JP2003033063A

JP2003033063A - 建設機械の駆動装置、建設機械及び建設機械の駆動プログラム

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Publication number: JP2003033063A
Application number: JP2001210578A
Authority: JP
Inventors: Yukio Aoyanagi; 幸雄青柳; Toichi Hirata; 東一平田; Masami Ochiai; 正巳落合; Shuji Ohira; 修司大平; Eiji Egawa; 栄治江川
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2003-01-31
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: JP4647146B2

Abstract

(57)【要約】【課題】油圧ショベル等の建設機械において、トルク制
御から目標速度への制御の移行が適切に行え、電動アク
チュエータの加減速度の急変を防止して操作性を向上で
きるようにする。【解決手段】電動アクチュエータの駆動方向、及びそれ
が加速中か減速中かに応じて、手順１１９，１２３，１
２７，１３１で操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ
１，…を求め、手順１２０，１２４，１２８，１３２で
速度偏差信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２，…を求
め、手順１２１，１２５，１２９，１３３で実速度信号
Ｖｉから最大許容トルクＴｒｉ３，…を求め、手順１２
２，１２６，１３０，１３４でそれらのうち絶対値が最
も小さいものを選択して最終的な目標トルクＴｒｉ０と
し、電動アクチュエータを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧ショベル等の建
設機械の駆動装置、建設機械及び建設機械の駆動プログ
ラムに係わり、特に、電動アクチュエータを用いた電気
駆動式の建設機械の駆動装置、建設機械及び建設機械の
駆動プログラムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、省エネ等の観点からアクチュエー
タとして電動アクチュエータを用いた電気駆動式の建設
機械の検討が進められている。ここで、電動アクチュエ
ータとしては、例えば電動機で直接旋回等の被駆動部材
を駆動するもの、電動機で油圧ポンプを回転して油圧ア
クチュエータを駆動するものなど、種々の方式がある。
例えば特開２０００−２８３１０７号公報には両者の混
合方式が提案されており、特開２００１−１０７８３号
公報には電動機で直接旋回装置を駆動する方式が提案さ
れている。このような電気駆動式建設機械では、操作レ
バー装置として電気レバー方式を用い、その操作指令信
号をコントローラで演算処理しインバータを介して各電
動アクチュエータを駆動制御する。

【０００３】また、操作レバー装置として電気レバー方
式を用い、その操作指令信号をコントローラで演算処理
して油圧ポンプの吐出量を制御し、アクチュエータを制
御するものとして特開昭５８−７２７６２号公報に記載
の油圧駆動装置の制御装置がある。このものでは、可変
容量型の油圧ポンプと油圧モータとを閉回路若しくは半
閉回路で接続し、油圧ポンプの吐出量を制御することに
より、操作レバーの操作量に応じて駆動圧力及び流量の
最大値を規定する所定の圧力流量制御パターンとなるよ
う制御している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。

【０００５】特開２０００−２８３１０７号公報や特開
２００１−１０７８３号公報に記載されるような電気駆
動式の建設機械において、操作レバー装置から出力され
る操作指令信号に基づいて各電動アクチュエータを駆動
制御する場合、その操作指令信号をコントローラで演算
処理しなければならない。そのとき、操作指令信号（レ
バー操作量）と電動アクチュエータの目標速度及び目標
出力トルクとの関係を適切に設定し、目標速度に至る前
は目標トルクになるように制御しかつ目標速度に近づく
と目標速度になるように制御し、その間を滑らかにつな
げ、加減速度の急変のない良好な操作性を得る必要があ
る。しかし、特開２０００−２８３１０７号公報や特開
２００１−１０７８３号公報ではその点についての検討
がされていないか不十分である。特に、特開２００１−
１０７８３号公報では旋回用の電動アクチュエータの目
標速度信号と実速度信号の偏差（速度偏差）を用いてト
ルク制御を行っているが、目標トルクと最大加速トルク
と旋回速度との関係の検討がなされておらず、トルク制
御から目標速度への制御の移行が適切に行えず加減速度
が急変する可能性がある。また、旋回以外のアクチュエ
ータに適用した場合は、速度偏差が急に大きくなったと
きに急に大きなトルクが生じ、この点でも加減速度が急
変する可能性がある。

【０００６】特開昭５８−７２７６２号公報では、操作
レバーの操作量を一定にして加減速する際、操作レバー
の操作量に対応した速度になるまでは一定の加減速度で
加減速が継続し、操作レバーの操作量に対応する速度に
達した途端に加減速度がゼロになるという経過を辿り、
ショックが発生して操作フィーリングを損ねる場合があ
る。これを操作によって防止しようとすると、目標速度
に近づくに従って操作レバーを微妙に操作して加減速度
を微少にコントロールすることが必要になり、オペレー
タの負担を増すことになる。

【０００７】本発明の第１の目的は、油圧ショベル等の
建設機械において、トルク制御から目標速度への制御へ
移行が適切に行え、電動アクチュエータの加減速度の急
変を防止して操作性を向上することのできる建設機械の
駆動装置、建設機械及び建設機械の駆動プログラムを提
供することである。

【０００８】本発明の第２の目的は、電動アクチュエー
タの駆動方向や加速中か減速中かに応じて最適の特性を
付与することを可能にし、更に良好な操作性を得ること
のできる建設機械の駆動装置を提供することである。

【０００９】本発明の第３の目的は、電動アクチュエー
タ毎に最適の加速・減速の特性を付与することを可能に
し、更に良好な操作性を得ることのできる建設機械の駆
動装置を提供することである。

