JP2006194273A - 流体圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体圧制御装置に関し、複数の流体圧装置の連動時において作動流体供給量の圧力補償制御を適正化して連動操作性を向上させる。
【解決手段】 流体圧供給源２ａ，２ｂと、複数の流体圧アクチュエータ４ａ〜４ｇと、その作動量を設定する操作手段９ａ，９ｂと、流体圧アクチュエータ４ａ〜４ｇへの圧力流体の供給流量を調節する制御弁６ａ〜６ｇと、流体圧供給源２ａ，２ｂから吐出される該圧力流体の流体圧を検出する流体圧検出手段１３ａ，１３ｂと、流体圧アクチュエータ４ａ〜４ｇの負荷圧力を検出する負荷圧力検出手段１２ａ〜１２ｄと、流体圧アクチュエータ４ａ〜４ｇへ供給される該圧力流体の目標流量Ｑを設定する目標流量設定手段２１と、該負荷圧力に基づいて目標流量Ｑを補正する圧力補正手段２３と、該流体圧に基づいて目標流量Ｑの補正を抑制する補正抑制手段２４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体圧アクチュエータの作動を制御する流体圧制御装置に関する。

従来より、油圧シリンダ等をはじめとする流体圧アクチュエータの作動を制御することによって、バケットやブーム装置，アーム装置，旋回装置といった流体圧装置を作動させる流体圧制御装置としての油圧制御装置を備えた作業機械が開発されている。このような油圧制御装置においては、油圧ポンプによって加圧された作動油が作動油回路を介して各油圧装置へ供給されるようになっており、油圧ポンプと油圧装置との間に制御弁が介装されて、油圧装置へ供給される作動油の流量や油圧が適切に制御されるようになっている。

例えば、特許文献１には、油圧メインポンプから吐出される圧油が制御弁を介して複数の油圧シリンダ（アクチュエータ）へ供給される油圧回路の油圧制御装置において、パイロットポンプから吐出されるパイロット圧油が、操作レバーを備えたリモコン弁（遠隔操作弁）を介して制御弁の調圧弁部へ供給されて、制御弁の開度が調整される構成が記載されている。このような構成により、オペレータによる操作レバーの操作に応じて制御弁の開度を調節し、油圧シリンダへ供給される圧油の流量を制御できるようになっている。

一方、複数の流体圧ポンプ、流体圧装置及び制御弁を備えてこれらを総合的に制御する流体圧制御装置も開発されている。例えば、近年の作業機械の油圧制御装置においては、２台の油圧ポンプを備えた２ポンプ合流式油圧回路を制御するものがある。
この２ポンプ合流式油圧回路とは、エンジンの動力で駆動する２台の油圧ポンプを備え、一方の油圧ポンプから吐出される作動油の回路（Ａ回路）と、他方の油圧ポンプから吐出される作動油の回路（Ｂ回路）とから形成された油圧回路であり、各回路に備えられた油圧制御弁（コントロール弁）を介して、油圧ポンプから吐出された作動油が各油圧装置まで供給されるようになっている。

また、一方の油圧ポンプにかかるＡ回路と他方の油圧ポンプにかかるＢ回路とが連結通路によって連結されており、作動油が連結通路を介して互いの回路間を流通するようになっている。つまり、油圧ポンプによって各々の回路へ供給される作動油量に余剰が生じた場合には、その余剰油を連結通路から互いに他方へ流通させて、効率よく作動油を供給できるようになっている。

ところで、このような２ポンプ合流式油圧回路においても、特許文献１に記載された油圧回路と同様に、各油圧装置のレバー操作量に応じたコントロール弁の開度調整によって、油圧装置へ供給される作動油流量が制御されている。一般に、レバー操作量に対して一対一に対応したコントロール弁の開度を設定するこのような制御は「エリア制御」と呼ばれている。このエリア制御では、レバー操作量が大きいほどコントロール弁の開度を開放して油圧装置へ供給される作動油流量を増加させ、レバー操作量が小さいほどコントロール弁の開度を絞って作動油流量を減少させるようになっている。

しかし、コントロール弁の開度がレバー操作量のみに依存して設定されるエリア制御では、油圧装置の作動状況に応じた制御を行うことができない。つまり、同じレバー操作量であっても、負荷圧力が小さい状態と比較して負荷圧力が大きい状態では作動油流量が減少することになり、油圧装置の作動速度が遅くなってしまうのである。
また特に、２ポンプ合流式油圧回路においては、Ａ回路上に備えられた油圧装置とＢ回路上に備えられた油圧装置とを同時に作動させたときに、それらの油圧装置に働く負荷圧力の差が大きい場合、連結通路を介して高負荷圧力側の回路から低負荷圧力側の回路への作動油の流入を抑制したい場合もある。つまり、回路内における余剰ではない作動油の高負荷側から低負荷側への流入によって、高負荷圧力が働く油圧装置への作動油供給量は減少してしまい、一方、低負荷圧力の油圧装置へは過剰に作動油が供給されることになる。このような作動油供給のアンバランスによって油圧装置の操作性が著しく損なわれることになるである。

そのため、コントロール弁の開度設定に際し、レバー操作量に応じて開度を設定した上で、負荷圧力に応じた開度補正を行うような制御も開発されている。例えば、コントロール弁の上流側の作動油圧（油圧ポンプの吐出圧等）と下流側（油圧装置の負荷圧力等）との差圧を演算し、この差圧及びレバー操作量からコントロール弁の開度を設定する制御が考えられている。つまり、コントロール弁の上流・下流の差圧が大きいときには開度を絞り方向へ補正して油圧装置への作動油の過剰な供給を制限し、一方、差圧が小さいときには開度を開放方向へ補正して油圧装置への作動油の供給を促進するように制御される。

