WO2011114974A1 - 建設車両の作業機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

建設車両の作業機の制御装置及び制御方法 Download PDF

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cylinder
bucket
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正次 沼崎
佐藤　勇
智史 光菅
恭兵 澤田
芳明 齋藤
淳 川柳
和田　稔
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株式会社小松製作所
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    • F15B2211/86—Control during or prevention of abnormal conditions
    • F15B2211/8606—Control during or prevention of abnormal conditions the abnormal condition being a shock

Definitions

  • the present invention relates to a control device and a control method for a construction machine working machine.
  • a wheel loader as an example of a construction vehicle excavates, for example, by rushing a bucket into a mountain such as earth and sand while the bucket is horizontal with respect to the ground. Therefore, it is important to make the bucket horizontal. Therefore, a technique has been proposed in which the bucket angle can be kept within a certain range by controlling the cylinder length of the bucket cylinder (Patent Document 1).
  • the ground angle of the bucket when the boom is lowered and the bucket is grounded is maintained at a desired value.
  • the flow rate of the hydraulic oil supplied to the bucket cylinder is gradually reduced, and the cylinder length is stopped at the target value.
  • the amount of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder is controlled by an open loop, so that the accuracy of the stop position is low. If the operation of the bucket cylinder is stopped at the moment when the cylinder length reaches the target value in order to increase the accuracy, a stop shock is generated. Furthermore, when trying to control the position using feedback control, a hunting phenomenon may occur near the target value.
  • An object of the present invention is to provide a control device and a control method for a working machine for a construction vehicle that can alleviate a shock when the hydraulic cylinder is stopped and can increase the stopping accuracy of the hydraulic cylinder. is there.
  • Another object of the present invention is to provide a working machine for a construction vehicle in which feedback control and open loop control can be properly used, and the position of the hydraulic cylinder can be controlled in consideration of a load applied to the hydraulic cylinder.
  • the present invention provides a control device and a control method. Further objects of the present invention will become clear from the description of the embodiments described later.
  • a control device is a control device for controlling a cylinder length of a predetermined hydraulic cylinder used in a work machine of a construction vehicle, and detects a cylinder length of the predetermined hydraulic cylinder.
  • a detection unit and a cylinder length control unit that controls the cylinder length of a predetermined hydraulic cylinder, and the cylinder length is a set value that is set before the target value after a start instruction that instructs the start of control is input.
  • the cylinder length is feedback-controlled by supplying hydraulic oil to a predetermined hydraulic cylinder based on the preset control characteristics and the cylinder length detected by the cylinder length detector.
  • hydraulic oil is supplied to a predetermined hydraulic cylinder while decreasing the control signal at a predetermined rate. Accordingly, open-loop control of the cylinder length, and a cylinder length control unit.
  • the cylinder length is feedback-controlled in the first region relatively far from the target value, and the cylinder length is open-loop controlled in the second region relatively close to the target value.
  • the cylinder length can be accurately stopped at the target value, and the shock at the time of stop can be reduced.
  • control characteristics include a first control characteristic used when the cylinder length at the start of control is equal to or less than the control threshold, and the cylinder length at the start of control exceeds the control threshold.
  • the cylinder length control unit performs feedback control based on the first control characteristic when the cylinder length when the start instruction is input is equal to or less than the control threshold value.
  • feedback control is performed based on the second control characteristic.
  • the predetermined ratio includes a first ratio corresponding to the first control characteristic and a second ratio corresponding to the second control characteristic.
  • the second area uses the first ratio to perform open loop control of the hydraulic oil supplied to the predetermined hydraulic cylinder, and the second control characteristic is used in the first area.
  • the hydraulic oil supplied to the predetermined hydraulic cylinder is subjected to open loop control using the second ratio in the second region.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall outline of the present embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged side view showing the working machine.
  • FIG. 3 is a hydraulic circuit of the bucket cylinder.
  • FIG. 4 shows a table for obtaining the bucket cylinder length.
  • FIG. 5 shows control characteristics for controlling the bucket cylinder length.
  • FIG. 6 is a flowchart of the detent control process.
  • FIG. 7 is a flowchart of bucket attitude control processing.
  • FIG. 8 relates to the second embodiment and is a block showing the configuration of the controller and the like.
  • FIG. 9 is a graph showing how the load on the bucket cylinder changes according to the boom angle.
  • FIG. 10 is a flowchart of the bucket attitude control process.
  • FIG. 11 shows a table for adjusting the correction amount according to the load of the bucket cylinder.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a bucket attitude control process according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 shows an outline of the present embodiment.
  • the wheel loader 10 includes a vehicle body 11, wheels 12 attached to the front, rear, left and right of the vehicle body 11, a machine room 13 provided at the rear part of the vehicle body 11, a work implement 14 provided at the front part of the vehicle body 11, and the center of the vehicle body 11. And a cab 15 provided in the section.
  • the cab 15 is provided with a controller 100 that controls the wheel loader 10 and an operation lever device 16 that operates the work implement 14.
  • the work implement 14 includes a boom 20 that is pivotably provided so as to extend forward from the front portion of the vehicle body 11, a bucket 30 that is pivotally provided on the distal end side of the boom 20, and the boom 20 is pivoted up and down.
  • the center portion 32 ⁇ / b> C of the bell crank 32 is rotatably supported at the center of the boom 20, and one end portion 32 ⁇ / b> A of the bell crank 32 is a cylinder of the bucket cylinder 31.
  • the other end 32B of the bell crank 32 is rotatably attached to the rear part of the bucket 30 via a tilt rod.
  • the expansion / contraction force of the bucket cylinder 31 is converted into rotational motion by the bell crank 32 and transmitted to the bucket 30.
  • One mounting portion 20A of the boom 20 is rotatably attached to the front portion of the vehicle body 11, and the other mounting portion 20B of the boom 20 is rotatably attached to the rear portion of the bucket 30.
  • the tip of the cylinder rod 21A of the boom cylinder 21 is rotatably attached to the central attachment portion 20C of the boom 20.
  • the boom angle sensor 22 is provided, for example, on one mounting portion 20 ⁇ / b> A of the boom 20, detects the boom angle ⁇ a between the center line of the boom 20 and the horizontal line H, and detects the detection signal. Is output.
  • the center line of the boom 20 is a line that connects one attachment portion 20A of the boom 20 and the other attachment portion 20B.
  • the bell crank angle sensor 33 is provided at the center portion 32C of the bell crank 32, and detects the bell crank angle ⁇ b between the line connecting one end 32A of the bell crank 32 and the center 32C and the center line of the boom 20. And outputs a detection signal.
  • the controller 100 can be configured as a computer system including a microprocessor, a memory, an input / output circuit, and the like.
  • the controller 100 includes, for example, a bucket cylinder length detection unit 101, a bucket cylinder length table 102, a bucket attitude control unit 103, and a cylinder length control table 104.
  • the bucket cylinder length detection unit 101 calculates the current bucket cylinder length Lc by referring to the bucket cylinder length table 102 based on, for example, the boom angle ⁇ a and the bell crank angle ⁇ b.
  • the configuration of the bucket cylinder length table 102 will be described later with reference to FIG.
  • the bucket cylinder length detector 101 can also detect the bucket cylinder length by a method other than the method using the boom angle ⁇ a and the bell crank angle ⁇ b. For example, a configuration in which a sensor for directly measuring the bucket cylinder length may be provided.
  • the bucket attitude control unit 103 as a “cylinder length control unit” refers to the cylinder length control table 104 based on the detected cylinder length and outputs a control signal to the direction control valve 202.
  • a setting button 16A and a bucket lever 16B are connected to the bucket attitude control unit 103.
  • the discharge amount of the hydraulic pump 201 (pump oil amount 201A) is also input to the bucket posture control unit 103.
  • the bucket attitude control unit 103 is configured to output a control signal to the detent mechanism 16C.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the hydraulic control circuit 200.
  • the circuit relating to the bucket cylinder 31 is mainly shown.
  • a circuit for operating the boom cylinder 21 is also included in the hydraulic control circuit 200.
  • the hydraulic control circuit 200 includes, for example, a swash plate type hydraulic pump 201, a direction control valve 202, and a relief valve 203.
  • the discharge pressure of the hydraulic pump 201 is detected by the pressure sensor 204 and transmitted to the controller 100.
  • the direction control valve 202 is configured as a 2-port 3-position switching valve, for example.
  • the directional control valve 202 is controlled in its switching position and opening area in accordance with a control signal (current value) given to solenoids positioned on the left and right of the directional control valve 202 in FIG.
  • a control signal current value
  • the direction control valve 202 is switched to the position (a)
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 201 is supplied to the oil chamber on the top side of the bucket cylinder 31 located on the right side in FIG.
  • the cylinder rod 31 ⁇ / b> A contracts and a force in the dumping direction acts on the bucket 30.
  • the operating lever device 16 is provided in the cab 15 and is operated by an operator.
  • the operation signal is transmitted to the controller 100.
  • the controller 100 adjusts the amount of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 31 by controlling the switching position and opening area of the direction control valve 202 in accordance with an operation signal from the operation lever device 16.
  • the detent mechanism 16C in the operation lever device 16 is activated to fix the operation position of the operation lever 16B.
  • the operation lever device 16 is provided with a setting button 16A for setting a target value of the cylinder length of the bucket cylinder 31.
  • the setting button 16A By operating the setting button 16A, the operator can set the angle of the bucket 30 with respect to the horizontal plane at the time of ground contact to an arbitrary value between ⁇ 5 degrees and +5 degrees, for example. Then, the operator can store the stop position of the bucket 30 by pressing the setting button 16A.
  • the bucket cylinder length table 102 is a table used for obtaining the cylinder length Lc of the bucket cylinder 31.
  • cylinder lengths for respective combinations of a plurality of reference boom angles and a plurality of reference bell crank angles are registered in advance.
  • the reference boom angle is a boom angle that is set in advance within a predetermined angle range represented by the output value of the boom angle sensor 22 determined by design. For example, from the boom angle (lower limit angle, for example, ⁇ 50 degrees) when the boom 20 is in the bottom position (the boom cylinder 21 is mechanically most contracted), the boom 20 is in the top position (the boom cylinder 21 is mechanically
  • the reference boom angle is set in increments of 5 degrees within a range up to a boom angle (upper limit angle, for example, 50 degrees).
