(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業用具を有する機械のエンジンを含むパワートレインに関連したトルクを制御するための装置であって、
前記作業用具に対応した位置を検出し、これに応答して各位置信号を作り出す複数の位置センサーと、
前記エンジンの速度を検出し、これに応答して実エンジン速度信号を作り出すエンジン速度センサーと、
該エンジンの目標速度を表す信号を作るための手段と、
前記位置信号を受信し、前記作業用具の位置を求め、実エンジン速度信号および前記目標エンジン速度信号を受信し、前記目標エンジン速度を前記作業用具の前記位置に応答して修正し、前記エンジンの速度を前記修正された目標エンジン速度に調整して、前記パワートレイントルクを制御するコントローラと、
からなる装置。
【請求項２】
作業用具を有する機械のエンジンを含むパワートレインに関連したトルクを制御するための装置であって、
前記作業用具に対応した位置を検出し、これに応答して各位置信号を作り出す複数の位置センサーと、
前記エンジンの速度を検出し、これに応答して実エンジン速度信号を作り出すエンジン速度センサーと、
該エンジンの目標速度を表す信号を表す信号を作るための手段と、
前記作業用具に関連した複数の位置に対応する複数のスケール値を記録するソフトウェアルックアップ表と、
前記位置信号を受信し、前記作業用具の位置を求め、前記実エンジン速度信号と前記目標エンジン速度信号を受信し、前記少なくとも一つの用具が掘削位置にあり、前記用具が資材獲得しているかどうかを判断し、前記作業用具の前記位置に応答して前記スケール値を選択し、該スケール値に前記目標エンジン速度信号を乗算して修正された目標エンジン速度信号を形成し、前記修正された目標エンジン速度信号に基いて前記エンジンの前記速度を調整するコントローラと、
からなる装置。
【請求項３】
作業用具を有する機械のエンジンを含むパワートレインに関連したトルクを制御するための方法であって、
前記作業用具に関連した位置を検出し、これに応答して位置信号を作り出し、
前記エンジンの速度を検出し、これに応答して実エンジン速度信号を作り出し、
前記エンジンの目標速度を表す目標エンジン速度信号を作り出し、
前記位置信号を受信し、前記作業用具の位置を求め、前記実エンジン速度信号及び前記目標エンジン速度信号を受信し、前記作業用具の前記位置に応じて前記目標エンジン速度信号を修正して修正した目標エンジン速度信号を形成し、前記エンジン速度を前記修正された目標エンジン速度に修正して、前記パワートレイントルクを制御する、
段階からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に機械作業サイクルを高めるように機械を制御して作動させることに関する。より詳細には、本発明は、機械が資材を捕らえている間、機械のエンジン速度を制御することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローダ等の作業機械が、大量の資材を動かすのに使用される。これらの機械は主にバケットリンケージからなる作業用具を有する。作業バケットリンケージは少なくとも一つの油圧シリンダによって制御的に作動される。オペレータは一般的に、バケットに積載するのに連続した別箇の機能を実行するように作業用具を取り扱う。
典型的作業サイクルにおいて、オペレータは、まず堆積された資材にバケットリンケージを配置し、バケットが地面に近づくまでバケットを下降させる。次いで、オペレータは、バケットをその堆積物に係合するように向ける。引き続き、オペレータは、バケットを堆積物中を通って上昇させ、次にオペレータはバケットを引張る、すなわちバケットを傾けて資材を捕らえる。最後に、オペレータは捕らえた積載物を特定の積み下ろし場所に降ろす。作業用具は堆積物に戻され作業サイクルを再び開始する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
