JP7241742B2 - 油圧制御システム、作業機械、および作業アタッチメントの動作を制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の作業アタッチメントの動作を制御するための油圧制御システムであって、作業アタッチメントの動作を制御する作業アタッチメント制御値を出力するように構成されたコントローラと、動作可能にコントローラに接続されるオペレータ入力装置とを含む油圧制御システムに関する。さらに、本発明は、作業アタッチメントと、作業アタッチメントに油圧流体を供給するための油圧回路と、上記油圧制御システムとを含む作業機械に関する。さらに、本発明は、作業機械の作業アタッチメントの動作を制御するための方法であって、オペレータ入力装置の作動量に基づいて第１のモードで作業アタッチメントを制御するステップを含む方法に関する。

作業車両は、マンホールカッター、塩散布機またはグリット散布装置などの作業アタッチメントを受けるように構成されることが多い。そのような作業アタッチメントは、作業アタッチメント上に配置された回転部材を駆動するための油圧モータを有する場合がある。回転部材を駆動するための油圧流体が作業車両によって一般に与えられる。作業アタッチメントの回転速度を制御するためには、作業アタッチメントに供給される油圧流体の量を制御する必要がある。

一般に公知の作業車両では、作業アタッチメントを駆動するための２つの異なるモードが設けられることが多い。比例モードでは、作業アタッチメントに供給される油圧流体の量は、制御レバーの作動量に応じて制御される。連続モードでは、予め定められた量の油圧流体が作業アタッチメントに常に供給されるため、作業アタッチメントの回転部材の回転速度は一定になる。連続モードで供給される流体の量は、別個の制御装置を用いて前もって設定される。特開２００６－２５７７１４号公報（特許文献１）には、作業アタッチメントに油圧流体を与えるための油圧回路の例示的な構成が記載されている。

特開２００６－２５７７１４号公報

本発明の目的は、作業アタッチメントの取扱いを単純化すること、特に作業アタッチメントの制御効率を高めることである。

この目的は、請求項１に記載の油圧制御システム、請求項１３に記載の作業機械、および請求項１４に記載の方法によって解決される。本発明の好ましい実施形態は従属請求項に記載されている。

作業機械の作業アタッチメントの動作を制御するための油圧制御システムは、コントローラと、オペレータ入力装置と、保存入力装置とを含む。コントローラは、作業アタッチメントの動作を制御する作業アタッチメント制御値を出力するように構成される。オペレータ入力装置は動作可能にコントローラに接続される。オペレータ入力装置は、作業アタッチメント制御値を設定するためにオペレータ入力装置の作動量に応じた指令信号を出力するように構成される。保存入力装置は動作可能にコントローラに接続される。保存入力装置は、保存入力装置を作動させると保存指令信号を発生するように構成される。コントローラは一定の作業アタッチメント制御値を保存するように構成される。一定の作業アタッチメント制御値は、保存指令信号を受信すると指令信号によって設定される作業アタッチメント制御値である。

本発明の油圧制御システムの利点は、一定の作業アタッチメント制御値がオペレータ入力装置を用いて設定されることである。これによって、オペレータはオペレータ入力装置を用いて、作業アタッチメントを制御するための作業アタッチメント制御値および一定の作業アタッチメント制御値の双方を設定することができるため、作業アタッチメントの制御が単純化される。たとえば、オペレータはオペレータ入力装置を用いて、具体的な要件に応じて作業アタッチメントの動作の制御を設定することができる。作業アタッチメントの所望の動作状態、たとえば作業アタッチメントの回転速度に達すると、保存入力装置を用いてこの設定を保存することができる。続いて、この細かく調整された作業アタッチメントの動作設定が実行される。一般に公知の油圧制御システムとは対照的に、作業アタッチメントの動作を制御するための一定の作業アタッチメント制御値は前もって設定されず、現在の要件に合わせて微調整することができる。したがって、一定の作業アタッチメント制御値を所与の状況に合わせてよりよく調整することができる。

好ましくは、油圧制御システムは、作業機械の作業アタッチメントの動作を制御するために用いられる。作業機械は好ましくは、自力で移動可能である。作業機械の具体的実例は、たとえばホイールローダ、油圧掘削機またはスキッドステアローダといった建設車両などの作業車両である。したがって、作業機械の作業アタッチメントの動作を制御するための油圧制御システムは、作業機械（作業）アタッチメント油圧制御システムと称される場合もある。作業機械は、遠隔制御され得る無人機械であってもよい。オペレータ入力装置、保存入力装置、およびモード選択入力装置は、無人作業機械を遠隔制御するための遠隔制御装置の構成要素であってもよい。

作業機械は、作業機械自体を駆動するための動力を提供するための、かつ作業アタッチメントに動力を供給するためのエンジンおよび／または電気モータを有してもよい。特に、エンジンおよび／または電気モータは、作業アタッチメントに油圧流体を供給するための油圧回路に動力を供給してもよい。油圧回路は、作業アタッチメントと流体接続している油圧管路を介して油圧流体をくみ上げるための油圧ポンプを含んでもよく、これによって、油圧ポンプによって供給される油圧流体が作業アタッチメントに供給される。油圧回路の実施形態を以下に説明する。

好ましくは、作業アタッチメントは作業機械に固定接続される部材であってもよい。好ましい実施形態では、作業アタッチメントは作業機械に着脱可能に取付けられる。たとえば、作業機械はブーム、アーム、またはそれらの組合せを含み、作業アタッチメントはブームまたはアームの自由端に取付けられる。作業アタッチメントを作業機械の前端または後端に取付けることもできる。さまざまな種類の取付構造を使用して作業アタッチメントを作業機械に取付けることができる。

好ましい実施形態では、作業アタッチメントは、たとえば切断器具などの回転部材であるか、または当該回転部材を含む。たとえば、回転部材は、たとえばマンホールカッター用のカッターであってもよい。回転部材は、たとえば塩散布機の散布機またはグリット散布装置の散布機などの移動装置であってもよい。回転部材は作業アタッチメント上に配置された油圧モータによって駆動可能であり、それによって、作業機械の油圧回路によって与えられる油圧流体によって油圧モータが駆動される。この目的で、作業アタッチメントの油圧モータは油圧回路に流体接続されてもよい。この流体接続は固定されてもよいし解除可能であってもよい。

