KR20230143178A

KR20230143178A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20230143178A
Application number: KR1020237030605A
Authority: KR
Inventors: 나오야 다카가와; 겐토 구마가이; 미츠히코 가네하마; 히로아키 아마노; 료스케 이토
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2023-10-11
Also published as: EP4290021A1; US20240151003A1; JPWO2023053502A1; EP4290021A4; US12320097B2; WO2023053502A1; JP7610023B2; CN116964283A

Abstract

작업 기계의 컨트롤러는, 조작 신호를 기초로 유압 액추에이터의 요구 속도를 연산하고, 피구동 부재의 동작 정보를 검출하는 제 1 검출 장치의 검출값을 기초로 유압 액추에이터의 제 1 추정 속도를 연산하고, 방향 제어 밸브의 유량을 검출하는 제 2 검출 장치의 검출값을 기초로 유압 액추에이터의 제 2 추정 속도를 연산하고, 제 1 추정 속도와 제 2 추정 속도를 유압 액추에이터의 구동 상태에 따라 조정하여 조정 속도를 연산하고, 요구 속도와 조정 속도의 편차를 기초로 방향 제어 밸브를 제어한다. 조정 속도의 연산은, 유압 액추에이터가 움직이는 경우에 제 2 추정 속도의 영향도가 제 1 추정 속도의 영향도보다 크게 되도록 조정하고, 유압 액추에이터의 구동이 정상 상태에 가까워지고 있는 경우에 제 1 추정 속도의 영향도가 제 2 추정 속도의 영향도보다 크게 되도록 조정한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 작업 기계에 관련되며, 더욱 상세하게는, 유압 액추에이터의 구동을 제어하는 작업 기계에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 작업 기계에서는, 붐이나 아암, 버킷 등의 복수의 피(被)구동 부재(링크 부재)를 연결함으로써 구성된 작업 장치를 복수의 유압 액추에이터에 의해 구동하고 있다. 유압 셔블의 작업 효율을 향상시키는 기술로서, 정보화 통신 기술을 이용하여 작업 장치를 자동적 또는 반(半)자동적으로 동작시켜서 마무리 굴삭 등의 작업을 행하는 정보화 시공 시스템이 알려져 있다. 정보화 시공 시스템에서는, 설계면에 대한 시공면의 마무리 정밀도를 높이기 위하여, 작업 장치의 버킷 선단(갈고리 끝)을 정확하게 제어하는 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 유압 셔블에서는, 작업 장치를 동작시키는 각 유압 액추에이터의 구동 속도나 각 유압 액추에이터에 유입하는 압유의 유량(이하, 미터 인 유량이라고 칭하는 경우가 있다)을 고정밀도로 제어할 필요가 있다.

작업 장치의 동작을 고정밀도로 제어하기 위한 수법의 일례로서, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 건설 기계에 있어서는, 작업 장치의 각 부재(붐이나 아암 등)의 속도나 각도, 위치 등을 계측하는 센서의 실측값으로부터 얻어진 작업 장치의 합성 중심(重心)의 운동 상태량(속도나 위치) 및 센서에 의해 계측된 각 유압 액추에이터의 스트로크 길이나 압력 등의 실측값으로부터 얻어진 유압 액추에이터의 구동 토크를 이용하여 피드백 제어를 행함으로써, 작업 장치의 합성 중심의 운동 상태량이 목표값에 추종하도록 제어되어 있다.

또한, 작업 장치의 동작을 고정밀도로 제어하기 위한 수법의 다른 예로서, 예를 들면, 특허문헌 2에 기재된 기술이 알려져 있다. 특허문헌 2에 기재된 셔블에 있어서는, 유압 펌프로부터 유압 액추에이터로 흐르는 작동유의 유량을 제어하는 제어 밸브에 장착된 스풀 변위 센서에 의해 검출된 제어 밸브의 스풀의 변위를 이용하여 제어 밸브를 통과하는 작동유의 유량(통과 유량)을 추정하고, 제어 밸브의 통과 유량의 추정값을 피드백함으로써, 제어 밸브의 통과 유량(즉, 유압 액추에이터의 미터 인 유량)이 목표값에 추종하도록 제어되어 있다.

일본국 공개특허 특개2020-033815호 공보 일본국 공개특허 특개2019-157521호 공보

특허문헌 1에 기재된 건설 기계의 제어와 같이, 작업 장치의 속도나 각도, 위치 등을 계측하는 센서(예를 들면, 작업 장치의 자세를 검출 가능한 자세 센서)의 실측값으로부터 직접적으로 도출되는 유압 액추에이터의 속도를 피드백함으로써 유압 액추에이터의 속도를 목표값에 추종시키는 제어를 실행하는 경우, 원리적으로, 유압 액추에이터(작업 장치)의 실제의 구동 상태에 따라 제어량(보정량)을 결정하는 것이다. 이 때문에, 조작 장치에 조작량이 크고 상승이 빠른 조작이 입력되면, 작업 장치가 움직일 때에, 작업 장치의 관성에 기인한 유압 액추에이터의 응답 지연의 영향 등에 의해 센서의 실측값으로부터 얻어지는 유압 액추에이터의 속도가 조작 장치의 조작량에 따른 목표값에서 크게 괴리해버린다. 이 경우, 피드백 제어의 보정량이 과대해져서 유압 액추에이터의 튀어나옴이나 헌팅이 일어나기 쉬워진다. 즉, 센서의 실측값으로부터 직접적으로 도출되는 유압 액추에이터의 속도를 피드백하는 경우, 유압 액추에이터의 움직임 등, 피드백한 유압 액추에이터의 속도가 목표값에서 크게 괴리하고 있는 상황에서는, 유압 액추에이터의 제어의 안정성이 손상될 우려가 있다.

그에 비하여, 특허문헌 2에 기재된 셔블의 제어와 같이, 스풀 변위 센서의 검출값을 기초로 추정한 제어 밸브의 통과 유량(유압 액추에이터의 미터 인 유량)을 피드백함으로써 미터 인 유량을 목표값에 추종시키는 제어를 실행하는 경우, 유압 액추에이터의 앞으로의 구동 상태를 예측하여 제어량(보정량)을 결정 가능하다. 이 때문에, 조작량이 크고 상승이 빠른 조작이 입력되어도, 유압 액추에이터가 실제로 움직이기 전에 미터 인 유량을 보정하는 것이 가능하여, 특허문헌 1에 기재된 제어의 경우보다도 유압 액추에이터의 튀어나옴이나 헌팅의 억제가 가능하다.

그러나, 스풀 변위 센서의 검출값을 이용한 제어 밸브의 통과 유량(유압 액추에이터의 미터 인 유량)의 추정값은, 유체 역학적인 관계식 등을 이용하므로, 유온(油溫)이나 캐비테이션 등의 외란(外亂) 및 센서의 검출 정밀도의 영향에 의해 추정 정밀도의 저하를 초래하기 쉽다. 이 때문에, 스풀 변위 센서의 검출값을 기초로 추정한 유압 액추에이터의 미터 인 유량을 이용하는 피드백 제어의 정밀도는, 유압 액추에이터의 실제의 구동 상태가 목표값에 접근하면, 특허문헌 1에 기재된 제어와 같이 센서의 실측값으로부터 직접적으로 얻어지는 유압 액추에이터의 속도를 이용하는 피드백 제어의 정밀도보다도 뒤떨어지는 경향이 있다.

본 발명은, 상기의 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 유압 액추에이터가 움직일 때에 있어서의 제어의 안정성을 확보하면서, 유압 액추에이터의 고정밀도한 제어를 가능하게 하는 작업 기계를 제공하는 것이다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있다. 그 일례를 들면, 압유를 토출하는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와, 상기 유압 펌프로부터 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브와, 상기 유압 액추에이터의 구동에 의해 동작하는 피구동 부재와, 상기 피구동 부재의 동작을 지시하는 조작 신호를 출력하는 조작 장치와, 상기 피구동 부재의 동작 정보를 검출하는 제 1 검출 장치와, 상기 방향 제어 밸브를 개재하여 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 유량에 관계되는 정보를 검출하는 제 2 검출 장치와, 상기 유압 펌프 및 상기 방향 제어 밸브의 구동을 제어하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 조작 장치의 조작 신호를 기초로 상기 유압 액추에이터의 요구 속도를 연산하고, 상기 제 1 검출 장치의 검출값을 기초로 추정되는 상기 유압 액추에이터의 속도를 제 1 추정 속도로서 연산하고, 상기 제 2 검출 장치의 검출값을 기초로 추정되는 상기 유압 액추에이터의 속도를 제 2 추정 속도로서 연산하고, 상기 제 1 추정 속도와 상기 제 2 추정 속도를 상기 유압 액추에이터의 구동 상태에 따라 조정함으로써 조정 속도를 연산하고, 상기 요구 속도와 상기 조정 속도의 편차에 의거하여 상기 유압 펌프 및 상기 방향 제어 밸브의 구동을 제어하도록 구성되며, 상기 컨트롤러의 상기 조정 속도의 연산은, 상기 제 1 추정 속도를 기초로 상기 유압 액추에이터의 구동 상태가 움직이는 상태라고 판정 가능한 경우에는, 상기 제 2 추정 속도에 대한 영향도가 상기 제 1 추정 속도에 대한 영향도보다도 크게 되도록 조정하는 한편, 상기 제 1 추정 속도를 기초로 상기 유압 액추에이터의 구동 상태가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있다고 판정 가능한 경우에는, 상기 제 1 추정 속도에 대한 영향도가 상기 제 2 추정 속도에 대한 영향도보다도 크게 되도록 조정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 유압 액추에이터의 구동 상태가 움직일 때에는, 유압 액추에이터의 앞으로의 구동 상태를 예측한 제 2 추정 속도를 이용하여 유압 액추에이터의 구동을 제어하므로, 피구동 부재의 관성에 기인한 유압 액추에이터의 응답 지연의 영향에 의한 유압 액추에이터의 튀어나옴이나 헌팅을 억제할 수 있다. 또한, 유압 액추에이터의 구동이 정상 상태에 가까워지고 있을 때에는, 유압 액추에이터의 실제의 구동 상태를 기초로 도출되는 제 1 추정 속도를 이용하여 유압 액추에이터의 구동을 제어하므로, 제 1 추정 속도보다도 추정 정밀도가 뒤떨어지는 제 2 추정 속도를 이용하는 경우보다도 유압 액추에이터의 구동을 고정밀도로 제어할 수 있다. 즉, 유압 액추에이터가 움직일 때에 있어서의 제어의 안정성을 확보하면서, 유압 액추에이터의 고정밀도한 제어가 가능해진다.

상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명확해진다.

도 1은 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태로서의 유압 셔블을 나타내는 외관도이다.
도 2는 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태가 구비하는 유압 시스템을 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태의 유압 시스템을 제어하는 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태의 컨트롤러의 제어 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태에 있어서의 조작 장치의 입력에 대한 컨트롤러에 의한 유압 액추에이터의 각종의 추정 속도의 연산 결과의 시간 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태를 구성하는 컨트롤러의 기능 블록도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태의 컨트롤러의 제어 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태에 있어서의 조작 장치의 입력에 대한 컨트롤러에 의한 유압 액추에이터의 각종의 추정 속도의 연산 결과의 시간 변화의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 작업 기계의 실시형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서는, 작업 기계의 일례로서 유압 셔블을 예로 들어서 설명한다.

[제 1 실시형태]

우선, 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태로서의 유압 셔블의 개략 구성에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태로서의 유압 셔블을 나타내는 외관도이다. 여기에서는, 운전석에 착좌한 오퍼레이터로부터 본 방향을 이용하여 설명한다.

도 1에 있어서, 작업 기계로서의 유압 셔블은, 자주(自走) 가능한 하부 주행체(1)와, 하부 주행체(1) 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(2)와, 상부 선회체(2)의 전부(前部)에 부앙동(俯仰動) 가능하게 마련된 프론트 작업 장치(3)를 구비하고 있다. 상부 선회체(2)는, 유압 액추에이터인 선회 유압 모터를 포함하는 선회 장치(4)에 의해 하부 주행체(1)에 대하여 선회 구동되도록 구성되어 있다. 또한, 상부 선회체(2)는, 유압 셔블의 기체를 구성하고 있다.

