| 【発明の名称】 |
掘削積込機械の作業機制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】碇 政典
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| 【要約】 |
【課題】オペレータの意志に沿った制御が可能な掘削積込機械の作業機制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出器を付設し、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定し出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、ブームレバー操作時にはエンジン回転速度が大きくなるに従って小さくなるブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、ブームレバー操作時には、ブームレバー操作量に応じたバケット制御指令値をバケット制御弁に出力し、エンジン回転速度が大きくなるに従って小さくなるバケット制御指令値をバケット制御弁に出力する構成とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出器を付設し、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定して出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、ブームレバー操作時にはエンジン回転速度が大きくなるに従って小さくなるブーム制御指令値をブーム制御弁に出力することを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
【請求項２】 ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出器を付設し、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定して出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、エンジン回転速度又はブームレバー操作量に基づく制御指令値をバケット制御弁に出力することを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
【請求項３】 請求項２記載の掘削積込機械の作業機制御装置において、自動掘削制御手段は、ブームレバー操作時には、ブームレバー操作量に応じたバケット制御指令値をバケット制御弁に出力することを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
【請求項４】 請求項２記載の掘削積込機械の作業機制御装置において、自動掘削制御手段は、エンジン回転速度が大きくなるに従って小さくなるバケット制御指令値をバケット制御弁に出力することを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
【請求項５】 ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定して出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、ブームシリンダの作動・停止に拘らずバケット制御指令値をバケット制御弁に出力することを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
【請求項６】 ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、バケット制御指令値を連続的又はパルス的に出力させるモードを設定するモード選択釦を付設して、モード選択釦から出力されるモード選択信号をコントローラに入力し、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定して出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、モード選択信号に基づいて出力モードを切り換えることを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
