JP2009185525A - 旋回制動力制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】上部旋回体に作用する力に応じた最適な旋回制動力を発生させる旋回制動力制御システムを提供すること。
【解決手段】上部旋回体１３を旋回動作させる旋回電動機２９を備えたハイブリッド建設機械１０の旋回制動力制御システム１００は、上部旋回体１３の旋回動作を制動するネガティブブレーキ３１と、上部旋回体１３に作用する力を検知する作用力検知手段２６０と、作用力検知手段２６０が検知した力に応じてネガティブブレーキ３１の旋回制動力を制御する旋回制動力制御手段２６１と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、上部旋回体を旋回動作させる旋回電動機を備えた建設機械の旋回制動力制御システムに関し、より具体的には、その上部旋回体に作用する力に応じた最適な旋回制動力を発生させる旋回制動力制御システムに関する。

従来、停止状態にある油圧ショベルの上部旋回体が意図せず旋回してしまうのを防止するとともに、その油圧ショベルの作業中にその作業用アタッチメントの旋回方向に過負荷が加わった場合におけるその作業用アタッチメントの損傷を防止するブレーキ回路装置が知られている。

このブレーキ回路装置は、エンジン停止時に最大となる旋回制動力を油圧アクチュエータで解除させるよう機能するネガティブブレーキであり、その油圧アクチュエータとその油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプとの間の管路に減圧弁を配置し、エンジン回転時にはその油圧アクチュエータにおける油圧を所定レベルに維持させて旋回制動力を緩和させ、また、その減圧弁による減圧を無効にする電磁切換弁を更に有し、旋回操作レバーの操作時にはその油圧アクチュエータにおける油圧を最大レベルに維持させて旋回制動力を完全に解除させる。
特開平５−３８４０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のブレーキ回路装置は、エンジン停止時、エンジン回転時、及び、旋回操作レバー操作時のそれぞれに応じて旋回制動力を三段階で切り換えるが、油圧ショベルの姿勢、又は、そのアタッチメントに作用する操作反力が変化した場合に、旋回制動力が不足したり、或いは、過剰な旋回制動力を発生させたりする場合がある。

上述の課題に鑑み、本発明は、上部旋回体に作用する力に応じた最適な旋回制動力を発生させる旋回制動力制御システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第一の発明に係る旋回制動力制御システムは、上部旋回体を旋回動作させる旋回電動機を備えたハイブリッド建設機械の旋回制動力制御システムであって、前記上部旋回体の旋回動作を制動するネガティブブレーキと、前記上部旋回体に作用する力を検知する作用力検知手段と、前記作用力検知手段が検知した力に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を制御する旋回制動力制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、第二の発明は、第一の発明に係る旋回制動力制御システムであって、前記旋回制動力制御手段は、前記作用力検知手段が検知した力の増大に応じて前記ネガティブブレーキの制動力を増大させることを特徴とする。

また、第三の発明は、第一の発明に係る旋回制動力制御システムであって、前記作用力検知手段は、前記建設機械本体の傾斜を測定する傾斜センサの出力に基づいて、前記上部旋回体の自重によって生ずる前記上部旋回体を回転させようとする力を検知し、前記旋回制動力制御手段は、前記上部旋回体を回転させようとする力に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を制御することを特徴とする。

また、第四の発明は、第一の発明に係る旋回制動力制御システムであって、前記旋回制動力制御手段は、前記建設機械本体の傾斜角の増大に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を増大させることを特徴とする。

また、第五の発明は、第一の発明に係る旋回制動力制御システムであって、前記作用力検知手段は、前記上部旋回体のアタッチメントを駆動する油圧シリンダ内の圧力を測定する圧力センサの出力、又は、前記アタッチメントの歪み・撓みを測定する歪みセンサの出力に基づいて、前記アタッチメントに作用する操作反力を検知し、前記旋回制動力制御手段は、前記アタッチメントに働く操作反力に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を制御することを特徴とする。

また、第六の発明は、第五の発明に係る旋回制動力制御システムであって、前記旋回制動力制御手段は、前記上部旋回体のアタッチメントを駆動する油圧シリンダ内の圧力の増大に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を増大させ、或いは、前記アタッチメントの歪み・撓みの増大に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を増大させることを特徴とする。

また、第七の発明は、第一乃至第六の何れかの発明に係る旋回制動力制御システムであって、前記旋回制動力制御手段は、制御電流を用いて前記ネガティブブレーキの制動力を制御し、該制御電流の減少に応じて前記ネガティブブレーキの制動力を増大させることを特徴とする。

