-
[Gebiet der Erfindung]
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die ein Fluiddrucksystem aufweist, das ein Fluiddruck-Stellglied zum Betreiben der Arbeitsmaschine und eine Pumpe zum Abgeben eines Arbeitsfluids zum Betreiben des Fluiddruck-Stellglieds, sowie einen Motor zum Antreiben der Pumpe umfasst.
-
[Stand der Technik]
-
Eine herkömmliche Arbeitsmaschine, etwa eine hydraulische Schaufel, führt verschiedene Aufgaben unter Verwendung eines Arbeitsgeräts durch, und dreht auch den oberen Schwenkkörper in Bezug auf das untere Fahrwerk, indem es Hydraulikstellglieder, wie etwa einen Hydraulikzylinder und einen Hydraulikmotor, mit Hydrauliköl betätigt, das von einer durch den Motor angetriebenen Hydraulikpumpe abgegeben wird.
-
In manchen Fällen muss eine Bedienperson einer solchen Arbeitsmaschine keine Nivellierung (Glättung des Bodens) oder Kranoperationen unter Verwendung der maximalen Leistung des Hydrauliksystems oder mit der maximalen Geschwindigkeit desselben ausführen. In einem solchen Fall, wenn die in dem Hydrauliksystem erforderliche Leistung niedrig ist, da das Ausmaß der Hebelbetätigung durch die Bedienperson klein und die Geschwindigkeit der Hydraulikstellglieder niedrig ist, ist der Energieverlust des Hydrauliksystems hoch, da die Menge an Hydrauliköl, das an einen Tank zum Beispiel durch ein Steuerventil abgeführt werden muss, hoch ist, oder der Energieverlust in der Pumpe durch die verringerte Effizienz hoch ist. Daher muss das Hydrauliksystem mit seiner größtmöglichen Effizienz verwendet werden, in Übereinstimmung mit dem Arbeitsumfang der Hydraulikstellglieder, der jeweils der Betätigung des Hebels durch die Bedienperson zugeordnet ist.
-
Zum Beispiel ist bereits eine Konfiguration bekannt, in der jede Aufgabe unter Verwendung unscharfer Inferenz auf Grundlage des Ausmaßes der Hebelbetätigung durch die Bedienperson identifiziert wird (siehe zum Beispiel PTL 1 bis PTL 5).
-
[Liste der zitierten Dokumente List]
-
[Patentliteratur]
-
- [PTL 1] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. H10-18355
- [PTL 2] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. H10-60948
- [PTL 3] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. H10-266273
- [PTL 4] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-204600
- [PTL 5] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-140806
-
[Zusammenfassung der Erfindung]
-
[Technisches Problem]
-
Die in PTL 1 bis PTL 5 beschriebenen Konfigurationen zielen darauf ab, den Typ der Aufgabe zu identifizieren und die Bedienbarkeit zu verbessern und steuern nur die Pumpenströmungsraten oder verändern die Validität der sogenannten automatischen Motorverzögerungssteuerung; die Verwendung des Hydrauliksystems an seinem Effizienzpunkt wird jedoch nicht berücksichtigt.
-
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Umstände entwickelt, und eines ihrer Ziele besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine bereitzustellen, die konstruiert sind, um Energieverluste eines Fluiddrucksystems zu begrenzen.
-
[Lösung des Problems]
-
Die in Anspruch 1 beschriebene Erfindung ist eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die ein Fluiddrucksystem aufweist, das ein Fluiddruck-Stellglied zum Betreiben der Arbeitsmaschine und eine Pumpe zum Abgeben eines Arbeitsfluid zum Betreiben des Fluiddruck-Stellglieds, sowie einen Motor zum Antreiben der Pumpe umfasst, wobei die Steuervorrichtung umfasst: Abschätzmittel zum Abschätzen einer Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine unter Verwendung von unscharfer Inferenz auf der Grundlage eines Ausmaßes der Betätigung, in dem das Fluiddruck-Stellglied durch Betätigungsmittel betätigt wird; und Stellmittel zum Stellen eines Stellsignals unter Verwendung von unscharfer Inferenz, wobei das Stellsignal verwendet wird, um die Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der Arbeitsmenge, die durch das Abschätzmittel abgeschätzt wird, einzustellen.
-
Nach einer in Anspruch 2 beschriebenen Erfindung schätzt das Abschätzmittel der Steuervorrichtung für die Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine auf der Grundlage eines Mittelwerts aus maximalen Werten der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel, die innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode erhalten werden, und einer Zugehörigkeitsfunktion, welche ein vorbestimmtes Niveau der Anforderung für eine Geschwindigkeit des Fluiddruck-Stellglieds darstellt, ab.
-
Nach einer in Anspruch 3 beschriebenen Erfindung sind das Fluiddruck-Stellglied und die Betätigungsmittel der Steuervorrichtung für die Arbeitsmaschine nach Anspruch 2 jeweils in einer Vielzahl vorgesehen, wobei die Steuervorrichtung des Weiteren Gewichtungsmittel zum Gewichten des Betätigungsausmaßes eines jeden der Betätigungsmittel umfasst, und das Abschätzmittel die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine auf der Grundlage eines Mittelwerts aus maximalen Werten der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel, die durch das Gewichtungsmittel gewichtet sind, wobei die maximalen Werte innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode erhalten werden, und einer Zugehörigkeitsfunktion abschätzt, die vorbestimmte Anforderungsniveaus für Geschwindigkeiten der Fluiddruck-Stellglieder darstellt.
