(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機により駆動され流量を制御するための制御部を有する複数の油圧ポンプと、前記複数の油圧ポンプから吐出された作動油によって動作する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの動作を指示する操作装置と、前記複数の油圧ポンプのうち第１と第２の油圧ポンプから吐出された作動油の流れをそれぞれ制御する第１と第２の方向制御弁と、前記第１と第２の方向制御弁を流通した作動油を合流して前記油圧アクチュエータに作用させる合流回路とを備えた作業機械に設けられ、
前記操作装置からの指示を受けて前記複数の油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ吐出される作動油の流量を制御する油圧制御部を備えた作業機械の制御装置において、
前記複数の油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出装置と、
前記油圧アクチュエータの速度を検出する速度検出装置と、
前記第１と第２の油圧ポンプと前記第１と第２の方向制御弁との間にそれぞれ設けられ、前記第１と第２の油圧ポンプから前記第１と第２の方向制御弁へ吐出された作動油の圧力をそれぞれ制御する第１と第２の圧力制御弁とを備え、
前記油圧制御部は、
前記操作装置の操作量に基づいて、前記油圧アクチュエータを動作させる目標速度を演算する目標速度演算部と、
前記第１及び第２の油圧ポンプと前記第１及び第２の方向制御弁との接続関係が前記操作装置の操作量に応じて設定された接続情報を記憶する記憶部と、
前記目標速度演算部によって演算された目標速度及び前記記憶部に記憶された接続情報に基づいて、前記第１と第２の方向制御弁から前記油圧アクチュエータへ供給する作動油の各目標流量を演算する目標流量演算部と、
前記速度検出装置によって検出された速度と前記目標流量演算部によって演算された各目標流量とに基づいて、前記油圧アクチュエータの目標駆動圧を演算すると共に、当該目標駆動圧を、前記目標流量演算部にて演算された前記各目標流量及び所定の圧力制御特性に応じて補正して、前記第１と第２の方向制御弁から前記油圧アクチュエータに作用させる作動油の第１及び第２の目標駆動圧を演算する目標駆動圧演算部と、
前記吐出圧検出装置によって検出された前記第１と第２の油圧ポンプからの各吐出圧、及び前記目標駆動圧演算部によって演算された第１及び第２の目標駆動圧に基づき、前記第１と第２の油圧ポンプの各目標吐出量を演算し、その結果を前記第１と第２の油圧ポンプの制御部へ出力する目標吐出量演算部とを備え、
前記所定の圧力制御特性は、前記第１と第２の圧力制御弁の作動油の通過流量の増加に伴って当該第１と第２の圧力制御弁の二次側の圧力が減少する特性であり、
前記第１の圧力制御弁が、前記目標駆動圧演算部によって演算された第１の目標駆動圧に応じた制御信号によって、前記第２の圧力制御弁が、前記目標駆動圧演算部によって演算された第２の目標駆動圧に応じた制御信号によって、それぞれ駆動することを特徴とする作業機械の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械の制御装置において、
前記第１と第２の方向制御弁から前記油圧アクチュエータへ供給される作動油の各流量を検出する流量検出装置を備え、
前記目標駆動圧演算部は、前記速度検出装置によって検出された速度と前記目標流量演算部によって演算された各目標流量とに基づいて、前記油圧アクチュエータの目標駆動圧を算出し、さらにこの算出した油圧アクチュエータの目標駆動圧、前記各目標流量、及び前記流量検出装置によって検出された各流量に基づいて、前記第１及び第２の目標駆動圧を演算することを特徴とする作業機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に設けられ、複数の油圧ポンプから油圧アクチュエータへ作動油を吐出して作業機械を駆動するのに好適な作業機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、油圧ショベル等の作業機械の低燃費化やアーム等の作業機の駆動に用いられる油圧システムの高効率化を実現するために、ブリードオフ制御による油圧ポンプの吐出量の絞り捨ての損失を低減して、エネルギー効率を向上させると共に、油圧ポンプの吐出圧を操作装置の操作量に応じて制御可能とし、操作性能も向上させるようにした従来技術の１つとして、例えば、下記の特許文献１に記載の作業機械の制御装置が知られている。
【０００３】
この従来技術の作業機械の制御装置では、コントローラは、操作量検出器からの操作量信号に基づいて、操作量信号が増加するに従って増加する目標ポンプ吐出圧力を算出する目標ポンプ圧力設定部と、操作量信号に基づいて、操作量信号が増加するに従って増加するポンプ流量上限値を算出するポンプ流量上限設定部とを有し、目標ポンプ圧力設定部で算出した目標ポンプ吐出圧力と、ポンプ流量上限設定部で算出したポンプ流量上限値と、圧力検出器で検出した油圧ポンプの吐出圧力とに基づいて油圧ポンプの傾転量が制御されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０７３５４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示された従来技術の作業機械の制御装置では、１つの油圧ポンプに対して複数の油圧アクチュエータを備えた作業機械においても、他の油圧アクチュエータとの動作干渉等がない独立した制御性能が得られると共に、油圧ポンプからの余剰油の損失等がなく、油圧システムにおいて優れた流量効率が得られる。しかしながら、油圧アクチュエータの動作速度を高めるために、２つの油圧ポンプや３つの油圧ポンプ等の複数の油圧ポンプから吐出された作動油（圧油）の流量を合流して油圧アクチュエータに作用させるようにした油圧ショベル等の作業機械に対して、上述の従来技術の作業機械の制御装置を適用すると、不具合が生じる可能性がある。
【０００６】
例えば、油圧ショベルのアームの動作は、ブームやバケット等と比較して高い速度が要求されるので、複数の油圧ポンプを含む作業機械においてアームを高速で動作させる場合には、複数の油圧ポンプのうち第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプから吐出された作動油をそれぞれ方向制御弁へ流通させた後、これらの作動油をアームシリンダへ接続される手前の油路・配管で合流してアームシリンダに供給することが一般に行われる。
【０００７】
一方、従来技術の作業機械の制御装置では、コントローラが目標ポンプ圧力設定部で算出した目標ポンプ吐出圧力と圧力検出器で検出した油圧ポンプの吐出圧力とに基づいて、油圧ポンプの傾転量を制御するようにしているが、上述の作業機械におけるアームシリンダへの作動油の流通過程を考慮すると、各油圧ポンプの圧力制御の精度の相違、あるいは油圧回路を接続する配管や方向制御弁等の構成上の異なりから生じる油路・配管の抵抗等の機器類のバラツキにより、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプの吐出量の配分が予定していたものに対してずれが生じる可能性がある。この場合には、第１の油圧ポンプと第２の油圧ポンプに対して吐出圧力の制御がそれぞれ行われるので、これらの油圧ポンプのうち流れ易い側からの作動油の供給量が多くなり、流れ難い側からの作動油の供給量が少なくなる。このように、機器類のバラツキによって第１の油圧ポンプ及び第２の油圧ポンプからの作動油の流量が想定通りに定まらず、油圧アクチュエータの制御性能が低下することが懸念されている。