JP4293645B2 - 密集係数を用いる自動バケット積載のシステムと方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的に土工用機械の作業具を自動的に制御するための制御システムに関する。より詳細には、本発明は、土壌を捕らえるときの密集係数を利用して土工用機械の油圧シリンダを制御する電気油圧式システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大量の土壌、岩石、鉱石、および別の土壌を動かすための作業用機械は、一般的に少なくとも１つのリフト油圧シリンダと１つのティルト油圧シリンダにより制御可能に作動されるバケットのような積載を行なうように設計された作業具を備えている。オペレータが作業具を扱い、連続した別個の機能を実行する。バケットに積載するための一般的な作業サイクルにおいて、オペレータは、まず堆積された土壌に近接するように機械を動かし、バケットの高さを地上表面に近くにし、次いで機械を堆積された土壌に係合するように前進させる。
続いて、オペレータは、土壌堆積物中を通してバケットを上昇させ、同時に、材料を捕らえるためにバケットを「ラックする」（後方に傾斜させる）。バケットが堆積物で一杯になったり、離れるようなときには、オペレータは、バケットを完全にラックして投棄する高さにこれを持ち上げ、堆積物から後退して特定の投棄場所に進ませる。積載物を投棄した後、作業機械は土壌堆積物に戻り、別の作業サイクルを開始する。
【０００３】
作業サイクルを自動化してオペレータの疲れを減少させること、より効率的にバケットに積載することは、人間のオペレータにとって不適切であるような状態のときには、ますます望まれる。しかし、所定の位置または速度コマンド信号を用いる、従来の自動化された積載サイクルでは、土壌の状態が様々であるために、バケットに完全に積載するのに効果がなく、積載できないことがあった。固まっていない泥、岩石または別の砂利のような比較的均質な土壌物を捕らえるときでさえ、所定のラック速度コマンドが送られると、バケットは、土壌堆積物からあまりにも早く離れたり、油圧システム単独の能力を越えて深く堀りすぎて、バケットを離してしまうことがある。
米国特許第３、７８３、５７２号は、リフトシリンダを制御して、対応するホイールトルクを監視することにより車輪と地面との接触を維持するようになっている油圧制御システムを開示する。米国特許第５、５２８、８４３号は、検出された油圧に応じて、最高のリフトおよびティルト信号を選択的に供給する、土壌を捕らえるための制御システムを開示する。国際特許出願番号第ＷＯ９５／３３８９６号は、バケット力が許容可能限界を越えると、油圧シリンダへの流体の流れを逆転させることを開示する。しかし、いかなるシステムも、より効率的に土壌を捕らえることができるようにコマンド信号の大きさを可変に制御しない。
【０００４】
本発明は、上述の問題の１つか２つ以上を解決するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
作業具により自動的に積載を行なうことが本発明の１目的である。
特に砂利のような土壌を捕らえるのにバケットを制御するための信号を作り出すことが本発明の別の目的である。
作業具に関する自動化された作業サイクルを行い、手動の積載操作に関する生産性を高めることが本発明のさらに別の目的である。
これらの目的と、別の目的は、密集係数に従って作業具を用いて、土壌物を積載するように、本発明の原則に従って構成された自動制御システムで達成すればよい。本発明の１態様において、システムは、ホイールローダのバケットの積載に関連する機械のパラメータを表す信号を作り出すセンサーを含む。コマンド信号発生器は、信号を受信して、密集係数を求め、これに応答してリフトおよびティルト油圧シリンダコマンド信号を作り出す。少なくともティルトコマンド信号が密集係数に比例して作り出される。最後に、作業具コントローラがリフトコマンド信号を受信し、リフトシリンダを制御可能に伸ばして、土壌を通ってバケットを上昇させ、ティルトコマンド信号を受信して、ティルトシリンダを制御的に動かしてバケットを傾斜させ、土壌を捕らえるようになっている。
【０００６】
本発明の別の詳細、目的および利点が、本発明の所定の実施例、この方法を実行する所定の本発明の好ましい方法として明確になるであろう。
