特許ウォッチ

公開番号2025034507
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023140922
出願日2023-08-31
発明の名称建設機械
出願人コベルコ建機株式会社
代理人個人,個人
主分類F15B 11/042 20060101AFI20250306BHJP(流体圧アクチュエータ;水力学または空気力学一般)
要約【課題】油圧ポンプから制御弁に供給される作動油の流量と当該制御弁の開度との関係の適正化を図ることで、作動油が制御弁を通過する際の流体抵抗を低減可能な建設機械を提供する。
【解決手段】建設機械はコントローラ100を備えている。コントローラ100は、ポンプ流量制御処理と、アクチュエータ制御処理とを実行可能に構成されている。ポンプ流量制御処理では、ポンプ実吐出流量取得処理により取得された油圧ポンプの実吐出流量とその目標吐出流量との差分値を小さくするフィードバック制御を含む油圧ポンプの吐出流量制御をレギュレータ29を介して実行する。アクチュエータ制御処理では、アクチュエータ実供給流量取得処理により取得された油圧アクチュエータへの作動油の実供給流量とその目標供給流量との差分値を小さくするフィードバック制御を含む油圧アクチュエータへの作動油の供給流量制御を前記制御弁を介して実行する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
駆動源と、
前記駆動源によって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプより吐出される作動油の流量を変更可能なレギュレータと、
前記油圧ポンプより吐出される作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を変更可能な制御弁と、
前記油圧アクチュエータを駆動するための操作が付与される操作部材を含んでいて、当該操作部材の操作に対応する操作信号を出力する操作装置と、
コントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記油圧アクチュエータに供給される作動油の実供給流量を取得するアクチュエータ実供給流量取得処理と、
前記操作装置から出力される操作信号を基に、前記油圧アクチュエータへの前記作動油の目標供給流量を算出するアクチュエータ目標供給流量算出処理と、
前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された前記目標供給流量を基に、前記油圧ポンプの目標吐出流量を算出するポンプ目標吐出流量算出処理と、
前記油圧ポンプから吐出される作動油の実吐出流量を取得するポンプ実吐出流量取得処理と、
前記ポンプ実吐出流量取得処理により取得された前記油圧ポンプの実吐出流量と、前記ポンプ目標吐出流量算出処理により算出された前記油圧ポンプの前記目標吐出流量との差分値を小さくするフィードバック制御を含む前記油圧ポンプの吐出流量制御を前記レギュレータを介して実行するポンプ流量制御処理と、
前記アクチュエータ実供給流量取得処理により取得された前記油圧アクチュエータへの作動油の実供給流量と、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された前記油圧アクチュエータへの作動油の目標供給流量との差分値を小さくするフィードバック制御を含む前記油圧アクチュエータへの作動油の供給流量制御を前記制御弁を介して実行するアクチュエータ流量制御処理と、を実行可能に構成されている、建設機械。
続きを表示（約 3,500 文字）【請求項２】
請求項１記載の建設機械において、
前記油圧アクチュエータは複数設けられ、
前記制御弁は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対して設けられ、
前記アクチュエータ実供給流量取得処理は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される前記作動油の実供給流量を取得する処理であり、
前記アクチュエータ目標供給流量算出処理は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれについて前記作動油の目標供給流量を算出する処理であり、
前記ポンプ実吐出流量取得処理は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される前記作動油の実供給流量の合計値を算出し、算出した該合計値を前記油圧ポンプの実吐出流量として取得する処理であり、
前記ポンプ目標吐出流量算出処理は、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの目標供給流量の合計値を前記油圧ポンプの目標吐出流量として算出する処理であり、
前記ポンプ流量制御処理に含まれる前記フィードバック制御は、前記ポンプ実吐出流量取得処理により取得された前記油圧ポンプの実吐出流量と、前記ポンプ目標吐出流量算出処理により算出された前記複数の油圧アクチュエータの目標供給流量の合計値である前記油圧ポンプの前記目標吐出流量との差分値を小さくするように前記レギュレータを作動させる制御であり、
