(57)【要約】      （修正有）【課題】油圧アクチュエータを操作する際にリリーフ弁から放出される作動油の量を低減可能な建設機械用油圧システムを提供すること。【解決手段】油圧システムは、流量制御弁１２Ｌと、メインリリーフ弁８３と、旋回リリーフ弁７１Ｒ、７１Ｌと、パイロット圧センサＳ５、Ｓ６と、吐出圧センサＳ３と、パイロット圧センサＳ５、Ｓ６及び吐出圧センサＳ３の出力を受けてポンプ流量を制御するコントローラ５４とを備える。コントローラ５４は、旋回操作レバー８２が操作され、且つ、ポンプ吐出圧が閾値以上の場合に、ポンプ吐出圧を旋回リリーフ弁７１Ｒ,７１Ｌのクラッキング圧以上で且つ旋回リリーフ圧未満の所定の目標ポンプ吐出圧に維持しながら、ポンプ流量を旋回操作レバー８２の操作量に対応する目標ポンプ流量まで増大させるように、ポンプ流量をフィードバック制御する。【選択図】図５
2014222103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械用油圧システムであって、
油圧ポンプが吐出する作動油の油圧アクチュエータへの流れを制御する流量制御弁と、
前記流量制御弁と前記油圧アクチュエータとの間に設置されるリリーフ弁と、
前記油圧アクチュエータに関する操作レバーの操作内容を検出する操作内容検出部と、
前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出部と、
前記操作内容検出部及び前記吐出圧検出部の出力を受けて前記油圧ポンプの吐出量を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記操作レバーが操作され、且つ、前記油圧ポンプの吐出圧が所定圧以上の場合に、前記油圧ポンプの吐出圧を前記リリーフ弁のクラッキング圧以上で且つ前記リリーフ弁のリリーフ圧未満の所定の目標ポンプ吐出圧に維持しながら、前記油圧ポンプの吐出量を前記操作レバーの操作量に対応する目標ポンプ流量まで増大させるように、前記油圧ポンプの吐出量を制御する、
建設機械用油圧システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記所定の目標ポンプ吐出圧を変更することにより、作業モードを切り替える、
請求項１に記載の建設機械用油圧システム。
【請求項３】
前記所定圧は、前記リリーフ弁のクラッキング圧である、
請求項１又は２に記載の建設機械用油圧システム。
【請求項４】
前記コントローラは、旋回加速時に、前記リリーフ弁のクラッキング圧及びリリーフ圧を増大させ、旋回減速時に、増大させたクラッキング圧及びリリーフ圧を元に戻す、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の建設機械用油圧システム。
【請求項５】
前記油圧アクチュエータは、旋回用油圧モータであり、
前記リリーフ弁は、旋回リリーフ弁であり、
前記操作レバーの操作量は、旋回操作レバーの最大操作量である、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の建設機械用油圧システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記旋回操作レバーが操作され、且つ、前記油圧ポンプの吐出圧が前記旋回リリーフ弁のクラッキング圧以上の場合に、前記油圧ポンプの吐出圧を前記旋回リリーフ弁のクラッキング圧以上で且つ前記旋回リリーフ弁の旋回リリーフ圧未満の所定の目標ポンプ吐出圧に維持しながら、前記油圧ポンプの吐出量を前記旋回操作レバーの最大操作量に対応する目標ポンプ流量まで増大させるように、前記油圧ポンプの吐出量を制御し、その上で、旋回トルクに相当する前記油圧ポンプの吐出圧と、旋回角速度に相当する前記油圧ポンプの吐出量とに基づいて旋回体の慣性モーメントを推定する、
請求項５に記載の建設機械用油圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に搭載される油圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建設機械の油圧アクチュエータを急操作した場合に機体の揺れやオペレータに対するショックを緩和する建設機械の油圧回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この油圧装置は、油圧アクチュエータへの作動油の流れを制御する方向切換弁の下流における作動油圧を検出するセンサと、検出した作動油圧に応じて油圧ポンプの吐出量を制御するネガティブレギュレータと、ネガティブレギュレータを駆動するための二次圧を生成する電磁比例減圧弁とを備える。そして、この油圧装置は、センサの出力に基づいて電磁比例減圧弁の二次圧を適切に変化させることでネガティブレギュレータの応答を遅らせる。このようにして、この油圧装置は、油圧アクチュエータがある程度動いた後で、センサで検出した作動油圧に対応する吐出量まで油圧ポンプの吐出量を増加させるようにし、油圧アクチュエータを急操作した場合の機体の揺れやオペレータに対するショックを緩和する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−６４５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の油圧回路は、油圧アクチュエータを急操作した場合の油圧ポンプの吐出量の増大を遅らせるのみであり、一定時間が経過した後は、センサで検出した作動油圧に対応する吐出量までその吐出量を増加させる。そのため、油圧アクチュエータを駆動する際に油圧ポンプの吐出圧がリリーフ弁のリリーフ圧に達した場合であってもリリーフ弁から作動油が無駄に放出されてしまうのを抑制することはない。
【０００６】
上述の点に鑑み、本発明は、油圧アクチュエータを操作する際にリリーフ弁から放出される作動油の量を低減可能な建設機械用油圧システム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】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る建設機械用油圧システムは、油圧ポンプが吐出する作動油の油圧アクチュエータへの流れを制御する流量制御弁と、前記流量制御弁と前記油圧アクチュエータとの間に設置されるリリーフ弁と、前記油圧アクチュエータに関する操作レバーの操作内容を検出する操作内容検出部と、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出部と、前記操作内容検出部及び前記吐出圧検出部の出力を受けて前記油圧ポンプの吐出量を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記操作レバーが操作され、且つ、前記油圧ポンプの吐出圧が所定圧以上の場合に、前記油圧ポンプの吐出圧を前記リリーフ弁のクラッキング圧以上で且つ前記リリーフ弁のリリーフ圧未満の所定の目標ポンプ吐出圧に維持しながら、前記油圧ポンプの吐出量を前記操作レバーの操作量に対応する目標ポンプ流量まで増大させるように、前記油圧ポンプの吐出量を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
上述の手段により、本発明は、油圧アクチュエータを操作する際にリリーフ弁から放出される作動油の量を低減可能な建設機械用油圧システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係る建設機械用油圧システムを搭載するショベルの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る建設機械用油圧システムの回路図である。
【図３】ポンプ流量とネガコン圧との関係を示すネガコン制御線図である。
【図４】ポンプ流量とポンプ吐出圧との関係を示す馬力制御線図（ＰＱ線図）である。
【図５】旋回油圧回路の構成例を示す概略図である。
【図６】旋回油圧回路内圧と旋回リリーフ流量との関係を示す図（その１）である。
【図７】旋回速度制御の流れを示すブロック線図である。
【図８】コントローラの構成例を示すブロック線図である。
【図９】電流指令出力処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】アクション動作、トランジション動作、及びストップ動作の間の状態遷移図である。
【図１１】アクション動作の流れを示すフローチャートである。
【図１２】トランジション動作の流れを示すフローチャートである。
【図１３】ストップ動作の流れを示すフローチャートである。
【図１４】旋回リリーフカット制御を実行する際の余剰流量とポンプ吐出圧との関係を示す図である。
【図１５】上部旋回体の慣性モーメントが小さい場合の旋回消費流量とポンプ流量との関係を示す図である。
【図１６】上部旋回体の慣性モーメントが大きい場合の旋回消費流量とポンプ流量との関係を示す図である。
