DE112017003043T5

DE112017003043T5 - Steuersystem einer Arbeitsmaschine und Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112017003043T5
Application number: DE112017003043.9T
Authority: DE
Inventors: Toru Matsuyama; Hikaru Suzuki; Jin Kitajima
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-06-06
Also published as: KR20190032287A; JPWO2019043898A1; US11591768B2; CN109729719A; CN109729719B; US20210222395A1; WO2019043898A1; JP6867398B2

Abstract

Steuersystem einer Arbeitsmaschine umfasst: eine Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit, die eine Maximaldurchflussrate des von einer Hydraulikpumpe abgegebenen Hydrauliköls berechnet; eine erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine erste Zielgeschwindigkeit eines Arbeitsgeräts einschließlich eines Löffels auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags einer Betätigungsvorrichtung berechnet, die zum Antreiben mehrerer hydraulischer Aktoren betätigt wird, zu denen das von der Hydraulikpumpe abgegebene Hydrauliköl zugeführt wird, um das Arbeitsgerät anzutreiben, und einer Entfernung zwischen dem Löffel und einer Zielaushublandform; eine zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine zweite Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts auf der Grundlage der Maximaldurchflussrate und des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung und der Entfernung zwischen dem Löffel und der Zielaushublandform berechnet; und eine Arbeitsgerätesteuereinheit, die ein Steuersignal zum Steuern der hydraulischen Aktoren auf der Grundlage einer kleineren von der ersten Zielgeschwindigkeit und der zweiten Zielgeschwindigkeit ausgibt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem einer Arbeitsmaschine und ein Verfahren zum Steuern der Arbeitsmaschine.
Hintergrund
Auf einem technischen Gebiet, das sich auf eine Arbeitsmaschine, wie etwa einen Bagger, bezieht, ist eine Arbeitsmaschine bekannt, wie sie in Patentliteratur 1 offenbart ist. Die Arbeitsmaschine steuert das Arbeitsgerät so, dass sich das Arbeitsgerät entlang einer Zielaushublandform bewegt, die eine Zielform eines Aushubobjekts anzeigt.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: WO 2015/137528 A
Zusammenfassung
Technisches Problem
Bei einem Aushubvorgang unter Verwendung eines Arbeitsgeräts besteht die Möglichkeit, dass ein Phänomen eines Abfalls der Spitze des Arbeitsgeräts zu einem frühen Zeitpunkt der Aushebung (zu Beginn der Aushebung) auftritt. Als ein Grund für das Abfallen der Spitze des Arbeitsgeräts kann angenommen werden, dass das Arbeitsgerät so betätigt wird, dass es sich im frühen Stadium des Aushubs mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Wenn die Spitze des Arbeitsgeräts abfällt, besteht die Möglichkeit, dass sich die Spitze des Arbeitsgeräts über eine Zielaushubfläche hinausbewegt, wodurch die Genauigkeit des Aushubs verringert wird.
Es ist ein Ziel eines Aspekts der vorliegenden Erfindung, eine Technik vorzusehen, die eine Verringerung der Genauigkeit des Aushubs verhindern kann.
Lösung für das Problem
Nach einem Aspekt weist die vorliegende Erfindung ein Steuersystem einer Arbeitsmaschine auf, wobei die Arbeitsmaschine ein Arbeitsgerät umfasst, wobei das Arbeitsgerät einen Löffel, einen Stiel und einen Ausleger aufweist, wobei das Steuersystem umfasst: eine Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um eine Maximaldurchflussrate des von einer Hydraulikpumpe abgegebenen Hydrauliköls zu berechnen; eine erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um eine erste Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags einer Betätigungsvorrichtung, die zum Antreiben mehrerer hydraulischer Aktoren betätigt wird, denen das von der Hydraulikpumpe abgegebene Hydrauliköl zugeführt wird, um das Arbeitsgerät anzutreiben, und eine Entfernung zwischen dem Löffel und einer Zielaushublandform zu berechnen; eine zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um eine zweite Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts auf der Grundlage der Maximaldurchflussrate und des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung und der Entfernung zwischen dem Löffel und der Zielaushublandform zu berechnen; und eine Arbeitsgerätesteuereinheit, die eingerichtet ist, um ein Steuersignal zum Steuern der hydraulischen Aktoren auf der Grundlage einer kleineren von der ersten Zielgeschwindigkeit und der zweiten Zielgeschwindigkeit auszugeben.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Der Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht eine Technik vor, die eine Verringerung der Aushubgenauigkeit verhindern kann.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Baggers nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Seitenansicht, die schematisch ein Beispiel des Baggers nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
3 ist ein schematisches Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels des Vorgangs eines Arbeitsgeräts, das entsprechend einer Arbeitsgerätesteuerung nach der vorliegenden Ausführungsform angetrieben wird.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Hydrauliksystems nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des Hydrauliksystems nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel einer Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts nach der vorliegenden Ausführungsform.
8 ist ein schematisches Diagramm zum Beschreiben der Bodennivellierunterstützungssteuerung nach der vorliegenden Ausführungsform.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen einem Schwellenwert, einer Entfernung und einer Zielgeschwindigkeit eines Löffels nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen einer Maximaldurchflussrate und einer erforderlichen Durchflussrate nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern des Baggers nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Elemente jeder nachstehend beschriebenen Ausführungsform können in geeigneter Weise kombiniert werden. Außerdem können einige der Elemente nicht verwendet werden.
[Arbeitsmaschine]
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Arbeitsmaschine 100 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Arbeitsmaschine 100 ein Bagger ist. In der folgenden Beschreibung wird die Arbeitsmaschine 100 in geeigneter Weise als Bagger 100 bezeichnet.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Bagger 100 ein Arbeitsgerät 1, das mit hydraulischem Druck arbeitet, eine obere Struktur 2, die das Arbeitsgerät 1 stützt, ein Untergestell 3, das die obere Struktur 2 stützt, eine Betätigungsvorrichtung 40 zum Betätigen des Arbeitsgeräts 1 und eine Steuervorrichtung 50, die das Arbeitsgerät 1 steuert. Die obere Struktur 2, die von dem Untergestell 3 gestützt wird, ist um eine Schwenkachse RX schwenkbar.
Die obere Struktur 2 umfasst eine Kabine 4, die von einem Bediener besetzt wird, einen Maschinenraum 5, in dem ein Motor 17 und eine Hydraulikpumpe 42 untergebracht sind, und einen Handlauf 6. Die Kabine 4 umfasst einen Fahrersitz 4S, auf dem der Bediener sitzt. Der Maschinenraum 5 ist hinter der Kabine 4 angeordnet. Der Handlauf 6 ist vor dem Maschinenraum 5 angeordnet.
Das Untergestell 3 umfasst ein Paar Raupenketten 7. Der Bagger 100 fährt durch die Drehung der Raupenketten 7. Das Untergestell 3 kann ein Rad sein.
Das Arbeitsgerät 1 wird von der oberen Struktur 2 gestützt. Das Arbeitsgerät 1 umfasst einen Löffel 11, der eine Schneidekante 10, einen Stiel 12, der mit dem Löffel 11 gekoppelt ist, und einen Ausleger 13 umfasst, der mit dem Stiel 12 gekoppelt ist. Die Schneidekante 10 des Löffels 11 kann die Spitze einer vorstehenden Schneide sein, die an dem Löffel 11 angeordnet ist, oder kann die Spitze einer geraden Schneide sein, die an dem Löffel 11 angeordnet ist.
Der Löffel 11 ist mit dem distalen Ende des Stiels 12 verbunden. Das proximale Ende des Stiels 12 ist mit dem distalen Ende des Auslegers 13 gekoppelt. Das proximale Ende des Auslegers 13 ist mit der oberen Struktur 2 gekoppelt.
Der Löffel 11 und der Stiel 12 sind durch einen Löffelstift gekoppelt. Der Löffel 11 wird von dem Stiel 12 um eine Drehachse AX1 drehbar gestützt. Der Stiel 12 und der Ausleger 13 sind durch einen Stielstift gekoppelt. Der Stiel 12 wird durch den Ausleger 13 um eine Drehachse AX2 drehbar gestützt. Der Ausleger 13 und die obere Struktur 2 sind durch einen Auslegerstift gekoppelt. Der Ausleger 13 wird von der oberen Struktur 2 um eine Drehachse AX3 drehbar gestützt.
Man beachte, dass der Löffel 11 ein Kipplöffel sein kann. Der Kipplöffel ist in einer Fahrzeugbreitenrichtung durch die Betätigung eines Löffelkippzylinders kippbar. Wenn der Bagger 100 an einem geneigten Land arbeitet, neigt sich der Löffel 11 in der Fahrzeugbreitenrichtung, so dass ein Gefälle oder ein flaches Land glatt geformt oder nivelliert werden kann.
Die Betätigungsvorrichtung 40 ist in der Kabine 4 angeordnet. Die Betätigungsvorrichtung 40 umfasst ein Betätigungselement, das vom Bediener des Baggers 100 betätigt wird. Das Betätigungselement umfasst einen Betätigungshebel oder einen Joystick. Das Arbeitsgerät 1 wird durch Betätigen des Betätigungselements betätigt.
