特許 6619163 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】6619163

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20191202BHJP

   F15B 11/00 20060101ALI20191202BHJP

   F15B 11/08 20060101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   E02F3/43 L

   F15B11/00 V

   F15B11/08 A

【請求項の数】3

【全頁数】35

(21)【出願番号】特願2015-122306(P2015-122306)

(22)【出願日】2015年6月17日

(65)【公開番号】特開2017-8501(P2017-8501A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2018年3月9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】水落 麻里子

(72)【発明者】

【氏名】石井 啓範

(72)【発明者】

【氏名】花川 和吉

【審査官】 亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１６９５３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−０８５９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９９６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０５１９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２０１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９１６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１１５６６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２０−９／２２

Ｅ０２Ｆ ３／４２−３／４３

Ｅ０２Ｆ ３／８４−３／８５

Ｆ１５Ｂ １１／００

Ｆ１５Ｂ １１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械本体と、この作業機械本体に対して上下方向に揺動自在に取り付けられ複数の可動部を有する作業フロントと、この作業フロントの各可動部を駆動する駆動アクチュエータと、この駆動アクチュエータの駆動を制御する制御演算を行う演算装置と、前記駆動アクチュエータへの圧油の供給を制御する流量制御弁および操作レバーの操作に基づいて前記流量制御弁に供給するパイロット圧油を出力する比例減圧弁を有するアクチュエータ駆動油圧回路とを備えた作業機械において、
前記演算装置は、作業機械の速度を推定し、前記推定された速度と作業機械の姿勢に基づき、作業機械が急停止すると仮定した場合の作業機械の挙動を予測し、前記予測された挙動に基づき前記作業機械の安定性を判定し、前記安定性の判定結果に基づき前記駆動アクチュエータの減速度を制限して前記駆動アクチュエータを緩やかに停止させる緩停止指令および前記駆動アクチュエータの上限動作速度を制限する動作速度制限指令を演算して、出力し、
前記アクチュエータ駆動油圧回路は、前記演算装置からの前記緩停止指令および前記動作速度制限指令に応じて前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧を補正するパイロット圧補正部を有し、
このパイロット圧補正部は、前記操作レバーの停止操作時に前記駆動アクチュエータを緩やかに停止させるようにパイロット圧を補正する停止特性変更部と、前記駆動アクチュエータの動作速度を制限するようにパイロット圧を補正する動作速度制限部とから構成され、
前記停止特性変更部および前記動作速度制限部は、前記演算装置からの前記緩停止指令および前記動作速度制限指令によってそれぞれ駆動され、前記演算装置から前記緩停止指令および前記動作速度制限指令が入力された場合は前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧を補正し、前記演算装置から前記緩停止指令および前記動作速度制限指令が入力されない場合には、前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧を補正することなく前記流量制御弁に供給し、
前記停止特性変更部は、電磁比例弁と高圧選択部とから構成され、
前記電磁比例弁は、前記比例減圧弁以外のパイロット圧油供給部と接続されており、前記演算装置から指令される設定圧のパイロット圧を生成し、
前記高圧選択部は、前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧と前記電磁比例弁から出力されるパイロット圧とのうち高圧側のパイロット圧を選択して出力し、
前記演算装置は、前記電磁比例弁に対し、常に、前記電磁比例弁の応答性を早めるための待機信号を与えるように構成されている
ことを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機械において、
前記停止特性変更部は、前記演算装置から出力される前記緩停止指令の停止特性よりも速やかに停止させる操作が行われた場合に、前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧よりも高い圧力を生成して出力する弁装置であり、
前記動作速度制限部は、前記パイロット圧が前記演算装置から出力される動作速度制限を満たすための上限圧よりも高い場合に、前記パイロット圧を前記上限圧まで減圧する弁装置である
ことを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項１に記載の作業機械において、
前記動作速度制限部は、電磁比例弁もしくは電磁比例リリーフ弁のいずれかを有する
ことを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造物解体工事、廃棄物処理、スクラップ処理、道路工事、建設工事、土木工事等に使用される作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

構造物解体工事、廃棄物処理、スクラップ処理、道路工事、建設工事、土木工事等に使用される作業機械として、動力系により走行する走行体の上部に旋回体を旋回自在に取り付けると共に、旋回体に多関節型の作業フロントを上下方向に揺動自在に取り付け、作業フロントを構成する各フロント部材をアクチュエータにて駆動する作業機械が知られている。このような作業機械の一例として、油圧ショベルをベースとし、一端が旋回体に揺動自在に連結されたブームと、一端がブームの先端に揺動自在に連結されたアームと、アームの先端に装着されたグラップル、バケット、ブレーカ、クラッシャ等のアタッチメントを備え、所望の作業を行えるようにした作業機械がある。

【0003】

この種の作業機械は、作業フロントを構成するブーム、アームおよびアタッチメントを旋回体の外方に突き出した状態で種々姿勢を変えながら作業を行う。このため、過度の作業負荷をかける、過負荷かつフロントを伸ばした状態で急動作を行う等の無理な操作を行った場合に作業機械がバランスを崩すことがある。したがって、この種の作業機械については、従来種々の転倒防止技術が提案されている。

【0004】

例えば、特許文献１には、作業機械のブームおよびアームにそれぞれ角度センサを設け、これら各角度センサの検出信号を制御装置に入力し、制御装置が、前記検出信号に基づいて作業機械全体の重心位置と、走行体の接地面における安定支点の支持力を演算し、その演算結果に基づく安定支点における支持力値を表示装置に表示すると共に、後方安定支点における支持力が安全作業確保上の限界値以下になったときには警報を発するようにした技術が開示されている。

【0005】

一方、前述の解体作業機械のような作業機械は、大質量の走行体、旋回体および作業フロントを駆動することにより作業を行うので、何らかの理由により操作者が動作中の走行体、旋回体又は作業フロントの駆動を急停止させる操作を行った場合、作業機械に大きな慣性力が作用し、安定性に大きな影響を与える。特に、搭載された警報装置から転倒の可能性を通知する警報が発せられた場合に、操作者が慌てて動作中の走行体、旋回体又は作業フロントの駆動を停止させる操作を行うと、転倒方向に大きな慣性力が重畳されて、却って転倒の可能性が高まる虞がある。

【0006】

このような課題に対しては、特許文献２において、作業フロントを含む本体および走行体の各可動部の位置情報と急停止モデルとを用いて、操作レバーが操作状態から瞬時に停止指令状態に戻された場合の作業機械が完全に停止に至るまでの安定性変化を予測し、停止に至るまでのいずれの時刻においても不安定にならないように駆動アクチュエータの動作制限を行う制御技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第２８７１１０５号公報

【特許文献2】国際公開第２０１２／１６９５３１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

作業機械に対して特許文献２に示される技術を適用することによって、無理な操作や操作ミスにより急に動作を停止させる場合であっても、作業機械が転倒することを未然に回避し、安定に作業を継続させることができる。特許文献２に示される技術は、制御演算結果に基づいて、作業機械の駆動アクチュエータの動作を制限する技術である。

【0009】

一般に、作業機械の駆動アクチュエータは、駆動アクチュエータへの圧油の供給を制御するパイロット式流量制御弁と操作レバーの操作に基づいて流量制御弁にパイロット圧油を出力する比例減圧弁とを備えて構成される油圧パイロット式駆動油圧回路によって駆動制御される。

【0010】

このような作業機械に特許文献２に示される技術を適用し、駆動アクチュエータに対して動作制限を行うためには、制御演算結果に応じてアクチュエータへの圧油の供給を変更する制御手段を駆動油圧回路に組み込む必要がある。しかしながら、従来例では、油圧パイロット式駆動油圧回路を備えた作業機械において、動作制限を実現するための構成が示されていない。また、駆動油圧回路に制御手段を組み込む際に、駆動油圧回路の構成を大幅に変更すると、応答性等が変化し、従来の操作性が損なわれる恐れがある。

【0011】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、作業機械を安定に保つために必要な動作制限を従来の操作性を維持可能な構成で実現し、操作性および安定性の高い作業機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、作業機械本体と、この作業機械本体に対して上下方向に揺動自在に取り付けられ複数の可動部を有する作業フロントと、この作業フロントの各可動部を駆動する駆動アクチュエータと、この駆動アクチュエータの駆動を制御する制御演算を行う演算装置と、前記駆動アクチュエータへの圧油の供給を制御する流量制御弁および操作レバーの操作に基づいて前記流量制御弁に供給するパイロット圧油を出力する比例減圧弁を有するアクチュエータ駆動油圧回路とを備えた作業機械において、前記演算装置は、作業機械の速度を推定し、前記推定された速度と作業機械の姿勢に基づき、作業機械が急停止すると仮定した場合の作業機械の挙動を予測し、前記予測された挙動に基づき前記作業機械の安定性を判定し、前記安定性の判定結果に基づき前記駆動アクチュエータの減速度を制限して前記駆動アクチュエータを緩やかに停止させる緩停止指令および前記駆動アクチュエータの上限動作速度を制限する動作速度制限指令を演算して、出力し、前記アクチュエータ駆動油圧回路は、演算装置からの前記緩停止指令および前記動作速度制限指令に応じて前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧を補正するパイロット圧補正部を有し、このパイロット圧補正部は、前記操作レバーの停止操作時に前記駆動アクチュエータを緩やかに停止させるようにパイロット圧を補正する停止特性変更部と、前記駆動アクチュエータの動作速度を制限するようにパイロット圧を補正する動作速度制限部とから構成され、前記停止特性変更部および前記動作速度制限部は、前記演算装置からの前記緩停止指令および前記動作速度制限指令によってそれぞれ駆動され、前記演算装置から前記緩停止指令および前記動作速度制限指令が入力された場合は前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧を補正し、前記演算装置から前記緩停止指令および前記動作速度制限指令が入力されない場合には、前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧を補正することなく前記流量制御弁に供給し、前記停止特性変更部は、電磁比例弁と高圧選択部とから構成され、前記電磁比例弁は、前記比例減圧弁以外のパイロット圧油供給部と接続されており、前記演算装置から指令される設定圧のパイロット圧を生成し、前記高圧選択部は、前記比例減圧弁から出力されるパイロット圧と前記電磁比例弁から出力されるパイロット圧とのうち高圧側のパイロット圧を選択して出力し、前記演算装置は、前記電磁比例弁に対し、常に、前記電磁比例弁の応答性を早めるための待機信号を与えるように構成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、作業機械の安定状態に応じた動作制限が従来のアクチュエータ駆動回路を生かした構成で行われ、操作性を損なうことなく動作制限を行うことができ、作業機械を安定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施形態に係る作業機械の側面図である。

【図2A】一般的な作業機械の駆動アクチュエータの駆動油圧回路の概念図である。

【図2B】一般的な作業機械のブームシリンダの駆動油圧回路の概略構成図である。

【図3】第１の実施形態に係る安定化制御装置の概略構成図である。

【図4A】第１の実施形態に係るパイロット圧補正部における緩停止を行うためのパイロット圧補正例を示す図である。

【図4B】第１の実施形態に係るパイロット圧補正部における動作速度制限を行うためのパイロット圧補正例を示す図である。

【図5A】第１の実施形態に係る作業機械の駆動アクチュエータの駆動油圧回路の概念図である。

【図5B】第１の実施形態に係る作業機械のブームシリンダの駆動油圧回路の概略構成図である。

【図6】第１の実施形態に係る安定性評価方法の説明図である。

【図7】第１の実施形態に係る動作制限決定部における演算手順を示すフローチャートである。

【図8A】第１の実施形態に係るパイロット圧補正部への駆動指令のうち、指令信号と電磁弁設定圧との関係の一例を示す図である。

【図8B】第１の実施形態に係るパイロット圧補正部における緩停止及び動作速度制限を行うためのパイロット圧補正の例を示す図である。

【図8C】第１の実施形態に係る緩停止用電磁比例弁への駆動指令値と時間との関係の一例を示す図である。

【図8D】第１の実施形態に係る速度制限用電磁比例弁への駆動指令値と時間との関係の一例を示す図である。

【図9A】第１の実施形態に係るパイロット圧補正部の変更例の概略構成図である。

【図9B】第１の実施形態に係るパイロット圧補正部の変更例の概略構成図である。

【図10】第２の実施形態に係るパイロット圧補正部の概略構成図である。

【図11】第３の実施形態に係るパイロット圧補正部の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に本発明の作業機械の実施形態を、図面を用いて説明する。

【0016】

＜第１の実施形態＞
本発明の作業機械の第１の実施形態を、図１乃至図９Ｂを用いて説明する。

【0017】

＜対象装置＞
図１に示すように、本実施形態に係る作業機械１は、走行体２と、走行体２の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体３と、一端が旋回体３に連結された多関節型のリンク機構よりなる作業フロント６とを備えている。

