JPH08209749A

JPH08209749A - 作業機械の用具制御方法

Info

Publication number: JPH08209749A
Application number: JP7282877A
Authority: JP
Inventors: Javad Hosseini; ホッセイニージャヴァード; Nathan T Schenkel; ティーシャンケルネイサン; James E Schimpf; イーシムプフジェームズ
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1996-08-13
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: US5537818A; US5617723A; JP3786733B2; US5727387A

Abstract

(57)【要約】【課題】用具を滑らかに序々に停止させる方法【解決手段】用具102 は作業機械104 に結合し、油圧
アクチュエーター106 の作動に応じて第1,第２用具位置
の間を可動である。装置100 は、第1,第２停止位置と中
立位置のあるジョイスティック306 を含む。ジョイステ
ィックは、通常は中立位置に付勢され、第1,第２停止位
置の間を可動である。装置はジョイスティックの位置を
検知し、それに応じてジョイスティック位置信号を発生
する。ジョイスティックは、第1,第２停止位置へ手動で
動かすとその位置に維持され、停止解放信号を受信する
と停止位置から解放される。装置は、作業機械に対する
作業用具の位置を検知する。装置は、電気弁信号の大き
さに応じて油圧アクチュエーター106 への油圧流体の流
れを与える。装置はジョイスティック位置信号を受信
し、該信号に比例する大きさの電気弁信号を送信する。
用具位置信号を第1,第２停止位置と比較し、それに応じ
て停止解放信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に油圧シリン
ダーの伸張と収縮を制御する装置に関し、より詳しくは
より静かで、より融通性をもってより容易に用具の制御
を行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホイール型ローダー等の作業機械は、作
業サイクルの間幾つかの位置を動かすことのできる作業
用具を含む。このような用具は一般に、バケット、フォ
ーク、その他の材料取扱い装置を含む。バケットの典型
的な作業サイクルは、バケットと関連するリフトアーム
を、バケットを材料で満たす掘削位置、運搬位置、上昇
位置、バケットから材料を除去するダンプ位置に次々と
位置合わせすることを含む。制御レバーが運転室に取り
付けられ、バケットとリフトアームを動かすために油圧
回路に結合している。オペレーターは、加圧流体を油圧
シリンダーに送り用具を動かす油圧弁を開閉するため、
該制御レバーを手動で動かさなければならない。例え
ば、リフトアームを上げようとすると、オペレーターは
リフトアームの油圧回路と関連する制御レバーを、油圧
弁が加圧流体をリフトアームのシリンダーのヘッド端部
に流入させリフトアームを上げるような位置に動かさな
ければならない。制御レバーが中立位置に戻ると油圧弁
は閉じ、加圧流体はそれ以上リフトアームのシリンダー
に流れない。

【０００３】通常の作動では、用具は与えられた作業サ
イクル機能を行った後、急に停止させられることが多
い。このようなことは、例えば用具が移動範囲の端部ま
で動いたときに起こる場合がある。リフトアーム又は油
圧シリンダーが機械的ストップ部材とぶつかると、リフ
トアーム組立体と油圧回路に大きな力が吸収される。こ
うなると、メンテナンスが増加し関連部品の故障が速く
なる。同様の状況は、リフトアーム組立体又は用具が所
定の位置に到達するまで、制御システムが、制御レバー
を停止位置に保持し、関連する油圧弁を開に保持すると
きに起こる。バネが制御レバーを急速に中立位置に戻
し、次に関連する油圧弁を急速に閉じる。従って、リフ
トアーム組立体又はバケットは急に停止する状態にな
る。このように急に停止すると、バケット、リフトアー
ム組立体及び負荷の慣性力で油圧シリンダーと用具のリ
ンク機構に応力がかかる。急に停止するとまた、オペレ
ーターが楽でなくなり疲労が増す。車両が負荷を下降さ
せ、オペレーターが急に関連する油圧弁を閉じるときに
も応力は発生する。関連する油圧弁が急に閉じ、リフト
アームの動きが急に停止するとき、負荷と用具の慣性力
によりリフトアーム組立体と油圧システムに力がかか
る。このように停止すると、車両の磨耗が増加し、オペ
レーターが楽でなくなる。このような状況では、機械の
後部が地面から離れて上がることさえある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの応力を減少さ
せるため、このような状況で用具の動きをよりゆっくり
と滑らかに停止させるシステムが発展してきた。この問
題の１つの解決法が、アダムスらに1978年８月29日に与
えられた米国特許第4,109,812 号に開示される。リフト
アームが移動範囲の端部に到達する直前に油圧流体のシ
リンダーへの流れを中止し、油圧クッションとして作用
するようにシリンダー中に流体を留めるデバイスが提供
される。用具が機械的ストップ部材に到達する前に用具
を遅くするのにはこの方法はよいが、このデバイスは用
具を調節可能なキックアウト位置で止める制御システム
と共に使用するのには適さない。このようなキックアウ
ト位置は、作業サイクルのパラメーターに応じて選択さ
れ、一般に最大上昇位置及び下降位置とは異なる。また
このような油圧クッションは、作業条件の変化に応じて
制御するのが容易ではない。他のシステムは、トルデン
マルンに1982年11月16日に与えられた米国特許第4,358,
989 号に開示される。このシステムは、油圧シリンダー
内の位置を伸張収縮するのに電子油圧弁を使用する。ピ
ストンが行程の端部から所定の距離の位置に到達する
と、ピストンが行程の端部に向かって動き続けるにつれ
て制御システムは段々に電子油圧弁を閉じる。このシス
テムは、ピストンが硬いストップ部材に到達する前にそ
の速度を十分に減じるが、他の所望の機能例えばキック
アウト位置を調節し、幾つかの上昇キックアウト位置を
形成することはできない。また、電子システムが故障す
るとオペレーターは油圧シリンダーを作動させることが
できない。

