JP2014055635A - Method for controlling shovel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ショベルの制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling an excavator.
従来、エンジンの最大馬力を超えないように、油圧ポンプの圧力上昇に伴い、油圧ポンプの吐出流量を減少させる建設機械用ポンプ制御回路が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a construction machine pump control circuit is known that reduces the discharge flow rate of a hydraulic pump as the pressure of the hydraulic pump increases so as not to exceed the maximum horsepower of the engine (see, for example, Patent Document 1).
このポンプ制御回路は、上述の目的のため、油圧ポンプの吐出流量を制御する第1及び第2のレギュレータと、第1及び第2のレギュレータの各制御ポートにおける圧力を調整可能な電磁比例制御弁とを備える。 For this purpose, the pump control circuit includes first and second regulators that control the discharge flow rate of the hydraulic pump, and an electromagnetic proportional control valve that can adjust the pressure at each control port of the first and second regulators. With.
しかしながら、電磁比例制御弁による調整は応答が遅いため、ポンプ制御回路は、油圧アクチュエータの初動時に吐出流量を一時的に大きくしてしまう。このため、エンジンに対して過負荷トルクを発生させ、操作悪化を招いてしまっている。 However, since adjustment by the electromagnetic proportional control valve is slow in response, the pump control circuit temporarily increases the discharge flow rate when the hydraulic actuator is first moved. For this reason, an overload torque is generated with respect to the engine, and the operation is deteriorated.
上述の点に鑑み、本発明は、油圧アクチュエータの操作開始直後における油圧ポンプの吐出流量を適切に調整するショベルの制御方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a shovel control method for appropriately adjusting the discharge flow rate of a hydraulic pump immediately after the start of operation of a hydraulic actuator.
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルの制御方法は、油圧アクチュエータの操作開始直後に初動時制御を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a method for controlling an excavator according to an embodiment of the present invention is characterized in that initial-time control is performed immediately after the operation of a hydraulic actuator is started.
上述の手段により、本発明は、油圧アクチュエータの操作開始直後における油圧ポンプの吐出流量を適切に調整するショベルの制御方法を提供することができる。 By the above-described means, the present invention can provide a shovel control method for appropriately adjusting the discharge flow rate of the hydraulic pump immediately after the start of the operation of the hydraulic actuator.
図1は、本発明の実施例に係る油圧ショベルを示す側面図である。 FIG. 1 is a side view showing a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention.
油圧ショベルの下部走行体1には、旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載されている。上部旋回体3には、ブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはバケット6が取り付けられている。ブーム4、アーム5、及びバケット6は、アタッチメントを構成し、油圧シリンダであるブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体3には、キャビン10が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
An upper swing body 3 is mounted on the lower traveling
図2は、図1の油圧ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図2において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the drive system of the hydraulic excavator shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a thin solid line.
機械式駆動部としてのエンジン11の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。メインポンプ14には、高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。また、パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26が接続されている。
A
コントロールバルブ17は、油圧ショベルにおける油圧系の制御を行う装置である。下部走行体1用の油圧モータ1A(右用)及び1B(左用)、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、旋回油圧モータ21B等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ17に接続されている。
The
操作装置26は、レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cを含む。レバー26A、レバー26B、及びペダル26Cは、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及び圧力センサ29にそれぞれ接続されている。圧力センサ29は、電気系の駆動制御を行うコントローラ30に接続されている。
The
