特開 2025-84 作業機械の制御方法、作業機械用制御プログラム、作業機械用制御システム、作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025000084

(43)【公開日】2025-01-07

(54)【発明の名称】作業機械の制御方法、作業機械用制御プログラム、作業機械用制御システム、作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20241224BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099737

(22)【出願日】2023-06-19

(71)【出願人】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山内 祥平

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 遼太

(72)【発明者】

【氏名】井上 嵩之

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA01

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB04

2D003DB05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】作業機械の作業中に発生する油圧シリンダのストロークエンドでの衝撃を緩和しつつ操作性の良い作業機械の制御方法、作業機械用制御プログラム、作業機械用制御システムと作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械の制御方法は、油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、ストロークの位置情報が第１位置に至るまで油圧シリンダの方向切換弁のスプールの開口量をレバー操作の操作量に応じて設定された面積に設定する第１制御を実行し、位置情報が第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまでは、開口量を所定の方法で減少させる第２制御を実行し、第２位置を越えてストロークエンドに至るまで第１制御を実行する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

油圧ポンプから吐出する作動油が流れる方向切換弁のスプールの開口量を制御することにより油圧シリンダのストロークを変化させる作業機械の制御方法であって、 前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知することと、 前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで前記開口量をレバー操作の操作量に応じて設定された面積に設定する第１制御を実行することと、 前記一方操作で、規定の操作量より大きい場合、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記開口量を所定の方法で減少させる第２制御を実行することと、 前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで前記第１制御を実行することと、を有する作業機械の制御方法。

【請求項2】

前記第１制御中の開口量が、前記第２制御中の開口量に比べて大きい請求項１記載の作業機械の制御方法。

【請求項3】

前記所定の方法が段階的に、開口量を減少させる請求項２記載の作業機械の制御方法。

【請求項4】

前記油圧ポンプの流量が操作量に応じて制御されている請求項１から３記載の何れか１項に記載の作業機械の制御方法。

【請求項5】

前記油圧ポンプの最大設定圧力の上限が前記操作量に応じて制御されており、前記油圧ポンプの圧力が前記最大設定圧力を越えない用に前記油圧ポンプの流量を制御する請求項１から３記載の何れか１項に記載の作業機械の制御方法。

【請求項6】

請求項１から請求項３記載の何れか1項に記載の建設機械の制御方法を1以上の演算装置で実行させるための建設機械用制御プログラム。

【請求項7】

油圧ポンプから吐出する作動油が流れる方向切換弁のスプールの開口量を制御することにより油圧シリンダのストロークを変化させる制御部と、前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知するセンサと、を備える作業機械の制御システムであって、 前記制御部は、前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで前記開口量をレバー操作の操作量に応じて設定された面積に設定する第１制御を実行し、前記一方操作で、規定の操作量より大きい場合、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記開口量を所定の方法で減少させる第２制御を実行し、前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで前記第１制御を実行する作業機械の制御システム。

【請求項8】

前記作業機械の制御システムと、前記油圧シリンダによって動作する作業機と、を備える作業機械。

【請求項9】

油圧シリンダのストロークを変化させる作業機械の制御方法であって、前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知することと、前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで操作レバーの操作量に応じて設定されたストローク速度に設定する第１制御を実行することと、前記一方操作で、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記ストローク速度を所定の方法で減少させる第２制御を実行することと、前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで前記第１制御を実行することと、を有する作業機械の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械の制御方法、作業機械用制御プログラム、作業機械用制御システム、作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術として、アタッチメントを駆動する油圧シリンダのピストンがストロークエンドに近い程、油圧シリンダに作動油を供給するための制御弁の供給通路の開口面積を小さくするように制御する油圧ショベルが知られている。（特許文献１参照）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１６９７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

関連技術の油圧ショベルを含む作業機械において、アタッチメントを先端に有する作業機のアーム部分を前方へ伸ばすダンプ動作を行うために操作レバーを完全に傾倒させた場合、アーム用の油圧シリンダのピストンがストロークエンドに近くなるほど、制御弁の供給通路の開口面積を小さくなり、アームのダンプ動作に伴うショックは低減される。一方作業機負荷に応じて操作レバーの操作量を増やしていくような操作特性を持つ作業機械が存在する。そのような作業機械は、作業機にかかる負荷によっては、アーム用の油圧シリンダがストロークエンド位置まで達さず、アームを最大展開位置まで伸ばせないという問題が発生する場合がある。そして同様な課題がブーム用油圧シリンダにおいても起こりうる。

