JP2001271372A

JP2001271372A - 掘削積込機械の作業機制御装置

Info

Publication number: JP2001271372A
Application number: JP2000085427A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ikari; 政典碇
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: JP4076200B2

Abstract

(57)【要約】【課題】常に適切なタイミングで掘削制御の開始を判
断する掘削積込機械の作業機制御装置を提供する。【解決手段】車両の掘削状態を検出する掘削状態検出
手段を有し、コントローラは、掘削状態検出手段から入
力される検出量に基づいて車両が掘削中であるか否かを
判断する負荷判断部と、ブームレバー操作量が所定の操
作量からゼロ値の変化したことを検出する操作量変化検
出部と、前記負荷判断部及び操作量変化判断部の判断に
基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定し出力する
自動掘削制御手段とを有し、車両が掘削中であると前記
負荷判断部が判断したとき、かつブームレバー操作量が
所定の操作量からゼロ値に変化したと前記操作量変化検
出部が検出したときに、自動掘削制御手段から自動掘削
指令値を各制御弁に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両前部に作業機
を有する掘削積込機械の作業機制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】掘削積込を行う建設機械として、車体の
前部にバケットを有して、主として破砕された岩石や土
砂等の積載物をバケットにより掘削してダンプトラック
等に積み込む作業を行なうホイールローダがある。図９
にホイールローダの側面図を示す。図９において、ホイ
ールローダ１は、走行自在な車体２の前部に昇降自在に
取着したブーム３と、ブーム３の先端部に上下方向に回
動自在に枢着されたバケット４とを有する作業機５を備
えている。ブーム３及びバケット４の操作は、車体２上
に搭載された運転室７内に設けられた、それぞれの操作
レバー（図示せず）によって行なわれる。積載物６を掘
削してバケット４に積み込む際には、積載物６の山に車
両を前進させながら、ブーム操作とバケット操作とを交
互に行なっている。なお、バケット操作において、バケ
ット４をピン８を中心にして図９において時計回り方向
に回転させることをチルトさせるという。

【０００３】このような掘削作業の際に、ブーム３のブ
ーム角度の変化に応じてバケット４のバケット角度を半
自動的に制御し、作業能率を向上させる技術があり、こ
の技術は、本願の出願人と同一出願人が出願した特願平
１０−２８８８５９号に示されている。同号によれば、
掘削時のブーム角度に対するバケット角度の関係を予め
記憶しておき、オペレータから制御開始信号が入力され
たときから、オペレータの操作するブーム角度に対して
バケット角度を記憶した関係になるように制御してい
る。即ち、バケット角度検出器の検出量が記憶した目標
とするバケット角度になるようにバケット角度を制御し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術には、次のような問題がある。従来技術によれ
ば、オペレータが制御開始を決定するようにしており、
熟練したオペレータならばこの制御開始時期を適切に判
断して掘削作業の効率を向上させることができる。しか
しながら、熟練度の低いオペレータによれば、掘削開始
時期を適切に判断することが困難で、制御開始時期の判
断が適切でないため作業効率が向上しなかったり、かえ
って制御によって作業効率が低下するという問題があ
る。

【０００５】本発明は、上記の問題に着目してなされた
ものであり、常に適切なタイミングで掘削制御の開始を
判断する掘削積込機械の作業機制御装置を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、第１発明は、ブームのリフトを制
御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御
するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令
するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出する
ブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御
するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制
御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度
を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量
を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバ
ー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基
づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケッ
トレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操
作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出
力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制
御装置において、車両の掘削状態を検出する掘削状態検
出手段を有し、コントローラは、掘削状態検出手段から
入力される検出量に基づいて車両が掘削中であるか否か
を判断する負荷判断部と、ブームレバー操作量が所定の
操作量からゼロ値の変化したことを検出する操作量変化
検出部と、前記負荷判断部及び操作量変化判断部の判断
に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定し出力す
る自動掘削制御手段とを有し、車両が掘削中であると前
記負荷判断部が判断したとき、かつブームレバー操作量
が所定の操作量からゼロ値に変化したと前記操作量変化
検出部が検出したときに、自動掘削制御手段から自動掘
削指令値を各制御弁に出力する構成としている。

