JP4793352B2 - 旋回制御装置及びこれを備えた作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、電動機によって旋回体を旋回駆動するショベルやクレーン等の作業機械の旋回制御装置に関するものである。

従来、ショベルやクレーン等の旋回作業機械においては、油圧ポンプの吐出油により駆動する油圧モータを旋回体の旋回駆動源として利用していた。

これに対し、近年では、旋回体を電動機で旋回させる技術が知られている（例えば、特許文献１）。

このように旋回体を電動機で旋回させる技術では、旋回操作レバーの操作量に応じて目標速度を設定し、この目標速度と実際の旋回速度との偏差を用いてトルク指令を決定する速度制御（いわゆる、速度フィードバック制御）が行われている。

前記速度フィードバック制御では、速度に対する追従性を向上させるために、例えばＰＩＤ制御の場合であればゲインをできる限り大きくすることが行われている。しかしながら、ゲインを大きくした場合には、目標速度と実際の旋回速度との偏差が小さくても、僅かなレバー操作で電動機への指令トルクが大きくなり過ぎるため、例えば、バケットによる旋回押付作業を行なう場合にはその押付力の調整が困難となることがある。さらに、急激なレバー操作を行なった場合には、電動機への指令トルクが急激に大きくなってショックを生じさせることもある。

反対に、レバー操作での電動機への指令トルクの調整を行い易くするために、例えばＰＩＤ制御の場合であればゲインを小さくする、又は積分ゲインを零とすることが行われている。しかしながら、ゲインを小さくした場合には、傾斜地での作業状態（作業機械自体の自重を受けている状態）等において、電動機への指令トルクが小さくなり過ぎて、充分な加減速トルクやその場保持トルクを確保することができないという問題が生じることがある。

前記速度フィードバック制御の問題を解決するための技術として、特許文献２〜５に記載されたものが知られている。これら特許文献２〜５は前記２つの制御系を適宜切り換えるようにしたものである。

具体的に、特許文献２は、操作レバーの特定の操作量を境として速度フィードバック制御とトルク制御とを切り換えるようにした技術を開示している。特許文献３は、操作レバーの操作量に応じた目標速度の速度閾値を境として速度制御と位置制御とを切り換えるようにした技術を開示している。特許文献４は、旋回体の所定の速度を境として通常の速度制御とこの速度制御よりも比例ゲインを低くした速度制御とを切り換えるようにした技術を開示している。

また、特許文献５は、操作レバーのレバー操作量が予め設定された中立範囲にあるときには位置保持制御を行う一方、レバー操作量が前記中立範囲を超えたときには、トルク制御を行う技術を開示している。具体的に、特許文献５の技術では、前記中立範囲内で行われる位置保持制御において特定されたその場保持トルクをコントローラに記憶しておき、前記中立範囲を超えたときには、前記記憶されたその場保持トルク、レバー操作量に応じた加速トルクのうち、大きい方のトルクによって旋回体を旋回駆動するようになっている。
特開２００１−１０７８３号公報 特開２００３−３２８３９８号公報 国際公開第２００５／１１１３２２号パンフレット 特開２００５−２７３２６２号公報 特開２００４−３６３０３号公報

しかしながら、前記特許文献２〜５のように２つの制御系を切り換える場合には、当該制御系の切り換え点において、これら制御系同士の間のギャップを補間するためにトルクが不連続に変動（急激に変動）し、スムーズで安定した制御を行うことができなかった。

