CN104011300A - 回转控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回转控制装置及方法。本发明的回转控制装置利用电动机(21)使对包含动臂(4)、斗杆(5)及端部附属装置(6)的附属装置进行支承的回转体(3)回转。根据附属装置的姿势生成给电动机(21)的回转驱动指令。

Description

回转控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种控制施工机械等的电动回转机构的回转动作的回转控制装置及方法。

背景技术

在挖土机等施工机械中，有时使用利用电动机作为使上部回转体进行回转的回转机构的动力源的电动回转机构。

在挖土机的上部回转体上设置具有驾驶室的驾驶舱。并且，动臂被可回转地支承于上部回转体。因此，支承于上部回转体的动臂、连结于动臂前端的斗杆及连结于斗杆前端的铲斗等的端部附属装置等工作要件也与上部回转体一同回转。

上部回转体上还设置包括驾驶室的驾驶舱。若上部回转体回转，则在驾驶室中操纵挖土机的驾驶员与动臂、斗杆一同回转。为了将斗杆前端的端部附属装置等工作要件带到工作位置，驾驶员进行使上部回转体回转来使端部附属装置与动臂一同回转的操作。

在此，提出具有如下回转驱动控制装置的挖土机，所述回转驱动控制装置根据驾驶员的操纵杆的操作量进行对上部回转体进行回转驱动的回转用电动机的控制(例如，参考专利文献1)。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-127193号公报

发明概要

发明要解决的技术课题

在基于上述专利文献1中公开的回转驱动控制装置的回转用电动机的控制中，对回转用电动机赋予的速度指令通过由驾驶员进行的操作杆的操作量决定。即，当驾驶员想迅速移动工作要件时，驾驶员加大操作杆的操作量。由此，生成对应于操作杆的操作量的回转速度指令，回转用电动机根据该回转速度指令进行驱动。若操作杆的操作量较大，则回转用电动机急剧加速而转速加快。因此，上部回转体也急剧加速而其回转速度加快。

如上述，回转速度指令与动臂、斗杆、铲斗(端部附属装置)等工作要件的位置无关，仅根据操作杆的操作量生成。因此，当打开动臂及斗杆而铲斗位于远离上部回转体的回转中心的位置时或当动臂及斗杆折叠而铲斗位于靠近上部回转体的回转中心的位置时等情况下，上部回转体的回转速度仍仅根据操作杆的操作量进行控制。

由于驾驶员在上部回转体的驾驶舱内对操纵杆进行操纵，因此与上部回转体一同回转。由此，驾驶员通过观察动臂、斗杆和铲斗而感受上部回转体和工作要件的回转速度。在此，本发明人等调查了驾驶员实际感受的回转速度。结果了解到，当打开动臂及斗杆而铲斗位于远离上部回转体的回转中心的位置(前端区域)时，驾驶员感到比实际的回转速度更快回转。

实际上，用铲斗进行工作的区域为上述的前端区域与邻近区域之间的区域，将该区域称为实际工作区域。当铲斗位于实际工作区域时，为了迅速进行工作来提高工作效率，考虑加快铲斗的回转速度(即上部回转体的回转速度)。但是，若加快上部回转体的回转速度，则在前端区域中，驾驶员会感到回转速度过快，导致失去舒适的操作感。

因此，希望开发出根据铲斗等端部附属装置的位置来可变地控制上部回转体的回转速度的技术。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的一实施方式，提供一种回转控制装置，其为利用电动机使对包含动臂、斗杆及端部附属装置的附属装置进行支承的回转体回转的回转控制装置，其中，根据该附属装置的姿势生成给该电动机的回转驱动指令。

并且，根据另一实施方式，提供一种回转控制方法，其为利用电动机使对包含动臂、斗杆及端部附属装置的附属装置进行支承的回转体回转的回转控制方法，其中，判定所述附属装置的姿势，并根据所判定的所述附属装置的姿势，生成给所述电动机的回转驱动指令。

发明效果

根据上述发明，能够根据铲斗等端部附属装置的姿势可变地控制上述回转体的回转速度。

附图说明

图1是具有应用本发明的回转控制装置的施工机械的一例的混合式挖土机的侧视图。

图2是表示具有第1实施方式的回转控制装置的混合式挖土机的驱动系统的结构的框图。

图3是表示蓄电系统的结构的框图。

图4是表示由混合式挖土机进行的工作的工作区域的图。

图5是表示实际工作区域中的上部回转体的回转速度的曲线图。

图6是表示前端工作区域中的上部回转体的回转速度的曲线图。

图7是表示邻近工作区域中的上部回转体的回转速度的曲线图。

图8是由加速度/减速度图表生成转矩指令的回转控制部的功能框图。

图9是用于说明存储于回转控制部的加速度图表的图。

图10是用于说明存储于回转控制部的前端工作区域中的加速度图表的图。

图11是表示在回转动作期间铲斗从通常工作区域过渡到前端工作区域时的回转速度的变化及加速度的变化的图。

图12是利用转矩图表求出转矩指令值的回转控制部的功能框图。

图13是用于说明端部附属装置的回转半径的图。

图14是第2实施方式的回转速度指令(回转驱动指令)的校正功能的框图。

图15是表示操纵杆操作量与回转速度指令之间的关系的曲线图。

图16是表示回转半径与速度指令比率之间的关系的曲线图。

图17是表示根据校正后的回转速度指令进行控制的上部回转体的回转速度的检测值的曲线图。

图18是表示根据校正后的回转速度指令进行控制的上部回转体的最大回转速度的检测值的曲线图。

图19是表示串联方式的混合式挖土机的驱动系统的结构的框图。

图20是表示电动挖土机的驱动系统的结构的框图。

具体实施方式

以下，参考附图对实施方式进行说明。

图1是具有应用本发明的回转控制装置的施工机械的一例的混合式挖土机的侧视图。

混合式挖土机的下部行走体1上经由回转机构2搭载有上部回转体3。上部回转体3上安装有动臂4。动臂4的前端安装有斗杆5，斗杆5的前端安装有铲斗6。附属装置中所含的动臂4、斗杆5及铲斗6分别通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9被液压驱动。上部回转体3上设置有驾驶舱10且搭载有引擎等动力源。