【0005】

また、近年作業機械の低燃費化が進み、制御弁の供給通路の開口面積を小さくするに従い、油圧シリンダが要求する作動油の流量が下がることからポンプの流量を下げる制御を実行する作業機械もあり、これらの作業機械においては、顕著に上記問題が発生する場合がある。

【0006】

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、その課題は、作業機械の作業中に発生する油圧シリンダのストロークエンドでの衝撃を緩和しつつ操作性の良い作業機械の制御方法、作業機械用制御プログラム、作業機械用制御システムと作業機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る作業機械の制御方法は、油圧ポンプから吐出する作動油が流れる方向切換弁のスプールの開口量を制御することにより油圧シリンダのストロークを変化させる作業機械の制御方法であって、前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知することと、前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで前記開口量をレバー操作の操作量に応じて設定された面積に設定する第１制御を実行することと、前記一方操作で、規定の操作量より大きい場合、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記開口量を所定の方法で減少させる第２制御を実行することと、前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで前記第１制御を実行することと、を有する。

【0008】

本発明の一態様に係る作業機械用制御プログラムは、前記作業機械の制御方法を1以上の演算装置で実行させる。

【0009】

本発明の一態様に係る作業機械用制御システムは、油圧ポンプから吐出する作動油が流れる方向切換弁のスプールの開口量を制御することにより油圧シリンダのストロークを変化させる制御部と、前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知するセンサと、を備える作業機械の制御システムであって、前記制御部は、前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで前記開口量をレバー操作の操作量に応じて設定された面積に設定する第１制御を実行し、前記一方操作で、規定の操作量より大きい場合、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記開口量を所定の方法で減少させる第２制御を実行し、前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで前記第１制御を実行する。

【0010】

本発明の一態様に係る作業機械は、作業機械の制御システムと、前記油圧シリンダによって動作する作業機と、を備える。

【0011】

本発明の一態様に係る作業機械の制御方法は、油圧シリンダのストロークを変化させる作業機械の制御方法であって、前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知することと、前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで操作レバーの操作量に応じて設定されたストローク速度に設定する第１制御を実行することと、前記一方操作で、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記ストローク速度を所定の方法で減少させる第２制御を実行することと、前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで前記第１制御を実行することと、を有する作業機械の制御方法。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、作業機械の作業中に発生する油圧シリンダのストロークエンドでの衝撃を緩和しつつ操作性の良い作業機械の制御方法、作業機械用制御プログラム、作業機械用制御システムと建設機械を提供することできる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの左側面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの制御システムの模式図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの第１制御マップの一例である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの第２制御マップの一例である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの第２制御マップの他の例である。

【図6】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの第３制御マップの一例である。

【図7】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの設定圧マップの一例である。

【図8】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの操作量に対する油圧ポンプ流量の関係グラフである。

【図9】本発明の第１の実施形態に係る油圧ショベルの制御装置の制御フローのフローチャート図である

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明に係る作業機械の代表例として油圧ショベル１００を例に挙げ添付図面を参照しつつ本発明にかかる第１の実施形態について詳細に説明する。なお上部旋回体３００に対して作業機４００が取り付けられている方向を前方としその反対方向を後方とする。

【0015】

図１で示すように油圧ショベル１００は、自走可能な下部走行体２００と、下部走行体２００上に旋回可能に支持された上部旋回体３００と、上部旋回体３００の前方で上下に回動自在に支持された作業機４００を備えて構成されており、さらに図３の制御システム５００をさらに備えている。

【0016】

下部走行体２００は、センターフレーム（図示せず）とセンターフレームに左右対称に対をなし前後方向に延びるサイドフレーム２１０を有しており、左右のサイドフレーム２１０の後端には走行モータ２１１により駆動する駆動輪２１１が設置され、前方に向け複数の遊動輪２１２が配置されており、そして駆動輪２１２と遊動輪２１３は、履帯２１４が巻装されている。

