JP6787777B2 - 作業機械の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンによって駆動される油圧ポンプを備えた作業機械に適用される作業機械の制御装置に関する。

従来から、建設機械といった作業機械においては、例えば特許文献１のように、ディーゼルエンジンを用いて油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプが圧送する作動油が供給される油圧アクチュエーターを用いてアーム等の作動部を作動させている。こうした作業機械において、エンジンは、作動部の作動中においても所定の目標回転数にエンジン回転数が維持されるように制御されている。

特開２００９−１９１６５４号公報

ところで、上述した作業機械においては、作動部の作動等によってエンジンへの負荷が変化した場合、エンジン回転数は、その負荷の変化度合いに応じて変動したのち、再び目標回転数に維持される。この際、エンジン回転数の変動が大きくなると、燃費の低下や騒音の増大を招いてしまう。

本発明は、作動部の作動にともなうエンジン回転数の変動を抑えることのできる作業機械の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する作業機械の制御装置は、エンジンと、前記エンジンによって駆動されて作動油を圧送する機械式の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記作動油が供給される油圧アクチュエーターと、前記油圧アクチュエーターに供給される前記作動油を制御するコントロールバルブと、前記油圧アクチュエーターによって作動する作動部と、操縦者によって操作される操作部とを備えた作業機械に適用される作業機械の制御装置であって、前記エンジンの回転数であるエンジン回転数を取得し、前記取得したエンジン回転数が目標回転数となるように前記エンジンを制御するエンジン制御部と、前記操作部から入力される操作信号にしたがって前記作動部が作動するように前記コントロールバルブを制御する作動制御部と、前記目標回転数に対する前記エンジン回転数の変動が許容変動数以下となる前記エンジンの負荷である許容負荷を演算する許容負荷演算部とを備え、前記作動制御部は、前記エンジンの負荷が前記許容負荷に収まるように前記コントロールバルブを制御する。

上記構成によれば、エンジンの負荷が許容負荷演算部の演算した許容負荷に収まるようにコントロールバルブが制御されることから、エンジン回転数の変動が許容変動数を超えにくくなる。その結果、作動部の作動にともなうエンジン回転数の変動を抑えることができる。

上記作業機械の制御装置において、前記許容負荷を演算するときの前記エンジンの負荷を基準負荷とするとき、前記許容負荷演算部は、前記目標回転数、前記許容変動数、および、前記基準負荷をパラメーターに含む予測モデルを用いて前記許容負荷を演算することが好ましい。

上記構成によれば、各パラメーターに応じた許容負荷を規定したマップを用いて許容負荷が演算される構成に比べて、許容負荷演算部が必要とする処理領域を低減することができる。また、予測モデルの構築はマップの構築よりも必要となる実機の適合試験が少なくて済むため、許容負荷演算部の設計に要する全体的な時間を短縮することができる。

上記作業機械の制御装置において、前記許容負荷演算部は、前記エンジン回転数が前記目標回転数にあるときに前記許容負荷を演算してもよい。
エンジン回転数が目標回転数にあるときのエンジンの負荷は、その時々に応じて異なる。上記構成によれば、エンジン回転数が目標回転数にあるその時々のエンジンの負荷を基準負荷とした許容負荷を演算することができる。また、目標回転数が変更されたとしても、該目標回転数およびエンジンの負荷に応じた許容負荷を演算することができる。

上記作業機械の制御装置において、前記許容負荷演算部は、前記エンジン回転数が前記目標回転数を基準とする目標範囲に収まるたびに前記許容負荷を演算するとよい。
実際のエンジン回転数が目標回転数で安定することは非常に希である。そのため、上記構成のように、エンジン回転数が目標範囲に収まるたびに許容負荷を演算することによって、目標回転数が変更された場合であっても許容負荷の変更を早期に行うことができる。

上記作業機械の制御装置において、前記許容負荷演算部は、前記エンジン回転数が前記目標範囲にある状態が所定期間だけ継続すると前記許容負荷を演算するとよい。
上記構成によれば、エンジン回転数が目標範囲に安定してから許容負荷が演算される。そのため、エンジン回転数の変動が許容変動数以下となる許容負荷が高い精度のもとで演算されることから、エンジン回転数の変動が許容変動数以下により確実に抑えられる。