コントローラ30は、油圧ショベルの駆動制御を行う主制御部としてのコントローラである。コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをCPUが実行することにより実現される装置である。
The
次に、図3を参照しながら、図1の油圧ショベルに搭載されるメインポンプ14の吐出流量の制御方法について説明する。なお、図3は、図1の油圧ショベルに搭載される油圧回路の要部構成例を示す。また、以下では、左右一対の構成要素のそれぞれを参照する場合には、左側の構成要素の参照符号の末尾に「L」を付し、右側の構成要素の参照符号の末尾に「R」を付す。また、左右一対の構成要素の双方を参照する場合には末尾の「L」及び「R」を省略する。
Next, a method for controlling the discharge flow rate of the
図3の油圧回路は、主に、メインポンプ14(メインポンプ14L、メインポンプ14R)、馬力比例弁31、流量比例弁32(流量比例弁32L、流量比例弁32R)、レギュレータ50(レギュレータ50L、レギュレータ50R)を含む。なお、以下では、主にメインポンプ14Lの吐出流量の制御方法を説明するが、同様の説明がメインポンプ14Rについても適用される。
3 mainly includes a main pump 14 (
メインポンプ14Lは、センターバイパス管路C1Lを介し、コントロールバルブ17、ネガティブコントロール絞り33Lを経て、タンクに接続される。なお、以下では、ネガティブコントロールを「ネガコン」と称する。
The
センターバイパス管路C1Lは、コントロールバルブ17の上流において吐出圧センサ34Lに接続される。吐出圧センサ34Lは、メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出結果をコントローラ30に対して出力する。
The center bypass conduit C1L is connected to the
また、センターバイパス管路C1Lは、ネガコン絞り33Lの上流においてネガコン管路C2Lに接続される。ネガコン管路C2Lは、シャトル弁35Lを介してレギュレータ50Lに接続される。また、ネガコン管路C2Lは、シャトル弁35Lとレギュレータ50Lとの間でネガコン圧センサ36Lに接続される。ネガコン圧センサ36Lは、レギュレータ50Lに作用するネガコン圧を検出し、検出結果をコントローラ30に対して出力する。
The center bypass conduit C1L is connected to the negative control conduit C2L upstream of the
馬力比例弁31は、メインポンプ14の馬力制御に用いる制御圧を生成するための弁であり、パイロットポンプ15の吐出圧を1次側の圧力とし、コントローラ30からの制御電流に応じて2次側の圧力である制御圧を生成する。
The horsepower
「馬力制御」とは、メインポンプ14の入力馬力がエンジン11の出力馬力を超えないようにメインポンプ14の入力馬力を調整する制御である。
The “horsepower control” is control for adjusting the input horsepower of the
流量比例弁32は、メインポンプ14Lの初動時制御に用いる制御圧を生成する弁であり、パイロットポンプ15の吐出圧を1次側の圧力とし、コントローラ30からの制御電流に応じて2次側の圧力である制御圧を生成する。
The flow rate proportional valve 32 is a valve that generates a control pressure used for initial control of the
「初動時制御」とは、油圧アクチュエータの操作開始直後(初動時)におけるメインポンプ14の吐出流量を調整する制御である。本実施例では、初動時制御は、ネガコン制御のための油圧回路部分を利用して実行される。
“Initial control” is control for adjusting the discharge flow rate of the
「ネガコン制御」とは、油圧アクチュエータが操作されているときにメインポンプ14の吐出流量を増加させ、油圧アクチュエータが操作されていないときにメインポンプ14の吐出流量を減少させる制御である。
“Negative control” is control for increasing the discharge flow rate of the
本実施例では、初動時制御は、ネガコン制御におけるネガコン圧を、流量比例弁32が生成する制御圧で置き換えることによって実行される。より具体的には、初動時制御は、油圧アクチュエータの操作開始直後では、ネガコン制御を一時的に無効にし、ネガコン制御によってメインポンプ14Lの吐出流量が増加するのを防止する。
In this embodiment, the initial operation control is executed by replacing the negative control pressure in the negative control with the control pressure generated by the flow rate proportional valve 32. More specifically, the initial operation control temporarily disables the negative control immediately after the start of the operation of the hydraulic actuator, and prevents the discharge flow rate of the
レギュレータ50Lは、メインポンプ14Lの吐出流量を制御する装置であり、主に、馬力制御機構51L、ネガコン制御機構52L、スプール弁機構53L、及び、斜板傾転機構54Lを含む。
The
馬力制御機構51Lは、メインポンプ14の入力馬力がエンジン11の出力馬力を超えないようにメインポンプ14Lの吐出流量を決定する機構である。本実施例では、馬力制御機構51Lは、主に、馬力制御用ピストン510L、第1圧力室511L、第2圧力室512L、及び第3圧力室513Lを含む。
The
第1圧力室511Lは、管路C3Lを介して、馬力比例弁31の2次側の圧力を受ける圧力室である。また、第2圧力室512Lは、管路C4Lを介して、メインポンプ14Rの吐出圧を受ける圧力室である。また、第3圧力室513Lは、管路C5Lを介して、メインポンプ14Lの吐出圧を受ける圧力室である。
The
馬力制御用ピストン510Lは、第1圧力室511L、第2圧力室512L、及び第3圧力室513Lの各圧力に基づいて決まる各推力の合計に応じて図中を左右に移動し、スプール弁機構53Lのスプール弁530Lを左右に摺動させる。具体的には、馬力制御用ピストン510Lは、各推力の合計が大きい程、右方向に移動する傾向、すなわち、メインポンプ14Lの吐出流量を減少させる傾向を有する。
The
ネガコン制御機構52Lは、ネガコン圧に応じてメインポンプ14Lの吐出流量を決定する機構である。本実施例では、ネガコン制御機構52Lは、主に、ネガコン制御用ピストン520L、及び、第4圧力室521Lを含む。
The
第4圧力室521Lは、ネガコン絞り33Lの上流におけるネガコン圧、及び、流量比例弁32Lの2次側の圧力のうちの大きい方を有効ネガコン圧として受ける圧力室である。
The
ネガコン制御用ピストン520Lは、第4圧力室521Lの圧力に基づいて決まる推力に応じて図中を左右に移動し、スプール弁機構53Lのスプール弁530Lを左右に摺動させる。具体的には、ネガコン制御用ピストン520Lは、その推力が大きい程、右方向に移動する傾向、すなわち、メインポンプ14Lの吐出流量を減少させる傾向を有する。
The
スプール弁機構53Lは、斜板傾転機構54Lを駆動する機構である。本実施例では、スプール弁機構53Lは、主に、3ポート3ポジションのスプール弁530Lを含む。
The
スプール弁530Lは、馬力制御機構51Lの馬力制御用ピストン510L、及び、ネガコン制御機構52Lのネガコン制御用ピストン520Lのうち、図中右方向への移動量が大きいほうのピストンの移動に応じて摺動する。
