(57)【要約】【課題】意図しない走行体の移動を精度良く判定できるショベルを提供する。【解決手段】ショベル１００は、上部旋回体３に取り付けられ、下部走行体１の走行中における上部旋回体３の加速度ＡＣを検出する加速度検出部３１と、加速度検出部３１により検出された加速度ＡＣの方向に基づき、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θを算出する旋回角度算出部３０１と、を備える。【選択図】図２
2019112783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載されるアタッチメントと、
前記アタッチメントを駆動するアクチュエータと、
前記上部旋回体または前記アタッチメントに取り付けられ、前記下部走行体の走行中における前記上部旋回体の加速度を検出する加速度検出部と、
前記加速度検出部により検出された前記加速度の方向に基づき、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の相対的な旋回角度を算出する旋回角度算出部と、
を備えるショベル。
【請求項２】
前記旋回角度算出部により算出された前記旋回角度に基づき、前記下部走行体の浮き上がり動作が発生した場合の浮き上がり支点を推定する浮き上がり支点推定部と、
前記浮き上がり支点推定部により推定された前記浮き上がり支点と、前記アクチュエータが発生する力の情報に基づき、前記下部走行体の浮き上がり動作が発生するか否かを判定する判定部と、
を備える、請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記浮き上がり支点推定部により推定された前記浮き上がり支点に基づき、前記下部走行体が浮き上がらない範囲で前記アクチュエータが発生する力の、またはシリンダ圧力の、上限値を設定する上限値設定部を備える、請求項２に記載のショベル。
【請求項４】
前記上限値設定部は、前記判定部により前記浮き上がり動作が発生すると判定されたときに、前記上限値を設定する、
請求項３に記載のショベル。
【請求項５】
前記判定部により前記浮き上がり動作が発生すると判定されたときに、前記浮き上がり動作の発生をオペレータに報知する報知部を備える、
請求項２〜４のいずれか１項に記載のショベル。
【請求項６】
前記加速度検出部は、ジャイロセンサ、加速度センサ、または、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ：慣性計測装置）を含む、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のショベル。
【請求項７】
前記旋回角度算出部により算出された走行終了時の前記旋回角度を基準として、前記上部旋回体の旋回量を検出する旋回量検出部を備え、
前記旋回角度算出部は、前記算出した走行終了時の旋回角度に、前記旋回量検出部により検出された前記旋回量を加算して、前記上部旋回体の現在の旋回角度を算出する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のショベル。
【請求項８】
前記旋回角度算出部により算出された前記現在の旋回角度に基づき、現在の車体の安定度に関連する情報をオペレータに報知する、
請求項７に記載のショベル。
【請求項９】
前記下部走行体の走行微操作を入力して前記加速度検出部を微振動させることにより、前記加速度検出部のキャリブレーションを行う、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ショベルの掘削作業中に、アタッチメントが地面から受ける反力によってショベルの下部走行体が浮き上がる場合がある。この問題に対し、例えば特許文献１には、ショベルの姿勢（ブーム角度、アーム角度、バケット角度）に基づいて、掘削反力によりショベルが浮き上がるときのブームシリンダの力の最大値を算出し、この最大値を越えないようにブームシリンダの力を制御する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２２５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、浮き上がり動作を含む、オペレータの意図しないショベルの動作を好適に抑制するためには、これらの動作をさらに精度良く判定できるのが望ましい。
【０００５】
本開示は、オペレータの意図しない動作を精度良く判定できるショベル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】
【０００６】
実施形態の一観点に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載されるアタッチメントと、前記アタッチメントを駆動するアクチュエータと、前記上部旋回体または前記アタッチメントに取り付けられ、前記下部走行体の走行中における前記上部旋回体の加速度を検出する加速度検出部と、前記加速度検出部により検出された前記加速度の方向に基づき、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の相対的な旋回角度を算出する旋回角度算出部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、オペレータの意図しない動作を精度良く判定できるショベルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るショベルの側面図である。
【図２】図１のショベルの駆動系を中心とする構成の一例を示すブロック図である。
【図３】コントローラにより実施される安定化制御の概要を示すフローチャートである。
【図４】ショベルの前部浮き上がり動作を説明する図である。
【図５】ショベルの後部浮き上がり動作を説明する図である。
【図６】前部浮き上がり動作に関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。
【図７】後部浮き上がりに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。
【図８】浮き上がり支点と上部旋回体の向きとの関係を示す図である。
【図９】浮き上がり動作の抑制制御の一例を示すフローチャートである。
【図１０】ショベルの空中動作時に振動動作が発生する状況を説明する図である。
【図１１】図１０に示す状況におけるショベルの排出動作に伴うピッチング軸方向の角度（ピッチ角度）及び角速度（ピッチ角速度）の時間波形を示す図である。
【図１２】表示装置の安定度表示の一例を示す図である。
【図１３】表示装置の安定度表示の他の例を示す図である。
【図１４】浮き上がり動作の抑制制御の他の例を示すフローチャートである。
【図１５】加速度検出部のキャリブレーション手法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１０】
［ショベルの概要］
最初に、図１を参照して、実施形態に係るショベル１００の概要について説明する。図１は、実施形態に係るショベル１００の側面図である。
【００１１】
本実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回可能に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、アタッチメントとしてのブーム４、アーム５、及びバケット６と、オペレータが搭乗するキャビン１０と、を備える。
