(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転操作に係る運転操作パラメータを計測する複数の計測手段と、
前記複数の計測手段により計測された前記運転操作パラメータを用いて燃費に影響している計算値を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記計算値が所定の閾値を越えたか否かを判定する計算値判定手段と、
前記計算値判定手段により前記計算値が所定の閾値を越えたと判定された場合、当該計算値に係る操作の改善を促す案内を報知手段に出力する出力手段と、
前記計算値判定手段により所定の閾値を越えたと判定された前記計算値が複数ある場合、最も燃費の悪化に影響している計算値を選出する優先順位決定手段とを備え、
前記出力手段は、前記計算値判定手段により所定の閾値を越えたと判定された前記計算値が複数ある場合、前記優先順位決定手段により選出された最も燃費の悪化に影響している計算値から特定される操作の改善を促す案内を前記報知手段に出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記優先順位決定手段は、各計算値から前記閾値を引いた値を当該計算値で除算することによって各計算値と前記閾値との差の当該計算値における割合を算出し、
前記割合が最も高くなる前記計算値を前記最も燃費の悪化に影響している計算値として算出する
ことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホイールローダ等の作業機械において、作業中に逐一燃費を計測し、計算値が目標値を上回った場合にはその旨を表示パネルに表示することによりオペレータに省燃費運転を促すものが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５―９８９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ホイールローダ等の作業機械では、運転の仕方により大きく燃費が変動するため、このように燃費が目標値を上回った旨を表示するだけでは、どのような操作が燃費を悪くさせているのかがオペレータには分からない。そのため、このような作業機械では、オペレータが十分には省燃費運転を行うことができないという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、どの操作が燃費を悪化させているのかをオペレータに認識させることができ、容易に省燃費運転を行うことができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る作業機械は、運転操作に係る運転操作パラメータを計測する複数の計測手段と、前記複数の計測手段により計測された前記運転操作パラメータを用いて燃費に影響している計算値を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記計算値が所定の閾値を越えたか否かを判定する計算値判定手段と、前記計算値判定手段により前記計算値が所定の閾値を越えたと判定された場合、当該計算値に係る操作の改善を促す案内を報知手段に出力する出力手段と、前記計算値判定手段により所定の閾値を越えたと判定された前記計算値が複数ある場合、最も燃費の悪化に影響している計算値を選出する優先順位決定手段とを備え、前記出力手段は、前記計算値判定手段により所定の閾値を越えたと判定された前記計算値が複数ある場合、前記優先順位決定手段により選出された最も燃費の悪化に影響している計算値から特定される操作の改善を促す案内を前記報知手段に出力することを特徴とする。
なお、計算値判定手段は、値が高いほうがいいとされる例えばアクセルワーク率などの計算値においては、当該計算値が閾値を下に超えた場合に、「計算値が所定の閾値を超えた」と判定する。
【０００７】
本発明の請求項２に係る作業機械は、請求項１に記載の作業機械において、前記優先順位決定手段は、各計算値から前記閾値を引いた値を当該計算値で除算することによって各計算値と前記閾値との差の当該計算値における割合を算出し、前記割合が最も高くなる前記計算値を前記最も燃費の悪化に影響している計算値として算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、ブームボトム圧やアクセルペダルの踏込み量等の運転操作パラメータを用いて算出された掘削時間やサイクルタイム等の計算値が所定の閾値を越えていた場合、掘削時間の短縮やサイクルタイムの短縮など、当該計算値に係る操作の改善を促す案内が報知手段によりオペレータに報知される。そのため、オペレータは、具体的にどの操作が燃費を悪化させており、どの操作を改善すれば燃費を向上させることができるのかを認識することができ、容易に省燃費運転を行うことができる。
