特許 7624505 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】2025-01-22

(45)【発行日】2025-01-30

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/02 20060101AFI20250123BHJP

   F15B 11/042 20060101ALI20250123BHJP

   F15B 11/044 20060101ALI20250123BHJP

   F15B 11/04 20060101ALI20250123BHJP

   F15B 11/028 20060101ALI20250123BHJP

   F15B 11/00 20060101ALI20250123BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20250123BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

F15B11/02 C

F15B11/042

F15B11/044

F15B11/04 B

F15B11/028 G

F15B11/028 Z

F15B11/00 U

E02F9/22 Q

E02F9/20 M

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023509991

(86)(22)【出願日】2021-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2021013702

(87)【国際公開番号】W WO2022208694

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-09-26

(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】天野 裕昭

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 賢人

(72)【発明者】

【氏名】西川 真司

(72)【発明者】

【氏名】楢▲崎▼ 昭広

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１７１８０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１２００２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１７２３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０９２５８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０６４４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－００９１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１８４８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２０３８５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０８－１２８４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１６４２６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－００７６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２７００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０６７３２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－１７３９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０１４２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０３９８３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－３０３７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０３７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０９９１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０４７４８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１５Ｂ １１／００－１１／２２

Ｅ０２Ｆ ９／２０－ ９／２４； ３／４２－ ３／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出される作動流体によって駆動される複数の流体圧シリンダ及び前記流体圧シリンダによって駆動される複数の被駆動部材を有する作業装置と、前記流体圧シリンダの操作指令を出力する操作装置と、前記操作装置の操作指令に基づき前記作業装置の動作を制御する制御装置と、を備える作業機械において、
前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置を備え、
前記制御装置は、
前記操作装置からの操作指令に基づいて、前記流体圧シリンダの目標圧及び目標速度を演算し、
前記流体圧シリンダの目標速度に基づいて、前記流体圧シリンダの目標流量を演算し、
前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記流体圧シリンダの実速度を演算し、
前記流体圧シリンダの目標速度と前記流体圧シリンダの実速度の乖離度合いを演算し、
前記乖離度合いが予め定められた所定値よりも大きいときには、前記流体圧シリンダの圧力を前記目標圧とするための圧力制御を実行し、
前記乖離度合いが予め定められた所定値よりも小さいときには、前記流体圧シリンダの流量を前記目標流量とするための流量制御を実行する、
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、
前記流体圧シリンダへ供給される作動流体の流れを制御するメータイン制御弁を備え、
前記ポンプは、吐出容量の変更が可能な可変容量型のポンプであり、
前記制御装置は、
前記圧力制御において、前記ポンプの吐出容量及び前記メータイン制御弁の開度を制御することにより、前記流体圧シリンダのメータイン圧を制御する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項１に記載の作業機械において、
前記流体圧シリンダから排出される作動流体の流れを制御するメータアウト制御弁を備え、
前記制御装置は、
前記圧力制御において、前記メータアウト制御弁の開度を制御することにより、前記流体圧シリンダのメータアウト圧を制御する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項３に記載の作業機械において、
前記メータアウト制御弁は、前記ポンプから前記流体圧シリンダに供給される作動流体の流れを制御する方向制御弁である、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項１に記載の作業機械において、
前記流体圧シリンダの圧力を検出する圧力センサを備え、
前記制御装置は、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記流体圧シリンダの推力を演算し、
前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記被駆動部材の加減速度を演算し、
前記流体圧シリンダの推力及び前記被駆動部材の加減速度を加味して、前記流体圧シリンダの前記目標圧を決定する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項6】

請求項１に記載の作業機械において、
前記制御装置は、
前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記作業装置に作用する重力による回転モーメントを演算し、
前記重力による回転モーメントを打ち消すように、前記流体圧シリンダの前記目標圧を決定する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項7】

請求項１に記載の作業機械において、
前記流体圧シリンダの圧力を検出する圧力センサを備え、
前記制御装置は、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記流体圧シリンダの推力を演算し、
前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記作業装置に作用する重力による回転モーメントを演算し、
前記姿勢検出装置の検出結果及び前記流体圧シリンダの推力に基づいて、前記作業装置に作用する前記流体圧シリンダの推力による回転モーメントを演算し、
前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記被駆動部材の加減速度を演算し、
前記推力による回転モーメント、前記重力による回転モーメント及び前記加減速度に基づいて、慣性モーメントを演算し、
前記慣性モーメントを加味して、前記流体圧シリンダの前記目標圧を決定する、
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、作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベルなどの作業機械においては、ブーム、アームなどの被駆動部材を油圧シリンダなどの流体圧シリンダにより回動駆動する。一般的に、作業装置の軌跡を制御するためには、操作信号が一定の場合は、流体圧シリンダの速度は一定となることが望ましい。

【0003】

しかしながら、作業装置は、鋼板を溶接してなる溶接構造物によって構成されているため、慣性質量が大きい。このため、操作指令が急激に変化すると、被駆動部材が急加速あるいは急停止することにより、車体全体にショックが生じることがある。このため、フロント作業装置用油圧シリンダへの圧油の給排を制御する方向制御弁を緩やかに切り替えることで、ショックを低減する方法が知られている（特許文献１参照）。

【0004】

特許文献１に記載の作業機械では、ブーム下げ操作時間が設定時間よりも長い場合、ブーム下げ用パイロットポートに接続されるパイロット管路に設けられた電磁切換弁を開通油路位置から絞り部付油路位置に切り替えることにより、ブーム用パイロット切換弁（方向制御弁）のスプールの戻り動作を遅延させる。スプールの戻り動作が遅延すると、方向制御弁のメータアウト開口の開度が徐々に小さくなり、ブレーキ圧が徐々に大きくなるため、ブームを緩停止させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平７－２０７６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の作業機械では、方向制御弁のスプールの戻り動作を遅延させることにより、方向制御弁のメータアウト開口の開度が徐々に小さくなるとともに、方向制御弁のメータイン開口の開度も徐々に小さくなる。その結果、ブームシリンダが停止するときに発生するブレーキ圧と、ポンプによる押し込み圧とのバランスが崩れ、安定してアクチュエータを緩停止させることができないおそれがある。

【0007】

本発明は、作業装置の急動作を防止しつつ、安定した加減速度で作業装置を動作させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様による作業機械は、作動流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出される作動流体によって駆動される複数の流体圧シリンダ及び前記流体圧シリンダによって駆動される複数の被駆動部材を有する作業装置と、前記流体圧シリンダの操作指令を出力する操作装置と、前記操作装置の操作指令に基づき前記作業装置の動作を制御する制御装置と、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出装置と、を備える。前記制御装置は、前記操作装置からの操作指令に基づいて、前記流体圧シリンダの目標圧及び目標速度を演算し、前記流体圧シリンダの目標速度に基づいて、前記流体圧シリンダの目標流量を演算する。前記制御装置は、前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記流体圧シリンダの実速度を演算し、前記流体圧シリンダの目標速度と前記流体圧シリンダの実速度の乖離度合いを演算する。前記制御装置は、前記乖離度合いが予め定められた所定値よりも大きいときには、前記流体圧シリンダの圧力を前記目標圧とするための圧力制御を実行する。前記制御装置は、前記乖離度合いが予め定められた所定値よりも小さいときには、前記流体圧シリンダの流量を前記目標流量とするための流量制御を実行する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、作業装置の急動作を防止しつつ、安定した加減速度で作業装置を動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの側面図。

【図2】油圧ショベルに搭載される油圧システムを示す図。

【図3】油圧ショベルにおける座標系（ショベル基準座標系）を示す図。

【図4】メインコントローラの機能ブロック図であり、メータイン目標圧、メータアウト目標圧、ポンプ目標圧及びアクチュエータ目標速度を演算するための機能、並びに圧力制御フラグを設定するための機能について示す。

【図5】メインコントローラの機能ブロック図であり、圧力制御用のメータイン制御弁指令値、方向制御弁指令値及びポンプ容積指令値を演算するための機能について示す。

【図6】メインコントローラの機能ブロック図であり、流量制御用の方向制御弁指令値、メータイン制御弁指令値及びポンプ容積指令値を演算するための機能について示す。

【図7】メインコントローラの機能ブロック図であり、方向制御弁指令、メータイン制御弁指令及びポンプ容積指令を生成するための機能について示す。

【図8】慣性モーメント補正比率演算部Ｃ１が行う演算処理の内容について示す図。

【図9】運動方程式から慣性モーメント実測値Ｉａを算出する方法について説明する図。

【図10】慣性モーメント基準値Ｉｂを算出する方法について説明する図。

【図11】目標推力演算部Ｃ２が行う演算処理の内容について示す図。

【図12】目標圧演算部Ｃ３が行う演算処理の内容について示す図であり、メータイン目標圧及びメータアウト目標圧を演算するための処理について示す。

【図13】目標圧演算部Ｃ３が行う演算処理の内容について示す図であり、ポンプ目標圧を演算するための処理について示す。

【図14】アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４が行う演算処理の内容について示す図。

【図15】圧力制御フラグ設定部Ｃ５が行う演算処理の内容について示す図。

【図16】メータイン圧演算部Ｃ６が行う演算処理の内容について示す図。

【図17】圧力制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ７が行う演算処理の内容について示す図。

【図18】圧力制御用方向制御弁指令演算部Ｃ８が行う演算処理の内容について示す図。

【図19】圧力制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ９が行う演算処理の内容について示す図。

【図20】ブリードオフ弁指令生成部Ｃ１０が行う演算処理の内容について示す図。

【図21】流量制御用方向制御弁指令演算部Ｃ１１が行う演算処理の内容について示す図。

【図22】アクチュエータ目標流量演算部Ｃ１２が行う演算処理の内容について示す図。

【図23】流量制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ１３が行う演算処理の内容について示す図。

【図24】流量制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ１４が行う演算処理の内容について示す図。

【図25】本実施形態に係る油圧ショベルにおいて、ブーム上げ単独操作を行った場合の動作の一例を示すタイムチャート。

【図26】本実施形態の比較例に係る油圧ショベルにおいて、ブーム上げ単独操作を行った場合の動作の一例について示すタイムチャート。

【図27】本実施形態に係る油圧ショベルにおいて、アーム引き単独操作を行った場合の動作の一例を示すタイムチャート。

【図28】本実施形態の比較例に係る油圧ショベルにおいて、アーム引き単独操作を行った場合の動作の一例について示すタイムチャート。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図面を参照して、本発明の実施形態に係る作業機械について説明する。本実施形態では、作業機械が、クローラ式の油圧ショベルである例について説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の側面図である。説明の便宜上、図１に示すように油圧ショベル１の前後および上下方向を規定する。つまり、本実施形態では、特に断り書きのない場合は、運転席の前方（同図中では左方向）を油圧ショベル１の前方とする。

【0013】

油圧ショベル１は、機体（車体）２０と、機体２０に取り付けられる作業装置１０と、を備える。機体２０は、走行体２と、走行体２上に旋回可能に搭載された旋回体３とを備える。走行体２は、左右一対のクローラと、アクチュエータである走行用油圧モータ２ａと、を有する。走行体２は、クローラを走行用油圧モータ２ａによって駆動することにより走行する。旋回体３は、アクチュエータである旋回用油圧モータ３ａを有する。旋回体３は、旋回用油圧モータ３ａによって、走行体２に対して回転する。

【0014】

旋回体３は、旋回フレーム３０と、旋回フレーム３０の前部左側に設けられる運転室３１と、旋回フレーム３０の後部に設けられるカウンタウエイト３２と、旋回フレーム３０における運転室３１の後側に設けられるエンジン室３３と、を有する。エンジン室３３には、動力源であるエンジン及び油圧ポンプ、バルブ、アキュムレータ等の油圧機器が収容されている。旋回フレーム３０の前部中央には作業装置１０が回動可能に連結されている。

【0015】

作業装置１０は、回動可能に連結される複数の被駆動部材（１１，１２，１３）及び被駆動部材を駆動する複数の流体圧シリンダ（１１ａ，１２ａ，１３ａ）を有する多関節型の作業装置である。本実施形態では、３つの被駆動部材としてのブーム１１、アーム１２及びバケット１３が、直列的に連結される。ブーム１１は、その基端部が旋回フレーム３０の前部においてブームピン１１ｂ（図３参照）によって回動可能に連結される。アーム１２は、その基端部がブーム１１の先端部においてアームピン１２ｂ（図３参照）によって回動可能に連結される。バケット１３は、アーム１２の先端部においてバケットピン１３ｂ（図３参照）によって回動可能に連結される。ブームピン１１ｂ、アームピン１２ｂ、バケットピン１３ｂは、互いに平行に配置され、各被駆動部材（１１，１２，１３）は同一面内で相対回転可能とされている。