【００１２】
下部走行体１は、例えば、左右１対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ（図２等参照）で油圧駆動されることにより、ショベル１００を走行させる。
【００１３】
上部旋回体３は、後述する旋回油圧モータ２１（図２参照）等で駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。
【００１４】
ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、バケット６が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、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によりそれぞれ油圧駆動される。
【００１５】
キャビン１０は、オペレータが搭乗する操縦室であり、上部旋回体３の前部左側に搭載される。
【００１６】
［ショベルの基本構成］
次に、図２を参照して、図１のショベル１００の構成を詳細に説明する。図２は、図１のショベル１００の駆動系を中心とする構成の一例を示すブロック図である。なお、図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示される。
【００１７】
本実施形態に係るショベル１００の油圧駆動系は、エンジン１１と、メインポンプ１４と、コントロールバルブ１７を含む。また、本実施形態に係る油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、旋回油圧モータ２１、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。
【００１８】
エンジン１１は、ショベル１００の駆動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸には、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続される。
【００１９】
メインポンプ１４は、例えば、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ライン１６を通じてコントロールバルブ１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、上述の如く、エンジン１１により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、レギュレータにより斜板の角度（傾転角）が制御されることにより、ピストンのストローク長を調整し、吐出流量（吐出圧）を制御することができる。
【００２０】
コントロールバルブ１７は、例えば、上部旋回体３の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置２６の操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。走行油圧モータ１Ａ（右用），１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、旋回油圧モータ２１等は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４とそれぞれの油圧アクチュエータとの間に設けられ、メインポンプ１４からそれぞれの油圧アクチュエータに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の油圧制御弁を含むバルブユニットである。
【００２１】
本実施形態に係るショベル１００の操作系は、パイロットポンプ１５、操作装置２６、圧力センサ２９等を含む。
【００２２】
パイロットポンプ１５は、例えば、上部旋回体３の後部に搭載され、パイロットライン２５を介してメカニカルブレーキ２３及び操作装置２６にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン１１により駆動される。
【００２３】
操作装置２６は、レバー装置２６Ａ，２６Ｂと、ペダル装置２６Ｃを含む。操作装置２６は、キャビン１０の操縦席付近に設けられ、オペレータが各動作要素（下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６等）の操作を行う操作手段である。換言すれば、操作装置２６は、各動作要素を駆動するそれぞれの油圧アクチュエータ（走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、旋回油圧モータ２１）等の操作を行う操作手段である。操作装置２６（レバー装置２６Ａ，２６Ｂ、及びペダル装置２６Ｃ）は、油圧ライン２７を介して、コントロールバルブ１７に接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット信号（パイロット圧）が入力される。そのため、コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作状態に応じて、各油圧アクチュエータを駆動することができる。また、操作装置２６は、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。
【００２４】
レバー装置２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ、キャビン１０内の操縦席に着座したオペレータから見て、左側及び右側に配置され、それぞれの操作レバーが中立状態（オペレータによる操作入力が無い状態）を基準にして前後方向及び左右方向に傾倒可能に構成される。これにより、レバー装置２６Ａにおける操作レバーの前後方向の傾倒、及び左右方向の傾倒、並びに、レバー装置２６Ｂにおける操作レバーの前後方向の傾倒、及び左右方向の傾倒のそれぞれに対して、上部旋回体３（旋回油圧モータ２１）、ブーム４（ブームシリンダ７）、アーム５（アームシリンダ８）、及びバケット６（バケットシリンダ９）の何れかを操作対象として任意に設定されうる。
【００２５】
また、ペダル装置２６Ｃは、下部走行体１（走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ）を操作対象とし、キャビン１０内の操縦席に着座したオペレータから見て、前方のフロアに配置され、その操作ペダルは、オペレータにより踏み込み可能に構成される。
【００２６】
圧力センサ２９は、上述の如く、油圧ライン２８を介して操作装置２６と接続され、操作装置２６の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置２６における各動作要素の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。圧力センサ２９は、コントローラ３０に接続され、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じた圧力信号（圧力検出値）がコントローラ３０に入力される。これにより、コントローラ３０は、ショベルの下部走行体１、上部旋回体３、及びアタッチメントの操作状態を把握することができる。
【００２７】
本実施形態に係るショベル１００の制御系は、コントローラ３０、加速度検出部３１、各種センサ３２等を含む。