【図１７】旋回油圧回路内圧と旋回リリーフ流量との関係を示す図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施例に係る建設機械用油圧システムが搭載されるショベルの構成例を示す図である。図１において、建設機械としてのショベル１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。
【００１２】
また、上部旋回体３は、前方中央部に掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブーム４、アーム５、及びバケット６を含み、且つ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９を含む。
【００１３】
図２は、本発明の実施例に係る建設機械用油圧システムの回路図である。建設機械用油圧システム１００は、エンジン、電動モータ等の駆動源によって駆動される油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒ（以下では、集合的に「油圧ポンプ１０」と称する場合もある。左右一対で構成される他の構成要素についても同様である。）を有する。油圧ポンプ１０Ｌは、１回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）を可変とする可変容量型ポンプである。また、油圧ポンプ１０Ｌは、流量制御弁１１Ｌ、１２Ｌ、１３Ｌ、及び１５Ｌを連通するセンターバイパス管路３０Ｌを経て作動油タンク２２まで作動油を循環させる。同様に、油圧ポンプ１０Ｒは、流量制御弁１２Ｒ、１３Ｒ、１４Ｒ、及び１５Ｒを連通するセンターバイパス管路３０Ｒを経て作動油タンク２２まで作動油を循環させる。
【００１４】
流量制御弁１１Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての走行用油圧モータ４２Ｌに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。
【００１５】
流量制御弁１２Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての旋回用油圧モータ４４に供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁１２Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する作動油を走行用油圧モータ４２Ｒに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。
【００１６】
流量制御弁１３Ｌ、１３Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７へ供給し、また、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンク２２へ排出するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁１３Ｒは、操作装置としてのブーム操作レバーが操作された場合に、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７に供給するスプール弁である。また、流量制御弁１３Ｌは、ブーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合に、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する作動油を追加的にブームシリンダ７に供給するスプール弁である。
【００１７】
流量制御弁１４Ｒは、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ９へ供給し、また、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンク２２へ排出するためのスプール弁である。
【００１８】
また、流量制御弁１５Ｌ、１５Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのアームシリンダ８へ供給し、また、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンク２２へ排出するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。流量制御弁１５Ｌは、操作装置としてのアーム操作レバーが操作された場合に、油圧ポンプ１０Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８に供給するスプール弁である。また、流量制御弁１５Ｒは、アーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合に、油圧ポンプ１０Ｒが吐出する作動油を追加的にアームシリンダ８に供給するスプール弁である。
【００１９】
センターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒは、それぞれ、最も下流にある流量制御弁１５Ｌ、１５Ｒと作動油タンク２２との間にネガティブコントロール絞り２０Ｌ、２０Ｒを備える（以下では、ネガティブコントロールを「ネガコン」と略称する。）。ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油の流れを制限することにより、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流でネガコン圧を発生させる。
【００２０】
圧力センサＳ１、Ｓ２は、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流で発生したネガコン圧を検出し、検出した値を電気的なネガコン圧信号としてコントローラ５４に対して出力する。圧力センサＳ３、Ｓ４は、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出圧を検出し、検出した値を電気的な吐出圧信号としてコントローラ５４に対して出力する。
【００２１】
コントローラ５４は、油圧システム１００を制御する機能要素であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile ＲＡＭ）等を備えたコンピュータである。
【００２２】
本実施例では、コントローラ５４は、アーム操作レバー、ブーム操作レバー等の各種操作装置を操作した場合に発生するパイロット圧を測定する操作内容検出部としてのパイロット圧センサの出力に基づいて各種操作装置の操作内容（例えば、レバー操作の有無、レバー操作方向、レバー操作量等である。）を電気的に検出する。但し、操作内容検出部は、各種操作レバーの傾きを検出する傾きセンサ等、パイロット圧センサ以外のセンサを用いて構成されてもよい。
【００２３】
そして、コントローラ５４は、各種操作装置の操作内容に応じて電磁弁５５Ｌ、５５Ｒ等を動作させる各種機能要素に対応するプログラムをＣＰＵに実行させる。
【００２４】
電磁弁５５Ｌ、５５Ｒは、コントローラ５４が出力する指令に応じて動作する弁である。本実施例では、電磁弁５５Ｌ、５５Ｒは、コントローラ５４が出力する電流指令に応じてコントロールポンプ５２から吐出量制御部６１Ｌ、６１Ｒの受圧室６１２Ｌ、６１２Ｒに導入される制御圧を調整する電磁減圧弁である。
【００２５】
ポンプレギュレータ４０Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌの吐出量を制御する駆動機構であり、主に、傾転アクチュエータ４１Ｌ、スプール弁機構６０Ｌ、吐出量制御部６１Ｌ、及び、フィードバックレバー６２Ｌを含む。
【００２６】
傾転アクチュエータ４１Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ容量を変化させるための斜板（ヨーク）を傾転駆動する機能要素である。具体的には、傾転アクチュエータ４１Ｌは、一端に大径受圧部ＰＲ１を有すると共に他端に小径受圧部ＰＲ２を有する作動ピストン４１０Ｌと、大径受圧部ＰＲ１に対応する受圧室４１１Ｌと、小径受圧部ＰＲ２に対応する受圧室４１２Ｌとを含む。受圧室４１１Ｌにはスプール弁６００Ｌを介して油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧が導入され、或いは、受圧室４１１Ｌからスプール弁６００Ｌを介して作動油が排出される。また、受圧室４１２Ｌには油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧が導入される。作動ピストン４１０Ｌは、受圧室４１１Ｌに作動油が導入されて受圧室４１２Ｌ側に変位すると油圧ポンプ１０Ｌの斜板（ヨーク）を小流量側に傾転駆動する。また、作動ピストン４１０Ｌは、受圧室４１１Ｌから作動油が排出されて受圧室４１１Ｌ側に変位すると油圧ポンプ１０Ｌの斜板（ヨーク）を大流量側に傾転駆動する。
