特許ウォッチ

公開番号2025041472
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2023148800
出願日2023-09-13
発明の名称作業車両、作業車両の制御方法、及び、作業車両のコントローラ
出願人株式会社クボタ
代理人個人,個人,個人
主分類E02F 3/43 20060101AFI20250318BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】インプルメント先端を確実に地面に刺さないようにする。
【解決手段】作業車両は、ジョイントとジョイントと反対のインプルメント先端とを含むインプルメント、ジョイントにおいてインプルメントを揺動可能に支持するアーム先端を含むアーム組立体、ジョイントからインプルメント先端に向かうインプルメント向きを制御するように構成される第1油圧シリンダ、及び、走行装置の接地面に対するアーム先端の高さであるアーム高さを制御するように構成される第2油圧シリンダを備える。コントローラは、アーム高さが基準高さとなるように油圧回路を制御し、インプルメント向きとアーム高さとをそれぞれ基準向きと基準高さに変更するための自動制御の途中に基準向きにインプルメント先端を向けるときのアーム高さである目標高さとなるときにインプルメント向きが基準向きとなるように油圧回路を制御する。目標高さは、基準高さよりも大きい。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
ジョイントと前記ジョイントと反対のインプルメント先端とを含むインプルメントと、
前記ジョイントにおいて前記インプルメントを揺動可能に支持するアーム先端と前記アーム先端と反対のアーム基端とを含むアーム組立体と、
前記アーム基端を揺動可能に支持する車両本体と、
前記車両本体を移動させるための走行装置と、
前記ジョイントから前記インプルメント先端に向かうインプルメント向きを制御するように構成される第１油圧シリンダと、
前記走行装置の進行方向に対して垂直な高さ方向において、前記走行装置の接地面に対する前記アーム先端の高さであるアーム高さを制御するように構成される第２油圧シリンダと、
前記第１油圧シリンダ及び前記第２油圧シリンダを制御するように構成される油圧回路と、
前記インプルメント向きを検出するためのインプルメント姿勢検出センサと、
前記アーム高さを検出するためのアーム姿勢検出センサと、
基準となる前記インプルメント向きである基準向きに対応する第１情報と、基準となる前記アーム高さである基準高さに対応する第２情報とを記憶する記憶装置と、
前記油圧回路を制御するように構成されるコントローラと、
前記インプルメント向きと前記アーム高さとをそれぞれ前記基準向きと前記基準高さに変更するための自動制御を行う指示を受け付けるように構成される入力装置と、
を備え、
前記コントローラは、
前記入力装置に前記指示が受け付けられると、前記アーム高さが前記基準高さとなるように前記油圧回路を制御し、
前記自動制御の途中に前記基準向きに前記インプルメント先端を向けたときの前記アーム高さである目標高さに前記アーム高さが変化するときに前記インプルメント向きが前記基準向きとなるように、前記油圧回路を制御し、
前記目標高さは、前記基準高さよりも大きい、
作業車両。
続きを表示（約 3,900 文字）【請求項２】
前記第１情報は、前記インプルメント向きを表す第１パラメータの、前記基準向きに対応する第１基準値を含み、
前記第２情報は、前記アーム高さを表す第２パラメータの、前記基準高さに対応する第２基準値を含み、
前記コントローラは、
前記入力装置に前記指示が受け付けられると、前記第２パラメータを前記第２基準値とするように、前記油圧回路を制御し、
前記アーム高さが前記目標高さとなるときに前記第１パラメータを前記第１基準値とするように、前記油圧回路を制御する
請求項１に記載の作業車両。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記入力装置に前記指示が受け付けられると、
前記基準向きに対応する前記第１油圧シリンダの位置である第１基準位置と、前記基準高さに対応する前記第２油圧シリンダの位置である第２基準位置と、前記目標高さに対応する前記第２油圧シリンダの位置である第２目標位置と、前記指示が受け付けられた時点での前記第１油圧シリンダの位置である第１初期位置と、前記指示が受け付けられた時点での前記第２油圧シリンダの位置である第２初期位置とを求め、
前記第１油圧シリンダの位置が前記第１初期位置から前記第１基準位置となるまでの間、単位時間あたりの前記第１油圧シリンダの位置の変化量の絶対値が、単位時間あたりの前記第２油圧シリンダの位置の変化量の絶対値の（第１基準位置と第１初期位置との差の絶対値／第２目標位置と第２初期位置との差の絶対値）倍となることを目標として、前記油圧回路を制御する、