コントローラは、マイクロプロセッサ、コンピュータまたはその他のコンピューティングデバイスによって実現されてもよい。コントローラは作業機械上に配置されてもよく、作業機械の他の特徴を制御するために用いることができる。コントローラは、作業アタッチメントの動作を設定／調整する値である作業アタッチメント制御値を出力する。特に、作業アタッチメント制御値は、油圧回路を制御するための値である。したがって、作業アタッチメント制御値を設定することによって、作業アタッチメント、特に油圧モータに供給される油圧流体の量が設定される。作業アタッチメント制御値を変更することによって、作業アタッチメントに供給される油圧流体の量を変更することができる。したがって、一定の作業アタッチメント制御値を与えると、作業アタッチメントに供給される一定量の流体が与えられる。作業アタッチメント制御値はどのような信号であってもよく、これを用いて、作業アタッチメントに供給される油圧流体の量を設定または変更することができる。

オペレータ入力装置は動作可能にコントローラに接続される。オペレータ入力装置は指令信号を発生し、指令信号はコントローラに送信される。指令信号に応じて、コントローラは作業アタッチメント制御値を計算／生成する。たとえば、指令信号と作業アタッチメント制御値との間には線形関係がある。コントローラがメモリを含み、指令信号と対応する作業アタッチメント制御値との関係を規定するテーブルをこのメモリに格納することも可能である。コントローラは好ましくは、指令信号を、油圧回路を制御する際に使用可能な信号に変換するように構成される。

オペレータ入力装置はオペレータ設定装置またはスイッチ入力装置と称される場合もあり、これはオペレータによって操作／作動可能である。さらに、このスイッチ入力装置は、たとえばスライドスイッチ、ボタンスイッチ、レバースイッチまたはレバーなどの可動スイッチであってもよい。好ましくは、オペレータ入力装置はスライドスイッチまたはレバーである。オペレータ入力装置は、作動量がオペレータ入力装置によって可変に設定可能であるように、異なる量によって作動されるように構成されてもよい。好ましい実施形態では、オペレータ入力装置は異なる位置同士の間を可動であってもよく、これら異なる位置は作動量を示す。たとえば、オペレータ入力装置は機械的スイッチであってもよく、それによって機械的スイッチの作動量が指令信号の値を決定する。この例示的な実施形態では、動作量は、機械的スイッチの好ましくはその静止位置からの移動に対応する。オペレータ入力装置は好ましくは作業機械の運転室内に配置され、たとえば運転席に座っているオペレータの手の届く範囲に配置される。

一般に、指令信号は設定指令信号と称される場合もある。指令信号は、オペレータ入力装置が発生する電圧の量であってもよい。この場合、作動量、たとえば機械的スイッチのその静止位置からの移動が、オペレータ入力装置が出力する電流の電圧を規定する。この電流はコントローラに供給され、それによって、コントローラはオペレータ入力装置が発生する電圧の量に応じた作業アタッチメント制御値を計算する。しかし、指令信号の情報は、オペレータ入力信号が発生する電流の量によって表わされることも可能である。さらに、指令信号は、オペレータ入力信号のプロセッサが発生するデジタル信号であってもよい。

保存入力装置も動作可能にコントローラに接続される。保存入力装置は、作動されると保存指令信号を発生可能などのような装置であってもよい。保存入力装置は保存スイッチ装置と称される場合もある。この保存入力スイッチはオペレータによって操作／作動可能である。さらに、保存入力装置は、たとえばスライドスイッチ、ボタンスイッチ、レバースイッチまたはレバーなどの可動スイッチであってもよい。好ましくは、保存入力装置はボタンスイッチである。保存指令信号は、コントローラに供給される電流または電気パルスであってもよい。コントローラは保存指令信号を認識することができる。特に、保存入力装置は作動されると保存指令信号を発生する。たとえば、保存入力装置は機械的スイッチ、トグルまたはボタンであってもよい。保存入力装置は作動されると１つの信号、すなわち保存指令信号を与えるだけでよいため、保存入力装置はオペレータ入力装置のように異なる作動量によって作動されるように構成されなくてもよい。

コントローラは好ましくは２つの動作モードを容易にする。第１のモード（比例モードと称される場合もある）では、コントローラは指令信号に基づいた作業アタッチメント制御値を出力する。つまり、作業アタッチメント制御値はオペレータ入力装置の作動量に依存する。したがって、作業アタッチメント制御値は通常、経時的に、すなわちオペレータ入力装置の作動量の変化に応じて変化する。したがって、オペレータはそれに応じてオペレータ入力装置を作動させることによって作業アタッチメントの回転速度を設定および変更することができる。第２のモード（連続モードと称される場合もある）では、コントローラは好ましくは、作業アタッチメントの動作が一定であるように、たとえば作業アタッチメントの回転部材の速度が経時的に一定であるように、一定の作業アタッチメント制御値を出力する。好ましくは、この一定の作業アタッチメント制御値は、オペレータ入力装置の作動量を、保存入力装置が作動される所望の値（すなわち作業アタッチメントの所望の動作状態）に変更することによって設定される。この場合、保存入力装置は保存指令信号を発生し、コントローラはこの保存指令信号を認識して、次に、現在の作業アタッチメント制御値を一定の作業アタッチメント制御値として保存する。連続モードでは、好ましくは、コントローラはオペレータ入力装置の作動量にかかわらず一定の作業アタッチメント制御値を出力し続ける。つまり、コントローラが一定の作業アタッチメント制御値を出力するため、オペレータ入力装置の作動量が変化しても、コントローラが出力する作業アタッチメント制御値は変化しない。

本発明の一般的な理解に関して、コントローラはさらに、一定の作業アタッチメント制御値を、作業アタッチメントの動作を制御するための作業アタッチメント制御値として出力するように構成される。さらに、作業アタッチメントの動作を制御するために、コントローラは好ましくは、一定の作業アタッチメント制御値を、一定の作業アタッチメント制御値に従って作業アタッチメントの動作を調整するための作動装置に出力する。作動装置は、たとえば制御弁、エンジン、ポンプ等の、作業アタッチメントの動作を調整するための手段であってもよい。

