JP5231191B2 - 建設機械のレベリング制御システムとその制御方法 - Google Patents

建設機械のレベリング制御システムとその制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、建設機械のレベリング制御システムとその制御方法に関するものであって、さらに詳述すれば、走行手段が備えられた下部フレームと、作業装置及び運転室が備えられた上部旋回体とを組み合わせるチルト手段を具備した建設機械において、チルト手段による上部旋回体のレベリングを、自動又は手動で行えるように構成した建設機械のレベリング制御システムとその制御方法に係る。
傾斜地で作業を行う掘削機、伐木機、クレーンなどのような建設機械において、上部旋回体は、凸凹の地面状態によって水平面に対して傾いた状態で作業を行うことになる。
建設機械が傾いた状態では、上部旋回体のスイング回転により水平面との傾斜角度が変わることになるので、作業の不安定を招く。しかも、建設機械の重心が移動することによって、転倒事故の危険性が増大する問題があった。
前述した問題を解決するために、傾斜地で上部旋回体をチルトし、建設機械の重心を地面近く移動せしめる方法が用いられた。これに係る最近の技術としては、二つの油圧シリンダにより支えられてチルトされる上部サポートを有するチルトメカニズムが知られている(特許文献１)。
また、二つの油圧シリンダ、センターチルト軸につながっている上部ベアリング体支持プレートと、下部プレートが知られている(特許文献２)。
こうしたチルト手段が複雑化されるにつれ、油圧シリンダの伸縮調節装置を介した手動操作のみでは、運転者に各油圧シリンダの相互関係に対する相当な経験を要求することになるので、使い勝手が悪いという問題があった。
また、前記操作量を選定するにあたり、運転者が手動で操作を行う場合を考慮すると、機械が傾斜度の変わる地帯を移動するとき、運転者は、機械の運行と同時にレベリング操作を行わなければならなかった。したがって、運転者は、建設機械の運行にのみ集中することができなかったため、安定性が劣るという問題があった。
一方、建設機械の運行において、傾斜地での移動及び作業ばかりでなく、長距離移動のためにトレーラーなどに載せられた場合でも、上部旋回体を下部フレームに対して平行にレベリングする必要がある。このようなレベリングも、運転者の手動操作により行われる場合、煩わしさを感じさせた。
したがって、建設機械の様々な運行に伴ってレベリング制御を行えるようにレベリング制御システムとその制御方法の開発が要望されている。
米国特許第６６０９５８１号 米国特許第６１５８５３９号
本発明は、前述したような問題点を解決するために案出されたものであって、建設機械の上部旋回体が不安定に傾けられるか、或いは転倒されることがないように上部旋回体のレベリングを制御する建設機械のレベリング制御システムとその制御方法を提供することにその目的がある。
また、レベリング目標によって様々なモードを具備し、機械の運用状態に応じて好適に自動化されたレベリングを行えるように構成した建設機械のレベリング制御システムとその制御方法を提供することにその目的がある。
さらに、自動でチルト制御を行っている途中、緊急状態の発生時には運転者の関与により直ちにチルト制御を中止させることができる建設機械の自動レベリング制御システムとその制御方法を提供する。
本発明は、前述した課題等を解決するために、
走行手段が具備された下部フレームと、上部旋回体がチルト手段で組み合わされた建設機械のレベリング制御システムにおいて、前記建設機械に備えられ、基準水平面に対する前記下部フレームと上部旋回体の捩れ角度及び前記建設機械の走行速度を測定し、作業装置の作業状態情報を検出するセンサー部、
前記捩れ角度と走行速度及び作業状態情報を受信し、前記上部旋回体のレベリング制御のための補正角度を算出し、前記補正角度に応じてアクチュエータの作動を指示する制御信号を生成するが、基準水平面に対するレベリングを行うオートレベリングモードモジュール、又は停止状態で基準水平面に対するレベリングを制限時間内に行うリレベリングモードモジュール、又は前記下部フレームに対するレベリングを行うトラックレベリングモードモジュールが含まれる制御部、及び
前記制御信号を受信し、前記アクチュエータによりレベリング制御を行う駆動部を包含する建設機械のレベリング制御システム及びそれを用いた建設機械のレベリング制御方法を提供する。
以上のような本発明の実施例による建設機械の自動レベリング制御システムとその制御方法によれば、傾斜地で建設機械を運用するにあたり、頻繁に要求されるレベリング作業を自動的に行えるように構成することによって、運転者の利便性を大幅に増大する効果を奏する。
また、基準水平面を基準とする場合と、下部フレームを基準とする場合のレベリングモードをそれぞれ具備し、走行状態を区分することによって、建設機械が走行している時や運送手段に載せられた時など、上部旋回体を自動レベリングすることができるという効果がある。
また、使用者が緊急停止条件をチルト制御の過程中に入力し、直ちにチルト制御を中止させることができるので、安定性が増大する効果がある。
さらに、制御信号をチルト制御の程度によって異なって作動速度を調節する第１、２制御信号として生成することができ、チルト手段の破損を防ぐと共に、突然の停止衝撃から使用者を保護する効果がある。
以下、添付図面の望ましい実施例を通じて、本発明による建設機械のレベリング制御システムの構成と作用についてより具体的に説明する。
但し、図面符号２１０は、基準水平面であり、図面符号２２０は、上部旋回体の平面を延長した面であり、図面符号２３０は、下部フレームの平面を延長した面である。最後に、図面符号２４０は、制御目標の基準角度にしたがった基準面を延長した線である。
一方、同じ機能を有する名称に対しては、同じ図面符号を付する。
この明細書で使われた“捩れ角度”とは、前後方向のピッチング角度と左右方向のローリング角度を含めた意味であって、明細書内でローリング角度とピッチング角度を特に区別して使用しない限り、ピッチング角度とローリング角度の両方を含めた意味である。
また、“基準水平面”とは、重力方向に対して水平である面を意味する。
本発明の望ましい実施例による建設機械のレベリング制御システムとその制御方法によるレベリングモードは、オートレベリングモード(ａｕｔｏ-ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｍｏｄｅ)、リレベリングモード(ｒｅ-ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｍｏｄｅ)、トラックレベリングモード(ｔｒａｃｋ-ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｍｏｄｅ)及びマニュアルモード(ｍａｎｕａｌ ｍｏｄｅ)を包含する。
先ず、オートレベリングモードは、上部旋回体を、重力方向に対して水平面である基準水平面に水平となるようにチルト制御することを目標とする。但し、下部フレームに具備された走行手段により走行を行っている場合には、制御時間の制約を伴わずにチルト制御を行い、その後、走行が止まった後には使用者が設定した制限時間である作動基準時間内でのみ、該当チルト制御を行う自動レベリングモードである。
また、前記リレベリングモードは、走行が止まった後のオートレベリングモードの遂行として、レベリングが前記基準水平面に対して充分に行われずに終了し、満足のいくレベリングが得られない場合、使用者の選択によって再び作動基準時間内という条件で自動レベリング制御と同じ目標を有するチルト制御を行う自動レベリングモードである。
また、前記トラックレベリングモードは、上部旋回体が下部フレームに平行になるように下部フレームの延長面を基準としてチルト制御を自動的に行うものであって、このチルト制御もやはり使用者の設定により定められた作動基準時間内にのみ行われる自動レベリングモードである。
一方、前記マニュアルモードは、使用者が別の入力手段を通じて上部旋回体をチルトさせる手動レベリングモードである。
こうしたオートレベリングモード、リレベリングモード、トラックレベリングモード及びマニュアルモードは、建設機械の運用において、使用者の適宜な選択にしたがって上部旋回体をチルトし得るようになっている。
本発明の望ましい建設機械のレベリング制御システム１は、入力部１０、センサー部２０、ディスプレイ部３０、制御部４０及び駆動部５０を包含することができる。
前記入力部１０には、オートレベリングモードスイッチ１１(ａｕｔｏ-ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｍｏｄｅ ｓｗｉｔｃｈ)、リレベリングモードスイッチ１２(ｒｅ-ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｍｏｄｅ ｓｗｉｔｃｈ)、トラックレベリングモードスイッチ１３(ｔｒａｃｋ-ｌｅｖｅｌｉｎｇ ｍｏｄｅ ｓｗｉｔｃｈ)、コントロールロックレバー１４(ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｏｃｋ ｌｅｖｅｒ)、及び姿勢制御器１５(ｓｔｉｃｋ)を包含する。
前記オートレベリングモードスイッチ１１は、オンの状態(活性状態)では前記自動レベリングモードが活性化され、それによる上部旋回体のチルト制御過程中、オフ状態(不活性状態)になれば、直ちに該当チルト制御を終了することになる緊急停止条件の入力手段である。
