(57)【要約】【課題】油圧アクチュエータに流入する作動油の流量をより高精度に制御可能なショベルを提供すること。【解決手段】本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体１と、下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントを動作させるアームシリンダ８と、上部旋回体３に搭載されるメインポンプ１４と、メインポンプ１４からアームシリンダ８へ流れる作動油の流量を制御するスプール弁であるアーム制御弁１７Ｂと、アーム制御弁１７Ｂのスプール変位量を検出するアームスプール変位センサ１８Ｂと、アーム制御弁１７Ｂを通過する作動油の流量である通過流量を制御するコントローラ３０と、を有する。コントローラ３０は、通過流量の目標値Ｑｔとアームスプール変位センサ１８Ｂの検出値に基づいて算出される通過流量の推定値Ｑ１とに基づいて通過流量を制御する。【選択図】図２
2019157521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントを動作させる油圧アクチュエータと、
前記上部旋回体に搭載される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ流れる作動油の流量を制御する制御弁と、
前記制御弁のスプールの変位を検出するスプール変位センサと、
前記制御弁を通過する作動油の流量である通過流量を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記通過流量の目標値と前記スプール変位センサの検出値に基づいて算出される前記通過流量の推定値とに基づいて前記通過流量を制御する、
ショベル。
【請求項２】
前記制御装置は、前記制御弁を通過する作動油が前記制御弁に及ぼす流体力に基づいて前記通過流量の推定値を算出する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記油圧アクチュエータに関する操作装置の操作量とは独立して、パイロット式スプール弁である前記制御弁に作用するパイロット圧を調整可能な電磁弁を備える、
請求項１又は２に記載のショベル。
【請求項４】
前記制御装置は、前記油圧アクチュエータに関する操作装置の操作量とは独立して、電磁スプール弁である前記制御弁に対する制御電流を調整可能である、
請求項１又は２に記載のショベル。
【請求項５】
制御弁を通過する作動油の流量である通過流量を制御する油圧制御装置であって、
前記通過流量の目標値と前記制御弁のスプールの変位を検出するスプール変位センサの検出値に基づいて算出される前記通過流量の推定値とに基づいて前記通過流量を制御する、
油圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、油圧アクチュエータで駆動されるアタッチメントを備えたショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信技術（Information and Communication Technology (ICT)）を用いて自動的に或いは半自動的にショベルのアタッチメントを動作させて仕上げ掘削等を行う情報化施工システムが知られている。
【０００３】
情報化施工システムでは、設計面に対する施工面の仕上げ精度を高めるために、アタッチメントの先端（爪先）を正確に制御する必要がある。そのため、各油圧アクチュエータに流入する作動油の単位時間当たりの流量（流入流量）を高精度に制御する必要がある。
【０００４】
通常、流入流量は油圧パイロット式のスプール型の制御弁（パイロット式スプール弁）を用いて制御される。しかし、パイロット圧とスプール変位量との間の関係における非線形性、ヒステリシス、スプール弁に作用する作動油の流体力、スプール弁の摺動摩擦等の影響により、スプール弁を通過する流量を高精度に制御することは困難である。
【０００５】
このような困難性に関し、メータインバルブを用いて流入流量を制御する装置が知られている（特許文献１参照。）。この装置は、スプール変位センサを用いてメータインバルブを構成するメータインスプールのスプール変位量を検出している。そして、メータインスプールの前後の圧力差とスプール変位センサの検出値とに基づいてメータインスプールを通過する流量を推定している。その上で、パイロット圧を調整しながら、推定した流量が所望の流入流量となるように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の装置は、メータインスプールの前後の圧力差を導き出す際に、メータインスプールを通過する直前の作動油の圧力ではなく、ポンプ吐出圧センサで検出したポンプ吐出圧を用いている。そのため、流入流量の推定精度が低いおそれがある。
【０００８】
上述に鑑み、油圧アクチュエータに流入する作動油の流量をより高精度に制御可能なショベルを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、前記アタッチメントを動作させる油圧アクチュエータと、前記上部旋回体に搭載される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ流れる作動油の流量を制御する制御弁と、前記制御弁のスプールの変位を検出するスプール変位センサと、前記制御弁を通過する作動油の流量である通過流量を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記通過流量の目標値と前記スプール変位センサの検出値に基づいて算出される前記通過流量の推定値とに基づいて前記通過流量を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
上述の手段により、油圧アクチュエータに流入する作動油の流量をより高精度に制御可能なショベルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例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の構成例を示す図である。
【図３】調整機構が取り付けられた操作装置の構成例を示す図である。
【図４】自動制御機能のブロック図である。
【図５】自動制御機能のブロック図である。
【図６】掘削アタッチメントの動きに関するパラメータの関係を示す図である。
【図７】アタッチメント自動制御処理の一例を示す制御フロー図である。
【図８】制御弁に作用するパイロット圧とスプール変位量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明が適用される建設機械としてのショベル（掘削機）を示す側面図である。ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。作業要素としてのブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成している。そして、ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。
【００１３】
ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。また、上部旋回体３には機体傾斜センサＳ４及び旋回角速度センサＳ５が取り付けられている。
【００１４】