作業アタッチメント制御値は、油の流れ、または油流量、または油圧を設定する信号であることが好ましい。

好ましい実施形態では、保存入力装置、オペレータ入力装置およびモード選択入力装置の少なくとも１つは、異なる位置同士の間を可動な可動スイッチである。好ましくは、オペレータ入力装置はスライドスイッチであり、保存入力装置およびモード選択入力装置はボタンスイッチである。スライドスイッチは複数の位置同士の間を可動である。ボタンスイッチは少なくとも第１の位置と第２の位置との間を可動である。好ましい実施形態では、保存入力装置は第２の位置に達すると保存指令信号を発生する。好ましくは、保存入力装置は機械的スイッチであってもよい。たとえば、保存入力装置は、作動されない限り第１の位置にあるボタンを含んでもよい。このボタンを押下することによって、ボタンは第２の位置に達し、第２の位置に達すると保存指令信号が発生する。しかし、たとえばスライドスイッチなど、保存入力装置の他の実施形態も可能である。

好ましい実施形態では、油圧制御システムはレバーを含み、好ましくはオペレータ入力装置、保存入力装置および／またはモード選択入力装置はレバー上に配置される。

レバーは作業機械の運転室内に配置されてもよい。レバーは無人作業機械の遠隔制御装置の一部であってもよい。また、レバーは作業機械の移動を制御するために用いられてもよい。レバーの作動量（たとえば傾動量）は作業機械の速度を規定し得る。さらに、移動方向はレバーを用いて変更されてもよい。あるいは、またはさらに、レバーを作業機械のブームおよび／またはアームを制御するために用いることも可能である。したがって、レバーを作動させると、作業アタッチメントがブームまたはアームの自由端に配置されている場合は、作業アタッチメントをその現在の位置に動かすことも可能であり得る。

好ましい実施形態では、オペレータ入力装置および保存入力装置はレバー上に配置されるため、作業アタッチメントの制御、特に作業アタッチメントの位置決めおよび動作状態の設定を、１つの機械的装置、すなわちレバーを用いるだけで制御することができる。その結果、オペレータは、作業アタッチメントの制御の最初から最後まで自身の手をレバーに置き続けることができる。特に、先行技術の油圧制御システムにおいて必要であるように、たとえば一定の作業アタッチメント制御値を連続モード用に設定するためにレバーから手を離さなくてもよい。特に、オペレータ入力装置および保存入力装置の双方がレバー上に配置されているため、作業アタッチメントを比例モードおよび連続モードの双方で制御することができる。

油圧制御システムは、動作可能にコントローラに接続され、第１のモードおよび第２のモードを選択するように構成されたモード選択入力装置を含むことが好ましい。好ましくは、第１のモードでは、コントローラは、指令信号に基づいた作業アタッチメント制御値を出力する。好ましくは、第２のモードでは、コントローラは、指令信号が予め定められた閾値に達すると一定の作業アタッチメント制御値を出力する。

第１のモードは好ましくは比例モードと称されるのに対して、第２のモードは好ましくは連続モードと称される。モード選択入力装置は動作可能にコントローラに接続される。モード選択入力装置はボタンであってもよく、ボタンの２つの位置は比例モードおよび／または第２のモードを指す。さらに、モード選択入力装置は、たとえばトグルスイッチなどの、２つの位置同士の間で動かすことができる機械的スイッチであってもよく、トグルスイッチの各位置は比例モードまたは連続モードを規定する。モード選択入力装置の作動を繰返すことによって動作モードを繰返し切換えることも可能である。

モード選択入力装置は選択指令信号を出力してもよく、選択指令信号はコントローラによって受信される。それぞれの選択指令信号を受信すると、コントローラは、オペレータ入力装置が出力する指令信号に基づいた作業アタッチメント制御値を出力するか、または一定の作業アタッチメント制御値を出力する。したがって、比例モードでは、作業アタッチメント制御値は入力装置の作動量に基づいている。

好ましくは、指令信号が予め定められた閾値に達すると、すなわち、オペレータ入力装置の作動量が予め定められた閾値を超えると、作業アタッチメント制御値の出力が連続モードでコントローラによって開始される。指令信号が予め定められた閾値に達しない限り、コントローラは、油圧流体が作業アタッチメントに供給されないように、いずれの作業アタッチメント制御値も出力しないか、またはゼロに対応する作業アタッチメント制御値を出力する。

あるいは、コントローラは好ましくは、指令信号が予め定められた閾値にまだ達していない限り、作業アタッチメント制御値を出力する。予め定められた閾値に達すると、コントローラは一定の作業アタッチメント制御値を出力し、すなわち、オペレータ入力装置の作動量がさらに増加しても作業アタッチメント制御値に反映されない。この制御によって、オペレータ入力装置を用いて作業アタッチメントの速度が緩やかに上昇し得ることが促進される。それによって、作動量の予め定められた閾値に達すると、オペレータ入力装置の作動量がさらに増加するか否かにかかわらず一定の速度が維持される。

予め定められた閾値は、指令信号、すなわちオペレータ入力装置の作動量に対応してもよく、これは一定の作業アタッチメント制御値に対応する。しかし、たとえばコントローラを制御するための制御装置を用いて、予め定められた閾値を前もって設定することもできる。そのような制御装置は、動作可能にコントローラに接続されたタッチスクリーンであってもよい。予め定められた閾値は、一定の作業アタッチメント制御値とは別々に設定可能である。

第２のモードでは、コントローラは、指令信号が予め定められた閾値を下回ると一定の作業アタッチメント制御値の出力を終了することが好ましい。

つまり、オペレータ入力装置の作動量が予め定められた作動量を超えている限り、一定の作業アタッチメント制御値がコントローラによって出力される。オペレータ入力装置の作動量、すなわち指令信号の値が予め定められた閾値を下回ると、コントローラは、作業アタッチメントが動作しなくなるように、すなわち作業アタッチメントの油圧モータに油圧流体が供給されないように、一定の作業アタッチメント制御値の出力を停止するか、または作業アタッチメント制御値をゼロに設定する。

オペレータ入力装置の作動量が予め定められた作動量よりも低い場合は、コントローラは一定の作業アタッチメント制御値の出力を停止し、指令信号に基づいた作業アタッチメント制御値の出力を開始することも可能である。したがって、オペレータ入力装置の動作量を減らすことによって作業アタッチメントの回転速度を緩やかに低下させることができる。