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、複数の油圧ポンプから吐出された作動油によって油圧アクチュエータが動作する作業機械であっても、機器類のバラツキ等による不具合を解消して油圧アクチュエータの良好な制御性能を得ることができる作業機械の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の作業機械の制御装置は、原動機により駆動され流量を制御するための制御部を有する複数の油圧ポンプと、前記複数の油圧ポンプから吐出された作動油によって動作する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの動作を指示する操作装置と、前記複数の油圧ポンプのうち第１と第２の油圧ポンプから吐出された作動油の流れをそれぞれ制御する第１と第２の方向制御弁と、前記第１と第２の方向制御弁を流通した作動油を合流して前記油圧アクチュエータに作用させる合流回路とを備えた作業機械に設けられ、前記操作装置からの指示を受けて前記複数の油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ吐出される作動油の流量を制御する油圧制御部を備えた作業機械の制御装置において、前記複数の油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出装置と、前記油圧アクチュエータの速度を検出する速度検出装置と、前記第１と第２の油圧ポンプと前記第１と第２の方向制御弁との間にそれぞれ設けられ、前記第１と第２の油圧ポンプから前記第１と第２の方向制御弁へ吐出された作動油の圧力をそれぞれ制御する第１と第２の圧力制御弁とを備え、前記油圧制御部は、前記操作装置の操作量に基づいて、前記油圧アクチュエータを動作させる目標速度を演算する目標速度演算部と、前記第１及び第２の油圧ポンプと前記第１及び第２の方向制御弁との接続関係が前記操作装置の操作量に応じて設定された接続情報を記憶する記憶部と、前記目標速度演算部によって演算された目標速度及び前記記憶部に記憶された接続情報に基づいて、前記第１と第２の方向制御弁から前記油圧アクチュエータへ供給する作動油の各目標流量を演算する目標流量演算部と、前記速度検出装置によって検出された速度と前記目標流量演算部によって演算された各目標流量とに基づいて、前記油圧アクチュエータの目標駆動圧を演算すると共に、当該目標駆動圧を、前記目標流量演算部にて演算された前記各目標流量及び所定の圧力制御特性に応じて補正して、前記第１と第２の方向制御弁から前記油圧アクチュエータに作用させる作動油の第１及び第２の目標駆動圧を演算する目標駆動圧演算部と、前記吐出圧検出装置によって検出された前記第１と第２の油圧ポンプからの各吐出圧、及び前記目標駆動圧演算部によって演算された第１及び第２の目標駆動圧に基づき、前記第１と第２の油圧ポンプの各目標吐出量を演算し、その結果を前記第１と第２の油圧ポンプの制御部へ出力する目標吐出量演算部とを備え、前記所定の圧力制御特性は、前記第１と第２の圧力制御弁の作動油の通過流量の増加に伴って当該第１と第２の圧力制御弁の二次側の圧力が減少する特性であり、前記第１の圧力制御弁が、前記目標駆動圧演算部によって演算された第１の目標駆動圧に応じた制御信号によって、前記第２の圧力制御弁が、前記目標駆動圧演算部によって演算された第２の目標駆動圧に応じた制御信号によって、それぞれ駆動することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の作業機械の制御装置によれば、複数の油圧ポンプから吐出された作動油によって油圧アクチュエータが動作する作業機械であっても、機器類のバラツキ等による不具合を解消して油圧アクチュエータの良好な制御性能を得ることができる。なお、上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る制御装置の第１実施形態が適用される作業機械の一例として挙げた油圧ショベルの構成を示す外観図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る方向制御弁の構成を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るコントローラの構成を示す機能ブロック図である。
【図５】図４に示すブーム用の目標駆動圧演算部の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図４に示すアーム用の目標駆動圧演算部の構成を示す機能ブロック図である。
【図７】図４に示すバケット用の目標駆動圧演算部の構成を示す機能ブロック図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る圧力制御機構のうち油圧ポンプの制御に関する構成を説明する図であり、（ａ）図はその圧力制御特性を示す図、（ｂ）図はその具体的な構成の一例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る圧力制御機構のうち圧力制御弁の制御に関する構成を説明する図であり、（ａ）図はその圧力制御特性を示す図、（ｂ）図はその具体的な構成の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係るアーム用の各方向制御弁を流通する作動油の流量と圧力との関係を示す図であり、（ａ）図は油圧ポンプ及び圧力制御弁に機器類のバラツキが生じていない図、（ｂ）図は油圧ポンプ及び圧力制御弁に機器類のバラツキが生じている図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るアーム用の目標駆動圧演算部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る油圧ポンプの制御に関する構成を説明する図であり、（ａ）図はその圧力制御特性を示す図、（ｂ）図はその具体的な構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る作業機械の制御装置を実施するための形態を図に基づいて説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
本発明に係る制御装置の第１実施形態は、作業機械、例えば図１に示す油圧ショベル１に適用される。この油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に旋回装置３Ａを介して旋回可能に取付けられた旋回体３と、この旋回体３の前方に取り付けられ、上下方向に回動するフロント作業機４とから構成されている。
【００１４】
このフロント作業機４は、基端が旋回体３に回動可能に取り付けられて上下方向に回動するブーム４Ａと、このブーム４Ａの先端に回動可能に取り付けられたアーム４Ｂと、このアーム４Ｂの先端に回動可能に取り付けられたバケット４Ｃとを有している。旋回体３は、前方に配置され、オペレータが搭乗するキャブ７と、後方に配置され、車体のバランスを保つカウンタウェイト６と、これらキャブ７とカウンタウェイト６との間に配置され、原動機としてのエンジン１１（図２参照）を格納するエンジンルーム５と、このエンジンルーム５内のエンジン１１に取り付けられ、エンジン１１の回転数を検出する回転数センサ１１Ａ（図２参照）とを備えている。
【００１５】
図２に示すように、旋回体３には、エンジン１１と、このエンジン１１の駆動力で回転し、フロント作業機４を駆動する圧油としての作動油を吐出する複数の可変容量型斜板式油圧ポンプ（以下、便宜的に油圧ポンプと呼ぶ）１２、１３と、油圧ポンプ１２，１３の回転軸に対する斜板（図示せず）の傾転角制御するレギュレータ１２ａ，１３ａと、レギュレータ１２ａ，１３ａに対し傾転角の指令信号を出力する制御弁１２ｂ，１３ｂと、作動油を貯蔵する作動油タンク１４（図３参照）が設けられている。なお、油圧ポンプ１２，１３は、斜板式に限るものでなく、斜軸式など他の可変容量型機構を用いてもよい。
【００１６】
さらに、旋回体３には、油圧ポンプ１２，１３から吐出された作動油によって動作する複数の油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃと、油圧ポンプ１２，１３から吐出された作動油の流れを制御する方向制御弁１５Ａ，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃと、作動油タンク１４に接続され、後述の各操作装置１７Ａ〜１７Ｃへパイロット圧油としての作動油を供給するパイロットポンプ（図示せず）等が設けられている。
【００１７】
油圧アクチュエータ４ａは、旋回体３とブーム４Ａとを接続し、伸縮することによってブーム４Ａを回動させるブームシリンダである。油圧アクチュエータ４ｂは、ブーム４Ａの上側に配置されると共にブーム４Ａとアーム４Ｂとを接続し、伸縮することによってアーム４Ｂを回動させるアームシリンダである。油圧アクチュエータ４ｃは、アーム４Ｂとバケット４Ｃとを接続し、伸縮することによってバケット４Ｃを回動させるバケットシリンダである。なお、油圧ショベル１には、これらの油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃの他、旋回装置３Ａを駆動する旋回モータ、及び走行体２を駆動する走行モータ等（図示せず）の油圧アクチュエータも搭載されているが、これらの旋回モータ及び走行モータの駆動に関する説明は省略する。
