JP2017227019A - 旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信異常が発生しても、旋回体に過大な制動トルクが付与されることを防止すると同時に、旋回体を確実に停止する。【解決手段】通信異常検出部２２２により通通信異常が検出された場合、第２制御部２２０は、旋回電動機１０６の零速度制御を実行する。通信異常検出部２１２により通信異常が検出された場合、第１制御部２１０は、状態検出部２１３により第２制御部２２０が正常状態であることが検出されていれば、メカニカルブレーキ１０７を非作動にし、状態検出部２１３により第２制御部２２０が異常状態であることが検出されていれば、メカニカルブレーキ１０７を作動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機を用いて旋回体を旋回させる建設機械の旋回制御装置に関するものである。

旋回体を電動機で旋回させる建設機械においては、電動機を制御するインバータと、旋回体を停止させるメカニカルブレーキにブレーキ作動の指令を出力すると共にインバータにトルク指令値を出力するコントローラとが通信線を介して相互に通信することで、旋回体の制御が行われる。このような建設機械では、インバータ及びコントローラ間の通信に異常が発生すると、旋回体が制御不能になるので、安全を確保するために旋回体を緊急停止させる必要がある。

例えば、特許文献１は、旋回ブレーキに対してブレーキ作動の指令を出力する第１のＣＰＵと、旋回電動モータに対して旋回駆動指令を出力する第２のＣＰＵとの通信異常の有の状態が継続する場合、第２のＣＰＵが異常であると判定し、第１のＣＰＵが旋回ブレーキを作動させる技術を開示する。

特許第５５７２７５０号公報

しかし、特許文献１では、第１、第２のＣＰＵの通信異常が検出された場合、第２のＣＰＵが異常であると判定されているが、第２のＣＰＵは正常であるにも拘わらず通信異常が発生することもある。この場合、第２のＣＰＵが旋回電動モータに対して旋回速度を零に維持する零速度制御を行うと、旋回体には、零速度制御による制動トルクと旋回ブレーキによる制動トルクとが加算された過大な制動トルクが付与されてしまう。

本発明の目的は、通信異常が発生しても、旋回体に過大な制動トルクが付与されることを防止すると同時に、旋回体を確実に停止できる旋回制御装置を提供することである。

本発明の一態様による旋回制御装置は、旋回体と、前記旋回体を旋回させるための操作が入力される操作部とを備える建設機械の旋回制御装置であって、
前記旋回体を旋回駆動する電動機と、
前記旋回体を制動させるメカニカルブレーキと、
前記電動機の旋回速度を検出する速度検出部と、
前記操作部の操作量を検出する操作量検出部と、
前記旋回速度及び前記操作量に応じて前記メカニカルブレーキを制御すると共に、前記操作量に応じた目標速度に前記旋回速度が一致するように前記電動機を旋回させるトルク指令値を出力する第１制御部と、
前記トルク指令値を前記第１制御部から受信し、前記受信したトルク指令値に応じたトルクで前記電動機を作動させる第２制御部と、
前記第１制御部及び前記第２制御部間を通信可能に接続する通信線と、
前記通信線を介して行われる通信の異常の有無を検出する通信異常検出部と、
前記第２制御部が正常状態であるか否かを検出する状態検出部とを備え、
前記第２制御部は、前記通信異常検出部により通信異常が検出された場合、前記旋回速度が零になるように前記電動機を零速度制御し、
前記第１制御部は、前記通信異常検出部により通信異常が検出された場合、前記状態検出部により前記第２制御部が正常状態にあることが検出されていれば、前記メカニカルブレーキを非作動にし、前記状態検出部により前記第２制御部が異常状態にあることが検出されていれば、前記メカニカルブレーキを作動させる。

本態様によれば、通信異常が検出された場合、第２制御部が正常状態であれば、第２制御部は旋回速度を零に保持する零速度制御を実施できるので、第１制御部は、メカニカルブレーキを非作動にする。そのため、過大な制動トルクが付与されることを防止できる。

一方、通信異常が検出された場合、第２制御部が異常状態であれば、第２制御部は旋回体に制動トルクを付与することができない。そこで、本態様は、通信異常が検出された場合、第２制御部が異常状態であれば、第１制御部は、メカニカルブレーキを作動させる。これにより、旋回体は、メカニカルブレーキの制動トルクによって停止される。

したがって、本態様は、第１、第２制御部間の通信異常が発生しても、旋回体に過大な制動トルクが付与されることを防止すると同時に、旋回体を確実に停止できる。

上記態様において、前記電動機で発生する回生電力を蓄電する蓄電部と、
前記蓄電部に供給される充電電流を検出する電流検出部とを更に備え、
前記状態検出部は、前記電流検出部により検出された充電電流値が、所定の電流閾値より大きければ、前記第２制御部は正常状態にあると判定し、前記充電電流値が、前記電流閾値より大きくなければ、前記第２制御部は異常状態にあると判定してもよい。