【０００７】第１発明によれば、コントローラの負荷判
断部がバケットから車両に作用する負荷が所定値以上で
あると判断し、かつオペレータがブームレバーを操作し
てその後ブームレバーを中立位置に戻したことをコント
ローラが検出したときに、自動掘削を開始させる。熟練
オペレータが掘削開始時に行う「ブームレバーを操作し
た後に中立位置に戻す」という動作があったときに掘削
開始したときと判断しているので、常に確実に掘削開始
のタイミングを検出できる。

【０００８】第２発明は、第１発明の掘削積込機械の作
業機制御装置に基づいて、掘削状態検出手段は、車速を
検出する車速検出器及びエンジン回転速度を検出するエ
ンジン回転速度検出器とし、負荷判断部は、車速がエン
ジン回転速度に関する所定のカーブで示す値以下のとき
に車両が掘削中であると判断する構成としている。

【０００９】第２発明によれば、車速がエンジン回転速
度に応じた所定のカーブで示す値以下のときは、車両へ
の負荷が大きくて車速が大きくならない、即ち掘削中で
あると判断する。所定のカーブは、熟練オペレータによ
る掘削時に掘削中の車速データを収集して設定したカー
ブであるので、確実に掘削中であることを判断できる。

【００１０】第３発明は、第１発明の掘削積込機械の作
業機制御装置に基づいて、掘削状態検出手段は、アクセ
ルペダル操作量を検出するアクセルペダル操作量検出器
及びエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出
器とし、負荷判断部は、アクセルペダル操作量が所定操
作量以上、かつエンジン回転速度が所定回転速度以下の
ときに車両が掘削中であると判断する構成としている。

【００１１】第３発明によれば、アクセルペダル操作量
が所定操作量以上、かつエンジン回転速度が所定回転速
度以下のときは、アクセルペダルを踏み込んでいるにも
拘らず車両への負荷が大きくてエンジン回転速度が大き
くならない、即ち車両が掘削中であると判断する。所定
操作量及び所定回転速度は、熟練オペレータによる掘削
中のアクセルペダル操作量データ及びエンジン回転速度
データを収集して設定した値であるので、確実に掘削中
であることを判断できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
に係る実施形態を詳細に説明する。まず、図１，２，３
により第１実施形態を説明する。図１にホイールローダ
１の作業機５の側面図を示す。ブーム３の基端部は車体
２にピン７により回動自在に取着され、車体２とブーム
３はブームシリンダ１０により連結されている。ブーム
シリンダ１０を伸長するとブーム３はピン７を中心とし
て回動して上昇し、縮小すると下降する。また、ブーム
３の先端部にはバケット４がピン８により回動自在に取
着され、バケット４とブーム３はリンク９を介してバケ
ットシリンダ１１により連結されている。バケットシリ
ンダ１１を伸長するとバケット４はチルトし、縮小する
とダンプする。

【００１３】上記のような作業機５において、ブーム角
度θｍは、ピン７とピン８とを結ぶ線Ａ−Ａと、ピン７
を通る鉛直線Ｂ−Ｂとの成す角度θｍで表される。ブー
ム３の基端部のピン７部にブーム角度θｍを検出するブ
ーム角度検出器４０が取着されている。ブーム角度θｍ
は、鉛直線Ｂ−Ｂをゼロ度としてピン７を中心にして図
１の時計回り方向を正の角度として検出する。また、バ
ケットシリンダ１１には、バケットシリンダ１１のスト
ロークエンドを検出するストロークエンド検出器４６が
取着されている。図２に、本実施形態の自動掘削制御装
置の制御系統図を示す。作業機油圧ポンプ１２の吐出回
路１６上に介装された油圧パイロット式のブーム制御弁
１３とバケット制御弁１４とは、それぞれブームシリン
ダ１０とバケットシリンダ１１とに接続され、タンデム
回路を構成している。ブーム制御弁１３はＡ（ブーム上
昇）位置、Ｂ（中立）位置、Ｃ（ブーム下降）位置、Ｄ
（浮き）位置を有する４位置切換弁であり、バケット制
御弁１４はＥ（チルト）位置、Ｆ（中立）位置、Ｇ（ダ
ンプ）位置を有する３位置切換弁である。