图2是表示具有本发明的第1实施方式的回转控制装置的混合式挖土机的驱动系统的结构的框图。图2中，以双重线表示机械动力系统，以实线(粗线)表示高压液压管路，以虚线表示先导管路，以实线(细线)表示电力驱动/控制系统。另外，图2中，作为施工机械例示了混合式挖土机，但是驱动方式不限于混合式，只要是具有电动回转机构的挖土机即可。并且，作为施工机械不限于挖土机，只要是具有电动回转机构的工作机械即可，例如将起重磁铁用作端部附属装置的起重磁铁设备等。

作为机械式驱动部的引擎11及作为辅助驱动部的电动发电机12分别连接于变速器13的2个输入轴上。变速器13的输出轴上连接有主泵14及先导泵15作为液压泵。主泵14上经由高压液压管路16连接有控制阀17。

控制阀17为对混合式挖土机中的液压系统进行控制的控制装置。用于下部行走体1的液压马达1A(右用)及1B(左用)、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9经由高压液压管路连接于控制阀17。

电动发电机12上经由逆变器18连接有包含作为蓄电器的电容器的蓄电系统120。蓄电系统120上经由逆变器20连接有作为电动工作要件的回转用电动机21。回转用电动机21的旋转轴21A上连接有分解器22、机械制动器23及回转变速器24。并且，先导泵15上经由先导管路25连接有操作装置26。由回转用电动机21、逆变器20、分解器22、机械制动器23及回转变速器24构成负载驱动系统。

操作装置26包含操纵杆26A、操纵杆26B及踏板26C。操纵杆26A、操纵杆26B及踏板26C经由液压管路27及28分别连接于控制阀17及压力传感器29。压力传感器29连接于对电力系统进行驱动控制的控制器30上。

本实施方式中，用于检测动臂4的角度的动臂角度传感器7B安装于动臂4的支承轴上。并且，用于检测斗杆5的角度的斗杆角度传感器8A安装于斗杆5的支承轴上。动臂角度传感器7B及斗杆角度传感器8A将检测出的动臂角度θB及斗杆角度θA供给至控制器30。并且，用于检测动臂缸7的底侧液压的液压传感器7P被安装于液压缸7。液压传感器7P将检测出的液压Pb供给至控制器30。

图3是表示蓄电系统120的结构的框图。蓄电系统120包含作为蓄电器的电容器19、升降压转换器100及DC母线110。DC母线110控制电容器19、电动发电机12及回转用电动机21之间的电力授受。电容器19上设置有用于检测电容器电压值的电容器电压检测部112及用于检测电容器电流值的电容器电流检测部113。通过电容器电压检测部112及电容器电流检测部113检测的电容器电压值及电容器电流值被供给至控制器30。另外，图3中作为蓄电器示出了电容器19，但是可代替电容器19使用锂离子电池等可充电的二次电池、锂离子电容器或能够进行电力授受的其他形态的电源作为蓄电器。

升降压转换器100根据电动发电机12及回转用电动机21的运行状态，进行切换升压动作与降压动作的控制，以使DC母线电压值落在一定的范围内。DC母线110配设于逆变器18及20与升降压转换器100之间，进行电容器19、电动发电机12及回转用电动机21之间的电力授受。

回到图2，控制器30是作为对混合式挖土机进行驱动控制的主控制部的控制装置。控制器30由包含CPU(Central Processing Unit)及内部存储器的运算处理装置构成，是通过由CPU执行存储于内部存储器的用于驱动控制的程序来实现的装置。

控制器30将从压力传感器29供给的信号转换为速度指令，进行回转用电动机21的驱动控制。从压力传感器29供给的信号相当于表示为了使回转机构2回转而对操作装置26进行操作时的操作量的信号。

控制器30进行电动发电机12的运行控制(电动(辅助)运行或发电运行的切换)，并且进行通过驱动控制作为升降压控制部的升降压转换器100的电容器19的充放电控制。控制器30根据电容器19的充电状态、电动发电机12的运行状态(电动(辅助)运行或发电运行)及回转用电动机21的运行状态(动力运行或再生运行)，进行升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制，由此进行电容器19的充放电控制。

升降压转换器100的升压动作与降压动作的切换控制根据通过DC母线电压检测部111检测的DC母线电压值、通过电容器电压检测部112检测的电容器电压值及通过电容器电流检测部113检测的电容器电流值进行。

在如以上的结构中，由作为辅助马达的电动发电机12发电的电力经由逆变器18供给至蓄电系统120的DC母线110，并经由升降压转换器100供给至电容器19。由回转用电动机21进行再生运行而生成的再生电力经由逆变器20供给至蓄电系统120的DC母线110，并经由升降压转换器100供给至电容器19。