また、特許文献５の技術では、レバー操作量が中立範囲を超えた後の状態においては、その場保持トルク、加速トルクのうち大きい方のトルクによって旋回駆動を行うようにしているが、ここで、前記その場保持トルクは中立範囲内で実行された位置保持制御で生じた過去に必要であったトルクであり、現時点での作業状態を反映させたものではないため、前記位置保持制御の実行時よりもトルク制御の実行時の方が旋回体をその場で保持させるためのトルクが大きい作業状態（例えば、傾斜地での作業）となっているときには、旋回体がオペレータの意思に反して逆行してしまうおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、トルクの不連続な変動を抑制しながら、旋回体の逆行を防止することができる作業機械の旋回制御装置及びこれを備えた作業機械を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、本体と、この本体に旋回可能に搭載された旋回体と、この旋回体に起伏可能に設けられた作業アタッチメントとを有する作業機械に設けられた旋回制御装置であって、前記旋回体を旋回駆動するための電動機と、この電動機に対する駆動指示の入力操作を受ける操作手段と、この操作手段の操作量を検出可能な操作量検出手段と、前記電動機の回転速度を検出可能な速度検出手段と、前記操作量検出手段により検出された操作量に対応する目標速度で前記電動機を駆動させるための第一目標トルクを設定するとともに、前記速度検出手段により検出された現実の速度に基づいて前記旋回体をその場で保持させるための第二目標トルクを設定し、これら第一目標トルク、第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクと同じ方向のトルクであって絶対値の大きなトルクに応じて前記電動機を作動させる制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械の旋回制御装置を提供する。

本発明によれば、速度検出手段により検出された現実の速度に基づいて前記第二目標トルクを設定しているため、作業状態が逐一変動する環境で作業を行なっている場合であっても、現時点における作業状態に適したその場保持トルク（第二目標トルク）を特定することができる。つまり、作業アタッチメントの作動状態（作業アタッチメントの作業半径、又は作業時におけるバケット内の土砂の有無等）、又は作業時に受ける外力（バケットによる押付作業時に受ける外力、傾斜地における作業機械自体の自重等）等に応じて前記その場保持トルクが逐一変動することになるが、本発明によれば、このような場合であっても旋回体の逆行を確実に防止することができる。

さらに、本発明では、上記のように算出された第二目標トルクと、操作手段の操作量に基づいて算出された第二目標トルクとの間で高位選択を行うようにしているため、これら第一目標トルク及び第二目標トルクの推移するチャートを検討したとき（図１３参照）に、これらのチャートが交差する点（図１３の（ｂ）のＬ８）を境として選択されるトルクが変更されることになる。このように、本発明によれば、トルク以外の特定の要素を境として制御系を切り換える従来技術と異なり、常に第一、第二目標トルクの大小比較を行い、大きいものを採用しているため、トルクの不連続な変動を抑制することができる。

具体的に、前記制御手段は、前記操作量検出手段により検出された操作量に基づいて前記目標速度を設定する目標速度設定手段と、前記目標速度と前記速度検出手段により検出された現実の速度との速度偏差に基づいて前記第一目標トルクを算出する第一トルク演算手段と、前記第一目標トルク、第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクと同じ方向のトルクであって絶対値の大きなトルクを次の目標トルクとして設定する目標トルク設定手段とを備えている構成とすることができる。

さらに、前記制御手段は、前記現実の速度を零にするために前記電動機に与えるべきトルクを前記第二目標トルクとして算出する第二トルク演算手段を備えている構成とすることができる。

なお、「零」とは、速度が完全に零になっている場合だけでなく、実質的に零になっていると判断することができる範囲の速度成分を含んでいるものも含む趣旨である。

そして、前記第一トルク演算手段及び第二トルク演算手段は、それぞれ比例項と積分項とを有する数式に従って第一目標トルク及び第二目標トルクを算出するようになっており、前記制御手段は、前記比例項及び積分項に乗されるゲインの大小を変更可能なゲイン変更手段をさらに備えていることが好ましい。

この構成によれば、ゲイン変更手段により比例積分制御における各ゲインを調整することができるので、作業アタッチメントの作業半径が大きいとき、傾斜地での作業等のように旋回体の慣性モーメントが大きいときには、ゲインを大きめに変更すれば逆行を確実に防ぐことができる。一方、バケットによる旋回押付作業等を行う場合には、ゲインを小さめに変更すれば操作手段の操作に応じてトルクの微調整を行うことが可能となる。

