JP2005180259A

JP2005180259A - 油圧建設機械の制御装置

Info

Publication number: JP2005180259A
Application number: JP2003420404A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Nakamura; 和則中村; Yoichi Kowatari; 陽一古渡; Hiroji Ishikawa; 広二石川; Yasushi Arai; 康荒井
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: JP4376047B2

Abstract

【課題】回転数偏差に基づいて燃料噴射量制御とスピードセンシング制御を行う油圧建設機械において、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御の干渉によるハンチングを防止しながらスピードセンシング制御の応答性を高めエンジンの回転数低下を少なくし、エンジンの出力を有効に使う。
【解決手段】スピードセンシング制御を行うベーストルク演算部７０ｅ、回転数偏差演算部７０ｆ、トルク変換部７０ｇ、目標トルク演算部７０ｈ、ソレノイド出力電流演算部７０ｐの各機能に、目標トルク変化演算部７０ｊ、遅れ演算部７０ｋ、積分演算部７０ｍを追加する。トルク変換部７０ｇの変換ゲインＫNを燃料噴射量制御とスピードセンシング制御が干渉してハンチングを起こすことのない小さめの値に設定し、遅れ演算部７０ｋで目標吸収トルクTR1の増加時の制御全体のゲインＫSをＫNとし、減少時のそれを２ＫNとするよう一次遅れを持たせる。
【選択図】図６

Description

本発明は油圧建設機械の制御装置に係わり、特に原動機としてディーゼルエンジンを備え、このエンジンにより回転駆動される油圧ポンプから吐出される圧油により油圧アクチュエータを駆動し、必要な作業を行う油圧ショベル等の油圧建設機械の制御装置に関する。

油圧ショベル等の油圧建設機械は、一般に、原動機としてディーゼルエンジンを備え、このエンジンにより少なくとも１つの可変容量型の油圧ポンプを回転駆動し、油圧ポンプから吐出される圧油により油圧アクチュエータを駆動し、必要な作業を行っている。このディーゼルエンジンにはアクセルレバー等の目標回転数を指令する入力手段が備えられ、この目標回転数と実回転数の偏差に基づいて燃料噴射量が制御され、回転数が制御される。

このような油圧建設機械において、例えば特開昭５７−６５８２２号公報や特開平１２−７３８１２号公報に記載のように、スピードセンシング制御と呼ばれる油圧ポンプのトルク制御方法が知られている。一般に、油圧ポンプには、油圧ポンプの入力トルクが予め設定した最大値（最大吸収トルク）を超えないようポンプ傾転（押しのけ容積）を制御し、入力トルクの制限を行うレギュレータが設けられている。スピードセンシング制御とは、そのようなレギュレータに対して行われるものであり、入力手段により設定された目標回転数と実回転数との偏差を求め、この回転数偏差が増大すると前記最大吸収トルクを減少するよう制御するものであり、これにより目標回転数に対して実回転数が低下した場合、油圧ポンプの負荷トルク（入力トルク）を低下させ、エンジン停止を防止する。

特開昭５７−６５８２２号公報

特開平１２−７３８１２号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。

スピードセンシング制御では、油圧ポンプの負荷（アクチュエータ負荷）が増大し、エンジン回転数が低下する（回転数偏差が増大する）とレギュレータの設定値である最大吸収トルクを減少し、油圧ポンプの入力トルクを下げるよう制御する。一方、エンジン側では、回転数偏差に基づいた燃料噴射量制御が行われており、回転数偏差が増大すると燃料噴射量を増やし、エンジン出力トルクを増大させる。この２つの制御（スピードセンシング制御と燃料噴射量制御）はお互いフィードバック系を構成しており、２つの制御の干渉によりハンチングを発生しやすい。スピードセンシング制御では、回転数偏差に所定のゲインを乗じて最大吸収トルクの補正値を求め、その分、最大吸収トルクを減らす制御を行っている。通常、そのゲインは、２つの制御の干渉によるハンチングを生じないように設定されており、ゲインを大きくすることはできない。その結果、最大吸収トルク減少時の制御の応答遅れによるオーバトルクが発生し、エンジン回転数低下量は比較的大となり、エンジン出力を有効に使うことができない。

本発明の目的は、回転数偏差に基づいてエンジンの燃料噴射量制御とスピードセンシング制御を行う油圧建設機械において、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御の干渉によるハンチングを防止しながらスピードセンシング制御の応答性を高めて、エンジンの回転数低下を少なくし、エンジンの出力を有効に使うことができる油圧建設機械の制御装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される可変容量油圧ポンプと、前記油圧ポンプの入力トルクが最大吸収トルクを超えないよう前記油圧ポンプの押しのけ容積を制御するレギュレータとを備えた油圧建設機械の制御装置において、前記エンジンの目標回転数を指令する入力手段と、前記エンジンの実回転数を検出する検出手段と、前記目標回転数と実回転数の偏差を算出しその偏差に基づいて前記エンジンの燃料噴射量制御を行う燃料噴射量制御手段と、前記目標回転数と実回転数の偏差が増大すると前記油圧ポンプの最大吸収トルクが減少するようスピードセンシング制御を行うスピードセンシング制御手段と備え、前記スピードセンシング制御手段は、前記最大吸収トルクの減少速度が増加速度より速くなるよう最大吸収トルクの変化速度を補正する制御速度補正手段を有するものとする。

