WO2020202309A1

WO2020202309A1 - 建設機械の駆動装置

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Publication number: WO2020202309A1
Application number: PCT/JP2019/014157
Authority: WO
Inventors: 宏政高橋; 自由理清水
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2021-09-29

Abstract

複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の圧力と複数の油圧ポンプのそれぞれの吸収動力の上限値として予め定められた制限動力とに応じて、複数の油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータのそれぞれに吐出可能なポンプ流量の上限値であるポンプ制限流量を演算するとともに、操作レバーの操作量に応じて複数の油圧アクチュエータの要求流量を演算し、要求流量及びポンプ制限流量に基づいて複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の配分流量を演算し、配分流量に応じて複数の油圧ポンプのそれぞれの吐出流量を演算する。これにより、油圧ポンプの吸収動力を適切に制限することができ、かつ、操作性の低下を抑制することができる。

Description

建設機械の駆動装置

　本発明は建設機械の駆動装置に関する。

　近年、環境意識の高まりから建設機械の省エネルギー化が求められている。特に建設機械を駆動するための油圧システムの省エネルギー化は重要視されており、例えば、旋回モータの制動動力を回収し再利用するハイブリッドシステムなどの様々な油圧システムが提案されている。

　また、油圧システムのコントロールバルブ等で発生する絞り圧損に配慮したものとして、例えば特許文献１に記載の技術がある。これは、複数の油圧ポンプと複数の油圧アクチュエータをコントロールバルブではなく流路の連通又は遮断を行う電磁切換弁を介して閉回路接続し、操作装置で生成された油圧アクチュエータへの操作信号に基づいて複数の油圧ポンプと複数の油圧アクチュエータの電磁切換弁による接続を設定するとともに油圧ポンプの吐出流量を変化させることによって各油圧アクチュエータの速度を制御するものである。

特開２０１８－１４５９８５号公報

　上記従来技術においては、各油圧アクチュエータに供給される圧油の流量比を、オペレータが操作レバー等によって要求する流量比に保つように各油圧ポンプの吐出流量を制御することにより、操作性の向上を図っている。

　ところで、油圧回路等で用いられる油圧ポンプにおいては、作用する圧力と吐出流量との積によって表される吸収動力を考慮する必要がある。例えば、油圧ポンプの吸収動力が限界動力に達した場合に電子制御あるいは機構によって吐出流量を制限して吸収動力を抑制することが知られている。

　しかしながら、限界動力に達してから吐出流量を制限する場合には、油圧ポンプに過大な吸収動力が作用する時間が生じるために、油圧ポンプが損傷してしまうおそれがある。また、上記従来技術において、このように油圧ポンプの吐出流量の制限を事後的に行う場合には、配分流量を決定した後に負荷の高いアクチュエータの速度を下げることになるので配分流量比が崩れてしまい、操作性が低下してしまうという問題がある。

　本発明は上記に鑑みてなされたものであり、油圧ポンプの吸収動力を適切に制限することができ、かつ、操作性の低下を抑制することができる建設機械の駆動装置を提供することを目的とする。

　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれと複数の油路を介して接続され、操作装置の操作量に応じた圧油を吐出する複数のポンプ装置と、前記複数の油路にそれぞれ設けられ、前記複数のポンプ装置から吐出される圧油がそれぞれ前記複数の油圧アクチュエータに選択的に供給されるように前記複数の油路の流れを切り換える複数の油圧バルブと、前記操作装置の操作量に応じて前記ポンプ装置および前記油圧バルブを制御するコントローラとを備えた建設機械の駆動装置において、前記コントローラは、前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の圧力と前記複数のポンプ装置のそれぞれの吸収動力の上限値として予め定められた制限動力とに応じて、前記複数のポンプ装置から前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに吐出可能なポンプ流量の上限値であるポンプ制限流量を演算するとともに、前記操作装置の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータの要求流量を演算し、前記要求流量及び前記ポンプ制限流量に基づいて前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の配分流量を演算し、前記配分流量に応じて前記複数のポンプ装置のそれぞれの吐出流量を演算するものとする。

　本発明によれば、油圧ポンプの吸収動力を適切に制限することができ、かつ、操作性の低下を抑制することができる。

油圧ショベルの駆動装置をその制御装置とともに示す図である。建設機械の一例としての油圧ショベルの外観を示す図である。コントローラの制御機能を示す機能ブロック図である。コントローラの流量配分部の処理機能を示す機能ブロック図である。要求流量演算部で用いられるブームの操作レバーの操作量と要求流量との関係を示す図である。要求流量演算部で用いられるアームの操作レバーの操作量と要求流量との関係を示す図である。要求流量演算部で用いられるバケットの操作レバーの操作量と要求流量との関係を示す図である。要求流量演算部で用いられる旋回の操作レバーの操作量と要求流量との関係を示す図である。ポンプ割当演算部で用いられる優先接続テーブルの一例を示す図である。ポンプ制限流量演算部の処理内容を示すフローチャートである。流量配分部による一連の処理を示すフローチャートである。ポンプ割当演算部による一連の処理を示すフローチャートである。要求流量と配分流量の関係を概念的に説明する図である。要求流量と配分流量の関係を概念的に説明する図である。要求流量と配分流量の関係を概念的に説明する図である。

　以下、本発明の実施の形態を図１～図１２を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、建設機械として作業機（フロント作業装置）の先端にバケット３を備える油圧ショベルを例示するが、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルに本発明を適用することも可能である。また、複数の油圧アクチュエータと複数の油圧ポンプとの接続関係を制御する油圧システムを有するものであれば油圧ショベル以外の建設機械への適用も可能である。

