(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械（１）の道具（３）に動きを与え、且つ／又は前記作業機械（１）を操縦する油圧系統（１４０）と、前記油圧系統（１４０）の作動を指令するように構成されるオペレータ制御手段（２２０）とを備える前記作業機械（１）の動作方法であって、第１制御ユニット（２００）における前記方法は、
−運転者が制御する前記オペレータ制御手段（２２０）の状態に関する第１情報を受信するステップと、
−前記第１情報に基づいて少なくとも１つの油圧系統制御情報を決定するステップと、
−前記決定された油圧系統制御情報を、前記第１制御ユニット（２００）から前記油圧系統（１４０）を制御するように構成される第２制御ユニット（１４１）に送信するステップとを含み、
前記油圧系統制御情報は、前記作業機械（１）の道具（３）の動きを制御するための、且つ／又は前記作業機械（１）の操縦を制御するための指令情報、及び前記作業機械（１）の道具（３）の動きの制御に、且つ／又は前記作業機械（１）の操縦の制御に制限を与える制限情報、とから構成され、 
前記制限情報は、少なくとも１つの動作パラメータに対して最大値または最小値を含む、方法。
【請求項２】
−前記作業機械（１）の現在の動作状態に関する第２情報を受信するステップと、
−前記第２情報に基づき、又は前記第１情報及び前記第２情報に基づき、少なくとも１つの油圧系統制御情報を決定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１情報に基づいて、制限情報を含む少なくとも１つの油圧系統制御情報を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記作業機械（１）の始動時に、前記動き及び／又は操縦の制御を制限するための初期の所定の油圧系統制限情報を、前記第１制御ユニット（２００）から前記第２制御ユニット（１４１）に送信するステップを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記作業機械（１）の動作中に決定された前記動き及び／又は操作の制御を制限するための油圧系統制限情報を、前記第１制御ユニット（２００）から前記第２制御ユニット（１４１）に送信するステップを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記制限情報は、前記油圧系統（１４０）内の油圧アクチュエータの加速度及び／又はジャークについて少なくとも１つの制限を規定する、請求項１、４又は５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記制限情報は、前記油圧系統（１４０）に利用可能な最大電力を規定する、請求項１又は請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記制限情報は、前記油圧系統（１４０）内のポンプ（１４２、１４４、１４６）を制御するための少なくとも１つの制限を規定する、請求項１又は請求項４〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記動き及び／又は操縦を制御するための前記指令情報は、前記油圧系統（１４０）内の油圧アクチュエータの速度、油圧アクチュエータ力及び／又はトルク、油圧アクチュエータに対する体積流量差もしくは油圧アクチュエータに対する圧力差を示すものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記作業機械（１）の現在の動作状態に関する第２情報は、電源（１２０）の状態、トランスミッション・ライン（１１０）の状態、作業機械の駆動輪（１３０）の状態及び／又は前記第１制御ユニット２００に接続された電力貯蔵装置（２１０）の状態を示すものである、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２制御ユニット（１４１）における前記方法は、
前記油圧系統（１４０）内の油圧アクチュエータ（５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂ）の圧力を制御するステップと、前記油圧系統（１４０）内のポンプ（１４２、１４４、１４６）を制御するように構成された電気機械（１４３、１４５、１４７）に供給される電力及び／又は該電気機械から供給される電力を制御するステップと、前記電気機械（１４３、１４５、１４７）の回転位置及び／又は速度を制御するステップとのうちの少なくとも１つのステップを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１制御ユニット（２１０）の動作に比べて、実質的に高速に前記第２制御ユニット（１４１）を動作させるステップを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
−前記第１制御ユニット（２００）で前記油圧系統制御情報を送信して、前記第２制御ユニット（１４１）を制御する第１制御ループを閉じるステップと、
−前記第２制御ユニット（１４１）で前記油圧系統制御情報を受信し、これを使用して、前記油圧系統（１４０）を制御する第２制御ループを閉じるステップとを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記制限情報は、前記油圧系統（１４０）内の油圧アクチュエータの最大アクチュエータ力（Ｎ）のパラメータを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
油圧系統（１４０）と、前記油圧系統（１４０）の作動を指令するように構成されるオペレータ制御手段（２２０）とを備える作業機械（１）を動作させるシステムであって、前記作業機械（１）の道具（３）を動かし、且つ／又は前記作業機械（１）を操縦する第１制御ユニット（２００）及び第２制御ユニット（１４１）を備え、