また、リレベリングモードスイッチ１２又はトラックレベリングモードスイッチ１３は、オン状態(活性状態)でそれぞれ前記リレベリングモード又はトラックレベリングモードが活性化されるが、該当チルト制御中にオフ状態になると、該当チルト制御を終了する緊急停止条件の入力手段である。
一方、前記コントロールロックレバー１４は、別の緊急停止条件の入力手段として、オンの状態(活性状態)では前記緊急停止条件を満たしているものとみなされ、直ちにチルト制御を終了することになるが、オフの状態(非活性化状態)では、チルト制御を正常的に行わせる。
一方、前記姿勢制御器１５は、使用者の任意の操作に応じて前記上部旋回体のチルトを行わせる入力手段である。この姿勢制御器による入力が存在する時を、マニュアルモードに対するスイッチがオンの状態となったとみなし、前記マニュアルモードが活性化される。
前記センサー部２０は、傾斜度センサー２１、２２、走行センサー２３、作業装置センサー２４を含めて構成される。
この傾斜度センサーは、前記下部フレームと前記上部旋回体にそれぞれ組み合わされ、下部フレーム上の傾斜度センサー２１は、基準水平面２１０を基準として下部フレームのピッチング角度(前・後面の傾斜角度)と、ローリング角度(左・右側の傾斜角度)を測定する。
一方、走行センサー２３は、前記下部フレーム上の走行手段による機械の走行速度を測定し、且つ、作業装置センサー２４は、伐木ヘッダー、バケットなどの作業装置が作動状態であるか否かを作業状態情報として検出する。
このセンサー部２０を介して測定される上部旋回体と下部フレームの各捩れ角度、走行速度、及び作業状態情報は、制御部４０に送られてチルト制御の制御変数になる。
一方、前記ディスプレイ部３０は、各捩れ角度を映像表示装置３１を介して使用者に提示する。このディスプレイ部３０を介して、使用者は、チルト制御過程を観察することができ、必要な時に入力部１０を操作することによって、緊急停止条件を満足するようにして、当該チルト制御を直ちに終了させることができる。即ち、このディスプレイ部３０は、使用者に機械の現在の姿勢をリアルタイムで提示することによって、使用者が、レベリング制御システムの誤作動を監視したり、又はレベリング制御に関与することができるようにするものである。
一方、前記駆動部５０には、上部旋回体のチルトのために少なくとも一つ以上の油圧を用いるアクチュエータ５１と、このアクチュエータ５１を作動せしめる各油圧弁、さらに複数のアクチュエータを備えた場合、各油圧弁に対する制御信号を分配するメインバルブコントローラ５２を含めることができる。そこで、駆動部５０のアクチュエータは、油圧の他に空圧方式に転用可能であり、アクチュエータに代えて電気モータを用いるなど、チルトのための様々な手段に転用することができる。
制御部４０は、前述したオートレベリングモード、リレベリングモード、トラックレベリングモードにおいて、センサー部２０にて測定した捩れ角度と走行速度からチルト制御のためのアクチュエータ５１の作動区間を演算して必要な制御信号を生成し、この制御信号を駆動部に伝送する。
また、制御部４０は、マニュアルモードにて使用者の入力に応じた上部旋回体のチルト制御のために姿勢制御器の入力値を各アクチュエータの作動値に変えて、使用者の意図にしたがって上部旋回体をチルトし得るようにする。
このために、前記制御部には前述した入力部のオートレベリングモードスイッチ又はリレベリングモードスイッチ又はトラックレベリングモードスイッチの選択によってそれぞれ活性化されるオートレベリングモードモジュール４０ａ又はリレベリングモードモジュール４０ｂ又はトラックレベリングモードモジュール４０ｃが備えられ、後述する補正角度演算モジュールと制御信号生成モジュールから各レベリングモードに応じた補正角度と制御信号を算出又は生成するようになっている。
前記制御部４０には、受信モジュール４１、表出信号生成モジュール４２、補正角度演算モジュール４３、制御信号生成モジュール４４、出力モジュール４５及びタイムリミットモジュール４６が含まれることができる。
前記受信モジュール４１は、前記センサー部２０を介して測定された捩れ角度、走行速度、作業状態情報を受信し、表出信号生成モジュール４２、補正角度演算モジュール４３及び制御信号生成モジュール４４に伝送する。
前記表出信号生成モジュール４２は、下部フレームと上部旋回体の各基準水平面に対する捩れ角度を前記ディスプレイ部３０に表すことができるように表出信号を生成する。
前記補正角度演算モジュール４３は、前記上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度に設定し、この第１捩れ角度からチルト制御のために上部旋回体に加わるべき角度変位の補正角度を演算する。
この際、補正角度の算出方式において、オートレベリングモードとリレベリングモードでは、基準水平面を基準としてレベリングを行うので、同じ方式が用いられるが、トラックレベリングモードでは、下部フレームを基準としてレベリングを行うので、異なった方式で補正角度を求めなければならない。
次いで、本発明によるオートレベリングモードとリレベリングモードに対する補正角度の算出について詳述する。
第１捩れ角度は、前述したように上部旋回体の基準水平面に対するピッチング角度とローリング角度から構成され、前記ピッチング角度とローリング角度が使用者の任意で入力された基準角度と同じになるようにオートレベリングモード又はリレベリングモードにより制御される。
前記基準角度とは、上部旋回体がチルト制御されて収斂されるような角度であって、一例で基準水平面に対する水平化を目標とする場合、基準角度のピッチング角度とローリング角度は、それぞれ０°に設定される。
この際、基準角度は、ピッチング角度とローリング角度別に使用者により予め特定角度として設定することが可能であり、これは本チルト制御遂行前に別の入力装置を介して設定することができる。そのことから、使用者の選好に応じた最適の作業角度を基準角度に設定し得るので、作業効率を増大させることができる。但し、この場合にも建設機械の重心移動範囲を考慮し、基準角度の設定範囲を提案する手段を備えることができる。
補正角度は、チルト制御を介して正されるべき上部旋回体の捩れ角度であって、第１捩れ角度、基準角度、又は最大許容捩れ角度範囲をパラメーターとして算出される。
この補正角度の算出に際して、先ず、駆動部の特性に応じたチルト制御範囲の限界に関する第２捩れ角度と最大許容捩れ角度範囲について説明する。
図３を参照すれば、第２捩れ角度は、第１捩れ角度と下部フレーム捩れ角度により決定される、下部フレームを基準とする上部旋回体の捩れ角度として構成されるもので、次の条件１により算出される。
［条件１］
第２捩れ角度＝第１捩れ角度−下部フレーム捩れ角度
一方、図６を参照すれば、前記最大許容捩れ角度範囲２０６は、チルト手段の構造的限界に起因する固有の限界変位角度であって、第２捩れ角度２０５の変位可能な角度範囲を意味する。具体的な駆動部の構成によって、下部フレームの平面(２３０)上での最大ピッチング角度及び最小ピッチング角度、最大ローリング角度と最小ローリング角度が異なるが、こうしたピッチング角度範囲とローリング角度範囲の可変限界を意味する。
以下、下部フレームを基準面とした最大ピッチング角度と最大ローリング角度を包含して最大許容上限捩れ角度範囲２０６ａといい、下部フレームを基準面とした最小ピッチング角度と最小ローリング角度を包含して最大許容下限捩れ角度範囲２０６ｂという。こうした最大許容上限捩れ角度範囲２０６ａと最大許容下限捩れ角度２０６ｂとが合わせられることによって、最大許容捩れ角度範囲になり、ひいてはチルト制御の物理的限界範囲になる。
こうした最大許容捩れ角度範囲２０６は、下部フレーム捩れ角度２０２を基準として、「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲」から「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲」までで、最大許容捩れ角度範囲２０６の具体的な角度値として算出することができる。
このような考えは、建設機械が左・右対称の形状を持っているので、ローリング角度の変位は、最大許容上限ローリング角度範囲と最大許容下限ローリング範囲とが同じであることが一般的であるが、通常、建設機械の前・後形状は対称になっていないので、最大許容上限ピッチング角度範囲と最大許容下限ピッチング角度範囲とが同じでない場合が多く、制御可能な範囲を限定するという意味を有している。
一方、オートレベリングモード又はリレベリングモードの制御は、基準角度が最大許容捩れ角度範囲に含められているか否かによって異なるが、基準角度２０３が、前述したことにより具体的な角度値に算出された最大許容捩れ角度範囲２０６内である場合には、第１捩れ角度２０１が基準角度２０３と同じになるようにする上部旋回体のチルトが可能となるので、補正角度２０４は基準角度２０３に基づいて定められる。
即ち、図７に示したように、「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲≦基準角度≦下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲」であれば、上部旋回体が基準角度２０３に合わせられてチルトされることができるので、この時の補正角度２０４は、次の条件２により決定される。
［条件２］
補正角度＝基準角度−第１捩れ角度