　なお、以下の説明では、同一の構成要素が複数存在する場合、符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。すなわち、例えば、４つの油圧ポンプ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、及び１０ｃが存在するとき、これらをまとめて油圧ポンプ１０と表記することがある。また、説明により接続関係が明らかな信号線等については簡単のために図示を省略することがある。

　図１は、油圧ショベルの駆動装置をその制御装置とともに示す図である。また、図２は、本発明が適用される建設機械の一例としての油圧ショベルの外観を示す図である。なお、図１では待機状態（レバー操作が無い場合）を示している。

　図１において、本発明が適用される油圧ショベルは、軸８ａに入力されるトルク及び回転数からなる駆動力を複数の軸９ａ～９ｄに伝達するギアボックス９と、ギアボックス９を介してエンジンや電動モータ等の原動機８により駆動される両傾転可変容量型で２つの入出力ポートを有する油圧ポンプ１０ａ～１０ｄと、図示しない動力伝達機構を介して原動機８により駆動される片傾転固定容量型のチャージポンプ２１と、制御信号（ポンプ指令）に基づいて油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの斜板角度を制御して吐出容量を制御するレギュレータ１１ａ～１１ｄと、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄからの作動油により駆動されるブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６、旋回モータ７などの複数の油圧アクチュエータと、複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄと複数の油圧アクチュエータ４～７とをそれぞれ接続する複数の管路（油路）上にそれぞれ設けられ、複数の油圧アクチュエータ４～７に対して複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄから吐出される圧油の供給先を制御信号（バルブ指令）に基づいて切り換える複数の油圧バルブ群１２ａ～１２ｄと、複数の油圧アクチュエータ４～７を操作するための複数の操作レバー（操作装置）Ｌ１，Ｌ２と、オペレータにより操作される操作レバーＬ１，Ｌ２の操作量（レバー操作量）や図示しない圧力センサの検出結果などに基づいて油圧バルブ群１２ａ～１２ｄ及びレギュレータ１１ａ～１１ｄを制御するコントローラ２７と、図示しない走行モータとを備えており、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。また、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄとレギュレータ１１ａ～１１ｄは、オペレータにより操作される操作装置Ｌ１，Ｌ２の操作量に応じて圧油を吐出する複数のポンプ装置を構成している。なお、簡単のために油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの最大吐出流量はすべて等しいものとして説明する。

　油圧バルブ群１２ａ～１２ｄは、複数の油圧アクチュエータ４～７と少なくとも一つ以上の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄとを油圧閉回路接続するためのものであり、コントローラ２７からの制御信号（バルブ指令）に基づいて、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄから吐出される圧油がそれぞれ複数の油圧アクチュエータのいずれか１つに供給されるように管路の接続状態を切り換える。

　油圧バルブ群１２ａは、油圧ポンプ１０ａが複数の油圧アクチュエータ４～７のいずれか１つと閉回路を構成するように接続を選択的に切り換えるものであり、複数の油圧バルブ１３ａ～１６ａから構成されている。油圧バルブ１３ａ～１６ａは、コントローラ２７からの制御信号に基づいて管路の遮断または連通を切り換える電磁切換弁であり、油圧バルブ１３ａ～１６ａはそれぞれ油圧ポンプ１０ａと複数の油圧アクチュエータ４～７との閉回路接続の遮断または連通を切り換える。すなわち、油圧バルブ１３ａは油圧ポンプ１０ａとブームシリンダ４、油圧バルブ１４ａは油圧ポンプ１０ａとアームシリンダ５、油圧バルブ１５ａは油圧ポンプ１０ａとバケットシリンダ６、油圧バルブ１６ａは油圧ポンプ１０ａと旋回モータ７の閉回路接続の遮断または連通を切り換える。例えば、油圧バルブ１３ａが開状態に制御されて他の油圧バルブ１４ａ～１６ａが閉状態に制御された場合には、油圧ポンプ１０ａとブームシリンダ４が閉回路接続される。油圧バルブ１３ａ～１６ａは、制御信号が入力されない待機状態では管路を遮断するノーマルクローズ型の電磁切換弁であり、コントローラ２７から開弁指令としての制御信号が入力された場合に管路を連通する。

　他の油圧バルブ群１２ｂ～１２ｄについても油圧バルブ群１２ａと同様である。すなわち、油圧バルブ群１２ｂ～１２ｄは電磁切換弁である複数の油圧バルブ１３ｂ～１６ｂ，１３ｃ～１６ｃ，１３ｄ～１６ｄから構成されており、コントローラ２７からの制御信号に基づいて、油圧ポンプ１０ｂ～１０ｄのそれぞれと複数の油圧アクチュエータ４～７との閉回路接続の遮断または連通を切り換える。

　油圧アクチュエータ４～７の油圧閉回路の油圧バルブ群１２ａ～１２ｄより下流側には、チャージポンプ２１からチャージ管路２１ａに供給される圧油を油圧閉回路に補充するメイクアップ弁２３ａ～２３ｈと、油圧閉回路の圧力が設定圧以上になるとチャージ管路２１ａに圧油を逃がすメインリリーフ弁２５ａ～２５ｈと、油圧アクチュエータ４～７の例えば油圧シリンダ４～６であればヘッド室とロッド室の受圧面積差などによって生じる油圧閉回路の余剰油をチャージ管路２１ａに排出するフラッシング弁２４ａ～２４ｄとが設けられている。メインリリーフ弁２５ａ～２５ｈによって各油圧閉回路の最大圧力が決定されている。チャージポンプ２１から圧油が供給されるチャージ管路２１ａには、チャージ管路２１ａの圧力を設定圧に保持しつつ余剰の圧油を圧油タンク２２に逃がすチャージリリーフ弁２６が設けられており、チャージリリーフ弁２６によりチャージ管路２１ａの最大圧力が決定される。

