JP2013245934A - 自動運転室環境制御 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、機械操作中に運転者が快適と感じる運転室温度に確実にする方法および装置を提供するものである。
【解決手段】本発明は、運転室内の空気の実温度が少なくとも一つのセンサによって検出され、運転室に供給される空気の特性、特に体積流量、方向および／または温度が、検出された実温度と所定の目標温度に基づいて自動制御される建設機械、特にクレーンの運転室の環境制御方法において、目標温度は、運転者の熱的快適性に影響を与える少なくとも１つの変数に基づいて自動的に決定されることを特徴とする環境制御方法に関する。本発明はまた、このような方法を実行するように構成された環境制御装置を含む建設機械、特にクレーンの運転室のための環境制御装置に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械、特にクレーンの運転室における自動環境制御方法、および、環境制御装置に関する。建設機械は通常、特に悪天候から身を守ってくれる作業空間を建設機械のオペレータに提供するために運転室を有している。これらの密閉された運転室には換気装置を設けなければならず、そこでは、運転室に供給される空気をヒータによって加熱し、必要に応じて空調ユニットによって冷却することができる。

大面積の運転室の窓が必須であり、運転室の壁の比較的近くに作業空間が位置しているという事実に起因して、ヒータや空調ユニットがあるにもかかわらず、運転者に適した室温を運転室内に実現することはできない。そのため、特に長期間継続する機械運転中、例えば一日中、ヒータおよび／または空調ユニットの温度設定を繰り返し再調整する必要がある。いわゆる「自動空調ユニット」はまた、運転室に供給される空気の温度を予め設定された値に調節するものと知られているが、同様にこのように運転者は運転室空気温度が快適と感じるようにすることができない。

本発明の目的は、機械操作中に運転者が快適と感じる運転室温度に確実にする方法および装置を提供することである。

この目的は、独立請求項１および１０に記載の主題によって解決され、従属請求項は、本発明に係る主題を有利に発展させる。

本発明によれば、運転室内の空気の実温度は、少なくとも一つのセンサによって検出され、運転室へ供給される空気の特性、特に体積流量、方向および／または温度は、検出された実温度と目標温度に基づいて制御され、目標温度は、運転者の熱的快適性に影響を与える少なくとも１つの変数に基づいて自動的に決定される。

約３７℃の中核体温で体の熱収支が平衡状態にあるとき、いわゆる熱的快適性は、所定の屋内環境で達成される。熱的快適性は、それに応じて正確に計算できる変数ではなく、むしろ各個人の主観的な感覚に依存する。したがって、ある空間に居るすべての人が屋内環境を快適と感じるわけではない。ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ７７３０によれば、いわゆる「好ましい屋内環境」とは、そこに居る人の少なくとも８０％が熱的に好ましいと感じる環境として定義される。

ほぼ確実に運転室内における熱的快適性（８０％以上の人が支持）を確保するには、基本的な変数（空気温度、熱放射、空気流速、湿度）の取り込みが必要であり、さらに、変数（衣服の断熱、代謝熱産生）が熱的快適性に影響を与える。

換言すれば、運転室に供給される空気の温度は、検出された実温度と一定の目標温度に基づくだけではなく、運転室に供給される空気の温度は間接的に他の変数にも基づいており、すなわちこれらの変数に基づく目標温度の算出によっても、本発明にしたがって制御される。これらの変数は機械運転期間中変わりうるため、これらから決定された目標温度も変化し、運転室に供給される空気の温度に影響を与える。

供給される空気の温度に加えて、供給される空気の他の特性も同様に、運転者の熱的快適性に影響を与える変数に基づいて、本発明に従って変化させることができる。

例えば通気ノズルの向きは、運転室に供給される空気流が不快と感じる運転者の素肌に流れないように変えることができる。蒸し暑いと感じないように供給される空気を除湿することも同様に考えられる。

本発明の好ましい実施形態によれば、目標温度を決定する際、変数（運転室外の空気温度、運転者がさらされる熱放射、運転室の空気流速、運転室の空気湿度、運転者の製造する代謝熱および／または運転者の衣服の断熱）のうちの少なくとも一つが考慮される。

換言すれば、運転室空気の目標温度は、これらの個々の変数に基づいて、またはこれらの変数全てに基づいて、本発明に従って決定できる。

外気温度が高い／低いとき（夏／冬）、運転者は、外気温度（冬／夏）低い／高いときと同じように、所定の運転室空気温度が高い／低いと感じないから、運転室外の空気温度は運転者の熱的快適性に影響を与える。

運転室は、まさにその性質から、良好な外側の視界を提供しなければならないため、これらは常に大きな窓領域を備えており、そのため、太陽からの熱放射に運転者がより多くさらされる。運転者はまた、例えば太陽によって加熱される部品からの熱放射にさらされている。より強い熱放射にさらされる場合、運転者による「知覚」温度と熱的快適性を維持するため、本発明によれば、運転室空気温度を自動的に下げることができる。