また、第八の発明は、第一乃至第七の何れかの発明に係る旋回制動力制御システムであって、前記旋回制動力制御手段は、前記ネガティブブレーキの制動力を無段階に制御することを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、上部旋回体に作用する力に応じた最適な旋回制動力を発生させる旋回制動力制御システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る旋回制動力制御システム１００が搭載されたハイブリッド油圧ショベルの構成例を示す図である。図１において、油圧ショベル１０は、クローラ式の下部走行体１１の上に配置された、旋回用電動機によって旋回させられる旋回機構１２を介して、上部旋回体１３を旋回中心Ｘ軸周りに旋回自在に搭載しながら、水平面に対して傾斜角θを成す傾斜面上に存在する。

また、上部旋回体１３は、その前方側部にキャブ１４を備え、かつ、前方中央部に、ブーム１５、アーム１６及びバケット１７、並びに、これらをメイン油圧ポンプが吐出する圧油によってそれぞれ駆動するアクチュエータ（ブームシリンダ１８、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０）から構成される掘削アタッチメントＥを備える。

図２は、本発明に係る旋回制動力制御システム１００の構成例を示すブロック図であり、旋回制動力制御システム１００は、エンジン２１、変速機２２、発電機２３、インバータ２４、バッテリ２５、メインコントローラ２６、メイン油圧ポンプ２７、コントロールバルブ２８、旋回用電動機２９、旋回操作レバー３０、旋回ブレーキ３１、サブ油圧ポンプ３２、電磁比例減圧弁３３、圧力調整弁３４、傾斜センサ３５、アームシリンダ圧センサ（ロッド側）３６、アームシリンダ圧センサ（ボトム側）３７及びエンジン回転数センサ３８を含む。

エンジン２１は、所定のエンジン回転数で回転しながら変速機２２を介して発電機２３、メイン油圧ポンプ２７及びサブ油圧ポンプ３２を駆動する内燃機関であり、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等がある。

変速機２２は、所定の減速比でエンジン２１の回転を発電機２３、メイン油圧ポンプ２７及びサブ油圧ポンプ３２に伝達するための装置である。

発電機２３は、機械エネルギーを電磁作用により電気エネルギーに変換して電力を産出するための装置であり、例えば、エンジン２１によって駆動されることで発電した電気エネルギーを電力供給先（旋回用電動機２９を含む。）にインバータ２４を介して供給し、或いは、その発電した電気エネルギーでバッテリ２５を充電する。

インバータ２４は、直流電力を交流電力に変換したり、交流電力を別の大きさ、周波数、位相の交流電力に変換するための装置であり、例えば、メインコントローラ２６が出力する制御信号に基づいて、発電機２３が産出した交流電力を適切な交流電力に変換して旋回用電動機２９に供給したり、或いは、バッテリ２５の直流電力を交流電力に変換して旋回用電動機２９に供給したりする。なお、インバータ２４は、メインコントローラ２６に一体化されていてもよい。

バッテリ２５は、放電だけでなく、充電を行うことにより元の放電前の状態を回復できる装置であり、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等がある。

メインコントローラ２６は、発電機２３又はバッテリ２５からの電気エネルギーの各種電動機への供給を制御するための装置であり、例えば、旋回操作レバー３０が出力する旋回操作レバー３０のレバー操作角度を含むレバー操作角度信号を受けて、発電機２３又はバッテリ２５のそれぞれから旋回用電動機２９に供給すべき電気エネルギーを演算し、その演算結果に基づいてインバータ２４を制御しながら発電機２３又はバッテリ２５の電気エネルギーを旋回用電動機２９に供給させる。

なお、メインコントローラ２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータを含み、例えば、作用力検知手段２６０及び旋回制動力制御手段２６１のそれぞれに対応するプログラム、並びに、後述の各種制御マップ等をＲＯＭに記憶しながら、各手段に対応する演算処理をＣＰＵに実行させる。

メイン油圧ポンプ２７は、各種油圧アクチュエータに向けて圧油を吐出するためのポンプであり、エンジン２１によって駆動され、必要に応じて吐出量を変化させながらブームシリンダ１８、アームシリンダ１９又はバケットシリンダ２０等を含む油圧アクチュエータに圧油を供給する。

コントロールバルブ２８は、各種油圧アクチュエータを制御するためのバルブであり、例えば、アーム操作レバー（図示せず。）が出力する制御圧をパイロットポートで受けてメイン油圧ポンプ２７とアームシリンダ１９との間の油路を切り換えアームシリンダ１９を伸縮させる。