【００１０】本発明の第４の目的は、電動アクチュエー
タの目標速度信号と実速度信号の偏差を用いてトルク制
御を行う場合に、その速度偏差が急に大きくなっても円
滑に電動アクチュエータを駆動することができる建設機
械の駆動装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（１）上記第１の目的を
達成するために、本発明は、電動アクチュエータ、この
電動アクチュエータに対する操作指令信号を出力する操
作指令手段、電力供給手段、この電力供給手段からの電
力により前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手
段を備え、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じ
て前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動ア
クチュエータを駆動する建設機械の駆動装置において、
前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定め
られた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標
速度信号を出力する目標速度信号発生手段と、前記電動
アクチュエータの実際の速度を検出し実速度信号を出力
する実速度信号発生手段と、前記目標速度信号と前記実
速度信号との差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏
差信号発生手段と、前記操作指令信号に対して予め定め
られた関数関係に基づき第１の目標出力トルク信号を出
力する第１の目標出力トルク信号発生手段と、前記速度
偏差信号に対して予め定められた関数関係に基づき第２
の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出力トルク
信号発生手段と、前記第１及び第２の目標出力トルク信
号のうち絶対値が小さい方の目標出力トルク信号を目標
値として選択する目標信号選択手段とを備え、前記目標
信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記電力変換
手段に前記作動指令信号を出力することにより前記電動
アクチュエータの駆動を制御するものとする。

【００１２】このように目標速度信号発生手段、実速度
信号発生手段、速度偏差信号発生手段、第１の目標出力
トルク信号発生手段、第２の目標出力トルク信号発生手
段、目標信号選択手段を設け、目標速度信号から求めた
第１の目標出力トルク信号と速度偏差信号から求めた第
２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方のもの
を目標値として選択し、電動アクチュエータを駆動する
ことにより、例えば電動アクチュエータの加速操作時、
駆動初期は第１の目標出力トルク信号＜第２の目標出力
トルク信号となり、第１の目標出力トルク信号に応じて
電動アクチュエータは加速され、操作指令手段の操作量
に応じて電動アクチュエータを増速でき、オペレータの
操作フィーリングに合った加速感が得られる。また、そ
の後、第１の目標出力トルク信号＞第２の目標出力トル
ク信号になると第２の目標出力トルク信号に応じて電動
アクチュエータの速度は増大し、このとき、速度偏差信
号は実速度信号が目標速度信号に近づくにしたがい０に
近づくため、第２の目標出力トルク信号も実速度信号が
目標速度信号に近づくにしたがい小さくなり、実速度信
号が目標速度信号に達すると加速は０となる。このた
め、トルク制御から目標速度への制御の移行が適切に行
え、電動アクチュエータはショックを生じることなく目
標速度まで加速され、電動アクチュエータの加減速度の
急変を防止して操作性を向上することができる。

【００１３】（２）また、上記第２の目的を達成するた
め、本発明は、上記（１）の駆動装置において、前記第
１及び第２の目標出力トルク信号発生手段は、前記電動
アクチュエータの駆動方向に応じて、かつそれが加速さ
れる場合と減速される場合とでそれぞれ異なる関数関係
に基づき前記第１及び第２の目標出力トルク信号を演算
するものとする。

【００１４】これにより電動アクチュエータの駆動方向
や加速中か減速中かに応じて最適の特性を付与すること
が可能となり、更に良好な操作性を得ることができる。

【００１５】（３）更に、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明は、上記（１）の駆動装置において、前記
電動アクチュエータは複数あり、これに対応して前記操
作指令手段、電力変換手段、目標速度信号発生手段、実
速度信号発生手段、速度偏差信号発生手段、第１の目標
出力トルク信号発生手段、第２の目標出力トルク信号発
生手段、目標信号選択手段も複数あり、前記複数の第１
及び第２の目標出力トルク信号発生手段は、前記複数の
電動アクチュエータのそれぞれに対応した異なる関数関
係に基づき前記第１及び第２の目標出力トルク信号を演
算するものとする。

【００１６】これにより電動アクチュエータ毎に最適の
加速・減速の特性を付与することが可能となり、更に良
好な操作性を得ることができる。

【００１７】（４）また、上記第４の目的を達成するた
めに、本発明は、上記（１）において、前記目標速度信
号発生手段は、前記操作指令信号に対して予め定められ
た関数関係に基づいて演算した目標速度信号にその時間
的変化割合を所定の値に制限する処理を行い、その処理
を行った値を前記目標速度信号として出力するものとす
る。

【００１８】このように目標速度信号の時間的変化割合
を所定の値に制限することにより、操作指令手段の急操
作などで目標速度と実速度の偏差が急に大きくなって
も、目標速度信号と実速度信号の差である速度偏差信号
は所定の値に制限され、電動アクチュエータの速度の急
変が防止され、より円滑に電動アクチュエータを駆動す
ることができる。

【００１９】（５）また、上記（１）において、好まし
くは、前記実速度信号に対して予め定められた関数関係
に基づき許容最大トルク信号を発生する第３の目標出力
トルク信号発生手段を更に備え、前記目標信号選択手段
は、前記第１及び第２の目標出力トルク信号と前記許容
最大トルク信号のうち絶対値が最も小さいものを目標値
として選択する。

【００２０】これにより第１及び第２の目標出力トルク
信号が許容最大トルク信号より大きい場合は目標値は許
容最大トルク信号に制限され、電動アクチュエータの出
力トルクが定格トルクを越えることが防止され、電動ア
クチュエータの寿命を向上できる。

【００２１】（６）また、上記第１の目的を達成するた
めに、本発明は、電動アクチュエータ、この電動アクチ
ュエータに対する操作指令信号を出力する操作指令手
段、電力供給手段、この電力供給手段からの電力により
前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備
え、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記
電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュ
エータを駆動する駆動装置を有する建設機械において、
前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定め
られた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標
速度信号を出力する目標速度信号発生手段と、前記電動
アクチュエータの実際の速度を検出し実速度信号を出力
する実速度信号発生手段と、前記目標速度信号と前記実
速度信号との差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏
差信号発生手段と、前記操作指令信号に対して予め定め
られた関数関係に基づき第１の目標出力トルク信号を出
力する第１の目標出力トルク信号発生手段と、前記速度
偏差信号に対して予め定められた関数関係に基づき第２
の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出力トルク
信号発生手段と、前記第１及び第２の目標出力トルク信
号のうち絶対値が小さい方の目標出力トルク信号を目標
値として選択する目標信号選択手段とを備え、前記目標
信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記電力変換
手段に前記作動指令信号を出力することにより前記電動
アクチュエータの駆動を制御するものとする。