第２制御部が異常状態にある場合、第２制御部は電動機を適切に制動することができないので、電動機で発生する回生電力が低下する。そのため、第２制御部が異常状態にある場合に蓄電部に供給される充電電流は、第２制御部が正常状態にある場合に比べて低下する。

本態様によれば、充電電流値が電流閾値よりも小さければ、第２制御部は異常状態にあると判定されているので、第２制御部が異常状態にあるか否かを正確に検出できる。

上記態様において、前記第２制御部は、前記正常状態にある場合、前記正常状態であることを示す状態信号を出力し、
前記状態検出部は、前記状態信号を監視することで、前記第２制御部の異常の有無を判定してもよい。

上記態様において、前記第１、第２制御部は、前記通信線を介して周期的に通信を行い、
前記通信異常検出部は、前記通信線において前記周期又は前記周期よりも長い一定時間以上、通信が行われなかった場合、前記通信異常と判定してもよい。

本態様によれば、第１、第２制御部は、定期的に通信を行うので、通信線において一定時間以上、通信が行われたか否かを検出することで、通信異常を正確に検出できる。

上記態様において、前記速度検出部及び前記第２制御部間を繋ぐ信号線を更に備え、
前記第２制御部は、前記旋回速度を前記信号線を介して取得して、前記零速度制御を行ってもよい。

本態様によれば、速度検出部及び第２制御部間は信号線で直接接続されているので、通信異常が発生したとしても、第２制御部は、速度検出部から信号線を介して旋回速度を取得でき、零速度制御を実現できる。

上記態様において、前記通信異常検出部は、前記通信異常を検出するために前記第１制御部に設けられた第１通信異常検出部と、前記通信異常を検出するために第２制御部に設けられた第２通信異常検出部とを備え、
前記状態検出部は、前記第１制御部に設けられ、前記第１通信異常検出部が前記通信異常を検出した場合、前記第２制御部が正常状態にあるか否かを判定し、
前記第２制御部は、前記第２通信異常検出部が前記通信異常を検出した場合、前記電動機を前記零速度制御してもよい。

本態様によれば、第１、第２制御部は、第１、第２通信異常検出部を備えているので、それぞれ、個別に通信異常を検出できる。そのため、第１制御部に設けられた状態判定部は、通信線を用いた通信を行わなくても、第１通信異常検出部から、直接、通信異常の発生に関する情報を取得できる。同様に、第２制御部は、第２通信異常検出部から、直接、通信異常の発生に関する情報を取得できる。ここで、第２制御部は、通信異常が発生すると無条件に零速度制御を実行するが、このとき、第２制御部は正常状態にあるので、上述したようにメカニカルブレーキは作動されない。これにより、零速度制御による制動トルクのみにより旋回体を制動させることができる。一方、第２制御部が異常状態にある場合、第２制御部は電動機を零速度制御できないが、このとき、上述したようにメカニカルブレーキが作動されるので、旋回体をメカニカルブレーキにより制動させることができる。

本発明によれば、第１、第２制御部間の通信異常が発生しても、旋回体に過大な制動トルクが付与されることを防止すると同時に、旋回体を確実に停止できる。

本発明の実施の形態における旋回制御装置が適用された建設機械の外観図である。 本発明の実施の形態１における旋回制御装置が適用された建設機械のシステム構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における第１制御部の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における第２制御部の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における旋回制御装置が適用された建設機械のシステム構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における第１制御部の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における旋回制御装置が適用された建設機械のシステム構成の一例を示すブロック図である。 状態信号の波形図を示す。

（実施の形態１）
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は、本発明の実施の形態における旋回制御装置が適用された建設機械１の外観図である。建設機械１は、ハイブリッドショベルで構成されているが、これは一例であり、油圧ショベル等のショベルカーで構成されてもよい。また、建設機械１としては、クレーン等の旋回体を備える建設機械であればどのような建設機械が採用されてもよい。

建設機械１は、クローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３（旋回体の一例）と、上部旋回体３に取り付けられた作業装置４とを備えている。

作業装置４は、上部旋回体３に対して起伏可能に取り付けられたブーム１５と、ブーム１５の先端部に対して揺動可能に取り付けられたアーム１６と、アーム１６の先端部に対して揺動可能に取り付けられたバケット１７とを備えている。

また、作業装置４は、上部旋回体３に対してブーム１５を起伏させるブームシリンダ１８と、ブーム１５に対してアーム１６を揺動させるアームシリンダ１９と、アーム１６に対してバケット１７を揺動させるバケットシリンダ２０とを備えている。上部旋回体３はオペレータが搭乗するキャビンを備えている。