【0018】

旋回体３は旋回モータ７によって中心軸３ｃを中心に旋回駆動される。旋回体３上には運転室４およびカウンタウエイト８が設置されている。また、この旋回体３上の所要の部分には、動力系を構成するエンジン５と、駆動アクチュエータ（後述）の駆動油圧回路１００等から構成され、作業機械１の起動停止および動作全般を制御する運転制御装置９が備えられている。

【0019】

なお、図中の符号２９は地表面を示している。

【0020】

作業フロント６は、一端が旋回体３に連結されたブーム１０（可動部）と、一端がブーム１０の他端に連結されたアーム１２（可動部）と、一端がアーム１２の他端に連結されたアタッチメント２３（可動部）とを有しており、これらの各部材は、それぞれ上下方向に回動するように構成されている。

【0021】

ブームシリンダ１１は、ブーム１０を支点４０の回りに回動する駆動アクチュエータであり、旋回体３とブーム１０とに連結されている。アームシリンダ１３は、アーム１２を支点４１の回りに回動する駆動アクチュエータであり、ブーム１０とアーム１２とに連結されている。アタッチメントシリンダ１５はアタッチメント２３を支点４２の回りに回動する駆動アクチュエータであり、リンク１６を介してアタッチメント２３と連結され、リンク１７を介してアーム１２に連結されている。アタッチメント２３は、マグネット、グラップル、カッタ、ブレーカ、バケット等の図示しない作業具に任意に交換可能である。旋回モータ７は、旋回体３を駆動する駆動アクチュエータである。

【0022】

運転室４内には、オペレータが各駆動アクチュエータに対する動きの指示を入力するための複数の操作レバー５０が備えられている。

【0023】

＜駆動アクチュエータの駆動油圧回路＞
図２Ａに油圧パイロット式操作装置を有する一般的な作業機械における駆動アクチュエータの駆動油圧回路の概念図を示す。

【0024】

図２Ａにおいて、作業機械１の各駆動アクチュエータ７，１１，１３，１５はメインポンプ１０１から供給される圧油によって駆動される。駆動油圧回路１００Ａは、各駆動アクチュエータ７，１１，１３，１５に圧油を供給するための回路であり、主に、エンジン５によって駆動されるメインポンプ１０１およびパイロットポンプ１０２と、メインポンプ１０１と接続され、駆動アクチュエータへの供給流量を制御するパイロット式流量制御弁群１１０と、パイロットポンプ１０２と接続され、操作レバー５０の操作に応じて流量制御弁群１１０に供給するパイロット圧油を生成する比例減圧弁群１２０とから構成される。

【0025】

流量制御弁群１１０は、ブーム流量制御弁１１１、アーム流量制御弁１１３、アタッチメント流量制御弁１１５、旋回流量制御弁１１７から構成される。比例減圧弁群１２０は、ブーム伸長比例減圧弁１２１、ブーム縮小比例減圧弁１２２、アーム伸長比例減圧弁１２３、アーム縮小比例減圧弁１２４、アタッチメント伸長比例減圧弁１２５、アタッチメント縮小比例減圧弁１２６、右旋回比例減圧弁１２７、左旋回比例減圧弁１２８から構成される。

【0026】

なお、駆動アクチュエータの駆動方法はいずれの駆動アクチュエータでも同様であるため、以下では、ブームシリンダ１１を例にとって説明する。

【0027】

図２Ｂに油圧パイロット式操作装置を有する一般的な作業機械におけるブームシリンダ１１の駆動油圧回路１００Ａの概略構成図を示す。

【0028】

図２Ｂにおいて、ブーム比例減圧弁は、ブーム伸長比例減圧弁１２１と、ブーム縮小比例減圧弁１２２とから構成される。これらの比例減圧弁１２１，１２２は、ブーム操作レバー５０ｂを伸長側あるいは縮小側に操作することにより駆動され、パイロットポンプ１０２の吐出する圧油からブーム操作レバー５０ｂの操作量に対応する圧力のパイロット圧油を生成する。

【0029】

ブーム伸長比例減圧弁１２１は、第一ポート１２１ａ、第二ポート１２１ｂ、および第三ポート１２１ｃを備えており、第一ポート１２１ａは作動油タンク１０３と、第二ポート１２１ｂはパイロットポンプ１０２と、第三ポート１２１ｃは後述するブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅと接続される。ブーム操作レバー５０ｂを伸長側に操作していない場合には、第一ポート１２１ａと第三ポート１２１ｃとを連通する弁路が全開、第二ポート１２１ｂが全閉となり、パイロットポンプ１０２からの圧油は第三ポート１２１ｃへ供給されない。ブーム操作レバー５０ｂが伸長側に操作されると、その操作によって、第二ポート１２１ｂと第三ポート１２１ｃとを連通する弁路が開くように駆動され、パイロットポンプ１０２から第三ポート１２１ｃへパイロット圧油が供給され、レバー操作量に応じた圧力の圧油が第三ポート１２１ｃから出力される。ブーム操作レバー５０ｂを操作状態から非操作状態に戻す方向に操作すると、ブーム伸長比例減圧弁１２１は、第二ポート１２１ｂと第三ポート１２１ｃとを連通する弁路を閉じ、第一ポート１２１ａと第三ポート１２１ｃとを連通する弁路を開く方向に駆動され、非操作状態まで戻されると、第一ポート１２１ａと第三ポート１２１ｃとを連通する弁路が全開となる。この時、第三ポート１２１ｃに接続されるパイロット油路の圧油は、第一ポート１２１ａと第三ポート１２１ｃとを連通する弁路を流通して作動油タンク１０３に排出される。

【0030】

ブーム縮小比例減圧弁１２２はブーム伸長比例減圧弁１２１と同様の構成を有している。ブーム操作レバー５０ｂが縮小側に操作された場合には、ブーム伸長比例減圧弁１２１の代わりにブーム縮小比例減圧弁１２２が駆動され、レバー操作量に応じた圧力の圧油がブーム縮小比例減圧弁１２２の第三ポート１２２ｃから出力される。また、ブーム操作レバー５０ｂを縮小側に操作した状態から非操作状態に戻す方向に操作すると、ブーム縮小比例減圧弁１２２の第三ポート１２２ｃに接続されるパイロット油路の圧油は、第一ポート１２２ａと第三ポート１２２ｃとを連通する弁路を流通して作動油タンク１０３に排出される。

【0031】

ブーム流量制御弁１１１は、ブーム伸長側パイロットポート１１１ｅとブーム縮小側パイロットポート１１１ｓを有するパイロット式の３位置切換弁である。ブーム伸長側パイロットポート１１１ｅには、ブーム伸長比例減圧弁１２１がブーム伸長側パイロット油路を介して接続され、ブーム縮小側パイロットポート１１１ｓには、ブーム縮小比例減圧弁１２２がブーム縮小側パイロット油路を介して接続される。また、ブーム流量制御弁１１１のアクチュエータ側ポート１１１ａ，１１１ｂは、それぞれブーム伸長側メイン油路およびブーム縮小側メイン油路を介してブームシリンダ１１のボトム側油室１１ｂおよびロッド側油室１１ｒに接続される。ブーム流量制御弁１１１のポンプポート１１１ｐはメインポンプ１０１と、タンクポート１１１ｔは作動油タンク１０３とそれぞれ接続されている。

【0032】

ブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅとブーム縮小側パイロットポート１１１ｓとのいずれにもパイロット圧油が供給されていない場合には、ブーム流量制御弁１１１は中立位置となり、ブームシリンダ１１への圧油の供給およびブームシリンダ１１からの圧油の排出は行われない。ブーム操作レバー５０ｂが伸長側に操作され、ブーム伸長側パイロットポート１１１ｅにパイロット圧油が供給されると、ブーム流量制御弁１１１は伸長駆動位置に切り換わり、メインポンプ１０１からの圧油がブームシリンダ１１のボトム側油室１１ｂに供給される。これにより、ブームシリンダ１１は伸長駆動される。一方、ブーム操作レバー５０ｂが縮小側に操作された場合には、ブーム縮小側パイロットポート１１１ｓにパイロット圧油が供給され、ブーム流量制御弁１１１が縮小駆動位置に切り換わり、メインポンプ１０１からの圧油がブームシリンダ１１のロッド側油室１１ｒに供給される。これにより、ブームシリンダ１１は縮小駆動される。この時、ブーム流量制御弁１１１の開口面積は、各パイロットポート１１１ｅ，１１１ｓに供給されるパイロット圧油の圧力によって決定され、ブームシリンダ１１はパイロット圧油の圧力に応じた速度で伸縮駆動される。

【0033】

≪安定化制御≫
本実施形態に係る作業機械１には、作業中の不安定化を防ぐ安定化制御装置１９０が搭載されている。作業機械１では、オペレータが操作レバー５０を操作することにより、種々の作業が行われるが、作業フロント６を伸ばした姿勢で作業を行う場合やアタッチメント２３に加わる負荷が大きい場合には安定性が低下する。また、急操作を行った場合には、急激な速度変化に伴って大きな慣性力が作用し、その影響により、作業機械１の安定性が大きく変化する。特に、操作レバー５０を操作状態から瞬時に停止指令状態に戻すような急停止操作時には、転倒方向に大きな慣性力が働き、作業機械１が不安定になりやすい。

【0034】

本実施形態の安定化制御装置１９０は、無理な操作や誤った操作を行った場合であっても作業機械１が不安定にならないよう、安定性評価に基づいて駆動アクチュエータの動作を制限する装置である。また、本実施形態の安定化制御装置１９０は、急停止操作により安定性が大幅に低下することを考慮し、作業機械１を安定に保つための動作制限として、緩停止と動作速度制限を行う。

【0035】

ここで、緩停止とは停止操作時の可動部の減速加速度を制限し、可動部を緩やかに停止させる作用であり、動作速度制限とは駆動アクチュエータの最大速度を制限する作用である。緩停止を導入することにより、急停止操作時に発生する慣性力を抑制することができ、急停止に伴って発生する大きな慣性力によって作業機械１が不安定になることを防ぐことができる。一方、緩停止を行うと、制動距離が増大するため、あらかじめ許容制動距離を定め、許容制動距離内で停止できるように停止特性を設定する必要がある。そこで、本実施形態の安定化制御装置１９０は、あらかじめ定められた許容制動距離の範囲内で必要に応じて緩停止を行い、また、いかなる動作状態においても許容制動距離内で安定に作業できるように動作速度を制限する。

【0036】

安定化制御装置１９０は、作業機械１に備えられた全ての駆動アクチュエータに対して動作制限を行うように構成されている。しかし、以下では、作業機械１の安定性に特に大きな影響を与えるブームシリンダ１１とアームシリンダ１３に対してのみ、動作制限を適用するように構成した場合を例にとって説明する。

【0037】

図３に本実施形態の安定化制御装置１９０の概略構成図を示す。

【0038】

図３において、安定化制御装置１９０は、主に、状態量検出部３０と、演算装置６０と、パイロット圧補正部２００とから構成される。

【0039】

状態量検出部３０は、作業機械１の状態量を検出するために作業機械１の各所に取り付けられたセンサである。

【0040】

演算装置６０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、記憶装置等から構成され、状態量検出部３０の検出信号に基づいて、安定化制御演算を行い、作業機械１を安定に保つために必要なブームシリンダ１１およびアームシリンダ１３の動作制限を算出し、パイロット圧補正部２００への駆動指令を出力する。

【0041】

パイロット圧補正部２００は、オペレータからのレバー操作によって生成されるパイロット圧油の圧力を、演算装置６０において算出された動作制限を満たすように補正する油圧装置であり、流量制御弁群１１０と比例減圧弁群１２０とを接続するパイロット油路に設けられている。

【0042】

以下、各部の詳細を説明する。

【0043】

＜状態量検出部＞
作業機械１の主要部分には、状態量検出部３０として、機械の状態量を検出するセンサが備えられる。以下、本実施形態に係る作業機械１に備えられる状態量検出部３０の詳細について、図１および図３を参照して説明する。

【0044】

本実施形態の状態量検出部３０は、作業機械１の姿勢を検出する姿勢検出部４９と、各駆動アクチュエータに対するオペレータからの動作指令量を検出するレバー操作量検出部５０ａとから構成される。

【0045】

姿勢検出部４９は、作業機械１の姿勢を検出する機能ブロックであり、姿勢センサ３ｂ、各角度センサ３ｓ，４０ａ，４１ａ，４２ａから構成される。旋回体３には、作業機械１の傾きを検出するための姿勢センサ３ｂが設けられる。また、旋回体３の中心軸３ｃ上には、走行体２と旋回体３の旋回角度を検出するための旋回角度センサ３ｓが設けられる。旋回体３とブーム１０の支点４０には、ブーム１０の回動角度を計測するためのブーム角度センサ４０ａが設けられる。ブーム１０とアーム１２の支点４１には、アーム１２の回動角度を計測するためのアーム角度センサ４１ａが設けられる。アーム１２とアタッチメント２３の支点４２には、アタッチメント角度センサ４２ａが設けられる。

