JPH10195930A - 密集係数を用いる自動バケット積載のシステムと方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土工用機械のバケットに積載するための電気
油圧制御システムを提供する。 【解決手段】土工用機械のバケットに積載するための電
気油圧制御システムは、積載されるべき土壌堆積物を機
械がいかに詰め込むかを表す機械パラメータ信号を発す
るためのセンサーを含む。コマンド信号発生器は、検出
されたパラメータに対応する密集係数を監視し、バケッ
トが土壌と接触するときを判断し、バケットリフト油圧
シリンダコマンド信号を発して、牽引力を維持するよう
になっている。コマンド信号発生器は、次に土壌堆積物
が機械能力に関係して係合されるときの密集係数から判
断され、監視された密集係数に比例してバケットティル
ト油圧シリンダコマンド信号を発し、土壌物を有効に捕
らえるように計算された割合でバケットをラックするよ
うになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に土工用機械の
作業具を自動的に制御するための制御システムに関す
る。より詳細には、本発明は、土壌を捕らえるときの密
集係数を利用して土工用機械の油圧シリンダを制御する
電気油圧式システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】大量の土壌、岩石、鉱石、および別の土
壌を動かすための作業用機械は、一般的に少なくとも１
つのリフト油圧シリンダと１つのティルト油圧シリンダ
により制御可能に作動されるバケットのような積載を行
なうように設計された作業具を備えている。オペレータ
が作業具を扱い、連続した別個の機能を実行する。バケ
ットに積載するための一般的な作業サイクルにおいて、
オペレータは、まず堆積された土壌に近接するように機
械を動かし、バケットの高さを地上表面に近くにし、次
いで機械を堆積された土壌に係合するように前進させ
る。続いて、オペレータは、土壌堆積物中を通してバケ
ットを上昇させ、同時に、材料を捕らえるためにバケッ
トを「ラックする」（後方に傾斜させる）。バケットが
堆積物で一杯になったり、離れるようなときには、オペ
レータは、バケットを完全にラックして投棄する高さに
これを持ち上げ、堆積物から後退して特定の投棄場所に
進ませる。積載物を投棄した後、作業機械は土壌堆積物
に戻り、別の作業サイクルを開始する。

【０００３】作業サイクルを自動化してオペレータの疲
れを減少させること、より効率的にバケットに積載する
ことは、人間のオペレータにとって不適切であるような
状態のときには、ますます望まれる。しかし、所定の位
置または速度コマンド信号を用いる、従来の自動化され
た積載サイクルでは、土壌の状態が様々であるために、
バケットに完全に積載するのに効果がなく、積載できな
いことがあった。固まっていない泥、岩石または別の砂
利のような比較的均質な土壌物を捕らえるときでさえ、
所定のラック速度コマンドが送られると、バケットは、
土壌堆積物からあまりにも早く離れたり、油圧システム
単独の能力を越えて深く堀りすぎて、バケットを離して
しまうことがある。米国特許第３、７８３、５７２号
は、リフトシリンダを制御して、対応するホイールトル
クを監視することにより車輪と地面との接触を維持する
ようになっている油圧制御システムを開示する。米国特
許第５、５２８、８４３号は、検出された油圧に応じ
て、最高のリフトおよびティルト信号を選択的に供給す
る、土壌を捕らえるための制御システムを開示する。国
際特許出願番号第ＷＯ９５／３３８９６号は、バケット
力が許容可能限界を越えると、油圧シリンダへの流体の
流れを逆転させることを開示する。しかし、いかなるシ
ステムも、より効率的に土壌を捕らえることができるよ
うにコマンド信号の大きさを可変に制御しない。

【０００４】本発明は、上述の問題の１つか２つ以上を
解決するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】作業具により自動的に積
載を行なうことが本発明の１目的である。特に砂利のよ
うな土壌を捕らえるのにバケットを制御するための信号
を作り出すことが本発明の別の目的である。作業具に関
する自動化された作業サイクルを行い、手動の積載操作
に関する生産性を高めることが本発明のさらに別の目的
である。これらの目的と、別の目的は、密集係数に従っ
て作業具を用いて、土壌物を積載するように、本発明の
原則に従って構成された自動制御システムで達成すれば
よい。本発明の１態様において、システムは、ホイール
ローダのバケットの積載に関連する機械のパラメータを
表す信号を作り出すセンサーを含む。コマンド信号発生
器は、信号を受信して、密集係数を求め、これに応答し
てリフトおよびティルト油圧シリンダコマンド信号を作
り出す。少なくともティルトコマンド信号が密集係数に
比例して作り出される。最後に、作業具コントローラが
リフトコマンド信号を受信し、リフトシリンダを制御可
能に伸ばして、土壌を通ってバケットを上昇させ、ティ
ルトコマンド信号を受信して、ティルトシリンダを制御
的に動かしてバケットを傾斜させ、土壌を捕らえるよう
になっている。

