(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】
(24)【登録日】2023-02-13
(45)【発行日】2023-02-21
(54)【発明の名称】建設機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/22 20060101AFI20230214BHJP
F04B 49/12 20060101ALI20230214BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20230214BHJP
【ＦＩ】
E02F9/22 R
F04B49/12
E02F9/20 N
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020030107
(22)【出願日】2020-02-26
(65)【公開番号】P2021134516
(43)【公開日】2021-09-13
【審査請求日】2022-05-12
(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】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 哲平
(72)【発明者】
【氏名】清水 自由理
(72)【発明者】
【氏名】平工 賢二
【審査官】柿原 巧弥
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０５２６９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５６９８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０８８９０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－２９１４３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－０３３９４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－０４１４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２４３４２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－１９７８５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０３－０６９７５２（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ９／２２
Ｆ０４Ｂ ４９／１２
Ｅ０２Ｆ ９／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
斜板の角度である傾転角に応じて作動油の吐出方向および吐出流量を調整可能な両傾転ポンプと、前記傾転角を調整可能なレギュレータと、
油圧アクチュエータと、
前記両傾転ポンプの一方の入出力ポートと前記油圧アクチュエータの一方の油室とを接続する第１流路と、
前記両傾転ポンプの他方の入出力ポートと前記油圧アクチュエータの他方の油室とを接続する第２流路と、
前記第１流路および前記第２流路の流通と遮断とを切換可能な切換弁と、
前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、
前記操作レバーの操作量に応じて前記切換弁および前記レギュレータを制御するコントローラとを備え、
前記レギュレータは、前記斜板に連結されたサーボピストンと、前記コントローラからの制御信号に応じて前記サーボピストンの操作圧を生成する電磁弁とを有する建設機械において、
前記サーボピストンの操作圧を検出する第１圧力センサを備え、
前記コントローラは、前記操作レバーの操作量を基に前記傾転角の目標値である傾転角目標値を算出し、前記第１圧力センサで検出した前記サーボピストンの操作圧と前記サーボピストンに作用する摩擦力とに基づいて前記傾転角の推定値である傾転角推定値を算出し、前記傾転角推定値と前記傾転角目標値との差分が小さくなるように前記電磁弁への制御信号を制御する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項2】
請求項１に記載の建設機械において、前記両傾転ポンプの吐出圧を検出する第２圧力センサを備え、
前記コントローラは、前記第１圧力センサで検出した前記サーボピストンの操作圧と前記サーボピストンに作用する摩擦力と前記第２圧力センサで検出した前記両傾転ポンプの吐出圧とに基づいて前記傾転角推定値を算出する
ことを特徴とする建設機械。
【請求項3】
請求項１に記載の建設機械において、前記コントローラは、前記操作レバーが中立位置に操作されてから前記傾転角推定値が所定の閾値以下となるまでの間、前記切換弁を開状態とする制御信号を出力する
