JP6708969B2 - 旋回制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋回電動機を用いて旋回体を旋回させる建設機械の旋回制御装置に関するものである。

従来より、旋回体を備える建設機械では、滑らかな加減速を実現するために、加減速時において、旋回電動機の実速度を目標速度に向けて緩やかに増加させる或いは減少させる遅れ制御が行われている。遅れ制御としては、実速度を一定の傾きで目標速度に近づける台形制御や、実速度をＳ字カーブを持つ傾きで目標速度に近づけるＳ字制御が知られている。

このような遅れ制御を行う従来技術として、例えば、特許文献１がある。特許文献１は、電動機の減速開始時に、電動機を駆動するための駆動指令を、時間の経過に対して緩やかに減少されるように遅延させ、減速開始時の乗り心地を良好にする技術を開示する。

特開２００９−２９３２２１号公報

ところで、遅れ制御は、旋回停止の操作が入力されることで零にされた目標速度に向けて、緩やかに減少する旋回指令値を設定し、設定した旋回指令値と実旋旋回速度との偏差が零になるように旋回電動機をフィードバック制御することで実現される。

このように、遅れ制御では、旋回指令値が緩やかに減少されるので、実旋回速度が目標速度よりも低い状況下で旋回停止の操作が入力されると、旋回停止の操作の入力時から暫くの期間、旋回指令値が実旋回速度よりも大きくなってしまう。特に比例制御（Ｐ制御）をフィードバック制御として適用した場合、残留偏差により、実旋回速度が目標速度よりも低い速度を維持する可能性が高く、この状況下で旋回停止の操作が入力されると、この操作の入力時から暫くの期間、旋回指令値が実旋回速度よりも大きくなってしまう。

ここで、旋回停止の操作が入力された場合、オペレータは旋回体を停止させる意思を示しているので、旋回電動機に加速トルクを付与する必要がない。そのため、建設機械では、旋回停止の操作の入力されている状態において、旋回指令値が実旋回速度より大きい状態であれば、旋回電動機へのトルク指令値の出力を停止する制御が実施される。したがって、この状態においては、建設機械は、減速トルクが発生せず、旋回体が慣性エネルギーで旋回するフリーラン状態になる。フリーラン状態は、建設機械の安全性及び乗り心地を悪化させるので、可能な限り短くすることが望ましい。

上記の特許文献１では、駆動指令を緩やかに減少させることで遅れ制御が実現されているものの、フリーラン状態を考慮した記載が全くないので、フリーラン状態を短縮することはできないという問題がある。

本発明の目的は、旋回体の制動時において発生するフリーラン状態を短縮すると同時に、旋回体を滑らかに停止させる旋回制御装置を提供することである。

本発明の一態様による旋回制御装置は、旋回体と、前記旋回体を旋回させるための操作が入力される操作部とを備える建設機械の旋回制御装置であって、
前記旋回体を旋回駆動する旋回電動機と、
前記旋回電動機を駆動する旋回インバータと、
前記旋回電動機の実旋回速度を検出する速度検出部と、
前記操作部に入力された操作量を検出する操作量検出部と、
前記操作量に応じた目標速度を算出する目標速度算出部と、
前記実旋回速度が前記目標速度に所定の傾きで遅れて到達するように旋回指令値を算出する指令値算出部と、
前記旋回指令値と前記実旋回速度との偏差が零となるようにトルク指令値を算出し、前記旋回インバータに出力する駆動部とを備え、
前記駆動部は、前記操作量検出部が旋回停止の操作の入力を検出している状態において、前記旋回指令値が前記実旋回速度以上の状態である第１状態であれば、前記偏差に拘わらず前記トルク指令値の出力を停止し、前記操作量検出部が旋回停止の操作の入力を検出している状態において、前記旋回指令値が前記実旋回速度より小さい状態である第２状態であれば、前記トルク指令値を出力し、
前記指令値算出部は、前記第１状態において、前記旋回指令値を、第１の傾きで経時的に減少させ、前記第２状態において、前記旋回指令値を、前記第１の傾きよりも緩やかな第２の傾きで経時的に減少させる。

本態様によれば、旋回停止を示す操作の入力中において、旋回指令値が実旋回速度以上の第１状態であれば、偏差に拘わらず、旋回インバータへのトルク指令値の出力が停止されるので、旋回体はフリーラン状態になる。

しかし、本態様では、第１状態において、旋回指令値は第１の傾きで経時的に減少される。ここで、第１の傾きは、この期間の経過後の旋回指令値の傾きである第２の傾きよりも大きな傾きを持つ。そのため、旋回体がフリーラン状態になっている期間を短くできる。一方、この期間の経過後には、第１の傾きよりも緩やかな第２の傾きで旋回指令値が減少されるので、旋回体を滑らかに停止させることができる。

上記態様において、前記指令値算出部は、前記実旋回速度が低下するにつれて、前記第１及び第２の傾きを緩やかにしてもよい。

実旋回速度が低い場合、実旋回速度を緩やかに減少させても旋回体が停止するまでの時間は一定時間内に抑えることができる。

本態様によれば、実旋回速度が低下するにつれて、第１、第２の傾きは緩やかにされるので、旋回体が停止するまでの時間を一定時間内に抑えつつ、旋回体を滑らかに停止させることができる。

