JP2023067772A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ブームを駆動させるために必要な速度、作業装置の慣性モーメント及びエンジン出力に基づいてアーム又はブームの速度を制御する。【解決手段】本発明の一実施形態は、下部走行体と、下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、それぞれの油圧シリンダによって動作されるブーム、アーム及びバケットを有し、上部旋回体に支持された作業装置と、油圧シリンダを制御する制御バルブと、制御バルブのスプールを制御する電子式比例減圧バルブと、操縦者の操作量に応じた操作信号を出力する操作レバーと、作業装置及び被削面に関する情報を提供する情報提供ユニットと、電子式比例減圧バルブのパイロット圧を演算及び出力する電子制御ユニットと、を含み、電子制御ユニットが、操作レバーの操作信号及び情報提供ユニットによって提供された情報を使用することで油圧シリンダの速度を制御する、建設機械を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、建設機械に関する。より詳細には、本発明は、被削面（a work surface）、作業装置の慣性モーメント及びエンジン出力について、アームの角度を考慮してアーム又はブームの速度を制御する建設機械に関する。

一般的に、掘削機は、建設現場などで地面を掘る掘削、土壌を運搬する積み込み、基礎を作る掘削、建築物を解体する破砕、地面を整地する整地、及び地面を均す地均しなど、様々なタスクを行う建設機械である。

図１を参照すると、掘削機のような建設機械１は、下部走行体２と、下部走行体２に旋回可能に取り付けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に対して上下方向に動作するように取り付けられた作業装置４と、を含んでいる。

さらに、多関節に形成された作業装置４は、上部旋回体３に後端部が回転可能に支持されたブーム４ａと、ブーム４ａの前端部に後端部が回転可能に支持されたアーム４ｂと、アーム４ｂの前端部に回転可能に取り付けられたバケット４ｃと、を含んでいる。また、ユーザのレバー操作によって作動油が供給されて、ブームシリンダ（５，作業用アクチュエータ）、アームシリンダ（６，作業用アクチュエータ）及びバケットシリンダ（７，作業用アクチュエータ）が、ブーム４ａ、アーム４ｂ及びバケット４ｃを夫々動作させる。

このような建設機械１は、手動操作のレバーによってブーム４ａ、アーム４ｂ、バケット４ｃなどの作業装置４を動作させる。しかしながら、作業装置４のそれぞれが関節部によって連結されて回転運動を行うため、操縦者がそれぞれの作業装置４を操作して所定のエリアを掘削するにはかなりの努力が必要である。

一方、ブームシリンダ５がブーム４ａ並びにブーム４ａの先端部に配置されたアーム４ｂ及びバケット４ｃの重量を支持するため、ブームシリンダ５に作用する荷重圧は、アームシリンダ６又はバケットシリンダ７に作用する荷重圧よりも大きく、ブーム４ａの移動量（a movement amount）が掘削作業中にアーム４ｂの移動量に追従しない可能性がある。

詳細には、図２に示すように、傾斜面を含む被削面に沿ってバケット４ｃの先端部を動かしながら掘削を行うとき、ブーム４ａがアーム４ｂの移動量に追従して上昇しなければ、バケット４ｃの先端部が、作業者が意図した方向に移動せずに被削面から外れる可能性があるという問題がある。特に、上述の問題は、アーム４ｂと傾斜面との間の角度が比較的小さいか又は傾斜面の傾斜が急であり、これによって、ブーム４ａについて比較的大きな移動量が必要であるときにより頻繁に発生する。

また、バケット４ｃが載荷状態（a loaded state）か、又はティルトローテータなどのアタッチメントがアーム４ｂの先端部に取り付けられ、ブーム４ａに対する慣性モーメントが大きくなっている場合、アーム４ｂを伸ばして整地を始めると、ブーム４ａは、アーム４ｂがそれ自身の重量によって下降する速度に追従して上昇しない可能性がある。

また、燃費などを向上させるために操縦者がスタンダードモード又はエコノミーモードを選択すると、単位時間当たりに油圧シリンダに供給される作動油量が少なく、瞬間的な最大出力が必要なとき、ブーム４ａが上昇することができないか、又はアーム４ｂの移動量に追従して下降しない可能性がある。

本発明は、上述した従来技術の問題を解消する。本発明の目的は、ブームを駆動させるために必要な速度、作業装置の慣性モーメント及びエンジン出力に基づいてアーム又はブームの速度を制御することで、アームの移動量に追従してブームを上昇又は下降させることができる建設機械を提供することである。

本発明の一態様は、下部走行体と、下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、それぞれの油圧シリンダによって動作されるブーム、アーム及びバケットを有し、上部旋回体に支持された作業装置と、油圧シリンダを制御する制御バルブと、制御バルブのスプールを制御する電子式比例減圧バルブと、操縦者の操作量に応じた操作信号を出力する操作レバーと、作業装置及び被削面に関する情報を提供する情報提供ユニットと、電子式比例減圧バルブのパイロット圧を演算して出力する電子制御ユニットと、を含む建設機械を提供する。電子制御ユニットが、操作レバーの操作信号及び情報提供ユニットによって提供された情報を使用することで、油圧シリンダの速度を制御する。