また、本発明は、機体と、この機体に対し旋回可能に搭載された旋回体と、前記旋回制御装置とを備えた作業機械を提供する。

本発明によれば、トルクの不連続な変動を抑制しながら、旋回体の逆行を防止することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るショベルの全体構成を示す側面図を示している。図２は、図１のショベルの駆動・制御系の構成を示すブロック図である。

図１及び図２を参照して、作業機械の一例としてのショベル１は、クローラ式の下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３と、この上部旋回体３の前部に装着された作業アタッチメント４とを備えている。

作業アタッチメント４は、前記上部旋回体３に起伏可能に装着されたブーム５と、このブーム５の先端部に連結されたアーム６と、このアーム６の先端に連結されたバケット７と、前記ブーム５を上部旋回体３に対して駆動させるブームシリンダ８と、前記アーム６をブーム５に対して駆動させるアームシリンダ９と、前記バケット７をアーム６に対して駆動させるバケットシリンダ１０とを備えている。

下部走行体２は、左右一対のクローラ１１（図１では１つ示している）を備え、これらクローラ１１にはそれぞれ走行モータ１２が設けられている。

上部旋回体３は、エンジン１４と、このエンジン１４によって駆動される油圧ポンプ１５及び発電機１６と、バッテリ１７と、旋回用電動機１８と、この旋回用電動機１８の減速機構１９とを備えている。

図２に示すように、油圧ポンプ１５は、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０及び走行モータ１２（以下、油圧アクチュエータ８〜１０、１２と総称す
る）に対し、それぞれコントロールバルブ２０を介して作動油を供給するようになっている。換言すると、前記コントロールバルブ２０の操作に応じて油圧ポンプ１５から油圧アクチュエータ８〜１０、１２への作動油流量等を調整することにより、油圧アクチュエータ８〜１０、１２の動作が制御される。

発電機１６は、増速機構２１を介してエンジン１４の出力軸に連結されている。この発電機１６で得られた電力は、制御器２２を介してバッテリ１７に充電されるとともに、インバータ２３を介して旋回用電動機１８に供給される。なお、前記制御器２２は、電圧の印加や電流の供給を調整するためのものである。

旋回用電動機１８は、機械的ブレーキ力を発生させるためのネガティブブレーキとしてのメカニカルブレーキ２４を備えている。このメカニカルブレーキ２４が解除された状態で、旋回用電動機１８の駆動力が旋回用減速機構１９を経由して下部走行体２に伝達することにより、当該下部走行体２に対して上部旋回体３が右又は左に旋回する。

また、上部旋回体３は、操作レバー２５を備えている。この操作レバー２５は、予め設定された中立位置から左右に傾動操作可能なレバー部２５ａと、このレバー部２５ａの操作量を検出する操作部（例えば、ポテンショメータ）２５ｂとを備え、前記レバー部２５ａの操作量に応じた電気信号を制御手段の一例であるコントローラ２６に出力するようになっている。

さらに、上部旋回体３は、旋回用電動機１８の回転速度（旋回速度）を検出する速度センサ２７を備えている。この速度センサ２７は、旋回用電動機１８の回転速度に応じた電気信号をコントローラ２６に出力するようになっている。

コントローラ２６は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、初期設定等を記憶するＲＯＭ、及び各種情報を書き換え可能に記憶するＲＡＭ等からなる周知の制御手段である。このコントローラ２６には、図３に示すような目標速度マップが記憶されている。

具体的に、図３の目標速度マップは、操作レバー２５の操作量（傾動角度）が大きくなるに従い大きな目標速度が選択されるように、操作レバー２５のレバー部２５ａの両操作方向（右旋回又は左旋回方向）のそれぞれについて設定されたものである。このマップに設定された目標速度は、操作レバー２５の操作量の増減に応じて滑らかに増減するように、急激な増減を伴わない曲線として設定されている。