【００１４】ブーム制御弁１３及びバケット制御弁１４
のパイロット受圧部は、それぞれ電磁比例指令弁２０を
介してパイロットポンプ１５と接続されている。電磁比
例指令弁２０は、ブーム下げ指令弁２１、ブーム上げ指
令弁２２、バケットダンプ指令弁２３及びバケットチル
ト指令弁２４により構成されている。ブーム下げ指令弁
２１及びブーム上げ指令弁２２は、ブーム制御弁１３の
各パイロット受圧部に接続され、バケットダンプ指令弁
２３及びバケットチルト指令弁２４は、バケット制御弁
１４の各パイロット受圧部に接続されている。また、各
指令弁２１，２２，２３，２４のソレノイド指令部に
は、コントローラ２５からそれぞれの指令信号が入力さ
れている。

【００１５】ブームレバー３０には、ブームレバー操作
量Ｅｍを検出するブームレバー操作量検出器３１が取着
され、またバケットレバー３２には、バケットレバー操
作量Ｅｔを検出するバケットレバー操作量検出器３３が
取着されており、それぞれの検出信号はコントローラ２
５に入力されている。また、コントローラ２５には、ブ
ーム角度検出器４０からのブーム角度θｍ、エンジン回
転速度検出器４３からエンジン回転速度Ｎｅ及び車速検
出器４４からの車速Ｖがそれぞれ入力されている。な
お、エンジン回転速度検出器４３及び車速検出器４４
は、車両の掘削状態を検出する手段である。

【００１６】運転室側部の図示しない操作パネルには、
オペレータが操作する自動掘削制御を行なうか否かを設
定するオートチルト設定スイッチ３６が設けられてお
り、オートチルト設定スイッチ３６から出力されるオー
トチルト信号Ｃａは、コントローラ２５に入力されてい
る。なお、オートチルト信号Ｃａは、オペレータがオン
操作したときにオン信号「１」を出力する。なお、オン
操作しないときには、オフ信号「０」を出力する。バケ
ットレバー３２には、変速レバー（図示せず）を操作す
ることなく前進２速から前進１速に変速可能なキックダ
ウンスイッチ３５が設けられている。オペレータがオン
操作したときにキックダウン信号Ｃｋはオン信号「１」
をコントローラ２５に出力すると共に、図示しない変速
制御装置に指令して前進１速に変速する。なお、オン操
作しないときには、キックダウン信号Ｃｋはオフ信号
「０」を出力する。ストロークエンド検出器４６から、
ストロークエンド信号Ｃｅがコントローラ２５に入力さ
れていて、バケットシリンダ１１のストロークがストロ
ークエンドまでの所定距離（例えば５ｍｍ）に達したと
きに、ストロークエンド信号Ｃｅはオン信号の「１」を出
力する。所定距離に達しないときにはオフ信号「０」を
出力する。

【００１７】また、オペレータが前後進を指令する前後
進レバー（図示せず）の近傍に前後進検出器４７が取着
され、前後進検出器４７から前進信号Ｃｆが、コントロ
ーラ２５に入力されている。前進信号Ｃｆは、前進時に
オン信号「１」を出力する。なお、ニュートラル時及び
後進時には、オフ信号「０」を出力する。さらに、オペ
レータが操作し、土質、作業条件等から最適の掘削モー
ドを選択するモード選択釦４２が、運転室側部の図示し
ない操作パネルに配設されている。オペレータは、積載
物６が柔らかくて掘削抵抗が小さいときにオフ信号
「０」、硬くて掘削抵抗が大きいときにオン信号「１」
の選択信号Ｃｃをモード選択釦４２から入力し、選択信
号Ｃｃは、コントローラ２５に入力されている。

【００１８】次に、図２に基づいてオートチルト設定ス
イッチ３６をオン操作しないで通常運転する場合の作動
を説明する。オペレータがブームレバー３０又はバケッ
トレバー３２を操作すると、コントローラ２５には、ブ
ームレバー操作量検出器３１及びバケットレバー操作量
検出器３３からブームレバー操作量Ｅｍ及びバケットレ
バー操作量Ｅｔが入力され、コントローラ２５は、この
操作量信号に応じた作業機速度制御指令を各指令弁２
１，２２，２３，２４に出力する。各指令弁２１，２
２，２３，２４は、この作業機速度制御指令の大きさに
応じた圧力の各パイロット油圧を、対応するブーム制御
弁１３又はバケット制御弁１４のパイロット受圧部に出
力する。これによって、ブームシリンダ１０又はバケッ
トシリンダ１１は、それぞれのパイロット油圧に応じた
速度で対応する方向に作動する。