  • the reference bell crank angle is set in advance within a range from another lower limit angle (for example, 0 degree) represented by the output value of the bell crank angle sensor 33 determined by design to another upper limit angle (for example, 65 degree). It is a bell crank angle.
  • the reference bell crank angle is set, for example, in increments of 5 degrees in the range from the lower limit value to the intermediate value (for example, 25 degrees), and is set, for example, in increments of 3 degrees in the region from the intermediate value to the upper limit value. In the vicinity of the upper limit value, the reference bell crank angle is set in increments of 4 degrees or 5 degrees. That is, the reference bell crank angle is set more finely in the region where the bucket 30 is located near the horizontal.
  • the bucket cylinder length Lc is set in advance corresponding to the combination of each reference boom angle and each reference bell crank angle. Therefore, if the boom angle ⁇ a and the bell crank angle ⁇ b are known, the bucket cylinder length Lc can be calculated from the bucket cylinder length table 102 by performing an interpolation calculation.
  • the bucket 30 is horizontal when the boom angle ⁇ a is ⁇ 40 degrees and the bell crank angle ⁇ b is 46 degrees in an ideal state with no manufacturing errors and sensor errors.
  • the reference cylinder length in this embodiment is 2056 mm.
  • the ideal state means a case where the boom angle sensor 22 and the bell crank angle sensor 33 output signals according to the design specifications, and there is no manufacturing error or assembly error in the work machine 14 or the like. To do. In the following, it is expressed in the form of (boom angle ⁇ a, bell crank angle ⁇ b, bucket cylinder length Lc).
  • the bucket 30 becomes horizontal when the bucket 30 is grounded.
  • the cylinder length Lc can be obtained.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing control characteristics for setting the bucket cylinder length Lc to the target value Ls1.
  • the horizontal axis indicates the cylinder length of the bucket cylinder 31, and the vertical axis indicates the ratio of the control signal output to the direction control valve 202 for operating the bucket cylinder 31 to the tilt side.
  • FIG. 5A shows the first control characteristic 104A
  • FIG. 5B shows the second control characteristic 104B.
  • the first control characteristic 104A is shown as a first table
  • the second control characteristic 104B is shown as a second table.
  • the current value input to the proportional solenoid of the directional control valve 202 is expressed as a control signal.
  • the set value L1 is set before ⁇ L1 of the target value Ls1.
  • the set value L1 is a target value in feedback control. Therefore, for example, Ls1 can be called “final target value”, and L1 can be called “feedback control target value” or “intermediate target value”.
  • a control threshold L2 is provided before ⁇ L2 of the set value L1.
  • the control threshold L2 is used to determine which of the first control characteristic 104A illustrated in FIG. 5A and the second control characteristic 104B illustrated in FIG.
  • Detent release point P1 is set at a position ahead of control threshold L2 by ⁇ L3.
  • the detent release point P1 is a position where the fixation by the electromagnet of the detent mechanism 16C included in the bucket lever 16B is released.
  • the specific value Ls1 can be set to 2056 mm, the set value L1 to 2050 mm, the control threshold L2 to 1970 mm, ⁇ L1 to 6 mm, and ⁇ L2 to 80 mm.
  • P1 is set slightly longer than L2 by about several mm.
  • bucket attitude control is started.
  • Operating the bucket lever 16B by a predetermined amount Th1 or more corresponds to “input of start instruction”.
  • the cylinder length of the bucket cylinder 31 is controlled in accordance with the operation of the bucket lever 16B by the operator.
  • operating the bucket lever 16B by a predetermined amount Th1 or more also serves as an instruction to start detent.
  • a plurality of control methods are switched according to the bucket cylinder length.
  • One control method is feedback control
  • the other control method is open loop control. Feedback control is performed in the first region until the cylinder length reaches the set value L1 from the control threshold L2. In the second region until the cylinder length reaches the target value Ls1 from the set value L1, open loop control is performed.
  • the magnitude of the control signal output to the direction control valve 202 is controlled according to the detected bucket cylinder length. That is, the control signal to the direction control valve 202 is controlled so that the valve opening area of the direction control valve 202 decreases according to the characteristic indicated by the solid line. Specifically, the characteristic indicated by the solid line in the first region of FIG. 5 is stored in the cylinder length control table 104, and a control signal according to the characteristic is output to the directional control valve 202. The magnitude of the control signal when the bucket cylinder length reaches the set value L1 is V1.
  • the bucket cylinder length is changed from the set value L1 to the target value Ls1 by decreasing the control signal when the set value L1 is reached from V1 to 0% at a constant rate.
  • the reduction rate is set in advance so that the control signal becomes 0%.
  • the timing for decreasing the control signal at a constant rate is determined based on a signal from a clock (not shown) in the controller 100. As a result, when a predetermined time elapses, the control signal becomes 0%.
  • the first control characteristic 104A will be described.
  • the first control characteristic 104A When the bucket cylinder length Lc at the start of control is less than the control threshold L2 (Lc ⁇ L2), the first control characteristic 104A is selected. Since the bucket cylinder length at the start of the control is short and the distance to the set value L1 that is the target value of the feedback control is long, the control signal is lowered relatively slowly from 100% of the maximum value to V1.
  • the second control characteristic 104B will be described.
  • the second control characteristic 104B is selected.
  • the second control characteristic 104B has a larger control signal in the first half (the range less than L4 in FIG. 5B) and the second half (the range from L4 to Ls1).
  • the control signal is set to be small.
  • the control signal is decreased to V2 ( ⁇ V1) after maintaining V3, which is a value smaller than 100%, for a predetermined period.
  • the gradient for decreasing the control signal from V3 to V2 is larger than the gradient for decreasing the control signal from 100% to V1 in the first control characteristic 104A.
  • the second control characteristic 104B is set so that the moving speed (extension speed) of the bucket cylinder length is faster than the moving speed of the first control characteristic 104A in the first half of the feedback control.
  • the bucket cylinder length can be changed with a sense of speed, and the feeling of operation can be improved.
  • the control signal is lowered from the first control characteristic 104A, so that the moving speed of the bucket cylinder length is reduced to reach the set value L1.
  • FIG. 6 is a flowchart of the detent control process.
  • the bucket lever 16B is fixed by an electromagnet provided in the detent mechanism 16C by a signal from the controller 100.
  • the temporary fixing of the bucket lever 16B is called detent.
  • the controller 100 determines whether or not the current bucket cylinder length Lc is in front of the detent release position P1 (Lc ⁇ P1) (S10). As described above, the detent release position P1 is set slightly larger than the control threshold L2.
  • the controller 100 determines whether or not the operation amount of the bucket lever 16B is equal to or greater than the threshold value Th1 (S11).
  • the controller 100 When the operation amount of the bucket lever 16B is equal to or greater than the threshold Th1 (S11: YES), the controller 100 energizes the electromagnet of the detent mechanism 16C and fixes the bucket lever 16B (S12). On the other hand, when the bucket cylinder length Lc is larger than the detent release position P1 (S10: NO), or when the operation amount of the bucket lever 16B is less than the threshold Th1 (S11: NO), Detent is not performed (S13). When it is determined NO in either S10 or S11, the detent that has already been performed is also released (S13).
  • the bucket lever 16B is fixed only when the bucket cylinder length is shorter than P1 and the bucket lever 16B is operated Th1 or more. Therefore, when the first control characteristic 104A shown in FIG. 5A is selected, the detent control is turned on. This is because the bucket cylinder length at the start of control is smaller than P1. On the other hand, when the second control characteristic 104B shown in FIG. 5B is selected, the detent control is turned off. This is because the bucket cylinder length at the start of control is larger than P1.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a process for controlling the bucket attitude.
  • the controller 100 determines whether or not the operation amount LO of the bucket lever 16B is equal to or greater than the threshold value Th1 (S20).
  • the threshold value Th1 is set to about 90%, for example. However, it is not limited to the value.
  • the controller 100 ends the automatic control of the bucket leveling and shifts to a manual operation according to the operation amount of the bucket lever 16B.
  • the controller 100 determines whether or not the current bucket cylinder length Lc is less than the target value Ls1 (S21). When the current bucket cylinder length Lc is equal to or greater than the target value Ls1 (S21: NO), the automatic control of the bucket leveling is not performed and the process proceeds to manual operation as described above. When the operation amount LO of the bucket lever 16B is less than the target value Ls1 (S21: YES), the controller 100 determines whether the current bucket cylinder length Lc is less than the control threshold L2 (S22).
  • the controller 100 sets the control output to 100% (S23). If it is determined YES in S22, the position of the bucket lever 16B is fixed by the electromagnet by the detent process shown in FIG. Therefore, the control signal is 100%. As a result, hydraulic oil is supplied to the bottom side of the bucket cylinder 31, the cylinder rod 31A extends, and the bucket cylinder length Lc increases.
  • the controller 100 determines whether or not the bucket cylinder length Lc has reached L2 (S24).
  • the controller 100 starts feedback control according to the first control characteristic 104A (first table) (S25).
  • the bucket cylinder length Lc gradually increases and approaches the set value L1 while decreasing the extension speed.
  • Controller 100 determines whether or not the detent is turned off (S26). For example, in the processing shown in FIG. 6, if a flag for managing the on / off state of the detent is set, it is possible to determine whether or not the detent is in the off state by referring to the flag.
  • the controller 100 determines whether or not the operation amount LO of the bucket lever 16B is equal to or less than the threshold Th2 (S27).
  • the threshold value Th2 is a neutral determination threshold value for determining whether or not the bucket lever 16B is in the neutral position.
  • the threshold value Th2 is set to about 5% control output, for example.
  • the controller 100 determines whether or not the bucket cylinder length Lc has reached the set value L1 (S28). When the bucket cylinder length Lc reaches the set value L1 (S28: YES), the controller 100 ends the feedback control and shifts to the open loop control (S29). The controller 100 extends the bucket cylinder length Lc toward the target value Ls1 by lowering the control signal at a preset first ratio (S29). When the control signal becomes 0%, S29 ends, and this process also ends. The feedback control in S25 is continued until the bucket cylinder length Lc reaches the set value L1 (S28: NO, S25).
  • the controller 100 waits until the elapsed time after the detent is turned off reaches a predetermined time PT (S30).
  • the predetermined time PT is set to a value of about 100 ms, for example. However, it is not limited to the value. If the lever operation amount LO still exceeds the neutrality determination threshold value L2 even after the predetermined time PT has elapsed after the detent is turned off (S30: YES), this process ends and the process proceeds to manual operation.