【００２２】これにより上記（１）で述べたように、電
動アクチュエータはショックを生じることなく目標速度
まで加速され、電動アクチュエータの加減速度の急変を
防止して操作性を向上することができる。

【００２３】（７）更に、上記第１の目的を達成するた
めに、本発明は、電動アクチュエータ、この電動アクチ
ュエータに対する操作指令信号を出力する操作指令手
段、電力供給手段、この電力供給手段からの電力により
前記電動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備え
た建設機械で、前記操作指令手段からの操作指令信号に
応じて前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電
動アクチュエータを駆動するためにコンピュータを、前
記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定めら
れた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標速
度信号を出力する目標速度信号発生手段、前記目標速度
信号と前記電動アクチュエータの実際の速度を検出する
実速度信号発生手段からの実速度信号との差を演算し速
度偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段、前記操作
指令信号に対して予め定められた関数関係に基づき第１
の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出力トルク
信号発生手段、前記速度偏差信号に対して予め定められ
た関数関係に基づき第２の目標出力トルク信号を出力す
る第２の目標出力トルク信号発生手段、前記第１及び第
２の目標出力トルク信号のうち絶対値が小さい方の目標
出力トルク信号を目標値として選択する目標信号選択手
段、として機能させ、前記目標信号選択手段で選択した
目標値に基づいて前記電力変換手段に前記作動指令信号
を出力することにより前記電動アクチュエータの駆動を
制御するための建設機械の駆動プログラムを提供する。

【００２４】これにより上記（１）で述べたように、電
動アクチュエータはショックを生じることなく目標速度
まで加速され、電動アクチュエータの加減速度の急変を
防止して操作性を向上することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００２６】図１は本発明の一実施の形態に係わる建設
機械の駆動装置の全体構成を示す図である。

【００２７】図１において、本実施の形態に係わる建設
機械の駆動装置は、建設機械の所用部材を駆動する電動
アクチュエータ１〜６と、電動アクチュエータ１〜６に
対する操作指令信号を出力する電気式操作レバー装置７
〜１２と、電動アクチュエータ１〜６を駆動する電力を
制御するインバータ１３〜１８と、電動アクチュエータ
１〜６の実際の速度を検出して実速度信号を出力する回
転数センサ１９〜２４と、電動アクチュエータ１〜６駆
動する電力をインバータ１３〜１８に供給するバッテリ
２５と、インバータ１３〜１８に対する作動指令信号を
生成し出力するコントローラ２６と、バッテリ２５に電
力を充電する発電機２７と、発電機２７を回転させるエ
ンジン２８とを備えている。

【００２８】本実施の形態の駆動装置が係わる建設機械
は例えば油圧ショベルであり、電動アクチュエータ１〜
６は例えば油圧ショベルのブーム、アーム、バケット、
左走行、右走行、旋回の各アクチュエータであり、操作
レバー装置７〜１２はブーム、アーム、バケット、左走
行、右走行、旋回の各操作指令信号を出力する。また、
電動アクチュエータ１〜６はそれ自身が直接ブーム、ア
ーム、バケット、左走行、右走行、旋回を駆動するもの
であってもよいし、電動アクチュエータで油圧ポンプを
駆動し、この油圧ポンプの吐出油で油圧アクチュエータ
を駆動し、ブーム、アーム、バケット、左走行、右走
行、旋回を駆動するものであってもよい。電動アクチュ
エータとしては、通常、電動機を用いる。

【００２９】図２にコントローラ２６の処理機能をフロ
ーチャートで示す。図２において、コントローラ２６は
アクチュエータ１〜６に対応して手順１０１〜１０６で
順次それぞれの処理を行い、手順１０７でアクチュエー
タ１〜６に対応するインバータ１３〜１８にそれぞれ指
令を出力し、アクチュエータ１〜６に所望の作動を行わ
せる。

【００３０】図３に手順１０１〜１０６の処理の詳細を
フローチャートで示し、図４に手順１０７の処理の詳細
をフローチャートで示す。これらフローチャートでは、
各アクチュエータに付された番号１〜６を「ｉ」で代表
して示している。

【００３１】図３において、まず、手順１０８で電気式
操作レバー装置７〜１２の操作指令信号Ｘｉ、回転数セ
ンサ１９〜２４の実速度信号Ｖｉを読込む。次いで、手
順１０９で操作指令信号Ｘｉから目標速度信号Ｖｒｉ０
を求める。この演算は、操作指令信号Ｘｉに対して予め
定められた図５に示すような目標速度信号Ｖｒｉ０の関
数関係Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１をコントロ
ーラ２６の記憶装置に記憶しておき、この関数関係を用
いて行う。ここで、関数関係Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は操作指
令信号Ｘｉが正の場合のもの、関数関係Ｄ１，Ｅ１，Ｆ
１は操作指令信号Ｘｉが負の場合のものであり、例え
ば、アクチュエータ１，２に対しては関数関係Ｃ及びＦ
を、アクチュエータ３，４，５に対しては関数関係Ｂ及
びＥを、アクチュエータ６に対しては関数関係Ａ及びＤ
を使用する。正負の符号は例えば前進走行方向であれば
＋、後進走行方向であれば−、あるいは左方向旋回なら
ば＋、右方向旋回であれば−、クラウド方向であれば
−、ダンプ方向であれば＋というように、操作方向ある
いは作動方向を表す。これは以下の説明で用いる図６〜
図１５についても同様である。