−前記第１制御ユニットは、運転者が制御する前記オペレータ制御手段（２２０）の状態に関する第１情報を受信し、前記第１情報に基づいて少なくとも１つの油圧系統制御情報を決定し、さらに、前記決定された油圧系統制御情報を前記第２制御ユニット（１４１）に送信するように構成され、
−前記第２制御ユニット（１４１）は、送信を受けた前記油圧系統制御情報に従って前記油圧系統（１４０）を制御するように構成され、前記油圧系統制御情報は前記作業機械（１）の道具（３）の動きを制御するための、且つ／又は前記作業機械（１）の操縦を制御するための指令情報、及び前記作業機械（１）の道具（３）の動きの制御に、且つ／又は前記作業機械（１）の操縦の制御に制限を与える制限情報、とから構成され、 
前記制限情報は、少なくとも１つの動作パラメータに対して最大値または最小値を含む、システム。
【請求項１６】
前記第１制御ユニット（２００）は、前記作業機械（１）の現在の動作状態に関する第２情報を受信し、前記第２情報に基づき、又は前記第１情報及び前記第２情報に基づき、少なくとも１つの油圧系統制御情報を決定するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１制御ユニット（２００）は、前記第１情報に基づいて、制限情報を含む少なくとも１つの油圧系統制御情報を決定するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１制御ユニット（２００）は、前記作業機械（１）の始動時に、前記動き及び／又は操作の制御を制限するための初期の所定の油圧系統制限情報を、前記第２制御ユニット（１４１）に送信するように構成される、請求項１５〜１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１制御ユニット（２００）は、前記作業機械（１）の動作中に、前記動き及び／又は操作の制御を制限するための油圧系統制限情報を決定し、該情報を前記第２制御ユニット（１４１）に送信するように構成される、請求項１５〜１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１制御ユニット（２００）は、前記油圧系統（１４０）内の油圧アクチュエータの加速度及び／又はジャークについて少なくとも１つの制限を規定する制限情報を決定するように構成される、請求項１５、１８又は１９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１制御ユニット（２００）は、前記油圧系統（１４０）に利用可能な最大電力を規定する制限情報を決定するように構成される、請求項１５又は請求項１８〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１制御ユニット（２００）は、前記油圧系統（１４０）内のポンプ（１４２、１４４、１４６）を制御するための少なくとも１つの制限を規定する制限情報を決定するように構成される、請求項１５又は請求項１８〜２１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１制御ユニット（２００）は、前記油圧系統（１４０）内の油圧アクチュエータの速度、アクチュエータ力及び／又はトルク、油圧アクチュエータに対する体積流量差もしくは油圧アクチュエータに対する圧力差を示す、前記動き及び／又は操作を制御するための指令情報を決定するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１制御ユニット（２００）は、電源（１２０）の状態、トランスミッション・ライン（１１０）の状態、作業機械の駆動輪（１３０）の状態及び／又は前記第１制御ユニット２００に接続された電力貯蔵装置（２１０）の状態を示す、前記作業機械（１）の現在の動作状態に関する第２情報を受信するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第２制御ユニット（１４１）は、前記油圧系統（１４０）内の油圧アクチュエータ（５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂ）の圧力、前記油圧系統（１４０）内のポンプ（１４２、１４４、１４６）を制御するように構成された電気機械（１４３、１４５、１４７）に供給される電力及び／又は該電気機械から供給される電力、並びに／或いは前記電気機械（１４３、１４５、１４７）の回転位置及び／又は速度のうち少なくとも１つを制御するように構成される、請求項１５〜２４のいずれかに記載のシステム。
【請求項２６】
前記第２制御ユニット（１４１）は、前記第１制御ユニット（２１０）に比べて、実質的に高速に動作するように構成される、請求項１５〜２５のいずれかに記載のシステム。
【請求項２７】
−前記第１制御ユニット（２００）は、前記油圧系統制御情報を送信して、前記第２制御ユニット（１４１）を制御する第１制御ループを閉じるように構成され、
−前記第２制御ユニット（１４１）は、前記油圧系統制御情報を受信し、これを使用して、前記油圧系統（１４０）を制御する第２制御ループを閉じるように構成される、請求項１５〜２６のいずれかに記載のシステム。
【請求項２８】
前記制限情報は、前記油圧系統（１４０）内の油圧アクチュエータの最大アクチュエータ力（Ｎ）のパラメータを含む、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の道具を動かし、且つ／又は作業機械を操作する油圧系統、並びに油圧系統の作動を指令するように構成されたオペレータ制御手段を備える作業機械の動作方法に関する。本発明はさらに、上記方法を実施する装置にも関する。
【０００２】