同一の参照符号が同一のまたは同類の成分を示すようになっている図面とともに、以下の詳細な記載を参照して、本発明のより完全な説明がなされる。
【０００７】
【実施例】
図に関し、まず図１を参照すると、ホイールタイプのローダ機械１０の前方部分が、リフトアーム組立体１２に接続され、バケットの先端１６ａを有するバケット１６からなる作業具を有するように図示されている。リフトアーム組立体１２は、機械フレーム１１に取り付けられたリフトアームピボットピン１３のまわりで油圧リフトシリンダ１４によりピボット運動可能に作動される。リフトアーム荷重ベアリングピボットピン１９がリフトアーム組立体１２とリフトシリンダ１４に取り付けられている。バケット１６は、バケットピボットピン１７のまわりをバケットティルト油圧シリンダ１５により後方に傾斜すなわち「ラックされる」。ホイール１８により可動なローダに関し図示するように、本発明は履帯式ローダと土壌を捕らえるための別の作業具のような別の機械にも等しく適用可能である。
【０００８】
図２は、本発明の１実施例に従った電気油圧制御システム２０のブロック線図である。リフトおよびティルト位置センサー２１、２２がそれぞれが、リフトおよびティルト油圧シリンダ１４、１５のそれぞれのピストンロッドの伸び量を検出することによりフレーム１１に対するバケット１６の位置に応答して、位置信号を発する。米国特許第４、７３７、７０５号に開示されたようなラジオ周波数共振センサーがこの目的のために用いられてもよいし、あるいは、位置を、回転ポテンシオメータ、ヨーヨー型またはピボットピン１３と１７における回転を計測するような手段を用いて作業具ジョイント角度計測値から直接得ることができる。
力センサー２４、２５と２６が、好ましくはリフト、あるいはティルト油圧シリンダにおける圧力を検出することにより、バケット１６上にかけられた油圧力を表す信号を発信する。リフトシリンダは、積載中に引き込まれていないので、センサーは、上方の動きを行なわせるために通常方向付けられている、シリンダのヘッド端部にのみ設けられている。しかし、特定の制御方法に適合すると、バケットがラック状態、および非ラック状態の両方の間、力を決定できるように、センサーは、ティルトシリンダのヘッドおよびロッド端部の双方に設けられているのが好ましい。圧力信号が、ピストン端部の各断面積Ａを表すゲイン係数を乗算することにより対応する力の値に変換される。典型的なティルトシリンダＦ_T が、ヘッド端部圧と面積の積と、ロッド端部圧と面積の積との差に相当する。
Ｆ_T ＝Ｐ_H ＊Ａ_H −Ｐ_R ＊Ａ_R
別の実施例において、作業具のジョイントに配置されたロードセルまたは同類の装置を力センサー２４、２６として用いてもよい。
【０００９】
ホイール１８に送られるトルクコンバータ出力トルクＴは、トルクコンバータ入力および出力軸速度の関数であり、一般的にトランスミッション、車軸またはトルクコンバータ出力軸のいずれかのドライブラインおよびエンジンで検出される。トランスミッション速度およびギアおよびエンジン速度は、通過するギアの歯車からの回転周波数を表す電気信号を発する受動ピックアップ３４、３５を用いてトランスミッションコントローラ３６から簡単に監視できる。特定のトルクコンバータの設計に関し独特なトルクコンバータの性能表は所定のトルクコンバータ入力と出力速度に関するコンバータ出力トルクを表にまとめる。
本発明は実質的にホイールスリップを防ぐと想定すると、対地速度Ｓが、検出されたトランスミッション、トルクコンバータ出力軸または車軸速度の関数として同じように求められ、駆動列において固有のトランスミッション軸または減速されたギアを適切に補償するような状態になっている。
【００１０】
位置、力および速度信号が従来の信号励振、フィルタリングのための信号調整器２７に送信されてもよいが、次にコマンド信号発生器２８に送られる。コマンド信号発生器２８は、算術的ユニットを利用するマイクロプロセッサがベースのシステムであるのが好ましく、メモリ内に記憶されたソフトウェアのプログラムに従ってジョイスティック制御レバー３０により形成された信号を模擬する信号を発するようになっている。所望のリフトおよびティルトシリンダの動作の方向と、制御レバー３０により一般的に得られる速度を表すコマンド信号を模擬することにより、本発明は、マニュアル制御レバーインプットと平行に、あるいは交差して作業具コントローラ２９に接続することにより現存する機械を改善できるので有効である。あるいは、一体型電気油圧コントローラは、コマンド信号発生器２８とプログラム可能作業具コントローラ２９とを組み合わせて一体のユニットにすることにより形成されて、部品の数を少なくするようにしてもよい。機械のオペレータは、以下に記載するような土壌状態設定のような制御仕様を任意的に、アルファベット式キーパッド、ダイヤル、スイッチまたは接触検知ディスプレースクリーンのようなオぺレータインターフェイス３１を介し、入力してもよい。
