JP2012067460A - 作業機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ショベルの表示器に表示される表示項目は、機種グループあるいは個別の機種ごとに異なっているばかりでなく、その表示制御装置に各種信号を供給するワイヤハーネスも、機種グループあるいは個別の機種ごとに構造が異なってくるという煩雑さがあった。
【解決手段】油圧ショベルの機種を特定するためのアナログ電圧Ａi０およびデジタル情報Ｄi０，Ｄi１を機種別ユニットＵＮＴから機種判定部６２に供給することにより、アナログ電圧Ａi０およびデジタル情報デジタル情報Ｄi０，Ｄi１に基づいて機種コードを判定するので、その機種コードに対応して予め設定されている表示項目を表示器に表示させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、建設機械あるいは物資運搬機械などの作業機械に搭載されている制御装置に関するものである。

従来から、表示すべき複数モードの各種表示情報を切り替えて表示できるようにした建設機械の表示器が知られている（特許文献１）。この特許文献１では、車両の状態や操作指示信号に応じて仕業点検に関する項目、暖機点検に関する項目、車体異常に関する項目、車体のメインテナンスに関する項目、積載重量に関する項目、車体稼働に関する項目など複数の表示画面を１つの表示画面上に切り替え表示するようにしている。また、建設機械の動作状態又は周囲環境に関わる状態量を検出するセンサを用いて表示器に警報表示または故障表示を行うことが知られている（特許文献２）。

特開平５−２８８６４８号公報 特開２００５−８２９６１号公報

しかしながら、機種グループあるいは個別の機種ごとに表示器の表示項目が異なってくるばかりでなく、その表示制御装置に接続されているワイヤハーネスも、機種グループあるいは個別の機種ごとに構造が異なっているという煩雑さがあった。こういった煩雑さは表示制御装置に限らず、建設機械を含む作業機械に搭載されている操作レバー用制御装置・流量制御装置といった各種の制御装置にも当てはまる問題であった。

本発明に係る作業機械の制御装置は、作業機械の機種を特定するためのアナログ電圧およびデジタル情報を出力する機種特定ユニットと、その機種特定ユニットを装着することによりアナログ電圧およびデジタル情報を入力し、作業機械の機種に対応した機種コードを判定する機種判定手段と、機種コードに対応して予め設定されている制御項目を、所定の駆動部に実行させる制御手段とを備えている。

本発明によれば、作業機械の機種を特定する機種特定ユニットを交換することにより制御すべき態様を決定することができるので、作業機械に搭載するワイヤ類および電装品の多くを共通化することができるのみならず、ソフトウェアユニットの共通化を増進することができる。

本発明の一実施の形態による油圧ショベル全体を示す側面図である。 図１に示した油圧ショベルに搭載されている運転室の内部を示した図である。 図１に示した油圧ショベルの表示制御装置を示すブロック図である。 図３に示したブロック図のうち、機種判定部および機種別ユニットの回路構成を詳細に示した回路図である。 機種判定部に供給されるアナログ電圧Ａi０およびデジタル信号Ｄi０，Ｄi１と、機種ごとに割り当てられている機種コードとの関連を示す図である。 機種コードに対応して設定される表示項目を示す図である。 機種判定部において実行される機種判定プログラムのメインルーチンを示すフローチャートである。 機種判定部において実行される機種判定プログラムのメインルーチンを示すフローチャートである。 機種グループＡ群の機種コードを判別するためのサブルーチンを示すフローチャートである。 機種判定部および機種別ユニットの他の回路構成を示す回路図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜実施の形態＞
図１は、本発明の一実施の形態による油圧ショベル全体を示す側面図である。本図において、下部走行体１０は、クローラ１１およびクローラフレーム１２、各クローラ１１を独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３，１４およびその減速機構（図示せず）を備えている。上部旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられたエンジン２２と、下部走行体１０に対して上部旋回体２０を旋回駆動させるための油圧モータ２６とを備えている。

上部旋回体２０には、起伏可能なブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転自在に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６とを含んだショベル機構（多関節型フロント作業部）３０が搭載されている。上部旋回体２０の旋回フレーム２１上には、ブームシリンダ３２，アームシリンダ３４，バケットシリンダ３６を駆動制御するための油圧ポンプおよび油圧制御弁を備えた油圧制御システム４０が搭載されている。上部旋回体２０の左前部には運転室（キャブ）４５が設けられている。