なお、本実施例において、コントロールバルブ２８は、各種油圧装置の代表例であるアームシリンダ１９を制御するよう説明されるが、ブームシリンダ１８、バケットシリンダ２０又は走行モータ（図示せず。）等の他の油圧装置を制御するものであってもよい。

旋回用電動機２９は、旋回機構１２を旋回させるための電動機であり、例えば、メインコントローラ２６による制御の下、インバータ２４を介して発電機２３又はバッテリ２５から供給される電気エネルギーを利用しながら、旋回操作レバー３０の操作量に応じて旋回機構１２を旋回させる。

旋回操作レバー３０は、上部旋回体１３を旋回操作するための装置であり、例えば、レバーの傾倒操作に連動するポテンショメータが検知したレバー操作角度の値を含むレバー操作角度信号をメインコントローラ２６に出力する。

旋回ブレーキ３１は、上部旋回体１３の旋回動作を制動する装置であり、各種アクチュエータにより制動力を段階的又は無段階に解除するネガティブブレーキであって、例えば、制動力を発生させるべくスプリング力によって、上部旋回体１３の旋回と共に回転するブレーキディスクに押し付けられたブレーキパッドを、サブ油圧ポンプ３２が吐出する圧油によってそのブレーキディスクから引き離すようにして制動力を段階的又は無段階に解除する油圧ブレーキがある。

また、旋回ブレーキ３１は、ディスクブレーキ等のメカニカルブレーキによる制動力を電磁力によって段階的又は無段階に解除するネガティブブレーキであってもよく、また、制動力の発生・解除を二値的に切り換えるディスクブレーキ等のメカニカルブレーキと制動力を段階的又は無段階に解除する電磁式リターダや流体式リターダ等の補助ブレーキとを組み合わせたものであってもよい。

これにより、旋回ブレーキ３１は、エンジン２１の停止時には強い制動力によって上部旋回体１３を旋回不能にし、エンジン２１の作動時には油圧ショベル１０の姿勢や掘削アタッチメントＥに作用する操作反力（例えば、掘削反力である。）に応じた制動力によって上部旋回体１３が意図せず旋回してしまうことがないようにし、旋回操作レバー３０による旋回動作時には制動力を完全に解除して上部旋回体１３を旋回自在にする。

なお、操作反力は、掘削アタッチメントＥが掘削を行うときに被掘削物が掘削アタッチメントＥに及ぼす力であり、例えば、掘削アタッチメントＥで地面を掘削するときに地面がバケット１７に及ぼす力であって、その大きさは、掘削アタッチメントＥが地面に及ぼす力に等しく、その作用方向は、掘削アタッチメントＥが地面に及ぼす力と正反対になる。

また、操作反力は、例えば、地面と接触するバケット１７のその接触位置に応じて作用方向を変化させ、掘削アタッチメントＥの俯仰方向における成分（以下、「俯仰方向成分」とする。）と旋回方向における成分（以下、「旋回方向成分」とする。）とをもたらす場合がある。

掘削アタッチメントＥに作用する操作反力に応じた制動力を発生させておくのは、操作反力が大きいほどその操作反力の一部である旋回方向成分も大きくなり得るからであり、大きな旋回方向成分が突然生じてしまった場合に掘削アタッチメントＥがその旋回方向成分によって意図せず旋回してしまうのを防止するためである。

サブ油圧ポンプ３２は、旋回ブレーキ３１を駆動するための圧油を旋回ブレーキ３１に圧送するためのポンプであり、例えば、エンジン２１の回転力によって駆動される。

電磁比例減圧弁３３は、旋回ブレーキ３１とサブ油圧ポンプ３２との間の圧油の流れを段階的又は無段階に制御する電磁弁であり、例えば、メインコントローラ２６が出力する制御電流の大きさに応じて作動する電磁弁である。

圧力調整弁３４は、電磁比例減圧弁３３によってサブ油圧ポンプ３２から旋回ブレーキ３１への圧油の流れが抑制或いは遮断され、電磁比例減圧弁３３の一次圧が増大した場合に、その増大した圧力を逃がすための弁であり、電磁比例減圧弁３３の一次圧を一定レベル以下に抑えるように機能する。

傾斜センサ３５は、油圧ショベル１０の傾斜角を測定するためのセンサであり、例えば、センサ内の液体の傾斜による液面変化を静電容量変化として捉える静電容量式があるが、何れの方式を用いたセンサであってもよい。

