JP4053520B2 - 建設機械の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルなどの建設機械の制御装置に関するものであり、特に、エンジンモータの回転数やポンプの吐出流量・吐出圧力などを制御しながら複数の作業モードに切り換えて作業を実施する建設機械の制御装置に関するものである。

従来、エンジンモータの回転数を可変してポンプの吐出流量や吐出圧力を制御することにより、さまざまな作業モードに切り換えて駆動する油圧ショベルなどの建設機械が知られている。例えば、作業状態に応じて高速作業モードと低速作業モードとに自動的に切り換え、燃費の節減や作業効率の改善を図った建設機械の制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、各操作レバーの操作量を検出し、ファジー推論から操作特性を演算することによって操作を段階的に切り換える油圧ショベルの制御装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この技術によれば、操作切り換え時におけるショックや違和感を緩和することができる。

さらに、操作レバーの操作速度に応じて個別の遅延時間を設定し、この遅延時間の間は操作レバーを中立位置に保持することによって、エンジン回転数の復帰制御を円滑に行うことができる油圧作業機のエンジン回転数制御方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特許第３３９０７０７号公報（段落番号００１１〜００２３、図１〜図６） 特開２０００−２０４６００号公報（段落番号００１９〜００４２、図１〜図３） 特開平９−７９２０６号公報（段落番号００３１〜００７４、図１〜図８）

しかしながら、上記特許文献１に開示されているような従来の建設機械の制御装置では、作業モードを切り換えるときにエンジン回転数が大きく変動するので、オペレータの違和感や作業速度の変化による操作性の悪化が避けられない。

また、上記特許文献２に開示されているような油圧ショベルの制御装置では、段階的に操作を切り換えたとしても、負荷の変動が大きいときにはエンジン回転数が大きく変動するので、ある程度のショックや違和感は避けられない。

さらに、上記特許文献３の技術においても、操作レバーの切り換え時の負荷変動が大きいときは、中立位置へ切り換えたタイミングでエンジン回転数が大きく変動することもあるので、依然としてオペレータの違和感は解消されない。

そこで、運転中に作業モードの切り換えを行ってもオペレータの違和感や操作性の悪化が生じないようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ポンプによる油圧制御によって駆動する建設機械の制御装置であって、
ネガティブコントロール圧を検出するネガティブコントロールセンサと前記ポンプの吐出圧を検出するポンプ吐出圧センサとを備え、
前記ネガティブコントロールセンサと前記ポンプ吐出圧センサを所定の時間に亘って監視し続け、前記ネガティブコントロール圧が所定の値以下になるまでの時間と前記ポンプ吐出圧が所定の値以上となるまでの時間をそれぞれ積算し、
これらの積算時間の両方が前記所定の時間に対して予め設定した下限の比率以下の場合は、現在選択しているエンジンモータの回転数から所定の回転数だけダウンさせ、
前記積算時間の何れか一方が前記所定の時間に対して予め設定した上限の比率以上の場合は、現在選択しているエンジンモータの回転数から所定の回転数だけアップさせ、
前記積算時間の何れか一方が前記所定の時間に対して前記下限の比率と前記上限の比率の間にある場合は、現在選択している回転数を保持するように構成された建設機械の制御装置を提供するものである。

この構成によれば、ネガティブコントロールセンサ及びポンプ吐出圧センサが、それぞれ、ネガティブコントロール圧とポンプ吐出圧を所定の時間に亘って監視し続けている。さらに、ネガティブコントロール圧が所定の値以下になるまでの時間とポンプ吐出圧が所定の値以上になるまでの時間をそれぞれ積算している。そして、これらの積算時間の両方が所定の時間に対する比率の下限値（例えば、３０％）以下の場合は、現在選択しているエンジンモータの回転数から回転数（例えば、５０ｒｐｍ）だけダウンさせる。また、積算時間のどちらか一方が所定の時間に対する比率の上限値（例えば、７０％）以上の場合は、現在選択している回転数から所定の回転数（例えば、５０ｒｐｍ）だけアップさせる。さらに、積算時間のどちらか一方が所定の時間に対する比率が３０％を越え７０％未満のときは現在選択している回転数をそのまま保持する。このようにして、作業モードを切り換えるときに、オペレータが違和感を生じない程度の回転数変動分（例えば、５０ｒｐｍ）だけエンジンモータの回転数を変化させている。

