JP3553188B2 - Electronic control device for construction machinery - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は建設機械の電子制御装置に関し、特に、油圧ショベル等の建設機械の各部に複数のコントローラを分散配置し、これらのコントローラの間に建設機械の制御上で望ましい接続関係を形成した建設機械の電子制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
油圧ショベルなどの建設機械では、近年、その操作を容易化し操作性を向上する目的で油圧駆動システムの電子制御化が図られている。以下、代表例として油圧ショベルを取り上げて説明する。電子制御式油圧ショベルでは、電子制御装置としてマイクロコンピュータを含むコントローラを搭載し、そのメモリに、行うべき作業に関し標準的な作業手順のための制御プログラムおよび標準的な制御パラメータが格納されている。電子制御装置は、制御プログラムおよび制御パラメータを用いて制御指令を生成し、油圧ショベルの油圧駆動システムに設けられたバルブ等の動作を制御する。
【0003】
上記油圧ショベルの電子制御装置では、制御内容が高度かつ複雑になってくると、1台のコントローラでは処理できない場合も発生する。そこで、従来では、かかる場合に複数のコントローラを備え、それらの間をシリアル通信手段等で接続してデータをやり取りして制御を行うように構成された電子制御装置も提案されている(特開平1−263322号公報、特開平2−190538号公報、特開平1−263323号公報等)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
複数のコントローラを利用して制御を行うようにした建設機械の従来の電子制御装置では、コントローラの演算・制御部やデータ処理部を入力側と出力側とに分け、シリアル通信で両者を電気的に結合して全体の制御を行うように構成していた。
【0005】
しかし、現在の建設機械では、ユーザの要求仕様がさらに多様化しており、メーカ側もそれに応じるために多種多様の建設機械を開発しなければならない。このため、機種ごとの制御装置の開発が必要になり、ハードウェア、ソフトウェア共に開発時間が大幅に増加することになる。従来技術のごとくコントローラを入力側部分と出力側部分の2つに分けたとしても、アクチュエータ、ポンプ、エンジン等の出力機器が1つ増した場合、コントローラの出力側部分は新たにハードウェアやソフトウェアを共に開発しなければならないという問題が起きる。
【0006】
そこで、建設機械の電子制御装置の製作において最初から最大出力機器数を想定してハードウェアを開発しておき、ソフトウェアだけ変更する方法を採用することもできるが、すべての機種が最大のハードウェア構成を有することになり、機種によって必要以上に高価になるという問題が生じる。
【0007】
また生産工場から出荷された建設機械に関し、ユーザの要求に応じてオプション等を車体に取り付けるサービス工場において例えば後付けのアタッチメントを簡単に取り付けたい場合に、上記と同様な問題が生じる。
【0008】
高機能化した油圧ショベルではフロントに取り付けるアクチュエータの数が増大する傾向にあり、コントローラの形態も大きくなり、油圧ショベルにおいてもっとも耐環境性の良い操縦室に設置することが困難になる場合もある。そのようなときには、コントローラを操縦室外に配置しなければならないが、形状の大きなコントローラは振動に弱いと欠点を有するので、故障しやすいという問題が起きる。また振動を防止する対策を施せば、製作コストが高くなるという問題が生じる。
【0009】
さらにアクチュエータやポンプ等の個数が増加すれば、コントローラからの信号線の本数も増加し、信号線のノイズが増して誤動作が生じやすくなる。現在ではコントローラ間の通信はディジタル信号であるが、コントローラから制御対象に与えられる駆動信号は一般的にアナログ信号であるため、ノイズの影響を受けやすい。またコントローラとポンプやモータ等との間の配線の長さは、長いほどノイズの影響を受けやすいので、コントローラと出力機器との距離をできるだけ接近させ、ノイズの影響を排除することが望ましい。
【0010】
さらにコントローラが集中形式で形成される場合には、アクチュエータやセンサが1つでも故障すると、すべての部分に影響を及ぼすことになり、故障の仕方によってはその複雑性により故障箇所や故障原因の発見も困難で、メンテナンス性の低いものとなる。
【0011】
本発明の目的は、上記問題を解決することにあり、多種多様な建設機械に対して開発期間を短くすると共に開発費用を低減し、出力機器の配置や配線を自由にし、耐振動性や耐ノイズ性を向上させ、後付けの機能対応が容易で、メンテナンス性が高い建設機械の電子制御装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明に係る建設機械の電子制御装置は、3以上のコントローラを含み、建設機械の油圧システムを制御してこの建設機械を動作させる電子制御装置であって、3以上のコントローラは、生成された信号を入力して処理する第1のコントローラのグループと、他のコントローラから送られるデータに基づき駆動信号を生成しこれを制御対象に出力する第2のコントローラのグループと、第1および第2のコントローラのグループに属する複数のコントローラを管理するメインコントローラとから構成され、第1のコントローラのグループに属する複数のコントローラと、第2のコントローラのグループに属する複数のコントローラと、メインコントローラとを車載LANで接続するように構成される。