土壌移動産業では作業サイクルの生産性を高めることがますます望まれるようになってきている。機械の高リムプルレーティングが、作業サイクルの生産性を一般的に高めることがわかったが（リムプルでは、機械が作り出すことのできる牽引力として知られている）、大きなリムプルを作り出す機械は作業サイクルの所定の部分に悪影響を及ぼすことがわかった。例えば、作業機械サイクルの掘削中に、機械のリムプルは、作業用具のリフト力に対向し、資材積載物を持ち上げる機械の能力に悪影響を及ぼすことがわかった。本発明は、作業サイクルの掘削部分中に、高リムプルを作り出すことに伴う問題を解決するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の1態様において、機械のパワートレインにかかるトルクを制御する装置を開示する。複数の位置センサーが作業用具に伴う位置を検出し、これに応答して各位置信号を作り出す。コントローラが、作業用具の角度位置に応答して所望のエンジン速度を修正し、エンジン速度を修正された所望のエンジン速度に調整し、パワートレイントルクを制御する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、ホイールローダのような土壌作業機械の駆動列トルクを制御し、機械作業サイクルの生産性を高める高めることに関する。図1は、バケット108の形態のぺーロードキャリヤを含む作業用具102を有するホイール式ローダ機械104の前方部分100を表す。本発明は、ホイール式ローダ機械に関連して記載しているが、本発明は、履帯式ローダ、油圧掘削機、および同様の積載用具を有する機械のように多くの土壌作業機械にも適用できる。バケット108はリフトアーム組立体すなわちブーム110に接続されており、機械フレームに取付けられたブームピボットピン112（ピンA）の周りを2つの油圧リフトアクチュエータ即ちシリンダ106（1つだけを図示する）によって持ち上げられる。バケット108はティルトピボットピン116（ピンB）の周りをバケットティルトアクチュエータ即ちシリンダ114によって傾けられる。ブームリンク118はピン120（ピンE）を介しティルトシリンダ114に、ピン122（ピンF）を介しブームに取付けられる。
【０００６】
ホイールローダに関連するパワートレイン202が図2に図示されている。パワートレイン202は油圧動力式トルクコンバータ208に接続されたシャフト206を有するエンジン204を含む。例えば、エンジン204はエンジンに給送される燃料量を制御するのに使用される複数のソレノイド作動式燃料噴射器を含んでいればよい。トルクコンバータ208は回転するハウジング212、インペラーエレメント214、反応エレメント216および中央に配置された出力軸220に接続されているタービンエレメント218とを含む。出力軸220は多速度トランスミッション222に対し入力を行う。トランスミッションの出力は、1組の駆動ホイール239を駆動する車軸225に回転可能に接続された駆動軸223を回転させる。
【０００７】
パワートレイン202は、回転ハウジングをインペラエレメントに制御して結合するための、ディスク式入力クラッチ、即ちエンジン204とトルクコンバータ208との間に配置されたインペラクラッチ224、およびタービンエレメントと直接機械的接続のための出力軸とに回転ハウジングを選択的に結合し、トルクコンバータを効率的にバイパスするためのディスク式ロックアップクラッチ226と、を含む。油圧動的インペラクラッチバルブ228はインペラクラッチを作動させるように流体流れを与え、電気油圧ロックアップクラッチバルブ230は、ロックアップクラッチを作動させるために流体流れを与える。一定または可変容積ポンプ231が加圧流体をクラッチ228、230に給送する。
【０００８】
電子コントローラ232がパワートレインの作動を制御するように設けられている。電子コントローラ232はマイクロプロセッサを含むことが好ましい。マイクロプロセッサとは、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、プログラム可能な集積回路等を含むことを意味する。電子コントローラは入力信号を複数のセンサーから変換するための十分な電子回路を含み、いくつかのコンピュータベースの信号を作り、燃料噴射器210、インペラークラッチ224、およびロックアップクラッチ226を作動させるための複数のソレノイドを駆動させるのに十分な動力で出力信号を発する。マイクロプロセッサは予め選択された複数の論理規則でプログラムされており、1か、2以上の入力信号を受信することに応答して、１か、２以上の出力信号を作り出す。
【０００９】
コントローラはパワートレインの作動に関連していくつかの信号を受信すればよい。エンジン速度センサー234はフライホイールの回転すなわちカムシャフトに取付けられたギアに応答するエンジン速度信号を作り出す。トルクコンバータ速度センサー236は回転速度およびトルクコンバータ出力軸の方向に応答するトルクコンバータ速度信号を作り出す。
