JP4468703B2 - 機械を制御する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、いくつかの異なる操作状態のうち、少なくとも２つの異なる種類の装具を用いて異なる作業を行なうための機械を、前記いくつかの異なる操作状態において制御する装置に関する。このような装置は、たとえばホイールローダーの形態をとる建設機械において見られる。以下に本発明をホイールローダーに適用する場合において説明する。これは、好ましい用途の単なる一例と見なされるべきである。本発明は、さらにまた、前記制御の方法に関する。

ホイールローダーは、石および砂利、パレットおよび丸太の揚重および運搬等の多数の異なる作業分野に用いられうる。これらの各々の作業には、バケット、フォークおよび把持アームの形態をとる道具からなる、異なる装具が利用される。さらにまた、この装具は、問題の道具を操作／移動させる１個以上の作動シリンダも含みうる。

ホイールローダーにおける機能数は年を追って増加し、異なる機能設定の可能性が数と複雑さとにおいて増加した。ホイールローダーの運転台には、前記道具の設定と操作とを行なうための多数の制御装置がある。機能と制御装置の数が増えることによって、運転者が、機械の最大限の性能を引き出すために最適な設定を見出すことは、ますます困難になってきた。

この問題は、運転者が頻繁に交代し、これらの運転者が関係あるホイールローダーについてあまり広範な経験を有さない場合に、より顕著になる。こうした場合には、しばしば機械を操作に最適な方法に迅速に設定することに関して問題が起こる。

本発明の第１の目的は、いくつかの異なる操作状態で操作するための機械であって、これらの操作状態のうち、少なくとも２つにおいて異なる種類の装具を用いて異なる作業を行なうことを目的とした機械を、より簡単、より迅速および／またはより確実に操作する機会が得られる装置を作り出すことにある。また他の目的は、前記機械をより効果的に用いる機会を提供することにある。

これらの目的は、前記装置が、作動せしめられるとともに、前記操作状態のうち１つを選択して前記選択された操作状態に対応する特定の操作パラメータを制御するために多数の異なる位置に設定されうる手段からなるという事実によって達成される。したがって、前記作動手段を利用することにより、特定の品目の装具を操作するための最適の機会が得られる操作状態を選択することが可能になる。

本発明の好ましい実施例によれば、前記作動手段は、機械のオペレータによって直接操作されるようになっているとともに、さらにまた機械の運転台に配置される。その結果として、オペレータの操作が簡単かつ便利になる。

本発明のまた他の好ましい実施例によれば、各々の前記位置は、前記操作状態の少なくとも１つの範囲に対応し、前記装置は、前記装具を前記範囲内において制御／調節する多数の制御装置からなる。したがって、機械は、１つ以上の点において前記範囲に制限される。この制限は、上限のみによって構成されうる。ホイールローダーにおいて、これは、たとえば道具または載荷アームユニットの最大移動速度の制限でありうる。前記制御装置は、たとえば多数の電気制御レバーからなる。

前記実施例の１つの開発形態によれば、前記装置は、装具の位置を検出する手段からなり、異なる位置は、異なる範囲に対応する。このようにすると、たとえば装具の最大移動速度を該装具が配置される位置によってさまざまな程度に制限することが可能になる。

本発明のさらに他の実施例によれば、前記装具は、操作または移動される物体または材料と接触せしめられることを目的とした道具からなる。前記装具は、さらにまた、前記道具を移動させるための作動シリンダを含む。ここで、作動手段の各々の前記位置は、たとえば問題の道具を移動させることができる速度範囲に対応する。

前記装置は、さらにまた、好ましくは前記装具を制御するための中央ユニットを含み、前記中央ユニットは、前記作動手段と前記装具とのいずれにも接続される。

本発明のさらに他の目的は、いくつかの異なる操作状態で操作するための機械であって、前記操作状態の少なくとも２つにおいて異なる種類の装具を用いて異なる作業を行なうことを目的とした機械をより簡単、より迅速かつ／またはより確実に操作する機会が得られる方法を提供することにある。また他の目的は、前記機械をより効果的に用いる機会を提供することにある。

これらの目的は、作動手段の位置が検出されるとともに、前記検出された位置によって、選択された操作状態に対応する特定の操作パラメータが制御されるという事実によって達成される。

