(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業装置を有する作業機械と共に用いられ掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定するための装置であって、
作業機械の掘削パスの間に第一の信号を受取り、掘削パスの間に該第一の信号の関数として掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定し、そして、掘削パスの間に物質状態の関数としての出力信号を伝送すべく作動するコントローラを備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
第一の信号は、
全角度誤差信号、
Ｘ方向力平均信号、
蓄積Ｘ方向エネルギー信号、
蓄積トルク信号、
速度低下信号、
リフト力対トルク比信号
チルトシリンダ速度対コマンド比信号、
機械速度信号、
ギア信号、および
組合せ信号
の一つを含むことを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３】
コントローラは、掘削パスの間に少なくとも一つの他の信号を受取り、そして、第一の信号および該少なくとも一つの他の信号の関数としての出力信号を伝送すべく作動することを特徴とする請求項１の装置。
【請求項４】
少なくとも一つの他の信号は、それぞれ、
全角度誤差信号、
Ｘ方向力平均信号、
蓄積Ｘ方向エネルギー信号、
蓄積トルク信号、
速度低下信号、
リフト力対トルク比信号
チルトシリンダ速度対コマンド比信号、
機械速度信号、
ギア信号、および
組合せ信号
の少なくとも一つを含み、少なくとも一つの他の信号は第一の信号とは異なることを特徴とする請求項３の装置。
【請求項５】
コントローラは第一の信号および少なくとも一つの他の信号を受取るべく作動するタイマを含み、第一の信号は作業装置の物質への接触を示す信号で、且つ少なくとも一つの他の信号は物質への接触以降の移動距離を示す信号であり、コントローラは接触後所定の距離移動するのに要した時間の関数としての物質状態信号を伝送することを特徴とする請求項３の装置。
【請求項６】
さらに、信号プロセッサを備え、該信号プロセッサは複数の信号を受取り、該複数の信号の関数として第一の信号を発生すべく作動することを特徴とする請求項１の装置。
【請求項７】
第一の信号は、全角度誤差信号、Ｘ方向力平均信号および蓄積Ｘ方向エネルギー信号の一つを含み、複数の信号は、
リフトシリンダ位置信号、
第一のリフトシリンダ圧力信号、
チルトシリンダ位置信号、および
第一のチルトシリンダ圧力信号
を含むことを特徴とする請求項６の装置。
【請求項８】
複数の信号は、さらに、
第二のリフトシリンダ圧力信号、および
第二のチルトシリンダ圧力信号を含むことを特徴とする請求項７の装置。
【請求項９】
第一の信号は、蓄積トルク信号を含み、且つ複数の信号は、
エンジン速度信号、および
トルクコンバータ出力速度信号を含むことを特徴とする請求項６の装置。
【請求項１０】
第一の信号は、速度低下信号および機械速度信号の一つを含み、且つ複数の信号は、
トルクコンバータ出力速度信号、
変速機速度信号、および
ギア信号を含むことを特徴とする請求項６の装置。
【請求項１１】
第一の信号は、リフト力対トルク比信号を含み、且つ複数の信号は、
リフト力信号、および
トルクコンバータ出力速度信号を含むことを特徴とする請求項６の装置。
【請求項１２】
第一の信号は、チルトシリンダ速度対コマンド比信号を含み、且つ複数の信号は、
チルトシリンダコマンド信号、および
チルトシリンダ位置信号を含むことを特徴とする請求項６の装置。
【請求項１３】
第一の信号は、組合せ信号を含み、且つ複数の信号は、
全角度誤差信号、
リフト力対トルク比信号、
チルトシリンダ速度対コマンド比信号、および
機械速度信号
を含むことを特徴とする請求項６の装置。
【請求項１４】
組合せ信号は、全角度誤差信号、リフト力対トルク比信号、チルトシリンダ速度対コマンド比信号、および機械速度信号の平均を含むことを特徴とする請求項１３の装置。
【請求項１５】
第一の信号は、組合せ信号を含み、且つ複数の信号は、
Ｘ方向力平均信号、
蓄積Ｘ方向エネルギー信号、
蓄積トルク信号、および
速度低下信号
を含むことを特徴とする請求項６の装置。
【請求項１６】
組合せ信号は、Ｘ方向力平均信号、蓄積Ｘ方向エネルギー信号、蓄積トルク信号、および速度低下信号の平均を含むことを特徴とする請求項１５の装置。
【請求項１７】
さらに、第二の信号プロセッサを備え、該第二の信号プロセッサは第二の複数の信号を受取り、該第二の複数の信号の関数としてリフト力信号を発生すべく作動することを特徴とする請求項１１の装置。
【請求項１８】
第二の複数の信号は、
リフトシリンダ位置信号、および
第一のリフトシリンダ圧力信号
を含むことを特徴とする請求項１８の装置。
【請求項１９】
第二の複数の信号は、さらに第二のリフトシリンダ圧力信号を含むことを特徴とする請求項１８の装置。
【請求項２０】
信号プロセッサは、第一の所定時と第二の所定時との間に複数の信号を受取ることを特徴とする請求項６の装置。
【請求項２１】
第一の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ０秒であり、第二の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ１秒であることを特徴とする請求項２０の装置。
【請求項２２】
第一の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ０秒であり、第二の所定時は、パイルへの初期進入が実質的に完了する時点であることを特徴とする請求項２０の装置。
【請求項２３】
第一の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ１秒であり、第二の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ３秒であることを特徴とする請求項２０の装置。
【請求項２４】
第一の所定時は、パイルに携わった後バケットが後方にチルトし始める凡その時点、およびパイルに接触した後リフトシリンダが最初に休止する凡その時点の一つであることを特徴とする請求項２０の装置。
【請求項２５】
信号プロセッサは、第三の所定時と第四の所定時との間に第二の複数の信号を受取ることを特徴とする請求項１７の装置。
【請求項２６】
第三の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ１秒であり、第四の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ３秒であることを特徴とする請求項２０の装置。
【請求項２７】
物質状態は、硬さを含むことを特徴とする請求項１の装置。
【請求項２８】