【００１１】
作業具コントローラ２９は、本分野の当業者に公知のように受信した速度コマンド信号に比例して、各リフトおよびティルト油圧シリンダへ加圧流体が流れる割合を制御するために、リフト及びティルトシリンダ制御バルブ３２、３３を有する油圧回路を含んでいる。リフトおよびティルト油圧シリンダ速度コマンド信号は、以下本明細書において、簡潔にするためにリフトまたはティルトコマンドまたはコマンド信号と記載する。
作動において、コマンド信号発生器２８は、種々の密集係数を用いてバケットの動きを制御し、コマンド信号を比例的に修正するようになっている。ホイールローダのような作業機械が、バケットの底部がほぼ地面のレベルでこれに近接した状態で、積載されるべき土壌の堆積物の方向に駆動される。バケットの先端が土壌堆積物と接触し、これを掘削し始めた後、コマンド信号が発せられ、以下本明細書において土壌を「詰め込む」とするが、ホイール１８を前進させるように機械を駆動し続けながら、バケットが土壌堆積物を通って持ち上げられてラックされる。様々な機械のパラメータが詰め込みの程度を求めるように監視されてもよく、これらのパラメータは、本明細書において一般的にパラメータ密集係数とされる。このようなパラメータパラメータは、油圧シリンダ圧すなわちバケット力Ｆ、機械ドライブライントルクＴ、蓄積エネルギーＥ、エンジン速度および対地速度を含んでいてもよいが、これらに限定されるものではなく、それぞれはバケット１６により発生した抵抗の結果として増大したり減少したりする。本発明は、所定の機械モデルに関する最大値のパーセンテージに機械のパラメータを正規化して、密集係数を作り出すのが好ましい。
【００１２】
図３は、本発明の好ましい実施例のフローチャートであり、コマンド信号発生器２８により実行されたプログラム論理において実行されればよい。フローチャートの記載において、括弧〔ｎｎｎ〕内の符合で記された機能的な説明は、その番号に関連するブロックのことをいう。
ブログラム制御は、ＭＯＤＥ変数がＩＤＬＥに設定されると、段階〔１００〕で最初に開始する。ＭＯＤＥは、オペレータがスイッチを作動させて自動バケット積載制御を行えるようにすることに応じて、ＩＤＬＥに設定される。プログラム制御は、ＩＤＬＥ ＭＯＤＥにあるが、オペレータがバケットを地表面近くに実質的に高さを合わせなかった場合には、コマンド信号は自動的に発っせられない。リフトおよびティルトシリンダから得られたバケットの位置またはピボットピンの位置信号が、バケットの床板が、１２％以下のリフト高さにおける水平にたいして±１０°内の範囲にあるようなレベルで、地面の近くにあるかどうかを判定するのに用いられる。自動バケットの積載が事故により、あるいは安全な状態では係合していないことを確認するように監視される別の検出値は、トップ第１ギア速度の１／３からトップ第２ギア速度までの特定の範囲内の機械速度、ほぼ中央のニュートラル位置のコントロールレバー３０（わずかな下降コマンドにより床のクリーニングを可能にできる）、例えば第１から第３ギアまでの低速前進ギアで、最後のアップシフトから少なくとも所定の時間が終了したトランスミッションシフトレバーを含む。
【００１３】
次いで、オペレータは、土壌物と完全に係合している時間だけ全速力に近い状態で機械を堆積された土壌に向け、プログラム制御は、機械が堆積物と接触した〔１０２〕ときを判断するように、トルクＴまたはリフトシリンダ力Ｆ_L のような密集係数を監視する。好ましい実施例においてコマンド信号発生器２８は、トルク密集係数が所定点Ａを越え、増大し続けることを判定すると、ＭＯＤＥがＳＴＡＲＴ〔１０４〕に設定される。別のパラメータが、機械の対地速度が同時に減少しているかどうか、あるいは密集係数が所定の時間の間、増大しつ続けているかどうかというような正確なチェックとして監視されてもよい。このような正確なチェックは、例えば増大したトルクが、機械の加速によって発生するときの土壌物との接触として、不正確に解釈されないようにする。
