CN108699811B - 工程机械 - Google Patents

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Abstract

具备：基于来自操作杆装置的操作信号判定是否为中立位置的杆中立判定部；基于操作信号运算先导压的先导压运算部；将先导压信号转换为电流信号的指令电流运算部；控制针对电磁比例阀的电流信号的阻断和连通的电流阻断控制部；和操作状态判定部，其判定是全部液压执行机构均为操作人员的手动操作对象的手动操作状态、还是基于铲斗的齿尖位置与施工目标面的位置关系来控制至少一个液压执行机构而对操作人员的操作进行辅助的半自动操作状态。在判定为是半自动操作状态的情况下，电流阻断控制部仅在多个操作杆装置的全部操作杆被判定为中立位置时，阻断针对全部多个电磁比例阀的电流信号。由此，能够在如机械控制这样的半自动控制中允许控制介入同时确保车身的安全性。

Description

工程机械
技术领域
本发明涉及工程机械。
背景技术
工程机械之一的液压挖掘机具备能够自行驶的下部行驶体、能够回转地设于该下部行驶体的上侧的上部回转体、和与该上部回转体连结的作业装置。作业装置例如具备能够转动地与上部回转体连结的动臂、能够转动地与动臂连结的斗杆、和能够转动地与斗杆连结的铲斗。而且，通过多个液压执行机构(具体为动臂缸、斗杆缸、及铲斗缸)的驱动来使动臂、斗杆、及铲斗转动。各液压执行机构通过从液压泵经由方向控制阀供给的液压油而驱动。方向控制阀通过操作人员操作的操作装置而驱动，并根据驱动量对向各液压执行机构供给的液压油的流量和方向进行控制。
操作人员操作的操作装置有液压先导方式和电气控制杆方式。液压先导方式的操作装置具有多个先导阀，该多个先导阀与操作杆相对于中立位置的操作方向(例如前后左右)分别对应，并根据操作杆的操作量生成先导压。例如，可以具备以前后方向的操作方向对动臂方向控制阀进行控制的先导阀，并具备以左右方向的操作方向对斗杆方向控制阀进行控制的先导阀。各先导阀向对应的方向控制阀的操作部(受压部)输出先导压，从而使该方向控制阀驱动。
电气控制杆方式的操作装置具有多个电位器，该多个电位器与操作杆相对于中立位置的操作方向(例如前后左右)分别对应，并根据操作杆的操作量生成操作信号(电信号)。操作装置根据来自电位器的操作信号生成指令电流，并向对应的电磁比例阀的螺线管部输出指令电流，从而使电磁比例阀驱动。电磁比例阀生成与指令电流成比例的先导压，并向对应的方向控制阀的操作部(受压部)输出先导压，从而使该方向控制阀驱动。
在液压挖掘机中，有时液压执行机构会因操作人员的急剧杆操作而急停。通常，在惯性质量大的动臂操作中，当操作人员急剧地将操作杆返回至中立而急停时，车身会大幅地振动从而稳定性下降。因此，在以往的液压先导方式的操作装置中，采取了如在先导液压回路内设置无冲击阀来使先导压缓慢变化这样的对策。对此，公开了以下技术：在电气控制杆方式的操作装置中，控制器根据操作杆信号来驱动电磁比例阀并控制先导压，但在急停时通过进行如相对于操作杆信号使先导压缓慢变化这样的控制而使车身稳定地停止(例如参照专利文献1)。
另一方面，电气控制杆方式的操作装置由于通过电磁比例阀对先导压进行电子控制，所以要求在中立时阻断先导压并使车身快速停止。例如，公开了以下技术：设置相对于电气控制杆的各操作方向(前后左右)检测中立位置的开关，控制器根据其开关信号来控制电流阻断装置，由此，在中立时完全阻断与各操作方向对应的液压执行机构的电磁比例阀的驱动电流，使其功能的可靠性提高(例如参照专利文献2)。
另外，近年来施工现场的信息化正在进步，利用从施工管理等的外部系统提供的目标面和铲斗齿尖的信息来控制液压执行机构、对操作人员的操作进行半自动辅助的机械控制(machine control)技术正在实用化。例如，通过以使铲斗齿尖不超过目标面的方式自动地控制动臂，操作人员仅通过斗杆操作就能够半自动地沿着目标面高精度地进行挖掘(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公布第WO2014/013877号
专利文献2：日本特开平1-97729号公报
专利文献3：日本特开2011-43002号公报
发明内容
如上述专利文献3中记载的机械控制那样的半自动控制通过采用电气控制杆方式的操作装置，与以往的液压先导方式相比对于施工精度和工时减少能够获得极大的好处。
然而，在电气控制杆方式的操作装置中，当按每个液压执行机构实施如专利文献2中记载的杆中立时的电流阻断时，在操作人员仅操作了斗杆的情况下，会产生无法通过半自动控制对动臂进行自动控制、从而无法沿着目标面高精度地进行挖掘的问题。
本发明是基于上述情况提出的，其目的在于，提供一种在如机械控制这样的半自动控制中允许控制介入同时确保了车身的安全性的工程机械。
为了解决上述课题，例如采用权利要求书中记载的结构。本申请包括多个解决上述课题的手段，列举其一例为一种工程机械，具备：多个液压执行机构；与所述多个液压执行机构的每一个对应的多个操作杆；根据所述多个操作杆的操作量分别输出电气操作信号的多个操作杆装置；与对所述多个液压执行机构的每一个进行驱动的液压回路连接的多个电磁比例阀；和输入所述操作信号且运算并输出针对所述电磁比例阀的控制信号的控制单元，所述工程机械的特征在于，所述控制单元具备：杆中立判定部，其基于来自所述操作杆装置的操作信号判定所述操作杆是否为中立位置；先导压运算部，其基于来自所述操作杆装置的操作信号运算驱动所述液压执行机构的先导压；指令电流运算部，其将所述先导压运算部运算出的先导压信号转换为针对所述电磁比例阀的电流信号；电流阻断控制部，其对从所述指令电流运算部向所述电磁比例阀的电流信号的阻断和连通进行控制；和操作状态判定部，其判定是手动操作状态还是半自动操作状态，在所述手动操作状态中，所述多个液压执行机构全部为操作人员的手动操作对象，在所述半自动操作状态中，基于铲斗的齿尖位置与施工目标面的位置关系，控制所述多个液压执行机构中的至少一个液压执行机构而对操作人员的操作进行辅助，在所述操作状态判定部判定为是所述半自动操作状态的情况下，所述电流阻断控制部仅在所述多个操作杆装置的全部操作杆被判定为中立位置时，阻断针对全部所述多个电磁比例阀的电流信号。
