JP7346647B1 - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】操作装置の操作に応じた油圧アクチュエータの速度制御を実現しつつキャビテーションの発生を防止できる作業機械を提供する。【解決手段】作業機械の制御装置８０は、操作装置６からの操作信号に応じて流体圧アクチュエータ２０、２１の目標速度Ｖｔを演算し、流体圧アクチュエータ２０、２１の駆動状態を基に流体圧アクチュエータ２０、２１の目標推力Ｆｔ又は目標トルクを演算し、演算結果の目標速度Ｖｔの正負が演算結果の目標推力Ｆｔ又は目標トルクの正負と異なる場合には、流体圧アクチュエータ２０、２１の速度を操作装置６からの操作信号を基にメータアウト制御弁３５、３７によって制御すると共に、流体圧アクチュエータ２０、２１のメータイン側の圧力が所定値以上になるようにポンプ３１およびメータイン制御弁３４、３６の少なくとも一方を制御する。【選択図】 図６

Description

本発明は、作業機械に係り、更に詳しくは、作業装置や旋回体などの被駆動体を動作させる油圧アクチュエータを備える作業機械に関する。

油圧ショベルなどの油圧式の作業機械においては、ブームやアームなどのリンク部材により構成されたフロント作業装置を油圧アクチュエータである油圧シリンダによって動作させる。また、油圧アクチュエータである油圧モータによって旋回体を旋回動作させる。フロント作業装置や旋回体を所望の速度で動作させるためには、油圧アクチュエータに流入する圧油の流量を正確に制御する必要がある。しかし、空中に維持された作業装置が重力方向へ動作する場合、作業装置の自重によって油圧シリンダが逸走して油圧シリンダへの流入流量が不足することで、油圧シリンダにキャビテーションが発生する懸念がある。また、旋回体が慣性の作用方向へ旋回動作する場合、油圧モータが逸走して油圧モータへの流入流量が不足することで、油圧モータにキャビテーションが発生する懸念がある。

油圧アクチュエータの逸走に起因したキャビテーションの発生を回避する従来技術として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の建設機械の油圧回路は、可変ポンプからアクチュエータに供給される圧油の流れ方向を切り換えるスプール弁とアクチュエータに対する供給流量（メータイン流量）を制御する制御弁とを備えており、当該制御弁の上流側及び下流側の圧力が検出されている。通常は、制御弁の開度をコントローラの指令値に応じて制御することでメータイン流量制御が実行される。しかし、制御弁の下流側の圧力が設定圧以下になったときには、アクチュエータにカウンタ負荷が作用したものと判断し、制御弁下流側の圧力がそれ以上下がらないように制御弁の開度をコントローラの指令値（通常時）よりも大きくする。これにより、キャビテーションの発生を防止できるとしている。

特開平６－１１７４０８号公報

特許文献１に記載のような建設機械の油圧回路においては、フロント作業装置が重力方向（自重落下方向）へ動作する場合、フロント作業装置を動作させる油圧アクチュエータにはカウンタ負荷が作用する。この場合、特許文献１に記載の技術では、メータイン流量制御を担う制御弁の開度を通常（コントローラの指令値）よりも大きくする。このため、フロント作業装置の自重落下方向の動作速度が通常の動作時よりも速くなってしまう。これは、油圧アクチュエータの駆動速度が油圧アクチュエータに対する負荷の大きさに応じて変わってしまうことを意味する。つまり、操作装置の操作に応じたフロント作業装置の速度制御を行うことが難しくなる。また、当該制御弁の下流側の圧力を設定圧以上に維持するために、当該制御弁の開度を通常よりも大きくした状態を継続すると、メータイン流量が過度に増加することで油圧アクチュエータが増速してしまう懸念もある。
また、特許文献１には、スプール弁を電気制御する構成も記載されている。この構成の場合、油圧アクチュエータの逸走を防止するために、メータアウト絞りの開度を小さくするスプール弁の制御が記載されている。しかし、特許文献１には、このようなスプール弁の制御を実行する場合の油圧アクチュエータの速度制御について具体的な方法は記載されていない。スプール弁の制御方法によっては、油圧アクチュエータの逸走を防ぐことはできても、油圧アクチュエータの速度が操作装置の操作に応じた目標速度から逸脱する虞がある。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、操作装置の操作に応じた油圧アクチュエータの速度制御を実現しつつ、油圧アクチュエータのキャビテーションの発生を防止することができる作業機械を提供することである。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいる。その一例を挙げるならば、作動流体の給排により駆動することで被駆動体を動作させる流体圧アクチュエータと、前記流体圧アクチュエータに対して作動流体を供給するポンプと、前記ポンプから前記流体圧アクチュエータに供給される作動流体の流量を制御可能なメータイン制御弁と、前記流体圧アクチュエータから排出される作動流体の流量を制御可能なメータアウト制御弁と、前記流体圧アクチュエータの駆動を指示する操作信号を出力する操作装置と、前記ポンプの吐出圧を検出する第１圧力センサと、前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力を検出する第２圧力センサと、前記ポンプと前記メータイン制御弁と前記メータアウト制御弁を制御する制御装置とを備えた作業機械において、前記制御装置は、前記操作装置からの操作信号に応じて前記流体圧アクチュエータの目標速度を演算し、前記流体圧アクチュエータの駆動状態を基に前記流体圧アクチュエータの目標推力又は目標トルクを演算し、演算結果の前記目標速度の正負が演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクの正負と異なる場合には、前記流体圧アクチュエータの速度を前記操作装置からの操作信号を基に前記メータアウト制御弁によって制御すると共に、前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力が所定値以上になるように前記ポンプおよび前記メータイン制御弁の少なくとも一方を制御するように構成され、前記制御装置は、演算結果の前記目標速度の正負が演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクの正負と異なる場合、前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力の目標値であるメータイン目標圧を前記所定値以上に設定し、演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクと設定した前記メータイン目標圧とに基づき前記流体圧アクチュエータのメータアウト側の圧力の目標値であるメータアウト目標圧を演算し、演算結果の前記メータアウト目標圧を用いて前記メータアウト制御弁を制御し、設定した前記メータイン目標圧と前記第１圧力センサの検出値とに基づき前記ポンプを制御すると共に、設定した前記メータイン目標圧と前記第２圧力センサの検出値とに基づき前記メータイン制御弁を制御することを特徴とする。

本発明によれば、被駆動体を慣性の作用方向へ動作させる場合には、流体圧アクチュエータの駆動速度を操作装置の操作に応じてメータアウト制御弁により制御しつつ、流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力が所定値以上になるようにポンプおよびメータイン制御弁の少なくとも一方を制御するので、前記所定値をキャビテーションの発生を回避可能な値に設定することで、操作装置の操作に応じた流体圧アクチュエータの速度制御を実現しつつ、流体圧アクチュエータのキャビテーションの発生を防止することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の作業機械の第１の実施形態としての油圧ショベルを示す外観図である。 第１の実施形態に係る作業機械の油圧システムの構成を示す油圧回路図及び当該油圧システムの制御システムを示す図である。 図２に示す第１の実施形態に係る作業機械の制御装置の制御ブロック図である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における目標速度演算部の制御ブロック図である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における目標推力・トルク演算部の制御ブロック図である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における目標圧力演算部の演算方法の一例（油圧シリンダの場合）を示す表である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における目標圧力演算部の演算方法の別の例（油圧モータの場合）を示す表である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における実圧力演算部の制御ブロック図である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置におけるポンプ容積指令演算部の制御ブロック図である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置におけるメータイン制御弁指令演算部の制御ブロック図である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における方向制御弁指令演算部の制御ブロック図である。 図３に示す第１の実施形態に係る制御装置におけるブリードオフ弁指令演算部の制御ブロック図である。 第１の実施形態に係る作業機械に対する比較例としての公知例の作業機械におけるアームクラウド操作に対する油圧シリンダ、メータイン制御弁、方向制御弁の動作状態の変化を示す図である。 第１の実施形態に係る作業機械におけるアームクラウド操作に対する油圧シリンダ、メータイン制御弁、方向制御弁の動作状態の変化を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る作業機械の油圧システムの構成を示す油圧回路図及び当該油圧システムの制御システムを示す図である。 図１５に示す第２の実施形態に係る作業機械の制御装置の制御ブロック図である。 図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置における目標圧力演算部の演算方法の一例（油圧シリンダの場合）を示す表である。 図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置における目標圧力演算部の演算方法の別の例（油圧モータの場合）を示す表である。 図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置における実圧力演算部の制御ブロック図である。 図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置におけるポンプ容積指令演算部の制御ブロック図である。 図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置におけるメータイン制御弁指令演算部の制御ブロック図である。 図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置における方向制御弁指令演算部の制御ブロック図である。

以下、本発明の作業機械の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態においては、作業機械の一例として油圧ショベルを挙げて説明する。

［第１の実施形態］
まず、本発明の作業機械の第１の実施形態としての油圧ショベルの概略構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の第１の実施形態としての油圧ショベルを示す外観図である。ここでは、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。

図１において、油圧ショベルは、自走可能な下部走行体１と、下部走行体１上に旋回可能に搭載された上部旋回体２と、上部旋回体２の前部に上下方向に回動可能（起伏可能）に設けられたフロント作業装置３とで大略構成されている。上部旋回体２は、圧油の給排によって駆動する油圧アクチュエータとしての旋回油圧モータ５（減速機構なども含む）により下部走行体１に対して旋回動作する被駆動体として構成されている。

下部走行体１は、左右両側にクローラ式の走行装置１１（一方側のみ図示）を備えている。走行装置１１は、油圧アクチュエータである走行油圧モータ１２によって走行動作するように構成されている。

上部旋回体２は、支持構造体としての旋回フレーム１３と、旋回フレーム１３の前部側に設置されたキャブ１４と、キャブ１４の後方側に設けた機械室１５とを含むように構成されている。キャブ１４はオペレータが搭乗する部分であり、キャブ１４には油圧ショベルを操作するための後述の操作装置６や回転数ダイアル７（共に後述の図２参照）などが配置されている。機械室１５は、例えば、後述の油圧ポンプ３１や原動機３２、各種の制御弁３４～３９（後述の図２参照）などを収容する。

フロント作業装置３は、例えば、複数の被駆動体を垂直方向に回動可能に連結することで構成された多関節型の作業装置である。複数の被駆動体は、例えば、ブーム１７、アーム１８、作業具としてのバケット１９とで構成されている。ブーム１７は、その基端部が上部旋回体２の旋回フレーム１３の前部にジョイント部（図示せず）を介して回動可能に連結されている。ブーム１７の先端部には、アーム１８の基端部がジョイント部１８ａを介して回動可能に連結されている。アーム１８の先端部には、バケット１９の基端部がジョイント部１９ａを介して回動可能に連結されている。ブーム１７、アーム１８、バケット１９はそれぞれ、圧油の給排により駆動する油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ２０、アームシリンダ２１、バケットシリンダ２２によって動作する。なお、バケット１９は、バケットシリンダ２２の駆動がリンク部材１９ｂを介して伝達されるように構成されている。

上部旋回体２には、被駆動体としての上部旋回体２の姿勢に関する物理量（姿勢情報）を検出する姿勢検出装置としての第１の姿勢センサ２４及び第２の姿勢センサ２５が設置されている。第１の姿勢センサ２４は、上部旋回体２の姿勢情報として、上部旋回体２と下部走行体１との成す角度（旋回角）を検出するものであり、例えば、角度センサで構成されている。第１の姿勢センサ２４は、検出した旋回角の経時変化から上部旋回体２の角速度（旋回速度）も検出可能である。第２の姿勢センサ２５は、例えば、上部旋回体２の姿勢情報として、上部旋回体２の基準面に対する前後方向への傾き（ピッチ角度）及び上部旋回体２の基準面に対する左右方向（幅方向）への傾き（ロール角度）を検出可能なものである。第２の姿勢センサ２５は、例えば、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit：ＩＭＵ）で構成されており、上部旋回体２の動作に関する物理量（動作情報）としての角速度及び加速度を計測可能なものである。第１の姿勢センサ２４及び第２の姿勢センサ２５はそれぞれ検出値に応じた検出信号を後述の制御装置８０（後述の図２参照）へ出力する。

フロント作業装置３には、フロント作業装置３の姿勢に関する物理量（姿勢情報）を検出する姿勢検出装置として、被駆動体としてのブーム１７、アーム１８、バケット１９の姿勢に関する物理量（姿勢情報）をそれぞれ検出する第３の姿勢センサ２６、第４の姿勢センサ２７、第５の姿勢センサ２８が設置されている。第３の姿勢センサ２６及び第４の姿勢センサ２７はそれぞれブーム１７及びアーム１８に設置されている。第５の姿勢センサ２８は、例えば、リンク部材１９ｂに設置されているが、バケット１９自体に設置することも可能である。

