JP6495857B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械に関する。

一般に、建設機械は、搭載されているフロント作業装置を駆動する油圧シリンダ等の油圧アクチュエータと、オペレータが操作する操作装置と、油圧ポンプと、操作装置の操作量に応じた操作パイロット圧で内部の方向制御弁を駆動して、油圧ポンプから油圧アクチュエータへ供給する圧油の流量と方向を制御するコントロールバルブとを備えている。

また、コントロールバルブには油圧機器の破損を防ぐためのリリーフ弁が備えられている。建設機械が掘削などの作業を行うと、フロント作業装置を駆動する油圧アクチュエータの内部には、掘削反力（掘削負荷）に応じた負荷圧力が生じる。リリーフ弁は、負荷圧力の上昇により油圧回路内の圧力が、油圧機器の耐圧を超えることが無いように、所定の設定圧に達したときに開動作して、圧油をタンクへ逃がす。リリーフ弁から逃がした圧油の持つエネルギは、熱として放出されるので損失となる。そこで、一般的なコントロールバルブでは、異なる油圧アクチュエータの方向制御弁を同一のポンプラインにパラレルに配置し、油圧回路内の圧力が上昇したときに、比較的に負荷圧力の低いアクチュエータへ圧油を流す（いわゆる分流を行う）ことで油圧回路内の圧力上昇を抑えつつ、リリーフ動作による損失を回避している。

このような建設機械において、オペレータの操作量に関係なくフロント作業装置先端を、常に人のフィーリングに合致した良好な軌道を経て目標軌跡に収束させる建設機械の軌跡制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。この軌跡制御装置は、角度検出器からの信号に基づきフロント作業装置の位置と姿勢を演算し、操作レバー装置からの信号に基づきフロント作業装置の目標速度ベクトルを演算する。目標速度ベクトルは、フロント作業装置先端から最短距離にある目標軌跡上の点から所定の距離だけ掘削進行方向前方に進んだ点に向かうように補正され、補正された目標速度ベクトルに対応するように油圧制御弁を駆動するための目標パイロット圧が演算される。演算された目標パイロット圧を生成するように操作油圧回路に備えた比例電磁弁を制御する。

また、複合操作される各アクチュエータのマッチング自由度を高め、油圧建設機械の操作性を良くすることを目的とし、１つのアクチュエータへの圧油の流れを制御する複数個の制御弁の開度を個別に制御する油圧建設機械の制御装置がある（例えば、特許文献２参照）。この制御装置は、ブームシリンダへの圧油の流れを制御する第１及び第２のブーム用制御弁、アームシリンダへの圧油の流れを制御する第１及び第２のアーム用制御弁のそれぞれに、パイロット信号発生用の比例弁を付設し、ブームレバーストロークおよびアームレバーストローク信号に応じて、作業モード毎に設定したマップを用いてそれぞれの制御信号を求め、これによって各比例弁を制御する。

特開平９−２９１５６０号公報 特開平７−１９０００９号公報

特許文献１に記載の建設機械の軌跡制御装置は、従来の建設機械を構成するコントロールバルブを駆動制御する操作パイロット圧を制御することで、同一のポンプラインにパラレルに配置された方向制御弁の開度を調節し、フロント作業装置先端を目標軌跡に収束させる。このため、掘削負荷が増大した場合には、分流量が変化してフロント作業装置先端が目標軌跡から逸脱する可能性があり、逸脱した後の目標軌跡への収束が遅れる可能性があった。

具体的には、例えば、ブームシリンダとアームシリンダとでフロント作業装置を駆動して水平引きにより掘削（地ならし作業）を行う場合、掘削負荷が小さいときはブームシリンダの伸長方向への負荷圧力の方がアームシリンダの伸長方向への負荷圧力よりも高いため、アーム用の方向制御弁の開度を小さくし、ブーム用の方向制御弁の開度を大きくする必要がある。一方で、掘削負荷が大きくなると、掘削対象からの反力を受けアームシリンダの負荷圧力の方が増加し、結果として反力を受けたアームを介してブームが上方に持ち上げられるため、ブームシリンダの負荷圧力が減少し、アームシリンダの負荷圧力がブームシリンダの負荷圧力よりも高くなり、ブームシリンダへの分流量が増加する。このことにより、アームシリンダの速度が減少し、逆にブームシリンダの速度が増加し、速度バランスが崩れてフロント作業装置の先端が目標軌跡から逸脱する可能性があった。また、上述した建設機械の軌跡制御装置は、分流量の変化によってフロント作業装置先端が目標軌跡から逸脱した後、その偏差に応じて操作パイロット圧を制御するため、目標軌跡への収束が遅れる可能性があった。

このような課題に対して、上述した建設機械の軌跡制御装置に特許文献２に記載の油圧建設機械の制御装置を組合せたとすると、適切な作業モードが選択された場合、作業モードに応じて設定されたパターンとレバーストロークにより、アクチュエータへの圧油の流れを制御する制御弁の開度を個別に制御するので、操作性についての改善が図れることが想定される。

しかしながら、上述した掘削作業中の負荷や掘削反力等は、上述したマップには考慮されていないので、掘削負荷が増大した場合に、分流量の変化による目標軌跡からの逸脱、目標軌跡への収束遅れを改善することは困難であった。例えば、オペレータが、掘削負荷の変化に応じて作業モードを切り換えることによる対応も想定できるが、その場合には、作業速度の低下と効率の悪化を招いてしまう憾みがあった。

