JP4295630B2 - 油圧式建設機械の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧式建設機械の制御装置に係り、特に、油圧回路に備えられた電磁比例弁と当該電磁比例弁の駆動を制御する制御回路とを接続する配線の短絡及び断線を検出する手段に関する。

従来より、油圧回路に備えられた電磁比例弁の制御装置として、図３に示すように、指令された制御目標値に対応する目標電流値の出力及び指令された制御目標値に基づくデューティの演算並びに配線の短絡及び断線の監視を行うコントローラ（ＣＰＵ）１０１と、コントローラ１０１から出力される目標電流値をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部１０２と、Ｄ／Ａ変換された信号を多チャンネルの電磁比例弁の各チャンネルごとに振り分ける第１マルチプレクサ１０３と、目標電圧値を保持する目標電圧保持部１０４と、目標電圧値とフィードバック電圧値とを比較して多チャンネルの電磁比例弁１０４の各コイルに供給される励磁電流をフィードバック制御する積分加算部１０５と、コントローラ１０１にて演算されたデューティのＰＷＭ出力を形成するＰＷＭ変換部１０６と、形成されたＰＷＭ出力に応じた励磁電流を形成する第１増幅部１０７と、形成された励磁電流をコイルに通電することにより駆動される多チャンネルの電磁比例弁１０８と、多チャンネルの電磁比例弁１０８の各コイルに流れる励磁電流を電圧に変換する電圧変換部１０９と、脈動する電圧変換部１０９の出力を平滑化する平滑部１１０と、電流電圧変換された多チャンネルの出力を選択する第２マルチプレクサ１１１と、選択された出力を増幅する第２増幅部１１２と、増幅された前記電圧変換部１０９の出力をＡ／Ｄ変換してコントローラ１０１に出力するＡ／Ｄ変換部１１３とを備えたものが提案されている（例えば特許文献１参照。）。

この制御装置は、電磁比例弁１０８の入力信号と出力信号とを検出することにより、第１増幅部１０７と電磁比例弁１０８とを接続する配線ａの断線、当該配線ａの短絡、電磁比例弁１０８と電圧変換部１０９とを接続する配線ｂの断線、当該配線ｂの短絡及び配線ａ，ｂの接続を検出することができ、配線ａ，ｂに異常を生じた場合における電磁比例弁１０８への励磁電流の遮断を制御することができる。
特開２００１−０２８３１１

しかるに、前記従来例に係る制御装置は、電磁比例弁１０８の駆動を、コントローラ１０１、Ｄ／Ａ変換部１０２、第１マルチプレクサ１０３、目標電圧保持部１０４、積分加算部１０５、ＰＷＭ変換部１０６、第１増幅部１０７、電磁比例弁１０８及び電圧変換部１０９からなるハードウエアでフィードバック制御し、各配線ａ，ｂの異常監視を、電圧変換部１０９、平滑部１１０、第２マルチプレクサ１１１、第２増幅部１１２及びＡ／Ｄ変換部１１３を介してコントローラ１０１に入力される信号に基づいてソフトウエアにより行うので、電磁比例弁１０８の駆動制御速度に比べて配線ａ，ｂの異常監視速度が遅く、各配線ａ，ｂに異常が発生したときに電磁比例弁１０８の駆動を適正かつ迅速に制御することが困難で、例えばフロント部材が意図しない方向に動作するなどの不都合を起こしやすいという問題がある。

即ち、前記従来例に係る制御装置は、積分加算部１０５が電圧変換部１０９の出力電圧に基づいて電磁比例弁１０８に供給される励磁電流をフィードバック制御する構成であるため、配線ｂが車体グランドに短絡又は断線し、電圧変換部１０９の入力電流及び出力電圧がゼロになると、積分加算部１０５へのフィードバック電圧もゼロになって、積分加算部１０５の出力電圧が大きくなるので、ＰＷＭ変換部１０６からのＰＷＭ出力が大きくなり、電磁比例弁１０８に供給される励磁電流が増加する。そして、上記のように前記従来例に係る制御装置は、電磁比例弁１０８の駆動制御速度に比べて配線ａ，ｂの異常監視速度が遅いために、コントローラ１０１による電磁比例弁１０８の停止制御が電磁比例弁１０８に供給される励磁電流の増加に追いつかず、建設機械のフロント部材が意図しない方向に動作するなどの安全上の問題を生じる。

