特許 7610023 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】

(24)【登録日】2024-12-23

(45)【発行日】2025-01-07

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20241224BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20241224BHJP

   F15B 11/042 20060101ALI20241224BHJP

   F15B 11/02 20060101ALI20241224BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 E

E02F9/20 M

E02F9/20 D

F15B11/042

F15B11/02 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023551031

(86)(22)【出願日】2022-03-11

(86)【国際出願番号】 JP2022011142

(87)【国際公開番号】W WO2023053502

(87)【国際公開日】2023-04-06

【審査請求日】2023-09-06

(31)【優先権主張番号】P 2021162384

(32)【優先日】2021-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】▲高▼川 直也

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 賢人

(72)【発明者】

【氏名】金濱 充彦

(72)【発明者】

【氏名】天野 裕昭

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 涼介

【審査官】小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０３３８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５７５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４２７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１４５００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２３１９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１８１８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１９５６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２２

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｆ１５Ｂ １１／０４２

Ｆ１５Ｂ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動する油圧アクチュエータと、
前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、
前記油圧アクチュエータの駆動により動作する被駆動部材と、
前記被駆動部材の動作を指示する操作信号を出力する操作装置と、
前記被駆動部材の動作情報を検出する第１検出装置と、
前記方向制御弁を介して前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量に関係する情報を検出する第２検出装置と、
前記油圧ポンプ及び前記方向制御弁の駆動を制御するコントローラとを備えた作業機械において、
前記コントローラは、
前記操作装置の操作信号を基に前記油圧アクチュエータの要求速度を演算し、
前記第１検出装置の検出値を基に推定される前記油圧アクチュエータの速度を第１推定速度として演算し、
前記第２検出装置の検出値を基に推定される前記油圧アクチュエータの速度を第２推定速度として演算し、
前記第１推定速度と前記第２推定速度とを前記油圧アクチュエータの駆動状態に応じて調停することで調停速度を演算し、
前記要求速度と前記調停速度の偏差に基づいて前記油圧ポンプ及び前記方向制御弁の駆動を制御するように構成され、
前記コントローラの前記調停速度の演算は、
前記第１推定速度を基に前記油圧アクチュエータの駆動状態が動き出しの状態であると判定可能な場合には、前記第２推定速度に対する影響度が前記第１推定速度に対する影響度よりも大きくなるように調停する一方、
前記第１推定速度を基に前記油圧アクチュエータの駆動状態が所定の状態を超えて定常状態に近づいていると判定可能な場合には、前記第１推定速度に対する影響度が前記第２推定速度に対する影響度よりも大きくなるように調停するものである
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、
前記コントローラの前記調停速度の演算は、前記第２推定速度に対する前記第１推定速度の乖離の度合いが大きくなるにつれて、前記第２推定速度に対する影響度が大きくなる一方、前記第１推定速度に対する影響度が相対的に小さくなるように調停するものである
ことを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項２に記載の作業機械において、
前記コントローラの前記調停速度の演算は、前記要求速度に対する前記第１推定速度の乖離の度合いが小さくなるにつれて、前記第１推定速度に対する影響度が大きくなる一方、前記第２推定速度に対する影響度が相対的に小さくなるように調停するものである
ことを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項１に記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記第１推定速度および前記第２推定速度のいずれかに一方に切り替えるように調停することで前記調停速度を演算するように構成され、
前記コントローラの前記調停速度の演算は、
前記油圧アクチュエータの加速時に前記第１推定速度が閾値よりも小さい場合又は前記油圧アクチュエータの減速時に前記第１推定速度が閾値よりも大きい場合には、前記第２推定速度を前記調停速度として算出する一方、
前記油圧アクチュエータの加速時に前記第１推定速度が閾値以上の場合又は前記油圧アクチュエータの減速時に前記第１推定速度が閾値以下の場合には、前記第１推定速度を前記調停速度として算出するものであり、
前記閾値は、前記要求速度に対する所定の割合の値として設定されている
ことを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項４に記載の作業機械において、
前記コントローラの前記調停速度の演算は、前記第１推定速度と前記第２推定速度の切替えの前後の変化量を制限する
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、作業機械に係り、更に詳しくは、油圧アクチュエータの駆動を制御する作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベルなどの作業機械では、ブームやアーム、バケットなどの複数の被駆動部材（リンク部材）を連結することで構成された作業装置を複数の油圧アクチュエータによって駆動している。油圧ショベルの作業効率を向上させる技術として、情報化通信技術を用いて作業装置を自動的又は半自動的に動作させて仕上げ掘削等の作業を行う情報化施工システムが知られている。情報化施工システムでは、設計面に対する施工面の仕上げ精度を高めるために、作業装置のバケット先端（爪先）を正確に制御することが求められている。そのため、油圧ショベルでは、作業装置を動作させる各油圧アクチュエータの駆動速度や各油圧アクチュエータに流入する圧油の流量（以下、メータイン流量と称することがある）を高精度に制御する必要がある。

【0003】

作業装置の動作を高精度に制御するための手法の一例として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の建設機械においては、作業装置の各部材（ブームやアームなど）の速度や角度、位置などを計測するセンサの実測値から得られた作業装置の合成重心の運動状態量（速度や位置）及びセンサよって計測された各油圧アクチュエータのストローク長や圧力などの実測値から得られた油圧アクチュエータの駆動トルクを用いてフィードバック制御を行うことで、作業装置の合成重心の運動状態量が目標値に追従するように制御されている。

【0004】

また、作業装置の動作を高精度に制御するための手法の別の例として、例えば、特許文献２に記載の技術が知られている。特許文献２に記載のショベルにおいては、油圧ポンプから油圧アクチュエータへ流れる作動油の流量を制御する制御弁に取り付けられたスプール変位センサによって検出された制御弁のスプールの変位を用いて制御弁を通過する作動油の流量（通過流量）を推定し、制御弁の通過流量の推定値をフィードバックすることで、制御弁の通過流量（すなわち、油圧アクチュエータのメータイン流量）が目標値に追従するように制御されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－０３３８１５号公報

【文献】特開２０１９－１５７５２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の建設機械の制御のように、作業装置の速度や角度、位置などを計測するセンサ（例えば、作業装置の姿勢を検出可能な姿勢センサ）の実測値から直接的に導き出される油圧アクチュエータの速度をフィードバックすることで油圧アクチュエータの速度を目標値に追従させる制御を実行する場合、原理的に、油圧アクチュエータ（作業装置）の実際の駆動状態に応じて制御量（補正量）を決定するものである。このため、操作装置に操作量が大きく立ち上がりの早い操作が入力されると、作業装置の動き出しのときに、作業装置の慣性に起因した油圧アクチュエータの応答遅れの影響などによってセンサの実測値から得られる油圧アクチュエータの速度が操作装置の操作量に応じた目標値から大きく乖離してしまう。この場合、フィードバック制御の補正量が過大になって油圧アクチュエータの飛び出しやハンチングが起こり易くなる。すなわち、センサの実測値から直接的に導出される油圧アクチュエータの速度をフィードバックする場合、油圧アクチュエータの動き出しなど、フィードバックした油圧アクチュエータの速度が目標値から大きく乖離している状況では、油圧アクチュエータの制御の安定性が損なわれる懸念がある。

【0007】

それに対して、特許文献２に記載のショベルの制御のように、スプール変位センサの検出値を基に推定した制御弁の通過流量（油圧アクチュエータのメータイン流量）をフィードバックすることでメータイン流量を目標値に追従させる制御を実行する場合、油圧アクチュエータのこれからの駆動状態を予測して制御量（補正量）を決定可能である。このため、操作量が大きく立ち上がりの早い操作が入力されても、油圧アクチュエータが実際に動き出す前にメータイン流量を補正することが可能であり、特許文献１に記載の制御の場合よりも油圧アクチュエータの飛び出しやハンチングの抑制が可能である。

【0008】

しかし、スプール変位センサの検出値を用いた制御弁の通過流量（油圧アクチュエータのメータイン流量）の推定値は、流体力学的な関係式などを利用するので、油温やキャビテーションなどの外乱及びセンサの検出精度の影響によって推定精度の低下を招きやすい。このため、スプール変位センサの検出値を基に推定した油圧アクチュエータのメータイン流量を用いるフィードバック制御の精度は、油圧アクチュエータの実際の駆動状態が目標値に接近すると、特許文献１に記載の制御のようにセンサの実測値から直接的に得られる油圧アクチュエータの速度を用いるフィードバック制御の精度よりも劣る傾向にある。

【0009】

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、油圧アクチュエータの動き出し時における制御の安定性を確保しつつ、油圧アクチュエータの高精度な制御を可能とする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】