図４は、図２のコントローラの電気的構成を示すブロック図である。

図４を参照して、コントローラ２６は、前記目標速度のマップに基づいて目標速度を設定する目標速度設定部２８と、前記目標速度の補正量を算出する補正量算出部２９と、前記目標速度と補正量と実際の速度とに基づいて第一目標トルクを算出する第一トルク演算部（第一トルク演算手段）３０と、前記速度センサ２７により検出された速度を零にする（検出された速度が零の場合にはその状態を保持する）ために旋回用電動機１８に対して与えるべき第二目標トルクを演算する第二トルク演算部（第二トルク演算手段）３１と、前記第一目標トルク及び第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクの方向（右旋回方向又は左旋回方向）と同じ方向のトルクであって絶対値の大きいものを次の目標トルクとして設定する目標トルク設定部（目標トルク設定手段）３２とを備えている。

目標速度設定部２８は、前記操作レバー２５の操作量a0に対応する目標速度v0を、前記目標速度マップ（図３参照）から特定する。

補正量算出部２９は、現時点におけるショベル１の作業状態に応じて変化する旋回用電動機１８を旋回させるための必要トルクt0を検出する。ここで、「ショベル１の作業状態」とは、例えば、作業アタッチメント４の作動状態（作業アタッチメント４の作業半径、又は作業時におけるバケット７内の土砂の有無等）や、作業時に受ける反力（バケット７による押付作業時に受ける反力、傾斜地におけるショベル１自体の自重等）のことである。具体的に、補正量算出部２９は、本実施形態では１周期前にインバータ２３から出力した目標トルクを旋回用電動機１８の前記必要トルクt0に相当するものとして利用し、この必要トルクt0と操作部２５ｂの操作量a0とに基づいて下記数式１に従い補正量b0を算出する。

ここで、G0及びG1はそれぞれ制御ゲインであり、前記操作部２５ｂの操作量a0を変数としたときの切片及び勾配に相当するものである。つまり、制御ゲインG0は、制限することができるトルクの最大値を規定するものであり、この制御ゲインG0を大きくするほど最終的に算出される目標トルクの値が小さくなる。一方、制御ゲインG1は、操作レバー２５の操作量a0の変化に応じて制限することができるトルクの増減の割合を規定するためのものである。そして、これら制御ゲインG0、G1を調整することにより、油圧旋回システムにおけるブリードオフに相当する効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、１周期前の目標トルクを旋回用電動機１８の必要トルクt0に相当するものとして利用しているが、前記１周期前の目標トルクと速度センサ２７により検出された旋回用電動機１８の速度とに基づいて当該旋回用電動機１８の実際の必要トルクを算出してもよい。

そして、下記数式２に示すように、補正量算出部２９により算出された補正量b0及び前記速度センサ２７により検出された旋回用電動機１８の実際の速度v1が、前記目標速度v0から減算されて速度偏差Δvが算出される。

第一トルク演算部３０は、前記速度偏差Δvに基づいて下記数式３に従い第一目標トル
クt1を算出する。

ここで、G2は比例ゲイン、G3は積分ゲインであり、それぞれ予め設定されたものである。

一方、第二トルク演算部３１は、操作レバー２５のレバー部２５ａの操作位置が上述した中立範囲内にあるときに、前記速度センサ２７により検出された旋回用電動機１８の実際の速度v1を零にするために旋回用電動機１８に対して与えるべき第二目標トルクt2を下記数式４に従い算出する。

ここで、G4は比例ゲイン、G5は積分ゲインであり、それぞれ予め設定されたものである。

目標トルク設定部３２は、前記第一目標トルクt1及び第二目標トルクt2のうち、前記第一目標トルクt1の方向（以下、右旋回方向を「正」の方向、左旋回方向を「負」の方向として説明する）と同じ方向のトルクであって絶対値の大きいものを次の目標トルクとして設定するようになっている。