【００１８】
方向制御弁１５Ａ，１５Ｂ２は、油圧ポンプ１２とブームシリンダ４ａとの間の管路５１を介して並列に接続されており、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｃは、油圧ポンプ１３とバケットシリンダ４ｃとの間の管路５２を介して並列に接続されている。さらに、方向制御弁１５Ａは、管路５３Ａを介してブームシリンダ４ａのボトム室に接続されると共に、管路５３Ｂを介してブームシリンダ４ａのロッド室に接続されている。
【００１９】
方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２は、管路５４Ａを介してアームシリンダ４ｂのボトム室に接続されると共に、管路５４Ｂを介してアームシリンダ４ｂのロッド室に接続されている。方向制御弁１５Ｃは、管路５５Ａを介してバケットシリンダ４ｃのボトム室に接続されると共に、管路５５Ｂを介してバケットシリンダ４ｃのロッド室に接続されている。従って、管路５４Ａ，５４Ｂが、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２を流通した作動油を合流してアームシリンダ４ｂに作用させる合流回路として機能する。
【００２０】
図３に示すように、方向制御弁１５Ａは、内部のスプールの左右の両端にそれぞれ形成され、パイロットポンプから電磁弁１６Ａ１，１６Ａ２を介して導かれたパイロット圧油が流入する受圧室１５Ａ１，１５Ａ２を有し、スプールはパイロット圧に応じた量だけ移動する。また、方向制御弁１５Ａは、例えば、センタバイパス油路がないクローズドセンタ型であり、ブリードオフ回路を備えていないものである。
【００２１】
また、後述の圧力制御弁２４Ａ（図２参照）が管路５１のうち方向制御弁１５Ａよりも作動油の流れの上流側に配置されているので、方向制御弁１５Ａのメータイン側の絞りが不要となる。これにより、方向制御弁１５Ａは、メータイン側の絞りの機能がない、又は開き勝手に設定されている。このような構成の方向制御弁１５Ａでは、受圧室１５Ａ１，１５Ａ２内のパイロット圧油の圧力（パイロット圧）を受けてスプールが左右方向へストロークすることにより、方向制御弁１５Ａの切換位置が右位置Ｒ、中立位置Ｎ、左位置Ｌのいずれかに切換えられる。
【００２２】
方向制御弁１５Ａの切換位置が右位置Ｒに切換えられると、方向制御弁１５Ａは、管路５１と管路５２Ａとを接続して、油圧ポンプ１２から吐出された作動油をブームシリンダ４ａのボトム室へ供給すると共に、管路５２Ｂと管路５３とを接続してブームシリンダ４ａのロッド室内の作動油を作動油タンク１４へ排出する。方向制御弁１５Ａの切換位置が中立位置Ｎに切換えられると、方向制御弁１５Ａはブームシリンダ４ａへの作動油の供給を遮断する。方向制御弁１５Ａの切換位置が左位置Ｌに切換えられると、方向制御弁１５Ａは、管路５１と管路５２Ｂとを接続して油圧ポンプ１２から吐出された作動油をブームシリンダ４ａのロッド室へ供給すると共に、管路５２Ａと管路５３とを接続してブームシリンダ４ａのボトム室内の作動油を作動油タンク１４へ排出する。なお、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃの構成は、上述した方向制御弁１５Ａと同様であるので、重複する説明を省略する。
【００２３】
キャブ７は、図２に示すように、ブームシリンダ４ａの動作を指示する操作装置１７Ａと、アームシリンダ４ｂの動作を指示する操作装置１７Ｂと、バケットシリンダ４ｃの動作を指示する操作装置１７Ｃとを有している。操作装置１７Ａの操作量に応じた信号は、図３に示す電磁弁１６Ａ１，１６Ａ２に送られ、操作量に応じてパイロットポンプから導かれたパイロット圧油の圧力を減圧する。なお、操作装置１７Ｂ，１７Ｃについても、各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃに対して、上述した操作装置１７Ａと同様の機能を有する。
【００２４】
本発明の第１実施形態では、各方向制御弁１５Ａ，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃと油圧ポンプ１２，１３とを接続する管路５１，５２に設けられ、油圧ポンプ１２，１３の吐出圧を検出する吐出圧検出装置としての吐出圧センサ２１，２２と、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃの速度を検出する速度検出装置としての速度センサ２３Ａ〜２３Ｃとを有している。
【００２５】
さらに、管路５１のうち各方向制御弁１５Ａ，１５Ｂ２よりも作動油の流れの上流側にそれぞれ設けられ、油圧ポンプ１２から各方向制御弁１５Ａ，１５Ｂ２へ吐出された作動油の圧力（駆動圧）を制御する圧力制御弁２４Ａ，２４Ｂ２と、管路５２のうち各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｃよりも作動油の流れの上流側にそれぞれ設けられ、油圧ポンプ１３から各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｃへ吐出された作動油の圧力を制御する圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｃと、油圧ポンプ１２，１３と各圧力制御弁２４Ａ，２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｃとの間に接続され、油圧ポンプ１２，１３から吐出される作動油が過剰となった場合に、作動油を作動油タンク１４へ流出させるリリーフ弁（図示せず）とを有している。
【００２６】
そして、本発明の第１実施形態は、各操作装置１７Ａ〜１７Ｃによる操作入力を受けて油圧ポンプ１２，１３から各油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃへ吐出される作動油の流量を制御する油圧制御部としてのコントローラ１００を備えている。なお、コントローラ１００には、操作装置１７Ａ〜１７Ｃが接続されており、また図示を省略しているが、吐出圧センサ２１，２２、速度センサ２３Ａ〜２３Ｃ、レギュレータ１２ａ，１３ａを制御する制御部としての制御弁１２ｂ，１３ｂ、及び圧力制御弁２４Ａ，２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｃが接続されている。
【００２７】
以下、本発明の第１実施形態に係るコントローラ１００の構成について、図４を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図４に示すように、コントローラ１００は、操作装置１７Ａの操作量に基づいて、ブームシリンダ４ａを動作させる目標速度を演算する目標速度演算部１０１と、操作装置１７Ｂの操作量に基づいて、アームシリンダ４ｂを動作させる目標速度を演算する目標速度演算部１０２と、操作装置１７Ｃの操作量に基づいて、バケットシリンダ４ｃを動作させる目標速度を演算する目標速度演算部１０３と、油圧ポンプ１２，１３と方向制御弁１５Ａ，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃとの接続関係が操作装置１７Ａ〜１７Ｃの操作量に応じて設定された接続情報を接続マップとして記憶する記憶部１０４とを含んでいる。
【００２９】
目標速度演算部１０１には、操作装置１７Ａの操作量とブームシリンダ４ａの目標速度との関係が、パイロット圧Ｐｉとブームシリンダ４ａへの作動油の供給流量との関係として予め設定されている。目標速度演算部１０２には、操作装置１７Ｂの操作量とアームシリンダ４ｂの目標速度との関係が同様に設定されている。目標速度演算部１０３には、操作装置１７Ｃの操作量とバケットシリンダ４ｂの目標速度との関係が同様に設定されている。そして、各目標速度演算部１０１〜１０３は、操作装置１７Ａ〜１７Ｃの各操作信号（パイロット圧）を入力し、上述の各関係に対して、操作装置１７Ａ〜１７Ｃの操作量を適用してブームシリンダ４ａ、アームシリンダ４ｂ、及びバケットシリンダ４ｃの各目標速度（作動油の供給量）を算出する。
【００３０】
