JP2008082030A - 建設機械の操作系制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御の安定性を向上させることができる建設機械の操作系制御装置を提供する。
【解決手段】操作手段１８〜２１を備えた操作装置２７〜３０と、操作装置２７〜３０からの電気操作信号に応じて電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂの電流指令値を演算し、電流指令値に応じてデューティ比を演算してパルス信号を生成するコントローラ３２と、パルス信号に基づき電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂに電圧を印加する電磁弁駆動回路３７Ａ，３７Ｂ〜４０Ａ，４０Ｂとを備え、コントローラ３２は、電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂの励磁電流をパルス信号に同期して検出し、操作手段１８〜２１が任意の操作位置に所定時間保持された場合に電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂの励磁電流及びこの励磁電流と対応するパルス信号のデューティ比に基づき演算したデューティ比変換係数の補正値を用い、デューティ比を演算する。
【選択図】図３

Description

本発明は、建設機械の操作系制御装置に係わり、詳しくは、操作装置からの電気操作信号に応じて電磁比例弁の電流指令値を演算し、この電流指令値に対応するデューティ比を演算してパルス信号を生成し、このパルス信号に基づき電磁比例弁に電圧を印加する建設機械の操作系制御装置に関する。

油圧ショベルやホイールローダ等の建設機械は、一般に、エンジン等の原動機と、この原動機によって駆動する少なくとも１つの油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する複数の油圧アクチュエータ（例えば作業機用油圧シリンダや走行用油圧モータ等）と、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れをそれぞれ制御する複数の油圧パイロット式のコントロールバルブと、操作レバー等の操作手段を備えた操作装置とを備えている。

操作装置は、大別して油圧パイロット方式と電気操作方式とがある。油圧パイロット方式は、操作手段の操作量に応じて、油圧源（例えばパイロットポンプ）からの元圧を減圧弁で減圧したパイロット圧を生成し、このパイロット圧をコントロールバルブに出力するものである。一方、電気操作方式は、操作手段の操作量をポテンショメータ等で検出し電気操作信号に置き換えて制御装置に出力するものである。制御装置は、この操作装置からの電気操作信号に基づき、各コントロールバルブに設けられた一対の電磁比例弁を制御し、電磁比例弁の駆動によって制御したパイロット圧をコントロールバルブへ出力する。

このような制御装置の一つとして、部品点数の削減によるコスト低減を目的とし、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）方式を採用したものが知られている。パルス幅変調制御方式は、操作装置からの電気操作信号に応じて電磁比例弁の電流指令値を演算し、この電流指令値に対応するデューティ比を演算してパルス信号（パルス幅変調信号）を生成し、このパルス信号に基づき電磁比例弁に電圧を印加する。すなわち、電磁比例弁の平均電流値が電流指令値となるように、電磁比例弁をＯＮ−ＯＦＦ制御するものである。

ところで、電磁比例弁は油温の影響により温度変化し、電磁比例弁のコイル抵抗値が変化する。そのため、パルス信号のデューティ比が同じ（言い換えれば、電磁比例弁の電流指令値が同じ）であっても、電磁比例弁の励磁電流が変動し、所望の制御量が得られない。そこでこれに対応するため、従来、電磁比例弁の励磁電流をパルス信号に同期して積分する積分回路と、この積分回路の積分値とパルス信号のデューティ比とからデューティ比変換係数の補正値を演算し、このデューティ比変換係数の補正値を用いてデューティ比を演算するコントローラとを備えた構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、例えばパルス信号の１周期おきに電磁比例弁の励磁電流をフィードバックして、デューティ比変換係数を補正するようになっている。

特開平２−２７７１０８号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。
上記従来技術においては、例えばパルス信号の１周期おきに電磁比例弁の励磁電流をフィードバックして、デューティ比変換係数を補正するようになっている。ところが、例えば操作レバー等の操作手段が大きく操作された場合（例えば図７に示すように、デューティ比０％からデューティ比７０％のパルス信号に切換えられた場合）、電磁比例弁は、対応する所定の電流値に励磁するまで若干時間を要する。そのため、上記従来技術では、励磁途中の電流をフィードバックしてデューティ比変換係数を補正してしまう場合があり、制御の安定性の点で改善の余地があった。

本発明は、上記事柄に基づいてなされたものであり、その目的は、制御の安定性を向上させることができる建設機械の操作系制御装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、原動機によって駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、前記コントロールバルブへのパイロット圧を制御する電磁比例弁と、操作手段の操作量に応じた電気操作信号を出力する操作装置と、前記操作装置からの電気操作信号に応じて前記電磁比例弁の電流指令値を演算し、この電流指令値に応じてデューティ比を演算してパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、前記パルス信号生成手段からのパルス信号に基づき前記電磁比例弁に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電磁比例弁の励磁電流を前記パルス信号に同期して検出する検出手段と、前記検出手段で検出した前記電磁比例弁の励磁電流及びこの励磁電流と対応する前記パルス信号のデューティ比に基づき、デューティ比変換係数の補正値を演算する補正演算手段とを備えた建設機械の操作系制御装置において、前記パルス信号生成手段は、前記操作手段が任意の操作位置に予め設定された所定時間保持された場合に前記補正演算手段で演算したデューティ比変換係数の補正値を用い、デューティ比を演算する。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記パルス信号生成手段は、前記操作手段が中立位置に予め設定された所定時間保持された場合に前記補正値演算手段で演算したデューティ比の変換係数補正値を用い、デューティ比を演算する。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記パルス信号生成手段は、前記操作手段が最大操作位置に予め設定された所定時間保持された場合に前記補正値演算手段で演算したデューティ比の変換係数補正値を用い、デューティ比を演算する。

