JP6511369B2 - 作業機械の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の駆動装置に関する。

近年、油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械において、燃料消費率低減のための省エネシステムが着目されている。省エネシステムとして、絞り弁を介さずに油圧ポンプと油圧アクチュエータを流路で直接接続し、油圧ポンプからの吐出流量制御で油圧アクチュエータを直接制御する油圧システムの適用が検討されている。この油圧システムによれば、油圧アクチュエータが必要とする流量のみを油圧ポンプが吐出するため、弁絞り等による圧力損失を低減することができ、その結果燃費向上が図られる。

この油圧システムを油圧ショベルに適用した場合、油圧ポンプの吐出流量の大きさには搭載性やコストの面で限界があるため、油圧ポンプの吐出流量が不足すると、油圧アクチュエータを十分な速度で駆動できないという問題が生じる。このため、油圧ポンプと油圧アクチュエータを接続する流路上に、流路切換回路を設け、複数台の油圧ポンプの吐出した作動油を選択的に合流させて油圧アクチュエータを駆動させる油圧システムがある（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第ＷＯ２０１２／０６１０６６号

上述した油圧システムにおいては、特許文献１の図１１に示すように、マトリックス状に設けた優先順位テーブルに従って、複数の油圧ポンプを油圧アクチュエータに接続する。ここで、この優先度を操作装置による操作量に応じた要求作動油流量に基づいて油圧ポンプを選択接続する場合には、以下の問題がある。

例えば、ブーム操作がされて、その操作量からの要求作動油流量が油圧ポンプ定格流量の０．２個分の場合には、ポンプ要求個数は１個となりポンプ１のみがブームシリンダに接続され、要求作動油流量をブームシリンダに供給する。そして、ブーム操作量が増加して油圧ポンプ定格流量の２．０個超過３．０個以下の流量が要求された場合には、ポンプ要求個数は３個となり、ポンプ１とポンプ３とポンプ４がブームシリンダに接続され、ポンプ１，３，４の３個で要求作動油流量をブームシリンダに供給する。

次に、アーム操作がされて、油圧ポンプ定格流量の１個以下の流量が要求された場合には、ポンプ要求個数は１個となりポンプ２がアームシリンダに接続され、要求作動油流量をアームシリンダに供給する。

この状態（ケース１という）における各ポンプと各油圧アクチュエータとの接続関係は、例えば、ブーム操作量からの要求作動油流量が油圧ポンプ定格流量の２．９個分から３．１個分（ポンプ要求個数は４個分）に増加して、アーム操作量からの要求作動油流量が油圧ポンプ定格流量の０．１個分（ポンプ要求個数は１個分）に減少したとしても、変化せずポンプ２はアームシリンダに接続されたままとなる（ポンプ２のブームシリンダへの接続変更は発生しない）。このように、ポンプ要求個数（５個）がポンプ総数（４個）より大きい場合の複合操作においては、ブーム操作量の微小変化に対してブームシリンダへの作動油流量が追従せず、操作性を損なう場合がある。

また、ケース１において、例えば、ブーム操作量からの要求作動油流量が油圧ポンプ定格流量の２．９個分から２．１個分（いずれもポンプ要求個数は３個分）に減少して、アーム操作量からの要求作動油流量が油圧ポンプ定格流量の０．１個分（ポンプ要求個数は１個分）から１．９個分（ポンプ要求個数は２個分）に増加しても、ポンプ４はブームシリンダに接続されていて変化しない（ポンプ４のアームシリンダへの接続変更は発生しない）。このため、アームが要求する作動油の流量に対して、アームシリンダに実際に供給される作動油流量が大きく下回り、作業速度を低下させてしまう場合がある。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、作業機械の複合動作時において、要求する作動油流量のみが異なるようなわずかな操作量の変化に対しても、使用する油圧ポンプの個数を追従変化させ、操作性の向上及び作業速度の増加が図れる作業機械の駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、オペレータが操作する操作部材と、複数の油圧ポンプと、前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御する複数のレギュレータと、前記複数の油圧ポンプと流路により接続した複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられ、前記複数の油圧ポンプのうちの１つの油圧ポンプを前記複数の油圧アクチュエータのうちの１つの油圧アクチュエータに接続可能とする複数の切換弁と、予め定めた優先順位に従って、前記１つの油圧アクチュエータに接続される油圧ポンプを決定し、前記複数のレギュレータと前記複数の切換弁とを制御するそれぞれの指令信号を出力するコントローラとを備えた作業機械の駆動装置であって、前記コントローラは、前記操作部材の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求流量を演算し、前記要求流量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求ポンプ個数値を演算する要求流量及び要求ポンプ個数演算部と、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも２つの油圧アクチュエータに対して複合動作を要求するように前記操作部材が操作されたとき、前記要求流量及び要求ポンプ個数演算部で算出した前記要求ポンプ個数値の合計が前記複数の油圧ポンプの総数を超えないように、前記要求ポンプ個数値、及び前記要求流量の前記油圧ポンプの定格流量に対する比である定格ポンプ個数値を更新処理する要求ポンプ個数更新演算部と、前記要求ポンプ個数更新演算部によって更新された前記要求ポンプ個数値、及び前記定格ポンプ個数値に応じて、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの使用ポンプ数及び使用流量を演算する使用流量及び使用ポンプ個数演算部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、作業機械の複合動作時において、要求する作動油流量のみが異なるようなわずかな操作量の変化に対しても、使用する油圧ポンプの個数を追従変化させるので、操作性の向上及び作業速度の増加が図れる。