【０００６】本発明の別の詳細、目的および利点が、本
発明の所定の実施例、この方法を実行する所定の本発明
の好ましい方法として明確になるであろう。同一の参照
符号が同一のまたは同類の成分を示すようになっている
図面とともに、以下の詳細な記載を参照して、本発明の
より完全な説明がなされる。

【０００７】

【実施例】図に関し、まず図１を参照すると、ホイール
タイプのローダ機械１０の前方部分が、リフトアーム組
立体１２に接続され、バケットの先端１６ａを有するバ
ケット１６からなる作業具を有するように図示されてい
る。リフトアーム組立体１２は、機械フレーム１１に取
り付けられたリフトアームピボットピン１３のまわりで
油圧リフトシリンダ１４によりピボット運動可能に作動
される。リフトアーム荷重ベアリングピボットピン１９
がリフトアーム組立体１２とリフトシリンダ１４に取り
付けられている。バケット１６は、バケットピボットピ
ン１７のまわりをバケットティルト油圧シリンダ１５に
より後方に傾斜すなわち「ラックされる」。ホイール１
８により可動なローダに関し図示するように、本発明は
履帯式ローダと土壌を捕らえるための別の作業具のよう
な別の機械にも等しく適用可能である。

【０００８】図２は、本発明の１実施例に従った電気油
圧制御システム２０のブロック線図である。リフトおよ
びティルト位置センサー２１、２２がそれぞれが、リフ
トおよびティルト油圧シリンダ１４、１５のそれぞれの
ピストンロッドの伸び量を検出することによりフレーム
１１に対するバケット１６の位置に応答して、位置信号
を発する。米国特許第４、７３７、７０５号に開示され
たようなラジオ周波数共振センサーがこの目的のために
用いられてもよいし、あるいは、位置を、回転ポテンシ
オメータ、ヨーヨー型またはピボットピン１３と１７に
おける回転を計測するような手段を用いて作業具ジョイ
ント角度計測値から直接得ることができる。力センサー
２４、２５と２６が、好ましくはリフト、あるいはティ
ルト油圧シリンダにおける圧力を検出することにより、
バケット１６上にかけられた油圧力を表す信号を発信す
る。リフトシリンダは、積載中に引き込まれていないの
で、センサーは、上方の動きを行なわせるために通常方
向付けられている、シリンダのヘッド端部にのみ設けら
れている。しかし、特定の制御方法に適合すると、バケ
ットがラック状態、および非ラック状態の両方の間、力
を決定できるように、センサーは、ティルトシリンダの
ヘッドおよびロッド端部の双方に設けられているのが好
ましい。圧力信号が、ピストン端部の各断面積Ａを表す
ゲイン係数を乗算することにより対応する力の値に変換
される。典型的なティルトシリンダＦ_Tが、ヘッド端部
圧と面積の積と、ロッド端部圧と面積の積との差に相当
する。 Ｆ_T ＝Ｐ_H ＊Ａ_H −Ｐ_R ＊Ａ_R 別の実施例において、作業具のジョイントに配置された
ロードセルまたは同類の装置を力センサー２４、２６と
して用いてもよい。

【０００９】ホイール１８に送られるトルクコンバータ
出力トルクＴは、トルクコンバータ入力および出力軸速
度の関数であり、一般的にトランスミッション、車軸ま
たはトルクコンバータ出力軸のいずれかのドライブライ
ンおよびエンジンで検出される。トランスミッション速
度およびギアおよびエンジン速度は、通過するギアの歯
車からの回転周波数を表す電気信号を発する受動ピック
アップ３４、３５を用いてトランスミッションコントロ
ーラ３６から簡単に監視できる。特定のトルクコンバー
タの設計に関し独特なトルクコンバータの性能表は所定
のトルクコンバータ入力と出力速度に関するコンバータ
出力トルクを表にまとめる。本発明は実質的にホイール
スリップを防ぐと想定すると、対地速度Ｓが、検出され
たトランスミッション、トルクコンバータ出力軸または
車軸速度の関数として同じように求められ、駆動列にお
いて固有のトランスミッション軸または減速されたギア
を適切に補償するような状態になっている。