【０００５】油圧用具制御システムの他の問題はノイズ
である。オペレーターを外部のノイズから防音するため
多くのことがなされた。運転台を囲い防音補強により、
オペレーターを多くの音から隔離した。しかし、ノイズ
源はエンジン等の外部源のみではない。油圧制御システ
ムは、少なくとも１つの油圧ポンプ、制御レバー、少な
くとも１つの制御弁、油圧シリンダー等のアクチュエー
ター、及びタンクで造られる油圧回路を含む。制御レバ
ーは、油圧流体をアクチュエーターに制御可能に送る弁
を作動させる。一般に油圧流体の流れは、制御レバー即
ちオペレーターの運転台の近くを通る必要がある。この
ため運転台内部の（油圧ポンプから発生する）ノイズが
増加する。制御レバーに伴う他の問題は、オペレータが
制御レバーを動かして体で弁を作動させることである。
この種の弁としては、アクチュエーターへの流れを直接
制御する弁又は第２の弁で流れを直接的でなく制御する
パイロットシステムの一部に使用される弁がある。何れ
の場合も制御レバーを動かすのに多くの努力が必要であ
り、オペレーターは作業サイクルの間じゅう継続的にシ
ステムを作動させなければならないので、速く疲労す
る。

【０００６】本発明は、上述の問題の１つ又はそれ以上
を解決することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の１態様では、用
具102 を制御可能に動かす装置100 が提供される。用具
102 は作業機械104 に結合し、油圧アクチュエーター10
6 の作動に応じて、第1,第２用具位置の間を可動であ
る。装置100 は、第1,第２停止位置と中立位置を持つジ
ョイスティック306 を含む。ジョイスティック306 は、
通常は中立位置に付勢され、第1,第２停止位置の間を可
動である。装置はジョイスティック306 の位置を検知
し、それに応じてジョイスティック位置信号を発生す
る。ジョイスティック306 を第1,第２停止位置へ手動で
動かすと、ジョイスティックは、第1,第２停止位置に維
持される。ジョイスティック306 は、停止解放信号を受
信すると、停止位置から解放される。装置100 は、作業
機械104 に対する作業用具102 の位置を検知する。装置
100 は、電気弁信号の大きさに応じて油圧アクチュエー
ター106 への油圧流体の流れを与える。装置100 はジョ
イスティック位置信号を受信し、それに応じて電気弁信
号を送信する。電気弁信号の大きさは、ジョイスティッ
ク位置信号に比例する。装置100 は、用具位置信号を第
１停止位置及び第２停止位置と比較し、それに応じて停
止解放信号を発生する。

【０００８】

【発明の実施の形態及び実施例】図１を参照すると、本
発明即ち用具102 を第1,第２用具位置の間で制御可能に
動かす用具制御システム即ち装置100 が、全体を要素番
号100 で示される。図１はバケット108 の形の搭載キャ
リヤーを有するホイール型ローダー機械104 の前位置を
示すが、本発明は履帯式ローダー、油圧掘削機、バック
ホーローダー、同様の作業用具を有する他の機械にも同
様に適用することができる。バケット108は、リフトア
ーム組立体110 に接続され、それは２つの油圧リフトシ
リンダー即ちアクチュエーター106 （１つのみを示す）
により機械のフレームに取り付けられた１対のリフトア
ームのピボットピン112 （１つのみを示す）の周りをピ
ボット運動するよう作動する。バケット108 は、またバ
ケット傾きシリンダー114 により傾きピボットピン116
の周りを傾けることができる。図２は、作業サイクルの
間リフトアーム組立体が動くリフトアーム組立体110の
移動範囲と、複数の中間位置を例示する。最高のリフト
アーム高さは、機械的ストップ部材でリフトシリンダー
106 がさらにバケット108 を上昇させないようにするリ
フトアーム組立体110 の位置である。同様に最低の下降
位置は、機械的ストップ部材でリフトシリンダー106 が
さらにバケット108 を下降させないようにする位置であ
る。中間点を点線で示し、最高リフトアーム高さと最低
下降位置により決まるリフトアーム組立体110 の移動範
囲をほぼ２分する。

【０００９】上昇キックアウト高さと下降キックアウト
高さは、作業サイクルを行う間リフトアーム組立体110
がそこまで動く位置を例示する。例えば、上昇キックア
ウト高さは、バケット108 の所望のダンプ高さに対応
し、下降キックアウト高さはバケット108 が掘りに戻る
位置に対応する。上昇キックアウト高さと下降キックア
ウト高さは、オペレーターが作業サイクルの初めに選ぶ
ことができ、行う特定の作業サイクルのパラメーターに
応じて変えることができると好都合である。上昇キック
アウト調節開始位置と下降キックアウト調節開始位置
は、用具制御システム100 がバケット108 を減速しはじ
めるリフトアーム組立体110 の位置に対応する。過度に
リフトアーム組立体110 に応力をかけたりオペレーター
の快適さを損なったりせずに、用具制御システムがバケ
ット108 を適当なキックアウト高さで完全に止めること
ができるように、調節開始位置を選択するのが好まし
い。図３を参照すると、ホイール型ローダーに適用した
用具制御システム100 の実施例１が、図式的に示され
る。制御システムは、複数の入力を検知し、それに応じ
て制御システムの各種アクチュエーターに送信する出力
信号を発生するようになっている。制御システムは完全
な電気用具制御を行う。制御システムは、マイクロプロ
セッサーに基づく制御手段308 を含むのが好ましい。