ことを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、油圧アクチュエータを駆動するための油圧駆動装置を搭載した油圧ショベルなどの建設機械に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械において、省エネ化が重要な開発項目になっている。建設機械の省エネ化には油圧システム自体の省エネ化が重要であり、油圧ポンプにより油圧アクチュエータを閉回路接続して直接に制御する油圧閉回路システムの適用が検討されている。このシステムは、制御弁による圧損がなく、必要な流量のみをポンプが吐出するため、流量損失が小さい。また、アクチュエータの位置エネルギや減速時のエネルギを回生することもできる。このため省エネ化が可能となる。
【0003】
油圧閉回路を組み合わせた建設機械の背景技術として特許文献１がある。特許文献１には、複数の可変容積油圧ポンプをそれぞれ複数の油圧アクチュエータに電磁切換弁（以下、切換弁）を介して油圧閉回路を構成するよう分岐接続することで、アクチュエータの複合動作と高速動作を可能にした構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５―０４８８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載の油圧閉回路では、作動油の吐出方向を切換え可能な可変容積型の両傾転ポンプが使用されている。運転者のレバー操作に応じて、両傾転ポンプ１台に、いずれか１つのアクチュエータを流路で接続し駆動するよう、切換弁がコントローラにより開閉制御される。レバーの非操作時は切換弁を閉じることでアクチュエータを停止保持させる。この時、両傾転ポンプは吐出流量がゼロになるように制御される。
【0006】
両傾転ポンプは、吐出流量を制御するため、１回転当たりの吐出流量である押しのけ容積を制御する機構としてレギュレータを備える。レギュレータは、両傾転ポンプの斜板に連結されたサーボピストンと、サーボピストンの操作圧を生成する電磁弁とで構成される。電磁弁がコントローラからの制御信号に応じてサーボピストンの操作圧を生成し、サーボピストンが両傾転ポンプの斜板の角度（傾転角）を調整することにより、両傾転ポンプの押しのけ容積が変化する。しかしながら、コントローラが両傾転ポンプの傾転角をゼロとする制御信号を電磁弁へ出力しても、サーボピストンや斜板の摩擦によって傾転角はゼロにはならず、微小の吐出流量が発生する。この時、切換弁が閉じており、両傾転ポンプから吐出された作動油の行き場がないため、両傾転ポンプの吐出圧力が上昇し、騒音や燃費が悪化するという課題がある。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、両傾転ポンプの傾転角の制御精度を向上させ、操作レバーが中立位置にある時に両傾転ポンプの吐出流量をゼロに近づけることにより、両傾転ポンプの吐出圧上昇に伴う騒音および燃費低下を抑制することが可能な建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明は、斜板の角度である傾転角に応じて作動油の吐出方向および吐出流量を調整可能な両傾転ポンプと、前記傾転角を調整可能なレギュレータと、油圧アクチュエータと、前記両傾転ポンプの一方の入出力ポートと前記油圧アクチュエータの一方の油室とを接続する第１流路と、前記両傾転ポンプの他方の入出力ポートと前記油圧アクチュエータの他方の油室とを接続する第２流路と、前記第１流路および前記第２流路の流通と遮断とを切換可能な切換弁と、前記油圧アクチュエータの動作を指示するための操作レバーと、前記操作レバーの操作に応じて前記切換弁および前記レギュレータを制御するコントローラとを備え、前記レギュレータは、前記斜板に連結されたサーボピストンと、前記コントローラからの制御信号に応じて前記サーボピストンの操作圧を生成する電磁弁とを有する建設機械において、前記サーボピストンの操作圧を検出する第１圧力センサを備え、前記コントローラは、前記操作レバーの操作量を基に前記傾転角の目標値である傾転角目標値を算出し、前記第１圧力センサで検出した前記サーボピストンの操作圧と前記サーボピストンに作用する摩擦力とに基づいて前記傾転角の推定値である傾転角推定値を算出し、前記傾転角推定値と前記傾転角目標値との差分が小さくなるように前記電磁弁への制御信号を制御するものとする。
【0009】
以上のように構成した本発明によれば、サーボピストンの操作圧とサーボピストンに作用する摩擦力とに基づいて傾転角推定値が算出され、操作レバーの操作量を基に算出された傾転角目標値と前記傾転角推定値との差分が小さくなるようにサーボピストンの操作圧が調整される。これにより、サーボピストンや両傾転ポンプの斜板の摩擦に関わらず、サーボピストンの停止位置と目標位置との差分（残差）が小さくなる。その結果、操作レバーが中立位置にある時に両傾転ポンプの吐出流量をよりゼロに近づけることができるため、閉回路内での圧力上昇が抑制され、騒音や燃費低下を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る建設機械によれば、両傾転ポンプの傾転角の制御精度を向上させ、操作レバーが中立位置にある時に両傾転ポンプの吐出流量をゼロに近づけることにより、両傾転ポンプの吐出圧上昇に伴う騒音および燃費低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルを示す側面図である。