【００１０】位置、力および速度信号が従来の信号励
振、フィルタリングのための信号調整器２７に送信され
てもよいが、次にコマンド信号発生器２８に送られる。
コマンド信号発生器２８は、算術的ユニットを利用する
マイクロプロセッサがベースのシステムであるのが好ま
しく、メモリ内に記憶されたソフトウェアのプログラム
に従ってジョイスティック制御レバー３０により形成さ
れた信号を模擬する信号を発するようになっている。所
望のリフトおよびティルトシリンダの動作の方向と、制
御レバー３０により一般的に得られる速度を表すコマン
ド信号を模擬することにより、本発明は、マニュアル制
御レバーインプットと平行に、あるいは交差して作業具
コントローラ２９に接続することにより現存する機械を
改善できるので有効である。あるいは、一体型電気油圧
コントローラは、コマンド信号発生器２８とプログラム
可能作業具コントローラ２９とを組み合わせて一体のユ
ニットにすることにより形成されて、部品の数を少なく
するようにしてもよい。機械のオペレータは、以下に記
載するような土壌状態設定のような制御仕様を任意的
に、アルファベット式キーパッド、ダイヤル、スイッチ
または接触検知ディスプレースクリーンのようなオぺレ
ータインターフェイス３１を介し、入力してもよい。

【００１１】作業具コントローラ２９は、本分野の当業
者に公知のように受信した速度コマンド信号に比例し
て、各リフトおよびティルト油圧シリンダへ加圧流体が
流れる割合を制御するために、リフト及びティルトシリ
ンダ制御バルブ３２、３３を有する油圧回路を含んでい
る。リフトおよびティルト油圧シリンダ速度コマンド信
号は、以下本明細書において、簡潔にするためにリフト
またはティルトコマンドまたはコマンド信号と記載す
る。作動において、コマンド信号発生器２８は、密集係
数を用いてバケットの動きを制御し、コマンド信号を比
例的に修正するようになっている。ホイールローダのよ
うな作業機械が、バケットの底部がほぼ地面のレベルで
これに近接した状態で、積載されるべき土壌の堆積物の
方向に駆動される。バケットの先端が土壌堆積物と接触
し、これを掘削し始めた後、コマンド信号が発っせら
れ、以下本明細書において土壌を「詰め込む」とする
が、ホイール１８を前進させるように機械を駆し続けな
がら、バケットが土壌堆積物を通って持ち上げられてラ
ックされる。様々な機械のパラメータが詰め込みの程度
を求めるように監視されてもよく、これらのパラメータ
は、本明細書において一般的に密集係数とされる。この
ようなパラメータは、油圧シリンダ圧すなわちバケット
力Ｆ、機械ドライブライントルクＴ、蓄積エネルギー
Ｅ、エンジン速度および対地速度を含んでいてもよい
が、これらに限定されるものではなく、それぞれはバケ
ット１６により発生した抵抗の結果として増大したり減
少したりする。本発明は、所定の機械モデルに関する最
大値のパーセンテージに機械のパラメータを正規化し
て、密集係数を作り出すのが好ましい。

【００１２】図３は、本発明の好ましい実施例のフロー
チャートであり、コマンド信号発生器２８により実行さ
れたプログラム論理において実行されればよい。フロー
チャートの記載において、括弧〔ｎｎｎ〕内の符合で記
された機能的な説明は、その番号に関連するブロックの
ことをいう。ブログラム制御は、ＭＯＤＥ変数がＩＤＬ
Ｅに設定されると、段階〔１００〕で最初に開始する。
ＭＯＤＥは、オペレータがスイッチを作動させて自動バ
ケット積載制御を行えるようにすることに応じて、ＩＤ
ＬＥに設定される。プログラム制御は、ＩＤＬＥ ＭＯ
ＤＥにあるが、オペレータがバケットを地表面近くに実
質的に高さを合わせなかった場合には、コマンド信号は
自動的に発っせられない。リフトおよびティルトシリン
ダから得られたバケットの位置またはピボットピンの位
置信号が、バケットの床板が、１２％以下のリフト高さ
における水平にたいして±１０°内の範囲にあるような
レベルで、地面の近くにあるかどうかを判定するのに用
いられる。自動バケットの積載が事故により、あるいは
安全な状態では係合していないことを確認するように監
視される別の検出値は、トップ第１ギア速度の１／３か
らトップ第２ギア速度までの特定の範囲内の機械速度、
ほぼ中央のニュートラル位置のコントロールレバー３０
（わずかな下降コマンドにより床のクリーニングを可能
にできる）、例えば第１から第３ギアまでの低速前進ギ
アで、最後のアップシフトから少なくとも所定の時間が
終了したトランスミッションシフトレバーを含む。