各姿勢センサ２６～２８は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ）で構成されており、各被駆動体１７～１９の基準面に対する傾き（角度）を検出可能なものである。各姿勢センサ２６～２８は、被駆動体１７～１９の動作に関する物理量（動作情報）としての角速度及び加速度を計測可能なものである。各姿勢センサ２６～２８は検出値に応じた検出信号を後述の制御装置８０（後述の図２参照）へ出力する。

次に、本発明の作業機械の第１の実施形態における油圧システムの構成について図２を用いて説明する。図２は第１の実施形態に係る作業機械の油圧システムの構成を示す油圧回路図及び当該油圧システムの制御システムを示す図である。なお、図２中、破線は制御ラインを示している。

図２において、油圧ショベルは、下部走行体１、上部旋回体２、フロント作業装置３（共に図１を参照）を油圧によって駆動する油圧システム３０を備えている。油圧システム３０は、電動モータやエンジンなどの原動機３２により駆動されて圧油を吐出する油圧ポンプ３１と、油圧ポンプ３１から吐出された圧油により駆動する複数の油圧アクチュエータ５、１２、２０、２１、２２とを備えている。図２では、油圧ポンプ３１を１つのみ備えた構成の例が示されている。しかし、２つ以上の油圧ポンプを備える構成の場合でも、以下の議論が同様に成り立つ。また、図２では、説明の簡略化のために、油圧アクチュエータとして、上部旋回体２を旋回動作させる旋回油圧モータ５、並びに、フロント作業装置３のうちブーム１７及びアーム１８を動作させるブームシリンダ２０及びアームシリンダ２１に関する油圧回路のみを示している。一方、下部走行体１を走行動作させる走行油圧モータ１２やフロント作業装置３のバケット１９を動作させるバケットシリンダ２２に関する油圧回路を省略している。

油圧ポンプ３１は、可変容量式のポンプであり、ポンプ容積を調整するレギュレータ３１ａを有している。レギュレータ３１ａは、制御装置８０からの指令に応じてポンプ容積を調整する。

原動機３２は、原動機３２の駆動を制御する原動機コントローラ３２ａを有している。原動機コントローラ３２ａは、制御装置８０と通信可能に接続されており、制御装置８０からの指令に応じて原動機３２の回転数を調整するように構成されている。原動機コントローラ３２ａは、図示しない速度センサの検出値である原動機３２の実速度を取得し、取得した速度を含む原動機３２の駆動情報を制御装置８０へ送信する。

ブームシリンダ２０及びアームシリンダ２１は、圧油の供給及び排出のための一対の入出力ポートとして第１ポート２０ｐ１、２１ｐ１及び第２ポート２０ｐ２、２１ｐ２を有すると共にシリンダ室としてボトム室２０ｂ、２１ｂ及びロッド室２０ｒ、２１ｒを有している。ブームシリンダ２０及びアームシリンダ２１は、ボトム室２０ｂ、２１ｂに圧油が供給されることで伸長する一方、ロッド室２０ｒ、２１ｒに圧油が供給されることで短縮するように構成されている。旋回油圧モータ５は、圧油の供給及び排出のための一対の入出力ポートとして第１ポート５ａ（図２中、左側のポート）及び第２ポート５ｂ（図２中、右側のポート）を有している。旋回油圧モータ５は、例えば、第１ポート５ａに圧油が供給されることで右回転する一方、第２ポート５ｂに圧油が供給されることで左回転するように構成されている。

本実施形態に係る油圧システム３０では、油圧ポンプ３１からの圧油がブームシリンダ２０に対して第１のメータイン制御弁３４及び第１の方向制御弁３５を介して供給されるように構成されている。また、油圧ポンプ３１からの圧油がアームシリンダ２１に対して第２のメータイン制御弁３６及び第２の方向制御弁３７を介して供給されるように構成されている。また、油圧ポンプ３１からの圧油が旋回油圧モータ５に対して第３のメータイン制御弁３８及び第３の方向制御弁３９を介して供給されるように構成されている。

油圧ポンプ３１と各メータイン制御弁３４、３６、３８及び各方向制御弁３５、３７、３９とは、吐出ライン５１を介して接続されている。第１の方向制御弁３５とブームシリンダ２０とは第１のアクチュエータライン５３、５４を介して接続さている。第１のアクチュエータライン５３はブームシリンダ２０のボトム室２０ｂ（第１ポート２０ｐ１）に接続されていると共に、第１のアクチュエータライン５４はブームシリンダ２０のロッド室２０ｒ（第２ポート２０ｐ２）に接続されている。第２の方向制御弁３７とアームシリンダ２１とは第２のアクチュエータライン５５、５６を介して接続さている。第２のアクチュエータライン５５はアームシリンダ２１のボトム室２１ｂ（第１ポート２１ｐ１）に接続されていると共に、第２のアクチュエータライン５６はアームシリンダ２１のロッド室２１ｒ（第２ポート２１ｐ２）に接続されている。第３の方向制御弁３５と旋回油圧モータ５とは第３のアクチュエータライン５７、５８介して接続さている。第３のアクチュエータライン５７は旋回油圧モータ５の第１ポート５ａに接続されていると共に、第３のアクチュエータライン５８は旋回油圧モータ５の第２ポート５ｂに接続されている。

各メータイン制御弁３４、３６、３８は、油圧ポンプ３１から対応する油圧アクチュエータ２０、２１、５に供給される圧油の流量（以下、メータイン流量と称することがある）を制御するものである。各メータイン制御弁３４、３６、３８は、制御装置８０からの指令（例えば、電流指令値）に応じて位置（ストローク量）が制御されることで、開口面積（以下、メータイン開口と称することがある）が変化するように構成されている。また、各メータイン制御弁３４、３６、３８は、逆止弁の機能を有しており、油圧ポンプ３１の吐出圧が各油圧アクチュエータ２０、２１、５側の圧力を下回った場合には全閉となるように制御される。

各方向制御弁３５、３７、３９は、対応する油圧アクチュエータ２０、２１、５に供給される圧油の流れ方向を切り換えるものである。方向制御弁３５、３７、３９は、タンクライン５２を介して作動油タンク４１に接続されており、対応する油圧アクチュエータ２０、２１、５から排出された圧油を作動油タンク４１に戻すように構成されている。各方向制御弁３５、３７、３９は、吐出ライン５１を各油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側（圧油供給側）に連通させるための通路であるメータイン通路、及び、各油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト側（圧油排出側）を作動油タンク４１に連通させるための通路であるメータアウト通路を有している。

本実施形態の方向制御弁３５、３７、３９は、対応する油圧アクチュエータ２０、２１、５から排出される圧油の流量（以下、メータアウト流量と称することがある）を制御するメータアウト制御弁として機能可能に構成されている。各方向制御弁３５、３７、３９は、制御装置８０からの指令（例えば、電流指令値）に応じて位置（ストローク量）が制御されることで、メータイン通路の開口面積（以下、メータイン開口と称することがある）が変化すると共にメータアウト通路の開口面積（以下、メータアウト開口と称することがある）が変化するように構成されている。方向制御弁３５、３７、３９は、例えば、メータイン開口がメータイン制御弁３４、３６、３８の開口制御域に比べて十分大きくなるように構成されている。すなわち、方向制御弁３５、３７、３９はメータイン流量を制御する機能を有しておらず、メータイン制御弁３４、３６、３８のみがメータイン流量を制御する機能を担うように構成されている。

吐出ライン５１から分岐して作動油タンク４１に接続されるライン５９上には、ブリードオフ弁４２が設けられている。ブリードオフ弁４２は、開口に応じて油圧ポンプ３１から吐出された圧油を作動油タンク４１に逃がすものであり、油圧ポンプ３１の吐出圧を調整する機能を有している。ブリードオフ弁４２は、制御装置８０からの指令（例えば、電流指令値）に応じて位置（ストローク量）が制御されることで開口面積が変化するように構成されている。また、吐出ライン５１から分岐して作動油タンク４１に接続されるリリーフライン６０上には、油圧回路の過負荷防止機能を担うメインリリーフ弁４３が設けられている。メインリリーフ弁４３は、油圧ポンプ３１の吐出圧の上限を規定するものであり、油圧ポンプ３１の吐出圧が設定圧を超えると、開弁するように構成されている。

吐出ライン５１には、油圧ポンプ３１の吐出圧を検出する吐出圧センサ６１が設けられている。吐出圧センサ６１は、検出した吐出圧に応じた検出信号を制御装置８０へ出力する。

第１のアクチュエータライン５３及び５４にはそれぞれ、ブームシリンダ２０のボトム室２０ｂ側及びロッド室２０ｒ側の圧力を検出する第１のアクチュエータ圧センサ６２及び６３（以下、第１の圧力センサと称する）が設けられている。第２のアクチュエータライン５５及び５６にはそれぞれ、アームシリンダ２１のボトム室２１ｂ側及びロッド室２１ｒ側の圧力を検出する第２のアクチュエータ圧センサ６４及び６５（以下、第２の圧力センサと称する）が設けられている。第３のアクチュエータライン５７及び５８にはそれぞれ、旋回油圧モータ５の第１ポート５ａ側及び第２ポート５ｂ側の圧力を検出する第３のアクチュエータ圧センサ６６、６７（以下、第３の圧力センサと称する）が設けられている。第１～第３の圧力センサ６２～６７は、検出した油圧アクチュエータ２０、２１、５の圧力に応じた検出信号を制御装置８０へ出力する。

油圧ショベルは、油圧ショベルを操作するための操作装置としてのジョイスティック６及び原動機３２の回転数を指示する回転数ダイアル７を備えている。ジョイスティック６は、フロント作業装置３の動作（ブームシリンダ２０、アームシリンダ２１、バケットシリンダ２２の駆動）及び上部旋回体２の旋回動作（旋回油圧モータ５の駆動）を指示するものである。ジョイスティック６は、電気式のものであり、操作方向（指示対象の特定）及び操作角度に応じた操作信号を制御装置８０へ出力する。回転数ダイアル７は、ダイアル位置（回転数）に応じた指示信号を制御装置８０へ出力する。

制御装置８０は、ジョイスティック６からの操作信号、回転数ダイアル７からの指示信号、吐出圧センサ６１からの検出信号（油圧ポンプ３１の吐出圧）、第１～第３の圧力センサ６２～６７からの検出信号（油圧アクチュエータ２０、２１、５の圧力）、第１～第５の姿勢センサ２４～２８からの検出信号（上部旋回体２及びフロント作業装置３の姿勢情報及び動作情報）、原動機コントローラ３２ａからの原動機３２の駆動情報（速度情報を含む）を取り込む。制御装置８０は、これらの操作信号、指示信号、検出信号、駆動情報を基に所定の演算を行い、油圧ポンプ３１のレギュレータ３１ａ、メータイン制御弁３４、３６、３８、方向制御弁３５、３７、３９、ブリードオフ弁４２、原動機コントローラ３２ａに対して演算結果に応じた指令を出力する。

次に、本発明の作業機械の第１の実施形態の一部を構成する制御装置のハード構成及び機能構成の概略について図３を用いて説明する。図３は図２に示す第１の実施形態に係る作業機械の制御装置の制御ブロック図である。

図３において、制御装置８０は、ハード構成として例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶装置８１と、ＣＰＵやＭＰＵ等からなる処理装置８２とを備えている。記憶装置８１には、油圧ポンプ３１のポンプ容積、各メータイン制御弁３４、３６、３８の駆動、各方向制御弁３５、３７、３９の駆動、ブリードオフ弁４２の駆動を制御するために必要なプログラムや各種情報が予め記憶されている。処理装置８２は、記憶装置８１からプログラムや各種情報を適宜読み込み、当該プログラムに従って処理を実行することで各種機能を実現する。

制御装置８０は、操作装置６からの操作信号に応じた油圧アクチュエータ２０、２１、５の速度制御を実行しつつ、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の圧力を所定値以上に維持するように制御するものである。本実施形態の制御装置８０は、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側及びメータアウト側の圧力目標値を用いた圧力制御により油圧アクチュエータ２０、２１、５の速度制御を行うものである。具体的には、制御装置８０は、制御機能部として、目標速度演算部９１、目標推力・トルク演算部９２、目標圧力演算部９３、実圧力演算部９４、ポンプ容積指令演算部９５、メータイン制御弁指令演算部９６、方向制御弁指令演算部９７、ブリードオフ弁指令演算部９８を有している。

