建筑机械、 建筑机械的控制方法以及使计算机执行该方法 的程序 【技术领域】
本发明涉及建筑机械、 建筑机械的控制方法以及使计算机执行该方法的程序。背景技术 在液压挖土机等建筑机械中， 使由动臂 (boom) 和头杆 (arm) 构成的作业机动作而 进行各种作业。于是， 在这样的建筑机械中， 存在使作业机急起动或者急停止时， 由于作业 机的惯性大， 所以由于作业机的动作的反冲， 在作业机或者建筑机械中产生振动的问题。
因此， 以往提出了具有以下功能 ( 以下记载为振动抑制功能 ) 的技术， 即， 在使作 业机急起动或者急停止时， 对与操纵杆 (lever) 的操作相应的作业机的速度目标指令值进 行校正， 通过使作业机缓慢地动作， 从而抑制作业机或者建筑机械的振动 ( 例如， 参照专利 文献 1)。
例如， 在专利文献 1 中， 通过事先设置能够通过振动模式预测对应于操纵杆的操 作产生的作业机的动作而在作业机或建筑机械中要产生的振动的状态， 并且进行消除被预 测的振动那样的反特性运算， 从而校正与操纵杆的操作对应的作业机的速度目标指令值。
现有技术
专利文献
专利文献 1 ： 日本特开 2005-256595 号公报
发明内容 发明要解决的课题
但是， 在专利文献 1 的技术中， 具备了振动抑制功能的结果， 在使作业机急起动或 者急停止时， 不管操纵杆的操作是否停止， 作业机的动作都不停止， 动作继续规定期间， 产 生所谓的停止中止 (unintended motion)。
于是， 存在例如在微动 (inching) 操作中产生前述的停止中止时， 难以进行作业 机的精确对准， 操作性降低的问题。
本发明的目的是提供可以抑制作业机的振动， 并且提高作业机的操作性的建筑机 械、 建筑机械的控制方法、 以及使计算机执行该方法的程序。
用于解决课题的手段
第 1 发明的建筑机械具有 ： 作业机、 操作所述作业机的操作单元、 以及根据从所述 操作单元输入的操作信号控制所述作业机的控制装置， 其特征在于，
所述控制装置包括 ：
目标指令值运算单元， 根据所述操作信号， 生成所述作业机的通常动作用的速度 目标指令值 ；
目标指令值校正单元， 校正所述通常动作用的速度目标指令值 ； 以及
指令信号输出单元， 根据校正后的速度目标指令值， 对于使所述作业机动作的驱
动装置输出指令信号，
所述目标指令值校正单元包括 ：
振动抑制单元， 根据所述通常动作用的速度目标指令值， 生成用于抑制所述作业 机发生振动的振动抑制用的速度目标指令值 ；
峰值识别单元， 根据由所述目标指令值运算单元依次生成的所述通常动作用的速 度目标指令值， 识别所述通常动作用的速度目标指令值的峰值 ； 以及
目标指令值合成单元， 根据所述峰值， 合成所述通常动作用的速度目标指令值以 及所述振动抑制用的速度目标指令值， 从而校正所述通常动作用的速度目标指令值。
这里， 前述的目标指令值运算单元不是必须通过放大、 调制等方法变换操作信号， 而是也包含基本上不变换而将操作信号直接作为通常动作用的速度目标指令值的实际上 不起作用的单元的概念。
第 2 发明是将第 1 发明作为方法的发明展开的发明， 具体来说是一种建筑机械的 控制方法， 该建筑机械具有 ： 作业机、 操作所述作业机的操作单元、 以及根据从所述操作单 元输入的操作信号控制所述作业机的控制装置， 其特征在于，
所述控制装置执行以下步骤 ： 根据从操作所述作业机的操作单元输入的操作信号， 生成所述作业机的通常动作 用的速度目标指令值的第 1 目标指令值生成步骤 ；
根据所述通常动作用的速度目标指令值， 生成用于抑制所述作业机发生振动的振 动抑制用的速度目标指令值第 2 目标指令值生成步骤 ；
根据由所述第 1 目标指令值生成步骤依次生成的所述通常动作用的速度目标指 令值， 识别所述通常动作用的速度目标指令值的峰值的峰值识别步骤 ； 以及
根据所述峰值， 合成所述通常动作用的速度目标指令值以及所述振动抑制用的速 度目标指令值， 从而校正所述通常动作用的速度目标指令值的目标指令值合成步骤。
第 3 发明是关于使建筑机械的所述控制装置执行前述第 2 发明为特征的计算机可 执行的程序的发明。
在第 1 发明中， 根据操作信号， 依次生成通常动作用的速度目标指令值以及振动 抑制用的速度目标指令值， 并且根据通常动作用的速度目标指令值识别通常动作用的速度 目标指令值转换至减速时的峰值。 然后， 根据峰值， 设定通常动作用的速度目标指令值以及 振动抑制用的速度目标指令值的合成比例， 根据各个合成比例合成通常动作用的速度目标 指令值以及振动抑制用的速度目标指令值。