上記作業機械の制御装置は、前記エンジン制御部および前記許容負荷演算部を有する第１制御装置と前記作動制御部を有する第２制御装置とを備え、前記操作部は、前記第２制御装置に前記目標回転数を入力可能に構成されており、前記第２制御装置は、前記操作部から入力される前記目標回転数と前記目標回転数に応じた前記許容変動数とを前記第１制御装置に出力し、前記第１制御装置は、前記第２制御装置が出力した前記目標回転数と前記許容変動数とに基づいて前記許容負荷演算部の演算した前記許容負荷を前記第２制御装置に出力するように構成してもよい。

上記構成によれば、エンジン制御部、許容負荷演算部、作動制御部としての機能が複数の制御装置に分散して搭載されることで全体としての処理速度を高めることができる。

作業機械の制御装置の一実施形態を搭載した作業機械の概略構成を示す機能ブロック図。 予測モデルを用いた演算の一例を模式的に示す図。 （ａ）許容増大値とエンジン回転数との関係を模式的に示す図、（ｂ）許容減少値とエンジン回転数との関係を模式的に示す図。 許容負荷演算処理の手順の一例を示すフローチャート。 エンジン回転数が目標回転数にあると判断される条件を模式的に示す図。 選択処理の手順の一例を示すフローチャート。

図１〜図５を参照して、作業機械の制御装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、作業機械１０の制御装置２０は、例えば油圧ショベル等、油圧を用いて作動する作業機械１０に適用される。作業機械１０は、制御装置２０の他、ディーゼルエンジン１１（以下、単にエンジン１１という。）と、油圧ポンプ１２と、タンク１３と、コントロールバルブ１４と、油圧アクチュエーター１５と、作動部１６と、操作部１７とを備えている。作動部１６は、作業機械１０が例えば油圧ショベルの場合、キャブに対して屈曲するブーム、ブームに対して屈曲するアーム、アームに対して屈曲するとともに様々なアタッチメントが取付可能なバケット等で構成される。

エンジン１１は、図示されない気筒にインジェクターから燃料が直接噴射される直噴式のディーゼルエンジンである。油圧ポンプ１２は、エンジン１１のクランクシャフトに従動する機械式のポンプであり、タンク１３内に貯留された作動油をコントロールバルブ１４へ圧送する。コントロールバルブ１４は、ブームやアームといった作動部１６ごとに設けられた制御弁ユニットで構成されている。各制御弁ユニットは、電子制御式の制御弁である圧力制御弁、流量制御弁、および、方向制御弁等で構成されている。圧力制御弁は、作動部１６に供給される作動油の圧力を制御することにより該作動部１６の作動力を制御する。流量制御弁は、作動部１６に供給される作動油の流量を制御することにより該作動部１６の作動速度を制御する。方向制御弁は、作動部１６に対応する油圧アクチュエーター１５に対する作動油の流出入方向を制御することにより作動部１６の作動方向を制御する。油圧アクチュエーター１５は、作動部１６ごとに設けられた油圧シリンダーや油圧モーター等であり、コントロールバルブ１４から作動油が供給されることにより作動部１６を作動させる。これらコントロールバルブ１４と油圧アクチュエーター１５は、パワートレイン１８を構成する。

操作部１７は、例えば作業機械１０の操縦者によって操作されるものであり、例えばエンジン１１の目標回転数Ｎｅｔを段階的に変更可能なレバーや各作動部１６の作動態様を指示するレバー等を備えている。こうした操作部１７の操作を示す信号は、第２制御装置であるパワートレインＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２１に入力される。このパワートレインＥＣＵ２１は、コントロールバルブ１４を制御する作動制御部としての機能を有する。

パワートレインＥＣＵ２１は、プロセッサ、メモリ、入出力インターフェース等を有するマイクロコントローラーを中心に構成されている。パワートレインＥＣＵ２１は、操作部１７から入力される各作動部１６の操作信号と後述するエンジン１１の許容負荷Ｌｐとに基づいてコントロールバルブ１４を制御する。また、パワートレインＥＣＵ２１は、操作部１７から目標回転数Ｎｅｔを示す信号が入力されると、その目標回転数Ｎｅｔ、該目標回転数Ｎｅｔに応じた目標範囲Ｎｅｒ、および、該目標回転数Ｎｅｔに応じた許容変動数ΔＮｅを含む信号を第１制御装置であるエンジンＥＣＵ２２に出力する。