スロットル制御240がエンジン204の所望の速度を表すのに含まれている。スロットル制御240はオペレータによって手で選択可能であり、所望のエンジン速度を表す所望のエンジン速度信号を作り出す。コントローラは、燃料噴射器を選択的に作動させるためのエンジン速度制御信号を作り出し、所望のエンジン速度信号に応答してエンジン速度を調整する。
【００１０】
電子コントローラ232は、作業用具100の位置を測定する位置センサー246によって作られた位置信号を受信する。例えば位置センサー246は、リフトおよびティルト油圧シリンダそれぞれにおけるシリンダの伸び量を検出する変位センサーを含む。作業用具100の位置は、作業用具ジョイント角測定値から導いてもよい。従って、作業用具位置信号を作り出す別の装置は、回転ポテンシオメータのような回転角センサーを含んでおり、例えば、リフトアームピボットピンの一方の回転を測定し、リフトアーム組立体またはリフトシリンダの伸張の幾何形状を得ることができる。作業用具の位置は、油圧シリンダ伸張測定値か、または三角法によるジョイント角のいずれかから計算されればよい。
電子コントローラ232は、作業用具100にかけられた力を測定する圧力センサー244によって作られた圧力信号を受信してもよい。圧力センサーはリフトおよびティルト油圧シリンダにおいて油圧を検出し、各油圧シリンダの圧力に応答して信号を発する。例えば、シリンダ圧センサーは、リフトおよびティルト油圧シリンダヘッドおよびロッド端部圧のそれぞれを検出するようになっていればよい。圧力センサーは、加圧された流体を油圧シリンダに送る可変容積ポンプの圧力を同じく検出するようになっていればよい。
【００１１】
電子コントローラは上述に記載の１か、2以上の信号を受信し、エンジン制御速度信号を作り出し、エンジン速度を制御する。本発明は、機械が資材を掘削または捕らえる状態を判断することに応答して所望のエンジン速度を修正する。所望のエンジン速度を修正することによって、ひいては実際のエンジン速度を制御することによって、本発明は、パワートレイントルク即ちリムプルを制御し、最適なリフト力を与え、バケットが堆積物を通り、資材を捕らえることができるようになっている。
【００１２】
図3のブロック線図を参照すると、本発明に関連するリムプル制御300が図示されている。コントローラ232は、所望のエンジン速度を表す信号を受信する。所望のエンジン速度は、スロットル位置の関数として求められるような手段、トルクコンバータ速度比の関数として求められるような手段、またはパワートレイン作動の別の態様の関数として求められるような手段によって求められる。所望のエンジン速度信号がさらにコントローラのソフトウェアに存在する所定の値であればよい。従って、所望のエンジン速度信号が様々な手段によって作り出されたり、発生する。
【００１３】
所望のエンジン速度が知られると、コントローラは作業用具の位置を求め、用具の位置に基いて所望のエンジン速度を修正する。ブロック305を参照すると、コントローラが用具位置信号を受信し、掘削状態を表す用具位置に応答して所望のエンジン速度信号を測定する。
例えば、図１を参照すると、コントローラは用具位置信号を受信し、水平線に対するピンA,Bを通る仮定線の角度を求める。ピンA,Bを通る水平基準線に対する角度（AB）がゼロに等しいか、それ以下の場合には、用具は掘削位置にあるとされる。従って、角度ABはブーム110のリフト角または作業用具102のリフト角を表す。コントローラが2つの線の交差角をさらに求め、1つの線はEとFを通過し、他方の線がピンFとBを通過している（角度EFB）。角度EFBは、積み下ろし位置からラック位置の範囲のバケット108のピボットすなわち傾斜角を表す。従って、本発明は、所望のエンジン速度を修正し、（1）ブーム110が掘削位置にあるときおよび（2）バケット108が資材を捕らえ、戻されるときに、機械リンプルを減少させるようにする。
【００１４】