図２は、本発明の実施の形態１における旋回制御装置が適用された建設機械１のシステム構成の一例を示すブロック図である。建設機械１は、エンジン１０１と、エンジン１０１の駆動軸Ｚ１に連結された発電電動機１０２及び油圧ポンプ１０３と、バッテリ１０９（蓄電部の一例）の充放電及び発電電動機１０２の駆動を制御する発電インバータ１０４と、バッテリ１０９の充放電及び旋回電動機１０６の作動を制御する第２制御部２２０と、旋回電動機１０６（電動機の一例）の旋回速度を検出する速度検出部１０５と、上部旋回体３を旋回させる旋回電動機１０６と、旋回電動機１０６を制動させるメカニカルブレーキ１０７と、メカニカルブレーキ１０７のブレーキ圧を検出するブレーキ圧センサ１０８と、発電電動機１０２及び旋回電動機１０６により発電された電力が充電可能なバッテリ１０９と、オペレータの操作が入力される操作部１１０と、操作部１１０の操作量を検出する操作量検出部１１１と、建設機械１を制御する第１制御部２１０とを備えている。

なお、図２において、第１制御部２１０、第２制御部２２０、速度検出部１０５、旋回電動機１０６、メカニカルブレーキ１０７、ブレーキ圧センサ１０８、操作部１１０、操作量検出部１１１は旋回制御装置を構成する。

エンジン１０１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される。発電電動機１０２は、エンジン１０１の動力により発電機として機能し、エンジン１０１の動力を電力に変換する。また、発電電動機１０２は、バッテリ１０９からの電力により電動機として機能し、エンジン１０１をアシストする。

油圧ポンプ１０３は、エンジン１０１の動力により駆動して、作動油を吐出する。油圧ポンプ１０３から吐出された作動油は、図略のコントロールバルブを介して図１に示すブームシリンダ１８〜バケットシリンダ２０に供給される。

発電インバータ１０４は、例えば、三相インバータで構成され、発電電動機１０２により変換された電力をバッテリ１０９に蓄電させる。また、発電インバータ１０４は、発電電動機１０２の発電機としての機能と、発電電動機１０２の電動機としての機能との切り換えを制御する。また、発電インバータ１０４は、第１制御部２１０の制御の下、発電電動機１０２のトルクを制御する。

速度検出部１０５は、例えば、旋回電動機１０６のロータの回転角度を検出するロータリエンコーダと、検出された回転角度を微分することで、旋回電動機１０６の回転速度を算出するプロセッサとで構成されている。そして、速度検出部１０５は、算出した回転速度を実旋回速度として、信号線Ｃ２を介して第２制御部２２０に出力する。

旋回電動機１０６は、例えば、３相モータで構成され、第２制御部２２０の制御の下、バッテリ１０９の電力により作動され、図１に示す上部旋回体３を旋回させる。

メカニカルブレーキ１０７は、例えば、油圧ポンプ１０３から吐出される駆動油によって作動する油圧ブレーキで構成され、旋回制御部２１４から出力されるブレーキ指令値にしたがって、旋回電動機１０６を制動させる。ここで、メカニカルブレーキ１０７は、例えば、旋回電動機１０６の回転軸に設けられたディスクを、ブレーキパッドで挟むことで上部旋回体３を制動させる。また、メカニカルブレーキ１０７は、制動を示すブレーキ指令値を受け付けた場合、旋回電動機１０６を制動させ、非制動を示すブレーキ指令値を受け付けた場合、旋回電動機１０６を開放させる。ブレーキ圧センサ１０８は、例えば、油圧センサで構成され、メカニカルブレーキ１０７の油圧をブレーキ圧として検出する。

バッテリ１０９は、発電インバータ１０４の制御の下、発電電動機１０２が発電した電力を蓄電する。また、バッテリ１０９は、第２制御部２２０の制御の下、旋回電動機１０６の回生電力を蓄電する。バッテリ１０９には、充放電経路１０９ｂ上に接続された電流センサ１０９ａ（電流検出部の一例）が設けられている。

操作部１１０は、例えば、操作レバー１１２を備え、上部旋回体３を旋回させるためのオペレータによる操作を受け付ける。ここで、操作部１１０は、操作レバー１１２の傾倒角度に応じてパイロット圧を変化させる。操作レバー１１２は、例えば、左右方向に傾倒可能に構成され、上部旋回体３を右方向に旋回させる場合、例えば、右方向に傾倒され、上部旋回体３を左方向に旋回させる場合、左方向に傾倒される。また、操作レバー１１２は傾倒量が０の場合を含む一定の角度範囲が中立範囲に設定されている。

操作量検出部１１１は、例えば、油圧センサで構成され、操作レバー１１２の傾倒量に応じて変化するパイロット圧を用いて、操作部１１０の操作量を検出する。具体的には、操作量検出部１１１は、操作レバーの右方向への傾倒量が中立範囲を超えて増大するにつれて、例えば正の方向に操作量を増大させ、操作レバーの左方向への傾倒量が中立範囲を超えて増大するにつれて、例えば負の方向に操作量を増大させる。ここで、操作量検出部１１１は、ポテンショメータで構成されてもよい。なお、操作量検出部１１１は、中立範囲以外の位置から中立範囲に操作レバー１１２が戻された場合、旋回停止の操作が入力されたことを検出する。