【0010】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいる。その一例を挙げるならば、圧油を吐出する油圧ポンプと、前記油圧ポンプから供給される圧油により駆動する油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、前記油圧アクチュエータの駆動により動作する被駆動部材と、前記被駆動部材の動作を指示する操作信号を出力する操作装置と、前記被駆動部材の動作情報を検出する第１検出装置と、前記方向制御弁を介して前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量に関係する情報を検出する第２検出装置と、前記油圧ポンプ及び前記方向制御弁の駆動を制御するコントローラとを備えた作業機械において、前記コントローラは、前記操作装置の操作信号を基に前記油圧アクチュエータの要求速度を演算し、前記第１検出装置の検出値を基に推定される前記油圧アクチュエータの速度を第１推定速度として演算し、前記第２検出装置の検出値を基に推定される前記油圧アクチュエータの速度を第２推定速度として演算し、前記第１推定速度と前記第２推定速度とを前記油圧アクチュエータの駆動状態に応じて調停することで調停速度を演算し、前記要求速度と前記調停速度の偏差に基づいて前記油圧ポンプ及び前記方向制御弁の駆動を制御するように構成され、前記コントローラの前記調停速度の演算は、前記第１推定速度を基に前記油圧アクチュエータの駆動状態が動き出しの状態であると判定可能な場合には、前記第２推定速度に対する影響度が前記第１推定速度に対する影響度よりも大きくなるように調停する一方、前記第１推定速度を基に前記油圧アクチュエータの駆動状態が所定の状態を超えて定常状態に近づいていると判定可能な場合には、前記第１推定速度に対する影響度が前記第２推定速度に対する影響度よりも大きくなるように調停するものであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、油圧アクチュエータの駆動状態が動き出しのときには、油圧アクチュエータのこれからの駆動状態を予測した第２推定速度を用いて油圧アクチュエータの駆動を制御するので、被駆動部材の慣性に起因した油圧アクチュエータの応答遅れの影響による油圧アクチュエータの飛び出しやハンチングを抑制することができる。また、油圧アクチュエータの駆動が定常状態に近づいているときには、油圧アクチュエータの実際の駆動状態を基に導き出される第１推定速度を用いて油圧アクチュエータの駆動を制御するので、第１推定速度よりも推定精度に劣る第２推定速度を用いる場合よりも油圧アクチュエータの駆動を高精度に制御することができる。すなわち、油圧アクチュエータの動き出し時における制御の安定性を確保しつつ、油圧アクチュエータの高精度な制御が可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の作業機械の第１の実施の形態としての油圧ショベルを示す外観図である。

【図2】本発明の作業機械の第１の実施の形態が備える油圧システムを示す回路図である。

【図3】図２に示す本発明の作業機械の第１の実施の形態の油圧システムを制御するコントローラの機能ブロック図である。

【図4】図３に示す本発明の作業機械の第１の実施の形態のコントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。

【図5】本発明の作業機械の第１の実施の形態における操作装置の入力に対するコントローラによる油圧アクチュエータの各種の推定速度の演算結果の時間変化の一例を示す図である。

【図6】本発明の作業機械の第２の実施の形態を構成するコントローラの機能ブロック図である。

【図7】図６に示す本発明の作業機械の第２の実施の形態のコントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。

【図8】本発明の作業機械の第２の実施の形態における操作装置の入力に対するコントローラによる油圧アクチュエータの各種の推定速度の演算結果の時間変化の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の作業機械の実施の形態について図面を用いて説明する。本実施の形態においては、作業機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の作業機械の第１の実施の形態としての油圧ショベルの概略構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の作業機械の第１の実施の形態としての油圧ショベルを示す外観図である。ここでは、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。

【0014】

図１において、作業機械としての油圧ショベルは、自走可能な下部走行体１と、下部走行体１上に旋回可能に搭載された上部旋回体２と、上部旋回体２の前部に俯仰動可能に設けられたフロント作業装置３とを備えている。上部旋回体２は、油圧アクチュエータである旋回油圧モータを含む旋回装置４によって下部走行体１に対して旋回駆動されるように構成されている。なお、上部旋回体２は、油圧ショベルの機体を構成している。

【0015】

下部走行体１は、例えば、左右両側にクローラ式の走行装置１１（図１中、左側のみ図示）を有している。左右の走行装置１１はそれぞれ、油圧アクチュエータである走行油圧モータ１２によって走行動作する。

【0016】

上部旋回体２は、下部走行体１上に旋回可能に搭載された支持構造体としての旋回フレーム１４と、旋回フレーム１４上の左前側に設置されたキャブ１５と、旋回フレーム１４の後端部に設けられたカウンタウェイト１６と、キャブ１５とカウンタウェイト１６の間に設けられた機械室１７とを含んで構成されている。キャブ１５内には、オペレータが着座する運転席（図示せず）や後述の操作装置５８（後述の図２参照）などが配置されている。カウンタウェイト１６は、フロント作業装置３と重量バランスをとるためのものである。機械室１７は、原動機（図示せず）、後述の油圧ポンプ３１（後述の図２参照）、後述の制御弁３３２（後述の図２参照）を含む制御弁ユニット３３などの各種の機器を収容している。

【0017】

フロント作業装置３は、掘削作業等の各種作業を行うためのものであり、例えば、複数の被駆動部材を垂直方向に回動可能に連結することで構成された多関節型の作業装置である。複数の被駆動部材は、例えば、ブーム１９、アーム２０、作業具としてのバケット２１とで構成されている。ブーム１９は、その基端部が上部旋回体２の旋回フレーム１４の前部に上下方向に回動可能に支持されている。ブーム１９の先端部には、アーム２０の基端部が上下方向に回動可能に支持されている。アーム２０の先端部には、バケット２１の基端部が上下方向に回動可能に支持されている。ブーム１９、アーム２０、バケット２１はそれぞれ、油圧アクチュエータであるブームシリンダ２２、アームシリンダ２３、バケットシリンダ２４の駆動によって動作する。

【0018】

上部旋回体２には、上部旋回体２（機体）の姿勢に関する物理量（姿勢情報）を検出する第１姿勢検出装置２６及び上部旋回体２の旋回速度や旋回角を検出する第２姿勢検出装置２７が設置されている。第１姿勢検出装置２６は、例えば、上部旋回体２（機体）の姿勢に関する物理量として、上部旋回体２の前後方向への傾き（ピッチ角）及び上部旋回体２の左右方向（幅方向）への傾き（ロール角）を検出するものである。第１姿勢検出装置２６及び第２姿勢検出装置２７は、例えば、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit：ＩＭＵ）で構成されている。第１姿勢検出装置２６及び第２姿勢検出装置２７は、検出値に応じた検出信号を後述のコントローラ６０（後述の図２を参照）へ出力する。

【0019】

フロント作業装置３には、フロント作業装置３の姿勢に関する物理量（姿勢情報）及び動作状態に関する物理量（動作情報）を検出する第３姿勢検出装置２８が設置されている。第３姿勢検出装置２８は、フロント作業装置３の構成部材であるブーム１９、アーム２０、バケット２１の姿勢に関する物理量（姿勢情報）及び動作状態に関する物理量（動作情報）をそれぞれ検出する複数の姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃによって構成されている。各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ）で構成されている。第３姿勢検出装置２８（姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ）は、検出値に応じた検出信号を後述のコントローラ６０（後述の図２参照）へ出力する。なお、第３姿勢検出装置２８を構成する各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、フロント作業装置３の被駆動部材１９、２０、２１の姿勢情報及び動作情報を検出可能であればよく、傾斜センサや角度センサ、ストロークセンサなどで構成することも可能である。第３姿勢検出装置２８の各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、請求項に記載の「被駆動部材の動作情報を検出する第１検出装置」に相当するものである。

【0020】

次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態に搭載された油圧システムの構成について図２を用いて説明する。図２は本発明の作業機械の第１の実施の形態が備える油圧システムを示す回路図である。

【0021】

図２において、油圧ショベルは、下部走行体１、上部旋回体２、フロント作業装置３（共に図１を参照）を油圧によって動作させる油圧システム３０を備えている。なお、図２では、フロント作業装置３のブーム１９を動作させるブームシリンダ２２に関する油圧回路のみが示されており、それ以外の走行装置１１を動作させる走行油圧モータ１２、上部旋回体２を旋回動作させる旋回油圧モータ（旋回装置４）、フロント作業装置３のアーム２０やバケット２１を動作させるアームシリンダ２３やバケットシリンダ２４に関する油圧回路は省略されている。また、後述の操作装置５８の非操作時に油圧ポンプ３１の吐出流量を後述の作動油タンク３６へ排出するブリードオフ弁や各種機器など本発明の関係しないものは省略されている。

【0022】

油圧システム３０は、原動機（図示せず）により駆動されて圧油を吐出する油圧ポンプ３１と、油圧ポンプ３１から供給される圧油により駆動してブーム１９を動作させる油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）と、油圧ポンプ３１から油圧アクチュエータ３２に供給される圧油の流れ（方向や流量）を制御する方向制御弁３３２とを備えている。原動機は、例えば、エンジンや電動モータである。

【0023】

油圧ポンプ３１は、例えば、可変容量式のポンプであり、ポンプ容積を調整するレギュレータを有している。レギュレータは、例えば、コントローラ６０の指令信号に応じてポンプ容積を調整するものであり、後述のパイロット油圧回路４０から流量指令信号としてのパイロット圧が入力される流量指令圧ポート３１ａを含んでいる。

【0024】

ブームシリンダ２２用の方向制御弁３３２は、制御弁ユニット３３（図１参照）の一部を構成している。すなわち、制御弁ユニット３３は、各油圧アクチュエータ１２、２２、２３、２４への圧油の流れ（方向や流量）を制御する方向制御弁の集合体である。方向制御弁３３２は、例えば、油圧パイロット式のものであり、両側に一対の指令圧ポート３３２ａ、３３２ｂを有している。方向制御弁３３２は、後述のパイロット油圧回路４０で生成されたパイロット２次圧が一対の指令圧ポート３３２ａ、３３２ｂに入力されることで、その駆動（切換方向及びストローク量）が制御される。

【0025】

方向制御弁３３２は、ポンプライン３７を介して油圧ポンプ３１の吐出側と接続されている。方向制御弁３３２は、また、アクチュエータライン３８、３８を介して油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）に接続されている。

