作业机械以及作业机械的控制方法与流程

1.本公开涉及作业机械的挖掘控制。


背景技术：

2.以往，已知有液压挖掘机等作业车辆。例如，在国际公开第2017/138070号(专利文献1)中公开了如下结构：将来自液压泵的工作油经由液压回路供给给对动臂、斗杆以及铲斗进行驱动的控制阀，从而使这些动臂、斗杆以及铲斗工作。
3.在这一点上，在专利文献1的液压挖掘机中，设置有变更液压回路的安全阀的安全压力而增加功率(power-up)的功能。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：国际公开第2017/138070号


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.另一方面，专利文献1的液压挖掘机是在提升回转时增加功率的功能，而不是在挖掘负载高的挖掘控制中增加功率的功能。由此，挖掘控制有可能不正常地动作。
9.本公开的目的在于，提供一种能够在执行挖掘负载高的挖掘控制的情况下增加功率的作业机械以及作业机械的控制方法。
10.用于解决课题的手段
11.根据本公开的一方案的作业机械具备：工作装置；液压缸，其利用工作油使工作装置进行动作；液压泵，其经由液压回路向液压缸供给工作油；安全阀(relief valve)，其能够将液压回路的安全压力(relief pressure)设定为第一设定压力和比第一设定压力高的第二设定压力中的任一方；状态判断部，其判断工作装置的控制状态是否为挖掘状态；检测部，其检测液压回路的工作油的压力和工作装置的速度中的至少一方；以及安全压力变更部，其在工作装置的控制状态为挖掘状态的情况下，基于液压回路的工作油的压力和工作装置的速度中的至少一方的检测值，将安全阀的安全压力从第一设定压力变更为第二设定压力。
12.根据本公开的一方案的作业机械的控制方法包括如下步骤：判断工作装置的控制状态是否为挖掘状态；在工作装置的控制状态为挖掘状态的情况下，对经由液压回路向使工作装置进行动作的液压缸供给的工作油的压力和工作装置的速度中的至少一方进行检测；以及基于液压回路的工作油的压力和工作装置的速度中的至少一方的检测值，将液压回路的安全阀的安全压力从第一设定压力变更为比第一设定压力高的第二设定压力。
13.发明效果
14.本公开的作业机械以及作业机械的控制方法能够在执行挖掘负载高的挖掘控制的情况下增加功率。
附图说明
15.图1是基于实施方式的作业机械100的外观图。
16.图2是对基于实施方式的作业机械100的控制系统的结构进行说明的图。
17.图3是对基于实施方式的作业机械100的泵控制器34的功能块进行说明的图。
18.图4是对根据实施方式的泵控制器34的控制流程进行说明的图。
19.图5是对根据实施方式的泵吸收扭矩与发动机转速的关系进行说明的图。
具体实施方式
20.以下，参照附图对实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同部件标注相同的附图标记。它们的名称以及功能相同。因此，不再重复关于它们的详细说明。
21.《作业机械的整体结构》
22.图1是基于实施方式的作业机械100的外观图。
23.如图1所示，作为能够应用本公开的思想的作业机械，列举具备利用液压进行工作的工作装置2的液压挖掘机为例来进行说明。
24.液压挖掘机具备车辆主体1、以及工作装置2。
25.车辆主体1具有回转体3、驾驶室4、以及行驶装置5。
26.回转体3配置于行驶装置5上。行驶装置5支承回转体3。回转体3能够以回转轴ax为中心回转。在驾驶室4中设置有供操作员就坐的驾驶座4s。操作员在驾驶室4中操作液压挖掘机。行驶装置5具有一对履带5cr。通过履带5cr的旋转而使液压挖掘机行驶。行驶装置5也可以由车轮(轮胎)构成。
27.在实施方式中，以就坐于驾驶座4s的操作员为基准来对各部分的位置关系进行说明。前后方向是指就坐于驾驶座4s的操作员的前后方向。左右方向是指以就坐于驾驶座4s的操作员为基准的左右方向。左右方向与车辆的宽度方向(车宽方向)一致。将就坐于驾驶座4s的操作员正对正面的方向设为前方向，将与前方向相反的方向设为后方向。将就坐于驾驶座4s的操作员正对正面时的右侧、左侧分别设为右方向、左方向。
28.回转体3具有收容发动机的发动机室9、以及设置于回转体3的后部的配重。在回转体3上，在发动机室9的前方设置有扶手19。在发动机室9中配置有发动机以及液压泵等。
29.工作装置2支承于回转体3。工作装置2具有动臂6、斗杆7、铲斗8、动臂缸10、斗杆缸11、以及铲斗缸12。
