JP6125272B2 - 電動旋回式作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、上部旋回体の駆動源として電動モータが用いられた電動旋回式作業機械に関する。

一般的に、作業機械は走行するための走行機構を有する下部走行体と、下部走行体に搭載された上部旋回体とを有する。上部旋回体は、旋回機構の駆動源として電動モータを用いて旋回駆動される。上部旋回体の駆動源として電動モータを用いた作業機械を「電動旋回式作業機械」と称する（例えば、特許文献１参照）。

作業機械の下部走行体の走行機構として、クローラが用いられることが多い。クローラが地面に接触することで、下部走行体はクローラを介して地面上に支えられる。作業機械が走行せずに停止している状態では、クローラと地面との間の摩擦力で下部走行体は地面に対して移動せずに停止していることができる。これにより、上部旋回体が下部走行体上で旋回する際に旋回反力が下部走行体に作用しても、下部走行体は地面に対して固定された状態を維持することができる。

特開２０１０−１５０８９７号公報

しかしながら、作業環境、作業機械の状態によっては、クローラと地面との間の摩擦力が極端に小さくなる。このような場合、上部旋回体の旋回加速時や旋回減速時に大きな反力が下部走行体に作用すると、クローラがスリップしてしまう。このため、上部旋回体の旋回時に下部走行体が回転してしまい、旋回動作を運転者が意図したとおりに行なうことができないという問題が生じる。特に、寒冷地において地面が凍っている場合には、クローラと地面との間の摩擦力が極端に小さくなる。また、鉄板の上で作業機械が操作される場合には、クローラと鉄板との間の摩擦力が小さくなるため、クローラがスリップしてしまう。特に、リフティングマグネットやグラップル等を装着している場合には、エンドアタッチメントが重たくなるため、遠心力が大きくなり、スリップし易くなる。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、地面との間の摩擦力が小さくなる状況下、若しくは、遠心力が大きくなる状況下等の滑り易い状況において上部旋回体を旋回しても、下部走行体が地面に対して移動しない電動旋回式作業機械を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によれば、下部走行体と、該下部走行体に対して旋回可能に搭載された上部旋回体と、該上部旋回体を前記下部走行体に対して旋回可能に支持する旋回機構と、該旋回機構の駆動源として前記下部走行体に対して上部旋回体を旋回駆動させる電動機と、前記電動機を駆動するための駆動指令を生成する旋回制御部と、前記旋回制御部における複数の制御モードを切り替えるモード切替部と、を有し、前記旋回制御部は、前記複数の制御モードとして、通常旋回モードと、該通常旋回モードよりも操作装置からの操作量に対して前記上部旋回体の旋回動作を緩やかにするスリップ防止モードとを有し、前記モード切替部は、前記通常旋回モードと、前記スリップ防止モードとを切り替える電動旋回式作業機械が提供される。

上述の発明によれば、スリップ防止モードを設けることで、下部走行体に作用する旋回反力を低減することができ、作業機械のスリップを未然に防止することができる。これにより、例えば滑り易い状況でも作業機械を問題なく操作することができる。

本発明が適用される電動旋回式作業機械の一例の側面図である。 図１に示す電動旋回式作業機械の駆動系の構成を示すブロック図である。 コントローラの旋回制御部の機能ブロック図である。 速度指令生成処理のフローチャートである。 加速度パターンの一例を示す図である。 図５に示す加速度リミットパターンを用いて旋回速度を制御する際の、速度指令値の変化を示すグラフである。 加速度リミットパターンの他の例を示す図である。 図７に示す加速度リミットパターンを用いて旋回速度を制御する際の、速度指令値の変化を示すグラフである。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用される電動旋回式作業機械の一例の側面図である。

作業機械の下部走行体１には、走行機構としてクローラ１ａが設けられている。作業機械は、クローラ１ａを駆動することで地面上を走行する。下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。後述のように、旋回機構２は電動モータにより駆動され、上部旋回体３を旋回させる。

上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にエンドアタッチメントとしてバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

図２は、図１に示す作業機械の駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線（太線）、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線（細線）でそれぞれ示されている。なお、図２ではハイブリッド式作業機械を例示しているが、駆動方式はハイブリッド式に限られず、電動旋回機構を有する作業機械であればよい。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。