本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を示す概略図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルの一例を示す表図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの処理内容を示すフローチャート図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのブーム要求流量の演算に用いられる関数の一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのアーム要求流量の演算に用いられる関数の一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのブームの要求ポンプ個数の演算に用いられる関数の一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのアームの要求ポンプ個数の演算に用いられる関数の一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態における要求流量と更新前後の使用流量との関係の一例を示す特性図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態における要求流量と更新前後の使用流量との関係の他の例を示す特性図である。 本発明の作業機械の駆動装置の第２の実施の形態における要求流量と更新前後の使用流量との関係の一例を示す特性図である。

以下本発明の作業機械の駆動装置の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図、図２は本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を示す概略図である。図１において、油圧ショベル１００は、クローラ式の走行装置を備えた下部走行体１Ｃと、下部走行体１Ｃの上に旋回装置を介して旋回可能に設けた上部旋回体１Ｂとを備えている。上部旋回体１Ｂにはオペレータが搭乗するキャビン１０３が配置されている。また、上部旋回体１Ｂの前側には、フロント作業装置１Ａの基端部が回動可能に取付けられている。

フロント作業装置１Ａは、ブーム１、アーム２、バケット３を有する多関節構造であり、ブーム１はブームシリンダ４の伸縮により上部旋回体１Ｂに対して上下方向に回動し、アーム２はアームシリンダ５の伸縮によりブーム１に対して上下及び前後方向に回動し、バケット３はバケットシリンダ６の伸縮によりアーム２に対して上下及び前後方向に回動する。

次に、図２に示す概略図における駆動装置のシステム構成を説明する。ここでは、ブームシリンダ４とアームシリンダ５を駆動する駆動装置を例に説明する。

図２において、動力源であるエンジン８の駆動軸は、動力を配分する動力伝達装置９に接続されている。動力伝達装置９には、閉回路ポンプであって、両傾転可変容量形油圧ポンプである第１油圧ポンプ１０ａと、第２油圧ポンプ１０ｂと、第３油圧ポンプ１０ｃと、開回路ポンプであって、片傾転固定容量型油圧ポンプである低圧ポンプ１２とが接続されている。

第１油圧ポンプ１０ａ〜第３油圧ポンプ１０ｃは、それぞれ流量調整手段として一対の入出力ポートを持つ両傾転斜板機構と、斜板の傾斜角を調整してポンプ押しのけ容積を調整するするレギュレータ１０ａｘ，１０ｂｘ，１０ｃｘを備えている。レギュレータ１０ａｘ，１０ｂｘ，１０ｃｘは、コントローラ１５から通信線を介して受信したポンプ吐出流量指令値に従って、第１油圧ポンプ１０ａ〜第３油圧ポンプ１０ｃ第の吐出流量をそれぞれ制御する。

第１油圧ポンプ１０ａの吐出ポートは、流路２０又は２１を介して流路切換回路としての切換弁１１ａ，１１ｂに接続されている。切換弁１１ａ，１１ｂはコントローラ１５からの制御信号線を介した信号により、流路の流通及び遮断が制御され、信号が無い場合は遮断状態に制御される。

切換弁１１ａは、流路３０，３１，２６，２７を介してブームシリンダ４に接続されていて、切換弁１１ａが流通状態になると、第１油圧ポンプ１０ａはブームシリンダ４と流路２０，２１，３０，３１，２６，２７を介して接続されている。

切換弁１１ｂは、流路３２，３３，２８，２９を介してアームシリンダ５に接続されていて、切換弁１１ｂが流通状態になると、第１油圧ポンプ１０ａはアームシリンダ５と流路２０，２１，３２，３３，２８，２９を介して接続されている。

また、流路２０と流路２１には、回路の最大圧力を設定するために設けられたリリーフ弁１３ａ，１３ｂと、流れを逆止するためのチェック弁１４ａ，１４ｂとが設けられている。リリーフ弁１３ａと１３ｂとの間とチェック弁１４ａと１４ｂとの間には、流路４０の一端側が接続されていて、流路４０の他端側は、低圧ポンプ１２の吐出ポートに接続されている。

また、流路２６と２７には、回路の最大圧力を設定するために設けられたリリーフ弁１３ｇ，１３ｈと、流れを逆止するためのチェック弁１４ｇ，１４ｈ，１４ｋ，１４ｌとが設けられている。リリーフ弁１３ｇと１３ｈとの間とチェック弁１４ｇと１４ｈとの間とチェック弁１４ｋと１４ｌとの間には、流路４１の一端側が接続されていて、流路４１の他端側は、低圧ポンプ１２の吐出ポートに接続されている。