空気は断熱材であるため、運転室空気の流速は、同様に「知覚」温度に影響を与え、運転者の体により加熱された境界層は通過する空気によって放散されるため、通過する空気の温度に応じて知覚温度は増減される。

また、本発明によれば、運転室空気および／または運転室に供給される空気の湿度の関数として目標温度を制御することができる。例えば、湿度が高いときの温度を蒸し暑いと感じないように下げることができる。

熱的快適性は運転者の大きさと重量だけでなく、彼らの活動にも依存するので、異なる人の熱的快適性を満たすために、目標温度はまた、各運転者の代謝熱生成に基づいて決定することができる。

目標温度はまた、例えば、夏季および冬季の両方で運転者の熱的快適性を確保するため、対応する衣服を着用したとき、運転者の衣服の断熱に依存するようにできる。

本発明に係る環境制御装置の一実施形態を示す図である。

以下に提示された環境快適性モデルは、生活、作業または会議空間における人間の不快感の程度として、熱さおよび／または寒さの感覚の代表的な予測値を提供する。ＰＭＶ（環境快適性の予測平均温冷感申告）は、このモデルの測定単位となる。ＰＭＶ指標は、熱的に快適な状態が中立申告「０」で表される７つの階級を備えた評価尺度に基づいて、所定の人々による予測環境評価を表す。

ＰＭＶ指標は、式（２）〜（５）に基づいて、本発明にしたがって計算できる。

ここで、Mは人のエネルギ代謝量［Ｗ／ｍ^２］、Wは効率的な機械出力［Ｗ／ｍ^２］（ただし、一般にW＝０を適用可能）、I_cl は衣服の断熱因子［ｍ^２×Ｋ／Ｗ］、f_cl は衣服の表面積因子、t_aは空気温度［℃］、t_rは平均放射温度［℃］、v_arは相対空気速度［Ｍ／S］、p_aは蒸気の分圧［Ｐａ］、h_cは対流熱伝達係数［Ｗ／（ｍ^２×Ｋ）］、t_clは衣服の表面温度［℃］である。

予測平均温冷感申告（Predicted Mean Vote:PMV）に基づいて進めて、予測不快者率（Predicted percentage of Dissatisfied:PPD）を決定することができる。ＰＭＶ値が確定された後、特定の周囲環境が非常に暑い（ＰＭＶ＝２〜３）か、非常に寒い（ＰＭＶ＝−２〜−３）と感じる人の割合は、次式に基づいて確定することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも一つの変数の値は、運転室の内側および／または外側にある少なくとも一つの適切なセンサによって測定されるか、ユーザによって予め設定される。

運転室内外の空気温度は、運転室の内側および／または外側にある温度センサを用いて簡単に測定することができ、運転者がさらされる熱放射、運転室の空気流速および運転室の空気湿度はまた、それに応じた適切なセンサを用いて測定することができる。例えば皮膚に着用する温度センサを用いて、または、例えば運転者の熱画像を撮影できる赤外線カメラを用いて運転者の代謝熱産生を決定することが考えられる。運転者の衣服の断熱はまた、衣服の内側および／または外側の温度センサを用いて測定することができ、または運転者が手動で入力することができる。例えば、運転者は入力デバイス、例えばキーボードによって彼らが着ている衣服を選択することができ、そこから当該システムはテーブルから衣服の断熱を決定することができる。

また、運転室の内側および／または外側における互いに離間した多数の位置で、実温度および／または少なくとも１つの変数の値を検出することも考えられる。このようにして、空気温度は、例えば運転者の頭の領域と同時に運転者の足の領域で検出することができ、それによりシステムは、例えば運転室空気が自分の足の領域で非常に寒い、または自分の頭の領域で非常に暑いと運転者が感じているか否かを確認できるようになる。

また、運転室内の互いに離間する位置について目標温度を決定することも考えられる。このようにして、例えば足の領域に比べて頭部の領域における運転室空気の目標温度を通常低くすることができる。

別の好ましい実施形態によれば、運転者が運転室に供給される空気の特性、特に体積流量、方向および／または温度を個々の好みに合わせられるようにする、いわゆる"上書き"モードを提供することも考えられる。別の好ましい実施形態によれば、また、運転室に供給される空気の特性、特に体積流量および／または方向および／または温度を制御する際、パラメータ（少なくとも一つの運転室の窓の曇り、運転室の空気中のＣＯ_２含有量、運転室の空気や外気中の汚染物質の含有量、運転室内の空気のできるだけ早い冷却、運転室内の空気のできるだけ早い加熱）のうちの少なくとも１つを付加的に考慮することも考えられる。それ／それらのための値は、特に、運転室内側および／または外側にある少なくとも一つの適切なセンサによって検出されるか、ユーザによって予め設定される。

