JP6494268B2

JP6494268B2 - ショベル

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Publication number: JP6494268B2
Application number: JP2014252410A
Authority: JP
Inventors: 誠柳澤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: JP2016113791A

Description

本発明は旋回用電動機を搭載するショベルに関する。

旋回加速操作とブーム上げ操作の複合操作時のブーム上げ操作量が大きいほど旋回角加速度の制限値を小さくし、複合操作時における上部旋回体の加速を鈍化させるショベルが知られている（特許文献１参照。）。

特開２００８−８８６５９号公報

しかしながら、ショベル動作時の車体の揺れがブーム上げ操作量に反映されてしまい、旋回角加速度を不必要に増減し、操作性が悪化するおそれがある。

上述の点に鑑み、複合操作時における旋回用電動機による旋回動作をより安定的に旋回用油圧モータによる旋回動作のように行わせるショベルの提供が望まれる。

本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体を旋回させる旋回用電動機と、前記上部旋回体に取り付けられる作業体と、前記作業体を動作させる油圧アクチュエータと、前記旋回用電動機の動きを制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは旋回操作レバーによる旋回加速操作の開始時における前記作業体の動作状態に基づいて前記旋回用電動機の角加速度の制限値を決定する。

上述の手段により、複合操作時における旋回用電動機による旋回動作をより安定的に旋回用油圧モータによる旋回動作のように行わせるショベルが提供される。

本発明の実施例に係るショベルの側面図である。図１のショベルの駆動系の構成例を示す図である。図１のショベルに搭載されるコントローラの構成例を示す機能ブロック図である。制限値切替処理の流れを示すフローチャートである。旋回加速操作を含む複合操作中の各種物理量の時間的推移を示すグラフである。制限値連続可変処理を実行する際のブームシリンダ伸張速度と角加速度制限値の対応関係の一例を示す図である。制限値切替処理を実行する際のブームシリンダ伸張速度と判定時間の対応関係の一例を示す図である。図１のショベルに搭載されるコントローラの別の構成例を示す機能ブロック図である。旋回加速操作を含む複合操作中の各種物理量の時間的推移を示すグラフである。制限値連続可変処理を実行する際のブーム上げ操作量と角加速度制限値の対応関係の一例を示す図である。制限値切替処理を実行する際のブーム上げ操作量と判定時間の対応関係の一例を示す図である。

本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルは、概略的には、旋回加速動作の開始時にブーム上げ操作が行われていると判定できた場合に角加速度の制限値を切り替えて旋回用電動機の角速度を制限する処理（以下、「制限値切替処理」とする。）を実行する。そのため、上部旋回体の角速度はその切り替え後の角加速度の制限値にしたがって安定的に加速する。ショベル動作中における車体の振動による或いはブーム操作レバー保持中における操作者の意識外の意図しない体の動きによるブーム操作レバーに対する微操作入力に応じては角加速度の制限値が変化しないためである。その結果、安定した旋回加速動作を実現できる。

最初に、本発明の実施例に係るショベルの全体構成及びその駆動系の構成について説明する。図１は本発明の実施例に係るショベルの構成例を示す側面図である。

図１に示すショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３には作業体としてのブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端には作業体としてのアーム５が取り付けられ、アーム５の先端には作業体としてのバケット６が取り付けられる。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、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によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３にはキャビン１０が設けられる。

図２は図１に示すショベルの駆動系の構成例を示す図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示される。

エンジン１１と電動発電機１２は減速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続される。減速機１３の出力軸には油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続される。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が接続される。また、パイロットポンプ１５にはパイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。

コントロールバルブ１７はショベルにおける油圧系の制御を行う油圧制御装置である。本実施例では、コントロールバルブ１７は高圧油圧ラインを介して右側走行用油圧モータ２Ａ、左側走行用油圧モータ２Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の各種油圧アクチュエータに接続される。

蓄電系１２０は、蓄電装置１９と、昇降圧コンバータ１９ａと、ＤＣバス１９ｂとを含む。蓄電装置１９は例えばキャパシタであり、昇降圧コンバータ１９ａ、ＤＣバス１９ｂ、及びインバータ１８を介して電動発電機１２に接続される。また、蓄電装置１９は、昇降圧コンバータ１９ａ、ＤＣバス１９ｂ、及びインバータ２０を介して旋回用電動機２１に接続される。昇降圧コンバータ１９ａは、蓄電装置１９とＤＣバス１９ｂとの間に配置され、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じてＤＣバス１９ｂの電圧レベルが一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１９ｂは、昇降圧コンバータ１９ａとインバータ１８及びインバータ２０のそれぞれとの間に配置され、蓄電装置１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を可能にする。

インバータ１８は、コントローラ３０からのトルク電流指令値に応じてモータ駆動電流を電動発電機１２に対して出力する。また、インバータ２０は、コントローラ３０からのトルク電流指令値に応じてモータ駆動電流を旋回用電動機２１に対して出力する。

旋回用電動機２１の出力軸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。

操作装置２６は、各種油圧アクチュエータを操作するための装置であり、入力された操作量、操作方向等の操作内容に応じたパイロット圧を発生させる。また、操作装置２６は、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７に接続される。コントロールバルブ１７は、操作装置２６が発生させたパイロット圧に応じて各種油圧アクチュエータに対応するスプール弁を動かし、メインポンプ１４が吐出する作動油を各種油圧アクチュエータに供給する。また、操作装置２６は、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。圧力センサ２９は、操作装置２６が発生させたパイロット圧を電気信号に変換し、変換した電気信号をコントローラ３０に対して出力する。