このように、レバー操作量に応じて設定されるコントロール弁開度を、油圧装置に働く負荷圧力の大きさに応じて補正することによって、負荷圧力の大きさの違いによる各油圧装置の操作感の変化を均すことができ、操作性を向上させることができるようになっている。なお一般に、このような制御は、負荷圧力によって妨げられる作動油の油圧装置への流量を増加補正する制御として、「圧力補償制御（フロー制御）」と呼ばれている。

上述の通り、圧力補償制御では、油圧装置の負荷圧力が高いほどコントロール弁の上流・下流の差圧が小さくなって弁開度が開放され、負荷圧力が低いほど差圧が大きくなって弁開度が絞られる。つまり、圧力補償制御では、負荷圧力の大きさに応じてコントロール弁の開度を補正することで、たとえ複数の油圧シリンダが同時に操作されたとしても、負荷圧力の高圧側から低圧側への作動油の流入を効果的に抑制できるようになっている。
特開２００１−２００８０６号公報

ところで、上述の圧力補償制御が実施される油圧回路において、各油圧装置に働く負荷圧力が油圧回路のリリーフ圧を超える程の高圧域になると、回路内の作動油がリリーフ弁からリリーフされるようになる。リリーフ弁からリリーフされる作動油はそのまま作動油タンクへ還流するようになっているため、仕事効率の点から見れば、作動油のリリーフ量が増加するほど無駄なエネルギーを消費していることになる。つまり、負荷圧力の高圧域においては、リリーフされる分の作動油をできるだけ低圧側の回路へ流通させて、エネルギー利用を図ったほうが効率的である。

しかし、圧力補償制御は、複数の油圧シリンダが同時に操作されたとしても、負荷圧力の高圧側から低圧側への作動油の流入を抑制するように機能するものであるため、リリーフされる分の作動油を効果的に低圧側の回路へ流通させることが困難である。
例えば、Ａ回路上にスティックを駆動するスティックシリンダが設けられ、Ｂ回路上にバケットを駆動するバケットシリンダが設けられた２ポンプ合流式油圧回路を備えた作業機械において、スティックイン操作とバケットクローズ操作とを同時に行う掘削時に、スティックシリンダの負荷圧力が上昇してＡ回路のリリーフ圧を超えた場合、Ａ回路内の作動油は回路上に設けられたリリーフ弁からリリーフされる状態となる。

このときＢ回路では、圧力補償制御により、バケットシリンダの負荷圧力に応じたコントロール弁の開度制御がなされ、すなわち、バケットシリンダの負荷圧力が小さいほどコントロール弁が絞られて、高圧のＡ回路側から低圧のＢ回路側への作動油の流入量が抑制される。これにより、Ａ回路側の作動油は有効に利用されることなくそのままリリーフ弁からリリーフされてしまい、結果として、Ｂ回路側のバケットシリンダの動作速度を上昇させることができない。

つまり、上述のような圧力補償制御では高負荷圧力側の回路内で余剰としてリリーフされる作動油を効率的に利用することができないという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み案出されたもので、複数の流体圧装置の連動時において作動流体供給量の圧力補償制御を適正化して連動操作性を向上させることができる流体圧制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の流体圧制御装置（請求項１）は、流体圧回路の作動流体としての圧力流体を供給する流体圧供給源と、該流体圧供給源から吐出される該圧力流体により駆動される複数の流体圧アクチュエータと、該流体圧アクチュエータの作動量を設定する操作手段と、該流体圧供給源から該複数の流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に各々介装され、該複数の流体圧アクチュエータへの該圧力流体の供給流量を調節する複数の制御弁と、該流体圧供給源から吐出される該圧力流体の流体圧を検出する流体圧検出手段と、該制御弁から該複数の流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に各々介装され、該複数の流体圧アクチュエータの負荷圧力を検出する複数の負荷圧力検出手段と、該操作手段によって設定された該作動量に基づいて、該制御弁を介して該流体圧アクチュエータへ供給される該圧力流体の目標流量を設定する目標流量設定手段と、該負荷圧力検出手段によって検出された該負荷圧力に基づいて、該目標流量設定手段で設定される該目標流量を補正する圧力補正手段と、該流体圧検出手段によって検出された該流体圧に基づいて、該圧力補正手段で算出される該目標流量の補正を抑制する補正抑制手段とを備えたことを特徴としている。

なお、該目標流量設定手段は、該操作手段によって設定された該作動量が増加するほど、設定する該圧力流体の該目標流量を増加させ、該圧力補正手段は、該負荷圧力検出手段によって検出された該負荷圧力が高圧であるほど、該目標流量の補正量を増加させ、該補正抑制手段は、該流体圧検出手段によって検出された該流体圧が高圧であるほど、該抑制量を増大させることが好ましい（請求項２）。

また、該補正抑制手段は、該流体圧検出手段で検出された該流体圧が予め設定された所定圧以上であるときに、該抑制量を増大させることが好ましい（請求項３）。
また、該圧力補正手段は、該負荷圧力検出手段によって検出された全ての該流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、該操作装置によって該作動量を設定された該流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、該目標流量設定手段で設定される該目標流量を補正することが好ましい（請求項４）。

該圧力補正手段は、上記全ての流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの該最大負荷圧力を選択する最大負荷圧力選択手段と、該最大負荷圧力と該制御弁の負荷圧力との該差圧を算出する差圧演算手段とを備え、該補正抑制手段は、該流体圧検出手段によって検出された該流体圧に対応する抑制ゲインを設定するゲイン設定手段と、該差圧演算手段で算出された該差圧に該ゲイン設定手段で設定された該ゲインを乗算する乗算手段とを備えることが好ましい（請求項５）。

該圧力補正手段は、該最大負荷圧及び予め設定された所定マージン圧の和と該負荷圧力との差圧に基づいて、該目標流量設定手段で設定される該目標流量を補正することが好ましい（請求項６）。