【0016】

ブーム１１は、アクチュエータである油圧シリンダ（以下、ブームシリンダ１１ａとも記す）によって駆動され、旋回フレーム３０に対して回動する。アーム１２は、アクチュエータである油圧シリンダ（以下、アームシリンダ１２ａとも記す）によって駆動され、ブーム１１に対して回動する。バケット１３は、アクチュエータである油圧シリンダ（以下、バケットシリンダ１３ａとも記す）によって駆動され、アーム１２に対して回動する。これらの油圧シリンダ（１１ａ，１２，１３ａ）は、後述するポンプ８１（図２参照）から吐出される作動流体としての作動油によって駆動される。

【0017】

図２は、油圧ショベル１に搭載される油圧システム９０を示す図である。なお、油圧システム９０には、複数の油圧アクチュエータ（２ａ，３ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ）を駆動するための油圧機器が設けられているが、図２では、ブームシリンダ１１ａとアームシリンダ１２ａを駆動するための油圧機器についてのみ図示し、その他の油圧アクチュエータ（２ａ，３ａ，１３ａ）を駆動するための油圧機器についての図示は省略している。

【0018】

図２では、操作装置２３，２４の操作指令に基づき作業装置１０の動作を制御する制御装置であるメインコントローラ１００と、メインコントローラ１００に信号を出力する装置（２３～２９）についても図示している。図２に示すように、油圧ショベル１は、ブームシリンダ１１ａ（ブーム１１）を操作するための操作装置（ブーム操作装置とも記す）２３と、アームシリンダ１２ａ（アーム１２）を操作するための操作装置（アーム操作装置とも記す）２４と、を備える。操作装置（２３，２４）は、運転室３１内に設けられる。

【0019】

ブーム操作装置２３は、中立位置からブーム上げ側及びブーム下げ側に傾動操作可能な操作レバー２３ａと、操作レバー２３ａの操作方向及び操作量を検出して、操作レバー２３ａの操作方向及び操作量を表す操作信号をブームシリンダ１１ａの操作指令としてメインコントローラ１００に出力する操作センサと、を有する。アーム操作装置２４は、中立位置からアームクラウド側（アーム引き側）及びアームダンプ側（アーム押し側）に傾動操作可能な操作レバー２４ａと、操作レバー２４ａの操作方向及び操作量を検出して、操作レバー２４ａの操作方向及び操作量を表す操作信号をアームシリンダ１２ａの操作指令としてメインコントローラ１００に出力する操作センサと、を有する。

【0020】

操作装置２３，２４は、操作レバー２３ａ，２４ａが中立位置から一方（油圧シリンダ伸長側）へ傾けられると正の値の操作量を表す操作信号を出力し、操作レバー２３ａ，２４ａが中立位置から他方（油圧シリンダ収縮側）へ傾けられると負の値の操作量を表す操作信号を出力する。操作装置２３，２４の操作センサで検出される操作レバー２３ａ，２４ａの操作量（操作角）は、中立位置のときに０[％]（０°）であり、中立位置から傾けるほど、その絶対値が大きくなる。

【0021】

なお、図示しないが、運転室３１内には、エンジン８０の目標回転速度を設定するためのエンジンコントロールダイヤルが設けられている。メインコントローラ１００は、エンジンコントロールダイヤルからの操作信号に基づいて目標回転速度を決定し、決定した目標回転速度の信号をエンジンコントローラ１０８に出力する。エンジン８０には、エンジン８０の実回転速度を検出するエンジン回転速度センサ８０ａ及びエンジン８０のシリンダ内に噴射する燃料の噴射量を調整する燃料噴射装置８０ｂが設けられている。エンジンコントローラ１０８は、エンジン回転速度センサ８０ａで検出されたエンジン８０の実回転速度が、メインコントローラ１００から出力される目標回転速度となるように、燃料噴射装置８０ｂを制御する。

【0022】

油圧システム９０は、吐出容量（押しのけ容積）の変更が可能な可変容量型のポンプ８１と、ポンプ８１から吐出される作動油をブームシリンダ１１ａ及びアームシリンダ１２ａに供給するメイン回路ＨＣと、ポンプ８１と作動油が貯留されるタンク１９とを接続するブリードオフ通路Ｌｂと、を備える。

【0023】

ポンプ８１は、エンジン８０に接続され、エンジン８０によって駆動されて、タンク１９から作動油を吸い込み、吐出する。ポンプ８１は、ピストン式の油圧ポンプ（流体圧ポンプ）であり、レギュレータ８１ａにより斜板の傾きが変更されることで吐出容量が変化する。エンジン８０は、油圧ショベル１の動力源であり、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。

【0024】

メイン回路ＨＣには、ポンプ８１からブームシリンダ１１ａに供給される作動油の流れ、及びブームシリンダ１１ａからタンク１９に排出される作動油の流れを制御する方向制御弁（以下、ブーム制御弁とも記す）４５と、ポンプ８１からアームシリンダ１２ａに供給される作動油の流れ、及びアームシリンダ１２ａからタンク１９に排出される作動油の流れを制御する方向制御弁（以下、アーム制御弁とも記す）４６と、が設けられる。

【0025】

方向制御弁４５，４６は、パイロット受圧部４５ｃ，４５ｄ，４６ｃ，４６ｄと、パイロット受圧部４５ｃ，４５ｄ，４６ｃ，４６ｄにパイロット圧を出力する電磁弁４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂと、を有する。電磁弁４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂは、図示しないパイロットポンプ等のパイロット油圧源を有するパイロット回路からのパイロット１次圧を減圧して、パイロット２次圧を生成し、生成したパイロット２次圧を方向制御弁４５，４６のパイロット受圧部４５ｃ，４５ｄ，４６ｃ，４６ｄに出力する。

【0026】

電磁弁４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂは、メインコントローラ１００からソレノイドに供給される制御電流に応じて発生するソレノイド推力によって駆動され、制御電流に応じたパイロット２次圧を生成する電磁比例弁である。

【0027】

メインコントローラ１００は、ブーム操作装置２３から出力される操作信号に基づいて、電磁弁４５ａ，４５ｂを制御し、アーム操作装置２４から出力される操作信号に基づいて、電磁弁４６ａ，４６ｂを制御する。

【0028】

電磁弁４５ａによって生成されたパイロット２次圧が、ブーム制御弁４５のパイロット受圧部４５ｃに作用すると、ブーム制御弁４５が伸長位置に切り換えられる。これにより、ポンプ８１から吐出された作動油がブームシリンダ１１ａのボトム室に導かれるとともにロッド室からタンク１９に作動油が排出され、ブームシリンダ１１ａが伸長する。その結果、ブーム１１が上方向に回動する（すなわち、すなわちブーム１１が起立する）。

【0029】

電磁弁４５ｂによって生成されたパイロット２次圧が、ブーム制御弁４５のパイロット受圧部４５ｄに作用すると、ブーム制御弁４５が収縮位置に切り換えられる。これにより、ポンプ８１から吐出された作動油がブームシリンダ１１ａのロッド室に導かれるとともにボトム室からタンク１９に作動油が排出され、ブームシリンダ１１ａが収縮する。その結果、ブーム１１が下方向に回動する（すなわち、ブーム１１が倒伏する）。

【0030】

電磁弁４６ａによって生成されたパイロット２次圧が、アーム制御弁４６のパイロット受圧部４６ｃに作用すると、アーム制御弁４６が伸長位置に切り換えられる。これにより、ポンプ８１から吐出された作動油がアームシリンダ１２ａのボトム室に導かれるとともにロッド室からタンク１９に作動油が排出され、アームシリンダ１２ａが伸長する。その結果、アーム１２が下方向に回動する（すなわち、アーム１２がクラウド動作（アーム引き動作）を行う）。

【0031】

電磁弁４６ｂによって生成されたパイロット２次圧が、アーム制御弁４６のパイロット受圧部４６ｄに作用すると、アーム制御弁４６が収縮位置に切り換えられる。これにより、ポンプ８１から吐出された作動油がアームシリンダ１２ａのロッド室に導かれるとともにボトム室からタンク１９に作動油が排出され、アームシリンダ１２ａが収縮する。その結果、アーム１２が上方向に回動する（すなわち、アーム１２がダンプ動作（アーム押し動作）を行う）。

【0032】

メイン回路ＨＣには、ポンプ吐出圧（回路圧）が予め設定されている設定圧を上回ると、ポンプ８１から吐出される作動油をタンク１９に排出することにより、ポンプ吐出圧の最高圧力を規定するリリーフ弁４７が設けられている。

【0033】

ブーム制御弁４５のポンプポートに接続される通路（ブーム制御弁４５の上流側の通路）には、ブームシリンダ１１ａへ供給される作動油の流れを制御するメータイン制御弁（ブームメータイン制御弁とも記す）４１が設けられる。なお、メータイン制御弁４１は、ブームシリンダ１１ａの負荷圧を保持するための逆止弁としての機能も有し、ポンプ吐出圧がシリンダ圧を下回った場合には全閉となる。アーム制御弁４６のポンプポートに接続される通路（アーム制御弁４６の上流側の通路）には、アームシリンダ１２ａへ供給される作動油の流れを制御するメータイン制御弁（アームメータイン制御弁とも記す）４２が設けられる。なお、メータイン制御弁４２は、アームシリンダ１２ａの負荷圧を保持するための逆止弁としての機能も有し、ポンプ吐出圧がシリンダ圧を下回った場合には全閉となる。

【0034】

メータイン制御弁４１，４２は、メインコントローラ１００から電磁駆動部（ソレノイド）に供給される制御電流に応じて発生するソレノイド推力によって駆動され、制御電流に応じて開度（メータイン開口面積）が調整される電磁比例弁である。

【0035】

ブリードオフ通路Ｌｂは、メータイン制御弁４１，４２の上流側において、ポンプ吐出通路から分岐するよう設けられている。ブリードオフ通路Ｌｂには、ポンプ８１から吐出される作動油をタンク１９へ排出するブリードオフ弁１８が設けられる。ブリードオフ弁１８は、ブリードオフ通路Ｌｂの開度を変化させることにより、ブリードオフ流量及びポンプ吐出圧の調整が可能とされている。

【0036】

ブリードオフ弁１８は、メインコントローラ１００から電磁駆動部（ソレノイド）に供給される制御電流に応じて発生するソレノイド推力によって駆動され、制御電流に応じて開度（ブリードオフ開口面積）が調整される電磁比例弁である。

【0037】

メインコントローラ１００は、動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、記憶装置としてのＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、入出力インタフェース１０４、及び、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。メインコントローラ１００は、１つのマイクロコンピュータで構成してもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。エンジンコントローラ１０８もメインコントローラ１００と同様の構成を有し、メインコントローラ１００に接続され、相互に情報（データ）の授受を行う。

【0038】

ＲＯＭ１０２は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリであり、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、ＲＯＭ１０２は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。ＲＡＭ１０３は揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１との間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１がプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。なお、メインコントローラ１００は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の記憶装置をさらに備えていてもよい。

【0039】

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶されたプログラムをＲＡＭ１０３に展開して演算実行する処理装置であって、プログラムに従って入出力インタフェース１０４及びＲＯＭ１０２，ＲＡＭ１０３から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。入出力インタフェース１０４には、操作装置２３，２４、圧力センサ２５～２９、姿勢検出装置１５、エンジンコントローラ１０８等からの信号が入力される。入出力インタフェース１０４の入力部は、入力された信号をＣＰＵ１０１で演算可能なデータに変換する。また、入出力インタフェース１０４の出力部は、ＣＰＵ１０１での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を方向制御弁４５，４６、メータイン制御弁４１，４２、ブリードオフ弁１８及びレギュレータ８１ａ等に出力する。

【0040】

姿勢検出装置１５は、ブーム１１、アーム１２、バケット１３及び旋回フレーム３０のそれぞれに取り付けられているＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）１５ａ～１５ｄ、機体２０に取り付けられている旋回角度センサ１５ｅ、及び、姿勢演算コントローラ１５ｆを有している。なお、バケット１３の姿勢を検出するためのＩＭＵ１５ｃは、バケットリンク１３Ｌに取り付けられている（図１参照）。

【0041】

ＩＭＵ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、油圧ショベル１の姿勢に関する情報として、部材の直交３軸の角速度及び加速度を検出し、検出結果を姿勢演算コントローラ１５ｆに出力する。旋回角度センサ１５ｅは、油圧ショベル１の姿勢に関する情報として、旋回中心軸に直交する平面内における走行体２に対する旋回体３の相対角度である旋回角を検出し、検出結果を姿勢演算コントローラ１５ｆに出力する。姿勢演算コントローラ１５ｆは、ＩＭＵ１５ａ～１５ｄでの検出結果、及び、旋回角度センサ１５ｅでの検出結果に基づいて、ブーム角α、アーム角β、バケット角γ、車体傾斜角φ、及び、旋回角θを演算し、演算結果をメインコントローラ１００に出力する。このように、姿勢検出装置１５は、作業装置１０及び機体２０の姿勢を検出する機能を有している。