例如， 峰值越小， 即通常动作用的速度目标指令值转换至减速时的操纵杆的倾角 越接近 0( 中立位置 )， 将通常动作用的速度目标指令值的合成比例设定得越高， 并将振动 抑制用的速度目标指令值的合成比例设定得越低。 而且， 峰值越大， 即通常动作用的速度目 标指令值转换至减速时的操纵杆的倾角越接近可机械地倾斜的最大倾角， 则与前述的设定 相反， 将通常动作用的速度目标指令值的合成比例设定得越低， 并将振动抑制用的速度目 标指令值的合成比例设定得越高。 这样， 通过根据峰值设定各个合成比例， 可以如下所示那 样使作业机动作。
在微动操作等情况下， 由于通常动作用的速度目标指令值转换至减速时的操纵杆 的倾角接近 0( 中立位置 )， 所以峰值成为较小的值。 因此， 在通常动作用的速度目标指令值
的合成比例高， 振动抑制用的速度目标指令值的合成比例低的状态下， 合成各个速度目标 指令值 ( 通常动作用的速度目标指令值被校正 )。因此， 通过根据校正后的通常动作用的 速度目标指令值使作业机动作， 由于振动抑制功能是弱作用的状态 ( 振动抑制用的速度目 标指令值的合成比例低的状态 )， 所以可以使作业机灵敏地动作， 并且抑制作业机的停止中 止。即， 在实施微动操作的情况下， 由于可以抑制作业机的停止中止， 所以可以容易地实施 作业机的精确对准。
另一方面， 在其它的操纵杆操作的情况下， 由于通常动作用的速度目标指令值转 换至减速时的操纵杆的倾角接近最大倾角， 所以峰值成为较大的值。 因此， 在通常动作用的 速度目标指令值的合成比例低， 振动抑制用的速度目标指令值的合成比例高的状态下， 合 成各个速度目标指令值。因此， 通过根据校正后的通常动作用的速度目标指令值使作业机 动作， 由于振动抑制功能是强作用的状态 ( 振动抑制用的速度目标指令值的合成比例高的 状态 )， 所以可以使作业机灵敏地动作， 所以即使使作业机急起动或者急停止的情况下， 也 可以充分抑制作业机或者建筑机械的振动。
如上所述， 通过根据操纵杆的操作的状态 ( 峰值的大小 ) 附加振动抑制功能的强 弱， 可以抑制作业机的振动， 并且提高作业机的操作性。
通过第 2 发明， 可以享受与前述的第 1 发明相同的作用和效果。
按照第 3 发明， 仅通过将程序装入具有控制装置的通用的建筑机械的控制装置 中， 就可以执行第 2 发明的方法， 所以可以大幅度地普及本发明。 附图说明
图 1 是表示本发明的作业机以及安装了其控制装置的建筑机械的示意图。
图 2 是表示控制装置的方框图。
图 3A 是用于说明通常动作用的速度目标指令值的图。
图 3B 是用于说明振动抑制用的图。
图 4 是用于说明通常动作用的速度目标指令值的峰值的图。
图 5 是用于说明作业机的控制方法的流程图。
图 6 是用于说明目标指令值合成处理的流程图。
图 7 是用于说明实施方式的效果的图。
图 8 是用于说明实施方式的效果的图。
标号说明
1 液压挖掘机 ( 建筑机械 )
2 作业机操纵杆 ( 操作单元 )
10 作业机
19 驱动装置
20a 阀控制器 ( 控制装置 )
22 目标指令值校正单元
23 指令信号输出单元
211 速度目标指令值运算单元
223 振动抑制单元224 峰值识别单元 225 目标指令值合成单元 Fa 操作信号 G 指令信号 V1 通常动作用的速度目标指令值 V1′振动抑制用的速度目标指令值 V2 被校正后的速度目标指令值具体实施方式
以下， 根据附图说明本发明的一个实施方式。
(1) 整体结构
图 1 是表示本发明的实施方式的作业机以及安装了其控制装置的液压挖土机 ( 建 筑机械 )1 的示意图。图 2 是表示控制装置的方框图。
在图 1 中， 液压挖土机具有 ： 有作业机操纵杆 ( 操作单元 )2 操作的动臂 11、 以及 由作业机操纵杆 ( 操作单元 )2’ 操作的头杆 12， 在头杆 12 的前端安装有铲斗 13。 动臂 11 通过液压缸 14 以支承点 D1 为中心转动。
头杆 12 通过动臂 11 上的液压缸以支承点 D2 为中心转动。
而且， 铲斗 13 通过将作业机操纵杆 2 向其它方向操作， 通过头杆 12 上的液压缸转 动。于是， 通过这些动臂 11、 头杆 12、 和铲斗 13 构成本发明的作业机 10。
而且， 在本实施方式中， 为了以动臂 11 为代表说明本发明的细节， 省略头杆 12 和 铲斗 13 用的各个液压缸。
而且， 除了铲斗 13， 也可以使用抓斗、 针锤 (hand) 等任意的配件。
这些动臂 11 的支承点 D1 和头杆 12 的支承点 D2 上分别设置旋转式编码器或电位 计 (potentiometer) 等的角度检测器 15、 16， 在角度检测器 15 中， 检测动臂 11 相对于未图 示的车辆本体的铰接角度 θ1， 在角度检测器 16 中， 检测头杆 12 相对于动臂 11 的铰接角度 θ2， 这些角度 θ1、 θ2 作为角度信号输出到阀控制器 ( 控制装置 )20a。