The
また、スプール弁530Lは、第1ポジション531L、第2ポジション532L、及び第3ポジション533Lを有する。第1ポジション531Lは、スプール弁530Lが所定の中立位置にあるときに有効となるスプールポジションである。また、第2ポジション532Lは、スプール弁530Lが中立位置に対して図の右方向に移動したときに有効となるスプールポジションである。また、第3ポジション533Lは、スプール弁530Lが中立位置に対して図の左方向に移動したときに有効となるスプールポジションである。
The
斜板傾転機構54Lは、メインポンプ14Lの斜板傾転角を制御する機構である。本実施例では、斜板傾転機構54Lは、主に、サーボピストン540L、第5圧力室541L、及び、第6圧力室542Lを含む。
The swash
サーボピストン540Lは、第5圧力室541Lの圧力と受圧面積A1の積で表される右向きの推力と、第6圧力室542Lの圧力と受圧面積A2の積で表される左向きの推力とに基づいて左右に摺動する。具体的には、サーボピストン540Lは、右向きの推力が左向きの推力より大きい場合に右方向に摺動し、メインポンプ14Lの吐出流量が減少するように斜板傾転角を変化させる。反対に、サーボピストン540Lは、左向きの推力が右向きの推力より大きい場合に左方向に摺動し、メインポンプ14Lの吐出流量が増加するように斜板傾転角を変化させる。なお、第5圧力室541Lの圧力は、スプール弁機構53Lにより、メインポンプ14Lの吐出圧とタンク圧との間で調整される。また、第6圧力室542Lの圧力は、メインポンプ14Lの吐出圧と等しい。
The
スプール弁機構53Lは、スプール弁530Lが第1ポジション531Lを有効にした場合に、管路C5Lと第5圧力室541Lとの間の作動油の流れ、及び、タンクと第5圧力室541Lとの間の作動油の流れを遮断する。すなわち、第5圧力室541Lの圧力が変化しないようにする。
When the
また、スプール弁機構53Lは、スプール弁530Lが第2ポジション532Lを有効にした場合に、管路C5Lと第5圧力室541Lとの間を連通し、且つ、タンクと第5圧力室541Lとの間の作動油の流れを遮断する。すなわち、タンク圧以上メインポンプ14Lの吐出圧以下の範囲で、第5圧力室541Lの圧力を増加させる。
Further, when the
また、スプール弁機構53Lは、スプール弁530Lが第3ポジション533Lを有効にした場合に、タンクと第5圧力室541Lとの間を連通し、且つ、管路C5Lと第5圧力室541Lとの間の作動油の流れを遮断する。すなわち、タンク圧以上メインポンプ14Lの吐出圧以下の範囲で、第5圧力室541Lの圧力を減少させる。
Further, when the
以上の構成により、レギュレータ50Lは、馬力制御用ピストン510Lがスプール弁530Lを摺動させる場合には、メインポンプ14Lの吐出圧、メインポンプ14Rの吐出圧、及び、馬力比例弁31の2次側の圧力のそれぞれに基づく推力の合計が大きい程、メインポンプ14Lの吐出流量を減少させる。すなわち、コントローラ30は、馬力制御用ピストン510Lがネガコン制御用ピストン520Lより右側にある場合には、馬力比例弁31の2次側の圧力を増加させ或いは減少させることで、メインポンプ14Lの吐出流量を減少させ或いは増加させることができる。
With the above configuration, the
また、レギュレータ50Lは、ネガコン制御用ピストン520Lがスプール弁530Lを摺動させる場合には、有効ネガコン圧(ネガコン絞り33Lの上流における本来のネガコン圧、及び、流量比例弁32Lの2次側の圧力のうちの大きい方)に基づく推力が大きい程、メインポンプ14Lの吐出流量を減少させる。すなわち、コントローラ30は、ネガコン制御用ピストン520Lが馬力制御用ピストン510Lより右側にある場合には、流量比例弁32の2次側の圧力を増加させ或いは減少させることで、メインポンプ14Lの吐出流量を減少させ或いは増加させることができる。
When the
なお、上述の構成では、馬力制御機構51Lは、ネガコン制御機構52Lに比べ応答が遅い。馬力制御用ピストン510Lに作用する圧力の範囲が、ネガコン制御用ピストン520Lに作用する圧力の範囲に比べて大きいことが主な原因である。
In the above-described configuration, the
そのため、油圧アクチュエータの操作が開始された直後には、有効ネガコン圧の減少に伴うネガコン制御用ピストン520Lの左方向への移動速度が、メインポンプ14Lの吐出圧の増加に伴う馬力制御用ピストン510Lの右方向への移動速度を上回る。その結果、スプール弁機構53Lのスプール弁530Lは、ネガコン制御用ピストン520Lと接触しているため、比較的高速で左方向に移動するネガコン制御用ピストン520Lと共に左方向に摺動する。その後、スプール弁530Lは、比較的低速で右方向に移動する馬力制御用ピストン510Lと接触し、比較的高速で左方向に移動するネガコン制御用ピストン520Lから離れ、馬力制御用ピストン510Lと共に右方向に摺動する。上述の一連の動きは、メインポンプ12Lの吐出流量が、一時的ではあるものの、急激に増加することを意味する。
Therefore, immediately after the operation of the hydraulic actuator is started, the moving speed in the left direction of the
これに対し、馬力比例弁31は、初動時におけるスプール弁530Lの左方向への移動量、すなわち、メインポンプ14Lの吐出流量の増加幅をできるだけ小さくするため、2次側の圧力を増加させる。2次側の圧力の増加は、メインポンプ14における入力馬力の増加を擬似的に創出することを意味する。
In contrast, the horsepower
ここで、図4を参照しながら、馬力比例弁31の2次側の圧力を増加させた場合の効果を説明する。なお、図4は、メインポンプ14Lの吐出圧Pと第1吐出流量指令Qとの関係を表すP−Q線図である。また、図4は、馬力比例弁31の2次側の圧力を増加させた後の馬力曲線CV1を実線で表し、馬力比例弁31の2次側の圧力を増加させる前の馬力曲線CV2を破線で表す。
Here, the effect when the secondary pressure of the horsepower
「第1吐出流量指令」とは、馬力制御機構51Lが実現しようとするメインポンプ14Lの吐出流量である。本実施例では、第1吐出流量指令の値は、馬力制御機構51Lの馬力制御用ピストン510Lの位置に対応する。具体的には、図3の馬力制御用ピストン510Lが右方向に移動する程、第1吐出流量指令の値は小さくなる。
The “first discharge flow rate command” is a discharge flow rate of the
メインポンプ14Lの吐出流量は、馬力制御用ピストン510Lがスプール弁530Lを摺動させる場合に、第1吐出流量指令が表す流量に調整される。一方、メインポンプ14Lの吐出流量は、ネガコン制御用ピストン520Lがスプール弁530Lを摺動させる場合には、第1吐出流量指令が表す流量に調整されない。第2吐出流量指令が表す流量に調整されるためである。
The discharge flow rate of the
「第2吐出流量指令」とは、ネガコン制御機構52Lが実現しようとするメインポンプ14Lの吐出流量である。本実施例では、第2吐出流量指令の値は、ネガコン制御機構52Lのネガコン制御用ピストン520Lの位置に対応する。具体的には、図3のネガコン制御用ピストン520Lが右方向に移動する程、第2吐出流量指令の値は小さくなる。
The “second discharge flow rate command” is a discharge flow rate of the
図4に示すように、馬力比例弁31に対する制御電流を減少させることで2次側の圧力を増加させると、馬力曲線が表す領域は縮小する。これは、メインポンプ14Lの入力馬力がより小さめに制限されることを意味する。2次側の圧力の増加は、メインポンプ14における入力馬力の増加を擬似的に創出することを意味するためである。その結果、メインポンプ14Lの吐出圧Pが一定であれば、メインポンプ14Lの吐出流量指令Qは減少する。なお、馬力比例弁31は、制御電流が増加したときに2次側の圧力が増加するように構成されてもよい。