ブーム角度センサＳ１は、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度であるブーム角度を取得するセンサである。ブーム角度センサＳ１は、例えば、ブームフートピン回りのブーム４の回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ７のストローク量（ブームストローク量）を検出するシリンダストロークセンサ、ブーム４の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。加速度センサとジャイロセンサの組み合わせであってもよい。ブーム４に対するアーム５の回動角度であるアーム角度を検出するアーム角度センサＳ２、及び、アーム５に対するバケット６の回動角度であるバケット角度を検出するバケット角度センサＳ３についても同様である。
【００１５】
機体傾斜センサＳ４は水平面に対する上部旋回体３の傾斜（機体傾斜角度）を検出する。本実施例では、機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の前後軸及び左右軸回りの傾斜角度を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベルの旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。
【００１６】
旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出する。本実施例では、ジャイロセンサである。レゾルバ、ロータリエンコーダ等であってもよい。
【００１７】
ブームシリンダ７にはブームロッド圧センサＳ６ａ、ブームボトム圧センサＳ６ｂ、及び、ブームシリンダストロークセンサＳ７が取り付けられている。アームシリンダ８にはアームロッド圧センサＳ６ｃ、アームボトム圧センサＳ６ｄ、及び、アームシリンダストロークセンサＳ８が取り付けられている。バケットシリンダ９にはバケットロッド圧センサＳ６ｅ、バケットボトム圧センサＳ６ｆ、及び、バケットシリンダストロークセンサＳ９が取り付けられている。
【００１８】
ブームロッド圧センサＳ６ａはブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（以下、「ブームロッド圧」とする。）を検出し、ブームボトム圧センサＳ６ｂはブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出する。アームロッド圧センサＳ６ｃはアームシリンダ８のロッド側油室の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出し、アームボトム圧センサＳ６ｄはアームシリンダ８のボトム側油室の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出する。バケットロッド圧センサＳ６ｅはバケットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「バケットロッド圧」とする。）を検出し、バケットボトム圧センサＳ６ｆはバケットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「バケットボトム圧」とする。）を検出する。
【００１９】
上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載されている。
【００２０】
図２は、図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図であり、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、電気制御ラインをそれぞれ二重線、太実線、破線、点線で示す。
【００２１】
ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、コントローラ３０、情報取得装置４０等を含む。
【００２２】
エンジン１１は、ショベルの駆動源である。本実施例では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作する内燃機関としてのディーゼルエンジンである。また、エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結される。
【００２３】
メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給するための装置であり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
【００２４】
レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御するための装置である。本実施例では、レギュレータ１３は、例えば、メインポンプ１４の吐出圧、コントローラ３０からの指令電流等に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。
【００２５】
パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６を含む各種油圧制御機器に作動油を供給する装置であり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
【００２６】
コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４が吐出する作動油の流れを制御する複数のスプール型の制御弁を含む。例えば、ブーム制御弁１７Ａ、アーム制御弁１７Ｂ、バケット制御弁１７Ｃ、左走行モータ制御弁１７Ｄ、右走行モータ制御弁１７Ｅ、及び、旋回制御弁１７Ｆを含む。そして、コントロールバルブ１７は、それら制御弁を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。それら制御弁は、メインポンプ１４からセンターバイパス管路を通って作動油タンクに流れる作動油の流量、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御できる。油圧アクチュエータは、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、左側走行油圧モータ１Ｌ、右側走行油圧モータ１Ｒ、及び、旋回油圧モータ２Ａを含む。ブーム制御弁１７Ａ、アーム制御弁１７Ｂ、バケット制御弁１７Ｃ、左走行モータ制御弁１７Ｄ、右走行モータ制御弁１７Ｅ、及び、旋回制御弁１７Ｆのそれぞれには、スプール変位量を検出するためのスプール変位センサ１８が取り付けられている。
【００２７】
スプール変位センサ１８は、ブームスプール変位センサ１８Ａ、アームスプール変位センサ１８Ｂ、バケットスプール変位センサ１８Ｃ、左走行モータスプール変位センサ１８Ｄ、右走行モータスプール変位センサ１８Ｅ及び旋回スプール変位センサ１８Ｆを含む。
【００２８】
ブームスプール変位センサ１８Ａは、ブーム制御弁１７Ａを構成するスプールの変位量を検出する。アームスプール変位センサ１８Ｂは、アーム制御弁１７Ｂを構成するスプールの変位量を検出する。バケットスプール変位センサ１８Ｃは、バケット制御弁１７Ｃを構成するスプールの変位量を検出する。左走行モータスプール変位センサ１８Ｄは、左走行モータ制御弁１７Ｄを構成するスプールの変位量を検出する。右走行モータスプール変位センサ１８Ｅは、右走行モータ制御弁１７Ｅを構成するスプールの変位量を検出する。旋回スプール変位センサ１８Ｆは、旋回制御弁１７Ｆを構成するスプールの変位量を検出する。
【００２９】
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置２６は、キャビン１０内に設置され、パイロットポンプ１５が吐出する作動油をパイロットライン経由で油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量に応じた圧力である。