液 压 缸 14 是 通 过 从 主 阀 17 提 供 的 液 压 油 而 液 压 驱 动 的 阀， 主 阀 17 的 滑 阀 (spoo1)17A 通过一对比例电磁阀即 EPC 阀 18、 18 移动， 调整对液压缸 14 的液压油的供给流 量。
于是， 通过这些液压缸 14、 主阀 17 和 EPC 阀 18 构成本发明的驱动装置 19。
而且， 在主阀 17 上设置用于检测滑阀 17A 的位置 E 的位置检测器 17B， 从这里将滑 阀的位置作为位置信号 E 输出到阀控制器 20a。
这里， 作业机操纵杆 2 例如具有 ： 电位计或 PPC 压力传感器、 利用静电容量或激光 的转矩传感器等的倾角传感器， 从该倾角传感器对阀控制器 20a 输出与作业机操纵杆 2 的 倾角具有一对一相关关系的杆操作信号 Fa。
作业机操纵杆 2 处于中立位置时， 输出的操纵杆操作信号 Fa 为 ‘0( 零 )’ ， 动臂 11 的速度为 ‘0’ 。 若向前方倾斜， 则动臂 11 以与倾角对应的速度下降， 此外， 通过向后方倾斜， 动臂 11 以与倾角对应的速度上升。这样的控制由以下的阀控制器 20a 进行。
阀控制器 20a 承担基于来自作业机操纵杆 2 的操纵杆操作信号 Fa 而使动臂 11 动
作， 并且抑制动臂 11 的起动时和停止时的晃动的功能。这样的阀控制器 20a 由微计算机等 构成， 通常在作为用于液压挖掘机 1 的引擎控制及用于液压泵控制而搭载了的调速器和泵 控制器的一部分而被装入， 但在本实施方式中， 为了便于说明， 以单独方式图示。
此外， 被输入操作信号 Fb 的用于铲斗 13 的阀控制器 20b、 以及被输入操作信号 Fc 的用于头杆 12 的阀控制器 20c 具有大致同样的功能及结构， 但这里以用于动臂 11 的阀控 制器 20a 作为代表进行说明， 所以省略各个阀控制器 20b、 20c 的详细的说明。
(2) 阀控制器 20a 的结构
图 2 是表示阀控制器 20a 的方框图。
具体地说， 如图 2 所示， 阀控制器 20a 包括 ： 操纵杆操作信号输入单元 21， 被输入 来自作业机操纵杆 2 的操纵杆操作信号 Fa ； 目标值校正单元 22， 被输入来自该操纵杆操作 信号输入单元 21 的通常动作用的速度目标指令值 V1 ； 指令信号输出单元 23， 被输入来自该 目标值校正单元 22 的校正过的速度目标指令值 V2 ； 以及由 RAM、 ROM 等构成的存储单元 24。
(2-1) 操纵杆操作信号输入单元 21 的结构
操纵杆操作信号输入单元 21 包括分别由计算机程序 ( 软件 ) 构成的速度目标指 令值运算单元 211 及作业内容判定单元 212 而构成。 图 3A 是用于说明通常动作用的速度目标指令值 V1 的图。图 3B 是用于说明振动 抑制用的速度目标指令值 V1’ 的图。
速度目标指令值运算单元 211 根据来自作业机操纵杆 2 的操纵杆操作信号 Fa， 运 算并求动臂 11 的通常动作用的速度目标指令值 V1。 该通常动作用的速度目标指令值 V1 例 如在使作业机操纵杆 2 向前方倾斜之后， 维持规定时间的倾斜状态， 并且之后返回中立状 态时， 如图 3 所示， 按照与时间的关系形成梯形的信号波形。
即， 在图 3A 中， 在处于时刻 T1 时， 作业机操纵杆 2 为中立位置， 动臂 11 停止， 若从 此时开始使作业机操纵杆 2 向前方倾斜， 在到达 T2 之前， 动臂 11 从高位置一边加速一边下 降， 通过使作业机操纵杆 2 原样维持， 在从 T2 至 T3 之间动臂 11 以固定速度下降， 通过从此 时开始使作业机操纵杆 2 返回中立位置， 从 T3 至 T4 之间， 动臂 11 一边减速一边下降、 停止。
作业内容判定单元 212 具有以下功能， 即在使用了动臂 11 的作业中， 特别判定恒 速作业和碾压作业， 在进行这样的作业时， 不进行目标指令值校正单元 22 的处理， 而是根 据通常动作用的速度目标指令值 V1 使动臂 11 动作。
(2-2) 目标指令值校正单元 22 的结构
目标指令值校正单元 22 是本实施方式中最具特征的结构， 仍然包括由计算机程 序 ( 软件 ) 构成的振动特性决定单元 221、 紧急操作限制单元 222、 振动抑制单元 223、 峰值 识别单元 224、 以及目标指令值合成单元 225 而构成。
振动特性决定单元 221 具有通过输入铰接角度 θ1、 θ2， 决定与动臂 11 及头杆 12 的姿态对应的振动数 ω 和衰减率 ζ 的功能。这里， 铰接角度 θ1、 θ2 与动臂 11 及头杆 12 的姿态变化连动并在规定的范围内变化， 但与铰接角度 θ1、 θ2 对应的振动数 ω 和衰减率 ζ 通过以实际的车辆为对象的测量和计算而预先求得， 存储在存储单元 24 中。