しかし、コントローラが一定の作業アタッチメント制御値を出力することを停止させる他の方法も可能である。つまり、連続モードにおいて作業アタッチメントの動作を停止するための他の方法も可能である。たとえば、連続モードは、オペレータ入力装置を予め定められた閾値によって作動させることによって開始される。これは、一定の作業アタッチメント制御値の出力の開始に対応する。連続モードにおける作業アタッチメントの動作は、予め定められた値にさらに達すると停止する。したがって、オペレータ入力装置が作動されなくなったとしても、オペレータ入力装置の動作量が予め定められた閾値に再び達しない限り、コントローラは一定の作業アタッチメント制御値を出力する。

モード選択入力装置を作動させることによって、コントローラが一定の作業アタッチメント制御値を出力することを強制的に停止させることもできる。つまり、連続モードから比例モードに切換えることによって、コントローラは一定の作業アタッチメント制御値の出力を停止する。

第１のモードが選択された場合、コントローラは、保存指令信号を受信すると一定の作業アタッチメント制御値のみを保存することが好ましい。つまり、一定の作業アタッチメント制御値は、保存入力装置を作動させることによって比例モードで設定される。

モード選択入力装置はレバー上に配置されることが好ましい。モード選択入力装置をレバー上に配置することによって、作業アタッチメントの最初から最後までの制御がレバーを用いるだけで確実に可能となり、すなわち、動作モードを設定するために、一定の作業アタッチメント制御値を設定するために、かつ連続モードを開始および終了するためにオペレータの手をレバーから離さなくてもよい。

油圧制御システムは、作業アタッチメントに油圧流体を与えるための油圧ポンプを含むことが好ましい。好ましくは、コントローラは油圧ポンプを制御して、作業アタッチメント制御値に従って油圧流体の流れを設定する。

好ましくは、油圧ポンプは油圧回路の一部であってもよい。油圧ポンプの回転速度を変更することによって、作業アタッチメントの油圧モータに供給される油圧流体の流れを変更または設定することができる。したがって、コントローラは油圧ポンプを制御することによって作業アタッチメントの動作を設定する。

油圧制御システムはエンジンを含むことが好ましい。好ましくは、油圧ポンプはエンジンによって駆動される固定容量ポンプである。さらに好ましくは、コントローラは作業アタッチメント制御値をエンジンに出力して油圧流体の流れを設定する。

油圧ポンプによってくみ上げられる油圧流体の量は、油圧ポンプの回転速度に依存する。油圧ポンプは固定容量ポンプであるため、すなわち油圧ポンプを用いて吐出量を設定できないためである。油圧ポンプの回転を変更するためには、エンジン回転速度を変更する。したがって、作業アタッチメント制御値はエンジン回転速度を設定するための値である。たとえば、作業アタッチメント制御値は、エンジンに供給されるモータ燃料の量を決定する。モータ燃料の量を増加させることによって、固定油圧ポンプによってくみ上げられる油圧流体の量も増加するようにエンジンの回転速度を増加させることができる。

油圧ポンプは可変容量ポンプであることが好ましい。好ましくは、コントローラは、作業アタッチメント制御値を可変容量ポンプに出力して可変容量ポンプの吐出量を制御して油圧流体の流れを設定する。

可変容量ポンプは好ましくは油圧回路の一部である。可変容量ポンプは好ましくは、可変容量ポンプによってくみ上げられる油圧流体の量を可変容量ポンプの回転速度を変更することなく変更可能なポンプである。たとえば、可変容量ポンプは斜板を含み、斜板の角度は所与の一定の回転速度についての吐出量を決定する。この場合、作業アタッチメント制御値は、斜板の角度を設定して作業アタッチメントの油圧モータに供給される油圧流体の流れを設定するための値である。可変容量ポンプは一般に公知の可変容量ポンプであってもよい。

油圧制御システムは、作業アタッチメントへの油圧流体の流れを設定するための制御弁を含むことが好ましい。好ましくは、コントローラは、作業アタッチメント制御値を制御弁に出力して油圧流体の流れを設定する。

制御弁は好ましくは油圧回路の一部である。制御弁は、油圧ポンプを作業アタッチメントの油圧モータに接続する油圧管路内に配置されてもよい。たとえば、油圧ポンプは油圧流体の一定の流れを生成し、制御弁は油圧モータに供給される油圧流体の流れを変更するために用いられる。したがって、この場合、作業アタッチメント制御値は制御弁を制御する値である。たとえば、制御弁は、作業アタッチメント制御値がソレノイド制御弁を変更する際に使用可能な信号であるように、ソレノイド制御弁（電気機械的に操作される弁）であってもよい。そのような信号はＥＰＣ信号であってもよい。

油圧制御システムは、ＥＰＣ信号に基づいたパイロット圧力を与える電磁弁（ソレノイド弁）を含むことが好ましい。作業アタッチメント制御値はＥＰＣ信号（ＥＰＣ：電子圧力制御）である。

電気機械的に操作される弁はパイロット圧力を設定し、パイロット圧力は、可変容量ポンプの吐出量または制御弁を変更するために用いられてもよい。たとえば、パイロット圧力を用いて可変容量ポンプの斜板の角度を設定することができる。さらに、パイロット圧力を用いて制御弁を設定することができる。

電磁弁は、油圧ポンプと可変容量ポンプと制御弁との間に配置されるパイロット圧力管路内にそれぞれ配置されてもよい。電磁弁はＥＰＣ信号を用いて設定され、この場合、作業アタッチメント制御値はＥＰＣ信号である。つまり、コントローラは電磁弁を制御するためのＥＰＣ信号を出力する。したがって、コントローラは、比例モードでオペレータ入力装置が発生する指令信号に応じたＥＰＣ信号を計算する。

本発明はさらに、作業アタッチメントと、作業アタッチメントに油圧流体を供給するための油圧回路と、油圧回路における油圧流体の流れを制御するための上述のような油圧制御システムとを含む作業機械に関する。

好ましくは、作業機械は、たとえばホイールローダ、油圧掘削機またはスキッドステアローダなどの建設車両である。作業機械は、作業機械自体を駆動するための動力を提供するための、かつ作業アタッチメントに動力を供給するためのエンジンおよび／または電気モータを有してもよい。特に、エンジンおよび／または電気モータは、作業アタッチメントに油圧流体を供給するための油圧回路に動力を供給してもよい。油圧回路は、作業アタッチメントと流体接続している油圧管路を介して油圧流体をくみ上げるための油圧ポンプを含んでもよく、これによって、油圧ポンプによって供給される油圧流体が作業アタッチメントに供給される。油圧回路の実施形態を以下に説明する。