上記態様において、前記建設機械は、前記旋回体に対して姿勢が変更可能に取り付けられた作業装置を更に備え、
前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出部を更に備え、
前記指令値算出部は、前記姿勢検出部により検出された姿勢から、前記旋回体の旋回面での前記作業装置の長さを算出し、前記算出した長さが長くなるにつれて、前記第１及び第２の傾きを大きくしてもよい。

旋回体の旋回面における作業装置の長さが長いほど、旋回体の慣性が増大するので、旋回停止の操作が入力されてから旋回体が停止するまでの時間は長期化する。本態様では、旋回面における作業装置の長さが長いほど、第１、第２の傾きが急峻にされるので、旋回体に対してより早く減速トルクを付与することができ、旋回体を速やかに停止させることができる。

上記態様において、前記駆動部は、比例制御により前記偏差が零となるようにトルク指令値を算出してもよい。

比例制御では、残留偏差により、実旋回速度が目標速度よりも低い速度を維持する可能性が高い。この状況下で、旋回停止の操作が入力されると、この操作の入力時から暫くの期間、旋回指令値が実旋回速度よりも高くなってしまう。本態様では、上述のように、第１状態において、旋回指令値は第１の傾きで減少されるので、比例制御を適用した場合において頻発することが予測されるフリーラン状態の期間を短くすることができる。

本発明によれば、旋回体がフリーラン状態になっている期間を短くできると同時に、旋回体を滑らかに停止させることができる。

本発明の実施の形態における旋回制御装置が適用された建設機械の外観図である。 図１に示す建設機械のシステム構成の一例を示すブロック図である。 台形制御が採用された場合の旋回指令値の時間的な推移を示すグラフである。 Ｓ字制御が採用された場合の旋回指令値の時間的な推移を示すグラフである。 第１マップを示したグラフである。 第２マップを示したグラフである。 比較例の旋回制御装置において、フリーラン状態を説明するグラフである。 、本発明の実施の形態に係る旋回制御装置におけるフリーラン状態を説明するグラフである。 本発明の実施の形態における旋回制御装置の動作を示すフローチャートである。

（実施の形態１）
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は、本発明の実施の形態における旋回制御装置が適用された建設機械１の外観図である。建設機械１は、ハイブリッドショベルで構成されているが、これは一例であり、油圧ショベル等のショベルカーで構成されてもよい。また、建設機械１としては、クレーン等の旋回体を備える建設機械であればどのような建設機械が採用されてもよい。

建設機械１は、クローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３（旋回体の一例）と、上部旋回体３に取り付けられた作業装置４とを備えている。

作業装置４は、上部旋回体３に対して起伏可能に取り付けられたブーム１５と、ブーム１５の先端部に対して揺動可能に取り付けられたアーム１６と、アーム１６の先端部に対して揺動可能に取り付けられたバケット１７とを備えている。

また、作業装置４は、上部旋回体３に対してブーム１５を起伏させるブームシリンダ１８と、ブーム１５に対してアーム１６を揺動させるアームシリンダ１９と、アーム１６に対してバケット１７を揺動させるバケットシリンダ２０とを備えている。上部旋回体３はオペレータが搭乗するキャビンを備えている。

図２は、図１に示す建設機械１のシステム構成の一例を示すブロック図である。建設機械１は、エンジン１０１と、エンジン１０１の駆動軸Ｚ１に連結された発電電動機１０２及び油圧ポンプ１０３と、バッテリ１０８の充放電及び発電電動機１０２の駆動を制御する発電インバータ１０４と、バッテリ１０８の充放電及び旋回電動機１０６の駆動を制御する旋回インバータ１０５と、上部旋回体３を旋回させる旋回電動機１０６と、発電電動機１０２及び旋回電動機１０６により発電された電力が充電可能なバッテリ１０８と、オペレータの操作が入力される操作部１０９と、操作部１０９の操作量を検出する操作量検出部１１０と、建設機械１を制御するコントローラ２００とを備える。なお、図２において、旋回インバータ１０５、旋回電動機１０６、速度センサ１０７、操作部１０９、操作量検出部１１０、及びコントローラ２００は旋回制御装置を構成する。

エンジン１０１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される。発電電動機１０２は、エンジン１０１の動力により発電機として機能し、エンジン１０１の動力を電力に変換する。また、発電電動機１０２は、バッテリ１０８からの電力により電動機として機能し、エンジン１０１をアシストする。

油圧ポンプ１０３は、エンジン１０１の動力により駆動して、作動油を吐出する。油圧ポンプ１０３から吐出された作動油は、図略のコントロールバルブを介して図１に示すブームシリンダ１８〜バケットシリンダ２０に供給される。