【0042】

図３は、油圧ショベル１における座標系（ショベル基準座標系）を示す図である。図３に示すように、ショベル基準座標系は、走行体２に対して設定される座標系である。ショベル基準座標系では、旋回体３の旋回中心軸がＺ軸として設定される。ショベル基準座標系では、旋回体３の前後方向が走行体２の前後方向と一致している姿勢において、Ｚ軸（旋回中心軸）及びブームピン１１ｂに直交し、かつ、旋回中心軸及びブームピン１１ｂの中心軸を通る軸がＸ軸として設定される。つまり、走行体２の前後方向に延在する軸がＸ軸として設定される。ショベル基準座標系では、Ｘ軸とＺ軸のそれぞれに直交する軸がＹ軸として設定され、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の交点が原点Ｏとして設定される。ブーム角αはＸ－Ｙ平面に対するブーム１１の傾斜角度であり、アーム角βはブーム１１に対するアーム１２の傾斜角度であり、バケット角γはアーム１２に対するバケット１３の傾斜角度であり、旋回角θは走行体２に対する旋回体３の回動角度である。また、車体傾斜角φは、水平面（基準面）に対する機体２０（旋回体３）の傾斜角度、すなわち水平面（基準面）とＸ軸とのなす角である。

【0043】

図２に示すように、圧力センサ２５は、ポンプ吐出圧（メイン回路ＨＣの回路圧）を検出し、検出結果（ポンプ吐出圧）を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。圧力センサ２６は、ブームシリンダ１１ａのボトム室の圧力（以下、ボトム圧、あるいはブームボトム圧とも記す）を検出し、検出結果を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。圧力センサ２７は、ブームシリンダ１１ａのロッド室の圧力（以下、ロッド圧、あるいはブームロッド圧とも記す）を検出し、検出結果を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。圧力センサ２８は、アームシリンダ１２ａのボトム室の圧力（以下、ボトム圧、あるいはアームボトム圧とも記す）を検出し、検出結果を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。圧力センサ２９は、アームシリンダ１２ａのロッド室の圧力（以下、ロッド圧、あるいはアームロッド圧とも記す）を検出し、検出結果を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。

【0044】

メインコントローラ１００は、操作装置２３，２４からの操作指令に基づいて、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標圧及び目標速度を演算し、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標速度に基づいて、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標流量を演算する。また、メインコントローラ１００は、姿勢検出装置１５の検出結果に基づいて、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の実速度を演算し、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標速度と実速度の乖離度合いとしての速度偏差比率を演算する。メインコントローラ１００は、速度偏差比率が予め定められた所定値Ｒｗよりも大きいときには、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の圧力を目標圧とするための圧力制御を実行することにより、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の急動作を防止しつつ、安定した加減速度で油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）を動作させる。また、メインコントローラ１００は、速度偏差比率が予め定められた所定値Ｒｗよりも小さいときには、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の流量を目標流量とするための流量制御を実行することにより、オペレータの意図する速度で油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）を動作させる。

【0045】

以下、図４～図２４を参照して、メインコントローラ１００の機能について、詳しく説明する。図４～図７は、メインコントローラ１００の機能ブロック図である。図４は、メータイン目標圧、メータアウト目標圧、ポンプ目標圧及びアクチュエータ目標速度を演算するための機能、並びに圧力制御フラグを設定するための機能について示す。図５は、圧力制御用のメータイン制御弁指令値、方向制御弁指令値及びポンプ容積指令値を演算するための機能について示す。図６は、流量制御用の方向制御弁指令値、メータイン制御弁指令値及びポンプ容積指令値を演算するための機能について示す。図７は、方向制御弁指令、メータイン制御弁指令及びポンプ容積指令を生成するための機能について示す。メインコントローラ１００は、ＲＯＭ１０２に記憶されているプログラムを実行することにより、各種演算を行う演算部として機能する。

【0046】

具体的には、図４に示すように、メインコントローラ１００は、慣性モーメント補正比率演算部Ｃ１、目標推力演算部Ｃ２、目標圧演算部Ｃ３、アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４、アクチュエータ実速度演算部Ｃ１８及び圧力制御フラグ設定部Ｃ５として機能する。また、図５に示すように、メインコントローラ１００は、メータイン圧演算部Ｃ６、圧力制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ７、圧力制御用方向制御弁指令演算部Ｃ８及び圧力制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ９として機能する。また、図６に示すように、メインコントローラ１００は、ブリードオフ弁指令生成部Ｃ１０、流量制御用方向制御弁指令演算部Ｃ１１、アクチュエータ目標流量演算部Ｃ１２、流量制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ１３及び流量制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ１４として機能する。さらに、図７に示すように、メインコントローラ１００は、方向制御弁指令生成部Ｃ１５、メータイン制御弁指令生成部Ｃ１６及びポンプ容積指令生成部Ｃ１７として機能する。

【0047】

図８は、慣性モーメント補正比率演算部Ｃ１が行う演算処理の内容について示す図である。慣性モーメント補正比率演算部Ｃ１は、圧力センサ２６～２９で検出されたシリンダ圧（ブームボトム圧、ブームロッド圧、アームボトム圧及びアームロッド圧）、及び、姿勢検出装置１５で検出された油圧ショベル１の姿勢情報（各部材の角度情報）に基づいて、慣性モーメント補正比率Ｃｒを演算する。

【0048】

図８に示すように、慣性モーメント補正比率演算部Ｃ１は、推力モーメント演算部Ｏ１ａ、重力モーメント演算部Ｏ１ｂ、演算部Ｏ１ｃ，Ｏ１ｄ，Ｏ１ｅ、慣性モーメント基準値演算部Ｏ１ｆ、演算部Ｏ１ｇ、判定部Ｏ１ｈ、選択部Ｏ１ｉ、ローパスフィルタ処理部Ｏ１ｊ、及び演算部Ｏ１ｋとして機能する。推力モーメント演算部Ｏ１ａ、重力モーメント演算部Ｏ１ｂ、演算部Ｏ１ｃ，Ｏ１ｄ，Ｏ１ｅは、シリンダ圧及び姿勢情報及びＲＯＭ１０２に記憶されている情報に基づいて、慣性モーメント実測値Ｉａを演算する慣性モーメント実測値演算部Ｏ１ｚとして機能する。

【0049】

図９を参照して、運動方程式から慣性モーメント実測値Ｉａを算出する方法について説明する。図９は、運動方程式からブームピン１１ｂ回りの慣性モーメント実測値Ｉａを算出する方法について説明する図である。

【0050】

ブームシリンダ１１ａは、ロッドの端部がブーム１１に対してロッド側ピンにより連結され、シリンダチューブの端部が旋回フレーム３０に対してボトム側ピンにより連結されている。図９に示すように、ブームピン１１ｂの中心点Ｏｂと、ブームシリンダ１１ａのロッド側ピンの中心点Ａとを結ぶ直線である線分（ＯＡ）の長さをＬａ、ブームシリンダ１１ａの軸方向（中心軸方向）の推力をＦ、線分（ＯＡ）に直交する軸とブームシリンダ１１ａの中心軸とのなす角をΨａとする。また、ブームピン１１ｂの中心点Ｏｂと、ブームピン１１ｂを介して旋回フレーム３０によって支持される作業装置１０の重心位置Ｇとを結ぶ直線である線分（ＯＧ）の長さをＬｇとする。

【0051】

以上のように、各寸法を定義した場合、作業装置１０に作用するブームシリンダ１１ａの推力Ｆによるブームピン１１ｂ回りの回転モーメント（以下、推力モーメントとも記す）Ｍｆは、次式（１）により算出される。

【0052】

【数1】

【0053】

なお、ブームシリンダ１１ａの推力Ｆは、ボトム室のピストン受圧面積（シリンダ２本分の受圧面積）をＳｂｏｔ、ロッド室側のピストン受圧面積（シリンダ２本分の受圧面積）をＳｒｏｄ、ボトム室に作用する作動油の圧力（ボトム圧）をＰｂｏｔ、ロッド室に作用する作動油の圧力（ロッド圧）をＰｒｏｄとすると、次式（２）により算出される。

【0054】

【数2】

【0055】

作業装置１０に作用する重力によるブームピン１１ｂ回りの回転モーメント（以下、重力モーメントとも記す）Ｍｇは、ブームピン１１ｂを介して旋回フレーム３０によって支持される作業装置１０の質量をｍ、重力加速度をｇ、線分（ＯＧ）と直交する軸と鉛直軸（重力方向の軸）とのなす角をΨｂとすると、次式（３）で表される。

【0056】

【数3】

【0057】

このため、ブームピン１１ｂ回りの回転の運動方程式は、ブームピン１１ｂ回りの慣性モーメントをＩ、ブーム１１の角加速度をα″とすると、次式（４）となる。なお、作業装置１０に外部からの荷重は働いていないものとする。

【0058】

【数4】

【0059】

したがって、慣性モーメントＩは、次式（５）で算出される。

【0060】

【数5】

【0061】

メインコントローラ１００のＲＯＭ１０２には、上式（１）～（５）を演算するための、各種寸法データが予め記憶されている。

【0062】

式（１）のなす角Ψａは、姿勢検出装置１５で演算されるブーム角α、及び、予めＲＯＭ１０２に記憶されている寸法データに基づいて演算可能である。ＲＯＭ１０２に記憶されている寸法データには、ブームピン１１ｂと線分（ＯＡ）の長さＬａ、ブームピン１１ｂとブームシリンダ１１ａのボトム側ピンの中心点Ｂとを結ぶ直線である線分（ＯＢ）の長さＬｂ、線分（ＯＢ）とＸ軸とのなす角αｔ、ブームピン１１ｂとアームピン１２ｂとを結ぶ直線と線分（ＯＡ）とのなす角αｕが含まれる。

【0063】

図８に示す推力モーメント演算部Ｏ１ａは、例えば、長さＬａ，Ｌｂ，なす角αｔ，αｕ、及び姿勢検出装置１５で検出されるブーム角αに基づいて、ブームシリンダ１１ａの長さ（シリンダ長）を演算し、線分（ＯＡ）と線分（ＡＢ）のなす角∠ＯＡＢを演算し、９０°から∠ＯＡＢを減じることにより、Ψａを算出する。なお、シリンダ長を時間微分することにより、シリンダ速度が演算される。

【0064】

式（２）の推力Ｆは、圧力センサ２６で検出されるボトム圧Ｐｂｏｔ、圧力センサ２７で検出されるロッド圧Ｐｒｏｄ、及び、予めＲＯＭ１０２に記憶されている受圧面積Ｓｂｏｔ，Ｓｒｏｄに基づいて、演算可能である。

【0065】

推力モーメント演算部Ｏ１ａは、圧力センサ２６，２７での検出結果、姿勢検出装置１５での検出結果及びＲＯＭ１０２に記憶されている各種データに基づき、式（１），（２）を用いることによって、推力モーメントＭｆを算出する。

【0066】

式（３）の長さＬｂ及びなす角Ψｂ（すなわち、被駆動部材の合成重心の重心位置Ｇ）は、姿勢検出装置１５で検出される各被駆動部材の角度α，β，γ、並びに、予めＲＯＭ１０２に記憶されているブーム１１、アーム１２及びバケット１３のそれぞれの重心位置、質量及び長さに基づいて演算可能である。

【0067】

重力モーメント演算部Ｏ１ｂは、姿勢検出装置１５での検出結果及びＲＯＭ１０２に記憶されている各種データに基づき、式（３）を用いることによって、重力モーメントＭｇを算出する。

【0068】

演算部Ｏ１ｃは、推力モーメント演算部Ｏ１ａでの演算結果である推力モーメントＭｆに、重力モーメント演算部Ｏ１ｂでの演算結果である重力モーメントＭｇを加算する。すなわち、演算部Ｏ１ｃは、式（４）に基づく演算を行う。

【0069】

演算部Ｏ１ｄは、姿勢検出装置１５での検出結果に基づき、ブーム１１の角加速度α″を演算する。角加速度α″は、ブーム角αを時間で２階微分することにより演算される。演算部Ｏ１ｄは、姿勢検出装置１５によって検出されるブーム角αを所定の制御周期で繰り返し、取得している。このため、演算部Ｏ１ｄは、所定の制御周期で繰り返し検出されるブーム角αの前回値αａと今回値αｂとの差（αｂ－αａ）を前回値αａを検出した時刻ｔａから今回値αｂを検出した時刻ｔｂまでの時間Δｔ（＝ｔｂ－ｔａ）で除することにより、ブーム角αの時間変化率であるブーム角速度α′（＝（αｂ－αａ）／（ｔｂ－ｔａ））を算出する。さらに、演算部Ｏ１ｄは、同様に、ブーム角速度α′の前回値と今回値とからブーム角速度α′の時間変化率であるブーム角加速度α″を算出する。

