【実施例1】
【0013】
[機械系の構成]
まず、機械系の構成について説明する。なお、以下では作業車としてラフテレーンクレーン1に操作指示装置2を適用する場合について説明するが、これに限定されるものではなく、作業機の駆動に自動制御でなく人為的なアクセル操作を必要とする作業車であれば、オールテレーンクレーンや高所作業車にも本発明を適用できる。
【0014】
本実施例の操作指示装置2を備える作業車としてのラフテレーンクレーン1は、
図2に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車体10と、車体10の四隅に設けられたアウトリガ11,・・・と、車体10に水平旋回自在に取り付けられた旋回台12と、旋回台12に立設されたブラケット13に取り付けられたブーム14と、を備えている。
【0015】
この旋回台12は、油圧モータの動力を伝達されるピニオンギヤを有しており、このピニオンギヤが車体10に設けた円形状のギヤに噛み合って周回することで回動(旋回)する。
【0016】
加えて、旋回台12には操縦室12aが設置されており、内部にブーム14等の作業機を操作するための操作レバー55(
図6参照)と、エンジン42の出力を調整するアクセル操作部41(
図1,5参照)と、が配置されている。
【0017】
また、ブーム14は、基端ブーム141と中間ブーム142と先端ブーム143とによって入れ子式に構成されており、内部に収容された油圧駆動の伸縮シリンダ(不図示)を伸縮することで、全体の長さが伸縮する。
【0018】
この基端ブーム141は、その付け根がブラケット13に水平に設置された支持軸に回動自在に取り付けられている。加えて、ブラケット13と基端ブーム141の間には、油圧駆動の起伏シリンダ15が架け渡されているため、起伏シリンダ15を伸縮することでブーム14全体が起伏する。
【0019】
さらに、先端ブーム143の先端には回転自在のシーブ(不図示)が取付けられており、このシーブには先端にフック17が取付けられたワイヤ16が掛け回されている。
【0020】
他方、ワイヤ16の末端はウインチ18に巻き回されており、ウインチ18を正逆方向に回転することでワイヤ16を送出し又は巻取ることでフック17が上下する。
【0021】
加えて、これらの作業機としての旋回台12,ブーム14及びウインチ18は、エンジン42に連結されたPTO(Power Take Off)43によって回転駆動される油圧ポンプ44が発生する油圧によって駆動される(
図1参照)。
【0022】
また、図示しないが、旋回台12,ブーム14及びウインチ18には、安全装置用に姿勢検出器51が取り付けられている(
図3参照)。この姿勢検出器51としては、ブーム長検出器、ブーム起伏角検出器、ブーム旋回角検出器、ウインチ回転数検出器がある。
【0023】
そして、本実施例のラフテレーンクレーン1は、作業機の操縦者に対して操作内容を指示する操作指示装置2を備えている(
図1参照)。
【0024】
[制御系の構成]
次に、本実施例の操作指示装置2の制御系の構成について説明する。
【0025】
本実施例の操作指示装置2は、
図1に示すように、油圧によって駆動される作業機としての旋回台12、ブーム14及びウインチ18と、作業機へ供給される供給油量Q
sを人為操作で増減する供給手段4と、作業機を駆動するために使われる駆動油量Q
dを算出する駆動油量算出手段5と、作業機へ供給される供給油量Q
sを算出する供給油量算出手段6と、供給油量Q
sと駆動油量Q
dの大小を判定する判定手段7と、判定手段7の判定に基づいて操縦者に対して省エネ操作を指示する指示手段8と、を備えている。
【0026】
作業機としての旋回台12、ブーム14及びウインチ18は、供給手段4のアクセル操作部41の操作量に基づいて増減される供給油量Q
s、及び、操作レバー55(
図6参照)の操作量、の両方に基づいて移動速度を変化させる。ここにおいて、本発明の作業機とは、作業のために用いられる機械を意味するものとし、油圧ポンプ44及び油圧アクチュエータ類を含む概念である。
【0027】
また、供給手段4は、操縦者が人為操作(踏み込み)によって操作するアクセル操作部41と、アクセル操作部41の踏み込み量に応じて回転数が変化するエンジン42と、エンジン42の回転動力を取り出すPTO(Power Take Off)43と、PTO43によって回転駆動される定容量型の油圧ポンプ44と、を備えている。
