CN110382787B - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

提供一种作业机械，能够在不损害动态稳定性的限度内进行利用驱动前作业机的液压缸的行程末端碰撞时的冲击的作业。驱动控制装置(34)包括：行程末端距离运算/评价部(34c)，其判定有无液压缸(20A、21A)在行程末端碰撞的可能性；动态重心位置预测部(34d)，其在所述行程末端距离运算/评价部判定存在所述液压缸在行程末端碰撞的可能性的情况下，预测从所述液压缸的减速操作开始到所述液压缸停止为止的液压挖掘机(1)的动态重心位置的轨道；以及容许速度变更部(34f)，其对应于所述动态重心位置预测部预测到的动态重心位置的轨道到所述液压挖掘机的翻倒线的最小距离，变更所述液压缸的容许速度。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及构造物解体工程、废弃物处理、废料处理、道路工程、建设工程、土木工程等使用的作业机械。
背景技术
作为构造物解体工程、废弃物处理、废料处理、道路工程、建设工程、土木工程等使用的作业机械，已知下述构造：在通过动力系统而行驶的行驶体的上部以能够回转的方式安装回转体，将多关节型前作业机以能够在上下方向上转动的方式安装在回转体上，由液压缸驱动构成前作业机的各前部构件。其一例为具有由动臂、斗杆及铲斗构成的前作业机的液压挖掘机。动臂、斗杆及铲斗分别由动臂液压缸、斗杆液压缸及铲斗液压缸驱动。
在以液压挖掘机为代表的这种作业机械中，在驱动前作业机的液压缸在行程末端碰撞时，由于该碰撞的作用而对作业机械产生冲击，根据冲击的大小，作业机械失去平衡而倾斜或最坏的情况发生翻倒。因此，已知一种为了缓和液压缸在行程末端碰撞时产生的冲击以缓和作业机械倾斜或翻倒，而进行行程末端附近的减速控制的驱动控制装置(例如专利文献1)。
专利文献1公开了一种液压缸的驱动控制装置(权利要求1)，在根据来自操作机构的操作信号使液压缸伸缩动作而操作作业机时，若所述液压缸到达行程末端附近，则对液压缸进行减速控制，缓和行程末端的冲击，所述液压缸的驱动控制装置的特征在于，包括：操作信号检测机构，其检测来自所述操作机构的操作信号；以及减速控制解除机构，其在所述液压缸到达行程末端附近而进行所述减速控制时，若所述操作信号小于预定值，则在液压缸位于行程末端附近期间，解除所述液压缸的减速控制。
根据该液压缸的驱动控制装置，能够在维持液压缸到达行程末端时的冲击缓冲功能的同时，在液压缸位于行程末端附近时也容易地进行作业，提高行程末端附近的作业性、操作性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-130402号公报
发明内容
在液压挖掘机中，存在为了使附着在铲斗或斗杆上的泥土落下而在行程末端进行使铲斗液压缸或斗杆液压缸碰撞的操作的情况。另外，在狭小场所的作业时，存在为了使进入铲斗的砂土飞散到车身附近，而在斗杆收回侧的行程末端使斗杆液压缸碰撞以进行使斗杆急停的操作的情况。此外，在宽阔场所的作业时，存在为了使进入铲斗的砂土与前作业机的活动范围相比向远方飞散，而在斗杆卸放侧的行程末端使斗杆液压缸碰撞以进行使斗杆急停的操作的情况。
但是，在专利文献1记载的液压缸的驱动控制装置中，若液压缸到达行程末端附近且操作信号小于预定值，则仅在液压缸位于行程末端附近的期间解除液压缸的减速控制。因此，在液压缸的减速控制解除了的状态下，即使对操作机构进行操作使其向液压缸的行程末端方向动作，也由于到液压缸行程末端的距离非常短而在液压缸速度未充分提高的期间到达行程末端，因此即使不进行液压缸的减速控制也不会发生很大冲击(段落[0010])。因此，即使解除液压缸的减速控制，也无法进行利用行程末端碰撞时的冲击的作业。
本发明是鉴于上述课题提出的，其目的在于提供一种能够在不损害动态稳定性的限度内进行利用驱动前作业机的液压缸的行程末端碰撞时的冲击的作业的作业机械。