【００１４】
いったんＳＴＡＲＴ ＭＯＤＥにあると、コマンド信号発生器２８がシフトダウンコマンドをトランスミッションコントローラに任意的に送り、機械特性が選択された程度すなわち土壌状態に適合するように、自動シフトダウンルーチン（図示せず）により、トランスミッションを小さい方のギアにする。適切なコマンド信号を求めるのに使用される設定点を適切にシフトすることにより、より高い方のギアのままにしながら、いくらかの土壌が積載されてもよい。しかし、土壌堆積に接触する際に、最も低速のギアにトランスミッションが減少することにより、オペレータは積載位置と投棄位置との間をすばやく進行でき、同時に自動的に、最高トルクが土壌物を詰め込むのに利用できるようにする。
ＳＴＡＲＴ ＭＯＤＥ〔１０４〕において、作業具コントローラ２９がプレセット速度パターンを用いてリフトシリンダを伸ばし、バケットが土壌物を通って持ち上げられ始めるように、コマンド信号が最初、発せられるので、下方の力が短時間で発生してホイール１８に積載させ、作業サイクルのＤＩＧ部分に関する十分な牽引力を確立するようになる。プレセット速度パターンは、ほぼ最高の一定速度であるか、あるいは時間変数曲線であればよい。リフトコマンド信号が、監視された特定の監視密集係数、あるいは検出された他の機械パラメータに基づいた別のパラメータ密集係数が、設定点Ｂをバイパスするまで発せられる。設定点Ｂは、バケットが土壌堆積物内に入り込み完全に「係合」されたことを表す、能力に近い値を表す。
例えば、高トルクすなわちリフト力と極めて低い対地速度により、失速状態を防ぐようにラッキングが開始されなければならないときを予測することができる。
【００１５】
監視された特定の監視密集係数が設定点Ｂより大きくなると、ＭＯＤＥが段階１０８においてＤＩＧに設定され、コマンド信号発生器２８が監視密集係数に比例してティルトコマンド信号を発生し始める。同時に、最高リフトコマンド信号が排除されるか、あるいは部分的なコマンド速度レベルに減少される。
図４を参照すると、ＤＩＧ ＭＯＤＥの間に、コマンド信号発生器２８が、コマンド振動を監視密集係数Ｑに関連させる１つか、２つ以上の所定のラック関数６０、６２、６４、６６に基づいてティルトシリンダコマンド信号Ｖ_T を発生する。本発明の１実施例に従って、コマンド信号Ｖ_T はｍとｂが土壌状態に基づいて選択された各定数である、Ｖ_T ＝ｍ＊Ｑ＋ｂという関係に従って、監視密集係数Ｑの関数として線形に増大する。
【００１６】
例えば勾配ｍ＝２を有するラック関数６２は、ｍ＝１．４３の勾配を有するラック関数６６よりも、もし双方が同一の場所で密集係数軸線と交わる場合には、わずかに積極性の乏しいアプローチとなる。なぜならば、コマンド信号は、密集係数における変化に関連してより急速に変化するからである。密集係数軸線切片Ｂ’は、土壌堆積物が完全に係合されたことを表す上述した設定点Ｂに対応していてもよいが、ラックが開始されたより広い範囲の値に対して密集係数を基準にしたラックを続けるために一般的により下側にある。
本発明は、コマンド信号Ｖ_T と監視密集係数Ｑとの間の線形の関係を用いて記載してきたが、非線形のラック関数６４も用いてもよいし、あるいは、本発明の精神から逸脱することなくルックアップ表を用いてコマンド信号を段階ごとに増大させてもよい。
【００１７】
作動において、コマンド信号発生器２８は、まず対応したパラメータに関する所定の最高値の割合として検出された機械パラメータを一般的に正規化することにより密集係数Ｑを決定する。例えば、１００％のリフトシリンダ力密集係数は、圧力リリーフバルブが開く圧力として定義される。以下に記載するように、密集係数は、設計限界内で本発明により維持されるのが好ましく、機械１０が失速したり損失を受けるたり、あるいは油圧ポンプのエネルギーを浪費して、リフトアーム組立体１２がリフトシリンダ力のためにたわむようになることを回避するようになっている。