【００３０】
吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４が吐出する作動油の圧力を検出する圧力センサである。本実施例では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
【００３１】
操作圧センサ２９は、操作装置２６に対する操作内容を検出するための圧力センサである。本実施例では、操作圧センサ２９は、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、圧力センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
【００３２】
情報取得装置４０はショベルに関する情報を検出する。本実施例では、情報取得装置４０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、ブームロッド圧センサＳ６ａ、ブームボトム圧センサＳ６ｂ、アームロッド圧センサＳ６ｃ、アームボトム圧センサＳ６ｄ、バケットロッド圧センサＳ６ｅ、バケットボトム圧センサＳ６ｆ、ブームシリンダストロークセンサＳ７、アームシリンダストロークセンサＳ８、バケットシリンダストロークセンサＳ９、スプール変位センサ１８、吐出圧センサ２８、及び、操作圧センサ２９のうち少なくとも１つを含む。情報取得装置４０は、例えば、掘削アタッチメントに関する情報として、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、機体傾斜角度、旋回角速度、ブームロッド圧、ブームボトム圧、アームロッド圧、アームボトム圧、バケットロッド圧、バケットボトム圧、ブームストローク量、アームストローク量、バケットストローク量、各制御弁のスプール変位量、メインポンプ１４の吐出圧、及び、操作装置２６の操作圧のうちの少なくとも１つを取得する。
【００３３】
コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ、揮発性記憶装置、不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成される。また、コントローラ３０は、アタッチメント制御部３１に対応するプログラムをＲＯＭから読み出して揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をＣＰＵに実行させる。
【００３４】
アタッチメント制御部３１は、アタッチメントの動きを制御する機能要素である。基本的に、アタッチメントは、複数の操作装置２６のそれぞれに対する操作に応じて動く。一方で、アタッチメント制御部３１は、操作装置２６に対する操作の有無にかかわらず、アタッチメントを動かすことができる。
【００３５】
例えば、掘削アタッチメントは、基本的に、操作装置２６としてのブーム操作レバー、アーム操作レバー、及びバケット操作レバーのそれぞれに対する操作に応じて動く。一方で、アタッチメント制御部３１は、例えば、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、及びバケット操作レバーのそれぞれに対する操作の有無にかかわらず、予め設定された動作パターンに従って掘削アタッチメントを動かすことができる。
【００３６】
動作パターンは、例えば、ブームシリンダ流入量、アームシリンダ流入量、及び、バケットシリンダ流入量のそれぞれの時系列データ（目標値）の組み合わせで表される。時系列データ（目標値）の組み合わせは、例えば、１秒刻みに設定されている。ブームシリンダ流入量は、ブーム制御弁１７Ａを通ってブームシリンダ７に流入する作動油の流量である。アームシリンダ流入量は、アーム制御弁１７Ｂを通ってアームシリンダ８に流入する作動油の流量である。バケットシリンダ流入量は、バケット制御弁１７Ｃを通ってバケットシリンダ９に流入する作動油の流量である。この場合、将来のある時点における掘削アタッチメントの姿勢は、その時点に至るまでのブームシリンダ流入量、アームシリンダ流入量、及び、バケットシリンダ流入量のそれぞれの推移で決まる。動作パターンは、ブームストローク量、アームストローク量、及び、バケットストローク量のそれぞれの時系列データ（目標値）の組み合わせで表されていてもよい。この場合、ブームシリンダ流入量、アームシリンダ流入量、バケットシリンダ流入量は、ブームストローク量、アームストローク量、バケットストローク量から算出される。或いは、動作パターンは、ブームシリンダ伸縮速度、アームシリンダ伸縮速度、及び、バケットシリンダ伸縮速度のそれぞれの時系列データ（目標値）の組み合わせで表されていてもよい。この場合、ブームシリンダ流入量、アームシリンダ流入量、バケットシリンダ流入量は、ブームシリンダ伸縮速度、アームシリンダ伸縮速度、バケットシリンダ伸縮速度から算出される。
【００３７】
本実施例では、ブーム操作レバーとバケット操作レバーは別個独立の操作レバーとして説明されているが、物理的には同じ１つの操作レバーであり傾倒方向のみが異なるものであってもよい。アーム操作レバーと旋回操作レバーの関係についても同様である。
【００３８】
次に、図３を参照し、掘削アタッチメントの自動制御を実現する制御機構５０の一例について説明する。図３は、制御機構５０としてのアーム制御機構５０Ｂが取り付けられた操作装置２６としてのアーム操作レバー２６Ｂの構成例を示す図である。以下の説明は、制御機構５０が取り付けられた他の操作レバーについても同様に適用される。例えば、ブーム制御弁１７Ａを移動させるためのブーム制御機構５０Ａが取り付けられたブーム操作レバー、及び、バケット制御弁１７Ｃを移動させるためのバケット制御機構５０Ｃが取り付けられたバケット操作レバー等についても同様に適用される。
【００３９】
制御機構５０は、パイロット式スプール弁としての制御弁のスプール位置を調整する機構であり、主に電磁弁５１、電磁弁５２Ｌ、電磁弁５２Ｒ等を含む。具体的には、図３に示すアーム制御機構５０Ｂは、パイロット式スプール弁としてのアーム制御弁１７Ｂのスプール位置を調整する機構であり、主に電磁弁５１Ｂ、電磁弁５２ＢＬ、及び、電磁弁５２ＢＲ等を含む。
【００４０】
電磁弁５１Ｂは、パイロットポンプ１５とアーム操作レバー２６Ｂとを繋ぐ管路に配置される電磁比例減圧弁であり、コントローラ３０からの制御電流に応じてその開口面積を増減させる。
【００４１】
電磁弁５２ＢＬは、アーム操作レバー２６Ｂとアーム制御弁１７Ｂの左側パイロットポート１７Ｌとを接続する管路Ｃ１に配置される電磁弁であり、コントローラ３０からの指令に応じてその弁位置を切り替える。管路Ｃ１は、管路Ｃ１１及び管路Ｃ１２を含む。電磁弁５２ＢＬは第１弁位置と第２弁位置とを有する。第１弁位置は、管路Ｃ１１と管路Ｃ１２とを連通させ、且つ、管路Ｃ３と管路Ｃ１２との連通を遮断する。第２弁位置は、管路Ｃ１１と管路Ｃ１２との連通を遮断し、且つ、管路Ｃ３と管路Ｃ１２とを連通させる。管路Ｃ１１はアーム操作レバー２６Ｂと電磁弁５２ＢＬとを接続する。管路Ｃ１２は電磁弁５２ＢＬとアーム制御弁１７Ｂの左側パイロットポート１７Ｌとを接続する。管路Ｃ３は電磁弁５１Ｂと電磁弁５２ＢＬとを接続する。
【００４２】
