JP2020012318A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 油圧アクチュエータの速度を調整することができる建設機械を提供する。【解決手段】 コントローラ４１は、パイロット圧を減圧するための圧力指示値Ｐ2を演算するパイロット減圧制御部４４と、圧力指示値Ｐ2を調整するための補正量ΔＰを求めるパイロット減圧調整部４５と、を備えている。パイロット減圧調整部４５は、操作装置１１の操作量に基づいて油圧アクチュエータが動作を開始したことを判定し、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmに基づいて油圧アクチュエータが終端位置に到達したことを判定し、油圧アクチュエータが動作を開始してから終端位置に到達するまでの動作時間Ｔ1を計測し、動作時間Ｔ1と予め決められた基準時間Ｔ0との時間差ΔＴを減少させる補正量ΔＰを求める。【選択図】 図６

Description

本発明は、例えば油圧ショベルのような建設機械に関する。

一般に、建設機械としての油圧ショベルは、動力源であるエンジンと、エンジンによって駆動する油圧ポンプと、油圧ポンプの吐出圧により作動する油圧アクチュエータとを備えている。このとき、油圧アクチュエータは、例えばブーム機構を駆動するブームシリンダと、アーム機構を駆動するアームシリンダと、バケット機構を駆動するバケットシリンダとを含んでいる。

このような油圧ショベルでは、例えば油圧部品の製造誤差や経年劣化といった要因で、油圧アクチュエータの速度にばらつきが生じることがある。この場合、油圧ショベル毎に作業量がばらつく可能性がある。これに加え、油圧ショベル毎の動作速度に差異が生じることがある。そこで、機械の品質を一定に保つために、車体出力を調整する方法が知られている（特許文献１）。

特許文献１に記載された調整方法では、油圧ポンプレギュレータに対して、最小ポンプ流量から最大ポンプ流量まで変化させたときの油圧ポンプの吐出圧を計測する。この計測した吐出圧に基づいて、実流量と指示値との差を吸収するように、油圧ポンプレギュレータ制御を校正している。

特開２０１４−１７７９６９号公報

ところで、特許文献１には、油圧ポンプレギュレータ制御を校正することが記載されている。この場合、油圧ポンプの吐出圧を調整するから、フロント機構全体の速度は調整可能である。

しかしながら、ブーム、アーム、バケットからなるフロント機構の動作を調整するためには、動力源である油圧ポンプの吐出圧を校正するだけでは不十分である。即ち、ブーム、アーム、バケットについて、それぞれの速度にばらつきが生じた場合には、フロント機構の動作バランスが崩れる。複雑なフロント機構の動作バランスを崩さずに速度調整するためには、フロント機構であるブーム、アーム、バケット毎に速度を校正することが必要になる。これに対し、従来技術のように油圧ポンプの吐出圧を調整した場合には、フロント機構が備える複数の油圧アクチュエータ（ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ）の速度を個別に調整することができない。このため、複数の油圧アクチュエータの動作速度を所望のバランスに調整することができないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、油圧アクチュエータの速度を調整することができる建設機械を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する油圧アクチュエータと、操作装置のパイロット圧に応じて前記油圧アクチュエータに圧油を供給する制御弁と、コントローラによって制御され前記パイロット圧の調整が可能な電磁弁と、を備えた建設機械において、前記コントローラは、前記油圧アクチュエータの負荷と前記操作装置の操作量とに基づいて前記パイロット圧を減圧するための圧力指示値を演算するパイロット減圧制御部と、前記操作装置の操作量と前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて前記パイロット減圧制御部で求めた前記圧力指示値を調整するための補正量を求めるパイロット減圧調整部と、を備え、前記パイロット減圧調整部は、前記操作装置の操作量に基づいて前記油圧アクチュエータが動作を開始したことを判定し、前記油圧ポンプの吐出圧に基づいて前記油圧アクチュエータが終端位置に到達したことを判定し、前記油圧アクチュエータが動作を開始してから前記終端位置に到達するまでの動作時間を計測し、前記動作時間と予め決められた基準時間との時間差を減少させる前記補正量を求めることを特徴としている。

本発明によれば、操作装置の操作量と油圧ポンプの吐出圧とを検出することによって、油圧アクチュエータの速度を調整することができる。また、油圧アクチュエータを短時間動作させることによって、必要な補正量を求めることができる。このため、短時間の調整作業によって、油圧アクチュエータの速度を調整することができる。

本発明の実施の形態による油圧ショベルを示す正面図である。 図１中のキャブ内を示す要部斜視図である。 図２中のモニタ装置を示す正面図である。 油圧ショベルに適用する油圧システムを示すブロック図である。 アームシリンダを駆動する油圧システムを示す油圧回路図である。 コントローラの構成を示すブロック図である。 シリンダ推力およびパイロット圧から開口面積を求める特性マップの説明図である。 開口面積から圧力指示値を求める特性マップの説明図である。 アームシリンダの動作時間から補正量を求める特性マップを示す説明図である。 圧力補正値から電流指示値を求める特性マップを示す説明図である。 補正開始判定処理を示すフローチャートである。 補正量演算処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態による建設機械として、油圧ショベルを例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

ここで、図１ないし図１２は本発明の実施の形態を示している。図１および図２に示すように、油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、移動手段となる下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、上部旋回体４の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置５とを備えている。下部走行体２は、走行動作を行うための油圧モータ２Ａを備えている。旋回装置３は、旋回動作を行うための油圧モータ３Ａを備えている。なお、下部走行体２としてクローラ式を例示したが、ホイール式でもよい。

