JP5062128B2 - 作業機械の旋回駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋回体を有するショベルやクレーン等の作業機械に設けられ、当該作業機械を電動機により駆動する作業機械の旋回駆動装置に関するものである。

近年、作業機械の旋回体を駆動する手段として、従来の油圧アクチュエータに代え、エネルギー効率の高い電動アクチュエータの使用が検討されている。例えば特許文献１には、操作レバーの操作量に応じて目標速度を設定し、その目標速度と実際の旋回速度との偏差を用いて電動機の目標トルクを決定する旋回制御方法が開示されている。

しかし、このような電動機制御では、レバー操作に対するアクチュエータの応答性が油圧駆動システムに比べて過敏となる。例えば、レバー中間領域においてレバー操作によって速度変更を行なうと、電動機が急激に速度変化し、その結果、ハンチングを起こしたりショックが発生したりするおそれがある。

このような不都合を解消するため、特許文献２には、仮想の油圧回路モデルを利用して目標旋回速度を算定する装置が開示されている。具体的に、同文献２には、目標旋回速度と実際の旋回速度との偏差に基づくフィードバック制御を行うのに加え、油圧回路モデルについて設定されたメータイン流量、メータアウト流量、ブリードオフ流量についての支配方程式を連立させて数値積分法により時刻暦応答演算を行うことが記載されている。
特開２００１−１０７８３号公報 特開２００３−３３３８７６号公報

前記特許文献２に記載される制御は、特許文献１に記載される従来の一般的なフィードバック制御、すなわち、目標旋回速度と実際の旋回速度との偏差に基づく制御を基本とするものであって、これを油圧回路モデルによる演算によって補正するだけであり、かつ、その演算は実際の検出値として操作レバーの操作量のみを採用するものであるので、特許文献１と同様、旋回体の慣性モーメントの変化に伴う旋回速度変化を反映させにくいという課題がある。また、多数の支配方程式からなる連立方程式を数値積分法で解く必要があるため、演算制御のためのプログラムが複雑となる。

本発明は、このような事情に鑑み、仮想の油圧回路モデルを利用しながら、簡単な演算動作で、作業機械の実際の旋回速度の変化が油圧回路特性に与える影響をも考慮した旋回駆動制御を行うことが可能な装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、旋回体を有する作業機械に設けられ、当該旋回体を旋回駆動するための装置であって、前記旋回体を旋回させる電動機と、前記旋回体の実際の旋回速度を検出する旋回速度検出手段と、前記旋回体の旋回速度を指定するために操作される操作部材を含み、その操作量に相当する指令信号を出力する操作装置と、前記旋回体を駆動する油圧モータと、当該油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記操作部材の操作量に対応して前記油圧モータについてのメータイン流量、メータアウト流量、及びブリードオフ流量をそれぞれ変化させる流量制御弁とを含む仮想の油圧回路モデルの特性に近似する特性で前記電動機を作動させるための旋回指令信号を作成して出力する演算制御装置とを備え、この演算制御装置は、前記操作部材の操作量と前記旋回体の旋回速度とに基づいて前記油圧モータの入口圧及び出口圧を想定するモータ圧想定手段と、その想定された入口圧と出口圧との差に基づいて前記電動機の目標トルクを演算し、この目標トルクに基づいて前記旋回指令信号を作成する指令信号作成手段とを含むものである。

この装置では、油圧モータ、油圧ポンプ、及び流量制御弁を含む油圧回路モデルが採用されるとともに、操作部材の操作量と旋回体の旋回速度とに基づいて前記油圧モータの入口圧及び出口圧が想定され、その想定された入口圧と出口圧との差に基づいて前記電動機の目標トルクが演算され、この目標トルクに基づいて旋回指令信号が作成されるので、実際の旋回速度の変化が油圧回路特性に与える影響を考慮した、より精度の高い制御を行うことができる。