一実施形態では、情報提供ユニットが、ブームを駆動させるために必要な速度、作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力の少なくとも１つを電子制御ユニットへと提供するようにしてもよい。

一実施形態では、電子制御ユニットが、ブームを駆動させるために必要な速度を基準値と比較するようにしてもよい。

一実施形態では、ブームを駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、電子制御ユニットが、所定の設定値をアーム速度増加率に設定するようにしてもよく、また、ブームを駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、電子制御ユニットが、設定値よりも小さい値をアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。

一実施形態では、電子制御ユニットが、ブームを駆動させるために必要な速度が増加するにつれて、アーム速度増加率を低下させるように設定してもよい。

一実施形態では、電子制御ユニットが、作業装置の慣性モーメントを基準値と比較するようにしてもよい。

一実施形態によれば、作業装置の慣性モーメントが基準値以下であれば、電子制御ユニットが、所定の設定値をアーム速度増加率に設定してもよく、また、作業装置の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、電子制御ユニットが、設定値よりも小さい値をアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。

一実施形態では、電子制御ユニットが、エンジン最大出力を基準値と比較するようにしてもよい。

一実施形態では、エンジン最大出力が基準値以上であれば、電子制御ユニットが、所定の設定値をアーム速度増加率に設定するようにしてもよく、また、エンジン最大出力が基準値未満であれば、電子制御ユニットが、設定値よりも小さい値をアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。

一実施形態では、情報提供ユニットが、ブームを駆動させるために必要な速度、作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力を電子制御ユニットへと提供するようにしてもよく、電子制御ユニットが、ブームを駆動させるために必要な速度、作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力を基準値と比較するようにしてもよい。ブームを駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、電子制御ユニットが、所定の第１の設定値を第１のアーム速度増加率に設定するようにしてもよく、また、ブームを駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、電子制御ユニットが、第１の設定値に第１の減少率を乗算して得られた値を第１のアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。作業装置の慣性モーメントが基準値以下であれば、電子制御ユニットが、所定の第２の設定値を第２のアーム速度増加率に設定するようにしてもよく、また、作業装置の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、電子制御ユニットが、第２の設定値に第２の減少率を乗算して得られた値を第２のアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。エンジン最大出力が基準値以上であれば、電子制御ユニットが、所定の第３の設定値を第３のアーム速度増加率に設定するようにしてもよく、また、エンジン最大出力が基準値未満であれば、電子制御ユニットが、第３の設定値に第３の減少率を乗算して得られた値を第３のアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。

一実施形態では、電子制御ユニットが、第１のアーム速度増加率～第３のアーム速度増加率の最小値をアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。

一実施形態では、電子制御ユニットが、第１の設定値～第３の設定値のいずれか１つに第１の減少率～第３の減少率を乗算して得られた値をアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。

一実施形態では、情報提供ユニットが、ブームを駆動させるために必要な速度、作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力を電子制御ユニットへと提供するようにしてもよく、電子制御ユニットが、ブームを駆動させるために必要な速度、作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力を基準値と比較するようにしてもよい。ブームを駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、電子制御ユニットが、所定の第１の設定値を第１のブーム速度増加率に設定してもよく、また、ブームを駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、電子制御ユニットが、第１の設定値よりも大きい値を第１のブーム速度増加率に設定するようにしてもよい。作業装置の慣性モーメントが基準値以下であれば、電子制御ユニットが、所定の第２の設定値を第２のブーム速度増加率に設定するようにしてもよく、また、作業装置の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、電子制御ユニットが、第２の設定値よりも大きい値を第２のブーム速度増加率に設定するようにしてもよい。エンジン最大出力が基準値以上であれば、電子制御ユニットが、所定の第３の設定値を第３のブーム速度増加率に設定するようにしてもよく、また、エンジン最大出力が基準値未満であれば、電子制御ユニットが、第３の設定値よりも大きい値を第３のブーム速度増加率に設定するようにしてもよい。

一実施形態では、電子制御ユニットが、第１のブーム速度増加率～第３のブーム速度増加率の最大値をブーム速度増加率に設定するようにしてもよい。

一実施形態では、操作レバーが、電子制御ユニットへと電気信号を提供する電気式ジョイスティックとして、操縦者の操作量に比例した電気信号を生成するようにしてもよい。

本発明の一態様によれば、ブームを駆動させるために必要な速度、作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力値のすべてを考慮して、最小のアーム速度増加率が採択されたとき、様々な状況においてアームの移動量に追従してブームを上昇又は下降させることができる。従って、アームの速度制御の信頼性を向上させることができる。

本発明の効果は、上述した効果に限定されず、本発明の効果は、本発明の詳細な説明又は添付の特許請求の範囲に記載された発明の構成から推測することができるすべての効果を含むと理解すべきである。

建設機械の基本構成を示す斜視図である。 従来技術による作業装置のアームが被削面に侵入した状態を示す概略図である。 本発明の一実施形態による建設機械の機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による建設機械の掘削作業の一例を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態による建設機械の掘削作業の一例を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態による建設機械の掘削作業の一例を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態によるアーム駆動速度グラフを示す概略図である。 本発明の一実施形態によるアーム駆動速度グラフを示す概略図である。

