JPWO2017138070A1 - 作業車両および動作制御方法 - Google Patents

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Abstract

作業車両は、アームシリンダに供給される作動油の圧力を検出する。作業車両は、アームに対する操作内容を判定する。作業車両は、油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁を備える。作業車両は、検出された圧力が予め定められた値以上であり、かつ操作内容が掘削操作であると判定されたことを条件に、リリーフ弁のリリーフ圧を第1の設定圧に設定し、条件が満たされない場合にリリーフ弁のリリーフ圧を第2の設定圧に設定する。

Description

本発明は、作業車両よび動作制御方法に関する。
従来、油圧ショベル等の作業車両が知られている。たとえば、実開平4−26263号公報(特許文献1)には、油圧ポンプの吐出圧油を作業機油圧回路を介してブーム、アームおよびバケットを駆動するアクチュエータに供給して、これらブーム、アームおよびバケットを作動させるパワーショベルが開示されている。
詳しくは、特許文献1のパワーショベルは、ヘビーリフト(パワーアップ)機能を有している。具体的には、当該パワーショベルは、作業機油圧回路内の圧力を高および低の2段階に可変設定する可変型リリーフ弁と、ブーム、アーム、およびバケットの作動状態をそれぞれ検出する検出手段と、可変型リリーフ弁を可変する手段とを備える。当該可変型リリーフ弁を可変する手段は、検出手段によってアームおよびバケットが定位置に固定されるとともにブームが上昇していることが検出された場合に、作業機油圧回路内の圧力が高圧になるように可変型リリーフ弁を可変する。
このように、特許文献1のパワーショベルでは、「アームおよびバケットが定位置に固定されていること」および「ブームが作動していること」ことが、パワーアップを行う条件となっている。
実開平4−26263号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、掘削時(詳しくは、少なくともバケットの刃先が地面等の掘削面に接触した状態で地面を掘削しているとき)を精度良く判定できず、例えばホイスト旋回時にもパワーアップできない可能性が高くなる。この理由は、ホイスト旋回時には、ブーム操作だけでなく、アームまたはバケットの操作が入る(複合操作になる)可能性があるためである。
本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、掘削時を従来よりも精度よく判定することによって掘削以外の動作の際にパワーアップが可能な作業車両、および作業車両における動作制御方法を提供することにある。
本発明にある局面に従うと、作業車両は、車両本体と、車両本体に取り付けられ、かつバケットに接続されたアームを含む作業機と、油圧回路を介して供給される作動油によって、アームを動作させるアームシリンダと、アームシリンダに供給される作動油の圧力を検出する圧力検出手段と、アームに対する操作内容を判定する操作内容判定手段と、油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁と、圧力検出手段によって検出された圧力が予め定められた値以上であり、かつ操作内容判定手段によって操作内容が掘削操作であると判定されたことを条件に、リリーフ弁のリリーフ圧を第1の設定圧に設定し、条件が満たされない場合にリリーフ弁のリリーフ圧を第2の設定圧に設定するリリーフ圧設定手段と、を備える。
上記の構成において、操作内容が掘削操作であると判定されても、検出された圧力が予め定められた値以上でない場合には、バケットが地面等の掘削面に接触していない状態である(掘削動作中ではない)と考えられる。このような場合には、作業車両は、リリーフ圧を第1の設定圧よりも高い第2の設定圧とすることにより、パワーアップを行う。したがって、作業車両は、掘削時か否かを精度よく判定できるとともに、掘削時以外の動作の際にパワーアップが可能となる。また、掘削時以外の動作をパワーアップしないで実行する場合に比べて、掘削時以外の動作を迅速に行うことができるため、掘削動作を含む一連の動作を迅速に実行可能となる。さらに、作業車両は、掘削動作をパワーアップしない状態で実行するため、掘削動作をパワーアップした状態で行う場合に比べて、作業車両にかかる負荷を低減できる。
圧力検出手段は、アームシリンダのボトム側の作動油の圧力を検出する。
上記の構成によれば、アームシリンダにおける他の場所の作動油の圧力を検出する構成よりも、アームシリンダの作動油の圧力を精度よく検出することができる。
本発明の他の局面に従うと、作業車両は、車両本体と、車両本体に取り付けられ、かつバケットを含む作業機と、油圧回路を介して供給される作動油によって、バケットを動作させるバケットシリンダと、バケットシリンダに供給される作動油の圧力を検出する圧力検出手段と、バケットに対する操作内容を判定する操作内容判定手段と、油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁と、圧力検出手段によって検出された圧力が予め定められた値以上であり、かつ操作内容判定手段によって操作内容が掘削操作と判定されたことを条件に、リリーフ弁のリリーフ圧を第1の設定圧に設定し、条件が満たされない場合にリリーフ弁のリリーフ圧を第2の設定圧に設定するリリーフ圧設定手段と、を備える。
上記の構成において、操作内容が掘削操作であると判定されても、検出された圧力が予め定められた値以上でない場合には、バケットが地面等の掘削面に接触していない状態である(掘削動作中ではない)と考えられる。このような場合には、作業車両は、リリーフ圧を第1の設定圧よりも高い第2の設定圧とすることにより、パワーアップを行う。したがって、作業車両は、掘削時か否かを精度よく判定できるとともに、掘削時以外の動作の際にパワーアップが可能となる。また、掘削時以外の動作をパワーアップしないで実行する場合に比べて、掘削時以外の動作を迅速に行うことができるため、掘削動作を含む一連の動作を迅速に実行可能となる。さらに、作業車両は、掘削動作をパワーアップしない状態で実行するため、掘削動作をパワーアップした状態で行う場合に比べて、作業車両にかかる負荷を低減できる。
圧力検出手段は、バケットシリンダのボトム側の作動油の圧力を検出する。
上記の構成によれば、バケットシリンダにおける他の場所の作動油の圧力を検出する構成よりも、バケットシリンダの作動油の圧力を精度よく検出することができる。