また、この装置では、複雑な演算動作を行うことなく前記旋回指令信号を作成することが可能である。具体的に、前記モータ圧想定手段が、前記操作装置の操作量に対応する旋回目標流量を演算する目標流量演算手段と、前記油圧モータへのメータイン流量、前記油圧モータからのメータアウト流量、及びブリードオフ流量をそれぞれ決定する基本流量決定手段と、前記目標流量演算手段が演算した旋回目標流量と、前記基本流量決定手段が決定した各流量とに基づき、前記油圧ポンプの吐出圧を演算するポンプ圧演算手段と、前記旋回速度検出手段が検出する旋回速度と、少なくとも前記基本流量決定手段が決定した各流量とに基づいて想定される前記油圧モータの入口圧及び出口圧を演算するモータ圧演算手段とを含み、前記基本流量決定手段は、前記旋回目標流量に基づいて前記メータアウト流量を決定し、前記ポンプ圧演算手段及び前記モータ圧演算手段がそれぞれ前記油圧ポンプの吐出圧及び前記油圧モータの入口圧を演算した後はこれらの差圧に基づいてメータイン流量を決定し、前記ポンプ圧演算手段が前記油圧ポンプの吐出圧を演算した後はその吐出圧と前記操作部材の操作量とに基づいてブリードオフ流量を決定するものによれば、複雑な支配方程式を解くことなく、簡単な演算制御動作で実際の旋回速度変化を考慮した油圧モータの差圧を想定することができる。

さらに、前記演算制御装置が、前記油圧モータ、前記油圧ポンプ、及び前記流量制御弁に加え、前記油圧モータの入口側及び出口側にそれぞれ設けられるリリーフ弁を含む油圧回路モデルの特性に近似する特性で前記電動機を作動させるための旋回指令信号を作成するものであり、この演算制御装置のモータ圧想定手段は、前記リリーフ弁によるリリーフ流量を決定するリリーフ流量決定手段をさらに含み、当該モータ圧想定手段のモータ圧演算手段は、前記旋回速度検出手段が検出する旋回速度と、少なくとも前記基本流量決定手段が決定した各流量及び前記リリーフ流量決定手段が決定するリリーフ流量とに基づいて想定される前記油圧モータの入口圧及び出口圧を演算し、前記リリーフ流量決定手段は、前記モータ圧演算手段により前記油圧モータの入口圧及び出口圧が演算された後は当該入口圧及び当該出口圧に基づいて各リリーフ弁のリリーフ流量を演算するものでは、メータイン流量、メータアウト流量、及びブリードオフ流量に加え、リリーフ流量を考慮に加えた、実際の油圧回路特性により近似した特性を実現することができる。。

さらに、前記モータ圧想定手段は、前記旋回体の旋回加速度に基づいて前記電動機のトルクのハンチングを抑制するための応答特性調整流量を演算する調整流量決定手段をさらに含み、当該モータ圧想定手段のモータ圧演算手段は、前記旋回速度検出手段が検出する旋回速度と、前記基本流量決定手段が決定した各流量と、前記リリーフ流量決定手段が決定するリリーフ流量と、前記調整流量演算手段が決定する調整流量とに基づいて想定される前記油圧モータの入口圧及び出口圧を演算するものでは、基本流量決定手段及びリリーフ流量決定手段が決定する流量に旋回加速度から演算される応答特性調整流量が加えられることにより、当該旋回加速度に基づくフィードバック制御の要素を加味することが可能であり、簡単な構成で油圧回路モデルの応答の安定性を高め、ハンチングを効果的に抑制することができる。

以上のように、本発明によれば、油圧モータ、油圧ポンプ、及び流量制御弁を含む油圧回路モデルを用いるのに加え、操作部材の操作量と実際の旋回速度に基づいて前記油圧モータの入口圧と出口圧との差を想定し、その差圧に基づいて電動機の目標トルクを演算することにより、簡単な演算制御動作で、実際の旋回速度が油圧回路特性に与える影響をも考慮した、トルクショックの少ない旋回駆動制御を実現することができる効果がある。

本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では作業機械として油圧ショベルが例示されるが、本発明が適用される作業機械はこれに限られず、クレーン、その他、種々の旋回体を有する作業機械に広く適用することが可能である。