【００１０】第1,第2,第３ジョイスティック306A,306B,
306Cにより、作業器具104 にオペレーターの制御を行
う。第１ジョイスティック306Aが、リフトアーム組立体
110 の上昇作動を制御する。第２ジョイスティック306B
が、バケット108 の傾き作動を制御する。第３ジョイス
ティック306Cが、特殊作業ツール等の補助機能を制御す
る。ジョイスティックは油圧制御レバーではない、即ち
油圧回路に直接接続されず、直接作動される油圧制御弁
でもない。個々のジョイスティック306 の位置が検知さ
れ、電気信号が発生し制御手段308 に送信される。制御
手段308 が油圧システムを制御する。このためジョイス
ティックを油圧システムから分離することができる。従
って、油圧ポンプと油圧供給ラインはジョイスティック
から従ってオペレーターから離して置くことができる。
こうして運転台の環境がより静かになる。油圧弁を作動
しないので、ジョイスティックを作動させるのに要する
努力は少なくてすみ、その結果オペレーターの疲労は少
なくなる。３つのジョイスティック306 は、同じように
作動するのでリフト用ジョイスティック306Aのみについ
て記述する。リフト用ジョイスティック306Aは、第1,第
２停止位置と中立位置を有する。好適な実施例では、第
1,第２停止位置は上昇停止位置と下降停止位置に対応す
る。図６を参照すると、ジョイスティック306 は、ハウ
ジング602 と制御レバー604を含む。制御レバー604
は、ハウジングに沿った方向にピボット運動可能であ
る。上昇停止位置はレバーの動きの一端にあり、下降停
止位置はレバーの動きの他端にある。中立位置は垂直で
ある。ジョイスティック306 は、制御レバー604 が停止
位置を過ぎて移動できるようにする。

【００１１】制御レバー604 に力がかからないとき、付
勢手段606 が制御レバー604 を中立位置に保持する。付
勢手段606 は、バネ608 を含むのが好ましい。ジョイス
ティック位置検知手段616 が制御レバー604 の位置を検
知し、それに応じて電気ジョイスティック位置信号を発
生する。電気信号は、制御手段308 の入力に送信され
る。ジョイスティック位置検知手段616 は、制御レバー
604 のピボット位置に応じてパルス幅変調信号を発生す
るロータリー電位差計を含むのが好ましい。しかし制御
レバーのピボット位置に応じて電気信号を発生すること
のできるセンサーであればどのようなものでも本発明で
作動させることができる。ジョイスティック306 の上昇
停止位置と下降停止位置への手動の動きに応じて、停止
手段610 がジョイスティック306 を個々の停止位置に保
持する。好適な実施例では、停止手段610 は制御手段30
8 からの電気信号に対応する第1,第２電子油圧ソレノイ
ド612,614 を含む。ソレノイドは、付勢手段606 に打ち
勝ちレバーを停止位置に保持するのに十分な力だけを与
えるように設計されている。従って、オペレーターが反
対の力をかけると、制御レバーは動く。上述の制御レバ
ーは、単一の軸に沿って動く。しかし、他の型の制御レ
バーも容易に本発明に適用できる。例えば、第１軸（水
平）に沿った動きに加え、制御レバーは水平軸に垂直な
第２軸に沿って動くようにしてもよい。

【００１２】位置検知手段304 が、作業機械104 に対す
る作業器具102 の位置を検知し、それに応じて用具位置
信号を発生する。好適な実施例では、位置検知手段304
は、リフトアーム組立体110 の位置を検知するリフト位
置検知手段316 と、バケット108 の位置を検知する傾き
位置検知手段318 とを含む。１実施例では、リフト位置
検知手段と傾き位置検知手段316,318 は、ロータリー電
位差計を含む。ロータリー電位差計は、車両に対するリ
フトアームの角度位置とリフトアーム組立体110 に対す
るバケット108 の角度位置に応じて、パルス幅変調信号
を発生するようになっている。リフトアームの角度位置
は、リフトシリンダーの伸張の関数なので、リフト位置
検知手段316 のロータリー電位差計により生じる信号
は、リフトシリンダーの伸張の関数である。同様に、バ
ケット108 の角度位置は、傾きシリンダーの伸張の関数
なので、傾き位置検知手段318 のロータリー電位差計に
より生じる信号は、傾きシリンダーの伸張の関数であ
る。検知手段316,318 の機能は、直接又は間接的に油圧
シリンダーの相対的伸張を測定できる他のセンサーで行
うことができる。例えば、電位差計を油圧シリンダー30
4 内に配置された無線周波数（ＲＦ）センサーで置き換
えることができる。