目標速度演算部９１は、操作装置６からの操作信号に応じて各油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標速度Ｖｔ、ωｔを演算するものである。演算結果の各油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標速度Ｖｔ、ωｔを目標推力・トルク演算部９２及び目標圧力演算部９３へ出力する。目標速度演算部９１の演算の詳細は後述する。

目標推力・トルク演算部９２は、目標速度演算部９１の演算結果の各油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標速度Ｖｔ、ωｔを実現するために必要な油圧アクチュエータ２０、２１、５の推力又はトルクを演算するものである。具体的には、操作装置６からの操作信号、各姿勢センサ２４～２８からの検出信号（上部旋回体２及びフロント作業装置３の姿勢情報及び動作情報）、目標速度演算部９１の演算結果の目標速度Ｖｔ、ωｔを用いて、油圧シリンダ２０、２１の目標推力Ｆｔ及び油圧モータ５の目標トルクＴｔを演算するものである。目標推力・トルク演算部９２は、演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標推力Ｆｔ及び目標トルクＴｔを目標圧力演算部９３へ出力する。目標推力・トルク演算部９２の演算の詳細は後述する。

目標圧力演算部９３は、目標速度演算部９１の演算結果の各油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標速度Ｖｔ、ωｔと目標推力・トルク演算部９２の演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標推力Ｆｔ及び目標トルクＴｔとを基に、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の圧力の目標値であるメータイン目標圧Ｐｉｔ及びメータアウト側の圧力の目標値であるメータアウト目標圧Ｐｏｔを演算すると共に、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側を判定して判定結果に対応したメータインフラグｆｇを設定するものである。判定結果のメータインフラグｆｇを実圧力演算部９４へ出力し、演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧Ｐｉｔをポンプ容積指令演算部９５及びメータイン制御弁指令演算部９６へ出力し、演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト目標圧Ｐｏｔを方向制御弁指令演算部９７へ出力する。目標圧力演算部９３の演算の詳細は後述する。

実圧力演算部９４は、第１～第３の圧力センサ６２～６７の検出信号（油圧アクチュエータ２０、２１、５の実圧力）及び目標圧力演算部９３の判定結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータインフラグｆｇを基に、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の実圧力であるメータイン実圧Ｐｉａ及びメータアウト側の実圧力であるメータアウト実圧Ｐｏａを演算するものである。演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン実圧力Ｐｉａをメータイン制御弁指令演算部９６へ出力すると共に、演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト実圧Ｐｏａを方向制御弁指令演算部９７へ出力する。実圧力演算部９４の演算の詳細は後述する。

ポンプ容積指令演算部９５は、回転数ダイアル７からの指示信号（原動機３２の要求回転数）、吐出圧センサ６１からの検出信号（油圧ポンプ３１の実吐出圧）、目標圧力演算部９３の演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧Ｐｉｔを基に、油圧ポンプ３１のポンプ容積を指令する容積指令値Ｃｑを演算するものである。演算結果の容積指令値Ｃｑを油圧ポンプ３１のレギュレータ３１ａへ出力する。ポンプ容積指令演算部９５の演算の詳細は後述する。

メータイン制御弁指令演算部９６は、操作装置６からの操作信号、目標圧力演算部９３の演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧Ｐｉｔ、実圧力演算部９４の演算結果のメータイン実圧Ｐｉａを基に、メータイン制御弁３４、３６、３８の駆動を指令するメータイン指令値Ｃｉを演算するものである。演算結果のメータイン指令値Ｃｉをメータイン制御弁３４、３６、３８へ出力する。メータイン制御弁指令演算部９６の演算の詳細は後述する。

方向制御弁指令演算部９７は、操作装置６からの操作信号、目標圧力演算部９３の演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト目標圧Ｐｏｔ、実圧力演算部９４の演算結果のメータアウト実圧Ｐｏａを基に、各方向制御弁３５、３７、３９の駆動を指令するメータアウト指令値Ｃｄを演算するものである。演算結果のメータアウト指令値Ｃｄを各方向制御弁３５、３７、３９へ出力する。方向制御弁指令演算部９７の演算の詳細は後述する。

ブリードオフ弁指令演算部９８は、操作装置６からの操作信号に応じてブリードオフ弁４２の駆動を指令するブリードオフ指令値Ｃｂを演算するものである。演算結果のブリードオフ指令値Ｃｂをブリードオフ弁４２へ出力する。ブリードオフ弁指令演算部９８の演算の詳細は後述する。

次に、本発明の作業機械の第１の実施形態における制御装置の各機能部の演算の詳細を図４～図１２を用いて説明する。先ず、制御装置の目標速度演算部の演算の詳細について図４を用いて説明する。図４は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における目標速度演算部の制御ブロック図である。

目標速度演算部９１は、図４に示すテーブル９１１を参照することで操作装置６からの操作信号を基に各油圧アクチュエータの目標速度Ｖｔ、ωｔを演算する。操作装置６の操作信号は、非操作の場合を０％とし、操作方向と操作量に応じて－１００％からの＋１００％になる。テーブル９１１では、油圧アクチュエータが油圧シリンダの場合には、例えば、油圧シリンダの伸長方向の速度を正、短縮方向の速度を負とする。油圧アクチュエータが油圧モータの場合には、例えば、油圧モータの右回転の速度を正、左回転の速度を負とする。

次に、制御装置の目標推力・トルク演算部の演算の詳細について図５を用いて説明する。図５は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における目標推力・トルク演算部の制御ブロック図である。

目標推力・トルク演算部９２は、目標速度演算部９１の演算結果である油圧シリンダ２０、２１、２２の目標速度Ｖｔを達成可能なフロント作業装置３（被駆動体）の動作状態をフロント作業装置３の慣性（自重）を考慮して演算するものである。具体的には、目標推力・トルク演算部９２は、図５に示すように、変換部９２１Ａ、レート制限部９２２、目標角加速度演算部９２３、要求トルク演算部９２４、偏差演算部９２５、フィードバック演算部９２６、トルク制限部９２７、トルク絶対値制限部９２８、加算部９２９、変換部９２１Ｂの機能部を有している。

変換部９２１Ａは、目標速度演算部９１の演算結果である油圧シリンダ２０、２１、２２の目標速度Ｖｔをフロント作業装置３の各構成部材１７、１８、１９又はそれらのジョイント部１８ａ、１９ａの角速度に変換するものである。変換部９２１Ａは、例えば、油圧シリンダ２０、２１、２２のシリンダ座標系からジョイント部１８ａ、１９ａの角度座標系に変換するヤコビ逆行列である。変換部９２１Ａは演算結果の角速度をレート制限部９２２へ出力する。

レート制限部９２２は、変換部９２１Ａの演算結果のフロント作業装置３のジョイント部１８ａ、１９ａ（ブーム１７、アーム１８、バケット１９）の角速度に対して単位時間当たりの増加及び減少の変化率（レート）を制限するものである。レート制限部９２２は、変換部９２１Ａの演算結果の角速度に対してレートを制限したものを目標角速度として、目標角加速度演算部９２３及び偏差演算部９２５へ出力する。レート制限は、所定値に設定することや条件に応じて変更することが可能である。

目標角加速度演算部９２３は、レート制限部９２２から出力された目標角速度を時間微分することで、フロント作業装置３のジョイント部１８ａ、１９ａ（ブーム１７、アーム１８、バケット１９）の目標角加速度を演算する。演算結果の目標角加速度を要求トルク演算部９２４へ出力する。

要求トルク演算部９２４は、姿勢センサ２５～２８の検出値であるフロント作業装置３のジョイント部１８ａ、１９ａ（ブーム１７、アーム１８、バケット１９）の実角度（姿勢情報）及び実角速度（動作情報）を基に、フロント作業装置３のジョイント部１８ａ、１９ａ（ブーム１７、アーム１８、バケット１９）が目標角加速度演算部９２３の演算結果である目標角加速度を達成可能な駆動状態になるために要求されるトルクである要求トルクτを演算するものである。具体的には、要求トルク演算部９２４は、以下の回転運動の運動方程式を用いて要求トルクτを算出する。

ここで、θはフロント作業装置３のブーム１７、アーム１８、バケット１９のジョイント部１８ａ、１９ａの実角度、上側にドット記号を有するθはブーム１７、アーム１８、バケット１９のジョイント部１８ａ、１９ａの実角速度、上側にダブルドット記号を有するθｔはブーム１７、アーム１８、バケット１９のジョイント部１８ａ、１９ａの目標角加速度を示している。

上記の運動方程式において、θ及びドット記号有りθに対して姿勢センサ２５～２８の姿勢情報及び動作情報を代入すると共に、ダブルドット記号有りθｔに対して目標角加速度演算部９２３の演算結果の目標角加速度を代入する。これにより、要求トルクτを算出する。演算結果の要求トルクτを加算部９２９へ出力する。

偏差演算部９２５は、レート制限部９２２から出力された目標角速度と姿勢センサ２５～２８の検出値であるフロント作業装置３のジョイント部１８ａ、１９ａ（ブーム１７、アーム１８、バケット１９）の実角速度との偏差を演算するものである。演算結果の角速度偏差をフィードバック演算部９２６へ出力する。

フィードバック演算部９２６は、偏差演算部９２５の演算結果である角速度偏差を基に、ＰＩ制御やＰＩＤ制御などのフィードバック制御による目標トルクのフィードバック補正値を演算するものである。演算結果のフィードバック補正値をトルク絶対値制限部９２８へ出力する。

トルク制限部９２７は、記憶装置８１に予め記憶されているテーブルを用いることで、操作装置６の操作信号に応じてフロント作業装置３の各構成部材１７、１８、１９のジョイント部１８ａ、１９ａのトルク制限値を出力するものである。トルク制限値は、トルク絶対値制限部９２８へ出力される。

トルク絶対値制限部９２８は、フィードバック演算部９２６の演算結果のフィードバック補正値の絶対値をトルク制限部９２７からのトルク制限値によって制限するものである。トルク制限値によって絶対値が制限されたフィードバック補正値は加算部９２９へ出力される。

加算部９２９は、要求トルク演算部９２４の演算結果の要求トルクτに対してトルク絶対値制限部９２８から出力されたフィードバック補正値を加算することで、フロント作業装置３のジョイント部１８ａ、１９ａ（ブーム１７、アーム１８、バケット１９）の目標トルクを演算する。演算結果の目標トルクを変換部９２１Ｂへ出力する。

変換部９２１Ｂは、加算部９２９からのフロント作業装置３のジョイント部１８ａ、１９ａ（ブーム１７、アーム１８、バケット１９）の目標トルクを油圧シリンダ２０、２１、２２の目標推力Ｆｔに変換するものである。変換部９２１Ｂは、変換部９２１Ａの逆演算であり、例えば、ジョイント部１８ａ、１９ａの角度座標系から油圧シリンダ２０、２１、２２のシリンダ座標系に変換するヤコビ行列である。

なお、目標速度演算部９１の演算結果である目標速度がフロント作業装置３を動作させる油圧シリンダ２０、２１、２２ではなく上部旋回体２を旋回動作させる旋回油圧モータ５である場合には、上述の各機能部９２１Ａ、９２１Ｂ～９２９は次のように変更される。

変換部９２１Ａは、目標速度演算部９１の演算結果の旋回油圧モータ５の目標速度ωｔを上部旋回体２の旋回速度（角速度）に変換する。変換部９２１Ａは、例えば、旋回油圧モータ５の回転に対する上部旋回体２の回転の減速比である。変換部９２１Ｂは、変換部９２１Ａの逆演算であり、上部旋回体２の旋回目標トルクを旋回油圧モータ５の目標トルクに変換する。

要求トルク演算部９２４は、フロント作業装置３のジョイント部１８ａ、１９ａの回転運動の運動方程式に代えて、上部旋回体２の旋回運動の運動方程式を用いる。すなわち、要求トルク演算部９２４は、姿勢センサ２４の検出値である上部旋回体２の実旋回角度（実角度）及び実旋回速度（実角速度）を基に、目標角加速度演算部９２３の演算結果である目標角加速度を上部旋回体２が達成可能な駆動状態になるために要求される要求トルクτを演算する。

なお、レート制限部９２２、目標角加速度演算部９２３、偏差演算部９２５、フィードバック演算部９２６、トルク制限部９２７、トルク絶対値制限部９２８、加算部９２９の処理は上述の場合と同様である。ただし、トルク制限部９２７のテーブルは、油圧モータ５を対象とするものに変更される。

次に、制御装置の目標圧力演算部の演算の詳細について図６及び図７を用いて説明する。図６は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における目標圧力演算部の演算方法の一例（油圧シリンダの場合）を示す表である。図７は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における目標圧力演算部の演算方法の別の例（油圧モータの場合）を示す表である。