【００１９】次に、コントローラ２５の図３，５に示す
制御フローチャート及び図４に示す掘削領域説明図によ
り、本実施形態に係る自動掘削制御装置の作動を説明す
る。なお、制御フローチャートの各処理のステップ番号
をＳを付して表わし、Ｓ１〜Ｓ６を図３に、Ｓ７〜Ｓ１
５を図５にそれぞれ示す。Ｓ１にて、（１）オートチル
ト信号Ｃａがオン信号「１」、（２）前進信号Ｃｆがオン
信号「１」、（３）ブーム角度θｍが所定のブーム角度下
限値θｍ１よりも小さい、（４）キックダウン信号Ｃｋ
がオン信号「１」、（５）ブームレバー操作量Ｅｍが所
定のブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも大きい、の
５項目を全て満足するときはＳ２の処理に移る。５項目
の内１項目でも満足しないときには、Ｓ１の処理を繰り
返す。なお、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操
作量下限値Ｅｍ１以下のときには制御弁への指令値はゼ
ロ値であり、ブームレバー操作量下限値Ｅｍ１より大き
く所定のブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも小さい
ときには、操作量に応じてブーム指令弁２１，２２への
制御指令値は大きくなり、ブームレバー操作量上限値Ｅ
ｍ２以上のときには、ブーム指令弁２１，２２への制御
指令値はブームレバー操作量上限値Ｅｍ２のときの制御
指令値を保持する。

【００２０】Ｓ２にて、車速Ｖが所定のエンジン係数ｋ
にエンジン回転速度Ｎｅとの積よりも小さいか否かを判
断する。エンジン係数ｋは、図４に示すように、車速Ｖ
が前記積よりも小さいときには掘削中であり、車速Ｖが
前記積以上のときには掘削中ではないことを区別する直
線の勾配である。なお、エンジン係数ｋは、熟練オペレ
ータによる掘削時に掘削中の車速データを収集して設定
した値である。車速Ｖが前記積よりも小さいときにはＳ
３の処理に移り、前記積以上のときにはＳ２の繰り返
す。なお、Ｓ２を負荷第１判断部４８と呼ぶ。Ｓ３に
て、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量上限
値Ｅｍ２よりも大きいか否かを判断する。大きいときに
はＳ４の処理に移り、ブームレバー操作量上限値Ｅｍ２
以下のときにはＳ５の処理に移る。Ｓ４にて、ブーム角
速度θｍｄがゼロ値か否かを判断し、ゼロ値のときには
Ｓ７の処理に移り、ゼロ値でないならばＳ６の処理に移
る。

【００２１】Ｓ５では、ブームレバー操作量Ｅｍがブー
ムレバー操作量下限値Ｅｍ１以上の値からゼロ値に戻っ
たか否かを判断する。ゼロ値に戻ったのであればＳ７の
処理に移り、ゼロ値に戻っていないならばＳ６の処理に
移る。なお、Ｓ５を判断する構成要素を操作量変化検出
部５０と呼ぶ。Ｓ６にて、ブームレバー操作量Ｅｍの値
をもつブーム制御指令値Ｖｍと、バケットレバー操作量
Ｅｔの値をもつバケット制御指令値Ｖｔとを電磁比例指
令弁２０にそれぞれ出力し、Ｓ２の処理に戻る。Ｓ７に
て、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限
値Ｅｍ１よりも小さいか否かを判断する。小さいときに
はＳ８の処理に移り、ブームレバー操作量下限値Ｅｍ１
以上のときには、Ｓ１１の処理に移る。なお、Ｓ７以降
Ｓ１５までを自動掘削制御手段５１と呼ぶ。Ｓ８にて、
ゼロ値のブーム制御指令値Ｖｍを電磁比例指令弁２０に
出力し、Ｓ９の処理に移る。Ｓ９にて、エンジンのハイ
アイドル回転速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除し
た値と所定のバケット流量係数αｔとの積をバケット流
量加算値Ｑｔとする。バケット流量係数αｔは、％で示
す値とするので、バケット流量加算値Ｑｔも％で示す値
となる。そして、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット
流量加算値Ｑｔを加算した値をバケット制御指令値Ｖｔ
と設定し、Ｓ１０の処理に移る。

