特許 7594959 電磁弁の制御装置

(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】2024-11-27

(45)【発行日】2024-12-05

(54)【発明の名称】電磁弁の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20241128BHJP

   H01F 7/16 20060101ALI20241128BHJP

   H01F 7/18 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 310C

F16K31/06 320A

F16K31/06 335

F16K31/06 385C

H01F7/16 R

H01F7/18 Q

H01F7/18 K

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021055411

(22)【出願日】2021-03-29

(65)【公開番号】P2022152584

(43)【公開日】2022-10-12

【審査請求日】2023-12-12

(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】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】樋口 秀太

(72)【発明者】

【氏名】萩原 信幸

【審査官】山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１９６５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０３９９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０９５９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０７７８５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

Ｈ０１Ｆ ７／１６

Ｈ０１Ｆ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁弁のコイルに流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出回路と、
前記電磁弁に対し設定された目標電流指令値と前記負荷電流検出回路により検出された負荷電流値とに基づき、前記負荷電流値を前記目標電流指令値に一致させるためのPWM信号のデューティ比を算出するデューティ比算出部と、
前記デューティ比算出部により算出されたデューティ比に基づき、前記PWM信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM信号生成部により生成されたPWM信号を電圧源から供給される負荷駆動電圧により昇圧し、負荷駆動信号として前記電磁弁のコイルに供給する負荷駆動回路と、
を備えた電磁弁の制御装置において、
前記電圧源と前記負荷駆動回路との間に接続され、前記電圧源から前記負荷駆動回路に供給される前記負荷駆動電圧を可変可能な負荷駆動電圧切換回路と、
前記目標電流指令値と前記負荷電流値とに基づき、前記負荷駆動回路に供給すべき前記負荷駆動電圧を決定する電流値比較部と、
前記電流値比較部により決定された前記負荷駆動電圧への切換指令を表す負荷駆動電圧切換信号を前記負荷駆動電圧切換回路に出力する負荷駆動電圧切換信号生成部と、
をさらに備えたことを特徴とする流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項2】

前記電流値比較部は、前記目標電流指令値と前記負荷電流値との偏差が小の場合に比較して、前記偏差が大の場合には前記負荷駆動電圧としてより大きな値を決定することを特徴とする請求項１に記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項3】

前記デューティ比算出部は、前記負荷駆動電圧切換回路により前記負荷駆動電圧が増加側に切り換えられた際に、前記PWM信号のデューティ比を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項4】

前記電磁弁は、前記負荷駆動信号に応じてコントロール弁の受圧室にパイロット圧を入力し、前記パイロット圧に応じて前記コントロール弁により作動油を切り換えて、建設機械に搭載された油圧アクチュエータを駆動する電磁比例弁であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項5】

前記電磁弁が設けられたシステムの異常の有無を判定する異常判定部をさらに備え、
前記電流値比較部は、前記異常判定部により前記システムに異常有りの判定が下されたときに、異常無しの判定が下されたときに比較して前記負荷駆動電圧として大きな値を決定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項6】

前記油圧アクチュエータは、前記建設機械の作業フロントのバケットを傾動させるバケットシリンダであり、
前記バケットシリンダに供給される作動油の圧力に基づき、前記バケットのハンチングの有無を判定する異常判定部をさらに備え、
前記電流値比較部は、前記異常判定部により前記バケットのハンチング有りの判定が下されたときに、ハンチング無しの判定が下されたときに比較して前記負荷駆動電圧として大きな値を決定することを特徴とする請求項４に記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項7】

前記負荷駆動電圧切換回路は、電圧が異なる複数の前記負荷駆動電圧を選択的に前記負荷駆動回路に供給可能に構成され、
前記電流値比較部は、前記複数の負荷駆動電圧から前記負荷駆動回路に供給すべき前記負荷駆動電圧を選択し、
前記負荷駆動電圧切換信号生成部は、前記電流値比較部により選択された前記負荷駆動電圧に対応する前記負荷駆動電圧切換信号を前記負荷駆動電圧切換回路に出力することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項8】

前記電流値比較部は、前記目標電流指令値と前記負荷電流値との偏差を切換閾値と比較し、前記偏差が前記切換閾値未満の場合に比較して前記偏差が前記切換閾値以上の場合には、前記複数の負荷駆動電圧からより大きな前記負荷駆動電圧を選択することを特徴とする請求項７に記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項9】

前記電圧源の電圧を異なる電圧に変換する電圧変換回路をさらに備え、
前記負荷駆動電圧切換回路は、前記電圧源からの電圧と前記電圧変換回路により変換された電圧とを選択的に前記負荷駆動電圧として前記負荷駆動回路に供給可能に構成されていることを特徴とする請求項７または８記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【請求項10】

前記電圧源として、電圧が異なる複数の電圧源を備え、
前記負荷駆動電圧切換回路は、前記複数の電圧源からの電圧を選択的に前記負荷駆動電圧として前記負荷駆動回路に供給可能に構成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の流体回路用の電磁弁の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁弁の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の電磁弁は、自動車、建設機械、産業用機械等の分野において、例えば電気回路と油圧回路とのインタフェースとして広く利用されている。例えば建設機械の油圧ショベルでは、下部走行体の走行、上部旋回体の旋回、作業フロントの動作等を油圧アクチュエータにより行っており、油圧アクチュエータはコントロール弁の切換に応じた作動油の供給により駆動される。従来の油圧システムでは、オペレータの操作を機械的にコントロール弁に伝達したが、より的確な油圧ショベルの操作を目的として、近年では、オペレータの操作情報やセンサ情報に基づき電子制御ユニットによりコントロール弁を電気的に駆動制御する構成が採用されている。そのためには電子制御ユニットからの電気信号を油圧信号に変換してコントロール弁に伝達する必要があり、その役割を電磁弁の一種である電磁比例弁が果たしている。

【0003】

例えば、作業フロントのブームを傾動させるブームシリンダの場合、ブームレバーの操作量に対応するデューティ比の負荷駆動信号を電子制御ユニットで生成し、電磁比例弁のソレノイドに入力する。電磁比例弁によりパイロット油圧ポンプからの作動油が切り換えられ、パイロット圧としてコントロール弁の受圧室に入力される。コントロール弁によりメイン油圧ポンプからの作動油が切り換えられてブームシリンダに供給され、これによりブームレバーの操作に対応してブームシリンダが駆動されてブームを傾動させる。

【0004】

従来からの油圧システムでは、ブームレバーとコントロール弁とが機械的に連動するため、その間に動作遅れは発生しない。しかしながら、上記のような電磁比例弁を備えた構成では、電磁比例弁の制御応答性が悪いと、ブームレバーの操作に対してコントロール弁の切換、ひいてはブームの動作に遅れが生じるため、オペレータに操作応答性が悪い印象を与えてしまう。従って、ブーム等の操作対象の操作応答性の観点から、電磁比例弁には良好な制御応答性が要求されている。