-
Die in Anspruch 4 beschriebene Erfindung ist ein Steuerverfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine, die ein Fluiddrucksystem aufweist, das ein Fluiddruck-Stellglied zum Betreiben der Arbeitsmaschine und eine Pumpe zum Abgeben eines Arbeitsfluids zum Betreiben des Fluiddruck-Stellglieds, sowie einen Motor zum Antreiben der Pumpe umfasst, wobei das Steuerverfahren folgende Schritte umfasst: Abschätzen einer Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine unter Verwendung von unscharfer Inferenz auf der Grundlage eines Ausmaßes der Betätigung, in dem das Fluiddruck-Stellglied durch Betätigungsmittel betätigt wird; und Stellen eines Stellsignals unter Verwendung von unscharfer Inferenz, wobei das Stellsignal verwendet wird, um die Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Arbeitsmenge einzustellen.
-
Die in Anspruch 5 beschriebene Erfindung ist das Steuerverfahren für die Arbeitsmaschine, das in Anspruch 4 beschrieben wird, wobei die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine auf der Grundlage eines Mittelwerts aus maximalen Werten der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel, die innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode erhalten werden, und einer Zugehörigkeitsfunktion, welche ein vorbestimmtes Niveau der Anforderung für eine Geschwindigkeit des Fluiddruck-Stellglieds darstellt, abschätzt.
-
Die in Anspruch 6 beschriebene Erfindung ist das in Anspruch 5 beschriebene Steuerungsverfahren für die Arbeitsmaschine, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Gewichten des Betätigungsausmaßes eines jeden einer Vielzahl von Betätigungsmitteln zum Betätigen einer Vielzahl von Fluiddruck-Stellgliedern, und Abschätzen der Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine auf der Grundlage eines Mittelwerts aus maximalen Werten der gewichteten Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel, die innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode erhalten werden, und einer Zugehörigkeitsfunktion, welche vorbestimmte Anforderungsniveaus für Geschwindigkeiten der Fluiddruck-Stellglieder darstellt.
-
[Vorteile der Erfindung]
-
Gemäß der in Anspruch 1 beschriebenen Erfindung verwendet das Abschätzmittel unscharfe Inferenz, um die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine auf der Grundlage des Ausmaßes der Betätigung, mit der das Fluiddruck-Stellglied durch das Betätigungsmittel betätigt wird, abzuschätzen, und das Stellmittel verwendet unscharfe Inferenz, um ein Stellsignal zum Stellen der Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Arbeitsmenge zu stellen. Daher kann die Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der Absicht der Bedienperson beim Betätigen des Betätigungsmittels optimiert werden, wodurch Energieverluste des Fluiddrucksystems begrenzt werden.
-
Gemäß der in Anspruch 2 beschriebenen Erfindung schätzt das Abschätzmittel die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine auf der Grundlage des Mittelwerts der maximalen Werte der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel, die innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode erhalten werden, und einer Zugehörigkeitsfunktion, die das vorbestimmte Anforderungsniveau für die Geschwindigkeit des Fluiddruck-Stellglieds darstellt, ab. Daher kann die Genauigkeit der Abschätzung weiter verbessert werden.
-
Gemäß der in Anspruch 3 beschriebenen Erfindung verwendet das Abschätzmittel die gewichteten Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel, um die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine abzuschätzen, wodurch die Genauigkeit der Abschätzung weiter verbessert wird.
-
Gemäß der in Anspruch 4 beschriebenen Erfindung wird die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine unter Verwendung von unscharfer Inferenz auf der Grundlage des Ausmaßes der Betätigung, in dem das Fluiddruck-Stellglied durch das Betätigungsmittel betätigt wird, abgeschätzt, und das Stellsignal zum Stellen der Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Arbeitsmenge wird unter Verwendung unscharfer Inferenz eingestellt. Daher kann die Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der Absicht der Bedienperson beim Betätigen des Betätigungsmittels optimiert werden, wodurch Energieverluste des Fluiddrucksystems begrenzt werden.
-
Gemäß der in Anspruch 5 beschriebenen Erfindung wird die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine auf der Grundlage des Mittelwerts von maximalen Werten der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel, die innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode erhalten werden, und einer Zugehörigkeitsfunktion, die das vorbestimmte Anforderungsniveau für die Geschwindigkeit des Fluiddruck-Stellglieds darstellt, abgeschätzt. Daher kann die Genauigkeit der Abschätzung weiter verbessert werden.
-
Gemäß der in Anspruch 6 beschriebenen Erfindung werden die gewichteten Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel verwendet, um die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine abzuschätzen, wodurch die Genauigkeit der Abschätzung weiter verbessert wird.
-
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
-
1 ist ein Schaltdiagramm und zeigt eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung zur Steuerung einer Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist ein Blockdiagramm und zeigt den inneren Aufbau eines Teils der Steuervorrichtung.
-
3 ist ein erklärendes Diagramm und zeigt Gewichtungsmittel der Steuervorrichtung.
-
4 ist ein erklärendes Diagramm und zeigt Abschätzmittel der Steuervorrichtung.
-
5 ist ein Graph und zeigt ein Beispiel einer Zugehörigkeitsfunktion, die in der Steuervorrichtung verwendet wird.
-
6 ist ein Ablaufdiagramm eines Steuerungsverfahrens, das von der Steuervorrichtung verwendet wird.