【００２８】
コントローラ３０は、ショベル１００における駆動制御を行う主たる制御装置である。コントローラ３０は、任意のハードウェア、ソフトウェア、或いはそれらの組み合わせにより実現されてよい。コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、補助記憶装置、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ−Ｏｕｔｐｕｔ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を含むマイクロコンピュータを中心に構成されてよく、ＲＯＭや補助記憶装置等に格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種駆動制御が実現される。
【００２９】
コントローラ３０は、上部旋回体３の加速度の方向に基づき、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θを算出し、この算出した旋回角度θに基づいて、オペレータの意図しないショベル１００の動作（意図しない動作）が発生しうるショベル１００の不安定状態を検出すると、ショベル１００の安定化制御を行う。
【００３０】
図３は、コントローラ３０により実施される安定化制御の概要を示すフローチャートである。
【００３１】
ステップＳ１では、ショベル１００の下部走行体１が走行中か否かが判定される。ショベル１００が走行中の場合（ステップＳ１のＹｅｓ）にはステップＳ２に進み、ショベル１００が走行中でない場合（ステップＳ０１のＮｏ）にはステップＳ４へ進む。
【００３２】
ステップＳ２では、下部走行体１が走行中であるので、下部走行体１の走行中における上部旋回体３の加速度ＡＣが検出される。ステップＳ２の処理が完了するとステップＳ３に進む。
【００３３】
ステップＳ３では、ステップＳ２にて検出された加速度ＡＣの方向に基づき、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θが算出される。ステップＳ３の処理が完了するとコントローラ３０は算出した旋回角度θの情報を記憶して本制御フローを終了する。
【００３４】
ステップＳ４では、ステップＳ１にて下部走行体１が走行中ではないと判定されたので、ショベル１００がアタッチメント操作中であるか否かが判定される。アタッチメント操作とは、ショベル１００の走行以外の作業（例えば掘削やアタッチメントの空中動作など）をいう。ショベル１００がアタッチメント操作中の場合（ステップＳ４のＹｅｓ）にはステップＳ５へ進み、そうでない場合（ステップＳ５のＮｏ）には本制御フローを終了する。
【００３５】
ステップＳ５では、ステップＳ４にてアタッチメント操作中と判定されたので、ショベル１００が不安定状態となっているか否かが判定される。この不安定状態の判定基準は、ステップＳ３にて算出した上部旋回体３の旋回角度θに応じて変動する。ショベル１００が不安定状態の場合（ステップＳ５のＹｅｓ）にはステップＳ６に進み、そうでない場合（ステップＳ５のＮｏ）には本制御フローを終了する。
【００３６】
ステップＳ６では、ステップＳ５にてショベル１００が不安定状態となっていることが判定されたので、不安定状態を解消すべく安定化制御が実施される。安定化制御は、例えば、安定度の表示、力発生の抑制、油圧ポンプ馬力を減らす（圧力、流量など）、ブームリリーフ（車体への反力をブームシリンダで吸収）などの各制御を含む。
【００３７】
ステップＳ７では、表示装置３３を介して不安定状態の発生がオペレータに報知される。ステップＳ７の処理が完了すると本制御フローを終了する。
【００３８】
本実施形態では、コントローラ３０は、オペレータが意図しないショベル１００の動作のうち浮き上がり動作の発生の有無を判定する。そして、コントローラ３０は、そのような浮き上がり動作が発生したと判定されると、当該動作を抑制するように、ショベル１００のアタッチメントの動作を補正したり、オペレータに報知したりする。これにより、ショベル１００に発生した意図しない動作が抑制される。
【００３９】
浮き上がり動作には、例えば、掘削反力等により、ショベル１００の前部或いは後部が浮き上がる浮き上がり動作が含まれる。以下、浮き上がり動作のうち、ショベル１００の前部が浮き上がる場合を「前部浮き上がり動作」と称し、ショベル１００の後部が浮き上がる場合を「後部浮き上がり動作」と称して区別する場合がある。
【００４０】
コントローラ３０は、例えば、ＲＯＭや補助記憶装置に格納される一以上のプログラムをＣＰＵ上で実行することにより実現される機能部として、旋回角度算出部３０１と、浮き上がり支点推定部３０２と、距離算出部３０３と、判定部３０４と、上限値設定部３０５と、動作補正部３０６と、を含む。
【００４１】
旋回角度算出部３０１は、加速度検出部３１により検出された上部旋回体３の加速度の方向に基づき、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θを算出する。旋回角度算出部３０１は、例えば、加速度に関連する情報、速度、位置等から、加速度を求めたり、加速度に関連する情報から直接θを求めてもよい。
【００４２】
浮き上がり支点推定部３０２は、旋回角度算出部３０１により算出された旋回角度θに基づき、前部浮き上がり動作における下部走行体１の浮き上がり支点Ｐ１ｆと、後部浮き上がり動作における下部走行体１の浮き上がり支点Ｐ１ｒとを推定する（図６、図７参照）。
【００４３】
距離算出部３０３は、浮き上がり支点推定部３０２により推定された下部走行体１の浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒに基づき、ショベル１００の車体重心Ｐ３と、下部走行体１の浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒとの間の距離Ｄ１，Ｄ２を算出する（図６、図７参照）。また、距離算出部３０３は、下部走行体１の浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒと、ブームシリンダ７の角度と、に基づきブームシリンダ７の延長線ｌ２と浮き上がり支点Ｐ１との間の距離Ｄ３，Ｄ４を算出する（図６、図７参照）。
【００４４】
判定部３０４は、距離算出部３０３により算出された距離Ｄ１〜Ｄ４と、ブームシリンダ７（アクチュエータ）が発生する力Ｆ１の情報、または各種センサ３２から入力されるショベル１００の各種状態に関する情報に基づき、下部走行体１の浮き上がりが発生したか否かを判定する。
【００４５】
上限値設定部３０５は、距離算出部３０３により算出された距離Ｄ１〜Ｄ４に基づき、下部走行体１が浮き上がらない範囲でブームシリンダ７（アクチュエータ）が発生する力（またはシリンダ圧力）の上限値Ｆ１ｍａｘを設定する。
【００４６】
動作補正部３０６は、上限値設定部３０５により設定された上限値Ｆ１ｍａｘを超えないように、ブームシリンダ７（アクチュエータ）の力Ｆ１を制御して、アタッチメントの動作を補正し、浮き上がり動作を抑制させる。
【００４７】
加速度検出部３１は、上部旋回体３の加速度を検出する。加速度検出部３１は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ、三軸加速度及び三軸角加速度を出力可能なＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ：慣性計測装置）等を含む。加速度検出部３１は、本実施形態では上部旋回体３に取り付けられる。