本発明は、上述した事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、水平均し作業や法面整形作業などにおいて掘削負荷が増大しても、リリーフによる損失を回避しつつ、所定の仕上げ精度を得られる建設機械を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。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、第１油圧アクチュエータと、第２油圧アクチュエータと、第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータにより駆動する作業機と、第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプの吐出油路である第１ポンプラインに設けられ、前記第１油圧アクチュエータへ供給される圧油の流量と方向を制御する第１方向制御弁と、前記第２油圧ポンプの吐出油路である第２ポンプラインに設けられ、前記第１油圧アクチュエータへ供給される圧油の流量と方向を制御する第１増速方向制御弁と、前記第２油圧ポンプの吐出油路である第２ポンプラインに設けられ、前記第２油圧アクチュエータへ供給される圧油の流量と方向を制御する第２方向制御弁とを備えた建設機械において、前記作業機にかかる掘削負荷を検出する掘削負荷センサと、前記第１増速方向制御弁を駆動する第１増速制御部とを備え、前記第１増速制御部は、前記掘削負荷センサで検出した掘削負荷に応じて前記第１増速方向制御弁の駆動量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、掘削負荷に応じて第２方向制御弁と分流可能に構成された第１増速方向制御弁の駆動量を制御するので、掘削負荷が増大してもリリーフによる損失を回避しつつ、分流を抑制して目標軌跡からの逸脱を防止できる。この結果、所定の仕上げ精度を確保できる。

本発明の建設機械の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態を備えた建設機械の油圧駆動装置を示す構成図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラの構成を示す概念図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラのメインスプール制御部の演算内容の一例を示す制御ブロック図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラのブーム増速制御部の演算内容の一例を示す制御ブロック図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラのブーム増速制御部の演算のフローの一例を示すフローチャート図である。 従来の建設機械の時系列の動作の一例を示す特性図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態における建設機械の時系列の動作の一例を示す特性図である。 従来の建設機械におけるブーム方向制御弁、ブーム増速方向制御弁の開口特性の一例を示す開口特性図である。 本発明の建設機械の第２の実施の形態を構成するブーム方向制御弁、ブーム増速方向制御弁の開口特性の一例を示す開口特性図である。 本発明の建設機械の第２の実施の形態において、従来技術の開口面積特性を備えた方向制御弁を適用した建設機械の時系列の動作の一例を示す特性図である。 本発明の建設機械の第２の実施の形態における建設機械の時系列の動作の一例を示す特性図である。

以下、本発明の建設機械の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の建設機械の第１の実施の形態を備えた油圧ショベルを示す斜視図である。図１に示すように、油圧ショベルは下部走行体９と上部旋回体１０と作業機１５を備えている。下部走行体９は左右のクローラ式走行装置を有し、左右の走行油圧モータ３ｂ、３ａ（左側３ｂのみ図示）により駆動される。上部旋回体１０は下部走行体９上に旋回可能に搭載され、旋回油圧モータ４により旋回駆動される。上部旋回体１０には、原動機としてのエンジン１４と、エンジン１４により駆動される油圧ポンプ装置２とを備えている。

作業機１５は上部旋回体１０の前部に俯仰可能に取り付けられている。上部旋回体１０には運転室が備えられ、運転室内には走行用右操作レバー装置１ａ、走行用左操作レバー装置１ｂ、作業機１５の動作及び旋回動作を指示するための右操作レバー装置１ｃ、左操作レバー装置１ｄ等の操作装置が配置されている。

作業機１５はブーム１１、アーム１２、バケット８を有する多関節構造であり、ブーム１１はブームシリンダ５の伸縮により上部旋回体１０に対して上下方向に回動し、アーム１２はアームシリンダ６の伸縮によりブーム１１に対して上下及び前後方向に回動し、バケット８はバケットシリンダ７の伸縮によりアーム１２に対して上下及び前後方向に回動する。

また、作業機１５の位置を算出するために、上部旋回体１０とブーム１１との連結部近傍に設けられ、ブーム１１の角度を検出する角度検出器１３ａと、ブーム１１とアーム１２との連結部近傍に設けられ、アーム１２の角度を検出する角度検出器１３ｂと、アーム１２とバケット８との近傍に設けられ、バケット８の角度を検出する角度検出器１３ｃとを備えている。これらの角度検出器１３ａ〜ｃが検出した角度信号は、後述するメインコントローラ１００に入力されている。

コントロールバルブ２０は、油圧ポンプ装置２から上述したブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、左右の走行油圧モータ３ｂ、３ａ等の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御するものである。

図２は本発明の建設機械の第１の実施の形態を備えた建設機械の油圧駆動装置を示す構成図である。なお、説明の簡略化のため、油圧アクチュエータとしてブームシリンダ５とアームシリンダ６のみを備えた構成として説明し、本発明の実施の形態と直接的に関係しないドレーン回路等の図示と説明は省略する。また、従来の油圧駆動装置と構成および動作が同様のロードチェック弁などの説明を省略する。

図２において、油圧駆動装置は、油圧ポンプ装置２と、第１油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ５と、第２油圧アクチュエータとしてのアームシリンダ６と、右操作レバー装置１ｃと、左操作レバー装置１ｄと、コントロールバルブ２０と、メインコントローラ１００と、情報コントローラ２００とを備えている。

油圧ポンプ装置２は、第１油圧ポンプ２１と第２油圧ポンプ２２とを備えている。第１油圧ポンプ２１と第２油圧ポンプ２２は、エンジン１４によって駆動され、それぞれ第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２に圧油を吐出する。本実施の形態では、第１油圧ポンプ２１及び第２油圧ポンプ２２は固定容量型の油圧ポンプとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変容量型の油圧ポンプを用いて構成してもよい。

コントロールバルブ２０は、第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２からなる２系統のポンプラインから構成されている。第１ポンプラインＬ１には第１方向制御弁としてのブーム方向制御弁２３が接続されていて、第１油圧ポンプ２１が吐出した圧油は、ブームシリンダ５へ供給される。同様に、第２ポンプラインＬ２には第１増速方向制御弁としてのブーム増速方向制御弁２４と、第２方向制御弁としてのアーム方向制御弁２５とが接続されていて、第２油圧ポンプ２２が吐出した圧油は、ブームシリンダ５とアームシリンダ６へ供給される。なお、ブーム増速方向制御弁２４とアーム方向制御弁２５はパラレル回路Ｌ２ａによって、分流可能に構成されている。