本発明は、工業用建設機械の分野における作業機械、特にホイールローダに適用できる。従って、本発明をホイールローダに関して説明する。しかし本発明は、決して特定の作業機械に限定されるわけではない。むしろ本発明は、様々な重機、例えば連結式ハウラー、トラック、ブルドーザー及び掘削機などに用いる。
【背景技術】
【０００３】
ホイールローダなどの作業機械は一般に、内燃機関、トランスミッション・ライン、駆動輪及び油圧作動系統を備える。
【０００４】
内燃機関は、ホイールローダの様々な機能に動力を供給する。特に、内燃機関は、トランスミッション・ライン、油圧作動系統及びホイールローダの電気系統に動力を供給する。
【０００５】
トランスミッション・ラインは、内燃機関からローダの駆動輪にトルクを伝達する。
【０００６】
油圧作動系統は、持上げ作業及び／又はホイールローダの操作に用いられる。これを目的として、持上げアームユニットの上げ下ろしのためにホイールローダに少なくとも１つの油圧作動シリンダを設け、その上にバケット又はその他のタイプの付属品もしくは作業ツール（例えばフォーク）を取り付ける。別の油圧作動シリンダを用いて、バケットを傾ける、又は回転させることもできる。また、ステアリングシリンダとして知られる別の油圧シリンダを設けることにより、ホイールローダの胴体前部及び胴体後部の相対運動を用いて、ホイールローダを回転させる。
【０００７】
従来、油圧作動シリンダのピストンは、作動シリンダ内部及び／又は外部の加圧された作動油と通じるように配置された油圧ポンプによって作動する。こうした従来の解決策による油圧ポンプは、内燃機関に直接連結された出力機を介して、又はホイールローダのトランスミッション・ラインに連結された出力機を介して、ホイールローダの内燃機関により機械的に作動（例えば回転）させる。ピストンの速度は、比例弁を介して作動油の流れを調節することにより間接的に制御される。しかし、ホイールローダなどの最新の作業機械では、様々な解決策が提案されており、例えば電気モータを用いて油圧作動シリンダのピストンを作動させるものがある。これにより、例えば油圧ポンプからのトランスミッション・ラインの機械的切断、モジュール性の改善、並びにポンプ機能性のより柔軟且つ正確な制御などの利点がもたらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、公知の解決策は、電気モータを用いて油圧作動シリンダのピストンを作動させる場合に可能となる全ての利益を活用しているわけではない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、作業機械の油圧系統を制御するのに用いるシステムにおけるユニットに関して改善されたモジュール性を提供することである。他の目的は、作業機械の油圧系統を制御するのに用いられる装置におけるユニットの設計の制約の緩和又は排除を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的の少なくとも１つは、作業機械の道具を動かし、且つ／又は作業機械を操作する油圧系統と、油圧系統の作動を指令するように構成された運転者が制御するオペレータ制御手段とを備える作業機械の動作方法に関する、請求項１に従って達成される。この方法は、第１制御ユニットで実施され、運転者が制御するオペレータ制御手段の状態に関する第１情報を取得するステップと、第１情報に基づいて少なくとも１つの油圧系統制御情報を決定するステップと、決定された油圧系統制御情報を第２制御ユニットに送信するステップとを含み、該制御ユニットは上記油圧系統制御情報に従って油圧系統を制御するように構成される。
【００１１】
同様に、上記目的の少なくとも１つは、油圧系統と、油圧系統の作動を指令するように構成された運転者が制御するオペレータ制御手段とを備える作業機械を動作させるシステムに関する、請求項１０に従って達成される。上記動作システムは、作業機械の道具を動かし、且つ／又は作業機械を操作する第１制御ユニット及び第２制御ユニットを備える。第１制御ユニットは、運転者が制御するオペレータ制御手段の状態に関する第１情報を取得し、第１情報に基づき少なくとも１つの油圧系統制御情報を決定し、且つ決定された油圧系統制御情報を送信するように構成される。第２制御ユニットは、第１制御ユニットから受信した油圧系統制御情報に従って油圧系統を制御するように構成される。
【００１２】
第１制御ユニットを用いて、第１制御ユニットからの情報を第２制御ユニットに送信することにより第２制御ユニットを制御し、第２制御ユニットを動作可能にする前提条件を形成することによって、第１及び第２ユニットの設計及び動作の相互の依存性を低くするか、或いは両者を互いに実質的に独立させる。これによってモジュール性が向上する。例えば第１制御ユニットは、ある動作条件で、機械動作特性、電力（燃料）消費などを十分考慮して、シリンダ速度に対するオペレータレバー入力の解明／操作方法を調節するように構成される。次に、第１制御ユニットからの動作情報に基づいて、第２制御ユニットを介してシリンダの特定の制御を実施する。
【００１３】
本明細書で用いる「備える」という用語は、記載される特徴、完全体、ステップもしくは部品の存在を明記するが、その他の特徴、完全体、ステップ、部品もしくはこれらの類の存在又は追加を除外するものではないことに留意されたい。
【００１４】
本発明のさらに別の利点及び有利な特徴を、以下の説明及び添付の特許請求の範囲に開示する。
【００１５】
添付の図面に示すような複数の例示的実施形態を参照しながら、本発明のさらに詳細な説明を以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】積込作業をするためのバケットと、バケットを操作してホイールローダを操作する油圧作動系統とを有するホイールローダの側面図である。
【図２】ホイールローダの油圧系統１４０の概略図である。
