CN114687395A

CN114687395A - 工程机械

Info

Publication number: CN114687395A
Application number: CN202210474107.4A
Authority: CN
Inventors: 石原新士; 坂本博史; 森木秀一; 成川理优
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: CN111295484A; EP3712335B1; WO2019093424A1; JP2019090185A; KR102430343B1; US20210040705A1; JP6912356B2; US11668069B2; EP3712335A1; KR20200065040A; CN114687395B; EP3712335A4

Abstract

提供不要求操作员进行复杂的操作就能够使碾压作业时的铲斗的按压力均匀的工程机械。控制装置(18)判断是否为碾压作业，运算从动臂(4)的转动支点到铲斗(6)的背面规定位置(B)为止的距离即前部距离(R)，以随着所述前部距离变大则所述铲斗接近平整土地目标面的速度变小的方式决定所述铲斗的目标速度，在进行碾压作业时，将用于达成所述铲斗的目标速度的操作装置(9a、9b)的操作内容通知至操作员，或者以达成所述铲斗的目标速度的方式控制液压执行机构(4a～6a)。

Description

工程机械

本发明申请是国际申请日为2018年11月8日、国际申请号为PCT/JP2018/041499、进入中国国家阶段的国家申请号为201880071492.X、发明名称为“工程机械”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及液压挖掘机等的工程机械。

背景技术

近年来，伴随对信息化建设的支承，液压挖掘机等的工程机械中有具有将动臂、斗杆、铲斗等的作业机构的位置或姿势向操作员显示的机械指导、或以沿着目标施工面移动作业机构的位置的方式进行控制的机械控制的功能的工程机械。作为其代表例，已知有将液压挖掘机的铲斗前端位置和铲斗角度向监控器显示、或者若铲斗前端接近目标施工面则以使铲斗不继续前进的方式对动作设置限制的工程机械。

然而，在土木施工作业中，作为平整土地作业后的最终完成工序，进行用铲斗背面敲打并压固地面的碾压作业(也称为“敲打土坡”)。作为支援碾压作业的技术，例如举出专利文献1、2。

在专利文献1中公开了如下的技术：基于来自用于操作作业机的操作构件(操作杆等)的操作信号，切换平整土地作业时与碾压作业时的控制。且在碾压作业时根据作业机与设计地形之间的距离限制趋向设计地形的作业机的速度。

另外，在专利文献2中公开了如下的技术：检测前部作业机的挖掘半径(reach)，根据挖掘半径的大小来进行调整泵流量或者控制阀的开度的控制，由此，使杆操作量与铲斗(附件)移动量的关系与挖掘半径的变化无关地设为一定。

现有技术文献

专利文献1：WO2016/125916号公报

专利文献2：JP特开2012-225084号公报

发明内容

在碾压作业中，在将铲斗背面撞向地面时的强度(按压力)成为决定完工面的结果好坏的主要原因。这是因为，铲斗背面的按压力的强弱的偏差会呈现为完工面的凹凸。因此，为了做出高品质的完工面如何将按压力保持均匀变成为课题。在此，按压力由铲斗速度与前部作业机的惯性(前部惯性)之积来定义，前部惯性根据前部作业机的姿势而变化。

与之相对地，在专利文献1的技术中，虽然在碾压作业时根据作业机与设计地形之间的距离而使铲斗速度被限制在一定值以下，但因前部惯性根据前部作业机的姿势而发生变化会使按压力变动。另一方面，在专利文献2的技术中，虽然与前部作业机的挖掘半径无关地将相对于动臂操作量的铲斗速度设为一定值，但为了将按压力设为一定，操作员必须根据前部作业机的姿势来调整动臂操作量，因此，为了实现按压力的均匀化而要求很高的熟练度。

本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于，提供一种不要求操作员进行复杂的操作就能够使在碾压作业时的铲斗的按压力均匀的工程机械。

为了达成上述目的，本发明提供一种工程机械，其具备：车身；具有动臂、斗杆以及铲斗的多关节型的前部作业机，其安装于所述车身的前方；多个液压执行机构，其包含驱动所述动臂的动臂液压缸、驱动所述斗杆的斗杆液压缸、以及驱动所述铲斗的铲斗液压缸；由操作员操作的操作装置，其指示所述动臂、所述斗杆以及所述铲斗的各动作；检测所述动臂的姿势的动臂姿势检测装置；检测所述斗杆的姿势的斗杆姿势检测装置；检测所述铲斗的姿势的铲斗姿势检测装置；以及控制装置，其根据所述操作装置的操作对所述多个液压执行机构的驱动进行控制，所述控制装置设定平整土地目标面，所述控制装置决定使所述铲斗不侵入至比所述平整土地目标面更靠下方这样的所述动臂、所述斗杆以及所述铲斗的目标速度，所述控制装置在进行平整土地作业时，将用于达成所述斗杆以及所述铲斗的目标速度的所述操作装置的操作内容通知至所述操作员，或者以达成所述斗杆以及所述铲斗的目标速度的方式控制所述多个液压执行机构的驱动，其中，所述控制装置判断是否为碾压作业，对前部距离进行运算，所述前部距离为从所述动臂的转动支点到所述铲斗的背面规定位置为止的距离，以随着所述前部距离变大则所述铲斗接近所述平整土地目标面的速度变小的方式决定所述铲斗的目标速度，在进行碾压作业时，将用于达成所述铲斗的目标速度的所述操作装置的操作内容通知至所述操作员，或者以达成所述铲斗的目标速度的方式控制所述多个液压执行机构。

