JP2004239304A - 建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置において、レバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保して操作性を良くする。
【解決手段】角度センサ信号から求めたアームの回動角よりアームシリンダ２０９のシリンダストロークＳａを演算し、パイロット圧上限テーブルを用いてシリンダストロークによるパイロット圧上限値Ｐｉ２を演算し、エンジン回転数信号よりパイロット圧上限係数テーブルを用いてパイロット圧上限係数Ｋｕを演算し、パイロット圧上限値Ｐｉ２に係数Ｋｕを乗じて入力量補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３を求め、目標パイロット圧Ｐｉ１とレバー入力補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３の小さい方を出力パイロット圧Ｐｉとし、指令電流を出力する。
【選択図】 図３
【解決手段】角度センサ信号から求めたアームの回動角よりアームシリンダ２０９のシリンダストロークＳａを演算し、パイロット圧上限テーブルを用いてシリンダストロークによるパイロット圧上限値Ｐｉ２を演算し、エンジン回転数信号よりパイロット圧上限係数テーブルを用いてパイロット圧上限係数Ｋｕを演算し、パイロット圧上限値Ｐｉ２に係数Ｋｕを乗じて入力量補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３を求め、目標パイロット圧Ｐｉ１とレバー入力補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３の小さい方を出力パイロット圧Ｐｉとし、指令電流を出力する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置に係わり、特に、油圧シリンダにより駆動される作業機を有する建設機械において、油圧シリンダのストロークエンド部における衝撃を緩和する油圧シリンダ駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設機械に用いられる油圧シリンダにおいては、ストロークエンド部に機械的な油圧クッション機構を設け、ストロークエンド部で緩衝作用を働かせるようになっている。この従来のクッション機構は種々提案されているが、主な原理はタンクヘの戻り油をストロークエンド付近において絞りの入った油路を通って排出することで緩衝作用が働くようになっている。
【０００３】
一方、このような機械的なクッション機構に対し、油圧シリンダのストロークを検出し、その結果に基づいてその油圧シリンダをストロークエンドに近づくほど動きが遅くなるよう減速制御する油圧シリンダ駆動制御装置（電子クッション装置）が例えば特開２００２−２１８０４号公報に提案されている。この提案では油圧シリンダがストロークエンド付近にあり、かつ、油圧シリンダがそのストロークエンド方向に作動していることを検出手段が検出すると、操作レバー装置の操作信号による指令に優先して操作レバー装置と流量制御弁の間に設置された電磁比例減圧弁を減速制御し、油圧シリンダを減速する。一方、油圧シリンダがストロークエンド付近にあり、かつ、油圧シリンダがそのストロークエンド方向には作動していないことを検出手段が検出すると、操作レバー装置の操作信号に対応して電磁比例減圧弁を制御する。このように構成することにより、油圧シリンダがストロークエンドに向かう際は速度を落とし滑らかに衝撃を緩和でき、逆に油圧シリンダがストロークエンドから離間するときはレバー操作信号通りの速度で油圧シリンダを作動させ、迅速な操作を可能としている。
【特許文献１】
特開２００２−２１８０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の油圧シリンダ駆動制御装置では、操作レバー装置のレバー入力量（操作信号）を小さくしシリンダ速度を遅くした場合はクッション領域は短くなるが、油圧ポンプを回転駆動するエンジンの回転数を低く設定しシリンダ速度を遅くした場合はクッション領域が短くならないという問題がある。
【０００５】
油圧シリンダの動きを制御するのは流量制御弁（メインスプール）であり、流量制御弁はパイロット圧により操作される。このパイロット圧は、流量制御弁のメインスプール両端に設けられる電磁比例減圧弁により制御される。油圧シリンダ駆動制御装置では、上記電磁比例減圧弁への指令電流を操作レバー装置の操作信号とは別に制御することにより、ストロークエンド付近での油圧シリンダの挙動を制御している。その方法は、油圧シリンダのピストンがストロークエンドから設定した一定距離に達すると、メインスプールに印加されている、ストロークエンド方向にシリンダを駆動する側のパイロット圧をパイロット圧上限値により制限するものであり、パイロット圧上限値はクッション領域の開始位置からからストロークエンドにかけて連続的に減少するように設定してある。この場合、シリンダストロークにより設定されたパイロット圧上限値がレバー入力量（操作信号）によって決定されたパイロット圧以下になるストロークまで、減速制御は機能しない。このため、レバー入力量が小さい場合はパイロット圧上限値がレバー入力量によって決定されたパイロット圧以下となるストロークが長くなり、クッション領域が短くなる。
【０００６】
一方、エンジン回転数を低く設定した場合は、レバー入力量が一定であれば、レバー入力量によって決定されたパイロット圧も一定であるので、クッション領域は変化しない。
【０００７】
本来、クッション機能に求められるものは、ストロークエンドでのショックの低減であるので、シリンダ速度が遅い場合はシリンダ速度が速い場合ほどクッション領域は必要とされない。また、シリンダ速度が遅い場合に求められるフロント性能は、微細な調整機能であり、クッション領域を抑え、シリンダ速度保持領域を長くできることが好ましい。しかし、エンジン回転数を低く設定した場合はシリンダ速度が遅くなってもクッション領域は短くならないので、クッション領域を有効に設定することができない。
【０００８】
本発明の目的は、操作レバー装置のレバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができ操作性の良い建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動され作業機を動かす少なくとも１つの油圧シリンダと、前記油圧ポンプを回転駆動するエンジンとを備えた建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置において、
前記油圧シリンダの動作を指令する操作レバー手段と、前記操作レバー手段のレバー入力量を検出する操作量検出手段と、前記油圧シリンダに供給される圧油の流量を制御する流量制御弁と、前記操作レバー手段の操作に応じたパイロット圧により前記流量制御弁を駆動する操作部に配置された電磁比例減圧弁と、前記油圧シリンダのストロークを計測するストローク計測手段と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記ストローク計測手段によって計測されたストロークに基づいて前記油圧シリンダがストロークエンドに近づくと漸減するパイロット圧上限値を演算し、このパイロット圧上限値に基づいて前記電磁比例減圧弁を作動させ前記パイロット圧を制限するパイロット圧制限手段と、前記エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数に基づいて、前記エンジン回転数が小さくなるに従って前記パイロット圧上限値が大きくなるようパイロット圧上限値を補正するパイロット圧上限値補正手段とを備えるものとする。
【００１０】
このようにパイロット圧上限値補正手段を設け、エンジン回転数が小さくなるに従ってパイロット圧上限値が大きくなるようパイロット圧上限値を補正することにより、エンジン回転数が低いときはそれに応じてパイロット圧上限値が大きくなり流量制御弁を駆動するパイロット圧を制限するため、操作レバー装置のレバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができ操作性を良好にすることができる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記パイロット圧上限値補正手段は、前記エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数に応じたパイロット圧補正係数を演算し、前記パイロット圧上限値に前記パイロット圧補正係数を乗じることにより前記パイロット圧上限値を補正する。
【００１２】
これによりエンジン回転数が小さくなるに従ってパイロット圧上限値が大きくなるようパイロット圧上限値を補正することができる。
【００１３】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記ストローク計測手段は、前記作業機の回動角を検出する角度センサを有し、この角度センサにより検出された角度により前記油圧シリンダのストロークを計算する。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係わる油圧シリンダ駆動制御装置を備えた油圧駆動装置を示す図である。