特に、前記従来例に係る制御装置は、配線ａの断線、配線ａの短絡、配線ｂの断線、配線ｂの短絡及び配線ａ，ｂの接続の全てについて検出しているので、配線ａ，ｂの異常監視にことさら長時間を要し、電磁比例弁８の駆動を適正かつ迅速に制御することが難しい。

本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、電磁比例弁と電圧変換部とを接続する配線の短絡又は断線を検出することができ、当該配線の短絡又は断線が検出されたとき速やかに電磁比例弁の駆動を停止可能な油圧式建設機械の制御装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、油圧式建設機械の制御装置を、指令された制御目標値に基づくデューティの演算並びに配線の短絡及び断線を監視するコントローラと、演算されたデューティのＰＷＭ出力を形成するＰＷＭ変換部と、形成されたＰＷＭ出力に応じた励磁電流を形成する第１増幅部と、形成された励磁電流をコイルに通電することにより駆動される電磁比例弁と、コイルに流れる励磁電流を電圧に変換する電圧変換部と、当該電圧変換部の出力を前記ＰＷＭ出力に同期して積分する積分部と、当該積分部の出力値をデジタル化して前記コントローラに出力するＡ／Ｄ変換部とを備えた油圧式建設機械の制御装置において、前記電圧変換部及び前記積分部の出力に所定電圧を加算する電圧加算部を付加すると共に、前記コントローラにて前記Ａ／Ｄ変換部の出力値が前記所定電圧よりも高いか低いか同じであるかの判定と前記ＰＷＭ変換部から前記ＰＷＭ出力が出力されているか否かの判定を行い、前記Ａ／Ｄ変換部の出力値が前記所定電圧よりも低いと判定された場合には、前記電磁比例弁と前記電圧変換部とを接続する配線の短絡が検出されたとして前記ＰＷＭ変換部からの前記ＰＷＭ出力の出力を停止し、前記Ａ／Ｄ変換部の出力値が前記所定電圧と同じであると判定され、かつ、前記ＰＷＭ変換部から前記ＰＷＭ出力が出力されていると判定された場合には、前記配線の断線が検出されたとするという構成にした。

このように、油圧回路に備えられた電磁比例弁の制御装置を、指令された制御目標値に基づくデューティの演算並びに配線の短絡及び断線を監視するコントローラと、演算されたデューティのＰＷＭ出力を形成するＰＷＭ変換部と、形成されたＰＷＭ出力に応じた励磁電流を形成する第１増幅部と、形成された励磁電流をコイルに通電することにより駆動される電磁比例弁と、コイルに流れる励磁電流を電圧に変換する電圧変換部と、当該電圧変換部の出力を前記ＰＷＭ出力に同期して積分する積分部と、当該積分部の出力値をデジタル化して前記コントローラに出力するＡ／Ｄ変換部とを備える構成にすると、コントローラに記憶されたソフトウエアにより電磁比例弁の励磁電流をフィードバック制御することができるので、電磁比例弁と電圧変換部とを接続する配線の短絡又は断線の検出とＰＷＭ変換部の停止制御をソフトウエア上で行うことができる。よって、配線の異常監視の遅れによる励磁電流の増加を防止することができ、フロント部材が意図しない方向に動作する等の不都合を確実に防止することができて、建設機械の安全性を高めることができる。また、電磁比例弁と電圧変換部とを接続する配線の短絡又は断線のみを検出することにより、配線の異常監視ひいてはＰＷＭ変換部の駆動制御を迅速化できるので、配線の異常に起因する建設機械の異常動作を確実に防止することができる。