ＤＩＧ ＭＯＤＥ中に、少なくとも１つの計算された密集係数Ｑを決定した後、コマンド信号発生器２８は、選択されたラック関数を参考にして、対応する比例ティルトコマンド信号を発生するようになっている。ラック関数６０は、エンベロープＢ’−Ｃの限界を規定する上側のブレイク点Ｃを含み、直接的にティルトコマンドまたは間接的にリフトコマンドのいずれかを介して、コマンド信号発生器２８が密集係数を作用さてもよい。前者の場合、密集係数Ｑがブレイク点Ｃを越えると、ティルトコマンドは、密集係数が一旦ブレイク点Ｃ以下に降下するまで一定のままであってもよい。密集係数の回帰分析が用いられて、形成されつつある傾向を予測し、ティルトシリンダを制御するバルブの最初の動きによりいかなる遅れ時間をも補うことができるようになっている。 持ち上がることと、ラックされることは同時に起きる必要はないが、ラックされている間に、部分的なリフトコマンドを維持し、牽引力を維持し、ティルトコマンドが上述したようにゼロにまで減少される場合に、バケットが完全に停止することを回避するようにホイール上に十分な力が残るようにすることが望まれる。好ましい実施例において、ＤＩＧ ＭＯＤＥが開始するとき約３０％のわずかな値にまでリフトコマンドが減少される。一般的に、作業具コントローラ２９とこれに対応するバルブは、「ティルト優先」を有し、ポンプから加圧油圧流体をそらし、ティルトシリンダに供給する前にティルトコマンドに従うようになっている。従って、リフトコマンドが発生されたにもかかわらず、ティルトコマンドが最高の所定の部分を越える作業サイクルの所定の部分の間、リフトシリンダは全く伸びなくてもよいことになる。従って、一般的にリフトコマンドのみがＤＩＧ ＭＯＤＥの間に必要とされるときに有効である。
【００１８】
前述したように、監視密集係数Ｑあるいは第２の密集係数Ｑ₂ が用いられて、リフトコマンドを決定するようになっていてもよい。例えば、リフト力が上方の設定点Ｄを越えた場合には、リフトコマンドは、３０％からゼロ％まで瞬時に減少されることがある。
勾配ｍと切片ｂに用いられた特定の値が、オペレータインターフェイス３１上のスイッチを介し土壌状態設定入力とは別に、あるいはこれに基づいて、バケット積載の程度を制御するためにオペレータにより選択されてもよい。土壌状態が、作動サイクルの一部の間に１実施例に従って自動的に求められてもよい。例えば、次の作業サイクルの積極性を調整するために積載効率を表すものとして検出された油圧を用いて作業サイクルの積載部分の結果でペイロードが決定されてもよい。
【００１９】
リフトおよびティルト速度コマンド信号を発した後に、コマンド信号発生器２８が段階１１２においてバケットが、作業サイクルのＤＩＧ ＭＯＤＥ部分を終了するのに十分な程度に満たされているかどうかを判定する。そうでない場合には、コマンド信号発生器２８は、段階〔１０８〕に戻り、密集係数とコマンド信号の決定をさらに反復して実行する。段階〔１１２〕においてバケット１６が、十分に満載されている場合には、コマンド信号発生器２８は、段階〔１１４〕においてコマンド信号を発信し、ティルトシリンダを最高速度で伸ばして、任意的に、信号によりリフトシリンダを最高速度で最高伸び量までの所定の高さに伸ばす。コマンド信号発生器２８は、段階〔１１２〕において、ティルトシリンダの伸び量が、バケットがほぼ完全に後方にラックされたことを表す０．７５ラジアンのような設定点Ｅよりもティルトシリンダの伸び量が大きいかどうか、バケットが堆積物の離れそうであることを表す設定点Ｆよりもリフトシリンダの伸び量が大きいかどうか、積載時間制限を越えたかどうか、を含む設定点と、リフトまたはティルトシリンダの伸び量を比較することにより十分にバケットが満たされているかどうかを判断する。
【００２０】
オペレータは、プログラム制御を中断するための、ニュートラル範囲から制御レバー３０のいずれか１つを動かすことによって作業サイクル中のどんなときにもバケット１６に関しマニュアル制御を回復することができることがある。あるいは、オペレータがバケット１６を投棄場所において手動で投棄するか、あるいは引き続き自動ルーチンが制御を行うまで、バケットは段階〔１１２〕に続いて完全に伸びた状態でラックされたままである。
本発明に関連する特徴と利点が、ホイールローダに関連した操作の記載と、代表的な密集係数としてトルクとリフト力を用いて最も良く図示されている。自動バケット制御が、まず監視されたトルクレベルに応じてまず初期化され、その後に、コマンド信号発生器２８がドライブライントルクと、検出されたリフト油圧シリンダ圧から検出されたリフト力を監視し、バケットが完全に土壌堆積物と係合するときを判断する。土壌堆積物が完全に係合されると、コマンド信号発生器が信号をコントローラ２９に送信し、監視された密集係数に応じてティルトコマンドを常時変化させる。