【請求項７】 請求項１，２，５又は６記載の掘削積込機械の作業機制御装置において、バケットシリンダがストロークエンドのときにオンのストロークエンド信号を出力するストロークエンド検出器を付設してストロークエンド信号をコントローラに入力し、自動掘削制御手段は、ストロークエンド信号がオンのときに自動掘削制御を完了することを特徴とする掘削積込機械の作業機制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両前部に作業機を有する掘削積込機械の作業機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】掘削積込を行う建設機械として、車体の前部にバケットを有して、主として破砕された岩石や土砂等の積載物をバケットにより掘削してダンプトラック等に積み込む作業を行なうホイールローダがある。図９にホイールローダの側面図を示す。図９において、ホイールローダ１は、走行自在な車体２の前部に昇降自在に取着したブーム３と、ブーム３の先端部に上下方向に回動自在に枢着されたバケット４とを有する作業機５を備えている。ブーム３及びバケット４の操作は、車体２上に搭載された運転室７内に設けられた、それぞれの操作レバー（図示せず）によって行なわれる。積載物６を掘削してバケット４に積み込む際には、積載物６の山に車両を前進させながら、ブーム操作とバケット操作とを交互に行なっている。なお、バケット操作において、バケット４をピン８を中心にして図９において時計回り方向に回転させることをチルトさせるという。
【０００３】このような掘削作業の際に、ブーム３のブーム角度の変化に応じてバケット４のバケット角度を半自動的に制御し、作業能率を向上させる技術があり、この技術は、本願の出願人と同一出願人が出願した特願平１０−２８８８５９号に示されている。同号によれば、掘削時のブーム角度に対するバケット角度の関係を予め記憶しておき、オペレータから制御開始信号が入力されたときから、オペレータの操作するブーム角度に対してバケット角度を記憶した関係になるように制御している。即ち、バケット角度検出器の検出量が記憶した目標とするバケット角度になるようにバケット角度を制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来技術には、次のような問題がある。従来技術では、ブーム角度が所定角度になったときにバケット角度を制御するバケットシリンダを所定時間だけ伸張させてバケットをチルトする制御方法が提案されている。この制御方法では、バケットシリンダの油圧回路のリリーフ等によりブーム角度に対応したバケット角度にならない場合があり、この場合には、ブーム角度が所定の角度に達して掘削制御が終了したときに、バケットシリンダがストロークエンドまで伸張しきっていないことがある。この場合には、バケットのチルトが不十分で荷こぼれが起きるという問題がある。また、掘削制御が終了する前にバケットシリンダがストロークエンドまで伸張していて、バケットシリンダの油圧回路が無駄にリリーフするという問題がある。これにより、オペレータの意志に合わず、作業効率も向上しないという問題がある。
【０００５】本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、制御中は、オペレータの意志に沿った制御が可能な掘削積込機械の作業機制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目的を達成するために、第１発明はブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出器を付設し、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定し、出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、ブームレバー操作時にはエンジン回転速度が大きくなるに従って小さくなるブーム制御指令値をブーム制御弁に出力する構成としている。
【０００７】第１発明によれば、ブームレバーが操作されているときには、ブームレバー操作量をそのままブーム制御弁に出力しないでエンジン回転速度に基づくブーム制御指令値を出力する。エンジン回転速度が小さくなったときには、車両への負荷が大きくなっていると判断し、バケットを早くリフトさせて軽減させ、エンジン回転速度が大きくなったときには、負荷が小さいと判断し、バケットのリフト速度を抑えて負荷を逃さないようにする。これにより、常に負荷が適切に保持できるので掘削能率を向上できる。
【０００８】第２発明は、ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出器を付設し、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定し出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、エンジン回転速度又はブームレバー操作量に基づく制御指令値をバケット制御弁に出力する構成としている。
