JP5134769B2 - 作業機械の速度範囲を制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は作業機械の速度範囲制御に関し、より詳細には、作業機械の操作者が作業機械の所望の速度範囲を選択するための方法に関する。

スキッドステアローダ、マルチテレインローダ（ｍｕｌｔｉ−ｔｅｒｒａｉｎｌｏａｄｅｒｓ）、掘削機などの作業機械は、エンジンを利用して油圧伝動装置を駆動するのが一般的である。作業機械は通常、ジョイスティックおよび／または足ぶみペダルなどの少なくとも１つの制御部材を介して制御される。一般にこの制御には、作業機械の移動速度および移動方向の制御が含まれる。

特定の操作を行なうため作業機械の速度範囲を変化させることは、操作者の任意であってよい。例えば整地工事の間は、所望の地面を維持するため実質的に一定の低速度で作業機械を操作することが望ましい場合がある。これを実現するため、操作者は通常、制御部材を一定位置に保持して所望の低速を維持しようとするであろう。この方法は、ジョイスティックの動きが作業機械の速度を変動させるので一定速度を維持することが困難になる。機械の速度範囲が大きいほどジョイスティックの動きによる速度変動も大きくなる。他方、作業機械の速度範囲を小さくすると、ジョイスティックの動きによる速度変動が小さくなるとともに実質的に一定の速度を維持することが容易になる。したがって、操作者は作業機械の速度範囲を小さくすることによって実質的に一定の低速度を維持することが可能になる。

２００３年６月２４日にスプリンクルら（Ｓｐｒｉｎｋｌｅ ｅｔ ａｌ．）に発行された（特許文献１）には、車両の操作者に選択された最高速度および再較正されたペダル範囲に関するある既知の装置が記載されている。そこには使用者が操作する速度アクチュエータ、マイクロコントローラ、および使用者が操作するスピードセットアクティベータを対地速度センサとともに利用して最高速度を設定する方法および装置が開示されている。そこでは、使用者が操作する速度アクチュエータが開始端と終末端止め具との間の限定された範囲にわたって動くようになっている。この方法は、車両を走行させる間に、瞬間的な対地速度を選択するステップと、新規の最高車両対地速度を瞬間的な対地速度に合わせて設定するステップと、最低速度から終末端止め具に対応する新規の最高速度までのアクチュエータの範囲を再較正するステップとを含んでいる。

米国特許第６，５８１，７１０号明細書

本開示は上記問題のうち１つ以上を克服することを目的としている。

本発明によると、第１の制御装置および伝動装置を有する機械を操作者が選択した速度範囲内および方向に移動するように制御する方法が開示される。この方法は、前記操作者が選択した速度範囲信号を第２の制御装置から受信するステップと、前記速度範囲信号を倍率に変換するステップと、前記倍率に従って少なくとも１つのドライブマップを再較正し、第１の速度範囲を前記操作者が選択した速度範囲を表わす第２の速度範囲に変更するステップと、前記第１の制御装置から望ましい速度および方向を表す駆動信号を受信するステップと、前記駆動信号および前記少なくとも１つのドライブマップの機能として出力信号を決定するステップと、前記出力信号を前記伝動装置に与えるステップとを具えている。

図面を参照するに、作業機械１００の速度範囲を制御するための方法および装置が示されている。特に図１を参照するに、作業機械１００は無限軌道のスキッドステアローダとして図示されており、油圧伝動装置システム２００の機能を組み込んだものである（図２参照）。しかし作業機械１００は、限定なしに車輪つきのスキッドステアローダ、掘削機、牽引車などを含む広範囲の作業機械を代表するように意図されているものと了解すべきである。作業機械１００は、図示のように、主フレームアセンブリ１０２を画成するように一緒に取り付けられた下部フレーム１０４と上部フレーム１０６とを有する主フレームアセンブリ１０２を備えている。右および左のトラックアセンブリ１１０を備える主フレームアセンブリ１０２には車台１０８が連結され、トラックアセンブリ１１０の一方は符号１１０によって図示されている。作業機械は、主フレームアセンブリ１０２上に支持された操作者用区画１１２を備えている。さらに、主フレームアセンブリ１０２は、主フレームアセンブリ１０２の後端１１６に配置された一対の横方向に離間した側方部材１１４を備えている。横方向に離間した側方部材１１４には、一方が符号１２０によって示されている一対のリフトアーム１１８が回動自在に連結されている。主フレームアセンブリ１０２の先端１２４付近においてリフトアーム１１８には器具１２２を回動自在に連結することが可能である。しかしながら、器具１２２は図１に示すバケットだけでなく任意の種類の器具とすることができ、単一のアーム、ブーム、スティックまたは他の器具装着連結装置により装着可能であることを了解すべきである。