電磁弁５２ＢＲは、アーム操作レバー２６Ｂとアーム制御弁１７Ｂの右側パイロットポート１７Ｒとを接続する管路Ｃ２に配置される電磁弁であり、コントローラ３０からの指令に応じてその弁位置を切り替える。管路Ｃ２は、管路Ｃ２１及び管路Ｃ２２を含む。電磁弁５２ＢＲは第１弁位置と第２弁位置とを有する。第１弁位置は、管路Ｃ２１と管路Ｃ２２とを連通させ、且つ、管路Ｃ４と管路Ｃ２２との連通を遮断する。第２弁位置は、管路Ｃ２１と管路Ｃ２２との連通を遮断し、且つ、管路Ｃ４と管路Ｃ２２とを連通させる。管路Ｃ２１はアーム操作レバー２６Ｂと電磁弁５２ＢＲとを接続する。管路Ｃ２２は電磁弁５２ＢＲとアーム制御弁１７Ｂの右側パイロットポート１７Ｒとを接続する。管路Ｃ４は電磁弁５１Ｂと電磁弁５２ＢＲとを接続する。
【００４３】
アーム操作レバー２６Ｂは、閉じ方向に傾けられると管路Ｃ１内の作動油の圧力を増大させ、開き方向に傾けられると管路Ｃ２内の作動油の圧力を増大させる。管路Ｃ１内の作動油の圧力であるアーム閉じパイロット圧は、操作圧センサ２９の一例であるアーム閉じパイロット圧センサ２９Ｌによって検出される。管路Ｃ２内の作動油の圧力であるアーム開きパイロット圧は、操作圧センサ２９の一例であるアーム開きパイロット圧センサ２９Ｒによって検出される。アーム閉じパイロット圧が増大するとスプール弁としてのアーム制御弁１７Ｂが右方向に移動してメインポンプ１４とアームシリンダ８のボトム側油室とを連通させてアームシリンダ８を伸張させる。アーム開きパイロット圧が増大するとアーム制御弁１７Ｂが左方向に移動してメインポンプ１４とアームシリンダ８のロッド側油室とを連通させてアームシリンダ８を収縮させる。
【００４４】
アタッチメント制御部３１は、アームシリンダ８を自動的に伸張させる場合、電磁弁５１Ｂに対してスプール制御指令（電流指令）を出力し、且つ、電磁弁５２ＢＬに対して開指令を出力する。スプール制御指令を受けた電磁弁５１Ｂは、そのスプール制御指令に応じた開口面積を実現するように動作する。開指令を受けた電磁弁５２ＢＬは第２弁位置に切り替わり、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を管路Ｃ１２に流入させる。
【００４５】
同様に、アタッチメント制御部３１は、アームシリンダ８を自動的に収縮させる場合、電磁弁５１Ｂに対してスプール制御指令を出力し、且つ、電磁弁５２ＢＲに対して開指令を出力する。スプール制御指令を受けた電磁弁５１Ｂは、そのスプール制御指令に応じた開口面積を実現するように動作する。開指令を受けた電磁弁５２ＢＲは第２弁位置に切り替わり、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を管路Ｃ２２に流入させる。
【００４６】
このように、アタッチメント制御部３１は、例えば、予め設定された動作パターンを参照してスプール制御指令を生成し、アーム制御弁１７Ｂのスプール位置（変位）を制御する。アーム制御弁１７Ｂは、例えば、動作パターンを構成するアームシリンダ流入量を実現するように動作する。
【００４７】
また、アタッチメント制御部３１は、制御弁をモデル化した推定器として機能する。アタッチメント制御部３１は、例えば、情報取得装置４０の出力に基づき、制御弁（ここではアーム制御弁１７Ｂ）を通過する作動油の流量（通過流量）の推定値Ｑ１を導き出す。例えば、式（１）〜式（５）を用いて推定値Ｑ１を導き出す。
【００４８】
【数１】
2019157521.tif 000003
式（１）は制御弁を通過する作動油の流量に関する。式（１）において、ｃは流量係数を表し、Ａは制御弁の開口面積を表し、ρは作動油の密度を表し、ΔＰは制御弁の前後の圧力差を表す。本実施例では、ｃ及びρは予め記憶されている値である。
【００４９】
式（２）は、制御弁を通過する作動油が制御弁に及ぼす流体力に関する。式（２）において、Ｆｓは制御弁を通過する作動油の流体力を表し、Ｃｄは流量係数を表す。φは制御弁の移動方向と作動油の流れ方向との間の角度である流入角度を表し、ｋは制御弁を中立弁位置に戻すためのリターンスプリングのばね定数を表す。本実施例では、Ｃｄ、φ及びｋは予め記憶されている値である。ｘは通油時（作動油が実際に制御弁を通過するとき）における制御弁のスプール変位量を表し、ｘＮは無通油時（作動油が制御弁を通過しないとき、すなわち、真空中で制御弁が動作するとき）における制御弁のスプール変位量を表す。本実施例では、スプール変位量ｘは、スプール制御指令に応じた実際のスプール変位量であり、アームスプール変位センサ１８Ｂの検出値である。無通油時スプール変位量ｘＮは、スプール制御指令に応じて決まる理論的なスプール変位量であり、スプール制御指令の値に対応付けて予め記憶されている。このように、式（２）は、流体力Ｆｓがスプール変位量ｘから一意に決まることを表す。
【００５０】
式（３）は制御弁の開口面積Ａが通油時における制御弁のスプール変位量ｘの関数であることを表す。すなわち、開口面積Ａがスプール変位量ｘから一意に決まることを表す。また、式（４）は、式（２）と式（３）から導き出され、圧力差ΔＰがスプール変位量ｘから一意に決まることを表す。そして、式（５）は式（１）〜式（４）から導き出され、推定値Ｑ１がスプール変位量ｘから一意に決まることを表す。
【００５１】
このように、アタッチメント制御部３１は、アームスプール変位センサ１８Ｂの検出値であるスプール変位量ｘと式（５）とに基づいて推定値Ｑ１を導き出すことができる。すなわち、アームロッド圧センサＳ６ｃ、アームボトム圧センサＳ６ｄ、吐出圧センサ２８等の検出値を用いて制御弁（アーム制御弁１７Ｂ）の前後の圧力差ΔＰを算出することなく、推定値Ｑ１を導き出すことができる。そのため、メインポンプ１４の吐出圧とアームボトム圧との圧力差をアーム制御弁１７Ｂの前後の圧力差ΔＰとみなす場合よりも、アーム制御弁１７Ｂを通過する作動油の流量の推定値Ｑ１を高精度に導き出すことができる。
【００５２】
そして、アタッチメント制御部３１は、スプール制御指令に対応する油圧シリンダ流入量の目標値Ｑｔと推定値Ｑ１との差に基づいてスプール制御指令を補正する。本実施例では、アタッチメント制御部３１は、ＱｔとＱ１の差が小さくなるようにスプール制御指令を補正する。例えば、Ｑ１がＱｔより大きい場合、制御弁の実際のスプール変位量が小さくなるようにスプール制御指令を補正する。反対に、Ｑ１がＱｔより小さい場合、制御弁の実際のスプール変位量が大きくなるようにスプール制御指令を補正する。
【００５３】
次に、図４及び図５を参照しながら、コントローラ３０のアタッチメント制御部３１がアタッチメントの動きを自動的に制御する機能（以下、「自動制御機能」とする。）の一例について説明する。図４及び図５は、自動制御機能のブロック図である。
【００５４】
最初に、アタッチメント制御部３１は、図４に示すように、操作傾向に基づいて爪先目標移動速度を生成し、且つ、爪先目標移動方向を決定する。操作傾向は、例えば、レバー操作量に基づいて判定される。爪先目標移動速度は、バケット６の爪先の移動速度の目標値であり、爪先目標移動方向は、バケット６の爪先の移動方向の目標値である。現在の爪先位置は、例えば、ブーム角度β１、アーム角度β２、及び、バケット角度β３に基づいて算出される。
【００５５】
その後、アタッチメント制御部３１は、爪先目標移動速度と、爪先目標移動方向と、現在のバケット６の爪先位置の三次元座標（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）とに基づき、動作パターンとしての単位時間経過後の爪先位置の三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）を算出する。単位時間経過後の爪先位置の三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）は、例えば、設計面に対する目標施工面上の座標である。ここで、設計面及び目標施工面は、稼働前に事前に設定される。なお、本実施例では、爪先位置のＹ座標の値は移動の前後で不変である。すなわち、単位時間経過後の爪先位置のＹ座標の値Ｙｅｒは、現在の爪先位置のＹ座標の値Ｙｅと同じである。そのため、図４では、Ｙ座標の値に関する記載を省略している。単位時間は、例えば、制御周期の整数倍に相当する時間である。