Die Steuervorrichtung 50 umfasst ein Computersystem. Die Steuervorrichtung 50 umfasst eine Verarbeitungsvorrichtung, die einen Prozessor, wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Speichervorrichtung, wie etwa einen Festwertspeicher (ROM) oder einen Direktzugriffsspeicher (RAM), und eine Eingabe-/Ausgabeschnittstellenvorrichtung umfasst.
2 ist eine Seitenansicht, die den Bagger 100 nach der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt. Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, umfasst der Bagger 100 einen Hydraulikzylinder 20, der das Arbeitsgerät 1 antreibt. Der Hydraulikzylinder 20 ist ein hydraulischer Aktor, der das Arbeitsgerät 1 antreibt. Es sind mehrere Hydraulikzylinder 20 vorgesehen. Von der Hydraulikpumpe 42 abgegebenes Hydrauliköl wird dem Hydraulikzylinder 20 zugeführt. Der Hydraulikzylinder 20 wird durch das Hydrauliköl angetrieben. Der Hydraulikzylinder 20 umfasst einen Löffelzylinder 21, der den Löffel 11 antreibt, einen Stielzylinder 22, der den Stiel 12 antreibt, und einen Auslegerzylinder 23, der den Ausleger 13 antreibt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der Bagger 100 einen Löffelzylinderhubsensor 14, der an dem Löffelzylinder 21 angeordnet ist, einen Stielzylinderhubsensor 15, der an dem Stielzylinder 22 angeordnet ist, und einen Auslegerzylinderhubsensor 16, der an dem Auslegerzylinder 23 angeordnet ist. Der Löffelzylinderhubsensor 14 erfasst einen Auslegerhub, der einen Bewegungsbetrag des Löffelzylinders 21 anzeigt. Der Stielzylinderhubsensor 15 erfasst einen Stielhub, der einen Bewegungsbetrag des Stielzylinders 22 angibt. Der Auslegerzylinderhubsensor 16 erfasst einen Auslegerhub, der einen Bewegungsbetrag des Auslegerzylinders 23 angibt.
Der Bagger 100 ist mit einer Positionserfassungsvorrichtung 30 versehen, die die Position der oberen Struktur 2 erfasst. Die Positionserfassungsvorrichtung 30 umfasst einen Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31, der die Position der oberen Struktur 2 erfasst, die durch ein globales Koordinatensystem definiert ist, einen Stellungsdetektor 32, der die Stellung der oberen Struktur 2 erfasst, und einen Richtungsdetektor 33, der die Richtung der oberen Struktur 2 erfasst.
Das globale Koordinatensystem (XgYgZg-Koordinatensystem) ist ein Koordinatensystem, das eine durch ein globales Positionierungssystem (GPS) definierte absolute Position angibt. Ein lokales Koordinatensystem (XmYmZm-Koordinatensystem) ist ein Koordinatensystem, das eine relative Position, die relativ zu einer Referenzposition Ps der oberen Struktur 2 des Baggers 100 ist, angibt. Die Referenzposition Ps der oberen Struktur 2 wird zum Beispiel auf die Schwenkachse RX der oberen Struktur 2 eingestellt. Beachten Sie, dass die Referenzposition Ps der oberen Struktur 2 an der Drehachse AX3 eingestellt werden kann. Die Positionserfassungsvorrichtung 30 erfasst die durch das globale Koordinatensystem definierte dreidimensionale Position der oberen Struktur 2, einen Stellungswinkel der oberen Struktur 2 in Bezug auf eine horizontale Ebene und die Richtung der oberen Struktur 2 in Bezug auf eine Referenzrichtung.
Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 umfasst einen GPS-Empfänger. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 erfasst die durch das globale Koordinatensystem definierte dreidimensionale Position der oberen Struktur 2. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 erfasst eine Xg-Richtungsposition, eine Yg-Richtungsposition und eine Zg-Richtungsposition der oberen Struktur 2.
Die obere Struktur 2 ist mit mehreren GPS-Antennen 31A versehen. Die GPS-Antenne 31A empfängt eine Funkwelle von einem GPS-Satelliten und gibt ein Signal basierend auf der empfangenen Funkwelle an den Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 aus. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 erfasst eine Installationsposition P1 der GPS-Antenne 31A, die durch das globale Koordinatensystem definiert ist, auf der Grundlage des von der GPS-Antenne 31A gelieferten Signals. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 erfasst eine absolute Position Pg der oberen Struktur 2 auf der Grundlage der Installationsposition P1 der GPS-Antenne 31A.
Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 erfasst eine Installationsposition P1a einer der zwei GPS-Antennen 31A und eine Installationsposition P1b der anderen GPS-Antenne 31A. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31A führt eine arithmetische Verarbeitung auf der Grundlage der Installationsposition P1a und der Installationsposition P1b aus, um die absolute Position Pg und die Richtung der oberen Struktur 2 zu erfassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die absolute Position Pg der oberen Struktur 2 die Einbauposition P1a. Man beachte, dass die absolute Position Pg der oberen Struktur 2 die Installationsposition P1b sein kann.
Der Stellungsdetektor 32 umfasst eine Trägheitsmesseinheit (IMU). Der Stellungsdetektor 32 ist an der oberen Struktur 2 angeordnet. Der Stellungsdetektor 32 ist am unteren Teil der Kabine 4 angeordnet. Der Stellungsdetektor 32 erfasst den Stellungswinkel der oberen Struktur 2 in Bezug auf die horizontale Ebene (die XgYg-Ebene). Der Stellungswinkel der oberen Struktur 2 in Bezug auf die horizontale Ebene umfasst einen Stellungswinkel θa der oberen Struktur 2 in Fahrzeugbreitenrichtung und einen Stellungswinkel θb der oberen Struktur 2 in der Vorne-Hinten-Richtung.
Der Richtungsdetektor 33 weist eine Funktion zum Erfassen der Richtung der oberen Struktur 2 in Bezug auf die durch das globale Koordinatensystem definierte Referenzrichtung auf der Grundlage der Installationsposition P1a einer GPS-Antenne 31A und der Installationsposition P1b der anderen GPS-Antenne 31A. Die Referenzrichtung ist zum Beispiel der Norden. Der Richtungsdetektor 33 führt eine arithmetische Verarbeitung auf der Grundlage der Installationsposition P1a und der Installationsposition P1b aus, um die Richtung der oberen Struktur 2 in Bezug auf die Referenzrichtung zu erfassen. Der Richtungsdetektor 33 berechnet eine gerade Linie, die die Installationsposition P1a und die Installationsposition P1b verbindet, und erfasst die Richtung der oberen Struktur 2 in Bezug auf die Referenzrichtung auf der Grundlage eines Stellungswinkels θc, der zwischen der berechneten geraden Linie und der Referenzrichtung gebildet wird.
Man beachte, dass der Richtungsdetektor 33 von der Positionserfassungsvorrichtung 30 getrennt sein kann. Der Richtungsdetektor 33 kann die Richtung der oberen Struktur 2 unter Verwendung eines Magnetsensors erfassen.
Der Bagger 100 ist mit einem Schneidekantenpositionsdetektor 34 versehen, der die relative Position der Schneidekante 10 in Bezug auf die Referenzposition Ps der oberen Struktur 2 erfasst.
In der vorliegenden Ausführungsform erfasst der Schneidekantenpositionsdetektor 34 die relative Position der Schneidekante 10 in Bezug auf die Referenzposition Ps der oberen Struktur 2 auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses des Löffelzylinderhubsensors 14, eines Erfassungsergebnisses des Stielzylinderhubsensors 15, eines Erfassungsergebnisses des Auslegerzylinderhubsensors 16, einer Länge L11 des Löffels 11, einer Länge L12 des Stiels 12 und einer Länge L13 des Auslegers 13.
Der Schneidekantenpositionsdetektor 34 berechnet einen Stellungswinkel θ11 der Schneidekante 10 des Löffels 11 in Bezug auf den Stiel 12 auf der Grundlage von Erfassungsdaten des Löffelzylinderhubsensors 14. Der Schneidekantenpositionsdetektor 34 erfasst einen Stellungswinkel θ12 des Stiels 12 in Bezug auf den Ausleger 13 auf der Grundlage von Erfassungsdaten des Stielzylinderhubsensors 15. Der Schneidekantenpositionsdetektor 34 berechnet einen Stellungswinkel θ13 des Auslegers 13 in Bezug auf eine Z-Achse der oberen Struktur 2 auf der Grundlage von Erfassungsdaten des Auslegerzylinderhubsensors 16.
Die Länge L11 des Löffels 11 ist eine Entfernung zwischen der Schneidekante 10 des Löffels 11 und der Drehachse AX1 (dem Löffelstift). Die Länge L12 des Stiels 12 ist eine Entfernung zwischen der Drehachse AX1 (dem Löffelstift) und der Drehachse AX2 (dem Stielstift). Die Länge L13 des Auslegers 13 ist eine Entfernung zwischen der Drehachse AX2 (dem Stielstift) und der Drehachse AX3 (dem Auslegerstift).
Der Schneidekantenpositionsdetektor 34 erfasst die relative Position der Schneidekante 10 in Bezug auf die Referenzposition Ps der oberen Struktur 2 auf der Grundlage des Stellungswinkels θ11, des Stellungswinkels θ12, des Stellungswinkels θ13, der Länge L11, der Länge L12 und der Länge L13.