第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２とには、それぞれ個別にリリーフ弁２６、２７が設けられている。それぞれのポンプラインの圧力が予め設定されたリリーフ圧に達した場合、それぞれのリリーフ弁２６、２７が開いて圧油をタンクへ逃がす。

ブーム方向制御弁２３は、電磁比例弁２３ａ、２３ｂを介して受圧部へ供給されるパイロット圧油によって駆動されて動作する。同様に、ブーム増速方向制御弁２４は電磁比例弁２４ａ、２３ｂ（ブーム方向制御弁２３と共用）を介して、アーム方向制御弁２５は電磁比例弁２５ａ、２５ｂを介して、各弁の受圧部にパイロット圧油が供給されて動作する。

これらの電磁比例弁２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２５ａ，２５ｂは、パイロット油圧源２９から供給されるパイロット圧油を元圧として、メインコントローラ１００からの指令電流に応じて減圧した２次パイロット圧油を、各方向制御弁２３〜２５へ出力する。

右操作レバー装置１ｃは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を、ブーム操作信号としてメインコントローラ１００に出力する。同様に、左操作レバー装置１ｄは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を、アーム操作信号としてメインコントローラ１００に出力する。

ブームシリンダ５には、ボトム側油室の圧力を検出するブームシリンダボトム室側圧力センサ５ｂが設けられ、アームシリンダ６には、ボトム側油室の圧力を検出する請求項に記載の掘削負荷検センサとしてのアームシリンダボトム室側圧力センサ６ｂが設けられている。ブームシリンダボトム室側圧力センサ５ｂとアームシリンダボトム室側圧力センサ６ｂは、それぞれ検出した圧力信号をメインコントローラ１００に出力する。

モード設定スイッチ３２は、運転室内に配置されており、建設機械の作業において、半自動制御を有効にするか否かをオペレータが選択可能とするものであって、真：半自動制御有効、又は、偽：半自動制御無効のいずれかを選択可能とする。

メインコントローラ１００は、モード設定スイッチ３２から送信される半自動制御有効フラグ、情報コントローラ２００から送信される目標面情報、角度検出器１３ａ、１３ｂから送信されるそれぞれブーム角度信号、アーム角度信号、ブームシリンダボトム室側圧力センサ５ｂ、アームシリンダボトム室側圧力センサ６ｂから送信されるそれぞれブームボトム圧信号、アームボトム圧信号を入力し、これら入力信号に応じて、各電磁比例弁２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２５ａ，２５ｂを駆動する指令信号をそれぞれへ出力する。なお、情報コントローラ２００で行う演算は、本発明と直接的に関係しないため、その説明を省略する。

次に、本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラ１００について図を用いて説明する。図３は本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラの構成を示す概念図、図４は本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラのメインスプール制御部の演算内容の一例を示す制御ブロック図、図５は本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラのブーム増速制御部の演算内容の一例を示す制御ブロック図である。

図３に示すように、メインコントローラ１００は、目標パイロット圧演算部１１０と、作業機位置取得部１２０と、目標面距離取得部１３０と、メインスプール制御部１４０と、ブーム増速制御部１５０とを備えている。

目標パイロット圧演算部１１０は、右操作レバー装置１ｃからのブーム操作量信号と、左操作レバー装置１ｄからのアーム操作量信号とを入力し、入力信号に応じてブーム上げ目標パイロット圧と、ブーム下げ目標パイロット圧と、アームクラウド目標パイロット圧と、アームダンプ目標パイロット圧を演算して、メインスプール制御部１４０へ出力する。なお、ブーム操作量がブーム上げ方向に大きいほど、ブーム上げ目標パイロット圧を大きくし、ブーム操作量がブーム下げ方向に大きいほど、ブーム下げ目標パイロット圧を大きくする。同様に、アーム操作量がアームクラウド方向に大きいほど、アームクラウド目標パイロット圧を大きくし、アーム操作量がアームダンプ方向に大きいほど、アームダンプ目標パイロット圧を大きくする。

作業機位置取得部１２０は、角度検出器１３ａ、１３ｂからのブーム角度信号とアーム角度信号を入力し、入力信号に応じて予め設定されているブーム１１とアーム１２の幾何学情報を用いてバケット８の先端位置を演算して、作業機位置信号として目標面距離取得部１３０へ出力する。ここで、作業機位置は、例えば建設機械に固定された座標系の１点として演算される。ただし、作業機位置はこれに限らず、作業機１５の形状を考慮した複数の点群として演算されてもよい。また、特許文献１に記載されている建設機械の軌跡制御装置と同様の演算を行ってもよい。

目標面距離取得部１３０は、情報コントローラ２００から送信される目標面情報と、作業機位置取得部１２０からの作業機位置信号とを入力し、作業機１５と施工目標面との距離（以下、目標面距離という）を演算し、メインスプール制御部１４０、ブーム増速制御部１５０へ出力する。ここで目標面情報は、例えば建設機械に固定された２次元平面座標系の２点として与えられる。ただし、目標面情報はこれに限らず、グローバル３次元座標系に平面を構成する３点として与えられてもよいが、この場合は作業機位置と同じ座標系へ座標変換を行う必要がある。また、作業機位置が点群として演算された場合は、目標面情報に最も近い点を用いて目標面距離を演算してもよい。また、特許文献１に記載されている建設機械の軌跡制御装置の最短距離Δｈと同様の演算を行ってもよい。