【００１３】次いで、オペレータは、土壌物と完全に係
合している時間だけ全速力に近い状態で機械を堆積され
た土壌に向け、プログラム制御は、機械が堆積物と接触
した〔１０２〕ときを判断するように、トルクＴまたは
リフトシリンダ力Ｆ_L のような密集係数を監視する。好
ましい実施例においてコマンド信号発生器２８は、トル
ク密集係数が所定点Ａを越え、増大し続けることを判定
すると、ＭＯＤＥがＳＴＡＲＴ〔１０４〕に設定され
る。別のパラメータが、機械の対地速度が同時に減少し
ているかどうか、あるいは密集係数が所定の時間の間、
増大しつ続けているかどうかというような正確なチェッ
クとして監視されてもよい。このような正確なチェック
は、例えば増大したトルクが、機械の加速によって発生
するときの土壌物との接触として、不正確に解釈されな
いようにする。

【００１４】いったんＳＴＡＲＴ ＭＯＤＥにあると、
コマンド信号発生器２８がシフトダウンコマンドをトラ
ンスミッションコントローラに任意的に送り、機械特性
が選択された程度すなわち土壌状態に適合するように、
自動シフトダウンルーチン（図示せず）により、トラン
スミッションを小さい方のギアにする。適切なコマンド
信号を求めるのに使用される設定点を適切にシフトする
ことにより、より高い方のギアのままにしながら、いく
らかの土壌が積載されてもよい。しかし、土壌堆積に接
触する際に、最も低速のギアにトランスミッションが減
少することにより、オペレータは積載位置と投棄位置と
の間をすばやく進行でき、同時に自動的に、最高トルク
が土壌物を詰め込むのに利用できるようにする。ＳＴＡ
ＲＴ ＭＯＤＥ〔１０４〕において、作業具コントロー
ラ２９がプレセット速度パターンを用いてリフトシリン
ダを伸ばし、バケットが土壌物を通って持ち上げられ始
めるように、コマンド信号が最初、発っせられるので、
下方の力が短時間で発生してホイール１８に積載させ、
作業サイクルのＤＩＧ部分に関する十分な牽引力を確立
するようになる。プレセット速度パターンは、ほぼ最高
の一定速度であるか、あるいは時間変数曲線であればよ
い。リフトコマンド信号が、監視された密集係数、ある
いは検出された機械パラメータに基づいた別の密集係数
が、設定点Ｂをバイパスするまで発っせられる。設定点
Ｂは、バケットが土壌堆積物内に入り込み完全に「係
合」されたことを表す、能力に近い値を表す。例えば、
高トルクすなわちリフト力と極めて低い対地速度によ
り、失速状態を防ぐためにラッキングが開始されなけれ
ばならないときを予測することができる。

【００１５】監視された密集係数が設定点Ｂより大きく
なると、ＭＯＤＥが段階１０８においてＤＩＧに設定さ
れ、コマンド信号発生器２８が監視密集係数に比例して
ティルトコマンド信号を発生し始める。同時に、最高リ
フトコマンド信号が排除されるか、あるいは部分的なコ
マンド速度レベルに減少される。図４を参照すると、Ｄ
ＩＧ ＭＯＤＥの間に、コマンド信号発生器２８が、コ
マンド振動を監視密集係数Ｑに関連させる１つか、２つ
以上の所定のラック関数６０、６２、６４、６６に基づ
いてティルトシリンダコマンド信号Ｖ_T を発生する。本
発明の１実施例に従って、コマンド信号Ｖ_T はｍとｂが
土壌状態に基づいて選択された各定数である、Ｖ_T ＝ｍ
＊Ｑ＋ｂという関係に従って、密集係数Ｑの関数として
線形に増大する。

【００１６】例えば勾配ｍ＝２を有するラック関数６２
は、ｍ＝１．４３の勾配を有するラック関数６６より
も、もし双方が同一の場所で密集係数軸線と交わる場合
には、わずかに積極性の乏しいアプローチとなる。なぜ
ならば、コマンド信号は、密集係数における変化に関連
してより急速に変化するからである。密集係数軸線切片
Ｂ’は、土壌堆積物が完全に係合されたこをを表す上述
した設定点Ｂに対応していてもよいが、ラックが開始さ
れたより広い範囲の値に対して密集係数を基準にしたラ
ックを続けるために一般的により下側にある。本発明
は、コマンド信号Ｖ_T と密集係数Ｑとの間の線形の関係
を用いて記載してきたが、非線形のラック関数６４も用
いてもよいし、あるいは、本発明の精神から逸脱するこ
となくルックアップ表を用いてコマンド信号を段階ごと
に増大させてもよい。