　また、油圧アクチュエータ４～７の油圧閉回路の油圧バルブ群１２ａ～１２ｄより下流側には、油圧アクチュエータ４～７に供給される圧油の圧力を検出する圧力センサ４ａ，・・・，７ｂが設けられている。例えば、油圧シリンダ４～６のロッド室側には圧力センサ４ａ，５ａ，６ａがそれぞれ設けられ、ヘッド室側には圧力センサ４ｂ，５ｂ，６ｂがそれぞれ設けられている。同様に、旋回モータ７に接続される両管路には圧力センサ７ａ，７ｂが設けられている。

　図２に示すように、油圧ショベルは、垂直方向にそれぞれ回動するブーム１、アーム２、およびバケット３を連結して構成された多関節型のフロント装置１Ａと、上部旋回体１Ｂと、下部走行体１Ｃとで構成されている。フロント装置１Ａのブーム１の基端は上部旋回体１Ｂの前部に回動可能に支持されており、アーム２の一端はブーム１の基端とは異なる端部（先端）に回動可能に支持されており、アーム２の他端にはバケット３が回動可能に支持されている。ブーム１、アーム２、バケット３、上部旋回体１Ｂ、及び下部走行体Ｃはそれぞれブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６、旋回モータ７、及び図示しない左右の走行モータによりそれぞれ駆動される。

　オペレータが搭乗する運転室１０１には、油圧アクチュエータ４～７を操作するための操作信号を出力する操作レバー（操作装置）Ｌ１，Ｌ２が設けられている。図示はしないが操作レバーＬ１，Ｌ２は前後左右に傾倒可能であり、操作信号であるレバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を制御装置であるコントローラ２７に電気配線を介して出力する。つまり、本実施の形態では、操作レバーＬ１，Ｌ２の前後方向または左右方向に、油圧アクチュエータ４～７の操作がそれぞれ割り当てられている。

　図３は、コントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。また、図４は、コントローラの流量配分部の処理機能を示す機能ブロック図である。

　図３において、コントローラ２７は、操作レバーＬ１，Ｌ２から入力されるレバー操作量に応じて複数の油圧アクチュエータ４～７の要求流量（言い換えると要求速度）を演算する要求流量演算部３１と、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄ作用する圧力と吐出流量との積によって表される吸収動力の限界値（すなわち、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの耐久値）として定められた限界動力に対して所定のマージンをもって予め設定された制限値であるポンプ制限動力が記憶されたポンプ制限動力設定部３５と、複数の油圧アクチュエータ４～７の圧力センサ４ａ，・・・，７ｂから入力されるアクチュエータ圧とポンプ制限動力とに基づいて油圧アクチュエータ４～７ごとのポンプ制限流量を演算するポンプ制限流量演算部３４と、要求流量とポンプ制限流量とに基づいて複数の油圧アクチュエータ４～７に供給される圧油の流量（以降、配分流量と称する）を演算する流量配分部３２と、配分流量とポンプ制限流量とに基づいて複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄのそれぞれの吐出流量を演算し、複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄへの制御信号（ポンプ指令）および油圧バルブ群１２ａ～１２ｄへの制御信号（バルブ指令）として出力するポンプ割当演算部３３とを備えている。

　図４において、流量配分部３２は、複数の油圧アクチュエータ４～７のうち複合操作で駆動される少なくとも２つの油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ４及びアームシリンダ５）について、複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄから少なくとも２つの油圧アクチュエータに供給可能な圧油の流量である配分可能流量の範囲を演算するために配分可能領域５２を設定し、その配分可能領域５２内に、少なくとも２つの油圧アクチュエータに供給される圧油の配分流量を演算するための配分領域５３を設定する配分領域設定部４１と、少なくとも要求流量が配分可能領域５２の範囲外にある場合に、配分流量が配分領域５３に含まれ、かつ、前記少なくとも２つの油圧アクチュエータ間の配分流量の比率が要求流量の比率と等しくなるように配分流量を演算する比率配分部４２とを備えている。

　図５Ａ～図５Ｄは、要求流量演算部で用いられる操作レバーの操作量と要求流量との関係を示す図である。

　図５Ａ～図５Ｄはそれぞれ、ブームシリンダ４に対応する方向へのレバー操作量とブームシリンダ４の要求流量との関係を、図５Ｂはアームシリンダ５に対応する方向へのレバー操作量とアームシリンダ５の要求流量との関係を、図５Ｃはバケットシリンダ６に対応する方向へのレバー操作量とバケットシリンダ６の要求流量との関係を、図５Ｄは旋回モータ７に対応する方向へのレバー操作量と旋回モータ７の要求流量との関係をそれぞれ示している。図５Ａ～図５Ｄに示した操作レバーＬ１，Ｌ２の操作量（レバー操作量）と要求流量との関係３１ａ～３１ｄは、予め要求流量演算部３１に記憶されており、操作レバーＬ１，Ｌ２から入力されるレバー操作量に応じて油圧アクチュエータ４～７の要求流量を演算する際に用いられる。

　図５Ａ～図５Ｄでは、操作レバーＬ１，Ｌ２の操作量が０（％）の場合（すなわち、操作していない場合）には油圧アクチュエータ４～７の要求流量は０であり、操作レバーＬ１，Ｌ２の操作量が０（％）から大きくなるのに伴って要求流量も大きくなり、操作レバーＬ１，Ｌ２の操作量が１００（％）になると要求流量は４になる。ここで、要求流量が４であるとは、流量最大吐出の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの４つ分の流量を要求することを表す。