なお、ショベルの駆動系は、各種油圧アクチュエータの伸縮速度を検出するセンサ、各種油圧アクチュエータを作動させる作動油の圧力を検出するセンサ等を含んでいてもよい。また、それらセンサは検出した値をコントローラ３０に対して出力してもよい。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置である。具体的には、コントローラ３０は、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。

また、コントローラ３０は、各種油圧アクチュエータの動作状態の検出結果に基づいてショベルの動きを制御してもよい。例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の油圧シリンダのストロークの変位を検出する変位センサ５０の出力に基づいてショベルの動きを制御してもよい。例えば、変位センサ５０はブームシリンダ７のストローク量を検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は変位センサ５０の出力に基づいてブームシリンダ７の伸縮速度（以下、「ブームシリンダ伸縮速度」とする。）を導き出し、ひいてはブーム４の回動速度を導き出すこともできる。なお、変位センサ５０は角度センサであってもよい。この場合、変位センサ５０はブーム４の回動角度を検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は変位センサ５０の出力に基づいてブーム４の回動速度を導き出すこともできる。また、コントローラ３０は、油圧シリンダを流出入する作動油の流量に基づいて油圧シリンダのストローク量、伸縮速度等を導き出してもよい。このようにして、コントローラ３０は、ブーム等を含む作業体の動作状態の検出結果をショベルの動きに反映させることができる。

次に、図３を参照し、コントローラ３０の機能の詳細について説明する。なお、図３は、コントローラ３０の機能ブロック図であり、旋回用電動機２１の駆動制御を行う際に用いられる機能要素を含む。本実施例では、コントローラ３０は、主に、角速度目標値生成部３１、角加速度制限部３２、減算器３３、ＰＩ制御部３４、加速開始判定部３５、動作状態判定部３６、判定時間決定部３７、角加速度制限値生成部３８、及び出力切替判定部３９を有する。

角速度目標値生成部３１は、旋回操作レバーのレバー操作量（以下、「旋回操作量」とする。）を表す圧力センサ２９からの電気信号に基づいて角速度目標値を生成する。

角加速度制限部３２は、角加速度制限値を用いて角速度目標値を角速度制限値以下に制限する。本実施例では、角加速度制限部３２は、角速度目標値生成部３１が生成した角速度目標値が角速度制限値以上であれば角速度制限値を角速度指令値として減算器３３に対して出力する。また、角加速度制限部３２は、角速度目標値生成部３１が生成した角速度目標値が角速度制限値未満であれば角速度目標値を角速度指令値として減算器３３に対して出力する。なお、角速度制限値は、前回の角速度指令値に角加速度制限値を加算した値である。また、角加速度制限値についてはその詳細を後述する。

減算器３３は、角速度指令値と旋回角速度の現在値（実旋回角速度）との偏差をＰＩ制御部３４に対して出力する。実旋回角速度は、例えば旋回角速度検出器としてのレゾルバ２２の検出値から導き出される。具体的には、コントローラ３０は、旋回用電動機２１のロータの回転位置の変化に基づいて実旋回角速度を導き出す。

ＰＩ制御部３４は、減算器３３から入力される偏差に基づいてＰＩ制御を実行する。本実施例では、ＰＩ制御部３４は、実旋回角速度が角速度指令値に近づくようにトルク電流指令値を生成する。そして、ＰＩ制御部３４は、生成したトルク電流指令値をインバータ２０に対して出力する。

トルク電流指令値を受けたインバータ２０は、そのトルク電流指令値に応じてＰＷＭ信号を生成する。そして、インバータ２０は、生成したＰＷＭ信号でトランジスタ等のスイッチング素子を動作させてモータ駆動電流を生成し、そのモータ駆動電流を旋回用電動機２１に対して出力する。なお、インバータ２０は、トルク電流指令値とモータ駆動電流の現在値との偏差を極小化するようにトルク電流指令値をフィードバック制御してもよい。

加速開始判定部３５は旋回加速操作が開始されたかを判定する。本実施例では、加速開始判定部３５は旋回操作量を表す圧力センサ２９からの電気信号に基づいて旋回加速操作が開始されたか否かを判定する。そして、加速開始判定部３５はその判定結果を出力切替判定部３９に対して出力する。

動作状態判定部３６は作業体の動作状態を示す状態量に基づいて作業体の動作状態を判定する。本実施例では、動作状態判定部３６は変位センサ５０が出力するブームシリンダ伸縮速度に基づいてブーム上げ操作が行われているかを判定する。なお、変位センサ５０はブーム４の動作状態を検出できるセンサであればどのようなセンサであってもよい。例えば、動作状態判定部３６は角度センサの出力等の各種物理量に基づいてブーム上げ操作が行われているかを判定してもよい。以下では、ブームシリンダ７の伸張速度に基づく場合について説明する。

動作状態判定部３６は、判定時間決定部３７が決定する判定時間に亘ってブームシリンダ７が所定の伸張速度（判定速度）で伸張し続けた場合にブーム上げ操作が行われていると判定する。この場合、「判定時間決定部３７が決定する判定時間に亘ってブームシリンダ７が所定の伸張速度（判定速度）で伸張し続ける」というブーム４の動作状態が、ブーム上げ操作が行われているか否かの判定基準としての「作業体の動作状態」を構成する。

