建設機械の制御システム
【課題】コントローラの出力部に故障がある場合にもバックアップ動作ができる建設機械の制御システムを提供する。
【解決手段】コントローラ１に故障がある場合、コントローラ１は、自己故障診断機能１１２により自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障ありという故障診断情報をコントローラ２に送信し、コントローラ２は、この故障診断情報を受信し、他コントローラ故障診断機能２２３によりコントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこないコントローラ１に故障ありと診断し、バックアップ動作機能２２４によりコントローラ１のバックアップ動作をおこなう。メイン処理機能２２１により本来の制御対象である電磁比例弁８１〜８３を駆動するとともに、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部２３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。
【解決手段】コントローラ１に故障がある場合、コントローラ１は、自己故障診断機能１１２により自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障ありという故障診断情報をコントローラ２に送信し、コントローラ２は、この故障診断情報を受信し、他コントローラ故障診断機能２２３によりコントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこないコントローラ１に故障ありと診断し、バックアップ動作機能２２４によりコントローラ１のバックアップ動作をおこなう。メイン処理機能２２１により本来の制御対象である電磁比例弁８１〜８３を駆動するとともに、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部２３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベルなど建設機械の制御システムに係り、特に少なくとも２つのコントローラを備え、これらのコントローラは通信ネットワークを介して互いに接続し情報の送受信を行う建設機械の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の建設機械や作業機械は、操作入力系やエンジン・ポンプ・バルブ制御等において複雑な電子制御化が進み、それぞれの制御を行う複数の車載コントローラが搭載され、それらはCAN(コントローラエリアネットワーク)に代表される通信ネットワークを介して互いに接続し情報の送受信を行っている。このような高度な電子制御化は、操作性や作業効率の向上、また機器コンポーネントの小型化等に大きく貢献してきたが、その代償にコントローラの信頼性や故障診断、故障時のバックアップ動作等といった新たな課題も生じている。このような課題を解決するため、下記の技術が提案されている。
【０００３】
例えば、コントローラネットワーク上にあるコントローラの故障診断の例として、特許文献１記載の分散型コントローラを備える建設機械の制御システムは、メインコントローラが各入出力コントローラから送信されるデータを監視し、データを送信してこないコントローラを故障と判定し、その結果を故障していない各コントローラに通知するものである。
【０００４】
上記の様な故障診断を行った結果、コントローラが故障と判断された時のバックアップ動作の例として、特許文献２記載の建設機械の電子制御システムは、各制御コントローラはその制御に用いられるデータが受信されない場合、予め設定された初期値を用いて演算し、それ自身で必要最小限の処理を実行可能としている。
【０００５】
また、特許文献３記載の分散型コントローラは、各制御コントローラは相手となる制御コントローラから信号が受信できない場合、その信号の代わりに予め格納された信号を使用して制御を行い、また、受信できない異常を示す信号を表示装置へ出力している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８０４８８号号公報
【特許文献２】特開２０００−５４４３７号号公報
【特許文献３】特開２００４−３５２４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１〜特許文献3記載の建設機械の制御システムは、言い換えると、コントローラの入力部に故障がある場合に、予め格納されていたバックアップ値に基づき制御信号を、コントローラの出力部から出力するものである。これにより、コントローラの入力部に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができ、建設機械全体の停止など最悪の事態を避けることができる。
【０００８】
しかしながら、上記の建設機械の制御システムは、コントローラの出力部に故障がある場合には、制御信号を出力できず、バックアップ動作ができない。バックアップ動作ができないと、緊急回避行動を行うことができず、最悪の場合は建設機械全体の停止などの事態に至る可能性がある。特に超大型の油圧ショベルに搭載される制御システムでは、制御の対象となるポンプ・バルブの数も増え、それに伴い搭載されるコントローラの数も増えるので制御がより複雑になり、そのコントローラのうち一つでも故障を起こすと機械全体の作業・動作に支障をきたす可能性が高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、コントローラの出力部に故障がある場合にもバックアップ動作ができる建設機械の制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、第１入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第１制御対象に出力する出力部を有する第１コントローラと、第２入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第２制御対象に出力する出力部を有する第２コントローラとを含む複数のコントローラと、これらのコントローラを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワークとを備える建設機械の制御システムにおいて、前記第１コントローラは、前記第１コントローラの入力部を含む入力系および出力部を含む出力系の故障診断をおこなう自己故障診断機能を有し、前記第２コントローラは、前記第１コントローラが前記第１コントローラに故障があると診断した場合、前記通信ネットワークを介し前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に制御信号を出力するバックアップ動作機能を有している。
【００１１】
このように構成した本発明においては、第1コントローラに故障がある場合、特に出力部に故障がある場合には、第２コントローラのバックアップ動作機能は前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力することができる。これにより、第1コントローラの出力部に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができる。
【００１２】
（２）上記目的を達成するために、本発明は、第１入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第１制御対象に出力する出力部を有する第１コントローラと、第２入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第２制御対象に出力する出力部を有する第２コントローラとを含む複数のコントローラと、これらのコントローラを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワークとを備える建設機械の制御システムにおいて、前記第１コントローラは、前記第１コントローラの入力部を含む入力系および出力部を含む出力系の故障診断をおこなう自己故障診断機能を有し、前記第２コントローラは、前記通信ネットワークを介し前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて前記第１コントローラの故障診断をおこなう他コントローラ故障診断機能と、前記他コントローラ故障診断機能による故障診断情報に基づいて、前記第１コントローラに故障があると診断した場合、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に制御信号を出力するバックアップ動作機能とを有している。
【００１３】
このように構成した本発明においては、第1コントローラに故障がある場合、特に出力部に故障がある場合には、第２コントローラのバックアップ動作機能は他コントローラ故障診断機能による故障診断情報に基づいて、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力することができる。これにより、第1コントローラの出力部に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができる。
【００１４】
（３）上記（１）または（２）において、好ましくは、前記バックアップ動作機能は、前記故障診断情報に基づいて、前記第１コントローラの入力系および出力部の双方に故障があると診断した場合、予め格納されていたバックアップ値に基づき制御信号を、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に出力する。
【００１５】
このように構成した本発明においては、第1コントローラに故障がある場合、特に入力系および出力部の双方に故障がある場合には、第２コントローラのバックアップ動作機能は第1コントローラ１に係る故障診断情報に基づいて、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力することができる。これにより、必要最小限のバックアップ動作ができる。
【００１６】
一方、第1コントローラの入力系のみに故障がある場合には、第1コントローラが、第1コントローラの処理部に予め格納されていたバックアップ値に基づき第1コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力してもよい。
【００１７】