【００１３】弁手段302 が、電気弁信号に応答して油圧
アクチュエーター（シリンダー）304 への油圧流体の流
れを与える。実施例１では、リフトアーム組立体110 は
左右のリフト油圧シリンダー304A,304C と傾き油圧シリ
ンダー304Bを含む。好適な実施例では、弁手段302 は電
子油圧パイロット供給弁310 を含む。電子油圧パイロッ
ト供給弁310 は、制御手段308 に電気的に接続され、制
御手段308から電気出力信号を受信するようになってい
る。電子油圧パイロット供給弁310は、油圧的にパイロ
ット供給源（図示せず）と弁手段302 の他の部分に結合
している。パイロット供給弁310 は、通常は閉じている
オンオフするパイロット弁であり、パイロット流体流れ
を制御するため含まれるのが好ましい。制御手段308
は、パイロット供給弁310 を通常は電圧を加えた即ち開
状態に保持し、加圧した流体が弁手段302 の他の部分に
向けられるようになっている。制御手段308 は、さらに
所定の故障状態に応じてパイロット供給弁310 を電圧を
切る即ち閉じ、パイロット流体の流れを止めるようにな
っている。弁制御手段302 の第１部分302Aが、左右のリ
フトシリンダー304A,304C の作動を制御する。弁制御手
段302 の第２部分302Bが、傾き油圧リフトシリンダー30
4Bの作動を制御する。第1,第２部分302A,302B はほぼ同
じであり、従って第１（リフト）部分のみを記述する。
第２（傾き）部分は同様に作動する。第３部分（図示せ
ず）が、補助機能の作動を制御する。

【００１４】弁制御手段302 の第１部分302Aが、パイロ
ット供給弁310 を通ってパイロット供給源（図示せず）
に接続する電気作動パイロット弁312Aを含む。メイン制
御弁314Aが、電気作動パイロット弁312Aをリフトシリン
ダー304A,304C に結合する。電気作動パイロット弁312A
は、この技術分野で通常使われる比例型のものが好まし
い。電気作動パイロット弁312Aは、メイン制御弁に向か
う電子油圧パイロット圧力が最大パイロット圧力である
全開位置とパイロット圧力がほぼゼロの閉位置の間を連
続的に変えることができるのが好ましい。電気作動パイ
ロット弁312Aの開く程度は、制御手段308 から受信する
電気信号の大きさによる。電気作動パイロット弁312Aか
らのパイロット圧力はメイン制御弁314Aに向けられる。
電気作動パイロット弁312Aは、メイン制御弁314Aの上昇
入力ポート322Aと下降入力ポート324Aに結合している。
電気作動パイロット弁312Aは、制御手段308 からの信号
によりパイロット圧力を入力ポート322A,324A の１つに
向けるようになっている。メイン制御弁314Aはさらに、
供給圧力を受けるため油圧ポンプ（図示せず）に油圧的
に結合している。メイン制御弁314Aは、それぞれリフト
シリンダー304A,304C のヘッド端部とロッド端部に結合
する上昇出力ポートと下降出力ポートを有する。メイン
制御弁314Aは、加圧流体をリフトシリンダー304A,304C
のヘッド端部とロッド端部に制御可能に向けるように供
給圧力に作用する。

【００１５】同様に弁手段302 の第２（傾き）部分は、
制御手段308 の制御下にある第２パイロット圧力弁312B
を含む。第２メイン制御弁314Bは、第２パイロット圧力
弁312Bと傾きシリンダー304Bの間に結合している。第２
パイロット圧力弁312Bは、パイロット圧力を第２メイン
制御弁314Bの第１入力ポート322B又は第２入力ポート32
4Bに向ける。第２メイン制御弁314Bは、さらに供給圧力
を受けるため油圧ポンプ（図示せず）に結合している。
第２メイン制御弁314Bは、それぞれ傾きシリンダー304B
のヘッド端部とロッド端部に結合する上昇出力ポートと
下降出力ポートを有する。第２メイン制御弁314Bは、加
圧流体を傾きシリンダー304Bのヘッド端部とロッド端部
に制御可能に向けるように供給圧力に作用する。少なく
とも１つのキックアウトスイッチ320 が、キックアウト
位置を決めることができるようにする。キックアウトス
イッチ320 は、制御手段308 に電気的に結合する。キッ
クアウトスイッチ320 は、作動すると制御手段308 に電
気信号を送信する。それにより制御手段308 は、そのと
きのリフトアームとバケットの位置に基づいて新しい停
止キックアウト位置を決めることができる。１実施例で
は、単一のキックアウトスイッチがリフトアームとバケ
ットのキックアウトの両方を設定する。他の実施例で
は、２つのキックアウトスイッチが使用される。

【００１６】本発明の実施例２を図４に示す。図３と同
じ要素はず４でも同じ番号を付けてある。さらに、図４
は実施例１と２に同様に適用できる本発明の態様（以下
に述べる）を示す。弁手段302 は、それぞれリフトシリ
ンダー304A,304C と傾きシリンダー304Bの為の第1,第２
部分302A,302B を含む。オンオフするパイロット圧力供
給弁310 が、第1,第２ハイドラック(HYDRAC)弁402A,402
B へのパイロット圧力を制御する。HYDRAC弁402A,402B
は、第1,第２メイン制御弁314A,314B に結合する。上述
したようにメイン制御弁314A,314B が、加圧流体の流れ
をシリンダーに向ける。HYDRAC弁の例は、ステファン
V. ルンツマンにより1993年６月６日に出願された米国
特許出願第08/090375 号（代理人事件No.93-206)に開示
される。加圧油圧流体源（ポンプ）とメイン制御弁314
A,314B の間に結合した手段404が、メイン制御弁314A,3
14B への最大流体流れを変化させる。好適な実施例で
は、油圧流体流れ変化手段404 は、可変トルクポンプ40
6 を含む。可変トルクポンプ406 は、制御手段308 に電
気的に結合し、制御手段308 から電気信号を受信する。
可変トルクポンプ406 は、オンオフコマンドと比例コマ
ンドを受信する。可変トルクポンプ406 は、オフコマン
ドに応じてメイン制御弁314A,314B に行く流体流れの部
分を変化させる。オンコマンドに応じてメイン制御弁31
4A,314B に行く流体流れはない。