【００５６】
アタッチメント制御部３１は、予め設定された動作パターンに基づき、単位時間経過後の爪先位置の三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）を算出してもよい。
【００５７】
その後、アタッチメント制御部３１は、算出したＸ座標の値ＸｅｒとＺ座標の値Ｚｅｒに基づき、ブーム４、アーム５及びバケット６の回転動作に関する指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒを生成する。指令値β１ｒは、例えば、爪先位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときのブーム角度を表す。同様に、指令値β２ｒは、爪先位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときのアーム角度を表し、指令値β３ｒは、爪先位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときのバケット角度を表す。
【００５８】
アタッチメント制御部３１は、例えば、予め設定された計算式を用いて指令値を生成する。本実施例では、アタッチメント制御部３１は、以下の式（６）及び式（７）を用い、爪先位置を三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）に合わせることができたときの指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒを算出する。
Ｘｅ＝Ｈ０Ｘ＋Ｌ１ｃｏｓβ１＋Ｌ２ｃｏｓβ２＋Ｌ３ｃｏｓβ３・・・（６）
Ｚｅ＝Ｈ０ｚ＋Ｌ１ｓｉｎβ１＋Ｌ２ｓｉｎβ２＋Ｌ３ｓｉｎβ３・・・（７）
なお、ブーム長さＬ１は、ブームフートピン位置とアームピン位置とを結ぶ線分の長さであり、アーム長さＬ２は、アームピン位置とバケットピン位置とを結ぶ線分の長さであり、バケット長さＬ３は、バケットピン位置とバケット爪先位置とを結ぶ線分の長さである。また、Ｈ０Ｘは、ブームフートピン位置のＸ座標の値であり、Ｈ０ｚはブームフートピン位置のＺ座標の値である。
【００５９】
また、上述のように、アタッチメントの回動方向のみに関する動作パターンに基づいてブーム４、アーム５及びバケット６を駆動する場合には、Ｙ方向に関しては考慮する必要は無い。なお、Ｘ方向はショベルの前後方向を示し、Ｚ方向はＸ方向に垂直なショベルの高さ方向を示し、Ｙ方向はＸ方向及びＺ方向のそれぞれに垂直な方向を示している。また、Ｘ方向として定義されるショベルの前後方向は、ショベルの接地面に平行である必要は無い。例えば、Ｘ方向として定義されるショベルの前後方向は、アタッチメントの回動面であるＸＺ平面内において、ショベルからバケット６が離れたりショベルにバケット６が接近したりする所定の方向であってもよい。
【００６０】
指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒの算出は、Ｘ座標の値Ｘｅｒ及びＺ座標の値Ｚｅｒが何れも、指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒの関数であるという事実に基づく。この場合、アタッチメント制御部３１は、例えば、バケット角度β３を不変とし、且つ、ブーム角度β１及びアーム角度β２の双方を変化させるという前提の下で指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒを算出する。但し、アタッチメント制御部３１は、他の前提の下で指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒを算出してもよい。或いは、アタッチメント制御部３１は、爪先位置と、ブーム角度β１、アーム角度β２及びバケット角度β３との関係を予め記憶しているテーブルを参照して指令値を生成してもよい。
【００６１】
その後、アタッチメント制御部３１は、図５に示すように、ブーム角度β１、アーム角度β２及びバケット角度β３のそれぞれの実測値が、生成された指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒとなるようにブーム４、アーム５及びバケット６を動作させる。
【００６２】
具体的には、アタッチメント制御部３１は、ブーム角度β１の現在値と指令値β１ｒとの差Δβ１に対応するブームシリンダパイロット圧指令を生成する。そして、ブームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流をブーム制御機構５０Ａに対して出力する。ブーム制御機構５０Ａは、ブームシリンダパイロット圧指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をブーム制御弁１７Ａに対して作用させる。
【００６３】
その後、ブーム制御機構５０Ａが生成したパイロット圧を受けたブーム制御弁１７Ａは、メインポンプ１４が吐出する作動油を、パイロット圧に対応する流れ方向及び流量でブームシリンダ７に供給する。
【００６４】
このとき、アタッチメント制御部３１は、ブームスプール変位センサ１８Ａの検出値であるブーム制御弁１７Ａのスプール変位量に基づいてブームスプール制御指令を生成してもよい。そして、ブームスプール制御指令に対応する制御電流をブーム制御機構５０Ａに対して出力してもよい。この場合、ブーム制御機構５０Ａは、ブームスプール制御指令に対応する制御電流に応じたパイロット圧をブーム制御弁１７Ａに対して作用させる。
【００６５】
ブームシリンダ７は、ブーム制御弁１７Ａを介して供給される作動油により伸縮する。ブーム角度センサＳ１は、伸縮するブームシリンダ７によって動かされるブーム４のブーム角度β１を検出する。
【００６６】
その後、アタッチメント制御部３１は、ブーム角度センサＳ１が検出したブーム角度β１を、ブームシリンダパイロット圧指令を生成する際に用いるブーム角度β１の現在値としてフィードバックする。
【００６７】
なお、上述の説明は、指令値β１ｒに基づくブーム４の動作に関するものであるが、指令値β２ｒに基づくアーム５の動作、及び、指令値β３ｒに基づくバケット６の動作にも同様に適用可能である。そのため、指令値β２ｒに基づくアーム５の動作、及び、指令値β３ｒに基づくバケット６の動作の流れについてはその説明を省略する。
【００６８】
コントローラ３０は、図４に示すように、ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３を用い、指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒからポンプ吐出量を導き出してもよい。本実施例では、ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３は、予め登録されたテーブル等を用いて指令値β１ｒ、β２ｒ、β３ｒからポンプ吐出量を導き出す。ポンプ吐出量導出部ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３が導き出したポンプ吐出量は合計され、合計ポンプ吐出量としてポンプ流量演算部に入力される。ポンプ流量演算部は、入力された合計ポンプ吐出量に基づいてメインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施例では、ポンプ流量演算部は、合計ポンプ吐出量に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を変更することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。