【0005】

電磁弁の制御応答性を向上させる技術として、例えば特許文献１には燃料インジェクタの制御装置が開示されている。この発明では、燃料インジェクタを迅速に開弁させるべく、開弁後の通常動作時に比較して、開弁時には燃料インジェクタにより高い駆動電圧を印加している。詳しくは特許文献１の図４に示すように、燃料インジェクタの開弁タイミングに至ると、まず高い駆動電圧を印加して燃料インジェクタを開方向に駆動し、駆動電流が予め設定されたピーク電流値Ipeakに達すると、駆動電圧を0以下まで低下させ、それに伴って駆動電流が予め設定された所定値404まで低下すると、低い駆動電圧でON・OFFさせることにより駆動電流を目標保持電流値403の近傍に保っている。このような電流制御は、燃料噴射量に基づき予め設定したプロファイルに基づき実行されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開第２０１９/０４４３９５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

燃料インジェクタを対象とした特許文献１の技術では、燃料噴射量等のごく限られたパラメータに基づき電流制御のプロファイルを設定できた。しかしながら、電磁弁の用途や種類によっては、多数のパラメータをプロファイルに反映させる必要がある故に、当該技術を適用できない場合が数多くある。

【0008】

例えば上記した建設機械に適用される電磁比例弁では、ブームの傾動操作等のオペレータによる操作情報、或いはブームの傾動角度やブームシリンダの油圧等のセンサ情報に基づき、電磁比例弁に供給すべき目標電流指令値を設定している。加えて、この目標電流指令値を、実際に電磁比例弁のコイルに流れる負荷電流値に基づきフィードバックしている。従って、このような多種多様のパラメータをプロファイルに反映させることは現実的に困難であり、従来から抜本的な対策が要望されていた。

【0009】

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、事前の電流制御に関するプロファイルの設定を要することなく、電磁弁の制御応答性を向上させることができる電磁弁の制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するため、本発明の電磁弁の制御装置は、電磁弁のコイルに流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出回路と、前記電磁弁に対し設定された目標電流指令値と前記負荷電流検出回路により検出された負荷電流値とに基づき、前記負荷電流値を前記目標電流指令値に一致させるためのPWM信号のデューティ比を算出するデューティ比算出部と、前記デューティ比算出部により算出されたデューティ比に基づき、前記PWM信号を生成するPWM信号生成部と、前記PWM信号生成部により生成されたPWM信号を電圧源から供給される負荷駆動電圧により昇圧し、負荷駆動信号として前記電磁弁のコイルに供給する負荷駆動回路と、を備えた電磁弁の制御装置において、前記電圧源と前記負荷駆動回路との間に接続され、前記電圧源から前記負荷駆動回路に供給される前記負荷駆動電圧を可変可能な負荷駆動電圧切換回路と、前記目標電流指令値と前記負荷電流値とに基づき、前記負荷駆動回路に供給すべき前記負荷駆動電圧を決定する電流値比較部と、前記電流値比較部により決定された前記負荷駆動電圧への切換指令を表す負荷駆動電圧切換信号を前記負荷駆動電圧切換回路に出力する負荷駆動電圧切換信号生成部と、をさらに備えた流体回路用の電磁弁の制御装置であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の電磁弁の制御装置によれば、事前の電流制御に関するプロファイルの設定を要することなく、流体回路用の電磁弁の制御応答性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態の電磁比例弁の制御装置が搭載された油圧ショベルを示す側面図である。

【図2】油圧ショベルの油圧システムを示す全体構成図である。

【図3】電磁比例弁の制御装置を示す制御ブロック図である。

【図4】制御装置中の特に電子制御ユニットの構成を示す制御ブロック図である。

【図5】負荷駆動電圧を設定するために演算処理部により実行される負荷駆動電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。

【図6】目標電流指令値CInがCI1からCI2に増加したときの制御状況を示すタイムチャートである。

【図7】負荷駆動電圧を３段階に切り換える別例１を示す図４に対応する制御ブロック図である。

【図8】別例１の負荷駆動電圧設定ルーチンを示す図５に対応するフローチャートである。

【図9】電圧源として第１及び第２電圧源を備えた別例２を示す図４に対応する制御ブロック図である。

【図10】制御ゲインGを増加補正する処理を追加した別例２を示す図５に対応するフローチャートである。

【図11】油圧システムの異常発生時に負荷駆動Vpwmを高速側に切り換える別例３を示す図５に対応するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を油圧ショベルに搭載された電磁比例弁の制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の電磁比例弁の制御装置が搭載された油圧ショベルを示す側面図であり、まず同図に基づき、油圧ショベルの全体構成を説明する。
油圧ショベル１の下部走行体２には左右一対のクローラ３が備えられ、クローラ３は走行用油圧モータ３ａ（図２に示す）により駆動されて油圧ショベル１を走行させる。下部走行体２上には図示しない旋回装置を介して上部旋回体４が設けられ、旋回装置に備えられた旋回用油圧モータ４ａ（図２に示す）に駆動されて上部旋回体４が旋回する。

【0014】

上部旋回体４の前部には多関節型の作業フロント５が設けられ、作業フロント５はブーム６、アーム７、及びバケット８から構成されている。ブーム６はブームシリンダ６ａにより傾動し、アーム７はアームシリンダ７ａにより傾動し、バケット８はバケットシリンダ８ａにより傾動する。
上部旋回体４の前部にはオペレータが搭乗する運転室１０が設けられ、運転室１０の後側には燃料タンク１１や機械室１２が設けられている。機械室１２内には油圧パワーユニット１３（図２，３に示す）が設けられ、この油圧パワーユニット１３により、上記した走行用及び旋回用油圧モータ３ａ，４ａや作業フロント５の各シリンダ６ａ～８ａ（以下、油圧アクチュエータと総称する場合もある）が駆動される。

【0015】

図２は油圧ショベル１の油圧システムを示す全体構成図、図３は電磁比例弁の制御装置を示す制御ブロック図である。油圧パワーユニット１３は、動力源であるエンジン１４、エンジン１４により回転駆動されるポンプユニット１５、ポンプユニット１５からの作動油を切換制御する電磁比例弁１６、及び電磁比例弁１６から供給されるパイロット圧に基づきポンプユニット１５からの作動油を切り換えて各油圧アクチュエータを駆動するコントロール弁１７により構成されている。なお、図２，３では電磁比例弁１６及びコントロール弁１７を簡略化して示しているが、実際には各油圧アクチュエータに対応してそれぞれ設けられている。

【0016】

以下に詳述すると、油圧パワーユニット１３を制御する電子制御ユニット１８には、操作装置１９及び各種センサ２０が接続されている。操作装置１９は、油圧ショベル１の走行、上部旋回体４の旋回、作業フロント５のブーム６、アーム、バケット等を操作するための入力装置である。各種センサ２０は、例えばコントロール弁１７の切換に応じて各油圧アクチュエータに供給される作動油の圧力を検出する圧力センサ、シリンダ６ａ～８ａのストローク位置を検出する位置センサ、ブーム６等の傾動角度を検出する角度センサ等からなる。これらの操作装置１９からの操作情報O_in及び各種センサ２０からのセンサ情報S_inに基づき、電子制御ユニット１８は各油圧アクチュエータの制御目標値として負荷駆動信号PWMを算出する。

