JP4995048B2 - 建設機械の異常検出装置及びこれを含む建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械の旋回機構の駆動制御を行う建設機械の異常検出装置及びこれを含む建設機械に関する。

従来より、原動機により駆動される油圧ポンプ及びパイロットポンプ、作業要素を油圧駆動するための油圧アクチュエータ、油圧ポンプから油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ、及び、パイロットポンプから供給されるパイロット圧によりコントロールバルブを介して油圧アクチュエータを操作するための操作手段を備える建設機械において、油圧パイロット操作弁に生成されるパイロット２次圧を圧力センサで検出し、圧力センサの出力が運転時における上限値と下限値の間（正常範囲）から外れると、圧力センサが異常であると判定していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００５−２９０６７４号公報

ところで、建設機械の使用中に、正常な圧力センサがパイロット２次圧を検出しているときは、圧力センサの出力は上限値と下限値の中間程度の正常値となる。

このため、仮に圧力センサが正常範囲内で故障した場合、故障していても正常値を出力している限りは、圧力センサの故障を検出することができなかった。

そこで、本発明は、圧力センサが正常値を出力していても故障判定を行うことのできる建設機械の異常検出装置及びこれを含む建設機械を提供することを目的とする。

本発明の一局面の旋回駆動制御装置は、原動機により駆動される油圧ポンプ及びパイロットポンプと、作業要素を油圧駆動するための油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、前記パイロットポンプから供給されるパイロット圧により前記コントロールバルブを介して前記油圧アクチュエータを操作するための操作手段とを備える建設機械の異常を検出する異常検出装置において、前記パイロットポンプから前記操作手段に前記パイロット圧を伝達するパイロットラインに配設され、建設機械の使用時は前記パイロット圧を前記操作手段に伝達し、不使用時は前記パイロット圧の前記操作手段への伝達を遮断する遮断弁と、前記パイロット圧を検出する油圧検出手段と、建設機械の使用可能な状態と使用不可能な状態を検出する使用状態検出手段と、前記使用状態検出手段によって使用不可能な状態が検出されているときに、前記油圧検出手段の検出結果に基づき、前記油圧検出手段の異常を判定する異常判定手段とを含む。

また、前記使用状態検出手段は、建設機械の運転席への乗降の際に開閉されるゲートロック装置が作動しているときに建設機械の使用可能な状態を検出し、前記ゲートロック装置が作動していないときに建設機械の使用不可能な状態を検出してもよい。

また、前記異常判定手段は、前記使用状態検出手段によって建設機械の使用不可能な状態が検出されているときに、前記油圧検出手段の検出値が所定の正常範囲内である場合に、前記油圧検出手段が異常であると判定してもよい。

また、前記油圧検出手段の異常を運転者に報知する報知手段をさらに備えてもよい。

本発明の一局面の建設機械は、前記いずれかに記載の旋回駆動制御装置を含む。

本発明によれば、圧力センサが正常値を出力していても故障判定を行うことのできる建設機械の異常検出装置及びこれを含む建設機械を提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明の建設機械の異常検出装置及びこれを含む建設機械を適用した実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態の異常検出装置を含む建設機械を示す側面図である。

この建設機械の下部走行体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。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びバケット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。

「全体構成」
図２は、本実施の形態の異常検出装置を含む建設機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を一点鎖線でそれぞれ示す。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機１３の出力軸には、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。

コントロールバルブ１７は、本実施の形態の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、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、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。

また、電動発電機１２には、インバータ１８を介してバッテリ１９が接続されており、また、バッテリ１９には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。

旋回用電動機２１の回転軸２１ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン１５Ａを介して操作装置２７が接続される。このパイロットライン１５Ａには、遮断弁２５が配設されており、この遮断弁２５は、ゲートロック操作部２６の操作によって連通状態／遮断状態の切り替えが行われる。