【００６９】
このように、コントローラ３０は、ブーム制御弁１７Ａ、アーム制御弁１７Ｂ及びバケット制御弁１７Ｃの開口制御とメインポンプ１４の吐出量の制御とを同時に実行できる。そのため、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のそれぞれに適切な量の作動油を供給できる。
【００７０】
また、コントローラ３０は、三次元座標（Ｘｅｒ、Ｙｅｒ、Ｚｅｒ）の算出、指令値β１ｒ、β２ｒ及びβ３ｒの生成、並びに、メインポンプ１４の吐出量の決定を１制御サイクルとし、この制御サイクルを繰り返すことで自動制御を実行する。また、コントローラ３０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３のそれぞれの出力に基づいて爪先位置をフィードバック制御することで自動制御の精度を向上させることができる。具体的には、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のそれぞれに流入する作動油の流量をフィードバック制御することで自動制御の精度を向上させることができる。
【００７１】
次に、図６を参照し、掘削アタッチメントの動きに関するパラメータの関係について説明する。図６は、掘削アタッチメントの動きに関するパラメータの関係を示す図である。
【００７２】
図６に示すように、ある時点におけるバケット６の爪先の位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が決まると、その時点におけるブームストローク量、アームストローク量、及び、バケットストローク量が一意に決まる。これは、その時点におけるブーム角度、アーム角度、及び、バケット角度が一意に決まることを意味する。
【００７３】
そして、任意の２つの時点のそれぞれにおけるブームストローク量、アームストローク量、及び、バケットストローク量が決まると、それら２つの時点間のブームシリンダ伸縮速度、アームシリンダ伸縮速度、及び、バケットシリンダ伸縮速度が一意に決まる。
【００７４】
更に、ブームシリンダ伸縮速度、アームシリンダ伸縮速度、及び、バケットシリンダ伸縮速度が決まると、ブームシリンダ流入量、アームシリンダ流入量、及び、バケットシリンダ流入量が一意に決まる。
【００７５】
そして、ブームシリンダ流入量、アームシリンダ流入量、及び、バケットシリンダ流入量が決まると、ブーム制御弁１７Ａのスプール変位（開口面積）、アーム制御弁１７Ｂのスプール変位（開口面積）、及び、バケット制御弁１７Ｃのスプール変位（開口面積）が一意に決まる。
【００７６】
従って、アタッチメント制御部３１は、ブーム制御弁１７Ａ、アーム制御弁１７Ｂ、及び、バケット制御弁１７Ｃのそれぞれのスプール変位（開口面積）を高精度に制御することで、バケット６の爪先の位置を高精度に制御できる。
【００７７】
次に、図７を参照し、アタッチメント制御部３１が掘削アタッチメントを自動制御する際の処理（以下、「アタッチメント自動制御処理」とする。）の一例について説明する。図７は、アタッチメント自動制御処理の一例を示す制御フロー図である。アタッチメント制御部３１は、所定周期で繰り返しこの処理を実行する。
【００７８】
図７の例では、アタッチメント自動制御処理は、パイロット式スプール弁を備えたショベルで実行される。しかしながら、アタッチメント自動制御処理は、例えば、電磁式のスプール型の制御弁（電磁スプール弁）を備えたショベルで実行されてもよい。
【００７９】
最初に、アタッチメント制御部３１は、変位指令を生成する（ステップＳＴ１（図４参照））。変位指令は、掘削アタッチメントの所定部位の変位に関する指令であり、例えば、バケット６の爪先の変位量及び変位方向に関する指令である。本実施例では、変位指令は、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のそれぞれの変位（伸縮）の大きさを表す変位目標値である。アタッチメント制御部３１は、不揮発性記憶装置等に記憶された動作パターンを参照して変位指令を生成する。アタッチメント制御部３１は、例えば、動作パターンを構成する油圧シリンダ伸縮速度（ブームシリンダ伸縮速度、アームシリンダ伸縮速度、及び、バケットシリンダ伸縮速度）のそれぞれから変位指令を生成する。
【００８０】
その後、アタッチメント制御部３１は、油圧シリンダ流入量の目標値を算出する（ステップＳＴ２）。本実施例では、アタッチメント制御部３１は、ステップＳＴ１で生成した変位指令としての変位目標値と、シリンダストロークセンサの検出値に基づいて導き出される実変位との差を算出し、その差に基づいて油圧シリンダ流入量（ブームシリンダ流入量、アームシリンダ流入量、及び、バケットシリンダ流入量）の目標値Ｑｔを算出する。目標値Ｑｔは、変位目標値が実変位よりも大きいほど大きくなるように算出される。
【００８１】
その後、アタッチメント制御部３１は、スプール制御指令を生成する（ステップＳＴ３）。本実施例では、アタッチメント制御部３１は、油圧シリンダ流入量の目標値Ｑｔに基づいてスプール制御指令を生成する。制御弁がパイロット式スプール弁である場合、スプール制御指令は、目標値Ｑｔを実現するパイロット圧に対応する。具体的には、目標値Ｑｔに等しい推定値Ｑ１をもたらすスプール変位量ｘ及び無通油時スプール変位量ｘＮを実現するパイロット圧に対応する。制御弁が電磁スプール弁である場合、スプール制御指令は、目標値Ｑｔを実現する制御電流（パイロット電流）に対応する。具体的には、目標値Ｑｔに等しい推定値Ｑ１をもたらすスプール変位量ｘ及び無通油時スプール変位量ｘＮを実現するパイロット電流に対応する。
【００８２】
そして、アタッチメント制御部３１は、生成したスプール制御指令をアーム制御機構５０Ｂの電磁弁５１Ｂに対して出力する。油圧シリンダ流入量とスプール制御指令との対応関係は、例えば、式（５）の関係に基づくものであり、不揮発性記憶装置等に予め記憶されている。具体的には、アタッチメント制御部３１は、ブームシリンダ流入量の目標値に基づいてブーム制御弁１７Ａに対するスプール制御指令を生成する。アーム制御弁１７Ｂ及びバケット制御弁１７Ｃについても同様である。そして、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、及び、バケット操作レバーのそれぞれに取り付けられた制御機構５０の電磁弁５１に対してスプール制御指令を別々に供給する。
【００８３】
スプール制御指令が電磁弁５１に対して出力されると、各油圧シリンダに対応する制御弁のスプールが変位する（ステップＳＴ４）。本実施例では、ブーム制御弁１７Ａ、アーム制御弁１７Ｂ、バケット制御弁１７Ｃのそれぞれにおけるスプールが変位する。ブーム制御弁１７Ａを構成するスプールの変位は、ブームスプール変位センサ１８Ａで検出される。アーム制御弁１７Ｂを構成するスプールの変位は、アームスプール変位センサ１８Ｂで検出される。バケット制御弁１７Ｃを構成するスプールの変位は、バケットスプール変位センサ１８Ｃで検出される。
【００８４】
スプールが変位すると、制御弁を通過する作動油の流れ、すなわち、油圧シリンダに流入する作動油の流れが生成される（ステップＳＴ５）。本実施例では、スプール制御指令に応じて変位したスプールによって形成される開口を通ってブームシリンダ７、アームシリンダ８、及び、バケットシリンダ９のそれぞれに流入する作動油の流れが生成される。
【００８５】