第１制御部２１０は、例えば、ＣＰＵ、書き換え可能なＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるマイクロコントローラで構成されている。そして、第１制御部２１０は、通信部２１１、通信異常検出部２１２、状態検出部２１３、及び旋回制御部２１４を備える。通信異常検出部２１２、状態検出部２１３、及び旋回制御部２１４は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで実現されてもよいし、専用のハードウェア回路で構成されてもよい。

通信部２１１は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の通信規格に準拠した通信モジュールで構成され、第１、第２制御部２１０、２２０を、通信線Ｃ１を介して相互に通信可能に接続する。本実施の形態では、通信部２１１は、特に、旋回制御部２１４が算出したトルク指令値を第２制御部２２０に送信すると共に、第２制御部２２０から、速度検出部１０５で検出された実旋回速度を受信する。

通信異常検出部２１２は、通信線Ｃ１を介して行われる通信の異常の有無を検出する。ここで、第１、第２制御部２１０、２２０は定期的に通信データを送受することで周期的に通信を行っている。したがって、通信異常検出部２１２は、通信部２１１からデータが送信されてから通信周期又は通信周期よりも長い一定時間以上、第２制御部２２０からの通信データを受信できなかった場合、通信異常が発生したと判定する。但し、これは一例であり、通信異常検出部２１２は、通信部２１１に問い合わせ信号を送信させ、第２制御部２２０からその問い合わせ信号に対する応答信号を一定時間内に受信できなかった場合に、通信異常が発生したと判定してもよい。通信異常が発生する原因としては、例えば、通信線Ｃ１の断線や、第２制御部２２０が異常状態になることが挙げられる。

状態検出部２１３は、第２制御部２２０が正常状態にあるか否かを検出する。ここで、状態検出部２１３は、電流センサ１０９ａが検出した充電電流値が所定の電流閾値より大きければ、第２制御部２２０は正常状態にあると判定し、充電電流値が、電流閾値より大きくなければ、第２制御部２２０は異常状態にあると判定する。電流閾値としては、例えば、第２制御部２２０が正常状態の場合に流れることが想定される充電電流値であり、実験的に得られた電流値が採用できる。第２制御部２２０が異常状態になる原因としては、第２制御部２２０を構成するＣＰＵや通信モジュールの異常や、インバータ回路２２４を構成する回路素子（例えば、コイル、抵抗、キャパシタ、トランジスタなど）の破損などが挙げられる。

旋回制御部２１４は、操作量検出部１１１が検出した操作量に応じた目標速度と、実旋回速度とが一致するように旋回電動機１０６を旋回させるトルク指令値を算出する。具体的には、旋回制御部２１４は、目標速度と実旋回速度との偏差に所定の係数を乗じた値を零に近づける比例制御を行う。算出されたトルク指令値は、通信部２１１により通信線Ｃ１を介して第２制御部２２０に送信される。また、目標速度は、操作量が正の方向に増大するにつれて、正の方向に、例えばリニアに増大され、操作量が負の方向に増大するにつれて、負の方向に、例えばリニアに増大される。

また、旋回制御部２１４は、実旋回速度が、実質的に０であることを示す所定の基準速度以下になると、メカニカルブレーキ１０７を作動させるブレーキ指令値を、信号線Ｃ３を介して、メカニカルブレーキに１０７に出力する。また、旋回制御部２１４は、実旋回速度が基準速度を超えると、メカニカルブレーキを非作動させるブレーキ指令値を、信号線Ｃ３を介して、メカニカルブレーキ１０７に出力する。更に、旋回制御部２１４は、ブレーキ圧センサ１０８が検出したブレーキ圧を信号線Ｃ４を介して、モニタすることで、メカニカルブレーキ１０７が実際に作動しているか否かを判定する。

通信線Ｃ１は、例えば、ＣＡＮの通信規格に準拠する通信ケーブルで構成されている。なお、本実施の形態では、第１、第２制御部２１０、２２０はＣＡＮで通信するとして説明したが、これは一例であり、ＣＡＮ以外の車載ネットワークが採用されてもよい。この場合、車載ネットワークの規格に応じた通信モジュールで通信部２１１、２２１は構成されればよい。

このように、速度検出部１０５で検出された実旋回速度は、第２制御部２２０及び通信線Ｃ１を介して第１制御部２１０に送信されるので、通信異常が発生すると、第１制御部２１０は実旋回速度を受信することができなくなる。その結果、第１制御部２１０は旋回電動機１０６を制御できなくなるので、通信異常が発生した場合、安全面から旋回電動機１０６を停止させる必要がある。

信号線Ｃ２は、例えば、速度検出部１０５及び第２制御部２２０間に接続され、速度検出部１０５が検出した実旋回速度を第２制御部２２０に出力する。これにより、通信異常が発生しても、第２制御部２２０は、信号線Ｃ２を介して実旋回速度を取得でき、零速度制御を実行できる。

