JP2024052373A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】原動機の出力制限下において、複数の油圧アクチュエータの動作速度のバランスを維持することができる作業機械を提供する。【解決手段】作業機械は、予め定められた原動機の出力制限値と、吐出圧センサによって検出された油圧ポンプの吐出圧とに基づいて、油圧ポンプが吐出可能な圧油のポンプ流量制限値を演算し、操作量検出センサによって検出された操作量に基づいて、複数の油圧アクチュエータそれぞれの要求速度を演算し、演算した複数の要求速度を満たすために、油圧ポンプが吐出すべき圧油の流量の推定値であるポンプ流量推定値を演算し、ポンプ流量制限値及びポンプ流量推定値の比に基づいて、複数の要求速度それぞれを補正して複数の目標速度を演算し、複数の油圧アクチュエータそれぞれが目標速度で動作するように、原動機、油圧ポンプ、及び複数の流量制御弁の少なくとも１つを制御する。【選択図】図７

Description

本発明は、複数の油圧アクチュエータを備える作業機械に関する。

油圧ショベルなどの作業機械は、作業装置を構成するブーム、アームなどの各リンクが回転または直進ジョイントにより連結され、油圧アクチュエータ（例えば、油圧モータ、油圧シリンダ）により回転または並進運動する。油圧アクチュエータは、原動機（例えば、エンジン、電動モータ）により回転駆動される油圧ポンプから供給される作動油によって動作する。

作業装置の速度、加速度、力を制御するためには、各ジョイントに加わる回転トルクまたは推力を制御する必要がある。一方、原動機の出力エネルギー及びトルクには上限があるため、油圧アクチュエータの駆動エネルギーが過大になる場合は、可変容量の油圧ポンプの吐出容量を減じるなどして、原動機の出力エネルギーの上限を上回らないように制御する必要がある。

このような課題を解決するために、例えば特許文献１には、エネルギー制限値を現在のポンプ吐出圧で除して流量制限値を算出することで、原動機の出力エネルギーを超えない範囲でポンプの吐出容量を制御する方法が開示されている。

特許第５９８５１６５号公報

しかしながら、複数の油圧アクチュエータを複合動作させる場合において、特許文献１の方法でエネルギー制限を行うと、各油圧アクチュエータの動作速度のバランスが崩れる可能性がある。その結果、作業機械の動作がユーザの意図しないものになるという課題を生じる。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、原動機の出力制限下において、複数の油圧アクチュエータの動作速度のバランスを維持す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、駆動力を発生させる原動機と、前記原動機の駆動力によって圧油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧センサと、前記油圧ポンプから供給される圧油によって動作する複数の油圧アクチュエータと、複数の前記油圧アクチュエータそれぞれに対する圧油の給排量を制御する複数の流量制御弁と、複数の前記油圧アクチュエータをそれぞれ操作する操作装置と、前記操作装置による操作量を検出する操作量検出センサと、前記原動機、前記油圧ポンプ、及び複数の前記流量制御弁の少なくとも１つを制御するコントローラとを備える作業機械において、前記コントローラは、予め定められた前記原動機の出力制限値と、前記吐出圧センサによって検出された前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて、前記油圧ポンプが吐出可能な圧油のポンプ流量制限値を演算し、前記操作量検出センサによって検出された前記操作量に基づいて、複数の前記油圧アクチュエータそれぞれの要求速度を演算し、演算した複数の前記要求速度を満たすために、前記油圧ポンプが吐出すべき圧油の流量の推定値であるポンプ流量推定値を演算し、前記ポンプ流量制限値及び前記ポンプ流量推定値の比に基づいて、複数の前記要求速度それぞれを補正して複数の目標速度を演算し、複数の前記油圧アクチュエータそれぞれが前記目標速度で動作するように、前記原動機、前記油圧ポンプ、及び複数の前記流量制御弁の少なくとも１つを制御することを特徴とする。

本発明によれば、原動機の出力制限下において、複数の油圧アクチュエータの動作速度のバランスを維持することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

油圧ショベルの側面図である。 油圧ショベルの駆動回路を示す図である。 油圧ショベル１のハードウェア構成図である。 コントローラの機能ブロック図である。 要求速度演算部の詳細図である。 回転数制御部の詳細図である。 出力制限部の詳細図である。 油圧シリンダに適用される目標圧演算部の詳細図である。 油圧モータに適用される目標圧演算部の詳細図である。 メータイン制御を行うバルブ制御部の詳細図である。 メータアウト制御を行うバルブ制御部の詳細図である。 ポンプ制御部の詳細図である。 油圧ショベルに搭載された油圧回路の概略図である。 複合動作させる油圧アクチュエータの他の組み合わせを示す駆動路図である。

本発明に係る油圧ショベル１（作業機械）の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、作業機械の具体例は油圧ショベル１に限定されず、ホイールローダ、クレーン、ダンプトラック等でもよい。また、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、油圧ショベル１に搭乗して操作するオペレータの視点を基準としている。

図１は、油圧ショベル１の側面図である。図１に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２により支持された上部旋回体３とを備える。下部走行体２及び上部旋回体３は、車体の一例である。下部走行体２は、無限軌道帯である左右一対のクローラ４を備える。そして、走行モータ５の駆動により、左右一対のクローラ４が独立して回転する。その結果、油圧ショベル１が走行する。但し、下部走行体２は、クローラ４に代えて、装輪式であってもよい。

上部旋回体３は、旋回モータ６によって旋回可能に下部走行体２に支持されている。上部旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム７と、旋回フレーム７の前方左側に配置されたキャブ（運転席）８と、旋回フレーム７の後部に配置されたカウンタウェイト９と、旋回フレーム７の前方中央に上下方向に回動可能に取り付けられたフロント作業機１０（作業装置）とを主に備える。

キャブ８には、油圧ショベル１を操作するオペレータが搭乗する内部空間が形成されている。そして、キャブ８の内部空間には、オペレータが着席するシートと、シートに着席したオペレータにより操作される操作装置が配置されている。

操作装置は、油圧ショベル１を動作させるためのオペレータの操作を受け付ける。オペレータによって操作装置が操作されることによって、下部走行体２が走行し、上部旋回体３が旋回し、フロント作業機１０が動作する。なお、操作装置の具体例としては、レバー、ステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダル、スイッチ等が挙げられる。操作装置は、例えば図３を参照して後述するように、ブーム操作レバー４１と、アーム操作レバー４２と、ＥＣダイヤル４３とを少なくとも含む。