作業機械１００には電子制御モジュール２０２（図２参照）などの制御装置が接続されており、電子制御モジュール２０２は油圧伝動装置システム２００に対し操作可能に接続されている。油圧伝動装置システム２００は作業機械の右および左のトラックアセンブリ１１０を前後の方向に作動させ、作業機械１００を操縦するとともに作業機械の移動速度を制御するように構成されている。

電子制御モジュール２０２は、作業機械１００を制御するとともに器具１０２を作動させるため１つ以上の制御システムを備えてもよい。電子制御モジュール２０２はマイクロプロセッサ（図示せず）を備えており、このマイクロプロセッサはプログラム可能なマイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、集積回路などを含むものとして意図されている。電子制御モジュール２０２は車台１０８の左右のトラックアセンブリ１１０に関するドライブマップを備えている。ドライブマップは作業機械１００の所定の速度範囲内でプログラムされている。この速度範囲は実質的にゼロから作業機械１００の所定の最高速度までである。権限をもった人物は、電子制御モジュール２０２への直接リンク、人工衛星、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップ、その他電子制御モジュール２０２をプログラムするための手段など、電子制御モジュール２０２をプログラムする手段によって所定の速度範囲を変更してもよい。作業機械１００の所定の速度範囲を変更することによって、実質的にゼロから作業機械１００の新しい所定の最高速度までの範囲を反映するように速度範囲が変更される。

図２を参照するに、油圧伝動装置システム２００がより詳細に開示されている。図２は部分的な油圧伝動装置システム２００のみを表わしており一般的な閉ループ式の油圧伝動装置システム２００の例証的な描写であることが了解されるべきである。それ以外に、どのような油圧伝動装置システムでも本発明の特徴から利益を得ることができる。

操作者用区画１１２内にはジョイスティックなどの制御装置２０４が配置され、制御装置２０４は電子制御モジュール２０２に接続されている。制御装置２０４は、周知の方式で車台アセンブリ１０８を介して作業機械１００の移動を制御するために用いられる。制御装置２０４は操作者（図示せず）によって制御され、左または右への操縦性能と併せて作業機械１００を前後方向へ移動させるため複数の位置まで移動可能である。制御装置２０４は、制御装置２０４の位置を表わす駆動信号を電子制御モジュール２０２内のドライブマップに送ることができる。ドライブマップはこの駆動信号を、作業機械の方向および速度を表わす電子制御モジュール出力信号に変換する。電子制御モジュール出力信号は車台１０８の右および左のトラックアセンブリ１１０を制御するための油圧伝動装置システム２００に送られる。図示されている制御装置２０４は１台であるが、作業機械１００の移動を制御するため複数の制御装置を操作可能としてよいことが了解されるべきである。

作業機械１００の前または後への運転状態を実現するため図示のように一対のモータ２０８、２１０が用いられるが、作業機械１００を旋回させるため任意の数のモータを用いてよいものと了解すべきである。モータ２０８、２１０は作業機械１００の高いかもしくは低い速度範囲を実現することが可能な二速度モータであってもよい。モータ２０８、２１０は離間しており、車台アセンブリ１０８の右および左のトラックアセンブリ１１０に対し作動可能に接続されている。モータ２０８、２１０は、それぞれのモータ２０８、２１０に作動的に接続された一対の速度センサ２１６、２１８を備えてもよい。速度センサ２１６、２１８は電子制御モジュール２０２に接続されており、作業機械１００の対地速度を表わす帰還信号を電子制御モジュール２０２に送ることができる。

制御装置２０４はその上に二速度スイッチ２０６を備えてもよく、このスイッチはモータ２０８、２１０の速度を高速および低速のいずれか一方に制御するように操作者（図示せず）によって操作可能である。制御装置２０４上で高速または低速のいずれかを選択することによって信号が電子制御モジュール２０２に送られ、モータ２０８、２１０をそれぞれ高いかまたは低い速度範囲へと変化させるようになっている。

それぞれのモータ２０８、２１０には図示のように一対のポンプ２１２、２１４が接続されているが、本発明においては任意の数のポンプを使用してよいものと了解すべきである。ポンプ２１２、２１４は油圧伝動装置システム２００内で作動液を加圧し、モータ２０８、２１０を駆動するように周知の態様で作動する。ポンプ２１２、２１４は電子制御モジュール２０２に接続された可変容量型電子制御ポンプとして図示されている。例証的な油圧伝動装置システム２００では、電子制御モジュール２０２がポンプ２１２、２１４の出力流れおよび流れ方向を制御するようになっている。