トルクコンバータを有する作業機械と共に用いられ掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定するための装置であって、
ギア信号、トルクコンバータ出力速度信号、チルトシリンダ位置信号、チルトシリンダコマンド信号、およびエンジン速度信号とトルクコンバータ出力速度信号との少なくとも一つを掘削パスの間に受取るべく作動するコントローラであって、
エンジン速度信号およびトルクコンバータ出力速度信号の関数として蓄積トルクを確定し、
変速機出力信号の関数として速度低下を確定し、
チルトシリンダ位置信号およびチルトシリンダコマンド信号の関数としてチルトシリンダ速度対コマンド比を確定し、そして
ギア信号およびエンジン速度信号とトルクコンバータ出力速度信号との少なくとも一つの関数として機械速度を確定し、さらに
蓄積トルク、速度低下、チルトシリンダ速度対コマンド比および機械速度の関数として掘削パスの間に掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定し、そして、物質状態の関数としての出力信号を伝送すべく作動するコントローラ
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２９】
作動機械であって、
シャシと、
シャシに連結されたエンジンであって、推力を発生すべく作動可能なエンジンと、
推力を受けるべくエンジンに連結された推進システムであって、推力を受けた結果として作動機械を推進する推進システムと、
シャシに連結された作業装置と、
油圧シリンダを含む油圧システムであって、作業装置とシャシとに連結され、作業装置を移動させるべく作動可能な油圧システムと、
掘削パスの間に第一のパラメータのそれぞれを測定すべく作動可能な第一の複数のセンサであって、それぞれのパラメータの関数として掘削パスの間にそれぞれの状態信号を伝送する第一の複数のセンサと、
少なくとも一つの信号プロセッサであって、各信号プロセッサはそれぞれの状態信号を受取るべくそれぞれの第二の複数のセンサに連結されており、それぞれの状態信号の関数としてそれぞれの処理信号を発生するべく作動可能な少なくとも一つの信号プロセッサと、
それぞれの処理信号を受取るべく少なくとも一つの信号プロセッサに連結された第一のコントローラであって、それぞれの処理信号の関数として掘削パスの間に掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定するべく作動可能で、物質状態の関数として掘削パスの間に出力信号を伝送する第一のコントローラと、
出力信号を受取るべく第一のコントローラに連結された第二のコントローラであって、出力信号を受取った結果として掘削パスの間に作動機械の作動特性を調節すべく作動可能な第二のコントローラと
を備えることを特徴とする作動機械。
【請求項３０】
それぞれの状態信号は、
全角度誤差信号、
Ｘ方向力平均信号、
蓄積Ｘ方向エネルギー信号、
蓄積トルク信号、
速度低下信号、
リフト力対トルク比信号
チルトシリンダ速度対コマンド比信号、
機械速度信号、
ギア信号、および
組合せ信号
のそれぞれの一つを含むことを特徴とする請求項２９の作動機械。
【請求項３１】
掘削困難性のレベルを示す物質状態をリアルタイムで確定する方法であって、
掘削パスの間に少なくとも一つのパラメータを測定し、
少なくとも一つのパラメータの関数として掘削パスの間に物質状態を確定し、
物質状態の関数として掘削パスの間に物質状態の信号を伝送する
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
少なくとも一つのパラメータは、
全角度誤差、
Ｘ方向力平均、
蓄積Ｘ方向エネルギー、
蓄積トルク、
速度低下、
リフト力対トルク比
チルトシリンダ速度対コマンド比、
機械速度、
全角度誤差、リフト力対トルク比、チルトシリンダ速度対コマンド比および機械速度の組合せ、および
Ｘ方向力平均、蓄積Ｘ方向エネルギー、蓄積トルクおよび速度低下の組合せの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３１の方法。
【請求項３３】
さらに、物質状態の信号の関数として作業機械の作動特性を調節することを含むことを特徴とする請求項３１の方法。
【請求項３４】
掘削パスの間に少なくとも一つのパラメータを測定することは、
作業機械の複数の状態を検知し、且つ
複数の状態の少なくともいくつかの関数として少なくとも一つのパラメータを計算することを含むことを特徴とする請求項３１の方法。
【請求項３５】
少なくとも一つのパラメータは、作業機械が物質に携わった後ほぼ０ないし１秒の間の時に測定されることを特徴とする請求項３４の方法。
【請求項３６】
少なくとも一つのパラメータは、作業機械が物質に携わった後ほぼ１ないし３秒の間の時に測定されることを特徴とする請求項３４の方法。
【請求項３７】
組合せは、リフト力対トルク比、チルトシリンダ速度対コマンド比および機械速度の平均を含むことを特徴とする請求項３２の方法。
【請求項３８】
少なくとも一つのパラメータを測定することは、
作業機械の第一の作動特性を検知し、
作業機械の第二の作動特性を検知し、且つ
第一および第二の作動特性の関数として少なくとも一つのパラメータを計算することを含むことを特徴とする請求項３１の方法。
【請求項３９】
第一および第二の作動特性の一は、
リフトシリンダ位置、
第一のリフトシリンダ圧力、
チルトシリンダ位置、
第一のチルトシリンダ圧力、
第二のリフトシリンダ圧力、
第二のチルトシリンダ圧力、
エンジン速度、
トルクコンバータ出力速度、
変速機速度、
ギア、および
チルトシリンダコマンド
の一つを含むことを特徴とする請求項３８の方法。
【請求項４０】
第一および第二の作動特性の他は、
リフトシリンダ位置、
第一のリフトシリンダ圧力、
チルトシリンダ位置、
第一のチルトシリンダ圧力、
第二のリフトシリンダ圧力、
第二のチルトシリンダ圧力、
エンジン速度、
トルクコンバータ出力速度、
変速機速度、
ギア、および
チルトシリンダコマンド
の他の一つを含み、第二の作動特性は第一の作動特性とは異なる作動特性であることを特徴とする請求項３９の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業装置を有する作業機械が作動する作業条件を確立すること、より詳しくは、作業装置が携わっている物質の掘削困難性のレベルを示す物質状態を確立することに関す。
【０００２】
【従来の技術】
ローダおよびエキスカベータのような従来の作業機械は、益々自動化されている。バケットの上昇および下降、作業機械の物質パイルからの後退のような作業機械の種々の様相を操作する人の操縦者に代わって、電子的コントローラが、人の入力を最少にして、作業機械の多数の機能を制御している。作業機械の作業サイクルを自動化することは、操縦者の疲労を減じ、より効率的にバケットに積込み、且つ条件が人の操縦者には適さない所での作業機械の使用を可能とするためにも極めて望ましい。
【０００３】
