JP6728975B2 - クレーンにおけるａｉｓ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動式クレーンに代表される作業機械における、オートアイドリングストップ（ＡＩＳ）の制御方法に関する。

作業機械の１つである移動式クレーンは、例えば、数メートルから数十メートルに及ぶ長いブームを備え、このブームに備えられたフック装置を用いて様々な荷物を吊下する作業（クレーン作業）を行う建設機械である。
さて、クレーン作業を行っている移動式クレーンは、クレーン作業と次のクレーン作業との間、エンジンを駆動した状態（アイドリング状態）で待機していることがある。

環境保護、燃料の消費量削減、建設コストの低減などの観点から、移動式クレーンなどの建設機械においても、作業待ちをしている際、アイドリング中のエンジンを自動的に停止する自動停止機構が備えられるようになってきている。
作業待ち時間において、アイドリング中のエンジンを停止することを目的とする技術が、例えば特許文献１、２に開示されている。

特許文献１は、作業機械に搭載されたエンジンと、作業機械の操作されない状態が設定された時間を超えたときは運転中のエンジンを自動的に停止させる制御手段とを具備した作業機械のエンジン制御装置が開示されている。
また、特許文献２は、エンジンを動力源として油圧ポンプを作動させ、クレーン操作手段の操作に基づいて上記油圧ポンプの吐出油により油圧アクチュエータを駆動して、ブーム先端から吊下げたワイヤにより吊荷を吊上げ作業するクレーン車のエンジン制御装置において、上記クレーン操作手段の操作の有無を検出するクレーン操作検出手段と、ブーム先端に吊下げられている吊荷の有無を検出する吊荷検出手段と、上記検出手段からの信号に基づきクレーン操作が無い状態と吊荷が無い状態とが同時に予め設定された時間継続したときにエンジンを停止するエンジン停止手段と、を備えている。

特開２００３−６５０９７号公報 特開２００６−６２７８２号公報

上記した特許文献１、２に開示された自動停止機構は、所定の停止条件が揃った際に、自動的にエンジンを停止するものである（オートアイドルストップ機構、ＡＩＳ機構）。
具体的には、所定の停止条件が揃った際に、クレーン側に搭載された制御部は、キャビン内に配備された操作モニタ上に「エンジンストップを行う旨のカウントダウン」を表示するようになる。

このような表示（ＡＩＳ許可申請の発令）に対して、オペレータは、煩わしく感じたりして、操作モニタ上のキャンセルボタンを押してしまう虞がある。
キャンセルボタンが押された後、クレーン側に搭載された制御部は、再び、クレーンの稼働状態を検知し、所定の停止条件が揃った際に、自動的にエンジンを停止するためのＡＩＳ許可申請を発令するようになる。

そもそも、省エネや環境性能の向上を狙うとすれば、再度、ＡＩＳ許可申請を行うまでの時間は短い方が良いことは自明である。ところが、キャンセル後に再度、ＡＩＳ許可申請が発令されるまでの時間が短いと、オペレータは頻繁にキャンセル操作をせざるを得なくなり、オペレータは更に煩わしさを感じるようになる。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、オペレータに煩わしさを感じさせることなく、省エネ効果を最大限に発揮可能なクレーンにおけるＡＩＳ制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明のかかるクレーンにおけるＡＩＳ制御方法は、駆動力を発生するエンジンが搭載されたクレーンに設けられたＡＩＳ機構であって、所定の条件を満たした状況下で、前記エンジンを自動的に停止させるエンジン停止手段と、前記エンジン停止手段により前記エンジンを実際に停止させる前に「予告」を行う予告手段とを有するＡＩＳ機構において、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、前記予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くする予告開始変更手段を有することを特徴とする。

好ましくは、前記予告手段による予告をキャンセルすると共に、前記エンジン停止手段による前記エンジンの停止を阻止するキャンセル手段を有しており、前記予告開始変更手段は、前記キャンセル手段によるキャンセル動作が発生した後に、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を短くするように構成されているとよい。

好ましくは、前記予告開始変更手段は、前記クレーンを操作する操作レバーの使用頻度を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。
好ましくは、前記予告開始変更手段は、前記エンジンの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。

好ましくは、前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧ポンプの吐出圧を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。
好ましくは、前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧ポンプの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。

好ましくは、前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧シリンダの作動頻度を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。
好ましくは、前記クレーンが電動モータを有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記電動モータの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。