  • the controller 100 determines that the bucket lever 16B is operated by the operator's intention.
  • the direction control valve 202 is controlled according to the operation of the bucket lever 16B.
  • the controller 100 performs feedback control until the bucket cylinder length Lc reaches the set value L1 according to the second control characteristic 104B (second table) (S31).
  • the controller 100 determines whether or not the operation amount LO of the bucket lever 16B is equal to or less than the threshold value Th2 (S32).
  • the operation amount LO of the bucket lever 16B is equal to or less than the threshold value Th2 (S32: YES)
  • Feedback control is performed until the bucket cylinder length Lc reaches the set value L1 (S33: NO, S31).
  • the controller 100 reduces the control signal by a second ratio associated with the second control characteristic 104B, thereby setting the bucket cylinder length Lc to the target. It is expanded toward the value Ls1 (S34).
  • the control signal becomes 0%, S34 ends, and this processing is also ended.
  • the controller 100 determines whether or not the predetermined time PT has passed (S35). The controller 100 performs feedback control until the predetermined time PT has elapsed (S35: NO, S31). If the operation amount LO of the bucket lever 16B still exceeds the threshold value Th2 even after the predetermined time PT has elapsed (S35: YES), the feedback control in S31 is terminated and the process proceeds to manual operation.
  • the predetermined time PT of S30 is an elapsed time after the bucket cylinder length Lc passes the control threshold L2, In addition, it may be set as a time sufficient for releasing the detent (for example, about 150 ms). In this case, the determination step of S26 can be omitted. As described above, there may be a plurality of timings at which the measurement of the predetermined time PT is started, and a plurality of values of the predetermined time PT may be set. Any one timing and value is used depending on the situation.
  • feedback control is performed until the cylinder length of the bucket cylinder 31 reaches the set value L1, and open loop control is performed after the cylinder length reaches the set value L1.
  • the cylinder length is set to the target value Ls1. Therefore, in this embodiment, the cylinder length of the bucket cylinder 31 can be set to the set value without causing hunting and at high speed.
  • the stop precision of the bucket cylinder 31 can be made high and the ground angle of the bucket 30 can be controlled with high precision.
  • feedback control is performed until the bucket cylinder length sufficiently approaches the target value Ls1, and when the bucket cylinder length approaches the target value Ls1 (Lc ⁇ L1), the feedback control is stopped, Change the bucket cylinder length at a rate. Therefore, the occurrence of hunting due to feedback control can be suppressed, and the stop accuracy can be increased.
  • the bucket cylinder length is extended at a constant rate, so that the shock at the time of stop can be alleviated and the operability can be improved.
  • either one of the first control characteristic 104A and the second control characteristic 104B is selected according to the bucket cylinder length at the start of control, and feedback control is performed based on the selected control characteristic. . Therefore, operability can be improved. In particular, even when the control is started in a state where the bucket cylinder length is relatively close to the target value, the displacement speed of the bucket cylinder length can be made relatively fast, and the operability for the operator can be improved.
  • a second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • Each of the following embodiments including this embodiment corresponds to a modification of the first embodiment. Therefore, the difference from the first embodiment will be mainly described.
  • the control characteristic is selected according to the load applied to the bucket cylinder 31.
  • FIG. 8 is a block diagram of the controller 100A. Similar to the controller 100, the controller 100A of this embodiment includes a bucket cylinder length detection unit 101, a cylinder length detection table 102, a bucket attitude control unit 103, and a cylinder length control table 104.
  • the controller 100A of this embodiment includes a bucket cylinder load detection unit 105 for detecting the load of the bucket cylinder 31.
  • a method for detecting the load on the bucket cylinder 31 will be described later with reference to FIGS.
  • the cylinder length control table 104 of the present embodiment includes a first control characteristic 104A (first table) and a second control characteristic 104B (second table), respectively, according to a plurality of load stages of the bucket cylinder 31. ing.
  • the first control is performed for each of the load stages “high load 104H”, “medium load 104M”, and “low load 104L”.
  • a characteristic 104A and a second control characteristic 104B are prepared.
  • the first control characteristic 104A used in the case of the high load 104H is given a code 104HA
  • the second control characteristic 104B is given a code 104HB.
  • the code 104MA is given to the first control characteristic 104A used in the case of the medium load 104M
  • the code 104MB is given to the second control characteristic 104B.
  • reference numeral 104LA is given to the first control characteristic 104A used in the case of the low load 104L
  • reference numeral 104LB is given to the second control characteristic 104B.
  • the first control characteristic 104MA and the second control characteristic 104MB of the medium load are the characteristics shown in FIG. 5
  • the first control characteristic 104HA and the second control characteristic 104HB of the high load are more than the case of the medium load.
  • the first control characteristic 104LA and the second control characteristic 104LB of low load are set so that the control signal is smaller than that in the case of medium load.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the attitude of the work implement and the load on the bucket cylinder 31.
  • the vertical axis represents the load on the bucket cylinder 31, and the horizontal axis represents the bucket cylinder length.
  • FIG. 9 shows the relationship between the bucket cylinder length and the bucket cylinder load for each of the three states, ie, the state where the boom 20 is horizontal, the state where the boom 20 is raised 30 degrees, and the state where the boom 20 is raised to the top position. It is shown.
  • the bucket cylinder load detection unit 105 can detect or calculate the load of the bucket cylinder 31 based on the boom angle at the start of control.
  • the bucket cylinder load is proportional to the cylinder pressure of the bucket cylinder 31 and the discharge pressure of the pump 201, respectively. Therefore, the bucket cylinder load detection unit 105 can detect the load of the bucket cylinder 31 based on one or both of the cylinder pressure of the bucket cylinder 31 and the discharge pressure of the hydraulic pump 201.
  • the bucket cylinder load detection unit 105 can also detect the bucket cylinder load based on the posture of the work implement 14, the cylinder pressure of the bucket cylinder 31, and the discharge pressure of the hydraulic pump 201.
  • FIG. 10 is a flowchart of bucket attitude control processing according to this embodiment.
  • the controller 100A detects the load of the bucket cylinder 31 (S40), and selects a table set (a set of first control characteristics and second control characteristics) according to the detected load (S41).
  • This embodiment configured as described above also has the same effect as the first embodiment. Furthermore, in this embodiment, since the set of control characteristics used for feedback control is switched according to the load on the bucket cylinder 31, the stopping accuracy can be improved as compared with the first embodiment.
  • a third embodiment will be described with reference to FIG.
  • the control amount of the feedback control is adjusted according to the load of the bucket cylinder 31, but also the “predetermined ratio” used in the open loop control is corrected according to the load of the bucket cylinder 31.
  • the first ratio is corrected between S28 and S29 in FIG. 10 based on the bucket cylinder load detected in S40.
  • the second ratio is corrected between S33 and S34 in FIG. 10 based on the bucket cylinder load detected in S40.
  • the controller 100A extends the bucket cylinder length to the target value Ls1 using the corrected first ratio or second ratio (S29, S34).
  • FIG. 11 shows the characteristics of a table for correcting the control amount (first ratio, second ratio) at the time of open loop control according to the bucket cylinder load.
  • the vertical axis represents the difference amount (decrease amount) from the control amount before one processing cycle, and the horizontal axis represents the discharge amount of the hydraulic pump 201.
  • One processing cycle means a cycle for controlling the control signal, and is set to a value of about 10 msec, for example.
  • the amount subtracted from the previous control amount decreases as the load on the bucket cylinder 31 increases, and the amount subtracted from the previous control amount increases as the load on the bucket cylinder 31 decreases.
  • This embodiment configured as described above also has the same effect as the first embodiment and the second embodiment. Furthermore, in this embodiment, the control amount during open loop control is corrected according to the bucket cylinder load, so that the stopping accuracy can be further increased.
  • a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
  • a predetermined arithmetic expression shown in the following expression 1 is used (S50, S51).
  • y is the control amount
  • x is the bucket cylinder length
  • xa is the stop target
  • m is the bucket cylinder load
  • m ' is the time differential value of the bucket cylinder load m.
  • a (m, m ') represents a proportional gain
  • b (m, m') represents a differential gain
  • c (m, m ') represents an integral gain.
  • the bucket cylinder length is feedback-controlled based on the above formula 1 (S50, S51).
  • the proportional gain, the differential gain, and the integral gain are adjusted according to the load (m) of the bucket cylinder 31 and the load fluctuation amount (m ′).
  • m load
  • m ′ load fluctuation amount
  • PD control proportional control and differential control
  • PI control proportional control and integral control
  • Equation 1 X aim in Equation 1 corresponds to xa in Equation 1
  • m dot in Equation 1 corresponds to m ′ in Equation 1.
  • the control amount control signal
  • the position x at the start of control is 100, and the control signal is 100% before the start of control.
  • “35000” is a bucket cylinder load (reference load) when the boom 20 is horizontal. Therefore, as the current bucket cylinder load increases, the value of (35000 / m) decreases, the denominator of the proportional gain decreases, and the control output increases.
  • (M ′ / 10 ⁇ 6 ) is for adjusting the gain according to the variation of the bucket cylinder load. When the boom 20 descends, the bucket cylinder load decreases, and (m ′ / 10 ⁇ 6 ) becomes a negative value. As a result, the denominator of the proportional gain is increased, and the control amount is reduced.
  • This embodiment configured as described above also has the same effect as the first embodiment and the second embodiment. Furthermore, in this embodiment, since the control amount of feedback control is calculated based on the arithmetic expression, it is not necessary to prepare a table set. Therefore, memory in the controller can be saved.
  • Q is the amount of hydraulic oil flowing into the bucket cylinder 31 (or the estimated flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 31)
  • x0 is the cylinder length of the bucket cylinder 31 at the start of open loop control (that is, L1) and y0 in FIG. 5 are control amounts at the start of the open loop control (that is, V1 or V2 in FIG. 5).
  • Formula 3 is a more specific formula shown as Formula 3. For example, when the control amount y0 at the start of the open loop control is 45% and the flow rate of the hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 31 is 5000 cc / sec, the control amount is increased by 2.4% for each processing cycle. Reduce.
  • control amount for feedback control and the control amount for open loop control are calculated based on the arithmetic expression, so that the stop accuracy can be further improved.
  • a first modification of the fourth embodiment will be described.
  • the bucket cylinder length is subjected to open loop control in S29 in FIG. 12 according to another predetermined arithmetic expression shown in Expression 2 above.
