JP5053457B2 - 建設機械、建設機械の制御方法、及びこの方法をコンピュータに実行させるプログラム - Google Patents

Description

本発明は、建設機械、建設機械の制御方法、及びこの方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。

油圧ショベル等の建設機械では、ブームやアームからなる作業機を動作させて各種の作業を行う。そして、このような建設機械では、作業機を急始動あるいは急停止させた際、作業機の慣性が大きいため、作業機の動作の反動により作業機や建設機械に振動が生じるという問題がある。

そこで、従来、作業機を急始動あるいは急停止させる際、レバーの操作に応じた作業機の速度目標指令値を補正し、作業機をゆっくり動作させることで、作業機や建設機械の振動を抑制する機能（以下、振動抑制機能と記載）を具備した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、特許文献１の技術では、レバーの操作による作業機の動作に応じて作業機や建設機械に生じるであろう振動の状態を振動モデルによって予測可能に設けておくとともに、予測される振動をキャンセルするような逆特性演算によって、レバーの操作に応じた作業機の速度目標指令値を補正している。

特開２００５−２５６５９５号公報

ところで、特許文献１の技術では、振動抑制機能を具備した結果、作業機を急始動あるいは急停止させる際、レバーの操作が停止しているにも拘らず、作業機の動作が停止せず、所定期間、動作が継続する、いわゆる停止流れが生じることとなる。
そして、例えば、インチング操作において、前述の停止流れが生じると、作業機の微小な位置合わせが難しく、操作性が低下してしまう、という問題がある。

本発明の目的は、作業機の振動を抑制しつつ、作業機の操作性を向上できる建設機械、建設機械の制御方法、及びこの方法をコンピュータに実行させるプログラムを提供することにある。

第１発明に係る建設機械は、
作業機と、前記作業機を操作する操作手段と、前記操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機を制御する制御装置とを備えた建設機械において、
前記制御装置は、
前記操作信号に基づいて、前記作業機の通常動作用の速度目標指令値を生成する目標指令値演算手段と、
前記通常動作用の速度目標指令値を補正する目標指令値補正手段と、
補正された速度目標指令値に基づいて、前記作業機を動作させる駆動装置に対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標指令値補正手段は、
前記通常動作用の速度目標指令値に基づいて、前記作業機の振動の発生を抑制する振動抑制用の速度目標指令値を生成する振動抑制手段と、
前記目標指令値演算手段にて順次、生成された前記通常動作用の速度目標指令値に基づいて、前記通常動作用の速度目標指令値のピーク値を認識するピーク値認識手段と、
前記ピーク値に基づいて、前記通常動作用の速度目標指令値、及び前記振動抑制用の速度目標指令値を合成して、前記通常動作用の速度目標指令値を補正する目標指令値合成手段とを備えることを特徴とする。
ここで、前述した目標指令値演算手段は、操作信号を増幅、変調等の手法により必ず変換しなければならない訳ではなく、殆ど変換しないで操作信号をダイレクトに通常動作用の速度目標指令値として実質的に機能しないものも含む概念である。

第２発明は、第１発明を方法の発明として展開したものであり、具体的には、
作業機と、前記作業機を操作する操作手段と、前記操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機を制御する制御装置とを備えた建設機械の制御方法において、
前記制御装置が、
前記作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の通常動作用の速度目標指令値を生成する第１の目標指令値生成ステップと、
前記通常動作用の速度目標指令値に基づいて、前記作業機の振動の発生を抑制する振動抑制用の速度目標指令値を生成する第２の目標指令値生成ステップと、
前記第１の目標指令値生成ステップにて順次、生成した前記通常動作用の速度目標指令値に基づいて、前記通常動作用の速度目標指令値のピーク値を認識するピーク値認識ステップと、
前記ピーク値に基づいて、前記通常動作用の速度目標指令値、及び前記振動抑制用の速度目標指令値を合成して、前記通常動作用の速度目標指令値を補正する目標指令値合成ステップとを実行することを特徴とする。

第３発明は、前述した第２発明を建設機械の制御装置に実行させることを特徴とするコンピュータで実行可能なプログラムに関するものである。

第１発明では、操作信号に基づいて、通常動作用の速度目標指令値、及び振動抑制用の速度目標指令値を順次、生成するとともに、通常動作用の速度目標指令値に基づいて、通常動作用の速度目標指令値が減速に転じた際でのピーク値を認識する。そして、ピーク値に基づいて、通常動作用の速度目標指令値の合成比率、及び振動抑制用の速度目標指令値の合成比率を設定し、各合成比率に応じて通常動作用の速度目標指令値、及び振動抑制用の速度目標指令値を合成する。
例えば、ピーク値が小さいほど、すなわち、通常動作用の速度目標指令値が減速に転じる際のレバーの傾倒角度が０（中立位置）に近いほど、通常動作用の速度目標指令値の合成比率を高く、振動抑制用の速度目標指令値の合成比率を低く設定する。また、ピーク値が大きいほど、すなわち、通常動作用の速度目標指令値が減速に転じる際のレバーの傾倒角度が機械的に傾倒できる最大傾倒角度に近いほど、前述の設定とは逆に、通常動作用の速度目標指令値の合成比率を低く、振動抑制用の速度目標指令値の合成比率を高く設定する。このようにピーク値に基づいて各合成比率を設定することで、以下に示すように、作業機を動作させることができる。

