JP4359621B2 - 旋回制御装置および建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータによって旋回する旋回体の旋回制御装置および建設機械に関する。

近年、旋回体を電動モータで駆動し、他の作業機や走行体を油圧アクチュエータで駆動するハイブリットタイプの電動旋回ショベルが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
このような電動旋回ショベルでは、旋回体の旋回動作が電動モータで行われるため、油圧駆動されるブームやアームの上昇動作と同時に旋回体を旋回させても、旋回体の動作がブームやアームの上昇動作に影響されることがない。このため、旋回体をも油圧駆動する場合に比し、制御バルブ等でのロスを少なくでき、エネルギ効率が良好である。

特開２００１−１１８９７号公報

ところで、電動旋回ショベルにおいては、旋回レバーからのレバー信号に応じた速度指令値と実速度とを比較し、その偏差から求まるトルク指令値に応じたトルク出力で加減速を行うことが多い。
従って、旋回レバーの機敏な操作等により、レバー信号の立ち上りや立ち下がりが急な場合には、速度指令値が略リニアに瞬時に変化して実速度との偏差が大きくなるため、大きなトルクが急に出力されることになる。このため、トルクの出力が急なことで、加減速も急に行われてしまい、オペレータは強い衝撃を受けやすいという問題が生じる。

本発明の目的は、旋回レバーを機敏に操作した場合でも、旋回体の加減速時の衝撃を軽減できる旋回制御装置および建設機械を提供することにある。

本発明の旋回制御装置は、電動モータで旋回する建設機械の旋回体を制御するための旋回制御装置であって、旋回レバーのレバー信号に基づいて前記電動モータへの速度指令値を生成する速度指令値生成手段を備え、前記速度指令値生成手段は、前記電動モータのトルク出力の立ち上りおよび立ち下がりに付与された所定の勾配から得られる遅れ時間を用いて目標旋回加速度を演算するとともに、この演算された目標旋回加速度で前記旋回体を旋回するように前記速度指令値を生成することを特徴とする。

このような本発明によれば、旋回レバーの機敏な操作により、レバー信号の立ち上りや立ち下がりが急になっても、これに基づいて出力されるトルク出力の立ち上りや立ち下がりに勾配を付与して幾分なだらかにするため、衝撃を伴うような加減速が抑制される。

本発明の旋回制御装置において、前記旋回体の加速時、減速停止時、および中間減速時毎に、異なる大きさの勾配を付与することが望ましい。
ここで、加速時とは、旋回レバーをニュートラル位置から所定の角度まで傾倒させる時のことであり、減速停止時とは、所定の傾倒角度で操作されている旋回レバーをニュートラル位置に戻す時のことであり、中間減速時とは、所定の傾倒角度で操作されている旋回レバーをニュートラル位置手前の任意の位置まで戻す時のことをいう。
なお、この他、所定の傾倒角度で操作されている旋回レバーをさらに傾倒させる中間加速時においても、必要に応じて異なる勾配を付与してもよい。

このような本発明によれば、加速時、減速停止時、および中間減速時といったように、個々の操作に応じて異なる勾配を付与するので、各操作で衝撃の大きさが異なったり、各操作で特有の不都合が生じたりする場合でも、それらが確実に解消されるようになる。

本発明の旋回制御装置において、前記旋回体の加速時、減速停止時、および中間減速時毎に、異なる大きさの最大加速度を持つことが望ましい。

このような本発明によれば、最大加速度（増速する場合の加速度と減速する場合の負の加速度とを含む）の設定自体を加速時、減速停止時、および中間減速時毎の異ならせるので、例えば、減速停止時の最大加速度をより大きく設定すれば、出力される最大トルクも大きくなって停止時の応答性が向上し、中間減速時の最大加速度をより小さく設定すれば、滑らかに減速するようになる。