【００１６】
図１において、油圧駆動装置は、エンジン１と、このエンジン１により駆動される油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２から吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃと、油圧ポンプ２からアクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃに供給される圧油の流量と方向を制御する流量制御弁４ａ，４ｂ，４ｃと、アクチュエータ３ａ、３ｂ、３ｃを含む複数のアクチュエータの動作を指令する複数の操作レバー装置５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとを備えている。
【００１７】
操作レバー装置５ａ〜５ｄは、レバー入力量を検出し操作信号として電気信号を出力する操作量検出部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを備えた電気レバー装置であり、その電気信号（操作信号）は制御ユニット７に入力される。流量制御弁４ａ〜４ｃのメインスプール両端にはそれぞれ１対の電磁比例減圧弁８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂ；１０ａ，１０ｂを備えた操作部４１ａ，４１ｂ；４２ａ，４２ｂ；４３ａ，４３ｂが設けられ、電磁比例減圧弁８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂ；１０ａ，１０ｂは制御ユニット７からの指令電流により作動し、それぞれの流量制御弁４ａ〜４ｃを駆動するためのパイロット圧を出力する。
【００１８】
図２に本発明が適用される建設機械の一例である油圧ショベルの外観を示す。油圧ショベルは下部走行体２００、上部旋回体２０１、フロント作業機２０２を有し、下部走行体は左右の走行モータ２０３ａ，２０３ｂ（一方のみ図示）により駆動される左右のクローラ式走行装置を有し、上部旋回体２０１は旋回モータ２０４により下部走行体２００上に軸Ｏを中心に旋回可能であり、フロント作業機２０２は上部旋回体２０１の前部で上下動可能である。フロント作業機２０２はブーム２０５、アーム２０６、バケット２０７を有する多関節構造であり、ブーム２０５はブームシリンダ２０８により、アーム２０６はアームシリンダ２０９により、バケット２０７はバケットシリンダ２１０によりそれぞれ軸Ｏを含む平面内を回転駆動される。下部走行体２００の前部にはブレード２１１が装着され、ブレード２１１は図示しない油圧シリンダによる上下動可能である。
【００１９】
本実施の形態において、アクチュエータ３ａはブームシリンダ２０８であり、アクチュエータ３ｂは例えばアームシリンダ２０９であり、アクチュエータ３ｃは例えばバケットシリンダ２１０である。また、操作レバー装置５ａは、操作信号として、ブームシリンダ３ａの伸び方向（ブーム上げ方向）の操作信号と縮み方向（ブーム下げ方向）の操作信号を出力し、操作レバー装置５ｂは、操作信号として、アームシリンダ３ｂの伸び方向（アームクラウド方向）の操作信号と縮み方向（アームダンプ方向）の操作信号を出力し、操作レバー装置５ｃは、操作信号として、バケットシリンダ３ｃの伸び方向（バケットクラウド方向）の操作信号と縮み方向（バケットダンプ方向）の操作信号を出力する。
【００２０】
以上のような油圧ショベルの油圧駆動装置に本実施の形態による油圧シリンダ駆動制御装置が設けられている。この油圧シリンダ駆動制御装置は、ブーム２０５の回動支点に設けられ、ブーム２０５の回動角を検出する角度センサ２１と、アーム２０６の回動支点に設けられ、アーム２０６の回動角を検出する角度センサ２２と、バケット２０７の回動支点に設けられ、バケット２０７の回動角を検出する角度センサ２３と、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ３１と、操作レバー装置５ａ〜５ｃの操作信号と角度センサ２１〜２３の角度信号と回転数センサ３１の回転数信号とを入力し、所定の演算処理を行い、電磁比例減圧弁８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂ；１０ａ，１０ｂに指令電流を出力する上記の制御ユニット７とを備えている。
【００２１】
油圧シリンダ駆動制御装置が電子クッション装置として機能するときの制御ユニット７の処理内容を図３、図４を用いて説明する。
【００２２】
図３は、制御ユニット７に入力する操作信号のうち、操作レバー装置５ｂのアーム伸び方向（アームクラウド）の操作信号の処理機能を示すフローチャートである。
【００２３】
まず、操作レバー装置５ｂの操作信号（レバー入力信号）より目標パイロット圧テーブルを用いて、目標パイロット圧Ｐｉ１を演算する（ステップＳ１０）。この計算は従来の演算と同じである。
【００２４】
また、アームの角度センサ２２の角度信号よりアームの回動角（フロント角度）を演算する（ステップＳ１２）。
【００２５】
次に、アームの回動角よりアクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダストロークＳａを演算する（ステップＳ１４）。シリンダストロークＳａは、アームシリンダ２０９のボトム側基端と角度センサ２２（アーム２０６の回動支点）との距離、アームシリンダ２０９のロッド側先端と角度センサ２２（アーム２０６の回動支点）との距離が既知であるため、これらの寸法とアームの回動角から計算することができる。また、シリンダストロークＳａは、例えば、アクチュエータ３ｂが最も縮んだ状態で０、アクチュエータ３ｂが最も伸長した状態で最大Ｓａｍａｘになる値として定義する。Ｓａ＝Ｓａｍａｘはアクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）の伸び方向のストロークエンドである。
【００２６】
次に、パイロット圧上限テーブルを用いてシリンダストロークＳａによるパイロット圧上限値Ｐｉ２を演算する（ステップＳ１６）。図４（ａ）はパイロット圧上限テーブルのシリンダストロークＳａとパイロット圧上限値Ｐｉ２の関係を示す図である。パイロット圧上限テーブルには、シリンダストロークＳａがクッション領域の開始点として予め設定された値Ｓａｃ以下のときはパイロット圧上限値Ｐｉ２はＰｉｍａｘで一定であり、シリンダストロークＳａが値Ｓａｃを超えるとＳａｘからＳａｍａｘ（ストロークエンド）にかけてパイロット圧上限値Ｐｉ２が連続的に減少し、ＳａｍａｘでＳａ＝０となるようにＳａとＰｉ２との関係が記憶してある。ＰｉｍａｘはステップＳ１０で演算される目標パイロット圧Ｐｉ１の最大値と同じ値である。
【００２７】
次に、回転数センサ３１のエンジン回転数信号よりパイロット圧上限係数テーブルを用いてパイロット圧上限係数Ｋｕを演算する（ステップＳ１８）。図４（ｂ）はパイロット圧上限係数テーブルのエンジン回転数Ｎとパイロット圧上限係数Ｋｕとの関係を示す図である。エンジン回転数が低いほどアクチュエータの速度低下が大きいため、パイロット圧上限係数テーブルには、エンジン回転数Ｎが低下するに従い反比例的にパイロット圧上限係数Ｋｕが増大するようエンジン回転数Ｎとパイロット圧上限係数Ｋｕとの関係が記憶されている。ＮとＫｕの関係は、エンジン回転数が高速時（Ｎ＝Ｈｉ）にはＫｕ＝１であり、エンジン回転数が低速時（Ｎ＝Ｌｏ）にはＫｕ＞１となるように設定されている。
【００２８】
次に、ステップＳ１５で求めたパイロット圧上限値Ｐｉ２にＳ１８で求めたパイロット圧上限係数Ｋｕを乗じて、エンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３を求める（ステップＳ２０）。
【００２９】
図４（ｃ）は、シリンダストロークＳａとエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３との関係を示す図である。エンジン回転数が高速時（Ｎ＝Ｈｉ）のシリンダストロークＳａとエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３との関係は図４（ａ）のシリンダストロークＳａとパイロット圧上限値Ｐｉ２との関係と実質的に同じになる。エンジン回転数が高速回転数から低下するに従いパイロット圧上限値Ｐｉ３は増大し、エンジン回転数が低速時（Ｎ＝Ｌｏ）ではエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３はパイロット圧上限値Ｐｉ２よりも大となる。このときクッション領域の開始点Ｓａｃは変わらず、エンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３はＳａ≦Ｓａｃ、Ｓａ＞Ｓａｃの範囲で同じ割合で増加する。
【００３０】
次に、ステップＳ１０で求めた目標パイロット圧Ｐｉ１とステップＳ２０で求めたエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３の最小値選択を行い、両者の小さい方を出力パイロット圧Ｐｉとして求める（ステップＳ２２）。
【００３１】
最後に、出力パイロット圧Ｐｉに応じた指令電流を生成し、電磁比例減圧弁９ｂに出力する（ステップＳ２４）。
【００３２】