Ferner erfasst der Schneidekantenpositionsdetektor 34 die absolute Position Pb der Schneidekante 10 auf der Grundlage der absoluten Position Pg der oberen Struktur 2, die von der Positionserfassungsvorrichtung 30 erfasst wird, und der relativen Position zwischen der Referenzposition Ps der oberen Struktur 2 und der Schneidekante 10. Die relative Position zwischen der absoluten Position Pg und der Bezugsposition Ps sind bekannte Daten, die von Baudaten oder Spezifikationsdaten des Baggers 100 abgeleitet werden. Somit kann der Schneidekantenpositionsdetektor 34 die absolute Position Pb der Schneidekante 10 auf der Grundlage der absoluten Position Pg der oberen Struktur 2, der relativen Position zwischen der Referenzposition Ps der oberen Struktur 2 und der Schneidekante 10 und den Entwurfsdaten oder den Spezifikationsdaten des Baggers 100 berechnen.
Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Zylinderhubsensoren 14, 15, 16 verwendet werden, um die Stellungswinkel θ11, θ12, θ13 zu erfassen. Die Zylinderhubsensoren 14, 15, 16 können jedoch eventuell nicht verwendet werden. Zum Beispiel kann der Schneidekantenpositionsdetektor 34 den Stellungswinkel θ11 des Löffels 11, den Stellungswinkel θ12 des Stiels 12 und den Stellungswinkel θ13 des Auslegers 13 unter Verwendung eines Winkelsensors, wie etwa eines Potentiometers oder einer Wasserwaage, erfassen.
[Wirkung des Arbeitsgeräts]
Die Betätigungsvorrichtung 40 wird zum Antreiben der mehreren hydraulischen Aktoren 20 betätigt, die das Arbeitsgerät 1 antreiben. Ein Entleerungsvorgang des Löffels 11, ein Aushubvorgang des Löffels 11, ein Entleerungsvorgang des Stiels 12, ein Aushubvorgang des Stiels 12, ein Anhebevorgang des Auslegers 13 und ein Absenkvorgang des Auslegers 13 werden durch Betätigen der Betätigungsvorrichtung 40 ausgeführt.
Der Löffel 11 führt den Aushubvorgang durch Ausfahren des Löffelzylinders 21 durch und führt den Entleerungsvorgang durch Zusammenziehen des Löffelzylinders 21 durch. Der Stiel 12 führt den Aushubvorgang durch Ausfahren des Stielzylinders 22 durch und führt den Entleerungsvorgang durch Zusammenziehen des Stielzylinders 22 durch. Der Ausleger 13 führt den Anhebevorgang durch Ausfahren des Auslegerzylinders 23 durch und führt den Absenkvorgang durch Zusammenziehen des Auslegerzylinders 23 durch.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Betätigungsvorrichtung 40 einen rechten Betätigungshebel, der auf der rechten Seite eines Bedieners angeordnet ist, der auf dem Fahrersitz 4S sitzt, und einen linken Betätigungshebel, der auf der linken Seite des Bedieners angeordnet ist.
[Bodennivellierunterstützungssteuerung]
3 ist ein schematisches Diagramm zum Beschreiben eines Vorgangsbeispiels des Arbeitsgeräts 2, das entsprechend der Bodennivellierunterstützungssteuerung nach der vorliegenden Ausführungsform angetrieben wird.
Die Bodennivellierunterstützungssteuerung zeigt an, dass das Arbeitsgerät 1 so gesteuert wird, dass sich der Löffel 11 entlang einer Zielaushublandform bewegt, die eine Zielform eines Aushubobjekts angibt. Bei der Bodennivellierunterstützungssteuerung wird der Auslegerzylinder 23 so gesteuert, dass der Ausleger 13 den Anhebevorgang ausführt, so dass sich der Löffel 11 nicht über die Zielaushublandform hinaus bewegt.
Bei der Bodennivellierunterstützungssteuerung werden der Löffel 11 und der Stiel 12 entsprechend der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 durch den Bediener angetrieben. Der Ausleger 13 wird entsprechend der Steuerung durch die Steuervorrichtung 50 angetrieben.
Wie in 3 dargestellt, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Bodennivellierunterstützungssteuerung so durchgeführt, dass sich die Schneidekante 10 des Löffels 11 entlang der Zielaushublandform bewegt.
[Hydrauliksystem]
Als nächstes wird ein Beispiel eines Hydrauliksystems 300 nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der Hydraulikzylinder 20, der den Löffelzylinder 21, den Stielzylinder 22 und den Auslegerzylinder 23 umfasst, arbeitet durch das Hydrauliksystem 300. Der Hydraulikzylinder 20 wird durch mindestens eine von der Betätigungsvorrichtung 40 und der Steuervorrichtung 50 betätigt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des Hydrauliksystems 300 darstellt, das den Stielzylinder 22 betätigt. Der Stiel 12 führt zwei Arten von Vorgängen aus: den Aushubvorgang; und den Entleerungsvorgang durch die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40. Das Hydrauliksystem 300, das den Stielzylinder 22 betätigt, ist mit der Hydraulikpumpe 42, die dem Stielzylinder 22 über ein Richtungssteuerventil 41 Steueröl zuführt, eine Hydraulikpumpe 43, die Vorsteueröl zuführt, Ölkanälen 44A, 44B, die mit dem Richtungssteuerventil 41 verbunden sind und durch die das Vorsteueröl strömt, Ölkanälen 47A, 47B, die mit der Betätigungsvorrichtung 40 verbunden sind und durch die Vorsteueröl fließt, Steuerventilen 45A und 45B, die mit den Ölkanälen 44A, 47A bzw. den Ölkanälen 44B, 47B verbunden sind, um einen auf das Richtungssteuerventil 41 wirkenden Vorsteuerdruck einzustellen, Drucksensoren 49A, 49B, die an den Ölkanälen 47A, 47B angeordnet sind, und der Steuervorrichtung 50, die die Steuerventile 45A, 45B steuert, versehen.
Die Hydraulikpumpe 42 wird von dem Motor 17 angetrieben. Die Motor 17 ist eine Leistungsquelle des Baggers 1. Die Motor 17 ist beispielsweise ein Dieselmotor. Die Hydraulikpumpe 42 ist mit einer Ausgangswelle des Motors 17 gekoppelt und gibt Hydrauliköl durch Antreiben des Motors 17 aus. Der Hydraulikzylinder 20 arbeitet auf der Grundlage des von der Hydraulikpumpe 42 abgegebenen Hydrauliköls.
Die Hydraulikpumpe 42 ist eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Hydraulikpumpe 42 eine Taumelscheibenhydraulikpumpe. Eine Taumelscheibe der Hydraulikpumpe 42 wird durch einen Servomechanismus 18 angetrieben. Der Servomechanismus 18 stellt den Winkel der Taumelscheibe ein, um eine Kapazität [cm³/U] der Hydraulikpumpe 42 einzustellen. Die Kapazität der Hydraulikpumpe 42 zeigt einen Abgabebetrag [cm³/U] an Hydrauliköl an, das von der Hydraulikpumpe 42 abgegeben wird, wenn die mit der Hydraulikpumpe 42 gekoppelte Ausgangswelle des Motors 17 eine Umdrehung ausführt.
Die Steuerventile 45A, 45B sind elektromagnetische Proportionalsteuerventile. Steueröl, das von einer Hydraulikpumpe 43 geliefert wird, wird den Steuerventilen 45A, 45B durch die Betätigungsvorrichtung 40 und die Ölkanäle 47A, 47B zugeführt. Man beachte, dass von der Hydraulikpumpe 42 geliefertes und durch ein Druckreduzierventil dekomprimiertes Vorsteueröl den Steuerventilen 45A, 45B zugeführt werden kann. Die Steuerventile 45A, 45B stellen den auf das Richtungssteuerventil 41 wirkenden Vorsteuerdruck entsprechend einem Steuersignal von der Steuervorrichtung 50 ein. Das Steuerventil 45A stellt den Vorsteuerdruck in dem Öldurchgang 44A ein. Das Steuerventil 45B stellt den Vorsteuerdruck in dem Öldurchgang 44B ein.
Das Richtungssteuerventil 41 steuert eine Durchflussrate und eine Strömungsrichtung des Hydrauliköls. Das von der Hydraulikpumpe 42 zugeführte Hydrauliköl wird dem Stielzylinder 22 durch das Richtungssteuerventil 41 zugeführt. Das Richtungssteuerventil 41 schaltet zwischen der Zufuhr von Hydrauliköl zu einer kappenseitigen Ölkammer 20A des Stielzylinders 22 und der Zufuhr von Hydrauliköl zu einer stangenseitigen Ölkammer 20B um. Die kappenseitige Ölkammer 20A ist ein Raum zwischen einer Zylinderkopfabdeckung und einem Kolben. Die stangenseitige Ölkammer 20B ist ein Raum, in dem eine Kolbenstange angeordnet ist.