【0070】

演算部Ｏ１ｅは、演算部Ｏ１ｃでの演算結果を演算部Ｏ１ｄでの演算結果で除算することにより、慣性モーメントＩの実測値（慣性モーメント実測値Ｉａ）を演算する。すなわち、演算部Ｏ１ｅは、式（５）に基づく演算を行う。なお、演算部Ｏ１ｅは、角加速度α″が０（ゼロ）の場合には、例えば、予め定められている最小値で置き換えることにより、ゼロ割防止対策を行う。

【0071】

このようにして得られた慣性モーメント実測値Ｉａは、バケット１３内の積載状況、掘削作業中の地山からの反力などの外的負荷の影響がある場合には、後述するバケット１３が空荷の状態のときの慣性モーメント（慣性モーメント基準値Ｉｂ）とは異なる値となる。

【0072】

慣性モーメント基準値演算部Ｏ１ｆは、姿勢情報及びＲＯＭ１０２に記憶されている情報に基づいて、慣性モーメント基準値Ｉｂを演算する。慣性モーメント基準値Ｉｂは、バケット１３が空荷の状態であって所定の姿勢で動いていないときの作業装置１０の慣性モーメントであり、作業装置１０の姿勢に基づいて算出される。

【0073】

図１０を参照して、慣性モーメント基準値Ｉｂを算出する方法について説明する。図１０は、慣性モーメント基準値Ｉｂを算出する方法について説明する図である。慣性モーメント基準値Ｉｂは、ブーム１１のブームピン１１ｂの中心点Ｏｂ回りのモーメントをＩ１、アーム１２のブームピン１１ｂの中心点Ｏｂ回りのモーメントをＩ２、バケット１３のブームピン１１ｂの中心点Ｏｂ回りのモーメントをＩ３とすると、次式（６）で表される。

【0074】

【数6】

【0075】

モーメントＩ１，Ｉ２，Ｉ３は、ブーム１１の重心回りの慣性モーメントをＩｇ１、アーム１２の重心回りの慣性モーメントＩｇ２と、ブーム１１の質量をｍ１、アーム１２の質量をｍ２、バケット１３の質量をｍ３、ブームピン１１ｂの中心点Ｏｂからのブーム１１の重心Ｇ１までの距離をＬｇ１、ブームピン１１ｂの中心点Ｏｂからアーム１２の重心Ｇ２までの距離をＬｇ２、ブームピン１１ｂの中心点Ｏｂからバケット１３の重心Ｇ３までの距離をＬｇ３とすると、次式（７）で表される。

【0076】

【数7】

【0077】

式（７）の距離Ｌｇ１，Ｌｇ２，Ｌｇ３は、姿勢検出装置１５で検出される各被駆動部材の角度α，β，γ、並びに、予めＲＯＭ１０２に記憶されているブームピン１１ｂからブーム１１の重心位置Ｇ１までの距離、アームピン１２ｂからアーム１２の重心位置Ｇ２までの距離及びバケットピン１３ｂからバケット１３の重心位置Ｇ３までの距離に基づいて演算可能である。

【0078】

慣性モーメント基準値演算部Ｏ１ｆは、姿勢検出装置１５での検出結果及びＲＯＭ１０２に記憶されている各種データに基づき、式（６），（７）を用いることによって、慣性モーメント基準値Ｉｂを演算する。

【0079】

演算部Ｏ１ｇは、演算部Ｏ１ｄでの演算結果である角加速度α″の絶対値を演算する。判定部Ｏ１ｈは、演算部Ｏ１ｇでの演算結果|α″|が予め設定されている閾値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判定する。選択部Ｏ１ｉは、判定部Ｏ１ｈで肯定判定されると、すなわち角加速度の絶対値|α″|が閾値Ｔｈ１よりも大きいと判定されると、慣性モーメント実測値Ｉａを選択し、ローパスフィルタ処理部Ｏ１ｊに出力する。選択部Ｏ１ｉは、判定部Ｏ１ｈで否定判定されると、すなわち角加速度の絶対値|α″|が閾値Ｔｈ１以下であると判定されると、慣性モーメント基準値Ｉｂを選択し、ローパスフィルタ処理部Ｏ１ｊに出力する。

【0080】

ローパスフィルタ処理部Ｏ１ｊは、選択部Ｏ１ｉからの出力にローパスフィルタ処理を行い、慣性モーメント推定値Ｉｅとして出力する。演算部Ｏ１ｋは、慣性モーメント推定値Ｉｅを慣性モーメント基準値Ｉｂで除算することにより、慣性モーメント補正比率Ｃｒを演算する。

【0081】

このように、慣性モーメント補正比率演算部Ｃ１は、シリンダ圧及び姿勢情報に基づいて、慣性モーメント補正比率Ｃｒを演算する。なお、ブームピン１１ｂ回りの慣性モーメント補正比率Ｃｒの演算を例に説明したが、アームピン１２ｂ回りの慣性モーメント補正比率Ｃｒ、バケットピン１３ｂ回りの慣性モーメント補正比率Ｃｒについても同様の演算が行われる。

【0082】

図１１は、目標推力演算部Ｃ２が行う演算処理の内容について示す図である。目標推力演算部Ｃ２は、操作信号、姿勢情報、並びに、慣性モーメント補正比率演算部Ｃ１で演算された慣性モーメント補正比率Ｃｒ及び作業装置１０の重力モーメントＭｇに基づいて、油圧シリンダの目標推力を演算する。なお、以下では、ブームシリンダ１１ａに対する目標推力の演算方法を一例に説明する。

【0083】

目標推力演算部Ｃ２は、演算部Ｏ２ａ，Ｏ２ｂ，Ｏ２ｃ，Ｏ２ｄ，Ｏ２ｅ，Ｏ２ｆ、最小値選択部Ｏ２ｇ、演算部Ｏ２ｈ、判定部Ｏ２ｉ、選択部Ｏ２ｊ、演算部Ｏ２ｋ、及び推力成分演算部Ｏ２ｌとして機能する。ＲＯＭ１０２は、操作信号と最大トルクとが対応付けられた最大トルクテーブルＴ２ａ及び操作信号と加速トルク目標値とが対応付けられた加速トルクテーブルＴ２ｂが記憶されている。

【0084】

最大トルクテーブルＴ２ａは、操作レバー２３ａの操作量の絶対値が大きくなるほど、最大トルクの絶対値が大きくなる特性である。演算部Ｏ２ａは、最大トルクテーブルＴ２ａを参照し、ブーム操作装置２３から入力される操作信号に基づいて、最大トルクを演算する。最大トルクは、押し当て時などで作業装置１０が止まっている状態でのトルクの最大値である。

【0085】

加速トルクテーブルＴ２ｂは、操作レバー２３ａの操作量の絶対値が大きくなるほど、加速トルク目標値の絶対値が大きくなる特性である。演算部Ｏ２ａは、加速トルクテーブルＴ２ｂを参照し、ブーム操作装置２３から入力される操作信号に基づいて、加速トルク目標値を演算する。加速トルク目標値は、空中などで作業装置１０を動作させた場合の加速トルクの目標値である。

【0086】

演算部Ｏ２ｃは、ブームピン１１ｂ回りの慣性モーメント補正比率Ｃｒから１を減算し、演算部Ｏ２ｄは、演算部Ｏ２ｃでの演算結果にゲインＧｍを乗算する。演算部Ｏ２ｅは、演算部Ｏ２ｄでの演算結果に１を加算し、トルク調整ゲインを演算する。ゲインＧｍは、０（ゼロ）から１までの値であり（０≦Ｇｍ≦１）、予めＲＯＭ１０２に記憶されている。

【0087】

演算部Ｏ２ｆは、演算部Ｏ２ｂでの演算結果である加速トルク目標値に、演算部Ｏ２ｅでの演算結果であるトルク調整ゲインを乗算することにより、補正加速トルク目標値を演算する。これにより、慣性モーメント実測値Ｉａが慣性モーメント基準値Ｉｂに比べて大きい場合には加速トルクの大きさが大きくなるように補正され、慣性モーメント実測値Ｉａが慣性モーメント基準値Ｉｂに比べて小さい場合には加速トルクの大きさが小さくなるように補正される。慣性モーメント実測値Ｉａと慣性モーメント基準値Ｉｂとが同じ値である場合には、加速トルク目標値には１が乗算されることにより、補正加速トルク目標値が演算される（加速トルク目標値＝補正加速トルク目標値）。

【0088】

なお、ゲインＧｍは、タッチパネル等の入力装置（不図示）に対するオペレータの操作によって変更できるようにしてもよい。ゲインＧｍが０に設定された場合、慣性モーメント実測値Ｉａと慣性モーメント基準値Ｉｂとが異なる場合であっても、加速トルク目標値には１が乗算される。つまり、慣性モーメント補正比率に応じた加速トルク目標値の補正が行われないこととなる。ゲインＧｍが大きくなるほど、慣性モーメント補正比率による加速トルク目標値の補正の影響が大きくなる。オペレータは、入力装置を用いてゲインＧｍの大きさを設定することにより、アクチュエータの加速度の大きさを調整することができる。

【0089】

最小値選択部Ｏ２ｇは、演算部Ｏ２ａで演算された最大トルクと、演算部Ｏ２ｆでの演算結果である補正加速トルク目標値（加速トルク目標値×トルク調整ゲイン）のうちで小さい方を選択する。

【0090】

演算部Ｏ２ｈは、ブームシリンダ１１ａの操作信号（操作レバー２３ａの操作量）の絶対値を演算する。判定部Ｏ２ｉは、操作信号の絶対値が予め設定されている閾値Ｔｈ２よりも大きいか否かを判定する。選択部Ｏ２ｊは、判定部Ｏ２ｉで肯定判定されると、すなわち操作信号の絶対値が閾値Ｔｈ２よりも大きいと判定されると、最小値選択部Ｏ２ｇで選択された最小値を選択する。選択部Ｏ２ｊは、判定部Ｏ２ｉで否定判定されると、すなわち操作信号の絶対値が閾値Ｔｈ２以下であると判定されると、０（ゼロ）を選択する。

【0091】

演算部Ｏ２ｋは、選択部Ｏ２ｊで選択された値から作業装置１０の重力モーメントＭｇを減算することにより、ブーム目標トルクを演算する。つまり、演算部Ｏ２ｋは、作業装置１０に作用する重力による回転モーメントＭｇを打ち消す方向のトルクを選択部Ｏ２ｊで選択された値に加算することにより、目標トルクを演算する。推力成分演算部Ｏ２ｌは、演算部Ｏ２ｋで演算されたブーム目標トルク、姿勢情報及びＲＯＭ１０２に記憶されている寸法データに基づいて、ブームシリンダ１１ａの軸方向の推力成分を目標推力として演算する。つまり、推力成分演算部Ｏ２ｌは、ブーム目標トルクを発生させるために必要なブームシリンダ１１ａの推力をブームシリンダ１１ａの目標推力として演算する。

【0092】

このように、目標推力演算部Ｃ２は、操作信号、姿勢情報、慣性モーメント補正比率Ｃｒ及び重力モーメントＭｇに基づいて、目標推力を演算する。なお、ブームシリンダ１１ａの目標推力の演算を例に説明したが、アームシリンダ１２ａの目標推力、及びバケットシリンダ１３ａの目標推力についても同様の演算が行われる。

【0093】

図１２及び図１３は、目標圧演算部Ｃ３が行う演算処理の内容について示す図である。図１２は、メータイン目標圧及びメータアウト目標圧を演算するための処理について示し、図１３は、ポンプ目標圧を演算するための処理について示す。図１２に示すように、目標圧演算部Ｃ３は、油圧シリンダの目標推力及び操作信号に基づいて、メータイン目標圧及びメータアウト目標圧を演算する。以下では、ブームシリンダ１１ａの目標推力及び操作信号に基づいて、ブームシリンダ１１ａのメータイン目標圧及びメータアウト目標圧を演算する例を代表して説明する。

【0094】

目標圧演算部Ｃ３は、演算部Ｏ３ａ，Ｏ３ｂ、判定部Ｏ３ｃ、選択部Ｏ３ｄ，Ｏ３ｅ、最大値選択部Ｏ３ｆ，Ｏ３ｇとして機能する。

【0095】

演算部Ｏ３ａは、目標推力演算部Ｃ２で演算されたブームシリンダ１１ａの目標推力に（１／Ｓｂｏｔ）を乗算し、ボトム側目標圧を演算する。演算部Ｏ３ｂは、目標推力演算部Ｃ２で演算されたブームシリンダ１１ａの目標推力に（－１／Ｓｒｏｄ）を乗算し、ロッド側目標圧を演算する。

【0096】

判定部Ｏ３ｃは、ブームシリンダ１１ａの操作信号に基づき、ブーム操作量が正の値であるか否かを判定する。選択部Ｏ３ｄは、ブーム操作量が正の値である場合、ボトム側目標圧を選択し、ブーム操作量が正の値でない場合、ロッド側目標圧を選択する。選択部Ｏ３ｅは、ブーム操作量が正の値である場合、ロッド側目標圧を選択し、ブーム操作量が負の値である場合、ボトム側目標圧を選択する。

