JP2013068256A - 油圧制御装置及び油圧制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧アクチュエータがクローズドセンター型の方向切換弁を介してポンプに接続される建設機械用の油圧回路において、仮想的にネガコンシステムを再現すること。
【解決手段】油圧アクチュエータ７，８，９がクローズドセンター型の方向切換弁２０，２２，２４を介して油圧ポンプ１１に接続されると共に操作部材４０，４２，４３の操作量に応じて方向切換弁２０，２２，２４の位置が可変される建設機械において、油圧ポンプ１１を制御する油圧制御装置であって、操作部材４０，４２，４３の操作量と油圧ポンプ１１の吐出圧とに基づいて、ネガコンシステムを仮想した場合の仮想ネガコン圧を算出する仮想ネガコン圧算出手段と、仮想ネガコン圧に基づいて、油圧ポンプ１１に対する制御指令値を算出する手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧アクチュエータがクローズドセンター型の方向切換弁を介して油圧ポンプに接続されると共に操作部材の操作量に応じて方向切換弁の位置が可変される建設機械において、油圧ポンプを制御する油圧制御装置及び油圧制御方法に関する。

従来から、コントロールバルブの操作量に応じてブリード流量を変化させることによって、油圧アクチュエータ速度を制御する一般的なブリード制御に代えて、クローズドセンター型のコントロールバルブを用いる一方、コントロールバルブに仮想のブリード開口を設定し、この仮想ブリード開口の面積(仮想ブリード開口面積)を操作量に応じて変化させる可変容量ポンプの制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この制御方法では、仮想ブリード開口面積と、これに基づく仮想ブリード量とを用いて必要なポンプ吐出圧力が計算され、当該ポンプ吐出圧力が実現されるようにポンプ制御が実行される。

特開平１０−４７３０６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の技術では、仮想のブリード開口を設定するだけであり、ネガコン絞りを仮想していないので、仮想的にネガコンシステムを再現するものではない。一般的に知られるように、ネガコンシステムは、負荷が高い場合に油圧アクチュエータの速度が低速となり、負荷が低い場合に油圧アクチュエータの速度が高速となる点で人間の慣性に相性が良いものである。

そこで、本発明は、油圧アクチュエータがクローズドセンター型の方向切換弁を介してポンプに接続される建設機械用の油圧回路において、仮想的にネガコンシステムを再現することができる油圧制御装置及び油圧制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、油圧アクチュエータがクローズドセンター型の方向切換弁を介して油圧ポンプに接続されると共に操作部材の操作量に応じて前記方向切換弁の位置が可変される建設機械において、前記油圧ポンプを制御する油圧制御装置であって、
前記操作部材の操作量と前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて、ネガコンシステムを仮想した場合の仮想ネガコン圧を算出する仮想ネガコン圧算出手段と、
前記仮想ネガコン圧に基づいて、前記油圧ポンプに対する制御指令値を算出する手段とを備えることを特徴とする油圧制御装置が提供される。

本発明によれば、油圧アクチュエータがクローズドセンター型の方向切換弁を介してポンプに接続される建設機械用の油圧回路において、仮想的にネガコンシステムを再現することができる。

本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。 本発明の一実施例による油圧制御システム６０を示す回路図である。 オープンセンター型（ネガコン）システムで用いられる方向切換弁の概略図である。 本実施例のコントローラ１０により実現される仮想ブリードシステムにおいて再現されるネガコンシステムのブロック図である。 仮想方向切換弁及び方向切換弁の特性の一例を示す図である。 本実施例のコントローラ１０により実現される仮想ブリードシステムの一例を示す制御ブロック図である。 仮想ブリードシステムで再現されるネガコンシステムの一例の概要を示す図である。 仮想ネガコン圧−流量テーブル及び開口面積−流量テーブルの各一例を示す図である。 本実施例のコントローラ１０により実現される仮想ブリードシステムの他の一例を示す制御ブロック図である。 本実施例のコントローラ１０により実現されるポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μの算出方法の一例を示すフローチャートである。 図１０に関連したポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μの算出ブロック図である。 本実施例のコントローラ１０により実現されるポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑの算出方法の一例を示すフローチャートである。 図１２に関連したポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑの算出ブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る建設機械１の構成例を示す図である。建設機械１は、油圧ショベル、フォークリフト、クレーン等のような、人が操作を行う油圧システムを搭載した機械である。図１において、建設機械１は、クローラ式の下部走行体２の上に、旋回機構を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。また、上部旋回体３は、前方中央部に、ブーム４、アーム５及びバケット６、並びに、これらをそれぞれ駆動する油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９から構成される掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブレーカや破砕機等のような他のアタッチメントであってもよい。

