DE112013003616T5

DE112013003616T5 - Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112013003616T5
Application number: DE112013003616.9T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Ltd. Mizuochi Mariko; c/o Hitachi Construction Machin Ishii Akinori; c/o Yamaguchi Robotics Institu Yamaguchi Jinichi
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: JP5851037B2; WO2014013877A1; DE112013003616B4; CN104487635B; JPWO2014013877A1; CN104487635A

Abstract

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Arbeitsmaschine bereitzustellen, die eine Anhaltecharakteristik, die für jeden der Antriebsaktoren geeignet ist, mit einer einfachen Anordnung und Berechnung selbst dann erzielt, wenn ein Befehl für einen Antriebsaktor von einen Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird.
Eine Arbeitsmaschine 1 umfasst eine Fahrkettenstruktur 2; einen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3, der schwenkbar auf dem oberen Teil der Fahrkettenstruktur 2 montiert ist; eine vordere Arbeitsvorrichtung 6, die vertikal schwenkbar auf dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper montiert ist; und eine Steuereinheit 60 zum Steuern dieser Komponenten. Wenn ein Befehl für jeden der Antriebsaktoren 7, 11, 13, 15 von dem Betriebsbefehlszustand in den Anhaltebefehlszustand geändert wird, ändert die Steuereinheit 6 den Betrieb von jedem der Antriebsaktoren derart, dass eine Anhaltecharakteristik für jeden der Antriebsaktoren erfüllt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Arbeitsmaschinen, die für Gebäudeabrissarbeiten, Abbrucharbeiten, Straßenarbeiten, Bauarbeiten, Tiefbauarbeiten und dergleichen verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Arbeitsmaschine, die eine Anhaltecharakteristik aufweist, die für jeden der Antriebsaktoren geeignet ist.
Hintergrund
Die folgende Arbeitsmaschine ist bereits als eine Arbeitsmaschine bekannt, die für Gebäudeabrissarbeiten, Abbrucharbeiten, Straßenarbeiten, Bauarbeiten, Tiefbauarbeiten und dergleichen verwendet wird. Ein Arbeitsmaschinen-Hauptkörper ist schwenkbar auf dem oberen Teil einer Fahrkettenstruktur montiert, die auf einem Leistungssystem fährt. Eine mehrgelenkige vordere Arbeitsvorrichtung ist schwenkbar an dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper montiert. Die vorderen Elemente, die die vordere Arbeitsvorrichtung bilden, werden jeweils durch einen zugehörigen Aktor angetrieben. Ein Beispiel derartiger Arbeitsmaschinen basiert auf einem Hydraulikbagger und umfasst einen Ausleger, wovon ein Ende schwenkbar mit dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper verbunden ist; einen Arm, wovon ein Ende schwenkbar mit dem vorderen Ende des Auslegers verbunden ist; und ein Arbeitswerkzeug, das an dem vorderen Ende des Armes angebracht ist, wie etwa eine Schaufel, ein Greifer, ein Schneidwerkzeug, eine Abbruchvorrichtung oder dergleichen. Auf diese Weise kann die Arbeitsmaschine eine gewünschte Arbeit verrichten.
Die oben beschriebene Arbeitsmaschine verrichtet Arbeit durch Antreiben der massiven Fahrkettenstruktur, des Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers und der vorderen Arbeitsvorrichtung. Eine Bedienperson kann aus irgendeinem Grund eine Bedienung ausführen, um den Antrieb der Fahrkettenstruktur, des Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers und der vorderen Arbeitsvorrichtung abrupt anzuhalten. In solch einem Fall tritt zu dieser Zeit eine Trägheitskraft in Übereinstimmung mit der Verzögerung auf. Die Trägheitskraft wirkt auf die Arbeitsmaschine, was zu einer Vibration von dieser führt, die die Fahrtqualität oder die Arbeitseffizienz verschlechtert und die Beständigkeit negativ beeinflusst. Zusätzlich kann die Arbeitsmaschine umkippen, wenn eine übermäßige Verzögerung in einer unangemessenen Arbeitsstellung ausgeführt wird, da die Stabilität der Arbeitsmaschine sich aufgrund der Trägheitskraft verschlechtert.
Die folgenden Mittel sind als Mittel bekannt, um eine Erschütterung, die sich aus einem abrupten Anhalten ergibt, zu lindern (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Die Mittel umfassen einen Auslegerzylinder; ein Hauptsteuerventil zum Starten, Anhalten und Richtungswechseln des Auslegerzylinders; einen Steuerhebel zum Liefern eines Vorsteuersignaldrucks an den Kolben des Hauptsteuerventils; Steuerhebel-Detektionsmittel zum Detektieren eines Betätigungsbetrags des Steuerhebels; Auslegerzylinderdruck-Detektionsmittel; und Auslegervibrations-Vermeidungsmittel zum Steuern eines Signaldrucks, der geliefert werden soll, um einen Ausleger zu heben, wenn aus einem detektierten Signal bestimmt wird, dass der Auslegerzylinder abrupt angehalten werden wird, wobei die Auslegervibrations-Vermeidungsmittel in einem Vorsteuerflussdurchgang vorgesehen sind und durch ein Eingabesignal von einem Controller geschaltet werden.
Die folgenden Mittel sind als Mittel zum Behandeln einer Änderung in der Stabilität bekannt, die sich aus einem abrupten Anhalten ergibt (siehe beispielsweise Patentdokument 2). Die Mittel umfassen Winkelsensoren zum Detektieren des Auslegerwinkels, des Armwinkels und des Schaufelwinkels einer vorderen Arbeitsvorrichtung und des Schwenkwinkels einer Schwenkstruktur; und einen Neigungswinkelsensor zum Detektieren der anteroposterioren Neigung eines Fahrzeugkörpers. Das statische Überrollmoment einer Arbeitsmaschine wird aus den Detektionswerten der Winkelsensoren und des Neigungswinkelsensors und der Größe eines vorgegebenen Teils des Fahrzeugkörpers bestimmt. Das Überrollmoment, das mittels der Schwenkwinkelgeschwindigkeit berechnet wird und sich aus der Zentrifugalkraft des Schwenkens der Schwenkstruktur ergibt, oder das Überrollmoment, das mittels der maximalen Beschleunigung des Schwenkens berechnet wird, die zur Zeit des abrupten Anhaltens der Schwenkstruktur auftritt, oder das größere der beiden Momente wird zu dem statischen Überrollmoment addiert. Das Ergebnis der Addition wird als die Bestimmungsbedingung des Überrollens definiert. Die Schwenkwinkelgeschwindigkeit wird auf der Basis davon, ob die Bestimmungsbedingung erfüllt ist oder nicht, gesteuert.
Die folgende Technologie ist als eine Technologie zum sicheren Anhalten eines Industriefahrzeugs, ohne die Höchstgeschwindigkeit während der Fahrt zu verringern und ohne ein Überrollen zu dem Zeitpunkt des Anhaltens, bekannt (siehe Patentdokument 3). Die Technologie umfasst Last-Detektionsmittel zum Detektieren einer Hublast, Hubhöhen-Detektionsmittel zum Detektieren des antevertierten Winkels einer Hebevorrichtung, Hindernis-Vorausdetektionsmittel zum Detektieren der Anwesenheit oder der Abwesenheit eines vorausliegenden Hindernisses, Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionsmittel und Bremsbetätigungsbetrags-Detektionsmittel. Ein Abstand, in dem das Fahrzeug sicher angehalten werden kann wird aus den detektierten Werten dieser Detektionsmittel berechnet und die Bremskraft der Bremsvorrichtung wird dementsprechend gesteuert.
Die folgende Technologie ist als eine Technologie zum Verringern der Vibration eines beweglichen Teils einer Arbeitsmaschine, die zu der Zeit der Beschleunigung oder Verzögerung auftritt, bekannt, um die Arbeitseffizienz und die Sicherheit zu verbessern (siehe beispielsweise Patentdokument 4). Die Technologie umfasst Detektionsmittel zum Detektieren des Drehwinkels und der Winkelbeschleunigung des beweglichen Teils der Arbeitsmaschine. Das Drehmoment des beweglichen Teils, das zu der Zeit der Beschleunigung oder Verzögerung auftritt, wird auf der Basis des Drehwinkels und der Winkelbeschleunigung berechnet. Das Trägheitsmoment der gesamten Arbeitsmaschine in Bezug auf einen Drehmittelpunkt, um den sich die Arbeitsmaschine mit dem Drehmoment dreht, wird berechnet. Auf der Basis des Drehmoments und des Trägheitsmoments der Arbeitsmaschine wird bestimmt, ob die Winkelbeschleunigung um den Drehmittelpunkt der gesamten Arbeitsmaschine eine voreingestellte zulässige Winkelbeschleunigung überschreitet. Wenn die Winkelbeschleunigung die zulässige Winkelbeschleunigung überschreitet, wird ein Befehlssignal für einen Aktor korrigiert, um die Beschleunigung oder Verzögerung des beweglichen Teils zu begrenzen.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)

Patentdokument 1: JP-2008-163730-A
Patentdokument 2: JP-1995-180192-A
Patentdokument 3: JP-1993-170399-A
Patentdokument 4: JP-2003-184133-A