【０００９】第２発明によれば、掘削制御時において、エンジン回転速度又はブームレバー操作量に基づいてバケット制御弁への指令値を設定し出力する。車体にかかる負荷の大きさ及びオペレータのブームレバー操作状況を常にバケットの操作に反映している。これにより、常に負荷が適切に保持できるので掘削能率を向上できる。
【００１０】第３発明は、第２発明の掘削積込機械の作業機制御装置に基づいて、自動掘削制御手段は、ブームレバー操作時には、ブームレバー操作量に応じたバケット制御指令値をバケット制御弁に出力する構成としている。
【００１１】第３発明によれば、オペレータがブームレバーを大きく操作しているときには、バケットを早くリフトして負荷を軽減しようとしているので、これに伴ってブームレバー操作量に応じてバケット制御指令値も大きく設定する。これにより、オペレータの意志に沿ったバランスのよいリフト及びチルト速度が得られ掘削能率が向上する。
【００１２】第４発明は、第２発明の掘削積込機械の作業機制御装置に基づいて、自動掘削制御手段は、エンジン回転速度が大きくなるに従って小さくなるバケット制御指令値をバケット制御弁に出力する構成としている。
【００１３】第４発明によれば、エンジン回転速度が小さくなったときには、車両への負荷が大きくなっていると判断し、バケットを早くチルトさせて負荷を軽減させ、エンジン回転速度が大きくなったときには、負荷が小さいと判断し、バケットのチルト速度を抑えて負荷を逃さないようにする。これにより、常に負荷が適切に保持できるので掘削能率を向上できる。
【００１４】第５発明は、ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定して出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、ブームシリンダの作動・停止に拘らずバケット制御指令値をバケット制御弁に出力する構成としている。
【００１５】第５発明によれば、ブーム制御弁の回路がリリーフしてブームシリンダが伸縮していないときにでも、バケット制御指令値を出力してバケットをチルトさせて車両への負荷を適切に保持できるので掘削能率を向上できる。
【００１６】第６発明は、ブームのリフトを制御するブームシリンダと、ブームシリンダの伸縮を制御するブーム制御弁と、ブームシリンダの伸縮速度を指令するブームレバーと、ブームレバーの操作量を検出するブームレバー操作量検出器と、バケットのチルトを制御するバケットシリンダと、バケットシリンダの伸縮を制御するバケット制御弁と、バケットシリンダの伸縮速度を指令するバケットレバーと、バケットレバーの操作量を検出するバケットレバー操作量検出器と、ブームレバー操作量検出器から入力されるブームレバー操作量に基づきブーム制御指令値をブーム制御弁に出力し、バケットレバー操作量検出器から入力されるバケットレバー操作量に基づきバケット制御指令値をバケット制御弁に出力するコントローラとを備えた掘削積込機械の作業機制御装置において、バケット制御指令値を連続的又はパルス的に出力させるモードを設定するモード選択釦を付設して、モード選択釦から出力されるモード選択信号をコントローラに入力し、コントローラは、手動による指令又は車両が掘削中であるか否かを判断する負荷判断部の判断に基づいて各制御弁への自動掘削指令値を設定して出力する自動掘削制御手段を有し、前記自動掘削制御手段は、モード選択信号に基づいて出力モードを切り換える構成としている。
【００１７】第６発明によれば、掘削する積載物が硬くて掘削抵抗力が大きいときには、バケット制御指令値をパルス的に出力してバケットを振動的にチルトさせバケットへの積載物の大きな積込み速度を得る。また、積載物が柔らかくて掘削抵抗力が小さいときにバケット制御指令値を連続的に出力して早くチルトさせる。これにより、オペレータの意志に沿った自動掘削制御ができ、また車両への負荷を常に適切に保持できるので掘削能率を向上できる。
【００１８】第７発明は、第１，２，５又は６発明の掘削積込機械の作業機制御装置に基づいて、バケットシリンダがストロークエンドのときにオンのストロークエンド信号を出力するストロークエンド検出器を付設してストロークエンド信号をコントローラに入力し、自動掘削制御手段は、ストロークエンド信号がオンのときに自動掘削制御を完了する構成としている。