本発明のその他の好ましい実施例および利点は、以下の説明と特許請求の範囲とから明らかになる。

添付図面に示される実施例を参照して、本発明を以下により詳細に説明する。

図１に、いくつかの位置２〜６に設定されうる制御装置７からなる作動手段１が示されている。この制御装置７は、回転式に設計され、ホイールローダーの運転台の計器板に配置されて、車両の運転者により手動で操作される。さまざまな位置２〜６は、異なる操作状態を規定している。位置２〜４は、異なる種類の装具を用いて物体または材料を移動させる操作状態に関係する。正確には、位置２は、たとえばパレットを取り扱うために、ホイールローダーがフォーク状道具を装備していることを意味し、位置３は、たとえば木材を取り扱うために、ホイールローダーが把持アーム装置を装備していることを意味し、位置４は、たとえば砂利および石を取り扱うために、ホイールローダーがバケットを装備していることを意味する。

さまざまな道具（フォーク、把持アーム、バケット）は、異なる作業に用いられることを目的とし、車両をこれらの各々の作業において最適に機能させるために、移動の速度および穏やかさ等の異なる要件がある。どの道具が用いられるかによって、制御装置７を利用して車両を設定し、前記道具が最適な態様で操作されるようにすることができる。換言すれば、多数の操作パラメータが、選択される操作状態によって制御される。本実施例によれば、機械の移動と道具の最大移動速度は、選択される操作状態によって異なる程度に制限される。

制御装置７の位置５は、ほとんどの操作状況において用いられうるが、いかなる特定の種類の操作またはいかなる特定の道具にも最適化されない折衷的な操作パラメータに対応する「標準」と呼ばれる操作状態に関係する。したがって、「標準」は、たとえば除雪や掃出し等に用いられうる一種の汎用モードである。制御装置７の位置６は、運転者またはその他の操作員がより個別の道具および／または操作の種類に関して個人的に操作パラメータを設定して、ホイールローダーをこうした用途に最適に使用し続けることを可能にする状態を意味する「手動」と呼ばれる操作状態に関係する。このモードは、オペレータがパラメータを設定して、たとえば上昇、下降、内方ティルトおよび外方ティルトを行なうことを可能にする。

作動手段１は、さらにまた、それぞれ節約モード９と作業実施または動力モード１０とを前記の全ての操作状態において設定するための要素８、８０を含む。ここで、前記設定要素８、８０は、各モードに１個ずつの２個のボタンによって構成される。節約モード９が選択されると、エンジンの最大速度は、操作の種類および機械にとって経済性の点で最適な状態に電子的に制限される。変速装置の変速点もまた、操作の種類および機械にとって経済性の点で最適な状態に電子的に選択される。動力モード１０が選択されると、エンジンの最大速度は、操作の種類および機械にとって性能の点で最適な状態に電子的に高められる。変速装置の変速点もまた、操作の種類および機械にとって性能の点で最適な状態に電子的に選択される。

この人間と機械との間におけるインターフェースは、機械を最適な態様で制御する明確かつ直観的な方法を構成する。

図２に、ホイールローダーを制御する装置の実施例が示されている。実線は、油圧管路を示し、破線は、電気信号の伝送路を示す。この装置は、作動手段１が接続される中央ユニット１１またはコンピュータからなる。運転台に配置される多数の電気操作レバー１２は、中央ユニット１１に接続され、この中央ユニットが、前記レバーからの信号を処理するようになっている。多数の電気制御式油圧弁１３、１４は、中央ユニット１１に電気的に接続されるとともに、多数の作動シリンダ１５〜１９の往復移動操作を調整するために、これらのシリンダに油圧的に接続される。さらにまた、ポンプ２０は、作動シリンダ１５〜１９に油圧弁１３、１４を介して油圧油を供給するために配設される。

作動シリンダ１５、１６は、ステアリングシリンダとして周知のシリンダによって構成されるとともに、前側および後側本体部分の相対移動によってホイールローダーを方向転換させるようになっている。作動シリンダ１７、１８は、リフトシリンダとして周知のシリンダによって構成されるとともに、道具が取り付けられるリフトアームユニットを上昇および下降させるために設けられる。作動シリンダ１９は、ティルトシリンダとして周知のシリンダによって構成されるとともに、たとえばバケットの形態をとる道具をリフトアームユニットのピンのまわりにおいてティルト、すなわち回転させるために設けられる。したがって、作動シリンダ１７〜１９を利用することにより、上昇、下降、内方ティルトおよび外方ティルトの動作がホイールローダーにおいて達成される。プライオリティ弁２１は、ポンプ２０と電動弁１３、１４との間において接続される。この弁２１は、操舵油圧を揚重油圧に優先させるようになっている。