【００２２】Ｓ１０にて、エンジンのハイアイドル回転
速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除した値と所定の
ブーム流量係数αｍとの積をブーム流量変更値Ｑｍとす
る。ブーム流量係数αｍは、％で示す値とするので、ブ
ーム流量変更値Ｑｍも％で示す値となる。そして、ブー
ム流量変更値Ｑｍの値をもつバケット制御指令値Ｖｔを
電磁比例指令弁２０に出力してＳ１１の処理に移る。Ｓ
１１にて、ブームレバー操作量Ｅｍに応じて変化するバ
ケット流量変数αｔｖを演算する。次に、エンジンのハ
イアイドル回転速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除
した値と演算したバケット流量変数αｔｖとの積をバケ
ット流量加算値Ｑｔとする。そして、バケットレバー操
作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値をバケ
ット制御指令値Ｖｔに設定し、Ｓ１２の処理に移る。

【００２３】Ｓ１２にて、モード選択信号Ｃｃがオフ信
号「０」か否かを判断する。オフ信号「０」であればＳ
１３の処理に移る。オフ信号「０」でなければ、Ｓ１４
の処理に移る。Ｓ１３にて、Ｓ９又はＳ１１で設定した
バケット制御指令値Ｖｔを、所定の時間Ｔ１（例えば５
秒）だけ電磁比例指令弁２０に出力し、Ｓ１５の処理に
移る。Ｓ１４にて、Ｓ９又はＳ１１で設定したバケット
制御指令値Ｖｔと、所定のチルトオン時間ΔＴとを有す
るパルスをチルト周期Ｔ２で２回だけ電磁比例指令弁２
０に出力してＳ１５の処理に移る。Ｓ１５にて、（１）
前進信号Ｃｆがオフ信号「０」、（２）ストロークエン
ド信号Ｃｅがオン信号「１」、（３）ブーム角度θｍが
所定のブーム角度上限値θｍ２よりも大きい、（４）チ
ルト回数Ｎｔが所定のチルト回数閾値Ｎｔｍ以上、の４
項目の内、１項目でも満足した場合に自動掘削制御の完
了となる。４項目共に満足しないときには、Ｓ７の処理
に戻る。なお、チルト回数Ｎｔは、Ｓ７の処理を実行し
た回数とする。

【００２４】ここで、熟練オペレータによる掘削開始時
の操作パターンを説明する。オペレータが、車両１のバ
ケット４の刃先を積載物６に食い込ませると、刃先から
車体にかかる水平抵抗力が大きくなって車速Ｖが低下し
てくる。車速Ｖが、図４の斜線部に示す掘削領域になる
と、熟練したオペレータは、まず最初にブームレバー３
０を操作してブーム３を上昇させて水平抵抗力を小さく
しようとする。

【００２５】次に、本実施形態の作用及び効果を説明す
る。制御フローチャートにおいて、オートチルト設定ス
イッチ３６がオン操作されていて、前後進レバーが前進
位置にあり、ブーム角度θｍがブーム角度下限値θｍ１
以下であり、キックダウンスイッチ３５がオン操作され
ていて、かつブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操
作量下限値Ｅｍ１よりも大きいときに車速Ｖが図４の斜
線部に示す掘削領域に入ったか否かを判断する（Ｓ１，
Ｓ２）コントローラ２５は、車速Ｖが掘削領域に入った
ときに、オペレータがブームレバー３０をブームレバー
操作量上限値Ｅｍ２よりも大きく操作して、ブーム３を
早く上昇させようとしているか否かを判断する（Ｓ
３）。掘削領域は、熟練オペレータによる掘削時に得ら
れた実車データに基づいて設定されている。ブームレバ
ー３０がブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも大きく
操作している場合に、コントローラ２５は、ブーム角速
度θｍｄがゼロ値か否かによってブーム３の油圧回路が
リリーフしているか否かを判断する（Ｓ４）。ブームレ
バー３０を大きく操作してブーム３を上昇させようとし
たにも拘らず油圧回路がリリーフしていると、もはやブ
ーム３が上昇していないので水平抵抗力を低減できな
い。そして、バケット４のチルトによって水平抵抗力を
低減するために自動掘削制御の開始のステップに移る。