記憶部１０４の接続マップは、例えば、油圧ショベル１の使用方法や動作頻度等の情報を基に、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃの優先度を考慮して、油圧ショベル１の様々な作業に関して油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃと方向制御弁１５Ａ，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃとの最適な接続状態が定義付けられている。記憶部１０４は、操作装置１７Ａ〜１７Ｃの各操作信号を入力し、接続マップの中から操作装置１７Ａ〜１７Ｃの操作に適した接続関係を示す接続情報を抽出する。
【００３１】
また、コントローラ１００は、速度センサ２３Ａによって検出された速度及び目標速度演算部１０１によって演算された目標速度に基づいて、ブームシリンダ４ａを駆動するための目標駆動圧を演算する目標駆動圧演算部１２１と、速度センサ２３Ｂによって検出された速度及び目標速度演算部１０２によって演算された目標速度に基づいて、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂに作用させる目標駆動圧をそれぞれ演算する目標駆動圧演算部１２２と、速度センサ２３Ｃによって検出された速度及び目標速度演算部１０３によって演算された目標速度に基づいて、バケットシリンダ４ｃを駆動するための目標駆動圧を演算する目標駆動圧演算部１２３とを含んでいる。
【００３２】
本発明の第１実施形態では、目標駆動圧演算部１２１〜１２３による油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃの各目標駆動圧の演算は、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃの目標速度をこれらの油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃへ供給する作動油の目標流量に換算し、さらに油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃの速度（実速度）をこれらの油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃに実際に供給された作動油の流量に換算して行われる。
【００３３】
具体的には、コントローラ１００は、目標速度演算部１０１によって演算された目標速度及び記憶部１０４から抽出した接続情報に基づいて、方向制御弁１５Ａからブームシリンダ４ａへ供給される作動油の目標流量ＱＢｍ＿ｒｅｆを演算する目標流量演算部１１１と、目標速度演算部１０２によって演算された目標速度及び記憶部１０４から抽出した接続情報に基づいて、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂへ供給される作動油の各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆを演算する目標流量演算部１１２と、目標速度演算部１０３によって演算された目標速度及び記憶部１０４から抽出した接続情報に基づいて、方向制御弁１５Ｃからバケットシリンダ４ｃへ供給される作動油の目標流量ＱＢｋ＿ｒｅｆを演算する目標流量演算部１１３とを含んでいる。
【００３４】
図５に示すように、ブーム用の目標駆動圧演算部１２１は、速度センサ２３Ａによって検出されたブーム速度をブームシリンダ４ａに実際に供給された作動油の流量に換算する流量換算部１２１Ａと、流量換算部１２１Ａによって換算された流量と目標流量演算部１１１によって演算された目標流量ＱＢｍ＿ｒｅｆとの偏差に基づいて、比例制御、微分制御、及び積分制御を組み合わせたＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御部１２１Ｂとを有している。
【００３５】
このＰＩＤ制御部１２１Ｂは、流量換算部１２１Ａによって換算された流量と目標流量演算部１１１によって演算された目標流量ＱＢｍ＿ｒｅｆに対してＰＩＤ制御を行うことにより、上記偏差が解消する、すなわちブームシリンダ４ａの速度を目標速度に一致させるのに必要とされる目標駆動圧ＰＢｍ＿ｒｅｆを演算する。なお、ＰＩＤ制御部１２１ＢはＰＩＤ制御を用いているが、目標流量ＱＢｍ＿ｒｅｆに対して実際の流量を追従させることができる制御方式であれば良く、ＰＩＤに限るものではない。
【００３６】
図６に示すように、アーム用の目標駆動圧演算部１２２は、速度センサ２３Ｂによって検出されたアーム速度をアームシリンダ４ｂに実際に供給された作動油の流量に換算する流量換算部１２２Ａと、流量換算部１２２Ａによって換算された流量と目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆの合計との偏差に基づいて、比例制御、微分制御、及び積分制御を組み合わせたＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御部１２２Ｂとを有している。このＰＩＤ制御部１２２Ｂは、上述したＰＩＤ制御部１２１Ｂと同様にして目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆを算出する。
【００３７】
さらに、本発明の第１実施形態に係る目標駆動圧演算部１２２は、目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆ及び後述の圧力制御特性に応じて目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆを補正し、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂに作用させる作動油の各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆを演算する目標駆動圧補正部１２２Ｃを有している。なお、この目標駆動圧補正部１２２Ｃの具体的な機能を示す構成については、後で詳細に述べる。
【００３８】
図７に示すように、バケット用の目標駆動圧演算部１２３は、速度センサ２３Ｃによって検出されたバケット速度をバケットシリンダ４ｃに実際に供給された作動油の流量に換算する流量換算部１２３Ａと、流量換算部１２３Ａによって換算された流量と目標流量演算部１１３によって演算された目標流量ＱＢｋ＿ｒｅｆとの偏差に基づいて、比例制御、微分制御、及び積分制御を組み合わせたＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御部１２３Ｂとを有している。このＰＩＤ制御部１２３Ｂは、上述したＰＩＤ制御部１２１Ｂと同様にして目標駆動圧ＰＢｋ＿ｒｅｆを算出する。
【００３９】
そして、図４に示すように、目標駆動圧演算部１２１〜１２３は、算出した目標駆動圧ＰＢｍ＿ｒｅｆ，ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆ，ＰＢｋ＿ｒｅｆの制御信号を該当する圧力制御弁２４Ａ，２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｃへそれぞれ出力する。また、目標駆動圧演算部１２１，１２２は、算出した目標駆動圧ＰＢｍ＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆの制御信号を後述の目標吐出圧演算部１４１へそれぞれ出力し、目標駆動圧演算部１２２，１２３は、算出した目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＢｋ＿ｒｅｆを後述の目標吐出圧演算部１４２へそれぞれ出力する。
【００４０】
また、コントローラ１００は、目標流量演算部１１１によって演算された目標流量ＱＢｍ＿ｒｅｆに基づいて、方向制御弁１５Ａのスプールの移動を制御するスプール制御部１３１と、目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆに基づいて、方向制御弁１５Ｂのスプールの移動を制御するスプール制御部１３２と、目標流量演算部１１３によって演算された目標流量ＱＢｋ＿ｒｅｆに基づいて、方向制御弁１５Ｃのスプールの移動を制御するスプール制御部１３３とを含んでいる。
【００４１】
目標流量演算部１１１によって演算された目標流量Ｑｂｍ＿ｒｅｆが、方向制御弁１５Ａへ供給する目標の流量であるので、スプール制御部１３１は、このときのブームシリンダ４ａからの排出流量ＱＢｍｍｏを算出する。そして、スプール制御部１３１は、算出した排出流量ＱＢｍｍｏに設定するための方向制御弁１５Ａの開口量を算出し、この開口量だけ方向制御弁１５Ａが開口するように方向制御弁１５Ａのスプールを移動させる制御を行う。