インチング操作等の場合には、通常動作用の速度目標指令値が減速に転じる際でのレバーの傾倒角度が０（中立位置）に近いため、ピーク値が小さいものとなる。このため、通常動作用の速度目標指令値の合成比率が高く、振動抑制用の速度目標指令値の合成比率が低い状態で、各速度目標指令値が合成される（通常動作用の速度目標指令値が補正される）こととなる。したがって、補正された速度目標指令値に基づいて作業機を動作させることで、振動抑制機能が弱く働いた状態（振動抑制用の速度目標指令値の合成比率が低い状態）であるため、作業機を機敏に動作させつつ、作業機の停止流れを抑制することができる。すなわち、インチング操作を実施する場合に、作業機の停止流れを抑制できるため、作業機の微小な位置合わせを容易に実施できる。

一方、他のレバー操作の場合には、通常動作用の速度目標指令値が減速に転じる際でのレバーの傾倒角度が最大傾倒角度に近いため、ピーク値が大きいものとなる。このため、通常動作用の速度目標指令値の合成比率が低く、振動抑制用の速度目標指令値の合成比率が高い状態で、各速度目標指令値が合成されることとなる。したがって、補正された速度目標指令値に基づいて作業機を動作させることで、振動抑制機能が強く働いた状態（振動抑制用の速度目標指令値の合成比率が高い状態）であるため、作業機を急始動あるいは急停止させる場合であっても、作業機あるいは建設機械の振動を十分に抑制できる。
以上のように、レバー操作の状態（ピーク値の大小）に応じて振動抑制機能の強弱を付けることで、作業機の振動を抑制しつつ、作業機の操作性を向上できる。

第２発明によっても、前述した第１発明と同様の作用及び効果を享受できる。
第３発明によれば、制御装置を備えた汎用の建設機械の制御装置にプログラムをインストールするだけで第２発明に係る方法の発明を実行させることができるため、本発明を大幅に普及させることができる。

本発明の実施形態に係る作業機及びその制御装置が搭載された建設機械を示す模式図。 制御装置を示すブロック図。 通常動作用の速度目標指令値を説明するための図。 振動抑制用の速度目標指令値を説明するための図。 通常動作用の速度目標指令値のピーク値を説明するための図。 作業機の制御方法を説明するためのフローチャート。 目標指令値合成処理を説明するためのフローチャート。 実施形態の効果を説明するための図。 実施形態の効果を説明するための図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
（１）全体構成
図１は、本発明の実施形態に係る作業機及びその制御装置が搭載された油圧ショベル（建設機械）１を示す模式図である。図２は、制御装置を示すブロック図である。

図１において、油圧ショベル１は、作業機レバー（操作手段）２によって操作されるブーム１１、及び作業機レバー（操作手段）２´によって操作されるアーム１２を備えており、アーム１２の先端にはバケット１３が取り付けられている。
ブーム１１は、油圧シリンダ１４により支承点Ｄ１を中心として回動する。
アーム１２は、ブーム１１上の油圧シリンダにより支承点Ｄ２を中心として回動する。
また、バケット１３は、作業機レバー２を別方向に操作することにより、アーム１２上の油圧シリンダによって回動する。そして、これらブーム１１、アーム１２、及びバケット１３により、本発明に係る作業機１０が構成されている。

なお、本実施形態では、本発明の詳細をブーム１１で代表して説明するため、アーム１２やバケット１３用の各油圧シリンダの図示を省略してある。
また、バケット１３の他、グラップル、ハンド等の任意のアタッチメントを用いてもよい。

これらブーム１１の支承点Ｄ１及びアーム１２の支承点Ｄ２にはそれぞれ、ロータリーエンコーダやポテンショメータ等の角度検出器１５，１６が設けられ、角度検出器１５では、図示しない車両本体に対するブーム１１の関節角度θ１が、角度検出器１６では、ブーム１１に対するアーム１２の関節角度θ２が検出され、これらの関節角度θ１，θ２がバルブコントローラ（制御装置）２０ａに対して角度信号として出力されるようになっている。