また、流路２８と２９には、回路の最大圧力を設定するために設けられたリリーフ弁１３ｉ，１３ｊと、流れを逆止するためのチェック弁１４ｉ，１４ｊ，１４ｍ，１４ｎとが設けられている。リリーフ弁１３ｉと１３ｊとの間とチェック弁１４ｉと１４ｊとの間とチェック弁１４ｍと１４ｎとの間には、流路４１の一端側が接続されていて、流路４１の他端側は、低圧ポンプ１２の吐出ポートに接続されている。

低圧ポンプ１２の吐出ポートは、流路４０を介して各油圧ポンプの流路２０〜２５のチェック弁／リリーフ弁回路に接続され、流路４１を介してブームシリンダ４とアームシリンダ５の流路２６〜２９のチェック弁／リリーフ弁回路に接続されている。

低圧ポンプ１２の吸入ポートは、流路４２を介して作動油タンクに接続されている。低圧ポンプ１２の吐出ポートには、リリーフ弁１３ｋを介して作動油タンクに連通する逃がし流路４３が接続されている。

同様に、第２油圧ポンプ１０ｂの吐出ポートは、流路２２又は２３を介して流路切換回路としての切換弁１１ｃ，１１ｄに接続されている。切換弁１１ｃ，１１ｄはコントローラ１５からの制御信号線を介した信号により、流路の流通及び遮断が制御され、信号が無い場合は遮断状態に制御される。

切換弁１１ｃは、流路３０，３１，２６，２７を介してブームシリンダ４に接続されていて、切換弁１１ｃが流通状態になると、第２油圧ポンプ１０ｂはブームシリンダ４と流路２２，２３，３０，３１，２６，２７を介して接続されている。

切換弁１１ｄは、流路３２，３３，２８，２９を介してアームシリンダ５に接続されていて、切換弁１１ｄが流通状態になると、第２油圧ポンプ１０ｂはアームシリンダ５と流路２２，２３，３２，３３，２８，２９を介して接続されている。

また、流路２２と流路２３には、回路の最大圧力を設定するために設けられたリリーフ弁１３ｃ，１３ｄと、流れを逆止するためのチェック弁１４ｃ，１４ｄとが設けられている。リリーフ弁１３ｃと１３ｄとの間とチェック弁１４ｃと１４ｄとの間には、流路４０が接続されていて、流路４０の他端側は、低圧ポンプ１２の吐出ポートに接続されている。

同様に、第３油圧ポンプ１０ｃの吐出ポートは、流路２４又は２５を介して流路切換回路としての切換弁１１ｅ，１１ｆに接続されている。切換弁１１ｅ，１１ｆはコントローラ１５からの制御信号線を介した信号により、流路の流通及び遮断が制御され、信号が無い場合は遮断状態に制御される。

切換弁１１ｅは、流路３０，３１，２６，２７を介してブームシリンダ４に接続されていて、切換弁１１ｅが流通状態になると、第３油圧ポンプ１０ｃはブームシリンダ４と流路２４，２５，３０，３１，２６，２７を介して接続されている。

切換弁１１ｆは、流路３２，３３，２８，２９を介してアームシリンダ５に接続されていて、切換弁１１ｆが流通状態になると、第３油圧ポンプ１０ｃはアームシリンダ５と流路２４，２５，３２，３３，２８，２９を介して接続されている。

また、流路２４と流路２５には、回路の最大圧力を設定するために設けられたリリーフ弁１３ｅ，１３ｆと、流れを逆止するためのチェック弁１４ｅ，１４ｆとが設けられている。リリーフ弁１３ｅと１３ｆとの間とチェック弁１４ｅと１４ｆとの間には、流路４０が接続されていて、流路４０の他端側は、低圧ポンプ１２の吐出ポートに接続されている。

また、本実施の形態における駆動装置は、操作系統として、コントローラ１５に接続された操作レバー式の操作装置１６ａ，１６ｂを備えている。操作装置１６ａの上下操作がブームシリンダ４の操作に対応し、操作装置１６ｂの上下操作がアームシリンダ５の操作に対応する。コントローラ１５は、操作装置１６ａ，１６ｂの操作量に応じてブームシリンダ４とアームシリンダ５のそれぞれの要求流量を演算し、この要求流量に応じてそれぞれの要求ポンプ個数を演算する要求流量及び要求ポンプ個数演算部１５Ａと、所定の条件において、要求ポンプ個数を新たな数値へ更新する要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂと、更新後の要求ポンプ個数と要求流量から使用ポンプ個数と使用流量を演算する使用流量及び使用ポンプ個数演算部１５Ｃとを備え、操作装置１６ａ，１６ｂからの操作量などの情報に基づき、切換弁１１ａ〜１１ｆの切換と、油圧ポンプ１０ａ〜１０ｃの流量を制御する。