図１に示される油圧ショベルは、下部走行体１と上部旋回体２とを備え、上部旋回体２は回転軸Ｒ．Ａまわりに旋回可能となるように前記下部走行体１に搭載される。

前記上部旋回体２は、フロントアタッチメント３を含む。このフロントアタッチメント３は、ブーム３ａおよびそのブーム３ａを起伏動作させるブームシリンダ３ｂと、アーム３ｃおよびそのアーム３ｃを回動動作させるアームシリンダ３ｄと、バケット３ｅおよびそのバケット３ｅを回動動作させるバケットシリンダ３ｆとを備える。このフロントアタッチメント３の姿勢の変化が上部旋回体２全体の慣性モーメントを変化させ、その旋回速度に影響を与える。

前記上部旋回体２は、その他、フロントアタッチメント３の側方に配置されるキャビン４と、その後方に配置される図略のエンジン、油圧機器、タンク等と、これらを覆う機器カバー５とを含む。

この油圧ショベルは、さらに、前記上部旋回体２を電動にて旋回させるための旋回駆動装置１０を備える。この旋回駆動装置１０は、図２に示されるように、電動機１２と、電源１４と、エンコーダ（旋回速度検出手段）１６と、操作装置１８と、コントローラ（演算制御装置）２０とを備える。

前記電動機１２は、前記電源１４からの電力供給を受けることにより前記上部旋回体２を旋回させるもので、当該電動機１２の出力軸が減速機１５を介して前記上部旋回体２に連結される。この電動機１２は、ＡＣサーボモータで構成されるが、ＤＣサーボモータの適用も可能である。

前記電源１４には、前記エンジンによって駆動される発電機、この発電機が生成する電力を蓄えるバッテリー、キャパシタ等が組み合わせて用いられる。この電源１４は本発明に必須のものではなく、例えば作業機械の外部から電力供給を受けるものでもよい。

前記エンコーダ１６は、前記電動機１２の出力軸の回転量を検出し、その検出信号を出力する。このエンコーダ１６の出力信号の時間微分に基づいて前記上部旋回体２の旋回速度が検出される。

前記操作装置１８は、前記キャビン４内の運転席の近傍に設けられ、回動操作可能な操作レバー（操作部材）と、その操作量を検出するポテンショメータとを含む。この操作レバーの操作方向及び操作量Ｌは、前記上部旋回体２の旋回方向及び旋回速度に対応づけられる。前記ポテンショメータは、前記操作方向に対応した正負の符号と前記操作量Ｌに対応した絶対値とをもつ操作信号を出力する。

前記コントローラ２０は、マイクロコンピュータ等からなり、前記エンコーダ１６及び前記操作装置１８からの出力信号を受け、図３に示すような仮想の油圧回路モデル５０の特性に近似する特性で前記電動機を作動させるための旋回指令信号を作成して出力する演算制御装置として機能する。

前記油圧回路モデル５０は、この実施の形態では、前記上部旋回体２を駆動するための正逆回転可能な油圧モータ５２と、当該油圧モータ５２に作動油を供給する油圧ポンプ５４と、当該油圧モータ５２と当該油圧ポンプ５４との間に介在するコントロールバルブ（流量制御弁）５６と、一対のリリーフ弁５７，５８とを含むものとして想定される。

前記コントロールバルブ５６は、前記操作レバーの操作方向に対応した旋回方向に油圧モータ５２を回すように弁体の位置が切換えられ、かつ、当該操作レバーの操作量Ｌに対応して前記油圧ポンプ５４から前記油圧モータ５２へのメータイン流量Ｑｍｉ、前記油圧モータ５２からのメータアウト流量Ｑｍｏ、及び前記油圧ポンプ５４からタンクへのブリードオフ流量Ｑｂをそれぞれ変化させるように前記弁体が操作されるものとして想定される。前記各リリーフ弁５７，５８は、この実施の形態では、その一次圧が予め設定された圧力に到達した時点で開弁し、その開弁状態では当該一次圧に比例した流量で作動油をリリーフするものとして想定される。

なお、これらのリリーフ弁５７，５８の想定は本発明において必須ではない。また、旋回体の旋回方向が指定されない場合（すなわち旋回体が一方向にのみ旋回駆動される場合）には、油圧モータの入口側のみについてリリーフ弁が想定されればよい。