加えて、電圧加算部にて電圧変換部及び積分部の出力に所定電圧を加算し、コントローラにてＡ／Ｄ変換部の出力値が所定電圧よりも高いか低いか同じであるかの判定とＰＷＭ変換部からＰＷＭ出力が出力されているか否かの判定を行うと、Ａ／Ｄ変換部の出力値が所定電圧よりも低いと判定された場合には電磁比例弁と電圧変換部とを接続する配線の短絡を検出することができ、また、Ａ／Ｄ変換部の出力値が加算された所定電圧と同じであると判定され、かつ、ＰＷＭ変換部からＰＷＭ出力が出力されていると判定された場合には前記配線の断線を検出することができるので、前記配線の短絡と断線とを区別して検出することができ、配線の短絡に起因する不都合の発生を確実に防止することができる。また、電圧変換部及び積分部の出力に所定電圧を加算すると、コントローラにおいてＡ／Ｄ変換部の出力値がゼロであるか否かの判定を行う必要がないので、オペアンプなどを用いて前記配線の短絡と断線とを正確に検出することができる。さらに、Ａ／Ｄ変換部の出力値がゼロであるか否かの判定を行う必要がないことから、Ａ／Ｄ変換部の出力値の判定に高価なオペアンプやマイナス電源を必要とせず、制御装置の低コスト化を図ることができる。

また、本発明は、前記構成の油圧式建設機械の制御装置において、前記コントローラ、前記電圧変換部、前記積分部及び前記Ａ／Ｄ変換部の誤差を考慮し、前記コントローラにて、前記Ａ／Ｄ変換部の出力値が前記所定電圧と前記各部のトータル誤差との和よりも高いか、前記所定電圧と前記トータル誤差との差よりも低いか、前記所定電圧と前記トータル誤差との和又は前記所定電圧と前記トータル誤差との差と同じであるかの判定を行うという構成にした。

このように、コントローラ、電圧変換部、積分部及びＡ／Ｄ変換部の誤差を考慮してＡ／Ｄ変換部の出力値の判定を行うと、コントローラ、電圧変換部、積分部及びＡ／Ｄ変換部の誤差に起因する短絡及び断線の判定ミスを防止できるので、制御装置の信頼性をより高めることができる。

本発明の油圧式建設機械の制御装置によると、コントローラに記憶されたソフトウエアにより電磁比例弁の励磁電流をフィードバック制御することができるので、電磁比例弁と電圧変換部とを接続する配線の短絡又は断線の検出及びＰＷＭ変換部の停止制御をソフトウエア上で行うことができる。よって、配線の異常監視の遅れによる励磁電流の増加を防止することができて、フロント部材が意図しない方向に動作する等の不都合を確実に防止することができ、建設機械の安全性を高めることができる。また、電磁比例弁と電圧変換部とを接続する配線の短絡又は断線のみを検出することにより、配線の異常監視ひいてはＰＷＭ変換部の駆動制御を迅速化できるので、配線の異常に起因する建設機械の異常動作を確実に防止することができる。

また、本発明の油圧式建設機械の制御装置は、電圧加算部にて電圧変換部及び積分部の出力に所定電圧を加算し、コントローラにてＡ／Ｄ変換部の出力値が所定電圧よりも高いか低いか同じであるかの判定とＰＷＭ変換部からＰＷＭ出力が出力されているか否かの判定を行うので、Ａ／Ｄ変換部の出力値が所定電圧よりも低いと判定された場合には電磁比例弁と電圧変換部とを接続する配線の短絡を検出することができ、また、Ａ／Ｄ変換部の出力値が加算された所定電圧と同じであると判定され、かつ、ＰＷＭ変換部からＰＷＭ出力が出力されていると判定された場合には前記配線の断線を検出することができて、前記配線の短絡と断線とを区別して検出することができ、配線の短絡に起因する不都合の発生を確実に防止することができる。また、電圧変換部及び積分部の出力に所定電圧を加算するので、コントローラにおいてＡ／Ｄ変換部の出力値がゼロであるか否かの判定を行う必要がなく、オペアンプなどを用いて前記配線の短絡と断線とを正確に検出することができる。さらに、Ａ／Ｄ変換部の出力値がゼロであるか否かの判定を行う必要がないことから、Ａ／Ｄ変換部の出力値の判定に高価なオペアンプやマイナス電源を必要とせず、制御装置の低コスト化を図ることができる。