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Ein negativer Effekt kann durch die Trägheitskraft verursacht werden, die auftritt, wenn eine Bedienung ausgeführt wird, um die Bewegung der Fahrkettenstruktur, der Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers oder der vorderen Arbeitsvorrichtung während der Arbeit abrupt anzuhalten. Um den negativen Effekt zu verringern, ist es wirksam, die Bewegung selbst dann langsam anzuhalten, wenn ein Befehl für den Antriebsaktor von einem Betriebszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird. Dies kann die Trägheitskraft abmildern, die auf den beweglichen Teil wirkt, um die Vibration zu minimieren, die sich aus der Erschütterung ergibt, und dadurch die Verschlechterung der Fahrtqualität, der Arbeitseffizienz und der Beständigkeit verringern. Zusätzlich kann die Arbeitsmaschine stabiler gehalten werden.
Unterdessen erhöht das langsame Anhalten des Antriebs einen Bremsweg. Wenn eine Anhaltecharakteristik übermäßig verlangsamt wird, erhöht sich das Risiko einer Kollision mit einem Hindernis und ein ungewöhnliches Fahrgefühl kann auftreten. Daher ist es wichtig, eine angemessene Anhaltecharakteristik in Übereinstimmung mit dem Bewegungszustand der Arbeitsmaschine auszuwählen. Zusätzlich ist es notwendig, einen zulässigen Bremsweg vorauszubestimmen und den Grad der Anhalteverlangsamung derart einzustellen, dass der Bremsweg nicht übermäßig erhöht wird.
Die Mittel, die in Patentdokument 1 beschrieben sind, zielen jedoch nur auf die Bewegung des Auslegers ab. Zusätzlich ist die Anhaltecharakteristik konstant. Eine Differenz zwischen den Größen der Effekte der Verzögerung aufgrund der Stellung der Arbeitsmaschine wird nicht berücksichtigt. Die Trägheitskraft wird abhängig von dem Zustand der Arbeitsmaschine vielleicht nicht ausreichend unterdrückt. Daher wird die Erschütterung vielleicht nicht ausreichend abgemildert oder umgekehrt der Antrieb übermäßig langsam angehalten.
In den in Patentdokument 2 beschriebenen Mitteln, die die Änderung der Stabilität berücksichtigen, die aus der Trägheitskraft resultiert, die zu der Zeit des abrupten Anhaltens des Schwenkens auftritt, wird verhindert, dass die Arbeitsmaschine umkippt, indem die Schwenkwinkelgeschwindigkeit begrenzt wird, wenn die Arbeitsmaschine in einem Zustand eines möglichen Überrollens ist. Da die Arbeitsmaschine aber dazu ausgelegt ist, die Bewegungsgeschwindigkeit zu begrenzen, um das Überrollen zu verhindern, kann sich die Arbeitseffizienz verschlechtern. Zusätzlich gibt es das Problem, dass andere Bewegungen als die Schwenkbewegung nicht behandelt werden können.
Die Technologie, die in Patentdokument 3 beschrieben ist, verhindert ein Überrollen zu der Zeit des Anhaltens ohne die Höchstgeschwindigkeit bei der Fahrt zu verringern, indem die Anhaltedistanz wie erforderlich verlängert wird und das Industriefahrzeug langsam angehalten wird. Die Anhaltedistanz wird aber auf eine sichere Anhaltedistanz verlängert, bei der das Industriefahrzeug ohne Überrollen angehalten werden kann. Daher kann der Bremsweg entsprechend der Fahrtsituation deutlich verlängert sein, wodurch sich ein Risiko einer Kollision mit einem Hindernis oder dergleichen erhöht. Zusätzlich tritt wahrscheinlich ein ungewöhnliches Fahrgefühl auf. Bei einer Arbeitsmaschine kann ein Antriebsaktor sein Hubende erreichen, bevor die sichere Anhaltedistanz erreicht ist, was es schwierig macht, ein sicheres Anhalten zu gewährleisten.
Die Technologie, die in Patentdokument 4 beschrieben ist, ist dazu ausgelegt, die Winkelbeschleunigung um den Drehmittelpunkt der gesamten Arbeitsmaschine zu berechnen und das Befehlssignal auf der Basis des berechneten Werts zu korrigieren. Die Technologie erfordert die Detektionsmittel zum Detektieren der Winkelbeschleunigung des beweglichen Teils, um die Winkelbeschleunigung der gesamten Arbeitsmaschine zu berechnen. Ein Beispiel des zweifachen Differenzierens des Drehwinkels wird als das Winkelbeschleunigungs-Detektionsverfahren vorgestellt. Da ein Differenzieren aber im Allgemeinen das Rauschen erhöht, ist es wichtig, einen Winkel mit hoher Genauigkeit zu messen. Daher tendiert die Konfiguration einer Vorrichtung dazu, teuer zu sein. Zusätzlich ist die Technologie dazu ausgelegt, die Winkelbeschleunigung der gesamten Arbeitsmaschine aus einem aktuellen Winkel und einer aktuellen Winkelbeschleunigung zu berechnen. Daher wird mit der Korrektur eines Befehlssignals für den Aktor in einer Situation begonnen, in der die Winkelbeschleunigung ihren zulässigen Wert um den Drehmittelpunkt der gesamten Arbeitsmaschine bereits überschreitet. Daher ist es unmöglich zu verhindern, dass die Winkelbeschleunigung den zulässigen Wert überschreitet.
In den Patentdokumenten 2, 3 und 4 werden komplizierte Berechnungen ausgeführt, um einen Betriebsbegrenzungswert zu erhalten, der benötigt wird, um die Arbeitsmaschine stabil zu machen. Daher gibt es das Problem, dass ein Controller, der die Steuerungsberechnung ausführt, ein hohes Leistungsvermögen für eine Echtzeitberechnung benötigt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Arbeitsmaschine bereitzustellen, die eine Anhaltecharakteristik, die für jeden der Antriebsaktoren geeignet ist, mit einer einfachen Anordnung und Berechnung selbst dann erzielt, wenn ein Befehl für einen Antriebsaktor von einen Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird.
Mittel zum Lösen des Problems

(1) Um das obige Ziel zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung eine Arbeitsmaschine, die umfasst: eine Fahrkettenstruktur; einen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper, der schwenkbar auf dem oberen Teil der Fahrkettenstruktur montiert ist; eine vordere Arbeitsvorrichtung, die vertikal schwenkbar auf dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper montiert ist; Antriebsaktoren zum Antreiben der Fahrkettenstruktur, des Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers und der vorderen Arbeitsvorrichtung; und eine Steuereinheit zum Steuern der Antriebsaktoren. Wenn ein Befehl für den Antriebsaktor von einem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird, ändert die Steuereinheit den Betrieb von jedem der Antriebsaktoren derart, dass eine Anhaltecharakteristik für jeden der Antriebsaktoren erfüllt ist.

Solch eine Anordnung erzielt die Anhaltecharakteristik, die für jeden der Antriebsaktoren geeignet ist, mit einer einfachen Anordnung und Berechnung selbst dann, wenn ein Befehl für einen Antriebsaktor von einem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird.

(2) In dem obigen Punkt (1) ändert die Steuereinheit vorzugsweise eine Anhaltezeit von dem Anhaltebefehl bis zu dem Abschluss des Anhaltens und/oder eine Änderungsrate eines Antriebsbefehlswerts und/oder eine Beschleunigung des Antriebsaktors oder einer Spitze der vorderen Arbeitsvorrichtung und/oder einen Bremsweg als die Anhaltecharakteristiken des Antriebsaktors. Die Steuereinheit ändert die Änderungsrate derart, dass die Anhaltezeit, die Beschleunigung oder der Bremsweg eingehalten wird.
(3) In dem obigen Punkt (1) oder (2) umfasst die Steuereinheit vorzugsweise Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel zum Einstellen eines Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts auf der Basis von Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die für jeden der Antriebsaktoren vorbestimmt sind, und Befehlswert-Korrekturmittel zum Korrigieren eines Befehlswerts für den Antriebsaktor dann, wenn der Befehl für den Antriebsaktor von dem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird und die Änderungsrate des Befehlswerts für jeden der Antriebsaktoren dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel nicht genügt.
(4) In dem obigen Punkt (2) umfasst die Arbeitsmaschine vorzugsweise Stellungs-Detektionsmittel zum Detektieren einer Stellung der Arbeitsmaschine und die Steuereinheit ändert die Anhaltecharakteristik auf der Basis eines Detektionsergebnisses der Stellungs-Detektionsmittel.
(5) In dem obigen Punkt (3) ändern die Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel vorzugsweise den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert in Übereinstimmung mit der Stellung der Arbeitsmaschine unter Verwendung von Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die vorher für jede der Stellungen der Arbeitsmaschine und für jeden der Antriebsaktoren bestimmt worden sind, und dem Detektionsergebnis der Stellungs-Detektionsmittel. Die Befehlswert-Korrekturmittel korrigieren den Befehlswert für den Antriebsaktor dann, wenn der Befehl für den Antriebsaktor von dem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird und eine Änderungsrate des Befehlswerts für jeden der Antriebsaktoren dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel nicht genügt.
(6) In dem obigen Punkt (4) umfasst. die Steuereinheit ferner vorzugsweise Schwerpunkt-Berechnungsmittel zum Berechnen des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine und die Steuereinheit verwendet das Berechnungsergebnis der Schwerpunkt-Berechnungsmittel als Stellungsinformationen und ändert dann, wenn ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Arbeitsmaschine, der durch die Schwerpunkt-Berechnungsmittel berechnet wird, und einer Kippkante der Arbeitsmaschine klein ist, den Betrieb des Antriebsaktors, um das Anhalten langsamer zu machen als das Anhalten, das vorkommt, wenn der Abstand groß ist.
(7) In dem obigen Punkt (5) umfasst die Steuereinheit ferner vorzugsweise Schwerpunkt-Berechnungsmittel zum Berechnen des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine und die Steuereinheit verwendet das Berechnungsergebnis der Schwerpunkt-Berechnungsmittel als Stellungsinformationen und ändert dann, wenn ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Arbeitsmaschine, der durch die Schwerpunkt-Berechnungsmittel berechnet wird, und einer Kippkante der Arbeitsmaschine klein ist, den Betrieb des Antriebsaktors, um das Anhalten langsamer zu machen als das Anhalten, das vorkommt, wenn der Abstand groß ist.
(8) In dem obigen Punkt (3) korrigieren die Befehlswert-Korrekturmittel den Befehlswert für den Antriebsaktor derart, dass der Antriebsaktor eine konstante Verzögerung aufweisen kann, die dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel genügt.
(9) In dem obigen Punkt (8) korrigieren die Befehlswert-Korrekturmittel den Befehlswert für den Antriebsaktor auf der Basis einer Korrekturkurve mit mindestens zwei Neigungen, so dass der Antriebsaktor eine konstante Verzögerung aufweisen kann, die dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel genügt.
(10) In dem obigen Punkt (1) oder (2) ändert die Steuereinheit dann, wenn ein Befehl für den Antriebsaktor von einem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird, vorzugsweise den Betrieb für jeden der Antriebsaktoren derart, dass eine Anfahrcharakteristik, die für jeden der Antriebsaktoren eingestellt ist, erfüllt ist.
(11) In dem obigen Punkt (1) oder (2) bestimmt die Steuereinheit vorzugsweise auf der Basis des Befehlswerts für den Antriebsaktor, ob ein vorbestimmter Betrieb ausgeführt wird, und dann, wenn der vorbestimmte Betrieb ausgeführt wird, korrigiert die Steuereinheit den Befehlswert nicht.