以下、添付した図面を参照して本発明を説明する。しかしながら、本発明は、異なる方法で変更することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈すべきではない。また、図面で本発明を明確に説明するために、本発明に関連しない部分は省略し、明細書の全体を通して同様な符号は同様な要素を指すために使用される。

明細書の全体を通して、ある部分が他の部分に「連結されている」と称されるとき、それが他の部分に「直接的に連結されている」か、又はそれらの間に存在する部分を有する他の部分に「間接的に連結されている」ことができると理解されたい。また、あるコンポーネントが要素を「含む」とき、そこに他の反対の記載がない限り、そのコンポーネントは他の要素を除外するものではなく、他の要素をさらに含んでいてもよいことを理解すべきである。

本発明の明細書の全体を通して使用される「第１」又は「第２」のような序数を含む用語は、様々な構成要素又はステップを説明するために使用され得るが、対応する構成要素又はステップは、序数によって限定されるべきではない。序数を含む用語は、１つの構成要素又は１つのステップを他の構成要素又はステップから区別するだけであると解釈すべきである。

以下、添付された図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

図３～図６を参照すると、本発明の一実施形態によるブームショック軽減機能を有する建設機械１００は、下部走行体１０と、下部走行体１０に旋回可能に支持された上部旋回体２０と、それぞれの油圧シリンダによって動作されるブーム３１、アーム３２及びバケット３３を有し、上部旋回体２０に支持された作業装置３０と、アームシリンダ５０を制御する制御バルブ２００と、制御バルブ２００のスプールを制御する電子式比例減圧バルブ３００と、操縦者の操作量に応じた操作信号を出力する操作レバー４００と、位置情報、作業装置３０の姿勢情報、及び被削面の位置情報を収集及び／又は演算する情報提供ユニット５００と、電子式比例減圧バルブ３００のパイロット圧を演算して出力する電子制御ユニット６００と、を含んでいる。

制御バルブ２００は、圧力を受けて軸方向に移動するスプールによって流路を開閉する部材である。即ち、制御バルブ２００は、油圧源である油圧ポンプによって供給される作動油の供給方向をブームシリンダ４０側及びアームシリンダ５０側へと切り替える役割をする。制御バルブ２００は、油圧配管により油圧ポンプに接続され、油圧ポンプからブームシリンダ４０及びアームシリンダ５０への作動油の供給を行う。

電子式比例減圧バルブ３００は、電子作動式のバルブであって、電磁力を発生させるソレノイドユニットと、流体流路として使用されるバルブユニットと、を含んでいる。

電子式比例減圧バルブ３００は、電子制御ユニット６００によって供給される電気信号に応答して油圧を生成し、生成された油圧は、電子式比例減圧バルブ３００から制御バルブ２００へと送出される。電子式比例減圧バルブ３００からの油圧は、制御バルブ２００のスプールを軸方向に移動させる。

より詳細には、スプールが軸方向に移動するにつれて、単位時間当たりにブームシリンダ４０及びアームシリンダ５０へと供給される作動油量である流量が調整される。換言すると、電子制御ユニット６００がアーム３２の移動量に追従してブーム３１を上昇又は下降させることが困難であると判定すると、電子式比例減圧バルブ３００は、電子制御ユニット６００からの電気信号の入力に応じて、信号圧力を変化させて制御バルブ２００のスプールに供給される供給量を増加させる。

操作レバー４００は、油圧式ジョイスティック又は電気式ジョイスティックであってもよく、好ましくは、操縦者の操作量に比例した電気信号を生成し、これを電子制御ユニット６００へと提供する電気式ジョイスティックであってもよい。

情報提供ユニット５００は、位置測定ユニット５１０、姿勢測定ユニット５２０、慣性モーメント測定ユニット５３０、座標演算ユニット５４０、及び出力演算ユニット５５０の少なくとも１つを含んでいてもよい。

位置測定ユニット５１０は、ＧＰＳ衛星から送信された信号を受信可能な受信機を含み、受信した信号から建設機械の位置情報を測定する。

姿勢測定ユニット５２０は、複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、角度センサ、重量センサなどを使用することで、ブーム３１、アーム３２及びバケット３３の少なくとも１つの位置及び姿勢、建設機械１００の本体の角度、被削面の角度、アームの角速度、ブームの角速度などを測定及び／又は演算する。また、ブーム３１を駆動させるために必要な速度値は、アーム３２の角度値、被削面の角度、及びアームの角速度値に基づいて演算される。

慣性モーメント測定ユニット５３０は、複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、重量センサなどを使用して、ブーム３１、アーム３２、バケット３３及びアタッチメントの負荷、慣性モーメントなどを測定及び／又は演算する。ティルトローテータなどのアタッチメントの負荷及び慣性モーメントについては、タッチスクリーン機能を提供するディスプレイを介して、操縦者が関連する値を直接入力するようにしてもよい。

座標演算ユニット５４０は、位置測定ユニット５１０及び姿勢測定ユニット５２０から測定された位置情報を使用することで、上部旋回体２０、ブーム３１、アーム３２、バケット３３及びティルトローテ―タの少なくとも１つのｘ，ｙ，ｚ座標を演算する。