【0097】

最大値選択部Ｏ３ｆは、選択部Ｏ３ｄで選択された目標圧と予めＲＯＭ１０２に記憶されている所定値Ｐ１（例えば、１ＭＰａ程度）とを比較し、大きい方を選択し、選択した値をメータイン目標圧として決定する。最大値選択部Ｏ３ｇは、選択部Ｏ３ｅで選択された目標圧と０（ゼロ）とを比較し、大きい方を選択し、選択した値をメータアウト目標圧として決定する。

【0098】

このように、目標圧演算部Ｃ３は、操作信号及び目標推力に基づいて、油圧シリンダのメータイン目標圧及びメータアウト目標圧を演算する。例えば、ブームシリンダ１１ａを伸長方向に加速動作させるように操作レバー２３ａが最大操作位置に操作されると、目標推力演算部Ｃ２によって正の値の目標推力が演算され、判定部Ｏ３ｃで肯定判定される。このため、選択部Ｏ３ｄは、正の値の目標推力に（１／Ｓｂｏｔ）が乗算されたボトム側目標圧を選択する。したがって、最大値選択部Ｏ３ｆは、選択部Ｏ３ｄで選択されたボトム側目標圧をメータイン目標圧として選択する。なお、選択部Ｏ３ｅは、正の値の目標推力に（－１／Ｓｒｏｄ）が乗算されたロッド側目標圧を選択するが、選択された値は０（ゼロ）よりも小さい値であるので、最大値選択部Ｏ３ｇは、０（ゼロ）をメータアウト目標圧として選択する。

【0099】

なお、ブームリンダ１１ａのメータイン目標圧及びメータアウト目標圧の演算を例に説明したが、アームシリンダ１２ａのメータイン目標圧及びメータアウト目標圧、バケットシリンダ１３ａのメータイン目標圧及びメータアウト目標圧についても同様の演算が行われる。

【0100】

図１３に示すように、目標圧演算部Ｃ３は、最大値選択部Ｏ３ｈとしても機能する。最大値選択部Ｏ３ｈは、最大値選択部Ｏ３ｆで演算された各油圧シリンダのメータイン目標圧のうちで最も大きいものを選択し、選択したメータイン目標圧をポンプ目標圧として決定する。

【0101】

図１４は、アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４が行う演算処理の内容について示す図である。アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４は、各アクチュエータの操作信号に基づき、各アクチュエータの目標速度を演算する。以下では、ブームシリンダ（アクチュエータ）１１ａの操作信号に基づき、ブームシリンダ（アクチュエータ）１１ａの目標速度を演算する例を代表して説明する。

【0102】

図１４に示すように、アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４は、ブームシリンダ１１ａの操作信号に基づいて、ブームシリンダ１１ａの目標速度を演算する。ＲＯＭ１０２には、操作信号とブームシリンダ１１ａの目標速度とが対応付けられたテーブルＴ４が記憶されている。テーブルＴ４は、操作レバー２３ａの操作量の絶対値が大きくなるほど、目標速度の絶対値が大きくなる特性である。

【0103】

アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４は、テーブルＴ４を参照し、ブーム操作装置２３から入力される操作信号に基づいて、ブームシリンダ１１ａの目標速度を演算する。なお、目標速度は、正の場合にはブームシリンダ１１ａの伸長方向の目標速度を表し、負の場合にはブームシリンダ１１ａの収縮方向の目標速度を表している。

【0104】

なお、図示しないが、アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４は、アームシリンダ１２ａ、バケットシリンダ１３ａ、走行用油圧モータ２ａ及び旋回用油圧モータ３ａの目標速度も演算する。

【0105】

図１５は、圧力制御フラグ設定部Ｃ５が行う演算処理の内容について示す図である。圧力制御フラグ設定部Ｃ５は、アクチュエータ目標速度及び実速度に基づいて、圧力制御フラグをオンまたはオフに設定する。以下では、ブームシリンダ（アクチュエータ）１１ａの目標速度及び実速度に基づき、ブームシリンダ（アクチュエータ）１１ａの圧力制御フラグを設定する例を代表して説明する。

【0106】

なお、ブームシリンダ１１ａの実速度は、図４に示すアクチュエータ実速度演算部Ｃ１８によって演算される。アクチュエータ実速度演算部Ｃ１８は、姿勢検出装置１５で検出された姿勢情報に基づいて、ブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ及びバケットシリンダ１３ａの実速度を演算する。例えば、アクチュエータ実速度演算部Ｃ１８は、図９に示す線分（ＯＡ）の長さＬａ、線分（ＯＢ）の長さＬｂ、姿勢検出装置１５で検出されたブーム角α、及び、なす角αｔ，αｕに基づいて、ブームシリンダ１１ａの実速度を演算する。

【0107】

図１５に示すように、圧力制御フラグ設定部Ｃ５は、演算部Ｏ５ａ，Ｏ５ｂ，Ｏ５ｅ、最大値選択部Ｏ５ｆ、演算部Ｏ５ｇ、判定部Ｏ５ｈ、及び選択部Ｏ５ｉとして機能する。

【0108】

演算部Ｏ５ａは、ブームシリンダ１１ａの目標速度から実速度を減算して、シリンダ速度差を演算する。演算部Ｏ５ｂは、演算部Ｏ５ａで演算されたシリンダ速度差の絶対値を演算する。演算部Ｏ５ｅは、ブームシリンダ１１ａの目標速度の絶対値を演算する。最大値選択部Ｏ５ｆは、演算部Ｏ５ｅで演算されたブームシリンダ１１ａの目標速度の絶対値と、予めＲＯＭ１０２に記憶されているシリンダ最小速度Ｖｍｉｎとを比較し、大きい方を選択する。なお、シリンダ最小速度Ｖｍｉｎは、油圧シリンダがほぼ停止しているとみなせる速度であり、例えば５[ｍｍ／ｓ]程度の値が設定される。

【0109】

演算部Ｏ５ｇは、演算部Ｏ５ｂで演算されたシリンダ速度差の絶対値を最大値選択部Ｏ５ｆで選択された値で除算することにより、速度偏差比率を演算する。速度偏差比率は、ブームシリンダ１１ａの目標速度と実速度の乖離度合いを表す指標であり、数値が大きいほど、目標速度と実速度とが乖離していることを表す。判定部Ｏ５ｈは、速度偏差比率が予めＲＯＭ１０２に記憶されている所定値Ｒｗよりも大きいか否かを判定する。所定値Ｒｗは、予め定められた閾値であり、例えば、０．２程度の値が設定される。この場合、判定部Ｏ５ｈは、ブームシリンダ１１ａの目標速度に対する実速度の速度偏差が２０％を超えているか否かを判定する判定処理を実行しているといえる。

【0110】

選択部Ｏ５ｉは、判定部Ｏ５ｈで肯定判定されると、すなわち速度偏差比率が所定値Ｒｗよりも大きいと判定されると、圧力制御フラグをオンに設定する。選択部Ｏ５ｉは、判定部Ｏ５ｈで否定判定されると、すなわち速度偏差比率が所定値Ｒｗ以下であると判定されると、圧力制御フラグをオフに設定する。圧力制御フラグは、後述するように、油圧シリンダの制御方法を圧力制御または流量制御に切り替えるためのフラグである。後述するように、圧力制御フラグがオンに設定されると、メインコントローラ１００は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の圧力（メータイン圧力及びメータアウト圧力）を目標圧（メータイン目標圧及びメータアウト目標圧）とするための圧力制御を実行する。また、圧力制御フラグがオフに設定されると、メインコントローラ１００は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）に供給される流量を目標流量とするための流量制御を実行する。

【0111】

図１６は、メータイン圧演算部Ｃ６が行う演算処理の内容について示す図である。メータイン圧演算部Ｃ６は、シリンダ圧に基づいて、各油圧シリンダの実メータイン圧及び複数の実メータイン圧のうちの最大値である実メータイン最大圧を演算する。

【0112】

図１６に示すように、メータイン圧演算部Ｃ６は、判定部Ｏ６ａ、選択部Ｏ６ｂ及び最大値選択部Ｏ６ｃとして機能する。判定部Ｏ６ａは、ブームシリンダ１１ａの操作信号に基づき、ブーム操作量が正の値であるか否かを判定する。選択部Ｏ６ｂは、ブーム操作量が正の値である場合、圧力センサ２６で検出されたブームボトム圧を実ブームメータイン圧として選択し、ブーム操作量が正の値でない場合、圧力センサ２７で検出されたブームロッド圧を実ブームメータイン圧として選択する。なお、図示は省略するが、同様の処理により、圧力センサ２８で検出されたアームボトム圧及び圧力センサ２９で検出されたアームロッド圧のいずれかが実アームメータイン圧として選択され、バケットシリンダ１３ａのボトム圧及びロッド圧のいずれかが実バケットメータイン圧として選択される。

【0113】

最大値選択部Ｏ６ｃは、実ブームメータイン圧、実アームメータイン圧及び実バケットメータイン圧のうち、最も大きいものを選択し、選択したものを実メータイン最大圧として決定する。

【0114】

図１７は、圧力制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ７が行う演算処理の内容について示す図である。圧力制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ７は、実メータイン圧及びメータイン目標圧に基づいて、圧力制御用メータイン制御弁指令値を演算する。以下では、ブームシリンダ１１ａの実メータイン圧及びメータイン目標圧に基づき、ブームシリンダ１１ａの圧力制御用メータイン制御弁指令値を演算する例を代表して説明する。

【0115】

図１７に示すように、圧力制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ７は、演算部Ｏ７ａ，Ｏ７ｂ，Ｏ７ｃとして機能する。演算部Ｏ７ａは、ブームシリンダ１１ａの実メータイン圧からブームシリンダ１１ａのメータイン目標圧を減算することにより、メータイン圧力偏差を演算する。

【0116】

演算部Ｏ７ｂは、メータイン圧力偏差に基づいて、メータイン制御弁４１の目標開口面積を演算する。ＲＯＭ１０２には、メータイン圧力偏差とメータイン制御弁４１の目標開口面積とが対応づけられたテーブルＴ７ｂが記憶されている。テーブルＴ７ｂは、メータイン圧力偏差が０（ゼロ）以上の場合には、目標開口面積が最小値Ａｉｍｉｎ（＞０）となり、メータイン圧力偏差が０（ゼロ）未満の場合には、目標開口面積が最大値Ａｉｍａｘ（＞Ａｉｍｉｎ）となる特性である。演算部Ｏ７ｂは、テーブルＴ７ｂを参照し、メータイン圧力偏差に基づいて、メータイン制御弁４１の目標開口面積を演算する。

【0117】

演算部Ｏ７ｃは、ＲＯＭ１０２に記憶されている電流変換テーブルＴ７ｃを参照し、メータイン制御弁４１の目標開口面積に基づいて、メータイン制御弁４１の電磁駆動部（ソレノイド）に供給する制御電流の目標値を圧力制御用メータイン制御弁指令値として演算する。

【0118】

なお、圧力制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ７は、アームシリンダ１２ａのメータイン制御弁４２及びバケットシリンダ１３ａのメータイン制御弁（不図示）に対する圧力制御用メータイン制御弁指令値も演算する。

【0119】

図１８は、圧力制御用方向制御弁指令演算部Ｃ８が行う演算処理の内容について示す図である。圧力制御用方向制御弁指令演算部Ｃ８は、シリンダ圧、操作信号、目標圧演算部Ｃ３で演算されたメータアウト目標圧及び目標推力演算部Ｃ２で演算された目標推力に基づいて、圧力制御用方向制御弁指令値を演算する。以下では、ブームシリンダ１１ａのシリンダ圧（ロッド圧及びボトム圧）、操作信号及びメータアウト目標圧に基づき、ブームシリンダ１１ａの圧力制御用方向制御弁指令値を演算する例を代表して説明する。

【0120】

図１８に示すように、圧力制御用方向制御弁指令演算部Ｃ８は、演算部Ｏ８ａ，Ｏ８ｂ，Ｏ８ｃ，Ｏ８ｄ、判定部Ｏ８ｅ，Ｏ８ｆ、選択部Ｏ８ｇ，Ｏ８ｈ、及び演算部Ｏ８ｉ，Ｏ８ｊとして機能する。

【0121】

演算部Ｏ８ａは、メータアウト目標圧からブームロッド圧を減算することにより、メータアウト圧力偏差を演算する。演算部Ｏ８ｂは、メータアウト目標圧からブームボトム圧を減算することにより、メータアウト圧力偏差を演算する。