【0017】

ポンプユニット１５は図示しないパイロット油圧ポンプ及びメイン油圧ポンプからなり、パイロット油圧ポンプから吐出された作動油はポンプ管路２１を介して各電磁比例弁１６に供給される。電磁比例弁１６にはコイルを内蔵したソレノイド１６ａが備えられ、コイルの励磁に応じて作動するようになっている。各電磁比例弁１６のソレノイド１６ａには電子制御ユニット１８から負荷駆動信号PWMが入力され、負荷駆動信号PWMによるコイルの励磁状態に応じて各電磁比例弁１６が開度調整される。そして、電磁比例弁１６の開度に応じてパイロット油圧ポンプから供給される作動油の圧力が変化し、パイロット圧としてコントロール弁１７の受圧室に入力される。即ち、電磁比例弁１６は、電気信号である負荷駆動信号PWMを油圧信号であるパイロット圧に変換する機能を奏し、本発明の電磁弁に相当する。

【0018】

一方、メイン油圧ポンプから吐出された作動油はポンプ管路２２を介して各コントロール弁１７に供給されており、各コントロール弁１７は、受圧室に入力されるパイロット圧に応じてメイン油圧ポンプからの作動油を切り換え、対応する油圧アクチュエータに供給する。これにより各油圧アクチュエータが駆動され、その駆動力により操作対象であるクローラ３、上部旋回体４、作業フロント５等が作動する。このような油圧アクチュエータの駆動を可能とするために、メイン油圧ポンプの吐出圧は、油圧信号として利用されるパイロット油圧ポンプの吐出圧よりも高く設定されている。

【0019】

なお、電子制御ユニット１８からの負荷駆動信号PWMは、ポンプユニット１５に設けられた電磁比例弁１６のソレノイド１６ａにも入力され、メイン及びパイロット油圧ポンプの傾転角、ひいては作動油の吐出量が調整される。

【0020】

図４は制御装置中の特に電子制御ユニット１８の構成を示す制御ブロック図であり、単一の電磁比例弁１６に対応する箇所を抜粋している。
上記のように電子制御ユニット１８には、操作装置１９、各種センサ２０及び電磁比例弁１６が接続されると共に、車載バッテリ等の電圧源２４が接続されている。電子制御ユニット１８は、演算処理部２５、負荷駆動回路２６、負荷駆動電圧切換回路３６、電圧変換回路３７及び負荷電流検出回路２７からなる。

【0021】

電子制御ユニット１８内の全体的な処理の流れは、以下の通りである。演算処理部２５では、操作装置１９からの操作情報O_in及び各種センサ２０からのセンサ情報S_inに基づき算出した電磁比例弁１６の目標電流指令値CInと、負荷電流検出回路２７から入力される電磁比例弁１６の通電電流と相関する電圧値（後述する負荷電流平均値ADn）との偏差CIn-ADnに基づき、PWM信号PWM_cを生成して負荷駆動回路２６に出力する。電圧変換回路３７では、電圧源２４から供給される電圧V1をより高い電圧V2に昇圧する。以下の説明では、電圧V1を通常処理時電圧と称し、電圧V2を高速処理時電圧と称する。

【0022】

通常処理時電圧V1及び高速処理時電圧V2は負荷駆動電圧切換回路３６に入力され、負荷駆動電圧切換回路３６では、それらの何れかを負荷駆動電圧Vpwmとして設定して負荷駆動回路２６に出力する。負荷駆動回路２６では、負荷駆動電圧VpwmによりPWM信号PWM_cを昇圧し、これにより生成した負荷駆動信号PWMを電磁比例弁１６に供給して開度調整する。

【0023】

以上の電子制御ユニット１８内で実行される処理について詳述する。まず、操作情報O_in及びセンサ情報S_inは演算処理部２５の目標電流指令値算出部２９に入力され、これらの情報に基づき、目標電流指令値算出部２９は目標電流指令値CInを算出して電流値比較部３０に出力する。例えばブーム６の操作に関しては、操作情報O_inの１つである図示しないブームレバーからの操作量に基づき、ブームシリンダ６ａの電磁比例弁１６に対する目標電流指令値CInが算出される。

【0024】

一方、電磁比例弁１６のソレノイド１６ａに流れる電流が負荷電流値Ifbとして負荷電流検出回路２７により検出され、負荷電流検出回路２７は、負荷電流値Ifbを演算処理部２５が取得可能な電圧信号Ｖfbに変換して演算処理部２５の負荷電流取得部３１に出力する。負荷電流取得部３１は、電圧信号Ｖfbを演算処理部２５が処理可能なディジタル信号Ｖfb_Ｄに変換して、負荷電流平均値算出部３２に出力する。負荷電流平均値算出部３２は、ディジタル信号Ｖfb_ＤをPWM信号PWM_cのキャリア周波数の１周期分で平均化して負荷電流平均値ADn（本発明の負荷電流値に相当）を算出し、フィードバック情報として電流値比較部３０及びデューティ比算出部３３に出力する。

【0025】

なお、上記した目標電流指令値算出部２９による目標電流指令値CInの算出処理は、PWM信号PWM_cのキャリア周波数の１周期よりも短い周期で実行される。同様に、負荷電流平均値算出部３２ではキャリア周波数の１周期分でディジタル信号Ｖfb_Ｄを平均化するため、負荷電流取得部３１によるディジタル信号Ｖfb_Ｄへの変換処理についても、キャリア周波数の１周期よりも短い周期で実行される。

【0026】

電流値比較部３０は、目標電流指令値算出部２９から入力された目標電流指令値CInと、負荷電流平均値算出部３２から入力された負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnに基づき、負荷駆動電圧Vpwmとして通常処理時電圧V1または高速処理時電圧V2の何れかを選択し、選択結果を表す電流比較信号Com_iを生成してデューティ比算出部３３及び負荷駆動電圧切換信号生成部３８に出力する。
図５は負荷駆動電圧Vpwmを設定するために電流値比較部３０により実行される負荷駆動電圧設定ルーチンを示すフローチャートであり、当該ルーチンは、例えばPWM信号PWM_cの１周期を制御インターバルとして実行される。

【0027】

ルーチンが開始されると、まずステップＳ１で目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnが負荷駆動電圧切換閾値Xv未満であるか否かを判定し、Ｙes（肯定）のときにはステップＳ２に移行する。本実施形態では、目標電流指令値CInに対する所定の割合（目標電流指令値CInに対する誤差を意味し、例えば10％）を負荷駆動電圧切換閾値Xv（本発明の切換閾値に相当）とし、予め内部変数として電流値比較部３０に保持されている。ステップＳ２では負荷駆動電圧Vpwmとして通常処理時電圧V1を選択し、続くステップＳ３で通常処理時電圧V1の選択を表す電流比較信号Com_iを出力した後にルーチンを終了する。また、ステップＳ１でＮo（否定）の判定を下したときには、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４では負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2を選択し、続くステップＳ３で高速処理時電圧V2の選択を表す電流比較信号Com_iを出力する。