以下、前記コントローラ２６により実行される処理について図４及び図５を参照して説明する。

処理が開始されると、まず、操作レバー２５の操作量a0に対応する目標速度v0をマップ（図３参照）に基づいて特定する（ステップＳ１）。

次に、前記速度センサ２７により旋回用電動機１８の速度v1を検出するとともに（ステップＳ２）、この速度v1に基づいて前記数式４に従い第二目標トルクt2を算出する（ステップＳ３）。

そして、前記数式１に従い補正量b0を算出するとともに、この補正量b0及び前記速度v1を利用して前記数式２に従い速度偏差Δvを算出する（ステップＳ４）。

次いで、前記速度偏差Δvを用いて前記数式３に従い第一目標トルクt1を算出するとともに（ステップＳ５）、この第一目標トルクt1が正方向（右旋回方向）であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

ここで、第一目標トルクt1が正の方向（右旋回方向）である場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、第一目標トルクt1と第二目標トルクt2とを比較して（ステップＳ７）、第一目標トルクt1、第二目標トルクt2のうち、正の方向のトルクであって、その絶対値が大きいものを次の目標トルクとして設定する（ステップＳ８、Ｓ９）。そして、このように設定された目標トルクを前記インバータ２３に出力して（ステップＳ１５）、当該処理を終了する。

一方、第一目標トルクt1が正の方向ではない場合（ステップＳ６でＮＯ）には、当該第一目標トルクt1が負の方向（左旋回方向）であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。

ここで、第一目標トルクt1が負の方向（左旋回方向）である場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、第一目標トルクt1と第二目標トルクt2とを比較して（ステップＳ１１）、第一目標トルクt1、第二目標トルクt2のうち、負の方向のトルクであって、その絶対値が大きいもの、つまり、正負の符号を考慮した場合に小さい方のものを、次の目標トルクとして設定する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。そして、このように設定された目標トルクを前記インバータ２３に出力して（ステップＳ１５）、当該処理を終了する。

さらに、前記ステップＳ６及びＳ１０において、第一目標トルクt1が正及び負の何れの方向でもないと判断された場合（ステップＳ６及びＳ１０でＮＯ）、つまり、上部旋回体３をその場で保持させる必要がある場合には、前記第二目標トルクt2を次の目標トルクとして設定し（ステップＳ１４）、次いで、このように設定された目標トルクを前記インバータ２３に出力して（ステップＳ１５）、当該処理を終了する。

前記のような処理を行うことにより、図６に示すように、操作レバー２５の操作に応じたトルク制御が可能となる。

図６は、ショベル１のバケット７を地面に押し当てた状態で、操作レバー２５を操作した場合における、当該操作レバー２５の操作状態、旋回トルク及び旋回速度をそれぞれ示したものである。

つまり、図６の状態においては、バケット７が地面に押し当てられて上部旋回体３が旋回し得ない状態で操作レバー２５が操作された状態を示している。このような場合、従来のように必要トルクt0を加味せずにＰＩＤ制御を行うと、操作レバー２５の操作量の増加に応じて目標速度が高くなっていくのに対し実際の速度が零のままであるため、速度偏差が著しく大きくなり、図７の中段に示すように、トルク増加が急激なものとなりショックが生じるおそれがあるが、前記実施形態のように、旋回用電動機１８の必要トルクt0に基づく補正量b0の分だけ速度偏差Δvを小さくすることにより、図６の中段に示すように操作レバー２５の操作に応じた旋回トルクを生じさせることができる。このことは、操作レバー２５の操作量と旋回トルクとの関係を示す図８からも明らかである。なお、図８も図６と同様に、バケット７が地面に押し当てられて上部旋回体３が旋回し得ない状態における旋回トルクを示したものである。

