WO2023182010A1

WO2023182010A1 - 作業機械

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Publication number: WO2023182010A1
Application number: PCT/JP2023/009422
Authority: WO
Inventors: 涼介伊藤; 裕昭天野; 賢人熊谷; 真司西川; 昭広楢▲崎▼
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2022-03-22
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2023-09-28

Abstract

本発明は、油圧アクチュエータの目標速度に対する駆動速度の追従性を向上させることが可能な作業機械を提供することを目的とする。そのために、コントローラは、操作レバーの入力量に応じてブームの目標速度を算出し、前記目標速度を基にアクチュエータ目標流量を算出し、前記アクチュエータ目標流量を基にポンプ目標流量を算出し、前記操作レバーの入力量と慣性計測装置の出力値とアクチュエータのメータアウト圧とを基に、前記アクチュエータのメータイン圧の目標値である目標メータイン圧を算出し、前記ブームの駆動速度と前記目標速度との差分を速度誤差として算出し、前記メータイン圧と前記目標メータイン圧との差分を圧力誤差として算出し、前記速度誤差と前記圧力誤差とに応じて前記ポンプ目標流量を補正する。

Description

作業機械

　本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関するものである。

　油圧ショベル等の作業機械においては、ブーム、アーム、バケットからなるフロント作業装置を油圧シリンダなどの油圧アクチュエータにより回転駆動する。油圧アクチュエータの駆動速度は、操作レバーの入力量に応じて設定される目標速度と一致するように制御される。一般的に、目標速度に対して駆動速度が遅れなく追従することがフロント作業装置の操作性およびバケットの軌跡制御の観点からも望ましい。しかしながら、油圧アクチュエータに対する負荷など外乱の影響により駆動速度が変動し、目標速度とのズレを生じてしまうことがある。そのため、油圧アクチュエータの駆動速度が目標速度と一致するようポンプ流量を調整することで、油圧アクチュエータの負荷など外乱の影響による駆動速度の変動を低減する速度フィードバック制御が知られている（例えば特許文献１）。

国際公開第２０１５／０２５８１８号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の速度フィードバック制御では、油圧アクチュエータの駆動速度を姿勢センサから取得する際に、フィルタリング処理などによる遅れが生じる。また、作動油の圧縮性により、油圧アクチュエータにポンプの吐出油が流入して圧力が上昇するまで油圧アクチュエータは動き出さないが、この圧力応答遅れを速度フィードバック制御で解消することはできない。従って、特許文献１に記載の速度フィードバック制御のみでは、油圧アクチュエータの目標速度に対する駆動速度の追従性の向上に限界がある。

　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧アクチュエータの目標速度に対する駆動速度の追従性を向上させることが可能な作業機械を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明は、車体と、前記車体に取り付けられた作業装置と、前記作業装置を駆動するアクチュエータと、油圧ポンプと、前記油圧ポンプから前記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、前記アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、前記操作レバーの入力量に応じて前記方向制御弁を制御するコントローラとを備えた作業機械において、前記作業装置の姿勢および動作状態を検出する慣性計測装置と、前記アクチュエータのメータイン圧およびメータアウト圧を検出する圧力センサとを備え、前記コントローラは、前記操作レバーの入力量に応じて前記作業装置の目標速度を算出し、前記目標速度を基に前記アクチュエータに供給する流量の目標値であるアクチュエータ目標流量を算出し、前記アクチュエータ目標流量を基に前記油圧ポンプの吐出流量の目標値であるポンプ目標流量を算出し、前記操作レバーの入力量と前記慣性計測装置の出力値と前記メータアウト圧とを基に、前記メータイン圧の目標値である目標メータイン圧を算出し、前記慣性計測装置で得られる前記作業装置の速度と前記目標速度との差分を速度誤差として算出し、前記メータイン圧と前記目標メータイン圧との差分を圧力誤差として算出し、前記速度誤差と前記圧力誤差とに応じて前記ポンプ目標流量を補正するものとする。

　以上のように構成した本発明によれば、作業装置の駆動速度と目標速度との差分（速度誤差）が小さくなるように、かつ、操作レバーの入力量に応じたアクチュエータのメータイン圧が得られるようにポンプ目標流量が補正されるため、作業装置の目標速度に対する駆動速度の追従性が向上する。

　本発明に係る作業機械によれば、油圧アクチュエータの目標速度に対する駆動速度の追従性を向上させること可能となる。

本発明の実施形態に係る油圧ショベルの側面図図１に示す油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の回路図（１／２）図１に示す油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の回路図（２／２）図２Ｂに示すコントローラの機能ブロック図図３に示すポンプ目標流量補正部の演算ブロック図図４に示す圧力フィードバックゲインの特性を示す図図２Ｂに示すコントローラのポンプ流量制御に係る処理を示すフロー図図２Ｂに示すコントローラのブーム方向制御弁開口制御に係る処理を示すフロー図図２Ｂに示すコントローラのブリードオフ弁開口制御に係る処理を示すフロー図図２Ａに示すブリードオフ弁の目標開口特性を示す図ブーム操作レバーが操作されたときのブームシリンダの流量およびメータイン圧の時系列変化を示す図