　配分可能領域は、理論上アクチュエータに供給可能な圧油の流量の範囲を演算するために設定するものであり、実際に油圧アクチュエータに供給される配分流量の範囲を演算するための配分領域は、その配分可能領域に含まれるように設定する。配分領域設定部４１に設定される配分領域は、複数の油圧アクチュエータ４～７に供給される圧油の配分流量を演算するためのものであり、各油圧アクチュエータ４～７の配分流量を各座標軸（例えば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、ｗ軸）に設定した座標系において、複数の油圧アクチュエータ４～７の配分流量により決まる点を配分流量＝（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ）とした場合に、比率配分部４２での演算において配分流量＝（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ）がとる値の範囲を設定するものである。つまり、比率配分部４２での演算において配分流量＝（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ）は配分領域の範囲に制限される。なお、配分領域は配分可能領域の範囲内となるように設定するものであり、必要に応じて配分可能領域の任意の範囲を予め設定しておくことができる。本実施の形態では、配分領域設定部４１に配分可能領域と同じ範囲の配分領域を設定した場合を例示している。なお、配分領域設定部４１に設定する配分領域としては他にも種々の範囲が考えられるが、例えば、複数の油圧アクチュエータに設定された配分流量の和の配分領域の範囲内における最大値が複数の油圧アクチュエータ間の要求流量の比率によらず一定となるように配分領域を設定したり、ブームシリンダ４に係るレバー操作量（要求流量）が微操作を示す値から増加するのに伴って、アームシリンダ５の速度が落ちやすくなる（言い換えると、配分流量の減少率が増加する）ように配分領域を設定したりすることができる。配分可能領域は、複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｂから複数の油圧アクチュエータ４～７に供給可能な圧油の流量である配分可能流量に基づいて規定される配分流量の領域である。つまり、配分可能領域は、複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｂと複数の油圧アクチュエータ４～７が油圧バルブ群１２ａ～１２ｄによって閉回路接続され得る組み合わせと、複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｂの吐出可能な流量（最少吐出流量～最大吐出流量）とを考慮した場合に、複数の油圧アクチュエータ４～７に供給可能な配分流量＝（ｘ，ｙ，ｚ，ｗ）の範囲を表している。

　ポンプ割当演算部３３における油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの吐出流量の演算は、同時に、油圧アクチュエータ４～７に圧油を供給する油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの割り当てであるポンプ割当を含んでいる。

　図６は、ポンプ割当演算部で用いられる優先接続テーブルの一例を示す図である。

　図６において、優先接続テーブル３３ａは、油圧アクチュエータ４～７に対する油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの接続の優先順位を定めたものであり、流量配分部３２で演算された油圧アクチュエータ４～７の配分流量をどの油圧ポンプ１０ａ～１０ｄから供給するかを定めるための基準である。優先接続テーブル３３ａは、油圧アクチュエータ側から見た油圧ポンプの優先順位を示すものであるとともに、油圧ポンプ側から見た油圧アクチュエータの優先順位を示すものでもある。例えば、油圧アクチュエータ側から見ると、ブームシリンダ４から見た油圧ポンプ１０ａの優先順位は１位であり、油圧ポンプ１０ｄの優先順位は４位である。また、油圧ポンプ側から見ると、例えば、油圧ポンプ１０ａから見たブームシリンダ４の優先順位は１位であり、旋回モータ７の優先順位は４位である。

　ポンプ割当演算部３３は、流量配分部３２で演算された配分流量とポンプ制限流量と優先接続テーブルとに基づいて、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄのポンプ割当および吐出流量を演算し、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄのそれぞれの吐出流量を制御信号（ポンプ指令）として出力するとともに、ポンプ割当に応じた油圧アクチュエータ４～７と油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの閉回路接続の接続設定を油圧バルブ群１２ａ～１２ｄへの制御信号（バルブ指令）として出力する。

　図７は、ポンプ制限流量演算部の処理内容を示すフローチャートである。

　図７において、ポンプ制限流量演算部３４は、まず、圧力センサ４ａ，・・・，７ｂで検出されるアクチュエータ圧Ｐａ＿１，・・・，Ｐａ＿Ｎ（Ｎは正の整数）と、ポンプ制限動力設定部３５に設定されているポンプ制限動力Ｗｐｌｉｍとを読み込む（ステップＳ１００）。なお、アクチュエータ圧Ｐａ＿１，・・・，Ｐａ＿Ｎは、各油圧アクチュエータ４～７に対応してそれぞれ２つ設けられている圧力センサ４ａ，・・・，７ｂのうち油圧ポンプ１０ａ～１０ｄによって圧油の供給がなされている側の管路に設けられた圧力センサ４ａ，・・・，７ｂの検出値であり、本実施の形態においては、Ｎ＝４（油圧アクチュエータの数）となる。

　続いて、油圧アクチュエータ４～７ごとのポンプ制限流量Ｑａｐｌｉｍ＿ｉ＝Ｗｐｌｉｍ／Ｐａ＿ｉ（ｉは正の整数：ｉ＝１～Ｎ）を演算し（ステップＳ１１０）、演算したポンプ制限流量Ｑａｐｌｉｍ＿ｉを油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの最大吐出流量を１として正規化する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０において、ポンプ制限流量Ｑａｐｌｉｍ＿ｉ＞最大吐出流量である場合には、正規化したポンプ制限流量Ｑａｐｌｉｍ＿ｉ＝１（すなわち、１を最大値）とする。なお、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄは同種のもの（同一製品）であり、ポンプ制限動力Ｗｐｌｉｍについても同じであるものとする。