上部旋回体４は、旋回フレーム６上に設けられエンジン２０等が収容された建屋カバー７と、運転席８を内包するキャブ９とを備えている。モニタ装置１０は、運転席８の前方に位置して、キャブ９内に設けられている。モニタ装置１０は、コントローラ４１に接続されている。モニタ装置１０は、コントローラ４１からの信号を受信して、機械の稼動情報を表示する。図３に示すように、モニタ装置１０は、作業装置５の速度を調整した場合に、その調整結果を表示する。モニタ装置１０は、ボタン、タッチパネル等の入力装置を備えてもよい。この場合、モニタ装置１０によって、コントローラ４１の各種の処理を操作してもよい。操作装置１１は、例えば操作レバー、操作ペダルからなり、運転席８の周囲に位置して、キャブ９内に設けられている。エンジン制御ダイヤル１２は、エンジン２０の目標回転数を設定するものであり、キャブ９内に設けられている。

作業装置５は、フロントアクチュエータ機構である。作業装置５は、例えばブーム５Ａ、アーム５Ｂ、バケット５Ｃと、これらを駆動するブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆとによって構成されている。作業装置５は、旋回フレーム６に取付けられ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆを伸長または縮小することによって、俯仰の動作を行う。なお、図１には、バケット５Ｃを使用した場合を例示したが、バケット５Ｃ以外でもブレーカ等の各種アタッチメントを使用してもよい。

図２に示すように、操作装置１１は、例えばキャブ９内の運転席８の両脇に設けられ、作業用および旋回用の操作レバー１１Ａを含んでいる。これらの操作レバー１１Ａは、任意の方向へ傾転操作されることで、作業装置５の駆動操作と、旋回装置３の旋回操作とを行う。また、操作装置１１は、運転席８の前側に位置して、下部走行体２の走行操作を行うための操作レバー１１Ｂおよび操作ペダル１１Ｃも含むものである。

ゲートロックレバー１３は、運転席８よりもキャブ９の出入口側に位置して、キャブ９内に設けられている。具体的には、ゲートロックレバー１３は、運転席８の左横に配置されている。ゲートロックレバー１３は、上下方向に傾転操作が可能である。ゲートロックレバー１３が上がっている状態は、ロック状態であり、エンジン稼動中に操作装置１１を倒しても車体が動作不能な状態である。一方、エンジン稼動中にゲートロックレバー１３を下げると、車体の動作が可能となる。

次に、油圧ショベル１に搭載された、作業装置５等の動作を制御する油圧システムの構成について、図４を参照して説明する。

エンジン２０は、旋回フレーム６に搭載されている。エンジン２０は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。ここで、エンジン２０の作動はエンジンコントロールユニット２１（以下、ＥＣＵ２１という）によって制御されている。ＥＣＵ２１は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。ＥＣＵ２１は、コントローラ４１からのエンジン出力指令に基づいて、エンジン２０の出力トルク、回転速度（エンジン回転数）等を制御する。

油圧ポンプ２２（メインポンプ）は、エンジン２０に機械的に接続されている。油圧ポンプ２２は、エンジン２０によって駆動される。油圧ポンプ２２は、タンク２３内に貯溜された作動油を加圧し、下部走行体２の油圧モータ２Ａと、旋回装置３の油圧モータ３Ａと、作業装置５のシリンダ５Ｄ〜５Ｆとに圧油として吐出する。このとき、シリンダ５Ｄ〜５Ｆは、油圧アクチュエータを構成している。シリンダ５Ｄ〜５Ｆは、油圧ポンプ２２から吐出される圧油によって作動する。同様に、走行用の油圧モータ２Ａおよび旋回用の油圧モータ３Ａは、油圧ポンプ２２から吐出される圧油によって作動する。

油圧ポンプ２２は、例えば斜板式または斜軸式の可変容量型油圧ポンプによって構成され、斜板または斜軸の傾転角に応じて容量が調整可能となっている。油圧ポンプレギュレータ２４は、例えば斜板の傾転角を制御する傾転制御アクチュエータであり、油圧ポンプ２２に設けられている。油圧ポンプ２２から吐出される圧油は、制御弁３０を含む油圧回路２６に送られる。圧油は油圧回路２６によって、その流量と方向を制御されて、油圧モータ２Ａ，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆに供給される。

エンジン２０および油圧ポンプ２２は、後述するコントローラ４１によって制御される。コントローラ４１は、例えば操作装置１１の操作量、エンジン制御ダイヤル１２の調整量、油圧ポンプ２２の吐出圧等に基づいて、目標エンジン回転数および目標ポンプ流量を算出する。目標エンジン回転数は、ＥＣＵ２１に出力される。ＥＣＵ２１は、目標エンジン回転数に従って、エンジン２０の燃料噴射量を制御する。目標ポンプ流量は、電流指示値に変換され、油圧ポンプ２２用の電磁比例弁２５に出力される。電磁比例弁２５は、電流指示値に応じて、油圧ポンプレギュレータ２４を駆動し、油圧ポンプ２２の傾転角を変化させる。これにより、油圧ポンプ２２の出力が制御される。

図５に、油圧ショベル１の油圧システムの一部分を示す。実際の油圧システムは、油圧モータ２Ａ，３Ａ、シリンダ５Ｄ〜５Ｆ毎に制御弁３０および電磁弁４０を備えている。

以降の説明を簡略化するために、操作対象の油圧アクチュエータはアームシリンダ５Ｅのみとする。また、電磁弁４０は、アームシリンダ５Ｅが伸長するときの速度（伸長速度）を調整するものとする。