判定時間決定部３７は、ブームシリンダ７の伸張速度（以下、「ブームシリンダ伸張速度」とする。）が所定の判定速度Ｖ１以上の場合、所定時間ＴＨを判定時間として決定する。また、判定時間決定部３７は、ブームシリンダ伸張速度が所定の判定速度Ｖ２（＞Ｖ１）以上の場合、所定時間ＴＬ（＜ＴＨ）を判定時間として決定する。具体的には、判定時間決定部３７は、ブームシリンダ伸張速度が１０［ｍｍ／ｓ］以上の場合に１００［ｍｓ］を判定時間とし、ブームシリンダ伸張速度が２０［ｍｍ／ｓ］以上の場合に３０［ｍｓ］を判定時間とする。このように、判定時間決定部３７はブームシリンダ伸張速度が大きいほど判定時間を短くする。

角加速度制限値生成部３８は、角加速度制限値を生成し、生成した角加速度制限値を角加速度制限部３２に対して出力する。なお、角加速度制限値は角速度指令値を角速度目標値まで増大させる際の一制御周期当たりの角速度指令値の最大増分値である。そのため、角加速度制限部３２は、角加速度制限値生成部３８から受けた角加速度制限値を前回の角速度指令値に加算して角速度制限値を導き出す。角加速度制限値生成部３８は、２つの角加速度制限値の一方を選択して角加速度制限部３２に出力する。

出力切替判定部３９は、角加速度制限値生成部３８の角加速度制限部３２に対する出力の切り替えの要否を判定する。出力切替判定部３９は、加速開始判定部３５の判定結果と動作状態判定部３６の判定結果とに基づき、角加速度制限値生成部３８が角加速度制限部３２に対して出力する角加速度制限値の切り替えの要否を判定する。

具体的には、出力切替判定部３９は、旋回加速操作が開始されたと加速開始判定部３５が判定し、且つ、ブーム上げ操作が行われていると動作状態判定部３６が判定した場合、すなわちショベルの動作状態が「旋回複合操作モード」にあると判定した場合に、切り替えが必要であると判定する。この場合、出力切替判定部３９は、角加速度制限値生成部３８が出力する角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨから制限時の値ＡｃｃＬ（＜ＡｃｃＨ）に切り替える。

また、出力切替判定部３９は、旋回加速操作が開始されたと加速開始判定部３５が判定し、且つ、ブーム上げ操作が行われていないと動作状態判定部３６が判定した場合、すなわちショベルの動作状態が「旋回単独操作モード」にあると判定した場合、切り替えが不要であると判定する。この場合、出力切替判定部３９は、角加速度制限値生成部３８が出力する角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨのまま維持する。

このように、通常時の角加速度制限値ＡｃｃＨは旋回加速操作が単独で行われている場合に採用され、通常時の角加速度制限値ＡｃｃＨより小さい制限時の角加速度制限値ＡｃｃＬは旋回加速操作及びブーム上げ操作を含む複合操作が行われている場合に採用される。

また、上述の実施例では、「旋回複合操作モード」及び「旋回単独操作モード」の２つの操作モードのそれぞれに対応する２つの角加速度制限値のうちの１つが作業体としてのブーム４の動作状態に基づいて選択される。但し、３つ以上の操作モードのそれぞれに対応する３つ以上の角加速度制限値のうちの１つが作業体の動作状態に基づいて選択されてもよい。この場合、３つ以上の操作モードは、例えば、ブーム上げ操作及び旋回加速操作を含む「ブーム上げ旋回複合操作モード」、アーム開き操作及び旋回加速操作を含む「アーム開き旋回複合操作モード」等を含んでいてもよい。

次に、図４を参照し、コントローラ３０が実行する制限値切替処理について説明する。なお、図４は制限値切替処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、旋回加速操作が開始されるまでの間、所定の制御周期で繰り返しこの制限値切替処理を実行し、角加速度制限値を制限時の値ＡｃｃＬに切り替えた時点でこの制限値切替処理の繰り返しを終了させる。

最初に、コントローラ３０は旋回加速操作が開始されたかを判定する（ステップＳ１）。本実施例では、コントローラ３０の加速開始判定部３５は圧力センサ２９の出力に基づいて旋回操作量を検出する。そして、加速開始判定部３５は、旋回操作量に基づいて旋回加速操作が開始されたか否かを判定する。例えば、加速開始判定部３５は、旋回操作量が所定値以上となった場合に旋回加速操作が開始されたと判定する。

旋回加速操作が開始されていないと判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、コントローラ３０は今回の制限値切替処理を終了させる。

旋回加速操作が開始されたと判定した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ３０はブーム上げ操作が行われているかを判定する（ステップＳ２）。本実施例では、コントローラ３０の動作状態判定部３６は、変位センサ５０が検出するブームシリンダ７のストローク量からブームシリンダ伸縮速度を導き出し、そのブームシリンダ伸縮速度に基づいてブーム上げ操作が行われているかを判定する。具体的には、動作状態判定部３６は、制限値切替処理の実行の有無とは独立してブーム上げ操作が行われているか否かの判定を継続的に行う。そして、コントローラ３０は、旋回加速操作が開始されたと判定した場合に動作状態判定部３６の判定結果を利用してブーム上げ操作が行われているか否かを判定する。