【００３２】次に、手順１１０で目標速度信号Ｖｒｉ０
と実速度信号Ｖｉとの差信号（速度偏差信号）ΔＶｉを
演算し、手順１１１に移り、速度偏差信号ΔＶｉの絶対
値と予め定められた許容値δｉとの大小関係を比較す
る。その結果、信号ΔＶｉの絶対値が許容値δｉ以下で
あれば手順１１３へ、信号ΔＶｉの絶対値が許容値δｉ
より大きければ手順１１２に進む。手順１１２では、信
号ΔＶｉの正負を判別し、ΔＶｉ＜０であれば手順１１
４へ、ΔＶｉ＞０であれば手順１１５へ移る。手順１１
３では目標速度信号Ｖｒｉ０をそのまま有効目標速度信
号ＶｒｉとするＶｒｉ＝Ｖｒｉ０の処理を行い、手順１
１４では前回の有効目標速度信号Ｖｒｉから規定時間毎
の増分ΔＳｉを差し引いてＶｒｉ＝Ｖｒｉ（前回）−Δ
Ｓｉ、手順１１５では前回の有効目標速度信号Ｖｒｉに
規定時間毎の増分ΔＳｉを加算してＶｒｉ＝Ｖｒｉ（前
回）＋ΔＳｉの演算を行い、それぞれ今回の有効目標速
度信号Ｖｒｉとする。次に、手順１１０Ａで改めて有効
目標速度信号Ｖｒｉと実速度信号Ｖｉとの差信号（速度
偏差信号）ΔＶｉを演算する。

【００３３】ここで、目標速度信号Ｖｒｉ０をそのまま
使用せず有効目標速度信号Ｖｒｉに置き換えて速度偏差
信号ΔＶｉを演算するのは、有効目標速度信号Ｖｒｉの
変化割合の最大値をΔＳｉとすることで目標速度信号Ｖ
ｒｉ０の時間的変化を予め定められた値に制限し、オペ
レータが操作レバー装置の操作レバーを急操作し操作指
令信号Ｘｉの変化（手順１１０で演算されたΔＶｉ）が
大き過ぎるときのアクチュエータ速度の急変を防止する
ためである。なお、アクチュエータの特性によってはこ
の処理は必要でないアクチュエータがあり、このような
アクチュエータに対しては手順１１１〜１１０Ａは省略
することができる。

【００３４】次に、各アクチュエータに指令する目標ト
ルクを求める手順に移る。この演算は、操作指令信号Ｘ
ｉに対して予め定められた図６〜図９に示すような目標
トルクＴｒｉ１の関数関係Ａ２〜Ｃ２；Ａ３〜Ｃ３；Ｄ
２〜Ｆ２；Ｄ３〜Ｆ３、速度偏差信号ΔＶｉに対して予
め定められた図１０〜図１３に示すような目標トルクＴ
ｒｉ２の関数関係Ａ４〜Ｃ４；Ｄ４〜Ｆ４；Ａ５〜Ｃ
５；Ｄ５〜Ｆ６、実速度信号Ｖｉに対して予め定められ
た図１４及び図１５に示すような許容最大トルクＴｒｉ
３の関数関係Ａ６〜Ｃ６；Ａ７〜Ｃ７；Ｄ６〜Ｆ６；Ｄ
７〜Ｆ７をコントローラ２６の記憶装置に記憶してお
き、この関数関係を用いて行う。この場合も、関数関係
Ａ２〜Ａ７，Ｂ２〜Ｂ７，Ｃ２〜Ｃ７は操作指令信号Ｘ
ｉ、速度偏差信号ΔＶｉ、実速度信号Ｖｉが正の場合の
もの、関数関係Ｄ２〜Ｄ７，Ｅ２〜Ｅ７，Ｆ２〜Ｆ７は
操作指令信号Ｘｉ、速度偏差信号ΔＶｉ、実速度信号Ｖ
ｉが負の場合のものである。

【００３５】まず、手順１１６で操作指令信号Ｘｉの正
負を判別し、負であれば手順１１７で速度偏差信号ΔＶ
ｉの正負を判別し、ΔＶｉ≧０であればアクチュエータ
作動指令方向が正の方向であり、かつ加速中であると判
断して手順１１９へ、ΔＶｉ＜０であればアクチュエー
タ作動指令方向が正の方向であり、かつ減速中であると
判断して手順１２３へ移る。手順１１６で操作指令信号
Ｘｉが負であれば手順１１８で速度偏差信号ΔＶｉの正
負を判別し、ΔＶｉ＞０であればアクチュエータ作動指
令方向が負の方向であり、かつ減速中であると判断して
手順１２７へ、ΔＶｉ≦０であればアクチュエータ作動
指令方向が負の方向であり、かつ加速中であると判断し
て手順１１３１へ移る。

【００３６】手順１１９では図６に示した関数関係によ
り操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ１を求め、次
に手順１２０で図１０に示した関数関係により速度偏差
信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２を求める。ここで、
例えばアクチュェータ１〜３に対しては図６及び図１０
の関数関係Ｂ２，Ｂ４により、アクチュェータ４，５に
対しては図６及び図１０の関数関係Ｃ２，Ｃ４により、
アクチュェータ６に対しては図６及び図１０の関数関係
Ａ２，Ａ４により求めるものとし、これにより各アクチ
ュエータに相応したトルク特性を選択することができ
る。続いて手順１２１で図１４に示した関数関係によ
り、主として使用動力を各アクチュエータの仕様に基づ
く最大出力以内に制限する観点から、実速度信号Ｖｉに
対して許容できる絶対値として最大となるトルク値Ｔｒ
ｉ３を求める。ここでも例えばアクチュエータ１，２に
対しては図１４の関数関係Ｃ６により、アクチュエータ
３〜５に対しては図１４の関数関係Ｂ６により、アクチ
ュェータ６に対しては図１４の関数関係Ａ６により求め
るものとし、これにより各アクチュエータに相応した特
性を選択することができる。続いて手順１２２で、以上
のようにして求めたＴｒｉ１，Ｔｒｉ２，Ｔｒｉ３のう
ち絶対値が最も小さいもの、即ち全て正の値であること
から符号を考慮した最小値を選択して最終的な目標トル
クＴｒｉ０とする。

