特許 6588393 作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6588393

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20191001BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20191001BHJP

   F15B 11/08 20060101ALI20191001BHJP

【ＦＩ】

   E02F3/43 C

   E02F9/20 M

   F15B11/08 A

【請求項の数】1

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-127048(P2016-127048)

(22)【出願日】2016年6月27日

(65)【公開番号】特開2018-3284(P2018-3284A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2018年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】成川 理優

(72)【発明者】

【氏名】泉 枝穂

(72)【発明者】

【氏名】石川 広二

(72)【発明者】

【氏名】廻谷 修一

(72)【発明者】

【氏名】武内 弘樹

【審査官】 亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−３３３７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１５８２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３５２０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２５６４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０２５９８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−２１８８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００２０３７５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｆ１５Ｂ １１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体、前記車体に設けたフロント作業装置、前記フロント作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータ、前記フロント作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器、前記油圧アクチュエータを駆動する作動油を吐出する油圧ポンプ、前記油圧ポンプから対応する油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御する複数のコントロールバルブ、対応する油圧アクチュエータの動作を指示する油圧信号を操作に応じて生成する操作レバー装置、前記操作レバー装置に作動油を供給するパイロットポンプ、前記操作レバー装置及び対応するコントロールバルブの油圧駆動部を接続する複数のパイロットライン、前記パイロットポンプ及びコントロールバルブの油圧駆動部を接続する複数のポンプライン、前記複数のパイロットラインのうち少なくとも１つに設けた減圧用の比例電磁弁、前記複数のポンプラインのうち少なくとも１つに設けた増圧用の比例電磁弁、並びに前記姿勢検出器の検出信号を基に前記比例電磁弁を制御して前記フロント作業装置の動作を制限する制限指令値を演算するフロント制御部を有するコントローラを備えた作業機械において、
前記コントローラは、
前記減圧用及び増圧用の比例電磁弁の電磁駆動部に対して開度調整域で印加する励磁電流の最小値よりも低く設定した励磁電流である省電力指令値を記憶した省電力指令値記憶部と、
前記姿勢検出器の検出信号を基に前記フロント作業装置の特定点と掘削目標面との距離を演算する距離演算部と、
前記特定点と掘削目標面との距離について予め定めた設定距離を記憶した設定距離記憶部と、
前記特定点と掘削目標面との距離が前記設定距離よりも大きいか否かを判定する距離判定部と、
前記操作レバー装置の油圧信号の圧力又は前記姿勢検出器の検出信号を基に前記油圧アクチュエータの動作速度を演算する速度演算部と、
前記油圧アクチュエータの動作速度について予め定めた設定速度を記憶した設定速度記憶部と、
前記速度演算部で演算された前記油圧アクチュエータの動作速度が前記設定速度よりも大きいか否かを判定する速度判定部と、
前記距離判定部で前記特定点と掘削目標面との距離が前記設定距離より大きいと判定され、かつ前記速度判定部で前記油圧アクチュエータの動作速度が前記設定速度より小さいと判定された場合、前記省電力指令値記憶部から読み出した前記省電力指令値を前記比例電磁弁に対する指令値として決定する指令値決定部と、
前記指令値決定部で決定した前記指令値を基に前記減圧用及び増圧用の比例電磁弁のうちの少なくとも１つに指令信号を出力する出力部とを備えた作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば領域制限掘削制御を行うフロント制御部を備えた作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベル等の作業機械では一般に複数の操作レバー装置を複合操作してフロント作業装置を動作させるが、所定領域内でフロント作業装置を動作させて掘削目標面を越えて掘削しないように巧みに操作レバー装置を操ることは不慣れな操作者には難度が高い。

【0003】

近年、バケット位置等を基にフロント作業装置の動作を制限するフロント制御を実施する作業機械の活躍の場が広がりつつある。フロント制御が働くと、掘削目標面の下側を掘削しないようにフロント作業装置の動作が制限される。関連技術として、特許文献１には、操作レバー装置のパイロットラインに比例電磁弁を設け、フロント作業装置の速度が制限値を超えないように操作レバー装置から出力された油圧信号を比例電磁弁で減圧する技術が提唱されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３０９１６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

フロント制御用に設けられた比例電磁弁では、通常、フロント制御用の指令値である励磁電流を電磁駆動部に流して弁体であるスプールを駆動することでパイロットラインの流路開口面積を変化させてパイロット圧を制御する。しかし、フロント作業装置が掘削目標面から一定以上離れている場合はフロント制御が働かず、フロント制御用の比例電磁弁が制御されることがない。この場面でも、通常は比例電磁弁の電磁駆動部に励磁電流が流れている。

【0006】

本発明の目的は、消費電力を抑制してエネルギー効率を向上させることができる作業機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は、車体、前記車体に設けたフロント作業装置、前記フロント作業装置を駆動する複数の油圧アクチュエータ、前記フロント作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器、前記油圧アクチュエータを駆動する作動油を吐出する油圧ポンプ、前記油圧ポンプから対応する油圧アクチュエータに供給される作動油の流れを制御する複数のコントロールバルブ、対応する油圧アクチュエータの動作を指示する油圧信号を操作に応じて生成する操作レバー装置、前記操作レバー装置に作動油を供給するパイロットポンプ、前記操作レバー装置及び対応するコントロールバルブの油圧駆動部を接続する複数のパイロットライン、前記パイロットポンプ及びコントロールバルブの油圧駆動部を接続する複数のポンプライン、前記複数のパイロットラインのうち少なくとも１つに設けた減圧用の比例電磁弁、前記複数のポンプラインのうち少なくとも１つに設けた増圧用の比例電磁弁、並びに前記姿勢検出器の検出信号を基に前記比例電磁弁を制御して前記フロント作業装置の動作を制限する制限指令値を演算するフロント制御部を有するコントローラを備えた作業機械において、前記コントローラは、前記減圧用及び増圧用の比例電磁弁の電磁駆動部に対して開度調整域で印加する励磁電流の最小値よりも低く設定した励磁電流である省電力指令値を記憶した省電力指令値記憶部と、前記姿勢検出器の検出信号を基に前記フロント作業装置の特定点と掘削目標面との距離を演算する距離演算部と、前記特定点と掘削目標面との距離について予め定めた設定距離を記憶した設定距離記憶部と、前記特定点と掘削目標面との距離が前記設定距離よりも大きいか否かを判定する距離判定部と、前記操作レバー装置の油圧信号の圧力又は前記姿勢検出器の検出信号を基に前記油圧アクチュエータの動作速度を演算する速度演算部と、前記油圧アクチュエータの動作速度について予め定めた設定速度を記憶した設定速度記憶部と、前記速度演算部で演算された前記油圧アクチュエータの動作速度が前記設定速度よりも大きいか否かを判定する速度判定部と、前記距離判定部で前記特定点と掘削目標面との距離が前記設定距離より大きいと判定され、かつ前記速度判定部で前記油圧アクチュエータの動作速度が前記設定速度より小さいと判定された場合、前記省電力指令値記憶部から読み出した前記省電力指令値を前記比例電磁弁に対する指令値として決定する指令値決定部と、前記指令値決定部で決定した前記指令値を基に前記減圧用及び増圧用の比例電磁弁のうちの少なくとも１つに指令信号を出力する出力部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、消費電力を抑制してエネルギー効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る作業機械である油圧ショベルの外観を表す斜視図である。

【図2】図１に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置をコントローラユニットとともに示す図である。

【図3】図１に示した油圧ショベルに備えられたフロント制御用油圧ユニットの油圧回路図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る作業機械に備えられたコントローラユニットの機能ブロック図である。