【0028】
したがって、油圧ポンプ44によって油圧回路全体に供給される油量は、アクセル操作部41の踏み込み量に応じて変化し、これに伴って作業機に供給される供給油量Q
sも変化する。
【0029】
さらに、本実施例の駆動油量算出手段5は、
図3に示すように、作業機の姿勢を検出する姿勢検出器51と、姿勢に基づいて作動速度を演算する作動速度演算部52と、作業機の構造情報を記憶する記憶部53と、駆動油量Q
dを演算する油量算出部54と、を備えている。
【0030】
この姿勢検出器51は、前述したように、安全装置用に設置されているもので、ブーム長検出器、ブーム起伏角検出器、ブーム旋回角検出器、ウインチ回転数検出器がある。検出したブーム長L、ブーム起伏角θ1、ブーム旋回角θ2、ウインチ回転数Nは作動速度演算部52に伝送される。
【0031】
また、作動速度演算部52は、伝送されたブーム長L、ブーム起伏角θ1、ブーム旋回角θ2、ウインチ回転数Nのそれぞれの時間変化量に基づいて、ブーム伸縮速度VL、ブーム起伏角速度ω1、ブーム旋回角速度ω2、ウインチ回転速度Vnを演算して油量算出部54に伝送する。
【0032】
さらに、記憶部53は、作業機の構造情報を記憶する記憶装置で、伸縮シリンダ断面積、起伏シリンダ断面積、各部材の座標、油圧モータの容積、効率及び減速比などを記憶する。
【0033】
そして、油量算出部54は、各作動速度及び作業機の構造情報に基づいて駆動油量Q
dを演算する。ここにおいて、本発明における駆動油量Q
dとは、作業機を駆動するために実際に使用される油量を意味するもので、シリンダの動特性、回路抵抗、油圧モータの内部リーク等も考慮される。
【0034】
そして、本実施例の供給油量算出手段6は、
図4に示すように、エンジン回転数Engを算出するエンジン回転数算出手段61と、作業機の構造情報を記憶する記憶部62と、供給油量Q
sを演算する油量算出部63と、を備えている。
【0035】
このエンジン回転数算出手段61は、エンジン42を操作するアクセル操作部41からアクセル開度δを取得し、アクセル開度δに基づいてエンジン回転数Engを算出して、油量算出部63に伝送する。
【0036】
また、記憶部62は、作業機の構造情報を記憶する記憶装置で、油圧ポンプ44の容積、効率及び減速比などを記憶する。
【0037】
さらに、油量算出部63は、エンジン回転数Eng及び作業機の構造情報に基づいて供給油量Q
sを演算する。ここにおいて、本発明における供給油量Q
sとは、作業機へ実際に供給される油量を意味するもので、回路内の圧力と油圧ポンプ44の圧力−流量特性等も考慮される。
【0038】
そして、本実施例の判定手段7は、作業機へ供給される供給油量Q
sと、作業機を駆動するために使われる駆動油量Q
dと、の大小を判定する。すなわち、判定手段7は、供給油量Q
sが駆動油量Q
dより少ない不足状態か、供給油量Q
sが駆動油量Q
dを超えて所定範囲α内にある省エネ状態か、供給油量Q
sが所定範囲αの最大値を超える過剰状態か、を判定する。ここにおいて、所定範囲αは、省エネ状態の範囲を規定するためにあらかじめ設定する定数で、タンクへ戻る作動油量などを考慮して実験によって設定される。
【0039】
なお、上記した駆動油量算出手段5、供給油量算出手段6及び判定手段7は、CPU、メモリ、HDD若しくはSSDなどを有する汎用のマイクロコンピュータであるコントローラの制御ブロックとして実行される。
【0040】
さらに、本実施例の指示手段8は、判定手段7の判定に基づいて操縦者に対するアクセル操作部41の省エネ操作を指示するもので、操縦室12a内に配置される。
【0041】
ここにおいて、省エネ操作とは、供給手段4のアクセル操作部41の人為的な操作のことであり、作業機で使用されずにタンクへ戻る作動油量を減少させたり維持させたりして、作業機の操縦に必要十分な作動油を供給する操作をいうものとする。
【0042】
また、指示手段8としては、操縦室12a内に配置された安全装置用のモニタ、点灯、点滅若しくは消灯するランプ、音声を発するスピーカなどを使用する。
【0043】