-
7 ist eine Seitenansicht der Arbeitsmaschine mit der Steuervorrichtung.
-
8(a) ist ein Graph, der das Ausmaß eines Vorderausleger-Einziehvorgangs als ein Beispiel der Steuervorrichtung zeigt, 8(b) ist ein Graph, der das Ausmaß eines Vorderausleger-Ausfahrvorgangs zeigt, 8(c) ist ein Graph, der eine zeitliche Veränderung des Anpassungsniveaus in Bezug auf das untere Niveau zeigt, 8(d) ist ein Graph, der eine zeitliche Veränderung des Anpassungsniveaus in Bezug auf das mittlere Niveau zeigt, 8(e) ist ein Graph, der eine zeitliche Veränderung des Anpassungsniveaus in Bezug auf das hohe Niveau zeigt, und 8 ist ein Graph, der eine zeitliche Veränderung in dem Mittelwert zeigt, der auf der Grundlage von 8(c) bis 8(e) erhalten wird.
-
[Beschreibung von Ausführungsformen]
-
Die vorliegende Erfindung wird nun auf der Grundlage einer Ausführungsform, die in 1 bis 8 dargestellt ist, im Detail beschrieben.
-
7 bildet eine Arbeitsmaschine 11 in Form einer hydraulischen Schaufel ab. Diese Arbeitsmaschine 11 hat ein hydraulisch betätigtes (fluiddruckangetriebenes) Fahrgestell 12 und ein hydraulisch betätigtes (fluiddruckangetriebenes) Arbeitsgerät 13, das an dem Fahrgestell 12 montiert ist. In dem Fahrgestell 12 ist ein oberer Schwenkkörper 16 an einem unteren Fahrwerk 14 über ein Schwenklager 15 dazwischen auf solche Weise vorgesehen, das er durch einen Schwenkhydraulikmotor 16m geschwenkt oder gedreht werden kann. Eine Kabine 17, die eine Bedienerstation bildet, und ein Maschinenraum 18 sind in dem oberen Schwenkkörper 16 montiert, wobei ein Motor 19, der in 1 dargestellt ist, sowie (erste und zweite) Pumpen P1, P2, die durch diesen Motor 19 angetrieben werden, in dem Maschinenraum 18 montiert sind.
-
Das Arbeitsgerät 13 hat einen Ausleger 21, der axial von dem oberen Schwenkkörper 16 gelagert und durch einen Auslegerzylinder 21c gedreht wird, einen Vorderausleger 22, der axial mit einer Spitze des Auslegers 21 gekoppelt ist und durch einen Vorderauslegerzylinder 22c gedreht wird, sowie eine Schaufel 23, die an einem Element angebracht ist, das axial mit einer Spitze des Vorderauslegers 22 gekoppelt ist und durch einen Schaufelzylinder 23c gedreht wird.
-
Die Pumpen P1, P2 sind vom variablen Typ mit Schrägscheiben, oder vom Typ mit variabler Verdrängung, mit Verdrängungssteuergeräten ϕ1, ϕ2 etwa Schrägscheibenreglern. Diese Pumpen P1, P2 sind mit einer Ausgangswelle 19a des Motors 19 verbunden und werden durch den Motor 19 angetrieben. Die Ausgangskanäle 27, 28 dieser Pumpen P1, P2 sind mit einem Steuerventil CV verbunden. Durch dieses Steuerventil CV wird Hydrauliköl als ein Arbeitsfluid an den drehenden Hydraulikmotor 16m, der als ein drehender Motor dient, der ein Fluiddruck-Stellglied darstellt, an den Auslegerzylinder 21c, der als ein Hydraulikzylinder dient, der ein Fluiddruck-Stellglied darstellt, an den Vorderauslegerzylinder 22c, der als ein Hydraulikzylinder dient, der ein Fluiddruck-Stellglied darstellt, und an den Schaufelzylinder 23c geliefert, der als ein Hydraulikzylinder dient, der ein Fluiddruck-Stellglied darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform liefert die Pumpe P1 zum Beispiel das Hydrauliköl an den Auslegerzylinder 21c und den Schaufelzylinder 23c, und die Pumpe P2 liefert das Hydrauliköl an den drehenden Hydraulikmotor 16m und den Vorderauslegerzylinder 22c.
