JP3673003B2 - 油圧駆動機械の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル、クレーン等の油圧駆動機械において、操作子の操作量に応じて油圧アクチュエータを駆動制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建設機械のような油圧駆動機械では、複数の操作レバーの操作量を示す駆動指令信号が、対応する複数の操作弁（流量制御弁）に加えられ、これら複数の操作弁の開口面積が上記駆動指令信号に応じて変化され、それによって、対応する複数の油圧アクチュエータが駆動されるという構成がとられる。つまり、複数の操作レバーが同時に操作されると、油圧ポンプの吐出圧油は、複数の圧油供給路上の複数の操作弁を介して複数の油圧アクチュエータに供給され、これら複数の油圧アクチュエータが同時に駆動される。
【０００３】
かかる構成において、複合操作時の油圧アクチュエータの駆動速度のいわゆる負荷依存性を解消する技術として、ロードセンシングシステムと呼ばれるものがある。
【０００４】
このシステムでは、油圧ポンプと流量制御弁との間、あるいは流量制御弁と油圧アクチュエータとの間に、圧力補償弁と呼ばれるバルブが設けられ、流量制御弁を通過する圧油の弁の前後における圧力の差圧が、いずれの駆動軸（建設機械では、ブーム、アーム等のことである）についても同一の値になるように補償するようにしている。つまり、油圧回路の一般公式である、
Ｑ＝ｃ・Ａ・√（ ΔＰ ）
（ただし、Ｑは流量制御弁の絞りを通過する流量、ｃは流量定数、Ａは絞りの開口面積、ΔＰは絞りの前後差圧である）
において、差圧ΔＰが、各駆動軸について同一となるようにすることで、オペレータが指令する駆動指令値（開口面積Ａ）に比例した流量Ｑが得られるようにしている。
【０００５】
また、油圧ポンプの吐出圧が、操作中の油圧アクチュエータの負荷圧の最大値に、上記前後差圧が加算された圧力となるように、油圧ポンプの吐出圧の制御を行うようにしており、これによって複合操作時の各油圧アクチュエータの負荷圧の違いによる速度の変化（負荷圧依存性）が防止される。
【０００６】
一方、このシステムでは、バルブの構造が複雑となり、また油圧の安定性の悪さからハンチングを生じやすいという欠点があった。
【０００７】
そこで、この問題点を解決すべく、特公平６ー４１７６２号公報、特公平６ー４１７６４号公報では、上記圧力補償弁を使用しないでシステムを構成するようにしている。
【０００８】
すなわち、上記公報に記載されたものでは、上記油圧回路の一般公式、
Ｑ＝ｃ・Ａ・√（ ΔＰ ）
を用いて、差圧ΔＰである場合に目標の流量Ｑを実現するための開口面積Ａを、
Ａ＝Ｑ/（ｃ・√（ ΔＰ ） ）
なる関係式から逆算にて求めるようにしている。
【０００９】
このように各油圧アクチュエータにおいて異なる任意の差圧ΔＰに対して、それぞれ目標となる流量を得るために必要な開口面積を上記一般公式から逆計算することによって、複合操作時のアクチュエータ速度の負荷依存性を解消している。
【００１０】
また、圧力補償弁を使用しないで上記負荷依存性を解消できる別の方法として、特開平４ー３５１３０４号公報に開示されたものがある。
【００１１】
この公報に記載のものでは、流量制御弁の前後差圧が最小となっている駆動軸以外の軸の流量制御弁に対する駆動指令値（操作レバーの操作量）を、予め設定された差圧と、当該流量制御弁の前後差圧の検出値との比の平方根を補正係数として、補正している。これによって、前後差圧が大きい駆動軸（負荷が小さい駆動軸）ほど、弁開度（開口面積）が小さくなるように、補正される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記特公平６ー４１７６２号公報、特公平６ー４１７６４号公報に記載のものでは、開口面積Ａを求める際に、前後差圧ΔＰによって割るという処理が必要となる。
【００１３】
しかし、油圧アクチュエータの複合操作中に煩雑に生じる油圧ポンプの流量飽和によって、油圧ポンプと油圧アクチュエータとの間の差圧ΔＰが０（ｋｇ/ｃｍ2）近辺の値となることは、しばしば起こり得る。このような状況下では、上記割り算が不可能になってしまうことがある。
【００１４】
また、零に近い数で割るという演算処理を要するため、その零に近い差圧を検出するための圧力検出器の検出誤差が、演算処理の精度、制御の精度に大きく影響する。このため、一定以上の精度を確保するためには、高精度の圧力検出器が必要となり、コストがかかるという問題があった。
【００１５】
さらに、油圧ポンプの吐出可能量から、各油圧アクチュエータに目標となる流量を配分できるかどうかを判断しているため、上記油圧ポンプの飽和時には各油圧アクチュエータでの目標流量を補正するという煩雑な処理も必要であった。
【００１６】
一方、特開平４ー３５１３０４号公報に記載のものでは、上記のものと同様に、前後差圧ΔＰが補正演算処理をするときに、分母になるため、零（零付近）を分母にすることを避けるために、前後差圧ΔＰが最小となる駆動軸では、かかる補正演算処理をしないような制御を行うようにしている。
【００１７】
しかし、そのために、前後差圧が最小となる駆動軸が切り替わった場合には、補正演算に基づく制御から通常の制御に切り替える必要があり、その切替りの
瞬間において油圧アクチュエータへの駆動指令値が不連続なものとなり、切替り毎にショックが発生するという問題があった。
【００１８】
さらに、この公報記載のものでは、油圧ポンプの制御については、油圧ポンプの吐出圧と、複数の油圧アクチュエータにおける最大の負荷圧との差圧（最小差圧）が、予め設定された差圧となるような、いわゆるポンプロードセンシング制御が不可欠であり、従来のロードセンシングシステムをそのまま電子化するという思想であり、差圧が小さくなったときの対策としては、制御を切るという解決手段によっていた。
【００１９】
本願発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、上記従来技術の問題点をすべて解決することを解決課題とする。すなわち、圧力補償弁を用いない単純な油圧回路で済み、しかも低精度、安価な圧力検出器を使用することが可能であり、しかも、単純な制御によって常に制御の連続性を保持できオペレータや機械部品にショックを与えないで済み、しかも油圧ポンプの制御方式を限定することもなく、複合操作時における油圧アクチュエータの流量の負荷依存性を解消することを解決課題とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および効果】
そこで、本願発明の主たる発明では、油圧ポンプと、複数の操作子に対応して設けられた複数の油圧アクチュエータと、前記操作子の操作量に応じた流量の前記油圧ポンプの吐出圧油を、対応する油圧アクチュエータに供給する複数の操作弁とを有し、前記操作子の操作に応じて、前記油圧アクチュエータを駆動するようにした油圧駆動機械において、
前記操作弁に流入する圧油の圧力と当該操作弁から流出する圧油の圧力との差圧を、各操作弁毎に検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段で検出された差圧のうちで最小の差圧を選択する最小差圧選択手段と、
前記操作弁の検出差圧と前記選択された最小差圧との比に基づき当該操作弁に対応する操作子の操作量を補正するための補正係数を、各操作子毎に演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数演算手段で演算された補正係数によって、対応する操作子の操作量を補正する操作量補正手段と
を具えるようにしている。
【００２１】
すなわち、かかる構成によれば、操作弁の前後の検出差圧と、複数の操作弁の前後差圧の中から選択された最小差圧との比に基づき当該操作弁に対応する操作子の操作量を補正するための補正係数が、各操作子毎に演算される。そして、この演算された補正係数によって、対応する操作子の操作量が補正される。
【００２２】
この結果、前後差圧が大きくなるほど、つまり油圧アクチュエータの負荷が小さくなるほど、その操作弁に対する駆動指令値である操作量が低減され、その操作弁の開口面積は小さくなるので、油圧アクチュエータが軽負荷であるほど、その油圧アクチュエータに対する多大な流量の流れ込みが、より抑制されることになる。これによって、複合操作時の各油圧アクチュエータへの流量配分を、オペレータによって操作された各操作子の操作量の比の通りにすることができる。
【００２３】