하부 주행체(1)는, 예를 들면, 좌우 양측에 크롤러식의 주행 장치(11)(도 1중, 좌측만 도시)를 가지고 있다. 좌우의 주행 장치(11)는 각각, 유압 액추에이터인 주행 유압 모터(12)에 의해 주행 동작한다.

상부 선회체(2)는, 하부 주행체(1) 상에 선회 가능하게 탑재된 지지 구조체로서의 선회 프레임(14)과, 선회 프레임(14) 상의 좌전측(左前側)에 설치된 캡(15)과, 선회 프레임(14)의 후단부에 마련된 카운터 웨이트(16)와, 캡(15)과 카운터 웨이트(16)의 사이에 마련된 기계실(17)을 포함하여 구성되어 있다. 캡(15) 내에는, 오퍼레이터가 착좌하는 운전석(도시 생략)이나 후술의 조작 장치(58)(후술의 도 2 참조) 등이 배치되어 있다. 카운터 웨이트(16)는, 프론트 작업 장치(3)와 중량 밸런스를 맞추기 위한 것인다. 기계실(17)은, 원동기(도시 생략), 후술의 유압 펌프(31)(후술의 도 2 참조), 후술의 제어 밸브(332)(후술의 도 2 참조)를 포함하는 제어 밸브 유닛(33) 등의 각종의 기기를 수용하고 있다.

프론트 작업 장치(3)는, 굴삭 작업 등의 각종 작업을 행하기 위한 것이고, 예를 들면, 복수의 피구동 부재를 수직 방향으로 회전 운동 가능하게 연결함으로써 구성된 다관절형의 작업 장치이다. 복수의 피구동 부재는, 예를 들면, 붐(19), 아암(20), 작업 도구로서의 버킷(21)으로 구성되어 있다. 붐(19)은, 그 기단부가 상부 선회체(2)의 선회 프레임(14)의 전부에 상하 방향으로 회전 운동 가능하게 지지되어 있다. 붐(19)의 선단부에는, 아암(20)의 기단부가 상하 방향으로 회전 운동 가능하게 지지되어 있다. 아암(20)의 선단부에는, 버킷(21)의 기단부가 상하 방향으로 회전 운동 가능하게 지지되어 있다. 붐(19), 아암(20), 버킷(21)은 각각, 유압 액추에이터인 붐 실린더(22), 아암 실린더(23), 버킷 실린더(24)의 구동에 의해 동작한다.

상부 선회체(2)에는, 상부 선회체(2)(기체)의 자세에 관한 물리량(자세 정보)을 검출하는 제 1 자세 검출 장치(26) 및 상부 선회체(2)의 선회 속도나 선회각을 검출하는 제 2 자세 검출 장치(27)가 설치되어 있다. 제 1 자세 검출 장치(26)는, 예를 들면, 상부 선회체(2)(기체)의 자세에 관한 물리량으로서, 상부 선회체(2)의 전후 방향으로의 기울기(피치각) 및 상부 선회체(2)의 좌우 방향(폭방향)으로의 기울기(롤각)를 검출하는 것이다. 제 1 자세 검출 장치(26) 및 제 2 자세 검출 장치(27)는, 예를 들면, 관성 계측 장치(Inertial Measurement Unit:IMU)로 구성되어 있다. 제 1 자세 검출 장치(26) 및 제 2 자세 검출 장치(27)는, 검출값에 따른 검출 신호를 후술의 컨트롤러(60)(후술의 도 2를 참조)에 출력한다.

프론트 작업 장치(3)에는, 프론트 작업 장치(3)의 자세에 관한 물리량(자세 정보) 및 동작 상태에 관한 물리량(동작 정보)을 검출하는 제 3 자세 검출 장치(28)가 설치되어 있다. 제 3 자세 검출 장치(28)는, 프론트 작업 장치(3)의 구성 부재인 붐(19), 아암(20), 버킷(21)의 자세에 관한 물리량(자세 정보) 및 동작 상태에 관한 물리량(동작 정보)을 각각 검출하는 복수의 자세 센서(28a,28b,28c)에 의해 구성되어 있다. 각 자세 센서(28a,28b,28c)는, 예를 들면, 관성 계측 장치(IMU)로 구성되어 있다. 제 3 자세 검출 장치(28)(자세 센서(28a,28b,28c))는, 검출값에 따른 검출 신호를 후술의 컨트롤러(60)(후술의 도 2 참조)에 출력한다. 또한, 제 3 자세 검출 장치(28)를 구성하는 각 자세 센서(28a,28b,28c)는, 프론트 작업 장치(3)의 피구동 부재(19,20,21)의 자세 정보 및 동작 정보를 검출 가능하면 되고, 경사 센서나 각도 센서, 스트로크 센서 등으로 구성하는 것도 가능하다. 제 3 자세 검출 장치(28)의 각 자세 센서(28a,28b,28c)는, 청구항에 기재된 「피구동 부재의 동작 정보를 검출하는 제 1 검출 장치」에 상당하는 것이다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태에 탑재된 유압 시스템의 구성에 대하여 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태가 구비하는 유압 시스템을 나타내는 회로도이다.

도 2에 있어서, 유압 셔블은, 하부 주행체(1), 상부 선회체(2), 프론트 작업 장치(3)(모두 도 1을 참조)를 유압에 의해 동작시키는 유압 시스템(30)을 구비하고 있다. 또한, 도 2에서는, 프론트 작업 장치(3)의 붐(19)을 동작시키는 붐 실린더(22)에 관한 유압 회로만이 나타내져 있으며, 그 이외의 주행 장치(11)를 동작시키는 주행 유압 모터(12), 상부 선회체(2)를 선회 동작시키는 선회 유압 모터(선회 장치(4)), 프론트 작업 장치(3)의 아암(20)이나 버킷(21)을 동작시키는 아암 실린더(23)나 버킷 실린더(24)에 관한 유압 회로는 생략되어 있다. 또한, 후술의 조작 장치(58)의 비(非)조작 시에 유압 펌프(31)의 토출 유량을 후술의 작동유 탱크(36)로 배출하는 블리드 오프 밸브나 각종 기기 등 본 발명과 관계되지 않는 것은 생략되어 있다.

유압 시스템(30)은, 원동기(도시 생략)에 의해 구동되어서 압유를 토출하는 유압 펌프(31)와, 유압 펌프(31)로부터 공급되는 압유에 의해 구동하여 붐(19)을 동작시키는 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))와, 유압 펌프(31)로부터 유압 액추에이터(32)에 공급되는 압유의 흐름(방향이나 유량)을 제어하는 방향 제어 밸브(332)를 구비하고 있다. 원동기는, 예를 들면, 엔진이나 전동 모터이다.

유압 펌프(31)는, 예를 들면, 가변 용량식의 펌프이며, 펌프 용적을 조정하는 레귤레이터를 가지고 있다. 레귤레이터는, 예를 들면, 컨트롤러(60)의 지령 신호에 따라 펌프 용적을 조정하는 것이며, 후술의 파일럿 유압 회로(40)로부터 유량 지령 신호로서의 파일럿압이 입력되는 유량 지령압 포트(31a)를 포함하고 있다.

붐 실린더(22)용의 방향 제어 밸브(332)는, 제어 밸브 유닛(33)(도 1 참조)의 일부를 구성하고 있다. 즉, 제어 밸브 유닛(33)은, 각 유압 액추에이터(12,22,23,24)로의 압유의 흐름(방향이나 유량)을 제어하는 방향 제어 밸브의 집합체이다. 방향 제어 밸브(332)는, 예를 들면, 유압 파일럿식의 것이며, 양측에 한 쌍의 지령압 포트(332a,332b)를 가지고 있다. 방향 제어 밸브(332)는, 후술의 파일럿 유압 회로(40)에서 생성된 파일럿 2차압이 한 쌍의 지령압 포트(332a,332b)에 입력됨으로써, 그 구동(전환 방향 및 스트로크량)이 제어된다.

방향 제어 밸브(332)는, 펌프 라인(37)을 개재하여 유압 펌프(31)의 토출측과 접속되어 있다. 방향 제어 밸브(332)는, 또한, 액추에이터 라인(38,38)을 개재하여 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))에 접속되어 있다.

펌프 라인(37)은, 펌프 라인(37)으로부터 분기되는 릴리프 라인(39)을 개재하여 작동유 탱크(36)에 접속되어 있다. 릴리프 라인(39) 상에는, 릴리프 밸브(35)가 마련되어 있다. 릴리프 밸브(35)는, 유압 펌프(31)의 토출압(메인 유압 회로)의 상한을 규정하는 것이며, 유압 펌프(31)의 토출압이 설정압을 초과하면 밸브 개방하도록 구성되어 있다.

펌프 라인(37) 상에는, 체크 밸브(34)가 마련되어 있다. 체크 밸브(34)는, 유압 펌프(31)로부터 방향 제어 밸브(332)로의 압유의 흐름을 허용하는 한편, 방향 제어 밸브(332)로부터 유압 펌프(31)로의 압유의 흐름을 저지하도록 구성되어 있다. 즉, 체크 밸브(34)는, 액추에이터 라인(38,38)으로부터 펌프 라인(37)으로의 압유의 역류를 방지하는 것이다.

펌프 라인(37) 상에는, 유압 펌프(31)의 토출압을 검출하는 제 1 압력 센서(51)가 마련되어 있다. 제 1 압력 센서(51)는, 검출한 유압 펌프(31)의 토출압에 따른 압력 검출 신호 Pp를 컨트롤러(60)에 출력한다.

액추에이터 라인(38,38) 상에는 각각, 유압 액추에이터(32)의 압력(붐 실린더(22)의 구동 압력)을 검출하는 제 2 압력 센서(52,53)가 마련되어 있다. 제 2 압력 센서(52,53)는, 검출한 유압 액추에이터(32)의 압력에 따른 압력 검출 신호 Ps를 컨트롤러(60)에 출력한다.

유압 시스템(30)은, 제어 밸브 유닛(33)을 구성하는 유압 파일럿식의 각 방향 제어 밸브의 구동(전환 방향이나 스트로크량) 제어 및 유압 펌프(31)의 펌프 용적의 조정을 위한 파일럿 유압 회로(40)를 추가로 구비하고 있다. 파일럿 유압 회로(40)는, 파일럿 유압원인 파일럿 펌프(41)와, 파일럿 펌프(41)의 토출압(파일럿 1차압)을 컨트롤러(60)로부터의 제 1 밸브 지령 신호 Cp에 따라 감압하여 유압 펌프(31)의 레귤레이터의 유량 지령압 포트(31a)에 입력하는 파일럿 2차압을 생성하는 제 1 전자 비례 밸브(43)와, 파일럿 펌프(41)의 토출압(파일럿 1차압)을 컨트롤러(60)로부터의 제 2 밸브 지령 신호 Cv에 따라 감압하여 방향 제어 밸브(332)의 지령압 포트(332a,332b)에 입력하는 파일럿 2차압을 생성하는 제 2 전자 비례 밸브(44,45)를 구비하고 있다. 제 1 전자 비례 밸브(43) 및 제 2 전자 비례 밸브(44,45)를 포함하는 복수의 전자 비례 밸브의 집합체가 전자 밸브 유닛(42)을 구성하고 있다.

파일럿 펌프(41)는, 유압 펌프(31)의 레귤레이터나 방향 제어 밸브(332)에 입력하는 파일럿 2차압의 원압(元壓)인 파일럿 1차압을 생성하는 것이며, 원동기(도시 생략)에 의해 구동된다. 파일럿 펌프(41)는, 예를 들면, 고정 용량형의 펌프이다. 파일럿 펌프(41)는, 파일럿 라인(48)을 개재하여 제 1 전자 비례 밸브(43) 및 제 2 전자 비례 밸브(44,45)를 포함하는 전자 밸브 유닛(42)에 접속되어 있다. 파일럿 라인(48)은, 파일럿 릴리프 밸브(47)를 개재하여 작동유 탱크(36)에 접속되어 있다. 파일럿 릴리프 밸브(47)는, 파일럿 펌프(41)의 토출압(파일럿 1차압)이 설정압을 초과하면 밸브 개방하도록 구성되어 있으며, 파일럿 1차압을 설정압으로 유지하기 위한 것이다.