このコントローラ２０は、図４に示すように、モータ圧想定手段３０と指令信号作成手段４０とを備える。前記モータ圧想定手段３０は、前記操作装置１８から入力される操作レバーの操作量Ｌと、前記エンコーダ１６から入力される信号により得られる上部旋回体２の旋回速度ωとに基づいて、前記油圧モータ５２の入口圧Ｐｍｉ及び出口圧Ｐｍｏを想定する。前記指令信号作成手段４０は、想定された入口圧Ｐｍｉと出口圧Ｐｍｏとの差（モータ差圧ΔＰｍ＝Ｐｍｉ−Ｐｍｏ）に基づいて前記電動機の目標トルクＴｏを演算し、この目標トルクＴｏに基づいて前記旋回指令信号を作成する。

前記モータ圧想定手段３０は、目標流量演算手段３２と、基本流量決定手段３３と、リリーフ流量決定手段３４と、調整流量決定手段３５と、ポンプ圧演算手段３６と、モータ圧演算手段３８とを含む。

前記目標流量演算手段３２は、前記操作レバーの操作量Ｌに対応する旋回目標流量Ｑｏを演算する。具体的に、この目標流量演算手段３２は、予め設定された、図５（ａ）に示すような操作量Ｌ−旋回目標流量Ｑｏの関係を記憶し、この関係と前記操作量Ｌとに基づいて旋回目標流量Ｑｏを算定する。

前記基本流量決定手段３３は、前記のメータイン流量Ｑｍｉ、メータアウト流量Ｑｍｏ、及びブリードオフ流量Ｑｂをそれぞれ決定する。具体的に、この基本流量決定手段３３は、前記旋回目標流量Ｑｏをそのまま前記メータアウト流量Ｑｍｏに設定する一方、メータイン流量Ｑｍｉ及びブリードオフ流量Ｑｂを初期段階では予め設定された初期値に設定する。そして、この初期値に基づき前記ポンプ圧演算手段３６及び前記モータ圧演算手段３８がそれぞれ後述のように油圧ポンプ５４の吐出圧Ｐｐ及び油圧モータ５２の入口圧Ｐｍｉを演算した後は、当該吐出圧Ｐｐと当該入口圧Ｐｍｉの差に基づいてメータイン流量Ｑｍｉを算定し、前記ポンプ圧演算手段３６が演算した吐出圧Ｐｐと前記操作レバーの操作量Ｌとに基づいてブリードオフ流量Ｑｂを算定する。

前記リリーフ流量決定手段３４は、前記各リリーフ弁５７，５８でのリリーフ流量を決定する。具体的に、各リリーフ弁５７，５８のリリーフ流量を初期状態では予め設定された初期値に設定し、前記のように油圧モータ５２の入口圧Ｐｍｉ及び出口圧Ｐｍｏが演算された後は、その入口圧Ｐｍｏ及び出口圧Ｐｍｉと前記旋回方向とに基づき各リリーフ弁５７，５８のリリーフ流量を演算する。詳しくは、前記旋回方向に基づいて両リリーフ弁５７，５８がそれぞれ入口側、出口側のいずれであるのかを判別し、入口側のリリーフ弁のリリーフ流量をＱｒｉ、出口側のリリーフ弁のリリーフ流量をＱｒｏとして算定する。

前記調整流量決定手段３５は、前記上部旋回体２の旋回速度ωの時間微分によりその旋回加速度βを求め、この旋回加速度βに基づいて応答特性調整流量Ｑａｊを演算する。この応答特性調整流量Ｑａｊは、前記電動機１２の出力トルクのハンチングを抑制するために設定される調整用の流量である。

前記ポンプ圧演算手段３６は、前記目標流量演算手段３２が演算した旋回目標流量Ｑｏと、前記基本流量決定手段３３が決定した各流量Ｑｍｉ，Ｑｍｏ，Ｑｂとに基づき、前記油圧ポンプ５４の吐出圧Ｐｐを演算する。