为了达成上述目的，本发明的作业机械包括：车身；前作业机，其以能够在上下方向上转动的方式安装于所述车身的前部；至少一个液压缸，其驱动所述前作业机；操作输入装置，其用于指示所述液压缸的动作；以及驱动控制装置，其对应于来自所述操作输入装置的指示控制所述液压缸的驱动，所述驱动控制装置在所述液压缸接近行程末端时，将通过所述操作输入装置指示的动作速度修正为预先设定的容许速度以下，使所述液压缸减速，所述驱动控制装置包括：行程末端距离运算/评价部，其判定有无所述液压缸在行程末端碰撞的可能性；动态重心位置预测部，其在所述行程末端距离运算/评价部判定为存在所述液压缸在行程末端碰撞的可能性的情况下，预测从所述液压缸的减速操作开始到所述液压缸停止为止的所述作业机械的动态重心位置的轨道；以及容许速度变更部，其对应于从所述动态重心位置预测部预测到的动态重心位置的轨道到所述作业机械的翻倒线的最小距离来变更所述容许速度。
根据按照以上方式构成的本发明，在存在驱动前作业机的液压缸在行程末端碰撞的可能性时，预测从液压缸的减速操作开始到液压缸停止的作业机械的动态重心位置的轨道，通过对应于从所述动态重心位置的轨道到作业机械的翻倒线的最小距离来变更液压缸的容许速度，从而能够在不损害作业机械的动态稳定性的限度内，在液压缸的行程末端碰撞时产生冲击。
发明的效果
根据本发明，能够在不损害作业机械的动态稳定性的限度内，进行利用驱动前作业机的液压缸的行程末端碰撞时的冲击的作业。
附图说明
图1本发明实施方式的液压挖掘机的侧视图。
图2是示出液压挖掘机的各构成构件的重心位置的图。
图3是示出液压挖掘机的静态重心位置、动态重心位置及翻倒线的位置关系的图。
图4是驱动控制装置的功能框图。
图5是示出用于求算减速停止后液压缸行程的计算模型的图。
图6是示出用于求算减速停止后液压缸行程的计算模型的图。
图7是示出行程末端附近的液压缸行程液压缸容许速度的关系的图。
图8是示出行程末端附近的液压缸行程液压缸容许速度的关系的图。
图9是示出行程末端附近的液压缸行程液压缸容许速度的关系的图。
图10是示出行程末端附近的液压缸速度及液压缸行程的经时变化的图。
图11是示出驱动控制装置的处理的流程图。
具体实施方式
以下，作为本发明实施方式的作业机械以液压挖掘机为例，参照附图进行说明。需要说明的是，在各图中，对等同构件标注相同的附图标记，适当省略重复的说明。
<液压挖掘机>
图1是本实施方式的液压挖掘机的侧视图。
如图1所示，液压挖掘机1包括前作业机2和由回转体3及行驶体4构成的车身。
前作业机2包括：动臂20，其以能够在上下方向上转动的方式安装于回转体3的前部；斗杆21，其以能够在上下或前后方向上转动的方式安装于动臂20的顶端部；铲斗22，其以能够在上下或前后方向上转动的方式安装于斗杆21的顶端部；动臂液压缸20A，其一端与回转体3的前部连结，另一端与动臂20的中间部连结；斗杆液压缸21A，其一端与动臂20的中间部连结，另一端与斗杆21的基端部连结；以及铲斗液压缸22A，其一端与斗杆21的基端部连结，另一端即借助斗杆连杆22C与斗杆21的顶端部连结，并且借助铲斗连杆22B与铲斗22的基端部连结。动臂20通过动臂液压缸20A的伸缩动作而在上下方向上转动。斗杆21通过斗杆液压缸21A的伸缩动作而在上下或前后方向上转动。铲斗22通过铲斗液压缸22A的伸缩动作而在上下或前后方向上转动。需要说明的是，铲斗22能够更换为抓斗、碎石机、松土机、磁铁等其他作业工具。
动臂20上安装有检测动臂20的角速度和加速度的动臂用IMU传感器20a。斗杆21上安装有检测斗杆21的角速度和加速度的斗杆用IMU传感器21a。铲斗连杆22B上安装有检测铲斗22的角速度和加速度的铲斗用IMU传感器22a。驾驶室32内安装有检测回转体3的角速度和加速度的回转体用IMU传感器30a。
回转体3包括主框架31、驾驶室32、操作输入装置33、驱动控制装置34、发动机35、驱动装置36、配重37。驾驶室32、驱动控制装置34、发动机35、驱动装置36及配重37配置在主框架31上。