【図３】特にホイールローダのトランスミッション・ライン１１０、内燃機関１２０、油圧系統１４０、油圧系統制御ユニット２００及びオペレータ制御手段２２０の概略図である。
【図４】本発明の実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施形態の構造
（ホイールローダ）
図１は、バケット３の形態をした道具２を有する例示的なホイールローダ１を示す図である。バケット３は、バケット３の上げ下ろしをするアームユニット４に取り付けられる。バケット３は、アームユニット４に対して傾けたり、回転させたりすることもできる。この目的のために、ホイールローダ１は、少なくとも１つの油圧ポンプ（図１に図示せず）と、アームユニット４を上げ下ろして、且つバケット３を傾斜又は回転させる作動シリンダ／油圧アクチュエータ５ａ、５ｂ、６を備える。また、油圧作動系統は、胴体前部８及び胴体後部９の相対運動により、ホイールローダ１を回転させる油圧アクチュエータ（作動シリンダ）７ａ、７ｂを備える。ホイールローダ１の上記特徴及びその変形は当業者に周知であるため、詳細な説明を省略する。
【００１８】
（油圧作動系統）
図２は、例示的な油圧系統１４０を概略的に示す図である。図２に示す実施形態は、押上シリンダ５ａ、５ｂとして知られる２つの油圧アクチュエータ（作動シリンダ）を備える。油圧アクチュエータ（押上シリンダ）５ａ、５ｂは、アームユニット４を上げ下ろしするために設けられる。油圧アクチュエータ（傾斜シリンダ）６として知られる別の作動シリンダは、アームユニット４に対してバケット３を内側又は外側に傾けるために設けられる。さらに、ステアリングシリンダ７ａ、７ｂとして知られる２つの油圧アクチュエータ（作動シリンダ）が、ホイールローダ１を操作するために設けられる。３つの油圧ポンプ１４２、１４４、１４６は油圧アクチュエータに作動油を供給し、第１のポンプ１４２がシリンダ５ａ、５ｂに、第２のポンプ１４４が油圧アクチュエータ（作動シリンダ）６に、また第３のポンプ１４６が油圧アクチュエータ（作動シリンダ）７ａ、７ｂにそれぞれ供給する。ホイールローダ１のオペレータは、油圧系統制御ユニット（第１制御ユニット）２００（図３）に接続されるオペレータ制御手段２２０（図３参照）を用いて油圧アクチュエータ（作動シリンダ）を制御する。好ましくは、図２に概略を示す油圧アクチュエータ（作動シリンダ）５ａ、５ｂ、６、７ａ及び７ｂは、図１の油圧アクチュエータ（作動シリンダ）５ａ、５ｂ、６、７ａ及び７ｂに対応する。
【００１９】
さらに、各油圧アクチュエータ（作動シリンダ）５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂは外部センサ装置を備える。すなわち、油圧アクチュエータ（作動シリンダ）５ａは第１センサ装置２４２ａを備え、油圧アクチュエータ（作動シリンダ）５ｂは第２センサ装置２４２ｂを備え、油圧アクチュエータ（作動シリンダ）６は第３センサ装置２４２ｃを備え、油圧アクチュエータ（作動シリンダ）７ａは第４センサ装置２４２ｄを備え、油圧アクチュエータ（作動シリンダ）７ｂは第５センサ装置２４２ｅを備える。センサ装置２４２ａ〜２４２ｅは、油圧アクチュエータのピストンの現在位置（例えばピストンの終点位置の一方又は両方に対して）を機能的に検知するために設けた位置センサなどを備える。周知のように、ピストンの位置の変化を用いて、対象ピストンの速度及び加速を計算することができ、その逆も可能である。さらに、油圧アクチュエータにおけるピストンの現在の歪を機能的に検知するセンサ装置２４２ａ〜２４２ｅには、歪センサ（例えば歪ゲージ）及び／又はトルクセンサなどがあり、これらのセンサを用いて、対象ピストンに加えられる現在の応力を計算することができる。さらに、センサ装置２４２ａ〜２４２ｅは、油圧アクチュエータ５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂにおける作動油の現在の圧力を機能的に検知するように設けた圧力センサなどを備え、該センサを用いて、対象ピストンに加えられる現在の応力を計算できる。以下に詳述するように、外部センサ装置２４２ａ〜２４２ｅは、好ましくは外部油圧系統制御ユニット２００によって用いられ、外部低速制御ループを閉じる。
【００２０】
さらに、油圧系統１４０は、第１油圧ポンプ１４２を機能的に作動させるように設けられる第１電気機械１４３と、第２油圧ポンプ１４４を機能的に作動させるように設けられる第２電気機械１４５と、第３油圧ポンプ１４６を機能的に作動させるように設けられる第３電気機械１４７とを含む。電気機械１４３、１４５、１４７は、局部機械制御ユニット（第２制御ユニット）１４１に接続され、これによって制御され、該ユニットは、以下に詳述するように、油圧系統制御ユニット２００に機能的に接続され、これによって制御されるように構成される。電気機械１４３、１４５、１４７は、油圧ポンプ１４２、１４４、１４６を（例えば回転及び／又は縦方向運動により）作動させるモータとして動作するように構成されることが好ましい。
【００２１】
さらに、図２から分かるように、各電気機械１４３、１４５、１４７及び／又は各油圧ポンプ１４２、１４４、１４６は、内部センサ装置１４２ａ、１４４ａ、１４６ａをそれぞれ備えることが好ましい。すなわち、第１機械１４３／ポンプ１４２は第１センサ装置１４２ａを備え、第２機械１４５／ポンプ１４４は第２センサ装置１４４ａを備え、第３機械１４７／ポンプ１４６は第３センサ装置１４６ａを備える。上記センサ装置１４２ａ〜１４６ａは、それぞれ油圧ポンプ１４２、１４４、１４６における作動油の現在の圧力を機能的に検知する圧力センサを備えることが好ましい。センサ装置１４２ａ〜１４６ａはそれぞれ、電気機械１４３、１４５、１４７及び／又は油圧ポンプ１４２、１４４、１４６の回転位置を測定するセンサを備えても良い。
【００２２】