【0046】

レバー操作量検出部５０ａは、作業機械１の各駆動アクチュエータに対するオペレータからの動作指令量を検出する機能ブロックであり、操作レバー５０の操作量を検出するレバー操作量センサが設けられる。前述の油圧パイロット式操作装置では、操作レバー５０を操作すると比例減圧弁群１２０のうちの対応する比例減圧弁が駆動され、レバー操作量に応じた圧力のパイロット圧油が出力される。したがって、各比例減圧弁の出力する圧油の圧力を検出する圧力センサを設けることにより、オペレータからの動作指令量を検出することができる。

【0047】

より具体的には、ブーム伸長比例減圧弁１２１の出力する圧油の圧力を検出するブーム伸長操作量センサ５１と、ブーム縮小比例減圧弁１２２の出力する圧油の圧力を検出するブーム縮小操作量センサ５２と、アーム伸長比例減圧弁１２３の出力する圧油の圧力を検出するアーム伸長操作量センサ５３と、アーム縮小比例減圧弁１２４の出力する圧油の圧力を検出するアーム縮小操作量センサ５４と、アタッチメント伸長比例減圧弁１２５の出力する圧油の圧力を検出するアタッチメント伸長操作量センサ５５と、アタッチメント縮小比例減圧弁１２６の出力する圧油の圧力を検出するアタッチメント縮小操作量センサ５６と、右旋回比例減圧弁１２７の出力する圧油の圧力を検出する右旋回操作量センサ５７と、左旋回比例減圧弁１２８の出力する圧油の圧力を検出する左旋回操作量センサ５８とが設けられる。

【0048】

＜パイロット圧補正部＞
パイロット圧補正部２００は、オペレータのレバー操作に応じて比例減圧弁群から出力されるパイロット圧油の圧力を、後述する演算装置６０内の安定化制御演算部６０ａから指令される動作制限を満たす圧力に補正する機能ブロックである。本実施形態の安定化制御装置１９０では、安定化のための動作制限として、停止特性を変更して緩やかに停止させる緩停止と、動作速度に上限を設ける動作速度制限を行う。パイロット圧補正部２００は、この２種類の動作制限を行うために、停止特性変更部２１０と動作速度制限部２４０とを備えている。

【0049】

図５Ａに、本実施形態の安定化制御装置１９０におけるパイロット圧補正部２００を備えた駆動アクチュエータの駆動油圧回路の概念図を示す。

【0050】

安定化制御演算に基づく動作制限をブームシリンダ１１およびアームシリンダ１３に対して適用する場合、作業機械１はパイロット圧補正部２００として、図５Ａに示すようにブーム伸長パイロット圧補正部２０１、ブーム縮小パイロット圧補正部２０２、アーム伸長パイロット圧補正部２０３、アーム縮小パイロット圧補正部２０４が設けられる。

【0051】

ブーム伸長パイロット圧補正部２０１はブーム伸長停止特性変更部２１１とブーム伸長動作速度制限部２４１を、ブーム縮小パイロット圧補正部２０２はブーム縮小停止特性変更部２１２とブーム縮小動作速度制限部２４２を、アーム伸長パイロット圧補正部２０３はアーム伸長停止特性変更部２１３とアーム伸長動作速度制限部２４３を、アーム縮小パイロット圧補正部２０４はアーム縮小停止特性変更部２１４とアーム縮小動作速度制限部２４４をそれぞれ備えている。各パイロット圧補正部２０１，２０２，２０３，２０４の構成はいずれについても同様であるため、以下では、ブーム伸長パイロット圧油の補正を例にとり、図５Ｂを参照してブーム伸長パイロット圧補正部２０１の詳細を説明する。

【0052】

前述のように、ブームシリンダ１１の動作は、ブーム流量制御弁１１１の各パイロットポート１１１ｅ，１１１ｓに供給されるパイロット圧油の圧力によって決定される。したがって、何らかの制御を導入し、制御演算結果に基づいてブームシリンダ１１を伸長駆動するためには、ブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅにパイロット圧油を供給するパイロット油路に、レバー操作に応じて比例減圧弁１２１から出力されるパイロット圧油の圧力を補正し、制御演算結果を満たす圧力の圧油を生成するパイロット圧補正部２０１を設ければ良い。以下では、レバー操作に応じて比例減圧弁１２１から出力されるパイロット圧油をレバー操作パイロット圧油、レバー操作パイロット圧油の圧力をレバー操作パイロット圧と呼び、パイロット圧補正部２０１によって補正されたパイロット圧油を補正パイロット圧油、補正パイロット圧油の圧力を補正パイロット圧と呼ぶ。

【0053】

制御演算結果に基づく所望のパイロット圧を生成する方法としては、パイロットポンプ１０２とブーム流量制御弁１１１とを接続するパイロット油路に電気指令に基づいてパイロットポンプ１０２が吐出する圧油を減圧して出力する電磁比例弁を設ける構成が考えられる。電磁比例弁を制御演算結果に基づいて駆動し、電磁比例弁から出力されるパイロット圧油を例えば比例減圧弁１２１から出力されるパイロット圧油の代わりにブーム流量制御弁１１１に供給する構成とすることによって、所望の圧力のパイロット圧油をブーム流量制御弁１１１に供給できる。このような構成とした場合には、レバー操作パイロット圧油に対する補正の要否にかかわらず、追加した電磁比例弁からの圧油がブーム流量制御弁１１１へ供給される。

【0054】

一方、パイロット圧補正部２０１を設けるにあたっては、従来の操作性を損なわないように構成する必要がある。前述のように電磁比例弁を設ける構成では、常に従来とは異なる構成でブーム流量制御弁１１１へパイロット圧油を供給するため、応答性等が変化し、操作の違和感を生む恐れがある。従来の操作性を維持するためには、補正の必要のない場合には、パイロット圧補正部２０１を設けない場合と同様に、例えば比例減圧弁１２１から出力されるレバー操作パイロット圧油をブーム流量制御弁１１１のパイロットポート１１１ｅに供給し、補正が必要な場合のみ、レバー操作パイロット圧を補正する構成とすることが望ましい。そこで、本実施形態では、比例減圧弁１２１を用いた従来のパイロット圧油供給回路を生かしつつ、安定化制御演算によって動作制限が必要と判断された場合のみ、レバー操作パイロット圧に対して補正を行うようにパイロット圧補正部２０１を構成する。

【0055】

本実施形態の安定化制御装置１９０において行われる動作制限は、停止特性を変更して緩やかに停止させる緩停止と、動作速度に上限を設ける動作速度制限である。緩停止を行うためには、レバー操作パイロット圧が急激に低下する場合に、圧力の低下が緩やかになるように補正する必要がある。一方、動作速度制限を行うためには、レバー操作パイロット圧に対して上限圧を設定する必要がある。緩停止を行うための補正例を図４Ａに、動作速度制限を行うための補正例を図４Ｂに示した。

【0056】

本実施形態のパイロット圧補正部２０１は、前述の２種類の動作制限（緩停止と動作速度制限）を行うために、停止特性変更部２１１と動作速度制限部２４１とを備えている。比例減圧弁１２１から出力されたレバー操作パイロット圧油は、まず、停止特性変更部２１１に入力され、演算装置６０内で行われる安定化制御演算により指令された緩停止の停止特性を満たすように補正される。この停止特性変更部２１１によって補正されたパイロット圧油は動作速度制限部２４１に入力され、演算装置６０内で行われる安定化制御演算により指令された動作速度制限を満たすように補正される。この動作速度制限部２４１によって補正されたパイロット圧油は、対応するブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅに入力される。

【0057】

本実施形態のパイロット圧補正部２０１において、停止特性変更部２１１は、緩停止用電磁比例弁２２１と緩停止用高圧選択部２３１とから構成され、動作速度制限部２４１は速度制限用電磁比例弁２５１から構成される。緩停止用電磁比例弁２２１および速度制限用電磁比例弁２５１は後述する演算装置６０から出力される指令信号により駆動される。

【0058】

・停止特性変更部
本実施形態のブーム伸長停止特性変更部２１１は、上述したように緩停止用電磁比例弁２２１と緩停止用高圧選択部２３１とから構成される。

【0059】

緩停止用電磁比例弁２２１は、演算装置６０からの指令により駆動され、パイロットポンプ１０２から吐出される圧油から演算装置６０内の安定化制御演算部６０ａにより指令された緩停止を行うためのパイロット圧油（緩停止パイロット圧油）を生成する弁である。また、緩停止用高圧選択部２３１は、レバー操作パイロット圧油と、緩停止パイロット圧油とのうち高圧側の圧油を選択して出力するブロックである。

【0060】

緩停止用電磁比例弁２２１は、第一ポート２２１ａ、第二ポート２２１ｂ、第三ポート２２１ｃ、およびソレノイド２２１ｄを備えている。第一ポート２２１ａには作動油タンク１０３が、第二ポート２２１ｂにはパイロットポンプ１０２がそれぞれ接続される。演算装置６０からの指令信号によってソレノイド２２１ｄが励磁されると、指令信号に応じた圧力の緩停止パイロット圧油が第三ポート２２１ｃに出力される。緩停止用電磁比例弁２２１はソレノイド２２１ｄが励磁されていない時に、第一ポート２２１ａと第三ポート２２１ｃとを連通する弁路が全開、第二ポート２２１ｂが全閉となり、パイロットポンプ１０２からの圧油の供給が遮断される常時閉式の特性を持つ。したがって、ソレノイド２２１ｄが非励磁状態の場合には、第三ポート２２１ｃ側の圧力はタンク圧となる。演算装置６０からの指令信号によってソレノイド２２１ｄが励磁されると、第二ポート２２１ｂと第三ポート２２１ｃが連通する弁路が開く方向に駆動され、パイロットポンプ１０２からの圧油が第三ポート２２１ｃに出力される。緩停止用電磁比例弁２２１は、ソレノイド２２１ｄに与えられる指令信号が大きくなるにつれて、第三ポート２２１ｃから出力される圧油の圧力が高くなるような特性を持つ。したがって、第三ポート２２１ｃから出力される圧油の圧力を安定化制御演算部６０ａによって指令された緩停止の停止特性を満たす圧力とするように、演算装置６０からソレノイド２２１ｄに対して駆動指令を行えば良い。

【0061】

緩停止用高圧選択部２３１は、例えばシャトル弁であって、比例減圧弁１２１から出力されるレバー操作パイロット圧油と緩停止用電磁比例弁から出力される緩停止パイロット圧油とが入力される。緩停止用高圧選択部２３１は、入力されたレバー操作パイロット圧油と緩停止パイロット圧油とのうち高圧側の圧油を選択して、停止特性変更部２１１の出力とする。

【0062】

レバー操作パイロット圧が安定化制御演算部６０ａにより指令された緩停止の停止特性よりも急激に低下する場合には、緩停止パイロット圧がレバー操作パイロット圧よりも高くなり、緩停止用高圧選択部２３１により緩停止用パイロット圧油が選択され、指令された停止特性の緩停止が実現される。一方、安定化制御演算部６０ａによって指令された停止特性よりも緩やかに停止するような操作が行われた場合には、レバー操作パイロット圧が緩停止パイロット圧よりも緩やかに低下するため、緩停止パイロット圧に対してレバー操作パイロット圧が高く、緩停止用高圧選択部２３１においてレバー操作パイロット圧油が選択される。したがって、この場合には、停止特性変更部２１１においてレバー操作パイロット圧油は補正されることなく出力される。また、停止特性変更部２１１におけるパイロット圧油の圧力の補正は、急激に動作速度が低下するような操作が行われた場合を対象としており、それ以外の定常的な動作指令操作時や増速操作時等には緩停止用電磁比例弁２２１は駆動されない。したがって、このような操作時にも、緩停止用高圧選択部２３１においてレバー操作パイロット圧油が選択され、レバー操作パイロット圧油は補正されることなく出力される。

【0063】

・動作速度制限部
本実施形態では、上述したように、ブーム伸長動作速度制限部２４１として速度制限用電磁比例弁２５１を備えている。速度制限用電磁比例弁２５１は、ブーム流量制御弁１１１に供給されるパイロット圧油に対し、演算装置６０内の安定化制御演算部６０ａによって指令された動作速度制限を満たすように上限圧を設定する。