【0013】
第2の本発明は、第1の発明において、第1のコントローラのグループに属する複数のコントローラと、第2のコントローラのグループに属する複数のコントローラと、メインコントローラとを1つのループを形成するように接続するように構成される。
【0014】
第3の本発明は、第1の発明において、メインコントローラと第1のコントローラのグループに属する複数のコントローラとを1つのループを形成するように接続し、かつメインコントローラと第2のコントローラのグループに属する複数のコントローラとを他のループを形成するように接続するように構成される。
【0015】
第4の本発明は、上記の各発明の構成において、第1のコントローラのグループは入力操作器から出力される操作信号を入力・処理するコントローラと各種センサから出力される検出信号を入力・処理するコントローラを含み、第2のコントローラのグループは建設機械に設けられた複数の出力機器のそれぞれを制御する複数のコントローラを含むことを特徴とする。
【0016】
第5の本発明は、上記の3以上のコントローラが、制御対象に設けたセンサからの検出信号を入力・処理して駆動信号を生成し、この駆動信号を制御対象に出力する第3のコントローラのグループを含むように構成される。
【0017】
第6の本発明は、第5の発明において、第3のコントローラのグループが、油圧源ポンプからの検出信号を用いて処理を行い制御用駆動信号を生成し、この駆動信号を前記油圧ポンプに与えて制御を行い、かつ油圧ポンプの状態データを出力するコントローラを含むことを特徴とする。
【0018】
第7の本発明は、第5の発明において、第3のコントローラのグループが、油圧ポンプを駆動するエンジンからの検出信号を用いて処理を行い制御用駆動信号を生成し、この駆動信号を前記エンジンに与えて制御を行い、かつエンジンの状態データを出力するコントローラを含むことを特徴とする。
【0019】
第8の本発明は、上記の3以上のコントローラを機能ごとに分類し、各コントローラを対応する制御対象に距離的に近い箇所に配置するように構成される。
【0020】
【作用】
本発明では、油圧ショベル等の建設機械の油圧駆動システムを電気的に制御し建設機械を動作させる電子制御装置において、3以上のコントローラで制御を行うと共に、これらのコントローラをその機能あるいは役割によってグループに分類し、各コントローラに適した制御機能を持たせ、かつ分類して分散的に配置した各コントローラを車載用LANで接続して相互に通信してデータのやり取りを行い、もって多種多様な建設機械の制御機能を実現でき、各建設機械において必要な制御機能だけを付加することができる。特に、入力操作機器の操作信号や各種センサの検出信号を入力・処理し検出データとして伝送する第1のコントローラグループに属するものであって、各入力操作機器や各センサにうまく対応させて設けられる複数のコントローラと、制御対象である複数の出力機器に制御用駆動信号を出力する第2のコントローラグループに属するものであって、各出力機器に対応して設けられる複数のコントローラと、これらのすべてのコントローラを総括的に制御・管理するメインコントローラとを用意し、これらを分散的に配置し、かつ車載LANで接続して制御システムの柔軟性を高めている。
【0021】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【0022】
図5は、本発明に係る電子制御装置10が搭載される建設機械の一例としての油圧ショベルと、電子制御装置10に関連する油圧ショベルにおける入力操作器、各種センサ、出力機器、および油圧駆動システムの要部構成を示す。
【0023】
油圧ショベルでは走行体11の上に旋回体12を設け、旋回体12は操縦室13とエンジン機械部14と作業機械部15を備える。走行体11は右側走行体と左側走行体からなる。作業機械部15は旋回体12の前部に配置され、ブーム16とアーム17とバケット18の各部を備える。作業機械部15には、ブーム16、アーム17、バケット18の各部を作動させる油圧シリンダ(アクチュエータ)19,20,21と、各部の動作量を検出する例えば角度センサ22,23や変位センサ等が配置される。操縦室13には、作業機械部15等の動作を制御する左右の操作レバーや走行体11による前進・後退・旋回等を操縦するための左右の操作レバー等の複数の操作レバー24等の入力操作器が設けられる。
【0024】
上記操作レバー24の操作方向および操作量に関する検出信号、角度センサ22,23の検出信号は電子制御装置10に入力される。
【0025】
上記油圧ショベルを動作させる油圧駆動システムは、例えばブーム16の上げ下げを行うための油圧シリンダ19に関して述べれば、油圧シリンダ19への作動油の供給を制御する切換えバルブ25、切換えバルブ25の作動状態を設定する2つの電磁比例弁26、油圧源を形成するポンプ28、ポンプ28を回転させるエンジン29を備える。切換えバルブ25の出力側の油路27には圧力センサ30,31が設けられる。他の油圧シリンダ20,21等についても、上記と同様に切換えバルブや電磁比例弁が設けられる。また、傾転角調整部を備えるポンプ28には設定傾転角を検出する傾転角センサ32が付設され、エンジン29には回転数センサ33が付設される。34は作動油タンクである。
【0026】
上記の圧力センサ30,31、傾転角センサ32、回転数センサ33における各検出信号は電子制御装置10に入力される。また電子制御装置10から、各電磁比例弁26に対してその動作量を制御する駆動信号、ポンプ28の傾転角調整部に対してレギュレータ35を介し傾転角を設定する駆動信号、エンジン29に対して回転数を設定する制御信号がそれぞれ出力される。