【0017】

上部旋回体３００は、機体前部から後端にかけて配置され、機体前方一方の側部には搭乗口を有する運転部３１０と、機体他方側部から機体後部にかけて形成され運転部３１０の下方に構成される機関室３２０と、機体前端の突設部に左右に回動自在に支持され、作業機４００を上下に回動自在に支持するスイングポスト３３０から構成されている。

【0018】

作業機４００は、スイングポスト３３０に上下に回動自在に支持されたブーム４１０と、ブーム４１０の先端に上下に回動可能に装着されたアーム４２０と、アーム４２０の先端に回動可能に装着されたバケット４３０と、上部旋回体３００のフレーム右側方には、スイングポスト３３０を動かすスイングシリンダ（図示せず）が配置されており、ブーム４１０の基端部の左側面には、ブーム４１０の回動角を計測するポテンショメータ６１０と、ブーム４１０の先端部の左側面には、アーム４１０の回動角を計測するポテンショメータ６２０がそれぞれ装着されている。

【0019】

ブームシリンダ４４０は、ブーム４１０の前方かつ下方に設置され、ブームシリンダ４４０のロッド側油室へコントローバルブから作動油が供給されるとブームシリンダ４４０は縮短するためブーム４１０は、下降し、さらに作動油が供給され続けるとロッドの縮短方向のストロークエンドまでブームシリンダ４４０は縮短される。またブームシリンダ４４０のボトム側油室へコントローバルブから作動油が供給されるとブームシリンダ４４０は伸長するためブーム４１０は、上昇し、さらに作動油が供給され続けるとロッドの伸長方向のストロークエンドまでブームシリンダ４４０は伸長する。ここでポテンショメータ６１０は、ブーム４１０の回動角度を測定しているが、ブーム４１０の回動角に対応するブームシリンダ４４０のロッド位置を計測しているといえる。すなわちポテンショメータ６１０は、ブームシリンダ４４０のストロークの変化に関連する位置情報を検知している。

【0020】

アームシリンダ４５０は、ブーム４１０の上方に設置され、アームシリンダ４５０のロッド側油室へコントローバルブから作動油が供給されるとアームシリンダ４５０は縮短するためアーム４２０は、前方に向け回動するダンプ動作を行い、さらに作動油が供給され続けるとロッドの縮短方向のストロークエンドまでアームシリンダ４５０は縮短される。またアームシリンダ４５０のボトム側油室へコントローバルブから作動油が供給されるとアームシリンダ４５０は伸長するためアーム４２０は、後方に向けて回動するクラウド動作を行い、さらに作動油が供給され続けるとロッドの伸長方向のストロークエンドまでアームシリンダ４５０は伸長する。ここでポテンショメータ６２０は、アーム４２０の回動角度を測定しているが、アーム４２０の回動角に対応するアームシリンダ４５０のロッド位置を計測しているといえる。すなわちポテンショメータ６２０は、アームシリンダ４５０のストロークの変化に関連する位置情報を検知している。

【0021】

バケットシリンダ４７０は、アーム４２０の前方（上方）に配置され、バケットリンク４６０を介してアーム４２０とバケット４３０に接続し、バケットシリンダ４７０のロッド側油室へコントローバルブから作動油が供給されるとバケットシリンダ４７０は縮短するためバケット４３０は、前方に向け回動するダンプ動作を行い、さらに作動油が供給され続けるとロッドの縮短方向のストロークエンドまでバケットシリンダ４７０は縮短される。またバケットシリンダ４７０のボトム側油室へコントローバルブから作動油が供給されるとバケットシリンダ４７０は伸長するためバケット４３０は、後方に向けて回動するクラウド動作を行い、さらに作動油が供給され続けるとロッドの伸長方向のストロークエンドまでケットシリンダ４７０は伸長する。