旋回加速操作が開始された時点でブーム上げ操作が行われていると判定した場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、すなわちショベルの動作状態が「旋回複合操作モード」にあると判定した場合、コントローラ３０は角加速度制限値を制限時の値ＡｃｃＬに切り替える（ステップＳ３）。本実施例では、動作状態判定部３６は、判定時間決定部３７が決定する判定時間に亘ってブームシリンダ７が所定の伸張速度以上で伸張し続けた場合にブーム上げ操作が行われていると判定する。そして、コントローラ３０の出力切替判定部３９は、角加速度制限値生成部３８が出力する角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨから制限時の値ＡｃｃＬに切り替える。この場合、角加速度制限値生成部３８は制限時の角加速度制限値ＡｃｃＬを角加速度制限部３２に対して出力する。

制限時の角加速度制限値ＡｃｃＬを受けた角加速度制限部３２は、一制御周期当たりの角速度指令値の最大増分値を角加速度制限値ＡｃｃＬとする。すなわち、角加速度制限部３２は、前回（一制御周期前）の角速度指令値に角加速度制限値ＡｃｃＬを加えた値を今回の角速度指令値の最大値である角速度制限値とする。また、角速度制限値は角速度目標値以下に設定される。

一方、ブーム上げ操作が行われていないと判定した場合（ステップＳ２のＮＯ）、すなわちショベルの動作状態が「旋回単独操作モード」にあると判定した場合、コントローラ３０は角加速度制限値を切り替えることなく今回の制限値切替処理を終了させる。具体的には、コントローラ３０は、角加速度制限値を制限時の値ＡｃｃＬに切り替えることなく、角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨとしたまま、今回の制限値切替処理を終了させる。この場合、角加速度制限値生成部３８は通常時の角加速度制限値ＡｃｃＨを角加速度制限部３２に対して出力する。

通常時の角加速度制限値ＡｃｃＨを受けた角加速度制限部３２は、一制御周期当たりの角速度指令値の最大増分値を角加速度制限値ＡｃｃＨとする。すなわち、角加速度制限部３２は、前回（一制御周期前）の角速度指令値に角加速度制限値ＡｃｃＨを加えた値を今回の角速度指令値の最大値である角速度制限値とする。また、角速度制限値は角速度目標値以下に設定される。

このように、コントローラ３０は、旋回加速動作の開始時のブーム４の動作状態に基づいて角加速度制限値を決定するため、ショベルの車体の振動が旋回加速動作に悪影響を及ぼすことを防止できる。

例えば車体の振動により、旋回加速操作を含む複合操作中の油圧アクチュエータの状態がその油圧アクチュエータに対する操作者の意図的な操作とは無関係に変化したとしても、その変化に過敏に反応することなく旋回用電動機２１の旋回角速度を制御できる。そのため、コントローラ３０は、複合操作時の旋回用電動機２１による旋回動作をより安定的に旋回用油圧モータによる旋回動作のように行わせることができる。

次に、図５を参照し、旋回加速操作を含む複合操作中の各種物理量の時間的推移について説明する。なお、図５は旋回加速操作を含む複合操作中の各種物理量の時間的推移を示すグラフである。具体的には、図５の点線で示す推移はコントローラ３０が複合操作時のブームシリンダ伸張速度に応じて角加速度の制限値を連続的に変化させる制限値連続可変処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移を示し、実線で示す推移はコントローラ３０が制限値切替処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移を示す。なお、制限値連続可変処理は特許文献１のショベルで実行される処理に対応する。そして、制限値連続可変処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移は、本発明の実施例に係るショベルが制限値切替処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移との違いを明確にするための比較対象として提示される。

より詳細には、図５（Ａ）はブームシリンダ伸張速度の時間的推移を示す。また、図５（Ｂ）は角加速度制限値の時間的推移を示す。また、図５（Ｃ）は角速度指令値の時間的推移を示す。具体的には、実線が制限値切替処理中の角速度指令値の時間的推移を示し、点線が制限値連続可変処理中の角速度指令値の時間的推移を示す。また、図５（Ｄ）は旋回角速度の時間的推移を示す。

なお、図５（Ａ）に示すブームシリンダ伸張速度は制限値切替処理中及び制限値連続可変処理中で同じ推移を辿る。

最初に、図５及び図６を参照し、コントローラ３０が制限値連続可変処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移について説明する。なお、図６は制限値連続可変処理で使用される、ブームシリンダ伸張速度と角加速度制限値の対応関係の一例を示す。

操作者が時刻ｔ１においてブーム操作レバーを上げ方向に傾倒すると、図５（Ａ）の点線で示すようにブームシリンダ伸張速度は増大するが、図５（Ｂ）の点線で示すように角加速度制限値は通常時の値ＡｃｃＨのまま推移する。図６に示すように、ブームシリンダ伸張速度が所定値Ｖ１以下であれば角加速度制限値は通常時の値ＡｃｃＨに設定されるためである。