  • the bucket cylinder length is subjected to open loop control in accordance with another predetermined arithmetic expression shown in Expression 2.
  • the predetermined decrease rate (first rate) is adjusted according to the load both between S28 and S29 and between S33 and S34 in FIG. That is, the ratio for decreasing the control amount is determined according to the table shown in FIG.

Abstract

バケットシリンダの長さを精度よく、かつ、ショックを少なくして、目標位置に停止させること。 バケットシリンダ長検出部１０１は、ブーム角度とベルクランク角度とに基づいてシリンダ長検出用テーブル１０２を参照し、バケットシリンダ長を検出する。バケット姿勢制御部１０３は、目標位置に到達するよう、バケットシリンダ長を制御する。バケットシリンダ長が目標値の手前に設定される設定値に到達するまではフィードバック制御が行われ、バケットシリンダ長が設定値に到達した後は目標値までオープンループ制御が行われる。

Description

建設車両の作業機の制御装置及び制御方法
　本発明は、建設車両の作業機の制御装置及び制御方法に関する。
　建設車両の一例としてのホイールローダは、例えば、バケットを地面に対して水平にさせた状態で、土砂等の山にバケットを突入させることにより、堀削する。従って、バケットを水平にさせることが重要となる。そこで、バケットシリンダのシリンダ長を制御することにより、バケット角度を一定範囲にできるようにした技術が提案されている（特許文献１）。
特表２００６－０１３８２１号公報
　従来技術では、バケットシリンダのシリンダ長を制御することにより、ブームを降ろしてバケットを接地させるときのバケットの対地角度を所望の値に維持する。従来技術では、シリンダ長が制御原点に達すると、バケットシリンダに供給する作動油の流量を徐々に低下させていき、シリンダ長を目標値で停止させる。
　しかし、従来技術では、バケットシリンダに供給する作動油の量をオープンループで制御するため、停止位置の精度が低い。精度を高めるために、シリンダ長が目標値に到達した瞬間にバケットシリンダの作動を停止させると、停止ショックが発生する。さらに、フィードバック制御を用いて位置を制御しようとする場合、目標値付近でハンチング現象が生じる可能性がある。
　そこで、本発明の目的は、油圧シリンダの停止時のショックを緩和し、かつ、油圧シリンダの停止精度を高めることができるようにした建設車両の作業機の制御装置及び制御方法を提供することにある。本発明の他の目的は、フィードバック制御とオープンループ制御とを使い分けることができ、かつ、油圧シリンダに加わる負荷を考慮して油圧シリンダの位置を制御することができるようにした建設車両の作業機の制御装置及び制御方法を提供することにある。本発明の更なる目的は後述する実施形態の記載から明らかになるであろう。
　本発明の第１観点に従う制御装置は、建設車両の作業機に使用される所定の油圧シリンダのシリンダ長を制御するための制御装置であって、所定の油圧シリンダのシリンダ長を検出するシリンダ長検出部と、所定の油圧シリンダのシリンダ長を制御するシリンダ長制御部であって、シリンダ長が、制御の開始を指示する開始指示が入力されてから、目標値の手前に設定される設定値に到達するまでの第１領域では、予め設定される制御特性とシリンダ長検出部により検出されるシリンダ長とに基づいて所定の油圧シリンダに作動油を供給することにより、シリンダ長をフィードバック制御し、シリンダ長が設定値から目標値に到達するまでの第２領域では、所定の割合で制御信号を減少させながら所定の油圧シリンダに作動油を供給することにより、シリンダ長をオープンループ制御する、シリンダ長制御部とを備える。
　このように構成することにより、目標値に相対的に遠い第１領域では、シリンダ長がフィードバック制御され、目標値に相対的に近い第２領域では、シリンダ長がオープンループ制御される。これにより、シリンダ長を精度良く目標値で停止させることができ、かつ、停止時のショックを緩和することができる。
　第２観点では、第１観点において、制御特性には、制御開始時のシリンダ長が制御閾値以下の場合に使用される第１制御特性と、制御開始時のシリンダ長が制御閾値を超えている場合に使用される第２制御特性とが含まれており、シリンダ長制御部は、開始指示が入力されたときのシリンダ長が制御閾値以下の場合に第１制御特性に基づいてフィードバック制御を行い、開始指示が入力されたときのシリンダ長が制御閾値を超えている場合に第２制御特性に基づいてフィードバック制御を行う。
　第３観点では、第２観点において、所定の割合には、第１制御特性に対応する第１割合と、第２制御特性に対応する第２割合とが含まれており、シリンダ長制御部は、第１領域で第１制御特性が使用された場合、第２領域では第１割合を用いて所定の油圧シリンダに供給する作動油をオープンループ制御し、第１領域で第２制御特性が使用された場合、第２領域では第２割合を用いて所定の油圧シリンダに供給する作動油をオープンループ制御する。
図１は、本実施形態の全体概要を示す説明図である。 図２は、作業機を拡大して示す側面図である。 図３は、バケットシリンダの油圧回路である。 図４は、バケットシリンダ長を求めるためのテーブルを示す。 図５は、バケットシリンダ長を制御するための制御特性を示す。 図６は、デテント制御処理のフローチャートである。 図７は、バケットの姿勢制御処理のフローチャートである。 図８は、第２実施例に係り、コントローラの構成等を示すブロックである。 図９は、ブーム角度に応じてバケットシリンダの負荷が変化する様子を示すグラフである。 図１０は、バケット姿勢制御処理のフローチャートである。 図１１は、バケットシリンダの負荷に応じて補正量を調整するためのテーブルを示す。 図１２は、第４実施例に係り、バケット姿勢制御処理を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を、建設車両としてのホイールローダに適用した場合を例に挙げて説明する。但し、本実施形態は、ホイールローダ以外の他の建設車両にも適用することができる。
　図１は、本実施形態の概要を示す。ホイールローダ１０は、車体１１と、車体１１の前後左右に取り付けられるホイール１２と、車体１１の後部に設けられる機械室１３と、車体１１の前部に設けられる作業機１４と、車体１１の中央部に設けられる運転室１５と、を備える。運転室１５には、ホイールローダ１０を制御するコントローラ１００と、作業機１４を操作する操作レバー装置１６とが設けられている。
　作業機１４は、車体１１の前部から前方に延びるようにして回動可能に設けられるブーム２０と、ブーム２０の先端側に回動可能に設けられるバケット３０と、ブーム２０を上下に回動させるブームシリンダ２１と、バケット３０を回動させるためのバケットシリンダ３１と、バケットシリンダ３１とバケット３０とをリンクさせるベルクランク３２とを備える。
　図２の拡大図にも示すように、ベルクランク３２の中央部３２Ｃは、ブーム２０の中央に回動可能に支持されており、ベルクランク３２の一方の端部３２Ａは、バケットシリンダ３１のシリンダロッド３１Ａ先端に回動可能に取り付けられており、ベルクランク３２の他方の端部３２Ｂは、チルトロッドを介してバケット３０の後部に回動可能に取り付けられている。バケットシリンダ３１の伸縮力は、ベルクランク３２により回転運動に変換されて、バケット３０に伝達される。
　ブーム２０の一方の取付部２０Ａは車体１１の前部に回動可能に取り付けられ、ブーム２０の他方の取付部２０Ｂはバケット３０の後部に回動可能に取り付けられている。ブーム２０の中央取付部２０Ｃには、ブームシリンダ２１のシリンダロッド２１Ａの先端が回動可能に取り付けられる。
　図２に示すように、ブーム角度センサ２２は、例えば、ブーム２０の一方の取付部２０Ａに設けられており、ブーム２０の中心線と水平線Ｈとの間のブーム角度θａを検出し、検出信号を出力する。ブーム２０の中心線とは、ブーム２０の一方の取付部２０Ａと他方の取付部２０Ｂとを結ぶ線である。
　ベルクランク角度センサ３３は、ベルクランク３２の中央部３２Ｃに設けられており、ベルクランク３２の一端３２Ａと中央３２Ｃとを結ぶ線と、ブーム２０の中心線との間のベルクランク角度θｂを検出し、検出信号を出力する。
　図１に戻ってコントローラ１００の構成を説明する。コントローラ１００は、マイクロプロセッサと、メモリと、入出力回路等を備えるコンピュータシステムとして構成することができる。コントローラ１００は、例えば、バケットシリンダ長検出部１０１と、バケットシリンダ長テーブル１０２と、バケット姿勢制御部１０３と、シリンダ長制御用テーブル１０４とを備える。
　「シリンダ長検出部」としてのバケットシリンダ長検出部１０１は、例えば、ブーム角度θａ及びベルクランク角度θｂに基づいてバケットシリンダ長テーブル１０２を参照することにより、現在のバケットシリンダ長Ｌｃを算出する。バケットシリンダ長テーブル１０２の構成は、図４で後述する。なお、バケットシリンダ長検出部１０１は、ブーム角度θａ及びベルクランク角度θｂを用いる方法以外の他の方法で、バケットシリンダ長を検出することもできる。例えば、バケットシリンダ長を直接的に測定するためのセンサを設ける構成でもよい。
　「シリンダ長制御部」としてのバケット姿勢制御部１０３は、検出されたシリンダ長に基づいてシリンダ長制御用テーブル１０４を参照し、方向制御弁２０２に制御信号を出力する。バケット姿勢制御部１０３には、設定ボタン１６Ａと、バケットレバー１６Ｂとが接続される。さらに、バケット姿勢制御部１０３には、油圧ポンプ２０１の吐出量（ポンプ油量２０１Ａ）も入力される。さらに、バケット姿勢制御部１０３は、デテント機構１６Ｃに制御信号を出力できるように構成される。
　図３は、油圧制御回路２００を示す回路図である。図３では、バケットシリンダ３１に関する回路を中心に示す。実際には、ブームシリンダ２１を作動させるための回路も油圧制御回路２００に含まれる。