油圧シリンダ１４は、メインバルブ１７から供給される作動油によって油圧駆動されるものであり、メインバルブ１７のスプール１７Ａが一対の比例電磁弁であるＥＰＣバルブ１８，１８により移動し、油圧シリンダ１４への作動油の供給流量が調整される。
そして、これら油圧シリンダ１４、メインバルブ１７、及びＥＰＣバルブ１８により、本発明に係る駆動装置１９が構成されている。
また、メインバルブ１７には、スプール１７Ａの位置Ｅを検出する位置検出器１７Ｂが設けられ、ここからスプールの位置が位置信号Ｅとしてバルブコントローラ２０ａに出力される。

ここで、作業機レバー２は、例えば、ポテンショメータやＰＰＣ圧力センサ、静電容量あるいはレーザによるトルクセンサ等の倒し角度検出器を備えており、この倒し角度検出器からは作業機レバー２の倒し角度と１対１の相関があるレバー操作信号Ｆａがバルブコントローラ２０ａに対して出力される。
作業機レバー２が中立位置にある時、出力されるレバー操作信号Ｆａは「０（ゼロ）」であって、ブーム１１の速度が「０」となる。前方に傾倒させると、傾倒角度に応じた速度でブーム１１が下降し、また、後方に傾倒させることにより、傾倒角度に応じた速度でブーム１１が上昇する。このような制御は、以下のバルブコントローラ２０ａによって行われる。

バルブコントローラ２０ａは、作業機レバー２からのレバー操作信号Ｆａに基づいてブーム１１を動作させるとともに、これらの始動時及び停止時の揺れを抑制する機能を担っている。このようなバルブコントローラ２０ａは、マイクロコンピュータ等によって構成されており、通常では、油圧ショベル１のエンジン制御用及び油圧ポンプ制御用に搭載されたガバナ・ポンプコントローラの一部として組み込まれているが、本実施形態では、説明の便宜上単独で図示してある。
また、操作信号Ｆｂが入力されるバケット１３用のバルブコントローラ２０ｂ、及び操作信号Ｆｃが入力されるアーム１２用のバルブコントローラ２０ｃも、略同様な機能及び構成を有しているが、ここではブーム１１用のバルブコントローラ２０ａで代表して説明するため、各バルブコントローラ２０ｂ，２０ｃの詳細な説明を省略する。

（２）バルブコントローラ２０ａの構造
具体的にバルブコントローラ２０ａは、図２に示すように、作業機レバー２からのレバー操作信号Ｆａが入力されるレバー操作信号入力手段２１と、このレバー操作信号入力手段２１からの通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が入力される目標指令値補正手段２２と、この目標指令値補正手段２２からの補正された速度目標指令値Ｖ２が入力される指令信号出力手段２３と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなる記憶部２４とを備えている。

(2-1)レバー操作信号入力手段２１の構成
レバー操作信号入力手段２１は、それぞれコンピュータプログラム（ソフトウェア）からなる速度目標指令値演算手段２１１及び作業内容判定手段２１２を備えて構成されている。

図３Ａは、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１を説明するための図である。図３Ｂは、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を説明するための図である。
速度目標指令値演算手段２１１は、作業機レバー２からのレバー操作信号Ｆａに基づき、ブーム１１の通常動作用の速度目標指令値Ｖ１を演算して求める。この通常動作用の速度目標指令値Ｖ１は、例えば、作業機レバー２を前方に傾倒させた後、所定時間傾倒させた状態を維持し、この後に中立位置に戻すと、図３Ａに示すように、時間との関係で台形状の信号波形を形成する。

つまり、図３Ａにおいて、時刻Ｔ１にある時、作業機レバー２は中立位置にあって、ブーム１１が停止しており、ここから作業機レバー２を前方に傾倒させると、Ｔ２に達するまでは、ブーム１１が高位置から加速しながら下がり、作業機レバー２をそのまま維持させることにより、Ｔ２からＴ３の間においてブーム１１が一定速度で下がり、ここから作業機レバー２を中立位置に戻すことで、Ｔ３からＴ４に至るまでの間でブーム１１が減速しながら下がり、停止する。

作業内容判定手段２１２は、ブーム１１を使用した作業の中で、特に定速度作業及び転圧作業を判定し、これらの作業の場合には、目標指令値補正手段２２による処理を行わせず、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１に基づいて、ブーム１１を動作させるようにする機能を有している。

(2-2)目標指令値補正手段２２の構成
目標指令値補正手段２２は、本実施形態で最も特徴的な構成であり、やはりコンピュータプログラム（ソフトウェア）からなる振動特性決定手段２２１、急操作制限手段２２２、振動抑制手段２２３、ピーク値認識手段２２４、及び目標指令値合成手段２２５を備えて構成されている。

振動特性決定手段２２１は、関節角度θ１，θ２の入力により、ブーム１１及びアーム１２の姿勢に応じた振動数ω及び減衰率ζを決定する機能を有している。ここで、関節角度θ１，θ２は、ブーム１１及びアーム１２の姿勢変化に連動して所定の範囲で変化するが、関節角度θ１，θ２に対応したブーム１１の振動数ω及び減衰率ζは、実際の車両を対象とした計測・計算によって予め求められており、記憶部２４に格納されている。
従って、各関節角度θ１，θ２が入力されることで、これらに応じた振動数ω及び減衰率ζが記憶部２４から即座に呼び出され、次の振動抑制手段２２３で用いられることになる。