メインスプール制御部１４０は、モード設定スイッチ３２から送信される半自動制御有効フラグと、目標パイロット圧演算部１１０からのブーム上げ目標パイロット圧と、ブーム下げ目標パイロット圧と、アームクラウド目標パイロット圧と、アームダンプ目標パイロット圧と、目標面距離取得部１３０からの目標面距離信号とを入力し、半自動制御有効フラグが真である場合には、目標面距離に応じて各目標パイロット圧を補正演算して、ブーム上げ電磁弁駆動信号、ブーム下げ電磁弁駆動信号、アームクラウド電磁弁駆動信号、アームダンプ電磁弁駆動信号を演算し、それぞれの信号に対応する電磁比例弁２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂを駆動する駆動信号を出力する。メインスプール制御部１４０で行う演算の詳細は後述する。

ブーム増速制御部１５０は、モード設定スイッチ３２から送信される半自動制御有効フラグと、メインスプール制御部１４０からのブーム上げ制御パイロット圧と、目標面距離取得部１３０からの目標面距離信号と、圧力センサ５ｂ、６ｂから送信されるそれぞれブームシリンダボトム側油室の圧力信号（以下ブームボトム圧信号ともいう）、アームシリンダボトム側油室の圧力信号（以下アームボトム圧信号ともいう）を入力し、ブーム上げ目標パイロット圧を補正演算して、ブーム上げ増速電磁弁駆動信号を演算し、電磁比例弁２４ａを駆動する駆動信号を出力する。ブーム増速制御部１５０で行う演算の詳細は後述する。

メインスプール制御部１４０で行う演算の一例を、図４を用いて説明する。メインスプール制御部１４０は、ブーム上げ補正パイロット圧テーブル１４１と、最大値選択器１４２と、アームクラウド補正パイロット圧ゲインテーブル１４３と、乗算器１４４と、選択器１４５ａ、１４５ｃと、電磁弁駆動信号テーブル１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、１４６ｄとを備えている。

ブーム上げ補正パイロット圧テーブル１４１は、目標面距離信号を入力し、予め設定したテーブルを用いてブーム上げ補正パイロット圧を演算して、最大値選択器１４２へ出力する。最大値選択器１４２は、ブーム上げ目標パイロット圧とブーム上げ補正パイロット圧とを入力し、いずれかの最大値を選択して、選択器１４５ａの第２入力端へ出力する。ブーム上げ補正パイロット圧テーブル１４１は、目標面距離が負の方向に大きくなるほど、すなわち作業機１５が目標面に深く侵入するほど、ブーム上げ補正パイロット圧が大きくなるように設定する。これにより、目標面距離に応じてブーム上げ動作が行われ、作業機１５の目標面への侵入を制限することができる。

選択器１４５ａは、ブーム上げ目標パイロット圧信号を第１入力端に、上述した最大値選択器１４２の出力信号を第２入力端にそれぞれ入力すると共に、半自動制御有効フラグ信号を切換入力端に入力する。選択器１４５ａは、半自動制御有効フラグ信号が偽の場合にブーム上げ目標パイロット圧信号を選択出力し、半自動制御有効フラグ信号が真の場合に、ブーム上げ目標パイロット圧信号とブーム上げ補正パイロット圧信号のいずれかの最大値を選択出力する。選択器１４５ａからの出力信号は、ブーム上げ制御パイロット圧信号として、電磁弁駆動信号テーブル１４６ａとブーム増速制御部１５０へ出力する。

電磁弁駆動信号テーブル１４６ａは、入力するブーム上げ制御パイロット圧信号に応じて、予め設定したテーブルを用いて、電磁弁駆動信号を演算して出力し、電磁比例弁２３ａを駆動する。同様に電磁弁駆動信号テーブル１４６ｂは、入力するブーム上げ下げ目標パイロット圧信号に応じて、予め設定したテーブルを用いて、電磁弁駆動信号を演算して出力し、電磁比例弁２３ｂを駆動する。

アームクラウド補正パイロット圧ゲインテーブル１４３は、目標面距離信号を入力し、目標面距離に応じて、予め設定したテーブルを用いて、アームクラウド補正パイロット圧ゲインを演算して、乗算器１４４へ出力する。乗算器１４４は、アームクラウド目標パイロット圧とアームクラウド補正パイロット圧ゲインとを入力し、入力値を乗算して、選択器１４５ｃの第２入力端へ出力する。アームクラウド補正パイロット圧ゲインテーブル１４３は、目標面距離が負の方向に大きくなるほど、すなわち作業機１５が目標面に深く侵入するほど、アームクラウド補正パイロット圧ゲインが小さくなるように設定する。これにより、目標面距離に応じてアームクラウド速度が小さくなり、作業機１５の目標面への侵入を制限することができる。

選択器１４５ｃは、アームクラウド目標パイロット圧信号を第１入力端に、上述した乗算器１４４の出力信号を第２入力端にそれぞれ入力すると共に、半自動制御有効フラグ信号を切換入力端に入力する。選択器１４５ｃは、半自動制御有効フラグ信号が偽の場合にアームクラウド目標パイロット圧信号を選択出力し、半自動制御有効フラグ信号が真の場合に、アームクラウド目標パイロット圧信号とアームクラウド補正パイロット圧ゲインとを乗算したアームクラウド補正パイロット圧信号を選択出力する。選択器１４５ｃからの出力信号は、アームクラウド制御パイロット圧信号として、電磁弁駆動信号テーブル１４６ｃへ出力する。

電磁弁駆動信号テーブル１４６ｃは、入力するアームクラウド制御パイロット圧信号に応じて、予め設定したテーブルを用いて、電磁弁駆動信号を演算して出力し、電磁比例弁２５ａを駆動する。同様に電磁弁駆動信号テーブル１４６ｄは、入力するアームダンプ目標パイロット圧信号に応じて、予め設定したテーブルを用いて、電磁弁駆動信号を演算して出力し、電磁比例弁２５ｂを駆動する。

なお、特許文献１に記載されているベクトル方向補正によりブーム上げ目標パイロット圧、アームクラウド目標パイロット圧を補正しても良い。

次に、ブーム増速制御部１５０で行う演算の一例を、図５を用いて説明する。ブーム増速制御部１５０は、減算器１５１と、パイロット圧上限値テーブル１５２と、第２パイロット圧上限値テーブル１５３と、第３パイロット圧上限値テーブル１５４と、最大値選択器１５５と、最小値選択器１５６と、選択器１５７と、電磁弁駆動信号テーブル１５８とを備えている。