【0027】
図6に示される制御関連図を参照して電子制御装置10の主要な制御内容の例を説明する。
【0028】
例えば操作レバー24が操作されたとき、操作で発生した操作信号を電子制御装置10に入力し(工程S1)、操作レバー24の操作量に応じたメータリング特性を付加する(工程S2)。ここで「メータリング特性」とは、レバー操作量に対するフロント(ブーム、アーム、バケット等)の動作速度特性のことをいう。次に、入力されたレバー操作量に応じて、切換えバルブ25等による出力流量を演算して算出する(工程S3)。この工程S3でのバルブ出力流量の演算では、フロントに設けた角度センサ22,23等が検出する角度に関する検出信号、圧力センサ30,31で検出される油圧シリンダ19等へ供給される作動油の圧力等に関する検出信号を入力し(工程S4および工程S5)、フロントの姿勢を演算し(工程S6)、求められたフロント姿勢の値とレバー操作量の値とを用いてフロント制御の値を求め(工程S7)、このフロント制御の値を補正用数値として使用することにより補正を加えている。
【0029】
次に、ポンプ28の最大流量に上限があることから、全バルブの合計出力流量が上限値以上にならないように、ポンプ流量に関する補正を施す(工程S8)。この工程S8の補正で必要とされるその時のポンプ28の流量は、エンジン29に取り付けた回転数センサ33や、ポンプ28に取り付けた傾転角センサ32の各検出値から求められる(工程S9,S10,S11)。その後、バルブの出力処理を行って(工程S12)、これにより電磁比例弁26を駆動する信号を出力する(工程S13)。
【0030】
次に図1〜図4を参照して前述の電子制御装置10の詳細な構成例について説明する。本発明に係る建設機械の電子制御装置10は3以上のコントローラを含んで構成され、各コントローラはマイクロコンピュータによって形成される。
【0031】
図1は電子制御装置10のシステム構成の第1の実施例を示す。この実施例の電子制御装置は、メインコントローラ41と、例えば2つのレバーコントローラ42,43と、例えば3つのセンサコントローラ44,45,46と、例えば3つのバルブコントローラ47,48,49と、ポンプコントローラ50と、エンジンコントローラ51とを含んで構成される。
【0032】
メインコントローラ41は、システムの全体を統括し制御・管理するためのコントローラである。
【0033】
レバーコントローラ42は入力操作装置である右操作レバー24aと左操作レバー24bからの操作信号を入力して処理し、その操作信号に対応する操作データを生成して出力するコントローラであり、レバーコントローラ43は左走行レバー24cと右走行レバー24dからの操作信号を入力して処理し、その操作信号に対応する操作データを生成して出力するコントローラである。レバーコントローラ42,43のハードウェアの構成は同じであり、ソフトウェアは建設機械の種類や制御対象に応じたものがセットされる。センサコントローラ44,45はいずれもフロントの角度センサ22,23、変位センサ、圧力センサ30,31、作動油の温度等の車体状態に関する検出信号を入力して処理し、その検出信号に対応する検出データを生成して出力するコントローラである。またセンサコントローラ46は傾転角センサ32や回転数センサ33、圧力センサ等の検出信号を入力して処理し、その検出信号に対応する検出データを生成して出力するコントローラである。図1では、センサコントローラ44の入力側のセンサ類をまとめてセンサ部36a、センサコントローラ45の入力側のセンサ類をまとめてセンサ部36b、センサコントローラ46の入力側のセンサ類をまとめてセンサ部36cとして示している。以上のコントローラ42〜46は、操作信号や検出信号を入力し処理するための入力側のコントローラである。
【0034】
次にバルブコントローラ47,48,49は各アクチュエータを駆動制御するためのコントローラである。バルブコントローラ47はブーム16とバケット18の動作を制御するもので、例えばメインコントローラ41等の他のコントローラから送られてくる制御データを用いて駆動信号を生成し、この駆動信号を、ブーム用電磁比例弁26a,26b,バケット用電磁比例弁26c,26dに与える。バルブコントローラ48はアーム17と旋回体12の動作を制御するもので、他のコントローラから送られてくる制御データを用いて駆動信号を生成し、この駆動信号をアーム用電磁比例弁26e,26f,旋回体用電磁比例弁26g,26hに与える。バルブコントローラ49は左右走行体11の動作を制御するもので、同様にして駆動信号を生成してこれを走行体用電磁比例弁26i,26j,26k,26lに与える。図示されたバルブコントローラ47,48,49は、1つのコントローラに2個分のアクチュエータを駆動するように構成されているが、これに限定されず、1つのアクチュエータに1つのコントローラを設けるようにしてもよい。またポンプコントローラ50は、他のコントローラから送られる制御データに基づいて駆動信号を生成し、ポンプ28が最適な作動油の流量を出力できるように制御を行うためのコントローラである。エンジンコントローラ51は、他のコントローラから送られてくる制御データに基づいて駆動信号を生成し、エンジン29が最適な回転数になるように制御するためのコントローラである。以上のコントローラ47〜51は、制御対象に対して制御用駆動信号を与え、これを制御するための出力側のコントローラである。
【0035】
メインコントローラ41および他のコントローラ42〜51は、隣り合うもの同士が接続され、信号線52によって全体として1つのループを形成するように接続されている。各コントローラから送信されたデータはすべてのコントローラで受信される。すなわち、すべてのコントローラ41〜51は車載LANで接続され、それらの間でデータのやり取りが行われる。