電子制御モジュール２０２には操作者が選択可能な速度範囲制御装置２２０が接続されており、そこでは（図３に示す）速度制御プロセス３００を用いて、電子制御モジュール２０２にプログラムされたドライブマップの速度範囲を変化させるようになっている。速度範囲制御装置２２０は（図１に示す）操作者用区画１１２内に配置され、操作者が選択した作業機械１００の速度範囲を表わす速度範囲信号を電子制御モジュール２０２に送ることができる。速度範囲制御装置２２０は、操作者が複数のあらかじめ定められた速度範囲から選択するトグル、押しボタン、ディスプレイ画面などの有限多位置スイッチであってもよく、操作者がセレクタの開始位置と終端位置との間でセレクタを位置決めすることによって速度範囲を選択するダイヤル、レバーなどの無限可変セレクタであってもよい。

（図１に示す）操作者用区画１１２は、電子制御モジュール２０２に接続された速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２を装備してもよい。速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２は、「オン」または「オフ」の位置を表わす信号を電子制御モジュール２０２に対し作動的に送出するような押しボタン、トグル、キー、ディスプレイ画面などであってもよい。速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２は速度範囲制御装置２２０とは別個に図示されているが、速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２と速度範囲制御装置２２０とは１個の装置であってもよい。

図３はさらに、速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２を用いた速度制御プロセス３００をより詳細に示している。制御は、速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２が「オン」位置にあるか否かを判定する判定ブロック３０１から開始される。肯定の場合、制御はブロック３０２に移行し、作業機械１００の望ましい最高速度範囲を表わす速度範囲制御装置２２０からの速度範囲信号が受信される。速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２が「オフ」位置にある場合、速度制御プロセスが最初からやり直される。

次に、制御はブロック３０４に移行し、速度範囲信号が倍率に変換される。例えば三位置の多位置スイッチを用いた例証的な場合では、スイッチが第１の位置にあるとき、速度範囲信号が電子制御モジュール２０２に送られ、倍率１に変換される。スイッチを第２の位置に切り換えることにより、速度範囲信号が電子制御モジュール２０２に送られ、倍率０．６６に変換される。さらに、スイッチが第３の位置にある場合、速度範囲信号が電子制御モジュール２０２に送られ、倍率０．３３に変換される。

作業機械が速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２を装備していない場合、制御はブロック３０４から開始される。

制御は次にブロック３０６に移行し、倍率がドライブマップに送られる。次に、制御はブロック３０８に移行し、操作者が選択した作業機械１００の速度範囲を表わす倍率によりドライブマップが再較正されるとともに、第１の速度範囲から第２の速度範囲への変更がなされる。第１の速度範囲は所定の速度範囲または操作者が選択した以前の速度範囲を表わすものであり、第２の速度範囲は操作者が選択した現在の速度範囲を表わすものである。例えば、スイッチが第２の位置にあって倍率が０．６６の場合、ドライブマップは実質的にゼロから作業機械１００の所定の最高速度の６６％までの範囲を有するように再較正される。

作業機械１００の操作の間、操作者（図示せず）は、操作者用区画１１２内に配置された操作者が選択可能な速度範囲制御装置２２０によって作業機械１００の速度範囲を制御する選択の自由を有している。路面の精緻な地ならし、トレンチング、設計などの多様な機械作業を行なう場合には所定の速度範囲を下回る速度範囲を選択し、なおも制御装置２０４の全範囲を利用することが望ましい場合がある。

操作者が作業機械１００を操作する際、操作者は作業機械１００の速度および方向を制御するように制御装置２０４を位置決めする。制御装置２０４は制御装置２０４の位置を表わす駆動信号を電子制御モジュール２０２に送る。駆動信号は、駆動信号を作業機械１００の速度および方向に対応させるドライブマップ上で調べられる。これらドライブマップは作業機械１００の所定の最高速度までの速度範囲を有している。電子制御モジュール２０２は電子制御モジュール出力信号を油圧伝動装置システム２００に送り、車台１０８の左右のトラックアセンブリ１１０を制御する。制御装置２２０における動揺は比例的な速度変動を伴う。

例証的な閉ループ式油圧伝動装置システム２００では、操作者により指令された駆動信号と速度センサ２１６、２１８により与えられた実際の対地速度を表わす帰還信号とが電子制御モジュール２０２に伝達される。電子制御モジュールは帰還信号を駆動信号と比較し、作業機械１００の指令された速度と実際の速度との相違に基づく誤差信号を生成する。電子制御モジュール２０２は誤差信号を表わす電子制御モジュール出力信号を油圧伝動装置システム２００に供給する。