傾斜センサ３５は、測定した傾斜角の値を含む傾斜角信号を継続的にメインコントローラ２６に出力する。

アームシリンダ圧センサ（ロッド側）３６、アームシリンダ圧センサ（ボトム側）３７は、アームシリンダ内のピストンから見てピストンロッド側にあるチャンバ内の圧力、ピストンから見てボトム側にあるチャンバ内の圧力をそれぞれ測定するためのセンサであり、例えば、受圧部の金属ダイアフラムの裏側に抵抗ブリッジを貼り、圧力によって変化する金属ダイアフラムの歪み量を電圧変化として検知する歪みゲージ式圧力センサがあるが、薄膜式圧力センサや半導体式圧力センサ等の他の方式を用いたセンサであってもよい。

また、アームシリンダ圧センサは、一台だけ搭載されながら、シャトル弁を介してロッド側チャンバ及びボトム側チャンバのうちの高い方の圧力をその一台で測定するようにしてもよい。

アームシリンダ圧センサ３６、３７は、測定した圧力の値を含む圧力信号を継続的にメインコントローラ２６に出力する。

なお、アームシリンダ圧センサ３６、３７は、掘削アタッチメントＥに対する操作反力を検知するためのセンサの一例であり、アームシリンダ圧センサ３６、３７の代わりに、或いは、アームシリンダ圧センサ３６、３７に加えて、バケットシリンダ圧センサ、ブームシリンダ圧センサ等が用いられてもよい。

エンジン回転数センサ３８は、エンジン２１のエンジン回転数を検知するためのセンサであり、例えば、ディーゼルエンジンにおける燃料噴射ポンプの回転体に取付けたピックアップコイルによりエンジン回転数に比例する交流電圧の周波数を検知する電磁ピックアップ式であってもよく、また、ガソリンエンジンにおけるスパークプラグへの印加電圧を電気的にカウントする方式であってもよい。

また、エンジン回転数センサ３８は、エンジン回転数の値を含むエンジン回転数信号を継続的にメインコントローラ２６に出力する。

次に、メインコントローラ２６が有する各種手段について説明する。

作用力検知手段２６０は、上部旋回体１３を旋回させようとする力を検知するための手段であり、例えば、傾斜センサ３５が出力する傾斜角信号に基づいて、上部旋回体１３の自重によって生ずる、上部旋回体１３を傾斜方向に旋回させようとする力（重力の傾斜角θに平行な成分）を導出する。

また、作用力検知手段２６０は、アームシリンダ圧センサ３６、３７が出力する圧力信号に基づいて、アーム１６を開くときに、又は、アーム１６を抱き込むときに、掘削アタッチメントＥが受ける操作反力を導出するようにしてもよい。

また、作用力検知手段２６０は、ブームシリンダ圧センサやバケットシリンダ圧センサが出力する圧力信号に基づいて、ブーム１５の上げ下げをするときに、又は、バケット１７の開き閉じをするときに、掘削アタッチメントＥが受ける操作反力を導出するようにしてもよい。

また、作用力検知手段２６０は、ブーム１５又はアーム１６等に設置された歪みセンサを用いて検出したブーム１５又はアーム１６の歪み・撓みの大きさに基づいて、掘削アタッチメントＥが作業中に受ける操作反力を導出するようにしてもよい。

この場合、作用力検知手段２６０は、掘削アタッチメントＥの俯仰方向及び旋回方向における歪み・撓みに基づいて、掘削アタッチメントＥの俯仰方向における操作反力の成分と旋回方向における操作反力の成分とを個別に導出することができる。

なお、作用力検知手段２６０は、各種センサが測定した測定値、又は、それら測定値に基づいて導出した演算値（数値であってもよく、特定のレベルを示す値であってもよい。）を旋回制動力制御手段２６１に出力し、それら測定値又は演算値に応じた最適な旋回制動力を発生させる制御電流を導出させるようにする。

旋回制動力制御手段２６１は、旋回制動力を制御するための手段であり、例えば、エンジン回転数センサ３８が出力するエンジン回転数信号に基づいてエンジン２１の作動状態を判断し、エンジン２１が停止状態にあると判断したときには、電磁比例減圧弁３３に対して出力する制御電流を遮断し、旋回ブレーキ３１による旋回制動力の解除を中断させ、上部旋回体１３を旋回不能にする。

また、旋回制動力制御手段２６１は、旋回操作レバー３０が出力するレバー操作角度信号に基づいて上部旋回体１３の旋回状態を判断し、上部旋回体１３が旋回状態にあると判断したときには、電磁比例減圧弁３３に対して出力する制御電流を増大させ、旋回ブレーキ３１による旋回制動力を完全に解除させ、上部旋回体１３を旋回自在にする。

