JP2007532808A - 作業機械を揺動させる方法 - Google Patents

Abstract

油圧源（１）と、前記作業機器を駆動するための油圧回路（２）と、前記油圧回路（２）に設けられ、前記作業機器の機能を制御するための電子的に制御される油圧バルブ（５）と、制御ユニット（４）に制御指令を伝達するための制御部材（３）からの信号に基づき前記油圧バルブ（５）を制御するための制御ユニット（４）とを含む装置により、作業機器の機能を装置により制御する方法であって、前記制御ユニット（４）は、円滑モード機能又は急激モード機能に応じて油圧バルブ（５）を制御する。前記油圧バルブ（５）を所定の開口量に開口するための開口時間が、一つの運転モード機能から他の運転モード機能に切り換えるときに変更される。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧力源と、作業機器を駆動するための流体回路と、作業機器の機能を制御するための流体回路に設けられた油圧バルブと、油圧バルブを、制御信号を制御ユニットに伝達するための制御部材からの制御信号に基づいて制御し、円滑モード機能又は急激モード機能に従って油圧バルブを制御するための制御ユニットを含む装置により作業機器の機能を制御するための方法に関する。

更に、本発明は、前記作業機器と前記装置を備えた作業機械に関する本発明による方法を実行するよう適用されたコンピュータプログラム製品に関する。

本発明は、一般的に作業機械に応用することができる。特に、それは積込機械にとっては好ましい。説明のために一つの応用例が以下に説明される。作業機器はどのような作業機器でもよいが、積込機械のバケットが好ましい。多くの異なる作業機能が本発明によって特定される方法と手段によって制御される。しかしながら、例示する目的で、積込機の傾け機能又は振動機能、或いはアースムーバ（土工機械）のバケットについて説明される。

バケットを備える機械、例えば、積込機械、土工機械及びパワーシャベルのようなものにおいて電子−油圧技術を使用するとき、通常はオペレータによって制御ユニットを介して生成される制御信号は、バケットの制御に使用される。そのために、信号を処理し、正常な状態で円滑な運転が行われるようにコンピュータ又は制御ユニットが配置される。したがって、バケットの制御などに使用されるバルブが起動されると、円滑なスタートや停止、安定性の改善及び機械的構造上及び油圧技術上に対する疲労ストレスの低減がなされるように、通常は、バケットの加速又は減速が減少させられる。しかしながら、バケットが揺動手段によりクリーンにされるときには、ある種の問題を生じる。

通常の機械においては、オペレータは、通常は、バケットを、泥を払い出すように前後に揺り動かすためにバケットを前後に急速に動かす。このバケットの運動は、オペレータが制御レバー、通常はレギュラーバケットチルトレバーを急速に前後に動かすことにより開始される。

Ｆｒａｎｃｉｓ他の特許文献１によると、それは電子−油圧機械のためのバケットシェークアウト機構として知られている。前記特許出願の開示を考慮しつつ本願の請求項１の導入部は適合されている。特許文献１によれば、バケット払い出し機構は、記憶装置に記憶され、円滑モードモジュールと急激モードモジュールからなるモード制御モジュールを含んでいる。急激モードモジュールは制御レバー又はジョイスティックレバーの特別の操作により起動される。急激モードモジュールを起動するときは、制御レバー特性が変えられ、これにより、円滑モードモジュールが起動されているときの対応する制御レバーの位置とは別に、与えられたレバーの変位が揺動させるために使用される油圧バルブの他の開口に応答するようにしている。それは、また、選択された操作モードモジュールに応じて変更された信号特性とも見られる。

したがって、上述の先行技術によれば、一つの操作モードから他のモードに切り換えるとき、与えられた制御パラメータが変更される。この場合、この変化は、与えられた制御レバーの変位量に対して増加された油圧バルブの開口の割合によってなされる、即ち、油圧バルブの最大の開口量は円滑モード運転から急激モード運転に切り換えたときに増加される。

米国特許出願公開第２００２／００６５５７５号明細書

本発明の一つの目的は、作業機械バケットのような機械の傾斜機能を制御するために使用することができ、また、急激モード運転における所望の早い応答と速度と、円滑モード運転における遅い応答を与える代替的な方法を提供することにある。この応答は、典型的には積込機械のバケットから構成される当該作業機器の移動を達成するために所定量の流体が油圧バルブを流れる割合によって定められる。