因此， 通过输入各个铰接角度 θ1、 θ2， 从存储单元 24 立即调用与它们对应的振 动数 ω 和衰减率 ζ， 由振动抑制单元 223 使用。
紧急操作限制单元 222 具有进行通过作业机操纵杆 2 的操作， 使动臂 11 紧急起动
或者紧急停止的情况下的处理的功能。
振动抑制单元 223 具有将从操纵杆操作信号 Fa 求得的通常动作用的速度目标指 令值 V1 校正为其结果是动臂 11 不振动的振动抑制用的速度目标值 V1’ 的功能。如用图 3A、 图 3B 说明该情况， 则为将图 3A 所示的通常动作用的速度目标指令值 V1 校正为图 3B 所 示的振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 。
通过以下的逻辑进行具体的振动特性的决定和速度目标值 V1’ 的校正运算。
(a) 速度目标值 V1’ 的运算的原理
从 EPC 阀 18 至作业机 10 的动作为止的特性由于作业机 10 的姿态和作业机 10 的 负荷 ( 有效负载 ) 而复杂地变化， 并且是与其前级进行的阀控制器 20a 的运算无关地决定 的特性。
因此， 在本实施方式中， 为了通过简单的运算去除作业机 10 的振动的主要分量， 用式 (1) 所示的二次延迟特性来近似从 EPC 阀 18 至作业机 10 的动作为止的特性。而且， 在以下的说明中， 求包含动臂 11 的作业机 10 的振动特性， 但是不限于此， 也可以近似未图 示的车辆本体的振动特性。
其中， V1’ 是输入到 EPC 阀 18 的速度目标指令值， Y 是作业机 10 的输出， S 是拉普 拉斯运算符， ω 和 ζ 是随着姿态和有效负载而变化的参数。
【公式 1】为了抵消从 EPC 阀 18 至作业机 10 的动作的特性造成的残留振动， 在从作业机操 纵杆 2 的输入到对 EPC 阀 18 的输入之间插入运算器， 以便具有在 EPC 阀 18 以前的位置包 含式 (1) 的倒数那样的特性。在本实施方式中， 例如采用以下的式 (2) 那样的特性。
其中， V1 是来自作业机操纵杆 2 的目标指令值， V1’ 是输入到 EPC 阀 18 的速度目 标指令值， S 是拉普拉斯算子， ω 和 ζ 是式 (1) 中使用的参数， ω0 是另外设定的常数。
【公式 2】
这样， 若采取用此前的特性抵消 EPC 阀 18 以后的特性的结构， 则从作业机操纵杆 2 的输入至作业机 10 的动作为止的整体的特性成为式 (1) 和式 (2) 的积， 所以如以下的式 (3) 那样， 能够去除作业机 10 的振动。
其中， V1 是来自作业机操纵杆 2 的目标指令值， V1’ 是输入到 EPC 阀 18 的速度目 标指令值， S 是拉普拉斯算子， Y 是作业机 10 的输出， S 是拉普拉斯运算符， ω0 是另外设定 的常数。
【公式 3】
(b) 逆特性运算的实现方法
根据上述的原理， 振动抑制单元 223 通过以下的式 (4) ～ (7) 运算作为逆特性的 目标指令值。
其中， V1 是来自作业机操纵杆 2 的目标指令值， V1’ 是振动抑制用的速度目标指令 值。而且， 作业机 10 的参数 ω 和 ζ 已知， ω0 是适当设定的常数， Δt 是阀控制器 20a 的 每次运算的时间。
【公式 4】
V1′＝ C0×V1+C1×F1+C2×F2 ...(4)
【公式 5】
【公式 6】
【公式 7】这样， 通过式 (5) 计算系数 C0 ～ C2， 通过式 (6)、 式 (7) 计算 F1 和 F2， 若将它们带 入式 (4) 则可以求对 EPC 阀 18 的输入 V1’ 。F1 是对 V1 施加了滤波器的值， F2 是对 F1 施 加了滤波器的值。
于是， 振动抑制单元 223 通过求对 EPC 阀 18 的输入 V1’ ， 能够将从作业机操纵杆 2 的操纵杆操作信号 Fa 求得的通常动作用的速度目标指令值 V1 校正为动臂 11 不振动的振 动抑制用的速度目标指令值 V1’ 。
通过进行这样的校正运算， 在图 3A、 图 3B 中， 从作业机操纵杆 2 处于中立位置， 动 臂 11 停止的状态开始， 使作业机操纵杆 2 向前方倾斜而将动臂 11 一边加速一边下降时， 则 以作业机操纵杆 2 向离开中立位置的方向运动为触发 (T1)， 振动特性决定单元 221 计算与 每单位时间 Δt 的作业机操纵杆 2 的姿态对应的振动数 ω、 衰减率 ζ。振动抑制单元 223 使用计算出的振动数 ω、 衰减率 ζ， 通过式 (5)、 (6)、 (7)， 计算每单位时间 Δt 的 C0 ～ C2、 F1、 F2， 通过式 (4) 计算每单位时间 Δt 校正后的振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 。