コントロールバルブ１７は、作業機械における油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。

なお、本実施形態では、下部走行体１の地面に対する移動を検出するための第１センサ４０が下部走行体１に設けられている。第１センサ４０は、例えばジャイロや加速度センサ等の移動あるいは運動を検出するセンサである。第１センサ４０の検出信号はコントローラ３０に供給される。また、本実施形態では、上部旋回体３の地面に対する移動を検出するための第２センサ４２が上部旋回体３に設けられている。第２センサ４２は、例えばジャイロや加速度センサ等の移動あるいは運動を検出するセンサである。第２センサ４２の検出信号はコントローラ３０に供給される。さらに、本実施形態では、旋回用電動機２１の回転を検出するレゾルバ２２が、下部走行体１に対する上部旋回体３の回転移動を検出する第３センサとして機能する。レゾルバ２２の検出信号はコントローラ３０に供給される。以下、レゾルバ２２を第３センサ２２と称することもある。

コントローラ３０は、作業機械の駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。

コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、蓄電系１２０の蓄電部の充放電制御を行う。コントローラ３０は、蓄電部の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、蓄電部の充放電制御を行う。

コントローラ３０に設けられた旋回制御部３２は、圧力センサ２９から供給される信号を出力指令として速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。本実施形態では、旋回制御部３２は、圧力センサ２９から供給される信号に加えて、第１センサ４０、第２センサ４２、レゾルバ２２等からの検出信号にも基づいて、旋回用電動機２１に与える速度指令を生成する。なお、本実施形態では旋回制御部３２はコントローラ３０に組み込まれているが、旋回駆動装置として、コントローラ３０とは別に設けられてもよい。

本実施形態では、旋回制御部３２は、下部走行体１がスリップし易い状況にあるとき、又は下部走行体１がスリップした場合に、旋回反力によって下部走行体１が滑って移動しないように、旋回用電動機２１の速度指令を制御する。このような制御を行なう旋回モードを「スリップ防止モード」と称する。「スリップ防止モード」ではない通常の旋回モードを「通常旋回モード」と称する。

「通常旋回モード」と「スリップ防止モード」との間の切り替えは、作業機械の運転者等の作業者が、手動スイッチを操作して必要なときに行なうことができる。あるいは、上述の第１乃至第３センサからの検出信号から作業機械自体がスリップを検出した際に、コントローラ３０が自動的に旋回モードを「スリップ防止モード」に切り替えてもよい。

旋回モードが「スリップ防止モード」に設定されると、旋回制御部３２は、旋回を開始する際及び旋回を停止する際の上部旋回体３の加速度が「通常旋回モード」における加速度より小さくなるように旋回用電動機２１の速度指令値を生成する。すなわち、「スリップ防止モード」では、旋回加速度及び旋回減速度を「通常旋回モード」より小さくして、下部走行体１に作用する旋回反力を低減することで、下部走行体１の地面に対するスリップを防止する。

図３はコントローラ３０の旋回制御部３２の機能ブロック図である。図３には旋回モード切替部の構成も示されている。

まず、旋回モード切替部５０について説明する。旋回モード切替部５０は、通常旋回モードとスリップ防止モードの切替信号を旋回制御部３２に出力する機能を有する。この機能を実現するために、旋回モード切替部５０は、手動自動切替スイッチ５２を有している。

手動自動切替スイッチ５２は、「通常旋回モード」を示す信号（例えば、"０"を表す信号）を出力する端子Ｎと、「スリップ防止モード」を示す信号（例えば、"１"を表す信号）を出力する端子Ｓと、旋回モード設定部５４から供給される信号を出力する端子Ａとを有し、それら端子のいずれか一つに接続を選択的に切り替える。手動自動切替スイッチ５２の切り替えは、作業機械の運転者等が手動で行なう。

したがって、手動自動切替スイッチ５２の接続が端子Ｎに切り替えられている場合、「通常旋回モード」を示す信号（例えば、"０"を表す信号）が手動自動切替スイッチ５２から旋回制御部３２に供給される。また、手動自動切替スイッチ５２の接続が端子Ｓに切り替えられている場合、「スリップ防止モード」を示す信号（例えば、"１"を表す信号）が手動自動切替スイッチ５２から旋回制御部３２に供給される。

一方、手動自動切替スイッチ５２の接続が端子Ａに切り替えられている場合（自動設定）、旋回モード設定部５４から出力される「通常旋回モード」を示す信号（例えば、"０"を表す信号）と、「スリップ防止モード」を示す信号（例えば、"１"を表す信号）との一方が手動自動切替スイッチ５２から旋回制御部３２に供給される。