　図１は、本実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。油圧ショベル９０１は、走行体２０１と、走行体２０１上に旋回可能に配置され、車体を構成する旋回体２０２と、旋回体２０２に上下方向に回動可能に取り付けられ、土砂の掘削作業等を行う作業装置２０３とを備えている。旋回体２０２は、アクチュエータである旋回モータ２１１によって駆動される。

　作業装置２０３は、旋回体２０２に上下方向に回動可能に取り付けられたブーム２０４と、ブーム２０４の先端に上下方向に回動可能に取り付けられたアーム２０５と、アーム２０５の先端に上下方向に回動可能に取り付けられたバケット２０６と、ブーム２０４を駆動するアクチュエータであるブームシリンダ２０４ａと、アーム２０５を駆動するアクチュエータであるアームシリンダ２０５ａと、バケット２０６を駆動するアクチュエータであるバケットシリンダ２０６ａとを有する。作業装置２０３には、ブーム２０４、アーム２０５、およびバケット２０６の姿勢および動作状態を検出する慣性計測装置２１２，２１３，２１４が設置されている。旋回体２０２には、油圧ショベル９０１の姿勢や旋回体２０２の回転速度を検出する慣性計測装置２１５，２１６が設置されている。慣性計測装置２１２～２１６は、例えばＩＭＵで構成される。

　旋回体２０２上の前側位置には運転室２０７が設けられており、後側位置には車体の重量バランスを確保するためのカウンタウエイト２０９が取り付けられている。運転室２０７とカウンタウエイト２０９の間には、機械室２０８が設けられている。機械室２０８には、エンジン（図示せず）、油圧ポンプ１（図２Ａに示す）、旋回モータ２１１、コントロールバルブ２１０等が収容されている。コントロールバルブ２１０は、油圧ポンプ１からアクチュエータ２０４ａ，２０５ａ，２０６ａ，２１１に供給される圧油の流れを制御する。

　図２Ａおよび図２Ｂは、油圧ショベル９０１に搭載される油圧駆動装置の回路図である。なお、説明を簡略化するため、図２Ａおよび図２Ｂでは、ブームシリンダ２０４ａの駆動に関わる構成のみを示し、その他のアクチュエータの駆動に関わる構成を省略している。

　（構成）
　油圧駆動装置９０２は、例えば可変容量形油圧ポンプからなる油圧ポンプ１と、パイロットポンプ９１と、油圧ポンプ１およびパイロットポンプ９１に油を供給する作動油タンク５とを備える。油圧ポンプ１およびパイロットポンプ９１は、エンジン（図示せず）によって駆動される。油圧ポンプ１の傾転角は、油圧ポンプ１に付設したレギュレータによって制御される。油圧ポンプ１のレギュレータは、流量制御指令圧ポート１ａを有し、流量制御指令圧ポート１ａに作用する指令圧により駆動される。

　油圧ポンプ１の吐出油が供給されるポンプ流路６１には、ブーム方向制御弁１５および図示しない他の複数の方向制御弁がメータイン流路６２，６３および図示しない複数のメータイン流路を介してパラレルに接続されている。ブーム方向制御弁１５は、パイロットポート１５ａ，１５ｂに作用する指令圧で駆動され、油圧ポンプ１からブームシリンダ２０４ａに供給される圧油の流れを制御する。

　メータイン流路６２，６３には、ブームシリンダ２０４ａからポンプ流路６１への逆流を防止するためのチェック弁３０が配置されている。ポンプ流路６１は、過剰な圧力上昇から回路を保護するために、メインリリーフ弁４０を介して作動油タンク５に接続されている。ポンプ流路６１は、油圧ポンプ１の余剰な吐出油を排出できるように、ブリードオフ弁３７を介して作動油タンク５に接続されている。

　ポンプ流路６１には、油圧ポンプ１の吐出圧（ポンプ圧）を検出する圧力センサ８５が設けられている。ブーム方向制御弁１５とブームシリンダ２０４ａのボトム側とを接続する流路７１には、ブームボトム圧を検出する圧力センサ８８が設けられている。ブーム方向制御弁１５とブームシリンダ２０４ａのロッド側とを接続する流路７２には、ブームロッド圧を検出する圧力センサ８９が設けられている。