　油圧制御回路２００は、例えば、斜板型油圧ポンプ２０１と、方向制御弁２０２と、リリーフ弁２０３とを備える。なお、油圧ポンプ２０１の吐出圧は、圧力センサ２０４により検出されてコントローラ１００に伝達される。
　方向制御弁２０２は、例えば、２ポート３位置の切替弁として構成される。方向制御弁２０２は、図３において方向制御弁２０２の左右に位置するソレノイドに与えられる制御信号（電流値）に応じて、切替位置及び開口面積が制御される。方向制御弁２０２が位置（ａ）に切り替わると、油圧ポンプ２０１から吐出された作動油は、図３中右側に位置する、バケットシリンダ３１のトップ側の油室に供給される。これにより、シリンダロッド３１Ａは縮退し、バケット３０にダンプ方向の力が作用する。方向制御弁２０２が位置（ｃ）に切り替わると、油圧ポンプ２０１からの作動油は、図３中左側に位置する、バケットシリンダ３１のボトム側の油室に供給される。これにより、シリンダロッド３１Ａは伸長し、バケット３０にチルト方向の力が作用する。方向制御弁２０２が位置（ｂ）にある場合、バケットシリンダ３１に作動油は供給されず、かつ、バケットシリンダ３１から作動油は流出しない。従って、シリンダロッド３１Ａは現在の位置を保持する。
　操作レバー装置１６は運転室１５に設けられ、オペレータにより操作される。バケット３０の回動を制御するためのバケットレバー１６Ｂをオペレータが操作すると、その操作信号がコントローラ１００に伝達される。コントローラ１００は、操作レバー装置１６からの操作信号に応じて、方向制御弁２０２の切替位置及び開口面積を制御することにより、バケットシリンダ３１に供給する作動油の量を調整する。なお、後述のように、所定のデテント条件が成立すると、操作レバー装置１６内のデテント機構１６Ｃが作動して、操作レバー１６Ｂの操作位置を固定する。
　さらに、操作レバー装置１６には、バケットシリンダ３１のシリンダ長の目標値を設定するための設定ボタン１６Ａが設けられている。オペレータは、設定ボタン１６Ａを操作することにより、接地時のバケット３０の水平面に対する角度を、例えば、－５度から＋５度までの間で任意の値に設定させることができる。そして、オペレータは、設定ボタン１６Ａを押すことにより、バケット３０の停止位置を記憶させることができる。
　図４を参照して、「シリンダ長検出用テーブル」としてのバケットシリンダ長テーブル１０２の例を説明する。バケットシリンダ長テーブル１０２は、バケットシリンダ３１のシリンダ長Ｌｃを求めるために使用されるテーブルである。バケットシリンダ長テーブル１０２には、例えば、複数の基準ブーム角度と複数の基準ベルクランク角度とのそれぞれの組合せにおける、シリンダ長が予め登録されている。
　基準ブーム角度とは、設計的に決められるブーム角度センサ２２の、出力値が表す所定の角度範囲内で予め複数設定されている、ブーム角度である。例えば、ブーム２０がボトム位置（ブームシリンダ２１が機械的に最も縮められた状態）にある場合のブーム角度（下限角度、例えば－５０度）から、ブーム２０がトップ位置（ブームシリンダ２１が機械的に最も伸びた状態）にある場合のブーム角度（上限角度、例えば５０度）までの範囲内に、５度刻みで基準ブーム角度が設定される。
　基準ベルクランク角度とは、設計的に決められるベルクランク角度センサ３３の、出力値が表す他の下限角度（例えば０度）から他の上限角度（例えば６５度）までの範囲内で予め複数設定されている、ベルクランク角度である。基準ベルクランク角度は、下限値から中間値（例えば２５度）に至るまでの範囲では、例えば５度刻みで設定され、中間値から上限値に向かう領域では、例えば３度刻みで設定される。なお、上限値付近では、４度または５度刻みで基準ベルクランク角度が設定される。つまり、バケット３０が水平付近に位置する領域では、より細かく基準ベルクランク角度が設定されている。
　各基準ブーム角度と各基準ベルクランク角度の組合せに対応して、バケットシリンダ長Ｌｃが予め設定されている。従って、ブーム角度θａとベルクランク角度θｂとが判明すれば、補間演算を行うことにより、バケットシリンダ長テーブル１０２からバケットシリンダ長Ｌｃを算出することができる。
　本実施例のホイールローダ１０は、製造誤差及びセンサ誤差等の一切無い理想的な状態において、ブーム角度θａが－４０度、かつ、ベルクランク角度θｂが４６度の場合に、バケット３０が水平に接地し、そのときのバケットシリンダ長Ｌｃは２０５６ｍｍ（＝図４中のＬ６２）になるものとしている。本実施例の基準シリンダ長は、２０５６ｍｍである。
　なお、理想的な状態の場合の、ブーム角度θａとベルクランク角度θｂとバケットシリンダ長Ｌｃとの関係の一部をバケットシリンダ長テーブル１０２から抜き出すと、次の通りである。理想的な状態とは、ブーム角度センサ２２及びベルクランク角度センサ３３が設計仕様の通りに信号を出力しており、かつ、作業機１４等に製造誤差及び組立誤差等が生じていない場合を意味する。なお、以下では、（ブーム角度θａ，ベルクランク角度θｂ，バケットシリンダ長Ｌｃ）の形式で表現する。
　（－２０度，４０度，２００２ｍｍ）、（－２０度，４３度，２０５７ｍｍ）、（０度，３４度，２００７ｍｍ）、（０度，３７度，２０６２ｍｍ）、（２０度，２８度，２０５１ｍｍ）、（２０度，３１度，２１０６ｍｍ）、（４５度，１５度，２０３４ｍｍ）、（４５度，２０度，２１１９ｍｍ）。
　ブーム２０が回動可能な範囲（－５０度から５０度まで）のうち、所定の範囲（－４０度から４５度近辺）においては、バケット３０を接地させたときにバケット３０が水平になるバケットシリンダ長Ｌｃを得ることができる。
　図５は、バケットシリンダ長Ｌｃを目標値Ｌｓ１にするための制御特性を示す説明図である。横軸はバケットシリンダ３１のシリンダ長を示し、縦軸はバケットシリンダ３１をチルト側に操作するために方向制御弁２０２に出力される制御信号の割合を示す。図５（ａ）は第１制御特性１０４Ａを、図５（ｂ）は第２制御特性１０４Ｂを、示す。後述する図７等の図面では、第１制御特性１０４Ａを第１テーブルと、第２制御特性１０４Ｂを第２テーブルと示す。なお、以下の説明及び図面では、方向制御弁２０２の有する比例ソレノイドに入力される電流値を、制御信号と表現する。
　目標値Ｌｓ１のΔＬ１手前に、設定値Ｌ１が設定される。設定値Ｌ１は、フィードバック制御における目標値である。従って、例えば、Ｌｓ１を「最終目標値」、Ｌ１を「フィードバック制御用目標値」または「中間目標値」と呼び変えることもできる。
　設定値Ｌ１のΔＬ２手前には、制御閾値Ｌ２が設けられている。制御閾値Ｌ２は、図５（ａ）に示す第１制御特性１０４Ａと、図５（ｂ）に示す第２制御特性１０４Ｂとのいずれを選択するかを判定するために使用される。
　制御用閾値Ｌ２からΔＬ３だけ先の位置に、デテント解除点Ｐ１が設定される。デテント解除点Ｐ１とは、バケットレバー１６Ｂの備えるデテント機構１６Ｃの電磁石による固定を解除する位置である。フィードバック制御の開始後に、バケットレバー１６Ｂのデテントを解除させることにより、急激な変化が生じるのを防止する。つまり、フィードバック制御の開始前にデテントが解除されると、バケットレバー１６Ｂが中立位置に戻されて、方向制御弁２０２が位置（ｂ）に切り替わる。これにより、バケットシリンダ３１の動作が急停止してしまう。この急停止を防止するために、フィードバック制御の開始後に、デテントを解除させている。さらに言えば、ΔＬ３の値は、任意でよい。極端に言えば、フィードバック制御ルーチンから抜け出ると同時に、デテントが解除される構成でもよい。
　一例として、具体的な数値を挙げると、目標値Ｌｓ１は２０５６ｍｍ、設定値Ｌ１は２０５０ｍｍ、制御閾値Ｌ２は１９７０ｍｍ、ΔＬ１は６ｍｍ、ΔＬ２は８０ｍｍに設定することができる。なお、Ｐ１はＬ２よりも数ｍｍ程度僅かに長く設定する。
　オペレータがバケットレバー１６Ｂを所定量Ｔｈ１以上操作すると、バケット姿勢制御が開始される。バケットレバー１６Ｂが所定量Ｔｈ１以上操作されることは、「開始指示の入力」に該当する。本実施例の制御が開始される前は、オペレータによるバケットレバー１６Ｂの操作に応じて、バケットシリンダ３１のシリンダ長が制御される。なお、後述のように、バケットレバー１６Ｂを所定量Ｔｈ１以上操作することは、デテント開始の指示にもなっている。
　本実施例では、バケットシリンダ長に応じて、複数の制御方法を切り替える。一つの制御方法はフィードバック制御であり、他の一つの制御方法はオープンループ制御である。シリンダ長が制御閾値Ｌ２から設定値Ｌ１に到達するまでの第１領域では、フィードバック制御が行われる。シリンダ長が設定値Ｌ１から目標値Ｌｓ１に到達するまでの第２領域では、オープンループ制御が行われる。
　第１領域では、検出されるバケットシリンダ長に応じて方向制御弁２０２に出力される制御信号の大きさを制御する。つまり、実線で示す特性に従って方向制御弁２０２のバルブ開口面積が減少するように、方向制御弁２０２への制御信号を制御する。具体的には、図５の第１領域の実線で示す特性がシリンダ長制御用テーブル１０４に保存されており、その特性に従った制御信号が方向制御弁２０２に向けて出力される。バケットシリンダ長が設定値Ｌ１に達したときの制御信号の大きさはＶ１である。
　第２領域では、設定値Ｌ１に到達したときの制御信号をＶ１から０％まで一定の割合で低下させていくことにより、バケットシリンダ長を設定値Ｌ１から目標値Ｌｓ１に変化させる。バケットシリンダ長が目標値Ｌｓ１に到達したときに、制御信号は０％となるように、減少割合が予め設定される。制御信号を一定割合で減少させるタイミングは、コントローラ１００内のクロック（不図示）からの信号に基づいて決定される。これにより、一定時間が経過すると、制御信号は０％となる。
　図５（ａ）に示す第１制御特性１０４Ａと、図５（ｂ）に示す第２制御特性１０４Ｂとの相違を説明する。先に、第１制御特性１０４Ａを説明する。制御開始時のバケットシリンダ長Ｌｃが制御閾値Ｌ２未満である場合（Ｌｃ＜Ｌ２）、第１制御特性１０４Ａが選択される。制御開始時のバケットシリンダ長が短く、フィードバック制御の目標値である設定値Ｌ１までの距離が長いため、制御信号を最大値の１００％からＶ１まで比較的緩やかに低下させる。