发明效果
根据本发明，能够在半自动控制时允许控制介入同时确保车身的安全性。
附图说明
图1是表示具备本发明的工程机械的一实施方式的液压挖掘机的立体图。
图2是表示具备本发明的工程机械的一实施方式的液压挖掘机的驱动系统的结构图。
图3是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的整体结构的概念图。
图4是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的功能的一例的控制框图。
图5是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的杆中立判定部的结构的控制框图。
图6是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的电流转换器的结构的控制框图。
图7是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的目标先导压运算部中设定的特性的特性图。
图8是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的无冲击要否判定部的处理内容的流程图。
图9是用于对构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的无冲击处理进行说明的特性图。
图10是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的指令电流运算部中设定的特性的特性图。
图11是用于对构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的半自动控制的动作例进行说明的特性图。
图12是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的从杆信号输入到目标先导压运算为止的处理的流程图。
具体实施方式
以下，利用附图来说明本发明的工程机械的实施方式。
图1是表示具备本发明的工程机械的一实施方式的液压挖掘机的立体图。如图1所示，液压挖掘机具备能够自行驶的下部行驶体10、能够回转地设于下部行驶体10的上侧的上部回转体11、和与上部回转体11的前侧连结的作业装置(前部作业机)12。下部行驶体10具备左右的履带式行驶装置13a、13b(图中仅示出左侧的行驶装置13a)。在左侧的行驶装置13a中，左履带(crawler)通过左行驶马达3a的前方向或后方向的旋转而向前方向或后方向旋转。同样地，在右侧的行驶装置13b中，右履带(crawler)通过右行驶马达3b(参照后述的图2)的前方向或后方向的旋转而向前方向或后方向旋转。由此，下部行驶体10行驶。
上部回转体11通过旋转马达4的旋转而向左方向或右方向回转。在上部回转体11的前部设有驾驶室14，在上部回转体11的后部搭载有发动机15等设备。在驾驶室14内设有行驶用操作装置1a、1b和作业用操作装置2a、2b。另外，在驾驶室14的乘降口设有能够向上下操作的门锁杆(gate lock lever)16(参照后述的图2)。门锁杆16在被操作到上升位置时允许操作人员乘降，而在被操作到下降位置时阻碍操作人员乘降。
作业装置12具备能够转动地与上部回转体11的前侧连结的动臂17、能够转动地与动臂17连结的斗杆18、和能够转动地与斗杆18连结的铲斗19。动臂17通过动臂缸5的伸长或伸缩而向上方向或下方向转动。斗杆18通过斗杆缸6的伸长或伸缩而向装载方向(拉回方向)或卸载方向(推出方向)转动。铲斗19通过铲斗缸7的伸长或伸缩而向装载方向或卸载方向转动。另外，动臂17、斗杆18、铲斗19分别设有未图示的姿势传感器。
控制阀20对从后述的液压泵8a、8b、8c向上述的动臂缸5等液压执行机构分别供给的液压油的流动(流量和方向)进行控制。
作业用操作装置2a具备第1～第4电位器(61～64)，作业用操作装置2b具备第5～第8电位器(65～68)。
图2是表示具备本发明的工程机械的一实施方式的液压挖掘机的驱动系统的结构图。需要说明的是，在图2中，为了方便而省略了主溢流阀、进油单向阀(load checkvalve)、回流回路、及排泄回路等的图示。
本实施方式的驱动系统大致区分的话由主液压控制回路和先导压控制回路构成。
作为主液压控制回路的控制阀20具备：由发动机15驱动的可变容量型的液压泵8a、8b、8c；多个液压执行机构(具体为上述的左行驶马达3a、右行驶马达3b、旋转马达4、动臂缸5、斗杆缸6、及铲斗缸7)；和多个液压先导方式的方向控制阀(具体为左行驶用方向控制阀21、右行驶用方向控制阀22、回转用方向控制阀23、动臂用方向控制阀24a、24b、斗杆用方向控制阀25a、25b、及铲斗用方向控制阀26)。在液压泵8a、8b、8c上设有分别使泵容量变化的调节器9a、9b、9c。
全部方向控制阀都是中央旁通型的方向控制阀，分类为与液压泵8a的排出侧连接的第1阀组、与液压泵8b的排出侧连接的第2阀组、和与液压泵8c的排出侧连接的第3阀组。
第1阀组具有右行驶用方向控制阀22、铲斗用方向控制阀26、及动臂用方向控制阀24a。右行驶用方向控制阀22的泵侧端口(pump port)相对于铲斗用方向控制阀26的泵侧端口及动臂用方向控制阀24a的泵侧端口串联连接。铲斗用方向控制阀26的泵侧端口及动臂用方向控制阀24a的泵侧端口相互并联连接。由此，与铲斗用方向控制阀26及动臂用方向控制阀24a相比优先向右行驶用方向控制阀22供给来自液压泵8a的液压油。
第2阀组具有动臂用方向控制阀24b及斗杆用方向控制阀25a。动臂用方向控制阀24b的泵侧端口及斗杆用方向控制阀25a的泵侧端口相互并联连接。第3阀组具有回转用方向控制阀23、斗杆用方向控制阀25b、及左行驶用方向控制阀21。回转用方向控制阀23的泵侧端口、斗杆用方向控制阀25b的泵侧端口、及左行驶用方向控制阀21的泵侧端口相互并联连接。