発電インバータ１０４は、例えば、三相インバータで構成され、発電電動機１０２により変換された電力をバッテリ１０８に蓄電させる。また、発電インバータ１０４は、発電電動機１０２の発電機としての機能と、発電電動機１０２の電動機としての機能との切り換えを制御する。また、発電インバータ１０４は、コントローラ２００の制御の下、発電電動機１０２のトルクを制御する。

旋回インバータ１０５は、例えば、三相インバータで構成され、バッテリ１０８の電力を旋回電動機１０６に供給し、旋回電動機１０６を駆動させる。また、旋回インバータ１０５は、上部旋回体３の旋回減速時に旋回電動機１０６に発生する回生電力をバッテリ１０８に蓄電させる。また、旋回インバータ１０５は、駆動部２０３から出力されるトルク指令値にしたがって、三相のＰＷＭ信号を生成して旋回電動機１０６に出力する。

旋回電動機１０６は、バッテリ１０８の電力により駆動され、図１に示す上部旋回体３を旋回させる。

バッテリ１０８は、発電インバータ１０４の制御の下、発電電動機１０２が発電した電力を蓄電する。また、バッテリ１０８は、旋回インバータ１０５の制御の下、旋回電動機１０６の回生電力を蓄電する。

速度センサ１０７は、例えば、ロータの回転角度を検出するロータリエンコーダと、検出された回転角度を微分することで、旋回電動機１０６の回転速度を算出するプロセッサとで構成されている。そして、速度センサ１０７は、プロセッサが算出した旋回電動機１０６の回転速度を上部旋回体３の実旋回速度として検出する。

操作部１０９は、例えば操作レバー１１１を備え、上部旋回体３を旋回させるためのオペレータによる操作を受け付ける。ここで、操作部１０９は、操作レバー１１１の傾倒角度に応じてパイロット圧を変化させる。操作レバー１１１は、例えば、左右方向に傾倒可能に構成され、上部旋回体３を右方向に旋回させる場合、例えば、右方向に傾倒され、上部旋回体３を左方向に旋回させる場合、左方向に傾倒される。また、操作レバー１１１は傾倒量が０の場合を含む一定の角度範囲が中立範囲に設定されている。

操作量検出部１１０は、例えば、油圧センサで構成され、操作レバー１１１の傾倒量に応じて変化するパイロット圧を用いて、操作部１０９の操作量を検出する。具体的には、操作量検出部１１０は、操作レバーの右方向への傾倒量が中立範囲を超えて増大するにつれて、例えば正の方向に操作量を増大させ、操作レバーの左方向への傾倒量が中立範囲を超えて増大するにつれて、例えば負の方向に操作量を増大させる。ここで、操作量検出部１１０は、ポテンショメータで構成されてもよい。なお、操作量検出部１１０は、中立範囲以外の位置から中立範囲に操作レバー１１１が戻された場合、旋回停止の操作が入力されたことを検出する。

コントローラ２００は、例えば、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、若しくはＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）といった専用のプロセッサ、又はＣＰＵ、書き換え可能なＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータで構成されている。

コントローラ２００は、目標速度算出部２０１、指令値算出部２０２、及び駆動部２０３を備える。

目標速度算出部２０１は、操作量検出部１１０が検出した操作量に応じて、上部旋回体３の目標速度を算出する。ここで、目標速度算出部２０１は、操作量が正の方向に増大するにつれて、目標速度を正の方向に、例えばリニアに増大させ、操作量が負の方向に増大するにつれて、目標速度を負の方向に、例えばリニアに増大させる。

指令値算出部２０２は、実回転速度を目標速度に所定の傾きで遅れて到達させる遅れ制御を実現するための旋回指令値を算出する。ここで、遅れ制御としては、旋回指令値が目標速度に向けて直線状の傾きで増加させる又は減少させる台形制御、或いは旋回指令値が目標速度に向けてＳ字状の傾きで増加させる又は減少させるＳ字制御が採用できる。

図３は、台形制御が採用された場合の旋回指令値の時間的な推移を示すグラフであり、縦軸は速度を示し、横軸は時間を示している。図３において点線は目標速度を示し、実線は旋回指令値を示している。この例では、時刻ｔ１において、操作レバー１１１がある傾倒量で傾倒され、時刻ｔ１〜時刻ｔ３の期間この傾倒量で操作レバー１１１が保持され、時刻ｔ３において、操作レバー１１１が中立範囲に戻された操作が入力されている。そのため、目標速度は、時刻ｔ１において零から値Ｓ１に増大し、時刻ｔ１〜ｔ３の期間において値Ｓ１を維持し、時刻ｔ３において値Ｓ１から零に減少している。

一方、旋回指令値は、時刻ｔ１〜ｔ２の期間をかけて直線状の傾きで零から値Ｓ１まで緩やかに増大している。また、旋回指令値は、時刻ｔ３〜ｔ４の期間をかけて直線状の傾きで値Ｓ１から零まで緩やかに減少している。これにより、旋回電動機１０６は、実旋回速度が徐々に増大又は減少され、安全性及び乗り心地の向上が図られている。