【００１７】２つの追加の手段が、可変トルクポンプ40
6 のオペレーター制御を可能にする。負荷入力手段412
が、制御手段308 をキャリーモード又は負荷モードに設
定する。好適な実施例では、負荷入力手段412 は、ロッ
カースイッチ414 を含む。ロッカースイッチ414 は、少
なくとも負荷位置とキャリー位置の２つの位置を有す
る。ロッカースイッチ414 は、制御手段308 に電気的に
結合し、それぞれ負荷信号とキャリー信号を制御手段30
8 に送信する。制御手段308 は、負荷信号を受信すると
可変トルクポンプ406 を１００％の最大トルクに設定す
る。制御手段308は、キャリー信号を受信すると可変ト
ルクポンプ406 を最大トルクの８０％に設定する。可変
入力手段408 は、ロータリーダイヤル410 を含む。ロー
タリーダイヤル410 は、複数の分離した位置（例えば１
０）を有する。ロータリーダイヤル410 は制御手段308
に電気的に結合し、ロータリーダイヤル位置信号を制御
手段308 に送信する。制御手段308 は、それそれの位置
のトルク比を含み、ダイヤル410 が個々の位置にあると
それに応じて可変トルクポンプ406 を制御する。エンジ
ン速度検知手段416 がエンジン出力シャフトの回転速度
を検知し、それに応じてエンジン速度信号を発生する。
エンジン速度信号は制御手段308 に送信され、後述する
ように使われる。エンジン速度検知手段416 は、エンジ
ン速度センサー418 を含む。

【００１８】図７を参照して、制御システムの一般的動
作を記述する。図７の図の上側部分にジョイスティック
位置とリフトコマンド信号の関係のグラフがある。リフ
トコマンド信号は、制御手段308 により弁手段302 に送
信される電気信号を表す。図の下側部分は、ジョイステ
ィックの位置を表す。ジョイスティック306Aは、最低下
降位置と最高上昇位置の間を動くことができる。上昇と
下降停止位置は、中立位置と個々の最大位置の間に決め
られる。中立帯領域が、中立位置上にある。一般に制御
作動は次のようにする。ジョイスティックが停止位置と
中立帯領域の間にあると、リフトコマンドはジョイステ
ィックの位置の関数である。停止位置にあるかそれを超
えると、リフトコマンドはほぼ最高上昇又は最低下降コ
マンドである。本発明は、動作の全範囲で弁手段の電気
制御を与える。このため、柔軟性のある制御ができ、キ
ックアウト位置を決めることができる。さらに、このシ
ステムでは機械の磨耗を最小にするため（後述するよう
に）制御サイクルの色々の位置でリフトコマンドの調節
をすることができる。図５を参照すると、本発明の実施
例に従って制御システムの作動が記述される。図５に記
述されたプロセスは、リフト用ジョイスティックと関連
する弁手段302Aについて記述する。しかし、他の電子油
圧回路にも同様に適用することができる。

【００１９】第１制御ブロック502 で、ジョイスティッ
ク位置検知手段616 からレバー位置を読む。第１決定ブ
ロック504 で、レバーの位置が（停止位置により決ま
る）レバー停止範囲内になければ、制御は第２制御ブロ
ック506 に進む。第２制御ブロック506 で、ジョイステ
ィック位置に比例するリフトコマンドが決められ、弁手
段302 に送信される。リフトコマンドは、コンピュータ
ーのルックアップテーブルで決めるのが好ましい。次
に、制御は第１制御ブロック502 に戻る。第１決定ブロ
ック504 で、レバーがレバー停止範囲内にあれば、第３
制御ブロック508 で制御手段308 が、個々のソレノイド
612,614 を作動させることにより停止手段610 を活動さ
せ、それによりレバー604 を個々の停止位置に保持す
る。さらに、最大リフトコマンドが弁手段302 に送信さ
れる。第４制御ブロック510 で制御手段308 が、最新の
測定したシリンダー伸張信号に応じてリフトアームの速
度を決定する。リフトアームの速度は、当業者に明らか
なようにシリンダー伸張信号を微分することにより計算
するのが好ましい。制御手段308 は、リフトアームの速
度と位置の関数として、第１しきい値ＫP1を決めるのが
好ましい。第１しきい値ＫP1は、キックアウト調節開始
位置と関連するキックアウト高さ（即ち調節領域）の間
の違いを表すように選ばれる。従って、第１しきい値は
リフト位置と関係があり、好適な実施例では速度の関数
である。第１しきい値ＫP1は、リフトアームの速度を増
加し、十分大きな停止距離を与えるように計算されるの
が好ましい。比較的大きな差信号はリフトアーム組立体
110 が次第に止まることを表し、比較的小さい差信号は
リフトアーム組立体110 を比較的短い距離でストップ部
材に持ってくることを表す。第１しきい値ＫP1はまた、
他の検知したパラメーター例えば用具の加速度に応じて
決めることもできる。