【0028】

ステップＳ１でＮoの判定が下される状況（CIn-ADn≧Xv）とは、現在の負荷電流平均値ADnよりもかなり大きな（Xv以上）目標電流指令値CInが設定され、この目標電流指令値CInに負荷電流平均値ADnを追従させるために、迅速な負荷駆動信号PWMの増加が要求される状況と見なせる。このような場合に負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2が選択され、詳細は後述するが、負荷電流値Ifbの変化率が増大して負荷駆動信号PWMの迅速な増加が図られる。

【0029】

一例を述べると、負荷駆動電圧切換閾値Xvが目標電流指令値CInの10%に定められている場合、目標電流指令値CIn＝500mAのときには負荷駆動電圧切換閾値Xv=50mAとなる。このとき負荷電流平均値ADn=100mAであった場合、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADn=400mAとなり、負荷駆動電圧切換閾値Xv以上であることから、負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2が選択される。

【0030】

上記条件に基づくフィードバック制御の結果、負荷電流平均値ADnが増加してADn=490mAに達した時点では、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADn=10mAとなり、負荷駆動電圧切換閾値Xv未満になることから、負荷駆動電圧Vpwmとして通常処理時電圧V1が選択される。

【0031】

図４に戻って説明を続けると、デューティ比算出部３３には、目標電流指令値算出部２９からの目標電流指令値CIn、負荷電流平均値算出部３２からの負荷電流平均値ADn、及び電流値比較部３０からの電流比較信号Com_iが入力される。デューティ比算出部３３は、これらの値CIn,ADn,Com_iに基づきPID制御等を用いて、負荷電流平均値ADnを目標電流指令値CInに一致させるためのPWM信号PWM_cのデューティ比MVnを算出する。基本的に目標電流指令値CInよりも負荷電流平均値ADnが小のときにデューティ比MVnを前回制御時よりも増加させ、逆に目標電流指令値CInよりも負荷電流平均値ADnが大のときにデューティ比MVnを前回制御時よりも減少させる。またデューティ比算出部３３は、このときの増加量や減少量と偏差CIn-ADnの絶対値｜CIn-ADn｜との関係を規定する所定の制御ゲインGを予め内部変数として保持しており、この制御ゲインGをデューティ比MVnの算出処理に適用する。

【0032】

デューティ比算出部３３で算出されたデューティ比MVnはPWM信号生成部３５に出力され、PWM信号生成部３５は、デューティ比MVn及び予め設定されたキャリア周波数に対応するPWM信号PWM_cを生成して負荷駆動回路２６に出力する。PWM信号PWM_cは演算処理部２５の電源電圧に依存する演算処理用の低電圧のため、電磁比例弁１６を駆動可能な電圧となるように負荷駆動回路２６により昇圧される。そのために負荷駆動回路２６はスイッチング動作して、PWM信号PWM_cを負荷駆動電圧切換回路３６から供給される負荷駆動電圧Vpwmに昇圧し、負荷駆動信号PWMとして電磁比例弁１６のソレノイド１６ａに供給する。

【0033】

負荷駆動信号PWMのデューティ比MVnに応じて電磁比例弁１６の開度が調整され、上記したようにコントロール弁１７の受圧室に入力されるパイロット圧が変化し、コントロール弁１７により切り換えられた作動油が油圧アクチュエータに供給され、油圧アクチュエータが駆動制御される。そして、このとき電磁比例弁１６のソレノイド１６ａに流れる負荷電流値Ifbが、負荷電流検出回路２７による電圧信号Ｖfbへの変換処理、負荷電流取得部３１によるディジタル信号Ｖfb_Ｄへの変換処理、負荷電流平均値算出部３２による平均化処理を経て、負荷電流平均値ADnとして電流値比較部３０にフィードバックされ、再び上記した順序に従って処理が繰り返される。

【0034】

一方、負荷駆動電圧切換信号生成部３８は、電流値比較部３０から入力された電流比較信号Com_iに基づき、負荷駆動電圧切換信号SW_vを生成して負荷駆動電圧切換回路３６に出力する。電流比較信号Com_iが通常処理時電圧V1の選択を表すときには、負荷駆動電圧切換信号SW_vとして通常処理時電圧V1への切換指令を出力し、高速処理時電圧V2の選択を表すときには、高速処理時電圧V2への切換指令を出力する。

【0035】

負荷駆動電圧切換回路３６は、入力された負荷駆動電圧切換信号SW_vが通常処理時電圧V1への切換指令のときには、負荷駆動電圧Vpwmとして電圧源２４から供給される通常処理時電圧V1を負荷駆動回路２６に出力する。また、高速処理時電圧V2への切換指令のときには、負荷駆動電圧Vpwmとして電圧変換回路３７から供給される高速処理時電圧V2を負荷駆動回路２６に出力する。そして、このような負荷駆動電圧Vpwmに基づき、負荷駆動回路２６のスイッチング動作によりPWM信号PWM_cが昇圧され、これにより生成された負荷駆動信号PWMが供給されて電磁比例弁１６が駆動される。

【0036】

次いで、以上のように構成された電磁比例弁１６の制御装置の制御状況を図６のタイムチャートに基づき説明する。同図は、目標電流指令値CInがCI1からCI2に増加したときの制御状態を示しており、例えば、ブームレバーが所定の操作量に保持されてブーム６の傾動角度が上げ方向または下げ方向にほぼ一定速度で変化している状況（CIn=CI1）から、ブーム６の傾動速度を速めるべくブームレバーの操作量が増加し（CIn=CI2）、その後に増加後の操作量に保たれた場合に発生する制御状況である。

【0037】

まず期間ｔ1では、目標電流指令値CInとしてほぼ一定値CI1が設定され、この目標電流指令値CI1の近傍に負荷電流平均値ADnが保たれている。このときの制御状態は、上記ブーム操作の例では、ブームレバーの操作量に対応する速度でブーム６の傾動角度が変化している状況に相当する。このときの偏差CIn-ADnはほぼ０、即ち、負荷駆動電圧切換閾値Xv未満であることから、図５のステップＳ１でＹesの判定が下され、負荷駆動電圧Vpwmとして通常処理時電圧V1が選択されている。

【0038】

通常処理時電圧V1に基づく相対的に低電圧の負荷駆動信号PWMが、所定の制御ゲインGの適用により目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnから求められたデューティ比MVnに基づき生成される。このときの電磁比例弁１６のソレノイド１６ａに流れる負荷電流値Ifbは、ソレノイド１６ａに備えられているコイルの影響により、負荷駆動信号PWMのON・OFFに対して遅れをもって追従する。即ち、負荷電流値Ifbは、図６中に示すように負荷駆動信号PWMがONすると所定の変化率で増加し、OFFすると所定の変化率で低下し、その１周期分の平均値として負荷電流平均値ADnが算出される。従って、デューティ比MVnに応じて１周期における負荷電流値Ifbの増加区間と低下区間との比、ひいては１周期中の負荷電流値Ifbの増減方向が定まる。