図４は、Ｓ字制御が採用された場合の旋回指令値の時間的な推移を示すグラフであり、縦軸は速度を示し、横軸は時間を示している。図４において点線は目標速度を示し、実線は旋回指令値を示している。図４では図３と同様の操作が入力されている。図４において、図３との相違点は、旋回指令値が直線状ではなく、Ｓ字状に増加されている（時刻ｔ１〜ｔ２）、又は、減少されている（時刻ｔ３〜ｔ４）点にある。詳細には、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において、旋回指令値は緩やかなカーブを描いて変化しており、図３に比べて、より滑らかに変化されている。以下では、遅れ制御として台形制御を適用した場合を例に挙げて説明する。

図２に参照を戻す。指令値算出部２０２は、第１マップＭ４００及び第２マップＭ５００を用いて旋回指令値を算出する。図５は、第１マップＭ４００を示したグラフであり、縦軸は加速度及び減速度、横軸は操作量を示す。図６は、第２マップＭ５００を示したグラフであり、縦軸は加速度及び減速度、横軸は操作量を示す。なお、第１、第２マップＭ４００、Ｍ５００はＲＯＭ等の記憶装置に予め記憶されている。

第１マップＭ４００は、旋回指令値が実旋回速度以上の場合に用いられる。第２マップＭ５００は、旋回指令値が実旋回速度未満の場合に用いられる。第１、第２マップＭ４００、Ｍ５００は、共に、減速時の旋回指令値の加速度を示す減速傾き特性Ｇ４０１、Ｇ５０１と、加速時の旋回指令値の加速度を示す加速傾き特性Ｇ４０２、Ｇ５０２とを備えている。

減速傾き特性Ｇ４０１、Ｇ５０１は、共に、操作量に拘わらず一定の値Ｖ１、Ｖ２を維持しているが、値Ｖ１の方が値Ｖ２に比べて値が大幅に大きい値が設定されている。図５、図６の例では、値Ｖ１は値Ｖ２に対してほぼ８倍の値に設定されているがこれは一例である。これにより、操作量検出部１１０が旋回停止を示す操作の入力を検出している状態において、旋回指令値が実旋回速度以上の状態である第１状態であれば、旋回指令値は、目標速度に向けて値Ｖ１の傾きで減少する。そして、操作量検出部１１０が旋回停止を示す操作の入力を検出している状態において、旋回指令値が実旋回速度未満の状態である第２状態であれば、旋回指令値は、目標速度に向けて値Ｖ２の傾きで減少する。つまり、第１状態においては、第２状態に比べて、旋回指令値は急峻な傾きで減少する。この理由については後述する。

加速傾き特性Ｇ４０２、Ｇ５０２は、共に、操作量がＯＰ１を超えると値が増大し始め、操作量がＯＰ１〜ＯＰ２の区間では値が一定の傾きで増大し、操作量がＯＰ２を超えると一定の値Ｖ３、Ｖ４で推移する。ここで、値Ｖ４は値Ｖ３に比べて若干大きいが、値Ｖ３とほぼ同じ値に設定されている。

これにより、加速時においては、旋回指令値は、実旋回速度以上であるか否かに拘わらず、操作量がＯＰ１〜ＯＰ２の区間では、操作量が大きいほど、目標速度に向けて大きな傾きで増大され、操作量がＯＰ２を超えると、目標速度に向けて値Ｖ３、Ｖ４の傾きで増大されてる。これにより、操作量がＯＰ２を超えるまでは、操作量が増大するにつれて加速度が増大する操作感覚をオペレータに与えることができる。

図２に参照を戻す。駆動部２０３は、旋回指令値と実旋回速度との偏差が零となるようにトルク指令値を算出して旋回インバータ１０５に出力し、旋回電動機１０６をフィードバック制御する。

ここで、駆動部２０３は、フィードバック制御として、比例制御を採用する。これは、ＰＩ制御（比例積分制御）を採用した場合、偏差が積算されるので、上部旋回体３の位置決めの応答性が悪化することを考慮したためである。但し、比例制御を採用すると残留偏差の影響により、実旋回速度が目標速度よりも低い速度を維持する可能性が高くなる。

また、駆動部２０３は、操作量検出部１１０が旋回停止を示す操作の入力を検出した状態において、旋回指令値が実旋回速度以上の状態である第１状態にあれば、偏差に拘わらずトルク指令値の出力を停止する。

一方、操作量検出部１１０が旋回停止を示す操作の入力を検出した状態において、旋回指令値が実旋回速度未満の状態である第２状態にあれば、トルク指令値を出力する。

フィードバック制御では、旋回指令値が実旋回速度以上であれば、旋回電動機１０６のトルクを上昇させるトルク指令値が出力される。しかし、旋回停止の操作の入力時においては、オペレータは旋回停止の意思を示しているので、トルクを上昇させる必要はない。そこで、駆動部２０３は、第１状態において、トルク指令値の出力を停止する。但し、第１状態では、旋回電動機１０６はトルク制御されなくなるため、上部旋回体３は、慣性エネルギーで旋回するフリーラン状態になる。