より具体的にいえば、油圧回路の上記一般公式Ｑi＝ｃ・Ａi・√（ ΔＰi ） （ただし、ｉは第ｉ番目の油圧アクチュエータ、操作弁、操作子である）を用いて、開口面積Ａiを示す操作量（駆動指令値）を、補正係数Ｋi＝√（ΔＰmin/ΔＰi）で補正することになる。すると、操作弁ｉを流れ、油圧アクチュエータｉに供給される流量Ｑiは、Ｑi＝ｃ・Ａi・Ｋi・√（ ΔＰi ）＝ｃ・Ａi・√（ΔＰmin/ΔＰi）・√（ ΔＰi ）＝ｃ・Ａi・√（ΔＰmin）となり、ΔＰiの項が打ち消し合うことになる。なお、ここで、ΔＰminは、最小差圧である。
【００２４】
すなわち、第ｉ番目の油圧アクチュエータに供給される流量Ｑiは、どの油圧アクチュエータについても共通の最小差圧ΔＰminを基準にして、開口面積指令値Ａiの大きさのみによって決定されることになる。
【００２５】
ここで、圧力補償弁を使用する従来技術と本願発明とを比較してみると、本願発明では、従来のように、圧力補償弁を用いることなく、複合操作時における油圧アクチュエータの負荷依存性が解消されているのがわかる。つまり、圧力補償弁を用いない単純な油圧回路で済み、コストが低減される。
【００２６】
また、上記特公平６ー４１７６２号公報、特公平６ー４１７６４号公報に示される従来技術あるいは上記特開平４ー３５１３０４号公報に示される発明とを比較してみると、これら従来技術では、零ないしは零に近い差圧値ΔＰを分母とする除算を行う必要があり、この除算においては分母と分子の値が必ずしも同一の値になることはなく、また分子の値の方が分母の値よりもかなり大きな値をとる。このため、上記除算において「ゼロ割り」やオーバーフローが発生してしまい演算処理が不可能となり制御が不可能となる事態も起こり得る。これに対して本願発明では、最小差圧を、各操作弁の検出差圧ΔＰで除算する構成をとっているため、検出差圧である分母は最小差圧である分子よりも必ず大きくなるか一致することから上記除算において「ゼロ割り」やオーバーフローが発生してしまうことがなく演算処理が不可能となり制御が不可能となる事態は生じ得ない。
【００２７】
しかも、零に近い数で割るとき（検出差圧が最小差圧のとき）は、分子の方も同じ最小差圧となって必ず１になり、検出誤差中に含まれる誤差が相殺される。一方、最小差圧以外の検出差圧で割るときも、分子の最小差圧よりも分母の検出差圧の方が大きいため、検出誤差の影響が少なくて済む。つまり、差圧を正確に検出するための高精度な圧力検出器を要しないで済む。つまり、低精度、安価な圧力検出器を使用したとしても、一定以上の精度が確保されるため、コストが低減されるという効果が得られる。
【００２８】
しかも、本願発明では、従来技術のように、前後差圧が最小となる駆動軸が切り替わる毎に、補正演算に基づく制御から通常の制御に切り替えるようにしておらず、常に、最小差圧を、各操作弁の検出差圧ΔＰで除算する補正演算による制御を行うようにしているため、制御の切替りの瞬間において油圧アクチュエータへの駆動指令値が連続なものとなり、切替り毎にショックが発生するという従来の問題点が解決され、単純な制御によって常に制御の連続性を保持できオペレータや機械部品にショックを与えないで済むという効果が得られる。しかも、本願発明によれば、油圧ポンプの制御方式を何ら限定することもない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施の形態について説明する。
【００３０】
なお、この実施の形態では、油圧駆動機械として油圧ショベルのような建設機械を想定している。
【００３１】
図１は、油圧ショベルの制御装置の構成を示している。
【００３２】
同図に示すように、この装置は、図示せぬエンジンによって駆動され、制御部８から出力される駆動指令に応じて斜板傾転角が変化され、これによって吐出流量が変化される可変容量型の油圧ポンプ１と、２つの操作子としての操作レバー６、７にそれぞれ対応して設けられた２つの油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ２、３と、油圧ポンプ１と上記油圧シリンダ２、３との間の２つの圧油供給路３１、３２にそれぞれ設けられ、制御部８から出力される駆動指令Ｓ1、Ｓ2に応じて、その開口面積が変化され、その変化された開口面積に応じた流量の圧油を、それぞれ対応する油圧シリンダ２、３に供給する２つの操作弁としての流量制御弁４、５と、上記操作レバー６、７の操作量Ｖ1、Ｖ2を、後述するように補正する等の処理を行い、この補正された操作量に応じた駆動指令信号Ｓ1、Ｓ2を、それぞれ対応する流量制御弁４、５に対して出力し、それに応じて、それぞれ対応する油圧シリンダ２、３を駆動制御する制御部８とから構成されている。
【００３３】
上記操作レバー６は、図示せぬ作業機であるブーム（油圧シリンダ２に接続されている）を駆動させるための電気レバーであり、オペレータが操作した量に比例した電気信号を出力するものであり、同様に操作レバー７は、図示せぬ作業機であるアーム（油圧シリンダ３に接続されている）を駆動させるための電気レバーであり、オペレータが操作した量に比例した電気信号を出力するものである。
【００３４】
上記圧油供給路３１、３２に分岐される圧油供給路３０上には、油圧ポンプ１の吐出圧Ｐpを検出する圧力センサ９が配設されている。
【００３５】
また、圧油供給路３１のうち、油圧シリンダ２のボトム室に連通する供給路上、同シリンダ２のヘッド室に連通する供給路上には、それぞれブームの負荷圧Ｐ1B、Ｐ1Hを検出する圧力センサ１０ａ、１０ｂが配設されている。
【００３６】
同様に、圧油供給路３２のうち、油圧シリンダ３のボトム室に連通する供給路上、同シリンダ３のヘッド室に連通する供給路上には、それぞれアームの負荷圧Ｐ2B、Ｐ2Hを検出する圧力センサ１1ａ、１1ｂが配設されている。
【００３７】
これら各圧力センサの検出信号は、上記操作レバー６、７の操作量を示す電気信号とともに、制御部８に入力され、図２に示される処理が実行される。
【００３８】
図２は、制御部８で行われる演算処理を説明するブロック図である。なお、この図２では、説明の便宜のため演算処理が各演算器で行われるものとして説明しているが、もちろん全てソフトウエアで処理するようにしてもよい。
【００３９】
いま、図２の矢印に示すように、操作レバー６がブーム用油圧シリンダ２を伸長させる方向に操作されており、操作レバー７がアーム用油圧シリンダ３を縮退させる方向に操作されている場合を想定する。
【００４０】
制御部８の差圧演算手段８ａには、操作レバー６、７の操作量Ｖ1、Ｖ2を示す信号、圧力センサ９、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂの各圧力検出信号Ｐp、Ｐ1B、Ｐ1H、Ｐ2B、Ｐ2Hが入力される。
【００４１】
そして、操作レバー６の方向（伸長方向）に応じて、Ｐ1B、Ｐ1Hの中から、Ｐ1B（油圧シリンダ２に圧油が流入する側であるボトム室側）が選択されて、ブーム用流量制御弁４の前後差圧ΔＰ1＝Ｐp−Ｐ1Bが演算される。一方、操作レバー７の方向（縮退方向）に応じて、Ｐ2B、Ｐ2Hの中から、Ｐ2H（油圧シリンダ３に圧油が流入する側であるヘッド室側）が選択されて、アーム用流量制御弁５の前後差圧ΔＰ2＝Ｐp−Ｐ2Hが演算される。
【００４２】
こうして、各前後差圧ΔＰ1、ΔＰ2が演算されると、これらのうちで最小の差圧ΔＰminが選択される。すなわち、ΔＰ1＞ΔＰ2の場合、ΔＰmin＝ΔＰ2となり、ΔＰ1＜ΔＰ2の場合は、ΔＰmin＝ΔＰ1となる。
【００４３】
こうして得られた各駆動軸毎の前後差圧ΔＰ1、ΔＰ2、最小差圧ΔＰminは、補正係数演算手段８ｂに入力される。
【００４４】
補正係数演算手段８ｂでは、ブーム用操作レバー６の操作量Ｖ1を補正するための補正係数Ｋ1を、Ｋ1＝√（ΔＰmin/ΔＰ1）と演算するとともに、アーム用操作レバー７の操作量Ｖ2を補正するための補正係数Ｋ2を、Ｋ2＝√（ΔＰmin/ΔＰ2）と演算する。
【００４５】
駆動指令値補正手段８ｃには、上記補正係数Ｋ1、Ｋ2が入力されるとともに、操作レバー６、７からの駆動指令値としての操作量Ｖ1、Ｖ2が入力される。
【００４６】
そこで、予め設定されている操作ストローク量（流量制御弁４のスプールストローク量）Ｖ1と、流量制御弁４のスプールの開口面積Ａ1との関係に基づき、現在の操作量Ｖ1に対応する開口面積Ａ1が求められる。同様にして、現在の操作量Ｖ2に対応する開口面積Ａ2が求められる。ここで、上記スプールストローク−開口面積の関係は、スプールの形状から一義的に定まるものである。