回转用电动机21的转速(角速度ω)通过分解器22检测。并且，动臂4的角度(动臂角度θB)通过设置于动臂4的支承轴的旋转编码器等动臂角度传感器7B检测。斗杆5的角度(斗杆角度θA)通过设置于斗杆5的支承轴的旋转编码器等斗杆角度传感器8A检测。设置于控制器30的回转控制部40根据动臂角度θB、斗杆角度θA、动臂缸7的底侧液压Pb及回转用电动机21的角速度ω生成赋予回转用电动机21的速度指令。在本实施方式中回转控制部40被组装于控制器30中，但是作为回转驱动装置可与控制器30分开设置。

在如以上的结构的混合式挖土机中，对铲斗6作为端部附属装置而安装于斗杆5的前端时的工作区域进行探讨。图4是表示由上述的混合式挖土机进行的工作的工作区域的图。

铲斗6进行挖掘及装载作业，在最大程度打开动臂4及斗杆5的状态(最大伸展)下几乎不进行工作。通常，铲斗6在最大伸展的80％左右之前的区域进行工作。并且，在完全闭合动臂4及斗杆5的状态下几乎不进行工作。通常，铲斗6在最大伸展的40％左右以上的区域进行工作。即，通常的工作中，铲斗6在位于最大伸展的40％至80％之间的状态下进行工作。因此，将铲斗6的最大伸展的40％至80％之间定义为实际工作区域。将超过最大伸展的80％的区域称为前端工作区域，将不到最大伸展的40％的区域称为邻近工作区域。

前端工作区域中，驾驶员会感到比实际的回转加减速度更大。即，例如，驾驶员在铲斗6处于前端工作区域时对操作杆进行操作来进行回转动作的情况下，驾驶员实际感受的回转加速度大于驾驶员所预期的回转加速度。由此，有可能给驾驶员带来违和感或不适。因此，在前端工作区域中，不使铲斗6(即上部回转体3)过大地进行加减速，这更能够实现对驾驶员来说没有违和感且感到舒适的动作。

当铲斗6位于驾驶员的头上时，成为驾驶员难以观察铲斗6的情况。因此，当铲斗6位于驾驶员的头上的区域(称为上部工作区域)时，不使铲斗6(即上部回转体3)过大地进行加减速，这更会成为对驾驶员来说感到舒适的动作。尤其，铲斗6位于视野外的情况下，优选减小加减速。并且，当铲斗6位于地面以下时，成为驾驶员难以观察铲斗6的情况。因此，当铲斗6位于地面以下的区域(称为下部工作区域)时，不使铲斗6(即上部回转体3)过大地进行加减速，这更会成为对驾驶员来说感到舒适的动作。

综上所述，当铲斗位于前端工作区域、上部工作区域及下部工作区域时，通过使回转加减速度小于通常，能够实现对驾驶员来说舒适的操纵性。另一方面，当铲斗位于邻近工作区域时，通过使回转加速度大于通常，能够实现对驾驶员来说舒适的操纵性。

依据上述探讨，本实施方式的回转控制部40根据端部附属装置(铲斗、起重磁铁等)位于哪个工作区域来可变控制回转加减速度，从而实现舒适的操作性。更具体而言，本实施方式中，着眼于前端工作区域、邻近工作区域、上部工作区域及下部工作区域，通过使前端工作区域及邻近工作区域中的加减速度小于实际工作区域中的加减速度，由此实现对驾驶员来说舒适的操作性。而且，通过使邻近工作区域中的加减速度大于实际工作区域中的加减速度，实现对驾驶员来说舒适的操作性。

图5是表示实际工作区域中的铲斗6(即，上部回转体3)的回转速度的曲线图。实际工作区域中，根据通常的回转速度指令控制回转速度。若驾驶员对操作杆进行操作，则生成对应于操作量的速度指令，根据速度指令生成回转用电动机的转矩指令。回转用电动机21根据该转矩指令被驱动，并使上部回转体3进行回转。图5中，点线表示液压回转时的基于与操纵杆操作量对应的速度指令的回转速度的变化，双点划线表示以往的电动回转时的回转速度的变化，实线表示本实施方式的电动回转时的回转速度的变化。图5中，表示速度的线的倾斜度相当于加速度。另外，图5所示的例子为将操作杆的操作量设为最大时的例子，回转速度达到最大回转速度Vmax。

如图5所示，实际工作区域中，生成对应于操作杆的操作量的速度指令，关于电动回转时的回转速度的变化，以往的电动回转与基于本实施方式的电动回转均与液压回转时的回转速度的变化大致一致。即，实际工作区域中，以往的电动回转与基于本实施方式的电动回转的实际回转加速度均与基于对应于操作杆的操作量的速度指令的回转加速度大致相等。图5中，以往的电动回转中的回转加速度α以回转速度的变化的倾斜度表示。

图6是表示前端工作区域中的铲斗6(即，上部回转体3)的回转速度的曲线图。图6中，与图5相同，点线表示液压回转时的基于对应于操纵杆操作量的速度指令的回转速度的变化，双点划线表示以往的电动回转时的回转速度的变化，实线表示基于本实施方式的电动回转时的回转速度的变化。以往的电动回转时，在前端工作区域中，也设定与实际工作区域中的回转加速度相同的加速度α，因此虽然铲斗6在距离驾驶舱10比较远的位置进行回转，但驾驶员仍感到回转速度较快。因此，给驾驶员带来很难进行回转操作的感觉。因此，本实施方式的电动回转时，将回转加速度设定为小于以往的电动回转中的回转加速度α，使铲斗6以比对应于操纵杆操作的加速度小的加速度进行回转，由此给驾驶员提供舒适的操纵性。另外，液压回转时，前端工作区域中的铲斗6的回转加速度的力矩变大，因此变得小于实际工作区域中的加速度。