前記モータ圧演算手段３８は、前記旋回速度ωに基づき、油圧モータ５２を通過する作動油の流量であるモータ流量Ｑｍｔを演算するとともに、このモータ流量Ｑｍｔと、前記操作レバーの操作方向により指定される旋回方向と、前記基本流量決定手段３３が決定した前記各流量Ｑｍｉ，Ｑｍｏ，Ｑｂと、前記リリーフ流量決定手段３４が決定する前記リリーフ流量Ｑｒｉ，Ｑｒｏと、前記調整流量演算手段３５が決定した前記調整流量Ｑａｊとに基づいて、想定される前記油圧モータ５２の入口圧Ｐｍｉ及び出口圧Ｐｍｏをそれぞれ演算する。

次に、このコントローラ２０が行う演算制御動作を、図５に示される特性グラフと、図６に示されるフローチャートとを併せて参照しながら説明する。なお、この演算制御動作は、予め定められたサンプリング周期（例えば１ｍｓｅｃ）ごとに繰り返される。
（１）各種情報の取り込み（図６のステップＳ１）
コントローラ２０は、操作装置１８の操作レバーの旋回操作方向及び旋回操作量Ｌと、エンコーダ１６によって検出される上部旋回体２の旋回速度ωとを取り込む。旋回操作量Ｌは、フル操作量に対する比率（％）として取り込まれる。
（２）旋回目標流量Ｑｏの算定（ステップＳ２）
コントローラ２０の目標流量演算手段３２は、前記旋回操作量Ｌと、予め記憶している旋回操作量Ｌ−旋回目標流量Ｑｏの関係とに基づいて、当該旋回操作量Ｌに対応する旋回目標流量Ｑｏを算定する。この実施の形態では、前記関係として、図５（ａ）に示されるように操作量Ｌの増加とともに旋回目標流量Ｑｏが増加し、操作量Ｌが１００％及びその近傍領域では旋回目標流量Ｑｏが最大値となる関係が設定される。
（３）基本流量及びリリーフ流量の決定（ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ４′）
コントローラ２０の基本流量決定手段３３及びリリーフ流量決定手段３４は、基本流量（メータイン流量Ｑｍｉ、メータアウト流量Ｑｍｏ及びブリードオフ流量Ｑｂ）と、油圧モータ入口側のリリーフ流量Ｑｒｉ及び油圧モータ出口側のリリーフ流量Ｑｒｏの決定を行う。上述のように、リリーフ弁５７，５８のうちのいずれが入口側リリーフ弁で、いずれが出口側リリーフ弁であるかは、前記操作レバーの操作方向によって指定される旋回方向に基づいて判別される。

前記各流量のうち、メータアウト流量Ｑｍｏは、前記旋回目標流量Ｑｏと等しいもの、あるいはこれを補正したもの（例えば調整係数を乗じたもの）として決定される。これに対し、その他の流量Ｑｍｉ，Ｑｂ，Ｑｒｉ，Ｑｒｏは、基本的に、後述のようにして算定される油圧ポンプ５４の吐出圧Ｐｐと油圧モータ５２の入口圧Ｐｍｉ及び出口圧Ｐｍｏとを用いて算出される（ステップＳ４）。ただし、これらの圧力Ｐｐ，Ｐｍｉ，Ｐｍｏが算定される前の初期段階では（ステップＳ３でＹＥＳ）、前記各流量Ｑｍｉ，Ｑｂ，Ｑｒｉ，Ｑｒｏがこれらの流量について予め設定された初期値に設定される（ステップＳ４′）。
（４）応答特性調整流量の算定（ステップＳ５）
この実施の形態に係るコントローラ２０は、前記基本流量Ｑｍｉ，Ｑｍｏ，Ｑｂ及び前記リリーフ流量Ｑｒｉ，Ｑｒｏに加え、応答特性調整流量Ｑａｊの算定をする。この応答特性調整流量Ｑａｊは、前記電動機１２の出力トルクのハンチングを抑制するための補正を目的として導入される流量であり、この実施の形態では、予め設定された係数Ｋａｊと、前記旋回速度ωの時間微分により得られる旋回加速度β（＝ｄω／ｄｔ）との積により与えられる。
（５）ポンプ吐出圧及びモータ圧の算定（ステップＳ６）
ポンプ圧演算手段３６及びモータ圧演算手段３８は、前記のようにして決定された各流量に基づき、油圧ポンプ５４の吐出圧Ｐｐ並びに油圧モータ５２の入口圧Ｐｍｉ及び出口圧Ｐｍｏの算定をする。

