(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームを有する土工機械の作業具のティルト角制御システムにおいて、
作業具に接続された第１および第２の流体作動式リフトシリンダと、
前記作業具に接続された第１および第２の流体作動式ティルトシリンダと、を備え、前記作業具が、前記リフトおよびティルトシリンダの少なくとも１方の動作に応じてフレームに対し可動になっており、
加圧作動流体を前記リフトおよびティルトシリンダに送るようになっている油圧制御バルブと、
複数の位置にピボット運動可能であり、その位置に応答して作業具ティルトコマンド信号を発信する制御レバーと、
前記作業具ティルトコマンド信号を受信し、これに応答して、作業具ティルト制御信号を前記油圧バルブに送信し、加圧流体の流れによって前記リフトおよびティルトシリンダの少なくとも１方が作動して前記作業具を傾けるようにするコントローラと、
前記第１のリフトシリンダの伸びを表す第１の位置信号を発信するようになっている第１の変位センサーと、
前記第２のリフトシリンダの伸びを表す第２の位置信号を発信するようになっている第２の変位センサーと、
が設けられており、
前記コントローラは、前記第１および第２の位置信号を受信し、前記第１および第２のリフトシリンダの相対的な伸長位置の値を求め、前記第１および第２のリフトシリンダの相対的な伸長位置の値に基づいて前記作業具のティルト角を計算し、計算されたティルト角を、作業具又は土工機械のいずれにも損傷を与えることなく該作業具をティルトさせることができる最大角として定められる最大許容ティルト角と比較し、計算されたティルト角が前記最大許容ティルト角と実質的に等しくなったとき前記作業具ティルト制御信号の送信を停止するように構成されたことを特徴とするティルト角制御システム。
【請求項２】
前記第１および第２の変位センサーのそれぞれは、前記第１および第２のリフトシリンダの各々に接続されている強磁性装置を含むことを特徴とする請求項１に記載のティルト角制御システム。
【請求項３】
加圧作動流体をリフトおよびティルトシリンダに送るようになっている油圧制御バルブと作業具とに接続された第１および第２の流体作動式リフトおよびティルトシリンダを有する土工機械の作業具のためのティルト角制御方法において、
制御レバーの位置に応答して作業具ティルトコマンド信号を発信し、
該作業具ティルトコマンド信号を受信し、これに応答して作業具ティルト制御信号を前記油圧バルブに送信して、加圧流体の流れによって前記リフトおよびティルトシリンダの少なくとも一方が作動して前記作業具を傾斜させ、
前記第１のリフトシリンダの伸びを表す第１の位置信号を発信し、
前記第２のリフトシリンダの伸びを表す第２の位置信号を発信し、
前記第１および第２の位置信号を受信し、前記第１および第２のリフトシリンダ間の相対的な位置を表す値を求め、この値を、作業具又は土工機械のいずれにも損傷を与えることなく該作業具をティルトさせることができる最大角として定められる最大許容値と比較し、前記相対的な位置の値が前記最大許容値に実質的に等しくなったとき前記作業具ティルト制御信号の送信を停止する、
段階からなるティルト角制御方法。
【請求項４】
前記相対的な位置を表す値が前記最大許容値に対して所定範囲に近づいたとき、前記作業具のティルト制御信号を減少させる段階を含むことを特徴とする請求項３に記載のティルト角制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ブルドーザブレードの制御システムに関する。より詳細には、本発明は、ブルドーザブレードの傾斜角を制限するための制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブルドーザのブレードの位置を制御するためのシステムが、数十年の間利用されてきた。一般的に、制御システムにより、車両のオペレータは流体作動式システムを用いてブレードを持ち上げること、傾斜させること、および先端を傾けることを制御できる。このようなシステムは、手で制御される（手と目がうまく調和して働くことを必要とする）ために、ブレードの位置決めの正確さと一致性がオペレータにより異なり、時間により異なる。相当の試行錯誤が最も熟練したオペレータにすら必要とされるので、作動の有効性と正確さの双方が失われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
