JP4993805B2 - トルクの離散値に基づいて土工機械の作業器具を自動制御するシステムと方法。 - Google Patents
トルクの離散値に基づいて土工機械の作業器具を自動制御するシステムと方法。 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、車輪を持つ土工機械の作業器具を自動的に制御するための制御システムに関し、更に詳しくは、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて土工機械の油圧シリンダを制御する制御システムに関する。この出力トルクは、車輪において実測する必要はなく、他の関連入力値から導き出して算出することができる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ホイールローダ、掘削機、トラックローダなどの土工機械は、大量の材料を移動させるために使用される。これらの土工機械は、バケットを備えることができる作業器具を持つ。バケットは、少なくとも１つの油圧シリンダによって制御可能に作動される。オペレータは通常、材料を捕集し、持ち上げて放り落とすために、はっきりと分かれた一連の操作を行う。
【０００３】
典型的な作業サイクルとして、オペレータは、まず初めに、材料の山のところにバケットを配置する。次にバケットが降され、作業器具が地面近くに、かつ材料の山に接近するようになる。オペレータは、それから、材料の山に係合させるために、別に「クラウディング」としても知られているが、バケットを前方に向ける。このバケットの方向付けには、土工機械全体の動きを伴う可能性がある。次にオペレータは、引き続き、バケットを満たして材料を持ち上げるために、作業器具を材料の山の中を通って持ち上げるようにバケットを制御する。次にオペレータは、バケットを後ろに傾ける、つまり後ろにラッキングして材料を捕集する。オペレータは次に、土工機械を目標とする目的地、例えばダンプカーまで移動させて、バケットから捕集した材料を放り下ろす。それからオペレータは、再びこの作業サイクルを始めから行うために、材料の山まで土工機械を後退させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この手動工程に関して数多くの問題が発生している。土工機械は、全ての環境において、また、作業時間延長時において、人間のオペレータでは一定した生産性を確保することはできない。また、人間のオペレータは、土工機械のクラウディングの全能力を利用することはできない。しかしながら、従来の自動化された積載サイクルにおいても、油圧の適正な閾値を超えた直後に作業サイクルのラッキングする部分が開始され、その結果、作業サイクルのクラウディング作業段階中に、必要もないのに、油圧装置に動力が分散される。更に人間のオペレータは、バケットを傾け過ぎる可能性があり、これにより、材料の山を過剰に突き進み、揚力を低下させてタイヤスリップに至ることもある。
【０００５】
ゴートラーに付与された米国特許第３、７８２、５７２号では、関連する車輪トルクを監視することによって、地面との車輪接触を維持するためにリフトシリンダを制御する油圧制御システムが開示されている。ロックに付与された米国特許第５、５２８、８４３号では、感知した油圧に応答して最大リフトおよび傾斜信号を選択的に供給する材料捕集用制御システムが開示されている。デイシス他による国際出願第ＷＯ ９５／３３８９６号では、バケット力が許容限界値を超えると油圧シリンダへの流体の流れの向きを逆にする段階が開示されている。しかしながら、これらのシステムのいずれにおいても、油圧系に動力を掛けて作業サイクルのラッキング部分に入る前提条件として、駆動伝達系を経由して作業機械の車輪に掛けられる所定の出力トルクの値が利用されていない。
本発明は、以上に述べた問題の１つまたはそれ以上を解決することを意図している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様において、車輪を持つ土工機械の作業器具を自動的に制御するための制御システムを開示する。作業器具は、材料を捕集し、持ち上げて放り落とすためにバケットを含み、バケットは、油圧傾斜シリンダと少なくとも１つの油圧リフトシリンダとによって制御可能に作動される。制御システムは、土工機械の車輪に掛けられるトルク量の代表値を供給するトルク表示機構と、トルク表示機構から代表トルクを受け取り、トルク表示機構から受け取った代表トルクが第1の所定値を超えているか判断した後に、応答的に第1の指令信号を発生させるための電子制御装置と、油圧傾斜シリンダが材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させるために、第１の指令信号に応答して起動される所定のシーケンスで油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する油圧器具制御装置とを含む。
【０００７】
本発明の別の態様において、車輪を持つ土工機械の作業器具を制御する方法であって、作業器具は、材料を捕集して、持ち上げて放り落とすためにバケットを含み、バケットは、油圧傾斜シリンダと少なくとも１つの油圧リフトシリンダによって制御可能に作動される制御方法が開示される。本方法は、土工機械の車輪に掛けられるトルクの代表値をトルク表示機構により準備する段階と、トルク表示機構から代表トルク信号を受け取り、トルク表示機構から受け取った代表トルクが第1の所定値を超えているか判断した後に、応答的に電子制御装置で第1の指令信号を発生させる段階と、油圧傾斜シリンダが油圧器具制御装置と協働して材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動するために、第１の指令信号に応答して起動される所定のシーケンスにより油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する段階とを含む。
本発明のより深い理解のために、添付図面を参照することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ここで図面を参照すると、初めに図１によれば、自動バケット積載システムは通常、数字１０によって示される。図１は、作業器具１４および車輪１３を持つ車輪型の土工機械１２の前方部分のみを示すが、本発明は、掘削機（これに限定されない）など同様な材料積載器具を持つトラックローダや他の機械などの広範な機械に適用可能である。作業器具１４は、リフトアーム組立体１８に接続されるバケット１６を含むことができる。しかしながら、材料２３の山を捕集して、持ち上げて、放り落とすための広範な装置のいずれもバケット１６として機能することができる。リフトアーム組立体１８は、車輪型土工機械１２のフレームに取り付けられる１対のリフトアーム枢軸ピン２２（その１つのみ図示）を中心として１対の油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）（その１つのみ図示）によって枢軸的に作動される。１対のリフトアーム支持枢軸ピン２４（その１つのみ図示）は、リフトアーム組立体１８および油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）に取り付けられる。また、バケット１６は、油圧傾斜シリンダ２６によって傾斜されるか、または「ラッキングされる」。
【０００９】
ここで図２を参照すると、図１において先に参照された構成部品に関連する本発明の１つの実施形態による、数字１２０で通常示される電気油圧制御システムのブロック図が示されている。本発明では所定のリフトおよび傾斜パターンが好ましく利用され、それは必要ではないが、最適の実施形態は、恐らく位置センサ１２１および１２２、及び、力センサ１２４、１２５、１２６を含むであろう。リフトおよび傾斜位置センサ１２１および１２２は、各々、油圧リフトシリンダ２０および油圧傾斜シリンダ２６のピストンロッドの延びを感知することによって、車輪型土工機械１２に対するバケット１６の位置に応答し、各々の位置信号を生成する。バイター他に付与された米国特許第４、７３７、７０５号で開示された無線周波数共鳴センサなどの無線周波数共鳴センサをこの目的に使用することができ、また代わりに、リフトアーム枢軸ピン２２およびリフトアーム支持枢軸ピン２４のところで回転を測定するために回転電位差計やヨーヨーなどを使用して、作業器具接続部角度測定値から直接位置を導くことができる。
【００１０】
力センサ１２４、１２５、及び、１２６は、好ましくは油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）、また、その代わりに油圧傾斜シリンダ２６の圧力を感知することによって、バケット１６に作用する油圧力を代表する信号を生成する。油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）は、積載中は引っ込まず、従ってセンサは、通常上向きの運動をもたらすように指向された油圧リフトシリンダ２０のヘッド側にだけ準備される。しかしながら、特定の制御戦略上適当であれば、バケット１６のラッキング時および逆ラッキング時の両方で力の測定ができるように、油圧傾斜シリンダ２６のヘッド側およびロッド側の両方にセンサを設置することができる。圧力信号は、油圧傾斜シリンダ２６のピストン端部の各々の断面積Ａを代表する利得係数を掛けることによって、対応する力の値に変換することができる。油圧傾斜シリンダ２６の代表的な力ＦTは、ヘッド側圧力と面積の積、及び、ロッド側圧力と面積の積、の差に相当する。
【００１１】
ＦT ＝ ＰH＊ＡH − ＰR＊ＡR
【００１２】
代替実施形態において、作業器具の接続部に位置するロードセルまたは同様の装置を力センサ１２４、１２５、及び、１２６として利用することができる。
これは、電気油圧制御システム１２０の１つの態様にすぎず、電気油圧制御システム１２０は、位置センサおよび変位センサの両方、及び、様々な関連する制御アルゴリズムを含むことができる。
車輪１３に供給されるトルク変換器出力トルクＴは、トルク変換器入力と出力速度との関数であり、通常、エンジンおよび駆動伝達系２８の、変速機、車軸、または、トルク変換器出力シャフト上のいずれかで感知される。本特許出願を通じて、出力トルクＴは実測する必要はなく、エンジン（図示しない）と車輪１３との間の多数の箇所での他の測定値から得るか、または算出することができる。変速機、ギヤ、及び、エンジンの回転速度は、例えば通過ギヤ歯数から回転周波数を表す電気信号を生成する変速機回転毎分センサ１３４およびエンジン回転毎分センサ１３５などの受動的ピックアップを使用して、変速機制御システム１３６から容易に監視することができる。特定のトルク変換器設計に固有のトルク変換器性能表は、任意のトルク変換器入出力速度に対する変換器出力トルクを表示する。
【００１３】
機械対地速度Ｓは、駆動伝達系２８固有の変速または他のギヤ減速に対する適切な補償と共に、変速機、トルク変換器出力シャフト、または、車軸の感知された回転数の関数として同様に測定される。
位置、力、及び、速度の信号は、従来の信号励振およびフィルタ用の信号調節器１２７に送ることができる。条件付けされた信号は、次に電子制御装置１２８に送られる。電子制御装置１２８は、ソフトウェアプログラムに従う処理を制御する演算ユニットを利用するマイクロ処理装置内蔵システムであってもよい。電子制御装置１２８は、マイクロ処理装置などの処理装置（ただしこれに限定されない）を含むことができるが、広範な演算装置のいずれでも十分であろう。電子制御装置１２８は、好ましくはメモリ装置１４６および時計（図示しない）を含み（ただし、これらに限定されない）、浮動小数点処理装置および固定小数点処理装置の両方に対応する。電子制御装置１２８は、自動バケット積載システム１０に付随する様々なセンサおよび他の装置から情報を受け取るために作動可能である。プログラムは、通常メモリ装置１４６に記憶され、記憶装置１４６は、一般に電子制御装置１２８の構成部品であるＲＯＭ、ランダム・アクセス・メモリなどであってもよいが、これらに限定されない。
【００１４】
更に電子制御装置１２８は、記憶装置１４６に記憶されるソフトウェアに従って、手動制御レバー入力１３０、例えばジョイスティックによって生成される信号、に似せた信号を発生させるために演算ユニットを利用する。従来的には手動制御レバー入力１３０によって供給される目標とするリフト・傾斜シリンダの動きの方向および速度を表す指令信号に似せることにより、本発明は、手動制御レバー出力１３０に平行して、または、割り込んでプログラム可能器具制御装置１２９と接続することにより、既存機械を有利に換装することができる。代わりに、構成部品の数を減らすために、単一ユニット内に電子制御装置１２８とプログラム可能器具制御装置１２９とを結合して、一体型電気油圧制御装置を準備することができる。機械オペレータは、英数字キーパッド、ダイヤル、スイッチ、または、タッチ感応式表示画面などのオペレータ・インタフェース１３１を通じて、後述する材料状態設定値など、制御仕様値を随意的に入力することができる。