操作输入装置33设置在驾驶室32内，由操作者进行倾倒操作的多个操纵杆和检测这些操纵杆的倾倒量(杆操作量)的操作输入量传感器33a、33b、33c(参见图4)构成。驱动控制装置34基于来自操作输入装置33的指示，对包含动臂液压缸20A、斗杆液压缸21A及铲斗液压缸22A在内的执行机构的动作进行控制。发动机35产生液压挖掘机1运转所需的动力。驱动装置36基于驱动控制装置34决定的驱动指令值，驱动包含动臂液压缸20A、斗杆液压缸21A及铲斗液压缸22A在内的执行机构。为了达到液压挖掘机1运转时所需的重量平衡，配重37配置在液压挖掘机1的后方。
行驶体4包括履带架40、前惰轮41、下辊42a、42b、42c、链轮43、上辊44、履带45。前惰轮41、下辊42a、42b、42c、链轮43及上辊44分别以能够转动的方式设置于履带架40，履带45借助这些构件以能够环绕在履带架40周围的方式安装。需要说明的是，下辊42a、42b、42c及上辊44的数量对应于行驶体4的规模而增减，在行驶体4的规模小的情况下，也存在不设置下辊42a、42b、42c及上辊44的情况。另外，行驶体4不限定于具有履带45，也可以具有行驶轮或腿部。操作者能够通过操作操作输入装置33的操纵杆来调节链轮43的旋转速度，借助履带45使液压挖掘机1行驶。
<重心位置>
图2是示出用于求算液压挖掘机1的重心位置的计算模型的图。
如图2所示，在本实施方式中，考虑安装简易性，作为用于求算液压挖掘机1的重心位置的计算模型，使用质量集中于各构成构件重心的集中质点模型。在图2中，将回转体3的回转中心轴与地面相交的点设为原点，将行驶体4的行进方向设为X方向，将地面的法线方向设为Z方向，将与X方向及Y方向正交的方向设为Y方向。另外，重心位置设在XZ平面上。
液压挖掘机重心1G位于动臂重心20G、斗杆重心21G、铲斗重心22G、回转体重心3G及行驶体重心4G合成的位置。
动臂重心20G位于动臂20、动臂液压缸20A及动臂用IMU传感器20a各自的重心合成的位置。
斗杆重心21G位于斗杆21、斗杆液压缸21A及斗杆用IMU传感器21a各自的重心合成的位置。
铲斗重心22G位于铲斗22、铲斗连杆22B、斗杆连杆22C、铲斗液压缸22A及铲斗用IMU传感器22a各自的重心合成的位置。
回转体重心3G位于回转体用IMU传感器30a、主框架31、驾驶室32、操作输入装置33、驱动控制装置34、发动机35、驱动装置36及配重37各自的重心合成的位置。
行驶体重心4G位于前惰轮41、下辊42a、42b、42c、链轮43及上辊44各自的重心合成的位置。
需要说明的是，质点的设定方法不限于此，也可以增加或减少质点集中的部位。例如，也可以将砂土的质量加入到铲斗22的质量中。
<翻倒线>
翻倒线在JISA8403-1：1996，土工机械-液压挖掘机-第1部分：用语及规格项目中定义为“连结成为翻倒支点的点的线″。使用图3说明液压挖掘机1的翻倒线。
在图3中，以虚线示出液压挖掘机1的支承多边形。液压挖掘机1的支承多边形为将履带45与地面的接触点以无凹陷的方式连结的四边形。在本实施方式中，如图1所示，前惰轮41和链轮43相对于下辊42a、42b、42c安装于稍高的位置，因此在前惰轮41和链轮43的下方，履带45不与地面接触。因此，位于行驶体4前侧的支承多边形(四边形)的边处于与在履带45的最前方配置的下辊42a的位置，位于行驶体4后侧的支承多边形(四边形)的边处于在履带45的最后方配置的下辊42c的位置。
翻倒线是构成支承多边形(四边形)的四条边中的与以液压挖掘机1的静态重心位置1Gs为基点朝向动态重心位置1Gd延伸的直线相交的边。在图3所示的例子中，动态重心位置1Gd从静态重心位置1Gs观察位于行驶体4的前方，因此，支承多边形(四边形)的位于行驶体4前方的边成为翻倒线。静态重心位置1Gs对应于前作业机2的姿态或回转体3的角度(回转角)而变化。动态重心位置1Gd不仅对应于前作业机2的姿态或回转体3的角度(回转角)而变化，而且对应于在前作业机2或回转体3动作时产生的惯性力而变化。根据静态重心位置1Gs与动态重心位置1Gd的位置关系，位于行驶体4的左右方或后方的支承多边形(四边形)的边成为翻倒线。