図２は、運転室（キャブ）の内部を示している。運転室４５には、オペレータが着座する運転席４６が設けられており、この運転席４６の前側には左，右の走行レバー４７Ａ，４７Ｂが立設されている。運転席４５の左，右両側にはコンソール４８Ａ，４８Ｂがそれぞれ設けられており、これらのコンソール４８Ａ，４８Ｂには左，右の操作レバー４９Ａ，４９Ｂが設けられている。オペレータは、走行レバー４７Ａ，４７Ｂを傾転操作することによって油圧ショベルを走行させることができる。また、操作レバー４９Ａ，４９Ｂを傾転操作することによって上部旋回体２０を旋回させること、フロント作業部３０のブーム３１，アーム３３およびバケット３５を起伏動させること、ができる。

種々の動作モードに対応した表示を行う表示器（マルチモニタ）５０は、運転席４６に着座したオペレータが見易い位置に取り付けられている。表示器５０には、予め設定されている表示項目（図６において更に説明する）が表示される。例えば、図示しない後方監視カメラによるモニタ画面、および、運転状態を報知するための情報（例えば、燃料の残量を示す燃料計，エンジン冷却水の温度を示す水温計，車両の稼働時間を示すアワーメータ，各種の警報ランプ）を表示するのみならず、保守点検のための表示を行う。これらの表示項目は、油圧ショベルの機種毎に異なっており、それらの表示項目は以下に詳述する機種判別の結果に基づいて選択される。

図３は、図１に示した油圧ショベルの電気的制御系統のうち、本実施の形態に関連した表示制御装置６０を示すブロック図である。この表示制御装置６０には、第１のコネクタＡおよび第１のワイヤハーネスＷＨ１を介して入力されたアナログ電圧およびデジタル電圧（図４において詳述する）に基づいて、油圧ショベルの機種を判定する機種判定部６２を備えている。機種判定部６２のＣＰＵ６２Ａは、ＲＯＭ６２Ｂに内蔵されている機種判定プログラムに従って、機種判定処理を実行する（図６〜図９を参照して後に詳述する）。第１のコネクタＡに接続される第２のコネクタＢは機種別ユニットＵＮＴ（図４において詳述する）に取り付けられており、工場出荷時あるいは保守点検時に表示装置６０に接続される。

表示制御装置６０には、機種判定部６２から出力された機種判定信号を入力する表示項目設定部６４が備えられており、ＲＯＭ６４Ａに記憶されているテーブルコードデータ（図６参照）に基づいて、表示器５０に表示させる表示項目を選択する。表示項目設定部６４からの出力信号は、表示ドライバ６８に入力される。

表示制御装置６０に含まれている表示データ処理回路６６は、第３のコネクタＣおよび第２のワイヤハーネスＷＨ２を介して外部（すなわち、第４のコネクタＤ）から供給される画像データ・制御コードを入力し、表示ドライバ６８に表示データを出力するための信号処理を行う。第４のコネクタＣには、油圧ショベルに搭載されている他の制御装置あるいはモニタ用カメラ・各種センサ（いずれも図示せず）から図示しない通信ネットワークを介して各種の信号が供給されているが、本実施の形態とは直接関係がないので説明は省略する。表示データ処理回路６６から出力された信号は、表示ドライバ６８に入力される。

表示ドライバ６８は、表示項目設定部６４により指定された表示項目と、表示データ処理回路６６から供給された表示用データとに基づいて、表示器５０に表示するための可視化信号処理を行う。なお、第１のワイヤハーネスＷＨ１および第２のワイヤハーネスＷＨ２は、図３では別個のワイヤハーネスとして描いてあるが、実際には、一体的に形成されたワイヤハーネス（図示せず）の一部である。

図４は、図３に示した機種判定部６２および機種別ユニットＵＮＴの回路構成を詳細に示している。図５は、機種判定部６２に供給されるアナログ入力Ａi０およびデジタル入力Ｄi０，Ｄi１と、機種ごとに割り当てられている機種コードとの対応関係を示している。まず、図４の機種別ユニットＵＮＴについて説明する。

機種別ユニットＵＮＴには、２つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２と、２つのオス型ギボシ端子ＧＢ１，ＧＢ２と、２つのメス型ギボシ端子ＧＢ３，ＧＢ４が含まれている。すなわち、機種別ユニットＵＮＴには受動素子のみが含まれており、電源あるいは能動素子を含むことなく、機種を特定するためのアナログ入力Ａi０およびデジタル入力Ｄi０，Ｄi１を機種判定部６２に供給する。そのために、まず機種判定部６２に内蔵されている＋５Ｖ電源から、コネクタＡの端子ＴＡ１およびコネクタＢの端子ＴＢ１を介して、直列接続された抵抗素子Ｒ１，Ｒ２に＋５Ｖが印加される。抵抗素子Ｒ２の他端は、コネクタＢの端子ＴＢ３およびコネクタＡの端子ＴＡ３を介して、機種判定部６２のグランドＧＮＤに接続される。直列接続された抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の共通接続点ＲＣは、コネクタＢの端子ＴＢ２およびコネクタＡの端子ＴＡ２を介して、機種判定部６２のＡ／Ｄ変換器６２Ｃの入力端に接続される。換言すると、共通接続点ＲＣに生じる電圧Ｖ_ＲＣがアナログ入力Ａi０となる。より正確には、機種判定部６２のＡ／Ｄ変換器６２Ｃから、デジタル化されたアナログ入力Ａi０がＣＰＵ６２Ａに供給される。