アキュムレータ（蓄圧器）２４は、戴荷シリンダ１７、１８に接続されて、車両が負荷状態の道具を有して駆動される場合に、ばね作用特性が得られるようになっている。

作動手段１の設定選択に基づいて、電気操作レバー１２からの信号は、中央ユニット１１において特徴的な態様で変換されるとともに、その後、出力信号として、電気油圧式パイロット弁の形態をとる弁１３、１４に送られ、次に、これらの弁が作動シリンダ１５〜１９を制御する。この操作の選択と結びつけられる信号変換により、運転者は、選択された操作を行なうのに最適な操縦性を得ることができる。

操作の一例によれば、機械は、さまざまな操作状態において以下の態様で制御される（百分率は、最大容量の比率を示す）：

パレット取扱い時の状態（フォーク状道具）：
・減速上昇速度（７０〜８５％が適切、７５〜８０％が好適）
・減速下降速度（７０〜８５％が適切、７５〜８０％が好適）
・減速内方ティルト速度（７０〜９０％が適切、約８０％が好適）
・減速外方ティルト速度（７０〜８０％が適切、約７５％が好適）
・載荷アームのばね作用は、速度従属状態においてアキュムレータ２４の設定により判断される。

木材取扱い時の状態（把持アームユニット）：
・減速上昇速度（７０〜９０％が適切、約８０％が好適）
・減速下降速度（７０〜９０％が適切、約８０％が好適）
・減速内方ティルト速度（８０〜９０％が適切、約８５％が好適）
・減速外方ティルト速度（７０〜８５％が適切、７５〜８０％が好適）
・載荷アームのばね作用は、速度従属状態においてアキュムレータ２４の設定により判断される

バケット取扱い時の状態：
・全速上昇速度（１００％）
・高速下降速度（＞９５％）
・高速内方ティルト速度（＞９５％）
・高速外方ティルト速度（＞９０％）
・載荷アームのばね作用は、歯車従属状態においてアキュムレータ２４の設定により判断される

標準状態：
・標準上昇速度（８０〜９０％が適切、約８５％が好適）
・標準下降速度（８５〜９５％が適切、約９０％が好適）
・標準内方ティルト速度（８５〜９５％が適切、約９０％が好適）
・標準外方ティルト速度（８０〜９０％が適切、約８５％が好適）
・載荷アームのばね作用は、歯車従属と速度従属との間において選択可能な状態およびさらにまたターンオフ状態においてアキュムレータ２４の設定により判断される

手動状態：
・調節可能上昇速度（基本値は約８５％；可変範囲は５０〜１００％）
・調節可能下降速度（基本値は約９０％；可変範囲は５０〜１００％）
・調節可能内方ティルト速度（基本値は約９０％、可変範囲は５０〜１００％）
・調節可能外方ティルト速度（基本値は約８５％、可変範囲は５０〜１００％）
・載荷アームのばね作用は、歯車従属と速度従属との間において選択可能な状態およびさらにまたターンオフ状態においてアキュムレータ２４の設定により判断される

また他の弁２５が図２において示されている。この弁２５は、道具の油圧ユニットへの油圧油の供給を調整することを意図されるとともに、ポンプ２０にプライオリティ弁２１を介して油圧的に、かつ中央ユニット１１に電気的に結合される。道具の前記油圧ユニットは、たとえば、把持アームを互いに対して移動させるための把持アームの作動シリンダまたはフォーク状道具の２本の脚部を相対移動させるためのフォーク状道具の作動シリンダによって構成されうる。前記プライオリティ弁は、さらにまた、関係する道具の油圧に操舵油圧を優先させるようになっている。

図２には、さらにまた中央ユニット１１に電気的に結合される車両のエンジン２２と変速装置２３とが示されている。制御装置１からの信号に加えて、中央ユニット１１は、設定要素８からの節約または作業実施モード信号も処理するとともに、エンジン２２の最大速度とさらにまた変速装置２３の歯車点（速度）の選択とを設定要素８および制御装置１において選択された状態に基づいて判断する。

作動手段１を用いて選択される操作状態によって判断される操作パラメータは、道具の最大移動速度の調整に制限されるわけではない。１つの開発形態によれば、機械のその他の特定の特性が、選択される操作状態によってさまざまな態様で制御される。これらの特性は、たとえば機械の歯車箱において異なるアルゴリズムを変更または選択して異なる操作状態にすること、またはエンジンにおいて異なるトルク曲線を変更または選択することによって達成されうる。