【0039】

そして、負荷電流値Ifbの変化状況には、デューティ比MVnのみならず負荷駆動信号PWMの電圧も影響を及ぼす。即ち、通常処理時電圧V1に基づく低電圧の負荷駆動信号PWMが電磁比例弁１６に供給された場合には、負荷電流値Ifbが緩やかに増減し、換言すると、小さな変化率をもって負荷電流値Ifbが増加及び低下する。一方、高速処理時電圧V2に基づく高電圧の負荷駆動信号PWMが電磁比例弁１６に供給されると、図６に示すように、負荷電流値Ifbの低下側の変化率は通常処理時電圧V1の場合と同一であるものの、増加側の変化率は通常処理時電圧V1の場合よりも大きくなる。

【0040】

目標電流指令値CInがCI1からCI2へとステップ的に増加すると、期間ｔ1から期間ｔ2に移行し、このときの制御状態は、上記ブーム操作の例ではブームレバーの操作量を増加させた状況に相当する。図６の例では、演算処理部２５の処理タイミングと一致しないタイミングでブームレバーが操作されたため、期間ｔ2の継続中には、演算処理部２５による制御状況は変化しない。

【0041】

演算処理部２５が次回の処理タイミングに至ると期間ｔ3に移行し、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnから求められたデューティ比MVn及び所定のキャリア周波数に基づき、PWM信号PWM_cが生成される。このときの偏差CIn-ADnは負荷駆動電圧切換閾値Xvを超えることから、図５のステップＳ１でＮoの判定が下され、負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2が選択される。このため高速処理時電圧V2に基づく高電圧の負荷駆動信号PWMが生成され、電磁比例弁１６に供給される。

【0042】

デューティ比算出部３３では、偏差CIn-ADnを減少させるべく、期間ｔ1，ｔ2の場合に比較してデューティ比MVnが増加方向に設定されるが、加えて本実施形態では、負荷駆動信号PWMの高電圧側への切換により偏差CIn-ADnの迅速な減少が図られている。先に述べたように、高速処理時電圧V2に基づく高電圧の負荷駆動信号PWMが電磁比例弁１６に供給されると、負荷電流値Ifbの増加側の変化率は通常処理時電圧V1の場合よりも大きくなる。結果として負荷電流値Ifb、ひいては負荷電流平均値ADnが目標電流指令値CInに追従して速やかに増加し、偏差CIn-ADnが迅速に減少して負荷駆動電圧切換閾値Xv未満になる。

【0043】

従って、演算処理部２５が次回の処理タイミングに至って期間ｔ4に移行すると、図５のステップＳ１でのＹesの判定に基づき負荷駆動電圧Vpwmとして通常処理時電圧V1が選択される。期間ｔ3の継続中には、負荷電流値Ifb及び負荷電流平均値ADnに若干のオーバシュートが生じるが、期間ｔ4ではデューティ比MVnの低下によりオーバシュートが抑制され、負荷電流平均値ADnは次第に目標電流指令値CInに接近して、その近傍に保たれる。それ以降は、ほぼ一定値の目標電流指令値CI2に対応する負荷駆動信号PWMのデューティ比MVnに保持されると共に、デューティ比MVnのON・OFFに応じて負荷電流値Ifbが増減しながら追従する。このときの制御状態は、上記ブーム操作の例では、増加後のブームレバーの操作量に保った状況に相当する。

【0044】

以上の説明は、目標電流指令値CInの増加に応じて負荷駆動信号PWMを増加させる場合であったが、目標電流指令値CInの低下に応じて負荷駆動信号PWMを低下させる場合についても、上記と同様の処理手順が採られる。但し、この場合には偏差CIn-ADnが負側になるため、ステップＳ１でのＹesの判定に基づき通常処理時電圧V1に相当する負荷駆動信号PWMが生成され続けて、負荷電流値Ifbが緩やかに増減するように制御される。この点は、後述する別例１～３についても同様である。

【0045】

このように期間ｔ3においては、例えば操作中のブームレバーの操作量が増加した場合に相当するため、ブーム６の傾動を迅速に速めることが要求される。そして、このときの制御状況は、ステップ的に増加した目標電流指令値CInに追従して負荷電流平均値ADnが急増する過渡状態にあるため、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnをより迅速に負荷駆動信号PWMに反映させることが、電磁比例弁１６の良好な制御応答性、ひいてはブーム６の良好な操作応答性につながる。

【0046】

このような状況において、本実施形態では、偏差CIn-ADnの増加に応じて負荷駆動電圧Vpwmが高電圧側に切り換えられ、電磁比例弁１６に高電圧の負荷駆動信号PWMが供給されるため、負荷電流値Ifbの増加側への変化率が大きくなる。このため、負荷電流値Ifbを目標電流指令値CInに追従して速やかに増加させて偏差CIn-ADnを迅速に減少でき、結果として電磁比例弁１６の制御応答性を向上できる。よって、例えば上記ブーム操作の例では、ブームレバーの操作に対応してブーム６の傾動を迅速に速めることができ、その操作応答性を向上することができる。

【0047】

また、このときの電磁比例弁１６は、開度を増加させるべくソレノイドの駆動力により停止中のスプールを移動させ始める作動状況にある。スプールの慣性質量や摺動抵抗等の影響により、負荷駆動信号PWMの立上がりに対してスプールの移動開始に遅れが生じる。このような動作遅れは、コイルに入力される負荷駆動信号PWMの電圧が高められることにより軽減され、この要因も電磁比例弁１６の制御応答性の向上に大きく貢献する。

【0048】

一方、期間ｔ1及び期間ｔ4においては、例えばブームレバーが所定の操作量に保持された場合に相当し、このときの制御状況は、ほぼ一定値CI1,CI2の目標電流指令値CInが設定され、その目標電流指令値CInの近傍に負荷電流平均値ADnが保たれた平衡状態にある。従って、ブーム６に良好な操作応答性は要求されず、それに伴って電磁比例弁１６に良好な制御応答性が要求されない状況と見なせる。

【0049】

本実施形態では、偏差CIn-ADnの減少に応じて負荷駆動信号PWMが低電圧側に切り換えられることから、負荷電流値Ifbが増減する際の変化率が低下する。このため電磁比例弁１６の制御応答性は低下するものの、元々良好な制御応答性が要求されない状況にあるため弊害は発生しない。例えば上記ブーム操作の例では、オペレータはブームレバーをほぼ一定の操作量に保持しているため、操作応答性が悪化している印象を受けることはない。

【0050】

そして、このように電磁比例弁１６に制御応答性が要求されない状況では、負荷駆動電圧Vpwmを低電圧側に切り換えている。このため、例えば制御応答性の観点から常に高電圧側の負荷駆動電圧Vpwmを選択した場合に比較して、電圧源２４の電力消費を低減することができる。加えて、負荷駆動回路２６は、PWM信号PWM_cに同期したスイッチング動作により発熱するが、低電圧側への負荷駆動電圧Vpwmの切換により発熱量を低減できるため、制御装置の信頼性を向上することができる。

