(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動アクチュエータ、この電動アクチュエータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備え、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュエータを駆動する建設機械の駆動装置において、
前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標速度信号を出力する目標速度信号発生手段と、前記電動アクチュエータの実際の速度を検出し実速度信号を出力する実速度信号発生手段と、
前記目標速度信号と前記実速度信号との差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段と、
前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出力トルク信号発生手段と、
前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出力トルク信号発生手段と、
前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する目標信号選択手段とを備え、
前記目標信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記電力変換手段に前記作動指令信号を出力することにより前記電動アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする建設機械の駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の駆動装置において、前記第１及び第２の目標出力トルク信号発生手段は、前記電動アクチュエータの駆動方向に応じて、かつそれが加速される場合と減速される場合とでそれぞれ異なる関数関係に基づき前記第１及び第２の目標出力トルク信号を演算することを特徴とする建設機械の駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載の建設機械の駆動装置において、前記電動アクチュエータは複数あり、これに対応して前記操作指令手段、電力変換手段、目標速度信号発生手段、実速度信号発生手段、速度偏差信号発生手段、第１の目標出力トルク信号発生手段、第２の目標出力トルク信号発生手段、目標信号選択手段も複数あり、前記複数の第１及び第２の目標出力トルク信号発生手段は、前記複数の電動アクチュエータのそれぞれに対応した異なる関数関係に基づき前記第１及び第２の目標出力トルク信号を演算することを特徴とする建設機械の駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械の駆動装置において、前記目標速度信号発生手段は、前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づいて演算した目標速度信号にその時間的変化割合を所定の値に制限する処理を行い、その処理を行った値を前記目標速度信号として出力することを特徴とする建設機械の駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載の建設機械の駆動装置において、前記実速度信号に対して予め定められた関数関係に基づき許容最大トルク信号を発生する第３の目標出力トルク信号発生手段を更に備え、前記目標信号選択手段は、前記第１及び第２の目標出力トルク信号と前記許容最大トルク信号のうち絶対値が最も小さいものを目標値として選択することを特徴とする建設機械の駆動装置。
【請求項６】
電動アクチュエータ、この電動アクチュエータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備え、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュエータを駆動する駆動装置を有する建設機械において、
前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標速度信号を出力する目標速度信号発生手段と、前記電動アクチュエータの実際の速度を検出し実速度信号を出力する実速度信号発生手段と、
前記目標速度信号と前記実速度信号との差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段と、
前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出力トルク信号発生手段と、
前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出力トルク信号発生手段と、
前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する目標信号選択手段とを備え、
前記目標信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記電力変換手段に前記作動指令信号を出力することにより前記電動アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする建設機械。
【請求項７】
電動アクチュエータ、この電動アクチュエータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備えた建設機械で、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュエータを駆動するためにコンピュータを、
前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標速度信号を出力する目標速度信号発生手段、