また、第1コントローラの出力部のみに故障がある場合、第２コントローラが、第1入力情報に基づき第２コントローラの出力部から第１制御対象に出力してもよい。
【００１８】
（４）上記（１）または（２）において、好ましくは、前記第１コントローラと前記第２コントローラは、同種の制御対象を制御する。
【００１９】
すなわち、第１制御対象と第２制御対象とは同種であり、第１コントローラの処理部と第２コントローラの処理部は同種の制御プログラムを有する。バックアップ動作時は、第２コントローラの処理部内の制御プログラムを共通に使用でき、第２コントローラの出力部から第２制御対象に制御信号を出力するとともに、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力する。これにより、別途バックアップ動作のための制御プログラムは不要となり、簡易な構成を維持できる。
【００２０】
（５）上記（１）または（２）において、好ましくは、前記出力部は、制御対象である電磁比例弁に制御電流を出力するものであり、前記バックアップ動作機能は、第２制御対象である電磁比例弁への制御電流出力値と第１制御対象である電磁比例弁への制御電流出力値の合計が前記第２コントローラの最大出力電流値を超えないように制御する。
【００２１】
このように制御電流出力値の合計が第２コントローラの最大出力電流値を超えないように制御することで、コントローラの電力スペックを超えることなく、第２コントローラの出力部から第２制御対象に制御信号を出力するとともに、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力することができる。
【００２２】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記バックアップ動作機能が作動していることを外部に知らせる通知手段を備えるものとする。
【００２３】
このように通知手段を備えることにより、オペレータは、バックアップ動作機能が作動していることを知り、管理者に連絡するなど適切な処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、コントローラの出力部に故障がある場合にもバックアップ動作ができる。その結果、緊急回避行動を行うことができ、建設機械全体の停止などの最悪の事態を避けることができ、これにより、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる建設機械の制御システムを示すシステム構成図である。
【図２】自己故障診断機能の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】他コントローラ故障診断機能およびバックアップ動作機能の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】比較のため、従来の制御システムを示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２７】
〜構成〜
図１は、本発明の一実施の形態に係わる建設機械の制御システムを示すシステム構成図である。本実施の形態は、本発明を建設機械の代表例である油圧ショベルに適用した場合のものである。
【００２８】
本実施の形態の制御システムは、コントローラ１と、コントローラ２と、コントローラ１とコントローラ２とを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワーク９とを備えている。
【００２９】
コントローラ１は、センサ５１〜５３からの入力情報を入力する入力部１１と、この入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部１２と演算結果に基づき制御信号を電磁比例弁７１〜７３に出力する出力部１３と、通信入出力部１４とを有している。
【００３０】
ところで、油圧ショベルは、一般的に、油圧ポンプの押しのけ容積を制御するレギュレータにポンプトルク制御機能を付加したポンプトルク制御装置を備え、このポンプトルク制御装置により油圧ポンプの吸収トルクが予め設定した最大吸収トルクを超えないよう油圧ポンプの押しのけ容積を制御し、これにより原動機の過負荷を抑え、エンジンストールを防止している。
【００３１】
このようなポンプトルク制御装置において、目標回転数に対して回転数センサからの実エンジン回転数との差（回転数偏差）を求め、この回転数偏差を使って油圧ポンプの入力トルクを制御する、いわゆるスピードセンシング制御がされることもある。このスピードセンシング制御により、上記ポンプトルク制御に際して最大吸収トルクを一時的に減らし、原動機過負荷時のエンジンストール防止をより確実とするとともに、燃料噴射量制御によりエンジン回転数の速やかな上昇を可能としている。
【００３２】
センサ５１〜５３は、例えば、エンジンの回転数を指示するエンジンコントロールダイアルの目標回転数に係るセンサ、実エンジン回転数に係るセンサ、レギュレータの斜板傾点角に係るセンサである。
【００３３】
電磁比例弁７１〜７３は、例えば、レギュレータの受圧部に導入されるパイロット圧を制御する複数の電磁比例弁である。
【００３４】
入力部１１はセンサ５１〜５３からの入力情報を入力し、処理部１２はこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部１３はこの演算結果に基づき制御信号を出力する。出力部１３は電流が逆流するのを防止するダイオード７５a〜７５ｃを介して電磁比例弁７１〜７３に接続されている。電磁比例弁７１〜７３は出力部１３からの制御信号により駆動される。これがコントローラ１の処理部１２のメイン処理機能１２１による通常処理である。
【００３５】
通信入出力部１４は通信ネットワーク９に接続され、コントローラ２と情報の送受信を行う。
【００３６】
コントローラ２は、コントローラ１と同種の制御対象を制御するコントローラであり、コントローラ１と同等の構成を有し、同様に作用する。コントローラ２は、センサ６１〜６３からの入力情報を入力する入力部２１と、この入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部２２と演算結果に基づき制御信号を電磁比例弁８１〜８３に出力する出力部２３と、通信入出力部２４とを有している。
【００３７】
また通信ネットワーク９には他のコントローラが複数繋がれ、また、機械の稼働状態や複数のコントローラの状態をディスプレイ５に表示する情報表示用のコントローラ６や、機械の稼働状態や複数のコントローラの状態の記録を行う情報蓄積用のコントローラ７等も繋がれ、それらのコントローラも相互に通信を行っている。
【００３８】
本実施の形態の制御システムの特徴的な構成として、コントローラ１の出力部１３はダイオード７５ｄ〜７５ｆを介してコントローラ２の制御対象である電磁比例弁８１〜８３にも接続されている。同様に、コントローラ２の出力部２３はダイオード８５ｄ〜８５ｆを介してコントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３にも接続されている。
【００３９】
コントローラ１の処理部１２は、上述のメイン処理機能１２１以外に、自己故障診断機能１２２と、他コントローラ故障診断機能１２３と、バックアップ動作機能１２４とを有している。コントローラ２の処理部２２も、同等の構成２２１〜２２４を有している。処理部１２および処理部２２の処理内容を図２、図３に示すフローチャートにより説明する。
【００４０】
図２はコントローラ１の処理部１２の機能のうち自己故障診断機能１２２の処理内容を示すフローチャートである。
【００４１】
まず処理部１２は、コントローラ２を対象に他コントローラ故障診断（図３にて後述）をおこなう(ステップＳ１０１)。他コントローラ故障診断の結果、コントローラ２に故障がないと診断した場合、処理部１２は自己故障診断をおこない、コントローラ1が正常に動作しているか否かの判定をおこなう（ステップＳ１０２)。ここで自己故障診断とは、センサ５１〜５３及び入力部１１からなる入力系が正常に動作し、正しいセンサデータが入力されているか否かを判定し、出力部１３及び電磁比例弁７１〜７３からなる出力系が正常に動作し、正しい指令電流値が出力されているか否かの判定を行うことである。
【００４２】
自己故障診断の結果、入力系及び出力系とも故障がないと診断した場合、上記のメイン処理機能１２１による通常処理を行うとともに(ステップ１０３)、コントローラ１に故障なしという故障診断情報を通信ネットワーク９を介してコントローラ２に送信するように通信入出力部１４に出力する(ステップ１０４)。コントローラ１が正常に動作している限りはステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を繰り返す。
【００４３】
自己故障診断の結果、入力系と出力系のいずれかまたは双方に故障があると診断した場合、出力部１３に制御信号の出力を停止するよう指令するとともに(ステップＳ１０５)、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ２に送信するように通信入出力部１４に出力し (ステップＳ１０６)、処理を終了する。
【００４４】
図３はコントローラ２の処理部２２の機能のうち、他コントローラ故障診断機能２２３およびバックアップ動作機能２２４の処理内容を示すフローチャートである。
【００４５】
まず処理部２２は、コントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこなう(ステップＳ２０１)。コントローラ１の故障診断情報を通信ネットワーク９および通信入出力部２４を介して入力し、ステップＳ１０４における故障なしという故障診断情報を正常な周期で定期的に得られれば、コントローラ１に故障がないと診断する。故障診断情報を正常な周期で定期的に得られなかったり、またはステップＳ１０６における故障ありという故障診断情報を得ると、コントローラ１に故障があると診断する。
【００４６】
他コントローラ故障診断の結果、第１コントローラに故障がないと診断した場合、処理部２２は自己故障診断をおこなう（ステップＳ２０２)。ここで自己故障診断とは、ステップＳ１０２と同様な処理である。自己故障診断の結果、入力系及び出力系とも故障がないと診断した場合、メイン処理機能２２１による通常処理を行う(ステップ２０３)。自己故障診断の結果、故障がありと診断した場合、上記ステップＳ１０５、Ｓ１０６と同様な処理をおこなう（図示省略）。つまり、第１コントローラに故障がないと診断した場合は、第２コントローラは自身の制御に専念する。