図７は、比較例の旋回制御装置において、フリーラン状態を説明するグラフであり、縦軸は旋回速度を示し、横軸は時間を示している。ここで、比較例の旋回制御装置は、図５に示す第１マップＭ４００を用いずに、図６に示す第２マップＭ５００のみを用いて旋回指令値の傾きを決定するものとする。

図７において、グラフＧ８０１は目標速度を示し、グラフＧ８０２は旋回指令値を示し、グラフＧ８０３は実旋回速度を示している。この例では、時刻ｔ１以前において実旋回速度が目標速度よりも低い速度を維持している。これは、比例制御の残留偏差の影響による。

時刻ｔ１では、操作レバー１１１が中立範囲に戻され、旋回停止の操作が入力されたので、操作量が零になり、目標速度が零になっている。このとき、台形制御を実現するために、旋回指令値は第２の傾きＫ２で減少している。また、残留偏差の影響により、実旋回速度は、旋回指令値よりも低くなっている。

時刻ｔ１〜ｔ２の期間ＴＡ１では、旋回停止の操作が入力された状態において、旋回指令値が実旋回速度以上の状態である第１状態である。そのため、トルク指令値の出力が停止されている。これにより、期間ＴＡ１では、上部旋回体３はフリーラン状態になる。

時刻ｔ２では、旋回停止の操作が入力された状態において、旋回指令値が実旋回速度未満の状態である第２状態になったので、トルク指令値の出力が開始されている。以降、実旋回速度は旋回指令値に追従して減少する。

このように、比較例の旋回制御装置では、旋回指令値と実旋回速度との大小関係に拘わらず、一定の傾きで旋回指令値が減少されるので、期間ＴＡ１で示すフリーラン状態が長期化するという問題がある。

そこで、本実施の形態の旋回制御装置は、以下の構成を採用する。図８は、本発明の実施の形態に係る旋回制御装置におけるフリーラン状態を説明するグラフであり、縦軸及び横軸の関係は図７と同じである。図８において、グラフＧ９０１は目標速度を示し、グラフＧ９０２は旋回指令値を示し、グラフＧ９０３は実旋回速度を示している。また、図８が想定するシーンは図７と同じである。そのため、期間ＴＡ１ではフリーラン状態が発生している。

図８において、図７との相違点は、グラフＧ９０２に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２までの期間ＴＡ１における旋回指令値の傾きが時刻ｔ２以降の旋回指令値の傾きよりも大きくされている点にある。

すなわち、本実施の形態では、指令値算出部２０２は、操作量検出部１１０が旋回停止の操作の入力を検出している状態において、旋回指令値が実旋回速度以上の状態である第１状態であれば、第１マップＭ４００の減速傾き特性Ｇ４０１を参照し、値Ｖ１で規定される第１の傾きＫ１で旋回指令値を減少させる。これにより、フリーラン状態の期間ＴＡ１の短縮が実現されている。一方、指令値算出部２０２は、操作量検出部１１０が旋回停止の操作の入力を検出している状態において、旋回指令値が実旋回速度未満の状態である第２状態であれば、指令値算出部２０２は、第２マップＭ５００の減速傾き特性Ｇ５０１を参照し、値Ｖ２（＜Ｖ１）で規定される第２の傾きＫ２で、旋回指令値を減少させる。

次に、本発明の実施の形態における旋回制御装置の動作について説明する。図９は、本発明の実施の形態における旋回制御装置の動作を示すフローチャートである。

このフローチャートは、例えば、エンジン１０１の駆動が開始されてからエンジン１０１の駆動が停止されるまで、繰り返し実行される。

Ｓ３０１では、操作量検出部１１０は、操作部１０９の操作量を検出する。例えば、操作レバー１１１が中立範囲に入ると零の操作量が検出され、操作レバー１１１が中立範囲を超えて傾倒されたのであれば、傾倒量に応じた操作量が検出される。

次に、目標速度算出部２０１は、Ｓ３０１で検出された操作量に応じた目標速度を算出する（Ｓ３０２）。例えば、零の操作量が検出されたのであれば、零の目標速度が設定される。

次に、速度センサ１０７は、実旋回速度を検出する（Ｓ３０３）。次に、指令値算出部２０２は、旋回指令値の絶対値が実旋回速度の絶対値以上であれば（Ｓ３０４でＹＥＳ）、中立範囲を超えて操作レバー１１１が傾倒されたか否かを判定する（Ｓ３０５）。この場合、指令値算出部２０２は、操作量検出部１１０が検出した操作量が零でなければ、中立範囲を超えて操作レバー１１１が傾倒されたと判定し、操作量検出部１１０が検出した操作量が零であれば、操作レバー１１１は、中立範囲を超えて傾倒されていないと判定すればよい。なお、旋回指令値の絶対値と実旋回速度の絶対値とを比較しているのは、上部旋回体３の右方向への旋回と左方向への旋回とで、実旋回速度の正負が逆転することを考慮したためである。

