JP2009191770A - 油圧作業機のポンプ傾転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ傾転を精度良く目標ポンプ傾転に制御できる傾転制御装置を提供する。
【解決手段】油圧アクチュエータ５に駆動圧を供給する可変容量型の油圧ポンプ２と、ポンプ傾転制御用の制御圧を発生する油圧切換弁１３と、油圧切換弁１３の駆動に応じて油圧ポンプ２のポンプ容量を変更する傾転制御用ピストン１２と、油圧切換弁１３を駆動するための指令圧Ｐ０を出力する比例電磁弁１４と、指令圧Ｐ０に対抗して油圧切換弁１３に作用する背圧Ｐｄを演算するドレン圧演算回路３６と、ドレン圧演算回路３６により演算された背圧に応じて指令圧Ｐ０を補正するコントローラ２０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の油圧作業機のポンプ傾転制御装置に関する。

従来より、操作レバーの操作量に応じた傾転制御信号によりポンプ傾転を制御するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、操作レバーの操作量に応じた傾転制御信号を出力して比例電磁弁を駆動し、この比例電磁弁の駆動によって切換弁に作用するパイロット圧を調整し、切換弁の駆動によりポンプ傾転を目標ポンプ傾転に制御するようにしている。

特開平８−３０２７５５号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、切換弁にパイロット圧に対抗したケーシング内の圧力が作用する。このため、ケーシング内の圧力が上昇した場合には、指令値通りに切換弁が駆動されず、ポンプ傾転を精度よく目標ポンプ傾転に制御できないおそれがある。

本発明による油圧作業機のポンプ傾転制御装置は、油圧アクチュエータに駆動圧を供給する可変容量型の油圧ポンプと、ポンプ傾転制御用の制御圧を発生する弁手段と、弁手段の駆動に応じて油圧ポンプのポンプ容量を変更する容量変更手段と、弁手段を駆動するための指令圧を出力する指令圧出力手段と、指令圧に対抗して弁手段に作用する背圧を取得する背圧取得手段と、背圧取得手段により取得した背圧に応じて指令圧を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
指令圧出力手段は、パイロット圧発生用のパイロット油圧ポンプと、目標ポンプ傾転を入力する入力手段と、目標ポンプ傾転に応じてパイロット油圧ポンプからのパイロット圧を減圧する減圧手段とにより構成することができる。
背圧取得手段が、油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、予めポンプ吐出圧と背圧との関係を記憶する記憶手段と、吐出圧検出手段により検出された吐出圧と記憶されたポンプ吐出圧と背圧との関係に基づき、背圧を演算する背圧演算手段とを備えることもできる。
背圧取得手段が、背圧を検出する背圧検出手段を有するものとしてもよい。
弁手段に作用する指令圧を検出する指令圧検出手段と、指令圧検出手段により検出された指令圧が補正手段により補正された指令圧となるように指令圧出力手段を制御する制御手段とをさらに有するものとしてもよい。

本発明によれば、ポンプ傾転制御用の弁手段への指令圧に対抗して作用する背圧に応じて指令圧を補正するようにしたので、背圧の影響を考慮してポンプ傾転を精度よく目標ポンプ傾転に制御できる。

以下、図１〜図１４を参照して本発明による油圧作業機のポンプ傾転制御装置の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係るポンプ傾転制御装置が適用される油圧作業機の一例である油圧ショベルの外観側面図である。油圧ショベルは、走行体１０１と、旋回可能な旋回体１０２と、旋回体１０２に回動可能に軸支されたブームＢＭ，アームＡＭ，バケットＢＫからなる作業装置１０３とを有する。ブームＢＭ，アームＡＭ，バケットＢＫは、それぞれブームシリンダ１０３ａ、アームシリンダ１０３ｂ、バケットシリンダ１０３ｃにより駆動される。

図２（ａ）は、本実施の形態に係るポンプ傾転制御装置の構成を示す図である。エンジン１の出力軸には可変容量型のメインポンプ２とサブポンプ３の入力軸が連結され、エンジン１の駆動によりこれら油圧ポンプ２，３から圧油が吐出される。メインポンプ２からの圧油は、方向制御弁４を介して油圧シリンダ（ブームシリンダなど）や油圧モータ（旋回モータなど）等の油圧アクチュエータ５に供給される。

方向制御弁４にはパイロット弁７を介してサブポンプ３からのパイロット圧が供給される。パイロット弁７は操作レバー６の操作により駆動され、操作レバー６の操作量に応じて油圧アクチュエータ５への圧油の流れが制御される。なお、図示は省略するが、メインポンプ２とコントロールバルブ４の間には、ポンプ吐出圧の上限をリリーフ圧Ｐｒに制限するリリーフ弁が設けられている。