【００４７】
他コントローラ故障診断の結果、第１コントローラに故障があると診断した場合も、処理部２２は自己故障診断をおこなう（ステップＳ２０４)。自己故障診断の結果、入力系と出力系のいずれかまたは双方に故障があると診断した場合、出力部２３に制御信号の出力を停止するよう指令するとともに(ステップ２０５)、コントローラ２に故障ありという故障診断情報を通信ネットワーク９に送信するように通信入出力部２４に出力し (ステップ２０６) 、処理を終了する。
【００４８】
尚、本実施形態では便宜的に、コントローラ１、コントローラ２のみ図示しているが、コントローラ１、コントローラ２ともに故障した場合、故障診断情報は通信ネットワーク９を介して別のコントローラ３に送信され、コントローラ３（図示省略）は、コントローラ１、コントローラ２のバックアップ動作をおこなう。コントローラ３は、コントローラ１、コントローラ２と同種の制御対象を制御するコントローラである。
【００４９】
自己故障診断の結果、故障なしと診断した場合、処理部２２はコントローラ１のバックアップ動作処理をおこなう(ステップＳ２０７)。ここでバックアップ動作処理とは、自身の制御対象である電磁比例弁８１〜８３に対して、センサ６１〜６３からの入力情報に基づいて演算処理し、制御信号を出力するよう指令しつつ（メイン処理機能２２１による通常処理）、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３に対して、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき制御信号を出力するよう指令することである。バックアップ値は、入力情報の種類により適宜設定される。例えば、センサ５２が実エンジン回転数に係るセンサの場合、直前に入力された入力値であったり、最小値と最大値との中間値である。自己故障診断の結果、故障がない限り、バックアップ動作処理を繰り返す。
【００５０】
尚、通常、１つのコントローラにつき、同時に駆動できる電磁比例弁の数には制限がある。すなわち、コントローラの電力スペックを超えて電流を出力することはできない。そのためバックアップ動作機能は、コントローラ２の本来の制御対象である電磁比例弁８１〜８３への制御電流出力値とバックアップの制御対象である電磁比例弁７１〜７３への制御電流出力値の合計がコントローラ２の最大出力電流値を超えないように制御する。例えば、電磁比例弁８１〜８３を、正常時の制御電流値の５０パーセントに制限して駆動し、残りの５０パーセント分でバックアップの制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。
【００５１】
図２において、コントローラ１の処理部１２の機能のうち自己故障診断機能１２２を説明したが、コントローラ２の処理部２２の機能の自己故障診断機能２２２も同様である。図３において、コントローラ２の処理部２２の機能のうち、他コントローラ故障診断機能２２３およびバックアップ動作機能２２４を説明したが、コントローラ１の処理部１２の機能の他コントローラ故障診断機能１２３およびバックアップ動作機能１２４も同様である。
【００５２】
以上において、図１に示す自己故障診断機能１２２と処理部１２の処理のうち図２に示すステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６は、コントローラ１の入力系（入力部１１、センサ５１〜５３）および出力系（出力部１３、電磁比例弁７１〜７３）の故障診断をおこなう自己故障診断機能を構成する。
【００５３】
また、図１に示す他コントローラ故障診断機能２２３と処理部２２の処理のうち図３に示すステップＳ２０１は、通信ネットワーク９を介しコントローラ１の自己故障診断機能１２２による故障診断情報に基づいてコントローラ１の故障診断をおこなう他コントローラ故障診断機能を構成し、図１に示すバックアップ動作機能２２４と処理部２２の処理のうち図３に示すステップＳ２０７は、他コントローラ故障診断機能２２３による故障診断情報に基づいて、コントローラ１に故障があると診断した場合、コントローラ２の出力部２３から電磁比例弁７１〜７３に制御信号を出力するバックアップ動作機能を構成する。
【００５４】
〜動作〜
本実施の形態の通常動作を説明する。
【００５５】
コントローラ１は、他コントローラ故障診断及び自己故障診断をおこない、コントローラ１、コントローラ２に故障なしと診断し、メイン処理機能１２１による通常処理を行う（Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３）。コントローラ１は、入力部１１を介してセンサ５１〜５３からの入力情報を入力し、処理部１２にてこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部１３からこの演算結果に基づき制御信号を出力し、電磁比例弁７１〜７３を駆動する。同時に、コントローラ１に故障なしという故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ２に送信する（Ｓ１０４）。
【００５６】
コントローラ２は、コントローラ１に故障なしという故障診断情報を受信し、コントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこない、ついで自己故障診断をおこない、コントローラ１、コントローラ２に故障なしと診断し、メイン処理機能２２１による通常処理を行う（Ｓ２０１→Ｓ２０２→Ｓ２０３）。コントローラ２は、入力部２１を介してセンサ６１〜６３からの入力情報を入力し、処理部２２にてこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部２３からこの演算結果に基づき制御信号を出力し、電磁比例弁８１〜８３を駆動する。同時に、コントローラ２に故障なしという故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ１に送信する。
【００５７】
本実施の形態のバックアップ動作を説明する。ここでは、コントローラ１が故障し、コントローラ２によるバックアップ動作をおこなう動作を説明する。
【００５８】
コントローラ１は、他コントローラ故障診断の後、自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障ありと診断し、制御信号の出力を停止するとともに、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ２に送信する（Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０５→Ｓ１０６）。
【００５９】
コントローラ２は、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を受信し、コントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこないコントローラ１に故障ありと診断し、ついで自己故障診断をおこない、コントローラ２に故障なしと診断し、バックアップ動作機能２２４によりコントローラ１のバックアップ動作をおこなう（Ｓ２０１→Ｓ２０４→Ｓ２０７）。コントローラ２は、入力部２１を介してセンサ６１〜６３からの入力情報を入力し、処理部２２にてこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部２３からこの演算結果に基づき制御信号を出力し、電磁比例弁８１〜８３を駆動するとともに、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部２３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。このとき、コントローラ２の本来の制御対象である電磁比例弁８１〜８３への制御電流出力値とバックアップの制御対象である電磁比例弁７１〜７３への制御電流出力値の合計がコントローラ２の最大出力電流値を超えないように制御する。
【００６０】
同時に、バックアップ動作が行われている旨の情報が、通信入出力部２４から出力され、通信ネットワーク９を介して情報表示用のコントローラ６に送信される。ディスプレイ５には、コントローラ１が故障し、コントローラ２によるバックアップ動作がおこなわれている旨が表示される。オペレータは、バックアップ動作機能が作動していることを知り、管理者に連絡するなど適切な処理を行う。
【００６１】
一方、コントローラ２が故障した場合は、コントローラ１によるバックアップ動作をおこなう。コントローラ２は、他コントローラ故障診断の後、自己故障診断をおこない、コントローラ２に故障ありと診断し、故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ１に送信する。コントローラ１は、故障診断情報を受信し、コントローラ２を対象に他コントローラ故障診断をおこないコントローラ２に故障ありと診断し、ついで自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障なしと診断し、バックアップ動作機能１２４によりコントローラ２のバックアップ動作をおこなう。コントローラ１は、メイン処理機能１２１による通常処理をおこない、電磁比例弁７１〜７３を駆動するとともに、処理部１２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部１３から制御信号を出力し、コントローラ２の制御対象である電磁比例弁８１〜８３を駆動する。
【００６２】
〜効果〜
以上のように構成した本実施形態の効果を従来の制御システムと比較しながら説明する。
【００６３】
図４は、比較のため、従来の制御システムを示すシステム構成図である。図１と同等の構成には同じ符号を付している。本実施の形態の制御システムの特徴的な構成として、コントローラ１の出力部１３はダイオード７５ｄ〜７５ｆを介してコントローラ２の制御対象である電磁比例弁８１〜８３にも接続され、同様に、コントローラ２の出力部２３はダイオード８５ｄ〜８５ｆを介してコントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３にも接続されているのに対し、従来の制御システムには、このような構成はない。
【００６４】