由此， 通常动作用的速度目标指令值 V1， 例如被校正为由如图 3B 那样的曲线 Q1、 Q2、 Q3 构成的振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 。在以时刻 T1 为触发而形成的曲线 Q1 的 部分中， 振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 向比通常动作用的速度目标指令值 V1 大幅膨胀 的方向被校正。在经过了曲线 Q1 的顶点开始至时刻 T2 为曲线 Q3 的部分， 振动抑制用的速 度目标指令值 V1’ 为小于通常动作用的速度目标指令值 V1 的值， 进行校正以追赶通常动作 用的速度目标指令值 V1 的增加。然后， 在以通常动作用的速度目标指令值 V1 达到上限值 的时刻 T2 为触发而形成的曲线 Q2 的部分中， 振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 被校正， 以 向小于通常动作用的速度目标指令值 V1 的方向膨胀， 比通常动作用的速度目标指令值 V1 到达上限值的时刻 T2 在时间上延迟而到达上限。
而且， 这里为了方便而分为 Q1 ～ Q3 进行了说明， 但是由于任意一条曲线都是通过 式 (5)、 (6)、 (7) 以及式 (4) 连续计算出的， 因此不需要切换运算式。
另一方面， 为了使正在下降的动臂 11 停止， 在将作业机操纵杆 2 返回中立位置的 情况下， 以使作业机操纵杆 2 向中立位置靠近的方向运动为触发 (T3)， 进行与前述相同的 运算。例如， 通常动作用的速度目标指令值 V1 被校正为曲线 Q4、 Q5、 Q6 构成的振动抑制用 的速度目标指令值 V1’ 那样。在以时刻 T3 为触发形成的曲线 Q4 的部分中， 振动抑制用的 速度目标指令值 V1’ 被校正为向小于通常动作用的速度目标指令值 V1 的方向膨胀。从经 过曲线 Q4 的顶点开始到时刻 T4 位置为曲线 Q6 的部分， 振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 为大于通常动作用的速度目标指令值 V1 的值， 被校正以便追赶通常动作用的速度目标指 令值 V1 的减少。然后， 通常动作用的速度目标指令值 V1 以到达 0 的时刻 T4 为触发形成的 曲线 Q6 的部分中， 振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 被校正， 以便向大于通常动作用的速 度目标指令值 V1 的方向膨胀， 并且比通常动作用的速度目标指令值 V1 到达 0 的时刻 T4 在 时间上延迟而达到作业机 10 的停止。
这时， 动臂 11 与驱动装置 19 的运动相匹配而运动。于是， 在从驱动装置 19 至动 臂 11 的期间， 增加了起因于液压油的压缩性和配管的弹性等的振动， 但是该振动分量与动 臂 11 根据振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 运动时相抵消。因此， 动臂 11 不振动而按照 操作者的要求动作。 而且， 在本实施方式中， 对通常动作用的速度目标指令值 V1 为梯形的信号波形的 情况进行了说明， 但是例如在从 T1 至 T2 之间， 作业机操纵杆 2 向离开中立位置的方向的倾 斜暂时中止， 此后再次开始向离开中立位置的方向倾斜的情况、 或者在从 T3 至 T4 之间， 作 业机操纵杆 2 向接近中立位置的方向的倾斜暂时中止， 此后再次开始向接近中立位置的方 向倾斜的情况那样， 即使通常动作用的速度目标指令值 V1 的信号波形成为略凸状的情况 下， 在倾斜暂时中止的时刻以及再次开始的时刻也同样地被校正。通常动作用的速度目标 指令值 V1 的信号波形为台阶状的情况也一样。
图 4 是用于说明通常动作用的速度目标指令值 V1 的峰值的图。
而且， 在图 4 中， 信号波形 Sw1 表示所谓微动操作的通常动作用的速度目标指令值 V1 的信号波形， 微动是进行使作业机操纵杆 2 从中立位置倾斜， 再次在短时间内返回中立 位置的操作， 进行作业机 10 的精确的定位。而且， 在图 4 中， 大致梯形的信号波形 Sw2 表示 除了微动操作以外的其他操纵杆操作的通常动作用的速度目标指令值 V1 的信号波形， 具 体来说， 表示使作业机操纵杆 2 从中立位置比前述微动操作更大地倾斜， 并再次返回中立 位置的操作的通常动作用的速度目标指令值 V1 的信号波形。