一方、基準角度２０３が最大許容捩れ角度範囲２０６から外れて位置する場合は、補正角度２０４は、最大許容上限捩れ角度範囲２０６ａ又は最大許容下限捩れ角度範囲２０６ｂに基づいて決定される。即ち、上部旋回体は、最大許容捩れ角度範囲以上にチルトされることができないため、できるだけ基準角度に近くチルトされることができるように制御目標が変わる。つまり、当該レベリング制御は、前述した基準角度に代えて最大許容上限捩れ角度範囲又は最大許容下限捩れ角度範囲を基準として行われることを目標とする。
この際、最大許容上限捩れ角度範囲を基準にするか、それとも最大許容下限捩れ角度範囲を基準にするかは、「基準角度＜下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲」又は「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲＜基準角度」によって決定する。
先ず、図８に示したように、「基準角度＜下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲」の場合、チルト制御は、上部旋回体を最大許容下限捩れ角度範囲２０６ｂに向けてチルトして基準角度に近接するように、最大許容下限捩れ角度範囲２０６ｂを基準として、次の条件３により補正角度２０４が決定されることによって行われる。
［条件３］
補正角度＝下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲−第１捩れ角度
一方、図９に示したように、「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲＜基準角度」の場合、チルト制御は、上部旋回体を最大許容上限捩れ角度範囲２０６ａに向けてチルトして基準角度に近接するように、次の条件４により補正角度が決定されることによって行われる。
［条件４］
補正角度＝下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲−第１捩れ角度
補正角度２０４は、上部旋回体が基準角度２０３にしたがってチルトするとき、基準角度２０３を基準として演算し、最大許容捩れ角度範囲の限界によりチルトし得る角度が制限される場合、最大許容捩れ角度範囲の限界を基準として演算する。
また、下部フレームの捩れ角度２０２はピッチング角度とローリング角度を包含し、それぞれのピッチング角度とローリング角度別に補正角度を前記条件２ないし４を選択的に用いて独立的に演算し、その結果のピッチング角度とローリング角度の補正すべき角度を合わせて補正角度にする。
一方、トラックレベリングモードによる補正角度の算出は、次の通りである。
補正角度演算モジュール４３は、上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度２０１に設定し、この第１捩れ角度２０１からチルト制御のために上部旋回体に加わる角度変位の補正角度２０４を演算する。この際、第１捩れ角度２０１が下部フレームの捩れ角度２０２と同様になる。
補正角度２０４は、下部フレーム捩れ角度２０２を基準として次の条件５により決定される。
［条件５］
補正角度＝下部フレーム捩れ角度−第１捩れ角度
この際、補正角度２０４は、下部フレームに対する上部旋回体の捩れ角度の反対符号値として、前述した第２捩れ角度２０５の反対符号値であることがわかる。
一方、補正角度算出において、使用者の任意の設定による加重値角度２０８(ピッチング角度とローリング角度)をさらに包含した場合には、図１０に示したように、補正角度２０４は、下部フレーム捩れ角度２０２に加重値角度２０８をさらに包含することができる。こうした場合の補正角度２０４は、次の条件６により決定される。
［条件６］
補正角度＝下部フレーム捩れ角度＋加重値角度−第１捩れ角度
そこで、加重値角度２０８とは、下部フレーム捩れ角度２０２に加えられるピッチング角度とローリング角度であって、この加重値角度２０８により、トラックレベリング制御の目標は、上部旋回体が下部フレームの延長面と平行になることから、加重値角度２０８分だけさらにピッチングされたり、ローリングされたりすることに変更される。
即ち、補正角度２０４を求める基準が、「下部フレーム捩れ角度」から「下部フレーム捩れ角度＋加重値角度」に変更されることによって、加重値角度が付加された場合の補正角度２０４を算出することができる。結局、補正角度２０４は、使用者による加重値角度２０８が設定されていない場合に、この加重値角度２０８を０°に設定したものとみなすと、前記条件６により一般化して算出されることができる。
一方、制御信号生成モジュール４４は、前述した方法により得られた補正角度に応じてアクチュエータ５１の作動区間を決定し、この作動区間に応じた制御信号を生成する。
この際、駆動部に多数のアクチュエータを備えた場合には、補正角度のピッチング角度とローリング角度によってアクチュエータ間の補償関係を考慮しなければならない。
例えば、図４に示したように、チルト手段１０５は、上部旋回体が回動可能に組み合わされるスイングベアリング装着フレーム１０５ａと、下部フレームに固定される支持フレーム１０５ｂと、スイングベアリング装着フレームと支持フレームをつなげるチルトフレーム１０５ｃとを備え、且つ、前記スイングベアリング装着フレームと支持フレームは、四つのアクチュエータが組み合わされた構成を持っている。この際、図５に示したように、四つのアクチュエータは、上からみて斜め方向に設けられる。
斜め方向に設けられている四つのアクチュエータ１０５ｄ、１０５ｅ、１０５ｆ、１０５ｇを具備したチルト手段１０５において、前方ピッチング角度の増加のためには前方の２つのアクチュエータ１０５ｄ、１０５ｆの伸張と同時に、この伸張に比例して後方の２つのアクチュエータ１０５ｅ、１０５ｇが収縮しなければならず、右側ローリング角度の増加のためには右側の２つのアクチュエータ１０５ｅ、１０５ｆの伸張に比例して左側の２つのアクチュエータ１０５ｄ、１０５ｇが収縮しなければならない。
このような方法で、任意のピッチング角度とローリング角度により定まる補正角度に応じた第１捩れ角度の増減のために、チルト手段によって予め定められた各アクチュエータの相互変位関係から作動区間を決定することになる。
一方、制御信号の算出において、第２捩れ角度から類推し得るような駆動部５０のアクチュエータ５１の現在の伸張長さを初期値とすることができ、前述した補正角度２０３により定められる作動区間によって当該アクチュエータ５１を作動させる流量弁の断続時間に該当する制御信号を生成する。
前記制御信号は、一般的な速度でアクチュエータを作動させる第１制御信号と、アクチュエータの作動速度を遅らせる第２制御信号とに区分して生成することができる。即ち、前記制御信号は、第１捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲の限界又は基準角度に近接した場合と、そうでない場合に区別して生成され、それに応じてアクチュエータの作動速度を制御する。
さらに詳述すれば、オートレベリングモードとリレベリングモードにおいて、第１捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲の上限又は下限近辺で変更される場合には、アクチュエータが最大伸張又は最大収縮の付近で作動していることを意味する。この際、アクチュエータのピストンが速いスピードで作動すると、アクチュエータのピストン慣性により最大伸張地点又は最大収縮地点で衝突又は衝撃が生じえる。こうした衝突または衝撃を緩和し、アクチュエータの末端でのシリンダ破損を防止することができるように、作動速度を遅らせる第２制御信号を生成する。
また、基準角度に近いところでアクチュエータが作動する場合、第１捩れ角度が制御目標に収斂されて補正角度が０°になるとき、アクチュエータの突然の停止から来る衝撃から使用者を保護すべく、それぞれのアクチュエータの作動速度を遅らせる第２制御信号を生成する。
以下、オートレベリングモード又はリレベリングモードにて第２制御信号を生成する具体的な条件は、以下の通りである。
先ず、図１１に示したように、最大許容捩れ角度範囲２０６内に基準角度が位置する場合、即ち、基準角度２０３近辺で第１捩れ角度２０１が変位される場合について考える。即ち、第１捩れ角度２０１が基準角度２０３の一定範囲以内に収斂されると、制御信号を第１制御信号から第２制御信号に変えて生成する。このために、前記基準角度２０３の一定範囲(以下、基準収斂範囲という)を、次の条件７により決定する。
［条件７］
基準角度−常数角度≦基準収斂範囲≦基準角度＋常数角度
そこで、常数角度２０７は、使用者の任意の設定などにより定められる減速区間の角度である。即ち、「基準角度±常数角度」範囲内に第１捩れ角度２０１が収斂される場合には、アクチュエータの速度を遅らせる第２制御信号を生成する。
一方、図１２に示したように、基準角度２０３が最大許容捩れ角度範囲２０６を超過して位置する場合について考えてみる。具体的には、第１捩れ角度２０１が最大許容上限捩れ角度範囲２０６ａ近所でレベリング制御されたり、最大許容下限捩れ角度範囲２０６ｂ近所で制御される場合に関する。
このために、前述した最大許容捩れ角度範囲２０６の上限又は下限近所の一定範囲(以下、限界収斂範囲という)を次の条件８により定める。
［条件８］
下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲≦限界収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲＋常数角度
又は、