【００４７】
こうして得られた開口面積Ａ1、Ａ2に対して、上記求められた補正係数Ｋ1、Ｋ2がそれぞれ乗じられ、補正開口面積Ａ1’＝Ａ1・Ｋ1、Ａ2’＝Ａ2・Ｋ2が求められる。
【００４８】
さらに、予め設定された、上記スプールストローク−開口面積の逆の関係より、上記補正開口面積Ａ1’、Ａ2’に対応するスプールストローク量Ｓ1、Ｓ2が求められ、このスプールストローク量Ｓ1、Ｓ2を示す信号が、ブーム用流量制御弁４のメインスプールを駆動する電磁比例パイロット弁１２、アーム用流量制御弁５のメインスプールを駆動する電磁比例パイロット弁１３の各ソレノイドに対して加えられる。この結果、これらパイロット弁１２、１３から、各入力電気信号に比例するパイロット圧が、流量制御弁４、５に対してそれぞれ加えられ、流量制御弁４、５の各メインスプールが、上記補正開口面積Ａ1’Ａ2’になるように駆動される。
【００４９】
以上説明した実施の形態によれば、油圧シリンダの各室ごとに圧力センサを配設しているが、図３（ａ）に示すように、流量制御弁４、５のスプールストローク方向に応じて自動的に油圧シリンダ２、３へ流入する側の圧油の負荷圧を導く管路１４を設け、この管路１４上に、油圧シリンダ２、３に流入する側の圧油の負荷圧Ｐ1、Ｐ2を検出する圧力センサ１０ｃ、１１ｃを設けるようにしてもよい。このようにすることで圧力センサの数を減らすことができる。しかも、この場合には、図４（ａ）に示すように、制御部８の差圧演算手段８ａ’において、図２で必要であった、ボトム側の圧力Ｐ1B（Ｐ2B）と、ヘッド側の圧力Ｐ1H（Ｐ2H）とを選択するための構成を設けなくて済むという効果が得られる。
【００５０】
さらに、図３（ｂ）に示すように、油圧ポンプ１の吐出圧Ｐpと上記流入側負荷圧Ｐ1、Ｐ2との差圧ΔＰ1、ΔＰ2を直接検出する差圧センサ１０ｄ、１１ｄを設けるようにすれば、油圧ポンプ１用の圧力センサ９の配設をも省略することが可能となる。しかも、この場合には、図４（ｂ）に示すように、制御部８の差圧演算手段８ａ’’において、図４（ａ）で必要であった、ポンプ吐出圧Ｐpと、負荷圧Ｐ1（Ｐ2）と差圧ΔＰ1、ΔＰ2を演算するための構成を設けなくて済むという効果が得られる。
【００５１】
さらに、駆動指令値補正手段８ｃ’において、スプールの開口面積の制御を精度よく行いたい場合には、図５（ａ）に示すように、フィードバック制御系を構成してもよい。
【００５２】
すなわち、流量制御弁４、５に、スプールの実際のストローク量Ｓa1、Ｓa2を検出する直線ポテンショ、あるいは磁気式の移動量センサのごときストローク量センサ１５、１６が設けられ、この検出ストローク量Ｓa1、Ｓa2がフィードバック量とされ、駆動指令値Ｓ1、Ｓ2が目標値とされる。そして、この目標値と上記フィードバック量との誤差Ｓ1−Ｓa1、Ｓ2−Ｓa2がとられ、これら誤差に対してフィードバックゲインＧ1、Ｇ2を乗じたものが操作量として電磁比例パイロット弁１２、１３にそれぞれ出力される。このようにして、上記誤差Ｓ1−Ｓa1、Ｓ2−Ｓa2が零になるようなフィードバック制御がなされて、開口面積を目標の開口面積Ａ1’、Ａ2’に精度よく一致させることができる。
【００５３】
また、実ストローク量Ｓa1、Ｓa2を検出する別の方法として、図５（ｂ）に示すように構成してもよい。
【００５４】
すなわち、流量制御弁４、５のメインスプールでは、一端からパイロット圧がかかり、逆側にあるバネと釣り合う位置までストロークする。よって、この駆動指令値補正手段８ｃ’’では、実際のパイロット圧Ｐp1、Ｐp2をパイロット圧センサ１７、１８でそれぞれ検出し、これをバネ定数ｋ１、ｋ2でそれぞれ除算することでバネの変位量（Ｄ1/ｋ1）・Ｐp1、（Ｄ2/ｋ2）・Ｐp2（ただし、Ｄ1、Ｄ2はパイロットの受圧面積である。）を求め、これを実際のストローク量Ｓa1、Ｓa2としている。
【００５５】
以上説明した実施の形態では、流量制御弁４、５を通過する流量のうちで、油圧シリンダ２、３に流入する側の前後差圧を検出する場合について説明したが、流量制御弁４、５を通過する流量のうちで、油圧シリンダ２、３からタンクに流出する側における前後差圧を検出するようにしてもよい。
【００５６】
図６、図７は、タンクに流出する側の流量制御弁４、５の前後差圧を検出する場合の実施の形態の構成について示す図であり、上記図１、図２にそれぞれ対応する図である。
【００５７】
図６が図１と異なるのは、油圧ポンプ１用の圧力センサ９の代わりに、タンクに連通する管路に、タンク圧ＰTを検出する圧力センサ１９を備えている点である。
【００５８】
そして、図７の差圧演算手段８ａでは、操作レバー６の方向（伸長方向）に応じて、Ｐ1B、Ｐ1Hのうちで、Ｐ1H（タンクに流出する側であるヘッド室側）が選択されて、ブーム用流量制御弁４の前後差圧ΔＰ1＝Ｐ1H−ＰTが演算される。一方、操作レバー７の方向（縮退方向）に応じて、Ｐ2B、Ｐ2Hのうちで、Ｐ2B（タンクに流出する側であるボトム室側）が選択されて、アーム用流量制御弁５の前後差圧ΔＰ2＝Ｐ2B−ＰTが演算される。
【００５９】
なお、タンク圧ＰT≒０と考えてよい場合には、タンク圧を検出するための圧力センサ１９等の配設を省略することができる。
【００６０】
また、図３（ｂ）、図４（ｂ）と同様にして、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、油圧シリンダ２、３よりタンクに流出する側の圧油の負荷圧Ｐ1、Ｐ2とタンク圧ＰT（≒０とする）との差圧ΔＰ1、ΔＰ2を直接検出する圧力センサ１０ｅ、１１ｅを設けるようにしてもよい。
【００６１】
また 、以上の実施の形態では、操作レバー６、７が電気レバーであることを想定しているが、もちろん電気レバーの代わりに、従来の油圧式パイロットレバーを使用してもよい。
【００６２】
図９、図１０は、油圧式パイロットレバーを使用した場合の実施の形態の構成について示す図であり、上記図１、図２にそれぞれ対応する図である。
【００６３】
図９に示す油圧式パイロットレバー６、７からは、レバー操作量に比例したパイロット圧が電磁減圧弁２１、２２に対してそれぞれ出力され、これら電磁減圧弁２１、２２を介してパイロット圧が流量制御弁４、５にそれぞれ加えられる。
【００６４】
圧力センサ１０ｄ、１１ｄでは、ポンプ圧Ｐpと油圧シリンダ流入側の負荷圧Ｐ1、Ｐ2との差圧ΔＰ1、ΔＰ2がそれぞれ検出され、これら検出差圧ΔＰ１、ΔＰ2が制御部８にそれぞれ入力される。
【００６５】
一方、図１０の制御部８の差圧演算手段８ａでは、入力された検出差圧ΔＰ１、ΔＰ2の中から、最小差圧ΔＰmin が求められ、補正係数演算手段８ｂでは、各駆動軸毎の差圧と最小差圧の比の平方根√（ΔＰmin/ΔＰ1）、√（ΔＰmin/ΔＰ2）がそれぞれ求められ、これら求められた、０から１．０の値をとる補正係数Ｋ１、Ｋ２を示す信号が、駆動指令値補正手段８ｃである電磁減圧弁２１、２２に対して駆動指令値としてそれぞれ出力される。
【００６６】
電磁減圧弁２１、２２では、その入力される駆動指令値Ｋ1、Ｋ2が１．０の場合、油圧レバー６、７からのパイロット圧が減圧されないように弁が駆動され、さらに、入力される駆動指令値Ｋ1、Ｋ2が０に近ずくに従いパイロット圧が、より大きく減圧されるように駆動される。
【００６７】
このように、最小差圧に比べて、その駆動軸の差圧が大であるほど、つまり、√（ΔＰmin/ΔＰ1）、√（ΔＰmin/ΔＰ2）が小さくなるほど、上記電磁減圧弁２１、２２により、操作レバー６、７から出力されるパイロット圧が、より減じられることになり、流量制御弁４、５の開口面積が、より減じられるため、操作レバーの複合操作時に軽負荷アクチュエータへ多大な圧油の流入がなされることが防止される。
【００６８】
この図９、図１０に示される実施の形態では、パイロット圧に対する流量制御弁の開口面積特性を考慮していないため、図１、図２の構成のものに比較して、完全には圧力補償機能を発揮できない場合もあるが、油圧レバーによって操作される従来の建設機械に対して、圧力センサ、電磁弁、簡単な制御部を追加するだけで、疑似的ながらも圧力補償を実現できるというメリットがあり、コスト低減等が図られることとなる。
【００６９】
以上、可変容量型の油圧ポンプ１から吐出される圧油を、いかにして流量制御弁において、複数の操作レバーの操作量の比に応じて流量分配するかについて説明したが、つぎに、かかる圧力補償制御を行う際において、いかに可変容量型ポンプ１を制御するかについての実施の形態を、以下説明する。
【００７０】
油圧ポンプの制御方式の１つとして、いわゆるポジティブ制御が挙げられる。