根据以如上方式构成的本发明，在碾压作业时，以随着前部距离变大而铲斗接近平整土地目标面的速度变小的方式决定铲斗目标速度，将用于达成该铲斗目标速度的操作装置的操作内容通知给操作员，或者以达成该铲斗目标速度的方式控制多个液压执行机构。由此，操作员不进行复杂的操作就能够使碾压作业时的铲斗的按压力均匀。

发明效果

根据本发明，不要求操作员进行复杂的操作就能够使在碾压作业时的铲斗的按压力均匀。

附图说明

图1是示意性示出本发明的实施方式的液压挖掘机的外观的图。

图2是概略示出本发明的实施方式的控制器的处理功能的一部分的功能框图。

图3是第一实施例的控制器的详细的功能框图。

图4是示出铲斗的背面规定位置以及前部距离(挖掘半径)的运算方法的图。

图5是示出车身接地面和平整土地目标面不在同一平面上的情况的前部距离的图。

图6是示出第一实施例的铲斗目标速度决定部的运算结果的一例的图。

图7是示出第一实施例的操作指示决定部的运算结果的一例的图。

图8是示出应用了现有技术的情况下的按压力相对于前部距离的变化的图。

图9是示出在液压挖掘机的车身在俯仰(pitch)方向上振动的状态下进行碾压作业的情况下的按压力的变化的一例的图。

图10是第二实施例以及第三实施例的控制器的详细的功能框图。

图11是示出第二实施例的铲斗目标速度决定部的运算结果的一例的图。

图12是示出第三实施例的铲斗目标速度决定部的运算结果的一例的图。

图13是示出在使车身俯仰速度和铲斗速度同步的情况下的铲斗目标速度以及按压力相对于前部距离的变化的图。

图14是示出第三实施例的控制器的控制运算流程的图。

图15是示出在车身接地面和平整土地目标面不在同一平面上的情况下的目标面角度的图。

图16是第四实施例的控制器的详细的功能框图。

图17是示出第四实施例的铲斗目标速度决定部的运算结果的一例的图。

图18是示出第四实施例中的铲斗目标速度相对于前部距离的变化的图。

具体实施方式

以下，作为本发明的实施方式的工程机械，举出在前部装置(前部作业机)的前端作为作业具而具有铲斗的液压挖掘机的例子，参照附图进行说明。此外，在各图中，对同等构件标注相同的附图标记，适当省略重复的说明。

图1是示意性示出本实施方式的液压挖掘机的外观的图。

在图1中，液压挖掘机100具有将沿垂直方向分别转动的多个被驱动构件(动臂4、斗杆5、铲斗(作业具)6)连结而构成的多关节型的前部装置(前部作业机)1、和构成车身的上部旋转体2以及下部行使体3，上部旋转体2相对于下部行使体3可旋转地设置。另外，前部装置1的动臂4的基端在垂直方向上可转动地支承于上部旋转体2的前部，斗杆5的一端在垂直方向上可转动地支承于与动臂4的基端不同的端部(前端)，铲斗6在垂直方向上可转动地支承于斗杆5的另一端。动臂4、斗杆5、铲斗6、上部旋转体2以及下部行使体3由作为液压执行机构的动臂液压缸4a、斗杆液压缸5a、铲斗液压缸6a、旋转马达2a、以及左右的行使马达3a(仅图示一方的行使马达)分别驱动。

动臂4、斗杆5以及铲斗6在单一平面(以下为动作平面)上动作。动作平面是与动臂4、斗杆5以及铲斗6的转动轴正交的平面，能够以从动臂4、斗杆5以及铲斗6的宽度方向上的中心通过的方式设定。

在操作员所搭乘的驾驶室9设有输出用于操作液压执行机构2a～6a的操作信号的左右的操作杆装置(操作装置)9a、9b。左右的操作杆装置9a、9b分别包括可向前后左右倾倒的操作杆、和电性检测与该操作杆的倾倒量(杆操作量)相当的操作信号的检测装置，经由电布线将该检测装置所检测的杆操作量输出至作为控制装置的控制器18(由图2示出)。也就是说，向左右的操作杆装置9a、9b的各操作杆的前后方向或者左右方向分别分配了液压执行机构2a～6a的操作。

动臂液压缸4a、斗杆液压缸5a、铲斗液压缸6a、旋转马达2a以及左右的行使马达3a的动作控制通过由控制阀8控制从通过未图示的发动机或电动马达等原动机驱动的液压泵装置7向各液压执行机构2a～6a供给的工作油的方向以及流量来进行。控制阀8的控制通过从未图示的先导泵经由电磁比例阀输出的驱动信号(先导压)来进行。通过基于来自左右的操作杆装置9a、9b的操作信号由控制器18控制电磁比例阀，控制各液压执行机构2a～6a的动作。

此外，左右的操作杆装置9a、9b可以为液压先导方式，可以构成为分别将基于由操作员操作的操作杆的操作方向以及操作量的先导压作为驱动信号向控制阀8供给，驱动各液压执行机构2a～6a。