次に、本実施の形態における動作の概要について図２及び３を用いて説明する。図３は本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態における油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルの一例を示す表図である。

例えば第１油圧ポンプ１０ａからの圧油によって、ブームシリンダ４を伸長させる場合、第１油圧ポンプの流路２０側のポートから油が吐出される。このとき、第１油圧ポンプ１０ａとブームシリンダ４の流路上にある切換弁１１ａを流通状態に切換ることで、当該ポートとブームシリンダ４のヘッド側油室が接続される。そして、ブームシリンダ４のロッド側油室からの戻り油は第１油圧ポンプ１０ａのもう一方のポートから吸い込まれる。

このように、油圧ポンプの接続先変更などの過渡的な状態を除き、ある油圧ポンプは多くとも１つの油圧アクチュエータに接続されるため、従来のように絞り弁を用いた分流による損失がなく、省エネ効果が得られる。このように油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続及び変更が繰り返される油圧システムでは、その接続及び変更に一定の規則が必要になる。

本実施の形態においては、図３で一例として示すような、各油圧アクチュエータに対し各油圧ポンプが接続する順番、及び、複合動作における油圧ポンプ個数配分の取り決めを表すテーブル（油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブル）を規則として使用し、これらの演算を使用流量及び使用ポンプ個数演算部１５Ｃで行う。

例えば、ブームシリンダ４のみを動作させる場合、操作装置１６ａを操作すると、図３のブームの列の優先度が１である第１油圧ポンプ１０ａがブームシリンダ４に接続される。そして、操作装置１６ａの操作量が増加してある閾値を超えると、優先度が２である第３油圧ポンプ１０ｃがブームシリンダ４に接続され、さらに、操作装置１６ａの操作量が増加すると、優先度が３である第２油圧ポンプ１０ｂがブームシリンダ４に接続される。同様に、アームシリンダ５のみを動作させる場合には、操作装置１６ｂの操作量の増加に伴い、油圧ポンプは、第２油圧ポンプ１０ｂ、第１油圧ポンプ１０ａ、第３油圧ポンプ１０ｃの順にアームシリンダ５に接続される。

また、３個全ての油圧ポンプ１０ａ〜１０ｃがアームシリンダ５に接続されている状態の下で、操作装置１６ａを操作してブームシリンダ４の操作量を増加する複合動作を行うと、図３のブームの列の優先度が１である第１油圧ポンプ１０ａの使用が要求される。

しかし、第１油圧ポンプ１０ａは既にアームシリンダ５に接続されているので、優先度によるポンプ個数の配分が行われる。すなわち、第１油圧ポンプ１０ａは、アームシリンダ５に対する優先度は２であるのに対して、ブームシリンダ４に対する優先度は、それより高い１である。このことにより、第１油圧ポンプ１０ａは、アームシリンダ５から遮断されて、ブームシリンダ４へ接続し直される。

その後、ブームシリンダ４の操作量を更に増加させると、第３油圧ポンプ１０ｃがアームシリンダ５から遮断されて、ブームシリンダ４へ接続し直される。しかし、第２油圧ポンプ１０ｂの優先度は、図３に示すようにアームシリンダ５が優先度１、ブームシリンダ４が優先度３となっているため、第２油圧ポンプ１０ｂはアームシリンダ５に接続されたままになる。

このように、コントローラ１５の使用流量及び使用ポンプ個数演算部１５Ｃが、接続の優先度を用いて油圧ポンプ個数を適切に配分することで、複合動作時でも各油圧アクチュエータを安定して動作させることができる。

次に、本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラ１５の制御について図面を用いて説明する。図４は本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラの処理内容を示すフローチャート図、図５Ａは本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのブーム要求流量の演算に用いられる関数の一例を示す特性図、図５Ｂは本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのアーム要求流量の演算に用いられる関数の一例を示す特性図、図６Ａは本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのブームの要求ポンプ個数の演算に用いられる関数の一例を示す特性図、図６Ｂは本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態を構成するコントローラのアームの要求ポンプ個数の演算に用いられる関数の一例を示す特性図、図７は本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態における要求流量と更新前後の使用流量との関係の一例を示す特性図である。

図４に示すフローチャート図は、コントローラ１５の１周期制御における制御フローを示す。なお図中（ステップＳ１）は、コントローラ１５内の要求流量及び要求ポンプ個数演算部１５Ａによる処理であり、（ステップＳ２）〜（ステップＳ５）の処理は、コントローラ１５内の要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂによる処理を示している。また、（ステップＳ６）は、コントローラ１５内の使用流量及び使用ポンプ個数演算部１５Ｃによる処理である。

