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本专利针对液压驱动工作机械急加速后余震影响操作性能与舒适度的问题，提出通过动态调整反馈增益的减震方案。其核心是结合控制杆开度系数与加速度补偿值，实时计算反馈指令值，既保持操作响应性，又有效抑制余震。装置包含加速度检测、开度系数计算、补偿值生成及反馈控制模块，实现精准减震。
本发明是关于工作机械的减震装置及其减震方法，特别是关于工作机械的这样一种减震装置及减震方法，这种减震装置及减震方法适合于具有油压驱动装置的工作机械如油压挖土机之类的挖掘机械、起重机之类的起重机械以及产业机械等。
一般说来，通过油压传动装置驱动的工作机械由于急加速等操作而发生震动，特别是在操作刚结束时的余震会对机械的操作性能及乘坐人员的舒适感带来很不良的影响。现有的减震技术有以下几种。
首先是大家熟悉的通过加速度反馈电路给予速度阻尼而抑制速度变化的方法(例如，参照日本专利公开平5-58091号公报)。采取这种方法，需要在驱动工作机械的液压缸上安装压力传感器，并根据该压力传感器的数值计算液压缸的推力，此外，还要在经过滤波器处理的值上乘以反馈增益、计算加速度补偿值，并将该信号负反馈给操作杆信号，抑制震动。另外，大家还知道用加速钟表来代替压力传感器，同样可以进行减震(例如，参照日本专利公开昭61-23212号公报)。
但是，加速度补偿值是乘以加速度反馈增益(该加速度反馈增益值是规定的一定值)计算出来的，因此，在为抑制余震而设定合适的大加速度反馈增益时，会使控制杆起动及停止液压缸时的响应性变差。因此，需要在抑制余震与响应性之间的协调点上设定加速度反馈增益。
此外，众所周知的其他的现有技术是，首先检测出用油压缸等油压传动装置驱动的建筑机械之类的工作机械的加速度，并用输出饱和型非线性增益乘以上述检测值，求出加速度补偿值，然后再将该加速度补偿值与操作人员的控制杆操作指令值进行比较，将其中较大的值向电磁比例压力控制阀输出，这样，方向控制阀便向减小油压传动装置余震的方向控制(例如，参照日本专利工开平5-163746号公报)。采用这种结构，可得到一般的控制杆操作感觉、而且不影响响应性就可以抑制余震，可获得良好的乘坐舒适感。
但是，这种结构需要更精细的操作，例如用起重机将重物吊到规定高度的位置上时，要求位置的精确度高、而且要在短时间内将余震的震幅控制在更小范围，这种要求是难以满足的。
本发明是为了解决现有技术所存在的问题而开发的，其目的是为了提供这样一种工作机械的减震装置及减震方法，这种减震装置及减震方法可以得到良好的不降低响应性的控制杆操作性能，而且可在短时间内将工作机械急加速操作刚结束时所产生的余震控制在更小范围内。
本发明的工作机械减震装置的特征是，该装置包括以下几种装置即工作机械的加速度检测装置，用于检测用油压传动装置驱动的工作机械的加速度；控制杆开度系数计算装置，用于根据操作人员的控制杆操作指令值计算出与控制杆的开度相对应的系数；加速度补偿值计算装置，用于根据由工作机械的加速度计算出来的作用力及控制杆开度系数计算加速度补偿值；反馈指令装置，用于根据加速度补偿值和控制杆的操作指令值求出加速度反馈指令值，然后，再将该加速度反馈指令值输出到电磁比例压力控制阀上。上述控制杆开度系数，也可用控制杆处于中间位置(neutral)时的控制杆操作指令值作为最大系数。另外，在上述结构中，加速度补偿值也可采用作用力与控制杆开度系数相乘之积。而且，在上述结构中，加速度反馈指令值也可以采用从控制杆指令值中减去加速度补偿值之后的差值；也可将控制杆的操作指令值与加速度补偿值相比较，将绝对值大的一方作为加速度反馈指令值。