【００１５】
プログラム可能器具制御装置１２９は、加圧された油圧流体が、受信速度指令信号に比例して、当業者によく知られている方法で、各リフトおよび傾斜シリンダ２０および２６に流れる速度を制御するためのリフトおよび傾斜シリンダ制御バルブ１３２および１３３を各々について持つ油圧回路を含む。リフトおよび傾斜油圧シリンダ速度指令信号は、以下簡単のために、リフトまたは傾斜指令、または、リフトまたは傾斜指令信号と呼ぶ。手動制御レバー入力１３０の出力は、作業器具１４の動き、方向、及び、速度を決める。
【００１６】
作動中に、電子制御装置１２８は、指令信号を使用してバケット１６の動きを制御する。車輪型土工機械１２などの作業機械は、バケット１６底部が地面にほぼ水平に、かつ地面に接近して積載すべき材料２３の山に向かって駆動される。バケット１６の先端が材料２３の山に接触して材料２３の山を掘り始めると、一方で車輪型土工機械１２が車輪１３で前方に駆動され続けながら、ここで材料２３の山を「クラウディング」すると呼ぶ、材料２３の山の中でバケット１６を持ち上げてラッキングするための指令信号が発生される。車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが監視されており、バケット１６が受ける抵抗の結果としてこのパラメータの数値が上がる。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。これにより、バケット１６の材料の山２３の中への最大限の貫入と十分な係合とがもたらされる。車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴは、駆動伝達系トルクＴが第１の所定値または設定値Ａになるまで増加し続ける。この第１の所定値または設定値Ａを大幅に超えた場合、トルク変換器が停止する可能性がある。
【００１７】
完全に貫入しているこの時点で、車輪型土工機械１２は、所定の傾斜指令シーケンスに入り、電子制御装置１２８は、プログラム可能器具制御装置１２９を介して、油圧傾斜シリンダ２６を起動する傾斜シリンダ制御バルブ１３２に指令信号を与える。この所定の傾斜指令シーケンスは、バケット１６の先端を山２３になった材料の表面に更に近づけ、材料の山２３からの抵抗を低減させることによって最終的に駆動伝達系トルクＴを軽減するように発生され、その結果バケット１６内の材料がバケット１６後部に向かって移動するので、車輪型土工機械１２は前進することができる。
バケット１６をラッキングするのに早すぎるか、または、多すぎると、バケット１６が満載になる前にバケットを材料の山２３の表面に向って運び、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力を減らし、車輪13のスリップをもたらす可能性がある。従って、所定の傾斜指令シーケンスは、駆動伝達系トルクＴが第２所定値または設定値Ｂを下回ると止められる。
【００１８】
別の選択肢は、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力が、車輪型土工機械１２の電気油圧制御システム１２０用の主油圧安全バルブ１３８の所定の割合に超える限りば、たとえ駆動伝達系トルクＴが第２の所定値または設定値Ｂを下回ったとしても、所定の傾斜指令シーケンスを維持することであろう。この割合は、土工機械の型、製作者、大きさなどに左右されて変動する。この割合の非限定な例は、１１０％であろう。
駆動伝達系２８トルクＴの第１所定値または設定値Ａと第２所定値または設定値Ｂとの間の広がりつまり違いは、大き過ぎるとバケット１６の傾斜時間が長くなり、また、小さ過ぎると所定の傾斜指令の作動停止サイクルの潜在的周波数が理想的なものにはならない。広がりの範囲は、０パーセントから約５０（５０）パーセントの間であることが可能で、好ましくは４パーセントから約１５パーセントの間になるとよい。この広がりつまり差の範囲は、特定の機械、材料、及び、オペレータの好みによって、極端に変わる可能性がある。
【００１９】
所定の傾斜指令は、チャタリングを防ぐために、ある最小時間の間作動または停止状態に留まる必要がある点に注意することが重要である。この時間間隔は、土工機械および関連する油圧システムの型、製作者、及び、大きさに左右される。
好ましい実施形態において、車輪型土工機械１２が所定の傾斜シーケンスにある時、油圧傾斜シリンダ２６への流量がある割合を下回る場合に限り、油圧流量を油圧リフトシリンダ２０に供給することができる。ここでもやはり、この割合は、土工機械および関連する油圧システムの型、製作者、および大きさにより左右され、機械設計に依存する。
【００２０】
代わりに、リフト力が油圧遅延の対処に必要な所定の限界値を下回る時期を予測するために、力の値予測を利用して、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）における力の変化率ｄＮ＝ｆ（ｎ−３）−ｆ（ｎ）を算出することができる。また、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）における力の変化率は、リフト力がいかに早く車輪１３のスリップをもたらすレベルに達するかを判断するために、所定の閾値と比較することができる。
ここで、出力伝達系２８トルクＴの離散値に基づいて、供給源位置、例えば、材料の山２３から材料を捕集して持ち上げるための、車輪型土工機械１２のバケット１６を自動的に制御するソフトウェアについて、図２に示す電子制御装置１２８によって実行されるコンピュータプログラム命令を表す、一般的に参照番号２００で示される流れ図を描いた図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明する。流れ図の記述において、不等号マーク付き番号＜ｎｎｎ＞で記した機能上の説明は、その番号を持つ流れ図のブロックを指すことになる。
【００２１】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、まず図３ＡにおいてＭＯＤＥ変数がＩＤＬＥに設定されている時、プログラム制御は、まず最初にプログラム段階＜２１０＞から始まる。ＭＯＤＥは、バケット１６の自動積載制御を可能にするためのスイッチを作動させるオペレータに応答してＩＤＬＥに設定される。プログラム制御はＩＤＬＥ ＭＯＤＥにあっても、オペレータが地面近くでバケット１６を十分に水平にしていなかった場合、指令信号は、自動的には発生されない。油圧リフトシリンダ２０および油圧傾斜シリンダ２６から各々導かれるバケット１６位置か、または、リフトアーム枢軸ピン２２およびリフトアーム支持枢軸ピン２４からの位置信号を使用して、バケット１６の床面が十分に水平で地面近くにあるかどうか判断することができる。バケット１６の自動積載が偶発的または通常の作動パラメータ範囲外の状態のもとで起こらないことを確実にするため監視することを可能にする追加的に感知される値には、以下が含まれる。
【００２２】
● ３分の１トップ第１ギヤ速度とトップ第２ギヤ速度との間など、特定範囲内にある車輪型土工機械１２の速度。
● 手動制御レバー入力１３０が実質的に中央にある中立位置にある（僅かな下向き指令により、床面洗浄を可能にすることができる）。
● 変速機シフトレバー（図示しない）が低速前進ギヤ位置、例えば１速から3速にあって、最後の上段シフトから少なくとも所定の時間が経過した。
【００２３】
次にオペレータは、材料の山２３の中へ車輪型土工機械１２を向け、好ましくは、材料の山２３が完全に係合されるまでには、選択されたギヤ範囲内の最大動力設定値に近づける。
第２のプログラム段階＜２２０＞は、車輪型土工機械１２でクラウディング作業を始める一方で、バケット１６で材料の山２３に接触および係合する段階である。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。
【００２４】
第３のプログラム段階＜２３０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８のトルクＴが第１所定値を超えているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜２２０＞および＜２３０＞は、連続して繰り返される。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第４のプログラム段階＜２４０＞に進む。
第４のプログラム段階＜２４０＞では、車輪型土工機械１２のバケット１６に係わる所定の傾斜シーケンスが利用される。これにより、バケット１６は、バケット１６の後部に材料を摺動させながら上向きに切り込むことができる。また、この所定の傾斜シーケンスにより、駆動伝達系２８の停止が回避される。
【００２５】
第５のプログラム段階＜２５０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、車輪型土工機械１２に対するラッキングおよび保持シーケンスが起こったかどうか判断する図３Ｂに示す第６のプログラム段階＜２６０＞に進む。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜２４０＞、＜２５０＞、及び、＜２６０＞が繰り返される。プログラム段階＜２６０＞での質問の答えが肯定的であれば、第７のプログラム＜２７０＞として、ラッキングおよび保持シーケンスが完了し、材料が材料の山２３から取り除かれる。揚程をこのシーケンスに含むことができるが、揚程は、一般にこのシーケンスの態様ではない。
【００２６】
車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断に係わる第５のプログラム段階＜２５０＞での質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、所定の傾斜シーケンスを止めて、材料の山２３を係合するクラウディング作業を継続しながら、車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に実質的に全ての動力を分岐する第８のプログラム段階＜２８０＞に進む。
第９のプログラム段階では、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第３所定値を超えているか判断される＜２９０＞。この第３所定値は、第１所定値と同一ではないにしても同様のものであるが、車輪型土工機械１２の構成によっては、この第３所定値は第１所定値と異なってもよい。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜２８０＞および＜２９０＞が連続的に繰り返される。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜２４０＞に進み、プログラム段階＜２８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜２５０＞から＜２７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
【００２７】
ここで、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力が主油圧安全バルブ１３８の所定の割合を超えているか判断する選択肢を利用し、出力伝達系２８のトルクＴの離散値に基づいて、供給源位置、例えば、材料の山２３から材料を捕集して持ち上げるための、車輪型土工機械１２のバケット１６を自動的に制御する第１の代替実施形態のためのソフトウェアについて、図２に示す電子制御装置１２８によって実行されるコンピュータプログラム命令を表す、一般的に参照番号３００で示される流れ図を描いた図４Ａおよび図４Ｂ、まず最初には図４Ａを参照しながら説明する。流れ図の記述において、不等号マーク付き番号＜ｎｎｎ＞で記した機能上の説明は、その番号を持つ流れ図のブロックを指すことになる。
【００２８】
上記のソフトウェアプログラムの場合と同様に、図４Ａに示すように、ＭＯＤＥ変数がＩＤＬＥに設定されている時、プログラム制御は、まず最初にプログラム段階＜３１０＞から始まる。次にオペレータは、材料の山２３の中へ車輪型土工機械１２を向け、好ましくは、材料の山２３が完全に係合されるまでには、選択されたギヤ範囲内の最大動力設定値に近づける。