【００１９】第７発明によれば、バケットシリンダのストロークエンドをストロークエンド検出器が検出したときに自動掘削制御を完了させるようにしている。これにより、バケットシリンダのストロークを十分使い切ることができ、オペレータの意志に沿った自動掘削制御ができ、作業能率を向上できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。まず、図１，２，３により第１実施形態を説明する。図１にホイールローダ１の作業機５の側面図を示す。ブーム３の基端部は車体２にピン７により回動自在に取着され、車体２とブーム３はブームシリンダ１０により連結されている。ブームシリンダ１０を伸長するとブーム３はピン７を中心として回動して上昇し、縮小すると下降する。また、ブーム３の先端部にはバケット４がピン８により回動自在に取着され、バケット４とブーム３はリンク９を介してバケットシリンダ１１により連結されている。バケットシリンダ１１を伸長するとバケット４はチルトし、縮小するとダンプする。
【００２１】上記のような作業機５において、ブーム角度θｍは、ピン７とピン８とを結ぶ線Ａ−Ａと、ピン７を通る鉛直線Ｂ−Ｂとの成す角度θｍで表される。ブーム３の基端部のピン７部にブーム角度θｍを検出するブーム角度検出器４０が取着されている。ブーム角度θｍは、鉛直線Ｂ−Ｂをゼロ度としてピン７を中心にして図１の時計回り方向を正の角度として検出する。また、バケットシリンダ１１には、バケットシリンダ１１のストロークエンドを検出するストロークエンド検出器４６が取着されている。図２に、本実施形態の自動掘削制御装置の制御系統図を示す。作業機油圧ポンプ１２の吐出回路１６上に介装された油圧パイロット式のブーム制御弁１３とバケット制御弁１４とは、それぞれブームシリンダ１０とバケットシリンダ１１とに接続され、タンデム回路を構成している。ブーム制御弁１３はＡ（ブーム上昇）位置、Ｂ（中立）位置、Ｃ（ブーム下降）位置、Ｄ（浮き）位置を有する４位置切換弁であり、バケット制御弁１４はＥ（チルト）位置、Ｆ（中立）位置、Ｇ（ダンプ）位置を有する３位置切換弁である。
【００２２】ブーム制御弁１３及びバケット制御弁１４のパイロット受圧部は、それぞれ電磁比例指令弁２０を介してパイロットポンプ１５と接続されている。電磁比例指令弁２０は、ブーム下げ指令弁２１、ブーム上げ指令弁２２、バケットダンプ指令弁２３及びバケットチルト指令弁２４により構成されている。ブーム下げ指令弁２１及びブーム上げ指令弁２２は、ブーム制御弁１３の各パイロット受圧部に接続され、バケットダンプ指令弁２３及びバケットチルト指令弁２４は、バケット制御弁１４の各パイロット受圧部に接続されている。また、各指令弁２１，２２，２３，２４のソレノイド指令部には、コントローラ２５からそれぞれの指令信号が入力されている。
【００２３】ブームレバー３０には、ブームレバー操作量Ｅｍを検出するブームレバー操作量検出器３１が取着され、またバケットレバー３２には、バケットレバー操作量Ｅｔを検出するバケットレバー操作量検出器３３が取着されており、それぞれの検出信号はコントローラ２５に入力されている。また、コントローラ２５には、ブーム角度検出器４０からのブーム角度θｍ、エンジン回転速度検出器４３からエンジン回転速度Ｎｅ及び車速検出器４４からの車速Ｖがそれぞれ入力されている。なお、エンジン回転速度検出器４３及び車速検出器４４は、車両の掘削状態を検出する手段である。
【００２４】運転室側部の図示しない操作パネルには、オペレータが操作する自動掘削制御を行なうか否かを設定するオートチルト設定スイッチ３６が設けられており、オートチルト設定スイッチ３６から出力されるオートチルト信号Ｃａは、コントローラ２５に入力されている。なお、オートチルト信号Ｃａは、オペレータがオン操作したときにオン信号「１」を出力する。なお、オン操作しないときには、オフ信号「０」を出力する。バケットレバー３２には、変速レバー（図示せず）を操作することなく前進２速から前進１速に変速可能なキックダウンスイッチ３５が設けられている。オペレータがオン操作したときにキックダウン信号Ｃｋはオン信号「１」をコントローラ２５に出力すると共に、図示しない変速制御装置に指令して前進１速に変速する。なお、オン操作しないときには、キックダウン信号Ｃｋはオフ信号「０」を出力する。ストロークエンド検出器４６から、ストロークエンド信号Ｃｅがコントローラ２５に入力されていて、バケットシリンダ１１のストロークがストロークエンドまでの所定距離（例えば５ｍｍ）に達したときに、ストロークエンド信号Ｃｅはオン信号の「１」を出力する。所定距離に達しないときにはオフ信号「０」を出力する。