好ましくは、作業車両は、エンジンと、エンジンの出力を利用して作業機を制御する制御手段と、エンジンの馬力曲線として、第1の馬力曲線と、第1の馬力曲線よりも馬力が大きい第2の馬力曲線とを記憶した記憶手段と、をさらに備える。制御手段は、条件が満たされた場合、第1の馬力曲線を利用して作業機を制御し、条件が満たされない場合、第2の馬力曲線を利用して作業機を制御する。
上記の構成によれば、条件が満たされない場合、リリーフ圧を第2の設定圧とするだけのときよりも、掘削動作を含む一連の動作を迅速に実行可能となる。
好ましくは、作業車両は、エンジンと、エンジンの回転数を制御し、かつエンジンの出力を利用して作業機を制御する制御手段と、をさらに備える。制御手段は、条件が満たされない場合には、条件が満たされた場合よりも、エンジンの回転数を高くする。
上記の構成によれば、条件が満たされない場合、リリーフ圧を第2の設定圧とするだけのときよりも、掘削動作を含む一連の動作を迅速に実行可能となる。
本発明のさらに他の局面に従うと、動作制御方法は、車両本体と、車両本体に取り付けられ、かつバケットに接続されたアームを含む作業機と、油圧回路を介して供給される作動油によって、アームを動作させるアームシリンダと、油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁と、を備えた作業車両において実行される。動作制御方法は、アームシリンダに供給される作動油の圧力を検出するステップと、アームに対する操作内容を判定するステップと、検出された圧力が予め定められた値以上であり、かつ操作内容が掘削操作であると判定されたことを条件に、リリーフ弁のリリーフ圧を第1の設定圧に設定し、条件が満たされない場合にリリーフ弁のリリーフ圧を第2の設定圧に設定するステップと、を備える。
上記の構成において、操作内容が掘削操作であると判定されても、検出された圧力が予め定められた値以上でない場合には、バケットが地面等の掘削面に接触していない状態である(掘削動作中ではない)と考えられる。このような場合には、作業車両は、リリーフ圧を第1の設定圧よりも高い第2の設定圧とすることにより、パワーアップを行う。したがって、作業車両は、掘削時か否かを精度よく判定できるとともに、掘削時以外の動作の際にパワーアップが可能となる。また、掘削時以外の動作をパワーアップしないで実行する場合に比べて、掘削時以外の動作を迅速に行うことができるため、掘削動作を含む一連の動作を迅速に実行可能となる。さらに、作業車両は、掘削動作をパワーアップしない状態で実行するため、掘削動作をパワーアップした状態で行う場合に比べて、作業車両にかかる負荷を低減できる。
本発明のさらに他の局面に従うと、動作制御方法は、車両本体と、車両本体に取り付けられ、かつバケットを含む作業機と、油圧回路を介して供給される作動油によって、バケットを動作させるバケットシリンダと、油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁と、を備えた作業車両において実行される。動作制御方法は、バケットシリンダに供給される作動油の圧力を検出するステップと、バケットに対する操作内容を判定するステップと、検出された圧力が予め定められた値以上であり、かつ操作内容が掘削操作であると判定されたことを条件に、リリーフ弁のリリーフ圧を第1の設定圧に設定し、条件が満たされない場合にリリーフ弁のリリーフ圧を第2の設定圧に設定するステップと、を備える。
上記の構成において、操作内容が掘削操作であると判定されても、検出された圧力が予め定められた値以上でない場合には、バケットが地面等の掘削面に接触していない状態である(掘削動作中ではない)と考えられる。このような場合には、作業車両は、リリーフ圧を第1の設定圧よりも高い第2の設定圧とすることにより、パワーアップを行う。したがって、作業車両は、掘削時か否かを精度よく判定できるとともに、掘削時以外の動作の際にパワーアップが可能となる。また、掘削時以外の動作をパワーアップしないで実行する場合に比べて、掘削時以外の動作を迅速に行うことができるため、掘削動作を含む一連の動作を迅速に実行可能となる。さらに、作業車両は、掘削動作をパワーアップしない状態で実行するため、掘削動作をパワーアップした状態で行う場合に比べて、作業車両にかかる負荷を低減できる。
本発明によれば、掘削時を精度よく判定することによって、掘削以外の動作の際にパワーアップが可能となる。
実施形態に基づく作業車両の外観を説明する図である。 運転室の内部構成を示す斜視図である。 作業車両の制御システムのハードウェア構成を示す簡略図である。 作業車両の制御システムのメインコントローラを説明する機能ブロック図である。 作業車両で行われる処理の流れを説明するためのフローチャートである。 馬力曲線を変更する構成を説明するための図である。
以下、実施の形態に係る作業車両について説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
特定の複数の動作のうちの任意の1つの動作(典型的には、リフト上げ動作)に着目した場合、作業車両は、少なくとも、単位時間当たりのエネルギー消費が小さい第1の状態と、第1の状態よりも単位時間当たりのエネルギー消費が大きい第2の状態とのいずれかを取り得る。
典型的には、オペレータによる所定の操作によって動作モードがデフォルトの動作モードから他の動作モードに変更されたことを条件に、第1の状態から第2の状態への遷移が行われる。また、第1の状態から第2の状態への遷移は、一例として、油圧ポンプに接続されたリリーフ弁のリリーフ圧を高くすることにより実現される。
ただし、バケットを用いた掘削動作中(詳しくは、少なくともバケットの刃先が地面等の掘削面に接触した状態で地面を掘削しているとき)には、作業機に対して過大な負荷をかけないように、第1の状態から第2の状態への遷移を行わない。その一方、掘削動作により掘削された被掘削物を移動させるための複数の移動動作の際には、第1の状態から第2の状態への遷移が行われる。
移動動作としては、たとえば、ブーム上げ動作、ホイスト旋回動作、ダンプ動作等が挙げられる。また、ダンプ動作の後に行われるダウン旋回動作の時にも、第1の状態から第2の状態への遷移が行われることが好ましい。
以下では、掘削動作中であるか否かを判断するプロセスと、当該判断結果に基づいた動作モードの変更とについて、詳しく説明する。
<A.全体構成>
図1は、実施形態に基づく作業車両101の外観を説明する図である。図1に示されるように、作業車両101として、本例においては、主に油圧ショベルを例に挙げて説明する。より好ましくは、作業車両101は、鉱山向けの油圧ショベルである。