従来の制御システムにおいて、コントローラ１Ａは自己故障診断をおこない、センサ５１〜５３またはコントローラ１Ａの入力部１１に故障ありと診断すると、処理部１２Ａに予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部１３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。これにより、コントローラ１Ａの入力系に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができ、建設機械全体の停止など最悪の事態を避けることができる。しかしながら、従来の制御システムは、コントローラ１Ａの出力部１３に故障がある場合には、制御信号を出力できず、バックアップ動作ができないという課題があった。
【００６５】
本実施の形態の制御システムの特徴的な構成により、コントローラ１の出力部１３に故障がある場合にも、バックアップ動作機能２２４は他コントローラ故障診断機能２２３による故障診断情報に基づいて、コントローラ１に故障があると診断し、コントローラ２の出力部２３から電磁比例弁７１〜７３に制御信号を出力することができる。これにより、コントローラ１の出力部１３に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができ、その結果、緊急回避行動を行うことができ、建設機械全体の停止などの最悪の事態を避けることができ、これにより、安全性を向上させることができる。
【００６６】
さらに、本実施の形態においては、コントローラ１とコントローラ２は、同種の制御対象である電磁比例弁７１〜７３と電磁比例弁８１〜８３とを制御する。たとえば、電磁比例弁７１〜７３、電磁比例弁８１〜８３はレギュレータの制御弁である。コントローラ１の処理部１２とコントローラ２の処理部２２は同種の制御プログラムを有する。バックアップ動作時は、処理部２２内の制御プログラムを共通に使用して、出力部２３から電磁比例弁８１〜８３に制御信号を出力するとともに、電磁比例弁７１〜７３に制御信号を出力する。これにより、別途バックアップ動作のための制御プログラムは不要となり、簡易な構成を維持できる。
【００６７】
〜変形例〜
上記実施の形態において、コントローラ1の自己故障診断の結果、入力系（入力部１１、センサ５１〜５３）と出力部１３のいずれかまたは双方に故障があると診断した場合、コントローラ２が、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部２３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動するバックアップ動作をおこなっているが、本発明はこの実施の形態に制限されず、本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。以下にその変形例を説明する。
【００６８】
コントローラ1の自己故障診断の結果、入力系のみに故障があると診断した場合、コントローラ１が、コントローラ1の処理部１２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部１３から制御信号を出力し、電磁比例弁７１〜７３を駆動するバックアップ動作をおこなってもよい。この点は従来例に近い。
【００６９】
このような構成によれば、入力系のみに故障がある場合、必要最小限のバックアップ動作ができ、その結果、緊急回避行動を行うことができ、建設機械全体の停止などの最悪の事態を避けることができる。このとき、コントローラ２はバックアップ動作を行わないので、コントローラ２は出力制限することなく最大出力電流値な範囲で、電磁比例弁８１〜８３を駆動することができる。
【００７０】
コントローラ1の自己故障診断の結果、出力部１３のみに故障があると診断した場合、コントローラ２が、センサ５１〜５３からの入力情報に基づき出力部２３から制御信号を出力し、電磁比例弁７１〜７３を駆動するバックアップ動作をおこなってもよい。すなわち、コントローラ１は、入力部１１を介してセンサ５１〜５３からの入力情報を入力し、通信入出力部１４を介して通信ネットワーク９に出力する。コントローラ２は、通信入出力部２４を介してセンサ５１〜５３からの入力情報を入力し、処理部２２にてこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部２３からこの演算結果に基づき制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。
【００７１】
このような構成によれば、出力部１３のみに故障がある場合、センサ５１〜５３からの入力情報に基づくバックアップ動作ができ、出力部１３の故障がない場合に近い制御ができる。
【００７２】
以上のような変形例においても、コントローラ1の自己故障診断の結果、入力系（入力部１１、センサ５１〜５３）と出力部１３の双方に故障があると診断した場合は、コントローラ２が、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部２３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動するバックアップ動作をおこなう。これにより、これら変形例においても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７３】
また、上記実施の形態において、コントローラ１に故障がある場合、コントローラ１は、自己故障診断機能１１２により自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障ありという故障診断情報をコントローラ２に送信し、コントローラ２は、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を受信し、他コントローラ故障診断機能２２３によりコントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこないコントローラ１に故障ありと診断し、バックアップ動作機能２２４によりコントローラ１のバックアップ動作をおこなっているが、コントローラ１は、自己故障診断機能１１２により自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障ありという故障診断情報をコントローラ２に送信し、コントローラ２は、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を受信すると、バックアップ動作機能２２４によりコントローラ１のバックアップ動作をおこなってもよい。すなわち、他コントローラ故障診断機能２２３のない構成でもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１ コントローラ（第１コントローラ）
２ コントローラ（第２コントローラ）
３ コントローラ（別のコントローラ）
５ ディスプレイ
６ 情報表示用コントローラ
７ 情報蓄積用コントローラ
９ 通信ネットワーク
１１，２１ 入力部
１２，２２ 処理部
１３，２３ 出力部
１４，２４ 通信入出力部
５１〜５３，６１〜６３ センサ
７１〜７３，８１〜８３ 電磁比例弁
７５ａ〜７５ｆ，８５ａ〜８５ｆ ダイオード
１２１，２２１ メイン処理機能
１２２，２２２ 自己故障診断機能
１２３，２２３ 他コントローラ故障診断機能
１２４，２２４ バックアップ動作機能
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベルなど建設機械の制御システムに係り、特に少なくとも２つのコントローラを備え、これらのコントローラは通信ネットワークを介して互いに接続し情報の送受信を行う建設機械の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の建設機械や作業機械は、操作入力系やエンジン・ポンプ・バルブ制御等において複雑な電子制御化が進み、それぞれの制御を行う複数の車載コントローラが搭載され、それらはCAN(コントローラエリアネットワーク)に代表される通信ネットワークを介して互いに接続し情報の送受信を行っている。このような高度な電子制御化は、操作性や作業効率の向上、また機器コンポーネントの小型化等に大きく貢献してきたが、その代償にコントローラの信頼性や故障診断、故障時のバックアップ動作等といった新たな課題も生じている。このような課題を解決するため、下記の技術が提案されている。
【０００３】
例えば、コントローラネットワーク上にあるコントローラの故障診断の例として、特許文献１記載の分散型コントローラを備える建設機械の制御システムは、メインコントローラが各入出力コントローラから送信されるデータを監視し、データを送信してこないコントローラを故障と判定し、その結果を故障していない各コントローラに通知するものである。
【０００４】
上記の様な故障診断を行った結果、コントローラが故障と判断された時のバックアップ動作の例として、特許文献２記載の建設機械の電子制御システムは、各制御コントローラはその制御に用いられるデータが受信されない場合、予め設定された初期値を用いて演算し、それ自身で必要最小限の処理を実行可能としている。
【０００５】
また、特許文献３記載の分散型コントローラは、各制御コントローラは相手となる制御コントローラから信号が受信できない場合、その信号の代わりに予め格納された信号を使用して制御を行い、また、受信できない異常を示す信号を表示装置へ出力している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８０４８８号号公報
【特許文献２】特開２０００−５４４３７号号公報
【特許文献３】特開２００４−３５２４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１〜特許文献3記載の建設機械の制御システムは、言い換えると、コントローラの入力部に故障がある場合に、予め格納されていたバックアップ値に基づき制御信号を、コントローラの出力部から出力するものである。これにより、コントローラの入力部に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができ、建設機械全体の停止など最悪の事態を避けることができる。
【０００８】