【0122】

演算部Ｏ８ｃ，Ｏ８ｄは、メータアウト圧力偏差に基づいて、方向制御弁４５の目標開口面積を演算する。ＲＯＭ１０２には、メータアウト圧力偏差と方向制御弁４５の目標開口面積とが対応づけられたテーブルＴ８ｃ，Ｔ８ｄが記憶されている。テーブルＴ８ｃ，Ｔ８ｄは、メータアウト圧力偏差が０（ゼロ）以上の場合には、目標開口面積が最小値Ａｏｍｉｎ（＞０）となり、メータアウト圧力偏差が０（ゼロ）未満の場合には、目標開口面積が最大値Ａｏｍａｘ（＞Ａｏｍｉｎ）となる特性である。演算部Ｏ８ｃ，Ｏ８ｄは、テーブルＴ８ｃ，Ｔ８ｄを参照し、メータアウト圧力偏差に基づいて、方向制御弁４５の目標開口面積を演算する。

【0123】

判定部Ｏ８ｅは、ブーム操作量が正の値であり、かつ、ブームシリンダ１１ａの目標推力が正の値であるか否かを判定する。判定部Ｏ８ｆは、ブーム操作量が負の値であり、かつ、ブームシリンダ１１ａの目標推力が負の値であるか否かを判定する。

【0124】

選択部Ｏ８ｇは、判定部Ｏ８ｅで肯定判定されると、すなわちブーム操作量が正の値であり、かつ、ブームシリンダ１１ａの目標推力が正の値であると判定されると、予めＲＯＭ１０２に記憶されている最大値Ａｏｍａｘを目標開口面積として選択する。選択部Ｏ８ｇは、判定部Ｏ８ｅで否定判定されると、すなわちブーム操作量が正の値でない、あるいは、ブームシリンダ１１ａの目標推力が正の値でないと判定されると、演算部Ｏ８ｃで演算された目標開口面積を選択する。

【0125】

選択部Ｏ８ｈは、判定部Ｏ８ｆで肯定判定されると、すなわちブーム操作量が負の値であり、かつ、ブームシリンダ１１ａの目標推力が負の値であると判定されると、予めＲＯＭ１０２に記憶されている最大値Ａｏｍａｘを目標開口面積として選択する。選択部Ｏ８ｈは、判定部Ｏ８ｆで否定判定されると、すなわちブーム操作量が負の値でない、あるいは、ブームシリンダ１１ａの目標推力が負の値でないと判定されると、演算部Ｏ８ｄで演算された目標開口面積を選択する。

【0126】

演算部Ｏ８ｉは、ＲＯＭ１０２に記憶されている電流変換テーブルＴ８ｉを参照し、選択部Ｏ８ｇで選択された方向制御弁４５の目標開口面積に基づいて、方向制御弁４５をシリンダ伸長側に駆動させるための電磁弁４５ａのソレノイドに供給する制御電流の目標値を圧力制御用方向制御弁指令値として演算する。なお、演算部Ｏ８ｉは、ブームシリンダ１１ａが伸長側に操作された場合にのみ、テーブルＴ８ｉに基づいて制御電流を演算する。演算部Ｏ８ｉは、ブームシリンダ１１ａが収縮側に操作された場合には、テーブルＴ８ｉに基づいた演算を行わず、制御電流を最小値（待機電流）に設定する。

【0127】

演算部Ｏ８ｊは、ＲＯＭ１０２に記憶されている電流変換テーブルＴ８ｊを参照し、選択部Ｏ８ｈで選択された方向制御弁４５の目標開口面積に基づいて、方向制御弁４５をシリンダ収縮側に駆動させるための電磁弁４５ｂのソレノイドに供給する制御電流の目標値を圧力制御用方向制御弁指令値として演算する。なお、演算部Ｏ８ｊは、ブームシリンダ１１ａが収縮側に操作された場合にのみ、テーブルＴ８ｊに基づいて制御電流を演算する。演算部Ｏ８ｊは、ブームシリンダ１１ａが伸長側に操作された場合には、テーブルＴ８ｊに基づいた演算を行わず、制御電流を最小値（待機電流）に設定する。

【0128】

なお、圧力制御用方向制御弁指令演算部Ｃ８は、アームシリンダ１２ａの方向制御弁４６及びバケットシリンダ１３ａの方向制御弁（不図示）に対する圧力制御用方向制御弁指令値も演算する。

【0129】

図１９は、圧力制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ９が行う演算処理の内容について示す図である。圧力制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ９は、ポンプ目標圧及び実ポンプ吐出圧に基づいて、圧力制御用ポンプ容積指令値を演算する。

【0130】

図１９に示すように、圧力制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ９は、演算部Ｏ９ａ，Ｏ９ｂとして機能する。演算部Ｏ９ａは、ポンプ目標圧から実ポンプ吐出圧を減算することにより、ポンプ圧力偏差を演算する。

【0131】

演算部Ｏ９ｂは、ポンプ圧力偏差に基づいて、ポンプ８１の吐出容量を演算する。ＲＯＭ１０２には、ポンプ圧力偏差とポンプ８１の吐出容量とが対応づけられたテーブルＴ９ｂが記憶されている。テーブルＴ９ｂは、ポンプ圧力偏差が０（ゼロ）未満の場合には、吐出容量が最小値ｑｍｉｎ（＞０）となり、ポンプ圧力偏差が０（ゼロ）以上の場合には、吐出容量が最大値ｑｍａｘ（＞ｑｍｉｎ）となる特性である。演算部Ｏ９ｂは、テーブルＴ９ｂを参照し、ポンプ圧力偏差に基づいて、ポンプ８１の吐出容量を圧力制御用ポンプ容積指令値として演算する。

【0132】

図２０は、ブリードオフ弁指令生成部Ｃ１０が行う演算処理の内容について示す図である。図２０に示すように、ブリードオフ弁指令生成部Ｃ１０は、アクチュエータの操作信号に基づいて、ブリードオフ弁１８の電磁駆動部（ソレノイド）に供給される制御電流を制御するためのブリードオフ弁指令を生成する。

【0133】

ブリードオフ弁指令生成部Ｃ１０は、演算部Ｏ１０ａ、最小値選択部Ｏ１０ｂ及び演算部Ｏ１０ｃとして機能する。ＲＯＭ１０２には、アクチュエータの操作信号（ブームシリンダ１１ａの操作信号、アームシリンダ１２ａの操作信号等）とブリードオフ弁１８の操作要求開口面積とが対応付けられたテーブルＴ１０ａ１，Ｔ１０ａ２が記憶されている。演算部Ｏ１０ａは、各アクチュエータのそれぞれに対応する操作信号に基づき、操作要求開口面積を演算する。以下では、ブームシリンダ１１ａの操作信号に基づき、操作要求開口面積を演算する例を代表して説明する。

【0134】

演算部Ｏ１０ａは、ブームシリンダ１１ａの操作信号に基づいて、ブリードオフ弁１８の操作要求開口面積を演算する。テーブルＴ１０ａ１は、操作レバー２３ａの操作量の絶対値が大きくなるほど、操作要求開口面積が小さくなる特性である。本実施形態では、操作レバー２３ａが中立位置を含む不感帯に位置しているときには、操作要求開口面積が最大開口面積となるように設定されている。

【0135】

演算部Ｏ１０ａは、テーブルＴ１０ａ１を参照し、ブーム操作装置２３から入力される操作信号に基づいて、操作要求開口面積を演算する。また、演算部Ｏ１０ａは、テーブルＴ１０ａ２を参照し、アーム操作装置２４から入力される操作信号に基づいて、操作要求開口面積を演算する。さらに、図示しないが、演算部Ｏ１０ａは、バケットシリンダ１３ａの操作信号、走行用油圧モータ２ａの操作信号及び旋回用油圧モータ３ａの操作信号に基づいて、操作要求開口面積を演算する。

【0136】

最小値選択部Ｏ１０ｂは、演算部Ｏ１０ａで演算された複数の操作要求開口面積のうち、最も小さいものを選択し、選択したものをブリードオフ弁１８の目標開口面積Ａｔとして設定する。最小値選択部Ｏ１０ｂは、ブリードオフ弁１８の目標開口面積Ａｔを演算部Ｏ１０ｃに出力する。なお、最小値選択部Ｏ１０ｂは、ブリードオフ弁１８の目標開口面積Ａｔを流量制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ１４にも出力する（図６参照）。

【0137】

演算部Ｏ１０ｃは、ＲＯＭ１０２に記憶されている電流変換テーブルＴ１０ｃを参照し、最小値選択部Ｏ１０ｂから入力された目標開口面積Ａｔに基づいて、ブリードオフ弁１８の電磁駆動部（ソレノイド）に供給する制御電流の目標値を演算する。演算部Ｏ１０ｃは、ブリードオフ弁１８の電磁駆動部に供給される制御電流を目標値に制御するためのブリードオフ弁指令を生成し、生成したブリードオフ弁指令を電流制御部（不図示）に出力する。電流制御部は、ブリードオフ弁指令に基づいて、ブリードオフ弁１８の電磁駆動部に供給される制御電流が、目標値となるように制御電流を制御する。

【0138】

図２１は、流量制御用方向制御弁指令演算部Ｃ１１が行う演算処理の内容について示す図である。図２１に示すように、流量制御用方向制御弁指令演算部Ｃ１１は、方向制御弁４５，４６を駆動させる電磁弁４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂに供給される制御電流の目標値を演算する。流量制御用方向制御弁指令演算部Ｃ１１は、ＲＯＭ１０２に記憶されているテーブルＴ１１ａを参照し、アクチュエータ（ブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ）の操作信号に基づいて、電磁弁４５ａ，４６ａに供給する制御電流の目標値を流量制御用方向制御弁指令値として演算する。流量制御用方向制御弁指令演算部Ｃ１１は、ＲＯＭ１０２に記憶されているテーブルＴ１１ｂを参照し、アクチュエータ（ブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ）の操作信号に基づいて、電磁弁４５ｂ，４６ｂに供給する制御電流の目標値を流量制御用方向制御弁指令値として演算する。

【0139】

図２２は、アクチュエータ目標流量演算部Ｃ１２が行う演算処理の内容について示す図である。アクチュエータ目標流量演算部Ｃ１２は、各アクチュエータのそれぞれに対応する情報（目標速度及び操作信号）に基づき、アクチュエータの目標流量を演算する。以下では、ブームシリンダ１１ａの目標速度及び操作信号に基づき、ブームシリンダ１１ａの目標流量を演算する例を代表して説明する。

【0140】

図２２に示すように、アクチュエータ目標流量演算部Ｃ１２は、乗算部Ｏ１２ａ，Ｏ１２ｂ、判定部Ｏ１２ｃ及び選択部Ｏ１２ｄとして機能する。

【0141】

乗算部Ｏ１２ａは、アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４で演算されたブームシリンダ１１ａの目標速度（正の値）に（Ｓｂｏｔ）を乗算し、ボトム側流入目標流量を演算する。乗算部Ｏ１２ｂは、アクチュエータ目標速度演算部Ｃ４で演算されたブームシリンダ１１ａの目標速度（負の値）に（－Ｓｒｏｄ）を乗算し、ロッド側流入目標流量を演算する。

【0142】

判定部Ｏ１２ｃは、ブームシリンダ１１ａの操作信号に基づき、ブーム操作量が正の値であるか否かを判定する。判定部Ｏ１２ｃは、ブーム操作量が正の値である場合、ボトム側流入目標流量をブームシリンダ１１ａの目標流量として決定する。判定部Ｏ１２ｃは、ブーム操作量が正の値でない場合、ロッド側流入目標流量をブームシリンダ１１ａの目標流量として決定する。

【0143】

なお、アクチュエータ目標流量演算部Ｃ１２は、アームシリンダ１２ａの操作信号及び目標速度、バケットシリンダ１３ａの操作信号及び目標速度、走行用油圧モータ２ａの操作信号及び目標速度、並びに、旋回用油圧モータ３ａの操作信号及び目標速度に基づいて、それぞれの目標流量を演算する。

【0144】

図２３は、流量制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ１３が行う演算処理の内容について示す図である。図２３に示すように、流量制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ１３は、アクチュエータ目標流量演算部Ｃ１２で演算された目標流量、圧力センサ２５で検出されるポンプ吐出圧、メータイン圧演算部Ｃ６で演算された実メータイン圧及び実メータイン最大圧に基づいて、流量制御用メータイン制御弁指令値を演算する。以下では、ブームシリンダ１１ａの目標流量及び実メータイン圧及び実メータイン最大圧、並びにポンプ吐出圧に基づき、ブームシリンダ１１ａのメータイン制御弁４１に対する流量制御用メータイン制御弁指令値を演算する例を代表して説明する。

【0145】

流量制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ１３は、演算部Ｏ１３ａ，Ｏ１３ｂ，Ｏ１３ｃ，Ｏ１３ｄ，Ｏ１３ｅ，判定部Ｏ１３ｆ、選択部Ｏ１３ｇ、演算部Ｏ１３ｈとして機能する。