第２のプログラム段階＜３２０＞は、車輪型土工機械１２でクラウディング作業を始める一方で、バケット１６で材料の山２３に接触および係合する段階である。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。
【００２９】
第３のプログラム段階＜３３０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第１所定値を超えているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜３２０＞および＜３３０＞は、連続して繰り返される。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第４のプログラム段階＜３４０＞に進む。
第４のプログラム段階＜３４０＞では、車輪型土工機械１２のバケット１６に係わる所定の傾斜シーケンスが利用される。これにより、バケット１６は、バケット１６の後部に材料を摺動させながら上向きに切り込むことができる。また、この所定の傾斜シーケンスにより、駆動伝達系２８の停止が回避される。
【００３０】
第５のプログラム段階＜３５０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、車輪型土工機械１２に対するラッキングおよび保持シーケンスが起こったかどうか判断する図４Ｂに示す第６のプログラム段階＜３６０＞に進む。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜３４０＞、＜３５０＞、及び、＜３６０＞が繰り返される。プログラム段階＜３６０＞での質問の答えが肯定的であれば、第７のプログラム＜３７０＞として、ラッキングおよび保持シーケンスが完了し、材料が材料の山２３から取り除かれる。揚程をこのシーケンスに含むことができるが、揚程は、一般にこのシーケンスの態様ではない。
【００３１】
車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断に係わる第５のプログラム段階＜３５０＞での質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、所定の傾斜シーケンスを止めて、材料の山２３を係合するクラウディング作業を継続しながら、車輪型土工機械１２の電子油圧制御システム１２０から車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に、実質的に全ての動力を分岐する第８のプログラム段階＜３８０＞に進む。
第９のプログラム段階では、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第３所定値を超えているか判断される＜３９０＞。この第３所定値は、第１所定値と同一ではないにしても同様のものであるが、車輪型土工機械１２の構成によっては、この第３所定値は第１所定値と異なってもよい。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜３４０＞に進み、プログラム段階＜３８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜３５０＞から＜３７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
【００３２】
この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第１０のプログラム段階＜３９５＞に進み、その後、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力が主油圧安全バルブ１３８の所定の力の割合を超えているか判断される。主油圧安全バルブのこの所定の力の割合は、土工機械および関連油圧システムの型、製作者、及び、大きさに左右される。この割合は、約１００パーセント（１００％）から約１５０パーセント（１５０％）までの範囲に及ぶことができる。これは、機械構成により大きく左右され、ある型の機械は、１０５パーセント（１０５％）から約１１５パーセント（１１５％）の間で最適に作動し、一方別の型の機械では、１２５パーセント（１２５％）から約１４５パーセント（１４５％）の間で最適に作動する。
【００３３】
この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜３４０＞に戻り、プログラム段階＜３８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜３５０＞から＜３７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
プログラム段階＜３９５＞でのこの質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、材料の山２３に対してクラウディング作業を継続するために、再度所定の傾斜シーケンスを止めて、車輪型土工機械１２の電子油圧制御システム１２０から車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に、実質的に全ての動力を分岐するプログラム段階＜３８０＞と、同時に、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を超えているか判断するプログラム段階＜３９０＞とに戻る。
【００３４】
油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）に対する力の変化率が所定の限界値を下回っていないか、また閾値に比較してどうかを判断する選択肢を利用し、出力伝達系トルクＴの離散値に基づいて、供給源位置、例えば、材料の山２３から材料を捕集して持ち上げるための、車輪型土工機械１２のバケット１６を自動的に制御する第２の代替実施形態のためのソフトウェアについて説明する。いずれの場合においても、これは、車輪１３のスリップをもたらし得る条件を示すであろう。ここで、この第２の代替実施形態は、図２に示す電子制御装置１２８によって実行されるコンピュータプログラム命令を表す、一般的に参照番号４００で示される流れ図を描いた図５Ａおよび図５Ｂを参照しながら説明される。
【００３５】
上記のソフトウェアプログラムの場合と同様に、図５Ａに示すように、ＭＯＤＥ変数がＩＤＬＥに設定されている時、プログラム制御は、まず最初にプログラム段階＜４１０＞から始まる。次にオペレータは、材料の山２３の中へ車輪型土工機械１２を向け、好ましくは、材料の山２３が完全に係合されるまでには、選択されたギヤ範囲内の最大動力設定値に近づける。
第２のプログラム段階＜４２０＞は、車輪型土工機械１２でクラウディング作業を始める一方で、バケット１６で材料の山２３に接触および係合する段階である。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。
【００３６】
第３のプログラム段階＜４３０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第１所定値を超えているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜４２０＞および＜４３０＞は、連続して繰り返される。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第４のプログラム段階＜４４０＞に進む。
第４のプログラム段階＜４４０＞では、車輪型土工機械１２のバケット１６に係わる所定の傾斜シーケンスが利用される。これにより、バケット１６は、バケット１６の後部に材料を摺動させながら上向きに切り込むことができる。また、この所定の傾斜シーケンスにより、駆動伝達系２８の停止が回避される。
【００３７】
第５のプログラム段階＜４５０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、車輪型土工機械１２に対するラッキングおよび保持シーケンスが起こったかどうか判断する図４Ｂに示す第６のプログラム段階＜４６０＞に進む。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜４４０＞、＜４５０＞、及び、＜４６０＞が繰り返される。プログラム段階＜４６０＞での質問の答えが肯定的であれば、図５Ｂに示すように、第７のプログラム＜４７０＞としてラッキングおよび保持シーケンスが完了される。揚程をこのシーケンスに含むことができるが、揚程は、一般にこのシーケンスの態様ではない。
【００３８】
車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断に係わる第５のプログラム段階＜４５０＞での質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、所定の傾斜シーケンスを止め、材料の山２３を係合するクラウディング作業を継続するために車輪型土工機械１２の電子油圧制御システム１２０から車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に実質的に全ての動力を分岐する、第８のプログラム段階＜４８０＞に進む。
第９のプログラム段階＜４９０＞では、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第３所定値を超えているか判断される。この第３所定値は、第１所定値と同一ではないにしても同様のものであるが、車輪型土工機械１２の構成によっては、この第３所定値は第１所定値と異なってもよい。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜４４０＞に進み、プログラム段階＜４８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜４５０＞から＜４７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
【００３９】
この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第１０のプログラム段階＜４９５＞に進み、次にソフトウェアプログラムは、リフト力が油圧遅延への対処に必要な所定の限界値を何時下回るか予測するために、力の値予測を利用して、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）における力の変化率ｄＮ＝ｆ（ｎ−３）−ｆ（ｎ）を決める。この所定の限界値は、土工機械および関連する油圧システムの型、製作者、及び、大きさに左右される。また、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力の変化率は、所定の閾値と比較することができる。この所定の限界値は、土工機械および関連する油圧システムの型、製作者、及び、大きさに左右される。いずれの場合も、これは、リフト力がいかに早く車輪１３のスリップをもたらすレベルに達し得るかを判断するであろう。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜４４０＞に進み、プログラム段階＜４８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜４５０＞から＜４７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
【００４０】
プログラム段階＜４９５＞でのこの質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、所定の傾斜シーケンスを止めてクラウディング作業を継続するために車輪型土工機械１２の電子油圧制御システム１２０から車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に実質的に全ての動力を分岐するプログラム段階＜４８０＞と、同時に、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を超えているか判断するプログラム段階＜４９０＞とに再び戻る。
【００４１】
（産業上の応用可能性）
本発明は、トラックローダや同様な材料積載器具を持つ他の機械など、広範な機械に適用可能な自動作業器具である。