As shown in FIG. 4, when the secondary pressure is increased by decreasing the control current for the horsepower
このように、図3の油圧回路は、馬力制御機構51L及びネガコン制御機構52Lの応答速度の違いに起因する初動時の吐出流量の急増を防止するために、馬力比例弁31によって入力馬力の制限を一時的に強化する。その結果、吐出流量の急増を最小限に抑えることができる。
As described above, the hydraulic circuit of FIG. 3 limits the input horsepower by the horsepower
その上で、図3の油圧回路は、流量比例弁32Lを用いて、初動時の吐出流量の急増をより確実に防止する。
In addition, the hydraulic circuit of FIG. 3 uses the flow rate
ここで、図5を参照しながら、流量比例弁32Lが初動時の吐出流量を制御する処理(以下、「初動時制御処理」とする。)について説明する。なお、図5は、初動時制御処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ30は、油圧アクチュエータの操作が開始された直後にこの初動時制御処理を実行する。また、本実施例では、流量比例弁32Lは、油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合のネガコン圧よりも高い所定の制御圧をネガコン制御機構52Lの第4圧力室521Lに対して既に供給している。但し、流量比例弁32Lは、油圧アクチュエータの操作が開始された直後に、第4圧力室521Lに対する所定の制御圧の供給を開始してもよい。
Here, a process for controlling the discharge flow rate when the flow
最初に、コントローラ30は、第1吐出流量指令Qが所定値以下となったか否かを判定する(ステップS1)。すなわち、コントローラ30は、図3の馬力制御用ピストン510Lが所定位置より右側に位置するか否かを判定する。本実施例では、コントローラ30は、吐出圧センサ34L、34Rの出力と、馬力比例弁31に対する制御電流の値とに基づいて第1吐出流量指令Qを算出する。なお、コントローラ30は、吐出圧及び制御電流と第1吐出流量指令Qとの間の関係を示す参照マップに基づいて第1吐出流量指令Qを決定してもよい。また、コントローラ30は、馬力制御用ピストン510Lの位置を検出するセンサ(図示せず。)の出力に基づいて第1吐出流量指令Qを決定してもよい。
First, the
第1吐出流量指令Qが所定値より大きいと判定した場合(ステップS1のNO)、コントローラ30は、第1吐出流量指令Qが所定値以下となるまで、ステップS1の判定を継続する。
When it is determined that the first discharge flow rate command Q is greater than the predetermined value (NO in step S1), the
第1吐出流量指令Qが所定値以下であると判定した場合(ステップS1のYES)、コントローラ30は、流量比例弁32Lに対する制御電流を減少させる(ステップS2)。ネガコン制御機構52Lの第4圧力室521Lに作用する制御圧を減少させるためである。すなわち、図3のネガコン制御用ピストン520Lを左方向に移動させるためである。なお、制御電流の減少度合いは、予め設定されたものであってもよく、油圧アクチュエータの操作量等に基づいて動的に決定されてもよい。
When it is determined that the first discharge flow rate command Q is equal to or less than the predetermined value (YES in step S1), the
この初動時制御処理により、図3の油圧回路は、馬力制御用ピストン510Lが右方向に移動して所定位置に達するまでは、スプール弁530Lと接しているネガコン制御用ピストン520Lを、馬力制御用ピストン510Lより右側の位置に留まらせる。その後、図3の油圧回路は、馬力制御用ピストン510Lが所定位置に達すると、ネガコン制御用ピストン520L及びスプール弁530Lを左方向に徐々に移動させる。スプール弁530Lは、ネガコン制御用ピストン520Lが馬力制御用ピストン510Lよりも左側に移動した時点で馬力制御用ピストン510Lと接し、その後は馬力制御用ピストン510Lと共に移動する。
By this initial control process, the hydraulic circuit of FIG. 3 moves the
このようにして、図3の油圧回路は、流量比例弁32Lを用いて、初動時の吐出流量の急増をより確実に防止することができる。
In this manner, the hydraulic circuit of FIG. 3 can more reliably prevent a sudden increase in the discharge flow rate at the time of initial operation using the flow rate
次に、図6を参照しながら、初動時制御処理の効果について説明する。なお、図6は、油圧アクチュエータの操作を開始した直後の各種物理量の時間的推移を示す図であり、図6(A)が吐出流量指令の推移を示し、図6(B)が吐出流量の推移を示し、図6(C)が有効ネガコン圧の推移を示し、図6(D)が流量比例弁32Lに対する制御電流の推移を示す。
Next, the effect of the initial operation control process will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing temporal transitions of various physical quantities immediately after the operation of the hydraulic actuator is started. FIG. 6 (A) shows the transition of the discharge flow rate command, and FIG. 6 (B) shows the discharge flow rate. 6C shows the transition of the effective negative control pressure, and FIG. 6D shows the transition of the control current for the flow
また、図6(A)は、第1吐出流量指令の推移を一点鎖線で示し、初動時制御処理が実行されない場合の第2吐出流量指令の推移を破線で示し、初動時制御処理が実行される場合の第2吐出流量指令の推移を実線で示す。 In FIG. 6A, the transition of the first discharge flow rate command is indicated by a one-dot chain line, and the transition of the second discharge flow rate command when the initial operation control processing is not executed is indicated by a broken line, and the initial operation control processing is executed. The transition of the second discharge flow rate command is shown by a solid line.