采用这种结构，控制杆开度系数与操作人员的控制杆的操作指令是相对应的，而且是根据考虑了控制杆开度系数的加速度反馈指令值来控制工作机械的，因此，可满足操作人员的操作感觉，而且可以减震。另外，控制杆的开度系数在控制杆中间位置时为最大值，加速度补偿值可采用作用力与控制杆开度系数相乘之积，这样，便可有效地控制操作刚结束后的震动。加速度反馈指令值，可以采用从控制杆的操作指令值中减去加速度补偿值之差值，或者是将控制杆的操作指令值与加速度补偿值进行比较，取绝对值大的一方作为加速度反馈指令值，这样也能取得良好的减震效果。
本发明工作机械的减震方法，其特征是由工作机械加速度的检测值的值，就是依据上述检侧值及与控制杆的操作相对应的控制杆开度系数之值。
采用这种结构，由于反馈指令值是依据检测值及与控制杆的操作相对应的控制杆开度系数之值，所以既可确保对操作人员操作的响应性，又可进行良好的减震。
图1为本发明实施例的工作机械的减震装置概要说明图；图2表示实施例的带通滤波器增益特性的图表；图3表示实施例的控制杆开度与增益的关系的图表；图4A～图4C是说明实施例装置刚操作完毕后的余震变化图表，其中图4A是表示控制杆开度的图表、图4B是表示与控制杆的开度相对应的输出的反馈指令值的图表、图4C是表示起重臂角度变化的图表；图5A及图5B是说明在不减震情况下刚操作完毕的余震变化情况的图表，其中图5A是表示与图4A的控制杆开度相对应的输出的指令值的图表、图5B是表示起重臂角度变化的图表。
图1是适合于起重机之类的工作机械起重臂的例子。本结构大体是由起重臂1、驱动起重臂1的油压驱动系统以及指令控制系统构成的。起重臂1是由基本起重臂2及顶部起重臂3等构成的多段式起重臂。该基本起重臂2可旋转地连接在框架4上，并通过设在顶部起重臂3端部的钢丝绳做吊载重物6的移动作业。
油压驱动系统是由以下几部分构成的，即起重臂油压缸5，该油压缸是油压传动装置的一个例子；方向控制阀21，其作用是根据起重臂1的驱动方向把来自主油压泵25的压力油转换供给起重臂油压缸5；电磁比例压力控制阀22、23(以下简称EPC阀22、23)，其作用是转换控制上述方向控制阀21；压力调整阀24，其作用是按规定压力控制供油泵26向EPC阀22、23供给压力油。起重臂油压缸5是由头部室5H和下部室5B构成的，其两端可旋转地安装在基本起重臂2及框架4上，可在上下方向上驱动起重臂1。
上述EPC阀22、23具有作用部22a、23a，该作用部22a、23a与指令控制系统的反馈指令部18相连接。该作用部22a、23a通过EPC阀22、23将与来自反馈指令部18的指令值相对应的控制压力油送入方向控制阀21内。设在方向控制阀21两端的控制压力驱动部21a、21e根据控制压力来驱动滑阀(图中未示出)等，对方向控制阀21的下降部21b、保持部21c及上升部21d进行转换，驱动起动臂油压缸5上下运动。
指令控制系统是由以下几部分构成的，即压力传感器11H、11B，其作用是检测起重臂1的压力；控制杆开度系数计算部17，其作用是计算与操作人员的控制杆19的操作相对应的系数；加速度补偿值计算部13，其作用是计算加速度补偿值；反馈指令部18，其作用是将加速度反馈指令值输出到EPC阀22、23内。上述压力传感器11H、11B与起重臂油压缸5的头部室5H及下部室5B相连接，并检测压力PH、PB。加速度补偿值计算部13根据起重臂1的压力(压力PH、PB)及控制杆开度系数计算部17的值，求出加速度补偿值。此外，还根据加速度补偿值和由控制杆19操作所发出的指令值求出加速度反馈指令值。加速度补偿值计算部13具有油压缸推力计算部14及加速度补偿值计算部16，最好在两者之间设置带通滤波器之类的滤波器15。