作業車両101は、走行体1と、旋回体3と、作業機4とを主に有している。作業車両本体は、走行体1と旋回体3とにより構成される。走行体1は、左右1対の履帯を有している。旋回体3は、走行体1の上部の旋回機構を介して旋回可能に装着される。
作業機4は、旋回体3において、上下方向に作動可能に軸支されており、土砂の掘削などの作業を行う。作業機4は、ブーム5と、アーム6と、バケット7とを含む。ブーム5は、基部が旋回体3に可動可能に連結されている。アーム6は、ブーム5の先端に可動可能に連結されている。バケット7は、アーム6の先端に可動可能に連結されている。また、旋回体3は、運転室8等を含む。
アーム6には、アームシリンダ35Bが備えられている。アーム6は、アームシリンダ35Bにより稼働する。また、アーム6には、アームシリンダ35Bに供給される作動油の圧力を検出するための圧力計(図4の圧力計44)が備えられている。この圧力計は、アームシリンダ35Bのボトム側に加わる油圧を検出する。
<B.運転室の構成>
図2は、運転室8の内部構成を示す斜視図である。図2に示されるように、運転室8は、運転席9と、走行操作部10と、アタッチメント用ペダル15と、左右の側方窓16と、計器盤17と、作業機レバー18,19と、ロックレバー20と、モニタ装置21と、前方窓22と、縦枠23と、スロットルダイヤル39とを有する。
運転席9は、運転室8の中央部に設けられる。走行操作部10は、運転席9の前方に設けられる。
走行操作部10は、走行レバー11,12と、走行ペダル13,14とを含む。走行ペダル13,14は、各走行レバー11,12と一体に可動する。走行体1は、操作者が走行レバー11,12を前方に押すことにより前進する。また、走行体1は、操作者が走行レバー11,12を後方に引くことにより後進する。
アタッチメント用ペダル15は、走行操作部10の近傍に設けられる。また、計器盤17は、図2の右方の側方窓16の近傍に設けられる。
作業機レバー18,19は、運転席9の左右側部に設けられた操作レバーである。作業機レバー18、19は、ブーム5の上下動、アーム6およびバケット7の回動、ならびに旋回体3の旋回操作等を行うものである。
ロックレバー20は、作業機レバー18の近傍に設けられる。ロックレバー20は、作業機4の操作、旋回体3の旋回、および走行体1の走行等の機能を停止させるためのものである。ロックレバー20を垂直状態に位置させる操作(ここでは、ロックレバーの引き下げ操作)を行うことによって、作業機4等の動きをロック(規制)することができる。ロックレバー20によって作業機4等の動きがロックされた状態では、操作者が作業機レバー18,19を操作しても、作業機4等が動作しない。また、同様に走行レバー11,12と、走行ペダル13,14を操作しても走行体1は動作しない。一方、ロックレバー20を水平状態に位置させる操作(ここでは、ロックレバーの引き上げ操作)を行うことによって、作業機4等の動きのロック(規制)を解除することができる。これにより、作業機4等が動作可能となる。
モニタ装置21は、運転室8の前方窓22と一方の側方窓16とを仕切る縦枠23の下部に設けられ、作業車両101のエンジン状態、ガイダンス情報、警告情報等を表示する。また、モニタ装置21は、作業車両101の種々の動作に関する設定指示を受け付け可能に設けられている。
スロットルダイヤル39は、燃料調整ダイヤルである。詳しくは、スロットルダイヤル39は、最大燃料噴射量を設定するために用いられる。
<C.ハードウェア構成>
図3は、作業車両101の制御システムのハードウェア構成を示す簡略図である。図3に示されるように、作業車両101の制御システムは、一例として、作業機レバー18,19、走行レバー11,12と、ロックレバー20と、モニタ装置21と、エンジン36と、油圧ポンプ37と、エンジンコントローラ38と、スロットルダイヤル39と、回転センサ40と、作業機レバー装置41と、圧力スイッチ42と、バルブ43と、圧力計44と、ポテンショメータ45と、スタータスイッチ46と、圧力センサ47と、メインコントローラ50とを含む。
さらに、作業車両101の制御システムは、油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dと、斜板駆動装置32A,32B,32C,32Dと、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dと、コントロールバルブ34A,34B,34C,34Dと、複数のアクチュエータ(バケットシリンダ35A,アームシリンダ35B,ブームシリンダ35C,旋回用油圧モータ35D)と、複数のアクチュエータ等に作動油を供給するための油圧回路とを含む。
油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dは、作業機4等の駆動に用いる作動油を吐出する。なお、図3においては、作業機4等の駆動に用いる作動油を吐出する油圧ポンプの一例として、油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dを記載している。油圧ポンプ37は、作業機レバー18,19、走行レバー11,12の操作に応じた油圧(パイロット圧)を発生させるために利用される油を吐出する。油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dには、それぞれ、斜板駆動装置32A,32B,32C,32Dが接続されている。
斜板駆動装置32A,32B,32C,32Dは、メインコントローラ50からの指示に基づいて駆動し、それぞれ、油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dの斜板の傾斜角度を変更する。
油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dには、それぞれ、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dが接続される。また、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dには、それぞれ、コントロールバルブ34A,34B,34C,34Dが接続される。また、コントロールバルブ34A,34B,34C,34Dには、それぞれ、バケットシリンダ35A、アームシリンダ35B、ブームシリンダ35C、旋回用油圧モータ35Dが接続される。さらに、アームシリンダ35Bには、圧力計44が接続されている。
なお、リリーフ弁は、油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dの各々に対して、それぞれ1つずつ備えられている必要は必ずしもない。複数の油圧ポンプに1つのリリーフ弁が接続されている構成であってもよい。