急操作制限手段２２２は、作業機レバー２の急操作によりブーム１１を急始動させたり、急停止させた場合の処理を行う機能を有している。

振動抑制手段２２３は、レバー操作信号Ｆａから求められる通常動作用の速度目標指令値Ｖ１を、結果としてブーム１１が振動しないような振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´に補正する機能を有している。これを図３Ａ，Ｂで説明すると、図３Ａに示すような通常動作用の速度目標指令値Ｖ１による信号波形を、図３Ｂに示すような振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´の信号波形に補正するのである。

具体的な振動特性の決定及び速度目標指令値Ｖ１´の補正演算は、次のロジックにより行われる。
(a)速度目標指令値Ｖ１´の演算の原理
ＥＰＣバルブ１８から作業機１０の動作に至るまでの特性は、作業機１０の姿勢や作業機１０の負荷（ペイロード）によって複雑に変化するものの、その前段で行っているバルブコントローラ２０ａの演算とは無関係に決まる特性である。
そこで、本実施形態では、簡単な演算で作業機１０の振動の主要成分を除去するために、式（１）に示すような二次遅れ特性でＥＰＣバルブ１８から作業機１０の動作に至る特性を近似している。また、以下の説明では、ブーム１１を含む作業機１０の振動特性を求めているが、これに限らず、図示しない車両本体の振動特性をも近似したものとなっている。
ここで、Ｖ１´はＥＰＣバルブ１８へ入力する速度目標指令値、Ｙは作業機１０の出力、Ｓはラプラス演算子、ωとζは、姿勢やペイロードによって変化するパラメータである。

ＥＰＣバルブ１８から作業機１０の動作に至る特性による残留振動を打ち消すため、作業機レバー２の入力からＥＰＣバルブ１８への入力までの間に演算器を挿入して、ＥＰＣバルブ１８以前の箇所に式（１）の逆数を含むような特性を持たせるようにする。本実施形態では、例えば、以下の式（２）のような特性を採用している。
ここで、Ｖ１は、作業機レバー２からの目標指令値、Ｖ１´はＥＰＣバルブ１８へ入力する速度目標指令値、Ｓはラプラス演算子、ωとζは式（１）で用いたパラメータであり、ω_０は別途設定する定数である。

このように、ＥＰＣバルブ１８以降の特性をそれ以前の特性で打ち消すような構成をとれば、作業機レバー２の入力から作業機１０の動作に至るまでの全体の特性は式（１）と式（２）の積となるので、以下の式（３）のように、作業機１０の振動を除去することが可能となるのである。
ここで、Ｖ１は作業機レバー２からの目標指令値、Ｖ１´はＥＰＣバルブ１８へ入力する速度目標指令値、Ｙは作業機１０の出力、Ｓはラプラス演算子であり、ω_０は別途設定する定数である。

(b)逆特性演算の実現方法
上記の原理に基づいて振動抑制手段２２３は、逆特性となる速度目標指令値を以下の式（４）〜（７）により演算する。
ここで、Ｖ１は作業機レバー２からの速度目標指令値、Ｖ１´は振動抑制用の速度目標指令値である。また、作業機１０のパラメータω、ζは既知であり、ω_０は適当に設定された定数、Δｔはバルブコントローラ２０ａの演算刻み時間である。

このように式（５）で係数Ｃ０〜Ｃ２を、式（６）、（７）でＦ１とＦ２を計算して、これらを式（４）に代入すればＥＰＣバルブ１８への入力Ｖ１´を求めることができる。Ｆ１は、Ｖ１にフィルターをかけた値であり、Ｆ２は、Ｆ１にフィルターをかけた値である。
そして、振動抑制手段２２３は、ＥＰＣバルブ１８への入力Ｖ１´を求めることにより、作業機レバー２のレバー操作信号Ｆａから求められる通常動作用の速度目標指令値Ｖ１を、ブーム１１が振動しないような振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´に補正することが可能となる。

このような補正演算を行うことにより、図３Ａ，Ｂにおいて、作業機レバー２が中立位置にあり、ブーム１１が停止している状態から、作業機レバー２を前方に傾倒させてブーム１１を加速しながら下げると、作業機レバー２が中立位置から離れる方向へ動かされたことをトリガとして（Ｔ１）、振動特性決定手段２２１は、単位時間Δｔ毎の作業機１０の姿勢に応じた振動数ω、減衰率ζを算出する。振動抑制手段２２３は、算出された振動数ω、減衰率ζを用いて、式（５）、（６）、（７）により、単位時間Δｔ毎のＣ０〜Ｃ２、Ｆ１、Ｆ２を算出し、式（４）により単位時間Δｔ毎に補正された振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を算出する。

