JPH1130204A

JPH1130204A - 油圧モータの制御装置

Info

Publication number: JPH1130204A
Application number: JP9188576A
Authority: JP
Inventors: Masatake Arai; 誠剛新井
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Yutani Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 1999-02-02
Anticipated expiration: 2017-07-14
Also published as: JP3535701B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で小慣性モーメント時の急加速動
作を防止することができるとともに、ハンチングを抑制
することができる油圧モータの制御装置を提供する。【解決手段】油圧モータ１１と、油圧モータ１１に対
して圧油を供給する油圧ポンプ１２と、油圧モータ１１
の作動を制御するコントロールバルブ１４と、コントロ
ールバルブ１４に対する作動指令を出力する操作手段１
５，１６と、油圧モータ１１に向かう流量の一部をタン
クにバイパスする管路に設けられ、コントロールバルブ
１４の作動とは独立して作動する流量制御弁２０と、操
作手段１５，１６の操作量を検出して流量制御弁２０の
作動を制御するバルブ制御手段２１とを有し、バルブ制
御手段２１は、操作手段１５，１６の操作量が所定値よ
りも小さい場合にはコントロールバルブ１４の動きに一
対一に対応させ、所定値よりも大きい場合にはコントロ
ールバルブ１４の動きに対して遅れを持って作動させ
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や油圧
クレーン等の油圧作業機械における旋回モータ、走行モ
ータ等の油圧モータを制御する油圧モータの制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は油圧モータの制御装置が搭載され
ている油圧ショベルの一般的な旋回制御回路の例を示し
たものである。同図において、１は旋回モータ、２は同
旋回モータ１の油圧源としての油圧ポンプ、３は同ポン
プ２を駆動する原動機、４は旋回モータ１の作動を制御
する油圧パイロット切換式のコントロールバルブ、５，
６は操作レバーによって動作するリモコン弁であり、こ
のリモコン弁５，６のレバー操作量に応じたパイロット
圧がコントロールバルブ４のパイロットポートに供給さ
れて同バルブ４が制御される。

【０００３】コントロールバルブ４は、公知のようにメ
ータイン、メータアウト、ブリードオフの各通路を有
し、スプールストロークに応じてこれら各通路の開口面
積が変化してメータイン、メータアウト、ブリードオフ
各流量が変化し、旋回モータ１の加減速力（旋回トル
ク）が変化する。なお、７はリリーフ弁、８はリモコン
弁５，６それぞれに一次圧を供給するための補助油圧ポ
ンプ、９はアンロード弁である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した油圧ショベル
のように、フロントアタッチメント（ブーム、アーム、
バケット等）の姿勢や負荷によって慣性モーメントが大
きく変動するような作業機械では、旋回トルクを確保す
べく大慣性モーメントを基準にしてコントロールバルブ
４の設定を行うと、小慣性モーメント時に旋回トルクが
過大となって急加速動作が行われてしまうという欠点が
ある。また、急加速が行われると、旋回体のキャビン内
で操作中のオペレータにも急加速力が働いてレバー操作
性が損なわれ、振動的なレバー操作が原因でハンチング
現象が発生する恐れもある。

【０００５】一方、小慣性モーメントを基準にしてバル
ブ特性を小旋回トルクに設定すると、上記の問題は解消
できる反面、掘削作業や旋回力による押し付け、床均し
等の作業においてトルク不足が生じるという支障を来す
ことになる。

【０００６】なお、ハンチング現象を回避すべく、例え
ばフロントアタッチメントの姿勢を姿勢センサで検知
し、検知された姿勢に応じて圧力可変リリーフ弁で圧力
を調整することも考えられている。この場合、旋回モー
タの入力トルクの制限をその圧力可変リリーフ弁で行う
ため、直接的に加減速度を制御することができるが、多
数の姿勢センサを備えるとともに、圧力可変リリーフ弁
を備える必要があり、さらに、制御回路が複雑になると
いう問題がある。

【０００７】本発明は上記した従来の旋回モータの制御
を考慮してなされたものであり、簡単な回路構成であり
ながら上記問題を解消することのできる油圧モータの制
御装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、油圧モータ
と、原動機によって駆動し、油圧モータに対して圧油を
供給する油圧ポンプと、油圧モータの作動を制御するコ
ントロールバルブと、該コントロールバルブに対する作
動指令を出力する操作手段と、油圧モータに向かう流量
の一部をタンクにバイパスする管路に設けられ、コント
ロールバルブの作動とは独立して作動する流量制御弁
と、操作手段の操作量を検出して流量制御弁の作動を制
御するバルブ制御手段とを有し、該バルブ制御手段は、
操作手段の操作量が所定値よりも小さい場合にはコント
ロールバルブの動きに対し流量制御弁を遅れ無しに作動
させ、所定値よりも大きい場合にはコントロールバルブ
の動きに対して遅れを持って作動させるように構成され
ている油圧モータの制御装置である。