目標圧力演算部９３は、目標速度演算部９１からの油圧アクチュエータ５、２０、２１、２２の目標速度Ｖｔ、ωｔの正負及び目標推力・トルク演算部９２からの油圧アクチュエータ５、２０、２１、２２の目標推力Ｆｔ及び目標トルクＴｔの正負を基に、油圧アクチュエータ５、２０、２１、２２の状況の場合分けを行う。さらに、場合分けに応じて、油圧アクチュエータ５、２０、２１、２２の圧油供給側を判定してメータインフラグｆｇを設定すると共に、油圧アクチュエータ５、２０、２１、２２の圧油供給側の目標圧力であるメータイン目標圧及び圧油排出側の目標圧力であるメータアウト目標圧を演算する。油圧アクチュエータが油圧シリンダ２０、２１、２２である場合にはテーブル９３１を用い、油圧モータ５である場合にはテーブル９３２を用いる。

油圧アクチュエータの状況の場合分けは、例えば、図６のテーブル９３１及び図７のテーブル９３２に示すように、油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標速度Ｖｔ、ωｔが正（正確には０以上）であり且つ油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔが正（正確には０以上）である場合をケース１とする。目標速度Ｖｔ、ωｔが正であり且つ目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔが負である場合をケース２とする。目標速度Ｖｔ、ωｔが負であり且つ目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔが正（正確には０以上）である場合をケース３とする。目標速度Ｖｔ、ωｔが負であり且つ目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔが負である場合をケース４とする。なお、油圧アクチュエータが油圧シリンダ２０、２１の場合には、油圧シリンダ２０、２１の伸長方向の推力を正、短縮方向の推力を負としている。油圧アクチュエータが油圧モータ５の場合には、油圧モータ５の右回転方向のトルクを正、左回転方向のトルクを負としている。

油圧アクチュエータが油圧シリンダ２０、２１である場合、図６に示すテーブル９３１を用いる。ケース１の場合、油圧シリンダ２０、２１の目標速度Ｖｔが正（伸長方向）なので、メータインフラグを油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂ側に設定する。ケース１では、メータアウト側のシリンダ室がメータイン側のシリンダ室よりも低圧になる。そこで、メータアウト目標圧Ｐｏｔをメータアウト側のシリンダ室にキャビテーションが生じない程度の最低圧力Ｐｂｆ２に設定する。最低圧力Ｐｂｆ２は、例えば、１ＭＰａ程度である。メータイン目標圧Ｐｉｔは、メータアウト側の推力（設定圧Ｐｂｆ２により生じる推力）と目標推力Ｆｔとの和をメータイン側のシリンダ室の断面積によって除算することで得られる。ケース１では、メータイン側のシリンダ室はボトム室２０ｂ、２１ｂであり、メータアウト側のシリンダ室はロッド室２０ｒ、２１ｒである。メータイン目標圧Ｐｉｔは、次の式から算出される。

ここで、Ｓｂは油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂ側の断面積、Ｓｒはロッド室２０ｒ、２１ｒ側の断面積、Ｆｔは油圧シリンダ２０、２１の目標推力を示している。

次に、ケース２の場合、目標速度Ｖｔが正（伸長方向）なので、メータインフラグをボトム室２０ｂ、２１ｂ側に設定する。ケース２では、油圧シリンダ２０、２１のメータイン側のシリンダ室がメータアウト側のシリンダ室よりも低圧になる。そこで、メータイン目標圧Ｐｉｔがメータイン側のシリンダ室にキャビテーションが生じない程度の所定圧Ｐｂｆ１に設定される。所定圧Ｐｂｆ１は、ケース１の場合に設定した最低圧力Ｐｂｆ２よりも高い圧力であり、例えば、３ＭＰａ程度である。これは、メータイン側が吸込側でキャビテーションの発生リスクが高いので、ケース１の場合よりも高い圧力に設定することで当該リスクを低減することを意図している。メータアウト目標圧Ｐｏｔは、メータイン側の推力（所定圧Ｐｂｆ１により生じる推力）から目標推力Ｆｔを差し引いた値をメータアウト側のシリンダ室の断面積によって除算することで得られる。ここでは、ケース１と同様に、メータイン側のシリンダ室はボトム室２０ｂ、２１ｂであり、メータアウト側のシリンダ室はロッド室２０ｒ、２１ｒである。そのため、メータアウト目標圧Ｐｏｔは、次の式から算出される。

次いで、ケース３の場合、目標速度Ｖｔが負（短縮方向）なので、メータインフラグを油圧シリンダ２０、２１のロッド室２０ｒ、２１ｒ側に設定する。ケース３では、ケース２と同様に、メータイン側のシリンダ室がメータアウト側のシリンダ室よりも低圧になる。そこで、ケース２と同様に、メータイン目標圧Ｐｉｔをメータイン側のシリンダ室にキャビテーションが生じない程度の所定圧Ｐｂｆ１に設定する。メータアウト目標圧Ｐｏｔは、メータイン側の推力（所定圧Ｐｂｆ１により生じる推力）と目標推力Ｆｔの和をメータアウト側のシリンダ室の断面積によって除算することで得られる。ここでは、ケース２の場合と異なり、メータイン側のシリンダ室はロッド室２０ｒ、２１ｒであり、メータアウト側のシリンダ室はボトム室２０ｂ、２１ｂである。そのため、メータアウト目標圧Ｐｏｔは、次の式から算出される。

ケース４の場合、目標速度Ｖｔが負（短縮方向）なので、メータインフラグをロッド室２０ｒ、２１ｒ側に設定する。ケース４では、ケース３とは異なり、メータイン側のシリンダ室の方がメータアウト側のシリンダ室よりも低圧になる。そこで、ケース１の場合と同様に、メータアウト目標圧Ｐｏｔを最低圧力Ｐｂｆ２に設定する。メータイン目標圧Ｐｉｔは、メータアウト側の推力（最低圧力Ｐｂｆ２により生じる推力）から目標推力Ｆｔを差し引いた値をメータイン側のシリンダ室の断面積によって除算することで得られる。ここでは、ケース３の場合と同様に、メータイン側のシリンダ室はロッド室２０ｒ、２１ｒであり、メータアウト側のシリンダ室はボトム室２０ｂ、２１ｂである。そのため、メータイン目標圧Ｐｉｔは、次の式から算出される。

なお、目標圧力演算部９３は、例えば、メータインフラグがボトム室２０ｂ、２１ｂである場合に「Ｔｒｕｅ」を出力し、メータインフラグがロッド室２０ｒ、２１ｒである場合には「Ｆａｌｓｅ」を出力するように構成されている。また、メータインフラグの初期値を「Ｔｒｕｅ」に設定する。なお、メータインフラグの「Ｔｒｕｅ」と「Ｆａｌｓｅ」の関係を逆に設定することも可能である。

また、油圧アクチュエータが油圧モータ５である場合には、図７に示すテーブル９３２を用いる。ケース１の場合、目標速度ωｔが正（右回転方向）なので、メータインフラグを第１ポート５ａ（右回転）側に設定する。ケース１では、油圧モータ５のメータアウト側のポートがメータイン側のポートよりも低圧になる。そこで、油圧シリンダ２０、２１の場合と同様に、メータアウト目標圧Ｐｏｔを油圧モータ５のメータアウト側にキャビテーションが生じない程度の最低圧力Ｐｂｆ２に設定する。メータイン目標圧Ｐｉｔは、記憶装置８１に予め記憶されているポンプ容積ｑｍで目標トルクＴｔを除算した演算結果と、油圧モータ５のメータアウト側の圧力すなわち設定した最低圧力Ｐｂｆ２との和によって得られる。すなわち、メータイン目標圧Ｐｉｔは、次の式から算出される。

ケース２の場合、ケース1と同様に、メータインフラグを第１ポート５ａ（右回転）側に設定する。ケース２では、メータイン側のポートがメータアウト側のポートよりも低圧になる。そこで、メータイン目標圧Ｐｉｔをメータインのポート側にキャビテーションが生じない程度の所定圧Ｐｂｆ１に設定する。油圧モータ５のメータイン側のポートは吸込側でキャビテーションの発生リスクが高いので、油圧シリンダ２０、２１の場合と同様に、所定圧Ｐｂｆ１をケース１の場合に設定した最低圧力Ｐｂｆ２よりも高い圧力とする。メータアウト目標圧Ｐｏｔは、油圧モータ５のメータイン側の圧力すなわち設定した所定圧Ｐｂｆ１から目標トルクＴｔをポンプ容積ｑｍで除算した演算結果を差し引くことによって得られる。すなわち、メータアウト目標圧Ｐｏｔは、次の式から算出される。

ケース３の場合、目標速度ωｔが負（左回転方向）なので、メータインフラグを第２ポート５ｂ（左回転）側に設定する。ケース３では、ケース２と同様に、メータイン側のポートがメータアウト側のポートよりも低圧になる。そこで、ケース２の場合と同様に、メータイン目標圧Ｐｉｔをメータイン側のポート側にキャビテーションが生じない程度の所定圧Ｐｂｆ１に設定する。メータアウト目標圧Ｐｏｔは、目標トルクＴｔをポンプ容積ｑｍで除算した演算結果と油圧モータ５のメータイン側の圧力すなわち設定した所定圧Ｐｂｆ１との和によって得られる。すなわち、メータアウト目標圧Ｐｏｔは、次の式から算出される。

ケース４の場合、ケース３と同様に、メータインフラグを第２ポート５ｂ（左回転）側に設定する。ケース４では、ケース３と異なり、メータアウト側のポートがメータイン側のポートよりも低圧になる。そこで、ケース１と同様に、メータアウト目標圧Ｐｏｔを最低圧力Ｐｂｆ２に設定する。メータイン目標圧Ｐｉｔは、油圧モータ５のメータアウト側の圧力すなわち設定した最低圧力Ｐｂｆ２から目標トルクＴｔをポンプ容積ｑｍで除算した演算結果を差し引くことによって得られる。すなわち、メータイン目標圧Ｐｉｔは、次の式から算出される。

次に、制御装置の実圧力演算部の演算の詳細について図８を用いて説明する。図８は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における実圧力演算部の制御ブロック図である。

実圧力演算部９４は、例えば図８に示すように、メータイン選択部９４１、ＮＯＴ演算部９４２、メータアウト選択部９４３の機能部を有する。

メータイン選択部９４１は、油圧アクチュエータが油圧シリンダ２０、２１の場合には、第１～第２の圧力センサ６２～６５の検出信号（油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂ及びロッド室２０ｒ、２１ｒの実圧力）と目標圧力演算部９３の処理結果のメータインフラグｆｇを基に、油圧シリンダ２０、２１のメータイン側の実圧力を出力する。すなわち、メータインフラグｆｇが「Ｔｒｕｅ」の場合には、油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂの実圧力をメータイン側の実圧力として出力する。一方、メータインフラグｆｇが「Ｆａｌｓｅ」の場合には、油圧シリンダ２０、２１のロッド室２０ｒ、２１ｒの実圧力をメータイン側の実圧力として出力する。

油圧アクチュエータが油圧モータ５の場合には、第３の圧力センサ６６、６７の検出信号（旋回油圧モータ５の第１ポート５ａ側及び第２ポート５ｂ側の実圧力）と目標圧力演算部９３の処理結果のメータインフラグｆｇを基に、油圧モータ５のメータイン側の実圧力を出力する。すなわち、メータインフラグｆｇが「Ｔｒｕｅ」の場合には、旋回油圧モータ５の第１ポート５ａ側の実圧力をメータイン側の実圧力として出力する。一方、メータインフラｆｇグが「Ｆａｌｓｅ」の場合には、旋回油圧モータ５の第２ポート５ｂ側の実圧力をメータイン側の実圧力として出力する。

ＮＯＴ演算部９４２は、目標圧力演算部９３の処理結果のメータインフラグｆｇを反転させてメータアウト選択部９４３に入力する。すなわち、メータインフラグｆｇが「Ｔｒｕｅ」の場合には、メータアウト選択部９４３に「Ｆａｌｓｅ」を入力する。一方、メータインフラグｆｇが「Ｆａｌｓｅ」の場合には、メータアウト選択部９４３に「Ｔｒｕｅ」を入力する。

メータアウト選択部９４３は、油圧アクチュエータが油圧シリンダ２０、２１の場合には、第１～第２の圧力センサ６２～６５の検出信号（油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂ及びロッド室２０ｒ、２１ｒの実圧力）とＮＯＴ演算部９４２の処理結果（メータインフラグｆｇの反転）とを基に、油圧シリンダ２０、２１のメータアウト側の実圧力を出力する。メータアウト選択部９４３は、ＮＯＴ演算部９４２によるメータインフラグｆｇの反転処理結果が入力されるので、メータイン選択部９４１とは異なるシリンダ室の実圧力、すなわちメータアウト側の実圧力を出力する。また、油圧アクチュエータが油圧モータ５の場合には、第３の圧力センサ６６、６７の検出信号（旋回油圧モータ５の第１ポート５ａ側及び第２ポート５ｂ側の実圧力）とＮＯＴ演算部９４２の処理結果とを基に、油圧モータ５のメータアウト側の実圧力を出力する。