操作装置２７には、油圧ライン２８Ａ及び２８Ｂを介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９Ａ、２９Ｂがそれぞれ接続される。この圧力センサ２９Ａ、２９Ｂには、本実施の形態の建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。

このような本実施の形態の建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型の建設機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。

「各部の構成」
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。

電動発電機１２は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。

減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が力行運転を行い、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が回生運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と回生運転の切り替えは、コントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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の各々を駆動するために供給される。

パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。

コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。

インバータ１８は、電動発電機１２の力行運転に必要な電力をバッテリ１９から電動発電機１２に供給するとともに、電動発電機１２の回生運転によって発電された電力をバッテリ１９に充電するために電動発電機１２とバッテリ１９との間に設けられたインバータである。

バッテリ１９は、インバータ１８とインバータ２０との間に配設されている。これにより、電動発電機１２と旋回用電動機２１の少なくともどちらか一方が力行運転を行っている際には、力行運転に必要な電力を供給するとともに、また、少なくともどちらか一方が回生運転を行っている際には、回生運転によって発生した回生電力を電気エネルギーとして蓄積するための電源である。

インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１とバッテリ１９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、インバータが旋回用電動機２１の力業を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生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バッテリ１９へ充電する。

旋回用電動機２１は、力行運転及び回生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の回転駆動力の回転力が減速機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、上部旋回体３の慣性回転により、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として、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を示す。この旋回用電動機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大させることができる。

なお、バッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（力行運転又は回生運転）、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。

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り、旋回用電動機２１と機械的に連結することで旋回用電動機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ように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度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。

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（オン）／解除（オフ）が切り替えられる。

旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１ａの回転速度を減速して旋回機構２に機械的に伝達する減速機である。

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、この状態において、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。

遮断弁２５は、パイロットポンプ１５から操作装置２７にパイロット圧を伝達するパイロットライン１５Ａに配設されており、リレー２５Ａのオン／オフが切り替えられることにより、直流電源（２４Ｖ）からの電源供給が行われることにより、連通状態／遮断状態の切り替えが行われる。建設機械の使用時は連通状態にされてパイロット圧を操作装置２７に伝達し、不使用時は遮断状態にされてパイロット圧の操作装置２７への伝達を遮断する。この遮断弁２５の切り替え制御はゲートロック操作部２６によって行われる。

ゲートロック操作部２６は、建設機械の使用可能（運転可能）な状態と、使用不可能（運転不可能）な状態を切り替えるためのゲートロック装置である。このゲートロック操作部２６は、建設機械の誤動作防止のために設けられている。ここで、図３及び図４を用いてゲートロック操作部２６について説明する。

図３は、本実施の形態の建設機械の運転席及びその周辺を示す斜視図である。

キャビン１０内に配設される運転席１０Ａの両側には、コンソール１０Ｂが配設されており、この一対のコンソール１０Ｂには、一対の操作レバー２７Ａがそれぞれ配設されている。運転席１０Ａには、キャビン前方向に対して左側から乗降が可能であり、左側のコンソール１０Ｂには、ゲートロック操作部２６が配設されている。

図４は、本実施の形態の建設機械の運転席の左側にあるコンソールを示す側面図である。

左側のコンソール１０Ｂに配設されるゲートロック操作部２６は、ゲートロックレバー２６Ａ、ゲート２６Ｂ、及びリミットスイッチ２６Ｃを備える。

ゲートロック操作部２６は、上部旋回体３のキャビン内に配設される運転席の脇に配設されており、運転席への乗降部に配設されるゲート２６Ｂを開閉操作するための操作部である。ゲート２６Ｂとゲートロックレバー２６Ａはワイヤで接続されており、ゲートロックレバー２６Ａが引き上げられるとゲート２６Ｂは閉成され（実線で示す状態）、ゲートロックレバー２６Ａが下ろされるとゲート２６Ｂは開放される（破線で示す状態）。このゲートが閉成されたとき、運転者は運転席から降りることはできず、開放されたときに降りることができる状態となる。