【図5】図４に示したコントローラユニットに備えられた指令値制御部の機能ブロック図である。

【図6】図１に示した油圧ショベルに備えられた減圧用の比例電磁弁の指令信号と開度との関係を表す特性図である。

【図7】図１に示した油圧ショベルに備えられた増圧用の比例電磁弁の指令信号と開度との関係を表す特性図である。

【図8】図５に示した指令値制御部に備えられた距離演算部によるフロント作業装置の特定点と掘削目標面との距離の演算方法の説明図である。

【図9】図５に示した指令値制御部による指令信号の決定手順を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

【0011】

１．作業機械
図１は本発明の一実施形態に係る作業機械の外観を表す斜視図である。本実施形態ではフロント作業装置の先端のアタッチメントとしてバケットを装着した油圧ショベルを作業機械の例として説明する。但し、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルやブルドーザ等の他種の作業機械にも本発明は適用され得る。以降、運転席に着いた操作者から見て前側（図１中の左上側）、後側（同右下側）、左側（同左下側）、右側（同右上側）を油圧ショベルの前、後、左、右とし、それぞれ単に前側、後側、左側、右側と記載する。

【0012】

同図に示した油圧ショベルは、車体１０及びフロント作業装置２０を備えている。車体１０は、下部走行体１１及び上部旋回体１２を備えている。

【0013】

下部走行体１１は、本実施形態では無限軌道履帯を有する左右のクローラ（走行駆動体）１３を備えており、左右の走行モータ３５により左右のクローラ１３をそれぞれ駆動することで走行する。走行モータ３５には例えば油圧モータが用いられる。

【0014】

上部旋回体１２は、下部走行体１１上に旋回装置（不図示）を介して旋回可能に設けた旋回体である。上部旋回体１２の前部（本実施形態では前部左側）には、操作者が搭乗する運転室１４が設けられている。上部旋回体１２における運転室１４の後側には、エンジンや油圧駆動装置等を収容した動力室１５が、最後部には機体の前後方向のバランスを調整するカウンタウェイト１６が搭載されている。上部旋回体１２を下部走行体１１に対して連結する旋回装置には旋回モータ３４（図２）が含まれており、旋回モータ３４によって下部走行体１１に対して上部旋回体１２が旋回駆動される。旋回モータ３４には例えば油圧モータが用いられる。

【0015】

フロント作業装置２０は土砂の掘削等の作業を行うための装置であり、上部旋回体１２の前部（本実施形態では運転室１４の右側）に設けられている。このフロント作業装置２０は、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３を備えた多関節型の作業装置である。ブーム２１は、左右に延びるピン（不図示）によって上部旋回体１２のフレームに連結され、またブームシリンダ３１によっても上部旋回体１２と連結されている。ブームシリンダ３１の伸縮に伴って上部旋回体１２に対してブーム２１が上下に回動する構成である。アーム２２は、左右に延びるピン（不図示）によってブーム２１の先端に連結され、またアームシリンダ３２によってもブーム２１と連結されている。アームシリンダ３２の伸縮に伴ってブーム２１に対してアーム２２が回動する構成である。バケット２３は、水平左右に延びるピン（不図示）によってアーム２２の先端に連結され、またバケットシリンダ３３によってもアーム２２と連結されている。バケットシリンダ３３の伸縮に伴ってアーム２２に対してバケット２３が回動する構成である。ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２及びバケットシリンダ３３はフロント作業装置２０を駆動する油圧シリンダである。

【0016】

また、油圧ショベルには、位置や姿勢に関する情報を検出する検出器が適所に設けられている。例えば、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３の各回動支点にはそれぞれ角度検出器８ａ〜８ｃが設けられている。角度検出器８ａ〜８ｃは、フロント作業装置２０の位置と姿勢に関する情報を検出する姿勢検出器として用いられ、それぞれブーム２１、アーム２２及びバケット２３の回動角を検出する。その他、上部旋回体１２には、傾斜検出器８ｄ、測位装置９ａ，９ｂ（図４）、無線機９ｃ（図４）、油圧駆動装置３０（図２）、コントローラユニット１００（図４等）が備えられている。傾斜検出器８ｄは、上部旋回体１２の前後方向及び左右方向の少なくとも一方の傾斜を検出する上部旋回体１２の姿勢検出手段として用いられる。測位装置９ａ，９ｂには例えばＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite System）が用いられ、測位装置９ａ，９ｂによって車体１０の位置情報が取得される。無線機９ｃは、基準局ＧＮＳＳ（不図示）からの補正情報を受信するものである。測位装置９ａ，９ｂ及び無線機９ｃは上部旋回体１２の位置や向きを検出する手段である。更には、運転室１４内の操作パネル（不図示）や操作レバー装置５１〜５４（図２等）のいずれか１つのレバー部には、フロント制御部１２０の制御を入り切りするスイッチ７（図３参照）が設けられている。油圧駆動装置３０やコントローラユニット１００については次に説明する。

【0017】

２．油圧駆動装置
図２は図１に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置をコントローラユニットとともに示す図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。

【0018】

油圧駆動装置３０は、油圧ショベルの被駆動部材を駆動する装置であって動力室１５に収容されている。被駆動部材には、フロント作業装置２０（ブーム２１、アーム２２及びバケット２３）並びに車体１０（クローラ１３及び上部旋回体１２）が含まれる。この油圧駆動装置３０は、油圧アクチュエータ３１〜３４、油圧ポンプ３６、コントロールバルブ４１〜４４、パイロットポンプ３７、操作レバー装置５１〜５４、フロント制御用油圧ユニット６０等を含んでいる。

【0019】

２−１．油圧アクチュエータ
油圧アクチュエータ３１〜３４は、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３及び旋回モータ３４の総称である。走行モータ３５は図２では図示省略してある。ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３及び旋回モータ３４のうち複数を挙げる場合に、「油圧アクチュエータ３１〜３４」、「油圧アクチュエータ３１，３２」等と総称で記載する場合がある。油圧アクチュエータ３１〜３５は、油圧ポンプ３６から吐出される作動油により駆動される。

【0020】

２−２．油圧ポンプ
油圧ポンプ３６は油圧アクチュエータ３１〜３４等を駆動する作動油を吐出する可変容量型ポンプであり、原動機１７により駆動される。本実施形態における原動機１７は内燃機関等の燃焼エネルギーを動力に変換するエンジンである。図２では油圧ポンプ３６を１個のみ図示しているが、複数個設けられる場合もある。油圧ポンプ３６から吐出された作動油は吐出配管３６ａを流れ、コントロールバルブ４１〜４４を経由してそれぞれ油圧アクチュエータ３１〜３４に供給される。油圧アクチュエータ３１〜３４からの各戻り油は、それぞれコントロールバルブ４１〜４４を介して戻り油配管３６ｂに流れ込んでタンク３８に戻される。吐出配管３６ａには、吐出配管３６ａの最高圧力を規制するリリーフ弁（不図示）が設けられている。図２では図示していないが走行モータ３５も同様の回路構成で駆動される。下部走行体１１の前後の少なくとも一方に排土板を設けた場合、ブレーカ等のアクチュエータを持つアタッチメントをバケット２３に代えてフロント作業装置２０に装着した場合には、排土板やアタッチメントの油圧アクチュエータも同様の回路構成で駆動される。