图7是表示邻近工作区域中的铲斗6(即，上部回转体3)的回转速度的曲线图。图7中，与图5相同，点线表示液压回转时的基于对应于操纵杆操作量的速度指令的回转速度的变化，双点划线表示以往的电动回转时的回转速度的变化，实线表示本实施方式的电动回转时的回转速度的变化。以往的电动回转时，在邻近工作区域中，也设定与实际工作区域中的回转加速度相同的加速度α，因此虽然铲斗6在距离驾驶舱10比较近的位置进行回转，但驾驶员仍感到回转速度较慢。因此，本实施方式的电动回转时，将回转加速度设定为大于以往的电动回转中的回转加速度α，使铲斗6以比对应于操纵杆操作的加速度大的加速度进行回转，由此给驾驶员提供敏捷的动作感。另外，液压回转时，前端工作区域中的铲斗6的回转加速度的力矩变小，因此变得大于实际工作区域中的加速度。

接着，对本实施方式的回转加速控制进行说明。回转减速时的减速度控制与回转加速时的加速度控制相同，在此仅对回转加速时的加速度控制进行说明。

本实施方式的回转加速控制通过控制器30的回转控制部40进行。图8是根据加速度/减速度图表生成转矩指令的回转控制部40的功能框图。

回转控制部40具有在内部存储有预先准备的加速度图表42a及减速度图表42b的加速度/减速度决定部42。加速度图表42a(减速度图表42b)是表示动臂4及斗杆5的各种姿势与应输出的回转加速度(回转减速度)之间的关系的图表。本实施方式中，作为表示动臂4及斗杆5的姿势的要素使用动臂角度θB及斗杆角度θA。来自动臂角度传感器7B及斗杆角度传感器8A的检测信号被输入至姿势判定部45。附属装置的姿势通过姿势判定部45判定，判定结果被输入至加速度图表42a。

参考加速度图表42a决定的回转加速度从加速度/减速度决定部42输出，通过平滑化部44实施平滑化之后供给至速度指令计算部46。另外，加速度判定部41对当前速度(角速度ω)与从速度指令计算部50输出的第1速度指令V1进行比较来判断是加速中还是减速中，并将该判断结果送至加速度/减速度决定部42。加速度/减速度决定部42根据是加速中还是减速中的判断结果，若为加速中则参考加速度图表42a，若为减速中则参考减速度图表42b。作为第2回转驱动指令生成部的速度指令计算部46根据由平滑化部44供给的回转加速度生成第2速度指令V2(第2回转驱动指令)，并输出至切换部48。

另一方面，回转控制部40具有作为第1回转驱动指令生成部的速度指令计算部50。速度指令计算部50根据回转操作杆的操纵杆操作量生成第1速度指令V1(第1回转驱动指令)并输出至切换部48。

作为驱动指令切换部的切换部48对从速度指令计算部46供给的第2速度指令V2与从速度指令计算部50供给的第1速度指令V1进行比较来判定哪个更小。此时，速度指令值依赖于回转方向而具有正负符号，因此利用各自的绝对值来进行比较。并且，当第2速度指令V2小于第1速度指令V1时，切换部48选择第2速度指令V2而输出至转矩指令生成部52。另一方面，当第2速度指令V2成为第1速度指令V1以上时，切换部48选择第1速度指令V1来输出至转矩指令生成部52。

转矩指令生成部52根据所供给的第1速度指令V1或第2速度指令V2生成转矩指令，并输出所生成的转矩指令。从转矩指令生成部52输出的转矩指令供给至控制回转用电动机21的驱动的逆变器20。逆变器20根据所供给的转矩指令驱动回转用电动机21。因此，被回转用电动机21回转驱动的上部回转体3的回转加速度由从转矩指令生成部52输出的转矩指令决定。

如此，根据附属装置的姿势求出加速度，因此无论回转动作是单独动作还是与附属装置的动作同时进行的复合动作，都能够实现稳定的回转动作。

对于通过回转控制部40进行的回转控制处理的一例进一步进行说明。

除了动臂角度θB及斗杆角度θA之外，还向回转控制部40供给动臂缸7的底侧液压Pb及回转用电动机21的当前的转速(角速度ω)。动臂角度θB及斗杆角度θA是表示动臂4及斗杆5是打开姿势还是折叠姿势的要素。

动臂缸7的底侧液压Pb是表示对附属装置施加有多少负载的要素。在铲斗中装载有大量沙土的状态(重工作中)下，若在回转动作中突然进行加减速则沙土容易洒出。因此，向加速度图表42a、减速度图表42b输入动臂缸7的底侧液压Pb。由此，观察对附属装置施加的负载来调整回转的加减速。

如后述，回转用电动机21的当前的转速(角速度ω)作为用于使回转加速度发生变化的触发器来使用。

图9(a)、(b)是用于说明存储于回转控制部40的实际工作区域中的加速度图表42a的图。图9(b)是与铲斗6位于实际工作区域的情况下进行回转动作时的加速度图表对应的曲线图。图9(a)是表示如图9(b)所示那样改变加速度时的回转速度的变化的曲线图。