信号線Ｃ３は、第１制御部２１０及びメカニカルブレーキ１０７に接続され、ブレーキ指令値をメカニカルブレーキ１０７に出力する。

信号線Ｃ４は、第１制御部２１０及びブレーキ圧センサ１０８間に接続され、ブレーキ圧センサが検出したブレーキ圧を第１制御部２１０に出力する。

第２制御部２２０は、例えば、１チップの集積回路で構成され、通信部２２１、通信異常検出部２２２、インバータ制御部２２３、及びインバータ回路２２４を備える。通信異常検出部２２２及びインバータ制御部２２３は、例えば、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで実現されてもよいし、専用のハードウェア回路で構成されてもよい。

通信部２２１は、通信部２１１と同じ通信モジュールで構成されている。通信異常検出部２２２は、通信線Ｃ１を介して行われる通信の異常の有無を検出する。なお、通信部２２１において通信異常を検出する処理の詳細は、通信部２１１と同じであるので、詳細な説明は省く。本実施の形態では、通信部２２１は、特に、速度検出部１０５が検出した実旋回速度を通信線Ｃ１を介して第２制御部２２０に送信する。

インバータ制御部２２３は、通信部２２１が受信したトルク指令値が示すトルクで旋回電動機１０６を作動させるＰＷＭ信号を生成し、インバータ回路２２４に出力する。ここで、インバータ制御部２２３は、旋回電動機１０６の回生時には、旋回電動機１０６で生成された回生電力がバッテリ１０９に供給されるようにインバータ回路２２４を制御し、旋回電動機１０６の力行時には、バッテリ１０９からの電力が旋回電動機１０６に供給されるようにインバータ回路２２４を制御する。

インバータ回路２２４は、例えば、３相インバータで構成される。ここで、インバータ回路２２４は、旋回電動機１０６の回生時には、インバータ制御部２２３から出力されたＰＷＭ信号にしたがって、旋回電動機１０６で生成された回生電力を直流電力に変換し、バッテリ１０９に供給する。また、インバータ回路２２４は、旋回電動機１０６の力行時には、インバータ制御部２２３ら出力されたＰＷＭ信号にしたがって、バッテリ１０９から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、旋回電動機１０６に供給する。

以上が本実施の形態における旋回制御装置の基本構成である。そして、本実施の形態の旋回制御装置は、以下の（１）又は（２）の制御を行うことを特徴とする。

（１）通信異常検出部２１２により通信異常が検出された場合、インバータ制御部２２３は、操作量に拘わらず、実旋回速度が零を保持するように旋回電動機１０６を制御する零速度制御を実行する。このとき、状態検出部２１３により第２制御部２２０が正常状態にあることが検出されていれば、旋回制御部２１４は、メカニカルブレーキ１０７を非作動にするブレーキ指令値を出力する。

（２）通信異常検出部２１２により通信異常が検出された場合、状態検出部２１３により第２制御部２２０が異常状態にあることが検出されていれば、旋回制御部２１４は、メカニカルブレーキ１０７を作動させるブレーキ指令値を出力する。

通信異常が検出された場合、第２制御部２２０が正常状態であれば、第２制御部２２０は零速度制御を実行できるので、メカニカルブレーキ１０７を作動させると、零速度制御の制動トルクとメカニカルブレーキ１０７の制動トルクとが上部旋回体３に付与されてしまう。そこで、本実施の形態は、（１）の制御を実行することで、メカニカルブレーキ１０７を非作動にし、上部旋回体３に過大な制動トルクが付与されることを防止している。

一方、通信異常が検出された場合、第２制御部２２０が異常状態であれば、第２制御部２２０は、零速度制御を実行できないので、上部旋回体３に制動トルクを付与することができない。そこで、本実施の形態は、（２）の制御を実行し、メカニカルブレーキ１０７を作動させる。これにより、上部旋回体３は、メカニカルブレーキ１０７の制動トルクによって停止される。

図３は、本発明の実施の形態１における第１制御部２１０の処理を示すフローチャートである。なお、図３のフローチャートは、建設機械１のエンジン１０１がＯＮされている間、繰り返し実行される。

まず、第１制御部２１０の通信異常検出部２１２が、通信異常の発生を検出すると（Ｓ３０１でＹＥＳ）、状態検出部２１３は、電流センサ１０９ａにバッテリ１０９を流れる電流値を検出させ、検出された電流値を取得する（Ｓ３０２）。次に、状態検出部２１３は、取得した電流値から充電電流値を決定し、決定した充電電流値が電流閾値よりも大きいか否かを判定する。

ここで、状態検出部２１３は、例えば、電流センサ１０９ａに一定時間内に測定された複数の充電電流値の平均値を算出し、算出した平均値を電流閾値と比較すればよい。また、状態検出部２１３は、電流の流れる方向から充電電流であるか否かを判定すればよい。例えば、電流センサ１０９ａが充電電流をプラスの電流値で検出し、放電電流をマイナスの電流値で検出するのであれば、状態検出部２１３は、プラスの電流値を充電電流値と判定すればよい。