【0026】

ポンプライン３７は、ポンプライン３７から分岐するリリーフライン３９を介して作動油タンク３６に接続されている。リリーフライン３９上には、リリーフ弁３５が設けられている。リリーフ弁３５は、油圧ポンプ３１の吐出圧（メイン油圧回路）の上限を規定するものであり、油圧ポンプ３１の吐出圧が設定圧を超えると開弁するように構成されている。

【0027】

ポンプライン３７上には、チェック弁３４が設けられている。チェック弁３４は、油圧ポンプ３１から方向制御弁３３２への圧油の流れを許容する一方、方向制御弁３３２から油圧ポンプ３１への圧油の流れを阻止するように構成されている。すなわち、チェック弁３４は、アクチュエータライン３８、３８からポンプライン３７への圧油の逆流を防止するものである。

【0028】

ポンプライン３７上には、油圧ポンプ３１の吐出圧を検出する第１圧力センサ５１が設けられている。第１圧力センサ５１は、検出した油圧ポンプ３１の吐出圧に応じた圧力検出信号Ｐｐをコントローラ６０へ出力する。

【0029】

アクチュエータライン３８、３８上にはそれぞれ、油圧アクチュエータ３２の圧力（ブームシリンダ２２の駆動圧力）を検出する第２圧力センサ５２、５３が設けられている。第２圧力センサ５２、５３は、検出した油圧アクチュエータ３２の圧力に応じた圧力検出信号Ｐｓをコントローラ６０へ出力する。

【0030】

油圧システム３０は、制御弁ユニット３３を構成する油圧パイロット式の各方向制御弁の駆動（切換方向やストローク量）制御及び油圧ポンプ３１のポンプ容積の調整のためのパイロット油圧回路４０を更に備えている。パイロット油圧回路４０は、パイロット油圧源であるパイロットポンプ４１と、パイロットポンプ４１の吐出圧（パイロット１次圧）をコントローラ６０からの第１弁指令信号Ｃｐに応じて減圧して油圧ポンプ３１のレギュレータの流量指令圧ポート３１ａに入力するパイロット２次圧を生成する第１電磁比例弁４３と、パイロットポンプ４１の吐出圧（パイロット１次圧）をコントローラ６０からの第２弁指令信号Ｃｖに応じて減圧して方向制御弁３３２の指令圧ポート３３２ａ、３３２ｂに入力するパイロット２次圧を生成する第２電磁比例弁４４、４５とを備えている。第１電磁比例弁４３及び第２電磁比例弁４４、４５を含む複数の電磁比例弁の集合体が電磁弁ユニット４２を構成している。

【0031】

パイロットポンプ４１は、油圧ポンプ３１のレギュレータや方向制御弁３３２に入力するパイロット２次圧の元圧であるパイロット１次圧を生成するものであり、原動機（図示せず）によって駆動される。パイロットポンプ４１は、例えば、固定容量型のポンプである。パイロットポンプ４１は、パイロットライン４８を介して第１電磁比例弁４３及び第２電磁比例弁４４、４５を含む電磁弁ユニット４２に接続されている。パイロットライン４８は、パイロットリリーフ弁４７を介して作動油タンク３６に接続されている。パイロットリリーフ弁４７は、パイロットポンプ４１の吐出圧（パイロット１次圧）が設定圧を超えると開弁するように構成されており、パイロット１次圧を設定圧に維持するためのものである。

【0032】

第１電磁比例弁４３の出力側は、油圧ポンプ３１のレギュレータの流量指令圧ポート３１ａに接続されている。第２電磁比例弁４４、４５の出力側はそれぞれ、方向制御弁３３２の指令圧ポート３３２ａ、３３２ｂに接続されている。第１電磁比例弁４３及び第２電磁比例弁４４、４５は、パイロットライン４９を介して作動油タンク３６に接続されている。

【0033】

第１電磁比例弁４３のソレノイド部４３ａは、コントローラ６０に電気的に接続されており、コントローラ６０からの第１弁指令信号Ｃｐが入力される。第２電磁比例弁４４、４５のソレノイド部４４ａ、４５ａは、コントローラ６０に電気的に接続されており、コントローラ６０からの第２弁指令信号Ｃｖが入力される。コントローラ６０から第２電磁比例弁４４、４５のソレノイド部４４ａ、４５ａへの第２弁指令信号Ｃｖとしての電流を検出する電流センサ５５、５６が設けられている。

【0034】

コントローラ６０には、フロント作業装置３の被駆動部材であるブーム１９などの動作を指示する操作装置５８が電気的に接続されている。操作装置５８は、例えば、電気式のものであり、入力された操作量及び操作方向に応じた操作信号を電気信号としてコントローラ６０へ出力する。操作装置５８は、例えば、操作レバー装置であり、オペレータにより把持される操作レバー５８ａと、操作レバー５８ａの操作方向および操作量を検出して検出値に応じた操作信号を電気信号として生成する電気信号生成部５８ｂとを有している。

【0035】

コントローラ６０は、操作装置５８からの操作信号（電気信号）及び各センサ２８ａ（２８）、５１、５２、５３、５５、５６からの検出信号（検出値）に基づき各電磁比例弁４３、４４、４５の開度を制御することで、最終的に油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の駆動を制御するものである。

【0036】

次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態の一部を構成するコントローラの機能について図３を用いて説明する。図３は図２に示す本発明の作業機械の第１の実施の形態の油圧システムを制御するコントローラの機能ブロック図である。

【0037】

図３において、コントローラ６０は、ハード構成として例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶装置６１と、ＣＰＵやＭＰＵ等からなる処理装置６２とを備えている。記憶装置６１には、油圧ポンプ３１のポンプ容積（ポンプ流量）及び方向制御弁３３２の駆動を制御するために必要なプラグラムや各種情報が予め記憶されている。処理装置６２は、記憶装置６１からプログラムや各種情報を適宜読み込み、当該プログラムに従って処理を実行することで各種機能を実現する。本実施の形態のコントローラ６０の特徴は、概略すると、ブームシリンダ２２、アームシリンダ２３、バケットシリンダ２４の各油圧アクチュエータの速度を２種類の手法を用いて推定し、２つの推定速度を各油圧アクチュエータの駆動状態に応じて調停することで調停された速度である調停速度を演算し、演算結果の調停速度を基にフィードバック制御を行うことで、各油圧アクチュエータの駆動制御（速度制御）を行うものである。なお、ここでは、ブームシリンダ２２（油圧アクチュエータ３２）の駆動制御（速度制御）のみについて説明するが、アームシリンダ２３やバケットシリンダ２４の駆動制御（速度制御）の場合も同様であるので、その説明は省略する。「調停」とは、信号調停と同義であって、一方の速度を他方の速度に対し相対的に大きくし、他方の速度を一方の速度に対し相対的に小さく調整することを意味する。

【0038】

コントローラ６０は、処理装置６２により実行される機能として、要求速度演算部７１、第１推定速度演算部７２、第２推定速度演算部７３、推定速度調停部７４、フィードバック制御器（以下、ＦＢ制御器を称することがある）７６、ポンプ目標流量演算部７７、ポンプ流量制御部７８、方向制御弁制御部７９を備えている。

【0039】

要求速度演算部７１は、操作装置５８からの操作信号Ｌを取り込み、取り込んだ操作信号Ｌに基づいて油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の要求速度Ｖｓ＿Ｒを演算する。要求速度演算部７１は、例えば、操作装置５８の操作量と油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）の速度との対応関係を予め規定した特性テーブルを用いることで、要求速度Ｖｓ＿Ｒの演算が可能である。演算結果の要求速度Ｖｓ＿Ｒは、ＦＢ制御器７６による後述のフィードバック制御の演算に用いられる。

【0040】

第１推定速度演算部７２は、フロント作業装置３を構成するブーム１９、アーム２０、バケット２１の姿勢情報及び動作情報を検出する第３姿勢検出装置２８の各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃの検出値Ｓｉを取り込み、取り込んだ各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃの検出値Ｓｉを基に、ブーム１９を動作させるブームシリンダ２２の駆動速度を第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１として推定するものである。

【0041】

各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃはフロント作業装置３の被駆動部材１９、２０、２１の実際の動作状態を検出するものなので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は、各被駆動部材１９、２０、２１と各油圧アクチュエータ（ブームシリンダ２２、アームシリンダ２３、バケットシリンダ２４）との幾何学的な関係から、被駆動部材１９、２０、２１の実際の動作状態を基に直接的に各油圧アクチュエータの駆動速度を算出した値となる。したがって、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の実際の駆動状態（駆動速度）を高精度に推定した値となる。逆に、各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃは、フロント作業装置３の各被駆動部材１９、２０、２１が実際に動き出すまでは停止状態の動作情報を出力するので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は各被駆動部材１９、２０、２１が実際に動き出すまでゼロの推定値となる。このため、各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃの検出値から推定される第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を基に、フロント作業装置３の各被駆動部材１９、２０、２１の動作を予測して制御指令を適切に調整することは不可能である。