【0021】

２−３．コントロールバルブ
コントロールバルブ４１〜４４のうち、コントロールバルブ４１はブームシリンダ用、コントロールバルブ４２はアームシリンダ用、コントロールバルブ４３はバケットシリンダ用、コントロールバルブ４４は旋回モータ用である。走行モータ用のコントロールバルブは図示省略してある。コントロールバルブ４１〜４４は油圧ポンプ３６から対応する油圧アクチュエータに供給される作動油の流れ（方向及び流量）を制御する油圧駆動式の流量制御弁であり、それぞれ油圧信号が入力される油圧駆動部４５，４６を備えている。コントロールバルブ４１〜４４は油圧駆動部４５又は４６に油圧信号が入力されると図中で左行又は右行し、油圧信号の入力が停止されるとバネの力で中立位置に復帰する構成である。例えばブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４５に油圧信号が入力されると、図２においてコントロールバルブ４１のスプールが油圧信号の大きさに応じた距離だけ右行する。これにより、油圧信号に応じた流量でブームシリンダ３１のボトム側油室に油圧ポンプ３６からの作動油が供給され、油圧信号の大きさに応じた速度でブームシリンダ３１が伸長しブーム２１が上がる。

【0022】

２−４．パイロットポンプ
パイロットポンプ３７はコントロールバルブ４１〜４４等の制御弁を駆動する作動油を吐出する固定容量型ポンプであり、油圧ポンプ３６と同じく原動機１７により駆動される。このパイロットポンプ３７の吐出配管であるポンプライン３７ａはロック弁３９を通った後、複数に分岐して操作レバー装置５１〜５４及びフロント制御用油圧ユニット６０の各弁に接続している。このポンプライン３７ａを介してパイロットポンプ３７から吐出された作動油が操作レバー装置５１〜５４に供給される。分岐した複数のポンプライン３７ａは、特定のコントロールバルブ（本実施形態ではコントロールバルブ４１，４３）の油圧駆動部に接続している。

【0023】

なお、ロック弁３９は本例では電磁切換弁であり、その電磁駆動部は運転室１４（図１）に配置されたゲートロックレバー（不図示）の位置検出器と電気的に接続している。ゲートロックレバーは寝かせた閉鎖姿勢で操作者の降車を妨げるように運転席の乗降側に設置されたバーであり、降車するにはゲートロックレバーを引き上げて運転席に対する乗降部を開放しなければならないようになっている。ゲートロックレバーのポジションとして、寝かせた姿勢を操作系の「ロック解除位置」、引き上げた姿勢を操作系の「ロック位置」と記載する。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器で検出され、位置検出器からロック弁３９に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーがロック位置にあればロック弁３９が閉じてポンプライン３７ａが遮断され、ロック解除位置にあればロック弁３９が開いてポンプライン３７ａが開通する。ポンプライン３７ａが遮断された状態では、操作レバー装置５１〜５４の元圧が断たれるので、操作の有無に関わらずコントロールバルブ４１〜４４には油圧信号が入力されなくなる。つまり操作レバー装置５１〜５４による操作が無効化され、旋回や掘削等の動作が禁止される。

【0024】

２−５．操作レバー装置
操作レバー装置５１〜５４は、それぞれ対応する油圧アクチュエータ３１〜３４の動作を指示する油圧信号を操作に応じて生成し出力するレバー操作式の操作装置であり、運転室１４（図１）に備えられている。操作レバー装置５１〜５４のうち、操作レバー装置５１はブーム操作用、操作レバー装置５２はアーム操作用、操作レバー装置５３はバケット操作用、操作レバー装置５４は旋回操作用である。油圧ショベルの場合、一般に操作レバー装置５１〜５４は十字操作式のレバー装置であり、前後方向への傾倒操作で１つの油圧アクチュエータの動作を、左右方向への傾倒操作で別の油圧アクチュエータの動作を指示できる構成となっている。従って、４つの操作レバー装置５１〜５４は２つずつ２つのグループに区分され、各グループで１本のレバー部を共用する。従って、操作レバー装置５１〜５４のレバー部は右手操作用と左手操作用の合計２本であり、前述したスイッチ７をレバー部に設ける場合、２本のレバー部のうちの少なくとも一方に設けることになる。走行用の操作レバー装置は図示省略してある。

【0025】

ブーム操作用の操作レバー装置５１は、ブーム上げ指令用の信号出力弁５１ａ及びブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂを備えている。信号出力弁５１ａ，５１ｂの入力ポート（一次側ポート）にはポンプライン３７ａが接続している。ブーム上げ指令用の信号出力弁５１ａの出力ポート（二次側ポート）はパイロットライン５１ａ１，５１ａ２を介してブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４５に接続している。ブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂの出力ポートはパイロットライン５１ｂ１を介してコントロールバルブ４１の油圧駆動部４６に接続している。例えば操作レバー装置５１をブーム上げ指令側に倒すと信号出力弁５１ａが操作量に応じた開度で開く。これによりポンプライン３７ａから入力されたパイロットポンプ３７の吐出する作動油が、信号出力弁５１ａで操作量に応じて減圧されてコントロールバルブ４１の油圧駆動部４５に対する油圧信号として出力される。なお、パイロットライン５１ａ１，５１ｂ１にはそれぞれ圧力検出器６ａ，６ｂが設けられており、信号出力弁５１ａ，５１ｂが出力する圧力信号の大きさ（圧力値）が圧力検出器６ａ，６ｂで検出されるようになっている。

【0026】

同様に、アーム操作用の操作レバー装置５２は、アームクラウド指令用の信号出力弁５２ａ及びアームダンプ指令用の信号出力弁５２ｂを備えている。バケット操作用の操作レバー装置５３は、バケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａ及びバケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂを備えている。旋回操作用の操作レバー装置５４は、右旋回指令用の信号出力弁５４ａ及び左旋回指令用の信号出力弁５４ｂを備えている。信号出力弁５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂの入力ポートは、ポンプライン３７ａに接続している。アーム操作用の操作レバー装置５２の信号出力弁５２ａ，５２ｂの出力ポートは、それぞれパイロットライン５２ａ１，５２ｂ１を介してアームシリンダ用のコントロールバルブ４２の油圧駆動部４５，４６に接続している。バケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａの出力ポートは、パイロットライン５３ａ１，５３ａ２を介してバケットシリンダ用のコントロールバルブ４３の油圧駆動部４５に接続している。バケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂの出力ポートは、パイロットライン５３ｂ１，５３ｂ２を介してコントロールバルブ４３の油圧駆動部４６に接続している。旋回操作用の操作レバー装置５４の信号出力弁５４ａ，５４ｂの出力ポートは、それぞれパイロットライン５４ａ１，５４ｂ１を介して旋回モータ用のコントロールバルブ４４の油圧駆動部４５，４６に接続している。操作レバー装置５２〜５４の油圧信号の出力原理はブーム操作用の操作レバー装置５１と同様である。

【0027】

なお、本実施形態においては、パイロットライン５１ａ２，５１ｂ１，５２ａ１，５２ｂ１，５３ａ２，５３ｂ２，５４ａ１，５４ｂ１の途中にシャトルブロック４７が設けられている。操作レバー装置５１〜５４から出力された油圧信号が、このシャトルブロック４７を介して油圧ポンプ３６のレギュレータ４８にも入力されるようになっている。シャトルブロック４７の詳細構成は省略するが、油圧信号がシャトルブロック４７を介してレギュレータ４８に入力されることにより、油圧ポンプ３６の吐出流量が油圧信号に応じて制御されるようになっている。

【0028】

２−６．フロント制御用油圧ユニット
フロント制御用油圧ユニット６０は、操作レバー装置５１〜５３から出力される油圧信号を状況に応じて増減圧し、フロント作業装置２０が掘削目標面を越えて掘削等しないようにするためのハードウェアである。フロント制御用油圧ユニット６０はコントローラユニット１００からの信号で駆動される。