峰值识别单元 224 依次输入由操纵杆操作信号 Fa 求得的通常动作用的速度目标 指令值 V1， 识别通常动作用的速度目标指令值 V1 的峰值。
例如， 峰值识别单元 224 在输入的通常动作用的速度目标指令值 V1 的信号波形是 微动操作的信号波形 Sw1 的情况下， 如图 4 所示， 将通常动作用的速度目标指令值 V1 转换 至减速时的速度目标指令值 Vp(Vp1) 识别为峰值。
而且， 例如峰值识别单元 224 在输入的通常动作用的速度目标指令值 V1 的信号波 形是大致梯形的信号波形 Sw2 的情况下也一样， 将通常动作用的速度目标指令值 V1 转换至 减速时的速度目标指令值 Vp(Vp2) 识别为峰值。
目标指令值合成单元 225 具有根据峰值 Vp， 合成通常动作用的速度目标指令值 V1 以及振动抑制用的速度目标指令值 V1’ ， 校正为与操纵杆操作对应的速度目标值 V2 的功
能。 具体来说， 目标指令值合成单元 225 通过以下的式 (8)， 计算用于决定 V1 和振动抑 制用的速度目标指令值 V1’ 的合成比例的 β。然后， 目标指令值合成单元 225 利用计算出 的 β， 通过以下的式 (9) 计算速度目标指令值 V2。
这里 Vmax 是基于将作业机操纵杆 2 从中立位置倾斜了可机械性地倾斜的最大倾 角时的操纵杆操作信号 Fa 的速度目标指令值 V1。
【公式 8】
【公式 9】
V2 ＝ (1-β)·V1+β·V1′ ...(9)
式 (8)、 式 (9) 的解释如下。
如式 (8) 所示， 通常动作用的速度目标指令值 V1 转换至减速时的作业机操纵杆 2 的倾角越接近最大倾角， 即峰值 Vp 越接近 Vmax 则 β 为越接近 1 的值。另一方面， 通常动 作用的速度目标指令值 V1 转换至减速时的作业机操纵杆 2 的倾角越接近 0( 中立位置 )， 即 峰值 Vp 越接近 0 则 β 为越接近 0 的值。
因此， 在作业机操纵杆 2 的操纵杆操作为微动操作等， 通常动作用的速度目标指 令值 V1 转换至减速时的作业机操纵杆 2 的倾角接近 0( 中立位置 ) 的情况下， 即由峰值识 别单元 224 将比较小的速度目标指令值 Vp1( 图 4) 识别为峰值的情况下， 通过式 (8) 得到 的 β 的值成为比较小的值 ( 接近 0)。
另一方面， 在通常动作用的速度目标指令值 V1 转换至减速时的作业机操纵杆 2 的 倾角接近最大倾角的情况下， 即由峰值识别单元 224 将比较大的速度目标指令值 Vp2( 图 4) 识别为峰值的情况下， 通过式 (8) 得到的 β 的值成为比较大的值 ( 接近 1)。
这里， 如式 (9) 所示， 在合成通常动作用的速度目标指令值 V1 和振动抑制用的速 度目标指令值 V1’ 时， 通常动作用的速度目标指令值 V1 的合成比例为 (1-β)， 振动抑制用 的速度目标指令值 V1’ 的合成比例为 β。
因此， 在微动操作等通常动作用的速度目标指令值 V1 转换至减速时的作业机操 纵杆 2 的倾角接近 0( 中立位置 ) 的情况下， 在振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 的合成比 例 (β) 低、 相反通常动作用的速度目标指令值 V1 的合成比例 (1-β) 高的状态下， 合成各 个速度目标指令值 V1、 V1’ ， 计算速度目标指令值 V2。即， 在上述的情况下， 在减弱了振动抑 制单元 223 的振动抑制功能的状态下计算速度目标指令值 V2。
另一方面， 在通常动作用的速度目标指令值 V1 转换至减速时的作业机操纵杆 2 的 倾角接近最大倾角的情况下， 在振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 的合成比例 (β) 高、 相 反通常动作用的速度目标指令值 V1 的合成比例 (1-β) 低的状态下， 合成各个速度目标指 令值 V1、 V1’ ， 计算速度目标指令值 V2。即， 在上述的情况下， 在增强了振动抑制单元 223 的 振动抑制功能的状态下计算速度目标指令值 V2。
即， 目标指令值合成单元 225 根据操纵杆操作的状态附加振动抑制单元 223 产生 的振动抑制功能强弱， 计算速度目标指令值 V2。
(2-4) 指令信号输出单元 23 的结构
指令信号输出单元 23 具有根据校正后的速度目标指令值 V2 生成对驱动装置 19 的指令信号 ( 电流信号 )G， 并将该指令信号 G 经由放大器 20A、 20A 输出到 EPC 阀 18 的功 能。EPC 阀 18 根据该指令信号 G 使构成主阀 17 的滑阀 17A 移动， 调整对液压缸 14 的液压 油的供给量。