作为姿势传感器，在上部旋转体2、动臂4、斗杆5以及铲斗6分别配置有惯性计测装置(IMU：Inertial Measurement Unit)12、14～16。以下，在需要区别这些惯性计测装置的情况下，分别称为车身惯性计测装置12、动臂惯性计测装置14、斗杆惯性计测装置15、以及铲斗惯性计测装置16。

惯性计测装置12、14～16计测角速度以及加速度。若考虑配置有惯性计测装置12、14～16的上部旋转体2、各被驱动构件4～6静止的情况，则能够基于对各惯性计测装置12、14～16设定的IMU坐标系中的重力加速度的方向(也就是说，铅垂朝下方向)、和各惯性计测装置12、14～16的安装状态(也就是说，各惯性计测装置12、14～16与上部旋转体2、各被驱动构件4～6之间的相对位置关系)，检测上部旋转体2、各被驱动构件4～6的朝向(姿势：后述的姿势角度θ)。在此，动臂惯性计测装置14构成检测与动臂4的姿势有关的信息(以下，称为姿势信息)的动臂姿势检测装置，斗杆惯性计测装置15构成检测斗杆5的姿势信息的斗杆姿势检测装置，铲斗惯性计测装置16构成检测铲斗6的姿势信息的铲斗姿势检测装置。

此外，姿势信息检测装置不限于惯性计测装置，例如可以使用倾斜角传感器。另外，可以在各被驱动构件4～6的连结部分配置电位器，检测上部旋转体2、各被驱动构件4～6的相对的朝向(姿势信息)，根据检测结果求出各被驱动构件4～6的姿势。另外，也可以构成为在动臂液压缸4a、斗杆液压缸5a、以及铲斗液压缸6a分别配置冲程传感器，根据冲程变化量算出上部旋转体2、各被驱动构件4～6的各连接部分中的相对的朝向(姿势信息)，并根据该结果求出各被驱动构件4～6的姿势(姿势角度θ)。

图2是示意性示出搭载于液压挖掘机100的控制器的处理功能的一部分的图。

在图2中，控制器18具有用于对液压挖掘机100的动作进行控制的各种功能，作为其中一部分而具有碾压作业支援控制部18a、操作指示显示控制部18b、液压系统控制部18c、以及平整土地目标面设定部18d的各功能部。

碾压作业支援控制部18a基于来自惯性计测装置12、14～16的检测结果、以及来自平整土地目标面设定部18d(后述)的输入，进行对成为臂4的旋转中心的、从动臂脚销到铲斗6的背面规定位置为止的距离即前部距离(挖掘半径)、车身坐标系中的铲斗位置的运算。还基于上述的前部距离和铲斗位置等的车身信息，运算在碾压作业时的铲斗6的目标速度。详细的运算内容如后所述。

操作指示显示控制部18b控制设于驾驶室9的未图示的监控器的显示、未图示的扬声器的声音。基于由碾压作业支援控制部18a运算出的前部装置1的姿势信息、铲斗目标速度，运算对操作员的操作支援的指示内容，在驾驶室9的监控器进行显示或者进行基于声音的通知。

即，操作指示显示控制部18b发挥例如将具有动臂4、斗杆5、铲斗6等的被驱动构件的前部装置1的姿势、铲斗6的前端位置、角度、速度等显示在监控器上对操作员的操作进行支援的作为机械指导系统的功能的一部分。

液压系统控制部18c控制由液压泵装置7、控制阀8、各液压执行机构2a～6a等构成的液压挖掘机100的液压系统，基于由碾压作业支援控制部18a运算出的前部装置1的姿势信息、铲斗目标速度，运算前部装置1的动作，以实现该动作的方式控制液压挖掘机100的液压系统。即，液压系统控制部18c发挥进行例如以使铲斗6的背面不以过大的力敲击平整土地目标面的方式或者以使铲斗6的背面以外不与平整土地目标面接触的方式限制前部作业机1的动作的控制的作为机械控制系统的功能的一部分。

平整土地目标面设定部18d基于在未图示的存储装置等由施工管理者预先存储的三维施工图等的设计地形数据17，对定义平整土地对象的目标形状的平整土地目标面进行运算。

【实施例1】

利用图3～图7说明本发明的第一实施例的液压挖掘机100。

图3是本实施例的控制器18的详细的功能框图。此外，在图3中，与图2同样地省略与本发明不直接相关的功能。

在图3中，碾压作业支援控制部18a具备铲斗位置运算部18a1、铲斗目标速度决定部18a2和控制切换部18a3。

铲斗位置运算部18a1根据动臂4、斗杆5、铲斗6的各姿势检测装置(与各惯性计测装置14～16相当)的输出，计算铲斗6的背面规定位置的坐标和前部距离(挖掘半径)。

利用图4说明铲斗6的背面规定位置以及前部距离的运算方法。

铲斗位置运算部18a1以动臂4的作为转动支点的动臂脚销的位置O作为坐标原点，计算铲斗6的背面规定位置B的坐标。在此，背面规定位置B也可以设定为在碾压作业时与平整土地目标面接触的铲斗背面上的任一位置。