제 1 전자 비례 밸브(43)의 출력측은, 유압 펌프(31)의 레귤레이터의 유량 지령압 포트(31a)에 접속되어 있다. 제 2 전자 비례 밸브(44,45)의 출력측은 각각, 방향 제어 밸브(332)의 지령압 포트(332a,332b)에 접속되어 있다. 제 1 전자 비례 밸브(43) 및 제 2 전자 비례 밸브(44,45)는, 파일럿 라인(49)을 개재하여 작동유 탱크(36)에 접속되어 있다.

제 1 전자 비례 밸브(43)의 솔레노이드부(43a)는, 컨트롤러(60)에 전기적으로 접속되어 있으며, 컨트롤러(60)로부터의 제 1 밸브 지령 신호 Cp가 입력된다. 제 2 전자 비례 밸브(44,45)의 솔레노이드부(44a,45a)는, 컨트롤러(60)에 전기적으로 접속되어 있으며, 컨트롤러(60)로부터의 제 2 밸브 지령 신호 Cv가 입력된다. 컨트롤러(60)로부터 제 2 전자 비례 밸브(44,45)의 솔레노이드부(44a,45a)로의 제 2 밸브 지령 신호 Cv로서의 전류를 검출하는 전류 센서(55,56)가 마련되어 있다.

컨트롤러(60)에는, 프론트 작업 장치(3)의 피구동 부재인 붐(19) 등의 동작을 지시하는 조작 장치(58)가 전기적으로 접속되어 있다. 조작 장치(58)는, 예를 들면, 전기식의 것이며, 입력된 조작량 및 조작 방향에 따른 조작 신호를 전기 신호로서 컨트롤러(60)에 출력한다. 조작 장치(58)는, 예를 들면, 조작 레버 장치이며, 오퍼레이터에 의해 파지되는 조작 레버(58a)와, 조작 레버(58a)의 조작 방향 및 조작량을 검출하여 검출값에 따른 조작 신호를 전기 신호로서 생성하는 전기 신호 생성부(58b)를 가지고 있다.

컨트롤러(60)는, 조작 장치(58)로부터의 조작 신호(전기 신호) 및 각 센서(28a(28),51,52,53,55,56)로부터의 검출 신호(검출값)에 의거하여 각 전자 비례 밸브(43,44,45)의 개도를 제어함으로써, 최종적으로 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 구동을 제어하는 것이다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태의 일부를 구성하는 컨트롤러의 기능에 대하여 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 도 2에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태의 유압 시스템을 제어하는 컨트롤러의 기능 블록도이다.

도 3에 있어서, 컨트롤러(60)는, 하드 구성으로서 예를 들면, RAM이나 ROM 등으로 이루어지는 기억 장치(61)와, CPU나 MPU 등으로 이루어지는 처리 장치(62)를 구비하고 있다. 기억 장치(61)에는, 유압 펌프(31)의 펌프 용적(펌프 유량) 및 방향 제어 밸브(332)의 구동을 제어하기 위하여 필요한 프로그램이나 각종 정보가 미리 기억되어 있다. 처리 장치(62)는, 기억 장치(61)로부터 프로그램이나 각종 정보를 적절히 판독, 당해 프로그램을 따라서 처리를 실행함으로써 각종 기능을 실현한다. 본 실시형태의 컨트롤러(60)의 특징은, 개략하면, 붐 실린더(22), 아암 실린더(23), 버킷 실린더(24)의 각 유압 액추에이터의 속도를 2종류의 수법을 이용하여 추정하고, 2개의 추정 속도를 각 유압 액추에이터의 구동 상태에 따라 조정함으로써 조정된 속도인 조정 속도를 연산하고, 연산 결과의 조정 속도를 기초로 피드백 제어를 행함으로써, 각 유압 액추에이터의 구동 제어(속도 제어)를 행하는 것이다. 또한, 여기에서는, 붐 실린더(22)(유압 액추에이터(32))의 구동 제어(속도 제어)에 대해서만 설명하지만, 아암 실린더(23)나 버킷 실린더(24)의 구동 제어(속도 제어)의 경우도 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다. 「조정」이란, 신호 조정과 동의(同義)이며, 일방의 속도를 타방의 속도에 대하여 상대적으로 크게 하고, 타방의 속도를 일방의 속도에 대하여 상대적으로 작게 조정하는 것을 의미한다.

컨트롤러(60)는, 처리 장치(62)에 의해 실행되는 기능으로서, 요구 속도 연산부(71), 제 1 추정 속도 연산부(72), 제 2 추정 속도 연산부(73), 추정 속도 조정부(74), 피드백 제어기(이하, FB 제어기라고 칭하는 경우가 있다)(76), 펌프 목표 유량 연산부(77), 펌프 유량 제어부(78), 방향 제어 밸브 제어부(79)를 구비하고 있다.

요구 속도 연산부(71)는, 조작 장치(58)로부터의 조작 신호 L을 받아들이고, 받아들인 조작 신호 L에 의거하여 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 요구 속도 Vs_R을 연산한다. 요구 속도 연산부(71)는, 예를 들면, 조작 장치(58)의 조작량과 유압 액추에이터(유압 실린더)의 속도의 대응 관계를 미리 규정한 특성 테이블을 이용함으로써, 요구 속도 Vs_R의 연산이 가능하다. 연산 결과의 요구 속도 Vs_R은, FB 제어기(76)에 의한 후술의 피드백 제어의 연산에 이용된다.

제 1 추정 속도 연산부(72)는, 프론트 작업 장치(3)를 구성하는 붐(19), 아암(20), 버킷(21)의 자세 정보 및 동작 정보를 검출하는 제 3 자세 검출 장치(28)의 각 자세 센서(28a,28b,28c)의 검출값 Si를 받아들이고, 받아들인 각 자세 센서(28a,28b,28c)의 검출값 Si를 기초로, 붐(19)을 동작시키는 붐 실린더(22)의 구동 속도를 제 1 추정 속도 Vs_E1로서 추정하는 것이다.

각 자세 센서(28a,28b,28c)는 프론트 작업 장치(3)의 피구동 부재(19,20,21)의 실제의 동작 상태를 검출하는 것이므로, 제 1 추정 속도 Vs_E1은, 각 피구동 부재(19,20,21)와 각 유압 액추에이터(붐 실린더(22), 아암 실린더(23), 버킷 실린더(24))의 기하학적인 관계로부터, 피구동 부재(19,20,21)의 실제의 동작 상태를 기초로 직접적으로 각 유압 액추에이터의 구동 속도를 산출한 값이 된다. 따라서, 제 1 추정 속도 Vs_E1은, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 실제의 구동 상태(구동 속도)를 고정밀도로 추정한 값이 된다. 반대로, 각 자세 센서(28a,28b,28c)는, 프론트 작업 장치(3)의 각 피구동 부재(19,20,21)가 실제로 움직일 때까지는 정지 상태의 동작 정보를 출력하므로, 제 1 추정 속도 Vs_E1은 각 피구동 부재(19,20,21)가 실제로 움직일 때까지 제로의 추정값으로 된다. 이 때문에, 각 자세 센서(28a,28b,28c)의 검출값으로부터 추정되는 제 1 추정 속도 Vs_E1을 기초로, 프론트 작업 장치(3)의 각 피구동 부재(19,20,21)의 동작을 예측하여 제어 지령을 적절하게 조정하는 것은 불가능하다.

제 2 추정 속도 연산부(73)는, 제 1 압력 센서(51)의 검출값 Pp(유압 펌프(31)의 토출압), 제 2 압력 센서(52,53)의 검출값 Ps(유압 액추에이터(32)의 압력), 전류 센서(55,56)의 검출값 Iv(제 2 전자 비례 밸브(44,45)로의 제 2 밸브 지령 신호로서의 전류값)을 받아들이고, 받아들인 각 센서(51,52,53,55,56)의 검출값을 기초로 유압 액추에이터(32)의 각각의 구동 속도를 제 2 추정 속도 Vs_E2로서 추정하는 것이다. 유압 펌프(31)의 토출압(제 1 압력 센서(51)의 검출값 Pp)과 유압 액추에이터(32)의 압력(제 2 압력 센서(52,53)의 검출값 Ps)의 차분으로부터 방향 제어 밸브(332)의 전후 차압을 추정 가능하다. 또한, 제 2 전자 비례 밸브(44,45)로의 전류값을 기초로 방향 제어 밸브(332)의 개구도(개구 면적)를 추정 가능하다. 방향 제어 밸브(332)의 전후 차압 및 개구 면적으로부터 유체 역학적인 관계식을 이용함으로써 방향 제어 밸브(332)로부터 유압 액추에이터(32)로 흐르는 압유의 유량을 추정하는 것이 가능하다.

구체적으로는, 제 2 추정 속도 Vs_E2는, 예를 들면, 이하의 식 (1)을 이용하여 연산된다.

[수식 1]

여기서, Cd는 유량 계수, Av는 각 방향 제어 밸브(332)의 개구 면적, As는 각 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 수압(受壓) 면적, ΔP는 각 방향 제어 밸브(332)의 전후 차압, ρ는 작동유의 밀도를 나타내고 있다. 유량 계수 Cd, 작동유의 밀도 ρ, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 수압 면적 As는, 미리 기억 장치(61)에 기억되어 있다.

제 2 추정 속도 Vs_E2는, 방향 제어 밸브(332)로부터 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))에 공급되는 압유의 유량(미터 인 유량)으로부터 예측되는 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 구동 속도로 된다. 즉, 제 2 추정 속도 Vs_E2는, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 실제의 구동 상태를 기초로 추정하는 것은 아니며, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 앞으로 일어날 수 있는 구동 상태를 예측한 추정값이다. 이 때문에, 방향 제어 밸브(332)에 관련되는 각 센서(51,52,53,55,56)의 검출값으로부터 추정하는 제 2 추정 속도 Vs_E2를 기초로, 프론트 작업 장치(3)의 각 피구동 부재(19,20,21)의 동작을 예측하여 제어 지령을 적절하게 조정하는 것이 가능하다. 단, 제 2 추정 속도 Vs_E2는, 유체 역학적인 관계식을 이용함으로써 얻어지는 추정값이므로, 유온이나 캐비테이션 등의 외란 및 센서의 검출 정밀도의 영향에 의해 추정 정밀도의 저하를 초래하기 쉽다. 이 때문에, 제 2 추정 속도 Vs_E2는, 제 1 추정 속도 Vs_E1에 비하면, 추정 정밀도가 뒤떨어지는 경향이 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 압력 센서(51) 및 제 2 압력 센서(52,53) 및 전류 센서(55,56)가 방향 제어 밸브(332)를 개재하여 유압 액추에이터(32)에 공급되는 압유의 유량에 관계되는 정보를 검출하는 검출 장치를 구성한다. 당해 검출 장치를 세분화하면, 제 1 압력 센서(51) 및 제 2 압력 센서(52,53)가 방향 제어 밸브(332)의 전후 차압에 관한 물리량을 검출하는 검출기를 구성한다. 또한, 전류 센서(55,56)가 방향 제어 밸브(332)의 개구 면적에 관한 물리량을 검출하는 검출기를 구성한다.

추정 속도 조정부(74)는, 제 1 추정 속도 연산부(72)의 연산 결과인 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 제 1 추정 속도 Vs_E1, 및, 제 2 추정 속도 연산부(73)의 연산 결과인 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 제 2 추정 속도 Vs_E2를 이용하여 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 조정 속도 Vs_Ar을 연산한다. 추정 속도 조정부(74)는, 상기 서술한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 특성 및 제 2 추정 속도 Vs_E2의 특성을 근거로 하여, 유압 액추에이터(32)의 구동 상태에 따라 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2를 조정함으로써 조정 속도 Vs_Ar을 연산한다.