【図2】本発明の第１の実施例における油圧駆動装置の概略図である。
【図3】本発明の第１の実施例におけるコントローラの機能ブロック図である。
【図4】本発明の第１の実施例におけるレギュレータの構成図である。
【図5】本発明の第２の実施例におけるコントローラの処理を示すフローチャートである。
【図6】本発明の第２の実施例における油圧駆動装置の概略図である。
【図7】本発明の第２の実施例におけるコントローラの機能ブロック図である。
【図8】本発明の第２の実施例におけるコントローラの処理を示すフローチャートである。
【図9】本発明の第３の実施例におけるコントローラの機能ブロック図である。
【図10】本発明の第３の実施例におけるコントローラの処理を示すフローチャートである。
【図11】本発明の第３の実施例における油圧駆動装置の動作を第１の実施例と比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、建設機械として大型の油圧ショベルを例に挙げ、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
【実施例1】
【0013】
図１は、本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルを示す側面図である。
【0014】
（油圧ショベル）
図１において、油圧ショベル１００は、走行モータ１０１によって駆動されるクローラ式の走行装置を装備した下部走行体１０２と、下部走行体１０２上に旋回可能に取り付けられ、旋回モータ１０３によって駆動される上部旋回体１０４と、上部旋回体１０４の前部に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置１０５とを備えている。上部旋回体１０４上には、オペレータが搭乗するキャブ１０６が設けられている。
図１において、油圧ショベル１００は、走行モータ１０１によって駆動されるクローラ式の走行装置を装備した下部走行体１０２と、下部走行体１０２上に旋回可能に取り付けられ、旋回モータ１０３によって駆動される上部旋回体１０４と、上部旋回体１０４の前部に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置１０５とを備えている。上部旋回体１０４上には、オペレータが搭乗するキャブ１０６が設けられている。
【0015】
作業装置１０５は、上部旋回体１０４の前部に上下方向に回動可能に取り付けられたブーム１０７と、ブーム１０７の先端部に上下または前後方向に回動可能に連結された作業部材としてのアーム１０８と、アーム１０８の先端部に上下または前後方向に回動可能に連結された作業部材としてのバケット１０９と、ブーム１０７を駆動する油圧アクチュエータであるブームシリンダ４と、アーム１０８を駆動する油圧アクチュエータであるアームシリンダ１１０と、バケット１０９を駆動する油圧アクチュエータであるバケットシリンダ１１１とを備えている。
【0016】
（油圧駆動装置）
図２は、油圧ショベル１００に搭載された油圧駆動装置の一例を示す概略図である。図２において、油圧駆動装置２００は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ４を閉回路で駆動する。なお、図２では、ブームシリンダ４以外の油圧アクチュエータの駆動に関わる部分は省略している。
図２は、油圧ショベル１００に搭載された油圧駆動装置の一例を示す概略図である。図２において、油圧駆動装置２００は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ４を閉回路で駆動する。なお、図２では、ブームシリンダ４以外の油圧アクチュエータの駆動に関わる部分は省略している。
【0017】
（両傾転ポンプ）
両傾転ポンプ２は、エンジン１から動力をから受けて駆動される。両傾転ポンプ２は一対の入出力ポート２ａ，２ｂを持つ傾転斜板機構、および斜板２ｃの角度（傾斜角）を調整して１回転当たりの吐出流量（押しのけ容積）を調整するレギュレータ３を備えている。レギュレータ３は、コントローラ６から制御信号線を介して受信した制御信号に従い、両傾転ポンプ２の吐出方向および吐出流量を制御する。
両傾転ポンプ２は、エンジン１から動力をから受けて駆動される。両傾転ポンプ２は一対の入出力ポート２ａ，２ｂを持つ傾転斜板機構、および斜板２ｃの角度（傾斜角）を調整して１回転当たりの吐出流量（押しのけ容積）を調整するレギュレータ３を備えている。レギュレータ３は、コントローラ６から制御信号線を介して受信した制御信号に従い、両傾転ポンプ２の吐出方向および吐出流量を制御する。
【0018】
（切換弁）
両傾転ポンプ２の２つ入出力ポートは、流路１４，１５を介して切換弁５に接続されている。切換弁５は、流路１６，１７を介してブームシリンダ４に接続されている。切換弁５は、コントローラ６から受信した制御信号により開閉制御され、流路１４，１６および流路１６，１７を流通状態または遮断状態に切り換える。切換弁５が開状態のときは、両傾転ポンプ２の一方の入出力ポート２ａが流路１４，１６を介してブームシリンダ４のボトム側油室４ａと連通し、他方の入出力ポート２ｂが流路１５，１７を介してブームシリンダ４のロッド側油室４ｂと連通する。これにより、両傾転ポンプ２とブームシリンダ４とが閉回路状に接続される。