リリーフ弁33A,33B,33C,33Dの各々は、作動油のリリーフ圧(上限の設定値)を変更可能である。一例を挙げれば、リリーフ弁33Aは、油圧ポンプ31Aの作動油のリリーフ圧を変更可能である。また、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dの各々は、各々に接続された油圧ポンプの作動油のリリーフ圧を、2つの設定値のいずれかに切り替え可能である。
以下では、説明の便宜上、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dの各々が、各々に接続された油圧ポンプの作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧(たとえば、300kg/cm2)および当該第1の設定圧よりも高い第2の設定圧(たとえば、325kg/cm2)のいずれか一方に設定するものとして説明する。第1の設定圧および第2の設定圧の数値は、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dの各々で個別に設定されていてもよい。たとえば、リリーフ弁33Aにおける第1の設定圧とリリーフ弁33Bにおける第1の設定圧とは、互いに値が同じであってもよいし、あるいは互いに値が異なっていてもよい。また、以下では、「第1の設定圧」をデフォルト値として説明する。
作業車両101は、典型的には、リリーフ圧を変更しない動作モード(デフォルトの動作モード)と、リリーフ圧を変更する動作モードとを有している。リリーフ圧を変更しない動作モードから、リリーフ圧を変更する動作モード(以下、「パワーアップモード」とも称する)への変更は、オペレータ操作によって行われる。
パワーアップモードにおいては、掘削動作により掘削された被掘削物を移動させるための複数の移動動作を行っている場合には、メインコントローラ50は、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dのリリーフ圧を、第1の設定圧から第2の設定圧に変更する。一方、パワーアップモードであっても、バケット7を用いた掘削動作を行っているときには、メインコントローラ50は、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dのリリーフ圧を、第1の設定圧から第2の設定圧に変更しない。なお、複数の移動動作としては、上述したように、ブーム上げ動作、ホイスト旋回動作、ダンプ動作等が挙げられる。
ところで、作業車両101は、実行中の動作が、掘削動作なのか、あるいは被掘削物をダンプトラック等の荷台に移動するための動作であるのかを、判定する必要がある。当該判定の際には、作業機レバー18,19に対する操作内容と、圧力計44による検出結果とを用いる。当該判定処理の詳細については、後述する。
圧力計44は、アームシリンダ35Bのボトム側に加わる油圧(作動油の圧力)を検出する。圧力計44は、検出結果をメインコントローラ50に送る。
コントロールバルブ34A,34B,34C,34Dの各々は、作業機レバー装置41と接続される。作業機レバー装置41は、作業機レバー18,19,走行レバー11,12の操作方向および/または操作量に応じたパイロット圧をコントロールバルブ34A,34B,34C,34Dに出力する。コントロールバルブ34A,34B,34C,34Dは、当該パイロット圧に従って、それぞれ、バケットシリンダ35A、アームシリンダ35B、ブームシリンダ35C、旋回用油圧モータ35Dを制御する。
油圧ポンプ37には、作業機レバー18,19、走行レバー11,12とロックレバー20とが接続される。
作業機レバー装置41には、圧力センサ47が接続される。圧力センサ47は、作業機レバー18,19,走行レバー11,12の操作状態に応じたレバー操作信号をメインコントローラ50に出力する。
メインコントローラ50は、作業機レバー18,19に対するオペレータ操作に従って設定されるポンプ吸収トルク、スロットルダイヤル39等で設定されるエンジン回転数、および実際のエンジン回転数等に応じて、油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dがエンジン36の各出力点でのベストマッチングのトルクを吸収するような制御を行う。
エンジン36は、油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dおよび油圧ポンプ37と接続する駆動軸を有する。
エンジンコントローラ38は、メインコントローラ50からの指示に従い、エンジン36の動作を制御する。エンジン36は、一例としてディーゼルエンジンである。エンジン36のエンジン回転数は、スロットルダイヤル39等によって設定され、実際のエンジン回転数は回転センサ40によって検出される。回転センサ40は、メインコントローラ50と接続される。
スロットルダイヤル39にはポテンショメータ45が設けられている。ポテンショメータ45は、スロットルダイヤル39の設定値(操作量)を検出する。スロットルダイヤル39の設定値は、メインコントローラ50に送信される。ポテンショメータ45は、エンジンコントローラ38に対して、エンジン36の回転数に関する指令値を出力する。当該指令値に従って、エンジン36の目標回転数が調整される。
エンジンコントローラ38は、メインコントローラ50からの指示に従い燃料噴射装置が噴射する燃料噴射量等の制御を行うことにより、エンジン36の回転数を調節する。また、エンジンコントローラ38は、メインコントローラ50からの油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dに対する制御指示に従ってエンジン36のエンジン回転数を調節する。
スタータスイッチ46は、エンジンコントローラ38と接続される。操作者がスタータスイッチ46を操作(スタートに設定)することにより、始動信号がエンジンコントローラ38に出力され、エンジン36が始動する。
メインコントローラ50は、作業車両101全体を制御するコントローラであり、CPU(Central Processing Unit)、不揮発性メモリ、タイマ等により構成される。メインコントローラ50は、エンジンコントローラ38およびモニタ装置21等を制御する。なお、本例においては、メインコントローラ50と、エンジンコントローラ38とがそれぞれ別々の構成について説明しているが共通の1つのコントローラとすることも可能である。