作業機械の機能の多くは、作業装置が動くまたは積込む物質状態に依存する。例えば、バケットローダが緩いすなわち軟らかい物質のパイルを積込むときは、バケットは、典型的に硬い固まり物質に対するよりは、より迅速に満たすであろう。
【０００４】
ある自動システムは、物質の硬さに応じて作業機械の作動特性を調節している。典型的には、これらのシステムは１作動サイクル、例えば、パイルからバケットに物質を積込みそしてパイルから後退する間に、データを収集し、そしてそれを評価している。収集されたデータに基づき、システムは、次ぎの作業サイクルのために作業機械の特性を調節する。
【０００５】
これらのシステムは、物質状態が一つの作業サイクルから次ぎの作業サイクルまで均一である限り、良好に働く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、物質状態は作業サイクル間で頻繁に変わる。例えば、バケットは、粘土と砂のような異なる硬さを有する二つの物質（地質）からなる丘陵を掘削することもある。最初の掘削パスの間には、バケットは支配的に粘土に遭遇し、一方、次ぎのパスの間には、支配的に砂に遭遇する。このように、バケットはこれら二つの掘削パスに対し異なる時点で一杯となり、最初の作業サイクルのための作動特性、例えば、バケットが満杯とみなされる点は、第二の作業サイクルのためには最適ではない。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決し、作業装置を有する作業機械により携わられている物質の掘削困難性のレベルを示す状態を確定する装置および方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
コントローラは、作業機械の掘削パスの間に第一の信号を受取り、掘削パスの間に該第一の信号の関数として物質状態を確定し、そして、掘削パスの間に物質状態の関数としての出力信号を伝送する。
【０００９】
より詳しくは、本発明の一形態になる作業装置を有する作業機械と共に用いられ掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定するための装置は、作業機械の掘削パスの間に第一の信号を受取り、掘削パスの間に該第一の信号の関数として掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定し、そして、掘削パスの間に物質状態の関数としての出力信号を伝送すべく作動するコントローラを備えることを特徴とする。
【００１０】
ここで、第一の信号は、全角度誤差信号、Ｘ方向力平均信号、蓄積Ｘ方向エネルギー信号、蓄積トルク信号、速度低下信号、リフト力対トルク比信号、チルトシリンダ速度対コマンド比信号、機械速度信号、ギア信号、および組合せ信号の一つを含むものであってもよい。
【００１１】
また、コントローラは、掘削パスの間に少なくとも一つの他の信号を受取り、そして、第一の信号および該少なくとも一つの他の信号の関数としての出力信号を伝送すべく作動することが好ましい。
【００１２】
ここで、少なくとも一つの他の信号は、それぞれ、全角度誤差信号、Ｘ方向力平均信号、蓄積Ｘ方向エネルギー信号、蓄積トルク信号、速度低下信号、リフト力対トルク比信号、チルトシリンダ速度対コマンド比信号、機械速度信号、ギア信号、および組合せ信号の少なくとも一つを含み、少なくとも一つの他の信号は第一の信号とは異なることが好ましい。
【００１３】
さらに、コントローラは第一の信号および少なくとも一つの他の信号を受取るべく作動するタイマを含み、第一の信号は作業装置の物質への接触を示す信号で、且つ少なくとも一つの他の信号は物質への接触以降の移動距離を示す信号であり、コントローラは接触後所定の距離移動するのに要した時間の関数としての物質状態信号を伝送することが好ましい。
【００１４】
さらに、信号プロセッサを備え、該信号プロセッサは複数の信号を受取り、該複数の信号の関数として第一の信号を発生すべく作動することが好ましい。
【００１５】
なお、第一の信号は、全角度誤差信号、Ｘ方向力平均信号および蓄積Ｘ方向エネルギー信号の一つを含み、複数の信号は、リフトシリンダ位置信号、第一のリフトシリンダ圧力信号、チルトシリンダ位置信号、および第一のチルトシリンダ圧力信号を含むことが好ましい。
【００１６】
複数の信号は、さらに、第二のリフトシリンダ圧力信号、および第二のチルトシリンダ圧力信号を含むことが好ましい。
【００１７】
第一の信号は、蓄積トルク信号を含み、且つ複数の信号は、エンジン速度信号、およびトルクコンバータ出力速度信号を含むことが好ましい。
【００１８】
第一の信号は、速度低下信号および機械速度信号の一つを含み、且つ複数の信号は、トルクコンバータ出力速度信号、変速機速度信号、およびギア信号を含むことが好ましい。
【００１９】
第一の信号は、リフト力対トルク比信号を含み、且つ複数の信号は、リフト力信号、およびトルクコンバータ出力速度信号を含むことが好ましい。
【００２０】
第一の信号は、チルトシリンダ速度対コマンド比信号を含み、且つ複数の信号は、チルトシリンダコマンド信号、およびチルトシリンダ位置信号を含むことが好ましい。
【００２１】
第一の信号は、組合せ信号を含み、且つ複数の信号は、全角度誤差信号、リフト力対トルク比信号、チルトシリンダ速度対コマンド比信号、および機械速度信号を含むことが好ましい。
【００２２】
組合せ信号は、全角度誤差信号、リフト力対トルク比信号、チルトシリンダ速度対コマンド比信号、および機械速度信号の平均を含むことが好ましい。
【００２３】
第一の信号は、組合せ信号を含み、且つ複数の信号は、Ｘ方向力平均信号、蓄積Ｘ方向エネルギー信号、蓄積トルク信号、および速度低下信号を含むことが好ましい。
【００２４】
組合せ信号は、Ｘ方向力平均信号、蓄積Ｘ方向エネルギー信号、蓄積トルク信号、および速度低下信号の平均を含むことが好ましい。
【００２５】
さらに、第二の信号プロセッサを備え、該第二の信号プロセッサは第二の複数の信号を受取り、該第二の複数の信号の関数としてリフト力信号を発生すべく作動することが好ましい。
【００２６】
第二の複数の信号は、リフトシリンダ位置信号、および第一のリフトシリンダ圧力信号を含むことが好ましい。
【００２７】
第二の複数の信号は、さらに第二のリフトシリンダ圧力信号を含むことが好ましい。
【００２８】
信号プロセッサは、第一の所定時と第二の所定時との間に複数の信号を受取ることが好ましい。
【００２９】
第一の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ０秒であり、第二の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ１秒であることが好ましい。
【００３０】
第一の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ０秒であり、第二の所定時は、パイルへの初期進入が実質的に完了する時点であってもよい。
【００３１】