また、図6(B)は、初動時制御処理が実行されない場合の吐出流量の推移を破線で示し、初動時制御処理が実行される場合の吐出流量の推移を実線で示す。 FIG. 6B shows the change in the discharge flow rate when the initial operation control process is not executed with a broken line, and the change in the discharge flow rate when the initial operation control process is executed with a solid line.
また、図6(C)は、初動時制御処理が実行されない場合の有効ネガコン圧の推移を破線で示し、初動時制御処理が実行される場合の有効ネガコン圧の推移を実線で示す。 FIG. 6C shows the transition of the effective negative control pressure when the initial control process is not executed with a broken line, and the transition of the effective negative control pressure when the initial control process is executed with a solid line.
初動時制御処理が実行されない場合、時刻t1において油圧アクチュエータの操作が開始されると、第1吐出流量指令は、図6(A)の一点鎖線で示すように、比較的緩やかに減少する。これは、図3の馬力制御用ピストン510Lが比較的緩やかに右方向に移動することを表す。一方、第2吐出流量指令は、図6(A)の破線で示すように、比較的急激に増加する。これは、図3のネガコン制御用ピストン520Lが比較的急激に左方向に移動することを表す。
When the initial-time control process is not executed, when the operation of the hydraulic actuator is started at time t1, the first discharge flow rate command decreases relatively slowly as shown by the one-dot chain line in FIG. This represents that the
吐出流量は、第1吐出流量指令及び第2吐出流量指令のうちの小さい方に僅かな遅延を伴って追従する。これは、図3のスプール弁530Lが馬力制御用ピストン510L及びネガコン制御用ピストン520Lのうちのより右側にある方と接し、より右側にある方のピストンの動きに応じて摺動することを表す。
The discharge flow rate follows the smaller one of the first discharge flow rate command and the second discharge flow rate command with a slight delay. This represents that the
そのため、図6(B)の破線で示すように、吐出流量は、時刻t1を過ぎたところで急激に増加した後、第1吐出流量指令の減少に追従して徐々に減少し、さらに、第1吐出流量指令の増加に追従して徐々に増加する。 Therefore, as shown by the broken line in FIG. 6B, the discharge flow rate increases rapidly after the time t1, and then gradually decreases following the decrease in the first discharge flow rate command. It gradually increases following the increase in the discharge flow rate command.
有効ネガコン圧は、図6(C)の破線で示すように、センターバイパス管路C1Lがコントロールバルブ17によって遮断されることによって急激に最低レベルまで減少した後、最低レベルのまま推移する。
As shown by the broken line in FIG. 6C, the effective negative control pressure decreases rapidly to the minimum level by the center bypass pipe C1L being blocked by the
このように、初動時制御処理が実行されない場合には、図6(B)の斜線ハッチングで示すように、油圧アクチュエータの操作を開始した直後に、メインポンプ14Lの吐出流量が一時的に急増する。この急増は、馬力比例弁31によって入力馬力が一時的に制限されるために抑制されているとはいえ、過負荷トルクの発生や操作性の悪化を引き起こす。
As described above, when the initial-time control process is not executed, the discharge flow rate of the
これに対し、初動時制御処理が実行される場合には、時刻t1において油圧アクチュエータの操作が開始されたときであっても、図6(D)に示すように、流量比例弁32Lに対する制御電流が所定値のまま維持される。これは、図6(C)の破線で示すように本来のネガコン圧が減少したとしても、図6(C)の実線で示すように有効ネガコン圧がそのままのレベルで推移することを意味する。すなわち、ネガコン制御に優先して初動時制御が実行されることを意味する。 On the other hand, when the initial-time control process is executed, even when the operation of the hydraulic actuator is started at time t1, as shown in FIG. Is maintained at a predetermined value. This means that even if the original negative control pressure decreases as shown by the broken line in FIG. 6C, the effective negative control pressure changes at the same level as shown by the solid line in FIG. 6C. That is, it means that the initial control is executed in preference to the negative control.