次に、制御装置のポンプ容積指令演算部の演算の詳細について図９を用いて説明する。図９は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置におけるポンプ容積指令演算部の制御ブロック図である。

図９において、ポンプ容積指令演算部９５は、最大値選択部９５１、加算部９５２、偏差演算部９５３、フィードバック演算部９５４、目標ポンプ容積演算部９５５、指令変換部９５６の機能部を有している。

最大値選択部９５１は、目標圧力演算部９３から出力された全ての油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧のうちの最大値を選択し、選択したメータイン目標圧の最大値を加算部９５２へ出力する。

加算部９５２は、最大値選択部９５１から出力された油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧の最大値に対してバッファ圧Ｐｂｆ３を加算することで、油圧ポンプ３１の目標吐出圧を演算する。バッファ圧Ｐｂｆ３は、記憶装置８１に予め記憶されており、例えば１ＭＰａである。バッファ圧Ｐｂｆ３は、油圧ポンプ３１から油圧アクチュエータ２０、２１、５までの間に生じる圧力損失を考慮したものである。これは、油圧ポンプ３１の目標吐出圧を圧力損失分高めることで、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン流量制御の制御性を高めることを意図したものである。演算結果の油圧ポンプ３１の目標吐出圧を偏差演算部９５３へ出力する。

偏差演算部９５３は、加算部９５２からの油圧ポンプ３１の目標吐出圧と吐出圧センサ６１の検出値である油圧ポンプ３１の実吐出圧との偏差を演算する。演算結果の偏差をフィードバック演算部９５４へ出力する。

フィードバック演算部９５４は、偏差演算部９５３の演算結果である油圧ポンプ３１の吐出圧偏差を基にＰＩ制御やＰＩＤ制御などのフィードバック制御による制御量として油圧ポンプ３１の目標流量を演算する。演算結果のフィードバック制御量としての油圧ポンプ３１の目標流量を目標ポンプ容積演算部９５５へ出力する。

目標ポンプ容積演算部９５５は、フィードバック演算部９５４の演算結果であるポンプ目標流量を原動機３２の要求回転数（例えば、回転数ダイアル７からの指示信号を基に換算）によって除算することで、油圧ポンプ３１の目標ポンプ容積を演算する。演算結果の油圧ポンプ３１の目標ポンプ容積を指令変換部９５６へ出力する。

指令変換部９５６は、目標ポンプ容積演算部９５５の演算結果である油圧ポンプ３１の目標ポンプ容積を指令値（例えば、図示しないポンプ制御ソレノイドへの駆動電流指令値）に変換する。指令変換部９５６は、油圧ポンプ３１のレギュレータ３１ａへ指令値を出力する。

次に、制御装置のメータイン制御弁指令演算部の演算の詳細について図１０を用いて説明する。図１０は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置におけるメータイン制御弁指令演算部の制御ブロック図である。

図１０において、メータイン制御弁指令演算部９６は、メータイン開口変換部９６１、偏差演算部９６２、フィードバック演算部９６３、メータイン目標開口演算部９６４、指令変換部９６５の機能部を有している。

メータイン開口変換部９６１は、操作装置６からの操作信号を基にメータイン制御弁３４、３６、３８の開口要求値を演算する。演算結果のメータイン制御弁３４、３６、３８の開口要求値をメータイン目標開口演算部９６４へ出力する。

偏差演算部９６２は、目標圧力演算部９３の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧と実圧力演算部９４の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の実圧力との偏差を演算する。演算結果の圧力偏差をフィードバック演算部９６３へ出力する。

フィードバック演算部９６３は、偏差演算部９６２の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の圧力偏差を基にＰＩ制御やＰＩＤ制御などのフィードバック制御によるメータイン制御弁３４、３６、３８の目標開口のフィードバック補正値を演算するものである。演算結果のフィードバック補正値をメータイン目標開口演算部９６４へ出力する。

メータイン目標開口演算部９６４は、メータイン開口変換部９６１の演算結果の開口要求値に対してフィードバック演算部９６３の演算結果であるフィードバック補正値を加算することで、メータイン制御弁３４、３６、３８の目標開口を演算する。演算結果のメータイン制御弁３４、３６、３８の目標開口を指令変換部９６５へ出力する。

指令変換部９６５は、メータイン目標開口演算部９６４の演算結果であるメータイン制御弁３４、３６、３８の目標開口をメータイン制御弁３４、３６、３８の駆動のための指令値（例えば、電流指令値）に変換する。指令変換部９６５は、メータイン制御弁３４、３６、３８のソレノイドへ電流指令値を出力する。

次に、制御装置の方向制御弁指令演算部の演算の詳細について図１１を用いて説明する。図１１は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置における方向制御弁指令演算部の制御ブロック図である。

図１１において、方向制御弁指令演算部９７は、メータアウト開口変換部９７１、偏差演算部９７２、フィードバック演算部９７３、メータアウト目標開口演算部９７４、指令変換部９７５の機能部を有している。

メータアウト開口変換部９７１は、操作装置６の操作信号を基に方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト開口要求値を演算する。演算結果の方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト開口要求値をメータアウト目標開口演算部９７４へ出力する。

偏差演算部９７２は、目標圧力演算部９３の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト目標圧と実圧力演算部９４の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト側の実圧力との偏差を演算する。演算結果の圧力偏差をフィードバック演算部９７３へ出力する。

フィードバック演算部９７３は、偏差演算部９７２の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト側の圧力偏差を基にＰＩ制御やＰＩＤ制御などのフィードバック制御による方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト目標開口のフィードバック補正値を演算するものである。演算結果のフィードバック補正値をメータアウト目標開口演算部９７４へ出力する。

メータアウト目標開口演算部９７４は、メータアウト開口変換部９７１の演算結果のメータアウト開口要求値に対してフィードバック演算部９７３の演算結果であるフィードバック補正値を加算することで、方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト目標開口を演算する。演算結果の方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト目標開口を指令変換部９７５へ出力する。

指令変換部９７５は、メータアウト目標開口演算部９７４の演算結果である方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト目標開口を方向制御弁３５、３７、３９の駆動のための指令値（例えば、電流指令値）に変換する。指令変換部９７５は、方向制御弁３５、３７、３９のソレノイドへ電流指令値を出力する。

次に、制御装置のブリードオフ弁指令演算部の演算の詳細について図１２を用いて説明する。図１２は図３に示す第１の実施形態に係る制御装置におけるブリードオフ弁指令演算部の制御ブロック図である。

図１２において、ブリードオフ弁指令演算部９８は、ブリードオフ開口変換部９８１、最小値選択部９８２、指令変換部９８３の機能部を有している。

ブリードオフ開口変換部９８１は、操作装置６からの各操作（ブーム操作、アーム操作、旋回操作など）の操作信号に対してブリードオフ弁４２の開口要求値をそれぞれ演算する。演算結果の各操作に対するブリードオフ弁４２の開口要求値をそれぞれ最小値選択部９８２へ出力する。

最小値選択部９８２は、ブリードオフ開口変換部９８１の演算結果の全てのブリードオフ弁４２の開口要求値の中から最小値を選択する。選択したブリードオフ弁４２の開口要求の最小値をブリードオフ弁４２の目標開口として指令変換部９８３へ出力する。

指令変換部９８３は、最小値選択部９８２から出力されたブリードオフ弁４２の目標開口をブリードオフ弁４２の駆動のための指令値（例えば、電流指令値）に変換する。指令変換部９８３は、ブリードオフ弁４２のソレノイドへ電流指令値を出力する。

次に、本発明の作業機械の第１の実施形態の動作及び効果を比較例の公知例の作業機械の動作と比較して説明する。まず、比較例の作業機械における油圧シリンダ及びメータイン制御弁の挙動について図１３を用いて説明する。図１３は１の実施形態に係る作業機械に対する比較例としての公知例の作業機械におけるアームクラウド操作に対する油圧シリンダ、メータイン制御弁、方向制御弁の動作状態の変化を示す図である。

図１３に示すグラフ（Ａ）～（Ｄ）は、フロント作業装置３が空中に維持されている状態において、アームクラウドの単独操作が操作装置６に入力された場合のグラフを示している。グラフ（Ａ）は、アームクラウドの単独操作の操作信号の経時変化を示している。グラフ（Ｂ）は、操作装置６の操作信号に対する油圧シリンダ（アームシリンダ２１）の目標速度及び実速度の変化を示している。グラフ（Ｃ）は、操作装置６の操作信号に対するメータイン制御弁及び方向制御弁の開口の変化を示している。グラフ（Ｄ）は、操作装置６の操作信号に対するアームシリンダのボトム室の圧力（ボトム圧）及びロッド室の圧力（ロッド圧）の変化を示している。

比較例である公知例の作業機械においては、アームクラウド動作のとき、フロント作業装置の自重によるアームシリンダの逸走に起因するキャビテーションの発生を防ぐため、グラフ（Ｃ）の実線で示されているように、アームシリンダのメータイン流量を制御するメータイン制御弁の開口を通常時の制御よりも大きくする。これにより、グラフ（Ｄ）の実線で示されているように、アームシリンダのボトム圧がキャビテーションの生じる圧力よりも高く維持される。

しかし、当該メータイン制御弁の開口を大きくすることで、グラフ（Ｂ）の破線で示されているように、アームシリンダの駆動速度が操作装置の操作に応じた目標速度よりも速くなる。このように、比較例の作業機械においては、油圧アクチュエータに対して、キャビテーションの発生を防止することができたとしても、同時に操作装置の操作に応じた速度制御を行うことは難しい。

次に、第１の実施形態の作業機械における油圧シリンダ、メータイン制御弁、方向制御弁の挙動について図１４を用いて説明する。図１４は第１の実施形態に係る作業機械におけるアームクラウド操作に対する油圧シリンダ、メータイン制御弁、方向制御弁の動作状態の変化を示す図である。

図１４に示すグラフ（Ａ）～（Ｄ）は、図１３に示すグラフと同様に、フロント作業装置３が空中に維持されている状態において、アームクラウドの単独操作が操作装置６に入力された場合の油圧シリンダ、メータイン制御弁、方向制御弁の駆動状態の変化の波形を示している。

本実施形態においては、アームクラウドの単独操作の操作信号が入力されると、制御装置８０が、操作信号に応じたアームシリンダ２１の目標速度Ｖｔを演算し、演算結果の目標速度Ｖｔを満たす目標推力Ｆｔを演算する。さらに、演算結果の目標速度Ｖｔ及び目標推力Ｆｔの正負に応じて、アームシリンダ２１のメータイン目標圧Ｐｉｔ及びメータアウト目標圧Ｐｏｔを演算する。

図１４に示すようなステップ状のアームクラウド操作では、図６に示すテーブル９３１のケース２に該当する状態を経る。この場合、アームシリンダ２１のボトム室２１ｂの圧力目標値（メータイン目標圧Ｐｉｔ）をキャビテーションの発生を防止可能な所定値Ｐｂｆ１に設定する一方、ロッド室２１ｒの目標圧力値（メータアウト目標圧Ｐｏｔ）は、目標速度Ｖｔを達成可能な目標推力Ｆｔ及びメータイン側の所定値Ｐｂｆ１に応じて設定される。制御装置８０は、演算結果のアームシリンダ２１のメータイン目標圧Ｐｉｔ及びメータアウト目標圧Ｐｏｔを基に、油圧ポンプ３１のポンプ容積とメータイン制御弁３６の開口と方向制御弁３７のメータアウト開口とを制御する。具体的には、アームシリンダ２１が操作装置６の操作に応じた目標速度Ｖｔになるよう方向制御弁３７のメータアウト開口を制御しつつ、アームシリンダ２１のメータイン側であるボトム室２１ｂの圧力（ボトム圧）がキャビテーションの防止可能な圧力値Ｐｂｆ１（メータイン目標圧Ｐｉｔ）以上になるようにメータイン制御弁３６の開口及び油圧ポンプ３１のポンプ容積を制御する。

すなわち、グラフ（Ｂ）に示すように、アームシリンダ２１は目標速度通りの実速度が実現される。同時に、グラフ（Ｄ）の実線で示すように、アームシリンダ２１のボトム圧が過度に低下することがないので、キャビテーションの発生を防ぐことができる。