本発明の旋回制御装置において、前記加速時のトルク出力の立ち上りの勾配は、当該トルク出力がゼロから最大値に達するまでの立上時間が０．１５秒以上の遅れ時間となるように付与され、前記減速停止時のトルク出力の立ち下がりの勾配は、当該トルク出力がゼロから最大値に達するまでの立下時間が０．１秒以上の遅れ時間となるように付与され、前記中間減速時のトルク出力の立ち下がりの勾配は、当該トルク出力がゼロから最大値に達するまでの立下時間が０．１５秒以上の遅れ時間となるように付与されることが望ましい。
ここで、減速停止時および中間減速時のトルク出力の立ち下がりとは、制動（ブレーキ）トルクが加わる場合のことである。

このような本発明によれば、立上時間が０．１５秒以上となるように加速時の勾配を付与するので、加速時に生じる衝撃が確実に抑制される。０．１５秒よりも短い立上時間では、加速時に生じる衝撃が確実に抑えられない場合が生じる。また、立下時間が０．１秒以上となるように減速停止時の勾配を付与することにより、減速停止操作を行った際に生じる衝撃が確実に抑制される。さらに、立下時間が０．１５秒以上となるように中間減速時の勾配を付与することで、中間減速時に生じる特有の衝撃も確実に抑制される。

本発明の建設機械は、電動モータで旋回する旋回体と、この旋回体を制御するための前述した本発明の旋回制御装置とを備えていることを特徴とする。

このような本発明によれば、前述したように、旋回レバーを機敏に操作した場合でも、旋回体の加減速時の衝撃を軽減できる。

本発明の第１実施形態に係る建設機械を示す平面図。 前記第１実施形態の建設機械の全体構成を示す図。 従来の旋回制御方法を説明するための図。 前記第１実施形態の旋回制御方法を説明するための図。 前記第１実施形態の建設機械に搭載された旋回制御装置を説明するための図。 前記第１実施形態の旋回制御方法をより具体的に説明するための図。 前記第１実施形態の別の旋回制御方法を具体的に説明するための図。 遅れ時間とジャーク値との関係を示す図。 前記第１実施形態での速度指令値の算出の仕方を説明するための図。 前記速度指令値の算出の仕方を説明するためのフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る旋回制御装置を説明するための図。 前記第２実施形態の旋回制御方法を説明するための図。

符号の説明

１…電動旋回ショベル（建設機械）、４…旋回体、５…電動モータ、１０…旋回レバー、５０…旋回制御装置、Ｔa1…立上時間、Ｔb1，Ｔc1…立下時間、最大旋回加速度…Ｇa_max，Ｇb_max，Ｇc_max。

〔第１実施形態〕
〔１−１〕全体構成
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る電動旋回ショベル（建設機械）１を示す平面図、図２は、電動旋回ショベル１の全体構成を示す図である。

図１において、電動旋回ショベル１は、下部走行体２を構成するトラックフレーム上にスイングサークル３を介して設置された旋回体４を備え、この旋回体４がスイングサークル３と噛合する電動モータ５によって旋回駆動される。電動モータ５の電力源は、旋回体４に搭載の発電機１５（図２参照）であり、この発電機がエンジン１４（図２参照）によって駆動される。

旋回体４には、図２にも示すように、油圧シリンダ６Ａ，７Ａ，８Ａによって動作されるブーム６、アーム７、およびバケット８が設けられており、これらによって作業機９が構成されている。各油圧シリンダ６Ａ，７Ａ，８Ａの油圧源は、エンジン１４で駆動される油圧ポンプ１２である。従って、電動旋回ショベル１は、油圧駆動の作業機９と電気駆動の旋回体４とを備えたハイブリット建設機械である。

また、図２において、電動旋回ショベル１は、前述した構成の他、旋回レバー１０、コントローラ１１、および油圧制御バルブ１３を備えている。
旋回レバー１０（通常はアーム７操作用の作業機レバーを兼用）からは、傾倒角度に応じたレバー信号がコントローラ１１に出力される。コントローラ１１は、レバー信号の値に応じて、油圧ポンプ１２と前記各油圧シリンダ６Ａ，７Ａ，８Ａを駆動する油圧制御バルブ１３とに指令を行うことで、作業機９の駆動を制御する。また、コントローラ１１は、必要に応じて、エンジン回転数を調節ための指令をエンジン１４に、発電量を調節するための指令を発電機１５に対し行う。