【0146】

演算部Ｏ１３ａは、実メータイン最大圧から実メータイン圧を減算する。演算部Ｏ１３ｂは、ポンプ吐出圧から実メータイン圧を減算する。演算部Ｏ１３ｃは、演算部Ｏ１３ｂでの演算結果の平方根をとる。演算部Ｏ１３ｄは、演算部Ｏ１３ｃでの演算結果にＲＯＭ１０２に記憶されている流量係数ｃを乗算する。演算部Ｏ１３ｅは、ブームシリンダ１１ａの目標流量から演算部Ｏ１３ｄでの演算結果を除算し、メータイン制御弁４１の目標開口面積を演算する。

【0147】

判定部Ｏ１３ｆは、演算部Ｏ１３ａでの演算結果である実メータイン最大圧と実メータイン圧との差が０よりも大きいか否かを判定する。選択部Ｏ１３ｇは、判定部Ｏ１３ｆで肯定判定されると、すなわち実メータイン最大圧と実メータイン圧との差が０よりも大きいと判定されると、演算部Ｏ１３ｅで演算された目標開口面積を選択する。選択部Ｏ１３ｇは、判定部Ｏ１３ｆで否定判定されると、すなわち実メータイン最大圧と実メータイン圧との差が０以下であると判定されると、ＲＯＭ１０２に予め記憶されている最大値Ａｉｍａｘを目標開口面積として選択する。

【0148】

演算部Ｏ１３ｈは、ＲＯＭ１０２に記憶されている電流変換テーブルＴ７ｃを参照し、選択部Ｏ１３ｇで選択されたメータイン制御弁４１の目標開口面積に基づいて、メータイン制御弁４１の電磁駆動部（ソレノイド）に供給する制御電流の目標値を流量制御用メータイン制御弁指令値として演算する。

【0149】

なお、流量制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ１３は、アームシリンダ１２ａのメータイン制御弁４２及びバケットシリンダ１３ａのメータイン制御弁（不図示）に対する流量制御用メータイン制御弁指令値も演算する。

【0150】

図２４は、流量制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ１４が行う演算処理の内容について示す図である。図２４に示すように、流量制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ１４は、ポンプ８１の吐出容量を制御するレギュレータ８１ａに出力するポンプ容積指令を生成する。流量制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ１４は、積算部Ｏ１４ａ、演算部Ｏ１４ｂ、乗算部Ｏ１４ｃ，Ｏ１４ｄ、加算部Ｏ１４ｅ、除算部Ｏ１４ｆとして機能する。

【0151】

積算部Ｏ１４ａは、アクチュエータ目標流量演算部Ｃ１２で演算された各アクチュエータ（ブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ等）の目標流量を積算し、目標流量合計値を算出する。演算部Ｏ１４ｂは、圧力センサ２５で検出されたポンプ吐出圧Ｐの平方根をとる。乗算部Ｏ１４ｃは、演算部Ｏ１４ｂでの演算結果（ポンプ吐出圧Ｐの平方根）にブリードオフ弁指令生成部Ｃ１０で演算されたブリードオフ弁１８の目標開口面積Ａｔを乗算する。乗算部Ｏ１４ｄは、乗算部Ｏ１４ｃでの演算結果にＲＯＭ１０２に記憶されている流量係数ｃを乗算して、ブリードオフ流量（ブリードオフ弁１８を通過する作動油の流量）を算出する。加算部Ｏ１４ｅは、積算部Ｏ１４ａでの演算結果である目標流量合計値に、乗算部Ｏ１４ｄでの演算結果であるブリードオフ流量を加算して、ポンプ目標流量Ｑｔを演算する。

【0152】

除算部Ｏ１４ｆは、加算部Ｏ１４ｅでの演算結果であるポンプ目標流量Ｑｔをエンジン回転速度センサ８０ａで検出された実エンジン回転速度で除算し、吐出容量（押しのけ容積）の目標値をポンプ容積指令値として演算する。

【0153】

図７に示すように、方向制御弁指令生成部Ｃ１５は、圧力制御フラグがオンに設定されているか否かを判定する。方向制御弁指令生成部Ｃ１５は、圧力制御フラグがオンに設定されている場合、圧力制御用方向制御弁指令演算部Ｃ８で演算された圧力制御用方向制御弁指令値を選択し、電磁弁４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂに供給される制御電流を圧力制御用方向制御弁指令値（目標値）に制御するための方向制御弁指令を生成し、生成した方向制御弁指令を電流制御部（不図示）に出力する。方向制御弁指令生成部Ｃ１５は、圧力制御フラグがオフに設定されている場合、流量制御用方向制御弁指令演算部Ｃ１１で演算された流量制御用方向制御弁指令値を選択し、電磁弁４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂに供給される制御電流を流量制御用方向制御弁指令値（目標値）に制御するための方向制御弁指令を生成し、生成した方向制御弁指令を電流制御部（不図示）に出力する。電流制御部は、方向制御弁指令に基づいて、電磁弁４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂのソレノイドに供給される制御電流が、目標値となるように制御電流を制御する。

【0154】

メータイン制御弁指令生成部Ｃ１６は、圧力制御フラグがオンに設定されているか否かを判定する。メータイン制御弁指令生成部Ｃ１６は、圧力制御フラグがオンに設定されている場合、圧力制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ７で演算された圧力制御用メータイン制御弁指令値を選択し、メータイン制御弁４１，４２の電磁駆動部（ソレノイド）に供給される制御電流を圧力制御用メータイン制御弁指令値（目標値）に制御するためのメータイン制御弁指令を生成し、生成したメータイン制御弁指令を電流制御部（不図示）に出力する。メータイン制御弁指令生成部Ｃ１６は、圧力制御フラグがオフに設定されている場合、流量制御用メータイン制御弁指令演算部Ｃ１３で演算された流量制御用メータイン制御弁指令値を選択し、メータイン制御弁４１，４２の電磁駆動部（ソレノイド）に供給される制御電流を流量制御用メータイン制御弁指令値（目標値）に制御するためのメータイン制御弁指令を生成し、生成したメータイン制御弁指令を電流制御部（不図示）に出力する。電流制御部は、メータイン制御弁指令に基づいて、メータイン制御弁４１，４２の電磁駆動部（ソレノイド）に供給される制御電流が、目標値となるように制御電流を制御する。

【0155】

ポンプ容積指令生成部Ｃ１７は、圧力制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ９で演算された圧力制御用ポンプ容積指令値と、流量制御用ポンプ容積指令演算部Ｃ１４で演算された流量制御用ポンプ容積指令値と、を比較し、大きい方を選択する。ポンプ容積指令生成部Ｃ１７は、ポンプ８１の吐出容量を選択したポンプ容積指令値に制御するためのポンプ容積指令を生成し、生成したポンプ容積指令をレギュレータ８１ａに出力する。

【0156】

次に、図２５を参照して、本実施形態に係る油圧ショベル１において、ブーム上げ単独操作を行った場合の動作の一例について説明する。図２５は、ブーム上げ単独操作を行ったときのポンプ目標流量、ブーム実流量、ポンプ吐出圧及びブームボトム圧の変化について示すタイムチャートである。

【0157】

図２５の横軸は、時間（時刻）を示している。図２５（Ａ）の縦軸は、ブームシリンダ１１ａの操作信号（ブーム上げ操作量）を示し、図２５（Ｂ）の縦軸は、ブームシリンダ１１ａの目標速度と実速度を示し、図２５（Ｃ）の縦軸は、圧力制御フラグのオンオフ状態を示し、図２５（Ｄ）の縦軸は、ブームシリンダ１１ａの目標推力を示し、図２５（Ｅ）の縦軸は、ブームメータイン目標圧及びポンプ目標圧を示している。なお、ブーム上げ単独操作の場合のタイムチャートであるため、ブームメータイン目標圧とポンプ目標圧とは一致している。図２５（Ｆ）の縦軸は、方向制御弁４５のブーム上げ側の制御弁信号（制御電流値）を示し、図２５（Ｇ）の縦軸は、ブームメータイン制御弁４１の制御弁信号（制御電流値）を示し、図２５（Ｈ）は、ブームシリンダ１１ａの目標流量（ブーム目標流量）及び実流量（ブーム実流量）並びにポンプ８１の目標流量（ポンプ目標流量）を示し、図２５（Ｉ）は、圧力センサ２５で検出されるポンプ吐出圧（ポンプ圧）及び圧力センサ２６で検出されるブームボトム圧を示している。

【0158】

時点ｔ０において、操作レバー２３ａは中立位置で保持されている。時点ｔ１において、操作レバー２３ａが最大操作位置に向かって操作されると、その操作量の増加に伴って、シリンダ目標速度が増加する。シリンダ実速度は、シリンダ目標速度に追従して増加する。時点ｔ２において、速度偏差率が所定値Ｒｗよりも大きいと判定されると、圧力制御フラグがオフからオンに切り換えられる（図１５参照）。

【0159】

圧力制御フラグがオンに設定されると、ポンプ吐出圧が、ポンプ目標圧で保持されるように、ポンプ流量が制御される。図１９に示すように、メインコントローラ１００は、ポンプ目標圧と実ポンプ吐出圧との差を監視しており、実ポンプ吐出圧がポンプ目標圧で保持されるように、ポンプ８１の吐出容量を制御する。

【0160】

ブーム上げ単独操作の場合、ポンプ目標圧はブームメータイン目標圧に一致する（図１３参照）。このため、メータイン制御弁４１は全開位置（開口面積＝Ａｉｍａｘ）で保持され（図２３参照）、実メータイン圧（実ポンプ吐出圧）がメータイン目標圧（ポンプ目標圧）で保持されるように、ポンプ８１の流量が制御される。これにより、ブームシリンダ１１ａに供給される作動油の流量（ブーム実流量）が、時点ｔ２から時点ｔ３にかけて、徐々に増加することになる。

【0161】

時点ｔ３において、ブームシリンダ１１ａの目標速度と実速度の速度偏差率が所定値Ｒｗ以下であると判定されると、圧力制御フラグがオンからオフに切り換えられる（図１５参照）。これにより、圧力制御から通常の流量制御へと制御状態が遷移する。その結果、ブームシリンダ１１ａの伸長速度が一定となるように、ブームシリンダ１１ａに供給される作動油の流量が制御される。

【0162】

図２６は、本実施形態の比較例に係る油圧ショベルにおいて、ブーム上げ単独操作を行った場合の動作の一例について示すタイムチャートである。この比較例では、本実施形態で説明した圧力制御を実行しない。つまり、ブームシリンダ１１ａの目標速度と実速度とが乖離していたとしても流量制御が実行される。このため、例えば、操作レバー２３ａが中立位置からブーム上げ側の最大操作位置へ急に操作されると、ポンプ目標流量及びブーム目標流量が操作レバー２３ａの操作量に応じて、最大流量まで急激に増加する。その結果、ブーム実流量が急激に増加し、ブームシリンダ１１ａの動作が不安定になる場合がある。

【0163】

これに対して、本実施形態では、図２５に示すように、ブーム上げ操作後に、ブームシリンダ１１ａの目標速度と実速度とが乖離しているときには、ブームシリンダ１１ａのメータイン圧が一定となるようにブームシリンダ１１ａへ供給される作動油の流量が徐々に増加するように制御される。したがって、本実施形態によれば、ブーム実流量が急激に増加することがなく、ブーム１１の動作が不安定になることが抑制され、略一定の加速度でブーム１１を加速させることができる。

【0164】

図示しないが、ブーム上げ単独動作に代えて、例えば、ブーム上げ動作とアームダンプ動作の複合動作を行う場合についても同様に、安定してブーム上げ動作及びアームダンプ動作を行うことができる。ここで、ブームメータイン目標圧よりもアームメータイン目標圧の方が大きい場合、アームメータイン目標圧がポンプ目標圧として設定される（図１３参照）。

【0165】

この場合、圧力制御フラグがオンに設定されると、アームメータイン制御弁４２は、全開位置に制御され、ポンプ流量によってアームシリンダ１２ａのメータイン圧が制御される。一方、メインコントローラ１００は、メータイン目標圧と実メータイン圧との差を監視しており、その差が小さくなるようにブームメータイン制御弁４１の開度を制御する。つまり、メインコントローラ１００は、ブームメータイン制御弁４１の開度を制御することによってポンプ圧を減圧し、実メータイン圧がメータイン目標圧で保持されるように、実メータイン圧を制御する（図１７参照）。

【0166】

これにより、ブーム上げ及びアームダンプの複合動作の開始直後に、ブームシリンダ１１ａ及びアームシリンダ１２ａに供給される作動油が急激に増加することによりショックが発生することが防止され、ブームシリンダ１１ａ及びアームシリンダ１２ａを滑らかに動作させることができる。

【0167】

次に、図２７を参照して、本実施形態に係る油圧ショベル１において、アーム引き単独操作を行った場合の動作の一例について説明する。図２７は、アーム引き単独動作の停止操作を行ったときのポンプ目標流量、アーム実流量及びアームロッド圧の変化について示すタイムチャートである。