以下、本発明に係る油圧式建設機械制御装置の実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は実施形態に係る油圧式建設機械制御装置の構成を示すブロック図、図２は実施形態に係る油圧式建設機械制御装置において行われる短絡及び断線の検出手順を示すフロー図である。

図１に示すように、本例の油圧式建設機械制御装置は、指令された制御目標値に基づくデューティの演算並びに配線の短絡及び断線を監視するコントローラ１と、演算されたデューティのＰＷＭ出力を形成するＰＷＭ変換用ＩＣ２と、形成されたＰＷＭ出力に応じた励磁電流を形成する第１増幅部３、形成された励磁電流をコイルに通電することにより駆動される多チャンネルの電磁比例弁４と、多チャンネルの電磁比例弁４の各コイルに流れる励磁電流を電圧に変換する電圧変換部５と、電流電圧変換された多チャンネルの出力を選択するマルチプレクサ６と、選択された出力を増幅する第２増幅部７と、増幅された電圧変換部５の出力をＰＷＭ出力に同期して積分する積分部８と、積分部８の出力値をデジタル化して前記コントローラ１に出力するＡ／Ｄ変換部９と、電圧変換部５、第２増幅部７及び積分部８の出力に所定電圧Ｋを加算する電圧加算部１０とを備えてなる。このように、油圧式建設機械制御装置に電圧加算部１０を備えると、電磁比例弁４に励磁電流が流れていないときの積分部８の出力を電圧加算部１０により加算される所定電圧Ｋとすることができるので、コントローラ１においてＡ／Ｄ変換部９の出力値がゼロであるか否かの判定を行う必要がなく、プラス電源のみを備えた安価なオペアンプを用いてＡ／Ｄ変換部９の出力値の判定を正確に行うことができる。

電磁比例弁４の駆動制御は、コントローラ１に記憶されたソフトウエアで電磁比例弁４に備えられたコイルの励磁電流をフィードバック制御することにより行われる。その制御の手順については、特開平２−２７７１０８号公報に記載の技術を利用することができる。

また、電磁比例弁４と電圧変換部５とを接続する配線ｂの短絡及び断線の検出並びに配線ｂに短絡が生じた場合のＰＷＭ変換用ＩＣ２の停止も、コントローラ１に記憶されたソフトウエア上で行われる。即ち、本例の油圧式建設機械制御装置においては、図２に示すように、コントローラ１にて、Ａ／Ｄ変換部９の出力値が電圧加算部１０にて加算された所定電圧Ｋとコントローラ１、電圧変換部５、積分部８及びＡ／Ｄ変換部９のトータル誤差Ａとの和（Ｋ＋Ａ）よりも高いか、前記所定電圧Ｋと前記トータル誤差Ａとの差（Ｋ−Ａ）よりも低いか、前記所定電圧Ｋと前記トータル誤差Ａとの和又は前記所定電圧Ｋと前記誤差Ａとの差と同じであるかの判定を行う（手順Ｓ１）。

配線ｂが車体に短絡すると、車体のグランド電圧はコントローラのグランド電圧よりも低いので、電圧変換部５の出力電圧は電圧加算部１０にて加算された所定電圧Ｋよりも必ず低くなり、積分部８の出力値も当該所定電圧Ｋより必ず低くなる。したがって、Ａ／Ｄ変換部９の出力値が（Ｋ−Ａ）よりも低いと判定された場合には、配線ｂに短絡が生じたと認め（手順Ｓ２）、ＰＷＭ変換用ＩＣ２からのＰＷＭ出力の出力を停止して電磁比例弁４への励磁電流の供給を停止する（手順Ｓ３）。配線ｂの短絡による電圧低下は微小であるが、電圧変換部５の出力を第２増幅部７にて増幅し、かつ積分部８にて積分するので、信頼性の高い短絡信号を得ることができる。