請求項２に記載の作業車両。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記第１パラメータが前記第１基準値となると、前記第２油圧シリンダの位置が前記第２基準位置に変化するまでの間、前記第１油圧シリンダの位置を変化させないように前記油圧回路を制御する、
請求項３に記載の作業車両。
【請求項５】
前記油圧回路は、
前記第１油圧シリンダと前記第２油圧シリンダとに作動油を供給するように構成される油圧ポンプと、
前記第１油圧シリンダと前記油圧ポンプとを接続する第１シリンダ油圧回路と、
前記第２油圧シリンダと前記油圧ポンプとを接続する第２シリンダ油圧回路と、
前記油圧ポンプを駆動させるように構成されるエンジンと、
前記エンジンの回転速度を検出するように構成される回転速度検出センサと、
前記油圧ポンプと前記第１油圧シリンダとの間の前記第１シリンダ油圧回路に設けられ、前記第１油圧シリンダの２つの油室のうち、前記作動油を供給する第１被供給油室を切替可能で、第１開口面積によって前記第１被供給油室に対する単位時間あたりの前記作動油の供給量を調整可能な第１制御弁と、
前記油圧ポンプと前記第２油圧シリンダとの間の前記第２シリンダ油圧回路に設けられ、前記第２油圧シリンダの２つの油室のうち、前記作動油を供給する第２被供給油室を切替可能で、第２開口面積によって前記第２被供給油室に対する単位時間あたりの前記作動油の供給量を調整可能な第２制御弁と、
前記第１制御弁と前記油圧ポンプとの間の前記第１シリンダ油圧回路に設けられた第１圧力補償弁と、前記第２制御弁と前記油圧ポンプとの間の前記第２シリンダ油圧回路に設けられた第２圧力補償弁とを含み、前記第１制御弁から前記第１被供給油室に出力される前記作動油の第１出力油圧が前記第１圧力補償弁から前記第１制御弁に入力される第１入力油圧よりも第１圧力だけ低くなるように制御し、前記第２制御弁から前記第２被供給油室に出力される前記作動油の第２出力油圧が前記第２圧力補償弁から前記第２制御弁に入力される第２入力油圧よりも前記第１圧力だけ低くなるように制御するように構成される圧力制御機構と、
を備え、
前記コントローラは、
前記入力装置に前記指示が受け付けられると、
前記指示が受け付けられた時点での、前記エンジンの前記回転速度に基づいて前記第１開口面積と前記第２開口面積との和の最大許容値を求め、
前記第１開口面積の最大値と前記第２開口面積の最大値との和である限度値を求め、
前記最大許容値と前記限度値とのうちのより小さい参照値を求め、
前記指示が受け付けられた時点での前記第１油圧シリンダの位置である第１初期位置と前記第１基準位置とから、前記第１油圧シリンダの位置を前記第１基準位置とするために前記油圧ポンプから前記第１油圧シリンダに供給する作動油の第１容積を算出し、
前記指示が受け付けられた時点での前記第２油圧シリンダの位置である第２初期位置と前記第２目標位置とから、前記第２油圧シリンダの位置を前記第２目標位置とするために前記油圧ポンプから前記第２油圧シリンダに供給する作動油の第２容積を算出し、
前記第１油圧シリンダの位置が前記第１初期位置から前記第１基準位置となるまでの間、前記参照値の（第１容積／（第１容積＋第２容積））倍の基準面積に基づいて、前記第１制御弁の前記第１開口面積を制御する、
請求項３に記載の作業車両。
【請求項６】
前記コントローラは、
前記エンジンの前記回転速度に関連づけられた第１補正係数を前記基準面積に掛けた補正面積が前記第１開口面積の最大値以下であるとき、前記補正面積を第１目標面積とし、
前記補正面積が前記第１開口面積の前記最大値より大きいとき、前記最大値を前記第１目標面積とし、
前記第１油圧シリンダの位置が前記第１初期位置から前記第１基準位置となるまでの間、前記第１制御弁の前記第１開口面積を前記第１目標面積とするようにフィードフォア―ド制御を行う、
請求項５に記載の作業車両。
【請求項７】
前記コントローラは、
前記第１油圧シリンダの位置が前記第１初期位置から前記第１基準位置となるまでの間、前記第２制御弁の前記第２開口面積を前記参照値から前記第１目標面積を引いた第２目標面積とするようにフィードフォア―ド制御を行う、
請求項６に記載の作業車両。
【請求項８】
前記コントローラは、
前記アーム姿勢検出センサによって検出された前記アーム高さを求め、
前記アーム高さに対応する前記第１パラメータの目標値を、前記目標に基づいて算出し、
前記インプルメント姿勢検出センサによって検出された前記第１パラメータの被検出値を取得し、
前記被検出値と前記第１基準値との差の絶対値が前記目標値と前記第１基準値との差の絶対値よりも第１閾値以上大きいときに、前記被検出値を前記目標値に近づけるように、前記第１制御弁の前記第１開口面積を制御対象とするフィードバック制御を行う、
請求項３から７のいずれかに記載の作業車両。
【請求項９】
前記コントローラは、