図２は、本発明の一実施例による油圧制御システム６０を示す回路図である。油圧制御システム６０は、一回転当たりの吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）が可変である可変容量型の油圧ポンプ１１を含む。油圧ポンプ１１は、エンジン１７に接続され、エンジン１７により回転駆動される。油圧ポンプ１１は、供給ライン１３及びクローズドセンター型の方向切換弁（コントロールバルブ）２０，２２，２４を介してブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９（油圧アクチュエータの一例）にパラレルに接続される。また、タンクＴに繋がる戻りライン１４には、方向切換弁２０，２２，２４を介してブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９がパラレルに接続される。油圧ポンプ１１は、レギュレータ装置１２により制御される。尚、方向切換弁２０，２２，２４は、油圧により位置制御されるタイプであってもよいし、図示のようなコントローラ１０からの電気信号（駆動信号）により位置制御されるタイプであってもよい。

尚、油圧制御システム６０は、走行用油圧モータや旋回用油圧モータのような他の油圧アクチュエータを含んでもよい。また、油圧制御システム６０に含まれる油圧アクチュエータの数は、図２の示す例では、３つであるが、１つを含む任意の数であってよい。

油圧ポンプ１１からの供給ライン１３には、油圧ポンプ１１の吐出圧（ポンプ吐出圧）を検出する油圧センサ３０が設けられる。油圧センサ３０は、ポンプ吐出圧に応じた電気信号をコントローラ１０に入力してよい。

供給ライン１３には、アンロード弁１８が設けられる。アンロード弁１８は、タンクＴに繋がる戻りライン１４が接続される。このようにして、供給ライン１３は、アンロード弁１８を介してタンクＴに連通する。アンロード弁１８は、その位置に応じて、供給ライン１３がタンクＴに連通する状態と、供給ライン１３がタンクＴから遮断された状態とを切り替える。アンロード弁１８は、各方向切換弁２０，２２，２４における各油圧アクチュエータ（ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９）への流路（アクチュエータライン）の開閉状態に応じて、制御されてもよい。例えば、アンロード弁１８は、各方向切換弁２０，２２，２４における各アクチュエータラインのいずれか１つでも開かれている場合には、閉成され、油圧ポンプ１１から吐出された油がタンクＴへと排出されないようにする。他方、アンロード弁１８は、各方向切換弁２０，２２，２４における各アクチュエータラインの全てが閉じられている場合には、開成され、油圧ポンプ１１から吐出された油がタンクＴへと排出される状態を形成する。尚、アンロード弁１８は、油圧により位置制御されるタイプであってもよいし、図示のような電気信号により位置制御されるタイプであってもよい。

また、供給ライン１３には、リリーフ弁１９が設けられる。また、戻りライン１４は、各対応するリリーフ弁２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂを介して、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９の各ヘッド側及びロッド側にそれぞれ接続される。尚、図示の例では、リリーフ弁２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂは、補給逆止弁を含む。リリーフ弁１９，２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂは、油圧により位置制御されるタイプであってもよいし、図示のような電気信号により位置制御されるタイプであってもよい。

コントローラ１０は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、例えば、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。

コントローラ１０には、各種操作部材４０，４２，４３が電気的に接続される。操作部材４０，４２は、ユーザが建設機械１を操作すべく各方向切換弁２０，２２，２４の位置を可変操作するための部材である。操作部材４０，４２，４３は、例えばレバーやペダルの形態であってよい。本例では、操作部材４０，４２，４３は、それぞれ、アーム５を操作するためのアーム操作レバー、ブーム４を操作するためのブーム操作レバー、バケット６を操作するためのバケット操作レバーである。ユーザによる操作部材４０，４２，４３の操作量（ストローク）は、電気信号としてコントローラ１０に入力される。ユーザによる操作部材４０，４２，４３の操作量の検知方法は、パイロット圧を圧力センサで検知する方法であってもよいし、レバー角度を検知する方法であってもよい。

コントローラ１０は、操作部材４０，４２，４３の操作量等に基づいて、方向切換弁２０，２２，２４、アンロード弁１８を制御する。尚、方向切換弁２０，２２，２４が油圧により位置制御されるタイプである場合は、方向切換弁２０，２２，２４は、操作部材４０，４２，４３の操作に応じて変化されるパイロット圧によりダイレクトに制御される。例えば、アーム操作量ＬＳ１，ブーム操作量ＬＳ２及びバケット操作量ＬＳ３のそれぞれが、それぞれ対応する所定の閾値ＬＳ_ｔｈ１，ＬＳ_ｔｈ２，ＬＳ_ｔｈ３以下である場合に、アンロード弁１８を開き、アーム操作量ＬＳ１，ブーム操作量ＬＳ２及びバケット操作量ＬＳ３のいずれかが、それぞれ対応する所定の閾値ＬＳ_ｔｈ１，ＬＳ_ｔｈ２，ＬＳ_ｔｈ３より大きい場合に、アンロード弁１８を閉じることとしてよい。所定の閾値ＬＳ_ｔｈ１，ＬＳ_ｔｈ２，ＬＳ_ｔｈ３は、各方向切換弁２０，２２，２４のアクチュエータラインの開口が開き始める際の操作量に対応してよい。

また、コントローラ１０は、操作部材４０，４２，４３の操作量等に基づいて、レギュレータ装置１２を介して油圧ポンプ１１を制御する。尚、この油圧ポンプ１１の制御方法については、後に詳説する。