減算器１５１は、ブームボトム圧信号とアームボトム圧信号を入力し、ブームボトム圧信号からアームボトム圧信号を引いて圧力偏差を演算してパイロット圧上限値テーブル１５２に出力する。ここで、圧力偏差が小さくなることは、ブームボトム圧に対してアームボトム圧が増加することを示し、これは、作業機１５にかかる掘削負荷が増加したことを示している。パイロット圧上限値テーブル１５２は入力した圧力偏差に応じて、予め設定したテーブルを用いて、パイロット圧上限値を演算して最大値選択器１５５へ出力する。

パイロット圧上限値テーブル１５２は、ブームボトム圧信号とアームボトム圧信号の圧力偏差が小さいほど、すなわち作業機１５にかかる掘削負荷が大きいほど、パイロット圧上限値が小さくなるように設定する。こうすることにより、掘削負荷が増大した場合に、アームボトム圧が増加してブームボトム圧との偏差が小さくなったことを検出し、電磁比例弁２４ａが吐出するブーム上げ増速パイロット圧を制限してブーム増速方向制御弁２４のメータイン開口を制限する。よって、第２油圧ポンプ２２からブームシリンダ５への分流が抑制され、アームシリンダ６とブームシリンダ５の速度バランスが保たれるため、所定の仕上げ精度を得ることができる。

第２パイロット圧上限値テーブル１５３は、入力したアームボトム圧信号に応じて、予め設定したテーブルを用いて、第２パイロット圧上限値を演算して最大値選択器１５５へ出力する。第２パイロット圧上限値テーブル１５３は、アームボトム圧信号が大きいほど、第２パイロット圧上限値が大きくなるように設定する。なお、図中に点線Ａで示すアームボトム圧はリリーフ圧と略一致しており、アームボトム圧がリリーフ圧と略一致するまでに第２パイロット圧上限値を最大とする。こうすることにより、アームボトム圧が増加してリリーフ圧に近づいたことを検出し、電磁比例弁２４ａが吐出するブーム上げ増速パイロット圧を増加してブーム増速方向制御弁２４のメータイン開口を大きくする。よって、第２油圧ポンプ２２からブームシリンダ５への分流を可能とし、リリーフによる損失を回避できる。結果として、上述したアームボトム圧が増加してブームボトム圧との偏差が小さくなった場合であっても、アームシリンダ６とブームシリンダ５の速度バランスを保つべくブーム増速方向制御弁２４のメータイン開口が制限された後、アームボトム圧が大きくなりすぎた場合にブーム増速方向制御弁２４のメータイン開口を大きくすることにより、ブーム及びアームの速度バランスを保ったままリリーフによる圧損を回避することが可能となる。

第３パイロット圧上限値テーブル１５４は、目標面距離信号を入力し、予め設定したテーブルを用いて、第３パイロット圧上限値を演算して最大値選択器１５５へ出力する。第３パイロット圧上限値テーブル１５４は、目標面距離が大きいほど、第２パイロット圧上限値が大きくなるように設定する。こうすることにより、作業機１５が目標面から遠い位置では、第２油圧ポンプ２２からブームシリンダ５への分流を確実に可能とし、リリーフによる損失を回避できる。

最大値選択器１５５は、パイロット圧上限値と第２パイロット圧上限値と第３パイロット圧上限値とを入力し、いずれかの最大値を選択して、パイロット圧上限値を補正して最小値選択器１５６へ出力する。

最小値選択器１５６は、オペレータのレバー操作により発生したブーム上げ制御パイロット圧と最大値選択器１５５からのパイロット圧上限値とを入力し、いずれかの最小値を選択することでブーム上げ制御パイロット圧を補正して選択器１５７の第２入力端へ出力する。

選択器１５７は、ブーム上げ制御パイロット圧信号を第１入力端に、上述した最小値選択器１５６の出力信号を第２入力端にそれぞれ入力すると共に、半自動制御有効フラグ信号を切換入力端に入力する。選択器１５７は、半自動制御有効フラグ信号が偽の場合にブーム上げ制御パイロット圧信号を選択出力し、半自動制御有効フラグ信号が真の場合に、ブーム上げ制御パイロット圧をブームボトム圧、アームボトム圧、目標面距離に応じて補正した値を選択して出力する。選択器１５７からの出力信号は、電磁弁駆動信号テーブル１５８へ出力する。

電磁弁駆動信号テーブル１５８はブーム上げ制御パイロット圧に応じて、予め設定したテーブルを用いて、ブーム上げ増速電磁弁駆動信号を演算して出力し、電磁比例弁２４ａを駆動する。

次に、ブーム増速制御部１５０の演算フローについて図６を用いて説明する。図６は本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するメインコントローラのブーム増速制御部の演算のフローの一例を示すフローチャート図である。
メインコントローラ１００のブーム増速制御部１５０は、半自動制御が有効か否かを判断する（ステップＳ１０１）。具体的には、半自動制御有効フラグ信号が真か偽かを判断する。半自動制御有効フラグ信号が真の場合（ステップＳ１０２）へ進み、それ以外の場合はリターンへ進む。

ブーム増速制御部１５０は、パイロット圧上限値と第２パイロット圧上限値と第３パイロット圧上限値とを演算する（ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４）。具体的には、上述したパイロット圧上限値テーブル１５２と第２パイロット圧上限値テーブル１５３と第３パイロット圧上限値テーブル１５４とで実行される。

ブーム増速制御部１５０は、パイロット圧上限値が第２パイロット圧上限値超過か否かを判断する（ステップＳ１０５）。パイロット圧上限値が第２パイロット圧上限値超過の場合（ステップＳ１０７）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ１０６）へ進む。