リミットスイッチ２６Ｃは、ゲートロックレバー２６Ａの操作を検出するためのセンサであり、ゲートロックレバー２６Ａが引き上げられるとオンになり、ゲートロックレバー２６Ａが下ろされるとオフとなる。リミットスイッチ２６Ｃがオンになると、遮断弁２５のリレー２５Ａはオンになり、リミットスイッチ２６Ｃがオフになると、リレー２５Ａはオフになる。このように、遮断弁２５は、リミットスイッチ２６Ｃによって切り替えられる。なお、リミットスイッチ２６Ｃのオン／オフを表す信号は、コントローラ３０にも入力される。

ゲートロックレバー２６Ａが引き上げられてゲート２６Ｂが閉成された状態では、リレー２５Ａがオンにされて遮断弁２５が連通状態にされるので、建設機械は使用可能（運転可能）な状態になる。一方、ゲートロックレバー２６Ａが下ろされて、ゲート２６Ｂが開放された状態では、リレー２５Ａがオフにされて遮断弁２５が遮断状態にされるので、建設機械は使用不可能（運転不可能）な状態になる。これは、誤動作防止のためである。

また、図２に示す操作装置２７は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、レバー２７Ａ及び２７Ｂとペダル２７Ｃを含む。レバー２７Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、上部旋回体３の運転席近傍に設けられる。レバー２７Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーであり、運転席近傍に設けられる。また、ペダル２７Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。

この操作装置２７は、パイロットライン１５Ａを通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２７から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２８Ａを通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂによって検出される。

レバー２７Ａ、２７Ｂ、及びペダル２７Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２８Ａを通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、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内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。

なお、メカニカルブレーキ２３は、レバー２７Ａ、２７Ｂ、又はペダル２７Ｃのいずれかが操作されると、コントローラ３０によって解除されるように構成される。

また、油圧ライン２８Ａは、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、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の駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。

圧力センサ２９Ａは、上部旋回体３を右方向に旋回させるためにレバー２７Ａが操作される際の油圧ライン２８Ｂ内の油圧を検出する。油圧を表す電気信号は、コントローラ３０に入力される。これと同様に、圧力センサ２９Ｂは、上部旋回体３を左方向に旋回させるためにレバー２７Ａが操作される際の油圧ライン２８Ｂ内の油圧を検出する。油圧を表す電気信号は、コントローラ３０に入力される。

「コントローラ３０」
コントローラ３０は、本実施の形態の建設機械の駆動制御を行う制御装置であり、速度指令変換部３１、駆動制御部３２、及び旋回駆動制御装置４０を含む。このコントローラ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、速度指令変換部３１、駆動制御部３２、及び旋回駆動制御装置４０は、コントローラ３０のＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することによって実現される装置である。

速度指令変換部３１は、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂから入力される信号を速度指令に変換する演算処理部である。これにより、レバー２７Ａの操作量は、旋回用電動機２１を回転駆動させるための速度指令(rad/s)に変換される。この速度指令は、駆動制御部３２及び旋回駆動制御装置４０に入力される。

駆動制御部３２は、ゲートロック操作部２６から入力されるゲート２６Ｂの開閉状態を表す信号と、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂから入力される油圧を表す信号とに基づき、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂの異常検出を行う。

また、駆動制御部３２は、電動発電機１２の運転制御（力行運転又は回生運転の切り替え）、及び、バッテリ１９の充放電制御を行うための制御装置である。この駆動制御部３２は、エンジン１１の負荷の状態とバッテリ１９の充電状態に応じて、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替える。駆動制御部３２は、電動発電機１２の力行運転と回生運転を切り替えることにより、インバータ１８を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。