その後、時刻ｔ２においてブームシリンダ伸張速度が所定値Ｖ１を上回ると、図５（Ｂ）の点線で示すように角加速度制限値はブームシリンダ伸張速度が増大するにつれて低下する。図６に示すように、ブームシリンダ伸張速度が所定値Ｖ１より大きく所定値Ｖ２未満であれば角加速度制限値は通常時の値ＡｃｃＨと制限時の値ＡｃｃＬとの間にある、ブームシリンダ伸張速度に応じた値に設定されるためである。したがって、角加速度制限値は図５（Ｂ）の点線で示すように時刻ｔ２以降もブームシリンダ伸張速度の増減に応じて変動する。なお、図６に示すように、角加速度制限値はブームシリンダ伸張速度が所定値Ｖ２以上であれば制限時の値ＡｃｃＬに設定される。

ブームシリンダ伸張速度の増減は、操作者がブーム操作レバーを所望のレバー操作量で維持しようとしても完全には維持できないことに起因する。ショベルの車体の揺れの影響を受けるためである。特に、その影響はその所望のレバー操作量が中間領域（中立位置に対応するレバー操作量と最大傾倒位置に対応するレバー操作量との間の領域）にある場合に顕著となる。このように、ブームシリンダ伸張速度は、ブーム操作レバーに対する操作者の意図しない微操作入力に応じて増減してしまう。なお、図５（Ａ）における所定値Ｖ１と所定値Ｖ２との間のブームシリンダ伸張速度の変動はこの無意識の微操作入力に起因する変動を分かり易く例示したものである。

その後、旋回操作レバーが時刻ｔ３において傾倒されると、旋回操作量、角速度目標値はそれぞれ時刻ｔ３で増大し始める。また、角速度指令値は、図５（Ｃ）の点線で示すように時刻ｔ３で増大し始め、その後は角加速度制限値による制限を受けて一制御周期当たりの増分を変動させながら角速度目標値まで増大する。

その結果、旋回角速度は、図５（Ｄ）の点線で示すように、角速度指令値の時間的推移に沿うように時刻ｔ３で増大し始め、その後は一制御周期当たりの増分を変動させながら角速度目標値に対応する旋回角速度まで増大する。

このように、旋回加速操作及びブーム上げ操作を含む複合操作中に制限値連続可変処理を実行する場合、コントローラ３０は、角加速度制限値をブームシリンダ伸張速度に応じて連続的に変化させる。そのため、ブームシリンダ伸張速度に応じて旋回用電動機２１の角加速度を連続的に変化させることができる。しかしながら、コントローラ３０はブームシリンダ伸張速度の僅かな変動に敏感に反応して旋回角加速度を増減させるため、旋回用電動機２１の旋回動作を不安定にしてしまうおそれがある。また、旋回角加速度の増減が大きくなると、操作者は不安を感じ、旋回操作量及び角速度目標値を低減させ、角速度指令値の増大を制限してしまうおそれがある。その結果、操作者は、旋回角速度の増大を制限して作業効率を低下させてしまうおそれがある。

そこで、コントローラ３０は、制限値連続可変処理の代わりに制限値切替処理を実行して旋回加速操作及びブーム上げ操作を含む複合操作中の旋回用電動機２１の旋回動作を安定化させる。

ここで、図５及び図７を参照し、コントローラ３０が制限値切替処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移について説明する。なお、図７は制限値切替処理で使用される、ブームシリンダ伸張速度と判定時間の対応関係の一例を示す。

操作者が時刻ｔ１においてブーム操作レバーを上げ方向に傾倒すると、図５（Ａ）の実線で示すようにブームシリンダ伸張速度は増大するが、図５（Ｂ）の実線で示すように角加速度制限値は通常時の値ＡｃｃＨのまま推移する。コントローラ３０は、旋回加速操作が開始されるまでは角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨのまま維持するためである。

その後、旋回操作レバーが時刻ｔ３において傾倒されると、旋回操作量、角速度目標値はそれぞれ時刻ｔ３で増大し始める。また、旋回操作量が所定値を上回るとコントローラ３０は旋回加速操作が開始されたと判定する。

旋回加速操作が開始されたと判定した場合、コントローラ３０は、ブーム上げ操作が行われていると既に判定していたときには、角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨから制限時の値ＡｃｃＬに切り替える。具体的には、コントローラ３０は、時刻ｔ２１において、ブームシリンダ伸張速度が判定速度Ｖ１以上の状態で判定時間ＴＨに亘って継続されたと判定し、ブーム上げ操作が行われていると判定する。そして、コントローラ３０は、図５（Ｂ）の実線で示すように、時刻ｔ３において旋回加速操作が開始されたと判定した場合に角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨから制限時の値ＡｃｃＬに切り替える。なお、判定時間は図７に示すようにブームシリンダ伸張速度に応じて異なるものであってもよい。例えば、コントローラ３０は、ブームシリンダ伸張速度が判定速度Ｖ２（＞Ｖ１）以上の状態が判定時間ＴＬ（＜ＴＨ）に亘って継続されたと判定した場合にブーム上げ操作が行われていると判定してもよい。

そして、角加速度制限値が制限時の値ＡｃｃＬに切り替えられると、角速度指令値は図５（Ｃ）の実線で示すように一制御周期当たりの増分を角加速度制限値ＡｃｃＬとしながら角速度目標値まで増大する。