先导压控制回路具备：由发动机15驱动的先导泵27；液压先导方式的行驶用操作装置1a、1b；电气控制杆方式的作业用操作装置2a、2b；控制装置(控制单元)100；多个电磁比例阀(具体为回转用电磁比例阀41a、41b、动臂用电磁比例阀42a、42b、42c、42d、斗杆用电磁比例阀43a、43b、43c、43d、及铲斗用电磁比例阀44a、44b)；溢流阀28；和门锁定阀29。
左侧的行驶用操作装置1a具有能够沿前后方向操作的操作杆、和将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压的先导阀45a。先导阀45a包括第1先导阀和第2先导阀。
第1先导阀根据操作杆相对于中立位置向前侧的操作量来生成先导压，并经由先导管线P1向左行驶用方向控制阀21的一侧的操作部(受压部)输出先导压，使左行驶用方向控制阀21的阀芯(spool)向另一侧驱动。由此，来自液压泵8c的液压油经由左行驶用方向控制阀21被供给至左行驶马达3a，左行驶马达3a向前方向旋转。
第2先导阀根据操作杆相对于中立位置向后侧的操作量来生成先导压，并经由先导管线P2向左行驶用方向控制阀21的另一侧的操作部输出先导压，使左行驶用方向控制阀21的阀芯向一侧驱动。由此，来自液压泵8c的液压油经由左行驶用方向控制阀21被供给至左行驶马达3a，左行驶马达3a向后方向旋转。
同样地，右侧的行驶用操作装置1b具有能够沿前后方向操作的操作杆、和将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压的先导阀45b。先导阀45b包括第3先导阀和第4先导阀。
第3先导阀根据操作杆相对于中立位置向前侧的操作量来生成先导压，并经由先导管线P3向右行驶用方向控制阀22的一侧的操作部输出先导压，使右行驶用方向控制阀22的阀芯向另一侧驱动。由此，来自液压泵8a的液压油经由右行驶用方向控制阀22被供给至右行驶马达3b，右行驶马达3b向前方向旋转。
第4先导阀根据操作杆相对于中立位置向后侧的操作量来生成先导压，并经由先导管线P4向右行驶用方向控制阀22的另一侧的操作部输出先导压，使右行驶用方向控制阀22的阀芯向一侧驱动。由此，来自液压泵8a的液压油经由右行驶用方向控制阀22被供给至右行驶马达3b，右行驶马达3b向后方向旋转。
左侧的作业用操作装置2a具有能够沿前后方向及左右方向操作的操作杆、和第1～第4电位器(61～64)。第1电位器61根据操作杆相对于中立位置向前侧的操作量来生成操作信号(电信号)，第2电位器62根据操作杆相对于中立位置向后侧的操作量来生成操作信号。第3电位器63根据操作杆相对于中立位置向左侧的操作量来生成操作信号，第4电位器64根据操作杆相对于中立位置向右侧的操作量来生成操作信号。生成的这些操作信号(电信号)被输出至控制单元100。第1～第4电位器分别相对于前后左右方向各设置有两个，在控制单元100中，通过将两个电位器的值进行比较而提高了杆信号的可靠性。
同样地，右侧的作业用操作装置2b具有能够沿前后方向及左右方向操作的操作杆、和第5～第8电位器(65～68)。第5电位器65根据操作杆相对于中立位置向前侧的操作量来生成操作信号，第6电位器66根据操作杆相对于中立位置向后侧的操作量来生成操作信号。第7电位器67根据操作杆相对于中立位置向左侧的操作量来生成操作信号，第8电位器68根据操作杆相对于中立位置向右侧的操作量来生成操作信号。生成的这些操作信号(电信号)被输出至控制单元100。第5～第8电位器分别相对于前后左右方向各设置有两个，在控制单元100中，通过将两个电位器的值进行比较而提高了杆信号的可靠性。
控制单元100根据来自第1电位器61的操作信号生成指令电流，并向回转用电磁比例阀41a的螺线管部输出指令电流，使回转用电磁比例阀41a驱动。回转用电磁比例阀41a将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P5向回转用方向控制阀23的一侧的操作部输出先导压，使回转用方向控制阀23的阀芯向另一侧驱动。由此，来自液压泵8c的液压油经由回转用方向控制阀23被供给至旋转马达4，旋转马达4向一个方向旋转。
另外，控制单元100根据来自第2电位器62的操作信号生成指令电流，并向回转用电磁比例阀41b的螺线管部输出指令电流，使回转用电磁比例阀41b驱动。回转用电磁比例阀41b将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P6向回转用方向控制阀23的另一侧的操作部输出先导压，使回转用方向控制阀23的阀芯向一侧驱动。由此，来自液压泵8c的液压油经由回转用方向控制阀23被供给至旋转马达4，旋转马达4向相反方向旋转。
此外，在先导管线P5、P6上设有回转用压力传感器31a、31b，由各压力传感器检测到的实际先导压被输出至控制单元100。
控制单元100根据来自第3电位器63的操作信号生成指令电流，并向斗杆用电磁比例阀43a、43b的螺线管部输出指令电流，使斗杆用电磁比例阀43a、43b驱动。斗杆用电磁比例阀43a将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P11向斗杆用方向控制阀25a的一侧的操作部输出先导压，使斗杆用方向控制阀25a的阀芯向另一侧驱动。斗杆用电磁比例阀43b将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P12向斗杆用方向控制阀25b的一侧的操作部输出先导压，使斗杆用方向控制阀25b的阀芯向另一侧驱动。由此，来自液压泵8b的液压油经由斗杆用方向控制阀25a被供给至斗杆缸6的杆侧，且来自液压泵8c的液压油经由斗杆用方向控制阀25b被供给至斗杆缸6的杆侧，斗杆缸6缩短。