このように制御速度補正手段を設け、スピードセンシング制御による最大吸収トルクの減少速度を増加速度より速くすることにより、エンジン回転数増加時の最大吸収トルクを増やす制御時は、制御速度が遅めとなるため燃料噴射量制御とスピードセンシング制御との干渉によるハンチングが防止され、エンジン回転数低下時の最大吸収トルクを減らす制御時は、制御速度が速めとなるため応答性の良いスピードセンシング制御が可能となり、エンジンの回転数低下を少なくし、エンジンの出力を有効に使うことができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記スピードセンシング制御手段は、前記目標回転数と実回転数の偏差をに所定のゲインを乗じ、トルク偏差を算出する第１手段と、このトルク偏差をベーストルクに加算し、目標吸収トルクを算出する第２手段と、前記目標吸収トルクに基づいて前記油圧ポンプの最大吸収トルクを制御する第３手段とを有し、前記制御速度補正手段は、前記目標吸収トルクの減少時と増加時とで前記目標吸収トルクに異なる一次遅れを持たせ、前記目標吸収トルクの変化速度を目標吸収トルクの増加時より減少時の方を速くする第４手段を有する。

このように目標吸収トルクに一次遅れを持たせ、目標吸収トルクの減少時と増加時とで目標吸収トルクの変化速度を変えることにより、制御速度補正手段は、最大吸収トルクの減少速度を増加速度より速くするよう最大級トルクの変化速度を補正することができる。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記第４手段は、前記目標吸収トルクの変化量を演算する手段と、前記変化量に所定のゲインを乗じ、新たな変化量を演算する手段と、前記新たな変化量を前記目標トルクの前回値に加算し、制御用の目標吸収トルクを算出する手段とを有し、前記所定のゲインは、前記目標吸収トルクの増加時より減少時の方が大きいものとする。
これにより第４手段は、目標吸収トルクの変化速度を目標吸収トルクの増加時より減少時の方を速くすることができる。

本発明によれば、回転数偏差に基づいてエンジンの燃料噴射量制御とスピードセンシング制御を行う油圧建設機械において、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御の干渉によるハンチングを防止しながらスピードセンシング制御の応答性を高めて、エンジンの回転数低下を少なくし、エンジンの出力を有効に使うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１において、１及び２は例えば斜板式の可変容量型の油圧ポンプであり、９は固定容量型のパイロットポンプであり、油圧ポンプ１，２及びパイロットポンプ９は原動機１０の出力軸１１に接続され、原動機１０により回転駆動される。

油圧ポンプ１，２の吐出路３，４には図２に示す弁装置５が接続され、この弁装置５を介して複数のアクチュエータ５０〜５６に圧油を送り、これらアクチュエータを駆動する。パイロットポンプ９の吐出路９ａにはパイロットポンプ９の吐出圧力を一定圧に保持するパイロットリリーフ弁９ｂが接続されている。

弁装置５の詳細を説明する。

図２において、弁装置５は、流量制御弁５ａ〜５ｄと流量制御弁５ｅ〜５ｉの２つの弁グループを有し、流量制御弁５ａ〜５ｄは油圧ポンプ１の吐出路３につながるセンタバイパスライン５ｊ上に位置し、流量制御弁５ｅ〜５ｉは油圧ポンプ２の吐出路４につながるセンタバイパスライン５ｋ上に位置している。吐出路３，４には油圧ポンプ１，２の吐出圧力の最大圧力を決定するメインリリーフ弁５ｍが設けられている。

流量制御弁５ａ〜５ｄ及び流量制御弁５ｅ〜５ｉはセンタバイパスタイプであり、油圧ポンプ１，２から吐出された圧油はこれらの流量制御弁によりアクチュエータ５０〜５６の対応するものに供給される。アクチュエータ５０は走行右用の油圧モータ（右走行モータ）、アクチュエータ５１はバケット用の油圧シリンダ（バケットシリンダ）、アクチュエータ５２はブーム用の油圧シリンダ（ブームシリンダ）、アクチュエータ５３は旋回用の油圧モータ（旋回モータ）、アクチュエータ５４はアーム用の油圧シリンダ（アームシリンダ）、アクチュエータ５５は予備の油圧シリンダ、アクチュエータ５６は走行左用の油圧モータ（左走行モータ）であり、流量制御弁５ａは走行右用、流量制御弁５ｂはバケット用、流量制御弁５ｃは第１ブーム用、流量制御弁５ｄは第２アーム用、流量制御弁５ｅは旋回用、流量制御弁５ｆは第１アーム用、流量制御弁５ｇは第２ブーム用、流量制御弁５ｈは予備用、流量制御弁５ｉは走行左用である。即ち、ブームシリンダ５２に対しては２つの流量制御弁５ｇ，５ｃが設けられ、アームシリンダ５４に対しても２つの流量制御弁５ｄ，５ｆが設けられ、ブームシリンダ５２とアームシリンダ５４のボトム側には、それぞれ、２つの油圧ポンプ１，２からの圧油が合流して供給可能になっている。