Die Betätigungsvorrichtung 40 ist mit der Hydraulikpumpe 43 verbunden. Von der Hydraulikpumpe 43 geliefertes Vorsteueröl wird der Betätigungsvorrichtung 40 zugeführt. Es ist zu beachten, dass das von der Hydraulikpumpe 42 zugeführte und durch das Druckminderventil dekomprimierte Vorsteueröl der Betätigungsvorrichtung 40 zugeführt werden kann.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des Hydrauliksystems 300 darstellt, das den Auslegerzylinder 23 betätigt. Der Ausleger 13 führt zwei Arten von Vorgängen aus: den Anhebevorgang; und den Absenkvorgang durch die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40. Das Hydrauliksystem 300, das den Auslegerzylinder 23 betätigt, ist mit der Hydraulikpumpe 42, der Hydraulikpumpe 43, dem Richtungssteuerventil 41, den Ölkanälen 44A, 44B, 44C versehen, durch welche das Vorsteueröl strömt, einem Steuerventil 45C, das an dem Öldurchgang 44C angeordnet ist, den Drucksensoren 46A, 46B, die an den Öldurchgängen 44A, 44B angeordnet sind, und der Steuervorrichtung 50, die das Steuerventil 45C steuert, vorsehen.
Das Steuerventil 45C ist ein elektromagnetisches Proportionalsteuerventil. Das Steuerventil 45C stellt den Vorsteuerdruck entsprechend einem Befehlssignal von der Steuervorrichtung 50 ein. Das Steuerventil 45C stellt den Vorsteuerdruck in dem Öldurchgang 44C ein.
Wenn die Betätigungsvorrichtung 40 betätigt wird, wirkt ein Vorsteuerdruck entsprechend einem Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 auf das Richtungssteuerventil 41. Ein Schieber des Richtungssteuerventils 41 bewegt sich entsprechend dem Vorsteuerdruck. Eine Zufuhrmenge pro Zeiteinheit von Hydrauliköl, das von der Hydraulikpumpe 42 durch das Richtungssteuerventil 41 dem Auslegerzylinder 23 zugeführt wird, wird auf der Grundlage eines Bewegungsbetrags des Schiebers eingestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Steuerventil 45C, das entsprechend einem Steuersignal arbeitet, das sich auf die Bodennivellierunterstützungssteuerung bezieht, wobei das Steuersignal von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird, an dem Öldurchgang 44C für die Bodennivellierunterstützungssteuerung angeordnet. Von der Hydraulikpumpe 43 zugeführtes Steueröl strömt durch den Öldurchgang 44C. Der Öldurchgang 44B und der Öldurchgang 44C sind mit einem Wechselventil 48 verbunden. Das Wechselventil 48 liefert Steueröl, das entweder durch den Öldurchgang 44B oder den Öldurchgang 44C mit einem höheren Vorsteuerdruck an das Richtungssteuerventil 41 fließt. Das Steuerventil 45C wird entsprechend dem Steuersignal gesteuert, das von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird, um die Bodennivellierunterstützungssteuerung auszuführen.
Wenn die Bodennivellierunterstützungssteuerung nicht ausgeführt wird, gibt die Steuervorrichtung 50 kein Steuersignal an das Steuerventil 45C aus, so dass das Richtungssteuerventil 41 auf der Grundlage des durch die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 eingestellten Vorsteuerdrucks angetrieben wird. Beispielsweise schließt die Steuervorrichtung 50 den Öldurchgang 44C durch das Steuerventil 45C, so dass das Richtungssteuerventil 41 auf der Grundlage des durch die Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 eingestellten Vorsteuerdrucks angetrieben wird.
Wenn die Bodennivellierunterstützungssteuerung ausgeführt wird, steuert die Steuervorrichtung 50 das Steuerventil 45C so, dass das Richtungssteuerventil 41 auf der Grundlage des durch das Steuerventil 45C eingestellten Vorsteuerdrucks angetrieben wird. Wenn beispielsweise die Bodennivellierunterstützungssteuerung ausgeführt wird, die die Bewegung des Auslegers 13 einschränkt, bringt die Steuervorrichtung 50 das Steuerventil 45C in einen vollständig geöffneten Zustand, um einen Vorsteuerdruck entsprechend einer Auslegerzielgeschwindigkeit zu erreichen. Wenn der Vorsteuerdruck in dem Öldurchgang 44C größer wird als der Vorsteuerdruck in dem Öldurchgang 44B, wird Vorsteueröl von dem Steuerventil 45C dem Richtungssteuerventil 41 durch das Wechselventil 48 zugeführt. Dementsprechend fährt der Auslegerzylinder 23 aus und der Ausleger 13 führt den Anhebevorgang durch.
Der Löffelzylinder 21 arbeitet auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40. Eine Beschreibung für das Hydrauliksystem 300, das den Löffelzylinder 21 betätigt, wird weggelassen.
Man beachte, dass die Betätigungsvorrichtung 40 eine elektrische Betätigungsvorrichtung sein kann. Beispielsweise kann die Betätigungsvorrichtung 40 ein Betätigungselement, wie etwa einen elektrischen Hebel, und einen Bewegungsbetragssensor, wie etwa einen Potentiometer, umfassen, der einen Kippbetrag des Betätigungselements elektrisch erfasst. Erfassungsdaten des Bewegungsbetragssensors werden an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben. Die Steuerungsvorrichtung 50 erfasst die Erfassungsdaten des Bewegungsbetragssensors als Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40. Die Steuervorrichtung 50 kann ein Steuersignal zum Ansteuern des Richtungssteuerventils 41 auf der Grundlage der Erfassungsdaten des Bewegungsbetragssensors ausgeben. Ferner kann das Richtungssteuerventil 41 durch ein Aktor, wie etwa einen Elektromagneten angetrieben werden, der mit elektrischer Energie arbeitet.
[Steuersystem]
Als Nächstes wird ein Steuersystem 200 des Baggers 100 nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Beispiel des Steuersystems 200 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Wie in 6 dargestellt, ist das Steuersystem 200 mit der Steuervorrichtung 50, die das Arbeitsgerät 1 steuert, der Positionserfassungsvorrichtung 30, dem Schneidekantepositionsdetektor 34, einem Steuerventil 45 (45A, 45B, 45C), einem Drucksensor 46 (46A, 46B), einem Drucksensor 49 (49A, 49B) und einer Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 versehen.
Wie vorstehend beschrieben, erfasst die Positionserfassungsvorrichtung 30, die den Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31, den Stellungsdetektor 32 und den Richtungsdetektor 33 umfasst, die absolute Position Pg der oberen Struktur 2. In der folgenden Beschreibung wird die absolute Position Pg der oberen Struktur 2 in geeigneter Weise als Fahrzeugkörperposition Pg bezeichnet.
Das Steuerventil 45 (45A, 45B, 45C) stellt die Durchflussrate des Hydrauliköls ein, das dem Hydraulikzylinder 20 zugeführt wird. Das Steuerventil 45 arbeitet entsprechend einem Steuersignal von der Steuervorrichtung 50. Der Drucksensor 46 (46A, 46B) erfasst den Vorsteuerdruck in dem Öldurchgang 44 (44A, 44B). Der Drucksensor 49 (49A, 49B) erfasst den Vorsteuerdruck in einem Öldurchgang 47 (47A, 47B). Erfassungsdaten des Drucksensors 46 und Erfassungsdaten des Drucksensors 49 werden an die Steuervorrichtung 50 ausgegeben.
Die Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 umfasst ein Computersystem. Die Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 erzeugt eine Zielaushublandform, die eine Zielform eines Aushubobjekts angibt. Die Zielaushublandform gibt eine dreidimensionale Zielform an, die nach der Ausführung von Bauarbeiten durch das Arbeitsgerät 1 erhalten wird.
Man beachte, dass die Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 und die Steuervorrichtung 50 können durch Draht verbunden sein, um die Zielaushublandform von der Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 an die Steuervorrichtung 50 zu übertragen. Man beachte, dass die Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 ein Speichermedium enthalten kann, in dem die Zielaushublandform gespeichert wird, und die Steuervorrichtung 50 kann eine Vorrichtung enthalten, die Daten lesen kann, die die Zielaushublandform angeben.
Die Steuervorrichtung 50 umfasst ein Computersystem. Die Steuervorrichtung 50 umfasst eine Verarbeitungsvorrichtung 50A, eine Speichervorrichtung 50B und eine Eingabe-/Ausgabeschnittstellenvorrichtung 50C.
Die Verarbeitungsvorrichtung 50A umfasst eine Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51, eine Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52, eine Zielaushublandformdatenerfassungseinheit 53, eine Entfernungsdatenerfassungseinheit 54, eine Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56, eine Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57, eine erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58, eine zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 und eine Arbeitsgerätesteuereinheit 61.
Die Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51 erfasst Fahrzeugkörperpositionsdaten, die die Fahrzeugkörperposition Pg angeben, von der Positionserfassungsvorrichtung 30 durch die Eingabe/Ausgabe-Schnittstellenvorrichtung 50C. Der Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31 erfasst die Fahrzeugkörperposition Pg auf der Grundlage von mindestens entweder der Installationsposition P1a oder der Installationsposition P1b der GPS-Antenne 31. Die Fahrzeugkörperpositionsdatenerfassungseinheit 51 erfasst Fahrzeugkörperpositionsdaten, die die Fahrzeugkörperposition Pg angeben, von dem Fahrzeugkörperpositionsdetektor 31.