（ステップＳ１０５）にて、パイロット圧上限値が第２パイロット圧上限値超過でない場合、ブーム増速制御部１５０は、パイロット圧上限値を第２パイロット圧上限値に設定する（ステップＳ１０６）。その後、（ステップＳ１０７）へ進む。

ブーム増速制御部１５０は、パイロット圧上限値が第３パイロット圧上限値超過か否かを判断する（ステップＳ１０７）。パイロット圧上限値が第３パイロット圧上限値超過の場合（ステップＳ１０９）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ１０８）へ進む。

（ステップＳ１０７）にて、パイロット圧上限値が第３パイロット圧上限値超過でない場合、ブーム増速制御部１５０は、パイロット圧上限値を第３パイロット圧上限値に設定する（ステップＳ１０８）。その後、（ステップＳ１０９）へ進む。

ブーム増速制御部１５０は、ブーム制御パイロット圧がパイロット圧上限値未満か否かを判断する（ステップＳ１０９）。ブーム制御パイロット圧がパイロット圧上限値未満の場合は、リターンに進み、ブーム上げ制御パイロット圧に応じてブーム上げ増速電磁弁２４ａを制御する。この場合には、本願発明の特徴である掘削負荷等によるブーム増速方向制御弁２４の駆動量の制御は実行されない。ブーム制御パイロット圧がパイロット圧上限値未満でない場合は（ステップＳ１１０）へ進む。

（ステップＳ１０９）にて、ブーム制御パイロット圧がパイロット圧上限値未満でない場合、ブーム増速制御部１５０は、ブーム上げ制御パイロット圧をパイロット圧上限値に設定する（ステップＳ１１０）。具体的にはパイロット圧上限値に応じてブーム上げ増速電磁弁２４ａを制御する。この結果、掘削負荷等によるブーム増速方向制御弁２４の駆動量の制御がなされるので、掘削負荷が増大してもリリーフによる損失を回避しつつ、分流を抑制して目標軌跡からの逸脱を防止できる。

次に、本発明の建設機械の第１の実施の形態の動作について図を用いて説明する。図７Ａは従来の建設機械の時系列の動作の一例を示す特性図、図７Ｂは本発明の建設機械の一実施の形態における建設機械の時系列の動作の一例を示す特性図である。

図７Ａは、ブーム方向制御弁２３、ブーム増速方向制御弁２４を同一のパイロット圧で駆動した場合の例を示し、図７Ｂはブーム方向制御弁２３、ブーム増速方向制御弁２４を個別のパイロット圧で駆動した場合の例を示す。

図７Ａおよび図７Ｂにおいて、横軸は時間を示していて、縦軸は、（ａ）目標面距離、（ｂ）シリンダ速度、（ｃ）メータイン開口面積、（ｄ）アームボトム圧力とシリンダボトム圧力をそれぞれ示している。なお、目標面距離とは作業機１５と施工目標面までの距離をいう。また、時刻Ｔ１は、ブームシリンダ５のブームボトム圧よりもアームシリンダ６のアームボトム圧の圧力が高くなった時刻を示している。

図７Ａにおいて、時刻Ｔ０から掘削を開始すると、アームシリンダ６へ圧油が供給され（ｂ）に示すようにアームシリンダ速度が増加する。目標面距離が０になると（ｃ）に示すようにブーム方向制御弁２３のメータイン開口面積が増加し、ブームシリンダ５へ圧油が供給されブームシリンダ速度が増加する。なお、ここでは図の簡略化のため、ブーム方向制御弁２３とブーム増速方向制御弁２４のパイロット圧に対する開口特性が同一であったと仮定して説明する。ブームシリンダ速度が増加することで、（ａ）に示すように作業機１５が施工目標面に沿って動作し、目標面距離が０付近に保たれる。また、このとき、（ｄ）に示すように掘削反力によってアームボトム圧が増加し、逆にブームボトム圧が減少する。

時刻Ｔ１において、ブームボトム圧よりもアームボトム圧が高くなるにつれ、ブーム増速方向制御弁２４を通過する分流量が増加するので、（ｂ）に示すようにブームシリンダ速度が増加してアームシリンダ速度が減少する。この結果、目標面距離が増加する。これは、換言すると、作業機１５が施工目標面から浮き上がってしまうという問題を生起する。

次に、本実施の形態における動作を図７Ｂを用いて説明する。図７Ｂにおいても、時刻Ｔ１’までは、図７Ａの場合と同様に動作する。本実施の形態においては、時刻Ｔ１’から時刻Ｔ１において、アームボトム圧がブームボトム圧に近づくと、（ｃ）に示すようにブーム増速方向制御弁２４のメータイン開口面積が減少するので、ブーム増速方向制御弁２４を通過する分流量が増加しない。このことにより、（ｂ）に示すようにブームシリンダ速度とアームシリンダ速度のバランスが保たれる。

これは、上述したようにブーム増速制御部１５０における制御により、アームボトム圧に応じてブーム増速方向制御弁２４に作用するパイロット圧が制限されるためである。この結果、（ａ）に示すように目標面距離が０付近に保たれる。

上述した本発明の建設機械の第１の実施の形態によれば、掘削負荷に応じて第２方向制御弁と分流可能に構成された第１増速方向制御弁の駆動量を制御するので、掘削負荷が増大してもリリーフによる損失を回避しつつ、分流を抑制して目標軌跡からの逸脱を防止できる。この結果、所定の仕上げ精度を確保できる。

以下、本発明の建設機械の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図８Ａは従来の建設機械におけるブーム方向制御弁、ブーム増速方向制御弁の開口特性の一例を示す開口特性図、図８Ｂは本発明の建設機械の第２の実施の形態を構成するブーム方向制御弁、ブーム増速方向制御弁の開口特性の一例を示す開口特性図である。