【0042】

第２推定速度演算部７３は、第１圧力センサ５１の検出値Ｐｐ（油圧ポンプ３１の吐出圧）、第２圧力センサ５２、５３の検出値Ｐｓ（油圧アクチュエータ３２の圧力）、電流センサ５５、５６の検出値Ｉｖ（第２電磁比例弁４４、４５への第２弁指令信号としての電流値）を取り込み、取り込んだ各センサ５１、５２、５３、５５、５６の検出値を基に油圧アクチュエータ３２のそれぞれの駆動速度を第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２として推定するものである。油圧ポンプ３１の吐出圧（第１圧力センサ５１の検出値Ｐｐ）と油圧アクチュエータ３２の圧力（第２圧力センサ５２、５３の検出値Ｐｓ）との差分から方向制御弁３３２の前後差圧を推定可能である。また、第２電磁比例弁４４、４５への電流値を基に方向制御弁３３２の開口度（開口面積）を推定可能である。方向制御弁３３２の前後差圧及び開口面積から流体力学的な関係式を用いることで方向制御弁３３２から油圧アクチュエータ３２へ流れる圧油の流量を推定することが可能である。

【0043】

具体的には、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２は、例えば、以下の式（１）を用いて演算される。

【0044】

【数1】

【0045】

ここで、Ｃｄは流量係数、Ａｖは各方向制御弁３３２の開口面積、Ａｓは各油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の受圧面積、ΔＰは各方向制御弁３３２の前後差圧、ρは作動油の密度を示している。流量係数Ｃｄ、作動油の密度ρ、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の受圧面積Ａｓは、予め記憶装置６１に記憶されている。

【0046】

第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２は、方向制御弁３３２から油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）に供給される圧油の流量（メータイン流量）から予測される油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の駆動速度となる。つまり、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２は、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の実際の駆動状態を基に推定するものではなく、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）のこれから起こりうる駆動状態を予測した推定値である。このため、方向制御弁３３２に関連する各センサ５１、５２、５３、５５、５６の検出値から推定する第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を基に、フロント作業装置３の各被駆動部材１９、２０、２１の動作を予測して制御指令を適切に調整することが可能である。ただし、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２は、流体力学的な関係式を用いることで得られる推定値なので、油温やキャビテーションなどの外乱及びセンサの検出精度の影響によって推定精度の低下を招きやすい。このため、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２は、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に比べると、推定精度が劣る傾向にある。

【0047】

なお、本実施の形態においては、第１圧力センサ５１及び第２圧力センサ５２、５３並びに電流センサ５５、５６が方向制御弁３３２を介して油圧アクチュエータ３２に供給される圧油の流量に関係する情報を検出する検出装置を構成する。当該検出装置を細分化すると、第１圧力センサ５１及び第２圧力センサ５２、５３が方向制御弁３３２の前後差圧に関する物理量を検出する検出器を構成する。また、電流センサ５５、５６が方向制御弁３３２の開口面積に関する物理量を検出する検出器を構成する。

【0048】

推定速度調停部７４は、第１推定速度演算部７２の演算結果である油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１、及び、第２推定速度演算部７３の演算結果である油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を用いて油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する。推定速度調停部７４は、上述した第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の特性及び第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の特性を踏まえて、油圧アクチュエータ３２の駆動状態に応じて第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を調停することで調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する。

【0049】

概略すると、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の動き出しのときには、フロント作業装置３（ブーム１９）の慣性に起因した油圧アクチュエータ３２の応答遅れの影響による制御の不安定性（ハンチングなど）を抑制するために、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重み付けが第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重み付けよりも大きくなるように調停を行う。ここで、「重み付け」とは影響度もしくは優先度と同義である。また、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の駆動状態が動き出しの状態から移行して所定の状態を超えて定常状態に近づいている場合には、油圧アクチュエータ３２の推定速度の精度を高めるために、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重み付けを大きくする一方、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重み付けを相対的に小さくする調停を行う。このような調停を行うにより、油圧アクチュエータ３２が動き出しのときや所定の状態よりも定常状態に近づくときなど、油圧アクチュエータ３２の駆動状態に応じてフィードバック制御に適切な油圧アクチュエータ３２の推定速度（調停速度Ｖｓ＿Ａｒ）を演算する。

【0050】

具体的には、調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、例えば、以下の式（２）～式（４）を用いて演算される。ここで、Ｖｓ＿Ｅ１は第１推定速度、Ｖｓ＿Ｅ２は第２推定速度、Ｖｓ＿Ｒは要求速度である。

【0051】

【数2】

【0052】

【数3】

【0053】

【数4】

【0054】

式（３）から導かれるα及び式（４）から導かれるβは、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を調停するときの重みである。係数αは、基本的に、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の駆動状態が動き出しの状態であるか否かが反映される重みとなるものである。すなわち、油圧アクチュエータ３２が動き出しの状態であるか否かを判定可能な指標として機能する。また、係数αは、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の駆動状態が動き出しの状態から移行して所定の状態を超えて定常状態に近づいている状態であることが反映される重みにもなるものである。すなわち、油圧アクチュエータ３２が所定の状態を超えて定常状態に近づいている状態であるか否かを判定可能な指標としても機能する。一方、係数βは、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の駆動状態が所定の状態を超えて定常状態に近づいている状態であるか否かが係数αよりも確実に反映される重みとなるものである。すなわち、油圧アクチュエータ３２が所定の状態を超えて定常状態に近づいている状態であるか否かをより確実に判定可能な指標として機能する。

【0055】

式（３）のαの演算において、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが大きい場合、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の実際の駆動状態が方向制御弁３３２を介して油圧アクチュエータ３２に供給される圧油の流量を基に予測される油圧アクチュエータ３２の駆動状態に対して乖離していることを意味する。この状態は、通常、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）が動き出しの状態であることが想定される。この場合、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みαが大きくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが相対的に小さくなる。

【0056】

逆に、式（３）のαの演算において、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが極めて小さい場合、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の実際の駆動状態と方向制御弁３３２の通過流量から予測される油圧アクチュエータ３２の駆動状態とが近い状態であることを意味する。この状態は、通常、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）が所定の状態を超えて定常状態に近づく駆動状態が継続していることが想定される。この場合、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みαが小さくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが相対的に大きくなる。

【0057】

ただし、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合い（係数α）が極めて小さい場合であっても、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が要求速度Ｖｓ＿Ｒの近傍に達しているとは限らない。そこで、係数βをさらに用いて第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の調停を行う。式（４）のβの演算において、要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが極めて小さい場合、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の実際の駆動状態が操作装置５８の操作に応じた要求速度Ｖｓ＿Ｒに近い状態であることを意味する。この状態は、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の実際の駆動状態が制御目標値に適切に追従しているときである。この場合、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みβを小さくする一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みを相対的に大きくする。第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２よりも高精度な第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みを大きくすることで、駆動状態が定常状態に近い状態である油圧アクチュエータ３２の速度を高精度に推定することが可能となる。

【0058】

逆に、式（４）のβの演算において、要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが大きい場合、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）の実際の駆動状態が操作に応じた要求速度Ｖｓ＿Ｒから乖離した状態であることを意味する。第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を用いてフィードバック制御を行うと、フィードバック制御の補正量が過大になって油圧アクチュエータ３２の飛び出しやハンチングが懸念される。そこで、このような場合には、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みβを大きくする一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みを相対的に小さくする。

【0059】

ＦＢ制御器７６は、要求速度演算部７１の演算結果である油圧アクチュエータ３２の要求速度Ｖｓ＿Ｒおよび推定速度調停部７４の演算結果である油圧アクチュエータ３２の調停速度Ｖｓ＿Ａｒを基に、要求速度Ｖｓ＿Ｒと調停速度Ｖｓ＿Ａｒの速度偏差が小さくなるように制御指令を補正する油圧アクチュエータ３２の目標速度Ｖｓ＿Ｔを演算する。目標速度Ｖｓ＿Ｔは、例えば、ＰＩＤ制御の演算手法を用いて要求速度Ｖｓ＿Ｒと調停速度Ｖｓ＿Ａｒの速度偏差を基に演算される。

【0060】

ポンプ目標流量演算部７７は、ＦＢ制御器７６の演算結果である油圧アクチュエータ３２の目標速度Ｖｓ＿Ｔを基に、油圧ポンプ３１のポンプ目標流量Ｑｐを演算する。ポンプ目標流量Ｑｐの演算では、記憶装置６１に予め記憶されている油圧アクチュエータ３２の設計諸元も用いられる。

【0061】

ポンプ流量制御部７８は、ポンプ目標流量演算部７７の演算結果であるポンプ目標流量Ｑｐに応じた第１電磁比例弁４３に対する第１弁指令信号Ｃｐを演算する。ポンプ流量制御部７８は、例えば、ポンプ目標流量Ｑｐと第１電磁比例弁４３に対する第１弁指令信号Ｃｐとの対応関係を予め規定した特性テーブルを用いることで、第１弁指令信号Ｃｐの演算が可能である。ポンプ流量制御部７８は、第１弁指令信号Ｃｐを第１電磁比例弁４３へ出力する。

【0062】

方向制御弁制御部７９は、ＦＢ制御器７６の演算結果である油圧アクチュエータ３２の目標速度Ｖｓ＿Ｔに応じた第２電磁比例弁４４、４５に対する第２弁指令信号Ｃｖを演算する。方向制御弁制御部７９は、例えば、目標速度Ｖｓ＿Ｔと第２電磁比例弁４４、４５に対する第２弁指令信号Ｃｖとの対応関係を予め規定した特性テーブルを用いることで、第２弁指令信号Ｃｖの演算が可能である。方向制御弁制御部７９は、第２弁指令信号Ｃｖを第２電磁比例弁４４、４５へ出力する。

【0063】

次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態のコントローラが実行する制御手順の一例について図４を用いて説明する。図４は図３に示す本発明の作業機械の第１の実施の形態のコントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。