目標範囲Ｎｅｒは、エンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｔにあると判断されるエンジン回転数である。目標範囲Ｎｅｒは、最小回転数Ｎｅｍｉｎ以上であり、かつ、最大回転数Ｎｅｍａｘ以下の範囲に属するエンジン回転数である。最小回転数Ｎｅｍｉｎおよび最大回転数Ｎｅｍａｘの各値は、目標回転数Ｎｅｔにかかわらず目標回転数Ｎｅｔに対する差分が同じであってもよいし、目標回転数Ｎｅｔが高いほど目標回転数Ｎｅｔに対する差分が大きくなるように目標回転数Ｎｅｔに応じて変化する値でもよい。この場合、目標範囲Ｎｅｒは、例えば、目標回転数Ｎｅｔに対する±１０％の範囲に設定される。

許容変動数ΔＮｅは、エンジン回転数Ｎｅの変動に起因する燃費の低下や騒音の増大が抑えられるエンジン回転数Ｎｅの変動数であって、許容上限数ΔＮｅ１と許容下限数ΔＮｅ２を有する。許容変動数ΔＮｅの各値は、予め定めた一定の値であってもよいし、例えば目標回転数Ｎｅｔが高いほど大きくなるように目標回転数Ｎｅｔに応じて変化する値であってもよい。また、許容変動数ΔＮｅの各値は、エンジン１１の現在の負荷Ｌが高いほど小さくなるように負荷Ｌに応じて変化する値であってもよいし、目標回転数Ｎｅｔと負荷Ｌとに応じて変化する値であってもよい。このように許容変動数設定部として機能するパワートレインＥＣＵ２１によって目標回転数Ｎｅｔに応じて許容変動数ΔＮｅが設定されることにより、目標回転数Ｎｅｔにおけるエンジン１１の状態や騒音の大きさに応じて許容変動数ΔＮｅを設定することができる。

エンジンＥＣＵ２２は、プロセッサ、メモリ、入出力インターフェース等を有するマイクロコントローラーを中心に構成されており、エンジン１１を制御するエンジン制御部としての機能を有している。エンジンＥＣＵ２２は、エンジン１１に取り付けられた各種センサーからの検出信号に基づいて、エンジン回転数Ｎｅといったエンジン１１の運転状態に関する各種の情報を取得する。そしてエンジンＥＣＵ２２は、その取得した各種の情報に基づいてエンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｔとなるようにインジェクターが噴射する燃料噴射量Ｑｆを演算する。例えばエンジンＥＣＵ２２は、前回噴射時の燃料噴射量Ｑｆ（ｋ−１）に対して、目標回転数Ｎｅｔとエンジン回転数Ｎｅとの偏差に応じた補正値を加算することにより今回の燃料噴射量Ｑｆ（ｋ）を演算する。なお、エンジン回転数Ｎｅは、燃料噴射量Ｑｆだけでなく作動部１６の作動に起因するエンジン１１への回転抵抗によっても変化する。そのため、エンジン回転数Ｎｅは、燃料噴射量Ｑｆとコントロールバルブ１４の制御態様とに基づいて変動する。

また、図２に示すように、エンジンＥＣＵ２２は、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにあるときのエンジン１１の負荷Ｌを基準負荷Ｌｓとして、エンジン回転数Ｎｅの変動が許容変動数ΔＮｅとなる負荷Ｌである許容負荷Ｌｐを演算する許容負荷演算部としての機能を有する。許容負荷Ｌｐは、許容上限数ΔＮｅ１に対応する最小負荷Ｌｍｉｎ以上であり、かつ、許容下限数ΔＮｅ２に対応する最大負荷Ｌｍａｘ以下の範囲に属する負荷である。許容負荷演算部として、エンジンＥＣＵ２２は、目標回転数Ｎｅｔ、許容変動数ΔＮｅ、負荷Ｌ（基準負荷Ｌｓ）、および、その時々のエンジン１１の運転状態に関する各種の数値Ｎｓをパラメーターに含む予測モデル２３を有している。予測モデル２３は、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて導出されたモデルであって、エンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｔにあり、かつ、負荷Ｌにあるエンジン１１において、エンジン回転数Ｎｅの変動が許容変動数ΔＮｅとなる負荷Ｌの最大負荷Ｌｍａｘと最小負荷Ｌｍｉｎとが格別に演算可能に構成されたモデルである。なお、上記数値Ｎｓは、エンジン１１の状態を検出するセンサーの検出値であってもよいし、こうした検出値を用いて演算した演算値であってもよい。