【００２７】
スプール弁機構６０Ｌは、傾転アクチュエータ４１Ｌに作動油の給排を行うための機能要素であり、スプール弁６００Ｌ及びばね６０１Ｌを含む。スプール弁６００Ｌは、油圧ポンプ１０Ｌの吐出圧が導入される第一ポート、作動油タンク２２に連通する第二ポート、及び受圧室４１１Ｌに連通する出力ポートを有する。また、スプール弁６００Ｌは、第一ポートと出力ポートとを連通する第一位置、第二ポートと出力ポートとを連通する第二位置、又は第一ポート及び第二ポートの何れをも出力ポートに連通しない中立位置に選択的に切り替えられる。ばね６０１Ｌは、スプール弁６００Ｌを第二位置に変位させる方向に作用する力を付与する。
【００２８】
吐出量制御部６１Ｌは、スプール弁６００Ｌを変位させるための機能要素である。具体的には、吐出量制御部６１Ｌは、サーボピストン６１０Ｌ、ばね６１１Ｌ、及び受圧室６１２Ｌを含む。サーボピストン６１０Ｌは、電磁弁５５Ｌが生成する制御圧に応じて、スプール弁６００Ｌを第一位置に変位させる方向に移動する。ばね６１１Ｌは、電磁弁５５Ｌが生成する制御圧に抗して、サーボピストン６１０Ｌを復帰させる方向に作用する力を付与する。受圧室６１２Ｌは、サーボピストン６１０Ｌに設けられた受圧部ＰＲ３に対応し、コントロールポンプ５２から電磁弁５５Ｌを通じて作動油が導入される。
【００２９】
フィードバックレバー６２Ｌは、傾転アクチュエータ４１Ｌの変位をスプール弁６００Ｌにフィードバックするためのリンク機構である。具体的には、フィードバックレバー６２Ｌは、作動ピストン４１０Ｌが移動したときにその移動量を物理的にスプール弁６００Ｌにフィードバックしてスプール弁６００Ｌを中立位置に復帰させるようにする。
【００３０】
なお、上述の説明は、ポンプレギュレータ４０Ｌに関するものであるが、ポンプレギュレータ４０Ｒに対しても同様に適用される。
【００３１】
以上の構成により、ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、吐出量制御部６１Ｌ、６１Ｒに導入される制御圧が大きいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を低減させる。また、ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、吐出量制御部６１Ｌ、６１Ｒに導入される制御圧が小さいほど油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を増大させる。
【００３２】
なお、図２は、ショベル１における油圧アクチュエータが何れも利用されていない状態を示す。以下、この状態を「待機モード」と称する。待機モードでは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油は、センターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒを通ってネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒに至り、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流で発生するネガコン圧を増大させる。
【００３３】
その結果、ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、ネガコン圧信号に基づいてコントローラ５４が生成する指令に応じて、スプール弁６００Ｌ、６００Ｒを第一位置に変位させる。スプール弁６００Ｌ、６００Ｒは、傾転アクチュエータ４１Ｌ、４１Ｒを駆動して、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を低減させる。その結果、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）が抑制される。
【００３４】
一方、ショベル１における何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒが吐出する作動油は、その油圧アクチュエータに対応する流量制御弁を介してその油圧アクチュエータに流れ込む。そのため、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒに至る量は減少或いは消滅し、ネガコン絞り２０Ｌ、２０Ｒの上流で発生するネガコン圧は低下する。
【００３５】
その結果、ポンプレギュレータ４０Ｌ、４０Ｒは、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。
【００３６】
図３は、油圧ポンプ１０の吐出量（以下、「ポンプ流量」とする。）とネガコン圧との関係を示すネガコン制御線図であり、縦軸にポンプ流量を配し、横軸にネガコン圧を配する。上述の通り、実線で表されるポンプ制御線は、ネガコン圧が減少するにつれてポンプ流量が増大する傾向を示す。なお、図３は、待機モードにおけるネガコン圧とポンプ流量との関係の図示を省略するが、実際には、待機モードにおいてネガコン圧が所定圧を下回る場合、ポンプ流量は最小流量に制限される。
【００３７】
以下では、上述のようなネガコン圧に基づくポンプ流量の制御を「ネガコン制御」と称する。ネガコン制御により、油圧システム１００は、待機モードにおいては、無駄なエネルギ消費を抑制できる。油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒの吐出する作動油がセンターバイパス管路３０Ｌ、３０Ｒで発生させるポンピングロスを抑制できるためである。また、油圧システム１００は、各種油圧アクチュエータを作動させる場合には、油圧ポンプ１０Ｌ、１０Ｒから必要十分な作動油を各種油圧アクチュエータに供給できる。
【００３８】
また、油圧システム１００は、ネガコン制御と並行して馬力制御を実行する。馬力制御は、油圧ポンプ１０の吸収馬力がエンジンの出力馬力を超えないよう、油圧ポンプ１０の吐出圧（以下、「ポンプ吐出圧」とする。）の上昇に応じてポンプ流量を低減させる制御である。
【００３９】
図４は、ポンプ流量とポンプ吐出圧との関係を示す馬力制御線図（ＰＱ線図）であり、縦軸にポンプ流量を配し、横軸にポンプ吐出圧を配する。実線で表される馬力制御線は、ポンプ吐出圧が減少するにつれてポンプ流量が増大する傾向を示す。
【００４０】
次に、図５を参照しながら、図１のショベルに搭載される油圧システム１００の一部を構成する旋回油圧回路２００について説明する。なお、図５は、旋回油圧回路２００の構成例を示す概略図である。
【００４１】
図５に示すように、旋回油圧回路２００は、主に、旋回用油圧モータ４４、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒ、及びチェック弁７２Ｌ、７２Ｒを含む。
【００４２】
旋回用油圧モータ４４は、メカニカルブレーキ８０及び減速機８１を含む旋回機構を介して上部旋回体３を旋回させる。本実施例では、旋回用油圧モータ４４の出力トルクは、２段階のプラネタリギア機構で構成される減速機８１によって増幅される。また、旋回用油圧モータ４４の出力軸の回転は、複数枚のブレーキディスクと各ブレーキディスクを挟む複数枚のブレーキプレートとで構成されるメカニカルブレーキ８０によって制動される。
【００４３】
また、旋回用油圧モータ４４の第１ポート４４Ｌは、管路７０Ｌを介して、流量制御弁１２Ｌの第１ポート１２Ｐ１に接続され、旋回用油圧モータ４４の第２ポート４４Ｒは、管路７０Ｒを介して、流量制御弁１２Ｌの第２ポート１２Ｐ２に接続される。
【００４４】
旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒは、管路７０Ｒ、７０Ｌ内の作動油の圧力（以下、「旋回油圧回路内圧」とする。）を所定の旋回リリーフ圧以下に制限する弁である。本実施例では、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒは、電気的に旋回リリーフ圧を調整可能な電磁式リリーフ弁であり、コントローラ５４からの制御指令に応じて旋回リリーフ圧を変更する。但し、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒは、バネ等によって旋回リリーフ圧が固定的に設定される機械式リリーフ弁であってもよい。
【００４５】