抵抗素子Ｒ１およびＲ２の抵抗値を適宜選択して＋５Ｖの分圧比を変化させることにより、共通接続点ＲＣの電圧Ｖ_ＲＣを、０．５Ｖ，１．５Ｖ，２．５Ｖ，３．５Ｖ，４．５Ｖのうちのいずれか一つに設定することができる。本実施の形態では、抵抗素子Ｒ１を可変抵抗としてあるが、分圧比を変化させるための回路構成であればどのような抵抗値を選択してもよいことは勿論である。例えば、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２の抵抗値を共に２ｋΩとした場合には、Ａi０＝２．５Ｖとなる。図５をみると、アナログ入力Ａi０＝２．５Ｖは、機種グループＣ群に含まれている３種類の機種（機種名Ｅ６０００，Ｅ７０００，Ｅ８０００）を含んでいることが分かる。ここで、上記の３機種を機種グループＣ群としてまとめた理由は、いずれの機種も電動モータを１基搭載した油圧ショベルであり、且つ、ワイヤハーネスを共用することができるという点に着目したからである。同様に、制御プログラムを含むソフトウェアの記憶領域についても、共通化できる部分は共用領域（図示せず）として搭載してある。

再び図４に戻ると、コネクタＢの端子ＴＢ３には、さらに２つのオス型ギボシ端子ＧＢ１，ＧＢ２が接続されている。コネクタＢの端子ＴＢ４には、１つのメス型ギボシ端子ＧＢ３が接続されている。コネクタＢの端子ＴＢ５には、１つのメス型ギボシ端子ＧＢ４が接続されている。そして、オス型ギボシ端子ＧＢ１をメス型ギボシ端子ＧＢ３に接続することにより、コネクタＡの端子ＴＡ４はグランドレベルとなるので、デジタル入力Ｄi０は論理０となる。これとは逆に、メス型ギボシ端子ＧＢ３をオープン状態とすることにより、コネクタＡの端子ＴＡ４はハイレベルとなるので、デジタル入力Ｄi０は論理１となる。同様に、オス型ギボシ端子ＧＢ２をメス型ギボシ端子ＧＢ４に接続することにより、コネクタＡの端子ＴＡ５はグランドレベルとなるので、デジタル入力Ｄi１は論理０となる。メス型ギボシ端子ＧＢ４をオープン状態とした場合には、コネクタＡの端子ＴＡ５はハイレベルとなるので、デジタル入力Ｄi１は論理１となる。

いま、アナログ入力Ａi０＝２．５Ｖであって、デジタル入力Ｄi０＝０，デジタル入力Ｄi１＝０となるように機種別ユニットＵＮＴを設定した場合には、図５から明らかなように、機種名Ｅ６０００（電動モータ１基搭載型の油圧ショベル）を特定することになる。なお、アナログ入力Ａi０を０．５Ｖから４．５Ｖまで１Ｖおきに設定した理由は、油圧ショベルが実際に稼働しているときに生じるノイズ環境を考慮したためである。また、図５に示した備考欄に見られるように、将来の機種増大に備えて、予備の欄を設けてある。

図５に示したように、アナログ入力Ａi０とデジタル入力Ｄi０，Ｄi１の組み合わせにより機種を判別することができる。機種判別の結果は、機種コードとして機種判定部６２から表示項目設定部６４（図３）に送られる。表示項目設定部６４では、機種コードに応じて、表示器５０に表示させる表示項目を選択する。具体的には、図６に示すテーブルデータをＲＯＭ６４Ａに記憶させておき、機種判定部６２から指定された機種コードに対応した表示項目を表示ドライバ６８に知らせる。表示ドライバ６８は、例えば、後方監視カメラによるモニタ画像を表示する画像ウィンドウ、燃料の残量を示す燃料計、エンジン冷却水の温度を示す水温計、車両の稼働時間を示すアワーメータ、各種の警報ランプ、保守点検用ウィンドなどの表示項目に従って、表示器５０の表示画面を形成する。