【0029】

図３はフロント制御用油圧ユニットの油圧回路図である。同図において他図面と同符号を付した要素は、他図面で図示された要素と同様の要素である。フロント制御用油圧ユニット６０は、減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ、増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂ、遮断弁７０及びシャトル弁９１〜９３を備えている。

【0030】

・シャトル弁
シャトル弁９１〜９３は高圧選択弁であり、それぞれ２つの入口ポートと１つの出口ポートとを備えている。シャトル弁９１の一方の入口ポートはパイロットライン５１ａ１を介してブーム上げ指令用の信号出力弁５１ａに、他方の入口ポートは信号出力弁を介さずポンプライン３７ａを介してパイロットポンプ３７に接続している。シャトル弁９１の出口ポートは、パイロットライン５１ａ２を介してブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４５（ブーム上げ側）に接続している。シャトル弁９２の一方の入口ポートはパイロットライン５３ａ１を介してバケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａに、他方の入口ポートは信号出力弁を介さずポンプライン３７ａを介してパイロットポンプ３７に接続している。シャトル弁９２の出口ポートは、パイロットライン５３ａ２を介してバケットシリンダ用のコントロールバルブ４３の油圧駆動部４５（バケットクラウド側）に接続している。シャトル弁９３の一方の入口ポートはパイロットライン５３ｂ１を介してバケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂに、他方の入口ポートは信号出力弁を介さずポンプライン３７ａを介してパイロットポンプ３７に接続している。シャトル弁９３の出口ポートは、パイロットライン５３ｂ２を介してバケットシリンダ用のコントロールバルブ４３の油圧駆動部４６（バケットダンプ側）に接続している。

【0031】

・減圧用比例電磁弁
比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂはノーマルオープンタイプの比例弁であり、消磁されると最大開度となり、コントローラユニット１００からの信号により励磁されると信号の大きさに比例して開度を低下させる（閉じてゆく）。これらはいずれも対応する信号出力弁のパイロットラインに設けられており、掘削目標面よりも下側を掘削することを抑制するために、対応する信号出力弁から出力された油圧信号の最大値をコントローラユニット１００からの信号に従って制限する役割を果たす。なお、本願明細書において比例電磁弁の「消磁」とは、比例電磁弁をノーマル状態（ノーマルオープンタイプなら最大開度、ノーマルクローズタイプなら最小開度）にする値まで励磁電流の大きさを小さくすることをいい、励磁電流の出力を停止する場合も含む。

【0032】

具体的には、比例電磁弁６１ｂは、ブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂのパイロットライン５１ｂ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６１ｂに従ってブーム下げ指令用の油圧信号の最大値を制限する。比例電磁弁６２ａはアームクラウド指令用の信号出力弁５２ａのパイロットライン５２ａ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６２ａに従ってアームクラウド指令用の油圧信号の最大値を制限する。比例電磁弁６２ｂはアームダンプ指令用の信号出力弁５２ｂのパイロットライン５２ｂ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６２ｂに従ってアームダンプ指令用の油圧信号の最大値を制限する。比例電磁弁６３ａはバケットクラウド指令用の信号出力弁５３ａのパイロットライン５３ａ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６３ａに従ってバケットクラウド指令用の油圧信号の最大値を制限する。比例電磁弁６３ｂはバケットダンプ指令用の信号出力弁５３ｂのパイロットライン５３ｂ１上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ６３ｂに従ってバケットダンプ指令用の油圧信号の最大値を制限する。

【0033】

・増圧用比例電磁弁
比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂはノーマルクローズタイプの比例弁であり、消磁されると最小開度（ゼロ開度）となり、コントローラユニット１００からの信号により励磁されると信号の大きさに比例して開度を上昇させる（開いてゆく）。これらはいずれもシャトル弁に繋がるポンプライン３７ａに設けられており、操作レバー装置をバイパスして操作レバー装置の操作に依存しない油圧信号をコントローラユニット１００の信号に従って出力する役割を果たす。比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂからシャトル弁９１〜９３の他方側の入口ポートに入力される油圧信号は、シャトル弁９１〜９３の一方側の入口ポートに入力される操作レバー装置５１，５３からの油圧信号に干渉する。操作レバー装置５１，５３から出力される油圧信号よりも高圧の油圧信号を出力し得る点で、本願明細書では比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂを増圧用の比例電磁弁と称する。

【0034】

具体的には、比例電磁弁７１ａはシャトル弁９１に繋がるポンプライン３７ａ上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ７１ａに従ってブーム自動上げ動作用の油圧信号を出力する。通常、増圧用の比例電磁弁７１ａに開指令信号が出力される場合には減圧用の比例電磁弁６１ｂに閉指令信号が出力されるので、比例電磁弁７１ａが開くときには比例電磁弁６１ｂが閉じるようになっている。この場合、仮にブーム下げ操作が行われていても、コントロールバルブ４１に対して油圧駆動部４５にのみ油圧信号が入力され、強制的にブーム上げ動作が行われる。この比例電磁弁７１ａは、掘削目標面より下側を掘削している際等に機能する。

【0035】

比例電磁弁７３ａはシャトル弁９２に繋がるポンプライン３７ａ上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ７３ａに従ってバケットクラウド動作を指令する油圧信号を出力する。比例電磁弁７３ｂはシャトル弁９３に繋がるポンプライン３７ａ上に設けられていて、コントローラユニット１００の信号Ｓ７３ｂに従ってバケットダンプ動作を指令する油圧信号を出力する。比例電磁弁７３ａ，７３ｂの出力する油圧信号はバケット２３の姿勢を補正する信号である。これら油圧信号がシャトル弁９２，９３で選択されてコントロールバルブ４３に入力されることで、掘削目標面に対して一定の角度となるようにバケット２３の姿勢が補正される。

【0036】

・遮断弁
遮断弁７０はノーマルクローズタイプの電磁駆動式の開閉弁（電磁切換弁）であり、消磁されると全閉し（ゼロ開度となり）、コントローラユニット１００からの信号Ｓ７０を受けて励磁されると開く。この遮断弁７０はポンプライン３７ａにおけるシャトル弁９１〜９３に繋がる支流の分岐部とロック弁３９（図２）との間に設けられている。コントローラユニット１００からの指令により遮断弁７０が閉じると、操作レバー装置５１，５３の操作によらない油圧信号の生成、出力が禁止される。

【0037】

２−７．コントローラユニット
図４はコントローラユニットの機能ブロック図である。同図に示したように、コントローラユニット１００は、入力部１１０、フロント制御部１２０、指令値制御部１３０及び出力部１７０等の機能部を備えている。以下、各機能部について説明する。

【0038】

・入力部／出力部
入力部１１０はセンサ類等からの信号を入力する機能部である。この入力部１１０には、圧力検出器６ａ，６ｂ、スイッチ７、角度検出器８ａ〜８ｃ、傾斜検出器８ｄ、測位装置９ａ，９ｂ、無線機９ｃ等からの信号が入力される。

【0039】

出力部１７０は、フロント制御部１２０及び指令値制御部１３０の処理を経て決定された指令値を基に指令信号を生成してフロント制御用油圧ユニット６０に出力し、対応する弁を制御する機能部である。制御対象となり得る弁は比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，７１ａ，７３ａ，７３ｂ及び遮断弁７０であり、実際に指令信号が出力されるのはそのうちの少なくとも１つであって必ずしも複数又は全部に指令信号が出力されるとは限らない。