パイロット弁７とサブポンプ３との間にはロックバルブ９が設けられている。ロックバルブ９は、運転席の入口に設けられたゲートロックレバー（不図示）のロック操作によりロック位置に切り換わり、アンロック操作によりアンロック位置に切り換わる。ロックバルブ９がロック位置に切り換わると、パイロット弁７への圧油の流れが禁止される。この状態では、操作レバー６の操作に拘わらず方向制御弁４へパイロット圧は供給されず、方向制御弁４は中立位置に保持され、油圧アクチュエータ５への圧油の流れが阻止される。ロックバルブ９がアンロック位置に切り換わると、パイロット弁７への圧油の流れが許容される。

メインポンプ２の傾転はポンプレギュレータにより変更される。ポンプレギュレータは傾転制御用ピストン１２と油圧切換弁１３と比例電磁弁１４とを備える。傾転制御用ピストン１２の小径側油室１２ａにはメインポンプ２の吐出圧Ｐｐが作用し、大径側油室１２ｂには油圧切換弁１３を介してメインポンプ２とサブポンプ３の吐出圧が作用する。各油室１２ａ，１２ｂに作用する油圧力に応じてピストン１２が駆動され、メインポンプ２の傾転が変更される。

油圧切換弁１３には、比例電磁弁１４を介したサブポンプ３からのパイロット圧（二次圧Ｐａ）が作用し、二次圧Ｐａに応じて油圧切換弁１３が切り換わる。すなわち比例電磁弁１４の二次圧Ｐａが増加すると油圧切換弁１３は位置イ側に切り換わる。これにより油室１２ｂに作用する油圧力が増加し、ポンプ傾転が増加する。一方、二次圧Ｐａが減少すると油圧切換弁１３は位置ロ側に切り換わる。これにより油室１２ｂに作用する油圧力が減少し、ポンプ傾転が減少する。このようにポンプ傾転が増減すると、ポンプ吐出量は最小流量Ｑmin〜最大流量Ｑmaxの間で変化する。

メインポンプ２とレギュレータはポンプブロック１０により一体に構成され、ブロック１０の内部はポンプ２からの漏れ油で満たされている。このため図２（ｂ）に示すように油圧切換弁１３のスプールには二次圧Ｐａに対抗してブロック内の圧力（ケーシング圧Ｐｂ）が背圧となって作用する。なお、ポンプブロック内の油はドレンポート、フィルタを介してタンクに排出されるため、このドレンポート〜タンクへの排出経路の圧力損失（圧損）や作動油の粘度の影響によってドレンポート圧（ドレン圧Ｐｄ）が増加するとケーシング圧Ｐｄ（ポンプブロック内の内部圧力）も増加する。以下、ケーシング圧Ｐｂとドレン圧Ｐｄが同等なものとして説明する。

図３は、ポンプ吐出圧Ｐｐとドレン圧Ｐｄとの関係を示す図である。図３に示すようにポンプ吐出圧Ｐｐが増加するとメインポンプ２からの油の漏れ量が増加し、ドレン圧Ｐｄが比例的に増加する。ポンプ吐出圧Ｐｐが最大Ｐｐ１（リリーフ圧Ｐｒ）のとき、ドレン圧も最大Ｐｄ１となる。

図４は、二次圧Ｐａとポンプ吐出量Ｑとの関係である傾転制御特性を示す図である。図の特性ａは、ドレン圧Ｐｄが０のときの基準特性であり、特性ｂはドレン圧Ｐｄが最大Ｐｄ１のときの特性である。特性ａに示すように、ドレン圧Ｐｄが０の場合には、二次圧が所定値Ｐａ１でポンプ吐出量はＱ１となる。

一方、特性ｂに示すように、ドレン圧ＰｄがＰｄ１の場合には、ケーシング圧（ドレン圧Ｐｄ１）が二次圧Ｐａの抗力として作用するため、油圧切換弁１３に作用する二次圧Ｐａは実質ドレン圧Ｐｄ１の分だけ減少する。このため、傾転制御特性は右側にシフトし、ポンプ吐出量はＱ１よりも少くなる。このようにドレン圧Ｐｄが上昇した場合に基準特性ａに基づいて比例電磁弁１４を制御したのでは、所望のポンプ吐出量Ｑが得られないおそれがある。とくに油圧切換弁１３は、メインポンプ２よりも低圧のサブポンプ３からのパイロット圧により切り換えるので、ケーシング圧による影響が大きい。そこで、本実施の形態では、以下に述べるように予め図３に示すようなポンプ吐出圧Ｐｐとドレン圧Ｐｄとの関係（ドレン圧特性）を定め、この関係に基づきポンプ傾転を制御する。