上述した第１の実施形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、圧油（作動流体）の給排により駆動することで被駆動体１７、１８、１９、２を動作させる油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）と、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）に対して圧油（作動流体）を供給する油圧ポンプ３１（ポンプ）と、油圧ポンプ３１（ポンプ）から油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）に供給される圧油（作動流体）の流量を制御可能なメータイン制御弁３４、３６、３８と、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）から排出される圧油（作動流体）の流量を制御可能なメータアウト制御弁としての方向制御弁３５、３７、３９と、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の駆動を指示する操作信号を出力する操作装置６と、油圧ポンプ３１（ポンプ）とメータイン制御弁３４、３６、３８と方向制御弁３５、３７、３９（メータアウト制御弁）を制御する制御装置８０とを備える。制御装置８０は、操作装置６からの操作信号に応じて油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の目標速度Ｖｔ、ωｔを演算し、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の駆動状態を基に油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔを演算し、演算結果の目標速度Ｖｔ、ωｔの正負が演算結果の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔの正負と異なる場合には、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の速度を操作装置６からの操作信号を基に方向制御弁３５、３７、３９（メータアウト制御弁）によって制御すると共に、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側の圧力が所定値以上になるように油圧ポンプ３１（ポンプ）またはメータイン制御弁３４、３６、３８の少なくとも一方を制御するように構成されている。

この構成によれば、被駆動体１７、１８、１９、２を慣性の作用方向へ動作させる場合には、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の駆動速度を操作装置６の操作に応じて方向制御弁３５、３７、３９（メータアウト制御弁）により制御しつつ、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側の圧力が所定値以上になるように油圧ポンプ３１（ポンプ）またはメータイン制御弁３４、３６、３８の少なくとも一方を制御するので、前記所定値をキャビテーションの発生を回避可能な値に設定することで、操作装置６の操作に応じた油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の速度制御を実現しつつ、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のキャビテーションの発生を防止することができる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、油圧ポンプ３１（ポンプ）の吐出圧を検出する吐出圧センサ６１（第１圧力センサ）と、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側の圧力を検出するアクチュエータ圧センサ６２～６７（第２圧力センサ）とを備える。制御装置８０は、演算結果の目標速度Ｖｔの正負が演算結果の目標推力Ｆｔ又は目標トルクのＴｔ正負と異なる場合、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側の圧力の目標値であるメータイン目標圧Ｐｉｔを所定値以上に設定し、演算結果の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔと設定したメータイン目標圧Ｐｉｔとに基づき油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータアウト側の圧力の目標値であるメータアウト目標圧Ｐｏｔを演算し、演算結果のメータアウト目標圧Ｐｏｔを用いて方向制御弁３５、３７、３９（メータアウト制御弁）を制御し、設定したメータイン目標圧Ｐｉｔと吐出圧センサ６１（第１圧力センサ）の検出値とに基づき油圧ポンプ３１（ポンプ）を制御すると共に、設定したメータイン目標圧Ｐｉｔとアクチュエータ圧センサ６２～６７（第２圧力センサ）の検出値とに基づきメータイン制御弁３４、３６、３８を制御するように構成されている。

この構成によれば、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側及びメータアウト側の圧力目標値Ｐｉｔ、Ｐｏｔを用いた圧力制御によって、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の速度制御を行うことができる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、被駆動体１７、１８、１９、２の姿勢情報を検出する第１～第５の姿勢センサ２４～２８（姿勢検出装置）を備える。また、制御装置８０は、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の駆動状態としての第１～第５の姿勢センサ２４～２８（姿勢検出装置）の検出情報と被駆動体１７、１８、１９、２の慣性とを用いて、目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔを演算するように構成されている。

この構成によれば、第１～第５の姿勢センサ２４～２８（姿勢検出装置）の検出情報と被駆動体１７、１８、１９、２の慣性とを用いて油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔを演算するので、被駆動体１７、１８、１９、２の定速運動時や減速運動時においても、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の適切な速度制御を実現することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の作業機械の第２の実施形態について図１５～図２２を用いて説明する。図１５～図２２において、図１～図１４に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。図１５は本発明の第２の実施形態に係る作業機械の油圧システムの構成を示す油圧回路図及び当該油圧システムの制御システムを示す図である。図１６は図１５に示す第２の実施形態に係る作業機械の制御装置の制御ブロック図である。

図１５及び図１６に示す第２の実施形態が第１の実施形態と相違する点は、上部旋回体２の姿勢情報を検出する第２の姿勢センサ２５（図１及び図２参照）を不要とすると共にフロント作業装置３の姿勢情報及び動作情報を検出する第３～第５の姿勢センサ２６～２８（図１及び図２参照）を不要とすること及び制御装置８０Ａによる油圧アクチュエータ２０、２１、５の速度制御の方法が第２～第５の姿勢センサ２５～２８の削除に応じて異なることである。

本実施形態の制御装置８０Ａは、第１の実施形態の制御装置８０と同様に、操作装置６からの操作信号に応じた油圧アクチュエータ２０、２１、５の速度制御を実行しつつ、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の圧力を所定値以上に維持するように制御するものである。本実施形態の制御装置８０Ａは、第１の実施形態の場合とは異なり、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト側の流量目標値を用いた流量制御により油圧アクチュエータ２０、２１、５の速度制御を行うものである。

具体的には、図１６に示す制御装置８０Ａは、目標速度演算部９１、目標推力・トルク演算部９２Ａ、目標圧力演算部９３Ａ、実圧力演算部９４Ａ、ポンプ容積指令演算部９５Ａ、メータイン制御弁指令演算部９６Ａ、方向制御弁指令演算部９７Ａ、ブリードオフ弁指令演算部９８の機能部に加えて、目標流量演算部１０１を有している。目標速度演算部９１及びブリードオフ弁指令演算部９８は、第１の実施形態の制御装置８０の場合と同様な演算処理を行う機能部であり、当該演算処理の説明を省略する。ただし、目標速度演算部９１は、演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標速度Ｖｔ、ωｔを目標圧力演算部９３Ａ及び目標流量演算部１０１へ出力する。

目標推力・トルク演算部９２Ａは、第１～第３の圧力センサ６２～６７の検出値（油圧アクチュエータ２０、２１、５の実圧力）を基に油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔを演算するものである。目標推力・トルク演算部９２Ａの演算が第１の実施形態に対して相違する点は、フロント作業装置３や上部旋回体２の被駆動体の運動方程式の演算を用いずに、アクチュエータ圧センサ６２～６７の検出値（油圧アクチュエータ２０、２１、５の実際の負荷圧）から直接的に油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔを算出することである。すなわち、目標推力・トルク演算部９２Ａは、油圧アクチュエータ２０、２１、５に作用する実際の負荷圧（第１～第３の圧力センサ６２～６７の検出値）から算出される外力又は外部トルクを打ち消すことが可能な油圧アクチュエータ２０、２１、５の推力又はトルクを目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔとして設定するものである。演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔを目標圧力演算部９３Ａへ出力する。

具体的には、目標推力・トルク演算部９２Ａは、油圧シリンダ２０、２１の目標推力Ｆｔを次の演算式（１）から算出すると共に、油圧モータ５の目標トルクＴｔを次の演算式（２）から算出する。

Ｆｔ＝Ｐｂ・Ｓｂ－Ｐｒ・Ｓｒ … 式（１）
ここで、Ｐｂは油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂの実圧力（実ボトム圧）、Ｐｒはロッド室２０ｒ、２１ｒの実圧力（実ロッド圧）を示している。Ｓｂは油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂの断面積、Ｓｒはロッド室２０ｒ、２１ｒの断面積を示している。なお、油圧シリンダ２０、２１の目標推力Ｆｔは、伸長方向を正、短縮方向を負としている。

目標推力Ｆｔは、Ｐｂに圧力センサ６２、６４の検出値を、Ｐｒに圧力センサ６３、６５の検出値を入力することで算出される。断面積Ｓｂ、Ｓｒは、予め記憶装置８１に記憶されている。

Ｔｔ＝（ＰＡ－ＰＢ）・ｑｍ … 式（２）
ここで、ＰＡは油圧モータ５の第１ポート５ａ側の実圧力、ＰＢは第２ポート５ｂ側の実圧力を示している。ｑｍは、油圧ポンプ３１のポンプ容積を示している。なお、油圧モータ５の目標トルクＴｔは、第１ポート５ａ側が高圧（右回転）の場合を正、第２ポート５ｂ側が高圧（左回転）の場合を負としている。

目標トルクＴｔは、ＰＡに圧力センサ６６の検出値を、ＰＢに圧力センサ６７の検出値を入力することで算出される。ポンプ容積ｑｍは、予め記憶装置８１に記憶されている。

目標流量演算部１０１は、図１６に示すように、目標速度演算部９１の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標速度Ｖｔ、ωｔを基に、油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標流量Ｑｔを演算するものである。具体的には、目標流量演算部１０１は、油圧アクチュエータが油圧シリンダ２０、２１の場合には、油圧シリンダ２０、２１のメータイン側の流量の目標値であるメータイン目標流量Ｑｉｔ及びメータアウト側の流量の目標値であるメータアウト目標流量Ｑｏｔを次の演算式（３）及び（４）から算出する。

Ｑｉｔ＝ Ｓｂ・Ｖｔ（Ｖｔ≧０） … 式（３）
Ｑｉｔ＝－Ｓｒ・Ｖｔ（Ｖｔ＜０） … 式（３）
Ｑｏｔ＝ Ｓｒ・Ｖｔ（Ｖｔ≧０） … 式（４）
Ｑｏｔ＝－Ｓｂ・Ｖｔ（Ｖｔ＜０） … 式（４）
ここで、Ｓｂは油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂの断面積、Ｓｒはロッド室２０ｒ、２１ｒの断面積を示している。なお、油圧シリンダ２０、２１の目標速度Ｖｔは、伸長方向を正、短縮方向を負としている。

また、油圧アクチュエータが油圧モータ５の場合には、油圧モータ５のメータイン目標流量Ｑｉｔ及びメータアウト目標流量Ｑｏｔを次の演算式（５）及び（６）から算出する。

ここで、ｑｍは油圧ポンプ３１のポンプ容積、ωｔは油圧モータ５の目標速度を示している。

次に、本実施の形態の目標圧力演算部の演算の詳細を図１６～図１８を用いて説明する。図１７は図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置における目標圧力演算部の演算方法の一例（油圧シリンダの場合）を示す表である。図１８は図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置における目標圧力演算部の演算方法の別の例（油圧モータの場合）を示す表である。

目標圧力演算部９３Ａは、図１６に示すように、目標速度演算部９１の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標速度Ｖｔ、ωｔと目標推力・トルク演算部９２Ａの演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５の目標推力Ｆｔ及び目標トルクＴｔとを基に、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧Ｐｉｔ及びメータアウト目標圧Ｐｏｔを演算すると共に、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側を判定して判定結果に対応したメータインフラグｆｇを設定するものである。判定結果のメータインフラグｆｇを実圧力演算部９４Ａへ出力し、演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧Ｐｉｔをポンプ容積指令演算部９５Ａ及びメータイン制御弁指令演算部９６Ａへ出力し、演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト目標圧Ｐｏｔを方向制御弁指令演算部９７Ａへ出力する。

図１７及び図１８に示すように、目標圧力演算部９３Ａは、第１の実施形態の場合と同様、目標速度演算部９１からの油圧アクチュエータ５、２０、２１の目標速度Ｖｔ、ωｔの正負及び目標推力・トルク演算部９２Ａからの油圧アクチュエータ５、２０、２１の目標推力Ｆｔ及び目標トルクＴｔの正負を基に、油圧アクチュエータ５、２０、２１の状況の場合分けを行う。さらに、場合分けに応じて、油圧アクチュエータ５、２０、２１の圧油供給側を判定してメータインフラグｆｇを設定すると共に、油圧アクチュエータ５、２０、２１のメータイン目標圧Ｐｉｔ及びメータアウト目標圧Ｐｏｔを演算する。

油圧アクチュエータの状況の場合分けは、第１の実施形態の場合と同様であるのでその説明は省略する（図１７及び図１８を参照）。油圧アクチュエータが油圧シリンダ２０、２１である場合には、図１７に示すテーブル９３１Ａを用いる。ケース２及びケース３の場合、第１の実施形態の目標圧力演算部９３の場合と同様に、メータイン目標圧Ｐｉｔをキャビテーションが生じない程度の所定圧Ｐｂｆ１に設定する。メータアウト目標圧Ｐｏｔの演算式も、図１７のテーブル９３１Ａに示すように、第１の実施形態の場合（図６参照）と同様である。ただし、目標推力Ｆｔが目標推力・トルク演算部９２Ａの演算結果である。