개략하면, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))가 움직일 때에는, 프론트 작업 장치(3)(붐(19))의 관성에 기인한 유압 액추에이터(32)의 응답 지연의 영향에 의한 제어의 불안정성(헌팅 등)을 억제하기 위하여, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중이 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중보다도 크게 되도록 조정을 행한다. 여기에서, 「가중」이란 영향도 혹은 우선도와 동의이다. 또한, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 구동 상태가 움직이는 상태로 이행하여 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있는 경우에는, 유압 액추에이터(32)의 추정 속도의 정밀도를 높이기 위하여, 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중을 크게 하는 한편, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중을 상대적으로 작게 하는 조정을 행한다. 이러한 조정을 행하는 것에 의해, 유압 액추에이터(32)가 움직일 때나 소정의 상태보다도 정상 상태에 가까워질 때 등, 유압 액추에이터(32)의 구동 상태에 따라 피드백 제어에 적절한 유압 액추에이터(32)의 추정 속도(조정 속도 Vs_Ar)를 연산한다.

구체적으로는, 조정 속도 Vs_Ar은, 예를 들면, 이하의 식 (2)~식 (4)를 이용하여 연산된다. 여기에서, Vs_E1은 제 1 추정 속도, Vs_E2는 제 2 추정 속도, Vs_R은 요구 속도이다.

[수식 2]

[수식 3]

[수식 4]

식 (3)으로부터 유도되는 α 및 식 (4)로부터 유도되는 β는, 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2를 조정할 때의 가중치이다. 계수 α는, 기본적으로, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 구동 상태가 움직이는 상태인지 아닌지가 반영되는 가중치가 되는 것이다. 즉, 유압 액추에이터(32)가 움직이는 상태인지 아닌지를 판정 가능한 지표로서 기능한다. 또한, 계수 α는, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 구동 상태가 움직이는 상태로 이행하여 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있는 상태인 것이 반영되는 가중치도 되는 것이다. 즉, 유압 액추에이터(32)가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있는 상태인지 아닌지를 판정 가능한 지표로서도 기능한다. 한편, 계수 β는, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 구동 상태가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있는 상태인지 아닌지가 계수 α보다도 확실하게 반영되는 가중치가 되는 것이다. 즉, 유압 액추에이터(32)가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있는 상태인지 아닌지를 보다 확실하게 판정 가능한 지표로서 기능한다.

식 (3)의 α의 연산에 있어서, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 큰 경우, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 실제의 구동 상태가 방향 제어 밸브(332)를 개재하여 유압 액추에이터(32)에 공급되는 압유의 유량을 기초로 예측되는 유압 액추에이터(32)의 구동 상태에 대하여 괴리하고 있는 것을 의미한다. 이 상태는, 통상, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))가 움직이는 상태인 것이 상정된다. 이 경우, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 α가 커지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 상대적으로 작아진다.

반대로, 식 (3)의 α의 연산에 있어서, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 극히 작은 경우, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 실제의 구동 상태와 방향 제어 밸브(332)의 통과 유량으로부터 예측되는 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 가까운 상태인 것을 의미한다. 이 상태는, 통상, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지는 구동 상태가 계속되고 있는 것이 상정된다. 이 경우, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 α가 작아지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 상대적으로 커진다.

단, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도(계수 α)가 극히 작은 경우여도, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 요구 속도 Vs_R의 근방에 도달하고 있다고는 할 수 없다. 그래서, 계수 β를 추가로 이용하여 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2의 조정을 행한다. 식 (4)의 β의 연산에 있어서, 요구 속도 Vs_R에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 극히 작은 경우, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 실제의 구동 상태가 조작 장치(58)의 조작에 따른 요구 속도 Vs_R에 가까운 상태인 것을 의미한다. 이 상태는, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 실제의 구동 상태가 제어 목표값에 적절하게 추종하고 있을 때이다. 이 경우, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 β를 작게 하는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치를 상대적으로 크게 한다. 제 2 추정 속도 Vs_E2보다도 고정밀도한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치를 크게 함으로써, 구동 상태가 정상 상태에 가까운 상태인 유압 액추에이터(32)의 속도를 고정밀도로 추정하는 것이 가능해진다.

반대로, 식 (4)의 β의 연산에 있어서, 요구 속도 Vs_R에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 큰 경우, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))의 실제의 구동 상태가 조작에 따른 요구 속도 Vs_R로부터 괴리한 상태인 것을 의미한다. 제 1 추정 속도 Vs_E1을 이용하여 피드백 제어를 행하면, 피드백 제어의 보정량이 과대해져서 유압 액추에이터(32)의 튀어나옴이나 헌팅이 우려된다. 그래서, 이러한 경우에는, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 β를 크게 하는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치를 상대적으로 작게 한다.

FB 제어기(76)는, 요구 속도 연산부(71)의 연산 결과인 유압 액추에이터(32)의 요구 속도 Vs_R 및 추정 속도 조정부(74)의 연산 결과인 유압 액추에이터(32)의 조정 속도 Vs_Ar을 기초로, 요구 속도 Vs_R과 조정 속도 Vs_Ar의 속도 편차가 작게 되도록 제어 지령을 보정하는 유압 액추에이터(32)의 목표 속도 Vs_T를 연산한다. 목표 속도 Vs_T는, 예를 들면, PID 제어의 연산 수법을 이용하여 요구 속도 Vs_R과 조정 속도 Vs_Ar의 속도 편차를 기초로 연산된다.

펌프 목표 유량 연산부(77)는, FB 제어기(76)의 연산 결과인 유압 액추에이터(32)의 목표 속도 Vs_T를 기초로, 유압 펌프(31)의 펌프 목표 유량 Qp를 연산한다. 펌프 목표 유량 Qp의 연산에서는, 기억 장치(61)에 미리 기억되어 있는 유압 액추에이터(32)의 설계 제원(諸元)도 이용된다.

펌프 유량 제어부(78)는, 펌프 목표 유량 연산부(77)의 연산 결과인 펌프 목표 유량 Qp에 따른 제 1 전자 비례 밸브(43)에 대한 제 1 밸브 지령 신호 Cp를 연산한다. 펌프 유량 제어부(78)는, 예를 들면, 펌프 목표 유량 Qp와 제 1 전자 비례 밸브(43)에 대한 제 1 밸브 지령 신호 Cp의 대응 관계를 미리 규정한 특성 테이블을 이용함으로써, 제 1 밸브 지령 신호 Cp의 연산이 가능하다. 펌프 유량 제어부(78)는, 제 1 밸브 지령 신호 Cp를 제 1 전자 비례 밸브(43)에 출력한다.

방향 제어 밸브 제어부(79)는, FB 제어기(76)의 연산 결과인 유압 액추에이터(32)의 목표 속도 Vs_T에 따른 제 2 전자 비례 밸브(44,45)에 대한 제 2 밸브 지령 신호 Cv를 연산한다. 방향 제어 밸브 제어부(79)는, 예를 들면, 목표 속도 Vs_T와 제 2 전자 비례 밸브(44,45)에 대한 제 2 밸브 지령 신호 Cv의 대응 관계를 미리 규정한 특성 테이블을 이용함으로써, 제 2 밸브 지령 신호 Cv의 연산이 가능하다. 방향 제어 밸브 제어부(79)는, 제 2 밸브 지령 신호 Cv를 제 2 전자 비례 밸브(44,45)에 출력한다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태의 컨트롤러가 실행하는 제어 순서의 일례에 대하여 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 도 3에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태의 컨트롤러의 제어 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.

도 4에 있어서, 도 3에 나타내는 컨트롤러(60)는, 우선, 조작 장치(58)에 대한 조작 입력(조작 장치(58)로부터의 조작 신호의 입력)의 유무를 판정한다(단계 S10). 조작 장치(58)의 조작 입력이 있는 경우, 즉, 조작 신호가 입력된 경우(YES인 경우)에는, 단계 S20으로 진행된다. 한편, 조작 신호의 입력이 없는 경우(NO인 경우)에는, 다시 단계 S10으로 되돌아가, YES가 될 때까지 단계 S10을 반복한다.

단계 S10에 있어서 YES인 경우에는, 컨트롤러(60)의 요구 속도 연산부(71)가 조작 장치(58)로부터의 조작 신호 L(조작 입력량)을 기초로 각 유압 액추에이터(32)의 요구 속도 Vs_R을 연산한다(단계 S20). 요구 속도 연산부(71)는, 예를 들면, 조작 입력량과 유압 액추에이터의 속도의 대응 관계를 미리 규정한 특성 테이블을 이용하여 요구 속도 Vs_R을 연산한다.

다음으로, 컨트롤러(60)의 제 1 추정 속도 연산부(72)는, 제 3 자세 검출 장치(28)의 자세 센서(28a,28b,28c)의 검출값 Si(프론트 작업 장치(3)의 피구동 부재(19,20,21)의 자세 정보 및 동작 정보)를 기초로, 각 유압 액추에이터(32)의 구동 속도를 제 1 추정 속도 Vs_E1로서 연산한다(단계 S30). 제 1 추정 속도 Vs_E1은, 프론트 작업 장치(3)의 피구동 부재(19,20,21)의 실제의 동작 정보를 기초로 피구동 부재(19,20,21)의 기하학적인 관계로부터 직접적으로 피구동 부재(19,20,21)의 구동 속도를 추정한 값이 된다.

동시에, 컨트롤러(60)의 제 2 추정 속도 연산부(73)는, 제 1 압력 센서(51)의 검출값 Pp인 유압 펌프(31)의 토출압, 제 2 압력 센서(52,53)의 검출값 Ps인 유압 액추에이터(32)의 압력, 전류 센서(55,56)의 검출값 Iv인 제 2 전자 비례 밸브(44,45)로의 제 2 밸브 지령 신호 Cv로서의 전류값을 기초로, 각 유압 액추에이터(32)의 구동 속도를 제 2 추정 속도 Vs_E2로서 연산한다(단계 S40). 제 2 추정 속도 연산부(73)는, 예를 들면, 유체 역학적인 관계식인 상기 서술의 식 (1)을 이용함으로써, 제 2 추정 속도 Vs_E2를 연산한다. 제 2 추정 속도 Vs_E2는, 방향 제어 밸브(332)를 개재하여 유압 액추에이터(32)에 공급되는 압유의 유량을 기초로, 앞으로 생긴다고 예측되는 각 유압 액추에이터(32)의 구동 속도의 추정값이다.

이어서, 컨트롤러(60)의 추정 속도 조정부(74)는, 제 1 추정 속도 연산부(72)의 연산 결과인 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 연산부(73)의 연산 결과인 제 2 추정 속도 Vs_E2를 이용하여 각 유압 액추에이터(32)의 조정 속도 Vs_Ar을 연산한다(단계 S50). 추정 속도 조정부(74)는, 예를 들면, 상기 서술의 식 (2)~식 (4)를 이용함으로써, 각 유압 액추에이터(32)의 구동 상태에 따라 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2를 조정한 조정 속도 Vs_Ar을 연산한다.

제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 큰 경우, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 α가 커지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 상대적으로 작아진다. 반대로, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 극히 작은 경우, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 α가 작아지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 상대적으로 커진다.

또한, 요구 속도 Vs_R에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 극히 작은 경우, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 β가 작아지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 상대적으로 커진다. 반대로, 요구 속도 Vs_R에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 큰 경우, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 β가 커지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 상대적으로 작아진다.

이어서, 컨트롤러(60)의 FB 제어기(76)는, 요구 속도 연산부(71)의 연산 결과인 요구 속도 Vs_R 및 추정 속도 조정부(74)의 연산 결과인 조정 속도 Vs_Ar을 기초로, 유압 액추에이터(32)의 목표 속도 Vs_T를 연산한다(단계 S60). 목표 속도 Vs_T는, 예를 들면, 요구 속도 Vs_R과 조정 속도 Vs_Ar의 속도 편차가 작게 되도록 제어 지령을 보정하는 목표값(제어량)이다.