【０００９】本発明において、遅れを持って作動させる
手段は、ディジタルフィルタ、リミッタ回路等の遅延回
路によって構成することができる。本発明のバルブ制御
手段は、原動機の回転数に応じて遅れの度合いを可変と
するように構成することが好ましい。

【００１０】また、本発明のバルブ制御手段は、コント
ロールバルブの動きに対し遅れを持って作動する範囲を
調整し得るよう、原動機の回転数に応じて所定値を可変
とするように構成することもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
油圧モータの制御装置を図１〜図７を参照しながら説明
する。図１において、１１は油圧モータとしての旋回モ
ータ、１２は油圧ポンプ、１３は同ポンプ１２を駆動す
る原動機としてのエンジン、１４は旋回モータ１１の作
動を制御する油圧パイロット切換式のコントロールバル
ブ、１５，１６は操作手段としての操作レバーによって
作動するパイロット弁、１７はリリーフ弁、１８はリモ
コン弁１５，１６に対する一次圧供給源としての補助油
圧ポンプである。

【００１２】図２は上記コントロールバルブ１４のレバ
ー位置／開口面積特性を示したものであり、中立位置で
はメータイン、メータアウト両開口面積が最小となり、
操作レバーの操作量が増加するに連れてメータイン、メ
ータアウト両開口面積が増加するように設定されてい
る。

【００１３】油圧ポンプ１２から旋回モータ１１に向か
う流量の一部を油タンクにバイパスする管路１９には、
電磁比例弁からなる流量制御弁としてのアンロード弁２
０が設けられており、このアンロード弁２０の作動は、
バルブ制御手段としてのコントローラ２１によって制御
されるようになっている。

【００１４】このコントローラ２１にはパイロット圧Ｐ
ｉとエンジン回転数Ｎが信号として入力されている。パ
イロット圧Ｐｉは、パイロット弁１５，１６の操作量に
応じて吐出される油の圧力を検出している圧力センサ２
２から出力され、また、エンジン回転数Ｎは、エンジン
回転数センサ１３ａから出力される。なお、図中符号２
３はブレーキ回路である。

【００１５】この回路構成によれば、パイロット弁１６
から出力されるパイロット圧がコントロールバルブ１４
の右側パイロットポート１４ａに作用すると、コントロ
ールバルブ１４が中立位置から加速方向に操作されて、
旋回モータ１１が右回転する。このときのパイロット圧
Ｐｉは、圧力センサ２２によって検出されてコントロー
ラ２１に与えられ、コントローラ２１は、そのパイロッ
ト圧Ｐｉに応じてアンロード弁２０の開口面積を制御す
る。なお、旋回モータ１１を左回転させるべくパイロッ
ト弁１５が操作され、パイロット圧Ｐｉが出力された場
合においても同様に、パイロット圧Ｐｉに応じてアンロ
ード弁２０の開口面積が制御される。

【００１６】図３は上記コントローラ２１によって制御
されるアンロード弁２０の開口面積特性をグラフに示し
たものである。アンロード弁２０は、静的な入力に応じ
て良好なメータリング特性を持つように設定されてお
り、アンロード弁２０に対する指令においては遅れ無し
の領域Ｄ₁ と、遅れ領域Ｄ₂ が設定されている。なお、
ここで言う遅れとは一次遅れを意味している。このアン
ロード弁１９は、絞り位置イと全閉位置ロとを有し、コ
ントローラ２１から与えられる指令を受けて各位置イ，
ロ間で切り換わるようになっている。またＴｈは所定値
としてのしきい値である。

【００１７】従来の油圧ショベルの旋回動作において一
気にフルレバー操作した場合にはブリードオフラインが
閉じられるため、ポンプ及びメータイン圧力はオーバー
ロードリリーフ圧まで上昇し、この圧力が過大な加速度
を発生することになる。

