(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0008】
最初に、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルの全体構成について説明する。
図1は本発明の実施例に係るショベルの構成例を示す側面図である。
【0009】
図1のショベルは、下部走行体1、旋回機構2、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、バケット6、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、キャブ(操縦室)10、操作装置26、制御装置30等を有する。
【0010】
具体的には、
図1のショベルの下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載される。上部旋回体3には作業体としてのブーム4が取り付けられる。ブーム4の先端には作業体としてのアーム5が取り付けられ、アーム5の先端には作業体としてのバケット6が取り付けられる。ブーム4、アーム5、及びバケット6は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体3には転倒時保護構造を有するキャブ10が設けられる。
【0011】
操作装置26は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置26は、パイロットラインを通じ、パイロットポンプが吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。但し、油圧アクチュエータの制御方式は、操作装置26の操作量に対応して駆動される構成であればよく、適宜の方式を用いて構成される。例えば、油圧アクチュエータの駆動量は、操作装置26の操作量を電圧等の別情報に変換する制御装置30によって算出されてもよい。
【0012】
制御装置30は、ショベルの駆動制御を行う制御装置である。本実施例では、制御装置30は、CPU及び内部メモリを含む演算処理装置である。具体的には、制御装置30は、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをCPUに実行させて各種機能を実現する。
【0013】
なお、ショベルは、各種油圧アクチュエータの伸縮速度を検出するセンサ、各種油圧アクチュエータを作動させる作動油の圧力を検出するセンサ等を備えていてもよい。また、それらセンサは検出した値を制御装置30に対して出力してもよい。
【0014】
次に、
図2を参照して制御装置30の詳細について説明する。なお、
図2は、制御装置30の構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態では、制御装置30は、傾斜検出装置40、衝撃検出装置41等の出力を受けて各種演算を実行し、インフレータ42等に対して各種情報を出力する。例えば、制御装置30は、傾斜検出装置40、衝撃検出装置41等の出力に基づいてショベルが転倒するか或いはショベルに物体が衝突したかを判定する。そして、ショベルが転倒する或いは物体が衝突したと判定した場合にインフレータ42を動作させてエアバッグを展開させる。
【0015】
傾斜検出装置40はショベルの機体の傾斜を検出する装置である。本実施例では、傾斜検出装置40は、センサチャンバ内の液体の液面の変化を静電容量の変化として検出して水平面に対する機体の傾斜角度を検出する。そして、傾斜検出装置40は、検出した値を制御装置30に対して出力する。なお、傾斜検出装置40は、ホール素子と永久磁石を用いて機体の傾斜角度が所定角度以上となったことを検出してもよい。
【0016】
衝撃検出装置41は、ショベルの機体に作用する衝撃を検出する装置である。本実施例では、衝撃検出装置41は、3軸方向の加速度を検出する加速度センサであり、検出した値を制御装置30に対して出力する。なお、制御装置30が衝撃検出装置41としての加速度センサの出力に基づいてショベルの機体の水平面に関する傾斜角度を検出する場合、傾斜検出装置40は省略されてもよい。
【0017】
