CN112585321A

CN112585321A - 工程机械

Info

Publication number: CN112585321A
Application number: CN201980054335.2A
Authority: CN
Inventors: 洪水雅俊; 山本透; 小岩井一茂; 秋山将贵
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Hiroshima University NUC
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Hiroshima University NUC
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2039-08-29
Also published as: EP3828346A1; CN112585321B; US11391016B2; JP2020033815A; EP3828346A4; US20210332561A1; EP3828346B1; JP7146530B2; WO2020045579A1

Abstract

本发明的工程机械(100)包括：流量调节部(5、7)，调节从液压泵供应到液压致动器的工作油的流量；控制装置(18)，控制作业装置(30)的驱动。控制装置(18)包含：获取部(18A)，获取构成作业装置(30)的多个构件(31、32、33)的合成重心(G)的运动状态量；生成部(18B)，生成指示值并将该指示值输入到所述流量调节部，其中，所述指示值用于控制所述流量调节部的动作以便使所述运动状态量跟随指定的第一目标值，并且，所述指示值用于执行基于所述第一目标值和所述运动状态量的反馈控制。

Description

工程机械

技术领域

本发明涉及例如液压挖掘机等工程机械。

背景技术

近来的建筑行业中，建筑投资额减少且年轻人的就业劳动人口下降显著，走向老龄化。另一方面，在这样的社会环境下，存在如下的动向：实现工资高且能够取得休假并且有希望的建筑现场，通过创建有魅力的建筑现场来提高生产率。于是，便要求兼顾本来相矛盾的生产率提高和有魅力的建筑现场创建。在以建筑行业为首的各种产业中，在国家主导下正在推进作为实现生产率提高和有魅力现场创建的对策的“i-Construction(智能建设)”。在该“i-Construction”中，通过ICT(Information and communication Technology(信息通讯技术))工程机械的利用或基于作业自动化的少人化来提高人均生产率。

然而，在建筑现场，依然需要依赖人的操作或判断的场面例如非固定的作业内容或现场环境等还很多。在这样的情况下，液压挖掘机等工程机械的生产率会受到操作人员的技术水平的影响。即，操作人员必须按照现场环境或作业内容来分别操作工程机械的多个操作杆。因此，技能高的熟练操作人员能够实现生产率高的有效作业。

近年来，老练的操作人员基于高龄而逐渐引退，年轻的操作人员逐步成为主力。因此，为了获得高生产率，必须提高非熟练人员的操作技术水平。然而，由于提高操作技术水平需要时间，因此，必须采取各种各样的对策，以提高控制等的生产率。

以往，已提出了用于提供一种考虑了例如因行走体、回转体及作业前部的紧急停止而产生的影响的、稳定性高的工程机械的技术(专利文献1)。此外，还提出了用于提供一种通过抑制在机器控制的执行中因液压油再生而导致的液压致动器的速度变动来确保机器控制的控制精度并且能够提高作业效率的工程机械的技术(专利文献2)。

具体而言，专利文献1的工程机械中，在操作杆从操作状态瞬间地返回到中立位置的情况下，预测作业机械的各可动部至完全停止为止的稳定性变化，计算使作业机械在该作业机械的各可动部至完全停止为止的任意时刻均处于稳定而必须的动作限制，根据该计算结果来修正对驱动驱动部的致动器的指令信息。

即，专利文献1的技术是通过考虑所述可动部件紧急停止时的影响来控制致动器的驱动从而实现工程机械的稳定化的技术，因此，无法期待提高作业效率。

此外，专利文献2的技术是涉及作为用于完成作业的辅助功能的机器控制的技术，所述完成作业是沿着施工现场中预先设定的设计面(目标挖掘面)移动铲斗远端的作业。因此，专利文献2的工程机械中，无法期待提高所述完成作业以外的各种作业的作业效率。此外，专利文献2的技术是以抑制因所述液压油再生带来的液压致动器的速度变动作为目的的技术。然而，该专利文献2的工程机械中，难以完全防止因对液压致动器进行液压油再生而引起的操作人员意料不到的液压致动器的速度变动。因此，当操作技能较低的非熟练人员在建筑现场进行作业时，有可能因上述那样的液压致动器的速度变动而引起附属装置的位置精度下降，从而导致作业效率下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开公报2012/169531号

专利文献2：日本专利公开公报特开2018-003516号

发明内容

本发明的目的在于提供一种如下的工程机械，即使工程机械的操作技能较低的非熟练人员在建筑现场进行各种作业，也能够提高作业效率。

本发明所提供的工程机械包括：下部行走体；上部回转体，以相对于所述下部行走体能够回转的结构而被安装；作业装置，以相对于所述上部回转体在上下方向上能够摆动的结构而被安装，包含多个构件；液压泵，排出工作油；液压致动器，接受通过所述液压泵排出的工作油的供应从而驱动所述作业装置；流量调节部，调节从所述液压泵供应到所述液压致动器的工作油的流量；以及，控制装置，控制所述作业装置的驱动；其中，所述控制装置包含：获取部，获取所述多个构件的合成重心的运动状态量；以及，生成部，生成指示值并将该指示值输入到所述流量调节部，其中，所述指示值用于控制所述流量调节部的动作以便使所述运动状态量跟随指定的第一目标值，并且，所述指示值用于执行基于所述第一目标值和所述运动状态量的反馈控制。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的工程机械的一个例子的侧视图。

图2是表示实施方式所涉及的工程机械的液压系统的简略结构图。

图3是表示实施方式所涉及的工程机械中的作业装置的控制流程的图。

图4是表示驱动作业装置的实际驱动力的求取方法的图。

图5是表示实施方式所涉及的工程机械中的电磁阀的指示电流值与开口面积的关系的图。

图6是表示实施方式所涉及的工程机械中的电磁阀的开口面积与减压量的关系的图。

图7是表示实施方式所涉及的工程机械中操作人员的操作量与液压泵排出量(泵指示流量)的关系的图。

图8是用于对实施方式的变形例中表示作业装置的合成重心的坐标系进行说明的图。

图9是表示实施方式的变形例所涉及的工程机械中的作业装置的控制流程的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的工程机械进行说明。以下的实施方式只不过是本发明的一个具体例，其并不限定本发明的技术范围。