図３（ａ）に示すように、最大負荷Ｌｍａｘは、時刻ｔ１における負荷Ｌ１を基準負荷Ｌｓとするとき、基準負荷Ｌｓおよび目標回転数Ｎｅｔにあるエンジン１１において、エンジン回転数Ｎｅが許容下限数ΔＮｅ２だけ減少する負荷である。また、図３（ｂ）に示すように、最小負荷Ｌｍｉｎは、時刻ｔ２における負荷Ｌ２を基準負荷Ｌｓとするとき、基準負荷Ｌｓおよび目標回転数Ｎｅｔにあるエンジン１１において、エンジン回転数Ｎｅが許容上限数ΔＮｅ１だけ増加する負荷である。エンジンＥＣＵ２２は、演算した最大負荷Ｌｍａｘおよび最小負荷ＬｍｉｎをパワートレインＥＣＵ２１に出力する。

図４および図５を参照して、許容負荷Ｌｐを演算する処理である許容負荷演算処理について詳しく説明する。なお、エンジンＥＣＵ２２は、許容負荷演算処理を繰り返し実行する。また、エンジンＥＣＵ２２は、パワートレインＥＣＵ２１から新たな目標回転数Ｎｅｔおよび許容変動数ΔＮｅが入力されると、許容負荷演算処理が実行中である場合にはその処理を強制的に終了して新たな許容負荷演算処理をスタートしてもよい。

図４に示すように、許容負荷演算処理において、エンジンＥＣＵ２２は、最初のステップＳ１１において、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにあるか否かを判断する。
図５に示すように、ステップＳ１１においてエンジンＥＣＵ２２は、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにある状態が時刻ｔ４から時刻ｔ５までの所定期間Ｔ（例えば、１ｓｅｃ）だけ継続したときにエンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにあると判断する。所定期間Ｔは、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒで安定していると判断可能な期間であり、予め行った実験やシミュレーションの結果に基づいて設定される期間である。すなわち、エンジンＥＣＵ２２は、たとえば時刻ｔ４より前の時刻ｔ３において負荷Ｌが負荷Ｌ３から負荷Ｌ４に変更されたとしても、負荷Ｌ４のもとでエンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒで安定してからエンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにあると判断する。

図４に戻って、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにある場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ２２は、目標回転数Ｎｅｔ、許容変動数ΔＮｅ（ΔＮｅ１，ΔＮｅ２）、エンジン１１の現在の負荷Ｌ（基準負荷Ｌｓ）、および、その他必要な数値Ｎｓを予測モデル２３に入力する（ステップＳ１２）。そして、エンジンＥＣＵ２２は、予測モデル２３を用いて許容負荷Ｌｐを構成する最大負荷Ｌｍａｘおよび最小負荷Ｌｍｉｎを演算すると（ステップＳ１３）、その演算した最大負荷Ｌｍａｘおよび最小負荷ＬｍｉｎをパワートレインＥＣＵ２１に出力したのち（ステップＳ１４）、新たな許容負荷演算処理を開始する。

最大負荷Ｌｍａｘおよび最小負荷Ｌｍｉｎが入力されたパワートレインＥＣＵ２１は、エンジン１１の負荷Ｌが最小負荷Ｌｍｉｎから最大負荷Ｌｍａｘの間に収まるようにコントロールバルブ１４を制御する。例えば、パワートレインＥＣＵ２１は、エンジンＥＣＵ２２からその時々のエンジン１１の負荷Ｌを取得し、その負荷Ｌが最小負荷Ｌｍｉｎから最大負荷Ｌｍａｘの間に収まるようにコントロールバルブ１４を制御する。また例えば、パワートレインＥＣＵ２１は、各作動部１６に対する作動油の圧力と作動油の流量とを取得し、これら圧力の変化と流量の変化とに基づいてエンジン１１の負荷Ｌを演算する。そして、パワートレインＥＣＵ２１は、その演算した負荷Ｌが最小負荷Ｌｍｉｎから最大負荷Ｌｍａｘの間に収まるようにコントロールバルブ１４を制御する。