さらに、コントローラ１１は、電動モータ５のトルク出力を制御することで、旋回体４の旋回動作を制御する。コントローラ１１は、このために旋回制御装置５０を備えており、旋回制御装置５０は、レバー信号値と図示しない回転速度センサで検出された電動モータ５の実速度Ｖact（図５参照）とに応じて、電動モータ５に対するトルク指令値Ｔtarを生成する。トルク指令値Ｔtarは図示しないインバータに出力され、インバータは、このトルク指令値Ｔtarを電流値および電圧値に変換し、電動モータ５を目標速度で駆動するように制御する。

〔１−２〕旋回制御装置５０による制御構造
次に、旋回制御装置５０による制御構造について、その制御方法を示しながら説明する。
従来においては、例えば、旋回レバー１０をニュートラル位置から所定角度まで一気に倒し込んだ場合のように、矩形波状に略直角に立ち上がったレバー信号が入力されると、速度指令値としては「０（ゼロ）」からリニアに大きくなるように生成されていた。この場合の旋回体の旋回状態を図３に示す。

図３において、立ち上がりの急なレバー信号が入力され（ｔ1）、速度指令値がリニアに大きくなると、速度指令値が生成されるのと同時に所定の旋回加速度Ｇ1が一気に生じ、この旋回加速度Ｇ1で旋回体４が旋回する。そして、速度指令値は、レバー信号に応じた速度値Ｖ1に達する直前においてゲイン特性によって僅かに鈍り、その後に速度値Ｖ1の値で略一定となる。このため、旋回加速度も鈍りながら立ち下がり、速度指令値が一定となることで旋回加速度は「０」となる。

この後、一定の速度指令値により定速で旋回している状態から、旋回レバー１０をニュートラル位置まで一気に戻した場合には、レバー信号の立ち下がりも急となり（ｔ2）、速度指令値はリニアに小さくなるように生成される。

この場合には、速度指令値がリニアに小さくなると同時に減速方向の所定の旋回加速度Ｇ2が一気に生じ、先ほどとは逆に、この所定の旋回加速度Ｇ2で旋回体４にブレーキがかかる。そして、速度指令値は、レバー信号に応じて「０」に至る直前においてゲイン特性によって僅かに鈍り、その後「０」となる。このため、旋回加速度も鈍りながら立ち上がり、やがて「０」となる。

ところで、このような従来の制御では、旋回レバー１０の急な操作で加速および減速を行うと、旋回加速度が一気に生じるため、旋回加速度を微分して求められるジャーク値のピーク量Ｊ1〜Ｊ4、その中でも特に旋回加速度の立ち上がりのピーク量Ｊ1と旋回加速度の立ち下がりのピーク量Ｊ3とが大きくなる（ｔ1，ｔ2）。これは、旋回体４の加速開始時および減速開始時に大きな衝撃が生じることを意味し、好ましくない。つまり、他の区間に示されるジャーク値のように、そのピークが小さいと衝撃も小さく抑えることが可能である。

そこで、本実施形態の旋回制御装置５０では、図４に示すように、ジャーク値のピーク量Ｊ1′〜Ｊ4′を小さくするため、トルク出力の勾配を規定することで旋回加速度の立ち上がりおよび立ち下がりに意図的に勾配を付与し、加速開始時および減速開始時の衝撃を抑制している。具体的には、このような旋回加速度で旋回体４を回転させるための目標旋回加速度を演算し、この目標加速度に従う速度指令値を生成することで、トルク指令値Ｔtarの指令を介してトルク出力の勾配を規定している。これにより、比例演算部分および微分演算部分により特に旋回加速度の立ち上がりおよび立ち下がり時にトルク指令値が大きくなりがちなＰＩＤ（Proportional Integral Differential：比例積分微分）制御を実施する場合に比べ、より加速開始時および減速開始時の衝撃を抑制することができる。