前記装置は、さらにまた、道具または載荷アームユニットの位置を検出する手段２６を含む。この検出手段は、たとえば従来式のセンサによって構成される。検出手段２６は、中央ユニット１１に接続される。道具または載荷アームユニットの移動パターン内において検出される異なる位置または領域は、たとえば異なる最大移動速度の形態をとる制限等の異なる操作パラメータに対応する。１つの例証的な実施例によれば、道具は、バケットによって構成され、最大移動速度は、道具の位置に応じて異なる上限値と下限値とを有しており、バケットが垂直方向低位置、すなわち地面付近に位置する場合は最大移動速度の上限値により制限され、そしてバケットが垂直方向高位置に位置する場合は最大移動速度の下限値により制限される。これにより、低位置におけるより高速のバケット移動と高位置におけるより緩慢なバケット移動とが可能になる。当然ながら、この例証的な実施例のいくつかの代替または補足態様は、たとえば載荷アームユニットが横方向のどの位置にあるかによって載荷アームユニットの移動速度を制限することによって考えられうる。勿論、２つを超える異なる位置または領域を用いることも可能である。

前記の説明によれば、本発明は、ホイールローダーにおいて実施される。この場合は、前記道具の１つは、第１の用途に用いられ、たとえばバケットは、トラックの荷台に砂利を積み込むのに用いられる。ホイールローダーをたとえば丸太の積み込み等の他の用途に用いることが望まれる場合は、バケットは、把持アームユニットと交換される。換言すれば、バケットは、載荷アームユニット上において自身の位置から取り外され、把持アームユニットが前記位置に取り付けられる。次に、制御装置７を利用して、運転者は、関係ある操作状態を切り換える。本発明は、当然ながら、いかなる道具交換も必要とされない場合、すなわち前記道具の２つが建設車両における異なる位置に同時に配置されることを目的とする場合においても実施されうる。このような例は、車両が、前側に配置されるホイールローダーユニットと後側に配置される掘削ユニットとを有する種類の建設機械、すなわちエキスカベータローダーとして知られる建設機械において見られる。

本発明は、前記に説明された例証的な実施例に制限されると見なされるべきではなく、数多くのさらに他の変形態様および改変態様が以下の特許請求の範囲内において考えられる。たとえば、図２において説明された油圧装置は、単なる一例と見なされるべきである。本発明は、さらにまた、操舵および載荷用の別途の油圧装置を有して実施されうる。

本発明の範囲内において、前記作動手段が数多くの異なる態様に設計されうることは言うまでもない。たとえば、前記作動手段は、各々が特定の操作状態に対応する１個以上の押しボタン群からなりうる。これに代わる方法として、直線的に案内される制御装置を用いることができる。さらにまた他の代替態様として、前記作動手段は、意図される操作状態を選択することができる表示装置からなりうる。この表示装置上における実際の選択操作は、該表示装置に結合されるキーボードまたは該表示装置上のタッチボタン等を介して行なわれうる。

前記作動手段は、当然ながら、図１に示された種類の操作に制限されるわけではなく、より多くの種類の操作が可能であることは言うまでもない。

機械の運転台の内側に配置される作動手段の代替態様によれば、前記作動手段は、機械の外側に配置されうる。さらに、また他の変形態様によれば、前記作動手段は、道具が機械に取り付けられることを目的とした領域に近接して配置される。各々の種類の道具は、その種類に特有の部分を有して設計されうる。道具が機械に取り付けられると、この部分は、該部分に対応して設計される機械上の部分に作用して、信号が中央ユニットに送られるとともに機械に取り付けられている道具の種類を該中央ユニットに通知する。装置は、道具と機械との間における信号伝送が信号伝送路を介するか、またはこれに代わる方法として電子送受信機を利用して無線的に行なわれるように設計されうる。

前記代替態様の１つの開発形態によれば、信号は、どの道具が機械上に配置されているかを検出するセンサから送られることができ、作動手段１上において該道具に対応する表示／位置２〜４が、どの道具が機械上に配置されているかに関するメッセージとして、かつどの操作状態を選択することができるか／選択すべきかに関する助言として、点灯するか、またはまた他の方法で運転者に指示されうる。

前記実施例の代替態様によれば、前記作動手段は、同じ種類の道具に関して２つの異なる位置に設定可能とされうる。この場合、これらの２つの位置は、機械を異なる態様で機能させることが望まれる異なる作業状況に対応する。