機械制御ユニット１４１は、上記内部センサ装置１４２ａ、１４４ａ、１４６ａに接続されることが好ましい。これにより、機械制御ユニット１４１は、センサ装置１４２ａ、１４４ａ、１４６ａと通信して、センサ装置１４２ａ、１４４ａ、１４６ａのセンサにより検知されたパラメータを読み出すことができる。ここで、上記機械制御ユニット１４１は、油圧系統１４０の電気機械１４３、１４５、１４７に指令を送り、上記センサ装置１４２ａ、１４４ａ、１４６ａを介して電気機械１４３、１４５、１４７からの応答を読み取って、油圧系統１４０を制御する内部ループを閉じることが好ましい。内部ループは、高速応答、すなわち高利得などを有することが好ましい。
【００２３】
また、少なくとも電気機械１４３及び電気機械１４５は、てこ式アーム４（シリンダ５ａ、５ｂ）又はバケット３（シリンダ６）により作動油に及ぼされる力によって生じる機械的運動を、それぞれ電気エネルギーに変換する発電機として動作するように構成されることが好ましい。このために、油圧系統１４０に供給される電力、及び油圧系統１４０から供給される電力は、局部電力制御ユニット１４１’により制御され、該ユニットは、例えば機械制御ユニット１４１に接続されるか、或いはこれに備えられることによって、機械制御ユニット１４１により制御される。
【００２４】
機械制御ユニット１４１は、油圧系統制御ユニット２００から低速で提供される条件下で、電気機械１４３、１４５、１４７及び油圧アクチュエータ５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂの迅速な制御を機能的に実施できるように構成される。上記制御は、少なくとも油圧アクチュエータ５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂの圧力の制御、及び電気機械１４３、１４５、１４７に供給され、且つ／又は該電気機械から供給される電力の制御を含む。上記制御はまた、電気機械１４３、１４５、１４７の回転位置及び／又は速度の制御も含み得る。こうした制御は圧力センサを必要とする場合もあり、圧力センサは、例えば油圧ポンプ１４２、１４４、１４６の不可欠な部分及び／又は油圧アクチュエータ５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂの一部である。上記制御はまた、電力計及び／又は電圧及び／又はアンペア計を必要とする場合もあり、これは、例えば制御ユニット１４１、１４１’のいずれかの不可欠な部分である。さらに、上記制御は角度位置指示計を必要とする場合もあり、これは、例えば電気機械１４３、１４５、１４７の不可欠な部分である。
【００２５】
（油圧系統、トランスミッション・ライン及び電源など）
図３は、本発明の実施形態のホイールローダ１の特にトランスミッション・ライン１１０を概略的に示す図である。ホイールローダ１の内燃機関１２０は、トランスミッション・ライン１１０の一方の末端に配置され、ホイールローダ１の駆動輪１３０は、トランスミッション・ライン１１０の他方の末端に配置される。「駆動輪」という用語は、地面と直接接する車両ホイールだけでなく、地面と接する構成要素、例えば無限軌道、クローラなどを駆動する車両ホイールを含むものとする。図３から、内燃機関１２０が、トランスミッション・ライン１１０を介して駆動輪１３０にトルクを供給するように構成されていることは容易に理解できる。好ましくは、トランスミッション・ライン１１０は、ホイールローダ１の駆動輪１３０の速度を変更し、駆動輪１３０の駆動方向を前後に切り替えるギアボックス１１８を備える。さらに、トランスミッション・ライン１１０は、好ましくは内燃機関１２０と駆動輪１３０の間の機械的相互作用を低減するため、すなわち、滑り又はスキッドをもたらすため、或いは駆動輪１３０から内燃機関１２０を一時的に外すための伝送ユニット１１４を備える。主な目的は、ギアボックス１１８及び駆動輪１３０の動作状態の急激な変化から内燃機関１２０を保護することである。伝送ユニット１１４は、好ましくは流体力学的トルクコンバータと呼ばれるタイプの油圧クラッチである。
【００２６】
なお、内燃機関１２０の代わりに、別の電源、例えばガスタービンなどの形態の電源を用いることも可能であるということを追記しておく。さらに、トランスミッション・ライン１１０の代わりに、完全にもしくは少なくとも部分的に、液圧式伝送又は電気的伝送を用いても良い。電気的伝送は例えば、駆動輪１３０を機能的に前進させるための１つ又は複数の電気モータに、電源から電力を供給するケーブルなどを用いて実施できる。これに関して、内燃機関１２０の代わりに、例えば燃料電池装置などの電源を用いることが好ましいが、これが必要というわけではない。
【００２７】
図３にさらに示すように、内燃機関１２０は発電機２３０に機械的に接続され、発電機は、当分野で周知のように、ホイールローダ１の電気系統に電力を機能的に供給するように構成される。発電機２３０は油圧系統制御ユニット２００に接続され、該ユニットは、上述のように油圧作動系統１４０を機能的に制御するように構成される。
【００２８】
（油圧系統制御ユニット）
油圧系統制御ユニット２００は、好ましくは１つ又は複数のハードウェアユニットとして実装され、ホイールローダ１内の１つ又は複数の位置に配置され、要求される機能を達成するのに必要な適切な回路及びソフトウェアを備え、例えばセンサ及びその他のユニットと通信する回路、電力を切換えて制御する回路、情報を処理して保存する回路、並びに必要な通信、切換え、処理及び保存を実施及び制御するソフトウェアを備える。さらに、油圧系統制御ユニット２００は、ＣＡＮバス又は場合によりＭＯＳＴネットワーク、或いは、ホイールローダ１の様々なユニット間を通信可能にする任意の別の通信手段に接続されることが好ましい。
【００２９】