旋回制御装置５０は、図５に示すように、速度指令値生成手段５１およびトルク指令値生成手段５２を備えている。
速度指令値生成手段５１は、目標とする旋回加速度で旋回体４を旋回させるよう、レバー信号値とフィードバックされた前回の速度指令値Ｖo(t-1)とに基づいて、電動モータ５に対する速度指令値Ｖo(t)を生成する。そして、このために速度指令値生成手段５１は、レバー指令速度値生成部５１１、領域判断部５１２、目標加速度演算部５１３、目標加速度記憶部５１４、速度指令値生成部５１５、および速度指令値記憶部５１６を備えている。

レバー指令速度値生成部５１１は、レバー信号値を速度に変換してレバー指令速度値Ｖi(t)を生成し、領域判断部５１２に出力する。レバー指令速度値Ｖi(t)は、速度指令値Ｖo(t)のベースとなる値であり、基本的に、このレバー指令速度値Ｖi(t)にフィルタ処理を行ったり変化量を制限したりした値が速度指令値Ｖo(t)となる。なお、本実施形態においては、レバー信号値とレバー指令速度値Ｖi(t)とは比例関係にある。

領域判断部５１２は、前回の速度指令値Ｖo(t-1)とレバー指令速度値Ｖi(t)との関係、および前回の目標旋回加速度Ｇ(t-1)と所定の最大旋回加速度Ｇa_max，Ｇb_maxとの関係に基づいて、旋回体４の旋回状態が、加速時、減速停止時、中間減速時のどの領域に該当するかを判断する。ここで、加速時とは、旋回レバー１０をニュートラル位置から所定の角度まで傾倒させる時をいう。また、減速停止時とは、所定の傾倒角度で操作されている旋回レバー１０をニュートラル位置に戻す時のことであり、中間減速時とは、所定の傾倒角度で操作されている旋回レバー１０をニュートラル位置手前の任意の位置まで戻す時のことをいう。

目標加速度演算部５１３は、領域判断部５１２の判断結果に応じ目標旋回加速度Ｇ(t)の値を演算する。目標加速度演算部５１３は、図６に示すように、加速時においては、トルク出力が「０」から最大値である最大トルク出力Ｔa_maxに達するまでの立上時間Ｔa1が０．１５秒以上となるように目標旋回加速度Ｇ(t)を演算している。これにより、トルク出力の立ち上りに勾配が付与されている（α１）。０．１５秒よりも短い立上時間では、加速時に生じる衝撃が確実に抑えられない可能性がある。

また、減速停止時においては、目標加速度演算部５１３は、トルク出力が「０」から最大値である最大トルク出力Ｔb_maxに達するまでの立下時間Ｔb1が０．１秒以上となるように目標旋回加速度Ｇ(t)を演算している。これにより、トルク出力の立ち下がりに勾配が付与されている（α２）。０．１秒よりも短いと、衝撃が大きく、オペレータに不快感を与える。

さらに、図７に示すように、中間減速時においては、目標加速度演算部５１３は、トルク出力がゼロから最大値である最大トルク出力Ｔc_maxに達するまでの立下時間Ｔc1が０．１５秒以上となるように目標旋回加速度Ｇ(t)を演算している。これにより、トルク出力の立ち下がりに勾配が付与されている（α３）。０．１５秒よりも短いと、中間減速時に生じる特有の衝撃を十分に抑制できない可能性がある。

図８には、立上時間Ｔa1や立下時間Ｔb1，Ｔc1といった遅れ時間とジャーク値との関係が示されている。遅れ時間が０．１秒よりも小さいと、ジャーク値が急激に大きくなり、衝撃が大きくなることがわかる。従って、最も短い立下時間Ｔb1を有する減速停止時においても、０．１秒以上の勾配を付与することが望ましい。また、停止した状態の旋回体４を加速させる加速時では、より大きな衝撃が予測されるため、０．１５秒以上の立上時間Ｔa1を有することが望ましい。さらに、旋回レバー１０の操作量が少ない中間減速時では、減速停止時に比べ、滑らかな減速が要求されるため、０．１５秒以上の立下時間Ｔc1を有することが望ましい。