【００２１】
上述したように、コマンド信号発生器２８は、監視密集係数を所定のエンベロープ内に維持するために所定の最高値内でコントローラに供給されるリフトおよびティルトシリンダコマンド信号を変化させる。
図５は、本発明の１実施例に従って作動する機械に関する監視され制御された複数のパラメータで発生する可能性のある変化を図示する。図３と図５を参照すると、最初の５秒は、ＩＤＬＥ ＭＯＤＥ〔１００〕の間に記録されたデータのみを表しているので図示しない。ＳＴＡＲＴ ＭＯＤＥは、５．７秒で開始し、トルク５０を表す第１の密集係数が最大値３０％の設定点を越えて、上昇すると、同時に対地速度（図示せず）が減少し、土壌堆積物と接触した〔１０２〕ことを表す。最高値（１００％）のリフトコマンド５２のようなプレセット速度パターンが、ほぼ６．６５秒で第１の監視密集係数５０が６５％の第２の設定点を越えるまで維持され〔１０４〕、土壌堆積物が完全に係合され〔１０６〕、ＤＩＧＭＯＤＥが開始されるべきことを示している。
【００２２】
ＤＩＧ ＭＯＤＥにおいて、リフトコマンド５２が部分的な３０％リフトコマンドに減少され、第２の密集係数５４に比例するティルトコマンド５６が反復して発生する〔１０８〕、〔１１０〕。リフトコマンド５６は、第２の密集係数５４（リフト力）が１００％でエンベロープを越えると、７秒でゼロにまで瞬時に減少されるが、リフト力が再び降下した後短時間で部分的な３０％のコマンドに戻される。ティルトコマンド５６が、リフト力５４を表す第２の密集係数の関数として発生され続け、約８．８秒でバケットが十分に満載された〔１１２〕と決定されるまで、密集係数５４が６５％のより低い設定点以下に降下するとゼロに降下し、最高リフトおよびティルトコマンドが同時に発生する。前述の例において示したように、１つか２つ以上の密集係数が、作業サイクルのＤＩＧ部分を識別するように監視され、比例的なリフトおよびティルトコマンドの発生を別個にあるいは組み合わせて駆動するように監視されてもよい。 図６は、作業具コントローラ２９と、制御レバー３０の端部７０、７２における油圧シリンダ１４、１５の非線形速度反応を示す。マニュアル制御において、この非線形は、ほとんど問題にならない。なぜならば、オペレータは一般的に速度の顕著な変化のみ識別し応答することができるからである。しかし本発明において、ラック関数を予測可能な反応を有して発生できるようにするために、油圧シリンダ速度に対し比較的小さく正確な変化を形成できることが望まれる。従って、本発明の別の態様において、作業具コントローラ２９には、閉ループ制御または工場校正が設けられ、リフトおよびティルトシリンダの応答が、コマンド信号発生器２８により発生した速度コマンドに期待通りに比例することを確実にする。
【００２３】
本発明の所定の好ましい実施例と、これを実行するための所定の好ましい方法とが本明細書において、図示され記載されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、請求の範囲において様々に実行され実施されることが明らであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホイールローダとこれに対応するバケットリンケージの概略図である。
【図２】バケットリンケージを自動制御するために使用される電気油圧システムのブロック線図である。
【図３】土壌物を自動的に捕らえるためのプログラム制御のフローチャート図である。
【図４】ティルトシリンダコマンド信号の関連する密集係数に関する複数の関数を表す概略図である。
【図５】積載サイクル中に検出され、制御された値の関係を表すグラフ図である。
【図６】手動制御信号の範囲内で一般的に見られる非線形速度反応を表すグラフ図である。
【符号】
１０ ホイールタイプローダ機械
１２ リフト組立体
１３、 １７ ピボットピン
１４ 油圧リフトシリンダ
１５ 油圧ティルトシリンダ
１６ バケット
１８ ホイール
２０ 電気油圧制御システム
２１ リフト位置センサー
２２ ティルト位置センサー
２４、２５、２６ 力センサー
２７ 信号調整器
２８ コマンド信号発生器