加速度图表42a中示出动臂4及斗杆5的姿势与应输出的加速度之间的关系。若作为姿势信息向加速度/减速度决定部42输入动臂角度θB及斗杆角度θA，则加速度/减速度决定部42参考加速度图表42a，输出适于当时的动臂4及斗杆5的姿势的加速度。

例如，若由根据动臂角度θB及斗杆角度θA判定的动臂4及斗杆5的姿势判定为铲斗6的位置处于实际工作区域内，则参考表示实际工作区域中的加速度的加速度图表42a。并且，从加速度/减速度决定部42输出由该加速度图表42a显示的加速度。显示实际工作区域中的加速度的加速度图表42a中示出如图9(b)所示的加速度的大小。

根据图9(b)的曲线图，首先输出较小的加速度G1，在规定的时间之后成为比较大的加速度G2，最后成为非常小的加速度G3。根据这种加速度图，成为如图9(a)所示的回转速度变化。即，首先以加速度G1缓慢开始加速，直至回转速度增大至基于指令的速度。若回转速度上升一定程度，则成为较大的加速度G2(该加速度G2被设定为驾驶员不会感到违和感程度的较大加速度)。并且，在即将到达基于指令的回转速度时成为非常小的加速度G3。图9(a)、(b)所示的例子是回转操作杆的操作量为最大且回转速度成为最大回转速度Vmax的情况。

图10是用于说明存储于回转控制部40的前端工作区域中的加速度图表42a的图。图10(b)是与铲斗6位于前端工作区域的情况下进行回转动作时的加速度图表对应的曲线图。图10(a)是表示如图10(b)所示那样改变加速度时的回转速度的变化的曲线图。

例如，若根据由动臂角度θB及斗杆角度θA判定的动臂4及斗杆5的姿势判定为铲斗6的位置处于前端工作区域内，则参考显示前端工作区域中的加速度的加速度图表42a。并且，从加速度/减速度决定部42输出由该加速度图表42a显示的加速度。显示前端工作区域中的加速度的加速度图表42a中示出如图10(b)所示的加速度的大小。

根据图10(b)的曲线图，首先输出较小的加速度G1，在规定的时间之后成为比较大的加速度G4，最后成为非常小的加速度G3。根据这种加速度图，成为如图10(a)所示的回转速度变化。即，首先以加速度G1缓慢开始加速，直至回转速度增大至基于指令的速度。若回转速度上升一定程度，则成为较大的加速度G4(该加速度G4被设定为驾驶员不会感到违和感的程度的较大加速度)。并且，在即将到达基于指令的回转速度时成为非常小的角速度G3。设为加速度G3是为了相对于基于指令的回转速度平滑地改变加速度。图10(a)、(b)所示的例子是回转操作杆的操作量为最大且回转速度成为最大回转速度Vmax的情况。

图10(b)所示的加速度G4为前端工作区域中的回转加速度，设定为小于图9(b)所示的实际工作区域中的加速度G2的值。因此，铲斗6位于前端工作区域内时的回转加速度被设定为小于铲斗6位于通常工作区域时的回转加速度的值。由此，能够消除驾驶员的违和感并给驾驶员提供舒适的操作感。

在此，回转中有时铲斗6会进入不同工作区域。这种情况下，能够根据动臂4及斗杆5的姿势判定铲斗6进入到不同区域的情况。并且，若判定为铲斗6过渡到不同区域，则将所参考的加速度图表42a从过渡前的工作区域中的图表变更为过渡后的工作区域中的图表。

例如，在回转动作期间铲斗6从实际工作区域过渡到前端工作区域时，所参考的加速度图表在回转中途从与图10(b)对应的加速度图表切换为与图9(b)对应的加速度图表。

图11(a)、(b)是表示在回转动作期间铲斗6从实际工作区域过渡到前端工作区域时的回转速度的变化及加速度的变化的图。图11(a)、(b)所示的例子中，在时刻t2，铲斗6从前端工作区域过渡到实际工作区域。因此，如图11(b)所示，加速度/减速度决定部将在时刻t2中参考的加速度图表42a从前端工作区域中的加速度图表(图10(b))切换为通常工作区域中的加速度图表(图9(b))，并输出加速度。因此，如图11(b)的点线所示，在时刻t2之前，输出由前端工作区域中的加速度图表(图10(b))得到的加速度G4。并且，若经过时刻t2，则输出由前端工作区域中的加速度图表(图9(b))得到的加速度G2。

另外，图11(b)中以实线显示在平滑化部44中实施了平滑化的加速度的变化。若加速度阶段性地发生变化则产生冲击，因此为了防止该现象，为了使加速度的变化平滑化而设置平滑化部44。平滑化部44通过插值运算使加速度平滑化，作为插值运算部发挥功能。通过平滑化部44实施平滑化，从而如图11(a)所示，回转速度平滑地发生变化。由此，能够防止由加速度的变化引起的冲击。

图11(a)的A部中的平滑化使时刻t1中的从加速度G1向加速度G4的变化(一个加速度图表中的加速度的变化)平滑。同样地，图11(a)的C部中的平滑化使时刻t3中的从加速度G2向加速度G3的变化(一个加速度图表中的加速度的变化)平滑。另一方面，图11(a)的B部中的平滑化在时刻t2中加速度图表从对应于前端工作区域的图表切换为对应于实际工作区域的图表时使得从加速度G4向加速度G2的变化平滑。