油圧シリンダに作動油が流入すると、油圧シリンダは伸縮する（ステップＳＴ６）。本実施例では、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のそれぞれが、作動油の流入量に応じた速度ｖで伸縮する。
【００８６】
その後、アタッチメント制御部３１は、油圧シリンダの変位を算出する（ステップＳＴ７）。本実施例では、シリンダストロークセンサの検出値に基づいて導き出された油圧シリンダ伸縮速度を積分（積算）して油圧シリンダの変位を算出する。算出された変位は、油圧シリンダの実変位としてステップＳＴ２にフィードバックされる。
【００８７】
スプールの変位を検出した後、アタッチメント制御部３１は、スプール制御指令を補正する（ステップＳＴ８）。本実施例では、アタッチメント制御部３１は、上述の式（５）で算出される推定値Ｑ１と、油圧シリンダ流入量の目標値Ｑｔとに基づいてスプール制御指令を補正する。図７の「Ｑｔ'」は、目標値Ｑｔをもたらすための補正後の電流指令を表し、「ｆ（Ｑｔ−Ｑ１）」は、ＱｔとＱ１の差に基づいてスプール制御指令が補正されることを表す。このようにして、アタッチメント制御部３１は、ブーム制御弁１７Ａ、アーム制御弁１７Ｂ、及び、バケット制御弁１７Ｃのそれぞれに関するスプール制御指令を補正する。
【００８８】
このように、アタッチメント制御部３１は、制御弁のスプール変位（開口面積）に基づいて算出される推定値Ｑ１をフィードバックして制御弁を通過する流量を制御する。そのため、アタッチメント制御部３１は、油圧シリンダに流入する作動油の実際の流量をより正確に目標値Ｑｔに合わせることができる。その結果、アタッチメント制御部３１は、例えば、バケット６の姿勢、及び、バケット６の爪先の位置をより正確に制御することができる。或いは、予め設定された動作パターンに沿って掘削アタッチメントをより正確に動作させることができる。
【００８９】
また、アタッチメント制御部３１は、フィードバック制御を二重ループにしたカスケード制御を実行する。具体的には、制御弁のスプール変位（開口面積）に基づいて算出される推定値Ｑ１をフィードバックして制御弁を通過する流量を制御し、更に、油圧シリンダの実変位をフィードバックして掘削アタッチメントの所定部位の変位を制御する。そのため、アタッチメント制御部３１は、油圧シリンダに流入する作動油の流量をより正確に目標値に合わせることができる。また、掘削アタッチメントの所定部位の変位をより正確に目標値に合わせることができる。その結果、アタッチメント制御部３１は、例えば、バケット６の姿勢、及び、バケット６の爪先の位置をより正確に制御することができる。或いは、予め設定された動作パターンに沿って掘削アタッチメントをより正確に動作させることができる。すなわち、作業効率及び目標面（掘削動作によって形成される地面の目標形状）に対する仕上げ精度を向上させることができる。
【００９０】
次に、図８を参照し、図３に示すようなパイロット式スプール弁としてのアーム制御弁１７Ｂに関するスプール制御指令の補正について説明する。図８は、アーム制御弁１７Ｂに作用するパイロット圧Ｐとスプール変位量ｘとの関係の一例を示す図である。具体的には、図８の実線がパイロット圧Ｐとスプール変位量ｘとの関係を示し、点線がパイロット圧Ｐと無通油時スプール変位量ｘＮとの関係を示す。電磁弁５１Ｂに対して出力されるスプール制御指令は、アームシリンダ流入量の目標値Ｑｔを実現するパイロット圧Ｐｔに対応する。例えば、パイロット圧Ｐｔが大きいほどスプール制御指令は大きくなる。
【００９１】
アームシリンダ流入量の目標値Ｑｔに対応する目標スプール変位量ｘｔは、予め不揮発性記憶装置に記憶されている。メインポンプ１４の斜板傾転角、すなわち、レギュレータ１３に対する制御指令の値に基づいて算出されてもよい。目標スプール変位量ｘｔと目標スプール変位量ｘｔに対応するパイロット圧Ｐｔとの関係は、図８に示すような関係として、予め不揮発性記憶装置に記憶されている。更に、パイロット圧Ｐｔとパイロット圧Ｐｔに対応するスプール制御指令の値との関係も予め不揮発性記憶装置に記憶されている。すなわち、目標値Ｑｔに対応するスプール制御指令の値は、当初は、不揮発性記憶装置から読み出され、或いは、レギュレータ１３に対する制御指令の値に基づいて算出される。アタッチメント制御部３１は、このスプール制御指令を電磁弁５１Ｂに対して出力し、アーム制御弁１７Ｂにパイロット圧Ｐｔを作用させる。
【００９２】
アーム制御弁１７Ｂにパイロット圧Ｐｔが作用すると、アーム制御弁１７Ｂのスプールは、作動油の流体力によるスプール変位量ｘＳ（破線で描かれた両方向矢印参照。）と、無通油時スプール変位量ｘＮ（一点鎖線で描かれた両方向矢印参照。）との合計だけ変位する。図８の例は、アーム制御弁１７Ｂのスプールが、作動油の流体力によるスプール変位量ｘＳだけ無通油時スプール変位量ｘＮよりも大きく変位する様子を示している。但し、アーム制御弁１７Ｂのスプールの変位は、作動油の流体力によるスプール変位量ｘＳだけ無通油時スプール変位量ｘＮより小さい場合もある。
【００９３】
このときのアームスプール変位センサ１８Ｂの検出値であるスプール変位量ｘが目標スプール変位量ｘｔより大きい場合、アタッチメント制御部３１は、スプール制御指令が小さくなるように所定の補正幅でスプール制御指令を低減補正する。パイロット圧Ｐを小さくしてスプール変位量ｘを小さくするため、すなわち、目標スプール変位量ｘｔに近づけるためである。反対に、アームスプール変位センサ１８Ｂの検出値であるスプール変位量ｘが目標スプール変位量ｘｔより小さい場合、アタッチメント制御部３１は、スプール制御指令が大きくなるように所定の補正幅でスプール制御指令を増大補正する。パイロット圧Ｐを大きくしてスプール変位量ｘを大きくするため、すなわち、目標スプール変位量ｘｔに近づけるためである。
【００９４】
所定の補正幅は、アーム制御弁１７Ｂを通過する作動油の流量（通過流量）の推定値Ｑ１とアームシリンダ流入量の目標値Ｑｔとに基づいて決定される。推定値Ｑ１は、スプール制御指令の大きさに応じて一意に決まる無通油時スプール変位量ｘＮと、アームスプール変位センサ１８Ｂの検出値であるスプール変位量ｘと、式（５）とに基づいて算出される。所定の補正幅は、典型的には、推定値Ｑ１と目標値Ｑｔとの差が大きいほど大きい。
【００９５】
このようにして、アタッチメント制御部３１は、作動油の流体力によるスプール変位量ｘＳと無通油時スプール変位量ｘＮとの合計であるスプール変位量ｘを目標スプール変位量ｘｔに一致させるようにする。なお、作動油の流体力によるスプール変位量ｘＳは、メインポンプ１４の吐出量等に応じて変化するが、無通油時スプール変位量ｘＮは、スプール制御指令の大きさに応じて一意に決まる。
【００９６】
上述のように、本発明の実施例に係るショベルは、制御弁（例えばアーム制御弁１７Ｂ）を通過する作動油の流量である通過流量を制御するコントローラ３０を有する。そして、コントローラ３０は、通過流量の目標値Ｑｔとアームスプール変位センサ１８Ｂの検出値に基づいて算出される通過流量の推定値Ｑ１とに基づいて通過流量を制御する。コントローラ３０は、アーム制御弁１７Ｂを構成するスプールの前後の圧力差ΔＰを用いずに通過流量の推定値Ｑ１を算出する。そのため、メインポンプ１４の吐出圧とアームシリンダ８における作動油の圧力（シリンダ圧）との圧力差をスプールの前後の圧力差ΔＰとした上で通過流量を推定する場合よりも、アームシリンダ８に流入する作動油の流量を高精度に制御できる。
【００９７】