【００４８】
各種センサ３２は、ショベル１００の各種状態やショベル１００の周辺の各種状態を検出する既知の検出手段である。各種センサ３２には、上部旋回体３とブーム４との連結点におけるブーム４の基準面に対する角度（ブーム角度）、ブーム４とアーム５との間の相対的な角度（アーム角度）、及び、アーム５とバケット６との間の相対的な角度（バケット角度）を検出する角度センサが含まれうる。また、各種センサ３２には、油圧アクチュエータ内の油圧状態、具体的には、油圧シリンダのロッド側油室及びボトム側油室の圧力を検出する圧力センサ等が含まれうる。また、各種センサ３２には、ショベル１００の周辺の地形や障害物等との相対位置関係を検出する距離センサや画像センサ等が含まれうる。
【００４９】
表示装置３３（報知部）は、各種情報を表示するための装置であり、例えば、ショベルの運転室に設置される液晶ディスプレイである。表示装置３３は、コントローラ３０からの制御信号に応じて各種情報を表示する。本実施形態では、表示装置３３は、コントローラ３０の判定部３０４により浮き上がり動作が発生すると判定されたときに、浮き上がり動作の発生を乗員に報知する。
【００５０】
［前部浮き上がり動作］
図４は、ショベル１００の前部浮き上がり動作を説明する図である。具体的には、図４は、前部浮き上がり動作が発生するショベル１００の作業状況を示す図である。
【００５１】
図４に示すように、ショベル１００は、地面５０ａの掘削作業を行っており、主に、アーム５及びバケット６の閉じ動作によって、バケット６から地面５０ａにショベル１００の車体寄りの斜め下方向への力Ｆ２が作用する。このとき、ショベル１００の車体には、バケット６に作用する力Ｆ２の反力、即ち、掘削反力Ｆ２ａのうちの垂直方向成分Ｆ２ａＶに対応する車体を後方に傾斜させようとする反力Ｆ３（力のモーメント。以下、本実施形態では、単に「モーメント」と称する）がアタッチメントを介して作用する。具体的には、当該反力Ｆ３は、ブームシリンダ７を引き上げようとする力Ｆ１として車体に作用する。そして、この力Ｆ１に起因して車体を後方に傾斜させようとするモーメントが、重力に基づく車体を地面に抑え付けようとする力（モーメント）を上回ると、車体の前部が浮き上がってしまう。
【００５２】
［後部浮き上がり動作］
図５は、ショベル１００の後部浮き上がり動作を説明する図である。具体的には、図５は、後部浮き上がり動作が発生するショベル１００の作業状況を示す図である。
【００５３】
図５に示すように、ショベル１００は、地面６０ａの掘削作業を行っている。バケット６が斜面６０ｂを掘り込むように力Ｆ２（モーメント）が発生しており、また、ブーム４がバケット６を斜面６０ｂに抑え付けるように、換言すれば、ブーム４が車体を前傾させるように、力Ｆ３（モーメント）が発生している。このとき、ブームシリンダ７のロッドを引き上げる力Ｆ１が発生し、力Ｆ１が、ショベル１００の車体を傾けるように作用する。そして、力Ｆ１に起因する車体を前傾させようとするモーメントが、重力に基づく車体を地面に抑え付けようとする力（モーメント）を上回ると、車体の後部が浮き上がってしまう。
【００５４】
特に、バケット６が地面や対象物に接触し、引っかかったり、或いは、めり込んだりしている場合、ブーム４に力が作用してもブーム４は動かないため、ブームシリンダ７のロッドは変位しない。ブームシリンダ７の収縮側（本例では、ロッド側）の油室の圧力が大きくなると、ブームシリンダ７自体を持ち上げる力Ｆ１、即ち、車体を前方に傾けようとする力が大きくなる。
【００５５】
このような状況は、例えば、前方斜面の整地作業の他、バケット６が車体（下部走行体１）よりも下方に位置する深掘り作業等で生じうる。また、ブーム４自体が操作された場合に限らず、アーム５やバケット６が操作された場合にも生じうる。
【００５６】
［浮き上がり動作の抑制方法］
図６は、前部浮き上がり動作に関連するショベル１００の力学的なモデルを示す図であり、図４と同様、ショベル１００が地面１２０ａの掘削作業を行っている場合に、ショベル１００に作用する力を示す図である。
【００５７】
図６に示すように、ショベル１００の前部浮き上がり動作における浮き上がり支点Ｐ１ｆは、下部走行体１の有効接地領域１２０ｂのうち、アタッチメントが延在する方向（上部旋回体３の向き）における最後端とみなすことができる。よって、浮き上がり支点Ｐ１ｆまわりに車体前部を持ち上げようとするモーメントτ１は、ブームシリンダ７の延長線ｌ２と浮き上がり支点Ｐ１ｆとの間の距離Ｄ３と、力Ｆ１に基づき、次の式（１）で表される。
【００５８】
τ１＝Ｄ３・Ｆ１      ・・・（１）
【００５９】
一方、重力が浮き上がり支点Ｐ１ｆまわりに車体を地面に抑え付けようとするモーメントτ２は、ショベル１００の車体重心Ｐ３と、下部走行体１の後方の浮き上がり支点Ｐ１ｆとの間の距離Ｄ１と、車体重量Ｍと、重力加速度ｇに基づき、次の式（２）で表される。
【００６０】
τ２＝Ｄ１・Ｍｇ      …（２）
【００６１】
車体の前部が浮き上がらずに安定する条件（安定条件）は、次の式（３）で表される。
【００６２】
τ１＜τ２      …（３）
【００６３】
よって、式（３）に、式（１），（２）が代入されることにより、安定条件として、次の不等式（４）が得られる。
【００６４】
Ｄ３・Ｆ１＜Ｄ１・Ｍｇ      ・・・（４）
【００６５】
つまり、判定部３０４は、不等式（４）が成り立つ場合に前部浮き上がり動作が未発生と判定し、不等式（４）が成り立たない場合に前部浮き上がり動作が発生していると判定できる。また、動作補正部３０６は、制御条件として不等式（４）が成り立つように、アタッチメントの動作を補正することにより、ショベル１００の前部浮き上がり動作を防止できる。
【００６６】
図７は、後部浮き上がりに関連するショベル１００の力学的なモデルを示す図であり、図５と同様、地面１３０ａの掘削作業を行っている場合に、ショベル１００に作用する力を示す図である。
【００６７】
ショベル１００の後部浮き上がり動作における浮き上がり支点Ｐ１ｒは、下部走行体１の有効接地領域１３０ｂのうち、アタッチメントが延在する方向（上部旋回体３の向き）における最先端とみなすことができる。よって、浮き上がり支点Ｐ１まわりに車体を前方に傾けようとするモーメントτ１、即ち、車体後部を持ち上げようとするモーメントτ１は、ブームシリンダ７の延長線ｌ２と、浮き上がり支点Ｐ１ｒの間の距離Ｄ４と、ブームシリンダ７が上部旋回体３に及ぼす力Ｆ１とに基づき、次の式（５）で表される。
【００６８】
τ１＝Ｄ４・Ｆ１      ・・・（５）
【００６９】
一方、重力が浮き上がり支点Ｐ１ｒまわりに車体を地面に抑え付けようとするモーメントτ２は、ショベルの車体重心Ｐ３と、下部走行体１の前方の浮き上がり支点Ｐ１ｒの間の距離Ｄ２と、車体重量Ｍと、重力加速度ｇに基づき、次の式（６）で表される。
【００７０】
τ２＝Ｄ２・Ｍｇ      ・・・（６）
【００７１】
車体の後方が浮き上がらずに安定する条件（安定条件）は、式（３）と同様、次の式（７）で表される。
【００７２】
τ１＜τ２      …（７）
【００７３】
よって、式（７）に、式（５），（６）が代入されることにより、安定条件として、次の不等式（８）が得られる。
【００７４】
Ｄ４・Ｆ１＜Ｄ２・Ｍｇ      ・・・（８）
【００７５】