スリップ検出部５６として第１センサ４０を用いた場合、スリップ検出部５６は第１センサ４０が出力する検出信号を旋回モード設定部５４に出力する。すなわち、第１センサ４０が下部走行体１のスリップ（移動）を検出したら、その検出信号が旋回モード設定部５４に出力される。これを受けた旋回モード設定部５４は、下部走行体１がスリップしているので、「スリップ防止モード」を示す信号を手動自動切替スイッチ５２の端子Ａに出力する。第１センサ４０が下部走行体１のスリップ（移動）を検出していないときには、旋回モード設定部５４は「通常旋回モード」を示す信号を手動自動切替スイッチ５２の端子Ａに出力する。

このように、手動自動切替スイッチ５２が端子Ａに接続されているときは、スリップ検出部５６の検出信号に基づいて、自動的に「通常旋回モード」を示す信号又は「スリップ防止モード」を示す信号が、旋回制御部３２に供給される。

スリップ検出部５６を、上述の第２センサ４２と第３センサ２２の検出信号に基づいて検出信号を旋回モード設定部５４に出力するよう構成としてもよい。すなわち、スリップ検出部５６は、第２センサ４２で検出した上部旋回体３の地面に対する移動量と、第３センサ（レゾルバ）で検出した上部旋回体３の下部走行体１に対する旋回移動量とを比較する。検出した移動量が等しければ（すなわち差分がゼロ近傍の所定の範囲内であれば）、下部走行体１にスリップは発生していないと判断し、実質的にゼロを示す信号を出力する。一方、検出した移動量が異なる場合（すなわち差分がゼロ近傍の所定の範囲を超えている場合）、その差分だけ下部走行体１がスリップしていると判断し、差分に対応した値を示す信号（すなわち、ゼロ以外の信号）を出力する。

旋回モード設定部５４は、スリップ検出部５６からの出力信号がゼロである場合は、「通常旋回モード」を示す信号（例えば、"０"を表す信号）を手動自動切替スイッチ５２の端子Ａに出力する。一方、旋回モード設定部５４は、スリップ検出部５６からの出力信号がゼロ以外である場合は、「スリップ防止モード」を示す信号（例えば、"１"を表す信号）を手動自動切替スイッチ５２の端子Ａに出力する。

次に、旋回制御部３２の動作について図３を参照しながら説明する。

旋回制御部３２は、上部旋回体３に備えられた旋回用電動機２１の出力指令として旋回速度指令を生成する速度指令生成部６０を有している。速度指令生成部６０は、コントローラ３０の速度指令変換部３４から入力される速度指令入力（ωｉ）に基づいて速度指令出力（ωｏ２）を生成する。速度指令生成部６０は、生成した速度指令出力（ωｏ２）をコントローラ３０の速度制御部３６に出力する。

速度制御部３６は、速度指令出力（ωｏ２）に基づいて電流指令を生成し、旋回用電動機２１に供給する。旋回用電動機２１はこの電流指令により駆動されて旋回機構２を駆動し、上部旋回体３を旋回させる。旋回用電動機２１の回転量はレゾルバ２２により検出され、コントローラ３０の速度検出部３８に供給される。速度検出部３８は、レゾルバ２２が検出した回転量から旋回用電動機２１の回転速度を算出し、速度制御部３６にフィードバックする。

上述のように、旋回制御部３２の速度指令生成部６０は、レバー操作量から生成した速度指令による加速度が過大とならないように制限を加える機能を有している。本実施形態では、速度指令生成部６０は、「スリップ防止モード」における旋回加速時と旋回減速時の速度指令出力（ωｏ２）に制限を加えることで、旋回加速度及び旋回減速度を「通常旋回モード」における旋回加速度及び旋回減速度より小さく抑えている。以下、加速する方向を加速度（＋）とし、減速する方向を加速度（−）として説明する。

速度指令生成部６０は、一定の時間毎に周期的に速度指令出力（ωｏ２）を生成し、出力する。速度指令生成部６０には、前回出力した速度指令出力（前周期速度指令出力（ωｏ１）と称する）が、バッファ６１を介して入力される。速度指令生成部６０には、速度指令変換部３４から供給される速度指令入力（ωｉ）と前周期速度指令出力（ωｏ１）とから、加えるべき加速度（αｘ１）を算出する。レバー操作量のみに基づいて速度指令生成部６０が出力すべき速度指令出力（ωｏ２）は、前周期速度指令出力（ωｏ１）に加速度（αｘ１）を加えたものとなる。しかし、本実施形態では、速度指令生成部６０は、「スリップ防止モード」が設定されているときは、制限された加速度（加速度リミット（α））以下の加速度を前周期速度指令出力（ωｏ１）に加えることで、速度指令出力（ωｏ２）を算出する。なお、以下の説明では、加速度リミットパターンは、減速度リミットパターンも含むものとする。