【0040】

・フロント制御部
フロント制御部１２０は、角度検出器８ａ〜８ｃ及び傾斜検出器８ｄの信号を基に、掘削目標面を越えて（掘削目標面の下側を）掘削しないようにフロント作業装置２０の動作を制限する制限指令値を演算する機能部である。制限指令値は指令値制御部１３０に出力される。フロント制御とは、掘削目標面とバケット２３の特定点との距離や油圧アクチュエータ３１〜３３の伸縮速度等によってフロント制御用油圧ユニット６０を制御する制御の総称である。例えば、減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂのうちの少なくとも１つを制御し、掘削目標面近傍で油圧アクチュエータ３１〜３３のうちの少なくとも１つの動作を減速させる制御もフロント制御の１つである。増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂのうちの少なくとも１つを制御し、掘削目標面の下側を掘削してしまっている場面で強制的にブーム上げ動作をするブーム自動上げ制御や、バケット２３の角度を一定に保ったりする制御もフロント制御に含まれる。その他いわゆるブーム下げ停止制御やバケット増圧制御等も含まれる。また、減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂのうちの少なくとも１つと、増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂのうちの少なくとも１つとを複合的に制御するものもフロント制御に含まれる。更には、本願明細書では、フロント作業装置２０の描く軌跡を一定の軌跡に制御するいわゆる軌跡制御もフロント制御の１つとする。フロント制御部１２０の詳細については説明を省略するが、このフロント制御部１２０には、例えば特開平８−３３３７６８号公報や特開２０１６−００３４４２号公報等の公知技術が適宜適用できる。

【0041】

３．指令値制御部
図５は指令値制御部の機能ブロック図である。同図に示したように、指令値制御部１３０は、入力判定部１３１、記憶部１３２、距離演算部１３３、距離判定部１３４、速度演算部１３５、速度判定部１３６及び指令値決定部１３７を備えている。

【0042】

・入力判定部
入力判定部１３１は、フロント制御部１２０から制限指令値が入力されているか否かを判定する機能部である。フロント制御部１２０は、フロント制御の機能が入り状態の場合、例えばバケット２３が下降するブーム下げ動作時のように特定の制御対象動作時には、バケット２３が掘削目標面に接近するにつれて比例電磁弁６１ｂ等を絞って圧力信号の最大値を制限してゆく。他方、フロント制御の機能が入り状態でも、例えばバケット２３が上昇するブーム上げ動作のような特定の制御対象外動作時には、フロント制御部１２０による比例電磁弁６１ｂ等の開度制御は実行されない。従って、フロント作業装置２０の特定点（後述）と掘削目標面Ｓとの距離Ｄが設定距離Ｄ０より大きいときの他、距離Ｄが設定距離Ｄ０以下でも制御対象外動作のときには、フロント制御部１２０から制限指令値が出力されない。フロント制御部１２０から制限指令値が出力されるのは例えば、フロント制御の機能が入り状態であること、距離Ｄが設定距離Ｄ０以下であること、制御対象動作が実施されていることの３つの条件が同時に満たされた場合である。入力判定部１３１は、このような制限指令値の入力の有無を判定する。

【0043】

・記憶部
記憶部１３２は各種情報を記憶する機能部であり、設定距離記憶部１４１、設定速度記憶部１４２、掘削目標面記憶部１４３、機体寸法記憶部１４４、待機指令値記憶部１４５及び省電力指令値記憶部１４６を含んでいる。

【0044】

設定距離記憶部１４１は、フロント作業装置２０の特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄについて予め定めた設定距離Ｄ０（＞０）を記憶した記憶領域である。設定速度記憶部１４２は、特定の油圧アクチュエータ（例えばブームシリンダ３１）の動作速度Ｖについて予め定めた設定速度Ｖ０（＞０）を記憶した記憶領域である。掘削目標面記憶部１４３は、掘削目標面Ｓを記憶した記憶領域である。掘削目標面Ｓは、油圧ショベルで掘削形成する（造形する）目標地形であり、上部旋回体１２を基準とする座標系で手動設定したものが記憶される場合もあるし、地球座標系の三次元位置情報で予め記憶されている場合もある。掘削目標面Ｓの三次元位置情報は、掘削目標面Ｓをポリゴンで表した地形データに位置データを付した情報であり、予め作成されたものである。機体寸法記憶部１４４は、フロント作業装置２０及び上部旋回体１２の各部寸法を記憶した記憶領域である。

【0045】

待機指令値記憶部１４５は、減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂに出力する待機指令値を記憶した記憶領域である。省電力指令値記憶部１４６は、減圧用及び増圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，７１ａ，７３ａ，７３ｂの待機指令値よりも小さく設定された励磁電流である省電力指令値を記憶した記憶領域である。待機指令値及び省電力指令値については後述する。

【0046】

・距離演算部
距離演算部１３３は、入力部１１０を介して入力された角度検出器８ａ〜８ｃの検出信号を基にフロント作業装置２０の特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄを演算する機能部である。距離Ｄの演算の例については後で説明する。

【0047】

・距離判定部
距離判定部１３４は、距離演算部１３３で演算された特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄが設定距離記憶部１４１から読み出した設定距離Ｄ０よりも大きいか否かを判定する機能部である。

【0048】

・速度演算部
速度演算部１３５は、入力部１１０を介して入力された圧力検出器６ａ，６ｂの信号を基に特定の油圧アクチュエータ、本例ではブームシリンダ３１の動作速度Ｖ（伸縮速度）を演算する機能部である。例えば、速度演算部１３５には、ブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の流量特性（流通させる作動油の流量と開度の関係等）を記憶した記憶部が含まれている。コントロールバルブ４１の開度は圧力検出器６ａ，６ｂで検出されたコントロールバルブ４１への油圧信号の大きさと対応する関係にある。このことに基づき、コントロールバルブ４１の流量特性と圧力検出器６ａ，６ｂの信号とを基にブームシリンダ３１の動作速度Ｖが速度演算部１３５で演算される。なお、速度演算部１３５では、圧力検出器６ａ，６ｂの信号のうち大きい方を選択して演算の基礎としてブームシリンダ３１の動作速度を演算する。どちらの信号を演算の基礎としたかにより、演算される動作速度Ｖが、ブームシリンダ３１の伸長速度であるのか収縮速度であるのかが区別される。言うまでもないが、例えばブーム下げ指令用の圧力信号を検出する圧力検出器６ｂの信号を基に演算された動作速度Ｖは、ブーム下げ動作に対応するブームシリンダ３１の収縮速度である。そして、ブームシリンダ３１の収縮方向を動作速度Ｖの正方向にとり、伸長速度は負の速度として扱う。

【0049】

・速度判定部
速度判定部１３６は、速度演算部１３５で演算されたブームシリンダ３１の動作速度Ｖが設定速度記憶部１４２から読み出した設定速度Ｖ０よりも大きいか否かを判定する機能部である。

【0050】

・指令値決定部
指令値決定部１３７は、比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，７１ａ，７３ａ，７３ｂに対する指令信号の指令値を決定し、出力部１７０に出力する機能部である。指令値は、フロント制御部１２０から入力された制限指令値、待機指令値記憶部１４５から読み出した待機指令値、省電力指令値記憶部１４６から読み出した省電力指令値のうちからの選択により決定される。具体的には、次の第１〜第３の場合に状況を場合分けして指令信号を選択する。
（第１の場合）入力判定部１３１でフロント制御部１２０から制限指令値が入力されていると判定された場合；
（第２の場合）第１の場合及び第３の場合以外の場合；
（第３の場合）制限指令値が入力されていない場合であって、距離判定部１３４で特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄが設定距離Ｄ０より大きいと判定され、かつ速度判定部１３６で動作速度Ｖが設定速度Ｖ０より小さいと判定された場合：
第１の場合には制限指令値、第２の場合には待機指令値、第３の場合には省電力指令値を指令値として選択する。