【００３７】手順１２３では図７に示した関数関係によ
り操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ１を求め、次
に手順１２４で図１１に示した関数関係により速度偏差
信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２を求める。ここで、
例えばアクチュエータ１〜３に対しては図７及び図１１
の関数関係Ｂ３，Ｅ４により、アクチュエータ４，５に
対しては図７及び図１１の関す関係Ｃ３，Ｆ４により、
アクチュェータ６に対しては図７及び図１１の関数関係
Ａ３，Ｄ４により求めるものとし、これにより各アクチ
ュエータに相応した特性を選択することができる。続い
て手順１２５で図１５に示した関数関係により、主とし
て使用動力を各アクチュエータの仕様に基づく最大出力
以内に制限する観点から、実速度信号Ｖｉに対して許容
できる絶対値として最大となるトルク値Ｔｒｉ３を求め
る。ここでも例えばアクチュエータ１，２に対しては図
１５の関数関係Ｃ７により、アクチュエータ３〜５に対
しては図１５の関数関係Ｂ７により、アクチュェータ６
に対しては図１５の関数関係Ａ７により求めるものと
し、これにより各アクチュエータに相応した特性を選択
することができる。続いて手順１２６で、以上のように
して求めたＴｒｉ１，Ｔｒｉ２，Ｔｒｉ３のうち絶対値
が最も小さいもの、即ち全て負の値であることから符号
を考慮した最大値を選択して最終的な目標トルクＴｒｉ
０とする。

【００３８】同様に、手順１２７では図８に示した関数
関係により操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ１を
求め、次に手順１２８で図１２に示した関数関係により
速度偏差信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２を求める。
ここで、例えばアクチュエータ１〜３に対しては図８及
び図１２の関数関係Ｅ２，Ｂ５により、アクチュェータ
４，５に対しては図８及び図１２の関数関係Ｆ２，Ｃ５
により、アクチュェータ６に対しては図８及び図１２の
関数関係Ｄ２，Ａ５により求めるものとし、これにより
各アクチュエータに相応した特性を選択することができ
る。続いて手順１２９で図１５に示した関数関係によ
り、主として使用動力を各アクチュエータの仕様に基づ
く最大出力以内に制限する観点から、実速度信号Ｖｉに
対して許容できる絶対値として最大となるトルク値Ｔｒ
ｉ３を求める。ここでも例えばアクチュエータ１，２に
対しては図１５の関数関係Ｆ７により、アクチュエータ
３〜５に対しては図１５の関数関係Ｅ７により、アクチ
ュェータ６に対しては図１５の関数関係Ｄ７により求め
るものとし、これにより各アクチュエータに相応した特
性を選択することができる。続いて手順１３０で、以上
のようにして求めたＴｒｉ１，Ｔｒｉ２，Ｔｒｉ３のう
ちの絶対値の小さい方、即ち全て正の値であることから
符号を考慮した最小値を選択して最終的な目標トルクＴ
ｒｉ０とする。

【００３９】手順１１３１では図９に示した関数関係に
より操作指令信号Ｘｉから目標トルクＴｒｉ１を求め、
次に手順１３２で図１３に示した関数関係により速度偏
差信号ΔＶｉから目標トルクＴｒｉ２を求める。ここで
例えばアクチュエータ１〜３に対しては図９及び図１３
の関数関係Ｅ３，Ｅ５により、アクチュエータ４，５に
対しては図９及び図１３の関数関係Ｆ３，Ｆ５により、
アクチュェータ６に対しては図９及び図１３の関数関係
Ｄ３，Ｄ５により求めるものとし、これにより各アクチ
ュエータに相応したトルク特性を選択することができ
る。続いて手順１３３で図１４に示した関数関係によ
り、主として使用動力を各アクチュエータの仕様に基づ
く最大出力以内に制限する観点から、実速度信号Ｖｉに
対して許容できる絶対値として最大となるトルク値Ｔｒ
ｉ３を求める。ここでも例えばアクチュエータ１，２に
対しては図１４の関数関係Ｆ６により、アクチュエータ
３〜５に対しては図１４の関数関係Ｅ６により、アクチ
ュェータ６に対しては図１４の関数関係Ｄ６により求め
るものとし、これにより各アクチュエータに相応した特
性を選択することができる。続いて手順１３４で、以上
のようにして求めたＴｒｉ１，Ｔｒｉ２，Ｔｒｉ３のう
ち絶対値が最も小さいもの、即ち全て負の値であること
から符号を考慮した最大値を選択して最終的な目標トル
クＴｒｉ０とする。

【００４０】図１６は以上の処理を機能ブロック図で示
すものである。ただし、図１６では、手順１１１〜１１
５，１１０Ａの処理は省略した。図１６に示す各ブロッ
クと図３及び図４に示したフローチャートの各手順との
対応は次のようである。

【００４１】ブロック３１：手順１０９ブロック３２：手順１１０又は手順１１０Ａブロック３４：手順１１９，１２３，１２７，１３１ブロック３５：手順１２０，１２４，１２８，１３２ブロック３６：手順１２１，１２５，１２９，１３３ブロック３７：手順１２２，１２６，１３０，１３４ブロック３８：手順１４１〜１３６（図４）以上を「ｉ」に関して１から６まで繰り返すことによ
り、各アクチュエータに必要とされている所要トルク値
Ｔｒ１０からＴｒ６０を求めることができる。