次に、図７〜図９を参照しながら、機種判定部６２のＣＰＵ６２Ａが実行する機種判定処理について説明する。この機種判定処理は、ＲＯＭ６２Ｂにプログラムの形態で記憶されている。
図７および図８は、機種判定プログラムのメインルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１では、アナログ入力Ａi０の電圧値を検出する。ステップＳ２では、その電圧値が０．５Ｖを中心として±０．２５Ｖの範囲に含まれているか否かを判定する。ステップＳ２において肯定判定が得られたときには、図５に示す機種グループＡ群に属している機種であるので、ステップＳ３において、いずれの機種コードであるかを判別する。ステップＳ３の詳細を示すサブルーチンは、図９に示してある。

図９のステップＳ２１では、デジタル入力Ｄi０のレベルを判定する。その結果、ハイレベル（＋５Ｖ）が検出されたときには、デジタル入力Ｄi０＝論理１であると判定する。他方、ローレベル（０Ｖ）が検出されたときには、デジタル入力Ｄi０＝論理０であると判定する。ステップＳ２１においてデジタル入力Ｄi０＝論理０であると判定された場合には、ステップＳ２２において、デジタル入力Ｄi１のレベルを判定する。その結果、デジタル入力Ｄi１＝論理０であると判定された場合には、図５から明らかなように、機種コードは０であることが判るので、ステップＳ２３において、機種コード＝０であると判定する。また、ステップＳ２２においてデジタル入力Ｄi１＝論理１であると判定された場合には、ステップＳ２３において、機種コード＝１であると判定する。

同様に、ステップＳ２５においてデジタル入力Ｄi１＝論理０であると判定された場合には、ステップＳ２６において、機種コード＝２であると判定する。さらに、ステップＳ２５においてデジタル入力Ｄi１＝論理１であると判定された場合には、ステップＳ２７において、機種コード＝３であると判定する。以上の判定が終了した後に、図７のメインルーチンにリターンする。

ステップＳ２において否定判定が得られたときには、ステップＳ４において、Ａi０が１．５±０．２５（Ｖ）以内に入っているか否かを判定する。ステップＳ４において肯定判定が得られた場合には、ステップＳ５において、機種グループＢ群に含まれている機種の機種コードを判別する。その判別過程は、図９に示したサブルーチンと同様であるので説明は省略する。

以下同様に、ステップＳ６において肯定判定が得られた場合には、ステップＳ７において、機種グループＣ群に含まれている機種の機種コードを判別する。ステップＳ８において肯定判定が得られた場合には、ステップＳ９において、機種グループＤ群に含まれている機種の機種コードを判別する。さらに、ステップＳ１０において肯定判定が得られた場合には、ステップＳ１１において、機種グループＥ群に含まれている機種の機種コードを判別する。

ステップＳ１０において否定判定が得れらた場合には、アナログ入力Ａi０の電圧値が＋０．２５Ｖ〜＋４．７５Ｖの範囲内に含まれていないことになるので、ステップＳ１２において機種判定エラーを出力し、メインル−チンを終了する。

＜実施の形態による作用・効果＞
本実施の形態によれば、以下のような作用・効果を奏することができる。

（１）油圧ショベルの機種を特定するためのアナログ電圧Ａi０およびデジタル情報Ｄi０，Ｄi１を機種別ユニットＵＮＴから機種判定部６２に供給することにより、アナログ電圧Ａi０およびデジタル情報デジタル情報Ｄi０，Ｄi１に基づいて機種コードを判定するので、その機種コードに対応して予め設定されている表示項目を表示器５０に表示するよう、表示ドライバ６８の動作を制御することができる。特に、油圧ショベルの機種が変更された場合にも、アナログ電圧Ａi０およびデジタル情報Ｄi０，Ｄi１の内容を変更するだけで表示項目を変更することができるので、ワイヤハーネスを含むハードウェアおよびソフトウェアの共用部分を拡大することができる。

（２）アナログ電圧Ａi０の大きさにより機種グループが特定され、且つ、デジタル情報Ｄi０，Ｄi１により、同一の機種グループ内に含まれる機種が特定されるので、機種を特定するための信号線の数を低減を図ることができる。

（３）機種別ユニットＵＮＴは、機種判定部６２から供給される電源電圧＋５Ｖを分圧することにより機種グループを特定するためのアナログ電圧Ａi０を発生させる分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を備え、機種判定部６２から供給されるグランド電圧をギボシ端子ＧＢ１〜ＧＢ４を介して選択的に機種判定部６２に帰還させることによりデジタル情報Ｄi０，Ｄi１を発生させているので、受動素子のみにより機種別ユニットＵＮＴを構成することができる。