また、図９は、上部旋回体に生じている必要トルクt0が比較的小さい場合における操作レバーの操作量、旋回速度及び旋回トルクをそれぞれ示したものである。

上述した数式１に示すように、補正量b0は必要トルクt0が小さくなるほど零に近づくため、必要トルクt0が小さい場合には、当該必要トルクt0を加味しない従来技術と同様の速度制御を行うことができる。参考として、図１０に必要トルクt0を加味しない場合における操作レバーの操作量、旋回速度及び旋回トルクを示す。なお、旋回速度の欄における実線は実際の旋回速度を示しており、二点鎖線は操作レバー２５の操作量に対応する目標速度をそれぞれ示している。

さらに、前記実施形態では、上述のように第一目標トルクt1、第二目標トルクt2のうち、第一目標トルクt1と同方向のトルクであって絶対値の大きいものを次の目標トルクとして設定するようにしているため、トルクの変動をスムーズに行うことができる。以下、この点について従来の構成と対比しながら説明する。

以下の説明では、図１１に示すように操作レバー２５の操作量Ｌ１を時間の経過とともに大きくしていくことに応じて、旋回用電動機１８の目標速度がＬ２に示すように推移する場合について説明する。なお、チャートＬ２が２秒付近から立ち上がっていることからも明らかなように、０秒〜２秒の範囲内における操作レバー２５の操作範囲は不感帯（あそび）とされている。

例えば、特開２００３−３２８３９８号公報に開示された従来の技術では、操作レバーの操作量が前記不感帯の範囲内では速度比例制御（ＰＩＤ制御）を行う一方、操作レバーの操作量が不感帯を超えた場合にトルク制御を行うようになっている。つまり、図１２の（ａ）に示すように速度比例制御が行われるときのトルク推移Ｌ３と、上部旋回体をその場に保持させるためのトルク推移Ｌ４とを考慮した場合に、操作レバーの操作量を徐々に大きくしていくと、図１２の（ｂ）に示すように、０秒〜２秒までの不感帯の範囲内ではトルク推移Ｌ４に従いトルクが推移するが、前記不感帯の範囲を超えて操作レバーが操作されると、その時点からトルク推移Ｌ３に従ったトルク制御が実行されるため、当該不感帯の終端まで操作されたときに、トルク推移Ｌ３とＬ４とを補間するための不連続部分Ｌ５が生じることになる。

これに対し、前記実施形態では、図１３の（ａ）に示すように、速度比例制御が行われるときの第一目標トルクＬ６と、上部旋回体３をその場に保持させるための第二目標トルクＬ７とを常時比較して、これら第一目標トルクＬ６、第二目標トルクＬ７のうちの大きなものを選択するようにしている。そのため、図１３の（ｂ）に示すように、本実施形態では、操作レバー２５の操作量にかかわらず、第一目標トルクＬ６と第二目標トルクＬ７との交点部分Ｌ８を境として、これら第一目標トルクＬ６と第二目標トルクＬ７とを連続的に切り換えることが可能となる。したがって、本実施形態によれば、スムーズで安定した制御を行うことができる。

以上説明したように、前記実施形態によれば、速度センサ２７により検出された現実の速度に基づいて第二目標トルクt2を設定しているため、作業状態が逐一変動する環境で作業を行なっている場合であっても、現時点における作業状態に適したその場保持トルク（第二目標トルクt2）を特定することができる。つまり、作業アタッチメント４の作動状態（作業アタッチメント４の作業半径、又は作業時におけるバケット７内の土砂の有無等）、又は作業時に受ける外力（バケット７による押付作業時に受ける外力、傾斜地における作業機械自体の自重等）等に応じて前記その場保持トルクが逐一変動することになるが、前記実施形態によれば、このような場合であっても上部旋回体の逆行を確実に防止することができる。

さらに、前記実施形態では、上記のように算出された第二目標トルクt2と、操作レバー２５の操作量に基づいて算出された第二目標トルクt2との間で高位選択（図５のステップＳ６〜Ｓ１４）を行うようにしているため、これらの第一目標トルクt1及び第二目標トルクt2の推移するチャートＬ６、Ｌ７を検討したとき（図１３参照）に、これらのチャートＬ６、Ｌ７の交点部分Ｌ８を境として選択されるトルクが変更されることになる。このように前記実施形態によれば、トルク以外の特定の要素を境として制御系を切り換える従来技術と異なり、常に第一、第二目標トルクt1、t2の大小比較を行い、大きいものを採用しているため、トルクの不連続な変動を抑制することができる。