インフレータ42はエアバッグを膨らませるためのガスを発生させる装置である。本実施例では、インフレータ42は、制御装置30からの展開指令を受けてガスを発生させキャブ10内に設置されたエアバッグを展開させる。なお、インフレータ42は、制御装置30を介さずに各種検出情報に基づいてエアバッグを展開させる構成でもよいが、以下では制御装置30を介在させる構成を一例として説明する。
【0018】
切換弁43は、操作装置26と油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートとの間の連通・遮断を切り換える弁である。本実施例では、切換弁43は、制御装置30からの制御指令に応じてその連通・遮断を切り換える。例えば、切換弁43は、制御装置30から所定の電流指令を受けている間は操作装置26とパイロットポートとの間を連通させ、その電流指令が途絶えた場合に操作装置26とパイロットポートとの間を遮断する。操作装置26とパイロットポートとの間を遮断することで、制御装置30は、操作装置26に対する操作入力を無効にできる。
【0019】
転倒判定部31は、ショベルが転倒するかを判定する機能要素である。本実施例では、転倒判定部31は、ショベルの機体の傾斜角度が所定角度以上になったと判断した場合にショベルが転倒すると判定する。具体的には、転倒判定部31は、傾斜検出装置40の出力に基づいてショベルの機体の傾斜角度が所定角度(例えば45度)以上になったと判断した場合にショベルが転倒すると判定する。ショベルが転倒する可能性が高いと判断できるためである。
【0020】
また、転倒判定部31は、アタッチメントの姿勢及び旋回角度に応じて所定角度をリアルタイムに導き出してもよい。アタッチメントの姿勢及び旋回角度によって決まるショベルの重心位置とショベルの向きに応じて転倒角度が変化するためである。なお、転倒角度は、重心が支点(転倒軸)を超えるときの角度(最大安定傾斜角度)を意味する。
【0021】
また、転倒判定部31は、ショベルの機体の傾斜角度の時間的推移に基づいてショベルが転倒するか否かを判定してもよい。具体的には、転倒判定部31は、傾斜検出装置40の出力に基づいて単位時間当たりの機体の傾斜角度の変化(角速度)を導き出し、角速度の大きさが所定値以上になったと判断した場合にショベルが転倒すると判定してもよい。ショベルが転倒する可能性が高いと判断できるためである。或いは、転倒判定部31は、機体の傾斜角度が所定角度以上で、且つ、角速度の大きさが所定値以上となったと判断した場合にショベルが転倒すると判定してもよい。
【0022】
また、転倒判定部31は、ショベルの機体の傾斜角度が所定角度以上になり、且つ、所定強度の衝撃が発生したと判断した場合にショベルが転倒したと判定してもよい。具体的には、転倒判定部31は、傾斜検出装置40の出力に基づいてショベルの機体の傾斜角度が所定角度以上になったか否かを判断する。その上で、転倒判定部31は、衝撃検出装置の出力に基づいて所定強度の衝撃が発生したか否かを判断する。なお、転倒判定部31は所定値以上の加速度を検出した場合に所定強度の衝撃が発生したと判断する。
【0023】
エアバッグ制御部32は、エアバッグ50の作動を制御する機能要素である。本実施例では、エアバッグ制御部32は、転倒判定部31によりショベルが転倒する或いは転倒したと判定された場合、インフレータ42に対して展開指令を出力してエアバッグ50を展開させる。また、エアバッグ制御部32は、切換弁43に対する電流指令の出力を中止して操作装置26と油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートとの間を遮断してもよい。操作装置26に対する操作入力を無効にするためである。また、エアバッグ制御部32は、エンジン制御装置(図示せず。)に対して停止指令を出力してエンジンを停止させてもよい。
【0024】
また、エアバッグ制御部32は、転倒以外による衝撃を検出した場合にエアバッグ50を展開させてもよい。具体的には、エアバッグ制御部32は、転倒の際に発生し得る衝撃よりも大きな衝撃を検出した場合、ショベルの機体の傾斜角度が所定角度未満であってもエアバッグ50を展開させてもよい。巨大な岩がショベルに衝突した場合等、機体の転倒を伴わない比較的大きな衝撃が発生した場合にキャブ10内の操作者(特にシートベルトを装着していない操作者)を運転席内で保護するためである。例えば、エアバッグ制御部32は、衝撃検出装置41の出力に基づき、転倒の有無を判断する際の所定強度M1より大きい所定強度M2以上の衝撃が発生したか否かを判断する。そして、所定強度M2以上の衝撃が発生したと判断した場合にエアバッグ50を展開させる。