本発明の建設機械の第２の実施の形態において、油圧駆動装置の構成は、大略第１の実施の形態と同じであるが、パイロット圧に対する開口面積特性を一般的な従来技術の特性から変更した点が異なる。

図８Ａの（ａ）は従来の建設機械におけるブーム上げパイロット圧に対するブーム方向制御弁２３のブーム上げ側の開口面積を示し、図８Ａの（ｂ）は従来の建設機械におけるブーム上げ増速パイロット圧に対するブーム増速方向制御弁２４のブーム上げ側の開口面積を示している。同様に、図８Ｂの（ａ）は本発明の第２の実施の形態におけるブーム上げパイロット圧に対するブーム方向制御弁２３のブーム上げ側の開口面積を示し、図８Ｂの（ｂ）は本発明の第２の実施の形態におけるブーム上げ増速パイロット圧に対するブーム増速方向制御弁２４のブーム上げ側の開口面積を示している。なお、各図において、実線はメータインの開口面積特性を示し、破線はメータアウトの開口面積特性を示している。

従来技術では、図８Ａに示すように、ブーム方向制御弁２３、ブーム増速方向制御弁２４において、それぞれのブーム上げパイロット圧に対してメータインの開口面積とメータアウトの開口面積が同時に開くように設定されているのが一般的である。

これに対して、本実施の形態においては、図８Ｂの（ａ）に示すように、ブーム方向制御弁２３を、ブーム上げパイロット圧に対してメータインの開口面積が、メータアウトの開口面積よりも先に増加し始めるように設定し、ブーム増速方向制御弁２４を図８Ｂの（ｂ）に示すように、ブーム上げ増速パイロット圧に対してメータアウトの開口面積が、メータインの開口面積よりも先に増加し始めるように設定している。また、ブーム方向制御弁２３のメータアウトの開口面積とブーム増速方向制御弁２４のメータアウトの開口面積とを同じパイロット圧が作用したとして比較した場合、ブーム増速方向制御弁２４のメータアウトの開口面積の方が、ブーム方向制御弁２３のメータアウトの開口面積より先に増加し始めるように設定している。換言すると、ブーム増速方向制御弁２４の開き始めのパイロット圧を、ブーム方向制御弁２３の開き始めのパイロット圧より低い値に設定している。

このように開口面積特性を設定することにより、パイロット圧が低い領域、すなわちブーム速度が低い領域では、ブームのメータアウトの開口面積をブーム増速方向制御弁２４のみで調節することができる。

例えば、本実施の形態においてブーム上げパイロット圧を図８Ｂの（ａ）に示す破線Ｐｉ１、ブーム上げ増速パイロット圧を図８Ｂの（ｂ）に示す破線Ｐｉ２として与えた場合と、従来技術においてブーム上げパイロット圧を図８Ａの（ａ）に示す破線Ｐｉ１、ブーム上げ増速パイロット圧を図８Ａの（ｂ）に示す破線Ｐｉ２として与えた場合とを比較すると、合計のメータアウト開口面積は、本実施の形態のほうが従来技術よりも小さくなる。

このため、本実施の形態においては、例えば掘削負荷が増大した場合に、ブーム上げ増速パイロット圧を制限すると、ブーム増速方向制御弁２４のメータイン開口を閉じると同時にメータアウト開口面積を小さくすることができるので、ブームロッド圧を上昇させることができる。このことにより、掘削反力によるブームシリンダ５の伸長方向の負荷圧力低下を防止できるので、アームシリンダ６とブームシリンダ５の速度バランスが保たれる。この結果、所定の仕上げ精度を得ることができる。

次に、本発明の建設機械の第２の実施の形態の動作について図を用いて説明する。図９Ａは本発明の建設機械の第２の実施の形態において、従来技術の開口面積特性を備えた方向制御弁を適用した建設機械の時系列の動作の一例を示す特性図、図９Ｂは本発明の建設機械の第２の実施の形態における建設機械の時系列の動作の一例を示す特性図である。

図９Ａおよび図９Ｂにおいて、横軸は時間を示していて、縦軸は、（ａ）目標面距離、（ｂ）シリンダ速度、（ｃ）メータイン開口面積、（ｄ）メータアウト開口面積、（ｅ）アームボトム圧力とシリンダボトム圧力をそれぞれ示している。なお、目標面距離とは作業機１５と施工目標面までの距離をいう。また、時刻Ｔ１は、ブームシリンダ５のブームボトム圧よりもアームシリンダ６のアームボトム圧の圧力が高くなった時刻を、時刻Ｔ２はブームシリンダ５のブームボトム圧が略０となった時刻を示している。

図９Ａにおいて、時刻Ｔ０から掘削を開始すると、アームシリンダ６へ圧油が供給され（ｂ）に示すようにアームシリンダ速度が増加する。目標面距離が０になると（ｃ）に示すようにブーム方向制御弁２３、ブーム増速方向制御弁２４のメータイン開口が順次開き、ブームシリンダ５へ圧油が供給されブームシリンダ速度が増加する。同時に、（ｄ）に示すようにブーム方向制御弁２３、ブーム増速方向制御弁２４のメータアウト開口も順次開き、これらの開口面積とブームシリンダ速度に応じたブームシリンダ５のロッド側の圧力（以下、ブームロッド圧と記載）が（ｅ）に示すように発生する。ブームシリンダ速度が増加することで、（ａ）に示すように作業機１５が施工目標面に沿って動作し、目標面距離が０付近に保たれる。また、このとき掘削反力によってアームボトム圧が増加し、逆にブームボトム圧が減少する。

時刻Ｔ１’から時刻Ｔ１において、アームボトム圧がブームボトム圧に近づくと、上述したようにブーム増速方向制御弁２４に作用するパイロット圧が制限され、結果として（ｃ）に示すようにブーム増速方向制御弁２４のメータイン開口面積が減少するので、ブーム増速方向制御弁２４を通過する分流量が増加せず、（ｂ）に示すようにブームシリンダ速度とアームシリンダ速度のバランスが保たれる。このとき、（ｄ）に示すようにブーム増速方向制御弁２４のメータアウト開口面積も減少するが、ブーム方向制御弁２３のメータアウト開口面積が相対的に大きいため、合計のメータアウト開口が比較的大きくなるので、（ｅ）に示すブームロッド圧の増加量は小さい。