Die Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst Löffelpositionsdaten einschließlich der Position des Löffels 11 von dem Schneidekantenpositionsdetektor 34 durch die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 50C. Die Löffelpositionsdaten umfassen eine relative Position der Schneidekante 10 in Bezug auf die Referenzposition Ps der oberen Struktur 2.
Die Zielaushublandformdatenerfassungseinheit 53 erzeugt Zielaushublandformdaten, die der Position des Löffels 11 entsprechen, unter Verwendung von Daten, die die von der Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 zugeführte Zielaushublandform angeben, und der Position des Löffels 11.
Die Entfernungsdatenerfassungseinheit 54 berechnet eine Entfernung D zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform auf der Grundlage der Position des Löffels 11, die von der Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst wird, und der Zielaushublandform, die von der Zielaushublandformdatenerfassungseinheit 53 erzeugt wird.
Man beachte, dass die Entfernung D zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform entweder eine Entfernung zwischen der Schneidekante 10 des Löffels 11 und der Zielaushublandform oder eine Entfernung zwischen einer Position in dem Löffel 11 einschließlich der Bodenfläche des Löffels 11 und der Zielaushublandform sein kann.
Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst Betätigungsbetragsdaten, die den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 angeben, die das Arbeitsgerät 1 betätigt. Ein Betätigungsbetrag des Löffels 11, ein Betätigungsbetrag des Stiels 12, ein Betätigungsbetrag des Auslegers 13 stehen in Korrelation mit den Erfassungsdaten des Drucksensors 46 oder den Erfassungsdaten des Drucksensors 49. Korrelationsdaten, die die Korrelation zwischen dem Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 und den Erfassungsdaten des Drucksensors 46 oder den Erfassungsdaten des Drucksensors 49 angeben, werden vorab durch ein vorbereitendes Experiment oder eine Simulation erhalten und in der Speichervorrichtung 50B gespeichert. Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 kann den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 auf der Grundlage der Erfassungsdaten des Drucksensors 46 oder den Erfassungsdaten des Drucksensors 49 und den in der Speichervorrichtung 50B gespeicherten Korrelationsdaten berechnen.
Zum Beispiel kann die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 Daten erfassen, die den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 (linker Betätigungshebel) angeben, der den Stiel 12 auf der Grundlage der Erfassungsdaten der Drucksensoren 49A, 49B und der Korrelationsdaten betätigt, die in der Speichervorrichtung 50B gespeichert sind. In ähnlicher Weise kann die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 Daten erfassen, die den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 (rechter Betätigungshebel), der den Ausleger 13 betätigt, auf der Grundlage der Erfassungsdaten der Drucksensoren 46A, 46B und der in der Speichervorrichtung 50B gespeicherten Korrelationsdaten angeben.
Die Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechnet eine Maximaldurchflussrate Qmax von Hydrauliköl, das von der Hydraulikpumpe 42 abgegeben wird. Die Maximaldurchflussrate Qmax gibt eine obere Grenze einer Durchflussrate Q [l/min] des Hydrauliköls an, das zu einem bestimmten Zeitpunkt von der Hydraulikpumpe 42 abgegeben werden kann. In einem Zustand, in dem die Betätigungsvorrichtung 40 nicht betätigt wird, wird Hydrauliköl mit einer niedrigen Durchflussrate Qmin einschließlich Null von der Hydraulikpumpe 42 abgegeben. Die Charakteristik der Maximaldurchflussrate Qmax wird derart bestimmt, dass die Durchflussrate Q von einem Betätigungsstartpunkt aus allmählich ansteigt, wenn der Betrieb der Betätigungsvorrichtung 40 gestartet wird, und die Maximaldurchflussrate Qmax von Hydrauliköl erreicht, die durch die Hydraulikpumpe 42 abgegeben werden kann.
Die Maximaldurchflussrate Qmax wird zum Beispiel auf der Grundlage von mindestens entweder der Kapazität [cm³/U] der Hydraulikpumpe 42 oder einer Motordrehzahl [U/min] des Motors 17, der die Hydraulikpumpe 42 antreibt, berechnet. Die Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 kann die Maximaldurchflussrate Qmax beispielsweise auf der Grundlage einer oberen Grenze der Kapazität der Hydraulikpumpe 42 und einer oberen Grenze der Motordrehzahl des Motors 17 berechnen. Wenn eine Drosselklappe in der Kabine 4 des Baggers 1 angeordnet ist, kann der Bediener die obere Grenze der Motordrehzahl des Motors 17 durch Betätigen der Drosselklappe einstellen. Die Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 kann die Maximaldurchflussrate Qmax auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags der Drosselklappe berechnen. Das heißt, die Maximaldurchflussrate Qmax, die sich vom Betätigungsstartpunkt aus allmählich erhöht hat, wird ein fester Wert, wenn die Maximaldurchflussrate Qmax auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Drosselklappe erreicht wird. Der festgelegte Wert hängt vom Betätigungsbetrag der Drosselklappe ab.
Die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 berechnet eine erste Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform. Das heißt, die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 berechnet die erste Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D.
Die erste Zielgeschwindigkeit umfasst eine Löffelzylinderzielgeschwindigkeit Vbk des Löffelzylinders 21, eine Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var des Stielzylinders 22 und eine Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm des Auslegerzylinders 23.
Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, wird die Bodennivellierunterstützungssteuerung durchgeführt, wenn sich mindestens ein Teil des Löffels 11 in einem Bodennivellierunterstützungssteuerbereich befindet. Wenn der Löffel 11 nicht innerhalb des Bodennivellierunterstützungssteuerbereichs vorhanden ist, wird das Arbeitsgerät 2 auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 angetrieben.
Wenn andererseits der Löffel 11 innerhalb des Bodennivellierunterstützungsbereichs vorhanden ist, berechnet die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 die erste Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform.
Das heißt, wenn die Entfernung D zwischen der Zielaushublandform und dem Löffel 11 gleich oder kleiner als ein Schwellenwert H ist und die Bodennivellierunterstützungssteuerung durchgeführt wird, berechnet die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 eine Arbeitsgerätegeschwindigkeitsbegrenzung Vt auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D. Die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt gibt eine Geschwindigkeitsgrenze des gesamten Arbeitsgeräts 1 für die Bodennivellierunterstützungssteuerung an, wobei die Geschwindigkeitsgrenze auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D berechnet wird. Wenn die Entfernung D abnimmt, nimmt die Geschwindigkeitsgrenze Vt des Arbeitsgeräts ab. Wenn die Entfernung D Null wird, wird auch die Geschwindigkeitsgrenze Vt des Arbeitsgeräts Null.
Die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt gibt die Geschwindigkeitsgrenze des gesamten Arbeitsgeräts 1 an. Die Geschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts 1 gibt eine tatsächlich wirkende Geschwindigkeit des Löffels 11 an, wenn der Löffel 11, der Stiel 12 und der Ausleger 13 gefahren werden. Ferner berechnet die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm auf der Grundlage der Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt. Die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 berechnet die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Vam und die Löffelzylinderzielgeschwindigkeit Vbk basierend auf dem Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 durch den Bediener. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform berechnet die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt und die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm so, dass eine Abweichung zwischen der Geschwindigkeit des gesamten Arbeitsgeräts 1 entsprechend mindestens dem Stielbetätigungsbetrag und dem Löffelbetätigungsbetrag, die von der Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst werden, und der Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt aufgehoben wird. In der ersten Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 basieren die Bewegung des Löffels 11 und die Bewegung des Stiels 12 auf der Betätigung der Betätigungsvorrichtung 40 durch den Bediener. Bei der Bodennivellierunterstützungssteuerung berechnet die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm des Auslegers 10, die den Anhebevorgang durchführt, so dass sich die Schneidekante 10 des Löffels 11 entlang der Zielaushublandform in einem Zustand bewegt, in dem der Löffel 11 und der Stiel 12 von der Betätigungsvorrichtung 40 betätigt werden.
Die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet auf der Grundlage der Maximaldurchflussrate Qmax, die von der Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechnet wird, und des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D eine zweite Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1. Das heißt, die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet die zweite Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage der Maximaldurchflussrate Qmax, des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D.
Die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet eine erforderliche Durchflussrate Qdbm von Hydrauliköl, die für den Auslegerzylinder 23 erforderlich ist, um den Ausleger 13 mit der Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm zu betreiben. Die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet eine erforderliche Durchflussrate Qdar von Hydrauliköl, die der Stielzylinder 22 benötigt, um den Stiel 12 mit der Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var zu betreiben.
In der folgenden Beschreibung wird die Summe der erforderlichen Durchflussraten Qd mehrerer Hydraulikzylinder 20 als Gesamtdurchflussrate Qdal bezeichnet. Man beachte, dass eine erforderliche Durchflussrate Qdbk des Löffelzylinders 21 oft niedriger als die erforderliche Durchflussrate Qdar des Stielzylinders 22 und die erforderliche Durchflussrate Qdbm des Auslegerzylinders 23 ist. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen, dass die Gesamtflussrate Qdal die Summe der erforderlichen Durchflussrate Qdar des Stielzylinders 22 und der erforderlichen Durchflussrate Qdbm des Auslegerzylinders 23 ist.