前記フィードバック制御を開始した後、前記被検出値と前記第１基準値との差の絶対値が前記目標値と前記第１基準値との差の絶対値に前記第１閾値よりも小さい第２閾値を加えた値よりも小さくなったときに、前記第２閾値を下回る直前のフィードバック制御において行われた前記第１制御弁の制御量を、前記第１開口面積が前記第１目標面積となるように前記フィードフォア―ド制御を行った場合の前記第１制御弁の制御量で除した値を第２補正係数として、前記第２閾値を下回る直後から前記第１油圧シリンダの位置が前記第１基準位置となるまでの間、前記第１制御弁の前記第１開口面積を前記第１目標面積に前記第２補正係数を掛けた値とするようにフィードフォア―ド制御を行う、
請求項８に記載の作業車両。
【請求項１０】
前記記憶装置は、
前記第１油圧シリンダの位置が前記第１基準位置となる直前の、単位時間あたりの前記第１油圧シリンダの位置の変化量である第１アプローチ速度と、
前記第１油圧シリンダの変位速度から前記第１アプローチ速度まで減速するための第１減速度と、
を記憶し、
前記コントローラは、
前記インプルメント姿勢検出センサによって検出された前記第１油圧シリンダの被検出位置を求め、
前記被検出位置の時間変化から単位時間あたりの前記第１油圧シリンダの前記被検出位置の変化量である前記第１油圧シリンダの前記変位速度を求め、
前記第１油圧シリンダの前記変位速度と前記第１アプローチ速度との差を前記第１減速度で除することによって第１減速時間を算出し、
前記第１油圧シリンダの前記変位速度と、前記第１減速時間と、前記第１基準位置とに基づいて、前記第１油圧シリンダの前記変位速度からの減速を開始する前記第１油圧シリンダの減速開始位置を算出し、
前記第１油圧シリンダの前記被検出位置が前記第１油圧シリンダの前記減速開始位置に到達してから、前記第１油圧シリンダの前記変位速度が前記第１アプローチ速度となるまで、前記第１油圧シリンダの前記変位速度を前記第１減速度に基づいて減速するように、前記第１制御弁の前記第１開口面積を制御する、
請求項５から７のいずれかに記載の作業車両。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業車両、作業車両の制御方法、及び、作業車両のコントローラに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、積荷をダンプさせたときのインプルメント、アームの位置姿勢から、あらかじめ記憶されたインプルメント、アームの基準となる位置姿勢に変更する自動インプルメント戻り制御を実行可能な作業車両を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第７,８９４,９６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係る作業車両において、ブームを下した後にもインプルメント先端の角度を修正しているため、インプルメント先端を地面に刺す恐れがあった。
【０００５】
本願に開示される技術の課題は、自動インプルメント戻り制御において、インプルメント先端を確実に地面に刺さないようにする作業車両、作業車両の制御方法、及び、作業車両のコントローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１態様に係る作業車両は、インプルメントと、アーム組立体と、車両本体と、走行装置と、第１油圧シリンダと、第２油圧シリンダと、油圧回路と、インプルメント姿勢検出センサと、アーム姿勢検出センサと、記憶装置と、コントローラと、入力装置とを備える。インプルメントは、ジョイントとジョイントと反対のインプルメント先端とを含む。アーム組立体は、ジョイントにおいてインプルメントを揺動可能に支持するアーム先端とアーム先端と反対のアーム基端とを含む。車両本体は、アーム基端を揺動可能に支持する。走行装置は、車両本体を移動させるように構成される。第１油圧シリンダは、ジョイントからインプルメント先端に向かうインプルメント向きを制御するように構成される。第２油圧シリンダは、走行装置の進行方向に対して垂直な高さ方向において、走行装置の接地面に対するアーム先端の高さであるアーム高さを制御するように構成される。油圧回路は、第１油圧シリンダ及び第２油圧シリンダを制御するように構成される。インプルメント姿勢検出センサは、インプルメント向きを検出するように構成される。アーム姿勢検出センサは、アーム高さを検出するように構成される。記憶装置は、基準となるインプルメント向きである基準向きに対応する第１情報と、基準となるアーム高さである基準高さに対応する第２情報とを記憶する。コントローラは、油圧回路を制御するように構成される。入力装置は、インプルメント向きとアーム高さとをそれぞれ基準向きと基準高さに変更するための自動制御を行う指示を受け付けるように構成される。コントローラは、入力装置に指示が受け付けられると、アーム高さが基準高さとなるように油圧回路を制御する。コントローラは、自動制御の途中に基準向きにインプルメント先端を向けたときのアーム高さである目標高さにアーム高さが変化するときに油圧回路を制御する。目標高さは、基準高さよりも大きい。