　第２制御特性１０４Ｂを説明する。制御開始時のバケットシリンダ長Ｌｃが制御閾値Ｌ２以上の場合（Ｌｃ≧Ｌ２）、第２制御特性１０４Ｂが選択される。第２制御特性１０４Ｂは、第１制御特性１０４Ａに比べて、その前半部分（図５（ｂ）において、Ｌ４未満の範囲）の制御信号が大きく、その後半部分（Ｌ４からＬｓ１までの範囲）の制御信号が小さくなるように、設定されている。第２制御特性１０４Ｂでは、制御信号を、１００％よりも小さい値であるＶ３を所定期間維持した後で、Ｖ２（＜Ｖ１）まで低下させる。制御信号をＶ３からＶ２まで低下させる勾配は、第１制御特性１０４Ａにて制御信号を１００％からＶ１まで低下させる勾配よりも大きい。
　図５（ｂ）に示すように、第２制御特性１０４Ｂでは、フィードバック制御の前半部分において、バケットシリンダ長の移動速度（伸長速度）が第１制御特性１０４Ａの移動速度よりも早くなるように設定されている。これにより、制御開始時に、スピード感をもってバケットシリンダ長を変化させることができ、操作感を向上できる。つまり、操作感を向上させるために、本実施例では、バケットシリンダ長ＬｃがＬ４未満の範囲において、第２制御特性１０４Ｂが第１制御特性１０４Ａの右上に出っ張るような形状に設定するのが望ましい。一方、フィードバック制御の後半部分においては、第１制御特性１０４Ａよりも制御信号を低下させることにより、バケットシリンダ長の移動速度を減速し、設定値Ｌ１に到達させる。
　図６は、デテント制御処理のフローチャートである。バケットレバー１６Ｂが所定量Ｔｈ１（例えば、Ｔｈ１＝９０％）以上操作されると、コントローラ１００からの信号により、バケットレバー１６Ｂがデテント機構１６Ｃに設けられている電磁石により固定される。バケットレバー１６Ｂが一時的に固定されることをデテントと呼ぶ。
　コントローラ１００は、現在のバケットシリンダ長Ｌｃがデテント解除位置Ｐ１の手前（Ｌｃ＜Ｐ１）であるか否かを判定する（Ｓ１０）。上述の通り、デテント解除位置Ｐ１は、制御閾値Ｌ２よりも若干大きく設定される。
　バケットシリンダ長Ｌｃがデテント解除位置Ｐ１に到達していない場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、バケットレバー１６Ｂの操作量が閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１１）。
　バケットレバー１６Ｂの操作量が閾値Ｔｈ１以上の場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、デテント機構１６Ｃの電磁石に通電してバケットレバー１６Ｂを固定する（Ｓ１２）。これに対し、バケットシリンダ長Ｌｃがデテント解除位置Ｐ１よりも大きい場合（Ｓ１０：ＮＯ）、または、バケットレバー１６Ｂの操作量が閾値Ｔｈ１未満の場合（Ｓ１１：ＮＯ）のいずれかの場合には、デテントは行われない（Ｓ１３）。Ｓ１０またはＳ１１のいずれかでＮＯと判定された場合、既に行われていたデテントも解除される（Ｓ１３）。
　即ち、バケットシリンダ長がＰ１よりも短く、かつ、バケットレバー１６ＢがＴｈ１以上操作された場合にのみ、バケットレバー１６Ｂが固定される。従って、図５（ａ）に示す第１制御特性１０４Ａが選択される場合は、デテント制御がオンになる。制御開始時のバケットシリンダ長がＰ１よりも小さいためである。これに対し、図５（ｂ）に示す第２制御特性１０４Ｂが選択される場合は、デテント制御はオフになる。制御開始時のバケットシリンダ長がＰ１よりも大きいためである。
　図７は、バケット姿勢を制御する処理を示すフローチャートである。コントローラ１００は、バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（Ｓ２０）。閾値Ｔｈ１は、例えば９０％程度に設定される。但し、その値に限定されない。バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ１未満の場合（Ｓ２０：ＮＯ）、コントローラ１００は、バケットレベリングの自動制御を終了し、バケットレバー１６Ｂの操作量に応じたマニュアル操作に移行する。バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ１以上の場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、現在のバケットシリンダ長Ｌｃが目標値Ｌｓ１未満であるか否かを判定する（Ｓ２１）。現在のバケットシリンダ長Ｌｃが目標値Ｌｓ１以上の場合（Ｓ２１：ＮＯ）、前記同様に、バケットレベリングの自動制御は行わず、マニュアル操作に移行する。バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが目標値Ｌｓ１未満である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、現在のバケットシリンダ長Ｌｃが制御閾値Ｌ２未満であるかを判定する（Ｓ２２）。
バケットシリンダ長Ｌｃが制御閾値Ｌ２未満の場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、制御出力を１００％に設定する（Ｓ２３）。Ｓ２２でＹＥＳと判定された場合は、図６に示すデテント処理により、バケットレバー１６Ｂの位置が電磁石により固定される。従って、制御信号は１００％となる。これにより、バケットシリンダ３１のボトム側に作動油が供給されて、シリンダロッド３１Ａが伸長し、バケットシリンダ長Ｌｃが増大する。
次に、コントローラ１００は、バケットシリンダ長ＬｃがＬ２に到達したか否かを判定する（Ｓ２４）。バケットシリンダ長Ｌｃが制御閾値Ｌ２に到達すると（Ｓ２４：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、第１制御特性１０４Ａ（第１テーブル）に従って、フィードバック制御を開始する（Ｓ２５）。これにより、伸長速度を減少させつつ、バケットシリンダ長Ｌｃは徐々に増大し、設定値Ｌ１に近づいていく。
　コントローラ１００は、デテントがオフされたか否かを判定する（Ｓ２６）。例えば、図６に示す処理において、デテントのオンオフ状態を管理するためのフラグを設定する構成とすれば、そのフラグを参照してデテントがオフ状態であるか否かを判定できる。デテントがオフされた場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（Ｓ２７）。閾値Ｔｈ２は、バケットレバー１６Ｂがニュートラル位置であるか否かを判定するための中立判定用閾値である。閾値Ｔｈ２は、例えば、制御出力５％程度に設定される。バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ２以下の場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、バケットレバー１６Ｂはニュートラル位置にあると判定される。
そこで、コントローラ１００は、バケットシリンダ長Ｌｃが設定値Ｌ１に到達したか否かを判定する（Ｓ２８）。バケットシリンダ長Ｌｃが設定値Ｌ１に達すると（Ｓ２８：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、フィードバック制御を終了し、オープンループ制御に移行する（Ｓ２９）。コントローラ１００は、予め設定される第１割合で、制御信号を低下させることにより、バケットシリンダ長Ｌｃを目標値Ｌｓ１に向けて伸長させる（Ｓ２９）。制御信号が０％になった時点でＳ２９は終了し、さらに本処理も終了する。バケットシリンダ長Ｌｃが設定値Ｌ１に達するまで、Ｓ２５のフィードバック制御が継続される（Ｓ２８：ＮＯ、Ｓ２５）。
　一方、バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ２を越えている場合（Ｓ２７：ＮＯ）、バケットレバー１６Ｂはニュートラル位置ではないと判定される。コントローラ１００は、デテントがオフ状態になってからの経過時間が所定時間ＰＴになるまで、待機する（Ｓ３０）。所定時間ＰＴは、例えば、１００ｍｓ程度の値に設定される。但し、その値に限定されない。デテントがオフ状態になってから所定時間ＰＴが経過してもなおレバー操作量ＬＯが中立判定用閾値Ｌ２を上回っている場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、本処理は終了し、マニュアル操作に移行する。
Ｓ３０を設ける理由を説明する。図６の処理により、バケットシリンダ長がＰ１に達すると、デテントが解除される（Ｓ１０でＮＯ、Ｓ１３）。デテント解除後は、制御特性１０４Ａまたは１０４Ｂのいずれかに従って、フィードバック制御が実行される。
しかし、デテントが解除された後に、オペレータが自らの意思で、バケットレバー１６Ｂをニュートラル位置以上の位置で操作し続ける場合も考えられる。この場合に、第１制御特性１０４Ａに基づいてバケットシリンダ長を変化させたのでは、バケットレバー１６Ｂの実際の位置に比べてバケットシリンダ長の変位速度が遅くなるため、減速感や違和感をオペレータに与えることになる。そこで、デテントが解除された場合に、バケットレバー１６Ｂの操作量が閾値Ｔｈ２以上である状態が所定時間ＰＴ以上継続した場合は、コントローラ１００は、オペレータの意思によってバケットレバー１６Ｂが操作されていると判断し、バケットレバー１６Ｂの操作に応じて方向制御弁２０２を制御する。
Ｓ２２においてＮＯと判定された場合、コントローラ１００は、コントローラ１００は、第２制御特性１０４Ｂ（第２テーブル）に従って、バケットシリンダ長Ｌｃが設定値Ｌ１になるまで、フィードバック制御する（Ｓ３１）。コントローラ１００は、バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（Ｓ３２）。バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ２以下の場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、バケットシリンダ長Ｌｃが設定値Ｌ１に達したか否かを判定する（Ｓ３３）。バケットシリンダ長Ｌｃが設定値Ｌ１に達するまで、フィードバック制御が行われる（Ｓ３３：ＮＯ、Ｓ３１）。バケットシリンダ長Ｌｃが設定値Ｌ１に達すると
（Ｓ３３：ＹＥＳ）、コントローラ１００は、第２制御特性１０４Ｂに対応付けられている第２割合で制御信号を低下させることにより、バケットシリンダ長Ｌｃを目標値Ｌｓ１に向けて伸長させる（Ｓ３４）。制御信号が０％になった時点でＳ３４は終了し、本処理も終了する。