【００１８】この過大な加速度を低減するため、例え
ば、操作レバーの操作量が最大であるときにブリードオ
フ、すなわち、アンロード弁開口を開け放しにすると、
今度はポンプ流量がそのアンロード弁開口を抜けて排出
されてしまい、油圧モータの最大速度が達成できなくな
る。また、アンロード弁の動作を全領域で遅らせた場合
には、コントロールバルブの動作に対してアンロード弁
の動作が初めから遅れることになる。そうすると、動き
出しに必要なポンプ圧を立てるだけの開口面積が得られ
るまでに遅れが生じ、アクチュエータの動作そのものに
タイムラグが発生するため、操作レバーの操作に呼応し
た動きが得られなくなる。

【００１９】このような問題を解消した本発明では、図
３で示したように、アンロード弁２０の開口面積特性Ｓ
₁ において、コントロールバルブ１４のスプールの動き
に対して一対一に作動する遅れ無し領域Ｄ₁ と、遅れを
持って作動する遅れ領域Ｄ₂とが設定されている。

【００２０】このような開口面積特性において、操作レ
バーの操作量が少ないとき（アクチュエータ動き出し位
置）には遅れ無し領域Ｄ₁ が選択されることにより、操
作レバーの操作に対してタイムラグ無しにアクチュエー
タが動作する。従って、操作レバーを微操作した場合に
おいても高応答性でアクチュエータを作動させることが
できる。

【００２１】これに対して操作レバーが急操作されたと
きには遅れ領域Ｄ₂ が選択されることにより、アンロー
ド弁２０（ブリードオフ開口）が急激に閉じられること
がなく、過大なトルクが発生しないため、滑らかな加速
が得られる。そして、その後、アクチュエータを加速し
ながら、アンロード弁２０が徐々に閉じられる。アンロ
ード弁２０が閉じられると、ポンプ吐出流量の全量をア
クチュエータに導入することができるため、最大速度に
到達することができる。

【００２２】なお、操作レバーが戻された場合には遅れ
が解除されるように設定しているため、メータインが閉
じた状態でアンロード弁２０が閉じられ、ポンプ圧力が
異常に上昇することがないようになっている。

【００２３】次に、図４を参照しながらハンチング現象
の防止方法について説明する。いま、フロントアタッチ
メントの姿勢が慣性モーメント小である状況にあり、オ
ペレータが過大な加減速度を受けた場合を想定する。す
なわち、ハンチング現象を引き起こしやすい操作レバー
の操作量、具体的には遅れ領域Ｄ₂ 内で正弦波状の入力
操作（入力指令信号Ｓ₂ ）がなされた場合を想定する。

【００２４】遅れ領域Ｄ₂ では同図に示すように、ブリ
ードオフ開口面積が小さく、ポンプ圧力（モータメータ
イン圧力）は開口面積変化の２乗に逆比例するため、圧
力変動幅が大きくなる。従って、遅れ領域Ｄ₂ で急激な
開口面積変化があると、急加速の原因となり、ハンチン
グ現象が減衰することなく継続される傾向がある。しか
しながら本発明では、遅れ領域Ｄ₂ については、アンロ
ード弁２０開口が入力指令に対して遅れを持ち、しかも
閉方向のみに働くように構成されているため、開き勝手
にしかも開口面積変化も小さくなり、遅れが無い場合の
応答Ｓ₃ （図中破線で示す）に比べて極めて振幅が小さ
い応答Ｓ₄ が得られる。このため、アンロード弁２０開
口面積が小さく、ポンプ圧を立てやすい領域では、過大
な加速度が発生しなくなり、ハンチング現象が抑制され
る。

【００２５】さらに、本発明では回転数センサ１３ａに
よってエンジン１３の回転数を検出できるように構成し
ており、エンジン回転数Ｎに応じてアンロード弁２０の
遅れ要素である一次遅れ時定数を変更するようになって
いる。次に、上記遅れ要素を、さらにエンジン回転数に
応じて変更する構成について説明する。

【００２６】ポンプ最大流量がエンジン回転数に比例す
る場合、すなわち、エンジン出力軸にポンプ入力が接続
されている構成では、エンジン回転数に基づいてポンプ
吐出流量を把握することができ、オペレータは必要に応
じてエンジン回転数Ｎをローアイドルとハイアイドルと
に調整することがある。