　パイロットポンプ９１の吐出ポートは、パイロット一次圧生成用のパイロットリリーフ弁９２を介して作動油タンク５に接続されると共に、流路９６を介して、電磁弁ユニット９３に内蔵される電磁弁９３ａ～９３ｄの一方の入力ポートに接続される。電磁弁９３ａ～９３ｄの他方の入力ポートは、流路９７を介して作動油タンク５に接続される。電磁弁９３ａ～９３ｄは、それぞれ、コントローラ９４からの指令信号に応じてパイロット一次圧を減圧し、指令圧として出力する。

　電磁弁９３ａの出力ポートは、油圧ポンプ１のレギュレータの流量制御指令圧ポート１ａに接続される。電磁弁９３ｂ，９３ｃの出力ポートは、ブーム方向制御弁１５のパイロットポート１５ａ，１５ｂに接続される。電磁弁９３ｄの出力ポートは、ブリードオフ弁３７の指令圧ポート３７ａに接続される。

　油圧駆動装置９０２は、コントローラ９４と、ブーム方向制御弁１５を切り換え操作可能な操作レバー９５とを備える。コントローラ９４は、操作レバー９５の入力量、慣性計測装置２１２～２１６の出力値、および圧力センサ８５，８８，８９の出力値に応じた指令信号を電磁弁９３ａ～９３ｄへ出力する。

　図３は、コントローラ９４の機能ブロック図である。コントローラ９４は、ブーム目標速度演算部９４ａと、ブーム目標流量演算部９４ｂと、速度誤差演算部９４ｃと、圧力誤差演算部９４ｄと、ブリードオフ弁目標開口演算部９４ｅと、推定ブリードオフ流量演算部９４ｆと、ポンプ目標流量演算部９４ｇと、ポンプ目標流量補正部９４ｈと、ポンプ流量制御指令出力部９４ｉと、ブーム方向制御弁目標メータイン開口演算部９４ｊと、ブーム方向制御弁制御指令出力部９４ｋと、要求トルク演算部９４ｌと、重力モーメント演算部９４ｍと、慣性モーメント演算部９４ｎと、目標トルク演算部９４ｏと、ブーム目標ボトム圧演算部９４ｐと、ブリードオフ弁制御指令出力部９４ｑとを有する。

　ブーム目標速度演算部９４ａは、予め設定された、操作レバー入力量に対するブーム目標速度特性に従い、操作レバー入力量に応じたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を算出する。ブーム目標流量演算部９４ｂは、ブーム目標速度演算部９４ａで算出されたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を基に、ブームシリンダ２０４ａに供給する流量の目標値（ブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}）を算出する。ブーム方向制御弁目標メータイン開口演算部９４ｊは、ブーム目標流量演算部９４ｂで算出されたブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}と圧力センサ８５，８８，８９で得られるブーム方向制御弁１５の前後差圧ΔＰとを基に、ブーム方向制御弁１５のメータイン開口の目標値（ブーム方向制御弁目標メータイン開口Ａ_{ＴｇｔＢｍ}）を算出する。ブーム方向制御弁制御指令出力部９４ｋは、予め設定された、ブーム方向制御弁目標メータイン開口Ａ_{ＴｇｔＢｍ}に対する電磁弁指令信号特性に従い、ブーム方向制御弁目標メータイン開口Ａ_{ＴｇｔＢｍ}に応じた指令信号（ブーム方向制御弁制御指令信号）を電磁弁９３ｂ，９３ｃへ出力する。

　速度誤差演算部９４ｃは、ブーム目標速度演算部９４ａで算出されたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}と慣性計測装置２１２～２１６で得られるブーム２０４の駆動速度との差分を速度誤差として算出する。要求トルク演算部９４ｌは、予め設定された、操作レバー入力量に対するブーム要求トルク特性に従い、操作レバー入力量に応じたブーム要求トルクＴ_{ＲｅｑＢｍ}を算出する。重力モーメント演算部９４ｍは、慣性計測装置２１２～２１６の出力値と車体仕様値とを基に、ブームモーメントの重力成分を重力モーメントＴ_{Ｇｒａｖｉｔｙ}として算出する。慣性モーメント演算部９４ｎは、重力モーメント演算部９４ｍで算出された重力モーメントＴ_{Ｇｒａｖｉｔｙ}と慣性計測装置２１２～２１６の出力値とを基に、ブームモーメントの慣性成分を慣性モーメントＴ_{Ｉｎｅｒｔｉａ}として算出する。目標トルク演算部９４ｏは、要求トルク演算部９４ｌで算出された要求トルクと重力モーメント演算部９４ｍで算出された重力モーメントＴ_{Ｇｒａｖｉｔｙ}と慣性モーメント演算部９４ｎで算出された慣性モーメントＴ_{Ｉｎｅｒｔｉａ}とを基に、ブーム２０４の目標トルクＴ_{ＴｇｔＢｍ}を算出する。圧力誤差演算部９４ｄは、ブーム目標ボトム圧演算部９４ｐで算出されたブーム目標ボトム圧と圧力センサ８８で得られるブームボトム圧との差分を圧力誤差Ｅ_Ｐとして算出する。