다음으로, 컨트롤러(60)의 펌프 목표 유량 연산부(77)는, FB 제어기(76)의 연산 결과인 각 유압 액추에이터(32)의 목표 속도 Vs_T를 기초로, 유압 펌프(31)의 펌프 목표 유량 Qp를 연산한다(단계 S70). 추가로, 컨트롤러(60)의 펌프 유량 제어부(78)는, 펌프 목표 유량 연산부(77)의 연산 결과인 유압 펌프(31)의 펌프 목표 유량 Qp에 따른 제 1 전자 비례 밸브(43)에 대한 제 1 밸브 지령 신호 Cp를 산출하고, 제 1 밸브 지령 신호 Cp를 제 1 전자 비례 밸브(43)에 출력한다(단계 S80).

이에 의해, 도 2에 나타내는 제 1 전자 비례 밸브(43)가 파일럿 펌프(41)의 토출압으로서의 파일럿 1차압으로부터 제 1 밸브 지령 신호 Cp에 따른 파일럿 2차압을 생성한다. 제 1 전자 비례 밸브(43)에 의해 생성된 파일럿 2차압이 유압 펌프(31)의 레귤레이터의 유체압 포트(31a)에 입력됨으로써, 유압 펌프(31)의 펌프 유량(펌프 용적)이 컨트롤러(60)의 연산 결과의 펌프 목표 유량 Qp가 되도록 조정된다.

또한, 컨트롤러(60)의 방향 제어 밸브 제어부(79)는, FB 제어기(76)의 연산 결과인 각 유압 액추에이터(32)의 목표 속도 Vs_T에 따른 제 2 전자 비례 밸브(44,45)에 대한 제 2 밸브 지령 신호 Cv를 산출하고, 제 2 밸브 지령 신호 Cv를 제 2 전자 비례 밸브(44,45)에 출력한다(단계 S90). 이에 의해, 도 2에 나타내는 제 2 전자 비례 밸브(44,45)가 파일럿 펌프(41)의 토출압으로서의 파일럿 1차압으로부터 제 2 밸브 지령 신호 Cv에 따른 파일럿 2차압을 생성한다. 제 2 전자 비례 밸브(44,45)에 의해 생성된 파일럿 2차압이 방향 제어 밸브(332)의 지령압 포트(332a,332b)에 입력됨으로써, 방향 제어 밸브(332)의 개구 면적(개구도)이 제어되고, 그에 의해, 방향 제어 밸브(332)를 개재하여 유압 액추에이터(32)에 공급되는 압유의 유량(미터 인 유량)이 컨트롤러(60)의 연산 결과의 유압 액추에이터(32)의 목표 속도 Vs_T가 되도록 제어된다.

컨트롤러(60)는, 제 1 밸브 지령 신호 Cp의 제 1 전자 비례 밸브(43)로의 출력(단계 S80) 및 제 2 밸브 지령 신호 Cv의 제 2 전자 비례 밸브(44,45)로의 출력(단계 S90)을 종료하면, 리턴하여 새로운 제어 주기를 스타트시킨다. 즉, 컨트롤러(60)는, 도 4에 나타내는 단계 S10~S90으로 구성된 제어 주기를 다시 실행하고, 이를 반복한다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태의 동작 및 효과에 대하여 설명한다. 여기에서는, 설명을 간편하게 하기 위하여, 붐의 단독 조작을 행하는 경우에 있어서의 유압 시스템의 동작에 대하여 도 2 및 도 5를 이용하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 작업 기계의 제 1 실시형태에 있어서의 조작 장치의 입력에 대한 컨트롤러에 의한 유압 액추에이터의 각종의 추정 속도의 연산 결과의 시간 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5 중, 상측 도는 조작 장치에 대한 조작 입력량의 일례의 시간 변화를, 하측 도는 상측 도에 나타내는 조작 입력량에 대한 컨트롤러의 연산 결과인 붐 실린더의 각종의 속도의 시간 변화의 일례를 나타내고 있다.

도 5에 나타내는 시간 T1에 있어서, 도 2에 나타내는 조작 장치(58)에 대하여 스텝 형상의 조작 입력(도 5의 상측 도의 실선)이 개시되어 있다. 이에 의해, 도 3에 나타내는 컨트롤러(60)는, 조작 장치(58)로부터의 조작 입력량 L에 따른 붐 실린더(22)의 요구 속도 Vs_R(도 5의 하측 도의 긴 파선)을 연산한다. 컨트롤러(60)는, 요구 속도 Vs_R에 의거하여 유압 펌프(31) 및 방향 제어 밸브(332)에 대하여 지령 신호를 출력한다.

조작 입력의 개시 시간 T1로부터 극히 단시간 경과 후의 시간 T2에 있어서는, 도 2에 나타내는 방향 제어 밸브(332)가 컨트롤러(60)로부터의 지령 신호(제 2 전자 비례 밸브(44,45)에 대한 제 2 밸브 지령 신호 Cv)에 따라 개구함으로써, 유압 펌프(31)로부터 방향 제어 밸브(332)를 개재하여 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))에 압유가 공급되고 있는 상태가 된다. 이 때문에, 제 1 압력 센서(51)의 검출값 Pp 및 제 2 압력 센서(52,53)의 검출값 Ps(방향 제어 밸브(332)의 전후 차압) 및 전류 센서(55,56)의 검출값 Iv(방향 제어 밸브(332)의 개구 면적)에 의거하여 컨트롤러(60)가 연산하는 제 2 추정 속도 Vs_E2가 0이 아닌 값이 된다.

한편, 질량이 큰 정지 상태의 붐(19)에 대하여 붐 실린더(22)는 구동력을 작용시키고 있지만, 붐(19)은 관성 등에 의해 정지 상태인채이다. 이 때문에, 제 3 자세 검출 장치(28)의 자세 센서(28a)는, 붐 실린더(22)의 구동 상태를 정지 상태로서 검출한다. 이 때문에, 제 3 자세 검출 장치(28)의 검출값 Si에 의거하여 컨트롤러(60)가 연산하는 제 1 추정 속도 Vs_E1은 0(제로)이 된다. 이 결과, 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 Vs_E2를 기초로 컨트롤러(60)가 연산하는 조정 속도 Vs_Ar은, 제 2 추정 속도 Vs_E2와 같은 값이 된다. 즉, 붐 실린더(22)가 실제로 움직이기 전의 상태에서는, 제 3 자세 검출 장치(28)의 자세 센서(28a)가 붐 실린더(22)의 정지 상태를 검출하므로, 상기 서술의 식 (2)~(4)에 나타낸 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 α 및 β가 1이 되는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 0이 되도록 조정된다.

시간 T2로부터 어느 정도의 시간이 경과한 후의 시간 T3에 있어서는, 붐(19)이 실제로 동작하고 있는 상태로 이행하고 있다. 즉, 제 3 자세 검출 장치(28)의 자세 센서(28a)가 붐 실린더(22)의 실제의 구동을 검출하고 있다. 이 때문에, 제 1 추정 속도 Vs_E1은, 제 3 자세 검출 장치(28)의 검출값 Si에 따른 값이 된다. 한편, 제 2 추정 속도 Vs_E2는, 시간 T2일 때와 마찬가지로, 제 1 압력 센서(51)의 검출값 Pp 및 제 2 압력 센서(52,53)의 검출값 Ps(방향 제어 밸브(332)의 전후 차압) 및 전류 센서(55,56)의 검출값 Iv(방향 제어 밸브(332)의 개구 면적)에 따른 값이 된다.

이 경우, 조정 속도 Vs_Ar은, 상기 서술의 식 (2)~(4)에 나타낸 가중치 α 및 β에 따라 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2를 조정한 값이 된다. 시간 T3과 같이 붐 실린더(22)가 움직인 직후의 경우에는, 제 2 추정 속도 Vs_E2와 제 1 추정 속도 Vs_E1의 사이의 괴리가 크다. 이 때문에, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 α가 커지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 상대적으로 작아지도록 조정한 조정 속도 Vs_Ar이 산출된다.

조작 입력의 개시 시간 T1에서 상당한 시간이 경과한 시간 T4에 있어서는, 제 3 자세 검출 장치(28)의 검출값 Si에 의거하여 연산되는 제 1 추정 속도 Vs_E1이 조작 입력량에 따른 요구 속도 Vs_R에 가까운 값으로 되어 있다. 즉, 붐 실린더(22)가 정상 상태에 극히 접근한 구동 상태로 되어 있다. 이 경우, 요구 속도 Vs_R에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도가 극히 작으므로, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치 β가 작아지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 상대적으로 커진다. 따라서, 조정 속도 Vs_Ar은, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 성분이 대부분이 되고, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 성분을 대부분 포함하지 않도록 조정된다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 조작 장치(58)로의 조작 입력이 개시된 직후의 붐 실린더(22)가 움직일 때에는, 방향 제어 밸브(332)를 개재하여 붐 실린더(22)에 공급되는 압유의 유량을 기초로 예측되는 붐 실린더(22)의 제 2 추정 속도 Vs_E2를 주로 이용하여 붐 실린더(22)의 구동 제어를 행한다. 조작 입력의 개시 직후에는, 붐(19)의 관성에 기인한 붐 실린더(22)의 응답 지연의 영향이 크므로, 제 2 추정 속도 Vs_E2를 이용하는 쪽이, 붐 실린더(22)의 실제의 구동 상태(대략 정지 상태)를 기초로 연산하는 붐 실린더(22)의 제 1 추정 속도 Vs_E1을 이용하는 경우보다도, 조작 입력에 따른 요구 속도 Vs_R에 대한 괴리를 억제할 수 있다. 이 때문에, 피드백 제어의 보정량의 과대에 의한 붐 실린더(22)의 튀어나옴이나 헌팅의 발생을 억제할 수 있다.

한편, 붐 실린더(22)의 실제의 구동 상태가 조작 입력에 따른 상태에 가까울 때에는, 붐 실린더(22)의 실제의 구동 상태를 검출하는 자세 센서(28a)의 검출값을 기초로 연산되는 붐 실린더(22)의 제 1 추정 속도 Vs_E1을 주로 이용하여 붐 실린더(22)의 구동 제어를 행한다. 제 1 추정 속도 Vs_E1은, 붐 실린더(22)의 실제의 구동 상태를 기초로 붐 실린더(22)의 구동 속도를 추정하는 것이므로, 고정밀도한 추정값을 얻을 수 있다. 그에 비하여, 제 2 추정 속도 Vs_E2는, 유체 역학적인 관계식을 개재하여 붐 실린더(22)의 구동 속도를 추정하는 것이므로, 제 1 추정 속도 Vs_E1보다도 추정 정밀도가 뒤떨어지는 경향이 있다. 따라서, 붐 실린더(22)가 조작 장치(58)의 조작에 따른 구동 상태에 가까워진 상태의 경우에는, 제 2 추정 속도 Vs_E2보다도 고정밀도한 추정값인 제 1 추정 속도 Vs_E1을 주로 이용하여 붐 실린더(22)의 제어를 행하므로, 붐 실린더(22)의 고정밀도한 속도 제어를 실현하는 것이 가능하다.

따라서, 본 실시형태에 있어서는, 붐 실린더(22)(유압 액추에이터(32))의 구동 상태가 움직이는 상태에서 정상 상태가 될 때까지, 유압 액추에이터(32)의 양호한 제어 정밀도를 실현할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중과 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중을 유압 액추에이터(32)의 구동 상태(움직이는 상태에서 정상 상태까지의 이행)에 따라 상대적으로 증감시킴으로써 유압 액추에이터(32)의 조정 속도 Vs_Ar을 연산한다. 이 때문에, 조정 속도 Vs_Ar은, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 값과 제 2 추정 속도 Vs_E2의 사이에서 순간적으로 전환될 일이 없기 때문에, 연속적인 변화의 연산 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 조정 속도 Vs_Ar에 의거하는 제어에서는, 제어의 안정성을 확보할 수 있다.