【００２７】オペレータがエンジン回転数Ｎをローアイ
ドルに調整することによってポンプ流量が低くなった場
合、ポンプ圧力のブリードオフ開口変化による応答感度
が低くなり、旋回加速度が低下するとともに旋回圧力が
リリーフ圧に達することも少なくなる。一方、オペレー
タがエンジン回転数Ｎをハイアイドルに調整している場
合、そのハイアイドルでマッチングされているアンロー
ド弁２０における開口面積設定では、操作レバーを深く
操作しないと旋回起動に達することができず、アンロー
ド弁の遅れ領域Ｄ₂ でブリードオフが働く場合にはタイ
ムラグを持って加速するようになるため、好ましい状態
とは言えない。

【００２８】このような問題を避けるため、本発明のコ
ントローラ２１は、アンロード弁２０制御に用いている
「一次遅れ時定数」を小さくするか、または時定数を
「０」にすることができるように構成されている。それ
により、コントロールバルブ１４のスプールとアンロー
ド弁２０のスプールとがほぼ同じ速度で移動できること
を可能にしており、図３に示した開口面積特性において
実質的に遅れ領域Ｄ₂ を排除することができる。従っ
て、動き出した操作レバー位置が多少深くなる場合があ
るものの、動作上のタイムラグはなくなる。

【００２９】なお、一次遅れ時定数を用いた制御に限ら
ず、コントローラ２１の遅れ要素としてレートリミッタ
を用い、エンジン回転数Ｎに応じてこのレートリミッタ
の制限レートを変化させるようにしてもよい。一次遅れ
時定数を小さくすることは、上記レートリミッタで構成
した場合においては変化速度制限値を大きくとること、
或いは制限無し（無限大）に相当する。図５のフローチ
ャートは、上記一次遅れ時定数を変更する場合の制御を
示したものである。

【００３０】まず、エンジン回転数Ｎ及び操作レバーの
パイロット圧Ｐｉが圧力センサ２２によって検出される
と、検出結果はコントローラ２１に与えられ、コントロ
ーラ２１はパイロット圧Ｐｉに基づいてコントロールバ
ルブ１４の指令値Ｃｖを出力する（ステップＳ１）。

【００３１】次いで指令値Ｃｖがしきい値Ｔｈ（図３参
照）以上であるかどうかを判断し（ステップＳ２）、ｙ
ｅｓであれば指令値Ｃｖはプラス方向、すなわち、アン
ロード弁２０入力信号が大きくなる方向に向かっている
かどうかを判断し（ステップＳ３）、ｙｅｓであればエ
ンジン回転数Ｎに応じた一次遅れ時定数を演算し（ステ
ップＳ４）、得られた結果をアンロード弁指令値Ｃｖ´
として設定し（ステップＳ５）、Ｃｖ´に基づいてアン
ロード弁２０を制御する。なお、ステップＳ２において
ｎｏであれば、遅れなしの応答に設定する（ステップＳ
７）。

【００３２】また、遅れ領域Ｄ₂ の範囲をエンジンアイ
ドルに応じて変更することによっても一次遅れ時定数を
変更するのと同様の効果が得られる。すなわち、エンジ
ン回転数Ｎが低下している場合には、過大な加速度が生
じる恐れがないため、遅れ領域Ｄ₂ は小さい範囲で足り
る。従って、エンジン回転数Ｎが低い場合には、しきい
値Ｔｈを大きく取ることができる。換言すれば、遅れ領
域Ｄ₂ を狭くするか、または排除することができる。

【００３３】この場合、図５に示したステップＳ１とＳ
２との間に、図６に示すしきい値特性の処理を付加すれ
ばよい。すなわち、線Ｓ₅ のように低下するようなしき
い値Ｔｈ特性に基づいてエンジン回転数Ｎに対応するし
きい値Ｔｈを求め、求められたしきい値Ｔｈをステップ
Ｓ２におけるしきい値Ｔｈに設定すればよい。

【００３４】なお、ポンプ吐出容量制御が可能な場合に
は、エンジン回転数低下分に対してポンプ吐出流量に補
正をかけることができるため、上述した時定数の補正の
みでもかなりの流量制御を行うことができる。ところ
が、ポンプにそのような補正手段が備えられていない場
合には、エンジン回転数Ｎに基づいてアンロード弁２０
の開口面積特性を調整し、ポンプ流量の低下分を補正す
ればよい。すなわち、アンロード弁（ブリードオフ）２
０の開口面積が最適となるように標準の開口面積特性よ
りも小開口となるように調整することにより、旋回動き
出しの操作レバー位置を補正することによって、ローア
イドルにおいてもさらに良好な流量制御を達成すること
ができる。