（４）上記目的を達成するために、また本発明は、原動機によって駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、前記コントロールバルブへのパイロット圧を制御する電磁比例弁と、前記電磁比例弁の電流指令値を演算し、この電流指令値に応じてデューティ比を演算してパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、前記パルス信号生成手段からのパルス信号に基づき前記電磁比例弁に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電磁比例弁の励磁電流を前記パルス信号に同期して検出する検出手段と、前記検出手段で検出した前記電磁比例弁の励磁電流及びこの励磁電流と対応する前記パルス信号のデューティ比に基づき、デューティ比変換係数の補正値を演算する補正演算手段とを備えた建設機械の操作系制御装置において、前記パルス信号生成手段は、前記電流指令値が予め設定された所定時間維持された場合に前記補正演算手段で演算したデューティ比変換係数の補正値を用い、デューティ比を演算する。

本発明によれば、電磁比例弁の励磁電流の応答遅れの影響を排除したデューティ比変換係数の補正値を用いることができ、制御の安定性を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の適用対象の一例であるホイールローダの全体構造を表す側面図である。なお、以降、ホイールローダが図１に示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１中左側）、後側（図１中右側）、左側（図１中紙面に向かって手前側）、右側（図１中紙面に向かって奥側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。

この図１において、ホイールローダ１は、左右の前輪２Ｌ，２Ｒ（但し図１中２Ｌのみ図示）を有する車体前部３と、左右の後輪４Ｌ，４Ｒ（但し図１中４Ｌのみ図示）を有する車体後部５と、車体前部３及び車体後部５を互いに水平方向に回動可能に連結する回動機構６と、車体前部３に上下方向に回動可能に設けた作業機（フロント装置）７と、車体後部５に設けた運転室８とを備えている。

また、ホイールローダ１は、前輪２Ｌ，２Ｒ及び後輪４Ｌ，４Ｒを回転駆動するための走行用油圧モータ９（後述の図２参照）と、車体前部３と車体後部５との間に設けた左右一対のステアリング用油圧シリンダ１０Ｌ，１０Ｒ（後述の図２参照）とを備えている。そして、例えば左側のステアリング用油圧シリンダ１０Ｌが縮短し、右側のステアリング用油圧シリンダ１０Ｒが伸長すると、回動機構６を介し車体前部３及び車体後部５が左側に屈曲する（左側へのステアリング）。また、例えば左側のステアリング用油圧シリンダ１０Ｌが伸長し、右側のステアリング用油圧シリンダ１０Ｒが縮短すると、回動機構６を介し車体前部３及び車体後部５が右側に屈曲するようになっている（右側へのステアリング）。

作業機８は、車体前部３に回動可能に結合され、互いに連結された左右のリフトアーム１１Ｌ，１１Ｒ（但し図１中１１Ｌのみ図示）と、これらリフトアーム１１Ｌ，１１Ｒの先端に回動可能に結合され、開口部が前方側へ向けられたバケット１２と、左右一対のアーム用油圧シリンダ１３Ｌ，１３Ｒ（但し図１中１３Ｌのみ図示）と、バケット用油圧シリンダ１４とを備えている。そして、アーム用油圧シリンダ１３Ｌ，１３Ｒの伸縮駆動に応じて、リフトアーム１１Ｌ，１１Ｒが俯仰動作するようになっている。また、バケット用油圧シリンダ１４の伸縮駆動に応じて、ベルクランク１５等のリンク機構を介しバケット１２の傾斜角度が変化するようになっている。

運転室９には、運転席１６と、前後進操作レバー１７（後述の図２参照）、アクセルペダル１８（後述の図２参照）、ブレーキペダル（図示せず）、ステアリングハンドル１９、アーム用操作レバー２０（後述の図２参照）、及びバケット用操作レバー２１（後述の図２参照）等の操作手段とが設けられている。

図２は、上記ホイールローダ１に備えられた油圧駆動装置の要部構成を、本発明の操作系制御装置の一実施形態とともに表す概略図である。

この図２において、図示しないエンジン（原動機）によって駆動する油圧ポンプ２２と、この油圧ポンプ２２から吐出された圧油により駆動する上記アーム用油圧シリンダ１３Ｌ，１３Ｒ、バケット用油圧シリンダ１４、ステアリング用油圧シリンダ１０Ｌ，１０Ｒ、及び走行用油圧モータ９と、油圧ポンプ２２からそれらアーム用油圧シリンダ１３Ｌ，１３Ｒ、バケット用油圧シリンダ１４、ステアリング用油圧シリンダ１０Ｌ，１０Ｒ、及び走行用油圧モータ９への圧油の流れをそれぞれ制御する油圧パイロット式のアーム用コントロールバルブ２３、バケット用コントロールバルブ２４、ステアリング用コントロールバルブ２５、及び走行用コントロールバルブ２６と、上記アーム用操作レバー２０を備えた操作装置２７と、上記バケット用操作レバー２１を備えた操作装置２８と、上記ステアリングハンドル１９を備えた操作装置２９と、上記アクセルペダル１８を備えた操作装置３０と、上記前後進操作レバー１７を備えた操作装置３１と、コントローラ３２とが設けられている。