一方、ケース１では、メータイン目標圧Ｐｉｔを、目標推力・トルク演算部９２Ａの演算で用いた圧力センサ６２、６４の検出値である油圧シリンダ２０、２１のメータイン実圧力となるボトム圧Ｐｂまたは所定圧Ｐｂｆ１のうちのいずれか高い圧力に設定する。ケース４では、ケース１と同様に、メータイン目標圧Ｐｉｔを、目標推力・トルク演算部９２Ａの演算で用いた圧力センサ６３、６５の検出値である油圧シリンダ２０、２１のメータイン側の実圧力となるロッド圧Ｐｒまたは所定圧Ｐｂｆ１のうちのいずれか高い圧力に設定する。

また、油圧アクチュエータが油圧モータ５である場合には、図１８に示すテーブル９３２Ａを用いる。ケース２及びケース３の場合、第１の実施形態の目標圧力演算部９３の場合と同様に、メータイン目標圧Ｐｉｔをキャビテーションが生じない程度の所定圧Ｐｂｆ１に設定する。メータアウト目標圧Ｐｏｔの演算式も、図１８のテーブル９３２Ａに示すように、第１の実施形態の場合（図７参照）と同様である。ただし、目標トルクＴｔが目標推力・トルク演算部９２Ａの演算結果である。

一方、ケース１では、メータイン目標圧Ｐｉｔを、目標推力・トルク演算部９２Ａの演算で用いた第３の圧力センサ６６の検出値である油圧モータ５のメータイン側の実圧力となる第１ポート５ａ側の実圧力ＰＡまたは所定圧Ｐｂｆ１のうちのいずれか高い圧力に設定する。ケース４では、ケース１と同様に、メータイン目標圧力値Ｐｉｔを、目標推力・トルク演算部９２Ａの演算で用いた第３の圧力センサ６７の検出値であるメータイン側の第２ポート５ｂの実圧力ＰＢまたは所定圧Ｐｂｆ１のうちのいずれか高い圧力に設定する。

次に、本実施の形態の実圧力演算部の演算の詳細について図１６及び図１９を用いて説明する。図１９は図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置における実圧力演算部の制御ブロック図である。

実圧力演算部９４Ａは、図１６に示すように、第１～第３の圧力センサ６２～６７の検出信号（油圧アクチュエータ２０、２１、５の実圧力）と目標圧力演算部９３Ａの処理結果のメータインフラグｆｇを基に、油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の実圧力Ｐｉａを演算するものである。具体的には、本実施の形態の実圧力演算部９４Ａと第１の実施形態の実圧力演算部９４の機能部との相違点は、図１９に示すように、メータイン選択部９４１のみを有することである。すなわち、実圧力演算部９４Ａは、油圧アクチュエータが油圧シリンダ２０、２１の場合、メータインフラグｆｇが「Ｔｒｕｅ」の場合には、油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂの実圧力（圧力センサ６２、６４の検出値）をメータイン側の実圧力として出力する。一方、メータインフラグｆｇが「Ｆａｌｓｅ」の場合には、油圧シリンダ２０、２１のロッド室２０ｒ、２１ｒの実圧力（圧力センサ６３、６５の検出値）をメータイン側の実圧力として出力する。油圧アクチュエータが油圧モータ５の場合には、メータインフラグｆｇが「Ｔｒｕｅ」の場合には、旋回油圧モータ５の第１ポート５ａ側の実圧力（第３の圧力センサ６６の検出値）をメータイン側の実圧力として出力する。一方、メータインフラｆｇグが「Ｆａｌｓｅ」の場合には、旋回油圧モータ５の第２ポート５ｂ側の実圧力（第３の圧力センサ６７の検出値）をメータイン側の実圧力として出力する。

次に、本実施の形態のポンプ容積指令演算部の演算の詳細について図１６及び図２０を用いて説明する。図２０は図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置におけるポンプ容積指令演算部の制御ブロック図である。

ポンプ容積指令演算部９５Ａは、図１６に示すように、回転数ダイアル７からの指示信号（原動機３２の要求回転数）、吐出圧センサ６１からの検出信号（油圧ポンプ３１の実吐出圧）、目標圧力演算部９３Ａの演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧Ｐｉｔ、目標流量演算部１０１の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標流量Ｑｉｔを基に、油圧ポンプ３１の容積指令値Ｃｑを演算するものである。

具体的には、図２０に示すように、第１の実施形態と同様な機能部としての最大値選択部９５１、加算部９５２、偏差演算部９５３、フィードバック演算部９５４Ａ、目標ポンプ容積演算部９５５Ａ、指令変換部９５６に加えて、目標流量合算部９５８及びポンプ目標流量演算部９５９を有している。最大値選択部９５１、加算部９５２、偏差演算部９５３、指令変換部９５６の各機能部については、第１の実施形態の場合と同様な演算処理を行うので、その説明を省略する。

目標流量合算部９５８は、目標流量演算部１０１の演算結果である各油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標流量Ｑｉｔを全て合算することで、油圧ポンプ３１の要求流量を演算するものである。フィードバック演算部９５４Ａは、偏差演算部９５３から出力される油圧ポンプ３１の圧力偏差（油圧ポンプ３１の目標吐出圧と実吐出圧の偏差）を基にフィードバック制御による油圧ポンプ３１の目標流量のフィードバック補正値を演算する。ポンプ目標流量演算部９５９は、目標流量合算部９５８の演算結果である油圧ポンプ３１の要求流量にフィードバック演算部９５４Ａの演算結果であるフィードバック補正値を加算することで、油圧ポンプ３１の吐出流量の目標値であるポンプ目標流量を演算する。目標ポンプ容積演算部９５５Ａは、ポンプ目標流量演算部９５９の演算結果であるポンプ目標流量を原動機３２の要求回転数（例えば、回転数ダイアル７からの指示信号を基に換算）によって除算することで、油圧ポンプ３１の目標ポンプ容積を演算する。

次に、本実施の形態のメータイン制御弁指令演算部の演算の詳細について図１６及び図２１を用いて説明する。図２１は図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置におけるメータイン制御弁指令演算部の制御ブロック図である。

メータイン制御弁指令演算部９６Ａは、図１６に示すように、操作装置６からの操作信号、目標圧力演算部９３Ａの演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標圧Ｐｉｔ、実圧力演算部９４Ａの演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の実圧Ｐｉａ（第１～第３の圧力センサ６２～６７の検出値）、吐出圧センサ６１の検出値（油圧ポンプ３１の実吐出圧Ｐｄａ）、目標流量演算部１０１の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標流量Ｑｉｔを基に、メータイン制御弁３４、３６、３８の駆動を指令するメータイン指令値Ｃｉを演算するものである。

具体的には、メータイン制御弁指令演算部９６Ａは、図２１に示すように、第１の実施形態と同様な機能部としてのメータイン開口変換部９６１、偏差演算部９６２、フィードバック演算部９６３、メータイン目標開口演算部９６４、指令変換部９６５に加えて、第２のメータイン目標開口演算部９６７と、最大値選択部９６８とを有している。メータイン開口変換部９６１、偏差演算部９６２、フィードバック演算部９６３、メータイン目標開口演算部９６４、指令変換部９６５の各機能部については、第１の実施形態の場合と同様な演算処理を行うので、その説明を省略する。概略すると、これらの機能部９６１～９６４は、メータイン制御弁３４、３６、３８のメータイン目標圧Ｐｉｔとメータイン側の実圧力との圧力偏差を基に目標開口を演算するものである。
第２のメータイン目標開口演算部９６７は、メータイン制御弁３４、３６、３８の前後差圧とメータイン制御弁３４、３６、３８の開口とメータイン制御弁３４、３６、３８の通過流量（メータイン流量）との間の流体力学的な関係式（流体絞りの関係式）を用いることで、メータイン制御弁３４、３６、３８の目標開口Ａｍｉを演算するものである。具体的には、第２のメータイン目標開口演算部９６７は、以下の式を用いることで目標開口Ａｍｉを演算する。演算結果の目標開口Ａｍｉは、最大値選択部９６８へ出力される。

ここで、Ｑｉｔは目標流量演算部１０１の演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン目標流量、Ｐｄａは油圧ポンプ３１の実吐出圧、Ｐｉａは油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータイン側の実圧力、ρは作動油の密度を示している。

目標開口Ａｍｉは、Ｐｄａに吐出圧センサ６１の検出値を、Ｐｉａに実圧力演算部９４Ａの演算結果である第１～第３の圧力センサ６２～６７のいずれかの検出値を入力することで算出される。作動油の密度ρは、予め記憶装置８１に記憶されている。
最大値選択部９６８は、メータイン目標開口演算部９６４の演算結果の目標開口と第２のメータイン目標開口演算部９６７の演算結果の目標開口とのうち、大きい目標開口を選択して指令変換部９６５へ出力する。メータイン目標開口演算部９６４の演算結果の目標開口は、メータイン制御弁３４、３６、３８のメータイン目標圧Ｐｉｔとメータイン側の実圧力Ｐｉａとの偏差に基づき決定される。一方、第２のメータイン目標開口演算部９６７の演算結果の目標開口は、流体絞りの関係式によってメータイン制御弁３４、３６、３８のメータイン目標流量Ｑｉｔに基づき決定される。このため、本実施の形態においては、メータイン制御弁３４、３６、３８の制御をメータイン目標流量Ｑｉｔに基づき実行することができる。だだし、第２のメータイン目標開口演算部９６７の演算結果に基づく制御によってメータイン制御弁３４、３６、３８のメータイン側の圧力が低下する状況が生じた場合には、最大値選択部９６８によってメータイン目標圧Ｐｉｔ（メータイン目標開口演算部９６４の演算結果）に基づく制御に切り替わる。このため、キャビテーションの発生を防ぐことができる。

次に、本実施の形態の方向制御弁指令演算部の演算の詳細について図１６及び図２２を用いて説明する。図２２は図１６に示す第２の実施形態に係る制御装置における方向制御弁指令演算部の制御ブロック図である。

方向制御弁指令演算部９７Ａは、図１６に示すように、操作装置６からの操作信号、目標圧力演算部９３Ａの演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト目標圧Ｐｏｔ及びメータインフラグｆｇ、目標流量演算部１０１の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト目標流量Ｑｏｔを基に、方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト指令値Ｃｄを演算するものである。

具体的には、方向制御弁指令演算部９７Ａは、図２２に示すように、第１の実施形態の場合と同様な機能部としてのメータアウト開口変換部９７１及び指令変換部９７５を有している。ただし、メータアウト開口変換部９７１には操作装置６からの操作信号の絶対値が入力され、メータアウト開口変換部９７１は操作信号の絶対値に応じて方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト開口の要求値を演算する。さらに、第１の実施形態の場合の機能部である偏差演算部９７２、フィードバック演算部９７３、メータアウト目標開口演算部９７４の機能部に代えて、流体力学的な関係式を用いて演算するメータアウト目標開口演算部９７６、最小値選択部９７７、第１切換部９７８及び第２切換部９７９を有している。

メータアウト目標開口演算部９７６は、方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト通路側の前後差圧と方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト開口と方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト通路側の通過流量（メータアウト流量）との間の流体力学的な関係式（流体絞りの関係式）である以下の式を用いることで、方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト目標開口Ａｍｏを演算する。演算結果の目標開口Ａｍｏは最小値選択部９７７へ出力される。

ここで、Ｑｏｔは目標流量演算部１０１の演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト目標流量、Ｐｏｔは目標圧力演算部９３Ａの演算結果である油圧アクチュエータ２０、２１、５のメータアウト目標圧、Ｐｓは方向制御弁３５、３７、３９に接続されているタンクライン５２の圧力、ρは作動油の密度を示している。Ｐｓは、例えば、作動油タンク４１の圧力に相当する圧力または０などの設定値であり、記憶装置８１に予め記憶されている。

最小値選択部９７７は、メータアウト開口変換部９７１の演算結果である操作装置６の操作信号に応じた方向制御弁３５、３７、３９のメータアウト開口要求値とメータアウト目標開口演算部９７６の演算結果である方向制御弁３５、３７、３９の目標開口を比較し、それらの最小値をメータアウト目標開口として選択する。選択されたメータアウト目標開口の最小値を第１切換部９７８及び第２切換部９７９へ出力する。