下面就这种结构的动作进行说明，首先，根据在油压缸推力计算部14中用压力传感器11H、11B检测出来的压力PH、PB及起重臂油压缸5的头部室5H、下部室5B的断面积AH、BH，计算出油压缸推力F(F＝PB·AB－PH·AH)。该油压缸推力F中含有噪音或直流成分，最好用滤波器15加以过滤。如图2所示，本实施例的滤波器15采用的是带通滤波器，这种滤波器具有大体呈台形的增益特性。转折点ωH的频率数ω是为了消除噪音成分，可将ωH的频率数ω设计得比减震对象的频率数高一些，本实施例设定为30Hz左右。另外，转折点ωL可设定为消除重力加速度影响的值如0.3Hz左右。把用上述滤波器15处理过的油压缸推力Ff输入到加速度补偿值计算部16。
另外，把通过操作人员控制杆19操作而发出的操作指令值S输入给控制杆开度系数计算部17内。上述控制杆的操作指令值S，是与控制杆19操作中的控制杆的开度相对应的，图3所示为控制杆开度与增益值G之间的关系。控制杆的开度系数即增益G是按下述函数关系计算出来的在控制杆的开度约为0％的控制杆中间区增益G为最大值(例如G＝1)；在控制杆的开度为+100％时(例如，在起重臂1上升用的全冲程位置时)、以及控制杆的开度为-100％时(例如，在起重臂1下降用的全冲程位置时)，增益G为最小值(例如0)。把按这种函数关系求出的增益G输入到加速度补偿值计算部16内。
在加速度补偿值计算部16，用增益G乘以经过滤波器处理的油压缸推力Ff，求出加速度补偿值K(K＝Ff·G)，并将K值输出到反馈指令部18内。然后，该反馈指令部18根据控制杆19操作所发出的控制杆指令值S及加速度补偿值K，求出加速度反馈指令值V，并将该加速度反馈指令值V作为电流值输出到EPC阀22、23中。进行该输出时，例如把从控制杆操作指令值S中减去加速度补偿值K之后的负反馈值(V＝S－K)作为加速度反馈值V输出。当V＜0时，输出到EPC阀23的作用部23a，当V≥0时，输出到EPC阀22的作用部22a，通过方向控制阀21及起重臂油压缸5一边驱动起重臂1上下运动、一边减震。
下面介绍关于急加速等各项操作刚结束时的余震的变化情况，图4A～图4C所示为本实施例的测定结果，图5A及图5B所示为不进行减震时的测定结果。本测定是使起重臂1上升后停止即操作终了时的情况，控制杆的开度0％与中间位置相对应。另外，基本起重臂角α、顶部起重臂角β是对地面的角度，该角度是用安装在图1所示的起重臂1上的角度传感器测定的。从图中所表示的测定结果可知，在本实施例中，即使是在上升操作中，也可通过加速度反馈指令值V使顶部起重臂角β的震幅减小。特别是利用操作刚结束时(控制杆处在中间位置时)的加速度反馈指令值V，可对顶部起重臂的震动进行极良好的控制。因此，吊运重物等的余震也更小，在急加速等操作中可得到通常的控制杆操作感觉，而且不影响响应性。从反馈指令部18发出的加速度反馈指令值V，是对控制杆操作指令值S与加速度补偿值K进行比较，将较大的绝对值输出，即使这样也可有效地抑制余震。
如上所述，根据本发明可以改变与操作人员的操作控制杆开度相对应的反馈增益，同时把控制杆处在中间位置时的增益作为最大值进行反馈控制。因此，可在短时间内把操作刚结束后的余震控制在较小程度。这样，便可控制操作人员最讨厌的震动之一即操作刚结束后的余震，特别是1～2Hz的余震，可获得良好的操作感觉、良好的乘车感觉。此外，由于工作机械前端部的震幅减小，所以机械的安全作业性能也提高了。在工作机械高速上升、下降的控制杆开度的绝对值比较大的情况下，由于反馈增益小，所以减震效果大，可以较好地适应操作人员通常的操作感觉。因此，控制杆操作的响应性及控制余震两方面均可得到满足。