上記実施形態の作業機械の制御装置２０によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）エンジンＥＣＵ２２が演算した最小負荷Ｌｍｉｎから最大負荷Ｌｍａｘの間に収まるようにエンジン１１の負荷Ｌが制御されることから、エンジン回転数Ｎｅの変動が許容変動数ΔＮｅを超えなくなる。その結果、作動部１６の作動にともなうエンジン回転数Ｎｅの変動を抑えることができる。

（２）エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにあるときのエンジン１１の負荷Ｌは、作動部１６の作動状況等によってその時々に応じて異なる。この点、上記構成では、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒで安定するたびに許容負荷Ｌｐが演算される。そのため、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにあるその時々のエンジン１１の負荷Ｌを基準負荷Ｌｓとして許容負荷Ｌｐを演算することができる。また、目標回転数Ｎｅｔが変更されたとしても、該目標回転数Ｎｅｔおよびその時々のエンジン１１の負荷Ｌに応じた許容負荷Ｌｐを演算することができる。

また、実際のエンジン回転数Ｎｅが厳密に目標回転数Ｎｅｔにある状態は非常に希である。そのため、上記構成のようにエンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにあることでエンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｔにあると判断することによって、例えば目標回転数Ｎｅｔが変更された場合であっても許容負荷Ｌｐの変更を早期に行うことができる。

（３）また、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒで安定してから許容負荷Ｌｐが演算されるため、エンジン回転数Ｎｅの変動が許容変動数ΔＮｅ以下となる許容負荷Ｌｐが高い精度のもとで演算される。これにより、エンジン回転数Ｎｅの変動が許容変動数ΔＮｅ以下により確実に抑えられる。そのうえ、許容負荷Ｌｐの演算回数が低減されることから、許容負荷Ｌｐが頻繁に変更されることがなくなり、許容負荷Ｌｐの演算に起因したエンジンＥＣＵ２２への負荷を軽減することもできる。

（４）許容負荷Ｌｐは、例えば、目標回転数Ｎｅｔ、許容変動数ΔＮｅ、および、負荷Ｌをパラメーターとして許容負荷Ｌｐが規定されたマップを用いて演算することも可能である。しかしながら、こうした構成では、許容負荷演算部が必要とする処理領域、特にマップが占める領域が大きくなってしまう。この点、許容負荷演算部としてのエンジンＥＣＵ２２は、予測モデル２３に各パラメーターを代入することにより許容負荷Ｌｐを演算する。その結果、許容負荷演算部が必要とする処理領域を低減することができる。また、予測モデル２３の構築は、上記マップの構築よりも必要とされる実機の適合試験が少なくて済む。そのため、許容負荷演算部の設計に要する全体的な時間を短縮することもできる。

（５）上記構成のように、エンジンＥＣＵ２２がエンジン制御部および許容負荷演算部としての機能を有し、パワートレインＥＣＵ２１が作動制御部としての機能を有している。このように、エンジン制御部、許容負荷演算部、作動制御部としての機能が複数のＥＣＵに分散して搭載されることにより、これらの機能が１つのＥＣＵで具現化される場合に比べて、全体としての処理速度を高めることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・エンジン制御部、許容負荷演算部、作動制御部としての機能は、１つのＥＣＵに搭載されていてもよい。

・許容負荷演算部は、目標回転数Ｎｅｔ、許容変動数ΔＮｅ、および、負荷Ｌをパラメーターとして許容負荷Ｌｐが規定されたマップを用いて許容負荷Ｌｐを演算してもよい。
・許容負荷演算部は、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒにあるときに許容負荷Ｌｐを演算すればよい。そのため、許容負荷演算部は、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒに収まったときに所定期間Ｔを待たずして許容負荷Ｌｐを演算してもよい。

・許容負荷演算部は、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒに収まるたびに許容負荷Ｌｐを演算する構成に限らず、例えば、目標回転数Ｎｅｔの変更後にエンジン回転数Ｎｅが変更後の目標範囲Ｎｅｒに到達したことを契機として許容負荷Ｌｐを演算する構成であってもよい。また例えば、前回の許容負荷Ｌｐの演算から一定期間経過したことを契機として許容負荷Ｌｐを演算する構成であってもよい。また、許容負荷演算部は、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒではなく、目標回転数Ｎｅｔにあるときに許容負荷Ｌｐを演算してもよい。