【００２０】第２決定ブロック514 で差信号がＫP1より
大きければ、リフトアームは調節領域の初めに到達して
いず、制御は第１制御ブロック502 に戻る。リフトアー
ムが調節開始領域にあれば、第６制御ブロック516 でレ
バー位置が再度読まれる。第３決定ブロック518 でジョ
イスティックが停止領域に無ければ、制御は第１制御ブ
ロック502 に戻る。第７制御ブロック520 で調節したリ
フトコマンドが決められ、弁手段302 に送信される。調
節リフトコマンドは、コンピューターのルックアップテ
ーブルで決めるのが好ましい。リフトコマンドを調節す
ると、リフトアーム組立体が停止位置でストップ部材に
来る前に速度を落とすことができ、それにより機械の磨
耗を減少させる。第８制御ブロック522 で、第２差信号
と第２しきい値ＫC が決められる。第２しきい値ＫC は
油圧機械へのコマンド信号に関係し、リフトアームの速
度と位置の関数として決められる。例えば、第２しきい
値は最大コマンドの約３／４にすることができる。第４
決定ブロック524 で第２差信号がＫC より小さければ、
制御は第９制御ブロック526 へ進む。第９制御ブロック
526 で停止ソレノイドが消磁され、従ってレバーが停止
位置から解放される。制御は第５決定ブロック528 へ続
く。第４決定ブロック524 で、第２差信号が第２しきい
値ＫC と等しいかそれより大きければ、制御は第５決定
ブロック528 へ進む。

【００２１】第５決定ブロック528 で、第２差信号が第
３しきい値ＫP2より小さければ、リフトコマンドはゼロ
にセットされ、油圧アクチュエーターへの油圧流体流れ
は停止する。第２差信号が第３しきい値ＫP2より小さく
なければ、制御は第６制御ブロック516 に戻る。第３し
きい値ＫP2もまた、位置による。第３しきい値は、固定
でも可変でもよい。ブロック516-530 に関連して記述し
たステップは、用具制御が停止レバーを解放し、リフト
コマンドをゼロまで下がるようにゆっくり調節できるよ
うにする。こうすると、油圧アクチュエーターへの油圧
流れが突然遮断されることを防止できる。従って、差信
号がＫC より小さくＫP2と等しいかそれより大きいと
き、停止手段は活動しないようにされ（ジョイスティッ
クが中立位置に戻ることができ）、リフトコマンドがゼ
ロまで下がるよう調節される。差信号が第３しきい値Ｋ
P2より小さいとき、油圧シリンダーへの流れは停止され
る（リフトコマンド＝０）。図５のプロセスは、リフト
アーム組立体のリフトアームの作動に関連して記述し
た。しかし、このプロセスはバケットにも適用すること
ができる。そのようにバケットに適用されるとき、単一
の停止手段が、バケットのラック戻り位置又は傾き戻り
位置への作動を制御する。この作動は、調節されていて
もされていなくてもよい。

【００２２】完全電子用具制御は柔軟性があるので、他
の機能を行うことができる。例えば、用具制御は、リフ
トアームを下降しバケットの内容物を捨てるような重力
で補助される作動のとき、「フェザーキャッチ」作動を
行うことができる。さらに完全電子用具制御により、油
圧機械の他の態様をよりよく制御することができる。例
えば、（いっぱいのバケットを捨てる等の重力で補助さ
れる作動のとき油圧機械が十分な油圧流体流れを供給す
ることができない結果生じる）油圧シリンダーの空洞現
象を補償するため、タンクへ戻る流れの一部を供給回路
に再度送ることができる。完全電子用具制御により、こ
の態様を所望の時のみより有効に制御することができ
る。完全電子用具制御により、用具作業サイクルを完全
に制御することができる。例えば、一般には油圧機械を
キックアウト位置の間で最大位置より内側の位置に来る
ように調節するのが好ましいが、オペレーターが時々用
具をこの位置を超えて作動させることができる方がよい
場合もある。例えば、オペレーターがリンク機構を機械
的ストップ部材にぶつかるまで動かすことにより、オペ
レーターがどの様な材料でも残っている材料を綺麗にす
ることができる。

【００２３】完全電子用具制御システムにより、機械的
ストップ部材の前でクッションのある停止を行うように
なっている。これは、スナッブとして知られている。（フェザーキャッチ）図８に、本発明の好適な実施例の
完全電子用具制御が図示される。第１制御ブロック802
で、制御レバー位置が読まれる。第１決定ブロック804
で、レバーが中立位置にあれば、制御はブロック802 へ
戻る。レバーが中立位置になければ、制御は第２決定ブ
ロック806 へ進む。第２決定ブロック806 でレバーがダ
ンプ即ち下降位置になければ、制御は第２制御ブロック
808 へ進む。第２制御ブロック808 で、油圧機械へのコ
マンド信号が制御レバー位置の関数として計算される。
制御レバーがダンプ即ち下降位置にあれば、制御は第３
制御ブロック810 へ進む。第３制御ブロック810 で、レ
バーの速度（レバーが中立即ちゼロ速度に戻るときの）
が位置の微分として計算される。第３決定ブロック812
で速度がしきい値より大きければ、制御は第４制御ブロ
ック814 へ進む。速度がしきい値より大きくなければ、
制御は第２制御ブロック808 へ進む。