【００２５】また、オペレータが前後進を指令する前後進レバー（図示せず）の近傍に前後進検出器４７が取着され、前後進検出器４７から前進信号Ｃｆが、コントローラ２５に入力されている。前進信号Ｃｆは、前進時にオン信号「１」を出力する。なお、ニュートラル時及び後進時には、オフ信号「０」を出力する。さらに、オペレータが操作し、土質、作業条件等から最適の掘削モードを選択するモード選択釦４２が、運転室側部の図示しない操作パネルに配設されている。オペレータは、積載物６が柔らかくて掘削抵抗が小さいときにオフ信号「０」、硬くて掘削抵抗が大きいときにオン信号「１」の選択信号Ｃｃをモード選択釦４２から入力し、選択信号Ｃｃは、コントローラ２５に入力されている。
【００２６】次に、図２に基づいてオートチルト設定スイッチ３６をオン操作しないで通常運転する場合の作動を説明する。オペレータがブームレバー３０又はバケットレバー３２を操作すると、コントローラ２５には、ブームレバー操作量検出器３１及びバケットレバー操作量検出器３３からブームレバー操作量Ｅｍ及びバケットレバー操作量Ｅｔが入力され、コントローラ２５は、この操作量信号に応じた作業機速度制御指令を各指令弁２１，２２，２３，２４に出力する。各指令弁２１，２２，２３，２４は、この作業機速度制御指令の大きさに応じた圧力の各パイロット油圧を、対応するブーム制御弁１３又はバケット制御弁１４のパイロット受圧部に出力する。これによって、ブームシリンダ１０又はバケットシリンダ１１は、それぞれのパイロット油圧に応じた速度で対応する方向に作動する。
【００２７】次に、コントローラ２５の図３，５に示す制御フローチャート及び図４に示す掘削領域説明図により、本実施形態に係る自動掘削制御装置の作動を説明する。なお、制御フローチャートの各処理のステップ番号をＳを付して表わし、Ｓ１〜Ｓ６を図３に、Ｓ７〜Ｓ１５を図５にそれぞれ示す。Ｓ１にて、（１）オートチルト信号Ｃａがオン信号「１」、（２）前進信号Ｃｆがオン信号「１」、（３）ブーム角度θｍが所定のブーム角度下限値θｍ１よりも小さい、（４）キックダウン信号Ｃｋがオン信号「１」、（５）ブームレバー操作量Ｅｍが所定のブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも大きい、の５項目を全て満足するときはＳ２の処理に移る。５項目の内１項目でも満足しないときには、Ｓ１の処理を繰り返す。なお、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以下のときには制御弁への指令値はゼロ値であり、ブームレバー操作量下限値Ｅｍ１より大きく所定のブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも小さいときには、操作量に応じてブーム指令弁２１，２２への制御指令値は大きくなり、ブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以上のときには、ブーム指令弁２１，２２への制御指令値はブームレバー操作量上限値Ｅｍ２のときの制御指令値を保持する。
【００２８】Ｓ２にて、車速Ｖが所定のエンジン係数ｋにエンジン回転速度Ｎｅとの積よりも小さいか否かを判断する。エンジン係数ｋは、図４に示すように、車速Ｖが前記積よりも小さいときには掘削中であり、車速Ｖが前記積以上のときには掘削中ではないことを区別する直線の勾配である。なお、エンジン係数ｋは、熟練オペレータによる掘削時に掘削中の車速データを収集して設定した値である。車速Ｖが前記積よりも小さいときにはＳ３の処理に移り、前記積以上のときにはＳ２の繰り返す。なお、Ｓ２を負荷第１判断部４８と呼ぶ。Ｓ３にて、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも大きいか否かを判断する。大きいときにはＳ４の処理に移り、ブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以下のときにはＳ７の処理に移る。Ｓ４にて、ブーム角速度θｍｄがゼロ値か否かを判断し、ゼロ値のときにはＳ７の処理に移り、ゼロ値でないならばＳ６の処理に移る。
【００２９】Ｓ６にて、ブームレバー操作量Ｅｍの値をもつブーム制御指令値Ｖｍと、バケットレバー操作量Ｅｔの値をもつバケット制御指令値Ｖｔとを電磁比例指令弁２０にそれぞれ出力し、Ｓ２の処理に戻る。Ｓ７にて、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも小さいか否かを判断する。小さいときにはＳ８の処理に移り、ブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以上のときには、Ｓ１１の処理に移る。なお、Ｓ７以降Ｓ１５までを自動掘削制御手段５１と呼ぶ。Ｓ８にて、ゼロ値のブーム制御指令値Ｖｍを電磁比例指令弁２０に出力し、Ｓ９の処理に移る。Ｓ９にて、エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除した値と所定のバケット流量係数αｔとの積をバケット流量加算値Ｑｔとする。バケット流量係数αｔは、％で示す値とするので、バケット流量加算値Ｑｔも％で示す値となる。そして、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値をバケット制御指令値Ｖｔと設定し、Ｓ１０の処理に移る。