本発明の流体圧制御装置（請求項１）によれば、圧力補正手段による目標流量の補正量を流体圧供給源から吐出される圧力流体の流体圧に応じて抑制することができ、目標流量制御に係る圧力補償の度合を調整することができる。これにより、流体圧アクチュエータの連動操作性を向上させることができる。
また、本発明の流体圧制御装置（請求項２）によれば、流体圧供給源から吐出される圧力流体の流体圧が大きいほど目標流量制御に係る圧力補償を減少させることができる。これにより、圧力補償を行う場合と比較して、連動操作時の高負荷側から低負荷側への圧力流体の流入量を増加させることができ、流体圧アクチュエータの連動操作性を向上させることができる。

また、本発明の流体圧制御装置（請求項３）によれば、流体圧供給源から吐出される圧力流体の流体圧が所定圧未満のときには目標流量制御の圧力補償を行って負荷圧力の大きさの違いによる各流体圧アクチュエータの操作感の変化を均すことができ、所定圧以上のときには目標流量制御の圧力補償を抑制して流体圧アクチュエータの連動操作性を向上させることができる。

また、本発明の流体圧制御装置（請求項４）によれば、適切に目標流量制御に係る圧力補償を行うことができる。
つまり、制御弁の制御に際し、流体圧供給源から供給される圧力流体の流体圧変化を関知しないため、弁の応答遅れ現象は生じず、意図せず流体圧アクチュエータが移動するおそれがない。また、複数の流体圧アクチュエータを同時に制御する場合においても同様に、応答遅れに起因する流体圧アクチュエータへの圧力流体流入量の増加を防止することができ、良好な流体圧アクチュエータの操作性を得ることができる。

また、流体圧供給源から供給される圧力流体の流体圧よりも高い負荷圧力が流体圧アクチュエータの上流へ働いたとしても、実際の流体圧アクチュエータの開度はその最大負荷圧力を参照して閉鎖側に制御されているため、少なくとも、流体圧供給源から供給される圧力流体の流体圧を参照した制御よりは制御弁開度が絞られることになり、流体圧アクチュエータへの作動流体流入量を増加しにくくすることができる。

また、本発明の流体圧制御装置（請求項５）によれば、簡素な構成で目標流量制御に係る圧力補償の算定及びその抑制を実施することができる。
また、本発明の流体圧制御装置（請求項６）によれば、低負荷側の制御弁において、高負荷側の流体圧アクチュエータからの圧力流体の流入によって発生するであろう差圧よりもマージン圧の分だけ大きな差圧を予め見込んで目標流量の補正が実施されることになり、実際に流体圧アクチュエータへ供給すべき圧力流体の流量よりも過剰な圧力流体が低負荷側の流体圧アクチュエータへ流入することを防止することができる。

以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図６は本発明の一実施形態としての油圧制御装置を示すもので、図１は本油圧制御装置にかかるコントロール弁の開度制御の制御ブロック図、図２は本油圧制御装置の油圧回路の構成を示す回路構成図、図３は本油圧制御装置におけるポンプ圧力とゲインとの関係を示すグラフ、図４は本油圧制御装置におけるポンプ圧力と作動油流量との関係を示すグラフ、図５は本油圧制御装置を備えた作業機械の全体構成を示す模式的斜視図、図６は本油圧制御装置におけるレバー操作量Ｓ_Lとリリーフ圧との関係を示すグラフである。

本油圧制御装置は、図５に示すような油圧ショベル等の作業機械に適用されている。この油圧ショベルは、図５に示すように、上部旋回体１００と下部走行体１０１と作業装置１０２とから構成され、作業装置１０２としてブーム１０３，スティック（アーム）１０４，バケット１０８を備えて構成されている。ブーム１０３は上部旋回体１００に対して回動可能に枢着され、ブーム１０３の先端には同じく鉛直面内に回動可能にスティック１０４が接続され、さらにスティック１０４の先端には鉛直面内に回動可能にバケット１０８が接続されている。

また、上部旋回体１００とブーム１０３との間には、ブーム１０３を駆動するための２本のブームシリンダ４ｄが設けられるとともに、ブーム１０３とスティック１０４との間には、スティック１０４を駆動するためのスティックシリンダ４ａが設けられ、スティック１０４とバケット１０８との間には、バケット１０８を駆動するためのバケットシリンダ４ｂが設けられている。本油圧制御装置は、これらの作業装置１０２を駆動する油圧回路であって、図２に示すような２ポンプ合流式油圧回路に適用されている。

［回路構成］
図２に示された２ポンプ合流式油圧回路には、エンジン１の動力で駆動する可変容量型の２台の油圧ポンプ（流体圧供給源）２ａ，２ｂが備えられており、これらの油圧ポンプ２ａ，２ｂから吐出される作動油が、油圧制御弁（コントロール弁，制御弁）６ａ〜６ｇを介して各油圧装置４ａ〜４ｇへ供給されるようになっている。

まず、油圧ポンプ２ａは、主にスティック及びアタッチメント用のアクチュエータ（油圧シリンダ等の流体圧アクチュエータ）４ａ，４ｃや走行装置の右クローラ用油圧モータ４ｆへ作動油を供給するようになっている。また、油圧ポンプ２ｂは、主にブーム及びバケット用のアクチュエータ４ｂ，４ｄや走行装置の左クローラ用油圧モータ４ｇ，上部旋回体を旋回させるための旋回油圧モータ４ｅへ作動油を供給するようになっている。

なお、ここでは、油圧ポンプ２ａから吐出される作動油の回路（Ａ回路３ａ）と、油圧ポンプ２ｂから吐出される作動油の回路（Ｂ回路３ｂ）とが、連結通路７を介して接続されている。このように、２台の油圧ポンプ２ａ，２ｂによって作動油が供給されるＡ回路３ａとＢ回路３ｂとを連結通路７で接続することによって、各々の回路に供給される作動油に余剰が生じたときに互いに補完できるようにし、効率よく作動油を各油圧装置へ供給するようになっている。