操縦者が操作室に設けられたエンジンモードスイッチを操作して、パワーモード、スタンダードモード、エコノミーモードのいずれか１つのエンジンモードを設定すると、出力演算ユニット５５０は、電子制御ユニット６００へとそれぞれのエンジンモードに応じた最大出力値を提供する。もちろん、エンジンモードは他のモードを含んでいてもよい。

操作レバー４００の操作信号が入力されると、電子制御ユニット６００は、情報提供ユニット５００からの情報を受信して、アーム３２の移動量に追従してブーム３１を上昇させるか又は下降させるかを判定する。そして、電子制御ユニット６００は、制御バルブ２００を制御するための電流信号を電子式比例減圧バルブ３００へと出力する。

本発明の一実施形態による、ブームを駆動させるために必要な速度を考慮して電子制御ユニット６００のアームを制御する方法を以下詳細に説明する。

最初に、操縦者が操作レバー４００によりブーム３１又はアーム３２を操作すると、情報提供ユニット５００は、位置情報、作業装置の姿勢情報、及び被削面の位置情報を収集及び／又は演算し、これらを電子制御ユニット６００へと提供する。

詳細には、姿勢測定ユニット５２０は、位置情報及び姿勢情報を使用してブーム３１、アーム３２及びバケット３３の位置に応じた現在のアーム３２の角度値及び被削面の角度を演算し、アーム３２の角度値、被削面の角度及びアームの角速度値を使用してブーム３１を駆動させるために必要な速度を演算し、これらを電子制御ユニット６００へと提供する。

そして、電子制御ユニット６００は、演算されたブーム３１を駆動させるために必要な速度を基準値と比較する。

ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、電子制御ユニット６００は、アーム３２を所定のアーム速度増加率にしたがって速く駆動させる高速域に分類する。ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、電子制御ユニット６００は、アーム３２を所定のアーム速度増加率よりも小さいアーム速度増加率にしたがってゆっくりと駆動させる低速域に分類する。

例えば、図４を参照すると、図４（ａ）に示すように傾斜面を含む被削面に沿ってバケット３３の先端部を移動させながら掘削を行うとき、被削面に対する角度θａが比較的水平に近い状態でアーム３２が回転すると、ブーム３１を大きく上昇させて、アーム３２が被削面に侵入しないようにする必要がある。このとき、ブーム３１を駆動させるために必要な速度は、基準値よりも大きい。

この場合、アーム３２の移動量に追従してブーム３１の上昇を制御することは非現実的である。従って、電子制御ユニット６００は、アーム３２を所定のアーム速度増加率よりも小さいアーム速度増加率にしたがってゆっくりと駆動させる低速域に分類する。

一方、図４（ｂ）に示すように、被削面に対する角度θｂが図４（ａ）と同じ被削面において比較的垂直に近い状態でアーム３２が回転すると、ブーム３１があまり上昇しなくとも、アーム３２が被削面に侵入しない。このとき、ブーム３１を駆動させるために必要な速度は、基準値よりも小さい。

この場合、アーム３２の移動量に追従してブーム３１の上昇を制御することに困難性はない。従って、電子制御ユニット６００は、アーム３２を所定のアーム速度増加率にしたがって速く駆動させる高速域に分類する。

また、図５を参照すると、作業装置３０の姿勢が同じであれば、被削面の傾斜が急である図５（ｂ）の場合、被削面の傾斜が比較的ゆるやかな図５（ａ）の場合と比較して、アーム３２の移動量に追従してブーム３１の上昇を制御することは非現実的である。

換言すると、図５（ａ）では、ブーム３１を駆動させるために必要な速度は、基準値よりも小さいと演算することができ、図５（ｂ）では、ブーム３１を駆動させるために必要な速度は、基準値よりも大きいと演算することができる。

図７（ａ）は、本発明の一実施形態による、操作レバー４００の操作時間に応じたアーム３２の速度のグラフを示している。詳細には、電子制御ユニット６００は、所定の第１の設定値を、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値以下である高速域のアーム速度増加率に設定する。

この場合、電子式比例減圧バルブ３００は、電子制御ユニット６００から入力されたパイロット圧に応じた油圧を生成し、生成された油圧が制御バルブ２００のスプールに供給されると、スプールが軸方向に移動する。従って、単位時間当たりにアームシリンダ５０へと供給される作動油量である流量が調整されて増加し、アームシリンダ５０の動作速度がすばやく増加する。

換言すると、電子制御ユニット６００は、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値以下であり、これによって、ブーム３１がアーム３２の移動量に追従して上昇又は下降することができると判定すれば、アーム３２の速度が所定の第１の設定値にしたがってすばやく増加することが可能になる。

一方、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値を上回っている低速域では、ブーム３１がアーム３２の速度に追従することができないので、アーム速度増加率が制御されて第１の設定値よりも小さくなる。

この場合、電子式比例減圧バルブ３００は、電子制御ユニット６００から入力されたパイロット圧に応じた油圧を生成し、生成された油圧が制御バルブ２００のスプールに供給されると、スプールが軸方向に移動する。従って、単位時間当たりにアームシリンダ５０へと供給される作動油量である流量が調整されて低下し、アームシリンダ５０の動作速度がゆっくりと増加する。