その結果、第2吐出流量指令は、図6(A)の実線で示すように、増加することなくそのままのレベルで推移する。これは、図3のネガコン制御用ピストン520Lの位置がそのまま維持されることを表す。
As a result, as shown by the solid line in FIG. 6A, the second discharge flow rate command changes at the same level without increasing. This represents that the position of the
そのため、吐出流量は、図6(B)の実線で示すように、一時的に急増することなく、そのままのレベルで推移する。これは、馬力制御による入力馬力の一時的な制限によって抑えられた吐出流量の急増をさらに抑えられることを意味する。すなわち、馬力制御に優先して初動時制御が実行されることを意味する。 Therefore, as shown by the solid line in FIG. 6 (B), the discharge flow rate does not increase temporarily and stays at the same level. This means that it is possible to further suppress the rapid increase in the discharge flow rate that is suppressed by temporarily limiting the input horsepower by the horsepower control. That is, it means that the initial operation control is executed in preference to the horsepower control.
その後、時刻t2において、第1吐出流量指令が所定値未満になると、図6(D)に示すように、時刻t4に至るまで流量比例弁32Lに対する制御電流が所定の割合で減少させられる。
Thereafter, when the first discharge flow rate command becomes less than the predetermined value at time t2, as shown in FIG. 6D, the control current for the flow
その結果、有効ネガコン圧は、図6(C)の実線で示すように、制御電流の減少に応じて所定の割合で減少し、第2吐出流量指令は、図6(A)の実線で示すように、有効ネガコン圧の減少に応じて所定の割合で増加する。また、吐出流量は、図6(B)の実線で示すように、第2吐出流量指令の増加に応じて所定の割合で増加する。また、図6(A)に示すように、時刻t3において、第2吐出流量指令が第1吐出流量指令を上回った後、吐出流量は、第1吐出流量指令に追従するように制御される。これは、馬力制御用ピストン510Lの位置がネガコン制御用ピストン520Lの位置よりも右側となり、スプール弁530Lが馬力制御用ピストン510Lと共に動くようになったことを表す。
As a result, as shown by the solid line in FIG. 6C, the effective negative control pressure decreases at a predetermined rate according to the decrease in the control current, and the second discharge flow rate command is shown by the solid line in FIG. Thus, it increases at a predetermined rate according to the decrease in the effective negative control pressure. Further, as shown by the solid line in FIG. 6B, the discharge flow rate increases at a predetermined rate in accordance with the increase in the second discharge flow rate command. Further, as shown in FIG. 6A, after the second discharge flow rate command exceeds the first discharge flow rate command at time t3, the discharge flow rate is controlled to follow the first discharge flow rate command. This indicates that the position of the
このように、本発明の実施例に係る初動時制御処理は、油圧アクチュエータの操作が開始された直後におけるメインポンプ14Lの吐出流量の一時的な急増を防止し、メインポンプ14Lの吐出流量を滑らかに立ち上げることができる。その結果、エンジン回転数の低下、その低下に起因するショックによる車体の振動、過負荷トルクの発生、アタッチメントの加速に関する違和感等の操作性の悪化を防止することができる。
Thus, the initial-time control process according to the embodiment of the present invention prevents a temporary sudden increase in the discharge flow rate of the
なお、本発明の実施例に係る油圧回路は、初動時における馬力比例弁31による入力馬力の一時的な制限を省略した上で、流量比例弁32による初動時制御を実行してもよい。
Note that the hydraulic circuit according to the embodiment of the present invention may execute the initial operation control by the flow rate proportional valve 32 after omitting the temporary restriction of the input horsepower by the horsepower
次に、図7を参照しながら、本発明の実施例に係る油圧ショベルに搭載される油圧回路の別の構成例について説明する。なお、図7は、図1の油圧ショベルに搭載される油圧回路におけるレギュレータ50Aのうちのレギュレータ50ALの構成例を示す図である。また、以下では、レギュレータ50ALについて説明するが、同様の説明が、図示しないレギュレータ50ARについても適用される。 Next, another configuration example of the hydraulic circuit mounted on the hydraulic excavator according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the regulator 50AL in the regulator 50A in the hydraulic circuit mounted on the hydraulic excavator in FIG. Hereinafter, the regulator 50AL will be described, but the same description applies to a regulator 50AR (not shown).