以上は操作レバー装置５ｂのアームシリンダ伸び方向（アームクラウド）の操作信号の処理であるが、操作レバー装置５ｂのアームシリンダ縮み方向（アームダンプ）の操作信号、操作レバー装置５ａのブームシリンダ伸び方向（ブーム上げ方向）の操作信号及びブ縮み方向（ブーム下げ方向）の操作信号、操作レバー装置５ｃのバケットシリンダ伸び方向（バケットクラウド方向）の操作信号及び縮み方向（バケットダンプ方向）の操作信号も同様に処理される。
【００３３】
次に、本実施の形態の動作を比較例と対比して説明する。
【００３４】
図５は、本発明と従来技術において、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）で一定とし、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合とハーフレバー操作した場合のシリンダストロークＳａ、電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａ、アクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａとの関係を示す図であり、図５（ａ）は、シリンダストロークＳａと出力パイロット圧Ｐａとの関係、図５（ｂ）は出力パイロット圧Ｐａとシリンダ速度Ｖａとの関係、図５（ｃ）は、図５（ａ）と図５（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークＳａとシリンダ速度Ｖａとの関係をそれぞれ示す。電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａは制御ユニットで演算される目標値としての出力パイロット圧Ｐｉとほぼ等しいものとする。
【００３５】
従来は、図３のステップＳ１８及びＳ２０の処理は行わず、図３のステップＳ２２において、ステップＳ１６にて図４（ａ）のパイロット圧上限テーブルから求めたパイロット圧上限値Ｐｉ２を直接用いて最小値選択を行う。
【００３６】
この従来技術において、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合、レバー入力信号から計算される目標パイロット圧Ｐｉ１はＰｉ１＝Ｐｉｍａｘであり、これはＳａ＜Ｓａｃのストローク範囲におけるパイロット圧上限値Ｐｉ２と等しい。よって、出力パイロット圧Ｐｉを計算する最小値選択では、シリンダストロークＳａがＳａｃを超えるとパイロット圧上限値Ｐｉ２が出力パイロット圧Ｐｉとして選択され、出力パイロット圧Ｐａは図５（ａ）のＡ１，Ｂ１，Ｃ１のように変化し、シリンダ速度Ｖａは図５（ｃ）のＡ２，Ｂ２，Ｃ２のように変化する。つまり、シリンダストロークＳａがＳａｃを超えると減速を開始し、ストロークエンドで滑らかに停止する。この場合、Ｓａ＞ＳａｃとなるＳａｃ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。
【００３７】
一方、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にハーフレバー操作した場合、レバー入力信号から計算される目標パイロット圧Ｐｉ１はＰｉ１＝Ｐｉｈａｌｆ＜Ｐｉｍａｘとなるので、パイロット圧上限値Ｐｉ２がＰｉ１（＝Ｐｉｈａｌｆ）より小さくなり、最小値選択でパイロット圧上限値Ｐｉ２が出力パイロット圧Ｐｉとし選択されるのは、シリンダストロークＳａがＳａｃとＳａｍａｘの中間値Ｓａａを超えてからである。よって、出力パイロット圧Ｐａは図５（ａ）のＤ１，Ｃ１のように変化し、シリンダ速度Ｖａは図５（ｃ）のＤ２，Ｃ２のように変化する。つまり、シリンダストロークＳａがＳａｃに達してもパイロット圧Ｐａは制限されないためシリンダ速度Ｖａは減速せず、シリンダストロークＳａがＳａａを超えると始めて減速を開始する。この場合、Ｓａ＞ＳａａとなるＳａａ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。
【００３８】
図６は、従来技術において、操作レバー装置５ｂのアーム伸び方向（アームクラウド）のレバー入力量をフルレバー操作で一定とし、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）に設定した場合と低速（Ｎ＝Ｌｏ）に設定した場合のシリンダストロークＳａ、電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａ、アクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａとの関係を示す図であり、図６（ａ）は、シリンダストロークＳａと出力パイロット圧Ｐａとの関係、図６（ｂ）は出力パイロット圧Ｐａとシリンダ速度Ｖａとの関係、図６（ｃ）は、図６（ａ）と図６（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークＳａとシリンダ速度Ｖａとの関係をそれぞれ示す。
【００３９】
従来技術において、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合、エンジン回転数がＨｉのときもＬｏのときもレバー入力信号から計算される目標パイロット圧Ｐｉ１はＰｉ１＝Ｐｉｍａｘであり、これはＳａ＜Ｓａｃのストローク範囲におけるパイロット圧上限値Ｐｉ２と等しい。よって、出力パイロット圧Ｐｉを計算する最小値選択では、シリンダストロークＳａがＳａｃを超えるとパイロット圧上限値Ｐｉ２を出力パイロット圧Ｐｉとし選択し、出力パイロット圧Ｐａは図６（ａ）のＡ１，Ｅ１（＝図５（ａ）のＢ１，Ｃ１）のように変化する。
【００４０】
一方、パイロット圧Ｐａに対するシリンダ速度Ｖａはエンジン回転数がＨｉかＬｏかで図６（ｂ）のように変化する。つまり、パイロット圧Ｐａが一定でも、エンジン回転数がＨｉのときはシリンダ速度Ｖａは速く、エンジン回転数がＬｏのときはシリンダ速度Ｖａは遅くなる。
【００４１】
よって、シリンダストロークＳａに対しシリンダ速度Ｖａはエンジン回転数がＨｉのときは図６（ｃ）のＡ２，Ｅ２（＝図５（ｃ）のＢ２，Ｃ２）のように変化し、エンジン回転数がＬｏのときは図６（ｃ）のＡ３，Ｅ３のように変化する。つまり、エンジン回転数がＨｉのときはシリンダ速度Ｖａは速く、エンジン回転数がＬｏの時はシリンダ速度Ｖａは遅く、エンジン回転数がＨｉのときもＬｏのときもシリンダストロークＳａがＳａｃを超えると減速を開始し、ストロークエンドで滑らかに停止する。この場合、Ｓａ＞ＳａｃとなるＳａｃ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。
【００４２】
以上のように従来技術では、操作レバー装置のレバー入力量（操作信号）を小さくしシリンダ速度を遅くした場合はクッション領域は短くなるが、油圧ポンプを回転駆動するエンジンの回転数を低く設定しシリンダ速度を遅くした場合はクッション領域が短くならない。
【００４３】
本来、クッション機能に求められるものは、ストロークエンドでのショックの低減であるので、シリンダ速度が遅い場合はシリンダ速度が速い場合ほどクッション領域は必要とされない。また、シリンダ速度が遅い場合に求められるフロント性能は、微細な調整機能であり、クッション領域を抑え、シリンダ速度保持領域を長くできることが好ましい。よって、従来技術では、エンジン回転数を低く設定した場合はシリンダ速度が遅くなってもクッション領域は短くならないので、クッション領域を有効に設定することができない。
【００４４】
本実施の形態においては、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）で一定とした場合のエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３は補正前のパイロット圧上限値Ｐｉ２（従来技術のパイロット圧上限値Ｐｉ２）と同じである。よって、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）で一定とし、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合とハーフレバー操作した場合のシリンダストロークＳａ、電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａ、アクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａとの関係は、従来技術と同様、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）のようになり、フルレバー操作時のクッション領域はＳａ＞ＳａｃとなるＳａｃ〜Ｓａｍａｘであり、ハーフレバー操作時のクッション領域はＳａ＞Ｓａａとなるそれよりも短いＳａａ〜Ｓａｍａｘとなる。
【００４５】
図７は、本実施の形態において、操作レバー装置５ｂのアーム伸び方向（アームクラウド）のレバー入力量をフルレバー操作で一定とし、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）に設定した場合と低速（Ｎ＝Ｌｏ）に設定した場合のシリンダストロークＳａ、電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａ、アクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａとの関係を示す図であり、図７（ａ）は、シリンダストロークＳａと出力パイロット圧Ｐａとの関係、図７（ｂ）は出力パイロット圧Ｐａとシリンダ速度Ｖａとの関係、図７（ｃ）は、図７（ａ）と図７（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークＳａとシリンダ速度Ｖａとの関係をそれぞれ示す。