コントロール弁６ａ〜６ｇは、各油圧装置４ａ〜４ｇにそれぞれ設けられており、図２に示すように、ステム（流量制御スプール）の位置を３つの位置に連続的に切り替え可能なスプール弁として構成されている。これらのコントロール弁６ａ〜６ｇは、コントローラ１１によってその開度や作動油の流通方向を制御されるようになっている。なお、ここで示されているコントロール弁６ａ〜６ｇは、各油圧装置のアクチュエータへ供給する作動油量を制御するための弁として挙げられた一例である。

２台の油圧ポンプ２ａ，２ｂから各コントロール弁６ａ〜６ｇへの作動油供給通路上には、直進切換弁１４が設けられている。この直進切換弁１４は、右クローラ油圧モータ４ｆへ供給される作動油と左クローラ油圧モータ４ｇへ供給される作動油とが、２台の油圧ポンプ２ａ，２ｂから個々に供給されるようにするか、それとも、同一の油圧ポンプから供給されるようにするかを切り換えることができるようになっている。

つまり、クローラの駆動にはクローラ油圧モータが多量の作動油を必要とし、油圧ポンプ２ａ，２ｂへ与える負荷が大きくなりやすいため、通常のクローラ駆動時には左右各々のクローラ用油圧モータ４ｆ，４ｇに対して個別に油圧ポンプをあてがう油圧回路を形成して油圧ポンプへ与えられる負荷を分散し、また一方で、クローラの直進性が必要とされる場面では、左右各々のクローラ用油圧モータ４ｆ，４ｇに対して単一の油圧ポンプをあてがう油圧回路を形成して左右均等なクローラ駆動力が生成できるようになっている。

コントロール弁６ａ〜６ｄとそれに対応する各油圧シリンダ４ａ〜４ｄとの間には、各シリンダの作動状況に応じて与えられる負荷圧力Ｐ_A〜Ｐ_Dを検出するための負荷圧力センサ（負荷圧力検出手段）１２ａ〜１２ｄが備えられている。また、油圧ポンプ２ａ，２ｂと直進切換弁１４との間には、各油圧ポンプ２ａ，２ｂから吐出される作動油圧Ｐ_a，Ｐ_bを検出するためのポンプ油圧センサ（流体圧検出手段）１３ａ，１３ｂが備えられている。ここで検出された負荷圧力Ｐ_A〜Ｐ_D及び作動油圧Ｐ_a，Ｐ_bは、コントローラ１１へ入力されるようになっている。

電磁リリーフ弁５ａ，５ｂは、Ａ回路３ａ，Ｂ回路３ｂのそれぞれの回路を流通する作動油の油圧の上限値を制限するリリーフ弁であり、入力された電気信号に基づいて、各回路のリリーフ圧を変化させるようになっている。ここでは、油圧装置の操作レバーの操作量Ｓ_Lに応じて、図６に示すような対応関係に基づいてリリーフ圧が設定される。
例えば、Ａ回路３ａの電磁リリーフ弁５ａはスティックの操作レバー９ｂやアタッチメント，右クローラ装置の操作レバー（ともに図示略、操作手段）の操作量Ｓ_Lを参照し、Ｂ回路３ｂの電磁リリーフ弁５ｂは旋回装置の操作レバー９ａやブーム，バケット，左クローラ装置の操作レバー（何れも図示略）の操作量Ｓ_Lを参照するようになっている。

なお、これらの各操作レバーには、レバー操作量を検出するレバーセンサが備えられており、例えば、図２に示すように、スティックレバーセンサ１０ａはスティック操作レバー９ａの操作量Ｓ_Lを検出し、また、バケットレバーセンサ１０ｂがバケット操作レバー９ｂの操作量Ｓ_Lを検出するようになっている。また、ここでは図示を省略しているが、クローラやブーム，バケット等の操作レバーに対しても、それぞれ操作量Ｓ_Lを検出するセンサが設けられている。そして、検出された各操作レバーの操作量Ｓ_Lは、コントローラ１１へ入力されるようになっている。
なお、メインリリーフ弁８は、全油圧回路における作動油の油圧上限値を制限するリリーフ弁であり、油圧ポンプ２ａ，２ｂから吐出された作動油を直接作動油タンクへリリーフすることができるようになっている。

［制御ブロック構成］
次に、図１に本発明の流体圧制御装置にかかるコントロール弁の開度制御の制御ブロック図を示す。なお、以下、本発明の流体圧制御装置が、図２に示された２ポンプ合流式油圧回路に適用された例を示す。

コントローラ１１は、図１に示すように、予め設定されたマージン圧Ｐ_mを記憶する記憶部２６と、作動中の全アクチュエータのうちの最高負荷圧力を選択する選択部（最大負荷圧力選択手段）２２と、ポンプ油圧センサ１３ａ，１３ｂで検出されたポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bに基づいてゲインＫを設定するゲイン設定部（ゲイン設定手段）３１と、選択部２２で選択された最大負荷圧とコントロール弁の下流側の作動油圧（負荷圧力）との差を演算する差圧演算部（圧力補正手段）２３と、差圧演算部２３による演算結果に対してゲイン設定部で設定されたゲインＫを乗算する乗算部（補正抑制手段）２４と、乗算部２４による演算結果に対して記憶部２６に記憶されたマージン圧（所定マージン圧）Ｐ_mを加算する加算部２５と、油圧装置のレバー操作量との関係で作動油流量（目標流量Ｑ）を設定する目標流量設定部（目標流量設定手段）２１と、対応差圧ΔＰ′と目標流量Ｑとに基づきコントロール弁６ａ〜６ｄの開度（開放すべき開口面積Ａ）に対応する値Ｃｄ・Ａを演算する開度演算部２７と、開度演算部１５で演算された値Ｃｄ・Ａからコントロール弁６ａ〜６ｄのステムストロークを設定しコントロール弁６ａ〜６ｄの制御を行う制御部２８とを備えて構成されている。なお、このコントローラ１１は、各コントロール弁６ａ〜６ｄの開度を個別に制御するようになっており、例えば、図１に示されたような制御ブロックが各コントロール弁６ａ〜６ｄ毎にそれぞれ用意されている。