・許容上限数ΔＮｅ１と許容下限数ΔＮｅ２とは、同じ大きさの値であってもよいし、互いに異なる大きさの値であってもよい。また、許容上限数ΔＮｅ１と許容下限数ΔＮｅ２とは、目標回転数Ｎｅｔごとに異なる大きさの値であってもよい。

・作業機械は、エンジンに従動する機械式の油圧ポンプが発生させた油圧を用いて作動部を作動させるものであればよく、油圧ショベルの他、クレーンのような建設機械であってもよいし、例えばコンバインやトラクターといった農業機械であってもよい。

・目標回転数Ｎｅｔは、操作部１７によって変更されるものではなく、一定の値であってもよい。
・エンジンは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよい。

・制御装置２０は、目標回転数Ｎｅｔに対するエンジン回転数Ｎｅの変動が許容変動数ΔＮｅに収まるようにエンジン１１およびコントロールバルブ１４を制御すればよい。そのため、制御装置２０は、エンジン回転数Ｎｅが目標範囲Ｎｅｒに収まった場合に許容負荷Ｌｐを演算する構成に限らず、エンジン回転数Ｎｅにかかわらず許容負荷Ｌｐを繰り返し演算し続ける構成でもよい。

すなわち、上記作業機械の制御装置において、前記許容負荷演算部は、前記許容負荷を繰り返し演算し続けるものであり、前記目標回転数に対する前記エンジン回転数の変動が許容変動数以下である範囲を許容範囲とするとき、前記作動制御部は、前記エンジン回転数を取得し、前記取得したエンジン回転数が前記許容範囲に収まっている場合に前記エンジンの負荷が前記許容負荷に収まるように前記コントロールバルブを制御し、前記取得したエンジン回転数が前記許容範囲から外れている場合には前記エンジンの負荷を前記許容負荷に収めることよりも前記エンジン回転数を前記許容範囲に収めることを優先して前記コントロールバルブを制御してもよい。

上記構成によれば、エンジン回転数が許容範囲に収まっている場合には、作動部の作動にともなうエンジン回転数の変動を抑えることができる。また、例えば目標回転数の変更時といったエンジン回転数が許容範囲から外れている場合には、エンジン回転数を早急に許容範囲に収めることができる。すなわち、上記構成によれば、エンジン回転数およびエンジンの負荷のうち、その時々のエンジンの運転状態に応じて制御すべきパラメーターを優先して制御することができる。

上述した許容負荷Ｌｐを演算し続ける構成において、パワートレインＥＣＵ２１は、操作部１７から目標回転数Ｎｅｔを示す信号が入力されると、目標回転数Ｎｅｔと該目標回転数Ｎｅｔに応じた許容変動数ΔＮｅとを含む信号をエンジンＥＣＵ２２に出力する。

エンジンＥＣＵ２２は、目標回転数Ｎｅｔ、許容変動数ΔＮｅ、いま現在のエンジン１１の負荷Ｌである基準負荷Ｌｓ、および、その他必要な数値Ｎｓの１つとしていま現在のエンジン回転数Ｎｅを予測モデル２３に入力する。この場合の予測モデル２３は、エンジン回転数Ｎｅおよび負荷Ｌ（＝Ｌｓ）にあるエンジン１１において、エンジン回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１（＝Ｎｅｔ＋ΔＮｅ１）となる最小負荷Ｌｍｉｎとエンジン回転数Ｎｅが下限回転数Ｎｅ２（＝Ｎｅｔ−ΔＮｅ２）となる最大負荷Ｌｍａｘとが格別に演算可能に構成されたモデルである。この予測モデル２３は、エンジン回転数Ｎｅが下限回転数Ｎｅ２よりも低い場合、あるいは、エンジン回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１よりも高い場合であっても、その時々の負荷Ｌを基準負荷Ｌｓとして最小負荷Ｌｍｉｎと最大負荷Ｌｍａｘとを演算する。また、この予測モデル２３は、いま現在のエンジン１１の負荷Ｌが許容負荷Ｌｐから外れていても、その負荷Ｌを基準負荷Ｌｓとして最小負荷Ｌｍｉｎと最大負荷Ｌｍａｘとを演算する。ちなみに、予測モデル２３は、エンジン回転数Ｎｅが上限回転数Ｎｅ１よりも高い場合には基準負荷Ｌｓよりも大きい負荷を最小負荷Ｌｍｉｎとして演算し、エンジン回転数Ｎｅが下限回転数Ｎｅ２よりも低い場合には基準負荷Ｌｓよりも小さい負荷を最大負荷Ｌｍａｘとして演算する。