次に、指令値算出部２０２は、中立範囲を超えて操作レバーが傾倒されたと判定した場合（Ｓ３０５でＹＥＳ）、オペレータが加速の意思を示し、且つ、旋回指令値の絶対値が実旋回速度の絶対値よりも大きいので、第１マップＭ４００の加速傾き特性Ｇ４０２から旋回指令値の傾きを決定する（Ｓ３０６）。この場合、加速傾き特性Ｇ４０２から操作量検出部１１０で検出された操作量に応じた加速度が決定され、決定された加速度によって規定される傾きが旋回指令値の傾きとして決定される。

次に、指令値算出部２０２は、Ｓ３０６で決定した傾きを用いて旋回指令値を算出する（Ｓ３０８）。ここで、指令値算出部２０２は、現在の目標速度が現在の旋回指令値よりも大きければ、Ｓ３０６で決定した傾きに単位時間を乗じた値を、現在の旋回指令値に加算することで、旋回指令値を算出すればよい。単位時間としては、図９のフローチャートの１ループの周期、すなわち、旋回指令値の算出周期が採用できる。これにより、図３の時刻ｔ１〜ｔ２に示すような台形制御が実現される。

次に、駆動部２０３は、Ｓ３０８で算出された旋回指令値と実旋回速度との偏差が零となるようにトルク指令値を算出し、旋回インバータ１０５に出力し（Ｓ３１０）、処理をＳ３０１に戻す。

一方、Ｓ３０５において、中立範囲を超えて操作レバー１１１が傾倒されていなければ（Ｓ３０５でＮＯ）、指令値算出部２０２は、上述した第１状態に該当するので、すなわち、オペレータが旋回停止の意思を示し、且つ、旋回指令値の絶対値が実旋回速度の絶対値よりも大きいので、第１マップＭ４００の減速傾き特性Ｇ４０１から旋回指令値の傾きを決定する（Ｓ３０７）。ここでは、減速傾き特性Ｇ４０１の値Ｖ１によって規定される第１の傾きＫ１（図８）が旋回指令値の傾きとして決定される。

次に、指令値算出部２０２は、Ｓ３０７で決定した第１の傾きＫ１を用いて旋回指令値を算出する（Ｓ３０９）。ここで、指令値算出部２０２は、現在の旋回指令値が現在の目標速度よりも大きければ、第１の傾きＫ１に単位時間を乗じた値を、現在の旋回指令値から差し引くことで、旋回指令値を算出すればよい。これにより、図８の期間ＴＡ１に示すように、旋回指令値は、目標速度に向けて第１の傾きＫ１で減少していく。

次に、駆動部２０３は、第１状態に該当するので、旋回指令値と実旋回速度との偏差に拘わらず、トルク指令値を出力せず（Ｓ３１１）、処理をＳ３０１に戻す。これにより、上部旋回体３はフリーラン状態になる。

Ｓ３０４において、旋回指令値の絶対値が実旋回速度の絶対値未満であれば（Ｓ３０４でＮＯ）、指令値算出部２０２は、Ｓ３０５と同様、中立範囲を超えて操作レバー１１１が傾倒されたか否かを判定する（Ｓ３１２）。

次に、指令値算出部２０２は、中立範囲を超えて操作レバー１１１が傾倒されたと判定した場合（Ｓ３１２でＹＥＳ）、オペレータが加速の意思を示し、且つ、旋回指令値の絶対値が実旋回速度の絶対値未満なので、第２マップＭ５００の加速傾き特性Ｇ５０２から旋回指令値の傾きを決定する（Ｓ３１３）。この場合、加速傾き特性Ｇ５０２から操作量検出部１１０で検出された操作量に応じた加速度が決定され、決定された加速度によって規定される傾きが旋回指令値の傾きとして決定される。

次に、指令値算出部２０２は、Ｓ３１３で決定した傾きを用いて旋回指令値を算出する（Ｓ３１５）。ここで、指令値算出部２０２は、現在の目標速度が現在の旋回指令値よりも大きければ、Ｓ３１３で決定した傾きに単位時間を乗じた値を、現在の旋回指令値に加算することで、旋回指令値を算出すればよい。

次に、駆動部２０３は、オペレータが加速の意思を示しているにも拘わらず、旋回指令値の絶対値が実旋回速度の絶対値未満なので、旋回指令値と実旋回速度との偏差に拘わらず、トルク指令値を出力せず（Ｓ３１７）、処理をＳ３０１に戻す。

一方、Ｓ３１２において、中立範囲を超えて操作レバー１１１が傾倒されていなければ（Ｓ３１２でＮＯ）、指令値算出部２０２は、上述した第２状態に該当するので、すなわち、オペレータが旋回停止の意思を示し、且つ、旋回指令値の絶対値が実旋回速度の絶対値未満なので、第２マップＭ５００の減速傾き特性Ｇ５０１から旋回指令値の傾きを決定する（Ｓ３１４）。この場合、第２マップＭ５００の減速傾き特性Ｇ５０１の値Ｖ２によって規定される第２の傾きＫ２が旋回指令値の傾きとして決定される。