本発明の目的は、導入部によって述べられた方法の手段によって達成され、所定の開弁量に油圧バルブを開けるための開弁時間が一つの運転モード機能から他の運転モード機能に切り換えるときに変えられることを特徴としている。換言すれば、一つの運転モード機能から他に切り換えるとき、与えられた制御パラメータの組が変えられることであり、ランプ時間に関して言えば、油圧バルブが所定量だけ開弁するための時間が前記切換えに関連して変えられることである。

円滑モード機能から急激モード機能に切り換えるときは、油圧バルブが所定の量に開弁するための時間は短くされる。

一つの実施例によると、一つの運転モードから他の運転モードに切り換えるときは油圧バルブの最大開弁量が変えられる。すなわち、変えられるのはランプ時間だけではなく、開口量も変わるため、バルブを通る所定の流量はより迅速に達成され、また開口の端部に向かう流量はより多量となるため、二重の効果が得られる結果となる。

本発明によれば、一つの運転モード機能から他に切り換えるとき、制御部材の所定の位置に対応する油圧弁の開口量が変えられる。

円滑モード機能から急激モード機能に切り換えるときは開口量は増加することは理解できるであろう。

好ましい実施例によれば、制御部材は制御レバーであり、開始位置から人手により変位角ａに移動させられ、油圧弁の開口量がその変位角ａにより決定される。また、油圧バルブは、急激モード運転に切り換える指令を受ける制御ユニットに応答して、所定の開口量に変位角度とは独立して開口され、これにより、レバーの極めて小さい傾斜でも十分の所望の開口量を得られるようにすることも想像できる。制御レバーの表現は、また、所謂、日常のジョイスティックを含むことも理解できるであろう。

運転モード機能の選択は、制御部材が運転者によって前後に動かされるときの速度又は周期に基づいて実行されるのが好ましい。

本発明によれば、作業機器を駆動するための流体圧源によって与えられる圧力レベルは、円滑モード機能から急激モード機能に切り換えるとき増加される。これは、急激モードで運転する指令を受けたとき油圧バルブを通る流体の流れに作用させるために、単に、制御ユニットにより作業機器の油圧ポンプからより高い圧力を許容させることにより達成することができる。また、油圧バルブの上流の圧力レギュレータを制御することにより、又は前記ポンプの出力を直接に制御することによっても達成することができる。

本発明は、また、電子−油圧機械を含み、これは、既に定義されたように、装置とコンピュータプログラム製品を含むことを特徴とするものである。好ましくは、この機械は、積込機械であり、作業機器は傾斜することができるバケットであり、運転機能はバケットを傾ける機能である。

本発明の他の特徴と利点は以下の実施例の記載と添付の請求項から明らかになるであろう。

例を挙げて説明するため、本発明は添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。

図１は本発明による方法を適用するための装置の回路図を示す模式図である。この装置は、例えば油圧ポンプの流体圧源１、例えば、圧力流体を流すための管路からなる圧力流体回路２を含む。更に、この装置は、好ましくは制御レバーである制御部材３，制御ユニット又はコンピュータ４，バルブ５及び作業機器（図示せず）を直接に制御するための流体駆動のシリンダ−ピストンユニット６を含む。この装置は、また、流体回路２の低圧側をなすタンク７を含んでいる。更に、流体回路に通常は存在している付加的な要素をこの装置に含ませることができる。例えば、バルブ５は電気的に制御される流体圧減圧器（ソレノイド）１５，１６により予備的に制御されている。

本発明を適用するための装置は機械の作業機器を制御するために機械上に設けることが有利である。本発明の好ましい実施例によれば、機械はフロントエンドローダのような積込機であり、ここでは作業機器は、通常の運転では円滑に運転する必要があり、ある場合においては、より急激に運転、即ち、機器のより急速で急激な動きが必要となるようなものである。典型的には、この機器は運転者によって出されるマニュアルの指令により、本発明による装置によってバケットの揺動機能を適用することが要請され、同時に通常の運転において円滑な運転が確保されるようなバケットである。