【0051】

・待機指令値
図６は減圧用の比例電磁弁の指令信号と開度との関係を表す特性図である。同図に示したように、減圧用の比例電磁弁（例えば比例電磁弁６１ｂ）は、電磁駆動部に入力される指令信号（本実施形態では励磁電流）が大きいほど絞り込まれて開度が減少する。ｉ１及びｉ３（＞ｉ１）の間の範囲で指令値の大きさが変化すると、比例電磁弁の開度が指令信号の大きさに比例して変化する。つまり、指令値ｉ１は比例電磁弁の開度変化を伴う範囲（以下、開度調整域と記載する）で最大開度に対応する指令値、指令値ｉ３は開度調整域で最小開度（本実施形態ではゼロ開度）に対応する指令値である。指令値ｉ１よりも小さい範囲は消磁状態であり、比例電磁弁の開度は最大のまま不変である。指令値ｉ３よりも大きい範囲では、比例電磁弁の開度は最小のまま不変である。待機指令値は、比例電磁弁の最大開度及び最小開度の間で設定した中間開度に対応する励磁電流の指令値ｉ２である。中間開度は最大開度及び最小開度の間で任意に選択することができ、例えば最大開度と最小開度の平均値が例示できる。ｉ２は比例電磁弁毎に固有の異なる値を設定しても良い。また、待機時の指令信号の指令値をｉ２に設定するのは比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂの少なくとも１つであり、全部である必要は必ずしもない。

【0052】

・省電力指令値
図７は増圧用の比例電磁弁の指令信号と開度との関係を表す特性図である。同図に示したように、増圧用の比例電磁弁（例えば比例電磁弁７１ａ）は、電磁駆動部に入力される指令信号（本実施形態では励磁電流）が大きいほど開度が増加する。ｉ５及びｉ６（＞ｉ５）の範囲で指令信号の大きさが変化すると、比例電磁弁の開度が指令信号の大きさに比例して変化する。つまり、指令値ｉ５は比例電磁弁の開度調整域で最小開度に対応する指令値、指令値ｉ６は開度調整域で最大開度に対応する指令値である。指令値ｉ５よりも小さい範囲は消磁状態であり、比例電磁弁の開度は最小のまま不変である。指令値ｉ６よりも大きい範囲では、比例電磁弁の開度は最大のまま不変である。省電力指令値は、減圧用及び増圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，７１ａ，７３ａ，７３ｂの電磁駆動部に対して開度調整域で印加する励磁電流の最小値よりも低く設定した励磁電流値である。従って、減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂについては、図６において指令値ｉ１よりも小さな指令値ｉ０（＜ｉ１）が省電力指令値として設定される。増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂについては、図７において指令値ｉ５よりも小さな指令値ｉ４（＜ｉ５）が省電力指令値として設定される。省電力指令値ｉ０，ｉ４は、それぞれ指令値ｉ１，ｉ５より小さい範囲で任意に選択することができ、０（ゼロ）に設定しても良い。ｉ０，ｉ４は異なる値でも同じ値でも良く、比例電磁弁毎に固有のｉ０，ｉ４を設定しても良い。また、消磁時の指令信号の指令値をｉ０又はｉ４に設定するのは比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，７１ａ，７３ａ，７３ｂの少なくとも１つであり、全部である必要は必ずしもない。

【0053】

・特定点と掘削目標面との距離の演算例
図８は距離演算部によるフロント作業装置の特定点と掘削目標面との距離の演算方法の説明図である。図８ではフロント作業装置２０の動作平面（ブーム２１等の回動軸に直交する平面）を直交方向（ブーム２１等の回動軸の延在方向）から見ている。油圧アクチュエータ３１〜３３については繁雑防止のため図示省略してある。

【0054】

図８において特定点Ｐはバケット２３の先端（爪先）の位置に設定してある。特定点Ｐは代表的にはバケット２３の先端に設定されるが、フロント作業装置２０における他部位に設定しても良い。距離演算部１３３には、角度検出器８ａ〜８ｃからの信号が入力部１１０を介して入力され、掘削目標面記憶部１４３から掘削目標面Ｓの情報が入力される。その他、地球座標系で距離Ｄを演算する場合には、傾斜検出器８ｄの検出信号、測位装置９ａ，９ｂによって取得された車体１０の位置情報、及び無線機９ｃで受信された補正情報も入力部１１０を介して距離演算部１３３に入力される。地球座標系で距離Ｄを求める場合、距離演算部１３３では、測位装置９ａ，９ｂの位置情報を補正情報で補正して車体１０の位置や向きを演算し、傾斜検出器８ｄの信号により車体１０の傾斜を演算する。

【0055】

掘削目標面Ｓはフロント作業装置２０の動作平面との交線で定義され、車体１０の位置、向き、傾斜等の情報と合わせて地球座標系で掘削目標面Ｓと車体１０との位置関係が把握される。掘削目標面Ｓから上側の領域が、特定点Ｐの移動が是とされる掘削領域として規定される。掘削目標面Ｓは、例えば油圧ショベルを基準とするＸＹ座標系における少なくとも１本の直線式で一旦規定される。ＸＹ座標系は例えばブーム２１の回動支点を原点とする直交座標系であり、原点を通って上部旋回体１２の旋回中心軸に平行に延びる軸をＹ軸（上方向が正方向）、このＹ軸に対して原点で直交して前方に延びる軸をＸ軸としている（前方向が正方向）。なお掘削目標面Ｓを手動設定した場合には、掘削目標面Ｓと車体１０との位置関係は既知である。

【0056】

ＸＹ座標系で規定された掘削目標面Ｓは、自己を一軸（Ｘａ軸）とする原点Ｏの直交座標系であるＸａＹａ座標系で改めて規定される。言うまでもないが、Ｙａ軸は原点ＯでＸａ軸に直交する軸である。Ｘａ軸は前方向を正方向、Ｙａ軸は上方向を正方向とする。

【0057】

距離演算部１３３では、機体寸法記憶部１４４から読み出したフロント作業装置２０の寸法データ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）、角度検出器８ａ〜８ｃで検出された回動角α，β，γの各値を用いてバケット特定点Ｐの位置を計算する。特定点Ｐの位置は、例えば油圧ショベルを基準とするＸＹ座標系の座標値（Ｘ，Ｙ）として求める。特定点Ｐの座標値（Ｘ，Ｙ）は下記の式（１）と式（２）より求まる。

【0058】

Ｘ＝Ｌ１・ｓｉｎα＋Ｌ２・ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３・ｓｉｎ（α＋β＋γ）…（１）
Ｙ＝Ｌ１・ｃｏｓα＋Ｌ２・ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３・ｃｏｓ（α＋β＋γ）…（２）
Ｌ１はブーム２１とアーム２２の回動支点間の距離、Ｌ２はアーム２２とバケット２３の回動支点間の距離、Ｌ３はバケット２３の回動支点と特定点Ｐとの距離である。αはＹ軸（原点から上側に延びる部分）とブーム２１とアーム２２の回動支点を通る直線ｌ１（原点からアーム２２の回動支点側に延びる部分）との挟角である。βは直線ｌ１（アーム２２の回動支点から原点と反対側に延びる部分）とアーム２２とバケット２３の回動支点を通る直線ｌ２（アーム２２の回動支点からバケット２３の回動支点側に延びる部分）との挟角である。γは直線ｌ２（バケット２３の回動支点からアーム２２の回動支点と反対側に延びる部分）と特定点Ｐを通る直線ｌ３との挟角である。