具体的には、旋回リリーフ弁７１Ｌは、管路７０Ｌの旋回油圧回路内圧がクラッキング圧に達した場合に部分的開状態となり、管路７０Ｌ内の作動油の、管路７３を介した作動油タンク２２への流出を開始させる。さらに、旋回リリーフ弁７１Ｌは、管路７０Ｌの旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧に達した場合に全開状態となり、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧を過度に上回らないように管路７０Ｌ内の作動油を作動油タンク２２へ流出させる。同様に、旋回リリーフ弁７１Ｒは、管路７０Ｒの旋回油圧回路内圧がクラッキング圧に達した場合に部分的開状態となり、管路７０Ｒ内の作動油の、管路７３を介した作動油タンク２２への流出を開始させる。さらに、旋回リリーフ弁７１Ｒは、管路７０Ｒの旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧に達した場合に全開状態となり、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧を過度に上回らないように管路７０Ｒ内の作動油を作動油タンク２２へ流出させる。
【００４６】
図６は、旋回油圧回路内圧と、旋回リリーフ弁７１を通過する作動油の流量（以下、「旋回リリーフ流量」とする。）との関係を示す図である。
【００４７】
図６に示すように、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧がクラッキング圧未満の場合にゼロである。また、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧がクラッキング圧以上旋回リリーフ圧未満の場合には、旋回油圧回路内圧が増大するにつれて比較的緩やかに増加する。また、旋回リリーフ流量は、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧以上の場合には、旋回油圧回路内圧が増大するにつれて比較的急激に増加する。
【００４８】
チェック弁７２Ｌ、７２Ｒは、管路７０Ｌ、７０Ｒ内の作動油の圧力が作動油タンク２２の作動油の圧力（以下、「タンク圧」とする。）を下回らないようにする弁である。
【００４９】
具体的には、チェック弁７２Ｌは、管路７０Ｌの作動油が作動油タンク２２へ流出するのを禁止しながら、管路７０Ｌの旋回油圧回路内圧がタンク圧未満となった場合に開状態となり、作動油タンク２２（管路７３）の作動油を管路７０Ｌ内に流入させる。同様に、チェック弁７２Ｒは、管路７０Ｒの作動油が作動油タンク２２へ流出するのを禁止しながら、管路７０Ｒの旋回油圧回路内圧がタンク圧未満となった場合に開状態となり、作動油タンク２２（管路７３）の作動油を管路７０Ｒ内に流入させる。
【００５０】
メインリリーフ弁８３は、油圧システム１００内の作動油の圧力を所定のメインリリーフ圧以下に制限する弁である。本実施例では、メインリリーフ弁８３は、バネ等によってメインリリーフ圧が固定的に設定される機械式リリーフ弁である。なお、メインリリーフ圧は、旋回リリーフ圧より高くなるように設定される。
【００５１】
コントローラ５４は、旋回操作内容と油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧とに基づいて、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量、及び、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒの旋回リリーフ圧を調整することができる。
【００５２】
本実施例では、旋回操作の有無等を含む旋回操作内容は、圧力センサＳ５、Ｓ６の出力に基づいて導き出される。なお、圧力センサＳ５、Ｓ６は、旋回操作レバー８２のレバー操作量に対応するパイロット圧を検出するパイロット圧センサである。また、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧は、吐出圧センサとしての圧力センサＳ３の出力に基づいて導き出される。
【００５３】
例えば、旋回操作レバー８２が右旋回方向に操作され、圧力センサＳ６が検出するパイロット圧が上昇すると、流量制御弁１２Ｌが左方向に移動させられる。このとき、流量制御弁１２Ｌは、第１ポート１２Ｐ１を通じて、油圧ポンプ１０Ｌと旋回用油圧モータ４４の第１ポート４４Ｌとを連通させ、第２ポート１２Ｐ２を通じて、旋回用油圧モータ４４の第２ポート４４Ｒと作動油タンク２２とを連通させる。また、流量制御弁１２Ｌは、センターバイパス管路３０Ｌを遮断する。油圧ポンプ１０Ｌは、センターバイパス管路３０Ｌの遮断によりネガコン圧がほぼゼロまで減少するため、図３のネガコン制御線図に示すように、そのポンプ流量を最大ポンプ流量まで増大させる。
【００５４】
一方で、旋回用油圧モータ４４の駆動に消費される作動油の量（以下、「旋回消費流量」とする。）は、油圧ポンプ１０Ｌの最大ポンプ流量より低いまま、緩やかに増加する。ショベル１の上部旋回体３が大きな慣性モーメントを有するためである。このとき、最大ポンプ流量と旋回消費流量との間の流量差を生じさせる作動油は、旋回リリーフ弁７１Ｌを介して作動油タンク２２に排出される。そのため、油圧ポンプ１０Ｌが生成する油圧エネルギの一部は、利用されることがないまま無駄に捨てられてしまう。
【００５５】
そこで、コントローラ５４は、この無駄に捨てられてしまう油圧エネルギを最小限に抑えるために、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量を旋回消費流量に近づける制御（以下、「旋回リリーフカット制御」とする。）を実行する。具体的には、コントローラ５４は、旋回操作内容と油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧とに基づいて、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒの旋回リリーフ圧等を調整する。なお、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量、及び、旋回リリーフ弁７１Ｌ、７１Ｒの旋回リリーフ圧の調整については、その詳細を後述する。
【００５６】
次に、図７を参照しながら、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧（Ｐｄ）に応じて旋回用油圧モータ４４の回転速度（ω）が決まるまでの制御（以下、「旋回速度制御」とする。）の流れについて説明する。なお、図７は、旋回速度制御の流れを示すブロック線図である。
【００５７】
最初に、コントローラ５４は、吐出圧センサＳ３で検出された油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧（Ｐｄ）を表す電気信号としての吐出圧信号を取得する。なお、コントローラ５４は、吐出圧センサＳ３で検出される流量制御弁１２Ｌを通過する前の作動油の圧力に代えて、流量制御弁１２Ｌを通過した後の管路７０内の作動油の圧力をポンプ吐出圧（Ｐｄ）として検出してもよい。この場合、コントローラ５４は、例えば図５に示すように管路７０Ｌ、７０Ｒのそれぞれに設置された圧力センサＳ３'Ｌ、Ｓ３'Ｒで検出される圧力を表す信号を取得する。なお、コントローラ５４は、旋回方向に応じて、吐出圧センサＳ３'Ｌ、Ｓ３'Ｒのいずれの信号を利用するかを選択すればよい。
【００５８】
そして、コントローラ５４は、電磁弁５５Ｌに対する電流指令（Ｉｓ）を吐出圧（Ｐｄ）に基づいて決定する。電磁弁５５Ｌは、電流指令（Ｉｓ）に応じた制御圧（Ｐｓ）を吐出量制御部６１Ｌの受圧室６１２Ｌで発生させる。
【００５９】
その後、吐出量制御部６１Ｌは、スプール弁機構６０Ｌ及び傾転アクチュエータ４１Ｌを介して油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量（Ｑｄ）を制御圧（Ｐｓ）に応じた量に調整する。図７は、制御圧（Ｐｓ）が１次遅れを表す演算要素Ｅ１を介して油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量（Ｑｄ）に変換される様子を表す。
【００６０】
その後、ポンプ流量（Ｑｄ）の変化は、センターバイパス管路３０Ｌ内の作動油の体積変化に起因する圧力を生じさせる。図７は、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量（Ｑｄ）が圧縮ボリュームを表す演算要素Ｅ２を介して吐出圧（Ｐｄ'）に変換される様子を表す。なお、演算要素Ｅ２において、Ｋ、Ｖ、ｓはそれぞれ、体積弾性率、体積、ラプラス演算子を表す。また、ここで得られた吐出圧（Ｐｄ'）は、フィードバックループを通じてコントローラ５４にフィードバックされる。吐出圧センサＳ３で検出された吐出圧（Ｐｄ）と、コントローラ５４が電磁弁５５に対して出力する電流指令（Ｉｓ）に応じて演算される吐出圧（Ｐｄ'）が等しくなるようにして制御を安定化させるためである。
【００６１】