Die zweite Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 gibt eine Löffelzylinderzielgeschwindigkeit Vbk, eine Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var und eine Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm an, die durch Neuberechnen der Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage der maximalen Durchflussrate Qmax, die durch die Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechnet wird, und der Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt, die auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 berechnet wird, und der Entfernung D berechnet. Wie vorstehend beschrieben, berechnet die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 die erste Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D. Die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet die zweite Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage der Maximaldurchflussrate Qmax und des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D.
In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 die zweite Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 in der Bodennivellierunterstützungssteuerung, so dass die Gesamtdurchflussrate Qdal, die die Summe der erforderlichen Durchflussrate Qdar des Stielzylinders 22 angibt, und die erforderliche Durchflussrate Qdbm des Auslegerzylinders 23 zu der Maximaldurchflussrate Qmax werden, die von der Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechnet wird.
Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform berechnet die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 der Löffelzylinderzielgeschwindigkeit Vbk, die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var und die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm neu, die von der ersten Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 berechnet werden, unter Verwendung der Maximaldurchflussrate Qmax, die von der Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechnet wird, und der Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt, die auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D berechnet wird, als Beschränkungsbedingungen, um neu berechnete Werte der Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var und der Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm zu berechnen.
Wenn Qmax die Maximaldurchflussrate bezeichnet, die von der Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechnet wird, bezeichnet Vs die Geschwindigkeit des Löffels 11 durch die Betätigung des Stielzylinders 22, wenn das Arbeitsgerät 1 so betätigt wird, dass es die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt aufweist, die auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D berechnet wird, wobei Qdar die erforderliche Durchflussrate des Stielzylinders 22 bezeichnet, wenn das Arbeitsgerät 1 so betätigt wird, dass es die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt aufweist, wobei Vb die Geschwindigkeit des Löffels 11 durch die Betätigung des Auslegerzylinders 23 bezeichnet, wenn das Arbeitsgerät 1 so betätigt wird, dass es die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt aufweist, und wobei Qdbm die erforderliche Durchflussrate des Auslegerzylinders 23 bezeichnet, wenn das Arbeitsgerät 1 so betätigt wird, dass es die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt aufweist, wobei die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 die folgenden simultanen Gleichungen arithmetisch verarbeitet, um neu berechnete Werte der zu berechnen Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var und der Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm zu berechnen. Das heißt, die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet den neu berechneten Wert der erforderlichen Durchflussrate jedes Zylinders, so dass die Summe der erforderlichen Durchflussrate Qdar des Stielzylinders 22 und der erforderlichen Durchflussrate Qdbm des Auslegerzylinders 23 die Maximaldurchflussrate Qmax erfüllt und die Summe der Geschwindigkeit Vs des Löffels 11 durch die Betätigung des Stielzylinders 22 und der Geschwindigkeit Vb des Löffels 11 durch die Betätigung des Auslegerzylinders 23 die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt wird. ${\begin{cases} Q_{max} = Q_{d a r} + Q_{d b m} \\ V t = V s + V b \end{cases}$
In der folgenden Beschreibung wird die von der ersten Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 berechnete Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var vor der Neuberechnung in geeigneter Weise als eine Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_b bezeichnet, und die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var, die durch eine Neuberechnung durch die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet wird, wird in geeigneter Weise nach der Neuberechnung als Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_a bezeichnet. Ferner wird die von der ersten Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 berechnete Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm vor der Neuberechnung in geeigneter Weise als eine Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_b bezeichnet, und die durch die Neuberechnung durch die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnete Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm wird in geeigneter Weise nach der Neuberechnung entsprechend als Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_a bezeichnet. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Zielgeschwindigkeit eine Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 vor einer Neuberechnung, und die zweite Zielgeschwindigkeit ist eine Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 nach einer Neuberechnung.
Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 gibt ein Steuersignal zum Steuern des Hydraulikzylinders 20 an das Steuerventil 45 aus, so dass das Arbeitsgerät 1 mit der Zielgeschwindigkeit arbeitet. In der vorliegenden Ausführungsform gibt die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 das Steuersignal zum Steuern des Hydraulikzylinders 20 auf der Grundlage der kleineren von der ersten Zielgeschwindigkeit und der zweiten Zielgeschwindigkeit aus.
7 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen der Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 nach der vorliegenden Ausführungsform. In dem in 7 dargestellten Graphen stellt die horizontale Achse eine verstrichene Zeit von einem Zeitpunkt an, zu dem die Bodennivellierunterstützungssteuerung gestartet wird, und die vertikale Achse repräsentiert die Zielgeschwindigkeit des Stiels 12 und des Auslegers 13.
Der Zeitpunkt, zu dem die Bodennivellierunterstützungssteuerung gestartet wird, zeigt einen Zeitpunkt an, zu dem die Entfernung D, die größer als der Schwellenwert H ist, der Schwellenwert D wird.
Wenn zum Beispiel die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_b vor der Neuberechnung mit der Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_a nach der Neuberechnung vergleicht, und bestimmt, dass die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_b vor der Neuberechnung kleiner als die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_a nach der Neuberechnung ist, bestimmt die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_b vor der Neuberechnung als die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var. Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 gibt ein Steuersignal an das Steuerventil 45 (45A, 45B) aus, so dass der Stielzylinder 22 mit der Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_b vor der Neuberechnung arbeitet.
Wenn ferner die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_b vor der Neuberechnung mit der Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_a nach der Neuberechnung vergleicht, und bestimmt, dass die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_a nach der Neuberechnung kleiner als die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_b vor der Neuberechnung ist, bestimmt die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_a nach der Neuberechnung als die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var. Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 gibt ein Steuersignal an das Steuerventil 45 (45A, 45B) aus, so dass der Stielzylinder 22 mit der Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_a nach der Neuberechnung arbeitet.
In 7 gibt eine Linie Var_f die bestimmte Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var an.
Wenn die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 gleichermaßen die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_b vor der Neuberechnung mit der Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_a nach der Neuberechnung vergleicht, und bestimmt, dass die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_b vor der Neuberechnung kleiner als die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_a nach der Neuberechnung ist, bestimmt die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_b vor der Neuberechnung als die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm. Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 gibt ein Steuersignal an das Steuerventil 45 (45C) aus, so dass der Auslegerzylinder 23 mit der Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_b vor der Neuberechnung arbeitet.
Wenn die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_b vor der Neuberechnung mit der Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_a nach der Neuberechnung vergleicht, und bestimmt, dass die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_a nach der Neuberechnung kleiner als die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_b vor der Neuberechnung ist, bestimmt die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_a nach der Neuberechnung als die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm. Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 gibt ein Steuersignal an das Steuerventil 45 (45C) aus, so dass der Auslegerzylinder 23 nach der Neuberechnung mit der Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_a arbeitet.
In 7 gibt eine Linie Vbm_f die bestimmte Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm an.
Korrelationsdaten zwischen dem an das Steuerventil 45 ausgegebenen Steuersignal, der Betätigungsgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders 20 und der Betätigungsgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 werden zuvor erhalten und in der Speichervorrichtung 50B gespeichert. Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 kann das Steuersignal so bestimmen, dass der Zylinder mit der Zylindersollgeschwindigkeit Var, Vbm arbeitet und das bestimmte Steuersignal an das Steuerventil 45 ausgeben.
8 ist ein schematisches Diagramm zum Beschreiben der Bodennivellierunterstützungssteuerung nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 8 dargestellt, ist eine Geschwindigkeitsbegrenzungsinterventionslinie SH definiert. Die Geschwindigkeitsgrenzlinie SH ist parallel zu der Zielaushublandform und an einer von der Zielaushublandform um eine Entfernung H entfernten Position definiert. Die Entfernung H ist ein Schwellenwert, die für die Entfernung D zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform definiert ist. Die Entfernung H wird wünschenswerterweise ohne Verlust eines Betätigungsgefühls des Bedieners eingestellt.
Die Entfernungsdatenerfassungseinheit 54 erfasst die Entfernung D, die die kürzeste Entfernung zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform in einer normalen Richtung der Zielaushublandform ist. In dem in 8 dargestellten Beispiel ist die Entfernung D zwischen der Schneidekante 10 des Löffels 11 und der Zielaushublandform definiert. Wenn ferner die Entfernung D gleich oder kleiner als der Schwellenwert H ist, bestimmt die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 der Löffelzylinderzielgeschwindigkeit Vbk, die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var und die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm entsprechend dem vorstehenden Simultangleichungen.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Schwelle H, der Entfernung D und der Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt des Löffels 11 in der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt wird nicht eingestellt, wenn die Entfernung D größer als der Schwellenwert H ist, wird aber eingestellt, wenn die Entfernung D gleich oder kleiner als der Schwellenwert H ist. Wenn die Entfernung D abnimmt, nimmt die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze ab. Wenn die Entfernung D Null wird, wird auch die Geschwindigkeitsgrenze Vt des Arbeitsgeräts Null. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Geschwindigkeit, wenn sich der Löffel 11 von der unteren Seite zur oberen Seite der Zielaushublandform bewegt, ein positiver Wert, und die Geschwindigkeit, wenn sich der Löffel 11 von der oberen Seite zur unteren Seite der Zielaushublandform bewegt, ist ein negativer Wert. Die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 bestimmt die Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt, so dass der Absolutwert der Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt mit zunehmender Entfernung D ansteigt und der Absolutwert der Arbeitsgerätgeschwindigkeitsgrenze Vt abnimmt, wenn die Entfernung D abnimmt.