本発明の実施形態は、油圧系統１４０において、機械制御ユニット１４１、従って電気機械１４３、１４５、１４７を制御する単純なオン／オフスイッチを含む非常に簡易な油圧系統制御ユニット２００を備えても良い。別の実施形態は、オペレータ制御手段２２０の動作状態及びホイールローダ１の動作状態に関して用いるアルゴリズムに応じて、機械制御ユニット１４１と電気機械１４３、１４５、１４７とを制御するための、実質的な処理能力及び高度な切換え機能及び電力制御機能を備えた、より高性能の油圧系統制御ユニット２００を有しても良い。これは、例えばホイールローダ１内に配置されたセンサ２４２ａ〜２４２ｅから、及び／又はホイールローダ１の他のユニットと通信するために制御ユニット２００が接続されたＣＡＮバス又はＭＯＳＴネットワークなどから、制御ユニット２００により取得することができる。
【００３０】
図３から分かるように、油圧系統制御ユニット２００は、電力貯蔵装置２１０（例えば電池又はスーパーキャパシターなど）に接続され、電力貯蔵装置２１０は、油圧系統制御ユニット２００の制御下で発電機２３０から電力を機能的に供給されるように配置されることが好ましい。また、油圧系統制御ユニット２００は、油圧系統１４０に接続されることが好ましい。これに関して、油圧系統制御ユニット２００は、電気機械１４３、１４５、１４７を機能的に制御するために油圧系統１４０の機械制御ユニット１４１に接続され、且つ、すでに記載したように、電気機械１４３、１４５、１４７に供給される電力と、場合により電気機械１４３、１４５から供給される電力とを制御するために、油圧系統１４０の電力制御ユニット１４１’に接続されることが好ましい。
【００３１】
さらに、前述のように、油圧系統制御ユニット２００は、ホイールローダ１の運転者からの指令を受けるために、例えばＣＡＮバスを介して、オペレータ制御手段２２０に接続されていることが好ましい。オペレータ制御手段２２０は、前述のように、例えば押上及び傾斜シリンダ５ａ、５ｂ、６に接続された油圧ポンプ１４２、１４４を制御する１つ又は複数のジョイスティックなどでも良い。制御手段２２０は、前述のように、ステアリングシリンダ７ａ及び７ｂに連結したポンプ１４６を制御するステアリングホイールなどでも良い。もちろん、油圧系統１４０を制御する他の制御手段も考えられることは明確であり、このようなものとして動作中の油圧系統１４０の動作状態を調節する制御ノブ及び／又は制御スイッチなどがあり、例えば、後に詳述するように、１つ又は複数の油圧制限パラメータを直接設定する。
【００３２】
また、油圧系統制御ユニット２００は、例えばＣＡＮバスなどを介して、上述の第１、第２、第３、第４及び第５外部センサ装置２４２ａ〜２４２ｅに接続されていることが好ましい。これにより、油圧系統制御ユニット２００は、センサ装置２４２ａ〜２４２ｅと通信し、センサ装置２４２ａ〜２４２ｅ内のセンサにより検知されたパラメータを読み出すことが可能になる。ここで、制御ユニット２００は、指令情報、及び場合により制限情報を油圧系統１４０の機械制御ユニット１４１に送信し、センサ装置２４２ａ〜２４２ｅを介して油圧系統１４０からの応答を読み取ることにより、機械制御ユニット１４１、従って油圧系統１４０を制御する外部ループを閉じることが好ましい。外部ループは、低速応答、すなわち低利得などを有することが好ましい。
【００３３】
実施形態の機能
作業機械、すなわち、例示のホイールローダ１に実装される好ましい実施形態の構造について説明してきた。特に、例示のホイールローダ１は、作業機械１の道具３を動かし、且つ／又は作業機械１を操作する機械制御ユニット１４１に制御される電気機械１４３、１４５、１４７によって給電される少なくとも１つの油圧ポンプ１４２、１４４、１４６を含む油圧系統１４０を備える。さらに、油圧系統１４０は、機械制御ユニット１４１、ひいては油圧系統１４０の電気機械１４３、１４５、１４７の動作を制御するオペレータ制御手段２２０及び油圧系統制御ユニット２００を備える。
【００３４】
冒頭で、電気モータを用いて油圧アクチュエータのピストンを作動させる際に達成される、改善されたモジュール性をさらに完全に利用できる油圧系統が特に求められていると明記した。これは、本発明の実施形態により達成される。
【００３５】
特に、電気機械を制御する直接制御ユニット１４１と、直接制御ユニット１４１を制御する間接制御ユニット２００とを用いることにより、直接制御ユニット１４１及び間接制御ユニット２００を、互いに関して、より少ない制限で設計でき、或いは互いにほぼ独立して設計できるという利点がある。
【００３６】
さらに、電気機械を制御する直接制御ユニット１４１と、直接制御ユニット１４１を制御する独立した間接制御ユニット２００とを用いることにより、電気機械、ひいては電気機械により給電される油圧ポンプ及び作動シリンダ／油圧アクチュエータの直接制御ユニット１４１による最初の高速直接制御、並びに高速制御ユニット１４１の間接制御ユニット２００による間接低速制御が可能になるという利点がある。当業者には容易に理解されるように、低速ループを用いて高速ループを制御することは、自動制御の分野において有利な特性がある。
【００３７】
ここで、本発明の例示的実施形態の機能に注目されたい。本実施形態は、図１〜３及び図４を参照しながら説明するが、図４は、電気モータが油圧アクチュエータのピストンを作動させる際に達成される、改善されたモジュール性をさらに十分に利用可能にする例示的方法のステップを説明するフローチャートを示す。この方法は、図３に概略的に示すように、好ましくは油圧系統制御ユニット２００を用いて実施される。
【００３８】
例示的方法の第１ステップＳ１では、ホイールローダ１を始動させて、エンジン１２０が作動し、発電機２３０が電力を発電するようにすることが好ましい。また、油圧系統制御ユニット２００を始動させ、診断するなどして、完全に運転可能な状態であるようにすることも好ましい。同様に、センサ装置２４２ａ〜２４２ｅを備える油圧系統１４０を始動させ、較正するなどして、完全に運転可能な状態であるようにすることも好ましい。また、ホイールローダ１の始動時に、少なくとも１つの初期油圧制限パラメータを、油圧系統制御ユニット２００から油圧系統１４０に、或いはより好ましくは、油圧系統１４０の機械制御ユニット１４１などに送信することも好ましい。これに代わり、他の実施形態では、例えば機械制御ユニット１４１などの油圧系統１４０に予め保存される１つ又は複数の初期油圧制限パラメータを有しても良い。油圧制限パラメータの性質については、以下にさらに詳しく記載する。