流量制御弁５ａ〜５ｉの操作パイロット系を図３に示す。

流量制御弁５ｉ，５ａは操作装置３５の操作パイロット装置３９，３８からの操作パイロット圧TR1,TR2及びTR3,TR4により、流量制御弁５ｂ及び流量制御弁５ｃ，５ｇは操作装置３６の操作パイロット装置４０，４１からの操作パイロット圧BKC,BKD及びBOD,BOUにより、流量制御弁５ｄ，５ｆ及び流量制御弁５ｅは操作装置３７の操作パイロット装置４２，４３からの操作パイロット圧ARC,ARD及びSW1,SW2により、流量制御弁５ｈは操作パイロット装置４４からの操作パイロット圧AU1,AU2により、それぞれ切り換え操作される。
操作パイロット装置３８〜４４は、それぞれ、１対のパイロット弁（減圧弁）３８ａ，３８ｂ〜４４ａ，４４ｂを有し、操作パイロット装置３８，３９，４４はそれぞれ更に操作ペダル３８ｃ，３９ｃ、４４ｃを有し、操作パイロット装置４０，４１は更に共通の操作レバー４０ｃを有し、操作パイロット装置４２，４３は更に共通の操作レバー４２ｃを有している。操作ペダル３８ｃ，３９ｃ、４４ｃ及び操作レバー４０ｃ，４２ｃを操作すると、その操作方向に応じて関連する操作パイロット装置のパイロット弁が作動し、操作量に応じた操作パイロット圧が生成される。

また、操作パイロット装置３８〜４４の各パイロット弁の出力ラインにはシャトル弁６１〜６７、シャトル弁６８，６９，１００、シャトル弁１０１，１０２、シャトル弁１０３が階層的に接続され、シャトル弁６１，６３，６４，６５，６８，６９，１０１により操作パイロット装置３８，４０，４１，４２の操作パイロット圧の最高圧力が油圧ポンプ１の制御パイロット圧PL1として検出され、シャトル弁６２，６４，６５，６６，６７，６９，１００，１０２，１０３により操作パイロット装置３９，４１，４２，４３，４４の操作パイロット圧の最高圧力が油圧ポンプ２の制御パイロット圧PL2として検出される。

以上のような油圧駆動系に本発明のエンジン制御装置を備えたエンジン・ポンプ制御装置が設けられている。以下、その詳細を説明する。
図１において、油圧ポンプ１，２にはそれぞれレギュレータ７，８が備えられ、これらレギュレータ７，８で油圧ポンプ１，２の容量可変機構である斜板１ａ，２ａの傾転位置を制御し、ポンプ吐出流量を制御する。

油圧ポンプ１，２のレギュレータ７，８は、それぞれ、傾転アクチュエータ２０Ａ，２０Ｂ（以下、適宜２０で代表する）と、図３に示す操作パイロット装置３８〜４４の操作パイロット圧に基づいてポジティブ傾転制御をする第１サーボ弁２１Ａ，２１Ｂ（以下、適宜２１で代表する）と、油圧ポンプ１，２の全馬力制御をする第２サーボ弁２２Ａ，２２Ｂ（以下、適宜２２で代表する）とを備え、これらのサーボ弁２１，２２によりパイロットポンプ９から傾転アクチュエータ２０に作用する圧油の圧力を制御し、油圧ポンプ１，２の傾転位置を制御する。

傾転アクチュエータ２０、第１及び第２サーボ弁２１，２２の詳細を説明する。

各傾転アクチュエータ２０は、両端に大径の受圧部２０ａと小径の受圧部２０ｂとを有する作動ピストン２０ｃと、受圧部２０ａ，２０ｂが位置する大径の受圧室２０ｄ及び小径の受圧室２０ｅとを有し、両受圧室２０ｄ，２０ｅの圧力が等しいときは受圧面積差により作動ピストン２０ｃは図示右方向に移動し、斜板１ａ又は２ａの傾転を大きくしてポンプ吐出流量を増加させ、大径の受圧室２０ｄの圧力が低下すると、作動ピストン２０ｃを図示左方向に移動し、斜板１ａ又は２ａの傾転を小さくしてポンプ吐出流量を減少させる。また、大径の受圧室２０ｄは第１及び第２サーボ弁２１，２２を介してパイロットポンプ９の吐出路９ａとタンク１２に至る戻り油路１３に選択的に接続され、小径の受圧室２０ｅは直接パイロットポンプ９の吐出路９ａに接続されている。

ポジティブ傾転制御用の各第１サーボ弁２１は、ソレノイド制御弁３０又は３１からの制御圧力により作動し油圧ポンプ１，２の傾転位置を制御する弁であり、制御圧力が低いときはサーボ弁２１の弁体２１ａがバネ２１ｂの力で図示左方向に移動し、傾転アクチュエータ２０の大径の受圧室２０ｄを戻り油路１３にを介してタンク１２に連通し、油圧ポンプ１又は２の傾転を小さくし、制御圧力が上昇するとサーボ弁２１の弁体２１ａが図示右方向に移動し、パイロットポンプ９からのパイロット圧を大径の受圧室２０ｄに導き、油圧ポンプ１又は２の傾転を大きくする。ソレノイド制御弁３０，３１は駆動電流が大きくなるに従って出力圧力（制御圧力）を高くする比例電磁弁である。
全馬力制御用の各第２サーボ弁２２は、油圧ポンプ１，２の吐出圧力とソレノイド制御弁３２からの制御圧力により作動して油圧ポンプ１，２の全馬力制御をする弁であり、ソレノイド制御弁３２からの制御圧力より油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクを制御する。