前記目標速度信号と前記電動アクチュエータの実際の速度を検出する実速度信号発生手段からの実速度信号との差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段、
前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出力トルク信号発生手段、
前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出力トルク信号発生手段、
前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する目標信号選択手段、
として機能させ、前記目標信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記電力変換手段に前記作動指令信号を出力することにより前記電動アクチュエータの駆動を制御するための建設機械の駆動プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベル等の建設機械の駆動装置、建設機械及び建設機械の駆動プログラムに係わり、特に、電動アクチュエータを用いた電気駆動式の建設機械の駆動装置、建設機械及び建設機械の駆動プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネ等の観点からアクチュエータとして電動アクチュエータを用いた電気駆動式の建設機械の検討が進められている。ここで、電動アクチュエータとしては、例えば電動機で直接旋回等の被駆動部材を駆動するもの、電動機で油圧ポンプを回転して油圧アクチュエータを駆動するものなど、種々の方式がある。例えば特開２０００−２８３１０７号公報には両者の混合方式が提案されており、特開２００１−１０７８３号公報には電動機で直接旋回装置を駆動する方式が提案されている。このような電気駆動式建設機械では、操作レバー装置として電気レバー方式を用い、その操作指令信号をコントローラで演算処理しインバータを介して各電動アクチュエータを駆動制御する。
【０００３】
また、操作レバー装置として電気レバー方式を用い、その操作指令信号をコントローラで演算処理して油圧ポンプの吐出量を制御し、アクチュエータを制御するものとして特開昭５８−７２７６２号公報に記載の油圧駆動装置の制御装置がある。このものでは、可変容量型の油圧ポンプと油圧モータとを閉回路若しくは半閉回路で接続し、油圧ポンプの吐出量を制御することにより、操作レバーの操作量に応じて駆動圧力及び流量の最大値を規定する所定の圧力流量制御パターンとなるよう制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【０００５】
特開２０００−２８３１０７号公報や特開２００１−１０７８３号公報に記載されるような電気駆動式の建設機械において、操作レバー装置から出力される操作指令信号に基づいて各電動アクチュエータを駆動制御する場合、その操作指令信号をコントローラで演算処理しなければならない。そのとき、操作指令信号（レバー操作量）と電動アクチュエータの目標速度及び目標出力トルクとの関係を適切に設定し、目標速度に至る前は目標トルクになるように制御しかつ目標速度に近づくと目標速度になるように制御し、その間を滑らかにつなげ、加減速度の急変のない良好な操作性を得る必要がある。しかし、特開２０００−２８３１０７号公報や特開２００１−１０７８３号公報ではその点についての検討がされていないか不十分である。特に、特開２００１−１０７８３号公報では旋回用の電動アクチュエータの目標速度信号と実速度信号の偏差（速度偏差）を用いてトルク制御を行っているが、目標トルクと最大加速トルクと旋回速度との関係の検討がなされておらず、トルク制御から目標速度への制御の移行が適切に行えず加減速度が急変する可能性がある。また、旋回以外のアクチュエータに適用した場合は、速度偏差が急に大きくなったときに急に大きなトルクが生じ、この点でも加減速度が急変する可能性がある。
【０００６】
特開昭５８−７２７６２号公報では、操作レバーの操作量を一定にして加減速する際、操作レバーの操作量に対応した速度になるまでは一定の加減速度で加減速が継続し、操作レバーの操作量に対応する速度に達した途端に加減速度がゼロになるという経過を辿り、ショックが発生して操作フィーリングを損ねる場合がある。これを操作によって防止しようとすると、目標速度に近づくに従って操作レバーを微妙に操作して加減速度を微少にコントロールすることが必要になり、オペレータの負担を増すことになる。
【０００７】
本発明の第１の目的は、油圧ショベル等の建設機械において、トルク制御から目標速度への制御へ移行が適切に行え、電動アクチュエータの加減速度の急変を防止して操作性を向上することのできる建設機械の駆動装置、建設機械及び建設機械の駆動プログラムを提供することである。
【０００８】
本発明の第２の目的は、電動アクチュエータの駆動方向や加速中か減速中かに応じて最適の特性を付与することを可能にし、更に良好な操作性を得ることのできる建設機械の駆動装置を提供することである。
【０００９】
本発明の第３の目的は、電動アクチュエータ毎に最適の加速・減速の特性を付与することを可能にし、更に良好な操作性を得ることのできる建設機械の駆動装置を提供することである。
【００１０】