具体的に、この実施の形態では、各圧力が次式を用いて算定される。

Ｐｐ＝∫［Ｋｐ＊（Ｑｏ−Ｑｍｉ−Ｑｂ）］ｄｔ
Ｐｍｉ＝∫［Ｋｐ＊（Ｑｍｉ−Ｑｍｔ−Ｑｒｉ−Ｑａｊ）］ｄｔ
Ｐｍｏ＝∫［Ｋｐ＊（Ｑｍｔ−Ｑｍｏ−Ｑｒｏ＋Ｑａｊ）］ｄｔ
これらの式において、Ｋｐは予め設定された係数、∫［Ｑ］ｄｔは、予め設定された時間内でのＱの時間積分値を示す。また、モータ通過流量（油圧モータ５２を通過する作動油の流量）Ｑｍｔは、前記旋回速度ωに予め設定された係数Ｋｍｔを乗ずることにより算出される。

このようにして算定された圧力Ｐｐ，Ｐｍｉ，Ｐｍｏは、次回の演算制御動作での前記メータイン流量Ｑｍｉ、前記ブリードオフ流量Ｑｂ、及び前記リリーフ流量Ｑｒｉ，Ｑｒｏの算定に用いられる。具体的に、これらの流量は次式により算定される（前記のステップＳ４）。

Ｑｍｉ＝Ｋｍｉ＊（Ｐｐ−Ｐｍｉ）（Ｐｐ≧Ｐｍｉの場合）
Ｑｍｉ＝０（Ｐｐ＜Ｐｍｉの場合）
Ｑｂ＝Ｐｐ＊Ｋｂ＊（１００−γ＊Ｌ）
Ｑｒｉ＝Ｋｒ＊Ｐｍｉ
Ｑｒｏ＝Ｋｒ＊Ｐｍｏ
ここで、Ｋｍｉは、操作量Ｌに対応して設定される係数であり、この実施の形態では、図５（ｂ）に示されるように、微小操作領域では０に、この微小操作領域を超えると急増して一定値を維持するように、設定される。

また、γは、操作量Ｌについて予め設定された調整用係数であり、γ＜１の範囲で適宜設定される。Ｋｂは一定の係数である。

Ｋｒは、リリーフ弁５７，５８の一次圧（ＰｍｉまたはＰｍｏ）が設定値を超えた場合にのみ開弁するリリーフ弁５７，５８の特性を考慮して設定された係数であり、この実施の形態では、図５（ｃ）に示されるようにモータ圧（ＰｍｉまたはＰｍｏ）が予め設定された下限圧Ｐｍｉｎと上限圧Ｐｍａｘの間にある領域では０に、それ以外の領域ではほぼ一定の値に設定される。
（６）旋回指令信号の作成（ステップＳ７，Ｓ８）
コントローラ２０の指令信号作成手段４０は、前記のようにして算出された油圧モータ５２の入口圧Ｐｍｉと出口圧Ｐｍｏの差であるモータ差圧ΔＰｍ（＝Ｐｍｉ−Ｐｍｏ）に予め設定された係数Ｋｔを乗じたものを電動機目標トルクＴｏとして算定し（ステップＳ７）、当該目標トルクＴｏを得るために電動機１２に入力すべき旋回指令信号を作成してこれを当該電動機１２に向けて出力する（ステップＳ８）。これにより、当該電動機１２による上部旋回体２の駆動が制御される。

この旋回駆動装置１０では、電動機１２に入力するための旋回指令信号を作成するにあたり、油圧モータ５２、油圧ポンプ５４、及び流量制御弁であるコントロールバルブ５６を含む油圧回路モデル５０が採用されるのに加え、操作レバーの操作量（旋回操作量）Ｌと上部旋回体２の旋回速度ωとに基づいて前記油圧モータ５２の入口圧Ｐｍｉ及び出口圧Ｐｍｏが想定され、これらの差であるモータ差圧ΔＰｍに基づいて前記電動機の目標トルクＴｏが演算され、この目標トルクＴｏに基づいて旋回指令信号が作成されるので、実際の旋回速度の変化が油圧回路特性に与える影響を考慮した、より精度の高い制御を行うことができる。