好ましい実施例にしたがった作動手段１上の異なる位置２〜４の表示は、異なる道具（フォーク状道具、把持アーム、バケット）を示すが、各位置は、操作状態に関係する。操作状態は、パレットの取扱い、木材の取扱い、砂利／石の取扱いまたは砂の取扱い等の操作の種類または利用分野を意味する。当然ながら、同じ道具が、異なる操作パラメータが必要とされる異なる利用分野において用いられうる。たとえば、バケット操作は、砂利採取場での用途、砂の運搬または鉱山で用いられうる。同様に、異なる道具が、同じ種類の利用分野において選択されうる。したがって、１つの代替態様によれば、逆に、個別の操作の種類／作業／利用分野が、作動手段上のさまざまな位置において明示されうる。したがって、運転者は、機械をそれにしたがって機能させたい操作パラメータに対応する利用分野に制御装置を設定することを選択することができる。このため、一例によれば、運転者は、バケットモードをパレットの取扱いに用いることができる。

また他の代替態様によれば、車両の制御ユニット１１がプログラムされて、選択された取扱い作業時において運転状況が分析されるとともに、この作業のためのさまざまな操作パラメータの制御が最適化されることが考えられうる。制御ユニットにより検出および分析されうる局面の例は、運転者がどの程度果敢に運転しているか、どの程度の上り坂および下り坂（たとえば坂の個数、長さおよび勾配）を運転しているか、バケット内の重量（有無）、剥土作業、除雪作業、照明の点灯（有無）、外部温度およびエンジン温度である。したがって、制御ユニットによって運転状況が分析されるとともに、操作パラメータが変更されて、たとえば燃料の節約に重点を置いて作業が行なわれる。

このため、運転者が作動手段１を用いて選択する操作の種類によって、油圧装置、エンジンおよび変速装置に作用する装置に入力データが供給される。変速装置の場合は、移動方向は作用を受けることはなく、変化しないままに維持される。その一方で、歯車段については、どの歯車段が使用されるかと作動せしめられる時期と係合方法とが作用を受ける。

オペレータにより作動せしめられることを意図されるとともに、多数の異なる位置に設定されうる手段の好ましい実施例を示す図である。 機械を制御する装置の好ましい実施例を示す線図である。

Claims (13)

1. 操作または移動される物体または材料に接触する少なくとも２つの異なる種類の道具を用いて異なる作業を行なう建設車両を、いくつかの異なる操作態様に制御する装置であって、
   前記操作態様の１つを選択して前記選択された操作態様に対応する、少なくとも前記道具の動作速度を含む特定の操作パラメータを制御するために、多数の異なる操作位置（２〜６）に操作され設定されうる作動手段（１）と、
   各々の前記操作位置（２〜６）に設定された前記道具を所定の動作速度で制御／調節する多数の制御装置（１２）と、
   前記道具が作業を行う作業動作位置を検出する検出手段（２６）とを備え、
   前記制御装置（１２）は、前記操作位置（２〜６）に設定された前記道具に対して、前記検出手段（２６）が検出した異なる前記作業動作位置に対応した異なる動作速度範囲内にて、動作させるようになっていることを特徴とする装置。
2. 前記作動手段（１）は、前記建設車両のオペレータにより直接操作されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記作動手段（１）は、前記建設車両の運転台に配置されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記道具の１つは、バケットによって構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 前記道具の１つは、フォーク状道具によって構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
6. 前記道具の１つは、把持アームユニットによって構成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
7. 前記道具の少なくとも２つは、互換性を有して、同じ取付位置に取り付けられることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
8. 前記道具の少なくとも２つは、前記建設車両における異なる取付位置に同時に配置されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
9. 前記道具は、駆動用の作動シリンダ（１７〜１９）を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
10. 前記道具を制御する中央ユニット（１１）を含むことと、前記中央ユニットは、前記作動手段（１）と前記道具とのいずれにも接続されることとを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の装置。
11. 前記作動手段（１）の前記操作位置（２〜６）の１つは、複数の異なる道具に共通する標準化された標準操作態様になっていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記作動手段（１）は、前記操作態様にかかわりなく、燃料消費量の点において経済的な操作の設定を可能にするようになっていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の装置。
13. 操作または移動される物体または材料に接触する少なくとも２つの異なる種類の道具を用いて異なる作業を行なう建設車両を、いくつかの異なる操作態様に制御する方法であって、
    作動手段（１）の操作位置（２〜６）が検出され、前記検出された操作位置（２〜６）によって、選択される前記操作態様に対応する、少なくとも前記道具の動作速度を含む特定の操作パラメータが制御され、多数の制御装置（１２）の操作が検出されて、各々の前記操作位置（２〜６）に設定された前記道具が所定の動作速度で制御／調節される方法であり、
    前記道具が作業を行う作業動作位置が検出されようになっていることと、
    前記制御装置（１２）は、前記操作位置（２〜６）に設定された前記道具に対して、検出された異なる前記作業動作位置に対応した異なる動作速度範囲内にて、動作させるようになっていることを特徴とする方法。

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