下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲−常数角度≦限界収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲
そこで、常数角度２０７は、使用者の任意の設定などにより定まる減速区間の角度である。
具体的に、基準角度２０３が、「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲」より小さい場合、上部旋回体が、「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲」を目標としてチルト制御されることによって、この第１捩れ角度２０１が「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度＋常数角度」より小さくなり始めると、シリンダの衝撃破損を防止するためにアクチュエータの作動速度を遅らせる第２制御信号を生成する。したがって、その後、最大許容下限捩れ角度まで徐々にチルトされることになる。
それとは反対に、「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲」を基準とする場合、第１捩れ角度が、「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲−常数範囲」より大きくなり始めると、使用者を保護するために前記第２制御信号を生成する。したがって、その後、最大許容上限捩れ角度まで徐々にチルトされることになる。
一方、トラックレベリングモードの場合、下部フレームの捩れ角度２０２、又は加重値角度２０８が０°でない時には、この下部フレーム捩れ角度２０２に加重値角度２０８を足した角度を基準として算出され、このような補正角度２０４は、いつも最大許容捩れ角度範囲２０６内にて算出される。
即ち、前述した第１、２制御信号は、図１３に示したように、第１捩れ角度２０１が下部フレーム捩れ角度２０２に近接した場合と、そうでない場合とに区別して生成される構成からなされていることから、アクチュエータの作動速度を制御する。
この際、第２制御信号を生成する具体的な条件は、以下の通りである。
第１捩れ角度２０１が下部フレーム捩れ角度２０２の一定範囲内に収斂されると、制御信号を第１制御信号から第２制御信号に変更して生成する。このために、前記下部フレーム捩れ角度２０２の一定範囲(以下、速度収斂範囲という)を、次の条件９により定める。
［条件９］
下部フレーム捩れ角度−常数角度≦速度収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度＋常数角度
そこで、常数角度２０７は、使用者の任意の設定などにより定まる減速区間の角度であり、前記条件９の下部フレーム捩れ角度は、加重値角度が０°でない場合には、この加重値角度を下部フレーム捩れ角度に足した角度値である。即ち、「下部フレーム捩れ角度±常数角度」範囲内に第１捩れ角度が収斂される場合には、アクチュエータの速度を遅らせる第２制御信号を生成する。
一方、前記出力モジュール４５は、表出信号をディスプレイ部３０に伝送し、制御信号(又は第１制御信号又は第２制御信号)を前記駆動部に伝送する。
前記タイムリミットモジュール４６は、オートレベリングモードで走行を止めた時と、リレベリングモードとトラックレベリングモードで活性化され、チルト制御遂行時間を制限する。
さらに詳述すれば、オートレベリングモードにおいて、下部フレームが走行状態の場合(下部フレームの走行速度が０でない場合)には活性化されないので、作動時間の制限がない建設機械のレベリング制御を行うものの、走行状態から停止状態になった場合(走行速度が０である場合)に活性化され、上部旋回体のチルト制御は、設定された作動基準時間以内に行われ、作動基準時間以降には終了される。その後、マニュアルモードが活性化され、使用者が姿勢制御器１３を介して手動操作で上部旋回体の水平化を図ることができるようになっている。
一方、リレベリングモードとトラックレベリングモードは、直ちに活性化され、その後、作動基準時間内にのみ当該チルト制御を行う。
このようなタイムリミットモジュールを設けた理由は、建設機械の停止状態でも作業による振動又は建設機械それ自体の振動により第１捩れ角度が継続して変更されて感知されるものの、使用者にとり高精度の作業が可能となるように一定時間の経過後には上部旋回体のチルト制御を終了するためである。
本発明が目的とするチルト制御を行っている途中、センサー異常又は駆動部の出力異常により正常的なチルト制御を行えないなど、緊急状態の発生時、使用者による制御過程への関与は、次の構成により実現できる。前記制御部４０は、緊急停止条件を満足しているかを判断し、チルト制御を中止させる緊急停止モジュール４６をさらに包含している。
前記緊急停止条件は、オートレベリングモードにおいて、コントロールロックレバーが活性か否か、又は姿勢制御器の変動有無、又はオートレベリングモードスイッチがオフか否か、または作業装置が作動状態か否か、又はリレベリングモードスイッチがオンか否か、又はトラックレベリングモードスイッチがオンか否かによって判断される。即ち、オートレベリングモードスイッチの活性化によってオートレベリング制御を行っている途中、使用者は、ディスプレイ部３０などを介してチルト制御過程を観察していながら、必要と認められた時にはコントロールロックレバーの活性又は姿勢制御器の変動、即ち、マニュアルレベリングモードの活性、又はオートレベリングモードスイッチのオフ、又は作業装置を作動させて作動状態への活性、又はリレベリングモードスイッチのオンによりリレベリングモードの活性、又はトラックレベリングモードスイッチのオンによりトラックレベリングモードの活性の入力を通じて当該オートレベリングモードに干渉することができる。
この際、緊急停止モジュール４７は、使用者から入力されたコントロールロックレバー１２の活性、又は姿勢制御器の変動によるチルト命令、又はオートレベリングモードスイッチのオフ入力、又は作業装置の作業状態の信号、又はリレベリングモードスイッチのオンの入力、又はトラックレベリングモードスイッチのオンの入力を認知し、該当チルト制御遂行を直ちに終了させる。
一方、リレベリングモードにおいては、緊急停止条件として、コントロールロックレバーが活性か否か、又は姿勢制御器の変動有無、又はリレベリングモードスイッチがオフか否か、又は作業装置が作動状態か否か、又はオートレベリングモードスイッチがオンか否か、又はトラックレベリングモードスイッチがオンか否かを判断する。即ち、緊急停止モジュールは、リレベリングモードが活性中の場合にコントロールロックレバーの活性、姿勢制御器の変動によるチルト命令、リレベリングモードスイッチのオフ入力又は作業装置の作動状態の信号、オートレベリングモードスイッチのオン入力又はトラックレベリングモードスイッチのオン入力を認知し、リレベリングモードを終了させる。このリレベリングモードが終了してから、従前モードが活性化されるが、もし従前モードがトラックレベリングモードであった場合は、マニュアルレベリングモードが活性化される。
一方、トラックレベリングモードにおいては、緊急停止条件として、コントロールロックレバーが活性か否か、又は姿勢制御器の変動有無、又はトラックレベリングモードスイッチがオフか否か、または作業装置が作動状態か否か、又はオートレベリングモードスイッチがオンか否か、又はリレベリングモードスイッチがオンか否かを判断する。即ち、緊急停止モジュールは、トラックレベリングモードが活性中である場合にコントロールロックレバーの活性、姿勢制御器の変動によるチルト命令、トラックレベリングモードスイッチのオフ入力、又は作業装置の作動状態の信号、又はオートレベリングモードスイッチのオン入力、又はリレベリングモードスイッチのオン入力を認知し、当該トラックレベリングモードを終了させる。このトラックレベリングモードが終了されてからは、従前モードが活性化される。
以下、添付図面の望ましい実施例を通じて本発明による建設機械のレベリング制御方法の構成と作用について詳述する。
オートレベリングモード、リレベリングモード、トラックレベリングモード及びマニュアルモードは、互いに排他的関係であって、何れかの一つのモードが選択されて活性化されると、他のモードは非活性状態になる。このうち、オートレベリングモード、又はリレベリングモード、又はトラックレベリングモードは活性化されると、前述した使用者の関与などにより緊急停止条件を満足しない限り上部旋回体を自動レベリングする。
本発明の実施例による建設機械のレベリング方法は、センシング段階ｓ１、制御信号生成段階ｓ２、駆動機作動段階ｓ３からなる。
さらに詳述すると、オートレベリングモード、又はリレベリングモード、又はトラックレベリングモードによる建設機械のレベリング制御方法は、走行手段を備えた下部フレームと上部旋回体が、センサー部、制御部、駆動部を包含したチルト手段を介して組み合わされている建設機械のレベリング制御方法において、(Ａ)センサー部で、前記下部フレームと上部旋回体のそれぞれの傾斜度センサーから基準水平面に対して前記下部フレームと前記上部旋回体の各捩れ角度(ピッチング角度とローリング角度)と、前記建設機械の走行速度と、作業装置の作業状態情報とを、電気的にセンシングする段階(ｓ１)と、(Ｂ)前記制御部で、捩れ角度と走行速度に基づいて前記上部旋回体のチルト制御を行うためのアクチュエータの制御信号を生成し、この制御信号を前記駆動部に伝送する段階(ｓ２)と、(Ｃ)前記駆動部で、前記制御信号に基づいてアクチュエータが作動し、チルト制御を行う段階(ｓ３)とを含めて構成される。その後、前記作動時間の制限範囲内に当該チルト制御を繰り返して行う。