Effekt der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann die Anhaltecharakteristik, die für jeden der Antriebsaktoren geeignet ist, mit einfachen Berechnungen selbst dann erzielen, wenn ein Befehl für einen Antriebsaktor von dem Betriebsbefehlszustand in den Anhaltebefehlszustand geändert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht, die Anordnungen einer Arbeitsmaschine und deren Sensoren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein schematisches Anordnungsdiagramm einer Steuereinheit für die Arbeitsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 stellt ein Modell der Arbeitsmaschine dar, das für eine Schwerpunkt-Berechnung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.
4 ist eine Draufsicht, die die Arbeitsmaschine und Positionen von Schwerpunkten gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
5A stellt ein Beispiel einer Befehlswert-Korrekturkurve dar, die in Befehlswert-Erzeugungsmitteln gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.
5B stellt ein Beispiel einer Befehlswert-Korrekturkurve dar, die in Befehlswert-Korrekturmitteln gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.
Art des Ausführens der Erfindung
Eine Anordnung und ein Betrieb einer Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 5B beschrieben. Zunächst wird eine Beschreibung der Gesamtanordnung der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
1 ist eine Seitenansicht, die Anordnungen einer Arbeitsmaschine und deren Sensoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 1 dargestellt umfasst eine Arbeitsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Fahrkettenstruktur 2; einen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3, der schwenkbar auf dem oberen Teil der Fahrkettenstruktur 2 montiert ist; und. eine vordere Arbeitsvorrichtung 6, die aus = einem mehrgelenkigen Gliedermechanismus besteht, wovon ein Ende mit dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 verbunden ist. Der Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 wird schwenkbar um eine Mittelachse 3c durch einen Schwenkmotor 7 angetrieben. Eine Kabine 4 und ein Gegengewicht 8 sind auf dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 installiert. Eine Kraftmaschine 5, die ein Leistungssystem darstellt, und ein Betriebssteuersystem 100 zum Steuern des Startens/Stoppens und des allgemeinen Betriebs der Arbeitsmaschine 1 sind auf jeweils gewünschten Abschnitten des Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers 3 installiert. Im Übrigen bezeichnet das Bezugszeichen 30 in der Figur ein Bodenniveau.
Die vordere Arbeitsvorrichtung 6 umfasst einen Ausleger 10, wovon ein Ende mit dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 verbunden ist; einen Arm 12, wovon ein Ende mit dem anderen Ende des Auslegers 10 verbunden ist; und einen Aufsatz 23, wovon ein Ende mit dem anderen Ende des Armes 12 verbunden ist. Diese Glieder sind jeweils dazu ausgelegt, in einer vertikalen Richtung zu schwenken. Ein Auslegerzylinder 11 ist ein Antriebsaktor, der den Ausleger 10 um einen Auflagerpunkt 40 dreht, und ist mit dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 und dem Ausleger 10 verbunden. Ein Armzylinder 13 ist ein Antriebsaktor, der den Arm 12 um einen Auflagerpunkt 41 dreht, und ist mit dem Ausleger 10 und dem Arm 12 verbunden. Ein Aufsatzzylinder 15 ist ein Antriebsaktor, der den Aufsatz 23 um einen Auflagerpunkt 42 dreht, und ist mit dem Aufsatz 23 über ein Verbindungsstück 16 und mit dem Arm 12 über ein Verbindungsstück 17 verbunden. Eine Schaufel 23 ist als ein Aufsatz an der Arbeitsmaschine 1 befestigt, die in 1 dargestellt ist. Die Schaufel 23 kann beliebig mit einem anderen Aufsatz, der nicht gezeigt ist, wie etwa einem Greifer, einem Schneidwerkzeug, einer Abbruchvorrichtung oder dergleichen ersetzt werden.
Die Kabine 4 ist intern mit einem Steuerhebel 50, damit eine Bedienperson einen Betriebsbefehl für jeden der Antriebsaktoren eingeben kann, und mit Anwendereinstellungs-Eingabemitteln 55, damit die Bedienperson verschiedene Einstellungen durchführen kann, versehen.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 eine Beschreibung einer Anordnung eines Steuersystems gegeben, das für die Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung des Steuersystems darstellt, das für die Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Im Übrigen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen Abschnitte wie in 1.
Das Steuersystem der vorliegenden Ausführungsform umfasst Stellungs-Detektionsmittel 49, Anwendereinstellungs-Eingabemittel 55, Befehlswert-Detektionsmittel 51, eine Steuereinheit 60 und die Antriebsaktoren 7, 11, 13 und 15.
Zunächst wird eine Beschreibung von Zustandsgrößen-Detektionsmitteln (eines Sensors) gegeben, die an jedem Abschnitt der Arbeitsmaschine 1 angebracht ist. Die Zustandsgrößen-Detektionsmittel der vorliegenden Ausführungsform bestehen aus Stellungs-Detektionsmitteln 49 zum Detektieren der Stellung der Arbeitsmaschine 1 und Befehlswert-Detektionsmitteln 51 zum Detektieren eines Befehlswerts für jeden der Antriebsaktoren.
Die Stellungs-Detektionsmittel 49 detektieren die Stellung der Arbeitsmaschine 1 und umfassen einen Winkelsensor 49A und einen Neigungssensor 49B.
Die Arbeitsmaschine 1 umfasst als Winkelsensor 49A zum Detektieren der Stellung der vorderen Arbeitsvorrichtung 6 einen Schwenkwinkelsensor 3s, einen Auslegerwinkelsensor 40a, einen Armwinkelsensor 41a und einen Aufsatzwinkelsensor 42a. Der Schwenkwinkelsensor 3s detektiert einen Schwenkwinkel des oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers 3 relativ zu der Fahrkettenstruktur 2, die in 1 dargestellt ist. Der Schwenkwinkelsensor 3s ist auf der Schwenkmittelachse 3c des oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers 3 oder an anderen Positionen vorgesehen. Der Auslegerwinkelsensor 40a detektiert den Drehwinkel des Auslegers 10 relativ zu dem oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3, der in 1 dargestellt ist. Der Auslegerwinkelsensor 40a ist an dem Auflagerpunkt 40 zwischen dem oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 und dem Ausleger 10 oder an anderen Positionen vorgesehen. Der Armwinkelsensor 41a detektiert den Drehwinkel des Arms 12 relativ zu dem Ausleger 10, der in 1 dargestellt ist. Der Armwinkelsensor 41a ist an dem Auflagerpunkt 41 zwischen dem Ausleger 10 und dem Arm 12 oder an anderen Positionen vorgesehen. Der Aufsatzwinkelsensor 42a detektiert den Drehwinkel des Aufsatzes 23 relativ zu dem Arm 12, der in 1 dargestellt ist. Der Aufsatzwinkelsensor 42a ist an dem Auflagerpunkt 42 zwischen dem Arm 12 und dem Aufsatz 23 oder an anderen Positionen vorgesehen.
Die Arbeitsmaschine 1 besitzt einen Stellungssensor 3b, der auf dem oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3, der in 1 dargestellt ist, vorgesehen ist, als den Neigungssensor 49B zum Detektieren der Neigung des Bodenniveaus 30.
Die Befehlswert-Detektionsmittel 51 detektieren einen Befehlswert von der Bedienperson für die Arbeitsmaschine. Die Befehlswert-Detektionsmittel 51 – weisen verschiedene Betätigungsbetragssensoren 51A auf, die an dem Steuerhebel 50 vorgesehen sind, der in 1 dargestellt ist. Wie in 1 veranschaulicht sind ein Schwenkhebel-Betätigungsbetragssensor 51s zum Detektieren eines Antriebsbefehlsbetrags für den Schwenkmotor 7, ein Auslegerhebel-Betätigungsbetragssensor 51b zum Detektieren eines Antriebsbefehlsbetrags für den Auslegerzylinder 11, ein Armhebel-Betätigungsbetragssensor 51a zum Detektieren eines Antriebsbefehlsbetrags für den Armzylinder 13 und ein Aufsatzhebel-Betätigungsbetragssensor 51o zum Detektieren eines Antriebsbefehlsbetrags für den Aufsatzzylinder 15 als die verschiedenen Betätigungsbetragssensoren 51A vorgesehen.
Die Steuereinheit 60 in 2 umfasst eine Eingabesektion 60x, die dazu ausgelegt ist, Signale zu empfangen, die von den verschiedenen Sensoren gesendet werden, die an den zugeordneten Abschnitten der Arbeitsmaschine 1 angebracht sind; eine Berechnungssektion 60z, die dazu ausgelegt ist, ein Signal zu empfangen, das in die Eingabesektion 60x eingegeben wird, und vorgegebene Berechnungen auszuführen; und eine Ausgabesektion 60y, die dazu ausgelegt ist, ein Ausgabesignal von der Berechnungssektion 60z zu empfangen und Antriebsbefehle an die Antriebsaktoren der Arbeitsmaschine 1 auszugeben.
Die Berechnungssektion 60z umfasst einen nicht gezeigten Mikrocomputer, der mit einer CPU (Hauptprozessoreinheit), einer Speichersektion, die aus ROM (Nur-Lese-Speicher), RAM (Direktzugriffsspeicher), einem Flash-Speicher usw. besteht, versehen ist, und eine nicht gezeigte Peripherieschaltung etc. Die Berechnungssektion 60z arbeitet gemäß einem Programm, das beispielsweise in einem ROM gespeichert ist.
Die Berechnungssektion 60z umfasst Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a und Befehlswert-Korrekturmittel 60e. Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a stellen eine Anhaltecharakteristik eines Antriebsaktors in Übereinstimmung mit einem Signal ein, das von den Stellungs-Detektionsmitteln 49 erhalten wird, die in der Arbeitsmaschine 1 vorgesehen sind. Die Befehlswert-Korrekturmittel 60e berechnen einen Antriebsbefehlswert für jeden der Antriebsaktoren auf der Basis des Signals, das von den Befehlswert-Detektionsmitteln 51 erhalten wird, und des Berechnungsergebnisses der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a.
Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a berechnen den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71, der verwendet werden soll, auf der Basis von Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die für sowohl den Schwerpunkt der Arbeitsmaschine 1 als auch die Antriebsaktoren voreingestellt sind, und von aktuellen Stellungsinformationen und geben diesen aus. Beispiele der aktuellen Stellungsinformationen umfassen die Winkel und Winkelgeschwindigkeiten der Gelenke, die Längen und Längenänderungen der Aktoren, die Position der Spitze eines Aufsatzes und die Position des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine 1. Unten ist eine Beschreibung eines Beispielfalls gegeben, in dem die Winkel der Gelenke und die Position des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine als Stellungsinformationen verwendet werden.
”Anhalteverlangsamung” bedeutet hierbei, dass ein beweglicher Teil langsam angehalten wird, indem die Verzögerung des beweglichen Teils begrenzt wird, um die Trägheitskraft zu unterdrücken, die auftritt, wenn ein Antriebsbefehl (eine Hebelbetätigungsbetrag) für einen Antriebsaktor von einem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geschaltet wird (zu der Zeit des Anhaltens des Betriebs). Ein Implementieren der Anhalteverlangsamung verringert die Trägheitskraft, wodurch verhindert wird, dass die Arbeitsmaschine durch die große Trägheitskraft vibriert und sich die Sicherheit, die Fahrtqualität, die Arbeitseffizienz, die Beständigkeit usw. verschlechtert. Der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert ist ein Index, der den Grad der Anhalteverlangsamung darstellt. Beispiele des Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts umfassen eine Zeit, die für ein Anhalten benötigt wird (eine Anhaltezeit), ein Abstand, der für ein Anhalten benötigt wird (ein Bremsweg), eine Verzögerung und eine Veränderung des Hebelbetätigungsbetrags pro Zeiteinheit (eine Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate). Wenn die Verzögerung größer ist, wird der bewegliche Teil abrupter angehalten, was eine größere Trägheitskraft erzeugt. Wenn die Verzögerung kleiner ist, wird der bewegliche Teil langsamer angehalten, was einen Bremsweg erhöht. Mit anderen Worten wird der bewegliche Teil dann in der Anhalteverlangsamungseinstellung abrupter angehalten, wenn. die Anhaltezeit auf eine kurze Zeit eingestellt ist, wenn der Bremsweg auf eine kurze Distanz eingestellt ist, wenn die Verzögerung auf ein hohes Niveau eingestellt ist oder wenn die Änderungsrate des Hebelbetätigungsbetrags auf ein hohes Niveau eingestellt ist. Umgekehrt wird der bewegliche Teil dann in der Anhalteverlangsamungseinstellung langsamer angehalten, wenn, die Anhaltezeit auf eine lange Zeit eingestellt ist, wenn der Bremsweg auf eine lange Distanz eingestellt ist, wenn die Verzögerung auf ein niedriges Niveau eingestellt ist oder wenn die Änderungsrate des Hebelbetätigungsbetrags auf ein niedriges Niveau eingestellt ist. Daher kann durch Einstellen des Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts auf einen geeigneten Wert, um einem erforderlichen Trägheitskraft-Unterdrückungsbetrag zu genügen, der oben beschriebene Effekt erzielt werden, ohne den Bremsweg übermäßig zu erhöhen.
Die Übersicht über den Betrieb der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a ist nachstehend beschrieben, wobei ein Fall als Beispiel hergenommen wird, in dem die Änderungsrate des Hebelbetätigungsbetrags als der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert verwendet wird.
Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a umfassen Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b, die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformationen halten, die für sowohl den Schwerpunkt der Arbeitsmaschine 1 als auch die Antriebsaktoren voreingestellt sind, Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c und Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert-Bestimmungsmittel 60d.
In der vorliegenden Ausführungsform halten die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b eine zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k gemäß dem voreingestellten Schwerpunkt als Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformation. Die Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k ist für jeden Antriebsaktor eingestellt. Hierbei definiert die Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k einen zulässigen Maximalwert einer Verringerung des Hebelbetätigungsbetrags pro Zeiteinheit und ist auf einen positiven Wert gesetzt.
Während die Arbeitsmaschine arbeitet, berechnen die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c den Schwerpunkt 70 der Arbeitsmaschine 1. Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert-Bestimmungsmittel 60d beziehen sich auf die Teile der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die durch die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b gehalten werden, und geben einen Teil der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, der einem aktuellen Schwerpunkt 70 entspricht, als Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 aus.
Der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 wird aus den voreingestellten Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen gewählt. Diese Anordnung kann komplizierte Berechnungen weglassen, so dass die Anhalteverlangsamung aus einer kostengünstigen Vorrichtung bestehen kann. Zusätzlich ist es, da der Bremsweg vorher angepasst werden kann, möglich, ein Kollisionsrisiko und ein Risiko, ein ungewöhnliches Fahrgefühl aufgrund einer übermäßigen Erhöhung des Bremswegs zu verursachen, zu vermeiden.
Nachstehend ist eine genaue Beschreibung der Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b, der Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c und der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert-Bestimmungsmittel gegeben.
Die Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die durch die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b gehalten werden, sind die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate, die sowohl für den Schwerpunkt als auch für die Antriebsaktoren eingestellt ist, wobei ein Ausmaß eines Effektes der Verzögerung zur Zeit des Anhaltevorgangs auf die Arbeitsmaschine 1 berücksichtigt wird, und ein zulässiger Bremsweg. Selbst wenn die Verzögerung das gleiche Ausmaß hat, unterscheidet sich der Effekt der Verzögerung auf den Betrieb der Arbeitsmaschine 1 abhängig von dem Zustand der Arbeitsmaschine 1. Wenn die Arbeitsmaschine 1 für die Verzögerung anfällig ist, wird daher die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate auf ein niedrigeres Niveau eingestellt, um das bewegliche Teil langsamer anzuhalten.
Die Anordnung der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die, durch die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b gehalten werden, kann eine Reihe von Werten mit einem gewissen Intervall sein oder als ein numerischer Ausdruck mit dem Schwerpunkt als Variable gegeben sein.
Ein Beispiel der ersten Möglichkeit ist durch Aufteilen eines Bereichs, in dem ein Schwerpunkt vorhanden sein kann, in n Teile in einer anteroposterioren Richtung und in m Teile in einer horizontalen Richtung und durch Anordnen der Werte der zulässigen Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate in jedem aufgeteilten Teil in einer Matrix wie in der folgenden Formel (1) gegeben.
[Formel 1]
Ein Beispiel der zweiten Möglichkeit ist eine Anordnung wie in der folgenden Formel (2). k = f(r_cogx, r_cogy) (2)
Hierbei stellt r_cogx eine X-Koordinate des Schwerpunkts 70 und r_cogy eine Y-Koordinate des Schwerpunkts 70 dar.
Die Arbeitsmaschine 1 wird mehr durch eine Verzögerung beeinflusst, wenn ihr Schwerpunkt weiter von einem Schwenkmittelpunkt weg ist. Insbesondere neigt die Arbeitsmaschine 1 aus Sicht der Stabilität dazu, umso instabiler zu sein, umso weiter ihr Schwerpunkt sich von dem Schwenkmittelpunkt entfernt und umso näher er an eine Kippkante rückt. Dementsprechend wird die Arbeitsmaschine 1 stärker durch die Verzögerung beeinflusst und daher leichter destabilisiert.
Hierbei ist die Kippkante ein Liniensegment, das die äußersten Kontaktpunkte zwischen der Arbeitsmaschine 1 und dem Bodenniveau 30 verbindet. Wenn die Arbeitsmaschine 1 Raupen als eine Fahrkettenstruktur aufweist, ist die Linie, die die Mittelpunkte des linken und des rechten Kettenrads verbindet, eine vordere Kippkante. Die Linie, die die Mittelpunkte des linken und des rechten Leerlaufrads verbindet, ist eine hintere Kippkante. Die äußeren Enden des linken und des rechten Kettenglieds sind eine linke und eine rechte Kippkante. Daher ist es wirksam, die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate kleiner zu machen, da ein Abstand von dem Schwerpunkt zu der Kippkante kürzer ist, wie in Formel (3) gezeigt.
[Formel 3]
Hierbei ist