前記アクチュエータ流量制御処理に含まれる前記フィードバック制御は、前記アクチュエータ実供給流量取得処理により取得された前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの作動油の実供給流量と、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された該複数の油圧アクチュエータのそれぞれの作動油の目標供給流量との差分値を小さくするように前記制御弁を作動させる制御である、建設機械。
【請求項３】
請求項２記載の建設機械において、
前記ポンプ流量制御処理における前記油圧ポンプの前記吐出流量制御の応答性は、前記アクチュエータ流量制御処理における前記各油圧アクチュエータへの作動油の供給流量制御の応答性よりも低い、建設機械。
【請求項４】
請求項３記載の建設機械において、
前記ポンプ流量制御処理では、前記油圧ポンプから吐出される作動油の吐出流量を指定するポンプ流量指令信号をコントローラから出力し、
前記レギュレータは、前記ポンプ流量制御処理により前記コントローラから出力される前記ポンプ流量指令信号に応じた吐出流量で前記油圧ポンプを作動させるように構成され、
前記ポンプ流量制御処理では、前記吐出流量制御の実行に際して、前記ポンプ目標吐出流量算出処理により算出された前記油圧ポンプへの前記作動油の目標吐出流量と、前記ポンプ実吐出流量取得処理により算出された前記油圧ポンプへの作動油の実吐出流量との偏差を小さくするための前記ポンプ流量指令信号を出力する制御を前記フィードバック制御として実行するとともに、前記油圧ポンプの前記目標吐出流量に応じた予め設定した前記ポンプ流量指令信号を出力するフィードフォワード制御を、前記フィードバック制御と併行して実行し、
前記アクチュエータ流量制御処理では、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の供給流量を指定するアクチュエータ流量指令信号を前記コントローラから出力し、
前記複数の制御弁は、前記アクチュエータ流量制御処理により前記コントローラより出力されるアクチュエータ流量指令信号に対応する流量の作動油を、該各制御弁に対応する各油圧アクチュエータに供給するように構成され、
前記アクチュエータ流量制御処理では、前記供給流量制御の実行に際して、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された前記複数の油圧アクチュエータへの前記作動油の目標供給流量と、前記アクチュエータ実供給流量取得処理により取得された前記各油圧アクチュエータへの前記作動油の実供給流量との偏差を小さくするためのアクチュエータ流量指令信号を出力する制御を前記フィードバック制御として実行するとともに、前記各油圧アクチュエータへの作動油の目標供給流量に応じた予め設定したアクチュエータ流量指令信号を算出して出力するフィードフォワード制御を、前記フィードバック制御と併行して実行し、
前記ポンプ流量制御処理では、前記フィードフォワード制御の実行に際して、当該フィードフォワード制御の入力である前記油圧ポンプの目標吐出流量を、予め設定した０よりも大きく且つ１よりも小さい補正倍率を乗じることで補正し、補正後の目標吐出流量に応じた予め設定したポンプ流量指令信号を出力することによって、前記油圧ポンプの前記吐出流量制御の応答性を前記各油圧アクチュエータへの作動油の供給流量制御の応答性よりも低下させる、建設機械。
【請求項５】
請求項４記載の建設機械において、
前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対する作動油の供給流量と、当該供給流量に対応するアクチュエータ流量指令信号とを規定したフィードフォワード用対応データを予め記憶する記憶部を備え、
前記アクチュエータ流量制御処理では、前記フィードフォワード制御の実行に際して、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された前記各油圧アクチュエータへの作動油の目標供給流量と、前記記憶部に記憶された前記フィードフォワード用対応データとを基に、前記各油圧アクチュエータのそれぞれについての前記アクチュエータ流量指令信号を算出して出力し、
前記フィードフォワード用対応データは、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対応する各制御弁が、アクチュエータ流量指令信号の変化に追従しなくなる不感帯開度で作動しないように設定される、建設機械。
【請求項６】
請求項１記載の建設機械において、
機体と、
前記機体に対して、所定の旋回軸回りに旋回可能に搭載された旋回体と、
前記旋回体を前記所定の旋回軸回りに駆動する油圧式の旋回モータと、
前記旋回体に搭載された作業アタッチメントと、
前記作業アタッチメントを駆動する油圧式の作業用シリンダとをさらに備え、
前記油圧アクチュエータは複数設けられ、
前記複数の油圧アクチュエータは、前記旋回モータと前記作業用シリンダとを含み、