これにより、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１は、例えば、図３ＢのようなカーブＱ１、Ｑ２、Ｑ３からなる振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´のように補正される。時刻Ｔ１をトリガとして形成されたカーブＱ１の部分では、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´は通常動作用の速度目標指令値Ｖ１より大きく膨らむ方向に補正される。カーブＱ１の頂点を過ぎてから時刻Ｔ２まではカーブＱ３の部分であり、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´は通常動作用の速度目標指令値Ｖ１より小さい値で、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の増加を追いかけるように補正される。そして、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が上限値に達した時刻Ｔ２をトリガとして形成されたカーブＱ２の部分では、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´は、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１より小さくなる方向に膨らむように補正され、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が上限値に達する時刻Ｔ２よりも時間的に遅れて上限に達するようになる。
なお、ここでは便宜上カーブＱ１〜Ｑ３に分けて説明したが、いずれのカーブも式（５）、（６）、（７）及び式（４）によって連続的に算出されるものであるので、演算式の切替は必要ない。

一方、下降しているブーム１１を停止させるために、作業機レバー２を中立位置に戻す場合においては、作業機レバー２が中立位置に近づく方向に動かされたことをトリガとして（Ｔ３）、前述と同様の演算が行われる。例えば、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１は、カーブＱ４、Ｑ５、Ｑ６からなる振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´のように補正される。時刻Ｔ３をトリガとして形成されたカーブＱ４の部分では、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´は、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１よりも小さくなる方向に膨らむように補正される。カーブＱ４の頂点を過ぎてから時刻Ｔ４まではカーブＱ６の部分であり、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´は、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１より大きい値で通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の減少を追いかけるように補正される。そして、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が０に達した時刻Ｔ４をトリガとして形成されたカーブＱ６の部分では、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´は、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１より大きくなる方向に膨らむように補正され、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が０に達する時刻Ｔ４よりも時間的に遅れて作業機１０の停止に至るようになる。

このとき、駆動装置１９の動きに合わせてブーム１１が動くことになる。そして、駆動装置１９からブーム１１までの間には作業油の圧縮性や配管の弾性などに起因する振動が加わることになるが、その振動成分は、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´に基づきブーム１１が動く際に相殺される。このため、ブーム１１は振動することなくオペレータの要求通りに動作することになる。

なお、本実施形態では、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が台形状の信号波形となる場合について説明したが、例えば、Ｔ１からＴ２までの間において、中立位置から離れる方向への作業機レバー２の傾倒が一旦止められ、この後にさらに中立位置から離れる方向への傾倒が再開された場合や、Ｔ３からＴ４までの間において、中立位置に近づく方向への作業機レバー２の傾倒が一旦止められ、この後にさらに中立位置に近づく方向への傾倒が再開された場合のように、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の信号波形が略凸状となる場合でも、傾倒が一旦止められた時点及び再開された時点で同様に補正される。通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の信号波形が階段状となる場合でも同様である。

図４は、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１のピーク値を説明するための図である。
なお、図４において、信号波形Ｓ_ｗ１は、作業機レバー２を中立位置から傾倒させ、再度、中立位置に戻す操作を短時間で行い、作業機１０の微小な位置合わせを行う、いわゆるインチング操作による通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の信号波形を示している。また、図４において、略台形状の信号波形Ｓ_ｗ２は、インチング操作以外の他のレバー操作による通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の信号波形を示しており、具体的には、作業機レバー２を中立位置から前述のインチング操作よりも大きく傾倒させ、再度、中立位置に戻す操作による通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の信号波形を示している。
ピーク値認識手段２２４は、レバー操作信号Ｆａから求められる通常動作用の速度目標指令値Ｖ１を順次、入力し、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１のピーク値を認識する。
例えば、ピーク値認識手段２２４は、入力した通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の信号波形がインチング操作による信号波形Ｓ_ｗ１である場合には、図４に示すように、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じた際での速度目標指令値Ｖ_ｐ（Ｖ_ｐ１）をピーク値として認識する。
また、例えば、ピーク値認識手段２２４は、入力した通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の信号波形が略台形状の信号波形Ｓ_ｗ２である場合にも同様に、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じた際での速度目標指令値Ｖ_ｐ（Ｖ_ｐ２）をピーク値として認識する。

目標指令値合成手段２２５は、ピーク値Ｖ_ｐに基づいて、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１、及び振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を合成して、レバー操作に応じた速度目標指令値Ｖ２に補正する機能を有している。
具体的に、目標指令値合成手段２２５は、以下の式（８）によって、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１及び振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´の合成比率を定めるβを算出する。そして、目標指令値合成手段２２５は、算出したβを用いて、以下の式（９）によって、速度目標指令値Ｖ２を算出する。
ここで、Ｖmaxは、作業機レバー２を中立位置から機械的に傾倒できる最大傾倒角度に傾倒させた場合でのレバー操作信号Ｆａに基づく速度目標指令値Ｖ１である。