また、本実施形態では、図６、図７に示すように、加速時、減速停止時、および中間減速時毎に、異なる大きさの最大旋回加速度Ｇa_max，Ｇb_max（図６），Ｇc_max（図７）が設定されている。つまり、これらの最大旋回加速度Ｇa_max，Ｇb_max，Ｇc_maxの中では、図６に示す減速停止時の最大旋回加速度Ｇb_maxが絶対値として最も大きく設定されており、これによって減速停止時に出力される最大トルク出力Ｔb_maxをより大きくでき、停止時の応答性を向上させることができる。
一方、図７に示す中間減速時の最大旋回加速度Ｇc_maxは、図６での減速停止時の最大旋回加速度Ｇb_maxとは異なる値に設定されており、絶対値として最も小さく設定されている。従って、中間減速時に出力される最大トルク出力Ｔc_maxをより小さくでき、滑らかに減速させることが可能である。

図５に戻り、目標加速度記憶部５１４は、目標加速度演算部５１３で演算された目標旋回加速度Ｇ(t)を記憶する。ここで記憶された値は、次回の演算時において、前回の目標旋回加速度Ｇ(t-1)として領域判断部５１２および目標加速度演算部５１３で用いられる。

速度指令値生成部５１５は、フィードバックされた前回の速度指令値Ｖo(t-1)からの変化量が目標加速度演算部５１３で演算された目標旋回加速度Ｇ(t)の値となるように、速度指令値Ｖo(t)を生成する。つまり、速度指令値生成部５１５は、目標旋回加速度Ｇ(t)と計算刻み幅の時間とを乗算して得られた値を前回の速度指令値Ｖo(t-1)に加算して、速度指令値Ｖo(t)を生成する。

速度指令値記憶部５１６は、速度指令値生成手段５１で生成された速度指令値Ｖo(t)を記憶する。ここで記憶された値は、次回の演算時において、前回の速度指令値Ｖo(t-1)として領域判断部５１２および速度指令値生成部５１５で用いられる。

トルク指令値生成手段５２は、速度指令値生成手段５１の速度指令値生成部５１５で生成された現在の速度指令値Ｖo(t)とフィードバックされた実速度Ｖactとの偏差に応じてトルク指令値Ｔtarを生成する。従って、速度指令値Ｖo(t)に対し実速度Ｖactが上がらない場合には、トルク出力を大きくして目標速度に近づけるように制御する。なお、このような制御は、一般的なＰ（Proportional：比例）制御による速度制御である。

〔１−３〕旋回制御装置５０による制御作用
次に、旋回制御装置５０による制御作用、特に速度指令値生成手段５１が、入力されたレバー信号に基づき速度指令値Ｖo(t)を如何にして演算し出力するかについて、図９、図１０、および以下の数式に基づいて説明する。なお、図９、図１０においては、加速時と減速停止時について代表して説明する。中間減速に関しては、基本的に減速停止時と同様にして速度指令値が演算されるのであり、減速停止時を説明することで容易に理解できるため、ここでの説明を省略する。また、図９および以下に説明する数式において、「Ｇa」、「Ｇｂ」とは、図６、図７での最大旋回加速度Ｇa_max，Ｇb_maxのことである。

図９において、旋回体４を旋回させるためにオペレタータが旋回レバー１０を倒しこむと、図１０に示すように、先ず、旋回制御装置５０が現在のレバー信号値を読み込んだ後、速度指令値生成手段５１のレバー指令速度値生成部５１１は、レバー信号値を速度に変換してレバー指令速度値Ｖi(t)を生成する（ＳＴ１）。
領域判断部５１２は、レバー指令速度値Ｖi(t)を取り込むと、複数の判定条件に基づいて領域判断を行う。つまり、領域判断部５１２は、先ず、現在のレバー指令速度値Ｖi(t)が前回の速度指令値Ｖo(t-1)より大きいか否かを判定する（ＳＴ２）。これにより、旋回体４が加速領域と減速領域のどちらで旋回しているのかが判定される。