【００２４】第４制御ブロック814 で、弁を開位置から
閉位置に調節するコマンドが発生される。調節は、油圧
機械とシリンダーの特性による。調節は、油圧機械がリ
フト又はダンプ動作をあまり急速に止めるのを防止す
る。こうしてシステムの部品にかかる応力を防止し減少
させる。（空洞現象の補償）例えば傾きアーム組立体の下降等の
重力で補助される機能のとき、油圧システムは十分な油
圧流体流れを油圧シリンダーのヘッド端部に供給できな
い場合がある。この状態ではシステムが不安定になり、
「がたがた」動く作動する場合がある。好適な実施例の
図９では、タンク絞り手段900 が油圧回路と予備タンク
との間（タンク回路に戻る）に配置される。この回路
で、制御弁314A,314B はそれぞれのステムを表す記号で
表される。従って、ステムは（簡単な形で）油圧流体の
内部の流れを表す。本発明はこのようなステムの設計に
限らず、他の設計にも同様に適用できる。好適な実施例
では、タンク絞り手段900 はタンク絞り弁902 とタンク
絞り弁ソレノイドを含む。タンク絞り弁902 は、ソレノ
イド904 で作動させることができ、作動に応じてタンク
に戻る流れを制限する。油圧パス912A,912B がタンクラ
インへの戻りから個々の制御弁314A,314B に設けられ
る。リフトチェック弁908 と傾きチェック弁910 が、個
々の流路を制御弁314A,314B に接続する。

【００２５】好適な実施例では、重力で補助される作動
が所望されると、制御手段308 がタンク絞り弁ソレノイ
ドでタンク絞り弁を作動させる。パス912A,912B と個々
のチェック弁908,910 がポンプ906,406 により油圧流れ
に加えられる追加の油圧流れを与え、シリンダー304A,3
04B のヘッド端部又はロッド端部の流れを造る。（スナッブ）図１０を参照すると、スナッブ態様のとき
の本発明の作動が記述される。第１制御ブロック1002
で、レバーの制御位置とリンク機構位置センサーが読ま
れる。第２制御ブロック1004で、リンク機構の速度がリ
ンク機構の位置と定数ＫP3の関数として決められる。Ｋ
P3は、機械的なリンク機構の最高の上昇位置とスナッブ
クッション長さの間の差である。スナッブクッション長
さは、リンク機構速度の関数であり、リフトコマンドを
ゼロまで下げる調節をするのに使う長さである。第１決
定ブロック1006で、そのときの上昇位置がキックアウト
位置より大きくなければ、制御ルーチンは終了する。そ
のときの上昇位置がキックアウト位置より大きければ、
制御は第２決定ブロック1008へ進む。第２決定ブロック
1008で、上昇位置がＫP3より大きければ、制御は第３決
定ブロック1010へ進む。そうでなければ、制御ルーチン
は終了する。

【００２６】第３決定ブロック1010でリンク機構の上昇
が最大値 (Ｋmax)より小さくなければ、制御は第４決定
ブロック1012へ進む。第４決定ブロック1012でレバーが
上昇位置にあれば、リフトコマンドのオペレーター制御
はできない。そうでなければ、リフトコマンドのオペレ
ーター制御が可能である。従って、制御がスナッブして
いるとき、リフトコマンドはもはやレバー位置の関数で
はない。スナッブのとき、制御はリンク機構を機械的ス
トップ部材のストップ部分に序々に移動させる。リフト
コマンドはリンク機構の速度と位置の関数である。第３
決定ブロック1010で、リンク機構の上昇が最大値 (Ｋma
x)より小さければ、制御は第５決定ブロック1018へ進
む。第５決定ブロック1018でレバーがリフト位置になけ
れば、レバーコマンドは可能でありルーチンから出る。
しかし、レバーがリフト位置にあれば、制御は第３制御
ブロック1020へ進む。第３制御ブロック1020でエラー信
号ＫP4が決められる。ＫP4は、最大位置 (Ｋmax)とその
ときの位置との間の誤差距離である。（第６決定ブロッ
ク1022で）ＫP4がゼロに等しければ、リンク機構は機械
的ストップ部材に到達し動きが止まる（リフトコマンド
もまたゼロになる）。

【００２７】ＫP4がゼロでなければ、制御は第４制御ブ
ロック1024へ進む。第４制御ブロックで、リフトコマン
ドはリンク機構のそのときの位置、エラー距離、及びＫ
P4の関数として決められる。好適な実施例では、新しい
リフトコマンドは次式で決められる。初めのリフトコマンド＝ (ＫP4／( Ｋmax −ＫP3)) ホイール型ローダー等の車両は、作業サイクルの間幾つ
かの位置を動くことができる作業器具を含む。バケット
の一般的な作業サイクルは、バケットをバケットと関連
するリフトアーム組立体を材料で満たす穴掘り位置、運
搬位置、上昇位置、材料をバケットから除くダンプ位置
に位置合わせすることを含む。本発明は、急に止めたり
用具の速度を変えたりせずに、作業サイクルの間に用具
の速度を積極的に遅くする方法と装置を提供する。この
ような機能は、用具がキックアウト位置に到達する前に
遅くし、機械的ストップ部材がリフトアーム組立体又は
リフトシリンダーの一部に衝撃を与える前に用具を遅く
するのに役立つ。本発明はまた、完全電子用具制御シス
テムを提供する。即ち、作業器具は電子信号を制御手段
に送信する電子ジョイスティックで制御される。制御手
段は弁手段を作動させ、それにより油圧流体を油圧アク
チュエーターに制御可能に送る。こうすると、油圧シス
テムを運転台から完全に分離することができる。