操作装置２７は、中立位置より一方側又は反対側に回動操作可能なアーム用操作レバー２０と、アーム用操作レバー２０の変位を検出する変位検出器（図示せず）とを備えており、アーム用操作レバー２０の操作方向及び操作量に応じた電気操作信号（電圧信号）をコントローラ３２に出力するようになっている。

操作装置２８は、中立位置より一方側又はその反対側に回動操作可能なバケット用操作レバー２１と、バケット用操作レバー２１の変位を検出する変位検出器（図示せず）とを備えており、バケット用操作レバー２１の操作方向及び操作量に応じた電気操作信号（電圧信号）をコントローラ３２に出力するようになっている。

操作装置２９は、中立位置より左方向又は右方向に回転操作可能なステアリングハンドル１９と、ステアリングハンドル１９の変位を検出する変位検出器（図示せず）とを備えており、ステアリングハンドル１９の操作方向及び操作量に応じた電気操作信号（電圧信号）をコントローラ３２に出力するようになっている。

操作装置３０は、中立位置より下方側に踏込み操作可能なアクセルペダル１８と、アクセルペダル１８の変位を検出する変位検出器（図示せず）とを備えており、アクセルペダル１８の操作量に応じた電気操作信号（電圧信号）をコントローラ３２に出力するようになっている。また、操作装置３１は、前側又は後側に切替え操作可能な前後進操作レバー１７を備えており、前後進操作レバー１７の操作に応じた切替信号をコントローラ３２に出力するようになっている。

図３は、上記コントローラ３２の機能構成を表すブロック図である。

この図３及び前述の図２において、コントローラ３２は、まず第１の機能（パルス幅変調制御）として、操作装置２７〜３１からの電気操作信号（具体的には、上記アーム用操作レバー２０、バケット用操作レバー２１、ステアリングハンドル１９、及びアクセルペダル１８の操作量等）に応じて電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ〜３６Ｂの電流指令値をそれぞれ演算し、これら電流指令値に対応するデューティ比をそれぞれ演算してパルス信号（パルス幅変調信号）を生成するようになっている。そして、電磁弁駆動回路３７Ａ，３７Ｂ〜４０Ａ〜４０Ｂは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ〜３６Ｂに一定電圧をそれぞれ印加する。すなわち、電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ〜３６Ｂの平均電流値が電流指令値となるように、電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ〜３６ＢをＯＮ−ＯＦＦ制御するようになっている。以下、詳細を説明する。

（１）リフトアーム１１Ｌ，１１Ｒ
コントローラ３２は、操作装置２７から入力した電圧値をＡＤ変換器４１でデジタル値に変換する。そして、例えばアーム用操作レバー２０が中立位置から一方側に操作され、リフトアーム１１Ｌ，１１Ｒの上げ動作が指示された場合、アーム上げ用電流指令演算部４２Ａは、予め記憶された演算テーブル（詳細は後述）に基づき、デジタル値（言い換えれば、アーム用操作レバー２０の操作量）に対し電磁比例弁３３Ａの電流指令値Ｉref1を演算する。デューティ比変換部４３Ａは、下記式（１）を用いて電流指令値Ｉref1に対するデューティ比Ｄ1を演算し、このデューティ比Ｄ1のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路３７Ａに出力するようになっている。

Ｄi＝Ｉrefｉ／Ｇｉ・・・（１）
Ｄｉ：デューティ比（ｉ＝１，２，…，８）
Ｉrefｉ：電流指令値（ｉ＝１，２，…，８）
Ｇｉ：変換係数（ｉ＝１，２，…，８）
電磁弁駆動回路３７Ａは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３３Ａのソレノイド３３Ａａに電圧を印加するようになっている。これにより、電磁比例弁３３Ａは、図２中上側の連通位置に切換えられ、パイロットポンプ４４（油圧源）からの元圧を減圧して生成したパイロット圧をアーム用コントロールバルブ２３のパイロット操作部へ出力する。これにより、アーム用コントロールバルブ２３が図２中左側の連通位置に切換えられ、油圧ポンプ２２からの圧油がアーム用油圧シリンダ１３Ｌ，１３Ｒのボトム側に供給されてアーム用油圧シリンダ１３Ｌ，１３Ｒが伸長する。その結果、アーム用操作レバー２０の操作量に応じた速度で、リフトアーム１１Ｌ，１１Ｒが上げ動作するようになっている。