つまり、判定部３０４は、不等式（８）が成り立つ場合に後部浮き上がり動作が未発生と判定し、不等式（８）が成り立たない場合に後部浮き上がり動作が発生していると判定できる。また、動作補正部３０６は、制御条件として不等式（８）が成り立つように、アタッチメントの動作を補正すれば、ショベル１００の後部浮き上がり動作を防止できる。
【００７６】
［浮き上がり支点の変化を考慮した浮き上がり動作の抑制方法］
以下、図８を参照して、浮き上がり支点の変化を考慮した浮き上がり動作の抑制方法について説明する。図８は、浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒと上部旋回体３の向きとの関係を示す図である。
【００７７】
上述の如く、前部浮き上がり、後部浮き上がりが発生しない制御条件（安定条件）は、不等式（４），（８）である。不等式（４），（８）は、距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をパラメータとし、これらの距離は、浮き上がり支点Ｐ１ｆ、Ｐ１ｒの位置に依存する。
【００７８】
図８は、アタッチメントが延在する方向（アタッチメントの向き）と下部走行体１の向き（走行方向）とが同じ場合を旋回角度θ＝０°とし、右旋回を正方向とする場合の浮き上がり支点Ｐ１ｒと上部旋回体３の向き（旋回角度θ）との関係を説明する図である。具体的には、図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、旋回角度θが０°の場合、３０°の場合、及び９０°の場合における浮き上がり支点Ｐ１を表す図である。
【００７９】
尚、図８（ａ）〜（ｃ）では、後部浮き上がりを想定し、浮き上がり支点Ｐ１ｒが車体前部に位置している。また、図８（ａ）〜（ｃ）における線ｌ１は、アタッチメントが延在する方向（上部旋回体３の向き）と直交し、かつ、有効接地領域１４０ａのうちのアタッチメントの延在方向における最先端を通る線を表しており、浮き上がり支点Ｐ１ｒは、線ｌ１上に位置する。
【００８０】
図８に示すように、浮き上がり支点Ｐ１ｒは、上部旋回体３の向きや地面の状態に応じて移動する。例えば、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、浮き上がり支点Ｐ１が移動すると、距離Ｄ２も変化する。また、同様に、距離Ｄ４も、浮き上がり支点Ｐ１ｒの移動にともなって変化する。
【００８１】
浮き上がり支点Ｐ１ｒの移動は、距離Ｄ２，Ｄ４に影響を与え、車体が転倒しない力学的な安定条件に影響を及ぼす。
【００８２】
なお、前部浮き上がり動作の浮き上がり支点Ｐ１ｆも、浮き上がり支点Ｐ１ｒと同様に、上部旋回体３の向きや地面の状態に応じて移動し、これにより距離Ｄ１，Ｄ３も変化する。
【００８３】
そこで本実施形態では、距離算出部３０３が、浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒの位置に応じて距離Ｄ１〜Ｄ４を算出する。浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒの位置は、浮き上がり支点推定部３０２によって、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対旋回角度θを用いて算出できる。
【００８４】
ここで、従来のショベル１００に搭載されるセンサ類では、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対旋回角度θを検出する手段を基本的には備えていなかった。これに対して本実施形態では、下部走行体１の走行中の上部旋回体３の加速度ＡＣを利用して、上部旋回体３の旋回角度θを算出する。
【００８５】
図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、上部旋回体３の旋回角度θが異なる状態で下部走行体１が走行すると、上部旋回体３に搭載される加速度検出部３１は、下部走行体１の走行方向（図８では上方向）と同じ方向の加速度ＡＣを検出する。この加速度ＡＣの方向と、アタッチメントが延在する方向とのなす角度は、上部旋回体３の旋回角度θと対応する。したがって、加速度検出部３１により下部走行体１の走行中における上部旋回体３の加速度ＡＣを検出すれば、旋回角度算出部３０１が、加速度検出部３１により検出された加速度ＡＣの方向に基づいて旋回角度θを算出できる。
【００８６】
加速度ＡＣの方向に基づく旋回角度θの算出について具体的に説明する。加速度検出部３１は少なくとも、互いに直交するｘ軸、ｙ軸の加速度を取得できればよい。例えば図８に示すように、ｘ軸が上部旋回体３の前後方向、ｙ軸が上部旋回体３の左右幅方向に向くように加速度検出部３１を設置する。この場合、図８（ａ）に示す旋回角度θ＝０°のとき加速度検出部３１はｘ方向のみ加速度を検出するので、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θはほぼ０°とわかる。同様に、図８（ｃ）に示す旋回角度θ＝９０°のとき加速度検出部３１はｙ方向のみ加速度を検出するので、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θはほぼ９０°とわかる。
【００８７】
一方、図８（ｂ）に示すように、旋回角度θが０°より大きく、かつ、９０°より小さいとき、加速度検出部３１はｘ方向の加速度成分ＡＣｘと、ｙ方向の加速度成分ＡＣｙの両方を検出する。これらの加速度成分ＡＣｘ，ＡＣｙの大きさから、加速度検出部３１（すなわち上部旋回体３）が下部走行体１の走行方向に対してどの程度の旋回角度θをとっているかがわかる。
【００８８】
なお、旋回角度θの基準となる方向は、例えば上部旋回体３と下部走行体１のクローラとが正対状態（例えば図８（ａ）の位置）でキャリブレーションを行い、このときの加速度ＡＣを基準にしてもよいし、加速度検出部３１で予め設定された方向を基準としてもよい。加速度検出部３１は、少なくとも二軸の加速度を検出できればよいが、三軸の加速度を検出できるＩＭＵセンサなどを用いてもよい。
【００８９】
判定部３０４は、距離算出部３０３が算出した距離Ｄ１〜Ｄ４の情報に基づき安定条件（不等式（４），（８））を動的に設定し、この安定条件を用いて下部走行体１の前部或いは後部が浮き上がった瞬間を特定する。また、上限値設定部３０５は、判定部３０４が動的に設定した安定条件を満たすように、すなわち、下部走行体１が浮き上がり動作が抑制されるようにブームシリンダ７が発生する力Ｆ１の上限値Ｆ１ｍａｘを設定する。
【００９０】
浮き上がりの瞬間は、アタッチメントが車体を傾けようとする力Ｆ１に基づくモーメントτ１と、それに抗う重力に基づくモーメントτ２がバランスした状態と近似しうる。よって、浮き上がりの瞬間を特定し、ショベル１００の状態を監視することにより、浮き上がりを抑制するための制御条件を適応的に設定でき、様々な使用状況下において、浮き上がりを適切に抑制できる。
【００９１】
一度取得された距離Ｄ１，Ｄ２は、上部旋回体３の方向を変化させず、また、地面状況が変化しない限り、同じ値を用いることができる。一方、距離Ｄ３，Ｄ４は、ブーム４の上げ下げに応じて変化する。上限値設定部３０５は、ブーム４の角度が変化すると、それに応じて距離Ｄ３，Ｄ４を変化させ、制御条件に反映させることができる。
【００９２】