換言すると、電子制御ユニット６００が、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値を上回り、これによって、ブーム３１がアーム３２の移動量に追従して上昇又は下降することができないと判定すれば、アーム３２の速度増加率が調整されて第１の設定値より小さくなり、ブーム３１がアーム３２の速度に追従することができるようになる。

上記において、アーム３２の速度増加率が不連続的に変化する一実施形態について、ブーム３１を駆動させるために必要な速度の特定の基準値に基づいて説明した。しかしながら、アーム３２の速度増加率は、ブーム３１を駆動させるために必要な速度に基づいて連続的に変化してもよい。

詳細には、図７（ｂ）に示すように、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が第１の基準値よりも小さければ、アーム３２の速度は、所定のアーム速度増加率の１００％に応じた値にしたがってすばやく増加するように設定してもよい。また、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が増加するにつれて、アーム３２の速度増加率が初期値１００％から徐々に低下するようにしてもよい。さらに、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が第２の基準値よりも大きければ、アーム３２の速度が、アーム３２の所定の速度増加率の５０％に応じた値にしたがってゆっくりと増加するように設定してもよい。

本発明は、これらに限定されず、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が増加するにつれて、アーム３２の速度増加率が徐々に減少するように設定してもよい。

以下、本発明の一実施形態による、作業装置３０の慣性モーメントを考慮して電子制御ユニット６００のアーム３２を制御する方法について以下詳細に説明する。

バケット３３が載荷状態、又はティルトローテ―タなどのアタッチメントがアーム３２の先端部に取り付けられている場合、ブーム３１の慣性モーメントが増加する。詳細には、図６を参照すると、ティルトローテータ７０が図６（ａ）の作業装置３０の先端部に取り付けられて先端部の負荷が増加するので、図６（ａ）の作業装置３０と比べて、ブーム３１の慣性モーメントが増加する。

従って、図６（ｂ）の作業装置３０において、アーム３２が伸びて整地を開始すると、ブーム３１の上昇は、アーム３２がその自重によって下降する速度に追従することができない。

このため、好ましくは、アーム３２の速度増加率は、作業装置３０の慣性モーメントを更に考慮することで制御される。

最初に、操縦者が操作レバー４００によりブーム３１又はアーム３２を操作すると、情報提供ユニット５００は、作業装置３０の位置情報、姿勢情報及び慣性モーメントに関する情報、並びに被削面の位置情報を収集及び／又は演算し、これらを電子制御ユニット６００へと提供する。電子制御ユニット６００は、情報提供ユニット５００によって提供されたブーム３１、アーム３２及びバケット３３の慣性モーメントを基準値と比較する。

図８（ａ）は、本発明の一実施形態による、操作レバー４００の操作時間に応じたアーム３２の速度のグラフを示している。作業装置３０の慣性モーメントが基準値以下であれば、電子制御ユニット６００は、アーム３２を所定のアーム速度増加率にしたがって速く駆動させる高速域に分類し、また、作業装置３０の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、電子制御ユニット６００は、アーム３２を所定のアーム速度増加率よりも小さいアーム速度増加率にしたがってゆっくりと駆動させる低速域に分類する。

詳細には、電子制御ユニット６００が高速域に分類すると、電子式比例減圧バルブ３００は、電子制御ユニット６００から入力されたパイロット圧に応じた油圧を生成し、生成された油圧が制御バルブ２００のスプールに供給されると、スプールが軸方向に移動する。従って、単位時間当たりにアームシリンダ５０へと供給される作動油量である流量が調整されて増加し、アームシリンダ５０の動作速度がすばやく増加する。

換言すると、電子制御ユニット６００が、ブーム３１の慣性モーメントが小さく、これによって、ブーム３１がアーム３２の移動量に追従して上昇又は下降できると判定すれば、アーム３２の速度を所定の第２の設定値にしたがってすばやく増加させることが可能となる。

一方、電子制御ユニット６００が低速域に分類すると、電子式比例減圧バルブ３００は、電子制御ユニット６００から入力されたパイロット圧に応じた油圧を生成し、生成された油圧が制御バルブ２００のスプールに供給されると、スプールが軸方向に移動する。従って、単位時間当たりにアームシリンダ５０へと供給される作動油量である流量が調整されて減少し、アームシリンダ５０の動作速度がゆっくりと増加する。

換言すると、電子制御ユニット６００が、ブーム３１の慣性モーメントが大きく、ブーム３１がアーム３２の移動量に追従して上昇又は下降できないと判定すると、アーム３２の速度増加率が第２の設定値よりも小さくなるように減少し、これによって、ブーム３１がアーム３２の速度に追従できるようになる。

以下、本発明の一実施形態による、作業装置３０の出力を考慮して電子制御ユニット６００のアーム３２を制御する方法について詳細に説明する。

操縦者が燃費などを向上させるためにスタンダードモード又はエコノミーモードを選択すると、単位時間当たりに油圧シリンダへと供給される作動油量である流量が少なくなり、瞬間的な最大出力が必要なとき、ブーム３１がアーム３２の移動量に追従して上昇又は下降することができない可能性がある。