ドレン圧特性は次のようにして求める。まず、ドレン圧Ｐｄを検出するための圧力センサ２５をポンプブロック１０のドレンポートに取り付けて、信号線をコントローラ２０に接続する。次いで、作動油の温度Ｔが所定範囲内になるまで油圧作業機をウォーミングアップさせる。すなわち、油温Ｔによって油の粘性が変化し、ドレン圧Ｐｄが影響を受ける点を考慮して、油温Ｔが通常作業時の油温（例えば５０〜６０℃）になるまで油圧作業機をウォーミングアップさせる。また、ポンプ吐出量Ｑはエンジン回転数Ｎが大きいほど増加するため、エンジン回転数Ｎを定格回転数Ｎａに設定する。

さらに、ブーム起伏用の操作レバー６を上げ操作してブームＢＭを最大に起立させ、リリーフ弁からメインポンプ２の吐出油をリリーフさせる。すなわちドレン圧Ｐｄの最大値を取得する。この状態で、ポンプ吐出圧Ｐｐ（＝Ｐｐ１）とドレン圧Ｐｄ（＝Ｐｄ１）をそれぞれ圧力センサ２３，２５で検出し、これと原点とを結んだ直線をドレン圧特性とする。

図２に示すコントローラ２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ２０には、エンジン１の回転数Ｎを検出する回転数センサ２１と、操作レバー６の操作量に応じた操作圧Ｐｎ（ポジコン圧）を検出する圧力センサ２２と、メインポンプ２の吐出圧Ｐｐを検出する圧力センサ２３と、比例電磁弁１４に作用する二次圧Ｐａを検出する圧力センサ２４と、ドレン圧Ｐｄを検出する圧力センサ２５と、作動油温度Ｔを検出する温度センサ２６と、ドレン圧特性を自動で算出するための処理（自動調整）を指令する指令スイッチ２７と、学習モードと通常モードのいずれかを選択するモードスイッチ２８と、ゲートロックレバーのロック操作を検出するリミットスイッチ２９が接続されている。コントローラ２０は、これらセンサ２１〜２６とスイッチ２７〜２９からの信号に基づき以下のような処理を実行する。

（１）自動調整
図５は、コントローラ２０で実行される自動調整の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、指令スイッチ２７がオン操作されると開始される。なお、自動調整を行う場合には、予めコントローラ２０にドレン圧力センサ２５を接続する。ドレン圧力センサ２５は自動調整が終了すると、取り外される。

ステップＳ１では、温度センサ２６により検出された作動油温度Ｔが所定範囲内（５０〜６０℃）にあるか否かを判定する。ステップＳ２では、回転数センサ２１により検出されたエンジン回転数Ｎが定格回転数Ｎａであるか否かを判定する。ステップＳ３では、圧力センサ２２によりブームＢＭの上げ操作が検出されたか否かを判定する。ステップＳ４ではメインポンプの吐出圧がリリーフ圧以上になっているか否かを判定する。ステップＳ１〜ステップＳ４の全てが肯定されるとステップＳ５に進み、いずれか１つでも否定されるとステップＳ１０に進む。

ステップＳ５では、ドレン圧検出用の圧力センサ２５の検出値Ｐｄが正常範囲内にあるか否かを判定する。ステップＳ５が肯定されるとステップＳ６に進み、圧力センサ２５の検出値Ｐｄ（＝Ｐｄ１）を読み取り、メモリに記憶する。ステップＳ７では、ポンプ吐出圧検出用の圧力センサ２３の検出値Ｐｐが正常範囲内にあるか否かを判定する。ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進み、圧力センサ２３の検出値Ｐｐ（＝Ｐｐ１）を読み取り、メモリに記憶する。

次いで、ステップＳ９で、例えば表示モニタに信号を出力し、自動調整が正常終了した旨を作業員に報知する。ステップＳ１〜ステップＳ５またはステップＳ７のいずれかが否定されるとステップＳ１０に進み、自動調整が異常終了した旨を作業員に報知する。以上の処理により図３のドレン圧特性が得られる。このドレン圧特性は図１２のドレン圧演算回路３６に記憶され、後述するようにポンプ傾転が制御される。

本実施の形態では、比例電磁弁１４の個体差による特性のばらつきを考慮したポンプ傾転制御を併せて行う。以下、この点について説明する。図６は、比例電磁弁１４の入出力特性の一例を示す図であり、図７は、二次圧Ｐａとポンプ傾転θの関係を示す図である。

図６において、特性Ａ０は基準特性であり、比例電磁弁１４への駆動電流ｉの増加に伴い、二次圧Ｐａは増加する。このような比例電磁弁１４の特性には個体差があるため、基準特性Ａ０に対して許容公差±Δα内で特性がばらつき、実際の特性Ａは基準特性Ａ０に対してずれる。このため、例えば二次圧Ｐａ１を発生させようとして基準特性Ａ０に基づき比例電磁弁１４に駆動電流ｉ１を出力すると実際の二次圧はＰａ１’となり、目標値Ｐａ１と乖離する。