以上详细地介绍了本发明工作机械的减震装置及减震方法，但本发明不局限于实施例中所讲的内容。例如，油压传动装置也可采用油压电动机，适用对象也可以是用油压传动装置驱动的工作机械。又如，在本实施例中虽然已将压力传感器作为工作机械的加速度检测手段公开了，但作为工作机械的加速度检测手段，可以采用加速度传感器，也可将该加速度传感器安装在工作机械上，把检测值输入加速度补偿值计算部进行计算。关于控制杆的开度系数，当然可以根据需要、利用各种函数关系及图形求出。
本发明工作机械的减震装置及减震方法，可以获得不降低响应性的、良好的控制杆操作性能，而且还可以在短时间内将工作机械急加速操作刚结束时所产生的余震抑制到很小程度，因此，作为工作机械的减震装置及减震方法是很有用的。
1.一种工作机械的减震装置，具有驱动该工作机械用的油压传动装置、向该油压传动装置供应压力油的油压泵、设在该油压泵与上述油压传动装置之间的方向控制阀、以及切换和控制上述方向控制阀用的电磁比例压力控制阀，该工作机械的减震装置是把与上述工作机械的加速度相对应的反馈指令值输出到上述电磁比例压力控制阀来控制该工作机械的震动的，其特征在于，该工作机械的减震装置，包括如下几种装置工作机械的加速度检测装置，用于检测被上述油压传动装置驱动的工作机械的加速度；控制杆开度系数计算装置，用于根据操作人员的控制杆操作指令值计算出与该控制杆开度相对应的系数；加速度补偿值计算装置，用于根据由上述工作机械的加速度计算出来的作用力及上述控制杆开度系数计算加速度补偿值；反馈指令装置，用于根据上述加速度补偿值及控制杆操作指令值求出加速度反馈指令值，并将该加速度反馈指令值输出到上述电磁比例压力控制阀。
2.如权利要求1所述的工作机械的减震装置，其特征在于上述加速度补偿值是上述作用力与上述控制杆的开度系数相乘之积。
3.如权利要求1所述的工作机械的减震装置，其特征在于上述控制杆开度系数是以控制杆处在中间位置时的控制杆操作指令值作为最大系数。
4.如权利要求3所述的工作机械的减震装置，其特征在于上述加速度补偿值是上述作用力与上述控制杆的开度系数相乘之积。
5.如权利要求1～4中任一项所述的工作机械的减震装置，其特征在于上述加速度反馈指令值是从上述控制操作指令值中减去上述加速度补偿值之差。
6.如权利要求1～4中任一项所述的工作机械的减震装置，其特征在于上述加速度反馈指令值是将上述控制杆操作指令值与上述加速度补偿值进行比较，其中绝对值较大的值就是加速度反馈指令值。
7.一种工作机械的减震方法，首先检测出用油压传动装置驱动的工作机械的加速度等参数，然后根据由上述检测值得到的值及控制杆的操作指令值求出反馈指令值，并利用该反馈指令值来驱动上述油压传动装置，其特征在于，由上述检测值得到的值就是依据上述检测值及与控制杆的操作相对应的控制杆开度系数之值。
本发明公开了一种工作机械的减震装置及减震方法，这种减震装置及减震方法既不影响响应性，而且还可有效地抑制对该工作机械刚操作完毕后所产生的余震。为此，本发明减震装置及减震方法具有以下几部分，即工作机械的加速度检测手段(11H、11B)；控制杆开度系数计算手段(17)，它用于计算与控制杆的开度相对应的系数；加速度补偿值计算手段(13)，用于根据由工作机械的加速度计算出来的作用力及控制杆的开度系数来计算加速度补偿值；反馈指令手段(18)，用于根据加速度补偿值及控制杆操作指令值求出加速度反馈指令值，同时将该指令值输出到电磁比例压力控制阀(22、23)。
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