人間のオペレータおよび自動による車輪型土工機械１２の作動は、極めて似る可能性があるが、車輪型土工機械１２の非限定的な例が例えばホイールローダである場合に材料の積載に関して、車輪型土工機械１２の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて人間のオペレータによって操作される車輪型土工機械と、土工機械１２の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて自動的に制御される車輪付き土工機械１２との間には、各々いくつかの重要な違いがあり得る。
【００４２】
初めに車輪型土工機械12は、図１に示すように、バケット１６が材料の山２３にしっかり「食いついて」、車輪のトラクションを最大限にするために、実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に移されている。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。
【００４３】
離散トルクに基づくアルゴリズムが始まるのは、バケット１６が材料の山２３の中に初回の貫入を達成し、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）への力がリフトシリンダ力の所定値を超えた場合である。この所定値は、材料の山２３の性質と並んで、車輪型土工機械１２および関連装置の製作者により異なる。この時点で、図２に示すように、リフトシリンダ制御バルブ１３３を閉じ、車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８を通じて全ての動力を伝えることによって、リフト指令がゼロに設定される。オペレータは、リフトシリンダ２０の力が主油圧安全バルブ１３８の設定値よりも大きい時、リフトシリンダ制御バルブ１３３を開くことができる。これは、流量を主油圧安全バルブ１３８の向こう側に送ることによって動力が浪費されることを意味するであろう。トルクは、第１所定値または設定値Ａまで増え続ける。この所定値または設定値Ａが、第２セグメントの始まりを示す。
【００４４】
完全に材料の山に貫入しているこの時点で、車輪型土工機械１２は、所定の傾斜指令シーケンスに入り、電子制御装置１２８は、器具制御装置１２９を介して油圧傾斜シリンダ２６を作動させる傾斜シリンダ制御バルブ１３２に指令信号を与える。この所定の傾斜指令シーケンスは、バケット１６の先端を山２３になった材料の表面に更に近づけ、材料の山２３からの抵抗を低減させることによって最終的に駆動伝達系トルクＴを軽減するように発生され、その結果バケット１６内の材料がバケット１６後部に向かって移動するので、車輪型土工機械１２は前進することができる。人間のオペレータは、油圧器具制御装置１２９を作動するために絶えず手動制御レバー入力１３０を使用している場合に、車輪型土工機械１２に材料の山２３に対して全クラウディング能力を加えさせられないし、また、オペレータが手動制御レバー入力１３０を使って油圧器具制御装置１２９を使用する時に小休止する場合、オペレータは、バケット１６がより硬い材料の山２３に貫入するほど長く小休止することができない。
【００４５】
バケット１６をラッキングするのに早すぎるか、または、多すぎると、バケット１６が満載になる前にバケットを材料の山２３の表面に向って運び、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力を減らし、車輪13のスリップをもたらす可能性がある。従って、所定の傾斜指令シーケンスは、駆動伝達系トルクＴが第２所定値または設定値Ｂを下回ると止められる。
次に、傾斜指令がほぼゼロに落ち、再び最大値まで上昇する。随意的に、車輪型土工機械１２の電気油圧制御システム１２０について、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力が主安全バルブの所定の割合、例えば１１０％を超えている限り、たとえ駆動伝達系トルクが第２所定値か設定値Ｂを下回ったとしても、所定の傾斜指令シーケンスを維持することがある。
傾斜指令は、再びほぼゼロに落ち、再度最大値まで上昇する。
【００４６】
以下の記述は、説明目的に過ぎず、本説明をそのように限定する意図はない。
当業者は、本発明が他の複数の応用に適することを理解するであろう。
本発明の他の態様、対象、及び、利点は、図面、開示、及び、別記請求項を参照して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】土工機械の作業器具の輪郭図である。
【図２】本発明に関する土工機械の制御システムにおける様々な態様のハードウェア・ブロック図である。
【図３Ａ】材料を捕集し、持ち上げて放り落とすために、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアを示す流れ図である。
【図３Ｂ】材料を捕集し、持ち上げて放り落とすために、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアを示す流れ図である。
【図４Ａ】図３Ａおよび図３Ｂに従って、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて材料を捕集し持ち上げて放り落とすために土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアの第１の代替実施形態を示し、また、所定のシーケンスに入る前に油圧シリンダの力が主油圧安全バルブの所定の割合を超えているか判断した後に、材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させる流れ図である。
【図４Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂに従って、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて材料を捕集し持ち上げて放り落とすために土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアの第１の代替実施形態を示し、また、所定のシーケンスに入る前に油圧シリンダの力が主油圧安全バルブの所定の割合を超えているか判断した後に、材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させる流れ図である。
【図５Ａ】図３Ａおよび図３Ｂに従って、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて材料を捕集し持ち上げて放り落とすために土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアの第２の代替実施形態を示し、また、所定のシーケンスに入る前に油圧リフトシリンダ（複数の場合もある）の力が所定の限界値つまり所定の閾値を下回っているか判断した後に、材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させる流れ図である。
【図５Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂに従って、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて材料を捕集し持ち上げて放り落とすために土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアの第２の代替実施形態を示し、また、所定のシーケンスに入る前に油圧リフトシリンダ（複数の場合もある）の力が所定の限界値つまり所定の閾値を下回っているか判断した後に、材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させる流れ図である。
【符号の説明】
１０ 自動バケット積載システム
１２ 車輪型土工機械
１３ 車輪
１４ 作業器具
１６ バケット
１８ リフトアーム組立体
２０ 油圧リフトシリンダ（複数の場合もある）
２２ リフトアーム枢軸ピン
２３ 材料の山
２４ リフトアーム支持枢軸ピン
２６ 油圧傾斜シリンダ
２８ 駆動伝達系
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、車輪を持つ土工機械の作業器具を自動的に制御するための制御システムに関し、更に詳しくは、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて土工機械の油圧シリンダを制御する制御システムに関する。この出力トルクは、車輪において実測する必要はなく、他の関連入力値から導き出して算出することができる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ホイールローダ、掘削機、トラックローダなどの土工機械は、大量の材料を移動させるために使用される。これらの土工機械は、バケットを備えることができる作業器具を持つ。バケットは、少なくとも１つの油圧シリンダによって制御可能に作動される。オペレータは通常、材料を捕集し、持ち上げて放り落とすために、はっきりと分かれた一連の操作を行う。
【０００３】
典型的な作業サイクルとして、オペレータは、まず初めに、材料の山のところにバケットを配置する。次にバケットが降され、作業器具が地面近くに、かつ材料の山に接近するようになる。オペレータは、それから、材料の山に係合させるために、別に「クラウディング」としても知られているが、バケットを前方に向ける。このバケットの方向付けには、土工機械全体の動きを伴う可能性がある。次にオペレータは、引き続き、バケットを満たして材料を持ち上げるために、作業器具を材料の山の中を通って持ち上げるようにバケットを制御する。次にオペレータは、バケットを後ろに傾ける、つまり後ろにラッキングして材料を捕集する。オペレータは次に、土工機械を目標とする目的地、例えばダンプカーまで移動させて、バケットから捕集した材料を放り下ろす。それからオペレータは、再びこの作業サイクルを始めから行うために、材料の山まで土工機械を後退させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この手動工程に関して数多くの問題が発生している。土工機械は、全ての環境において、また、作業時間延長時において、人間のオペレータでは一定した生産性を確保することはできない。また、人間のオペレータは、土工機械のクラウディングの全能力を利用することはできない。しかしながら、従来の自動化された積載サイクルにおいても、油圧の適正な閾値を超えた直後に作業サイクルのラッキングする部分が開始され、その結果、作業サイクルのクラウディング作業段階中に、必要もないのに、油圧装置に動力が分散される。更に人間のオペレータは、バケットを傾け過ぎる可能性があり、これにより、材料の山を過剰に突き進み、揚力を低下させてタイヤスリップに至ることもある。
【０００５】
ゴートラーに付与された米国特許第３、７８２、５７２号では、関連する車輪トルクを監視することによって、地面との車輪接触を維持するためにリフトシリンダを制御する油圧制御システムが開示されている。ロックに付与された米国特許第５、５２８、８４３号では、感知した油圧に応答して最大リフトおよび傾斜信号を選択的に供給する材料捕集用制御システムが開示されている。デイシス他による国際出願第ＷＯ ９５／３３８９６号では、バケット力が許容限界値を超えると油圧シリンダへの流体の流れの向きを逆にする段階が開示されている。しかしながら、これらのシステムのいずれにおいても、油圧系に動力を掛けて作業サイクルのラッキング部分に入る前提条件として、駆動伝達系を経由して作業機械の車輪に掛けられる所定の出力トルクの値が利用されていない。
本発明は、以上に述べた問題の１つまたはそれ以上を解決することを意図している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様において、車輪を持つ土工機械の作業器具を自動的に制御するための制御システムを開示する。作業器具は、材料を捕集し、持ち上げて放り落とすためにバケットを含み、バケットは、油圧傾斜シリンダと少なくとも１つの油圧リフトシリンダとによって制御可能に作動される。制御システムは、土工機械の車輪に掛けられるトルク量の代表値を供給するトルク表示機構と、トルク表示機構から代表トルクを受け取り、トルク表示機構から受け取った代表トルクが第1の所定値を超えているか判断した後に、応答的に第1の指令信号を発生させるための電子制御装置と、油圧傾斜シリンダが材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させるために、第１の指令信号に応答して起動される所定のシーケンスで油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する油圧器具制御装置とを含む。