目標流量設定部２１は、操作レバーセンサ１０ａ，１０ｂから入力された油圧装置の各操作レバーの操作量Ｓ_Lに基づいて、アクチュエータ４ａ〜４ｄへ供給すべき目標値としての目標流量Ｑを設定するようになっている。例えば、スティック操作とバケット操作が行われたときには、スティックレバーセンサ１０ａで検出された操作量Ｓ_Lに基づいてスティック油圧シリンダ４ａへ供給すべき作動油の目標流量Ｑを設定するとともに、バケットレバーセンサ１０ｂで検出された操作量Ｓ_Lに基づいてバケット油圧シリンダ４ｂへ供給すべき作動油の目標流量Ｑを設定するようになっている。

なお、本実施形態では、図１に示すように、レバー操作量Ｓ_Lの増大に応じて目標流量Ｑが増大するように設定され、また、レバー操作量Ｓ_Lが所定量を超えると、それ以上目標流量Ｑが増加しないようにその上限値が制限されるようになっている。
選択部２２は、稼働中のアクチュエータについて、油圧センサ１２ａ〜１２ｄで検出された負荷圧力Ｐ_A〜Ｐ_Dのうちの最大の負荷圧力を選択するようになっている。

また、ゲイン設定部３１は、ポンプ油圧センサ１３ａ，１３ｂで検出されたポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bを入力されて、図３に示すような対応関係に従ってゲインＫを設定するようになっている。すなわち、入力されたポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bが予め設定された第１所定圧Ｐ₁未満のときにはゲインＫをＫ＝１に設定し、ポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bが第１所定圧Ｐ₁（所定圧）以上になるとポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bが大きいほどゲインＫを減少させて小さく設定し、第２所定圧Ｐ₂以上（ただし、Ｐ₂＞Ｐ₁）になるとゲインＫをＫ＝０に設定するようになっている。

差圧演算部２３は、選択部２２で選択された最大負荷圧とコントロール弁の下流側の作動油圧（負荷圧力）との差を演算する。例えば、スティック操作とバケット操作が同時に行われたとき、スティック油圧シリンダ４ａの負荷圧力Ｐ_Aがバケット油圧シリンダ４ｂの負荷圧力Ｐ_Bよりも高い場合、バケット油圧シリンダ４ｂにかかるコントロール弁６ｂの制御においては最大負荷圧力として負荷圧力Ｐ_Aとバケット油圧シリンダ４ｂの負荷圧力Ｐ_Bとの差（ΔＰ＝Ｐ_A−Ｐ_B）が演算される。一方、スティック油圧シリンダ４ａにかかるコントロール弁６ａの制御においては、最大負荷圧力としての負荷圧力Ｐ_Aとスティック油圧シリンダ４ａの負荷圧力Ｐ_Aとの差が演算されることになり、演算結果はΔＰ＝０となる。つまりここでは、負荷圧力に基づいて目標流量の補正量にかかる差圧ΔＰを演算していることになる。

乗算部２４は、差圧演算部２３で演算された差圧ΔＰとゲイン設定部３１で設定されたゲインＫとを乗算するようになっている。なお、ゲイン設定部３１で設定されるゲインＫは、０≦Ｋ≦１の範囲に設定されるようになっているため、差圧ΔＰの大きさはゲインＫを乗算されることによってゲインＫ×１００％の値に減少する（又はＫ＝１の場合のみ、同一の値となる）ことになる。つまりここでは、差圧演算部２３で演算された目標流量の補正量がゲインＫによって抑制されていることになる。

また、加算部２５は、乗算部２４の演算結果に記憶部２６に記憶されたマージン圧Ｐ_mを加算してコントロール弁の上流，下流の作動油圧の差（差圧）に対応する油圧（対応差圧ΔＰ′＝Ｋ・ΔＰ＋Ｐ_m）を演算するようになっている。
開度演算部２７は、加算部２５で演算された対応差圧ΔＰ′と目標流量設定部２１で設定された目標流量Ｑとに基づいて、以下の（１）式に従って値Ｃｄ・Ａを算出する。

ただし、Ｃｄ：流量係数，Ａ：開口面積，ρ：作動油密度
そして、制御部２８は、開度演算部２７で演算された値Ｃｄ・Ａに基づいて、図１に示すような対応関係に基づいて、コントロール弁のステムストロークが設定され、設定されたステムストロークとコントロール弁６ａ〜６ｄのステムの位置とが等しくなるように制御を行うようになっている。

［作用］
以上のような構成により、本実施形態における流体圧制御装置によれば以下のような作用・効果を奏する。
例えば、オペレータによってスティック操作レバー９ａとバケット操作レバー９ｂとが同時に操作されて、スティックイン操作とバケットクローズ操作とを同時に行って掘削する場合、コントローラ１１はスティック油圧シリンダ４ａへ供給される作動油流量を調整するコントロール弁６ａと、バケット油圧シリンダ４ｂへ供給される作動油流量を調整するコントロール弁６ｂとの開度制御を行う。