＜自動レベリング制御方法に関する説明＞
オートレベリングモードによる建設機械のレベリング制御方法のうち、前記(Ｂ)段階について詳述する。
(ｂ１１)段階は、制御先行条件を満たしているかを判断し、この制御先行条件を満たしていないと判断した場合にはレベリング制御を終了する(ｓ１０１)。
この際、前記制御先行条件は、入力部の入力状態を基準として定められる。具体的には、コントロールロックレバーが活性状態か、又は姿勢制御器の中央位置有無、又は走行状態かをそれぞれ独立的に判断し、コントロールロックレバーの非活性と姿勢制御器の中央位置状態とオートレベリングモードスイッチのオン状態と走行状態との全てを満足した場合、制御先行条件が満足されたものとみなし、次の段階に進められる。前記条件のうち、何れかの条件が満たされなければ、当該オートレベリングモードは終了し、オートレベリングモードスイッチを切る。その後、マニュアルモードが活性化される。この際、走行状態か否かについては、走行センサーにより走行速度が０でない場合には走行状態であり、走行速度が０である場合には停止状態である。
(ｂ１２)段階は、前記(ｂ１)段階で前記制御先行条件が満たされた場合、センシングされた上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度に設定する(ｓ１０１)。その後、前述したことにより補正角度の基準が基準角度か、最大許容上限捩れ角度範囲又は最大許容下限捩れ角度範囲かを判断し、それに応じて補正角度を算出する(ｓ１０３)。
前記補正角度は、下部フレームの捩れ角度、基準角度、最大許容下限捩れ角度範囲、最大許容上限捩れ角度範囲、第１捩れ角度を選択的パラメーターとして、次の(ｂ１０１)段階ないし(ｂ１０３)段階を介して算出される。
(ｂ１０１)段階は、「基準角度＜下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲」を満たしているか判断し、満たされた場合には補正角度は「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲−第１捩れ角度」により演算される(ｓ１１８、ｓ１２１)。
(ｂ１０２)段階は、この(ｂ１０１)段階の基準角度条件を満たしていない場合、「基準角度≦下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲」の条件を満足しているか否かを判断し、満たされた場合には、補正角度は、「基準角度−第１捩れ角度」により演算される(ｓ１１９、Ｓ１１２)。
(ｂ１０３)段階は、この(ｂ１０２)段階の基準角度条件が満たされなかった場合には、補正角度を「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲−第１捩れ角度」により演算する(ｓ１２０)。
(ｂ１３)段階は、(ｂ１２)段階で算出された補正角度が０°の場合には、現在、チルト制御の目標を満たしているとみなし、再び(ｂ１２)段階に戻り、走行が止まったり、前述したことによる緊急停止条件を満たす前まで、上部旋回体のチルト制御が必要か否かを継続して検査する(ｓ１０４)。
もし、補正角度が０°でない場合は、第２捩れ角度を前述した条件１により算出し、この第２捩れ角度と最大許容捩れ角度範囲を比較し、この第２捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲外である場合は、チルト制御を行える範囲から外れたことになるから、当該チルト制御を終了する(ｓ１０５、ｓ１０６)。
(ｂ１４)段階は、前記第２捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲内である場合、前述したことにより補正角度と第２捩れ角度に応じてチルトのためのアクチュエータの制御信号を生成し、この制御信号を前記駆動部に伝送する(ｓ１０７)。
この際、前記(ｂ１４)段階は、前述したことによりアクチュエータのシリンダ又は使用者の保護のためにアクチュエータの速度を異にする第１、２制御信号に区分して生成するようになっている。このために、制御信号の生成は、次の段階等に細分化される。
(ｂ２０１)段階は、第１捩れ角度と限界収斂範囲とを比較し、第１捩れ角度が限界収斂範囲外である場合には、第１捩れ角度と基準収斂範囲を比較する(ｓ１２３、ｓ１２４)。
(ｂ２０２)段階は、前記(ｂ２０１)段階で第１捩れ角度が基準収斂範囲外である場合には、アクチュエータのシリンダの作動区間に余裕があるので、アクチュエータの作動速度に制限を与えない第１制御信号を生成する(ｓ１２５)。
(ｂ２０３)段階は、前記(ｂ２０１)段階で第１捩れ角度が限界収斂範囲以内である場合、又は前記(ｂ２０２)段階で第１捩れ角度が基準収斂範囲以内である場合のうち、何れかの場合には、アクチュエータの作動速度を減少させる第２制御信号を生成する(ｓ１２６)。即ち、前述したように、第２捩れ角度が限界収斂範囲以内である場合には作動限界区間でシリンダを保護すべく、且つ、前記第１捩れ角度が基準収斂範囲以内である場合には突然の衝撃から使用者を保護すべく、第２制御信号を生成する。
(ｂ１５)段階は、前記(ｂ１４)段階の以降、走行状態か否かを判断し、走行状態の場合には、前記(ｂ１２)段階に戻り、走行が止まったり、前述したことによる緊急停止条件が満たされる前まで、上部旋回体のチルト制御を行う(ｓ１０８)。
(ｂ１６)段階は、前記(ｂ１５)段階で走行中でない場合、つまり、停止状態の場合にチルト制御時間を限定するための作動時間をカウントし始める(ｓ１０９)。
(ｂ１７)段階は、前記(ｂ１６)段階以降、前記(ｂ１２)段階ないし(ｂ１４)段階を行う(ｓ１１０ないしｓ１１５)ものの、(ｂ１３)段階で補正角度が０°の場合、チルト制御の目標が満たされたので、当該チルト制御は終了する(ｓ１１２)。さらに、(ｂ１４)段階を行った後には、走行状態か否かを判断し、走行状態の場合にはチルト制御時間に限定を与えない(ｂ１２)段階に戻り、走行が止まったり、前述したことによる緊急停止条件が満たされる前まで、上部旋回体のチルト制御を行う(ｓ１１６)。
(ｂ１８)段階は、前記(ｂ１７)段階で走行状態でない場合(停止状態の場合)には、前記作動時間が使用者の任意で設定した作動基準時間と同じか、あるいは超過する場合、該当チルト制御遂行を終了するが、未満の場合は、前記(ｂ１７)段階に戻る(ｓ１１７)。即ち、作動基準時間内にて補正角度が０°になり、チルト制御の目標に到達した場合、又は緊急停止条件を満たす前までは、上部旋回体のチルト制御を行う。
＜リレベリング制御方法に関する説明＞
リレベリングモードによる建設機械のレベリング制御方法のうち、前記(Ｂ)段階についてより具体的に説明する。
(ｂ２１)段階は、制御先行条件を判断し、該制御先行条件を満たしていない場合には終了する(ｓ２０１)。
この際、前記制御先行条件は、コントロールロックレバーが活性状態か否か、又は姿勢制御器の中央位置有無、又は作業装置が作業状態か否かをそれぞれ独立的に判断し、コントロールロックレバーの非活性と姿勢制御器の中央位置状態とリレベルモードスイッチのオン状態と作業装置の非作業状態との全てが満たされた場合、制御先行条件が満たされたと判断する。この制御先行条件が満たされた場合は、次の段階を進むが、前記条件等のうち、何れかの条件が満たされなかった場合は、制御先行条件が満たされていないので、該当リレベリングモードは終了し、リレベリングモードスイッチをオフにする。
それから、従前モードが活性化されるが、従前モードがトラックレベリングモードの場合には、マニュアルモードが活性化される。
(ｂ２２)段階は、前記(ｂ２１)段階で制御先行条件が満たされた場合、リレベリングモードによる建設機械の自動レベリング時間を制限するための作動時間をカウントし始める(Ｓ２０２)。
(ｂ２３)段階は、(ｂ２２)段階以降、センシングされた上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度に設定し、前述したことにより補正角度の基準が基準角度であるか、最大許容上限捩れ角度範囲又は最大許容下限捩れ角度範囲であるかを判断し、これにより補正角度を算出する(ｓ２０３、ｓ２０４)。
この際、前記補正角度は、下部フレームの捩れ角度、基準角度、最大許容下限捩れ角度範囲、最大許容上限捩れ角度範囲、第１捩れ角度を選択的パラメーターとして前述したオートレベリングモードｂ１０１段階ないしｂ１０３段階を介して算出される。
(ｂ２４)段階は、(ｂ２３)段階で算出された補正角度が０°である場合には、現在チルト制御の目標を満足したものとみなし、当該チルト制御を終了する(ｓ２０５)。
もし、補正角度が０°でない場合には、第２捩れ角度を前述した条件１により算出し、この第２捩れ角度と最大許容角度範囲とを比較し、この第２捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲外である場合には、チルト制御を行える範囲から外れたものなので、当該チルト制御を終了する。
(ｂ２５)段階は、(ｂ２４)段階で第２捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲内である場合には前述したことにより補正角度と第２捩れ角度に応じてチルトのためのアクチュエータの制御信号を生成し、この制御信号を駆動部に伝送する(ｓ２０２乃至ｓ２１１)。
この際、この(ｂ２５)段階は、前述したオートレベリングモードのレベリング制御方法のように、アクチュエータの速度を異にする第１、２制御信号に分けて生成することができる。制御信号の生成方法は、前述したオートレベリングモードの第１、２制御信号の生成と同じであるので、詳しい説明は省略する。