【００２６】ブーム３の油圧回路がリリーフしていない
ときには、ブームレバー操作量Ｅｍの値をもつブーム制
御指令値Ｖｍ及びバケットレバー操作量Ｅｔの値をもつ
バケット制御指令値Ｖｔを電磁比例指令弁２０に出力
し、オペレータのレバー操作量通りにブーム及びバケッ
トを操作する。そして、車速Ｖがまだ掘削領域にあるか
否かを判断する。オペレータがブームレバー３０をブー
ムレバー操作量上限値Ｅｍ２以下の量を操作している場
合に、コントローラ２５は、ブームレバー３０のブーム
レバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以
上からゼロ値に戻ったか否かを判断する（Ｓ５）。ゼロ
値に戻っていれば、自動掘削制御の開始のステップに移
る。また、ブームレバー操作量Ｅｍがゼロ値に戻ってい
ないときには、掘削開始の意志表示はまだないと判断
し、オペレータの操作レバー通りにブーム３及びバケッ
ト４を操作する。そして、車速Ｖがまだ掘削領域にある
か否かを判断する。

【００２７】このように、水平抵抗力が大きくなって、
車速Ｖが掘削領域に入ったときに、ブームレバー操作量
Ｅｍがブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以上も操作され
ているのにバケット４が上昇しないときには、バケット
４の刃先が硬い地面に食い込んだような状態であると判
断し、自動掘削制御を開始させる。また、車速Ｖが掘削
領域に入っていてオペレータが大きくブーム３を上昇さ
せようとする意志のない、ブームレバー操作量Ｅｍがブ
ームレバー操作量上限値Ｅｍ２以下の場合に、ブームレ
バー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以上
からゼロ値に戻ったときに、自動掘削制御を開始させ
る。これにより、車速Ｖが掘削領域に入ったとき、かつ
ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅ
ｍ１以上からゼロ値に戻ったときが掘削開始の意思表示
であるとする熟練オペレータの操作手順を取り込んでい
るので常に適切なタイミングで自動掘削制御を開始でき
る。

【００２８】自動掘削制御の開始が決定されると、ブー
ムレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１
以下のとき（Ｓ７）には、オペレータはブーム３を上昇
させる意志はないと判断し、ゼロ値のブーム制御指令値
Ｖｍを指令弁２１，２２に出力してブーム３を上昇させ
ない（Ｓ８）。バケット制御指令値Ｖｔについては、バ
ケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加
算した値とし、エンジン回転速度Ｎｅが小さくなるに従
って大きな％になるようなバケット流量加算値Ｑｔを演
算する。そして、演算したバケット流量加算値Ｑｔをバ
ケットレバー操作量Ｅｔに加算したバケット制御指令値
Ｖｔをバケット４を作動させる指令弁２３，２４への指
令値と設定する。なお、演算されたバケット制御指令値
Ｖｔが１００％以上の値になるときは１００％に設定す
る（Ｓ９）。

【００２９】ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操
作量下限値Ｅｍ１よりも大きいときは、ブームレバー操
作量Ｅｍの替わりに、ブーム流量変更値Ｑｍをブーム制
御指令値Ｖｍとして指令弁２１，２２に出力してブーム
３を上昇させる。ブーム流量変更値Ｑｍは、エンジン回
転速度Ｎｅが小さくなるに従って大きな％になるように
演算される。なお、演算されたブーム流量変更値Ｑｍが
１００％以上の値になるときは１００％とする。そし
て、演算したブーム流量変更値Ｑｍをブーム制御指令値
Ｖｍに設定する（Ｓ１０）。一方、ブームレバー操作量
Ｅｍに応じて変化するバケット流量変数αｔｖを求め、
エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍを現在のエンジ
ン回転速度Ｎｅで除した値とバケット流量変数αｔｖと
の積をバケット流量加算値Ｑｔとする。そして、バケッ
トレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算し
た値をバケット制御指令値Ｖｔに設定する（Ｓ１１）。