コントローラ１５の要求流量及び要求ポンプ個数演算部１５Ａは、操作部材である操作装置１６ａ，１６ｂの操作量に応じて、各油圧アクチュエータの要求流量Ｆｄと要求ポンプ個数Ｎｄとを演算する（ステップＳ１）。具体的には、各油圧アクチュエータの要求流量Ｆｄ＝（Ｆｄ１，Ｆｄ２）を演算する。Ｆｄ１，Ｆｄ２はブームシリンダ４，アームシリンダ５のそれぞれの要求する流量であってこの要求流量と油圧ポンプの定格流量との比で表される定格ポンプ個数値で示す。また、要求流量Ｆｄに基づき各油圧アクチュエータが要求するポンプの個数Ｎｄ＝（Ｎｄ１，Ｎｄ２）を演算する。なお、油圧ポンプの定格流量とは、予め定められたポンプの最大吐出流量である。

要求流量Ｆｄは、図５Ａと図５Ｂに示すように、操作装置１６ａ，１６ｂの操作量に応じて決定される。例えば、ある時刻においてブームシリンダ４、アームシリンダ５の操作量がそれぞれ全操作量の４０％、６０％であるとする。（ステップＳ１）において、この操作量に対し、図５Ａ，図５Ｂで定める特性線図により、要求流量Ｆｄはブームシリンダ４が定格流量の油圧ポンプ１．２個分、アームシリンダ５が定格流量の油圧ポンプ１．８個分と定まる。このことを以下Ｆｄ＝（１．２，１．８）と表す。なお、上述した要求流量と、油圧ポンプの定格流量との比を定格ポンプ個数値という。

上述したように、本実施の形態においては、１の油圧ポンプは、複数の油圧アクチュエータには接続されないため、ブームシリンダ４とアームシリンダ５は互いに重複せずに油圧ポンプを要求する。そして、図６Ａ，図６Ｂで定める特性線図により、要求流量Ｆｄ（定格流量の油圧ポンプの個数分で示す）に対する要求ポンプ個数は、ブームシリンダ４は２個、アームシリンダ５は２個となり、要求ポンプ個数Ｎｄ＝（２，２）と表す。

図４に戻り、コントローラ１５の要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂは、要求流量Ｆｄに基づき、各油圧アクチュエータが使用することができる油圧ポンプ個数の組合せである要求ポンプ個数候補Ｎｄ´_１＝（Ｎｄ_１´１，Ｎｄ´_１２），Ｎｄ´_２＝（Ｎｄ_２´１，Ｎｄ_２´２），・・・・・，Ｎｄ´_ｍ＝（Ｎｄ_ｍ´１，Ｎｄ_ｍ´２）を演算する（ステップＳ２）。具体的には、ある要求流量に対し、それぞれの成分について小数点以下を切り上げまたは切り捨てした整数を成分ごとに組合せたもののうち、合計がポンプ総数を超えないものを要求ポンプ個数候補とする。すなわち、前述のＦｄ＝（１．２，１．８）に対して小数点以下を切り上げまたは切り捨てした整数を成分ごとに組合せたものは２^２＝４通りあり、それぞれＮｄ_１´＝（２，２），Ｎｄ_２´＝（２，１），Ｎｄ_３´＝（１，２），Ｎｄ_４´＝（１，１）である。このうち合計がポンプ総数である３を超えないものとして、Ｎｄ_２´＝（２，１），Ｎｄ_３´＝（１，２），Ｎｄ_４´＝（１，１）が要求ポンプ個数候補となる。

図７は、縦軸にアームシリンダ５の流量（定格流量の油圧ポンプの個数値）を示し、横軸にブームシリンダ４の流量（定格流量の油圧ポンプの個数値）を示している。図７に示すように、要求ポンプ個数候補はＮｄ_２´、Ｎｄ_３´、Ｎｄ_４´の３つであって、要求ポンプ個数候補は要求流量Ｆｄ周辺の格子点としてそれぞれ演算されている。

図４に戻り、コントローラ１５の要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂは、全ての要求ポンプ個数候補Ｎｄ´に対し、要求流量Ｆｄとの距離Ｄ_２＝（Ｆｄ，Ｎｄ´_２），・・・・，Ｄ_ｍ＝（Ｆｄ，Ｎｄ´_ｍ）を演算する（ステップＳ３）。具体的には、要求ポンプ個数候補Ｎｄ´と要求流量Ｆｄとの差Ｄをそれぞれ演算する。本実施の形態では、差Ｄを、ある油圧アクチュエータにおける要求ポンプ個数候補Ｎｄ´と要求流量Ｆｄ（定格ポンプ個数値で示す）の２次元平面上での距離として定義する。したがって、差Ｄは、図７に示すように、それぞれＤ_２＝（Ｆｄ，Ｎｄ_２´）＝（１．２−２）^２＋（１．８−１）^２＝１．２８，同様にＤ_３＝（Ｆｄ，Ｎｄ_３´）＝０．０８，Ｄ_４＝（Ｆｄ，Ｎｄ_４´）＝０．６８と算出できる。