本発明の第４の目的は、電動アクチュエータの目標速度信号と実速度信号の偏差を用いてトルク制御を行う場合に、その速度偏差が急に大きくなっても円滑に電動アクチュエータを駆動することができる建設機械の駆動装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記第１の目的を達成するために、本発明は、電動アクチュエータ、この電動アクチュエータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備え、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュエータを駆動する建設機械の駆動装置において、前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標速度信号を出力する目標速度信号発生手段と、前記電動アクチュエータの実際の速度を検出し実速度信号を出力する実速度信号発生手段と、前記目標速度信号と前記実速度信号との差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段と、前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出力トルク信号発生手段と、前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出力トルク信号発生手段と、前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する目標信号選択手段とを備え、前記目標信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記電力変換手段に前記作動指令信号を出力することにより前記電動アクチュエータの駆動を制御するものとする。
【００１２】
このように目標速度信号発生手段、実速度信号発生手段、速度偏差信号発生手段、第１の目標出力トルク信号発生手段、第２の目標出力トルク信号発生手段、目標信号選択手段を設け、目標速度信号から求めた第１の目標出力トルク信号と速度偏差信号から求めた第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方のものを目標値として選択し、電動アクチュエータを駆動することにより、例えば電動アクチュエータの加速操作時、駆動初期は第１の目標出力トルク信号＜第２の目標出力トルク信号となり、第１の目標出力トルク信号に応じて電動アクチュエータは加速され、操作指令手段の操作量に応じて電動アクチュエータを増速でき、オペレータの操作フィーリングに合った加速感が得られる。また、その後、第１の目標出力トルク信号＞第２の目標出力トルク信号になると第２の目標出力トルク信号に応じて電動アクチュエータの速度は増大し、このとき、速度偏差信号は実速度信号が目標速度信号に近づくにしたがい０に近づくため、第２の目標出力トルク信号も実速度信号が目標速度信号に近づくにしたがい小さくなり、実速度信号が目標速度信号に達すると加速は０となる。このため、トルク制御から目標速度への制御の移行が適切に行え、電動アクチュエータはショックを生じることなく目標速度まで加速され、電動アクチュエータの加減速度の急変を防止して操作性を向上することができる。
【００１３】
（２）また、上記第２の目的を達成するため、本発明は、上記（１）の駆動装置において、前記第１及び第２の目標出力トルク信号発生手段は、前記電動アクチュエータの駆動方向に応じて、かつそれが加速される場合と減速される場合とでそれぞれ異なる関数関係に基づき前記第１及び第２の目標出力トルク信号を演算するものとする。
【００１４】
これにより電動アクチュエータの駆動方向や加速中か減速中かに応じて最適の特性を付与することが可能となり、更に良好な操作性を得ることができる。
【００１５】
（３）更に、上記第３の目的を達成するために、本発明は、上記（１）の駆動装置において、前記電動アクチュエータは複数あり、これに対応して前記操作指令手段、電力変換手段、目標速度信号発生手段、実速度信号発生手段、速度偏差信号発生手段、第１の目標出力トルク信号発生手段、第２の目標出力トルク信号発生手段、目標信号選択手段も複数あり、前記複数の第１及び第２の目標出力トルク信号発生手段は、前記複数の電動アクチュエータのそれぞれに対応した異なる関数関係に基づき前記第１及び第２の目標出力トルク信号を演算するものとする。
【００１６】
これにより電動アクチュエータ毎に最適の加速・減速の特性を付与することが可能となり、更に良好な操作性を得ることができる。
【００１７】
（４）また、上記第４の目的を達成するために、本発明は、上記（１）において、前記目標速度信号発生手段は、前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づいて演算した目標速度信号にその時間的変化割合を所定の値に制限する処理を行い、その処理を行った値を前記目標速度信号として出力するものとする。
【００１８】
このように目標速度信号の時間的変化割合を所定の値に制限することにより、操作指令手段の急操作などで目標速度と実速度の偏差が急に大きくなっても、目標速度信号と実速度信号の差である速度偏差信号は所定の値に制限され、電動アクチュエータの速度の急変が防止され、より円滑に電動アクチュエータを駆動することができる。
【００１９】
（５）また、上記（１）において、好ましくは、前記実速度信号に対して予め定められた関数関係に基づき許容最大トルク信号を発生する第３の目標出力トルク信号発生手段を更に備え、前記目標信号選択手段は、前記第１及び第２の目標出力トルク信号と前記許容最大トルク信号のうち絶対値が最も小さいものを目標値として選択する。
【００２０】
これにより第１及び第２の目標出力トルク信号が許容最大トルク信号より大きい場合は目標値は許容最大トルク信号に制限され、電動アクチュエータの出力トルクが定格トルクを越えることが防止され、電動アクチュエータの寿命を向上できる。
【００２１】