一方、例えばアーム用操作レバー２０が中立位置から反対側に操作され、リフトアーム１１Ｌ，１１Ｒの下げ動作が指示された場合、アーム下げ用電流指令演算部４２Ｂは、予め記憶された演算テーブル（詳細は後述）に基づき、デジタル値（言い換えれば、アーム用操作レバー２０の操作量）に対し電磁比例弁３３Ｂの電流指令値Ｉref２を演算する。デューティ比変換部４３Ｂは、上記式（１）を用いて電流指令値Ｉref2に対するデューティ比Ｄ2を演算し、このデューティ比Ｄ2のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路３７Ｂに出力するようになっている。

電磁弁駆動回路３７Ｂは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３３Ｂのソレノイド３３Ｂａに電圧を印加するようになっている。これにより、電磁比例弁３３Ｂは、図２中上側の連通位置に切換えられ、パイロットポンプ４４からの元圧を減圧して生成したパイロット圧をアーム用コントロールバルブ２３のパイロット操作部へ出力する。これにより、アーム用コントロールバルブ２３が図２中右側の連通位置に切換えられ、油圧ポンプ２２からの圧油がアーム用油圧シリンダ１３Ｌ，１３Ｒのロッド側に供給されてアーム用油圧シリンダ１３Ｌ，１３Ｒが縮短する。その結果、アーム用操作レバー２０の操作量に応じた速度で、リフトアーム１１Ｌ，１１Ｒが下げ動作するようになっている。

（２）バケット
コントローラ３２は、操作装置２８から入力した電圧値をＡＤ変換器４５でデジタル値に変換する。そして、例えばバケット用操作レバー２１が中立位置から一方側に操作され、バケット１２のチルト動作が指示された場合、バケットチルト用電流指令演算部４６Ａは、予め記憶された演算テーブル（詳細は後述）に基づき、デジタル値（言い換えれば、バケット用操作レバー２１の操作量）に対し電磁比例弁３４Ａの電流指令値Ｉref3を演算する。デューティ比変換部４７Ａは、上記式（１）を用いて電流指令値Ｉref3に対するデューティ比Ｄ3を演算し、このデューティ比Ｄ3のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路３８Ａに出力するようになっている。

電磁弁駆動回路３８Ａは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３４Ａのソレノイド３４Ａａに電圧を印加するようになっている。これにより、電磁比例弁３４Ａは、図２中上側の連通位置に切換えられ、パイロットポンプ４４からの元圧を減圧して生成したパイロット圧をバケット用コントロールバルブ２４のパイロット操作部へ出力する。これにより、バケット用コントロールバルブ２４が図２中左側の連通位置に切換えられ、油圧ポンプ２２からの圧油がバケット用油圧シリンダ１４のボトム側に供給されてバケット用油圧シリンダ１４が伸長する。その結果、バケット用操作レバー２１の操作量に応じた速度で、バケット１２がチルト動作するようになっている。

一方、例えばバケット用操作レバー２１が中立位置から反対側に操作され、バケット１２のダンプ動作が指示された場合、バケットダンプ用電流指令演算部４６Ｂは、予め記憶された演算テーブル（詳細は後述）に基づき、デジタル値（言い換えれば、バケット用操作レバー２１の操作量）に対し電磁比例弁３４Ｂの電流指令値Ｉref4を演算する。デューティ比変換部４７Ｂは、上記式（１）を用いて電流指令値Ｉref4に対するデューティ比Ｄ4を演算し、このデューティ比Ｄ4のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路３８Ｂに出力するようになっている。

電磁弁駆動回路３８Ｂは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３４Ｂのソレノイド３４Ｂａに電圧を印加するようになっている。これにより、電磁比例弁３４Ｂは、図２中上側の連通位置に切換えられ、パイロットポンプ４４からの元圧を減圧して生成したパイロット圧をバケット用コントロールバルブ２４のパイロット操作部へ出力する。これにより、バケット用コントロールバルブ２４が図２中右側の連通位置に切換えられ、油圧ポンプ２２からの圧油がバケット用油圧シリンダ１４のロッド側に供給されてアーム用油圧シリンダ１４が縮短する。その結果、バケット用操作レバー２１の操作量に応じた速度で、バケット１２がダンプ動作するようになっている。

（３）ステアリング
コントローラ３２は、操作装置２９から入力した電圧値をＡＤ変換器４８でデジタル値に変換する。そして、例えばステアリングハンドル１９が中立位置から左方向に操作され、左側へのステアリング動作が指示された場合、左ステアリング用電流指令演算部４９Ａは、予め記憶された演算テーブル（詳細は後述）に基づき、デジタル値（言い換えれば、ステアリングハンドル１９の操作量）に対し電磁比例弁３５Ａの電流指令値Ｉref5を演算する。デューティ比変換部５０Ａは、上記式（１）を用いて電流指令値Ｉref5に対するデューティ比Ｄ5を演算し、このデューティ比Ｄ5のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路３９Ａに出力するようになっている。