このように、制限値切替処理を実行するコントローラ３０は、旋回加速操作の開始時にブーム上げ操作が行われていると既に判定している場合に角加速度制限値を制限時の値ＡｃｃＬに切り替える。そのため、操作者は旋回単独操作モードと旋回複合操作モードとの間で旋回用電動機２１の角加速度を切り替えることができる。また、コントローラ３０は複合操作時におけるブームシリンダ伸張速度の僅かな変動に敏感に反応して旋回角加速度を増減させることはない。角加速度制限値は、制限時の値ＡｃｃＬに切り替えられた後、旋回加速操作が終了するまでは制限時の値ＡｃｃＬのまま維持されるためである。具体的には、角加速度制限値は、解除フラグがオンされるまでは制限時の値ＡｃｃＬのまま維持されるためである。なお、解除フラグは、旋回操作レバーのレバー操作量がゼロとなった場合や、実旋回角速度がゼロとなった場合等にオンされ、角加速度制限値が通常時の値ＡｃｃＨから制限時の値ＡｃｃＬに切り替えられた場合にオフされる。その結果、コントローラ３０は、旋回複合操作モードでの旋回用電動機２１の旋回動作を安定させることができる。車体の揺れ等に起因するブームシリンダ伸張速度の意図しない変動が発生したとしても図５（Ｄ）に示すように旋回角速度を一定の割合で増大させることができるためである。また、操作者は制限値連続可変処理が実行される場合のように旋回操作量を低減させてしまうこともない。旋回角速度が旋回加速操作に応じて滑らかに増大するため操作者は旋回角速度の意図しない変動による不安を感じることもないためである。その結果、操作者は作業効率を低下させてしまうこともない。

以上の構成により、本発明の実施例に係るショベルは、旋回加速動作の開始時にブーム上げ操作が行われていると判定できた場合に制限値切替処理を実行する。そのため、上部旋回体の角速度はその切り替え後の角加速度の制限値にしたがって安定的に加速する。ショベル動作中における車体の振動による或いはブーム操作レバー保持中における操作者の意識外の意図しない体の動きによるブーム操作レバーに対する微操作入力に応じては角加速度の制限値が変化しないためである。その結果、安定した旋回加速動作を実現できる。

次に、図８を参照し、図１のショベルに搭載されるコントローラ３０の別の構成例について説明する。なお、図８は、コントローラ３０の機能ブロック図であり図３に対応する。

図８のコントローラ３０は、動作状態判定部３６が作業体操作レバーとしてのブーム操作レバーのレバー操作量に基づいてブーム４の動作状態を判定する点、及び、判定時間決定部３７がブーム操作レバーのレバー操作量に基づいて判定時間を決定する点で図３のコントローラ３０と相違するがその他の点で共通する。そのため、ここでは共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。

動作状態判定部３６は、判定時間決定部３７が決定する判定時間に亘ってブーム操作レバーが上げ方向へ所定のレバー操作量（判定操作量）以上で操作され続けた場合にブーム上げ操作が行われていると判定する。

判定時間決定部３７は、圧力センサ２９が出力するブーム上げ操作量に対応する判定時間を決定する。例えば、判定時間決定部３７は、ブーム上げ操作量が所定の判定操作量ｂ１以上の場合、所定時間ＴＨを判定時間として決定する。また、判定時間決定部３７は、ブーム上げ操作量が所定の判定操作量ｂ２（＞ｂ１）以上の場合、所定時間ＴＬ（＜ＴＨ）を判定時間として決定する。具体的には、判定時間決定部３７は、ブーム上げ操作量が４０［％］以上の場合に１００［ｍｓ］を判定時間とし、ブーム上げ操作量が８０［％］以上の場合に３０［ｍｓ］を判定時間とする。このように、判定時間決定部３７は、ブーム操作レバーの判定操作量が大きいほど判定時間を短くする。なお、操作量４０［％］は、例えば、ブーム操作レバーの中立状態を０％とし、ブーム上げ方向への最大操作状態を１００％とした場合の４０％のレバー操作量を意味する。

この構成により、図８のコントローラ３０は、図３のコントローラ３０と同様の効果を実現できる。

次に、図９を参照し、旋回加速操作を含む複合操作中の各種物理量の時間的推移について説明する。なお、図９は旋回加速操作を含む複合操作中の各種物理量の時間的推移を示すグラフであり、図５に対応する。具体的には、図９の点線で示す推移は図８のコントローラ３０が複合操作時のブーム上げ操作量に応じて角加速度の制限値を連続的に変化させる制限値連続可変処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移を示す。また、図９の実線で示す推移は図８のコントローラ３０が制限値切替処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移を示す。また、図９（Ａ）に示すブーム上げ操作量は制限値切替処理中及び制限値連続可変処理中で同じ推移を辿る。なお、制限値連続可変処理は特許文献１のショベルで実行される処理に対応する。そして、制限値連続可変処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移は、本発明の実施例に係るショベルが制限値切替処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移との違いを明確にするための比較対象として提示される。

最初に、図９及び図１０を参照し、コントローラ３０が制限値連続可変処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移について説明する。なお、図１０は制限値連続可変処理で使用される、ブーム上げ操作量と角加速度制限値の対応関係の一例を示す。

操作者が時刻ｔ１においてブーム操作レバーを上げ方向に傾倒すると、図９（Ａ）の点線で示すようにブーム上げ操作量は増大するが、図９（Ｂ）の点線で示すように角加速度制限値は通常時の値ＡｃｃＨのまま推移する。図１０に示すように、ブーム上げ操作量が所定値ｂ１以下であれば角加速度制限値は通常時の値ＡｃｃＨに設定されるためである。