　図８及び図９は、流量配分部及びポンプ割当演算部による処理内容をそれぞれ示すフローチャートである。また、図１０～図１２は、要求流量と配分流量の関係を概念的に説明する図であり、一例としてアームシリンダとブームシリンダの複合動作を考える場合を示す図である。なお、図１０は油圧ポンプの吐出流量が制限されていない場合（すなわち、ポンプ制限流量＝１である場合）であって要求流量が配分領域の範囲内（境界を含む）の値をとる場合を、図１１は油圧ポンプの吐出流量が制限されていない場合（すなわち、ポンプ制限流量＝１である場合）であって要求流量が配分領域の範囲外の値をとる場合を、図１２は油圧ポンプの吐出流量が制限されている場合（すなわち、ポンプ制限流量＜１である場合）であって要求流量が配分領域の範囲外の値をとる場合をそれぞれ示している。

　図１０～図１２では、座標系の各軸に油圧アクチュエータごとの要求流量および配分流量を示しており、縦軸にアームシリンダ５の要求流量および配分流量を、横軸にブームシリンダ４の要求流量および配分流量をそれぞれ示している。また、要求流量及び配分流量の値は、流量最大吐出の油圧ポンプのいくつ分の流量であるかということを表している。例えば、要求流量（又は配分流量）の値が１．５である場合は、要求流量（又は配分流量）として流量最大吐出の油圧ポンプの１．５台分の流量を表している。また、図１０～図１２には、各油圧シリンダの要求流量がとりうる値の範囲である要求可能領域５１と、配分可能領域５２（ハッチングの領域）と、配分領域５３（太線で囲んだ領域）とを示している。ここでは、前述のように、配分領域５３を配分可能領域５２と同じ範囲に設定した場合を示している。なお、図１０～図１２はアームシリンダとブームシリンダの複合動作を考えるために図示しないが、油圧アクチュエータ４～７の単独操作を考慮すると縦軸上および横軸上の値３～４の範囲も該当する油圧アクチュエータに圧油が供給される領域となる。

　図８において、流量配分部３２はまず、要求流量演算部３１から入力された要求流量Ｆｉｎをポンプ制限流量演算部３４から入力された各油圧アクチュエータ４～７ごとのポンプ制限流量で除算したものを演算用の要求流量Ｆｉｎとして設定する（ステップＳ２００）。続いて、アームシリンダとブームシリンダの複合動作による要求流量Ｆｉｎが配分領域５３の範囲内（境界を含む）にあるかどうかを判定する（ステップＳ２１０）。ステップＳ２１０での判定結果がＹＥＳの場合は、配分流量Ｆｏｕｔの演算結果として要求流量Ｆｉｎを設定する（ステップＳ２１１）。また、ステップＳ２１０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、要求流量Ｆｉｎが配分領域５３の範囲外に有る場合には、座標系の原点と要求流量Ｆｉｎを通る直線Ｌを演算し（ステップＳＳ２２０）、直線Ｌと配分領域５３の境界との交点を配分流量Ｆｏｕｔの演算結果として設定する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２１１又はステップＳ２３０の処理が終了すると、ステップＳ２１１又はステップＳ２３０で設定された配分流量Ｆｏｕｔにポンプ制限流量を乗算したものを流量配分部３２の演算結果としての配分流量Ｆｏｕｔとして設定し（ステップＳ２４０）、処理を終了する。このように、ステップＳ２００において要求流量Ｆｉｎをポンプ制限流量で除した結果に基づいて、ステップＳ２１０～Ｓ２４０において配分流量Ｆｏｕｔを演算することにより、より簡単な演算で配分流量Ｆｏｕｔを決定することができる。

　図９において、ポンプ割当演算部３３は、まず、残り配分流量に流量配分部３２で演算された配分流量を設定する（ステップＳ１３０）。続いて、残り配分流量を油圧アクチュエータ側から見た優先順位に従って油圧ポンプの仮割り当てを行い（ステップＳ１４０）、その後、油圧ポンプ側から見た優先順位に従って油圧ポンプの割り当ての調整を行い、割り当ての重複する油圧ポンプは油圧ポンプ側から見た優先順位の高い油圧アクチュエータ側に割り当てられる（ステップＳ１５０）。続いて、残り配分流量から配分流量（油圧ポンプの割り当てが終了した分の配分流量）を除いたものを新たに残り配分流量として更新する（ステップＳ１６０）。ここで、残り配分流量が全てゼロかどうかを判定し（ステップＳ１７０）、判定結果がＹＥＳの場合には、処理を終了する。また、ステップＳ１７０での判定結果がＮＯの場合には、残りポンプ（割り当ての確定していない油圧ポンプ）が有るかどうかを判定し（ステップＳ１８０）、判定結果がＮＯの場合にはステップＳ１４０の処理に戻り、判定結果がＹＥＳの場合には処理を終了する。なお、ポンプ割当演算部３３における処理では、ポンプ制限流量演算部３４においてポンプ制限流量＜１に設定された油圧アクチュエータ４～７に圧油を吐出するよう割り当てられた各油圧ポンプ１０ａ～１０ｄについては、配分可能流量にポンプ制限流量を乗算して用いる。

　ここで、要求流量演算部３１、流量配分部３２、及びポンプ割当演算部３３による処理の内容をさらに具体的に説明する。

　例えば、図１０に例示するような場合、すなわち、ポンプ制限流量＝１の場合において、ブームのレバー操作量が４０％、アームのレバー操作量が３０％である操作が行われたとすると、要求流量演算部３１では、ブームシリンダの要求流量は４×０．４＝１．６（図５Ａ参照）となり、アームシリンダの要求流量は４×０．３＝１．２（図５Ｂ参照）と演算される。以降、このような複合動作における要求流量を、要求流量Ｆｉｎ＝（１．６，１．２）のように表記する。