另外，控制单元100根据来自第4电位器64的操作信号生成指令电流，并向斗杆用电磁比例阀43c、43d的螺线管部输出指令电流，使斗杆用电磁比例阀43c、43d驱动。斗杆用电磁比例阀43c将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P13向斗杆用方向控制阀25a的另一侧的操作部输出先导压，使斗杆用方向控制阀25a的阀芯向一侧驱动。斗杆用电磁比例阀43d将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P14向斗杆用方向控制阀25b的另一侧的操作部输出先导压，使斗杆用方向控制阀25b的阀芯向一侧驱动。由此，来自液压泵8b的液压油经由斗杆用方向控制阀25a被供给至斗杆缸6的缸底侧，且来自液压泵8c的液压油经由斗杆用方向控制阀25b被供给至斗杆缸6的缸底侧，斗杆缸6伸长。
此外，在先导管线P11、P12、P13、P14上设有斗杆用压力传感器33a、33b、33c、33d，由各压力传感器检测到的实际先导压被输出至控制单元100。
控制单元100根据来自第5电位器65的操作信号生成指令电流，并向动臂用电磁比例阀42a、42b的螺线管部输出指令电流，使动臂用电磁比例阀42a、42b驱动。动臂用电磁比例阀42a将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P7向动臂用方向控制阀24a的一侧的操作部输出先导压，使动臂用方向控制阀24a的阀芯向另一侧驱动。动臂用电磁比例阀42b将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P8向动臂用方向控制阀24b的一侧的操作部输出先导压，使动臂用方向控制阀24b的阀芯向另一侧驱动。由此，来自液压泵8a的液压油经由动臂用方向控制阀24a被供给至动臂缸5的杆侧，且来自液压泵8b的液压油经由动臂用方向控制阀24b被供给至动臂缸5的杆侧，动臂缸5缩短。
另外，控制单元100根据来自第6电位器66的操作信号生成指令电流，并向动臂用电磁比例阀42c、42d的螺线管部输出指令电流，使动臂用电磁比例阀42c、42d驱动。动臂用电磁比例阀42c将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P9向动臂用方向控制阀24a的另一侧的操作部输出先导压，使动臂用方向控制阀24a的阀芯向一侧驱动。动臂用电磁比例阀42d将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P10向动臂用方向控制阀24b的另一侧的操作部输出先导压，使动臂用方向控制阀24b的阀芯向一侧驱动。由此，来自液压泵8a的液压油经由动臂用方向控制阀24a被供给至动臂缸5的缸底侧，且来自液压泵8b的液压油经由动臂用方向控制阀24b被供给至动臂缸5的缸底侧，动臂缸5伸长。
此外，在先导管线P7、P8、P9、P10上设有动臂用压力传感器32a、32b、32c、32d，由各压力传感器检测到的实际先导压被输出至控制单元100。
控制单元100根据来自第7电位器67的操作信号生成指令电流，并向铲斗用电磁比例阀44a的螺线管部输出指令电流，使铲斗用电磁比例阀44a驱动。铲斗用电磁比例阀44a将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P15向铲斗用方向控制阀26的一侧的操作部输出先导压，使铲斗用方向控制阀26的阀芯向另一侧驱动。由此，来自液压泵8a的液压油经由铲斗用方向控制阀26被供给至铲斗缸7的缸底侧，铲斗缸7伸长。
另外，控制单元100根据来自第8电位器68的操作信号生成指令电流，并向铲斗用电磁比例阀44b的螺线管部输出指令电流，使铲斗用电磁比例阀44b驱动。铲斗用电磁比例阀44b将来自先导泵27的排出压作为初始压力而生成先导压，并经由先导管线P16向铲斗用方向控制阀26的另一侧的操作部输出先导压，使铲斗用方向控制阀26的阀芯向一侧驱动。由此，来自液压泵8a的液压油经由铲斗用方向控制阀26被供给至铲斗缸7的杆侧，铲斗缸7缩短。
此外，在先导管线P15、P16上设有铲斗用压力传感器34a、34b，由各压力传感器检测到的实际先导压被输出至控制单元100。
控制单元100基于各电磁比例阀的指令电流和由其二级侧的压力传感器检测到的实际先导压，判定各电磁比例阀是否发生了异常。而且，在判定为电磁比例阀发生了异常的情况下，使显示装置50显示电磁比例阀的异常状态来通知操作人员。
另外，控制单元100从半自动模式开关160输入是否选择了半自动模式的信号。在此，半自动模式是指进行半自动控制的模式。半自动控制是对操作人员的杆操作进行辅助的控制技术，主要目的为，在施工现场中以使铲斗的齿尖沿着设计图指定的施工目标面的方式或者以铲斗的齿尖不超过施工目标面的方式进行控制。
在先导泵27的排出侧设有规定先导泵27的排出压的上限值的溢流阀28。另外，在先导泵27与上述的第1～第4先导阀及电磁比例阀41a、41b、42a～42d、43a～43d、44a、44b之间设有门锁定阀29。
门锁定阀29在门锁杆16被操作到允许操作人员乘降的上升位置(锁定位置)的情况下，使开关断开，不对门锁定阀29的螺线管部进行励磁，因此将门锁定阀29设为图中下侧的中立位置。由此，阻断从先导泵27向上述的第1～第4先导阀及电磁比例阀41a、41b、42a～42d、43a～43d、44a、44b的液压油供给。因此，各液压执行机构无法工作。
另一方面，在门锁杆16被操作到禁止操作人员乘降的下降位置(锁定解除位置)的情况下，门锁定阀29使开关闭合，对门锁定阀29的螺线管部进行励磁，因此将门锁定阀29设为图中上侧的切换位置。由此，从先导泵27向上述的第1～第4先导阀及电磁比例阀41a、41b、42a～42d、43a～43d、44a、44b供给液压油。因此，各液压执行机构能够工作。