両傾転ポンプ２の２つ入出力ポートは、流路１４，１５を介して切換弁５に接続されている。切換弁５は、流路１６，１７を介してブームシリンダ４に接続されている。切換弁５は、コントローラ６から受信した制御信号により開閉制御され、流路１４，１６および流路１６，１７を流通状態または遮断状態に切り換える。切換弁５が開状態のときは、両傾転ポンプ２の一方の入出力ポート２ａが流路１４，１６を介してブームシリンダ４のボトム側油室４ａと連通し、他方の入出力ポート２ｂが流路１５，１７を介してブームシリンダ４のロッド側油室４ｂと連通する。これにより、両傾転ポンプ２とブームシリンダ４とが閉回路状に接続される。
【0019】
（コントローラ）
コントローラ６は、各機器との間で信号を入出力する入出力インターフェースと、中央演算処理装置（CPU）およびその周辺回路等で構成され、所定のプログラムに従って各種演算を行う演算装置とを備え、ブームシリンダ４の駆動指示を与える操作レバー７と信号線で接続され、レギュレータ３および切換弁５と制御信号線で接続されている。コントローラ６は、演算装置が所定のプログラムを実行することにより、操作量演算部６ａ、傾転角推定部６ｂ、傾転角制御部６ｃ、ポンプ制御部６ｄ、および切換弁制御部６ｅの各機能を実現する。
コントローラ６は、各機器との間で信号を入出力する入出力インターフェースと、中央演算処理装置（CPU）およびその周辺回路等で構成され、所定のプログラムに従って各種演算を行う演算装置とを備え、ブームシリンダ４の駆動指示を与える操作レバー７と信号線で接続され、レギュレータ３および切換弁５と制御信号線で接続されている。コントローラ６は、演算装置が所定のプログラムを実行することにより、操作量演算部６ａ、傾転角推定部６ｂ、傾転角制御部６ｃ、ポンプ制御部６ｄ、および切換弁制御部６ｅの各機能を実現する。
【0020】
図３に、コントローラ６の機能ブロック図を示す。
【0021】
操作量演算部６ａは操作レバー７の信号を受信し、レバー操作量に変換する。操作量演算部６ａは、レバー操作量を基に両傾転ポンプ２とブームシリンダ４とを接続するか否か（切換弁５の閉じるか否か）を決定する。例えば、操作レバー７が中立位置から操作された場合（レバー操作量がゼロでなくなった場合）、両傾転ポンプ２をブームシリンダ４に接続するため、切換弁５の制御指令値を「開」に設定する。操作量演算部６ａは、レバー操作量を基に両傾転ポンプ２の傾転角目標値Ｄｏを設定する。両傾転ポンプ２の吐出方向は、操作レバー７の操作方向（レバー操作量の符号）に応じて定まる。傾転角推定部６ｂと傾転角制御部６ｃについては後述する。
【0022】
ポンプ制御部６ｄは、傾転角制御部６ｃが設定したレギュレータ３の制御指令値を基にレギュレータ３（後述する電磁弁３ａ，３ｂ）へ制御信号を出力し、両傾転ポンプ２の吐出方向および吐出流量を制御する。切換弁制御部６ｅは、操作量演算部６ａが設定した切換弁５の制御指令値を基に切換弁５へ制御信号を出力し、切換弁５を開閉制御する。
【0023】
（その他）
図２に戻り、ブームシリンダ４に接続された流路１６，１７は、フラッシング弁８を介してタンク９に接続されている。フラッシング弁８は、流路１６，１７の低圧側をタンク９に連通させ、閉回路内の作動油の過不足を解消する。また、両傾転ポンプ２に接続された流路１４，１５は、リリーフ弁１０ａ，１０ｂを介してタンク９に接続されている。リリーフ弁１０ａ，１０ｂは、両傾転ポンプ２の吐出圧が一定以上の高圧に達した際に開き、両傾転ポンプ２から吐出された高圧の作動油をタンク９へ排出する。すなわち、リリーフ弁１０ａ，１０ｂは、安全弁としての機能を有する。
図２に戻り、ブームシリンダ４に接続された流路１６，１７は、フラッシング弁８を介してタンク９に接続されている。フラッシング弁８は、流路１６，１７の低圧側をタンク９に連通させ、閉回路内の作動油の過不足を解消する。また、両傾転ポンプ２に接続された流路１４，１５は、リリーフ弁１０ａ，１０ｂを介してタンク９に接続されている。リリーフ弁１０ａ，１０ｂは、両傾転ポンプ２の吐出圧が一定以上の高圧に達した際に開き、両傾転ポンプ２から吐出された高圧の作動油をタンク９へ排出する。すなわち、リリーフ弁１０ａ，１０ｂは、安全弁としての機能を有する。
【0024】
（レギュレータ）
レギュレータ３の構成を図４に示す。レギュレータ３は、両傾転ポンプ２の斜板２ｃに連結されたサーボピストン３ｃと、電磁弁３ａ，３ｂと、油圧源３ｄとを備える。電磁弁３ａ，３ｂは、コントローラ６からの制御信号に応じて油圧源３ｄからの圧力を減圧し、サーボピストン３ｃの油室３ｅ，３ｆに作用させる。電磁弁３ａ，３ｂはそれぞれ操作レバー７の操作方向に対応して駆動される。サーボピストン３ｃは電磁弁３ａ，３ｂから出力された圧力で駆動され、油室３ｅ，３ｆに設置されたバネ３ｇ，３ｈとの釣り合い位置で停止する。サーボピストン３ｃの移動に連動して斜板２ｃの角度（傾転角）が変化することにより、両傾転ポンプ２の吐出方向および吐出流量が変化する。