在后述的ZMP稳定判别标准的方法中，从液压挖掘机1的动态重心位置1Gd到翻倒线的距离(以下记为翻倒线距离)成为表示液压挖掘机1的稳定性的指标值。从动态重心位置1Gd到翻倒线的距离(翻倒线距离)越小，车身倾斜的可能性越高。
需要说明的是，若从行驶体4的中心到翻倒线的距离在前后左右方向大致相同，则考虑安装简易性，也可以将以回转体3的转动中心为中心的圆设为翻倒线。
<状态量检测机构>
回转体用IMU传感器30a(参见图1)由角速度传感器30b及加速度传感器30c(参见图4)构成。动臂用IMU传感器20a(参见图1)由角速度传感器20b及加速度传感器20c(参见图4)构成。斗杆用IMU传感器21a(参见图1)由角速度传感器21b及加速度传感器21c(参见图4)构成。铲斗用IMU传感器22a(参见图1)由角速度传感器22b及加速度传感器22c(参见图4)构成。
能够利用角速度传感器30b、20b、21b、22b及加速度传感器30c、20c、21c、22c求算回转体3、动臂20、斗杆21及铲斗22各自的对地角度和角速度。即能够获取液压挖掘机1的姿态。另外，能够根据各机械连接关系，按三维求算回转体重心3G、动臂重心20G、斗杆重心21G及铲斗重心22G的位置和加速度。需要说明的是，行驶体4上也安装有IMU传感器，也可以按三维求算行驶体重心4G的位置和加速度。
在本实施方式中，行驶体4相对于回转体3仅在XY平面上转动，因此考虑安装简易性，X方向及Z方向的位置及加速度根据机械约束及回转体用IMU传感器30a求算。
需要说明的是，此处示出的状态量检测机构是一例，作为检测液压挖掘机1的姿态及加速度的机构，也可以直接计测前作业机2各部分的相对角度，或检测动臂液压缸20A、斗杆液压缸21A及铲斗液压缸22A的行程和/或速度并转换为液压挖掘机1的姿态或加速度。
操作输入装置33包括：动臂用操作输入量传感器33a(参见图4)，其检测与动臂20对应的操纵杆的倾转量，作为与动臂液压缸20A的动作速度相当的操作指令值；斗杆用操作输入量传感器33b(参见图4)，其检测与斗杆21对应的操纵杆的倾转量，作为与斗杆液压缸21A的动作速度相当的操作指令值；以及铲斗用操作输入量传感器33c(参见图4)，其检测与铲斗22对应的操纵杆的倾转量，作为与铲斗液压缸22A的动作速度相当的操作指令值。由此，能够通过操作者调整操纵杆的倾转量来变更液压缸20A、21A、22A的动作速度。
<驱动控制装置>
图4是图1所示的驱动控制装置34的功能框图。
如图4所示，驱动控制装置34由运算模块34A和控制模块34B构成。运算模块34A包括质点位置/加速度运算部34a、减速停止后液压缸行程预测部34b、行程末端距离运算/评价部34c、动态重心位置预测部34d和翻倒线距离运算/评价部34e。控制模块34B包括容许速度变更部34f和驱动指令值决定部34g。
质点位置/加速度运算部34a基于来自角速度传感器20b、21b、22b、30b及加速度传感器20c、21c、22c、30c的信息，计算液压挖掘机1的各部分质点的位置和质点位置处的加速度。角速度传感器20b及加速度传感器20c构成动臂用IMU传感器20a(参见图1)。角速度传感器21b及加速度传感器21c构成斗杆用IMU传感器21a(参见图1)。角速度传感器22b及加速度传感器22c构成铲斗用IMU传感器22a(参见图1)。角速度传感器30b及加速度传感器30c构成回转体用IMU传感器30a(参见图1)。
减速停止后液压缸行程预测部34b基于来自质点位置/加速度运算部34a的信息和预先设定的液压缸容许速度，预测液压缸减速停止后的液压缸行程(减速停止后液压缸行程)。减速停止后液压缸行程的计算方法见后述。
行程末端距离运算/评价部34c根据从减速停止后液压缸行程预测部34b预测到的减速停止后液压缸行程计算到行程末端的距离(行程末端距离)，基于该行程末端距离，判定有无液压缸在行程末端碰撞的可能性。行程末端碰撞可能性有无判定的方法见后述。