-
Die Verdrängung des Steuerventils CV wird in Übereinstimmung mit den Betätigungsausmaßen der Betätigungsmittel (Bedienhebel) L1 bis L4 gesteuert, etwa hydraulische oder elektrische Hebel, die in der Bedienerstation vorgesehen sind (d. h., die Neigungswinkel oder die Niveaus der Verdrängung der jeweiligen Betätigungsmittel (Bedienhebel) in Bezug auf eine Neutralstellung). Jedes der Steuerventile CV besteht aus einem Schieber oder dergleichen, der verschiebbar zum Beispiel in einem einzelnen Block vorgesehen ist, die Richtung und Strömungsrate des Hydrauliköls, das von jeder der Pumpen P1, P2 geliefert wird, steuert, und dann das sich daraus ergebende Hydrauliköl an den drehenden Hydraulikmotor 16m, den Vorderauslegerzylinder 22c, den Auslegerzylinder 21c und den Schaufelzylinder 23c liefert. In dem Steuerventil CV, wird die Verbindung von der Pumpe P1, P2 an einen Tank T durch zentrale Bypassleitungen, nicht dargestellt, gebildet, die in jedem der Schieber ausgebildet sind. Rücklauf-Steuerdruck (NFC-Druck), der von den zentralen Bypassleitungen erhalten wird, werden zum Beispiel durch eine Steuervorrichtung CT an die Verdrängungssteuergeräte ϕ1, ϕ2 der Pumpen P1, P2 zurückgeliefert. Der NFC-Druck ist dazu ausgestaltet, die Ausgabeströmungsraten der Pumpen P1, P2 auf solche Weise zu steuern, dass der NFC-Druck maximal ist, wenn der Schieber des Steuerventils CV in der Neutralstellung ist, dass der NFC-Druck umso niedriger wird, je größer das Verdrängungsniveau des Schiebers wird, dass die Pumpenströmungsraten durch die Verdrängungssteuergeräte ϕ1, ϕ2 der Pumpen P1, P2 umso niedriger gemacht werden, je höher der NFC-Druck wird, und dass die Pumpenströmungsraten umso höher sind, je niedriger der NFC-Druck ist (NFC-System). Das Innere des Blocks ist ebenfalls mit Schiebern oder dergleichen versehen, zur Steuerung der Richtung und Strömungsrate von Hydrauliköl, das an linke und rechte hydraulische Fahrmotoren geliefert werden soll (nicht dargestellt), die als Fluiddruck-Stellglieder wirken, und zum Beispiel in dem unteren Fahrwerk 14 des Fahrgestells 12 vorgesehen sind, und die Betätigungsmittel sind in der Bedienerstation so vorgesehen, dass sie diesen Schiebern entsprechen. 1 zeigt jedoch nur die Kreise und Betätigungsmittel L1 bis L4 entsprechend dem drehenden Hydraulikmotor 16m und den Zylindern 21c bis 23c, und lässt die Veranschaulichung der übrigen Kreise und Betätigungsmittel weg. Obwohl die vorliegende Ausführungsform das Steuerventil CV entsprechend dem NFC-System beschreibt, ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf das NFC-System begrenzt und kann daher auch auf andere Steuerventile CV angewendet werden.
-
Die Steuervorrichtung CT weist eine Drehzahl-Steuerfunktion zur Steuerung der Motordrehzahl 19, sowie eine Ausgabemenge-Steuerfunktion zur Steuerung der Mengen an Hydrauliköl, die von den Pumpen P1, P2 ausgegeben werden, durch Steuern der Verdrängung der Pumpen P1, P2, auf. Im Besonderen erzeugt die Steuervorrichtung CT ein Stellsignal 30 auf der Grundlage der Nenndrehzahl und der Differential-Drehzahl, die im Voraus während der Erfassung der Motordrehzahl 19 unter Verwendung eines Drehzahlsensors (nicht dargestellt) erfasst wird. Das Stellsignal 30 ist ein elektrisches Signal (wie etwa ein Strom) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritz-Zeitsteuerung und der Einspritzmenge einer Kraftstoffeinspritzdüse, die in dem Motor 19 eingebaut ist. Die Steuervorrichtung CT steuert auch die Ausgabeströmungsraten der Pumpen P1, P2 durch Ausgabe eines elektrischen Signals (wie etwa eines Stroms) entsprechend dem NFC-Druck, der durch einen Drucksensor (nicht dargestellt) erfasst wird, an die Verdrängungssteuergeräte ϕ1, ϕ2 der Pumpen P1, P2. Die Steuervorrichtung CT erzeugt auch ein elektrisches Signal (wie etwa einen Strom), etwa die vorstehend erwähnten Steuersignale in Übereinstimmung mit den Betätigungsausmaßen der Betätigungsmittel L1 bis L4, d. h., das Ausmaß der Betätigung zumindest eines der Schieber des Steuerventils CV oder, in der vorliegenden Ausführungsform, das Ausmaß der Betätigung eines jeden der Schieber.
-
Nun wird im Detail beschrieben, wie die Drehfrequenzsteuerfunktion der Steuervorrichtung CT die Motordrehzahl 19 regelt. Wie in 2 dargestellt weist die Steuervorrichtung CT eine Eingangseinheit 31, eine Umgebungs-Einrichteinheit 32, eine Gewichtungseinheit 33, die als das Gewichtungsmittel dient, eine Abschätzungseinheit 34, die als das Abschätzmittel dient, und eine Ausgabeeinheit 35 und dergleichen auf. Die Abschätzungseinheit 34 und die Ausgabeeinheit 35 konfigurieren eine Einstelleinheit 36, die als das Stellmittel zum Stellen des Stellsignals 30 unter Verwendung von unscharfer Inferenz dient, wobei das Stellsignal 30 dazu verwendet wird, die Motordrehzahl des Motors 19 in Übereinstimmung mit der Arbeitsmenge, die durch die Abschätzungseinheit 34 abgeschätzt wird, einzustellen. Die Steuervorrichtung CT schätzt die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine 11, d. h. die Arbeitsmengen des drehenden Hydraulikmotors 16m und der Zylinder 21c bis 23c, unter Verwendung von unscharfer Inferenz und in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Betätigung eines jeden der Betätigungsmittel L1 bis L4 ab, und stellt die Motordrehzahl 19 in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Arbeitsmenge ein.