制御弁３０は、油圧ポンプ２２とアームシリンダ５Ｅとの間に位置して主管路３１Ａ，３１Ｂの途中に設けられている。主管路３１Ａ，３１Ｂは、油圧ポンプ２２とタンク２３をアームシリンダ５Ｅに接続する一対の油路である。制御弁３０は、油圧パイロット式の方向制御弁によって構成され、一対の油圧パイロット部３０Ａ，３０Ｂを備えている。制御弁３０は、パイロット弁３８からのパイロット圧によって、中立位置（ｃ）から切換位置（ａ），（ｂ）に切換えられる。

制御弁３０は、操作装置１１のパイロット圧に応じて、アームシリンダ５Ｅに圧油を供給する。具体的には、制御弁３０は、スプール弁によって構成され、油圧パイロット部３０Ａ，３０Ｂに供給される操作装置１１のパイロット圧に応じて、スプール（図示せず）が移動する。これにより、制御弁３０は、操作装置１１のパイロット圧に応じて、弁開度となる開口面積が変化する。例えば操作装置１１のパイロット圧が高く、制御弁３０の開口面積が大きい場合、アームシリンダ５Ｅの動作速度は、速くなる。操作装置１１のパイロット圧が低く、制御弁３０の開口面積が小さい場合、アームシリンダ５Ｅの動作速度は、遅くなる。

高圧側のリリーフ弁３２は、制御弁３０よりも上流側（油圧ポンプ２２側）に位置して主管路３１Ａ，３１Ｂに接続されている。リリーフ弁３２は、常時は閉弁している。リリーフ弁３２は、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmがリリーフ圧を超えたときに開弁する。これにより、リリーフ弁３２は、メインの油圧ポンプ２２による圧油の最高吐出圧を設定し、これ以上の過剰圧をタンク側にリリーフする。

吐出圧センサ３３は、制御弁３０よりも上流側（油圧ポンプ２２に近い側）に設けられている。吐出圧センサ３３は、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmを検出する。吐出圧センサ３３は、検出した吐出圧Ｐmをコントローラ４１に出力する。

シリンダボトム圧センサ３４は、アームシリンダ５Ｅのボトム側油室に接続して設けられている。シリンダボトム圧センサ３４は、アームシリンダ５Ｅのボトム側油室の圧力であるシリンダボトム圧Ｐbを検出する。シリンダボトム圧センサ３４は、検出したシリンダボトム圧Ｐbをコントローラ４１に出力する。

シリンダロッド圧センサ３５は、アームシリンダ５Ｅのロッド側油室に接続して設けられている。シリンダロッド圧センサ３５は、アームシリンダ５Ｅのロッド側油室の圧力であるシリンダロッド圧Ｐrを検出する。シリンダロッド圧センサ３５は、検出したシリンダロッド圧Ｐrをコントローラ４１に出力する。

パイロットポンプ３６は、エンジン２０に機械的に接続されている。パイロットポンプ３６は、エンジン２０によって駆動される。パイロットポンプ３６は、パイロット弁３８を介して制御弁３０の油圧パイロット部３０Ａ，３０Ｂにパイロット圧を供給する。パイロットポンプ３６の吐出側には、低圧側のリリーフ弁３７が接続されている。リリーフ弁３７は、パイロットポンプ３６の最高吐出圧を設定し、これ以上の過剰圧を作動油タンク側にリリーフする。

パイロット弁３８は、減圧弁型のパイロット操作弁である。パイロット弁３８は、例えば油圧ショベル１のキャブ９内に設けられ、オペレータによって傾転操作される操作装置１１（操作レバー１１Ａ）に設けられている。パイロット弁３８は、そのポンプポートがパイロットポンプ３６に接続され、タンクポートが作動油のタンク２３に接続されている。また、パイロット弁３８の出力ポートは、パイロット管路３９Ａ，３９Ｂを介して制御弁３０の油圧パイロット部３０Ａ，３０Ｂに接続されている。

そして、パイロット弁３８は、オペレータが操作装置１１を傾転操作したときに、その操作量に対応したパイロット圧をパイロット管路３９Ａ，３９Ｂを通じて制御弁３０の油圧パイロット部３０Ａ，３０Ｂに供給する。これにより、制御弁３０は、図５に示す中立位置（ｃ）から切換位置（ａ），（ｂ）のいずれかに切換えられる。

パイロット弁３８は、パイロット圧Ｐ1を検出するパイロット圧センサ３８Ａを備えている。パイロット圧センサ３８Ａは、パイロット管路３９Ａに接続され、パイロット管路３９Ａに供給されるパイロット圧Ｐ1を検出する。パイロット圧センサ３８Ａは、検出したパイロット圧Ｐ1をコントローラ４１に出力する。

電磁弁４０は、コントローラ４１によって制御され、パイロット圧Ｐ1の調整が可能となっている。電磁弁４０は、パイロット管路３９Ａの途中に設けられている。電磁弁４０は、その弁開度に応じて、アームシリンダ５Ｅの伸長速度を調整する。

電磁弁４０は、常時は開弁している。即ち、電磁弁４０は、コントローラ４１からの電流（減圧指令）が供給されない場合、図２に示す連通位置（ｄ）に保持されている。そして、電磁弁４０は、連通位置（ｄ）に保持されている間、パイロット弁３８から制御弁３０の油圧パイロット部３０Ａに向けてパイロット圧Ｐ1が供給されるのを許す。このとき、制御弁３０は、パイロット圧Ｐ1に応じて、切換制御させる。