[Beziehung zwischen maximaler Durchflussrate und erforderlicher Durchflussrate]
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Maximaldurchflussrate Qmax und der erforderlichen Durchflussrate Qd nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
In dem in 10 dargestellten Graphen repräsentiert die vertikale Achse eine verstrichene Zeit von einem Zeitpunkt t1 (dem ersten Zeitpunkt), wenn die Bodennivellierunterstützungssteuerung gestartet wird, und die vertikale Achse repräsentiert die Durchflussrate [l/min] von Hydrauliköl.
Der Zeitpunkt t1, zu dem die Bodennivellierunterstützungssteuerung gestartet wird, zeigt einen Zeitpunkt an, zu dem die Entfernung D, die größer als der Schwellenwert H ist, der Schwellenwert D wird. In dem in 10 dargestellten Beispiel ist die Maximaldurchflussrate Qmax zum Zeitpunkt t1 Null. Die Maximaldurchflussrate Qmax kann jedoch ein positiver Wert sein.
In 10 ist eine Linie Qmax die Maximaldurchflussrate, die von der Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechnet wird. Eine Linie Qdar ist die erforderliche Durchflussrate des Stielzylinders 22. Eine Linie Qdbr ist die erforderliche Durchflussrate des Auslegerzylinders 23.
Wie in 10 dargestellt, wird die Maximaldurchflussrate Q zu einer ersten Durchflussrate Q1 zu dem Zeitpunkt t1, wenn die Bodennivellierunterstützungssteuerung gestartet wird, und steigt allmählich in einer spezifizierten Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 (zweiter Zeitpunkt) nach einem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt t1 an, um zu einer zweiten Durchflussrate Q2 zu werden, die zum Zeitpunkt t2 größer als die erste Durchflussrate Q1 ist. In der vorliegenden Ausführungsform steigt die Maximaldurchflussrate Qmax proportional zu der Zeit zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 an. Man beachte, dass eine ansteigende Rate (Neigung) der maximalen Durchflussrate Qmax unabhängig von der Größe des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 immer konstant ist.
In einer Zeitdauer nach dem Zeitpunkt t2 wird die Maximaldurchflussrate Qmax auf der zweiten Durchflussrate Q2 gehalten. In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Durchflussrate Q2 zum Beispiel die Maximaldurchflussrate Qmax, wenn die Kapazität der Hydraulikpumpe 42 und die Motordrehzahl des Motors 17 ihre jeweiligen Maximalwerte zeigen. Das heißt, in der Zeitdauer nach dem Zeitpunkt t2 wird die Maximaldurchflussrate Q auf der Grundlage von Bedingungen bestimmt, wenn die Taumelscheibe auf den maximalen Winkel gesteuert wird, so dass die Hydraulikpumpe 42 die maximale Kapazität aufweist und der Motor 17 bei der höchsten Motordrehzahl angetrieben wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in einer spezifizierten Zeitspanne, nachdem die Bodennivellierunterstützungssteuerung im frühen Stadium des Aushubs gestartet wird, ein Wert der Maximaldurchflussrate Qmax klein. Die Maximaldurchflussrate Qmax gibt einen Grenzwert der Gesamtdurchflussrate Qdal an, die die Summe der erforderlichen Durchflussrate Qdar und der erforderlichen Durchflussrate Qdbm angibt. Das heißt, wenn die Maximaldurchflussrate Qmax auf einen kleinen Wert begrenzt wird, werden auch die erforderliche Durchflussrate Qdar und die erforderliche Durchflussrate Qdbm auf kleine Werte begrenzt.
Man beachte, dass, wie vorstehend beschrieben, die Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 die Pumpenmaximaldurchflussrate Qmax innerhalb eines Bereichs einstellen kann, in dem die Maximaldurchflussrate Qmax eine Pumpenmaximaldurchflussrate des Hydrauliköls nicht überschreitet, die von der Hydraulikpumpe 42 abgegeben werden kann. Ferner kann eine Erhöhungsrate der Durchflussrate Q so eingestellt werden, dass die Durchflussrate Q innerhalb einer vorbestimmten Zeit von der ersten Durchflussrate Q1 auf die zweite Durchflussrate Q2 ansteigt.
[Steuerverfahren]
Als nächstes wird ein Verfahren zum Steuern des Baggers 100 nach der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. 11 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Steuern des Baggers 100 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Eine Zielaushublandform wird von der Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 an die Steuervorrichtung 50 geliefert. Die Zielaushublandformdatenerfassungseinheit 53 erfasst die Zielaushublandform, die von der Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung 70 geliefert wird (Schritt SP10).
Daten, die die Position des Löffels 11 angeben, werden von dem Schneidekantenpositionsdetektor 34 an die Steuervorrichtung 50 geliefert. Die Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst die Position des Löffels 11 von dem Schneidekantenpositionsdetektor 34 (Schritt SP20).
Die Entfernungsdatenerfassungseinheit 54 berechnet die Entfernung D zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform auf der Grundlage der Position des Löffels 11, die von dem Löffelpositionsdatenerfassungseinheit 52 erfasst wird, und der Zielaushublandform, die von der Zielaushublandformdatenerfassungseinheit 53 erzeugt wird (Schritt SP30).
Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 erfasst Daten, die den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40 angeben, die den Hydraulikzylinder 20 betätigt, der das Arbeitsgerät 1 antreibt (Schritt SP40).
Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 kann den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40, die den Stiel 12 auf der Grundlage von Erfassungsdaten der Drucksensoren 49A, 49B betätigt, erfassen. Ferner kann die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 den Betätigungsbetrag der Betätigungsvorrichtung 40, die den Ausleger 13 betätigt, auf der Grundlage von Erfassungsdaten der Drucksensoren 46A, 46B erfassen.
Die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 berechnet die erste Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 auf der Grundlage des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform (Schritt SP50).
Die erste Zielgeschwindigkeit umfasst die Löffelzylinderzielgeschwindigkeit Vbk_b vor der Neuberechnung, die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_b vor der Neuberechnung und die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_b vor der Neuberechnung.
Die Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechnet die Maximaldurchflussrate Qmax von Hydrauliköl, das von der Hydraulikpumpe 42 abgegeben wird (Schritt SP60). Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben, wird die Maximaldurchflussrate Qmax die erste Durchflussrate Q1 zu dem Zeitpunkt t1, wenn die Bodennivellierunterstützungssteuerung gestartet wird, und steigt in der spezifizierten Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt t1 allmählich an und wird zu der zweiten Durchflussrate Q2, die zum Zeitpunkt t2 größer als die erste Durchflussrate Q1 ist.
Die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet die zweite Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1 auf der Grundlage der von der Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit 57 berechneten Maximaldurchflussrate Qmax, des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung 40 und der Entfernung D zwischen dem Löffel 11 und der Zielaushublandform (Schritt SP70).
Die zweite Zielgeschwindigkeit umfasst die Löffelzylinderzielgeschwindigkeit Vbk_a nach der Neuberechnung, die Stielzylinderzielgeschwindigkeit Var_a nach der Neuberechnung und die Auslegerzylinderzielgeschwindigkeit Vbm_a nach der Neuberechnung. Die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 60 berechnet die zweite Zielgeschwindigkeit durch Durchführen einer arithmetischen Verarbeitung basierend auf den obigen simultanen Gleichungen.
Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 vergleicht die erste Zielgeschwindigkeit, die von der ersten Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 auf der Grundlage der Entfernung D berechnet wurde, mit der zweiten Zielgeschwindigkeit, die von der zweiten Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit 58 berechnet wurde (Schritt SP80) .
Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 bestimmt die kleinere von der ersten Zielgeschwindigkeit und der zweiten Zielgeschwindigkeit als die Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts 1. Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 gibt das Steuersignal zum Steuern des Hydraulikzylinders 20 auf der Grundlage der bestimmten Zielgeschwindigkeit aus (Schritt SP90).
Die Arbeitsgerätesteuereinheit 61 gibt das Steuersignal zum Steuern des Steuerventils 45 des Hydraulikzylinders 20 aus, so dass das Arbeitsgerät 1 mit der Zielgeschwindigkeit arbeitet.