このため、好ましくは、入力された作業装置３０の回転数を更に考慮することで、電子制御ユニット６００がアーム３２の速度増加率を制御することが好ましい。

最初に、操縦者が操作室に設けられたエンジンモードスイッチを操作してモードを設定し、操作レバー４００によりブーム３１又はアーム３２を操作すると、情報提供ユニット５００は、位置情報、作業装置３０の姿勢情報、選択されたモードのエンジン最大出力値、及び被削面の位置情報を収集及び／又は演算し、これらを電子制御ユニット６００へと提供する。電子制御ユニット６００は、選択されたモードのエンジン最大出力値を所定の基準値と比較する。

図８（ｂ）は、本発明の一実施形態による、操作レバー４００の操作時間に応じたアーム３２の速度のグラフを示している。エンジン最大出力値が基準値以上であれば、電子制御ユニット６００は、アーム３２を所定のアーム速度増加率にしたがって速く駆動させる高速域に分類し、また、エンジン最大出力値が基準値未満であれば、電子制御ユニット６００は、アーム３２を所定のアーム速度増加率よりも小さいアーム速度増加率にしたがってゆっくりと駆動させる低速域に分類する。

電子制御ユニット６００は、上記で分類されたように、低速域と高速域とで異なるようにアーム３２の速度増加率を制御する。

詳細には、電子制御ユニット６００が高速域に分類すると、電子式比例減圧バルブ３００は、電子制御ユニット６００から入力されたパイロット圧に応じた油圧を生成し、生成された油圧が制御バルブ２００のスプールへと供給されると、スプールが軸方向に移動する。従って、単位時間当たりにアームシリンダ５０へと供給される作動油量である流量が調整されて増加し、アームシリンダ５０の動作速度がすばやく増加する。

換言すると、電子制御ユニット６００が、エンジン最大出力値が大きく、これによって、ブーム３１がアーム３２の移動量に追従して上昇又は下降できると判定すれば、アーム３２の速度を所定の第３の設定値にしたがってすばやく増加させることが可能となる。

一方、電子制御ユニット６００が低速域に分類すると、電子式比例減圧バルブ３００は、電子制御ユニット６００から入力されたパイロット圧に応じた油圧を生成し、生成された油圧が制御バルブ２００のスプールへと供給されると、スプールが軸方向に移動する。従って、単位時間当たりにアームシリンダ５０へと供給される作動油量である流量が調整されて減少し、アームシリンダ５０の動作速度がゆっくりと増加する。

換言すると、電子制御ユニット６００が、エンジン最大出力値が小さく、ブーム３１がアーム３２の移動量に追従して上昇又は下降できないと判定すると、アーム３２の速度増加率が第３の設定値よりも小さくなるように設定され、これによって、ブーム３１がアーム３２の速度に追従できるようになる。

以下、本発明の一実施形態による、ブーム３１を駆動させるために必要な速度、作業装置３０の慣性モーメント、及び作業装置３０の出力を考慮して、電子制御ユニット６００のアーム３２を制御する方法について以下詳細に説明する。

最初に、操縦者が操作室に設けられたエンジンモードスイッチを操作してモードを設定し、操作レバー４００によりブーム３１又はアーム３２を操作すると、情報提供ユニット５００は、位置情報、作業装置３０の姿勢情報、慣性モーメント、選択されたモードのエンジン最大出力値、及び被削面の位置情報を収集及び／又は演算し、これらを電子制御ユニット６００へと提供する。

電子制御ユニット６００は、提供された被削面、作業装置３０の慣性モーメント、及びエンジン最大出力値についてブーム３１を駆動させるために必要な速度をそれぞれ基準値と比較し、高速域及び低速域に分類する。

次に、電子制御ユニット６００は、ブーム３１を駆動させるために必要な速度、作業装置３０の慣性モーメント、及びエンジン最大出力値に応じてアーム速度増加率を比較して決定する。

詳細には、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、電子制御ユニット６００は、所定の第１の設定値を第１のアーム速度増加率に設定し、また、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、電子制御ユニット６００は、第１の設定値に第１の減少率を乗算して得られた値を第１のアーム速度増加率に設定する。

また、作業装置３０の慣性モーメントが基準値以下であれば、電子制御ユニット６００は、所定の第２の設定値を第２のアーム速度増加率に設定し、また、作業装置３０の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、電子制御ユニット６００は、第２の設定値に第２の減少率を乗算して得られた値を第２のアーム速度増加率に設定する。

また、エンジン出力が基準値以上であれば、電子制御ユニット６００は、所定の第３の設定値を第３のアーム速度増加率に設定し、また、エンジン出力が基準値未満であれば、電子制御ユニット６００は、第３の設定値に第３の減少率を乗算して得られた値を第３のアーム速度増加率に設定する。

電子制御ユニット６００は、第１のアーム速度増加率～第３のアーム速度増加率の最小値をアーム速度増加率に設定し、それらに応じたパイロット圧を出力し、これによって、単位時間当たりにアームシリンダ５０へと供給される作動油量である流量を制御して、アームシリンダ５０の動作速度を制御する。