【0036】
上記の電子制御装置10における、個別に機能や役割を持たせ分散して配置される3以上のコントローラ41〜51を用いて制御装置を構成する構造、および3以上のコントローラ41〜51を車載LANで接続する構造によれば、コントローラの付加や取り外しを必要に応じて自在に行うことができ、ユーザ個々の要求に対応した任意のアタッチメントの組み込みを容易に行うことができる。
【0037】
図1に示した電子制御装置10の構成では、複数のコントローラ41〜51を有し、これらのコントローラを機能または役割に応じてグループに分け、それぞれの望ましい箇所に分散して配置するように構成される。また分散して配置されるコントローラ41〜51は、それらの間でデータのやり取りのために送信が行われるが、データの処理・生成や送信の仕方は各種の仕方がある。送信の仕方の一例としては、左右の操作レバー24a,24bや走行レバー24c,24dの操作で入力された操作信号が、レバーコントローラ42,43で処理され、メインコントローラ41ヘ送信される。またセンサコントローラ44,45,46の入力側の各種のセンサで検出された車体の状態データもメインコントローラ41ヘ送信される。メインコントローラ41では、各アクチュエータを最適に動作させるため、送信されてきた各種の操作データや検出データに基づいて演算処理を行ってそれぞれの制御信号を生成する。次にメインコントローラ41は、生成した制御データを対応するバルブコントローラ47,48,49に送信する。各バルブコントローラは、受信した制御データに基づいて、それぞれの制御対象である電磁比例弁を電気的に駆動して油圧動作に変換し、対応するアクチュエータを動作させる。また制御対象であるポンプ28やエンジン29についても、上記と同様にメインコントローラ41で制御に最適な制御データを算出し、ポンプコントローラ50とエンジンコントローラ51に送信する。ポンプコントローラ50は、メインコントーラ41から送信される制御データに基づいてポンプ28を最適な流量出力に制御し、エンジンコントローラ51はメインコントローラ51から送信される制御データに基づいてエンジン29を最適な回転数に制御する。
【0038】
図2を参照して本発明に係る電子制御装置の第2の実施例について説明する。第2実施例は第1実施例を変形させたもので、図2において、図1で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。電子制御装置を構成する複数のコントローラ、すなわちメインコントローラ41、レバーコントローラ42,43、センサコントローラ44〜46、バルブコントローラ47〜49、ポンプコントローラ50、エンジンコントローラ51については同じであり、かつ、各コントローラに接続される構成要素および各コントローラの機能も同じである。第2実施例の構成上の特徴点は、分散して配置される複数のコントローラを、各種検出信号を入力するという入力側に位置するコントローラ42,42,44〜46のグループと、駆動信号を制御対象に与えるという出力側に位置するコントローラ47〜49,50,51のグループと、メインコントローラ41とに分け、入力側のコントローラのグループとメインコントローラ41との間で1つのループを形成するように接続すると共に、出力側のコントローラのグループとメインコントローラ41との間で他の1つのループを形成するように接続した点である。換言すれば、第2実施例の構成は、主に入力データの処理を行うレバーコントローラ42,43とセンサコントローラ44〜46を1つの閉じたシステムにまとめ、主に出力データを扱うバルブコントローラ47〜49とポンプコントローラ50とエンジンコントローラ51を1つの閉じたシステムにまとめ、かつ、全体システムを統括・管理するメインコントローラ41で結合したシステムとなっている。
【0039】
第2実施例による電子制御装置では、データの伝送方向が統一化され、車載LANの上でデータの衝突が低減され、システムの高速制御を行うことができるという利点を有する。
【0040】
前述の第1および第2の実施例によれば、3以上のコントローラを用意し、各コントローラを機能ごとに別けて分散させたため、コントローラごとの演算処理量が減少し、各コントローラに搭載しているマイクロコンピュータの負担が軽減される。また、機能ごとに各コントローラのハードウェアとソフトウェアを一度開発して標準化しておけば、多種多様の機種に対しても必要となる機能部分の制御装置だけを取り付ければ済むので、その都度新たな開発を行う必要がなく、制御システムを安価に構築することができる。
【0041】
図3に示す第3の実施例は、図1で説明した第1実施例の構成を有する電子制御装置において、走行系のレバーコントローラ43とバルブコントローラ49を取り外した構成を示す。特に走行系の電子制御が必要ない油圧ショベルの場合には、図3に示した構成で十分であり、従来のごとく必要がないにも拘らず走行系の入力部や出力部を設けた装置に比較して、安価な制御システムとして構築することができる。また、反対に、アクチュエータの数を増やしたいときには、そのアクチュエータに対応するレバーコントローラとバルブコントローラ、さらに必要に応じてセンサコントローラを追加的に取り付ければよいので、簡単にかつ安価に制御システムを構築することができる。
【0042】