【００１７】作動において、コマンド信号発生器２８
は、まず対応したパラメータに関する所定の最高値の割
合として検出された機械パラメータを一般的に正規化す
ることにより密集係数Ｑを決定する。例えば、１００％
のリフトシリンダ力密集係数は、圧力リリーフバルブが
開く圧力として定義される。以下に記載するように、密
集係数は、設計限界内で本発明により維持されるのが好
ましく、機械１０が失速したり損失を受けるたり、ある
いは油圧ポンプのエネルギーを浪費して、リフトアーム
組立体１２がリフトシリンダ力のためにたわむようにな
ることを回避するようになっている。ＤＩＧ ＭＯＤＥ
中に、少なくとも１つの計算された密集係数Ｑを決定し
た後、コマンド信号発生器２８は、選択されたラック関
数を参考にして、対応する比例ティルトコマンド信号を
発生するようになっている。ラック関数６０は、エンベ
ロープＢ’−Ｃの限界を規定する上側のブレイク点Ｃを
含み、直接的にティルトコマンドまたは間接的にリフト
コマンドのいずれかを介して、コマンド信号発生器２８
が密集係数を作用さてもよい。前者の場合、密集係数Ｑ
がブレイク点Ｃを越えると、ティルトコマンドは、密集
係数が一旦ブレイク点Ｃ以下に降下するまで一定のまま
であってもよい。密集係数の回帰分析が用いられて、形
成されつつある傾向を予測し、ティルトシリンダを制御
するバルブの最初の動きによりいかなる遅れ時間をも補
うことができるようになっている。 持ち上がること
と、ラックされることは同時に起きる必要はないが、ラ
ックされている間に、部分的なリフトコマンドを維持
し、牽引力を維持し、ティルトコマンドが上述したよう
にゼロにまで減少される場合に、バケットが完全に停止
することを回避するようにホイール上に十分な力が残る
ようにすることが望まれる。好ましい実施例において、
ＤＩＧ ＭＯＤＥが開始するとき約３０％のわずかな値
にまでリフトコマンドが減少される。一般的に、作業具
コントローラ２９とこれに対応するバルブは、「ティル
ト優先」を有し、ポンプから加圧油圧流体をそらし、テ
ィルトシリンダに供給する前にティルトコマンドに従う
ようになっている。従って、リフトコマンドが発生され
たにもかかわらず、ティルトコマンドが最高の所定の部
分を越える作業サイクルの所定の部分の間、リフトシリ
ンダは全く伸びなくてもよいことになる。従って、一般
的にリフトコマンドのみがＤＩＧ ＭＯＤＥの間に必要
とされるときに有効である。

【００１８】前述したように、監視密集係数Ｑあるいは
第２の密集係数Ｑ₂ が用いられて、リフトコマンドを決
定するようになっていてもよい。例えば、リフト力が上
方の設定点Ｄを越えた場合には、リフトコマンドは、３
０％からゼロ％まで瞬時に減少されることがある。勾配
ｍと切片ｂに用いられた特定の値が、オペレータインタ
ーフェイス３１上のスイッチを介し土壌状態設定入力と
は別に、あるいはこれに基づいて、バケット積載の程度
を制御するためにオペレータにより選択されてもよい。
土壌状態が、作動サイクルの一部の間に１実施例に従っ
て自動的に求められてもよい。例えば、次の作業サイク
ルの積極性を調整するために積載効率を表すものとして
検出された油圧を用いて作業サイクルの積載部分の結果
でペイロードが決定されてもよい。

【００１９】リフトおよびティルト速度コマンド信号を
発した後に、コマンド信号発生器２８が段階１１２にお
いてバケットが、作業サイクルのＤＩＧ ＭＯＤＥ部分
を終了するのに十分な程度に満たされているかどうかを
判定する。そうでない場合には、コマンド信号発生器２
８は、段階〔１０８〕に戻り、密集係数とコマンド信号
の決定をさらに反復して実行する。段階〔１１２〕にお
いてバケット１６が、十分に満載されている場合には、
コマンド信号発生器２８は、段階〔１１４〕においてコ
マンド信号を発信し、ティルトシリンダを最高速度で伸
ばして、任意的に、信号によりリフトシリンダを最高速
度で最高伸び量までの所定の高さに伸ばす。コマンド信
号発生器２８は、段階〔１１２〕において、ティルトシ
リンダの伸び量が、バケットがほぼ完全に後方にラック
されたことを表す０．７５ラジアンのような設定点Ｅよ
りもティルトシリンダの伸び量が大きいかどうか、バケ
ットが堆積物の離れそうであることを表す設定点Ｆより
もリフトシリンダの伸び量が大きいかどうか、積載時間
制限を越えたかどうか、を含む設定点と、リフトまたは
ティルトシリンダの伸び量を比較することにより十分に
バケットが満たされているかどうかを判断する。