配線ｂが正常である場合、電圧変換部５の出力電圧は、電磁比例弁４に流れる励磁電流に相当する電圧と電圧加算部１０にて加算された所定電圧Ｋとの和になるので、電圧値Ｋよりも必ず高くなる。したがって、Ａ／Ｄ変換部９の出力値が（Ｋ＋Ａ）よりも高い場合には配線ｂが正常であると認め（手順Ｓ４）、コントローラ１は記憶されたソフトウエアに従って励磁電流のフィードバック制御を続行する。

手順Ｓ１において、Ａ／Ｄ変換部９の出力値が（Ｋ＋Ａ）又は（Ｋ−Ａ）と同じであると判定された場合には、手順Ｓ５に移行して、ＰＷＭ変換用ＩＣ２からのＰＷＭ出力があるか否かが判定される。ＰＷＭ出力がある場合にＡ／Ｄ変換部９の出力値が（Ｋ＋Ａ）よりも高くならないのは異常であり、配線ｂが断線したと認めて（手順Ｓ６）、警報を発する等の所要の処理を行う。なお、配線ｂが断線した場合には、建設機械が作動不能に陥るだけで特別な安全上の不都合が発生せず、かつ瞬断などの一時的な異常が発生した場合に直ちにＰＷＭ変換用ＩＣ２からの出力を停止すると建設機械の操作性を損なうことから、ＰＷＭ変換用ＩＣ２からの出力を停止する処理は行わない。

ＰＷＭ出力がない場合には、Ａ／Ｄ変換部９の出力値は（Ｋ＋Ａ）又は（Ｋ−Ａ）と同じとなり、何ら異常が認められないので、配線ｂは正常であると認めて、コントローラ１は記憶されたソフトウエアに従って励磁電流のフィードバック制御を継続する。

以上説明したように、本例の油圧式建設機械制御装置は、指令された制御目標値に基づくデューティの演算並びに配線の短絡及び断線を監視するコントローラ１と、演算されたデューティのＰＷＭ出力を形成するＰＷＭ変換用ＩＣ２と、形成されたＰＷＭ出力に応じた励磁電流を形成する第１増幅部３、形成された励磁電流をコイルに通電することにより駆動される多チャンネルの電磁比例弁４と、多チャンネルの電磁比例弁４の各コイルに流れる励磁電流を電圧に変換する電圧変換部５と、電流電圧変換された多チャンネルの出力を選択するマルチプレクサ６と、選択された出力を増幅する第２増幅部７と、増幅された電圧変換部５の出力をＰＷＭ出力に同期して積分する積分部８と、積分部８の出力値をデジタル化して前記コントローラ１に出力するＡ／Ｄ変換部９と、電圧変換部５、第２増幅部７及び積分部８の出力に所定電圧Ｋを加算する電圧加算部１０とを備えてなるので、コントローラ１に記憶されたソフトウエアにより電磁比例弁４の励磁電流をフィードバック制御することができ、電磁比例弁４と電圧変換部５とを接続する配線ｂの短絡又は断線の検出及びＰＷＭ変換用ＩＣ２の停止制御をソフトウエア上で行うことができる。よって、配線ｂの異常監視の遅れによる励磁電流の増加を防止することができ、フロント部材が意図しない方向に動作する等の不都合を確実に防止することができて、建設機械の安全性を高めることができる。また、電磁比例弁４と電圧変換部５とを接続する配線ｂの短絡又は断線のみを検出するので、配線の異常監視ひいてはＰＷＭ変換部の駆動制御を迅速化することができ、配線ｂの異常に起因する建設機械の異常動作を確実に防止することができる。

加えて、本例の油圧式建設機械制御装置は、電圧加算部１０によって電圧変換部５、増幅手段７及び積分部８の出力に所定電圧Ｋを加算し、Ａ／Ｄ変換部９の出力値が電圧加算部１０にて加算された所定電圧Ｋとコントローラ１、電圧変換部５、積分部８及びＡ／Ｄ変換部９のトータル誤差Ａとの和（Ｋ＋Ａ）よりも高いか、前記所定電圧Ｋと前記誤差Ａとの差（Ｋ−Ａ）よりも低いか、前記所定電圧Ｋと前記誤差Ａとの和又は前記所定電圧Ｋと前記誤差Ａとの差と同じであるかの判定と、ＰＷＭ変換用ＩＣ２からのＰＷＭ出力の出力があるか否かの判定を行うので、電磁比例弁４と電圧変換部５とを接続する配線ｂの短絡及び断線を個別に検出することができると共に、コントローラ１、電圧変換部５、積分部８及びＡ／Ｄ変換部９の誤差に起因する短絡及び断線の判定ミスを防止することができ、配線ｂの短絡又は断線に起因する不都合の発生を確実に防止することができる。