【0064】

図５Ｂに示すように、速度制限用電磁比例弁２５１は、第一ポート２５１ａ、第二ポート２５１ｂ、第三ポート２５１ｃ、およびソレノイド２５１ｄを備えている。第一ポート２５１ａには作動油タンク１０３が、第二ポート２５１ｂには緩停止用高圧選択部２３１の出力ポートが、第三ポート２５１ｃにはブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅがそれぞれ接続される。第三ポート２５１ｃから出力される圧油が、パイロット圧補正部２０１による補正パイロット圧油である。

【0065】

速度制限用電磁比例弁２５１は、緩停止用電磁比例弁２２１と同様、ソレノイド２５１ｄが励磁されていない場合には、速度制限用電磁比例弁２５１の第一ポート２５１ａと第三ポート２５１ｃを連通する弁路が全開、第二ポート２５１ｂが全閉となる常時閉式の特性を有している。したがって、ソレノイド２５１ｄが励磁されていない場合には、ブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅは作動油タンク１０３と連通され、補正パイロット圧はタンク圧となる。一方、演算装置６０からの指令信号によってソレノイド２５１ｄが励磁されると、第二ポート２５１ｂと第三ポート２５１ｃとを連通する弁路が開く方向に駆動され、停止特性変更部２１１から第二ポート２５１ｂに供給されるパイロット圧油が、第三ポート２５１ｃに出力される。第二ポート２５１ｂと第三ポート２５１ｃとを連通する弁路を流通する圧油の圧力は、ソレノイド２５１ｄに与えられる指令信号の大きさによって決定される。ここで、指令信号によって決定されるのは流通する圧油の上限圧であり、補正パイロット圧は、第二ポート２５１ｂに供給される圧油の圧力と、ソレノイド２５１ｄに与えられる指令信号によって決定される上限圧との低い方となる。また、ソレノイド２５１ｄに対して最大の指令信号を与えた場合には、第二ポート２５１ｂに供給される圧油の圧力によらず、第二ポート２５１ｂと第三ポート２５１ｃとを連通する弁路が全開となり、補正パイロット圧は停止特性変更部２１１の出力圧と等しくなる。停止特性変更部２１１の出力圧が安定化制御演算部６０ａによって指令された動作速度制限を満たす上限圧よりも高い場合には、パイロット圧油は速度制限用電磁比例弁２５１によって減圧され、指令された動作速度制限が実現される。一方、停止特性変更部２１１の出力圧が上限圧よりも低い場合には、パイロット圧油は速度制限用電磁比例弁２５１によって補正されず、停止特性変更部２１１の出力するパイロット圧油がブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅに供給される。また、安定化制御演算部６０ａにおいて動作速度制限指令が行われない場合も、パイロット圧油は速度制限用電磁比例弁２５１によって補正されない。

【0066】

以上で説明したように、本実施形態の停止特性変更部２１１は指令された緩停止を行うために、レバー操作パイロット圧油の補正が必要な場合のみ、緩停止用電磁比例弁２２１により緩停止パイロット圧油を出力し、補正の必要がない場合には、従来のパイロット圧油供給回路と同様、比例減圧弁１２１から出力されるレバー操作パイロット圧油を出力する。

【0067】

本実施形態の動作速度制限部２４１は、指令された動作速度制限を行うために停止特性変更部２１１から供給されるパイロット圧油を補正する必要がある場合のみ、速度制限用電磁比例弁２５１によりパイロット圧油を減圧し、補正の必要のない場合には、停止特性変更部２１１から供給されるパイロット圧油をそのまま出力する。つまり、緩停止指令および動作速度制限指令のいずれの指令も行われない場合や、レバー操作パイロット圧が緩停止指令および動作速度制限指令を満たしている場合には、停止特性変更部２１１および動作速度制限部２４１において、レバー操作パイロット圧は補正されず、従来のパイロット圧油供給回路と同様、比例減圧弁１２１から出力されるレバー操作パイロット圧油がブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅに供給される。このように、従来のパイロット圧油供給回路を生かした構成とすることによって、従来の操作性に影響を与えることなく、動作制限を行うことができる。

【0068】

＜演算装置＞
演算装置６０は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、およびフラッシュメモリ等からなる記憶部、およびこれらを備えているマイクロコンビュータ並びに図示しない周辺回路などから構成され、例えばＲＯＭに格納されるプログラムにしたがって作動する。

【0069】

演算装置６０は、作業機械１の各部に取り付けられた各センサからの信号が入力される入力部６０ｘ、入力部６０ｘに入力される信号を受けて所定の演算を行う演算部６０ｚ、演算部６０ｚからの出力信号を受けてパイロット圧補正部２００への駆動指令を出力する出力部６０ｙを備えている。

【0070】

＜演算部＞
以下、図３を参照して演算部６０ｚの詳細を説明する。

【0071】

演算部６０ｚは、状態量検出部３０から取り込まれる信号に応じて作業機械１を安定に保つために必要な動作制限を算出する安定化制御演算部６０ａと、安定化制御演算部６０ａからの出力に基づいてパイロット圧補正部２００への駆動指令を算出する指令値生成部６０ｉとから構成される。

【0072】

＜安定化制御演算部＞
前述のように、本実施形態の安定化制御装置１９０では、作業機械１を安定に保つための動作制限として、緩停止と動作速度制限を行う。安定化制御演算部６０ａは、状態量検出部３０の検出結果に基づいて作業機械１の安定性を評価し、この安定性評価結果に基づいて動作制限の要否を判定し、動作制限が必要な場合には緩停止指令値および動作速度制限値を出力する。

【0073】

作業機械１の安定性の評価方法および動作制限の決定方法は、種々の方法が考えられるが、本実施形態では、安定性評価指標としてＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）を用い、急停止時の挙動予測に基づいて動作制限を算出する方法を適用する場合を例にとって説明する。

【0074】

前述のように、操作レバー５０を操作状態から瞬時に停止指令状態に戻すような急停止操作時には、転倒方向に大きな慣性力が働き、作業機械１が不安定になりやすい。そのため、本実施形態の安定化制御演算部６０ａでは、急停止操作が行われると仮定した場合の作業機械１の挙動を予測し、急停止操作時にも安定状態が保たれるように動作制限を決定する。

【0075】

作業機械１を安定に保つための動作制限を算出する方法は、安定条件からの逆演算による方法と、適用する動作制限を変えて挙動予測および安定性評価を複数回繰り返す順演算による方法とがある。前者は一度の演算で最適な動作制限を算出できるが、複雑な演算式を導出する必要がある。一方、後者は、複数回の試行が必要であるが、比較的簡易な演算式を用いることができる。以下では、後者の手法を例にとって説明する。

【0076】

図３に示すように、安定化制御演算部６０ａは、速度推定部６０ｂと、急停止時挙動予測部６０ｃと、安定性判定部６０ｄと、動作制限決定部６０ｈの各機能ブロックから構成される。速度推定部６０ｂでは、状態量検出部３０の検出結果から各駆動アクチュエータの動作速度を推定する。急停止時挙動予測部６０ｃでは、急停止操作が行われると仮定し、作業機械１が完全に停止するまでの作業機械１の挙動を予測する。安定性判定部６０ｄでは、急停止時挙動予測部６０ｃの予測結果に基づき、急停止過程のＺＭＰ軌跡を算出し、安定性を判定する。そして、動作制限決定部６０ｈでは、安定性判定部６０ｄの判断結果に基づいて、動作制限の要否を判断し、緩停止指令および動作速度制限指令を出力する。

【0077】

・ＺＭＰに基づく安定性評価
安定化制御演算部６０ａの各機能ブロックの詳細を説明する前に、本実施形態において作業機械１の安定性の評価に用いるＺＭＰと、ＺＭＰを用いた安定性判定方法（ＺＭＰ安定判別規範）について説明する。なお、ＺＭＰの概念ならびにＺＭＰ安定判別規範については「ＬＥＧＧＥＤ ＬＯＣＯＭＯＴＩＯＮ ＲＯＢＯＴＳ：Ｍｉｏｍｉｒ Ｖｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ著（「歩行ロボットと人工の足：加藤一郎訳，日刊工業新聞社」）により詳しく記載されている。

【0078】

ＺＭＰは、対象物に加わるモーメントがゼ口になる路面上の点を意味する。作業機械１から地表面２９には重力、慣性力、外力およびこれらのモーメントが作用するが、ダランベールの原理によればこれらは地表面２９から作業機械１への反作用としての床反力および床反力モーメントとつりあう。したがって、作業機械１が地表面２９に安定に接地している場合、作業機械１と地表面２９との接地点を凹にならないように結んだ支持多角形の辺上あるいはその内側にピッチ軸およびロール軸方向のモーメントがゼロになる点が存在する。この点をＺＭＰと呼ぶ。逆に言えば、ＺＭＰが支持多角形内に存在し、作業機械１から地表面２９に作用する力が地表面２９を押す向きであれば作業機械１は安定に接地しているといえる。

【0079】

ＺＭＰが支持多角形の中心に近いほど安定性は高く、支持多角形の内側にあれば作業機械１は安定状態を保ち、転倒することなく作業を行うことができる。一方、ＺＭＰが支持多角形上に存在する場合には作業機械１は転倒を開始する。したがって、ＺＭＰと作業機械１と地表面２９とが形成する支持多角形とを比較することによって安定性を判定することができる。

【0080】

ＺＭＰは、重力、慣性力、外力によって発生するモーメントの釣り合いから導出される以下の方程式の式（１）を用いて算出される。

【0081】

【数1】

【0082】

ｒ_ｚｍｐ：ＺＭＰ位置ベクトル
ｍ_ｉ：ｉ番目の質点の質量
ｒ_ｉ：ｉ番目の質点の位置ベクトル
ｒ”_ｉ：ｉ番目の質点に加わる加速度ベクトル（重力加速度含む）
Ｍ_ｊ：ｊ番目の外力モーメント
ｓ_ｋ：ｋ番目の外力作用点位置ベクトル
Ｆ_ｋ：ｋ番目の外力ベクトル
なお、各ベクトルはＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分で構成される３次元ベクトルである。

【0083】

作業機械１が静止状態にあり、作業機械１に対して重力のみが働く場合のＺＭＰは、作業機械１の重心（質量中心）の地表面２９への投影点と一致する。したがって、ＺＭＰは動的状態と静的状態との両方を考慮した重心の地表面２９への投影点として扱うことが可能であり、ＺＭＰを指標として用いることによって、作業機械１が静止している場合と動作を行っている場合との両方を統一的に扱うことができる。

【0084】

＜速度推定部＞
速度推定部６０ｂでは、状態量検出部３０の検出結果をもとに、現在のレバー操作によって生じる各駆動アクチュエータの動作速度を推定する。一般に、作業機械１の各駆動アクチュエータの動作速度は、作業状況や負荷状態によって変化するものの、対応する操作レバー５０の操作量、すなわちレバー操作パイロット圧に概ね比例して変化する。操作レバー５０の操作と動作速度との間には油圧および機構による遅れが存在するため、レバー操作情報を用いることによって近未来の動作速度を予測することができる。そこで、速度推定部６０ｂでは、過去のレバー操作パイロット圧と現在のレバー操作パイロット圧と現在の動作速度を用いて近未来の動作速度を予測する。

【0085】

具体的には、速度推定部６０ｂでは、まず、過去のレバー操作パイロット圧と現在の動作速度から速度算出モデルを同定する。次に、同定された速度算出モデルに現在のレバー操作パイロット圧を入力することにより、近未来の動作速度を予測する。速度算出モデルはエンジン回転数、負荷の大きさ、姿勢、油温等によって時々刻々と変化することが予想されるが、微小な時刻間では作業状況の変化が小さいため、モデルの変化も小さいものと考えてよい。速度推定部６０ｂのより簡易な実現部として、操作レバー５０を操作してから駆動アクチュエータが動き始めるまでのむだ時間Ｔ_Ｌと、レバー操作パイロット圧と動作速度との比例係数α_ｖとを用いる方法がある。ここで、むだ時間Ｔ_Ｌは変化しないものと仮定し、あらかじめ求めておく。Ｔ_Ｌ秒後の速度は、以下の手順で算出する。

【0086】

（ステップ１）
Ｔ_Ｌ秒前のレバー操作パイロット圧Ｐ_ｌｅｖ（ｔ−Ｔ_Ｌ）と現在の速度Ｖ（ｔ）より以下の式（２）を用いて比例係数α_ｖを算出する。

【0087】

【数2】

【0088】

（ステップ２）
算出した比例係数α_ｖと現在のレバー操作パイロット圧Ｐ_ｌｅｖ（ｔ）より以下の式（３）を用いてＴ_Ｌ秒後の速度の推定値ｖ（ｔ＋Ｔ_Ｌ）を算出する。