フロント作業機１０は、上部旋回体３に起伏可能に支持されたブーム１１と、ブーム１１の先端に回動可能に支持されたアーム１２と、アーム１２の先端に回動可能に支持されたバケット１３と、ブーム１１を駆動させるブームシリンダ１４と、アーム１２を駆動させるアームシリンダ１５と、バケット１３を駆動させるバケットシリンダ１６とを含む。カウンタウェイト９は、フロント作業機１０との重量バランスを取るためのもので、上面視円弧形状を成す重量物である。

走行モータ５、旋回モータ６、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、及びバケットシリンダ１６は、作動油（圧油）が給排されることによって動作する油圧アクチュエータ（油圧アクチュエータ）の一例である。すなわち、油圧ショベル１は、複数の油圧アクチュエータを備える。但し、油圧アクチュエータの具体例は、これらに限定されない。

図２は、油圧ショベル１の駆動回路を示す図である。なお、図２では、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５を駆動するための油圧回路のみを図示しているが、油圧ショベル１は、他の油圧アクチュエータ（すなわち、走行モータ５、旋回モータ６、バケットシリンダ１６）を駆動するための油圧回路も備えている。図２に示すように、油圧ショベル１は、エンジン２０（原動機）と、作動油タンク２１と、油圧ポンプ２２（油圧ポンプ）と、方向制御弁２３、２４と、メータイン制御弁２５、２６と、開口量制御弁２７、２８と、リリーフ弁２９と、ブリードオフ弁３０と、圧力センサ３１、３２、３３、３４、３５とを主に備える。

エンジン２０は、油圧ショベル１を駆動するための駆動力を発生させる。但し、駆動源の具体例は、エンジン２０に限定されず、電動モータなどでもよい。作動油タンク２１は、作動油を貯留する。油圧ポンプ２２は、エンジン２０の駆動力によって回転し、作動油タンク２１に貯留された作動油を吐出する。油圧ポンプ２２は、斜板式または斜軸式などの可変容量型である。油圧ポンプ２２の吐出容量は、レギュレータ２２ａによって制御される。

方向制御弁２３、メータイン制御弁２５、及び開口量制御弁２７は、ブームシリンダ１４を動作（伸縮）させるための油圧部品である。方向制御弁２４、メータイン制御弁２６、及び開口量制御弁２８は、アームシリンダ１５を動作（伸縮）させるための油圧部品である。これらの油圧部品の構成は共通するので、以下、ブームシリンダ１４を動作させるための油圧部品２３、２５、２７について説明する。

方向制御弁２３は、油圧ポンプ２２からブームシリンダ１４に至る流路上で、且つブームシリンダ１４から作動油タンク２１に至る流路上に配置されている。方向制御弁２３は、コントローラ５０の制御に従って、ブームシリンダ１４への作動油の供給方向を制御する電磁比例制御弁である。より詳細には、方向制御弁２３は、ポート２３ａ、２３ｂに指令電流が供給されることによって、停止位置Ａと、伸長位置Ｂ、縮小位置Ｃとの間を移動するスプールを備える。

停止位置Ａは、ブームシリンダ１４への作動油の給排を停止する位置である。伸長位置Ｂは、油圧ポンプ２２から吐出された作動油をブームシリンダ１４のボトム室に供給し、ブームシリンダ１４のロッド室から排出された作動油を作動油タンク２１に還流させる位置である。これにより、ブームシリンダ１４が伸長する。縮小位置Ｃは、油圧ポンプ２２から吐出された作動油をブームシリンダ１４のロッド室に供給し、ブームシリンダ１４のボトム室から排出された作動油を作動油タンク２１に還流させる位置である。これにより、ブームシリンダ１４が縮小する。また、スプールが停止位置Ａに近づくほど、ブームシリンダ１４に対する作動油の給排量が減少する。一方、スプールが伸長位置Ｂまたは縮小位置Ｃに近づくほど、ブームシリンダ１４に対する作動油の給排量が増加する。

方向制御弁２３のスプールの初期位置（ポート２３ａ、２３ｂの両方に指令電流が供給されていないときの位置）は、停止位置Ａである。また、方向制御弁２３のスプールは、ポート２３ａに指令電流が供給されることによって、停止位置Ａから伸長位置Ｂに向かって移動する。また、方向制御弁２３のスプールは、ポート２３ｂに指令電流が供給されることによって、停止位置Ａから縮小位置Ｃに向かって移動する。さらに、方向制御弁２３のスプールは、ポート２３ａ、２３ｂに供給される指令電流が大きくなるほど、伸長位置Ｂまたは縮小位置Ｃに近づく。一方、ポート２３ａ、２３ｂへの指令電流の供給が停止されることによって、方向制御弁２３のスプールが停止位置Ａに戻る。

メータイン制御弁２５は、油圧ポンプ２２から方向制御弁２３に至る流路上に配置されている。言い換えると、メータイン制御弁２５は、方向制御弁２３の上流側に配置されている。メータイン制御弁２５は、油圧ポンプ２２によって吐出される作動油のうち、方向制御弁２３を通じてブームシリンダ１４に供給される作動油の流量を制御する。より詳細には、メータイン制御弁２５は、開口量制御弁２７によって背圧が制御されることによって、方向制御弁２３に供給される圧油の流量を増減させる。

開口量制御弁２７は、メータイン制御弁２５の背圧を制御することによって、メータイン制御弁２５を通じて油圧ポンプ２２から方向制御弁２３に供給される作動油の流量（すなわち、メータイン制御弁２５の開口量）を制御する。開口量制御弁２７は、コントローラ５０の制御に従って、メータイン制御弁２５を通過する作動油の流量を制御する電磁比例制御弁である。開口量制御弁２７は、指令電流が供給されることによって、供給位置Ｄと、遮断位置Ｅとの間を移動するスプールを備える。

供給位置Ｄは、メータイン制御弁２５の背圧ポートを開放して、メータイン制御弁２５を通じて油圧ポンプ２２から方向制御弁２３に作動油を供給する位置である。遮断位置Ｅは、メータイン制御弁２５の背圧ポートを閉塞して、メータイン制御弁２５を通じて油圧ポンプ２２から方向制御弁２３への作動油の供給を遮断する位置である。開口量制御弁２７のスプールが供給位置Ｄに近づくほど方向制御弁２３への作動油の供給量が増加し、開口量制御弁２７のスプールが遮断位置Ｅに近づくほど方向制御弁２３への作動油の供給量が減少する。

開口量制御弁２７のスプールの初期位置（指令電流が供給されていないときの位置）は、供給位置Ｄである。また、開口量制御弁２７のスプールは、指令電流が供給されることによって、供給位置Ｄから遮断位置Ｅに移動する。さらに、開口量制御弁２７のスプールは、供給される指令電流が大きくなるほど、遮断位置Ｅに近づく。一方、指令電流の供給が停止されることによって、開口量制御弁２７のスプールが供給位置Ｄに戻る。