現在のレバー指令速度値Ｖi(t)が前回の速度指令値Ｖo(t-1)より大きいと判定されると、領域判断部５１２は、続けて、現在のレバー指令速度値Ｖi(t)から前回の速度指令値Ｖo(t-1)を減じた値が所定値Ｖa2より大きいか否か（ＳＴ３）、前回の目標旋回加速度Ｇ(t-1)が最大旋回加速度Ｇaよりも小さいか否か（ＳＴ４）を判定する。

すなわち、図１０において、加速領域にあっては、現在のレバー指令速度値Ｖi(t)から前回の速度指令値、すなわち一つ前段階の計算刻み幅（step）での速度指令値Ｖo(t-1)を引き算した値が、所定値Ｖa2よりも大きく、かつ前回の目標旋回加速度Ｇ(t-1)が最大旋回加速度Ｇaよりも小さい場合には、領域Ｉaであると判断する。レバー指令速度値Ｖi(t)と速度指令値Ｖo(t-1)との差が所定値Ｖa2よりも大きく、目標旋回加速度Ｇ(t-1)が最大旋回加速度Ｇa以上であれば、領域IIaと判断する。レバー指令速度値Ｖi(t)と速度指令値Ｖo(t-1)との差が所定値Ｖa2以下であれば、領域IIIaと判断する。

次いで、図９に戻り、目標加速度演算部５１３は、判定領域ごとに式（１）〜式（３）から目標旋回加速度Ｇ(t)を算出する（ＳＴ５〜ＳＴ７）。この際、ジャーク値に相当するＪa1、Ｊa2の各値は、式（４）により求められる。

一方、現在のレバー指令速度値Ｖi(t)が前回の速度指令値Ｖo(t-1)以下であると判定されると、領域判断部５１２は、続けて、前回の速度指令値Ｖo(t-1)から現在のレバー指令速度値Ｖi(t)を減じた値が所定値Ｖb1より大きいか否か（ＳＴ８）、前段階での目標旋回加速度Ｇ(t-1)が減速側の最大旋回加速度Ｇbよりも大きいか否か（ＳＴ９）を判定する。

つまり、図１０において、減速停止時や中間減速時といった減速領域にあっては、前回の速度指令値Ｖo(t-1)から現在のレバー指令速度値Ｖi(t)を引き算した値が、所定値Ｖb1よりも大きく、かつ前回の目標旋回加速度Ｇ(t-1)が減速側の最大旋回加速度Ｇbよりも大きい場合には（最大旋回加速度Ｇbに達していない場合には）、領域Ｉbであると判断する。速度指令値Ｖo(t-1)とレバー指令速度値Ｖi(t)との差が所定値Ｖb1よりも大きく、目標旋回加速度Ｇ(t-1)が減速側の最大旋回加速度Ｇb以下であれば（最大旋回加速度Ｇbに達していれば）、領域IIbと判断する。速度指令値Ｖo(t-1)とレバー指令速度値Ｖi(t)との差が所定値Ｖb1以下であれば、領域IIIbと判断する。

次いで、図９に戻り、目標加速度演算部５１３は、判定領域ごとに式（５）〜式（７）から目標旋回加速度Ｇ(t)を演算する（ＳＴ１０〜ＳＴ１２）。この際、ジャーク値に相当するＪb1、Ｊb2の各値は、式（４）により求められる。

そして、目標加速度記憶部５１４は、このようにして目標加速度演算部５１３で演算された目標旋回加速度Ｇ(t)を記憶する（ＳＴ１３）。
この後、速度指令値生成部５１５は、式（８）により、目標旋回加速度Ｇ(t)と前回の速度指令値Ｖo(t-1)とに基づいて速度指令値Ｖo(t)を算出する（ＳＴ１４）。算出された速度指令値Ｖo(t)は、前回の速度指令値Ｖo(t-1)に置き換えられ、ＳＴ２で用いられることになる（ＳＴ１５）。また、速度指令値Ｖo(t)は、引き続きトルク指令値生成手段５２で、トルク指令値Ｔtarの生成に用いられる。