また、所定の閾値を越えた計算値が複数ある場合、優先順位決定手段により選出された最も燃費の悪化に影響している計算値から特定される操作を改善する案内がオペレータに報知される。このため、オペレータは、燃費を最も悪化させている操作から順に改善することができ、効果的に省燃費運転の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る作業機械としてのホイールローダ１の要部を示す側面図である。
ホイールローダ１は、前後のタイヤ２１で自走可能な車体２と、車体２に連結された作業機３とを備えている。車体２にはキャブ２２が設けられている。また、車体２の内部には、エンジン２３と、エンジン２３からの動力をタイヤ２１および作業機３に伝達する動力伝達装置２４とが設けられている。
【００１１】
キャブ２２内には、コントローラ４と、アクセルペダル２５と、走行レバー２０と、液晶パネル等から構成される表示手段２６とが設けられている。コントローラ４は、詳しくは後述するが、オペレータが燃費を悪化させる操作をした際に、当該操作の改善を促す案内を表示手段２６に表示させ、オペレータに省燃費運転を促す。アクセルペダル２５には、運転操作パラメータであるアクセルペダル２５の踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ２５１（計測手段）が取り付けられている。なお、運転操作パラメータとは、運転操作により変動し、燃費に影響している後述の計算値を算出するために用いる変数のことを意味する。走行レバー２０には、当該走行レバー２０のシフト位置を検出するレバー位置検出センサ２０１（計測手段）が取り付けられている。表示手段２６は、走行速度や燃料量を示す各種のメータのほか、オペレータが燃費を悪化させる操作をした際にはその旨を表示する。エンジン２３には、当該エンジン２３の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ２３１（計測手段）が取り付けられている。これらレバー位置検出センサ２０１、エンジン回転速度センサ２３１、およびアクセルペダルセンサ２５１での各検出信号は、コントローラ４に出力される。
【００１２】
動力伝達装置２４は、エンジン２３の出力をタイヤ２１側へ伝達するトルクコンバータ２７およびトランスミッション２８と、エンジン２３により駆動されて作業機３に設けられた各シリンダ３４，３５へ作業油を圧送する作業機ポンプ２９とを備えている。これら各要素２７〜２９にも、コントローラ４に運転操作パラメータを出力するセンサ（計測手段）が取り付けられている。詳述すると、トルクコンバータ２７には、エンジン２３側から入力されるＴ／Ｃ（トルクコンバータ）入力回転速度を検出するＴ／Ｃ入力回転速度センサ２７１が取り付けられている。トランスミッション２８には、タイヤ２１側へ出力されるＴ／Ｍ（トランスミッション）出力回転速度を検出するＴ／Ｍ出力回転速度センサ２８１が取り付けられている。また、作業機ポンプ２９には、当該作業機ポンプ２９のポンプ圧を検出する作業機ポンプ圧センサ２９１が取り付けられている。
【００１３】
作業機３は、基端が車体２に枢軸されたブーム３１と、ブーム３１の先端に枢軸されたバケット３２と、ブーム３１の途中位置に連結されたベルクランク３３と、ベルクランク３３を介してバケット３２をチルトさせるチルトシリンダ３４と、ブーム３１を介してバケット３２をリフトするリフトシリンダ３５とを備えている。このうち、チルトシリンダ３４には、運転操作パラメータであるバケットボトム圧を検出してコントローラ４に出力するバケットボトム圧センサ（計測手段）３４１が取り付けられている。また、リフトシリンダ３５には、コントローラ４に運転操作パラメータであるブームボトム圧を検出してコントローラ４に出力するブームボトム圧センサ（計測手段）３５１が取り付けられている。
【００１４】
図２は、ホイールローダ１の作業を示す図である。
このようなホイールローダ１は、通常、採掘地点Ｓで土砂を掘削し持ち上げた（積荷した）後に適宜の地点まで後退する。そして、後退地点からダンプトラックＤまで前進した後にダンプトラックＤに土砂を積み込む。ダンプトラックＤに土砂を積み込んだ後は、また適宜の地点まで後退し、その後採掘地点Ｓまで前進移動して再度積荷する。ホイールローダ１はこのような作業を繰り返す。なお、ホイールローダ１の作業時におけるこのようなＶ字を描く移動をＶシェープ移動といい、Ｖシェープ移動時（土砂を掘削し、積荷してからダンプトラックＤに排土するまでの間）の移動距離をＶシェープ移動距離という。また、本実施形態のホイールローダ１が用いられる現場では、例えば管理事務所が建てられ、当該管理事務所内からホイールローダ１の作業管理等が行われる。
【００１５】