　流量配分部３２では、この要求流量Ｆｉｎ＝（１．６，１．２）は、配分領域５３の範囲内（境界を含む）にあるので、要求流量Ｆｉｎをそのまま配分流量Ｆｏｕｔとして出力する。

　ポンプ割当演算部３３では、まず、配分流量Ｆｉｎ＝（１．６，１．２）に対して優先接続テーブル３３ａ（図６参照）を用い、油圧アクチュエータ側からみた優先順位に従って仮割り当てする。ブームシリンダの配分流量は１．６であるので油圧ポンプが２個要求され、油圧ポンプ１０ａと油圧ポンプ１０ｂ（ブームシリンダ４について油圧アクチュエータ側からみた優先順位１位と２位）が仮割り当てされる。また、アームシリンダの配分流量は１．２であるので油圧ポンプが２個要求され、油圧ポンプ１０ｄと油圧ポンプ１０ａ（アームシリンダ５について油圧アクチュエータ側からみた優先順位１位と２位）が仮割り当てされる。続いて、油圧ポンプ側から見た優先順位に基づく割り当ての調整が行われ、配分流量＝（１．６，１）となり、残り配分流量＝（１．６，１．２）－（１．６，１）＝（０，０．２）に更新される。残り配分流量は全てゼロではないので、残りポンプとして油圧ポンプ１０ｃがアームシリンダの残り配分流量に仮割り当てされ、仮割り当てされた油圧ポンプの重複がないため、油圧ポンプ側から見た優先順位に基づく割り当ての調整は不要となり、割り当てが確定される。演算結果は、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄへの制御信号（ポンプ指令）および油圧バルブ群１２ａ～１２ｄへの制御信号（バルブ指令）として出力される。

　また、例えば、図１１に例示するような場合、すなわち、ポンプ制限流量＝１の場合において、ブームのレバー操作量が７５％、アームのレバー操作量が１００％である操作が行われたとすると、要求流量演算部３１では、ブームシリンダの要求流量は４×０．７５＝３（図５Ａ参照）となり、アームシリンダの要求流量は４×１００＝４（図５Ｂ参照）と演算され、要求流量Ｆｉｎ＝（３，４）となる。

　流量配分部３２では、この要求流量Ｆｉｎ＝（３，４）は、配分領域５３の範囲外にあるので、座標系の原点と要求流量Ｆｉｎ＝（３，４）を通る直線Ｌを演算する。例えば、アームシリンダの要求流量をｙ軸、ブームシリンダの要求流量をｘ軸として考えると、直線Ｌは、ｙ＝（４／３）ｘで表される。ここで、直線Ｌと配分領域５３の境界との交点、すなわち演算結果は配分流量Ｆｏｕｔ＝（１．５，２）となる。

　ポンプ割当演算部３３では、まず、配分流量Ｆｉｎ＝（１．５，２）に対して優先接続テーブル３３ａ（図６参照）を用い、油圧アクチュエータ側からみた優先順位に従って仮割り当てする。ブームシリンダの配分流量＝１．５であるので油圧ポンプが２個要求され、油圧ポンプ１０ａ（ブームシリンダ４について油圧アクチュエータ側からみた優先順位１と２位）が仮割り当てされる。また、アームシリンダの配分流量＝２であるので油圧ポンプが２個要求され、油圧ポンプ１０ｄと油圧ポンプ１０ａと油圧ポンプ１０ｂ（アームシリンダ５について油圧アクチュエータ側からみた優先順位１位と２位）が仮割り当てされる。続いて、油圧ポンプ側から見た優先順位に基づく割り当ての調整が行われ、配分流量＝（１．５，１）となり、残り配分流量＝（１．５，２）－（１．５，１）＝（０，１）に更新される。残り配分流量は全てゼロではないので、残りポンプとして油圧ポンプ１０ｃがアームシリンダの残り配分流量に仮割り当てされ、仮割り当てされた油圧ポンプの重複がないため、油圧ポンプ側から見た優先順位に基づく割り当ての調整は不要となり、割り当てが確定される。演算結果は、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄへの制御信号（ポンプ指令）および油圧バルブ群１２ａ～１２ｄへの制御信号（バルブ指令）として出力される。

　また、例えば、図１２に例示するような場合、すなわち、アームシリンダ５にかかるポンプ制限流量＝０．８＜１であり、ブームシリンダ４にかかるポンプ制限流量＝１の場合において、ブームのレバー操作量が７５％、アームのレバー操作量が１００％である操作が行われたとすると、要求流量演算部３１では、ブームシリンダの要求流量は４×０．７５＝３（図５Ａ参照）となり、アームシリンダの要求流量は４×１００＝４（図５Ｂ参照）と演算され、要求流量Ｆｉｎ＝（３，４）となる。

　流量配分部３２では、ポンプ制限流量に基づいて、配分可能領域５２がアームシリンダ側について０．８倍に換算された場合と同義の処理が行われる。このとき、要求流量Ｆｉｎ＝（３，４）は、配分領域５３の範囲外にある。そこで、図１１の場合と同様に、座標系の原点と要求流量Ｆｉｎ＝（３，４）を通る直線Ｌを演算する。例えば、アームシリンダの要求流量をｙ軸、ブームシリンダの要求流量をｘ軸として考えると、直線Ｌは、ｙ＝（４／３）ｘで表される。ここで、直線Ｌと配分領域５３の境界との交点、すなわち演算結果は配分流量Ｆｏｕｔ＝（１．２，１．６）となる。