【0051】

以上のように本実施形態の電磁比例弁１６の制御装置によれば、電磁比例弁１６の制御応答性が要求される状況では、負荷駆動信号PWMを生成する際の負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2を選択し、一方、電磁比例弁１６の制御応答性が要求されない状況では、負荷駆動電圧Vpwmとして通常処理時電圧V1を選択している。このため電磁比例弁１６の制御応答性の向上と、電圧源２４の電力消費の低減及び負荷駆動回路２６の発熱量の低減という相反する２つの要求を共に達成することができる。

【0052】

そして、以上の作用効果は、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnを負荷駆動電圧切換閾値Xvと比較し、その比較結果に応じて、負荷駆動信号PWMを生成する際の負荷駆動電圧Vpwmを切り換えるだけの簡単な処理により実現できる。即ち、本発明と同様に制御応答性の向上を目的とした特許文献１の技術では、燃料インジェクタを迅速に開弁させるべく電流制御に関するプロファイルを予め設定している。

【0053】

これを本実施形態の電磁比例弁１６に置き換えると、オペレータによる操作情報O_in、センサ情報S_in、負荷電流値Ifbのフィードバック情報等の多種多様のパラメータを反映して、電磁比例弁１６の電流制御に関するプロファイルを設定する必要が生じる。しかしながら、現実的には困難であり、仮に実現できたとしてもプロファイルの設定に多大な手間を要して製造コストを高騰させる要因になってしまう。本実施形態によれば、このような事前のプロファイルの設定が不要になることから、結果として電磁比例弁１６の制御装置の製造コストを低減することができる。

【0054】

一方、本実施形態では、負荷駆動回路２６に供給される負荷駆動電圧Vpwmを通常処理時電圧V1と高速処理時電圧V2との間で切換可能とし、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnを負荷駆動電圧切換閾値Xvと比較した結果に応じて、何れかを負荷駆動電圧Vpwmとして選択している。

【0055】

このため、単一の負荷駆動電圧Vpwmを適用する従来からの制御装置の構成に対して、僅かに仕様を変更するだけで本実施形態の制御装置を実施できる。詳しくは、電圧源２４からの電圧V1を電圧V2に昇圧する電圧変換回路３７、及び電圧V1,V2を切り換える負荷駆動電圧切換回路３６を追加すると共に、偏差CIn-ADnと負荷駆動電圧切換閾値Xvとの比較結果に応じて負荷駆動電圧Vpwmを選択する簡単な演算処理（電流値比較部３０、負荷駆動電圧切換信号生成部３８に相当））を追加するだけで実施でき、これにより上記した種々の作用効果を達成することができる。

【0056】

ところで上記実施形態では、負荷駆動信号PWMを生成する際の負荷駆動電圧Vpwmを通常処理時電圧V1と高速処理時電圧V2との２段階に切り換えたが、これに限るものではない。負荷駆動電圧Vpwmを多段階に切り換えてもよく、以下に３段階で切り換える実施形態を別例１として説明する。なお、この別例１及び後述する別例２，３では、実施形態と重複する説明を省略して相違点を重点的に述べるものとする。

【0057】

［別例１］
図７に示すように、この別例１では、電圧変換回路３７に加えて第２電圧変換回路４１を備えている。第２電圧変換回路４１は、電圧源２４から供給される電圧V1を、電圧変換回路３７により昇圧される高速処理時電圧V2よりも高い第２高速処理時電圧V3に昇圧して負荷駆動電圧切換回路３６に出力する。結果として、この別例１では負荷駆動電圧Vpwmが３段階に切り換えられ、そのために電流値比較部３０、負荷駆動電圧切換信号生成部３８、負荷駆動電圧切換回路３６の処理内容も実施形態と相違している。

【0058】

電流値比較部３０は、第１負荷駆動電圧切換閾値Xv1及び第２負荷駆動電圧切換閾値Xv2を内部変数として保持している。実施形態で述べた負荷駆動電圧切換閾値Xvが第２負荷駆動電圧切換閾値Xv2に相当し、第１負荷駆動電圧切換閾値Xv1はより大きな値に設定されている。

【0059】

電流値比較部３０は、図８に示す負荷駆動電圧設定ルーチンを実行し、まずステップＳ１１で目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnが第１負荷駆動電圧切換閾値Xv1未満であるか否かを判定する。判定がＹesのときにはステップＳ１２に移行し、偏差CIn-ADnが第２負荷駆動電圧切換閾値Xv2未満であるか否かを判定する。判定がＹesのときには、ステップＳ１３で負荷駆動電圧Vpwmとして通常処理時電圧V1を選択し、続くステップＳ３で通常処理時電圧V1の選択を表す電流比較信号Com_iを出力した後にルーチンを終了する。

【0060】

また、ステップＳ１２でＮoの判定を下したときには、ステップＳ１５で負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2を選択してステップＳ１４に移行する。また、ステップＳ１１でＮoの判定を下したときには、ステップＳ１６で負荷駆動電圧Vpwmとして第２高速処理時電圧V3を選択してステップＳ１４に移行する。

【0061】

一例を述べると、第１負荷駆動電圧切換閾値Xv1が目標電流指令値CInの20%に定められ、第２負荷駆動電圧切換閾値Xv2が目標電流指令値CInの10%に定められている場合、目標電流指令値CIn＝500mAのときには、第１負荷駆動電圧切換閾値Xv1=100mA、第２負荷駆動電圧切換閾値Xv2=50mAとなる。このとき負荷電流平均値ADn=100mAであった場合、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADn=400mAとなり、偏差CIn-ADnが第１負荷駆動電圧切換閾値Xv1以上であることから、負荷駆動電圧Vpwmとして第２高速処理時電圧V3が選択される。

【0062】

上記条件に基づくフィードバック制御の結果、負荷電流平均値ADnが増加してADn=420mAに達した時点では、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADn=80mAとなり、偏差CIn-ADnが第１負荷駆動電圧切換閾値Xv1未満で、且つ第２負荷駆動電圧切換閾値Xv2以上になることから、負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2が選択される。

【0063】

さらに、上記条件に基づくフィードバック制御の結果、負荷電流平均値ADnが増加してADn=490mAに達した時点では、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADn=10mAとなり、偏差CIn-ADnが第２負荷駆動電圧切換閾値Xv2未満になることから、負荷駆動電圧Vpwmとして通常処理時電圧V1が選択される。

【0064】

そして電流値比較部３０は、このようにして選択した負荷駆動電圧Vpwmを表す電流比較信号Com_iを負荷駆動電圧切換信号生成部３８に出力し、負荷駆動電圧切換信号生成部３８は、電流比較信号Com_iに基づき負荷駆動電圧切換信号SW_vを生成して負荷駆動電圧切換回路３６に出力する。従って、負荷駆動電圧切換信号SW_vに対応する負荷駆動電圧Vpwmが負荷駆動回路２６に入力され、負荷駆動回路２６のスイッチング動作によりPWM信号PWM_cが昇圧され、これにより生成された負荷駆動信号PWMが供給されて電磁比例弁１６が駆動される。