なお、前記実施形態では、数式３及び数式４におけるゲインＧ２、Ｇ３、Ｇ４及びＧ５がそれぞれ予め設定された値で固定されている構成について説明しているが、前記コントローラ２６に各ゲインＧ２〜Ｇ５を変更するためのゲイン変更手段を設けることができる。

このようにすれば、ゲイン変更手段により各ゲインＧ２〜Ｇ５を調整することができるので、作業アタッチメント４の作業半径が大きいとき、傾斜地での作業等のように旋回体の慣性モーメントが大きいときには、ゲインＧ２〜Ｇ５を大きめに設定すれば逆行を確実に防ぐことができる。一方、バケット７による旋回押付作業等を行なう場合には、ゲインを小さめに変更すれば操作レバー２５の操作に応じてトルクの微調整を行うことが可能となる。

また、前記実施形態では、上部旋回体３の作業状態に応じて変化する当該上部旋回体３を旋回させるための必要トルクt0（１周期前の目標トルク）に応じて旋回用電動機１８の目標トルクの大きさを調整するように構成されているので、ショックの発生を効果的に抑制することができる。

つまり、前記ショベル１においても、その作業状態、例えば、作業アタッチメント４の作動状態（作業アタッチメント４の作業半径、又は作業時におけるバケット７内の土砂の有無等）、又は作業時に受ける外力（バケット７による押付作業時に受ける反力、傾斜地におけるショベル１自体の自重等）に応じて必要トルクt0が変化するため、この必要トルクt0が大きくなるほど目標速度と速度検出手段により検出される実際の速度v1との速度偏差Δvが大きくなる傾向があるものの、前記実施形態では当該速度偏差Δvが大きくなるのを阻止することができる。

具体的に、前記実施形態では、必要トルクt0が大きい程大きな補正値b0を算出してこの補正値b0を既に設定された目標速度v0から減算するようにしているので、この新たな目標速度（v0−b0）と速度センサ２７により検出された実際の速度v1との速度偏差Δvを小さくすることができる。

したがって、前記実施形態によれば、必要トルクt0が大きい程速度偏差Δvを小さく
することができるので、ショックの発生を抑制することができる。

前記実施形態のように、操作レバー２５の操作量a0が大きい程小さな補正量b0を算出するようにした構成とすることにより、操作レバー２５の操作量a0が大きくなるに従い、補正後の目標速度が小さくなり過ぎるのを抑制することができるので、オペレータに与える違和感を緩和することができる。

前記実施形態のように、前回設定された目標トルクを今回使用する必要トルクt0として利用する構成とすることにより、実際に上部旋回体３の必要トルクt0を算出する場合と比較して処理の簡素化を図ることができる。

つまり、上部旋回体３の必要トルクt0の変化は、全て旋回用電動機１８の負荷トルク（目標トルク）に反映されるため、当該負荷トルクの増減に応じて補正値b0を算出して目標トルクを算出することにより、必要トルクt0の変化に見合った目標トルクを算出することができる。

前記実施形態のように、第一目標トルクt1及び第二目標トルクt2のうち、第一目標トルクt1と同じ方向のトルクであって、絶対値の大きなトルクを目標トルクに設定する目標トルク設定部３２を備えた構成とすることにより、傾斜地で上り側に向かって旋回開始する場合や、強風下で風上側に向かって旋回開始する場合に、上部旋回体３がトルク不足によって逆方向に旋回する「逆行」の発生を確実に防止することができる。

さらに、傾斜地で旋回停止する場合も、常に旋回用電動機１８のトルクが重力と吊り合う大きさとなるため、制動トルクが重力に負けて上部旋回体３が下り側に逆行するのを防止することができる。