30.动臂6经由动臂销13与回转体3连接。斗杆7经由斗杆销14与动臂6连接。铲斗8经由铲斗销15与斗杆7连接。动臂缸10驱动动臂6。斗杆缸11驱动斗杆7。铲斗缸12驱动铲斗8。动臂6的基端部(动臂基部)与回转体3连接。动臂6的前端部(动臂顶部)与斗杆7的基端部(斗杆基部)连接。斗杆7的前端部(斗杆顶部)与铲斗8的基端部连接。动臂缸10、斗杆缸11以及铲斗缸12均是利用工作油进行驱动的液压缸。
31.动臂6能够以中心轴即动臂销13为中心相对于回转体3旋转。斗杆7能够以与动臂销13平行的中心轴即斗杆销14为中心相对于动臂6旋转。铲斗8能够以与动臂销13以及斗杆销14平行的中心轴即铲斗销15为中心相对于斗杆7旋转。
32.需要说明的是，铲斗8、工作装置2是本公开的“铲斗”、“工作装置”的一例。
33.〔控制系统的结构〕
34.图2是对基于实施方式的作业机械100的控制系统的结构进行说明的图。
35.参照图2，作业机械100具备动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12、回转马达24、控制器26、发动机控制器30、发动机38、液压泵40、主阀25、安全阀44、泵压力传感器32、泵控制器34、自压减压阀46、以及epc阀50。
36.发动机38例如是柴油式的发动机，根据发动机控制器30的控制而被控制。具体而言，发动机控制器30对来自未图示的燃料喷射装置的燃料的喷射量进行控制，由此对发动机38的输出扭矩和转速进行控制。
37.液压泵40由发动机38驱动，并排出工作油。液压泵40是对应于发动机38的转速而使工作油的排出量变化的固定容量型的液压泵。需要说明的是，在本例中，对使用了一个液压泵40的结构进行说明，但并不特别局限于此，也可以采用使用了多个液压泵的结构。
38.主阀25接受从液压泵40供给的工作油，并向动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12以及回转马达24分别分配并供给工作油。
39.控制器26向epc阀50输出指令电流。epc阀50根据来自控制器26的指令电流对主阀25进行控制。
40.根据实施方式的控制器26由cpu(central processing unit)以及存储器等构成，并通过执行储存于存储器的控制程序来对工作装置2进行控制。作为一例，在存储器中储存有自动控制工作装置2执行多个作业工序的控制程序。具体而言，作为多个作业工序，包括使用工作装置2对作业地形执行挖掘动作的挖掘工序、通过回转体3进行回转动作的回转工序、使用工作装置2对通过挖掘动作而铲入至铲斗8的挖掘对象物进行排土动作的排土工序。
41.控制器26将示出自动控制的多个作业工序的各作业工序的状态数据保持于存储器，并且将该状态数据向泵控制器34输出。作为一例，控制器26保持自动挖掘状态数据、自动回转状态数据、自动排土状态数据中的至少某些状态数据，并且将该状态数据向泵控制器34输出。泵控制器34基于从控制器26输出的状态数据，能够判断例如自动挖掘状态。
42.需要说明的是，在本例中，对控制器26输出状态数据的情况进行说明，但并不局限于此，也可以是，泵控制器34访问控制器26并取得储存于存储器的状态数据。
43.从液压泵40输出的工作油在由自压减压阀46减压至一定压力后被供给先导用。
44.泵压力传感器32检测液压泵40与主阀25之间的液压回路内的工作油的压力。
45.安全阀44与具有液压泵40和主阀25之间的流路的液压回路连接。另外，安全阀44在液压回路高于规定的安全压力的情况下打开以使工作油流向罐。能够通过安全阀44将在液压回路中流动的工作油的压力补偿至规定的压力以下。安全阀44设置为能够将规定的安全压力变更为第一设定压力或比第一设定压力高的第二设定压力。
46.泵控制器34接受由泵压力传感器32检测到的液压回路的工作油的压力的数据的输入。泵控制器34接受来自动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12的缸长的数据的输入。泵控制器34接受来自控制器26的与自动控制的状态相关的数据的输入。泵控制器34基于由泵压力传感器32检测到的液压回路的工作油的压力的数据、来自动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12的缸长的数据、以及与自动控制的状态相关的数据，对安全阀44的安全压力进行调整。
47.需要说明的是，液压泵40、安全阀44以及动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12是本公开的“液压泵”、“安全阀”以及“液压缸”的一例。
48.图3是对基于实施方式的作业机械100的泵控制器34的功能块进行说明的图。
49.如图3所示，泵控制器34包括状态判断部102、压力检测部103、铲斗速度检测部104、安全压力变更部106、以及发动机调整部108。