ロックレバー20には、圧力スイッチ42が接続されている。圧力スイッチ42は、ロックレバー20がロック側へ操作されたときにその操作を検知し、バルブ(ソレノイドバルブ)43へ信号を送る。これによって、バルブ43は、油の供給を遮断するので、作業機4の操作、旋回体3の旋回、および走行体1の走行等の機能を停止させることが可能となる。また、圧力スイッチ42は、メインコントローラ50にも同様の信号を送る。
なお、作業機4、エンジン36、バケット7、リリーフ弁33A,33B,33C,33D、メインコントローラ50、アーム6、アームシリンダ35B、圧力計44は、それぞれ本発明の「作業機」、「エンジン」、「バケット」、「リリーフ弁」、「制御部」、「アーム」、「アームシリンダ」、「圧力検出手段」の一例である。
また、上記においては、作業車両101が、油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dと、斜板駆動装置32A,32B,32C,32Dと、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dとを備える構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。油圧ポンプ31A,31B,31C,31Dの代わりに1つの油圧ポンプを備え、斜板駆動装置32A,32B,32C,32Dの代わりに1つの斜板駆動装置を備え、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dの代わりに1つのリリーフ弁を備えるように、作業車両101を構成してもよい。
<D.機能的構成>
図4は、作業車両101の制御システムのメインコントローラ50を説明する機能ブロック図である。
図4には、メインコントローラ50と、他の周辺機器との関係が示されている。ここでは、周辺機器として、作業機レバー18,19と、モニタ装置21と、斜板駆動装置32Aと、リリーフ弁33A〜33Dと、エンジン36と、エンジンコントローラ38と、スロットルダイヤル39と、圧力計44と、ポテンショメータ45と、スタータスイッチ46とが示されている。
メインコントローラ50は、車両本体および作業機4を制御する。メインコントローラ50は、操作内容判定部51と、掘削判定部52と、通知部53と、エンジン出力制御部54と、メモリ55と、ポンプ出力制御部56とを含む。掘削判定部52は、リリーフ弁33A,33B,33C,33Dのリリーフ圧を設定するリリーフ圧設定部521を含む。
通知部53は、モニタ装置21に対して、エンジン出力制御部54からの指示に従ってガイダンス情報を通知するように指示する。モニタ装置21は、通知部53からの指示に従って所定のガイダンス情報を表示する。
操作内容判定部51は、オペレータによる作業機レバー18、19に対する操作内容を判定する。操作内容判定部51は、オペレータによる操作に基づく作業が、複数の操作のうちの何れの操作であるかを判定する。
たとえば、操作内容判定部51は、アーム6に対する操作内容、およびバケット7に対する操作内容を判定する。操作内容判定部51は、第1の予め定められたオペレータ操作を作業機レバー18,19が受け付けると、操作内容判定部51は、アーム6に掘削作業を行わせるための操作を受け付けたと判定する。また、第2の予め定められたオペレータ操作を作業機レバー18,19が受け付けると、操作内容判定部51は、バケット7に掘削作業を行わせるための操作を受け付けたと判定する。
操作内容判定部51は、判定結果を、掘削判定部52およびエンジン出力制御部54に出力する。
メモリ55は、エンジン出力トルク制御およびポンプ吸収トルク制御に関する各種情報を格納する。具体的には、メモリ55は、エンジン出力トルクカーブおよびポンプ吸収トルク特性線に関する情報を格納する。詳しくは、メモリ55は、スロットルダイヤルの値と操作内容とに対応付けた形で、複数のエンジン出力トルクカーブを記憶している。また、メモリ55は、操作内容に対応付けた形で、複数のポンプ吸収トルク特性線を記憶している。
エンジン出力制御部54は、操作内容判定部51からの操作内容の判定結果の入力を受ける。さらに、エンジン出力制御部54は、ポテンショメータ45からスロットルダイヤル39の設定値の情報を受け付ける。エンジン出力制御部54は、メモリ55に格納されている複数のエンジン出力トルクカーブの中から、上記判定結果と上記設定値の情報とに基づき、使用するエンジン出力トルクカーブを取得する。エンジン出力制御部54は、取得したエンジン出力トルクカーブに従ってエンジン36を制御するようにエンジンコントローラ38に指示する。
エンジンコントローラ38は、エンジン出力制御部54によって設定されたエンジン出力トルクカーブに従ってエンジン36を制御する。これにより、設定されたエンジン出力トルクカーブの特性に従ってエンジン36の回転数に基づくトルクがエンジン36から出力される。
ポンプ出力制御部56は、操作内容判定部51からの操作内容の判定結果を受け付けて、メモリ55に格納されている複数のポンプ吸収トルク特性線の中から、上記判定結果に対応するポンプ吸収トルク特性線を取得する。
ポンプ出力制御部56は、取得したポンプ吸収トルク特性線に従って油圧ポンプ(例えば油圧ポンプ37)を制御する。具体的には、ポンプ出力制御部56は、操作内容に対応して設定されたポンプ吸収トルク特性線に従ってエンジンコントローラ38から入力されるエンジン回転数に従って油圧ポンプ(たとえば油圧ポンプ37)の斜板を制御する。
また、ポンプ出力制御部56は、取得したポンプ吸収トルク特性線と、エンジン出力制御部54から出力されたエンジン出力トルクカーブとの交点である目標マッチング点を最大吸収トルク値を算出する。これにより、ポンプ出力制御部56は、油圧ポンプ(たとえば油圧ポンプ37)におけるトルク値が最大吸収トルク値を超えないように油圧ポンプの斜板を制御する。
また、エンジン出力制御部54は、メモリ55から取得したエンジン出力トルクカーブと油圧ポンプのポンプ吸収トルク特性線との交点(いわゆる、目標マッチング点)におけるエンジン36の回転数を目標回転数とし、当該交点におけるエンジンのトルクを目標トルクとした出力制御を行う。
次に、掘削判定部52について説明する。掘削判定部52は、バケット7を用いた掘削動作中(以下、単に「掘削動作中」とも称する)であるか否かを判定する。詳しくは、掘削判定部52は、少なくともバケットの刃先が地面等の掘削面に接触した状態で地面を掘削しているか否かを判定する。
さらに詳しくは、掘削判定部52は、圧力計44と、操作内容判定部51との判定結果に基づいて、掘削動作中か否かを判定する。具体的に説明すれば以下のとおりである。