【0022】

機関室３２０には、エンジン（図示せず）と、エンジンにより駆動し、ブームシリンダ４４０やアームシリンダ４５０等の油圧ショベル１００を動かす複数のアクチュエータに作動油を圧送する可変容量ポンプ５１１と、対応するアクチュエータを制御する方向切換弁の集合体であるコントロールバルブ５１４、とコントロールバルブ５１４に入力される制御信号圧（パイロット圧）及び可変容量ポンプ５１１の流量を制御するレギュレータ５１１ａに入力されるパイロット圧の1次圧を生成するパイロットポンプ５１２等の複数の機器が配置されている。

【0023】

運転部３１０は、座席３１１と、座席３１１の下方のシートマウント３１２の下部前面から前方に向けて延びる床材３１３と、操作装置３１４と、座席３１１の右前方に配置された表示装置３１５から形成される。

【0024】

操作装置３１４は、座席３１１の前方に左右に列設され、床材３１３から突設された左右の走行レバー３１４ａと、座席３１１の左右に配置されたコンソールボックスに立設された左右の操作レバー３１４ｂ１，３１４ｂ２と左方の前記コンソールボックスから前方に向けて延設され、後方に向けて前記コンソールごと回動させることにより、油圧ショベル１００のすべてのアクチュエータを操作不能にするカットオフレバー３１４ｃを含んでいる。

【0025】

続いて、図２を用いて油圧ショベル１００の制御システム５００について説明する。

【0026】

制御システム５００は、少なくとも油圧回路５１０と、制御装置５２０と、操作装置３１４と、ポテンショメータ６１０，６２０から構成されている。

【0027】

操作装置３１４は、各操作レバーの操作方向および操作量を操作信号として制御装置５２０に出力することにより、制御装置５２０は、電気信号を電磁比例弁５１７に出力し、電磁比例弁５１７は、パイロット圧をコントローバルブ５１４の入力ポートに出力し各アクチュエータを操作することができる。

【0028】

油圧回路５１０は、可変容量ポンプ５１１から延設される高圧の作動油配管を実線で表し、パイロットポンプ５１２から延設される低圧の作動油（パイロット圧）配管を点線で表す。

【0029】

油圧回路５１０は、電磁比例弁５１８によって減圧されたパイロット圧をレギュレータ５１１ａに入力することにより吐出流量を制御する可変容量ポンプ５１１から延びるセンターバイパス流路５１３と、センターバイパス流路５１３から延びる油路とそれぞれ接続する各アクチュエータを制御する方向切換弁から構成されるコントロールバルブ５１４
からなり、油圧回路５１０は、方向切換弁のスプールの摺動位置にかかわらずセンターバイパス流路５１３からタンク５１５につながる流路は形成されないいわゆるクローズドセンター回路であるが、これに限定されるものではない。

【0030】

コントロールバルブ５１４は、ブームシリンダ４４０を制御する方向切換弁５１４ａと、アームシリンダ４５０を制御する方向切換弁５１４ｂと、複数の他のアクチュエータ例えば、左右の走行モータ２１１、バケットシリンダ４７０、旋回モータ（図示せず）等をそれぞれ制御する複数の他の方向切換弁からなり、複数の他のアクチュエータと複数の他の方向切換弁については、油圧回路５１０には、記載を省略している。またコントロールバルブ５１４を構成する方向切換弁のパイロット圧の入力ポートには、電磁比例弁５１７から操作装置３１４の操作量に応じて設定された条件に従いパイロット圧が入力される。

【0031】

方向切換弁５１４ａのパイロット圧の入力ポート５１４ａ１，５１４ａ２には、右操作レバー３１４ｂ２の操作の方向と操作量（傾倒量）に応じて、設定された条件に従い電磁比例弁５１７ａ１,電磁比例弁５１７ａ２から出力されたパイロット圧が入力されることによって方向切換弁５１４ａのスプールが摺動し、対応するスプールの開口量に応じた油がブームシリンダ４４０のロッド側油室又はボトム側油室へ油が流れ、ブームシリンダ４４０のストロークが変化し、変化するストロークの速度は、スプールの開口量に対応する。