50.状态判断部102从控制器26接受与自动控制的状态相关的数据的输入，并判断工作装置的控制状态是否为自动挖掘状态。
51.压力检测部103接受由泵压力传感器32检测到的液压回路的工作油的压力的数据的输入。
52.铲斗速度检测部104接受来自分别设置于动臂缸10、斗杆缸11以及铲斗缸12的传感器的缸长数据的输入，并基于该缸长数据检测铲斗速度。
53.安全压力变更部106基于由压力检测部103接受了输入的液压回路的泵压、由铲斗速度检测部104检测到的铲斗速度、以及由状态判断部102判断出的工作装置的控制状态，变更安全阀44的安全压力。
54.安全阀44预先设定为第一设定压力。安全压力变更部106在规定条件成立了的情况下，将安全阀44的安全压力变更为比第一设定压力高的第二设定压力。
55.发动机调整部108向发动机控制器30指示对发动机38的转速进行调整。
56.需要说明的是，状态判断部102、压力检测部103、铲斗速度检测部104、安全压力变更部106、发动机调整部108是本公开的“状态判断部”、“压力检测部”、“速度检测部”、“安全压力变更部”、“发动机调整部”的一例。
57.《泵控制器的控制》
58.图4是对根据实施方式的泵控制器34的控制流程进行说明的图。
59.参照图4，泵控制器34判断是否为自动挖掘模式(步骤s2)。具体而言，状态判断部102接受来自控制器26的状态数据的输入来判断是否为自动挖掘模式。
60.在步骤s2中，泵控制器34在判断为不是自动挖掘模式的情况下(步骤s2中，否)，重复步骤s2的判断。
61.另一方面，在步骤s2中，泵控制器34在判断为是自动挖掘模式的情况下(步骤s2中，是)，检测工作油的压力(步骤s4)。具体而言，压力检测部103取得由泵压力传感器32检测到的工作油的压力。需要说明的是，压力检测部103也可以取得由安装于动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12的头部侧和底部侧的压力传感器检测到的工作油的压力。
62.接下来，泵控制器34判断取得的压力是否为规定值以上(步骤s6)。具体而言，安全压力变更部106判断由压力检测部103取得的工作油的压力是否为规定值以上的压力。在判断为由泵压力传感器32检测到的工作油的压力为规定值以上的压力的情况下，能够判断为是挖掘负载高的作业工序。
63.在步骤s6中，泵控制器34在判断为工作油的压力为规定值以上的情况下(步骤s6中，是)，取得铲斗速度(步骤s7a)。安全压力变更部106指示铲斗速度检测部104计算铲斗速度。铲斗速度检测部104基于来自动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12的缸长的数据来计算工作装置2的铲斗8的速度。铲斗速度检测部104将计算出的铲斗8的速度向安全压力变更部106输出。
64.接下来，泵控制器34判断铲斗速度是否为规定速度以下(步骤s7b)。具体而言，安全压力变更部106判断从铲斗速度检测部104输出的铲斗速度是否为规定速度以下(例如速
度为0)。在判断为从铲斗速度检测部104输出的铲斗速度为规定速度以下的情况下，能够判断为是挖掘负载高的作业工序。
65.在步骤s7b中，泵控制器34在判断为是规定速度以下的情况下(步骤s7b中，是)，将安全压力设定为第二设定压力(步骤s8)。具体而言，安全压力变更部106在判断为从铲斗速度检测部104输出的铲斗速度为规定速度以下的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第二设定压力。
66.接下来，泵控制器34判断将安全压力设定为第二设定压力后是否经过了规定期间(步骤s10)。安全压力变更部106判断将安全压力设定为第二设定压力后是否经过了规定期间。
67.另一方面，在步骤s10中，泵控制器34在判断为将安全压力设定为第二设定压力后未经过规定期间的情况下(步骤s10中，否)，重复步骤s10的判断。
68.接下来，泵控制器34在步骤s10中判定为将安全压力设定为第二设定压力后经过了规定期间的情况下(步骤s10中，是)，将安全压力设定为第一设定压力(步骤s12)。接着，结束处理(结束)。具体而言，安全压力变更部106在判断为将安全压力设定为第二设定压力后经过了规定期间的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。由此，能够减轻由于长期将安全压力维持为较高的状态而导致的液压回路的负载。
69.另一方面，在步骤s6中，泵控制器34在判断为工作油的压力不在规定值以上的情况下(步骤s6中，否)，返回步骤s4，重复上述处理。