본 실시형태의 작용 및 효과가 발휘되는 유압 셔블의 동작으로서는, 예를 들면, 굴삭 후의 토사의 적입 동작을 들 수 있다. 버킷(21)에 의해 굴삭한 토사를 선회하여 붐 인상에 의해 들어 올리고 나서 덤프트럭에 적입할 경우를 상정한다. 유압 셔블의 오퍼레이터는, 작업 시간을 짧게 하기 위하여, 굴삭 후에 큰 조작량을 빠른 상승으로 입력하는 것이 예상된다(도 5의 상측 도를 참조). 이 경우, 붐 실린더(22)의 제 1 추정 속도 Vs_E1이 상승할 때의 시간(시각)은, 제 2 추정 속도 Vs_E2가 상승할 때의 시간(시각)에 비하여 늦어진다. 즉, 도 5의 하측 도에 있어서의 시간 T2와 같은 제 1 추정 속도 Vs_E1이 0(제로)인 시간 영역이 길어진다. 또한, 요구 속도 Vs_R은 큰 조작량에 따라 커지므로, 붐 실린더(22)의 실(實)속도가 요구 속도 Vs_R에 접근할 때까지의 시간 영역(도 5의 하측 도의 시간 T3 부근에서 시간 T4를 향하는 시간 영역)도 길어진다. 따라서, 유압 셔블의 굴삭 후의 토사의 적입 동작은, 본 실시형태의 작용 및 효과가 대단히 발휘된다고 생각된다.

상기 서술한 본 발명의 제 1 실시형태와 관련되는 유압 셔블(작업 기계)에 있어서는, 컨트롤러(60)의 조정 속도 Vs_Ar의 연산은, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도 α가 커짐에 따라서, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중치가 커지는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중치가 상대적으로 작아지도록 조정하는 것이다.

이 구성에 의하면, 유압 액추에이터(32)가 움직일 때에는, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중을 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중보다도 크게 하는 조정을 행함으로써, 유압 액추에이터(32)의 앞으로의 구동 상태를 예측한 제 2 추정 속도 Vs_E2를 주성분으로 하는 조정 속도 Vs_Ar을 이용하여 유압 액추에이터(32)의 구동을 제어하게 되므로, 프론트 작업 장치(3)의 관성에 기인한 유압 액추에이터(32)의 응답 지연의 영향에 의한 제어의 불안정성(헌팅 등)을 억제할 수 있다. 또한, 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있을 때에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중을 크게 하는 한편, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중을 상대적으로 작게 하는 조정을 행함으로써, 유압 액추에이터(32)의 실제의 구동 상태를 기초로 도출되는 제 1 추정 속도 Vs_E1을 주성분으로 하는 조정 속도를 이용하여 유압 액추에이터(32)의 구동을 제어하게 되므로, 제 1 추정 속도 Vs_E1보다도 추정 정밀도가 뒤떨어지는 제 2 추정 속도 Vs_E2를 이용하는 경우보다도 유압 액추에이터(32)의 구동을 고정밀도로 제어할 수 있다. 즉, 유압 액추에이터(32)가 움직일 때에 있어서의 제어의 안정성을 확보하면서, 유압 액추에이터(32)의 고정밀도한 제어가 가능해진다. 추가하여, 괴리의 정도 α의 증감에 따라 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중과 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중을 상대적으로 변화시키도록 조정함으로써, 조정 속도 Vs_Ar이 연속적으로 변화되게 되므로, 조정 속도 Vs_Ar을 이용한 제어의 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 컨트롤러(60)의 조정 속도 Vs_Ar의 연산은, 요구 속도 Vs_R에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도 β가 작아짐에 따라서, 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중치가 커지는 한편, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중치가 상대적으로 작아지도록 조정하는 것이다.

이 구성에 의하면, 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있을 때에, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 가중치 β를 작게 하는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 가중치를 상대적으로 크게 하도록 조정을 행함으로써, 유압 액추에이터(32)의 실제의 구동 상태를 기초로 도출되는 제 1 추정 속도 Vs_E1을 주성분으로 하는 조정 속도를 이용하여 유압 액추에이터(32)의 구동을 제어하게 되므로, 제 1 추정 속도 Vs_E1보다도 추정 정밀도가 뒤떨어지는 제 2 추정 속도 Vs_E2를 이용하는 경우보다도 유압 액추에이터(32)의 구동을 고정밀도로 제어할 수 있다. 또한, 가중치 β는, 요구 속도 Vs_R에 대한 제 1 추정 속도 Vs_E1의 괴리의 정도를 나타내는 것이므로, 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있는 상태인지 아닌지를 확실하게 반영시킨 지표가 된다.

[제 2 실시형태]

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태에 대하여 도 6~도 8을 이용하여 설명한다. 또한, 도 6~도 8에 있어서, 도 1~도 5에 나타내는 부호와 같은 부호는, 마찬가지인 부분이므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 도 6은 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태를 구성하는 컨트롤러의 기능 블록도이다. 여기에서도, 붐 실린더(22)(유압 액추에이터(32))의 구동 제어(속도 제어)에 대해서만 설명하지만, 아암 실린더(23)나 버킷 실린더(24)의 구동 제어(속도 제어)의 경우도 마찬가지이다.

본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태가 제 1 실시형태에 대하여 상이한 점은, 도 6에 나타내는 컨트롤러(60A)에 있어서의 추정 속도 조정부(74A)의 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2의 조정 수법(조정 속도 Vs_Ar의 연산 방법)이 다르게 되어 있는 것이다. 제 1 실시형태와 관련되는 컨트롤러(60)의 추정 속도 조정부(74)는, 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대하여 가중치 α와 가중치 β의 2개의 계수를 이용하여 제 1 추정 속도 Vs_E1의 비율과 제 2 추정 속도 Vs_E2의 비율을 연속적으로 변화시켜서 조정함으로써 조정 속도 Vs_Ar을 연산하는 것이다. 그에 비하여, 본 실시형태에 관련되는 추정 속도 조정부(74A)는, 기본적으로는, 제 1 추정 속도 Vs_E1과 문턱값 γ의 대소 관계(비교 판정의 결과)에 따라, 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 Vs_E2의 어느 일방으로 전환하도록 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2를 조정함으로써 조정 속도 Vs_Ar을 연산하는 것이다. 즉, 추정 속도 조정부(74A)는, 제 1 추정 속도 Vs_E1과 문턱값 γ의 대소 관계를 기초로, 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 Vs_E2의 어느 일방에 대하여 가중치를 1로 설정하는 것과 함께 타방에 대하여 가중치를 0으로 설정한다. 제 1 추정 속도 Vs_E1과 문턱값 γ의 대소 관계가 반대의 관계인 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대하여 설정하는 가중치(0과 1)를 역전시키도록 조정함으로써 조정 속도 Vs_Ar을 연산한다.

구체적으로는, 컨트롤러(60A)의 추정 속도 조정부(74A)는, 우선, 제 1 추정 속도 연산부(72)의 연산 결과인 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ에 도달하고 있는지 아닌지를 판정한다. 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))가 가속하고 있는 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ 이상인지 아닌지를 판정한다. 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))가 감속하고 있는 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ 이하인지 아닌지를 판정한다. 문턱값 γ는, 예를 들면, 요구 속도 연산부(71)의 연산 결과인 요구 속도 Vs_R의 80%의 값으로 설정된다. 이 문턱값 γ는, 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 움직이는 상태로 이행하여 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있는 상태라고 상정되는 상황으로 설정되어 있다. 구체적으로는, 제 3 자세 검출 장치(28)의 각 자세 센서(28a,28b,28c)가 프론트 작업 장치(3)의 피구동 부재(19,20,21)의 관성에 기인한 유압 액추에이터(32)의 응답 지연의 영향을 대략 받지 않고 유압 액추에이터(32)의 구동 상태를 검출 가능한 상황으로 설정되어 있다.

제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ에 도달하고 있지 않은 경우에는, 추정 속도 조정부(74A)는, 제 2 추정 속도 연산부(73)의 연산 결과인 제 2 추정 속도 Vs_E2를 조정 속도 Vs_Ar로서 산출한다. 즉, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치를 0으로 설정하는 한편, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치를 1로 설정하도록 조정한다.

한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ에 도달하고 있는 경우에는, 추정 속도 조정부(74A)는, 조정 속도 Vs_Ar의 연산 결과의 변화량을 제한하기 위한 레이트 제한 속도 V_rlmt를 연산한다.

구체적으로는, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))가 가속하고 있을 때의 제 1 추정 속도 Vs_E1이 연산 결과의 레이트 제한 속도 V_rlmt 이상인 경우, 또는, 유압 액추에이터(32)(붐 실린더(22))가 감속하고 있을 때의 제 1 추정 속도 Vs_E1이 레이트 제한 속도 V_rlmt 이하인 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1을 조정 속도 Vs_Ar로서 산출한다. 즉, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치를 1로 설정하는 한편, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치를 0으로 설정하도록 조정한다. 또한, 가속 시의 제 1 추정 속도 Vs_E1이 레이트 제한 속도 V_rlmt보다도 작은 경우, 또는, 감속 시의 제 1 추정 속도 Vs_E1이 레이트 제한 속도 V_rlmt보다도 큰 경우에는, 레이트 제한 속도 V_rlmt를 조정 속도 Vs_Ar로서 산출한다.

추정 속도 조정부(74A)는, 기본적으로, 문턱값 γ를 이용하여 조정 속도 Vs_Ar의 설정을 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 Vs_E2의 어느 일방으로 전환하는 것이다. 단, 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2의 전환 시에 조정 속도 Vs_Ar의 연산 결과의 변화량이 크면, 조정 속도 Vs_Ar의 급준(急峻)한 변화에 의해 제어의 안정성이 해쳐질 우려가 있다. 그래서, 레이트 제한 속도 V_rlmt를 이용하여 조정 속도 Vs_Ar의 전환 시의 변화량을 제한한다.

구체적으로는, 예를 들면, 레이트 제한 속도 V_rlmt를 이하의 식 (5)를 이용하여 연산한다.

[수식 5]

여기서, Vs_E1은 제 1 추정 속도, Vs_E2는 제 2 추정 속도, R은 제한 레이트, t는 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ에 도달하였다고 판정한 시점부터의 경과 시간이다. 제한 레이트 R은, 예를 들면, 미리 설정된 고정값이며, 기억 장치(61)에 미리 기억되어 있다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태의 컨트롤러가 실행하는 제어 순서의 일례에 대하여 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은 도 6에 나타내는 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태의 컨트롤러의 제어 순서의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.

도 7에 나타내는 제 2 실시형태의 컨트롤러(60A)의 제어 순서가 도 4에 나타내는 제 1 실시형태의 컨트롤러(60)의 제어 순서에 대하여 상이한 점은, 제 1 실시형태의 단계 S50의 조정 속도 Vs_Ar의 연산 수순 대신에, 단계 S42~S56의 조정 속도 Vs_Ar의 연산 수순을 실행하는 것이다. 그 이외의 처리 수순, 즉, 도 7에 나타내는 단계 S10~S40 및 S60~S90에 대해서는, 도 4에 나타내는 제 1 실시형태의 컨트롤러(60)의 처리 수순과 마찬가지여서, 그들의 설명을 생략한다.

도 7에 있어서, 본 실시형태에 관련되는 컨트롤러(60A)는, 단계 S42~S56의 처리를 실행함으로써, 조정 속도 Vs_Ar을 연산한다.

구체적으로는, 우선, 컨트롤러(60A)의 추정 속도 조정부(74A)는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ에 도달하고 있는지 아닌지를 판정한다(단계 S42). 유압 액추에이터(32)가 가속하고 있는 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ 이상인지 아닌지를 판정한다. 유압 액추에이터(32)가 감속하고 있는 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ 이하인지 아닌지를 판정한다. 판정 결과가 YES인 경우에는 단계 S44로 진행되는 한편, 판정 결과가 NO인 경우에는 단계 S52로 진행된다.