【0032】

方向切換弁５１４ｂのパイロット圧の入力ポート５１４ｂ１には、左操作レバー３１４ｂ１の操作の方向と操作量（傾倒量）に応じて、事前に設定された条件に従い電磁比例弁５１７ｂ１から出力したパイロット圧が入力されることによって方向切換弁５１４ｂのスプールが摺動し、対応するスプールの開口量に応じた油がアームシリンダ４５０のロッド側油室又はボトム側油室へ油が流れ、アームシリンダ４５０のストロークが変化し、変化するストロークの速度は、スプールの開口量に対応する。

【0033】

上記設定された条件は、後述する制御装置５２０の記憶部５２２に記憶された方向切換弁のスプールの開口量マップによって設定され、必要に応じて複数のマップを切り換える。

【0034】

油圧回路５１０の圧力は圧力センサ５１９によって検出され、検出結果は、制御装置５２０に送信される。

【0035】

圧力センサ５１９の検出結果に従い制御装置５２０は、油圧機器の破損を防止するために、任意に設定された設定圧力を越えないように可変容量ポンプ５１１の吐出流量を制御している。

【0036】

制御装置５２０は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）であり、少なくともデジタル入力信号の信号レベルの変換を行う入力バッファ及びアナログ入力信号のデジタル変換を行うＡＤコンバータと、各種入力信号から制御量の演算を行うマイコンからなる演算部５２１と、マイコンの出力信号に従いアクチュエータを駆動させる駆動信号の形態に変換させる出力ドライバと通信ドライバ，通信レシーバ等から構成される。

【0037】

制御装置５２０に入力される信号は、制御装置５２０に向かう矢印が先端にある一点鎖線で表現され、制御装置５２０から出力される信号は、信号が入力される機器に向かう矢印が先端にある一点鎖線で表現される。

【0038】

演算部５２１は、記憶部５２２と、スプール開口量決定部５２３と、ポンプ流量演算部５２４を有する。

【0039】

記憶部５２２は、前述したスプールの開口量マップとポンプ流量を決定するための設定圧マップを有している。

【0040】

スプールの開口量マップは、操作装置３１４の操作量に応じて対応する操作装置３１４の方向切換弁のスプールの開口量を決定する第１制御マップと油圧シリンダのストロークの伸長変化に対してスプールの開口量を決定する第２制御マップと、油圧シリンダのストロークの縮短の変化に対してスプールの開口量を決定する第３制御マップとを含んでいる。つまり第２制御マップと第３制御マップは、油圧シリンダのストロークの一方側に変化する操作（伸長もしくは縮短）に関する制御マップである。

【0041】

図３は、第１制御マップの一例であり、操作レバー３１４ｂ２を前方に傾倒した傾き（操作量）に対する方向切換弁５１４のスプールの開口量を示したもので、スプール開口量決定部５２３は、第１制御マップに従い電磁比例弁５１７ｂ２への制御値を演算し、制御装置５２０は、電磁比例弁５１７ｂ２に制御指令を発信する第１制御を油圧ショベル１００に対して実行する。

【0042】

第１制御を実行により、操作量に応じてスプールの開口量は上昇して、アームシリンダ４５０のボトム側油室へ流れる作動油の流量は増加し、アームシリンダ４５０の伸長する速度（ストローク速度）は上昇する。

【0043】

図４は、第２制御マップの一例であり、操作レバー３１４ｂ２を前方に傾倒した時（操作量１００％）のアームシリンダ４５０のストロークの位置と方向切換弁５１４のスプールの開口量を示したものである。ここでストロークの位置は、本実施例では、ポテンショメータ６２０の検知した値を使用し、第２制御マップに従いスプール開口量決定部５２３は電磁比例弁５１７ｂ２への制御値を演算する。

【0044】

図４では、ストローク位置が０（アームシリンダ４５０が最も縮短している位置）～S１では、ストロークの位置に関係なく、操作レバー３１４ｂ２の傾倒量（操作量１００％）によって方向切換弁５１４のスプールの開口量（１００％）が決定している。

【0045】

図５は、第２制御マップの他の例であり、操作レバー３１４ｂ２を前方に９０％傾倒した時（操作量９０％）のアームシリンダ４５０のストロークの位置と方向切換弁５１４のスプールの開口量を示したものであるが、ストローク位置が０（アームシリンダ４５０が最も縮短している位置）～S１では、ストロークの位置に関係なく、操作レバー３１４ｂ２の傾倒量（操作量９０％）によって方向切換弁５１４のスプールの開口量（９０％）が決定する。