方向制御弁２３、メータイン制御弁２５、及び開口量制御弁２７は、ブームシリンダ１４に対する作動油の給排量を制御する流量制御弁の一例である。但し、流量制御弁の具体的な構成は前述の例に限定されず、コントローラ５０によって直接的または間接的に制御される１以上の弁によって構成されていればよい。また、本実施形態に係る流量制御弁は、油圧アクチュエータに供給する作動油の流量を制御する、所謂「メータイン制御」を行うものである。但し、油圧アクチュエータに対する作動油の流量の制御方法はメータイン制御に限定されず、油圧アクチュエータから排出される作動油の流量を制御する、所謂「メータアウト制御」であってもよい。

リリーフ弁２９は、油圧ポンプ２２から吐出される吐出圧が設定圧になった場合、油圧回路を保護する目的により、圧油を作動油タンク２１に還流させるものである。また、ブリードオフ弁３０は、コントローラ５０の制御に従って、油圧ポンプ２２から吐出された圧油の一部の流量を調整し、その調整された流量を作動油タンク２１に還流させるものである。

圧力センサ３１（吐出圧センサ）は、油圧ポンプ２２から吐出される吐出圧（以下、「ポンプ吐出圧Ｐｐ」と表記する。）を検出する。また、圧力センサ３２、３４は、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５のボトム室に対して給排される作動油の圧力を検出する。さらに、圧力センサ３３、３５は、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５のロッド室に対して給排される作動油の圧力を検出する。以下、圧力センサ３２～３５によって検出される圧力を、実測圧Ｐ_ａｃｔと表記する。そして、圧力センサ３１～３５は、検出した圧力を示す圧力信号をコントローラ５０に出力する。

図３は、油圧ショベル１のハードウェア構成図である。図３に示すように、油圧ショベル１は、ＣＰＵ５１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、メモリ５２とを有するコントローラ５０を備える。メモリ５２は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、またはこれらの組み合わせで構成される。コントローラ５０は、メモリ５２に格納されたプログラムコードをＣＰＵ５１が読み出して実行することによって、後述する処理を実現する。

但し、コントローラ５０の具体的な構成はこれに限定されず、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現されてもよい。

コントローラ５０は、圧力センサ３１～３５と、姿勢センサ３６～３９と、ブーム操作レバー４１と、アーム操作レバー４２と、ＥＣダイヤル４３から取得した各種信号に基づいて、エンジン２０と、レギュレータ２２ａと、方向制御弁２３、２４と、開口量制御弁２７、２８と、ブリードオフ弁３０とを制御する。すなわち、コントローラ５０は、エンジン２０の回転数と、油圧ポンプ２２の吐出容量と、方向制御弁２３、２４、開口量制御弁２７、２８、及びブリードオフ弁３０の開口量（供給する指令電流の大きさ）とを制御する。また、コントローラ５０は、開口量制御弁２７、２８を制御することによって、メータイン制御弁２５、２６の開口量を間接的に制御する。

姿勢センサ３６～３９は、油圧アクチュエータによって駆動されるジョイントの姿勢を検出し、検出結果を示す姿勢信号をコントローラ５０に出力する。例えば、姿勢センサ３６は上部旋回体３の旋回角を検出し、姿勢センサ３７はブーム１１の対地角を検出し、姿勢センサ３８はブーム１１に対するアーム１２の角度を検出し、姿勢センサ３９はアーム１２に対するバケット１３の角度を検出する。以下、これらの角度を「ジョイント角度θ」と表記する。但し、姿勢センサ３６～３９によって検出される姿勢の具体例は、前述の例に限定されない。

ブーム操作レバー４１は、ブーム１１を起伏（換言すれば、ブームシリンダ１４を伸縮）させるオペレータの操作を受け付ける。より詳細には、ブーム操作レバー４１は、ブームシリンダ１４の伸縮方向と、ブームシリンダ１４の伸縮量（伸縮速度）とを指示するオペレータの操作を受け付ける。例えば、ブーム操作レバー４１を後側に倒伏させる操作は、ブームシリンダ１４を伸長させる指示（正の符号）に対応し、ブーム操作レバー４１を前側に倒伏させる操作は、ブームシリンダ１４を縮小させる指示（負の符号）に対応する。また、ブーム操作レバー４１の操作量は、ブームシリンダ１４の伸縮量（伸縮速度）の絶対値に対応する。

アーム操作レバー４２は、アーム１２を回動（換言すれば、アームシリンダ１５を伸縮）させるオペレータの操作を受け付ける。より詳細には、アーム操作レバー４２は、アームシリンダ１５の伸縮方向と、アームシリンダ１５の伸縮量（伸縮速度）とを指示するオペレータの操作を受け付ける。例えば、アーム操作レバー４２を右側に倒伏させる操作は、アームシリンダ１５を伸長させる指示（正の符号）に対応し、アーム操作レバー４２を左側に倒伏させる操作は、アームシリンダ１５を縮小させる指示（負の符号）に対応する。また、アーム操作レバー４２の操作量は、アームシリンダ１５の伸縮量（伸縮速度）の絶対値に対応する。

伸縮方向及び伸縮量（伸縮速度）の組み合わせは、操作量ｏの一例である。但し、操作量ｏの具体例は、前述の例に限定されない。ブーム操作レバー４１及びアーム操作レバー４２などの操作装置は、操作装置に対する操作量ｏを示す操作信号を、コントローラ５０に出力する。ブーム操作レバー４１及びアーム操作レバー４２は、それぞれの操作量ｏを検出して操作量ｏを出力する操作量検出センサを有する。なお、走行モータ５、旋回モータ６、及びバケットシリンダ１６のそれぞれを操作する各操作レバーは、それぞれの操作量ｏを出力するそれぞれの操作量検出センサをさらに備える。また、操作装置は、レバーの形態に限定されず、ペダルやスイッチなどでもよい。さらに、操作量検出センサは、キャブ８内に設けられた操作レバー等の操作装置から出力される電流値に基づき操作量ｏを検出する構成に限定されず、遠隔操作装置から通信回線を通じて外部サーバを介して操作量ｏを検出する構成としてもよい。上記した各操作レバーからの操作信号に基づき、コントローラ５０内での処理にて各操作レバーの操作量ｏを演算することにより、結果として操作量ｏを検出する構成としてもよい。