電磁弁駆動回路３９Ａは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３５Ａのソレノイド３５Ａａに電圧を印加するようになっている。これにより、電磁比例弁３５Ａは、図２中上側の連通位置に切換えられ、パイロットポンプ４４からの元圧を減圧して生成したパイロット圧をステアリング用コントロールバルブ２５のパイロット操作部へ出力する。これにより、ステアリング用コントロールバルブ２５が図２中左側の連通位置に切換えられ、油圧ポンプ２２からの圧油が左側ステアリング用油圧シリンダ１０Ｌのロッド側に供給されて左側ステアリング用油圧シリンダ１４が縮短し、油圧ポンプ２２からの圧油が右側ステアリング用油圧シリンダ１０Ｒのボトム側に供給されて右側ステアリング用油圧シリンダ１０Ｒが伸長する。その結果、ステアリングハンドル１９の操作量に応じた速度で、左側へステアリング動作するようになっている。

一方、例えばステアリングハンドル１９が中立位置から右方向に操作され、右側へのステアリング動作が指示された場合、右ステアリング用電流指令演算部４９Ｂは、予め記憶された演算テーブル（詳細は後述）に基づき、デジタル値（言い換えれば、ステアリングハンドル１９の操作量）に対し電磁比例弁３５Ｂの電流指令値Ｉref6を演算する。デューティ比変換部５０Ｂは、上記式（１）を用いて電流指令値Ｉref6に対するデューティ比Ｄ6を演算し、このデューティ比Ｄ6のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路３９Ｂに出力するようになっている。

電磁弁駆動回路３９Ｂは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３５Ｂのソレノイド３５Ｂａに電圧を印加するようになっている。これにより、電磁比例弁３５Ｂは、図２中上側の連通位置に切換えられ、パイロットポンプ４４からの元圧を減圧して生成したパイロット圧をステアリング用コントロールバルブ２５のパイロット操作部へ出力する。これにより、ステアリング用コントロールバルブ２５が図２中右側の連通位置に切換えられ、油圧ポンプ２２からの圧油が左側ステアリング用油圧シリンダ１０Ｌのボトム側に供給されて左側ステアリング用油圧シリンダ１４が伸長し、油圧ポンプ２２からの圧油が右側ステアリング用油圧シリンダ１０Ｒのロッド側に供給されて右側ステアリング用油圧シリンダ１０Ｒが縮短する。その結果、ステアリングハンドル１９の操作量に応じた速度で、右側へステアリング動作するようになっている。

（４）走行
コントローラ３２は、操作装置３０から入力した電圧値をＡＤ変換器５１でデジタル値に変換するとともに、操作装置３１からの切替信号を入力する。そして、例えば前後進操作レバー１７が前側に切替えられた状態で、アクセルペダル１８が踏込まれた場合、前進用電流指令演算部５２Ａは、予め記憶された演算テーブル（詳細は後述）に基づき、デジタル値（言い換えれば、アクセルペダル１８の操作量）に対し電磁比例弁３６Ａの電流指令値Ｉref7を演算する。デューティ比変換部５３Ａは、上記式（１）を用いて電流指令値Ｉref7に対するデューティ比Ｄ7を演算し、このデューティ比Ｄ7のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路４０Ａに出力するようになっている。

電磁弁駆動回路４０Ａは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３６Ａのソレノイド３６Ａａに電圧を印加するようになっている。これにより、電磁比例弁３６Ａは、図２中上側の連通位置に切換えられ、パイロットポンプ４４からの元圧を減圧して生成したパイロット圧を走行用コントロールバルブ２６のパイロット操作部へ出力する。これにより、走行用コントロールバルブ２６が図２中左側の連通位置に切換えられ、油圧ポンプ２２からの圧油が走行用油圧モータに供給され、走行用油圧モータを一方向に回転させる。その結果、アクセルペダル１８の操作量に応じた速度で、前進するようになっている。

一方、例えば前後進操作レバー１７が後側に切替えられた状態で、アクセルペダル１８が踏込まれた場合、後進用電流指令演算部５２Ｂは、予め記憶された演算テーブル（詳細は後述）に基づき、デジタル値（言い換えれば、アクセルペダル１８の操作量）に対し電磁比例弁３６Ｂの電流指令値Ｉref8を演算する。デューティ比変換部５３Ｂは、上記式（１）を用いて電流指令値Ｉref8に対するデューティ比Ｄ8を演算し、このデューティ比Ｄ8のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路４０Ｂに出力するようになっている。

電磁弁駆動回路４０Ｂは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３６Ｂのソレノイド３６Ｂａに電圧を印加するようになっている。これにより、電磁比例弁３６Ｂは、図２中上側の連通位置に切換えられ、パイロットポンプ４４からの元圧を減圧して生成したパイロット圧を走行用コントロールバルブ２６のパイロット操作部へ出力する。これにより、走行用コントロールバルブ２６が図２中右側の連通位置に切換えられ、油圧ポンプ２２からの圧油が走行用油圧モータに供給され、走行用油圧モータを反対方向に回転させる。その結果、アクセルペダル１８の操作量に応じた速度で、後進するようになっている。

上述した電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂのソレノイド３３Ａａ，３３Ｂａ〜３６Ａａ，３６Ｂａにはそれぞれ抵抗５４が直列接続されており、電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂの励磁電流が電圧信号として検出され、コントローラ３２に出力されるようになっている。なお、抵抗５４は、図３中電磁弁駆動回路３７Ａ，３７Ｂ〜４０Ａ，４０Ｂと別体として便宜上図示しているが、実際にはそれぞれ組込まれているものとする。