このように、ブーム３１を駆動させるために必要な速度、作業装置３０の慣性モーメント、及びエンジン最大出力値のすべてを考慮して最小のアーム速度増加率が採択されると、様々な状況においてブーム３１がアーム３２の移動に追従して上昇又か下降することができるので、アーム３２の速度制御の信頼性を向上させることができる。

しかしながら、本発明はこれらに限定されず、電子制御ユニット６００は、第１の設定値～第３の設定値のいずれか１つに第１の減少率～第３の減少率を乗算して得られた値をアーム速度増加率に設定するようにしてもよい。この場合、第１の減少率～第３の減少率のすべてがアーム速度増加率に考慮されるので、アーム３２の速度制御の信頼性を更に向上させることができる。

以下、本発明の他の実施形態による、ブーム３１を駆動させるために必要な速度、作業装置３０の慣性モーメント、及び作業装置３０の出力を考慮した、電子制御ユニット６００のブーム３１を制御する方法について以下詳細に説明する。

最初に、操縦者が操作室に設けられたエンジンモードスイッチを操作してモードを設定し、操作レバー４００によりブーム３１又はアーム３２を操作すると、情報提供ユニット５００は、位置情報、作業装置３０の姿勢情報、慣性モーメント、選択されたモードのエンジン最大出力値、及び被削面の位置情報を収集及び／又は演算し、これらを電子制御ユニット６００へと提供する。

電子制御ユニット６００は、提供された被削面について、提供されたブーム３１を駆動させるために必要な速度、作業装置３０の慣性モーメント、及びエンジン最大出力値をそれぞれ基準値と比較し、高速域及び低速域に分類する。

次に、電子制御ユニット６００は、ブーム３１を駆動させるために必要な速度、作業装置３０の慣性モーメント、及びエンジン最大出力値に応じて、ブーム速度増加率を比較して決定する。

詳細には、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、電子制御ユニット６００は、所定の第１の設定値を第１のブーム速度増加率に設定し、また、ブーム３１を駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、電子制御ユニット６００は、第１の設定値よりも大きい値を第１のブーム速度増加率に設定する。

また、作業装置３０の慣性モーメントが基準値以下であれば、電子制御ユニット６００は、所定の第２の設定値を第２のブーム速度増加率に設定し、また、作業装置３０の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、電子制御ユニット６００は、第２の設定値よりも大きい値を第２のブーム速度増加率に設定する。

また、エンジン出力が基準値以上であれば、電子制御ユニット６００は、所定の第３の設定値を第３のブーム速度増加率に設定し、また、エンジン出力が基準値未満であれば、電子制御ユニット６００は、第３の設定値よりも大きい値を第３のブーム速度増加率に設定する。

次に、電子制御ユニット６００は、ブーム３１を駆動させるために必要な速度、作業装置３０の慣性モーメント、及びエンジン最大出力値に応じた第１のブーム速度増加率～第３のブーム速度増加率を比較して決定し、これによって、単位時間当たりにブームシリンダ４０へと供給される作動油量である流量を調整し、最大のブーム速度増加率に応じたパイロット入力を演算して出力することで、ブームシリンダ４０の動作速度を調整する。

このように、ブーム３１を駆動させるために必要な速度、作業装置３０の慣性モーメント、及びエンジン最大出力値のすべてを考慮して最大のブーム速度増加率が採択されれば、様々な状況においてブーム３１がアーム３２の移動量に追従して上昇又は下降することができるので、ブーム３１の速度制御の信頼性を向上させることができる。

上述した本発明の説明は実例の目的のために表され、本技術の当業者であれば、本発明の技術的思想又は重要な特徴を変えることなく、他の詳細な形状に容易に変更できることは明らかである。従って、上述した実施形態は例示的なものであり、本開示に限定する意図がないことを理解すべきである。例えば、単一の部品として説明されたそれぞれのコンポーネントは、分散した部品として実装することができる。同様に、分散した部品として説明されたそれぞれのコンポーネントは、結合された部品として実装することもできる。

本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲及びこれと均等なものの定義及び範囲から求められたすべての変更及び修正は、本発明の範囲内にあることを理解すべきである。