ＥＣダイヤル（エンジンコントロールダイヤル）４３は、ダイヤル操作によりエンジン２０の要求回転数Ｗ_ｒを任意に設定するものである。また、ＥＣダイヤル４３は、ダイヤル操作により設定された要求回転数Ｗ_ｒを示す回転数指令信号を、コントローラ５０に出力する。ＥＣダイヤル４３は、エンジン２０の要求回転数Ｗ_ｒを設定するエンジン回転数設定装置の一例である。なお、エンジン回転数設定装置は、ダイヤルの形態に限定されず、スイッチ、タッチパネルなどでもよい。さらに、エンジン回転数設定装置は、キャブ８内に設けられたダイヤル等から要求回転数Ｗ_ｒを設定することに限定されず、エンジン回転数設定装置を備えた遠隔操作装置から通信回線を通じて外部サーバを介して要求回転数Ｗ_ｒを設定する構成にしてもよい。

図４は、コントローラ５０の機能ブロック図である。図４に示すように、コントローラ５０は、要求速度演算部６１と、回転数制御部６２と、ヤコビ行列演算部６３と、出力制限部６４と、ジョイントトルク演算部６５は、目標圧演算部６６と、実測圧演算部６７と、バルブ制御部６８と、ポンプ制御部６９とを主に備える。図４に示す各機能ブロック６１～６９は、例えば、メモリ５２に記憶されたプログラムをＣＰＵ５１が実行することによって実現される。

図４に示す各機能ブロック６１～６９は、複数の油圧アクチュエータを並行して動作させる（以下、「複合動作」と表記する。）場合に、各油圧アクチュエータの動作速度のバランスを維持しつつ、エンジン２０の出力が出力制限値Ｅの範囲に収まるように、エンジン２０、油圧ポンプ２２、方向制御弁２３、２４、及び開口量制御弁２７、２８の少なくとも１つを制御する。以下、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５の複合動作の例を説明する。

要求速度演算部６１は、ブーム操作レバー４１及びアーム操作レバー４２を通じて取得した操作量ｏに基づいて、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５の要求速度ｖ_ｒを演算する。要求速度ｖ_ｒとは、ブーム操作レバー４１及びアーム操作レバー４２の操作量に対応するブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５の伸縮速度である。

図５は、要求速度演算部６１の詳細図である。図５に示すように、要求速度演算部６１は、油圧アクチュエータそれぞれに対応する要求速度テーブル６１１、６１２を有する。要求速度テーブル６１１は、ブーム操作レバー４１を通じて取得した操作量ｏとブーム１１の要求速度ｖ_ｒ－Ｂｍとの予め定められた対応関係を保持している。要求速度テーブル６１２は、アーム操作レバー４２を通じて取得した操作量ｏとアーム１２の要求速度ｖ_ｒ－Ａｍとの予め定められた対応関係を保持している。より詳細には、要求速度テーブル６１１、６１２は、操作量ｏが大きくなるほど、要求速度ｖ_ｒ－Ｂｍ、ｖ_ｒ－Ａｍが速くなる関係を保持している。

なお、図示は省略するが、メモリ５２には、走行モータ５、旋回モータ６、及びバケットシリンダ１６に対応する要求速度テーブルも記憶されている。また、要求速度演算部６１は、油圧アクチュエータ毎に個別の要求速度テーブルを有していてもよいし、複数の操作量の入力に対して複数の要求速度を出力する多次元テーブルを有していてもよい。

要求速度演算部６１は、要求速度テーブル６１１に基づいて、ブーム操作レバー４１を通じて取得した操作量ｏに対応する要求速度ｖ_ｒ－Ｂｍを演算する。また、要求速度演算部６１は、要求速度テーブル６１２に基づいて、アーム操作レバー４２を通じて取得した操作量ｏに対応する要求速度ｖ_ｒ－Ａｍを演算する。そして、図４に示すように、要求速度演算部６１は、演算した要求速度ｖ_ｒ（ｖ_ｒ－Ｂｍ、ｖ_ｒ－Ａｍを含むベクトル）を、出力制限部６４に出力する。

回転数制御部６２は、ＥＣダイヤル４３を通じて取得した要求回転数Ｗ_ｒに基づいて、目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔ及び出力制限値Ｅを演算する。目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔは、エンジン２０の回転数の目標値である。出力制限値Ｅは、エンジン２０を目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔで回転させたときの出力の制限値（限界値）である。

図６は、回転数制御部６２の詳細図である。図６に示すように、回転数制御部６２は、目標回転数テーブル６２１と、出力制限値テーブル６２２とを有する。目標回転数テーブル６２１は、要求回転数Ｗ_ｒと目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔとの予め定められた対応関係を保持している。より詳細には、目標回転数テーブル６２１は、要求回転数Ｗ_ｒが下限値より小さいときに目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔが最小値で一定し、要求回転数Ｗ_ｒが上限値より大きいときに目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔが最大値で一定し、要求回転数Ｗ_ｒが下限値及び上限値の間で要求回転数Ｗ_ｒが大きいほど目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔが大きくなる関係を保持している。出力制限値テーブル６２２は、目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔと出力制限値Ｅとの予め定められた対応関係を保持している。より詳細には、出力制限値Ｅは、目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔが大きくなるほど、出力制限値Ｅが大きくなる関係を保持している。

回転数制御部６２は、目標回転数テーブル６２１に基づいて、要求回転数Ｗ_ｒに対応する目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔを演算する。また、回転数制御部６２は、出力制限値テーブル６２２に基づいて、目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔに対応する出力制限値Ｅを演算する。そして、図４に示すように、回転数制御部６２は、演算した目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔをポンプ制御部６９に出力し、演算した出力制限値Ｅを出力制限部６４に出力する。また、回転数制御部６２は、演算した目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔをエンジンコントローラ（図示省略）に出力して、エンジン２０の回転数が目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔになるように制御する。

ヤコビ行列演算部６３は、姿勢センサ３７、３８によって検出されたジョイント角度θに基づいて、ヤコビ行列Ｊを演算する。ヤコビ行列Ｊは、油圧アクチュエータの変位速度を目標ジョイント角速度ベクトルω’ｔに変換（換言すれば、リンク角速度系をアクチュエータ速度系に変換）する変換係数である。ヤコビ行列Ｊを演算する具体的な方法は、例えば非特許文献１に記載されているように既に周知なので、詳細な説明は省略する。そして、ヤコビ行列演算部６３は、演算したヤコビ行列Ｊをジョイントトルク演算部６５に出力する。

出力制限部６４は、要求速度演算部６１から取得した要求速度ｖ_ｒと、回転数制御部６２から取得した出力制限値Ｅと、圧力センサ３１によって検出されたポンプ吐出圧Ｐｐとに基づいて、目標速度ｖ_ｔと、目標加速度ｖ’_ｔと、目標ポンプ流量Ｑ_ｐ－ｔとを演算する。目標速度ｖ_ｔは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれの伸縮速度の目標値（ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍ）である。目標加速度ｖ’_ｔは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれを目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させるための加速度の目標値（ｖ’_ｔ－Ｂｍ、ｖ’_ｔ－Ａｍ）である。目標ポンプ流量Ｑ_ｐ－ｔは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれを目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させるために必要な油圧ポンプ２２の吐出容量の目標値である。