动态重心位置预测部34d在通过行程末端距离运算/评价部34c预测到存在液压缸在行程末端碰撞的可能性的情况下，预测从液压缸的减速操作开始到液压缸停止的液压挖掘机1的动态重心位置。动态重心位置的计算方法见后述。
翻倒线距离运算/评价部34e计算从动态重心位置预测部34d预测到的动态重心位置到液压挖掘机1的翻倒线的距离(翻倒线距离)，基于该翻倒线距离判定液压挖掘机1的稳定状态。液压挖掘机1的稳定状态的判别方法见后述。
容许速度变更部34f基于翻倒线距离运算/评价部34e计算出的翻倒线距离，变更行程末端附近的液压缸容许速度。液压缸容许速度的变更方法见后述。
驱动指令值决定部34g基于通过容许速度变更部34f变更了的液压缸容许速度和来自操作输入量传感器33a、33b、33c的操作指令值，决定用于控制液压缸驱动的驱动指令值，并向驱动装置36输出。驱动指令值的决定方法见后述。
<减速停止后液压缸行程的计算方法>
说明计算减速停止后液压缸行程的方法。该方法由减速停止后液压缸行程预测部34b执行。
减速停止后液压缸行程通过将液压缸减速操作开始时的液压缸行程与从液压缸的减速操作开始到液压缸减速停止为止伸缩的行程量来求算。
在本实施方式中，作为计算减速停止后液压缸行程的方法的一例，说明使用图5所示的3次函数模型的方法。图5示出液压缸减速停止时的液压缸速度的经时变化。
在图5中，将液压缸减速操作开始的时刻设为基准时刻ti，将液压缸减速开始的速度变化开始点的时刻设为速度变化时刻ts，将液压缸速度变为零的时刻设为减速停止时刻te，将液压缸过冲并到达峰值到达点的时刻设为峰值到达时刻tp。
3次函数模型是以将速度变化开始点和峰值到达点设为极值的3次函数近似从液压缸减速操作开始到液压缸停止的液压缸的速度变化的模型，将减速操作开始时的液压缸速度定义为Vs，将峰值到达时刻tp的速度定义为峰值速度Vp，将峰值速度Vp相对于速度变化开始速度Vs的比率定义为过冲率α，将从基准时刻ti到速度变化开始时刻ts的时间定义为延迟时间TL，将从速度变化开始时刻ts到减速停止时刻te的时间定义为减速停止时间TG，将从速度变化开始时刻ts到峰值到达时刻tp的时间定义为峰值到达时间TC。过冲率α、延迟时间TL及峰值到达时间TC关于液压缸20A、21A一致。
减速停止后液压缸行程通过将液压缸减速操作开始时(时刻ti)的液压缸行程与从基准时刻ti到速度变化时刻ts(延迟时间TL)伸缩的行程量LL及从速度变化时刻ts到减速停止时刻te(减速停止时间TG)伸缩的行程量LG相加来求算。
表示液压挖掘机1的响应性的延迟时间TL与减速停止时间TG相比足够短，因此在延迟时间TL伸缩的行程量LL通过假定液压缸速度恒定，并将基准时刻ti的液压缸速度Vs与延迟时间TL相乘来求算。
从速度变化时刻Ts到减速停止时刻te伸缩的行程量LG，通过从速度变化时刻Ts到减速停止时刻te对3次函数进行积分来求算。
需要说明的是，考虑安装的简易性，如图6所示，也可以以连结速度变化开始点与峰值到达点的一次函数近似液压缸的速度变化，通过对该一次函数进行积分，求算从速度变化时刻ts到减速停止时刻te(减速停止时间TG)伸缩的行程量LG。
<行程末端碰撞可能性有无的判定方法>
说明行程末端碰撞可能性有无的判定方法。该方法由行程末端距离运算/评价部34c执行。
行程末端碰撞可能性的有无基于从减速停止后液压缸行程到行程末端的距离(行程末端距离)判定。在行程末端距离小于规定阈值(第2阈值)的情况下，判定为存在液压缸在行程末端碰撞的可能性，在行程末端距离为规定阈值(第2阈值)以上的情况下，判定为不存在行程末端碰撞的可能性。
在此，在液压缸的制造误差小且IMU传感器的检测精度高的情况下，能够以高精度计算减速停止后液压缸行程，因此作为规定阈值(第2阈值)，能够设定很小的值。另外，通过对应于减速停止后液压缸行程与实际速停止时的液压缸行程的差调整规定阈值(第2阈值)，能够提高行程末端碰撞可能性有无的判定精度。
<动态重心位置的计算方法>
说明计算液压挖掘机1的动态重心位置的方法。该方法由动态重心位置预测部34d执行。