以上のように、式（８）で求められる速度指令値Ｖo(t)にて電動モータ５を制御することにより、トルク出力や加速度には狙いとする立上時間Ｔa1，Ｔb2および立下時間Ｔa2，Ｔb1が付与されることになり、衝撃が抑制される。

なお、最大旋回加速度Ｇa，Ｇbは、通常のオペレータの体感度合いを考慮して予め定められているが、このような最大旋回加速度Ｇa，Ｇbは、旋回体４の慣性をＩ、電動モータ５の最大トルク出力をＴa_max，Ｔb_maxとすると、Ｇa＝Ｔa_max／Ｉ、Ｇb＝Ｔb_max／Ｉの関係にあり、ブーム６やアーム７の伸縮で慣性Ｉが変化すると、実際の最大旋回加速度も変化する可能性がある。

そこで、本実施形態では、慣性Ｉを常時検出し、慣性Ｉが大きくなった場合には、最大トルク出力Ｔa_max，Ｔb_maxも大きくなり、慣性Ｉが小さくなった場合には、最大トルク出力Ｔa_max，Ｔb_maxも小さくなるように制御しており、実際の最大旋回加速度が略一定になるようにしている。

ここで、慣性Ｉの求め方としては、例えば、ブーム６やアーム７に設けられた角度センサから作業機９の位置情報を取得し、この位置情報に基づいて旋回体４の慣性Ｉを求めることが可能であるし、加減速中の旋回加速度およびトルク出力から慣性Ｉを求めることもできる（前述の関係式を参照）。

〔１−４〕本実施形態による効果
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
すなわち、旋回レバー１０の機敏な操作により、レバー信号の立ち上りや立ち下がりが急になっても、これに基づいて出力されるトルク出力や加速度の立ち上りや立ち下がりに、立上時間Ｔa1および立下時間Ｔb1，Ｔc1分の勾配を付与して幾分なだらかにするため、衝撃を伴うような旋回体４の加減速を抑制できる。

また、加速時、減速停止時、および中間減速時といったように、個々の操作に応じて異なる勾配を付与するので、各操作で衝撃の大きさが異なったり、各操作で特有の不都合が生じたりする場合でも、それらを確実に解消できる。

具体的には、立上時間Ｔa1が０．１５秒以上となるように加速時の勾配を付与するので、加速時に生じる衝撃を確実に抑制でき、立下時間Ｔb1が０．１秒以上となるように減速停止時の勾配を付与することにより、減速停止操作を行った際に生じる衝撃を確実に抑制でき、立下時間Ｔc1が０．１５秒以上となるように中間減速時の勾配を付与することで、中間減速時に生じる特有の衝撃も確実に抑制できる。

さらに、最大トルク出力Ｔa_max，Ｔb_maxの値が慣性Ｉに応じて可変であるから、旋回体４の慣性Ｉが大きくなれば、それに応じて最大トルク出力Ｔa_max，Ｔb_maxも大きくし、反対に、慣性Ｉが小さければ、最大トルク出力Ｔa_max，Ｔb_maxも小さくすることにより、旋回体４の慣性Ｉに応じた最大トルク出力Ｔa_max，Ｔb_maxで旋回体４を駆動でき、加速度が略一定となって乗り心地を良好にできる。