図７は、出力制限部６４の詳細図である。図７に示すように、出力制限部６４は、演算部６４１～６４６を有する。

演算部６４１は、出力制限値Ｅをポンプ吐出圧Ｐｐで除すことによって、ポンプ流量制限値Ｑ_ｌｉｍを演算する。ポンプ流量制限値Ｑ_ｌｉｍは、エンジン２０の出力が出力制限値Ｅに収まる油圧ポンプ２２の吐出容量の上限値（限界値）である。そして、演算部６４１は、演算したポンプ流量制限値Ｑ_ｌｉｍを演算部６４３に出力する。

演算部６４２は、要求速度演算部６１から取得した要求速度ｖ_ｒ（ｖ_ｒ－Ｂｍ、ｖ_ｒ－Ａｍ）と、対応する油圧アクチュエータの油路断面積Ｓ（Ｓ_－Ｂｍ、Ｓ_－Ａｍ）との積を積算することによって、ポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔを演算する。ポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔは、要求速度演算部６１で演算した複数の要求速度ｖ_ｒ－Ｂｍ、ｖ_ｒ－Ａｍを満たすために、油圧ポンプ２２が吐出すべき作動油の流量の推定値である。そして、演算部６４２は、演算したポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔを演算部６４３、６４６に出力する。

演算部６４３は、ポンプ流量制限値Ｑ_ｌｉｍをポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔで除すことによって（すなわち、ポンプ流量制限値Ｑ_ｌｉｍ及びポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔの比）、速度制限ゲインＫを演算する。速度制限ゲインＫは、要求速度ｖ_ｒ及びポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔを補正するための補正係数である。出力制限値Ｅの範囲内で油圧アクチュエータの動作を制限する場合、ポンプ流量制限値Ｑ_ｌｉｍはポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔより小さくなるので、速度制限ゲインＫは０≦Ｋ＜１となる。そして、演算部６４３は、最小値選択部６４７に出力する。

最小値選択部６４７は、演算部６４３から出力された速度制限ゲインＫと、予め定められた固定値（＝１）とのうち、小さい方の値を選択する。そして、最小値選択部６４７は、選択した値を速度制限ゲインＫとして演算部６４４、６４６に出力する。すなわち、最小値選択部６４７は、演算部６４３から出力された速度制限ゲインＫが１未満の場合に、この速度制限ゲインＫをそのまま出力する。一方、最小値選択部６４７は、演算部６４３から出力された速度制限ゲインＫが１以上の場合に、速度制限ゲインＫに１を代入して出力する。

演算部６４４は、複数の要求速度ｖ_ｒ－Ｂｍ、ｖ_ｒ－Ａｍそれぞれに速度制限ゲインＫを乗じることによって、目標速度ｖ_ｔ（ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍを含むベクトル）を演算する。すなわち、演算部６４４は、ポンプ流量制限値Ｑ_ｌｉｍ及びポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔの比に基づいて、複数の要求速度ｖ_ｒ－Ｂｍ、ｖ_ｒ－Ａｍそれぞれを補正して、複数の目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍを演算する。そして、演算部６４４は、演算した目標速度ｖ_ｔを演算部６４５及びジョイントトルク演算部６５に出力する。

演算部６４５は、複数の要求速度ｖ_ｒ－Ｂｍ、ｖ_ｒ－Ａｍそれぞれを時間ｔで微分することによって、要求加速度ｖ’_ｒ（ｖ’_ｒ－Ｂｍ、ｖ’_ｒ－Ａｍを含むベクトル）を演算する。そして、演算部６４５は、演算した要求加速度ｖ’_ｒをジョイントトルク演算部６５に出力する。

演算部６４６は、ポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔに速度制限ゲインＫを乗じることによって、目標ポンプ流量Ｑ_ｐ－ｔを演算する。すなわち、演算部６４６は、ポンプ流量制限値Ｑ_ｌｉｍ及びポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔの比に基づいて、ポンプ流量推定値Ｑ_ｅｓｔを補正して目標ポンプ流量Ｑ_ｐ－ｔを演算する。そして、演算部６４６は、演算した目標ポンプ流量Ｑ_ｐ－ｔをポンプ制御部６９に出力する。

ジョイントトルク演算部６５は、姿勢センサ３７、３８によって検出されたジョイント角度θと、ジョイント角度θを時間微分して得られるジョイント角速度θ’と、出力制限部６４から取得した目標速度ｖ_ｔ及び目標加速度ｖ’ｔとを、下記式１、２に代入することによって、目標トルクｆｔを演算する。目標トルクｆｔは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５を目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させた際のトルクの目標値（ｆｔ_－Ｂｍ、ｆｔ_－Ｂｍ）である。

まず、ジョイントトルク演算部６５は、目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍそれぞれと、ヤコビ行列Ｊとを式１に代入して、目標ジョイント角速度ベクトルω’ｔを演算する。また、ジョイントトルク演算部６５は、ジョイント角度θと、ジョイント角速度θ’と、目標ジョイント角速度ベクトルω’ｔとを式２の運動方程式に代入して、目標トルクｆｔを演算する。そして、ジョイントトルク演算部６５は、演算した目標トルクｆｔを目標圧演算部６６に出力する。

ここで、式２の右辺のうち、第１項はリンク部材の慣性項であり、第２項は中心力・コリオリ力項（Ｃ）及び摩擦項（Ｄ）であり、第３項は重力項（ｇは重力加速度）である。なお、各項の係数を演算するためのリンク部材寸法、重量、摩擦、その他の情報は既知とする。ジョイントトルク演算部６５による演算方法は、計算トルク法として知られ、例えば、非特許文献２に記載されているように既に周知なので、詳細な説明は省略する。

目標圧演算部６６は、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれに給排される圧油の目標圧（目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔ、目標メータアウト圧Ｐ_ｍｏ－ｔ）を、対応する目標速度ｖ_ｔに基づいて演算する。より詳細には、目標圧演算部６６は、ブーム操作レバー４１及びアーム操作レバー４２を通じて取得した操作量ｏと、ジョイントトルク演算部６５から取得した目標トルクｆｔとに基づいて、目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔと、目標メータアウト圧Ｐ_ｍｏ－ｔと、メータインフラグσｍｉとを演算する。

目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれを目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させるために、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれに供給する作動油の圧力の目標値である。目標メータアウト圧Ｐ_ｍｏ－ｔは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれを目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させるために、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれから排出する作動油の圧力の目標値である。メータインフラグσｍｉは、ボトム室またはロッド室のどちらに作動油を供給するかを示す値である。