切り込みにおける所望の勾配を得るために必要とされる角度にブレードを傾けることは、最も熟練したオペレータにすら困難である。ブレードを傾斜させることによって、ブルドーザのプッシュアームがブルドーザの履帯と衝突するという状況がある。このような衝突はプッシュアームと履帯の双方に大きな損傷を与える原因となることがある。この衝突を防ぐために、機械のオペレータは、オペレータ室から降りて、ブレードのティルト角が“危険ゾーン”ではないかどうかを判定するためにプッシュアームとトラックとの間の距離を目で点検しなければならない。しかしながら、オペレータは、このような点検に相当の時間がとられオペレータの作業生産性に好ましくない影響を及ぼす。
【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】
本発明の１態様において、土工機械の作業具に関するティルト角制御システムを開示する。流体作動式リフトおよびティルトシリンダが作業具に接続されている。油圧制御バルブが、加圧作動流体をリフトおよびティルトシリンダに給送する。制御レバーが、該制御レバーの位置に応じて作業具ティルトコマンド信号を発する。コントローラが作業具ティルトコマンド信号を受信し、これに応じて作業具ティルト制御信号を油圧バルブに送信し、加圧流体の流れによって、リフトおよびティルトシリンダの少なくも１つが作動し作業具が傾むくようにする。第１および第２の変位センサーが、各リフトシリンダの伸びを表す第１および第２の位置信号を発する。コントローラが、第１および第２の位置信号を受取り、第１および第２のリフトシリンダの相対的な位置間の差の大きさを求め、該差の大きさと差についての最大値とを比較し、該差の大きさが差についての最大値にほぼ等しいことに応じて作業具ティルト制御信号の送信を停止する。
【０００６】
【実施例】
本発明の以下の詳細な記載は、履帯式トラクタすなわちブルドーザのような土工機械に関し好ましく使用される好ましい実施例の１適用について記載する。
ブルドーザ１０は、フレーム１４、該フレーム１４に接続された車台１６、内燃機関のような原動機１８とを有する。原動機１８は従来の公知の手段で、車台１６の無限履帯２０に駆動的に接続されている。原動機は履帯２０を回転させ、機械１０が地面上を進行するようにする。
第１および第２の離れているプッシュアーム２２、２４が、従来の手段で作業具１２とフレーム１４との両端部にそれぞれピボット運動可能に接続されている。各プッシュアームは、ほぼ同じ長さであり、オペレータステーション１５から見ると機械の前端部を横切って作業具を保持するようになっている。
【０００７】
第１および第２の間隔のあいた流体作動式伸長可能なティルトシリンダ２８、３０が、作業具１２をベース位置から第１および第２の方向にフレーム１４に対し傾むけるために設けられている。ベース位置は、機械１０がほぼ平坦な水平面に支持されるときの、作業具のほぼ水平な位置として定義される。第１および第２のティルトシリンダ２８、３０のいずれかのロッド端部３２、３４をヘッド端部部分３６、３８に対し伸ばしたり、引き込ませることによって作業部１２が傾くことになる。本構成において、地面をならすときの勾配が、図３に示すように水平面に対する作業具のティルト角θを制御することによって制御される。オペレータステーション１５から見られるときのティルト角θは、作業具１２の左右のコーナのいずれかを相対的に下降させるときに生じる。
【０００８】
第１および第２の間隔のあいた流体作動式リフトシリンダ４０、４２が、フレーム１４に対し作業具を上方に動かすために設けられている。第１および第２のリフトシリンダ４０、４２のいずれかのロッド端部分４８、５０をヘッド端部分４４、４６に対し伸ばしたり引込ませることによって、作業具１２をフレーム１４に対し上昇動作させることになる（第１および第２のプッシュアーム２２、２４のピボット運動接続で）。
図２を参照すると、本発明に関連する作業具制御システム２００のブロック線図が示されている。制御システム２００は、作業具１２の自動および手動制御の双方を行なう。好ましくは、作業具制御システムは、マイクロプロセッサがベースのコントローラ２０５を含む。コントローラ２０５は、複数の入力を検出し、これに応答して出力信号を作り出し、制御システムの様々な油圧アクチュエータまたはシリンダに送信される。
【０００９】
流体作動式制御システム２５０は、リフトおよびティルトシリンダへの作動流体の流れを制御する油圧制御バルブ２５５、２６０を含む。
制御レバー２４５は、オペレータが作業具１２の動作を手で制御するように設けられている。好ましくは、制御レバー２４５は、複数の異なる位置に対しピボット運動可能であるジョイスティックを含む。ジョイスティックは、該ジョイスティックのピボット運動可能位置に応じて、ティルトコマンド信号をコントローラ２０５に送信する。ティルトコマンド信号を受信することに応答して、コントローラ２０５がティルト制御信号を発し、商業的に入手可能な適切な種類のドライバ回路に送信され、油圧制御バルブ２５５、２６０を作動させて作業具を所望のティルト角に位置決めする。従って、オペレータがジョイスティックを位置決めすることによって作業具１２の左右の傾斜を制御できる。