【０００７】
本発明の別の態様において、車輪を持つ土工機械の作業器具を制御する方法であって、作業器具は、材料を捕集して、持ち上げて放り落とすためにバケットを含み、バケットは、油圧傾斜シリンダと少なくとも１つの油圧リフトシリンダによって制御可能に作動される制御方法が開示される。本方法は、土工機械の車輪に掛けられるトルクの代表値をトルク表示機構により準備する段階と、トルク表示機構から代表トルク信号を受け取り、トルク表示機構から受け取った代表トルクが第1の所定値を超えているか判断した後に、応答的に電子制御装置で第1の指令信号を発生させる段階と、油圧傾斜シリンダが油圧器具制御装置と協働して材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動するために、第１の指令信号に応答して起動される所定のシーケンスにより油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する段階とを含む。
本発明のより深い理解のために、添付図面を参照することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ここで図面を参照すると、初めに図１によれば、自動バケット積載システムは通常、数字１０によって示される。図１は、作業器具１４および車輪１３を持つ車輪型の土工機械１２の前方部分のみを示すが、本発明は、掘削機（これに限定されない）など同様な材料積載器具を持つトラックローダや他の機械などの広範な機械に適用可能である。作業器具１４は、リフトアーム組立体１８に接続されるバケット１６を含むことができる。しかしながら、材料２３の山を捕集して、持ち上げて、放り落とすための広範な装置のいずれもバケット１６として機能することができる。リフトアーム組立体１８は、車輪型土工機械１２のフレームに取り付けられる１対のリフトアーム枢軸ピン２２（その１つのみ図示）を中心として１対の油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）（その１つのみ図示）によって枢軸的に作動される。１対のリフトアーム支持枢軸ピン２４（その１つのみ図示）は、リフトアーム組立体１８および油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）に取り付けられる。また、バケット１６は、油圧傾斜シリンダ２６によって傾斜されるか、または「ラッキングされる」。
【０００９】
ここで図２を参照すると、図１において先に参照された構成部品に関連する本発明の１つの実施形態による、数字１２０で通常示される電気油圧制御システムのブロック図が示されている。本発明では所定のリフトおよび傾斜パターンが好ましく利用され、それは必要ではないが、最適の実施形態は、恐らく位置センサ１２１および１２２、及び、力センサ１２４、１２５、１２６を含むであろう。リフトおよび傾斜位置センサ１２１および１２２は、各々、油圧リフトシリンダ２０および油圧傾斜シリンダ２６のピストンロッドの延びを感知することによって、車輪型土工機械１２に対するバケット１６の位置に応答し、各々の位置信号を生成する。バイター他に付与された米国特許第４、７３７、７０５号で開示された無線周波数共鳴センサなどの無線周波数共鳴センサをこの目的に使用することができ、また代わりに、リフトアーム枢軸ピン２２およびリフトアーム支持枢軸ピン２４のところで回転を測定するために回転電位差計やヨーヨーなどを使用して、作業器具接続部角度測定値から直接位置を導くことができる。
【００１０】
力センサ１２４、１２５、及び、１２６は、好ましくは油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）、また、その代わりに油圧傾斜シリンダ２６の圧力を感知することによって、バケット１６に作用する油圧力を代表する信号を生成する。油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）は、積載中は引っ込まず、従ってセンサは、通常上向きの運動をもたらすように指向された油圧リフトシリンダ２０のヘッド側にだけ準備される。しかしながら、特定の制御戦略上適当であれば、バケット１６のラッキング時および逆ラッキング時の両方で力の測定ができるように、油圧傾斜シリンダ２６のヘッド側およびロッド側の両方にセンサを設置することができる。圧力信号は、油圧傾斜シリンダ２６のピストン端部の各々の断面積Ａを代表する利得係数を掛けることによって、対応する力の値に変換することができる。油圧傾斜シリンダ２６の代表的な力ＦTは、ヘッド側圧力と面積の積、及び、ロッド側圧力と面積の積、の差に相当する。
【００１１】
ＦT ＝ ＰH＊ＡH − ＰR＊ＡR
【００１２】
代替実施形態において、作業器具の接続部に位置するロードセルまたは同様の装置を力センサ１２４、１２５、及び、１２６として利用することができる。
これは、電気油圧制御システム１２０の１つの態様にすぎず、電気油圧制御システム１２０は、位置センサおよび変位センサの両方、及び、様々な関連する制御アルゴリズムを含むことができる。
車輪１３に供給されるトルク変換器出力トルクＴは、トルク変換器入力と出力速度との関数であり、通常、エンジンおよび駆動伝達系２８の、変速機、車軸、または、トルク変換器出力シャフト上のいずれかで感知される。本特許出願を通じて、出力トルクＴは実測する必要はなく、エンジン（図示しない）と車輪１３との間の多数の箇所での他の測定値から得るか、または算出することができる。変速機、ギヤ、及び、エンジンの回転速度は、例えば通過ギヤ歯数から回転周波数を表す電気信号を生成する変速機回転毎分センサ１３４およびエンジン回転毎分センサ１３５などの受動的ピックアップを使用して、変速機制御システム１３６から容易に監視することができる。特定のトルク変換器設計に固有のトルク変換器性能表は、任意のトルク変換器入出力速度に対する変換器出力トルクを表示する。
【００１３】
機械対地速度Ｓは、駆動伝達系２８固有の変速または他のギヤ減速に対する適切な補償と共に、変速機、トルク変換器出力シャフト、または、車軸の感知された回転数の関数として同様に測定される。
位置、力、及び、速度の信号は、従来の信号励振およびフィルタ用の信号調節器１２７に送ることができる。条件付けされた信号は、次に電子制御装置１２８に送られる。電子制御装置１２８は、ソフトウェアプログラムに従う処理を制御する演算ユニットを利用するマイクロ処理装置内蔵システムであってもよい。電子制御装置１２８は、マイクロ処理装置などの処理装置（ただしこれに限定されない）を含むことができるが、広範な演算装置のいずれでも十分であろう。電子制御装置１２８は、好ましくはメモリ装置１４６および時計（図示しない）を含み（ただし、これらに限定されない）、浮動小数点処理装置および固定小数点処理装置の両方に対応する。電子制御装置１２８は、自動バケット積載システム１０に付随する様々なセンサおよび他の装置から情報を受け取るために作動可能である。プログラムは、通常メモリ装置１４６に記憶され、記憶装置１４６は、一般に電子制御装置１２８の構成部品であるＲＯＭ、ランダム・アクセス・メモリなどであってもよいが、これらに限定されない。
【００１４】
更に電子制御装置１２８は、記憶装置１４６に記憶されるソフトウェアに従って、手動制御レバー入力１３０、例えばジョイスティックによって生成される信号、に似せた信号を発生させるために演算ユニットを利用する。従来的には手動制御レバー入力１３０によって供給される目標とするリフト・傾斜シリンダの動きの方向および速度を表す指令信号に似せることにより、本発明は、手動制御レバー出力１３０に平行して、または、割り込んでプログラム可能器具制御装置１２９と接続することにより、既存機械を有利に換装することができる。代わりに、構成部品の数を減らすために、単一ユニット内に電子制御装置１２８とプログラム可能器具制御装置１２９とを結合して、一体型電気油圧制御装置を準備することができる。機械オペレータは、英数字キーパッド、ダイヤル、スイッチ、または、タッチ感応式表示画面などのオペレータ・インタフェース１３１を通じて、後述する材料状態設定値など、制御仕様値を随意的に入力することができる。
【００１５】
プログラム可能器具制御装置１２９は、加圧された油圧流体が、受信速度指令信号に比例して、当業者によく知られている方法で、各リフトおよび傾斜シリンダ２０および２６に流れる速度を制御するためのリフトおよび傾斜シリンダ制御バルブ１３２および１３３を各々について持つ油圧回路を含む。リフトおよび傾斜油圧シリンダ速度指令信号は、以下簡単のために、リフトまたは傾斜指令、または、リフトまたは傾斜指令信号と呼ぶ。手動制御レバー入力１３０の出力は、作業器具１４の動き、方向、及び、速度を決める。
【００１６】
作動中に、電子制御装置１２８は、指令信号を使用してバケット１６の動きを制御する。車輪型土工機械１２などの作業機械は、バケット１６底部が地面にほぼ水平に、かつ地面に接近して積載すべき材料２３の山に向かって駆動される。バケット１６の先端が材料２３の山に接触して材料２３の山を掘り始めると、一方で車輪型土工機械１２が車輪１３で前方に駆動され続けながら、ここで材料２３の山を「クラウディング」すると呼ぶ、材料２３の山の中でバケット１６を持ち上げてラッキングするための指令信号が発生される。車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが監視されており、バケット１６が受ける抵抗の結果としてこのパラメータの数値が上がる。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。これにより、バケット１６の材料の山２３の中への最大限の貫入と十分な係合とがもたらされる。車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴは、駆動伝達系トルクＴが第１の所定値または設定値Ａになるまで増加し続ける。この第１の所定値または設定値Ａを大幅に超えた場合、トルク変換器が停止する可能性がある。
【００１７】
完全に貫入しているこの時点で、車輪型土工機械１２は、所定の傾斜指令シーケンスに入り、電子制御装置１２８は、プログラム可能器具制御装置１２９を介して、油圧傾斜シリンダ２６を起動する傾斜シリンダ制御バルブ１３２に指令信号を与える。この所定の傾斜指令シーケンスは、バケット１６の先端を山２３になった材料の表面に更に近づけ、材料の山２３からの抵抗を低減させることによって最終的に駆動伝達系トルクＴを軽減するように発生され、その結果バケット１６内の材料がバケット１６後部に向かって移動するので、車輪型土工機械１２は前進することができる。
バケット１６をラッキングするのに早すぎるか、または、多すぎると、バケット１６が満載になる前にバケットを材料の山２３の表面に向って運び、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力を減らし、車輪13のスリップをもたらす可能性がある。従って、所定の傾斜指令シーケンスは、駆動伝達系トルクＴが第２所定値または設定値Ｂを下回ると止められる。
【００１８】
別の選択肢は、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力が、車輪型土工機械１２の電気油圧制御システム１２０用の主油圧安全バルブ１３８の所定の割合に超える限りば、たとえ駆動伝達系トルクＴが第２の所定値または設定値Ｂを下回ったとしても、所定の傾斜指令シーケンスを維持することであろう。この割合は、土工機械の型、製作者、大きさなどに左右されて変動する。この割合の非限定な例は、１１０％であろう。
駆動伝達系２８トルクＴの第１所定値または設定値Ａと第２所定値または設定値Ｂとの間の広がりつまり違いは、大き過ぎるとバケット１６の傾斜時間が長くなり、また、小さ過ぎると所定の傾斜指令の作動停止サイクルの潜在的周波数が理想的なものにはならない。広がりの範囲は、０パーセントから約５０（５０）パーセントの間であることが可能で、好ましくは４パーセントから約１５パーセントの間になるとよい。この広がりつまり差の範囲は、特定の機械、材料、及び、オペレータの好みによって、極端に変わる可能性がある。
【００１９】
所定の傾斜指令は、チャタリングを防ぐために、ある最小時間の間作動または停止状態に留まる必要がある点に注意することが重要である。この時間間隔は、土工機械および関連する油圧システムの型、製作者、及び、大きさに左右される。