ここで、本実施の形態の建設機械の制御系では、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが反時計回りに回転する回転方向を「正転」と称し、正転方向の駆動を表す制御量に正の符号を付す。一方、旋回用電動機２１の回転軸２１ａが時計回りに回転する回転方向を「逆転」と称し、逆転方向の駆動を表す制御量に負の符号を付す。正転は、上部旋回体３の右方向への旋回に対応し、逆転は、上部旋回体の左方向への旋回に対応する。

「旋回駆動制御装置４０」
図５は、本実施の形態の建設機械の旋回駆動制御装置４０の構成を示す制御ブロック図である。

旋回駆動制御装置４０は、インバータ２０を介して旋回用電動機２１の駆動制御を行うための制御装置であり、旋回用電動機２１を駆動するための駆動指令を生成する駆動指令生成部５０、及び主制御部６０を含む。

駆動指令生成部５０には、レバー２７Ａの操作量に応じて速度指令変換部３１から出力される速度指令が入力され、この駆動指令生成部５０は速度指令に基づき駆動指令を生成する。駆動指令生成部５０から出力される駆動指令はインバータ２０に入力され、このインバータ２０によって旋回用電動機２１がＰＷＭ制御信号により交流駆動される。

主制御部６０は、駆動指令生成部５０の制御処理に必要な周辺処理を行う制御部である。具体的な処理内容については、関連箇所においてその都度説明する。

なお、旋回駆動制御装置４０は、操作レバー２７Ａの操作量に応じて、旋回用電動機２１を駆動制御する際に、力行運転と回生運転の切り替え制御を行うと共に、インバータ２０を介してバッテリ１９の充放電制御を行う。

「駆動指令生成部５０」
駆動指令生成部５０は、減算器５１、ＰＩ(Proportional Integral)制御部５２、トルク制限部５３、トルク制限部５４、減算器５５、ＰＩ制御部５６、電流変換部５７、及び旋回動作検出部５８を含む。この駆動指令生成部５０の減算器５１には、レバー２７Ａの操作量に応じた旋回駆動用の速度指令(rad/s)が入力される。

減算器５１は、レバー２７Ａの操作量に応じた速度指令の値（以下、速度指令値）から、旋回動作検出部５８によって検出される旋回用電動機２１の回転速度(rad/s)を減算して偏差を出力する。この偏差は、後述するＰＩ制御部５２において、旋回用電動機２１の回転速度を速度指令値（目標値）に近づけるためのＰＩ制御に用いられる。

ＰＩ制御部５２は、減算器５１から入力される偏差に基づき、旋回用電動機２１の回転速度を速度指令値（目標値）に近づけるように（すなわち、この偏差を小さくするように）ＰＩ制御を行い、そのために必要なトルク電流指令を演算する。生成されたトルク電流指令は、トルク制限部５３に入力される。

トルク制限部５３は、レバー２７Ａの操作量に応じてトルク電流指令の値（以下、トルク電流指令値）を制限する処理を行う。ここで、トルク制限とは、トルク制限部５３に入力されるトルク電流指令値を、トルク制限特性によって許容される値（許容値）以下に制限して出力することをいう。

トルク制限部５３は、
制限によって許容されるトルク電流指令値（許容値）の絶対値がレバー２７Ａの操作量の増大に応じて緩やかに増大するトルク制限特性を用いて、ＰＩ制御部５２から入力されるトルク電流指令値を制限する。このようなトルク電流指令値の制限は、ＰＩ制御部５２によって演算されるトルク電流指令値が急激に増大すると制御性が悪化するため、これを抑制するために行われる。

トルク制限部５４は、トルク制限部５３から入力されるトルク電流指令によって生じるトルクが旋回用電動機２１の許容最大トルク値以下となるように、トルク制限部５３から入力されるトルク電流指令値を制限する。このトルク電流指令値の制限は、トルク制限部５３と同様に、上部旋回体３の左方向及び右方向の双方向の回転に対して行われる。