加速度リミット（α）は、予め設定した加速度リミットパターンから抽出される。具体的には、加速中に速度指令生成部６０に供給される加速度リミット（α（＋））は、加速度リミットパターン（＋）６２Ｎ又は６２Ｓから供給される加速度リミットである。加速度リミットパターン（＋）６２Ｎには、「通常旋回モード」が設定されているときに出力すべき加速度リミット（α（＋））が、速度指令に対応したマップ情報として格納されており、「通常旋回モード」における加速度リミット（α（＋））をスイッチ６６の端子Ｎに供給する。加速度リミットパターン（＋）６２Ｓには、「スリップ防止モード」が設定されているときに出力すべき加速度リミット（α（＋））が、速度指令に対応したマップ情報として格納されており、「スリップ防止モード」における加速度リミット（α（＋））をスイッチ６６の端子Ｓに供給する。

スイッチ６６には、上述の旋回モード切替部５０の手動自動切替スイッチ５２から信号が与えられている。手動自動切替スイッチ５２からの信号が、「通常旋回モード」を示す信号（例えば、"０"を表す信号）であると、スイッチ６６は端子Ｎに切り換えられ、「通常旋回モード」において用いられる加速度リミットパターン（＋）６２Ｎからの加速度リミット（α（＋））の値がスイッチ６６から出力され、速度指令生成部６０に供給される。手動自動切替スイッチ５２からの信号が、「スリップ防止モード」を示す信号（例えば、"１"を表す信号）であると、スイッチ６６は端子Ｓに切り換えられ、「スリップ防止モード」において用いられる加速度リミットパターン（＋）６２Ｓからの加速度リミット（α（＋））の値がスイッチ６６から出力され、速度指令生成部６０に供給される。

ここで、加速度リミットパターン（＋）６２Ｓから供給される「スリップ防止モード」における加速度リミット（α（＋））の値は、作業機械が滑り易いところに位置していてもスリップしないように小さな値に制限された加速度である。したがって、速度指令生成部６０は、「スリップ防止モード」が設定されているときには、通常の値より小さな値に制限された加速度リミット（α（＋））を用いて速度指令出力（ωｏ２）を生成するので、「スリップ防止モード」における旋回加速度を抑制することができる。これにより、「スリップ防止モード」における旋回開始時に下部走行体１に作用する旋回反力を抑制することができ、下部走行体１のスリップを抑制することができる。

一方、減速中に速度指令生成部６０に供給される加速度リミット（α（−））は、加速度リミットパターン（−）６４Ｎ又は６４Ｓから供給される加速度リミットである。加速度リミットパターン（−）６４Ｎには、「通常旋回モード」が設定されているときに出力すべき加速度リミット（α（−））が、速度情報に対応したマップ情報として格納されており、「通常旋回モード」における加速度リミット（α（−））をスイッチ６８の端子Ｎに供給する。加速度リミットパターン（−）６４Ｓには、「スリップ防止モード」が設定されているときに出力すべき加速度リミット（α（−））が、速度情報に対応したマップ情報として格納されており、「スリップ防止モード」における加速度リミット（α（−））をスイッチ６８の端子Ｓに供給する。

スイッチ６８には、上述の旋回モード切替部５０の手動自動切替スイッチ５２から信号が与えられている。手動自動切替スイッチ５２からの信号が、「通常旋回モード」を示す信号（例えば、"０"を表す信号）であると、スイッチ６８は端子Ｎに切り換えられ、「通常旋回モード」において用いられる加速度リミットパターン（＋）６４Ｎからの加速度リミット（α（−））の値がスイッチ６８から出力され、速度指令生成部６０に供給される。手動自動切替スイッチ５２からの信号が、「スリップ防止モード」を示す信号（例えば、"１"を表す信号）であると、スイッチ６８は端子Ｓに切り換えられ、「スリップ防止モード」において用いられる加速度リミットパターン（−）６４Ｓからの加速度リミット（α（−））の値がスイッチ６８から出力され、速度指令生成部６０に供給される。

ここで、加速度リミットパターン（−）６４Ｓから供給される「スリップ防止モード」における加速度リミット（α（−））の値は、作業機械が滑り易いところに位置していてもスリップしないように小さな値に制限された加速度である。したがって、速度指令生成部６０は、「スリップ防止モード」が設定されているときには、通常の値より小さな値に制限された加速度リミット（α（−））を用いて速度指令出力（ωｏ２）を生成するので、「スリップ防止モード」における旋回減速度を抑制することができる。これにより、「スリップ防止モード」における旋回停止時に下部走行体１に作用する旋回反力を抑制することができ、下部走行体１のスリップを抑制することができる。