具体的には、指示手段8としてモニタを用いた場合には、判定手段7において不足状態と判定されると「供給油量を増やすことで増速可能です」と表示され、判定手段7において省エネ状態と判定されると「効率的な省エネ操作です」と表示され、判定手段7において過剰状態と判定されると「アクセル操作を緩めてください」と表示される。
【0044】
[作用]
次に、作用について説明する。
【0045】
(姿勢に基づく駆動油量Qd算出作用)
本実施例の操作指示装置2は、作業機の姿勢の変化と、作業機の構造情報と、に基づいて駆動油量Q
dを演算する。すなわち、駆動油量算出手段5は、作動速度演算部52において姿勢検出器51で検出した作業機の姿勢に基づいて作業機の姿勢の変化(作動速度)を演算し、油量算出部54において作動速度と記憶部53に記憶された油圧シリンダ断面積等とに基づいて駆動油量Q
dを逆算的に算出する。
【0046】
なお、ここでは作業機の姿勢の変化に基づいて駆動油量Q
dを算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、作業機の姿勢と作業機の姿勢の変化(作動速度)との関係をあらかじめ記憶しておけば、作業機の姿勢に基づいて駆動油量Q
dを算出することもできる。
【0047】
(アクセル開度δに基づく供給油量Qs算出作用)
本実施例の操作指示装置2は、アクセル開度δと、作業機の構造情報と、に基づいて供給油量Q
sを演算する。すなわち、供給油量算出手段6は、エンジン回転数算出手段61においてアクセル開度δに基づいてエンジン回転数Engを演算し、油量算出部63においてエンジン回転数Engと記憶部62に記憶された油圧ポンプ44の構造情報とに基づいて供給油量Q
sを算出する。
【0048】
(自動判定作用)
本実施例の操作指示装置2は、判定手段7が駆動油量Q
dと供給油量Q
sの大小を自動的に判定して操縦者に提示する。したがって、操縦者は大小関係を推定する必要がなくなるため、作業に集中できる。
【0049】
(指示による省エネ作用)
本実施例の操作指示装置2は、判定手段7において供給油量Q
sが所定範囲αの最大値を超える過剰状態と判定されると、指示手段8としての表示モニタに「アクセル操作を緩めてください」というメッセージを表示する。
【0050】
これを見た操縦者は、過剰状態であることを認識し、アクセル操作部41の踏み込み量を小さくすることで、作業機で使用されずにタンクへ戻る作動油の量を減少させることができる。
【0051】
(指示による増速作用)
また、供給油量Q
sが所定範囲αの最大値を超える場合とは逆に、判定手段7において供給油量Q
sが駆動油量Q
dより少ない不足状態と判定されると、指示手段8としての表示モニタに「供給油量を増やすことで増速可能です」というメッセージを表示する。
【0052】
これを見た操縦者は、増速可能であることを認識し、増速する必要があればアクセル操作部41の踏み込み量を大きくすることで、供給油量Q
s及び駆動油量Q
dを増加させて、作業機の移動速度を速くすることができる。増速する必要がなければ、アクセル操作部41の踏み込み量を維持したままで作業を継続することができる。
【0053】
(指示による省エネ状態維持作用)
さらに、判定手段7において供給油量Q
sが駆動油量Q
dを超えて所定範囲α内にある省エネ状態と判定されると、指示手段8としての表示モニタに「効率的な省エネ操作です」というメッセージが表示される。
【0054】
これを見た操縦者は、省エネ状態であることを認識するとともに、これ以上増速できないとわかるため、アクセル操作部41の踏み込み量を維持したままで作業を継続する。
【0055】
(人為的なアクセル操作による作業機の微動作用)
そして、以上のすべての状態を通じて、操縦者は、コントローラによる自動制御ではなく、人為的に踏み込み量を増減することによってアクセル操作部41を操作してエンジン回転数Engを調整する。このため、作業中にエンジン回転数Engが意図しない変化をすることがなく、作業機を思い通りに操作することができる。
【0056】
[効果]
次に、効果について説明する。
【0057】
(1)このように、本実施例の操作指示装置2は、油圧駆動の作業機としての旋回台12,ブーム14,ウインチ18と、人為操作で供給油量Q
sを増減する供給手段4と、作業機へ供給される供給油量Q
sと作業機を駆動するために使われる駆動油量Q
dとの大小を判定する判定手段7と、判定手段7の判定に基づいて操縦者に対する操作内容を指示する指示手段8と、を備えている。