【００７１】
このポジティブ制御方式は、オペレータによるレバー操作量を、油圧ポンプへのデマンドとして与える制御方式であり、図１１（ａ）、（ｂ）に示される。
【００７２】
すなわち、制御部８には、操作レバー６、７から操作量としての駆動指令値Ｖ1、Ｖ2が入力されるとともに、エンジン２３の実回転数を検出する回転センサ２４から回転数信号ＲＰＭが、また圧力センサ９からポンプ吐出圧信号Ｐｐが入力される。そして、図１１（ｂ）に示されるように、各駆動指令値Ｖ1、Ｖ2に対応する要求流量Ｑ1、Ｑ2が、駆動指令値−要求流量の関係を示す記憶テーブルより求められ、これらＱ1、Ｑ2を加算したものが総流量Ｑ12とされる。
【００７３】
ここで、油圧ポンプ１は、エンジン２３が現在出力している馬力を越える馬力を出力することができない。つまり、油圧ポンプ１の吐出圧Ｐpと吐出流量Ｑとの関係式であるＰ−Ｑ線図の等馬力カーブ上の最大値Ｑmax によって馬力の最大値が制限される。よって、上記要求総流量Ｑ12と上記最大値Ｑmax のうちで、小さい方が選択され、この選択された流量が油圧ポンプ１において吐出可能な流量Ｑとされる。
【００７４】
一方、ポンプの吐出量Ｑ（ｃｃ/ｍｉｎ）は、１回転当たりの押しのけ容積をｑ（ｃｃ/ｒｅｖ）とすると、Ｑ＝ｑ・ＲＰＭで表される。一方、Ｌを斜板位置（傾転角）、ｋを定数とすると、ｑ＝ｋ・Ｌという関係が成立するから、これら両関係式より、エンジン回転数がＰＲＭであった時に、上記吐出可能な吐出量Ｑを吐出させるためには、Ｌ＝Ｑ/（ｋ・ＲＰＭ）なる吐出指令（斜板位置指令）を、油圧ポンプ１に対して出力すればよいことになる。
【００７５】
これにより、オペレータによるレバー操作に応じた流量の圧油を、油圧ポンプ１から吐出させてやることが可能となり、吐出した圧油に対して前述した流量制御弁４、５による分流制御が行われることになる。
【００７６】
また、図１２（ａ）に示すように、タンクに連通する管路上にアンロード弁２５を設けるようにして、油圧ポンプ１の制御を安定して行わせることもできる。
【００７７】
この場合、操作レバー６、７の中立時には、油圧ポンプ１の最小吐出量がアンロード弁２５を介してタンクに全量流され、操作レバー６、７の操作量Ｖ1、Ｖ2が大きくなるに従い、アンロード弁２５からタンクに流れる流量が、より小さくなるようなアンロード指令値ｕをアンロード弁２５のソレノイドに加えるように、制御部８は、アンロード弁２５を制御する（図１２（ｂ）参照）。この結果、操作レバーの中立からの立ち上がり操作時における応答性が良好なものとなり、作業機の飛び出しを防ぐことができ、安定した油圧ポンプの制御が可能となる。
【００７８】
また、制御部８で得られた最小差圧ΔＰmin が極端に小、あるいはマイナスになった場合に、上記アンロード流量ｕを小とするような制御、あるいは油圧ポンプ１の吐出量Ｑを増加させる制御を加えることにより、最小差圧となった駆動軸での最低差圧を積極的に確保するようにしてもよい（図１２（ｂ）参照）。
【００７９】
さて、油圧ポンプ制御の別の方法として、ロードセンシング制御がある。
【００８０】
このロードセンシング制御は、油圧ポンプの吐出圧が、操作中の油圧アクチュエータの中で最大の負荷圧より所定値だけ高くなるように油圧ポンプの吐出量を制御するというものである。
【００８１】
図１３（ａ）、（ｂ）は、このロードセンシング制御が適用される実施の形態を示している。
【００８２】
すなわち、制御部８には、各流量制御弁４、５の前後差圧ΔＰ1、ΔＰ2が入力され、前述したように差圧演算手段８ａにおいて最小差圧ΔＰmin が求められる。そして、所定の目標差圧ΔＰｒ（例えば２０kg／cm2 ）と、上記最小差圧ΔＰminとの偏差ΔＰr−ΔＰminが求められ、この偏差に制御ゲインＧが乗じられたものを積分処理したものがポンプ斜板位置指令Ｌとされる。このようにして、従来のポンプロードセンシング制御を電気的に実現することが可能となる。
【００８３】
上記ロードセンシング制御では、可変容量型油圧ポンプ１によって、最小差圧ΔＰminを常に一定値ΔＰrに保持しようとしているが、オペレータが多大な流量を要求して油圧ポンプ１で、流量飽和が生じたような場合、所定の最小差圧を保持できなくなってしまうことがある。
【００８４】
しかし、このような状況でも、すでに説明したように、実際の最小差圧ΔＰminを検出して、その値を基準にして分流制御を行うようにしているので、常に、オペレータによるレバー操作の比の通りに分流が可能となる。つまり、電子圧力補償機能が完全に発揮される。
【００８５】
なお、以上説明した実施の形態では、油圧ショベルのような建設機械を想定して説明したが、もちろん任意の油圧駆動機械に適用可能である。また、ブーム、アームといった２つの作業機の制御に適用されることを想定したが、３以上の作業機に適用することも当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施の形態の構成を示す図であって、流量制御弁で、油圧シリンダに流入する側の前後差圧を検出する場合の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、図１に示す圧力センサの他の構成例をそれぞれ示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、図３（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応する制御部の構成例を示すブロック図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、流量制御弁をフィードバック制御する場合の構成例をそれぞれ示すブロック図である。
【図６】図６は本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施の形態の構成を示す図であって、流量制御弁で、タンクに流出する側の前後差圧を検出する場合の構成を示す図である。
【図７】図７は、図６に示す制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、図６に示す圧力センサの他の構成例を示す図、及びこれに対応する制御部の構成例を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施の形態の構成を示す図であって、操作レバーを油圧式レバーとした場合の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に示す制御部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、油圧ポンプの制御を説明するために用いた構成図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、他の油圧ポンプの制御を説明するために用いた構成図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、さらに、他の油圧ポンプの制御を説明するために用いた構成図である。
【符号の説明】
１ 可変容量型油圧ポンプ
２ ブーム用油圧シリンダ
３ アーム用油圧シリンダ
４ ブーム用流量制御弁
５ アーム用流量制御弁
６ ブーム用操作レバー
７ アーム用操作レバー
８ 制御部
９ 油圧ポンプ用圧力センサ
１０ａ、１０ｂ ブーム油圧シリンダ用圧力センサ
１１ａ、１１ｂ アーム油圧シリンダ用圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル、クレーン等の油圧駆動機械において、操作子の操作量に応じて油圧アクチュエータを駆動制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、建設機械のような油圧駆動機械では、複数の操作レバーの操作量を示す駆動指令信号が、対応する複数の操作弁（流量制御弁）に加えられ、これら複数の操作弁の開口面積が上記駆動指令信号に応じて変化され、それによって、対応する複数の油圧アクチュエータが駆動されるという構成がとられる。つまり、複数の操作レバーが同時に操作されると、油圧ポンプの吐出圧油は、複数の圧油供給路上の複数の操作弁を介して複数の油圧アクチュエータに供給され、これら複数の油圧アクチュエータが同時に駆動される。
【０００３】
かかる構成において、複合操作時の油圧アクチュエータの駆動速度のいわゆる負荷依存性を解消する技術として、ロードセンシングシステムと呼ばれるものがある。
【０００４】
