JP6511148B2 - 制御システム、作業機械、及び制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る作業機械1の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、作業機械1がハイブリッド方式の油圧ショベルであることとする。以下の説明においては、作業機械1を適宜、油圧ショベル1、と称する。
図2は、本実施形態に係る制御システム1000の一例を模式的に示す図である。制御システム1000は、油圧ショベル1に搭載され、油圧ショベル1を制御する。制御システム1000は、制御装置100と、油圧システム1000Aと、電動システム1000Bとを含む。
図3は、本実施形態に係るエンジン4及び排ガス処理装置200の一例を模式的に示す図である。排ガス処理装置200は、エンジン4の排ガスを処理する。本実施形態において、排ガス処理装置200は、選択触媒と還元剤とを利用して排ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)を還元して浄化する尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムを含む。
図4は、本実施形態に係る油圧システム1000Aの一例を示す図である。油圧システム1000Aは、作動油を吐出する油圧ポンプ30と、油圧ポンプ30から吐出された作動油が流れる油圧回路40と、油圧回路40を介して油圧ポンプ30から吐出された作動油が供給される油圧シリンダ20と、油圧シリンダ20に供給される作動油の方向及び作動油の配分流量Qaを調整する主操作弁60と、圧力補償弁70とを備える。
油圧システム1000Aは、油圧シリンダ20の作動油の圧力PLを検出する負荷圧力センサ80を有する。油圧シリンダ20の作動油の圧力PLは、油圧シリンダ20に供給される作動油の負荷圧力である。負荷圧力センサ80の検出信号は、制御装置100に出力される。
圧力補償弁70は、連通と絞りと遮断とを選択するための選択ポートを有する。圧力補償弁70は、自己圧で遮断と、絞りと、連通との切り替えを可能とする、絞り弁を含む。圧力補償弁70は、各油圧シリンダ20の負荷圧が異なっていても、各主操作弁60のメータリング開口面積の比率に応じて流量分配を補償することを目的としている。圧力補償弁70がない場合、低負荷側の油圧シリンダ20にほとんどの作動油が流れてしまう。圧力補償弁70は、低負荷圧の油圧シリンダ20の主操作弁60の出口圧力が、最大負荷圧の油圧シリンダ20の主操作弁60の出口圧力と同等になるように、低負荷圧の油圧シリンダ20に圧力損失を作用させることで、各主操作弁60の出口圧力が同一となるため、流量分配の機能を実現する。
油圧回路40は、アンロード弁69を有する。油圧回路40においては、油圧シリンダ20を駆動しないときにおいても、油圧ポンプ30からは最小容量に相当する流量の作動油が吐出される。油圧シリンダ20を駆動しないときにおいて油圧ポンプ30から吐出された作動油は、アンロード弁69を介して排出(アンロード)される。
図5は、本実施形態に係る制御装置100の一例を示す機能ブロック図である。制御装置100は、コンピュータシステムを含む。制御装置100は、演算処理装置101と、記憶装置102と、入出力インターフェース装置103とを有する。
配分流量算出部112は、複数の油圧シリンダ20のそれぞれの作動油の圧力PLと、複数の油圧シリンダ20のそれぞれを駆動するために操作される操作装置5の操作量Sとに基づいて、複数の油圧シリンダ20のそれぞれに供給される作動油の配分流量Qaを算出する。本実施形態において、配分流量算出部112は、油圧シリンダ20の作動油の圧力PLと、操作装置5の操作量Sと、油圧ポンプ30から吐出される作動油の吐出圧力Pとに基づいて、配分流量Qaを算出する。
Qaar=Qdar×√{(P−PLar)/ΔPC}・・・(3)
Qabm=Qdbm×√{(P−PLbm)/ΔPC}・・・(4)
決定部114は、配分流量算出部201で算出された配分流量Qaに基づいて、合流状態にすること又は分流状態にすることを決定する。本実施形態において、決定部114は、配分流量算出部112で算出された配分流量Qaと閾値Qsとの比較結果に基づいて、合流状態にすること又は分流状態にすることを決定する。
判定部116は、エンジン4の出力が制限されるか否かを判定する。判定部116は、排ガス処理装置200が異常状態であると判定したとき、エンジン4の出力が制限されると判定する。また、判定部116は、排ガスセンサ300が異常状態であると判定したとき、エンジン4の出力が制限されると判定する。判定部116は、エンジン4の保護ができなくなったとき、例えば排ガスセンサ300の一部である外気温度センサ307、冷却液温度センサ308、及び図示しないエンジン油圧センサの少なくとも一つが異常状態であると判定したとき、エンジン4の出力が制限されると判定する。
合分流制御部118は、決定部114の決定結果及び判定部116の判定結果に基づいて、第1合分流弁67を制御する指令信号を出力する。合分流制御部118は、エンジン4の出力が制限されていると判定部116が判定したとき、合流状態になるように、第1合分流弁67を制御する指令信号を第1合分流弁67に出力する。