【0046】

つまり第２制御マップにおいて、ストローク位置が０～S１では、スプール開口量決定部５２３は、第１制御マップに従い電磁比例弁５１７ｂ２への制御値を演算し、制御装置５２０は、第１制御を油圧ショベル１００に対して実行する。すなわち第１制御により、アームシリンダ４５０のストローク速度が制御される。

【0047】

図４において、ストローク位置がS１を越えると、方向切換弁５１４のスプールの開口量は、１００％（図３では９０％）から８０％に下がりS２まで開口量を８０％で維持し、S２を越えると方向切換弁５１４のスプールの開口量は、８０％から２０％に下がりストロークエンドＳＥ（アームシリンダ４５０が最も伸長している位置）間際のS２１まで、２０％で開口量を維持する。

【0048】

つまりストローク位置がS１を越えて、ストロークエンドＳＥ間際に至るまでは、スプール開口量決定部５２３は、スプールの開口量を減少させる（本実施例で段階的に減少させている。）第２制御マップに従い電磁比例弁５１７ｂ２への制御値を演算し、制御装置５２０は、第２制御を油圧ショベル１００に対して実行する。すなわち第２制御により、アームシリンダ４５０のストローク速度が制御される。

【0049】

さらにS２１を超えると図４においては、操作量相当のスプール開口量は１００％、図５においては、操作量相当の開口量は９０％と上昇し、ストロークエンドＳＥまで維持する。

【0050】

つまり第２制御マップにおいて、ストローク位置がS２１を超えストロークエンドＳＥに至るまで、スプール開口量決定部５２３は、第１制御マップに従い電磁比例弁５１７ｂ２への制御値を演算し、制御装置５２０は、第１制御を油圧ショベル１００に対して実行する。すなわち第１制御により、アームシリンダ４５０のストローク速度が制御される。

【0051】

続いて図６は、第３マップの一例であり、操作レバー３１４ｂ２を後方に傾倒した時（操作量１００％）のアームシリンダ４５０のストロークの位置と方向切換弁５１４のスプールの開口量を示したものである。ここでストロークの位置は、本実施例では、ポテンショメータ６２０の検知した値を使用し、第２制御マップに従いスプール開口量決定部５２３は電磁比例弁５１７ｂ１への制御値を演算する。

【0052】

図６では、ストローク位置が０（アームシリンダ４５０が最も伸長している位置）～S１では、ストロークの位置に関係なく、操作レバー３１４ｂ２の傾倒量（操作量１００％）によって方向切換弁５１４のスプールの開口量（１００％）が決定している。

【0053】

つまり第３制御マップにおいて、ストローク位置が０～ｓ１では、スプール開口量決定部５２３は、第１制御マップに従い電磁比例弁５１７ｂ１への制御値を演算し、制御装置５２０は、第１制御を油圧ショベル１００に対して実行する。すなわち第１制御により、アームシリンダ４５０のストローク速度が制御される。

【0054】

図６において、ストローク位置がｓ１を越えると、方向切換弁５１４のスプールの開口量は、１００％から８０％に下がりｓ２まで開口量を８０％で維持し、ｓ２を越えると方向切換弁５１４のスプールの開口量は、８０％から２０％に下がりストロークエンドｓｅ（アームシリンダ４５０が最も短縮している位置）間際のｓ２１まで、２０％で開口量を維持する。

【0055】

つまりストローク位置がｓ１を越えて、ストロークエンドｓｅ間際に至るまでは、スプール開口量決定部５２３は、スプールの開口量を減少させる（本実施例で段階的に減少させている。）第３制御マップに従い電磁比例弁５１７ｂ２への制御値を演算し、制御装置５２０は、第２制御を油圧ショベル１００に対して実行する。すなわち第２制御により、アームシリンダ４５０のストローク速度が制御される。