液压挖掘机1的动态重心位置1Gd是在液压挖掘机1的静态重心位置1Gs的基础上，考虑了前作业机2或回转体3动作时产生的惯性力的重心位置，使用以下所示的ZMP方程式求算。
【式1】
Figure BDA0002191103550000121
其中：
rzMP...ZMP位置矢量(动态重心位置矢量)
mi...第i个质点的质量
ri...第i个质点的位置矢量
ri″...作用于第i个质点的加速度矢量(包含重力加速度)
Mj...第j个外力力矩
Sk...第k个外力作用点位置矢量
Fk...第k个外力矢量
需要说明的是，式(1)的矢量是由X分量、Y分量、Z分量构成的三维矢量。
在本实施方式中，由于没有外力作用，因此式(1)的关于外力的部分(外力力矩Mj及外力矢量Fk)为零。由此，只要知道质点的质量mi、位置矢量ri及加速度矢量ri″就能够求出动态重心位置。
在本实施方式中，使用图5所示的3次函数模型，求算液压缸直到减速停止的加速度。图5所示的3次函数在速度变化开始点和峰值到达点具有极值，因此在其中间加速度绝对值最大。由于速度变化时刻ts和峰值到达时刻tp已知，因此其中间时刻的3次函数的斜率为加速度。加速度通过在前述的中间时刻对3次函数进行微分而求出。
在本实施方式中，假想与驱动指令值相当的液压缸的动作速度与实际液压缸动作速度的差很大，使用近似以预先设定的液压缸容许速度使液压缸实际减速停止情况下的速度变化的3次函数确定加速度。需要说明的是，在与驱动指令值相当的液压缸的动作速度与实际液压缸动作速度的差小的情况下，也可以根据与驱动指令值相当的液压缸的动作速度确定加速度。
<稳定状态的判别方法>
说明液压挖掘机1的稳定状态判定的方法。该方法由翻倒线距离运算/评价部34e执行。
翻倒线距离是从动态重心位置1Gd到翻倒线的距离，通过从距离翻倒线的X分量减去动态重心位置的X分量来求算。能够根据翻倒线距离的大小来判别液压挖掘机1的稳定状态。根据ZMP稳定判别标准，在该翻倒线距离变为0以下时，判别对象为不稳定状态。
然而，液压挖掘机1由于进行砂土的挖掘及装载，因此不仅在稳固的地面上使用，还存在在履带45沉入地面中的松软地基上使用的情况。因此，即使在翻倒线距离没有到零以下的情况下，也根据设置液压挖掘机1的地基，存在履带45陷入地面而使车身倾斜的情况。因此，在本实施方式中，只要翻倒线距离为规定阈值(第2阈值)以上，就判别为不存在车身倾斜的可能。
在此，规定阈值(第2阈值)根据使用液压挖掘机1的地基的硬度、容许倾斜的大小通过实验决定即可。另外，也可以不将规定阈值(第2阈值)设为固定值，而设为与地基的硬度或容许倾斜的大小对应的可变值。
<容许速度的变更方法>
说明液压缸容许速度的变更方法。该方法由容许速度变更部34f执行。
液压缸容许速度基于翻倒线距离变更。在本实施方式中，在从液压缸的减速操作开始至液压缸停止为止的动态重心位置的轨道到翻倒线的最小距离(最小翻倒线距离)为规定阈值(第2阈值)以上的情况下，认为不存在车身因行程末端碰撞时的冲击而倾斜的可能，以液压缸的减速度增大的方式变更液压缸容许速度。另一方面，在最小翻倒线距离小于规定阈值(第2阈值)的情况下，认为存在车身因行程末端碰撞时的冲击而倾斜的可能，以液压缸的减速度变小的方式变更液压缸容许速度。
使用图7～图9说明液压缸容许速度的变更方法的具体例。图7～图9分别是示出行程末端附近的液压缸行程与液压缸容许速度的关系的图。
在图7所示的例子中，通过以减速开始的液压缸行程S1成为行程末端附近的液压缸行程S2的方式变更液压缸容许速度，来增大液压缸的减速度。由此能够增大行程末端碰撞时的冲击。需要说明的是，在图7所示的例子中，使行程末端处的液压缸容许速度为零，但如图8所示，也可以不将行程末端处的液压缸容许速度设为零。另外，在即使维持液压缸速度为最大速度的状态使液压缸在行程末端碰撞而最小翻倒线距离也为规定阈值(第2阈值)以上的情况下，如图9所示，设定液压缸容许速度恒定为最大速度直到行程末端。由此，能够使行程末端碰撞时的冲击最大。
图10是示出液压缸在行程末端停止时的液压缸速度及液压缸行程的经时变化的图。