また、請求項２記載の発明は、前記現在選択しているエンジンモータの回転数から所定の回転数だけダウンさせるタイミング又は前記現在選択しているエンジンモータの回転数から所定の回転数だけアップさせるタイミングは、前記エンジンモータのアイドリング状態の回転数から現在選択している回転数に復帰する時となるように構成された請求項１記載の建設機械の制御装置を提供するものである。

この構成によれば、アイドリング状態の無負荷時におけるエンジンモータの回転数から現在選択されている負荷状態における回転数へ切り換えるときに、オペレータが違和感を生じない程度の回転数（例えば、５０ｒｐｍ）だけエンジンモータの回転数を変化させているので、常に良好な操作性を維持しながら作業モードの切り換えを行なうことができる。

請求項１記載の発明は、作業モードを切り換えるときに、負荷状態によって変動する流路の油圧を監視しながら、オペレータが違和感を生じない程度の回転数変動分（例えば、５０ｒｐｍ）だけエンジンモータの回転数を変化させているので、良好な操作性を維持しながら作業モードの切り換えを行うことができる。

また、請求項２記載の発明は、アイドリング状態の無負荷時におけるエンジンモータの回転数から現在選択されている負荷状態における回転数へ切り換えるとき、少ない回転数変動で作業モードの切り換えを行なっている。このため、オペレータは違和感もなく、作業速度の変化もかなり小さいために操作性の悪化も生じない。

以下、本発明に係る建設機械の制御装置について、好適な実施例をあげて説明する。本発明は、作業モードの切り換えを行ってもオペレータの違和感や操作性の悪化が生じないという目的を下記のようにして実現した。すなわち、各作業モード毎に予め決められている吐出圧力と吐出流量の関係線図（Ｐ−Ｑ線図）における各エンジンモータの回転数に対して、オペレータが違和感を生じない程度の回転数変動分（例えば、５０ｒｐｍ）だけエンジンモータの回転数を変化させたＰ−Ｑ線図を予め設けておく。そして、ネガティブコントロール圧が所定の圧力以下に達する時間、又はポンプ吐出圧が所定の圧力以上に達する時間が、所定の監視時間に対して所定の比率以下のときは現在選択している回転数から５０ｒｐｍダウンさせ、所定の比率以上のときは現在選択している回転数から５０ｒｐｍアップさせる。また、それ以外の比率のときは現在選択している回転数とする。このようにして、作業モードを切り換えるときに、違和感を生じない程度の回転数（例えば、５０ｒｐｍ）だけエンジンモータの回転数を変えることにより、作業モードの切り換えを行ってもオペレータの違和感や操作性の悪化が生じないという目的を達成した。

以下、本発明における建設機械の制御装置の一実施例を油圧ショベルに適用し、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に適用される油圧ショベルの制御回路である。また、図２は、図１の制御回路によって実現させるポンプの吐出圧力と吐出流量の関係を示す特性図である。尚、本発明の建設機械は油圧ショベルに限定されるものではない。

まず、図１に示す油圧ショベルの制御回路の構成について説明する。エンジンモータ１によって駆動されるポンプ１１及びポンプ２１の油路には、それぞれ、切換弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び切換弁２２ａ，２２ｂ，２２ｃが接続されている。そして、切換弁１２ａ及び切換弁２２ａの上流側の油路には、それぞれ、ポンプ吐出圧センサ１３及びポンプ吐出圧センサ２３が接続され、それぞれ対応するポンプ吐出圧を検出するように構成されている。さらに、切換弁１２ｃ及び切換弁２２ｃの下流側の油路は、ネガティブコントロール絞り弁（以下、ネガコン絞り弁）１４及びネガコン絞り弁２４を介してタンク１５及びタンク２５に接続されている。尚、タンク１５、２５は、通常は、１つのタンクで構成されている。すなわち、右駆動用の油圧系統と左駆動用の油圧系統の２系統の油路を設けて、それぞれの油路の流量を制御することによって油圧ショベルの駆動制御を行うように構成されている。