X_limit:: ein Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu einer anteroposterioren Kippkante;
Y_limit:: ein Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu einer horizontalen Kippkante;
k_max:: der Maximalwert einer zulässigen Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate; und
k_mim:: der Minimalwert einer zulässigen Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate.

X_limit und Y_limit sind Werte, die der Maschine zu eigen sind und k_max und k_min sind Werte, die bestimmt werden, wenn die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate eingestellt wird.
Formel (3) setzt voraus, dass ein Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu der vorderen Kippkante ungefähr gleich dem von dem Schwenkmittelpunkt zu der hinteren Kippkante ist und dass ein Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu der linken Kippkante ungefähr gleich dem von dem Schwenkmittelpunkt zu der rechten Kippkante ist. Wenn der Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu der vorderen Kippkante sich aber deutlich von dem Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu der hinteren Kippkante unterscheidet oder sich der Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu der linken Kippkante sich deutlich von dem Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu der rechten Kippkante unterscheidet, kann k in jedem Fall abhängig von dem Positiven und Negativen von r_cogx und r_cogy bestimmt werden.
Ein Modell der Arbeitsmaschine 1, das von den Schwerpunkt-Berechnungsmitteln 60c des Steuersystems in der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 ist eine erläuternde Ansicht des Modells der Arbeitsmaschine 1, das von den Schwerpunkt-Berechnungsmitteln 60c des Steuersystems in der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Im Übrigen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in 1 die gleichen Abschnitte.
Die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c berechnen den Schwerpunkt 70 der Arbeitsmaschine 1 unter Verwendung des Detektionswerts der Stellungsdetektionsvorrichtung 49 und Informationen über die Länge und Masse jedes Strukturelements. Die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c verwenden das Modell der Arbeitsmaschine 1, das in 3 dargestellt ist.
Ein Referenzkoordinatensystem in der vorliegenden Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Die Fahrkettenstruktur 2 wird als Referenz hergenommen. Ein Punkt O auf der Schwenkmittellinie 3c des oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers 3, an dem sich die Fahrkettenstruktur 2 und das Bodenniveau 30 berühren, wird als ein Ursprungspunkt hergenommen. Eine X-Achse ist in die anteroposteriore Richtung der Fahrkettenstruktur 2 festgelegt. Eine Y-Achse ist in die horizontale Richtung der Fahrkettenstruktur 2 festgelegt. Eine Z-Achse ist in die Richtung der Schwenkmittellinie 3c festgelegt. Eine Neigung von der Schwerkraftrichtung des Referenzkoordinatensystems wird mittels des Stellungssensors 3b detektiert, der an dem oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 angebracht ist. Ein punktförmiges Massenmodell wird verwendet, bei dem die Masse auf die Schwerpunkte der einzelnen Strukturelemente konzentriert ist.
Um den Schwerpunkt 70 der Arbeitsmaschine 1 zu berechnen, führen die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c eine kinematische Berechnung zu jeder der Verbindungen unter Verwendung des Wertes des Neigungssensors 49B (2) (des Stellungssensors 3b, der an dem oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 angebracht ist, wie in 1 dargestellt ist), der die Neigung des Bodenniveaus 30 detektiert, und der Detektionswerte des Winkelsensors 49A (2) (des Schwenkwinkelsensors 3s, des Auslegerwinkelsensors 40a, des Armwinkelsensors 41a und des Aufsatzwinkelsensors 42a, die an den zugehörigen Abschnitten der Arbeitsmaschine 1 in 1 angebracht sind), der die Stellung der vorderen Arbeitsvorrichtung 6 detektiert, aus. Die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c berechnen dadurch die Positionsvektoren r2, r3, r10, r12, r23, der Massenpunkte 2P, 3P, 10P, 12P, 23P der – Fahrkettenstruktur, des Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers, des Auslegers, des Arms und des Aufsatzes als Werte basierend auf dem Referenzkoordinatensystem.
Die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c leiten den Schwerpunkt 70 der Arbeitsmaschine 1 mittels des Positionsvektors jedes Massenpunkts als die folgende Formel (4) ab.
[Formel 4]
Hierbei ist

r_cog:: der Schwerpunktsvektor;
m₁:: die Masse eines i-ten Massenpunktes; und
r₁:: der Positionsvektor eines i-ten Massenpunktes.