第１切換部９７８及び第２切換部９７９は、目標圧力演算部９３Ａの処理結果のメータインフラグｆｇ（「Ｔｒｕｅ」又は「Ｆａｌｓｅ」）に応じて方向制御弁３５、３７、３９の駆動方向を切り換えるものである。第１切換部９７８は、メータインフラグｆｇが「Ｔｒｕｅ」の場合、すなわち油圧シリンダ２０、２１のボトム室２０ｂ、２１ｂ又は油圧モータ５の第１ポート５ａがメータイン側である場合には、最小値選択部９７７から入力されたメータアウト目標開口を指令変換部９７５へ出力する。これにより、油圧アクチュエータ２０、２１、５が伸長方向又は右回転方向に駆動するように方向制御弁３５、３７、３９の駆動方向が切り換えられる。一方、メータインフラグｆｇが「Ｆａｌｓｅ」の場合には「０」を出力する。第２切換部９７９は、メータインフラグが「Ｆａｌｓｅ」の場合、すなわちロッド室２０ｒ、２１ｒ又は第２ポート５ｂがメータイン側である場合には、最小値選択部９７７から入力されたメータアウト目標開口を指令変換部９７５へ出力する。これにより、油圧アクチュエータ２０、２１、５が短縮方向又は左回転方向に駆動するように方向制御弁３５、３７、３９の駆動方向が切り換えられる。一方、メータインフラグｆｇが「Ｔｒｕｅ」の場合には「０」を出力する。

上述した第２の実施形態においては、第１の実施形態の場合と同様に、被駆動体１７、１８、１９、２を慣性の作用方向へ動作させる場合には、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の駆動速度を操作装置６の操作に応じて方向制御弁３５、３７、３９（メータアウト制御弁）により制御しつつ、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側の圧力が所定値以上になるように油圧ポンプ３１（ポンプ）またはメータイン制御弁３４、３６、３８の少なくとも一方を制御するので、前記所定値をキャビテーションの発生を回避可能な値に設定することで、操作装置６の操作に応じた油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の速度制御を実現しつつ、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のキャビテーションの発生を防止することができる。

また、本実施の形態においては、制御装置８０Ａが、演算結果の目標速度Vｔ、ωｔを基に油圧アクチュエータ２０、２１、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側の流量の目標値であるメータイン目標流量Ｑｉｔ及びメータアウト側の流量の目標値であるメータアウト目標流量Ｑｏｔを更に演算する。制御装置８０Ａは、演算結果の目標速度Ｖｔ、ωｔの正負が演算結果の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔの正負と異なる場合、油圧アクチュエータ２０、２１、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側の圧力の目標値であるメータイン目標圧Ｐｉｔを所定値以上に設定し、演算結果の目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔと設定したメータイン目標圧Ｐｉｔとに基づき油圧アクチュエータ２０、２１、５（流体圧アクチュエータ）のメータアウト側の圧力の目標値であるメータアウト目標圧Ｐｏｔを演算し、演算結果のメータアウト目標流量Ｑｉｔと演算結果のメータアウト目標圧Ｐｏｔとを用いて方向制御弁３５、３７、３９（メータアウト制御弁）を制御し、演算結果のメータイン目標流量Ｑｉｔと設定したメータイン目標圧Ｐｉｔとを用いて油圧ポンプ３１（ポンプ）またはメータイン制御弁３４、３６、３８の少なくとも一方を制御するように構成されている。

この構成によれば、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側及びメータアウト側の流量目標値Ｑｉｔ、Ｑｏｔを用いた流量制御によって、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の速度制御を行うことができる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）は、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のメータイン側の圧力及びメータアウト側の圧力を検出するアクチュエータ圧センサ６２～６７（第２圧力センサ）を備える。制御装置８０Ａは、目標推力Ｆｔ又は目標トルクＴｔの演算が、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の駆動状態としてアクチュエータ圧センサ６２～６７（第２圧力センサ）の検出値を用いることで油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）に作用する外力又は外部トルクを演算し、演算結果の外力又は外部トルクを打ち消すことが可能な油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の推力又はトルクを算出するように構成されている。

この構成によれば、フロント作業装置３や上部旋回体２の被駆動体の姿勢情報を検出する姿勢センサを備えずに、操作装置６の操作に応じた油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）の速度制御を実現しつつ、油圧アクチュエータ２０、２１、２２、５（流体圧アクチュエータ）のキャビテーションの発生を防止することができる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわ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。例えば、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、置換をすることも可能である。

例えば、上述した実施形態においては、本発明を油圧ショベルに適用した例を示した。しかし、被駆動体を動作させる油圧シリンダや油圧モータを備える各種の作業機械に本発明を適用することができる。また、上部旋回体２やフロント作業装置３などの被駆動体を油圧（作動油）によって動作させる油圧システム３０を備える構成の例を示した。しかし、作動油以外の作動流体の流体圧によって被駆動体を動作させる流体圧システムを備える構成も可能である。

また、上述した実施形態においては、方向制御弁３５、３７、３９がメータアウト流量を制御するメータアウト制御弁の機能を有するように構成した例を示した。しかし、方向制御弁３５、３７、３９とは異なる制御弁によってメータアウト流量を制御する機能を持たせる構成も可能である。

また、上述した実施形態においては、メータイン制御弁３４、３６、３８のみがメータイン流量を制御する機能を有するように構成した例を示した。しかし、メータイン制御弁の開口と方向制御弁のメータイン開口との合成開口を演算し、演算結果の合成開口を基にメータイン制御弁の開口を制御する構成も可能である。

また、上述した実施形態においては、制御装置８０、８０Ａのポンプ容積指令演算部９５、９５Ａが回転数ダイアル７からの指示信号から演算する構成の例を示した。しかし、制御装置８０、８０Ａが回転数ダイアル７からの指示信号を基に原動機３２の要求回転数を演算する演算部を備え、ポンプ容積指令演算部９５、９５Ａが当該演算部から出力された原動機３２の要求回転数を基に演算する構成も可能である。

また、上述した第１の実施形態においては、目標推力・トルク演算部９２が各姿勢センサ２４～２８からの検出信号（フロント作業装置３の各構成部材１７、１８、１９の実角度や角速度）を用いて油圧シリンダ２０、２１、２２の目標推力Ｆｔを演算する構成の例を示した。しかし、姿勢センサ２６～２８に代えて油圧シリンダ２０、２１、２２のストロークを検出するストロークセンサの検出値を用いて演算結果の油圧アクチュエータ２０、２１、２２の目標推力Ｆｔを演算する構成も可能である。姿勢センサ２６～２８によって検出可能なフロント作業装置３の各構成部材１７～１９の実角度や角速度は、油圧シリンダ２０～２２のストローク長やストローク変化量に変換可能な情報、すなわち、油圧シリンダ２０～２２の駆動状態に関係する情報である。

２…上部旋回体（被駆動体）、 ５…旋回油圧モータ（流体圧アクチュエータ）、 ６…ジョイスティック（操作装置）、 １７…ブーム（被駆動体）、 １８…アーム（被駆動体）、 １９…バケット（被駆動体）、 ２０…ブームシリンダ（流体圧アクチュエータ）、 ２１…アームシリンダ（流体圧アクチュエータ）、 ２２…バケットシリンダ（流体圧アクチュエータ）、 ２４…第１の姿勢センサ（姿勢検出装置）、 ２５…第２の姿勢センサ（姿勢検出装置）、 ２６～２８…第３～第５の姿勢センサ（姿勢検出装置）、 ３１…油圧ポンプ（ポンプ）、 ３４…第１のメータイン制御弁、 ３６…第２のメータイン制御弁、 ３８…第３のメータイン制御弁、 ３５…第１の方向制御弁（メータアウト制御弁）、 ３７…第２の方向制御弁（メータアウト制御弁）、 ３９…第３の方向制御弁（メータアウト制御弁）、 ６１…吐出圧センサ（第１圧力センサ）、 ６２、６３…第１のアクチュエータ圧センサ（第２圧力センサ）、 ６４、６５…第２のアクチュエータ圧センサ（第２圧力センサ）、 ６６、６７…第３のアクチュエータ圧センサ（第２圧力センサ）、 ８０、８０Ａ…制御装置

Claims (4)

1. 作動流体の給排により駆動することで被駆動体を動作させる流体圧アクチュエータと、
   前記流体圧アクチュエータに対して作動流体を供給するポンプと、
   前記ポンプから前記流体圧アクチュエータに供給される作動流体の流量を制御可能なメータイン制御弁と、
   前記流体圧アクチュエータから排出される作動流体の流量を制御可能なメータアウト制御弁と、
   前記流体圧アクチュエータの駆動を指示する操作信号を出力する操作装置と、
   前記ポンプの吐出圧を検出する第１圧力センサと、
   前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力を検出する第２圧力センサと、
   前記ポンプと前記メータイン制御弁と前記メータアウト制御弁を制御する制御装置とを備えた作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記操作装置からの操作信号に応じて前記流体圧アクチュエータの目標速度を演算し、
   前記流体圧アクチュエータの駆動状態を基に前記流体圧アクチュエータの目標推力又は目標トルクを演算し、
   演算結果の前記目標速度の正負が演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクの正負と異なる場合には、前記流体圧アクチュエータの速度を前記操作装置からの操作信号を基に前記メータアウト制御弁によって制御すると共に、前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力が所定値以上になるように前記ポンプおよび前記メータイン制御弁の少なくとも一方を制御するように構成され、
   前記制御装置は、演算結果の前記目標速度の正負が演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクの正負と異なる場合、
   前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力の目標値であるメータイン目標圧を前記所定値以上に設定し、
   演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクと設定した前記メータイン目標圧とに基づき前記流体圧アクチュエータのメータアウト側の圧力の目標値であるメータアウト目標圧を演算し、
   演算結果の前記メータアウト目標圧を用いて前記メータアウト制御弁を制御し、
   設定した前記メータイン目標圧と前記第１圧力センサの検出値とに基づき前記ポンプを制御すると共に、
   設定した前記メータイン目標圧と前記第２圧力センサの検出値とに基づき前記メータイン制御弁を制御する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記被駆動体の姿勢情報を検出する姿勢検出装置を備え、
   前記制御装置は、前記流体圧アクチュエータの駆動状態としての前記姿勢検出装置の検出情報と前記被駆動体の慣性とを用いて、前記目標推力又は前記目標トルクを演算する
   ことを特徴とする作業機械。
3. 作動流体の給排により駆動することで被駆動体を動作させる流体圧アクチュエータと、
   前記流体圧アクチュエータに対して作動流体を供給するポンプと、
   前記ポンプから前記流体圧アクチュエータに供給される作動流体の流量を制御可能なメータイン制御弁と、
   前記流体圧アクチュエータから排出される作動流体の流量を制御可能なメータアウト制御弁と、
   前記流体圧アクチュエータの駆動を指示する操作信号を出力する操作装置と、
   前記ポンプと前記メータイン制御弁と前記メータアウト制御弁を制御する制御装置とを備えた作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記操作装置からの操作信号に応じて前記流体圧アクチュエータの目標速度を演算し、
   前記流体圧アクチュエータの駆動状態を基に前記流体圧アクチュエータの目標推力又は目標トルクを演算し、
   演算結果の前記目標速度の正負が演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクの正負と異なる場合には、前記流体圧アクチュエータの速度を前記操作装置からの操作信号を基に前記メータアウト制御弁によって制御すると共に、前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力が所定値以上になるように前記ポンプおよび前記メータイン制御弁の少なくとも一方を制御するように構成され、
   前記制御装置は、演算結果の前記目標速度を基に前記流体圧アクチュエータのメータイン側の流量の目標値であるメータイン目標流量及びメータアウト側の流量の目標値であるメータアウト目標流量を更に演算し、
   前記制御装置は、演算結果の前記目標速度の正負が演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクの正負と異なる場合、
   前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力の目標値であるメータイン目標圧を前記所定値以上に設定し、
   演算結果の前記目標推力又は前記目標トルクと設定した前記メータイン目標圧とに基づき前記流体圧アクチュエータのメータアウト側の圧力の目標値であるメータアウト目標圧を演算し、
   演算結果の前記メータアウト目標流量と演算結果の前記メータアウト目標圧とを用いて前記メータアウト制御弁を制御し、
   演算結果の前記メータイン目標流量と設定した前記メータイン目標圧とを用いて前記ポンプおよび前記メータイン制御弁の少なくとも一方を制御する
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項３に記載の作業機械において、
   前記流体圧アクチュエータのメータイン側の圧力及びメータアウト側の圧力を検出する第２圧力センサを備え、
   前記制御装置の前記目標推力又は前記目標トルクの演算は、前記流体圧アクチュエータの駆動状態として前記第２圧力センサの検出値を用いることで前記流体圧アクチュエータに作用する外力又は外部トルクを演算し、演算結果の外力又は外部トルクを打ち消すことが可能な前記流体圧アクチュエータの推力又はトルクを算出するものである
   ことを特徴とする作業機械。

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