-
Die Eingangseinheit 31 empfängt als Eingänge die Ausgabedrücke 41, 42 der Pumpen P1, P2, die durch Drucksensoren 37, 38 erfasst werden, die in den Ausgangskanäle 27, 28 vorgesehen sind, ein Linksdrehungs-Betätigungsausmaß 43 und ein Rechtsdrehungs-Betätigungsausmaß 44 des drehenden Hydraulikmotors 16m, etwa Pilotdrücke oder elektrische Signale, die in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Betätigung der Betätigungsmittel L1 eingestellt werden, das erhalten wird, wenn der obere Schwenkkörper 16 in Bezug auf das untere Fahrwerk 14 nach links gedreht wird, ein Auslegeranhebe-Betätigungsausmaß 45 und ein Auslegerabsenk-Betätigungsausmaß 46 des Auslegerzylinders 21c, wie etwa Pilotdrücke oder elektrische Signale, die in Übereinstimmung mit den Betätigungsausmaßen des Auslegeranhebens und -absenkens eingestellt sind, die durch die Betätigungsmittel L2 erhalten werden, ein Vorderausleger-Einzieh-Betätigungsausmaß 47 und ein Vorderausleger-Ausfahr-Betätigungsausmaß 48 des Vorderauslegerzylinders 22c, wie etwa Pilotdrücke und elektrische Signale, welche in Übereinstimmung mit den Betätigungsausmaßen des Vorderausleger-Einzieh- und Vorderausleger-Ausfahrvorgangs eingestellt sind, die durch die Betätigungsmittel L3 erhalten werden, ein Schaufeleinzieh-Betätigungsausmaß 49 und ein Schaufelausfahr-Betätigungsausmaß 50 des Schaufelzylinders 23c, wie etwa Pilotdrücke und elektrische Signale, welche in Übereinstimmung mit den Betätigungsausmaßen des Schaufeleinzieh- und Schaufelausfahrvorgangs eingestellt sind, die durch die Betätigungsmittel L4 erhalten werden, sowie ein Bestimmungsflag (Statusflag) 51, um zu bestimmen, ob die Betätigungsmittel L1 bis L4 betätigt werden oder nicht. Die Werte, die in diese Eingangseinheit 31 eingehen, werden jeweils einer A/D-Wandlung unterzogen und an die Gewichtungseinheit 33 und die Ausgabeeinheit 35 ausgegeben.
-
Die Umgebungs-Einrichteinheit 32 legt verschiedene Zahlenwerte fest, die von der Abschätzungseinheit 34 verwendet werden sollen. Zum Beispiel legt die Umgebungs-Einrichteinheit 32 fest: eine vorbestimmte Zeitperiode (z. B. 15 Sekunden) TP, während welcher die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine 11 auf der Grundlage der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4 erfasst wird, Abtastraten SR zur Abtastung der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4, Gewichtungsfaktoren Wl, Wm, Wh entsprechend den Fuzzy-Regeln der Konsequenzglieder der unscharfen Inferenz, und dergleichen. Die numerischen Werte, die durch die Umgebungs-Einrichteinheit 32 festgelegt werden, werden in Speichermitteln (Speicher, nicht dargestellt) gespeichert und sind überschreibbar.
-
Die Gewichtungseinheit 33 gewichtet die Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4. Wie in 3 dargestellt, gibt die Gewichtungseinheit 33 an die Abschätzungseinheit 34 das maximale Element von jenen Werten aus, die durch jeweiliges Multiplizieren der Betätigungsausmaße 43 bis 50, die in Übereinstimmung mit den Betätigungsausmaßen der Betätigungsmittel L1 bis L4 eingestellt sind, mit Gewichtungskoeffizienten (Verstärkungsfaktoren) 53 bis 60 erhalten werden. Mit anderen Worten gibt die Gewichtungseinheit 33 das maximale Ausmaß der Betätigung 61 an die Abschätzungseinheit 34 aus. Diese Gewichtungskoeffizienten 53 bis 60 werden in Übereinstimmung mit dem Betrieb des drehenden Hydraulikmotors 16m und der Zylinder 21c bis 23c eingestellt, die durch die Betätigungsmittel L1 bis L4 betätigt werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Gewichtungskoeffizienten 53 bis 55, 57 und 59 entsprechend den Betätigungsausmaßen 43 bis 45, 47 und 49 auf 1 eingestellt, der Gewichtungskoeffizient 56 entsprechend dem Ausmaß des Auslegerabsenkvorgangs auf 0, und die Gewichtungskoeffizienten entsprechend dem Ausmaß des Vorderausleger-Ausfahrvorgangs 48 und dem Ausmaß des Schaufelausfahrvorgangs 50 auf einen vorbestimmten Wert kleiner 1.