【００４２】
ところで、上述した油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃからの排出流量は、モータ等の場合には流入作用する流量と等価であるが、片ロッドシリンダ等のように受圧面積が異なる場合にはその面積を換算する必要がある。従って、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃへの流入流量をＱｉｎ、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃからの排出流量をＱｏｕｔ、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃのボトム側の断面積をＡｂ、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃのロッド側の断面積Ａｒとすると、下記の数式（１）、（２）が成立する。なお、数式（１）は、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃが伸長するときの式であり、数式（２）は、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃが収縮するときの式である。
【数１】
0006585401.tif 000002
【数２】
0006585401.tif 000003
【００４３】
また、方向制御弁１５Ａを流通する流量をＱ、開口面積をＡ、１次側（油圧ポンプ１２側）と２次側（ブームシリンダ４ａ側）との有効差圧をΔＰ、作動油の密度をρ、流量係数をＣとすると、一般に以下の数式（３）が成立する。
【数３】
0006585401.tif 000004
【００４４】
数式（３）を整理すると、数式（４）が成立する。
【数４】
0006585401.tif 000005
【００４５】
従って、スプール制御部１３１は、この数式（４）を用いることにより、方向制御弁１５Ａの開口面積Ａを算出し、算出した開口面積Ａに対応する指令電流（パイロット指令）を電磁弁１６Ａ１，１６Ａ２へ出力することにより、方向制御弁１５Ａのスプールを移動させて方向制御弁１５Ａの開口量を調整することができる。なお、スプール制御部１３２，１３３についても、上述したスプール制御部１３１と同様であり、各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃの開口量を調整して各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃのスプールの移動を制御する。
【００４６】
さらに、コントローラ１００は、吐出圧センサ２１，２２によって検出された各吐出圧、目標駆動圧演算部１２１によって演算された目標駆動圧ＰＢｍ＿ｒｅｆ、目標駆動圧補正部１２２Ｃによって演算された各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆ、目標駆動圧演算部１２３によって演算された目標駆動圧ＰＢｋ＿ｒｅｆに応じて、油圧ポンプ１２，１３の各目標吐出量Ｑ１＿ｒｅｆ，Ｑ２＿ｒｅｆを演算し、油圧ポンプ１２，１３の各吐出量を演算した各目標吐出量Ｑ１＿ｒｅｆ，Ｑ２＿ｒｅｆに制御するようにしている。
【００４７】
具体的には、コントローラ１００は、目標駆動圧演算部１２１によって演算された目標駆動圧ＰＢｍ＿ｒｅｆ及び目標駆動圧補正部１２２Ｃによって演算された目標駆動圧ＰＡｍ２＿ｒｅｆに応じて、油圧ポンプ１２の目標吐出圧Ｐ１＿ｒｅｆを演算する目標吐出圧演算部１４１と、目標駆動圧補正部１２２Ｃによって演算された目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ及び目標駆動圧演算部１２３によって演算された目標駆動圧ＰＢｋ＿ｒｅｆに応じて、油圧ポンプ１３の目標吐出圧Ｐ２＿ｒｅｆを演算する目標吐出圧演算部１４２とを含んでいる。
【００４８】
また、コントローラ１００は、吐出圧センサ２２によって検出された吐出圧及び目標吐出圧演算部１４１によって演算された目標吐出圧Ｐ１＿ｒｅｆに応じて、油圧ポンプ１２の目標吐出量Ｑ１＿ｒｅｆを演算する目標吐出量演算部１５１と、吐出圧センサ２１によって検出された吐出圧及び目標吐出圧演算部１４２によって演算された目標吐出圧Ｐ２＿ｒｅｆに応じて、油圧ポンプ１３の目標吐出量Ｑ２＿ｒｅｆを演算する目標吐出量演算部１５２とを含んでいる。
【００４９】
目標吐出圧演算部１４１は、目標駆動圧演算部１２１によって演算された目標駆動圧ＰＢｍ＿ｒｅｆと目標駆動圧補正部１２２Ｃによって演算された目標駆動圧ＰＡｍ２＿ｒｅｆのうち大きい方を選択して油圧ポンプ１２の目標吐出圧Ｐ１＿ｒｅｆとして算出する。同様に、目標吐出圧演算部１４２は、目標駆動圧補正部１２２Ｃによって演算された目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆと目標駆動圧演算部１２３によって演算された目標駆動圧ＰＢｋ＿ｒｅｆのうち大きい方を選択して油圧ポンプ１３の目標吐出圧Ｐ２＿ｒｅｆとして算出する。
【００５０】
目標吐出量演算部１５１は、ＰＩＤ制御部１２１Ｂ〜１２３Ｂと同様に、吐出圧センサ２２によって検出された吐出圧と目標吐出圧演算部１４１によって演算された目標吐出圧Ｐ１＿ｒｅｆに対してＰＩＤ制御を行うことにより、これらの吐出圧と目標吐出圧Ｐ１＿ｒｅｆとの偏差が解消する、すなわち油圧ポンプ１２の吐出圧を目標吐出圧Ｐ１＿ｒｅｆに一致させるのに必要とされる目標吐出量Ｑ１＿ｒｅｆを算出する。
【００５１】
目標吐出量演算部１５２は、ＰＩＤ制御部１２１Ｂ〜１２３Ｂと同様に、吐出圧センサ２１によって検出された吐出圧と目標吐出圧演算部１４２によって演算された目標吐出圧Ｐ２＿ｒｅｆに対してＰＩＤ制御を行うことにより、これらの吐出圧と目標吐出圧Ｐ２＿ｒｅｆとの偏差が解消する、すなわち油圧ポンプ１３の吐出圧を目標吐出圧Ｐ２＿ｒｅｆに一致させるのに必要とされる目標吐出量Ｑ２＿ｒｅｆを算出する。そして、目標吐出量演算部１５１，１５２は、算出した目標吐出量Ｑ１＿ｒｅｆ，Ｑ２＿ｒｅｆの制御信号を制御弁１２ｂ，１３ｂへそれぞれ出力する。
【００５２】
ここで、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１は、複数の油圧ポンプ１２，１３及び合流回路を利用した油圧システムに見られる機器類のバラツキ等による不具合を解消するために、負荷流量に対して油圧ポンプ１２，１３の吐出圧及び圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２の２次側（方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２側）の圧力がそれぞれ変化する圧力制御特性を具備するように構成された圧力制御機構３０を備えている。
【００５３】
この圧力制御機構３０の圧力制御特性は、例えば、油圧ポンプ１２，１３の吐出量が増加するに従って油圧ポンプ１２，１３の吐出圧をそれぞれ減少させるように設定されている。また、圧力制御機構３０の圧力制御特性は、例えば、圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２を通過した作動油の流量が増加するに従って圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２を通過した作動油の圧力をそれぞれ減少させるように設定されている。
【００５４】
以下、このような圧力制御機構３０の構成について、図８、図９を参照しながら詳細に説明する。
【００５５】
図８（ａ）に示す圧力制御機構３０の圧力制御特性では、例えば、油圧ポンプ１２の吐出量Ｑ１に対する油圧ポンプ１２の吐出圧Ｐ１の傾きａが所定の負の値に設定されている（ａ＜０）。そして、図８（ｂ）に示すように、圧力制御機構３０は、油圧ポンプ１２の吐出圧Ｐ１の制御フィードバック系に対して油圧ポンプ１２の傾転量ｑと回転数Ｎの積から求まる油圧ポンプ１２の吐出量Ｑ１（＝ｑ×Ｎ）に基づいて、油圧ポンプ１２の吐出圧Ｐ１が減少するようにフィードバックすることにより、図８（ａ）に示す圧力制御特性を得ることができる。なお、圧力制御機構３０の構成は、上述した図８（ｂ）に示す構成に限らず、図８（ａ）に示す圧力制御特性が得られるものであれば、他の構成であっても良い。また、圧力制御機構３０の油圧ポンプ１３の制御に関する構成についても、上述した圧力制御機構３０の油圧ポンプ１２の制御に関する構成と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００５６】