次に、本実施例のコントローラ１０による特徴的な制御方法について説明する。

本実施例のコントローラ１０は、図２に示したクローズドセンター型の方向切換弁２０，２２，２４を備える油圧回路において、オープンセンター型（ネガコンシステム）の制御特性をポンプ制御によって再現する。以下、このようなシステムを、「仮想ブリードシステム」という。

図３は、オープンセンター型（ネガコン）システムで用いられる方向切換弁の概略図である。ネガコンシステムでは、方向切換弁が中立状態にあるとき、図３（Ａ）に示すように、油圧ポンプの吐出流量は、センターバイパスラインを通って全てタンクへとアンロードされる。例えば操作部材の操作によって、方向切換弁が右側へ動いたとき、図３（Ｂ）に示すように、油圧アクチュエータへの流路が開かれると同時にセンターバイパスラインが絞られる。フル操作状態になると、図３（Ｃ）に示すように、センターバイパスラインは完全に閉じられ、油圧ポンプの吐出流量は、全て油圧アクチュエータへ供給される。これらの関係は、次のように表すことができる。

ここで、ρは密度であり、Ｑ_ｄ，ｐ_ｄは、油圧ポンプの吐出流量及び吐出圧であり、ｃ_ｂ、Ａ_ｂは、方向切換弁におけるセンターバイパスラインに関する流量係数及び開口面積（ブリード開口面積）であり、ｃ_ａ、Ａ_ａは、方向切換弁におけるアクチュエータラインに関する流量係数及び開口面積であり、ｐ_ａｃｔは、アクチュエータライン圧である。ネガコンシステムでは、センターバイパスラインは、方向切換弁の後段にネガコン絞りが設けられ、ネガコン絞りを介してタンクへと連通される（図７参照）。

数１の式から分かるように、負荷によりアクチュエータライン圧が上昇すると差圧（ｐ_ｄ−ｐ_ａｃｔ）が減少し、油圧アクチュエータへ流入する流量が減少する。油圧ポンプからの吐出流量Ｑ_ｄが同じであれば、この減少分がセンターバイパスラインを通って流れることになる。これは、油圧アクチュエータの負荷により、同じ操作量であっても油圧アクチュエータの速度が異なることを意味している。

図４は、本実施例のコントローラ１０により実現される仮想ブリードシステムにおいて再現されるネガコンシステムのブロック図である。尚、図４において、Ｑ_ｂはアンロード弁通過流量、Ｋは体積弾性率、Ｖ_ｐはポンプ−コントロールバルブ容量、Ｖ_ａはコントロールバルブ−シリンダ容量、Ａはシリンダ受圧面積、Ｍはシリンダ容量、Ｆは外乱を表す。

本実施例では、仮想ブリードシステムにおいてネガコンシステムを再現するために、図４のブロック７０に示すように、オープンセンター型の方向切換弁（図３参照）を仮想し、この仮想方向切換弁におけるブリード部分を演算して仮想ブリード量Ｑ_ｂを算出し、ネガコンシステムの制御則に基づく油圧ポンプの吐出流量の目標値Ｑ_ｄｔから仮想ブリード量Ｑ_ｂを減算した量を指令値として、油圧ポンプ１１を制御する。

仮想ブリード量Ｑ_ｂは、実際のネガコンシステムではセンターバイパスラインにおいてネガコン絞りにより背圧が生じていることを考慮して、以下のように算出されてもよい。即ち、仮想ブリードシステムにおいては、実際のネガコンシステムをモデル化すべく、仮想方向切換弁からのセンターバイパスラインに、タンクに連通するネガコン絞りが設けられることを仮想して、この仮想ネガコン絞りによる背圧が考慮されてもよい。

ここで、ｐ_ｎは、仮想ネガコン絞りによる背圧（以下、「仮想ネガコン圧」という）である。

一方、仮想ネガコン絞りでは、以下の式が成り立つ。

ここで、ｐ_ｔは、タンク圧であり、ここではゼロとする。仮想ネガコン圧ｐ_ｎに対しては、所定の上限値ｐ_ｎｍａｘが設定される。上限値ｐ_ｎｍａｘは、仮想したネガコンシステムにおけるリリーフ弁の設定圧に対応してよい。

数２と数３の式から仮想ネガコン圧ｐ_ｎは、以下のように表すことができる。

数４の式から、仮想方向切換弁におけるセンターバイパスラインに関する流量係数ｃ_ｂ及び開口面積Ａ_ｂ、及び、仮想ネガコン絞りにおける流量係数ｃ_ｎ及び開口面積Ａ_ｎに基づいて、油圧ポンプ１１の吐出圧ｐ_ｄから仮想ネガコン圧ｐ_ｎを算出することができることが分かる。ここで、流量係数ｃ_ｂ及び開口面積Ａ_ｂ、及び、流量係数ｃ_ｎ及び開口面積Ａ_ｎについては、仮想の値として初期的に設定することができる（従って、これらは既知）。流量係数ｃ_ｎ及び開口面積Ａ_ｎについては、想定される仮想ネガコン絞りの特性に基づく。開口面積Ａ_ｂの特性の一例については、後述する。