その後、ポンプ１０Ｌが吐出する吐出圧（Ｐｄ'）を有する作動油は、旋回用油圧モータ４４に対応する流量制御弁１２ＬのＰ−Ｔ絞りを通る。図７は、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧（Ｐｄ'）からネガコン圧（Ｐｎ'）を差し引いた圧力が流量制御弁１２ＬのＰ−Ｔ絞りを表す演算要素Ｅ３を介してブリード流量（Ｑｂ）に変換される様子を表す。なお、演算要素Ｅ３において、ｃ、Ａ、ρ、Δｐはそれぞれ、流量係数、開口面積、密度、圧力変化を表す。この場合、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧（Ｐｄ'）はＰ−Ｔ絞りの上流側の圧力を表し、ネガコン圧（Ｐｎ'）はＰ−Ｔ絞りの下流側の圧力を表す。また、ブリード流量（Ｑｂ）は、流量制御弁１２ＬのＰ−Ｔ絞りを通過する作動油の流量を表す。
【００６２】
また、流量制御弁の下流側にあるネガコン圧（Ｐｎ'）を有する作動油は、ネガコン絞り２０Ｌを通って作動油タンク２２に排出される。図７は、ネガコン圧（Ｐｎ'）がネガコン絞り２０Ｌを表す演算要素Ｅ４を介して排出流量（Ｑｅ）に変換される様子を表す。この場合、排出流量（Ｑｅ）は、ネガコン絞り２０Ｌを通過する作動油の流量を表す。
【００６３】
なお、ネガコン絞り２０Ｌにおける流量（Ｑｂ−Ｑｅ）の変化は、作動油の体積変化に起因する圧力を生じさせる。図７は、流量（Ｑｂ−Ｑｅ）が圧縮ボリュームを表す演算要素Ｅ５を介してネガコン圧（Ｐｎ'）に変換される様子を表す。
【００６４】
その後、センターバイパス管路３０Ｌを流れる作動油の流量は、一部が旋回用油圧モータ４４に流れることによって変化する。そのため、センターバイパス管路３０Ｌを流れる作動油の流量（Ｑｄ−Ｑｂ）の変化は、作動油の体積変化に起因する圧力を生じさせる。図７は、流量（Ｑｄ−Ｑｂ）が圧縮ボリュームを表す演算要素Ｅ２を介して吐出圧（Ｐｄ'）に変換される様子を表す。
【００６５】
また、ポンプ１０Ｌが吐出する吐出圧（Ｐｄ'）を有する作動油は、旋回用油圧モータ４４に対応する流量制御弁１２ＬのＰ−Ｃ絞りを通る。図７は、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧（Ｐｄ'）から旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）を差し引いた圧力が流量制御弁１２ＬのＰ−Ｃ絞りを表す演算要素Ｅ６を介して旋回油圧回路内流量（Ｑａｃｔ）に変換される様子を表す。この場合、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧（Ｐｄ'）はＰ−Ｃ絞りの上流側の圧力を表し、旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）はＰ−Ｃ絞りの下流側の圧力を表す。また、旋回油圧回路内流量（Ｑａｃｔ）は、流量制御弁１２ＬのＰ−Ｃ絞りを通過する作動油の流量を表す。なお、旋回油圧回路内流量（Ｑａｃｔ）は、演算要素Ｅ２にフィードバックされる。油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧（Ｐｄ'）は、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量（Ｑｄ）からブリード流量（Ｑｂ）と旋回油圧回路内流量（Ｑａｃｔ）とを差し引いた流量を有する作動油の圧縮によって生成されるためである。
【００６６】
その後、旋回油圧回路内流量（Ｑａｃｔ）の変化は、旋回油圧回路内の作動油の体積変化に起因する圧力を生じさせ、さらに、旋回用油圧モータ４４を回転させる力（トルク）を発生させる。図７は、旋回油圧回路内流量（Ｑａｃｔ）が圧縮ボリュームを表す演算要素Ｅ７を介して旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）に変換され、さらに、旋回用油圧モータ４４の受圧面積Ａを表す演算要素Ｅ８を介して力（トルク）に変換される様子を表す。
【００６７】
その後、旋回用油圧モータ４４で発生させた力（トルク）に応じて旋回用油圧モータ４４の動きが決定される。図７は、その力が演算要素Ｅ９を介して旋回用油圧モータ４４の回転速度（ω）に変換される様子を表す。なお、演算要素Ｅ９において、Ｊ、ｓはそれぞれ、慣性モーメント、ラプラス演算子を表す。
【００６８】
また、演算要素Ｅ７が出力する旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）は、演算要素Ｅ６にフィードバックされる。旋回油圧回路内流量（Ｑａｃｔ）は、油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧（Ｐｄ'）と旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）との間の差圧によって生成されるためである。
【００６９】
同様に、演算要素Ｅ９が出力する旋回用油圧モータ４４の回転速度（ω）は、旋回用油圧モータ４４の受圧面積Ａを表す演算要素Ｅ１０を介して旋回油圧回路内流量（Ｑａｃｔ'）に変換された上で、演算要素Ｅ７にフィードバックされる。
【００７０】
また、演算要素Ｅ７が出力する旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）は、旋回リリーフ弁７１のクラッキング圧以上旋回リリーフ圧未満の場合に、２次遅れを表す演算要素Ｅ１１を介して、旋回リリーフ弁７１を通過する旋回リリーフ流量（Ｑｒｆ）に変換された上で、演算要素Ｅ７にフィードバックされる。なお、旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）は、クラッキング圧未満の場合には、旋回リリーフ流量を生じさせないため、演算要素Ｅ１１を介して演算要素Ｅ７にフィードバックされることはない。また、旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）は、旋回リリーフ圧以上の場合には、クラッキング圧以上旋回リリーフ圧未満の場合の旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）と旋回リリーフ流量との対応関係とは異なる対応関係で旋回リリーフ流量を生じさせる。そのため、旋回油圧回路内圧（Ｐａｃｔ）は、演算要素Ｅ１１とは異なる別の演算要素（図示せず。）を介して、旋回リリーフ弁７１を通過する旋回リリーフ流量（Ｑｒｆ）に変換された上で、演算要素Ｅ７にフィードバックされ得る。
【００７１】
なお、上述の実施例において１次遅れ又は２次遅れで表される演算要素は、３次以上の高次遅れ要素等の任意の非線形要素であってもよい。
【００７２】
次に、図８を参照して、旋回用油圧モータ４４を駆動する際のコントローラ５４の動作について説明する。なお、図８は、コントローラ５４の構成例を示すブロック線図である。
【００７３】
図８に示すように、コントローラ５４は、主に、演算要素Ｅ２０、フィードバック制御部Ｅ２１、最小流量選択部Ｅ２２、及び参照テーブルＴＢ１を含む。参照テーブルＴＢ１は、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等に予め記憶されている。
【００７４】
演算要素Ｅ２０は、ポンプ吐出圧に関する指令値をポンプ流量に関する指令値に変換する機能要素である。本実施例では、演算要素Ｅ２０は、予め設定された目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）と、吐出圧センサＳ３で検出されたポンプ吐出圧（Ｐｄ）との偏差（Ｐ１）をポンプ流量指令値Ｑ１に変換する。
【００７５】
フィードバック制御部Ｅ２１は、予め設定された目標ポンプ流量（Ｑｔｇｔ）と演算要素Ｅ２０が出力するポンプ流量指令値（Ｑ１）とに基づいてポンプ流量指令値（Ｑ２）を生成して出力する機能要素である。本実施例では、フィードバック制御部Ｅ２１は、目標ポンプ流量（Ｑｔｇｔ）に基づいて所定の増加率で増加する基礎的なポンプ流量指令値を生成し、ポンプ流量指令値（Ｑ１）の増減に応じてその基礎的なポンプ流量指令値を修正してポンプ流量指令値（Ｑ２）を出力する。この際、フィードバック制御部Ｅ２１は、ポンプ吐出圧（Ｐｄ）と目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）との偏差、及び、ポンプ流量指令値（Ｑ１）と目標ポンプ流量（Ｑｔｇｔ）との偏差に基づくＰＩＤ制御を実行してポンプ流量指令値（Ｑ２）を出力する。また、フィードバック制御部Ｅ２１は、それら偏差を減少させる位相補償を実行してポンプ流量指令値（Ｑ２）を出力してもよい。
【００７６】
なお、コントローラ５４がポンプ吐出圧（Ｐｄ）に基づいてポンプ流量指令値（Ｑ２）を出力する制御は、上述の旋回リリーフカット制御を構成する。そのため、以下では、ポンプ流量指令値（Ｑ２）を旋回リリーフカット制御流量（Ｑ２）とも称する。