また、電磁弁４０は、コントローラ４１からの電流が供給された場合、連通位置（ｄ）から遮断位置（ｅ）に向けて切換えられる。このとき、電磁弁４０は、コントローラ４１から供給される電流に応じて、弁開度が設定される。これにより、電磁弁４０は、コントローラ４１から供給される電流に応じて、制御弁３０の油圧パイロット部３０Ａに供給するパイロット圧Ｐ1を調整（減圧）することができる。

コントローラ４１は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。コントローラ４１は、２つの記憶部４２，４３を備えている。一方の記憶部４２は、例えば読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）によって構成され、図１１に示す補正開始判定処理のプログラムと、図１２に示す補正量演算処理のプログラムを記憶している。他方の記憶部４３は、例えば不揮発性メモリによって構成され、パイロット減圧調整量としての補正量ΔＰを記憶している。

コントローラ４１は、記憶部４２に記憶された補正開始判定処理および補正量演算処理のプログラムを実行する。コントローラ４１は、電磁弁４０にパイロット減圧指令としての電流指令値Ｉに応じた電流を供給し、電磁弁４０の弁開度を調整する。これにより、コントローラ４１は、電磁弁４０を用いて、パイロット圧Ｐ1を調整する。図６に示すように、コントローラ４１は、パイロット減圧制御部４４と、パイロット減圧調整部４５と、を備えている。

パイロット減圧制御部４４は、油圧アクチュエータとなるアームシリンダ５Ｅの負荷と操作装置１１の操作量とに基づいて、パイロット圧を減圧するための圧力指示値Ｐ2を演算する。パイロット減圧制御部４４は、シリンダ推力演算部４４Ａと、開口面積演算部４４Ｂと、圧力指示値演算部４４Ｃとを備えている。

シリンダ推力演算部４４Ａは、アームシリンダ５Ｅの負荷として、アームシリンダ５Ｅのシリンダ推力Ｆを算出する。シリンダ推力演算部４４Ａには、シリンダボトム圧センサ３４によって検出されたシリンダボトム圧Ｐbと、シリンダロッド圧センサ３５によって検出されたシリンダロッド圧Ｐrとが入力される。シリンダ推力演算部４４Ａは、以下の数１の式に基づいて、シリンダボトム圧Ｐbとシリンダロッド圧Ｐrとから、シリンダ推力Ｆを算出する。数１の式中で、Ａbはシリンダボトム受圧面積を示し、Ａrはシリンダロッド受圧面積を示している。

開口面積演算部４４Ｂは、シリンダ推力Ｆと、操作装置１１の操作量としてのパイロット圧Ｐ1とに基づいて、図７に示す特性マップＭ1を参照して、制御弁３０の開口面積Ｓを算出する。パイロット圧Ｐ1が低い場合には、制御弁３０の開口面積Ｓは小さくなる。パイロット圧Ｐ1が高い場合には、制御弁３０の開口面積Ｓは大きくなる。シリンダ推力Ｆが小さい場合には、制御弁３０の開口面積Ｓは小さくなる。シリンダ推力Ｆが大きい場合には、制御弁３０の開口面積Ｓは大きくなる。

圧力指示値演算部４４Ｃは、図８に示す特性マップＭ2を参照して、開口面積Ｓから油圧パイロット部３０Ａに供給するパイロット圧の圧力指示値Ｐ2を算出する。パイロット減圧制御部４４は、シリンダ推力Ｆを保持するためのパイロット圧の圧力指示値Ｐ2を算出する。このとき、圧力指示値Ｐ2は、制御弁３０の開口面積Ｓに対応した値になっている。制御弁３０の開口面積Ｓが小さい場合には、圧力指示値Ｐ2は小さくなる。制御弁３０の開口面積Ｓが大きい場合には、圧力指示値Ｐ2は大きくなる。即ち、圧力指示値Ｐ2は、開口面積Ｓが増加するに従って、連続的に増加する。

パイロット減圧調整部４５は、操作装置１１の操作量としてのパイロット圧Ｐ1と油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmとに基づいて、パイロット減圧制御部４４で求めた圧力指示値Ｐ2を調整するためのパイロット圧の補正量ΔＰを求める。パイロット減圧調整部４５は、操作装置１１の操作量に基づいてアームシリンダ５Ｅ（油圧アクチュエータ）が動作を開始したことを判定し、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmに基づいてアームシリンダ５Ｅが終端位置に到達したことを判定する。パイロット減圧調整部４５は、アームシリンダ５Ｅが動作を開始してから終端位置に到達するまでの動作時間Ｔ1を計測し、動作時間Ｔ1と予め決められた基準時間Ｔ0との時間差ΔＴを減少させる補正量ΔＰを求める。

パイロット減圧調整部４５は、操作装置１１の操作によってアームシリンダ５Ｅ（油圧アクチュエータ）が動作を開始してから終端位置に到達するまでの動作時間を計測する動作時間計測部４５Ａと、動作時間Ｔ1と基準時間Ｔ0との時間差ΔＴを演算する減算部４５Ｂと、時間差ΔＴに基づいて補正量ΔＰを求める補正量演算部４５Ｃとを備えている。

動作時間計測部４５Ａは、アームシリンダ５Ｅの動作速度（伸長速度）に応じた動作時間Ｔ1を計測する。このとき、動作時間計測部４５Ａは、作業装置５を予め決められた初期姿勢とした状態から操作装置１１を最大操作した場合に、アームシリンダ５Ｅが動作を開始してから終端位置に到達するまで動作時間Ｔ1を計測する。具体的には、動作時間計測部４５Ａは、パイロット圧Ｐ1に基づいてアームシリンダ５Ｅが動作を開始したことを判定し、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmに基づいてアームシリンダ５Ｅが終端位置に到達したことを判定し、操作装置１１の操作によってアームシリンダ５Ｅが動作を開始してから終端位置に到達するまでの動作時間Ｔ1を計測する。