このようにして、実際のブリード開口が無くても（即ち、センターバイパスラインやネガコン絞りが存在しなくても）、仮想したネガコンシステムの特性（流量係数ｃ_ｂ及び開口面積Ａ_ｂ、及び、流量係数ｃ_ｎ及び開口面積Ａ_ｎ）に基づいて、油圧ポンプ１１の吐出圧ｐ_ｄ（例えば油圧センサ３０の検出値）から仮想ネガコン圧ｐ_ｎを算出することができ、仮想ネガコン圧ｐ_ｎに基づいて、油圧ポンプ１１の吐出流量を制御することができる。即ち、仮想ネガコン圧ｐ_ｎを、ネガコンシステムで得られるネガコン圧と同様に扱って油圧ポンプ１１の吐出流量を制御することで、ネガコンシステムを再現することができる。

図５は、仮想方向切換弁及び方向切換弁の特性の一例を示す図である。具体的には、特性Ｃ１は、仮想方向切換弁における操作量（ストローク）と開口面積（仮想ブリード開口面積）Ａ_ｂとの関係を表す曲線である。特性Ｃ２は、方向切換弁におけるメータイン側の開口特性を示し、特性Ｃ３は、方向切換弁におけるメータイン側の開口特性を示す。特性Ｃ１を表すテーブルは、ブリード開口データテーブルとして、方向切換弁２０，２２，２４のそれぞれに対して用意される。

図６は、本実施例のコントローラ１０により実現される仮想ブリードシステムの一例を示す制御ブロック図である。尚、以下の説明では、ネガコンシステムとポジコンシステムとが選択的に実現される構成について説明するが、ネガコンシステムのみが仮想ブリードシステムにおいて再現されてもよい。尚、ネガコンシステムは、図５のブロック９０に対応し、ポジコンシステムは、図５のブロック９２に対応する。ポジコンシステムの制御ブロックは、通常のポジコンシステムと同様であるので、ここでは、特にネガコンシステムの制御ブロックについて説明する。尚、図６に示すブロック９０は、図４に示したブロック７０の部分に対応する。

この仮想ブリードシステムでは、一例として、図７に示すようなネガコンシステムが再現される。このネガコンシステムでは、クローズドセンター型の方向切換弁２０，２２，２４のそれぞれに対応するオープンセンター型の方向切換弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（仮想ブリードシステムでの仮想方向切換弁に対応）が直列に接続され、センターバイパスライン１００の後段にはネガコン絞り１０４（仮想ブリードシステムでの仮想ネガコン絞りに対応）が配置されている。尚、図７では、各方向切換弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に対して設けられる各油圧アクチュエータ（ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９）については図示が省略されている。

図６に示すように、ネガコンシステム及びポジコンシステムのブロック９０，９２には、操作部材４０，４２，４３の操作量、即ちアーム操作量ＬＳ１，ブーム操作量ＬＳ２及びバケット操作量ＬＳ３を表す信号が入力される。また、ネガコンシステム及びポジコンシステムのブロック９０，９２には、油圧ポンプ１１の吐出圧ｐ_ｄ（以下、単に「ポンプ吐出圧ｐ_ｄ」という）を表す信号が入力される。尚、ポンプ吐出圧ｐ_ｄは、油圧センサ３０の検出値であってよい。

アーム操作量ＬＳ１，ブーム操作量ＬＳ２及びバケット操作量ＬＳ３は、それぞれ、対応するブリード開口データテーブル（図５参照）９０−１にて、開口面積Ａｂに変換され、ブロック９０−２にて、対応する流量係数ｃ_ｂが乗算され、ブロック９０−５に入力される。ブロック９０−５は、直列に接続された絞りの等価開口面積Ａ_ｅを以下の式で表すことができることに基づいて、各仮想方向切換弁の全体としてのパラメータｃ_ｅＡ_ｅを算出する。

ここで、Ａ_ｉは、各仮想方向切換弁（方向切換弁２０，２２，２４のそれぞれに対応する各仮想方向切換弁）の仮想ブリード開口面積である。この考えに流量係数を加えると、以下の通りとなる。

ここで、ｃ_ｉは、各仮想方向切換弁（方向切換弁２０，２２，２４のそれぞれに対応する各仮想方向切換弁）の流量係数である。尚、ｉは、方向切換弁の数（ひいては油圧アクチュエータの数）に対応し、例えば方向切換弁２０しか存在しない構成では、シグマを取らない計算式となる（即ち、単に方向切換弁２０に係る流量係数ｃ及び開口面積Ａの積が算出されることになる）。

このようにして得られたｃ_ｅＡ_ｅは、ブロック９０−６に入力される。ブロック９０−６には、その他、Ａ_ｎｃ_ｎ及びポンプ吐出圧ｐ_ｄが入力される。Ａ_ｎｃ_ｎは、仮想ネガコン絞りにおける開口面積Ａ_ｎに仮想ネガコン絞りにおける流量係数ｃ_ｎを乗じたものであり、ブロック９０−３及び９０−４から入力される。ブロック９０−６では、上述の数４の式に基づいて、仮想ネガコン圧ｐ_ｎが算出される。このようにして算出された仮想ネガコン圧ｐ_ｎは、ブロック９０−７及び９０−８に入力される。