レギュレータ３の構成を図４に示す。レギュレータ３は、両傾転ポンプ２の斜板２ｃに連結されたサーボピストン３ｃと、電磁弁３ａ，３ｂと、油圧源３ｄとを備える。電磁弁３ａ，３ｂは、コントローラ６からの制御信号に応じて油圧源３ｄからの圧力を減圧し、サーボピストン３ｃの油室３ｅ，３ｆに作用させる。電磁弁３ａ，３ｂはそれぞれ操作レバー７の操作方向に対応して駆動される。サーボピストン３ｃは電磁弁３ａ，３ｂから出力された圧力で駆動され、油室３ｅ，３ｆに設置されたバネ３ｇ，３ｈとの釣り合い位置で停止する。サーボピストン３ｃの移動に連動して斜板２ｃの角度（傾転角）が変化することにより、両傾転ポンプ２の吐出方向および吐出流量が変化する。
【0025】
（本発明に関わる構成）
次に、本実施例における本発明に関わる構成について説明する。
次に、本実施例における本発明に関わる構成について説明する。
【0026】
（レギュレータ内の圧力センサ）
レギュレータ３内の、電磁弁３ａ，３ｂとサーボピストン３ｃの油室３ｅ，３ｆとを接続する流路上には、圧力センサ１２ａ，１２ｂがそれぞれ設けられている。圧力センサ１２ａ，１２ｂの検出信号は、信号線を介してコントローラ６へ入力される。
レギュレータ３内の、電磁弁３ａ，３ｂとサーボピストン３ｃの油室３ｅ，３ｆとを接続する流路上には、圧力センサ１２ａ，１２ｂがそれぞれ設けられている。圧力センサ１２ａ，１２ｂの検出信号は、信号線を介してコントローラ６へ入力される。
【0027】
（コントローラ６）
図３に示す傾転角推定部６ｂは、圧力センサ１２ａ，１２ｂからの信号を圧力値に変換し、これら圧力値を基に両傾転ポンプ２の傾転角推定値Ｄｅを算出する。ここで、両傾転ポンプ２の傾転角はサーボピストン３ｃの位置（中立位置からの移動距離）によって定まるため、本実施例では、サーボピストン３ｃの位置の推定値を傾転角推定値Ｄｅとして算出する。傾転角推定値Ｄｅの算出方法の一例を以下に説明する。
図３に示す傾転角推定部６ｂは、圧力センサ１２ａ，１２ｂからの信号を圧力値に変換し、これら圧力値を基に両傾転ポンプ２の傾転角推定値Ｄｅを算出する。ここで、両傾転ポンプ２の傾転角はサーボピストン３ｃの位置（中立位置からの移動距離）によって定まるため、本実施例では、サーボピストン３ｃの位置の推定値を傾転角推定値Ｄｅとして算出する。傾転角推定値Ｄｅの算出方法の一例を以下に説明する。
【0028】
図４において、圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出した油室３ｅ，３ｆの差圧ΔＰにサーボピストン３ｃの受圧面積Ａを掛けて得られるサーボピストン３ｃの駆動力ΔＰ・Ａは、サーボピストン３ｃの位置にバネ係数Ｋを掛けて得られるバネ力とサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｆｃとの合力と釣り合うことから、次式を用いて傾転角推定値Ｄｅを算出できる。
【0029】
【数1】
【0030】
ここで、摩擦力Ｆｃは、サーボピストン３ｃや両傾転ポンプ２の斜板２ｃの摩擦に起因してサーボピストン３ｃの駆動方向と反対方向に作用する力であり、例えば実験データを基に同定した値を使用する。
【0031】
図３に戻り、傾転角制御部６ｃは、傾転角推定値Ｄｅと操作量演算部６ａから算出された傾転角目標値Ｄｏとの差分ΔＤがゼロになるように（すなわち、両傾転ポンプ２の傾転角推定値Ｄｅが傾転角目標値Ｄｏと一致するように）レギュレータ３（電磁弁３ａ，３ｂ）の制御指令値を算出する。
【0032】
図５は、コントローラ６の処理を示すフローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。
【0033】
コントローラ６は、まず、操作レバー７の操作量（レバー操作量）を基に、両傾転ポンプ２の傾転角目標値Ｄｏを算出する（ステップＳ１０１）。具体的には、操作量演算部６ａが操作レバー７からの入力信号をレバー操作量に変換し、傾転角制御部６ｃがレバー操作量を傾転角目標値Ｄｏに変換する。
【0034】
ステップＳ１０１に続き、コントローラ６の傾転角推定部６ｂは、圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出した差圧ΔＰを基に、両傾転ポンプ２の傾転角推定値Ｄｅを算出する（ステップＳ１０２）。
【0035】
ステップＳ１０２に続き、コントローラ６の傾転角制御部６ｃは、傾転角目標値Ｄｏから傾転角推定値Ｄｅを差し引いた差分ΔＤを算出し（ステップＳ１０３）、差分ΔＤに対してＰＩＤ演算を行うことによりレギュレータ３の制御指令値Ｄｃを算出する（ステップＳ１０４）。
【0036】
ステップＳ１０４に続き、コントローラ６のポンプ制御部６ｄは、制御指令値Ｄｃに応じた制御信号をレギュレータ３（電磁弁３ａ，３ｂ）へ出力し（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０１へ処理を戻す。
【0037】
（動作）
ブームシリンダ４を停止保持するために操作レバー７が中立位置に操作されると、コントローラ６の操作量演算部６ａは両傾転ポンプ２の傾転角目標値Ｄｏをゼロに設定すると共に、切換弁５の制御指令値を「閉」に設定する。傾転角推定部６ｂは、圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出した圧力差ΔＰとサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｆｃとに基づいて傾転角推定値Ｄｅを算出する。傾転角制御部６ｃは、傾転角目標値Ｄｏと傾転角推定値Ｄｅとの差分ΔＤがゼロとなるように（この場合は、傾転角推定値Ｄｅがゼロとなるように）レギュレータ３の制御指令値Ｄｃを算出する。ポンプ制御部６ｄは、制御指令値Ｄｃに応じた制御信号をレギュレータ３（電磁弁３ａ，３ｂ）へ出力する。切換弁制御部６ｅは、切換弁５を閉状態とする制御信号を切換弁５へ出力する。