ここで、トルク制限部５４でトルク電流指令値を制限するためのトルク制限特性は、このトルク制限部５４によってトルク電流指令値が制限されても、バケット６が積み上げられた土砂等に触れて旋回用電動機２１の負荷が大きい状態において、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを回転駆動させることができる駆動トルクを発生させるためのトルク電流指令を出力できるように設定されている。なお、トルク電流指令値を制限するための特性を表すデータは、主制御部６０の内部メモリに格納されており、主制御部６０のＣＰＵによって読み出され、トルク制限部５４に入力される。

減算器５５は、トルク制限部５４から入力されるトルク電流指令値から、電流変換部５７の出力値を減算して得る偏差を出力する。この偏差は、後述するＰＩ制御部５６及び電流変換部５７を含むフィードバックループにおいて、電流変換部５７から出力される旋回用電動機２１の駆動トルクを、トルク制限部５４を介して入力されるトルク電流指令値（目標値）によって表されるトルクに近づけるためのＰＩ制御に用いられる。

ＰＩ制御部５６は、減算器５５から入力される偏差に基づき、この偏差を小さくするようにＰＩ制御を行い、インバータ２０に送る最終的な駆動指令となるトルク電流指令を生成する。インバータ２０は、ＰＩ制御部５６から入力されるトルク電流指令に基づき、旋回用電動機２１をＰＷＭ駆動する。

電流変換部５７は、旋回用電動機２１のモータ電流を検出し、これをトルク電流指令に相当する値に変換し、減算器５５に入力する。

旋回動作検出部５８は、レゾルバ２２によって検出される旋回用電動機２１の回転位置の変化（すなわち上部旋回体３の旋回）を検出するとともに、回転位置の時間的な変化から旋回用電動機２１の回転速度を微分演算によって導出する。導出された回転速度を表すデータは、減算器５１及び主制御部６０に入力される。

このような構成の駆動指令生成部５０において、レバー２７Ａが操作されることによって速度指令変換部３１から速度指令が出力されると、速度指令値と回転速度の偏差がＰＩ制御部５２に入力され、この偏差を小さくするためのトルク電流指令値が出力される。トルク電流指令値は、トルク制限部５３及び５４で制限処理が行われた後に減算器５５に入力され、電流変換部５７の出力との偏差が出力される。この偏差はＰＩ制御部５６に入力され、最終的なトルク電流指令値が演算され、インバータ２０によって旋回用電動機２１が駆動制御され、旋回機構２を介して上部旋回体３が所望の位置まで旋回駆動される。

「異常検出処理」
図６は、本実施の形態の建設機械の異常検出装置による異常検出処理の手順を示す図である。これは、駆動制御部３２によって実行される処理であり、駆動制御部３２は、ゲートロック操作部２６から入力されるリミットスイッチ２６Ｃのオン／オフを表す信号と、圧力センサ２９Ａ及び２９Ｂで検出された油圧を表す信号とに基づいて圧力センサ２９Ａ及び２９Ｂの異常検出を行う。

駆動制御部３２は、リミットスイッチ２６Ｃがオフであるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定を行うのは、建設機械が使用中であるか否かを判定するためである。オフである場合は、建設機械は使用不可能な状態である。

オフである場合は、駆動制御部３２は、圧力センサ２９Ａで検出される油圧が所定の下限値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。この判定を行うのは、リミットスイッチ２６Ｃがオフのときに、圧力センサ２９Ａで検出される圧力が建設機械の使用中に検出され得る正常な油圧（以下、正常値と称す）の範囲内にあれば、圧力センサ２９Ａの異常と考えられるため、下限値との比較を行うためである。この下限値は、正常値の範囲の下限の値に設定される。

駆動制御部３２は、ステップＳ２で油圧が下限値より高いと判定した場合は、圧力センサ２９Ａで検出される油圧が所定の上限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。この判定を行うのは、リミットスイッチ２６Ｃがオフのときに、油圧が正常値の範囲内にあるかを判定するために、上限値との比較を行うためである。この上限値は、正常値の範囲の上限の値に設定される。