【００３５】具体的には、コントロールバルブ１４のブ
リードオフ開口が、ハイアイドルでマッチングされるよ
うに設定されているものとすると、動き出しの位置をロ
ーアイドルにおいて比較的浅い操作レバー位置となるよ
うにするため、アンロード弁への指令に補正を加える。

【００３６】この補正の状態を図７に示す。図７( ａ)
中、線Ｓ₆ はローアイドル時に指令されるアンロード弁
開口特性を示し、線Ｓ₇ はハイアイドル時に指令される
アンロード弁開口特性を示している。コントローラ２１
内部のＲＯＭには、ハイアイドル時における標準状態起
動ポイントＡでの開口面積ＡHiから、最も低いエンジン
回転数においても起動圧力を発生することができる開口
面積ＡLoまでについて、各目標エンジン回転数Ｎに応じ
た最適開口面積ＡN が連続的に格納されている。

【００３７】詳しくは、操作レバーの位置及びエンジン
回転数Ｎ（アクセルレバー位置に対応する）が検出され
ると、コントローラ２１は、まず、図７( ｂ) に示すエ
ンジン回転数／ポイントＡ開口面積特性図からエンジン
回転数Ｎに対応する開口面積ＡN を読み出し、図７(
ａ) において、その読み出した開口面積ＡN に相当する
コントロールバルブ指令マップを引き直し、さらにレバ
ー操作位置に応じたアンロード弁指令値Ｃｖを求め、そ
の結果をアンドロード弁２０に出力する。それにより、
エンジン回転数Ｎの低下に伴い、操作レバー位置に対応
して開口面積を小さくするように補正することができ
る。

【００３８】

【発明の効果】上記説明から明かなように本発明によれ
ば、簡単な回路構成で小慣性モーメント時の急加速動作
を防止することができるとともに、ハンチングを抑制す
ることができる。また、必要なトルクを維持することが
できるように構成されているため、掘削作業や旋回力に
よる押し付け、床均し等の作業を支障なく行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る油圧モータの制御装置
の回路構成図である。

【図２】本発明に係る操作レバー位置とコントロールバ
ルブの開口面積の関係を示すグラフである。

【図３】本発明に係るアンロード弁の入力信号と開口面
積の関係を示すグラフである。

【図４】本発明に係るハンチング抑制効果を説明するグ
ラフである。

【図５】本発明の制御装置の動作を説明するフローチャ
ートである。

【図６】本発明の制御装置の動作を説明するフローチャ
ートである。

【図７】本発明のエンジン回転数の変化に応じたアンロ
ード弁の補正を説明するグラフである。

【図８】従来の油圧モータの制御装置の回路構成図であ
る。

【符号の説明】

１１旋回モータ１２油圧ポンプ１３エンジン１４コントロールバルブ１５，１６パイロット弁１７リリーフ弁１８補助油圧ポンプ２０アンロード弁２１コントローラ２２圧力センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧モータと、原動機によって駆動し、前記油圧モータに対して圧油を
供給する油圧ポンプと、前記油圧モータの作動を制御するコントロールバルブ
と、該コントロールバルブに対する作動指令を出力する操作
手段と、前記油圧モータに向かう流量の一部をタンクにバイパス
する管路に設けられ、前記コントロールバルブの作動と
は独立して作動する流量制御弁と、前記操作手段の操作量を検出して前記流量制御弁の作動
を制御するバルブ制御手段とを有し、該バルブ制御手段は、前記操作手段の操作量が所定値よ
りも小さい場合には前記コントロールバルブの動きに対
し前記流量制御弁を遅れ無しに作動させ、前記所定値よ
りも大きい場合には前記コントロールバルブの動きに対
して遅れを持って作動させるように構成されていること
を特徴とする油圧モータの制御装置。
【請求項２】前記遅れを持って作動させる手段を、デ
ィジタルフィルタ、リミッタ回路等の遅延回路によって
構成した請求項１記載の油圧モータの制御装置。
【請求項３】前記バルブ制御手段は、前記原動機の回
転数に応じて前記遅れの度合いを可変とするように構成
されている請求項１または２に記載の油圧モータの制御
装置。
【請求項４】前記バルブ制御手段は、前記コントロー
ルバルブの動きに対し遅れを持って作動する範囲を調整
し得るよう、前記原動機の回転数に応じて前記所定値を
可変とするように構成されている請求項１〜３のいずれ
かに記載の油圧モータの制御装置。