このようなホイールローダ１のキャブ２２内には、オペレータが燃費を悪化させる操作をした場合に当該操作の改善を促す案内を表示手段２６に表示させるコントローラ４が設けられている。ここで、オペレータが燃費を悪化させる操作をした場合とは、具体的には掘削時間が長時間となった場合、掘削開始から次回の掘削開始までの時間であるサイクルタイムが長時間となった場合、Ｖシェープ移動距離が長距離となった場合、サイクルタイムの平均車速であるサイクル平均車速が速くなった場合、サイクルタイムにおいてフルアクセルでない時間をサイクルタイムで除算した値であるアクセルワーク率が低くなった場合、作業機ポンプ２９のポンプ圧が所定値を越えている時間である油圧リリーフ時間が長時間となった場合をいう。
【００１６】
図３は、コントローラ４を説明するためのブロック図である。
コントローラ４は、論理演算回路を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）およびこのＣＰＵで処理されるコンピュータプログラム等から構成されている。また、コントローラ４には、ホイールローダ１の各要素に取り付けられたセンサ２０１，２３１，２５１、２７１，２８１，２９１，３４１，３５１（以下センサ５と記載）や、後述する各閾値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶手段６、表示手段２６、および通信端末７が接続されている。
【００１７】
また、このようなコントローラ４は、掘削時間算出手段４１と、サイクルタイム算出手段４２と、Ｖシェープ移動距離算出主段４３と、サイクル平均車速算出手段４４と、アクセルワーク率算出手段４５と、油圧リリーフ時間算出手段４６と、計算値判定手段４７と、個数判定手段４８と、優先順位決定手段４９と、出力手段５０とを備えている。これら各手段４１〜５０は、前述のコンピュータプログラムまたは適宜なハードウェアで構成されている。
【００１８】
掘削時間算出手段４１は、ブームボトム圧センサ３５１から送信されるブームボトム圧が所定の閾値以上となった時に掘削開始と判定する。そして、掘削時間算出手段４１は、ブームボトム圧が閾値以下となった時、またはレバー位置検出センサ２０１から送信される走行レバー２０の位置が後進位置となった時に掘削終了と判定し、掘削開始から掘削終了までの時間を掘削時間（計算値）として算出する。
【００１９】
なお、掘削時間算出手段４１においては、Ｔ／Ｍ出力回転速度センサ２８１から送信されるＴ／Ｍ出力回転速度に定数（トランスミッション２８における減速比）を乗算したものを、Ｔ／Ｃ入力回転速度センサ２７１から送信されるＴ／Ｃ入力回転速度で除算することによりＴ／Ｃ速度比を算出するとともに、このＴ／Ｃ速度比が所定の閾値以下となった時から当該Ｔ／Ｃ速度比が閾値以上となった時まで、またはＴ／Ｃ速度比が所定の閾値以下となった時から走行レバー２０の位置が後進位置となった時までを掘削時間として算出してもよい。
【００２０】
サイクルタイム算出手段４２は、掘削時間算出手段４１が掘削開始と判定した後に再び掘削開始と判定した場合、その間の時間をサイクルタイム（計算値）として算出する。
【００２１】
Ｖシェープ移動距離算出主段４３は、バケットボトム圧センサ３４１から送信されるバケットボトム圧が所定の閾値以下となった時に排土時と判定する。そして、Ｖシェープ移動距離算出主段４３は、掘削時間算出手段４１により掘削開始と判定されてから排土時までのホイールローダ１の移動距離（具体的には車速に微少時間を乗算したものを掘削開始から排土時まで加法した値）をＶシェープ移動距離（計算値）として算出する。
なお、車速は、Ｔ／Ｍ出力回転速度に定数（タイヤ２１の外周／アクスル減速比）を乗算して算出する。また、作業機３に、バケット３２の角度を検出するバケット角度センサを取り付け、バケット３２の角度から排土時を判定するようにＶシェープ移動距離算出主段４３を構成してもよい。
【００２２】
サイクル平均車速算出手段４４は、車速を常時算出し、サイクルタイムにおける平均車速をサイクル平均車速（計算値）として算出する。
【００２３】
アクセルワーク率算出手段４５は、サイクルタイムにおいて、アクセルペダルセンサ２５１から送信されるアクセルペダル２５の踏込み量が最大でない時間（フルアクセルでない時間）を、サイクルタイム算出手段４２により算出されたサイクルタイムで除算した値をアクセルワーク率（計算値）として算出する。
【００２４】
油圧リリーフ時間算出手段４６は、作業機ポンプ圧センサ２９１から送信される作業機ポンプ２９のポンプ圧が所定値を越えている時間を油圧リリーフ時間（計算値）として算出する。
【００２５】