【００３０】Ｓ１０にて、エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除した値と所定のブーム流量係数αｍとの積をブーム流量変更値Ｑｍとする。ブーム流量係数αｍは、％で示す値とするので、ブーム流量変更値Ｑｍも％で示す値となる。そして、ブーム流量変更値Ｑｍの値をもつバケット制御指令値Ｖｔを電磁比例指令弁２０に出力してＳ１１の処理に移る。Ｓ１１にて、ブームレバー操作量Ｅｍに応じて変化するバケット流量変数αｔｖを演算する。次に、エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍをエンジン回転速度Ｎｅで除した値と演算したバケット流量変数αｔｖとの積をバケット流量加算値Ｑｔとする。そして、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値をバケット制御指令値Ｖｔに設定し、Ｓ１２の処理に移る。
【００３１】Ｓ１２にて、モード選択信号Ｃｃがオフ信号「０」か否かを判断する。オフ信号「０」であればＳ１３の処理に移る。オフ信号「０」でなければ、Ｓ１４の処理に移る。Ｓ１３にて、Ｓ９又はＳ１１で設定したバケット制御指令値Ｖｔを、所定の時間Ｔ１（例えば５秒）だけ電磁比例指令弁２０に出力し、Ｓ１５の処理に移る。Ｓ１４にて、Ｓ９又はＳ１１で設定したバケット制御指令値Ｖｔと、所定のチルトオン時間ΔＴとを有するパルスをチルト周期Ｔ２で２回だけ電磁比例指令弁２０に出力してＳ１５の処理に移る。Ｓ１５にて、（１）前進信号Ｃｆがオフ信号「０」、（２）ストロークエンド信号Ｃｅがオン信号「１」、（３）ブーム角度θｍが所定のブーム角度上限値θｍ２よりも大きい、（４）チルト回数Ｎｔが所定のチルト回数閾値Ｎｔｍ以上、の４項目の内、１項目でも満足した場合に自動掘削制御の完了となる。４項目共に満足しないときには、Ｓ７の処理に戻る。なお、チルト回数Ｎｔは、Ｓ７の処理を実行した回数とする。
【００３２】ここで、熟練オペレータによる掘削開始時の操作パターンを説明する。オペレータが、車両１のバケット４の刃先を積載物６に食い込ませると、刃先から車体にかかる水平抵抗力が大きくなって車速Ｖが低下してくる。車速Ｖが、図４の斜線部に示す掘削領域になると、熟練したオペレータは、まず最初にブームレバー３０を操作してブーム３を上昇させて水平抵抗力を小さくしようとする。
【００３３】次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。制御フローチャートにおいて、オートチルト設定スイッチ３６がオン操作されていて、前後進レバーが前進位置にあり、ブーム角度θｍがブーム角度下限値θｍ１以下であり、キックダウンスイッチ３５がオン操作されていて、かつブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも大きいときに車速Ｖが図４の斜線部に示す掘削領域に入ったか否かを判断する（Ｓ１，Ｓ２）コントローラ２５は、車速Ｖが掘削領域に入ったときに、オペレータがブームレバー３０をブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも大きく操作して、ブーム３を早く上昇させようとしているか否かを判断する（Ｓ３）。掘削領域は、熟練オペレータによる掘削時に得られた実車データに基づいて設定されている。ブームレバー３０がブームレバー操作量上限値Ｅｍ２よりも大きく操作している場合に、コントローラ２５は、ブーム角速度θｍｄがゼロ値か否かによってブーム３の油圧回路がリリーフしているか否かを判断する（Ｓ４）。ブームレバー３０を大きく操作してブーム３を上昇させようとしたにも拘らず油圧回路がリリーフしていると、もはやブーム３が上昇していないので水平抵抗力を低減できない。そして、バケット４のチルトによって水平抵抗力を低減するために自動掘削制御の開始のステップに移る。
【００３４】ブーム３の油圧回路がリリーフしていないときには、ブームレバー操作量Ｅｍの値をもつブーム制御指令値Ｖｍ及びバケットレバー操作量Ｅｔの値をもつバケット制御指令値Ｖｔを電磁比例指令弁２０に出力し、オペレータのレバー操作量通りにブーム及びバケットを操作する。そして、車速Ｖがまだ掘削領域にあるか否かを判断する。