【0089】

【数3】

【0090】

・急停止時挙動予測部
急停止時挙動予測部６０ｃでは、急停止指令が行われると仮定し、急停止指令時の作業機械１の挙動を予測する。現在の姿勢情報と速度推定部６０ｂの速度推定結果と急停止モデルとから、急停止指令が行われてから駆動アクチュエータが完全に停止するまでの位置軌跡、速度軌跡、加速度軌跡を算出する。急停止モデルとしては、例えば、急停止時の速度軌跡をモデル化し、その速度軌跡から位置軌跡および加速度軌跡を算出する方法が考えられる。あらかじめ急停止指令時の速度軌跡をモデル化し、時刻ｔにおいて急停止指令が行われたときの時刻（操作レバー開放時刻）からｔ_ｅ秒後のシリンダ速度をＶ_ｓｔｏｐ（ｔ，ｔ_ｅ）として与えたとき、ｔ_ｅ秒後のシリンダ長ｌ_ｓｔｏｐ（ｔ，ｔ_ｅ）とシリンダ加速度ａ_ｓｔｏｐ（ｔ，ｔ_ｅ）は、急停止開始時のシリンダ、長ｌ_ｓｔｏｐ（ｔ，０）を用いて以下の式（４）で算出できる。

【0091】

【数4】

【0092】

実時間で急停止時挙動予測を行うためには、急停止時の速度軌跡を簡易なモデルでモデル化すると良い。急停止時の速度軌跡の簡易モデルとしては、１次遅れ系や多次遅れ系や多項式関数が考えられる。本実施形態の安定化制御では緩停止を行うため、急停止指令に加え、緩停止指令時の挙動についても同様のモデル化を行う。

【0093】

安定性判定部６０ｄは、この急停止時挙動予測部６０ｃにおいて算出された急停止時軌跡を用いて、急停止過程におけるＺＭＰ軌跡を算出し、安定性を判定する。

【0094】

具体的には、安定性判定部６０ｄでは、まず、急停止時挙動予測部６０ｃの予測結果を用いて、作業機械１の主要構成部材の重心の位置ベクトル軌跡と加速度ベクトル軌跡を算出する。そして、式（１）から導出される以下の式（５）および式（６）を用いてＺＭＰ軌跡を算出する。

【0095】

【数5】

【0096】

【数6】

【0097】

上式のｒに各主要構成部材の重心の急停止時位置ベクトル軌跡を、ｒ”に急停止時加速度ベクトル軌跡を代入することにより、急停止時のＺＭＰ軌跡を算出することができる。

【0098】

次に、算出された急停止時のＺＭＰ軌跡を用いて急停止時の安定性を判定する。前述のようにＺＭＰが作業機械１と地表面２９とで形成する支持多角形Ｌの十分内側の領域に存在する場合には、作業機械１は不安定になる可能性はほとんどなく、安定に作業を行うことができる。走行体２が地表面２９に正立している場合、支持多角形Ｌは、走行体２の平面形状と等しい。したがって、走行体２の平面形状が矩形の場合、支持多角形Ｌは図６に示すように矩形となる。より具体的には、走行体２としてクローラを有している場合の支持多角形Ｌは左右のスプロケットの中心点を結んだ線を前方境界線、左右のアイドラの中心点を結んだ線を後方境界線、左右それぞれのトラックリンク外側端を左右の境界線とした四角形である。なお、前方および後方の境界は、最も前方の下部ローラおよび最も後方の下部ローラを接地点としても良い。

【0099】

安定性判定部６０ｄでは、支持多角形Ｌを作業機械１が不安定となる可能性が十分に低い通常領域Ｊと不安定となる可能性の高い安定警告領域Ｎとに分け、ＺＭＰがいずれの領域にあるかを判定することによって安定性を判定する。通常、領域Ｊと安定警告領域Ｎとの境界Ｋは、安全率に従って決定される比率に応じて支持多角形Ｌを中心点側に縮小した多角形、あるいは、安全率に従って決定される長さだけ支持多角形Ｌを内側に移動した多角形に設定される。安定性判定部６０ｄでは、急停止時のＺＭＰ軌跡上の全ての点が通常領域Ｊにある場合に、安定性判定結果を「安定」として出力する。一方、急停止時のＺＭＰ軌跡が安定警告領域Ｎに侵入する場合、すなわち、急停止過程のいずれかの時点でＺＭＰが安定警告領域Ｎに侵入する場合には、判定結果を「不安定」として出力する。

【0100】

・動作制限決定部
動作制限決定部６０ｈでは、安定性判定部６０ｄの判定結果を元に動作制限の要否を判定し、動作制限指令を算出する。本実施形態の安定化制御装置１９０では、作業機械１を安定に保つために緩停止と動作速度制限を行う。したがって、動作制限決定部６０ｈは、動作制限指令として緩停止指令と動作速度制限指令を算出し、指令値生成部６０ｉに出力する。

【0101】

前述のように、本実施形態の安定化制御演算部６０ａでは、挙動予測および安定性評価を必要に応じて複数回繰り返すことにより、安定化に必要な動作制限を算出する。動作制限および繰り返し演算の要否判定方法について、図７を用いて説明する。

【0102】

図７において、第一回目の試行においては、速度推定部６０ｂの推定結果および急停止モデルを用いる設定とし（ステップＳ７１）、挙動予測（ステップＳ７２）および安定性の判定を行う（ステップＳ７３）。

【0103】

ステップＳ７３における判定結果が「安定」であった場合には、動作制限を行わない（ステップＳ７３のＯＫ）。この場合には、「緩停止なし」、「動作速度制限ゲイン＝１」を出力する（ステップＳ７１０）。

【0104】

一方、安定性判定部６０ｄの判定結果が「不安定」であった場合（ステップＳ７３のＮＧ）は、急停止モデルに代えて緩停止モデルを用いる設定とし（ステップＳ７４）、設定変更後での挙動予測（ステップＳ７５）および安定性判定を行う（ステップＳ７６）。

【0105】

ステップＳ７６における安定性判定部６０ｄの判定結果が「安定」であった場合（ステップＳ７６のＯＫ）は、動作速度制限ゲインを１とし、緩停止のみを行うように動作制限指令を行う（ステップＳ７１１）。

【0106】

一方、安定性判定部６０ｄの判定結果が「不安定」であった場合（ステップＳ７６のＮＧ）は、速度推定値に動作速度制限ゲインα（＜１）を乗じたものと、緩停止モデルとを用いる設定とし（ステップＳ７７）、設定変更後での挙動予測（ステップＳ７８）および安定性判定（ステップＳ７９）を行う。

【0107】

安定性判定部６０ｄの判定結果が「安定」であった場合（ステップＳ７９のＯＫ）は、緩停止および動作速度制限ゲインαの動作速度制限を行うように動作制限指令を行う（ステップＳ７１２）。

【0108】

一方、安定性判定部６０ｄの判定結果が「不安定」であった場合（ステップＳ７９のＮＧ）は、動作速度制限ゲインαを徐々に小さくし、安定性判定部６０ｄの判定結果が「安定」となるまで、挙動予測（ステップＳ７８）と安定性判定（ステップＳ７９）を繰り返す。

【0109】

なお、上記では、緩停止指令時に選択される停止特性が一通りである場合を例にとって説明したが、複数の停止特性を設定し、安定状態に応じて緩停止の程度を変更するように構成しでも良い。緩停止の程度を表す指標としては、停止に要する時間（停止時間）、停止に要する距離（制動距離）、減速加速度、単位時間当たりのパイロット圧の低下量（パイロット圧変化率）等が例として挙げられ、複数の設定を設ける場合には、あらかじめそれぞれの設定のおいて満たすべき停止特性を定める。また、動作制限決定部６０ｈでは、全ての緩停止設定において安定性判定結果が不安定となった場合に初めて動作速度を制限するように動作制限指令を算出する。

【0110】

＜指令値生成部＞
指令値生成部６０ｉは、安定化制御演算部６０ａから出力された緩停止指令および動作速度制限指令に基づいて、パイロット圧補正部２００の駆動指令値を生成し、演算装置６０の出力部６０ｙに出力する。

【0111】

より具体的には、指令値生成部６０ｉは、緩停止指令値から停止特性変更部２１０の駆動指令値を、動作速度制限ゲインから動作速度制限部２４０の駆動指令値を算出する。本実施形態の安定化制御装置１９０では、図５Ａに示したように、ブーム伸長、ブーム縮小、アーム伸長、アーム縮小のそれぞれのパイロット油路に、各停止特性変更部２１１，２１２，２１３，２１４および各動作速度制限部２４１，２４２，２４３，２４４が設けられており、指令値生成部６０ｉは、各停止特性変更部２１１，２１２，２１３，２１４および各動作速度制限部２４１，２４２，２４３，２４４に対して駆動指令値を算出する。以下では、ブーム伸長パイロット圧油の補正を例にとって、ブーム伸長停止特性変更部２１１およびブーム伸長動作速度制限部２４１の駆動指令値の算出方法を説明する。まず、ブーム伸長停止特性変更部２１１の駆動指令値の算出方法について説明する。

【0112】

図５Ｂを用いて説明したように、本実施形態の停止特性変更部２１１は、緩停止用電磁比例弁２２１と緩停止用高圧選択部２３１とから構成されている。停止特性変更部２１１では、急減速操作あるいは停止操作が行われた場合に、動作制限決定部６０ｈから出力された緩停止指令を満たすパイロット圧油を生成するように緩停止用電磁比例弁２２１を駆動することにより、駆動アクチュエータを緩やかに停止させる。同様に、停止特性変更部２１２は、緩停止用電磁比例弁２２２と緩停止用高圧選択部２３２とから構成され、動作速度制限部２４２は速度制限用電磁比例弁２５２から構成される。緩停止用電磁比例弁２２２および速度制限用電磁比例弁２５２は後述する演算装置６０から出力される指令信号により駆動される。

【0113】

緩停止を行うための駆動指令の算出方法は、緩停止時の停止特性の設定方法により種々考えられるが、以下では、停止特性としてブーム流量制御弁１１１に供給するパイロット圧油の圧力の変化率を指令し、レバー操作パイロット圧を図４Ａに示す補正曲線を用いて補正する場合を例にとって説明する。

【0114】

前述のように、ブーム流量制御弁１１１に供給するパイロット圧油の圧力と駆動アクチュエータの動作速度は比例の関係にある。このため、減速および停止操作時のレバー操作パイロット圧の変化率が指令値よりも大きい場合は指令された停止特性よりも速やかに減速し、指令値よりも小さい場合は、指令された停止特性よりも緩やかに減速する。本実施形態の安定化制御装置１９０において動作制限を行う必要があるのは、指令された停止特性よりも速やかに停止する場合である。

【0115】

このために、指令値生成部６０ｉでは、まず、レバー操作パイロット圧の変化率と変化率指令値を比較する。そして、レバー操作パイロット圧の変化率が変化率指令値よりも大きい場合には、図４Ａに示す補正曲線を用いて、パイロット圧が変化率指令値を満たす単調減少となるように補正する。つまり、停止特性変更部２１１の出力するパイロット圧油の圧力を以下の式（７）のようにする。

【0116】

【数7】

【0117】

ここで、Ｐ_ｌｅｖ（ｔ）は時刻ｔにおけるレバー操作パイロット圧、Ｐ_２１１（ｔ）は時刻ｔにおいて停止特性変更部２１１の出力するパイロット圧油の圧力、ｋはパイロット圧変化率指令値である。停止特性変更部２１１においてレバー操作パイロット圧油を補正せずに出力する場合には、緩停止用電磁比例弁２２１を駆動する必要はなく、レバー操作パイロット圧の変化率が変化率指令値よりも大きい場合のみ、式（７）で算出される圧力の緩停止パイロット圧油を生成するように緩停止用電磁比例弁２２１を駆動すれば良い。したがって、緩停止用電磁比例弁２２１の指令圧は以下の式（８）のように算出する。

【0118】

【数8】

【0119】

ここで、Ｐ_２２１ｃ（ｔ）は時刻ｔにおける緩停止用電磁比例弁２２１の指令圧である。

【0120】

緩停止用電磁比例弁２２１の出力する圧油の圧力は指令信号の大きさによって決定され、指令信号と圧力との関係は、弁の出力特性として、例えば、図８Ａのように与えられる。緩停止用電磁比例弁２２１への駆動指令値は、式（８）で算出される指令圧と緩停止用電磁比例弁２２１の出力特性を用いて決定する。例えば、図８Ｂに示した補正を行う場合の緩停止用電磁比例弁２２１への駆動指令値は図８Ｃのように算出される。