このシステムでは、油圧ポンプと流量制御弁との間、あるいは流量制御弁と油圧アクチュエータとの間に、圧力補償弁と呼ばれるバルブが設けられ、流量制御弁を通過する圧油の弁の前後における圧力の差圧が、いずれの駆動軸（建設機械では、ブーム、アーム等のことである）についても同一の値になるように補償するようにしている。つまり、油圧回路の一般公式である、
Ｑ＝ｃ・Ａ・√（ ΔＰ ）
（ただし、Ｑは流量制御弁の絞りを通過する流量、ｃは流量定数、Ａは絞りの開口面積、ΔＰは絞りの前後差圧である）
において、差圧ΔＰが、各駆動軸について同一となるようにすることで、オペレータが指令する駆動指令値（開口面積Ａ）に比例した流量Ｑが得られるようにしている。
【０００５】
また、油圧ポンプの吐出圧が、操作中の油圧アクチュエータの負荷圧の最大値に、上記前後差圧が加算された圧力となるように、油圧ポンプの吐出圧の制御を行うようにしており、これによって複合操作時の各油圧アクチュエータの負荷圧の違いによる速度の変化（負荷圧依存性）が防止される。
【０００６】
一方、このシステムでは、バルブの構造が複雑となり、また油圧の安定性の悪さからハンチングを生じやすいという欠点があった。
【０００７】
そこで、この問題点を解決すべく、特公平６ー４１７６２号公報、特公平６ー４１７６４号公報では、上記圧力補償弁を使用しないでシステムを構成するようにしている。
【０００８】
すなわち、上記公報に記載されたものでは、上記油圧回路の一般公式、
Ｑ＝ｃ・Ａ・√（ ΔＰ ）
を用いて、差圧ΔＰである場合に目標の流量Ｑを実現するための開口面積Ａを、
Ａ＝Ｑ/（ｃ・√（ ΔＰ ） ）
なる関係式から逆算にて求めるようにしている。
【０００９】
このように各油圧アクチュエータにおいて異なる任意の差圧ΔＰに対して、それぞれ目標となる流量を得るために必要な開口面積を上記一般公式から逆計算することによって、複合操作時のアクチュエータ速度の負荷依存性を解消している。
【００１０】
また、圧力補償弁を使用しないで上記負荷依存性を解消できる別の方法として、特開平４ー３５１３０４号公報に開示されたものがある。
【００１１】
この公報に記載のものでは、流量制御弁の前後差圧が最小となっている駆動軸以外の軸の流量制御弁に対する駆動指令値（操作レバーの操作量）を、予め設定された差圧と、当該流量制御弁の前後差圧の検出値との比の平方根を補正係数として、補正している。これによって、前後差圧が大きい駆動軸（負荷が小さい駆動軸）ほど、弁開度（開口面積）が小さくなるように、補正される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記特公平６ー４１７６２号公報、特公平６ー４１７６４号公報に記載のものでは、開口面積Ａを求める際に、前後差圧ΔＰによって割るという処理が必要となる。
【００１３】
しかし、油圧アクチュエータの複合操作中に煩雑に生じる油圧ポンプの流量飽和によって、油圧ポンプと油圧アクチュエータとの間の差圧ΔＰが０（ｋｇ/ｃｍ2）近辺の値となることは、しばしば起こり得る。このような状況下では、上記割り算が不可能になってしまうことがある。
【００１４】
また、零に近い数で割るという演算処理を要するため、その零に近い差圧を検出するための圧力検出器の検出誤差が、演算処理の精度、制御の精度に大きく影響する。このため、一定以上の精度を確保するためには、高精度の圧力検出器が必要となり、コストがかかるという問題があった。
【００１５】
さらに、油圧ポンプの吐出可能量から、各油圧アクチュエータに目標となる流量を配分できるかどうかを判断しているため、上記油圧ポンプの飽和時には各油圧アクチュエータでの目標流量を補正するという煩雑な処理も必要であった。
【００１６】
一方、特開平４ー３５１３０４号公報に記載のものでは、上記のものと同様に、前後差圧ΔＰが補正演算処理をするときに、分母になるため、零（零付近）を分母にすることを避けるために、前後差圧ΔＰが最小となる駆動軸では、かかる補正演算処理をしないような制御を行うようにしている。
【００１７】
しかし、そのために、前後差圧が最小となる駆動軸が切り替わった場合には、補正演算に基づく制御から通常の制御に切り替える必要があり、その切替りの
瞬間において油圧アクチュエータへの駆動指令値が不連続なものとなり、切替り毎にショックが発生するという問題があった。
【００１８】
さらに、この公報記載のものでは、油圧ポンプの制御については、油圧ポンプの吐出圧と、複数の油圧アクチュエータにおける最大の負荷圧との差圧（最小差圧）が、予め設定された差圧となるような、いわゆるポンプロードセンシング制御が不可欠であり、従来のロードセンシングシステムをそのまま電子化するという思想であり、差圧が小さくなったときの対策としては、制御を切るという解決手段によっていた。
【００１９】
本願発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、上記従来技術の問題点をすべて解決することを解決課題とする。すなわち、圧力補償弁を用いない単純な油圧回路で済み、しかも低精度、安価な圧力検出器を使用することが可能であり、しかも、単純な制御によって常に制御の連続性を保持できオペレータや機械部品にショックを与えないで済み、しかも油圧ポンプの制御方式を限定することもなく、複合操作時における油圧アクチュエータの流量の負荷依存性を解消することを解決課題とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および効果】
そこで、本願発明の主たる発明では、油圧ポンプと、複数の操作子に対応して設けられた複数の油圧アクチュエータと、前記操作子の操作量に応じた流量の前記油圧ポンプの吐出圧油を、対応する油圧アクチュエータに供給する複数の操作弁とを有し、前記操作子の操作に応じて、前記油圧アクチュエータを駆動するようにした油圧駆動機械において、
前記操作弁に流入する圧油の圧力と当該操作弁から流出する圧油の圧力との差圧を、各操作弁毎に検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段で検出された差圧のうちで最小の差圧を選択する最小差圧選択手段と、
前記操作弁の検出差圧と前記選択された最小差圧との比に基づき当該操作弁に対応する操作子の操作量を補正するための補正係数を、各操作子毎に演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数演算手段で演算された補正係数によって、対応する操作子の操作量を補正する操作量補正手段と
を具えるようにしている。
【００２１】
すなわち、かかる構成によれば、操作弁の前後の検出差圧と、複数の操作弁の前後差圧の中から選択された最小差圧との比に基づき当該操作弁に対応する操作子の操作量を補正するための補正係数が、各操作子毎に演算される。そして、この演算された補正係数によって、対応する操作子の操作量が補正される。
【００２２】
この結果、前後差圧が大きくなるほど、つまり油圧アクチュエータの負荷が小さくなるほど、その操作弁に対する駆動指令値である操作量が低減され、その操作弁の開口面積は小さくなるので、油圧アクチュエータが軽負荷であるほど、その油圧アクチュエータに対する多大な流量の流れ込みが、より抑制されることになる。これによって、複合操作時の各油圧アクチュエータへの流量配分を、オペレータによって操作された各操作子の操作量の比の通りにすることができる。
【００２３】
より具体的にいえば、油圧回路の上記一般公式Ｑi＝ｃ・Ａi・√（ ΔＰi ） （ただし、ｉは第ｉ番目の油圧アクチュエータ、操作弁、操作子である）を用いて、開口面積Ａiを示す操作量（駆動指令値）を、補正係数Ｋi＝√（ΔＰmin/ΔＰi）で補正することになる。すると、操作弁ｉを流れ、油圧アクチュエータｉに供給される流量Ｑiは、Ｑi＝ｃ・Ａi・Ｋi・√（ ΔＰi ）＝ｃ・Ａi・√（ΔＰmin/ΔＰi）・√（ ΔＰi ）＝ｃ・Ａi・√（ΔＰmin）となり、ΔＰiの項が打ち消し合うことになる。なお、ここで、ΔＰminは、最小差圧である。
【００２４】
すなわち、第ｉ番目の油圧アクチュエータに供給される流量Ｑiは、どの油圧アクチュエータについても共通の最小差圧ΔＰminを基準にして、開口面積指令値Ａiの大きさのみによって決定されることになる。
【００２５】
ここで、圧力補償弁を使用する従来技術と本願発明とを比較してみると、本願発明では、従来のように、圧力補償弁を用いることなく、複合操作時における油圧アクチュエータの負荷依存性が解消されているのがわかる。つまり、圧力補償弁を用いない単純な油圧回路で済み、コストが低減される。