【００７７】
最小流量選択部Ｅ２２は、旋回リリーフカット制御により導き出されるポンプ流量指令値（Ｑ２）と、その他の制御により導き出される１又は複数のポンプ流量指令値とのうちで最小のポンプ流量指令値を選択する機能要素である。本実施例では、最小流量選択部Ｅ２２は、旋回リリーフカット制御により導き出されるポンプ流量指令値（Ｑ２）と、ネガコン制御により導き出されるポンプ流量指令値（以下、「ネガコン制御流量（Ｑｎ）」とする。）と、馬力制御により導き出されるポンプ流量指令値（以下、「馬力制御流量（Ｑｈ）」とする。）とのうちで最小のものを選択してポンプ流量指令値（Ｑ３）として出力する。
【００７８】
参照テーブルＴＢ１は、ポンプ流量指令値（Ｑ３）と電流指令（Ｉｓ）との対応関係を表す参照テーブルである。コントローラ５４は、最小流量選択部Ｅ２２が出力するポンプ流量指令値（Ｑ３）と参照テーブルＴＢ１とに基づいて電流指令（Ｉｓ）を導き出し、導き出した電流指令（Ｉｓ）を電磁弁５５Ｌに対して出力する。
【００７９】
次に、図９を参照して、コントローラ５４が電磁弁５５Ｌに対して電流指令（Ｉｓ）を出力する処理（以下、「電流指令出力処理」とする。）について説明する。なお、図９は、電流指令出力処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ５４は、所定の制御周期で繰り返しこの電流指令出力処理を実行する。
【００８０】
最初に、コントローラ５４は、パイロット圧及びポンプ吐出圧を取得する（ステップＳＴ１）。本実施例では、コントローラ５４は、各種操作装置を操作した場合に発生するパイロット圧を検出する操作内容検出部としてのパイロット圧センサの出力に基づいて各種操作装置のレバー操作量を電気的に検出する。また、コントローラ５４は、吐出圧センサＳ３の出力に基づいて油圧ポンプ１０Ｌのポンプ吐出圧を電気的に検出する。
【００８１】
その後、コントローラ５４は、取得したパイロット圧に基づいて旋回操作が行われたか否かを判定する（ステップＳＴ２）。本実施例では、コントローラ５４は、旋回操作レバー８２が操作された場合に旋回操作が行われたと判定する。コントローラ５４は、旋回操作が行われたか否かを判定することにより、旋回リリーフ弁７１がリリーフ状態又はリリーフ可能状態であるか否かを判定できる。旋回操作が行われない場合に旋回リリーフ弁７１がリリーフ状態又はリリーフ可能状態になることはないためである。
【００８２】
旋回操作が行われたと判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、コントローラ５４は、ポンプ吐出圧が閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。本実施例では、閾値ＴＨ１は、旋回リリーフ弁７１のクラッキング圧である。なお、閾値ＴＨ１は、クラッキング圧未満の値であってもよい。
【００８３】
ポンプ吐出圧が閾値ＴＨ１以上であると判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、コントローラ５４は、アクション動作を実行する（ステップＳＴ４）。アクション動作は、旋回リリーフカット制御を実行した上で、旋回リリーフカット制御流量（Ｑ２）、ネガコン制御流量（Ｑｎ）、及び馬力制御流量（Ｑｈ）を含む複数のポンプ流量指令値のうちで最も小さい値に基づいて電流指令（Ｉｓ）を出力する処理であり、その詳細を後述する。
【００８４】
ポンプ吐出圧が閾値ＴＨ１未満であると判定した場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、コントローラ５４は、旋回操作以外の他の操作が行われたか否かを判定する（ステップＳＴ５）。本実施例では、コントローラ５４は、例えば、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作レバー等が操作された場合に他の操作が行われたと判定する。
【００８５】
他の操作が行われたと判定した場合（ステップＳＴ５のＹＥＳ）、コントローラ５４は、トランジション動作を実行する（ステップＳＴ６）。トランジション動作は、アクション動作の準備を行うための処理である。具体的には、トランジション動作は、旋回リリーフカット制御流量以外の複数のポンプ流量指令値のうちで最も小さい値に基づいて電流指令（Ｉｓ）を出力する。そして、トランジション動作は、最小値として選択されたポンプ流量指令値を次のアクション動作におけるフィードバック制御のために記憶する。なお、トランジション動作については、その詳細を後述する。
【００８６】
一方、他の操作が行われていないと判定した場合（ステップＳＴ５のＮＯ）、コントローラ５４は、ストップ動作を実行する（ステップＳＴ７）。ストップ動作は、アクション動作のリセットを行うための処理である。具体的には、ストップ動作は、旋回リリーフカット制御流量以外の複数のポンプ流量指令値のうちで最も小さい値に基づいて電流指令（Ｉｓ）を出力する。そして、ストップ動作は、次のアクション動作におけるフィードバック制御のために、フィードバック制御部Ｅ２１のパラメータをリセットする。なお、ストップ動作については、その詳細を後述する。
【００８７】
図１０は、アクション動作、トランジション動作、及びストップ動作の間の状態遷移図を示す。
【００８８】
図１０に示すように、コントローラ５４は、ストップ動作を周期的に実行している場合に他の操作が行われるとストップ動作をトランジション動作に切り替える。また、コントローラ５４は、ストップ動作を周期的に実行している際に旋回操作が行われた場合、ポンプ吐出圧（Ｐｄ）が閾値ＴＨ１以上であれば、ストップ動作をアクション動作に切り替える。
【００８９】
また、コントローラ５４は、アクション動作を周期的に実行している際に旋回操作が中止され或いはポンプ吐出圧（Ｐｄ）が閾値ＴＨ１未満になった場合、他の操作が行われていれば、アクション動作をトランジション動作に切り替え、他の操作が行われていなければ、アクション動作をストップ動作に切り替える。
【００９０】
また、コントローラ５４は、トランジション動作を周期的に実行している際に旋回操作が行われた場合、ポンプ吐出圧（Ｐｄ）が閾値ＴＨ以上であれば、トランジション動作をアクション動作に切り替える。また、コントローラ５４は、トランジション動作を周期的に実行している場合に他の操作が中止されると、トランジション動作をストップ動作に切り替える。
【００９１】
このようにして、コントローラ５４は、アクション動作、トランジション動作、及びストップ動作の３つの動作のうちの１つを周期的且つ継続的に実行しながら、電流指令（Ｉｓ）を周期的且つ継続的に電磁弁５５Ｌに対して出力する。
【００９２】
次に、図１１を参照して、アクション動作の詳細について説明する。なお、図１１は、アクション動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【００９３】
最初に、コントローラ５４は、目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）、ポンプ吐出圧（Ｐｄ）、及び目標ポンプ流量（Ｑｔｇｔ）を取得する（ステップＳＴ１１）。
【００９４】
目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）は、旋回リリーフ弁７１のクラッキング圧以上で且つ旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧未満の値であり、ＮＶＲＡＭ等に予め記憶されている。本実施例では、目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）は、クラッキング圧と旋回リリーフ圧との中間値である。また、目標ポンプ流量（Ｑｔｇｔ）は、旋回用油圧モータ４４を所定の回転速度で回転させる際に必要な油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量であり、ＮＶＲＡＭ等に予め記憶されている。本実施例では、目標ポンプ流量（Ｑｔｇｔ）は、旋回用油圧モータ４４を最大回転速度で回転させる際に必要な油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量である。なお、ポンプ吐出圧（Ｐｄ）は、吐出圧センサＳ３で検出される値である。
【００９５】
また、コントローラ５４は、クラッキング圧以上旋回リリーフ圧未満の範囲内で目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）を変更することによって作業モードを切り替えてもよい。例えば、コントローラ５４は、クラッキング圧以上旋回リリーフ圧未満の範囲内で旋回油圧回路内圧を増大させることによってより大きな旋回トルクを発生させるハイパワーモードと、その範囲内で旋回油圧回路内圧を低減させて旋回リリーフ流量を減少させることによって省エネルギを実現する省エネルギモードとを切り替える。このようにして、コントローラ５４は、旋回リリーフカット制御を中断することなく、作業モードを切り替えることができる。