【0065】

従って、例えば実施形態で図６に基づき説明したブームレバーの操作量が増加した状況においては、まず、第２高速処理時電圧V3の適用により迅速に負荷駆動信号PWMを増減させ、これにより電磁比例弁１６の制御応答性を高める。そして、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnがある程度減少すると、高速処理時電圧V2に切り換えて、より緩やかに負荷駆動信号PWMを増加させる。

【0066】

オペレータがブームレバーの操作量を増加させ始めた当初には、電磁比例弁１６の良好な制御応答性により迅速に油圧ショベル１の動作が変化するため、操作応答性が良好である印象を与えることができる。そして、偏差CIn-ADnの減少に伴って操作応答性への影響が少なくなると負荷駆動電圧Vpwmが低下するため、電圧源２４の電力消費の低減、及び負荷駆動回路２６のスイッチング動作に起因する発熱量の低減を達成できる。よって、上記実施形態に比較して、相反する２つの要求をより高次元で達成することができる。

【0067】

ところで上記実施形態では、電圧源２４から供給される通常処理時電圧V1に加えて、電圧変換回路３７により通常処理時電圧V1を高速処理時電圧V2に昇圧して負荷駆動電圧Vpwmとして利用したが、これに限るものではない。例えば図９に示すように電圧変換回路３７を省略し、その代わりに通常処理時電圧V1よりも高い高速処理時電圧V2を供給する第２電圧源５１を設けてもよく、この場合でも実施形態と同様の作用効果を達成できる。無論、別例１の場合も同様である。

【0068】

また、電圧変換回路３７の機能は、電圧源２４からの電圧の昇圧に限るものではない。例えば、図４に示す構成において電圧源２４から高速処理時電圧V2を供給し、この高速処理時電圧V2を電圧変換回路３７により通常処理時電圧V1に降圧して負荷駆動電圧Vpwmとして利用してもよい。また図７に示す構成において、電圧源２４から第２高速処理時電圧V3を供給し、この第２高速処理時電圧V3を電圧変換回路３７により高速処理時電圧V2に降圧し、第２電圧変換回路４１により通常処理時電圧V1に降圧し、それぞれ負荷駆動電圧Vpwmとして利用してもよい。

【0069】

また、上記実施形態及び別例１では、演算処理部２５をマイクロコンピュータやFPGA（Field Programmable Gate Array）等で構成してディジタル信号で演算処理を行ったが、所期の制御を達成可能な構成であれば、これに限るものではなく、例えば演算処理部２５の一部或いは全てをアナログ回路として構成してもよい。

【0070】

また、上記実施形態及び別例１では、目標電流指令値CInに対する所定の割合として負荷駆動電圧切換閾値Xvを設定したが、これに限るものではない。例えば、電磁比例弁１６に供給される作動油の圧力や粘度に応じて、負荷駆動電圧切換閾値Xvを切り換えてもよい。作動油の圧力が上昇すれば、高圧の作動油に妨げられて電磁比例弁１６のスプールが移動し難くなり、寒冷地等で作動油の粘度が増加した場合も、同じく高粘度の作動油に妨げられて電磁比例弁１６のスプールが移動し難くなるため、何れの場合も制御応答性が低下する。

【0071】

そこで、各種センサ２０により検出された作動油の圧力及び粘度の何れかが予め設定された閾値以上の場合には、負荷駆動電圧切換判定値Xvを低下させて強制的に負荷駆動電圧Vpwmを高速処理時電圧V2に切り換えてもよい。これにより作動油に関する条件が悪化した状況であっても、所期の電磁比例弁１６の応答性を確保することができる。

【0072】

一方、上記実施形態及び別例１では、偏差CIn-ADnに応じて負荷駆動電圧Vpwmを通常処理時電圧V1と高速処理時電圧V2とで切り換えたが、加えてデューティ比を算出する際の制御ゲインGを切り換えてもよい。その目的は電磁比例弁１６の制御応答性のさらなる向上にあり、図４に示す実施形態の構成をベースとし、以下に別例２として説明する。

【0073】

［別例２］
電流値比較部３０は、図１０に示す負荷駆動電圧設定ルーチンを実行する。実施形態で述べた図５のルーチンに対してステップＳ２１，２２の処理が追加されており、ステップＳ４で負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2を選択すると、ステップＳ２１に移行する。ステップＳ２１では、通常処理時電圧V1から高速処理時電圧V2への切換から所定時間内であるか否か、換言すると、偏差CIn-ADn≧Xvに基づき負荷駆動信号PWMの迅速な増加が要求される状況に至ってから所定時間内であるか否かを判定する。判定がＮoのときには実施形態と同じくステップＳ３に移行し、高速処理時電圧V2の選択を表す電流比較信号Com_iを出力する。また、ステップＳ２１の判定がＹesのときにはステップＳ２２で予め設定された補正量に基づく制御ゲインGの増加補正を決定し、ステップＳ３では、ゲインGの増加補正を含めた電流比較信号Com_iを出力する。

【0074】

実施形態と同じく、電流比較信号Com_iに基づき負荷駆動電圧Vpwmが切り換えられる一方、電流比較信号Com_iが入力されたデューティ比算出部３３では、ゲインGの増加補正を受けて、予め設定された補正量により制御ゲインGを増加補正してデューティ比の算出処理に適用する。これにより、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnの絶対値｜CIn-ADn｜が同一であっても、前回制御時に比較してより大きなデューティ比MVnが算出される。従って、上記ブーム操作の例では、ブームレバーの操作量を増加させ始めた当初（所定時間内）において電磁比例弁１６の制御応答性が一層向上することから、オペレータにより操作応答性が良好な印象を与えることができる。

【0075】

なお、この別例２では、所定時間が経過するまで制御ゲインGを増加補正したが、これに限るものではない。例えば所定時間の代わりに、偏差CIn-ADn=0になるまで制御ゲインGの増加補正を継続してもよいし、制御ゲインGを増加補正する代わりに、所定時間に亘ってデューティ比を100％に保ってもよい。また、制御ゲインGを増加補正と組み合わせて、所定時間に亘ってデューティ比を100％に保ってもよい。

【0076】

ところで上記実施形態及び別例１，２では、負荷駆動信号PWMを生成する際の負荷駆動電圧Vpwmを切り換えることで種々の作用効果を達成したが、負荷駆動電圧Vpwmを切り換える機能は、油圧システムに異常が発生した場合（以下、単にシステム異常と称する場合もある）にも応用できる。以下、この発想を上記実施形態の油圧ショベル１に適用した場合を別例３として説明する。