これらのコントロール弁６ａ，６ｂの開度制御に際し、まず、コントローラ１１の目標流量設定部２１では、スティック操作レバー９ａ，バケット操作レバー９ｂの操作量Ｓ_Lに応じて、各々の油圧シリンダへ供給すべき作動油の目標流量Ｑが設定される。
また、選択部２２には、油圧センサ１２ａ，１２ｂで検出されたスティック油圧シリンダ４ａ及びバケット油圧シリンダ４ｂに働く負荷圧力Ｐ_A，Ｐ_Bが入力され、これらの負荷圧力のうち最大の負荷圧力が選択される。そして、差圧演算部２３では、選択部２２で選択された最大負荷圧と各コントロール弁の下流側の作動油圧（負荷圧力）との差圧ΔＰがそれぞれ演算される。

このとき、例えばスティック油圧シリンダ４ａに働く負荷圧力Ｐ_Aの方が大きい場合には、スティック側のコントロール弁６ａの制御にかかる差圧ΔＰは０になり、バケット側のコントロール弁６ｂの制御にかかる差圧ΔＰはＰ_A−Ｐ_Bとなる。
また、ゲイン設定部３１においてポンプ油圧センサ１３ａで検出されたポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bの大きさに基づいてゲインＫが設定される。ここで、ポンプ油圧センサ１３ａ，１３ｂで検出されるポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_b、すなわちＡ回路３ａ，Ｂ回路３ｂの作動油圧は、各回路に備えられた油圧装置の操作レバーの操作量Ｓ_Lに応じて設定される回路のリリーフ圧によって変化する。このため、例えばスティック操作レバー９ａの操作量Ｓ_Lが大きいほど、ポンプ油圧センサ１３ａで検出されるポンプ圧Ｐ_aの大きさも大きくなり、ポンプ圧Ｐ_aの大きさが第１所定圧Ｐ₁より大きくなるほどゲインＫが１より小さく設定され、第２所定圧Ｐ₂以上になるとＫ＝０に設定されることになる。また、Ｂ回路においても同様であり、バケット操作レバー９ｂの操作量Ｓ_Lが大きいほどポンプ圧Ｐ_bが大きくなり、それに応じてゲインＫが小さく設定され、ポンプ圧Ｐ_bの大きさが第２所定圧Ｐ₂以上になるとＫ＝０に設定される。

そして、乗算部２４においてゲイン設定部３１で設定されたゲインＫが差圧ΔＰに乗算される。つまり、ポンプ圧Ｐ_aの大きさが第１所定圧Ｐ₁未満の場合にはゲインＫがＫ＝１に設定されているため、差圧ΔＰはそのままの値として乗算部２４から出力されることになるが、ポンプ圧Ｐ_aの大きさが第１所定圧Ｐ₁以上になると差圧ΔＰが減少するように補正されることになる。そして、ポンプ圧Ｐ_aの大きさが第２所定圧Ｐ₂以上の場合には、差圧ΔＰが０となる。

その後、加算部２５において乗算部２４の出力結果にマージン圧Ｐ_mが加算され、開度演算部２７においてコントロール弁において開放すべき開口面積Ａに対応する値（Ｃｄ・Ａ）が演算される。この演算では、目標流量Ｑが大きくなるほど開口面積Ａに対応する値Ｃｄ・Ａも増加するようになっており、また、対応差圧ΔＰ′が小さくなるほどＣｄ・Ａが増加するようになっている。

そして、制御部１６において、予め設定されたマップに基づいてこのＣｄ・Ａの値からコントロール弁のステムストローク（ステム位置）が設定され、設定されたステムストロークとコントロール弁のステムの位置とが等しくなるように制御される。つまり、ポンプ油圧センサ１３ａ，１３ｂで検出されたポンプ圧Ｐ_aが大きいほど乗算部２４において小さいゲインＫが設定され、ΔＰ′が小さくなってＣｄ・Ａが大きくなる。したがって、コントロール弁６ａが開放すべき開口面積Ａが大きく設定されることになり、開放側へ制御されることになる。

本油圧装置では、ポンプ圧センサ１３ａ，１３ｂで検出されたポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_b、すなわち、Ａ回路３ａ，Ｂ回路３ｂの作動油圧の大きさによって、油圧ポンプから吐出される作動油の流量（ポンプ流量）Ｑ及びコントロール弁６ａ〜６ｄの制御内容が図４に示す通りに設定されている。
まず、ポンプ圧力Ｐ_a（Ｐ_b）が０≦Ｐ_a（Ｐ_b）＜Ｐ₁であるときには、レバー操作量Ｓ_Lに対応して設定される目標流量Ｑを、負荷圧力Ｐ_a，Ｐ_bの大きさに応じて補正する圧力補償制御（フロー制御）が実施される（圧力補償制御域）。また、Ｐ₂≦Ｐ_a（Ｐ_b）であるときには、レバー操作量Ｓ_Lとコントロール弁のステムストロークとが一対一に対応して定められる圧力補償なし制御（エリア制御）が実施される（エリア制御域）。そして、Ｐ₁≦Ｐ_a（Ｐ_b）＜Ｐ₂であるときには、圧力補償制御から圧力補償なし制御への移行域の制御が実施される（移行域）。この移行域では、ポンプ圧力が第１所定圧Ｐ₁に近いほどゲインＫが１に近くなり圧力補償制御の傾向が強く、ポンプ圧力が第２所定圧Ｐ₂に近いほどゲインＫが０に近くなりエリア制御の傾向が強くなっている。

なお、これらの制御内容は、上述のゲイン設定部３１で設定されたゲインＫの値に対応して設定されており、ゲインＫがＫ＝１のときに圧力補償制御が実施され、Ｋ＝０のときに圧力補償なし制御が実施される。なお移行域は、ゲインＫが０＜Ｋ＜１の範囲で設定された状態に対応するものである。