【0058】
このため、供給油量Q
sが駆動油量Q
dを上回っており、供給油量Q
sを増加させても作業機の作動速度が速くならないことを操縦者に指示することで、省エネ操作を促すことができる。
【0059】
特に、60tクラスのラフテレーンクレーン1やオールテレーンクレーンなどのクレーンの場合、操作レバーを最大限に倒してもブーム14の移動速度が遅く感じられてしまい、アクセルを最大に踏み込むことが多くなるため、操作を指示する効果は大きい。
【0060】
さらに、操縦者は指示にしたがって人為的に供給油量Q
sを増減するため、自動的に供給油量Q
sが調整されて思い通りの操作ができなくなることもなく、操作しやすくなる。
【0061】
つまり、あえて自動制御を採用しないことで、操縦者は指示にしたがって意図した通りにエンジン回転数Engを調整して供給油量Q
sを増減できるため、供給油量Q
sが自動的に増減されて思い通りの操作ができなくなることがない。
【0062】
加えて、自動制御を採用しないことで、エンジン回転数制御手段や可変容量油圧ポンプの制御装置などの装置が不要となるため、全体の構成を簡易なものとしてコストを抑制することもできる。
【0063】
(2)また、指示手段8は、判定手段7において供給油量Q
sが駆動油量Q
dを超えて所定範囲α内にあると判定された場合には省エネ状態であることを指示し、判定手段7において供給油量Q
sが所定範囲αを超えると判定された場合には供給油量Q
sの減少操作を指示する。
【0064】
このため、供給油量Q
sが駆動油量Q
dを超えて所定範囲α内にある場合には、操縦者は省エネ状態であることを認識するとともに、これ以上増速できないとわかるため、アクセル操作部41の踏み込み量を維持したままで作業を継続できる。
【0065】
一方、供給油量Q
sが所定範囲αを超える場合には、操縦者は過剰状態であることを認識し、アクセル操作部41の踏み込み量を小さくすることで、使用されずにタンクへ戻る作動油の量を減少させることができる。
【0066】
加えて、供給油量Q
sが駆動油量Q
dより少ない場合には、操縦者は増速可能であることを認識し、増速する必要があればアクセル操作部41の踏み込み量を大きくすることで、作業機の移動速度を速くすることができる。増速する必要がなければ、アクセル操作部41の踏み込み量を維持したままで作業を継続できる。
【0067】
(3)さらに、作業機を駆動するために使われる駆動油量Q
dは、作業機の姿勢又は作業機の姿勢の変化と、作業機の構造情報と、に基づいて算出することで、実際の作業機の姿勢に基づいて正確に駆動油量Q
dを算出して供給油量Q
sとの大小関係を判定できる。
【0068】
つまり、駆動油量Q
dは、作業機の実際の移動速度に基づいて算出されるため、作業機の駆動に実際に使用される駆動油量Q
dをきわめて正確に算出することができる。
【0069】
(4)そして、本実施例の作業車としてのラフテレーンクレーン1は、上記したいずれかの操作指示装置2を備えることで、エネルギー消費が少なく環境に優しい作業車となる。
【実施例2】
【0070】
以下、
図5,6,7を用いて、前記実施例とは異なる別の操作指示装置2Aを備える作業車としてのラフテレーンクレーン1について説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【0071】
[機械系の構成]
本実施例の操作指示装置2Aを備えるラフテレーンクレーン1は、実施例1と同様の機械系の構成を備えるため、説明を省略する。
【0072】
[制御系の構成]
次に、本実施例の操作指示装置2Aの制御系の構成について説明する。
【0073】
本実施例の操作指示装置2Aは、電動ポンプ45を有する点と、操作レバーの操作量LVに基づいて駆動油量Qdを算出する点と、において前記実施例1(
図1参照)と異なっている。
【0074】
すなわち、操作指示装置2Aは、
図5に示すように、旋回台12、ブーム14及びウインチ18と、供給手段4Aと、駆動油量算出手段5Aと、供給油量算出手段6Aと、判定手段7と、指示手段8と、を備えている。このうち、供給手段4A、駆動油量算出手段5A及び供給油量算出手段6Aが実施例1と異なる。
【0075】