接着，利用附图对构成本发明的工程机械的一实施方式的控制装置进行说明。图3是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的整体结构的概念图，图4是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的功能的一例的控制框图，图5是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的杆中立判定部的结构的控制框图，图6是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的电流转换器的结构的控制框图，图7是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的目标先导压运算部中设定的特性的特性图，图8是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的无冲击要否判定部的处理内容的流程图，图9是用于对构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的无冲击处理进行说明的特性图，图10是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的指令电流运算部中设定的特性的特性图。
在本发明的实施方式中，其特征在于，根据半自动控制的有无、是否需要无冲击(shockless)功能来变更杆中立判定条件。因此，并不像现有技术那样将中立判定逻辑仅安装在硬件(电气回路)中，而是通过以电子控制为前提的控制单元100来进行。此外，本发明的实施方式用于提高车身的安全性，需要与现有技术同等的可靠性。然而，通常构成控制装置的微型计算机和存储器等电子零件与单纯的电气回路相比故障率更高。因此，在控制单元100中，通过运算处理及与处理对应的电子控制零件的双重化等而提高了可靠性。
如图3所示，控制单元100具备：输入比较控制部120，其具备多个比较器，该多个比较器输入来自电气控制杆方式的作业用操作装置2a、2b具备的电位器61～68的操作指令信号(相对于一个操作指令输入两个传感器信号)，并将两个传感器信号进行比较，在偏差为阈值以上的情况下输出异常信号，并且在正常时输出其平均值；中立判定控制部130，其基于来自输入比较控制部120的输出信号(杆操作量信号)判定电气控制杆信号的中立；电流转换控制部140，其具备多个电流转换器，该多个电流转换器基于来自输入比较控制部120的输出信号(杆操作量信号)并根据半自动控制的有无、是否需要无冲击功能等输出针对各电磁比例阀41a、41b、42a、42b、42c、42d、43a、43b、43c、43d、44a、44b的指令电流；和电流阻断控制部150，其具备多个阻断开关，该多个阻断开关输入来自输入比较控制部120的异常信号、来自中立判定控制部的中立判定信号和来自电流转换控制部140的针对各电磁比例阀的指令电流，并根据异常信号和中立判定信号来控制针对各电磁比例阀的指令电流的阻断和连通。此外，从半自动模式开关160对中立判定控制部130输入是否选择了半自动模式的信号。
图4作为控制单元100的功能的一例而示出了生成斗杆装载指令和动臂抬升指令的情况下的控制模块。在图4中，控制单元100具备：比较器120a，其输入来自作业用操作装置2a所具备的两个电位器63a、63b的斗杆装载操作指令信号；杆中立判定部130a，其基于来自比较器120a的输出信号(杆操作量信号)判定电气控制杆信号的中立；全部杆中立判定部139，其输入来自杆中立判定部130a及其它杆中立判定部的中立判定信号和来自半自动模式开关160的信号，并输出全部模式中的中立判定信号；电流转换器140a，其基于来自比较器120a的输出信号(杆操作量信号)和来自半自动模式开关160的信号输出针对斗杆用电磁比例阀43a、43b的指令电流；和阻断开关150a，其输入来自比较器120a的异常信号、来自全部杆中立判定部139的中立判定信号和来自电流转换器140a的针对电磁比例阀的指令电流，并相应于异常信号和中立判定信号来控制针对斗杆用电磁比例阀43a、43b的指令电流的阻断和连通。
同样地，控制单元100具备：比较器120b，其输入来自作业用操作装置2b所具备的两个电位器66a、66b的动臂抬升操作指令信号；杆中立判定部130b，其基于来自比较器120b的输出信号(杆操作量信号)判定电气控制杆信号的中立；电流转换器140b，其基于来自比较器120b的输出信号和来自半自动模式开关160的信号输出针对动臂抬升电磁比例阀42c、42d的指令电流；和阻断开关150b，其输入来自比较器120b的异常信号、来自全部杆中立判定部139的中立判定信号和来自电流转换器140b的针对电磁比例阀的指令电流，并相应于异常信号和中立判定信号来控制针对动臂抬升电磁比例阀42c、42d的指令电流的阻断和连通。
在此，对比较器120a、杆中立判定部130a、电流转换器140a、阻断开关150a、全部杆中立判定部139进行说明，而关于比较器120b、杆中立判定部130b、电流转换器140b、阻断开关150b，由于具有相同的功能，所以省略说明。
比较器120a通过将来自两个电位器63a、63b的传感器输入值进行比较而提高传感器信号的可靠性。比较器120a将两个传感器输入值进行比较，若它们的差值小于预先确定的阈值，则将两个传感器输入值的平均值作为杆操作量信号向杆中立判定部130a和电流转换器140a输出。另一方面，若两个传感器输入值的差值为阈值以上，则判定为传感器异常，向阻断开关150a输出异常信号，阻断从电流转换器140a向斗杆用电磁比例阀43a、43b的电流输出。另外，此时将与杆中立位置相当的传感器信号作为杆操作量信号向杆中立判定部130a和电流转换器140a输出。
杆中立判定部130a判定电气控制杆是否为中立状态，并在判定为中立的情况下，经由全部杆中立判定部139将电流阻断指令向阻断开关150a输出。在此，中立状态是杆操作量信号(来自电位器63a、63b的传感器输入值)充分小的状态，表示操作人员未操作液压执行机构。