【0077】

［別例３］
この別例３は、以下の知見に基づくものである。油圧システムに何らかの異常が発生した場合、操作装置１９への操作量に対応する正確な操作対象の動作が望めなくなる。しかし、このような双方の乖離は、負荷駆動電圧Vpwmの高電圧化により電磁比例弁１６の制御応答性を向上すれば縮小方向に変化する。電磁比例弁１６の制御応答性が向上すると、電磁比例弁１６からのパイロット圧の入力に応じて切り換えられるコントロール弁１７の制御応答性も向上する。そして、コントロール弁１７の切換に応じて油圧アクチュエータに作動油が供給されることから、油圧アクチュエータの制御応答性も向上するためである。

【0078】

このような知見に基づき、別例３では図１１のルーチンが実行される。図５に示す実施形態のルーチンに比較してステップＳ０の処理が追加されており、このステップＳ０の処理は、図３に示す異常判定部６１により実行される。異常判定部６１は、ステップＳ０で油圧システムの異常の有無を判定する。

【0079】

システム異常としては、作業フロント５のバケット８の爪先に生じるハンチングを挙げることができる。バケットシリンダ８ａに供給される作動油の圧力は種々の要因により変動しており、ハンチングとは、このときの圧力変動がバケット８の固有振動数と一致してバケット８の爪先を微小振動させる現象である。

【0080】

以下、バケット８のハンチングを例示して説明を続けると、バケットシリンダ８ａに供給される作動油の圧力は、例えば、バケットシリンダ８ａを駆動するコントロール弁１７に付設された圧力センサ２０（各種センサの１つのため、以下、部材番号２０を付す）により検出できる。そこで、ステップＳ０では、圧力センサ２０により検出された圧力の変動状態に基づき判定処理を行う。詳しくは、以下の２つの要件が共に成立したときにハンチング有りの判定を下す。
１）検出した圧力の変動波形が正弦波に近似すること。
２）検出した圧力の変動周期が予めバケット８の固有振動数を中心として設定された判定領域内にあること。

【0081】

これらの要件が成立せず、ハンチング無しとして図１１のステップＳ０でＮoの判定を下したときには、ステップＳ１に移行する。以降の処理では実施形態と同じく、偏差CIn-ADnと負荷駆動電圧切換閾値Xvとの比較に基づき負荷駆動電圧Vpwmが高速側と低速側との間で切り換えられる。
また、２つの要件が共に成立して、ハンチング有りとしてステップＳ０でＹesの判定を下したときには、ステップＳ４で高速処理時電圧V2を選択する。そして、何らかの要因でハンチングが解消されない限り、ステップＳ０でＹesの判定を下してステップＳ４の処理を継続する。従って、たとえ偏差CIn-ADnが負荷駆動電圧切換閾値Xv未満になったとしても、ステップＳ０の判定結果に基づき負荷駆動電圧Vpwmが高速側に保持される。

【0082】

以上の処理によりバケット８のハンチング発生時には、高速処理時電圧V2への切換により電磁比例弁１６の制御応答性が向上し、電磁比例弁１６からのパイロット圧により切換制御されるコントロール弁１７の制御応答性も向上する。そして、コントロール弁１７の切換に応じて作動油を供給される油圧アクチュエータの制御応答性も向上するため、システム異常による悪影響を軽減できる。例えば上記バケット８に生じたハンチングの場合には、バケットシリンダ８ａに作動油を供給するコントロール弁１７の制御応答性が向上し、これによりバケットシリンダ８ａの制御応答性が向上するため、ハンチングを軽減してより正常なバケット８の動作に近づけることができる。
なお、この別例３においてはシステム異常の発生時に、ステップＳ０の判定に基づき負荷駆動電圧Vpwmとして高速処理時電圧V2を選択したが、これに代えてステップＳ１の負荷駆動電圧切換閾値Xvを低下させてもよい。この場合でも高速処理時電圧V2が選択されるため、同様の作用効果を達成できる。

【0083】

また、この別例３の実施によりハンチング等の現象が軽減されるため、オペレータは異常発生を察知し難くなる。そこで、ステップＳ０で異常発生と判定した場合には、その旨を警告灯や音声案内等でオペレータに報知するようにしてもよい。報知に基づきオペレータはシステム異常の発生を認識し、例えば重大な異常の場合には油圧ショベル１の稼働を中止する等のしかるべき対処を行うことができる。

【0084】

また、この別例３ではシステム異常の一例として、バケットシリンダ８ａに供給される作動油の圧力に基づきバケット８のハンチングを説明したが、これに限るものではなく、システム異常は種々のセンサ情報から判定できる。例えば油圧ショベル１に関しては、各種センサ２０により検出される圧力、位置、角度或いは慣性等の検出情報、さらには、それらを組み合わせた情報に基づき、油圧ショベルに発生する種々のシステム異常を判定できる。そして、異常有りと判定したときには、この別例と同様に負荷駆動電圧Vpwmを高速側に切り換えることによりシステム異常を軽減することができる。

【0085】

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態及び別例１～３では、油圧ショベル１に搭載された電磁比例弁１６の制御装置に具体化したが、本発明の電磁弁はこれに限るものではない。負荷駆動信号PWMの供給によりソレノイドのコイルを励磁して、その開度を連続的に変化させる電磁弁であれば任意に変更可能であり、例えば、エンジンに設けられた燃料噴射用の燃料インジェクタに適用してもよい。また、対象となる分野についても建設機械に限るものではなく、自動車や産業機械等の種々の分野で使用される電磁弁に任意に適用することができる。

【0086】

また上記実施形態及び各別例では、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnを負荷駆動電圧切換閾値Xv,Xv1,Xv2と比較した結果に基づき、複数の電圧V1～V3の中から負荷駆動電圧Vpwmを選択したが、これに限るものではない。例えば電圧源２４からの電圧V1を電圧変換回路により昇圧または降圧して任意の電圧に可変可能とする一方、電流値比較部３０では偏差CIn-ADnに応じて無段階で負荷駆動電圧Vpwmを設定し、その負荷駆動電圧Vpwmを電圧変換回路から負荷駆動回路２６に出力するように構成してもよい。

【0087】

また上記実施形態及び各別例では、目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの偏差CIn-ADnを指標として負荷駆動電圧Vpwmを切り換えたが、これに限るものではない。目標電流指令値CInと負荷電流平均値ADnとの乖離状態を反映した指標であれば任意に変更可能であり、例えば、その指標と負荷駆動電圧Vpwmとの関係を予め設定しておき、指標から負荷駆動電圧Vpwmを求めてもよい。

【符号の説明】

【0088】

１ 油圧ショベル（建設機械）
３ａ 走行用油圧モータ（油圧アクチュエータ）
４ａ 旋回用油圧モータ（油圧アクチュエータ）
６ａ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
７ａ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
８ バケット
８ａ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
１６ 電磁比例弁（電磁弁）
１６ａ ソレノイド
１７ コントロール弁
２４ 電圧源
２６ 負荷駆動回路
２７ 負荷電流検出回路
３０ 電流値比較部
３３ デューティ比算出部
３５ PWM信号生成部
３６ 負荷駆動電圧切換回路
３７ 電圧変換回路
３８ 負荷駆動電圧切換信号生成部
４１ 第２電圧変換回路
５１ 第２電圧源
６１ 異常判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】