本発明の技術によれば、オペレータに煩わしさを感じさせることなく、省エネ効果を最大限に発揮可能なクレーンにおけるＡＩＳ制御を実現することができる。

本発明の実施形態によるクローラクレーンの全体構成を概略的に示す側面図である。 本発明の実施形態によるクローラクレーンの運転席を模式的に示した図である。 本発明のＡＩＳ機構の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態にかかるＡＩＳ機構（オートアイドリングストップ機構)の詳細を説明する前に、ＡＩＳ機構を有するクローラクレーン１について図を基に説明する。
図１を参照して、本実施形態によるクローラクレーン１（移動式クレーン）の基本的な構成を説明する。

図１、図２に示すように、クローラクレーン１（以下、単にクレーン１ということもある）は、上部旋回体３と、上部旋回体３を旋回自在に下から支持するとともに、走行を行う下部走行体２と、を備えている。また、上部旋回体３の幅方向中央の前方には、フック装置７を吊りロープ６を介して吊り下げるブーム５が備えられている。そのブーム５を操作する操作ユニットが内部に配備されたキャブ１１（運転室）が、上部旋回体３の幅方向一方側（右側）の前方に搭載されている。

クレーン１の下部走行体２は、金属製の帯体を環状に形成してなる無限軌道（クローラ）を左右方向の両端にそれぞれ備え、このクローラにより地面を走行可能とされている。この下部走行体２の中央上部には、上部旋回体３を旋回自在に下から支持し、且つ上部旋回体３を上下方向軸心回りに旋回させる旋回手段４が搭載されている。
上部旋回体３は、鋼材で形成され、前後方向の長さが、左右方向の幅よりやや長い板状の枠体（ラダーフレーム）である。

上部旋回体３の幅方向中央前側には、起伏自在のブーム５が配備されていて、そのブーム５の先端から吊りロープ６を介して吊荷を吊るためのフック装置７が吊り下げられている。また、ブーム５の先端には、起伏ロープ９が掛回されている。
一方、上部旋回体３の幅方向中央後側には、起伏ロープ９が掛回されたマスト８と、起伏ロープ９の巻き取りや繰り出しを行うことによりブーム５を起伏させる起伏用ウインチ（図示せず）が配備されている。上部旋回体３の後方には、カウンターウエイト１０が配備されている。

上部旋回体３の幅方向右前側には、キャブ１１（運転室）が搭載され、そのキャブ１１の後方にエンジンガードが搭載されている。
図２に示すように、キャブ１１は内部が空間とされた筐体とされ、キャブ１１の前面及び左右側面（搭乗した使用者から見た前、左右）には、搭乗したオペレータの視界を確保するための窓１２が設けられている。クレーン操作を行う操作部１４（操作ユニット）と、オペレータが着座可能な座席１３が配備されている。

この操作部１４は、クレーン１の動作を制御する制御部に接続されているものであって、ブーム５を動かしたり、フック装置７が吊下された吊りロープ６を、巻取・繰出をするウインチを動作させたりする操作レバー１５と、クレーン操作におけるクレーン１の作業状況を表示し、且つその状況に応じて、制御部から指令されたクレーン１の作業条件を変更可能とする操作モニタ１６（表示モニタ）と、を備える。

ところで、クレーン１には、エンジンが搭載されると共に、エンジン付帯装置も搭載されている。エンジン付帯装置は、エンジンを起動させる際に用いられる機器（例えば、燃料タンク、燃料ポンプ、バッテリなど）や、起動後に発生した駆動力を用いてクレーン操作の制御を行う装置（例えば、油圧ポンプ、コントロールバルブ、作動油タンクなど）や、駆動力を発生する際に高温となったエンジンを冷却する機器（例えば、ラジエター、ファンなど）が該当する。

以上述べた本実施形態のクレーン１には、ＡＩＳ（オート・アイドル・ストップ）機構が備えられるものとなっている。
ＡＩＳ機構は、主としてエンジンを自動的に停止する機能を有している。このＡＩＳ機構が機能することにより、エンジンで消費される燃料量を低減することができると共に、エンジンから外部へ排出される排出ガスを抑制することができる。なお、本実施形態においては、上記したＡＩＳ機構が起動されると、操作モニタ１６に「ＡＩＳ動作中」として表示して、ＡＩＳ機構が動作中であることを伝達するようになっている。