【００９６】
その後、コントローラ５４は、ポンプ吐出圧（Ｐｄ）と目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）との偏差（Ｐ１）を導き出し、偏差（Ｐ１）に所定の比例ゲインＫ１を乗じてポンプ流量指令値（Ｑ１）導き出す（ステップＳＴ１２）。
【００９７】
その後、コントローラ５４は、ポンプ流量指令値（Ｑ１）と目標ポンプ流量（Ｑｔｇｔ）とに基づいてポンプ流量指令値（Ｑ２）を導き出す（ステップＳＴ１３）。具体的には、コントローラ５４は、フィードバック制御部Ｅ２１によるＰＩＤ制御を実行してポンプ流量指令値（Ｑ２）を導き出す。また、コントローラ５４は、フィードバック制御部Ｅ２１による位相補償を実行してポンプ流量指令値（Ｑ２）を導き出してもよい。
【００９８】
その後、コントローラ５４は、ネガコン制御流量（Ｑｎ）及び馬力制御流量（Ｑｈ）を導き出す（ステップＳＴ１４）。なお、コントローラ５４は、次のステップＳＴ１５の処理を実行する前であれば、ステップＳＴ１４の処理を何れのタイミングで実行してもよい。例えば、コントローラ５４は、ステップＳＴ１１の処理を実行する前にステップＳＴ１４の処理を実行してもよい。また、コントローラ５４は、ステップＳＴ１４において、ネガコン制御及び馬力制御以外の他の制御が導き出したポンプ流量指令値を取得してもよい。
【００９９】
その後、コントローラ５４は、最小流量選択部Ｅ２２により、旋回リリーフカット制御流量（Ｑ２）、ネガコン制御流量（Ｑｎ）、及び馬力制御流量（Ｑｈ）を含む複数のポンプ流量指令値のうちで最も小さい値をポンプ流量指令値（Ｑ３）として選択する（ステップＳＴ１５）。なお、旋回操作が行われている場合には、コントローラ５４は、制御周期毎に所定の増加率で増加するポンプ流量指令値としての旋回操作時流量（Ｑｘ）を生成してもよい。その上で、最小流量選択部Ｅ２２は、旋回操作時流量（Ｑｘ）、ネガコン制御流量（Ｑｎ）、及び馬力制御流量（Ｑｈ）を含む複数のポンプ流量指令値のうちで最も小さい値をポンプ流量指令値（Ｑ３）として出力する。旋回操作時流量（Ｑｘ）が生成されなければ、ネガコン制御流量（Ｑｎ）に基づく最大ポンプ流量指令値が出力されてしまうためである。
【０１００】
その後、コントローラ５４は、参照テーブルＴＢ１を参照し、ポンプ流量指令値（Ｑ３）に対応する電流指令（Ｉｓ）を導き出し、導き出した電流指令（Ｉｓ）を電磁弁５５Ｌに対して出力する（ステップＳＴ１６）。
【０１０１】
次に、図１２を参照して、トランジション動作の詳細について説明する。なお、図１２は、トランジション動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１０２】
最初に、コントローラ５４は、ポンプ流量指令値（Ｑ２）に最大値を設定する（ステップＳＴ２１）。最小流量選択部Ｅ２２によってポンプ流量指令値（Ｑ２）が最小値として選択されるのを防止するためである。
【０１０３】
その後、コントローラ５４は、フィードバック制御部Ｅ２１のパラメータをリセットする（ステップＳＴ２２）。本実施例では、コントローラ５４は、ＰＩＤ制御で用いる比例ゲイン、微分ゲイン等の値をゼロに設定する。次のアクション動作に悪影響を及ぼさないようにするためである。
【０１０４】
その後、コントローラ５４は、アクション動作におけるステップＳＴ１４〜ＳＴ１６の処理と同様に、ステップＳＴ２３〜ＳＴ２５の処理を実行する。
【０１０５】
その後、コントローラ５４は、次のアクション動作に備えて、ポンプ流量指令値（Ｑ３）を記憶する（ステップＳＴ２６）。本実施例では、コントローラ５４は、次のアクション動作におけるＰＩＤ制御の出力が急変しないよう、現に取得したポンプ流量指令値（Ｑ３）を積分ゲインの値として記憶する。
【０１０６】
次に、図１３を参照して、ストップ動作の詳細について説明する。なお、図１３は、ストップ動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【０１０７】
最初に、コントローラ５４は、ポンプ流量指令値（Ｑ２）に最大値を設定する（ステップＳＴ３１）。最小流量選択部Ｅ２２によってポンプ流量指令値（Ｑ２）が最小値として選択されるのを防止するためである。
【０１０８】
その後、コントローラ５４は、次のアクション動作に備えて、フィードバック制御部Ｅ２１のパラメータをリセットする（ステップＳＴ３２）。本実施例では、コントローラ５４は、次のアクション動作のＰＩＤ制御で用いる積分ゲインに最小値を設定する。ポンプ流量指令値として用いられる積分ゲインの最小値には、ゼロ以外の値、例えば、最大値の十数％の値が設定される。次のアクション動作におけるＰＩＤ制御の出力が急変しないようにするためである。
【０１０９】
その後、コントローラ５４は、アクション動作におけるステップＳＴ１４〜ＳＴ１６の処理と同様に、ステップＳＴ３３〜ＳＴ３５の処理を実行する。
【０１１０】
次に、図１４を参照して、旋回リリーフカット制御を実行する際の余剰流量とポンプ吐出圧との関係について説明する。なお、図１４は、縦軸にポンプ吐出圧を配し、横軸に余剰流量を配する。余剰流量は、ポンプ流量から旋回消費流量を差し引いた流量であり、旋回リリーフ流量及び漏れ流量を含む。また、ポンプ吐出圧（Ｐｃ）、余剰流量（Ｑｃ）は、それぞれ、単独旋回操作の際に旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ弁７１のクラッキング圧に達したときのポンプ吐出圧、余剰流量に相当する。また、ポンプ吐出圧（Ｐｒ）、余剰流量（Ｑｒ）は、それぞれ、単独旋回操作の際に旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧に達したときのポンプ吐出圧、余剰流量に相当する。
【０１１１】
図１４に示すように、ポンプ吐出圧がＰｃ未満の場合、余剰流量に対するポンプ吐出圧の増加率（ゲイン）は、ポンプ吐出圧がＰｃ以上Ｐｒ未満の場合に比べて顕著に大きい。そのため、仮に目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）をＰｃ未満の値に設定した場合には、旋回リリーフカット制御は安定性を失い、ポンプ吐出圧を上下に振動させてしまうおそれがある。
【０１１２】
一方、ポンプ吐出圧がＰｒ以上の場合、余剰流量に対するポンプ吐出圧の増加率（ゲイン）は、ポンプ吐出圧がＰｃ以上Ｐｒ未満の場合に比べて顕著に小さい。そのため、仮に目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）をＰｒ以上の値に設定した場合、旋回リリーフカット制御は、余剰流量（ポンプ流量）の比較的大きな変動を許容することとなり、余剰流量（旋回リリーフ流量）の削減効果を低下させるおそれがある。
【０１１３】
そのため、目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）は、余剰流量に対するポンプ吐出圧の増加率（ゲイン）が適度な大きさとなる、Ｐｃ以上Ｐｒ未満の範囲内の値を有するように設定される。
【０１１４】
次に、図１５及び図１６を参照して、単独旋回操作時の旋回リリーフカット制御による効果について説明する。なお、図１５は、ショベル１の上部旋回体３の慣性モーメントが小さい場合の旋回消費流量とポンプ流量との関係を示す。また、図１５（Ａ）は、旋回リリーフカット制御を実行しない場合の関係を示し、図１５（Ｂ）は、旋回リリーフカット制御を実行する場合の関係を示す。同様に、図１６は、ショベル１の上部旋回体３の慣性モーメントが大きい場合の旋回消費流量とポンプ流量との関係を示す。また、図１６（Ａ）は、旋回リリーフカット制御を実行しない場合の関係を示し、図１６（Ｂ）は、旋回リリーフカット制御を実行する場合の関係を示す。
【０１１５】
図１５及び図１６に示すように、旋回リリーフカット制御を実行する場合、ポンプ流量から旋回消費量を差し引いた旋回リリーフ流量（斜線ハッチング領域）は、旋回リリーフカット制御を実行しない場合に比べ顕著に少ない。これは、ポンプ吐出圧が目標ポンプ吐出圧（Ｐｔｇｔ）となるようにポンプ流量が制御された結果、ポンプ流量が旋回消費流量を僅かに上回る程度に制限されたためである。
【０１１６】
また、図１５と図１６との比較から分かるように、上部旋回体３の慣性モーメントが大きいほど旋回リリーフ流量の減少幅が大きい。すなわち、掘削アタッチメントを開いて旋回半径を大きくするほど、旋回操作時の旋回リリーフ流量の減少幅が大きくなる。
【０１１７】
このようにして、コントローラ５４は、旋回リリーフカット制御により、旋回操作時の旋回リリーフ流量を減少させ、省エネルギ性を向上させることができる。
【０１１８】