第一の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ１秒であり、第二の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ３秒であってもよい。
【００３２】
第一の所定時は、パイルに携わった後バケットが後方にチルトし始める凡その時点、およびパイルに接触した後リフトシリンダが最初に休止する凡その時点の一つであってもよい。
【００３３】
信号プロセッサは、第三の所定時と第四の所定時との間に第二の複数の信号を受取ってもよい。
【００３４】
第三の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ１秒であり、第四の所定時は、作業機械が物質のパイルに携わった後ほぼ３秒であることが好ましい。
【００３５】
物質状態は、硬さを含むことが好ましい。
【００３６】
また、本発明の他の形態における装置は、トルクコンバータを有する作業機械と共に用いられ掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定するための装置であって、ギア信号、トルクコンバータ出力速度信号、チルトシリンダ位置信号、チルトシリンダコマンド信号、およびエンジン速度信号とトルクコンバータ出力速度信号との少なくとも一つを掘削パスの間に受取るべく作動するコントローラであって、エンジン速度信号およびトルクコンバータ出力速度信号の関数として蓄積トルクを確定し、変速機出力信号の関数として速度低下を確定し、チルトシリンダ位置信号およびチルトシリンダコマンド信号の関数としてチルトシリンダ速度対コマンド比を確定し、そして、ギア信号およびエンジン速度信号とトルクコンバータ出力速度信号との少なくとも一つの関数として機械速度を確定し、さらに蓄積トルク、速度低下、チルトシリンダ速度対コマンド比および機械速度の関数として掘削パスの間に掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定し、そして、物質状態の関数としての出力信号を伝送すべく作動するコントローラを備えることを特徴とする。
【００３７】
さらに、本発明の他の形態における作動機械は、シャシと、シャシに連結されたエンジンであって、推力を発生すべく作動可能なエンジンと、推力を受けるべくエンジンに連結された推進システムであって、推力を受けた結果として作動機械を推進する推進システムと、シャシに連結された作業装置と、油圧シリンダを含む油圧システムであって、作業装置とシャシとに連結され、作業装置を移動させるべく作動可能な油圧システムと、掘削パスの間に第一のパラメータのそれぞれを測定すべく作動可能な第一の複数のセンサであって、それぞれのパラメータの関数として掘削パスの間にそれぞれの状態信号を伝送する第一の複数のセンサと、少なくとも一つの信号プロセッサであって、各信号プロセッサはそれぞれの状態信号を受取るべくそれぞれの第二の複数のセンサに連結されており、それぞれの状態信号の関数としてそれぞれの処理信号を発生するべく作動可能な少なくとも一つの信号プロセッサと、それぞれの処理信号を受取るべく少なくとも一つの信号プロセッサに連結された第一のコントローラであって、それぞれの処理信号の関数として掘削パスの間に掘削困難性のレベルを示す物質状態を確定するべく作動可能で、物質状態の関数として掘削パスの間に出力信号を伝送する第一のコントローラと、出力信号を受取るべく第一のコントローラに連結された第二のコントローラであって、出力信号を受取った結果として掘削パスの間に作動機械の作動特性を調節すべく作動可能な第二のコントローラとを備えることを特徴とする。
【００３８】
ここで、それぞれの状態信号は、全角度誤差信号、Ｘ方向力平均信号、蓄積Ｘ方向エネルギー信号、蓄積トルク信号、速度低下信号、リフト力対トルク比信号、チルトシリンダ速度対コマンド比信号、機械速度信号、ギア信号、および組合せ信号のそれぞれの一つを含むことが好ましい。
【００３９】
本発明の他の形態における方法は、掘削困難性のレベルを示す物質状態をリアルタイムで確定する方法であって、掘削パスの間に少なくとも一つのパラメータを測定し、少なくとも一つのパラメータの関数として掘削パスの間に物質状態を確定し、物質状態の関数として掘削パスの間に物質状態の信号を伝送することを含むことを特徴とする。
【００４０】
ここで、少なくとも一つのパラメータは、全角度誤差、Ｘ方向力平均、蓄積Ｘ方向エネルギー、蓄積トルク、速度低下、リフト力対トルク比、チルトシリンダ速度対コマンド比、機械速度、
全角度誤差、リフト力対トルク比、チルトシリンダ速度対コマンド比および機械速度の組合せ、および
Ｘ方向力平均、蓄積Ｘ方向エネルギー、蓄積トルクおよび速度低下の組合せ
の少なくとも一つを含むことが好ましい。
【００４１】
さらに、物質状態の信号の関数として作業機械の作動特性を調節することを含むことが好ましい。
【００４２】
ここで、掘削パスの間に少なくとも一つのパラメータを測定することは、作業機械の複数の状態を検知し、且つ複数の状態の少なくともいくつかの関数として少なくとも一つのパラメータを計算することを含むことが好ましい。
【００４３】
少なくとも一つのパラメータは、作業機械が物質に携わった後ほぼ０ないし１秒の間の時に測定されることが好ましい。
【００４４】
少なくとも一つのパラメータは、作業機械が物質に携わった後ほぼ１ないし３秒の間の時に測定されてもよい。
【００４５】
組合せは、リフト力対トルク比、チルトシリンダ速度対コマンド比および機械速度の平均を含むことが好ましい。
【００４６】
少なくとも一つのパラメータを測定することは、作業機械の第一の作動特性を検知し、作業機械の第二の作動特性を検知し、且つ第一および第二の作動特性の関数として少なくとも一つのパラメータを計算することを含むことが好ましい。
第一および第二の作動特性の一は、リフトシリンダ位置、第一のリフトシリンダ圧力、チルトシリンダ位置、第一のチルトシリンダ圧力、第二のリフトシリンダ圧力、第二のチルトシリンダ圧力、エンジン速度、トルクコンバータ出力速度、変速機速度、ギア、およびチルトシリンダコマンドの一つを含むことが好ましい。
【００４７】
第一および第二の作動特性の他は、リフトシリンダ位置、第一のリフトシリンダ圧力、チルトシリンダ位置、第一のチルトシリンダ圧力、第二のリフトシリンダ圧力、第二のチルトシリンダ圧力、エンジン速度、トルクコンバータ出力速度、変速機速度、ギア、およびチルトシリンダコマンド他の一つを含み、第二の作動特性は第一の作動特性とは異なる作動特性であることが好ましい。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１は、自動掘削システムと共に用いられ、作業機械の作業装置が携わる(掘削対象）物質の硬さのような掘削困難性のレベルを示す状態を確定する装置１０のブロック図である。装置１０は、少なくとも一つの信号を受取るコントローラ１２を備える。コントローラ１２はその少なくとも一つの信号を処理し、作業機械の作業装置により作業されている物質の掘削困難性のレベルを示す物質の状態を確定し、物質状態の関数である出力信号を伝送する。