【００３５】水平抵抗力が大きくなって、車速Ｖが掘削領域に入ったときに、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以上も操作されているのにバケット４が上昇しないときには、バケット４の刃先が硬い地面に食い込んだような状態であると判断し、自動掘削制御を開始させる。また、車速Ｖが掘削領域に入っていてオペレータが大きくブーム３を上昇させようとする意志のない、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量上限値Ｅｍ２以下の場合に、自動掘削制御を開始させる。
【００３６】自動掘削制御の開始が決定されると、ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以下のとき（Ｓ７）には、オペレータはブーム３を上昇させる意志はないと判断し、ゼロ値のブーム制御指令値Ｖｍを指令弁２１，２２に出力してブーム３を上昇させない（Ｓ８）。バケット制御指令値Ｖｔについては、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値とし、エンジン回転速度Ｎｅが小さくなるに従って大きな％になるようなバケット流量加算値Ｑｔを演算する。そして、演算したバケット流量加算値Ｑｔをバケットレバー操作量Ｅｔに加算したバケット制御指令値Ｖｔをバケット４を作動させる指令弁２３，２４への指令値と設定する。なお、演算されたバケット制御指令値Ｖｔが１００％以上の値になるときは１００％に設定する（Ｓ９）。
【００３７】このように、水平抵抗力及び垂直抵抗力が大きくなるに従ってエンジン回転速度Ｎｅが小さくなるが、エンジン回転速度Ｎｅが小さくなるに従って指令弁２３，２４に出力する大きな指令値を設定できるので、バケット４のチルト速度を大きくして掘削速度を向上できる。
【００３８】ブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１よりも大きいときは、ブームレバー操作量Ｅｍの替わりに、ブーム流量変更値Ｑｍをブーム制御指令値Ｖｍとして指令弁２１，２２に出力してブーム３を上昇させる。ブーム流量変更値Ｑｍは、エンジン回転速度Ｎｅが小さくなるに従って大きな％になるように演算される。なお、演算されたブーム流量変更値Ｑｍが１００％以上の値になるときは１００％とする。そして、演算したブーム流量変更値Ｑｍをブーム制御指令値Ｖｍに設定する（Ｓ１０）。一方、ブームレバー操作量Ｅｍに応じて変化するバケット流量変数αｔｖを求め、エンジンのハイアイドル回転速度Ｎｅｍを現在のエンジン回転速度Ｎｅで除した値とバケット流量変数αｔｖとの積をバケット流量加算値Ｑｔとする。そして、バケットレバー操作量Ｅｔにバケット流量加算値Ｑｔを加算した値をバケット制御指令値Ｖｔに設定する（Ｓ１１）。
【００３９】これにより、オペレータが入力したブームレバー操作量Ｅｍが大きくて、早くブーム３を上昇させたいという意志のときには、付随してバケット４も早くチルトできるバケット制御指令値Ｖｔを予め設定できる。また、ブーム制御指令値Ｖｍ及びバケット制御指令値Ｖｔ共に、エンジン回転速度Ｎｅが小さくなるに従って大きな値にして、ブーム３及びバケット４の作動速度を早くして掘削能率が向上できる。さらに、ブーム制御弁の回路がリリーフしてブームシリンダが伸縮していないときにでも、バケット制御指令値を出力してバケットをチルトさせて車両への負荷を適切に保持できるので掘削能率を向上できる。
【００４０】次に、オペレータの操作するモード選択釦４２から入力されるモード選択信号Ｃｃを判断する（Ｓ１２）。積載物６の掘削抵抗力が小さいときにはオフ信号「０」、硬くて掘削抵抗の大きいときにはオン信号「１」がコントローラ２５に入力されている。モード選択信号Ｃｃがオフ信号「０」のとき、予め設定されたバケット制御指令値Ｖｔを所定の時間Ｔ１（例えば５秒）だけ指令弁２３，２４に出力して、バケット４をバケット制御指令値Ｖｔに対応した速度及び時間Ｔ１に応じた角度チルトさせる（Ｓ１３）。また、オン信号「１」のときには、予め設定されたバケット制御指令値Ｖｔを所定のΔＴだけ２回、パルス的に指令弁２３，２４に出力して、バケット４を振動させながらチルトさせる（Ｓ１４）。なお、ブーム制御指令値Ｖｍ及びバケット制御指令値Ｖｔを自動掘削指令値と呼ぶ。ストロークエンド信号Ｃｅがオン信号「１」のときに自動掘削制御は完了する（Ｓ１５）。
【００４１】これにより、積載物６の掘削抵抗の大きさに応じたバケット４のチルト方法を選択できるので、掘削速度が向上でき、かつオペレータの意志に沿った制御が可能となる。そして、バケットシリンダがストロークエンドまで達したときにストロークエンドを検出し自動的に自動掘削が完了するので、オペレータの意志に沿った自動掘削制御ができ、またバケットシリンダのストロークを余すことなく利用できるので、作業能率を向上できる。