图1是表示实施方式所涉及的工程机械的一个例子的侧视图。图1所示的实施方式所涉及的工程机械100为液压挖掘机。该工程机械100具备：下部行走体10；上部回转体20，以能够相对于下部行走体10回转的结构而被安装；作业装置30，以能够相对于上部回转体20沿上下方向摆动的结构而被安装。作业装置30具备多个分别沿垂直方向摆动的构件。所述多个构件包含动臂31、斗杆32、铲斗33。该多个构件被连结。作业装置30的动臂31的基端在上部回转体20的前部被支撑。

具体而言，所述动臂31具有；基端部，在所述上部回转体20的前端以能够起伏的方式即以能够以水平轴为中心沿上下方向摆动的方式而被支撑；位于该基端部相反侧的远端部。所述斗杆32具有：基端部，以能够绕水平轴摆动的方式而被连结于所述动臂31的所述远端部；位于该基端部相反侧的远端部。所述铲斗33可摆动地安装于所述斗杆32的所述远端部。

图2是表示本实施方式所涉及的工程机械的液压系统的简略结构图。在图2中，对于与图1所示的工程机械相同的结构要素附以相同的符号。如图2所示，所述工程机械还具备：第一液压泵2A；第二液压泵2B；第一调节器2C；第二调节器2D；先导泵3；多个液压致动器；多个操作装置4；多个先导压力调节阀5；多个压力传感器6；控制阀7；控制装置18。本实施方式中，所述多个先导压力调节阀5和所述控制阀7构成流量调节部。

所述第一液压泵2A、所述第二液压泵2B及所述先导泵3基于发动机等驱动源1而被驱动，由此，将箱内的工作油分别排出。

所述第一液压泵2A及所述第二液压泵2B分别为能够调节泵容量的可变容量型液压泵。

所述第一调节器2C通过接受来自所述控制装置18的容量指令信号的输入而将所述第一液压泵2A的泵容量调节为与所述容量指令信号相对应的容量。同样地，所述第二调节器2D通过接受来自所述控制装置18的容量指令信号的输入而将所述第二液压泵2B的泵容量调节为与所述容量指令信号相对应的容量。

所述先导泵3排出用于进行开闭所述控制阀7的动作的工作油(先导液压油)。

所述多个液压致动器通过接受从所述第一及第二液压泵2A、2B的至少一方排出的工作油的供应来驱动所述作业装置30。所述多个液压致动器包含动臂工作缸51、斗杆工作缸52、铲斗工作缸53。动臂31、斗杆32及铲斗33分别被动臂工作缸51、斗杆工作缸52及铲斗工作缸53驱动。具体而言，所述动臂工作缸51通过接受例如被所述第一液压泵2A排出的工作油的供应而使所述动臂31起伏地进行工作。所述斗杆工作缸52通过接受例如被所述第二液压泵2B排出的工作油的供应而使所述斗杆32摆动地进行工作。所述铲斗工作缸53通过接受例如被所述第一液压泵2A排出的工作油的供应而使所述铲斗33摆动地进行工作。

所述控制阀7包含动臂控制阀、斗杆控制阀、铲斗控制阀。动臂控制阀、斗杆控制阀及铲斗控制阀分别具有一对先导口。所述动臂控制阀以基于从所述先导泵3对所述一对先导口的其中一方供应所述先导液压油并且按照该先导液压油的先导压力来使从所述第一液压泵2A供应给所述动臂工作缸51的工作油的方向和流量变化的方式来进行开闭动作。所述斗杆控制阀以基于从所述先导泵3对所述一对先导口的其中一方供应所述先导液压油并且按照该先导液压油的先导压力来使从所述第二液压泵2B供应给所述斗杆工作缸52的工作油的方向和流量变化的方式来进行开闭动作。所述铲斗控制阀以基于从所述先导泵3对所述一对先导口的其中一方供应所述先导液压油并且按照该先导液压油的先导压力来使从所述第一液压泵2A供应给所述铲斗工作缸53的工作油的方向和流量变化的方式来进行开闭动作。

所述多个操作装置4包含动臂操作装置4、斗杆操作装置4、铲斗操作装置4。本实施方式中，所述多个操作装置4分别由所述液压先导方式的操作装置构成。所述多个操作装置4分别具有操作杆4A和遥控阀4B。

所述动臂操作装置4的所述操作杆4A被施加用于使所述动臂31起伏的操作(动臂操作)，所述斗杆操作装置4的所述操作杆4A被施加用于使所述斗杆32摆动的操作(斗杆操作)，所述铲斗操作装置4的所述操作杆4A被施加用于使所述铲斗33摆动的操作(铲斗操作)。

所述动臂操作装置4的所述遥控阀4B是位于所述先导泵3与所述控制阀7中的所述动臂控制阀的所述一对先导口之间的先导阀。所述斗杆操作装置4的所述遥控阀4B是位于所述先导泵3与所述控制阀7中的所述斗杆控制阀的所述一对先导口之间的先导阀。所述铲斗操作装置4的所述遥控阀4B是位于所述先导泵3与所述控制阀7中的所述铲斗控制阀的所述一对先导口之间的先导阀。

各遥控阀4B在所述操作杆4A未被施加操作(所述动臂操作、所述斗杆操作及所述铲斗操作)而处于中立位置时关闭阀门而将所述先导泵3与所述一对先导口之间断开。另一方面，各遥控阀24在所述操作杆4A被施加所述操作后以允许从所述先导泵3对相应的控制阀的所述一对先导口的其中一方的先导口输入与该操作的操作量相应的大小的先导压力的方式来打开阀门。