杆中立判定部130a的具体情况如图5所示。杆中立判定部130a为了处理的高可靠化而使运算部双重化，具备由单独的微型计算机及存储器执行的两个中立判定器131a、132a、和比较器133a。比较器133a输入来自两个中立判定器131a、132a的判定结果，将它们进行比较并输出如下信号。在两个中立判定器131a、132a的判定结果均为中立状态的情况下，经由全部杆中立判定部139将电流阻断指令向阻断开关150a输出；在判定结果均为非中立状态的情况下，经由全部杆中立判定部139将电流连通指令向阻断开关150a输出而使得能够进行电流输出。此外，在两个中立判定器131a、132a的判定结果不同的情况下，比较器133a经由全部杆中立判定部139将电流阻断指令向阻断开关150a输出。在本实施方式中，通过使电气控制杆信号的输入处理和杆中立判定双重化而提高了可靠性。
全部杆中立判定部139输入来自选择半自动控制的开(ON)/关(OFF)的半自动模式开关160的信号、和来自与全部操作指令信号对应的杆中立判定部的中立判定信号，当半自动模式开关160为关时，对应于针对每个液压执行机构的中立判定信号，向阻断开关输出电流阻断信号；另一方面，当半自动模式开关160为开时，仅限在针对每个液压执行机构的中立判定信号全部判定为中立的情况下，向全部阻断开关输出电流阻断信号。
返回至图4，电流转换器140a具备相对于杆操作量信号的输出电流图表，并对应于杆操作量信号而输出用于驱动电磁比例阀的电流。
电流转换器140a的具体情况如图6所示。电流转换器140a具备目标先导压运算部141a、无冲击要否判定部142a、先导压调节运算部143a、指令电流运算部144a、半自动模式时目标先导压运算部145a、和目标面生成部146a。
目标先导压运算部141a输入来自比较器120a的杆操作量信号，并将遵循预先设定的相对于杆操作量的目标先导压特性的目标先导压信号向无冲击要否判定部142a和先导压调节运算部143a输出。目标先导压运算部141a的预先设定的特性的一例如图7所示。
返回至图6，无冲击要否判定部142a输入由目标先导压运算部141a计算出的目标先导压信号，当操作杆被突然操作时，判定是否对对应的执行机构的目标先导压的时间变化率施加限制。具体而言，若是需要无冲击处理的液压执行机构、且杆操作量的时间变化率为规定值(例如xMPa/s)以上，则判定为需要无冲击处理，若是无需无冲击处理的液压执行机构，或者即使是需要无冲击处理的液压执行机构但杆操作量的时间变化率小于规定值，则判定为不需要无冲击处理。判定出的无冲击要否(即是否需要无冲击)的信号向先导压调节运算部143a输出。
通常车身的振动(冲击)变大是在动臂抬升操作中将操作杆突然返回至中立位置时。因此，在本实施方式中，以将实施无冲击处理的液压执行机构设为动臂缸5的情况为例进行说明。
利用图8来说明无冲击要否判定部142a的处理内容。
无冲击要否判定部142a判定正在被操作的液压执行机构是否为动臂缸5(步骤S1100)。在液压执行机构为动臂缸5的情况下进入步骤S1110，而在除此以外的情况下进入步骤S1140。
无冲击要否判定部142a在液压执行机构为动臂缸5的情况下判定是否处于前部作业机停止操作中(步骤S1110)。在此，前部作业机停止操作是指为了使作业装置12停止而将操作杆从非中立状态返回至中立状态的操作。在处于前部作业机停止操作中的情况下进入步骤S1120，而在除此以外的情况下进入步骤S1140。
无冲击要否判定部142a在处于前部作业机停止操作中的情况下，判定目标先导压的变化率是否为预先设定的xMPa/s以上(步骤S1120)。在目标先导压的变化率为xMPa/s以上的情况下进入步骤S1130，而在除此以外的情况下进入步骤S1140。
无冲击要否判定部142a在目标先导压的变化率为xMPa/s以上的情况下将无冲击处理设为启动(ON)(步骤S1130)。具体而言，向先导压调节运算部143a输出需要无冲击的信号。
无冲击要否判定部142a在步骤S1100、步骤S1110、步骤S1120中的任一步骤中均判定为除此以外的情况下，将无冲击处理设为关闭(OFF)(步骤S1140)。具体而言，向先导压调节运算部143a输出不需要无冲击的信号。
返回至图6，先导压调节运算部143a将目标先导压运算部141a输出的目标先导压和无冲击要否判定部142a输出的判定结果作为输入，并决定向指令电流运算部144a输出的目标先导压值。
在先导压调节运算部143a中，利用图9对基于无冲击处理的有无导致的输出的差异进行说明。在图9中，横轴表示时间，纵轴分别表示(a)动臂杆操作量、(b)动臂缸目标先导压力、(c)斗杆杆操作量、(d)斗杆缸目标先导压力。
在实施无冲击处理的动臂缸5中，当根据(a)所示的杆操作量由目标先导压运算部141a得出的目标先导压的变化率为xMPa/s以上时，从无冲击要否判定部142a向先导压调节运算部143a输入需要无冲击的信号，先导压调节运算部143a基于从目标先导压运算部141a输入的目标先导压信号，输出(b)所示的进行了将无冲击功能设为启动的变化率限制后的目标先导压信号(Pi_sl)。
另一方面，在不实施无冲击处理的斗杆缸6中，不管(c)所示的杆操作量的变化率如何，都从无冲击要否判定部142a向先导压调节运算部143a输入不需要无冲击的信号，先导压调节运算部143a输出从目标先导压运算部141a输入的目标先导压信号(Pi_lev)。
返回至图6，指令电流运算部144a输入来自先导压调节运算部143a的目标先导压信号，并将预先设定的相对于目标先导压的指令电流信号经由阻断开关150a向对应的电磁比例阀的螺线管部输出。指令电流运算部144a的预先设定的特性的一例如图10所示。
返回至图6，半自动模式时目标先导压运算部145a输入来自比较器120a的杆操作量信号、来自目标面生成部146a的施工目标面信息、和来自半自动模式开关160的半自动控制的开/关选择信号，当半自动控制开启时，根据杆操作量和施工目标面信息来运算目标先导压信号，并向先导压调节运算部143a输出。在目标面生成部146a中存储有与设计图指定的目标面相关的信息。
在半自动模式时目标先导压运算部145a中，例如在操作人员正在操作斗杆18的状态下，运算用于以使铲斗19的齿尖不超过施工目标面的方式对动臂17自动地进行控制的目标先导压，并向先导压调节运算部143a输出。