在以液压缸的减速度减小的方式设定容许速度的情况下，在到达行程末端之前(时刻ts)开始修正杆操作量，如上侧的虚线所示，液压缸速度随着接近行程末端而逐渐减小。由此，由于液压缸顺畅停止，因此行程末端碰撞时的冲击被缓和。
另一方面，在按照液压缸的减速度增大的方式设定容许速度的情况下，如上侧的实线所示，直到行程末端碰撞，维持与杆操作量相当的液压缸速度。由此，由于液压缸在行程末端急停，因此在行程末端碰撞时产生很大的冲击。
<驱动指令值决定方法>
说明决定针对驱动装置36的驱动指令值的方法。该方法由驱动指令值决定部34g执行。
驱动指令值基于杆操作量和液压缸在行程末端碰撞的可能性决定。在不存在液压缸在行程末端碰撞的可能性时，将与杆操作量相当的值设为驱动指令值。另一方面，在存在液压缸在行程末端碰撞的可能性时，将与杆操作量相当的液压缸动作速度和液压缸容许速度进行对比，在与杆操作量相当的液压缸动作速度为容许速度以下时，将与杆操作量相当的值设为驱动指令值。另一方面，在与杆操作量相当的液压缸动作速度大于容许速度时，将与液压缸容许速度相当的值设为驱动指令值。
<驱动控制机构>
图11是示出驱动控制装置34的处理的流程图。该流程分别针对动臂液压缸20A和斗杆液压缸21A执行。以下依次说明各步骤。
在步骤S1中，减速停止后液压缸行程预测部34b基于来自质点位置/加速度运算部34a的信息预测减速停止后液压缸行程。
在步骤S2中，行程末端距离运算/评价部34c根据在步骤S1中预测的减速停止后液压缸行程计算行程末端的距离(行程末端距离)。
在步骤S3中，行程末端距离运算/评价部34c判定在步骤S2中计算出的行程末端距离是否小于规定阈值(第2阈值)。在判定行程末端距离为规定阈值(第2阈值)以上(否)的情况下进入步骤S11。在判定行程末端距离小于规定阈值(第2阈值)(是)的情况下进入步骤S4。
在步骤S4中，动态重心位置预测部34d预测液压缸的减速操作开始到液压缸停止为止的动态重心位置的轨道。
在步骤S5中，翻倒线距离运算/评价部34e计算从在步骤S4中预测出的动态重心的轨道到液压挖掘机1的翻倒线的最小距离(最小翻倒线距离)。
在步骤S6中，翻倒线距离运算/评价部34e判定在步骤S5中计算出的最小翻倒线距离是否小于规定阈值(第1阈值)。在判定最小翻倒线距离为规定阈值(第1阈值)以上(否)的情况下进入步骤S7。在判定最小翻倒线距离小于规定阈值(第1阈值)(是)的情况下进入步骤S8。
在步骤S7中，以液压缸的减速度增大的方式变更液压缸容许速度，并返回步骤S4。
在步骤S8中，将满足在步骤S5中计算出的最小翻倒线距离为步骤S6的规定阈值(第1阈值)以上的条件的液压缸容许速度中的最大液压缸容许速度，设定为用于决定针对驱动装置36的驱动指令值的液压缸容许速度。
在步骤S9中，判定与杆操作量相当的液压缸动作速度是否大于液压缸容许速度。在判定为大于液压缸容许速度(是)的情况下进入步骤S10。在判定为液压缸容许速度以下(否)的情况下进入步骤S11。
在步骤S10中，将与液压缸容许速度相当的驱动指令值设为针对驱动装置36的驱动指令值，并返回步骤S1。
在步骤S11中，将与杆操作量相当的驱动指令值设为针对驱动装置36的驱动指令值，并返回步骤S1。
<效果>
根据按照以上方式构成的液压挖掘机1，在存在驱动前作业机2的液压缸20A、21A在行程末端碰撞的可能性时，以从液压缸20A、21A的减速操作开始至液压缸20A、21停止为止的动态重心的轨道到翻倒线的最小距离(最小翻倒线距离)越大，液压缸20A、21A的减速度越大的方式设定液压缸容许速度，从而能够在不损害液压挖掘机1的动态稳定性的限度内，在液压缸20A、21A的行程末端碰撞时产生冲击。由此，能够在不损害液压挖掘机1的动态稳定性的限度内，进行利用驱动前作业机2的液压缸20A、21A的行程末端碰撞时的冲击的作业。
<其他>
以上对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明不限定于上述实施方式，包含多种变形例。例如，在上述实施方式中，以液压挖掘机为例进行了说明，但本发明也能够应用于除了液压挖掘机以外的作业机械。另外，上述实施方式用于清楚易懂地说明本发明，并非限定本发明具有所说明的全部构成。