レギュレータ50ALは、ネガコン制御機構52Lと初動時制御機構55Lとを分離した点において、図3のレギュレータ50Lと相違するがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。
The regulator 50AL is different from the
本実施例では、ネガコン制御機構52Lの第4圧力室521Lは、ネガコン絞り33Lの上流におけるネガコン圧のみを受ける圧力室として構成される。そして、ネガコン制御用ピストン520Lは、第4圧力室521Lの圧力に基づいて決まる推力に応じて図中を左右に移動し、スプール弁機構53Lのスプール弁530Lを左右に摺動させる。具体的には、ネガコン制御用ピストン520Lは、その推力が大きい程、右方向に移動する傾向、すなわち、メインポンプ14Lの吐出流量を減少させる傾向を有する。
In the present embodiment, the
初動時制御機構55Lは、流量比例弁32Lの2次側の圧力に応じてメインポンプ14Lの吐出流量を決定する機構である。本実施例では、初動次制御機構55Lは、主に、初動時制御用ピストン550L、及び、第7圧力室551Lを含む。
The initial
第7圧力室551Lは、流量比例弁32Lの2次側の圧力のみを受ける圧力室として構成される。そして、初動時制御用ピストン550Lは、第7圧力室551Lの圧力に基づいて決まる推力に応じて図中を左右に移動し、スプール弁機構53Lのスプール弁530Lを左右に摺動させる。具体的には、初動時制御用ピストン550Lは、その推力が大きい程、右方向に移動する傾向、すなわち、メインポンプ14Lの吐出流量を減少させる傾向を有する。
The seventh pressure chamber 551L is configured as a pressure chamber that receives only the pressure on the secondary side of the flow
スプール弁530Lは、馬力制御用ピストン510L、ネガコン制御用ピストン520L、及び初動時制御用ピストン550Lのうち、図中右方向への移動量が最も大きいピストンの移動に応じて摺動する。
The
以上の構成により、レギュレータ50ALを含む油圧回路は、レギュレータ50Lを含む油圧回路による効果と同様の効果を実現できる。
With the above configuration, the hydraulic circuit including the regulator 50AL can achieve the same effect as the hydraulic circuit including the
次に、図8を参照しながら、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルについて説明する。なお、図8は、ハイブリッド式ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。図8において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。また、図8の駆動系は、電動発電機12、変速機13、インバータ18、及び蓄電系120を備える点、旋回油圧モータ21Bの代わりに、インバータ20、旋回用電動機21、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機24で構成される負荷駆動系を備える点で図2の駆動系と相違する。但し、その他の点において図2の駆動系と共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら相違点を詳細に説明する。
Next, a hybrid excavator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a drive system of a hybrid excavator. In FIG. 8, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a thin solid line. 8 includes a
図8において、機械式駆動部としてのエンジン11と、発電も行うアシスト駆動部としての電動発電機12は、変速機13の2つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機13の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されている。
In FIG. 8, an
電動発電機12には、インバータ18を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系(蓄電装置)120が接続されている。
The
蓄電系120は、インバータ18とインバータ20との間に配置されている。これにより、電動発電機12及び旋回用電動機21の少なくとも一方が力行運転を行っている際には、蓄電系120は力行運転に必要な電力を供給するとともに、少なくとも一方が発電運転を行っている際には、蓄電系120は発電運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積する。
The
図9は蓄電系120の構成例を示すブロック図である。蓄電系120は、蓄電器としてのキャパシタ19と昇降圧コンバータ100とDCバス110とを含む。第2の蓄電器としてのDCバス110は、第1の蓄電器としてのキャパシタ19と電動発電機12と旋回用電動機21との間での電力の授受を制御する。キャパシタ19には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部112と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部113が設けられている。キャパシタ電圧検出部112及びキャパシタ電流検出部113によって検出されるキャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値は、コントローラ30に供給される。また、上述では、蓄電器の例としてキャパシタ19を示したが、キャパシタ19の代わりにリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the
昇降圧コンバータ100は、電動発電機12及び旋回用電動機21の運転状態に応じて、DCバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り換える制御を行う。DCバス110は、インバータ18、20と昇降圧コンバータ100との間に配設されており、キャパシタ19、電動発電機12、旋回用電動機21の間での電力の授受を行う。
The step-up / step-down
図8に戻り、インバータ20は、旋回用電動機21と蓄電系120との間に設けられ、コントローラ30からの指令に基づき、旋回用電動機21に対して運転制御を行う。これにより、インバータ20は、旋回用電動機21が力行運転をしている際には、必要な電力を蓄電系120から旋回用電動機21に供給する。また、旋回用電動機21が発電運転をしている際には、旋回用電動機21により発電された電力を蓄電系120のキャパシタ19に蓄電する。
Returning to FIG. 8, the
旋回用電動機21は、力行運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体3の旋回機構2を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機21の回転駆動力が減速機24にて増幅され、上部旋回体3が加減速制御され回転運動を行う。また、発電運転の際には、上部旋回体3の慣性回転は、減速機24にて回転数が増加されて旋回用電動機21に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機21は、PWM(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ20によって交流駆動される電動機である。旋回用電動機21は、例えば、磁石埋込型のIPMモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機21にて発電される電力を増加させることができる。
The turning electric motor 21 may be an electric motor capable of both power running operation and power generation operation, and is provided for driving the
なお、蓄電系120のキャパシタ19の充放電制御は、キャパシタ19の充電状態、電動発電機12の運転状態(力行運転又は発電運転)、旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づき、コントローラ30によって行われる。
The charging / discharging control of the
レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転位置及び回転角度を検出するセンサである。具体的には、レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転前の回転軸21Aの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸21Aの回転角度及び回転方向を検出する。旋回用電動機21の回転軸21Aの回転角度及び回転方向を検出することにより、旋回機構2の回転角度及び回転方向が導出される。
The
メカニカルブレーキ23は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機21の回転軸21Aを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ23は、電磁式スイッチにより制動/解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ30によって行われる。
The
旋回変速機24は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転を減速して旋回機構2に機械的に伝達する変速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機21の回転力を増力させ、より大きな回転力を上部旋回体3へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、上部旋回体3で発生した回転を増速して旋回用電動機21に機械的に伝達することができる。
The turning
旋回機構2は、旋回用電動機21のメカニカルブレーキ23が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体3が左方向又は右方向に旋回される。
The
コントローラ30は、電動発電機12の運転制御(電動アシスト運転又は発電運転の切り換え)を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ100を駆動制御することによるキャパシタ19の充放電制御を行う。コントローラ30は、キャパシタ19の充電状態、電動発電機12の運転状態(電動アシスト運転又は発電運転)、及び旋回用電動機21の運転状態(力行運転又は回生運転)に基づいて、昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動作の切り換え制御を行い、これによりキャパシタ19の充放電制御を行う。また、コントローラ30は、キャパシタに充電する量(充電電流又は充電電力)の制御も行う。
The
この昇降圧コンバータ100の昇圧動作と降圧動作の切り換え制御は、DCバス電圧検出部111によって検出されるDCバス電圧値、キャパシタ電圧検出部112によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部113によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。
The switching control between the step-up / step-down operation of the step-up / step-down
アシストモータである電動発電機12が発電した電力は、インバータ18を介して蓄電系120のDCバス110に供給され、昇降圧コンバータ100を介してキャパシタ19に供給される。また、旋回用電動機21が回生運転して生成した回生電力は、インバータ20を介して蓄電系120のDCバス110に供給され、昇降圧コンバータ100を介してキャパシタ19に供給される。
The electric power generated by the
本発明は、以上のような構成を有するハイブリッド式ショベルにも適用可能である。 The present invention can also be applied to a hybrid excavator having the above-described configuration.