すなわち、許容負荷Ｌｐを演算し続ける構成にて、予測モデル２３は、その時々のエンジン回転数Ｎｅおよび負荷Ｌに応じてエンジン１１の負荷Ｌをどの程度増減させてよいかが演算されるモデルであり、エンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｔのときは上記実施形態の予測モデル２３と同じ値が出力されるモデルである。エンジンＥＣＵ２２は、許容負荷ＬｐをパワートレインＥＣＵ２１に出力する。なお、以下では、エンジン回転数Ｎｅについて、下限回転数Ｎｅ２以上、上限回転数Ｎｅ１以下の範囲を許容範囲Ｎｅｐという。

図６に示すように、パワートレインＥＣＵ２１は、エンジンＥＣＵ２２から許容負荷Ｌｐが入力されるたびにコントロールバルブ１４の制御モードを選択する選択処理を実行する。選択処理において、パワートレインＥＣＵ２１は、エンジン回転数Ｎｅを取得し、その取得したエンジン回転数Ｎｅが許容範囲Ｎｅｐに収まっているか否かを判断する（ステップＳ２１）。エンジン回転数Ｎｅが許容範囲Ｎｅｐに収まっている場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、パワートレインＥＣＵ２１は、エンジン１１の負荷Ｌを許容負荷Ｌｐに収めることを優先させる負荷優先モードを選択する（ステップＳ２２）。負荷優先モードにおいて、パワートレインＥＣＵ２１は、エンジン１１の負荷Ｌが許容負荷Ｌｐに収まるように、すなわちエンジン回転数Ｎｅの変動が許容変動数ΔＮｅ以下に収まるようにコントロールバルブ１４を制御する。

一方、エンジン回転数Ｎｅが許容範囲Ｎｅｐから外れている場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、パワートレインＥＣＵ２１は、エンジン回転数Ｎｅを許容範囲Ｎｅｐに収めることを優先させる回転数優先モードを選択する（ステップＳ２３）。

回転数優先モードの一例において、パワートレインＥＣＵ２１は、予測モデル２３が演算した上限回転数Ｎｅ１よりもエンジン回転数Ｎｅが高い場合には、エンジン１１の負荷Ｌが最大負荷Ｌｍａｘとなるようにコントロールバルブ１４を制御する。また、パワートレインＥＣＵ２１は、予測モデル２３が演算した下限回転数Ｎｅ２よりもエンジン回転数Ｎｅが低い場合には、エンジン１１の負荷Ｌが最小負荷Ｌｍｉｎとなるようにコントロールバルブ１４を制御する。

回転数優先モードの他の例において、パワートレインＥＣＵ２１は、エンジン回転数Ｎｅが早急に許容範囲に収まるように、許容負荷Ｌｐを考慮することなくコントロールバルブ１４を制御する。このときのコントロールバルブ１４の制御量は、例えば、基準負荷Ｌｓ、上限回転数Ｎｅ１あるいは下限回転数Ｎｅ２とエンジン回転数Ｎｅとの偏差、これらに基づいて演算される。

こうした構成によれば、エンジン回転数Ｎｅが許容範囲Ｎｅｐに収まっている場合には、作動部１６の作動にともなうエンジン回転数Ｎｅの変動を抑えることができる。また、例えば目標回転数Ｎｅｔの変更時等、エンジン回転数Ｎｅが許容範囲Ｎｅｐから外れている場合には、エンジン回転数Ｎｅを早急に許容範囲Ｎｅｐに収めることができる。すなわち、エンジン回転数Ｎｅを許容範囲Ｎｅｐに収めるうえで、エンジン回転数Ｎｅおよびエンジン１１の負荷Ｌのうち、その時々のエンジン１１の運転状態に応じて制御すべきパラメーターを優先して制御することができる。そのうえ、その時々の許容負荷Ｌｐに基づいてコントロールバルブが制御されることから、エンジン回転数Ｎｅの変動が許容変動数ΔＮｅをさらに超えにくくなる。