図８は、油圧アクチュエータのうち油圧シリンダ（すなわち、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６）に適用される目標圧演算部６６の詳細図である。図９は、油圧アクチュエータのうち油圧モータ（すなわち、走行モータ５、旋回モータ６）に適用される目標圧演算部６６の詳細図である。図８及び図９に示すように、目標圧演算部６６は、目標圧演算テーブル６６１、６６２を有する。目標圧演算テーブル６６１、６６２は、操作量ｏ及び目標トルクｆｔの組み合わせと、目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔ、目標メータアウト圧Ｐ_ｍｏ－ｔ、メータインフラグσｍｉの演算方法との対応関係を保持する。

図８及び図９に示すように、目標圧演算部６６は、操作量ｏが正の閾値ｔｈ１以上の場合に、メータインフラグσｍｉにボトム（＝１）を設定する。一方、目標圧演算部６６は、操作量ｏが負の閾値－ｔｈ１以下の場合に、メータインフラグσｍｉにロッド（＝－１）を設定する。一方、操作量ｏが正の閾値ｔｈ１未満で且つ負の閾値－ｔｈ１より大きい場合は、油圧アクチュエータが停止していると判断される。そして、図４に示すように、目標圧演算部６６は、演算したメータインフラグσｍｉを実測圧演算部６７に出力する。

また、目標圧演算部６６は、操作量ｏ及び目標トルクｆｔの組み合わせに応じて、目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔ、目標メータアウト圧Ｐ_ｍｏ－ｔを演算する。ここで、定数ｐ_{＿ｂｕｆ１}、ｐ_{＿ｂｕｆ２}は、キャビテーションを起こさないための最低圧として予め設定する固定値ある。また、定数Ｓ_ｂ、Ｓ_ｒは、それぞれ油圧シリンダのボトム側（Ｓ_ｂ）及びロッド側（Ｓ_ｒ）の断面積である。さらに、モータ容積ｑ_ｍは、油圧モータのモータ容積であって、減速機がある場合は減速比を考慮した値である。すなわち、油圧シリンダと油圧モータとでは、目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔ、目標メータアウト圧Ｐ_ｍｏ－ｔの演算式が異なる。そして、図４に示すように、目標圧演算部６６は、演算した目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔ、目標メータアウト圧Ｐ_ｍｏ－ｔをバルブ制御部６８及びポンプ制御部６９に出力する。

実測圧演算部６７は、圧力センサ３２～３５によって検出された実測圧Ｐ_ａｃｔと、目標圧演算部６６から取得したメータインフラグσｍｉとを、下記式３に代入することによって、実測メータイン圧Ｐ_ｍｉ、実測メータアウト圧Ｐ_ｍｏを演算する。実測メータイン圧Ｐ_ｍｉは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５に供給される作動油の実測値である。実測メータアウト圧Ｐ_ｍｏは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５から排出される作動油の実測値である。

なお、式３において、実測圧Ｐａはボトム側の圧力センサ３２、３４によって検出された実測圧であり、実測圧Ｐｂはロッド側の圧力センサ３３、３５によって検出された実測圧である。そして、実測圧演算部６７は、演算した実測メータイン圧Ｐ_ｍｉ、実測メータアウト圧Ｐ_ｍｏをバルブ制御部６８に出力する。

図１０は、メータイン制御を行うバルブ制御部６８の詳細図である。図１０のバルブ制御部６８は、ブーム操作レバー４１及びアーム操作レバー４２を通じて取得した操作量ｏと、目標圧演算部６６から取得した目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔと、実測圧演算部６７から取得した実測メータイン圧Ｐ_ｍｉと、圧力センサ３１によって検出されたポンプ吐出圧Ｐｐと、メータイン油路体積Ｖ_ｍｉと、メータイン油路体積変化量Ｖ’_ｍｉとに基づいて、バルブ開口指令ｉを演算する。バルブ制御部６８は、メータイン開口制限値テーブル６８１Ａと、演算部６８２Ａ～６８５Ａと、バルブ開口指令テーブル６８６Ａとを有する。

メータイン油路体積Ｖ_ｍｉは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれに供給すべき作動油の体積である。メータイン油路体積変化量Ｖ’_ｍｉは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれに単位時間当たりに供給すべき作動油の体積である。バルブ開口指令ｉは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれを目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させるために必要なメータイン制御弁２５、２６それぞれの開口量を示す値（例えば、開口量制御弁２７、２８それぞれに供給する指令電流の大きさ）である。

油圧アクチュエータが油圧シリンダの場合、メータイン油路体積Ｖ_ｍｉ、メータイン油路体積変化量Ｖ’_ｍｉは、下記式４によって特定される。一方、油圧アクチュエータが油圧モータの場合、メータイン油路体積Ｖ_ｍｉ、メータイン油路体積変化量Ｖ’_ｍｉは、下記式５によって特定される。なお、初期体積Ｖ_ａ０、Ｖ_ｂ０は、それぞれ油圧シリンダのボトム側（Ｖ_ａ０）及びロッド側（Ｖ_ｂ０）における油路体積の初期値である。また、シリンダ変位Ｘｃは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５の変位量である。また、Ｓｍｉ、Ｓｍｏは、それぞれメータイン側シリンダ断面積、メータアウト側シリンダ断面積である。さらに、ｑ_ｍは、上述した油圧モータのモータ容積である。

メータイン開口制限値テーブル６８１Ａは、操作量ｏとメータイン開口制限値Ａ_{ｍｉ－ｌｉｍ}との予め定められた対応関係を保持している。より詳細には、メータイン開口制限値テーブル６８１Ａは、操作量ｏが大きいほど、メータイン開口制限値Ａ_{ｍｉ－ｌｉｍ}が大きくなる関係を保持している。メータイン開口制限値Ａ_{ｍｉ－ｌｉｍ}は、メータイン制御弁２５、２６における開口面積の制限値である。そして、メータイン開口制限値テーブル６８１Ａに基づいて特定されたメータイン開口制限値Ａ_{ｍｉ－ｌｉｍ}は、演算部６８５Ａに出力される。

演算部６８２Ａは、目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔから実測メータイン圧Ｐ_ｍｉを減じて演算部６８３Ａに出力する。演算部６８２Ａは、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御によって、演算部６８２Ａの演算結果からフィードバック制御量Ｖを演算し、演算したフィードバック制御量Ｖを演算部６８４Ａに出力する。演算部６８４Ａは、実測メータイン圧Ｐ_ｍｉと、ポンプ吐出圧Ｐｐと、メータイン油路体積Ｖ_ｍｉと、メータイン油路体積変化量Ｖ’_ｍｉと、フィードバック制御量Ｖとを、下記式７に代入することによって、目標メータイン開口量Ａ’_ｍｉ－ｔを演算する。目標メータイン開口量Ａ’_ｍｉ－ｔは、メータイン制御弁２５、２６における開口面積の目標値である。