因此，动臂工作缸51、斗杆工作缸52及铲斗工作缸53分别对应于被操作人员施加给上部回转体20上的驾驶室内所搭载的多个操作装置4的操作杆4A的操作而进行工作。由此，动臂工作缸51、斗杆工作缸52及铲斗工作缸53分别进行伸缩，动臂31、斗杆32及铲斗33分别进行摆动，从而使铲斗33的位置及姿势变化。

所述多个先导压力调节阀5与所述控制阀7一起构成流量调节部。该流量调节部对从所述液压泵2A、2B供应给所述多个液压致动器51、52、53各者的工作油的流量进行调节。

所述多个先导压力调节阀5分别由具有电磁线圈并且基于对该电磁线圈输入从所述控制装置18输出的后述的指示值而能够输出与该指示值对应的先导压力的电磁阀构成。该电磁阀例如可以由比例阀构成，也可以由反比例阀构成。

本实施方式中，所述多个先导压力调节阀5分别由具有例如图5所示那样的特性的电磁反比例阀构成。因此，当从所述控制装置18输入到所述先导压力调节阀5的所述指示值(指示电流值)为零或小于指定的值时，所述先导压力调节阀5的开口面积被维持在最大。另一方面，当所述指示值(指示电流值)为所述指定的值以上时，该指示值越大，则所述开口面积变得越小。

所述多个先导压力调节阀5包含一对动臂用先导压力调节阀5、一对斗杆用先导压力调节阀5、一对铲斗用先导压力调节阀5。此外，在图2中，仅表示了一对动臀用先导压力调节阀5的其中一方、一对斗杆用先导压力调节阀5的其中一方、以及一对铲斗用先导压力调节阀5的其中一方，而省略了另一方的先导压力调节阀5的图示。

所述动臂用先导压力调节阀5是用于对被输入到所述控制阀7中的所述动臂控制阀的所述一对先导口的先导压力进行调节的阀，位于所述动臂操作装置4的所述遥控阀4B与所述控制阀7中的所述动臂控制阀的所述一对先导口之间。在所述动臂操作装置4的所述操作杆4A被施加所述动臂操作后，具有与该动臂操作的操作量相对应的大小的先导压力的先导液压油从所述遥控阀4B输出。所述动臂用先导压力调节阀5能够将该先导液压油的先导压力减压至与来自所述控制装置18的所述指示值相对应的大小的先导压力。

所述斗杆用先导压力调节阀5是用于对被输入到所述控制阀7中的所述斗杆控制阀的所述一对先导口的先导压力进行调节的阀，位于所述斗杆操作装置4时所述遥控阀4B与所述控制阀7中的所述斗杆控制阀的所述一对先导口之间。在所述斗杆操作装置4的所述操作杆4A被施加所述斗杆操作后，具有与该斗杆操作的操作量相对应的大小的先导压力的先导液压油从所述遥控阀4B输出。所述斗杆用先导压力调节阀5能够将该先导液压油的先导压力减压至与来自所述控制装置18的所述指示值相对应的大小的先导压力。

所述铲斗用先导压力调节阀5是用于对被输入到所述控制阀7中的所述铲斗控制阀的所述一对先导口的先导压力进行调节的阀，位于所述铲斗操作装置4的所述遥控阀4B与所述控制阀7中的所述铲斗控制阀的所述一对先导口之间。在所述铲斗操作装置4的所述操作杆4A被施加所述铲斗操作后，具有与该铲斗操作的操作量相对应的大小的先导压力的先导液压油从所述遥控阀4B输出。所述铲斗用先导压力调节阀5能够将该先导液压油的先导压力减压至与来自所述控制装置18的所述指示值相对应的大小的先导压力。

所述多个压力传感器6包含动臂用压力传感器6、斗杆用压力传感器6、铲斗用压力传感器6。所述动臂用压力传感器6能够检测所述动臂操作装置4的所述遥控阀4B与所述动臂用先导压力调节阀5之间的油道中的先导液压油的压力。即，所述动臂用压力传感器6检测从所述动臂操作装置4的所述遥控阀4B输出的所述先导液压油的先导压力。所述斗杆用压力传感器6能够检测所述斗杆操作装置4的所述遥控阀4B与所述斗杆用先导压力调节阀5之间的油道中的先导液压油的压力。即，所述斗杆用压力传感器6检测从所述斗杆操作装置4的所述遥控阀4B输出的所述先导液压油的先导压力。所述铲斗用压力传感器6能够检测所述铲斗操作装置4的所述遥控阀4B与所述铲斗用先导压力调节阀5之间的油道中的先导液压油的压力。即，所述铲斗用压力传感器6检测从所述铲斗操作装置4的所述遥控阀4B输出的所述先导液压油的先导压力。与所述多个压力传感器6各者所检测的压力(先导压力)相对应的压力信号被输入控制装置18。

所述控制装置18控制所述作业装置30的驱动。如图2所示，所述控制装置18包含获取部18A和生成部18B。所述获取部18A获取所述多个构件31、32、33的合成重心G的运动状态量。所述生成部18B生成用于以使所述运动状态量跟随指定的第一目标值的方式控制所述多个先导压力调节阀5中的至少一个先导压力调节阀5的动作的指示值。该指示值是用于执行基于所述第一目标值与所述运动状态量的差值的反馈控制的指示值。所述生成部18B将所生成的该指示值输入到所述多个先导压力调节阀5中的至少一个先导压力调节阀5。

在图2中，g1表示动臂31的重心，g2表示斗杆32的重心，g3表示铲斗33的重心，G表示作业装置30的合成重心。关于该合成重心G的计算方法后述。

本实施方式中，所述控制装置18获取构成作业装置30的多个构件(本实施方式中为动臂31、斗杆32及铲斗33)的合成重心G的运动状态量，利用基于所述第一目标值和所述运动状态量的反馈控制来生成用于以使所述运动状态量跟随指定的第一目标值的方式控制所述流量调节部的先导压力调节阀5的动作的指示值，并且，将该指示值输入所述先导压力调节阀5。