図９は、浮き上がり動作の抑制制御の一例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートの処理は、コントローラ３０によりショベル１００の動作中に定期的に実行することができる。なお、図９のステップＳ０１〜Ｓ０３は、図３のフローチャートのステップＳ１〜Ｓ３に対応する。また、図９のステップＳ０６〜Ｓ０９は、図３のステップＳ４〜Ｓ７を浮き上がり動作に限定した内容である。
【００９３】
ステップＳ０１では、コントローラ３０により、ショベル１００の下部走行体１が走行中か否かが判定される。ショベル１００が走行中の場合（ステップＳ０１のＹｅｓ）にはステップＳ０２に進み、ショベル１００が走行中でない場合（ステップＳ０１のＮｏ）にはステップＳ０５へ進む。
【００９４】
ステップＳ０２では、下部走行体１が走行中であるので、加速度検出部３１により、下部走行体１の走行中における上部旋回体３の加速度ＡＣが検出される。ステップＳ０２の処理が完了するとステップＳ０３に進む。
【００９５】
ステップＳ０３では、旋回角度算出部３０１により、ステップＳ０２にて加速度検出部３１により検出された加速度ＡＣの方向に基づき、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θが算出される。旋回角度算出部３０１は、図８を参照して説明したように、例えば加速度ＡＣの方向と、アタッチメントが延在する方向とのなす角度を、上部旋回体３の旋回角度θとして算出できる。ステップＳ０３の処理が完了するとステップＳ０４に進む。
【００９６】
ステップＳ０４では、浮き上がり支点推定部３０２により、ステップＳ０３にて旋回角度算出部３０１により算出された上部旋回体３の旋回角度θに基づき、前部浮き上がり動作の場合の浮き上がり支点Ｐ１ｆ、及び後部浮き上がり動作の場合の浮き上がり支点Ｐ１ｒの位置が推定される。ステップＳ０４の処理が完了するとステップＳ０５に進む。
【００９７】
ステップＳ０５では、距離算出部３０３により、ステップＳ０４にて浮き上がり支点推定部３０２により推定された浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒの位置に基づき、ショベル１００の車体重心Ｐ３と、下部走行体１の浮き上がり支点Ｐ１との間の距離Ｄ１，Ｄ２が算出される。また、ステップＳ０５では、距離算出部３０３により、ブームシリンダ７の延長線ｌ２と浮き上がり支点Ｐ１との間の距離Ｄ３，Ｄ４も算出される。距離Ｄ３，Ｄ４は、浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒの位置と、ブームシリンダ７の角度（例えば、図６、図７に示すブームシリンダ７と鉛直軸１３０ｃのなす角度η１）とに基づき、幾何学的に計算することができる。角度η１は、ブームシリンダ７の伸縮長、ショベル１００の寸法諸元、及びショベル１００の車体の傾き等から幾何学的に計算されうる。距離算出部３０３は、例えば、各種センサ３２に含まれうるブーム角度を検出するセンサの出力を利用し、角度η１を算出してもよいし、各種センサ３２に含まれうる角度η１を直接的に測定するセンサの出力を利用することにより取得してもよい。ステップＳ０５の処理が完了すると、コントローラ３０は算出した距離Ｄ１〜Ｄ４の情報を記憶して本制御フローを終了する。
【００９８】
ステップＳ０６では、ステップＳ０１にて下部走行体１が走行中ではないと判定されたので、ショベル１００が掘削作業中か否かが判定される。ショベル１００が掘削作業中の場合（ステップＳ０６のＹｅｓ）にはステップＳ０６へ進み、そうでない場合（ステップＳ０６のＮｏ）には本制御フローを終了する。
【００９９】
ステップＳ０７では、ステップＳ０６にて掘削作業中と判定されたので、判定部３０４により、掘削作業中の下部走行体１の浮き上がり動作が発生しているか否かが判定される。判定部３０４は、例えば、ステップＳ０５にて算出された距離Ｄ１〜Ｄ４の情報と、現在のブームシリンダ７の力Ｆ１の情報を、安定条件の不等式（４），（８）に代入する。力Ｆ１は、例えば、ブームシリンダ７のロッド圧ＰＲ及びボトム圧ＰＢに基づいて算出できる。このとき、判定部３０４は、各種センサ３２に含まれうるブームシリンダ７のロッド圧及びボトム圧を検出する圧力センサの出力信号に基づき、ロッド圧ＰＲ及びボトム圧ＰＢを取得してよい。
【０１００】
ステップＳ０７の判定の結果、不等式（４），（８）の少なくとも一方が成立しない場合には、ショベル１００の安定条件を満たしておらず、浮き上がり動作が発生していると判定して（ステップＳ０７のＹｅｓ）、ステップＳ０８に進む。一方、不等式（４），（８）の両方が成立する場合には、ショベル１００の安定条件を満たしているので、浮き上がり動作が発生していないと判定して（ステップＳ０７のＮｏ）、本制御フローを終了する。
【０１０１】
なお、ステップＳ０７の下部走行体１の浮き上がり動作の判定中に、上限値設定部３０５により、下部走行体１が浮き上がらない範囲でブームシリンダ７が発生する力の上限値Ｆ１ｍａｘが設定される。上限値設定部３０５は、例えば、ステップＳ０５にて距離算出部３０３により算出された距離Ｄ１〜Ｄ４を、不等式（４），（８）に代入し、不等式が成立するように最大値Ｆ１ｍａｘを設定する。
【０１０２】
ステップＳ０８では、ステップＳ０７にて下部走行体１の浮き上がり動作が発生していると判定されたので、動作補正部３０６により、ブームシリンダ７の動作が補正される。具体的には、上限値設定部３０５により設定された上限値Ｆ１ｍａｘを超えないように、ブームシリンダ７（アクチュエータ）の力Ｆ１を制御して、アタッチメントの動作が補正される。動作補正部３０６は、例えば、ブームシリンダ７の力Ｆ１が上限値Ｆ１ｍａｘを超えた場合にリリーフする制御や、ブームシリンダ７への供給流量や排出流量を減らす制御などを行って、ブームシリンダ７の力Ｆ１を上限値Ｆ１ｍａｘ以下に維持することができる。この補正によって浮き上がり動作が抑制される。ステップＳ０９の処理が完了するとステップＳ１０に進む。
【０１０３】
ステップＳ０９では、コントローラ３０により、表示装置３３を介して浮き上がり動作の発生がオペレータに報知される。なお、オペレータへの報知手段は、表示装置３３による文字や視覚情報に限られず、音、音声、振動などの他の手段を用いても良い。ステップＳ１０の処理が完了すると本制御フローを終了する。
【０１０４】
なお、浮き上がり動作が発生した後に実施するステップＳ０８〜Ｓ０９の動作補正処理と、ステップＳ１０の報知処理は、いずれか一方のみを実施してもよい。
【０１０５】
次に本実施形態のショベル１００の作用効果を説明する。本実施形態のショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載されるアタッチメント（ブーム４、アーム５、バケット６）と、アタッチメントを駆動するアクチュエータ（ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９）と、上部旋回体３に取り付けられ、下部走行体１の走行中における上部旋回体３の加速度ＡＣを検出する加速度検出部３１と、加速度検出部３１により検出された加速度ＡＣの方向に基づき、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θを算出する旋回角度算出部３０１と、を備える。
【０１０６】