ここで、これら各手段４１〜４６によって算出される各計算値において、例えば掘削時間の値が大きい場合、必要以上に掘削量が大きいことなどが考えられ、燃費を悪化させる要因となる。油圧リリーフ時間の値が大きい場合、反力の大きい掘削、すなわちエンジン２３に負荷をかける掘削をしていると考えられ、燃費を悪化させる要因となる。また、Ｖシェープ移動距離の値が大きい場合、採掘地点ＳからダンプトラックＤまでＶシェープ移動する際の折り返し地点が、採掘地点ＳおよびダンプトラックＤから必要以上に離れた位置にあると考えられ、燃費を悪化させる要因となる。サイクルタイムの値が大きい場合、掘削量が必要以上に大きいことや、Ｖシェープ移動距離が必要以上に大きいことなどが考えられ、やはり燃費を悪化させる要因となる。サイクル平均車速の値が大きい場合も、必要以上に大きい車速で運転していると考えられ、燃費を悪化させる要因となる。アクセルワーク率の値が低い場合、フルアクセルの時間が長いということであり、本来フルアクセルすることなく土砂を積荷できるのにフルアクセルで土砂を積荷していることなどが考えられ、やはり燃費を悪化させる要因となる。
【００２６】
そこで、計算値判定手段４７は、これらの算出手段４１〜４６により算出された計算値が、記憶手段６に記憶されている掘削時間等の計算値にそれぞれ紐付けられた所定の閾値を超えているか否かを判定する。なお、計算値判定手段４７は、値が高いほうがいいとされる例えばアクセルワーク率などの計算値においては、当該計算値が閾値を下に超えた場合に、「計算値が所定の閾値を超えた」と判定する。
なお、各閾値は、熟練操作者が行う効率的な操作時の値から決めてもよい。また、各閾値は、理想的な車体、掘削地点、およびダンプ待機地点などから求められる計算値から決めてもよい。具体的には、例えばＶシェープ移動距離はホイールローダの車体長さの４倍、掘削時間は１０秒、サイクルタイムは６０秒、油圧リリーフ時間は１０秒としてもよい。
また、ホイールローダの移動形態は、Ｖシェープ以外に、Ｉ字型に移動するＩシェープや、掘削後に長距離移動するロード＆キャリー移動としてもよい。さらに、メモリに、これら各移動形態ごとに紐付けられた複数の理想閾値を記憶させ、計算値判定手段４７を、ホイールローダの実際の移動形態に合わせて前記メモリから理想閾値を取得するように構成してもよい。
【００２７】
個数判定手段４８は、計算値判定手段４７により閾値を超えたと判定された計算値が複数あるか否かを判定する。
【００２８】
優先順位決定手段４９は、個数判定手段４８により閾値を超えた計算値が複数あると判定された場合、当該複数の計算値の中から最も燃費の悪化に影響している計算値を選出する。
【００２９】
出力手段５０は、閾値を超えたと判定された計算値から操作内容を特定し、当該操作の改善を促す案内を表示手段２６に出力する。
【００３０】
以下、コントローラ４による動作を図４のフローチャートに基づいて説明する。
ホイールローダ１の作業において、オペレータがエンジン２３を作動させると、各算出手段４１〜４６が起動し、順次、各センサ５から送信される運転操作パラメータを基に燃費に影響している計算値を算出する。具体的には、まず、掘削時間算出手段４１が運転操作パラメータであるブームボトム圧や走行レバー２０の位置から掘削時間を算出する（ステップ１）。次にサイクルタイム算出手段４２がサイクルタイムを算出し（ステップ２）、Ｖシェープ移動距離算出主段４３がＶシェープ移動距離を算出する（ステップ３）。そして、サイクル平均車速算出手段４４がサイクル平均車速を算出し（ステップ４）、アクセルワーク率算出手段４５がアクセルワーク率を算出し（ステップ５）、油圧リリーフ時間算出手段４６が油圧リリーフ時間を算出する（ステップ６）。但し、本実施形態では、各ステップ１〜６を説明する上で便宜上ステップ１〜６の順序に記載したが、各ステップ１〜６の順序は任意であり、同時であっても良い。
【００３１】
これらのステップ１〜６の後、計算値判定手段４７は、各算出手段４１〜４６により算出された各計算値がそれぞれ所定の閾値を超えているか否かを判定する（ステップ７）。そして、計算値判定手段４７によりいずれの計算値も所定の閾値を超えていないと判定された場合、ステップ１に戻って計算値の算出が繰り返される。一方、計算値判定手段４７により計算値のいずれかが所定の閾値を超えていると判定された場合、ステップ８に進む。
【００３２】
ステップ８では、個数判定手段４８が、計算値判定手段４７により閾値を超えたと判定された計算値が複数あるか否かを判定する。そして、個数判定手段４８により閾値を超えた計算値が複数あると判定された場合、優先順位決定手段４９が、当該複数の計算値の中から最も燃費の悪化に影響している計算値を算出する（ステップ９）。具体的には、例えば優先順位決定手段４９は、各計算値から閾値を引いた値を当該計算値で除算し、各計算値と閾値との差の当該計算値における割合を算出する。そして、その割合が高い計算値から順に順位付けし、順位が１番高い（１番その割合が高い）計算値を最も燃費の悪化に影響している計算値として算出する。
個数判定手段４８により閾値を超えた計算値は１つのみと判定された場合、ステップ１０に進む。
【００３３】
ステップ１０では、出力手段５０が、閾値を超えたと判定された計算値から操作内容を特定し、当該操作の改善を促す案内を表示手段２６に出力する。具体的には、例えば優先順位決定手段４９により最も燃費の悪化に影響している計算値が掘削時間と判定された場合や、閾値を超えた計算値が掘削時間のみと判定された場合、出力手段５０は、「掘削時間が長いようです。掘削時間を短縮しましょう。」等の案内を表示手段２６に出力する（ステップ１０）。