【００２０】オペレータは、プログラム制御を中断する
ための、ニュートラル範囲から制御レバー３０のいずれ
か１つを動かすことによって作業サイクル中のどんなと
きにもバケット１６に関しマニュアル制御を回復するこ
とができることがある。あるいは、オペレータがバケッ
ト１６を投棄場所において手動で投棄するか、あるいは
引き続き自動ルーチンが制御を行うまで、バケットは段
階〔１１２〕に続いて完全に伸びた状態でラックされた
ままである。本発明に関連する特徴と利点が、ホイール
ローダに関連した操作の記載と、代表的な密集係数とし
てトルクとリフト力を用いて最も良く図示されている。
自動バケット制御が、まず監視されたトルクレベルに応
じてまず初期化され、その後に、コマンド信号発生器２
８がドライブライントルクと、検出されたリフト油圧シ
リンダ圧から検出されたリフト力を監視し、バケットが
完全に土壌堆積物と係合するときを判断する。土壌堆積
物が完全に係合されると、コマンド信号発生器が信号を
コントローラ２９に送信し、監視された密集係数に応じ
てティルトコマンドを常時変化させる。

【００２１】上述したように、コマンド信号発生器２８
は、監視密集係数を所定のエンベロープ内に維持するた
めに所定の最高値内でコントローラに供給されるリフト
およびティルトシリンダコマンド信号を変化させる。図
５は、本発明の１実施例に従って作動する機械に関する
監視され制御された複数のパラメータで発生する可能性
のある変化を図示する。図３と図５を参照すると、最初
の５秒は、ＩＤＬＥ ＭＯＤＥ〔１００〕の間に記録さ
れたデータのみを表しているので図示しない。ＳＴＡＲ
Ｔ ＭＯＤＥは、５．７秒で開始し、トルク５０を表す
第１の密集係数が最大値３０％の設定点を越えて、上昇
すると、同時に対地速度（図示せず）が減少し、土壌堆
積物と接触した〔１０２〕ことを表す。最高値（１００
％）のリフトコマンド５２のようなプレセット速度パタ
ーンが、ほぼ６．６５秒で第１の監視密集係数５０が６
５％の第２の設定点を越えるまで維持され〔１０４〕、
土壌堆積物が完全に係合され〔１０６〕、ＤＩＧＭＯＤ
Ｅが開始されるべきことを示している。

【００２２】ＤＩＧ ＭＯＤＥにおいて、リフトコマン
ド５２が部分的な３０％リフトコマンドに減少され、第
２の密集係数５４に比例するティルトコマンド５６が反
復して発生する〔１０８〕、〔１１０〕。リフトコマン
ド５６は、第２の密集係数５４（リフト力）が１００％
でエンベロープを越えると、７秒でゼロにまで瞬時に減
少されるが、リフト力が再び降下した後短時間で部分的
な３０％のコマンドに戻される。ティルトコマンド５６
が、リフト力５４を表す第２の密集係数の関数として発
生され続け、約８．８秒でバケットが十分に満載された
〔１１２〕と決定されるまで、密集係数５４が６５％の
より低い設定点以下に降下するとゼロに降下し、最高リ
フトおよびティルトコマンドが同時に発生する。前述の
例において示したように、１つか２つ以上の密集係数
が、作業サイクルのＤＩＧ部分を識別するように監視さ
れ、比例的なリフトおよびティルトコマンドの発生を別
個にあるいは組み合わせて駆動するように監視されても
よい。 図６は、作業具コントローラ２９と、制御レバ
ー３０の端部７０、７２における油圧シリンダ１４、１
５の非線形速度反応を示す。マニュアル制御において、
この非線形は、ほとんど問題にならない。なぜならば、
オペレータは一般的に速度の顕著な変化のみ識別し応答
することができるからである。しかし本発明において、
ラック関数を予測可能な反応を有して発生できるように
するために、油圧シリンダ速度に対し比較的小さく正確
な変化を形成できることが望まれる。従って、本発明の
別の態様において、作業具コントローラ２９には、閉ル
ープ制御または工場校正が設けられ、リフトおよびティ
ルトシリンダの応答が、コマンド信号発生器２８により
発生した速度コマンドに期待通りに比例することを確実
にする。

【００２３】本発明の所定の好ましい実施例と、これを
実行するための所定の好ましい方法とが本明細書におい
て、図示され記載されているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、請求の範囲において様々に実行され
実施されることが明らであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】ホイールローダとこれに対応するバケットリン
ケージの概略図である。