従来より、ショベル１００は下部走行体１のクローラの前後方向長さと幅に差があるため、アタッチメントが搭載される上部旋回体３が下部走行体１に対してどの方向を向いているかで安定度が大きく異なる。しかし、従来のショベルには、下部走行体１に対する上部旋回体３の旋回角度θを検出する機能は基本的には搭載されていない。このため、下部走行体１の浮き上がり動作を含む、意図しない下部走行体１の移動の発生を判定精度が低下し、このような移動を適切に抑制できない場合がある。
【０１０７】
これに対して本実施形態では、上記構成により、上部旋回体３の加速度ＡＣの方向に基づいて、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θを精度良く算出できる。算出した旋回角度θを用いれば、旋回角度θに応じて変動する、浮き上がり動作を含む、意図しない下部走行体１の移動を精度良く判定できる。意図しないショベル１００の下部走行体１の移動の判定を精度良く行えるので、このような動作の抑制処理も適切な機会に行うことができ、この結果、意図しない下部走行体１の移動を良好に抑制できる。
【０１０８】
また、本実施形態のショベル１００は、旋回角度算出部３０１により算出された旋回角度θに基づき、下部走行体１の浮き上がり動作が発生した場合の浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒを推定する浮き上がり支点推定部３０２と、浮き上がり支点推定部３０２により推定された浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒと、アクチュエータが発生する力Ｆ１の情報に基づき、下部走行体１の浮き上がり動作が発生するか否かを判定する判定部３０４と、を備える。
【０１０９】
この構成により、旋回角度算出部３０１により精度良く算出された旋回角度θを用いて、旋回角度θに応じて変動するショベル１００の下部走行体１の浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒを精度良く推定でき、これらの推定した浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒを用いて掘削作業中の下部走行体１の浮き上がり動作の発生を精度良く判定できる。浮き上がり動作の判定を精度良く行えるので、浮き上がり動作の抑制処理も適切な機会に行うことができ、この結果、浮き上がり動作を良好に抑制できる。
【０１１０】
また、本実施形態のショベル１００は、浮き上がり支点推定部３０２により推定された浮き上がり支点Ｐ１ｆ，Ｐ１ｒに基づき、下部走行体１が浮き上がらない範囲でアクチュエータが発生する力の上限値Ｆ１ｍａｘを設定する上限値設定部３０５を備える。上限値設定部３０５は、判定部３０４により浮き上がり動作が発生すると判定されたときに、上限値Ｆ１ｍａｘを設定する。
【０１１１】
この構成により、浮き上がり動作の発生時に速やかにアクチュエータの力の上限値Ｆ１ｍａｘが設定されるので、下部走行体１が浮き上がらない範囲で最大限の力で掘削作業を実施でき、作業効率を維持できる。
【０１１２】
また、本実施形態のショベル１００において、上限値設定部３０５は、判定部３０４により浮き上がり動作が発生すると判定されたときに、上限値Ｆ１ｍａｘを設定する。つまり、浮き上がり動作の未発生時にはアクチュエータが発生する力に上限を設けずにアクチュエータを制御可能とし、また、浮き上がり動作の発生時には即座に力の上限値Ｆ１ｍａｘを設定する。これにより、浮き上がり動作の未発生時には操作の制約を最小限にとどめることができ、かつ、浮き上がり動作の発生時には浮き上がり動作を迅速に抑制できる。
【０１１３】
また、本実施形態のショベル１００は、判定部３０４により浮き上がり動作が発生すると判定されたときに、浮き上がり動作の発生をオペレータに報知する表示装置３３を備える。これにより、浮き上がり動作の発生をオペレータが迅速に把握できるので、オペレータ自身でも自らの操作で浮き上がり動作の回避を行うことも可能となり、より確実に浮き上がり動作を抑制できる。
【０１１４】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【０１１５】
上記実施形態では、上限値設定部３０５は、判定部３０４により浮き上がり動作が発生すると判定されたときに、上限値Ｆ１ｍａｘを設定する構成を例示したが、浮き上がり動作の発生を検知する前に上限値設定部３０５が予め上限値を設定しておき、コントローラ３０が上限値Ｆ１ｍａｘを超えないようにアクチュエータの力Ｆ１を制御してもよい。これにより、浮き上がり動作発生を事前に抑制することができる。
【０１１６】
上記実施形態では、加速度検出部３１が上部旋回体３に取り付けられる構成を例示したが、加速度検出部３１はアタッチメント（ブーム４、アーム５、及びバケット６のいずれか）に取り付けられてもよい。
【０１１７】
上記実施形態では、オペレータの意図しないショベル１００の動作として浮き上がり動作を例示し、安定化制御としてブームシリンダの力を抑制して浮き上がり動作を抑制する制御を例示したが、意図しない動作と安定化制御は他の内容でもよい。例えば意図しない動作として、ショベル１００のアタッチメントの空中動作時にショベル本体に発生する振動動作を含んでもよい。
【０１１８】
図１０、図１１を参照して、ショベル１００の振動動作の一例を説明する。図１０は、ショベル１００の空中動作時に振動動作が発生する状況を説明する図である。また、図１１は、図１０に示す状況におけるショベル１００の排出動作に伴うピッチング軸方向の角度（ピッチ角度）及び角速度（ピッチ角速度）の時間波形を示す図である。本例では、空中動作の一例として、バケット６内の積載物ＤＰを排出する排出動作を説明する。
【０１１９】
図１０（ａ）に示すように、ショベル１００は、バケット６及びアーム５が閉じられ、且つ、ブーム４が上がった状態となっており、バケット６には、土砂などの積載物ＤＰが収容されている。
【０１２０】
図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）に示す状態からショベル１００の排出動作が行われると、バケット６及びアーム５が大きく開かれ、ブーム４が下げられ、積載物ＤＰがバケット６の外部に排出される。このとき、アタッチメントの慣性モーメントの変化が、ショベル１００の車体を図中矢印Ａに示すピッチング方向に振動させるように作用する。
【０１２１】
このとき、図１１に示すように、空中動作、具体的には、排出動作に起因して、ショベル１００を転倒させようとする転倒モーメントが発生し、ピッチ軸周りの振動が発生することが分かる。
【０１２２】
また、意図しない動作が振動動作である場合には、安定化制御は振動動作の抑制制御となる。この制御は、例えば以下のような内容となる。上述のとおり、振動動作の原因となる排出動作時には、排出動作に起因する転倒モーメントが発生し、この転倒モーメントがショベル本体に伝達されて振動動作が発生する。
【０１２３】
ショベル１００は、上部旋回体３の旋回角度θに応じて、この転倒モーメントによる転倒のしやすさが変わる。図８（ａ）に示したように、旋回角度θが０度の場合には、ショベルの重心と下部走行体１の浮き上がり支点との間の距離Ｄ２が最大となるので、ショベル１００は転倒しにくい。一方、図８（ｃ）に示したように、旋回角度θが９０度の場合には、ショベルの重心と下部走行体１の浮き上がり支点との間の距離Ｄ２が最小となるので、ショベル１００は転倒しやすい。
【０１２４】