【００２８】好適な実施例の機能は、リフトアーム組立
体と関連する油圧回路に関して記述したが、本発明は他
の型の用具の位置を制御するのに容易に適用することが
できる。例えば、本発明は油圧掘削機、バックホー、油
圧作動用具を有する同様の車両に使用することができ
る。本発明の他の態様、目的、利点は図面、発明の詳細
な説明、特許請求の範囲を読めば分かるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】ローダー機械即ちホイール型ローダーの前部分
の側面図

【図２】作業機械のリフトアームが動く複数の位置

【図３】本発明の実施例１の概略図

【図４】本発明の実施例２の概略図

【図５】本発明の用具制御の作動を示すフローチャート

【図６】本発明の実施例のジョイスティック

【図７】用具制御の一般的作動のジョイスティックの位
置とリフトコマンドとの関係

【図８】本発明の実施例の用具制御のクッションのある
キャッチ態様を示すフローチャート

【図９】シリンダー空洞を補償するのに使われる本発明
の一部の概略図

【図１０】スナッブのときの本発明の用具制御の作動を
示すフローチャート

【符号の説明】

１００・・用具制御装置１０２・・作業器具１０４・・ホイール型ローダー機械１０６・・油圧リフトシリンダー１０８・・バケット１１０・・リフトアーム組立体１１２・・リフトアームピボットピン１１４・・バケット傾きシリンダー１１６・・傾きピボットピン３０２・・弁手段３０６・・ジョイスティック３０８・・制御手段３１２・・パイロット弁３１４・・メイン制御弁３１６・・リフト検知手段３１８・・傾き検知手段６１０・・停止手段６１６・・ジョイスティック位置検知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ネイサンティーシャンケルアメリカ合衆国イリノイ州 61615 ピオーリアファーレリーコート 4936 (72)発明者ジェームズイーシムプフアメリカ合衆国イリノイ州 60544 プレインフィールドウェストプレインズマンサークル 23860

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業機械に結合し、油圧アクチュエータ
ーの作動に応じて、最大と最小用具位置の間を可動であ
る用具を制御可能に動かす方法において、 (a) ジョイスティックの位置を検知し、それに応じてジ
ョイスティック位置信号を発生し、 (b) 前記ジョイスティック位置信号を停止範囲と比較
し、 (c) 前記ジョイスティック位置信号が前記停止範囲内に
なければ、前記ジョイスティック位置信号の関数として
油圧流体流れを前記油圧アクチュエーターに送り、ステ
ップ(a) に戻り、 (d) 前記ジョイスティックを停止位置に保持し、 (e) 前記用具の速度を計算し、 (f) 最大油圧流体流れを前記油圧アクチュエーターに送
り、 (g) 前記用具の速度の関数として、差信号を計算し、 (h) 前記差信号を第１しきい値 (ＫP1) と比較し、前記
差信号が第１しきい値(ＫP1) より大きければステップ
(a) に戻り、 (i) 前記ジョイスティックの位置を検知し、それに応じ
て第２ジョイスティック位置信号を発生し、 (j) 前記ジョイスティック位置信号を停止範囲と比較
し、 (k) 前記第２ジョイスティック位置信号が前記停止範囲
内になければ、ステップ(a) に戻り、 (l) 前記差信号の関数として油圧流体流れを前記油圧ア
クチュエーターに送り、 (m) 前記第２ジョイスティック位置信号の関数として、
新しく第２差信号を計算し、 (n) 前記第２差信号を第２しきい値 (ＫC)と比較し、 (o) 前記第２差信号が前記第２しきい値より小さけれ
ば、前記ジョイスティックを前記停止位置から解放し、 (p) 前記第２差信号を第３しきい値 (ＫP2) と比較し、
前記第２差信号が前記第３しきい値に等しいかそれより
大きければ、ステップ(j) に戻り、 (q) 前記油圧アクチュエーターに送る油圧流体流れを止
め、 (r) ステップ(a) に戻る、ステップを含むことを特徴と
する方法。
【請求項２】作業機械(104) に結合し、油圧アクチュ
エーター(106) の作動に応じて、最大と最小用具位置の
間を可動である用具(102) に制御可能にフェザーキャッ
チ機能を与える方法において、 (a) ジョイスティック(306) の位置を検知し、それに応
じてジョイスティック位置信号を発生し、 (b) 前記ジョイスティック位置信号が上昇範囲内であれ
ば、前記ジョイスティック位置信号の関数として油圧流
体流れを前記油圧アクチュエーターに送り、 (c) 前記ジョイスティック位置信号が下降範囲内であれ
ば、 (c)(1)前記ジョイスティック位置信号の関数として、ジ
ョイスティック速度を計算し、それに応じてジョイステ
ィック速度信号を発生し、 (c)(2)前記ジョイスティック速度信号を所定のしきい値
と比較し、 (c)(3)前記ジョイスティック速度信号が前記所定のしき
い値より大きくなければ、前記ジョイスティック位置信
号の関数として油圧流体流れを前記油圧アクチュエータ
ーに送り、 (c)(4)前記ジョイスティック速度信号が前記所定のしき
い値より大きければ、調節した油圧流体流れを前記油圧
アクチュエーターに送り、 (d) ステップ(a) に戻る、ステップを備えることを特徴
とする方法。