(ｂ２６)前記(ｂ２５)段階以降、作動時間と、使用者が予め設定した作動基準時間とを比較し、作動時間が作動基準時間を超えた場合には、当該チルト制御遂行を終了し、且つ、作動時間が作動基準時間未満の場合には再び(ｂ２３)段階に戻る。即ち、作動基準時間内にて補正角度が０°になり、チルト制御の目標を達成した場合、又は緊急停止条件が満たされる前までは、上部旋回体のチルト制御を行う(ｓ２１２)。
＜トラックレベリング制御方法に関する説明＞
トラックレベリングモードによる建設機械の制御方法のうち、前記(Ｂ)段階についてより具体的に説明する。
(ｂ３１)段階は、制御先行条件を判断し、該制御先行条件を満たしていない場合には終了し、満たしている場合にはチルト制御時間を限定するための作動時間をカウントし始める(ｓ３０１、ｓ３０２)。
この際、前記制御先行条件の具体的な内容は、コントロールロックレバーの非活性状態、姿勢制御器の中央位置状態、作業装置の非作業状態であり、前記下部フレームの捩れ角度が任意で選定された許容角度範囲以内である場合であり、前記走行手段が走行状態でない場合に満足されるものとみなす。そこで、許容角度範囲は、上部旋回体を下部フレームに水平にチルトすることによって、下部フレームの置かれた地面が急傾斜を持っている場合、トラックレベリングにより建設機械の重心が移動し、建設機械が転倒してしまう恐れがあるので、安全なトラックレベリングのために、使用者が予め選定する下部フレームの捩れ角度である。
(ｂ３２)段階は、前記(ｂ３１)段階以降、前記上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度に設定し(ｓ３０３)、下部フレームの捩れ角度と前記第１捩れ角度から上部旋回体をチルトするための補正角度を、使用者による加重値角度の設定がない場合にはこの加重値角度を０°に設定し、前記条件６を用いて算出する(ｓ３０４)。
次いで、この補正角度が０°であるか否かを判断し、０°の場合には、下部フレームに対するレベリング目標を満足したことになるので、当該チルト制御を終了する。
(ｂ３３)段階は、前記(ｂ３２)段階で補正角度が０°でない場合、前記補正角度に基づいて上部旋回体をピッチング又はローリングさせるためのアクチュエータの作動区間を前述したことによって算出し、それに応じたアクチュエータの制御信号を生成し、この制御信号を駆動部に伝送する。
この際、アクチュエータの作動区間を算出するために、第２捩れ角度を前記条件１を介して算出し、現在の第２捩れ角度に基づいてアクチュエータのピストン位置を推定し、作動区間算出の初期値として設定することができる。
前記制御信号は、アクチュエータの速度を異にする第１、２制御信号に区分して生成される。この第１、２制御信号は、次の段階により生成される。
第１捩れ角度と、前記条件９により算出された速度収斂範囲とを比較判断し、第１捩れ角度が速度収斂範囲以内である場合には、突然の止まりに起因して生じ得る衝撃から使用者を保護するためにアクチュエータの作動速度を減少させる第２制御信号を生成し、且つ、第１捩れ角度が速度収斂範囲外である場合には、アクチュエータの作動速度に制限を与えない第１制御信号を生成する(ｓ３０６乃至ｓ３０９)。
(ｂ３４)段階は、前記(ｂ３３)段階以降、作動時間と、使用者が予め設定しておいた作動基準時間とを比較し、作動時間が作動基準時間と同じか、又は超過する場合、当該チルト制御を終了する反面、未満であれば、前記(ｂ３２)段階に戻り、補正角度が０°になるか、使用者により緊急停止条件が満たされる前まで上部旋回体のチルト制御を続ける(ｓ３１０)。
＜マニュアル制御方法に関する説明＞
マニュアルモードが活性化された場合、使用者が入力装置(例えば、ジョイスティック)を介してチルトのための入力値を入力する。ジョイスティックで入力される場合は、使用者による操作がない時のジョイスティックの位置を中央点としてみれば、入力値は、使用者の前面、つまり上部旋回体の前面方向を基準として時計方向に沿って増加される入力角度と、中央点での入力サイズとに分ける。
制御部は、入力角度から上部旋回体の前面方向で同一角度の面を下降させるためのアクチュエータの作動方向(伸張又は収縮)を決定し、入力サイズから各アクチュエータの変位長さを算出し、アクチュエータに伝送する。
例えば、使用者がジョイスティックを＋３０°方向に全体変位可能な長さの半分以上のところに位置させると、＋３０°方向の上部旋回体は、限界収斂範囲の半分程度だけ下降し、上部旋回体の＋２１０°方向は、限界収斂範囲の半分程度だけ上昇することによって、使用者の意図に応じてチルトを行うことができる。
＜緊急停止条件に関する説明＞
さらに、前述したオートレベリングモード、リレベリングモード、トラックレベリングモードによる各レベリング制御遂行過程は、使用者の前記入力部１０の操作などによる緊急停止条件が満たされる場合、直ちに終了する。
また、オートレベリングモードの緊急停止条件は、使用者の入力によるコントロールロックレバーが活性状態である場合、又は姿勢制御器の変動によるチルト命令の入力がある場合、又はオートレベリングモードスイッチがオフとなった場合、又は作業装置から発信される作業中という作動状態信号がある場合に満たされる。こうした緊急停止条件が満たされた場合、緊急停止モジュールにより各モジュールに停止命令が伝送され、この停止命令により当該チルト制御過程は終了し、マニュアルモードが活性化される。
また、リレベリングモードの緊急停止条件は、使用者の入力によるコントロールロックレバーの活性、又は姿勢制御器の変動、又はリレベリングモードスイッチのオフ、又は作業装置から発信される、作業装置が作動中という作動状態信号、又はオートレベリングモードスイッチのオン、又はトラックレベリングモードスィッチのオンの場合に満たされる。こうした緊急停止条件が満たされた場合には、当該チルト制御過程は終了し、従前のレベリングモードが活性化されるものの、従前のレベリングモードがトラックレベリングモードであった場合には、マニュアルモードが活性化される。
一方、トラックレベリングモードの緊急停止条件は、使用者の入力によるコントロールロックレバーの活性、又は姿勢制御器の変動、又はトラックレベリングモードスイッチのオフに定められたり、作業装置から発信される、作業装置が作動中という作動状態信号があったり、オートレベリングモードスイッチがオンになったり、リレベリングモードスイッチがオンになる場合に満たされる。
本発明は、特許請求範囲にて請求する請求の要旨を逸脱せず、当該技術分野における通常の知識を有する者により様々変形して実施することができるので、本発明の技術保護範囲は、詳述した特定の望ましい実施例に限定されるものではない。
本発明の実施例による建設機械のレベリング制御システムのブロック図である。 図１に図示の建設機械のレベリング制御システムに採用された制御部のブロック図である。 本発明の実施例による建設機械のレベリング制御システムを採用した建設機械の側面図である。 図３に示した建設機械のチルト手段の斜視図である。 図３に示した建設機械の下部フレームとチルト手段を簡略化して示した断面図である。 図３に示した建設機械のチルト手段による最大許容捩れ角度範囲を表した図面である。 本発明の一実施例によるオートレベリングモード又はリレベリングモードの補正角度を表した図面である。 本発明の他の実施例によるオートレベリングモード又はリレベリングモードの補正角度を表した図面である。 本発明のさらに他の実施例によるオートレベリングモード又はリレベリングモードの補正角度を表した図面である。 本発明のさらに他の実施例によるトラックレベリングモードの補正角度を表した図面である。 本発明のさらに他の実施例によるオートレベリングモード又はリレベリングモードの基準収斂範囲を表した図面である。 本発明のさらに他の実施例によるオートレベリングモード又はリレベリングモードの限界収斂範囲を表した図面である。 本発明のさらに他の実施例によるトラックレベリングモードの速度収斂範囲を表した図面である。 本発明の一実施例による建設機械のレベリング制御方法を簡略化して示したフローチャートである。 図１４に図示の建設機械のレベリング制御方法のうち、オートレベリングモードによる制御信号生成段階のフローチャートである。 図１５に図示のＡ-Ｂ段階のフローチャートである。 図１５に図示のＡ-Ｂ段階のフローチャートである。 図１６と図１７に示した補正角度算出段階のフローチャートである。 図１６と図１７に示した制御信号生成及び伝送段階のフローチャートである。 図１４に示した建設機械のレベリング制御方法のうち、リレベリングモードによる制御信号生成段階のフローチャートである。 図１４に示した建設機械のレベリング制御方法のうち、トラックレベリングモードによる制御信号生成段階のフローチャートである。
符号の説明
１ 制御システム
１０ センサー部
２０ 入力部
３０ ディスプレイ部
４０ 制御部
５０ 駆動部
１００ 建設機械
１０１ 下部フレーム
１０２ 走行手段
１０３ 運転室
１０４ 上部旋回体
１０５ チルト手段
１０５ａ スイングベアリング装着フレーム
１０５ｂ 支持フレーム
１０５ｃ チルトフレーム
１０５ｄ、１０５ｅ、１０５ｆ、１０５ｇ アクチュエータ
２０１ 第１捩れ角度
２０２ 下部フレーム捩れ角度
２０３ 基準角度
２０４ 補正角度
２０５ 第２捩れ角度
２０６ 最大許容捩れ角度範囲
２０６ａ 最大許容上限捩れ角度範囲
２０６ｂ 最大許容下限捩れ角度範囲