図4は、本発明に係る電子制御装置の第4の実施例を示す。この実施例は、例えば図3で示した第3の実施例によるシステムを、標準化するコントローラの種類を変更して実現したものである。第3実施例では、センサコントローラ44,45とバルブコントローラ47,48を別々に設け、かつセンサコントローラ46とポンプコントローラ50およびエンジンコントローラ51とを別々に設けるようにしていた。本実施例では、まず関連性の高いセンサコントローラとバルブコントローラを一体化し、入出力コントローラ61,62,63,64として構成する。入出力コントローラ61はブーム用のもので、センサ部71から各種の検出信号を入力し、電磁比例弁26a,26bに駆動信号を出力する。入出力コントローラ62はバケット用のもので、センサ部72から各種の検出信号を入力し、電磁比例弁26c,26dに駆動信号を出力する。入出力コントローラ63はアーム用のもので、センサ部73から各種の検出信号を入力し、電磁比例弁26e,26fに駆動信号を出力する。入出力コントローラ64は旋回体用のもので、センサ部74から各種の検出信号を入力し、電磁比例弁26g,26hに制御用駆動信号を出力する。また、ポンプコントローラ80には入力側コントローラの機能と制御データを生成する機能も持たせ、センサ部75から各種の検出信号を入力し、ポンプ28に駆動信号を出力する。エンジンコントローラ81にも入力側コントローラの機能と制御データを生成する機能も持たせ、センサ部76から各種の検出信号を入力し、エンジン29に駆動信号を出力する。その他の構成は、第3の実施例の場合と同じである。
【0043】
上記第4実施例の構成によれば、例えばブーム16の制御で述べれば、ブーム16に取り付けたセンサ部71から取り込んだデータを入出力コントローラ61で即座に処理して制御データを生成し、さらに駆動信号を作って電磁比例弁26a,26bに与え、高速に制御を行うことができる。他のアクチュエータに関する入出力コントローラ62〜64の場合、ポンプ28やエンジン29に関するポンプコントローラ80やエンジンコントローラ81の場合も同様である。また高速性を要しない場合には、前述の実施例と同様に、車載LANを通して通信されるデータに基づいて補正を行うように構成されることが望ましい。
【0044】
前記実施例では建設機械の例として油圧ショベルについて説明したが、他の建設機械にも同様に本発明による電子制御装置を適用することができる。
【0045】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、電子制御装置に複数のコントローラを備え、機能ごとに別けて分散させて配置し、車載LANで接続するように構成するようにしたため、個々のコントローラを標準化できると共に、高機能機から低機能機に至るまで、さらに特殊な作業機までに対応できる柔軟性の高い制御システムを構築することができる。またハードウェアやソフトウェアの開発期間も短縮でき、製品の多種多様化と価格低減化を可能となる。コントローラが分散して配置され、各コントローラを小型に作ることができるので、狭い操縦室に配置することも容易であり、レイアウトが非常に自由になる。また小形化によって耐振動性も高くなり、操縦室以外への設置も可能となり、ノイズに弱いアナログ信号にとって都合のよい箇所に配置することもできる。さらに、機能ごとにコントローラがグループ化され、分散配置されるため、どのアクチュエータが故障したかを容易に知ることができ、メンテナンス上でも非常に好都合であり、メンテナンスコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電子制御装置の第1の実施例を示すシステム構成図である。
【図2】本発明に係る電子制御装置の第2の実施例を示すシステム構成図である。
【図3】本発明に係る電子制御装置の第3の実施例を示すシステム構成図である。
【図4】本発明に係る電子制御装置の第4の実施例を示すシステム構成図である。
【図5】本発明に係る電子制御装置が搭載される建設機械の例を示す構成図である。
【図6】電子制御装置の動作例を示す制御関連図である。
【符号の説明】
10 電子制御装置
11 走行体
12 旋回体
13 操縦室
14 エンジン作業部
15 作業機械部
16 ブーム
17 アーム
18 バケット[0001]
[Industrial applications]
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in a construction machine such as a hydraulic shovel, electronic control of a hydraulic drive system has been attempted for the purpose of facilitating the operation and improving operability. Hereinafter, a hydraulic excavator will be described as a representative example. The electronically controlled hydraulic shovel is equipped with a controller including a microcomputer as an electronic control unit, and its memory stores a control program and a standard control parameter for a standard operation procedure regarding an operation to be performed. The electronic control unit generates a control command using a control program and a control parameter, and controls the operation of a valve or the like provided in a hydraulic drive system of the hydraulic shovel.