　ブリードオフ弁目標開口演算部９４ｅは、予め設定された、操作レバー入力量に対するブリードオフ弁目標開口特性に従い、操作レバー入力量に応じたブリードオフ弁目標開口を算出する。推定ブリードオフ流量演算部９４ｆは、ブリードオフ弁目標開口演算部９４ｅで算出されたブリードオフ弁目標開口を基に推定ブリードオフ流量Ｑ_{ＥｓｔＢＯ}を算出する。ポンプ目標流量演算部９４ｇは、ブーム目標流量演算部９４ｂで算出されたブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}と推定ブリードオフ流量演算部９４ｆで算出された推定ブリードオフ流量Ｑ_{ＥｓｔＢＯ}とを基にポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を演算する。ポンプ目標流量補正部９４ｈは、ポンプ目標流量演算部９４ｇで算出されたポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を、速度誤差演算部９４ｃで算出された速度誤差Ｅ_Ｓと圧力誤差演算部９４ｄで算出された圧力誤差Ｅ_Ｐとに応じて補正する。ポンプ流量制御指令出力部９４ｉは、予め設定された、ポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}に対する電磁弁指令信号特性に従い、ポンプ目標流量補正部９４ｈにて補正されたポンプ目標流量に応じた指令信号（ポンプ流量制御指令信号）を電磁弁９３ａへ出力する。

　ブリードオフ弁制御指令出力部９４ｑは、予め設定された、ブリードオフ弁目標開口に対する電磁弁指令信号特性に従い、ブリードオフ弁目標開口演算部９４ｅで算出されたブリードオフ弁目標開口に応じた指令信号（ブリードオフ弁制御指令信号）を電磁弁９３ｄへ出力する。

　図４は、ポンプ目標流量補正部９４ｈの演算ブロック図である。ポンプ目標流量補正部９４ｈは、ポンプ目標流量演算部９４ｇで算出されたポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}に、圧力誤差Ｅ_Ｐに圧力フィードバックゲインＧ_Ｐを掛けた値（圧力補正流量）と速度誤差Ｅ_Ｓに速度フィードバックゲインＧ_Ｓを掛けた値（速度補正流量）とを加算することによりポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を補正する。本実施形態における速度フィードバックゲインＧ_Ｓは一定値であるのに対し、圧力フィードバックゲインＧ_Ｐは速度誤差Ｅ_Ｓに応じて変化する。

　図５は、圧力フィードバックゲインＧ_Ｐの特性を示す図である。速度誤差Ｅ_Ｓが小さいときは速度フィードバック制御のみでポンプ流量の追従性を確保することができる一方、速度誤差Ｅ_Ｓが大きいときは速度フィードバック制御のみではポンプ流量の追従性を確保することができない。そこで本実施形態では、圧力フィードバックゲインＧ_Ｐを速度誤差Ｅ_Ｓに応じて増加するように設定している。これにより、速度誤差Ｅ_Ｓが大きくなるに従ってポンプ流量に対する圧力フィードバック制御の感度が高くなるため、速度誤差Ｅ_Ｓの大小に関わらずポンプ流量の追従性を確保することが可能となる。

　図６は、コントローラ９４のポンプ流量制御に係る処理を示すフロー図である。

　コントローラ９４は、まず、操作レバー入力が無いか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１で操作レバー入力が無い（ＹＥＳ）と判定した場合は、当該フローを終了する。

　ステップＳ１０１で操作レバー入力が有る（ＮＯ）と判定した場合は、ブーム目標速度演算部９４ａは、予め設定された、操作レバー入力量に対するブーム目標速度特性に従い、ブーム操作レバー入力量に応じたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を算出する（ステップＳ１０２）。

　ステップＳ１０２に続き、ブーム目標流量演算部９４ｂは、ブーム目標速度演算部９４ａで算出されたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を基にブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}を算出する（ステップＳ１０３）。また、ステップＳ１０３と並行して、速度誤差演算部９４ｃは、ブーム目標速度演算部９４ａで算出されたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}と慣性計測装置２１２～２１６により得られたブーム２０４の駆動速度との差分を速度誤差Ｅ_Ｓとして算出する（ステップＳ１０４）。

　ステップＳ１０２と並行して、ブリードオフ弁目標開口演算部９４ｅは、操作レバー入力量に応じたブリードオフ弁目標開口Ａ_{ＴｇｔＢＯ}を算出する（ステップＳ１０５）。

　ステップＳ１０５に続き、推定ブリードオフ流量演算部９４ｆは、ブリードオフ弁目標開口Ａ_{ＴｇｔＢＯ}を基に推定ブリードオフ流量Ｑ_{ＥｓｔＢＯ}を算出する（ステップＳ１０６）。