本実施例の供給手段4Aは、操縦者が人為操作(踏み込み)によって操作するアクセル操作部41と、アクセル操作部41の踏み込み量に応じてモータ回転数rotを指令される電動ポンプ45と、を備えている。
【0076】
この電動ポンプ45は、電動モータによって駆動される油圧ポンプであり、直流モータを用いた場合にはPWM制御によって制御され、交流モータを用いた場合にはインバータ制御によって制御される。いずれの制御においても、モータ回転数rotの値は、操縦者の人為操作によって直接指示される。
【0077】
また、本実施例の駆動油量算出手段5Aは、
図6に示すように、作業機を操作する操作レバー55と、操作レバー55の操作量LVに基づいて速度指令Vを算出する速度指令算出部56と、作業機の構造情報を記憶する記憶部53と、駆動油量Q
dを演算する油量算出部54と、を備えている。
【0078】
この操作レバー55は、操縦者がいずれかの方向に傾倒させることで作業機を操作するもので、ポテンショメータによって検出された操作量LV(正負いずれかの値)は速度指令算出部56に伝送される。
【0079】
また、速度指令算出部56は、伝送された操作量LVの値に応じて、実際の作業機の速度指令Vを算出し、作業機を制御する制御バルブに伝送するとともに油量算出部54に伝送する。
【0080】
そして、油量算出部54は、伝送された速度指令V及び作業機の構造情報に基づいて駆動油量Q
dを算出する。
【0081】
また、本実施例の供給油量算出手段6Aは、
図7に示すように、作業機の構造情報を記憶する記憶部62と、供給油量Q
sを算出する油量算出部63と、を備えている。
【0082】
この油量算出部63は、モータ回転数rot及び作業機の構造情報に基づいて供給油量Q
sを算出する。すなわち、油量算出部63は、電動ポンプ45のモータ回転数rotをアクセル操作部41から直接に取得する。
【0083】
[作用]
次に、作用について説明する。
【0084】
(操作量LVに基づく駆動油量Qd算出作用)
本実施例の操作指示装置2は、操作レバー55の操作量LVと、作業機の構造情報と、に基づいて駆動油量Q
dを演算する。すなわち、駆動油量算出手段5は、速度指令算出部56において操作レバー55の操作量LVに基づいて作業機の速度指令Vを演算し、油量算出部54において速度指令Vと記憶部53に記憶された油圧シリンダ断面積等とに基づいて駆動油量Q
dを算出する。
【0085】
(モータ回転数rotに基づく供給油量Qs算出作用)
本実施例の操作指示装置2は、モータ回転数rotと、作業機の構造情報と、に基づいて供給油量Q
sを演算する。すなわち、供給油量算出手段6は、アクセル操作部41から直接に電動ポンプ45のモータ回転数rotを取得し、油量算出部63においてモータ回転数rotと記憶部62に記憶された電動ポンプ45の構造情報とに基づいて供給油量Q
sを算出する。
【0086】
[効果]
次に、効果について説明する。
【0087】
(1)このように、本実施例の操作指示装置2Aは、作業機を駆動するために使われる駆動油量Q
dは、作業機を操作する操作手段としての操作レバー55の操作量LVと、作業機の構造情報と、に基づいて算出することで、操作量LVに反映されるオペレータの意志に基づいて駆動油量Q
dを算出して大小を判定できる。
【0088】
加えて、本実施例の操作指示装置2Aは、供給油量Qsは、電動ポンプ45のモータ回転数rotと、作業機の構造情報と、に基づいて供給油量Q
sを演算する。すなわち、供給油量算出手段6は、アクセル操作部41からモータ回転数rotを直接に取得するため、いっそう正確に供給油量Q
sを算出できる。
【0089】
なお、この他の構成および作用効果については、前記実施例と略同様であるため説明を省略する。
【0090】
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【0091】
例えば、前記実施例1では、駆動油量算出手段5が作業機の姿勢(又は姿勢の変化)に基づいて駆動油量Qdを算出するとともに、供給油量算出手段6がエンジン回転数Engに基づいて供給油量Qsを算出する場合について説明し、前記実施例2では、駆動油量算出手段5が操作レバー55の操作量LVに基づいて駆動油量Qdを算出するとともに、供給油量算出手段6がモータ回転数rotに基づいて供給油量Qsを算出する場合について説明したが、この組み合せに限定されるものではなく、別の組合せであってもよい。