-
Die Abschätzungseinheit 34 ist eine Berechnungseinheit durch unscharfe Inferenz, welche die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine 11 unter Verwendung von unscharfer Inferenz auf der Grundlage der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4, die den drehenden Hydraulikmotor 16m und die Zylinder 21c bis 23c betätigen, abschätzt und berechnet. Im Besonderen hat, wie in 4 dargestellt, die Abschätzungseinheit 34: eine Zugehörigkeitsfunktion-Einführungseinheit 62, die eine Zugehörigkeitsfunktion F in das maximale Ausmaß der Betätigung 61 einführt, das von der Gewichtungseinheit 33 eingegeben wird; Anpassungsniveau-Berechnungseinheiten 63 bis 65, welche die Anpassungsniveaus (Mittelwert) auf die Antezedens-Glieder der Fuzzy-Regeln in der vorbestimmten Zeitperiode TP unter Verwendung der von der Umgebungs-Einrichteinheit 32 und der Zugehörigkeitsfunktion F, die durch die Zugehörigkeitsfunktion-Einführungseinheit 62 eingeführt wird, eingegebenen numerischen Werte berechnen; eine Mittelwert-Berechnungseinheit 66, die eine Defuzzifizierung durch Berechnen der Mittelwerte der Konsequenzglieder der Fuzzy-Regeln unter Verwendung der Anpassungsniveaus, die durch die Anpassungsniveau-Berechnungseinheiten 63 bis 65 berechnet werden, und der numerischen Werte, die durch die Umgebungs-Einrichteinheit 32 eingegeben werden, durchführt; und einen Verstärker 67 zum Verstärken des Mittelwerts, der durch die Mittelwert-Berechnungseinheit 66 berechnet wird. In der Abschätzungseinheit 34 dient die Zugehörigkeitsfunktion-Einführungseinheit 62 als eine Berechnungseinheit der Antezedensglieder zur Berechnung der Antezedensglieder der unscharfen Inferenz der Steuervorrichtung CT, und die Anpassungsniveau-Berechnungseinheiten 63 bis 65 und die Mittelwert-Berechnungseinheit 66 dienen als Berechnungseinheiten für die Konsequenzglieder zur Berechnung der Konsequenzglieder der unscharfen Inferenz der Steuervorrichtung CT.
-
Die Zugehörigkeitsfunktion F, die von der Zugehörigkeitsfunktion-Einführungseinheit 62 verwendet wird, gibt quantitativ die Anforderungsniveaus für die Drehzahl des drehenden Hydraulikmotors 16m bzw. der Geschwindigkeiten der Zylinder 21c bis 23c an. In der vorliegenden Ausführungsform besteht, wie zum Beispiel durch das Beispiel in 5 veranschaulicht, die Zugehörigkeitsfunktion aus einer Funktion F1, die das Anpassungsniveau darstellt, wenn die Anforderungsniveaus für die Drehzahl/Geschwindigkeit niedrig sind (im Folgenden hier als ”niedriges Niveau” bezeichnet), einer Funktion Fm, die das Anpassungsniveau darstellt, wenn die Anforderungsniveaus für die Drehzahl/Geschwindigkeit mäßig sind (im Folgenden hier als ”mittleres Niveau” bezeichnet), und ein Funktion Fh, die das Anpassungsniveau darstellt, wenn die Anforderungsniveaus für die Drehzahl/Geschwindigkeit hoch sind (im Folgenden hier als ”hohes Niveau” bezeichnet).
-
Die Anpassungsniveau-Berechnungseinheiten 63 bis 65 erfassen jeweils das niedrige Niveau, das mittlere Niveau und das hohe Niveau der Zugehörigkeitsfunktion F, die durch die Zugehörigkeitsfunktion-Einführungseinheit 62 eingeführt wird, für jede Abtastrate innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode TP, die von der Umgebungs-Einrichteinheit 32 eingegeben wird, und erhält die Anpassungsniveaus (Mittelwert für jede vorbestimmte Zeitperiode TP) Gl, Gm, Gh durch Division eines jeden der erfassten Niveaus durch die vorbestimmte Zeitperiode TP.
-
Die Mittelwert-Berechnungseinheit 66 verwendet zum Beispiel die Anpassungsniveaus Gl, Gm, Gh, die durch die Anpassungsniveau-Berechnungseinheiten 63 bis 65 erhalten werden, um einen Mittelwert W zum Beispiel auf der Grundlage der Formel W = (Wh·Gh + Wm·Gm + Wl·Gl)/(Gh + Gm + Gl) zu erhalten. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei Fuzzy-Regeln festgelegt: (1) die Motordrehzahl 19 wird beibehalten, wenn das hohe Niveau vorliegt, (2) die Motordrehzahl 19 wird verringert, wenn das mittlere Niveau vorliegt, und (3) die Motordrehzahl 19 wird stark verringert, wenn das niedrige Niveau vorliegt. In der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Abschätzungseinheit 34 daher die unscharfe Inferenz, um das Ausmaß der Reduktion der Motordrehzahl 19 zu berechnen, d. h., die Differential-Drehzahl. Die Gewichtungsfaktoren Wh, Wm, Wl werden in Übereinstimmung mit den Konsequenzgliedern dieser drei Fuzzy-Regeln eingestellt. In der vorliegenden Ausführungsform sind diese Gewichtungsfaktoren gleich oder kleiner 0 und etwa in der Folge Wh > Wm > Wl eingestellt.
-
Der Verstärker 67 gibt eine Differential-Drehzahl 68 aus, die ein Ausgangswert ist, der durch Verstärken des Mittelwerts W mit einem vorbestimmten Verstärkungsgrad (z. B. 1) erhalten wird, und an die in 2 dargestellte Ausgabeeinheit 35 ausgegeben wird.
-
Nur wenn das Bestimmungsflag 51 bestimmt, dass die Betätigungsmittel L1 bis L4 betätigt werden, gibt die Ausgabeeinheit 35 anschließend das Stellsignal 30 aus, also ein elektrisches Signal, das durch Verarbeitung der Differential-Drehzahl 68 erhalten wird. Die Kraftstoffeinspritzungs-Zeitsteuerung und die Einspritzmenge der Kraftstoffeinspritzdüse, die in dem Motor 19 eingebaut ist, werden auf der Grundlage des Stellsignals 30, das von der Ausgabeeinheit 35 ausgegeben wird, und einer vorbestimmten Nenndrehzahl, die im Voraus durch Stellmittel wie etwa einen Geschwindigkeitsregler (nicht dargestellt) eingestellt wird, gesteuert, wodurch die Motordrehzahl 19 auf eine Zieldrehzahl ((Nenndrehzahl) + (Differential-Drehzahl)) gesteuert wird.