　ステップＳ１０３，Ｓ１０６に続き、ポンプ目標流量演算部９４ｇは、ブーム目標流量演算部９４ｂで算出されたブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}と推定ブリードオフ流量演算部９４ｆで算出された推定ブリードオフ流量Ｑ_{ＥｓｔＢＯ}とを基にポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を算出する（ステップＳ１０７）。

　ステップＳ１０２と並行して、要求トルク演算部９４ｌは、予め設定された、操作レバー入力量に対するブーム要求トルク特性に従い、操作レバー入力量に応じたブーム要求トルクＴ_{ＲｅｑＢｍ}を算出する（ステップＳ１０８）。

　ステップＳ１０８に続き、重力モーメント演算部９４ｍは、慣性計測装置２１２～２１６の出力値と車体仕様値（主に構造物の寸法など）とを基に、ブームモーメントの重力成分を重力モーメントＭ_{Ｇｒａｖｉｔｙ}として算出する（ステップＳ１０９）。

　ステップＳ１０９に続き、慣性モーメント演算部９４ｎは、重力モーメント演算部９４ｍで算出された重力モーメントＭ_{Ｇｒａｖｉｔｙ}と慣性計測装置２１２～２１６の出力値とを基に、ブームモーメントの慣性成分を慣性モーメントＭ_{Ｉｎｅｒｔｉａ}として算出する（ステップＳ１１０）。

　ステップＳ１１０に続き、目標トルク演算部９４ｏは、要求トルク演算部９４ｌで算出されたブーム要求トルクＴ_{ＲｅｑＢｍ}と重力モーメント演算部９４ｍで算出された重力モーメントＭ_{Ｇｒａｖｉｔｙ}と慣性モーメント演算部９４ｎで算出された慣性モーメントＭ_{Ｉｎｅｒｔｉａ}とを基に、数１式を用いてブーム目標トルクＴ_{ＴｇｔＢｍ}を算出する（ステップＳ１１１）。ここで、ブーム要求トルクＴ_{ＲｅｑＢｍ}と同一回転方向のトルクを正とする。

　ステップＳ１１１に続き、ブーム目標ボトム圧演算部９４ｐで、目標トルク演算部９４ｏで算出されたブーム目標トルクＴ_{ＴｇｔＢｍ}と圧力センサ８９により得られたブームロッド圧とを基に、ブーム目標ボトム圧を算出する（ステップＳ１１２）。

　ステップＳ１１２に続き、圧力誤差演算部９４ｄは、ブーム目標ボトム圧演算部９４ｐで算出されたブーム目標ボトム圧と圧力センサ８８により得られたブームボトム圧との差分を圧力誤差Ｅ_Ｐとして算出する（ステップＳ１１３）。

　ステップＳ１０４，Ｓ１０７，Ｓ１１３に続き、ポンプ目標流量補正部９４ｈは、速度誤差演算部９４ｃで算出された速度誤差Ｅ_Ｓと圧力誤差演算部９４ｄで算出された圧力誤差Ｅ_Ｐとに応じてポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を補正する（ステップＳ１１４）。

　ステップＳ１１４に続き、ポンプ流量制御指令出力部９４ｉは、予め設定された、ポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}に対する電磁弁指令指令信号特性に従い、ポンプ目標流量補正部９４ｈで算出されたポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}に応じた制御指令（ポンプ流量制御指令）をポンプ流量制御用の電磁弁９３ａへ出力する（ステップＳ１１５）。

　ステップＳ１１５に続き、ポンプ流量制御用の電磁弁９３ａに指令圧を生成させ（ステップＳ１１６）、当該指令圧に応じて油圧ポンプ１の傾転を変化させ（ステップＳ１１７）、当該フローを終了する。

　図７は、コントローラ９４のブーム方向制御弁開口制御に係る処理を示すフロー図である。

　コントローラ９４は、まず、ブーム操作レバー入力が無いか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１でブーム操作レバー入力が無い（ＹＥＳ）と判定した場合は、当該フローを終了する。

　ステップＳ２０１でブーム操作レバー入力が有る（ＮＯ）と判定した場合は、ブーム目標速度演算部９４ａは、予め設定された、ブーム操作レバー入力量に対するブーム目標速度特性に従い、ブーム操作レバー入力量に応じたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を算出する（ステップＳ２０２）。

　ステップＳ２０２に続き、ブーム目標流量演算部９４ｂは、ブーム目標速度演算部９４ａで算出されたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を基にブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}を算出する（ステップＳ２０３）。

　ステップＳ２０３に続き、ブーム方向制御弁目標メータイン開口演算部９４ｊは、ブーム目標流量演算部９４ｂで算出されたブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}と圧力センサ８５，８８，８９の出力値から得られるブーム方向制御弁１５の前後差圧ΔＰとを基に、数２式を用いてブーム方向制御弁１５の目標メータイン開口Ａ_{ＴｇｔＢｍ}を算出する（ステップＳ２０４）。