したがって、本発明はまた、運転者の熱的快適性を確保し、それに応じて運転室に供給される空気の特性を制御することに加えて、他の要求を満たす選択肢を提供する。

別の好ましい実施形態によれば、供給される空気の特性、特に体積流量、方向および／または温度を制御する際、これらのパラメータのうちの少なくとも１つは、熱的快適性よりも高いか低いかのランクを付けることができる。換言すれば、運転室に供給される空気の体積流量は、例えば運転室空気中の二酸化炭素含有量が高い場合、たとえこれが運転者の熱的快適性に悪影響があるとしても、増やすことができる。

また、例えばディスプレイ上で、運転者に目標状態を実現するための手順を示すことも考えられる。ここで「目標状態」とは、単に運転室空気の目標温度を言うのではなく、前述のパラメータ、すなわち、少なくとも一つの運転室の窓の曇り（例えば窓に取り付けた水分センサによって測定される）、運転室の空気中のＣＯ_２濃度、運転室の空気中の汚染物質の含有量または運転室内の空気のできるだけ早い冷却／加熱にも関連する。運転室の空気をできるだけ早く冷却／加熱するため、例えば、運転者に運転室の窓を閉じるように指示することができ、また、運転室の空気または外部の空気中の汚染物質の含有量が高過ぎるときは、運転者に運転室の各窓を開閉するように指示することができる。

また、運転室内の特定の個人のため運転室に供給される空気の特性、特に体積流量、方向および／または温度の個々の値を、後で読み出すため、記憶することも考えられる。したがって、個々の変数、例えば現在着用している衣服の断熱を手動で入力する必要がなく、運転室内の他のクレーンオペレータに快適な環境を提供することができる。各クレーンオペレータがキー操作によって運転室に供給される空気の特性がその個人に適していることをシステムに知らせることが考えられる。

本発明の別の態様は、上述したような方法を実行するように構成されている建設機械、特にクレーンの運転室のための環境制御装置に関するものである。

このような環境制御装置は、少なくとも１つの運転室に空気を供給する換気装置と、運転者の熱的快適性に影響を与える変数を測定するための少なくとも１つのセンサ（または手動で入力するための入力インターフェイス）を備える。本発明に係る環境制御装置はまた、運転室に供給される空気の温度と湿度を制御するためにヒータおよび／または空調ユニットを備えることができる。

本発明に係る環境制御装置の特に好ましい実施形態が添付の図１に示されている。本発明は、ここに示した特徴のいずれかを、個別におよび適切な組合せで備えることができる。

制御装置は、適切なセンサ、例えば上述のセンサに接続され、それらの測定値を記録するマイクロコントローラを有している。マイクロコントローラは、空気供給装置のファン、空調ユニットおよびヒータに接続されている一方で、センサによって得られた測定値に基づいてそれらを制御する。ＣＡＮバスを介して、運転者はキーボードにより入力する選択肢が与えられ、また、選択肢の表示は、例えばディスプレイを介して行われる。

Claims (10)

1. 運転室内の空気の実温度が少なくとも一つのセンサによって検出され、前記運転室に供給される空気の特性、特に体積流量、方向および／または温度が、検出された実温度と所定の目標温度に基づいて自動的に制御される建設機械、特にクレーンの運転室の環境制御方法において、
   前記目標温度は、前記運転者の熱的快適性に影響を与える少なくとも１つの変数に基づいて自動的に決定される
   ことを特徴とする環境制御方法。
2. 前記目標温度を決定する際、運転室外の空気温度、運転者がさらされる熱放射、運転室の空気流速、運転室の空気湿度、運転者の代謝熱産生および／または運転者の衣服の断熱のうちの少なくとも一つの変数が考慮される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも一つの変数の値は、前記運転室の内側および／または外側にある少なくとも１つのセンサにより測定され、または、ユーザによって予め設定される
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記実温度および／または前記少なくとも１つの変数の値は、前記運転室の内側および／または外側の互いに離間した多数の位置で検出される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記目標温度は、互いに離間した運転室の位置について決定される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記運転室に供給される前記空気の前記特性、特に体積流量、方向および／または温度を制御する際、運転室の窓の曇り、前記運転室の空気中のＣＯ_２含有量、前記運転室の空気や外気中の汚染物質の含有量、前記運転室内の空気のできるだけ早い冷却、前記運転室内の空気のできるだけ早い加熱のうちの少なくとも１つのパラメータがさらに考慮され、それ／それらの値は、特に前記運転室の内部および／または外部にある少なくとも一つのセンサによって検出されるか、またはユーザによって予め設定される
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. これらのパラメータの少なくとも一つが、供給される前記空気の前記特性、特に体積流量、方向および／または温度を制御する際、前記熱的快適性よりも高くまたは低くランク付けされる
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 目標状態を達成するための指示が前記運転者に示される
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記運転室に供給される前記空気の前記特性、特に体積流量、方向および／または温度の設定値を、後で読み出すため、個別に記憶する選択肢が提供される
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成された建設機械、特にクレーンの前記運転室のための環境制御装置。

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