その結果、図７に示すように実際のポンプ傾転θ１’が目標ポンプ傾転θ１から乖離し、操作レバー６の操作に応じた良好な作業を行うことができなくなる。この点を考慮し、本実施の形態では、予め比例電磁弁１４のばらつきを考慮した補正特性を設定し（学習制御）、学習制御によって得られた補正特性に基づきポンプ傾転θを制御する（通常制御）。

（２）学習制御
図８は、学習制御の処理の一例を示すフローチャートである。コントローラ１０には予め図９に示すような比例電磁弁１４の基準特性Ｆ０（設計値）が記憶され、この特性上の３点、すなわちポンプ最小傾転θminに対応する駆動電流（基準制御信号ｉＡmin）、ポンプ最大傾転θmaxに対応する駆動電流（基準制御信号ｉＡmax）、およびθminとθmaxの中間である中間傾転θmeaに対応する駆動電流（基準制御信号ｉＡmea）が基準値として記憶されている。また、θmin，θmea，θmaxにそれぞれ対応する設計上の二次圧（基準制御圧）Ｐmin，Ｐmea，Ｐmaxも基準値として記憶されている。

図８の処理は、モードスイッチ２８の操作により学習モードが選択されると開始される。ステップＳ１１では、温度センサ２７により検出された作動油温度Ｔが所定範囲内（５０〜６０℃）にあるか否かを判定する。ステップＳ１２では、回転数センサ２１により検出されたエンジン回転数Ｎが定格回転数Ｎａであるか否かを判定する。ステップＳ１１，ステップＳ１２は、実際の作業条件に合わせて学習制御を行うための処理であり、ステップＳ１１，ステップＳ１２がともに肯定されるとステップＳ１３に進み、いずれかが否定されるとステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１３では、リミットスイッチ２９からの信号によりゲートロックレバーがロック操作されているか否かを判定する。これは、学習制御の際に機械が誤作動しないようにするための処理であり、方向制御弁４へのパイロット圧の供給が断たれた状態でのみ学習制御を行うようにする。ステップＳ１３が肯定されるとステップＳ１４に進み、否定されるとステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１４では、図９の基準特性Ｆ０によりポンプ最小傾転θminもしくはその近傍の傾転θに対応した駆動電流ｉ１１（例えばｉＡmin）を演算し、この駆動電流ｉ１１を比例電磁弁１４に出力する。ステップＳ１５では、二次圧データが安定するまで所定時間（例えば５秒）をカウントし、所定時間の経過後に二次圧Ｐａを読み込み、実測二次圧Ｐ１１としてメモリに記憶する。

ステップＳ１６では、図９の基準特性Ｆ０によりポンプ最大傾転θmaxもしくはその近傍の傾転θに対応した駆動電流ｉ１２（例えばｉＡmax）を演算し、この駆動電流ｉ１２を比例電磁弁１４に出力する。ステップＳ１７では、二次圧データが安定するまで所定時間（例えば５秒）をカウントし、所定時間の経過後に二次圧Ｐａを読み込み、実測二次圧Ｐ１２としてメモリに記憶する。

ステップＳ１８では、図９の基準特性Ｆ０により中間傾転θmeaもしくはその近傍の傾転θに対応した駆動電流ｉ１３（例えばｉＡmea）を演算し、この駆動電流ｉ１３を比例電磁弁１４に出力する。ステップＳ１９では、二次圧データが安定するまで所定時間（例えば５秒）をカウントし、所定時間の経過後に二次圧Ｐａを読み込み、実測二次圧Ｐ１３としてメモリに記憶する。以上により求めた二次圧データＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３を図１０に示すように直線で結ぶことにより、二次圧と制御信号（電流）との関係が得られる。

ステップＳ２０では、図１０の関係を用いて、予め定めた基準制御圧Ｐmin，Ｐmea，Ｐmaxに対応する駆動電流ｉmin，ｉmea，ｉmaxをそれぞれ次式(I)により演算する。
ｉmin＝ｉ１１−(Ｐ１１−Ｐmin)×(ｉ１３−ｉ１１)／(Ｐ１３−Ｐ１１)
ｉmea＝ｉ１３−(Ｐ１３−Ｐmea)×(ｉ１３−ｉ１１)／(Ｐ１３−Ｐ１１)；Ｐ１３＞Ｐmeaのとき
ｉmea＝ｉ１３＋(Ｐmea−Ｐ１３)×(ｉ１２−ｉ１３)／(Ｐ１２−Ｐ１３)；Ｐ１３＜Ｐmeaのとき）
ｉmax＝ｉ１２＋(Ｐmax−Ｐ１２)×(ｉ１２−ｉ１３)／(Ｐ１２−Ｐ１３) ・・・(I)