ここで、Ｃｄは流量係数、ρは作動油密度である。

　ステップＳ２０４に続き、ブーム方向制御弁制御指令出力部９４ｋは、予め設定された、ブーム方向制御弁１５の目標メータイン開口に対する電磁弁指令信号特性に従い、ブーム方向制御弁目標メータイン開口演算部９４ｊで算出された目標メータイン開口Ａ_{ＴｇｔＢｍ}に応じた指令信号（ブーム方向制御弁制御指令信号）をブーム方向制御弁１５用の電磁弁９３ｂ，９３ｃへ出力する（ステップＳ２０５）。

　ステップＳ２０５に続き、ブーム方向制御弁１５用の電磁弁９３ｂ，９３ｃに指令圧を生成させ（ステップＳ２０６）、当該指令圧に応じてブーム方向制御弁１５を開口させ（ステップＳ２０７）、当該フローを終了する。

　図８は、コントローラ９４のブリードオフ弁開口制御に係る処理を示すフロー図である。

　コントローラ９４は、まず、操作レバー入力が無いか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ここでいう操作レバー入力は、油圧ポンプ１のポンプ流路６１に接続された複数のアクチュエータ（ブームシリンダ２０４ａおよび図示しないその他のアクチュエータ）のいずれかに対応する操作レバー入力である。ステップＳ３０１で操作レバー入力が無い（ＹＥＳ）と判定した場合は、当該フローを終了する。

　ステップＳ３０１で操作レバー入力が有る（ＮＯ）と判定した場合は、ブリードオフ弁目標開口演算部９４ｅは、図９に示すブリードオフ弁目標開口特性に従い、操作レバー入力量に応じたブリードオフ弁３７の目標開口Ａ_{ＴｇｔＢＯ}を算出する（ステップＳ３０２）。図９において、ブリードオフ弁目標開口は、操作レバー入力量がゼロ付近で最大開口となり、操作レバー入力量がある値を超えると急峻にゼロまで減少する。なお、ここでいう操作レバー入力量は、ブリードオフ弁３７が接続されているポンプ流路６１に接続された複数のアクチュエータ（ブームシリンダ２０４ａおよび図示しないその他のアクチュエータ）に対応する操作レバー入力量の最大値である。

　図８に戻り、ステップＳ３０２に続き、ブリードオフ弁制御指令出力部９４ｑは、予め設定された、ブリードオフ弁３７の目標開口に対する電磁弁指令信号特性に従い、ブリードオフ弁３７の目標開口Ａ_{ＴｇｔＢＯ}に応じた指令信号（ブリードオフ弁制御指令信号）をブリードオフ弁３７用の電磁弁９３ｄへ出力する（ステップＳ３０３）。

　ステップＳ３０３に続き、電磁弁９３ｄにブリードオフ弁３７の指令圧を生成させ（ステップＳ３０４）、当該指令圧に応じてブリードオフ弁３７を開口させ（ステップＳ３０５）、当該フローを終了する。

　（動作）
　油圧駆動装置９０２の動作の一例として、ブーム操作レバー９５が操作されたときの油圧ポンプ１、ブーム方向制御弁１５、およびブリードオフ弁３７の動作を説明する。

　「油圧ポンプ」
　コントローラ９４は、ブーム操作レバー９５の入力量に応じたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を算出し、ブーム目標速度Ｖ_{ＴｇｔＢｍ}と推定ブリードオフ流量Ｑ_{ＥｓｔＢＯ}とを基にポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を算出し、速度誤差Ｅ_Ｓと圧力誤差Ｅ_Ｐとに応じてポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を補正し、補正後のポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}に応じた指令信号（ポンプ流量制御指令信号）を電磁弁９３ａへ出力する。電磁弁９３ａは、ポンプ流量制御指令信号に応じた指令圧を生成し、油圧ポンプ１の吐出流量を制御する。

　「ブーム方向制御弁」
　コントローラ９４は、ブーム操作レバー９５の入力量に応じたブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を算出し、ブーム目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を基にブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}を算出し、ブーム目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}とブーム方向制御弁１５の前後差圧ΔＰとを基に目標メータイン開口Ａ_{ＴｇｔＢｍ}を算出し、目標メータイン開口Ａ_{ＴｇｔＢｍ}に応じた指令信号（ブーム方向制御弁制御指令信号）を電磁弁９３ｂ，９３ｃへ出力する。電磁弁９３ｂ，９３ｃは、ブーム方向制御弁制御指令信号に応じた指令圧を生成し、ブーム方向制御弁１５のメータイン開口を制御する。