以上说明的例子中，对前端工作区域及邻近工作区域中的加速度进行可变控制。若事先准备与上部工作区域及下部工作区域对应的加速度图表，则在铲斗6(端部附属装置)位于上部工作区域及下部工作区域时，也能够与前端工作区域及邻近工作区域相同地，可变控制加速度来提供舒适的操作性。关于铲斗6是否位于上部工作区域或下部工作区域，能够根据动臂角度θB及斗杆角度θA判定。另外，即使在附属装置的位置跨工作区域而发生变化，回转加速度也平滑地发生变化时，未必一定要进行平滑化，根据需要设置平滑化部44即可。

并且，以上说明的实施方式中，根据加速度图表求出加速度，并将该加速度换算为速度来求出速度指令，之后将速度指令换算为转矩指令。可事先准备显示各工作区域中的动臂及斗杆的姿势与转矩指令值之间的关系的转矩图表，并代替加速度图表42a及减速度图表42b使用转矩图表来直接求出转矩指令值。

图12是利用转矩图表求出转矩指令值的回转控制部40的功能框图。回转控制部40具有在内部存储有预先准备的加速时转矩图表43a及减速时转矩图表43b的转矩决定部43。加速时转矩图表43a(减速时转矩图表43b)为显示动臂4及斗杆5的各种姿势与应输出的回转转矩之间的关系的图表。本实施方式中，作为表示动臂4及斗杆5的姿势的要素使用动臂角度θB及斗杆角度θA。

从转矩决定部43输出参考加速时转矩图表43a决定的加速时转矩，通过平滑化部44实施平滑化之后输出至切换部48。另外，加减速判定部41对当前速度(角速度ω)与从速度指令计算部50供给的第1速度指令V1进行比较来判断是加速中还是减速中，并将该判断结果送至转矩决定部43。转矩决定部43根据是加速中还是减速中的判断结果，若为加速中则参考加速时转矩图表43a，若为减速中则参考减速时转矩图表43b。从平滑化部44输出的第2转矩指令T2(第2回转驱动指令)被供给至切换部48。图12所示的回转控制部40中，由加减速判定部41及转矩决定部43构成第2回转驱动指令生成部。

另一方面，回转控制部40具有速度指令计算部50及作为第1回转驱动指令生成部的转矩指令计算部51。速度指令计算部50根据回转操作杆的操纵杆操作量生成第1速度指令V1(第1回转驱动指令)并供给至转矩指令计算部。转矩指令计算部51根据从速度指令计算部50供给的第1速度指令V1及上部回转体3的当前速度生成第1转矩指令(第1回转驱动指令)并输出至切换部48。

作为驱动指令切换部的切换部48对从转矩决定部43经由平滑化部44供给的第2转矩指令T2与从转矩指令生成部51供给的第1转矩指令T1进行比较来判定哪个更小。并且，当第2转矩指令V2小于第1转矩指令T1时，切换部48选择第2转矩指令V2而输出至逆变器20。另一方面，当第2转矩指令T2成为第1转矩指令T1以上时，切换部48选择第1转矩指令V1而输出至逆变器20。逆变器20根据所供给的转矩指令驱动回转用电动机21。因此，通过回转用电动机21回转驱动的上部回转体3的回转加速度由从切换部48输出的转矩指令决定。如此，根据附属装置的姿势求出转矩指令，因此无论回转动作是单独动作还是与附属装置的动作同时进行的复合动作，都能够实现稳定的回转动作。

以下，对本发明的第2实施方式进行说明。

以下说明的第2实施方式中，根据端部附属装置的回转半径R校正回转速度指令，由此控制端部附属装置(上部回转体3)的回转速度。

图13是用于说明端部附属装置的回转半径的图。图13中，示出有动臂4及安装于动臂4的前端的斗杆5。作为端部附属装置的铲斗6安装于斗杆5的前端。将端部附属装置的位置设为安装有铲斗6的斗杆5的前端的位置。

图13中，将从动臂4的转动中心Cbm至斗杆5的转动中心Cam的距离作为动臂长度Lb。并且，将从斗杆5的转动中心Cam至铲斗的转动中心Cbt的距离作为斗杆长度La。由于动臂4被安装于上部回转体3，因此动臂4、斗杆5及铲斗6也以上部回转体3的回转中心Ctb为中心进行回转。因此，端部附属装置(铲斗6)的回转半径R能够表示为从上部回转体3的回转中心Ctb至铲斗的转动中心Cbt的距离。

若考虑挖土机位于水平的情况，则从上部回转体3的回转中心Ctb至动臂4的转动中心Cbm的水平方向的距离L1为已知的值。从动臂4的转动中心Cbm至斗杆5的转动中心Cam的水平方向的距离L2能够由动臂4的长度Lb及动臂角度θB用Lb×cosθB求出。并且，从斗杆5的转动中心Cam至铲斗6的转动中心Cbt的水平方向的距离L3能够由斗杆5的长度La、斗杆角度θA及动臂4的弯曲角度θC用La×cos(θA-(θB-θC))求出。

通过在距离L1上加上距离L2＝Lb×cosθB及距离L3＝La×cos(θA-(θB-θC))来求出回转半径R(R＝L1+Lb×cosθB+La×cos(θA-(θB-θC))。距离L1、动臂长度Lb、斗杆长度La及动臂弯曲角度θC为已知的值，能够通过将由动臂角度传感器7B及斗杆角度传感器8A检测的动臂角度θB及斗杆角度θA代入该公式来求出回转半径R。