【0056】

さらにｓ２１を超えると図６においては、操作量相当のスプール開口量は１００％に上昇し、ストロークエンドｓｅまで維持する。

【0057】

つまり第３制御マップにおいて、ストローク位置がｓ２１を超えストロークエンドｓｅに至るまで、スプール開口量決定部５２３は、第１制御マップに従い電磁比例弁５１７ｂ１への制御値を演算し、制御装置５２０は、第１制御を油圧ショベル１００に対して実行する。すなわち第１制御により、アームシリンダ４５０のストローク速度が制御される。

【0058】

まとめると、本件発明にかかる制御は、第２制御マップ（油圧シリンダのボトム側油室へ作動油が供給される場合）もしくは第３制御マップ（油圧シリンダのロッド側油室へ作動油が供給される場合）であれ、油圧シリンダのストロークがストロークエンドに向けて変化する際、ストロークエンドから一定量離れた位置まで油圧シリンダへ作動油を供給する流量を操作量に応じた流量に増やす（操作量に応じたストローク速度にする）第１制御により油圧シリンダへ作動油を供給することにより、操作量に応じた作業機の動きを可能とし、前記位置を越えると第２制御により油圧シリンダへ作動油を供給する流量を減らす（ストローク速度を減少させる）ことにより、ストロークエンドに伴う作業機にかかる衝撃を緩和し、ストロークエンド間際で油圧シリンダへ作動油を供給する流量を操作量に応じた流量に増やす（操作量に応じたストローク速度にする）第１制御を実行することにより作業機に確実にオペレータが意図する動きをさせることができる。なお操作量が小さい場合は、ストロークエンドに伴う作業機にかかる衝撃は小さいことから、本件発明にかかる制御は、操作量の大きさを越える時に実行され、例えば、本実施例においては、操作量が８０％より大きい場合に実行されるが操作量の値は任意に決めることができる。

【0059】

続いて図７は、設定圧マップの一例であり、操作装置３１４の操作量に基づき、油圧ポンプ５１１の最大設定圧力が定められている。

【0060】

ポンプ流量演算部５２４は、圧力センサ５１９の検知した圧力が設定圧マップを越えない流量になるように油圧ポンプ５１１の流量を演算し、制御装置５２０から電磁比例弁５１８制御指令を出力し油圧ポンプ５１１の流量を制御する。この結果図８で示すように、操作量に応じて油圧ポンプ５１１の流量は制御される。

【0061】

上記油圧ポンプの制御によれば、燃費性が向上するだけでなく、作業機の負荷に応じて操作レバーの操作量を増やしていくような操作が可能になり操作性を向上することができ、特にこのような制御を行うショベル１００に第２制御マップ又は第３制御マップによる制御を実行することは、作業中に発生する油圧シリンダのストロークエンドでの衝撃緩和と良好な操作性を両立に寄与することができる。

【0062】

図９用いて制御フローについて説明する。図９制御方法に係るフローチャートである。

【0063】

左操作レバー３１４ｂを前方に傾倒させ、アーム４２０のダンプ操作を実行する。（Ｓ１）

【0064】

左操作レバー３１４ｂ１の操作量が８０％より大きい場合（Ｓ２：ＹＥＳ）制御装置５２０は、第３制御マップに基づき、アームシリンダ４５０のボトム側油室に作動油を供給し、アーム４２０を最大展開位置までダンプさせる。（Ｓ３）

【0065】

左操作レバー３１４ｂ１の操作量が８０％以下の場合（Ｓ３：ＮＯ）制御装置５２０は、第１制御マップに基づき、アームシリンダ４５０のボトム側油室に作動油を供給し、アーム４２０を最大展開位置までダンプさせる。（Ｓ４）

【0066】

図９に示すフローチャートは一例に過ぎず、処理が適宜追加又は省略されてもよいし、処理を繰り返して実行してもよく、処理の順番が適宜入れ替わってもよい。

【0067】

続いて本発明の第１の実施形態の変形例につい説明する

【0068】

第１の実施形態において第２制御は、スプールの開口量を２段階に分けて減少させているが、２段階以上の複数回に分けて減少させてもよく、１段階で減少させてもよく。さらにストローク位置に対して線形的に減少させてもよい。