【0064】

図４において、図３に示すコントローラ６０は、まず、操作装置５８に対する操作入力（操作装置５８からの操作信号の入力）の有無を判定する（ステップＳ１０）。操作装置５８の操作入力が有る場合、すなわち、操作信号が入力された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ２０に進む。一方、操作信号の入力が無い場合（ＮＯの場合）には、再びステップＳ１０に戻り、ＹＥＳになるまでステップＳ１０を繰り返す。

【0065】

ステップＳ１０においてＹＥＳの場合には、コントローラ６０の要求速度演算部７１が操作装置５８からの操作信号Ｌ（操作入力量）を基に各油圧アクチュエータ３２の要求速度Ｖｓ＿Ｒを演算する（ステップＳ２０）。要求速度演算部７１は、例えば、操作入力量と油圧アクチュエータの速度との対応関係を予め規定した特性テーブルを用いて要求速度Ｖｓ＿Ｒを演算する。

【0066】

次に、コントローラ６０の第１推定速度演算部７２は、第３姿勢検出装置２８の姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃの検出値Ｓｉ（フロント作業装置３の被駆動部材１９、２０、２１の姿勢情報及び動作情報）を基に、各油圧アクチュエータ３２の駆動速度を第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１として演算する（ステップＳ３０）。第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は、フロント作業装置３の被駆動部材１９、２０、２１の実際の動作情報を基に被駆動部材１９、２０、２１の幾何学的な関係から直接的に被駆動部材１９、２０、２１の駆動速度を推定した値となる。

【0067】

同時に、コントローラ６０の第２推定速度演算部７３は、第１圧力センサ５１の検出値Ｐｐである油圧ポンプ３１の吐出圧、第２圧力センサ５２、５３の検出値Ｐｓである油圧アクチュエータ３２の圧力、電流センサ５５、５６の検出値Ｉｖである第２電磁比例弁４４、４５への第２弁指令信号Ｃｖとしての電流値を基に、各油圧アクチュエータ３２の駆動速度を第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２として演算する（ステップＳ４０）。第２推定速度演算部７３は、例えば、流体力学的な関係式である上述の式（１）を用いることで、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を演算する。第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２は、方向制御弁３３２を介して油圧アクチュエータ３２に供給される圧油の流量を基に、これから生じると予測される各油圧アクチュエータ３２の駆動速度の推定値である。

【0068】

次いで、コントローラ６０の推定速度調停部７４は、第１推定速度演算部７２の演算結果である第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１及び第２推定速度演算部７３の演算結果である第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を用いて各油圧アクチュエータ３２の調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する（ステップＳ５０）。推定速度調停部７４は、例えば、上述の式（２）～式（４）を用いることで、各油圧アクチュエータ３２の駆動状態に応じて第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を調停した調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する。

【0069】

第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが大きい場合、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みαが大きくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが相対的に小さくなる。逆に、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが極めて小さい場合、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みαが小さくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが相対的に大きくなる。

【0070】

また、要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが極めて小さい場合、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みβが小さくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが相対的に大きくなる。逆に、要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが大きい場合、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みβが大きくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが相対的に小さくなる。

【0071】

続いて、コントローラ６０のＦＢ制御器７６は、要求速度演算部７１の演算結果である要求速度Ｖｓ＿Ｒおよび推定速度調停部７４の演算結果である調停速度Ｖｓ＿Ａｒを基に、油圧アクチュエータ３２の目標速度Ｖｓ＿Ｔを演算する（ステップＳ６０）。目標速度Ｖｓ＿Ｔは、例えば、要求速度Ｖｓ＿Ｒと調停速度Ｖｓ＿Ａｒとの速度偏差が小さくなるように制御指令を補正する目標値（制御量）である。

【0072】

次に、コントローラ６０のポンプ目標流量演算部７７は、ＦＢ制御器７６の演算結果である各油圧アクチュエータ３２の目標速度Ｖｓ＿Ｔを基に、油圧ポンプ３１のポンプ目標流量Ｑｐを演算する（ステップＳ７０）。さらに、コントローラ６０のポンプ流量制御部７８は、ポンプ目標流量演算部７７の演算結果である油圧ポンプ３１のポンプ目標流量Ｑｐに応じた第１電磁比例弁４３に対する第１弁指令信号Ｃｐを算出し、第１弁指令信号Ｃｐを第１電磁比例弁４３へ出力する（ステップＳ８０）。

【0073】

これにより、図２に示す第１電磁比例弁４３がパイロットポンプ４１の吐出圧としてのパイロット１次圧から第１弁指令信号Ｃｐに応じたパイロット２次圧を生成する。第１電磁比例弁４３によって生成されたパイロット２次圧が油圧ポンプ３１のレギュレータの流体圧ポート３１ａに入力されることで、油圧ポンプ３１のポンプ流量（ポンプ容積）がコントローラ６０の演算結果のポンプ目標流量Ｑｐになるように調整される。

【0074】

また、コントローラ６０の方向制御弁制御部７９は、ＦＢ制御器７６の演算結果である各油圧アクチュエータ３２の目標速度Ｖｓ＿Ｔに応じた第２電磁比例弁４４、４５に対する第２弁指令信号Ｃｖを算出し、第２弁指令信号Ｃｖを第２電磁比例弁４４、４５へ出力する（ステップＳ９０）。これにより、図２に示す第２電磁比例弁４４、４５がパイロットポンプ４１の吐出圧としてのパイロット１次圧から第２弁指令信号Ｃｖに応じたパイロット２次圧を生成する。第２電磁比例弁４４、４５によって生成されたパイロット２次圧が方向制御弁３３２の指令圧ポート３３２ａ、３３２ｂに入力されることで、方向制御弁３３２の開口面積（開口度）が制御され、それによって、方向制御弁３３２を介して油圧アクチュエータ３２に供給される圧油の流量（メータイン流量）がコントローラ６０の演算結果の油圧アクチュエータ３２の目標速度Ｖｓ＿Ｔになるように制御される。

【0075】

コントローラ６０は、第１弁指令信号Ｃｐの第１電磁比例弁４３への出力（ステップＳ８０）及び第２弁指令信号Ｃｖの第２電磁比例弁４４、４５への出力（ステップＳ９０）を終了すると、リターンして新たな制御周期をスタートさせる。すなわち、コントローラ６０は、図４に示すステップＳ１０～Ｓ９０で構成された制御周期を再び実行し、これを繰り返す。

【0076】

次に、本発明の作業機械の第１の実施の形態の動作及び効果について説明する。ここでは、説明を簡便にするために、ブームの単独操作を行う場合における油圧システムの動作について図２及び図５を用いて説明する。図５は本発明の作業機械の第１の実施の形態における操作装置の入力に対するコントローラによる油圧アクチュエータの各種の推定速度の演算結果の時間変化の一例を示す図である。図５中、上図は操作装置に対する操作入力量の一例の時間変化を、下図は上図に示す操作入力量に対するコントローラの演算結果であるブームシリンダの各種の速度の時間変化の一例を示している。

【0077】

図５に示す時間Ｔ１において、図２に示す操作装置５８に対してステップ状の操作入力（図５の上図の実線）が開始されている。これにより、図３に示すコントローラ６０は、操作装置５８からの操作入力量Ｌに応じたブームシリンダ２２の要求速度Ｖｓ＿Ｒ（図５の下図の長破線）を演算する。コントローラ６０は、要求速度Ｖｓ＿Ｒに基づき油圧ポンプ３１及び方向制御弁３３２に対して指令信号を出力する。

【0078】

操作入力の開始時間Ｔ１から極めて短時間経過後の時間Ｔ２においては、図２に示す方向制御弁３３２がコントローラ６０からの指令信号（第２電磁比例弁４４、４５に対する第２弁指令信号Ｃｖ）に応じて開口することで、油圧ポンプ３１から方向制御弁３３２を介して油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）に圧油が供給されている状態となる。このため、第１圧力センサ５１の検出値Ｐｐ及び第２圧力センサ５２、５３の検出値Ｐｓ（方向制御弁３３２の前後差圧）並びに電流センサ５５、５６の検出値Ｉｖ（方向制御弁３３２の開口面積）に基づきコントローラ６０が演算する第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２が０でない値になる。

【0079】

一方、質量の大きな停止状態のブーム１９に対してブームシリンダ２２は駆動力を作用させているが、ブーム１９は慣性などによって停止状態のままである。このため、第３姿勢検出装置２８の姿勢センサ２８ａは、ブームシリンダ２２の駆動状態を停止状態として検出する。このため、第３姿勢検出装置２８の検出値Ｓｉに基づきコントローラ６０が演算する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は０（ゼロ）になる。この結果、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１及び第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を基にコントローラ６０が演算する調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２と同値となる。すなわち、ブームシリンダ２２が実際に動き出す前の状態では、第３姿勢検出装置２８の姿勢センサ２８ａがブームシリンダ２２の停止状態を検出するので、上述の式（２）～（４）に示した第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みα及びβが１となる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが０となるように調停される。

【0080】

時間Ｔ２から或る程度の時間が経過した後の時間Ｔ３においては、ブーム１９が実際に動作している状態に移行している。すなわち、第３姿勢検出装置２８の姿勢センサ２８ａがブームシリンダ２２の実際の駆動を検出している。このため、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は、第３姿勢検出装置２８の検出値Ｓｉに応じた値になる。一方、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２は、時間Ｔ２のときと同様に、第１圧力センサ５１の検出値Ｐｐ及び第２圧力センサ５２、５３の検出値Ｐｓ（方向制御弁３３２の前後差圧）並びに電流センサ５５、５６の検出値Ｉｖ（方向制御弁３３２の開口面積）に応じた値となる。