一方、バケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ２を越えている場合（Ｓ３２：ＮＯ）、コントローラ１００は、所定時間ＰＴが経過したか否かを判定する（Ｓ３５）。コントローラ１００は、所定時間ＰＴが経過するまで、フィードバック制御を実行する（Ｓ３５：ＮＯ、Ｓ３１）。所定時間ＰＴが経過してもなおバケットレバー１６Ｂの操作量ＬＯが閾値Ｔｈ２を上回っている場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、Ｓ３１のフィードバック制御を終了し、マニュアル操作に移行する。
　なお、デテント解除点Ｐ１を制御閾値Ｌ２の近くに設定する場合（ΔＬ３＜数ミリ）、Ｓ３０の所定時間ＰＴは、バケットシリンダ長Ｌｃが制御閾値Ｌ２を通過してからの経過時間であって、かつ、デテントが解除されるのに十分な時間（例えば、１５０ｍｓ程度）として設定してもよい。この場合、Ｓ２６の判定ステップは省略できる。上述の通り、所定時間ＰＴの計測を開始するタイミングは複数あってもよいし、所定時間ＰＴの値は複数設定されてもよい。状況に応じていずれか一つのタイミング及び値が使用される。
このように構成される本実施例によれば、バケットシリンダ３１のシリンダ長が設定値Ｌ１に到達するまではフィードバック制御を行い、シリンダ長が設定値Ｌ１に到達した後はオープンループ制御を行って、シリンダ長を目標値Ｌｓ１にさせる。従って、本実施例では、ハンチングを発生させずに、かつ、高速に、バケットシリンダ３１のシリンダ長を設定値にさせることができる。これにより、本実施例では、バケットシリンダ３１の停止精度を高くすることができ、バケット３０の対地角度を高精度に制御できる。
　さらに、本実施例では、バケットシリンダ長が十分に目標値Ｌｓ１に近づくまではフィードバック制御を行い、バケットシリンダ長が目標値Ｌｓ１に近づいた場合（Ｌｃ≧Ｌ１）、フィードバック制御を停止し、一定の割合でバケットシリンダ長を変化させる。従って、フィードバック制御によるハンチングの発生を抑制し、かつ、停止精度を高めることができる。
　さらに、本実施例では、バケットシリンダ長がＬ１に達した後は、一定の割合でバケットシリンダ長を伸長させるため、停止時のショックを緩和することができ、操作性を改善することができる。
　さらに、本実施例では、制御開始時のバケットシリンダ長に応じて、第１制御特性１０４Ａと第２制御特性１０４Ｂとのいずれか一方を選択し、選択された制御特性に基づいてフィードバック制御を行う。従って、操作性を改善することができる。特に、バケットシリンダ長が比較的目標値に近い状態において制御が開始される場合であっても、バケットシリンダ長の変位速度を比較的早くすることができ、オペレータの操作性を高めることができる。
　図８－図１１を参照して第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、第１実施例の変形例に相当する。従って、第１実施例との相違点を中心に説明する。本実施例では、バケットシリンダ３１に加わる負荷に応じて、制御特性を選択する。
　図８は、コントローラ１００Ａのブロック図である。本実施例のコントローラ１００Ａは、前記コントローラ１００と同様に、バケットシリンダ長検出部１０１と、シリンダ長検出用テーブル１０２と、バケット姿勢制御部１０３と、シリンダ長制御用テーブル１０４とを備える。
　さらに、本実施例のコントローラ１００Ａは、バケットシリンダ３１の負荷を検出するためのバケットシリンダ負荷検出部１０５を備える。バケットシリンダ３１の負荷を検出する方法は、図９及び図１０で後述する。
　また、本実施例のシリンダ長制御用テーブル１０４は、バケットシリンダ３１の複数の負荷段階に応じて、第１制御特性１０４Ａ（第１テーブル）及び第２制御特性１０４Ｂ（第２テーブル）をそれぞれ備えている。
　例えば、高負荷１０４Ｈ、中負荷１０４Ｍ、低負荷１０４Ｌの３段階で負荷を区別する場合、各負荷段階「高負荷１０４Ｈ」、「中負荷１０４Ｍ」及び「低負荷１０４Ｌ」のそれぞれに、第１制御特性１０４Ａと第２制御特性１０４Ｂとが用意される。高負荷１０４Ｈの場合に使用される第１制御特性１０４Ａには符号１０４ＨＡが与えられ、第２制御特性１０４Ｂには符号１０４ＨＢが与えられる。同様に、中負荷１０４Ｍの場合に使用される第１制御特性１０４Ａには符号１０４ＭＡが与えられ、第２制御特性１０４Ｂには符号１０４ＭＢが与えられる。同様に、低負荷１０４Ｌの場合に使用される第１制御特性１０４Ａには符号１０４ＬＡが与えられ、第２制御特性１０４Ｂには符号１０４ＬＢが与えられる。
　ここで、例えば、中負荷の第１制御特性１０４ＭＡ及び第２制御特性１０４ＭＢが図５に示す特性である場合、高負荷の第１制御特性１０４ＨＡ及び第２制御特性１０４ＨＢは、中負荷の場合よりも制御信号が大きくなるように設定され、低負荷の第１制御特性１０４ＬＡ及び第２制御特性１０４ＬＢは、中負荷の場合よりも制御信号が小さくなるように設定される。
　バケットシリンダ３１に加わる負荷を検出する方法の例を幾つか説明する。図９は、作業機の姿勢とバケットシリンダ３１の負荷との関係を示すグラフである。縦軸はバケットシリンダ３１の負荷を示し、横軸はバケットシリンダ長を示す。
　図９は、ブーム２０が水平の状態と、ブーム２０が３０度上がった状態と、ブーム２０がトップ位置まで上がった状態との３つの状態のそれぞれについて、バケットシリンダ長とバケットシリンダ負荷との関係が示されている。
　図９に示すように、バケットシリンダ長がある値のときに、バケットシリンダ３１に加わる負荷は大きくなり、バケットシリンダ長が長くなるほどバケットシリンダ負荷は減少する。しかし、バケットシリンダ長による負荷変化よりも、ブーム角度による負荷変化の方が大きいことがわかる。つまり、ブーム角度が大きくなるほど、バケットシリンダ３１に加わる負荷が増大する。従って、バケットシリンダ負荷検出部１０５は、制御開始時のブーム角度に基づいてバケットシリンダ３１の負荷を検出または算出することができる。
　ここで、バケットシリンダ負荷は、バケットシリンダ３１のシリンダ圧力及びポンプ２０１の吐出圧にそれぞれ比例する。従って、バケットシリンダ負荷検出部１０５は、バケットシリンダ３１のシリンダ圧または油圧ポンプ２０１の吐出圧のいずれか一方または両方に基づいて、バケットシリンダ３１の負荷を検出することができる。
　さらには、バケットシリンダ負荷検出部１０５は、作業機１４の姿勢と、バケットシリンダ３１のシリンダ圧と、油圧ポンプ２０１の吐出圧とに基づいて、バケットシリンダ負荷を検出することもできる。
　図１０は、本実施例によるバケット姿勢制御処理のフローチャートである。コントローラ１００Ａは、バケットシリンダ３１の負荷を検出し（Ｓ４０）、検出された負荷に応じたテーブルセット（第１制御特性と第２制御特性のセット）を選択する（Ｓ４１）。
　以下、図７で述べたと同様に、負荷に応じて選択されたテーブルセットに従って、バケットシリンダ長が設定値Ｌ１になるまでフィードバック制御を行う。バケットシリンダ長が設定値Ｌ１に到達した後は、所定の割合（第１割合または第２割合）に従って、バケットシリンダ長を目標値Ｌｓ１まで伸長させる。
　このように構成される本実施例も第１実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、バケットシリンダ３１の負荷に応じて、フィードバック制御に使用する制御特性のセットを切り替えるため、第１実施例よりも停止精度を高めることができる。
　図１１を参照して第３実施例を説明する。第３実施例では、フィードバック制御の制御量をバケットシリンダ３１の負荷に応じて調節するだけでなく、オープンループ制御で使用する「所定割合」もバケットシリンダ３１の負荷に応じて補正する。
　本実施例では、図１０中のＳ２８とＳ２９との間で、Ｓ４０で検出されたバケットシリンダ負荷に基づいて、第１割合を補正する。同様に、図１０中のＳ３３とＳ３４との間で、Ｓ４０で検出されたバケットシリンダ負荷に基づいて、第２割合を補正する。コントローラ１００Ａは、補正された第１割合または第２割合を用いて、バケットシリンダ長を目標値Ｌｓ１まで伸長させる（Ｓ２９，Ｓ３４）。
　図１１は、オープンループ制御時の制御量（第１割合、第２割合）を、バケットシリンダ負荷に応じて補正するためのテーブルの特性を示す。縦軸は１処理サイクル前の制御量からの差分量（減少量）を示し、横軸は油圧ポンプ２０１の吐出量を示す。１処理サイクルとは、制御信号を制御するサイクルを意味し、例えば、１０ｍｓｅｃ程度の値に設定される。
　図１１に示すように、バケットシリンダ３１の負荷が高くなるほど前回の制御量から差し引く量は小さくなり、バケットシリンダ３１の負荷が低くなるほど前回の制御量から差し引く量は大きくなる。
　高負荷の場合は、制御量を大きく減少させると、予定された位置よりも手前で停止する可能性があるため、前回からの減少量を小さくする。これに対し、低負荷の場合は、制御量の減少量を小さくすると、予定の位置を行き過ぎる可能性があるため、前回からの減少量を大きくする。
　このように構成される本実施例も第１実施例及び第２実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、オープンループ制御時の制御量をバケットシリンダ負荷に応じて補正するため、停止精度をより一層高くすることができる。
　図１２を参照して第４実施例を説明する。本実施例では、負荷状態に応じたテーブルセット（１０４ＨＡ、１０４ＨＢ、１０４ＭＡ、１０４ＭＢ、１０４ＬＡ、１０４ＬＢ）に代えて、下記の式１に示す所定の演算式を用いる（Ｓ５０，Ｓ５１）。
　　　y=a(m,m')(xa-x)+b(m,m')・d/dt・(xa-x)+c(m,m')∫(xa-x)dt・・・（式１）
　上記式１において、ｙは制御量、ｘはバケットシリンダ長、ｘａは停止目標、ｍはバケットシリンダ負荷、ｍ’はバケットシリンダ負荷ｍの時間微分値である。ａ（ｍ，ｍ’）は比例ゲインを、ｂ（ｍ，ｍ’）は微分ゲインを、ｃ（ｍ，ｍ’）は積分ゲインを、それぞれ示す。