図４に戻り、コントローラ１５の要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂは、（ステップＳ３）において演算した距離（差Ｄ）が最小である要求ポンプ個数候補Ｎｄ´と要求流量Ｆｄとに基づき、要求流量候補Ｆｄ´（定格ポンプ個数値で示す）を演算する（ステップＳ４）。具体的には、差Ｄ_２乃至Ｄ_４のうち、最小のものは０．０８である差Ｄ_３なので、差Ｄ_３に対応する要求ポンプ個数候補Ｎｄ_３´と要求流量Ｆｄから、要求流量候補Ｆｄ´を演算する。本実施の形態においては、要求ポンプ個数候補Ｎｄ´と要求流量Ｆｄの成分ごとの最小値をとったものを要求流量候補Ｆｄ´とする。要求流量Ｆｄと要求ポンプ個数候補Ｎｄ_３´は、Ｆｄ＝（１．２，１．８）、Ｎｄ_３´＝（１，２）であるので、要求流量候補Ｆｄ´は、以下のように算出される。
Ｆｄ´＝（ｍｉｎ（１．２，１．０），ｍｉｎ（１．８，２．０））＝（１．０，１．８）。

コントローラ１５の要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂは、要求ポンプ個数Ｎｄを（ステップＳ４）において演算した要求ポンプ個数候補Ｎｄ´に更新し、要求流量Ｆｄを（ステップＳ４）において演算した要求流量候補Ｆｄ´に更新する（ステップＳ５）。具体的には、要求ポンプ個数Ｎｄを差Ｄが最小である要求ポンプ個数候補Ｎｄ_３´に更新し、要求流量Ｆｄを要求流量候補Ｆｄ´に更新する。すなわち、更新後の要求ポンプ個数はＮｄ＝（１，２）、要求流量はＦｄ＝（１．０，１．８）になる。

コントローラ１５の使用流量及び使用ポンプ個数演算部１５Ｃは、（ステップＳ５）における更新後の要求ポンプ個数Ｎｄ，要求流量Ｆｄ（定格ポンプ個数値で示す）に対して、各油圧アクチュエータが動作するための使用ポンプ数Ｎａ及び使用流量Ｆａ（定格ポンプ個数値で示す）をそれぞれ演算する（ステップＳ６）。この演算方法は、図３で説明した油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続関係の優先度を規定したテーブルに基づいて行われる。具体的には、要求ポンプ個数がＮｄ＝（１，２）なので、ブームシリンダ４に油圧ポンプが１個、アームシリンダ５に油圧ポンプが２個要求され、使用ポンプ個数Ｎａ＝（１，２）となり、図３の優先度から、ブームシリンダ４に第１油圧ポンプ１０ａが、アームシリンダ５に第２油圧ポンプ１０ｂと第３油圧ポンプ１０ｃが使用される。また、要求流量（定格ポンプ個数値で示す）がＦｄ＝（１．０，１．８）なので、使用流量（定格ポンプ個数値で示す）Ｆａ１＝（１．０，１．８）となる。

コントローラ１５は、（ステップＳ６）で算出した使用ポンプ個数Ｎａと使用流量Ｆａに基づき、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続切換を実行するために、切換弁と油圧ポンプに指令信号を出力する（ステップＳ７）。具体的には、コントローラ１５は、図２に示す第１油圧ポンプ１０ａのレギュレータ１０ａｘにポンプの最大流量１．０個分の指令信号を、第２油圧ポンプ１０ｂのレギュレータ１０ｂｘにポンプの最大流量１．０個分の指令信号を、第３油圧ポンプ１０ｃのレギュレータ１０ｃｘにポンプの０．８個分の指令信号を、それぞれ出力する。また、コントローラ１５は、第１油圧ポンプ１０ａとブームシリンダ４を接続する切換弁１１ａと、第２油圧ポンプ１０ｂとアームシリンダ５を接続する切換弁１１ｄと、第３油圧ポンプ１０ｃとアームシリンダ５を接続する切換弁１１ｆとにそれぞれ流通指令を出力し、それ以外の切換弁には指令信号を出力せず遮断状態とする。

次に、本実施の形態における本発明の作用効果の理解を容易にするために、従来例における操作量増大時の油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続切換を説明する。具体的には、図４で説明したフローチャート図において、要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂが実行する（ステップＳ２）から（ステップＳ５）を除いた流れとなる。

まず、（ステップＳ１）として、操作部材である操作装置１６ａ，１６ｂに応じて、各油圧アクチュエータの要求流量Ｆｄと要求ポンプ個数Ｎｄとを演算し、要求流量Ｆｄ＝（１．２，１．８）、要求ポンプ個数Ｎｄ＝（２，２）となる。

次に、図４の（ステップＳ６）として、要求ポンプ個数Ｎｄ＝（２，２）に対して使用ポンプ個数Ｎａの演算をすると、図３より、ブームシリンダ４が第１油圧ポンプ１０ａ及び第３油圧ポンプ１０ｃを使用し、アームシリンダ５が第２油圧ポンプ１０ｂを使用することになる。したがって、使用ポンプ個数Ｎａ＝（２，１）となる。この結果、使用流量Ｆａ２は、Ｆａ２＝（１．２，１．０）となる。

（ステップＳ７）として、算出した使用ポンプ個数Ｎａと使用流量Ｆａに基づき、油圧ポンプと油圧アクチュエータの接続切換を実行するために、切換弁と油圧ポンプに指令信号を出力する。