減算部４５Ｂは、動作時間Ｔ1から予め決められた基準時間Ｔ0を減算し、時間差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ1−Ｔ0）を求める。このとき、基準時間Ｔ0は、アームシリンダ５Ｅの基準となる動作速度に対応している。基準時間Ｔ0は、作業装置５の仕様によって決められている。基準時間Ｔ0は、例えば記憶部４３に予め記憶されている。例えば作業装置５の仕様を変更したときには、基準時間Ｔ0は、異なる値に更新される。

補正量演算部４５Ｃは、時間差ΔＴを圧力に変換してパイロット圧の補正量ΔＰを求める。具体的には、補正量演算部４５Ｃは、図９に示す特性マップＭ3に基づいて、時間差ΔＴをパイロット圧の補正量ΔＰに変換する。

時間差ΔＴが正の値の場合、動作時間Ｔ1が基準時間Ｔ0よりも大きく、アームシリンダ５Ｅの速度が遅い。この場合、補正量演算部４５Ｃは、時間差ΔＴの絶対値が小さくなるように、圧力指示値Ｐ2を増加させる補正値ΔＰを算出する。

一方、時間差ΔＴが負の値の場合、動作時間Ｔ1が基準時間Ｔ0よりも小さく、アームシリンダ５Ｅの速度が速い。この場合、補正量演算部４５Ｃは、時間差ΔＴの絶対値が小さくなるように、圧力指示値Ｐ2を減少させる補正値ΔＰを算出する。

コントローラ４１は、加算部４６と、圧力・電流変換部４７とを備えている。加算部４６は、パイロット減圧制御部４４から出力される圧力指示値Ｐ2に、パイロット減圧調整部４５から出力される補正値ΔＰを加算して、圧力補正値Ｐ3を算出する（Ｐ3＝Ｐ2＋ΔＰ）。圧力・電流変換部４７は、圧力補正値Ｐ3をパイロット減圧指令となる電流指令値Ｉに変換する。具体的には、圧力・電流変換部４７は、図１０に示す特性マップＭ4に基づいて、圧力補正値Ｐ3から電流指令値Ｉを求める。このとき、圧力補正値Ｐ3が大きい場合には、電磁弁４０の弁開度を大きくするために、電流指令値Ｉは小さくなる。圧力補正値Ｐ3が小さい場合には、電磁弁４０の弁開度を小さくするために、電流指令値Ｉは大きくなる。

例えば、アームシリンダ５Ｅ（油圧アクチュエータ）の作動を制限しない場合、圧力補正値Ｐ3を高く設定することで、電流指令値Ｉが抑えられる。この場合、パイロット圧に制限はかからない。一方で、アームシリンダ５Ｅの作動を制限する場合、圧力補正値Ｐ3を徐々に低く設定していくことで、電流指令値Ｉが増加する。この場合、パイロット減圧用の電磁弁４０が駆動され、電磁弁４０は、パイロット圧Ｐ1を抑制する方向に動作する。この特性によれば、あるレバー領域まで減圧せずに、アームシリンダ５Ｅを作動させる。フルレバー操作に近付くに従って、アームシリンダ５Ｅの作動に影響を与えない範囲で、パイロット圧Ｐ1を徐々に絞る。これにより、燃費低減を図ることができる。

コントローラ４１は、パイロット減圧調整部４５によって算出した補正量ΔＰを記憶部４３に記憶する。コントローラ４１は、パイロット減圧調整部４５と記憶部４３とのうちいずれかを選択して、加算部４６に入力する選択スイッチ４８を備えている。コントローラ４１は、例えばコンピュータのような外部装置５０が接続可能となっている。コントローラ４１は、外部装置５０からの開始トリガによって補正量ΔＰを算出する。この場合、選択スイッチ４８は、パイロット減圧調整部４５を加算部４６に接続する。それ以外の場合には、選択スイッチ４８は、記憶部４３を加算部４６に接続する。このため、通常の使用状態では、コントローラ４１は、記憶部４３に記憶された補正量ΔＰに基づいて、電流指令値Ｉを算出する。

次に、外部装置５０からの開始トリガによって補正量ΔＰを演算する場合について、図１１および図１２を参照して説明する。

パイロット圧の補正量ΔＰの演算処理を実行する作業状況は、例えば機械組立直後が想定される。作業者が外部装置５０から油圧ショベル１に搭載されたコントローラ４１にアクセスして、補正量ΔＰの演算処理を実行するための作業準備に入る。例えば、機械組立後に行われる試験のために普段から利用しているサービスツール（外部装置５０）があれば、そのツールにフロント速度の補正メニューを追加しておき、外部装置５０から開始ボタンを押下して、補正を実行させる。

図１１は補正開始判定処理のフローチャートを示している。作業者が外部装置５０から例えばシリアル通信、ＣＡＮ通信によってコントローラ４１にアクセスし、パイロット減圧調整部４５の処理が作動する。

ステップＳ１で、外部装置５０による開始トリガが有効であるか否かを判定する。開始トリガは、例えば外部装置５０から受信した開始ボタンの押下情報である。モニタ装置１０にタッチパネル操作によって補正量ΔＰの演算を開始する場合には、開始トリガは、モニタ装置１０の表示装置の操作情報である。開始トリガが有効である場合には、ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ２に遷移する。