ここで求めたｉmin，ｉmea，ｉmaxは、それぞれ比例電磁弁１４の最小傾転θmin，中間傾転θmea，最大傾転θmaxに対応する駆動電流を意味する。すなわち比例電磁弁１４に電流ｉmin，ｉmea，ｉmaxを出力すると、二次圧はそれぞれＰmin，Ｐmea，Ｐmaxとなり、実ポンプ傾転はそれぞれθmin，θmea，θmaxとなる。

ステップＳ２１では、駆動電流ｉmin，ｉmea，ｉmaxから予め定めた駆動電流ｉＡmin，ｉＡmea，ｉＡmaxをそれぞれ減算して電流補正値Δｉmin，Δｉmea，Δｉmaxを演算し、メモリに記憶する。これにより図１１に示すように比例電磁弁１４に固有の補正特性ｆ１が求められ、この特性がコントローラ２０のメモリに記憶される。以上により学習制御を終了する。なお、学習制御の終了時に例えば運転席のランプなどを点灯させ、学習制御が終了した旨を作業員に報知するようにしてもよい。

（３）通常制御
図１２は、コントローラ内における通常制御の処理を示すブロック図である。学習制御の終了後、モードスイッチ２８の操作により通常モードが選択されると、通常制御が開始される。回転数センサ２１からの信号はトルク演算回路３１に入力される。トルク演算回路３１には、予め図示のようにエンジン回転数Ｎと出力トルクＴｒとの関係が記憶されている。トルク演算回路３１では、この関係に基づきエンジン回転数Ｎに対応した出力トルクＴｒを演算し、容量演算回路３２に出力する。

容量演算回路３２には、圧力センサ２３により検出されたポンプ吐出圧Ｐｐが入力される。容量演算回路３２には、ポンプ吸収トルクがエンジン出力トルクＴｒを超えないようにするため、予め図示のようにエンジン出力トルクＴｒが一定の馬力特性が設定されている。容量演算回路３２では、この特性に基づきポンプ吐出圧Ｐｐに対応した目標ポンプ傾転θ１を演算する。

容量演算回路３３には、圧力センサ２２により検出されたポジコン圧Ｐｎが入力される。容量演算回路３３には、予め図示のように操作レバー６の操作によるポジコン圧Ｐｎと目標ポンプ傾転θ２との関係、すなわちポジコン圧Ｐｎの増加に伴い目標ポンプ傾転θ２が増加するような関係が記憶されている。容量演算回路３３では、この特性に基づきポジコン圧Ｐｎに対応した目標ポンプ傾転θ２を演算する。

容量演算回路３２，３３により演算された目標ポンプ傾転θ１，θ２はそれぞれ選択回路３４に入力される。選択回路３４では、目標ポンプ傾転θ１，θ２のうちいずれか小さい方の値を目標ポンプ傾転θとして選択し、目標ポンプ傾転θを指令圧演算回路３５に出力する。

指令圧演算回路３５には、予め図示のような指令圧Ｐ０の基準特性、すなわち目標ポンプ傾転θが増加するほど指令圧Ｐ０が増加するような特性が記憶されている。指令圧演算回路３５では、この特性に基づき目標ポンプ傾転θに対応した目標指令圧Ｐ０（二次圧Ｐａの指令値）を演算する。

ドレン圧演算回路３６には、圧力センサ２３により検出されたポンプ吐出圧Ｐｐが入力される。ドレン圧演算回路３６には、予め自動調整制御により求めたポンプ吐出圧Ｐｐとドレン圧Ｐｄとの関係（図３）が記憶されている。ドレン圧演算回路３６では、この特性に基づきポンプ吐出圧Ｐｐに対応したドレン圧Ｐｄを演算する。加算回路３７では、目標指令圧Ｐ０にドレン圧Ｐｄを加算し、目標指令圧Ｐ０を補正する。

フィードバック制御回路４０では、目標指令圧Ｐ０をフィードバック制御して指令圧Ｐｘを出力する。すなわち減算回路４１で、目標指令圧Ｐ０から圧力センサ２４で検出した二次圧Ｐａを減算し、圧力偏差ΔＰ（＝Ｐ０−Ｐａ）を演算する。ゲイン回路４２で、この偏差ΔＰにフィードバックゲインＫを乗じ、偏差ΔＰＫを演算する。加算回路４３で、目標指令圧Ｐ０に偏差ΔＰＫを加算し、指令圧Ｐｘを出力する。これによりフィードバック制御回路４０は、圧力センサ２４で検出した二次圧Ｐａが目標指令圧Ｐ０と等しくなるようにフィードバック指令圧Ｐｘを出力する。

指令圧Ｐｘは、基準演算回路４４と補正演算回路４５にそれぞれ出力される。基準演算回路４４には予め図示のような比例電磁弁１４の指令圧Ｐｘと駆動電流Ｉ０との関係（設計値）が記憶されている。基準演算回路４４は、この駆動電流の基準特性ｆ０に基づき指令圧Ｐｘに対応した目標駆動電流Ｉ０を演算する。