ここで、図10を参照しながら、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルに搭載されるメインポンプ14の吐出流量の制御方法について説明する。なお、図10は、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルに搭載される油圧回路の要部構成例を示す。
Here, a control method of the discharge flow rate of the
図10の油圧回路は、流量比例弁32Rを省略し、流量比例弁32Lの2次側をシャトル弁35L、35Rの双方に接続した点で図3の油圧回路と相違するが、その他の点で共通する。
The hydraulic circuit of FIG. 10 is different from the hydraulic circuit of FIG. 3 in that the flow
この構成は、油圧ショベルではメインポンプ14Lが吐出する作動油が旋回油圧モータ21Bに供給されるのに対し、ハイブリッド式ショベルでは旋回機構が油圧回路から独立しているという事実に基づく。
This configuration is based on the fact that in the hydraulic excavator, hydraulic oil discharged from the
具体的には、図3の油圧回路では、メインポンプ14Lから旋回油圧モータ21Bに流れる作動油の流量を制限するための旋回流量カット制御を流量比例弁32Lが実行できるように、メインポンプ14Lに関連する流量比例弁32Lと、メインポンプ14Rに関連する流量比例弁32Rとを独立させている。これに対し、図10の油圧回路では、旋回流量カット制御が不要であり、流量比例弁32Lと流量比例弁32Rとを独立させる必要がないため、流量比例弁32Rの機能を流量比例弁32Lに統合して流量比例弁32Rを省略している。
Specifically, in the hydraulic circuit of FIG. 3, the
以上の構成により、図10の油圧回路は、図3の油圧回路による効果と同様の効果を実現できる。なお、図10の油圧回路は、流量比例弁32Rの代わりに流量比例弁32Lを省略してもよい。また、図10の油圧回路において流量比例弁32Lと流量比例弁32Rとを独立させてもよい。また、図3の油圧回路において流量比例弁32L及び流量比例弁32Rの機能を統合しそのうちの一方を省略してもよい。この場合、旋回流量カット制御は省略されてもよく、別の機構を用いて実現されてもよい。
With the above configuration, the hydraulic circuit in FIG. 10 can achieve the same effect as the effect by the hydraulic circuit in FIG. 3. In the hydraulic circuit of FIG. 10, the flow rate
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しに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。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
1・・・下部走行体 1A、1B・・・走行用油圧モータ 2・・・旋回機構 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・・・キャビン 11・・・エンジン 12・・・電動発電機 13・・・変速機 14・・・メインポンプ 15・・・パイロットポンプ 16・・・高圧油圧ライン 17・・・コントロールバルブ 18・・・インバータ 19・・・キャパシタ 20・・・インバータ 21・・・旋回用電動機 21A・・・回転軸 21B・・・旋回油圧モータ 22・・・レゾルバ 23・・・メカニカルブレーキ 24・・・旋回変速機 25・・・パイロットライン 26・・・操作装置 26A、26B・・・レバー 26C・・・ペダル 27、28・・・油圧ライン 29・・・圧力センサ 30・・・コントローラ 31・・・馬力比例弁 32・・・流量比例弁 33・・・ネガコン絞り 34・・・吐出圧センサ 35・・・シャトル弁 36・・・ネガコン圧センサ 50、50A・・・レギュレータ 51・・・馬力制御機構 52・・・ネガコン制御機構 53・・・スプール弁機構 54・・・斜板傾転機構 55・・・初動時制御機構 100・・・昇降圧コンバータ 110・・・DCバス 111・・・DCバス電圧検出部 112・・・キャパシタ電圧検出部 113・・・キャパシタ電流検出部 120・・・蓄電系
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ショベルの制御方法。 Perform initial motion control immediately after the start of hydraulic actuator operation,
Excavator control method.
請求項1に記載のショベルの制御方法。 The initial control is prioritized over negative control and horsepower control.
The shovel control method according to claim 1.
請求項1又は2に記載のショベルの制御方法。 The initial operation control is performed based on a discharge flow rate command of a hydraulic pump in horsepower control.
The shovel control method according to claim 1 or 2.
請求項3に記載のショベルの制御方法。 The discharge flow command of the hydraulic pump is determined based on the discharge pressure of the hydraulic pump and a control current that defines a horsepower curve.
The shovel control method according to claim 3.
請求項1乃至4の何れかに記載のショベルの制御方法。 The initial action control is executed using a negative control piston.
The shovel control method according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至4の何れかに記載のショベルの制御方法。 The initial movement control is executed using a piston different from the negative control piston and the horsepower control piston.
The shovel control method according to any one of claims 1 to 4.
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