このような、従来例と本実施の形態における油圧システムの挙動について図７を用いて比較する。図７は縦軸にアームシリンダ５の流量（定格ポンプ個数値で示す）を示し、横軸にブームシリンダ４の流量（定格ポンプ個数値で示す）を示している。また、太線で囲まれた領域（太線部分を含む）は、使用流量がとり得る値の範囲を示す。なお、使用流量がとり得る値の範囲はポンプの吸収トルクの変動に従い変動し得る。

上述したように、本実施の形態の場合及び従来例の場合も、操作量はブームシリンダ４が４０％、アームシリンダ５が６０％を想定していて、要求流量（定格ポンプ個数値で示す）はＦｄ＝（１．２，１．８）である。この条件の下に本実施の形態においては、使用流量（定格ポンプ個数値で示す）をＦａ_１＝（１．０，１．８）とするのに対して、従来技術によった場合は、使用流量（定格ポンプ個数値で示す）がＦａ_２＝（１．２，１．０）となる。

本実施の形態においては、ブームシリンダ４に対して、使用流量Ｆａ_１が要求流量Ｆｄに対して、１７％（０．２）減となり、これに応じた速度低下が予想される。一方、従来技術においては、アームシリンダ５に対して、使用流量Ｆａ_２が要求流量Ｆｄに対して、４４％（０．８）減となり、大幅な速度低下が予想される。このことから、本実施の形態では、従来技術よりもより操作量に近い流量配分が可能となり、操作性を向上できる。

また、使用流量（定格ポンプ個数値で示す）の合計は本実施の形態では１．８＋１．０＝２．８であるが、従来技術によれば１．０＋１．２＝２．２である。このように、本実施の形態によれば、従来技術に比べ使用流量を増加することができるので、作業速度を増加できる。

上述した本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態によれば、作業機械の複合動作時において、要求する作動油流量のみが異なるようなわずかな操作量の変化に対しても、使用する油圧ポンプの個数を追従変化させるので、操作性の向上及び作業速度の増加が図れる。

なお、本実施の形態においては、要求ポンプ個数候補Ｎｄ´と要求流量Ｆｄとの差Ｄをある油圧アクチュエータにおける要求ポンプ個数候補Ｎｄ´と要求流量Ｆｄの２次元平面上での距離として定義して説明したが、これに限るものではなく他の演算方法によっても良い。

他の演算方法として図８を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の駆動装置の第１の実施の形態における要求流量と更新前後の使用流量との関係の他の例を示す特性図である。図８においては、要求ポンプ個数候補Ｎｄ´を、要求流量Ｆｄの各油圧アクチュエータ間における比率と等しい比率の使用流量であって、かつ使用流量がとり得る範囲の最大値と重なる使用流量に対応するものとしている。このことにより、使用流量Ｆａ_１は図８に示すようにＦａ_１＝（１．０，１．５）となる。この結果、要求流量Ｆｄの比である１．２：１．８＝２：３と等しい比率で各油圧アクチュエータを動作させることも可能となる。

以下、本発明の作業機械の駆動装置の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図９は本発明の作業機械の駆動装置の第２の実施の形態における要求流量と更新前後の使用流量との関係の一例を示す特性図である。図９において、図１乃至図８に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明の作業機械の駆動装置の第２の実施の形態においては、コントローラ１５の演算において、要求ポンプ個数が１の油圧アクチュエータがある場合には、要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂの演算を実行しない点が第１の実施の形態と異なる。

例えば、図９に示すように、要求流量（定格ポンプ個数値で示す）がＦｄ＝（２．９，０．４）である場合、要求ポンプ個数Ｎｄ＝（３，１）となりアームシリンダ５の要求ポンプ個数は１となる。ここで、第１の実施の形態の図４におけるコントローラ１５の要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂを含む（ステップＳ１）乃至（ステップＳ６）の演算をすると、過程の説明は省略するが、使用流量（定格ポンプ個数値で示す）はＦａ_２＝（２．９，０）となる。これではアームシリンダ５の使用流量が０となり、アームシリンダ５が全く動作しなくなる。

そこで、本実施の形態においては、コントローラ１５の要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂを実行せず、要求流量及び要求ポンプ個数演算部１５Ａによる（ステップＳ１）の後に、使用流量及び使用ポンプ個数演算部１５Ｃによる（ステップＳ６）を実行する。（ステップＳ６）による演算の結果、使用ポンプ個数Ｎａは、Ｎａ＝（２，１）となり、使用流量Ｆａ_１＝（２．０，０．４）となる。

このように、要求ポンプ個数が１の油圧アクチュエータがある場合は、図４におけるコントローラ１５の要求ポンプ個数更新演算部１５Ｂの演算をしないこととすれば、微動作時には安定して油圧ポンプを使用することができ、それ以上の速度の動作時には操作性向上、作業速度増加の効果を得ることができる。