Der Vektor ist ein dreidimensionaler Vektor, der aus einer X-Komponente, einer Y-Komponente und einer Z-Komponente besteht.
Speziell wird die X-Koordinate r_cogx des Schwerpunkts 70 durch die folgende Formel (5) berechnet.
[Formel 5]
In ähnlicher Weise wird die Y-Koordinate r_cogy des Schwerpunkts 70 durch die folgende Formel (6) berechnet.
[Formel 6]
In den Formeln (5) und (6) repräsentiert ”m” die Masse jedes der Massenpunkte 2P, 3P, 10P, 12P und 23P, die in 3 gezeigt sind. Die Massen m₂, m₃, m₁₀, m₁₂ und m₂₃ jedes der Massenpunkte werden jeweils ”m” zugeordnet.
Als nächstes wird eine Beschreibung des Betriebs der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts-Bestimmungsmittel 60d und der Befehlswert-Korrekturmittel 60e gegeben.
Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts-Bestimmungsmittel 60d extrahieren den geeignetsten Teil der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen aus den Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemitteln 60b auf der Basis des Schwerpunkts 70, also des Berechnungsergebnisses der Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c. Der extrahierte Wert wird dann als ein Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 ausgegeben, der verwendet werden soll.
Wie oben beschrieben kann die Anordnung der Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b als eine Reihe von Einstellungswerten mit einem gewissen Intervall mit Bezug auf den Schwerpunkt 70 gegeben sein oder als ein numerischer Ausdruck gegeben sein. In dem ersten Fall wird eine Kombination extrahiert, die dem Schwerpunkt 70 am nächsten ist, der durch die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c berechnet wird, und eine zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k bei der Kombination wird als der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 hergenommen. Speziell wird er dann durch die folgende Formel (7) extrahiert, wenn die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k als Formel (1) gegeben ist.
[Formel 7]
Wie in 4 gezeigt repräsentiert hierbei r_cogxmax den möglichen Maximalwert des Schwerpunkts in der X-Koordinate, r_cogymax den möglichen Maximalwert des Schwerpunkts in der Y-Koordinate, r_cogxmin den möglichen Minimalwert des Schwerpunkts in der X-Koordinate und r_cogymin den möglichen Minimalwert des Schwerpunkts in der Y-Koordinate. Das Symbol [A] ist eine Gauß-Klammer und repräsentiert die größte ganze Zahl kleiner oder gleich ”A”.
In dem zweiten Fall wird ein Wert, der durch Zuordnen des Berechnungsergebnisses der Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c zu einem numerischem Ausdruck erhalten wird, als der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 hergenommen. Speziell soll der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 dann, wenn die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k aus Formel (3) erhalten wird, ein Wert sein, der durch Zuordnen der Werte, die durch die Formeln (5) und (6) berechnet werden, jeweils zu r_cogx und r_cogy in Formel (3) berechnet wird.
Wenn die Änderungsrate eines Hebelbetätigungsbetrags den Einstellungswert 71 der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a nicht erfüllt, korrigieren die Befehlswert-Korrekturmittel 60e den Hebelbetätigungsbetrag, der durch die Befehlswert-Detektionsmittel 51 detektiert wird, und den Ausgabewert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a derart, dass der bewegliche Teil langsamer angehalten wird. Der korrigierte Hebelbetätigungsbetrag wird als ein Antriebsbefehlswert für den Antriebsaktor verwendet.
Ein spezifisches Korrekturverfahren ist unten beschrieben.
Es kann zahlreiche Verfahren zum Korrigieren eines Hebelbetätigungsbetrags geben, um eine Anhalteverlangsamung bereitzustellen. Das einfachste Verfahren ist das Folgende. Es wird bestimmt, ob eine aktuelle Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k erfüllt, die durch die Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a eingestellt ist. Wenn die aktuelle Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate größer als die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k ist, dann wird ein Hebelbetätigungsbetrag mittels einer Korrekturkurve wie in 5A gezeigt korrigiert, damit er monoton mit der zulässigen Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k fällt. Insbesondere verhält sich der korrigierte Hebelbetätigungsbetrag wie die folgende Formel (8).
[Formel 8]
Hierbei stellt Oi(t) einen Hebelbetätigungsbetrag zu der Zeit t dar und Oc(t) stellt einen Hebelbetätigungsbetrags-Korrekturwert zu der Zeit t dar.
Hier ist eine Beschreibung eines Beispiels einer Befehlswert-Korrekturkurve gegeben, die durch die Befehlswert-Korrekturmittel 60e des Steuersystems in der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, unter Bezugnahme auf 5A und 5B gegeben.
5A und 5B sind erläuternde Diagramme für Befehlswert-Korrekturkurven, die durch die Befehlswert-Korrekturmittel 60e des Steuersystems in der Arbeitsmaschine gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Um die Trägheitskraft zu verringern, ohne den Bremsweg übermäßig zu erhöhen, ist es effektiv, eine konstante Verzögerung bereitzustellen. Um eine effektivere Anhalteverlangsamung auszuführen, wird der Hebelbetätigungsbetrag daher so korrigiert, dass der Antriebsaktor basierend auf dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 mit einer konstanten Verzögerung anhalten kann.
Wenn der Hebelbetätigungsbetrag und die Betriebsgeschwindigkeit des Antriebsaktors proportional zueinander sind, kann die konstante Verzögerung durch derartiges Korrigieren des Hebelbetätigungsbetrags erreicht werden, dass eine monotone Verringerung bereitgestellt wird, die den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 wie in 5A gezeigt erfüllt.
In der Praxis ist der Fall aber selten, in dem der Hebelbetätigungsbetrag und die Betriebsgeschwindigkeit des Antriebsaktors genau proportional zueinander sind. Da eine Hydraulikvorrichtung und ein Antriebsmechanismus zwischen dem Hebelbetätigungsbetrag und dem Antriebsaktor liegen, wird die Betriebsgeschwindigkeit des Antriebsaktors durch die Antwortverzögerung der Hydraulikvorrichtung und der Reibung und der Gegenbewegung des Antriebsmechanismus beeinflusst. Selbst dann, wenn der Hebelbetätigungsbetrag gleich ist, variiert die Betriebsgeschwindigkeit abhängig von der Öltemperatur oder der Kraftmaschinendrehzahl. Kurz gesagt, muss die Korrekturkurve des Hebelbetätigungsbetrags unter Berücksichtigung der obigen Effekte definiert werden, um die konstante Verzögerung zu erzielen.
Die konstante Verzögerung kann dann erreicht werden, wenn die obigen Effekte modelliert werden und der Hebelbetätigungsbetrag mittels eines inversen Modells berechnet wird. Ein einfacheres Verfahren zum Erreichen der konstanten Verzögerung verwendet eine Korrekturkurve mit zwei Neigungen wie in 5B gezeigt. Durch geeignetes Einstellen der zwei Neigungen und eines Punktes, an dem die Neigung gewechselt wird, kann der Betrieb des Antriebsaktors an eine ideale Antwort angenähert werden. Durch Einstellen einer Neigung k1 in einem Bereich mit einem großen Hebelbetätigungsbetrag auf einen höheren Wert als eine Neigung k2 in einem Bereich mit einem niedrigerem Hebelbetätigungsbetrag kann der Betrieb des Antriebsaktors an eine konstante Verzögerung angenähert werden.
Im Übrigen kann als ein Neigungseinstellungsverfahren die Neigung k2 in einem Bereich mit einem niedrigen Hebelbetätigungsbetrag auf der Basis des Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts eingestellt werden und die andere Neigung kann auf einen Wert, der der Arbeitsmaschine zu eigen ist, oder auf ein konstantes Vielfaches der Neigung in dem Bereich mit dem niedrigen Hebelbetätigungsbetrag eingestellt werden. Der Punkt, an dem die Neigung gewechselt wird, kann auf einen Wert, der der Arbeitsmaschine zu eigen ist und der auf der Basis des möglichen Maximalwerts des Hebelbetätigungsbetrags bestimmt wird, auf ein spezifiziertes Verhältnis zu dem Hebelbetätigungsbetrag vor einem Anhaltebefehl oder auf einen Wert, der aus der Neigung k1, der Neigung k2 und dem Hebelbetätigungsbetrag vor dem Anhalten berechnet wird, eingestellt werden, so dass eine Zeit, bis der Hebelbetätigungsbetrag null erreicht, konstant ist.
Durch Verwendung derartiger Verfahren kann die Verzögerung der konstanten Verzögerung auf der Basis des Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts 71 leicht geändert werden. In diesem Fall verhält sich der korrigierte Hebelbetätigungsbetrag wie in der folgenden Formel (9).
[Formel 9]
Hierbei stellt das Symbol O_P einen Punkt dar, an dem die Neigung gewechselt wird.
Unten ist eine Beschreibung von abgewandelten Beispielen der Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform gegeben.
Die Zustandsgrößen-Detektionsmittel können so ausgelegt sein, dass der Neigungssensor 49B entfällt, wenn erwartet wird, dass die Arbeitsmaschine 1 an einem flachen Ort arbeitet oder wenig durch die Neigung beeinträchtigt wird.
Die obige Ausführungsform beschreibt das Beispiel, bei dem der Stellungssensor 3b als der Neigungssensor 49B auf dem oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 installiert ist. Dagegen kann der Neigungssensor auf der Fahrkettenstruktur 2 anstelle des Stellungssensors 3b installiert sein. Die Steuereinheit 60 ist oft auf dem oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 montiert. Die obige Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem der Sensor auf dem – oberen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 vorgesehen ist, hinsichtlich der einfachen Verdrahtung. Wenn aber Signale von der Fahrkettenstruktur 2 an den Arbeitsmaschinen-Hauptkörper 3 durch Schleifring oder Funk übertragen werden können, kann der Neigungssensor auf der Fahrkettenstruktur 2 vorgesehen sein. Durch Bereitstellen des Neigungswinkelsensors auf der Fahrkettenstruktur 2 kann ein Neigungswinkel genauer gemessen werden, ohne durch einen Schwenkteil beeinträchtigt zu werden.
Wenn der Abstand von dem Schwenkmittelpunkt zu der Kippkante sich nicht abhängig von dem Schwenkwinkel verändert oder wenn die Anhaltecharakteristik konstant mit dem Schwenkwinkel eingestellt ist, kann die Arbeitsmaschine so ausgelegt sein, dass der Schwenkwinkelsensor wegfällt.
Wenn der Aufsatzwinkel die Stabilität nicht beeinflusst, kann die Arbeitsmaschine so ausgelegt sein, dass der Aufsatzwinkelsensor wegfällt. Um die Anhalteverlangsamung mit einer kleineren Anzahl von Sensoren zu erreichen, kann die Arbeitsmaschine dazu ausgelegt sein, nur einen Winkel zu detektieren, von dem erwartet wird, dass er den meisten Einfluss auf die Stabilität hat. Wenn beispielsweise die Masse eines vorderen Endes von dem Auflagerpunkt 41 aus groß ist und der Bereich des Drehwinkels des Arms 12 ausreichend groß ist, wird erwartet, dass der Einfluss des Drehwinkels des Arms 12 am größten ist. In diesem Fall kann die Arbeitsmaschine so ausgelegt sein, dass sie nur den Armwinkelsensor 41a besitzt und die anderen Sensoren entfallen.