本発明はさらに、作業機械の作業アタッチメントの動作を制御するための方法であって、オペレータ入力装置の作動量に基づいて作業アタッチメントを第１のモードで制御するステップと、現在の作動量を保存するステップと、保存した作動量に基づいて作業アタッチメントを第２のモードで制御するステップとを含む方法に関する。

この方法の利点および好ましい実施形態は、上述のような油圧制御システムの利点および好ましい実施形態に従う。したがって、油圧制御システムに関連するすべての記述および説明は当該方法に等しく適用される。特に、油圧制御システムを用いて上記の方法を実現することができる。

作業アタッチメントを第２のモードで制御するステップは、オペレータ入力装置を予め定められた閾値を超えて作動させることによって開始されることが好ましい。好ましくは、作業アタッチメントを第２のモードで制御するステップは、オペレータ入力装置を予め定められた閾値よりも低く運転することによって停止される。

添付の図面を参照して本発明のさらなる利点および実施形態を説明する。

作業機械の斜視図である。 バケットが取外された状態の作業機械の前端の斜視図である。 作業機械の後端の斜視図である。 作業アタッチメントの斜視図である。 油圧制御システムおよび作業アタッチメントの第１の実施形態のブロック図である。 油圧制御システムおよび作業アタッチメントの第２の実施形態のブロック図である。 油圧制御システムおよび作業アタッチメントの第３の実施形態のブロック図である。 油圧制御システムおよび作業アタッチメントの第４の実施形態を示す図である。 本発明に係る作業アタッチメントを制御するための方法を示すフローチャートである。 油圧制御システムの機能を強調したいくつかの線図である。 レバーの前方斜視図である。 レバーの後方斜視図である。 油圧制御システムおよび作業アタッチメントの第５の実施形態を示す図である。

図１は、作業機械１０の一例であるホイールローダを示す。作業機械１０は車体１２を含み、車体１２はその上に配置された運転室１４を有している。運転室１４は、運転席と、作業機械１０の機能を制御するための複数の制御機器とを含む。作業機械１０はブーム１６およびバケット１８をさらに含む。ブーム１６は油圧シリンダ（図１には見えない）を用いて昇降可能である。バケット１８はブーム１６に着脱可能に取付けられる。バケット１８は、傾動油圧シリンダ１９を用いてブーム１６に対して傾動可能である。

作業機械１０は、２つの前輪２０および２つの後輪２２をさらに含む。後輪２２および／または前輪２０にはエンジン２４によって動力が供給される。エンジン２４は、エンジンフード２６に覆われているエンジン室内に配置されているため、図１および図２には見えない。エンジン２４およびエンジン室は、作業機械１０の前後方向において運転室１４の後ろに配置される。

エンジン２４は燃焼機関であってもよく、および／または電気モータによって構成されてもよい。エンジン２４は、作業機械１０を駆動するための、ブーム１６を昇降させるための、およびバケット１８を傾動させるための動力を提供する。

図２は、バケット１８が取外された状態の作業機械１０の前端を示す。バケット１８はバケット締結構造２８によってブーム１６に取付けられる。バケット締結構造２８はまた、以下に説明する作業アタッチメント３０を取付けるために用いられ得る。示される実施形態におけるバケット締結構造２８は、ブーム１６上に配置された２つのバケット開口部２８ａと、バケット１８を傾動させることができる傾動締結構造２８ｂとを含む。さらに、２本の油圧管路３２が作業アタッチメント３０に接続可能なブーム１６上に配置される。油圧管路３２によって油圧流体が作業アタッチメント３０に供給可能である。

図４は、作業アタッチメント３０の一例としてのマンホールカッターを示す。作業アタッチメント３０は、軸（見えない）の周りを回転可能なカッター３８を含む。カッター３８は複数の切歯を含み、これによってカッター３８はタールマカダムに切込むことができる。カッター３８はフレーム４０に回転可能に取付けられる。フレーム４０は、カッター３８を駆動するための油圧モータ４２を保持する。油圧モータ４２はフレーム４０に覆われているため、図４には見えない。油圧モータ４２はカッター３８に直接的に、またはたとえばトランスミッションを介して間接的に接続可能である。

作業アタッチメント３０は、作業アタッチメント３０をたとえばバケット締結構造２８に取付けるための、フレーム４０に固定された取付構造４４をさらに含む。この目的で、取付構造４４はバケット開口部２８ａに係合するピンを含んでもよい。取付構造４４によって、作業アタッチメント３０を作業機械１０に着脱可能に取付けることができる。さらに、作業アタッチメント３０は、油圧モータ４２を作業機械１０の油圧管路３２に接続するための油圧管路３２（図示せず）も含む。

図５は、作業アタッチメント３０に供給される油圧流体の量を制御する油圧制御システム４６の例示的な実施形態を示す。油圧制御システム４６は、オペレータ入力装置４８、保存入力装置５０、モード選択入力装置５２、コントローラ５４、および油圧回路５６を含む。オペレータ入力装置４８は、動作可能なように、たとえば配線によってコントローラ５４に接続される。オペレータ入力装置４８は、作動量が変更可能であるように作動可能である。たとえば、オペレータ入力装置４８は、図１１および図１２を参照して以下に説明するように、異なる位置同士の間で動かすことができる装置である。オペレータ入力装置４８は、動作量を示す指令信号を出力する。指令信号はコントローラ５４に転送される。

保存入力装置５０も、動作可能なように、たとえば配線によってコントローラ５４に接続される。保存入力装置５０は第１の位置と第２の位置との間を可動であり、保存入力装置５０は第２の位置に達すると保存指令信号を発生する。たとえば、保存入力装置５０はボタンであり、第１の位置は非押下位置であり、ボタンが押下されると第２の位置に達する。保存入力装置５０の実施形態を図１１および図１２に関連して以下に述べる。保存入力装置５０は保存指令信号を発生し、保存指令信号はコントローラ５４に転送される。