コントローラ３２は、第２の機能（デューティ比変換係数の補正演算制御）として、電磁弁駆動回路３７Ａ，３７Ｂ〜４０Ａ，４０Ｂから入力した電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂの励磁電流のうちの１つを順次選択するマルチプレクサ５５と、このマルチプレクサ５５で選択された電磁比例弁の励磁電流を積分する積分器５６と、この積分器５６で積分された積分値をデジタル値に変換するＡＤ変換器５７と、このＡＤ変換器５７からのデジタル値とそれに対応する（同期の）パルス信号のデューティ比Ｄiがデューティ比変換部（４３Ａ，４３Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５３Ａ，５３Ｂのうちのいずれか１つ）から予め入力され、デューティ比変換係数の補正値Ｇi’を演算する変換係数演算部５８と、パルス信号に同期して起動する後述のプログラムに従い、これらマルチプレクサ５５、積分器５６、ＡＤ変換器５７、及び変換係数演算部５８を制御する補正演算制御部５９とを備えている。

図４は、上記コントローラ３２の補正演算制御部５９によるデューティ比変換係数の補正演算機能の制御処理（プログラム）内容を表すフローチャートである。なお、例えばマルチプレクサ５５が電磁比例弁３３Ａの励磁電流を最初に選択するように指令している場合（すなわち、ｉ＝１）を例にとって説明する。

図４において、まずパルス信号の１周期目にプログラムが起動すると、ステップ１００では、フラグＮ＝０であるかどうかを判定する。最初はフラグＮ＝０に設定されているから、ステップ１００の判定が満たされて、ステップ１１０に移る。ステップ１１０では、フラグＮ＝１とし、ステップ１２０に進んで、積分器５６に積分開始を指令し、その後、プログラムが終了する。

次にパルス信号の２周期目にプログラムを起動すると、フラグＮ＝１となっているから、ステップ１００の判定が満たされず、ステップ１３０に移る。ステップ１３０では、フラグＮ＝０とし、ステップ１４０に進んで、積分器５６に積分値のホールドを指令する。これにより、積分器５６は、パルス信号の１周期目における電磁比例弁３３Ａの励磁電流の積分値をホールドすることになる。その後、ステップ１５０に進んで、ＡＤ変換器５７に積分値のデジタル変換を指令し、ステップ１６０に進んで、変換係数演算部５８にデューティ比変換係数の補正値Ｇ1’の演算を指令する。

変換係数演算部５７は、ＡＤ変換器５７から入力した電磁比例弁３３Ａの励磁電流の積分値Ｉs1をパルス信号の周期Ｔで除し、パルス信号の１周期目における電磁比例弁３３Ａの励磁電流値（平均値）を算出する。そして、この電磁比例弁３３Ａの励磁電流値とデューティ比変換部４３Ａから予め入力した対応するパルス信号のデューティ比Ｄ1に基づき、デューティ比変換係数の補正値Ｇ1’を演算する（式（２）参照）。この演算したデューティ比変換係数の補正値Ｇ1’が対応するデューティ変換部４３Ａに出力され、メモリ等に一次記憶される。

Ｇi’＝（Ｉsi／Ｔ）／Ｄi・・・（２）
Ｇi’：デューティ比変換係数の補正値（ｉ＝１，２，…，８）
Ｉsi：電磁比例弁の励磁電流の積分値（ｉ＝１，２，…，８）
Ｔ：パルス信号の周期
Ｄi：デューティ比（ｉ＝１，２，…，８）
その後、ステップ１７０に進み、積分器５６に積分値のリセットを指令し、その後、ステップ１８０に進んで、次回に選択する例えば電磁比例弁３３Ｂの励磁電流への切替えをマルチプレクサ５５に指令し（すなわち、ｉ＝ｉ＋１＝２）、その後、プログラムが終了する。

そして、上述したプログラムが繰返されることにより、パルス信号の２周期毎に選択する電磁比例弁の励磁電流が切替えられ、デューティ比変換係数の補正値Ｇi’（ｉ＝１，２，…８）が順次演算されるようになっている。その結果、デューティ比変換部４３Ａ，４３Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５３Ａ，５３Ｂでは、パルス信号の１６周期毎にデューティ比変換係数の補正値Ｇi’がそれぞれ入力され、メモリ等に書換えられ一次記憶されるようになっている。

ここで本実施形態の最も大きな特徴として、コントローラ３２のデューティ変換部４３Ａ，４３Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ，５３Ａ，５３Ｂは、対応する操作手段（詳細には、アーム用操作レバー２０、バケット用操作レバー２１、ステアリングハンドル１９、又はアクセルペダル１８）が任意の操作位置に予め設定された所定時間保持された場合に、デューティ比変換係数Ｇiを、メモリ等に一次記憶されたデューティ比変換係数の補正値Ｇi’で更新するようになっている。

図５は、上記デューティ比変換係数の更新機能の制御処理（プログラム）内容を表すフローチャートである。なお、この図５に示すプログラムは、タイマ割込みにより、一定時間毎に起動するようになっている。