【００１０】
作業具１２の傾斜を手で制御することに加え、作業具の傾斜に関する半自動的な制御が以下に記載するように設けられている。
位置検出手段２１５が、作業具１２の位置に応じて位置信号を発信する。より詳細には、位置検出手段２１５は、第１および第２のリフトシリンダ４０、４２のシリンダの伸び量を検出し、これに応じ、各リフトシリンダ４０、４２の各シリンダの伸び、すなわち位置に応答して第１および第２位置信号をそれぞれ発信する。変位センサー２２０、２２５のそれぞれは、本分野においてよく知られている種類の強磁性センサーを含むのが好ましい。強磁性センサーは、パルス幅変調（ＰＷＭ）位置信号を発生させる電磁位置応答装置である。本明細書において開示されている特定の用途において、変位センサー２２０によって発生したＰＷＭ位置信号はリフトシリンダ４０、４２の相対的な位置に比例する。例えば、線形可変差動変圧器、ヨーヨータイプのエンコーダ、ポテンシオメータ、またはリゾルバおよびＲＦ信号ジェネレータのような別の公知の装置が強磁性センサーの代わりに適しており、本発明の範囲内にある。
【００１１】
ＰＷＭ位置信号は、次の処理のために、ＰＷＭ位置信号をディジタル信号に変換する信号調整回路２３０を介しコントローラに送信される。このような信号調整回路は本分野において公知である。信号調整回路２３０は、コントーラ２０５の一部であってもよく、ソフトウェアで実行される。
コントローラ２０５は、予めプログラムされたインストラクションと、インストラクション、情報および処理された情報を記録するためのメモリに従って位置信号を処理するのに適するものであれば、いかなるプロセッサを含んでいてもよい。コントローラ２０５は、第１および第２の位置信号に基づいて、第１および第２のリフトシリンダ４０、４２の間の相対的な位置間の差の大きさを求める。次いで、プッシュアームが履帯に当たることなく作業具が左右のいずれかに傾斜できる最大角θL を表す差についての最大値ＭＡＸと差Ｄを比較する。
【００１２】
差Ｄは以下のように計算される。
Ｄ＝Ｔ1 −Ｔ2 
ここで、Ｔ1 は、第１のリフトシリンダ４０の伸びの大きさである。
Ｔ2 は、第２のリフトシリンダ４２の伸びの大きさである。
差の値Ｄから、作業具ティルト角θT は以下のように計算される。
θT ＝アークタンジェントＤ／ＤＩＳ
ここでＤＩＳは、第１および第２のリフトシリンダ４０、４２との間の距離である。
次いで、コントローラ２０５は、差Ｄと差についての最大値ＭＡＸとを比較する（すなわち作業具ティルト角θT とティルト限界角θL を比較する）。差の値Ｄが所定の範囲の差についての最大値ＭＡＸに近づくと（すなわち、作業具ティルト角θT が所定の範囲のティルト限界値θL に近づくと）、コントローラ２０５は、大きさを減少させた状態でティルト制御信号を作り出し、作業具の傾斜速度を制限するようになっている。差Ｄが差についての最大値ＭＡＸに達すると（すなわち作業具のティルト角θT がティルト限界角θL に達すると）、コントローラ２０５がティルト制御信号の発信を停止することによって傾斜機能を停止する。
【００１３】
このように、本発明は、上述の好ましい実施例を参照して詳細に図示し記載してきたが、本分野の当業者であれば、様々な別の実施例も本発明の精神と範囲から逸脱することなく考えられることがわかる。
図面を参照して、作動中に、オペレータは、上述したように制御レバー２４５によって作業具の傾斜を手で制御してもよい。さらに、本発明はティルト角の限界まで作業具のティルト角を制限することによって半自動的に制御することを提供する。従って、プッシュアーム２４が履帯と衝突せず、実質的な損傷を機械に与えるということを危惧することなく、オペレータは作業具を自由に傾斜させることができる。
本発明の別の態様、目的および利点が図面、発明の開示および請求の範囲を検討することによって得ることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】可動に取り付けられている作業具を有する土工機械の概略的側面図である。
【図２】本発明の制御システムの１実施例を表す概略図である。
【図３】水平基準平面に対する作業具の概略的前平面図である。
【符号】
１０  ブルドーザ
１２  作業具
１４  フレーム
１６  車台
１８  原動機
２０  履帯
２２、２４  プッシュアーム
３０  オペレータステーション
２８、３０  ティルトシリンダ
３２、３４  ティルトシリンダのロッド端部
３６、３８  ティルトシリンダのヘッド端部
４０、４２  リフトシリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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