充電電流値が電流閾値よりも大きければ（Ｓ３０３でＹＥＳ）、状態検出部２１３は、第２制御部２２０は正常状態にあると判定する。次に、旋回制御部２１４は、メカニカルブレーキ１０７に非作動のブレーキ指令値を出力し（Ｓ３０５）、処理をＳ３０１に戻す。

一方、充電電流値が電流閾値よりも大きくなければ（Ｓ３０３でＮＯ）、状態検出部２１３は、第２制御部２２０は異常と判定する。次に、旋回制御部２１４は、メカニカルブレーキに作動のブレーキ指令値を出力する（Ｓ３０４）。

通信異常が発生していないと判定されると（Ｓ３０１でＮＯ）、操作量検出部１１１は操作部１１０の操作量を検出する。次に、旋回制御部２１４は、実旋回速度を第２制御部２２０から取得することで、実旋回速度を検出する（Ｓ３０７）。

次に、旋回制御部２１４は、実旋回速度と操作量に応じた目標速度との偏差が零になるようにトルク指令値を算出する（Ｓ３０８）。例えば、操作量が中立範囲を示すのであれば、旋回制御部２１４は、目標速度を零に設定し、零速度制御を実現するためのトルク指令値を算出する。

次に、旋回制御部２１４は、実旋回速度と目標速度とに応じたブレーキ指令値を算出する（Ｓ３０９）。例えば、操作量が中立範囲を示すのであれば、旋回制御部２１４は、目標速度を零に設定し、実旋回速度が実質的に零を示す基準速度以下になるまで、非作動のブレーキ指令値を算出し、実旋回速度が基準速度以下になると作動のブレーキ指令値を算出する。

次に、旋回制御部２１４は、通信部２１１を用いて、算出したトルク指令値を第２制御部２２０に出力する（Ｓ３１０）。これにより、第２制御部２２０により、トルク指令値に応じたトルクで旋回電動機１０６が作動されることになる。

次に、旋回制御部２１４は、算出したブレーキ指令値を、信号線Ｃ３を介してメカニカルブレーキ１０７に出力し（Ｓ３１１）、処理をＳ３０１に戻す。これにより、作動のブレーキ指令値が送信されたのであれば、メカニカルブレーキ１０７が作動し、非作動のブレーキ指令値が送信されたのであれば、メカニカルブレーキ１０７は非作動になる。

図４は、本発明の実施の形態１における第２制御部２２０の処理を示すフローチャートである。なお、図４のフローチャートは建設機械１のエンジン１０１がＯＮされている間、繰り返し実行される。

まず、第２制御部２２０の通信異常検出部２２２が、通信異常の発生を検出すると（Ｓ４０１でＹＥＳ）、インバータ制御部２２３は、実旋回速度を零に保持する零速度制御を実行し（Ｓ４０２）、処理をＳ４０１に戻す。

一方、通信異常検出部２２２により通信異常の発生が検出されなければ（Ｓ４０１でＮＯ）、インバータ制御部２２３は、通信部２２１を用いて、第１制御部２１０から送信されたトルク指令値を受信する（Ｓ４０３）。次に、インバータ制御部２２３は、受信したトルク指令値にしたがって旋回電動機１０６を作動させ（Ｓ４０４）、処理をＳ４０１に戻す。

Ｓ４０２において、第２制御部２２０は、自身の通信異常検出部２２２により通信異常が検出されると、無条件に零速度制御を実行しているが、零速度制御が実行されるということは、第２制御部２２０が正常状態にあることを示している。

そのため、第１制御部２１０は、自身の通信異常検出部２１２により通信異常が検出された場合（Ｓ３０１でＹＥＳ）、第２制御部２２０は正常状態と判定し（Ｓ３０３でＹＥＳ）、非作動のブレーキ指令値を出力する（Ｓ３０５）。そのため、メカニカルブレーキ１０７は非作動となり、第２制御部２２０による零速度制御のみが実行され、上部旋回体３には零速度制御による制動トルクのみが付与される。その結果、過大の制動トルクが上部旋回体３に付与されることを防止できる。

一方、第１制御部２１０は、自身の通信異常検出部２１２が通信異常の発生を検出すると（Ｓ３０１でＹＥＳ）、第２制御部２２０が異常状態であれば（Ｓ３０３でＮＯ）、作動のブレーキ指令値を出力している（Ｓ３０４）。第２制御部２２０が異常状態であれば、第２制御部２２０は、図４のフローチャートを実行できないので、零速度制御も実行できない。そのため、上部旋回体３には、メカニカルブレーキ１０７の制動トルクのみが付与され、過大な制動トルクが付与されることが防止されている。