ブロック９０−７では、ポンプ吐出圧ｐ_ｄと仮想ネガコン圧ｐ_ｎから、上述の数２の式に基づいて、油圧ポンプ１１の仮想ブリード量Ｑ_ｂが算出される。ブロック９０−８では、所与の仮想ネガコン圧−流量テーブル（図８（Ａ）参照）に基づいて、仮想ネガコン圧ｐ_ｎから油圧ポンプ１１の吐出流量の目標値Ｑ_ｄｔが算出される。油圧ポンプ１１の吐出流量の目標値Ｑ_ｄｔは、ネガコンシステムの制御則に基づいて決定される。即ち、仮想ネガコン圧−流量テーブルは、仮想ネガコン圧ｐ_ｎと油圧ポンプ１１の吐出流量の目標値Ｑ_ｄｔとの関係を表視し、この関係は、仮想されるネガコンシステムの制御則に基づいて決定されてもよい。図８（Ａ）に示す仮想ネガコン圧−流量テーブルは、仮想ネガコン圧ｐ_ｎが高いときは、吐出流量の目標値Ｑ_ｄｔが小さくなり、仮想ネガコン圧ｐ_ｎが低下すると、吐出流量の目標値Ｑ_ｄｔが大きくなる関係を有する。ここで、仮想ブリードシステムでは、実際のネガコンシステムと異なり、仮想ブリード量Ｑ_ｂが余分であるので、油圧ポンプ１１の吐出流量の目標値Ｑ_ｄｔから、仮想ブリード量Ｑ_ｂが減算され、油圧ポンプ１１の吐出流量の指令値（仮想ネガコン制御目標値）が算出される。尚、図示していないが、エンジン回転数と設定トルクから馬力制御時の最大流量（馬力制御目標値）が算出され、仮想ネガコン制御目標値と馬力制御目標値のいずれか小さい方が最終目標値として選択される。

尚、モードセレクタ９４は、ポジコンシステムを実現するポジコンモードとネガコンシステムを実現するネガコンモードとを切り替える。モードセレクタ９４は、ユーザの操作に応じてこれらのモードを切り替えてもよいし、所定の条件に従って自動的にモードを切り替えてもよい。尚、ポジコンモードでは、ブロック９２−１で、アーム操作量ＬＳ１，ブーム操作量ＬＳ２及びバケット操作量ＬＳ３に基づいて、アクチュエータラインの開口面積が算出され、ブロック９２−２で、開口面積とアクチュエータ要求流量との関係を表す開口面積−流量テーブル（図８（Ｂ）参照）に基づいて、各油圧アクチュエータのアクチュエータ要求流量の指令値（ポジコン制御目標値）が算出される。尚、各油圧アクチュエータのアクチュエータ要求流量は、アーム操作量ＬＳ１，ブーム操作量ＬＳ２及びバケット操作量ＬＳ３に基づいて、操作量−流量テーブルによりダイレクトに算出されてもよい。また、仮想ネガコン制御目標値の場合と同様、エンジン回転数と設定トルクから馬力制御時の最大流量（馬力制御目標値）が算出され、ポジコン制御目標値と馬力制御目標値のいずれか小さい方が最終目標値として選択される。

このようにモードセレクタ９４を設定することで、精密な操作を可能にできるポジコンシステムと、人間の感性と相性が良いとされるネガコンシステムとを適宜切り替えて使用することができる。

以上説明した本実施例の油圧制御装置によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。

上述の如く、クローズドセンター型の方向切換弁２０，２２，２４を使用するので、ネガコンシステムで必要となるブリードが不要となり、省エネ性を高めることができる。また、仮想方向切換弁の特性は、電子データに基づくものであり、容易に変更することができ、結果として、仮想方向切換弁の特性（特に仮想ブリード開口面積の特性、図５の特性Ｃ１参照）の調整を容易に実現することができる。これについては、仮想ネガコン絞りの特性についても同様である。また、クローズドセンター型の方向切換弁２０，２２，２４を使用するので、方向切換弁のブリードラインが不要となり、方向切換弁のコストダウンを図ることができる。

ところで、上述の仮想ブリードシステムにおいては、ポンプ吐出圧を検出する油圧センサ３０は、その制御原理から、好ましくは、方向切換弁２０，２２，２４の近傍（直前）に設けられる。しかしながら、機械的な取り合いやコスト等の観点から、かかる油圧センサ３０の配置を実現できない場合もある。例えば、油圧センサ３０は、油圧ポンプ１１に設けられる場合がある。かかる場合、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧は、油圧センサ３０から方向切換弁２０，２２，２４までの配管抵抗による圧損分が上乗せされた圧力となる。そこで、好ましくは、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧に、油圧ポンプ１１の吐出流量の指令値を参考としてゲインやバイアスを予め加えることにより、方向切換弁２０，２２，２４に加わる真の圧力を予測する。これにより、油圧センサ３０が方向切換弁２０，２２，２４の近傍に配置されない場合でも、方向切換弁２０，２２，２４に加わる真の圧力を予測することで、実際のネガコン圧に精度良く適合する仮想ネガコン圧を算出することができ、それに伴い、仮想ブリードシステムにおいてネガコンシステムの再現性を高めることができる。