【0069】

第１の実施形態におけるポンプ流量制御のほか、ポジティブコントロール制御やネガティブコントロール制御のような操作量に対してポンプ流量を制御するポンプ流量制御であってもよい。

【0070】

第１の実施形態における油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知するセンサは、ポテンショメータを使用しているが、油圧シリンダのストロークを直接検知するストロークセンサでもよく、加速度センサで作業機の姿勢を検知してもよい。

【0071】

本発明の実施形態にかかる発明は、以下の付記のように特定することができる。

【0072】

〈付記１〉油圧ポンプから吐出する作動油が流れる方向切換弁のスプールの開口量を制御することにより油圧シリンダのストロークを変化させる作業機械の制御方法であって、前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知することと、前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで前記開口量をレバー操作の操作量に応じて設定された面積に設定する第１制御を実行することと、前記一方操作で、規定の操作量より大きい場合、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記開口量を所定の方法で減少させる第２制御を実行することと、前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで前記第１制御を実行することと、を有する作業機械の制御方法。

【0073】

〈付記２〉前記第１制御中の開口量が、前記第２制御中の開口量に比べて大きい付記１記載の作業機械の制御方法。

【0074】

〈付記３〉前記所定の方法が段階的に、開口量を減少させる付記１又は付記２記載の作業機械の制御方法。

【0075】

〈付記４〉前記油圧ポンプの流量が操作量に応じて制御されている付記１から付記３の何れかに記載の作業機械の制御方法。

【0076】

〈付記５〉前記油圧ポンプの最大設定圧力の上限が前記操作量に応じて制御されており、前記油圧ポンプの圧力が前記最大設定圧力を越えない用に前記油圧ポンプの流量を制御する付記１から付記４の何れかに記載の建設機械の制御方法。

【0077】

〈付記６〉付記１から付記５記載の何れか1項に記載の作業機械の制御方法を1以上の演算装置で実行させるための作業機械用制御プログラム。

【0078】

〈付記７〉油圧ポンプから吐出する作動油が流れる方向切換弁のスプールの開口量を制御することにより油圧シリンダのストロークを変化させる制御部と、前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知するセンサと、を備える作業機械の制御システムであって、前記制御部は、前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで前記開口量をレバー操作の操作量に応じて設定された面積に設定する第１制御を実行し、前記一方操作で、規定の操作量より大きい場合、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記開口量を所定の方法で減少させる第２制御を実行し、前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで前記第１制御を実行する作業機械の制御システム。

【0079】

〈付記８〉付記７記載の作業機械の制御システムと、前記油圧シリンダによって動作する作業機と、を備える作業機械。

【0080】

〈付記９〉油圧シリンダのストロークを変化させる作業機械の制御方法であって、前記油圧シリンダのストロークの変化に関連する位置情報を検知することと、前記油圧シリンダのストロークが一方側に変化する一方操作において、前記位置情報が第１位置に至るまで操作レバーの操作量に応じて設定されたストローク速度に設定する第１制御を実行することと、前記一方操作で、前記位置情報が前記第１位置を越えてストロークエンド手前の前記第２位置に至るまで、前記ストローク速度を所定の方法で減少させる第２制御を実行することと、前記一方操作において、前記第２位置を越えて前記ストロークエンドに至るまで第１制御を実行することと、を有する作業機械の制御方法。

【0081】

上記で説明した第１の実施形態及びこれらの変形例で説明した種々の構成は、適宜組み合わせて採用可能である。

【0082】

以上では、作業機械として、油圧ショベルを例に挙げて説明したが、作業機械は油圧ショベルに限定されず、コンパクトトラックローダ、ホイルローダ、などの建設機械だけでなくトラクターなどの他の作業機械であってもよく、さらに原動機としてエンジンを挙げて説明したが電動モータでもよい。

【0083】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で拡張又は、変更して実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0084】

本発明は、作業機械の制御方法、作業機械用制御プログラム、作業機械用制御システム、作業機械に関するものであり産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0085】

１００ 油圧ショベル（作業機械）４５０ アームシリンダ（油圧シリンダ）５１４ｂ 方向切換弁５２０ 制御装置（制御部）５２２ 記憶部５２３ スプール開口量決定部６２０ ポテンショメータ（センサ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】