(3) 阀控制器 20a 的作用
接着， 参照图 5 的流程图说明动臂 11 的控制方法。
(a) 步骤 S1 ： 首先， 在由操作人员操作作业机操纵杆 2 时， 根据来自作业机操纵杆 2 的操纵杆操作信号 Fa， 操纵杆操作信号输入单元 21 的速度目标指令值运算单元 211 运算 通常动作用的速度目标指令值 V1。
(b) 步骤 S2 ： 目标指令值校正单元 22 的振动特性决定单元 221 决定对应于铰接角 度 θ1、 θ2 的振动数 ω 和衰减率 ζ。然后， 振动特性决定单元 221 将决定了的振动数 ω 和衰减率 ζ 存储在阀控制器 20a 中设置的 RAM 等存储器中。
(c) 步骤 S3 ： 这里， 通过振动抑制单元 223， 由通常动作用的速度目标指令值 V1 运 算振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 。
在此时的运算中， 利用在步骤 S2 中得到并存储在 RAM 等存储器中的振动数 ω、 衰 减率 ζ， 通过前述的式 (5)、 (6)、 (7) 和式 (4)， 求振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 。 (d) 步骤 S4 ： 在这里， 通过目标指令值合成单元 225 合成 V1 和振动抑制用的速度 目标指令值 V1’ ， 运算与操纵杆操作对应的速度目标指令值 V2。
具体来说， 根据图 6 所示的流程图进行。
而且， 在以下说明的步骤 S4A、 S4B 是与上述的步骤 S3 并行地进行处理的步骤， 但 是为了方便说明， 记载为在步骤 S3 之后进行的处理。
步骤 S4A ： 首先， 峰值识别单元 224 依次输入基于操纵杆操作信号 Fa 的通常动作 用的速度目标指令值 V1， 识别通常动作用的速度目标指令值 V1 的峰值 Vp。
步骤 S4B ： 接着， 目标指令值合成单元 225 利用识别出的峰值 Vp， 通过前述的式 (8) 运算 β。
步骤 S4C ： 然后， 目标指令值合成单元 225 利用算出的 β， 通过前述的式 (9)， 合成 通常动作用的速度目标指令值 V1 和振动抑制用的速度目标指令值 V1’ ， 计算速度目标指令 值 V2。
(h) 步骤 S5 ： 之后， 指令信号输出单元 23 起动， 并且将校正后的速度目标指令值 V2 变换为指令信号 G 后输出到 EPC 阀 18。
(i) 步骤 S6 ： 由于来自 EPC 阀 18 的引导压， 主阀 17 的滑阀 17A 移动时， 指令信号 输出单元 23 根据从位置检测器 17B 反馈的位置信号 E 监视滑阀 17A 的位置， 输出指令信号 G， 以便滑阀 17A 维持正确的位置。
按照以上操作， 通过来自主阀 17 的液压驱动动臂 11。
(4) 实施方式的效果
按照这样的本实施方式具有以下效果。
图 7 和图 8 是用于说明本实施方式的效果的图。
这里， 在图 7 和图 8 中， 横轴表示时间， 纵轴分别表示操纵杆操作信号 Fa、 速度目标 指令值 V1、 液压缸 14 的实际的动作速度 ( 液压缸速度 )。
在微动操作等通常动作用的速度目标指令值 V1 转换至减速时的峰值 Vp 小 ( 接近 0) 的情况下， 如图 7 的 (A) 所示， 由于液压缸的速度也小， 所以难以发生晃动。如果对于这 样的操作适用振动抑制用的速度目标指令值， 则如图 7 的 (B) 所示， 从作业机操纵杆 2 返回 中立位置开始 ( 操纵杆操作信号 Fa 返回 0 开始 ) 到液压缸速度为 0 位置的期间产生时间 差， 作为作业机的停止中止， 成为阻碍动臂 11 的精确的定位的原因。
在这样的情况下， 根据通常动作用的速度目标指令值 V1 的峰值 Vp 小的情况， 使减 小合成比例 β 而合成的速度目标指令值 V2 的变动靠近通常动作用的速度目标指令值 V1。 通过这样处理， 如图 7 的 (C) 所示， 在作业机操纵杆 2 返回了中立位置时将液压缸速度大致 设为 0， 可以抑制动臂 11 的停止中止。
另一方面， 在其它的操纵杆操作的情况下， 在通常动作用的速度目标指令值 V1 转 换至减速时的峰值 Vp 大 ( 接近最大值 ) 的情况下， 如图 8 的 (A) 所示， 因为液压缸速度大， 所以在停止之后立刻发生大的振动。对于这样的操作， 如果适用振动抑制用的速度目标指 令值 V1’ ， 则如图 8 的 (B) 所示， 可以抑制振动。这时， 虽然发生停止中止， 但是从高速到急 停的操作不要求精确对准， 所以停止中止不成问题。