操作者が作業機械１００を一定の低速度で操作するかある低速の範囲内で作動させることを望むときには、速度範囲制御装置２２０が用いられる。作業機械１００が速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２を装備している場合、操作者は速度範囲制御「オンオフ」スイッチ２２２を「オン」位置に位置決めする。このとき操作者は、操作者が選択した作業機械１００の速度範囲を表わす速度範囲信号を電子制御モジュール２０２に送って速度範囲を第１の速度範囲から第２の速度範囲へ変更するように速度範囲制御装置２２０を位置決めする。電子制御モジュール２０２内の速度制御プロセス３００は速度範囲信号を受け取ってその速度範囲信号を倍率に変換する。この倍率はドライブマップに与えられ、ドライブマップの速度範囲が第１の速度範囲から第２の速度範囲へ再較正される。例えば、操作者が作業機械１００の所定の最高速度の６６％までの速度範囲を望んでいるとする。操作者は速度制御装置２２０における第２位置を選択する。速度範囲信号が電子制御モジュール２０２、より詳細には速度制御プロセス３００に送られ、そこで倍率に変換される。この倍率はドライブマップに適用され、ドライブマップの範囲が作業機械１００の所定の最高速度の６６％に再較正される。

ドライブマップの再較正の後、操作者が実質的に一定の低速度を維持するように制御装置２０４を位置決めすると、作業機械は作業機械１００の所定の速度範囲の６６％以内で作動し、制御装置２２０における動揺が速度変動に及ぼす影響がより小さくなる。さらに、複数の速度範囲が利用可能であるため、操作者が所望の速度範囲内で作業し制御装置２０４の移動の全範囲を維持する上での自由度がより大きくなる。

本発明の他の形態は図面、明細書、および添付した請求の範囲の検討により得ることができる。この明細書および例示はあくまでも例証とみなすべきである。

本発明の速度制御プロセスを組み込んだ作業機械の斜視図である。 本発明の速度制御プロセスを組み込んだ油圧伝動装置システム機構の概略図である。 本発明の速度制御プロセスの流れ図である。

符号の説明

１００ 作業機械
１０２ 主フレームアセンブリ
１０４ 下部フレーム
１０６ 上部フレーム
１０８ 車台
１１０ トラックアセンブリ
１１２ 操作者用区画
１１４ 横方向に離間した側方部材
１１６ フレームの後端
１１８ 一対のリフトアーム
１２０ リフトアーム
１２２ 器具
１２４ フレームの先端
２００ 油圧伝動装置システム
２０２ 電子制御モジュール
２０４ 制御装置
２０６ 二速度スイッチ
２０８ モータ
２１０ モータ
２１２ ポンプ
２１４ ポンプ
２１６ 速度センサ
２１８ 速度センサ
２２０ 速度範囲制御装置
２２２ 速度範囲制御「オンオフ」スイッチ
３００ 速度制御プロセス
３０１ 判定ブロック
３０２ ブロック
３０４ ブロック
３０６ ブロック
３０８ ブロック

Claims (11)

1. 操作者が選択した速度範囲内および方向に移動するように作業機械を制御する方法であって、前記作業機械は第１の制御装置および伝動装置を有し、
   前記操作者が選択した速度範囲信号を第２の制御装置から受信するステップと、
   前記速度範囲信号を倍率に変換するステップと、
   前記倍率に従って少なくとも１つのドライブマップを再較正し、第１の速度範囲を前記操作者が選択した速度範囲を表わす第２の速度範囲に変更するステップと、
   前記第１の制御装置から望ましい速度および方向を表す駆動信号を受信するステップと、
   前記駆動信号および前記少なくとも１つのドライブマップの機能として出力信号を決定するステップと、
   前記出力信号を前記伝動装置に与えるステップと
   を具えたことを特徴とする方法。
2. 少なくとも１つの速度センサからのフィードバックによって前記作業機械の速度を制御するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つのドライブマップを再較正するステップが前記作業機械の所定の最高速度を制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 速度範囲制御「オンオフ」スイッチを「オン」位置に位置決めするステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記伝動装置が少なくとも１つのポンプと、このポンプに接続されて当該ポンプを操作する少なくとも１つのモータとを有し、
   前記少なくとも１つのモータに取り付けられる少なくとも１つの速度センサを用意するステップと、
   前記少なくとも１つの速度センサからのフィードバックによって前記作業機械の速度を制御するステップと
   をさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記第２の制御装置が多位置スイッチおよび無限可変セレクタの一方であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つのポンプが可変容量形ポンプであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記伝動装置が閉ループ式油圧伝動装置システムであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 前記伝動装置が第１および第２のモータを含み、前記出力信号が第１および第２のモータの速度ならびに方向を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記作業機械が前記第１のモータにより駆動される第１のトラックと前記第２のモータにより駆動される第２のトラックとを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記作業機械がスキッドステアローダであることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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