補正演算回路４５には、予め学習モードにおいて定めた指令圧Ｐｘと補正電流ΔＩ０との関係（図１１）が記憶されている。補正演算回路４５は、この駆動電流の補正特性に基づき指令圧Ｐｘに対応した補正電流ΔＩ０を演算する。加算回路４６は、目標駆動電流Ｉ０と補正電流ΔＩ０を加算して補正後の目標駆動電流Ｉを演算し、比例電磁弁１４に出力する。以上の通常制御の処理は作業時に繰り返し行われる。

本実施の形態に係る動作をまとめると次のようになる。まず、学習モードにおいて、コントローラ２０で図８の処理を行い、比例電磁弁１４に固有の補正特性ｆ１を求める。この場合、モードスイッチ２８を学習モードに切り換え操作し、かつ、作動油温Ｔを所定範囲内に保ち、かつ、エンジン回転数Ｎを定格回転数Ｎａに制御し、かつ、ゲートロックレバーをロック操作する（ステップＳ１１〜ステップＳ１３）。

以上の条件が成立すると、コントローラ２０は比例電磁弁１４に所定の駆動電流ｉ１１，ｉ１２，ｉ１３を出力するとともに、二次圧Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３を検出し、二次圧Ｐａと電流ｉとの関係（図１０）を求める。この関係から基準制御圧Ｐmin，Ｐmea，Ｐmaxに対応した駆動電流ｉmin，ｉmea，ｉmaxを演算する（ステップＳ２０）。この駆動電流ｉmin，ｉmea，ｉmaxから基準の駆動電流ｉＡmin，ｉＡmea，ｉＡmaxをそれぞれ減算し、電流補正値Δｉmin，Δｉmea，Δｉmaxをメモリに記憶する（ステップＳ２１）。

次に、図５に示す自動調整の処理を行い、ドレン圧特性（図３）を求める。この場合、ドレン圧検出用の圧力センサ２５をコントローラ２０に接続するとともに、指令スイッチ２７を操作し、かつ、作動油温Ｔを所定範囲内に保ち、かつ、エンジン回転数Ｎを定格回転数Ｎａに制御し、かつ、ブームＢＭを上げ操作し、メインポンプ２の吐出圧をリリーフさせる（ステップＳ１〜ステップＳ４）。

以上の条件が成立すると、コントローラ２０はドレン圧Ｐｄとポンプ吐出圧Ｐｐを検出し、メモリに記憶する（ステップＳ６，ステップＳ８）。その後、作業員はコントローラ２０から圧力センサ２５を取り外す。なお、学習制御と自動調整は、通常制御で用いる補正特性とドレン圧特性を設定するために行うものであり、通常、工場出荷時にメーカによって行われる。

通常の作業時には、モードスイッチ２８を通常モードに切り換え操作する。通常モードでは、コントローラ２０は圧力センサ２４で検出した二次圧Ｐａが操作レバー６の操作量に応じた目標指令圧Ｐ０と等しくなるように比例電磁弁１４に目標駆動電流Ｉを出力する。すなわち、圧力センサ２４で検出した二次圧Ｐａが目標指令圧Ｐ０と等しくなるようにフィードバック制御により指令圧Ｐｘを出力するとともに、この指令圧Ｐｘに対応した目標駆動電流Ｉ０を、学習モードによって定めた補正電流ΔＩ０の特性ｆ１により補正し、補正後の目標駆動電流Ｉ（＝Ｉ０＋ΔＩ０）を比例電磁弁１４に出力する。

この際、コントローラ２０はドレン圧特性に基づきドレン圧Ｐｄを演算し、目標指令圧Ｐ０にドレン圧Ｐｄを加算して目標指令圧Ｐ０を補正する。このため、油圧切換弁１３に作用する二次圧Ｐａが背圧相当分のドレン圧Ｐｄの分だけ増加することとなり、油圧切換弁１３に作用するケーシング圧（ドレン圧Ｐｄ）がキャンセルされる。その結果、図４に示す基準特性ａに沿ってポンプ吐出量Ｑを変化させることができ、所望のポンプ吐出量Ｑが得られる。

この場合のメインポンプ２の吐出圧Ｐと吐出量Ｑの関係を図１３に示す。図の特性ａは、ドレン圧Ｐｄが０のときのＰＱ特性（基準特性）であり、さらに、ドレン圧ＰｄがＰｄ１で、指令圧Ｐ０をドレン圧Ｐｄ１で補正した場合のＰＱ特性である。特性ｂは、ドレン圧ＰｄがＰｄ１で、指令圧Ｐ０を補正しない場合のＰＱ特性である。