　ポンプ割当演算部３３では、まず、ポンプ制限流量に基づいて、アームシリンダ５に圧油を供給する油圧ポンプ１０ａ～１０ｄの最大の配分流量について０．８倍に換算するよう設定する。続いて、配分流量Ｆｉｎ＝（１．２，１．６）に対して優先接続テーブル３３ａ（図６参照）を用い、油圧アクチュエータ側からみた優先順位に従って仮割り当てする。ブームシリンダの配分流量＝１．２であるので油圧ポンプが２個要求され、油圧ポンプ１０ａ（ブームシリンダ４について油圧アクチュエータ側からみた優先順位１と２位）が仮割り当てされる。また、アームシリンダの配分流量＝１．６であるので油圧ポンプが２個（配分流量＝０．８×２に相当）要求され、油圧ポンプ１０ｄと油圧ポンプ１０ａと油圧ポンプ１０ｂ（アームシリンダ５について油圧アクチュエータ側からみた優先順位１位と２位）が仮割り当てされる。続いて、油圧ポンプ側から見た優先順位に基づく割り当ての調整が行われ、配分流量＝（１．２，０．８）となり、残り配分流量＝（１．２，１．６）－（１．２，０．８）＝（０，０．８）に更新される。残り配分流量は全てゼロではないので、残りポンプとして油圧ポンプ１０ｃがアームシリンダ５の残り配分流量に仮割り当てされ、仮割り当てされた油圧ポンプの重複がないため、油圧ポンプ側から見た優先順位に基づく割り当ての調整は不要となり、割り当てが確定される。演算結果は、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄへの制御信号（ポンプ指令）および油圧バルブ群１２ａ～１２ｄへの制御信号（バルブ指令）として出力される。

　なお、図１０～図１２においては、アームシリンダとブームシリンダの複合動作を例示して要求流量と配分流量の関係を概念的に説明したが、３つの油圧アクチュエータの複合動作についても同様に考えることができる。

　また、本実施の形態においては、配分流量を制限することで油圧ポンプの吐出流量を制限して吸収動力を限界動力以下に制御する場合を例示して説明したが、これに限られず、エンジン８の回転数を制限することで油圧ポンプの吐出流量を制限して吸収動力を限界動力以下に制御するように構成してもよい。

　以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。

　従来技術においては、各油圧アクチュエータに供給される圧油の流量比を、オペレータが操作レバー等によって要求する流量比に保つように各油圧ポンプの吐出流量を制御することにより、操作性の向上を図っていた。一方で、油圧回路等で用いられる油圧ポンプにおいては、作用する圧力と吐出流量との積によって表される吸収動力を考慮する必要がある。例えば、油圧ポンプの吸収動力が限界動力に達した場合に電子制御あるいは機構によって吐出流量を制限して吸収動力を抑制することが知られている。しかしながら、限界動力に達してから吐出流量を制限する場合には、油圧ポンプに過大な吸収動力が作用する時間が生じるために、油圧ポンプが損傷してしまうおそれがある。また、上記従来技術において、このように油圧ポンプの吐出流量の制限を事後的に行う場合には、配分流量を決定した後に負荷の高いアクチュエータの速度を下げることになるので配分流量比が崩れてしまい、操作性が低下してしまうという問題がある。

　これに対して本実施の形態においては、複数の油圧アクチュエータ４～７に供給される圧油の圧力と複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄのそれぞれの吸収動力の上限値として予め定められた制限動力とに応じて、複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄから複数の油圧アクチュエータ４～７のそれぞれに吐出可能なポンプ流量の上限値であるポンプ制限流量を演算するとともに、操作レバーＬ１，Ｌ２の操作量に応じて複数の油圧アクチュエータ４～７の要求流量を演算し、要求流量及びポンプ制限流量に基づいて複数の油圧アクチュエータ４～７に供給される圧油の配分流量を演算し、配分流量に応じて複数の油圧ポンプ１０ａ～１０ｄのそれぞれの吐出流量を演算するように構成したので、油圧ポンプの吸収動力を適切に制限することができ、かつ、操作性の低下を抑制することができる。

　次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。

　（１）上記の実施の形態では、複数の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６、旋回モータ７）と、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれと複数の油路を介して接続され、操作装置（例えば、操作レバーＬ１，Ｌ２）の操作量に応じた圧油を吐出する複数のポンプ装置（例えば、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄ）と、前記複数の油路にそれぞれ設けられ、前記複数のポンプ装置から吐出される圧油がそれぞれ前記複数の油圧アクチュエータに選択的に供給されるように前記複数の油路の流れを切り換える複数の油圧バルブ（例えば、油圧バルブ群１２ａ～１２ｄ）と、前記操作装置の操作量に応じて前記ポンプ装置および前記油圧バルブを制御するコントローラ２７とを備えた建設機械の駆動装置において、前記コントローラは、前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の圧力と前記複数のポンプ装置のそれぞれの吸収動力の上限値として予め定められた制限動力とに応じて、前記複数のポンプ装置から前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに吐出可能なポンプ流量の上限値であるポンプ制限流量を演算するとともに、前記操作装置の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータの要求流量を演算し、前記要求流量及び前記ポンプ制限流量に基づいて前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の配分流量を演算し、前記配分流量に応じて前記複数のポンプ装置のそれぞれの吐出流量を演算するものとした。