式（８），（９）の解釈は、以下の通りである。
βは、式（８）に示すように、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じる際の作業機レバー２の傾倒角度が最大傾倒角度に近いほど、すなわち、ピーク値Ｖ_ｐがＶmaxに近いほど、１に近い値となる。一方、βは、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じる際の作業機レバー２の傾倒角度が０（中立位置）に近いほど、すなわち、ピーク値Ｖ_ｐが０に近いほど、０に近い値となる。
したがって、作業機レバー２によるレバー操作がインチング操作等であり、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じる際の作業機レバー２の傾倒角度が０（中立位置）に近い場合、すなわち、ピーク値認識手段２２４にて比較的に小さい速度目標指令値Ｖ_ｐ１（図４）がピーク値として認識された場合には、式（８）により得られるβの値は、比較的に小さいもの（０に近い）となる。
一方、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じる際の作業機レバー２の傾倒角度が最大傾倒角度に近い場合、すなわち、ピーク値認識手段２２４にて比較的に大きい速度目標指令値Ｖ_ｐ２（図４）がピーク値として認識された場合には、式（８）により得られるβの値は、比較的に大きいもの（１に近い）となる。

ここで、式（９）に示すように、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１、及び振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を合成する際、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の合成比率は（１−β）であり、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´の合成比率はβである。
したがって、インチング操作等、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じる際の作業機レバー２の傾倒角度が０（中立位置）に近い場合には、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´の合成比率（β）が低く、逆に、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の合成比率（１−β）が高い状態で、各速度目標指令値Ｖ１，Ｖ１´が合成され、速度目標指令値Ｖ２が算出されることとなる。すなわち、上記の場合には、振動抑制手段２２３による振動抑制機能を弱めた状態で、速度目標指令値Ｖ２が算出されることとなる。
一方、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じる際の作業機レバー２の傾倒角度が最大傾倒角度に近い場合には、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´の合成比率（β）が高く、逆に、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の合成比率（１−β）が低い状態で、各速度目標指令値Ｖ１，Ｖ１´が合成され、速度目標指令値Ｖ２が算出されることとなる。すなわち、上記の場合には、振動抑制手段２２３による振動抑制機能を強めた状態で、速度目標指令値Ｖ２が算出されることとなる。
すなわち、目標指令値合成手段２２５は、レバー操作の状態に応じて振動抑制手段２２３による振動抑制機能の強弱を付け、速度目標指令値Ｖ２を算出する。

(2-4)指令信号出力手段２３の構成
指令信号出力手段２３は、補正された速度目標指令値Ｖ２に基づいて駆動装置１９への指令信号（電流信号）Ｇを生成し、この指令信号Ｇをアンプ２０Ａ，２０Ａを介してＥＰＣバルブ１８に出力する機能を有している。ＥＰＣバルブ１８は、この指令信号Ｇに基づいてメインバルブ１７を構成するスプール１７Ａを移動させ、油圧シリンダ１４への作動油の供給量を調整する。

（３）バルブコントローラ２０ａの作用
次に、図５のフローチャートも参照し、ブーム１１の制御方法について説明する。

(a) ステップＳ１：先ず、オペレータによって作業機レバー２が操作されると、作業機レバー２からのレバー操作信号Ｆａに基づき、レバー操作信号入力手段２１の速度目標指令値演算手段２１１が通常動作用の速度目標指令値Ｖ１を演算する。

(b) ステップＳ２：目標指令値補正手段２２の振動特性決定手段２２１は、関節角度θ１，θ２に応じた振動数ω及び減衰率ζを決定する。そして、振動特性決定手段２２１は、決定した振動数ω及び減衰率ζを、バルブコントローラ２０ａに設けられたＲＡＭ等のストレージにストアする。

(c) ステップＳ３：ここでは、振動抑制手段２２３により、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１から振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を演算する。
この際の演算には、ステップＳ２で得られ、ＲＡＭ等のストレージにストアされた振動数ω、減衰率ζを用いて、前述した式（５）、（６）、（７）、及び式（４）により、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を求める。

(d) ステップＳ４：ここでは、目標指令値合成手段２２５により、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１、及び振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´が合成されて、レバー操作に応じた速度目標指令値Ｖ２を演算する。
具体的には、図６に示されるフローチャートに基づいて行われる。
なお、以下で説明するステップＳ４Ａ，Ｓ４Ｂは、上述したステップＳ３と並列に処理されるステップであるが、説明の便宜上、ステップＳ３の後に行われる処理として記載する。