モード選択入力装置５２は、たとえば配線によって動作可能にコントローラ５４に接続される。モード選択入力装置５２は、第１のモードと第２のモードとから選択するように設けられる。モード選択入力装置５２はボタンとして構成されてもよく、当該ボタンを押下すると第１のモードと第２のモードとが切換えられる。さらに、モード選択入力装置５２は２つの異なる位置を有するように構成されてもよく、各位置はそれぞれのモードを示す。たとえば、モード選択入力装置５２は２つの位置を有するボタンとして構成され、各位置はそれぞれのモードを示す。モード選択入力装置５２は選択指令信号を発生し、選択指令信号はコントローラ５４に転送される。

コントローラ５４は作業アタッチメント制御値を出力し、作業アタッチメント制御値は、作業アタッチメント３０に供給される油圧流体の流れを設定するための油圧回路５６に転送される。コントローラ５４は、コンピュータ、マイクロプロセッサまたはその他の好適な電子デバイスとして構成されてもよい。

コントローラ５４は２つの異なるモードで動作可能である。比例モードとも称される第１のモードでは、コントローラ５４は、オペレータ入力装置４８が発生する指令信号を示す作業アタッチメント制御値を出力する。たとえば、作業アタッチメント制御値は、指令信号が増加するにつれて線形に増加する。好ましくは、オペレータ入力装置４８がさらに作動されるほど、指令信号が高くなり、作業アタッチメント制御値がさらに増加する。たとえば、作動量と作業アタッチメント制御値との間には線形関係がある。

連続モードと称されることも多い第２のモードでは、コントローラ５４は一定の作業アタッチメント制御値を出力する。一定の作業アタッチメント制御値は、コントローラ５４を比例モードで動作させて保存入力装置５０を作動させることによって設定される。保存入力装置５０から保存指令信号を受信すると、コントローラ５４は、オペレータ入力装置４８が発生する現在の指令信号に基づいた現在の作業アタッチメント制御値を一定の作業アタッチメント制御値として保存する。モード選択入力装置５２を作動させると、コントローラ５４は次に連続モードに切換わる。本発明に係る油圧制御システム４６の動作原理を、特に図９に関連して以下に述べる。

図５に示す実施形態の油圧回路５６は、制御弁５８、油圧ポンプ６０、および流体タンク６２を含む。油圧ポンプ６０は固定容量ポンプであってもよく、流体タンク６２から油圧流体を吸引する。油圧ポンプ６０は、制御弁５８が内部に配置されている油圧管路３２を介して油圧流体をくみ上げる。作業アタッチメント３０の油圧モータ４２に供給される油圧流体の量を変更するためには、制御弁５８の開度を変更する。したがって、本実施形態では、作業アタッチメント制御値は制御弁５８の開度を設定するための信号である。制御弁５８は、ＥＰＣ信号（ＥＰＣ：電子圧力制御）によって制御されるソレノイド弁（電気機械的に操作される弁）であってもよい。したがって、この特定の実施形態では、作業アタッチメント制御値はＥＰＣ信号である。

油圧制御システム４６のさらなる実施形態を図６に示す。図６の油圧制御システム４６は、以下の相違点を除いて図５の油圧制御システム４６と同一である。図６の油圧制御システム４６の油圧回路５６は、図５に示すような油圧回路５６と比較して制御弁５８を含んでいない。図６の油圧制御システム４６の油圧ポンプ６０は、エンジン２４に接続される固定容量ポンプである。作業アタッチメント３０の油圧モータ４２に供給される油圧流体の流れを設定するためには、エンジン２４のエンジン回転速度をそれに応じて設定する。たとえば、エンジン２４の燃料の量は作業アタッチメント制御値に応じて変更される。したがって、本実施形態では、作業アタッチメント制御値はエンジン２４に供給される燃料の量を規定する。エンジン回転速度を設定することによって、油圧モータ４２に供給される油圧流体の量が設定される。

図７に示す実施形態の油圧制御システム４６は、以下の相違点を除いて図５に示すような油圧制御システム４６と同一である。図７に示す実施形態の油圧回路５６は可変容量ポンプを油圧ポンプ６０として含むが、制御弁５８を含まない。さらに、油圧回路５６は、油圧ポンプ６０の吐出量を変更するためのアクチュエータ６４を含む。特に、油圧ポンプ６０は、アクチュエータ６４を用いて角度を変更可能な斜板を含む。斜板の角度を変更することによって、一定のエンジン回転速度を維持しつつ、油圧ポンプ６０が吐出する油圧流体の量を変更することができる。図７に示すような実施形態における作業アタッチメント制御値は、油圧ポンプ６０の斜板の角度を設定するためのアクチュエータ６４を駆動するための信号である。

図８は油圧回路５６の別の実施形態を示す。図８に示すような油圧回路５６は、以下の相違点を除いて図５に示すような油圧回路５６と同一である。図８に示すような油圧制御システム４６の油圧回路５６は、パイロット圧力によって開度が設定される制御弁５８を含む。パイロット圧力はパイロット圧力制御弁６６を用いて変更される。したがって、図８の油圧回路５６は、一部の油圧流体をパイロット圧力制御弁６６から制御弁５８に案内するパイロット圧力管路６８を含む。パイロット圧力制御弁６６は、ＥＰＣ信号に応じて開度が変化する電磁弁（ソレノイド弁）であってもよい。したがって、本実施形態では、作業アタッチメント制御値はＥＰＣ信号である。パイロット圧力制御弁６６の開度を変えることによって、パイロット圧力管路６８内の油圧流体の量が変化し、これによって次に制御弁５８の開度が変化する。このように、油圧モータ４２に供給される油圧流体の量が設定可能である。

本発明の油圧制御システム４６の動作原理を、図９および図１０に関連して以下に述べる。開始するために、オペレータはモード選択入力装置５２を押下して第１のモードを選択する（ステップＳ１参照）。作動されると、モード選択入力装置５２は、コントローラ５４が第１のモードまたは比例モードで動作するように選択指令信号をコントローラ５４に出力する。