　「ブリードオフ弁」
　コントローラ９４は、ブーム操作レバー９５の入力量を基にブリードオフ弁３７の目標開口Ａ_{ＴｇｔＢＯ}を算出し、目標開口Ａ_{ＴｇｔＢＯ}に応じた指令信号（ブリードオフ弁制御指令信号）を電磁弁９３ｄへ出力する。電磁弁９３ｄは、ブリードオフ弁制御指令信号に応じた指令圧を生成し、ブリードオフ弁３７の開口を制御する。

　図１０は、ブーム操作レバー９５が操作されたときのブームシリンダ２０４ａのメータイン流量およびメータイン圧の時系列変化を示す図である。

　従来技術では、ブームシリンダ２０４ａの操作が開始されると、図中実線で示すように、メータイン流量の目標値（目標流量）は操作レバー入力量に応じて増加し、メータイン圧力の目標値（目標圧力）は操作レバー入力量の増加率に応じた値となる。従来技術では、油圧アクチュエータに供給する流量を制御上の目標流量としているため、図中破線で示すように、慣性の影響により油圧アクチュエータの動き出しのメータイン圧の上昇が遅い場合は、油圧アクチュエータに供給される流量（実流量）が目標流量に追従できない。

　これに対し本実施形態では、速度フィードバック制御に加え、ブームシリンダ２０４ａのメータイン圧（ブームボトム圧）を目標メータイン圧（ブーム目標ボトム圧）に追従させる圧力フィードバック制御が実行される。そのため、ブームシリンダ２０４ａのメータイン圧と目標メータイン圧との差が大きくなるブーム２０４の動き出し時に、図中一点鎖線で示すように、目標流量が増加側に大きく補正され、ブームシリンダ２０４ａのメータイン圧（実圧力）の上昇が速まる。その結果、ブームシリンダ２０４ａに供給される流量（実流量）が目標流量に正確に追従し、ブーム２０４の目標速度と駆動速度との差が小さくなる。なお、ここではブームシリンダ２０４ａが駆動される場合を例に説明したが、他の油圧アクチュエータが駆動される場合も同様である。

　（まとめ）
　本実施形態では、車体２０２と、車体２０２に取り付けられた作業装置２０３と、作業装置２０３（ブーム２０４）を駆動するアクチュエータ２０４ａと、油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１からアクチュエータ２０４ａに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁１５と、アクチュエータ２０４ａの動作を指示するための操作レバー９５と、操作レバー９５の入力量に応じて方向制御弁１５を制御するコントローラ９４とを備えた作業機械９０１において、作業装置２０３（ブーム２０４）の姿勢および動作状態を検出する慣性計測装置２１２～２１６と、アクチュエータ２０４ａのメータイン圧およびメータアウト圧を検出する圧力センサ８８，８９とを備え、コントローラ９４は、操作レバー９５の入力量に応じて作業装置２０３（ブーム２０４）の目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を算出し、目標速度V_{ＴｇｔＢｍ}を基にアクチュエータ２０４ａに供給する流量の目標値であるアクチュエータ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}を算出し、アクチュエータ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＢｍ}を基に油圧ポンプ１の吐出流量の目標値であるポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を算出し、操作レバー９５の入力量と慣性計測装置２１２～２１６の出力値と前記メータアウト圧（ブームロッド圧）とを基に、前記メータイン圧（ブームボトム圧）の目標値である目標メータイン圧（ブーム目標ボトム圧）を算出し、慣性計測装置２１２～２１６で得られる作業装置２０３（ブーム２０４）の駆動速度と目標速度Ｖ_{ＴｇｔＢｍ}との差分を速度誤差Ｅ_Ｓとして算出し、圧力センサ８８で得られるアクチュエータ２０４ａのメータイン圧（ブームボトム圧）と前記目標メータイン圧（ブーム目標ボトム圧）との差分を圧力誤差Ｅ_Ｐとして算出し、速度誤差Ｅ_Ｓと圧力誤差Ｅ_Ｐとに応じてポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を補正する。

　以上のように構成された本実施形態によれば、作業装置２０３（ブーム２０４）の駆動速度と目標速度Ｖ_{ＴｇｔＢｍ}との差分（速度誤差）が小さくなるように、かつ、操作レバー９５の入力量に応じたアクチュエータ２０４ａのメータイン圧が得られるようにポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}が補正されるため、作業装置２０３（ブーム２０４）の目標速度Ｖ_{ＴｇｔＢｍ}に対する駆動速度の追従性が向上する。これにより、作業機械９０１の施工精度が向上する。

　また、本実施形態におけるコントローラ９４は、速度誤差Ｅ_Ｓに速度フィードバックゲインＧ_Ｓを掛けて速度補正流量を算出し、圧力誤差Ｅ_Ｐに圧力フィードバックゲインＧ_Ｐを掛けて圧力補正流量を算出し、前記速度補正流量と前記圧力補正流量とをポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}に加算することによりポンプ目標流量Ｑ_{ＴｇｔＰｍｐ}を補正する。これにより、ポンプ流量に対する速度フィードバック制御および圧力フィードバック制御の感度を速度フィードバックゲインＧ_Ｓおよび圧力フィードバックゲインＧ_Ｐで調整することが可能となる。