【0025】
次に、
図3を参照し、キャブ10内におけるエアバッグ50の配置例について説明する。なお、
図3はキャブ10内におけるエアバッグ50の配置例を示す図である。具体的には、
図3(A)はキャブ10の左側面図を示し、
図3(B)はエアバッグ50が収納状態(非展開状態)のときのキャブ10の内部を示し、
図3(C)はエアバッグ50が展開状態のときのキャブ10の内部を示す。
【0026】
図3(A)及び
図3(B)に示すように、エアバッグ50は、例えばカーテンシールドエアバッグであり、前面エアバッグ50F、左側面エアバッグ50L、及び右側面エアバッグ50Rを含む。前面エアバッグ50Fはキャブ10の前側天井フレーム10aの内側に収納され、前側天井フレーム10aから下方に向かって展開してキャブ10の前面内側の一部を覆う。同様に、左側面エアバッグ50Lはキャブ10の左側天井フレーム10bの内側に収納され、左側天井フレーム10bから下方に向かって展開してキャブ10の左側面内側の一部を覆う。また、右側面エアバッグ50Rはキャブ10の右側天井フレーム10cの内側に収納され、右側天井フレーム10cから下方に向かって展開してキャブ10の右側面内側の一部を覆う。この配置により、エアバッグ50を収納しないキャブ10のピラーは細径化が可能となり、視界性が改善され得る。
【0027】
また、
図3(C)に示すように、前面エアバッグ50Fは、キャブ10の前面(フロントガラス)の内側に沿って展開するように配置される。同様に、左側面エアバッグ50Lはキャブ10の左側面(左サイドガラス)の内側に沿って展開するように配置され、右側面エアバッグ50Rはキャブ10の右側面(右サイドガラス)の内側に沿って展開するように配置される。
【0028】
また、前面エアバッグ50Fは、前面(フロントガラス)の内側の一部を覆うように構成される。フロントガラスに対する操作者の安全性を確保するためである。また、転倒時でも操作者を運転席内で保護できるようにするためである。但し、前面エアバッグ50Fは、前面(フロントガラス)の内側の全部を覆うように構成されてもよい。左側面エアバッグ50L及び右側面エアバッグ50Rについても同様である。
【0029】
また、
図3(C)に示すように、エアバッグ50は展開の際に操作装置26と干渉しない。具体的には、前面エアバッグ50F、左側面エアバッグ50L、及び右側面エアバッグ50Rは何れも展開の際に中央左操作レバー26AL、中央右操作レバー26AR、左操作レバー26BL、及び右操作レバー26BRの何れにも干渉しない。この配置により、エアバッグ50は、ショベルの転倒によって展開した場合であっても操作装置26に干渉せず、転倒の際に操作者の意図しない操作が行われてしまうのを防止できる。
【0030】
次に、
図4を参照し、キャブ10内におけるエアバッグ50の別の配置例について説明する。なお、
図4はキャブ10内におけるエアバッグ50の別の配置例を示す図であり、
図3に対応する。具体的には、
図4(A)はキャブ10の左側面図を示し、
図4(B)はエアバッグ50が収納状態(非展開状態)のときのキャブ10の内部を示し、
図4(C)はエアバッグ50が展開状態のときのキャブ10の内部を示す。
【0031】
図4(A)及び
図4(B)に示すように、エアバッグ50は、左前部エアバッグ50FL、右前部エアバッグ50FR、左後部エアバッグ50BL、及び右後部エアバッグ50BRを含む。左前部エアバッグ50FLは、キャブ10の左前側ピラー10dの内側に収納され、左前側ピラー10dから右側方及び後方の2方向に向かって展開してキャブ10の前面内側及び左側面内側のそれぞれの一部を覆う。同様に、右前部エアバッグ50FRはキャブ10の右前側ピラー10eの内側に収納され、右前側ピラー10eから左側方及び後方の2方向に向かって展開してキャブ10の前面内側及び左側面内側のそれぞれの一部を覆う。また、左後部エアバッグ50BLはキャブ10の左後側ピラー10fの内側に収納され、左後側ピラー10fから前方に向かって展開してキャブ10の左側面内側の一部を覆う。また、右後部エアバッグ50BRはキャブ10の右後側ピラー10g(不可視)の内側に収納され、右後側ピラー10gから前方に向かって展開してキャブ10の右側面内側の一部を覆う。
【0032】
また、