上述回转半径R根据动臂4及斗杆5的姿势而发生变化。即，回转半径R根据作为动臂4的倾斜角的动臂角度θB及作为斗杆5的倾斜角的斗杆角度θA发生变化。动臂角度θB越小，则回转半径R越变大，斗杆角度θA越小，则回转半径R越变大。动臂角度θB及斗杆角度θA最小时回转半径R成为最大。即，当动臂角度θB及斗杆角度θA双方最小时，端部附属装置(铲斗6)成为距离上部回转体3的回转中心Ctb最远的位置。相反，当动臂角度θB及斗杆角度θA双方最大时，端部附属装置(铲斗6)成为最靠近上部回转体3的回转中心Ctb的位置。如此，作为表示端部附属装置(铲斗6)的位置的参数能够利用回转半径R。

本实施方式中，根据回转半径R对速度指令值进行校正，由此与第1实施方式同样地可变控制回转速度或回转加速度来提供舒适的操作性。

图14是本实施方式的回转速度指令(回转驱动指令)的校正功能的框图。通常，作为回转驱动指令的一例的回转速度指令根据回转操作杆的操纵杆操作量生成。图14中，回转操作杆的操纵杆操作量被输入至速度指令生成部60。速度指令生成部60将操纵杆操作量转换为回转速度指令，并生成回转速度指令TV1来输出。

图15是表示操纵杆操作量与回转速度指令TV1之间的关系的曲线图。若回转操作杆的操纵杆操作量变大，则回转速度指令TV1的值变大。即，若驾驶员为了加大回转速度而加大操纵杆操作量(即，若较大地倾斜回转操作杆)，则回转速度指令TV1变大，回转用电动机的转速变大。若操纵杆操作量变大一定程度，则回转速度指令TV1不会进一步变大而成为恒定。

速度指令生成部60具有如图15所示的图表，若输入操纵杆操作量，则生成与操纵杆操作量对应的回转速度指令，并作为回转速度指令TV1来输出。从速度指令生成部60输出的回转速度指令TV1被输入至速度指令校正部62。

另一方面，向回转半径运算部64输入动臂角度θB及斗杆角度θA。回转半径运算部64根据动臂角度θB及斗杆角度θA计算端部附属装置的回转半径R，将计算出的回转半径R输出至上述的速度指令校正部62。

速度指令校正部62根据回转半径R校正在速度指令生成部60生成的回转速度指令TV1来生成回转速度指令TV2，并输出至回转用电动机21。具体而言，速度指令校正部62通过回转速度指令TV1乘以速度指令比率VR，从而将回转速度指令TV1校正为回转速度指令TV2(TV2＝TV1×VR)。

速度指令比率VR是预先设定的1.0以下的比率，如图16所示，回转半径R越大，则速度指令比率VR越小。回转半径R最小时(即，动臂4及斗杆5完全折叠的状态下)，速度指令比率VR为1.0，回转速度指令TV2与回转速度指令TV1相等，维持根据操纵杆操作量求出的回转速度指令TV1的值。随着打开动臂4及斗杆5而回转半径R变大，如图16所示，速度指令比率VR逐渐变小。因此，根据回转半径R校正的回转速度指令TV2随着回转半径R变大而逐渐变得小于回转速度指令TV1。

设为如上，根据操纵杆操作量生成的回转加速指令TV1乘以速度指令比率RV来进行校正的回转加速指令TV2被供给至回转用电动机21。由此，根据回转加速指令TV2控制回转用电动机21的回转速度(即，上部回转体3及端部附属装置的回转速度)。因此，端部附属装置(铲斗6)的回转半径R越大，上部回转体3的回转速度被控制成比根据回转加速度指令TV1控制的回转速度小。

图17是表示根据回转速度指令TV2控制的上部回转体3的回转速度的检测值的曲线图。实线A表示相对于回转半径R较小时的操纵杆操作量的回转速度的检测值。实线B表示相对于回转半径R较大时的操纵杆操作量的回转速度的检测值。通过比较实线A与实线B可知，即使是相同的操纵杆操作量，回转半径R较大时也被控制成回转速度变小。因此，被控制成越打开动臂4及斗杆5，回转速度越变小，随此，到达该回转速度之前的回转加速度变小，能够对操作者赋予适当的操作感。

当回转速度达到该操纵杆操作量中的最大速度之后，如图18所示，在维持该操纵杆操作量期间，回转速度维持为该最大速度。图18中，实线A表示当回转半径R较小时，回转速度被维持为与操纵杆操作量对应的最大回转速度。另一方面，实线B表示当回转半径R较大时，回转速度被维持为与操纵杆操作量对应的最大回转速度。

如以上说明，根据本实施方式，根据回转半径R对作为回转驱动指令的一例的回转速度指令TV1进行校正来作为回转速度指令TV2，从而能够可变控制回转速度来提供舒适的操作性。

并且，上述实施方式中，对将本发明应用于将引擎11及电动发电机12连接于作为液压泵的主泵14来驱动主泵的、所谓的并联方式的混合式挖土机的例子进行了说明。本发明还能够应用于如图19所示那样用引擎11驱动电动发电机12并将由电动发电机12生成的电力蓄积在蓄电系统120之后仅通过已蓄积的电力驱动泵用电动机400来驱动主泵14的、所谓的串联方式的混合式挖土机。此时，电动发电机12具备作为本实施方式中通过由引擎11驱动来仅进行发电运行的发电机的功能。