次に、指令値算出部２０２は、Ｓ３１４で決定した第２の傾きＫ２を用いて旋回指令値を算出する（Ｓ３１６）。ここで、指令値算出部２０２は、現在の旋回指令値が現在の目標速度よりも大きければ、第２の傾きＫ２に単位時間を乗じた値を、現在の旋回指令値から差し引くことで、旋回指令値を算出すればよい。これにより、図８の時刻ｔ２以降に示すように、旋回指令値は、目標速度に向けて第２の傾きＫ２で減少していく。

次に、駆動部２０３は、実旋回速度と旋回指令値との偏差が零となるようにトルク指令値を算出し、旋回インバータ１０５に出力し（Ｓ３１８）、処理をＳ３０１に戻す。これにより、旋回電動機１０６はフィードバック制御される。

このように、本実施の形態によれば、旋回停止を示す操作が入力中において、旋回指令値が実旋回速度以上の状態（第１状態）において、第１の傾きＫ１で旋回指令値が減少されるので、フリーラン状態の期間ＴＡ１を短くすることができる。

なお、本実施の形態は遅れ制御として台形制御を用いた場合を例に挙げて説明したが、遅れ制御としてＳ字制御を用いてもよい。例えば、第１状態では、指令値算出部２０２は、第１マップＭ４００から値Ｖ１を決定する。ここで、値Ｖ１は、図４に示すように、目標速度の減少時の平均傾きを規定する。したがって、指令値算出部２０２は、現在の目標速度が設定されてからの経過時間に応じて、予め定められたＳ字形状にフィットするように値Ｖ１を修正し、修正した値を第１の傾きＫ１として設定すればよい。なお、Ｓ字制御を適用したときの第２の傾きＫ２も第１の傾きＫ１と同様にして決定されればよい。また、Ｓ字制御を適用したときの増大時の傾きも第１の傾きＫ１と同様にして決定されればよい。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実旋回速度が低下するにつれて、第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２を緩やかにすることを特徴とする。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同一のものは同一の符号を付し、説明を省く。

具体的には、指令値算出部２０２は、第１の傾きＫ１を決定する際、旋回速度が低下するにつれて、図５に示す減速傾き特性Ｇ４０１を矢印Ｄ４で示す方向に平行移動させ、値Ｖ１を減少させ、減速傾き特性Ｇ４０１を補正する。そして、指令値算出部２０２は、補正後の減速傾き特性Ｇ４０１を用いて値Ｖ１を決定し、その値Ｖ１を用いて第１の傾きＫ１を決定する。

また、指令値算出部２０２は、第２の傾きＫ２も第１の傾きＫ１と同様にして、減速傾き特性Ｇ５０１を補正する。すなわち、旋回速度が低下するにつれて、図６に示す減速傾き特性Ｇ５０１を矢印Ｄ５で示す方向に平行移動させて値Ｖ２を減少させ、減速傾き特性Ｇ５０１を補正する。そして、指令値算出部２０２は、補正した減速傾き特性Ｇ５０１を用いて値Ｖ２を決定し、その値Ｖ２を用いて第２の傾きＫ２を決定する。但し、補正後の減速傾き特性Ｇ４０１、Ｇ５０１において、Ｖ１＞Ｖ２の関係は維持されている。そのため、フリーラン状態の期間ＴＡ１は短くされる。

実旋回速度が低い場合、実旋回速度を緩やかに減少させても上部旋回体３が停止するまでの時間は一定時間内に抑えることができる。そのため、第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２を緩やかにしても問題はない。そこで、本実施の形態では、実旋回速度が低下するにつれて、第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２を低下させ、上部旋回体３をより滑らかに停止させ、乗り心地及び安全性の向上を図っている。

ここで、減速傾き特性Ｇ４０１、Ｇ５０１の補正量と実旋回速度との関係は、例えば、実旋回速度が低下するにつれて補正量が、一次関数的、二次関数的、或いは単調減少関数的に減少するという関係が採用できる。

なお、実施の形態２では、実旋回速度が低下するにつれて、第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２を緩やかにしたが、これは一例である。例えば、建設機械１が傾斜地に位置しているのであれば、水平面に対する傾斜地の傾斜角度に応じて、第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２を変更してもよい。

例えば、傾斜角度が大きな傾斜地に建設機械１が位置しているほど、フリーラン状態での上部旋回体３の慣性エネルギーは大きくなると考えられる。これを実現するために、旋回制御装置は、建設機械１の傾斜角度を検出する傾斜角センサを備えればよい。そして、指令値算出部２０２は、傾斜角センサが検出した傾斜角度が大きいほど、減速傾き特性Ｇ４０１、Ｇ５０１を値Ｖ１、Ｖ２が増大する方向に補正し、補正後の値Ｖ１、Ｖ２を用いて第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２を決定すればよい。これにより、上部旋回体３の慣性エネルギーが大きくなるほどフリーラン状態の期間ＴＡ１が短縮され、安全性及び乗り心地を向上させることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３は、上部旋回体３の旋回面での作業装置の長さが長くなるにつれて、第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２を大きくするものである。本実施の形態において、旋回制御装置は図２に示すように、作業装置４の姿勢を検出するための姿勢検出部１２０を更に備えている。