附图标记说明
1...液压挖掘机(作业机械)、1G...液压挖掘机重心、1Gs...静态重心位置、1Gd...动态重心位置、2...前作业机、3...回转体(车身)、3G...回转体重心、4...行驶体(车身)、4G...行驶体重心、20...动臂、20a...动臂用IMU传感器、20b...角速度传感器、20c...加速度传感器、20A...动臂液压缸、20G...动臂重心、21...斗杆、21a...斗杆用IMU传感器、21b...角速度传感器、21c...加速度传感器、21A...斗杆液压缸、21G...斗杆重心、22...铲斗、22a...铲斗用IMU传感器、22b...角速度传感器、22c...加速度传感器、22A...铲斗液压缸、22G...铲斗重心、22B...铲斗连杆、22C...斗杆连杆、30a...回转体用IMU传感器、30b...角速度传感器、30c...加速度传感器、31...主框架、32...驾驶室、33...操作输入装置、33a...动臂用操作输入量传感器、33b...斗杆用操作输入量传感器、33c...铲斗用操作输入量传感器、34...驱动控制装置、34a...质点位置/加速度运算部、34b...减速停止后液压缸行程预测部、34c...行程末端距离运算/评价部、34d...动态重心位置预测部、34e...翻倒线距离运算/评价部、34f...容许速度变更部、34g...驱动指令值决定部、34A...运算模块、34B...控制模块、35...发动机、36...驱动装置、37...配重、40...履带架、41...前惰轮、42a、42b、42c...下辊、43...链轮、44...上辊、45...履带。

Claims (2)

1.一种作业机械，包括：
车身；
前作业机，其以能够在上下方向上转动的方式安装于所述车身的前部；
至少一个液压缸，其驱动所述前作业机；
操作输入装置，其用于指示所述液压缸的动作；
驱动控制装置，其对应于来自所述操作输入装置的指示决定用于控制所述液压缸的驱动的驱动指令值；以及
驱动装置，其基于所述驱动控制装置决定的驱动指令值，使所述液压缸进行驱动，
所述驱动控制装置具有下述功能：在所述液压缸接近行程末端时，向所述驱动装置输出将通过所述操作输入装置指示的所述液压缸的动作速度修正为预先设定的容许速度以下的所述驱动指令值，使所述液压缸减速，
所述作业机械的特征在于，
所述驱动控制装置包括：
减速停止后液压缸行程预测部，其预测所述液压缸减速停止后的液压缸行程；
行程末端距离运算/评价部，其根据行程末端距离，判定有无所述液压缸在行程末端碰撞的可能性，所述行程末端距离是从通过所述减速停止后液压缸行程预测部预测到的液压缸行程直到行程末端的距离；
动态重心位置预测部，其在通过所述行程末端距离运算/评价部判定为存在所述液压缸在行程末端碰撞的可能性的情况下，预测从所述液压缸的减速操作开始到所述液压缸停止为止的所述作业机械的动态重心位置的轨道；以及
容许速度变更部，其将从通过所述动态重心位置预测部预测到的所述作业机械的动态重心位置的轨道到翻倒线的最小距离变为规定的第1阈值以上的液压缸的容许速度中的最大容许速度设定为用于决定针对所述驱动装置的驱动指令值的所述容许速度，其中，所述翻倒线为由所述作业机械与地面的接地面形成的轮廓线中的、与以所述作业机械的静态重心位置为基点朝向动态重心位置延伸的直线相交的线。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述行程末端距离运算/评价部在所述行程末端距离小于规定的第2阈值时，判定为存在所述液压缸在行程末端碰撞的可能性。
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GR01 Patent grant
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