また、通信異常が発生した場合は、零速度制御による制動トルクとメカニカルブレーキ１０７による制動トルクとのいずれかの制動トルクが、必ず上部旋回体３に付与されるので、通信異常の発生時に上部旋回体３を確実に制動させることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２における旋回制御装置は、旋回加速度を用いて第２制御部２２０が正常状態であるか否かを検出することを特徴とする。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省く。

図５は、本発明の実施の形態２における旋回制御装置が適用された建設機械１のシステム構成の一例を示すブロック図である。図５において、図２との相違点は、第１制御部２１０に加速度算出部２１５及び加速度閾値記憶部２１６が設けられている点、速度検出部１０５及び第１制御部２１０間に信号線Ｃ５が更に設けられている点にある。信号線Ｃ５があるので、第１制御部２１０は、通信異常が発生しても、信号線Ｃ５を介して実旋回速度を取得し、旋回加速度を算出できる。

加速度算出部２１５は、速度検出部１０５で検出された実旋回速度を信号線Ｃ５を介して取得し、取得した実旋回速度を微分することで、旋回加速度を算出する。

状態検出部２１３は、通信異常が発生した場合、加速度算出部２１５で算出された旋回加速度（以下、「対象旋回加速度」と記述する。）が加速度閾値記憶部２１６に記憶された加速度閾値よりも小さければ、第２制御部２２０は正常状態にあると判定し、算出した対象旋回加速度が加速度閾値よりも小さくなければ、第２制御部２２０は異常状態にあると判定する。

加速度閾値としては、例えば、通信異常が発生していないときに、加速度算出部２１５が算出した旋回加速度の平均値が採用できる。或いは、加速度閾値としては、第２制御部２２０が正常状態にある場合において想定される予め定められた旋回加速度が採用できる。また、対象旋回加速度としては、通信異常の発生時から一定期間（数秒）内において算出された複数の旋回加速度の平均値が採用できる。

図６は、本発明の実施の形態２における第１制御部２１０の処理を示すフローチャートである。なお、図６のフローチャートにおいて、図３と同一の処理には同一の符号を付し、説明を省く。

Ｓ３０１に続くＳ６０１では、状態検出部２１３は、加速度算出部２１５において通信異常の発生後、一定期間に算出された複数の旋回加速度の平均値を、対象旋回加速度として算出する（Ｓ６０１）。

Ｓ６０２では、状態検出部２１３は、対象旋回加速度が加速度閾値より小さいか否かを判定する。対象旋回加速度が加速度閾値よりも小さければ（Ｓ６０２でＹＥＳ）、状態検出部２１３は、第２制御部２２０は正常状態にあると判定し、処理をＳ３０５に進める。一方、対象旋回加速度が加速度閾値よりも小さくなければ（Ｓ６０２でＮＯ）、状態検出部２１３は、第２制御部２２０は異常状態にあると判定し、処理をＳ３０４に進める。以降、図３と同じ処理が実行される。なお、実施の形態２において、第２制御部２２０の処理は図４と同じである。

第２制御部２２０が異常状態にある場合、第２制御部２２０は、旋回電動機１０６に適切な制動トルクを付与することが困難になるので、旋回加速度は、第２制御部２２０が正常状態にある場合に比べて、増大すると考えられる。

本実施の形態では、対象旋回加速度が加速度閾値より大きい場合、第２制御部２２０が異常状態にあると判定されているので、第２制御部２２０が異常状態にあるか否かを正確に検出できる。

（実施の形態３）
実施の形態１，２の旋回制御装置は、状態検出部２１３は、電流センサ１０９ａが検出した充電電流を用いて、第２制御部２２０の異常の有無を判定した。実施の形態３の旋回制御装置では、状態検出部２１３は、第２制御部２２０から出力される状態信号を監視することで、第２制御部２２０の異常の有無を判定する。

図７は、本発明の実施の形態３における旋回制御装置が適用された建設機械１のシステム構成の一例を示すブロック図である。

図７において、図２、図５との相違点は、第２制御部２２０のインバータ制御部２２３と第１制御部２１０の状態検出部２１３との間が信号線Ｃ６で接続されている点にある。インバータ制御部２２３は、第２制御部２２０が正常状態にある場合、「正常状態」であることを示す所定の電圧レベルを持つ状態信号を例えば定期的に状態検出部２１３に出力する。

図８は、状態信号の波形図を示し、縦軸は電圧、横軸は時間を示す。インバータ制御部２２３は、第２制御部２２０が正常状態であれば、「正常状態」の電圧レベルを持つ状態信号を定期的に出力できる。一方、インバータ制御部２２３は、第２制御部２２０に異常が発生すると、状態信号を出力できなくなる。この場合、状態検出部２１３には、電圧レベルが０の「異常状態」を示す状態信号が入力されることになる。

したがって、状態検出部２１３は、「正常状態」の電圧レベルの状態信号を受信してから、状態信号の送信周期に一定のマージンを加えた所定の判定期間が経過しても「正常状態」の電圧レベルの状態信号を受信できなければ、第２制御部２２０は「異常状態」と判定する。一方、状態検出部２１３は、「正常状態」の電圧レベルの状態信号を受信してから、判定期間が経過するまでに「正常状態」の電圧レベルの状態信号を受信できれば、第２制御部２２０は「正常状態」と判定する。