（６）また、上記第１の目的を達成するために、本発明は、電動アクチュエータ、この電動アクチュエータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備え、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュエータを駆動する駆動装置を有する建設機械において、前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標速度信号を出力する目標速度信号発生手段と、前記電動アクチュエータの実際の速度を検出し実速度信号を出力する実速度信号発生手段と、前記目標速度信号と前記実速度信号との差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段と、前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出力トルク信号発生手段と、前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出力トルク信号発生手段と、前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する目標信号選択手段とを備え、前記目標信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記電力変換手段に前記作動指令信号を出力することにより前記電動アクチュエータの駆動を制御するものとする。
【００２２】
これにより上記（１）で述べたように、電動アクチュエータはショックを生じることなく目標速度まで加速され、電動アクチュエータの加減速度の急変を防止して操作性を向上することができる。
【００２３】
（７）更に、上記第１の目的を達成するために、本発明は、電動アクチュエータ、この電動アクチュエータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備えた建設機械で、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュエータを駆動するためにコンピュータを、前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標速度信号を出力する目標速度信号発生手段、前記目標速度信号と前記電動アクチュエータの実際の速度を検出する実速度信号発生手段からの実速度信号との差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段、前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出力トルク信号発生手段、前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出力トルク信号発生手段、前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する目標信号選択手段、として機能させ、前記目標信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記電力変換手段に前記作動指令信号を出力することにより前記電動アクチュエータの駆動を制御するための建設機械の駆動プログラムを提供する。
【００２４】
これにより上記（１）で述べたように、電動アクチュエータはショックを生じることなく目標速度まで加速され、電動アクチュエータの加減速度の急変を防止して操作性を向上することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施の形態に係わる建設機械の駆動装置の全体構成を示す図である。
【００２７】
図１において、本実施の形態に係わる建設機械の駆動装置は、建設機械の所用部材を駆動する電動アクチュエータ１〜６と、電動アクチュエータ１〜６に対する操作指令信号を出力する電気式操作レバー装置７〜１２と、電動アクチュエータ１〜６を駆動する電力を制御するインバータ１３〜１８と、電動アクチュエータ１〜６の実際の速度を検出して実速度信号を出力する回転数センサ１９〜２４と、電動アクチュエータ１〜６駆動する電力をインバータ１３〜１８に供給するバッテリ２５と、インバータ１３〜１８に対する作動指令信号を生成し出力するコントローラ２６と、バッテリ２５に電力を充電する発電機２７と、発電機２７を回転させるエンジン２８とを備えている。
【００２８】
本実施の形態の駆動装置が係わる建設機械は例えば油圧ショベルであり、電動アクチュエータ１〜６は例えば油圧ショベルのブーム、アーム、バケット、左走行、右走行、旋回の各アクチュエータであり、操作レバー装置７〜１２はブーム、アーム、バケット、左走行、右走行、旋回の各操作指令信号を出力する。また、電動アクチュエータ１〜６はそれ自身が直接ブーム、アーム、バケット、左走行、右走行、旋回を駆動するものであってもよいし、電動アクチュエータで油圧ポンプを駆動し、この油圧ポンプの吐出油で油圧アクチュエータを駆動し、ブーム、アーム、バケット、左走行、右走行、旋回を駆動するものであってもよい。
電動アクチュエータとしては、通常、電動機を用いる。
【００２９】
図２にコントローラ２６の処理機能をフローチャートで示す。図２において、コントローラ２６はアクチュエータ１〜６に対応して手順１０１〜１０６で順次それぞれの処理を行い、手順１０７でアクチュエータ１〜６に対応するインバータ１３〜１８にそれぞれ指令を出力し、アクチュエータ１〜６に所望の作動を行わせる。
【００３０】
図３に手順１０１〜１０６の処理の詳細をフローチャートで示し、図４に手順１０７の処理の詳細をフローチャートで示す。これらフローチャートでは、各アクチュエータに付された番号１〜６を「ｉ」で代表して示している。
【００３１】