その後、時刻ｔ２においてブーム上げ操作量が所定値ｂ１を上回ると、図９（Ｂ）の点線で示すように角加速度制限値はブーム上げ操作量が増大するにつれて低下する。図１０に示すように、ブーム上げ操作量が所定値ｂ１より大きく所定値ｂ２未満であれば角加速度制限値は通常時の値ＡｃｃＨと制限時の値ＡｃｃＬとの間にある、ブーム上げ操作量に応じた値に設定されるためである。したがって、角加速度制限値は図９（Ｂ）の点線で示すように時刻ｔ２以降もブーム上げ操作量の増減に応じて変動する。なお、図１０に示すように、角加速度制限値はブーム上げ操作量が所定値ｂ２以上であれば制限時の値ＡｃｃＬに設定される。

ブーム上げ操作量の増減は、操作者がブーム操作レバーを所望のレバー操作量で維持しようとしても完全には維持できないことに起因する。ショベルの車体の揺れの影響を受けるためである。特に、その影響はその所望のレバー操作量が中間領域にある場合に顕著となる。このように、ブーム上げ操作量は、ブーム操作レバーに対する操作者の意図しない微操作入力に応じて増減してしまう。なお、図９（Ａ）における所定値ｂ１と所定値ｂ２との間のブーム上げ操作量の変動はこの無意識の微操作入力に起因する変動を分かり易く例示したものである。

その後、旋回操作レバーが時刻ｔ３において傾倒されると、旋回操作量、角速度目標値はそれぞれ時刻ｔ３で増大し始める。また、角速度指令値は、図９（Ｃ）の点線で示すように時刻ｔ３で増大し始め、その後は角加速度制限値による制限を受けて一制御周期当たりの増分を変動させながら角速度目標値まで増大する。

その結果、旋回角速度は、図９（Ｄ）の点線で示すように、角速度指令値の時間的推移に沿うように時刻ｔ３で増大し始め、その後は一制御周期当たりの増分を変動させながら角速度目標値に対応する旋回角速度まで増大する。

このように、旋回加速操作及びブーム上げ操作を含む複合操作中に制限値連続可変処理を実行する場合、コントローラ３０は、角加速度制限値をブーム上げ操作量に応じて連続的に変化させる。そのため、操作者はブーム上げ操作量に応じて旋回用電動機２１の角加速度を連続的に変化させることができる。しかしながら、コントローラ３０はブーム上げ操作量の僅かな変動に敏感に反応して旋回角加速度を増減させるため、旋回用電動機２１の旋回動作を不安定にしてしまうおそれがある。また、旋回角加速度の増減が大きくなると、操作者は不安を感じ、旋回操作量及び角速度目標値を低減させ、角速度指令値の増大を制限してしまうおそれがある。その結果、操作者は、旋回角速度の増大を制限して作業効率を低下させてしまうおそれがある。

ここでは、図９及び図１１を参照し、図８のコントローラ３０が制限値切替処理を実行する場合の各種物理量の時間的推移について説明する。なお、図１１は図８のコントローラ３０が実行する制限値切替処理で使用される、ブーム上げ操作量と判定時間の対応関係の一例を示す。

操作者が時刻ｔ１においてブーム操作レバーを上げ方向に傾倒すると、図９（Ａ）の実線で示すようにブーム上げ操作量は増大するが、図９（Ｂ）の実線で示すように角加速度制限値は通常時の値ＡｃｃＨのまま推移する。コントローラ３０は、旋回加速操作が開始されるまでは角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨのまま維持するためである。

旋回加速操作が開始されたと判定した場合、コントローラ３０は、ブーム上げ操作が行われていると既に判定していたときには、角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨから制限時の値ＡｃｃＬに切り替える。具体的には、コントローラ３０は、時刻ｔ２１において、ブーム上げ操作量が判定操作量ｂ１以上の状態で判定時間ＴＨに亘って継続されたと判定し、ブーム上げ操作が行われていると判定する。そして、コントローラ３０は、図９（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３において旋回加速操作が開始されたと判定した場合に角加速度制限値を通常時の値ＡｃｃＨから制限時の値ＡｃｃＬに切り替える。なお、判定時間は図１１に示すようにブーム上げ操作量に応じて異なるものであってもよい。例えば、コントローラ３０は、ブーム上げ操作量が判定操作量ｂ２（＞ｂ１）以上の状態が判定時間ＴＬ（＜ＴＨ）に亘って継続されたと判定した場合にブーム上げ操作が行われていると判定してもよい。

そして、角加速度制限値が制限時の値ＡｃｃＬに切り替えられると、角速度指令値は図９（Ｃ）に示すように一制御周期当たりの増分を角加速度制限値ＡｃｃＬとしながら角速度目標値まで増大する。