＜その他の変形例＞
（１）図４に示した回路図では、ギボシ端子ＧＢ１〜ＧＢ４を介して、機種判定部６２から供給されるグランド電位を機種判定部６２に帰還し、且つ、機種判定部６２ではプルアップ抵抗を電源＋５Ｖに接続することにより、ハイレベル＝＋５Ｖ，ローレベル＝０Ｖのデジタル電圧を得ている。しかしながら、機種判定部６２から供給される正の電源電圧を機種判定部６２に帰還させることにより、論理レベルを設定することも可能である。例えば図１０に示すように、機種判定部６２から＋２４Ｖの電圧をオス型ギボシ端子ＧＢ１０，ＧＢ２０に供給し、メス型ギボシ端子ＧＢ３０，ＧＢ４０を介して機種判定部６２側のスイッチングトランジスタＴＲ１，ＴＲ２に供給することにより、これらトランジスタＴＲ１，ＴＲ２をオン／オフさせてもよい。

（２）図４および図１０に示した機種別ユニットＵＮＴおよびＵＮＴ’は、いずれも受動素子のみを搭載しており、アナログ電圧Ａi０およびデジタル情報Ｄi０，Ｄi１を発生させるための電源は、機種判定部６２および６２’に内蔵されている電源に依存してきた。しかしながら、機種別ユニットの内部に電源を備えることによりアナログ電圧Ａi０およびデジタル情報Ｄi０，Ｄi１を発生させてもよいことは勿論である。すなわち、機種別ユニット自身が発生する電圧として、内蔵電池により発生された電圧、あるいは外部から有線経由で供給される電圧を用いてもよい。

（３）これまで説明してきた実施の形態では、表示器５０の表示項目を設定する表示制御装置について説明してきたが、油圧ショベルに搭載されている他の制御装置（例えば、操作レバー用制御装置、流量制御装置）に本発明を適用することもできる。さらに、油圧ショベルなどの建設機械に限らず、他の作業機械に本発明を適用し得ることは勿論である。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１０ 下部走行体
１３，１４ 走行用油圧モータ
２０ 上部旋回体
２２ エンジン
３１ ブーム
３２ ブームシリンダ
３３ アーム
３４ アームシリンダ
３５ バケット
３６ バケットシリンダ
４０ 油圧制御システム
５０ 表示器
６０ 表示制御装置
６２ 機種判定部
６４ 表示項目設定部
６６ 表示データ処理回路
６８ 表示ドライバ
ＷＨ１，ＷＨ２ ワイヤハーネスの一部
ＵＮＴ 機種別ユニット

Claims (5)

1. 作業機械に搭載される制御装置であって、
   前記作業機械の機種を特定するためのアナログ電圧およびデジタル情報を出力する機種特定ユニットと、
   前記機種特定ユニットを装着することにより前記アナログ電圧および前記デジタル情報を入力し、前記作業機械の機種に対応した機種コードを判定する機種判定手段と、
   前記機種コードに対応して予め設定されている制御項目を、所定の駆動部に実行させる制御手段とを備えたことを特徴とする作業機械の制御装置。
2. 請求項１に記載の作業機械の制御装置において、
   前記機種特定ユニットは、複数ある前記アナログ電圧から所定のアナログ電圧を選択することにより決められる機種グループのうち、何れか一つの作業機械の機種を前記デジタル情報を用いて特定することを特徴とする作業機械の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の作業機械の制御装置において、
   前記機種特定ユニットは、
   前記機種判定手段から供給される第１の電圧を分圧することにより所定の機種グループを特定するための前記アナログ電圧を発生させる分圧抵抗と、
   前記機種判定手段から供給される第２の電圧を選択的に前記機種判定手段に帰還させることにより前記デジタル情報を発生させる接続端子と、
   を有することを特徴とする作業機械の制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の作業機械の制御装置において、
   前記機種特定ユニットは、前記デジタル情報を出力する際に、前記機種特定ユニットに内蔵されている着脱自在な接続端子を第１の接続状態にしたとき第１レベルの電圧を発生し、前記着脱自在な接続端子を第２の接続状態にしたとき第２レベルの電圧を発生することを特徴とする作業機械の制御装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の作業機械の制御装置において、
   前記機種コードに対応して予め設定されている制御項目は、オペレータに対して各種の情報を提示する表示器の表示項目であり、前記所定の駆動部は、前記表示器の表示ドライバであることを特徴とする作業機械の制御装置。

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