【００３９】
例示的方法の第２ステップＳ２では、オペレータ制御手段２２０の動作状態を油圧系統制御ユニット２００により取得することが好ましい。オペレータ制御手段２２０の状態は、例えば、ホイールローダ１の他のユニットと通信するために、制御ユニット２００が接続されるＣＡＮバス又はＭＯＳＴネットワークなどから制御ユニット２００により取得する。オペレータ制御手段２２０の状態は、例えば、ノブ、制御スイッチ、ジョイスティックもしくはステアリングホイールなどのうちの１つ又は複数の位置に対応するか、或いは該位置を示す。
【００４０】
例示的方法の第３ステップＳ３において、ホイールローダ１の動作状態を、油圧系統制御ユニット２００により取得することが好ましい。ホイールローダ１の動作状態は、ホイールローダ１内に配置されるセンサ２４２ａ〜２４２ｅから、及び／又はホイールローダ１の他のユニットと通信するために制御ユニット２００が接続されるＣＡＮバス又はＭＯＳＴネットワークなどから、制御ユニット２００により取得できる。ホイールローダ１の状態は、例えば、油圧系統１４０の状態、内燃機関１２０の状態、トランスミッション・ライン１１０の状態、駆動輪（ホイール）１３０の状態、電力貯蔵装置２１０の状態などのうちの１つ又は複数に対応するか、或いはそれを示している可能性がある。ホイールローダ１の状態は、ホイールローダ１内に配置されるセンサ２４２ａ〜２４２ｅから、及び／又はホイールローダ１の他のユニットと通信するために制御ユニット２００が接続されるＣＡＮバス又はＭＯＳＴネットワークなどから、制御ユニット２００により取得できる。
【００４１】
例示的方法の第４ステップＳ４において、少なくとも１つの油圧系統制御情報は、オペレータ制御手段２２０の取得された状態に応じて、並びに場合によりホイールローダ１の動作状態に応じて、決定することが好ましい。油圧系統制御情報は、油圧系統１４０を制御するための指令情報、例えば油圧アクチュエータのアクチュエータ速度（すなわち、シリンダ５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂのいずれかのピストンの速度）、油圧アクチュエータ力（Ｎ）及び／又はトルク（Ｐａ）、油圧アクチュエータに対する体積流量差又は油圧アクチュエータに対する圧力差、或いは以上挙げたものに対応する、もしくは類似するその他いずれかのパラメータを含む。
【００４２】
油圧系統制御情報は、ルックアップテーブル及び／又は数学的関係もしくは数式などにより取得でき、オペレータ制御手段２２０から得られた値、並びに場合によりホイールローダ１の動作状態は、油圧系統制御情報に変換又は翻訳される。そして、油圧系統制御情報は、次の第５ステップＳ５でさらに詳しく説明するように、油圧系統制御ユニット２００により、実行する機械制御ユニット１４１に送られる。
【００４３】
先に進む前に、油圧系統制御情報は、油圧制限パラメータなどの制限情報を含み得ることも注意して強調しておかなければならない。油圧制限パラメータとしては、例えば油圧アクチュエータの最小加速度などに対応するパラメータがある。同様に、油圧制限パラメータとして、例えば油圧アクチュエータの最小ジャークなどもある。様々な油圧制限パラメータを最小値にすれば、とりわけ、運転者がオペレータ制御手段２２０を作動させる際、油圧ポンプがあまり低速で反応しないことは確実であろう。このような最小値は、例えば経験による知識に基づいて設定しても良いし、且つ／又は運転者がオペレータ制御手段２２０の中で好適な制御手段を作動させることにより調節しても良い。例えば、運転者がより積極的な駆動及び作動を要求する場合は、予め設定した最小値を上げるように油圧制限パラメータを決定して送信することが好ましい。また、例えば運転者がより穏やかな駆動及び作動を要求する場合は、予め設定した最小値を下げるように油圧制限パラメータを決定して送信することが好ましい。
【００４４】
さらに、油圧制限パラメータは、例えば車両の安定性及び完全性を確実にするように、油圧アクチュエータの最大加速度に対応するパラメータであっても良い。同様に、油圧制限パラメータは、例えば運転者の快適性を保証し、さらに車両の安定性及び完全性を確実にするように、油圧アクチュエータの最大ジャークに対応するパラメータであっても良い。ここで、油圧系統１４０のバケット負荷及び／又はその他の負荷が、所定の閾値、例えば実験により決定した閾値、並びに／或いは所定の及び／又は連続的に計算した閾値を超える場合には、予め設定した最大値を下げるように、油圧制限パラメータを決定して送信することが好ましい。閾値は、例えば車両の特定の設計及び車両の動作状態に基づいて計算され、そのようなものとして、限定するものではないが、上記加速度の次の予測値、及び／又は第４ステップで油圧系統制御ユニット２００により読み取られるオペレータ制御手段２２０からの値に基づくジャークがある。油圧ピストンのほぼ終点位置が検知される場合、予め設定された最大値を下げるように、油圧制限パラメータを決定して送信する。反対に、上記負荷が所定の及び／又は計算した閾値以下に下がる場合は、予め設定した最大値を上げるように、油圧制限パラメータを決定して送信することが好ましい。さらに、油圧制限パラメータは、運転者がオペレータ制御手段２２０のうちの１つの制御手段を作動させることに反応して決定され、送信される。運転者は例えば、オペレータ制御手段２２０を作動させることにより油圧アクチュエータの最大ジャークを調節して、運転者の快適さを個々の好みに合わせることができる。