デューティ比変換部４３Ａを例にとって説明すると、ステップ２００では、ブーム上げ電流指令演算部４２Ａからの電流指令値Ｉref1に対し、前回値（詳細には、前回、ブーム上げ電流指令演算部４２Ａから入力され、メモリ等に一次記憶された電流指令値Ｉref1）と同じであるかどうか判定する。これにより、アーム用操作レバー２０の操作位置が保持されたかどうかを判断する。そして、例えば電流指令値Ｉref1が前回値と異なる場合（すなわち、アーム用操作レバー２０の操作位置が変動する場合）は、ステップ２００の判定が満たされず、ステップ２１０に移る。ステップ２１０では、カウンタ値Ｃ＝０にリセットし、その後、後述のステップ２５０に移る。

一方、例えば電流指令値Ｉref1が前回値と同じである場合（すなわち、アーム用操作レバー２０の操作位置が保持された場合）は、ステップ２００の判定が満たされ、ステップ２２０に移る。ステップ２２０では、カウンタ値Ｃに１を加算する。そして、ステップ２３０に進み、カウンタ値Ｃが予め設定された所定の規定回数（この所定の規定回数とプログラム起動のタイマ間隔との積が、例えばパルス信号の２６〜３６周期に相当する）を超えたかどうかを判定する。すなわち、デューティ比変換係数の補正値Ｇ1’は１６周期毎に演算されメモリ等に一次記憶されているので、アーム用操作レバー２０が任意の操作位置に所定時間（パルス信号の１０〜２０周期に相当する）保持された場合にデューティ比変換係数Ｇ1’が演算されたものであるかどうかを判断することができる。

例えばカウンタ値Ｃが所定の規定回数を超えていない場合は、ステップ２３０の判定が満たされず、後述のステップ２５０に移る。一方、例えばカウンタ値Ｃが所定の規定回数を超えている場合は、ステップ２４０に移る。ステップ２４０では、デューティ比変換係数Ｇiを、メモリ等に一次記憶されたデューティ比変換係数の補正値Ｇi’で書換え、その後、ステップ２５０に移る。

ステップ２５０では、上述した式（１）を用いて電流指令値Ｉref1に対するデューティ比Ｄ1を演算し、ステップ２６０に進み、デューティ比Ｄ1のパルス信号を生成して電磁弁駆動回路３７Ａに出力し、その後、プログラムが終了する。

なお、本実施形態では、上記ステップ２００において、特に、操作手段（詳細には、アーム用操作レバー２０、バケット用操作レバー２１、ステアリングハンドル１９、又はアクセルペダル１８）が中立位置又は最大操作位置に保持されたかどうかを判断することを対象としている。すなわち、電流指令演算部４２Ａ，４２Ｂ，４６Ａ，４６Ｂ，４９Ａ，４９Ｂ，５２Ａ，５２Ｂにおける電磁比例弁の電流指令値の演算テーブルは、図６に示すように設定されている。

図６において、横軸は、操作手段の中立位置からの操作量をとって表し、縦軸は、電磁比例弁の電流指令値をとって表している。操作量が０（中立位置）〜Ｌ１の範囲では、電流指令値が最小値Ｉ１（≠０）となっている。この電流指令値Ｉ１は、電磁比例弁又はコントロールバルブが動作しない電流値であり、油圧アクチュエータの動作に関与しないものとなっている。言い換えれば、操作量が０〜Ｌ１の範囲は不感帯である。また、操作量がＬ１〜Ｌ２の範囲では、操作量の増加に従って電流指令値が単調増加し、操作量がＬ２〜Ｌ３（最大操作位置）の範囲では、電流指令値が最大値Ｉ２となっている。このように操作手段の中立位置又は最大操作位置において所定の操作量幅で電磁比例弁の電流指令値が一定値Ｉ１又はＩ２となるように設定するので、上述の図５中のステップ２００の判定を満たす方向に促すようになっている。

以上のように構成された本実施形態においては、コントローラ３２は、操作手段（アーム用操作レバー２０、バケット用操作レバー２１、ステアリングハンドル１９、又はアクセルペダル１８）が任意の操作位置に所定時間保持された場合に演算したデューティ比変換係数の補正値Ｇｉ’により、デューティ比変換係数Ｇiを更新する。そして、このデューティ比変換係数Ｇi（＝Ｇｉ’）を用いてデューティ比Ｄiを演算し、パルス信号を生成して電磁弁駆動回路３７Ａ，３７Ｂ〜４０Ａ，４０Ｂに出力する。電磁弁駆動回路３７Ａ，３７Ｂ〜４０Ａ，４０Ｂは、コントローラ３２からのパルス信号に基づき、電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ〜３６Ｂの平均電流値が電流指令値となるようにＯＮ−ＯＦＦ制御する。その結果、温度変化の影響による電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂの抵抗値変化に対応することができ、所望の制御量を得ることができ、操作手段の操作感を維持することができる。また、操作手段（アーム用操作レバー２０、バケット用操作レバー２１、ステアリングハンドル１９、又はアクセルペダル１８）が任意の操作位置に所定時間保持された場合に演算したデューティ比変換係数の補正値、すなわち電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂの励磁電流の応答遅れの影響を排除したデューティ比の変換係数の補正値を用いるので、制御の安定性を向上させることができる。