なお、旋回リリーフカット制御による省エネルギ性と作業性とはトレードオフの関係にあり、省エネルギ性を高めるほど、すなわち、旋回リリーフ流量を少なくするほど出力可能な旋回トルクは小さくなってしまう。
【０１１９】
そこで、出力可能な旋回トルクの大きさを維持しながら省エネルギ性を高めるために、コントローラ５４は、旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を増大させてもよい。
【０１２０】
しかしながら、コントローラ５４は、旋回リリーフカット制御により旋回加速時の旋回油圧回路内圧をクラッキング圧以上旋回リリーフ圧未満の所定値に近づけることはできるが、旋回減速時の旋回油圧回路内圧をその所定値に近づけることはできない。旋回用油圧モータ４４から作動油タンク２２へ流れる作動油の流量をポンプ流量と同じように制御することはできないためである。そのため、コントローラ５４は、旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を増大させた場合、旋回減速時の旋回油圧回路内圧を、増大後の旋回リリーフ圧まで不可避的に増大させてしまう。そして、増大後の旋回リリーフ圧に等しい旋回油圧回路内圧によって生み出される減速トルクは、旋回用油圧モータ４４、旋回減速機等の構造に悪影響を及ぼす場合がある。そのため、コントローラ５４は、旋回加速時に旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を増大させる場合には、旋回減速時にその増大させた旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を低減させ、望ましくは、増大前の状態に戻すようにする。
【０１２１】
具体的には、コントローラ５４は、パイロット圧センサ及び吐出圧センサの出力に基づいて旋回加速中であるか旋回減速中であるかを判定する。そして、コントローラ５４は、旋回加速中であると判定した場合には旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を増大させ、一方で、旋回減速中であると判定した場合には旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を低減させる。
【０１２２】
この構成により、コントローラ５４は、旋回加速中には、出力可能な旋回トルクの大きさを維持しながら省エネルギ性を高めることができ、一方で、旋回減速中には、旋回用油圧モータ４４、旋回減速機等の構造に悪影響を及ぼすのを防止できる。
【０１２３】
図１７は、コントローラ５４が旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を旋回状態に応じて切り替える際の旋回油圧回路内圧と旋回リリーフ流量との関係を示す図である。
【０１２４】
図１７に示すように、コントローラ５４は、旋回加速中であると判定した場合に旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を増大させ、旋回油圧回路内圧と旋回リリーフ流量との関係が実線で示す関係となるようにする。そして、コントローラ５４は、旋回リリーフカット制御により、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧Ｐｒａとクラッキング圧Ｐｃａとの間の所定値となるようにポンプ流量を制御する。
【０１２５】
また、コントローラ５４は、旋回減速中であると判定した場合には、旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ圧及びクラッキング圧を増大前の状態に戻し、旋回油圧回路内圧と旋回リリーフ流量との関係が点線で示す関係となるようにする。この場合、旋回油圧回路内圧は、旋回リリーフ圧Ｐｒｄに達する。そして、油圧システム１００は、上部旋回体３の慣性モーメントに応じた旋回リリーフ流量で旋回油圧回路内の作動油を旋回リリーフ弁７１から作動油タンク２２に流出させながら上部旋回体３を減速させる。
【０１２６】
以上の構成により、建設機械用油圧システム１００は、旋回リリーフカット制御により、旋回操作時に旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ流量を減少させることができる。具体的には、油圧システム１００は、ポンプ吐出圧が目標ポンプ吐出圧（旋回リリーフ弁７１のクラッキング圧以上で且つ旋回リリーフ圧未満の範囲内の値）となるようにポンプ流量を制御する。その結果、油圧システム１００は、ポンプ流量を旋回消費流量に近づけ、ポンプ流量と旋回消費流量との間の流量差である旋回リリーフ流量を減少させることができる。
【０１２７】
また、油圧システム１００は、旋回操作が行われ、且つ、ポンプ吐出圧が閾値ＴＨ１以上となった場合に旋回リリーフカット制御を実行する。すなわち、油圧システム１００は、旋回リリーフ弁７１がリリーフ状態又はリリーフ可能状態であり、且つ、ポンプ流量と旋回消費流量との間に乖離が生じるおそれがあると判定した上で旋回リリーフカット制御を実行する。その結果、油圧システム１００は、制御の対象となるリリーフ弁を特定した上でポンプ流量の制御を開始するため、制御精度を向上させることができる。
【０１２８】
また、油圧システム１００は、旋回リリーフカット制御により、旋回リリーフ流量がほぼ一定の状態で維持されるようにポンプ流量を旋回消費流量に近づけることができる。そのため、油圧システム１００は、旋回消費流量をポンプ流量で近似することができる。その結果、油圧システム１００は、ポンプ流量から旋回角速度を導き出すことができ、また、ポンプ吐出圧から旋回トルクを導き出すことができる。したがって、油圧システム１００は、旋回トルクを旋回角加速度で除した値である上部旋回体３の慣性モーメントを比較的正確に導き出すことができる。なお、上部旋回体３の慣性モーメントは、掘削アタッチメントの姿勢に応じて決まる値である。そのため、油圧システム１００は、旋回リリーフカット制御を実行しているときのポンプ吐出圧及びポンプ流量に基づいて掘削アタッチメントの姿勢を推定でき、さらには、その推定結果に基づいて旋回角速度を調整できる。
【０１２９】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【０１３０】
例えば、上述の実施例において、建設機械用油圧システム１００は、ネガコン制御を実行しながら、旋回リリーフカット制御により油圧ポンプ１０Ｌのポンプ流量を旋回消費流量に近づけて旋回リリーフ流量を抑制する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、建設機械用油圧システム１００は、ネガコン制御の代わりに、ポジティブコントロール制御、ロードセンシング制御等を実行してもよい。
【０１３１】
また、上述の実施例において、建設機械用油圧システム１００は、旋回操作時に旋回リリーフ弁７１の旋回リリーフ流量がほぼ一定となるように旋回リリーフカット制御を実行する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、建設機械用油圧システム１００は、旋回用油圧モータ４４以外の他の油圧アクチュエータの操作時に、その油圧アクチュエータとその油圧アクチュエータに対応する流量制御弁との間に設置されるリリーフ弁のリリーフ流量がほぼ一定となるようにリリーフカット制御を実行してもよい。
【符号の説明】
【０１３２】
１・・・ショベル  ２・・・下部走行体  ３・・・上部旋回体  ４・・・ブーム  ５・・・アーム  ６・・・バケット  ７・・・ブームシリンダ  ８・・・アームシリンダ  ９・・・バケットシリンダ  １０Ｌ、１０Ｒ・・・油圧ポンプ  １１Ｌ、１２Ｌ、１２Ｒ、１３Ｌ、１３Ｒ、１４、１５Ｌ、１５Ｒ・・・流量制御弁  ２０Ｌ、２０Ｒ・・・ネガコン絞り  ２２・・・作動油タンク  ３０Ｌ、３０Ｒ・・・センターバイパス管路  ４０Ｌ、４０Ｒ・・・ポンプレギュレータ  ４１Ｌ、４１Ｒ・・・傾転アクチュエータ  ４２Ｌ、４２Ｒ・・・走行用油圧モータ  ４４・・・旋回用油圧モータ  ５２・・・コントロールポンプ  ５４・・・コントローラ  ５５Ｌ、５５Ｒ・・・電磁弁  ６０Ｌ、６０Ｒ・・・スプール機構  ６１Ｌ、６１Ｒ・・・吐出量制御部  ８０・・・メカニカルブレーキ  ８１・・・減速機  ８２・・・旋回操作レバー  ８３・・・メインリリーフ弁  ７０、７３・・・管路  ７１・・・旋回リリーフ弁  ７２・・・チェック弁  １００・・・油圧システム  ２００・・・旋回油圧回路  Ｓ１〜Ｓ６・・・圧力センサ  Ｅ１〜Ｅ１１、Ｅ２０・・・演算要素  Ｅ２１・・・フィードバック制御部  Ｅ２２・・・最小流量選択部  ＴＢ１・・・参照テーブル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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