また、旋回制動力制御手段２６１は、エンジン２１が作動状態にあり、かつ、上部旋回体１３が旋回状態でないと判断したときには、作用力検知手段２６０の出力とＲＯＭに記憶された各種制御マップとに基づいて、最適な旋回制動力を発生させるべく、電磁比例減圧弁３３に対して出力する制御電流の大きさを決定する。

また、旋回制動力制御手段２６１は、作用力検知手段２６０が掘削アタッチメントＥの俯仰方向における操作反力の成分と旋回方向における操作反力の成分とを個別に導出できる場合には、旋回方向における操作反力の成分の大きさに応じた旋回制動力を発生させるようにしてもよい。

次に、図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら、旋回制動力制御手段２６１が参照する制御マップについて説明する。

図３（Ａ）は、アームシリンダ圧センサ３６が出力するアームシリンダ１９内のアームシリンダ圧Ｐ及び傾斜センサ３５が出力する油圧ショベル１０の傾斜角θとメインコントローラ２６が電磁比例減圧弁３３に対して出力する制御電流Ｉとの間の関係を表す制御マップＣＭ１を示し、制御マップＣＭ１は、縦軸に制御電流Ｉを配し、横軸にアームシリンダ圧Ｐを配する。

また、制御マップＣＭ１上の複数の実線は、それぞれ、単位傾斜角度（例えば、１０度である。）毎に傾斜角θを変化させた場合のアームシリンダ圧Ｐと制御電流Ｉとの間の関係を示し、傾斜角θが増大するにつれて制御電流Ｉが一定の単位傾斜角度当たり減少幅で減少し、かつ、アームシリンダ圧Ｐが増大するにつれて制御電流Ｉが一定の単位アームシリンダ圧当たり減少幅で減少することを示す。

すわなち、制御マップＣＭ１は、制御電流Ｉとアームシリンダ圧Ｐとの間の関係、及び、制御電流Ｉと傾斜角θとの間の関係が反比例関係であることを示し、アームシリンダ圧Ｐが増大するにつれて旋回ブレーキ３１による旋回制動力を一定の割合で増大させ、かつ、傾斜角θが増大するにつれて旋回ブレーキ３１による旋回制動力を一定の割合で増大させるようにする。

制御マップＣＭ１は、例えば、傾斜センサ及び圧力センサを用いて掘削アタッチメントＥに作用する力を検知する場合における旋回制動力の制御に有効である。

また、図３（Ｂ）は、アームシリンダ圧Ｐ及び傾斜角θと制御電流Ｉとの間の関係を表す別の制御マップＣＭ２であり、制御マップＣＭ１と同様、縦軸に制御電流Ｉを配し、横軸にアームシリンダ圧Ｐを配する。

制御マップＣＭ２は、制御マップＣＭ１と同様、アームシリンダ圧Ｐが増大するにつれて制御電流Ｉが一定の単位アームシリンダ圧当たり減少幅で減少するが、制御マップＣＭ１と異なり、傾斜角θが増大するにつれて制御電流Ｉの単位傾斜角度当たりの減少幅が逓増することを示し、アームシリンダ圧Ｐが増大するにつれて旋回ブレーキ３１による旋回制動力を一定の割合で増大させながらも、傾斜角θが増大するにつれて旋回ブレーキ３１による旋回制動力の増大幅を逓増させるようにする（傾斜角θが大きいときの傾斜角θの変化に対するレスポンスをより高めるようにする）。

制御マップＣＭ２は、例えば、掘削アタッチメントＥの重量が大きい場合における旋回制動力の制御に有効である。

また、図３（Ｃ）は、アームシリンダ圧Ｐ及び傾斜角θと制御電流Ｉとの間の関係を表す別の制御マップＣＭ３であり、制御マップＣＭ１及びＣＭ２と同様、縦軸に制御電流Ｉを配し、横軸にアームシリンダ圧Ｐを配する。

制御マップＣＭ３は、制御マップＣＭ１及びＣＭ２と異なり、傾斜角θが大きいほど制御電流Ｉの単位傾斜角度当たり減少幅が逓増し、かつ、アームシリンダ圧Ｐが大きいほど制御電流Ｉの単位傾斜角度当たり減少幅が逓増することを示し、傾斜角θが増大するにつれて、アームシリンダ圧Ｐの増大に応じて一定の割合で増大する旋回制動力のその増大率（傾き）を逓増させるようにする（傾斜角θが大きいときのアームシリンダ圧Ｐの変化に対するレスポンスをより高めるようにする。）。