【0121】

本実施形態の安定化制御装置１９０では、ブームシリンダ１１およびアームシリンダ１３に対して動作制限を行うため、ブーム伸長緩停止用電磁比例弁２２１、ブーム縮小緩停止用電磁比例弁２２２、アーム伸長緩停止用電磁比例弁、アーム縮小緩停止用電磁比例弁の４つの緩停止用電磁比例弁が備えられている。指令値生成部６０ｉは、それぞれの緩停止用電磁比例弁に対して、それぞれの対応するレバー操作パイロット圧を用いて駆動指令値を算出する。

【0122】

次に、ブーム伸長動作速度制限部２４１の駆動指令値の算出方法について説明する。前述のように、本実施形態では動作速度制限部２４１として速度制限用電磁比例弁２５１を備えており、速度制限用電磁比例弁２５１への駆動指令値によって、ブーム流量制御弁１１１のパイロットポートに供給されるパイロット圧油の上限圧が決定される。駆動アクチュエータの動作速度はパイロット圧に概ね比例するため、動作制限決定部６０ｈから出力された動作速度制限ゲインに基づいて速度制限用電磁比例弁２５１の駆動指令値を算出すればよい。

【0123】

具体的には、速度制限用電磁比例弁２５１に対して最大の駆動指令を与えた場合には、停止特性変更部２１１から速度制限用電磁比例弁２５１に入力されるパイロット圧油の圧力によらず、入力された圧油が補正されることなく出力される。したがって、動作速度制限ゲインが１である場合は、速度制限用電磁比例弁２５１に対し、最大の駆動指令を行う。

【0124】

一方、動作速度制限ゲインが１未満の場合は、レバー操作パイロット圧を減ずる必要があるため、動作速度制限ゲインに応じて、レバー操作パイロット圧を減圧するように駆動指令を行う。ここで、動作速度制限ゲインは、レバー操作によって指令された動作速度からの必要な減速率を表しており、レバー操作パイロット圧に対して行うべき減圧率と考えて良い。つまり、速度制限用電磁比例弁２５１から出力される補正パイロット圧油の圧力を、レバー操作パイロット圧に動作速度制限ゲインを乗じた圧力以下とするように、速度制限用電磁比例弁２５１を駆動すれば良い。したがって、速度制限用電磁比例弁２５１の指令圧は以下のように算出される。

【0125】

【数9】

【0126】

ここで、Ｐ_２５１ｃ（ｔ）は時刻ｔにおける速度制限用電磁比例弁２５１の指令圧であり、Ｐ_ＭＡＸは速度制限用電磁比例弁２５１の定格圧力である。

【0127】

緩停止用電磁比例弁２２１の場合と同様、速度制限用電磁比例弁２５１の出力する圧油の圧力は指令信号の大きさによって決定され、指令信号と圧力との関係は、弁の出力特性として、例えば、図８Ａのように与えられる。速度制限用電磁比例弁２５１への駆動指令値は、式（９）で算出される指令圧と速度制限用電磁比例弁２５１の出力特性を用いて決定する。例えば、図８Ｂに示した補正を行う場合の速度制限用電磁比例弁２５１への駆動指令値は図８Ｄのように算出される。

【0128】

本実施形態の安定化制御装置１９０では、ブームシリンダ１１およびアームシリンダ１３に対して動作制限を行うため、ブーム伸長速度制限用電磁比例弁２５１、ブーム縮小速度制限用電磁比例弁２５２、アーム伸長速度制限用電磁比例弁（図示せず）、アーム縮小速度制限用電磁比例弁（図示せず）の４つの速度制限用電磁比例弁が備えられており、指令値生成部６０ｉは、それぞれの電磁比例弁に対して駆動指令値を算出する。駆動指令値は、それぞれ対応するレバー操作パイロット圧から式（９）を用いて算出する。このようにレバー操作パイロット圧に基づいて駆動指令を算出することによって、作業状態によってパイロット圧と動作速度との関係が変化する場合であっても、速度制限用電磁比例弁２５１によって、安定化制御演算部６０ａから指令された動作速度制限を確実に実現することができる。

【0129】

＜作用＞
以上で説明したように、本実施形態によれば、作業機械１に対して無理な操作や誤った操作を行った場合にも、作業機械１を安定に保つために必要な動作制限が行われ、安定性を損なうことなく、作業を継続させることができる。また、本実施形態では、動作制限が必要な場合のみ、パイロット圧補正部２００における補正を行い、動作制限の必要のない場合には従来と同様に比例減圧弁群から出力されるパイロット圧油を用いて駆動アクチュエータを駆動する構成を有しており、従来の操作性を損なうことなく、動作制限を行うことができる。したがって、本実施形態の安定化制御装置１９０により、操作性および安定性の高い作業機械を提供することができる。

【0130】

＜第１の実施形態の変更例＞
＜センサ構成＞
上記の実施形態では、姿勢検出部４９として作業機械１の傾きを検出するための姿勢センサ３ｂを設ける例を示したが、作業中に作業機械１の傾きが変化しない場合には、作業機械１の傾きを一定値とし、姿勢センサ３ｂを設けない構成としても良い。

【0131】

また、上記の実施形態では、レバー操作量検出部５０ａとして、ブーム伸長操作量センサ５１と、ブーム縮小操作量センサ５２と、アーム伸長操作量センサ５３と、アーム縮小操作量センサ５４と、アタッチメント伸長操作量センサ５５と、アタッチメント縮小操作量センサ５６と、右旋回操作量センサ５７と、左旋回操作量センサ５８とを設ける例を示したが、動作制限を適用する駆動アクチュエータへのレバー操作にコいてのみセンサを設ける構成としても良い。例えば、ブームシリンダ１１およびアームシリンダ１３に対して動作制限を行う場合には、アタッチメント伸長操作量センサ５５と、アタッチメント縮小操作量センサ５６と、右旋回操作量センサ５７と、左旋回操作量センサ５８を省略する構成としても良い。

【0132】

＜対象とする駆動アクチュエータ＞
上記の実施形態では、ブームシリンダ１１、およびアームシリンダ１３に対して動作制限を行う場合を例にとって説明したが、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１３に加えて、旋回モータ７やアタッチメントシリンダ、１５に対して動作制限を行うように構成しても良い。

【0133】

この場合には、ブーム伸長、ブーム縮小アーム伸長、アーム縮小の各パイロット油路に加え、右旋回、左旋回、アタッチメント伸長、アタッチメント縮小の各パイロット油路に各パイロット圧補正部を設けて、指令値生成部６０ｉにおいて、ブーム伸長、ブーム縮小、アーム伸長、アーム縮小の各パイロット圧補正部２０１，２０２，２０３，２０４への駆動指令に加えて、右旋回、左旋回、アタッチメント伸長、アタッチメント縮小の各パイロット圧補正部への駆動指令を生成するように構成すればよい。

【0134】

＜動作速度制限部の変更例＞
以下では、パイロット圧補正部の変更例について、ブーム伸長パイロット圧油の補正を例にとって説明する。

【0135】

上記の実施形態では、ブーム伸長動作速度制限部２４１として、常時閉式の特性を持つ速度制限用電磁比例弁２５１を用いる例を示したが、速度制限用電磁比例弁２５１は、ブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅに供給するパイロット圧油の圧力を指令圧まで減圧する機能を有すれば良く、必ずしも上記の特性を持つ弁である必要はない。例えば、速度制限用電磁比例弁２５１の他の例としては、図９Ａに示すような常時開式の特性を持つ電磁比例弁が挙げられる。

【0136】

具体的には、図９Ａに示すように、速度制限用電磁比例弁２５１を常時開式の電磁比例弁とする。この場合、ソレノイド２５１ｄが励磁されていない時には、第二ポート２５１ｂと第三ポート２５１ｃとを連通する弁路が全開、第一ポート２５１ａが全閉となり、停止特性変更部２１１からのパイロット圧油が減圧されることなくブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅに供給される。これに対し、演算装置６０からの指令信号によってソレノイド２５１ｄが励磁されると、第二ポート２５１ｂと第三ポート２５１ｃとを連通する弁路が閉じる方向に駆動され、停止特性変更部２１１からのパイロット圧油が指令圧まで減圧される。また、ソレノイド２５１ｄへの指令信号が最大である場合には、第一ポート２５１ａと第三ポート２５１ｃとを連通する弁路が全開、第二ポート２５１ｂが全閉となる。このとき、ブーム流量制御弁１１１へのパイロット圧油の供給は停止され、ブーム流量制御弁１１１のパイロットポートに接続されるパイロット油路の圧油は作動油タンク１０３に排出される。

【0137】

このような特性を有する電磁比例弁を用いる場合には、指令値生成部６０ｉにおいて、動作制限決定部６０ｈから出力される動作速度制限ゲインが１の場合はソレノイド２５１ｄを非励磁状態とし、動作速度制限ゲインが１未満の場合は速度制限用電磁比例弁２５１の指令圧を式（９）によって算出される圧力とするように駆動指令を行う。

【0138】

速度制限用電磁比例弁２５１として常時閉式の電磁比例弁を用いる場合と常時開式を用いる場合の特徴を説明する。

【0139】

図５Ｂに示すような常時閉式とする場合には、演算装置６０や、演算装置６０と速度制限用電磁比例弁２５１とを接続する電気回路に不具合が生じ、ソレノイド２５１ｄへの指令信号が与えられなかった場合に、ソレノイド２５１ｄが非励磁状態となり、ブーム流量制御弁１１１へのパイロット圧油の供給が停止され、駆動アクチュエータは停止状態となる。一方、速度制限用電磁比例弁２５１を常時開式とすると、ソレノイド２５１ｄへの指令信号が与えられなかった場合には、停止特性変更部２１１の出力するパイロット圧油がブーム流量制御弁１１１へ供給されるため、動作速度が制限されないまま、駆動アクチュエータの動作が継続される。

【0140】

また、常時閉式の速度制限用電磁比例弁２５１を用いる場合には、動作速度制限部２４１において補正の必要がない時に、常に演算装置６０から最大の指令信号を出力する必要があるが、常時開式を用いる場合には指令信号を零とすれば良く、必要な電流量は常時開式を用いるほうが少なくなる傾向がある。

【0141】

したがって、安全性の観点では常時閉式が、利便性、電流量の観点では常時開式が優れている。いずれの特性の電磁比例弁を用いるかは、適用する作業機械において求められる安全性、利便性、および演算装置の性能を考慮して決定すれば良い。

【0142】

また、上記の実施形態では、動作速度制限部２４１として速度制限用電磁比例弁２５１を設ける例を示したが、動作速度制限部２４１は、ブーム流量制御弁１１１に供給するパイロット圧油の圧力を指令圧まで減圧する機能を有すればよく、電磁比例弁以外の他の構成を用いても良い。他の構成例として、速度制限用電磁比例弁２５１に代えて速度制限用電磁比例リリーフ弁２６１を備えている構成が考えられる。動作速度制限部として速度制限用電磁比例リリーフ弁２６１を備えている場合のブーム伸長パイロット圧補正部２０１の概略構成を図９Ｂに示した。

【0143】

具体的には、図９Ｂに示すように、速度制限用電磁比例リリーフ弁２６１は、入力ポート２６１ａとタンクポート２６１ｂとソレノイド２６１ｃとを備えており、入力ポート２６１ａは停止特性変更部２１１とブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅとを接続するパイロット油路に、タンクポート２６１ｂは作動油タンク１０３にそれぞれ接続される。ソレノイド２６１ｃは演算装置６０からの指令信号によって励磁され、その指令信号の大きさによって、速度制限用電磁比例リリーフ弁２６１の設定圧が決定される。

【0144】

速度制限用電磁比例リリーフ弁２６１では、入力ポート２６１ａ側の圧力が設定圧よりも高い場合には、入力ポート２６１ａとタンクポート２６１ｂとを連通する弁路が開き、入力ポート２６１ａに接続される油路の圧油が作動油タンク１０３に排出される。これにより、入力ポート２６１ａ側の圧力、すなわち、停止特性変更部２１１からブーム流量制御弁１１１のブーム伸長側パイロットポート１１１ｅへ供給されるパイロット圧油の圧力は、設定圧以下に保たれる。また、入力ポート２６１ａとタンクポート２６１ｂとを連通する弁路が全閉である場合には、パイロット圧油は速度制限用電磁比例リリーフ弁２６１によって補正されない。したがって、速度制限用電磁比例リリーフ弁２６１の設定圧を、安定化制御演算部６０ａによって指令された動作速度制限を満たす上限圧とすることによって、速度制限用電磁比例弁２５１を用いる場合と同様に、動作速度制限を行うことができる。

【0145】

動作速度制限部２４１として速度制限用電磁比例リリーフ弁２６１を用いる場合には、指令値生成部６０ｉにおいて、動作制限決定部６０ｈから出力される動作速度制限ゲインが１の場合は、設定圧が最大となるように駆動指令値を算出すれば良い。また、動作速度制限ゲインが１未満の場合は、設定圧が式（９）によって算出される指令圧となるように駆動指令値を算出すれば良い。