姿勢検出部１２０は、ブーム１５の上部旋回体３に対する起伏角度を検出する角度センサと、アーム１６のブーム１５に対する揺動角度を検出する角度センサと、バケット１７のアーム１６に対する揺動角度を検出する角度センサとで構成されている。また、本実施の形態において、ブーム１５、アーム１６、及びバケット１７の長さは既知であるとする。

ブーム１５、アーム１６、及びバケット１７のそれぞれの長さが既知であるとすると、ブーム１５、アーム１６、及びバケット１７の揺動角度が分かれば、三角関数を用いて旋回面での作業装置４の長さを算出することができる。ここで、旋回面とは、上部旋回体３の回転軸に対して直交する平面を指す。

旋回面での作業装置４の長さが大きくなるにつれて上部旋回体３の慣性エネルギーは増大する。したがって、この場合、建設機械１の安全性及び乗り心地を考慮すると、フリーラン状態の期間ＴＡ１は短くすることが望ましい。

そこで、本実施の形態では、指令値算出部２０２は、姿勢検出部１２０が検出した、ブーム１５、アーム１６、及びバケット１７のそれぞれの揺動角度から旋回面での作業装置４の長さを求める。そして、指令値算出部２０２は、旋回面での作業装置４の長さが増大するほど、減速傾き特性Ｇ４０１、Ｇ５０１を値Ｖ１、Ｖ２が増大する方向（方向Ｄ４、Ｄ５と反対方向）に補正する。そして、指令値算出部２０２は、補正後の値Ｖ１、Ｖ２を用いて第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２を決定すればよい。ここで、減速傾き特性の補正量と旋回面での作業装置４の長さとの関係は、旋回面での作業装置４の長さが増大するにつれて、補正量が、例えば、一次関数的、二次関数的、或いは単調増加関数的に増大するという関係が採用できる。

このように、本実施の形態によれば、旋回面における作業装置４の長さが長いほど、第１、第２の傾きＫ１、Ｋ２が急峻にされるので、上部旋回体３に対してより早く減速トルクを付与することができ、上部旋回体３を速やかに停止させることができる。

なお、減速傾き特性Ｇ４０１、Ｇ５０１は操作量に拘わらず、一定の値Ｖ１、Ｖ２を持つので、旋回制御装置は、値Ｖ１、Ｖ２のみをＲＯＭに記憶させておけばよい。

Ｇ４０１、Ｇ５０１ 減速傾き特性
Ｇ４０２、Ｇ５０２ 加速傾き特性
Ｍ４００ 第１マップ
Ｍ５００ 第２マップ
Ｋ１ 第１の傾き
Ｋ２ 第２の傾き
１ 建設機械
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 作業装置
１０５ 旋回インバータ
１０６ 旋回電動機
１０７ 速度センサ
１０８ バッテリ
１０９ 操作部
１１０ 操作量検出部
１２０ 姿勢検出部
２００ コントローラ
２０１ 目標速度算出部
２０２ 指令値算出部
２０３ 駆動部

Claims (4)

1. 旋回体と、前記旋回体を旋回させるための操作が入力される操作部とを備える建設機械の旋回制御装置であって、
   前記旋回体を旋回駆動する旋回電動機と、
   前記旋回電動機を駆動する旋回インバータと、
   前記旋回電動機の実旋回速度を検出する速度検出部と、
   前記操作部に入力された操作量を検出する操作量検出部と、
   前記操作量に応じた目標速度を算出する目標速度算出部と、
   前記実旋回速度が前記目標速度に所定の傾きで遅れて到達するように旋回指令値を算出する指令値算出部と、
   前記旋回指令値と前記実旋回速度との偏差が零となるようにトルク指令値を算出し、前記旋回インバータに出力する駆動部とを備え、
   前記駆動部は、前記操作量検出部が旋回停止の操作の入力を検出している状態において、前記旋回指令値が前記実旋回速度以上の状態である第１状態であれば、前記偏差に拘わらず前記トルク指令値の出力を停止し、前記操作量検出部が旋回停止の操作の入力を検出している状態において、前記旋回指令値が前記実旋回速度より小さい状態である第２状態であれば、前記トルク指令値を出力し、
   前記指令値算出部は、前記第１状態において、前記旋回指令値を、第１の傾きで経時的に減少させ、前記第２状態において、前記旋回指令値を、前記第１の傾きよりも緩やかな第２の傾きで経時的に減少させる旋回制御装置。
2. 前記指令値算出部は、前記実旋回速度が低下するにつれて、前記第１及び第２の傾きを緩やかにする請求項１に記載の旋回制御装置。
3. 前記建設機械は、前記旋回体に対して姿勢が変更可能に取り付けられた作業装置を更に備え、
   前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出部を更に備え、
   前記指令値算出部は、前記姿勢検出部により検出された姿勢から、前記旋回体の旋回面での前記作業装置の長さを算出し、前記算出した長さが長くなるにつれて、前記第１及び第２の傾きを大きくする請求項１又は２に記載の旋回制御装置。
4. 前記駆動部は、比例制御により前記偏差が零となるようにトルク指令値を算出する請求項１〜３のいずれかに記載の旋回制御装置。

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