ここで、速度指令出力（ωｏ２）の生成処理について、図４を参照しながら説明する。図４は速度指令出力生成処理のフローチャートである。

速度指令出力生成処理が開始されると、まず、ステップＳ１において、旋回制御部３２の速度指令生成部６０は、レバー操作量のみに基づいて決定された速度指令入力ωｉから求められる加速度を加速度（αｘ１）として算出する。所定の速度指令に応じた加速度（αｘ１）は、速度指令入力ωｉから前周期速度指令出力（ωｏ１）を減算することで求められる（αｘ１＝ωｉ−ωｏ１）。

次に、ステップＳ２において、速度指令生成部６０は、加速度の方向（加速か減速か）を判定する。方向の判定は加速度（αｘ１）の符号に基づいて行なわれる。すなわち、加速度（αｘ１）が正の値（＋）であれば、速度が大きくなる方向を示しており、速度指令変化の方向は加速側であると判定することができる。一方、加速度（αｘ１）が負の値（−）であれば、速度が小さくなる方向を示しており、速度指令変化の方向は減速側であると判定することができる。

ステップＳ２において、加速側であると判定されると（ステップＳ２のＹＥＳ）、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３では、速度指令生成部６０は、加速度（αｘ１）が加速度リミット（α（＋））より大きいか否かを判定する。このとき用いられる加速度リミット（α（＋））は、スイッチ６６の切り替え状態によって決まり、「通常旋回モード」が設定されているときは加速度リミットパターン（＋）６２Ｎから出力される通常時の加速度リミット（α（＋））である。一方、「スリップ防止モード」が設定されているときは、加速度リミットパターン（＋）６２Ｓから出力される加速度リミット（α（＋））が用いられる。

ステップＳ３において加速度αｘ１が加速度リミット（α（＋））より大きいと判定されると（ステップＳ３のＹＥＳ）、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、今回設定すべき加速度（αｘ２）を、加速度リミット（α（＋））とする。

そして、ステップＳ５において、速度指令生成部６０は、前周期速度指令出力（ωｏ１）に加速度（αｘ２）を加算することで、今回出力する速度指令出力（ωｏ２）を生成し、速度制御部３６に供給する。

ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５の処理によれば、今回用いる加速度（αｘ２）は、加速度リミットパターン（＋）６２Ｎ又は６２Ｓから出力された加速度リミット（α（＋））に限定される。したがって、「スリップ防止モード」が設定されているときは、加速度（αｘ２）は、加速度リミットパターン（＋）６２Ｓから出力された通常より小さな加速度リミット（α（＋））に限定される。これにより、「スリップ防止モード」における旋回加速時に下部走行体１に作用する旋回反力を抑制することができ、下部走行体１のスリップを抑制することができる。

一方、ステップＳ３において加速度αｘ１が加速度リミット（＋）より小さいと判定されると（ステップＳ３のＮＯ）、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、今回設定すべき加速度（αｘ２）を、ステップＳ１で算出した加速度（αｘ１）に等しくする。すなわち、今回設定すべき加速度（αｘ２）を、加速度リミットパターン（＋）６２Ｎ又は６２Ｓから出力された加速度リミット（α（＋））には限定せず、レバー操作量から求められた加速度（αｘ１）のままとする（αｘ２＝αｘ１）。

そして、処理はステップＳ５に進み、速度指令生成部６０は、前周期速度指令出力（ωｏ１）に加速度（αｘ２）を加算することで、今回出力する速度指令出力（ωｏ２）を生成し、速度制御部３６に供給する。

ステップＳ３→ステップＳ６→ステップＳ５の処理によれば、レバー操作量から求められた加速度（αｘ１）は加速度リミットパターン（＋）６２Ｎ又は６２Ｓから出力された加速度リミット（α（＋））より小さいので、限定する必要はなく、レバー操作量から求められた加速度（αｘ１）をそのまま用いて速度指令出力（ωｏ２）が生成される。

一方、ステップＳ２において、減速側であると判定されると（ステップＳ２のＮＯ）、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７では、速度指令生成部６０は、加速度（αｘ１）が加速度リミット（α（−））より小さいか否かを判定する。このとき用いられる加速度リミット（α（−））は、スイッチ６８の切り替え状態によって決まり、「通常旋回モード」が設定されているときは、加速度リミットパターン（−）６４Ｎから出力される通常時の加速度リミット（α（−））である。一方、「スリップ防止モード」が設定されているときは、加速度リミットパターン（−）６４Ｓから出力される加速度リミット（α（−））が用いられる。