排ガス処理制御部120は、排ガス処理装置200を制御する指令信号を出力する。排ガス処理制御部120は、排ガスセンサ300の検出信号を取得し、排ガスセンサ300の検出信号に基づいて、還元触媒203に供給する還元剤Rの供給量を決定する。排ガス処理制御部120は、決定した供給量で還元剤Rが供給されるように、例えば供給ポンプ207を制御する指令信号を出力する。
エンジン制御部122は、エンジン4の出力を制御する。エンジン制御部122は、燃料噴射装置17に指令信号を出力してエンジン4に対する燃料噴射量を制御することによって、エンジン4の出力を制御する。
図7は、本実施形態に係る油圧ショベル1の制御方法の一例を示すフローチャートである。配分流量算出部112は、配分流量Qa(Qabk,Qaar,Qabm)を算出する(ステップSP10)。
以上説明したように、本実施形態によれば、合流状態と分流状態とを切り換え可能な制御システム1000において、エンジン4の出力(回転数)が制限されるとき、油圧システム1000Aは合流状態になる。エンジン4の出力が低下したとき、油圧システム1000Aが分流状態になると、例えばバケットシリンダ21及びアームシリンダ22のそれぞれに供給される作動油の流量が減少する。その結果、バケット21の作動速度又はアーム22の作動速度が低下して、油圧ショベル1の作業性が低下する可能性がある。本実施形態においては、エンジン4の出力が制限されるとき、油圧システム1000Aが分流状態になることが制限され、合流状態になるので、バケットシリンダ21及びアームシリンダ22のそれぞれに供給される作動油の流量が減少することが抑制される。そのため、油圧ショベル1の作業性の低下が抑制される。
Claims (8)
- エンジンと、
前記エンジンによって駆動される第1油圧ポンプ及び第2油圧ポンプと、
前記第1油圧ポンプと前記第2油圧ポンプとを接続する流路に設けられ、前記流路が開けられ、前記第1油圧ポンプと前記第2油圧ポンプとが接続される合流状態と、前記流路が閉じられ、前記第1油圧ポンプと前記第2油圧ポンプとが分離される分流状態とを切り換え可能な開閉装置と、
前記分流状態において前記第1油圧ポンプから吐出された作動油が供給される第1油圧アクチュエータと、
前記分流状態において前記第2油圧ポンプから吐出された作動油が供給される第2油圧アクチュエータと、
前記エンジンの出力が制限されるか否かを判定する判定部と、
前記エンジンの出力が制限されると前記判定部が判定したとき、前記合流状態になるように前記開閉装置を制御する合分流制御部と、
を備える制御システム。 - 前記エンジンの排ガスを処理する排ガス処理装置を備え、
前記判定部は、前記排ガス処理装置が異常状態であると判定したとき、前記エンジンの出力が制限されると判定する、
請求項1に記載の制御システム。 - 前記エンジンの状態を検出するための排ガスセンサを備え、
前記判定部は、前記排ガスセンサが異常状態であると判定したとき、前記エンジンの出力が制限されると判定する、
請求項1又は請求項2に記載の制御システム。 - 前記第1油圧アクチュエータ及び前記第2油圧アクチュエータのそれぞれを駆動するために操作される操作装置の操作量に基づいて、前記第1油圧アクチュエータ及び前記第2油圧アクチュエータのそれぞれに供給される前記作動油の配分流量を算出する配分流量算出部と、
前記配分流量に基づいて、前記分流状態にすることを決定する決定部と、を備え、
前記合分流制御部は、前記分流状態にすることを前記決定部が決定しても、前記エンジンの出力が制限されると前記判定部が判定したとき、前記合流状態になるように前記開閉装置を制御する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の制御システム。 - 前記エンジンに対する燃料噴射量を制御して前記エンジンの出力を制限するエンジン制御部を備える、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の制御システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の制御システムを備える作業機械。
- 前記第1油圧アクチュエータに駆動される第1作業機要素及び前記第2油圧アクチュエータに駆動される第2作業機要素を含む作業機を備え、
前記第1作業機要素は、バケット及び前記バケットに連結されるアームを含み、
前記第2作業機要素は、前記アームに連結されるブームを含み、
前記第1油圧アクチュエータは、前記バケットを駆動させるバケットシリンダ及び前記アームを駆動させるアームシリンダを含み、
前記第2油圧アクチュエータは、前記ブームを駆動させるブームシリンダを含む、
請求項6に記載の作業機械。 - 第1油圧ポンプ及び第2油圧ポンプを駆動するエンジンの出力が制限されることを示す制限信号を取得したとき、前記第1油圧ポンプと前記第2油圧ポンプとを接続する流路が開けられ、前記第1油圧ポンプと前記第2油圧ポンプとが接続される合流状態と、前記流路が閉じられ、前記第1油圧ポンプと前記第2油圧ポンプとが分離される分流状態とを切り換え可能な開閉装置に、前記合流状態になるように指令信号を出力することと、
前記合流状態において、前記第1油圧ポンプから吐出された作動油及び前記第2油圧ポンプから吐出された作動油を、第1油圧アクチュエータ及び第2油圧アクチュエータのそれぞれに供給することと、
を含む制御方法。
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