【００４６】
本実施の形態において、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合、エンジン回転数がＨｉのときのエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３は補正前のパイロット圧上限値Ｐｉ２と同じであり、シリンダストロークＳａと電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロットＰａの関係及びシリンダストロークＳａとアクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａの関係は従来技術と同様、図５（ａ），（ｃ）のようになる。つまり、出力パイロット圧Ｐａは図７（ａ）のＡ１，Ｅ１のように変化し、シリンダ速度Ｖａは図７（ｃ）のＡ２，Ｅ２，Ｅ５のように変化し、Ｓａ＞ＳａｃとなるＳａｃ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。
【００４７】
一方、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合でエンジン回転数がＬｏのときは、入力量補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３は、図４（ｃ）に示すように、高速時のパイロット圧上限値Ｐｉ３に比べ増大し、最小値選択でパイロット圧上限値Ｐｉ３が目標パイロット圧Ｐｉ１より小さくなり出力パイロット圧Ｐｉとして選択されるのは、シリンダストロークＳａが設定値Ｓａｃより大きなＳａｂを超えてからであり、出力パイロット圧Ｐａは図７（ａ）のＡ１，Ａ４，Ｅ４のように変化し、シリンダ速度Ｖａは図７（ｃ）のＡ５，Ｅ５のように変化し、Ｓａ＞ＳａｂとなるＳａｂ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。つまり、エンジン回転数を低く設定することでシリンダ速度Ｖａが遅くなった場合も、レバー入力量を小さくしてシリンダ速度Ｖａを遅くした場合と同様、クッション領域はＳａｃ〜ＳａｍａｘからＳａｂ〜Ｓａｍａｘへと短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができる。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、操作レバー装置のレバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができ、優れた操作性が得られる。
【００４９】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、操作レバー装置は電気レバー式でなく、油圧パイロット式でもよい。この場合、流量制御弁の操作部に配置される電磁比例減圧弁は油圧パイロットラインに配置される電磁比例減圧弁とし、この電磁比例減圧弁を作動することで操作レバー装置からのパイロット圧を制限することで、油圧シリンダのストロークエンド付近で同様の減速、停止制御を行うことができる。
【００５０】
また、シリンダストロークを計算するためのセンサとして角度センサを用いたが、シリンダストロークを直接計測するストロークセンサを設けてもよい。
【００５１】
また、図４（ａ）及び（ｃ）のパイロット圧上限値Ｐｉ２及び入力量補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３はシリンダストロークＳａに対して設定したが、関節の角度に対して設定してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、操作レバー装置のレバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができ、優れた操作性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置を備えた油圧駆動装置を示す油圧回路図である。
【図２】本発明が適用される建設機械の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。
【図３】図１に示した制御ユニットに入力する操作信号のうち、アーム用操作レバー装置のアーム伸び方向（アームクラウド）の操作信号の処理機能を示すフローチャートである。
【図４】パイロット圧上限テーブルに記憶したシリンダストロークとパイロット圧上限値の関係（図４（ａ））、パイロット圧上限係数テーブルに記憶したレバー入力量とパイロット圧上限係数との関係（図４（ｂ））、シリンダストロークと入力量補正されたパイロット圧上限値との関係（図４（ｃ））をそれぞれ示す図である。
【図５】アーム用操作レバー装置をアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合とハーフレバー操作した場合の本発明と従来技術におけるシリンダストローク、電磁比例減圧弁の出力パイロット圧、アームシリンダのシリンダ速度との関係を示す図であり、図５（ａ）はシリンダストロークと出力パイロット圧との関係、図５（ｂ）は出力パイロット圧とシリンダ速度との関係、図５（ｃ）はシリンダストロークとシリンダ速度との関係をそれぞれ示す。
【図６】アーム用操作レバー装置のアーム伸び方向（アームクラウド）のレバー入力量をフルレバー操作で一定とし、エンジン回転数を高速に設定した場合と低速に設定した場合の従来技術におけるシリンダストローク、電磁比例減圧弁の出力パイロット圧、アームシリンダのシリンダ速度との関係を示す図であり、図６（ａ）は、シリンダストロークと出力パイロット圧との関係、図６（ｂ）は出力パイロット圧とシリンダ速度との関係、図６（ｃ）は、図６（ａ）と図６（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークとシリンダ速度との関係をそれぞれ示す。
【図７】アーム用操作レバー装置のアーム伸び方向（アームクラウド）のレバー入力量をフルレバー操作で一定とし、エンジン回転数を高速に設定した場合と低速に設定した場合のシリンダストローク、電磁比例減圧弁の出力パイロット圧、アームシリンダのシリンダ速度との関係を示す図であり、図７（ａ）は、シリンダストロークと出力パイロット圧との関係、図７（ｂ）は出力パイロット圧とシリンダ速度との関係、図７（ｃ）は、図７（ａ）と図７（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークとシリンダ速度との関係をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 油圧ポンプ
３ａ，３ｂ，３ｃ アクチュエータ
４ａ，４ｂ，４ｃ 流量制御弁
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 操作レバー装置
７ 制御ユニット
８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂ；１０ａ，１０ｂ 電磁比例減圧弁
２１，２２，２３ 角度センサ
３１ エンジン回転数センサ
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ 操作量検出部
２００ 下部走行体
２０１ 上部旋回体
２０２ フロント作業機
２０３ａ，２０３ｂ 走行モータ
２０４ 旋回モータ
２０５ ブーム
２０６ アーム
２０７ バケット
２０８ ブームシリンダ
２０９ アームシリンダ
２１０ バケットシリンダ
【発明の属する技術分野】
本発明は建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置に係わり、特に、油圧シリンダにより駆動される作業機を有する建設機械において、油圧シリンダのストロークエンド部における衝撃を緩和する油圧シリンダ駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設機械に用いられる油圧シリンダにおいては、ストロークエンド部に機械的な油圧クッション機構を設け、ストロークエンド部で緩衝作用を働かせるようになっている。この従来のクッション機構は種々提案されているが、主な原理はタンクヘの戻り油をストロークエンド付近において絞りの入った油路を通って排出することで緩衝作用が働くようになっている。
【０００３】