-
Als nächstes wird das Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf das in 6 veranschaulichte Flussdiagramm beschrieben. Die Zahlen in den Kreisen, die in 6 dargestellt sind, stellen die Bezugszahl der einzelnen Schritte dar.
-
(Schritt 1)
-
Als erstes berechnet die Steuervorrichtung CT den Mittelwert der maximalen Werte der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4 innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode TP. Dabei veranlasst die Abschätzungseinheit 34 die Anpassungsniveau-Berechnungseinheiten 63 bis 65, den Mittelwert innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode TP in Bezug auf das maximale Ausmaß der Betätigung 61 zu berechnen, entsprechend den maximalen Werten der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4, die durch die Gewichtungseinheit 33 gewichtet sind.
-
(Schritt 2)
-
Als Nächstes veranlasst die Steuervorrichtung CT unter Verwendung der Zugehörigkeitsfunktion F, die durch die Zugehörigkeitsfunktion-Einführungseinheit 62 eingeführt wird, die Anpassungsniveau-Berechnungseinheit 63 bis 65 der Abschätzungseinheit 34, die Anpassungsniveaus Gl, Gm, Gh in Bezug auf jedes Niveau des Mittelwerts der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4, die in Schritt 1 erhalten werden, zu bestimmen (Fuzzifizierung). Es sei angemerkt, dass unter Verwendung der Zugehörigkeitsfunktion F, die durch die Zugehörigkeitsfunktion-Einführungseinheit 62 eingeführt wird, die Steuervorrichtung CT die Anpassungsniveaus entsprechend den Niveaus der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4 berechnen kann, und dann den Mittelwert dieser Anpassungsniveaus innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode TP berechnen kann.
-
(Schritt 3)
-
Die Steuervorrichtung CT veranlasst auch die Mittelwert-Berechnungseinheit 66 der Einstelleinheit 36 (die Abschätzungseinheit 34), den Mittelwert W durch Verwendung der Anpassungsniveaus Gl, Gm, Gh, die Schritt 2 erhalten werden, und der Gewichtungsfaktoren Wl, Wm, Wh, die durch die Umgebungs-Einrichteinheit 32 festgelegt werden, zu quantifizieren (Defuzzifizierung).
-
(Schritt 4)
-
Die Steuervorrichtung CT veranlasst die Ausgabeeinheit 35, den Wert entsprechend (proportional zu) dem Mittelwert W, der in Schritt 3 quantifiziert wurde, in das Stellsignal 30 umzuwandeln, und betätigt dann den Motor 19 mit der Zieldrehzahl, die auf der Grundlage dieses Stellsignals 30 und des Signals, in welches der Wert entsprechend der Nenndrehzahl umgewandelt wurde, eingestellt wird.
-
Im Besonderen wird hier ein Fall in Betracht gezogen, bei dem ein Planiervorgang (Ausgleichen des Bodens) durchgeführt wird. Dabei fluktuieren das Ausmaß des Vorderausleger-Einziehvorgangs 47 und das Ausmaß eines Vorderausleger-Ausfahrvorgangs 48 des Vorderauslegerzylinders 22c wie in 8(a) und 8(b) dargestellt. Wenn diese Betätigungsausmaße, wie durch die Pilotdrücke in 8(a) und 8(b) dargestellt, zwischen –1,5 MPa und 1,5 MPa von 0 bis 40 Sekunden, zwischen –1,0 MPa und 1,0 MPa von 40 bis 80 Sekunden, und zwischen –4,0 MPa und 4,0 MPa von 80 bis 120 Sekunden schwanken, werden die Anpassungsniveaus Gl, Gm, Gh entsprechend dem Mittelwert der Betätigungsausmaße innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode TP (15 Sekunden) in Bezug auf das niedrige Niveau, mittlere Niveau, und hohe Niveau erhalten, wie in 8(c) bis 8(d) dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Mittelwert W für jeden Zeitpunkt wie in 8(f) dargestellt erhalten, indem zum Beispiel Wh = 0, Wm = –100, und Wl = –200 in Bezug auf diese Anpassungsniveaus Gl, Gm, Gh eingestellt werden. Dann wird die Motordrehzahl des Motors 19 auf die Zieldrehzahl gesteuert, die durch Addieren der Drehzahl entsprechend (proportional zu) dem Mittelwert W zu der Nenndrehzahl erhalten wird.
-
Wie oben beschrieben wird gemäß der vorstehenden Ausführungsform die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine 11 durch die Abschätzungseinheit 34 unter Verwendung unscharfer Inferenz auf der Grundlage der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4, die den drehenden Hydraulikmotor 16m und die Zylinder 21c bis 23c betätigen, abgeschätzt, und dann das Stellsignal zum Stellen der Motordrehzahl des Motors 19 durch die Einstelleinheit 36 unter Verwendung unscharfer Inferenz in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Arbeitsmenge eingestellt. Daher kann die Motordrehzahl in Übereinstimmung mit der Absicht der Bedienperson beim Betätigen der Betätigungsmittel L1 bis L4 optimiert werden. Mit anderen Worten können die effizienten Teile des Motors 19 und der Pumpen P1, P2 verwendet werden.