ステップＳ４Ａ：先ず、ピーク値認識手段２２４は、レバー操作信号Ｆａに基づく通常動作用の速度目標指令値Ｖ１を順次、入力し、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１のピーク値Ｖ_ｐを認識する。
ステップＳ４Ｂ：次いで、目標指令値合成手段２２５は、認識されたピーク値Ｖ_ｐを用いて、前述した式（８）により、βを算出する。
ステップＳ４Ｃ：そして、目標指令値合成手段２２５は、算出したβを用いて、前述の式（９）により、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１、及び振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を合成し、速度目標指令値Ｖ２を算出する。

(h) ステップＳ５：この後、指令信号出力手段２３が起動し、補正された速度目標指令値Ｖ２を指令信号Ｇに変換してＥＰＣバルブ１８に出力する。
(i) ステップＳ６：ＥＰＣバルブ１８からのパイロット圧により、メインバルブ１７のスプール１７Ａが移動されると、指令信号出力手段２３は、位置検出器１７Ｂからフィードバックされる位置信号Ｅに基づいてスプール１７Ａの位置を監視し、スプール１７Ａが正確な位置を維持するように指令信号Ｇを出力する。
以上により、メインバルブ１７からの油圧によってブーム１１が駆動される。

（４）実施形態の効果
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
図７及び図８は、本実施形態の効果を説明するための図である。
ここで、図７及び図８において、横軸は時間を示し、縦軸はレバー操作信号Ｆａ、速度目標指令値Ｖ１、油圧シリンダ１４の実際の動作速度（シリンダ速度）をそれぞれ示している。

インチング操作等、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じる際のピーク値Ｖ_ｐが小さい（０に近い）場合には、図７（Ａ）に示すように、シリンダ速度も小さいので揺れは発生し難い。このような操作に対して振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を適用すると、図７（Ｂ）に示すように、作業機レバー２が中立位置に戻ってから（レバー操作信号Ｆａが０に戻ってから）シリンダ速度が０になるまでの間に時間差が生じ、作業機の停止流れとしてブーム１１の微小な位置合わせを阻害する原因になる。
このような場合には、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１のピーク値Ｖ_ｐが小さいことから合成比率βを小さくして合成した速度目標指令値Ｖ２の挙動を通常動作用の速度目標指令値Ｖ１に近付ける。このようにすることで、図７（Ｃ）に示すように、作業機レバー２が中立位置に戻った際にシリンダ速度を略０として、ブーム１１の停止流れを抑制することができる。

一方、他のレバー操作の場合等、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１が減速に転じる際のピーク値Ｖ_ｐが大きい（最大速度に近い）場合には、図８（Ａ）に示すように、シリンダ速度が大きいため、停止直後に大きな振動が発生する。このような操作に対して振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を適用すると、図８（Ｂ）に示すように、振動を抑制することができる。このとき、停止流れが発生するが、高速から急停止する操作は、微小な位置合わせを要求されないため、停止流れは問題にならない。
このような場合には、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１のピーク値Ｖ_ｐが大きいことから合成比率βを大きくして合成した速度目標指令値Ｖ２の挙動を振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´に近付ける。このようにすることで、図８（Ｃ）に示すように、作業機レバー２が中立位置に戻った際にシリンダ速度の振動を抑制することができる。
以上のように、作業機レバー２の操作状態（ピーク値Ｖ_ｐの大小）に応じて振動抑制機能の強弱を付けることで、作業機１０の振動を抑制しつつ、作業機の操作性を向上できる。

また、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１、及び振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を合成するにあたり、式（８），（９）のような簡素な演算で実施できるため、バルブコントローラ２０ａの処理負荷を軽減できる。
加えて、本実施形態での最も特徴的な速度目標指令値演算手段２１１、及び目標指令値補正手段２２は、ソフトウェアであるため、既存の油圧ショベル１のバルブコントローラ２０ａの内部に容易に組み込むことができ、コストアップを招くことなく、作業機１０の振動を抑制しつつ、作業機の操作性を向上できる。

なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
前記実施形態では、油圧ショベル１に対して本発明が適用されていたが、これに限らず、ホイールローダ、ブルドーザ等の他の建設機械に本発明を適用しても構わない。
前記実施形態では、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１、及び振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´を合成するにあたり、式（８），（９）の演算で実施していたが、これに限らない。すなわち、ピーク値Ｖ_ｐが大きくなるにしたがって、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の合成比率が低くなるとともに、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´の合成比率が高くなり、逆に、ピーク値Ｖ_ｐが小さくなるにしたがって、通常動作用の速度目標指令値Ｖ１の合成比率が高くなるとともに、振動抑制用の速度目標指令値Ｖ１´の合成比率が低くなれば、他の演算式を採用しても構わない。

前記実施形態では、レバー操作信号Ｆａが入力されるレバー操作信号入力手段２１が構造上、バルブコントローラ２０ａの本体内に設けられていたが、このようなレバー操作信号入力手段２１は、バルブコントローラ２０ａの機能の一部として構造上、作業機レバー２側に設けられていてもよく、このような場合では、レバー操作信号入力手段２１から出力される通常動作用の速度目標指令値Ｖ１がバルブコントローラ２０ａ本体の目標指令値補正手段２２に直に入力されることになる。