【００３４】
以上のような本実施形態によれば、掘削時間やサイクルタイム、Ｖシェープ移動距離等の燃費に影響している計算値が閾値を超えた場合、当該操作の改善を促す案内が表示手段２６に表示されるので、オペレータは、具体的にどの操作が燃費を悪化させており、どの操作を改善すれば燃費を向上させることができるのかを認識することができ、容易に省燃費運転を行うことができる。
また、最も燃費の悪化に影響している操作の改善を促す案内が表示手段２６に表示されるので、オペレータは、燃費を最も悪化させる操作から順に改善することができ、効果的に省燃費運転の向上を図ることができる。
【００３５】
なお、コントローラ４は、表示手段２６に設けられた図示略のボタンが操作されることにより、各サイクルタイムごとの計算値、当該計算値の過去の履歴、過去のある期間の平均値、および各サイクルタイムごとの燃費等を表示手段２６に表示させるように構成されていてもよい。これにより、オペレータは、省燃費運転の向上度合い等を知ることができ、省燃費運転に対するモチベーションを維持することができる。
【００３６】
ところで、このような本実施形態のホイールローダ１は、前述したように、例えば管理事務所（図２参照）が建てられた現場で使用される。管理事務所には通信手段８が設置されるとともに、サーバ９およびサーバ９に接続された複数のユーザー端末１０が設置される。
【００３７】
このような本実施形態において、コントローラ４は、前述したように通信端末７（図３参照）と接続されており、無線通信により、サーバ９に各計算値や各計算値に係る閾値情報、燃費情報、機種情報等を送信するようになっている。そして、これにより、ユーザー側は、ホイールローダ１の駆動要素がどのような状態にあるのかをユーザー端末１０から確認することができるようになっている。また、ユーザー側からコントローラ４に閾値書換信号を送って、コントローラ４の判定に係る各閾値を変更することができるようになっている。
これにより、例えば、運転技術の高いオペレータが運転するホイールローダ１の閾値は厳しい閾値に設定し、運転技術の低い未熟なオペレータの運転するホイールローダ１の閾値はゆるい閾値に設定するなど、オペレータごとに適した難易度で省燃費運転をさせる管理を行うことが可能となっている。
【００３８】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、作業機械としてホイールローダを例示したが、本発明が適用される作業機械としては、油圧ショベル、ブルドーザ、モータグレーダ、およびクレーン等の建設機械であってもよく、また、ダンプトラック等の運搬車両等であってもよい。
【００３９】
また、前記実施形態では、コントローラ４は、燃費に影響している計算値として、掘削時間、サイクルタイム、Ｖシェープ移動距離、サイクル平均車速、アクセルワーク、油圧リリーフ時間等を算出したが、その際の算出方法は、適宜の運転操作パラメータを用い、適宜の計算方法によって算出してもよく、本実施形態の算出方法に限定されない。また、コントローラ４が算出する計算値はこれらの計算値に限定されない。
【００４０】
前記実施形態では、報知手段として表示手段が用いられていたが、報知手段としてスピーカ等の音声出力手段を用いてもよい。そして、オペレータに、燃費の改善を促す案内の音声を出力することにより、オペレータに省燃費運転を促してもよい。
なお、報知手段は、各計算値が所定の閾値を越えたと判断される度に報知してもよいし、閾値ごとに越えた回数を合計し、所定の閾値を越えた回数がある値をこえたときに報知してもよい。また複数回の計算値の平均をとって閾値と比較してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、油圧ショベル、ブルドーザ、モータグレーダ、クレーン等の建設機械に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る作業機械の要部を示す側面図。
【図２】ホイールローダの作業を示す図。
【図３】コントローラを説明するためのブロック図。
【図４】コントローラの動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４３】
１…ホイールローダ（作業機）、５…計測手段、２６…表示手段（報知手段）、４１…掘削時間算出手段、４２…サイクルタイム算出手段、４３…Ｖシェープ移動距離算出主段、４４…サイクル平均車速算出手段、４５…アクセルワーク率算出手段、４６…油圧リリーフ時間算出手段、４７…計算値判定手段、４９…優先順位決定手段、５０…出力手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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