好ましい実施形態において、車輪型土工機械１２が所定の傾斜シーケンスにある時、油圧傾斜シリンダ２６への流量がある割合を下回る場合に限り、油圧流量を油圧リフトシリンダ２０に供給することができる。ここでもやはり、この割合は、土工機械および関連する油圧システムの型、製作者、および大きさにより左右され、機械設計に依存する。
【００２０】
代わりに、リフト力が油圧遅延の対処に必要な所定の限界値を下回る時期を予測するために、力の値予測を利用して、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）における力の変化率ｄＮ＝ｆ（ｎ−３）−ｆ（ｎ）を算出することができる。また、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）における力の変化率は、リフト力がいかに早く車輪１３のスリップをもたらすレベルに達するかを判断するために、所定の閾値と比較することができる。
ここで、出力伝達系２８トルクＴの離散値に基づいて、供給源位置、例えば、材料の山２３から材料を捕集して持ち上げるための、車輪型土工機械１２のバケット１６を自動的に制御するソフトウェアについて、図２に示す電子制御装置１２８によって実行されるコンピュータプログラム命令を表す、一般的に参照番号２００で示される流れ図を描いた図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明する。流れ図の記述において、不等号マーク付き番号＜ｎｎｎ＞で記した機能上の説明は、その番号を持つ流れ図のブロックを指すことになる。
【００２１】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、まず図３ＡにおいてＭＯＤＥ変数がＩＤＬＥに設定されている時、プログラム制御は、まず最初にプログラム段階＜２１０＞から始まる。ＭＯＤＥは、バケット１６の自動積載制御を可能にするためのスイッチを作動させるオペレータに応答してＩＤＬＥに設定される。プログラム制御はＩＤＬＥ ＭＯＤＥにあっても、オペレータが地面近くでバケット１６を十分に水平にしていなかった場合、指令信号は、自動的には発生されない。油圧リフトシリンダ２０および油圧傾斜シリンダ２６から各々導かれるバケット１６位置か、または、リフトアーム枢軸ピン２２およびリフトアーム支持枢軸ピン２４からの位置信号を使用して、バケット１６の床面が十分に水平で地面近くにあるかどうか判断することができる。バケット１６の自動積載が偶発的または通常の作動パラメータ範囲外の状態のもとで起こらないことを確実にするため監視することを可能にする追加的に感知される値には、以下が含まれる。
【００２２】
● ３分の１トップ第１ギヤ速度とトップ第２ギヤ速度との間など、特定範囲内にある車輪型土工機械１２の速度。
● 手動制御レバー入力１３０が実質的に中央にある中立位置にある（僅かな下向き指令により、床面洗浄を可能にすることができる）。
● 変速機シフトレバー（図示しない）が低速前進ギヤ位置、例えば１速から3速にあって、最後の上段シフトから少なくとも所定の時間が経過した。
【００２３】
次にオペレータは、材料の山２３の中へ車輪型土工機械１２を向け、好ましくは、材料の山２３が完全に係合されるまでには、選択されたギヤ範囲内の最大動力設定値に近づける。
第２のプログラム段階＜２２０＞は、車輪型土工機械１２でクラウディング作業を始める一方で、バケット１６で材料の山２３に接触および係合する段階である。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。
【００２４】
第３のプログラム段階＜２３０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８のトルクＴが第１所定値を超えているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜２２０＞および＜２３０＞は、連続して繰り返される。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第４のプログラム段階＜２４０＞に進む。
第４のプログラム段階＜２４０＞では、車輪型土工機械１２のバケット１６に係わる所定の傾斜シーケンスが利用される。これにより、バケット１６は、バケット１６の後部に材料を摺動させながら上向きに切り込むことができる。また、この所定の傾斜シーケンスにより、駆動伝達系２８の停止が回避される。
【００２５】
第５のプログラム段階＜２５０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、車輪型土工機械１２に対するラッキングおよび保持シーケンスが起こったかどうか判断する図３Ｂに示す第６のプログラム段階＜２６０＞に進む。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜２４０＞、＜２５０＞、及び、＜２６０＞が繰り返される。プログラム段階＜２６０＞での質問の答えが肯定的であれば、第７のプログラム＜２７０＞として、ラッキングおよび保持シーケンスが完了し、材料が材料の山２３から取り除かれる。揚程をこのシーケンスに含むことができるが、揚程は、一般にこのシーケンスの態様ではない。
【００２６】
車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断に係わる第５のプログラム段階＜２５０＞での質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、所定の傾斜シーケンスを止めて、材料の山２３を係合するクラウディング作業を継続しながら、車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に実質的に全ての動力を分岐する第８のプログラム段階＜２８０＞に進む。
第９のプログラム段階では、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第３所定値を超えているか判断される＜２９０＞。この第３所定値は、第１所定値と同一ではないにしても同様のものであるが、車輪型土工機械１２の構成によっては、この第３所定値は第１所定値と異なってもよい。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜２８０＞および＜２９０＞が連続的に繰り返される。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜２４０＞に進み、プログラム段階＜２８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜２５０＞から＜２７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
【００２７】
ここで、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力が主油圧安全バルブ１３８の所定の割合を超えているか判断する選択肢を利用し、出力伝達系２８のトルクＴの離散値に基づいて、供給源位置、例えば、材料の山２３から材料を捕集して持ち上げるための、車輪型土工機械１２のバケット１６を自動的に制御する第１の代替実施形態のためのソフトウェアについて、図２に示す電子制御装置１２８によって実行されるコンピュータプログラム命令を表す、一般的に参照番号３００で示される流れ図を描いた図４Ａおよび図４Ｂ、まず最初には図４Ａを参照しながら説明する。流れ図の記述において、不等号マーク付き番号＜ｎｎｎ＞で記した機能上の説明は、その番号を持つ流れ図のブロックを指すことになる。
【００２８】
上記のソフトウェアプログラムの場合と同様に、図４Ａに示すように、ＭＯＤＥ変数がＩＤＬＥに設定されている時、プログラム制御は、まず最初にプログラム段階＜３１０＞から始まる。次にオペレータは、材料の山２３の中へ車輪型土工機械１２を向け、好ましくは、材料の山２３が完全に係合されるまでには、選択されたギヤ範囲内の最大動力設定値に近づける。
第２のプログラム段階＜３２０＞は、車輪型土工機械１２でクラウディング作業を始める一方で、バケット１６で材料の山２３に接触および係合する段階である。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。
【００２９】
第３のプログラム段階＜３３０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第１所定値を超えているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜３２０＞および＜３３０＞は、連続して繰り返される。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第４のプログラム段階＜３４０＞に進む。
第４のプログラム段階＜３４０＞では、車輪型土工機械１２のバケット１６に係わる所定の傾斜シーケンスが利用される。これにより、バケット１６は、バケット１６の後部に材料を摺動させながら上向きに切り込むことができる。また、この所定の傾斜シーケンスにより、駆動伝達系２８の停止が回避される。
【００３０】
第５のプログラム段階＜３５０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、車輪型土工機械１２に対するラッキングおよび保持シーケンスが起こったかどうか判断する図４Ｂに示す第６のプログラム段階＜３６０＞に進む。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜３４０＞、＜３５０＞、及び、＜３６０＞が繰り返される。プログラム段階＜３６０＞での質問の答えが肯定的であれば、第７のプログラム＜３７０＞として、ラッキングおよび保持シーケンスが完了し、材料が材料の山２３から取り除かれる。揚程をこのシーケンスに含むことができるが、揚程は、一般にこのシーケンスの態様ではない。
【００３１】
車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断に係わる第５のプログラム段階＜３５０＞での質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、所定の傾斜シーケンスを止めて、材料の山２３を係合するクラウディング作業を継続しながら、車輪型土工機械１２の電子油圧制御システム１２０から車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に、実質的に全ての動力を分岐する第８のプログラム段階＜３８０＞に進む。
第９のプログラム段階では、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第３所定値を超えているか判断される＜３９０＞。この第３所定値は、第１所定値と同一ではないにしても同様のものであるが、車輪型土工機械１２の構成によっては、この第３所定値は第１所定値と異なってもよい。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜３４０＞に進み、プログラム段階＜３８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜３５０＞から＜３７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
【００３２】
この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第１０のプログラム段階＜３９５＞に進み、その後、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力が主油圧安全バルブ１３８の所定の力の割合を超えているか判断される。主油圧安全バルブのこの所定の力の割合は、土工機械および関連油圧システムの型、製作者、及び、大きさに左右される。この割合は、約１００パーセント（１００％）から約１５０パーセント（１５０％）までの範囲に及ぶことができる。これは、機械構成により大きく左右され、ある型の機械は、１０５パーセント（１０５％）から約１１５パーセント（１１５％）の間で最適に作動し、一方別の型の機械では、１２５パーセント（１２５％）から約１４５パーセント（１４５％）の間で最適に作動する。
【００３３】
この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜３４０＞に戻り、プログラム段階＜３８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜３５０＞から＜３７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