指令圧Ｐ０を補正しない場合には、油圧切換弁１３に作用する二次圧Ｐａがドレン圧Ｐｄの分だけ不足する。このため、実ポンプ傾転は目標ポンプ傾転θとならず、ポンプ吐出量Ｑはドレン圧Ｐｄが０のとき、すなわち目標値よりもΔＱだけ減少する。一方、本実施の形態のように指令圧Ｐ０を補正する場合には、油圧切換弁１３にドレン圧Ｐｄを上乗せした二次圧Ｐａが作用する。このため、実ポンプ傾転は目標ポンプ傾転θとなり、ポンプ吐出量Ｑを精度よく目標値に制御できる。

本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ドレン圧演算部３６に設定したドレン圧特性によりドレン圧Ｐｄを演算し、目標ポンプ傾転θに対応した指令圧Ｐ０をドレン圧Ｐｄの分だけ加算して出力するようにした。これにより油圧切換弁１３にケーシング圧（ドレン圧Ｐｄ）が作用することによる油圧切換弁１３の切換量の低下が抑えられ、ポンプ傾転を精度良く目標ポンプ傾転θに制御できる。
（２）自動調節の際にドレン圧検出用の油圧センサ２５を取り付けてドレン圧Ｐｄを検出した後、通常制御においてはドレン圧特性によりドレン圧Ｐｄを演算するので、工場出荷後の作業機に油圧センサ２５を設ける必要がなく、コストを抑えることができる。
（３）メインポンプ２からの圧油ではなく、サブポンプ３からの低圧のパイロット圧を比例電磁弁１４で減圧して油圧切換弁１３に付与し、油圧切換弁１３を切り換えるようにした。これにより比例電磁弁１４と油圧切換弁１３の耐圧性をそれほど高める必要がなく、安価に構成できる。
（４）作動油温Ｔが所定範囲内、かつ、エンジン回転数Ｎが定格回転数Ｎａ、かつ、ブーム上げリリーフの状態のときに、自動調整を行うようにした。すなわち実際の作業条件に合わせて自動調整を行うようにしたので、ドレン圧特性を精度よく求めることができる。

（５）学習制御において、圧力センサ２４の検出値Ｐａを用いてポンプ傾転制御用の補正特性ｆ１を求め、通常制御において、圧力センサ２４の検出値Ｐａを用いてフィードバック制御により駆動電流Ｉを補正するとともに、補正特性ｆ１に基づき駆動電流Ｉを補正するようにした。これにより傾転角センサを用いることなく傾転制御を行うので、傾転制御装置を安価に構成することができる。また、圧力センサ２４は傾転角センサに比べて温度特性がよいので、高温条件下で作業した場合であってもポンプ傾転を精度良く補正することができる。
（６）指令圧Ｐｘをフィードバック制御により出力して駆動電流Ｉを補正するので、操作レバー６の操作により目標ポンプ傾転θが変化した場合に、実ポンプ傾転を応答性よく目標ポンプ傾転θに制御できる。
（７）予め定めた比例電磁弁１４の固有の補正特性ｆ１に基づき傾転制御するので、個々の製品間の動的特性のばらつきが少なく、均一の動作特性が得られる。
（８）補正特性ｆ１を求めるために基準制御圧を３点（Ｐmin，Ｐmea，Ｐmax）設定するので、補正特性ｆ１が比例電磁弁１４の特性に良好に対応し、駆動電流Ｉを精度良く補正することができる。

以上では、通常制御時にコントローラ２０からドレン圧検出用の圧力センサ２５を取り外し、ドレン圧Ｐｄを演算によって求めるようにしたが、通常制御時において、圧力センサ２５によりドレン圧Ｐｄを直接検出するようにしてもよい。すなわちドレン圧特性を求めるための自動調整の処理を省略してもよい。その場合のコントローラ２０における処理の一例を図１４に示す。

図１４では、ドレン圧演算部３６は設けられておらず、加算回路３７に圧力センサ２５により検出されたドレン圧Ｐｄが入力される。これによりポンプ吐出圧Ｐｐとドレン圧Ｐｄの関係が図３の特性からずれている場合であっても、指令圧Ｐ０をドレン圧Ｐｄによって精度よく補正することができ、ポンプ傾転を精度よく制御することができる。このような構成では、自動調整が不要であるため、即座に指令圧Ｐ０を補正することができる。

なお、上記実施の形態では、比例電磁弁１４からの二次圧Ｐａにより油圧切換弁１３を切り換えてピストン１２への制御圧を発生するようにしたが、二次圧Ｐａに対抗した背圧が作用するように構成されているのであれば、制御圧を発生する弁手段としての油圧切換弁１３はいかなるものでもよい。油圧切換弁１３の切換に応じて傾転制御用ピストン１２を駆動することで、ポンプ傾転（ポンプ容量）を変更するようにしたが、容量変更手段はこれに限らない。サブポンプ３からの圧油を比例電磁弁１４で減圧して油圧切換弁１３に二次圧Ｐａ（指令圧Ｐ０）を出力するようにしたが、指令圧出力手段はこれに限らない。例えばメインポンプ２からの圧油により弁手段を切り換えるようにしてもよい。