図９（ａ）に示す圧力制御機構３０の圧力制御特性では、例えば、圧力制御弁２４Ｂ２の作動油の通過流量ＱＡｍ２に対する圧力制御弁２４Ｂ２の２次側（方向制御弁１５Ｂ２側）の圧力ＰＡｍ２の傾きａが所定の負の値に設定されている（ａ＜０）。そして、図９（ｂ）に示すように、圧力制御機構３０は、圧力制御弁２４Ｂ２を通過した作動油の流量ＱＡｍ２が増加するに従って、その作動油の圧力ＰＡｍ２によって圧力制御弁２４Ｂ２のリフト量が大きくなり、圧力制御弁２４Ｂ２が閉じる方向へ押し戻される構成になっている。これにより、圧力制御弁２４Ｂ２の作動油の通過流量ＱＡｍ２の増加に伴って圧力制御弁２４Ｂ２の２次側の圧力ＰＡｍ２が減少する圧力制御特性を得ることができる。なお、圧力制御機構３０の構成は、上述した図９（ｂ）に示す構成に限らず、図９（ａ）に示す圧力制御特性が得られるものであれば、他の構成であっても良い。また、圧力制御機構３０の圧力制御弁２４Ｂ１の制御に関する構成についても、上述した圧力制御機構３０の圧力制御弁２４Ｂ２の制御に関する構成と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００５７】
このように、圧力制御機構３０の圧力制御特性において、負荷流量に対してある程度の傾きａを持たせて油圧ポンプ１２，１３の吐出圧Ｐ１，Ｐ２及び圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２の２次側の圧力ＰＡｍ１，ＰＡｍ２を制御することに特徴があり、この傾きａの大きさは、例えば、負荷流量が０〜最大値の範囲でどの程度の圧力を低下させるかで決定すれば良い。具体的には、油圧ポンプ１２，１３や圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２の機器類のバラツキによる圧力の変動範囲や合流回路である管路５４Ａ，５４Ｂまでの配管等の管路５１，５２における圧力損失の相違等が機器類のバラツキの主な要因として考慮する必要があるので、これらの要因に対して十分に大きな値となるように傾きａの大きさを設定することが望ましい。
【００５８】
次に、本発明の第１実施形態に係る目標駆動圧演算部１２２の目標駆動圧補正部１２２Ｃの具体的な機能を示す構成について、図６を参照しながら詳細に説明する。
【００５９】
図６に示すように、目標駆動圧補正部１２２Ｃは、例えば、目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆに圧力制御機構３０の圧力制御特性における傾きａを乗算し、得られた各値をＰＩＤ制御部１２２Ｂによって演算された目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆに加算することにより、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂに作用させる作動油の各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆを算出する。すなわち、下記の数式（５）、（６）が成立する。
【数５】
0006585401.tif 000006
【数６】
0006585401.tif 000007
【００６０】
一方、圧力制御弁２４Ａ，２４Ｃは、方向制御弁１５Ａ，１５Ｃへ供給する作動油の各圧力を、目標駆動圧演算部１２１，１２３によって演算された各目標駆動圧ＰＢｍ＿ｒｅｆ，ＰＢｋ＿ｒｅｆに制御する。また、圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２は、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２へ供給する作動油の各圧力を、上述のように目標駆動圧補正部１２２Ｃによって演算された各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆに制御する。
【００６１】
次に、このように構成した本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１の動作について詳細に説明する。以下の説明において、本発明の第１実施形態の内容を分かり易くするために、油圧ショベル１の単独動作としてアーム４Ｂの回動動作が行われる場合を示す。
【００６２】
図４に示すように、キャブ７内のオペレータが操作装置１７Ｂを操作すると、目標流量演算部１１２が、操作装置の操作量及び記憶部１０４から抽出した接続情報に基づいて、各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆを演算する。次に、図６に示すように、目標駆動圧演算部１２２は、速度センサ２３Ｂによって検出された速度から換算された流量と目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆの合計に対してＰＩＤ制御を行うことにより、目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆを算出する。
【００６３】
その後、目標駆動圧演算部１２２は、算出した目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆ、目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆ、及び圧力制御機構３０の圧力制御特性の傾きａから各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆを算出する。
【００６４】
そして、目標駆動圧演算部１２２は、各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆの制御信号を圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２へ出力することにより、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２へ供給される作動油の各圧力が圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２によって目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆに制御される。一方、目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆからスプール制御部１３２によって各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２のスプールの移動が制御される。すなわち、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２のメータアウト側の絞りが調整される。
【００６５】
また、目標駆動圧演算部１２２は目標駆動圧ＰＡｍ２＿ｒｅｆの制御信号を目標吐出圧演算部１４１へ出力すると、目標吐出圧演算部１４１は、目標駆動圧ＰＢｍ＿ｒｅｆが０であることから、目標駆動圧ＰＡｍ２＿ｒｅｆを油圧ポンプ１２の目標吐出圧Ｐ１＿ｒｅｆとして算出する。同様に、目標駆動圧演算部１２２は各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆの制御信号を目標吐出圧演算部１４２へ出力すると、目標吐出圧演算部１４２は、目標駆動圧ＰＢｋ＿ｒｅｆが０であることから、目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆを、油圧ポンプ１３の目標吐出圧Ｐ２＿ｒｅｆとして算出する。
【００６６】
次に、目標吐出量演算部１５１は、吐出圧センサ２２によって検出された吐出圧と目標吐出圧演算部１４１によって演算された目標吐出圧Ｐ１＿ｒｅｆに対してＰＩＤ制御を行うことにより、目標吐出量Ｑ１＿ｒｅｆを算出する。同様に、目標吐出量演算部１５２は、吐出圧センサ２１によって検出された吐出圧と目標吐出圧演算部１４２によって演算された目標吐出圧Ｐ２＿ｒｅｆに対してＰＩＤ制御を行うことにより、目標吐出量Ｑ２＿ｒｅｆを算出する。
【００６７】