より詳細には、フィードバック制御量Ｖの圧力変化を実現するためのメータイン開口量をＡｍｉ、作動油の体積弾性係数をＫβ、作動油の密度をρ、定数ｃとすると、式６が成立する。そして、式６をフィードバック制御量Ｖについて整理すると、式７が得られる。そして、演算部６８４Ａは、演算した目標メータイン開口量Ａ’_ｍｉ－ｔを演算部６８５Ａに出力する。

演算部６８５Ａは、メータイン開口制限値Ａ_{ｍｉ－ｌｉｍ}及び目標メータイン開口量Ａ’_ｍｉ－ｔの小さい方の値を、バルブ開口指令テーブル６８６Ａに出力する。バルブ開口指令テーブル６８６Ａは、演算部６８５Ａの出力値とバルブ開口指令ｉとの予め定められた対応関係を保持している。より詳細には、バルブ開口指令テーブル６８６Ａは、演算部６８５Ａの出力値が大きいほど、バルブ開口指令ｉが大きくなる関係を保持している。そして、バルブ制御部６８は、バルブ開口指令テーブル６８６Ａに基づいて特定されたバルブ開口指令ｉによって、開口量制御弁２７、２８の開口量を制御する。例えば、バルブ制御部６８は、バルブ開口指令ｉで示される指令電流を開口量制御弁２７、２８に供給する。

図１１は、メータアウト制御を行うバルブ制御部６８の詳細図である。図１１のバルブ制御部６８は、ブーム操作レバー４１及びアーム操作レバー４２を通じて取得した操作量ｏと、目標圧演算部６６から取得した目標メータアウト圧Ｐ_ｍｏ－ｔと、実測圧演算部６７から取得した実測メータアウト圧Ｐ_ｍｏと、排出側圧Ｐ_ｒｅｔと、メータアウト油路体積Ｖ_ｍｏと、メータアウト油路体積変化量Ｖ’_ｍｏとに基づいて、バルブ開口指令ｉを演算する。バルブ制御部６８は、メータアウト開口制限値テーブル６８１Ｂと、演算部６８２Ｂ～６８５Ｂと、バルブ開口指令テーブル６８６Ｂとを有する。

メータアウト油路体積Ｖ_ｍｏは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれから排出すべき作動油の体積である。メータアウト油路体積変化量Ｖ’_ｍｏは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれから単位時間当たりに排出すべき作動油の体積である。排出側圧Ｐ_ｒｅｔは、作動油タンク２１に排出される作動油の圧力（通常は、作動油タンク２１内の圧力）である。バルブ開口指令ｉは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれを目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させるために必要なメータアウト側の流量制御弁（例えば、図１３の流量制御弁７２）の開口量を示す値である。

油圧アクチュエータが油圧シリンダの場合、メータアウト油路体積Ｖ_ｍｏ、メータアウト油路体積変化量Ｖ’_ｍｏは、上記式４によって特定される。一方、油圧アクチュエータが油圧モータの場合、メータアウト油路体積Ｖ_ｍｏ、メータアウト油路体積変化量Ｖ’_ｍｏは、上記式５によって特定される。

メータアウト開口制限値テーブル６８１Ｂは、操作量ｏとメータアウト開口制限値Ａ_{ｍｏ－ｌｉｍ}との予め定められた対応関係を保持している。より詳細には、メータアウト開口制限値テーブル６８１Ｂは、操作量ｏが大きいほど、メータアウト開口制限値Ａ_{ｍｏ－ｌｉｍ}が大きくなる関係を保持している。メータアウト開口制限値Ａ_{ｍｏ－ｌｉｍ}は、流量制御弁７２における開口面積の制限値である。そして、メータアウト開口制限値テーブル６８１Ｂに基づいて特定されたメータアウト開口制限値Ａ_{ｍｏ－ｌｉｍ}は、演算部６８５Ｂに出力される。

演算部６８４Ｂは、実測メータアウト圧Ｐ_ｍｏと、排出側圧Ｐ_ｒｅｔと、メータアウト油路体積Ｖ_ｍｏと、メータアウト油路体積変化量Ｖ’_ｍｏと、フィードバック制御量Ｖとを、下記式９に代入することによって、目標メータアウト開口量Ａ’_ｍｏ－ｔを演算する。目標メータアウト開口量Ａ’_ｍｏ－ｔは、流量制御弁７２における開口面積の目標値である。より詳細には、式８をフィードバック制御量Ｖについて整理すると、式９が得られる。そして、演算部６８４Ｂは、演算した目標メータアウト開口量Ａ’_ｍｏ－ｔを演算部６８５Ｂに出力する。

なお、演算部６８２Ｂ～６８５Ｂの処理内容は、使用する具体的なパラメータが異なるものの、図１０に示す演算部６８２Ａ～６８５Ａと共通する。また、バルブ開口指令テーブル６８６Ｂは、入力される具体的なパラメータが異なるものの、基本的な内容は図１０に示すバルブ開口指令テーブル６８６Ａと共通する。すなわち、図１０及び図１１に示すバルブ制御部６８は、複数の流量制御弁それぞれの開口量を、対応する目標圧及び実測圧に差に基づいて制御する。

ポンプ制御部６９は、圧力センサ３１によって検出されたポンプ吐出圧Ｐｐと、出力制限部６４から取得した目標ポンプ流量Ｑ_ｐ－ｔと、回転数制御部６２から取得した目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔと、目標圧演算部６６から取得した目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔとに基づいて、目標ポンプ容量ｑ_ｐ－ｔを演算する。目標ポンプ容量ｑ_ｐ－ｔは、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５それぞれを目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させるために必要な油圧ポンプ２２の吐出容量の目標値である。

図１２は、ポンプ制御部６９の詳細図である。図１２に示すように、ポンプ制御部６９は、演算部６９１～６９５を有する。

演算部６９１は、複数の目標メータイン圧Ｐ_ｍｉ－ｔのうちの最大値を演算部６９２に出力する。演算部６９２は、演算部６９１から取得した最大値からポンプ吐出圧Ｐｐを減じて、演算部６９３に出力する。演算部６９３は、ＰＩＤ制御によって、演算部６９２の演算結果からポンプ流量補正値Ｚを演算し、演算したポンプ流量補正値Ｚを演算部６９４に出力する。演算部６９３は、目標ポンプ流量Ｑ_ｐ－ｔにポンプ流量補正値Ｚを加算して、補正後の目標ポンプ流量Ｑ’_ｐ－ｔを演算し、補正後の目標ポンプ流量Ｑ’_ｐ－ｔを演算部６９５に出力する。演算部６９５は、補正後の目標ポンプ流量Ｑ’_ｐ－ｔを目標回転数Ｗ_Ｅ－ｔで除して、目標ポンプ容量ｑ_ｐ－ｔを演算する。そして、ポンプ制御部６９は、演算した目標ポンプ容量ｑ_ｐ－ｔの作動油が油圧ポンプ２２から吐出されるように、レギュレータ２２ａを制御する。