ブームシリンダ４を停止保持するために操作レバー７が中立位置に操作されると、コントローラ６の操作量演算部６ａは両傾転ポンプ２の傾転角目標値Ｄｏをゼロに設定すると共に、切換弁５の制御指令値を「閉」に設定する。傾転角推定部６ｂは、圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出した圧力差ΔＰとサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｆｃとに基づいて傾転角推定値Ｄｅを算出する。傾転角制御部６ｃは、傾転角目標値Ｄｏと傾転角推定値Ｄｅとの差分ΔＤがゼロとなるように（この場合は、傾転角推定値Ｄｅがゼロとなるように）レギュレータ３の制御指令値Ｄｃを算出する。ポンプ制御部６ｄは、制御指令値Ｄｃに応じた制御信号をレギュレータ３（電磁弁３ａ，３ｂ）へ出力する。切換弁制御部６ｅは、切換弁５を閉状態とする制御信号を切換弁５へ出力する。
【0038】
（効果）
本実施例では、斜板２ｃの角度である傾転角に応じて作動油の吐出方向および吐出流量を調整可能な両傾転ポンプ２と、前記傾転角を調整可能なレギュレータ３と、油圧アクチュエータ４と、両傾転ポンプ２の一方の入出力ポート２ａと油圧アクチュエータ４の一方の油室４ａとを接続する第１流路１４，１６と、両傾転ポンプ２の他方の入出力ポート２ｂと油圧アクチュエータの他方の油室４ｂとを接続する第２流路１５，１７と、第１流路１４，１６および第２流路１５，１７の流通と遮断とを切換可能な切換弁５と、油圧アクチュエータ４の動作を指示するための操作レバー７と、操作レバー７の操作量に応じて切換弁５およびレギュレータ３を制御するコントローラ６とを備え、レギュレータ３は、斜板２ｃに連結されたサーボピストン３ｃと、コントローラ６からの制御信号に応じてサーボピストン３ｃの操作圧を生成する電磁弁３ａ，３ｂとを有する建設機械１００において、サーボピストン３ｃの操作圧を検出する第１圧力センサ１２ａ，１２ｂを備え、コントローラ６は、操作レバー７の操作量を基に前記傾転角の目標値である傾転角目標値Ｄｏを算出し、第１圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出したサーボピストン３ｃの操作圧とサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｐｃとに基づいて前記傾転角の推定値である傾転角推定値Ｄｅを算出し、傾転角目標値Ｄｏと傾転角推定値Ｄｅとの差分ΔＤが小さくなるように電磁弁３ａ，３ｂへの制御信号を制御する。
本実施例では、斜板２ｃの角度である傾転角に応じて作動油の吐出方向および吐出流量を調整可能な両傾転ポンプ２と、前記傾転角を調整可能なレギュレータ３と、油圧アクチュエータ４と、両傾転ポンプ２の一方の入出力ポート２ａと油圧アクチュエータ４の一方の油室４ａとを接続する第１流路１４，１６と、両傾転ポンプ２の他方の入出力ポート２ｂと油圧アクチュエータの他方の油室４ｂとを接続する第２流路１５，１７と、第１流路１４，１６および第２流路１５，１７の流通と遮断とを切換可能な切換弁５と、油圧アクチュエータ４の動作を指示するための操作レバー７と、操作レバー７の操作量に応じて切換弁５およびレギュレータ３を制御するコントローラ６とを備え、レギュレータ３は、斜板２ｃに連結されたサーボピストン３ｃと、コントローラ６からの制御信号に応じてサーボピストン３ｃの操作圧を生成する電磁弁３ａ，３ｂとを有する建設機械１００において、サーボピストン３ｃの操作圧を検出する第１圧力センサ１２ａ，１２ｂを備え、コントローラ６は、操作レバー７の操作量を基に前記傾転角の目標値である傾転角目標値Ｄｏを算出し、第１圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出したサーボピストン３ｃの操作圧とサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｐｃとに基づいて前記傾転角の推定値である傾転角推定値Ｄｅを算出し、傾転角目標値Ｄｏと傾転角推定値Ｄｅとの差分ΔＤが小さくなるように電磁弁３ａ，３ｂへの制御信号を制御する。
【0039】
以上のように構成した本実施例によれば、サーボピストン３ｃの操作圧とサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｆｃとに基づいて傾転角推定値Ｄｅが算出され、操作レバー７の操作量を基に算出された傾転角目標値Ｄｏと傾転角推定値Ｄｅとの差分ΔＤが小さくなるようにサーボピストン３ｃの操作圧が調整される。これにより、サーボピストン３ｃや両傾転ポンプ２の斜板２ｃの摩擦に関わらず、サーボピストン３ｃの停止位置と目標位置との差分（残差）が小さくなる。その結果、操作レバー７が中立位置にある時に両傾転ポンプ２の吐出流量をゼロに近づけることができるため、両傾転ポンプ２の吐出圧上昇を防ぐことができ、騒音や燃費低下を抑制することが可能となる。