駆動制御部３２は、ステップＳ３で油圧が上限値よりも低いと判定した場合は、圧力センサ２９Ａは異常であると判定する（ステップＳ４）。リミットスイッチ２６Ｃがオフのとき（建設機械の使用不可能な状態）に、圧力センサ２９Ａで検出される油圧が正常値の範囲内にあれば、圧力センサ２９Ａの異常と考えられるからである。

駆動制御部３２は、ステップＳ２で圧力センサ２９Ａで検出される油圧が下限値以下であると判定した場合、又は、ステップＳ４が終了した場合は、圧力センサ２９Ｂで検出される油圧が所定の下限値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。これは、ステップＳ２と同様に、リミットスイッチ２６Ｃがオフのときに、圧力センサ２９Ｂで検出される油圧が正常値の範囲内にあれば、圧力センサ２９Ｂの異常と考えられるため、下限値との比較を行うためである。この下限値は、正常値の範囲の下限の値に設定される。

駆動制御部３２は、ステップＳ５で油圧が下限値より高いと判定した場合は、圧力センサ２９Ｂで検出される油圧が所定の上限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。この判定を行うのは、リミットスイッチ２６Ｃがオフのときに、油圧が正常値の範囲内にあるかを判定するために、上限値との比較を行うためである。この上限値は、正常値の範囲の上限の値に設定される。

駆動制御部３２は、ステップＳ６で油圧が上限値よりも低いと判定した場合は、圧力センサ２９Ｂは異常であると判定する（ステップＳ７）。リミットスイッチ２６Ｃがオフのとき（建設機械の使用不可能な状態）に、圧力センサ２９Ｂで検出される油圧が正常値の範囲内にあれば、圧力センサ２９Ｂの異常と考えられるからである。ステップＳ７の処理が終了すると、すべての処理が終了する。

また、駆動制御部３２は、ステップＳ６で圧力センサ２９Ｂによって検出される油圧が上限値以上であると判定した場合は、処理を終了する。異常は見つからなかったからである。

また、駆動制御部３２は、ステップＳ１でリミットスイッチ２６Ｃがオンであると判定した場合は、このステップＳ１を繰り返し実行する。本実施の形態の建設機械の異常検出装置は、圧力センサ２９Ａ及び２９Ｂの検出値が正常値の範囲内にある場合に、異常（故障）を検出するため、そのためには建設機械が使用不可能な状態であることが前提となるからである。

なお、ステップＳ１乃至Ｓ７の処理は、リミットスイッチ２６Ｃがオフの状態、すなわち、建設機械の使用不可能な状態において、圧力センサ２９Ａ及び２９Ｂの故障を検出するために実行する処理である。このため、これらの処理は、例えば、建設機械の仕様終了時にゲートロックレバー２６Ａが下ろされることによってリミットスイッチ２６Ｃがオフにされたときに実行すればよい。

以上、本実施の形態の建設機械の異常検出装置によれば、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂによって検出される油圧が正常値を示していても、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂの故障を判定することができる。

以上では、旋回用電動機２１がインバータ２０によってＰＷＭ駆動される交流モータであり、その回転速度を検出するために、レゾルバ２２及び旋回動作検出部５８を用いる形態について説明したが、旋回用電動機２１は直流モータであってもよい。この場合は、インバータ２０、レゾルバ２２及び旋回動作検出部５８が不要となり、回転速度としては直流モータのタコジェネレータで検出される値を用いればよい。

また、以上では、トルク電流指令の演算にＰＩ制御を用いる形態について説明したが、これに代えて、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御等を用いてもよい。