【００４９】
作業機械の種々の作動パラメータは物質の硬さを示している。例えば、全角度誤差、Ｘ方向力平均、蓄積Ｘ方向エネルギー、蓄積トルク、速度低下、およびこれらの全角度誤差、Ｘ方向力平均、蓄積Ｘ方向エネルギー、蓄積トルクおよび速度低下の組合せは、全て、一般に物質の硬さの増加と共に増大する。同様に、リフト力対トルク比、チルトシリンダ速度対コマンド比、機械速度、およびこれらのリフト力対トルク比、チルトシリンダ速度対コマンド比および機械速度の組合せは、全て、一般に物質の硬さの増加と共に減少する。これらの信号の各々については、後で詳細に説明する。しかしながら、これらのパラメータは、一般に、作業機械の個々のセンサからは装置１０に直接には利用され得ない。代わりに、パラメータは他のソースから導かれねばならない。
【００５０】
装置１０は、典型的には、リフトシリンダ位置信号、リフトシリンダ内のピストンの一方側の流体圧を示す第一のリフトシリンダ圧力信号、リフトシリンダ内のピストンの他方側の流体圧を示す第二のリフトシリンダ圧力信号、チルトシリンダ位置信号、チルトシリンダ内のピストンの一方側の流体圧を示す第一のチルトシリンダ圧力信号、チルトシリンダ内のピストンの他方側の流体圧を示す第二のチルトシリンダ圧力信号、エンジン速度信号、トルクコンバータの一点の回転速度を示すトルクコンバータ出力速度信号、変速機の一点の回転速度を示す変速機速度信号、チルトシリンダコマンド信号およびギア信号を受取る。これらの信号の各々は、当業者には周知の方法で、圧力、位置および回転速度センサのようなものにより発生され得る。
【００５１】
一つの実施の形態では、第一の処理部１４が、リフトシリンダ位置信号、第一および第二のリフトシリンダ圧力信号、チルトシリンダ位置信号、第一および第二のチルトシリンダ圧力信号の関数として、Ｘ方向力平均を確定する。Ｘ方向力平均は、力ベクトルＦＶ(図２参照）の水平方向成分からなり、後述のように、典型的には１ないし４秒続く所定のサンプリング期間に亘り平均化されたものである。Ｘ方向力は、物質のパイルに接触した瞬間からバケット５２が「引き」始める、すなわち、後ろにチルトし始める時までサンプリングされる。キャタピラ９８０シリーズのような中型ホイールローダに対しては、このＸ方向力平均は、典型的にはパイルとの接触の後、０ないし１秒測定される。しかしながら、この時間は作業機械の大きさおよび動力に依存して変わり得る。
【００５２】
Ｘ方向力平均は、リフトシリンダおよびチルトシリンダの圧力と伸びとから、または当業者に知られている他の適当な方法によって計算されてもよい。第一の処理部１４は、Ｘ方向力平均を計算し、Ｘ方向力平均の関数であるＸ方向力平均信号（Ｘ-ＤＩＲ  ＦＯＲＣＥ  ＡＶＥ）のような処理された信号を伝送する。Ｘ方向力平均信号は当業者に知られている種々の適当な方法によって発生され、伝送されてもよい。
【００５３】
一般に、物質が硬ければ硬い程、力ベクトルの水平方向成分は大きい、すなわち、Ｘ方向力は大きい。このように、Ｘ方向力平均は物質の硬さを示すものである。
【００５４】
一実施の形態において、第一の処理部１４は、リフトシリンダ位置信号、第一および第二のリフトシリンダ圧力信号、チルトシリンダ位置信号、および第一および第二のチルトシリンダ圧力信号の関数として、蓄積されたＸ方向エネルギーを確定する。蓄積されたＸ方向エネルギーは、所定時間に亘るＸ方向力の合計に、同じ所定時間、典型的には上述のＸ方向力をサンプリングするために用いられたのと同じ時間枠、例えば、中型ホイールローダに対しての、作業機械１００による接触の後、０ないし１秒の間における作業機械１００による移動距離が乗ぜられてなる。
【００５５】
第一の処理部１４は、蓄積されたＸ方向エネルギーを計算し、蓄積されたＸ方向エネルギーの関数である蓄積Ｘ方向エネルギー信号（ＡＣＣＵＭ  Ｘ-ＤＩＲＥＮＥＲＧＹ）のような処理された信号を伝送する。Ｘ方向エネルギー信号は当業者に知られている種々の適当な方法によって発生され、伝送されてもよい。
【００５６】
一般に、物質が硬ければ硬い程、力ベクトルの水平方向成分は大きい、すなわち、蓄積Ｘ方向エネルギーは大きい。このように、蓄積Ｘ方向エネルギーは物質の硬さを示すものである。
【００５７】
第一の処理部１４が全角度誤差、Ｘ方向力平均および蓄積Ｘ方向エネルギーを確定するものとして上述されたが、これらのパラメータの各々は単一の処理部によって確定される必要はない。代わりに、それらは別の処理部(不図示）または多数の処理部のある組合せによって計算されてもよい。
【００５８】
一実施の形態において、第一の処理部１４はまた、リフトシリンダ圧力信号の関数としてリフト力信号（ＬＦ）を発生する。リフト力信号は、作業装置の垂直方向力の関数である。垂直方向力すなわちリフト力は、当業者に知られた方法によりリフトシリンダの位置および圧力信号を用いて計算されてもよい。
【００５９】
一実施の形態においては、第二の処理部１６がエンジン速度信号およびトルクコンバータ出力速度信号の関数として蓄積されたトルクを確定する。エンジン速度信号は、作業機械１００のエンジン５６のエンジン回転速度の関数であり、トルクコンバータ出力速度信号はトルクコンバータ６０の出力の回転速度の関数である。作業機械のホイールのトルクは、エンジン速度と自動変速機に対するトルクコンバータの出力速度とを表す検出値の関数、典型的にはスケール合せされた比であり、ルックアップテーブルのような当業者に知られたいくつかの適当な方法により求められ得る。ホイールトルクを確定するための正確な式は、個別の作業機械のジオメトリおよび形態と共に変わる。
【００６０】
エンジンおよびトルクコンバータの速度信号は、各々、当業者に知られている他の適当な方法も用いられ得るが、所与の時間内に通過するギア歯の数を計数する磁気ピックアップのような回転速度センサ７０により典型的に伝送される。
【００６１】
蓄積トルクは、典型的には１ないし４秒続く、所定のサンプリング期間に亘るトルク値の合計からなり、一旦確定されると、第二の処理部１６は、蓄積されたトルクの関数である蓄積トルク信号（ＡＣＣＵＭ ＴＱ）のような処理された信号を伝送する。蓄積トルク信号は当業者に知られている種々の適当な方法によって発生され、伝送されてもよい。蓄積トルクは、上述のＸ方向力をサンプリングするのに用いられたの同じ時間枠、例えば、中型ホイールローダに対しての、作業機械１００による接触の後、０ないし１秒の間に、典型的には採集され合計される。
【００６２】
一般に、物質が硬ければ硬い程、物質は作業装置による進入に対しより抵抗し、かくてホイールトルクも大きくなる。従って、蓄積トルクは物質の硬さを示すものである。
【００６３】
一実施の形態においては、第三の処理部１８が、トルクコンバータ出力速度信号および変速機速度信号の関数として作業機械１００の速度における低下を確定する。変速機速度信号は、変速機の所定の部分、典型的には変速機の出力、またはトルクコンバータの出力の回転速度および(必要であれば）既知のギア位置の関数である。