단계 S42에 있어서 NO인 경우, 추정 속도 조정부(74A)는, 단계 S40의 연산 결과인 제 2 추정 속도 Vs_E2를 조정 속도 Vs_Ar로서 산출한다(단계 S52). 즉, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치를 0으로 설정하는 한편, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치를 1로 설정하도록 조정한다.

한편, 단계 S42에 있어서 YES인 경우, 추정 속도 조정부(74A)는, 조정 속도 Vs_Ar의 변화량을 제한하기 위한 레이트 제한 속도 V_rlmt를 연산한다(단계 S44). 레이트 제한 속도 V_rlmt는, 예를 들면, 제 1 추정 속도 Vs_E1, 제 2 추정 속도 Vs_E2, 설정값인 제한 레이트 R, 단계 S42의 YES의 판정 시점부터의 시간 경과 t를 이용하여 상기 서술의 식 (5)로부터 연산된다.

이어서, 추정 속도 조정부(74A)는, 유압 액추에이터(32)가 가속하고 있는 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 레이트 제한 속도 V_rlmt보다도 작은지 아닌지를 판정한다(단계 S46). 또한, 유압 액추에이터(32)가 감속하고 있는 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 레이트 제한 속도 V_rlmt보다도 큰지 아닌지를 판정한다(단계 S46). 판정 결과가 YES인 경우에는 단계 S54로 진행되는 한편, 판정 결과가 NO인 경우에는 단계 S56으로 진행된다.

단계 S46에 있어서 NO인 경우, 추정 속도 조정부(74A)는, 단계 S30의 연산 결과인 제 1 추정 속도 Vs_E1을 조정 속도 Vs_Ar로서 산출한다(단계 S56). 즉, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치를 1로 설정하는 한편, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치를 0으로 설정하도록 조정한다.

한편, 단계 S46에 있어서 YES인 경우, 추정 속도 조정부(74A)는, 단계 S44의 연산 결과인 레이트 제한 속도 V_rlmt를 조정 속도 Vs_Ar로서 산출한다(단계 S54). 이는, 조정 속도 Vs_Ar의 전환 시의 변화량을 레이트 제한 속도 V_rlmt에 의해 제한하도록 조정한 것이다.

다음으로, 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태의 동작 및 효과에 대하여 설명한다. 여기에서는, 설명을 간편하게 하기 위하여, 붐의 단독 조작을 행하는 경우에 있어서의 유압 시스템의 동작에 대하여 도 2 및 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 작업 기계의 제 2 실시형태에 있어서의 조작 장치의 입력에 대한 컨트롤러에 의한 유압 액추에이터의 각종의 추정 속도의 연산 결과의 시간 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8 중, 상측 도는 조작 장치에 대한 조작 입력량의 일례의 시간 변화를, 하측 도는 상측 도에 나타내는 조작 입력량에 대한 컨트롤러의 연산 결과인 붐 실린더의 각종의 속도의 시간 변화의 일례를 나타내고 있다.

도 8의 상측 도에 나타내는 조작 장치(58)의 조작 입력은, 제 1 실시형태의 경우의 도 5의 상측 도에 나타내는 조작 장치(58)의 조작 입력과 마찬가지의 것이다. 즉, 도 8에 나타내는 시간 T1에 있어서, 조작 장치(58)에 대하여 스텝 형상의 조작 입력(도 8의 상측 도의 실선)이 개시되어 있다.

이에 의해, 도 6에 나타내는 컨트롤러(60A)는, 조작 장치(58)로부터의 조작 입력량 L에 따른 붐 실린더(22)의 요구 속도 Vs_R(도 8의 하측 도의 긴 파선)을 연산한다. 이 요구 속도 Vs_R은, 제 1 실시형태의 경우의 도 5의 하측 도의 긴 파선으로 나타내는 요구 속도 Vs_R과 마찬가지의 것이다. 컨트롤러(60A)는, 요구 속도 Vs_R에 의거하여 유압 펌프(31) 및 방향 제어 밸브(332)에 대하여 지령 신호를 출력한다.

도 8에 나타내는 시간 T2에 있어서는, 제 1 실시형태의 경우의 도 5에 나타내는 시간 T2의 경우와 마찬가지로, 컨트롤러(60A)로부터의 제 2 밸브 지령 신호 Cv에 따라 도 2에 나타내는 방향 제어 밸브(332)가 개구함으로써 붐 실린더(22)에 압유가 공급되고 있다. 이 때문에, 방향 제어 밸브(332)의 개구 면적 및 전후 차압에 의거하여 컨트롤러(60A)가 연산하는 제 2 추정 속도 Vs_E2가 0이 아닌 값으로 되어 있다. 한편, 붐(19)은 관성의 영향 등에 의해 정지 상태인채이므로, 제 3 자세 검출 장치(28)는 붐 실린더(22)의 구동 상태를 정지 상태로서 검출한다. 이 때문에, 제 3 자세 검출 장치(28)의 검출값 Si에 의거하여 컨트롤러(60A)가 연산하는 제 1 추정 속도 Vs_E1은 0이 된다. 이 때문에, 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 조정 속도 Vs_Ar은, 제 2 추정 속도 Vs_E2로 설정된다.

도 8에 나타내는 시간 T3a에 있어서는, 제 1 실시형태의 경우의 도 5에 나타내는 시간 T3의 경우와 마찬가지로, 붐(19)이 실제로 동작하고 있는 상태로 이행하고 있다. 이 때문에, 제 3 자세 검출 장치(28)가 붐 실린더(22)의 실제의 구동을 검출하므로, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 제 3 자세 검출 장치(28)의 검출값 Si에 따른 값이 된다. 그러나, 붐 실린더(22)가 움직이고 나서 틈이 없기 때문에, 제 1 추정 속도 Vs_E1은 문턱값 γ보다도 작은 값이다. 이 경우, 조정 속도 Vs_Ar은, 제 1 실시형태의 경우와 다르게, 제 2 추정 속도 Vs_E2로 설정된다. 이는, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 0으로 설정되는 것과 함께, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치가 1로 설정되도록 조정하는 것과 동의이다.

도 8에 나타내는 시간 T5에 있어서는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ보다도 크게 되어 있다. 그러나, 제 1 추정 속도 Vs_E1은, 레이트 제한 속도 V_rlmt보다도 작게 되어 있다. 그 때문에, 조정 속도 Vs_Ar은, 제 2 추정 속도 Vs_E2에서 제 1 추정 속도 Vs_E1로 전환되지 않고, 레이트 제한 속도 V_rlmt가 되도록 조정된다. 조정 속도 Vs_Ar은, 그 후도 레이트 제한 속도 V_rlmt로 유지되어, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 레이트 제한 속도 V_rlmt보다도 커지면, 레이트 제한 속도 V_rlmt에서 제 1 추정 속도 Vs_E1로 전환된다.

조작 입력의 개시 시간 T1에서 상당한 시간이 경과한 시간 T4a에 있어서는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ보다도 크며 또한 레이트 제한 속도 V_rlmt보다도 크게 되어 있다. 이 때문에, 조정 속도 Vs_Ar은, 제 1 추정 속도 Vs_E1로 설정되어 있다. 즉, 제 1 추정 속도 Vs_E1의 가중치가 1로 설정되는 것과 함께, 제 2 추정 속도 Vs_E2의 가중치가 0으로 설정되도록 조정하는 것과 동의이다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 조작 장치(58)로의 조작 입력이 개시된 직후의 붐 실린더(22)가 움직일 때에는, 방향 제어 밸브(332)를 개재하여 붐 실린더(22)에 공급되는 압유의 유량을 기초로 예측되는 제 2 추정 속도 Vs_E2만을 이용하여 붐 실린더(22)의 구동 제어를 행한다. 조작 입력의 개시 직후에는, 붐(19)의 관성에 기인한 붐 실린더(22)의 응답 지연의 영향이 크므로, 붐 실린더(22)의 실제의 구동 상태(대략 정지 상태)를 기초로 연산하는 붐 실린더(22)의 제 1 추정 속도 Vs_E1을 이용하는 경우보다도, 조작 입력에 따른 요구 속도 Vs_R에 대한 괴리를 억제할 수 있다. 이 때문에, 피드백 제어의 보정량의 과대에 의한 붐 실린더(22)의 튀어나옴이나 헌팅의 발생을 억제할 수 있다.

한편, 붐 실린더(22)의 실제의 구동 상태가 조작 입력에 따른 상태에 가까울 때에는, 붐 실린더(22)의 실제의 구동 상태를 검출하는 자세 센서(28a)의 검출값을 기초로 연산되는 제 1 추정 속도 Vs_E1로 전환하여 붐 실린더(22)의 구동 제어를 행한다. 제 1 추정 속도 Vs_E1은, 붐 실린더(22)의 실제의 구동 상태를 기초로 붐 실린더(22)의 구동 속도를 추정하는 것이므로, 고정밀도한 추정값을 얻을 수 있다. 따라서, 붐 실린더(22)가 조작 장치(58)의 조작에 따른 구동 상태에 가까워진 상태의 경우에는, 제 2 추정 속도 Vs_E2보다도 고정밀도한 추정값인 제 1 추정 속도 Vs_E1로 전환하여 붐 실린더(22)의 구동 제어를 행하므로 붐 실린더(22)의 고정밀도한 제어를 실현 가능하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2의 전환 시에 조정 속도 Vs_Ar의 변화량을 제한함으로써, 조정 속도 Vs_Ar의 전환 시의 변화를 매끄럽게 할 수 있다. 이에 의해, 조정 속도 Vs_Ar을 이용한 제어의 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 작용 및 효과는, 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 유압 셔블의 굴삭 후의 토사의 적입 동작에 대하여 대단히 발휘된다고 생각된다.

상기 서술한 본 발명의 작업 기계 제 2 실시형태와 관련되는 컨트롤러(60A)는, 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 Vs_E2 중 어느 것의 일방으로 전환하도록 조정함으로써 조정 속도 Vs_Ar을 연산하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(60A)의 조정 속도 Vs_Ar의 연산은, 유압 액추에이터(32)의 가속 시에 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ보다도 작은 경우 또는 유압 액추에이터(32)의 감속 시에 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ보다도 큰 경우에는, 제 2 추정 속도 Vs_E2를 조정 속도 Vs_Ar로서 산출하는 한편, 유압 액추에이터(32)의 가속 시에 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ 이상의 경우 또는 유압 액추에이터(32)의 감속 시에 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ 이하인 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1을 조정 속도 Vs_Ar로서 산출하는 것이다. 문턱값 γ는, 요구 속도 Vs_R에 대한 소정의 비율의 값으로서 설정되어 있다.

이 구성에 의하면, 유압 액추에이터(32)가 움직일 때에는, 조정 속도 Vs_Ar을 제 2 추정 속도 Vs_E2로 전환하는 조정을 행함으로써, 유압 액추에이터(32)의 앞으로의 구동 상태를 예측한 제 2 추정 속도 Vs_E2인 조정 속도 Vs_Ar을 이용하여 유압 액추에이터(32)의 구동을 제어하게 되므로, 프론트 작업 장치(3)의 관성에 기인한 유압 액추에이터(32)의 응답 지연의 영향에 의한 제어의 불안정성(헌팅 등)을 억제할 수 있다. 또한, 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있을 때에는, 조정 속도 Vs_Ar을 제 1 추정 속도 Vs_E1로 전환하는 조정을 행함으로써, 유압 액추에이터(32)의 실제의 구동 상태를 기초로 도출되는 제 1 추정 속도 Vs_E1인 조정 속도를 이용하여 유압 액추에이터(32)의 구동을 제어하게 되므로, 제 1 추정 속도 Vs_E1보다도 추정 정밀도가 뒤떨어지는 제 2 추정 속도 Vs_E2를 이용하는 경우보다도 유압 액추에이터(32)의 구동을 고정밀도로 제어할 수 있다. 즉, 유압 액추에이터(32)가 움직일 때에 있어서의 제어의 안정성을 확보하면서, 유압 액추에이터(32)의 고정밀도한 제어가 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 컨트롤러의 조정 속도의 연산이 제 1 추정 속도와 제 2 추정 속도의 전환의 전후의 변화량을 제한하는 것이다.