Die obige Ausführungsform beschreibt das Beispiel, in dem die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c einen bekannten Massenwert m23 als die Masse des Aufsatzes verwenden. In der Praxis variiert die Masse des Aufsatzes aber während der Arbeit, da die Arbeitsmaschine 1 den Aufsatzteil zur Arbeit verwendet. Wenn eine Änderung der Masse des Aufsatzteils groß ist, dann können Lastdetektionsmittel zum Detektieren der Masse des Aufsatzteiles hinzugefügt werden.
Ein Beispiel eines Lastdetektierverfahrens ist eines, bei dem ein Drucksensor an sowohl der Stangenseite als auch der Kopfseite des Auslegerzylinders 11 vorgesehen ist. Bei diesem Verfahren wird das Moment M1, das die Last des Aufsatzteils und das Eigengewicht der vorderen Arbeitsvorrichtung umfasst, aus den Detektionswerten der zwei Drucksensoren berechnet. Das Eigengewichtmoment Moc der vorderen Arbeitsvorrichtung wird aus den Detektionswerten der jeweiligen Winkelsensoren des Auslegers 10 und des Arms 12 und den jeweiligen Schwerpunktparametern des Auslegers 10 und des Arms 12 berechnet. Die Masse des Aufsatzes 23 wird aus einer Differenz zwischen dem Moment M1 und dem Moment Moc und dem Abstand von dem Auslegerdrehauflagerpunkt 40 zu dem Aufsatz 23 berechnet.
Bei einem weiteren Detektionsverfahren sind Stiftkraftsensoren an dem Stift 43, der den Arm 12 und den Aufsatz 23 verbindet, und dem Stift 44, der das Verbindungsstück 16 und den Aufsatz 23 verbindet, vorgesehen. Eine Änderung der Masse des Aufsatzes 23 kann durch Detektieren des Betrags und der Richtung der Kräfte, die auf die Stifte 43, 44 ausgeübt werden, berechnet werden.
Ferner beschreibt die obige Ausführungsform das Beispiel, bei dem die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c die jeweiligen Massenpunkte 2P, 3P, 10P, 12P, 23P der Fahrkettenstruktur 2, des Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers 3, des Auslegers 10, des Arms 12 und des Aufsatzes 23 verwenden. Andererseits kann die Anzahl der Massenpunkte, die für die Berechnung verwendet wird, reduziert werden, indem einige Massenpunkte zusammengefasst werden oder indem Massenpunkte mit größerem Einfluss extrahiert werden. Eine Rechenlast kann durch Verringern der Anzahl der Massenpunkte verringert werden.
Die obige Ausführungsform beschreibt den folgenden Fall als ein Beispiel. Die Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate wird als der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 verwendet. Den Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemitteln 60b ist die zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k sowohl für den Schwerpunkt 70 als auch für die Antriebsaktoren gegeben, wobei das Ausmaß des Effekts der Verzögerung zu der Zeit des Anhaltens auf die Arbeitsmaschine 1 und der zulässige Bremsweg berücksichtigt wird. Andererseits ist der Fall ähnlich realisierbar, in dem ein weiterer Index wie eine Anhaltezeit, ein Bremsweg, eine Verzögerung oder dergleichen anstelle der Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate verwendet wird. Wenn ein anderer Index als die Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate verwendet wird, dann sollten die Befehlswert-Korrekturmittel 60e den Hebelbetätigungsbetrags-Korrekturwert unter Verwendung der Beziehung zwischen dem jeweiligen Index und der Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate berechnen.
Die obige Ausführungsform beschreibt das Beispiel, in dem der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 dem Schwerpunkt 71 und jedem der Antriebsaktoren zugewiesen wird. Andererseits kann der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 ein Wert sein, der abhängig von dem Können der Bedienperson, die die Arbeitsmaschine 1 bedient, einer Straßenoberfläche oder Umständen geändert wird. Für solche Fälle ist die folgende Anordnung denkbar: eine, in der der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 automatisch auf der Basis der vorher gegebenen Informationen oder den Ausgabewerten der Sensoren verschiedener Art eingestellt wird, und eine andere, in der einer Bedienperson oder ein Bedienungsadministrator den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 unter Verwendung der Anwendereinstellungs-Eingabevorrichtung 55 beliebig einstellt.
<In dem Fall, in dem ein Beschleunigungssensor vorgesehen ist>
Die Arbeitsmaschine kann derart ausgelegt sein, dass der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 abhängig von dem Ausmaß der Erschütterung der Arbeitsmaschine 1 während der Arbeit angepasst wird. Die große Erschütterung der Arbeitsmaschine 1 stellt eine Verschlechterung der Stabilität der Arbeitsmaschine 1 dar. Eine große Erschütterung eines Kabinensitzes 4 gibt der Bedienperson ein unangenehmes Gefühl. Wenn die Erschütterung groß ist, wird der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 korrigiert, so dass ein langsameres Anhalten ausgeführt werden kann. Wenn die Erschütterung sehr klein ist, kann der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert durch Korrigieren des Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts 71 auf einen für die Arbeit geeigneteren Wert eingestellt werden, so dass ein abruptes Anhalten ermöglicht wird.
Selbst wenn die gleiche Bedienung ausgeführt wird, unterscheidet sich das Ausmaß der Erschütterung abhängig von den Arbeitsbedingungen. Daher kann die Arbeitsmaschine derart ausgelegt sein, dass ein Beschleunigungssensor, der eine Beschleunigung detektiert, auf dem Kabinensitz 4 oder dergleichen installiert ist und der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 auf der Basis des Detektionswerts des Beschleunigungssensors korrigiert wird. Da zu erwarten ist, dass sich ein Effekt auf die Stabilität und ein Effekt auf den menschlichen Körper abhängig von der Frequenz der Erschütterungen und dergleichen unterscheiden, kann der Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 mittels eines Werts, der durch das Ausführen einer Signalverarbeitung bei dem Detektionswert des Beschleunigungssensors erhalten wird, korrigiert werden.
<In dem Fall, in dem andere Informationen als der Schwerpunkt als Stellungsinformationen verwendet werden>
Die obige Ausführungsform beschreibt das Beispiel, in dem die Position des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine 1 als die Stellungsinformation verwendet wird. Es kann aber der Winkel oder die Winkelgeschwindigkeit jedes Gelenks, die Länge oder die Längenveränderung jedes Aktors, die Position der Spitze des Aufsatzes oder dergleichen anstelle der Position des Schwerpunkts als die Stellungsinformationen verwendet werden.
Zum Beispiel halten die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b dann, wenn die Winkel jedes Gelenks als die Stellungsinformationen verwendet werden, einen Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert, der einem Gelenkwinkel entspricht, als Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformation. Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert-Bestimmungsmittel 60d beziehen sich auf Teile der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die durch die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b gehalten werden, und geben als den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 einen Teil der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen aus, der dem Gelenkwinkel entspricht, der durch den Winkelsensor 49A detektiert wird. In diesem Fall können die Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c entfallen. Eine derartige Anordnung kann eine Rechenlast verglichen mit der obigen Ausführungsform reduzieren, so dass die Anordnung der Arbeitsmaschine 1 einfacher gemacht werden kann.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit jedes Gelenks als Stellungsinformation verwendet wird, werden Winkelgeschwindigkeits-Berechnungsmittel anstelle der Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c bereitgestellt. Die Winkelgeschwindigkeits-Berechnungsmittel berechnen eine aktuelle Gelenkwinkelgeschwindigkeit auf der Basis des Gelenkwinkels, der durch den Winkelsensor 49A detektiert wird. Die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b halten als Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert in Übereinstimmung mit der Gelenkwinkelgeschwindigkeit. Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts-Bestimmungsmittel 60d beziehen sich auf Teile der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die durch die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b gehalten werden, und geben als den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 einen Teil der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen aus, der der Gelenkwinkelgeschwindigkeit entspricht, die durch die Gelenkwinkelgeschwindigkeits-Berechnungsmittel berechnet wird. Ein Winkelgeschwindigkeitssensor kann an jedem Gelenk anstelle des Winkelsensors 49A und der Gelenkwinkelgeschwindigkeits-Berechnungsmittel vorgesehen sein. Eine derartige Anordnung kann eine Rechenlast verglichen mit der obigen Ausführungsform reduzieren, so dass die Anordnung der Arbeitsmaschine 1 einfacher gemacht werden kann. Zusätzlich kann ein Effekt der Vorhersage eines zukünftigen Zustands unter Bezugnahme auf die Geschwindigkeit erwartet werden.
Zudem ist auch der Fall des Verwendens der Länge oder der Längenveränderung jedes Aktors als Stellungsinformationen ähnlich realisierbar. Speziell muss die Arbeitsmaschine 1 wie folgt ausgelegt sein. Anstelle der Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c sind Aktorzustands-Berechnungsmittel vorgesehen, die die Länge oder die Längenveränderung jedes Aktors auf der Basis des Detektionswerts des Winkelsensors 49A berechnen, der die Stellung der vorderen Arbeitsvorrichtung 6 detektiert. Die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b halten als Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen einen Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert in Übereinstimmung mit der Länge oder der Längenveränderung des Aktors. Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts-Bestimmungsmittel 60d beziehen sich auf Teile der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die durch die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b gehalten werden, und geben als den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 einen Teil der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen aus, der der Länge oder der Längenveränderung des Aktors entspricht, die durch die Aktorzustands-Berechnungsmittel berechnet werden. Anstelle des Winkelsensors 49A und der Aktorzustands-Berechnungsmittel können Detektionsmittel an jedem Aktor vorgesehen sein, die die Länge oder die Längenveränderung des Aktors detektieren, und deren Detektionswerte können als die Stellungsinformationen verwendet werden. Alternativ können Detektionsmittel zum Detektieren der Länge des Aktors vorgesehen sein und eine Längenänderung des Aktors kann aus deren Detektionswerten berechnet werden. Eine derartige Anordnung kann eine Rechenlast verglichen mit der obigen Ausführungsform reduzieren, so dass die Anordnung der Arbeitsmaschine 1 einfacher gemacht werden kann.