一方、このような機械的なクッション機構に対し、油圧シリンダのストロークを検出し、その結果に基づいてその油圧シリンダをストロークエンドに近づくほど動きが遅くなるよう減速制御する油圧シリンダ駆動制御装置（電子クッション装置）が例えば特開２００２−２１８０４号公報に提案されている。この提案では油圧シリンダがストロークエンド付近にあり、かつ、油圧シリンダがそのストロークエンド方向に作動していることを検出手段が検出すると、操作レバー装置の操作信号による指令に優先して操作レバー装置と流量制御弁の間に設置された電磁比例減圧弁を減速制御し、油圧シリンダを減速する。一方、油圧シリンダがストロークエンド付近にあり、かつ、油圧シリンダがそのストロークエンド方向には作動していないことを検出手段が検出すると、操作レバー装置の操作信号に対応して電磁比例減圧弁を制御する。このように構成することにより、油圧シリンダがストロークエンドに向かう際は速度を落とし滑らかに衝撃を緩和でき、逆に油圧シリンダがストロークエンドから離間するときはレバー操作信号通りの速度で油圧シリンダを作動させ、迅速な操作を可能としている。
【特許文献１】
特開２００２−２１８０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の油圧シリンダ駆動制御装置では、操作レバー装置のレバー入力量（操作信号）を小さくしシリンダ速度を遅くした場合はクッション領域は短くなるが、油圧ポンプを回転駆動するエンジンの回転数を低く設定しシリンダ速度を遅くした場合はクッション領域が短くならないという問題がある。
【０００５】
油圧シリンダの動きを制御するのは流量制御弁（メインスプール）であり、流量制御弁はパイロット圧により操作される。このパイロット圧は、流量制御弁のメインスプール両端に設けられる電磁比例減圧弁により制御される。油圧シリンダ駆動制御装置では、上記電磁比例減圧弁への指令電流を操作レバー装置の操作信号とは別に制御することにより、ストロークエンド付近での油圧シリンダの挙動を制御している。その方法は、油圧シリンダのピストンがストロークエンドから設定した一定距離に達すると、メインスプールに印加されている、ストロークエンド方向にシリンダを駆動する側のパイロット圧をパイロット圧上限値により制限するものであり、パイロット圧上限値はクッション領域の開始位置からからストロークエンドにかけて連続的に減少するように設定してある。この場合、シリンダストロークにより設定されたパイロット圧上限値がレバー入力量（操作信号）によって決定されたパイロット圧以下になるストロークまで、減速制御は機能しない。このため、レバー入力量が小さい場合はパイロット圧上限値がレバー入力量によって決定されたパイロット圧以下となるストロークが長くなり、クッション領域が短くなる。
【０００６】
一方、エンジン回転数を低く設定した場合は、レバー入力量が一定であれば、レバー入力量によって決定されたパイロット圧も一定であるので、クッション領域は変化しない。
【０００７】
本来、クッション機能に求められるものは、ストロークエンドでのショックの低減であるので、シリンダ速度が遅い場合はシリンダ速度が速い場合ほどクッション領域は必要とされない。また、シリンダ速度が遅い場合に求められるフロント性能は、微細な調整機能であり、クッション領域を抑え、シリンダ速度保持領域を長くできることが好ましい。しかし、エンジン回転数を低く設定した場合はシリンダ速度が遅くなってもクッション領域は短くならないので、クッション領域を有効に設定することができない。
【０００８】
本発明の目的は、操作レバー装置のレバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができ操作性の良い建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動され作業機を動かす少なくとも１つの油圧シリンダと、前記油圧ポンプを回転駆動するエンジンとを備えた建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置において、
前記油圧シリンダの動作を指令する操作レバー手段と、前記操作レバー手段のレバー入力量を検出する操作量検出手段と、前記油圧シリンダに供給される圧油の流量を制御する流量制御弁と、前記操作レバー手段の操作に応じたパイロット圧により前記流量制御弁を駆動する操作部に配置された電磁比例減圧弁と、前記油圧シリンダのストロークを計測するストローク計測手段と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記ストローク計測手段によって計測されたストロークに基づいて前記油圧シリンダがストロークエンドに近づくと漸減するパイロット圧上限値を演算し、このパイロット圧上限値に基づいて前記電磁比例減圧弁を作動させ前記パイロット圧を制限するパイロット圧制限手段と、前記エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数に基づいて、前記エンジン回転数が小さくなるに従って前記パイロット圧上限値が大きくなるようパイロット圧上限値を補正するパイロット圧上限値補正手段とを備えるものとする。
【００１０】
このようにパイロット圧上限値補正手段を設け、エンジン回転数が小さくなるに従ってパイロット圧上限値が大きくなるようパイロット圧上限値を補正することにより、エンジン回転数が低いときはそれに応じてパイロット圧上限値が大きくなり流量制御弁を駆動するパイロット圧を制限するため、操作レバー装置のレバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができ操作性を良好にすることができる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記パイロット圧上限値補正手段は、前記エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数に応じたパイロット圧補正係数を演算し、前記パイロット圧上限値に前記パイロット圧補正係数を乗じることにより前記パイロット圧上限値を補正する。
【００１２】
これによりエンジン回転数が小さくなるに従ってパイロット圧上限値が大きくなるようパイロット圧上限値を補正することができる。
【００１３】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記ストローク計測手段は、前記作業機の回動角を検出する角度センサを有し、この角度センサにより検出された角度により前記油圧シリンダのストロークを計算する。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係わる油圧シリンダ駆動制御装置を備えた油圧駆動装置を示す図である。
【００１６】
図１において、油圧駆動装置は、エンジン１と、このエンジン１により駆動される油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２から吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃと、油圧ポンプ２からアクチュエータ３ａ，３ｂ，３ｃに供給される圧油の流量と方向を制御する流量制御弁４ａ，４ｂ，４ｃと、アクチュエータ３ａ、３ｂ、３ｃを含む複数のアクチュエータの動作を指令する複数の操作レバー装置５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとを備えている。
【００１７】
操作レバー装置５ａ〜５ｄは、レバー入力量を検出し操作信号として電気信号を出力する操作量検出部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを備えた電気レバー装置であり、その電気信号（操作信号）は制御ユニット７に入力される。流量制御弁４ａ〜４ｃのメインスプール両端にはそれぞれ１対の電磁比例減圧弁８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂ；１０ａ，１０ｂを備えた操作部４１ａ，４１ｂ；４２ａ，４２ｂ；４３ａ，４３ｂが設けられ、電磁比例減圧弁８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂ；１０ａ，１０ｂは制御ユニット７からの指令電流により作動し、それぞれの流量制御弁４ａ〜４ｃを駆動するためのパイロット圧を出力する。
【００１８】
図２に本発明が適用される建設機械の一例である油圧ショベルの外観を示す。油圧ショベルは下部走行体２００、上部旋回体２０１、フロント作業機２０２を有し、下部走行体は左右の走行モータ２０３ａ，２０３ｂ（一方のみ図示）により駆動される左右のクローラ式走行装置を有し、上部旋回体２０１は旋回モータ２０４により下部走行体２００上に軸Ｏを中心に旋回可能であり、フロント作業機２０２は上部旋回体２０１の前部で上下動可能である。フロント作業機２０２はブーム２０５、アーム２０６、バケット２０７を有する多関節構造であり、ブーム２０５はブームシリンダ２０８により、アーム２０６はアームシリンダ２０９により、バケット２０７はバケットシリンダ２１０によりそれぞれ軸Ｏを含む平面内を回転駆動される。下部走行体２００の前部にはブレード２１１が装着され、ブレード２１１は図示しない油圧シリンダによる上下動可能である。
【００１９】
本実施の形態において、アクチュエータ３ａはブームシリンダ２０８であり、アクチュエータ３ｂは例えばアームシリンダ２０９であり、アクチュエータ３ｃは例えばバケットシリンダ２１０である。また、操作レバー装置５ａは、操作信号として、ブームシリンダ３ａの伸び方向（ブーム上げ方向）の操作信号と縮み方向（ブーム下げ方向）の操作信号を出力し、操作レバー装置５ｂは、操作信号として、アームシリンダ３ｂの伸び方向（アームクラウド方向）の操作信号と縮み方向（アームダンプ方向）の操作信号を出力し、操作レバー装置５ｃは、操作信号として、バケットシリンダ３ｃの伸び方向（バケットクラウド方向）の操作信号と縮み方向（バケットダンプ方向）の操作信号を出力する。