なお、パワートレインＥＣＵ２１は、許容負荷Ｌｐとともに許容負荷Ｌｐの演算に用いたエンジン回転数ＮｅがエンジンＥＣＵ２２から入力されることによりエンジン回転数Ｎｅを取得してもよいし、エンジン１１に取り付けたセンサーからエンジン回転数Ｎｅを取得する構成であってもよい。

・上記制御装置２０において、パワートレインＥＣＵ２１は、エンジン回転数Ｎｅを許容変動数ΔＮｅに収める制御モード（第１モード）の他、作業機械１０の運転状態に応じてエンジン回転数Ｎｅが許容変動数ΔＮｅから外れることを許容する制御モード（第２モード）を有していてもよい。例えば、パワートレインＥＣＵ２１は、いま現在のエンジン１１の負荷Ｌを演算し、最大負荷Ｌｍａｘにエンジン１１があるときに操作部１７からさらなるエンジン１１の出力を要求する操作信号が入力されたときに第２モードに移行する。この際、パワートレインＥＣＵ２１は、その操作信号に基づいて作動部１６を作動させるべくコントロールバルブ１４を制御する。

１０…作業機械、１１…ディーゼルエンジン、１２…油圧ポンプ、１３…タンク、１４…コントロールバルブ、１５…油圧アクチュエーター、１６…作動部、１７…操作部、１８…パワートレイン、２０…制御装置、２１…パワートレインＥＣＵ、２２…エンジンＥＣＵ、２３…予測モデル。

Claims (6)

1. エンジンと、前記エンジンによって駆動されて作動油を圧送する機械式の油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記作動油が供給される油圧アクチュエーターと、前記油圧アクチュエーターに供給される前記作動油を制御するコントロールバルブと、前記油圧アクチュエーターによって作動する作動部と、操縦者によって操作される操作部とを備えた作業機械に適用される作業機械の制御装置であって、
   前記エンジンの回転数であるエンジン回転数を取得し、前記取得したエンジン回転数が目標回転数となるように前記エンジンを制御するエンジン制御部と、
   前記操作部から入力される操作信号にしたがって前記作動部が作動するように前記コントロールバルブを制御する作動制御部と、
   前記目標回転数に応じた許容変動数を設定する許容変動数設定部と、
   前記目標回転数に対する前記エンジン回転数の変動が前記許容変動数以下となる前記エンジンの負荷である許容負荷を演算する許容負荷演算部とを備え、
   前記作動制御部は、前記エンジンの負荷が前記許容負荷に収まるように前記コントロールバルブを制御する
   作業機械の制御装置。
2. 前記許容負荷を演算するときの前記エンジンの負荷を基準負荷とするとき、
   前記許容負荷演算部は、前記目標回転数、前記許容変動数、および、前記基準負荷をパラメーターに含む予測モデルを用いて前記許容負荷を演算する
   請求項１に記載の作業機械の制御装置。
3. 前記許容負荷演算部は、前記エンジン回転数が前記目標回転数にあるときに前記許容負荷を演算する
   請求項１または２に記載の作業機械の制御装置。
4. 前記許容負荷演算部は、前記エンジン回転数が前記目標回転数を基準とする目標範囲に収まるたびに前記許容負荷を演算する
   請求項３に記載の作業機械の制御装置。
5. 前記許容負荷演算部は、前記エンジン回転数が前記目標範囲にある状態が所定期間だけ継続すると前記許容負荷を演算する
   請求項４に記載の作業機械の制御装置。
6. 前記エンジン制御部および前記許容負荷演算部を有する第１制御装置と前記許容変動数設定部および前記作動制御部を有する第２制御装置とを備え、
   前記操作部は、前記第２制御装置に前記目標回転数を入力可能に構成されており、
   前記第２制御装置は、前記操作部から入力される前記目標回転数と前記目標回転数に応じた前記許容変動数とを前記第１制御装置に出力し、
   前記第１制御装置は、前記第２制御装置が出力した前記目標回転数と前記許容変動数とに基づいて前記許容負荷演算部の演算した前記許容負荷を前記第２制御装置に出力する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の作業機械の制御装置。