若将动臂脚销的位置O与斗杆5的转动支点(动臂4与斗杆5的连结部)的距离设为动臂长度Lbm、将斗杆5的转动支点与铲斗6的转动支点(斗杆5与铲斗6的连结部)的距离设为斗杆长度Lam、将铲斗6的转动支点与铲斗6的背面规定位置B的距离设为铲斗长度Lbk，则铲斗6的背面规定位置B的前部坐标系中的坐标值(x，y)将动臂4、斗杆5、铲斗6(准确来说，动臂长度Lbm、斗杆长度Lam以及铲斗长度Lbk的朝向)与水平方向所成的角(姿势角度)分别作为θbm、θam、θbk，能够根据下述的式(1)以及式(2)求出。

【数学式1】

x＝L_bmcosθ_bm+L_amcosθ_am+L_bkcosθ_bk…(1)

【数学式2】

y＝L_bmsinθ_bm+L_amsinθ_am+L_bksinθ_bk…(2)

前部距离R为从动臂脚销的位置O到铲斗6的背面规定位置B为止的距离，能够根据下述的式(3)求出。

【数学式3】

此外，如图4所示，在液压挖掘机100的车身接地面与平整土地目标面位于同一平面上的情况下，可以用背面规定位置B的x坐标近似前部距离R。另一方面，如图5所示，在车身接地面与平整土地目标面不在同一平面上，前部距离R与背面规定位置B的x坐标差别很大的情况下，根据原则，最好将从坐标原点O到背面规定位置B为止的距离设为前部距离R。

铲斗目标速度决定部18a2基于由铲斗位置运算部18a1算出的前部距离R，对在碾压作业时的铲斗6的目标速度进行运算。铲斗目标速度在铲斗6接近平整土地目标面时被定义为正的值。

利用图6说明铲斗目标速度决定部18a2的运算内容的一例。

图6的(a)示出与前部距离R对应的前部惯性，图6的(b)是示出由铲斗目标速度决定部18a2运算出的铲斗目标速度。图6的(c)示出相对于图6的(a)的前部惯性的、使铲斗6的速度与图6的(b)的铲斗目标速度一致的情况下产生的按压力。

图6的(a)示出的前部惯性与前部距离R的关系根据动臂4、斗杆5、铲斗6的角度而不同，但维持有前部距离R越大则前部惯性越大的倾向。

铲斗目标速度决定部18a2的特征在于，通过设为前部距离R越大、也就是说前部惯性越大则越减小铲斗目标速度，与前部距离R无关地将由前部惯性与铲斗速度之积的维度表示的按压力设为一定。

控制切换部18a3根据判断是否为碾压作业的碾压作业判断部18f的输出，切换本控制的有效、无效。碾压作业判断部18f可以通过操作员的操作在任意的定时将切换设为有效，也可以根据特定的作业条件自动判断切换。另外，也可以构成为在停止碾压作业支援(将控制切换部18a3设为无效侧)时，使平整土地作业支援控制部18e的信号变为有效。

平整土地作业支援控制部18e具有前部目标速度决定部18e1，其以使由铲斗位置运算部18a1求出的铲斗6的规定位置(例如齿尖位置)不侵入由平整土地目标面设定部18d求出的平整土地目标面的下方的方式，决定动臂4、斗杆5、铲斗6的各目标速度。此外，前部目标速度决定部18e1的详细内容属于本发明的范围外，因此省略说明。

操作指示显示控制部18b具有操作指示决定部18b1、和操作指示显示装置18b2。

操作指示决定部18b1在平整土地作业时对实现由前部目标速度决定部18e1决定的动臂4、斗杆5、铲斗6的各目标速度的这种杆操作进行运算。另一方面，在碾压作业时，对实现由铲斗目标速度决定部18a2运算出的铲斗目标速度的这种杆操作进行运算。

图7示出仅利用动臂下降操作将铲斗6向平整土地面敲打的碾压作业时的操作指示决定部18b1的运算内容的一例。图7的(a)以及图7的(b)与图6的(a)以及图6的(b)同样地，为示出了基于前部距离R的前部惯性与铲斗目标速度的变化的图表。操作指示决定部18b1为了实现图7的(b)的铲斗目标速度而如图7的(c)那样决定动臂下降操作量(例如，杆的倾斜量)。

操作指示显示装置18b2进行用于在驾驶室9内的监控器显示由操作指示决定部18b1决定的作业内容(杆操作量等)、或者同样通过驾驶室9内的扬声器利用声音传达指示的信息处理。

液压系统控制部18c具备控制量决定部18c1、和作业机速度调整装置18c2。

控制量决定部18c1在平整土地作业时，为了实现由前部目标速度决定部18e1决定的动臂4、斗杆5、铲斗6的各目标速度，对各液压缸4a～6a的目标速度、以及为了实现该液压缸目标速度而必须向各液压缸4a～6a供给的工作油量的目标值进行运算。另一方面，碾压作业时为了实现由铲斗目标速度决定部18a2运算的铲斗目标速度，对各液压缸4a～6a的目标速度、以及为了实现该液压缸目标速度而必须向各液压缸供给的工作油量的目标值进行运算。