［圧力補償制御］
まず、スティック油圧シリンダ４ａに働く負荷圧力Ｐ_Aの方がバケット油圧シリンダ４ｂに働く負荷圧力Ｐ_Bよりも大きい（Ｐ_A＞Ｐ_B）場合、Ｂ回路３ｂにおいてポンプ圧Ｐ_bの大きさが第１所定圧Ｐ₁未満であれば、コントロール弁６ｂの開度制御において、コントローラ１１のゲイン設定部３１においてゲインＫがＫ＝１に設定され、コントロール弁６ｂに対して圧力補償制御が実施される。

このとき、バケット油圧シリンダ４ｂのコントロール弁６ｂの制御にかかる対応差圧ΔＰ′はΔＰ′＝Ｐ_A−Ｐ_B＋Ｐ_mとなる。つまり、コントロール弁６ｂの制御において、バケットの負荷圧力Ｐ_bが大きいほどΔＰ′が小さくなり、それに対応して開度演算部２７においてＣｄ・Ａが大きく設定されることになる。
したがって、負荷圧力Ｐ_bが大きいほどコントロール弁６ｂのステム開度を開放側へ制御することができ、負荷圧力Ｐ_bによって減少するバケット油圧シリンダ４ｂへの作動油の流量を増加側に補正することができる。

また、バケット油圧シリンダ４ｂのコントロール弁６ｂの制御において、スティックの負荷圧力Ｐ_aが大きいほどΔＰ′が大きくなり、Ｃｄ・Ａが小さく設定されることになる。これにより、負荷圧力Ｐ_aが大きいほどコントロール弁６ｂのステム開度を閉鎖側（絞り側）へ制御することができ、高圧な負荷圧力が働くＡ回路３ａ側からＢ回路３ｂ側へ流入する作動油によって、コントロール弁６ｂを介してバケット油圧シリンダ４ｂへ過剰な作動油が流入することを防止できる。

なお、本実施形態では、「作動中の全アクチュエータのうちの最高負荷圧＋マージン圧Ｐ_m」と弁の下流の負荷圧力との差圧に基づく開度制御を行う構成により、負荷圧力Ｐ_a，Ｐ_bの大きさに応じて目標流量Ｑを補正することが可能となっている。そして、高負荷側から低負荷側への作動油の過剰な流入を防止し、負荷圧力の大きさの変動による各アクチュエータの操作感の変動を略均一に均すことができ、安定した操作性を得ることができるようになっているのである。

［圧力補償なし制御］
操作レバー９ａ，９ｂが大きく操作されて、ポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bの大きさが第２所定圧Ｐ₂以上となった場合、ゲインＫがＫ＝０に設定されるため、対応差圧ΔＰ′はΔＰ′＝Ｐ_mに設定されることになる。つまりこのような場合には、操作レバーの操作量Ｓ_Lとステムストロークとが一対一に対応して定まる圧力補償なし制御（所謂、エリア制御）が実施されることになる。

つまり、操作レバーが大きく操作されていれば、たとえ大きな負荷圧力Ｐ_A，Ｐ_Bが検出されていようとも、上述の圧力補償制御がキャンセルされてエリア制御が実施されることになる。したがって、負荷圧力Ｐ_A，Ｐ_Bの大きさがＡ，Ｂ回路３ａ，３ｂのリリーフ圧を超え、回路内の作動油が作動油タンクへリリーフされるような状態となっても、コントロール弁６ａ，６ｂが圧力補償制御が実施されない。

特に、圧力補償制御においては、負荷圧力がＰ_A＞Ｐ_Bの状態において、負荷圧力Ｐ_Aが高いほど、すなわち、スティックの負荷圧力がバケットの負荷圧力より大きくその差が増大するほど、低負荷側のコントロール弁６ｂのステム開度が絞り側へ制御されるようになっていたが、本制御によればこのような絞り側への制御がキャンセルされるため、高負荷側のＡ回路３ａから低負荷側のＢ回路３ｂへの作動油の流入を促進することができ、Ａ回路３ａにおいて電磁リリーフ弁５ａからリリーフされる作動油量を減少させることができる。そしてこれにより、バケット油圧シリンダ４ｂへ供給される作動油量を増加させることができ、掘削スピードを低下させることなく掘削作業を行うことができる。

つまり、スティックとバケットとの連動時における圧力補償制御を適正化することができ、リリーフされる作動油量を減少させてスティックとバケットとの連動操作性を向上させることができるとともに、作動油の効率的な流通を促しエネルギー効率を高めることができる。
なお、スティック油圧シリンダ４ａに働く負荷圧力Ｐ_Aの方がバケット油圧シリンダ４ｂに働く負荷圧力Ｐ_Bよりも大きい（Ｐ_A＞Ｐ_B）場合、スティック油圧シリンダ４ａのコントロール弁６ａの制御にかかる対応差圧ΔＰ′はΔＰ′＝Ｐ_mとなるため、スティック操作レバー９ａの操作量Ｓ_Lとコントロール弁６ａのステムストロークとが一対一に対応して定められる圧力補償なし制御（所謂、エリア制御）が実施されることになる。つまり、負荷圧力Ｐ_Aが大きい方の油圧装置のコントロール弁の制御においては、ポンプ圧の値にかかわらず、常に圧力補償なし制御を実施することができる。

［移行域の制御］
ポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bの大きさが第１所定圧Ｐ₁以上、第２所定圧Ｐ₂未満の範囲では、図３に示すような対応関係に基づき、ポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bが大きいほどゲインＫが小さく設定される。つまり、ポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bが大きくリリーフされる作動油量が増加しうる状況であるほど、ゲインＫを小さく設定することによって圧力補償が抑制することができる。