制御マップＣＭ３は、例えば、掘削アタッチメントＥが重い被掘削物を持ち上げた場合における旋回制動力の制御に有効である。

また、図３（Ｄ）は、アームシリンダ圧増大速度Ｖ（アームシリンダ圧Ｐの単位時間当たりの増大幅である。）及び傾斜角θと制御電流Ｉとの間の関係を表す別の制御マップＣＭ４であり、縦軸に制御電流Ｉを配し、横軸にアームシリンダ圧増大速度Ｖを配する。

制御マップＣＭ４は、傾斜角θが増大するにつれて制御電流Ｉが一定の単位傾斜角当たり減少幅で減少し、かつ、アームシリンダ圧増大速度Ｖが増大するにつれて制御電流Ｉの単位アームシリンダ圧増大速度当たり減少幅が逓増することを示し、傾斜角θが増大するにつれて旋回ブレーキ３１による旋回制動力を一定の割合で増大させながらも、アームシリンダ圧増大速度Ｖが増大するにつれて旋回ブレーキ３１による旋回制動力の増大幅を逓増させるようにする（アームシリンダ圧増大速度Ｖが小さいときのアームシリンダ圧増大速度Ｖの変化に対するレスポンスがより緩やかになるようにする）。

制御マップＣＭ４は、例えば、掘削アタッチメントＥを低速かつソフトに操作する場合における旋回制動力の制御に有効である。

また、図３（Ｅ）は、ブーム１５の俯仰方向における歪みδ及び傾斜角θと制御電流Ｉとの間の関係を表す別の制御マップＣＭ５であり、縦軸に制御電流Ｉを配し、横軸に歪みδを配する。

制御マップＣＭ５は、制御電流Ｉと歪みδとの間の関係、及び、制御電流Ｉと傾斜角θとの間の関係が反比例関係であることを示し、歪みδが増大するにつれて旋回ブレーキ３１による旋回制動力を一定の割合で増大させ、かつ、傾斜角θが増大するにつれて旋回ブレーキ３１による旋回制動力を一定の割合で増大させるようにする。

制御マップＣＭ５は、例えば、傾斜センサ及び歪みセンサを用いて掘削アタッチメントＥに作用する力を検知する場合における旋回制動力の制御に有効である。

なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）における制御電流Ｉとアームシリンダ圧Ｐとの間の関係、及び、図３（Ｅ）における制御電流Ｉと歪みδとの間の関係は、曲線で表されてもよく、図３（Ｄ）における制御電流Ｉとアームシリンダ圧増大速度Ｖとの間の関係は、直線で表されてもよい。

また、旋回制動力制御手段２６１は、ブーム１５の旋回方向における歪みが所定値以上となった場合、或いは、旋回機構１２に取り付けられた旋回エンコーダが検出する旋回ずれ角又はその角速度（旋回操作レバー３０による旋回動作以外の、旋回制動力に反した意図しない旋回が発生した場合のその角度又はその角速度を意味する。）が所定値以上となった場合に、制御電流Ｉを所定レベルまで増大させて旋回制動力を弱め、ブーム１５の旋回方向における歪みを緩和或いは解消させるようにしてもよい。

旋回制動力制御手段２６１は、旋回制動力が掘削アタッチメントＥを旋回させようとする操作反力に屈して上部旋回体１３を意に反して旋回させてしまうことがないよう、操作反力に応じた適切な旋回制動力を発生させておくようにするが、操作反力の増大に応じて過度に旋回制動力を増大させてしまうと、その操作反力に抗する掘削アタッチメントＥに過度の歪み・撓みを生じさせ、掘削アタッチメントＥを破損させてしまう場合があるからである。

また、図３（Ａ）〜（Ｄ）におけるアームシリンダ圧Ｐは、アームシリンダ圧センサ（ロッド側）３６が測定するアーム１６を開くときに伸張する側のチャンバ内の圧力値を示すが、アームシリンダ圧センサ（ボトム側）３７が測定するアーム１６を抱き込むときに伸張する側のチャンバ内の圧力値であってもよい。

また、図３（Ａ）〜（Ｄ）におけるアームシリンダ圧Ｐは、ブーム１５の上げ下げをするときのブームシリンダ圧であってもよく、バケット１７の開き閉じをするときのバケットシリンダ圧であってもよい。

更に、図３（Ａ）〜（Ｄ）における線図は、アームシリンダ圧、ブームシリンダ圧及びバケットシリンダ圧で共通するものであってもよく、それぞれ異なるものであってもよい。

また、図３（Ｅ）におけるブーム１５の俯仰方向における歪みδは、アーム１６の俯仰方向における歪みであってもよく、図３（Ｅ）における線図は、共通であってもよく、異なるものであってもよい。