作业机速度调整装置18c2通过控制液压泵装置7以及控制阀8，实现由控制量决定部18c1运算出的向各液压缸4a～6a供给的工作油量的目标值。

根据液压系统控制部18c，与操作员的杆操作量无关地实现期望的铲斗目标速度。

与现有技术比较来说明由以上述方式构成的本实施例的液压挖掘机100达成的效果。

图8是示出在应用了与前部作业机的挖掘半径(前部距离R)无关地使相对于动臂操作量的铲斗速度一定的现有技术(在专利文献2中记载)的控制的情况下的按压力相对于前部距离R的变化的图。图8示出在与前部距离R无关地通过一定的杆操作量(例如，杆冲程50％)进行了动臂下降操作的情况下，铲斗下降速度、前部惯性以及按压力根据前部距离R而以何种方式变化。

根据专利文献2的技术，通过将杆操作量设为一定，能够与前部距离R无关地将铲斗下降速度设为一定值。在此，按压力由铲斗下降速度和前部惯性之积来定义，前部惯性与前部距离R对应地增加，因此，在铲斗下降速度为一定的情况下，前部距离R越大则按压力越是增加。因此，在专利文献2的技术中，为了将按压力设为一定，操作员必须根据前部距离R来调整杆操作量，从而为了按压力的均匀化而要求很高的熟练度。

与之相对地，在本实施例的液压挖掘机100中，在进行碾压作业时，以随着前部距离R变大而铲斗6接近平整土地目标面的速度越小的方式决定铲斗目标速度，将为了达成该铲斗目标速度的操作杆装置9a、9b的操作内容通知至操作员，或者以达成该铲斗目标速度的方式控制液压执行机构4a～6a的驱动。由此，操作员无需进行复杂的操作就能够将在碾压作业时的铲斗6的按压力均匀化。

【实施例2】

利用图9～图11说明本发明的第二实施例的液压挖掘机100。

在软土之上等的不稳定的部位剧烈地驱动了前部作业机1的情况下，液压挖掘机100的车身(下部行使体3以及上部旋转体2)会与前部作业机1的转动相应地在俯仰方向上产生振动。

利用图9说明在像这样车身在俯仰方向上产生振动的情况下的按压力的变化。

图9的(a)示出车身的俯仰速度，在车身俯仰速度为正时，示出具有车身前方从地面离开的方向上的速度。图9的(b)示出前部作业机1的按压力。在此，设为相对于前部作业机1执行与第一实施例同样的控制，使前部作业机1的按压力均匀。然而，如图9的(c)所示，作用于平整土地面的最终的按压力是在基于前部作业机1的按压力的基础上考虑基于车身的俯仰振动的车身重量的影响后的按压力。此外，在图9的(c)中，用虚线示出基于图9的(b)示出的前部作业机1的按压力。

由于在时刻A具有车身前方从地面浮起的方向上的速度，所以最终的按压力变得比基于前部作业机1的按压力小。由于在时刻B车身静止，所以基于前部作业机1的按压力直接成为最终的按压力。然后，由于在时刻C具有车身前方接近地面的方向上的速度，所以最终的按压力变得比基于前部作业机1的按压力大。

如上所述，在第一实施例中，在车身在俯仰方向振动的状态下进行了碾压作业的情况下，铲斗6的按压力可能会变不均匀。本实施例提供克服以上课题的手段。

图10是详细示出本实施例的控制器18的处理功能的功能框图。本实施例在铲斗目标速度决定部18a2利用由车身速度检测装置(车身惯性计测装置)12检测到的车身在俯仰方向上的速度信息这一点上与第一实施例(由图3示出)不同。

利用图11说明本实施例的铲斗目标速度决定部18a2的运算内容的一例。

图11的(a)示出各时刻的前部惯性。示出了在时刻t1～t3前部作业机1维持同一姿势，在时刻t3与时刻t4之间使姿势变化，在时刻t4～t6再次维持同一姿势。

图11的(b)示出各时刻的车身的俯仰速度。时刻t1、t4示出了车身正在静止的状态，时刻t2、t5示出了车身前方从地面浮起的状态，时刻t3、t6示出了车身前方接近地面的状态。

图11的(c)为在各时刻由铲斗目标速度决定部18a2运算出的铲斗目标速度。

时刻t1为前部惯性小、且车身正在静止的状态，将此时运算出的铲斗目标速度设为vb1，进行各时刻的铲斗目标速度的比较。

时刻t2的前部惯性与时刻t1相同但具有车身前方从地面浮起的方向上的速度，因此，通过将铲斗目标速度设为比vb1大而维持按压力。

时刻t3的前部惯性与时刻t1相同但具有车身前方接近地面的方向上的速度，因此，通过将铲斗目标速度设为比vb1小而维持按压力。

时刻t4的前部惯性比时刻t1大，但车身为静止状态，因此，通过将铲斗目标速度设为比vb1小的vb2而维持按压力。

时刻t5的前部惯性与时刻t4相同但具有车身前方从地面浮起的方向上的速度，因此，通过将铲斗目标速度设为比vb2大而维持按压力。此外，在图11的(c)中时刻t5的铲斗目标速度成为比vb1小的值，但根据前部惯性以及车身俯仰速度的大小，有时时刻t5的铲斗目标速度变得比vb1大。