이 구성에 의하면, 조정 속도의 변화량이 제 1 추정 속도와 제 2 추정 속도의 전환의 전후로 제한함으로써, 조정 속도 Vs_Ar의 변화를 매끄럽게 할 수 있으므로, 조정 속도 Vs_Ar을 이용한 제어의 안정성을 확보할 수 있다.

[그 외의 실시형태]

또한, 상기 서술한 제 1~제 2 실시형태에 있어서는, 본 발명을 유압 셔블에 적용한 예를 나타냈지만, 유압 액추에이터에 의해 구동하는 작업 장치를 구비한 각종의 작업 기계에 널리 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 상기한 실시형태는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 어떤 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어떤 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것도 가능하다.

예를 들면, 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 방향 제어 밸브(332)의 개구 면적에 관계되는 물리량을 검출하는 검출기로서, 제 2 전자 비례 밸브(44,45)로의 제 2 밸브 지령 신호 Cv의 전류값을 검출하는 전류 센서(55,56)를 이용한 구성의 예를 나타냈다. 그러나, 당해 검출기로서, 방향 제어 밸브(332)의 유체압 포트(332a,332b)에 입력되는 파일럿압을 검출하는 압력 센서나 방향 제어 밸브(332)의 스풀의 변위를 검출하는 스풀 변위 센서를 이용하는 구성도 가능하다. 압력 센서에 의해 검출되는 파일럿압이나 스풀 변위 센서의 검출값을 기초로 방향 제어 밸브(332)의 스풀의 변위량을 산출함으로써 방향 제어 밸브(332)의 개구 면적의 추정이 가능하다.

또한, 상기 서술한 제 1 실시형태에 있어서는, 컨트롤러(60)가 조정 속도 Vs_Ar을 상기 서술의 식 (2)를 이용하여 연산하는 구성의 예를 나타냈다. 즉, 상기 서술의 식 (3)에 의해 규정된 가중치 α 및 상기 서술의 식 (4)에 의해 규정된 가중치 β의 2개의 가중치를 이용하여 조정 속도 Vs_Ar을 연산하는 구성의 예가 나타내져 있다. 그러나, 컨트롤러(60)는, 가중치 α만을 이용하여 조정 속도 Vs_Ar을 연산하는 구성도 가능하다. 단, 이 경우, 가중치 α 및 가중치 β의 2개의 계수를 이용하는 경우에 비하여, 유압 액추에이터의 제어 정밀도가 뒤떨어지는 경우가 있다.

또한, 상기 서술한 제 2 실시형태에 있어서는, 제 1 추정 속도 Vs_E1이 문턱값 γ에 도달하였을 때에, 레이트 제한 속도 V_rlmt를 이용하여 조정 속도 Vs_Ar을 연산하도록 구성된 컨트롤러(60A)의 예를 나타냈다. 그러나, 컨트롤러(60A)는, 레이트 제한 속도 V_rlmt를 이용하지 않고, 제 1 추정 속도 Vs_E1과 문턱값 γ의 대소 관계(비교 판정의 결과)에 따라, 제 1 추정 속도 Vs_E1 및 제 2 추정 속도 Vs_E2의 어느 일방으로 전환하도록 조정 속도 Vs_Ar을 연산하는 구성이 가능하다. 단, 레이트 제한 속도 V_rlmt를 이용하는 구성의 경우보다도, 조정 속도 Vs_Ar의 변화량이 급변하여 제어의 안정성이 저하되는 경우가 있다.

[정리]

이상을 정리하면, 상기 서술한 본 발명의 실시형태와 관련되는 작업 기계는, 압유를 토출하는 유압 펌프(31)와, 유압 펌프(31)로부터 공급되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터(32)와, 유압 펌프(31)로부터 유압 액추에이터(32)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브(332)와, 유압 액추에이터(32)의 구동에 의해 동작하는 피구동 부재(19,20,21)와, 피구동 부재(19,20,21)의 동작을 지시하는 조작 신호를 출력하는 조작 장치(58)와, 피구동 부재(19,20,21)의 동작 정보를 검출하는 제 3 자세 검출 장치(28)(제 1 검출 장치)와, 방향 제어 밸브(332)를 개재하여 유압 액추에이터(32)에 공급되는 압유의 유량에 관계되는 정보를 검출하는 제 2 검출 장치를 구성하는 제 1 압력 센서(51), 제 2 압력 센서(52,53), 전류 센서(55,56)와, 유압 펌프(31) 및 방향 제어 밸브(332)의 구동을 제어하는 컨트롤러(60,60A)를 구비한다. 컨트롤러(60,60A)는, 조작 장치(58)의 조작 신호를 기초로 유압 액추에이터(32)의 요구 속도 Vs_R을 연산하고, 제 3 자세 검출 장치(28)(제 1 검출 장치)의 검출값을 기초로 추정되는 유압 액추에이터(32)의 속도를 제 1 추정 속도 Vs_E1로서 연산하고, 제 2 검출 장치를 구성하는 제 1 압력 센서(51), 제 2 압력 센서(52,53), 전류 센서(55,56)(제 2 검출 장치)의 검출값을 기초로 추정되는 유압 액추에이터(32)의 속도를 제 2 추정 속도 Vs_E2로서 연산하고, 제 1 추정 속도 Vs_E1과 제 2 추정 속도 Vs_E2를 유압 액추에이터(32)의 구동 상태에 따라 조정함으로써 조정 속도 Vs_Ar을 연산하고, 요구 속도 Vs_R과 조정 속도 Vs_Ar의 편차에 의거하여 유압 펌프(31) 및 방향 제어 밸브(332)의 구동을 제어하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(60,60A)의 조정 속도 Vs_Ar의 연산은, 제 1 추정 속도 Vs_E1을 기초로 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 움직이는 상태라고 판정 가능한 경우에는, 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 영향도가 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 영향도보다도 크게 되도록 조정하는 한편, 제 1 추정 속도 Vs_E1을 기초로 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있다고 판정 가능한 경우에는, 제 1 추정 속도 Vs_E1에 대한 영향도가 제 2 추정 속도 Vs_E2에 대한 영향도보다도 크게 되도록 조정하는 것이다.

이 구성에 의하면, 유압 액추에이터(32)의 구동 상태가 움직일 때에는, 유압 액추에이터(32)의 앞으로의 구동 상태를 예측한 제 2 추정 속도 Vs_E2를 이용하여 유압 액추에이터(32)의 구동을 제어하므로, 피구동 부재(19,20,21)의 관성에 기인한 유압 액추에이터(32)의 응답 지연의 영향에 의한 유압 액추에이터(32)의 튀어나옴이나 헌팅을 억제할 수 있다. 또한, 유압 액추에이터(32)의 구동이 정상 상태에 가까워지고 있을 때에는, 유압 액추에이터(32)의 실제의 구동 상태를 기초로 도출되는 제 1 추정 속도 Vs_E1을 이용하여 유압 액추에이터(32)의 구동을 제어하므로, 제 1 추정 속도 Vs_E1보다도 추정 정밀도가 뒤떨어지는 제 2 추정 속도 Vs_E2를 이용하는 경우보다도 유압 액추에이터(32)의 구동을 고정밀도로 제어할 수 있다. 즉, 유압 액추에이터(32)가 움직일 때에 있어서의 제어의 안정성을 확보하면서, 유압 액추에이터(32)의 고정밀도한 제어가 가능해진다.

19…붐(피구동 부재)
20…아암(피구동 부재)
21…버킷(피구동 부재)
22…붐 실린더(유압 액추에이터)
23…아암 실린더(유압 액추에이터)
24…버킷 실린더(유압 액추에이터)
28…제 3 자세 검출 장치(제 1 검출 장치)
31…유압 펌프
332…방향 제어 밸브
51…제 1 압력 센서(제 2 검출 장치)
52, 53…제 2 압력 센서(제 2 검출 장치)
55, 56…전류 센서(제 2 검출 장치)
58…조작 장치
60, 60A…컨트롤러

Claims

압유를 토출하는 유압 펌프와,
상기 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와,
상기 유압 펌프로부터 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 방향 제어 밸브와,
상기 유압 액추에이터의 구동에 의해 동작하는 피구동 부재와,
상기 피구동 부재의 동작을 지시하는 조작 신호를 출력하는 조작 장치와,
상기 피구동 부재의 동작 정보를 검출하는 제 1 검출 장치와,
상기 방향 제어 밸브를 개재하여 상기 유압 액추에이터에 공급되는 압유의 유량에 관계되는 정보를 검출하는 제 2 검출 장치와,
상기 유압 펌프 및 상기 방향 제어 밸브의 구동을 제어하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 조작 장치의 조작 신호를 기초로 상기 유압 액추에이터의 요구 속도를 연산하고,
상기 제 1 검출 장치의 검출값을 기초로 추정되는 상기 유압 액추에이터의 속도를 제 1 추정 속도로서 연산하고,
상기 제 2 검출 장치의 검출값을 기초로 추정되는 상기 유압 액추에이터의 속도를 제 2 추정 속도로서 연산하고,
상기 제 1 추정 속도와 상기 제 2 추정 속도를 상기 유압 액추에이터의 구동 상태에 따라 조정함으로써 조정 속도를 연산하고,
상기 요구 속도와 상기 조정 속도의 편차에 의거하여 상기 유압 펌프 및 상기 방향 제어 밸브의 구동을 제어하도록 구성되며,
상기 컨트롤러의 상기 조정 속도의 연산은,
상기 제 1 추정 속도를 기초로 상기 유압 액추에이터의 구동 상태가 움직이는 상태라고 판정 가능한 경우에는, 상기 제 2 추정 속도에 대한 영향도가 상기 제 1 추정 속도에 대한 영향도보다도 크게 되도록 조정하는 한편,
상기 제 1 추정 속도를 기초로 상기 유압 액추에이터의 구동 상태가 소정의 상태를 넘어 정상 상태에 가까워지고 있다고 판정 가능한 경우에는, 상기 제 1 추정 속도에 대한 영향도가 상기 제 2 추정 속도에 대한 영향도보다도 크게 되도록 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러의 상기 조정 속도의 연산은, 상기 제 2 추정 속도에 대한 상기 제 1 추정 속도의 괴리의 정도가 커짐에 따라서, 상기 제 2 추정 속도에 대한 영향도가 커지는 한편, 상기 제 1 추정 속도에 대한 영향도가 상대적으로 작아지도록 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 컨트롤러의 상기 조정 속도의 연산은, 상기 요구 속도에 대한 상기 제 1 추정 속도의 괴리의 정도가 작아짐에 따라서, 상기 제 1 추정 속도에 대한 영향도가 커지는 한편, 상기 제 2 추정 속도에 대한 영향도가 상대적으로 작아지도록 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 제 1 추정 속도 및 상기 제 2 추정 속도 중 어느 것의 일방으로 전환하도록 조정함으로써 상기 조정 속도를 연산하도록 구성되며,
상기 컨트롤러의 상기 조정 속도의 연산은,
상기 유압 액추에이터의 가속 시에 상기 제 1 추정 속도가 문턱값보다도 작은 경우 또는 상기 유압 액추에이터의 감속 시에 상기 제 1 추정 속도가 문턱값보다도 큰 경우에는, 상기 제 2 추정 속도를 상기 조정 속도로서 산출하는 한편,
상기 유압 액추에이터의 가속 시에 상기 제 1 추정 속도가 문턱값 이상의 경우 또는 상기 유압 액추에이터의 감속 시에 상기 제 1 추정 속도가 문턱값 이하인 경우에는, 상기 제 1 추정 속도를 상기 조정 속도로서 산출하는 것이며,
상기 문턱값은, 상기 요구 속도에 대한 소정의 비율의 값으로서 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제 4 항에 있어서,
상기 컨트롤러의 상기 조정 속도의 연산은, 상기 제 1 추정 속도와 상기 제 2 추정 속도의 전환의 전후의 변화량을 제한하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.