ＡＩＳ機構は、所定の停止条件が揃った際に、自動的にエンジンを停止するものであり、まずは、図３のＳ１に示す如く、ＡＩＳ動作条件を満たしているかを判断する。
例えば、「組立／分解モードではない」などを判断した上で、例えば、エンジンの回転数が予め定められた条件を満たせば、Ｓ２の如く、ＡＩＳ許可申請を動作させる。
その後、クレーン１側に搭載された制御部に備えられた予告手段は、キャブ１１内に配備された操作モニタ１６上に「エンジンストップを行う旨のカウントダウン」を表示するようになる。例えば、クレーン１側に搭載された制御部が、１０秒後にエンジンストップを行うと判断した場合、操作モニタ１６上のカウントダウン表示部１９に、「１０，９，８・・・」とデクリメントされる数字が表示され、この表示が「０」となった場合に、エンジン停止手段により、エンジンが停止される（図３のＳ６）。

このように、カウントダウン表示部１９が「エンジンを止めてもよいか？」とオペレータに許可を求めてくることを、本明細書では、「ＡＩＳ許可申請」、または単に「許可申請」と呼ぶ。許可申請が行われた後に、制御部に備えられたエンジン停止手段により、エンジンが自動的に停止される。停止したエンジンを起動するに際しては、例えば、オペレータがアクセルペダル１７を踏み込んだり、アクセルレバーを操作したりするとよい。

さて、このようなＡＩＳ機能を有するクレーン１の場合、キャブ１１に搭乗しているオペレータは、以下のような心理状態になることが否めない。
すなわち、オペレータは、操作モニタ１６上に「１０，９，８・・・」と表示されはじめ、クレーン１側からのＡＩＳ許可申請が発令されると、その表示（許可申請）が心理的な圧迫となったり、煩わしく感じたりして、操作モニタ１６上のキャンセルボタン１８を押してしまう虞がある。また、オペレータが煩わしく感じないとしても、現在行っている作業でエンジンストップされては困るとオペレータが判断した場合にも、操作モニタ１６上のキャンセルボタン１８（キャンセル手段）が押され、エンジンストップが解除されることとなる。

キャンセルボタン１８が押された後、制御部に備えられた予告開始変更手段は、図３のＳ３に示す如く、キャンセルボタン１８が押された後に、現在の作業負荷（作業状態）を検知し、検知した作業負荷が高負荷（繁忙状態）の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間（再許可申請までの時間）を長くし、検知した作業負荷が低負荷（閑散状態）の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を短くするようにする（Ｓ４，Ｓ５）。

その上で、制御部は、再びクレーン１の稼働状態を検知し、所定の停止条件が揃った際に、自動的にエンジンを停止するためのＡＩＳ許可申請を発令するようになる（Ｓ２）。
そもそも、省エネや環境性能の向上を狙うとすれば、再度、ＡＩＳ許可申請を行うまでの時間は短い方がよいことは自明である。ところが、キャンセル後に再度、ＡＩＳ許可申請が発令されるまでの時間が短いと、オペレータは頻繁にＡＩＳ許可申請のキャンセル操作をせざるを得なくなり、オペレータは煩わしさを感じるようになる。このように、キャンセル〜再度のＡＩＳ許可申請までの時間が一定であると、省エネ効果とオペレータの煩わしさの低減の両方を同時に満たすことが困難となる。

本発明は、上記した、予告開始変更手段を有することで、許可申請を行うまでの時間を、クレーン１の負荷に応じて早めたり、遅らせたりすることができ、省エネ効果とオペレータの煩わしさの低減の両方を同時に満たすことを可能としている。
さて、前述した予告開始変更手段は、キャンセルボタン１８が押された後に、現在の作業負荷を検知するとしたが、具体的な検出方法は幾つか考えられる。それについて、以下に述べる。

まず、予告開始変更手段は、クレーン１に搭載されたエンジンの回転数を基に作業負荷を検知し、検知した作業結果を基に、予告手段が動作するまでの時間を変更するようにしてもよい。例えば、エンジンの回転数の閾値を決めておき、その閾値を越えた場合は、予告開始変更手段は、「現在の作業負荷は高負荷であり、再許可申請までの時間を長くする」ようにする。前述した閾値は、固定値であってもよく、オペレータや製造者側で任意に変更可能としてもよい。