更に好ましくは、油の経年劣化により油の粘度が変化することや、機器の経年劣化によって油圧ポンプ１１の漏れ損失が増加すること（これにより、指令値を実現できない場合があること）が考慮され、これらが補償される。

具体的には、油の粘度の変化については、アンロード弁１８が方向切換弁２０，２２，２４の近傍（直前）に設けられることにより解決されてもよい。例えば、図２において、アンロード弁１８は、供給ライン１３の分岐点Ｐの直前に設けられてよい（この際、構造上可能な場合は、アンロード弁１８は、最も油圧ポンプ１１に近い方向切換弁２０のブロックに取り付けられてもよい。）。この場合、アンロード弁１８が作動中（開いている状態）で絞りが無い状態では、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧は、実質的に配管圧損そのものとなる。従って、予め設定しておいた圧損の値と、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧とを比較することで、動粘度の差又は比を求めることができる。尚、この算出には、例えば下記のハーゲン・ポアズイユの式が利用されてもよい。そして、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧に加えるゲインやバイアスは、この動粘度の差又は比に応じて設定されてもよい。

ここで、ｒは管内径であり、ｌは配管長であり、μは動粘度であり、Δｐは差圧である。

また、油圧ポンプ１１の経年劣化については、アンロード弁１８を比例弁により構成されることにより解決されてもよい。この場合、油圧ポンプ１１に一定の吐出流量の指令値を与え、一定の流量を吐出させた上でアンロード弁１８を絞るとポンプ吐出圧が増加する。アンロード弁１８の絞り開度は既知とすることができるので、計測したポンプ吐出圧から下記の絞りの式（数８）によりアンロード弁１８を通過する流量、即ち油圧ポンプ１１の実流量を算出することができる。そして、油圧ポンプ１１の吐出流量の指令値に対するゲインやバイアスは、このようにして算出された実流量と吐出流量の指令値との差異に基づいて設定されてもよい。

ここで、ｃ_Ｕ、Ａ_Ｕは、アンロード弁１８における流量係数及び絞り開度である。

以下、このような油の粘度の変化や機器の経年劣化を補償するための具体的な例について説明する。

図９は、本実施例のコントローラ１０により実現される仮想ブリードシステムの他の一例を示す制御ブロック図である。図９では、図６と異なり、ネガコンシステムの部分のみが示される。ポジコンシステムについて選択的に実現する構成を採用する場合は、図６と同様に、モードセレクタ９４と共にポジコンシステムのブロック９２が追加されればよい。

図９に示すネガコンシステムのブロック９０'は、図６に示した例によるブロック９０に対して、ポンプ吐出圧ｐ_ｄに吐出圧調整ゲインＫ_μ（以下、ポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μともいう）を乗じるブロック９０−９と、油圧ポンプ１１の吐出流量に吐出流量調整ゲインＫ_Ｑ（以下、ポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑともいう）を乗じて最終の指令値を生成するブロック９０−１０が追加された点が主に異なる。以下、主にこの相違点について詳説する。

図１０は、本実施例のコントローラ１０により実現されるポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μの算出方法の一例を示すフローチャートである。図１１は、図１０に関連したポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μの算出ブロック図である。

ステップ１０００では、建設機械１の稼動状態が検出される。

ステップ１００２では、エンジン１７がアイドリング中か否かが判定される。エンジン１７がアイドリング中である場合は、ステップ１００４に進み、エンジン１７がアイドリング中で無い場合は、アイドリングが生じるまで待機する。尚、エンジン１７がアイドリング中のとき、アーム操作量ＬＳ１，ブーム操作量ＬＳ２及びバケット操作量ＬＳ３は全てゼロであり、アンロード弁１８は開状態（最大開度）で維持される。

ステップ１００４では、所定の油圧ポンプ１１の吐出流量の指令が出力される。ここで、指令される所定の油圧ポンプ１１の吐出流量は、ステップ１００６にてポンプ吐出圧ｐ_ｄが適切に検出できる範囲内であれば、任意の量であってよい。また、指令される所定の油圧ポンプ１１の吐出流量は、一定流量であってもよいし、時間と共に（例えば一定の変化率で）増減してもよい。

ステップ１００６では、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧ｐ_ｄが取得される。

ステップ１００８では、上記ステップ１００４で指令された所定の油圧ポンプ１１の吐出流量と、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧ｐ_ｄとに基づいて、油圧ポンプ１１から吐出される油の粘度（実粘度）μ_Ｐが算出（推定）される。粘度μ_Ｐは、数７で示したハーゲン・ポアズイユの式を利用して算出されてもよい（図１１のブロック９０−９ａ参照）。尚、この際、数７の式において、差圧Δｐとして、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧ｐ_ｄが代入される。これは、アンロード弁１８は開状態であるとき、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧ｐ_ｄは、上述の如く、実質的に配管圧損そのものとなるためである。