掘削判定部52は、アーム6に掘削作業を行わせるための操作(以下、「アーム掘削のレバー操作」とも称する)を作業機レバー18、19が受け付けており、かつ圧力計44によって検出された圧力が予め定められた値以上であることを条件に、掘削動作中であると判定する。また、掘削判定部52は、バケット7に掘削作業を行わせるための操作(以下、「バケット掘削のレバー操作」とも称する)を作業機レバー18、19が受け付けており、かつ圧力計44によって検出された圧力(アームシリンダ35Bに供給される作動油の圧力)が予め定められた値以上であることを条件に、掘削動作中であると判定する。なお、予め定められた値(以下、「閾値」とも称する)としては、たとえば、100kg/cm2とすることができる。
以上のように、掘削判定部52は、アーム掘削のレバー操作およびバケット掘削のレバー操作の一方を作業機レバー18、19が受け付けており、かつアームシリンダ35Bのボトム側に加わる油圧が閾値以上であることを条件に、掘削動作中であると判定する。
ところで、掘削判定部52が、アーム掘削またはバケット掘削のレバー操作を考慮せずにアームシリンダ35Bのボトム側に加わる油圧のみを考慮して掘削動作中か否かを判定するような構成を想定した場合、バケット7に土砂等があるときには、空中のダンプ動作でも掘削動作中と判定する虞がある。掘削判定部52は、このようなダンプ動作中を掘削動作中と判定してしまうことがないように、アーム6またはバケット掘削のレバー操作が行われていることを条件に、掘削動作中と判定する。
一方、掘削判定部52が、アームシリンダ35Bのボトム側に加わる油圧を考慮せずにアーム6またはバケット掘削のレバー操作のみを考慮して掘削動作中か否かを判定するような構成を想定した場合、空中動作(詳しくは、バケット7が切削面に接していない状態での作業機4の動作)の際も掘削動作中と判定してしまう。
それゆえ、掘削判定部52が、掘削動作中であるか否かを判定するに当たり、上記のようにアーム6またはバケット掘削のレバー操作のみならず、アームシリンダ35Bのボトム側に加わる油圧を利用する。このような2つの指標を用いた判定処理は、油圧ショベル特有の処理である。それゆえ、当該判定処理をホイールローダ等で利用することは想起できるものではない。
掘削判定部52のリリーフ圧設定部521は、パワーアップモードにおいては、掘削動作中でないと判定した場合、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を、第1の設定圧(デフォルト値)から当該第1の設定圧よりも高い第2の設定圧に変更する。一方、リリーフ圧設定部521は、パワーアップモードであっても、掘削動作中と判定した場合、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を、第1の設定圧から高い第2の設定圧に変更しない。
このように、リリーフ圧設定部521は、圧力計44によって検出された圧力が予め定められた値以上であり、かつ操作内容判定部51によって操作内容がアーム6による掘削操作であると判定されたことを条件に、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を第1の設定圧に設定し、当該条件が満たされない場合にリリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を第2の設定圧に設定する。
上記の処理により、作業車両101においては、上記の複数の移動動作(ブーム上げ動作、ホイスト旋回動作、ダンプ動作等)中にはパワーアップが行われる一方で、掘削動作中にはパワーアップが行われないようになる。詳しくは、作業車両101は、上記の複数の移動動作の各々を、単位時間当たりのエネルギー消費が第1の状態よりも大きい第2の状態で実行し、掘削動作を、第1の状態で実行する。
この構成によれば、作業車両101は、バケット7が地面等の掘削面に接触していないにもかかわらず掘削動作中と判定されることを防止できるため、掘削時を精度よく判定することによって、上記の複数の移動動作の際にパワーアップが可能となる。また、メインコントローラ50は、掘削動作により掘削された被掘削物を移動させるための複数の移動動作の各々を、掘削動作時よりも、単位時間当たりのエネルギー消費が大きい第2の状態(パワーアップした状態)で実行するため、複数の移動動作の各々を第1の状態(パワーアップしていないデフォルトの状態)で実行する場合に比べて、複数の移動動作の各々を迅速に行うことができる。したがって、掘削動作を含む一連の動作を迅速に実行可能となる。さらに、メインコントローラ50は、掘削動作を第1の状態(パワーアップしていない状態)で実行するため、掘削動作を第2の状態(パワーアップした状態)で行う場合に比べて、作業車両101にかかる負荷を低減できる。
<E.制御構造>
図5は、作業車両101で行われる処理の流れを説明するためのフローチャートである。図5に示されるように、メインコントローラ50(詳しくは、プロセッサ)は、ステップS1において、アームシリンダ35Bのボトム側の油圧が閾値よりも大きいか否かを判定する。
大きいと判定された場合(ステップS1においてYES)、メインコントローラ50は、ステップS2において、アーム掘削のレバー操作を受け付けたか否かを判定する。大きくないと判定された場合(ステップS1においてNO)、メインコントローラ50は、処理をステップS4に進める。
アーム掘削のレバー操作を受け付けたと判定された場合(ステップS2においてYES)、メインコントローラ50は、ステップS5において、掘削動作中と判定し、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を、第1の設定圧のまま維持する。アーム掘削のレバー操作を受け付けていないと判定された場合(ステップS2においてNO)、メインコントローラ50は、ステップS3において、バケット掘削のレバー操作を受け付けたか否かを判定する。
バケット掘削のレバー操作を受け付けたと判定された場合(ステップS3においてYES)、メインコントローラ50は、処理をステップS5に進める。バケット掘削のレバー操作を受け付けていないと判定された場合(ステップS3においてNO)、メインコントローラ50は、ステップS4において、掘削動作でないと判定し、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を、第1の設定圧から第2の設定圧へと昇圧する。
上記の一連の処理により、作業車両101は、作業車両101にかかる負荷を低減可能であって、かつ掘削動作を含む一連の動作を迅速に実行可能となる。