ステップＳ２では、機械に異常が無いか否かを判定する。例えば各種センサ（吐出圧センサ３３、パイロット圧センサ３８Ａ、シリンダボトム圧センサ３４、シリンダロッド圧センサ３５）に断線や短絡が生じている場合、または、機械自体に重大な異常がある場合には、正確なフロント速度（アームシリンダ５Ｅの速度）を測定することができない可能性がある。このため、機械に故障が無いことを、補正量ΔＰの演算を開始するための条件の１つとしている。機械に異常がないときには、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ３に遷移する。

ステップＳ３では、エンジン回転数が規定値以上であるか否かを判定する。フロント速度は、エンジン出力が高い状態で測定することが望ましい。このため、エンジン回転数をハイアイドルにしているかどうかを判定する必要がある。従って、エンジン回転数の規定値は、例えば、車体が高出力を出すために必要な回転数（ハイアイドルの回転数）を設定する。エンジン回転数が規定値以上であるときには、ステップＳ３で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ４に遷移する。

ステップＳ４では、作動油温度が規定値の範囲内に収まっているか否かを判定する。作動油温度が過度に低温状態または高温状態にあると作動油の粘度が影響し、圧力特性が変化する可能性や、低温状態と高温状態を防止する観点から車体出力を制限する制御が働く可能性がある。このため、ステップＳ４では、作動油温度の温度条件を判定している。作動油温度が規定値の範囲内にあるときには、ステップＳ４で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ５に遷移する。

ステップＳ５では作業装置５が初期姿勢か否かを判定する。フロント速度の調整対象がアーム５Ｂである場合は、初期姿勢はアームダンプエンドの姿勢である。例えばフロント速度の調整対象がブーム５Ａである場合は、初期姿勢はブーム下げエンドの姿勢である。フロント速度の調整対象がバケット５Ｃである場合は、バケットダンプエンドの姿勢である。ステップＳ５は、例えば作業者による目視確認によって行われる。各シリンダ５Ｄ〜５Ｆに角度センサを取り付ければ、コントローラ４１によって作業装置５の姿勢を自動的に判定することが可能となる。作業装置５が初期姿勢であるときには、ステップＳ５で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ６に遷移する。

ステップＳ６では、フロント速度を最高速で計測するために、操作装置１１の操作量が最大（フルレバー操作）か否かを判定する。フルレバー操作か否かは、例えば操作装置１１からのパイロット圧Ｐ1が規定値以上であるか否かによって判断する。例えばフロント速度の調整対象がアーム５Ｂであれば、アーム５Ｂ用の操作装置１１の操作量を判定する。フロント速度の調整対象がブーム５Ａであれば、ブーム５Ａ用の操作装置１１の操作量を判定する。フロント速度の調整対象がバケット５Ｃであれば、バケット５Ｃ用の操作装置１１の操作量を判定する。操作装置１１の操作量が最大であるときには、ステップＳ６で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ７に遷移する。

このように、ステップＳ１〜Ｓ６の全てで条件成立の場合、即ちステップＳ１〜Ｓ６の全てで「ＹＥＳ」と判定した場合には、ステップＳ７で、補正量ΔＰの調整開始フラグＦ1を有効にする。一方、ステップＳ１〜Ｓ６のいずれかで条件非成立の場合、即ちステップＳ１〜Ｓ６のいずれかで「ＮＯ」と判定した場合には、ステップＳ８で、補正量ΔＰの調整開始フラグＦ1を無効にする。

次に、パイロット減圧調整部４５が実行する補正量演算処理の内容について、図１２を参照して説明する。図１２は、補正量演算処理のフローチャートを示している。

ステップＳ１１では、調整開始フラグＦ1を判定する。調整開始フラグＦ1が有効であれば、ステップＳ１１で「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ１２に遷移する。ステップＳ１２では、補正量演算処理の条件が整っているから、アームシリンダ５Ｅの動作が開始される。このため、アームシリンダ５Ｅの動作時間Ｔ1の計測を開始する。

続くステップＳ１３では、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmが規定値Ｐm0以上か否かを判定する。アームシリンダ５Ｅが作動を開始してから、終端位置まで到達した場合には、アームシリンダ５Ｅに高負荷が作用し、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmが増大する。そこで、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmが規定値Ｐm0以上になった場合、アームシリンダ５Ｅが終端位置まで到達したと判断することができる。アームシリンダ５Ｅが最伸長位置である終端位置に到達した場合、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmが増大して、リリーフ弁３２が開弁する。このため、規定値Ｐm0は、例えばリリーフ弁３２のリリーフ圧付近の値に設定されている。油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmが規定値Ｐm0未満（Ｐm＜Ｐm0）の場合には、アームシリンダ５Ｅが終端位置に到達していない状態なので、ステップＳ１４に遷移する。油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmが規定値Ｐm0以上（Ｐm≧Ｐm0）である場合には、ステップＳ１５に遷移する。

ステップＳ１４では、動作時間Ｔ1が最大計測時間Ｔmaxを経過（Ｔ1＞Ｔmax）したか否かを判定する。このとき、最大計測時間Ｔmaxは、動作時間Ｔ1として許容可能な最大時間が設定されている。例えば動作時間Ｔ1の計測途中で操作装置１１の操作量を減少させた場合、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmの挙動が変わる。この場合、ステップＳ１３による動作時間Ｔ1の計測終了の判定ができなくなる。そこで、動作時間Ｔ1が最大計測時間Ｔmaxよりも長い場合（Ｔ1＞Ｔmax）、ステップＳ１３で「ＹＥＳ」と判定し、補正量演算処理を終了する。動作時間Ｔ1が最大計測時間Ｔmaxよりも短い場合（Ｔ1≦Ｔmax）、ステップＳ１４で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１３に戻る。