【実施例2】
【0040】
本発明の第２の実施例について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
【0041】
両傾転ポンプ２のような斜板式の可変容量ポンプでは、一方の入出力ポートに高圧が作用した時に、斜板が高圧油で押されることにより、式（１）で算出した傾転角推定値Ｄｅの誤差が大きくなる。傾転角推定値Ｄｅに大きな誤差が生じると、傾転角制御部６ｃで算出した制御指令値通りにポンプ制御部６ｄがレギュレータ３へ制御信号を出力しても、両傾転ポンプ２の傾転角はゼロにならず、吐出流量が生じることになる。その結果、操作レバー７が中立位置にある時に、切換弁５が閉じることで両傾転ポンプ２の吐出圧が上昇し、騒音や燃費を悪化させる。
【0042】
本実施例では、両傾転ポンプ２の斜板２ｃに作用している負荷に関わらず、操作レバーが中立位置にある時に両傾転ポンプの吐出流量をゼロに近づけることにより、両傾転ポンプ２の吐出圧上昇に伴う騒音および燃費低下を抑制する。
【0043】
図６は、本実施例における油圧駆動装置２００の概略図である。
【0044】
図６において、両傾転ポンプ２に接続された流路１５，１６には、それぞれ圧力センサ１３ａ，１３ｂが設けられている。圧力センサ１３ａ，１３ｂは信号線を介してコントローラ６へ接続される。コントローラ６の傾転角推定部６ｂは、圧力センサ１２ａ，１２ｂの圧力値と圧力圧センサ１３ａ，１３ｂの圧力値とに基づいて傾転角推定値Ｄｅを算出する。
【0045】
図７は、本実施例におけるコントローラ６の機能ブロック図である。
【0046】
本実施例における傾転角推定部６ｂは、圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出した油室３ｅ，３ｆの圧力差ΔＰと圧力センサ１３ａ，１３ｂで検出した入出力ポート２ａ，２ｂの圧力差ΔＰｄとに基づいて傾転角推定値Ｄｅを算出する。
【0047】
図８は、本実施例におけるコントローラ６の処理を示すフローチャートである。
【0048】
本実施例におけるステップＳ１０２では、コントローラ６の傾転角推定部６ｂは、圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出した油室３ｅ，３ｆの圧力差ΔＰと圧力センサ１３ａ，１３ｂで検出した入出力ポート２ａ，２ｂの圧力差ΔＰｄとに基づき、例えば次式を用いて傾転角推定値Ｄｅを算出する。
【0049】
【数2】
【0050】
ここで、Ｃは係数であり、例えば、設計値に基づくシミュレーションや実験から算出した値を用いる。
【0051】
（効果）
本実施例に係る油圧ショベル１００は、両傾転ポンプ２の吐出圧を検出する第２圧力センサ１３ａ，１３ｂを備え、コントローラ６は、第１圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出したサーボピストン３ｃの操作圧とサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｆｃと第２圧力センサ１３ａ，１３ｂで検出した両傾転ポンプ２の吐出圧とに基づいて傾転角推定値Ｄｅを算出する。
本実施例に係る油圧ショベル１００は、両傾転ポンプ２の吐出圧を検出する第２圧力センサ１３ａ，１３ｂを備え、コントローラ６は、第１圧力センサ１２ａ，１２ｂで検出したサーボピストン３ｃの操作圧とサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｆｃと第２圧力センサ１３ａ，１３ｂで検出した両傾転ポンプ２の吐出圧とに基づいて傾転角推定値Ｄｅを算出する。
【0052】
以上のように構成した本実施例によれば、サーボピストン３ｃの操作圧とサーボピストン３ｃに作用する摩擦力Ｆｃと両傾転ポンプ２の吐出圧とに基づいて傾転角推定値Ｄｅが算出され、操作レバー７の操作量を基に算出された傾転角目標値Ｄｏと傾転角推定値Ｄｅとの差分ΔＤが小さくなるようにサーボピストン３ｃの操作圧が調整される。これにより、サーボピストン３ｃや両傾転ポンプ２の斜板２ｃの摩擦、および両傾転ポンプ２の斜板２ｃに作用する負荷に関わらず、サーボピストン３ｃの停止位置と目標位置との差分（残差）が小さくなる。その結果、操作レバー７が中立位置にある時に両傾転ポンプ２の吐出流量をゼロに近づけることできるため、両傾転ポンプの吐出圧上昇に伴う騒音および燃費低下を抑制することが可能となる。
【実施例3】
【0053】
本発明の第３の実施例について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
【0054】
図９は、本実施例におけるコントローラ６の機能ブロック図である。
【0055】
本実施例における切換弁制御部６ｅは、操作量演算部６ａからのレバー操作量と傾転角推定部６ｂからの傾転角推定値Ｄｅとに基づいて切換弁５の制御指令値Ｄｃを算出し、この制御指令値Ｄｃに応じた制御信号を切換弁５へ出力する。
【0056】
図１０は、本実施例におけるコントローラ６の処理を示すフローチャートである。
【0057】