【００６４】
第三の処理部１８は、所定の時間、典型的には１ないし４秒に亘る作業機械の速度の低下を計算し、速度における低下の関数として速度低下信号（ＳＰＥＥＤＤＲＯＰ）のような処理された信号を伝送する。作業機械の速度の低下とトルクコンバータおよび変速機の速度信号との間の関係は、作業機械の特性と共に変わるが、当業者に既知の方法により求められてもよい。速度低下信号は、当業者に既知の種々の適当な方法により発生され且つ伝送されてもよい。速度における低下は、上述のＸ方向力をサンプリングするのに用いられたの同じ時間枠、例えば、中型ホイールローダに対しての、作業機械１００による接触の後、０ないし１秒の間に、典型的には確定される。選択的に、第三の処理部１８はまた作業機械の変速機のギア位置の関数であるギア信号を受取ってもよい。変速機のギアリングにおける全ての変化が検出され、作業機械の速度を確定するために適当なファクタが用いられ得る。代わりに、ギア信号が用いられないのなら、第三の処理部１８は、変速機が第一速のような所定のギア位置にあるとみなし、それに従い作業機械の速度を確定する。
【００６５】
一般に、物質が硬ければ硬い程、物質は作業装置による進入に対しより抵抗し、かくて作業機械の速度における低下も大きくなる。従って、速度低下は物質の硬さを示すものである。
【００６６】
一つの実施の形態では、装置１０の第一の処理部１４が、リフトシリンダ位置信号、第一および第二のリフトシリンダ圧力信号、チルトシリンダ位置信号、第一および第二のチルトシリンダ圧力信号を受取る。第一の処理部１４は、リフトシリンダ位置信号、第一および第二のリフトシリンダ圧力信号、チルトシリンダ位置信号、第一および第二のチルトシリンダ圧力信号の関数として、全角度誤差を確定する。
【００６７】
図２は、バケット５２を含むリフトアームアセンブリを有する作業機械の前方部の一実施例である。バケット５２のような作業装置が物質のパイル（不図示）に携わる、すなわち、接触したとき、物質はバケットに、バケットの床または機械のシャシからある角度で力ベクトルＦＶを及ぼす。力ベクトルＦＶの方向および大きさが、基準点Ｐに作用する掘削抵抗を表し、ホイールトルク、リフトシリンダおよびチルトシリンダの圧力および伸びから派生され、同じ点に作用している力ベクトルと等しく且つ逆向きとして取り扱われる。基準点Ｐの位置は、典型的にはバケット５２の下側リップから４インチ（１０．１６ｃｍ）後方と定められるけれども、任意である。実際の力ベクトルＦＶの計算は、リフトアームアセンブリ５０を介してバケット５２に作用している種々の力の基準点Ｐへの移行、およびそれらの成分部への分解を含んでいる。精密な計算は個別の作業機械１００の形態に依存するが、当分野の通常の知識レベル内と思われるので、ここでは説明しない。
【００６８】
所与のバケットおよび作業機械に対し、作業機械が掘削パスにおいて最も効率的であることを許容する理想的な角度が存在する。理想的な角度は実験により求められるか、または、作業装置のある点における全蓄積エネルギー、すなわち、Ｘ方向、Ｙ方向の仕事および回転方向仕事の合計との関係に基づいて計算されてもよい。かかる関係式の一つは次ぎの通りである。
【００６９】
【数１】
θt＝ｍ*Ｅ+ｂ
【００７０】
ここで、θtは理想的な力の角度、ｍおよびｂは実験的に求められ、典型的には、掘削されている物質の状態と共に変わる定数、およびＥは全蓄積エネルギーである。理想的な角度は、物質の状態、例えば、硬さに応じて典型的には変わり、また、作業装置が存する掘削サイクルの部分に依存する。
【００７１】
実際の力の角度と理想的な力の角度との間の差異が角度誤差である。時間に亘る、例えば、１ないし４秒のサンプリング期間に亘る角度誤差の合計が、全角度誤差に等しい。好ましい実施の形態では、全角度誤差は、角度誤差が理想的角度の「より硬い」側に収まるときのみ合計される。典型的には、理想的角度より大きな実際の角度は、物質が予期されているよりも軟らかいことを示し、理想的角度より小さな実際の角度は、物質が予期されているよりも硬いことを示す。全角度誤差および物質の硬さの相関関係は、角度誤差が実際の角度が理想的な角度より小さいときのみ合計され、角度誤差が実際の角度が理想的な角度より大きいときには合計されなければ、より顕著である。
【００７２】
全角度誤差は、作業機械によるパイルへの相当な進入が生じた後のみ、例えば、バケット５２が「引き（ｒａｃｋ）」始めた後に、または、ある機械に対しては、バケットのリフトが休止したときに、典型的には確定される。この時間枠は、作業機械の大きさおよび動力に依存して変わり得るけれども、キャタピラ９８０（登録商標）シリーズのような中型のホイールローダに対して、典型的には、パイルへの接触後、１ないし３秒である。
【００７３】
一般に、物質が硬ければ硬い程、実際の力の角度の理想からのずれは大きい、すなわち、全角度誤差も大きくなる。従って、全角度誤差は物質の硬さを示すものである。物質の硬さについて論じたこのパラメータおよび他のパラメータに対する正確な較正は、個別の作業機械の特性に依存し、当業者に既知の式または実験によって決定され得る。
【００７４】
図１に戻って参照するに、一実施の形態において、第一の処理部１４は全角度誤差を計算し、リフトシリンダ位置信号、第一および第二のリフトシリンダ圧力信号、チルトシリンダ位置信号、第一および第二のチルトシリンダ圧力信号の関数である全角度誤差信号（ＴＯＴＡＬ  ＡＮＧＬＥ  ＥＲＲＯＲ）のような処理された信号を伝送する。全角度誤差信号は当業者に既知の種々な適当な方法により発生され且つ伝送されてもよい。
【００７５】
物質の硬さを確定する装置１０の他の実施の形態では、第一の処理部１４が、リフトシリンダおよびチルトシリンダの位置信号、リフトシリンダ圧力およびチルトシリンダ圧力のような、上述した信号の中の幾つかのみを受取ってもよい。判断は、一般に直前の実施の形態により確定される全角度誤差程には正確ではないが、全角度誤差はこれらの信号だけに基づいて判断され得る。
【００７６】
一つの実施の形態においては、第四の処理部２０が、トルクコンバータ出力速度信号およびリフト力信号の関数としてリフト力対トルク比を確定する。第四の処理部２０は、リフト力信号（ＬＦ）を受取るべく第一の処理部１４に連結されている。第四の処理部２０は、リフト力をトルクで除すことによりリフト力対トルク比を確定し、リフト力対トルク比の関数であるリフト力対トルク比信号（ＬＦ/ＴＱ）のような処理された信号を伝送する。第四の処理部２０は、リフト力対トルク比信号を確定し、そして伝送するために当業者に既知の種々の方法を用いてもよい。リフト力対トルク比は、典型的には、全角度誤差と同じ時間枠、例えば、中型ホイールローダのための、パイルに接触後１ないし３秒の間に計算される。より良い結果のためには、データが約１ないし５秒間サンプリングされ、平均値が計算に用いられる。サンプリングの継続時間は、硬さ信号が用いられている用途、ホイールローダの大きさ、および硬さの指示が、自動化された掘削システムによる掘削パスの間に用いられているか、またはより長いサンプリング時間が可能な掘削パスが完了した後のみに用いられているかに依存する。