油圧モータ４２の回転速度、したがって作業アタッチメント３０のカッター３８の回転速度を設定するために、オペレータはオペレータ入力装置４８の動作量を変更する（ステップＳ２参照）。オペレータ入力装置４８の動作量に応じて、それぞれの指令信号が発生し、指令信号はコントローラ５４に転送される。コントローラ５４は、指令信号の量に応じた作業アタッチメント制御値を出力する。特に、図１０に示すように、作業アタッチメント制御値は指令信号の量に線形依存する。たとえば、作業アタッチメント制御値は、指令信号の値が増加すると増加する。オペレータ入力装置４８の作動量を変更することによって、作業アタッチメント３０の動作が設定される。特に、オペレータ入力装置４８の動作量を変更することによって作業アタッチメント３０のカッター３８の回転速度を調整することができる。

オペレータ入力装置４８の動作量を必要に応じて設定した後、オペレータは保存入力装置５０を押下する。そして、保存入力装置５０は保存指令信号を発生する。保存指令信号を受信すると、コントローラ５４は、油圧回路５６に現在出力されている作業アタッチメント制御値を現在の作業アタッチメント制御値として保存する（ステップＳ３参照）。

オペレータは、作業アタッチメント３０の比例モードでの動作の停止を決定した場合、モード選択入力装置５２を動作させ、これによってモード選択入力装置５２は選択指令信号を発生する（ステップＳ４参照）。選択指令信号を受信すると、コントローラ５４は第２のモード、すなわち連続モードで動作する。

コントローラ５４に一定の作業アタッチメント制御値の出力を開始させるために、オペレータは、予め定められた閾値よりも大きい作動量によってオペレータ入力装置４８を動作させる（ステップＳ５参照）。コントローラ５４は、予め定められた閾値を超えた値を有する指令信号を受信すると、図１０に示すように一定の作業アタッチメント制御値の出力を開始する（ステップＳ６参照）。オペレータ入力装置４８の作動量が予め定められた閾値を下回ると、コントローラ５４は一定の作業アタッチメント制御値の出力を停止する（ステップＳ７参照）。

あるいは、図１０に点線で示すように、指令信号が予め定められた閾値よりも低い場合は、コントローラ５４は第２のモードにおいても現在の作業アタッチメント制御値を出力する。指令信号、すなわち作動量が予め定められた閾値を超えている場合は、コントローラ５４は、指令信号がさらに増加するか否かにかかわらず一定の作業アタッチメント制御値を出力する。したがって、連続モードでは、コントローラ５４が出力する作業アタッチメント制御値は指令信号の量に線形依存しない。本実施形態では、指令信号の量が予め定められた閾値を下回ると、コントローラ５４は指令信号に応じた作業アタッチメント制御値を出力し、すなわち比例モードと同様のことが行われる。

図１１および図１２はレバー７０の前方および後方斜視図を示す。レバー７０は運転室１４内に配置されてもよい。レバー７０を傾動させて、作業機械１０の移動を制御する、ブーム１６を昇降させる、および／またはバケット１８を傾動させることができる。

オペレータ入力装置４８、保存入力装置５０およびモード選択入力装置５２はレバー７０上に配置される。図１１および図１２に示す実施形態では、オペレータ入力装置４８は左右方向に作動可能なスライドスイッチである。図１１および図１２に示すような静止位置からの移動量は作動量を規定する。オペレータ入力装置４８はレバー７０の後側に配置されてオペレータの中指で作動される。

保存入力装置５０は好ましくは、レバー７０上に配置された押しボタンである。同様に、モード選択入力装置５２も好ましくは、同一のレバー上に配置された押しボタンである。保存入力装置５０およびモード選択入力装置５２はレバー７０の前側に配置されてオペレータの親指で作動される。レバー７０は、作業機械１０を遠隔制御するための遠隔制御装置の一部であってもよい。

作業アタッチメント３０を制御するために必要な入力装置４８、５０および５２のすべてはレバー７０上に配置されているため、第１のモードおよび第２のモードのいずれにおいても作業アタッチメント３０を制御するためにレバー７０から手を離さなくてもよい。

図１３に示す実施形態の油圧制御システム４６は、以下の相違点を除いて図５に示すような油圧制御システム４６と同一である。保存指令信号、指令信号、および選択指令信号はコントローラ５４に無線送信される。この目的で、オペレータ入力装置４８、保存入力装置５０、およびモード選択入力装置５２は、赤外線放射（ＩＲ）送信機または無線送信機などの送信機７２に配線によって接続されてもよい。オペレータ入力装置４８、保存入力装置５０、モード選択入力装置５２、および送信機７２はレバー７０の構成要素であってもよい。送信機７２は、保存指令信号、指令信号、および選択指令信号を無線出力する。オペレータ入力装置４８、保存入力装置５０、およびモード選択入力装置５２の各々が、保存指令信号、指令信号、および選択指令信号を送信するための送信機７２をそれぞれ含むことも可能である。

送信機７２が送信する保存指令信号、指令信号、および選択指令信号は、送信機７２が発する信号を受信するように適合された受信機７４によって受信される。受信機７４は配線によってコントローラ５４に接続され、受信した信号をコントローラ５４に転送する。

本発明の油圧制御システムの利点は、一定の作業アタッチメント制御値がオペレータ入力装置４８を用いて設定されることである。これによって、オペレータはオペレータ入力装置４８を用いて、比例モードにおける作業アタッチメント制御値、および連続モードにおける作業アタッチメント３０を制御するための一定の作業アタッチメント制御値の双方を設定することができるため、作業アタッチメント３０の制御が単純化される。たとえば、オペレータは比例モードでオペレータ入力装置４８を用いて、具体的な要件に応じて作業アタッチメント３０の動作の制御を設定することができる。作業アタッチメント３０の所望の動作状態、たとえば作業アタッチメント３０の回転速度に達すると、保存入力装置５０を用いてこの設定を保存することができる。連続モードに切換わると、この細かく調整された作業アタッチメント３０の動作設定が実行される。一般に公知の油圧制御システムとは対照的に、連続モードにおける作業アタッチメント３０の動作を制御するための一定の作業アタッチメント制御値は前もって設定されず、現在の要件に合わせて微調整することができる。したがって、一定の作業アタッチメント制御値を所与の状況に合わせてよりよく調整することができる。

さらに、オペレータは一定の作業アタッチメント制御値を設定するためにオペレータ入力装置４８から手を離さなくてもよく、同一のオペレータ入力装置４８を用いて比例モードおよび連続モードの双方で作業アタッチメント制御値を設定する。