<F.変形例>
(f1.第1の変形例)
上記の実施の形態においては、パワーアップモードであることを条件に、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を、第1の設定圧(デフォルト値)から当該第1の設定圧よりも高い第2の設定圧に変更する構成を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしも、作業車両101は、パワーアップモードを有していなくてもよい。作業車両101は、通常の動作モードのみを有する場合であっても、掘削動作中か否かで、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を変更する構成であればよい。
(f2.第2の変形例)
上記の実施の形態においては、圧力計44が、アームシリンダ35Bのボトム側に加わる油圧を検出する構成を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されるものではない。たとえば、アームシリンダ35Bのボトム側以外の場所に加わる油圧を検出するように、圧力計44を配置してもよい。
(f3.第3の変形例)
圧力計44とともに、あるいは圧力計44の代わりに、バケットシリンダ35Aに供給される作動油の圧力を検出するための圧力計をバケット7が備えるように、作業車両101を構成してもよい。バケット7に設けた圧力計は、たとえば、バケットシリンダ35Aのボトム側に加わる油圧を検出する位置に配置され得る。
このような構成の場合、リリーフ圧設定部521は、バケット7に設けた圧力計によって検出された圧力が予め定められた値以上であり、かつ操作内容判定部51によって操作内容がバケット7による掘削操作であると判定されたことを条件に、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を第1の設定圧に設定し、当該条件が満たされない場合にリリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を第2の設定圧に設定する。
このように、バケットシリンダ35Aに供給される作動油の圧力を検出する構成であっても、アームシリンダ35Bに供給される作動油の圧力を検出する構成(実施の形態の構成)と同様の効果を得られる。
(f4.第4の変形例)
上記の実施の形態においては、掘削動作により掘削された被掘削物を移動させるための複数の移動動作の例として、ブーム上げ動作、ホイスト旋回動作、ダンプ動作等の動作を上げて説明した。また、当該複数の移動動作においては、パワーアップモードにおいて、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を、第1の設定圧(デフォルト値)から当該第1の設定圧よりも高い第2の設定圧に変更する構成を例に挙げて説明した。しかしながら、これらに限定されず、ブーム上げ動作、ホイスト旋回動作、ダンプ動作等の動作のうちの少なくとも2つの動作を実行するときに、リリーフ弁33A〜33Dのリリーフ圧を上昇させる構成であればよい。たとえば、ブーム上げ動作およびホイスト旋回動作のときにリリーフ圧を昇圧し、ダンプ動作にはリリーフ圧を昇圧しない構成であってもよい。
(f5.第5の変形例)
リリーフ弁33A〜33Dの全てのリリーフ圧を同時に昇圧する必要はない。少なくとも、メインコントローラ50は、移動動作に関連するリリーフ弁のリリーフ圧のみを昇圧すればよい。
(f6.第6の変形例)
(1)上記の実施の形態においては、第1の状態(パワーアップしていないデフォルトの状態)から第2の状態(パワーアップした状態)への遷移が、油圧ポンプに接続されたリリーフ弁のリリーフ圧を高くすることにより実現される例を説明した。しかしながら、これに限定されるものではない。たとえば、作業車両101は、第1の状態から第2の状態への遷移を、使用する馬力曲線を変更することにより実現してもよい。
図6は、馬力曲線を変更する構成を説明するための図である。詳しくは、図6は、少なくとも目標回転数f0から無負荷最大回転数fmまでの間において、エンジン出力制御部54が利用するエンジン出力トルクカーブLを説明するための図である。
図6(A)は、作業車両101が上記複数の移動動作を行う場合に、エンジン出力制御部54によって利用される馬力曲線を説明するための図である。図6(B)は、作業車両101が掘削動作を行う場合に、エンジン出力制御部54によって利用される馬力曲線を説明するための図である。
図6(A)に示すとおり、上記の複数の移動動作が行われる場合、エンジン出力制御部54は、目標回転数f0から無負荷最大回転数fmまでの間において、エンジン出力トルクカーブLに沿った出力制御を行う。詳しくは、エンジン出力制御部54は、エンジン出力トルクカーブLにおける最大馬力点Kを利用した出力制御を行う。このような制御により、エンジン36はエンジン出力トルクカーブLにおける最大馬力を発揮できるため、作業性を向上させることができる。
図6(B)に示すとおり、掘削動作が行われる場合、エンジン出力制御部54は、目標回転数f0から点Gにおける回転数f2の間においては、等馬力曲線Qにそった出力制御を行う。なお、エンジン出力制御部54は、回転数f2から無負荷最大回転数fmまでの間においては、エンジン出力トルクカーブLに沿った出力制御を行う。このような制御により、エンジン36はエンジン出力トルクカーブLにおける最大馬力を発揮せずにすむ。
なお、無負荷最大回転数fmは、負荷が抜けた場合に最大限上げられるエンジンの回転数を表している。また、回転数f1およびトルクt0は、それぞれ、最大馬力点Kにおける回転数およびトルクを表している。さらに、図6ではポンプ吸収トルク特性線Pは、少なくとも目標マッチング点を含む所定の回転数領域においては、単調増加関数になるように設定されている。また、エンジン出力トルクカーブLは、定格点Jから最大馬力点Kの間において、単調減少関数になるように設定されている。
(2)また、作業車両101は、第1の状態から第2の状態への遷移を、エンジンの回転数を高めることにより実現してもよい。たとえば、作業車両101が、図6に示したエンジン出力トルクカーブLを利用する場合、少なくとも回転数f1以下の回転数の領域においては、エンジンの回転数を上げることにより出力馬力を上昇させることができる。
したがって、上記の複数の移動動作の際には、エンジンの回転数を上げることにより、第1の状態から第2の状態へと遷移させることが可能となる。