【0081】

この場合、調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、上述の式（２）～（４）に示した重みα及びβに応じて第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２とを調停した値となる。時間Ｔ３のようにブームシリンダ２２の動き出し直後の場合には、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２と第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１との間の乖離が大きい。このため、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みαが大きくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが相対的に小さくなるように調停した調停速度Ｖｓ＿Ａｒが算出される。

【0082】

操作入力の開始時間Ｔ１から相当な時間が経過した時間Ｔ４においては、第３姿勢検出装置２８の検出値Ｓｉに基づき演算される第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が操作入力量に応じた要求速度Ｖｓ＿Ｒに近い値となっている。すなわち、ブームシリンダ２２が定常状態に極めて接近した駆動状態となっている。この場合、要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いが極めて小さいので、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みβが小さくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが相対的に大きくなる。したがって、調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の成分が大部分となり、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の成分をほとんど含まないように調停される。

【0083】

このように、本実施の形態においては、操作装置５８への操作入力が開始された直後のブームシリンダ２２の動き出しのときには、方向制御弁３３２を介してブームシリンダ２２に供給される圧油の流量を基に予測されるブームシリンダ２２の第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を主に用いてブームシリンダ２２の駆動制御を行う。操作入力の開始直後では、ブーム１９の慣性に起因したブームシリンダ２２の応答遅れの影響が大きいので、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を用いる方が、ブームシリンダ２２の実際の駆動状態（ほぼ停止状態）を基に演算するブームシリンダ２２の第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を用いる場合よりも、操作入力に応じた要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する乖離を抑制することができる。このため、フィードバック制御の補正量の過大によるブームシリンダ２２の飛び出しやハンチングの発生を抑制することができる。

【0084】

一方、ブームシリンダ２２の実際の駆動状態が操作入力に応じた状態に近いときには、ブームシリンダ２２の実際の駆動状態を検出する姿勢センサ２８ａの検出値を基に演算されるブームシリンダ２２の第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を主に用いてブームシリンダ２２の駆動制御を行う。第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は、ブームシリンダ２２の実際の駆動状態を基にブームシリンダ２２の駆動速度を推定するものなので、高精度な推定値を得ることができる。それに対して、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２は、流体力学的な関係式を介してブームシリンダ２２の駆動速度を推定するものなので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１よりも推定精度が劣る傾向にある。したがって、ブームシリンダ２２が操作装置５８の操作に応じた駆動状態に近づいた状態の場合には、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２よりも高精度な推定値である第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を主に用いてブームシリンダ２２の制御を行うので、ブームシリンダ２２の高精度な速度制御を実現することが可能である。

【0085】

したがって、本実施の形態においては、ブームシリンダ２２（油圧アクチュエータ３２）の駆動状態が動き出しの状態から定常状態になるまで、油圧アクチュエータ３２の良好な制御精度を実現することができる。

【0086】

また、本実施の形態においては、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重み付けと第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重み付けを油圧アクチュエータ３２の駆動状態（動き出しの状態から定常状態までの移行）に応じて相対的に増減させることで油圧アクチュエータ３２の調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する。このため、調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の値と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２との間で瞬間的に切り替わることがないので、連続的な変化の演算結果を得ることができる。したがって、調停速度Ｖｓ＿Ａｒに基づく制御では、制御の安定性を確保することができる。

【0087】

本実施の形態の作用及び効果が発揮される油圧ショベルの動作としては、例えば、掘削後の土砂の積込み動作が挙げられる。バケット２１により掘削した土砂を旋回してブーム上げにより持ち上げてからダンプトラックに積み込む場合を想定する。油圧ショベルのオペレータは、作業時間を短くするために、掘削後に大きな操作量を早い立ち上がりで入力することが予想される（図５の上図を参照）。この場合、ブームシリンダ２２の第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が立ち上がるときの時間（時刻）は、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２が立ち上がるときの時間（時刻）に比べて遅くなる。すなわち、図５の下図における時間Ｔ２のような第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が０（ゼロ）である時間領域が長くなる。また、要求速度Ｖｓ＿Ｒは大きな操作量に応じて大きくなるので、ブームシリンダ２２の実速度が要求速度Ｖｓ＿Ｒに接近するまでの時間領域（図５の下図の時間Ｔ３付近から時間Ｔ４に向かう時間領域）も長くなる。したがって、油圧ショベルの掘削後の土砂の積込み動作は、本実施の形態の作用及び効果が大いに発揮されると考えられる。

【0088】

上述した本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベル（作業機械）においては、コントローラ６０の調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算は、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いαが大きくなるにつれて、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重みが大きくなる一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重みが相対的に小さくなるように調停するものである。

【0089】

この構成によれば、油圧アクチュエータ３２の動き出しのときには、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重み付けを第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重み付けよりも大きくする調停を行うことで、油圧アクチュエータ３２のこれからの駆動状態を予測した第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を主成分とする調停速度Ｖｓ＿Ａｒを用いて油圧アクチュエータ３２の駆動を制御するようになるので、フロント作業装置３の慣性に起因した油圧アクチュエータ３２の応答遅れの影響による制御の不安定性（ハンチングなど）を抑制することができる。また、油圧アクチュエータ３２の駆動状態が所定の状態を超えて定常状態に近づいているときには、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重み付けを大きくする一方、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重み付けを相対的に小さくする調停を行うことで、油圧アクチュエータ３２の実際の駆動状態を基に導き出される第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を主成分とする調停速度を用いて油圧アクチュエータ３２の駆動を制御するようになるので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１よりも推定精度に劣る第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を用いる場合よりも油圧アクチュエータ３２の駆動を高精度に制御することができる。すなわち、油圧アクチュエータ３２の動き出し時における制御の安定性を確保しつつ、油圧アクチュエータ３２の高精度な制御が可能となる。加えて、乖離の度合いαの増減に応じて第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重みづけと第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重み付けを相対的に変化させるように調停することで、調停速度Ｖｓ＿Ａｒが連続的に変化するようになるので、調停速度Ｖｓ＿Ａｒを用いた制御の安定性を確保することができる。

【0090】

また、本実施の形態においては、コントローラ６０の調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算は、要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いβが小さくなるにつれて、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重みが大きくなる一方、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重みが相対的に小さくなるように調停するものである。

【0091】

この構成によれば、油圧アクチュエータ３２の駆動状態が所定の状態を超えて定常状態に近づいているときに、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する重みβを小さくする一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する重みを相対的に大きくするように調停を行うことで、油圧アクチュエータ３２の実際の駆動状態を基に導き出される第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を主成分とする調停速度を用いて油圧アクチュエータ３２の駆動を制御するようになるので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１よりも推定精度に劣る第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を用いる場合よりも油圧アクチュエータ３２の駆動を高精度に制御することができる。また、重みβは、要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の乖離の度合いを示すものなので、油圧アクチュエータ３２の駆動状態が所定の状態を超えて定常状態に近づいている状態か否かを確実に反映させた指標となる。
［第２の実施の形態］
次に、本発明の作業機械の第２の実施の形態について図６～図８を用いて説明する。なお、図６～図８において、図１～図５に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。図６は本発明の作業機械の第２の実施の形態を構成するコントローラの機能ブロック図である。ここでも、ブームシリンダ２２（油圧アクチュエータ３２）の駆動制御（速度制御）のみについて説明するが、アームシリンダ２３やバケットシリンダ２４の駆動制御（速度制御）の場合も同様である。

【0092】

本発明の作業機械の第２の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は、図６に示すコントローラ６０Ａにおける推定速度調停部７４Ａの第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の調停手法（調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算方法）が異なっていることである。第１の実施の形態に係るコントローラ６０の推定速度調停部７４は、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１及び第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対して重みαと重みβの２つの係数を用いて第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の割合と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の割合を連続的に変化させて調停することで調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算するものである。それに対して、本実施の形態に係る推定速度調停部７４Ａは、基本的には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と閾値γの大小関係（比較判定の結果）に応じて、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１及び第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２のいずれか一方に切り替えるように第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を調停することで調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算するものである。すなわち、推定速度調停部７４Ａは、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と閾値γの大小関係を基に、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１及び第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２のいずれか一方に対して重みを１に設定すると共に他方に対して重みを０に設定する。第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と閾値γの大小関係が逆の関係である場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１及び第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対して設定する重み（０と１）を逆転させるように調停することで調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する。

【0093】

具体的には、コントローラ６０Ａの推定速度調停部７４Ａは、先ず、第１推定速度演算部７２の演算結果である第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γに達しているか否かを判定する。油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）が加速している場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γ以上であるか否かを判定する。油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）が減速している場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γ以下であるか否かを判定する。閾値γは、例えば、要求速度演算部７１の演算結果である要求速度Ｖｓ＿Ｒの８０％の値に設定される。この閾値γは、油圧アクチュエータ３２の駆動状態が動き出しの状態から移行して所定の状態を超えて定常状態に近づいている状態であると想定される状況に設定されている。具体的には、第３姿勢検出装置２８の各姿勢センサ２８ａ、２８ｂ、２８ｃがフロント作業装置３の被駆動部材１９、２０、２１の慣性に起因した油圧アクチュエータ３２の応答遅れの影響をほぼ受けずに油圧アクチュエータ３２の駆動状態を検出可能な状況に設定されている。