70.另一方面，在步骤s7b中，泵控制器34在判断为铲斗速度不在规定速度以下的情况下(步骤s7b中，否)，返回步骤s4，重复上述处理。
71.在实施方式中，在从控制器26输出的控制的状态为自动挖掘模式、液压回路的工作油的压力为规定压力以上、且铲斗8的速度为规定速度以下(例如停止状态)的情况下，安全压力变更部106将安全阀44的安全压力变更为比第一设定压力高的第二设定压力。
72.通过将安全阀44的安全压力从第一设定压力变更为第二设定压力而能够提高液压回路内的工作油的压力。因此，在执行挖掘负载高的自动挖掘的控制的情况下，能够使与主阀25连接的工作装置2的输出上升(增加功率)来进行动作。
73.需要说明的是，对上述实施方式的安全压力变更部106作为规定条件而在正执行自动挖掘模式、液压回路的工作油的压力为规定压力以上、且铲斗8的速度为规定速度以下的情况下，将安全阀44的安全压力变更为比第一设定压力高的第二设定压力的情况进行了说明。并不局限于此，安全压力变更部106也可以基于自动挖掘模式、液压回路的工作油的压力以及铲斗8的速度中的至少一方来变更安全阀44的安全压力。具体而言，安全压力变更部106也可以在自动挖掘模式、且液压回路的工作油的压力为规定压力以上以及铲斗8的速度为规定速度以下中的至少一方的情况下，将安全阀44的安全压力变更为比第一设定压力高的第二设定压力。
74.需要说明的是，在上述的例子中，对安全压力变更部106在判断为在规定期间内将安全压力设定为第二设定压力的情况下将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力的情况进行了说明。
75.另一方面，也可以在挖掘负载较低的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。
76.例如，也可以在工作装置的速度恢复了的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。具体而言，安全压力变更部106也可以在铲斗8的速度超过了规定速度的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。或者，安全压力变更部106也可以在液压回路的工作油的压力小于规定压力的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。
77.另外，安全压力变更部106也可以在判断为挖掘状态已结束的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。例如，安全压力变更部106也可以在基于来自控制器26的与自动控制的状态相关的数据的输入而判断为挖掘状态结束且动作已转移至回转状态的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。或者，也可以是，在使用视觉传感器而判断为铲斗8的铲尖从地面出来的情况下，判断为挖掘状态结束而将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。具体而言，安全压力变更部106也可以在使用视觉传感器而判断为铲斗8的铲尖超过了现况地形高度的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。或者，也可以在基于工作装置的姿态而判断为挖掘状态已结束的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。具体而言，安全压力变更部106也可以在基于来自动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12的缸长的数据而判断为铲斗8的姿态为铲有铲斗8的内部的土的姿态的情况下，将安全阀44的安全压力变更为第一设定压力。
78.《变形例1》
79.在自动挖掘模式中，有可能由于与障碍物(例如岩石等)碰撞而铲斗8的速度瞬间变为0、或者工作油的压力变为规定值以上。在该情况下，安全压力变更部106有可能将安全阀44的安全压力变更为比第一设定压力高的第二设定压力。
80.在本变形例1中，对防止该误动作的方式进行说明。
81.具体而言，安全压力变更部106为了防止误动作而将挖掘负载高的状态是否持续规定期间加入条件中。
82.例如，安全压力变更部106也可以在作为规定条件而在正执行自动挖掘模式、液压回路的工作油的压力持续规定期间为规定值以上、且铲斗8的速度持续规定期间为规定速度以下的情况下，将安全阀44的安全压力变更为比第一设定压力高的第二设定压力。