在这样的情况下， 根据通常动作用的速度目标指令值 V1 的峰值 Vp 大的情况， 使增 大合成比例 β 而合成所得的速度目标指令值 V2 的举动接近振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 。通过这样处理， 如图 8 的 (C) 所示， 在作业机操纵杆 2 返回了中立位置时可以抑制液 压缸速度的振动。
如上所述， 通过根据作业机操纵杆 2 的操作状态 ( 峰值 Vp 的大小 ) 附加振动抑制 功能的强弱， 可以抑制作业机 10 的振动， 并且提高作业机的操作性。
而且， 当合成通常动作用的速度目标指令值 V1 以及振动抑制用的速度目标指令 值 V1’ 时， 由于可以通过式 (8)、 (9) 那样简单的运算来实施， 所以可以减轻阀控制器 20a 的 处理负荷。
此外， 本实施方式中最具特征的速度目标指令值运算单元 211 和 22 是软件， 所以 可以容易地装入到现有的液压挖掘机 1 的阀控制器 20a 的内部， 不导致成本上升， 可以抑制 作业机 10 的振动， 并且提高作业机的操作性。
而且， 本发明不限于前述的各个实施方式， 而是包含可以达到本发明的目的的其 它结构等， 以下所示的变形等也包含在本发明中。
在前述实施方式中， 对液压挖掘机 1 应用了本发明， 但是不限于此， 也可以对轮式 装载机、 推土机等其它建筑机械适用本发明。
在前述实施方式中， 当合成通常动作用的速度目标指令值 V1 及振动抑制用的速 度目标指令值 V1’ 时， 通过式 (8)、 (9) 的运算来实施， 但是不限于此。即， 只要是随着峰值 Vp 变大， 降低通常动作用的速度目标指令值 V1 的合成比例并提高振动抑制用的速度目标指 令值 V1’ 的合成比例， 相反， 随着峰值 Vp 变小， 提高通常动作用的速度目标指令值 V1 的合成 比例并降低振动抑制用的速度目标指令值 V1’ 的合成比例， 则也可以采用其它的运算式。
在前述实施方式中， 输入操纵杆操作信号 Fa 的操纵杆操作信号输入单元 21 在结 构上被设置于阀控制器 20a 的本体内部， 但是这样的操纵杆操作信号输入单元 21 也可以作 为阀控制器 20a 的一部分， 在结构是设置在作业机操纵杆 2 侧， 在这样的情况下， 从操纵杆 操作信号输入单元 21 输出的通常动作用的速度目标指令值 V1 被直接输入到阀控制器 20a本体的目标指令值校正单元 22 中。
在前述实施方式中， 从铰接角度 θ1、 θ2 判定动臂 11 的作业姿态， 根据该姿态决 定了振动数 ω 和衰减率 ζ， 但是也可以通过液压缸 14 的液压 ( 负荷 ) 判定这样的作业姿 态， 根据该液压决定振动数 ω 和衰减率 ζ。
而且， 也可以不依赖于作业姿态和负荷， 将振动数 ω 和衰减率 ζ 设定为固定值， 取代完全不进行作业机的振动抑制， 通过设为不需要铰接角度传感器或压力传感器的结 构， 而成为减小了成本上升的结构。
在本实施方式中， 驱动装置 19 包含液压缸 14 和用于液压驱动它的主阀 17 而构 成， 但是作为本发明的驱动装置， 也可以是利用电力电动机或者液压电动机来使作业机动 作的结构。
在本实施方式中， 只要根据仅车辆本体的振动特性而抑制建筑机械整体的振动， 则可以不依赖作业机的振动特性而实施本发明。总之， 只要根据作业机和 / 或车辆本体那 样的建筑机械的振动特性抑制摇晃或振动， 就包含在本发明中。
例如， 驾驶室 (cab) 进行上升、 下降的铲土机 (power shovel) 那样， 车体的重心变 动的情况下， 可以将来自检测驾驶室的高度的传感器的信号输入到振动特性的决定单元。 而且， 在发生了配重 (counter weight) 脱离的情况下， 也可以通过有效负载 (payload) 传 感器检测脱离， 同样将该信号输入到振动特性的决定单元。
在前述实施方式中， 作为动臂 11 的振动模型， 采用了线性二次延迟模型， 但是作 为振动模型不限于此， 只要是可以预测动臂 11 的振动的模型就可以。
在上述记载中公开了用于实施本发明的优选的结构、 方法等， 但本发明不限于此。 即， 本发明主要对于特定的实施方式特别地图示并且进行了说明， 但不脱离本发明的技术 思想及目的的范围， 对于上述实施方式， 在形状、 数量、 其他的详细的结构中， 本领域技术人 员可以添加各种各样的变形。
因此， 限定了上述公开了的形状、 数量等的记载， 是用于容易地进行本发明的理解 的记载， 不是限定本发明的记载， 以除了这些形状、 数量等限定的一部分或全部的限定之外 的构件的名称的记载， 也包含在本发明中。
工业实用性
本发明可以适用于液压挖掘机、 轮式装载机、 推土机等的建筑机械。