【００４２】なお、本実施形態では、掘削制御の開始時期を制御フローのＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６により判断しているが、オペレータが操作する釦等から手動の指令により開始するようにしてもよい。また、本実施形態では、掘削中か否かを図４に示すようなエンジン回転速度に関する直線により判断しているが、直線ではなく曲線であっても何ら差し支えない。
【００４３】次に、図６，７，８により第２実施形態を説明する。図６に示す制御系統図において、第１実施形態で説明した図２の制御系統図の車速検出器４４の替わりにアクセルペダル操作量Ａを検出するアクセルペダル操作量検出器４５が設けてあり、検出されたアクセルペダル操作量Ａはコントローラ２５に入力されている。アクセルペダル操作量検出器４５の他は図２と同一の構成要素であるので、ここでは説明を省略する。なお、アクセルペダル操作量検出器４５は、車両の掘削状態を検出する掘削状態検出手段である。本実施形態の制御フローチャートは、第１実施形態で説明した図３の負荷第１判断部４８を図７に示す負荷第２判断部４９に変更したのみで、残りのフローは図３と同一である。負荷第２判断部４９は、処理ステップＳ１６を有していて、（１）アクセルペダル操作量Ａがアクセルペダル操作量閾値Ａｊよりも大きく、（２）エンジン回転速度Ｎｅがエンジン回転速度閾値Ｎｅｊよりも小さい、の２項目を共に満足すれば図３のＳ３の処理に移る。１項目でも満足しないときにはＳ１６の処理を繰り返す。アクセルペダル操作量閾値Ａｊ、エンジン回転速度閾値Ｎｅｊは、熟練オペレータによる掘削中のアクセルペダル操作量データ及びエンジン回転速度データを収集して設定した値であり、予めコントローラ２５に記憶されている。また、各値の関係を図８に示す。アクセルペダルをアクセルペダル操作量閾値Ａｊまで踏み込んでいるにも拘らず、エンジン回転速度Ｎｅが大きくならないときに掘削中であると判断している。
【００４４】本実施形態の作用及び効果を説明する。アクセルペダル操作量Ａ及びエンジン回転速度Ｎｅが掘削領域に入ったとき、かつブームレバー操作量Ｅｍがブームレバー操作量下限値Ｅｍ１以上にあるときが掘削開始の意思表示であるとする熟練オペレータの操作手順を取り込んでいるので常に適切なタイミングで掘削の制御を開始できる。なお、自動掘削制御に入った後の処理方法における作用及び効果は、第１実施形態と同一であるので説明を省略する。
【００４５】以上、本発明によれば、自動掘削制御中にエンジン回転速度が小さくなったときには、車両への負荷が大きくなっていると判断し、バケットを早く上昇させて車両への負荷を軽減させ、エンジン回転速度が大きくなったときには、負荷が小さいと判断し、バケットの上昇速度を抑えて負荷を逃さないようにする。さらに、オペレータがブームレバーを大きく操作しているときには、バケットを早く上昇して負荷を軽減しようとしているので、これに伴ってブームレバー操作量に応じてバケット制御指令値も大きく設定しチルト速度を大きくする。これらにより、常に負荷が適切に保持できるので掘削能率を向上でき、またオペレータの意志に沿った制御が可能となる。また、ストロークエンド検出器によりバケットシリンダがストロークエンドに達したときに自動掘削制御を完了させるようにしているので、ストロークエンドまで十分にストロークを使い切ることができ、オペレータの意志に沿い、かつ優れた掘削効率を有する掘削積込機械の作業機制御装置が得られる。さらに、従来技術で必要としたバケット角度検出器が不要となるので、故障頻度が減少し、かつ安価な掘削積込機械の作業機制御装置が得られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１２３６
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２４日（２０００．３．２４） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２７１３８８（Ｐ２００１−２７１３８８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月５日（２００１．１０．５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８５４４８（Ｐ２０００−８５４４８） |
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