また、ネガコン絞り弁１４及びネガコン絞り弁２４の上流側には、それぞれ、ネガティブコントロールセンサ（以下、ネガコンセンサ）１６及びネガコンセンサ２６が接続されている。さらに、ネガコンセンサ１６及びネガコンセンサ２６はコントローラ２に結線され、それぞれの流路の油圧を検出し、検出圧力の信号をコントローラ２へ入力するように構成されている。また、コントローラ２には、重掘削モード（Ｈモード）、標準掘削モード（Ｓモード）、仕上げ掘削モード（Ｌモード）などの各作業モードに切り換えるためのモード切換器３、及びエンジン回転数を設定するためのスロットルボリューム４が接続されている。さらに、コントローラ２には、電磁比例弁５とポンプ吐出圧センサ１３及びポンプ吐出圧センサ２３が結線されている。また、電磁比例弁５からレギュレータ１７及びレギュレータ２７に接続され、レギュレータ１７及びレギュレータ２７が、それぞれ、ポンプ１１及びポンプ２１の吐出流量を制御するように構成されている。

次に、図１に示す油圧ショベルの制御回路の動作について説明する。通常、油圧ショベルには、重掘削モード（Ｈモード）、標準掘削モード（Ｓモード）、仕上げ掘削モード（Ｌモード）などの各作業モードに切り換えるための切換機構が装備されている。すなわち、モード切換器３の切り換え操作によってコントローラ２が各作業モードに適宜切り換えている。このような制御回路の切換機構によって、油圧ショベルの馬力が一定となるようにレギュレータ１７、２７によってポンプ１１、２１の吐出流量を制御している。さらに、電磁比例弁５によってポンプ１１、２１の入力馬力を変化させると共に、コントローラ２によってエンジンモータ１の回転数を変化させて上記の各作業モードを切り換え、図２に示すようなポンプの吐出圧力−吐出流量特性（Ｐ−Ｑ特性）を実現させている。

また、このような作業モードの切り換えの煩わしさをなくすために、ネガコンセンサ１６、２６によってネガティブコントロール圧Ｎ１，Ｎ２の変動を検出してネガコン絞り弁１４、２４を制御し、さらに、ポンプ吐出圧センサ１３、２３によってポンプ吐出圧Ｐ１，Ｐ２の変動を検出してポンプ１１、２１の吐出量を制御することにより、自動的に上記の各作業モードを切り換えている。

このような制御システムにおいて、コントローラ２が、作業中に各作業モードの切り換えが必要であると判断した場合は、オペレータが違和感を生じない程度の回転数変動分（例えば、５０ｒｐｍ）だけエンジンモータ１の回転数を変化させ、さらに、変動したエンジンモータ１の回転数に合わせてポンプ１１、２１の入力馬力も変動させる。これによって、図１に示すような制御回路の構成をそのまま適用しても、従来から指摘されていたような、油圧ショベルの作業中に作業モードの切り換えによってエンジンモータ１の回転数が１００ｒｐｍ程度変動するためにオペレータの違和感や作業速度の変化による操作性の悪化、という問題点は解消される。

さらに、これらの制御とは別に、未操作時のアイドリング状態から操作開始時に所定の回転数まで復帰する際の回転数を監視するために、予め設定した所定の時間ネガコンセンサ１６、２６とポンプ吐出圧センサ１３、２３を監視し続ける。そして、ネガティブコントロール圧がＮｌｏｒＮ２≦０・６ＭＰａに達する時間、又はポンプ吐出圧がＰｌ＋Ｐ２≧３０Ｍｐａに達する時間が、所定の監視時間に対して３０％以下の場合は現在選択している回転数から５０ｒｐｍダウンさせる。