【0094】

第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γに達していない場合には、推定速度調停部７４Ａは、第２推定速度演算部７３の演算結果である第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を調停速度Ｖｓ＿Ａｒとして算出する。すなわち、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みを０に設定する一方、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みを１に設定するように調停する。

【0095】

一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γに達している場合には、推定速度調停部７４Ａは、調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算結果の変化量を制限するためのレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを演算する。

【0096】

具体的には、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）が加速しているときの第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が演算結果のレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔ以上である場合、又は、油圧アクチュエータ３２（ブームシリンダ２２）が減速しているときの第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１がレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔ以下である場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を調停速度Ｖｓ＿Ａｒとして算出する。すなわち、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みを１に設定する一方、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みを０に設定するように調停する。また、加速時の第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１がレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔよりも小さい場合、又は、減速時の第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１がレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔよりも大きい場合には、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを調停速度Ｖｓ＿Ａｒとして算出する。

【0097】

推定速度調停部７４Ａは、基本的に、閾値γを用いて調停速度Ｖｓ＿Ａｒの設定を第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１及び第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２のいずれか一方に切り替えるものである。ただし、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の切替時に調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算結果の変化量が大きいと、調停速度Ｖｓ＿Ａｒの急峻な変化により制御の安定性が損なわれる懸念がある。そこで、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを用いて調停速度Ｖｓ＿Ａｒの切替時の変化量を制限する。

【0098】

具体的には、例えば、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを以下の式（５）を用いて演算する。

【0099】

【数5】

【0100】

ここで、Ｖｓ＿Ｅ１は第１推定速度、Ｖｓ＿Ｅ２は第２推定速度、Ｒは制限レート、ｔは第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γに到達したと判定した時点からの経過時間である。制限レートＲは、例えば、予め設定された固定値であり、記憶装置６１に予め記憶されている。

【0101】

次に、本発明の作業機械の第２の実施の形態のコントローラが実行する制御手順の一例について図７を用いて説明する。図７は図６に示す本発明の作業機械の第２の実施の形態のコントローラの制御手順の一例を示すフローチャートである。

【0102】

図７に示す第２の実施の形態のコントローラ６０Ａの制御手順が図４に示す第１の実施の形態のコントローラ６０の制御手順に対して相違する点は、第１の実施の形態のステップＳ５０の調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算手順に代えて、ステップＳ４２～Ｓ５６の調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算手順を実行することである。それ以外の処理手順、すなわち、図７に示すステップＳ１０～Ｓ４０及びＳ６０～Ｓ９０については、図４に示す第１の実施の形態のコントローラ６０の処理手順と同様であり、それらの説明を省略する。

【0103】

図７において、本実施の形態に係るコントローラ６０Ａは、ステップＳ４２～Ｓ５６の処理を実行することで、調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する。

【0104】

具体的には、先ず、コントローラ６０Ａの推定速度調停部７４Ａは、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γに達しているか否かを判定する（ステップＳ４２）。油圧アクチュエータ３２が加速している場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γ以上であるか否かを判定する。油圧アクチュエータ３２が減速している場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γ以下であるか否かを判定する。判定結果がＹＥＳの場合にはステップＳ４４に進む一方、判定結果がＮＯの場合にはステップＳ５２に進む。

【0105】

ステップＳ４２においてＮＯの場合、推定速度調停部７４Ａは、ステップＳ４０の演算結果である第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を調停速度Ｖｓ＿Ａｒとして算出する（ステップＳ５２）。すなわち、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みを０に設定する一方、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みを１に設定するように調停する。

【0106】

一方、ステップＳ４２においてＹＥＳの場合、推定速度調停部７４Ａは、調停速度Ｖｓ＿Ａｒの変化量を制限するためのレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを演算する（ステップＳ４４）。レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔは、例えば、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２、設定値である制限レートＲ、ステップＳ４２のＹＥＳの判定時点からの時間経過ｔを用いて上述の式（５）から演算される。

【0107】

次いで、推定速度調停部７４Ａは、油圧アクチュエータ３２が加速している場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１がレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４６）。また、油圧アクチュエータ３２が減速している場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１がレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４６）。判定結果がＹＥＳの場合にはステップＳ５４に進む一方、判定結果がＮＯの場合にはステップＳ５６に進む。

【0108】

ステップＳ４６においてＮＯの場合、推定速度調停部７４Ａは、ステップＳ３０の演算結果である第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を調停速度Ｖｓ＿Ａｒとして算出する（ステップＳ５６）。すなわち、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みを１に設定する一方、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みを０に設定するように調停する。

【0109】

一方、ステップＳ４６においてＹＥＳの場合、推定速度調停部７４Ａは、ステップＳ４４の演算結果であるレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを調停速度Ｖｓ＿Ａｒとして算出する（ステップＳ５４）。これは、調停速度Ｖｓ＿Ａｒの切替時の変化量をレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔにより制限するように調停したものである。

【0110】

次に、本発明の作業機械の第２の実施の形態の動作及び効果について説明する。ここでは、説明を簡便にするために、ブームの単独操作を行う場合における油圧システムの動作について図２及び図８を用いて説明する。図８は本発明の作業機械の第２の実施の形態における操作装置の入力に対するコントローラによる油圧アクチュエータの各種の推定速度の演算結果の時間変化の一例を示す図である。図８中、上図は操作装置に対する操作入力量の一例の時間変化を、下図は上図に示す操作入力量に対するコントローラの演算結果であるブームシリンダの各種の速度の時間変化の一例を示している。

【0111】

図８の上図に示す操作装置５８の操作入力は、第１の実施の形態の場合の図５の上図に示す操作装置５８の操作入力と同様なものである。すなわち、図８に示す時間Ｔ１において、操作装置５８に対してステップ状の操作入力（図８の上図の実線）が開始されている。

【0112】

これにより、図６に示すコントローラ６０Ａは、操作装置５８からの操作入力量Ｌに応じたブームシリンダ２２の要求速度Ｖｓ＿Ｒ（図８の下図の長破線）を演算する。この要求速度Ｖｓ＿Ｒは、第１の実施の形態の場合の図５の下図の長破線で示す要求速度Ｖｓ＿Ｒと同様なものである。コントローラ６０Ａは、要求速度Ｖｓ＿Ｒに基づき油圧ポンプ３１及び方向制御弁３３２に対して指令信号を出力する。

【0113】

図８に示す時間Ｔ２においては、第１の実施の形態の場合の図５に示す時間Ｔ２の場合と同様に、コントローラ６０Ａからの第２弁指令信号Ｃｖに応じて図２に示す方向制御弁３３２が開口することでブームシリンダ２２に圧油が供給されている。このため、方向制御弁３３２の開口面積及び前後差圧に基づきコントローラ６０Ａが演算する第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２が０でない値になっている。一方、ブーム１９は慣性の影響などにより停止状態のままなので、第３姿勢検出装置２８はブームシリンダ２２の駆動状態を停止状態として検出する。このため、第３姿勢検出装置２８の検出値Ｓｉに基づきコントローラ６０Ａが演算する第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は０になる。このため、第１の実施の形態の場合と同様に、調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に設定される。

【0114】

図８に示す時間Ｔ３ａにおいては、第１の実施の形態の場合の図５に示す時間Ｔ３の場合と同様に、ブーム１９が実際に動作している状態に移行している。このため、第３姿勢検出装置２８がブームシリンダ２２の実際の駆動を検出するので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が第３姿勢検出装置２８の検出値Ｓｉに応じた値になる。しかし、ブームシリンダ２２が動き出してから間がないので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は閾値γよりも小さい値である。この場合、調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、第１の実施の形態の場合と異なり、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に設定される。これは、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが０に設定されると共に、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みが１に設定されるように調停することと同義である。

【0115】

図８に示す時間Ｔ５においては、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γよりも大きくなっている。しかし、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔよりも小さくなっている。そのため、調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２から第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１へ切り替わらずに、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔになるように調停される。調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、その後もレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔに維持され、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１がレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔよりも大きくなると、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔから第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１へ切り替えられる。

【0116】

操作入力の開始時間Ｔ１から相当な時間が経過した時間Ｔ４ａにおいては、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γよりも大きく且つレート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔよりも大きくなっている。このため、調停速度Ｖｓ＿Ａｒは、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に設定されている。すなわち、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１の重みが１に設定されると共に、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の重みが０に設定されるように調停することと同義である。

【0117】

このように、本実施の形態においては、操作装置５８への操作入力が開始された直後のブームシリンダ２２の動き出しのときには、方向制御弁３３２を介してブームシリンダ２２に供給される圧油の流量を基に予測される第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２のみを用いてブームシリンダ２２の駆動制御を行う。操作入力の開始直後では、ブーム１９の慣性に起因したブームシリンダ２２の応答遅れの影響が大きいので、ブームシリンダ２２の実際の駆動状態（ほぼ停止状態）を基に演算するブームシリンダ２２の第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を用いる場合よりも、操作入力に応じた要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する乖離を抑制することができる。このため、フィードバック制御の補正量の過大によるブームシリンダ２２の飛び出しやハンチングの発生を抑制することができる。