そして、各目標吐出量演算部１５１，１５２は、目標吐出量Ｑ１＿ｒｅｆ，Ｑ２＿ｒｅｆの制御信号を制御弁１２ｂ，１３ｂへ出力することにより、油圧ポンプ１２，１３の各吐出量が制御弁１２ｂ，１３ｂによって各目標吐出量Ｑ１＿ｒｅｆ，Ｑ２＿ｒｅｆに制御される。これにより、図１０（ａ）に示すように、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２側にそれぞれ必要とされるアームシリンダ４ｂの目標駆動圧力ＰＡｍ＿ｒｅｆに対して、本来の目的の流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆ付近で実際の作動油の流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２を制御することができる。
【００６８】
図１０（ｂ）は油圧ポンプ１２，１３や圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２に機器類のバラツキが生じた場合に、各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２を流通する作動油の流量と圧力との関係を示している。なお、図１０（ｂ）において、破線は想定した設計仕様のアームシリンダ４ｂの目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆ、実線はある動作時に各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂへ作用させる作動油の目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆ、一点鎖線はこの目標駆動圧ＰＡｍ２＿ｒｅｆ側のみ機器類のバラツキが生じたと仮定した場合のその上下限を示している。
【００６９】
図１０（ｂ）に示すように、各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂへ供給される作動油の流量ＱＡｍ２は、圧力制御機構３０の圧力制御特性における傾きａにより定まる流量の範囲内で制御されることになるので、目標流量ＱＡｍ２＿ｒｅｆに対して実際の流量ＱＡｍ２が大きく外れていないことが把握される。このように、機器類のバラツキが生じても、アームシリンダ４ｂの目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆに対して、圧力制御機構３０の圧力制御特性における傾きａを持たせてある程度の作動油の流量の変動を許容することにより、機器類のバラツキに伴う作動油の流量の誤差を吸収することができる。これにより、各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２における目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆに対して実際の流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２が大きく外れることを抑制することができる。
【００７０】
このように構成した本発明の第１実施形態によれば、各油圧ポンプ１２，１３の圧力制御の精度の相違、あるいは管路５１，５２や方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２等の構成上の異なりから生じる油路・配管の抵抗等の機器類のバラツキが生じても、圧力制御機構３０の圧力制御特性における傾きａを考慮して、コントローラ１００によって油圧ポンプ１２，１３の各吐出量を制御することにより、油圧ポンプ１２，１３から油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃへ供給される流量配分を想定した通りに実現することができる。これにより、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃの良好な制御性能を得ることができるので、油圧ショベル１の動作において優れた安定性を確保することができる。
【００７１】
また、本発明の第１実施形態では、圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２において、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２を流通する作動油の各圧力が、目標駆動圧補正部１２２Ｃによって演算された各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆに制御されることにより、各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂへ作用させる作動油の流量が、それぞれ必要とされる目的の流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆに制限されるので、各油圧ポンプ１２，１３から吐出された作動油によってアームシリンダ４ｂを適切に動作させることができる。これにより、油圧ショベル１の作業において、ブーム４Ａやバケット４Ｃと比較して高い速度が求められ易いアーム４Ｂの速度特性を十分に向上させることができる。
【００７２】
［第２実施形態］
本発明に係る作業機械の制御装置の第２実施形態は、図１１に示すように、上述した第１実施形態に係る圧力制御機構３０の代わりに、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂへ供給される作動油の各流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２（図１２参照）を検出する流量検出装置３１を備えている。そして、目標駆動圧演算部１２２は、速度センサ２３Ｂによって検出された速度と目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆとに基づいて、アームシリンダ４ｂの目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆを算出し、さらにこの算出したアームシリンダ４ｂの目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆ、上記各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆ、及び流量検出装置３１によって検出された各流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２に基づいて、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂに作用させる作動油の各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆを演算する。
【００７３】
具体的には、図１２に示すように、本発明の第２実施形態に係る目標駆動圧補正部１２２Ｄは、目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆと流量検出装置３１によって検出された各流量との偏差が減少するように目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆを補正し、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂに作用させる作動油の各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆを演算する。
【００７４】
以下、本発明の第２実施形態に係る流量検出装置３１及び目標駆動圧補正部１２２Ｄの構成の詳細を順に説明する。なお、以下の説明において、本発明の第２実施形態の内容を分かり易くするために、上述した第１実施形態と同様に、油圧ショベル１の単独動作としてアーム４Ｂの回動動作が行われる場合の構成を示す。
【００７５】
本発明の第２実施形態では、図１１に示すコントローラ１００は、図１２に示すように、吐出圧センサ２１，２２によって検出された各吐出圧に応じて、油圧ポンプ１２，１３の各吐出量ＱＰｍｐ１，ＱＰｍｐ２（図１２参照）を演算する吐出量演算部１６１，１６２を含んでいる。また、図１２に示す目標駆動圧演算部１２２は、吐出量演算部１６１，１６２の演算結果及び流量換算部１２１Ａ，１２３Ａの換算結果を入力し、吐出量演算部１６１，１６２によって演算された各吐出量ＱＰｍｐ１，ＱＰｍｐ２及び流量換算部１２１Ａ，１２３Ａによって換算された各流量ＱＢｍ，ＱＢｋに基づいて、方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２からアームシリンダ４ｂへ供給される作動油の各流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２を演算する流量演算部１２２Ｅを含んでいる。