【００７７】
上述のように、物質が硬ければ硬い程、パイルに進入するのに必要なトルクは大きくなる。一般に、物質の硬さが増すにつれ、必要なトルクは必要なリフト力よりも大きな割合で増加する。かくて、リフト力対トルク比が低ければ低い程、物質はより硬く、それ故に、リフト力対トルク比は物質の硬さを示す一つである。
【００７８】
一実施の形態では、第五の処理部２２が、チルトシリンダ位置信号およびチルトシリンダコマンド信号の関数として、チルトシリンダ速度対コマンド比を確定する。チルトシリンダコマンド信号は、チルトシリンダ６９の位置を制御するために電子コントローラ７２から油圧システム７４に送られる信号からなる。典型的には、チルトシリンダコマンド信号は、チルトシリンダ６９の位置の所望の変更速度に対応する種々の大きさを有している。例えば、チルトシリンダコマンド信号が５ｍＡの電流からなるとき、チルトシリンダ６９は毎秒３インチ（７．６ｃｍ）の速度で伸び、一方、１０ｍＡの電流は、チルトシリンダ６９に毎秒６インチ（１５．２ｃｍ）の速度での伸びを生じさせる。チルトシリンダ６９の位置の変更速度とチルトシリンダコマンド信号の大きさとの間の他の関係がまた用いられてもよい。
【００７９】
第五の処理部２２は、典型的にはチルトシリンダ位置信号から派生されるチルトシリンダの速度、およびチルトシリンダコマンドの大きさの比の関数としてチルトシリンダ速度対コマンド比を確定し、チルトシリンダ速度対コマンド比信号（ＴＶＥＬ/ＣＯＭ）のような処理された信号を伝送する。チルトシリンダ速度対コマンド比信号は、当業者に既知の種々の適当な方法により発生され伝送されてもよい。チルトシリンダ速度対コマンド比信号は、典型的には、全角度誤差と同じ時間枠、例えば、中型ホイールローダのための、パイルに接触後１ないし３秒の間に計算される。より良い結果のためには、データが約１ないし５秒間サンプリングされ、平均値が計算に用いられ得る。サンプリングの継続時間は、上述のように変わり得る。
【００８０】
一般に、物質が硬ければ硬い程、物質は、チルトシリンダによって制御されるバケットの引き（racking）、すなわち、チルトに対し、より抵抗する。かくて、チルトシリンダ６９は、所与のコマンド信号に対し、硬い物質に対するよりも軟らかい物質において、より高い速度で動き、それ故に、軟らかい物質においては、より高いチルトシリンダ速度対コマンド比を有する。従って、チルトシリンダ速度対コマンド比は物質の硬さを示すものである。
【００８１】
一実施の形態において、第三の処理部１８は、変速機速度およびギア信号の関数として機械速度信号（ＭＡＣＨＩＮＥ  ＳＰＥＥＤ）のような処理された信号を伝送する。第三の処理部１８は、当業者には既知の種々の適当な方法により、変速機速度およびギア信号から作業機械１００の平均速度を確定する。機械速度は当業者には既知の種々の適当な方法により発生され伝送され得る。平均作業機械速度は、典型的には、全角度誤差と同じ時間枠、例えば、中型ホイールローダのための、パイルに接触後１ないし３秒の間に計算される。
【００８２】
一般に、物質が硬ければ硬い程、作業機械は物質のパイルにより緩められ、作業機械の平均速度は、より低下されるであろう。従って、機械速度は物質の硬さを示すものである。
【００８３】
一実施の形態において、第六の処理部２４は、全角度誤差信号、チルトシリンダ速度対コマンド比信号、リフト力対トルク比信号および機械速度信号の関数として第一の組合せ信号（ＣＯＭＢＯ１）のような処理された信号を確定し伝送する。第六の処理部２４は、全角度誤差信号を受取るべく第一の処理部１４と、機械速度信号を受取るべく第三の処理部１８と、リフト力対トルク比信号を受取るべく第四の処理部２０と、およびチルトシリンダ速度対コマンド比信号を受取るべく第五の処理部２２と連結されている。典型的には、第一の組合せ信号（ＣＯＭＢＯ１）は、他の関係が用いられ得るけれども、受取った信号の平均の関数である。全角度誤差信号は一般に物質の硬さと共に増え、一方、他のファクタは全て減るので、全角度誤差信号の符号は、第一の組合せ信号を確定するときには逆にされる必要があるかもしれない。さらに、第一の組合せ信号を形成するファクタの各々の大きさは、典型的に、広範囲に変化する最大値および最小値を有している。従って、各成分の等しい重み付けを許容するためには、各ファクタが正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）、例えば、最大のパーセント基準（ｏｎ  ａ  ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ  ｏｆ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｂａｓｉｓ）でスケール合せされてもよい。
【００８４】
代わりに、全角度誤差信号が正規化され、正規化された値が第一の組合せ信号を確定するのに用いられてもよい。第一の組合せ信号は、当業者には既知の種々の適当な方法により発生され得る。
【００８５】
第一の組合せ信号の成分の各々は、一般に、物質の硬さが増すと減ずるので、第一の組合せ信号もそうである。従って、第一の組合せ信号は物質の硬さを示すものである。
【００８６】
代替の実施の形態で、第六の処理部２４は、組合せ信号を確定するのに、チルトシリンダ速度対コマンド比信号、リフト力対トルク比信号および機械速度信号の中の二つのみを用い得る。
【００８７】
一実施の形態において、第六の処理部２４のような処理部は、Ｘ方向力平均信号、蓄積Ｘ方向エネルギー信号、蓄積トルク信号および速度低下信号の関数として、第二の組合せ信号（ＣＯＭＢＯ２）のような処理された信号を確定し伝送する。第六の処理部２４は、Ｘ方向力平均信号および蓄積Ｘ方向エネルギー信号を受取るべく第一の処理部１４と、蓄積トルク信号を受取るべく第二の処理部１６と、および速度低下信号を受取るべく第三の処理部１８と連結されている。典型的には、第二の組合せ信号（ＣＯＭＢＯ２）は、他の関係が用いられ得るけれども、受取った信号の平均の関数である。さらに、第二の組合せ信号を形成するファクタの各々の大きさは、典型的に、広範囲に変化する最大値および最小値を有している。従って、各成分の等しい重み付けを許容するためには、例えば、各ファクタが正規化、例えば、最大のパーセント基準でスケール合せされてもよい。第二の組合せ信号は、当業者には既知の種々の適当な方法により発生され得る。
【００８８】
第二の組合せ信号の成分の各々は、一般に、物質の硬さが増すと増大するので、第二の組合せ信号もそうである。従って、第二の組合せ信号は物質の硬さを示すものである。
【００８９】