また、例えば電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ〜３６Ｂの励磁電流を補正するための回路を電磁弁駆動回路３７Ａ，３７Ｂ〜４０Ａ，４０Ｂにそれぞれ設けるような場合と比べ、部品点数を削減することができ、コスト低減を図ることができる。

なお、以上においては、コントローラ３２は、操作装置２７〜３１からの電気操作信号（具体的には、上記アーム用操作レバー２０、バケット用操作レバー２１、ステアリングハンドル１９、及びアクセルペダル１８の操作量等）に応じて電磁比例弁３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂの電流指令値を演算し、パルス幅変調制御とする場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば自動プログラムによる作業機７の姿勢を制御する電流指令値に対し、パルス幅変調制御とする場合に適用してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の適用対象の一例であるホイールローダの全体構造を表す側面図である。 本発明の建設機械の操作系制御装置の一実施形態の構成を油圧駆動装置の要部とともに表す回路図である。 本発明の建設機械の操作系制御装置の一実施形態を構成するコントローラの機能構成を表すブロック図である。 本発明の建設機械の操作系制御装置の一実施形態を構成するコントローラの補正演算制御部によるデューティ比変換係数の補正演算機能の制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の建設機械の操作系制御装置の一実施形態を構成するコントローラのデューティ比変換部におけるデューティ比変換係数の更新機能の制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の建設機械の操作系制御装置の一実施形態を構成するコントローラに記憶された電磁比例弁の電流指令値の演算テーブルを表す特性図である。 パルス幅変調制御方式におけるパルス信号及び対応する電磁比例弁の励磁電流の経時変化を一例として表す図である。

符号の説明

９ 走行用油圧モータ
１０Ｌ，１０Ｒ ステアリング用油圧シリンダ
１３Ｌ，１３Ｒ アーム用油圧シリンダ
１４ バケット用油圧シリンダ
１８ アクセルペダル（操作手段）
１９ ステアリングハンドル（操作手段）
２０ アーム用操作レバー（操作手段）
２１ バケット用操作レバー（操作手段）
２２ 油圧ポンプ
２３ アーム用コントロールバルブ
２４ バケット用コントロールバルブ
２５ ステアリング用コントロールバルブ
２６ 走行用コントロールバルブ
２７〜３１ 操作装置
３２ 制御装置（パルス信号生成手段、検出手段、補正演算手段）
３３Ａ，３３Ｂ〜３６Ａ，３６Ｂ 電磁比例弁
３７Ａ，３７Ｂ〜４０Ａ，４０Ｂ 電磁弁駆動回路（電圧印加手段）

Claims (4)

1. 原動機によって駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、前記コントロールバルブへのパイロット圧を制御する電磁比例弁と、操作手段の操作量に応じた電気操作信号を出力する操作装置と、前記操作装置からの電気操作信号に応じて前記電磁比例弁の電流指令値を演算し、この電流指令値に応じてデューティ比を演算してパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、前記パルス信号生成手段からのパルス信号に基づき前記電磁比例弁に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電磁比例弁の励磁電流を前記パルス信号に同期して検出する検出手段と、前記検出手段で検出した前記電磁比例弁の励磁電流及びこの励磁電流と対応する前記パルス信号のデューティ比に基づき、デューティ比変換係数の補正値を演算する補正演算手段とを備えた建設機械の操作系制御装置において、
   前記パルス信号生成手段は、前記操作手段が任意の操作位置に予め設定された所定時間保持された場合に前記補正演算手段で演算したデューティ比変換係数の補正値を用い、デューティ比を演算することを特徴とする建設機械の操作系制御装置。
2. 請求項１記載の建設機械の操作系制御装置において、前記パルス信号生成手段は、前記操作手段が中立位置に予め設定された所定時間保持された場合に前記補正演算手段で演算したデューティ比変換係数の補正値を用い、デューティ比を演算することを特徴とする建設機械の操作系制御装置。
3. 請求項１記載の建設機械の操作系制御装置において、前記パルス信号生成手段は、前記操作手段が最大操作位置に予め設定された所定時間保持された場合に前記補正演算手段で演算したデューティ比変換係数の補正値を用い、デューティ比を演算することを特徴とする建設機械の操作系制御装置。
4. 原動機によって駆動する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、前記コントロールバルブへのパイロット圧を制御する電磁比例弁と、前記電磁比例弁の電流指令値を演算し、この電流指令値に応じてデューティ比を演算してパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、前記パルス信号生成手段からのパルス信号に基づき前記電磁比例弁に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電磁比例弁の励磁電流を前記パルス信号に同期して検出する検出手段と、前記検出手段で検出した前記電磁比例弁の励磁電流及びこの励磁電流と対応する前記パルス信号のデューティ比に基づき、デューティ比変換係数の補正値を演算する補正演算手段とを備えた建設機械の操作系制御装置において、
   前記パルス信号生成手段は、前記電流指令値が予め設定された所定時間維持された場合に前記補正演算手段で演算したデューティ比変換係数の補正値を用い、デューティ比を演算することを特徴とする建設機械の操作系制御装置。

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