(3)第1の状態から第2の状態への遷移を、油圧ポンプに接続されたリリーフ弁のリリーフ圧を高くするとともに、上記のように使用する馬力曲線を変更することによって実現してもよい。あるいは、第1の状態から第2の状態への遷移を、油圧ポンプに接続されたリリーフ弁のリリーフ圧を高くするとともに、上記のようにエンジンの回転数を高めることにより実現してもよい。
これらの構成によれば、第2の状態を、リリーフ圧を第2の設定値とするだけのときよりも、単位時間当たりのエネルギー消費をさらに大きい状態にし得る。
今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 走行体、3 旋回体、4 作業機、5 ブーム、6 アーム、7 バケット、8 運転室、9 運転席、10 走行操作部、11,12 走行レバー、18,19 作業機レバー、22 前方窓、31A,31B,31C,31D,37 油圧ポンプ、32A,32B,32C,32D 斜板駆動装置、33A,33B,33C,33D リリーフ弁、34A,34B,34C,34D コントロールバルブ、35A バケットシリンダ、35B アームシリンダ、35C ブームシリンダ、35D 旋回用油圧モータ、36 エンジン、38 エンジンコントローラ、40 回転センサ、41 作業機レバー装置、44 圧力計、50 メインコントローラ、51 操作内容判定部、52 掘削判定部、54 エンジン出力制御部、56 ポンプ出力制御部、101 作業車両、521 リリーフ圧設定部。

Claims (8)

  1. 車両本体と、
    前記車両本体に取り付けられ、かつバケットに接続されたアームを含む作業機と、
    油圧回路を介して供給される作動油によって、前記アームを動作させるアームシリンダと、
    前記アームシリンダに供給される作動油の圧力を検出する圧力検出手段と、
    前記アームに対する操作内容を判定する操作内容判定手段と、
    前記油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および前記第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁と、
    前記圧力検出手段によって検出された前記圧力が予め定められた値以上であり、かつ前記操作内容判定手段によって前記操作内容が掘削操作であると判定されたことを条件に、前記リリーフ弁のリリーフ圧を前記第1の設定圧に設定し、前記条件が満たされない場合に前記リリーフ弁のリリーフ圧を前記第2の設定圧に設定するリリーフ圧設定手段と、を備える、作業車両。
  2. 前記圧力検出手段は、前記アームシリンダのボトム側の前記作動油の圧力を検出する、請求項1に記載の作業車両。
  3. 車両本体と、
    前記車両本体に取り付けられ、かつバケットを含む作業機と、
    油圧回路を介して供給される作動油によって、前記バケットを動作させるバケットシリンダと、
    前記バケットシリンダに供給される作動油の圧力を検出する圧力検出手段と、
    前記バケットに対する操作内容を判定する操作内容判定手段と、
    前記油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および前記第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁と、
    前記圧力検出手段によって検出された前記圧力が予め定められた値以上であり、かつ前記操作内容判定手段によって前記操作内容が掘削操作と判定されたことを条件に、前記リリーフ弁のリリーフ圧を前記第1の設定圧に設定し、前記条件が満たされない場合に前記リリーフ弁のリリーフ圧を前記第2の設定圧に設定するリリーフ圧設定手段と、を備える、作業車両。
  4. 前記圧力検出手段は、前記バケットシリンダのボトム側の前記作動油の圧力を検出する、請求項3に記載の作業車両。
  5. エンジンと、
    前記エンジンの出力を利用して前記作業機を制御する制御手段と、
    前記エンジンの馬力曲線として、第1の馬力曲線と、前記第1の馬力曲線よりも馬力が大きい第2の馬力曲線とを記憶した記憶手段と、をさらに備え、
    前記制御手段は、
    前記条件が満たされた場合、前記第1の馬力曲線を利用して前記作業機を制御し、
    前記条件が満たされない場合、前記第2の馬力曲線を利用して前記作業機を制御する、請求項1から4のいずれか1項に記載の作業車両。
  6. エンジンと、
    前記エンジンの回転数を制御し、かつ前記エンジンの出力を利用して前記作業機を制御する制御手段と、をさらに備え、
    前記制御手段は、前記条件が満たされない場合には、前記条件が満たされた場合よりも、前記エンジンの回転数を高くする、請求項1から4のいずれか1項に記載の作業車両。
  7. 車両本体と、前記車両本体に取り付けられ、かつバケットに接続されたアームを含む作業機と、油圧回路を介して供給される作動油によって、前記アームを動作させるアームシリンダと、前記油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および前記第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁と、を備えた作業車両における動作制御方法であって、
    前記アームシリンダに供給される作動油の圧力を検出するステップと、
    前記アームに対する操作内容を判定するステップと、
    検出された前記圧力が予め定められた値以上であり、かつ前記操作内容が掘削操作であると判定されたことを条件に、前記リリーフ弁のリリーフ圧を前記第1の設定圧に設定し、前記条件が満たされない場合に前記リリーフ弁のリリーフ圧を前記第2の設定圧に設定するステップと、を備える動作制御方法。
  8. 車両本体と、前記車両本体に取り付けられ、かつバケットを含む作業機と、油圧回路を介して供給される作動油によって、前記バケットを動作させるバケットシリンダと、前記油圧回路における作動油のリリーフ圧を、第1の設定圧および前記第1の設定圧よりも高い第2の設定圧のいずれかに設定可能なリリーフ弁と、を備えた作業車両における動作制御方法であって、
    前記バケットシリンダに供給される作動油の圧力を検出するステップと、
    前記バケットに対する操作内容を判定するステップと、
    検出された前記圧力が予め定められた値以上であり、かつ前記操作内容が掘削操作であると判定されたことを条件に、前記リリーフ弁のリリーフ圧を前記第1の設定圧に設定し、前記条件が満たされない場合に前記リリーフ弁のリリーフ圧を前記第2の設定圧に設定するステップと、を備える動作制御方法。
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