また、本例の油圧式建設機械制御装置は、電圧変換部５、増幅手段７及び積分部８の出力に所定電圧Ｋを加算するので、コントローラ１においてＡ／Ｄ変換部９の出力値がゼロであるか否かの判定を行う必要がなく、オペアンプなどを用いて配線ｂの短絡と断線とを正確に検出することができる。

さらに、Ａ／Ｄ変換部９の出力値がゼロであるか否かの判定を行う必要がないことから、Ａ／Ｄ変換部９の出力値の判定に高価なオペアンプやマイナス電源を必要とせず、制御装置の低コスト化を図ることができる。

なお、前記実施形態においては、多チャンネルの電磁比例弁４が備えられた油圧式建設機械の制御装置を例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、１チャンネルの電磁比例弁が備えられた油圧式建設機械の制御装置にも応用することができる。この場合には、マルチプレクサ６の設定は省略される。

また、前記実施形態においては、励磁電流の検出系に増幅手段７を備えたが、積分部８によって実用上充分な短絡信号及び断線信号が得られる場合には、この増幅手段７を省略することもできる。

実施形態に係る油圧式建設機械制御装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る油圧式建設機械制御装置において行われる短絡及び断線の検出手順を示すフロー図である。 従来例に係る油圧式建設機械制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ コントローラ
２ ＰＷＭ変換用ＩＣ
３ 第１増幅部
４ 電磁比例弁
５ 電圧変換部
６ マルチプレクサ
７ 第２増幅部
８ 積分部
９ Ａ／Ｄ変換部
１０ 電圧加算部

Claims (2)

1. 指令された制御目標値に基づくデューティの演算並びに配線の短絡及び断線を監視するコントローラと、演算されたデューティのＰＷＭ出力を形成するＰＷＭ変換部と、形成されたＰＷＭ出力に応じた励磁電流を形成する第１増幅部と、形成された励磁電流をコイルに通電することにより駆動される電磁比例弁と、コイルに流れる励磁電流を電圧に変換する電圧変換部と、当該電圧変換部の出力を前記ＰＷＭ出力に同期して積分する積分部と、当該積分部の出力値をデジタル化して前記コントローラに出力するＡ／Ｄ変換部とを備えた油圧式建設機械の制御装置において、
   前記電圧変換部及び前記積分部の出力に所定電圧を加算する電圧加算部を付加すると共に、前記コントローラにて前記Ａ／Ｄ変換部の出力値が前記所定電圧よりも高いか低いか同じであるかの判定と前記ＰＷＭ変換部から前記ＰＷＭ出力が出力されているか否かの判定を行い、
   前記Ａ／Ｄ変換部の出力値が前記所定電圧よりも低いと判定された場合には、前記電磁比例弁と前記電圧変換部とを接続する配線の短絡が検出されたとして前記ＰＷＭ変換部からの前記ＰＷＭ出力の出力を停止し、前記Ａ／Ｄ変換部の出力値が前記所定電圧と同じであると判定され、かつ、前記ＰＷＭ変換部から前記ＰＷＭ出力が出力されていると判定された場合には、前記配線の断線が検出されたとすることを特徴とする油圧式建設機械の制御装置。
2. 前記コントローラ、前記電圧変換部、前記積分部及び前記Ａ／Ｄ変換部の誤差を考慮し、前記コントローラにて、前記Ａ／Ｄ変換部の出力値が前記所定電圧と前記各部のトータル誤差との和よりも高いか、前記所定電圧と前記トータル誤差との差よりも低いか、前記所定電圧と前記トータル誤差との和又は前記所定電圧と前記トータル誤差との差と同じであるかの判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の油圧式建設機械の制御装置。

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