【００２６】
また、上記特公平６ー４１７６２号公報、特公平６ー４１７６４号公報に示される従来技術あるいは上記特開平４ー３５１３０４号公報に示される発明とを比較してみると、これら従来技術では、零ないしは零に近い差圧値ΔＰを分母とする除算を行う必要があり、この除算においては分母と分子の値が必ずしも同一の値になることはなく、また分子の値の方が分母の値よりもかなり大きな値をとる。このため、上記除算において「ゼロ割り」やオーバーフローが発生してしまい演算処理が不可能となり制御が不可能となる事態も起こり得る。これに対して本願発明では、最小差圧を、各操作弁の検出差圧ΔＰで除算する構成をとっているため、検出差圧である分母は最小差圧である分子よりも必ず大きくなるか一致することから上記除算において「ゼロ割り」やオーバーフローが発生してしまうことがなく演算処理が不可能となり制御が不可能となる事態は生じ得ない。
【００２７】
しかも、零に近い数で割るとき（検出差圧が最小差圧のとき）は、分子の方も同じ最小差圧となって必ず１になり、検出誤差中に含まれる誤差が相殺される。一方、最小差圧以外の検出差圧で割るときも、分子の最小差圧よりも分母の検出差圧の方が大きいため、検出誤差の影響が少なくて済む。つまり、差圧を正確に検出するための高精度な圧力検出器を要しないで済む。つまり、低精度、安価な圧力検出器を使用したとしても、一定以上の精度が確保されるため、コストが低減されるという効果が得られる。
【００２８】
しかも、本願発明では、従来技術のように、前後差圧が最小となる駆動軸が切り替わる毎に、補正演算に基づく制御から通常の制御に切り替えるようにしておらず、常に、最小差圧を、各操作弁の検出差圧ΔＰで除算する補正演算による制御を行うようにしているため、制御の切替りの瞬間において油圧アクチュエータへの駆動指令値が連続なものとなり、切替り毎にショックが発生するという従来の問題点が解決され、単純な制御によって常に制御の連続性を保持できオペレータや機械部品にショックを与えないで済むという効果が得られる。しかも、本願発明によれば、油圧ポンプの制御方式を何ら限定することもない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施の形態について説明する。
【００３０】
なお、この実施の形態では、油圧駆動機械として油圧ショベルのような建設機械を想定している。
【００３１】
図１は、油圧ショベルの制御装置の構成を示している。
【００３２】
同図に示すように、この装置は、図示せぬエンジンによって駆動され、制御部８から出力される駆動指令に応じて斜板傾転角が変化され、これによって吐出流量が変化される可変容量型の油圧ポンプ１と、２つの操作子としての操作レバー６、７にそれぞれ対応して設けられた２つの油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ２、３と、油圧ポンプ１と上記油圧シリンダ２、３との間の２つの圧油供給路３１、３２にそれぞれ設けられ、制御部８から出力される駆動指令Ｓ1、Ｓ2に応じて、その開口面積が変化され、その変化された開口面積に応じた流量の圧油を、それぞれ対応する油圧シリンダ２、３に供給する２つの操作弁としての流量制御弁４、５と、上記操作レバー６、７の操作量Ｖ1、Ｖ2を、後述するように補正する等の処理を行い、この補正された操作量に応じた駆動指令信号Ｓ1、Ｓ2を、それぞれ対応する流量制御弁４、５に対して出力し、それに応じて、それぞれ対応する油圧シリンダ２、３を駆動制御する制御部８とから構成されている。
【００３３】
上記操作レバー６は、図示せぬ作業機であるブーム（油圧シリンダ２に接続されている）を駆動させるための電気レバーであり、オペレータが操作した量に比例した電気信号を出力するものであり、同様に操作レバー７は、図示せぬ作業機であるアーム（油圧シリンダ３に接続されている）を駆動させるための電気レバーであり、オペレータが操作した量に比例した電気信号を出力するものである。
【００３４】
上記圧油供給路３１、３２に分岐される圧油供給路３０上には、油圧ポンプ１の吐出圧Ｐpを検出する圧力センサ９が配設されている。
【００３５】
また、圧油供給路３１のうち、油圧シリンダ２のボトム室に連通する供給路上、同シリンダ２のヘッド室に連通する供給路上には、それぞれブームの負荷圧Ｐ1B、Ｐ1Hを検出する圧力センサ１０ａ、１０ｂが配設されている。
【００３６】
同様に、圧油供給路３２のうち、油圧シリンダ３のボトム室に連通する供給路上、同シリンダ３のヘッド室に連通する供給路上には、それぞれアームの負荷圧Ｐ2B、Ｐ2Hを検出する圧力センサ１1ａ、１1ｂが配設されている。
【００３７】
これら各圧力センサの検出信号は、上記操作レバー６、７の操作量を示す電気信号とともに、制御部８に入力され、図２に示される処理が実行される。
【００３８】
図２は、制御部８で行われる演算処理を説明するブロック図である。なお、この図２では、説明の便宜のため演算処理が各演算器で行われるものとして説明しているが、もちろん全てソフトウエアで処理するようにしてもよい。
【００３９】
いま、図２の矢印に示すように、操作レバー６がブーム用油圧シリンダ２を伸長させる方向に操作されており、操作レバー７がアーム用油圧シリンダ３を縮退させる方向に操作されている場合を想定する。
【００４０】
制御部８の差圧演算手段８ａには、操作レバー６、７の操作量Ｖ1、Ｖ2を示す信号、圧力センサ９、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂの各圧力検出信号Ｐp、Ｐ1B、Ｐ1H、Ｐ2B、Ｐ2Hが入力される。
【００４１】
そして、操作レバー６の方向（伸長方向）に応じて、Ｐ1B、Ｐ1Hの中から、Ｐ1B（油圧シリンダ２に圧油が流入する側であるボトム室側）が選択されて、ブーム用流量制御弁４の前後差圧ΔＰ1＝Ｐp−Ｐ1Bが演算される。一方、操作レバー７の方向（縮退方向）に応じて、Ｐ2B、Ｐ2Hの中から、Ｐ2H（油圧シリンダ３に圧油が流入する側であるヘッド室側）が選択されて、アーム用流量制御弁５の前後差圧ΔＰ2＝Ｐp−Ｐ2Hが演算される。
【００４２】
こうして、各前後差圧ΔＰ1、ΔＰ2が演算されると、これらのうちで最小の差圧ΔＰminが選択される。すなわち、ΔＰ1＞ΔＰ2の場合、ΔＰmin＝ΔＰ2となり、ΔＰ1＜ΔＰ2の場合は、ΔＰmin＝ΔＰ1となる。
【００４３】
こうして得られた各駆動軸毎の前後差圧ΔＰ1、ΔＰ2、最小差圧ΔＰminは、補正係数演算手段８ｂに入力される。
【００４４】
補正係数演算手段８ｂでは、ブーム用操作レバー６の操作量Ｖ1を補正するための補正係数Ｋ1を、Ｋ1＝√（ΔＰmin/ΔＰ1）と演算するとともに、アーム用操作レバー７の操作量Ｖ2を補正するための補正係数Ｋ2を、Ｋ2＝√（ΔＰmin/ΔＰ2）と演算する。
【００４５】
駆動指令値補正手段８ｃには、上記補正係数Ｋ1、Ｋ2が入力されるとともに、操作レバー６、７からの駆動指令値としての操作量Ｖ1、Ｖ2が入力される。
【００４６】
そこで、予め設定されている操作ストローク量（流量制御弁４のスプールストローク量）Ｖ1と、流量制御弁４のスプールの開口面積Ａ1との関係に基づき、現在の操作量Ｖ1に対応する開口面積Ａ1が求められる。同様にして、現在の操作量Ｖ2に対応する開口面積Ａ2が求められる。ここで、上記スプールストローク−開口面積の関係は、スプールの形状から一義的に定まるものである。
【００４７】
こうして得られた開口面積Ａ1、Ａ2に対して、上記求められた補正係数Ｋ1、Ｋ2がそれぞれ乗じられ、補正開口面積Ａ1’＝Ａ1・Ｋ1、Ａ2’＝Ａ2・Ｋ2が求められる。
【００４８】
さらに、予め設定された、上記スプールストローク−開口面積の逆の関係より、上記補正開口面積Ａ1’、Ａ2’に対応するスプールストローク量Ｓ1、Ｓ2が求められ、このスプールストローク量Ｓ1、Ｓ2を示す信号が、ブーム用流量制御弁４のメインスプールを駆動する電磁比例パイロット弁１２、アーム用流量制御弁５のメインスプールを駆動する電磁比例パイロット弁１３の各ソレノイドに対して加えられる。この結果、これらパイロット弁１２、１３から、各入力電気信号に比例するパイロット圧が、流量制御弁４、５に対してそれぞれ加えられ、流量制御弁４、５の各メインスプールが、上記補正開口面積Ａ1’Ａ2’になるように駆動される。
【００４９】