即ち、油圧ポンプ１及び２の吐出圧力とソレノイド制御弁３２からの制御圧力が第２サーボ弁２２の受圧室２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ導かれ、油圧ポンプ１，２の吐出圧力の油圧力の和がバネ２２ｄの力と受圧室２２ｃに導かれる制御圧力の油圧力との差で決まる設定値より低いときは、弁体２２ｅは図示右方向に移動し、パイロットポンプ９からのパイロット圧を受圧室２０ｄに伝達し、油圧ポンプ１，２の傾転を大きくし、油圧ポンプ１，２の吐出圧力の油圧力の和が同設定値よりも高くなるにしたがって弁体２２ａを図示左方向に移動し、傾転アクチュエータ２０の大径の受圧室２０ｄを戻り油路１３にを介してタンク１２に連通し、油圧ポンプ１，２の傾転を小さくする。また、ソレノイド制御弁３２からの制御圧力が低いときは、上記設定値を大きくし、油圧ポンプ１，２の高めの吐出圧力から油圧ポンプ１，２の傾転を減少させ、ソレノイド制御弁３２からの制御圧力が高くなるにしたがって上記設定値を小さくし、油圧ポンプ１，２の低めの吐出圧力から油圧ポンプ１，２の傾転を減少させる。ソレノイド制御弁３２は駆動電流が小さくなるに従って出力圧力（制御圧力）を高くする比例電磁弁である。

図４に全馬力制御用の第２サーボ弁２２を備えた油圧ポンプ１，２の吸収トルク線図を示す。横軸は油圧ポンプ１，２の吐出圧力の平均値であり、縦軸は油圧ポンプ１，２の傾転（押しのけ容積）である。Ａ１，Ａ２，Ａ３はバネ２２ｄの力と受圧室２２ｃの油圧力との差で決まる最大吸収トルクの設定値である。ソレノイド制御弁３２からの制御圧力が高くなる（駆動電流が小さくなる）に従い、バネ２２ｄの力と受圧室２２ｃの油圧力との差で決まる最大吸収トルクの設定値はＡ１，Ａ２，Ａ３と変化し、油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクはＴ１，Ｔ２，Ｔ３と減少する。また、ソレノイド制御弁３２からの制御圧力が低くなる（駆動電流が大きくなる）に従いバネ２２ｄの力と受圧室２２ｃの油圧力との差で決まる最大吸収トルクの設定値はＡ３，Ａ２，Ａ１と変化し、油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクはＴ３，Ｔ２，Ｔ１と増大する。

ソレノイド制御弁３０，３１，３２は駆動電流SI1,SI2,SI3により作動する比例減圧弁であり、駆動電流SI1,SI2,SI3が最小のときは、出力する制御圧力を最高にし、駆動電流SI1,SI2,SI3が増大するに従って出力する制御圧力を低くするよう動作する。駆動電流SI1,SI2,SI3は図５に示す車体コントローラ７０より出力される。

原動機１０はディーゼルエンジンであり、目標燃料噴射量FN1の信号により作動する電子燃料噴射装置１４を備えている。指令信号は図５に示す燃料噴射装置コントローラ８０より出力される。電子燃料噴射装置１４は原動機（以下、エンジンという）１０の回転数と出力とを制御する。

エンジン１０に対する目標回転数NR1をオペレータが手動で入力する目標エンジン回転数入力部７１が設けられ、その目標回転数NR1の入力信号は車体コントローラ７０及びエンジン燃料噴射装置コントローラ８０に取り込まれる。目標エンジン回転数入力部７１は例えばポテンショメータのような電気的入力手段であり、オペレータが基準となる目標回転数（目標基準回転数）を指令するものである。

また、エンジン１０の実回転数NE1を検出する回転数センサー７２と、油圧ポンプ１，２の制御パイロット圧PL1,PL2を検出する圧力センサー７３，７４（図３参照）が設けられている。

車体コントローラ７０及び燃料噴射装置コントローラ８０の全体の信号の入出力関係を図５に示す。

車体コントローラ７０は目標エンジン回転数入力部７１からの目標回転数NR1の信号、回転数センサー７２の実回転数NE1の信号、圧力センサー７３，７４からのポンプ制御パイロット圧PL1,PL2の信号を入力し、ポジティブ傾転制御とスピードセンシング制御の演算処理を行って駆動電流SI1,SI2,SI3をソレノイド制御弁３０〜３２に出力するとともに、目標回転数NR1の信号をエンジン燃料噴射装置コントローラ８０に出力する。エンジン燃料噴射装置コントローラ８０は車体コントローラ７０からの目標回転数NR1の信号、回転数センサー７２の実回転数NE1の信号を入力し、燃料噴射量制御の演算処理を行って目標燃料噴射量FN1の信号を電子燃料噴射装置１４に出力する。

車体コントローラ７０の油圧ポンプ１，２の制御の算出に関する処理機能を図６に示す。

図６において、車体コントローラ７０は、ポンプ目標傾転演算部７０ａ，７０ｂ、ソレノイド出力電流演算部７０ｃ，７０ｄ、ベーストルク演算部７０ｅ、回転数偏差演算部７０ｆ、トルク変換部７０ｇ、目標トルク演算部７０ｈ、目標トルク変化演算部７０ｊ、遅れ演算部７０ｋ、積分演算部７０ｍ、積分一次遅れ要素７０ｎ、ソレノイド出力電流演算部７０ｐの各機能を有している。

ポンプ目標傾転演算部７０ａ，７０ｂ、ソレノイド出力電流演算部７０ｃ，７０ｄは要求流量に基づく油圧ポンプ１，２のポジティブ傾転制御を行う部分であり、これらは次のような演算を行う。

ポンプ目標傾転演算部７０ａは、油圧ポンプ１側の制御パイロット圧PL1の信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの制御パイロット圧PL1に応じた油圧ポンプ１の目標傾転θR1を演算する。この目標傾転θR1はパイロット操作装置３８，４０，４１，４２の操作量に対するポジティブ傾転制御の基準流量メータリングであり、メモリのテーブルには制御パイロット圧PL1が高くなるに従って目標傾転θR1も増大するようPP1とθR1の関係が設定されている。