以上说明的本实施方式中，利用构成该作业装置30的多个构件(动臂31、斗杆32及铲斗33)的合成重心的运动状态量而等效地表示所述作业装置30的动作。即，本实施方式所涉及的工程机械100在由所述合成重心G的运动状态量来表示所述作业装置30的动作的系统中即在等效系统中能够处理所述作业装置30的动作。在该工程机械100中，由于利用上述那样的等效系统来控制所述作业装置30的动作，因此，无需将构成所述作业装置30的所述多个构件31、32、33各者的动作与第一目标值个别地进行比较，也无需评价所述多个构件31、32、33的动作的组合是否良好，能够实现作业的效率化。

具体而言，所述工程机械100中，使利用基于所述第一目标值和所述运动状态量的所述反馈控制而生成的所述指示值输入到构成所述流量调节部的所述多个先导压力调节阀5中的至少一个先导压力调节阀5。由此，即使在例如因操作人员的过度操作而导致所述合成重心G的所述运动状态量偏离所述第一目标值的情况下，也能够以使所述运动状态量跟随所述第一目标值的方式来控制所述多个先导压力调节阀5中的至少其中之一的动作。其结果，能够抑制因所述过度操作而引起的所述作业装置30的所述运动状态量的变化(例如速度变化)，使挖掘等作业动作稳定。由此，能够实现作业的效率化。

此外，本实施方式中，所述控制装置18可以搭载在例如上部回转体20的驾驶室内。此外，所述控制装置18也可以搭载于经由网络而与工程机械100可通信地连接的外部设备。外部设备例如为服务器或个人电脑。此情况下，工程机械100将所述运动状态量、所述压力信号等信息发送给外部设备。外部设备接收这些信息。而且，外部设备将用于控制作业装置30的驱动的数据发送给工程机械100。工程机械100接收外部设备发送来的数据。工程机械100根据所接收的数据来控制作业装置30的动作。

此外，控制装置18具备计算机，通过该计算机执行程序来实施获取部18A及生成部18B的各功能。计算机具备依照程序来工作的作为主要的硬件结构的处理器。处理器只要能够通过执行程序来实现功能，则其的种类并没有限制。处理器可以由包含例如半导体集成电路(IC)或LSI(large scale integration(大规模集成电路))的一个或多个电子电路构成。多个电子电路可以集成在一个芯片中，也可以设于多个芯片中。多个芯片可以集中在一个装置中，也可以设于多个装置中。程序被记录在能够让计算机读取的ROM、光盘或硬盘驱动器等非暂时性记录介质中。程序可以被预先存储于记录介质中，也可以经由包含互联网等广域网来供应到记录介质。

以下，对作为本实施方式所涉及的工程机械100所进行的动作的一个例子的挖掘动作进行说明。在以下的具体例中，进行对所述斗杆操作装置4的操作杆4A施加斗杆牵拉操作并且对所述动臂操作装置4的操作杆4A施加动臂提升操作的复合操作(斗杆牵拉与动臂提升的复合操作)。此外，在以下的具体例中，所述作业装置30的合成重心的运动状态量为该合成重心G的速度(熏心速度)。

[运动状态量的获取]

首先，所述控制装置18的获取部18A利用动臂31的重心g1的位置(x1，y1)、斗杆32的重心g2的位置(x2，y2)、铲斗33的重心g3的位置(x3，y3)、以及下式(1)，来计算作业装置30的合成重心G的位置(Xg，Yg)。以下，有时会将合成重心称为等效重心。此处，所述多个构件31、32、33各者的重心位置可以通过例如GPS传感器、GNSS传感器等测位传感器等来直接测量。此外，所述多个构件31、32、33各者的重心位置还可以根据由角度传感器等传感器等所测量的该构件的角度信息来计算。此外，各构件的重心位置或等效重心G的位置也可以在例如成为在斗杆牵拉和动臂提升的复合操作时的作业装置30的运动面的二维铅锤面上，利用以动臂31的基端为原点的xy坐标系来进行表示。

[式1]

式(1)中，m₁、m₂、m₃分别是动臂31、斗杆32、铲斗33的质量。此外，铲斗33的质量m₃包含铲斗33内的砂土等的质量。

在进行斗杆牵拉和动臂提升的复合操作后，具有与被施加给所述斗杆操作装置4的所述操作杆4A的操作量相对应的大小的先导压力的先导液压油从所述斗杆操作装置4的遥控阀4B输出，并且具有与被施加给所述动臂操作装置4的所述操作杆4A的操作量相对应的大小的先导压力的先导液压油从所述动臂操作装置4的遥控阀4B输出。

所述斗杆用压力传感器6检测从所述斗杆操作装置4的遥控阀4B输出的所述先导液压油的先导压力，与所检测的先导压力相对应的压力信号被输入所述控制装置18。同样地，所述动臂用压力传感器6检测从所述动臂操作装置4的遥控阀4B输出的所述先导液压油的先导压力，与所检测的先导压力相对应的压力信号被输入所述控制装置18。

从所述斗杆操作装置4的遥控阀4B输出的所述先导液压油的先导压力在所述斗杆用先导压力调节阀5处按照与所述指示值相对应的开口面积而被减压，减压后的先导压力被输入所述斗杆控制阀的一对先导口中与所述斗杆牵拉操作对应的先导口。同样地，从所述动臂操作装置4的遥控阀4B输出的所述先导液压油的先导压力在所述动臂用先导压力调节阀5处按照与所述指示值相对应的开口面积而被减压，减压后的先导压力被输入所述动臂控制阀的所述一对先导口中与所述动臂提升操作对应的先导口。

所述斗杆控制阀按照输入所述先导口的所述先导压力来进行开闭动作，以使从所述第二液压泵2B供应给所述斗杆工作缸52的工作油的流量变化。同样地，所述动臂控制阀按照输入所述先导口的所述先导压力来进行开闭动作，以使从所述第一液压泵2A供应给所述动臂工作缸51的工作油的流量变化。由此，按照供应给所述斗杆工作缸52的所述工作油的流量，进行所述斗杆32的斗杆牵拉动作，并且按照供应给所述动臂工作缸51的所述工作油的流量，进行所述动臂31的动臂提升动作。