时刻t6的前部惯性与时刻t4相同但具有车身前方接近地面的方向上的速度，因此，通过将铲斗目标速度设为比vb2小而维持按压力。在时刻t6的组合中铲斗目标速度为最小。

在图11中，为了简化说明，示出了各时刻t1～t6中的离散的举动，但在连续进行作业的情况下也以相同的考虑方式实施控制。

特别是若使车身俯仰速度的周期与铲斗速度同步则会产生很大的按压力，因此，在为前部惯性很小的姿势时有助于确保按压力。

但若在前部惯性很大的姿势使车身俯仰速度的周期与铲斗速度同步，则会产生过剩的按压力，即使在前部惯性很小的姿势时将铲斗速度设为最大，也有可能无法产生同等的按压力。因此，在前部距离R很大时，最好以不使车身俯仰速度的周期与铲斗速度同步的方式决定铲斗目标速度。

此外，车身俯仰速度的周期能够通过将车身速度检测装置12的检测值存储一定时间并对该记录数据进行分析来决定。

在以如上方式构成的本实施例的液压挖掘机100中也能得到与第一实施例同样的效果。

另外，根据前部距离R决定的铲斗6的目标速度通过车身俯仰速度来修正，因此，即使在车身在俯仰方向上振动的状态下进行了碾压作业的情况下，能够使铲斗6的按压力均匀化。

【实施例3】

使用图12～图14对本发明的第三实施例的液压挖掘机100进行说明。

由于液压挖掘机100的各液压缸4a～6a的伸缩速度有上限，所以铲斗速度在物理上存在上限。在第二实施例中对铲斗目标速度的运算没有考虑该上限值。本实施例能够实现考虑了铲斗速度的上限值的有效的碾压作业的支援。

本实施例的控制器18的构成与第二实施例(图10示出的)相同。但是，铲斗目标速度决定部18a2的运算内容有所不同。

利用图12说明本实施例的铲斗目标速度决定部18a2的运算内容的一例。

时刻t7示出了前部惯性为最大Imax且车身前方接近地面的速度为最大Mmin(由于为负值所以是“min”)时的举动。将此时所实现的按压力设为F1。

时刻t8示出了前部惯性为最小Imin且车身前方接近地面的速度为最大Mmin时的举动。在该条件下，若不使铲斗速度增大到比时刻t7更大则难以维持按压力F1。于是，通过将时刻t8的铲斗目标速度设为前部作业机1可实现的铲斗速度的最大值vmax，来维持按压力F1。

在时刻t9、t10，前部惯性为最小Imin，车身静止或者具有车身前方从地面浮起的方向上的速度，因此，确保按压力F1所需的铲斗目标速度变得比最大值vmax大。然而，前部作业机1无法实现比最大值vmax更大的铲斗速度，因此在时刻t9、t10无法确保按压力F1。

像这样，在确保按压力F1所需的铲斗目标速度比前部作业机1可达成的铲斗速度的最大值vmax更大的情况下，优选通过操作指示显示控制部18b，向操作员通知按压力不足，或者向其催促增加敲打地面的次数。

或者，如具有与时刻t7相同的前部惯性和车身俯仰速度的时刻t11那样，可以以只能使出最小的按压力F2的方式将铲斗目标速度设定为vmin。但在该情况下需要注意，虽然完成面的结果良好但按压力不足，因此进行敲打的次数增加。

由于连续执行图12的控制内容，所以图13示出将横轴设为前部距离R，在车身俯仰速度为0时(在车身的俯仰角相对于平整土地面没有变化时)和在前部距离R为R1的姿势下车身俯仰速度与铲斗速度同步的情况下的相对于前部距离R的铲斗目标速度以及按压力的变化。

图13的(a)是示出相对于前部距离R的铲斗目标速度的变化的图。在车身俯仰速度为0时与第一实施例(图6的(b)示出)同样地，具有根据前部距离R的增加而铲斗目标速度减少的“无俯仰速度l0”的控制特性。另一方面，在车身俯仰速度与铲斗速度同步的情况下要加上与车身重量对应的按压力，因此，与无俯仰速度的情况相比，以对其进行补偿的方式使铲斗目标速度仅增加Δv。将此时的铲斗目标速度设为“同步补偿l1”。

图13的(b)是示出无俯仰速度l0和通过同步补偿l1得到的按压力的变化的图。若前部距离R比R0大，则给与对无俯仰速度l0的特性追加了Δv的铲斗目标速度，由此能够维持按压力F1。然而可知，当前部距离R变得比R0小时，若不将铲斗目标速度提升至比液压执行机构4a～6a能够实现的最大速度vmax更大则无法维持。在这种状况下无法维持一定的按压力F1，因此，无法完成高品质的完成面。

图14示出用于避免以上状况的控制运算流程。

首先，在步骤FC1中设定在车身俯仰速度为0时的按压力F2。在图14中，记载有在流程图的初始每次执行对该F2的设定，但也可以采用事先设定F2并调用该F2的形式。

在步骤FC2中，利用由铲斗位置运算部18a1运算出的前部距离和由车身速度检测装置12计测的车身俯仰速度，运算在铲斗速度与车身俯仰速度同步的情况下产生的按压力F1。