【０００７】
本開示の第２態様に係る作業車両の制御方法は、作業車両のアーム先端に対してインプルメントを回動可能に接続するジョイントからインプルメント先端に向かうインプルメント向きの基準となる基準向きを取得することを含む。当該制御方法は、作業車両の走行装置の進行方向に対して垂直な高さ方向において走行装置の接地面に対するアーム先端の高さであるアーム高さの基準となる基準高さを取得することを含む。当該制御方法は、インプルメント向きとアーム高さとをそれぞれ基準向きと基準高さに変更するための自動制御を行う指示が受け付けられると、アーム高さが基準高さとなるように第２油圧シリンダを制御することを含む。当該制御方法は、基準向きにインプルメント先端を向けたときのアーム高さであって、基準高さよりも大きい目標高さにアーム高さが変化するときに、インプルメント向きが基準向きとなるように第１油圧シリンダを制御することを含む。
【０００８】
本開示の第３態様に係る作業車両のコントローラは、メモリと、プロセッサとを備える。メモリは、作業車両のアーム先端に対してインプルメントを回動可能に接続するジョイントからインプルメント先端に向かうインプルメント向きを表す第１パラメータの、インプルメント向きの基準となる基準向きに対応する第１基準値と、作業車両の走行装置の進行方向に対して垂直な高さ方向において走行装置の接地面に対するアーム先端の高さであるアーム高さを表す第２パラメータの、アーム高さの基準となる基準高さに対応する第２基準値とを記憶するように構成される。プロセッサは、インプルメント向きとアーム高さとをそれぞれ基準向きと基準高さに変更するための自動制御を行う指示が受け付けられると、第２パラメータを第２基準値とするように第２油圧シリンダを制御し、基準向きにインプルメント先端を向けたときのアーム高さであって、基準高さよりも大きい目標高さにアーム高さが変化するときに、第１パラメータを第１基準値とするように第１油圧シリンダを制御するように構成される。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される技術によれば、例えば、自動インプルメント戻り制御において、インプルメント先端を確実に地面に刺さないようにする作業車両、作業車両の制御方法、及び、作業車両のコントローラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、作業車両の側面図である。
図２は、作業車両の上面図である。
図３は、作業車両の第１油圧シリンダと第２油圧シリンダと油圧回路との概略構成図である。
図４は、第１制御弁と第２制御弁の内部構成の一例を表した概略構成図である。
図５は、図４の第１方向から見た第１スプールと第２スプールを見た図である。
図６は、図４のラインＶＩ－ＶＩにおける第１制御弁と第２制御弁の断面図である。
図７は、図４のラインＶＩＩ－ＶＩＩにおける第１制御弁と第２制御弁の断面図である。
図８は、図４のラインＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける第１制御弁と第２制御弁の断面図である。
図９は、第１制御弁と第２制御弁の内部構成の別の一例を表した概略構成図である。
図１０は、第１制御弁と第２制御弁の内部構成のさらに別の一例を表した概略構成図である。
図１１は、インプルメント姿勢検出センサが第１慣性計測ユニットと第２慣性計測ユニットとから成る場合の自動インプルメント戻り制御の概念図である。
図１２は、インプルメント姿勢検出センサがポテンショメータから成る場合の自動インプルメント戻り制御の概念図である。
図１３は、自動インプルメント戻り制御におけるアーム高さの変化とインプルメント傾角の変化との関係を表す図である。
図１４は、実施形態に係る制御ブロック図である。
図１５は、自動インプルメント戻り制御におけるアーム高さの変化とジョイントの回転角の変化との関係を表す図である。
図１６は、自動インプルメント戻り制御におけるアーム高さの変化と第１油圧シリンダの位置の変化との関係を表す図である。
図１７は、エンジン６の回転速度と第１補正係数との関係を表す図である。
図１８は、第１油圧シリンダのクッション制御の概念を表す図である。
図１９は、第２油圧シリンダのクッション制御の概念を表す図である。
図２０は、作業車両の制御方法を示すフローチャートである。
図２１は、油圧回路の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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