【0059】

距離演算部１３３は、以上のようにＸＹ座標系で規定した特定点Ｐの座標値（Ｘ，Ｙ）をＸａＹａ座標系の座標値（Ｘａ，Ｙａ）に変換する。こうして求められた特定点ＰのＹａの値が、特定点Ｐと掘削目標面Ｓとの距離Ｄの値である。距離Ｄは、特定点Ｐを通って掘削目標面Ｓに直交する直線と掘削目標面Ｓとの交点から特定点Ｐまでの距離であり、Ｙａの値の正負を区別する（つまり掘削領域で距離Ｄは正の値となり、掘削目標面Ｓより下側の領域では負の値となる）。

【0060】

３．動作
まず、指令値制御部１３０の処理を考慮から外してレバー操作に対する油圧アクチュエータの基本的な動作を説明する。

【0061】

３−１．フロント制御の有効時
例えば操作レバー装置５１でブーム下げ操作が行われた場合、ブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂが操作量に応じて開き、パイロットライン５１ｂ１を介してブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４６に油圧信号が入力される。これによりブームシリンダ３１が収縮し、ブーム下げ動作が実行される。フロント制御の機能が入り状態の場合、バケット２３の掘削目標面との距離や下降速度によっては、フロント制御部１２０から出力される制限指令値により比例電磁弁６１ｂの開度が抑えられ、油圧信号の最大値が制限される。比例電磁弁６１ｂの開度で規定される制限値を超えている場合、油圧信号はパイロットライン５１ｂ１を流通する過程で比例電磁弁６１ｂにより制限値に減圧される。その結果、操作量に応じた本来の速度よりもブーム下げ動作が減速され、掘削目標面よりも下側にバケット２３が進入することが抑制される。他のパイロットラインに圧力信号を出力する操作（アームクラウド、アームダンプ、バケットクラウド、バケットダンプの各操作）についても同様である。

【0062】

３−２．フロント制御の無効時
例えば操作レバー装置５１でブーム下げ操作が行われた場合、ブーム下げ指令用の信号出力弁５１ｂが操作量に応じて開く。フロント制御機能が切り状態の場合、バケット２３の位置等で比例電磁弁６１ｂの開度は変化せず、操作レバー装置５１の操作量に対応してブームシリンダ用のコントロールバルブ４１の油圧駆動部４６に圧力信号が入力される。これにより、比例電磁弁６１ｂの開度変化の影響を受けることなく、単にレバー操作に応じてブーム下げ動作が実行される。他のパイロットラインに圧力信号を出力する操作（アームクラウド、アームダンプ、バケットクラウド、バケットダンプの各操作）についても同様である。

【0063】

３−３．指令値制御部の処理手順
図９は指令値制御部による指令値の決定手順を表すフローチャートである。運転中、指令値制御部１３０は図９の手順（ステップＳ１０１〜Ｓ１０７）を所定の処理サイクル（例えば０．１ｓ）で繰り返し実行している。

【0064】

・ステップＳ１０１→Ｓ１０２
指令値制御部１３０は図９の手順を開始すると、まずステップＳ１０１で入力部１１０を介して、角度検出器８ａ〜８ｃ、圧力検出器６ａ，６ｂの各信号を距離演算部１３３に入力する。この例では掘削目標面Ｓと機体との位置関係は既知の情報として説明するが、前述したように地球座標系で機体と掘削目標面Ｓの位置関係を演算する場合には、合わせて測位装置９ａ，９ｂや無線機９ｃ、傾斜検出器８ｄの信号も入力する。

【0065】

続くステップＳ１０２では、指令値演算部１３０は、現在のサイクルにおいてフロント制御部１２０から制限指令値が入力されているかどうかを入力判定部１３１で判定する。制限指令値が入力されている場合には入力有との情報を表す判定信号が、入力されていない場合には入力無との情報を表す判定信号が、入力判定部１３１から指令値決定部１３７に出力される。

【0066】

・ステップＳ１０２→Ｓ１０３
制限指令値の入力があると入力判定部１３１で判定された場合、指令値制御部１３０はステップＳ１０２からステップＳ１０３に手順を移す。制限指令値が入力される状況では、掘削目標面Ｓと特定点Ｐとの距離Ｄは設定距離Ｄ０以下である。ステップＳ１０３では、入力判定部１３１から制限指令値の入力有の判定信号を受け、指令値決定部１３７でフロント制御部１２０からの制限指令値が指令値として選択されて出力部１７０に出力される。この場合、制限指令値の大きさの指令信号が出力部１７０から出力され、対応する比例電磁弁の電磁駆動部に出力される。ステップＳ１０３の手順を終えたら、指令値制御部１３０は図９の手順を一旦終了し、次のサイクルを開始してステップＳ１０１の処理を実行する。

【0067】

・ステップＳ１０２→Ｓ１０４→Ｓ１０５→Ｓ１０６
制限指令値の入力がないと入力判定部１３１で判定された場合、指令値制御部１３０はステップＳ１０２からステップＳ１０４に手順を移す。ステップＳ１０４では、距離演算部１３３で掘削目標面Ｓと特定点Ｐとの距離Ｄが、速度演算部１３５でブームシリンダ３１の動作速度Ｖが演算される。演算された距離Ｄは距離演算部１３３から距離判定部１３４に入力され、動作速度Ｖは速度演算部１３５から速度判定部１３６に入力される。

【0068】

ステップＳ１０４の手順を終えると、指令値制御部１３０はステップＳ１０５に手順を移す。ステップＳ１０５では、設定距離記憶部１４１から読み出した設定距離Ｄ０よりも距離Ｄが大きいかどうかが距離判定部１３４で判定される。設定距離Ｄ０は正の値で距離Ｄの正負も前述したように区別されるので、ここでは特定点Ｐが掘削領域内にあって掘削目標面Ｓから設定距離Ｄ０より離れているかが判定される。距離判定部１３４の判定結果は、Ｄ，Ｄ０の大小関係を表す判定信号として指令値決定部１３７に入力される。同時に、ステップＳ１０５では、設定速度記憶部１４２から読み出した設定速度Ｖ０よりも動作速度Ｖが小さいかどうかが速度判定部１３６で判定される。設定速度Ｖ０は正の値で動作速度Ｖの正負も前述したように区別されるので、ここではブームシリンダ３１が設定速度Ｖ０を超える速度で収縮していないかが判定される。速度判定部１３６の判定結果は、Ｖ，Ｖ０の大小関係を表す判定信号として指令値決定部１３７に入力される。

【0069】

ステップＳ１０５の判定の結果、Ｄ＞Ｄ０でかつＶ＜Ｖ０の場合、指令値制御部１３０はステップＳ１０６に手順を移す。ステップＳ１０６では、入力判定部１３１、距離判定部１３４及び速度判定部１３６の判定信号を基に、省電力指令値記憶部１４６から読み出した省電力指令値が指令値決定部１３７で指令値として選択されて出力部１７０に出力される。この場合、省電力指令値の大きさの指令信号が出力部１７０から出力され、各比例電磁弁は消磁状態となる。ステップＳ１０６の手順を終えたら、指令値制御部１３０は図９の手順を一旦終了し、次のサイクルを開始してステップＳ１０１の処理を実行する。