また、この装置では、従来のように多数の連立した支配方程式を解くといった複雑な演算動作を行うことなく、簡単な構成で前記旋回指令信号を作成することが可能である。具体的には、前記モータ圧想定手段３０の目標流量演算手段３２が演算した旋回目標流量Ｑｏと、基本流量決定手段３３が決定したメータイン流量Ｑｍｉ、メータアウト流量Ｑｍｏ、及びブリードオフ流量Ｑｂとに基づいて、当該モータ圧想定手段３０のポンプ圧演算手段３６が油圧ポンプ５４の吐出圧Ｐｐを演算し、前記旋回速度ωと前記各流量とに基づいてモータ圧演算手段３８が油圧モータ５２の想定入口圧Ｐｍｉ及び想定出口圧Ｐｍｏを演算し、その演算された各圧力Ｐｐ，Ｐｍｉ，Ｐｍｏを用いて前記基本流量決定手段３３が前記メータイン流量Ｑｍｉや前記ブリードオフ流量Ｑｂを改めて演算するので、簡単な演算制御動作で実際の旋回速度変化を考慮した油圧モータの差圧を想定することができる。

特に、この実施の形態では、モータ圧想定手段３０に含まれるリリーフ流量決定手段３４が、油圧回路モデル５０に含まれるリリーフ弁５７，５８のリリーフ流量を決定し、このリリーフ流量を加味したモータ入口圧Ｐｍｉ及びモータ出口圧Ｐｍｏの演算が行われるので、実際の油圧回路特性により近似した特性を実現することができる。。

さらに、この実施の形態では、前記モータ圧想定手段３０に含まれる調整流量決定手段３５が、上部旋回体２の旋回加速度βに基づいて、電動機トルクのハンチングを抑制するための応答特性調整流量を演算し、この流量を加味したモータ入口圧Ｐｍｉ及びモータ出口圧Ｐｍｏの演算が行われるので、簡単な構成で油圧回路モデルの応答の安定性を高め、ハンチングを効果的に抑制することができる。

本発明の実施例及び比較例についてシミュレーションした結果を図７および図８に示す。図７は、比較例（図３に示す油圧回路モデル５０を用いるがその流量調整は行わない例）でのレバー操作に対するモータ入口圧及び出口圧の想定値の変化と、これに基づいて演算される電動機目標トルクと、当該目標トルクに基づいて制御される旋回速度の時間変化を示したものであり、図８は、本発明の実施例に係るモータ入口圧及び出口圧の想定値、電動機目標トルク、及び旋回速度の時間変化を示したものである。

図７に示される比較例では、レバー操作に応答するモータ圧、目標トルク、及び旋回速度の振動性がいずれも高いのに対し、図８に示される実施例では、本発明にかかる流量調整の実行により、前記モータ圧、目標トルク、及び旋回速度のいずれもが平滑化されてその振動成分が有効に減らされていることが分かる。

本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの外観図である。 前記油圧ショベルに搭載される旋回駆動装置の構成図である。 前記旋回駆動装置での旋回指令信号の作成のための演算制御に用いられる油圧回路モデルを示す回路図である。 前記旋回駆動装置におけるコントローラの構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は前記コントローラでの演算に用いられる諸特性を示すグラフである。 前記コントローラの演算制御動作を示すフローチャートである。 本発明の比較例の応答特性を示すグラフである。 本発明の実施例の応答特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ フロントアタッチメント
１０ 旋回駆動装置
１２ 電動機
１６ エンコーダ（旋回速度検出手段）
１８ 操作装置
２０ コントローラ（演算制御装置）
３０ モータ圧想定手段
３２ 目標流量演算手段
３３ 基本流量決定手段
３４ リリーフ流量決定手段
３５ 調整流量決定手段
３６ ポンプ圧演算手段
３８ モータ圧演算手段
４０ 指令信号作成手段
５０ 油圧回路モデル
５２ 油圧モータ
５４ 油圧ポンプ
５６ コントロールバルブ
５７，５８ リリーフ弁

Claims (4)