また、ゲインＫを連続的に減少させることにより、図３に示すように、ポンプ圧Ｐ_a，Ｐ_bの大きさの変化に対して圧力補償制御とエリア制御とを滑らかに移行させることができ、操作感を損なうことなく圧力補償制御とエリア制御とを切り換えることができる。
［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、上述の実施形態では、コントロール弁４ａ〜４ｇが、ステムの位置を３つの位置に連続的に切り替え可能なスプール弁として構成されているが、このような弁に限定されるものではなく、各油圧装置のアクチュエータへ供給する作動油量を制御するための弁であれば、弁の形式は問われない。
また、上述の実施形態では、２台の油圧ポンプが備えられた２ポンプ合流式油圧回路において本発明にかかる流体圧制御装置を適用した例を示したが、単独の油圧ポンプによる油圧回路での油圧制御に本装置を適用することもでき、あるいは３台以上の油圧ポンプを備えた油圧回路での油圧制御に適用することもできる。

また、上述の実施形態では、作動油量を制御することによって油圧の大きさをコントロールする油圧制御装置に本発明を適用したものとなっているが、作動油以外の各種流体の圧力の大きさをコントロールする制御装置に適用可能である。
また、ここでは、本発明にかかる流体圧制御装置が油圧ショベルに適用されたものを例示したが、流体圧を利用した様々な機械の制御に適用することができる。

本発明の一実施形態としての油圧制御装置にかかるコントロール弁の開度制御の制御ブロック図である。 本発明の一実施形態としての油圧制御装置の油圧回路の構成を示す回路構成図である。 本発明の一実施形態としての油圧制御装置におけるポンプ圧力とゲインとの関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態としての油圧制御装置におけるポンプ圧力と作動油流量との関係を示すグラフである。 本発明が適用された油圧回路を備えた作業機械の全体構成を示す模式的斜視図である。 本発明及び従来例にかかる油圧制御装置におけるレバー操作量とリリーフ圧との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン
２ａ，２ｂ 油圧ポンプ（流体圧供給源）
３ａ Ａ回路
３ｂ Ｂ回路
４ａ〜４ｄ 油圧シリンダ（流体圧アクチュエータ）
４ｅ〜４ｇ 油圧モータ
５ａ，５ｂ 電磁リリーフ弁
６ａ〜６ｇ コントロール弁（制御弁）
７ 連結通路
８ メインリリーフ弁
９ａ，９ｂ 操作レバー（操作手段）
１０ａ，１０ｂ レバーセンサ
１１ コントローラ
１２ａ〜１２ｄ 負荷圧力センサ（負荷圧力検出手段）
１３ａ，１３ｂ ポンプ油圧センサ（流体圧検出手段）
１４ 直進切換弁
２１ 目標流量設定部（目標流量設定手段）
２２ 選択部（最大負荷圧力選択手段，圧力補正手段）
２３ 差圧演算部（圧力補正手段）
２４ 乗算部（補正抑制手段）
２５ 加算部
２６ 記憶部
２７ 開度演算部
２８ 制御部
３１ ゲイン設定部（ゲイン設定手段，補正抑制手段）

Claims (6)

1. 流体圧回路の作動流体としての圧力流体を供給する流体圧供給源と、
   該流体圧供給源から吐出される該圧力流体により駆動される複数の流体圧アクチュエータと、
   該流体圧アクチュエータの作動量を設定する操作手段と、
   該流体圧供給源から該複数の流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に各々介装され、該複数の流体圧アクチュエータへの該圧力流体の供給流量を調節する複数の制御弁と、
   該流体圧供給源から吐出される該圧力流体の流体圧を検出する流体圧検出手段と、
   該制御弁から該複数の流体圧アクチュエータへの圧力流体供給通路上に各々介装され、該複数の流体圧アクチュエータの負荷圧力を検出する複数の負荷圧力検出手段と、
   該操作手段によって設定された該作動量に基づいて、該制御弁を介して該流体圧アクチュエータへ供給される該圧力流体の目標流量を設定する目標流量設定手段と、
   該負荷圧力検出手段によって検出された該負荷圧力に基づいて、該目標流量設定手段で設定される該目標流量を補正する圧力補正手段と、
   該流体圧検出手段によって検出された該流体圧に基づいて、該圧力補正手段で算出される該目標流量の補正を抑制する補正抑制手段と
   を備えたことを特徴とする、流体圧制御装置。
2. 該目標流量設定手段は、該操作手段によって設定された該作動量が増加するほど、設定する該圧力流体の該目標流量を増加させ、
   該圧力補正手段は、該負荷圧力検出手段によって検出された該負荷圧力が高圧であるほど、該目標流量の補正量を増加させ、
   該補正抑制手段は、該流体圧検出手段によって検出された該流体圧が高圧であるほど、該抑制量を増大させる
   ことを特徴とする、請求項１記載の流体圧制御装置。
3. 該補正抑制手段は、該流体圧検出手段で検出された該流体圧が予め設定された所定圧以上であるときに、該抑制量を増大させる
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の流体圧制御装置。
4. 該圧力補正手段は、該負荷圧力検出手段によって検出された全ての該流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの最大負荷圧力と、該操作装置によって該作動量を設定された該流体圧アクチュエータの負荷圧力との差圧に基づいて、該目標流量設定手段で設定される該目標流量を補正する
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体圧制御装置。
5. 該圧力補正手段は、上記全ての流体圧アクチュエータの負荷圧力のうちの該最大負荷圧力を選択する最大負荷圧力選択手段と、該最大負荷圧力と該制御弁の負荷圧力との該差圧を算出する差圧演算手段とを備え、
   該補正抑制手段は、該流体圧検出手段によって検出された該流体圧に対応する抑制ゲインを設定するゲイン設定手段と、該差圧演算手段で算出された該差圧に該ゲイン設定手段で設定された該ゲインを乗算する乗算手段とを備えた
   ことを特徴とする、請求項４記載の流体圧制御装置。
6. 該圧力補正手段は、該最大負荷圧及び予め設定された所定マージン圧の和と該負荷圧力との差圧に基づいて、該目標流量設定手段で設定される該目標流量を補正する
   ことを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の流体圧制御装置。

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