前記ポンプ実吐出流量取得処理では、前記油圧ポンプから吐出される作動油の実吐出流量のうち前記作業用シリンダに供給される作業用実吐出流量と、前記油圧ポンプから吐出される作動油の実吐出流量のうち前記旋回モータに供給される旋回用実吐出流量とを取得し、
前記ポンプ目標吐出流量算出処理では、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出される前記作業用シリンダへの作動油の目標供給流量を、前記油圧ポンプから吐出される作動油のうち前記作業用シリンダに供給すべき作動油の流量である作業用目標吐出流量とし取得し、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出される前記旋回モータへの作動油の目標供給流量を、前記油圧ポンプから吐出される作動油のうち当該旋回モータに供給すべき作動油の流量である旋回用目標吐出流量として算出し、
前記ポンプ流量制御処理は、
前記ポンプ実吐出流量取得処理により取得された前記作業用実吐出流量と、前記ポンプ目標吐出流量算出処理により算出された前記作業用目標吐出流量との差分値を小さくするフィードバック制御を含む前記油圧ポンプの吐出流量制御を前記レギュレータを介して実行する作業用ポンプ流量制御処理と、
前記ポンプ実吐出流量取得処理により取得された前記旋回用実吐出流量と、前記ポンプ目標吐出流量算出処理により算出された前記旋回用目標吐出流量との差分値を小さくするフィードバック制御を含む前記油圧ポンプの吐出流量制御を前記レギュレータを介して実行する旋回用ポンプ流量制御処理とを含んでいて、
前記旋回用ポンプ流量制御処理にて実行される前記フィードバック制御の応答性を、前記作業用ポンプ流量制御処理にて実行される前記フィードバック制御の応答性よりも低下させるように実行される、建設機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、油圧ショベル等の建設機械は、複数の油圧アクチュエータを駆動するための油圧駆動装置を備えている。この油圧駆動装置は、エンジン等の駆動源によって駆動される油圧ポンプを有していて、当該油圧ポンプから吐出される作動油により、複数の油圧アクチュエータを駆動する。下記特許文献１にはこの種の油圧駆動装置の一例が開示されている。
【０００３】
この油圧駆動装置は、前記油圧ポンプの押しのけ容積を制御するポンプレギュレータと、油圧ポンプより吐出される作動油を各油圧アクチュエータに分配するための複数の方向切換弁（制御弁）のストローク量を制御する操作手段と、該操作手段の操作量を検出する検出手段と、該検出手段により検出された操作量に応じて油圧アクチュエータに供給する作動油の目標流量を設定する設定手段と、当該油圧アクチュエータに実際に供給される作動油の流量（実流量）を求める流量決定手段と、該流量決定手段により決定された実際の作動油の流量が前記目標流量に近づくように前記ポンプレギュレータの駆動を制御するレギュレータ制御手段とを備えている。
【０００４】
この構成によれば、操作手段が操作されると、当該操作に対応する油圧アクチュエータの方向切換弁の開度が、その操作量に応じた所定開度になるようにフィードフォワード制御される。そして、このフィードフォワード制御によってアクチュエータ方向切換弁の開度が所定開度に制御された状態で、各油圧アクチュエータに実際に供給される作動油の流量（実流量）が目標流量に近づくように、レギュレータ制御手段を介して油圧ポンプの吐出流量がフィードバック制御される（特許文献１の図１１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第１９９４／２１９２５号
【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に示す従来の建設機械では、アクチュエータ用の方向切換弁（アクチュエータ用制御弁）を介した作動油の供給流量制御と、ポンプレギュレータを介したポンプの吐出流量制御とのマッチング（つまり制御弁の開度と当該制御弁に供給される作動油の流量との関係の適正化）が図られていない。このため、制御弁の開度に対して、当該制御弁に供給される作動油の供給流量が過剰になる場合がある。制御弁に供給される作動油の供給流量が過剰になると、作動油が当該制御弁を通過する際の流体抵抗が増加して油圧ポンプの必要駆動力が増加し、延いては建設機械全体のエネルギ効率が低下するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、油圧ポンプから制御弁に供給される作動油の流量と当該制御弁の開度との関係の適正化を図ることで、作動油が制御弁を通過する際の流体抵抗を低減して油圧ポンプの駆動動力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明では、建設機械は、駆動源と、前記駆動源によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプより吐出される作動油の流量を変更可能なレギュレータと、前記油圧ポンプより吐出される作動油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を変更可能な制御弁と、前記油圧アクチュエータを駆動するための操作が付与される操作部材を含んでいて、当該操作部材の操作に