図３において、まず、手順１０８で電気式操作レバー装置７〜１２の操作指令信号Ｘｉ、回転数センサ１９〜２４の実速度信号Ｖｉを読込む。次いで、手順１０９で操作指令信号Ｘｉから目標速度信号Ｖｒｉ０を求める。この演算は、操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた図５に示すような目標速度信号Ｖｒｉ０の関数関係Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１をコントローラ２６の記憶装置に記憶しておき、この関数関係を用いて行う。ここで、関数関係Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は操作指令信号Ｘｉが正の場合のもの、関数関係Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１は操作指令信号Ｘｉが負の場合のものであり、例えば、アクチュエータ１，２に対しては関数関係Ｃ及びＦを、アクチュエータ３，４，５に対しては関数関係Ｂ及びＥを、アクチュエータ６に対しては関数関係Ａ及びＤを使用する。正負の符号は例えば前進走行方向であれば＋、後進走行方向であれば−、あるいは左方向旋回ならば＋、右方向旋回であれば−、クラウド方向であれば−、ダンプ方向であれば＋というように、操作方向あるいは作動方向を表す。これは以下の説明で用いる図６〜図１５についても同様である。
【００３２】
次に、手順１１０で目標速度信号Ｖｒｉ０と実速度信号Ｖｉとの差信号（速度偏差信号）ΔＶｉを演算し、手順１１１に移り、速度偏差信号ΔＶｉの絶対値と予め定められた許容値δｉとの大小関係を比較する。その結果、信号ΔＶｉの絶対値が許容値δｉ以下であれば手順１１３へ、信号ΔＶｉの絶対値が許容値δｉより大きければ手順１１２に進む。手順１１２では、信号ΔＶｉの正負を判別し、ΔＶｉ＜０であれば手順１１４へ、ΔＶｉ＞０であれば手順１１５へ移る。手順１１３では目標速度信号Ｖｒｉ０をそのまま有効目標速度信号ＶｒｉとするＶｒｉ＝Ｖｒｉ０の処理を行い、手順１１４では前回の有効目標速度信号Ｖｒｉから規定時間毎の増分ΔＳｉを差し引いてＶｒｉ＝Ｖｒｉ（前回）−ΔＳｉ、手順１１５では前回の有効目標速度信号Ｖｒｉに規定時間毎の増分ΔＳｉを加算してＶｒｉ＝Ｖｒｉ（前回）＋ΔＳｉの演算を行い、それぞれ今回の有効目標速度信号Ｖｒｉとする。次に、手順１１０Ａで改めて有効目標速度信号Ｖｒｉと実速度信号Ｖｉとの差信号（速度偏差信号）ΔＶｉを演算する。
【００３３】
ここで、目標速度信号Ｖｒｉ０をそのまま使用せず有効目標速度信号Ｖｒｉに置き換えて速度偏差信号ΔＶｉを演算するのは、有効目標速度信号Ｖｒｉの変化割合の最大値をΔＳｉとすることで目標速度信号Ｖｒｉ０の時間的変化を予め定められた値に制限し、オペレータが操作レバー装置の操作レバーを急操作し操作指令信号Ｘｉの変化（手順１１０で演算されたΔＶｉ）が大き過ぎるときのアクチュエータ速度の急変を防止するためである。なお、アクチュエータの特性によってはこの処理は必要でないアクチュエータがあり、このようなアクチュエータに対しては手順１１１〜１１０Ａは省略することができる。
【００３４】
次に、各アクチュエータに指令する目標トルクを求める手順に移る。この演算は、操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた図６〜図９に示すような目標トルクＴｒｉ１の関数関係Ａ２〜Ｃ２；Ａ３〜Ｃ３；Ｄ２〜Ｆ２；Ｄ３〜Ｆ３、速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた図１０〜図１３に示すような目標トルクＴｒｉ２の関数関係Ａ４〜Ｃ４；Ｄ４〜Ｆ４；Ａ５〜Ｃ５；Ｄ５〜Ｆ６、実速度信号Ｖｉに対して予め定められた図１４及び図１５に示すような許容最大トルクＴｒｉ３の関数関係Ａ６〜Ｃ６；Ａ７〜Ｃ７；Ｄ６〜Ｆ６；Ｄ７〜Ｆ７をコントローラ２６の記憶装置に記憶しておき、この関数関係を用いて行う。この場合も、関数関係Ａ２〜Ａ７，Ｂ２〜Ｂ７，Ｃ２〜Ｃ７は操作指令信号Ｘｉ、速度偏差信号ΔＶｉ、実速度信号Ｖｉが正の場合のもの、関数関係Ｄ２〜Ｄ７，Ｅ２〜Ｅ７，Ｆ２〜Ｆ７は操作指令信号Ｘｉ、速度偏差信号ΔＶｉ、実速度信号Ｖｉが負の場合のものである。
【００３５】
まず、手順１１６で操作指令信号Ｘｉの正負を判別し、正であれば手順１１７で速度偏差信号ΔＶｉの正負を判別し、ΔＶｉ≧０であればアクチュエータ作動指令方向が正の方向であり、かつ加速中であると判断して手順１１９へ、ΔＶｉ＜０であればアクチュエータ作動指令方向が正の方向であり、かつ減速中であると判断して手順１２３へ移る。手順１１６で操作指令信号Ｘｉが負であれば手順１１８で速度偏差信号ΔＶｉの正負を判別し、ΔＶｉ＞０であればアクチュエータ作動指令方向が負の方向であり、かつ減速中であると判断して手順１２７へ、ΔＶｉ≦０であればアクチュエータ作動指令方向が負の方向であり、かつ加速中であると判断して手順１３１へ移る。
【００３６】
手順１１９では図６に示した関数関係により操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ１を求め、次に手順１２０で図１０に示した関数関係により速度偏差信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２を求める。ここで、例えばアクチュェータ１〜３に対しては図６及び図１０の関数関係Ｂ２，Ｂ４により、アクチュェータ４，５に対しては図６及び図１０の関数関係Ｃ２，Ｃ４により、アクチュェータ６に対しては図６及び図１０の関数関係Ａ２，Ａ４により求めるものとし、これにより各アクチュエータに相応したトルク特性を選択することができる。続いて手順１２１で図１４に示した関数関係により、主として使用動力を各アクチュエータの仕様に基づく最大出力以内に制限する観点から、実速度信号Ｖｉに対して許容できる絶対値として最大となるトルク値Ｔｒｉ３を求める。ここでも例えばアクチュエータ１，２に対しては図１４の関数関係Ｃ６により、アクチュエータ３〜５に対しては図１４の関数関係Ｂ６により、アクチュェータ６に対しては図１４の関数関係Ａ６により求めるものとし、これにより各アクチュエータに相応した特性を選択することができる。続いて手順１２２で、以上のようにして求めたＴｒｉ１，Ｔｒｉ２，Ｔｒｉ３のうち絶対値が最も小さいもの、即ち全て正の値であることから符号を考慮した最小値を選択して最終的な目標トルクＴｒｉ０とする。
【００３７】