また、エンジンの回転数の閾値を決めておき、その閾値を越えた時間を計測するようにしてもよい。閾値を超えた時間（積算時間）がある値以上であれば、「高負荷」であると判定してもよい。
また、エンジンの回転数の平均値（例えば、移動平均値）などを算出し、この平均値が閾値を超えた場合、「高負荷」であると判定してもよい。なお、クレーン１に電動モータが搭載されている場合、電動モータの回転数を利用し、上記した考えを適用して「高負荷」状態を判別してもよい。

この考え方は、クレーン１に備えられた油圧回路にも適用できる。例えば、油圧回路内の油圧ポンプの吐出圧がある閾値を越えたり、閾値を越えた積算時間がある値以上になった際には、「高負荷」であると判定してもよい。油圧ポンプの回転数を、エンジンの回転数と同じように考えて、「高負荷」状態を検出してもよい。
さらに、クレーン１が油圧シリンダを有する場合、油圧シリンダの動作回数（例えば、１分間の動作回数）を検出し、その回数がある閾値以上であれば、「高負荷」であると判断してもよい。同じ考え方で、クレーン１を操作する操作レバーの操作回数を用いて「高負荷」を判断してもよい。

油圧シリンダの場合、当該油圧シリンダにセンサを設け、油圧シリンダのストローク量を検出し、検出したストローク量が、ある閾値を越えた場合、越えた積算時間がある値以上の場合に、「高負荷」であると判断してもよい。
以上のように、予告開始変更手段は、現在の作業負荷を検知し、検知した作業負荷が高負荷の場合には、予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業負荷が低負荷の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くするようにする。そうすることで、クレーン１の負荷に応じて、許可申請を行うまでの時間を早めたり、遅らせたりすることができ、省エネ効果とオペレータの煩わしさの低減の両方を同時に満たすことが可能となる。

なお、今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
特に、今回開示された各実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

例えば、本実施形態のクレーン１においては、キャンセルボタン１８が押されてキャンセル動作が発生した後に、作業負荷が高負荷の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を長くし、低負荷の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を短くするようにしていた。しかしながら、許可申請が発令されるまでの時間を長くするのではなく、高負荷の場合には、予告手段が発する予告自体（カウントダウン数）を長くし、検知した作業負荷が低負荷の場合には、予告手段が発する予告自体（カウントダウン数）を短くするようにしてもよい。

また、キャンセルボタン１８が押されようと押されまいと、すなわち、キャンセル手段の動作に拘わらず、作業負荷が高負荷の場合には、予告手段が動作するまでの時間を長くし、低負荷の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くするようにしてもよい。
また、本実施形態では、クローラクレーン１を例示して説明を行ったが、本発明のＡＩＳ機構の制御方法は、建設機械全般に適用可能である。

１ クローラクレーン（移動式クレーン）
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 旋回手段
５ ブーム
６ 吊りロープ
７ フック装置
８ マスト
９ 起伏ロープ
１０ カウンターウエイト
１１ キャブ（運転室）
１２ 窓
１３ 座席
１４ 操作部
１５ 操作レバー
１６ 操作モニタ
１７ アクセルペダル
１８ キャンセルボタン（キャンセル手段）
１９ カウントダウン表示部

Claims (7)

1. 駆動力を発生するエンジンが搭載されたクレーンに設けられたＡＩＳ機構であって、
   所定の条件を満たした状況下で、前記エンジンを自動的に停止させるエンジン停止手段と、
   前記エンジン停止手段により前記エンジンを実際に停止させる前に「予告」を行う予告手段とを有するＡＩＳ機構において、
   現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、前記予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くする予告開始変更手段と、
   前記予告手段による予告をキャンセルすると共に、前記エンジン停止手段による前記エンジンの停止を阻止するキャンセル手段とを、有しており、
   前記予告開始変更手段は、前記キャンセル手段によるキャンセル動作が発生した後であって前記エンジンが停止する前に、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を短くするように構成されていることを特徴とするクレーンにおけるＡＩＳ制御方法。
2. 前記予告開始変更手段は、前記クレーンを操作する操作レバーの使用頻度を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のクレーンにおけるＡＩＳ制御方法。
3. 前記予告開始変更手段は、前記エンジンの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のクレーンにおけるＡＩＳ制御方法。
4. 前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧ポンプの吐出圧を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクレーンにおけるＡＩＳ制御方法。
5. 前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧ポンプの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクレーンにおけるＡＩＳ制御方法。
6. 前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧シリンダの作動頻度を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクレーンにおけるＡＩＳ制御方法。
7. 前記クレーンが電動モータを有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記電動モータの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のクレーンにおけるＡＩＳ制御方法。