利用图11对半自动模式时目标先导压运算部145a的目标先导压的动作进行说明。图11是用于对构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的半自动控制的动作例进行说明的特性图。在图11中，横轴表示时间，纵轴分别表示(a)动臂抬升杆操作量(自动)、(b)动臂缸抬升目标先导压力(自动)、(c)斗杆杆操作量(手动)、(d)斗杆缸目标先导压力(手动)。
在图11中，以是半自动控制模式且进行水平牵引的情况下的动作为例进行说明。如(a)所示，由于动臂17委托了自动控制，所以杆操作量一直为0。如(c)所示，将斗杆18的杆操作量手动设为固定值，如(d)所示，斗杆目标先导压也为固定值。
在该状态下，当达到时刻t1时，由于铲斗19的齿尖将要超过施工目标面，所以自动控制启动，如(b)所示，动臂抬升目标先导压增加而进行动臂抬升操作。通过像这样对操作人员的操作进行辅助，来防止铲斗19的齿尖超过施工目标面。在经过了时刻t1之后不久的、目标面与铲斗的齿尖的距离变成规定长度以上的时刻t2，停止动臂抬升目标先导压的增加。之后，使动臂抬升目标先导压逐渐减小从而降低动臂抬升操作。此外，目标面与铲斗19的齿尖的距离根据来自分别设于动臂17、斗杆18、铲斗19的未图示的姿势传感器的信号和来自目标面生成部146a的施工目标面信息而计算。
接着，利用图12对控制单元从接收杆信号到输出目标先导压(针对电磁比例阀的指令电流)为止的处理内容进行说明。图12是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制单元的从杆信号输入到目标先导压运算为止的处理的流程图。
控制单元100判定半自动控制模式是否启动(步骤S1310)。具体而言，根据所输入的来自半自动模式开关160的半自动控制的开/关选择信号进行判定。在半自动控制模式启动的情况下进入步骤S1320，而在除此以外的情况下进入步骤S1210。
控制单元100在半自动控制模式启动的情况下判定全部杆中立判定是否成立(步骤S1320)。具体而言，判定是否全部操作杆中立。在判定为全部杆中立的情况下进入步骤S1260，而在除此以外的情况下进入步骤S1330。
控制单元100在判定为至少一个操作杆不是中立的情况下，使半自动模式时目标先导压运算部145a输出目标先导压Pi_semiauto(步骤S1330)。由此，能够通过半自动控制向对相应的液压执行机构进行驱动的电磁比例阀供给指令电流。
控制单元100在步骤S1310中判定为半自动控制模式未启动的情况下，判定是否实施无冲击处理(步骤S1210)。具体而言，根据图8所示的无冲击要否判定部142a的处理内容进行。在实施无冲击处理的情况下进入步骤S1220，而在除此以外的情况下进入步骤S1240。
控制单元100在实施无冲击处理的情况下，判断是否是进行杆中立判定处理的结果为中立且无冲击处理后的目标先导压Pi_sl＝0(步骤S1220)。在步骤S1220的判定结果为真(是)的情况下进入步骤S1260，而在除此以外的情况下进入步骤S1230。
控制单元100在步骤S1220的判定结果为假(否)的情况下将目标先导压设定为Pi_sl并输出(步骤S1230)。由此，能够根据进行了变化率限制后的目标先导压信号向对相应的液压执行机构进行驱动的电磁比例阀供给指令电流。由此，例如在实施用于抑制车身振动的无冲击处理的情况下，直到处理结束为止都不实施基于杆中立的先导压关闭处理，因此能够提高车身的稳定性。
控制单元100在步骤S1210中判定为不实施无冲击处理的情况下，进行杆中立判定来判定是否为中立(步骤S1240)。在进行杆中立判定并判定为中立的情况下进入步骤S1260，而在除此以外的情况下进入步骤S1250。
控制单元100在步骤S1240中进行杆中立判定并判定为不是中立的情况下，将目标先导压设定为Pi_lev并输出(步骤S1250)。由此，能够根据未进行变化率限制的目标先导压信号向对相应的液压执行机构进行驱动的电磁比例阀供给指令电流。
控制单元100在步骤S1320中判定为全部杆中立判定成立的情况下，或者在步骤S1220的判定结果为真的情况下，又或者在步骤S1240中进行杆中立判定并判定为中立的情况下，将目标先导压设定为0并输出(步骤S1260)。这是指令电流关闭处理，对不需要无冲击处理的液压执行机构在刚刚进行了杆中立判定之后执行，因此，产生提高电气控制杆的工程机械的安全性的效果。
控制单元100在实施了步骤S1330、步骤S1230、步骤S1250、步骤S1260中的任一处理之后返回，从步骤S1310起重复同样的处理。
根据上述的本实施方式，在半自动控制中，针对自动控制能够介入的液压执行机构，根据与目标施工面的关系而允许用于操作人员辅助的控制介入。另一方面，在除此以外的情况下，随着杆中立判定能够快速执行先导压关闭处理，因此能够确保安全性。
根据上述的本发明的工程机械的一实施方式，在半自动控制时，能够允许控制介入同时确保车身的安全性。
此外，在本实施方式中，以具备液压先导方式的行驶用操作装置的情况为例进行了说明，但并不限于此，也可以具备电气控制杆方式的行驶用操作装置。
另外，以将实施无冲击处理的液压执行机构限定为动臂缸的情况为例进行了说明，但并不限于此。例如，在想要抑制斗杆缸的突然操作时的振动的情况下，也可以对斗杆缸实施无冲击处理。
另外，作为半自动控制以动臂的抬升动作为例进行了说明，但并不限于此。在适用于铲斗的情况下，设想例如在被称为找平的整地作业中，在使铲斗与地面的角度固定的控制中介入自动控制的情景。在该情况下，通过在铲斗的控制中实施与上述的动臂抬升自动控制同样的处理，能够获得本发明的工程机械的效果。
附图标记说明