【0146】

＜緩停止用電磁比例弁の駆動指令＞
上記の実施形態では、指令値生成部６０ｉにおいて、レバー操作パイロット圧が指令された停止特性よりも急激に低下する場合のみ、緩停止用電磁比例弁２２１へ駆動指令を行う例を示した。そして、上記の例では、レバー操作パイロット圧が低下しない場合や、指令された停止特性よりも緩やかに低下する場合には指令信号を零とした。

【0147】

しかし、一般に電磁比例弁へ駆動信号を行ってから出力される圧油が指令圧になるまでには、ある程度の遅れがある。緩停止用電磁比例弁２２１の応答性が低い場合には、指令圧までの立ち上がりのタイムラグにより、圧力が一時的に低下し、正確に緩停止が行われない可能性がある。このような問題を回避するために、緩停止用電磁比例弁２２１に対し、常に待機信号を与えるように構成しても良い。この場合の待機信号の大きさは、緩停止パイロット圧がレバー操作パイロット圧を超えない大きさとし、緩停止用電磁比例弁２２１の応答性を考慮して決定すればよい。

【0148】

＜動作速度制限指令算出方法の変更例＞
上記の実施形態では、動作制限決定部６０ｈにおいて動作速度制限ゲインを算出し、指令値生成部６０ｉにおいて、動作速度制限ゲインとレバー操作パイロット圧とを用いて速度制限用電磁比例弁２５１の駆動指令値を算出する例を示した。このような構成とすることにより、パイロット圧と動作速度との関係が作業状態によって変化する場合においても、適切に動作速度制限を行うことができる。

【0149】

一方、作業状態によらず、パイロット圧から動作速度が一意に決定される場合には、以下のように構成しても良い。動作制限決定部６０ｈにおいて、動作速度制限ゲインを算出する代わりに、動作速度の上限値を算出する。また、指令値生成部６０ｉにおいて、パイロット圧と動作速度との関係式を用いて、動作速度上限値からパイロット圧上限値を算出し、このパイロット圧上限値を速度制限用電磁比例弁２５１の指令圧として、駆動指令を行う。

【0150】

＜第２の実施形態＞
本発明の作業機械の第２の実施形態を図１０を用いて説明する。

【0151】

本実施形態では、停止特性変更部２１０として、第１の実施形態で用いた緩停止用電磁比例弁２２１，２２２を含む緩停止用電磁比例弁群と緩停止用高圧選択部２３１，２３２を含む緩停止用高圧選択部群とに代えて、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１，２７２を含む電磁比例圧力保持弁群と緩停止用逆止弁２８１，２８２を含む逆止弁群とを用いる。以下では、図１０を参照し、主に第１の実施形態との相違点を説明する。なお、図１乃至図９Ｂと同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施形態においても同様とする。

【0152】

＜パイロット圧補正部＞
本実施形態のパイロット圧補正部２００は、第１の実施形態と同様、停止特性変更部２１０と動作速度制限部２４０とから構成される。安定化制御演算に基づく動作制限をブームシリンダ１１およびアームシリンダ１３に対して適用するために、作業機械１には、パイロット圧補正部２００として、ブーム伸長パイロット圧補正部２０１、ブーム縮小パイロット圧補正部２０２、アーム伸長パイロット圧補正部（図示せず）、アーム縮小パイロット圧補正部（図示せず）が設けられる。各パイロット圧補正部２０１，２０２の構成はいずれについても同様の構成であり、ブーム伸長パイロット圧補正部２０１はブーム伸長停止特性変更部２１１とブーム伸長動作速度制限部２４１を備え、ブーム縮小パイロット圧補正部２０２はブーム縮小停止特性変更部２１２とブーム縮小動作速度制限部２４２を備えている。図示しないアーム伸長パイロット圧補正部も同様にアーム伸長停止特性変更部とアーム伸長動作速度制限部を備え、アーム縮小パイロット圧補正部もアーム縮小停止特性変更部とアーム縮小動作速度制限部を備えている。本実施形態の各動作速度制限部２４１，２４２…の構成は第１の実施形態と同様である。以下では、ブーム伸長パイロット圧油の補正を例にとり、ブーム伸長停止特性変更部２１１についてのみ説明する。

【0153】

＜停止特性変更部＞
本実施形態のブーム伸長停止特性変更部２１１は、電磁比例圧力保持弁群としての緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１と逆止弁群としての緩停止用逆止弁２８１とから構成される。

【0154】

緩停止用逆止弁２８１は、圧油の流れ方向を制限する弁であり、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１は、パイロット圧油の作動油タンク１０３への排出を制御する弁である。緩停止用逆止弁２８１および緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１は、比例減圧弁１２１と動作速度制限部２４１とを接続する油路に並列に設けられる。すなわち、比例減圧弁１２１と動作速度制限部２４１との間には、緩停止用逆止弁２８１を備えたパイロット油路と緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１を備えたパイロット油路とが設けられており、圧油はいずれかの油路を流通する。以下では緩停止用逆止弁２８１と緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１の詳細を説明する。

【0155】

緩停止用逆止弁２８１は、圧油の流れ方向を制限する弁であって、入力ポート２８１ａおよび出力ポート２８１ｂを備えている。緩停止用逆止弁２８１の入力ポート２８１ａには比例減圧弁１２１の第三ポート１２１ｃが、出力ポート２８１ｂには動作速度制限部２４１を構成する速度制限用電磁比例弁２５１の第二ポート２５１ｂが接続され、比例減圧弁１２１から動作速度制限部２４１への圧油の流れを自由流れとし、動作速度制限部２４１から比例減圧弁１２１への圧油の流れを遮断する。したがって、圧油は、比例減圧弁１２１から動作速度制限部２４１へ流通する場合には、緩停止用逆止弁２８１を備えたパイロット油路を通り、動作速度制限部２４１から比例減圧弁１２１へ流通する場合には緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１を備えたパイロット油路を流通する。

【0156】

前述のように、パイロット油路の圧油の流れの方向は、操作レバー５０の操作状態によって決定される。操作レバー５０を、比例減圧弁１２１から出力されるレバー操作パイロット圧を増大させる方向に操作した場合には、比例減圧弁１２１からパイロット油路へパイロット圧油が供給され、レバー操作パイロット圧を低下させる方向に操作した場合には、パイロット油路の圧油が比例減圧弁１２１の第一ポート１２１ａと第三ポート１２１ｃとを連通する弁路を流通して作動油タンク１０３に排出される。したがって、本実施形態の停止特性変更部２１１は、レバー操作パイロット圧を増大させる場合の圧油の供給を自由流れとし、レバー操作パイロット圧を低下させる場合、すなわち、駆動アクチュエータを減速させる場合の圧油の流通を緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１よって制御する構成である。

【0157】

緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１は、第一ポート２７１ａ、第二ポート２７１ｂ、およびソレノイド２７１ｃを備えており、第一ポート２７１ａは速度制限用電磁比例弁２５１の第二ポート２５１ｂと、第二ポート２７１ｂは比例減圧弁１２１の第三ポート１２１ｃとそれぞれ接続される。ソレノイド２７１ｃは演算装置６０からの指令信号によって励磁され、その指令信号の大きさによって、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１の保持圧が決定される。

【0158】

緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１では、第一ポート２７１ａ側の圧力が保持圧よりも高い場合には、第一ポート２７１ａと第二ポート２７１ｂとを連通する弁路が開き、第一ポート２７１ａから第二ポート２７１ｂへ圧油が供給される。前述のように、圧油が緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１を通過するのは、動作速度制限部２４１から比例減圧弁１２１へ圧油が流通する場合のみであり、この時、比例減圧弁１２１に供給された圧油は、比例減圧弁１２１の第一ポート１２１ａと第三ポート１２１ｃとを連通する弁路を流通して作動油タンク１０３へ排出される。つまり、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１は、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１と動作速度制限部２４１とを連結するパイロット油路の圧油の圧力が保持圧よりも高い場合には圧油を作動油タンク１０３に排出し、保持圧よりも低い場合には作動油タンク１０３への排出を遮断する。これによって、パイロット圧油の圧力を保持圧に保つ。

【0159】

ソレノイド２７１ｃが励磁されていない場合には、パイロット油路の圧油の圧力によらず、第一ポート２７１ａと第二ポート２７１ｂとを連通する弁路が全開となり、作動油タンク１０３への排出が自由に行われる。

【0160】

一方、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１に対して最大の駆動指令を行うと、第一ポート２７１ａと第二ポート２７１ｂとを連通する弁路が閉じ状態となり、駆動アクチュエータを減速あるいは停止させるように操作レバー５０を操作した場合においても、パイロット油路の圧油が作動油タンク１０３に排出されない。このとき、動作速度制限部２４１に供給されるパイロット圧油の圧力はレバー操作によって比例減圧弁１２１から出力されたレバー操作パイロット圧の最大圧に保たれ、駆動アクチュエータは減速されることなく動作を継続する。

【0161】

このように、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１の保持圧を緩やかに低下させることにより、パイロット圧油の圧力を緩やかに低下させ、駆動アクチュエータを緩やかに減速させることができる。したがって、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１の保持圧を、安定化制御演算部６０ａによって指令された緩停止の停止特性を満たす圧力とすることによって、緩停止用電磁比例弁２２１を用いる場合と同様に、指令された緩停止を行うことができる。

【0162】

＜演算装置＞
演算装置６０は、第１の実施形態と同様に、作業機械１の各部に取り付けられた各センサからの信号が入力される入力部６０ｘ、入力部６０ｘに入力される信号を受けて所定の演算を行う演算部６０ｚ、演算部６０ｚからの出力信号を受けてパイロット圧補正部２００への駆動指令を出力する出力部６０ｙを備えている。演算部６０ｚは、作業機械１を安定に保つための動作制限を算出する安定化制御演算部６０ａと、パイロット圧補正部２００への駆動指令を算出する指令値生成部６０ｉとから構成される。

【0163】

第２の実施形態の演算装置６０において、第１の実施形態と異なるのは、指令値生成部６０ｉにおける停止特性変更部２１０への駆動指令の算出方法のみである。以下では、ブーム伸長パイロット圧油の補正を例にとり、指令値生成部６０ｉにおける緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１への駆動指令の算出方法についてのみ説明する。

【0164】

＜指令値生成部＞
本実施形態のブーム伸長停止特性変更部２１１は、緩停止用逆止弁２８１と緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１とから構成されており、停止特性変更部２１１の出力するパイロット圧油が動作制限決定部６０ｈから出力された緩停止指令を満たす圧力となるように、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１を駆動することにより、駆動アクチュエータを緩やかに停止させる。

【0165】

以下では、第１の実施形態と同様に、停止特性としてブーム流量制御弁１１１に供給するパイロット圧油の圧力の変化率を指令し、レバー操作パイロット圧を図４Ａに示す補正曲線を用いて補正する場合を例にとって、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１への駆動指令値の算出方法を説明する。

【0166】

本実施形態において指令された緩停止を行うためには、停止特性変更部２１１の出力圧を式（７）で算出される圧力とする必要がある。緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１を圧油が流通しない場合や、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１において出力圧を補正する必要がない場合には、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１を駆動する必要はない。つまり、レバー操作パイロット圧の変化率が変化率指令値よりも大きい場合のみ、保持圧を式（７）で算出される圧力とするように駆動すればよい。したがって、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１の保持圧は、第１の実施形態の緩停止用電磁比例弁２２１の指令圧と同様に式（８）を用いて算出される圧力とすればよい。また、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１の保持圧はソレノイド２７１ｃに与えられる指令信号の大きさによって決定され、指令信号と圧力との関係は、弁の出力特性としてあらかじめ与えられる。したがって、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１への駆動指令値は式（８）で算出される保持圧と、弁の出力特性とを用いて算出する。

【0167】

＜特長＞
本実施形態のような態様の停止特性変更部２１１を用いると、定常的な動作指令操作時や増速操作時等、レバー操作パイロット圧を低下させないような操作時には、レバー操作パイロット圧油は緩停止用逆止弁２８１を備えた油路を流通し、補正されることなく出力される。また、安定化制御演算部６０ａにより指令された緩停止の停止特性よりも緩やかに停止させるような操作が行われた場合にも、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１による補正は行われない。

【0168】

一方、レバー操作パイロット圧が安定化制御演算部６０ａから指令された緩停止の停止特性よりも急激に低下する場合には、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１は、停止特性変更部２１１の出力圧が指令された緩停止の停止特性を満たす圧力となるように駆動され、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１によってパイロット圧油の作動油タンク１０３への排出が制御され、指令された停止特性の緩停止が実現される。