[0003]
In the electronic control device of the above-mentioned hydraulic excavator, if the control content becomes sophisticated and complicated, there may be a case where the processing cannot be performed by one controller. Therefore, conventionally, there has been proposed an electronic control device that is provided with a plurality of controllers in such a case, and is configured to perform control by exchanging data by connecting the controllers by a serial communication unit or the like (Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A) No. H11-163873). JP-A-1-263322, JP-A-2-190538, JP-A-1-263323, and the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional electronic control device for a construction machine that uses a plurality of controllers for control, the operation / control unit and the data processing unit of the controller are divided into an input side and an output side, and both are electrically connected by serial communication. To perform overall control.
[0005]
However, in the current construction machines, the required specifications of users are further diversified, and manufacturers must develop a wide variety of construction machines in order to meet the requirements. For this reason, it is necessary to develop a control device for each model, and the development time for both hardware and software greatly increases. Even if the controller is divided into two parts, an input part and an output part, as in the prior art, if one output device such as an actuator, a pump, and an engine is added, the output part of the controller is newly added to hardware or software. Have to be developed together.
[0006]
Therefore, in the production of electronic control devices for construction machinery, hardware can be developed from the beginning assuming the maximum number of output devices, and a method of changing only the software can be adopted, but all models have the largest hardware. As a result, there is a problem that the cost becomes higher than necessary depending on the model.
[0007]
In addition, regarding a construction machine shipped from a production factory, the same problem as described above occurs when, for example, a retrofitting attachment is simply installed in a service factory where options and the like are mounted on a vehicle body in response to a user request.