ステップＳ７において加速度αｘ１が加速度リミット（α（−））より小さいと判定されると（ステップＳ７のＹＥＳ）、処理はステップＳ８に進む。ステップＳ８では、今回設定すべき加速度（αｘ２）を、加速度リミット（α（−））とする。

そして、処理はステップＳ５に進み、速度指令生成部６０は、前周期速度指令出力（ωｏ１）に加速度（αｘ２）を加算することで、今回出力する速度指令出力（ωｏ２）を生成し、速度制御部３６に供給する。

ステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ５の処理によれば、今回用いる加速度（αｘ２）は、加速度リミットパターン（−）６４Ｎ又は６４Ｓから出力された加速度リミット（α（−））に限定される。したがって、「スリップ防止モード」が設定されているときは、加速度（αｘ２）は、加速度リミットパターン（−）６４Ｓから出力された通常より小さな加速度リミット（α（−））に限定される。これにより、「スリップ防止モード」における旋回停止時に下部走行体１に作用する旋回反力を抑制することができ、下部走行体１のスリップを抑制することができる。

一方、ステップＳ７において加速度αｘ１が加速度リミット（−）より大きいと判定されると（ステップＳ７のＮＯ）、処理はステップＳ９に進む。ステップＳ９では、今回設定すべき加速度（αｘ２）を、ステップＳ１で算出した加速度（αｘ１）に等しくする。すなわち、今回設定すべき加速度（αｘ２）を、加速度リミットパターン（−）６４Ｎ又は６４Ｓから出力された加速度リミット（α（−））には限定せず、レバー操作量から求められた加速度（αｘ１）のままとする（αｘ２＝αｘ１）。

そして、処理はステップＳ５に進み、速度指令生成部６０は、前周期速度指令出力（ωｏ１）に加速度（αｘ２）を加算することで、今回出力する速度指令出力（ωｏ２）を生成し、速度制御部３６に供給する。

ステップＳ７→ステップＳ９→ステップＳ５の処理によれば、レバー操作量から求められた加速度（αｘ１）は加速度リミットパターン（−）６４Ｎ又は６４Ｓから出力された加速度リミット（α（−））より小さいので、限定する必要はなく、レバー操作量から求められた加速度（αｘ１）をそのまま用いて速度指令出力（ωｏ２）が生成される。

次に、加速度リミットパターンについて説明する。

図５は加速度リミットパターン（＋）６２Ｎ，６２Ｓ及び加速度リミットパターン（−）６４Ｎ，６４Ｓを示す図である。図５のグラフの横軸は、速度指令値（％）を表し、速度指令値の最大値を１００％としている。図５のグラフの縦軸は加速度リミットの値を表す。図５の縦軸のゼロから上側は加速側（加速度リミット（＋））を示し、ゼロから下側は減速側（加速度リミット（−））を示す。

図５の上側において、「通常旋回モード」における加速度リミットパターン（＋）６２Ｎは太い点線で示されており、「スリップ防止モード」における加速度リミットパターン（＋）６２Ｓは太い実線で示されている。また、図５の下側において、「通常旋回モード」における加速度リミットパターン（−）６４Ｎは細い点線で示されており、「スリップ防止モード」における加速度リミットパターン（−）６４Ｓは細い実線で示されている。

また、図６は図５に示す加速度リミットパターンを用いて旋回速度を制御する際の、速度指令値の変化を示すグラフである。図６に示す速度指令値は、実際の上部旋回体３の旋回速度に対応する。「通常旋回モード」における速度指令値の変化が点線で示され、「スリップ防止モード」における速度指令値の変化が実線で示されている。また、旋回操作レバーの操作量が二点鎖線で示されている。

例えば、図５の加速側において、旋回操作レバーが操作されて速度指令が生成されてから、速度指令が最大値の１０％となるまでは、「通常旋回モード」では加速度リミット（＋）の値はα１であり、「スリップ防止モード」では加速度リミット（＋）の値はαｓ１である。「スリップ防止モード」での加速度リミット（＋）の値αｓ１は、「通常旋回モード」での加速度リミット（＋）の値α１より小さく設定されている。したがって、速度指令値ωが０〜１０％までの間は、「スリップ防止モード」における加速度は「通常旋回モード」における加速度より小さくなるように設定される。