振動抑制のためには、基本的には、ブームシリンダ７の力の上限値を設定して、それ以上の力が入ったらブームシリンダ７をリリーフして転倒モーメントをブームシリンダ７で吸収する。そして、旋回角度θが９０度に近くなるほど、ピッチングが起こりやすいので、ブームシリンダ７をリリーフしやすくして、転倒モーメントを早いタイミングで吸収してショベル本体に伝わりにくくし、振動を早く抑制するようにする。具体的には、例えばブームシリンダ７の力の上限値を下げて、リリーフを起こしやすくする。
【０１２５】
一方、旋回角度θが０度にちかいほど、ピッチングが起こりにくい状況なので、ブームシリンダ７をリリーフしにくくして、ブームシリンダ７の力の上限値を無闇に下げないようにする。
【０１２６】
また、安定化制御として、上記実施形態で求めた上部旋回体３の旋回角度θを利用して、ショベル１００の安定度を表示装置３３を介してオペレータに提示してもよい。
【０１２７】
図１２は、表示装置３３の安定度表示の一例を示す図である。図１２の例では、アタッチメントの姿勢、より詳しくは、バケットの位置がパラメータであり、それと予測安定度の関係が視覚的に示されている。この例では、予測安定度は３値で表されており、値ごとの領域に区画して表示される。第１領域（i）は、安全な領域を、第２領域（ii）は注意を要する領域を、第３領域（iii）は不安定な領域を示している。
【０１２８】
各領域（i）〜（iii）の表示は、アタッチメントの動作と関連付けることができる。すなわち第１領域（i）はアタッチメントを高速で動かしても問題ない領域、言い換えれば、何の制約も受けずに動作させることができる領域と把握できる。第２領域（ii）は、アタッチメント１２の速度（あるいはパワー）を落として低速〜中速で動作させるべき領域、第３領域（iii）は、アタッチメントを低速（低パワー）運転すべき領域である。
【０１２９】
別の観点からみると図１２の安定度表示は、アタッチメントを制約無く動作可能な領域（i）と、アタッチメントの動作を制約すべき領域（ii）、（iii）と、を区別して表示したものと言える。
【０１３０】
さらに別の観点から見ると、図１２の安定度表示は、ショベルの予測安定度を、バケットの位置およびアタッチメントの速度（あるいはパワー）の２つをパラメータとして、視覚的に示したものと言える。
【０１３１】
図１２（ａ）と（ｂ）とでは、上部旋回体３の旋回角度θが異なっている。図１２（ａ）では旋回角度θ＝０度であり、図１２（ｂ）では、旋回角度θ＝９０度である。図１２（ｂ）では、下部走行体１の幅が、図１２（ａ）の場合に比べて狭くなるため、転倒しやすいといえる。したがって図１２（ｂ）の第１領域（i）は、図１２（ａ）のそれよりも狭くなっている。
【０１３２】
図１２の例によれば、現在のショベルの状態において、バケットをどこまで移動させても問題が無いのかをオペレータが動作前に確認できる。あるいは、バケットをどの程度の速度、あるいはどの程度のパワーで移動させても問題が無いのかを、オペレータが動作前に確認できる。
【０１３３】
図１３は、表示装置３３の安定度表示の他の例を示す図である。図１３の例では、フロントガラスに重畳した形式で、安定度が表示される。たとえばフロントガラスに、境界線Ａ，Ｂを表示するための表示パネル（表示装置３３）を埋め込み、フロントガラスの向こうに見える実視野と、境界線Ａ，Ｂを重ね合わせてもよい。たとえば境界線Ａより手前は安全な領域（図１２の第１領域）、境界線ＡとＢの間は注意領域（図１２の第２領域）、境界線Ｂより向こう側は、不安定領域（図１２の第３領域）に対応してもよい。実視野と予測安定度の表示を重ね合わせることで、オペレータはさらに直感的に、転倒や揺れが生じうる操作を把握することができる。
【０１３４】
また、上記実施形態では、ショベルの走行中に上部旋回体３の旋回角度θを算出し、この旋回角度θに基づいてその後のアタッチメント操作中の不安定状態の判定を行う構成を例示したが、これに限られない。例えば、走行終了後の旋回量も加味して不安定状態の判定に用いてもよい。図１４を参照してこの制御について説明する。図１４は、浮き上がり動作の抑制制御の他の例を示すフローチャートである。
【０１３５】
図１４のステップＳ１０１〜Ｓ１０２，Ｓ１０７〜Ｓ１１０は、それぞれ図９のステップＳ０１〜Ｓ０２，Ｓ０６〜０９と同様の処理なので説明を省略する。
【０１３６】
ステップＳ１０３では、旋回角度算出部３０１により、ステップＳ１０２にて加速度検出部３１により検出された加速度ＡＣの方向に基づき、下部走行体１に対する上部旋回体３の相対的な旋回角度θ０が算出される。この旋回角度θ０は、ショベルの走行終了時の旋回角度であり、後述するステップＳ１０５、Ｓ１０６で求める現在の旋回角度の基準値である。
【０１３７】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１にて下部走行体１が走行中ではないと判定されたので、ショベルが旋回中であるか否かが判定される。例えば、オペレータが操作装置２６を介して旋回操作を行っているか否かを検出して、ショベルが旋回中であるか否かを判定できる。
【０１３８】
ステップＳ１０４の判定の結果、ショベルが旋回中である場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）には、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０３にて算出された旋回角度の基準値θ０に旋回量が加算されて、上部旋回体３の現在の旋回角度θが算出される。この構成では、例えばショベルには、走行終了時の旋回角度θ０を基準として、上部旋回体３の旋回量を検出する旋回量検出部が設けられている。
【０１３９】
一方、ステップＳ１０４の判定の結果、ショベルが旋回中ではない場合（ステップＳ１０４のＮｏ）には、ステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０３にて算出された旋回角度の基準値θ０が、上部旋回体３の現在の旋回角度θとして設定される。ステップＳ１０５またはステップＳ１０６の処理が完了するとステップＳ１０７に進む。
【０１４０】
なお、ステップＳ１１０では、図９のステップＳ０９と同様に、コントローラ３０により、表示装置３３を介して浮き上がり動作の発生がオペレータに報知されるが、この他にも、ステップＳ１０５またはステップＳ１０６にて旋回角度算出部３０１により算出された上部旋回体３の現在の旋回角度θに基づき、すなわち、走行終了後の旋回量も加味してショベルの不安定状態を判定し、現在の車体の安定度に関連する情報をオペレータに報知してもよい。
【０１４１】
図１５は、加速度検出部のキャリブレーション手法の一例を説明する図である。図１５に示すように、下部走行体１の走行微操作を入力して、加速度検出部３１を微振動させることにより、加速度検出部３１のキャリブレーションを行うこともできる。下部走行体１の走行微操作は、オペレータによる手動実施してもよいし、コントローラ３０による自動実施でもよい。
【符号の説明】
【０１４２】
１００    ショベル
１    下部走行体
３    上部旋回体
３０    コントローラ
３１    加速度検出部
３３    表示装置（報知部）
３０１    旋回角度算出部
３０２    浮き上がり支点推定部
３０３    距離算出部
３０４    判定部
３０５    上限値設定部
３０６    動作補正部
【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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