【図２】バケットリンケージを自動制御するために使用
される電気油圧システムのブロック線図である。

【図３】土壌物を自動的に捕らえるためのプログラム制
御のフローチャート図である。

【図４】ティルトシリンダコマンド信号の関連する密集
係数に関する複数の関数を表す概略図である。

【図５】積載サイクル中に検出され、制御された値の関
係を表すグラフ図である。

【図６】手動制御信号の範囲内で一般的に見られる非線
形速度反応を表すグラフ図である。

【符号】

１０ ホイールタイプローダ機械 １２ リフト組立体 １３、 １７ ピボットピン １４ 油圧リフトシリンダ １５ 油圧ティルトシリンダ １６ バケット １８ ホイール ２０ 電気油圧制御システム ２１ リフト位置センサー ２２ ティルト位置センサー ２４、２５、２６ 力センサー ２７ 信号調整器 ２８ コマンド信号発生器 ２９ 作業具コントローラ ３０ 制御レバー

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ティルトシリンダとリフトシリンダ
   とにより制御可能に作動される、土壌を捕らえるための
   土工用機械のバケットを自動的に制御するための制御シ
   ステムにおいて、 土壌堆積物中を通るバケットの動作に対する抵抗を表す
   機械パラメータを検出して、機械パラメータ信号を発生
   する検出手段と、 前記機械パラメータ信号を受信し、これに応答して対応
   する密集係数を求め、該密集係数に比例してティルトコ
   マンド信号を発するコマンド信号発生手段と、 前記コマンド信号に応答して前記シリンダへの油圧流体
   流れを修正するための油圧作業具コントローラと、 が設けられているシステム。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記リフトシリンダに
   対応した油圧に応答して圧力信号を発信するための圧力
   センサーを備え、前記コマンド信号発生手段は、前記リ
   フトシリンダ圧を用いて前記密集係数を求めることを特
   徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 【請求項３】 前記土工用機械は、トルクコンバータと
   トランスミッションとを有するドライブラインを含んで
   おり、前記制御システムは、 エンジン速度とドライブライン速度とを表す速度信号を
   発っするための速度センサーを備える前記検出手段と、 前記速度信号を受信し、トルクコンバータ出力トルクに
   対応する前記密集係数を求める前記コマンド信号発生手
   段と、 を備えていることを特徴とする請求項１に記載の制御シ
   ステム。
4. 【請求項４】 前記トルク密集係数を用いて前記バケッ
   トが前記土壌堆積物と接触したときを決定し、これに応
   じて、所定の速度パターンリフトコマンド信号を発信し
   て前記土壌堆積物と係合させるようにする前記コマンド
   信号発生手段を備えることを特徴とする請求項３に記載
   の制御システム。
5. 【請求項５】 前記密集係数に比例して前記ティルトコ
   マンド信号を発生させるための条件として、前記トルク
   密集係数が所定の設定点を越えて、機械速度が減少する
   間、上昇し続けるときに、前記バケットが前記土壌堆積
   物と完全に係合したと判断する前記コマンド信号発生手
   段を備えることを特徴とする請求項４に記載の制御シス
   テム。
6. 【請求項６】 前記コマンド信号発生手段は、シフトコ
   マンド信号を発生して、前記バケットが前記土壌堆積物
   と接触したと判断された後、前記トランスミッションを
   より低速ギアにシフトダウンすることを特徴とする請求
   項４に記載の制御システム。
7. 【請求項７】 前記検出手段は、前記リフトシリンダに
   関連した油圧に応答して圧力信号を発生するための圧力
   センサーを備え、 前記コマンド信号発生手段は、前記リフトシリンダ圧に
   関連したリフト力に対応した密集係数を求め、前記リフ
   ト力密集係数が設定点を越えたときに前記最高リフトコ
   マンドを部分的なリフトコマンドにまで減少させ、これ
   に引き続き前記リフト力密集係数に比例してティルトコ
   マンド信号を発信することを特徴とする請求項６に記載
   の制御システム。
8. 【請求項８】 土壌状態設定を選択するための手段と、 前記土壌状態設定により決定された勾配と切片を有す
   る、前記密集係数の線形関数として前記コマンド信号を
   計算する前記コマンド信号発生手段を備えていることを
   特徴とする請求項１に記載の制御システム。
9. 【請求項９】 土壌状態設定を選択するための前記手段
   は、少なくとも１つのオペレータ作動スイッチを備えて
   いることを特徴とする請求項８に記載の制御システム。
10. 【請求項１０】前記リフトおよびティルトシリンダの各
    伸びを表す位置信号を発生するための位置検出手段と、 前記位置信号を複数の位置設定点と比較し、実質的に最
    高のティルトシリンダ速度コマンド信号を発生させて、