在步骤FC3中，获得在步骤FC1、FC2中运算出的按压力F1、F2之差，对为了补偿该差所需的铲斗速度的增量Δv进行运算。

在步骤FC4中，车身俯仰速度为0，也就是说在产生F2的按压力的特性中前部姿势为最小距离时、也就是说在前部惯性为Imin时，对运算出的铲斗目标速度v2加上在步骤FC3中运算出的速度增量Δv而得到的值(v2+Δv)和最大速度vmax的大小关系进行比较。

若为“v2+Δv≤vmax”，则能够实现按压力F1，因此，前进至步骤FC5，许可铲斗接近速度与车身俯仰速度的同步。

另一方面，若为“v2+Δv＞vmax”，则因速度上限而无法实现按压力F1，因此，前进至步骤FC6，不许可铲斗接近速度与车身俯仰速度的同步。

针对控制器18的每个运算周期执行以上的控制流程。

在以如上方式构成的本实施例的液压挖掘机100中也可获得与第二实施例同样的效果。

另外，由于仅在能够在前部距离R的整个范围内实现均匀的按压力F1的情况下才许可铲斗接近速度与车身俯仰速度的同步，所以即使在使前部距离R从最小距离变化至最大距离来进行碾压作业的情况下也能够使铲斗的按压力均匀化。

【实施例4】

使用图15～图18对本发明的第四实施例的液压挖掘机进行说明。

如图15所示，在液压挖掘机100的车身接地面和平整土地目标面不同的情况下，大多以使斗杆5卷入的姿势进行碾压作业。在该情况下，斗杆5的长度方向与平整土地面的法线方向所成的角度(以下称为目标面角度)θsurf变小，由此，经由铲斗6作用于平整土地目标面的斗杆载荷变大。例如，图15(b)的姿势与图15(a)的姿势相比前部距离R更小，但目标面角度θsurf变小，由此可获得很大的按压力。因此，在像第一实施例那样仅基于前部距离R决定了铲斗目标速度的情况下，一边使目标面角度θsurf大幅度变化一边进行了碾压作业的情况下，按压力有可能变得不均匀。本实施例提供消除以上课题的手段。

图16是详细示出本实施例中的控制器18的处理功能的功能框图。在图16中，在对第二、第三实施例中的控制器18(图10示出的)的构成追加了车身角度检测装置，但姿势传感器使用惯性计测装置的情况下，能够根据在静止时的加速度检测角度信息，因此，能够将车身角度检测装置和车身速度检测装置汇集成车身惯性计测装置12。

本实施例中的铲斗位置运算部18a1计算包含由车身角度检测装置检测出的车身的倾斜在内的、铲斗6的背面规定位置B的坐标。具体来说，向用(1)、(2)式计算出的坐标乘以考虑了车身角度θbody在内的旋转矩阵即可。

另外，通过铲斗位置运算部18a1还实施连结动臂4与斗杆5的转动支点和斗杆5与铲斗6的旋转支点的直线(斗杆5的长度方向)、与相对于平整土地目标面的法线所成的角度θsurf(以下，称为目标面角度)的运算。目标面角度θsurf如图15所示，目标面角度θsurf用绝对值来定义。

本实施例中的铲斗目标速度决定部18a2的特征在于，铲斗目标速度的运算利用目标面角度θsurf。

首先，利用图16说明基于目标面角度θsurf的按压力的变化。在图16的(a)中，由铲斗位置运算部18a1计算出的前部距离R很大，因此，前部惯性变大。但是由于目标面角度θsurf也很大，所以在平整土地时无法有效地将斗杆载荷传递至地面。另一方面，在图16的(b)中，由于前部距离R很小所以前部惯性很小，但由于目标面角度θsurf为0，所以能够有效地利用斗杆载荷和铲斗载荷施加于平整土地面。

综上所述，使用图17说明本实施例的铲斗目标速度决定部18a2的运算内容。此外，为了简化说明，在图17中假设车身俯仰速度为0，但在产生了车身俯仰速度的情况下，也可以组合第二或者第三实施例的运算。

时刻t12为前部惯性很小且目标面角度很大的情况。将此时的铲斗目标速度vb3设为基准，说明在时刻t13～t17中铲斗目标速度如何变化。

在时刻t13，前部惯性与时刻t12相同，但目标面角度的绝对值比时刻t12小，因此，铲斗目标速度比vb3小。在时刻t14，目标面角度变得比时刻t13更小，因此，铲斗目标速度和目标面角度也比时刻t13小。

时刻t15为目标面角度与时刻t12相同但前部惯性比时刻t12大的情况。在该情况下，通过第一实施方式的控制，根据前部惯性的增量，铲斗目标速度变小。

时刻t16、t17为前部惯性与时刻t15相同而仅有目标面角度变化的情况。在前部惯性很大的情况下，也是目标面角度越小则铲斗目标速度越大。

为了连续执行图17的控制内容，以图13示出的平整土地目标面的碾压作业为例，使用图18说明将横轴设为前部距离R时的铲斗目标速度的变化。此外，在图18中，为了简化说明，仅示出使斗杆5从卷入姿势(全回收)向伸长姿势(全放出)姿势变化的情况。

图18的(a)示出了基于前部距离R的前部惯性的变化。应注意惯性力矩相对于旋转轴(液压挖掘机100的情况为动臂脚销)而成为与距离的平方呈正比例的曲线(在图6～图8中，为了简化说明，用一元函数的形态示出)。