以上説明した実施の形態によれば、油圧シリンダの各室ごとに圧力センサを配設しているが、図３（ａ）に示すように、流量制御弁４、５のスプールストローク方向に応じて自動的に油圧シリンダ２、３へ流入する側の圧油の負荷圧を導く管路１４を設け、この管路１４上に、油圧シリンダ２、３に流入する側の圧油の負荷圧Ｐ1、Ｐ2を検出する圧力センサ１０ｃ、１１ｃを設けるようにしてもよい。このようにすることで圧力センサの数を減らすことができる。しかも、この場合には、図４（ａ）に示すように、制御部８の差圧演算手段８ａ’において、図２で必要であった、ボトム側の圧力Ｐ1B（Ｐ2B）と、ヘッド側の圧力Ｐ1H（Ｐ2H）とを選択するための構成を設けなくて済むという効果が得られる。
【００５０】
さらに、図３（ｂ）に示すように、油圧ポンプ１の吐出圧Ｐpと上記流入側負荷圧Ｐ1、Ｐ2との差圧ΔＰ1、ΔＰ2を直接検出する差圧センサ１０ｄ、１１ｄを設けるようにすれば、油圧ポンプ１用の圧力センサ９の配設をも省略することが可能となる。しかも、この場合には、図４（ｂ）に示すように、制御部８の差圧演算手段８ａ’’において、図４（ａ）で必要であった、ポンプ吐出圧Ｐpと、負荷圧Ｐ1（Ｐ2）と差圧ΔＰ1、ΔＰ2を演算するための構成を設けなくて済むという効果が得られる。
【００５１】
さらに、駆動指令値補正手段８ｃ’において、スプールの開口面積の制御を精度よく行いたい場合には、図５（ａ）に示すように、フィードバック制御系を構成してもよい。
【００５２】
すなわち、流量制御弁４、５に、スプールの実際のストローク量Ｓa1、Ｓa2を検出する直線ポテンショ、あるいは磁気式の移動量センサのごときストローク量センサ１５、１６が設けられ、この検出ストローク量Ｓa1、Ｓa2がフィードバック量とされ、駆動指令値Ｓ1、Ｓ2が目標値とされる。そして、この目標値と上記フィードバック量との誤差Ｓ1−Ｓa1、Ｓ2−Ｓa2がとられ、これら誤差に対してフィードバックゲインＧ1、Ｇ2を乗じたものが操作量として電磁比例パイロット弁１２、１３にそれぞれ出力される。このようにして、上記誤差Ｓ1−Ｓa1、Ｓ2−Ｓa2が零になるようなフィードバック制御がなされて、開口面積を目標の開口面積Ａ1’、Ａ2’に精度よく一致させることができる。
【００５３】
また、実ストローク量Ｓa1、Ｓa2を検出する別の方法として、図５（ｂ）に示すように構成してもよい。
【００５４】
すなわち、流量制御弁４、５のメインスプールでは、一端からパイロット圧がかかり、逆側にあるバネと釣り合う位置までストロークする。よって、この駆動指令値補正手段８ｃ’’では、実際のパイロット圧Ｐp1、Ｐp2をパイロット圧センサ１７、１８でそれぞれ検出し、これをバネ定数ｋ１、ｋ2でそれぞれ除算することでバネの変位量（Ｄ1/ｋ1）・Ｐp1、（Ｄ2/ｋ2）・Ｐp2（ただし、Ｄ1、Ｄ2はパイロットの受圧面積である。）を求め、これを実際のストローク量Ｓa1、Ｓa2としている。
【００５５】
以上説明した実施の形態では、流量制御弁４、５を通過する流量のうちで、油圧シリンダ２、３に流入する側の前後差圧を検出する場合について説明したが、流量制御弁４、５を通過する流量のうちで、油圧シリンダ２、３からタンクに流出する側における前後差圧を検出するようにしてもよい。
【００５６】
図６、図７は、タンクに流出する側の流量制御弁４、５の前後差圧を検出する場合の実施の形態の構成について示す図であり、上記図１、図２にそれぞれ対応する図である。
【００５７】
図６が図１と異なるのは、油圧ポンプ１用の圧力センサ９の代わりに、タンクに連通する管路に、タンク圧ＰTを検出する圧力センサ１９を備えている点である。
【００５８】
そして、図７の差圧演算手段８ａでは、操作レバー６の方向（伸長方向）に応じて、Ｐ1B、Ｐ1Hのうちで、Ｐ1H（タンクに流出する側であるヘッド室側）が選択されて、ブーム用流量制御弁４の前後差圧ΔＰ1＝Ｐ1H−ＰTが演算される。一方、操作レバー７の方向（縮退方向）に応じて、Ｐ2B、Ｐ2Hのうちで、Ｐ2B（タンクに流出する側であるボトム室側）が選択されて、アーム用流量制御弁５の前後差圧ΔＰ2＝Ｐ2B−ＰTが演算される。
【００５９】
なお、タンク圧ＰT≒０と考えてよい場合には、タンク圧を検出するための圧力センサ１９等の配設を省略することができる。
【００６０】
また、図３（ｂ）、図４（ｂ）と同様にして、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、油圧シリンダ２、３よりタンクに流出する側の圧油の負荷圧Ｐ1、Ｐ2とタンク圧ＰT（≒０とする）との差圧ΔＰ1、ΔＰ2を直接検出する圧力センサ１０ｅ、１１ｅを設けるようにしてもよい。
【００６１】
また 、以上の実施の形態では、操作レバー６、７が電気レバーであることを想定しているが、もちろん電気レバーの代わりに、従来の油圧式パイロットレバーを使用してもよい。
【００６２】
図９、図１０は、油圧式パイロットレバーを使用した場合の実施の形態の構成について示す図であり、上記図１、図２にそれぞれ対応する図である。
【００６３】
図９に示す油圧式パイロットレバー６、７からは、レバー操作量に比例したパイロット圧が電磁減圧弁２１、２２に対してそれぞれ出力され、これら電磁減圧弁２１、２２を介してパイロット圧が流量制御弁４、５にそれぞれ加えられる。
【００６４】
圧力センサ１０ｄ、１１ｄでは、ポンプ圧Ｐpと油圧シリンダ流入側の負荷圧Ｐ1、Ｐ2との差圧ΔＰ1、ΔＰ2がそれぞれ検出され、これら検出差圧ΔＰ１、ΔＰ2が制御部８にそれぞれ入力される。
【００６５】
一方、図１０の制御部８の差圧演算手段８ａでは、入力された検出差圧ΔＰ１、ΔＰ2の中から、最小差圧ΔＰmin が求められ、補正係数演算手段８ｂでは、各駆動軸毎の差圧と最小差圧の比の平方根√（ΔＰmin/ΔＰ1）、√（ΔＰmin/ΔＰ2）がそれぞれ求められ、これら求められた、０から１．０の値をとる補正係数Ｋ１、Ｋ２を示す信号が、駆動指令値補正手段８ｃである電磁減圧弁２１、２２に対して駆動指令値としてそれぞれ出力される。
【００６６】
電磁減圧弁２１、２２では、その入力される駆動指令値Ｋ1、Ｋ2が１．０の場合、油圧レバー６、７からのパイロット圧が減圧されないように弁が駆動され、さらに、入力される駆動指令値Ｋ1、Ｋ2が０に近ずくに従いパイロット圧が、より大きく減圧されるように駆動される。
【００６７】
このように、最小差圧に比べて、その駆動軸の差圧が大であるほど、つまり、√（ΔＰmin/ΔＰ1）、√（ΔＰmin/ΔＰ2）が小さくなるほど、上記電磁減圧弁２１、２２により、操作レバー６、７から出力されるパイロット圧が、より減じられることになり、流量制御弁４、５の開口面積が、より減じられるため、操作レバーの複合操作時に軽負荷アクチュエータへ多大な圧油の流入がなされることが防止される。
【００６８】
この図９、図１０に示される実施の形態では、パイロット圧に対する流量制御弁の開口面積特性を考慮していないため、図１、図２の構成のものに比較して、完全には圧力補償機能を発揮できない場合もあるが、油圧レバーによって操作される従来の建設機械に対して、圧力センサ、電磁弁、簡単な制御部を追加するだけで、疑似的ながらも圧力補償を実現できるというメリットがあり、コスト低減等が図られることとなる。
【００６９】
以上、可変容量型の油圧ポンプ１から吐出される圧油を、いかにして流量制御弁において、複数の操作レバーの操作量の比に応じて流量分配するかについて説明したが、つぎに、かかる圧力補償制御を行う際において、いかに可変容量型ポンプ１を制御するかについての実施の形態を、以下説明する。
【００７０】
油圧ポンプの制御方式の１つとして、いわゆるポジティブ制御が挙げられる。
【００７１】
このポジティブ制御方式は、オペレータによるレバー操作量を、油圧ポンプへのデマンドとして与える制御方式であり、図１１（ａ）、（ｂ）に示される。
【００７２】
すなわち、制御部８には、操作レバー６、７から操作量としての駆動指令値Ｖ1、Ｖ2が入力されるとともに、エンジン２３の実回転数を検出する回転センサ２４から回転数信号ＲＰＭが、また圧力センサ９からポンプ吐出圧信号Ｐｐが入力される。そして、図１１（ｂ）に示されるように、各駆動指令値Ｖ1、Ｖ2に対応する要求流量Ｑ1、Ｑ2が、駆動指令値−要求流量の関係を示す記憶テーブルより求められ、これらＱ1、Ｑ2を加算したものが総流量Ｑ12とされる。
【００７３】
ここで、油圧ポンプ１は、エンジン２３が現在出力している馬力を越える馬力を出力することができない。つまり、油圧ポンプ１の吐出圧Ｐpと吐出流量Ｑとの関係式であるＰ−Ｑ線図の等馬力カーブ上の最大値Ｑmax によって馬力の最大値が制限される。よって、上記要求総流量Ｑ12と上記最大値Ｑmax のうちで、小さい方が選択され、この選択された流量が油圧ポンプ１において吐出可能な流量Ｑとされる。
【００７４】