【００２０】
以上のような油圧ショベルの油圧駆動装置に本実施の形態による油圧シリンダ駆動制御装置が設けられている。この油圧シリンダ駆動制御装置は、ブーム２０５の回動支点に設けられ、ブーム２０５の回動角を検出する角度センサ２１と、アーム２０６の回動支点に設けられ、アーム２０６の回動角を検出する角度センサ２２と、バケット２０７の回動支点に設けられ、バケット２０７の回動角を検出する角度センサ２３と、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ３１と、操作レバー装置５ａ〜５ｃの操作信号と角度センサ２１〜２３の角度信号と回転数センサ３１の回転数信号とを入力し、所定の演算処理を行い、電磁比例減圧弁８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂ；１０ａ，１０ｂに指令電流を出力する上記の制御ユニット７とを備えている。
【００２１】
油圧シリンダ駆動制御装置が電子クッション装置として機能するときの制御ユニット７の処理内容を図３、図４を用いて説明する。
【００２２】
図３は、制御ユニット７に入力する操作信号のうち、操作レバー装置５ｂのアーム伸び方向（アームクラウド）の操作信号の処理機能を示すフローチャートである。
【００２３】
まず、操作レバー装置５ｂの操作信号（レバー入力信号）より目標パイロット圧テーブルを用いて、目標パイロット圧Ｐｉ１を演算する（ステップＳ１０）。この計算は従来の演算と同じである。
【００２４】
また、アームの角度センサ２２の角度信号よりアームの回動角（フロント角度）を演算する（ステップＳ１２）。
【００２５】
次に、アームの回動角よりアクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダストロークＳａを演算する（ステップＳ１４）。シリンダストロークＳａは、アームシリンダ２０９のボトム側基端と角度センサ２２（アーム２０６の回動支点）との距離、アームシリンダ２０９のロッド側先端と角度センサ２２（アーム２０６の回動支点）との距離が既知であるため、これらの寸法とアームの回動角から計算することができる。また、シリンダストロークＳａは、例えば、アクチュエータ３ｂが最も縮んだ状態で０、アクチュエータ３ｂが最も伸長した状態で最大Ｓａｍａｘになる値として定義する。Ｓａ＝Ｓａｍａｘはアクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）の伸び方向のストロークエンドである。
【００２６】
次に、パイロット圧上限テーブルを用いてシリンダストロークＳａによるパイロット圧上限値Ｐｉ２を演算する（ステップＳ１６）。図４（ａ）はパイロット圧上限テーブルのシリンダストロークＳａとパイロット圧上限値Ｐｉ２の関係を示す図である。パイロット圧上限テーブルには、シリンダストロークＳａがクッション領域の開始点として予め設定された値Ｓａｃ以下のときはパイロット圧上限値Ｐｉ２はＰｉｍａｘで一定であり、シリンダストロークＳａが値Ｓａｃを超えるとＳａｘからＳａｍａｘ（ストロークエンド）にかけてパイロット圧上限値Ｐｉ２が連続的に減少し、ＳａｍａｘでＳａ＝０となるようにＳａとＰｉ２との関係が記憶してある。ＰｉｍａｘはステップＳ１０で演算される目標パイロット圧Ｐｉ１の最大値と同じ値である。
【００２７】
次に、回転数センサ３１のエンジン回転数信号よりパイロット圧上限係数テーブルを用いてパイロット圧上限係数Ｋｕを演算する（ステップＳ１８）。図４（ｂ）はパイロット圧上限係数テーブルのエンジン回転数Ｎとパイロット圧上限係数Ｋｕとの関係を示す図である。エンジン回転数が低いほどアクチュエータの速度低下が大きいため、パイロット圧上限係数テーブルには、エンジン回転数Ｎが低下するに従い反比例的にパイロット圧上限係数Ｋｕが増大するようエンジン回転数Ｎとパイロット圧上限係数Ｋｕとの関係が記憶されている。ＮとＫｕの関係は、エンジン回転数が高速時（Ｎ＝Ｈｉ）にはＫｕ＝１であり、エンジン回転数が低速時（Ｎ＝Ｌｏ）にはＫｕ＞１となるように設定されている。
【００２８】
次に、ステップＳ１５で求めたパイロット圧上限値Ｐｉ２にＳ１８で求めたパイロット圧上限係数Ｋｕを乗じて、エンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３を求める（ステップＳ２０）。
【００２９】
図４（ｃ）は、シリンダストロークＳａとエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３との関係を示す図である。エンジン回転数が高速時（Ｎ＝Ｈｉ）のシリンダストロークＳａとエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３との関係は図４（ａ）のシリンダストロークＳａとパイロット圧上限値Ｐｉ２との関係と実質的に同じになる。エンジン回転数が高速回転数から低下するに従いパイロット圧上限値Ｐｉ３は増大し、エンジン回転数が低速時（Ｎ＝Ｌｏ）ではエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３はパイロット圧上限値Ｐｉ２よりも大となる。このときクッション領域の開始点Ｓａｃは変わらず、エンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３はＳａ≦Ｓａｃ、Ｓａ＞Ｓａｃの範囲で同じ割合で増加する。
【００３０】
次に、ステップＳ１０で求めた目標パイロット圧Ｐｉ１とステップＳ２０で求めたエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３の最小値選択を行い、両者の小さい方を出力パイロット圧Ｐｉとして求める（ステップＳ２２）。
【００３１】
最後に、出力パイロット圧Ｐｉに応じた指令電流を生成し、電磁比例減圧弁９ｂに出力する（ステップＳ２４）。
【００３２】
以上は操作レバー装置５ｂのアームシリンダ伸び方向（アームクラウド）の操作信号の処理であるが、操作レバー装置５ｂのアームシリンダ縮み方向（アームダンプ）の操作信号、操作レバー装置５ａのブームシリンダ伸び方向（ブーム上げ方向）の操作信号及びブ縮み方向（ブーム下げ方向）の操作信号、操作レバー装置５ｃのバケットシリンダ伸び方向（バケットクラウド方向）の操作信号及び縮み方向（バケットダンプ方向）の操作信号も同様に処理される。
【００３３】
次に、本実施の形態の動作を比較例と対比して説明する。
【００３４】
図５は、本発明と従来技術において、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）で一定とし、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合とハーフレバー操作した場合のシリンダストロークＳａ、電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａ、アクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａとの関係を示す図であり、図５（ａ）は、シリンダストロークＳａと出力パイロット圧Ｐａとの関係、図５（ｂ）は出力パイロット圧Ｐａとシリンダ速度Ｖａとの関係、図５（ｃ）は、図５（ａ）と図５（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークＳａとシリンダ速度Ｖａとの関係をそれぞれ示す。電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａは制御ユニットで演算される目標値としての出力パイロット圧Ｐｉとほぼ等しいものとする。
【００３５】
従来は、図３のステップＳ１８及びＳ２０の処理は行わず、図３のステップＳ２２において、ステップＳ１６にて図４（ａ）のパイロット圧上限テーブルから求めたパイロット圧上限値Ｐｉ２を直接用いて最小値選択を行う。
【００３６】
この従来技術において、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合、レバー入力信号から計算される目標パイロット圧Ｐｉ１はＰｉ１＝Ｐｉｍａｘであり、これはＳａ＜Ｓａｃのストローク範囲におけるパイロット圧上限値Ｐｉ２と等しい。よって、出力パイロット圧Ｐｉを計算する最小値選択では、シリンダストロークＳａがＳａｃを超えるとパイロット圧上限値Ｐｉ２が出力パイロット圧Ｐｉとして選択され、出力パイロット圧Ｐａは図５（ａ）のＡ１，Ｂ１，Ｃ１のように変化し、シリンダ速度Ｖａは図５（ｃ）のＡ２，Ｂ２，Ｃ２のように変化する。つまり、シリンダストロークＳａがＳａｃを超えると減速を開始し、ストロークエンドで滑らかに停止する。この場合、Ｓａ＞ＳａｃとなるＳａｃ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。
【００３７】