ステップ１０１０では、油温センサ（図示せず）により検出される油温が取得される。

ステップ１０１２では、油温センサにより検出された油温と、油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧ｐ_ｄとに基づいて、所与の油温・圧力−粘性特性テーブルから粘度μ_Ｔが算出される（図１１のブロック９０−９ｂ参照）。油温・圧力−粘性特性テーブルは、油の劣化等の無いノミナルの状態で計測された値を利用して予め生成されてもよい。従って、ここで算出される粘度μ_Ｔは、所期のノミナル値（基準粘度）に対応する。

ステップ１０１４では、上記ステップ１００８で算出された粘度μ_Ｐと上記ステップ１０１２で算出された粘度μ_Ｔとの差の絶対値が所定閾値以上であるか否かが判定される。所定閾値は、これらの差が、後述のポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μによる補正によって補償される必要があるほど大きいか否かを判断するための閾値であり、必要とされる制御の精度に応じて決定されてもよい。粘度μ_Ｐと粘度μ_Ｔとの差の絶対値が所定閾値以上である場合は、ステップ１０１６に進み、粘度μ_Ｐと粘度μ_Ｔとの差の絶対値が所定閾値未満の場合は、現段階では補正の必要性はないと判断して終了する。

ステップ１０１６では、ポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μが算出され、従前値が変更（更新）される。ポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μは、粘度μ_Ｐと粘度μ_Ｔとの比（Ｋ_μ＝μ_Ｐ／μ_Ｔ）として算出されてもよい（図１１のブロック９０−９ｃ参照）。このようにして、ステップ１００２とステップ１０１４の条件が満たされると、図１１に示すブロック９０−９ａ、９ｂ、９ｃによりポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μが算出される。このようにして算出されたポンプ吐出圧補正係数Ｋ_μは、図９に示したブロック９０−９にてポンプ吐出圧ｐ_ｄに乗じられ、ポンプ吐出圧ｐ_ｄが補正される。

このように図９乃至図１１に示す構成によれば、油の経年劣化により油の粘度が変化した場合でも、かかる粘度変化を補償した仮想ブリードシステムを実現することができる。即ち、粘度変化を補償することで、方向切換弁２０，２２，２４に加わる真の圧力を精度良く算出することができ、仮想ブリードシステムにおいてネガコンシステムの再現性を高めることができる。

図１２は、本実施例のコントローラ１０により実現されるポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑの算出方法の一例を示すフローチャートである。図１３は、図１２に関連したポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑの算出ブロック図である。

ステップ１２００では、建設機械１の稼動状態が検出される。

ステップ１２０２では、エンジン１７がアイドリング中か否かが判定される。エンジン１７がアイドリング中である場合は、ステップ１００４に進み、エンジン１７がアイドリング中で無い場合は、アイドリングが生じるまで待機する。尚、エンジン１７がアイドリング中のとき、アーム操作量ＬＳ１，ブーム操作量ＬＳ２及びバケット操作量ＬＳ３は全てゼロであり、アンロード弁１８は開状態（最大開度）で維持される。

ステップ１２０４では、所定の油圧ポンプ１１の吐出流量の指令が出力される。ここで、指令される所定の油圧ポンプ１１の吐出流量Ｑ_０は、ステップ１２０８にてポンプ吐出圧ｐ_ｄが適切に検出できる範囲内であれば、任意の量であってよい。また、指令される所定の油圧ポンプ１１の吐出流量Ｑ_０は、一定流量であってもよいし、時間と共に（例えば一定の変化率で）増減してもよい。

ステップ１２０６では、アンロード弁１８の開口が任意の変化率で変更される。例えば、アンロード弁１８の開口は、所定時間に亘って徐々に最大開度まで増加する態様で変更されてもよい（例えば図１３のアンロード弁開口指令Ａ_Ｕ参照）。或いは、アンロード弁１８は、ゼロと最大値の間の任意の所定値に変更・維持されてもよい。

ステップ１２０８では、アンロード弁１８の開口が変更されている間に油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧ｐ_ｄが取得される。或いは、任意の所定値で維持されている間のポンプ吐出圧ｐ_ｄが取得されてもよい。

ステップ１２１０では、アンロード弁１８の開口の指令値（アンロード弁開口指令Ａ_Ｕ）と、アンロード弁１８の開口が変更されている間に油圧センサ３０により検出されるポンプ吐出圧ｐ_ｄと基づいて、アンロード弁１８の開口が変更されている間における油圧ポンプ１１の実吐出流量Ｑ_Ｒが算出される。油圧ポンプ１１の実吐出流量Ｑ_Ｒは、上記の絞りの式（数８）を利用して算出されてもよい（図１３のブロック９０−１０ａ参照）。図１３のブロック９０−１０ａでは、上記の絞りの式（数８）における差圧としては、ポンプ吐出圧ｐ_ｄとタンク圧ｐ_ｔとの差圧が使用される。タンク圧ｐ_ｔはゼロと仮定されてもよい。