次に、図４を参照しながら、メインコントローラ２６が出力する制御電流Ｉの大きさと旋回ブレーキ３１による旋回制動力との間の関係について説明する。

図４は、制御電流Ｉと旋回制動力Ｂとの間の関係の一例を示すグラフであり、縦軸に制御電流Ｉを配し、横軸に旋回制動力Ｂを配する。

旋回制動力Ｂは、図４の実線で示すように、制御電流Ｉが増大するにつれて一定の減少率で無段階に減少し、制御電流Ｉが減少するにつれて一定の増大率で無段階に増大する。

制御電流Ｉが増大すると電磁比例減圧弁３３を介して旋回ブレーキ３１のシリンダ内に圧油が流入し、そのシリンダ内の圧力が上昇してスプリングが収縮し、ブレーキパッドをブレーキディスクから離間させるからであり、一方で、制御電流Ｉが減少すると電磁比例減圧弁３３を介して旋回ブレーキ３１のシリンダから圧油が流出し、そのシリンダ内の圧力が低下してスプリングが伸張し、ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付けるからである。

また、旋回制動力Ｂは、図４の破線で示すように、制御電流Ｉが増大するにつれて段階的に減少するよう制御されてもよく、図４の一点鎖線で示すように、制御電流Ｉが増大するにつれて減少率を変化させながら減少するよう制御されてもよい。これらの制御は、例えば、電磁比例減圧弁３３の構成を変化させることで実現される。

図５は、油圧ショベル１０の掘削アタッチメントＥに作用する力Ｆ（傾斜面に平行な重力成分及び操作反力を含む。）と旋回制動力Ｂとの間の関係の一例を示すグラフであり、縦軸に旋回制動力Ｂを配し、横軸に作用力Ｆを配する。

旋回制動力制御システム１００は、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示すような制御マップを参照し、図４に示すような関係を実現させる電磁比例減圧弁３３を用いながら、エンジン２１が作動状態にあり、かつ、上部旋回体１３が旋回状態でないと判断したときに、図５の実線で示すように、作用力Ｆが増大するにつれて一定の増大率で旋回制動力Ｂを無段階に増大させるようにする。

また、旋回制動力Ｂは、図５の破線で示すように、作用力Ｆが増大するにつれて段階的に増大するよう制御されてもよく、図５の一点鎖線で示すように、作用力Ｆが増大するにつれて増大率を変化させながら増大するよう制御されてもよい。

なお、最大旋回制動力は、旋回ブレーキ３１が発生させ得る最大の旋回制動力であり、エンジン２１が停止状態にあると判断したときに発生させる旋回制動力である。

以上の構成により、旋回制動力制御システム１００は、油圧ショベル１０の姿勢、又は、掘削アタッチメントＥに働く操作反力に応じた最適な旋回制動力Ｂを発生させることができる。

また、旋回制動力制御システム１００は、掘削アタッチメントＥに作用する力に応じて必要十分な旋回制動力Ｂを発生させるので、旋回制動力Ｂを過度に緩和させてしまうこともなく、電磁比例減圧弁３３で消費される電気エネルギーやサブ油圧ポンプ３２で消費される運動エネルギー等、旋回制動力Ｂを制御（緩和或いは解除）するために消費されるエネルギーを低減させることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述の実施例において、旋回制動力制御システム１００は、傾斜角θ又はアームシリンダ圧Ｐに応じて変化する制御電流Ｉを電磁比例減圧弁３３に供給しながらメカニカルブレーキによる旋回制動力Ｂを段階的に或いは無段階に制御するが、傾斜角θ又はアームシリンダ圧Ｐに応じて電磁式リターダの固定子に供給する電流を変化させ、電磁式リターダによる旋回制動力を段階的に或いは無段階に制御してもよく、或いは、傾斜角θ又はアームシリンダ圧Ｐに応じて吐出量が変化する可変容量ポンプを用いながら流体リターダに供給する流体量を変化させ、流体リターダによる旋回制動力Ｂ段階的に或いは無段階に制御するようにしてもよい。

また、上述の実施例において、旋回制動力制御システム１００は、掘削アタッチメントＥを旋回させようとする力として、油圧ショベル１０が傾斜面に存在する場合における掘削アタッチメントＥの自重による力、又は、操作反力を考慮するが、油圧ショベル１０が下部走行体１１によってカーブを走行したり（加）減速したりする際に作用する慣性力を考慮するようにしてもよい。