[Wirkungen]
Wie vorstehend beschrieben, werden nach der vorliegenden Ausführungsform die erste Zielgeschwindigkeit und die zweite Zielgeschwindigkeit mit der Maximaldurchflussrate Qmax der Hydraulikpumpe 42 berechnet, die in der Bodennivellierunterstützungssteuerung eingestellt wird. Der Hydraulikzylinder 20 wird auf der Grundlage der kleineren von der ersten Zielgeschwindigkeit und der zweiten Zielgeschwindigkeit gesteuert. Dementsprechend wird Hydrauliköl mehreren Hydraulikzylindern 20 mit einer geeigneten Durchflussrate innerhalb des Bereichs, der eine Abgabekapazität der Hydraulikpumpe 42 nicht überschreitet, zugeführt. Somit wird ein Abfall des Arbeitsgeräts 1 verhindert und eine Verringerung der Genauigkeit des Aushubs wird verhindert.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform die zweite Zielgeschwindigkeit so berechnet, dass die Gesamtdurchflussrate Qdal, die die Summe der erforderlichen Durchflussraten Qd der mehreren Hydraulikzylinder 20 angibt, gleich oder geringer als die Maximaldurchflussrate Qmax wird. Dementsprechend werden bei der Bodennivellierunterstützungssteuerung die Betätigungsgeschwindigkeit des Stiels 12 und die Betätigungsgeschwindigkeit des Auslegers 13 im Gleichgewicht gehalten, um einen Abfall des Arbeitsgeräts 1 zu verhindern.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform die Maximaldurchflussrate Qmax in der spezifizierten Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 im frühen Stadium des Aushubs begrenzt. Dementsprechend wird bei der Bodennivellierunterstützungssteuerung verhindert, dass der Stiel 12 bei einer hohen Geschwindigkeit arbeitet. Somit wird in der frühen Phase des Aushubs das Auftreten eines Abfalls des Arbeitsgeräts 1 verhindert. Ferner steigt die Maximaldurchflussrate Qmax in der spezifizierten Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 allmählich an. Dementsprechend kann die Arbeitsgeschwindigkeit des Stiels 12 allmählich erhöht werden. Somit ist es möglich, eine Verringerung der Verarbeitbarkeit zu verhindern, während ein Abfallen des Arbeitsgeräts 1 verhindert wird.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel die Maximaldurchflussrate Qmax auf der Grundlage der Bedingungen bestimmt, unter denen die Hydraulikpumpe 42 die maximale Kapazität aufweist und der Motor 17 nach dem Zeitpunkt t2 mit der höchsten Motordrehzahl angetrieben wird. Dementsprechend kann das Arbeitsgerät 1 nach der frühen Aushubstufe mit hoher Geschwindigkeit betätigt werden. Somit wird es möglich, eine Verringerung der Verarbeitbarkeit zu verhindern, während ein Abfallen des Arbeitsgeräts 1 verhindert wird.
Man beachte, dass in der vorstehenden Ausführungsform die Betätigungsvorrichtung 40 in dem Bagger 100 angeordnet ist. Die Betätigungsvorrichtung 40 kann jedoch an einem entfernten Ort entfernt von dem Bagger 100 angeordnet sein, und der Bagger 100 kann fernbedient werden. Wenn das Arbeitsgerät 1 fernbedient wird, überträgt die Betätigungsvorrichtung 40, die an einem entfernten Ort angeordnet ist, drahtlos ein Steuersignal, das den Betätigungsbetrag des Arbeitsgeräts 1 angibt, an den Bagger 100. Die Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit 56 der Steuervorrichtung 50 erfasst das drahtlos übertragene Steuersignal, das den Betätigungsbetrag angibt.
Man beachte, dass in der vorstehenden Ausführungsform die Arbeitsmaschine 100 der Bagger 100 ist. Die Steuervorrichtung 50 und das Steuerverfahren, die in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben sind, sind auch auf alle Arbeitsmaschinen anwendbar, die zusätzlich zu dem Bagger 100 ein Arbeitsgerät aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitsgerät
2: obere Struktur
3: Untergestell
4: Fahrerhaus
4S: Fahrersitz
5: Maschinenraum
6: Handlauf
7: Raupenkette
10: Schneidekante
11: Löffel
12: Stiel
13: Ausleger
14: Löffelzylinderhubsensor
15: Stielzylinderhubsensor
16: Auslegerzylinderhubsensor
17: Motor
18: Servomechanismus
20: Hydraulikzylinder
20A: kappenseitige Ölkammer
20B: stangenseitige Ölkammer
21: Löffelzylinder
22: Stielzylinder
23: Auslegerzylinder
30: Positionserfassungsvorrichtung
31: Fahrzeugkörperpositionsdetektor
31A: GPS Antenne
32: Stellungsdetektor
33: Richtungsdetektor
34: Schneidekantenpositionsdetektor
40: Betätigungsvorrichtung
41: Richtungssteuerventil
42: Hydraulikpumpe
43: Hydraulikpumpe
44A, 44B, 44C: Öldurchgang
45A, 45B, 45C: Steuerventil
46A, 46B: Drucksensor
47A, 47B: Öldurchgang
48: Wechselventil
49A, 49B: Drucksensor
50: Steuervorrichtung
50A: Verarbeitungsvorrichtung
50B: Speichervorrichtung
50C: Eingangs-/Ausgangsschnittstellenvorrichtung
51: Fahrzeugpositionsdatenerfassungseinheit
52: Löffelpositionsdatenerfassungseinheit
53: Zielaushublandformdatenerfassungseinheit
54: Entfernungsdatenerfassungseinheit
56: Betätigungsbetragsdatenerfassungseinheit
57: Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit
58: erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit
60: zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit
61: Arbeitsgerätesteuereinheit
70: Zielaushublandformdatenerzeugungsvorrichtung
100: Bagger (Arbeitsmaschine)
200: Steuersystem
300: Hydrauliksystem
AX1: Drehachse
AX2: Drehachse
AX3: Drehachse
L11: Länge
L12: Länge
L13: Länge
Pb: absolute Position der Schneidekante
Pg: absolute Position der oberen Struktur
RX: Schwenkachse
θ11: Stellungswinkel
θ12: Stellungswinkel
θ13: Stellungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/137528 A [0003]

Claims

Steuersystem einer Arbeitsmaschine, wobei die Arbeitsmaschine ein Arbeitsgerät umfasst, wobei das Arbeitsgerät einen Löffel, einen Stiel und einen Ausleger aufweist, wobei das Steuersystem umfasst: eine Pumpenmaximaldurchflussratenberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um eine Maximaldurchflussrate des von einer Hydraulikpumpe abgegebenen Hydrauliköls zu berechnen; eine erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um eine erste Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags einer Betätigungsvorrichtung, die zum Antreiben mehrerer hydraulischer Aktoren betätigt wird, denen das von der Hydraulikpumpe abgegebene Hydrauliköl zugeführt wird, um das Arbeitsgerät anzutreiben, und eine Entfernung zwischen dem Löffel und einer Zielaushublandform zu berechnen; eine zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit, die eingerichtet ist, um eine zweite Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts auf der Grundlage der Maximaldurchflussrate und des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung und der Entfernung zwischen dem Löffel und der Zielaushublandform zu berechnen; und eine Arbeitsgerätesteuereinheit, die eingerichtet ist, um ein Steuersignal zum Steuern der hydraulischen Aktoren auf der Grundlage einer kleineren von der ersten Zielgeschwindigkeit und der zweiten Zielgeschwindigkeit auszugeben.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, wobei die zweite Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit eingerichtet ist, um die zweite Zielgeschwindigkeit derart zu berechnen, dass eine Gesamtdurchflussrate, die eine Summe der erforderlichen Durchflussraten mehrerer hydraulischer Aktoren angibt, gleich oder kleiner als die Maximaldurchflussrate wird.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, wobei die hydraulischen Aktoren einen Stielzylinder, der eingerichtet ist, um den Stiel anzutreiben, und einen Auslegerzylinder umfassen, der eingerichtet ist, um den Ausleger anzutreiben, und die Gesamtdurchflussrate eine Summe der erforderlichen Durchflussrate des Stielzylinders und der erforderlichen Durchflussrate des Auslegerzylinders angibt.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Zielgeschwindigkeitsberechnungseinheit die erste Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage des Betätigungsbetrags berechnet, wenn die Entfernung größer als ein Schwellenwert ist, und die erste Zielgeschwindigkeit auf der Grundlage der Entfernung berechnet, wenn die Entfernung gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, und die Maximaldurchflussrate zu einer ersten Durchflussrate zu einem ersten Zeitpunkt wird, wenn die Entfernung, die größer als der Schwellenwert ist, der Schwellenwert wird, und in einer spezifizierten Zeitdauer zwischen dem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit vom ersten Zeitpunkt so ansteigt, dass die Maximaldurchflussrate die zum zweiten Zeitpunkt eine zweite Durchflussrate wird, die größer als die erste Durchflussrate ist.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach Anspruch 4, wobei die Maximaldurchflussrate auf der Grundlage von mindestens entweder einer Kapazität der Hydraulikpumpe oder einer Motordrehzahl eines Motors berechnet wird, der zum Antreiben der Hydraulikpumpe eingerichtet ist, und die zweite Durchflussrate die Maximaldurchflussrate ist, wenn die Kapazität und die Motordrehzahl die jeweiligen Maximalwerte anzeigen.
Verfahren zum Steuern einer Arbeitsmaschine, wobei die Arbeitsmaschine ein Arbeitsgerät umfasst, wobei das Arbeitsgerät einen Löffel, einen Stiel und einen Ausleger umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen einer Maximaldurchflussrate des von einer Hydraulikpumpe abgegebenen Hydrauliköls; Berechnen einer ersten Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags einer Betätigungsvorrichtung, die zum Antreiben mehrerer hydraulischer Aktoren betätigt wird, denen das von der Hydraulikpumpe abgegebene Hydrauliköl zum Antreiben des Arbeitsgeräts zugeführt wird, und einer Entfernung zwischen dem Löffel und einer Zielaushublandform; Berechnen einer zweiten Zielgeschwindigkeit des Arbeitsgeräts auf der Grundlage der Maximaldurchflussrate und des Betätigungsbetrags der Betätigungsvorrichtung und der Entfernung zwischen dem Löffel und der Zielaushublandform; und Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern der hydraulischen Aktoren auf der Grundlage einer kleineren von der ersten Zielgeschwindigkeit und der zweiten Zielgeschwindigkeit.