２９ 作業具コントローラ
３０ 制御レバー

Claims (17)

1. 油圧ティルトシリンダとリフトシリンダとにより制御可能に作動される土工用機械のバケットを、土壌捕捉のために自動的に制御する制御システムにおいて、 土壌堆積物中を通る前記バケットの動作に対する抵抗を表す機械パラメータを検出して、機械パラメータ信号を発生する検出手段と、
   前記機械パラメータ信号を受信し、これに応答して、機械の駆動系に生じるトルクを表す駆動系トルク密集係数を求め、該密集係数に比例してティルトコマンド信号を発するコマンド信号発生手段と、
   前記ティルトコマンド信号に応答して前記ティルトシリンダへの油圧流体流れを修正するための油圧作業具コントローラと、
   が設けられているシステム。
2. 前記検出手段は、前記リフトシリンダに対応した油圧に応答して圧力信号を発信するための圧力センサーをさらに備え、
   前記コマンド信号発生手段は、前記リフトシリンダ圧を用いて該リフトシリンダに生じるリフト力に対応するリフト力密集係数を求めることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記土工用機械は、トルクコンバータとトランスミッションとを有するドライブラインを含んでおり、
   前記制御システムは、前記検出手段として、エンジン速度とドライブライン速度とを表す速度信号を生成するための速度センサーを備え、前記コマンド信号発生手段は、前記速度信号を受信し、トルクコンバータ出力トルクに対応するトルクコンバータ出力トルク密集係数を求めることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
4. 前記コマンド信号発生手段は、前記トルクコンバータ出力トルク密集係数を用いて前記バケットが前記土壌堆積物と接触した時点を判断し、これに応じて、所定の速度パターンリフトコマンド信号を発信して前記土壌堆積物と係合させるようにすることを特徴とする請求項３に記載の制御システム。
5. 前記コマンド信号発生手段は、前記トルクコンバータ出力トルク密集係数に比例して前記ティルトコマンド信号を発生させるための条件として、機械速度が減少する間に、前記トルクコンバータ出力トルク密集係数が所定の設定点を越えて上昇し、かつ、上昇し続けるときに、前記バケットが前記土壌堆積物と接触したと判断することを特徴とする請求項４に記載の制御システム。
6. 前記コマンド信号発生手段は、シフトコマンド信号を発生して、前記バケットが前記土壌堆積物と接触したと判断された後、前記トランスミッションをより低速ギアにシフトダウンすることを特徴とする請求項４に記載の制御システム。
7. 前記検出手段は、前記リフトシリンダに関連した油圧に応答して圧力信号を発生するための圧力センサーを備え、
   前記コマンド信号発生手段は、前記リフトシリンダ圧に関連したリフト力に対応したリフト力密集係数を求め、前記リフト力密集係数が設定点を越えた場合には最高リフト速度を指示しているリフトコマンドを部分的なリフト速度を指示するリフトコマンドにまで減少させ、これに引き続き前記リフト力密集係数に比例してティルトコマンド信号を発信することを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
8. 土壌状態設定を選択するための手段を備えており、前記密集係数は前記土壌状態設定により決定された勾配と切片を有するものであり、前記コマンド信号発生手段は、前記密集係数の線形関数として前記コマンド信号を計算することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
9. 土壌状態設定を選択するための前記手段は、少なくとも１つのオペレータ作動スイッチを備えていることを特徴とする請求項８に記載の制御システム。
10. 前記リフトおよびティルトシリンダの各々の伸びを表す位置信号を発生するための位置検出手段をさらに備え、
    前記コマンド信号発生手段は、前記位置信号を複数の位置設定点と比較し、前記リフトおよびティルトシリンダの一方の前記位置が、それぞれに対応する位置設定点を越えたときに前記バケットを最大後傾位置までラックさせる最大ティルトシリンダ速度コマンド信号を発生させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