ソレノイド出力電流演算部７０ｃは、θR1に対してこのθR1が得られる油圧ポンプ１の傾転制御用の駆動電流SI1を求め、これをソレノイド制御弁３０に出力する。
ポンプ目標傾転演算部７０ｂ、ソレノイド出力電流演算部７０ｄでも、同様にポンプ制御パイロット圧PL2の信号から油圧ポンプ２の傾転制御用の駆動電流SI2を算出し、これをソレノイド制御弁３１に出力する。

ベーストルク演算部７０ｅ、回転数偏差演算部７０ｆ、トルク変換部７０ｇ、目標トルク演算部７０ｈ、目標トルク変化演算部７０ｊ、遅れ演算部７０ｋ、積分演算部７０ｍ、積分一次遅れ要素７０ｎ、ソレノイド出力電流演算部７０ｐは回転数偏差ΔＮに基づく油圧ポンプ１，２のスピードセンシング制御を行う部分であり、これらは次のような演算を行う。
ベーストルク演算部７０ｅは、目標エンジン回転数NR1の信号を入力し、これをメモリに記憶してある図示のテーブルに参照させ、そのときの目標エンジン回転数NR1に応じたポンプベーストルクTROを算出する。メモリのテーブルには、目標エンジン回転数NR1が上昇するに従ってポンプベーストルクTROが増大するようNR1とTROの関係が設定されている。

回転数偏差演算部７０ｆは、実エンジン回転数NE1から目標エンジン回転数NR1を減じることで目標エンジン回転数NR1と実エンジン回転数NE1の差の回転数偏差ΔＮを算出する。

トルク変換部７０ｇは、回転数偏差ΔＮに変換ゲインＫNを乗じ、かつ上限及び下限のリミッタ処理を行い、スピードセンシング制御のトルク偏差ΔTOを算出する。ここで、ゲインＫNは、フィードバック系を構成する回転数偏差ΔＮに基づくエンジン１０の燃料噴射量制御（後述）と回転数偏差ΔＮに基づく油圧ポンプ１，２のスピードセンシング制御が干渉してハンチングを起こすことのないような小さめの値に設定されている。

目標トルク演算部７０ｈは、ベーストルク演算部７０ｅで求めたポンプベーストルクTROにスピードセンシング制御のトルク偏差ΔTOを加算し、目標吸収トルクTR01を算出する。

目標トルク変化演算部７０ｊは、目標吸収トルクTR01からソレノイド出力電流演算部７０ｐの入力値である制御用の目標吸収トルクTR1の前回値を減じてトルク偏差ΔT3を算出する。トルク偏差ΔT3は目標吸収トルクTR01の変化が増加方向か減少方向かを判断するためのものであり、ΔT3≧０であれば目標吸収トルクTR01の変化は増加方向にあり、ΔT3＜０であれば目標吸収トルクTR01の変化は減少方向にある。

遅れ演算部７０ｋは、目標吸収トルクTR01にゲインＫNNを乗じて一次遅れを持たせるものであり、この一次遅れのゲインＫNNは目標吸収トルクTR01の増加方向（ΔT3≧０）を１とし、目標吸収トルクTR01の減少方向（ΔT3＜０）はそれによりも大きな値（例えば２）とし、トルク偏差ΔT3にそのゲインＫNNを乗じて新たなトルク偏差ΔT4を得る。この一次遅れ演算のため、図示の例では、メモリのテーブルに、ΔT3≧０ではΔT3＝ΔT4であり、ΔT3＜０ではΔT3＝２ΔT4となるΔT3とΔT4の関係が設定され、トルク偏差ΔT3をそのテーブルに参照させ、そのトルク偏差ΔT3に対応するトルク偏差ΔT4を演算する。

積分演算部７０ｍは、一次遅れ要素７０ｎからの制御用の目標吸収トルクTR1の前回値にトルク偏差ΔT4を加算して今回の制御用の目標吸収トルクTR1を得る。

ソレノイド出力電流演算部７０ｐは、制御用の目標吸収トルクTR1を入力し、第２サーボ弁２２により制御される油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクがTR1となるようソレノイド制御弁３２の駆動電流SI3を求め、これをソレノイド制御弁３２に出力する。

このようにして駆動電流SI3を受けたソレノイド制御弁３２は駆動電流S13に応じた制御圧力を出力し、第２サーボ弁２２の設定値を制御し、油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクがTR1になるよう制御する。

以上において、目標トルク変化演算部７０ｊ、遅れ演算部７０ｋ、積分演算部７０ｍ、積分一次遅れ要素７０ｎは、油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクの減少速度が増加速度より速くなるよう最大吸収トルクの変化速度を補正する制御速度補正手段を構成する。

上記のようにトルク変換部７０ｇでは、回転数偏差ΔＮに変換ゲインＫNを乗じてスピードセンシング制御のトルク偏差ΔTOを算出している。遅れ演算部７０ｋでは、その変換ゲインＫNにトルク偏差ΔT3を乗じて新たなトルク偏差ΔT4を算出し、積分演算部７０ｍでそのトルク偏差ΔT4を用いて制御用の目標トルク偏差TR1を算出している。また、このとき、目標吸収トルクTR01の増加方向（ΔT3≧０）のゲインＫNNを１とし、減少方向（ΔT3＜０）のゲインＫNNを２としている。よって、スピードセンシング制御全体の制御ゲインである制御用の目標吸収トルクの変化ゲインをＫSとすると、目標吸収トルクTR1の増加時はＫS＝ＫN、目標吸収トルクTR1の減少時はＫS＝２ＫNとなり、油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクは、それに対応し、増加時はゲインＫNの制御速度で、減少時はゲイン２ＫNの制御速度で制御される。