また、以上では、ハイブリッド型の建設機械において旋回機構２が電動化されている形態について説明したが、本実施の形態の異常検出装置の適用対象は、バイブリッド型に限定されるものではなく、すべての作業要素が油圧駆動される建設機械であってもよい。このため、電動発電機１２及び旋回用電動機２１を備えず、旋回機構２も油圧駆動される建設機械に本実施の形態の異常検出装置を適用する場合には、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂは不要となるため、圧力センサ２９Ａ、２９Ｂの代わりに、コントロールバルブ１７内の油圧をコントローラ３２で監視すればよい。

以上、本発明の例示的な本実施の形態の異常検出装置及びこれを含む建設機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

本実施の形態の異常検出装置を含む建設機械を示す側面図である。 本実施の形態の異常検出装置を含む建設機械の構成を表すブロック図である。 本実施の形態の建設機械の運転席及びその周辺を示す斜視図である。 本実施の形態の建設機械の運転席の左側にあるコンソールを示す側面図である。 本実施の形態の建設機械の旋回駆動制御装置４０の構成を示す制御ブロック図である。 本実施の形態の建設機械の異常検出装置による異常検出処理の手順を示す図である。

符号の説明

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
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
１０Ａ 運転席
１０Ｂ コンソール
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１５Ａ パイロットライン
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 バッテリ
２０ インバータ
２１ 旋回用電動機
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ 遮断弁
２５Ａ リレー
２６ ゲートロック操作部
２６Ａ ゲートロックレバー
２６Ｂ ゲート
２６Ｃ リミットスイッチ
２７ 操作装置
２７Ａ、２７Ｂ レバー
２７Ｃ ペダル
２８Ａ、２８Ｂ 油圧ライン
２９Ａ、２９Ｂ 圧力センサ
３０ コントローラ
３１ 速度指令変換部
３２ 駆動制御装置
４０ 旋回駆動制御装置
５０ 駆動指令生成部
５１ 減算器
５２ ＰＩ制御部
５３ トルク制限部
５４ トルク制限部
５５ 減算器
５６ ＰＩ制御部
５７ 電流変換部
５８ 旋回動作検出部
６０ 主制御部

Claims (5)

1. 原動機により駆動される油圧ポンプ及びパイロットポンプと、作業要素を油圧駆動するための油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、前記パイロットポンプから供給されるパイロット圧により前記コントロールバルブを介して前記油圧アクチュエータを操作するための操作手段とを備える建設機械の異常を検出する異常検出装置において、
   前記パイロットポンプから前記操作手段に前記パイロット圧を伝達するパイロットラインに配設され、建設機械の使用時は前記パイロット圧を前記操作手段に伝達し、不使用時は前記パイロット圧の前記操作手段への伝達を遮断する遮断弁と、
   前記パイロット圧を検出する油圧検出手段と、
   建設機械の使用可能な状態と使用不可能な状態を検出する使用状態検出手段と、
   前記使用状態検出手段によって使用不可能な状態が検出され、前記遮断弁が遮断状態であるときに、前記油圧検出手段の検出値に基づき、前記油圧検出手段の異常を判定する異常判定手段と
   を含む建設機械の異常検出装置。
2. 前記異常判定手段は、前記使用状態検出手段によって建設機械の使用不可能な状態が検出されているときに、前記油圧検出手段の検出値が所定の正常範囲の下限値以下である場合に、前記油圧検出手段に異常は発生していないと判定する、請求項１に記載の建設機械の異常検出装置。
3. 前記異常判定手段は、前記使用状態検出手段によって建設機械の使用不可能な状態が検出されているときに、前記油圧検出手段の検出値が所定の正常範囲内である場合に、前記油圧検出手段が異常であると判定する、請求項１又は２に記載の建設機械の異常検出装置。
4. 前記使用状態検出手段は、建設機械の運転席への乗降の際に開閉されるゲートロック装置が作動しているときに建設機械の使用可能な状態を検出し、前記ゲートロック装置が作動していないときに建設機械の使用不可能な状態を検出する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の建設機械の異常検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の建設機械の異常検出装置を含む建設機械。

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