一方、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にハーフレバー操作した場合、レバー入力信号から計算される目標パイロット圧Ｐｉ１はＰｉ１＝Ｐｉｈａｌｆ＜Ｐｉｍａｘとなるので、パイロット圧上限値Ｐｉ２がＰｉ１（＝Ｐｉｈａｌｆ）より小さくなり、最小値選択でパイロット圧上限値Ｐｉ２が出力パイロット圧Ｐｉとし選択されるのは、シリンダストロークＳａがＳａｃとＳａｍａｘの中間値Ｓａａを超えてからである。よって、出力パイロット圧Ｐａは図５（ａ）のＤ１，Ｃ１のように変化し、シリンダ速度Ｖａは図５（ｃ）のＤ２，Ｃ２のように変化する。つまり、シリンダストロークＳａがＳａｃに達してもパイロット圧Ｐａは制限されないためシリンダ速度Ｖａは減速せず、シリンダストロークＳａがＳａａを超えると始めて減速を開始する。この場合、Ｓａ＞ＳａａとなるＳａａ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。
【００３８】
図６は、従来技術において、操作レバー装置５ｂのアーム伸び方向（アームクラウド）のレバー入力量をフルレバー操作で一定とし、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）に設定した場合と低速（Ｎ＝Ｌｏ）に設定した場合のシリンダストロークＳａ、電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａ、アクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａとの関係を示す図であり、図６（ａ）は、シリンダストロークＳａと出力パイロット圧Ｐａとの関係、図６（ｂ）は出力パイロット圧Ｐａとシリンダ速度Ｖａとの関係、図６（ｃ）は、図６（ａ）と図６（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークＳａとシリンダ速度Ｖａとの関係をそれぞれ示す。
【００３９】
従来技術において、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合、エンジン回転数がＨｉのときもＬｏのときもレバー入力信号から計算される目標パイロット圧Ｐｉ１はＰｉ１＝Ｐｉｍａｘであり、これはＳａ＜Ｓａｃのストローク範囲におけるパイロット圧上限値Ｐｉ２と等しい。よって、出力パイロット圧Ｐｉを計算する最小値選択では、シリンダストロークＳａがＳａｃを超えるとパイロット圧上限値Ｐｉ２を出力パイロット圧Ｐｉとし選択し、出力パイロット圧Ｐａは図６（ａ）のＡ１，Ｅ１（＝図５（ａ）のＢ１，Ｃ１）のように変化する。
【００４０】
一方、パイロット圧Ｐａに対するシリンダ速度Ｖａはエンジン回転数がＨｉかＬｏかで図６（ｂ）のように変化する。つまり、パイロット圧Ｐａが一定でも、エンジン回転数がＨｉのときはシリンダ速度Ｖａは速く、エンジン回転数がＬｏのときはシリンダ速度Ｖａは遅くなる。
【００４１】
よって、シリンダストロークＳａに対しシリンダ速度Ｖａはエンジン回転数がＨｉのときは図６（ｃ）のＡ２，Ｅ２（＝図５（ｃ）のＢ２，Ｃ２）のように変化し、エンジン回転数がＬｏのときは図６（ｃ）のＡ３，Ｅ３のように変化する。つまり、エンジン回転数がＨｉのときはシリンダ速度Ｖａは速く、エンジン回転数がＬｏの時はシリンダ速度Ｖａは遅く、エンジン回転数がＨｉのときもＬｏのときもシリンダストロークＳａがＳａｃを超えると減速を開始し、ストロークエンドで滑らかに停止する。この場合、Ｓａ＞ＳａｃとなるＳａｃ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。
【００４２】
以上のように従来技術では、操作レバー装置のレバー入力量（操作信号）を小さくしシリンダ速度を遅くした場合はクッション領域は短くなるが、油圧ポンプを回転駆動するエンジンの回転数を低く設定しシリンダ速度を遅くした場合はクッション領域が短くならない。
【００４３】
本来、クッション機能に求められるものは、ストロークエンドでのショックの低減であるので、シリンダ速度が遅い場合はシリンダ速度が速い場合ほどクッション領域は必要とされない。また、シリンダ速度が遅い場合に求められるフロント性能は、微細な調整機能であり、クッション領域を抑え、シリンダ速度保持領域を長くできることが好ましい。よって、従来技術では、エンジン回転数を低く設定した場合はシリンダ速度が遅くなってもクッション領域は短くならないので、クッション領域を有効に設定することができない。
【００４４】
本実施の形態においては、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）で一定とした場合のエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３は補正前のパイロット圧上限値Ｐｉ２（従来技術のパイロット圧上限値Ｐｉ２）と同じである。よって、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）で一定とし、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合とハーフレバー操作した場合のシリンダストロークＳａ、電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａ、アクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａとの関係は、従来技術と同様、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）のようになり、フルレバー操作時のクッション領域はＳａ＞ＳａｃとなるＳａｃ〜Ｓａｍａｘであり、ハーフレバー操作時のクッション領域はＳａ＞Ｓａａとなるそれよりも短いＳａａ〜Ｓａｍａｘとなる。
【００４５】
図７は、本実施の形態において、操作レバー装置５ｂのアーム伸び方向（アームクラウド）のレバー入力量をフルレバー操作で一定とし、エンジン回転数を高速（Ｎ＝Ｈｉ）に設定した場合と低速（Ｎ＝Ｌｏ）に設定した場合のシリンダストロークＳａ、電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロット圧Ｐａ、アクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａとの関係を示す図であり、図７（ａ）は、シリンダストロークＳａと出力パイロット圧Ｐａとの関係、図７（ｂ）は出力パイロット圧Ｐａとシリンダ速度Ｖａとの関係、図７（ｃ）は、図７（ａ）と図７（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークＳａとシリンダ速度Ｖａとの関係をそれぞれ示す。
【００４６】
本実施の形態において、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合、エンジン回転数がＨｉのときのエンジン回転数補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３は補正前のパイロット圧上限値Ｐｉ２と同じであり、シリンダストロークＳａと電磁比例減圧弁９ｂの出力パイロットＰａの関係及びシリンダストロークＳａとアクチュエータ３ｂ（アームシリンダ２０９）のシリンダ速度Ｖａの関係は従来技術と同様、図５（ａ），（ｃ）のようになる。つまり、出力パイロット圧Ｐａは図７（ａ）のＡ１，Ｅ１のように変化し、シリンダ速度Ｖａは図７（ｃ）のＡ２，Ｅ２，Ｅ５のように変化し、Ｓａ＞ＳａｃとなるＳａｃ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。
【００４７】
一方、アームの操作レバー装置５ｂをアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合でエンジン回転数がＬｏのときは、入力量補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３は、図４（ｃ）に示すように、高速時のパイロット圧上限値Ｐｉ３に比べ増大し、最小値選択でパイロット圧上限値Ｐｉ３が目標パイロット圧Ｐｉ１より小さくなり出力パイロット圧Ｐｉとして選択されるのは、シリンダストロークＳａが設定値Ｓａｃより大きなＳａｂを超えてからであり、出力パイロット圧Ｐａは図７（ａ）のＡ１，Ａ４，Ｅ４のように変化し、シリンダ速度Ｖａは図７（ｃ）のＡ５，Ｅ５のように変化し、Ｓａ＞ＳａｂとなるＳａｂ〜Ｓａｍａｘがクッション領域となる。つまり、エンジン回転数を低く設定することでシリンダ速度Ｖａが遅くなった場合も、レバー入力量を小さくしてシリンダ速度Ｖａを遅くした場合と同様、クッション領域はＳａｃ〜ＳａｍａｘからＳａｂ〜Ｓａｍａｘへと短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができる。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、操作レバー装置のレバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができ、優れた操作性が得られる。
【００４９】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、操作レバー装置は電気レバー式でなく、油圧パイロット式でもよい。この場合、流量制御弁の操作部に配置される電磁比例減圧弁は油圧パイロットラインに配置される電磁比例減圧弁とし、この電磁比例減圧弁を作動することで操作レバー装置からのパイロット圧を制限することで、油圧シリンダのストロークエンド付近で同様の減速、停止制御を行うことができる。