ステップＳ１５では、アームシリンダ５Ｅが終端位置に到達した状態なので、動作時間Ｔ1の計測を停止する。この場合、動作時間Ｔ1は、アームシリンダ５Ｅを初期位置から終端位置まで移動させたときにかかった時間である。従って、動作時間Ｔ1は、性能指標となるフロント速度に対応している。なお、初期位置は、作業装置５の初期姿勢に対応した位置である。

続くステップＳ１６では、動作時間Ｔ1と基準時間Ｔ0とが一致（Ｔ1＝Ｔ0）しているか否かを判定する。動作時間Ｔ1と基準時間Ｔ0とが一致している場合（Ｔ1＝Ｔ0）、ステップＳ１６で「ＹＥＳ」と判定する。この場合、補正量ΔＰを演算する必要がないため、そのまま処理を終了する。動作時間Ｔ1と基準時間Ｔ0とが一致せず、これらに差異がある場合（Ｔ1≠Ｔ0）、ステップＳ１６で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１７に遷移する。

ステップＳ１７では、補正量ΔＰを算出する。具体的には、図９に示す特性マップＭ3を参照して、パイロット減圧調整量として、動作時間Ｔ1と基準時間Ｔ0との時間差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ1−Ｔ0）の吸収が可能な補正量ΔＰを算出する。具体的には、アームシリンダ５Ｅの速度が遅く、時間差ΔＴが正の値になる場合には、補正量演算部４５Ｃは、圧力指示値Ｐ2を増加させる補正値ΔＰを算出する。アームシリンダ５Ｅの速度が速く、時間差ΔＴが負の値になる場合には、補正量演算部４５Ｃは、圧力指示値Ｐ2を減少させる補正値ΔＰを算出する。このとき、動作時間Ｔ1および時間差ΔＴは、調整結果に含まれる。動作時間Ｔ1およびＴ時間差ΔＴは、モニタ装置１０に表示される。なお、動作時間Ｔ1および時間差ΔＴは、外部装置５０を通じて、作業者に通知してもよい。

かくして、本実施の形態によれば、コントローラ４１は、アームシリンダ５Ｅ（油圧アクチュエータ）の負荷と操作装置１１の操作量とに基づいてパイロット圧を減圧するための圧力指示値Ｐ2を演算するパイロット減圧制御部４４と、操作装置１１の操作量と油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmとに基づいてパイロット減圧制御部４４で求めた圧力指示値Ｐ2を調整するための補正量ΔＰを求めるパイロット減圧調整部４５と、を備えている。

また、パイロット減圧調整部４５は、操作装置１１の操作量に基づいてアームシリンダ５Ｅ（油圧アクチュエータ）が動作を開始したことを判定し、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmに基づいてアームシリンダ５Ｅが終端位置に到達したことを判定し、アームシリンダ５Ｅが動作を開始してから終端位置に到達するまでの動作時間Ｔ1を計測し、動作時間Ｔ1と予め決められた基準時間Ｔ0との時間差ΔＴを減少させる補正量ΔＰを求める。

このとき、パイロット減圧調整部４５は、操作装置１１の操作によってアームシリンダ５Ｅ（油圧アクチュエータ）が動作を開始してから終端位置に到達するまでの動作時間Ｔ1を計測する動作時間計測部４５Ａと、動作時間Ｔ1から基準時間Ｔ0を減算して時間差ΔＴを求める減算部４５Ｂと、時間差ΔＴに基づいて補正量ΔＰを求める補正量演算部４５Ｃとを備えている。

例えば時間差ΔＴが正の値の場合、動作時間Ｔ1が基準時間Ｔ0よりも大きく、アームシリンダ５Ｅの速度が遅い。この場合、パイロット減圧調整部４５は、時間差ΔＴの絶対値が小さくなるように、圧力指示値Ｐ2を増加させる補正値ΔＰを算出する。これにより、制御弁３０の油圧パイロット部３０Ａに供給されるパイロット圧が増加する傾向となるから、制御弁３０の開口面積Ｓが増加傾向となり、アームシリンダ５Ｅの速度が上昇する。

一方、時間差ΔＴが負の値の場合、動作時間Ｔ1が基準時間Ｔ0よりも小さく、アームシリンダ５Ｅの速度が速い。この場合、パイロット減圧調整部４５は、時間差ΔＴの絶対値が小さくなるように、圧力指示値Ｐ2を減少させる補正値ΔＰを算出する。これにより、制御弁３０の油圧パイロット部３０Ａに供給されるパイロット圧が減少する傾向となるから、制御弁３０の開口面積Ｓが減少傾向となり、アームシリンダ５Ｅの速度が低下する。

従って、操作装置１１の操作量と油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmとを検出するだけで、アームシリンダ５Ｅの速度を調整することができる。また、アームシリンダ５Ｅを短時間動作させるだけで必要な調整量を求めることができる。このため、短時間の調整作業によって、アームシリンダ５Ｅの速度を調整することができる。この結果、組立直後のキャリブレーション工数を低減できると共に、作業時間を短縮することができる。

さらに、例えばブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆのような油圧アクチュエータ毎に速度を調整することができる。このため、油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐmを調整する場合に比べて、作業装置５が備える複数の油圧アクチュエータの動作速度を、所望のバランスに調整することができる。