１００：建設機械
２００：制御バルブ
３００：電子式比例減圧バルブ
４００：操作レバー
５００：情報提供ユニット
６００：電子制御ユニット

Claims (15)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に支持された上部旋回体と、
   それぞれの油圧シリンダによって動作されるブーム、アーム及びバケットを有し、前記上部旋回体に支持された作業装置と、
   前記油圧シリンダを制御する制御バルブと、
   前記制御バルブのスプールを制御する電子式比例減圧バルブと、
   操縦者の操作量に応じた操作信号を出力する操作レバーと、
   前記作業装置及び被削面に関する情報を提供する情報提供ユニットと、
   前記電子式比例減圧バルブのパイロット圧を演算及び出力する電子制御ユニットと、
   を含み、
   前記電子制御ユニットが、前記操作レバーの操作信号、及び前記情報提供ユニットによって提供された情報を使用することで、前記油圧シリンダの速度を制御する、
   建築機械。
2. 前記情報提供ユニットが、前記ブームを駆動させるために必要な速度、前記作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力の少なくとも１つを前記電子制御ユニットへと提供する、
   請求項１に記載の建設機械。
3. 前記電子制御ユニットが、前記ブームを駆動させるために必要な速度を基準値と比較する、
   請求項２に記載の建設機械。
4. 前記ブームを駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、前記電子制御ユニットが、所定の設定値をアーム速度増加率に設定し、また、前記ブームを駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、前記電子制御装置が、前記設定値よりも小さい値を前記アーム速度増加率に設定する、
   請求項３に記載の建設機械。
5. 前記ブームを駆動させるために必要な速度が増加するにつれて、前記電子制御ユニットが、前記アーム速度増加率を減少させるように設定する、
   請求項２に記載の建設機械。
6. 前記電子制御ユニットが、前記作業装置の慣性モーメントを基準値と比較する、
   請求項２に記載の建設機械。
7. 前記作業装置の慣性モーメントが基準値以下であれば、前記電子制御ユニットが、所定の設定値をアーム速度増加率に設定し、また、前記作業装置の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、前記電子制御ユニットが、前記設定値よりも小さな値を前記アーム速度増加率に設定する、
   請求項６に記載の建設機械。
8. 前記電子制御ユニットが、エンジン最大出力を基準値と比較する、
   請求項２に記載の建設機械。
9. 前記エンジン最大出力が基準値以上であれば、前記電子制御ユニットが、所定の設定値を前記アーム速度増加率に設定し、また、前記エンジン最大出力が基準値未満であれば、前記電子制御ユニットが、前記設定値より小さな値を前記アーム速度増加率に設定する、
   請求項８に記載の建設機械。
10. 前記情報提供ユニットが、前記ブームを駆動させるために必要な速度、前記作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力を前記電子制御ユニットへと提供し、
    前記電子制御ユニットが、前記ブームを駆動させるために必要な速度、前記作業装置の慣性モーメント、及び前記エンジン最大出力を基準値と比較し、
    前記ブームを駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、前記電子制御ユニットが、所定の第１の設定値を第１のアーム速度増加率に設定し、また、前記ブームを駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、前記電子制御ユニットが、前記第１の設定値に第１の減少率を乗算して得られた値を前記第１のアーム速度増加率に設定し、
    前記作業装置の慣性モーメントが基準値以下であれば、前記電子制御ユニットが、所定の第２の設定値を第２のアーム速度増加率に設定し、また、前記作業装置の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、前記電子制御ユニットが、前記第２の設定値に第２の減少率を乗算して得られた値を前記第２のアーム速度増加率に設定し、
    前記エンジン最大出力が基準値以上であれば、前記電子制御ユニットが、所定の第３の設定値を第３のアーム速度増加率に設定し、また、前記エンジン最大出力が基準値未満であれば、前記電子制御ユニットが、前記第３の設定値に第３の減少率を乗算して得られた値を前記第３のアーム速度増加率に設定する、
    請求項１に記載の建設機械。
11. 前記電子制御ユニットが、前記第１のアーム速度増加率～前記第３のアーム速度増加率の最小値を前記アーム速度増加率に設定する、
    請求項１０に記載の建設機械。
12. 前記電子制御ユニットが、前記第１の設定値～前記第３の設定値のいずれか１つに前記第１の減少率～前記第３の減少率を乗算して得られた値を前記アーム速度増加率に設定する、
    請求項１０に記載の建設機械。
13. 前記情報提供ユニットが、前記ブームを駆動させるために必要な速度、前記作業装置の慣性モーメント、及びエンジン最大出力を前記電子制御ユニットに提供し、
    前記電子制御ユニットが、前記ブームを駆動させるために必要な速度、前記作業装置の慣性モーメント、及び前記エンジン最大出力を基準値と比較し、
    前記ブームを駆動させるために必要な速度が基準値以下であれば、前記電子制御ユニットが、所定の第１の設定値を第１のブーム速度増加率に設定し、また、前記ブームを駆動させるために必要な速度が基準値を上回っていれば、前記電子制御ユニットが、前記第１の設定値よりも大きい値を前記第１のブーム速度増加率に設定し、
    前記作業装置の慣性モーメントが基準値以下であれば、前記電子制御ユニットが、所定の第２の設定値を第２のブーム速度増加率に設定し、また、前記作業装置の慣性モーメントが基準値を上回っていれば、前記電子制御ユニットが、前記第２の設定値よりも大きい値を前記第２のブーム速度増加率に設定し、
    前記エンジン最大出力が基準値以上であれば、前記電子制御ユニットが、所定の第３の設定値を第３のブーム速度増加率に設定し、また、前記エンジン最大出力が基準値未満であれば、前記電子制御ユニットが、前記第３の設定値よりも大きい値を前記第３のブーム速度増加率に設定する、
    請求項１に記載の建設機械。
14. 前記電子制御ユニットが、前記第１のブーム速度増加率～前記第３のブーム速度増加率の最大値を前記ブーム速度増加率に設定する、
    請求項１３に記載の建設機械。
15. 前記操作レバーが、前記電子制御ユニットに電気信号を提供する電気式ジョイスティックとして、前記操縦者の操作量に比例する電気信号を生成する、
    請求項１に記載の建設機械。

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