本発明の実施形態に係るショベルの全体構成を示す側面図を示している。 図１のショベルの駆動・制御系の構成を示すブロック図である。 図２のコントローラに記憶されたマップであって、操作レバーの操作量と目標速度とを対応付けたものである。 図２のコントローラの電気的構成を示すブロック図である。 図２のコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。 ショベルのバケットを地面に押し当てた状態で、操作レバーを操作した場合における、当該操作レバーの操作状態、旋回トルク及び旋回速度をそれぞれ示したものである。 必要トルクt0を加味しない場合における図６相当図である。 図６の状態における、操作レバーの操作量と旋回トルクとの関係を示すグラフである。 上部旋回体に生じている必要トルクが比較的小さい場合おける操作レバーの操作量、旋回速度及び旋回トルクをそれぞれ示したものである。 必要トルクt0を加味しない場合における図９相当図である。 操作レバーの操作量と電動機の目標速度との関係を示すグラフである。 従来の技術に係る制御を示すグラフであり、（ａ）は速度比例制御のトルク推移とその場保持のためのトルクの推移とを示したものであり、（ｂ）は速度比例制御からトルク制御への切り換わりの状態を示すものである。 本願発明に係る制御を示すグラフであり、（ａ）は速度比例制御のトルク推移とその場保持のためのトルクの推移とを示したものであり、（ｂ）は速度比例制御からトルク制御への切り換わりの状態を示すものである。

符号の説明

１ ショベル（作業機械）
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 作業アタッチメント
１８ 旋回用電動機
２３ インバータ（モーメント特定手段）
２５ 操作レバー（操作手段）
２６ コントローラ（制御手段）
２７ 速度センサ（速度検出手段）
２８ 目標速度設定部
２９ 補正量算出部
３０ 第一トルク演算部
３１ 第二トルク演算部
３２ 目標トルク設定部

Claims (5)

1. 本体と、この本体に旋回可能に搭載された旋回体と、この旋回体に起伏可能に設けられた作業アタッチメントとを有する作業機械に設けられた旋回制御装置であって、
   前記旋回体を旋回駆動するための電動機と、
   この電動機に対する駆動指示の入力操作を受ける操作手段と、
   この操作手段の操作量を検出可能な操作量検出手段と、
   前記電動機の回転速度を検出可能な速度検出手段と、
   前記操作量検出手段により検出された操作量に対応する目標速度で前記電動機を駆動させるための第一目標トルクを設定するとともに、前記速度検出手段により検出された現実の速度に基づいて前記旋回体をその場で保持させるための第二目標トルクを設定し、これら第一目標トルク、第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクと同じ方向のトルクであって絶対値の大きなトルクに応じて前記電動機を作動させる制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械の旋回制御装置。
2. 前記制御手段は、前記操作量検出手段により検出された操作量に基づいて前記目標速度を設定する目標速度設定手段と、前記目標速度と前記速度検出手段により検出された現実の速度との速度偏差に基づいて前記第一目標トルクを算出する第一トルク演算手段と、前記第一目標トルク、第二目標トルクのうち、前記第一目標トルクと同じ方向のトルクであって絶対値の大きなトルクを次の目標トルクとして設定する目標トルク設定手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の作業機械の旋回制御装置。
3. 前記制御手段は、前記現実の速度を零にするために前記電動機に与えるべきトルクを前記第二目標トルクとして算出する第二トルク演算手段をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の作業機械の旋回制御装置。
4. 前記第一トルク演算手段及び第二トルク演算手段は、それぞれ比例項と積分項とを有する数式に従って第一目標トルク及び第二目標トルクを算出するようになっており、前記制御手段は、前記比例項及び積分項に乗されるゲインの大小を変更可能なゲイン変更手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の作業機械の旋回制御装置。
5. 機体と、この機体に旋回可能に搭載された旋回体と、請求項１〜４のいずれか１項に記載の旋回制御装置とを備えた作業機械。

Images