此外，所述控制装置18也可以将容量指令信号输入到所述第一调节器2C及所述第二调节器2D的各者中，以便按照被施加给所述动臂操作装置4的所述操作杆4A的操作量及被施加给所述斗杆操作装置4的所述操作杆4A的操作量，来分别调节所述第一液压泵2A的泵容量及所述第二液压泵2B的泵容量。

其次，所述控制装置18的所述获取部18A根据进行所述斗杆牵拉动作和所述动臂提升动作时的等效重心G的位置(Xg，Yg)的每一单位时间的位移量，利用下式(2)至(4)来计算等效重心G的速度Vg。

[式2]

[式3]

[式4]

在计算作业装置30的控制用的等效重心G的速度Vg时，可以采用一阶滞后滤波器。此情况下，通过滤除高频成分来计算稳定的值(速度Vg)。叠加了一阶滞后滤波器后的合成重心的速度V可以如下式(5)至(7)那样而被设定。

[式5]

V(k)＝a×V_g(k-1)+b×V_g(k)···(5)

[式6]

[式7]

b＝1-a···(7)

在式(5)至(7)中，k是数据的阶跃数，Ts是采样时间(单位：ms)，f是低通频率(单位：Hz)。

[指示值的生成和输入]

所述控制装置18的所述生成部18B利用基于所述第一目标值和所述运动状态量的反馈控制来生成用于以使由所述获取部18A获取的所述运动状态量跟随指定的第一目标值的方式控制所述流量调节部的动作的指示值，并且，将该指示值输入所述流量调节部。

具体而言，如图3所示，所述生成部18B包含第一控制部18B1和第二控制部18B2。所述第一控制部18B1利用基于所述第一目标值与所述运动状态量的差值的反馈控制来决定作为用于驱动所述作业装置30的驱动力的目标值的第二目标值。所述第二控制部18B2利用基于所述第二目标值与实际驱动所述作业装置30的驱动力即实际驱动力的差值的反馈控制来决定所述指示值(后述的指示电流值u_I)。

以下，一边参照图3的控制流程图，一边举出由控制装置18控制合成重心G的速度V的例子，来说明所述生成部18B。此外，图3中，“液压部”包含作为构成图2所示的液压回路的构成件的所述控制阀7，“机构部”包含构成图1及图2所示的作业装置30的多个构件31、32、33。

首先，控制装置18中的所述生成部18B的第一控制部18B1根据如前述那样求得的合成重心G的速度V与目标速度r_Vg的差值(偏差)e_V，通过利用了例如下式(8)的PID控制来求出作为所述第二目标值的一个例子的目标驱动转矩T。所述目标驱动转矩T是为了使所述合成重心G的实际的速度V跟随所述目标速度r_Vg而必须的转矩，是驱动作业装置30的液压致动器(动臂工作缸51、斗杆工作缸52)生成的驱动转矩的目标值。

所述第一控制部18B1将作为由所述动臂工作缸51生成的驱动转矩的目标值的所述目标驱动转矩T和作为由所述斗杆工作缸52生成的驱动转矩的目标值的所述目标驱动转矩T分别计算。

[式8]

在式(8)中，e1是合成重心的速度偏差e_V(单位：mm/s)，u1是致动器的目标驱动转矩T，kP1是比例增益，kI1是积分增益，kD1是微分增益。kP1、kI1、kD1是根据作业条件等而决定的参数。

所述目标速度r_Vg也可以根据例如熟练操作人员的过去的作业数据而被设定。此外，所述目标速度r_Vg也可以是按每一作业内容而被预先设定的规定值。此外，所述目标速度r_Vg也可以是根据按每一作业内容而被预先设定的图谱而被确定的值。该图谱中，在所述作业内容为挖掘作业的情况下，从该挖掘作业的开始至挖掘作业的结束为止的一连串的目标速度r_Vg按时间序列而被设定。该时间序列的目标速度r_Vg例如可以根据熟练操作人员的过去的作业数据而被设定，也可以是通过模拟等来设定了在作业效率的观点下的理想的时间序列的目标速度而成的目标速度。

其次，所述第二控制部18B2利用基于所述目标驱动转矩T与作为实际驱动所述作业装置30的驱动转矩的实际驱动转矩T’的差值的反馈控制，并且通过其次那样的控制流程，来决定作为所述指示值的一个例子的指示电流值u_I。所述指示电流值u_I为输入到所述先导压力调节阀5的电流的大小。所述指示电流值u_I是为了使所述实际驱动转矩T’跟随所述目标驱动转矩T而用于调节从所述先导压力调节阀5输出的所述先导压力的指示值。

具体而言，如图3所示，所述控制装置18中的所述生成部18B的所述第二控制部18B2根据所述实际驱动转矩T’(实际上产生的驱动转矩)与所述目标驱动转矩T的差值(偏差)e_T，并且通过利用了例如下式(9)的PID控制来求出目标先导压力H。所述目标先导压力H是使所述实际驱动转矩T’跟随所述目标驱动转矩T而必要的先导压力，是供应给所述控制阀7的先导压力的目标值。

[式9]

在式(9)中，e2是致动器的驱动转矩偏差e_T(单位：Nm)，u2是所述目标先导压力H(单位：MPa)，kP2是比例增益，kI2是积分增益，kD2是微分增益。kP2、kI2、kD2是根据作业条件等而决定的参数。

图4是表示所述实际驱动转矩T’的求取方法的图。图4将例如驱动动臂31的实际驱动转矩T’的求取方法作为一个例子来表示。以下，一边参照图4一边说明所述求取方法。在图4中，Lst是工作缸行程长度，LB是从动臂基端至工作缸安装位置的长度，Lost是从动臂基端至工作缸基端的长度，θ’是动臂与工作缸构成的角度，F是动臂工作缸推力，F’是产生驱动转矩的力(在工作缸安装位置处相对于连结该位置与动臂基端的线垂直地作用的力)。此外，在图4中，对于与图1所示的工程机械同样的结构要素附以相同的符号。此外，LB及Lost是由工程机械的规格而决定的值，Lst是由传感器等所测定的值。