【００４５】
また、油圧制限パラメータは、最大アクチュエータ力（Ｎ）及び／又は最大ポンプトルク（Ｐａ）及び／又は最大アクチュエータ速度（ｍ／秒）及び／又は最大ポンプ角速度（ｒｐｍ）或いはここに挙げたものに類似するパラメータである。これは、車両の内部及び／又は外部の歪の安定性及び完全性、並びに油圧アクチュエータのピストンについては終点位置での安定性及び完全性を確実にする。ここで、前述の力、トルク及び／又は速度が、所定の閾値、例えば実験により決定した閾値、並びに／或いは所定の及び／又は連続的に計算した閾値を超える場合には、予め設定した最大値を下げるように、油圧制限パラメータを決定して送信することが好ましい。閾値は、例えば車両の特定の設計及び車両の動作状態に基づいて計算され、そのようなものとして、限定するものではないが、第４ステップで油圧系統制御ユニット２００により読み取られるオペレータ制御手段２２０からの値に基づく上述の力、トルク及び／又は速度の次の予測値がある。油圧ピストンのほぼ終点位置が検知される場合、予め設定された最大値を下げるように、油圧制限パラメータを決定して送信する。反対に、上述の力、トルク及び／又は速度が所定の及び／又は計算した閾値以下に下がる場合は、予め設定した最大値を上げるように、油圧制限パラメータを決定して送信することが好ましい。さらに、油圧制限パラメータは、運転者がオペレータ制御手段２２０のうちの１つの制御手段を作動させることに反応して決定され、送信される。
【００４６】
さらに、油圧制限パラメータは、例えば油圧系統１４０、１４０’に利用可能な最大電力に対応するパラメータである。油圧系統１４０、１４０’に利用可能な電力は、電力貯蔵装置２１０の充電などの状態、内燃機関１２０及び／又は発電機２３０から現在利用可能な電力、トランスミッション・ライン１１０により要求される電力、ホイールローダ１などの電気系統から要求される電力などにより決定できる。
【００４７】
ここで、油圧系統に利用可能な最大電力が、所定の閾値、例えば、実験により決定した閾値、並びに／或いは所定の及び／又は連続的に計算した閾値以下に下がる場合には、油圧制限パラメータを決定して送信することが好ましい。閾値は、例えば車両の特定の設計及び車両の動作状態に基づいて計算され、そのようなものとして、限定するものではないが、第４ステップで油圧系統制御ユニット２００により読み取られるオペレータ制御手段２２０からの値に基づく上述の最大利用可能電力の次の予測値がある。反対に、油圧系統に利用可能な最大電力が所定の閾値及び／又は計算した閾値を超えて上がる場合は、予め設定した最大値を上げるように、油圧制限パラメータを決定して送信することが好ましい。
【００４８】
先に進む前に、ホイールローダ１の現在の動作状態に関して以下の点も明らかにする必要があるだろう。バケット３への負荷及び油圧系統１４０に及ぼされる他の負荷は、例えば歪センサ（例えば歪ゲージ）により、且つ／又は前述のセンサ装置２４２ａ〜２４２ｅが備えるトルクセンサにより測定する。同様に、又はこれに代わり、バケット３への負荷及び油圧系統１４０に及ぼされる他の負荷は、例えば前述のセンサ装置２４２ａ〜２４２ｅが備える圧力センサにより測定する。さらに、油圧アクチュエータ５ａ、５ｂ、６、７ａ、７ｂのピストンの位置は、前述のようにピストンセンサを備えるセンサ装置２４２ａ〜２４２ｅにより測定できる。さらに、電力貯蔵装置２１０の充電などの状態、内燃機関１２０及び／又は発電機２３０から現在利用可能な電力、トランスミッション・ライン１１０により要求される電力、ホイールローダ１の電気系統から要求される電力などは、例えば、前述のようにホイールローダ１の中枢機能に接続されるＣＡＮバスなどを用いて、油圧系統制御ユニット２００により取得される。このような電力に関する情報及び／又はその表示は、ホイールローダ１の中枢機能に対して入手でき、且つ／又はＣＡＮバスなどに接続する中枢機能により容易に入手できる。
【００４９】
例示的方法の第５ステップＳ５において、第４ステップＳ４で油圧系統制御ユニット２００により得られる油圧系統制御情報は、実行する油圧系統制御ユニット２００により油圧系統に送信されることが好ましく、より好ましくは、油圧系統１４０の機械制御ユニット１４１に送信される。そして機械制御ユニット１４１は、油圧系統制御情報により規定される条件が満たされ、且つ／又は満足されるように、関連する電気機械１４３、１４５及び／又は１４７に適切な指令を発する。
【００５０】
例示的方法の第６ステップＳ６では、油圧系統制御ユニット２００は、オペレータ制御手段２２０が依然として動作中であるか否かを判定し、例えば、既述したようにＣＡＮバスなどを介してオペレータ制御手段２２０に要求を送信することにより実施される。
【００５１】
オペレータ制御手段２２０が依然として動作中であると判定されれば、前述の方法は、第２ステップＳ２に戻ることが好ましく、これについては上述している。反対に、オペレータ制御手段２２０が動作中でないと判定された場合は、この方法は、第７ステップＳ７に進むことが好ましく、このステップにおいて、油圧系統１４０は、アイドル状態の油圧系統制御情報を機械制御ユニット１４１に送信する油圧系統制御ユニット２００によって、アイドル状態に設定される。アイドル状態の油圧系統制御情報は、例えば、機械制御ユニット１４１が電気機械１４２、１４４、１４６の動作を一定の比率で減少させる情報を含む。この方法は、第８ステップＳ８で停止する。
【００５２】
本発明が、前述し、且つ図面で説明した実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で多くの変更及び改変できることを認識するであろう。
【図１】
0005492877.tif 000002
【図２】
0005492877.tif 000003
【図３】
0005492877.tif 000004
【図４】
0005492877.tif 000005