図4(C)に示すように、左前部エアバッグ50FLは、キャブ10の前面(フロントガラス)の左半分の内側とキャブ10の左側面(左サイドガラス)の前半分の内側に沿って展開するように配置される。同様に、右前部エアバッグ50FRは、キャブ10の前面(フロントガラス)の右半分の内側とキャブ10の右側面(右サイドガラス)の前半分の内側に沿って展開するように配置される。また、左後部エアバッグ50BLはキャブ10の左側面(左サイドガラス)の後ろ半分の内側に沿って展開するように配置され、右後部エアバッグ50BRはキャブ10の右側面(右サイドガラス)の後ろ半分の内側に沿って展開するように配置される。
【0033】
また、左前部エアバッグ50FLは、前面(フロントガラス)の左半分の内側の一部と左側面(左サイドガラス)の前半分の内側の一部とを覆うように構成される。フロントガラス及び左サイドガラスに対する操作者の安全性を確保するためである。また、転倒時でも操作者を運転席内で保護できるようにするためである。但し、左前部エアバッグ50FLは、前面(フロントガラス)の左半分の内側の全部と左側面(左サイドガラス)の前半分の内側の全部を覆うように構成されてもよい。右前部エアバッグ50FR、左後部エアバッグ50BL、及び右後部エアバッグ50BRについても同様である。
【0034】
また、
図4(C)に示すように、エアバッグ50は展開の際に操作装置26と干渉しない。具体的には、左前部エアバッグ50FL、右前部エアバッグ50FR、左後部エアバッグ50BL、及び右後部エアバッグ50BRは何れも展開の際に中央左操作レバー26AL、中央右操作レバー26AR、左操作レバー26BL、及び右操作レバー26BRの何れにも干渉しない。この配置により、エアバッグ50は、ショベルの転倒によって展開した場合であっても操作装置26に干渉せず、転倒の際に操作者の意図しない操作が行われてしまうのを防止できる。
【0035】
次に、
図5を参照し、制御装置30がエアバッグ50を展開させるか否かを判定する処理(以下、「展開判定処理」とする。)について説明する。なお、
図5は展開判定処理の具体例の流れを示すフローチャートである。制御装置30は、ショベル稼働中、所定の制御周期で繰り返しこの展開判定処理を実行する。
【0036】
最初に、制御装置30のエアバッグ制御部32は、エアバッグ50の展開条件が満たされたか否かを判定する(ステップS1)。なお、展開条件の具体例については後述する。
【0037】
そして、エアバッグ50の展開条件が満たされたと判定した場合(ステップS1のYES)、エアバッグ制御部32は、エアバッグ50を展開させる(ステップS2)。
【0038】
本実施例では、エアバッグ制御部32は、インフレータ42に展開指令を出力してエアバッグ50を膨らませるためのガスを発生させることでエアバッグ50を展開させる。
【0039】
次に、
図6を参照し、展開条件の具体例について説明する。なお、
図6は展開条件の具体例を示すフローチャートである。
【0040】
最初に、制御装置30のエアバッグ制御部32は、ショベルの機体の加速度が閾値α1以上であるかを判定する(ステップS11)。本実施例では、エアバッグ制御部32は、衝撃検出装置41としての加速度センサの出力に基づいて瞬間的な加速度が閾値α1以上であるか否かを判定する。ショベルが強い衝撃を受けたか否かを判定するためである。
【0041】
加速度が閾値α1以上であると判定した場合(ステップS11のYES)、すなわち、ショベルが強い衝撃を受けたと判定した場合、エアバッグ制御部32は、展開条件が満たされたと判定する(ステップS12)。
【0042】
また、加速度が閾値α1未満であると判定した場合(ステップS11のNO)、制御装置30の転倒判定部31は、単位時間当たりの機体の傾斜角度の変化(角速度)が閾値ω1以上であるかを判定する(ステップS13)。本実施例では、転倒判定部31は、傾斜検出装置40の出力に基づいて角速度を導き出し、角速度の大きさが閾値ω1以上であるか否かを判定する。ショベルが転倒するか否かを判定するためである。
【0043】
転倒判定部31により角速度の大きさが閾値ω1以上であると判定された場合(ステップS13のYES)、すなわち、ショベルが転倒すると判定された場合、エアバッグ制御部32は、展開条件が満たされたと判定する(ステップS12)。
【0044】