この場合、作用力検知手段２６０は、油圧ショベル１０の走行速度、（加）減速度、又は、左右のクローラの速度差等に基づいて、掘削アタッチメントＥに作用する慣性力を導出するようにしてもよい。

また、上述の実施例において、旋回制動力制御システム１００は、ＲＯＭに記憶された制御マップを参照しながら、メインコントローラ２６が出力する制御電流Ｉの大きさを決定するが、制御マップを用いることなく、アームシリンダ圧Ｐや傾斜角θを引数とする計算式を用いて、メインコントローラ２６が出力する制御電流Ｉの大きさを決定するようにしてもよい。

本発明に係る旋回制動力制御システムが搭載されたハイブリッド油圧ショベルの構成例を示す図である。 本発明に係る旋回制動力制御システムの構成例を示す図である。 旋回制動力制御手段が制御電流を導出するために用いる制御マップの例を示す図である。 制御電流と旋回ブレーキによる旋回制動力との間の関係の一例を示すグラフである。 油圧ショベルの掘削アタッチメントに作用する力と旋回制動力との間の関係の一例を示すグラフである。

符号の説明

１０・・・油圧ショベル、１１・・・下部走行体、１２・・・旋回機構、１３・・・上部旋回体、１４・・・キャブ、１５・・・ブーム、１６・・・アーム、１７・・・バケット、１８・・・ブームシリンダ、１９・・・アームシリンダ、２０・・・バケットシリンダ、２１・・・エンジン、２２・・・変速機、２３・・・発電機、２４・・・インバータ、２５・・・バッテリ、２６・・・メインコントローラ、２７・・・メイン油圧ポンプ、２８・・・コントロールバルブ、２９・・・旋回用電動機、３０・・・旋回操作レバー、３１・・・旋回ブレーキ、３２・・・サブ油圧ポンプ、３３・・・電磁比例減圧弁、３４・・・圧力調整弁、３５・・・傾斜センサ、３６・・・アームシリンダ圧センサ（ロッド側）、３７・・・アームシリンダ圧センサ（ボトム側）、３８・・・エンジン回転数センサ、１００・・・旋回制動力制御システム、２６０・・・作用力検知手段、２６１・・・旋回制動力制御手段、ＣＭ１〜ＣＭ５・・・制御マップ、Ｉ・・・制御電流、Ｐ・・・アームシリンダ圧、Ｘ・・・旋回中心、θ・・・傾斜角

Claims (8)

1. 上部旋回体を旋回動作させる旋回電動機を備えたハイブリッド建設機械の旋回制動力制御システムであって、
   前記上部旋回体の旋回動作を制動するネガティブブレーキと、
   前記上部旋回体に作用する力を検知する作用力検知手段と、
   前記作用力検知手段が検知した力に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を制御する旋回制動力制御手段と、
   を備えることを特徴とする旋回制動力制御システム。
2. 前記旋回制動力制御手段は、前記作用力検知手段が検知した力の増大に応じて前記ネガティブブレーキの制動力を増大させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の旋回制動力制御システム。
3. 前記作用力検知手段は、前記建設機械本体の傾斜を測定する傾斜センサの出力に基づいて、前記上部旋回体の自重によって生ずる前記上部旋回体を回転させようとする力を検知し、
   前記旋回制動力制御手段は、前記上部旋回体を回転させようとする力に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の旋回制動力制御システム。
4. 前記旋回制動力制御手段は、前記建設機械本体の傾斜角の増大に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を増大させる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の旋回制動力制御システム。
5. 前記作用力検知手段は、前記上部旋回体のアタッチメントを駆動する油圧シリンダ内の圧力を測定する圧力センサの出力、又は、前記アタッチメントの歪み・撓みを測定する歪みセンサの出力に基づいて、前記アタッチメントに作用する操作反力を検知し、
   前記旋回制動力制御手段は、前記アタッチメントに作用する操作反力に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の旋回制動力制御システム。
6. 前記旋回制動力制御手段は、前記上部旋回体のアタッチメントを駆動する油圧シリンダ内の圧力の増大に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を増大させ、或いは、前記アタッチメントの歪み・撓みの増大に応じて前記ネガティブブレーキの旋回制動力を増大させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の旋回制動力制御システム。
7. 前記旋回制動力制御手段は、制御電流を用いて前記ネガティブブレーキの制動力を制御し、該制御電流の減少に応じて前記ネガティブブレーキの制動力を増大させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の旋回制動力制御システム。
8. 前記旋回制動力制御手段は、前記ネガティブブレーキの制動力を無段階に制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の旋回制動力制御システム。

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