手順１２３では図７に示した関数関係により操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ１を求め、次に手順１２４で図１１に示した関数関係により速度偏差信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２を求める。ここで、例えばアクチュエータ１〜３に対しては図７及び図１１の関数関係Ｂ３，Ｅ４により、アクチュエータ４，５に対しては図７及び図１１の関す関係Ｃ３，Ｆ４により、アクチュェータ６に対しては図７及び図１１の関数関係Ａ３，Ｄ４により求めるものとし、これにより各アクチュエータに相応した特性を選択することができる。続いて手順１２５で図１５に示した関数関係により、主として使用動力を各アクチュエータの仕様に基づく最大出力以内に制限する観点から、実速度信号Ｖｉに対して許容できる絶対値として最大となるトルク値Ｔｒｉ３を求める。ここでも例えばアクチュエータ１，２に対しては図１５の関数関係Ｃ７により、アクチュエータ３〜５に対しては図１５の関数関係Ｂ７により、アクチュェータ６に対しては図１５の関数関係Ａ７により求めるものとし、これにより各アクチュエータに相応した特性を選択することができる。続いて手順１２６で、以上のようにして求めたＴｒｉ１，Ｔｒｉ２，Ｔｒｉ３のうち絶対値が最も小さいもの、即ち全て負の値であることから符号を考慮した最大値を選択して最終的な目標トルクＴｒｉ０とする。
【００３８】
同様に、手順１２７では図８に示した関数関係により操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ１を求め、次に手順１２８で図１２に示した関数関係により速度偏差信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２を求める。ここで、例えばアクチュエータ１〜３に対しては図８及び図１２の関数関係Ｅ２，Ｂ５により、アクチュェータ４，５に対しては図８及び図１２の関数関係Ｆ２，Ｃ５により、アクチュェータ６に対しては図８及び図１２の関数関係Ｄ２，Ａ５により求めるものとし、これにより各アクチュエータに相応した特性を選択することができる。続いて手順１２９で図１５に示した関数関係により、主として使用動力を各アクチュエータの仕様に基づく最大出力以内に制限する観点から、実速度信号Ｖｉに対して許容できる絶対値として最大となるトルク値Ｔｒｉ３を求める。ここでも例えばアクチュエータ１，２に対しては図１５の関数関係Ｆ７により、アクチュエータ３〜５に対しては図１５の関数関係Ｅ７により、アクチュェータ６に対しては図１５の関数関係Ｄ７により求めるものとし、これにより各アクチュエータに相応した特性を選択することができる。続いて手順１３０で、以上のようにして求めたＴｒｉ１，Ｔｒｉ２，Ｔｒｉ３のうちの絶対値の小さい方、即ち全て正の値であることから符号を考慮した最小値を選択して最終的な目標トルクＴｒｉ０とする。
【００３９】
手順１３１では図９に示した関数関係により操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ１を求め、次に手順１３２で図１３に示した関数関係により速度偏差信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２を求める。ここで例えばアクチュエータ１〜３に対しては図９及び図１３の関数関係Ｅ３，Ｅ５により、アクチュエータ４，５に対しては図９及び図１３の関数関係Ｆ３，Ｆ５により、アクチュェータ６に対しては図９及び図１３の関数関係Ｄ３，Ｄ５により求めるものとし、これにより各アクチュエータに相応したトルク特性を選択することができる。続いて手順１３３で図１４に示した関数関係により、主として使用動力を各アクチュエータの仕様に基づく最大出力以内に制限する観点から、実速度信号Ｖｉに対して許容できる絶対値として最大となるトルク値Ｔｒｉ３を求める。ここでも例えばアクチュエータ１，２に対しては図１４の関数関係Ｆ６により、アクチュエータ３〜５に対しては図１４の関数関係Ｅ６により、アクチュェータ６に対しては図１４の関数関係Ｄ６により求めるものとし、これにより各アクチュエータに相応した特性を選択することができる。続いて手順１３４で、以上のようにして求めたＴｒｉ１，Ｔｒｉ２，Ｔｒｉ３のうち絶対値が最も小さいもの、即ち全て負の値であることから符号を考慮した最大値を選択して最終的な目標トルクＴｒｉ０とする。
【００４０】
図１６は以上の処理を機能ブロック図で示すものである。ただし、図１６では、手順１１１〜１１５，１１０Ａの処理は省略した。図１６に示す各ブロックと図３及び図４に示したフローチャートの各手順との対応は次のようである。
【００４１】
ブロック３１：手順１０９
ブロック３２：手順１１０又は手順１１０Ａ
ブロック３４：手順１１９，１２３，１２７，１３１
ブロック３５：手順１２０，１２４，１２８，１３２
ブロック３６：手順１２１，１２５，１２９，１３３
ブロック３７：手順１２２，１２６，１３０，１３４
ブロック３８：手順１４１〜１３６（図４）
以上を「ｉ」に関して１から６まで繰り返すことにより、各アクチュエータに必要とされている所要トルク値Ｔｒ１０からＴｒ６０を求めることができる。
【００４２】
次に、図２の手順１０７において、図４に示すような処理を行う。
【００４３】
まず手順１４１で各アクチュエータが必要としているトルク値Ｔｒｉ０と各アクチュエータの実速度信号Ｖｉから、各アクチュエータが必要としている所要動力を求め、その全てを加算した合計所要動力Ｈを求める。このとき、各アクチュエータ毎に加速状態にあるアクチュエータではその所要動力を正の値として、また、減速状態にあるアクチュエータでは負の値として求める。次に手順１４２に移り、アクチュェータ１から６までを駆動するために許容される合計動力（バッテリ２５の容量とエンジン２８の出力とで決まる動力）Ｈ０と比較し、Ｈ≦Ｈ０であれば手順１４３に移り、α＝１として手順１４５に移る。手順１４２でＨ＞Ｈ０であれば手順１４４に移り、α＝Ｈ０／Ｈを求めて手順１４５に移る。手順１４５では各アクチュエータにて許容されるＴｒｉ＝α×Ｔｒｉ０を求める。次に手順１４６に移り、求められたＴｒｉを該当するインバータ１３〜１８にそれぞれのトルク指令値として出力する。