一方、ポンプの吐出量Ｑ（ｃｃ/ｍｉｎ）は、１回転当たりの押しのけ容積をｑ（ｃｃ/ｒｅｖ）とすると、Ｑ＝ｑ・ＲＰＭで表される。一方、Ｌを斜板位置（傾転角）、ｋを定数とすると、ｑ＝ｋ・Ｌという関係が成立するから、これら両関係式より、エンジン回転数がＰＲＭであった時に、上記吐出可能な吐出量Ｑを吐出させるためには、Ｌ＝Ｑ/（ｋ・ＲＰＭ）なる吐出指令（斜板位置指令）を、油圧ポンプ１に対して出力すればよいことになる。
【００７５】
これにより、オペレータによるレバー操作に応じた流量の圧油を、油圧ポンプ１から吐出させてやることが可能となり、吐出した圧油に対して前述した流量制御弁４、５による分流制御が行われることになる。
【００７６】
また、図１２（ａ）に示すように、タンクに連通する管路上にアンロード弁２５を設けるようにして、油圧ポンプ１の制御を安定して行わせることもできる。
【００７７】
この場合、操作レバー６、７の中立時には、油圧ポンプ１の最小吐出量がアンロード弁２５を介してタンクに全量流され、操作レバー６、７の操作量Ｖ1、Ｖ2が大きくなるに従い、アンロード弁２５からタンクに流れる流量が、より小さくなるようなアンロード指令値ｕをアンロード弁２５のソレノイドに加えるように、制御部８は、アンロード弁２５を制御する（図１２（ｂ）参照）。この結果、操作レバーの中立からの立ち上がり操作時における応答性が良好なものとなり、作業機の飛び出しを防ぐことができ、安定した油圧ポンプの制御が可能となる。
【００７８】
また、制御部８で得られた最小差圧ΔＰmin が極端に小、あるいはマイナスになった場合に、上記アンロード流量ｕを小とするような制御、あるいは油圧ポンプ１の吐出量Ｑを増加させる制御を加えることにより、最小差圧となった駆動軸での最低差圧を積極的に確保するようにしてもよい（図１２（ｂ）参照）。
【００７９】
さて、油圧ポンプ制御の別の方法として、ロードセンシング制御がある。
【００８０】
このロードセンシング制御は、油圧ポンプの吐出圧が、操作中の油圧アクチュエータの中で最大の負荷圧より所定値だけ高くなるように油圧ポンプの吐出量を制御するというものである。
【００８１】
図１３（ａ）、（ｂ）は、このロードセンシング制御が適用される実施の形態を示している。
【００８２】
すなわち、制御部８には、各流量制御弁４、５の前後差圧ΔＰ1、ΔＰ2が入力され、前述したように差圧演算手段８ａにおいて最小差圧ΔＰmin が求められる。そして、所定の目標差圧ΔＰｒ（例えば２０kg／cm2 ）と、上記最小差圧ΔＰminとの偏差ΔＰr−ΔＰminが求められ、この偏差に制御ゲインＧが乗じられたものを積分処理したものがポンプ斜板位置指令Ｌとされる。このようにして、従来のポンプロードセンシング制御を電気的に実現することが可能となる。
【００８３】
上記ロードセンシング制御では、可変容量型油圧ポンプ１によって、最小差圧ΔＰminを常に一定値ΔＰrに保持しようとしているが、オペレータが多大な流量を要求して油圧ポンプ１で、流量飽和が生じたような場合、所定の最小差圧を保持できなくなってしまうことがある。
【００８４】
しかし、このような状況でも、すでに説明したように、実際の最小差圧ΔＰminを検出して、その値を基準にして分流制御を行うようにしているので、常に、オペレータによるレバー操作の比の通りに分流が可能となる。つまり、電子圧力補償機能が完全に発揮される。
【００８５】
なお、以上説明した実施の形態では、油圧ショベルのような建設機械を想定して説明したが、もちろん任意の油圧駆動機械に適用可能である。また、ブーム、アームといった２つの作業機の制御に適用されることを想定したが、３以上の作業機に適用することも当然可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施の形態の構成を示す図であって、流量制御弁で、油圧シリンダに流入する側の前後差圧を検出する場合の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、図１に示す圧力センサの他の構成例をそれぞれ示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、図３（ａ）、（ｂ）にそれぞれ対応する制御部の構成例を示すブロック図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、流量制御弁をフィードバック制御する場合の構成例をそれぞれ示すブロック図である。
【図６】図６は本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施の形態の構成を示す図であって、流量制御弁で、タンクに流出する側の前後差圧を検出する場合の構成を示す図である。
【図７】図７は、図６に示す制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、図６に示す圧力センサの他の構成例を示す図、及びこれに対応する制御部の構成例を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施の形態の構成を示す図であって、操作レバーを油圧式レバーとした場合の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に示す制御部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、油圧ポンプの制御を説明するために用いた構成図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、他の油圧ポンプの制御を説明するために用いた構成図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、さらに、他の油圧ポンプの制御を説明するために用いた構成図である。
【符号の説明】
１ 可変容量型油圧ポンプ
２ ブーム用油圧シリンダ
３ アーム用油圧シリンダ
４ ブーム用流量制御弁
５ アーム用流量制御弁
６ ブーム用操作レバー
７ アーム用操作レバー
８ 制御部
９ 油圧ポンプ用圧力センサ
１０ａ、１０ｂ ブーム油圧シリンダ用圧力センサ
１１ａ、１１ｂ アーム油圧シリンダ用圧力センサ
Claims (6)
- 油圧ポンプと、複数の操作子に対応して設けられた複数の油圧アクチュエータと、前記操作子の操作量に応じた流量の前記油圧ポンプの吐出圧油を、対応する油圧アクチュエータに供給する複数の操作弁とを有し、前記操作子の操作に応じて、前記油圧アクチュエータを駆動するようにした油圧駆動機械において、
前記操作弁に流入する圧油の圧力と当該操作弁から流出する圧油の圧力との差圧を、各操作弁毎に検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段で検出された差圧のうちで最小の差圧を選択する最小差圧選択手段と、
前記操作弁の検出差圧と前記選択された最小差圧との比に基づき当該操作弁に対応する操作子の操作量を補正するための補正係数を、各操作子毎に演算する補正係数演算手段と、
前記補正係数演算手段で演算された補正係数によって、対応する操作子の操作量を補正する操作量補正手段と
を具えた油圧駆動機械の制御装置。 - 前記補正係数は、最小の差圧をΔＰmin、操作弁ｉの検出差圧をΔＰiとしたとき、√（ΔＰmin/ΔＰi）で表されるものである請求項１記載の油圧駆動機械の制御装置。
- 前記差圧検出手段は、前記操作弁の絞りのうち、前記油圧アクチュエータに圧油が流入する側の絞りの前後の圧力の差圧を検出するものである請求項１記載の油圧駆動機械の制御装置。
- 前記差圧検出手段は、前記操作弁の絞りのうち、前記油圧アクチュエータから圧油が流出する側の絞りの前後の圧力の差圧を検出するものである請求項１記載の油圧駆動機械の制御装置。
- 前記操作弁は、開口面積に応じた流量の圧油を前記油圧アクチュエータに供給するものであり、前記操作子は前記操作弁の開口面積の大きさを操作量として出力するものであり、前記操作量補正手段は、前記操作子の操作量としての開口面積に、前記補正係数を乗算することにより補正操作量を求めるものである請求項１記載の油圧駆動機械の制御装置。
- 前記操作弁は、前記操作量補正手段によって補正された補正操作量に応じたスプールの駆動量を目標値とし、当該スプールの実際の駆動量をフィードバック量として、その駆動量がフィードバック制御されるものである請求項１記載の油圧駆動機械の制御装置。
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