この装置は、例えば、積込機のキャビン内にいるドライバーである運転者が、この場合前記キャビン内にある制御部材３を操作することにより信号、好ましくは電気信号を生成することにより機能し、制御ユニット４を経由する信号はバルブを制御するためにバルブに送られる。通常は、制御ユニット４は、円滑運転モード又は急変運転モードの作業機器の二つの運転モードのうちの一つを実行するために、前記信号を処理するか、あるいは、所定の制御パラメータのセットを決定するように設けられる。この目的のために、制御ユニット４には、円滑モード運転のための一つの制御アルゴリズム又は制御モジュールと、急激モード運転のための一つのアルゴリズム、又は制御モジュールを含むソフトウェアが備えられている。また、それは、一つは円滑モード運転、一つは急激モード運転用の二つの制御パラメータを含む制御ユニット、或いは一つの運転モード機能から他の運転モード機能に切り換わるとき変わる制御パラメータのセットとしてみることもできる。原則として、円滑運転モードは通常は自動的に実行されるため、急激モード運転がこのようにして選択される。

運転モードモジュール／操作モード機能を選択するためにいくつかの方法が提案される。これらのうち、下記のものを特に述べておく必要がある：制御部材は制御レバーであり、運転者はこれをある周期で何回にもわたり前後に引くが、これは制御ユニット４によって認識され、制御ユニットは急激モードに切り換えを行う；この装置は制御ユニット４に接続されている圧力ボタンを含み、そこで急激モードモジュールが起動される；この装置は制御ユニット４に連結されている圧力ボタンを含み、ここで急激モードモジュールは制御レバーが激しく使用されている限り起動状態となる；この装置は制御ユニット４に接続されている押しボタンを含んでいる。この急激モードモジュールは押しボタンが押されている間だけ起動状態となる；この装置は制御ユニット４に接続されている押しボタンを含み、ここでは、それが回転された状態で、それ自体、ボタンが押されたときにレバーが前後に引かれることに対応する制御信号を発生する。

図２ないし４は急激モード運転を行う別の方法を示す。図２は従来技術による装置について模式図であり、ここからは急激モード運転への切換えは、制御レバーの位置が制御されるバルブの他の開口量を生じ、図１に示された前述のタイプの装置シリンダーピストンへの圧力流体の流量を決定する限りにおいて、制御レバーの特性が変えられる結果となることは明らかである。しかしながら、単位時間当たりの開口面積の変化として考えたとき、バルブが開かれるときの速度は両方の運転モードに対しては同じである。即ち、人が何に注意を払うかによって、種々の制御特性又は種々の信号特性が存在する。図２のボックス８において、流量、もし好むならバルブの開口量が、制御パラメータの基本セットについて時間に対して点線で示されている。運転においては、ボックス１０で示され、制御ユニット４によって適用されるフィルタ機能は制御パラメータのセットに適用される。円滑モード運転ｍと急激モード運転ａについての流量−時間の曲線がボックス９に示されている。明らかなように、バルブ５を与えられた制御レバーの変位ａに対応する開口量に開弁するための時間であるランプ時間は変化せず、急激モード機能ａと円滑モード機能ｍに対しては同じである。

図３は本発明による方法の原理の第１の例を示し、これによると、同じ制御レバー特性が円滑モード機能と急激モード機能に対して適用している。即ち、円滑モード機能ｍと急激モード機能ａに対して同じ最大開口量が維持されている。図２におけるボックス８のように、ボックス１０は、所定の時間係数即ちバルブ５の開口のためのランプと共に制御パラメータの基本セットについての曲線を示している。制御ユニット４によって適用されるフィルタ機能がボックス１１によって示されている。円滑モード運転ｍか急激モード運転ａのいずれかが要請されたかによって、フィルタは異なる方法により機能し、これは、急激モード運転ａと円滑モード運転ｍについて夫々曲線がプロットされる図１２から明らかである。バルブの開口量についての時間係数であるランプ時間は、急激モード運転ａの方が円滑モード運転ｍより短い。即ち、制御パラメータ、より正確には時間係数は一つの運転モードから他に切り換わるとき変えられる。基本的には、本装置は、急激モード運転に対応して速い、即ち急速な基本的応答を与える。したがって、円滑モードモジュールによる円滑モード運転においては、制御ユニット４は、通常は、制御部材／レバー３からの信号を単一のフィルタ又はダイナミックフィルタ１１によって処理する。これは、例えば、バケットにより掘ったり、積み込んだりする通常運転において長いランプ時間で円滑運転を実行するためになされる。したがって、急激モード運転に切り換えるとき、フィルタ１１の適用、即ち制御信号の濾過は除かれるか減少される。したがって、制御部材３からの制御信号を濾過することなく、又は少ない濾過により急激モードモジュールが働く。