并且，本发明并不限定于混合式挖土机，还能够应用于如图20所示的电动挖土机。图10所示的电动挖土机中未设置引擎11，仅通过泵用电动机400驱动主泵14。向泵用电动机的电力由来自蓄电系统120的电力全部供给。蓄电系统120上可经由转换器120A连接外部电源500，从外部电源500向蓄电系统120供给电力来对蓄电器进行充电，从蓄电器向泵用电动机400供给电力。

本发明并不限定于具体公开的以上述挖土机为一例的实施方式，在不脱离本发明的范围内可提出各种变形例及改良例。

本申请是主张基于2011年12月28日申请的日本专利申请第2011-289430号的优先权，并将其所有内容援用于本申请中。

产业上的可利用性

本发明能够应用于控制施工机械等的电动回转机构的回转动作的回转控制装置及方法。

符号说明

1-下部行走体，1A、1B-液压马达，2-回转机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，7B-动臂角度传感器，8-斗杆缸，8A-斗杆角度传感器，9-铲斗缸，10-驾驶舱，11-引擎，12-电动发电机，13-变速器，14-主泵，15-先导泵，16-高压液压管路，17-控制阀，18、20-逆变器，19-电容器，21-回转用电动机，22-分解器，23-机械制动器，24-回转变速器，25-先导管路，26-操作装置，26A、26B-操纵杆，26C-踏板，27-液压管路，28-液压管路，29-压力传感器，30-控制器，40-回转控制部，42-加速度/减速度决定部，42a-加速度图表，42b-减速度图表，43-转矩决定部，43a-加速时转矩图表，43b-减速时转矩图表，44-平滑化部，45-姿势判定部，46-速度指令计算部，48-切换部，50-速度指令计算部，51-转矩指令生成部，52-转矩指令生成部，60-速度指令生成部，62-速度指令校正部，64-回转半径运算部，100-升降压转换器，110-DC母线，111-DC母线电压检测部，112-电容器电压检测部，113-电容器电流检测部，120-蓄电系统，400-泵用电动机，500-外部电源。

Claims (17)

1.一种回转控制装置，利用电动机使对包含动臂、斗杆及端部附属装置的附属装置进行支承的回转体回转，其特征在于，

其根据所述附属装置的姿势生成给所述电动机的回转驱动指令。

2.根据权利要求1所述的回转控制装置，其中，

设为所述附属装置的回转半径越大，给所述电动机的回转驱动指令越小。

3.根据权利要求2所述的回转控制装置，其中，

所述回转驱动指令为与所述电动机的加速度或减速度相关的指令，

并且具有驱动指令决定部，其根据所述附属装置的姿势，决定所述回转体回转的加速度或减速度。

4.根据权利要求3所述的回转控制装置，其中，

具有速度指令生成部，其对由所述驱动指令决定部输出的加速度或减速度进行积分来生成回转速度指令。

5.根据权利要求4所述的回转控制装置，其中，

还具有插值运算部，其对加速度或减速度进行插值来进行平滑化，以使由所述驱动指令决定部输出的加速度或减速度平滑地发生变化。

6.根据权利要求4所述的回转控制装置，其中，

还具有插值运算部，其对加速时的转矩或减速时的转矩进行插值来进行平滑化，以使由所述驱动指令决定部输出的转矩平滑地发生变化。

7.根据权利要求4所述的回转控制装置，其中，

所述驱动指令决定部根据预先准备的加速时的驱动指令图表或减速时的减速度图表决定并输出加速时或减速时的驱动指令。

8.根据权利要求7所述的回转控制装置，其中，

所述驱动指令决定部分别具有所述加速时的驱动指令图表或减速时的驱动指令图表这两者。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的回转控制装置，其具有：

第1回转驱动指令生成部，根据操纵杆操作量，生成给所述电动机的第1回转驱动指令；及

第2回转驱动指令生成部，生成所述电动机的所述驱动指令来作为第2回转驱动指令，

并具有驱动切换部，其根据所述第1回转驱动指令与所述第2回转驱动指令的比较结果，切换所述第1回转驱动指令与所述第2回转驱动指令。

10.根据权利要求9所述的回转控制装置，其中，

当所述第2回转驱动指令小于所述第1回转驱动指令时，输出所述第2回转驱动指令。

11.根据权利要求2所述的回转控制装置，其中，

所述回转驱动指令为根据操纵杆操作量生成的所述电动机的速度指令，

并且具有速度指令校正部，其根据所述附属装置的姿势，对所述速度指令进行校正。

12.根据权利要求11所述的回转控制装置，其中，

所述速度指令校正部通过所述速度指令乘以校正值来进行校正。

13.根据权利要求12所述的回转控制装置，其中，

所述附属装置的回转半径越大，所述校正值越小。

14.一种回转控制方法，其利用电动机使对包含动臂、斗杆及端部附属装置的附属装置进行支承的回转体回转，其特征在于，

判定所述附属装置的姿势，

根据所判定的所述附属装置的姿势生成给所述电动机的回转驱动指令。

15.根据权利要求14所述的回转控制方法，其中，

设为所述附属装置的回转半径越大，给所述电动机的回转驱动指令越小。

16.根据权利要求15所述的回转控制方法，其中，

所述回转驱动指令为与所述电动机的加速度或减速度相关的指令，

根据所述附属装置的姿势，决定所述回转体回转的加速度或减速度。

17.根据权利要求15所述的回转控制方法，其中，

所述回转驱动指令为根据操纵杆操作量生成的所述电动机的速度指令，

根据所述附属装置的姿势，对所述速度指令进行校正。