[0008]
With a highly functional hydraulic excavator, the number of actuators mounted on the front tends to increase, and the form of the controller also increases, which may make it difficult to install the hydraulic excavator in the most environmentally resistant cockpit. In such a case, the controller must be disposed outside the cockpit, but a controller having a large shape has a disadvantage that it is susceptible to vibration, so that a problem that the controller is likely to be broken occurs. In addition, if measures are taken to prevent vibration, there arises a problem that manufacturing costs increase.
[0009]
Further, if the number of actuators, pumps, and the like increases, the number of signal lines from the controller also increases, and the noise of the signal lines increases, so that a malfunction easily occurs. At present, communication between controllers is a digital signal, but since a drive signal given from the controller to a control target is generally an analog signal, it is easily affected by noise. Further, the longer the length of the wiring between the controller and the pump or motor is, the more easily the noise is affected. Therefore, it is desirable to make the distance between the controller and the output device as close as possible to eliminate the influence of the noise.
[0010]
Furthermore, if the controller is formed in a centralized form, failure of even one actuator or sensor will affect all parts, and depending on the method of failure, finding the location and cause of the failure due to its complexity Is also difficult and maintenance is low.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, shorten development time and reduce development costs for a wide variety of construction machines, make arrangement and wiring of output devices free, and provide vibration resistance and resistance. An object of the present invention is to provide an electronic control device for a construction machine which has improved noise characteristics, is easily compatible with post-installation functions, and has high maintainability.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An electronic control device for a construction machine according to a first aspect of the present invention is an electronic control device that includes three or more controllers and controls a hydraulic system of the construction machine to operate the construction machine, wherein the three or more controllers include: A first controller group that inputs and processes the generated signal, a second controller group that generates a drive signal based on data sent from another controller and outputs the drive signal to a control target, A main controller that manages a plurality of controllers belonging to the second controller group., A plurality of controllers belonging to the first controller group, a plurality of controllers belonging to the second controller group, and the main controller are connected via the in-vehicle LAN.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the plurality of controllers belonging to the first controller group, the plurality of controllers belonging to the second controller group, and the main controller form one loop. It is configured to connect to
[0014]
In a third aspect based on the first aspect, the main controller and the plurality of controllers belonging to the first controller group are connected so as to form one loop, and the main controller and the second controller group are connected. Are connected so as to form another loop.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of each of the above aspects, the first controller group inputs and processes operation signals output from the input operation device and detection signals output from various sensors. The second group of controllers includes a plurality of controllers for controlling each of a plurality of output devices provided on the construction machine.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, the above-mentioned three or more controllers input and process a detection signal from a sensor provided on the control target to generate a drive signal, and output the drive signal to the control target. Is configured to include the group of
[0017]
In a sixth aspect based on the fifth aspect, in the fifth aspect, the third group of controllers performs processing using a detection signal from the hydraulic power source pump to generate a control drive signal, and transmits the drive signal to the hydraulic pump. It is characterized by including a controller for performing the control by giving and outputting the state data of the hydraulic pump.
[0018]
In a seventh aspect based on the fifth aspect, in the fifth aspect, the third controller group generates a control drive signal by performing processing using a detection signal from an engine that drives the hydraulic pump, and generates the control drive signal. It is characterized by including a controller for giving control to the engine and outputting state data of the engine.
[0019]
An eighth aspect of the present invention is configured such that the above-mentioned three or more controllers are classified according to their functions, and each controller is arranged at a location close to a corresponding control target in terms of distance.
[0020]
[Action]
According to the present invention, in an electronic control device that electrically controls a hydraulic drive system of a construction machine such as a hydraulic excavator to operate the construction machine, the electronic control device is controlled by three or more controllers, and the controllers are grouped according to their functions or roles. , Each controller is provided with a control function suitable for each controller, and each controller arranged in a distributed manner is connected via an in-vehicle LAN and communicates with each other to exchange data. The control function of the machine can be realized, and only the control function necessary for each construction machine can be added. In particular, it belongs to a first controller group that inputs and processes operation signals of input operation devices and detection signals of various sensors and transmits the data as detection data, and is provided corresponding to each input operation device and each sensor. A plurality of controllers, a plurality of controllers belonging to a second controller group that outputs a control drive signal to a plurality of output devices to be controlled, and a plurality of controllers provided for each output device; And a main controller that controls and manages the controllers in a comprehensive manner. These controllers are arranged in a decentralized manner and connected via an in-vehicle LAN to enhance the flexibility of the control system.