〔第２実施形態〕
図１１には、本発明の第２実施形態に係る旋回制御装置５０を説明するための図が示されている。
前記第１実施形態では、入力したレバー信号に基づいて立上時間Ｔa1および立下時間Ｔb1，Ｔc1を考慮した目標旋回加速度を演算し、この目標旋回加速度から速度指令値を算出し、よって狙った勾配を有するトルク出力や加速度が得られるようにした。
これに対し本実施形態では、レバー信号から得られる速度指令値（図３に示した速度指令と同等で、図１２中のトルク制限なしの実速度に相当）をそのまま使用する。すなわち、従来通りに算出された速度指令値に速度ゲインを掛け算してトルク指令値に相当する値が一旦生成されるのであるが、この値に所定の変動幅を有するトルク制限と、最大値を規制したトルク制限とを設定し、この範囲内でトルク出力を制御することで狙った勾配を付与するようにしている。そして、このようなトルク制限の設定は、旋回制御装置５０内のトルク制限設定手段５３によって行われる。

図１１、図１２において、トルク制限設定手段５３は、加速時の特にＴa1の領域にあっては、第１実施形態と同様の立上時間Ｔa1（０．１５秒以上）となるように高出力側のトルク制限Ｔhと低出力側のトルク制限Ｔlとを前段側で設定し、一旦生成されたトルク指令値である入力値Ｔinをこの範囲内で出力されるように強制的に補正する（Ｔout）。この補正されたトルク指令値Ｔoutは、後段側において、別途設定されたトルク制限Ｔmaxを越えた場合、このトルク制限Ｔmaxを最大値とするトルク指令値Ｔtarとして、電動モータ５（インバータ）側に出力される。また、電動モータ５側に出力されたトルク指令値は前段側にフィードバックされ、前段側でのトルク制限Ｔh，Ｔlを所定の勾配で推移させるために、当該トルク指令値ＴoutにΔＴaを加算し、また、トルク指令値ＴoutからΔＴbを減算する。さらに、後段側におけるトルク制限Ｔmaxは、第１実施形態と同様に、旋回体４の慣性Ｉに応じて可変とされている。

以上の制御は、説明を省略するが、Ｔa2、Ｔb1、Ｔb2の領域でも同じである。
そして、以上の本実施形態でも、トルク出力に狙った勾配を付与することができ、旋回レバー１０の機敏な操作に対しても衝撃を確実に抑制できるという効果がある。

なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

本発明は、旋回体が電動モータで旋回駆動されるあらゆる建設機械に適用可能である。

Claims (5)

1. 電動モータで旋回する建設機械の旋回体を制御するための旋回制御装置であって、
   旋回レバーのレバー信号に基づいて前記電動モータへの速度指令値を生成する速度指令値生成手段を備え、
   前記速度指令値生成手段は、前記電動モータのトルク出力の立ち上りおよび立ち下がりに付与された所定の勾配から得られる遅れ時間を用いて目標旋回加速度を演算するとともに、この演算された目標旋回加速度で前記旋回体を旋回するように前記速度指令値を生成する
   ことを特徴とする旋回制御装置。
2. 請求項１に記載の建設機械の旋回体の旋回制御装置において、
   前記旋回体の加速時、減速停止時、および中間減速時毎に、異なる大きさの勾配を付与する
   ことを特徴とする旋回制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の建設機械の旋回体の旋回制御装置において、
   前記旋回体の加速時、減速停止時、および中間減速時毎に、異なる大きさの最大加速度を持つ
   ことを特徴とする旋回制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の建設機械の旋回体の旋回制御装置において、
   前記加速時のトルク出力の立ち上りの勾配は、当該トルク出力がゼロから最大値に達するまでの立上時間が０．１５秒以上の遅れ時間となるように付与され、
   前記減速停止時のトルク出力の立ち下がりの勾配は、当該トルク出力がゼロから最大値に達するまでの立下時間が０．１秒以上の遅れ時間となるように付与され、
   前記中間減速時のトルク出力の立ち下がりの勾配は、当該トルク出力がゼロから最大値に達するまでの立下時間が０．１５秒以上の遅れ時間となるように付与される
   ことを特徴とする旋回制御装置。
5. 建設機械において、
   電動モータで旋回する旋回体と、
   この旋回体を制御するための請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の旋回制御装置とを備えている
   ことを特徴とする建設機械。

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