また、ネガティブコントロール圧がＮｌｏｒＮ２≦０・６ＭＰａに達する時間、又はポンプ吐出圧がＰｌ＋Ｐ２≧３０Ｍｐａに達する時間が、所定の監視時間に対して３０％を超え７０％未満のときは現在選択している回転数のままとする。さらに、ネガティブコントロール圧がＮｌｏｒＮ２≦０・６ＭＰａに達する時間、又はポンプ吐出圧がＰｌ＋Ｐ２≧３０Ｍｐａに達する時間が、所定の監視時間に対して７０％以上の時は現在選択している回転数から５０ｒｐｍアップさせるようにする。このようにして回転数を５０ｒｐｍダウン又はアップさせたときは、同時に、エンジンモータ１０の出力変動に合わせてポンプ１１、２１の入力馬力を変動させるようにする。

すなわち、図２に示すように、通常の重掘削モード（Ｈモード）、標準掘削モード（Ｓモード）、及び仕上げ掘削モード（Ｌモード）のときの実線で示すポンプの吐出圧力−吐出流量線図（Ｐ−Ｑ線図）に対して、１点鎖線で示すようなポンプ特性線図を２本増加し、全部で５本のポンプ特性線図とする。さらに詳しく説明すると、Ｌモードのときの１８００ｒｐｍとＳモードのときの１９００ｒｐｍの間にエンジンモータの回転数が１８５０ｒｐｍのポンプ特性線図を追加し、さらに、Ｓモードのときの１９００ｒｐｍとＨモードのときの２０００ｒｐｍの間にエンジンモータの回転数が１９５０ｒｐｍのポンプ特性線図を追加する。これによって、作業中における作業モードの切り換えによる回転変動によって、５本のポンプ特性線図のうち１本のポンプ特性線図を元に上下５０ｒｐｍの変動が行われることになる。従って、作業モードの切り換えによるエンジンモータの回転数変動は５０ｒｐｍに抑えられるので、油圧ショベルの運転中に作業モードの切り換えを行ってもオペレータの違和感や操作性の悪化が生じるおそれはなくなる。なお、作業中の回転数変更の判断基準は様々な方法が考えられるが、本発明とは直接的には関係のない事項であるので、それについては説明を省略する。

本発明に適用される油圧ショベルの制御回路。 図１の制御回路によって実現させるポンプの吐出圧力と吐出流量の関係を示す特性図。

符号の説明

１ エンジンモータ
２ コントローラ
３ モード切換器
４ スロットルボリューム
５ 電磁比例弁
１１、２１ ポンプ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 切換弁
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 切換弁
１３、２３ ポンプ吐出圧センサ
１４、２４ ネガティブコントロール絞り弁（ネガコン絞り弁）
１５、２５ タンク
１６、２６ ネガティブコントロールセンサ（ネガコンセンサ）
１７、２７ レギュレータ

Claims (2)

1. ポンプによる油圧制御によって駆動する建設機械の制御装置であって、
   ネガティブコントロール圧を検出するネガティブコントロールセンサと前記ポンプの吐出圧を検出するポンプ吐出圧センサとを備え、
   前記ネガティブコントロールセンサと前記ポンプ吐出圧センサを所定の時間に亘って監視し続け、前記ネガティブコントロール圧が所定の値以下になるまでの時間と前記ポンプ吐出圧が所定の値以上となるまでの時間をそれぞれ積算し、
   これらの積算時間の両方が前記所定の時間に対して予め設定した下限の比率以下の場合は、現在選択しているエンジンモータの回転数から所定の回転数だけダウンさせ、
   前記積算時間の何れか一方が前記所定の時間に対して予め設定した上限の比率以上の場合は、現在選択しているエンジンモータの回転数から所定の回転数だけアップさせ、
   前記積算時間の何れか一方が前記所定の時間に対して前記下限の比率と前記上限の比率の間にある場合は、現在選択している回転数を保持するように構成されたことを特徴とする建設機械の制御装置。
2. 前記現在選択しているエンジンモータの回転数から所定の回転数だけダウンさせるタイミング又は前記現在選択しているエンジンモータの回転数から所定の回転数だけアップさせるタイミングは、前記エンジンモータのアイドリング状態の回転数から現在選択している回転数に復帰する時となるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の制御装置。

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