【００３０】次に、オペレータの操作するモード選択釦
４２から入力されるモード選択信号Ｃｃを判断する（Ｓ
１２）。積載物６の掘削抵抗力が小さいときにはオフ信
号「０」、硬くて掘削抵抗の大きいときにはオン信号
「１」がコントローラ２５に入力されている。モード選
択信号Ｃｃがオフ信号「０」のとき、予め設定されたバ
ケット制御指令値Ｖｔを所定の時間Ｔ１（例えば５秒）
だけ指令弁２３，２４に出力して、バケット４をバケッ
ト制御指令値Ｖｔに対応した速度及び時間Ｔ１に応じた
角度チルトさせる（Ｓ１３）。また、オン信号「１」の
ときには、予め設定されたバケット制御指令値Ｖｔを所
定のΔＴだけ２回、パルス的に指令弁２３，２４に出力
して、バケット４を振動させながらチルトさせる（Ｓ１
４）。なお、ブーム制御指令値Ｖｍ及びバケット制御指
令値Ｖｔを自動掘削指令値と呼ぶ。そして、ストローク
エンド信号Ｃｅがオン信号「１」のときに自動掘削制御
は完了する（Ｓ１５）。

【００３１】なお、本実施形態では、掘削中か否かを図
４に示すようなエンジン回転速度に関する直線により判
断しているが、直線ではなく曲線であっても何ら差し支
えない。

【００３２】次に、図６，７，８により第２実施形態を
説明する。図６に示す制御系統図において、第１実施形
態で説明した図２の制御系統図の車速検出器４４の替わ
りにアクセルペダル操作量Ａを検出するアクセルペダル
操作量検出器４５が設けてあり、検出されたアクセルペ
ダル操作量Ａはコントローラ２５に入力されている。ア
クセルペダル操作量検出器４５の他は図２と同一の構成
要素であるので、ここでは説明を省略する。なお、アク
セルペダル操作量検出器４５は、車両の掘削状態を検出
する掘削状態検出手段である。本実施形態の制御フロー
チャートは、第１実施形態で説明した図３の負荷第１判
断部４８を図７に示す負荷第２判断部４９に変更したの
みで、残りのフローは図３と同一である。負荷第２判断
部４９は、処理ステップＳ１６を有していて、（１）ア
クセルペダル操作量Ａがアクセルペダル操作量閾値Ａｊ
よりも大きく、（２）エンジン回転速度Ｎｅがエンジン
回転速度閾値Ｎｅｊよりも小さい、の２項目を共に満足
すれば図３のＳ３の処理に移る。１項目でも満足しない
ときにはＳ１６の処理を繰り返す。アクセルペダル操作
量閾値Ａｊ、エンジン回転速度閾値Ｎｅｊは、熟練オペ
レータによる掘削中のアクセルペダル操作量データ及び
エンジン回転速度データを収集して設定した値であり、
予めコントローラ２５に記憶されている。また、各値の
関係を図８に示す。アクセルペダルをアクセルペダル操
作量閾値Ａｊまで踏み込んでいるにも拘らず、エンジン
回転速度Ｎｅが大きくならないときに掘削中であると判
断している。

【００３３】本実施形態の作用及び効果を説明する。ア
クセルペダル操作量Ａ及びエンジン回転速度Ｎｅが掘削
領域に入ったとき、かつブームレバー操作量Ｅｍがブー
ムレバー操作量下限値Ｅｍ１以上からゼロ値に戻ったと
きが掘削開始の意思表示であるとする熟練オペレータの
操作手順を取り込んでいるので常に適切なタイミングで
掘削の制御を開始できる。なお、自動掘削制御に入った
後の処理方法における作用及び効果は、第１実施形態と
同一であるので説明を省略する。

【００３４】以上、本発明によれば、バケットから車両
に作用する負荷が所定値以上のとき、かつブームレバー
を操作してバケットを上昇させた後、ブームレバーを中
立に戻したことを検出したときに、自動掘削を開始させ
る。熟練オペレータが掘削開始時に行う「ブームレバー
を操作してバケットを上昇させた後、ブームレバーを中
立に戻す」という操作パターンを制御フローに織り込
み、この動作があったときに掘削開始したときと判断し
ているので、常に確実に掘削開始のタイミングを検出で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る作業機の構成図である。