このように、実施の形態３の旋回制御装置によれば、第２制御部２２０の状態を直接監視することで、第２制御部２２０の異常の有無を判定できる。

（変形例１）
なお、実施の形態１〜３では、通信異常検出部２１２、２２２は、第１、第２制御部２１０、２２０に設けられていたが、これは一例であり、第１、第２制御部２１０、２２０の外部に設けられていてもよい。この場合、通信異常検出部２１２、２２２は１つのブロックで構成されてもよい。

（変形例２）
また、状態検出部２１３は、第１制御部２１０に設けられていたが、第１制御部２１０の外部に設けられていてもよい。

Ｃ１ 通信線
Ｃ２ 信号線
１ 建設機械
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 作業装置
１０５ 速度検出部
１０６ 旋回電動機
１０７ メカニカルブレーキ
１０８ ブレーキ圧センサ
１０９ バッテリ
１０９ａ 電流センサ
１０９ｂ 充放電経路
１１０ 操作部
１１１ 操作量検出部
１１２ 操作レバー
２１０ 第１制御部
２１１ 通信部
２１２ 通信異常検出部
２１３ 状態検出部
２１４ 旋回制御部
２１５ 加速度算出部
２１６ 加速度閾値記憶部
２２０ 第２制御部
２２１ 通信部
２２２ 通信異常検出部
２２３ インバータ制御部
２２４ インバータ回路

Claims (6)

1. 旋回体と、前記旋回体を旋回させるための操作が入力される操作部とを備える建設機械の旋回制御装置であって、
   前記旋回体を旋回駆動する電動機と、
   前記旋回体を制動させるメカニカルブレーキと、
   前記電動機の旋回速度を検出する速度検出部と、
   前記操作部の操作量を検出する操作量検出部と、
   前記旋回速度及び前記操作量に応じて前記メカニカルブレーキを制御すると共に、前記操作量に応じた目標速度に前記旋回速度が一致するように前記電動機を旋回させるトルク指令値を出力する第１制御部と、
   前記トルク指令値を前記第１制御部から受信し、前記受信したトルク指令値に応じたトルクで前記電動機を作動させる第２制御部と、
   前記第１制御部及び前記第２制御部間を通信可能に接続する通信線と、
   前記通信線を介して行われる通信の異常の有無を検出する通信異常検出部と、
   前記第２制御部が正常状態であるか否かを検出する状態検出部とを備え、
   前記第２制御部は、前記通信異常検出部により通信異常が検出された場合、前記旋回速度が零になるように前記電動機を零速度制御し、
   前記第１制御部は、前記通信異常検出部により通信異常が検出された場合、前記状態検出部により前記第２制御部が正常状態にあることが検出されていれば、前記メカニカルブレーキを非作動にし、前記状態検出部により前記第２制御部が異常状態にあることが検出されていれば、前記メカニカルブレーキを作動させる旋回制御装置。
2. 前記電動機で発生する回生電力を蓄電する蓄電部と、
   前記蓄電部に供給される充電電流を検出する電流検出部とを更に備え、
   前記状態検出部は、前記電流検出部により検出された充電電流値が、所定の電流閾値より大きければ、前記第２制御部は正常状態にあると判定し、前記充電電流値が、前記電流閾値より大きくなければ、前記第２制御部は異常状態にあると判定する請求項１記載の旋回制御装置。
3. 前記第２制御部は、前記正常状態にある場合、前記正常状態であることを示す状態信号を出力し、
   前記状態検出部は、前記状態信号を監視することで、前記第２制御部の異常の有無を判定する請求項１記載の旋回制御装置。
4. 前記第１、第２制御部は、前記通信線を介して周期的に通信を行い、
   前記通信異常検出部は、前記通信線において前記周期又は前記周期よりも長い一定時間以上、通信が行われなかった場合、前記通信異常と判定する請求項１〜３のいずれかに記載の旋回制御装置。
5. 前記速度検出部及び前記第２制御部間を繋ぐ信号線を更に備え、
   前記第２制御部は、前記旋回速度を前記信号線を介して取得して、前記零速度制御を行う請求項１〜４のいずれかに記載の旋回制御装置。
6. 前記通信異常検出部は、前記通信異常を検出するために前記第１制御部に設けられた第１通信異常検出部と、前記通信異常を検出するために第２制御部に設けられた第２通信異常検出部とを備え、
   前記状態検出部は、前記第１制御部に設けられ、前記第１通信異常検出部が前記通信異常を検出した場合、前記第２制御部が正常状態にあるか否かを判定し、
   前記第２制御部は、前記第２通信異常検出部が前記通信異常を検出した場合、前記電動機を前記零速度制御する請求項１〜５のいずれかに記載の旋回制御装置。
   

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