図４は本発明による方法の原理の第２の例を示す。この実施例は先行技術において提案されている変えられた制御レバー特性と本発明の原理を組み合わせたもので、急激モード運転と円滑モード運転とでランプ時間を異なるようにしている。この組合せは、本発明により運転に適合される、例えばバケットの制御及びバケット揺動機能のためのような、殆どの油圧回路について最も好ましい解決方法となるものである。ボックス１３において、制御パラメータの基本セットについて時間に対する流量が示されており、対応する急激モード運転ａと円滑モード運転ｍの曲線がボックス１５に示されている。円滑モード運転ｍは、バルブ開口量に関する限り、基本的に少ない制御レバー変位に応答する遅い運転がより長いランプ時間で使用されることを意味し、この場合、前述の実施例のようにボックス１１で示される手段により達成される。急激モードａにおいては、ボックス１３に示される基本セットと比較して最大の開口量と時間係数（ランプ）を夫々決定するパラメータの制限や変更は原則として存在しない。

添付の図面及びその説明によって支持された添付の請求項によって確定される本発明の範囲を離れることなく本発明の変形が当業者にとって明らかであることは理解できるであろう。

特に、異なるタイプの信号濾過の異なるタイプと組合せは本発明の範囲で可能である。これらの信号はアナログ又はデジタルであってもよい。

バルブ５に加わる圧力は、例えば、急激モード運転においては通常運転（穏やかモード運転）より高い圧力をポンプ１により負荷に対して供給することにより、急激モードに切り換えるとき増加される。これは、ポンプ１の出力を変えることにより、又はバルブ５の上流にある圧力調整器を制御することにより行うことができる。

ここで使用される運転モード機能の表現は“運転モード”、“作業方法”、“作業原則”などの表現と同等であることは理解されるべきである。

本発明に装置を示す回路図である。 従来技術における急激モードモジュールと円滑モードモジュールについての油圧バルブを流れる流量と時間との関係を示す図である。 本発明の一実施例の急激モードモジュールと円滑モードモジュールについての油圧バルブを流れる流量と時間との関係を示す図である。 本発明の他の実施例の急激モードモジュールと円滑モードモジュールについての油圧バルブを流れる流量と時間との関係を示す図である。

Claims (12)

1. 油圧源（１）と、
   作業機器を駆動するための油圧回路（２）と、
   前記油圧回路（２）に設けられ、前記作業機器の機能を制御するための電子的に制御される油圧バルブ（５）と、
   制御ユニット（４）に制御指令を伝達するための制御部材（３）からの信号に基づき前記油圧バルブ（５）を制御するための制御ユニット（４）とを含む装置により、
   作業機器の機能を装置により制御する方法であって、
   前記制御ユニット（４）は、円滑モード機能又は急激モード機能に応じて油圧バルブ（５）を制御し、
   前記油圧バルブ（５）を所定の開口量に開口するための開口時間が、一つの運転モード機能から他の運転モード機能に切り換えるときに変更されることを特徴とする、
   作業機器の機能を装置により制御する方法。
2. 前記油圧バルブ（５）を所定の開口量に開口するための開口時間が、円滑モード機能から急激モード機能に切り換えるときに短くされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記油圧バルブ（５）の最大開口量が、一つの運転モード機能から他の運転モード機能に切り換えるとき変更されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記制御部材（３）の所定の位置に対応する前記油圧バルブ（５）の開口量が、一つの運転モード機能から他の運転モード機能に切り換えるとき変更されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記開口量が、円滑モード機能から急激モード機能に切り換えるとき、増加されることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記制御部材（３）はマニュアルにより開始位置から所定の変位角ａに移動できるようにされた制御レバーであり、前記油圧バルブ（５）の開口量は前記変位角ａによって決定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 運転モード機能の選択は制御ユニット（４）により、制御部材（３）が運転者により前後に動かされる速度又は周期に基づいてなされることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記油圧源（１）によって供給される作業機器を駆動するための圧力レベルは、円滑モード機能から急激モード機能に切り換えるとき増加されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 積込機械に適用され、作業機器は傾斜可能なバケットであり、運転機能はバケットを傾斜させる機能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 請求項１乃至９のいずれかによる方法を前記作業機器と前記装置を備える作業機械に適用するように設けられるコンピュータプログラム製品。
11. 制御ユニット（４）の一部を形成することを特徴とする請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
12. 請求項１乃至９のいずれかに記載の方法を実施するための請求項１０又は１１によるコンピュータプログラム製品を含むことを特徴とする作業機械。

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