[0021]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0022]
FIG. 5 is a hydraulic shovel as an example of a construction machine on which the
[0023]
In the hydraulic shovel, a revolving
[0024]
Detection signals relating to the operation direction and operation amount of the
[0025]
The hydraulic drive system for operating the hydraulic excavator includes, for example, a switching
[0026]
The detection signals from the
[0027]
An example of main control contents of the
[0028]
For example, when the
[0029]
Next, since the maximum flow rate of the
[0030]
Next, a detailed configuration example of the above-described
[0031]
FIG. 1 shows a first embodiment of the system configuration of the
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
Next, the
[0035]
The
[0036]
In the above
[0037]
In the configuration of the
[0038]
A second embodiment of the electronic control device according to the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is a modification of the first embodiment. In FIG. 2, the same elements as those described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The plurality of controllers constituting the electronic control unit, that is, the
[0039]
The electronic control unit according to the second embodiment has the advantage that the data transmission direction is unified, data collision on the in-vehicle LAN is reduced, and high-speed control of the system can be performed.
[0040]
According to the above-described first and second embodiments, three or more controllers are prepared, and each controller is separately provided for each function, so that the amount of arithmetic processing for each controller is reduced, and the controller is mounted on each controller. The burden on the microcomputer is reduced. Also, once the hardware and software for each controller is developed and standardized for each function, only the control unit for the necessary functional parts needs to be installed for various types of models. There is no need for development, and a control system can be constructed at low cost.
[0041]
The third embodiment shown in FIG. 3 shows a configuration in which the traveling-
[0042]
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the electronic control device according to the present invention. In this embodiment, for example, the system according to the third embodiment shown in FIG. 3 is realized by changing the type of a controller to be standardized. In the third embodiment, the
[0043]
According to the configuration of the fourth embodiment, for example, as described in the control of the
[0044]
Although the hydraulic shovel has been described as an example of a construction machine in the above embodiment, the electronic control device according to the present invention can be similarly applied to other construction machines.
[0045]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the electronic control device is provided with a plurality of controllers, arranged separately for each function, and arranged so as to be connected via the in-vehicle LAN, individual Controllers can be standardized, and a highly flexible control system can be constructed that can handle even high-function machines to low-function machines and even special work machines. In addition, the development period of hardware and software can be shortened, and a variety of products can be diversified and the price can be reduced. Since the controllers are distributed and each controller can be made small, it is easy to arrange them in a narrow cockpit, and the layout becomes very free. In addition, the miniaturization increases the vibration resistance, allows installation in a place other than the cockpit, and can be arranged at a location convenient for analog signals that are susceptible to noise. Further, since the controllers are grouped for each function and are arranged in a distributed manner, it is possible to easily know which actuator has failed, which is very convenient for maintenance and can reduce the maintenance cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of an electronic control device according to the present invention.
FIG. 2 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the electronic control device according to the present invention.
FIG. 3 is a system configuration diagram showing a third embodiment of the electronic control device according to the present invention.
FIG. 4 is a system configuration diagram showing a fourth embodiment of the electronic control device according to the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a construction machine on which the electronic control device according to the present invention is mounted.
FIG. 6 is a control-related diagram showing an operation example of the electronic control device.
[Explanation of symbols]
10 Electronic control unit
11 Running body
12 Revolving superstructure
13 cockpit
14 Engine Working Unit
15 Working machine
16 Boom
17 arm
18 buckets
Claims (8)
前記3以上のコントローラは、生成された信号を入力して処理する第1のコントローラのグループと、他のコントローラから送られるデータに基づき駆動信号を生成しこれを制御対象に出力する第2のコントローラのグループと、前記第1および前記第2のコントローラのグループに属する複数のコントローラを管理するメインコントローラを含み、前記第1のコントローラのグループに属する複数のコントローラと、前記第2のコントローラのグループに属する複数のコントローラと、前記メインコントローラとを車載LANで接続したことを特徴とする建設機械の電子制御装置。An electronic control device including three or more controllers and operating the construction machine by controlling a hydraulic system of the construction machine,
The three or more controllers are a group of first controllers for inputting and processing the generated signals, and a second controller for generating a drive signal based on data sent from another controller and outputting the generated drive signal to a control target. group of the group and, the saw including a main controller for managing the first and the second controller a plurality of controllers belonging to the group of the plurality of controllers belonging to the group of the first controller, the second controller An electronic control device for a construction machine , wherein a plurality of controllers belonging to the above and the main controller are connected via an in-vehicle LAN .
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