しかしながら、上記の建設機械の制御システムは、コントローラの出力部に故障がある場合には、制御信号を出力できず、バックアップ動作ができない。バックアップ動作ができないと、緊急回避行動を行うことができず、最悪の場合は建設機械全体の停止などの事態に至る可能性がある。特に超大型の油圧ショベルに搭載される制御システムでは、制御の対象となるポンプ・バルブの数も増え、それに伴い搭載されるコントローラの数も増えるので制御がより複雑になり、そのコントローラのうち一つでも故障を起こすと機械全体の作業・動作に支障をきたす可能性が高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、コントローラの出力部に故障がある場合にもバックアップ動作ができる建設機械の制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、第１入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第１制御対象に出力する出力部を有する第１コントローラと、第２入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第２制御対象に出力する出力部を有する第２コントローラとを含む複数のコントローラと、これらのコントローラを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワークとを備える建設機械の制御システムにおいて、前記第１コントローラは、前記第１コントローラの入力部を含む入力系および出力部を含む出力系の故障診断をおこなう自己故障診断機能を有し、前記第２コントローラは、前記第１コントローラが前記第１コントローラに故障があると診断した場合、前記通信ネットワークを介し前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に制御信号を出力するバックアップ動作機能を有している。
【００１１】
このように構成した本発明においては、第1コントローラに故障がある場合、特に出力部に故障がある場合には、第２コントローラのバックアップ動作機能は前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力することができる。これにより、第1コントローラの出力部に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができる。
【００１２】
（２）上記目的を達成するために、本発明は、第１入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第１制御対象に出力する出力部を有する第１コントローラと、第２入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第２制御対象に出力する出力部を有する第２コントローラとを含む複数のコントローラと、これらのコントローラを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワークとを備える建設機械の制御システムにおいて、前記第１コントローラは、前記第１コントローラの入力部を含む入力系および出力部を含む出力系の故障診断をおこなう自己故障診断機能を有し、前記第２コントローラは、前記通信ネットワークを介し前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて前記第１コントローラの故障診断をおこなう他コントローラ故障診断機能と、前記他コントローラ故障診断機能による故障診断情報に基づいて、前記第１コントローラに故障があると診断した場合、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に制御信号を出力するバックアップ動作機能とを有している。
【００１３】
このように構成した本発明においては、第1コントローラに故障がある場合、特に出力部に故障がある場合には、第２コントローラのバックアップ動作機能は他コントローラ故障診断機能による故障診断情報に基づいて、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力することができる。これにより、第1コントローラの出力部に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができる。
【００１４】
（３）上記（１）または（２）において、好ましくは、前記バックアップ動作機能は、前記故障診断情報に基づいて、前記第１コントローラの入力系および出力部の双方に故障があると診断した場合、予め格納されていたバックアップ値に基づき制御信号を、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に出力する。
【００１５】
このように構成した本発明においては、第1コントローラに故障がある場合、特に入力系および出力部の双方に故障がある場合には、第２コントローラのバックアップ動作機能は第1コントローラ１に係る故障診断情報に基づいて、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力することができる。これにより、必要最小限のバックアップ動作ができる。
【００１６】
一方、第1コントローラの入力系のみに故障がある場合には、第1コントローラが、第1コントローラの処理部に予め格納されていたバックアップ値に基づき第1コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力してもよい。
【００１７】
また、第1コントローラの出力部のみに故障がある場合、第２コントローラが、第1入力情報に基づき第２コントローラの出力部から第１制御対象に出力してもよい。
【００１８】
（４）上記（１）または（２）において、好ましくは、前記第１コントローラと前記第２コントローラは、同種の制御対象を制御する。
【００１９】
すなわち、第１制御対象と第２制御対象とは同種であり、第１コントローラの処理部と第２コントローラの処理部は同種の制御プログラムを有する。バックアップ動作時は、第２コントローラの処理部内の制御プログラムを共通に使用でき、第２コントローラの出力部から第２制御対象に制御信号を出力するとともに、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力する。これにより、別途バックアップ動作のための制御プログラムは不要となり、簡易な構成を維持できる。
【００２０】
（５）上記（１）または（２）において、好ましくは、前記出力部は、制御対象である電磁比例弁に制御電流を出力するものであり、前記バックアップ動作機能は、第２制御対象である電磁比例弁への制御電流出力値と第１制御対象である電磁比例弁への制御電流出力値の合計が前記第２コントローラの最大出力電流値を超えないように制御する。
【００２１】
このように制御電流出力値の合計が第２コントローラの最大出力電流値を超えないように制御することで、コントローラの電力スペックを超えることなく、第２コントローラの出力部から第２制御対象に制御信号を出力するとともに、第２コントローラの出力部から第１制御対象に制御信号を出力することができる。
【００２２】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記バックアップ動作機能が作動していることを外部に知らせる通知手段を備えるものとする。
【００２３】
このように通知手段を備えることにより、オペレータは、バックアップ動作機能が作動していることを知り、管理者に連絡するなど適切な処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、コントローラの出力部に故障がある場合にもバックアップ動作ができる。その結果、緊急回避行動を行うことができ、建設機械全体の停止などの最悪の事態を避けることができ、これにより、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる建設機械の制御システムを示すシステム構成図である。
【図２】自己故障診断機能の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】他コントローラ故障診断機能およびバックアップ動作機能の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】比較のため、従来の制御システムを示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２７】
〜構成〜
図１は、本発明の一実施の形態に係わる建設機械の制御システムを示すシステム構成図である。本実施の形態は、本発明を建設機械の代表例である油圧ショベルに適用した場合のものである。
【００２８】
本実施の形態の制御システムは、コントローラ１と、コントローラ２と、コントローラ１とコントローラ２とを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワーク９とを備えている。
【００２９】
コントローラ１は、センサ５１〜５３からの入力情報を入力する入力部１１と、この入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部１２と演算結果に基づき制御信号を電磁比例弁７１〜７３に出力する出力部１３と、通信入出力部１４とを有している。
【００３０】
ところで、油圧ショベルは、一般的に、油圧ポンプの押しのけ容積を制御するレギュレータにポンプトルク制御機能を付加したポンプトルク制御装置を備え、このポンプトルク制御装置により油圧ポンプの吸収トルクが予め設定した最大吸収トルクを超えないよう油圧ポンプの押しのけ容積を制御し、これにより原動機の過負荷を抑え、エンジンストールを防止している。
【００３１】
このようなポンプトルク制御装置において、目標回転数に対して回転数センサからの実エンジン回転数との差（回転数偏差）を求め、この回転数偏差を使って油圧ポンプの入力トルクを制御する、いわゆるスピードセンシング制御がされることもある。このスピードセンシング制御により、上記ポンプトルク制御に際して最大吸収トルクを一時的に減らし、原動機過負荷時のエンジンストール防止をより確実とするとともに、燃料噴射量制御によりエンジン回転数の速やかな上昇を可能としている。
【００３２】
センサ５１〜５３は、例えば、エンジンの回転数を指示するエンジンコントロールダイアルの目標回転数に係るセンサ、実エンジン回転数に係るセンサ、レギュレータの斜板傾点角に係るセンサである。
【００３３】