首先，所述生成部18B的所述第二控制部18B2通过例如下式(10)来计算动臂工作缸推力F。

[式10]

F＝(P_BH×A_BH)-(P_BR×A_BR)···(10)

在式(10)中，P_BH是动臂工作缸51的头部压力，P_BR是动臂工作缸51的连杆压力，A_BH是动臂工作缸51的头部受压面积，A_BR是动臂工作缸51的连杆受压面积。

此外，动臂31与动臂工作缸51构成的角度θ’可以利用余弦定理并通过下式(11)来计算。

[式11]

因此，所述第二控制部18B2通过下式(12)能够计算实际驱动转矩T’。

[式12]

再次参照图3，所述第二控制部18B2利用如前述那样根据式(9)而计算的所述目标先导压力H，通过其次那样的流程来生成所述指示电流值u_I。首先，所述第二控制部18B2计算由所述压力传感器6测量的压力h与所述目标先导压力H的差值即先导压力差Δh。该先导压力差Δh是需要在所述先导压力调节阀5处减压的减压量Δh。

图6是表示所述减压量Δh与所述先导压力调节阀5的开口面积的关系的图蹭，该图谱被预先存储于所述控制装置18。所述第二控制部18B2根据所计算的所述先导压力差Δh(所述减压量Δh)和图6所示的图谱来决定所述先导压力调节阀5的开口面积的目标值。

图5是表示所述先导压力调节阀5的所述开口面积与从所述第二控制部18B2输入到所述先导压力调节阀5的指示电流值的关系的图谱，该图谱被预先存储于所述控制装置18。如上所述，在本实施方式中，作为所述先导压力调节阀5而采用了电磁反比例阀。所述第二控制部18B2根据所决定的所述开口面积的所述目标值和图5所示的图谱，决定应该输入到所述先导压力调节阀5的指示电流值u_I(单位：mA)。

在本实施方式中，以斗杆牵拉和动臂提升的复合操作为例子来进行了说明，因此，所述第二控制部18B2根据上述的流程分别决定应该输入到所述斗杆用先导压力调节阀5的指示电流值u_I和应该输入到所述动臂用先导压力调节阀5的指示电流值u_I。

其次，所述生成部18B的所述第二控制部18B2将由上述的流程生成的指示电流值u_I输入到对应的所述先导压力调节阀5的电磁线圈。由此，所述先导压力调节阀5被设定为与所述指示电流值u_I相对应的开口面积。由此，从所述遥控阀4B输出的先导液压油的压力(减压前的先导压力)便在所述先导压力调节阀5中被减压至先导压力e_h。减压后的该先导压力e_h便成为与所述目标先导压力H相同的值或与所述目标先导压力H接近的值。

从所述先导压力调节阀5输出的先导液压油的所述先导压力e_h在所述控制阀7被输入到对应的控制阀的先导口，该控制阀根据所述先导压力e_h来进行开闭动作，以使从所述液压泵供应给对应的工作缸的工作油的流量变化。

具体而言，在本实施方式中，从所述斗杆用先导压力调节阀5输出的先导液压油的所述先导压力e_h在所述控制阀7被输入到所述斗杆控制阀的先导口，该斗杆控制阀根据所述先导压力e_h来进行开闭动作，以使从所述第二液压泵2B供应给所述斗杆工作缸52的工作油的流量变化。同样地，从所述动臂用先导压力调节阀5输出的先导液压油的所述先导压力e_h在所述控制阀7被输入到所述动臂控制阀的先导口，该动臂控制阀根据所述先导压力e_h来进行开闭动作，以使从所述第一液压泵2A供应给所述动臂工作缸51的工作油的流量变化。由此，所述各工作缸产生与所述目标驱动转矩T相同的值或与所述目标驱动转矩T接近的值的实际驱动转矩T’。其结果，所述合成重心G(等效重心G)的速度Vg被调节为与所述目标速度r_Vg相同的值或与所述目标速度r_Vg接近的值。

所述控制装置18使被调节后的所述合成重心G的速度Vg反馈到控制装置18的第一控制部18B1，并且使被调节后的各工作缸(动臂工作缸51、斗杆工作缸52)所产生的所述实际驱动转矩T’反馈到控制装置18的第二控制部18B2，而且通过反复进行上述的处理，能够使合成重心G的速度Vg跟随所述目标速度r_Vg(参照图3)。

这样，通过图3所示的反馈控制，即使在操作人员的操作技能较低的情况下，也能够以避免因急速的操作而导致构成所述作业装置30的动臀31等的构件的速度变得不稳定的事态发生的方式来控制所述流量调节部的动作，因此，无需依赖操作人员的操作技能便能够实现作业的稳定化及效率化。

以上叙述的实施方式的说明在本质上只不过是例示，本发明并没有限制其应用对象或其用途的意图，本发明是可以在发明内容的范围内进行各种变更的。

例如，在前述的实施方式中，作为所述先导压力调节阀5而采用了电磁阀(例如反比例阀)，但是，也可以取代此，而采用其它类型的阀。

此外，在由控制器(控制装置18)进行的反馈控制中采用了PID控制律，但是，也可以取代此，而采用例如运算式或图谱等。

此外，作为构成成为由控制器进行的反馈控制的对象的作业装置30的所述多个构件的合成重心G的运动状态量而采用了速度，但是，也可以采用所述合成重心G的位置、速度、加速度及跳跃度中的至少其中之一。