【0168】

図２７の横軸は、時間（時刻）を示している。図２７（Ａ）の縦軸は、アームシリンダ１２ａの操作信号（アームクラウド操作量）を示し、図２７（Ｂ）の縦軸は、アームシリンダ１２ａの目標速度と実速度を示し、図２７（Ｃ）の縦軸は、圧力制御フラグのオンオフ状態を示し、図２７（Ｄ）の縦軸は、アームシリンダ１２ａの目標推力を示し、図２７（Ｅ）の縦軸は、アームメータアウト目標圧を示している。図２７（Ｆ）の縦軸は、方向制御弁４６のアーム引き側の制御弁信号（制御電流値）を示し、図２７（Ｇ）の縦軸は、アームメータイン制御弁４２の制御弁信号（制御電流値）を示し、図２７（Ｈ）は、アームシリンダ１２ａの目標流量（アーム目標流量）及び実流量（アーム実流量）並びにポンプ８１の目標流量（ポンプ目標流量）を示し、図２７（Ｉ）は、圧力センサ２５で検出されるポンプ吐出圧及び圧力センサ２９で検出されるアームシリンダ１２ａのロッド圧を示している。なお、アーム引き単独操作の場合のタイムチャートであるため、アームボトム圧とポンプ圧とは一致している。

【0169】

時点ｔ４において、操作レバー２４ａは最大操作位置で保持されている。時点ｔ５において、操作レバー２４ａが中立位置に向かって操作されると、その操作量の減少に伴ってシリンダ目標速度が減少する。シリンダ実速度は、シリンダ目標速度に追従して減少する。時点ｔ６において、速度偏差率が所定値Ｒｗよりも大きいと判定されると、圧力制御フラグがオフからオンに切り換えられる（図１５参照）。

【0170】

圧力制御フラグがオンに設定されると、アームロッド圧が、アームメータアウト目標圧で保持されるように、メータアウト制御弁としての方向制御弁４６が制御される。図１８に示すように、メインコントローラ１００は、メータアウト目標圧とアームロッド圧との差を監視しており、アームロッド圧がメータアウト目標圧で保持されるように方向制御弁４６の開度を制御する。なお、メインコントローラ１００は、メータイン圧が所定値Ｐ１（例えば、１ＭＰａ程度）で保持されるように、メータイン制御弁４２の開度を制御し、キャビテーションの発生を防止する。

【0171】

図２８は、本実施形態の比較例に係る油圧ショベルにおいて、アーム引き単独操作を行った場合の動作の一例を示すタイムチャートである。この比較例では、本実施形態で説明した圧力制御を実行しない。つまり、アームシリンダ１２ａの目標速度と実速度とが乖離していたとしても流量制御が実行される。このため、例えば、操作レバー２４ａがアーム引き側の最大操作位置から中立位置へ急に操作されると、ポンプ目標流量及びアーム目標流量が操作レバー２４ａの操作量に応じて、最小流量まで急激に減少する。その結果、アーム実流量が急激に減少し、アームシリンダ１２ａの動作が不安定になる場合がある。

【0172】

これに対して、本実施形態では、図２７に示すように、アーム引き単独動作の停止操作後に、アームシリンダ１２ａの目標速度と実速度とが乖離しているときには、アームシリンダ１２ａのメータアウト圧が一定となるようにアームシリンダ１２ａへ供給される作動油の流量が徐々に減少するように制御される。したがって、本実施形態によれば、アーム実流量が急激に減少することがなく、アーム１２の動作が不安定になることが抑制され、略一定の減速度でアーム１２を減速させることができる。

【0173】

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

【0174】

（１）油圧ショベル（作業機械）１は、作動流体を吐出するポンプ８１と、ポンプ８１から吐出される作動流体によって駆動される複数の流体圧シリンダ（ブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ及びバケットシリンダ１３ａ）及び流体圧シリンダ（ブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ及びバケットシリンダ１３ａ）によって駆動される複数の被駆動部材（ブーム１１、アーム１２及びバケット１３）を有する作業装置１０と、流体圧シリンダ（ブームシリンダ１１ａ、アームシリンダ１２ａ及びバケットシリンダ１３ａ）の操作信号（操作指令）を出力する操作装置２３，２４と、操作装置２３，２４の操作信号に基づき作業装置１０の動作を制御するメインコントローラ（制御装置）１００と、作業装置１０の姿勢を検出する姿勢検出装置１５と、を備える。

【0175】

メインコントローラ１００は、操作装置２３，２４からの操作信号に基づいて、ブームシリンダ（流体圧シリンダ）１１ａ及びアームシリンダ（流体圧シリンダ）１２ａのメータイン目標圧及びメータアウト目標圧（図１２参照）並びに目標速度（図１４参照）を演算する。メインコントローラ１００は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標速度に基づいて、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標流量を演算する（図２２参照）。メインコントローラ１００は、姿勢検出装置１５の検出結果に基づいて、油圧シリンダ１１ａ，１２ａの実速度を演算し（図４参照）、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標速度と実速度の乖離度合いを表す速度偏差率を演算する（図１５参照）。

【0176】

メインコントローラ１００は、速度偏差率が予め定められた所定値Ｒｗよりも大きいときには、油圧シリンダ１１ａ，１２ａの圧力（メータイン圧力及びメータアウト圧力）を目標圧（メータイン目標圧及びメータアウト目標圧）とするための圧力制御を実行する（図７、図１５等参照）。メインコントローラ１００は、速度偏差率が予め定められた所定値Ｒｗよりも小さいときには、油圧シリンダ１１ａ，１２ａの流量（供給流量）を目標流量とするための流量制御を実行する（図７、図１５等参照）。

【0177】

この構成では、速度偏差率（乖離度合い）が所定値Ｒｗよりも大きいときに、圧力制御を実行することにより、作業装置１０の急動作を防止しつつ、安定した加減速度で作業装置１０を動作させることができる。なお、速度偏差率（乖離度合い）が所定値Ｒｗよりも小さいときには、流量制御を実行することにより、オペレータの意図する速度で作業装置１０を動作させることができる。その結果、掘削、整地等の作業精度の向上を図ることができる。

【0178】

（２）油圧ショベル１は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）へ供給される作動流体の流れを制御するメータイン制御弁４１，４２を備える。ポンプ８１は、吐出容量の変更が可能な可変容量型のポンプである。メインコントローラ１００は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）が加速している場合、圧力制御において、ポンプ８１の吐出容量及びメータイン制御弁４１の開度を制御することにより、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）のメータイン圧を制御する（図１２、図１３、図１７、図１９及び図２５等参照）。これにより、圧力制御において、安定した加速度で作業装置１０を動作させることができる。

【0179】

（３）油圧ショベル１は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）から排出される作動流体の流れを制御する方向制御弁（メータアウト制御弁）４５，４６を備える。メインコントローラ１００は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）が減速している場合、圧力制御において、方向制御弁（メータアウト制御弁）４５，４６の開度を制御することにより、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）のメータアウト圧を制御する（図１２、図１８及び図２７等参照）。これにより、圧力制御において、安定した減速度で作業装置１０を動作させることができる。

【0180】

（４）本実施形態では、メータアウト制御弁が、ポンプ８１から油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）に供給される作動流体の流れを制御する方向制御弁４５，４６である。つまり、方向制御弁４５，４６がメータアウト制御弁としての機能を備えている。このため、方向制御弁４５，４６とは別に専用のメータアウト制御弁を設ける必要がないので、専用のメータアウト制御弁を設ける場合に比べて、油圧ショベル１のコストを低減することができる。

【0181】

（５）油圧ショベル１は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の圧力を検出する圧力センサ２６，２７，２８，２９を備える。メインコントローラ１００は、圧力センサ２６，２７，２８，２９の検出結果に基づいて、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の推力Ｆを演算し（図８参照）、姿勢検出装置１５の検出結果に基づいて、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の加減速度（速度変化率）α″を演算する（図８参照）。メインコントローラ１００は、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の推力Ｆ及び加速度α″を加味して、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標圧を決定する（図１１及び図１２参照）。

【0182】

多関節型の作業装置１０では、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）が一定の加減速度で駆動されている場合であっても、作業装置１０の姿勢によっては、被駆動部材（１１，１２）の加減速度が大きく変化する場合がある。本実施形態では、実際に発生している油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の推力Ｆと、被駆動部材の加減速度α″を実測して、加速トルク目標値をトルク調整ゲインで補正し、目標トルク及び目標推力を算出し、この算出結果に基づいて目標圧を演算するようにした。これにより、作業装置１０の姿勢によって、加減速度が変化することを抑制することができる。

【0183】

（６）メインコントローラ１００は、姿勢検出装置１５の検出結果に基づいて、作業装置１０に作用する重力による回転モーメントＭｇを演算し、重力による回転モーメントＭｇを打ち消すように、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標圧を決定する（図１１及び図１２参照）。これにより、作業装置１０の姿勢が変化したときの重力の影響によって、作業装置１０の加減速度が変化することを抑制することができる。換言すれば、作業装置１０の姿勢にかかわらず、適切な加減速度で作業装置１０を動作させることができる。

【0184】

（７）本実施形態では、メインコントローラ１００は、姿勢検出装置１５の検出結果及び油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の推力Ｆに基づいて、作業装置１０に作用する油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の推力による回転モーメントＭｆを演算する。メインコントローラ１００は、推力による回転モーメントＭｇ、重力による回転モーメントＭｇ及び加減速度α″に基づいて、慣性モーメント実測値Ｉａを演算し、慣性モーメント実測値Ｉａを加味して、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）の目標圧を決定する（図８、図１１及び図１２等参照）。これにより、掘削作業、整地作業等の作業中に、地山からバケット１３に作用する反力、バケット１３に積み込まれた掘削物に作用する重力等の影響によって作業装置１０の加減速度が変化してしまうことを抑制できる。

【0185】

以上のとおり、本実施形態によれば、操作指令が急激に変化した場合に、作業装置１０が急加速したり急減速したりすることを防止するとともに、オペレータの意図した加減速度で作業装置１０を動作させることのできる油圧ショベル１を提供することができる。このような油圧ショベル１によれば、目標面に沿った精度の高い掘削、整地等の作業を容易に行うことができる。

【0186】

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

【0187】

＜変形例１＞
上記実施形態では、方向制御弁４５，４６をメータアウト制御弁として用いて、油圧シリンダ（１１ａ，１２ａ）から排出される作動油の通路の開度を調整する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。方向制御弁４５，４６とは別にメータアウト制御弁を設けるようにしてもよい。この場合、方向制御弁４５，４６によるメータアウト側の通路の開度の調整が不要になる。したがって、方向制御弁４５，４６によるメータアウト側の通路の調整に伴って方向制御弁４５，４６のメータイン側の通路を通過する作動流体の圧損の影響を低減することができる。さらに、メータアウト側の通路の開度の調整に特化した専用のメータアウト制御弁を設ける場合、メータアウト制御弁のサイズを小さくするなどして、制御精度を向上させることができる。

【0188】

＜変形例２＞
上記実施形態では、操作装置２３，２４がオペレータによって操作される装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。操作装置２３，２４に代えて、自動操縦装置からの操作指令に基づいて、作業装置１０を動作させる場合についても本発明を適用することができる。また、オペレータによる作業装置１０の操作を補助するように操作指令を出力する半自動操縦装置を設けている場合には、半自動操縦装置からの操作指令に基づいて、作業装置１０を動作させる場合についても本発明を適用することができる。

【0189】

＜変形例３＞
上記実施形態では、作業装置１０に作用する重力の回転モーメントを都度演算して、目標圧に反映させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。所定の姿勢において作業装置１０に作用する重力の回転モーメントに相当する値をＲＯＭ１０２に記憶させておき、この値を加味して目標圧を決定するようにしてもよい。

【0190】

＜変形例４＞
上記実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベル１である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ホイール式の油圧ショベル、ホイールローダ等、複数の被駆動部材を流体圧シリンダで駆動する種々の作業機械に本発明を適用することができる。

【0191】

＜変形例５＞
上記実施形態で説明した制御装置（メインコントローラ１００）の機能は、それらの一部または全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現してもよい。

【0192】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0193】

１…油圧ショベル（作業機械）、１０…作業装置、１１…ブーム（被駆動部材）、１１ａ…ブームシリンダ（流体圧シリンダ）、１２…アーム（被駆動部材）、１２ａ…アームシリンダ（流体圧シリンダ）、１３…バケット（被駆動部材）、１３ａ…バケットシリンダ（流体圧シリンダ）、１５…姿勢検出装置、１８…ブリードオフ弁、１９…タンク、２０…機体、２３，２４…操作装置、２６～２９…圧力センサ、４１，４２…メータイン制御弁、４５，４６…方向制御弁（メータアウト制御弁）、８１…ポンプ、８１ａ…レギュレータ、１００…メインコントローラ（制御装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】