルギ損失の低減を図ることができ、旋回体を駆動するためのエネルギ効率を向上させて燃費の改善を図ることが可能となる。
【００９８】
また、複数の油圧ポンプを備えた作業機械において、第一油圧ポンプ１０から供給する作動油を第二油圧ポンプ５２から供給する作動油に合流させた状態でも、第一リモコン弁５の操作量に応じた駆動トルクを得るように油圧モータ２の駆動に適した作動油量を第一油圧ポンプ１０から油圧モータ２に供給することができる。しかも、電動機３と油圧モータ２とによる安定した旋回体（第一構造体）の駆動と、第一油圧ポンプ１０の作動油を第二油圧ポンプ５２の作動油に合流させた油圧アクチュエータ５１によるブーム（第二構造体）の駆動とを、効率良く行うことが可能となる。
【００９９】
また、旋回体の慣性エネルギ（回転エネルギ）を、減速時に電動機３の回生作用によってほぼ全量を電気エネルギとして効率良く回収して蓄電器２７に蓄えて次の旋回体の加速時に使用するので、エネルギの利用効率向上による作業機械の燃費改善とともに、温暖化ガスの排出も抑制することができる。
【０１００】
しかも、上述した実施形態では、蓄電器２７の蓄積エネルギを優先的に使用して電動機３を駆動し、不足分を油圧モータ２で補うので、迅速な加速と蓄積エネルギの利用効率を向上させることが可能となる。
【０１０１】
また、油圧モータ２のトルク配分は、第一油圧ポンプ１０の傾転角制御及び第一コントロール弁１４の開度制御によって調整することができるので、電動機３から油圧モータ２への切換えをショックレスで行うことができる。
【０１０２】
なお、上記実施形態では、蓄電器２７の蓄積エネルギを優先的に使用して電動機３を駆動し、不足分のトルクを油圧モータ２で補う例を説明したが、蓄電器２７の蓄積エネルギが少ない場合は電動機３を使用することなく油圧モータ２のみによって旋回体を回転駆動するようにしてもよい。必ずしも、電動機３を優先的に使用して不足分を油圧モータ２で補う構成に限定されるものではない。
【０１０３】
また、上記実施形態では、作業機械の構造体として油圧ショベルの上部旋回体とブームを例に説明したが、クレーンの旋回体、ホイールローダの走行体等、他の作業機械における構造体にも適用することができ、上述した実施形態に限定されるものではない。
【０１０４】
さらに、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明に係る作業機械の駆動制御方法は、油圧ショベルや油圧クレーン等の重機で、駆動系に油圧モータと電動機とを並設した作業機械において利用することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１  駆動制御装置
２  油圧モータ（旋回油圧モータ）
３  電動機
４  傾倒ハンドル
５  第一リモコン弁（旋回リモコン）
６  圧力センサ
７  制御装置
１０  第一油圧ポンプ
１１  油圧モータ回路
１２，１３  油路
１４  第一コントロール弁
１５，１６  電磁リリーフ弁
１７，１８  パイロットポート
１９，２０  電磁比例減圧弁
２１  タンク
２２  リリーフ弁
２３  チェック弁
２４  回転数センサ
２５，２６  圧力センサ
２７  蓄電器
３０  速度指令演算
３１  加速度演算
３２  加速トルク演算
３３  蓄電器電圧検出
３４  電動機トルク算出
３５  差圧指令演算
３６  圧力制御
３７  電流指令演算
３８  電流制御
３９  電力変換器
４０  傾転角調整ポート
４１  電磁比例減圧弁
４２  傾転角調整ポート
４３  電磁比例減圧弁
５０  駆動制御装置
５１  油圧アクチュエータ（ブームシリンダ）
５２  第二油圧ポンプ
５３  第二コントロール弁
５４  第二リモコン弁（ブームリモコン）
５５  合流弁
５６  パイロットポート
５７  高圧選択部
５８  高圧選択部
５９  合流路
６０  逆止弁
６１  ロッド
７０  速度制御
７１  制御ゲイン（差圧フィードバック）
７２  圧力制御
７３  制御ゲイン（開度指令）
７４  圧力制御
７５  最大値選択
７６  制御ゲイン（傾転指令）
７７  制御ゲイン（流量補償）
７８，７９  マイナーループ
８０  駆動制御装置
８１  第二油圧ポンプ圧力フィードバック
８２  合流補償リミッタ
１００  油圧ショベル
１０１  下部走行体
１０２  上部旋回体（第一構造体）
１０３  バケット
１０４  アーム
１０５  ブーム（第二構造体）
１０６  ブームシリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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