対応する操作信号を出力する操作装置と、コントローラとを備え、前記コントローラは、前記油圧アクチュエータに供給される作動油の実供給流量を取得するアクチュエータ実供給流量取得処理と、前記操作装置から出力される操作信号を基に、前記油圧アクチュエータへの前記作動油の目標供給流量を算出するアクチュエータ目標供給流量算出処理と、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された前記目標供給流量を基に、前記油圧ポンプの目標吐出流量を算出するポンプ目標吐出流量算出処理と、前記油圧ポンプから吐出される作動油の実吐出流量を取得するポンプ実吐出流量取得処理と、前記ポンプ実吐出流量取得処理により取得された前記油圧ポンプの実吐出流量と、前記ポンプ目標吐出流量算出処理により算出された前記油圧ポンプの前記目標吐出流量との差分値を小さくするフィードバック制御を含む前記油圧ポンプの吐出流量制御を前記レギュレータを介して実行するポンプ流量制御処理と、前記アクチュエータ実供給流量取得処理により取得された前記油圧アクチュエータへの作動油の実供給流量と、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された前記油圧アクチュエータへの作動油の目標供給流量との差分値を小さくするフィードバック制御を含む前記油圧アクチュエータへの作動油の供給流量制御を前記制御弁を介して実行するアクチュエータ流量制御処理と、を実行可能に構成されている。
【０００９】
本構成によれば、油圧ポンプの吐出流量制御及び油圧アクチュエータへの作動油の供給流量制御の双方をフィードバック制御を含むように実行することで、油圧ポンプから制御弁に供給される作動油の実供給流量と当該制御弁の開度との関係の適正化（マッチング）を図って、作動油が制御弁を通過する際の流体抵抗を低減することができる。すなわち、従来のように、油圧ポンプからの作動油の吐出流量をレギュレータを介してフィードバック制御し、油圧アクチュエータへの作動油の供給流量を制御弁を介してフィードフォワード制御するようにした場合、制御弁の開度が、油圧ポンプから供給される作動油の供給流量に対して小さ過ぎる等の状況が発生し得る。この結果、作動油が当該制御弁を通過する際の流体抵抗が増加して油圧ポンプの駆動動力が増加し、延いては建設機械全体のエネルギ効率が低下するという問題が生じる。これに対して、本構成によれば、油圧ポンプの実吐出流量のみでなく各アクチュエータへの作動油の実供給流量についてもフィードバック制御に基づいて制御されるので、油圧ポンプから制御弁に供給される作動油の実供給流量と、当該制御弁の開度との関係を適正化して、当該制御弁に対して作動油が余分に供給されるのを防止することができる。よって、上述した油圧ポンプの駆動動力の増加に起因するエネルギ効率の低下の問題を回避することができる。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、前記油圧アクチュエータは複数設けられ、前記制御弁は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに対して設けられ、前記アクチュエータ実供給流量取得処理は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される前記作動油の実供給流量を取得する処理であり、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれについて前記作動油の目標供給流量を算出する処理であり、前記ポンプ実吐出流量取得処理は、前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される前記作動油の実供給流量の合計値を算出し、算出した該合計値を前記油圧ポンプの実吐出流量として取得する処理であり、前記ポンプ目標吐出流量算出処理は、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの目標供給流量の合計値を前記油圧ポンプの目標吐出流量として算出する処理であり、前記ポンプ流量制御処理に含まれる前記フィードバック制御は、前記ポンプ実吐出流量取得処理により取得された前記油圧ポンプの実吐出流量と、前記ポンプ目標吐出流量算出処理により算出された前記複数の油圧アクチュエータの目標供給流量の合計値である前記油圧ポンプの前記目標吐出流量との差分値を小さくするように前記レギュレータを作動させる制御であり、前記アクチュエータ流量制御処理に含まれる前記フィードバック制御は、前記アクチュエータ実供給流量取得処理により取得された前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれの作動油の実供給流量と、前記アクチュエータ目標供給流量算出処理により算出された該複数の油圧アクチュエータのそれぞれの作動油の目標供給流量との差分値を小さくするように前記制御弁を作動させる制御であることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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