【００７６】
ここで、油圧アクチュエータ４ａ〜４ｃへの流量と速度との関係については、本発明の各実施形態に係る油圧ショベル１のようなリリーフ弁による余剰油の損失等がほとんどない油圧回路に対して作動油の流量の収支に基づく考え方が適用可能であり、作動油の各流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２を簡易的に求めることができる。すなわち、図１１に示す油圧回路の構成から下記の数式（７）、（８）が成立する。
【数７】
0006585401.tif 000008
【数８】
0006585401.tif 000009
【００７７】
また、油圧ショベル１の単独動作としてアーム４Ｂの回動動作が行われる場合には、流量ＱＢｍ，ＱＢｋは０になるので、これらを上記の数式（７）、（８）に代入すると、下記の数式（９）、（１０）が成立する。
【数９】
0006585401.tif 000010
【数１０】
0006585401.tif 000011
【００７８】
従って、流量演算部１２２Ｅは、これらの数式（９）、（１０）に吐出量演算部１６１，１６２によって演算された各吐出量ＱＰｍｐ１，ＱＰｍｐ２を代入するだけで良い。このように、本発明の第２実施形態では、速度センサ２３Ａ，２３Ｃ、流量換算部１２１Ａ，１２３Ａ、吐出量演算部１６１，１６２、及び流量演算部１２２Ｅが流量検出装置３１として機能する。
【００７９】
一方、目標駆動圧補正部１２２Ｄは、例えば、目標流量演算部１１２によって演算された各目標流量ＱＡｍ１＿ｒｅｆ，ＱＡｍ２＿ｒｅｆから流量演算部１２２Ｅによって演算された各流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２を減算した上で所定の比例ゲインａを乗算し、得られた各値をＰＩＤ制御部１２２Ｂによって演算された目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆに加算することにより、各目標駆動圧ＰＡｍ１＿ｒｅｆ，ＰＡｍ２＿ｒｅｆを算出する。すなわち、下記の数式（１１）、（１２）が成立する。なお、数式（１１）、（１２）において、比例ゲインａは制御補償の強さの度合いを決定するものであり、第１実施形態に係る圧力制御機構３０の圧力制御特性の傾きａに相当するものである。
【数１１】
0006585401.tif 000012
【数１２】
0006585401.tif 000013
【００８０】
このような流量検出装置３１及び目標駆動圧補正部１２２Ｄの構成により、図１３（ａ）に示すように、負荷流量に対して油圧ポンプ１２，１３の吐出圧Ｐ１，Ｐ２及び圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２の２次側（方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２側）の圧力ＱＡｍ１，ＱＡｍ２がそれぞれ変化しない圧力制御特性を得ることができる。そして、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル１は、図１３（ｂ）に示すように、一般的な制御特性である負荷流量によらずに圧力を制御できる構成で良いので、油圧ショベル１における油圧回路の構成の簡易化を図ることができる。その他の第２実施形態の構成は、上述した第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル１の動作においても、目標駆動圧補正部１２２Ｄによる目標駆動圧ＰＡｍ＿ｒｅｆの補正が行われる前に、流量演算部１２２Ｅによる各流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２の演算が行われること以外は、上述した第１実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００８１】
このように構成した本発明の第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、第１実施形態のように、負荷流量に対して油圧ポンプ１２，１３の吐出圧及び圧力制御弁２４Ｂ１，２４Ｂ２の２次側の圧力を意図的に変化させなくても良いので、アームシリンダ４ｂへ供給する作動油の流量の制御を精度良く実現することができる。これにより、油圧ポンプ１２，１３から吐出された作動油によって動作するアームシリンダ４ｂの制御性能を十分に向上させることができる。
【００８２】
なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【００８３】
また、本発明の各実施形態は、油圧ショベル１の単独動作としてアーム４Ｂの回動動作が行われる場合について説明したが、この場合に限らず、例えば、油圧ショベル１の複合動作としてブーム４Ａの回動動作及びアーム４Ｂの回動動作を行う場合等についても同様に適用することができる。このような場合には、本発明の第２実施形態に係る流量演算部１２２Ｅは、上記の数式（７）、（８）に吐出量演算部１６１，１６２によって演算された各吐出量ＱＰｍｐ１，ＱＰｍｐ２及び流量換算部１２１Ａ，１２３Ａによって換算された各流量ＱＢｍ，ＱＢｋを代入することにより、各流量ＱＡｍ１，ＱＡｍ２を演算することができる。
【００８４】
また、本発明の各実施形態では、油圧ショベル１が２つの油圧ポンプ１２，１３と４つの方向制御弁１５Ａ，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃを備えた場合について説明したが、油圧ポンプ及び方向制御弁の個数はこの場合に限定されるものではない。また、本発明の各実施形態は、各方向制御弁１５Ｂ１，１５Ｂ２から合流回路としての管路５４Ａ，５４Ｂを介して合流した作動油をアームシリンダ４ｂに作用させる構成について説明したが、この場合に限らず、合流した作動油をブームシリンダ４ａに作用させる構成にしてもよいし、各種の組合せを適用しても良い。
【符号の説明】
【００８５】
１  油圧ショベル（作業機械）
４ａ  ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４ｂ  アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４ｃ  バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１１  エンジン
１２，１３  油圧ポンプ
１２ｂ，１３ｂ  制御弁（制御部）
１５Ａ，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃ  方向制御弁
１７Ａ〜１７Ｃ  操作装置
２１，２２  吐出圧センサ（吐出圧検出装置）
２３Ａ〜２３Ｃ  速度センサ（速度検出装置）
２４Ａ，２４Ｂ１，２４Ｂ２，２４Ｃ  圧力制御弁
３０  圧力制御機構
３１  流量検出装置
５４Ａ，５４Ｂ  管路（合流回路）
１００  コントローラ（油圧制御部）
１０１〜１０３  目標速度演算部
１０４  記憶部
１１１〜１１３  目標流量演算部
１２１〜１２３  目標駆動圧演算部
１２１Ａ〜１２３Ａ  流量換算部
１２１Ｂ〜１２３Ｂ  ＰＩＤ制御部
１２２Ｃ，１２２Ｄ  目標駆動圧補正部
１２２Ｅ  流量演算部
１３１〜１３３  スプール制御部
１４１，１４２  目標吐出圧演算部
１５１，１５１  目標吐出量演算部
１６１，１６２  吐出量演算部
【図１】
0006585401.tif 000014
【図２】
0006585401.tif 000015
【図３】
0006585401.tif 000016
【図４】
0006585401.tif 000017
【図５】
0006585401.tif 000018
【図６】
0006585401.tif 000019
【図７】
0006585401.tif 000020
【図８】
0006585401.tif 000021
【図９】
0006585401.tif 000022
【図１０】
0006585401.tif 000023
【図１１】
0006585401.tif 000024
【図１２】
0006585401.tif 000025
【図１３】
0006585401.tif 000026