ステップ１２１２では、指令される油圧ポンプ１１の吐出流量Ｑ_０と上記ステップ１２１０で算出された実吐出流量Ｑ_Ｒとの差の絶対値が所定閾値以上であるか否かが判定される。所定閾値は、これらの差が、後述のポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑによる補正によって補償される必要があるほど大きいか否かを判断するための閾値であり、必要とされる制御の精度に応じて決定されてもよい。指令される油圧ポンプ１１の吐出流量Ｑ_０と実吐出流量Ｑ_Ｒとの差の絶対値が所定閾値以上である場合は、ステップ１２１４に進み、指令される油圧ポンプ１１の吐出流量Ｑ_０と実吐出流量Ｑ_Ｒとの差の絶対値が所定閾値未満の場合は、現段階では補正の必要性はないと判断して終了する。

ステップ１２１４では、ポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑが算出され、従前値が変更（更新）される。ポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑは、指令される油圧ポンプ１１の吐出流量Ｑ_０と実吐出流量Ｑ_Ｒとの比（Ｋ_Ｑ＝Ｑ_Ｒ／Ｑ_０）として算出されてもよい（図１３のブロック９０−１０ｂ参照）。このようにして、ステップ１２０２とステップ１２１２の条件が満たされると、図１３に示すブロック９０−１０ａ、１０ｂによりポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑが算出される。このようにして算出されたポンプ吐出指令補正係数Ｋ_Ｑは、図９に示したブロック９０−１０にて油圧ポンプ１１の吐出流量の指令値に乗じられ、吐出流量の指令値が補正される。

このように図９、図１２、図１３に示す構成によれば、経年劣化により油圧ポンプ１１の吐出流量の指令値と実吐出流量との間に乖離が生じた場合でも、かかる乖離を補償した仮想ブリードシステムを実現することができる。即ち、粘度変化を補償することで、方向切換弁２０，２２，２４に加わる真の圧力を精度良く算出することができ、仮想ブリードシステムにおいてネガコンシステムの再現性を高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 建設機械
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ コントローラ
１１ 油圧ポンプ
１２ レギュレータ装置
１３ 供給ライン
１４ 戻りライン
１７ エンジン
１８ アンロード弁
１９ リリーフ弁
２０ 方向切換弁
２１ａ、２１ｂ リリーフ弁
２２ 方向切換弁
２３ａ、２３ｂ リリーフ弁
２４ 方向切換弁
２５ａ、２５ｂ リリーフ弁
３０ 油圧センサ
４０、４２、４３ 操作部材
６０ 油圧制御システム
１００ センターバイパスライン
１０４ ネガコン絞り

Claims (5)

1. 油圧アクチュエータがクローズドセンター型の方向切換弁を介して油圧ポンプに接続されると共に操作部材の操作量に応じて前記方向切換弁の位置が可変される建設機械において、前記油圧ポンプを制御する油圧制御装置であって、
   前記操作部材の操作量と前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて、ネガコンシステムを仮想した場合の仮想ネガコン圧を算出する仮想ネガコン圧算出手段と、
   前記仮想ネガコン圧に基づいて、前記油圧ポンプに対する制御指令値を算出する手段とを備えることを特徴とする油圧制御装置。
2. 前記仮想ネガコン圧算出手段は、前記操作部材の操作量に基づいて、所与の仮想ブリード開口面積特性から仮想ブリード開口面積を算出し、算出した仮想ブリード開口面積と、前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて、前記仮想ネガコン圧を算出する、請求項１に記載の油圧制御装置。
3. 前記建設機械は、前記方向切換弁と前記油圧ポンプの間に、タンクに繋がるアンロード弁が設けられ、
   アイドリング中に所定の吐出流量の指令値を前記油圧ポンプに与え、その際に得られる前記油圧ポンプの吐出圧から推定される実粘度と、その際に得られる油温から推定される基準粘度とに基づいて、前記油圧ポンプに対する制御指令値を補正する補正手段を備える、請求項１又は２に記載の油圧制御装置。
4. 前記建設機械は、前記方向切換弁と前記油圧ポンプの間に、タンクに繋がる比例弁タイプのアンロード弁が設けられ、
   アイドリング中に所定の吐出流量の指令値を前記油圧ポンプに与えると共に、前記アンロード弁の開度をゼロと最大値の間の所定の開度に維持し、その際に得られる前記油圧ポンプの吐出圧から推定される実吐出流量と、前記所定の吐出流量の指令値とに基づいて、前記油圧ポンプに対する制御指令値を補正する補正手段を備える、請求項１又は２に記載の油圧制御装置。
5. 油圧アクチュエータがクローズドセンター型の方向切換弁を介して油圧ポンプに接続されると共に操作部材の操作量に応じて前記方向切換弁の位置が可変される建設機械において、前記油圧ポンプを制御する油圧制御方法であって、
   前記操作部材の操作量と前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて、ネガコンシステムを仮想した場合の仮想ネガコン圧を算出する仮想ネガコン圧算出ステップと、
   前記仮想ネガコン圧に基づいて、前記油圧ポンプに対する制御指令値を算出するステップとを備えることを特徴とする油圧制御方法。

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