２０７ 常数角度
２０８ 加重値角度

Claims (26)

  1. 走行手段が具備された下部フレームと、上部旋回体とが、チルト手段を介して組み合わされた建設機械のレベリング制御システムにおいて、
    前記建設機械に備えられ、基準水平面に対する前記下部フレームと上部旋回体の捩れ角度及び前記建設機械の走行速度を測定し、且つ、作業装置の作業状態情報を検出するセンサー部、
    前記捩れ角度、走行速度及び作業状態情報を受信し、前記上部旋回体のレベリング制御のための補正角度を算出し、前記補正角度に応じてアクチュエータの作動を指示する制御信号を生成するが、
    基準水平面に対するレベリングを行うオートレベリングモードモジュール、停止状態で基準水平面に対するレベリングを制限時間内に行うリレベリングモードモジュール及び前記下部フレームに対するレベリングを行うトラックレベリングモードモジュールを含めている制御部及び、
    前記制御信号を受信し、前記アクチュエータによりレベリング制御を行う駆動部を包含することを特徴とする建設機械のレベリング制御システム。
  2. 前記制御部には、
    前記センサー部から、基準水平面に対して前記捩れ角度と前記走行速度及び作業状態情報を受信する受信モジュールと、
    前記上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度に設定し、前記第１捩れ角度に基づいて前記上部旋回体が回動すべき補正角度を算出する補正角度算出モジュールと、
    前記補正角度に基づいて前記アクチュエータが作動する区間にしたがって前記制御信号を生成する制御信号生成モジュールと、
    前記制御信号を前記駆動部に伝送する出力モジュールと、
    前記下部フレームの停止状態で作動時間をカウントし、予め設定された作動基準時間と比較し、前記作動時間が前記作動基準時間を超える場合には、レベリング制御を終了させるタイムリミットモジュールとを包含することを特徴とする請求項１に記載の建設機械のレベリング制御システム。
  3. 前記制御部には、
    前記下部フレームと上部旋回体の捩れ角度を映像表示装置が備えられたディスプレイ部に表出するように表出信号を生成する表出信号生成モジュールがさらに含まれていることを特徴とする請求項２に記載の建設機械のレベリング制御システム。
  4. 前記制御部には、
    前記オートレベリングモード又はリレベリングモード又はトラックレベリングモードにおいて緊急停止条件が満たされた場合は、該当レベリング制御を直ちに終了させる緊急停止モジュールがさらに包含されていることを特徴とする請求項２に記載の建設機械のレベリング制御システム。
  5. 前記オートレベリングモード又は再レべリングモードが活性化された場合、前記補正角度算出モジュールにおいて、前記補正角度は、
    「基準角度＜下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲」の場合には、「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲−第１捩れ角度」で算出され、
    「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲≦基準角度≦下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度」の場合には、「基準角度−第１捩れ角度」で算出され、
    「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲＜基準角度」の場合には、「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲−第１捩れ角度」で算出されることを特徴とする請求項２ないし４のうち、何れかの一項に記載の建設機械のレベリング制御システム。
  6. 前記トラックレベリングモードが活性化された場合、前記補正角度算出モジュールにおいて、前記補正角度は、「下部フレーム捩れ角度−第１捩れ角度」で算出されることを特徴とする請求項２ないし４のうち、何れかの一項に記載の建設機械のレベリング制御システム。
  7. 加重値角度が設定された場合には、前記補正角度は、
    「下部フレーム捩れ角度＋加重値角度−第１捩れ角度」で算出されることを特徴とする請求項６に記載の建設機械のレベリング制御システム。
  8. 前記オートレベリングモード又はリレベリングモードの場合、前記制御信号生成モジュールにおいて、前記制御信号は、
    前記第１捩れ角度が限界収斂範囲以内である場合、又は前記第１捩れ角度が基準収斂範囲以内である場合には、アクチュエータの作動速度を遅らせる第２制御信号が生成され、且つ、前記限界収斂範囲外であり、基準収斂範囲外である場合には、アクチュエータの作動速度に制限を与えない第１制御信号が生成されるが、
    前記限界収斂範囲は、「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度≦限界収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲＋常数角度」又は「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度−常数角度≦限界収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲」で算出され、
    前記基準収斂範囲は、「基準角度−常数角度≦基準収斂範囲≦基準角度＋常数角度」で算出されることを特徴とする請求項２ないし４のうち、何れかの一項に記載の建設機械のレベリング制御システム。
  9. 前記トラックレベリングモードの場合、前記制御信号生成モジュールにおいて、前記制御信号は、
    前記第１捩れ角度が速度収斂範囲以内である場合には、アクチュエータの作動速度を遅らせる第２制御信号が生成され、前記速度収斂範囲外である場合には、アクチュエータの作動速度に制限を与えない第１制御信号が生成されるが、
    前記速度収斂範囲は、「下部フレーム捩れ角度−常数角度≦速度収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度＋常数角度」で算出されることを特徴とする請求項２ないし４のうち、何れかの一項に記載の建設機械のレベリング制御システム。
  10. 走行手段が備えられた下部フレームと、上部旋回体とが、センサー部、制御部、駆動部を含めているチルト手段を介して組み合わされる建設機械のレベリング制御方法において、
    (Ａ)前記センサー部で、前記下部フレームと前記上部旋回体の傾斜度センサーで基準水平面に対して前記下部フレームと前記上部旋回体の各捩れ角度を、走行センサーで前記建設機械の走行速度を測定し、且つ、作業装置の作業装置センサーで作業装置の作業状態情報を検出する段階と、
    (Ｂ)前記制御部で、オートレベリングモード又はリレベリングモード又はトラックレベリングモードによって、前記捩れ角度に基づいて前記上部旋回体をチルトするための補正角度を算出し、前記補正角度に応じて前記上部旋回体のレベリング制御を行うためのアクチュエータの制御信号を生成し、該制御信号を前記駆動部に伝送する段階と、
    (Ｃ)前記駆動部で、前記制御信号に基づいて前記アクチュエータが作動し、レベリング制御を行う段階とを含めることを特徴とする建設機械のレベリング制御方法。
  11. 前記オートレベリングモードの前記(Ｂ)段階は、
    (ｂ１１)制御先行条件を判断し、前記制御先行条件を満たしていない場合には終了する段階と、
    (ｂ１２)前記(ｂ１１)段階で、前記制御先行条件を満たしている場合には、前記上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度に設定し、前記第１捩れ角度から前記上部旋回体をチルトするための補正角度を算出する段階と、
    (ｂ１３)前記補正角度が０°である場合には、前記(ｂ１２)段階に戻り、０°でない場合には、第２捩れ角度を算出し、該第２捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲外である場合には、終了する段階と、
    (ｂ１４)前記第２捩れ角度が前記最大許容捩れ角度範囲以内である場合には、前記補正角度と前記第２捩れ角度に応じて前記アクチュエータの作動を指示する制御信号を生成し、前記制御信号を前記駆動部に伝送する段階と、
    (ｂ１５)前記(ｂ１４)段階以降、走行状態の場合には、前記(ｂ１２)に戻る段階と、
    (ｂ１６)前記(ｂ１５)段階で走行状態でない場合には、作動時間をカウントし始める段階と、
    (ｂ１７)前記(ｂ１６)段階以降、前記(ｂ１２)段階ないし(ｂ１５)段階を行うものの、前記(ｂ１３)段階で前記補正角度が０°である場合には終了し、前記(ｂ１５)段階以降、走行状態の場合には、前記(ｂ１２)段階に戻る段階と、
    (ｂ１８)前記(ｂ１７)段階で走行状態でない場合、前記作動時間が予め設定された作動基準時間以上である時には終了し、未満の時には、前記(ｂ１７)段階に戻る段階とを含めることを特徴とする請求項１０に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  12. 前記リレベリングモードの前記(Ｂ)段階は、
    前記(ｂ２１)制御先行条件を判断し、前記制御先行条件を満たしていない場合には終了する段階と、