電磁比例弁７１〜７３は、例えば、レギュレータの受圧部に導入されるパイロット圧を制御する複数の電磁比例弁である。
【００３４】
入力部１１はセンサ５１〜５３からの入力情報を入力し、処理部１２はこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部１３はこの演算結果に基づき制御信号を出力する。出力部１３は電流が逆流するのを防止するダイオード７５a〜７５ｃを介して電磁比例弁７１〜７３に接続されている。電磁比例弁７１〜７３は出力部１３からの制御信号により駆動される。これがコントローラ１の処理部１２のメイン処理機能１２１による通常処理である。
【００３５】
通信入出力部１４は通信ネットワーク９に接続され、コントローラ２と情報の送受信を行う。
【００３６】
コントローラ２は、コントローラ１と同種の制御対象を制御するコントローラであり、コントローラ１と同等の構成を有し、同様に作用する。コントローラ２は、センサ６１〜６３からの入力情報を入力する入力部２１と、この入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部２２と演算結果に基づき制御信号を電磁比例弁８１〜８３に出力する出力部２３と、通信入出力部２４とを有している。
【００３７】
また通信ネットワーク９には他のコントローラが複数繋がれ、また、機械の稼働状態や複数のコントローラの状態をディスプレイ５に表示する情報表示用のコントローラ６や、機械の稼働状態や複数のコントローラの状態の記録を行う情報蓄積用のコントローラ７等も繋がれ、それらのコントローラも相互に通信を行っている。
【００３８】
本実施の形態の制御システムの特徴的な構成として、コントローラ１の出力部１３はダイオード７５ｄ〜７５ｆを介してコントローラ２の制御対象である電磁比例弁８１〜８３にも接続されている。同様に、コントローラ２の出力部２３はダイオード８５ｄ〜８５ｆを介してコントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３にも接続されている。
【００３９】
コントローラ１の処理部１２は、上述のメイン処理機能１２１以外に、自己故障診断機能１２２と、他コントローラ故障診断機能１２３と、バックアップ動作機能１２４とを有している。コントローラ２の処理部２２も、同等の構成２２１〜２２４を有している。処理部１２および処理部２２の処理内容を図２、図３に示すフローチャートにより説明する。
【００４０】
図２はコントローラ１の処理部１２の機能のうち自己故障診断機能１２２の処理内容を示すフローチャートである。
【００４１】
まず処理部１２は、コントローラ２を対象に他コントローラ故障診断（図３にて後述）をおこなう(ステップＳ１０１)。他コントローラ故障診断の結果、コントローラ２に故障がないと診断した場合、処理部１２は自己故障診断をおこない、コントローラ1が正常に動作しているか否かの判定をおこなう（ステップＳ１０２)。ここで自己故障診断とは、センサ５１〜５３及び入力部１１からなる入力系が正常に動作し、正しいセンサデータが入力されているか否かを判定し、出力部１３及び電磁比例弁７１〜７３からなる出力系が正常に動作し、正しい指令電流値が出力されているか否かの判定を行うことである。
【００４２】
自己故障診断の結果、入力系及び出力系とも故障がないと診断した場合、上記のメイン処理機能１２１による通常処理を行うとともに(ステップ１０３)、コントローラ１に故障なしという故障診断情報を通信ネットワーク９を介してコントローラ２に送信するように通信入出力部１４に出力する(ステップ１０４)。コントローラ１が正常に動作している限りはステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を繰り返す。
【００４３】
自己故障診断の結果、入力系と出力系のいずれかまたは双方に故障があると診断した場合、出力部１３に制御信号の出力を停止するよう指令するとともに(ステップＳ１０５)、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ２に送信するように通信入出力部１４に出力し (ステップＳ１０６)、処理を終了する。
【００４４】
図３はコントローラ２の処理部２２の機能のうち、他コントローラ故障診断機能２２３およびバックアップ動作機能２２４の処理内容を示すフローチャートである。
【００４５】
まず処理部２２は、コントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこなう(ステップＳ２０１)。コントローラ１の故障診断情報を通信ネットワーク９および通信入出力部２４を介して入力し、ステップＳ１０４における故障なしという故障診断情報を正常な周期で定期的に得られれば、コントローラ１に故障がないと診断する。故障診断情報を正常な周期で定期的に得られなかったり、またはステップＳ１０６における故障ありという故障診断情報を得ると、コントローラ１に故障があると診断する。
【００４６】
他コントローラ故障診断の結果、第１コントローラに故障がないと診断した場合、処理部２２は自己故障診断をおこなう（ステップＳ２０２)。ここで自己故障診断とは、ステップＳ１０２と同様な処理である。自己故障診断の結果、入力系及び出力系とも故障がないと診断した場合、メイン処理機能２２１による通常処理を行う(ステップ２０３)。自己故障診断の結果、故障がありと診断した場合、上記ステップＳ１０５、Ｓ１０６と同様な処理をおこなう（図示省略）。つまり、第１コントローラに故障がないと診断した場合は、第２コントローラは自身の制御に専念する。
【００４７】
他コントローラ故障診断の結果、第１コントローラに故障があると診断した場合も、処理部２２は自己故障診断をおこなう（ステップＳ２０４)。自己故障診断の結果、入力系と出力系のいずれかまたは双方に故障があると診断した場合、出力部２３に制御信号の出力を停止するよう指令するとともに(ステップ２０５)、コントローラ２に故障ありという故障診断情報を通信ネットワーク９に送信するように通信入出力部２４に出力し (ステップ２０６) 、処理を終了する。
【００４８】
尚、本実施形態では便宜的に、コントローラ１、コントローラ２のみ図示しているが、コントローラ１、コントローラ２ともに故障した場合、故障診断情報は通信ネットワーク９を介して別のコントローラ３に送信され、コントローラ３（図示省略）は、コントローラ１、コントローラ２のバックアップ動作をおこなう。コントローラ３は、コントローラ１、コントローラ２と同種の制御対象を制御するコントローラである。
【００４９】
自己故障診断の結果、故障なしと診断した場合、処理部２２はコントローラ１のバックアップ動作処理をおこなう(ステップＳ２０７)。ここでバックアップ動作処理とは、自身の制御対象である電磁比例弁８１〜８３に対して、センサ６１〜６３からの入力情報に基づいて演算処理し、制御信号を出力するよう指令しつつ（メイン処理機能２２１による通常処理）、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３に対して、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき制御信号を出力するよう指令することである。バックアップ値は、入力情報の種類により適宜設定される。例えば、センサ５２が実エンジン回転数に係るセンサの場合、直前に入力された入力値であったり、最小値と最大値との中間値である。自己故障診断の結果、故障がない限り、バックアップ動作処理を繰り返す。
【００５０】
尚、通常、１つのコントローラにつき、同時に駆動できる電磁比例弁の数には制限がある。すなわち、コントローラの電力スペックを超えて電流を出力することはできない。そのためバックアップ動作機能は、コントローラ２の本来の制御対象である電磁比例弁８１〜８３への制御電流出力値とバックアップの制御対象である電磁比例弁７１〜７３への制御電流出力値の合計がコントローラ２の最大出力電流値を超えないように制御する。例えば、電磁比例弁８１〜８３を、正常時の制御電流値の５０パーセントに制限して駆動し、残りの５０パーセント分でバックアップの制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。
【００５１】
図２において、コントローラ１の処理部１２の機能のうち自己故障診断機能１２２を説明したが、コントローラ２の処理部２２の機能の自己故障診断機能２２２も同様である。図３において、コントローラ２の処理部２２の機能のうち、他コントローラ故障診断機能２２３およびバックアップ動作機能２２４を説明したが、コントローラ１の処理部１２の機能の他コントローラ故障診断機能１２３およびバックアップ動作機能１２４も同様である。
【００５２】
以上において、図１に示す自己故障診断機能１２２と処理部１２の処理のうち図２に示すステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６は、コントローラ１の入力系（入力部１１、センサ５１〜５３）および出力系（出力部１３、電磁比例弁７１〜７３）の故障診断をおこなう自己故障診断機能を構成する。
【００５３】
また、図１に示す他コントローラ故障診断機能２２３と処理部２２の処理のうち図３に示すステップＳ２０１は、通信ネットワーク９を介しコントローラ１の自己故障診断機能１２２による故障診断情報に基づいてコントローラ１の故障診断をおこなう他コントローラ故障診断機能を構成し、図１に示すバックアップ動作機能２２４と処理部２２の処理のうち図３に示すステップＳ２０７は、他コントローラ故障診断機能２２３による故障診断情報に基づいて、コントローラ１に故障があると診断した場合、コントローラ２の出力部２３から電磁比例弁７１〜７３に制御信号を出力するバックアップ動作機能を構成する。
【００５４】
〜動作〜
本実施の形態の通常動作を説明する。
【００５５】
コントローラ１は、他コントローラ故障診断及び自己故障診断をおこない、コントローラ１、コントローラ２に故障なしと診断し、メイン処理機能１２１による通常処理を行う（Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３）。コントローラ１は、入力部１１を介してセンサ５１〜５３からの入力情報を入力し、処理部１２にてこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部１３からこの演算結果に基づき制御信号を出力し、電磁比例弁７１〜７３を駆動する。同時に、コントローラ１に故障なしという故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ２に送信する（Ｓ１０４）。