目標吸収トルクTR1の減少時は実エンジン回転数NE1の低下時（回転数偏差ΔＮ（＝NE1−MR1）の増加時；回転数偏差ΔＮが負のときは回転数偏差ΔＮの絶対値の減少時）に対応し、目標吸収トルクTR01の増加時は実エンジン回転数NE1の増加時（回転数偏差ΔＮの減少時；回転数偏差ΔＮが負のときは回転数偏差ΔＮの絶対値の増加時）に対応する。よって、実エンジン回転数NE1の低下時はＫS＝２ＫNとなり、油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクは、ゲイン２ＫNの制御速度で減少するよう制御され、実エンジン回転数NE1の増加時はＫS＝ＫNとなり、油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクは、ゲイン２ＫNの制御速度で増加するよう制御される。

また、トルク変換部７０ｇのゲインＫNは、フィードバック系を構成するエンジン１０の燃料噴射量制御と油圧ポンプ１，２のスピードセンシング制御が干渉してハンチングを起こすことのないような小さめの値に設定されている。よって、目標吸収トルクTR1の減少時（実エンジン回転数NE1の減少時）のゲインは２ＫNとなるため、応答性の良いスピードセンシング制御が可能となり、エンジン回転数の低下を少なくすることができる。また、目標吸収トルクTR1の増加時（実エンジン回転数NE1の増加時）のゲインはＫNとなるため、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御との干渉によるハンチングが防止される。

なお、遅れ演算部７０ｋのゲインＫNNの設定はトルク変換部７０ｇのゲインＫNとの関係で決まるものであり、両者を合成した結果であるスピードセンシング制御全体の制御ゲインＫSが、目標吸収トルクTR1の増加時は、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御との干渉が防止される値となり、目標吸収トルクTR1の減少時は、目標吸収トルクTR1の増加時よりも大きく、応答性の良いスピードセンシング制御が行えるような値であればよいものである。例えば、トルク変換部７０ｇのゲインＫNを、目標吸収トルクTR1の減少時に応答性の良いスピードセンシング制御が行えるような値に設定した場合は、遅れ演算部７０ｋのゲインＫNNは、目標吸収トルクTR1の増加方向には１より小さい例えば０．５とし、減少方向には１とすればよい。また、トルク変換部７０ｇのゲインＫNを、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御が干渉してハンチングを起こすことのないような値と目標吸収トルクTR1の減少時に応答性の良いスピードセンシング制御が行えるような値の中間の値に設定した場合は、遅れ演算部７０ｋの全体制御ゲインＫNNは、目標吸収トルクTR1の増加方向には１より小さく、かつゲインＫSでみて燃料噴射量制御とスピードセンシング制御との干渉が防止される値とし、目標吸収トルクTR1の減少方向には１より大きくし、かつ全体制御ゲインＫSでみてトルク偏差ΔT3の増加時よりも大きく、応答性の良いスピードセンシング制御が行えるような値とすればよい。

燃料噴射装置コントローラ８０の処理機能を図７に示す。

燃料噴射装置コントローラ８０は回転数偏差ΔＮに基づく燃料噴射量制御を行うものであり、回転数偏差演算部８０ａ、燃料噴射量変換部８０ｂ、積分演算部８０ｃ、リミッタ演算部８０ｄ、一次遅れ要素８０ｅの各制御機能を有している。

回転数偏差演算部８０ａは、目標回転数NR2と実回転数NE1とを比較して回転数偏差ΔＮ（＝NR2−NE1）を算出し、燃料噴射量変換部８０ｂはその回転数偏差ΔＮにゲインＫFを掛けて目標燃料噴射量の増分ΔFNを演算し、積分演算部８０ｃは一次遅れ要素８０ｅからの目標燃料噴射量FN1の前回値FN2にその増分ΔFNを加算して新たな目標燃料噴射量FN3を演算し、リミッタ演算部８０ｄはその目標燃料噴射量FN3に上限・下限リミッタを掛け、目標燃料噴射量FN1とする。この目標燃料噴射量FN1は制御電流に変換され、電子燃料噴射装置１４に出力され燃料噴射量を制御する。これにより実回転数NE1が目標回転数NR2より小さいとき（回転数偏差ΔＮが正のとき）は目標燃料噴射量FN1を増大させ、実回転数NE1が目標回転数NR2より大きくなると（回転数偏差ΔＮが負になると）目標燃料噴射量FN1を減少させるよう、つまり目標回転数NR2と実回転数NE1との偏差ΔＮが０になるよう積分演算により目標燃料噴射量FN1を演算し、実回転数NE1が目標回転数NR2に一致するよう燃料噴射量が制御される。

次に、以上のように構成した本実施の形態の動作の特徴を図８〜図１１を用いて説明する。

図８は、上述した全体制御ゲインＫSの変化を図４に示した油圧ポンプ１，２の吸収トルク線図上で示す図である。横軸は油圧ポンプ１，２の吐出圧力の平均値であり、縦軸は油圧ポンプ１，２の傾転（押しのけ容積）である。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はスピードセンシング制御による油圧ポンプ１，２の最大吸収トルクの変化である。Ｔ１は例えば目標回転数NR1を最大に設定した場合のポンプベーストルクTR0（図６参照）である。