1a、1b：行驶用操作装置，2a、2b：作业用操作装置，3a、3b：行驶液压马达，4：旋转马达，5：动臂缸，6：斗杆缸，7：铲斗缸，8a、8b、8c：液压泵，9a、9b、9c：泵调节器，10：下部行驶体，11：上部回转体，12：作业装置，13a、13b：行驶装置，14：驾驶室，15：发动机，16：门锁杆，17：动臂，18：斗杆，19：铲斗，20：控制阀，21：左行驶用方向控制阀，22：右行驶用方向控制阀，23：回转用方向控制阀，24a、24b：动臂用方向控制阀，25a、25b：斗杆用方向控制阀，26：铲斗用方向控制阀，27：先导泵，28：溢流阀，29：门锁定阀，31a、31b：回转用压力传感器，32a、32b、32c、32d：动臂用压力传感器，33a、33b、33c、33d：斗杆用压力传感器，34a、34b：铲斗用压力传感器，41a、41b：回转用电磁比例阀，42a、42b、42c、42d：动臂用电磁比例阀，43a、43b、43c、43d：斗杆用电磁比例阀，44a、44b：铲斗用电磁比例阀，45a、45b：行驶用先导阀，50：显示装置，61、62、63、64、65、66、67、68：电位器，100：控制装置(控制单元)，120：输入比较控制部，120a、120b：比较器，130：中立判定控制部，130a、130b：杆中立判定部，139：全部杆中立判定部，140：电流转换控制部，140a、140b：电流转换器，141a：目标先导压运算部，142a：无冲击要否判定部，143a：先导压调节运算部，144a：指令电流运算部，145a：半自动模式时目标先导压运算部，146a：目标面生成部，150：电流阻断控制部，150a、150b：阻断开关，160：半自动模式开关。

Claims (4)

1.一种工程机械，具备：多个液压执行机构；与所述多个液压执行机构的每一个对应的多个操作杆；根据所述多个操作杆的操作量分别输出电气操作信号的多个操作杆装置；与对所述多个液压执行机构的每一个进行驱动的液压回路连接的多个电磁比例阀；和输入所述操作信号且运算并输出针对所述电磁比例阀的控制信号的控制单元，
所述工程机械的特征在于，所述控制单元具备：
杆中立判定部，其基于来自所述多个操作杆装置的操作信号而针对每个所述操作杆判定所述操作杆是否为中立位置；
先导压运算部，其基于来自所述操作杆装置的操作信号运算驱动所述液压执行机构的先导压；
指令电流运算部，其将所述先导压运算部运算出的先导压信号转换为针对所述电磁比例阀的电流信号；
电流阻断控制部，其对从所述指令电流运算部向所述电磁比例阀的电流信号的阻断和连通进行控制；和
操作状态判定部，其判定是手动操作状态还是半自动操作状态，在所述手动操作状态中，所述多个液压执行机构全部为操作人员的手动操作对象，在所述半自动操作状态中，基于铲斗的齿尖位置与施工目标面的位置关系，控制所述多个液压执行机构中的至少一个液压执行机构而对操作人员的操作进行辅助，
在所述操作状态判定部判定为是所述半自动操作状态、且所述杆中立判定部判定为所述多个操作杆装置的全部操作杆为中立位置的情况下，所述电流阻断控制部使针对全部所述多个电磁比例阀的电流信号阻断，
在所述操作状态判定部判定为是所述半自动操作状态、且所述杆中立判定部判定为所述多个操作杆中的至少一个操作杆不是中立位置的情况下，所述电流阻断控制部使针对全部所述多个电磁比例阀的所述电流信号连通，
在所述操作状态判定部判定为是所述手动操作状态的情况下，所述电流阻断控制部根据所述杆中立判定部的判定结果使针对所述多个电磁比例阀各自的所述电流信号阻断。
2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
在所述操作状态判定部判定为是半自动操作状态的情况下，即使针对动臂缸和斗杆缸中的至少一个液压执行机构而言，相应的所述操作杆装置的操作杆被判定为中立位置，在并非其它操作杆装置的全部操作杆被判定为中立位置时，所述电流阻断控制部也使针对全部所述多个电磁比例阀的电流信号连通。
3.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
在所述操作状态判定部判定为是手动操作状态的情况下，所述电流阻断控制部阻断针对与所述多个操作杆装置中的被判定为中立位置的操作杆对应的液压执行机构的电磁比例阀的电流信号。
4.一种工程机械，具备：多个液压执行机构；与所述多个液压执行机构的每一个对应的多个操作杆；根据所述多个操作杆的操作量分别输出电气操作信号的多个操作杆装置；与对所述多个液压执行机构的每一个进行驱动的液压回路连接的多个电磁比例阀；和输入所述操作信号且运算并输出针对所述电磁比例阀的控制信号的控制单元，
所述工程机械的特征在于，所述控制单元具备：
杆中立判定部，其基于来自所述操作杆装置的操作信号判定所述操作杆是否为中立位置；
先导压运算部，其基于来自所述操作杆装置的操作信号运算驱动所述液压执行机构的先导压；
指令电流运算部，其将所述先导压运算部运算出的先导压信号转换为针对所述电磁比例阀的电流信号；
电流阻断控制部，其对从所述指令电流运算部向所述电磁比例阀的电流信号的阻断和连通进行控制；和
操作状态判定部，其判定是手动操作状态还是半自动操作状态，在所述手动操作状态中，所述多个液压执行机构全部为操作人员的手动操作对象，在所述半自动操作状态中，基于铲斗的齿尖位置与施工目标面的位置关系，控制所述多个液压执行机构中的至少一个液压执行机构而对操作人员的操作进行辅助，
在所述操作状态判定部判定为是所述半自动操作状态的情况下，所述电流阻断控制部仅在所述多个操作杆装置的全部操作杆被判定为中立位置时，阻断针对全部所述多个电磁比例阀的电流信号，并在所述多个操作杆中的至少一个操作杆被判定为不是中立位置时，使针对全部所述多个电磁比例阀的所述电流信号连通，
所述控制单元具备：无冲击要否判定部，其基于所述操作杆的操作判定是否需要抑制车身振动的无冲击动作；和先导压调节运算部，其输入所述先导压运算部运算出的先导压信号和来自所述无冲击要否判定部的信号，并根据这些信号将运算出的先导压信号向所述指令电流运算部输出，
所述先导压调节运算部在所述无冲击要否判定部判定为不需要无冲击动作的情况下，将所述先导压运算部运算出的所述先导压信号直接向所述指令电流运算部输出；在所述无冲击要否判定部判定为需要无冲击动作的情况下，将所述先导压信号进行变化率限制并向所述指令电流运算部输出，
所述电流阻断控制部在所述操作杆装置的操作杆被判定为中立位置时、且是所述先导压调节运算部输出的先导压信号成为规定值以下时，将针对与所述操作杆对应的液压执行机构的电磁比例阀的电流信号阻断。
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