【００４２】次に、図２の手順１０７において、図４に
示すような処理を行う。

【００４３】まず手順１４１で各アクチュエータが必要
としているトルク値Ｔｒｉ０と各アクチュエータの実速
度信号Ｖｉから、各アクチュエータが必要としている所
要動力を求め、その全てを加算した合計所要動力Ｈを求
める。このとき、各アクチュエータ毎に加速状態にある
アクチュエータではその所要動力を正の値として、ま
た、減速状態にあるアクチュエータでは負の値として求
める。次に手順１４２に移り、アクチュェータ１から６
までを駆動するために許容される合計動力（バッテリ２
５の容量とエンジン２８の出力とで決まる動力）Ｈ０と
比較し、Ｈ≦Ｈ０であれば手順１４３に移り、α＝１と
して手順１４５に移る。手順１４２でＨ＞Ｈ０であれば
手順１４４に移り、α＝Ｈ０／Ｈを求めて手順１４５に
移る。手順１４５では各アクチュエータにて許容される
Ｔｒｉ＝α×Ｔｒｉ０を求める。次に手順１４６に移
り、求められたＴｒｉを該当するインバータ１３〜１８
にそれぞれのトルク指令値として出力する。

【００４４】以上のように構成した本実施の形態におい
ては、例えば、電動アクチュエータ１の駆動を意図して
操作レバー装置７の操作レバーを操作すると、コントロ
ーラ２６では図３の例えば手順１１９，１２０，１２１
において目標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２と許容最大トル
クＴｒｉ３が計算され、そのうちの絶対値が最も小さい
もの、即ちそれらの最小値を選択して最終的な目標トル
クＴｒｉ０とし、この目標トルクＴｒｉ０が得られるよ
うインバータ１３を制御し、電動アクチュエータ１を制
御する。

【００４５】図１７に、目標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２
の小さい方を選択する場合の最終的な目標トルクＴｒｉ
０（電動アクチュエータ１の出力トルク）と電動アクチ
ュエータ１の実速度Ｖｉの経時的変化を示す。操作レバ
ーの操作直後はＴｒｉ１＜Ｔｒｉ２で目標トルクＴｒｉ
０としてＴｒｉ１が選択され、電動アクチュエータ１は
目標トルクＴｒｉ１に応じて加速される。ここで目標ト
ルクＴｒｉ１は操作指令信号Ｘｉから求められるもので
ある。したがって、このときは操作レバーの操作量に応
じて電動アクチュエータ１を増速でき、オペレータの操
作フィーリングに合った加速感が得られる。その後、Ｔ
ｒｉ１＞Ｔｒｉ２になると目標トルクＴｒｉ０としてＴ
ｒｉ２が選択され、電動アクチュエータ１の速度は目標
トルクＴｒｉ２に応じて増大する。ここで、目標トルク
Ｔｒｉ２は速度偏差信号ΔＶｉから求められる値であ
り、速度偏差信号ΔＶｉは電動アクチュエータ１の実速
度Ｖｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に近づくにつれて小さく
なり、実速度Ｖｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に達すると０
となる。したがって、このときは電動アクチュエータ１
の加速度は電動アクチュエータ１の実速度Ｖｉが目標速
度信号Ｖｒｉ０に近づくにつれて小さくなり、実速度Ｖ
ｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に達すると０となり、電動ア
クチュエータ１はスムーズに目標速度まで加速される。

【００４６】図１８に、比較例として、操作指令信号Ｘ
ｉから求めた目標トルクＴｒｉ１のみで電動アクチュエ
ータ１を制御する場合の目標トルクＴｒｉ１（電動アク
チュエータ１の出力トルク）と電動アクチュエータ１の
実速度Ｖｉの経時的変化を示す。この場合は、操作レバ
ーの操作量が一定であれば目標トルクＴｒｉ１も一定で
あるため、電動アクチュエータ１の実速度Ｖｉが目標速
度信号Ｖｒｉ０に達するまで電動アクチュエータ１は一
定の加速度で増速し、電動アクチュエータ１の実速度Ｖ
ｉが目標速度信号Ｖｒｉ０に達すると加速度は０とな
る。このため電動アクチュエータ１が目標速度に達した
ときに意図しないショックを発生し、操作フィーリング
が損なわれる。

【００４７】なお、図示はしないが、速度偏差信号ΔＶ
ｉから求めた目標トルクＴｒｉ２のみで電動アクチュエ
ータ１を制御する場合は、操作レバーの操作直後もＴｒ
ｉ２（＞Ｔｒｉ１）で目標トルクで加速されるため、加
速度が過大となり、意図する以上のショックを発生し、
やはり操作フィーリングが損なわれる。

【００４８】また、本実施の形態では、上記のように目
標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２だけでなく、これらと許容
最大トルクＴｒｉ３の最小値を選択して目標トルクＴｒ
ｉ０とする。このため、もし、目標トルクＴｒｉ１，Ｔ
ｒｉ２の小さい方の値が許容最大トルクＴｒｉ３より大
きい場合は、目標トルクＴｒｉ０はＴｒｉ３に制限さ
れ、電動アクチュエータ１の出力トルクが電動アクチュ
エータ１の仕様に基づく最大出力（定格トルク）を越え
ることが防止される。このため、電動アクチュエータ１
はその定格トルクの範囲内で稼動することが保証され、
電動アクチュエータ１の寿命を向上できる。