11. リフト油圧シリンダとティルト油圧シリンダとにより制御可能に作動されるバケットと、エンジンと、トルクコンバータと、ドライブラインとを含む土工用機械の作業具を、土壌を捕捉するために自動的に制御する方法において、
    リフト油圧シリンダにおいて検出された油圧を表すリフト油圧信号を発信する段階と、 エンジンとドライブライン速度を表す速度信号を発信する段階と、
    前記速度信号からトルクコンバータ出力トルクを計算し、該トルク、前記リフト油圧信号および前記速度信号の少なくとも１つに対応する密集係数を第１の所定の設定点と比較することにより、前記機械が土壌堆積物と係合するときを判断する段階と、
    前記密集係数の関数としてティルトコマンドを発信し、前記バケットを傾斜させるために前記ティルトシリンダを制御可能に伸ばして、前記土壌を捕捉する段階と、
    からなり、
    前記トルクと、前記リフト油圧信号と前記速度信号の少なくとも１つに対応する密集係数を第２の所定の設定点と比較することにより、前記土壌堆積物と前記バケットが接触する時点を判断し、前記バケットが前記土壌堆積物と接触すると、前記土壌を通って前記バケットを持ち上げるために前記リフトシリンダを制御可能に伸ばすように最高リフト速度を指示する最高リフトコマンドを発し、前記機械が前記土壌堆積物に係合したことを判断すると、前記最高リフトコマンドを部分的なリフト速度レベルを指示する部分的リフトコマンドに減少させる
    ことを特徴とする方法。
12. 土壌状態設定を選択する段階からなり、前記密集係数の関数として前記ティルトコマンドを発生させる前記段階は、前記土壌状態設定により求められた勾配と切片とを有する線形関数を選択する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. リフト油圧シリンダとティルト油圧シリンダとにより制御可能に作動される土工用機械のバケットと、前記バケットを土壌堆積物の中に動かすための回転可能部材と、エンジンとトルクコンバータとトランスミッションとを有するドライブラインとを含む土工用機械の作業具を、土壌物を捕らえるために自動的に制御するための方法において、
    土壌が前記バケットに詰め込まれる程度を表す機械パラメータを検出し、検出した機械パラメータに対応する機械パラメータ密集係数を求める段階と、
    該機械パラメータ密集係数に比例してティルトコマンドを生成し、該ティルトコマンドに応答して、前記バケットを傾けるために前記ティルトシリンダを制御可能に伸ばして前記土壌物を捕らえる段階と
    からなる方法。
14. エンジンおよびドライブラインの速度を表す速度信号を発信する段階と、
    該速度信号からトルクコンバータ出力トルクを計算して、前記出力トルクに対応するトルク密集係数を求める段階と、
    前記トルク密集係数を第１の設定点と比較することにより前記土壌堆積物と前記バケットが接触する時点を判断する段階と、
    該バケットの接触に応答してリフトコマンドを生成し、該リフトコマンドに応答して前記バケットを持ち上げるように前記リフトシリンダを制御可能に伸ばす段階と
    からなることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記機械が前記土壌堆積物と完全に係合する時点を判断する段階からなり、前記ティルトコマンドは、前記機械が前記土壌堆積物と完全に係合したと判断された後だけ、前記トルク密集係数に比例して発せられることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記第１の設定点よりも大きい第２の所定の設定点を前記トルク密集係数と比較することにより前記土壌堆積物と前記機械が係合する時点を判断し、これに応じて部分的なリフト速度を指示する部分的リフトコマンドを発する段階からなることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記リフトシリンダにおける油圧を表す信号を発し、前記ティルトコマンドが前記リフト圧に対応するリフト圧密集係数に比例して発せられる段階からなることを特徴とする請求項１３に記載の方法。

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