時刻Ｔ２において、（ｅ）に示すように掘削反力によってブームボトム圧がさらに減少し、略０に達すると、（ｂ）に示すようにブームシリンダ５が供給流量以上の速度で伸長し始める。この結果、（ａ）に示す目標面距離が増加する。これは、換言すると、作業機１５が施工目標面から浮き上がってしまうという問題を生起する。

次に、本実施の形態における動作を図９Ｂを用いて説明する。図９Ｂにおいても、時刻Ｔ１’までは、図９Ａの場合と同様に動作する。本実施の形態においては、時刻Ｔ１’から時刻Ｔ１においても、（ｃ）に示すメータイン開口面積については図９Ａと同様に動作する。一方、メータアウト開口面積については、（ｄ）に示すように、ブーム増速方向制御弁２４のメータアウト開口面積が大きく減少する。ブーム方向制御弁２３のメータアウト開口面積よりもブーム増速方向制御弁２４のメータアウト開口面積が相対的に大きく構成されているため、２弁の合計のメータアウト開口面積が比較的小さくなる。このことにより、（ｅ）で示すように、ブームロッド圧が比較的大きく増加する。

時刻Ｔ２において、掘削反力によってブームボトム圧がさらに減少し、略０に達した場合であっても、（ｅ）に示すようにブームロッド圧が比較的大きいため、（ｂ）に示すようにブームシリンダ５が供給流量以上の速度で伸長することを防止できる。この結果、（ａ）に示すように目標面距離が０付近に保たれる。

上述した本発明の建設機械の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、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、上記した実施形態では、ブームシリンダ５及びアームシリンダ６を例に本発明を説明したが、これに限るものではない。

さらに、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。

５：ブームシリンダ（第１油圧アクチュエータ）、６：アームシリンダ（第２油圧アクチュエータ）、５ｂ：ブームシリンダボトム室側圧力センサ、６ｂ：アームシリンダボトム室側圧力センサ（掘削負荷センサ）、１５：作業機、２１：第１油圧ポンプ、２２：第２油圧ポンプ、２３：ブーム方向制御弁（第１方向制御弁）、２４：ブーム増速方向制御弁（第１増速方向制御弁）、２５：アーム方向制御弁（第２方向制御弁）、３２：モード設定スイッチ、１００：メインコントローラ、１３０：目標面距離取得部、１５０：ブーム増速制御部、２００：情報コントローラ、Ｌ１：第１ポンプライン、Ｌ２：第２ポンプライン

Claims (5)

1. 第１油圧アクチュエータと、第２油圧アクチュエータと、第１油圧アクチュエータおよび第２油圧アクチュエータにより駆動する作業機と、第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプの吐出油路である第１ポンプラインに設けられ、前記第１油圧アクチュエータへ供給される圧油の流量と方向を制御する第１方向制御弁と、前記第２油圧ポンプの吐出油路である第２ポンプラインに設けられ、前記第１油圧アクチュエータへ供給される圧油の流量と方向を制御する第１増速方向制御弁と、前記第２油圧ポンプの吐出油路である第２ポンプラインに設けられ、前記第２油圧アクチュエータへ供給される圧油の流量と方向を制御する第２方向制御弁とを備えた建設機械において、
   前記作業機にかかる掘削負荷を検出する掘削負荷センサと、
   前記第１増速方向制御弁を駆動する第１増速制御部とを備え、
   前記第１増速制御部は、前記掘削負荷センサで検出した掘削負荷に応じて前記第１増速方向制御弁の駆動量を制御する
   ことを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記作業機がブーム及びアームを備え、
   前記第１油圧アクチュエータは前記ブームを駆動するブームシリンダであり、
   前記第２油圧アクチュエータは前記アームを駆動するアームシリンダであり、
   前記掘削負荷センサは前記アームシリンダのボトム側油室の圧力を計測するアームシリンダボトム室側圧力センサと、前記ブームシリンダのボトム側油室の圧力を計測するブームシリンダボトム室側圧力センサであり、
   前記第１増速制御部は、前記ブームシリンダボトム室側圧力センサで計測したブームシリンダのボトム側油室の圧力と、前記アームシリンダボトム室側圧力センサで計測したアームシリンダのボトム側油室の圧力との偏差に基づいて前記第１増速方向制御弁の駆動量を制御する
   ことを特徴とする建設機械。
3. 請求項２に記載の建設機械において、
   前記第１増速制御部は、前記ブームシリンダのボトム側油室の圧力と前記アームシリンダのボトム側油室の圧力との偏差が小さいほど前記第１増速方向制御弁の開口面積を小さくするよう制御し、前記アームシリンダのボトム側油室の圧力が大きくなるほど前記第１増速方向制御弁の開口面積を大きくするよう制御する
   ことを特徴とする建設機械。
4. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記作業機が作業する目標面と前記作業機との距離である目標面距離を計測または演算する目標面距離取得部を更に備え、
   前記第１増速制御部は、前記目標面距離に応じて、前記第１増速方向制御弁の駆動量を補正制御する
   ことを特徴とする建設機械。
5. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記第１方向制御弁及び前記第１増速方向制御弁は、パイロット油圧源より発生するパイロット圧油により駆動されると共に、
   前記第１油圧アクチュエータの排出側油室と油圧タンクとを連通するメータアウト開口をそれぞれ備え、
   前記第１方向制御弁のメータアウト開口が開き始めるパイロット圧の値よりも、前記第１増速方向制御弁のメータアウト開口が開き始める前記パイロット圧の値が低い値に設定された
   ことを特徴とする建設機械。

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