【0118】

一方、ブームシリンダ２２の実際の駆動状態が操作入力に応じた状態に近いときには、ブームシリンダ２２の実際の駆動状態を検出する姿勢センサ２８ａの検出値を基に演算される第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に切り替えてブームシリンダ２２の駆動制御を行う。第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１は、ブームシリンダ２２の実際の駆動状態を基にブームシリンダ２２の駆動速度を推定するものなので、高精度な推定値を得ることができる。したがって、ブームシリンダ２２が操作装置５８の操作に応じた駆動状態に近づいた状態の場合には、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２よりも高精度な推定値である第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に切り替えてブームシリンダ２２の駆動制御を行うのでブームシリンダ２２の高精度な制御を実現可能である。

【0119】

したがって、本実施の形態においては、ブームシリンダ２２（油圧アクチュエータ３２）の駆動状態が動き出しの状態から定常状態になるまで、油圧アクチュエータ３２の良好な制御精度を実現することができる。

【0120】

また、本実施の形態においては、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２の切替時に調停速度Ｖｓ＿Ａｒの変化量を制限することで、調停速度Ｖｓ＿Ａｒの切替時の変化を滑らかにすることができる。これにより、調停速度Ｖｓ＿Ａｒを用いた制御の安定性を確保することができる。

【0121】

また、本実施の形態の作用及び効果は、第１の実施の形態の場合と同様に、油圧ショベルの掘削後の土砂の積込み動作に対して大いに発揮されると考えられる。

【0122】

上述した本発明の作業機械の第２の実施の形態に係るコントローラ６０Ａは、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１および第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２のいずれかに一方に切り替えるように調停することで調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算するように構成されている。コントローラ６０Ａの調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算は、油圧アクチュエータ３２の加速時に第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γよりも小さい場合又は油圧アクチュエータ３２の減速時に第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γよりも大きい場合には、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を調停速度Ｖｓ＿Ａｒとして算出する一方、油圧アクチュエータ３２の加速時に第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γ以上の場合又は油圧アクチュエータ３２の減速時に第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γ以下の場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を調停速度Ｖｓ＿Ａｒとして算出するものである。閾値γは、要求速度Ｖｓ＿Ｒに対する所定の割合の値として設定されている。

【0123】

この構成によれば、油圧アクチュエータ３２の動き出しのときには、調停速度Ｖｓ＿Ａｒを第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に切り替える調停を行うことで、油圧アクチュエータ３２のこれからの駆動状態を予測した第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２である調停速度Ｖｓ＿Ａｒを用いて油圧アクチュエータ３２の駆動を制御するようになるので、フロント作業装置３の慣性に起因した油圧アクチュエータ３２の応答遅れの影響による制御の不安定性（ハンチングなど）を抑制することができる。また、油圧アクチュエータ３２の駆動状態が所定の状態を超えて定常状態に近づいているときには、調停速度Ｖｓ＿Ａｒを第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に切り替える調停を行うことで、油圧アクチュエータ３２の実際の駆動状態を基に導き出される第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１である調停速度を用いて油圧アクチュエータ３２の駆動を制御するようになるので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１よりも推定精度に劣る第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を用いる場合よりも油圧アクチュエータ３２の駆動を高精度に制御することができる。すなわち、油圧アクチュエータ３２の動き出し時における制御の安定性を確保しつつ、油圧アクチュエータ３２の高精度な制御が可能となる。

【0124】

また、本実施の形態においては、コントローラの調停速度の演算が第１推定速度と第２推定速度の切替えの前後の変化量を制限するものである。

【0125】

この構成によれば、調停速度の変化量が第１推定速度と第２推定速度の切替えの前後で制限することで、調停速度Ｖｓ＿Ａｒの変化を滑らかにすることができるので、調停速度Ｖｓ＿Ａｒを用いた制御の安定性を確保することができる。

【0126】

［その他の実施の形態］
なお、上述した第１～第２の実施の形態においては、本発明を油圧ショベルに適用した例を示したが、油圧アクチュエータにより駆動する作業装置を備えた各種の作業機械に広く本発明を適用することができる。

【0127】

また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわ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。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の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。

【0128】

例えば、上述した実施の形態においては、方向制御弁３３２の開口面積に関係する物理量を検出する検出器として、第２電磁比例弁４４、４５への第２弁指令信号Ｃｖの電流値を検出する電流センサ５５、５６を用いた構成の例を示した。しかし、当該検出器として、方向制御弁３３２の流体圧ポート３３２ａ、３３２ｂに入力されるパイロット圧を検出する圧力センサや方向制御弁３３２のスプールの変位を検出するスプール変位センサを用いる構成も可能である。圧力センサによって検出されるパイロット圧やスプール変位センサの検出値を基に方向制御弁３３２のスプールの変位量を算出することで方向制御弁３３２の開口面積の推定が可能である。

【0129】

また、上述した第１の実施の形態においては、コントローラ６０が調停速度Ｖｓ＿Ａｒを上述の式（２）を用いて演算する構成の例を示した。すなわち、上述の式（３）により規定された重みα及び上述の式（４）により規定された重みβの２つの重みを用いて調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する構成の例が示されている。しかし、コントローラ６０は、重みαのみを用いて調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する構成も可能である。ただし、この場合、重みα及び重みβの２つの係数を用いる場合と比べて、油圧アクチュエータの制御精度が劣ることがある。

【0130】

また、上述した第２の実施の形態においては、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１が閾値γに到達したときに、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを用いて調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算するように構成されたコントローラ６０Ａの例を示した。しかし、コントローラ６０Ａは、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを用いずに、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と閾値γの大小関係（比較判定の結果）に応じて、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１及び第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２のいずれか一方に切り替えるように調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算する構成が可能である。ただし、レート制限速度Ｖ＿ｒｌｍｔを用いる構成の場合よりも、調停速度Ｖｓ＿Ａｒの変化量が急変して制御の安定性が低下することがある。
［まとめ］
以上をまとめると、上述した本発明の実施の形態に係る作業機械は、圧油を吐出する油圧ポンプ３１と、油圧ポンプ３１から供給される圧油により駆動する油圧アクチュエータ３２と、油圧ポンプ３１から油圧アクチュエータ３２に供給される圧油の流れを制御する方向制御弁３３２と、油圧アクチュエータ３２の駆動により動作する被駆動部材１９、２０、２１と、被駆動部材１９、２０、２１の動作を指示する操作信号を出力する操作装置５８と、被駆動部材１９、２０、２１の動作情報を検出する第３姿勢検出装置２８（第１検出装置）と、方向制御弁３３２を介して油圧アクチュエータ３２に供給される圧油の流量に関係する情報を検出する第２検出装置を構成する第１圧力センサ５１、第２圧力センサ５２、５３、電流センサ５５、５６と、油圧ポンプ３１及び方向制御弁３３２の駆動を制御するコントローラ６０、６０Ａとを備える。コントローラ６０、６０Ａは、操作装置５８の操作信号を基に油圧アクチュエータ３２の要求速度Ｖｓ＿Ｒを演算し、第３姿勢検出装置２８（第１検出装置）の検出値を基に推定される油圧アクチュエータ３２の速度を第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１として演算し、第２検出装置を構成する第１圧力センサ５１、第２圧力センサ５２、５３、電流センサ５５、５６（第２検出装置）の検出値を基に推定される油圧アクチュエータ３２の速度を第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２として演算し、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１と第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２とを油圧アクチュエータ３２の駆動状態に応じて調停することで調停速度Ｖｓ＿Ａｒを演算し、要求速度Ｖｓ＿Ｒと調停速度Ｖｓ＿Ａｒの偏差に基づいて油圧ポンプ３１及び方向制御弁３３２の駆動を制御するように構成されている。コントローラ６０、６０Ａの調停速度Ｖｓ＿Ａｒの演算は、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を基に油圧アクチュエータ３２の駆動状態が動き出しの状態であると判定可能な場合には、第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する影響度が第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する影響度よりも大きくなるように調停する一方、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を基に油圧アクチュエータ３２の駆動状態が所定の状態を超えて定常状態に近づいていると判定可能な場合には、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１に対する影響度が第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２に対する影響度よりも大きくなるように調停するものである。

【0131】

この構成によれば、油圧アクチュエータ３２の駆動状態が動き出しのときには、油圧アクチュエータ３２のこれからの駆動状態を予測した第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を用いて油圧アクチュエータ３２の駆動を制御するので、被駆動部材１９、２０、２１の慣性に起因した油圧アクチュエータ３２の応答遅れの影響による油圧アクチュエータ３２の飛び出しやハンチングを抑制することができる。また、油圧アクチュエータ３２の駆動が定常状態に近づいているときには、油圧アクチュエータ３２の実際の駆動状態を基に導き出される第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１を用いて油圧アクチュエータ３２の駆動を制御するので、第１推定速度Ｖｓ＿Ｅ１よりも推定精度に劣る第２推定速度Ｖｓ＿Ｅ２を用いる場合よりも油圧アクチュエータ３２の駆動を高精度に制御することができる。すなわち、油圧アクチュエータ３２の動き出し時における制御の安定性を確保しつつ、油圧アクチュエータ３２の高精度な制御が可能となる。

【符号の説明】

【0132】

１９…ブーム（被駆動部材）、 ２０…アーム（被駆動部材）、 ２１…バケット（被駆動部材）、 ２２…ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、 ２３…アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、 ２４…バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、 ２８…第３姿勢検出装置（第１検出装置）、 ３１…油圧ポンプ、 ３３２…方向制御弁、 ５１…第１圧力センサ（第２検出装置）、 ５２、５３…第２圧力センサ（第２検出装置）、 ５５、５６…電流センサ（第２検出装置）、 ５８…操作装置、 ６０、６０Ａ…コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】