此外，在反馈控制中例示了以二维坐标系(xy坐标系)的速度(快慢)为对象的一进一出系统。但是，为了更精度良好地控制所述合成重心G的速度，例如，也可以如图8所示那样，通过以动臂31的基端为原点的极坐标系来表示所述作业装置30的合成重心G的运动。此外，在图8中，对于与图1所示的工程机械相同的结构要素附以相同的符号。具体而言，也可以将所述作业装置30的合成重心G的速度分解为半径方向速度Vr和摆动方向速度Vθ这两个方向，并求出所述多个液压致动器的至少一个液压致动器的驱动转矩，以使各速度Vr、Vθ分别跟随目标速度。此情况下，便成为所述多个液压致动器的驱动转矩与速度Vr、Vθ彼此相互作用的多进多出系统的PID控制。此外，速度Vr、Vθ能够如下式(13)至(16)那样来计算。

[式13]

[式14]

[式15]

[式16]

在式(13)至(16)中，(x，y)是xy坐标系中的所述作业装置30的合成重心G的坐标，(r，θ)是极坐标系中的所述合成重心G的坐标。

此外，液压挖掘机等工程机械是基于作业内容或操作方法而特性发生变化的非线性系统，为了对该系统进行更合适的控制，也可以采用图9所示那样的变形例。在该变形例中，例如也可以如图9所示那样采用在控制系统中设置有参数调谐器的结构，该参数调谐器根据控制系统的输入输出数据等，针对作业内容及操作方法，适应性地变更控制参数(式(8)、(9)的参数)。此外，图9所示的控制系统是在图3所示的控制系统中设有第一参数调谐器151和第二参数调谐器152的系统，该第一参数调谐器151根据目标速度r_Vg和合成重心速度V来变更式(8)的参数，该第二参数调谐器152根据目标驱动转矩T和实际驱动转矩T’来变更式(9)的参数。

此外，在前述的实施方式中，例示了具备作为工程机械的作业装置30的远端附属装置的铲斗的液压挖掘机，但是，本发明还可以应用于具备铲斗以外的远端附属装置的液压挖掘机。

此外，在前述的实施方式中，关于挖掘动作(斗杆牵拉和动臂提升的复合操作)而例示了着眼于所述作业装置30的合成重心G的运动状态量的控制。但是，成为控制对象的操作并不限于“斗杆牵拉和动臂提升的复合操作”的情形自不待言，即使在驱动其它的附属装置(铲斗等)的复合操作中也能够进行同样的控制。此外，成为控制对象的操作并不限于所述复合操作，例如也可以是仅进行所述动臂操作的动臂单独操作、仅进行所述斗杆操作的斗杆单独操作等单独操作。

此外，所述多个操作装置4各者并不限于所述液压先导方式，也可以由电动式的操作装置构成。在电动式的操作装置的情况下，操作杆4A的操作量被转换为电信号而被输入到控制装置18。该控制装置18将对应于所述操作量的指令电流输入到所述先导压力调节阀5。该先导压力调节阀5在所述先导泵3与所述控制阀7之间将对应于所述指令电流的先导压力引导到所述控制阀7。

此外，在所述实施方式中，流量调节部由所述多个先导压力调节阀5和所述控制阀7来构成，但是，本发明并不仅限于此。所述实施方式的变形例所涉及的所述流量调节部铡如也可以由图1所示的所述第一调节器2C和所述第二调节器2D的至少一方的调节器来构成。各调节器具有通过调节对应的液压泵的泵容量来调节从该液压泵供应给对应的液压致动器的工作油的流量的功能。在该变形例中，所述指示值被输入到所述调节器。以下，对该变形例作简单的说明。

图7是表示施加给所述操作杆4A的操作量与所述液压泵的泵容量(泵指示流量)的关系的图谱。图7所示的图谱表示着在不进行基于所述第一目标值和所述运动状态量的反馈控制的情况下的泵容量的特性。即，图7所示的图谱表示着进行通常的正向控制的情况下的泵容量的特性。

另一方面，在所述变形例中，所述生成部18B的所述第一控制部18B1利用基于所述第一目标值与所述运动状态量的差值的反馈控制来决定作为用于驱动所述作业装置30的驱动力的目标值的第二目标值。所述第二控制部18B2利用基于所述第二目标值与作为实际驱动所述作业装置30的驱动力的实际驱动力的差值的反馈控制来决定输入到所述第一调节器2C和所述第二调节器2D的至少一方的调节器的指示值。被输入所述指示值的所述调节器根据预先设定了指示值与泵容量的关系的省略图示的图谱，将所述液压泵的泵容量调节为对应于所述指示值的容量。由此，来调节从该液压泵供应给对应的液压致动器的工作油的流量。

此外，所述流量调节部也可以由所述多个先导压力调节阀5、所述控制阀7、以及所述调节器来构成。

本实施方式的技术特征总结如下。

本实施方式所涉及的工程机械包括：下部行走体；上部回转体，以相对于所述下部行走体能够回转的结构而被安装；作业装置，以相对于所述上部回转体在上下方向上能够摆动的结构而被安装，包含多个构件；液压泵，排出工作油；液压致动器，接受通过所述液压泵排出的工作油的供应从而驱动所述作业装置；流量调节部，调节从所述液压泵供应到所述液压致动器的工作油的流量；以及，控制装置，控制所述作业装置的驱动；其中，所述控制装置包含：获取部，获取所述多个构件的合成重心的运动状态量；以及，生成部，生成指示值并将该指示值输入到所述流量调节部，其中，所述指示值用于控制所述流量调节部的动作以便使所述运动状态量跟随指定的第一目标值，并且，所述指示值用于执行基于所述第一目标值和所述运动状态量的反馈控制。

本实施方式所涉及的工程机械中，以使构成所述作业装置的所述多个构件的合成重心的运动状态量跟随所述第一目标值的方式来控制所述作业装置的动作。因此，能够抑制如以往那样因液压致动器进行液压油再生而发生操作人员意料不到的液压致动器的速度变动，而且，通过设定对应于各种作业的所述第一目标值，不仅能够使所述实施方式所涉及的控制适用于完成作业，而且还能够使其适用于包含挖掘作业等的各种作业。因此，即使工程机械的操作技能较低的非熟练人员在建筑现场进行各种作业，也能够提高作业效率。