【００４４】
以上のように構成した本実施の形態においては、例えば、電動アクチュエータ１の駆動を意図して操作レバー装置７の操作レバーを操作すると、コントローラ２６では図３の例えば手順１１９，１２０，１２１において目標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２と許容最大トルクＴｒｉ３が計算され、そのうちの絶対値が最も小さいもの、即ちそれらの最小値を選択して最終的な目標トルクＴｒｉ０とし、この目標トルクＴｒｉ０が得られるようインバータ１３を制御し、電動アクチュエータ１を制御する。
【００４５】
図１７に、目標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２の小さい方を選択する場合の最終的な目標トルクＴｒｉ０（電動アクチュエータ１の出力トルク）と電動アクチュエータ１の実速度Ｖｉの経時的変化を示す。操作レバーの操作直後はＴｒｉ１＜Ｔｒｉ２で目標トルクＴｒｉ０としてＴｒｉ１が選択され、電動アクチュエータ１は目標トルクＴｒｉ１に応じて加速される。ここで目標トルクＴｒｉ１は操作指令信号Ｘｉから求められるものである。したがって、このときは操作レバーの操作量に応じて電動アクチュエータ１を増速でき、オペレータの操作フィーリングに合った加速感が得られる。その後、Ｔｒｉ１＞Ｔｒｉ２になると目標トルクＴｒｉ０としてＴｒｉ２が選択され、電動アクチュエータ１の速度は目標トルクＴｒｉ２に応じて増大する。ここで、目標トルクＴｒｉ２は速度偏差信号ΔＶｉから求められる値であり、速度偏差信号ΔＶｉは電動アクチュエータ１の実速度Ｖｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に近づくにつれて小さくなり、実速度Ｖｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に達すると０となる。したがって、このときは電動アクチュエータ１の加速度は電動アクチュエータ１の実速度Ｖｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に近づくにつれて小さくなり、実速度Ｖｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に達すると０となり、電動アクチュエータ１はスムーズに目標速度まで加速される。
【００４６】
図１８に、比較例として、操作指令信号Ｘｉから求めた目標トルクＴｒｉ１のみで電動アクチュエータ１を制御する場合の目標トルクＴｒｉ１（電動アクチュエータ１の出力トルク）と電動アクチュエータ１の実速度Ｖｉの経時的変化を示す。この場合は、操作レバーの操作量が一定であれば目標トルクＴｒｉ１も一定であるため、電動アクチュエータ１の実速度Ｖｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に達するまで電動アクチュエータ１は一定の加速度で増速し、電動アクチュエータ１の実速度Ｖｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に達すると加速度は０となる。このため電動アクチュエータ１が目標速度に達したときに意図しないショックを発生し、操作フィーリングが損なわれる。
【００４７】
なお、図示はしないが、速度偏差信号ΔＶｉから求めた目標トルクＴｒｉ２のみで電動アクチュエータ１を制御する場合は、操作レバーの操作直後もＴｒｉ２（＞Ｔｒｉ１）で目標トルクで加速されるため、加速度が過大となり、意図する以上のショックを発生し、やはり操作フィーリングが損なわれる。
【００４８】
また、本実施の形態では、上記のように目標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２だけでなく、これらと許容最大トルクＴｒｉ３の最小値を選択して目標トルクＴｒｉ０とする。このため、もし、目標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２の小さい方の値が許容最大トルクＴｒｉ３より大きい場合は、目標トルクＴｒｉ０はＴｒｉ３に制限され、電動アクチュエータ１の出力トルクが電動アクチュエータ１の仕様に基づく最大出力（定格トルク）を越えることが防止される。このため、電動アクチュエータ１はその定格トルクの範囲内で稼動することが保証され、電動アクチュエータ１の寿命を向上できる。
【００４９】
更に、本実施の形態では、操作指令信号Ｘｉから目標速度信号Ｖｒｉ０を求め、この目標速度信号Ｖｒｉ０から速度偏差信号ΔＶｉを求めるとき、目標速度信号Ｖｒｉ０をそのまま使用するのではなく、手順１１１〜１１５で有効目標速度信号Ｖｒｉに置き換えて速度偏差信号ΔＶｉを演算する。ここで、有効目標速度信号Ｖｒｉの増分はΔＳｉに制限されている。このため、オペレータが操作レバーを急操作し操作指令信号Ｘｉの変化（手順１１０で演算されたΔＶｉ）が大きくなり過ぎる場合など、速度偏差が急に大きくなったとしても、手順１２０で使用される速度偏差信号ΔＶｉはΔＳｉに制限され、電動アクチュエータ１の速度の急変を防止することができ、より円滑に電動アクチュエータ１を駆動することができる。
【００５０】
以上は電動アクチュエータ１を正の方向に駆動した場合の加速時について述べたが、負の方向に駆動した場合或いは減速時も同様である。
【００５１】