１０ 作業機械、１２ 車体、１４ 運転室、１６ ブーム、１８ バケット、１９ 傾動油圧シリンダ、２０ 前輪、２２ 後輪、２４ エンジン、２６ エンジンフード、２８ バケット締結構造、２８ａ バケット開口部、２８ｂ 傾動締結構造、３０ 作業アタッチメント、３２ 油圧管路、３８ カッター、４０ フレーム、４２ 油圧モータ、４４ 取付構造、４６ 油圧制御システム、４８ オペレータ入力装置、５０ 保存入力装置、５２ モード選択入力装置、５４ コントローラ、５６ 油圧回路、５８ 制御弁、６０ 油圧ポンプ、６２ 流体タンク、６４ アクチュエータ、６６ パイロット圧力制御弁、６８ パイロット圧力管路、７０ レバー。

Claims (13)

1. 作業機械（１０）の作業アタッチメント（３０）の動作を制御するための油圧制御システムであって、
   前記作業アタッチメント（３０）の動作を制御する作業アタッチメント制御値を出力するように構成されたコントローラ（５４）と、
   動作可能に前記コントローラ（５４）に接続されたオペレータ入力装置（４８）とを備え、前記オペレータ入力装置（４８）は、前記作業アタッチメント制御値を設定するために前記オペレータ入力装置（４８）の作動量に応じた指令信号を出力するように構成され、前記油圧制御システムはさらに、
   動作可能に前記コントローラ（５４）に接続され、オペレータにより第１のモードおよび第２のモードを選択するように構成されたモード選択入力装置（５２）と、
   動作可能に前記コントローラ（５４）に接続され、オペレータにより操作される保存入力装置（５０）を備え、前記保存入力装置（５０）は、前記保存入力装置（５０）を作動させると保存指令信号を発生するように構成され、
   前記コントローラ（５４）は、前記オペレータ入力装置（４８）が発生する前記指令信号に基づく前記作業アタッチメント制御値を出力し、かつ前記保存入力装置（５）から前記保存指令信号を受信すると前記コントローラ（５４）が出力している前記作業アタッチメント制御値を一定の作業アタッチメント制御値として保存するように構成され、
   前記第１のモードでは、前記コントローラ（５４）は、前記指令信号に基づいた前記作業アタッチメント制御値を出力し、
   前記第２のモードでは、前記コントローラ（５４）は、前記指令信号が予め定められた閾値に達すると前記一定の作業アタッチメント制御値を出力する、油圧制御システム。
2. 前記第２のモードでは、前記コントローラ（５４）は、前記指令信号が前記予め定められた閾値を下回ると前記一定の作業アタッチメント制御値の出力を終了することを特徴とする、請求項１に記載の油圧制御システム。
3. 前記第１のモードが選択された場合、前記コントローラ（５４）は、前記保存指令信号を受信すると前記一定の作業アタッチメント制御値のみを保存することを特徴とする、請求項１または２に記載の油圧制御システム。
4. 前記保存入力装置（５０）、前記オペレータ入力装置（４８）および前記モード選択入力装置（５２）の少なくとも１つは、異なる位置同士の間を可動な可動スイッチであることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の油圧制御システム。
5. 前記オペレータ入力装置（４８）はスライドスイッチであり、前記保存入力装置（５０）および前記モード選択入力装置（５２）はボタンスイッチであることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の油圧制御システム。
6. レバー（７０）を特徴とし、前記オペレータ入力装置（４８）、前記保存入力装置（５０）および／または前記モード選択入力装置（５２）は前記レバー（７０）上に配置される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の油圧制御システム。
7. 前記作業アタッチメント（３０）に油圧流体を与えるための油圧ポンプ（６０）を特徴とし、
   前記コントローラ（５４）は前記油圧ポンプ（６０）を制御して、前記作業アタッチメント制御値に従って前記油圧流体の流れを設定する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の油圧制御システム。
8. エンジン（２４）を特徴とし、前記油圧ポンプ（６０）は前記エンジン（２４）によって駆動される固定容量ポンプであり、
   前記コントローラ（５４）は、前記作業アタッチメント制御値を前記エンジン（２４）に出力して前記油圧流体の流れを設定する、請求項７に記載の油圧制御システム。
9. 前記油圧ポンプ（６０）は可変容量ポンプであることを特徴とし、前記コントローラ（５４）は、前記作業アタッチメント制御値を前記可変容量ポンプに出力して前記可変容量ポンプの吐出量を制御して前記油圧流体の流れを設定する、請求項７に記載の油圧制御システム。
10. 前記作業アタッチメント（３０）への油圧流体の流れを設定するための制御弁（５８）を特徴とし、
    前記コントローラ（５４）は、前記作業アタッチメント制御値を前記制御弁（５８）に出力して前記油圧流体の流れを設定する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の油圧制御システム。
11. ＥＰＣ信号に基づいたパイロット圧力を与える電磁弁を特徴とし、
    前記作業アタッチメント制御値は前記ＥＰＣ信号である、請求項９または請求項１０に記載の油圧制御システム。
12. 作業アタッチメント（３０）と、
    前記作業アタッチメント（３０）に油圧流体を供給するための油圧回路（５６）と、
    前記油圧回路（５６）における前記油圧流体の流れを制御するための請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の油圧制御システム（４６）とを備える、作業機械。
13. 作業機械（１０）の作業アタッチメント（３０）の動作を制御するための方法であって、
    オペレータによるモード選択入力装置の操作により第１のモードと第２のモードとのいずれかを選択するステップと、
    オペレータによるオペレータ入力装置（４８）の作動量に基づいてコントローラが前記作業アタッチメント（３０）を前記第１のモードで制御するステップと、
    現在の作動量を保存するステップと、
    保存した作動量に基づいて前記コントローラが前記作業アタッチメント（３０）を前記第２のモードで制御するステップとを備え、
    前記作業アタッチメント（３０）を前記第２のモードで制御するステップは、一定の作業アタッチメント制御値を出力するステップを含み、前記オペレータ入力装置（４８）を予め定められた閾値を超えて作動させることによって前記一定の作業アタッチメント制御値の出力が開始され、
    前記作業アタッチメント（３０）を前記第２のモードで制御するステップにおいては、前記オペレータ入力装置（４８）を前記予め定められた閾値よりも低く運転することによって前記一定の作業アタッチメント制御値の出力が停止されることを特徴とする、方法。

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