【００５６】
コントローラ２は、コントローラ１に故障なしという故障診断情報を受信し、コントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこない、ついで自己故障診断をおこない、コントローラ１、コントローラ２に故障なしと診断し、メイン処理機能２２１による通常処理を行う（Ｓ２０１→Ｓ２０２→Ｓ２０３）。コントローラ２は、入力部２１を介してセンサ６１〜６３からの入力情報を入力し、処理部２２にてこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部２３からこの演算結果に基づき制御信号を出力し、電磁比例弁８１〜８３を駆動する。同時に、コントローラ２に故障なしという故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ１に送信する。
【００５７】
本実施の形態のバックアップ動作を説明する。ここでは、コントローラ１が故障し、コントローラ２によるバックアップ動作をおこなう動作を説明する。
【００５８】
コントローラ１は、他コントローラ故障診断の後、自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障ありと診断し、制御信号の出力を停止するとともに、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ２に送信する（Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０５→Ｓ１０６）。
【００５９】
コントローラ２は、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を受信し、コントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこないコントローラ１に故障ありと診断し、ついで自己故障診断をおこない、コントローラ２に故障なしと診断し、バックアップ動作機能２２４によりコントローラ１のバックアップ動作をおこなう（Ｓ２０１→Ｓ２０４→Ｓ２０７）。コントローラ２は、入力部２１を介してセンサ６１〜６３からの入力情報を入力し、処理部２２にてこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部２３からこの演算結果に基づき制御信号を出力し、電磁比例弁８１〜８３を駆動するとともに、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部２３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。このとき、コントローラ２の本来の制御対象である電磁比例弁８１〜８３への制御電流出力値とバックアップの制御対象である電磁比例弁７１〜７３への制御電流出力値の合計がコントローラ２の最大出力電流値を超えないように制御する。
【００６０】
同時に、バックアップ動作が行われている旨の情報が、通信入出力部２４から出力され、通信ネットワーク９を介して情報表示用のコントローラ６に送信される。ディスプレイ５には、コントローラ１が故障し、コントローラ２によるバックアップ動作がおこなわれている旨が表示される。オペレータは、バックアップ動作機能が作動していることを知り、管理者に連絡するなど適切な処理を行う。
【００６１】
一方、コントローラ２が故障した場合は、コントローラ１によるバックアップ動作をおこなう。コントローラ２は、他コントローラ故障診断の後、自己故障診断をおこない、コントローラ２に故障ありと診断し、故障診断情報を通信ネットワーク９介してコントローラ１に送信する。コントローラ１は、故障診断情報を受信し、コントローラ２を対象に他コントローラ故障診断をおこないコントローラ２に故障ありと診断し、ついで自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障なしと診断し、バックアップ動作機能１２４によりコントローラ２のバックアップ動作をおこなう。コントローラ１は、メイン処理機能１２１による通常処理をおこない、電磁比例弁７１〜７３を駆動するとともに、処理部１２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部１３から制御信号を出力し、コントローラ２の制御対象である電磁比例弁８１〜８３を駆動する。
【００６２】
〜効果〜
以上のように構成した本実施形態の効果を従来の制御システムと比較しながら説明する。
【００６３】
図４は、比較のため、従来の制御システムを示すシステム構成図である。図１と同等の構成には同じ符号を付している。本実施の形態の制御システムの特徴的な構成として、コントローラ１の出力部１３はダイオード７５ｄ〜７５ｆを介してコントローラ２の制御対象である電磁比例弁８１〜８３にも接続され、同様に、コントローラ２の出力部２３はダイオード８５ｄ〜８５ｆを介してコントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３にも接続されているのに対し、従来の制御システムには、このような構成はない。
【００６４】
従来の制御システムにおいて、コントローラ１Ａは自己故障診断をおこない、センサ５１〜５３またはコントローラ１Ａの入力部１１に故障ありと診断すると、処理部１２Ａに予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部１３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。これにより、コントローラ１Ａの入力系に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができ、建設機械全体の停止など最悪の事態を避けることができる。しかしながら、従来の制御システムは、コントローラ１Ａの出力部１３に故障がある場合には、制御信号を出力できず、バックアップ動作ができないという課題があった。
【００６５】
本実施の形態の制御システムの特徴的な構成により、コントローラ１の出力部１３に故障がある場合にも、バックアップ動作機能２２４は他コントローラ故障診断機能２２３による故障診断情報に基づいて、コントローラ１に故障があると診断し、コントローラ２の出力部２３から電磁比例弁７１〜７３に制御信号を出力することができる。これにより、コントローラ１の出力部１３に故障がある場合でも必要最小限のバックアップ動作ができ、その結果、緊急回避行動を行うことができ、建設機械全体の停止などの最悪の事態を避けることができ、これにより、安全性を向上させることができる。
【００６６】
さらに、本実施の形態においては、コントローラ１とコントローラ２は、同種の制御対象である電磁比例弁７１〜７３と電磁比例弁８１〜８３とを制御する。たとえば、電磁比例弁７１〜７３、電磁比例弁８１〜８３はレギュレータの制御弁である。コントローラ１の処理部１２とコントローラ２の処理部２２は同種の制御プログラムを有する。バックアップ動作時は、処理部２２内の制御プログラムを共通に使用して、出力部２３から電磁比例弁８１〜８３に制御信号を出力するとともに、電磁比例弁７１〜７３に制御信号を出力する。これにより、別途バックアップ動作のための制御プログラムは不要となり、簡易な構成を維持できる。
【００６７】
〜変形例〜
上記実施の形態において、コントローラ1の自己故障診断の結果、入力系（入力部１１、センサ５１〜５３）と出力部１３のいずれかまたは双方に故障があると診断した場合、コントローラ２が、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部２３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動するバックアップ動作をおこなっているが、本発明はこの実施の形態に制限されず、本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。以下にその変形例を説明する。
【００６８】
コントローラ1の自己故障診断の結果、入力系のみに故障があると診断した場合、コントローラ１が、コントローラ1の処理部１２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部１３から制御信号を出力し、電磁比例弁７１〜７３を駆動するバックアップ動作をおこなってもよい。この点は従来例に近い。
【００６９】
このような構成によれば、入力系のみに故障がある場合、必要最小限のバックアップ動作ができ、その結果、緊急回避行動を行うことができ、建設機械全体の停止などの最悪の事態を避けることができる。このとき、コントローラ２はバックアップ動作を行わないので、コントローラ２は出力制限することなく最大出力電流値な範囲で、電磁比例弁８１〜８３を駆動することができる。
【００７０】
コントローラ1の自己故障診断の結果、出力部１３のみに故障があると診断した場合、コントローラ２が、センサ５１〜５３からの入力情報に基づき出力部２３から制御信号を出力し、電磁比例弁７１〜７３を駆動するバックアップ動作をおこなってもよい。すなわち、コントローラ１は、入力部１１を介してセンサ５１〜５３からの入力情報を入力し、通信入出力部１４を介して通信ネットワーク９に出力する。コントローラ２は、通信入出力部２４を介してセンサ５１〜５３からの入力情報を入力し、処理部２２にてこの入力情報に基づき指令電流値を求める演算処理をし、出力部２３からこの演算結果に基づき制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動する。
【００７１】
このような構成によれば、出力部１３のみに故障がある場合、センサ５１〜５３からの入力情報に基づくバックアップ動作ができ、出力部１３の故障がない場合に近い制御ができる。
【００７２】
以上のような変形例においても、コントローラ1の自己故障診断の結果、入力系（入力部１１、センサ５１〜５３）と出力部１３の双方に故障があると診断した場合は、コントローラ２が、処理部２２に予め格納されていたバックアップ値に基づき出力部２３から制御信号を出力し、コントローラ１の制御対象である電磁比例弁７１〜７３を駆動するバックアップ動作をおこなう。これにより、これら変形例においても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７３】