    前記リフトおよびティルトシリンダの一方の前記位置が
    各位置設定点を越えたときに前記バケットを完全にラッ
    クさせるようになっている前記コマンド信号発生手段
    と、 を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御システ
    ム。
11. 【請求項１１】リフト油圧シリンダとティルト油圧シリ
    ンダとにより制御可能に作動されるバケットと、エンジ
    ンと、トルクコンバータと、ドライブラインとを含む、
    土壌を捕らえるための土工用機械の作業具を自動的に制
    御するための方法において、 リフト油圧シリンダにおいて検出された油圧を表す信号
    を発信し、 エンジンとドライブライン速度を表す信号を発信し、 前記速度信号からトルクコンバータ出力トルクを計算
    し、 該トルク、前記圧力信号および前記速度信号の少なくと
    も１つに対応する密集係数を第１の所定の設定点と比較
    することにより、前記機械が土壌堆積物と係合するとき
    を判断し、 前記密集係数の関数としてティルトコマンドを発信し、
    前記バケットを傾斜させるために前記ティルトシリンダ
    を制御可能に伸ばして、前記土壌を捕らえる、 段階からなる方法。
12. 【請求項１２】前記トルクと、前記圧力信号と前記速度
    信号の少なくとも１つに対応する密集係数を第２の所定
    の設定点と比較することにより、前記土壌堆積物と前記
    バケットが接触するときを決定し、 前記バケットが前記土壌堆積物と接触すると、前記土壌
    を通って前記バケットを持ち上げるために前記リフトシ
    リンダを制御可能に伸ばすように最高リフトコマンドを
    発し、前記機械が前記土壌堆積物と係合したことを判断
    すると、前記最高リフトコマンドを部分的リフトコマン
    ドに減少させる、 段階からなることを特徴とする請求項１１に記載の方
    法。
13. 【請求項１３】土壌状態設定を選択する段階からなり、 前記密集係数の関数として前記ティルトコマンドを発生
    させる前記段階は、前記土壌状態設定により求められた
    勾配と切片とを有する線形関数を選択する段階を含むこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 【請求項１４】リフト油圧シリンダとティルト油圧シリ
    ンダとにより制御可能に作動される、土工用機械のバケ
    ットを土壌堆積物の中に動かすための回転可能部材と、
    エンジンとトルクコンバータとトランスミッションとを
    有するドライブラインと前記バケットとを含む、土壌物
    を捕らえるための土工用機械の作業具を自動的に制御す
    るための方法において、 機械が土壌を詰め込む程度を表す検出機械パラメータに
    対応する密集係数を求め、 該密集係数に比例してティルトコマンドを発っし、 該ティルトコマンドに応答して、前記バケットを傾ける
    ために前記ティルトシリンダを制御可能に伸ばし、前記
    土壌物を捕らえる、 段階からなる方法。
15. 【請求項１５】エンジンとドライブライン速度を表す信
    号を発信し、 該速度信号からトルクコンバータ出力トルクを計算し、
    前記密集係数は前記出力トルクに対応しており、 前記トルク密集係数を第１の設定点と比較することによ
    り前記土壌堆積物と前記バケットが接触するときを決定
    し、 該バケットの接触に応答してリフトコマンドを発っし、 該リフトコマンドに応答して前記バケットを持ち上げる
    ように前記リフトシリンダを制御可能に伸ばす、 段階からなることを特徴とする請求項１４に記載の方
    法。
16. 【請求項１６】前記機械が前記土壌堆積物と完全に係合
    するときを決定する段階からなり、前記ティルトコマン
    ドは、前記機械が前記土壌堆積物と完全に係合したと判
    断された後だけ、前記密集係数に比例して発せられるこ
    とを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 【請求項１７】前記第１の設定点よりも大きい第２の所
    定の設定点を前記トルク密集係数と比較することにより
    前記土壌堆積物と前記機械が係合するときを決定し、こ
    れに応じて部分的なリフトコマンドを発する段階からな
    ることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 【請求項１８】前記リフトシリンダにおける油圧を表す
    信号を発し、前記ティルトコマンドが前記リフト圧に対
    応する密集係数に比例して発せられる段階からなること
    を特徴とする請求項１４に記載の方法。
19. 【請求項１９】土壌状態設定を選択する段階からなり、 前記密集係数に比例して前記ティルトコマンドを発する
    前記段階は、前記土壌状態設定により決定される勾配と
    切片に沿って前記比例ティルトコマンドを変化させる段
    階からなることを特徴とする請求項１４に記載の方法。