上述した本発明の作業機械の駆動装置の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本発明の作業機械の駆動装置の第２の実施の形態によれば、微動作時には安定して油圧ポンプを使用することができ、それ以上の速度の動作時には操作性向上、作業速度増加の効果を得ることができる。

なお、本発明の各実施の形態においては、説明の便宜のためにブームシリンダ４とアームシリンダ５のみの油圧システムとしているが、これに拘るものではなく、バケットシリンダ６や旋回モータも加えた構成とし、さらに油圧ポンプの数を増加した回路構成をとってもよい。この場合、油圧アクチュエータ数の増加に従い要求ポンプ個数候補の数が増加する（油圧アクチュエータ数が３であれば要求ポンプ個数候補は２^３＝８個）が、その全てについて差Ｄを演算すればよく、基本的な処理の流れに変わりはない。

また、本発明の各実施の形態においては、閉回路ポンプを用いているが、これに拘るものではなく、片傾転可変容量型油圧ポンプであってもよい。この場合でも分流による損失がなくなるため省エネ効果が得られる。

さらに、本発明の各実施の形態においては、エンジン駆動により油圧ポンプを駆動した構成としているが、電動モータにより閉回路ポンプを駆動した構成としてもよい。この場合、閉回路ポンプの回生エネルギにより電動モータが駆動されるので、それにより生じた電気エネルギ分の省エネルギ効果が得られる。接続の優先順位についても図３に示すものに限られない。ポンプ個数の配分は回路構成や作業の目的等によって設計されるものだからである。

さらに、上記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１Ａ…フロント作業装置、１Ｂ…上部旋回体、１Ｃ…下部走行体、１…ブーム、２…アーム、３…バケット、４…ブームシリンダ、５…アームシリンダ、６…バケットシリンダ、８…エンジン、９…動力伝達装置、１０ａ〜ｃ…第１〜３油圧ポンプ（閉回路ポンプ）、１１ａ〜ｆ…切換弁、１２…低圧ポンプ（開回路ポンプ）、１３ａ〜ｊ…リリーフ弁、１４ａ〜ｎ…チェック弁、１５…コントローラ、１５Ａ…要求流量及び要求ポンプ個数演算部、１５Ｂ…要求ポンプ個数更新演算部、１５Ｃ…使用流量及び使用ポンプ個数演算部、１６ａ，ｂ…操作装置（操作部材）、１００…油圧ショベル。

Claims (3)

1. オペレータが操作する操作部材と、
   複数の油圧ポンプと、
   前記複数の油圧ポンプの吐出流量を制御する複数のレギュレータと、
   前記複数の油圧ポンプと流路により接続した複数の油圧アクチュエータと、
   前記複数の油圧ポンプと前記複数の油圧アクチュエータとを接続する流路上にそれぞれ設けられ、前記複数の油圧ポンプのうちの１つの油圧ポンプを前記複数の油圧アクチュエータのうちの１つの油圧アクチュエータに接続可能とする複数の切換弁と、
   予め定めた優先順位に従って、前記１つの油圧アクチュエータに接続される油圧ポンプを決定し、前記複数のレギュレータと前記複数の切換弁とを制御するそれぞれの指令信号を出力するコントローラとを備えた作業機械の駆動装置であって、
   前記コントローラは、
   前記操作部材の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求流量を演算し、前記要求流量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求ポンプ個数値を演算する要求流量及び要求ポンプ個数演算部と、
   前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも２つの油圧アクチュエータに対して複合動作を要求するように前記操作部材が操作されたとき、前記要求流量及び要求ポンプ個数演算部で算出した前記要求ポンプ個数値の合計が前記複数の油圧ポンプの総数を超えないように、前記要求ポンプ個数値、及び前記要求流量の前記油圧ポンプの定格流量に対する比である定格ポンプ個数値を更新処理する要求ポンプ個数更新演算部と、
   前記要求ポンプ個数更新演算部によって更新された前記要求ポンプ個数値、及び前記定格ポンプ個数値に応じて、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの使用ポンプ数及び使用流量を演算する使用流量及び使用ポンプ個数演算部とを備えた、
   ことを特徴とする作業機械の駆動装置。
2. 請求項１に記載の作業機械の駆動装置において、
   前記要求ポンプ個数更新演算部は、前記要求流量に応じて前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの要求ポンプ個数値の候補を複数個演算する要求ポンプ個数候補演算部を更に備え、
   前記要求ポンプ個数値を、前記要求ポンプ個数候補演算部が複数個演算した要求ポンプ個数値の候補のうち、前記定格ポンプ個数値との差が最も小さい個数値へと更新処理する
   ことを特徴とする作業機械の駆動装置。
3. 請求項２に記載の作業機械の駆動装置において、
   前記要求ポンプ個数更新演算部は、前記要求流量及び要求ポンプ個数演算部で演算した要求ポンプ個数値が前記複数の油圧アクチュエータのいずれにおいても２以上のとき、前記要求ポンプ個数値の更新処理を実行する
   ことを特徴とする作業機械の駆動装置。

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