また、油圧ショベル１は、パイロット減圧調整部４５によって求めた補正量ΔＰを記憶する記憶部４３を備えている。これに加え、コントローラ４１は、パイロット減圧制御部４４によって演算された圧力指示値Ｐ2と記憶部４３に記憶された補正量ΔＰとに基づいて電磁弁４０を制御する。このため、パイロット減圧調整部４５によって補正量ΔＰを求めた後は、記憶部４３に記憶された補正量ΔＰに基づいて、油圧アクチュエータであるアームシリンダ５Ｅの速度を所望の値に調整することができる。

また、パイロット減圧調整部４５は、基準時間Ｔ0が変更された場合に、変更された基準時間Ｔ0を用いて、補正量ΔＰを求める。このとき、基準時間Ｔ0は、アームシリンダ５Ｅの基準となる動作速度に対応している。例えばアームシリンダ５Ｅの交換によって、アームシリンダ５Ｅの使用が変更された場合には、基準時間Ｔ0も変更される。この場合、作業者は、外部装置５０を操作することによって、パイロット減圧調整部４５を動作させて、補正量ΔＰを求める。これにより、交換後のアームシリンダ５Ｅに応じて、アームシリンダ５Ｅの速度を調整することができる。

また、油圧ショベル１は、コントローラ４１に接続されたモニタ装置１０を備えている。これに加え、コントローラ４１は、外部装置５０からの開始トリガに基づいてパイロット減圧調整部４５を動作させて、モニタ装置１０に調整結果を表示させる。調整結果は、例えば油圧アクチュエータ（アームシリンダ５Ｅ）の速度に対応した動作時間Ｔ1と、補正される時間差ΔＴとが含まれる。作業者は、モニタ装置１０を目視することによって、アームシリンダ５Ｅの速度調整が完了したことを把握することができる。

なお、前記実施の形態では、外部装置５０を操作することによって、補正量演算処理を実行する場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、外部装置５０ではなく、例えば油圧ショベル１に予め搭載されたモニタ装置１０を操作することによって、補正量演算処理を実行してもよい。

前記実施の形態では、コントローラ４１がアームシリンダ５Ｅの伸長速度を調整する場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、コントローラ４１は、アームシリンダ５Ｅの縮小速度を調整してもよい。この場合、パイロット管路３９Ｂに電磁弁（図示せず）が設けられ、コントローラ４１は、この電磁弁を制御することによって、アームシリンダ５Ｅの縮小速度を調整する。また、コントローラは、ブームシリンダの速度を調整してもよく、バケットシリンダの速度を調整してもよい。

前記実施の形態では、建設機械としてクローラ式の油圧ショベル１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、油圧ポンプで駆動する油圧アクチュエータを備えた建設機械であればよい。このため、本発明は、例えばエンジンと電動機によって油圧ポンプを駆動させるハイブリッド式の油圧ショベルに適用してもよく、電動機によって油圧ポンプを駆動させる電動式の油圧ショベルに適用してもよく、ホイールローダ等の各種の建設機械に適用してもよい。

１ 油圧ショベル（建設機械）
５Ｄ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５Ｅ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
５Ｆ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１０ モニタ装置
１１ 操作装置
２２ 油圧ポンプ
３０ 制御弁
４０ 電磁弁
４１ コントローラ
４２，４３ 記憶部
４４ パイロット減圧制御部
４５ パイロット減圧調整部
４５Ａ 動作時間計測部
４５Ｂ 減算部
４５Ｃ 補正量演算部

Claims (5)

1. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出される圧油によって作動する油圧アクチュエータと、
   操作装置のパイロット圧に応じて前記油圧アクチュエータに圧油を供給する制御弁と、
   コントローラによって制御され前記パイロット圧の調整が可能な電磁弁と、を備えた建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記油圧アクチュエータの負荷と前記操作装置の操作量とに基づいて前記パイロット圧を減圧するための圧力指示値を演算するパイロット減圧制御部と、
   前記操作装置の操作量と前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて前記パイロット減圧制御部で求めた前記圧力指示値を調整するための補正量を求めるパイロット減圧調整部と、を備え、
   前記パイロット減圧調整部は、前記操作装置の操作量に基づいて前記油圧アクチュエータが動作を開始したことを判定し、前記油圧ポンプの吐出圧に基づいて前記油圧アクチュエータが終端位置に到達したことを判定し、前記油圧アクチュエータが動作を開始してから前記終端位置に到達するまでの動作時間を計測し、前記動作時間と予め決められた基準時間との時間差を減少させる前記補正量を求めることを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載された建設機械において、
   前記パイロット減圧調整部は、前記操作装置の操作によって前記油圧アクチュエータが動作を開始してから前記終端位置に到達するまでの前記動作時間を計測する動作時間計測部と、前記動作時間から前記基準時間を減算して前記時間差を求める減算部と、前記時間差に基づいて前記補正量を求める補正量演算部とを備えたことを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載された建設機械において、
   前記パイロット減圧調整部によって求めた前記補正量を記憶する記憶部を備え、
   前記コントローラは、前記パイロット減圧制御部によって演算された圧力指示値と前記記憶部に記憶された前記補正量とに基づいて前記電磁弁を制御することを特徴とする建設機械。
4. 請求項１に記載された建設機械において、
   前記パイロット減圧調整部は、前記基準時間が変更された場合に、変更された前記基準時間を用いて、前記補正量を求めることを特徴とする建設機械。
5. 請求項１に記載された建設機械において、
   前記コントローラに接続されたモニタ装置を備え、
   前記コントローラは、外部装置からの開始トリガに基づいて前記パイロット減圧調整部を動作させて、前記モニタ装置に調整結果を表示させることを特徴とする建設機械。

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