　本実施例では、上記式１に基づいてバケットシリンダ長をフィードバック制御する（Ｓ５０，Ｓ５１）。式１では、バケットシリンダ３１の負荷（ｍ）及び負荷の変動量（ｍ’）に応じて、比例ゲイン、微分ゲイン及び積分ゲインを調整する。なお、比例制御と微分制御と積分制御とを同時に行う必要は必ずしもなく、例えば、比例制御と微分制御だけ行う構成（ＰＤ制御）、または、比例制御と積分制御だけを行う構成（ＰＩ制御）としてもよい。上記式１に基づくＰＤ制御に具体的な数値を入れた場合を、数１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　数１中のＸaimは、式１中のｘａに該当し、数１中のｍドットは、式１中のｍ’に該当する。数１において、制御量（制御信号）は、１００％から０％の範囲で変化するものとする。また、制御開始時の位置ｘは100であり、制御開始時よりも手前では制御信号は１００％になっているものとする。
　さらに、「35000」とは、ブーム２０が水平のときのバケットシリンダ負荷（基準負荷）である。従って、現在のバケットシリンダ負荷が大きくなるほど、（35000／ｍ）の値が小さくなり、比例ゲインの分母が小さくなって制御出力が増大する。（ｍ’／１０－６）は、バケットシリンダ負荷の変動に応じてゲインを調整するためのものである。ブーム２０が下降すると、バケットシリンダ負荷が減少するため、（ｍ’／１０－６）はマイナスの値となる。その結果、比例ゲインの分母が大きくなって、制御量を減少させる方向に作用する。
　このように構成される本実施例も第１実施例及び第２実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、演算式に基づいてフィードバック制御の制御量を算出するため、テーブルセットを用意する必要がない。従って、コントローラ内のメモリを節約することができる。
　なお、上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
　第２実施例の変形例を説明する。本変形例では、図１０中のＳ２９において、下記式２に示す他の所定の演算式に従ってバケットシリンダ長をオープンループ制御する。同様に、図１０中のＳ３４でも、式２に示す他の所定の演算式に従ってバケットシリンダ長をオープンループ制御する。
　　　y=d(m,m',Q,x0,y0)・・・（式２）
　上記式２において、Ｑはバケットシリンダ３１に流入する作動油の量（または、バケットシリンダ３１に供給される作動油の推定流量）、ｘ０はオープンループ制御開始時のバケットシリンダ３１のシリンダ長（つまり、図５のＬ１）、ｙ０はオープンループ制御開始時の制御量（つまり、図５のＶ１またはＶ２）である。
　式２をより具体化した式を式３として示す。例えば、オープンループ制御開始時の制御量ｙ０が４５％であり、かつ、バケットシリンダ３１に供給される作動油の流量が５０００ｃｃ／ｓｅｃの場合、１処理サイクル毎に２．４％ずつ制御量を低下させる。
　　y=(１処理サイクル前の制御量)-2.4+10-5(Q-Q0)+10-6(m-m0)・・・（式３）
　本変形例では、演算式に基づいてフィードバック制御の制御量及びオープンループ制御の制御量を算出するため、より一層停止精度を高めることができる。
　第４実施例の１番目の変形例を説明する。この変形例では、図１２中のＳ２９において、上記式２に示す他の所定の演算式に従ってバケットシリンダ長をオープンループ制御する。同様に、図１２中のＳ３４でも、式２に示す他の所定の演算式に従ってバケットシリンダ長をオープンループ制御する。
　第４実施例の２番目の変形例を説明する。この変形例では、図１２中のＳ２８とＳ２９との間及びＳ３３とＳ３４との間の両方において、所定の減少割合（第１の割合）を負荷に応じて調整する。つまり、図１１に示すテーブルに従って、制御量を低下させる割合を決定する。
　１０：ホイールローダ、１１：車体、１２：ホイール、１３：機械室、１４：作業機、１５：運転室、１６：操作レバー装置、１６Ａ：設定ボタン、１６Ｂ：バケットレバー、２０：ブーム、２１：ブームシリンダ、２２：ブーム角度センサ、３０：バケット、３１：バケットシリンダ、３２：ベルクランク、３３：ベルクランク角度センサ、１００，１００Ａ：コントローラ、１０１：バケットシリンダ長検出部、１０２：シリンダ長検出用テーブル、１０３：バケット姿勢制御部（シリンダ長制御部）、１０４：シリンダ長制御用テーブル、１０５：バケットシリンダ負荷検出部、２０１：油圧ポンプ、２０２：方向制御弁。

Claims (11)

  1. 　建設車両（１０）の作業機（１４）に使用される所定の油圧シリンダ（３１）のシリンダ長を制御するための制御装置（１００）であって、
    　前記所定の油圧シリンダのシリンダ長を検出するシリンダ長検出部（１０１）と、
    　前記所定の油圧シリンダのシリンダ長を制御するシリンダ長制御部（１０３）であって、
    　　（Ａ）前記シリンダ長が、制御の開始を指示する開始指示が入力されてから、目標値（Ｌｓ１）の手前に設定される設定値（Ｌ１）に到達するまでの第１領域では、予め設定される制御特性（１０４）と前記シリンダ長検出部により検出されるシリンダ長とに基づいて前記所定の油圧シリンダに作動油を供給することにより、シリンダ長をフィードバック制御し、
    　　（Ｂ）前記シリンダ長が前記設定値から前記目標値に到達するまでの第２領域では、所定の割合で制御信号を減少させながら前記所定の油圧シリンダに作動油を供給することにより、シリンダ長をオープンループ制御する、
    シリンダ長制御部（１０３）と、
    を備える建設車両の作業機の制御装置。
  2. 　前記制御特性には、制御開始時のシリンダ長が制御閾値（Ｌ２）以下の場合に使用される第１制御特性（１０４Ａ）と、制御開始時のシリンダ長が前記制御閾値を超えている場合に使用される第２制御特性（１０４Ｂ）とが含まれており、
    　前記シリンダ長制御部は、前記開始指示が入力されたときのシリンダ長が前記制御閾値以下の場合に前記第１制御特性に基づいて前記フィードバック制御を行い、前記開始指示が入力されたときのシリンダ長が前記制御閾値を超えている場合に前記第２制御特性に基づいて前記フィードバック制御を行う、
    請求項１に記載の建設車両の作業機の制御装置。
  3. 前記制御特性には、制御開始時のシリンダ長が制御閾値（Ｌ２）以下の場合に使用される第１制御特性（１０４Ａ）と、制御開始時のシリンダ長が前記制御閾値を超えている場合に使用される第２制御特性（１０４Ｂ）とが含まれており、
    　前記所定の割合には、前記第１制御特性に対応する第１割合と、前記第２制御特性に対応する第２割合とが含まれており、
    　前記シリンダ長制御部は、
    　　前記第１領域で前記第１制御特性が使用された場合、前記第２領域では前記第１割合を用いて前記所定の油圧シリンダに供給する作動油をオープンループ制御し、
    　　前記第１領域で前記第２制御特性が使用された場合、前記第２領域では前記第２割合を用いて前記所定の油圧シリンダに供給する作動油をオープンループ制御する、
    請求項１に記載の建設車両の作業機の制御装置。
  4. 　前記所定の油圧シリンダに加わる負荷を検出する負荷検出部（１０５）を備え、
    　前記シリンダ長制御部は、前記負荷検出部により検出される負荷に応じて、前記フィードバック制御を実行する、
    請求項３に記載の建設車両の作業機の制御装置。
  5. 　前記シリンダ長制御部は、前記負荷検出部により検出される負荷に応じて、前記オープンループ制御を実行する、
    請求項４に記載の建設車両の作業機の制御装置。
  6. 　前記第１制御特性及び前記第２制御特性は、負荷に応じてそれぞれ複数ずつ用意されており、
    　前記シリンダ長制御部は、
    　　前記複数の第１制御特性の中から負荷に応じた所定の第１制御特性を選択し、かつ、前記複数の第２制御特性の中から負荷に応じた所定の第２制御特性を選択し、
    　　選択された前記所定の第１制御特性または前記所定の第２制御特性に基づいて、前記フィードバック制御を実行する、
    請求項４に記載の建設車両の作業機の制御装置。
  7. 　前記シリンダ長制御部は、前記フィードバック制御の制御量を求めるための第１演算式に含まれる、比例ゲインまたは積分ゲインまたは微分ゲインのうち少なくともいずれか一つまたは複数の値を、前記負荷の値と前記負荷の微分値とに基づいて調整することにより、前記フィードバック制御を実行する、
    請求項４に記載の建設車両の作業機の制御装置。
  8. 　前記第１割合と前記第２割合とを、負荷に応じて補正するための補正テーブルをさらに備え、
    　前記シリンダ長制御部は、前記補正テーブルを使用して前記第１割合または前記第２割合を補正することにより、前記オープンループ制御を実行する、
    請求項５に記載の建設車両の作業機の制御装置。
  9. 　前記第１制御特性は、前記所定の油圧シリンダに作動油を供給するための制御弁への制御信号を最大値から第１所定値まで所定の第１特性線に従って連続的に低下させるように設定されており、
    　前記第２制御特性は、前記第１領域の前半部分の殆どの部分で前記第１特性線よりも大きい制御信号が得られ、かつ、前記第１領域の後半部分では前記第１特性線よりも小さい制御信号が得られるように設定されている、
    請求項２に記載の建設車両の作業機の制御装置。
  10. 　建設車両（１０）の作業機（１４）に使用される所定の油圧シリンダ（３１）のシリンダ長を制御するための制御方法であって、
    　前記所定の油圧シリンダのシリンダ長を検出し、
    　前記シリンダ長が、制御の開始を指示する開始指示が入力されてから、目標値（Ｌｓ１）の手前に設定される設定値（Ｌ１）に到達するまでの第１領域では、予め設定される制御特性（１０４）と検出されるシリンダ長とに基づいて前記所定の油圧シリンダに作動油を供給することにより、シリンダ長をフィードバック制御し、
    　前記シリンダ長が前記設定値から前記目標値に到達するまでの第２領域では、所定の割合で制御信号を減少させながら前記所定の油圧シリンダに作動油を供給することにより、シリンダ長をオープンループ制御する、
    建設車両の作業機の制御方法。
  11. 　さらに、前記所定の油圧シリンダに加わる負荷を検出し、
    　検出される負荷に応じて前記フィードバック制御を実行する、
    請求項１０に記載の建設車両の作業機の制御方法。
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