【００４９】更に、本実施の形態では、操作指令信号Ｘ
ｉから目標速度信号Ｖｒｉ０を求め、この目標速度信号
Ｖｒｉ０から速度偏差信号ΔＶｉを求めるとき、目標速
度信号Ｖｒｉ０をそのまま使用するのではなく、手順１
１１〜１１５で有効目標速度信号Ｖｒｉに置き換えて速
度偏差信号ΔＶｉを演算する。ここで、有効目標速度信
号Ｖｒｉの増分はΔＳｉに制限されている。このため、
オペレータが操作レバーを急操作し操作指令信号Ｘｉの
変化（手順１１０で演算されたΔＶｉ）が大きくなり過
ぎる場合など、速度偏差が急に大きくなったとしても、
手順１２０で使用される速度偏差信号ΔＶｉはΔＳｉに
制限され、電動アクチュエータ１の速度の急変を防止す
ることができ、より円滑に電動アクチュエータ１を駆動
することができる。

【００５０】以上は電動アクチュエータ１を正の方向に
駆動した場合の加速時について述べたが、負の方向に駆
動した場合或いは減速時も同様である。

【００５１】また、本実施の形態では、図６〜図１５に
示したように、操作指令信号Ｘｉ、速度偏差信号ΔＶ
ｉ、実速度信号Ｖｉが正の場合には関数関係Ａ２〜Ａ
７，Ｂ２〜Ｂ７，Ｃ２〜Ｃ７を用い、負の場合は関数関
係Ｄ２〜Ｄ７，Ｅ２〜Ｅ７，Ｆ２〜Ｆ７を用いると共
に、電動アクチュエータが加速中は関数関係Ａ２，Ｂ
２，Ｃ２；Ａ４，Ｂ４，Ｃ４；Ｄ３，Ｅ３，Ｆ３；Ｄ
５，Ｅ５，Ｆ５；Ａ６，Ｂ６，Ｃ６；Ｄ６，Ｅ６，Ｆ６
を用い、電動アクチュエータが減速中は関数関係Ａ３，
Ｂ３，Ｃ３；Ｄ４，Ｅ４，Ｆ４；Ｄ２，Ｅ２，Ｆ２；Ａ
５，Ｂ５，Ｃ５；Ａ７，Ｂ７，Ｃ７；Ｄ７，Ｅ７，Ｆ７
を用いて目標トルクを計算し、電動アクチュエータをト
ルク制御するので、電動アクチュエータの駆動方向に応
じ、また電動アクチュエータが加速中か減速中かに応じ
て最適の特性を付与することが可能となり、更に良好な
操作性を得ることができる。

【００５２】更に、本実施の形態では、図６〜図１５に
示したように、電動アクチュエータ毎に異なる関数関係
Ａ２〜Ａ７，Ｂ２〜Ｂ７，Ｃ２〜Ｃ７或いはＤ２〜Ｄ
７，Ｅ２〜Ｅ７，Ｆ２〜Ｆ７を用いて目標トルクを計算
し、電動アクチュエータをトルク制御するので、電動ア
クチュエータ毎に最適の加速・減速の特性を付与するこ
とができ、この点でも良好な操作性を得ることができ
る。

【００５３】以上のように本実施の形態によれば、電動
アクチュエータはショックを生じることなく目標速度ま
で加速され、電動アクチュエータの加減速度の急変を防
止して操作性を向上することができる。

【００５４】また、電動アクチュエータの駆動方向や加
速中か減速中かに応じて最適の特性を付与することがで
き、更に良好な操作性を得ることができる。

【００５５】また、電動アクチュエータ毎に最適の加速
・減速の特性を付与することができ、この点でも良好な
操作性を得ることができる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、トルク制御から目標速
度への制御の移行が適切に行え、電動アクチュエータは
ショックを生じることなく目標速度まで加速され、電動
アクチュエータの加減速度の急変を防止して操作性を向
上することができる。

【００５７】また、本発明によれば、電動アクチュエー
タの駆動方向や加速中か減速中かに応じて最適の特性を
付与することができ、更に良好な操作性を得ることがで
きる。

【００５８】また、本発明によれば、電動アクチュエー
タ毎に最適の加速・減速の特性を付与することができ、
この点でも良好な操作性を得ることができる。

【００５９】更に、本発明によれば、電動アクチュエー
タの目標速度と実速度の偏差が急に大きくなっても、目
標速度信号と実速度信号の差である速度偏差信号は所定
の値に制限されるため、円滑に電動アクチュエータを駆
動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わる建設機械の駆動
装置の構成を示す図である。

【図２】図１に示したコントローラの処理機能を示すフ
ローチャートである。

【図３】図２に示したフローチャートにおける各アクチ
ュエータ処理の詳細を示すフローチャートである。

【図４】図２に示したフローチャートにおける各電力変
換手段への出力指令処理の詳細を示すフローチャートで
ある。

【図５】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標
速度信号Ｖｒｉ０の関数関係を示す図である。

【図６】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標
トルクＴｒｉ１の関数関係を示す図である。

【図７】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標
トルクＴｒｉ１の関数関係を示す図である。

【図８】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標
トルクＴｒｉ１の関数関係を示す図である。

【図９】操作指令信号Ｘｉに対して予め定められた目標
トルクＴｒｉ１の関数関係を示す図である。

【図１０】速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた
目標トルクＴｒｉ２の関数関係を示す図である。

【図１１】速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた
目標トルクＴｒｉ２の関数関係を示す図である。

【図１２】速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた
目標トルクＴｒｉ２の関数関係を示す図である。

【図１３】速度偏差信号ΔＶｉに対して予め定められた
目標トルクＴｒｉ２の関数関係を示す図である。

【図１４】実速度信号Ｖｉに対して予め定められた許容
最大トルクＴｒｉ３の関数関係を示す図である。

【図１５】実速度信号Ｖｉに対して予め定められた許容
最大トルクＴｒｉ３の関数関係を示す図である。

【図１６】図３に示した処理を示す機能ブロック図であ
る。

【図１７】目標トルクＴｒｉ１，Ｔｒｉ２の小さい方を
選択する場合の最終的な目標トルクＴｒｉ０と電動アク
チュエータの実速度の経時的変化を示す図である。

【図１８】比較例として、操作指令信号から求めた目標
トルクＴｒｉ１のみで電動アクチュエータを制御する場
合の目標トルクＴｒｉ１と電動アクチュエータの実速度
の経時的変化を示す図である。