コントローラ３０は、望ましくは、制御弁（例えばアーム制御弁１７Ｂ）を通過する作動油がその制御弁に及ぼす流体力に基づいて通過流量の推定値を算出する。典型的には、アームスプール変位センサ１８Ｂの検出値を式（５）のスプール変位量ｘに代入して推定値Ｑ１を算出する。そのため、コントローラ３０は、スプールの前後の圧力差ΔＰを特定することなく、通過流量を推定できる。すなわち、メインポンプ１４の吐出圧とシリンダ圧との圧力差をスプールの前後の圧力差ΔＰとする手法等によってスプールの前後の圧力差ΔＰを特定する際に不可避的に含まれてしまう誤差の影響を回避できる。その結果、スプールの前後の圧力差ΔＰを特定する場合よりも、アームシリンダ８に流入する作動油の流量を高精度に制御できる。また、流体力を考慮するため、自動的に或いは半自動的にアームシリンダ８を僅かに伸縮させる場合であっても、アームシリンダ８に流入する作動油の流量を高精度に制御できる。
【００９８】
本発明の実施例に係るショベルは、望ましくは、油圧アクチュエータに関する操作装置２６の操作量とは独立して、パイロット式スプール弁である制御弁に作用するパイロット圧を調整可能な電磁弁を備えている。例えば、アームシリンダ８に関する操作装置２６であるアーム操作レバー２６Ｂの操作量とは独立して、アーム制御弁１７Ｂに作用するパイロット圧を調整可能な電磁弁５１Ｂを備えている。電磁弁５１Ｂは、基本的には、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じたパイロット圧をアーム制御弁１７Ｂに対して出力する。その上で、電磁弁５１Ｂは、必要に応じて、アーム操作レバー２６Ｂの操作量とは無関係に、アーム制御弁１７Ｂに対するパイロット圧を増減できるように構成されている。この構成により、電磁弁５１Ｂは、アームシリンダ８を自動的に或いは半自動的に伸縮させることができる。
【００９９】
コントローラ３０は、油圧アクチュエータに関する操作装置２６の操作量とは独立して、電磁スプール弁である制御弁に対する制御電流を調整できるように構成されていてもよい。例えば、コントローラ３０は、基本的には、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じたパイロット電流を電磁スプール弁としてのアーム制御弁１７Ｂに対して出力する。その上で、コントローラ３０は、必要に応じて、アーム操作レバー２６Ｂの操作量とは無関係に、アーム制御弁１７Ｂに対するパイロット電流を増減できるように構成されている。この構成により、コントローラ３０は、アームシリンダ８を自動的に或いは半自動的に伸縮させることができる。
【０１００】
アタッチメント制御部３１は、ショベルを制御するための制御装置であるコントローラ３０で動作する機能要素として構成されているが、コントローラ３０とは別の油圧制御装置として構成されていてもよい。この場合、油圧制御装置は、制御弁を通過する作動油の流量である通過流量を制御する独立した装置として構成されていてもよい。また、制御機構５０に組み込まれていてもよい。そして、油圧制御装置は、通過流量の目標値と制御弁のスプールの変位を検出するスプール変位センサの検出値に基づいて算出される通過流量の推定値とに基づいて通過流量を制御する。例えば、油圧制御装置は、アーム制御弁１７Ｂを構成するスプールの前後の圧力差ΔＰを用いずに通過流量の推定値Ｑ１を算出した上で、通過流量の目標値Ｑｔと推定値Ｑ１とに基づいて通過流量を制御する。そのため、メインポンプ１４の吐出圧とアームシリンダ８における作動油の圧力との圧力差をスプールの前後の圧力差ΔＰとした上で通過流量を推定する場合よりも、アームシリンダ８に流入する作動油の流量を高精度に制御できる。
【０１０１】
以上、本発明の好ましい実施例が説明された。しかしながら、本発明は、上述した実施例に限定されることはない。上述した実施例は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、上述の実施例を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。
【０１０２】
例えば、上述の実施例では、アタッチメント自動制御処理は、掘削アタッチメントを全自動で動作させるために実行される。しかしながら、アタッチメント自動制御処理は、例えば、掘削アタッチメントを半自動で動作させるために実行されてもよい。アタッチメント自動制御処理は、例えば、整地作業等のために操作者がアーム閉じ操作を行っているときに、バケット６の爪先が目標面（水平面）に沿って移動するようブーム４を自動的に上昇させる際に実行されてもよい。この場合、動作パターンを構成するブームシリンダ流入量（目標値）は、例えば、アーム操作レバー２６Ｂに関する操作圧センサ２９の検出値、アームシリンダストロークセンサＳ８の検出値等から導き出されてもよい。
【０１０３】
また、上述の実施例では、油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーが開示されている。具体的には、アーム操作レバー２６Ｂに関する油圧式パイロット回路では、パイロットポンプ１５からリモコン弁２７Ｂへ供給される作動油が、アーム操作レバー２６Ｂの傾倒によって開閉されるリモコン弁２７Ｂの開度に応じた流量で、アーム制御弁１７Ｂのパイロットポートへ伝達される。
【０１０４】
但し、このような油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーではなく、電気式パイロット回路を備えた電気式操作レバーが採用されてもよい。この場合、電気式操作レバーのレバー操作量は、電気信号としてコントローラ３０へ入力される。また、パイロットポンプ１５と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置される。電磁弁は、コントローラ３０からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、電気式操作レバーを用いた手動操作が行われると、コントローラ３０は、レバー操作量に対応する電気信号によって電磁弁を制御してパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。なお、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーのレバー操作量に対応するコントローラ３０からの電気信号に応じて動作する。
【符号の説明】
【０１０５】
１・・・下部走行体  １Ｌ・・・左側走行油圧モータ  １Ｒ・・・右側走行油圧モータ  ２・・・旋回機構  ２Ａ・・・旋回油圧モータ  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  １０・・・キャビン  １１・・・エンジン  １３・・・レギュレータ  １４・・・メインポンプ  １５・・・パイロットポンプ  １７・・・コントロールバルブ  １７Ａ・・・ブーム制御弁  １７Ｂ・・・アーム制御弁  １７Ｃ・・・バケット制御弁  １７Ｄ・・・左走行モータ制御弁  １７Ｅ・・・右走行モータ制御弁  １７Ｆ・・・旋回制御弁  １７Ｌ・・・左側パイロットポート  １７Ｒ・・・右側パイロットポート  １８・・・スプール変位センサ  ２６・・・操作装置  ２６Ｂ・・・アーム操作レバー  ２８・・・吐出圧センサ  ２９・・・操作圧センサ  ２９Ｌ、２９Ｒ・・・パイロット圧センサ  ３０・・・コントローラ  ３１・・・アタッチメント制御部  ４０・・・情報取得装置  ５０・・・制御機構  ５１、５２Ｌ、５２Ｒ・・・電磁弁  Ｃ１〜Ｃ４、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２・・・管路
【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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