代替の実施の形態で、第六の処理部２４は、組合せ信号を確定するのに上述の五つの信号よりも少ない信号を用い得る。一つの実施の形態では、コントローラ１２が、機械がパイルに所定距離進入するのにどれほどの時間を要したかの関数として、物質の硬さを確定する。典型的には、コントローラ１２はパイル接触の瞬間にカウントし始めるタイマ２５を含んでいる。パイル接触の瞬間は、例えば、トルクコンバータのトルクから確定され得る。典型的には、トルクコンバータのトルクは、作業機械がパイルに向かって加速するにつれ次第に増大し、作業機械が顕著にパイルに携わったとき、例えば、パイルに携わった後直ぐに、所定の閾値を通過する。当業者に既知の接触の瞬間を確定する他の方法が用いられてもよい。
【００９０】
機械により進入された距離は、機械速度信号またはその成分信号から確定され得る。作業機械が所定の距離進入すると、コントローラ１２はパイル接触からの経過時間を見る。経過時間が短い程、物質の硬さは低く、その逆も言える。経過時間に対する硬さの精確なスケール合せは作業機械の特性と共に変わり、実験によって確定されてもよい。
【００９１】
コントローラ１２は、第一の処理部１４、第二の処理部１６、第三の処理部１８、第四の処理部２０、第五の処理部２２および第六の処理部２４の少なくとも一つと連結され、該第一ないし第六の処理部から伝送される適当な信号(一つまたは複数）を受取る。コントローラ１２は受取った信号の関数として物質の硬さを確定する。コントローラ１２は、数式またはルックアップテーブルのような当業者には既知の種々の方法を通じて、物質の硬さを確定する。コントローラ１２は、作業機械の作動特性を調節するために、当業者には既知の種種の方法で作業機械によって用いられ得る物質の硬さの関数としての出力信号を伝送する。
【００９２】
重要なことには、パラメータの読み取り、物質の硬さの確定および出力信号の伝送の全てが、単一の掘削パス内に生ずることである。これは、作業機械がその作動特性をリアルタイムで調節することを許容し、そして、現在の掘削パスの物質の硬さとは異なるかもしれない以前の掘削パスにおいて確定された物質の硬さに依存する必要をなくす。
【００９３】
上述のパラメータの幾つかは、時間に亘るパラメータの合計を用いるが、時間における瞬間のパラメータもまた物質の硬さを示すものとして用いられ得る。しかしながら、この実施の形態は、一般に、物質のパイルの特性における一つの位置から次ぎまでの潜在的変化の故、並びに、パイルへの接触の瞬間に起こるパラメータでの棘波の故に、合計する方法よりも正確さは劣る。後者の状況では、時間の瞬間における読取りが、掘削パスの残りの間における読取りから劇的に変わり、全体的に不正確な硬さ確定に帰する。
【００９４】
図３は、自動掘削システムおよび物質の硬さを確定する装置１０を有するホイールローダ１００の一実施の形態の側面およびブロック図である。ホイールローダ１００は、バケット５２を有するリフトアームアセンブリ５０、リフトアームアセンブリ５０と連結されたシャシ５４、シャシ５４と連結されたエンジン５６、エンジンに連結されトルクコンバータ６０、変速機６２、駆動軸およびホイール６６を含む推進システム５８、リフトアームアセンブリ５０およびシャシ５４に連結されたリフト油圧シリンダ６８、リフトアームアセンブリ５０およびシャシ５４に連結されたチルト油圧シリンダ６９、エンジン５６、推進システム５８およびリフトシリンダ６８、チルトシリンダ６９に連結された圧力、位置および回転速度センサのような複数のセンサ７０、複数のセンサ７０に連結された装置１０、装置１０に連結された自動掘削コントローラ７２、自動掘削コントローラ７２に連結された油圧システムコントローラ７３、油圧システムコントローラ７３およびリフトシリンダ６８、チルトシリンダ６９に連結された油圧システム７４を含んでいる。
【００９５】
センサ７０は、リフトシリンダ６８およびチルトシリンダ６９の位置および圧力、エンジン速度、トルクコンバータ６０の出力速度、変速機速度、変速機のギア位置のような種々のパラメータをモニターする。センサ７０の各々は、パラメータの検出に応じて検出されたパラメータの関数である信号を伝送する。
【００９６】
装置１０は、伝送された信号の各々を受取るべくセンサ７０に連結されている。装置１０は上述のように機能する。簡潔性のために繰返さない。
【００９７】
自動掘削コントローラ７２は、出力信号を受取るべく装置１０に連結され、上述したパラメータのような作業機械の適当な種々の作動パラメータを調節する。自動掘削コントローラ７２は、油圧システムコントローラ７３にチルトシリンダコマンド信号または偏倚信号を送ることのような、当業者に既知の種々の適当な方法により、作動パラメータを調節し得る。油圧システムコントローラ７３は、チルトシリンダコマンド信号または偏倚信号を受取り、当業者に既知の方法で、チルトシリンダコマンド信号または偏倚信号に応じてチルトシリンダ６９を作動させる。
【００９８】
一つの実施の形態では、自動掘削コントローラ７２は、より大きな掘削効率を達成するために、装置１０からの出力信号の関数としての作動特性を変える。例えば、出力信号が比較的低い物質硬さを示しているなら、自動掘削コントローラ７２は当業者には既知の適当な信号を油圧システムコントローラ７３に送り、油圧システムコントローラ７３がバケットの引きの速度およびバケットがリフトされる速度の増大を生じさせるようにする。この速度の増大は、軟らかい物質は硬い物質に比べバケット５２をより短い時間で満たすことに反映する。従って、これらの速度を増大することにより、掘削パスが短時間で完了される。パイルへの進入の完了を示すリフト力のような他の作動特性もまた、作業されている物質の状態、すなわち、硬さに対応して調節されてもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、掘削対象の物質の硬さを掘削パスの間に確定することができるので、物質の硬さに応じて掘削作動特性を変更し、掘削効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動掘削システムと共に用いられ、作業機械の作業装置が携わる物質の掘削困難性のレベルを示す状態を確定する装置のブロック図である。
【図２】バケットを含むリフトアームアセンブリを有する作業機械の前方部の一実施例である。
【図３】自動掘削システム、および図１の物質の掘削困難性のレベルを示す状態を確定する装置を有するホイールローダの一実施例の側面およびブロック図である。
【符号の説明】
１０    装置
１２    コントローラ
１４    第一の制御部
１６    第二の制御部
１８    第三の制御部
２０    第四の制御部
２２    第五の制御部
２４    第六の制御部
２５    タイマ
５０    リフトアームアセンブリ
５２    バケット
５４    シャシ
５６    エンジン
５８    推進システム
６０    トルクコンバータ
６２    変速機
６６    ホイール
６８    リフトシリンダ
６９    チルトシリンダ
７０    センサ
７２    自動掘削コントローラ
７３    油圧システムコントローラ
７４    油圧システム
１００    作業機械
【図１】
0004676047.tif 000002
【図２】
0004676047.tif 000003
【図３】
0004676047.tif 000004