また、本実施の形態では、図６〜図１５に示したように、操作指令信号Ｘｉ、速度偏差信号ΔＶｉ、実速度信号Ｖｉが正の場合には関数関係Ａ２〜Ａ７，Ｂ２〜Ｂ７，Ｃ２〜Ｃ７を用い、負の場合は関数関係Ｄ２〜Ｄ７，Ｅ２〜Ｅ７，Ｆ２〜Ｆ７を用いると共に、電動アクチュエータが加速中は関数関係Ａ２，Ｂ２，Ｃ２；Ａ４，Ｂ４，Ｃ４；Ｄ３，Ｅ３，Ｆ３；Ｄ５，Ｅ５，Ｆ５；Ａ６，Ｂ６，Ｃ６；Ｄ６，Ｅ６，Ｆ６を用い、電動アクチュエータが減速中は関数関係Ａ３，Ｂ３，Ｃ３；Ｄ４，Ｅ４，Ｆ４；Ｄ２，Ｅ２，Ｆ２；Ａ５，Ｂ５，Ｃ５；Ａ７，Ｂ７，Ｃ７；Ｄ７，Ｅ７，Ｆ７を用いて目標トルクを計算し、電動アクチュエータをトルク制御するので、電動アクチュエータの駆動方向に応じ、また電動アクチュエータが加速中か減速中かに応じて最適の特性を付与することが可能となり、更に良好な操作性を得ることができる。
【００５２】
更に、本実施の形態では、図６〜図１５に示したように、電動アクチュエータ毎に異なる関数関係Ａ２〜Ａ７，Ｂ２〜Ｂ７，Ｃ２〜Ｃ７或いはＤ２〜Ｄ７，Ｅ２〜Ｅ７，Ｆ２〜Ｆ７を用いて目標トルクを計算し、電動アクチュエータをトルク制御するので、電動アクチュエータ毎に最適の加速・減速の特性を付与することができ、この点でも良好な操作性を得ることができる。
【００５３】
以上のように本実施の形態によれば、電動アクチュエータはショックを生じることなく目標速度まで加速され、電動アクチュエータの加減速度の急変を防止して操作性を向上することができる。
【００５４】
また、電動アクチュエータの駆動方向や加速中か減速中かに応じて最適の特性を付与することができ、更に良好な操作性を得ることができる。
【００５５】
また、電動アクチュエータ毎に最適の加速・減速の特性を付与することができ、この点でも良好な操作性を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、トルク制御から目標速度への制御の移行が適切に行え、電動アクチュエータはショックを生じることなく目標速度まで加速され、電動アクチュエータの加減速度の急変を防止して操作性を向上することができる。
【００５７】
また、本発明によれば、電動アクチュエータの駆動方向や加速中か減速中かに応じて最適の特性を付与することができ、更に良好な操作性を得ることができる。
【００５８】
また、本発明によれば、電動アクチュエータ毎に最適の加速・減速の特性を付与することができ、この点でも良好な操作性を得ることができる。
【００５９】
更に、本発明によれば、電動アクチュエータの目標速度と実速度の偏差が急に大きくなっても、目標速度信号と実速度信号の差である速度偏差信号は所定の値に制限されるため、円滑に電動アクチュエータを駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる建設機械の駆動装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示したコントローラの処理機能を示すフローチャートである。
【図３】図２に示したフローチャートにおける各アクチュエータ処理の詳細を示すフローチャートである。
【図４】図２に示したフローチャートにおける各電力変換手段への出力指令処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標速度信号Ｖｒｉ０の関数関係を示す図である。
【図６】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標トルクＴｒｉ１の関数関係を示す図である。
【図７】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標トルクＴｒｉ１の関数関係を示す図である。
【図８】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標トルクＴｒｉ１の関数関係を示す図である。
【図９】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標トルクＴｒｉ１の関数関係を示す図である。
【図１０】速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた目標トルクＴｒｉ２の関数関係を示す図である。
【図１１】速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた目標トルクＴｒｉ２の関数関係を示す図である。
【図１２】速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた目標トルクＴｒｉ２の関数関係を示す図である。
【図１３】速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた目標トルクＴｒｉ２の関数関係を示す図である。
【図１４】実速度信号Ｖｉに対して予め定められた許容最大トルクＴｒｉ３の関数関係を示す図である。
【図１５】実速度信号Ｖｉに対して予め定められた許容最大トルクＴｒｉ３の関数関係を示す図である。
【図１６】図３に示した処理を示す機能ブロック図である。
【図１７】目標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２の小さい方を選択する場合の最終的な目標トルクＴｒｉ０と電動アクチュエータの実速度の経時的変化を示す図である。
【図１８】比較例として、操作指令信号から求めた目標トルクＴｒｉ１のみで電動アクチュエータを制御する場合の目標トルクＴｒｉ１と電動アクチュエータの実速度の経時的変化を示す図である。
【符号の説明】
１〜６  電動アクチュエータ
７〜１２  電気式操作レバー装置（操作指令手段）
１３〜１８  インバータ（電力変換手段）
１９〜２４  回転数センサ（実速度信号発生手段）
２５  バッテリ（電力供給手段）
２６  コントローラ
【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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【図１８】
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