図９は、上述した全体制御ゲインＫSの変化をエンジン出力トルク線図上で示す図である。横軸はエンジン回転数であり、縦軸は出力トルク（エンジントルク）である。また、Ｅは電子燃料噴射装置１４のレギュレーション領域の特性であり、Ｆは電子燃料噴射装置１４の全負荷領域の特性（最大出力特性）である。電子燃料噴射装置１４のレギュレーション領域とは、電子燃料噴射装置１４による燃料噴射量が１００％以下の部分負荷領域であり、全負荷領域とは燃料噴射量が１００％（最大）となる最大出力トルク領域である。Ｃはトルク変換部７０ｇの変換ゲインＫNの特性線である。また、Ｍは、例えば目標エンジン回転数NR1を最大に設定した場合のスピードセンシング制御と燃料噴射量制御の最大トルクのマッチング点であり、マッチング点Ｍの最大トルクはポンプベーストルクTR0に対応する。

図８及び図９において、前述したように、実エンジン回転数の低下時は、ＫS＝２ＫNとなるため、ポンプ吸収トルクの減少速度は速く、応答性の良いスピードセンシング制御が可能となる。実エンジン回転数の増加時は、ＫS＝ＫNとなるため、ポンプ吸収トルクの減少速度は遅く、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御との干渉が防止される。

図１０は、動作の一例を油圧ポンプ１，２の吸収トルク線図上で示す図であり、図１１は、動作の一例をエンジン出力トルク線図上で示す図である。

図１０及び図１１において、点Ｓは、例えば掘削作業における掘削開始前など、軽負荷時の状態であり、油圧ポンプ１，２の吸収トルクは小さく（図１０）、電子燃料噴射装置１４はレギュレーション領域Ｅで動作している（図１１）。実線は本発明の状態変化、破線は従来技術の状態変化を示している。

掘削作業における掘削開始時など、アクチュエータ負荷が増大し、油圧ポンプ１，２の負荷が増大すると、実エンジン回転数が低下し、油圧ポンプ１，２側では回転数偏差ΔＮに基づくスピードセンシング制御により最大ポンプ吸収トルクを減少させ、油圧ポンプ１，２の吸収トルクを減らす。これと同時に、エンジン１０側では、回転数偏差ΔＮに基づく燃料噴射量制御により回転数偏差ΔＮが増大すると燃料噴射量を増やし、エンジン出力トルクを増大させる。このエンジン出力トルクの増大により実エンジン回転数の変化は増加方向に転じ、回転数偏差ΔＮの絶対値が減少するため、スピードセンシング制御でも最大吸収トルクの制御を増加方向に転じ、エンジン回転数の上昇（回転数偏差ΔＮの絶対値の減少）に応じて変換ゲインＫNの特性線Ｃに沿って最大吸収トルクを増加させる。燃料噴射量制御による燃料噴射量の増大により実エンジン回転数が更に増大し目標回転数に達すると、燃料噴射制御は燃料噴射量の増大を停止し、スピードセンシング制御制御でも最大吸収トルクの増大を停止し、スピードセンシング制御と燃料噴射量制御の最大トルクはマッチング点Ｍでバランスする。

ここで、従来技術では、図６に示した目標トルク変化演算部７０ｊ、遅れ演算部７０ｋ、積分演算部７０ｍ、積分一次遅れ要素７０ｎがなく、目標トルク変化演算部７０ｊで算出した目標吸収トルクTR01を直接制御用の目標吸収トルクTR1としてソレノイド出力電流演算部７０ｐに入力し、駆動電流SI3を求め、これをソレノイド制御弁３２に出力している。また、トルク変換部７０ｇのゲインＫNは、フィードバック系を構成するエンジン１０の燃料噴射量制御と油圧ポンプ１，２のスピードセンシング制御が干渉してハンチングを起こすことのないような小さめの値に設定されている。よって、上記動作例において、エンジン出力トルクの増大による実エンジン回転数の増加時は、エンジン回転数の上昇に応じて変換ゲインＫNの特性線Ｃに沿って最大吸収トルクを増加させ、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御との干渉が防止される。しかし、ポンプ負荷の増大直後の実エンジン回転数の低下時はスピードセンシング制御による最大吸収トルクの減少速度は遅く、制御の応答遅れによるオーバトルクが発生し、図１１に点線で示すようにエンジン回転数低下量は比較的大となり、エンジン出力を有効に使うことができない。

これに対し、本実施の形態では、上記のように目標トルク変化演算部７０ｊ、遅れ演算部７０ｋ、積分演算部７０ｍ、積分一次遅れ要素７０ｎを設け、目標吸収トルクTR1の減少時（実エンジン回転数NE1の低下時）と目標吸収トルクTR1の増加時（実エンジン回転数NE1の増加時）とでスピードセンシング制御全体の制御ゲインＫSを変え、目標吸収トルクTR1の減少時はＫS＝２ＫNとなり、目標吸収トルクTR1の増加時はＫS＝ＫNとなるようにしている。また、トルク変換部７０ｇのゲインＫNは、フィードバック系を構成するエンジン１０の燃料噴射量制御と油圧ポンプ１，２のスピードセンシング制御が干渉してハンチングを起こすことのないような小さめの値に設定している。これにより、上記動作例において、エンジン出力トルク増大による実エンジン回転数の増加時は、従来技術と同様に、エンジン回転数の上昇に応じて変換ゲインＫNの特性線Ｃに沿って最大吸収トルクを増加させ、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御との干渉によるハンチングが防止される。また、ポンプ負荷の増大直後の実エンジン回転数の低下時は、スピードセンシング制御全体の制御ゲインＫSはＫS＝２ＫNとなるため、図１１に実線で示すように応答性の良いスピードセンシング制御が可能となり、エンジン回転数の低下を少なくし、エンジン１０の出力を有効に使うことができる。