また、上記実施の形態において、コントローラ１に故障がある場合、コントローラ１は、自己故障診断機能１１２により自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障ありという故障診断情報をコントローラ２に送信し、コントローラ２は、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を受信し、他コントローラ故障診断機能２２３によりコントローラ１を対象に他コントローラ故障診断をおこないコントローラ１に故障ありと診断し、バックアップ動作機能２２４によりコントローラ１のバックアップ動作をおこなっているが、コントローラ１は、自己故障診断機能１１２により自己故障診断をおこない、コントローラ１に故障ありという故障診断情報をコントローラ２に送信し、コントローラ２は、コントローラ１に故障ありという故障診断情報を受信すると、バックアップ動作機能２２４によりコントローラ１のバックアップ動作をおこなってもよい。すなわち、他コントローラ故障診断機能２２３のない構成でもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１ コントローラ（第１コントローラ）
２ コントローラ（第２コントローラ）
３ コントローラ（別のコントローラ）
５ ディスプレイ
６ 情報表示用コントローラ
７ 情報蓄積用コントローラ
９ 通信ネットワーク
１１，２１ 入力部
１２，２２ 処理部
１３，２３ 出力部
１４，２４ 通信入出力部
５１〜５３，６１〜６３ センサ
７１〜７３，８１〜８３ 電磁比例弁
７５ａ〜７５ｆ，８５ａ〜８５ｆ ダイオード
１２１，２２１ メイン処理機能
１２２，２２２ 自己故障診断機能
１２３，２２３ 他コントローラ故障診断機能
１２４，２２４ バックアップ動作機能
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第１制御対象に出力する出力部を有する第１コントローラと、第２入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第２制御対象に出力する出力部を有する第２コントローラとを含む複数のコントローラと、これらのコントローラを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワークとを備える建設機械の制御システムにおいて、
前記第１コントローラは、前記第１コントローラの入力部を含む入力系および出力部を含む出力系の故障診断をおこなう自己故障診断機能を有し、
前記第２コントローラは、前記第１コントローラが前記第１コントローラに故障があると診断した場合、前記通信ネットワークを介し前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に制御信号を出力するバックアップ動作機能を有していることを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項２】
第１入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第１制御対象に出力する出力部を有する第１コントローラと、第２入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第２制御対象に出力する出力部を有する第２コントローラとを含む複数のコントローラと、これらのコントローラを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワークとを備える建設機械の制御システムにおいて、
前記第１コントローラは、前記第１コントローラの入力部を含む入力系および出力部を含む出力系の故障診断をおこなう自己故障診断機能を有し、
前記第２コントローラは、前記通信ネットワークを介し前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて前記第１コントローラの故障診断をおこなう他コントローラ故障診断機能と、
前記他コントローラ故障診断機能による故障診断情報に基づいて、前記第１コントローラに故障があると診断した場合、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に制御信号を出力するバックアップ動作機能とを有していることを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の建設機械の建設機械の制御システムにおいて、
前記バックアップ動作機能は、前記故障診断情報に基づいて、前記第１コントローラの入力系および出力部の双方に故障があると診断した場合、予め格納されていたバックアップ値に基づき制御信号を、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に出力することを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の建設機械の制御システムにおいて、
前記第１コントローラと前記第２コントローラは、同種の制御対象を制御することを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の建設機械の建設機械の制御システムにおいて、
前記出力部は、制御対象である電磁比例弁に制御電流を出力するものであり、
前記バックアップ動作機能は、第２制御対象である電磁比例弁への制御電流出力値と第１制御対象である電磁比例弁への制御電流出力値の合計が前記第２コントローラの最大出力電流値を超えないように制御するものであることを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載の建設機械の制御システムにおいて、
前記バックアップ動作機能が作動していることを外部に知らせる通知手段を備えることを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項１】
第１入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第１制御対象に出力する出力部を有する第１コントローラと、第２入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第２制御対象に出力する出力部を有する第２コントローラとを含む複数のコントローラと、これらのコントローラを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワークとを備える建設機械の制御システムにおいて、
前記第１コントローラは、前記第１コントローラの入力部を含む入力系および出力部を含む出力系の故障診断をおこなう自己故障診断機能を有し、
前記第２コントローラは、前記第１コントローラが前記第１コントローラに故障があると診断した場合、前記通信ネットワークを介し前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に制御信号を出力するバックアップ動作機能を有していることを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項２】
第１入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第１制御対象に出力する出力部を有する第１コントローラと、第２入力情報を入力する入力部とこの入力情報に基づき所定の演算処理をする処理部と演算結果に基づき制御信号を第２制御対象に出力する出力部を有する第２コントローラとを含む複数のコントローラと、これらのコントローラを互いに接続し情報の送受信を行う通信ネットワークとを備える建設機械の制御システムにおいて、
前記第１コントローラは、前記第１コントローラの入力部を含む入力系および出力部を含む出力系の故障診断をおこなう自己故障診断機能を有し、
前記第２コントローラは、前記通信ネットワークを介し前記第１コントローラの自己故障診断機能による故障診断情報に基づいて前記第１コントローラの故障診断をおこなう他コントローラ故障診断機能と、
前記他コントローラ故障診断機能による故障診断情報に基づいて、前記第１コントローラに故障があると診断した場合、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に制御信号を出力するバックアップ動作機能とを有していることを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の建設機械の建設機械の制御システムにおいて、
前記バックアップ動作機能は、前記故障診断情報に基づいて、前記第１コントローラの入力系および出力部の双方に故障があると診断した場合、予め格納されていたバックアップ値に基づき制御信号を、前記第２コントローラの出力部から前記第１制御対象に出力することを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の建設機械の制御システムにおいて、
前記第１コントローラと前記第２コントローラは、同種の制御対象を制御することを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の建設機械の建設機械の制御システムにおいて、
前記出力部は、制御対象である電磁比例弁に制御電流を出力するものであり、
前記バックアップ動作機能は、第２制御対象である電磁比例弁への制御電流出力値と第１制御対象である電磁比例弁への制御電流出力値の合計が前記第２コントローラの最大出力電流値を超えないように制御するものであることを特徴とする建設機械の制御システム。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載の建設機械の制御システムにおいて、
前記バックアップ動作機能が作動していることを外部に知らせる通知手段を備えることを特徴とする建設機械の制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２１１７６０（Ｐ２０１０−２１１７６０Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６００５３（Ｐ２００９−６００５３）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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