好ましい実施例において、ルックアップ表が、角度ABに関連する複数の値と、角度EFBに関連する複数の値に対応する複数のスケール値を記録するのに使用される。ルックアップ表が経験的データに基づいた値により形成される。角度情報に基づいてコントローラがスケール値を選択し、スケール値を所望のエンジン速度で乗算し、実際のエンジン速度ひいては機械のリムプルを減少させる。コントローラは、修正された所望のエンジン速度に応じてエンジンの速度を調整する。スケール値は1.00から0.90の値である。例えば、1未満の値はゼロ度未満のAB角と48°から155°のEFB角に相当する。マップの実際の値は所望の性能に従って変わってもよい。例えば、所定の掘削位置状態で、バケットが大きなアタック角を有し、リフト角がほぼゼロ未満である場合には、土壌を貫通するのに最大の機械リムプルを利用することが好まれる。本分野の当業者であれば、用具の角度位置に基いてスケール値を作り出すために、ルックアップ表を経験式に置き換えることができる。
【００１５】
本発明の別の実施例が図4のブロック線図に図示されている。図4に図示した実施例は、トルクコンバータ速度比と用具ポンプ圧とに基き、所望のエンジン速度を求めるための方法を示している。コントローラはトルクコンバータ速度信号とエンジン速度信号とを受信し、公知の手段でトルクコンバータ速度比を計算する。コントローラ232は、これに加え、圧力信号を受信し、トルクコンバータ速度比に基いて、所望のエンジン速度を判断する。
より詳細には、コントローラは作業用具に必要とされる油圧流体圧を求める。コントローラは油圧シリンダに関連する流体圧を表す信号を受信し、要求された用具圧を求める。例えば、要求された用具圧は、油圧シリンダまたは油圧ポンプ圧に関連する流体圧の大きい方に等しくなるよう設定されていればよい。本明細書においてコントローラは要求された用具圧に基いて所望のエンジン速度を求める。従って、上述した実施例において、所望のエンジン速度は実際のエンジン速度および用具圧に基いて最大パワートレイントルクに相当する。
【００１６】
例えば、ブロック405に図示されているようにソフトウェアルックアップ表が、複数のトルクコンバータ速度比値と用具圧値に相当する複数の所望のエンジン速度値を記録するのに使用される。コントローラは、トルクコンバータ速度比と用具圧に応答して所望のエンジン速度値を選択する。ルックアップ表に含まれた値は、経験的データ、数学的式、またはこれらとは別の手段に基いていればよい。さらに所望のエンジン速度は、経験的式に応答して求められればよい。
所望のエンジン速度が求められると、コントローラは上述したような所望のエンジン速度を修正する。
【００１７】
本発明は、掘削サイクルの所定部分に応答して、リムプルを減少させるように所望のエンジン速度を修正するので有効である。所定の用具位置において、リフト力は、リムプルが大きすぎることによって思わしくない状態でオフセットするために、作業用具がバケットを大量の硬質になった資材を通して持ち上げることができるリフト力の大きさを減少させることになってしまう。エンジン速度を最適化することによって、リムプル力は所望のリフト力を達成するように最適化されるようになる。
本発明の別の態様、目的および利点は図面、発明の開示および請求の範囲から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ローダ機械またはホイール式ローダの前方部分の側面図である。
【図２】  ホイールローダのパワートレインのブロック線図である。
【図３】  ホイールローダの電子制御システムの1実施例のブロック線図である。
【図４】  ホイールローダの電子制御システムの別の実施例のブロック線図である。
【符号】
１００  前方部分
１０２  作業用具
１０４  ホイール式ローダ機械
１０６  シリンダ
１０８  バケット
１１０  ブーム
１１２、１１６  ピボットピン
１１４  バケットティルトアクチュエータ
１１８  ブームリンク
２０２  パワートレイン
２０４  エンジン
２０６  シャフト
２０８  トルクコンバータ
２１４  インペラエレメント
２１６  タービンエレメント
２３０  ロックアップクラッチバルブ
２３２  電子コントローラ
２３６  トルクコンバータ速度センサー
２４０  スロットル制御
【図１】
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【図２】
0004515591.tif 000003
【図３】
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【図４】
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