プログラム段階＜３９５＞でのこの質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、材料の山２３に対してクラウディング作業を継続するために、再度所定の傾斜シーケンスを止めて、車輪型土工機械１２の電子油圧制御システム１２０から車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に、実質的に全ての動力を分岐するプログラム段階＜３８０＞と、同時に、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を超えているか判断するプログラム段階＜３９０＞とに戻る。
【００３４】
油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）に対する力の変化率が所定の限界値を下回っていないか、また閾値に比較してどうかを判断する選択肢を利用し、出力伝達系トルクＴの離散値に基づいて、供給源位置、例えば、材料の山２３から材料を捕集して持ち上げるための、車輪型土工機械１２のバケット１６を自動的に制御する第２の代替実施形態のためのソフトウェアについて説明する。いずれの場合においても、これは、車輪１３のスリップをもたらし得る条件を示すであろう。ここで、この第２の代替実施形態は、図２に示す電子制御装置１２８によって実行されるコンピュータプログラム命令を表す、一般的に参照番号４００で示される流れ図を描いた図５Ａおよび図５Ｂを参照しながら説明される。
【００３５】
上記のソフトウェアプログラムの場合と同様に、図５Ａに示すように、ＭＯＤＥ変数がＩＤＬＥに設定されている時、プログラム制御は、まず最初にプログラム段階＜４１０＞から始まる。次にオペレータは、材料の山２３の中へ車輪型土工機械１２を向け、好ましくは、材料の山２３が完全に係合されるまでには、選択されたギヤ範囲内の最大動力設定値に近づける。
第２のプログラム段階＜４２０＞は、車輪型土工機械１２でクラウディング作業を始める一方で、バケット１６で材料の山２３に接触および係合する段階である。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。
【００３６】
第３のプログラム段階＜４３０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第１所定値を超えているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜４２０＞および＜４３０＞は、連続して繰り返される。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第４のプログラム段階＜４４０＞に進む。
第４のプログラム段階＜４４０＞では、車輪型土工機械１２のバケット１６に係わる所定の傾斜シーケンスが利用される。これにより、バケット１６は、バケット１６の後部に材料を摺動させながら上向きに切り込むことができる。また、この所定の傾斜シーケンスにより、駆動伝達系２８の停止が回避される。
【００３７】
第５のプログラム段階＜４５０＞は、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断である。この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、車輪型土工機械１２に対するラッキングおよび保持シーケンスが起こったかどうか判断する図４Ｂに示す第６のプログラム段階＜４６０＞に進む。この質問の答えが否定的であれば、プログラム段階＜４４０＞、＜４５０＞、及び、＜４６０＞が繰り返される。プログラム段階＜４６０＞での質問の答えが肯定的であれば、図５Ｂに示すように、第７のプログラム＜４７０＞としてラッキングおよび保持シーケンスが完了される。揚程をこのシーケンスに含むことができるが、揚程は、一般にこのシーケンスの態様ではない。
【００３８】
車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を下回っているかの判断に係わる第５のプログラム段階＜４５０＞での質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、所定の傾斜シーケンスを止め、材料の山２３を係合するクラウディング作業を継続するために車輪型土工機械１２の電子油圧制御システム１２０から車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に実質的に全ての動力を分岐する、第８のプログラム段階＜４８０＞に進む。
第９のプログラム段階＜４９０＞では、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第３所定値を超えているか判断される。この第３所定値は、第１所定値と同一ではないにしても同様のものであるが、車輪型土工機械１２の構成によっては、この第３所定値は第１所定値と異なってもよい。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜４４０＞に進み、プログラム段階＜４８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜４５０＞から＜４７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
【００３９】
この質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、第１０のプログラム段階＜４９５＞に進み、次にソフトウェアプログラムは、リフト力が油圧遅延への対処に必要な所定の限界値を何時下回るか予測するために、力の値予測を利用して、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）における力の変化率ｄＮ＝ｆ（ｎ−３）−ｆ（ｎ）を決める。この所定の限界値は、土工機械および関連する油圧システムの型、製作者、及び、大きさに左右される。また、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力の変化率は、所定の閾値と比較することができる。この所定の限界値は、土工機械および関連する油圧システムの型、製作者、及び、大きさに左右される。いずれの場合も、これは、リフト力がいかに早く車輪１３のスリップをもたらすレベルに達し得るかを判断するであろう。この質問の答えが肯定的であれば、ソフトウェアプログラムは、再び所定の傾斜シーケンスを利用するためにプログラム段階＜４４０＞に進み、プログラム段階＜４８０＞に再び分岐されない限りは、プログラム段階＜４５０＞から＜４７０＞によってラッキングおよび保持シーケンスを完了すると期待される。
【００４０】
プログラム段階＜４９５＞でのこの質問の答えが否定的であれば、ソフトウェアプログラムは、所定の傾斜シーケンスを止めてクラウディング作業を継続するために車輪型土工機械１２の電子油圧制御システム１２０から車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８に実質的に全ての動力を分岐するプログラム段階＜４８０＞と、同時に、車輪型土工機械１２の駆動伝達系トルクＴが第２所定値を超えているか判断するプログラム段階＜４９０＞とに再び戻る。
【００４１】
（産業上の応用可能性）
本発明は、トラックローダや同様な材料積載器具を持つ他の機械など、広範な機械に適用可能な自動作業器具である。
人間のオペレータおよび自動による車輪型土工機械１２の作動は、極めて似る可能性があるが、車輪型土工機械１２の非限定的な例が例えばホイールローダである場合に材料の積載に関して、車輪型土工機械１２の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて人間のオペレータによって操作される車輪型土工機械と、土工機械１２の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて自動的に制御される車輪付き土工機械１２との間には、各々いくつかの重要な違いがあり得る。
【００４２】
初めに車輪型土工機械12は、図１に示すように、バケット１６が材料の山２３にしっかり「食いついて」、車輪のトラクションを最大限にするために、実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に移されている。これがバケット１６の初回の貫入であって、リフトシリンダ力の所定値を超えた場合、車輪型土工機械１２の実質的に全ての動力が駆動伝達系２８に分散され、作業器具１４を制御する油圧系には最小限の動力が掛けられ、リフトシリンダ制御バルブ１３３には、動力が掛けられたとしてもごく僅かである。これは、この所定のリフトシリンダ力を超えた後に限り発生することになっており、車輪型土工機械１２の車輪１３がこのような駆動伝達系２８へのかなりの動力分散を可能にする良好なトラクションを持つことを示す。
【００４３】
離散トルクに基づくアルゴリズムが始まるのは、バケット１６が材料の山２３の中に初回の貫入を達成し、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）への力がリフトシリンダ力の所定値を超えた場合である。この所定値は、材料の山２３の性質と並んで、車輪型土工機械１２および関連装置の製作者により異なる。この時点で、図２に示すように、リフトシリンダ制御バルブ１３３を閉じ、車輪型土工機械１２の駆動伝達系２８を通じて全ての動力を伝えることによって、リフト指令がゼロに設定される。オペレータは、リフトシリンダ２０の力が主油圧安全バルブ１３８の設定値よりも大きい時、リフトシリンダ制御バルブ１３３を開くことができる。これは、流量を主油圧安全バルブ１３８の向こう側に送ることによって動力が浪費されることを意味するであろう。トルクは、第１所定値または設定値Ａまで増え続ける。この所定値または設定値Ａが、第２セグメントの始まりを示す。
【００４４】
完全に材料の山に貫入しているこの時点で、車輪型土工機械１２は、所定の傾斜指令シーケンスに入り、電子制御装置１２８は、器具制御装置１２９を介して油圧傾斜シリンダ２６を作動させる傾斜シリンダ制御バルブ１３２に指令信号を与える。この所定の傾斜指令シーケンスは、バケット１６の先端を山２３になった材料の表面に更に近づけ、材料の山２３からの抵抗を低減させることによって最終的に駆動伝達系トルクＴを軽減するように発生され、その結果バケット１６内の材料がバケット１６後部に向かって移動するので、車輪型土工機械１２は前進することができる。人間のオペレータは、油圧器具制御装置１２９を作動するために絶えず手動制御レバー入力１３０を使用している場合に、車輪型土工機械１２に材料の山２３に対して全クラウディング能力を加えさせられないし、また、オペレータが手動制御レバー入力１３０を使って油圧器具制御装置１２９を使用する時に小休止する場合、オペレータは、バケット１６がより硬い材料の山２３に貫入するほど長く小休止することができない。
【００４５】
バケット１６をラッキングするのに早すぎるか、または、多すぎると、バケット１６が満載になる前にバケットを材料の山２３の表面に向って運び、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力を減らし、車輪13のスリップをもたらす可能性がある。従って、所定の傾斜指令シーケンスは、駆動伝達系トルクＴが第２所定値または設定値Ｂを下回ると止められる。
次に、傾斜指令がほぼゼロに落ち、再び最大値まで上昇する。随意的に、車輪型土工機械１２の電気油圧制御システム１２０について、油圧リフトシリンダ２０（複数の場合もある）の力が主安全バルブの所定の割合、例えば１１０％を超えている限り、たとえ駆動伝達系トルクが第２所定値か設定値Ｂを下回ったとしても、所定の傾斜指令シーケンスを維持することがある。
傾斜指令は、再びほぼゼロに落ち、再度最大値まで上昇する。
【００４６】
以下の記述は、説明目的に過ぎず、本説明をそのように限定する意図はない。
当業者は、本発明が他の複数の応用に適することを理解するであろう。
本発明の他の態様、対象、及び、利点は、図面、開示、及び、別記請求項を参照して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】土工機械の作業器具の輪郭図である。
【図２】本発明に関する土工機械の制御システムにおける様々な態様のハードウェア・ブロック図である。
【図３Ａ】材料を捕集し、持ち上げて放り落とすために、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアを示す流れ図である。