【0070】

・ステップＳ１０２→Ｓ１０４→Ｓ１０５→Ｓ１０７
ステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０５の手順を実行し、Ｄ＞Ｄ０でかつＶ＜Ｖ０の条件が満たされない場合、指令値制御部１３０はステップＳ１０５からステップＳ１０７に手順を移す。ステップＳ１０７では、入力判定部１３１、距離判定部１３４及び速度判定部１３６の判定信号を基に、待機指令値記憶部１４５から読み出した待機指令値が指令値決定部１３７で指令値として選択されて出力部１７０に出力される。この場合、待機指令値の大きさの指令信号が出力部１７０から出力され、各比例電磁弁は中間開度で待機した状態となる。ステップＳ１０７の手順を終えたら、指令値制御部１３０は図９の手順を一旦終了し、次のサイクルを開始してステップＳ１０１の処理を実行する。

【0071】

４．効果
４−１．省電力化
本実施形態では、特定点Ｐが掘削目標面Ｓから設定距離Ｄ０を超えて離れていて、ブームシリンダ３１が設定速度Ｖ０を超える速度で収縮していない場合、減圧用及び増圧用の比例電磁弁（比例電磁弁６１ｂ，７１ａ等）に省電力指令値の指令信号を出力する。つまり掘削目標面Ｓからバケット２３が遠く、フロント作業装置２０の動作状況を考慮しても直ちにバケット２３が掘削領域から外れる恐れがないような場合、省電力指令値の指令信号を出力して比例電磁弁を消磁させる。図６及び図７で説明したように、省電力指令値（ｉ０，ｉ４）は開度調整域で最小の指令値（ｉ１，ｉ５）よりも更に小さい値である。これにより、消磁に対応する指令信号の指令値を開度調整域の最小値に設定した場合に比べて、特定点Ｐが掘削目標面Ｓから一定以上離れていてフロント制御用の比例電磁弁が制御されることがない場面に比例電磁弁に流す励磁電流を抑えることができる。従って、本実施形態によれば消費電力を抑制してエネルギー効率を向上させることができる。

【0072】

４−２．応答性低下の抑制
本実施形態では、フロント制御部１２０で制限指令値が生成されない場面で比例電磁弁（比例電磁弁６１ｂ等）を次の制限指令値の入力に備えて待機させておくとき、待機指令値の指令信号を出力することで比例電磁弁を中間開度にしておく。この状態でフロント制御部１２０から制限指令値が入力されたとしても、比例電磁弁のスプールの移動距離は、最大でも比例電磁弁を中間開度から最大開度又は最小開度にする距離である。これにより比例電磁弁を最小開度にする位置から最大開度にする位置まで一気にスプールを駆動させる場面がなくなり、平均して操作に対する応答性を向上させることができる。従って、操作に対する応答性の低下を抑制することができ、ひいてはフロント作業装置２０の動作精度の低下を抑制することができる。

【0073】

５．その他
上記実施形態では、フロント制御部１２０で制限指令値が生成されていない場合に比例電磁弁を中間開度にする場合を説明した。しかし、待機指令値の大きさの設定は、比例電磁弁（比例電磁弁６１ｂ，７１ａ等）を消磁させるための指令値を開度調整域の最小値よりも低く設定する主旨には直接関係がない。従って、待機指令値はｉ２ではなく、例えば図６のｉ１やｉ３等であっても良い。

【0074】

また、Ｄ＞Ｄ０でかつＶ＜Ｖ０の場合にステップＳ１０５で条件が満たされ、指令信号の値が省電力指令値に設定されるようにした場合を例示した。しかし、動作速度Ｖに関する条件（Ｖ＜Ｖ０）は省略しても良い。つまり、フロント制御部１２０で制限指令値が生成されない場合、単純にＤ＞Ｄ０であれば指令信号の値を省電力指令値とし、Ｄ≦Ｄ０であれば指令信号の値を待機指令値とするようにしても良い。この場合でも、指令信号の値を制限指令値、省電力指令値、待機指令値から選択でき、処理の簡略化のメリットが得られると共に、設定速度記憶部１４２、速度演算部１３５、速度判定部１３６も省略し得る。

【0075】

上記実施形態ではブームシリンダ３１の伸縮速度を油圧アクチュエータの動作速度Ｖとして演算する場合を例に挙げて説明したが、アームシリンダ３２やバケットシリンダ３３の伸縮速度を動作速度ＶとしてステップＳ１０５の判定に用いても良い。勿論、油圧アクチュエータ３１−３３のうち複数を選択してその動作速度Ｖを加味する構成としても良い。また、一又は複数の油圧アクチュエータの動作速度Ｖから特定点Ｐの移動速度を演算し、掘削目標面Ｓに垂直な成分を抽出して掘削領域における特定点Ｐの掘削目標面Ｓへの接近速度を演算することができる。単に油圧アクチュエータの動作速度Ｖを考慮するのではなく、これを特定点Ｐの掘削目標面Ｓへの接近速度に変換して判断の基礎とすることも考えられる。

【0076】

なお、距離演算部１３３や速度演算部１３５に相当する機能部はフロント制御部１２０にも備えられ得る。その場合には、フロント制御部１２０で演算された距離Ｄや動作速度Ｖを指令値制御部１３０の距離判定部１３４や速度判定部１３６に入力するように構成しても良い。

【0077】

また、フロント制御用に減圧用の比例電磁弁６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ及び増圧用の比例電磁弁７１ａ，７３ａ，７３ｂを設けた場合を例示して説明したが、これら全てが必要なわけでは必ずしもない。これらのうち少なくとも１つ（例えばブーム下げ指令用の油圧信号を減圧する比例電磁弁６１ｂが）あればフロント制御の一種が実行され得る。

【0078】

また、油圧アクチュエータの動作速度Ｖを圧力信号の大きさを基に演算する場合を例に挙げて説明したが、例えば角度検出器８ａ〜８ｃの信号の変化率を基にしても油圧アクチュエータの動作速度Ｖを求めることができる。例えば角度検出器８ａの信号の変化率を基にしてブームシリンダ３１の伸縮速度を求めることができる。油圧アクチュエータ３１〜３３のストローク量を検出するストローク検出器やブーム２１、アーム２２及びバケット２３の傾斜角を検出する傾斜角検出器を利用しても油圧アクチュエータの動作速度Ｖを求め得る。

【0079】

また、原動機１７にエンジンを用い、エンジンで油圧ポンプ３６等を駆動する一般的な油圧ショベルを例に挙げて説明したが、エンジン及び電動機を原動機として油圧ポンプ３６等を駆動するハイブリッド式の油圧ショベルにも本発明は適用可能である。その他、電動機を原動機として油圧ポンプを駆動する電動式の油圧ショベル等にも本発明は適用可能である。

【符号の説明】

【0080】

８ａ〜８ｃ…角度検出器（姿勢検出器）、１０…車体、２０…フロント作業装置、３１…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、３２…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、３３…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、３４…旋回モータ（油圧アクチュエータ）、３６…油圧ポンプ、３７…パイロットポンプ、３７ａ…ポンプライン、４１〜４４…コントロールバルブ、５１〜５４…操作レバー装置、５１ａ１，５１ａ２，５１ｂ１，５２ａ１，５２ｂ１，５３ａ１，５３ａ２，５３ｂ１，５３ｂ２，５４ａ１，５４ｂ１…パイロットライン、６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ…減圧用の比例電磁弁、７１ａ，７３ａ，７３ｂ…増圧用の比例電磁弁、１００…コントローラユニット、１２０…フロント制御部、１３１…入力判定部、１３３…距離演算部、１３４…距離判定部、１３７…指令値決定部、１４２…設定速度記憶部、１４５…待機指令値記憶部、１４６…省電力指令値記憶部、１７０…出力部、Ｐ…フロント作業装置の特定点、Ｓ…特定点と掘削目標面との距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】