以上のように本実施の形態によれば、回転数偏差ΔNに基づいてエンジン１０の燃料噴射量制御とスピードセンシング制御を行う油圧建設機械において、燃料噴射量制御とスピードセンシング制御の干渉によるハンチングを防止しながらスピードセンシング制御の応答性を高めて、エンジン１０の回転数低下を少なくし、エンジン１０の出力を有効に使うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる制御装置を備えた油圧建設機械の油圧駆動装置のエンジン及び油圧ポンプ部分を示す図である。油圧駆動装置の弁装置及びアクチュエータ部分を示す油圧回路図である。油圧駆動装置の流量制御弁の操作パイロット系を示す図である。油圧駆動装置のポンプレギュレータによる油圧ポンプの吸収トルク線図を示す図である。本実施の形態の制御装置を構成するコントローラ（車体コントローラ及びエンジン燃料噴射装置コントローラ）とその入出力関係を示す図である。車体コントローラにおけるポジティブ傾転制御とスピードセンシング制御の処理機能を示す機能ブロック図である。燃料噴射装置コントローラにおける燃料噴射量制御の処理機能を示す機能ブロック図である。スピードセンシング制御全体の制御ゲインの変化を図４に示した油圧ポンプの吸収トルク線図上で示す図である。スピードセンシング制御全体の制御ゲインの変化をエンジン出力トルク線図上で示す図である。動作の一例を油圧ポンプの吸収トルク線図上で示す図である。動作の一例をエンジン出力トルク線図上で示す図である。

符号の説明

１，２油圧ポンプ
１ａ，２ａ斜板
５弁装置
７，８レギュレータ
１０エンジン
１４電子燃料噴射装置
２０Ａ，２０Ｂ傾転アクチュエータ
２１Ａ，２１Ｂ第１サーボ弁
２２Ａ，２２Ｂ第２サーボ弁
３０ソレノイド制御弁
３１ソレノイド制御弁
３２ソレノイド制御弁（第３手段）
３８〜４４操作パイロット装置
５０〜５６アクチュエータ
７０車体コントローラ（スピードセンシング制御手段）
７０ａ，７０ｂポンプ目標傾転演算部
７０ｃ，７０ｄソレノイド出力電流演算部
７０ｅベーストルク演算部
７０ｆ回転数偏差演算部
７０ｇトルク変換部（第１手段）
７０ｈ目標トルク演算部（第２手段）
７０ｊ目標トルク変化演算部（制御速度補正手段）
７０ｋ遅れ演算部（制御速度補正手段）（第４手段）
７０ｍ積分演算部（制御速度補正手段）
７０ｎ積分一次遅れ要素（制御速度補正手段）
７０ｐソレノイド出力電流演算部（第３手段）
７１目標エンジン回転数入力部
７２回転数センサー
７３，７４圧力センサー
８０燃料噴射装置コントローラ（燃料噴射量制御手段）
８０ａ回転数偏差演算部
８０ｂ燃料噴射量変換部
８０ｃ加算部
８０ｄリミッタ演算部
８０ｅ一次遅れ要素

Claims

エンジンと、このエンジンによって駆動される可変容量油圧ポンプと、前記油圧ポンプの入力トルクが最大吸収トルクを超えないよう前記油圧ポンプの押しのけ容積を制御するレギュレータとを備えた油圧建設機械の制御装置において、
前記エンジンの目標回転数を指令する入力手段と、
前記エンジンの実回転数を検出する検出手段と、
前記目標回転数と実回転数の偏差を算出しその偏差に基づいて前記エンジンの燃料噴射量制御を行う燃料噴射量制御手段と、
前記目標回転数と実回転数の偏差が増大すると前記油圧ポンプの最大吸収トルクが減少するようスピードセンシング制御を行うスピードセンシング制御手段と備え、
前記スピードセンシング制御手段は、前記最大吸収トルクの減少速度が増加速度より速くなるよう最大吸収トルクの変化速度を補正する制御速度補正手段を有することを特徴とする油圧建設機械の制御装置。
請求項１記載の油圧建設機械の制御装置において、
前記スピードセンシング制御手段は、前記目標回転数と実回転数の偏差をに所定のゲインを乗じ、トルク偏差を算出する第１手段と、このトルク偏差をベーストルクに加算し、目標吸収トルクを算出する第２手段と、前記目標吸収トルクに基づいて前記油圧ポンプの最大吸収トルクを制御する第３手段とを有し、
前記制御速度補正手段は、前記目標吸収トルクの減少時と増加時とで前記目標吸収トルクに異なる一次遅れを持たせ、前記目標吸収トルクの変化速度を目標吸収トルクの増加時より減少時の方を速くする第４手段を有することを特徴とする油圧建設機械の制御装置。
請求項２記載の油圧建設機械の制御装置において、
前記第４手段は、前記目標吸収トルクの変化量を演算する手段と、前記変化量に所定のゲインを乗じ、新たな変化量を演算する手段と、前記新たな変化量を前記目標トルクの前回値に加算し、制御用の目標吸収トルクを算出する手段とを有し、前記所定のゲインは、前記目標吸収トルクの増加時より減少時の方が大きいことを特徴とする油圧建設機械の制御装置。