【図２】第１実施形態に係る制御系統図である。

【図３】第１実施形態に係る制御フローチャートの掘削
開始判断部である。

【図４】車速及びエンジン回転速度で示す掘削領域の説
明図である。

【図５】第１実施形態に係る制御フローチャートの自動
掘削制御部である。

【図６】第２実施形態に係る制御系統図である。

【図７】第２実施形態に係る掘削中の判断回路である。

【図８】アクセルペダル操作量及びエンジン回転速度で
示す掘削領域の説明図である。

【図９】ホイールローダの側面図である。

【符号の説明】

１…ホイールローダ、３…ブーム、４…バケット、５…
作業機、６…積載物、１０…ブームシリンダ、１１…バ
ケットシリンダ、１２…作業機油圧ポンプ、１３…ブー
ム制御弁、１４…バケット制御弁、２０…電磁比例指令
弁、２１…ブームリフト指令弁、２２…ブームダウン指
令弁、２３…バケットダンプ指令弁、２４…バケットチ
ルト指令弁、２５…コントローラ、３０…ブームレバ
ー、３１…ブームレバー操作量検出器、３２…バケット
レバー、３３…バケットレバー操作量検出器、３５…キ
ックダウンスイッチ、３６…オートチルト設定スイッ
チ、４０…ブーム角度検出器、４１…バケット角度検出
器、４２…モード選択釦、４３…エンジン回転速度検出
器、４４…車速検出器、４５…アクセルペダル操作量検
出器、４６…ストロークエンド検出器、４７…前後進検
出器、４８…負荷第１判断部、４９…負荷第２判断部、
５０…操作量変化検出部、５１…自動掘削制御手段、Ｖ
…車速、Ｎｅ…エンジン回転速度、θｍ…ブーム角度、
θｔ…バケット角度、θｍｄ…ブーム角速度、Ｅｍ…ブ
ームレバー操作量、Ｅｔ…バケットレバー操作量、Ｑｍ
…ブーム流量変更値、Ｑｔ…バケット流量加算値、Ｖｍ
…ブーム制御指令値、Ｖｔ…バケット制御指令値、Ｃｆ
…前進信号、Ｃａ…オートチルト信号、Ｃｅ…ストロー
クエンド信号、Ｃｋ…キックダウン信号、Ｃｓ…セミオ
ート掘削信号、Ｃｃ…モード選択信号、ｋ…エンジン係
数、Ａ…アクセルペダル操作量、Ａｊ…アクセルペダル
操作量閾値、Ｎｔ…チルト回数、αｍ…ブーム流量係
数、αｔ…バケット流量係数、αｔｖ…バケット流量変
数、Ｎｅｊ…エンジン回転速度閾値。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブームのリフトを制御するブームシリン
ダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検
出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバー
と、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作
量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー
操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力
し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケッ
トレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット
制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械
の作業機制御装置において、車両の掘削状態を検出する掘削状態検出手段を有し、コントローラは、掘削状態検出手段から入力される検出
量に基づいて車両が掘削中であるか否かを判断する負荷
判断部と、ブームレバー操作量が所定の操作量からゼロ
値の変化したことを検出する操作量変化検出部と、前記
負荷判断部及び操作量変化判断部の判断に基づいて各制
御弁への自動掘削指令値を設定し出力する自動掘削制御
手段とを有し、車両が掘削中であると前記負荷判断部が判断したとき、
かつブームレバー操作量が所定の操作量からゼロ値に変
化したと前記操作量変化検出部が検出したときに、自動
掘削制御手段から自動掘削指令値を各制御弁に出力する
ことを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
【請求項２】請求項１記載の掘削積込機械の作業機制
御装置において、掘削状態検出手段は、車速を検出する車速検出器及びエ
ンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出器と
し、負荷判断部は、車速がエンジン回転速度に関する所定の
カーブで示す値以下のときに車両が掘削中であると判断
することを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
【請求項３】請求項１記載の掘削積込機械の作業機制
御装置において、掘削状態検出手段は、アクセルペダル操作量を検出する
アクセルペダル操作量検出器及びエンジン回転速度を検
出するエンジン回転速度検出器とし、負荷判断部は、アクセルペダル操作量が所定操作量以
上、かつエンジン回転速度が所定回転速度以下のときに
車両が掘削中であると判断することを特徴とする掘削積
込機械の作業機制御装置。