　これにより、油圧ポンプの吸収動力を適切に制限することができ、かつ、操作性の低下を抑制することができる。

　（２）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械の駆動装置において、前記コントローラ２７は、前記複数の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６、旋回モータ７）のうち複合操作で駆動される少なくとも２つの油圧アクチュエータについて、前記複数のポンプ装置（例えば、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄ）から前記少なくとも２つの油圧アクチュエータに供給可能な圧油の流量である配分可能流量の範囲を演算する為に配分可能領域を設定し、前記配分可能領域内に、前記少なくとも２つの油圧アクチュエータに実際に供給される圧油の配分流量の範囲を演算するための配分領域を設定し、少なくとも前記要求流量が前記配分可能領域の範囲外にある場合に、前記配分流量が前記配分領域に含まれ、かつ、前記少なくとも２つの油圧アクチュエータ間の配分流量の比率が前記要求流量の比率と等しくなるように前記配分流量を演算するものとした。

　（３）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械の駆動装置において、前記コントローラ２７は、前記要求流量及び前記ポンプ制限流量に基づいて前記複数の油圧アクチュエータ（例えば、ブームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ６、旋回モータ７）に供給される圧油の配分流量を演算し、前記配分流量に応じて前記複数のポンプ装置（例えば、油圧ポンプ１０ａ～１０ｄ）を駆動する原動機であるエンジン８の回転数を制御するものとした。

　（４）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械の駆動装置において、前記複数のポンプ装置における前記ポンプ制限流量は同じ値であるものとした。

　（５）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械の駆動装置において、前記コントローラ２７は、前記要求流量を前記ポンプ制限流量で除した結果に基づいて、前記配分流量を演算することを特徴とする建設機械の駆動装置。

　これにより、より簡単な演算で配分流量を決定することができる。

　＜付記＞
　なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

　１…ブーム、１Ａ…フロント装置、１Ｂ…上部旋回体、１Ｃ…下部走行体、２…アーム、３…バケット、４…ブームシリンダ、５…アームシリンダ、６…バケットシリンダ、７…旋回モータ、８…原動機、９…ギアボックス、９ａ～９ｄ…軸、１０（１０ａ～１０ｄ）…油圧ポンプ、１１（１１ａ～１１ｄ）…レギュレータ、１２（１２ａ～１２ｄ）…油圧バルブ群、１３（１３ａ～１３ｄ），１４（１４ａ～１４ｄ），１５（１５ａ～１５ｄ），１６（１６ａ～１６ｄ）…油圧バルブ、２１…チャージポンプ、２１ａ…チャージ管路、２２…圧油タンク、２３（２３ａ～２３ｈ）…メイクアップ弁、２４（２４ａ～２４ｄ）…フラッシング弁、２５（２５ａ～２５ｈ）…メインリリーフ弁、２６…チャージリリーフ弁、２７…コントローラ、３１…要求流量演算部、３２…流量配分部、３３…ポンプ割当演算部、３３ａ…優先接続テーブル、３４…ポンプ制限流量演算部、３５…ポンプ制限動力設定部、４１…配分領域設定部、４２…比率配分部、４３…スケーリング部、５１…要求可能領域、５２…配分可能領域、５３…配分領域、１０１…運転室

Claims

　複数の油圧アクチュエータと、
　前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれと複数の油路を介して接続され、操作装置の操作量に応じた圧油を吐出する複数のポンプ装置と、
　前記複数の油路にそれぞれ設けられ、前記複数のポンプ装置から吐出される圧油がそれぞれ前記複数の油圧アクチュエータに選択的に供給されるように前記複数の油路の流れを切り換える複数の油圧バルブと、
　前記操作装置の操作量に応じて前記ポンプ装置および前記油圧バルブを制御するコントローラとを備えた建設機械の駆動装置において、
　前記コントローラは、
　前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の圧力と前記複数のポンプ装置のそれぞれの吸収動力の上限値として予め定められた制限動力とに応じて、前記複数のポンプ装置から前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに吐出可能なポンプ流量の上限値であるポンプ制限流量を演算するとともに、
　前記操作装置の操作量に応じて前記複数の油圧アクチュエータの要求流量を演算し、前記要求流量及び前記ポンプ制限流量に基づいて前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の配分流量を演算し、前記配分流量に応じて前記複数のポンプ装置のそれぞれの吐出流量を演算することを特徴とする建設機械の駆動装置。
　請求項１記載の建設機械の駆動装置において、
　前記コントローラは、前記複数の油圧アクチュエータのうち複合操作で駆動される少なくとも２つの油圧アクチュエータについて、前記複数のポンプ装置から前記少なくとも２つの油圧アクチュエータに供給可能な圧油の流量である配分可能流量の範囲を演算する為に配分可能領域を設定し、前記配分可能領域内に、前記少なくとも２つの油圧アクチュエータに実際に供給される圧油の配分流量の範囲を演算するための配分領域を設定し、
　少なくとも前記要求流量が前記配分可能領域の範囲外にある場合に、前記配分流量が前記配分領域に含まれ、かつ、前記少なくとも２つの油圧アクチュエータ間の配分流量の比率が前記要求流量の比率と等しくなるように前記配分流量を演算することを特徴とする建設機械の駆動装置。
　請求項１記載の建設機械の駆動装置において、
　前記コントローラは、前記要求流量及び前記ポンプ制限流量に基づいて前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の配分流量を演算し、前記配分流量に応じて前記複数のポンプ装置を駆動する原動機であるエンジンの回転数を制御することを特徴とする建設機械の駆動装置。
　請求項１記載の建設機械の駆動装置において、
　前記複数のポンプ装置における前記ポンプ制限流量は同じ値であることを特徴とする建設機械の駆動装置。
　請求項１記載の建設機械の駆動装置において、
　前記コントローラは、前記要求流量を前記ポンプ制限流量で除した結果に基づいて、前記配分流量を演算することを特徴とする建設機械の駆動装置。