本実施例では、ステップＳ１０５に続き、コントローラ６の切換弁制御部６ｅは、傾転角推定値Ｄｅが所定の閾値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここでいう閾値は、両傾転ポンプ２の吐出流量が十分小さくなるときの傾転角（具体的には、切換弁５を閉じたときに両傾転ポンプ２の吐出圧がリリーフ弁１０ａ，１０ｂの設定圧を超えない傾転角）よりも小さい値に設定される。
【0058】
ステップＳ１０６でＹｅｓと判定した場合は切換弁５へ閉信号を出力し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１へ処理を戻す。一方、ステップＳ１０６でＮｏと判定された場合は切換弁５へ開信号を出力し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０１へ処理を戻す。これにより、操作レバー７が非操作状態になってから傾転角推定値Ｄｅが閾値以下となるまでの間、切換弁５は開状態に維持される。
【0059】
（動作）
図１１は、本実施例における油圧駆動装置の動作を第１の実施例と比較して示す図である。
図１１は、本実施例における油圧駆動装置の動作を第１の実施例と比較して示す図である。
【0060】
第１の実施例では、操作レバー７の操作量がゼロになると、両傾転ポンプ２の吐出流量はレバー操作量に遅れてゼロになる。一方、切換弁５はレバー操作量がゼロになったタイミングで閉じる。そのため、切換弁５を閉じた直後は、両傾転ポンプ２から吐出された作動油の行き場がなくなり、両傾転ポンプ２の吐出圧がリリーフ弁１０ａ，１０ｂの設定圧まで上昇し、騒音や燃費が悪化する。
【0061】
一方、本実施例では、レバー操作量がゼロになってから両傾転ポンプ２の傾転角推定値Ｄｅが閾値を下回るまで（両傾転ポンプ２の吐出流量が十分小さくなるまで）は、切換弁５が開状態に維持される。これにより、レバー操作量がゼロになってから両傾転ポンプ２の傾転角が十分に小さくなるまでの間、両傾転ポンプ２から吐出された作動油の行き場が確保されるため、両傾転ポンプ２の吐出圧上昇が抑えられる。
【0062】
（効果）
本実施例におけるコントローラ６は、操作レバー７が中立位置に操作されてから両傾転ポンプ２の傾転角推定値Ｄｅが所定の閾値以下となるまでの間、切換弁５を開状態とする制御信号を出力する。
本実施例におけるコントローラ６は、操作レバー７が中立位置に操作されてから両傾転ポンプ２の傾転角推定値Ｄｅが所定の閾値以下となるまでの間、切換弁５を開状態とする制御信号を出力する。
【0063】
以上のように構成した本実施例によれば、操作レバー７が中立位置に操作されてから両傾転ポンプ２の吐出流量が十分小さくなるまでの間、切換弁５が開状態に維持されるため、両傾転ポンプ２の吐出圧上昇を防ぐことができ、騒音や燃費悪化を抑制することが可能となる。
【0064】
（その他、全般に関して）
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、油圧ショベルに本発明を適用したものであるが、本発明は、閉回路ポンプで油圧アクチュエータを駆動する建設機械であれば、油圧ショベルに限らず適用可能である。また、上記した実施例は、本発明を分かり易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るものに限定されるものではない。さらに、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、油圧ショベルに本発明を適用したものであるが、本発明は、閉回路ポンプで油圧アクチュエータを駆動する建設機械であれば、油圧ショベルに限らず適用可能である。また、上記した実施例は、本発明を分かり易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るものに限定されるものではない。さらに、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
【符号の説明】
【0065】
１…エンジン、２…両傾転ポンプ、２ａ，２ｂ…入出力ポート、２ｃ…斜板、３…レギュレータ、３ａ，３ｂ…電磁弁、３ｃ…サーボピストン、３ｄ…油圧源、３ｅ，３ｆ…油室、３ｇ，３ｈ…バネ、４…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、４ａ…ボトム側油室、４ｂ…ロッド側油室、５…切換弁、６…コントローラ、６ａ…操作量演算部、６ｂ…傾転角推定部、６ｃ…傾転角制御部、６ｄ…ポンプ制御部、６ｅ…切換弁制御部、７…操作レバー、８…フラッシング弁、９…タンク、１０ａ，１０ｂ…リリーフ弁、１２ａ，１２ｂ…圧力センサ（第１圧力センサ）、１３ａ，１３ｂ…圧力センサ（第２圧力センサ）、１４，１６…流路（第１流路）、１５，１７…流路（第２流路）、１００…油圧ショベル（建設機械）、１０１…走行モータ（油圧アクチュエータ）、１０２…下部走行体、１０３…旋回モータ（油圧アクチュエータ）、１０４…上部旋回体、１０５…作業装置、１０６…キャブ、１０７…ブーム、１０８…アーム、１０９…バケット、１１０…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、１１１…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】