1. 旋回体を有する作業機械に設けられ、当該旋回体を旋回駆動するための装置であって、
   前記旋回体を旋回させる電動機と、
   前記旋回体の実際の旋回速度を検出する旋回速度検出手段と、
   前記旋回体の旋回速度を指定するために操作される操作部材を含み、その操作量に相当する指令信号を出力する操作装置と、
   前記旋回体を駆動する油圧モータと、当該油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、前記操作部材の操作量に対応して前記油圧モータについてのメータイン流量、メータアウト流量、及びブリードオフ流量をそれぞれ変化させる流量制御弁とを含む仮想の油圧回路モデルの特性に近似する特性で前記電動機を作動させるための旋回指令信号を作成して出力する演算制御装置とを備え、
   この演算制御装置は、前記操作部材の操作量と前記旋回体の旋回速度とに基づいて前記油圧モータの入口圧及び出口圧を想定するモータ圧想定手段と、その想定された入口圧と出口圧との差に基づいて前記電動機の目標トルクを演算し、この目標トルクに基づいて前記旋回指令信号を作成する指令信号作成手段とを含むことを特徴とする作業機械の旋回駆動装置。
2. 請求項１記載の作業機械の旋回駆動装置において、
   前記モータ圧想定手段は、
   前記操作装置の操作量に対応する旋回目標流量を演算する目標流量演算手段と、
   前記油圧モータへのメータイン流量、前記油圧モータからのメータアウト流量、及びブリードオフ流量をそれぞれ決定する基本流量決定手段と、
   前記目標流量演算手段が演算した旋回目標流量と、前記基本流量決定手段が決定した各流量とに基づき、前記油圧ポンプの吐出圧を演算するポンプ圧演算手段と、
   前記旋回速度検出手段が検出する旋回速度と、少なくとも前記基本流量決定手段が決定した各流量とに基づいて想定される前記油圧モータの入口圧及び出口圧を演算するモータ圧演算手段とを含み、
   前記基本流量決定手段は、前記旋回目標流量に基づいて前記メータアウト流量を決定し、前記ポンプ圧演算手段及び前記モータ圧演算手段がそれぞれ前記油圧ポンプの吐出圧及び前記油圧モータの入口圧を演算した後はこれらの差圧に基づいてメータイン流量を決定し、前記ポンプ圧演算手段が前記油圧ポンプの吐出圧を演算した後はその吐出圧と前記操作部材の操作量とに基づいてブリードオフ流量を決定することを特徴とする作業機械の旋回駆動装置。
3. 請求項２記載の作業機械の旋回駆動装置において、
   前記演算制御装置は、前記油圧モータ、前記油圧ポンプ、及び前記流量制御弁に加え、前記油圧モータの入口側及び出口側にそれぞれ設けられるリリーフ弁を含む油圧回路モデルの特性に近似する特性で前記電動機を作動させるための旋回指令信号を作成するものであり、
   この演算制御装置のモータ圧想定手段は、前記リリーフ弁によるリリーフ流量を決定するリリーフ流量決定手段をさらに含み、
   当該モータ圧想定手段のモータ圧演算手段は、前記旋回速度検出手段が検出する旋回速度と、少なくとも前記基本流量決定手段が決定した各流量及び前記リリーフ流量決定手段が決定するリリーフ流量とに基づいて想定される前記油圧モータの入口圧及び出口圧を演算し、
   前記リリーフ流量決定手段は、前記モータ圧演算手段により前記油圧モータの入口圧及び出口圧が演算された後は当該入口圧及び当該出口圧に基づいて各リリーフ弁のリリーフ流量を演算することを特徴とする作業機械の旋回駆動装置。
4. 請求項３記載の作業機械の旋回駆動装置において、
   前記演算制御装置のモータ圧想定手段は、前記旋回体の旋回加速度に基づいて前記電動機のトルクのハンチングを抑制するための応答特性調整流量を演算する調整流量決定手段をさらに含み、
   当該モータ圧想定手段のモータ圧演算手段は、前記旋回速度検出手段が検出する旋回速度と、前記基本流量決定手段が決定した各流量と、前記リリーフ流量決定手段が決定するリリーフ流量と、前記調整流量演算手段が決定する調整流量とに基づいて想定される前記油圧モータの入口圧及び出口圧を演算することを特徴とする作業機械の旋回駆動装置。

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