前記実施形態では、関節角度θ１，θ２からブーム１１の作業姿勢を判定し、これに基づいて振動数ωおよび減衰率ζを決定していたが、このような作業姿勢を油圧シリンダ１４の油圧（負荷）によって判定し、この油圧に基づいて振動数ωおよび減衰率ζを決定してもよい。
また、振動数ω及び減衰率ζを作業姿勢や負荷によらぬ一定値に設定して、作業機の振動抑制を完全には行わない代わりに、関節角度センサや圧力センサを必要としない構成とすることにより、コストアップを小さくした構成としても構わない。
前記実施形態では、駆動装置１９は、油圧シリンダ１４や、これを油圧駆動するためのメインバルブ１７を含んで構成されていたが、本発明に係る駆動装置としては、電気モータあるいは油圧モータを用いて作業機を動作させる構成であってもよい。

前記実施形態において、車両本体のみの振動特性に応じて建設機械全体の振動が抑制されるのであれば、作業機の振動特性によらずに本発明を実施してもよい。要するに、作業機及び／または車両本体といった建設機械の振動特性に応じて揺れや振動が抑制されれば、本発明に含まれる。
例えば、キャブが上昇、下降を行うパワーショベルのように、車体の重心が変動するような場合は、キャブの高さを検知するセンサからの信号を、振動特性の決定手段に入力することもできる。また、カウンタウェイトの脱着があった場合においては、ペイロードセンサにより脱着を検知し、その信号を同様に振動特性の決定手段に入力してもよい。

前記実施形態では、ブーム１１の振動モデルとして、線形２次遅れモデルを採用したが、振動モデルとしてはこれに限定されず、ブーム１１の振動を予め予測できるモデルであればよい。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、油圧ショベル、ホイールローダ、ブルドーザ等の建設機械に適用できる。

１…油圧ショベル（建設機械）、２…作業機レバー（操作手段）、１０…作業機、１９…駆動装置、２０ａ…バルブコントローラ（制御装置）、２２…目標指令値補正手段、２３…指令信号出力手段、２１１…速度目標指令値演算手段、２２３…振動抑制手段、２２４…ピーク値認識手段、２２５…目標指令値合成手段、Ｆａ…操作信号、Ｇ…指令信号、Ｖ１…通常動作用の速度目標指令値、Ｖ１´…振動抑制用の速度目標指令値、Ｖ２…補正された速度目標指令値。

Claims (3)

1. 作業機と、前記作業機を操作する操作手段と、前記操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機を制御する制御装置とを備えた建設機械において、
   前記制御装置は、
   前記操作信号に基づいて、前記作業機の通常動作用の速度目標指令値を生成する目標指令値演算手段と、
   前記通常動作用の速度目標指令値を補正する目標指令値補正手段と、
   補正された速度目標指令値に基づいて、前記作業機を動作させる駆動装置に対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
   前記目標指令値補正手段は、
   前記通常動作用の速度目標指令値に基づいて、前記作業機の振動の発生を抑制する振動抑制用の速度目標指令値を生成する振動抑制手段と、
   前記目標指令値演算手段にて順次、生成された前記通常動作用の速度目標指令値に基づいて、前記通常動作用の速度目標指令値のピーク値を認識するピーク値認識手段と、
   前記ピーク値に基づいて、前記通常動作用の速度目標指令値、及び前記振動抑制用の速度目標指令値を合成して、前記通常動作用の速度目標指令値を補正する目標指令値合成手段とを備えることを特徴とする建設機械。
2. 作業機と、前記作業機を操作する操作手段と、前記操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機を制御する制御装置とを備えた建設機械の制御方法において、
   前記制御装置が、
   前記作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の通常動作用の速度目標指令値を生成する第１の目標指令値生成ステップと、
   前記通常動作用の速度目標指令値に基づいて、前記作業機の振動の発生を抑制する振動抑制用の速度目標指令値を生成する第２の目標指令値生成ステップと、
   前記第１の目標指令値生成ステップにて順次、生成した前記通常動作用の速度目標指令値に基づいて、前記通常動作用の速度目標指令値のピーク値を認識するピーク値認識ステップと、
   前記ピーク値に基づいて、前記通常動作用の速度目標指令値、及び前記振動抑制用の速度目標指令値を合成して、前記通常動作用の速度目標指令値を補正する目標指令値合成ステップとを実行することを特徴とする建設機械の制御方法。
3. 作業機と、前記作業機を操作する操作手段と、前記操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機を制御する制御装置とを備えた建設機械の前記制御装置に、請求項２に記載の建設機械の制御方法を実行させることを特徴とするコンピュータ実行可能なプログラム。

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