角速度の大きさが閾値ω1未満であると判定した場合(ステップS13のYES)、転倒判定部31は、傾斜角度が閾値θ1以上で、且つ、加速度が閾値α2(<α1)以上であるかを判定する(ステップS14)。本実施例では、転倒判定部31は、傾斜検出装置40の出力に基づいて傾斜角度が閾値θ1以上であるか否かを判定し、且つ、衝撃検出装置41(加速度センサ)の出力に基づいて加速度が閾値α2(<α1)以上であるか否かを判定する。ショベルが転倒したか否かを判定するためである。
【0045】
転倒判定部31により傾斜角度が閾値θ1以上で、且つ、加速度が閾値α2(<α1)以上であると判定された場合(ステップS14のYES)、すなわち、ショベルが転倒したと判定された場合、エアバッグ制御部32は、展開条件が満たされたと判定する(ステップS12)。
【0046】
また、転倒判定部31により傾斜角度が閾値θ1未満である、或いは、加速度が閾値α2(<α1)未満であると判定された場合(ステップS14のNO)、すなわち、ショベルが転倒していないと判定された場合、エアバッグ制御部32は、展開条件が満たされていないと判定する(ステップS15)。
【0047】
このようにして、エアバッグ制御部32は、展開条件が満たされたか否か(エアバッグ50を展開させるか否か)を判定し、満たされたと判定した場合に、エアバッグ50を展開させる。そのため、制御装置30は、ショベルが強い衝撃を受けた場合、或いは、ショベルが転倒する若しくは転倒した場合に、キャブ10の内壁、窓、フレーム構造等に対する操作者の安全性を確保できる。例えば、運転席のガラスが割れたとしても、或いは、割れるほどの衝撃が発生したとしても、操作者をガラス前のエアバック50で受け止めることができる。その結果、ショベルが強い衝撃を受けた場合、或いは、ショベルが転倒する若しくは転倒した場合の操作者の被害を最小限にすることができる。
【0048】
次に、
図7を参照し、展開判定処理の別の具体例について説明する。なお、
図7は展開判定処理の別の具体例の流れを示すフローチャートである。制御装置30は、ショベル稼働中、所定の制御周期で繰り返しこの展開判定処理を実行する。
図7の展開判定処理は、エアバッグ50の展開条件が満たされたと判定した場合の処理の内容が
図5の展開判定処理と異なるがその他の部分で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。
【0049】
図7の展開判定処理では、エアバッグ50の展開条件が満たされたと判定した場合(ステップS11のYES)、エアバッグ制御部32は、エアバッグ50を展開させ、操作装置26を無効化し、且つ、エンジンを停止させる(ステップS12)。具体的には、エアバッグ制御部32は、インフレータ42に展開指令を出力してエアバッグ50を膨らませるためのガスを発生させることでエアバッグ50を展開させる。また、切換弁43に対する電流指令の出力を中止して操作装置26と油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートとの間を遮断することで操作装置26を無効化する。また、エンジン制御装置(図示せず。)に対して停止指令を出力することでエンジンを停止させる。
【0050】
このようにして、エアバッグ制御部32は、エアバッグ50を展開させるときに操作装置26を無効化する。そのため、エアバッグ50が展開したときにエアバッグ50の展開に関連して動いた何らかの物体が操作装置26に接触したとしても操作者の意図しない操作が行われてしまうのを防止できる。その結果、ショベル転倒後又は衝撃発生後の二次災害の発生を防止できる。
【0051】
また、エアバッグ制御部32は、エアバッグ50を展開させるときにエンジンを停止させる。そのため、エアバッグ50が展開したときにエンジン駆動の油圧ポンプを停止させることができ、油圧ポンプが吐出する作動油が油圧アクチュエータに供給されてしまうのを防止できる。その結果、ショベル転倒後又は衝撃発生後の二次災害の発生を防止できる。
【0052】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【0053】
例えば、上述の実施例では、エアバッグ50はキャブ10の前面内側、左側面内側、及び右側面内側のそれぞれに沿って展開するように構成される。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、エアバッグ50は、追加的にキャブ10の上面内側に沿って展開するように構成されてもよい。