速度指令が最大値の１０％を越えてから８０％までの間は、「通常旋回モード」では加速度リミット（＋）の値はα２である。また、「スリップ防止モード」では、速度指令が最大値の１０％を越えてから８５％までの間（８０％より僅かに大きい値まで）は、加速度リミット（＋）の値はαｓ２である。「スリップ防止モード」での加速度リミット（＋）の値αｓ２は、「通常旋回モード」での加速度リミット（＋）の値α２より小さく設定されている。したがって、速度指令値ωが１０％から８０％までの間は、「スリップ防止モード」における加速度は「通常旋回モード」における加速度より小さくなるように設定される。

以上のように、旋回操作レバーが操作されて速度指令が生成され、上部旋回体３の旋回が開始されてから、ある程度の旋回速度になるまで、あるいは最大旋回速度に到達するまでは、「スリップ防止モード」が設定されていると、旋回加速度は小さく抑えられる。これにより、上部旋回体３の旋回加速により下部走行体１に作用する旋回反力は小さく抑えられ、下部旋回体１のスリップを抑制することができる。

図６に示すように、速度指令値ωが１００％（最大値）まで到達する場合は、速度指令値ωが８０％（「通常旋回モード」）あるいは８３％（「スリップ防止モード」）から１００％となるまでは、加速度リミット（＋）の値α３及びαｓ３は同じ値であり、それまでのα２及びαｓ２より小さく設定される。これは、加速度が急激に減少しないように、緩やかに最大旋回速度になるようにするためである。

操作者が旋回を停止するために旋回操作レバーを中立位置に戻すと、図４に示す速度指令生成処理において、旋回動作が減速側になったと判定される。したがって、速度指令値ωに加速度リミット（−）が加算されることとなり、速度指令値ωは減少していく。

「通常旋回モード」が設定されている場合は、速度指令値が８０％まで減少すると、加速度リミット（−）の値はα４からそれより大きな値のα５に増大する。すなわち、減速度は、速度指令値が８０％より小さくなると減速度が大きくなり急激にブレーキがかかった状態となる。一方、「スリップ防止モード」が設定されている場合には、速度指令値が２０％になるまで、加速度リミット（−）の値はαｓ４（α４に等しい）のままであり、減速度は「通常旋回モード」より小さくなる。すなわち、緩やかな減速に設定される。

以上のように、旋回操作レバーが中立位置に戻されて上部旋回体３の旋回停止する際には、「スリップ防止モード」が設定されていると、ある程度の小さな旋回速度になるまで旋回減速度は小さく抑えられる。これにより、上部旋回体３の旋回減速により下部走行体１に作用する旋回反力は小さく抑えられ、下部走行体１のスリップを抑制することができる。

以上のように、旋回減速度を小さく抑えたままであると、旋回の停止が遅くなり、操作者が意図した旋回停止位置では停止することができずに大きくオーバーランしてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、「スリップ防止モード」が設定されている場合には、速度指令値が２０％となった時点で、減速度を大きな値αｓ５に設定し、旋回停止を早めている。ただし、「通常旋回モード」では速度指令値が３０％となった時点で減速度α６に設定されるが、「スリップ防止モード」では旋回速度がより小さくなった時点、すなわち、速度指令値が２０％になった時点で減速度αｓ５に設定される。これにより、上部旋回体３の減速度が大きな値αｓ５（α６に等しい）に設定されたとき旋回反力が抑制され、下部走行体１のスリップを抑制することができる。図５に示した加速度リミットパターンは、作業機械の作業環境に応じて、種々に変更することができる。

次に、図５に示す加速度リミットパターンの他の例について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は加速度リミットパターンの他の例を示す図である。図８は図７に示す加速度リミットパターンを用いて旋回速度を制御する際の、速度指令値の変化を示すグラフである。

図７に示すように、加速度を徐々に段階的に大きくしながら最大旋回加速度に到達させ、また、加速度を徐々に段階的に小さくしながら所定の加速度まで到達させ、最大速度に近づいたら加速度を徐々に段階的に小さくする。このような加速度の段階的変化により、上部旋回体３の旋回速度、すなわち速度指令値ωは、図８に示すように滑らかに変化することとなる。したがって、加速度が変化する際に下部走行体１に作用する旋回反力を抑制することができ、下部走行体１のスリップを抑制することができる。

図７では旋回開始から所定の旋回速度に到達するまでの加速度リミットパターンを示しているが、同様な段階的な加速度の制御は、所定の旋回速度から停止するまでの減速度リミットパターンにも適用することができる。

本実施の形態では、変更の対象となる出力指令として速度指令を用いた例を示したが、変更の対象となる出力指令としてトルク指令値を用いてもよい。

また、本実施形態では、エンドアタッチメントにバケットを用いた事例を示したが、リフティングマグネットやグラップル等を装着しても良い。この場合、エンドアタッチメントがバケットよりも重たくなるため、遠心力が大きくなり、スリップし易くなる。しかし、本願発明を適用することで、クローラと地面、若しくは、クローラと鉄板との間でのスリップを抑制することができる。