上記の実施形態によれば、例えば以下の作用効果を奏する。

上記の実施形態によれば、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５の要求速度ｖ_ｒ－Ｂｍ、ｖ_ｒ－Ａｍを共通の速度制限ゲインＫで除して、目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍを演算する。これにより、エンジン２０の出力を出力制限値Ｅに制限しても、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５の伸縮速度（すなわち、ブーム１１及びアーム１２の動作速度）のバランスを維持することができる。

その結果、アーム１２は、オペレータが意図するより移動速度が遅くなるものの、オペレータの意図した軌跡に沿って移動する。これにより、例えば、バケット１３の先端で土砂をならすために、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５を複合動作させてバケット１３の先端を水平移動させる水平引き動作のような場合でも、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５の互いの動作速度のバランスを維持することができる。

なお、上記の実施形態では、開口量制御弁２７、２８に供給する指令電流の大きさを調整することによって、間接的にメータイン制御弁２５、２６の開口量を制御する例を説明した。しかしながら、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５を目標速度ｖ_ｔ－Ｂｍ、ｖ_ｔ－Ａｍで伸縮させるために、直接制御する対象は前述の例に限定されない。他の例として、メータイン制御弁２５、２６を電磁比例弁として直接制御してもよい。

また、上記の実施形態では、図１３に示す油圧回路の概略図において、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５への作動油の供給量Ａｍｉを制御するメータイン側の流量制御弁７１の開口量を制御する例を説明したが、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５からの作動油の排出量Ａｍｏを制御するメータアウト側の流量制御弁７２の開口量を制御してもよい。

さらに、上記の実施形態では、ブームシリンダ１４及びアームシリンダ１５を複合動作させる例を説明したが、複合動作させる油圧アクチュエータの組み合わせは、前述の例に限定されない。図１４は、複合動作させる油圧アクチュエータの他の組み合わせを示す駆動路図である。

図１４に示すように、複合動作の他の例として、バケット１３で掬い上げた土砂をダンプトラックの荷台に積み込む際に、旋回モータ６とブームシリンダ１４とを並行して動作させることが考えられる。なお、旋回モータ６に対して作動油を給排させるための方向制御弁７４、メータイン制御弁７５、開口量制御弁７６、及び圧力センサ７７、７８の構成、配置、及び役割は、前述した方向制御弁２３、メータイン制御弁２５、開口量制御弁２７、及び圧力センサ３２、３３と共通する。

このような複合動作に前述の処理を適用すれば、バケット１３で掬い上げた土砂をダンプトラックの荷台に積み込むような場合でも、オペレータが意図した軌跡に沿ってバケット１３を移動させることができるので、バケット１３がダンプトラックに接触するのを防止することができる。

上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１ 油圧ショベル（作業機械）
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ クローラ
５ 走行モータ（油圧アクチュエータ）
６ 旋回モータ（油圧アクチュエータ）
７ 旋回フレーム
８ キャブ
９ カウンタウェイト
１０ フロント作業機
１１ ブーム
１２ アーム
１３ バケット
１４ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１５ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
１６ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
２０ エンジン（原動機）
２１ 作動油タンク
２２ 油圧ポンプ（油圧ポンプ）
２２ａ レギュレータ
２３，２４ 方向制御弁（流量制御弁）
２５，２６ メータイン制御弁（流量制御弁）
２７，２８ 開口量制御弁（流量制御弁）
２９ リリーフ弁
３０ ブリードオフ弁
３１～３５，７７，７８ 圧力センサ
３６～３９ 姿勢センサ
４１ ブーム操作レバー（操作装置、操作量検出センサ）
４２ アーム操作レバー（操作装置、操作量検出センサ）
４３ ＥＣダイヤル（エンジン回転数設定装置）
５０ コントローラ
５１ ＣＰＵ
５２ メモリ

Claims (3)

1. 駆動力を発生させる原動機と、
   前記原動機の駆動力によって圧油を吐出する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧センサと、
   前記油圧ポンプから供給される圧油によって動作する複数の油圧アクチュエータと、
   複数の前記油圧アクチュエータそれぞれに対する圧油の給排量を制御する複数の流量制御弁と、
   複数の前記油圧アクチュエータをそれぞれ操作する操作装置と、
   前記操作装置による操作量を検出する操作量検出センサと、
   前記原動機、前記油圧ポンプ、及び複数の前記流量制御弁の少なくとも１つを制御するコントローラとを備える作業機械において、
   前記コントローラは、
   予め定められた前記原動機の出力制限値と、前記吐出圧センサによって検出された前記油圧ポンプの吐出圧とに基づいて、前記油圧ポンプが吐出可能な圧油のポンプ流量制限値を演算し、
   前記操作量検出センサによって検出された前記操作量に基づいて、複数の前記油圧アクチュエータそれぞれの要求速度を演算し、
   演算した複数の前記要求速度を満たすために、前記油圧ポンプが吐出すべき圧油の流量の推定値であるポンプ流量推定値を演算し、
   前記ポンプ流量制限値及び前記ポンプ流量推定値の比に基づいて、複数の前記要求速度それぞれを補正して複数の目標速度を演算し、
   複数の前記油圧アクチュエータそれぞれが前記目標速度で動作するように、前記原動機、前記油圧ポンプ、及び複数の前記流量制御弁の少なくとも１つを制御することを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   複数の前記油圧アクチュエータそれぞれに対して給排される圧油の実測圧を検出する複数の圧力センサを備え、
   前記コントローラは、
   複数の前記油圧アクチュエータそれぞれに給排される圧油の目標圧を、前記目標速度に基づいて演算し、
   複数の前記流量制御弁それぞれの開口量を、前記目標圧及び前記実測圧に差に基づいて制御することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記流量制御弁は、
   前記油圧アクチュエータへの圧油の供給方向を制御する方向制御弁と、
   前記油圧ポンプから前記方向制御弁に至る流路上に配置されて、前記方向制御弁を通じて前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御するメータイン制御弁とを含み、
   前記コントローラは、前記方向制御弁及び前記メータイン制御弁の少なくとも一方を制御することを特徴とする作業機械。

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