【符号の説明】

１〜６電動アクチュエータ７〜１２電気式操作レバー装置（操作指令手段）１３〜１８インバータ（電力変換手段）１９〜２４回転数センサ（実速度信号発生手段）２５バッテリ（電力供給手段）２６コントローラ

フロントページの続き (72)発明者落合正巳茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者大平修司茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者江川栄治茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB01 AB02 AB03 AB04 BA01 CA10 DA04 5H550 AA18 AA20 BB05 BB08 GG04 KK08 LL01 LL32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動アクチュエータ、この電動アクチュエ
ータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電
力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電
動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備え、前記
操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記電力変換
手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュエータを
駆動する建設機械の駆動装置において、前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定め
られた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標
速度信号を出力する目標速度信号発生手段と、前記電動アクチュエータの実際の速度を検出し実速度信
号を出力する実速度信号発生手段と、前記目標速度信号と前記実速度信号との差を演算し速度
偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段と、前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基
づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出
力トルク信号発生手段と、前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基
づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出
力トルク信号発生手段と、前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が
小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する
目標信号選択手段とを備え、前記目標信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記
電力変換手段に前記作動指令信号を出力することにより
前記電動アクチュエータの駆動を制御することを特徴と
する建設機械の駆動装置。
【請求項２】請求項１記載の建設機械の駆動装置におい
て、前記第１及び第２の目標出力トルク信号発生手段
は、前記電動アクチュエータの駆動方向に応じて、かつ
それが加速される場合と減速される場合とでそれぞれ異
なる関数関係に基づき前記第１及び第２の目標出力トル
ク信号を演算することを特徴とする建設機械の駆動装
置。
【請求項３】請求項１記載の建設機械の駆動装置におい
て、前記電動アクチュエータは複数あり、これに対応し
て前記操作指令手段、電力変換手段、目標速度信号発生
手段、実速度信号発生手段、速度偏差信号発生手段、第
１の目標出力トルク信号発生手段、第２の目標出力トル
ク信号発生手段、目標信号選択手段も複数あり、前記複
数の第１及び第２の目標出力トルク信号発生手段は、前
記複数の電動アクチュエータのそれぞれに対応した異な
る関数関係に基づき前記第１及び第２の目標出力トルク
信号を演算することを特徴とする建設機械の駆動装置。
【請求項４】請求項１記載の建設機械の駆動装置におい
て、前記目標速度信号発生手段は、前記操作指令信号に
対して予め定められた関数関係に基づいて演算した目標
速度信号にその時間的変化割合を所定の値に制限する処
理を行い、その処理を行った値を前記目標速度信号とし
て出力することを特徴とする建設機械の駆動装置。
【請求項５】請求項１記載の建設機械の駆動装置におい
て、前記実速度信号に対して予め定められた関数関係に
基づき許容最大トルク信号を発生する第３の目標出力ト
ルク信号発生手段を更に備え、前記目標信号選択手段
は、前記第１及び第２の目標出力トルク信号と前記許容
最大トルク信号のうち絶対値が最も小さいものを目標値
として選択することを特徴とする建設機械の駆動装置。
【請求項６】電動アクチュエータ、この電動アクチュエ
ータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電
力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電
動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備え、前記
操作指令手段からの操作指令信号に応じて前記電力変換
手段に作動指令信号を出力し前記電動アクチュエータを
駆動する駆動装置を有する建設機械において、前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定め
られた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標
速度信号を出力する目標速度信号発生手段と、前記電動
アクチュエータの実際の速度を検出し実速度信号を出力
する実速度信号発生手段と、前記目標速度信号と前記実速度信号との差を演算し速度
偏差信号を出力する速度偏差信号発生手段と、前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基
づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出
力トルク信号発生手段と、前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基
づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出
力トルク信号発生手段と、前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が
小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する
目標信号選択手段とを備え、前記目標信号選択手段で選択した目標値に基づいて前記
電力変換手段に前記作動指令信号を出力することにより
前記電動アクチュエータの駆動を制御することを特徴と
する建設機械。
【請求項７】電動アクチュエータ、この電動アクチュエ
ータに対する操作指令信号を出力する操作指令手段、電
力供給手段、この電力供給手段からの電力により前記電
動アクチュエータを駆動する電力変換手段を備えた建設
機械で、前記操作指令手段からの操作指令信号に応じて
前記電力変換手段に作動指令信号を出力し前記電動アク
チュエータを駆動するためにコンピュータを、前記操作指令手段からの操作指令信号に対して予め定め
られた関数関係に基づき前記電動アクチュエータの目標
速度信号を出力する目標速度信号発生手段、前記目標速度信号と前記電動アクチュエータの実際の速
度を検出する実速度信号発生手段からの実速度信号との
差を演算し速度偏差信号を出力する速度偏差信号発生手
段、前記操作指令信号に対して予め定められた関数関係に基
づき第１の目標出力トルク信号を出力する第１の目標出
力トルク信号発生手段、前記速度偏差信号に対して予め定められた関数関係に基
づき第２の目標出力トルク信号を出力する第２の目標出
力トルク信号発生手段、前記第１及び第２の目標出力トルク信号のうち絶対値が
小さい方の目標出力トルク信号を目標値として選択する
目標信号選択手段、として機能させ、前記目標信号選択手段で選択した目標
値に基づいて前記電力変換手段に前記作動指令信号を出
力することにより前記電動アクチュエータの駆動を制御
するための建設機械の駆動プログラム。