　また、本実施形態における圧力フィードバックゲインＧ_Ｐは、速度誤差Ｅ_Ｓが大きくなるに従って増加するように設定されている。これにより、速度誤差Ｅ_Ｓが大きくなるに従ってポンプ流量に対する圧力フィードバック制御の感度が高くなるため、速度誤差Ｅ_Ｓの大小に関わらずポンプ流量の追従性を確保することが可能となる。

　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は、本発明を分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。

　１…油圧ポンプ、１ａ…流量制御指令圧ポート、５…作動油タンク、１５…ブーム方向制御弁、１５ａ，１５ｂ…パイロットポート、３０…チェック弁、３７…ブリードオフ弁、３７ａ…指令圧ポート、４０…メインリリーフ弁、６１…ポンプ流路、６２，６３…メータイン流路、７１，７２…流路、８５，８８，８９…圧力センサ、９１…パイロットポンプ、９２…パイロットリリーフ弁、９３…電磁弁ユニット、９３ａ～９３ｄ…電磁弁、９４…コントローラ、９４ａ…ブーム目標速度演算部、９４ｂ…ブーム目標流量演算部、９４ｃ…速度誤差演算部、９４ｄ…圧力誤差演算部、９４ｅ…ブリードオフ弁目標開口演算部、９４ｆ…推定ブリードオフ流量演算部、９４ｇ…ポンプ目標流量演算部、９４ｈ…ポンプ目標流量補正部、９４ｉ…ポンプ流量制御指令出力部、９４ｊ…ブーム方向制御弁目標メータイン開口演算部、９４ｋ…ブーム方向制御弁制御指令出力部、９４ｌ…要求トルク演算部、９４ｍ…重力モーメント演算部、９４ｎ…慣性モーメント演算部、９４ｏ…目標トルク演算部、９４ｐ…ブーム目標ボトム圧演算部、９４ｑ…ブリードオフ弁制御指令出力部、９５…ブーム操作レバー、９６，９７…流路、２０１…走行体、２０２…旋回体（車体）、２０３…作業装置、２０４…ブーム、２０４ａ…ブームシリンダ（アクチュエータ）、２０５…アーム、２０５ａ…アームシリンダ（アクチュエータ）、２０６…バケット、２０６ａ…バケットシリンダ（アクチュエータ）、２０７…運転室、２０８…機械室、２０９…カウンタウエイト、２１０…コントロールバルブ、２１１…旋回モータ（アクチュエータ）、２１２～２１６…慣性計測装置、９０１…油圧ショベル（作業機械）、９０２…油圧駆動装置。

Claims

　車体と、
　前記車体に取り付けられた作業装置と、
　前記作業装置を駆動するアクチュエータと、
　油圧ポンプと、
　前記油圧ポンプから前記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、
　前記アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、
　前記操作レバーの入力量に応じて前記方向制御弁を制御するコントローラとを備えた作業機械において、
　前記作業装置の姿勢および動作状態を検出する慣性計測装置と、
　前記アクチュエータのメータイン圧およびメータアウト圧を検出する圧力センサとを備え、
　前記コントローラは、
　前記操作レバーの入力量に応じて前記作業装置の目標速度を算出し、
　前記目標速度を基に前記アクチュエータに供給する流量の目標値であるアクチュエータ目標流量を算出し、
　前記アクチュエータ目標流量を基に前記油圧ポンプの吐出流量の目標値であるポンプ目標流量を算出し、
　前記操作レバーの入力量と前記慣性計測装置の出力値と前記メータアウト圧とを基に、前記メータイン圧の目標値である目標メータイン圧を算出し、
　前記慣性計測装置で得られる前記作業装置の速度と前記目標速度との差分を速度誤差として算出し、
　前記メータイン圧と前記目標メータイン圧との差分を圧力誤差として算出し、
　前記速度誤差と前記圧力誤差とに応じて前記ポンプ目標流量を補正する
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項１に記載の作業機械において、
　前記コントローラは、
　前記速度誤差に速度フィードバックゲインを掛けて速度補正流量を算出し、
　前記圧力誤差に圧力フィードバックゲインを掛けて圧力補正流量を算出し、
　前記速度補正流量と前記圧力補正流量とを前記ポンプ目標流量に加算することにより前記ポンプ目標流量を補正する
　ことを特徴とする作業機械。
　請求項２に記載の作業機械において、
　前記圧力フィードバックゲインは、前記速度誤差が大きくなるに従って増加するように設定されている
　ことを特徴とする作業機械。