【００５０】
また、シリンダストロークを計算するためのセンサとして角度センサを用いたが、シリンダストロークを直接計測するストロークセンサを設けてもよい。
【００５１】
また、図４（ａ）及び（ｃ）のパイロット圧上限値Ｐｉ２及び入力量補正されたパイロット圧上限値Ｐｉ３はシリンダストロークＳａに対して設定したが、関節の角度に対して設定してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、操作レバー装置のレバー入力量を小さくした場合とエンジン回転数を低く設定した場合とによらず、シリンダ速度が遅くなるとクッション領域が短くなり、フロント動作領域を有効に確保することができ、優れた操作性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置を備えた油圧駆動装置を示す油圧回路図である。
【図２】本発明が適用される建設機械の一例である油圧ショベルの外観を示す図である。
【図３】図１に示した制御ユニットに入力する操作信号のうち、アーム用操作レバー装置のアーム伸び方向（アームクラウド）の操作信号の処理機能を示すフローチャートである。
【図４】パイロット圧上限テーブルに記憶したシリンダストロークとパイロット圧上限値の関係（図４（ａ））、パイロット圧上限係数テーブルに記憶したレバー入力量とパイロット圧上限係数との関係（図４（ｂ））、シリンダストロークと入力量補正されたパイロット圧上限値との関係（図４（ｃ））をそれぞれ示す図である。
【図５】アーム用操作レバー装置をアーム伸び方向（アームクラウド）にフルレバー操作した場合とハーフレバー操作した場合の本発明と従来技術におけるシリンダストローク、電磁比例減圧弁の出力パイロット圧、アームシリンダのシリンダ速度との関係を示す図であり、図５（ａ）はシリンダストロークと出力パイロット圧との関係、図５（ｂ）は出力パイロット圧とシリンダ速度との関係、図５（ｃ）はシリンダストロークとシリンダ速度との関係をそれぞれ示す。
【図６】アーム用操作レバー装置のアーム伸び方向（アームクラウド）のレバー入力量をフルレバー操作で一定とし、エンジン回転数を高速に設定した場合と低速に設定した場合の従来技術におけるシリンダストローク、電磁比例減圧弁の出力パイロット圧、アームシリンダのシリンダ速度との関係を示す図であり、図６（ａ）は、シリンダストロークと出力パイロット圧との関係、図６（ｂ）は出力パイロット圧とシリンダ速度との関係、図６（ｃ）は、図６（ａ）と図６（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークとシリンダ速度との関係をそれぞれ示す。
【図７】アーム用操作レバー装置のアーム伸び方向（アームクラウド）のレバー入力量をフルレバー操作で一定とし、エンジン回転数を高速に設定した場合と低速に設定した場合のシリンダストローク、電磁比例減圧弁の出力パイロット圧、アームシリンダのシリンダ速度との関係を示す図であり、図７（ａ）は、シリンダストロークと出力パイロット圧との関係、図７（ｂ）は出力パイロット圧とシリンダ速度との関係、図７（ｃ）は、図７（ａ）と図７（ｂ）の関係を合成したシリンダストロークとシリンダ速度との関係をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 油圧ポンプ
３ａ，３ｂ，３ｃ アクチュエータ
４ａ，４ｂ，４ｃ 流量制御弁
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 操作レバー装置
７ 制御ユニット
８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂ；１０ａ，１０ｂ 電磁比例減圧弁
２１，２２，２３ 角度センサ
３１ エンジン回転数センサ
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ 操作量検出部
２００ 下部走行体
２０１ 上部旋回体
２０２ フロント作業機
２０３ａ，２０３ｂ 走行モータ
２０４ 旋回モータ
２０５ ブーム
２０６ アーム
２０７ バケット
２０８ ブームシリンダ
２０９ アームシリンダ
２１０ バケットシリンダ
Claims (3)
- 油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動され作業機を動かす少なくとも１つの油圧シリンダと、前記油圧ポンプを回転駆動するエンジンとを備えた建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置において、
前記油圧シリンダの動作を指令する操作レバー手段と、
前記操作レバー手段のレバー入力量を検出する操作量検出手段と、
前記油圧シリンダに供給される圧油の流量を制御する流量制御弁と、
前記操作レバー手段の操作に応じたパイロット圧により前記流量制御弁を駆動する操作部に配置された電磁比例減圧弁と、
前記油圧シリンダのストロークを計測するストローク計測手段と、
前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
前記ストローク計測手段によって計測されたストロークに基づいて前記油圧シリンダがストロークエンドに近づくと漸減するパイロット圧上限値を演算し、このパイロット圧上限値に基づいて前記電磁比例減圧弁を作動させ前記パイロット圧を制限するパイロット圧制限手段と、
前記エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数に基づいて、前記エンジン回転数が小さくなるに従って前記パイロット圧上限値が大きくなるようパイロット圧上限値を補正するパイロット圧上限値補正手段とを備えることを特徴とする建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置。 - 請求項１記載の建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置において、
前記パイロット圧上限値補正手段は、前記エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数に応じたパイロット圧補正係数を演算し、前記パイロット圧上限値に前記パイロット圧補正係数を乗じることにより前記パイロット圧上限値を補正することを特徴とする建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置。 - 請求項１記載の建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置において、
前記ストローク計測手段は、前記作業機の回動角を検出する角度センサを有し、この角度センサにより検出された角度により前記油圧シリンダのストロークを計算することを特徴とする建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置。
Priority Applications (1)
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| JP2003026961A JP2004239304A (ja) | 2003-02-04 | 2003-02-04 | 建設機械の油圧シリンダ駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2007270974A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Tadano Ltd | 作業機の制御装置 |
| JP2010261521A (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Kobelco Contstruction Machinery Ltd | 油圧シリンダの電子クッション制御装置 |
| JP2011523448A (ja) * | 2008-05-27 | 2011-08-11 | ボルボ コンストラクション イクイップメント アーベー | 作業機械の動作方法及びそのシステム |
| KR20170006842A (ko) * | 2015-07-10 | 2017-01-18 | 두산인프라코어 주식회사 | 건설기계의 제어 시스템 및 이를 이용한 건설기계의 제어 방법 |
-
2003
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| KR101550328B1 (ko) | 2008-05-27 | 2015-09-04 | 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 | 작업기계를 구동하기 위한 시스템 및 방법 |
| KR101619336B1 (ko) | 2008-05-27 | 2016-05-10 | 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 | 작업기계를 구동하기 위한 시스템 및 방법 |
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