此外，本实施方式所涉及的工程机械中，利用构成该作业装置的多个构件的合成重心的运动状态量而等效地表示所述作业装置的动作。即，所述工程机械在由所述合成重心的运动状态量来表示所述作业装置的动作的系统中即在等效系统中能够处理所述作业装置的动作。在所述工程机械中，由于利用上述那样的等效系统来控制所述作业装置的动作，因此，无需将构成所述作业装置的所述多个构件各者的动作与目标值个别地进行比较，也无需评价所述多个构件的动作的组合是否良好，能够实现作业的效率化。

具体而言，所述工程机械中，使利用基于所述第一目标值和所述运动状态量的所述反馈控制而生成的所述指示值输入到所述流量调节部。由此，即使在例如因操作人员的过度操作而导致所述合成重心的所述运动状态量偏离所述第一目标值的情况下，也能够以使所述运动状态量跟随第一目标值的方式来控制所述流量调节部的动作。其结果，能够抑制因所述过度操作而引起的所述作业装置的所述运动状态量的变化(例如速度变化)，使挖掘等怍业动作稳定。由此，能够实现作业的效率化。

所述工程机械中，所述运动状态量可以是所述合成重心的位置、速度、加速度及跳跃度中的至少其中之一。

所述工程机械中，所述控制装置的所述生成部也可以包含：第一控制部，利用基于所述第一目标值与所述运动状态量的差值的反馈控制来决定作为用于驱动所述作业装置的驱动力的目标值的第二目标值；以及，第二控制部，利用基于所述第二目标值与实际驱动所述作业装置的驱动力即实际驱动力的差值的反馈控制来决定所述指示值。

该技术方案中，所述第一控制部生成用于执行基于所述第一目标值与所述运动状态量的差值的反馈控制的所述第二目标值，所述第二控制部生成用于执行基于所述第二目标值与所述实际驱动力的差值的反馈控制的所述指示值。在该技术方案中，通过利用基于所述第一目标值与所述运动状态量的差值的反馈控制，来决定作为与此时的作业装置的状况相称的所述驱动力的目标值的所述第二目标值，以使所述实际驱动力跟随该第二目标值的方式来控制所述流量调整部的动作。即，在该技术方案中，决定用于使所述运动状态量跟随所述第一目标值的所述第二目标值，生成使所述实际驱动力跟随该第二目标值那样的所述指示值。通过使该指示值输入到所述流量调节部，来调整供应到所述液压致动器的工作油的流量，使驱动所述作业装置的实际驱动力接近所述第二目标值。由此，所述合成重心的所述运动状态量接近所述第一目标值。

所述工程机械中，所述控制装置能够根据操作方法或作业内容来变更所述反馈控制中的控制参数。

该技术方案中，即使所述作业装置的动作是基于因操作方法或作业内容而特性发生变化的非线性系统的动作，通过根据系统的输入、输出等来将控制参数变更为最优的值，能够进行符合作业内容及操作方法的动作，也就是说能够进行稳定的作业，因此，能够实现作业的效率化。

所述工程机械中，所述流量调节部也可以包含：先导压力调节阀，通过被输入所述指示值而能够输出对应于该指示值的先导压力；以及，控制阀，通过被输入从所述先导压力调节阀输出的所述先导压力而调节从所述液压泵供应到所述液压致动器的工作油的流量。

该技术方案中，通过将所述指示值输入到所述先导压力调整阀，能够调节从所述液压泵供应到所述液压致动器的工作油的流量。

所述工程机械中，所述获取部也可以通过测量或计算所述运动状态量来获取该运动状态量。

如以上所说明的那样，在例如液压挖掘机等工程机械中，在使用该工程机械的作业中，以构成所述作业装置的所述多个构件的合成重心的运动状态量(例如速度)作为指标，能够抑制该运动状态量的急剧变化，实现作业的稳定化。由此，能够抑制所述作业装置的意料不到的增速，提高所述作业装置的位置精度。此外，由于以稳定地保持所述作业装置的合成重心的运动状态量的方式来调整供应到所述液压致动器的所述工作油的流量，因此，在进行挖掘等作业中，能够使所述作业装置稳定地持续工作。由此，确保了作业量，其结果，能够提高作业效率。

Claims

1.一种工程机械，其特征在于包括：

下部行走体；

上部回转体，以相对于所述下部行走体能够回转的结构而被安装；

作业装置，以相对于所述上部回转体在上下方向上能够摆动的结构而被安装，包含多个构件；

液压泵，排出工作油；

液压致动器，接受通过所述液压泵排出的工作油的供应从而驱动所述作业装置；

流量调节部，调节从所述液压泵供应到所述液压致动器的工作油的流量；以及，

控制装置，控制所述作业装置的驱动；其中，

所述控制装置包含：

获取部，获取所述多个构件的合成重心的运动状态量；以及，

生成部，生成指示值并将该指示值输入到所述流量调节部，其中，所述指示值用于控制所述流量调节部的动作以便使所述运动状态量跟随指定的第一目标值，并且，所述指示值用于执行基于所述第一目标值和所述运动状态量的反馈控制。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于；

所述运动状态量是所述合成熏心的位置、速度、加速度及跳跃度中的至少其中之一。

3.根据权利要求1或2所述的工程机械，其特征在于：

所述控制装置的所述生成部包含：

第一控制部，利用基于所述第一目标值与所述运动状态量的差值的反馈控制来决定作为用于驱动所述作业装置的驱动力的目标值的第二目标值；以及，

第二控制部，利用基于所述第二目标值与实际驱动所述作业装置的驱动力即实际驱动力的差值的反馈控制来决定所述指示值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述控制装置能够根据操作方法或作业内容来变更所述反馈控制中的控制参数。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述流量调节部包含：

先导压力调节阀，通过被输入所述指示值而能够输出对应于该指示值的先导压力；以及，

控制阀，通过被输入从所述先导压力调节阀输出的所述先导压力而调节从所述液压泵供应到所述液压致动器的工作油的流量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述获取部通过测量或计算所述运动状态量来获取该运动状态量。