图18的(b)示出基于前部距离R的斗杆载荷的影响的变化。斗杆载荷的影响如图13的(b)所示θsurf为0为最大，越远离该姿势则斗杆载荷的影响越小。

图18的(c)是示出了与前部距离R无关地以一定速度进行了铲斗6的敲打的情况下的按压力的变化的图。按压力受到前部惯性和斗杆载荷双方的影响，因此，图18的(c)能够以图18的(a)与图18的(b)之积这样的形式施加。

图18的(d)是示出通过本发明的铲斗目标速度决定部18a2运算出的铲斗目标速度的变化的图。本发明通过以使对按压力的变化造成影响的事项的增减和反转的方式对铲斗目标速度的增减进行运算，而与前部距离R无关地实现一定的按压力，因此，图18的(d)的特征在于成为使图18的(c)翻转这样的形状。

在以如上方式构成的本实施例的液压挖掘机100中也可获得与第一实施例同样的效果。

另外，以斗杆5的长度方向与平整土地目标面的法线方向所成的角度(目标面角度)θsurf越接近于0则铲斗6接近平整土地目标面的速度越小的方式，来修正根据前部距离R而决定的铲斗6的目标速度。由此，即使在使目标面角度θsurf大幅度变化地进行碾压作业的情况下，能够使铲斗6的按压力均匀化。

以上，对于本发明的实施例进行了详细说明，但本发明不限于上述的实施例，但包含各种各样的变形例。例如，上述的实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的例子，不必限定为具有说明的所有构成。另外，也能够在某一实施例的构成上加上其他实施例的构成的一部分，能够删除某一实施例的构成的一部分或者与其他实施例的一部分替换。

附图标记说明

1前部装置(前部作业机)、2上部旋转体、2a旋转马达(液压执行机构)、3下部行使体、3a行使马达、4动臂、4a动臂液压缸(液压执行机构)、5斗杆、5a斗杆液压缸(液压执行机构)、6铲斗、6a铲斗液压缸(液压执行机构)、7液压泵装置、8控制阀、9驾驶室、9a操作杆装置(操作装置)、9b操作杆装置(操作装置)、12车身惯性计测装置、14动臂惯性计测装置(动臂姿势检测装置)、15斗杆惯性计测装置(斗杆姿势检测装置)、16铲斗惯性计测装置(铲斗姿势检测装置)、17设计地形数据、18控制器(控制装置)、18a碾压作业支援控制部、18a1铲斗位置运算部、18a2铲斗目标速度决定部、18a3控制切换部、18b操作指示显示控制部、18b1操作指示决定部、18b2操作指示显示装置、18c液压系统控制部、18c1控制量决定部、18c2作业机速度调整装置、18d平整土地目标面设定部、18e平整土地作业支援控制部、18e1前部目标速度决定部、18f碾压作业判断部、100液压挖掘机。

Claims

1.一种工程机械，其具备：车身；具有动臂、斗杆以及铲斗的多关节型的前部作业机，其安装于所述车身的前方；驱动所述前部作业机的多个液压执行机构；指示所述动臂、所述斗杆以及所述铲斗的动作的操作装置；检测所述动臂的姿势的动臂姿势检测装置；检测所述斗杆的姿势的斗杆姿势检测装置；检测所述铲斗的姿势的铲斗姿势检测装置；以及控制装置，其根据所述操作装置的操作对所述多个液压执行机构的驱动进行控制，

所述控制装置向所述操作员通知使所述铲斗不侵入至比平整土地目标面更靠下方这样的所述操作装置的操作内容、或者以使所述铲斗不侵入至比平整土地目标面更靠下方的方式对所述多个液压执行机构的驱动进行控制，

所述工程机械的特征在于，

所述控制装置在进行碾压作业时，基于所述动臂姿势检测装置的检测值、所述斗杆姿势检测装置的检测值和所述铲斗姿势检测装置的检测值来运算前部距离，所述前部距离为从所述动臂的转动支点到所述铲斗的背面规定位置为止的距离，以使所述铲斗的按压力与所述前部距离无关地为固定的方式、且以随着所述前部距离变大则所述铲斗接近平整土地目标面的速度变小的方式决定所述铲斗的目标速度，用于达成所述铲斗的目标速度的所述操作装置的操作内容通知给所述操作员，或者以达成所述铲斗的目标速度的方式控制所述多个液压执行机构。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，

所述控制装置运算目标面角度，该目标面角度为在所述铲斗接触所述平整土地目标面时所述斗杆的长度方向与所述平整土地目标面的法线方向所成的角度，所述控制装置以所述目标面角度越小则所述铲斗接近所述平整土地目标面的速度越小的方式对根据所述前部距离而决定的所述铲斗的目标速度进行修正。

3.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，

还具备检测所述车身的俯仰速度的车身速度检测装置，

所述控制装置根据所述俯仰速度对根据所述前部距离而决定的所述铲斗的目标速度进行修正。

4.根据权利要求3所述的工程机械，其特征在于，

所述控制装置在所述铲斗的目标速度比所述前部作业机能够达到的铲斗速度的最大值更大的情况下，向所述操作员通知对于所述平整土地目标面的按压力不足。