-
Insbesondere in einem Fall, in dem die Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4 gering sind, sind die Betriebsdrehzahlen bzw. -geschwindigkeiten des drehenden Hydraulikmotors 16m und der Zylinder 21c bis 23c beinahe dieselben, obwohl die Motordrehzahl in Abhängigkeit von dem Betrieb, etwa dem Vorderausleger-Ausfahrvorgang, variiert. Wenn die Ausmaße, in denen die Betätigungsmittel L1 bis L4 durch die Bedienperson betätigt werden, niedrig sind, sind aus diesem Grund die Anforderungsniveaus für die Drehzahl/Geschwindigkeit des drehenden Hydraulikmotors 16m und der Zylinder 21c bis 23c im Prinzip ebenfalls niedrig, und die erforderliche Leistung des Hydrauliksystems muss nicht hoch sein. Eine Reduktion der Strömungsraten der Pumpen P1, P2 mit der Absicht, den Energieverlust zu verringern, der durch Abführen des Hydrauliköls zu dem Tank T entsteht, führt jedoch zu einer Abnahme der Effizienz der Pumpen P1, P2 selbst, was dazu führt, dass der Energieverlust nicht verringert werden kann. Die vorliegende Ausführungsform setzt hingegen jedoch das NFC-System ein, um die Motordrehzahl des Motors 19 zu verringern. So wird die Effizienz der Pumpen P1, P2 nicht einfach verringert, da die Schrägscheiben der Pumpen P1, P2 vom Typ mit variabler Verdrängung naturgemäß sogar dann zu steigen beginnen, wenn die Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4 dieselben sind.
-
Als Ergebnis können die Energieverluste des Hydrauliksystems einschließlich der Pumpen P1, P2, des drehenden Hydraulikmotor 16m, und der Zylinder 21c bis 23c verringert werden.
-
Im Speziellen kann die Genauigkeit der Abschätzung der Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine 11 weiter verbessert werden, indem die Abschätzungseinheit 34 veranlasst wird, die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine 11 auf der Grundlage des Mittelwerts der maximalen Werte der Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4, die innerhalb der vorbestimmten Zeitperiode TP erhalten werden, und der Zugehörigkeitsfunktion F, welche die vorbestimmten Anforderungsniveaus für die Drehzahl/Geschwindigkeit des drehenden Hydraulikmotors 16m und der Zylinder 21c bis 23c darstellen, abzuschätzen.
-
Insbesondere kann die Abschätzungsgenauigkeit weiter verbessert werden, indem die gewichteten Betätigungsausmaße der Betätigungsmittel L1 bis L4 verwendet werden, um die Arbeitsmenge der Arbeitsmaschine 11 unter Verwendung der Abschätzungseinheit 34 abzuschätzen. Als ein Ergebnis kann die Motordrehzahl in Bezug auf die Drehzahl gesteuert werden, die zu den Betriebsvorgängen des drehenden Hydraulikmotors 16m und der Zylinder 21c bis 23c, die durch das Betätigungsmittel L1 bis L4 betätigt werden, passt. In der Folge ist es nicht nur möglich, den Energieverlust des Hydrauliksystems zuverlässiger zu verhindern, sondern es wird auch verhindert, dass sich die Motordrehzahl in Bezug auf das Betätigungsmittel L1 bis L4 zu drastisch verändert.
-
Daher kann die Motordrehzahl in Bezug auf jene Drehzahl gesteuert werden, die für eine Aufgabe geeignet ist, was den Kraftstoffverbrauch verbessert.
-
Gemäß der vorstehenden Ausführungsform können die Zugehörigkeitsfunktion F, die Gewichtungsfaktoren Wl, Wm, Wh und dergleichen beliebig auf Grundlage der festgelegten Fuzzy-Regeln eingestellt werden.
-
Die Anforderungsniveaus für die Drehzahl/Geschwindigkeit des drehenden Hydraulikmotors 16m und der Zylinder 21c bis 23c müssen dabei nicht drei sein (niedriges Niveau, mittleres Niveau, hohes Niveau), sondern es können auch zwei, vier oder mehr Niveaus eingestellt werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist für eine Arbeitsmaschine vom Typ einer hydraulischen Schaufel geeignet, kann aber auch auf Arbeitsmaschinen vom Radtyp angewendet werden, sofern diese ein von dem Fahrgestell wegragendes Arbeitsgerät aufweist.
-
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
-
Die vorliegende Erfindung ist auf alle Geschäftsbereiche gewerblich anwendbar, die sich mit der Herstellung und dem Verkauf von Arbeitsmaschinen beschäftigen, die mit Fluiddrucksystemen mit Fluiddruck-Stellgliedern und Pumpen ausgestattet sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- CT
- Steuervorrichtung
- F
- Zugehörigkeitsfunktion
- L1 bis L4
- Betätigungsmittel
- P1, P2
- Pumpe
- 11
- Arbeitsmaschine
- 16m
- Drehender Hydraulikmotor, der als Fluiddruck-Stellglied wirkt
- 19
- Motor
- 21c
- Auslegerzylinder, der als Fluiddruck-Stellglied wirkt
- 22c
- Vorderauslegerzylinder, der als Fluiddruck-Stellglied wirkt
- 23c
- Schaufelzylinder, der als Fluiddruck-Stellglied wirkt
- 33
- Gewichtungseinheit, die als Gewichtungsmittel dient
- 34
- Abschätzungseinheit, die als Abschätzmittel dient
- 36
- Einstelleinheit mit der Funktion des Stellmittels