更に、吊り下げ式のグラップルを用いる場合おいても、旋回停止時にグラップルの振幅が大きくなると言う問題が発生する。この場合においても、本願発明を適用することで、旋回の出力を緩やかにでき、旋回停止時のグラップルの振幅を小さくすることができる。このように、スリップ防止モードには、振幅低減モードも含まれている。

１ 下部走行体
１ａ クローラ
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ 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 キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 変速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８、２０ インバータ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回変速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３２ 旋回制御部
３４ 速度指令変換部
３６ 速度制御部
３８ 速度検出部
４０ 第１センサ
４２ 第２センサ
５０ 旋回モード切替部
５２ 手動自動切替スイッチ
５４ 旋回モード設定部
５６ スリップ検出部
６０ 速度指令生成部
６１ バッファ
６２Ｓ，６２Ｎ 加速度リミットパターン（＋）
６４Ｓ，６４Ｎ 加速度リミットパターン（−）
６６，６８ スイッチ
１２０ 蓄電系

Claims (9)

1. 下部走行体と、
   該下部走行体に対して旋回可能に搭載された上部旋回体と、
   該上部旋回体を前記下部走行体に対して旋回可能に支持する旋回機構と、
   該旋回機構の駆動源として前記下部走行体に対して上部旋回体を旋回駆動させる電動機と、
   前記電動機を駆動するための出力指令を生成する旋回制御部と、
   前記旋回制御部における複数の制御モードを切り替えるモード切替部と、
   を有し、
   前記旋回制御部は、前記複数の制御モードとして、通常旋回モードと、該通常旋回モードよりも操作装置からの操作量に対して前記上部旋回体の旋回動作を緩やかにするスリップ防止モードとを有し、
   前記モード切替部は、前記通常旋回モードと、前記スリップ防止モードとを切り替える電動旋回式作業機械。
2. 請求項１記載の電動旋回式作業機械であって、
   前記スリップ防止モードが設定されているときには、前記旋回制御部は、操作装置からの操作量に対し、前記通常旋回モードが設定されているときよりも絶対値としての前記出力指令の変化量が小さくなるように前記出力指令を生成する電動旋回式作業機械。
3. 請求項２記載の電動旋回式作業機械であって、
   前記出力指令は、前記電動機の速度指令であり、
   前記旋回制御部は、操作装置からの操作量に対し、前記電動機の加速度又は減速度が所定の上限値以下になるように、前記速度指令を生成すると共に、前記スリップ防止モードが設定されているときには、前記通常旋回モードが設定されているときよりも前記上限値を小さくする電動旋回式作業機械。
4. 請求項３記載の電動旋回式作業機械であって、
   前記旋回制御部は、所定周期毎に、前回に生成した前記速度指令に対する変化量が前記上限値以下になるように、新たな前記速度指令を生成すると共に、前記通常旋回モード及び前記スリップ防止モードの各々に対応する、前回に生成した前記速度指令に対する前記上限値のパターンを有している電動旋回式作業機械。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の電動旋回式作業機械であって、
   前記モード切替部は、手動入力に応じて、前記通常旋回モードと前記スリップ防止モードとを切り替える電動旋回式作業機械。
6. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の電動旋回式作業機械であって、
   前記モード切替部は、前記下部走行体の地面に対する滑りの有無に基づき、自動的に、前記通常旋回モードと前記スリップ防止モードとを切り替える電動旋回式作業機械。
7. 請求項６記載の電動旋回式作業機械であって、
   前記下部走行体の地面に対する移動を検出する第１センサをさらに有し、
   前記モード切替部は、該第１センサからの検出信号に基づいて、前記下部走行体の地面に対する滑りを検出する電動旋回式作業機械。
8. 請求項６記載の電動旋回式作業機械であって、
   前記上部旋回体の地面に対する移動を検出する第２センサと、前記上部旋回体の前記下部走行体に対する移動を検出する第３センサとをさらに有し、
   前記モード切替部は、該第２センサ及び該第３センサからの検出信号に基づいて、前記下部走行体の地面に対する滑りを検出する電動旋回式作業機械。
9. 請求項３記載の電動旋回式作業機械であって、
   前記モード切替部により前記通常旋回モードから前記スリップ防止モードに切り替えられると、前記旋回制御部は、前記電動機の出力トルクを抑制するように前記速度指令を生成する電動旋回式作業機械。

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