【図３Ｂ】材料を捕集し、持ち上げて放り落とすために、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアを示す流れ図である。
【図４Ａ】図３Ａおよび図３Ｂに従って、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて材料を捕集し持ち上げて放り落とすために土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアの第１の代替実施形態を示し、また、所定のシーケンスに入る前に油圧シリンダの力が主油圧安全バルブの所定の割合を超えているか判断した後に、材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させる流れ図である。
【図４Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂに従って、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて材料を捕集し持ち上げて放り落とすために土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアの第１の代替実施形態を示し、また、所定のシーケンスに入る前に油圧シリンダの力が主油圧安全バルブの所定の割合を超えているか判断した後に、材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させる流れ図である。
【図５Ａ】図３Ａおよび図３Ｂに従って、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて材料を捕集し持ち上げて放り落とすために土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアの第２の代替実施形態を示し、また、所定のシーケンスに入る前に油圧リフトシリンダ（複数の場合もある）の力が所定の限界値つまり所定の閾値を下回っているか判断した後に、材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させる流れ図である。
【図５Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂに従って、土工機械の車輪に供給される出力トルクの離散値に基づいて材料を捕集し持ち上げて放り落とすために土工機械のバケットを自動的に制御するソフトウェアの第２の代替実施形態を示し、また、所定のシーケンスに入る前に油圧リフトシリンダ（複数の場合もある）の力が所定の限界値つまり所定の閾値を下回っているか判断した後に、材料の山から材料を取り出すために土工機械のバケットを制御可能に作動させる流れ図である。
【符号の説明】
１０ 自動バケット積載システム
１２ 車輪型土工機械
１３ 車輪
１４ 作業器具
１６ バケット
１８ リフトアーム組立体
２０ 油圧リフトシリンダ（複数の場合もある）
２２ リフトアーム枢軸ピン
２３ 材料の山
２４ リフトアーム支持枢軸ピン
２６ 油圧傾斜シリンダ
２８ 駆動伝達系
Claims (8)
- 油圧傾斜シリンダと少なくとも１つの油圧リフトシリンダとにより制御可能に作動され、材料を捕集し持ち上げて放り落とすためのバケットを含む、車輪を持つ土工機械の作業器具を自動的に制御する制御システムであって、
前記土工機械の前記車輪に加えられるトルク量の代表値を与えるトルク表示機構と、
前記トルク表示機構から前記トルク代表値を受け取り、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が第1の所定値を超えているかどうかを判断し、前記トルク代表値が第1の所定値を超えている場合には、それに応答して第1の指令信号を発生する電子制御装置と、
前記油圧傾斜シリンダが材料の山から材料を取り出すために土工機械の前記バケットを制御可能に作動させるために、前記第１の指令信号に応答して所定の傾斜シーケンスを起動し、該所定の傾斜シーケンスで前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する油圧器具制御装置と、
を含み、
前記電子制御装置は、前記第１の指令信号に応答して起動される前記所定の傾斜シーケンスにより前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量が制御されて、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が前記第１の所定値より小さくなった場合に、前記トルク代表値を該第１の所定値より小さい第２の所定値と比較することにより前記トルク代表値が該第２の所定値よりも小さいかどうかを判断し、前記トルク代表値が前記第２の所定値よりも小さい場合には、それに応答して第２の指令信号を発生し、前記第２の指令信号に応答して、前記油圧器具制御装置を作動させて、前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する前記所定の傾斜シーケンスを止めることを特徴とする制御システム。 - 前記電子制御装置は、前記所定の傾斜シーケンスを止めた後に、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値を前記第２の所定値より大きい第３の所定値と比較することにより前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えているかどうかを判断し、前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えている場合には、それに応答して前記所定の傾斜シーケンスを起動する第３の指令信号を発生し、前記第３の指令信号に応答して前記油圧器具制御装置を作動させ、前記所定の傾斜シーケンスにより、前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御して、材料の山から材料を取り出すように土工機械の前記バケットを制御可能に作動させることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
- 前記電子制御装置は、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えていないか、及び、前記少なくとも１つの油圧リフトシリンダの力の変化率が所定の限界値よりも低くなっていないか、を判断し、前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えておらず、前記少なくとも１つの油圧リフトシリンダの力の変化率が所定の限界値よりも低くなっていない場合には、前記油圧傾斜シリンダへ油圧流体を送らず、前記土工機械の実質的に全ての動力を前記土工機械の駆動伝達系に向け、前記土工機械の前記バケットを前記材料に係合させるためのクラウディング作業を実行することを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
- 前記電子制御装置は、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えていないか、及び、前記少なくとも１つの油圧リフトシリンダの力の変化率が所定の限界値を超えているか、を判断し、前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えておらず、前記少なくとも１つの油圧リフトシリンダの力の変化率が所定の限界値よりも低くなっている場合には、前記油圧器具制御装置を作動させ、前記所定の傾斜シーケンスにより、材料の山から材料を取り出すために土工機械の前記バケットを制御可能に作動するように、前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御することを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
- 油圧傾斜シリンダと少なくとも１つの油圧リフトシリンダとにより制御可能に作動され、材料を捕集し持ち上げて放り落とすためのバケットを含む、車輪を持つ土工機械の作業器具を制御する方法であって、
前記土工機械の前記車輪に加えられるトルクの代表値をトルク表示機構により与える段階と、
前記トルク表示機構から前記トルク代表値信号を受け取り、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が第1の所定値を超えているかどうかを判断し、前記トルク代表値が第1の所定値を超えている場合には、それに応答して電子制御装置により第1の指令信号を発生する段階と、
前記油圧傾斜シリンダが油圧器具制御装置と協働して材料の山から材料を取り出すように土工機械の前記バケットを制御可能に作動するために、前記第１の指令信号に応答して所定の傾斜シーケンスを起動し、前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する段階と、
を含み、
前記第１の指令信号に応答して起動される前記所定の傾斜シーケンスにより前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量が制御されて、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が前記第１の所定値より小さくなった場合に、前記トルク代表値を該第１の所定値より小さい第２の所定値と比較することにより前記トルク代表値が該第２の所定値よりも小さいかどうかを判断し、前記トルク代表値が第２の所定値よりも小さい場合には、それに応答して、前記電子制御装置により、第２の指令信号を発生し、該第２の指令信号に応答して前記油圧器具制御装置を作動させ、前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する前記所定の傾斜シーケンスを止める段階を更に含むことを特徴とする方法。 - 前記所定の傾斜シーケンスを止めた後に、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が前記第２の所定値より大きい第３の所定値を超えるかどうかを判断し、前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えている場合には、それに応答して、前記電子制御装置により、前記所定の傾斜シーケンスを起動する第３の指令信号を発生し、該第３の指令信号に応答して前記油圧器具制御装置を作動させ、前記所定の傾斜シーケンスで前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する段階と、
材料の山から材料を取り出すために土工機械の前記バケットを制御可能に作動する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えていないか、及び、前記少なくとも１つの油圧リフトシリンダの力の変化率が所定の限界値を超えているか、を前記電子制御装置により判断し、前記トルク代表値が前記第３の所定値を超えておらず、前記少なくとも１つの油圧リフトシリンダの力の変化率が前記所定の限界値より低い場合には、前記油圧器具制御装置により、前記所定の傾斜シーケンスで前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する段階と、
材料の山から材料を取り出すために土工機械の前記バケットを制御可能に作動する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。 - 前記電子制御装置により、前記少なくとも１つの油圧リフトシリンダの力の変化率が所定の閾値を超えているかどうかを判断し、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が前記第２の所定値を超えていないかを判断し、前記少なくとも１つの油圧リフトシリンダの力の変化率が所定の閾値より小さく、前記トルク表示機構から受け取った前記トルク代表値が前記第２の所定値より小さくない場合には、前記電子制御装置を用いて、前記油圧器具制御装置を作動させ、前記所定の傾斜シーケンスにより、材料の山から材料を取り出すために土工機械の前記バケットを制御可能に作動するように、前記油圧傾斜シリンダへの油圧流体流量を制御する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
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