【0169】

したがって、本実施形態の停止特性変更部２１１は第１の実施形態の停止特性変更部２１１と同様、レバー操作パイロット圧油の圧力が安定化制御演算部６０ａから指令された緩停止指令を満たさない場合のみ補正を行う構成であり、従来の操作性に影響を与えることなく、動作制限を行うことができる。

【0170】

また、本実施形態の停止特性変更部２１１は、緩停止用逆止弁２８１により、比例減圧弁１２１からブーム流量制御弁１１１へのパイロット圧油の流れを自由流れとしていることから、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１は、ソレノイド２７１ｃの駆動状態によらず、駆動アクチュエータを駆動する方向の圧油の流通に影響を及ぼさない。

【0171】

また、第１の実施形態の停止特性変更部２１１では、パイロットポンプ１０２の吐出する圧油を用いて緩停止パイロット圧を生成するのに対し、第２の実施形態の停止特性変更部２１１では、パイロット圧油の作動油タンクへの排出を制御することによってパイロット圧の低下を緩やかにして緩停止を実現する。つまり、第２の実施形態では、緩停止をパイロット油路へ新たに圧油を流入することなく実現しており、緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１に対して誤った指令信号が与えられた場合にも、操作レバーが非操作状態において駆動アクチュエータが動作する恐れがなく、安全性が高い、との利点を有している。

【0172】

＜第３の実施形態＞
本発明の作業機械の第３の実施形態を図１１を用いて説明する。

【0173】

第２の実施形態では、停止特性変更部２１０として緩停止用逆止弁２８１，２８２を含む逆止弁群と緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１，２７２を含む電磁比例圧力保持弁群を用いたが、本実施形態では緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１，２７２を含む電磁比例圧力保持弁群に代えて、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１，２９２を含む電磁比例流量制御弁群を用いる。以下では、図１１を参照し、主に第１および第２の実施形態との相違点を説明する。

【0174】

＜パイロット圧補正部＞
本実施形態のパイロット圧補正部２００は、第１および第２の実施形態と同様、停止特性変更部２１０と動作速度制限部２４０とから構成される。作業機械１には、パイロット圧補正部２００として、ブーム伸長パイロット圧補正部２０１、ブーム縮小パイロット圧補正部２０２、アーム伸長パイロット圧補正部（図示せず）、アーム縮小パイロット圧補正部（図示せず）が設けられる。各パイロット圧補正部２０１，２０２の構成はいずれについても同様の構成であり、ブーム伸長パイロット圧補正部２０１はブーム伸長停止特性変更部２１１とブーム伸長動作速度制限部２４１を備え、ブーム縮小パイロット圧補正部２０２はブーム縮小停止特性変更部２１２とブーム縮小動作速度制限部２４２を備えている。図示しないアーム伸長パイロット圧補正部はアーム伸長停止特性変更部とアーム伸長動作速度制限部を備え、アーム縮小パイロット圧補正部もアーム縮小停止特性変更部とアーム縮小動作速度制限部を備えている。本実施形態の各動作速度制限部２４１，２４２…は第１の実施形態と同様である。以下では、ブーム伸長パイロット圧油の補正を例にとり、ブーム伸長停止特性変更部２１１についてのみ説明する。

【0175】

＜停止特性変更部＞
本実施形態のブーム伸長停止特性変更部２１１は、緩停止用逆止弁２８１と緩停止用電磁比例流量制御弁２９１とから構成される。緩停止用逆止弁２８１は、圧油の流れ方向を制限する弁であり、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１は、パイロット油路の圧油の作動油タンク１０３への排出を制御する弁である。

【0176】

緩停止用電磁比例流量制御弁２９１は、第２の実施形態の緩停止用電磁比例圧力保持弁２７１の代わりに設けられる弁であり、緩停止用逆止弁２８１および緩停止用電磁比例流量制御弁２９１は、比例減圧弁１２１と動作速度制限部２４１とを接続する油路に並列に設けられる。

【0177】

緩停止用逆止弁２８１の構成および作用は第２の実施形態と同様であり、本実施形態の停止特性変更部２１１は、レバー操作パイロット圧を増大させる場合の圧油の供給を自由流れとし、レバー操作パイロット圧を低下させる場合、すなわち、駆動アクチュエータを減速させる場合の圧油の流通を緩停止用電磁比例流量制御弁２９１よって制御する構成である。以下では、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１の詳細を説明する。

【0178】

緩停止用電磁比例流量制御弁２９１は、第一ポート２９１ａ、第二ポート２９１ｂ、およびソレノイド２９１ｃを備えており、第一ポート２９１ａは速度制限用電磁比例弁２５１の第二ポート２５１ｂと、第二ポート２９１ｂは比例減圧弁１２１の第三ポート１２１ｃとそれぞれ接続される。第一ポート２９１ａと第二ポート２９１ｂとを連通する弁路には開度を変更可能な絞り２９１ｄが設けられている。ソレノイド２９１ｃは演算装置６０からの指令信号によって励磁され、その指令信号の大きさによって、絞り２９１ｄの開度が決定される。

【0179】

前述のように、圧油が緩停止用電磁比例流量制御弁２９１を通過するのは、動作速度制限部２４１から比例減圧弁１２１へ圧油が流通する場合のみであり、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１は、駆動アクチュエータを減速させる操作が行われた場合のパイロット圧油の作動油タンク１０３への排出を制御する機能を持つ。絞り２９１ｄの開度によって第一ポート２９１ａと第二ポート２９１ｂを連通する弁路を流通する圧油の流量が決定される。

【0180】

具体的には、絞り２９１ｄの開度が大きい場合には、弁路を流通できる流量が大きく、パイロット圧油は作動油タンク１０３へ速やかに排出される。それに伴い、パイロット圧油の圧力は速やかに低下する。絞り２９１ｄの開度を最大とした場合には、圧油の流通は自由流れとなる。一方、絞り２９１ｄの開度を小さくすると、第一ポート２９１ａから第二ポート２９１ｂへ流通する圧油の流量が制限され、パイロット圧油の作動油タンク１０３への排出が緩やかになるため、パイロット圧油の圧力は緩やかに低下する。したがって、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１の絞り２９１ｄの開度を適切に調整することにより、指令された停止特性の緩停止を行うことができる。

【0181】

＜演算装置＞
演算装置６０は、第１および第２の実施形態と同様に、作業機械１の各部に取り付けられた各センサからの信号が入力される入力部６０ｘ、入力部６０ｘに入力される信号を受けて所定の演算を行う演算部６０ｚ、演算部６０ｚからの出力信号を受けて、パイロット圧補正部２００への駆動指令を出力する出力部６０ｙを備えている。演算部６０ｚは、作業機械１を安定に保つための動作制限を算出する安定化制御演算部６０ａと、パイロット圧補正部２００への駆動指令を算出する指令値生成部６０ｉとから構成される。

【0182】

第３の実施形態の演算装置において、第１および第２の実施形態と異なるのは、指令値生成部６０ｉにおける停止特性変更部２１０への駆動指令の算出方法のみである。以下では、ブーム伸長パイロット圧油の補正を例にとり、指令値生成部６０ｉにおける緩停止用電磁比例流量制御弁２９１への駆動指令の算出方法について説明する。

【0183】

＜指令値生成部＞
本実施形態のブーム伸長停止特性変更部２１１は、緩停止用逆止弁２８１と緩停止用電磁比例流量制御弁２９１とから構成されており、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１の内部に設けられた絞り２９１ｄの開度を適切に調整することによって、駆動アクチュエータの停止特性を所望の特性へ変更する。

【0184】

前述のとおり、駆動アクチュエータを減速させる操作を行った場合、動作速度制限部２４１へ供給されるパイロット圧油の圧力は、絞り２９１ｄの開度を大きくするほど急激に低下し、開度を小さくするほど緩やかに低下する。この停止特性と絞り２９１ｄの開度との関係は、弁の流量特性としてあらかじめ与えられる。そして絞り２９１ｄの開度を最大とした場合には、圧油の流通は自由流れとなる。したがって、停止特性変更部２１１において、レバー操作パイロット圧の補正の必要がない場合には絞り２９１ｄの開度を最大とする。

【0185】

一方、レバー操作パイロット圧が安定化制御演算部６０ａから出力された緩停止指令を満たさない場合には、指令された緩停止の停止特性と弁の流量特性を用いて、絞り２９１ｄの開度を決定する。緩停止用電磁比例流量制御弁２９１の絞り２９１ｄの開度はソレノイド２９１ｃに与えられる指令信号の大きさによって決定され、この指令信号と開度の関係もあらかじめ弁の特性として与えられる。したがって、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１への駆動指令値は、前述のように決定される絞り２９１ｄの開度と、弁の出力特性とを用いて算出する。

【0186】

＜特長＞
本実施形態の停止特性変更部２１１を用いると、定常的な動作指令操作時や増速操作時等、レバー操作パイロット圧を低下させないような操作時には、レバー操作パイロット圧油は緩停止用逆止弁２８１を備えた油路を流通し、補正されることなく出力される。また、安定化制御演算部６０ａにより指令された緩停止の停止特性よりも緩やかに停止するような操作が行われた場合には、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１の絞り２９１ｄによる流量制限の影響を受けず、レバー操作パイロット圧油は補正されない。

【0187】

一方、レバー操作パイロット圧が安定化制御演算部６０ａから指令された緩停止の停止特性よりも急激に低下する場合には、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１の絞り２９１ｄによって、パイロット圧油の作動油タンクへの排出が制御され、指令された停止特性の緩停止が実現される。

【0188】

したがって、本実施形態の停止特性変更部２１１は第１および第２の実施形態の停止特性変更部２１１と同様、レバー操作パイロット圧油の圧力が安定化制御演算部６０ａから指令された緩停止指令を満たさない場合のみ補正を行う構成であり、従来の操作性に影響を与えることなく、動作制限を行うことができる。

【0189】

また、本実施形態の停止特性変更部２１１は、緩停止用逆止弁２８１により比例減圧弁１２１からブーム流量制御弁１１１へのパイロット圧油の流れを自由流れとしており、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１は、ソレノイド２９１ｃの駆動状態によらず、駆動アクチュエータを駆動する方向の圧油の流通に影響を及ぼさない。また、本実施形態では、第２の実施形態と同様、パイロット圧油の作動油タンクへの排出を制御することによってパイロット圧の低下を緩やかにして緩停止を実現するため、緩停止を行うためにパイロットポンプからパイロット油路へ新たに圧油を流入させる必要がない。したがって、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１に対して誤った指令信号が与えられた場合にも、操作レバーが非操作状態において駆動アクチュエータが動作する恐れがなく、安全性が高い、との利点を有している。

【0190】

更に、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１を用いる場合、演算部６０ｚからの指令信号によって決定されるのは、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１の絞り２９１ｄの開度、すなわち、パイロット圧油の流通流量であって、ブーム流量制御弁１１１に供給するパイロット圧油の圧力ではない。そのため、ブーム流量制御弁１１１に供給するパイロット圧油の圧力を精密に制御することはできない。一方、演算装置６０の指令値生成部６０ｉにおける指令信号の演算は簡易になる。演算装置６０からの指令信号によって停止特性変更部２１１から出力する圧力を決定する場合には停止過程において、指令信号を時々刻々と変化させる必要があるが、緩停止用電磁比例流量制御弁２９１を用いる場合は、指令された停止特性に応じて絞り２９１ｄの開度を決定すれば良く、急停止操作中か否かの判定の必要がなく、また、停止過程において指令信号を変化させる必要がない。したがって、指令信号算出の演算処理が簡易になる、との利点を有している。

【0191】

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えているものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【0192】

例えば、安定判別方式は、ＺＭＰのみで行う態様に限られず、ＺＭＰと力学的エネルギとの２つの評価指標を用いて判別することができる。

【0193】

また、緩停止を行うためのパイロット圧の補正例は、図４Ａに示すようなパイロット圧が変化率指令値を満たす単調減少となるように補正する態様に限られず、減少量に変化をつけた補正とすることができる。

【符号の説明】

【0194】

３…旋回体（作業機械本体）
６…作業フロント
７…旋回モータ（駆動アクチュエータ）
１１…ブームシリンダ（駆動アクチュエータ）
１３…アームシリンダ（駆動アクチュエータ）
１５…アタッチメントシリンダ（駆動アクチュエータ）
５０…操作レバー
６０…演算装置
６０ｂ…速度推定部
６０ｃ…急停止時挙動予測部
６０ｄ…安定性判定部
６０ｈ…動作制限決定部
１００…アクチュエータ駆動油圧回路
１１１…ブーム流量制御弁（流量制御弁）
１２１…ブーム伸長比例減圧弁
１２２…ブーム縮小比例減圧弁
２００…パイロット圧補正部
２１０…停止特性変更部
２４０…動作速度制限部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】