    (ｂ２２)前記(ｂ２１)段階で前記制御先行条件を満たしている場合には、レベリング制御時間を制限するための作動時間をカウントし始める段階と、
    (ｂ２３)前記(ｂ２２)段階以降、前記上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度に設定し、前記第１捩れ角度から前記上部旋回体をチルトするための補正角度を算出する段階と、
    (ｂ２４)前記補正角度が０°である場合には終了し、０°でない場合には第２捩れ角度を算出し、前記第２捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲外である場合には終了する段階と、
    (ｂ２５)前記第２捩れ角度が最大許容捩れ角度範囲以内である場合には、前記補正角度と前記第２捩れ角度に応じて前記アクチュエータの作動を支持する制御信号を生成し、この制御信号を駆動部に伝送する段階と、
    (ｂ２６)前記(ｂ２５)段階以降、前記作動時間が使用者が予め設定した作動基準時間未満である場合には前記(ｂ２３)段階に戻り、作動基準時間以上である場合には終了する段階とを含めることを特徴とする請求項１０に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  13. 前記(ｂ２１)段階又は(ｂ２４)段階又は(ｂ２６)段階においてチルト制御が終了されると、従前のレベリングモードが活性化されるが、前記従前のレベリングモードがトラックレベリングモードであれば、マニュアルモードが活性化されることを特徴とする請求項１２に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  14. 前記トラックレベリングモードの前記(Ｂ)段階は、
    (ｂ３１)制御先行条件を判断し、前記制御先行条件を満たしていない場合には終了し、満たした場合には作動時間をカウントする段階と、
    (ｂ３２)前記(ｂ３１)段階以降、前記上部旋回体の捩れ角度を第１捩れ角度に設定し、前記下部フレームの捩れ角度と前記第１捩れ角度から前記上部旋回体をチルトするための補正角度を算出し、前記補正角度が０°である場合には終了する段階と、
    (ｂ３３)前記(ｂ３２)段階で前記補正角度が０°でない場合は、前記補正角度から前記アクチュエータの作動を指示する制御信号を生成し、前記制御信号を前記駆動部に伝送する段階と、
    (ｂ３４)前記(ｂ３３)段階以降、作動時間が予め設定された作動基準時間以上である場合には終了し、未満の場合には、前記(ｂ３２)段階に戻る段階とを包含することを特徴とする請求項１０に記載の建設機械の自動レベリング制御方法。
  15. 前記制御先行条件は、
    コントロールロックレバーが非活性状態であり、姿勢制御器が中央位置状態であるときに満たされることを特徴とする請求項１１に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  16. 前記制御先行条件は、
    コントロールロックレバーが非活性状態であり、姿勢制御器が中央位置状態であり、作業装置が作動状態でない場合に満たされることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の建設機械の自動レベリング制御方法。
  17. 前記制御先行条件は、
    コントロールロックレバーが非活性状態であり、姿勢制御器が中央位置状態であり、作業装置が作動状態でない場合、前記下部フレームの捩れ角度が任意選定された許容角度範囲以内である場合、前記走行手段が走行状態でない場合に満たされることを特徴とする請求項１４に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  18. 前記補正角度算出は、
    (ｂ１０１)「基準角度＜下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲」を判断し、満たされた場合には前記補正角度を「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度範囲−第１捩れ角度」で算出する段階と、
    (ｂ１０２)前記(ｂ１０１)段階の条件が満足されていない場合には、「基準角度≦下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲」を判断し、満たされた場合には、前記補正角度を「基準角度−第１捩れ角度」で算出する段階と、
    (ｂ１０３)前記(ｂ１０２)段階の条件を満たしていない場合には、前記補正角度を「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度範囲−第１捩れ角度」で算出する段階を含めてなされることを特徴とする請求項１１ないし１３のうち、何れかの一項に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  19. 前記(ｂ３２)段階中、前記補正角度は、
    「下部フレーム捩れ角度−第１捩れ角度」で算出されることを特徴とする請求項１４に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  20. 前記(ｂ３２)段階中、前記補正角度は、
    加重値角度が設定された場合、「下部フレーム捩れ角度＋加重値角度−第１捩れ角度」で算出されることを特徴とする請求項１４に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  21. 前記制御信号生成は、
    (ｂ２０１)前記第１捩れ角度が限界収斂範囲外である場合には、第１捩れ角度と基準収斂範囲を比較する段階と、
    (ｂ２０２)前記(ｂ２０１)段階で第１捩れ角度が基準収斂範囲外である場合には、前記アクチュエータの作動速度に制限を与えない第１制御信号を生成する段階と、
    (ｂ２０３)前記(ｂ２０１)段階で前記第１捩れ角度が限界収斂範囲以内である場合、又は前記(ｂ２０２)段階で前記第１捩れ角度が基準収斂範囲以内である場合には、アクチュエータの作動速度を減少させる第２制御信号を生成する段階とを包含して構成されるが、
    前記限界収斂範囲は、「下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度≦限界収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度−最大許容下限捩れ角度＋常数角度」又は「下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度−常数角度≦限界収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度＋最大許容上限捩れ角度」で算出され、
    前記基準収斂範囲は、「基準角度−常数角度≦基準収斂範囲≦基準角度＋常数角度」で算出されることを特徴とする請求項１１ないし１３のうち、何れかの一項に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  22. 前記(ｂ３３)段階の制御信号は、
    前記第１捩れ角度が速度収斂範囲外である場合には、前記アクチュエータの作動速度に制限を与えない第１制御信号として生成され、速度収斂範囲以内である場合には、アクチュエータの作動速度を減少させる第２制御信号として生成されるが、
    前記速度収斂範囲は、「下部フレーム捩れ角度−常数角度≦速度収斂範囲≦下部フレーム捩れ角度＋常数角度」で算出されることを特徴とする請求項１４に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  23. 前記建設機械のレベリング制御方法によるレベリング制御遂行過程は、緊急停止条件が満たされると、直ちに終了されることを特徴とする請求項１０に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  24. 前記オートレベリングモードの場合、前記緊急停止条件は、コントロールロックレバーが活性か否か、又は姿勢制御器の変動有無、又はオートレベリングモードスイッチがオフか否か、又は作業装置が作動状態か否か、又はリレベリングモードスイッチがオンか否か、又はトラックレベリングモードスイッチがオンか否かで判断されることを特徴とする請求項２３に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  25. 前記リレベリングモードの場合、前記緊急停止条件は、コントロールロックレバーが活性か否か、又は姿勢制御器の変動有無、又はリレベリングモードスイッチがオフか否か、又は作業装置が作動状態か否か、又はオートレベリングモードスイッチがオンか否か、又はトラックレベリングモードスイッチがオンか否かで判断されることを特徴とする請求項２３に記載の建設機械のレベリング制御方法。
  26. 前記トラックレベリングモードの場合、前記緊急停止条件は、コントロールロックレバーが活性か否か、又は姿勢制御器の変動有無、又はトラックレベリングモードスイッチがオフか否か、又は作業装置が作動状態か否か、又はオートレベリングモードスイッチがオンか否か、又はリレベリングモードスイッチがオンか否かで判断されることを特徴とする請求項２３に記載の建設機械のレベリング制御方法。
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