83.作为其他方式，也可以利用使用滤波电路(filter circuit)进行了移动平均处理后的计测值来进行判断。
84.具体而言，也可以在压力检测部103设置进行移动平均处理的滤波电路，并将通过该滤波电路后的计测值输出给安全压力变更部106。或者，也可以在铲斗速度检测部104设置进行移动平均处理的滤波电路，并将通过该滤波电路后的计算值输出给安全压力变更部106。
85.通过基于实施方式的变形例1的处理能够去除突发性地产生的外部干扰，从而能够防止误动作。
86.需要说明的是，在本例中，对将安全阀44的安全压力从第一设定压力变更为第二设定压力的情况的条件进行了说明，但关于将安全阀44的安全压力从第二设定压力变更为第一设定压力的情况，也能够同样地适用。
87.《变形例2》
88.在上述的实施方式中，对在执行挖掘负载高的自动挖掘的控制的情况下，通过将
安全阀44的安全压力从第一设定压力变更为第二设定压力从而提高液压回路内的工作油的压力以使工作装置2的输出上升(增加功率)的情况进行了说明。在这一点上，安全压力变更部106将安全阀44的安全压力变更为比第一设定压力高的第二设定压力，并且指示发动机调整部108调整发动机的转速。
89.图5是示出根据实施方式的泵吸收扭矩与发动机转速的关系的图。
90.如图5所示，示出了发动机38的发动机输出特性线el1。并且，基于发动机输出特性线el1以及泵吸收扭矩特性线pl，通过epc阀50进行控制，使得泵吸收扭矩与发动机输出扭矩在匹配点匹配。在本例中，设置有泵吸收扭矩特性线pl1、以及泵吸收扭矩特性线pl2，在通常时，以在泵吸收扭矩特性线pl1与发动机输出特性线el1的匹配点m1匹配的方式进行控制。并且，在执行挖掘负载高的自动挖掘的控制的情况下，将泵吸收扭矩特性线pl1变更为泵吸收扭矩特性线pl2。由此，以在泵吸收扭矩特性线pl1与发动机输出特性线el2的匹配点m2匹配的方式进行控制。具体而言，发动机调整部108指示发动机控制器30使发动机转速上升。
91.在实施方式的变形例2中，在执行挖掘负载高的自动挖掘的控制的情况下，将安全阀44的安全压力从第一设定压力变更为第二设定压力，由此提高液压回路内的工作油的压力，并且使发动机转速上升，从而能够进一步便工作装置2的输出上升(增加功率)。
92.在上述的实施方式中，主要对在执行自动挖掘的控制的情况下使工作装置2的输出上升的方式进行了说明，但并不特别局限于在自动挖掘的控制时，在执行通常的挖掘控制的情况下也能够同样地适用。具体而言，也可以在基于来自控制器26的与控制的状态相关的数据的输入而判断为是挖掘状态的情况下，执行利用图4说明过的流程。例如，也可以取代步骤s2中的是否为自动挖掘模式的判断处理，而执行判断是否为挖掘状态的处理，如果为挖掘状态则执行在图4中说明过的步骤s2之后的流程。或者，也可以是，在使用视觉传感器而判断为铲斗8的铲尖铲入了地面的情况下，判断为是挖掘状态，从而执行在图4中说明过的步骤s2之后的流程。或者，也可以是，在基于工作装置的姿态而判断为是挖掘状态的情况下，执行在图4中说明过的步骤s2之后的流程。
93.在上述的实施方式中，对铲斗速度检测部104基于来自动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12的缸长的数据来计算工作装置2的铲斗8的速度的方式进行了说明，但并不局限于此，也可以使用imu(inertial measurement unit)来检测铲斗8的速度。
94.也可以是，使用安装于驾驶室4的前表面的视觉传感器(lidar，立体相机等)来取得铲斗8的特征量，并基于该特征量的移动来检测铲斗8的速度。或者，也可以在铲斗8安装标记，并基于该标记的移动来检测铲斗8的速度。
95.在上述的实施方式中，作为作业机械的一例列举了液压挖掘机，但并不局限于液压挖掘机，也可以应用于推土机、轮式装载机等其他种类的作业机械。
96.以上，对本公开的实施方式进行了说明，但应当认为本次公开的实施方式在所有方面是例示性的而非限制性的。本公开的范围由技术方案表示，且旨在包含与技术方案均等的意味以及范围内的所有变更。
97.附图标记说明：
98.1...车辆主体；2...工作装置；3...回转体；4...驾驶室；4s...驾驶座；5...行驶装置；5cr...履带；6...动臂；7...斗杆；8...铲斗；8a...铲尖；9...发动机室；10...动臂
缸；11...斗杆缸；12...铲斗缸；13...动臂销；14...斗杆销；15...铲斗销；19...扶手；21...天线；21a...第一天线；21b...第二天线；26...控制器；30...发动机控制器；32...泵压力传感器；38...发动机；40...液压泵；44...安全阀；46...自压减压阀；50...epc阀。