吐出圧検出手段としての圧力センサ２３によりポンプ吐出圧Ｐｐを検出するとともに、記憶手段としてのメモリに予めポンプ吐出圧Ｐｐとドレン圧Ｐｄとの関係を記憶し、この関係に基づいて、ポンプ吐出圧Ｐｐに対応したドレン圧Ｐｄをドレン圧演算回路３６（背圧演算手段）により演算するようにしたが、背圧取得手段はこれに限らない。図１４に示したように背圧検出手段としての圧力センサ２５によりドレン圧Ｐｄを検出し、背圧を取得するようにしてもよい。油圧切換弁１３に作用する背圧に応じて指令圧Ｐ０を補正するのであれば、補正手段としてのコントローラ２０の構成はいかなるものでもよい。

操作レバー６の操作によりポジコン圧Ｐｎを発生させて目標ポンプ傾転を入力するようにしたが、他の入力手段を用いてもよい。サブポンプ３からのパイロット圧を比例電磁弁１４で減圧するようにしたが、減圧手段はこれに限らない。指令圧検出手段としての圧力センサ２４により二次圧Ｐａ（指令圧）を検出するとともに、検出された二次圧Ｐａが補正後の指令圧Ｐ０となるように比例電磁弁１４を制御するようにしたが、制御手段としてのコントローラ２０の構成はいかなるものでもよい。

以上では、傾転制御装置を油圧ショベルに適用する例を説明したが、可変容量型のポンプを有する他の油圧作業機にも本発明を同様に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の油圧作業機のポンプ傾転制御装置に限定されない。

本実施の形態に係るポンプ傾転制御装置が適用される油圧ショベルの外観側面図。 本実施の形態に係るポンプ傾転制御装置の構成を示す図。 油圧ポンプの吐出圧とドレン圧との関係を示す図。 油圧切換弁のパイロットポートに作用する二次圧とポンプ吐出量との関係を示す図。 コントローラでの自動調整の処理の一例を示すフローチャート。 比例電磁弁に作用する駆動電流と二次圧の関係を示す図。 二次圧とポンプ傾転との関係を示す図。 コントローラでの学習制御の一例を示すフローチャート。 学習制御における目標傾転と電流の関係を示す図。 学習制御における二次圧と電流の関係を示す図。 比例電磁弁の補正特性を示す図。 コントローラでの通常制御の一例を示すブロック図。 本実施の形態の動作を表すＰＱ線図。 図１２の変形例を示す図。

符号の説明

２ メインポンプ
３ サブポンプ
６ 操作レバー
１２ 傾転制御用ピストン
１４ 比例電磁弁
２０ コントローラ
２３〜２５ 圧力センサ
３６ ドレン圧演算回路

Claims (5)

1. 油圧アクチュエータに駆動圧を供給する可変容量型の油圧ポンプと、
   ポンプ傾転制御用の制御圧を発生する弁手段と、
   前記弁手段の駆動に応じて前記油圧ポンプのポンプ容量を変更する容量変更手段と、
   前記弁手段を駆動するための指令圧を出力する指令圧出力手段と、
   前記指令圧に対抗して前記弁手段に作用する背圧を取得する背圧取得手段と、
   前記背圧取得手段により取得した背圧に応じて前記指令圧を補正する補正手段とを備えることを特徴とする油圧作業機械のポンプ傾転制御装置。
2. 請求項１に記載の油圧作業機のポンプ傾転制御装置において、
   前記指令圧出力手段は、
   パイロット圧発生用のパイロット油圧ポンプと、
   目標ポンプ傾転を入力する入力手段と、
   目標ポンプ傾転に応じて前記パイロット油圧ポンプからのパイロット圧を減圧する減圧手段とを有することを特徴とする油圧作業機のポンプ傾転制御装置。
3. 請求項１または２に記載の油圧作業機のポンプ傾転制御装置において、
   前記背圧取得手段は、
   前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
   予めポンプ吐出圧と背圧との関係を記憶する記憶手段と、
   前記吐出圧検出手段により検出された吐出圧と前記記憶されたポンプ吐出圧と背圧との関係に基づき、背圧を演算する背圧演算手段とを備えることを特徴とする油圧作業機のポンプ傾転制御装置。
4. 請求項１または２に記載の油圧作業機のポンプ傾転制御装置において、
   前記背圧取得手段は、背圧を検出する背圧検出手段を有することを特徴とする油圧作業機のポンプ傾転制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧作業機のポンプ傾転制御装置において、
   前記弁手段に作用する指令圧を検出する指令圧検出手段と、
   前記指令圧検出手段により検出された指令圧が前記補正手段により補正された指令圧となるように前記指令圧出力手段を制御する制御手段とをさらに有することを特徴とする油圧作業機のポンプ傾転制御装置。

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