このように、制限値切替処理を実行するコントローラ３０は、旋回加速操作の開始時にブーム上げ操作が行われていると既に判定している場合に角加速度制限値を制限時の値ＡｃｃＬに切り替える。そのため、操作者は旋回単独操作モードと旋回複合操作モードとの間で旋回用電動機２１の角加速度を切り替えることができる。また、コントローラ３０は複合操作時におけるブーム上げ操作量の僅かな変動に敏感に反応して旋回角加速度を増減させることはない。角加速度制限値は、制限時の値ＡｃｃＬに切り替えられた後、旋回加速操作が終了するまでは制限時の値ＡｃｃＬのまま維持されるためである。具体的には、角加速度制限値は、解除フラグがオンされるまでは制限時の値ＡｃｃＬのまま維持されるためである。なお、解除フラグは、旋回操作レバーのレバー操作量がゼロとなった場合、実旋回角速度がゼロとなった場合等にオンされ、角加速度制限値が通常時の値ＡｃｃＨから制限時の値ＡｃｃＬに切り替えられた場合にオフされる。その結果、コントローラ３０は、旋回複合操作モードでの旋回用電動機２１の旋回動作を安定させることができる。車体の揺れ等に起因するブーム上げ操作量の意図しない変動が発生したとしても図９（Ｄ）に示すように旋回角速度を一定の割合で増大させることができるためである。また、操作者は制限値連続可変処理が実行される場合のように旋回操作量を低減させてしまうこともない。旋回角速度が旋回加速操作に応じて滑らかに増大するため操作者は旋回角速度の意図しない変動による不安を感じることもないためである。その結果、操作者は作業効率を低下させてしまうこともない。

以上の構成により、本発明の実施例に係るショベルは、旋回加速動作の開始時にブーム上げ操作が行われていると判定できた場合に制限値切替処理を実行する。そのため、上部旋回体の角速度はその切り替え後の角加速度の制限値にしたがって安定的に加速する。ショベルの動作中に車体に生じる振動による或いはブーム操作レバー保持中における操作者の意識外の意図しない体の動きによるブーム操作レバーに対する微操作入力に応じては角加速度の制限値が変化しないためである。その結果、安定した旋回加速動作を実現できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、「旋回加速操作の開始時」は、旋回操作量が所定値以上となった瞬間を指すが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、「旋回加速操作の開始時」は、旋回操作量が所定値以上となってから所定時間が経過するまでの一定の幅を有する期間であってもよい。この場合、角加速度制限値の切り替えは、その期間の開始時に行われてもよく、その期間の途中に行われてもよく、その期間の満了時に行われてもよい。

１・・・下部走行体２Ａ、２Ｂ・・・走行用油圧モータ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・・・蓄電装置１９ａ・・・昇降圧コンバータ１９ｂ・・・ＤＣバス２０・・・インバータ２１・・・旋回用電動機２１Ａ・・・出力軸２２・・・レゾルバ２３・・・メカニカルブレーキ２４・・・旋回減速機２５・・・パイロットライン２６・・・操作装置２７、２８・・・油圧ライン２９・・・圧力センサ３０・・・コントローラ３１・・・角速度目標値生成部３２・・・角加速度制限部３３・・・減算器３４・・・ＰＩ制御部３５・・・加速開始判定部３６・・・動作状態判定部３７・・・判定時間決定部３８・・・角加速度制限値生成部３９・・・出力切替判定部５０・・・変位センサ１２０・・・蓄電系

Claims

下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体を旋回させる旋回用電動機と、
前記上部旋回体に取り付けられる作業体と、
前記作業体を動作させる油圧アクチュエータと、
前記旋回用電動機の動きを制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、旋回操作レバーによる旋回加速操作の開始時に、旋回単独操作モードかさらに前記作業体も操作している旋回複合操作モードかを判断し、その判断結果に基づいて前記旋回用電動機の角加速度の制限値を決定する、
ショベル。
前記コントローラは、前記旋回複合操作モードであると判断した場合、前記旋回単独操作モードであると判断した場合に比べ、前記旋回用電動機の角加速度の制限値を小さくする、
請求項１に記載のショベル。
前記コントローラは、前記旋回操作レバーによる旋回加速操作の開始時に、状態量が第１の所定時間以上に亘って第１状態量以上であると判定した場合に、前記旋回用電動機の角加速度の制限値を小さくする、
請求項１又は２に記載のショベル。
前記コントローラは、前記旋回操作レバーによる旋回加速操作の開始時に、前記状態量が前記第１の所定時間より短い第２の所定時間以上に亘って前記第１状態量より大きい第２状態量以上であると判定した場合に、前記旋回用電動機の角加速度の制限値を小さくする、
請求項３に記載のショベル。
下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体を旋回させる旋回用電動機と、
前記上部旋回体に取り付けられる作業体と、
前記作業体を動作させる油圧アクチュエータと、
前記旋回用電動機の動きを制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、旋回操作レバーによる旋回加速操作の開始時に、作業体操作レバーが第１操作量以上で第１の所定時間以上に亘って継続して操作されていると判定した場合に、前記旋回用電動機の角加速度の制限値を小さくする、
ショベル。
前記コントローラは、前記旋回操作レバーによる旋回加速操作の開始時に、作業体操作レバーが前記第１操作量より大きい第２操作量以上で前記第１の所定時間より短い第２の所定時間以上に亘って継続して操作されていると判定した場合に、前記旋回用電動機の角加速度の制限値を小さくする、
請求項５に記載のショベル。
下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体を旋回させる旋回用電動機と、
前記上部旋回体に取り付けられる作業体と、
前記作業体を動作させる油圧アクチュエータと、
前記旋回用電動機の動きを制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、旋回操作レバーによる旋回加速操作の開始時に、現在の操作モードが複数の操作モードのうちの何れであるかを判断し、その判断結果に基づいて前記旋回用電動機の角加速度の制限値を決定する、
ショベル。