Wenn die Position der Spitze des Aufsatzes als die Stellungsinformation verwendet wird, werden Aufsatzpositions-Berechnungsmittel zum Berechnen der Position der Spitze des Aufsatzes anstelle der Schwerpunkt-Berechnungsmittel 60c verwendet. Die Aufsatzpositions-Berechnungsmittel führen sequenziell eine kinematische Berechnung aus, um die Position der Spitze des Aufsatzes unter Verwendung des Detektionswerts des Neigungssensors 49B, der die Neigung des Bodenniveaus 30 detektiert, des Detektionswerts des Winkelsensors 49A, der die Stellung der vorderen Arbeitsvorrichtung 6 detektieren, und von Informationen über die Länge jedes Verbindungsstücks zu berechnen. Die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b halten als Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen einen Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert in Übereinstimmung mit der Position der Spitze des Aufsatzes. Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts-Bestimmungsmittel 60d beziehen sich auf Teile der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die durch die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b gehalten werden, und geben als den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 einen Teil der Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen aus, der der Position der Spitze des Aufsatzes entspricht, die durch die Aufsatzpositions-Berechnungsmittel berechnet wird. Eine derartige Anordnung kann eine Rechenlast verglichen mit dem Fall der Verwendung des Schwerpunkts als Stellungsinformation reduzieren, so dass die Anordnung der Arbeitsmaschine 1 einfacher gemacht werden kann. Die Bezugnahme auf die Position der Spitze des Aufsatzes macht diese Anordnung besonders in dem Fall effektiv, in dem es eine Beschränkung des Bereiches gibt, in dem sich die Position der Spitze des Aufsatzes befinden kann.
<In dem Fall des Bereitstellens eines langsamen Anfahrens>
Die obige Ausführungsform beschreibt das Beispiel, in dem der Hebelbetätigungsbetrag nur dann korrigiert wird, um die Trägheitskraft zu reduzieren, wenn der Antriebsbefehl (der Hebelbetätigungsbetrag) für den Antriebsaktor von dem Betriebsbefehlszustand in den Anhaltebefehlszustand geändert wird (zu der Zeit des Anhaltevorgangs). Andererseits kann der Hebelbetätigungsbetrag zudem dann, wenn der Antriebsbefehl von dem Anhaltebefehlszustand in den Betriebsbefehlszustand geändert wird (zu der Zeit des Anfahrvorgangs), in ähnlicher Weise zusätzlich zu der Zeit des Anhaltevorgangs korrigiert werden. Speziell kann eine Anfahrzeit, eine Anfahrbeschleunigung, ein Anstieg in dem Hebelbetätigungsbetrag pro Zeiteinheit (eine Hebelbetätigungsbetrags-Anstiegsrate) oder dergleichen als ein Anfahrverlangsamungs-Einstellungswert, der dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 ähnelt, eingestellt werden. Dann korrigieren die Befehlswert-Korrekturmittel 60e den Hebelbetätigungsbetrag derart, dass ein Einstellungswert erfüllt wird. Der Entwurf der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a und der Befehlswert-Korrekturmittel 60e ist unten beschrieben, wobei der Fall des Ausführens des langsamen Anfahrens als eine Beispiel hergenommen wird, das dem Beispiel ähnlich ist, in dem der Hebelbetätigungsbetrag durch Einstellen einer Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate als der oben erwähnte Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert korrigiert wird und Formel (8) verwendet wird. Die Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel 60b stellen neben der zulässigen Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k eine zulässige Hebelbetätigungsbetrags-Anstiegsrate ka unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie des Verfahrens des Einstellens der zulässigen Hebelbetätigungsbetrags-Änderungsrate k ein. Die Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a geben den Anfahrverlangsamungs-Einstellungswert zusätzlich zu dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert 71 aus. Um mit der langsamen Eingabe zusätzlich zu der Anhalteverlangsamung umzugehen, verwenden die Befehlswert-Korrekturmittel 60e den Hebelbetätigungsbetrag, der der durch die Befehlswert-Detektionsmittel 51 detektiert wird, und den Ausgabewert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a. Wenn die Änderungsrate des Hebelbetätigungsbetrags die eingestellten Werte 71 oder 72 der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel 60a nicht erfüllt, dann korrigieren die Befehlswert-Korrekturmittel 60e den Hebelbetätigungsbetrag, um ein langsameres Anhalten oder Anfahren auszuführen, und verwenden den korrigierten Hebelbetätigungsbetrag als den Antriebsbefehlswert des Antriebsaktors. Speziell wird ein Hebelbetätigungsbetrags-Korrekturwert mittels der folgenden Formel (10) anstelle der oben erwähnten Formel (8) berechnet.
[Formel 10]
Auf diese Weise kann die Trägheitskraft, die zu der Zeit des Anfahrens der Arbeitsmaschine 1 auftritt, unterdrückt werden, während die Trägheitskraft, die zu der Zeit des Anhaltens auftritt, unterdrückt wird.
<In dem Fall des Bereitstellens eines Anhalteverlangsamungs- und Anfahrverlangsamungs-AUS-Modus>
Die obige Ausführungsform beschreibt das Beispiel, in dem die Korrekturen beständig unter Verwendung der Formeln (8), (9), (10) und dergleichen vorgenommen werden. In einigen Fällen ist es aber in Abhängigkeit von Arbeitsbedingungen vorzuziehen, die Anhalteverlangsamung und Anfahrverlangsamung nicht auszuführen. Zum Beispiel wird ein Aufsatz im Betrieb absichtlich geschwenkt, um daran anhaftende Erde oder dergleichen abzuschütteln. Die Anhalteverlangsamungs stört einen solchen Vorgang aber. Ferner kann die Arbeitseffizienz während einer Arbeit, die eine genaue Bedienung beinhaltet, aufgrund der Anhalteverlangsamungs und der Anfahrverlangsamung verschlechtert sein. Die oben beschriebene Arbeit hat geringe Auswirkungen auf die Stabilität und ist weniger davon beeinträchtigt, dass die Anhalteverlangsamung und die Anfahrverlangsamung nicht ausgeführt werden. Daher kann die Arbeitsmaschine 1 so ausgelegt sein, dass die Anhalteverlangsamung und die Anfahrverlangsamung automatisch ausgeschaltet werden, wenn der oben erwähnte Betrieb oder dergleichen detektiert werden. Speziell wird ein feiner Betrieb mit kleiner Verschiebung oder ein Betrieb, bei dem die Hebelbedienungsrichtungen mehrfach in kurzer Zeit gewechselt werden, als der Betrieb detektiert, bei dem die Anhalteverlangsamung und die Anfahrverlangsamung ausgeschaltet wird, indem der Hebelbetätigungsbetrag verwendet wird, der durch die Befehlswert-Detektionsmittel 51 detektiert wird. Wenn er detektiert wird, wird der Betriebsmodus automatisch gewechselt, um die Korrektur auf der Basis der Formel (8), (9), (10) oder dergleichen zu deaktivieren. Anstelle des Implementierens der automatischen Bestimmung mittels des Hebelbetätigungsbetrags kann die Arbeitsmaschine 1 alternativ so ausgelegt sein, dass eine Bedienperson die Korrektur mit einem Schalter deaktivieren kann, der an den Anwendereinstellungs-Eingabemitteln 55 vorgesehen ist.
Die obige Ausführungsform beschreibt den Fall, in dem angenommen wird, dass der Steuerhebel 50 ein elektrischer Hebeltyp ist. Andererseits ist auch der Fall realisierbar, in dem der Steuerhebel 50 ein Hydraulikvorsteuertyp ist, vorausgesetzt eine Druckerzeugungsvorrichtung wird hinzugefügt, die Vorsteuerdruck in Übereinstimmung mit der Ausgabe der Steuereinheit 60 erzeugt; dass der Vorsteuerdruck, der durch die Hebelbedienung erzeugt wird, als der Hebelbetätigungsbetrag gemessen wird; und dass die Druckerzeugungsvorrichtung einen Vorsteuerdruck auf der Basis des Berechnungsergebnisses der Befehlswert-Korrekturmittel 60e erzeugt.
Wie oben beschrieben kann die vorliegende Ausführungsform die Anhaltecharakteristik, die für jeden der Antriebsaktoren geeignet ist, durch eine einfache Berechnung selbst dann erzielen, wenn der Befehl für den Antriebsaktor von dem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird. Daher kann ein Effekt der Trägheitskraft reduziert werden, die aus einer abrupten Verzögerung resultiert, wodurch die Stabilität der Arbeit verbessert wird, ohne den Bremsweg übermäßig zu erhöhen und ohne die Betriebsgeschwindigkeit zu verringern. Zusätzlich kann die Beständigkeit der Arbeitsmaschine verbessert werden und eine Ermüdung der Bedienperson, die durch die Vibration der Arbeitsmaschine verursacht wird, kann reduziert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung den Hydraulikbagger als die Arbeitsmaschine verwendet, ist die vorliegende Erfindung im Übrigen nicht darauf beschränkt. Die Anhaltecharakteristik, die für jeden der Antriebsaktoren geeignet ist, kann bei anderen Arbeitsmaschinen wie einem Radlader oder dergleichen erzielt werden.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitsmaschine
2: Fahrkettenstruktur
3: Arbeitsmaschinen-Hauptkörper
3b: Stellungssensor (Arbeitsmaschinen-Hauptkörper)
3c: Mittellinie
3s: Schwenkwinkelsensor
4: Kabine
5: Kraftmaschine
6: Vordere Arbeitsvorrichtung
7: Schwenkmotor
8: Gegengewicht
10: Ausleger
11: Auslegerzylinder
12: Arm
13: Armzylinder
15: Aufsatzzylinder
16, 17: Verbindungsstück
23: Aufsatz
30: Bodenniveau
40: Auslegerdrehauflagerpunkt
40a: Auslegerwinkelsensor
41: Armdrehauflagerpunkt
41a: Armwinkelsensor
42: Aufsatzdrehauflagerpunkt
42a: Aufsatzwinkelsensor
49: Stellungs-Detektionsmittel
49A: Winkelsensor
49B: Neigungssensor
50: Steuerhebel
51: Befehlswert-Detektionsmittel
51A: Betätigungsbetragssensor
51s: Schwenkhebelbetätigungsbetragssensor
51b: Auslegerhebelbetätigungsbetragssensor
51a: Armhebelbetätigungsbetragssensor
51o: Aufsatzhebelbetätigungsbetragssensor
55: Anwendereinstellungs-Eingabemittel
56: Öltemperatur-Detektionsmittel
57: Kraftmaschinendrehzahl-Detektionsmittel
60: Steuereinheit
60a: Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel
60b: Anhaltecharakteristikeinstellungsinformations-Haltemittel
60c: Schwerpunkt-Berechnungsmittel
60d: Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts-Bestimmungsmittel
60e: Befehlswert-Korrekturmittel
60x: Eingabesektion
60y: Ausgabesektion
60z: Berechnungssektion
70: Schwerpunkt
71: Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert

Claims

Arbeitsmaschine, die umfasst: eine Fahrkettenstruktur; einen Arbeitsmaschinen-Hauptkörper, der schwenkbar auf dem oberen Teil der Fahrkettenstruktur montiert ist; eine vordere Arbeitsvorrichtung, die vertikal schwenkbar auf dem Arbeitsmaschinen-Hauptkörper montiert ist; Antriebsaktoren zum Antreiben der Fahrkettenstruktur, des Arbeitsmaschinen-Hauptkörpers und der vorderen Arbeitsvorrichtung; und eine Steuereinheit zum Steuern der Antriebsaktoren wobei die Steuereinheit dann, wenn ein Befehl für den Antriebsaktor von einem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird, den Betrieb von jedem der Antriebsaktoren derart ändert, dass eine Anhaltecharakteristik für jeden der Antriebsaktoren erfüllt ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit mindestens eine der Folgenden als Anhaltecharakteristiken des Antriebsaktors ändert: eine Anhaltezeit von dem Anhaltebefehl bis zu dem Abschluss des Anhaltens, eine Änderungsrate eines Antriebsbefehlswerts, eine Beschleunigung des Antriebsaktors oder einer Spitze der vorderen Arbeitsvorrichtung und einen Bremsweg, und die Steuereinheit die Änderungsrate derart ändert, dass die Anhaltezeit, die Beschleunigung oder der Bremsweg erfüllt ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit umfasst: Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel zum Einstellen eines Anhalteverlangsamungs-Einstellungswerts auf der Basis von Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die für jeden der Antriebsaktoren vorbestimmt sind, und Befehlswert-Korrekturmittel zum Korrigieren eines Befehlswerts für den Antriebsaktor dann, wenn der Befehl für den Antriebsaktor von dem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird und die Änderungsrate des Befehlswerts für jeden der Antriebsaktoren dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel nicht genügt.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, wobei die Arbeitsmaschine Stellungs-Detektionsmittel zum Detektieren einer Stellung der Arbeitsmaschine umfasst; und die Steuereinheit die Anhaltecharakteristik auf der Basis eines Detektionsergebnisses der Stellungs-Detektionsmittel ändert.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, wobei die Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel den Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert in Übereinstimmung mit der Stellung der Arbeitsmaschine unter Verwendung von Anhaltecharakteristik-Einstellungsinformationen, die vorher für jede der Stellungen der Arbeitsmaschine und für jeden der Antriebsaktoren bestimmt worden sind, und des Detektionsergebnisses der Stellungs-Detektionsmittel ändern, und die Befehlswert-Korrekturmittel den Befehlswert für den Antriebsaktor dann korrigieren, wenn der Befehl für den Antriebsaktor von dem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird und eine Änderungsrate des Befehlswerts für jeden der Antriebsaktoren dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel nicht genügt.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit ferner Schwerpunkt-Berechnungsmittel zum Berechnen des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine umfasst und die Steuereinheit das Berechnungsergebnis der Schwerpunkt-Berechnungsmittel als Stellungsinformation verwendet und dann, wenn ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Arbeitsmaschine, der durch die Schwerpunkt-Berechnungsmittel berechnet wird, und einer Kippkante der Arbeitsmaschine klein ist, den Betrieb des Antriebsaktors ändert, um das Anhalten langsamer zu machen als das Anhalten, das auftritt, wenn der Abstand groß ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit ferner Schwerpunkt-Berechnungsmittel zum Berechnen des Schwerpunkts der Arbeitsmaschine umfasst und die Steuereinheit das Berechnungsergebnis der Schwerpunkt-Berechnungsmittel als Stellungsinformation verwendet und dann, wenn ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Arbeitsmaschine, der durch die Schwerpunkt-Berechnungsmittel berechnet wird, und einer Kippkante der Arbeitsmaschine klein ist, den Betrieb des Antriebsaktors ändert, um das Anhalten langsamer zu machen als das Anhalten, das auftritt, wenn der Abstand groß ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, wobei die Befehlswert-Korrekturmittel den Befehlswert für den Antriebsaktor derart korrigieren, dass der Antriebsaktor eine konstante Verzögerung aufweisen kann, die dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel genügt.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 8, wobei die Befehlswert-Korrekturmittel den Befehlswert für den Antriebsaktor auf der Basis einer Korrekturkurve mit mindestens zwei Neigungen derart korrigieren, dass der Antriebsaktor eine konstante Verzögerung aufweisen kann, die dem Anhalteverlangsamungs-Einstellungswert der Anhalteverlangsamungs-Einstellungsmittel genügt.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit dann, wenn ein Befehl für den Antriebsaktor von einem Betriebsbefehlszustand in einen Anhaltebefehlszustand geändert wird, den Betrieb für jeden der Antriebsaktoren derart ändert, dass eine Anfahrcharakteristik, die für jeden der Antriebsaktoren eingestellt ist, erfüllt ist.
Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit auf der Basis des Befehlswerts für den Antriebsaktor bestimmt, ob ein vorbestimmter Betrieb ausgeführt wird, und die Steuereinheit dann, wenn der vorbestimmte Betrieb ausgeführt wird, den Befehlswert nicht korrigiert.