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技術 クレーンにおけるAIS制御方法

出願人 コベルコ建機株式会社
発明者 岸拓朗道田隆治
出願日 2016年5月24日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2016-103405
公開日 2017年11月30日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-210311
状態 特許登録済
技術分野 ジブクレーン(門形、ケーブルクレーン) クレーンの細部(制御,安全)
主要キーワード 繁忙状態 自動停止機構 カウントダウン数 分解モード フック装置 操作モニタ 閑散状態 消費量削減
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年11月30日)のものです。
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図面 (4)

課題

オペレータに煩わしさを感じさせることなく、省エネ効果最大限に発揮可能なクレーンにおけるAI制御方法を提供する。

解決手段

本発明のクレーン1におけるAIS制御方法は、駆動力を発生するエンジンが搭載されたクレーン1に設けられたAIS機構であって、所定の条件を満たした状況下で、エンジンを自動的に停止させるエンジン停止手段と、エンジン停止手段によりエンジンを実際に停止させる前に「予告」を行う予告手段とを有するAIS機構において、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くする予告開始変更手段を有する。

概要

背景

作業機械の1つである移動式クレーンは、例えば、数メートルから数十メートルに及ぶ長いブームを備え、このブームに備えられたフック装置を用いて様々な荷物を吊下する作業(クレーン作業)を行う建設機械である。
さて、クレーン作業を行っている移動式クレーンは、クレーン作業と次のクレーン作業との間、エンジンを駆動した状態(アイドリング状態)で待機していることがある。

環境保護燃料消費量削減建設コストの低減などの観点から、移動式クレーンなどの建設機械においても、作業待ちをしている際、アイドリング中のエンジンを自動的に停止する自動停止機構が備えられるようになってきている。
作業待ち時間において、アイドリング中のエンジンを停止することを目的とする技術が、例えば特許文献1、2に開示されている。

特許文献1は、作業機械に搭載されたエンジンと、作業機械の操作されない状態が設定された時間を超えたときは運転中のエンジンを自動的に停止させる制御手段とを具備した作業機械のエンジン制御装置が開示されている。
また、特許文献2は、エンジンを動力源として油圧ポンプを作動させ、クレーン操作手段の操作に基づいて上記油圧ポンプの吐出油により油圧アクチュエータを駆動して、ブーム先端から吊下げワイヤにより吊荷を吊上げ作業するクレーン車のエンジン制御装置において、上記クレーン操作手段の操作の有無を検出するクレーン操作検出手段と、ブーム先端に吊下げられている吊荷の有無を検出する吊荷検出手段と、上記検出手段からの信号に基づきクレーン操作が無い状態と吊荷が無い状態とが同時に予め設定された時間継続したときにエンジンを停止するエンジン停止手段と、を備えている。

概要

オペレータに煩わしさを感じさせることなく、省エネ効果最大限に発揮可能なクレーンにおけるAI制御方法を提供する。本発明のクレーン1におけるAIS制御方法は、駆動力を発生するエンジンが搭載されたクレーン1に設けられたAIS機構であって、所定の条件を満たした状況下で、エンジンを自動的に停止させるエンジン停止手段と、エンジン停止手段によりエンジンを実際に停止させる前に「予告」を行う予告手段とを有するAIS機構において、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くする予告開始変更手段を有する。

目的

作業待ち時間において、アイドリング中のエンジンを停止することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

駆動力を発生するエンジンが搭載されたクレーンに設けられたAI機構であって、所定の条件を満たした状況下で、前記エンジンを自動的に停止させるエンジン停止手段と、前記エンジン停止手段により前記エンジンを実際に停止させる前に「予告」を行う予告手段とを有するAIS機構において、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、前記予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くする予告開始変更手段を有することを特徴とするクレーンにおけるAIS制御方法

請求項2

前記予告手段による予告をキャンセルすると共に、前記エンジン停止手段による前記エンジンの停止を阻止するキャンセル手段を有しており、前記予告開始変更手段は、前記キャンセル手段によるキャンセル動作が発生した後に、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を短くするように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のクレーンにおけるAIS制御方法。

請求項3

前記予告開始変更手段は、前記クレーンを操作する操作レバーの使用頻度を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のクレーンにおけるAIS制御方法

請求項4

前記予告開始変更手段は、前記エンジンの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のクレーンにおけるAIS制御方法。

請求項5

前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内油圧ポンプ吐出圧を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のクレーンにおけるAIS制御方法。

請求項6

前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧ポンプの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のクレーンにおけるAIS制御方法。

請求項7

前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧シリンダ作動頻度を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のクレーンにおけるAIS制御方法。

請求項8

前記クレーンが電動モータを有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記電動モータの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のクレーンにおけるAIS制御方法。

技術分野

0001

本発明は、移動式クレーンに代表される作業機械における、オートアイドリングストップAIS)の制御方法に関する。

背景技術

0002

作業機械の1つである移動式クレーンは、例えば、数メートルから数十メートルに及ぶ長いブームを備え、このブームに備えられたフック装置を用いて様々な荷物を吊下する作業(クレーン作業)を行う建設機械である。
さて、クレーン作業を行っている移動式クレーンは、クレーン作業と次のクレーン作業との間、エンジンを駆動した状態(アイドリング状態)で待機していることがある。

0003

環境保護燃料消費量削減建設コストの低減などの観点から、移動式クレーンなどの建設機械においても、作業待ちをしている際、アイドリング中のエンジンを自動的に停止する自動停止機構が備えられるようになってきている。
作業待ち時間において、アイドリング中のエンジンを停止することを目的とする技術が、例えば特許文献1、2に開示されている。

0004

特許文献1は、作業機械に搭載されたエンジンと、作業機械の操作されない状態が設定された時間を超えたときは運転中のエンジンを自動的に停止させる制御手段とを具備した作業機械のエンジン制御装置が開示されている。
また、特許文献2は、エンジンを動力源として油圧ポンプを作動させ、クレーン操作手段の操作に基づいて上記油圧ポンプの吐出油により油圧アクチュエータを駆動して、ブーム先端から吊下げワイヤにより吊荷を吊上げ作業するクレーン車のエンジン制御装置において、上記クレーン操作手段の操作の有無を検出するクレーン操作検出手段と、ブーム先端に吊下げられている吊荷の有無を検出する吊荷検出手段と、上記検出手段からの信号に基づきクレーン操作が無い状態と吊荷が無い状態とが同時に予め設定された時間継続したときにエンジンを停止するエンジン停止手段と、を備えている。

先行技術

0005

特開2003−65097号公報
特開2006−62782号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上記した特許文献1、2に開示された自動停止機構は、所定の停止条件が揃った際に、自動的にエンジンを停止するものである(オートアイドルストップ機構、AIS機構)。
具体的には、所定の停止条件が揃った際に、クレーン側に搭載された制御部は、キャビン内配備された操作モニタ上に「エンジンストップを行う旨のカウントダウン」を表示するようになる。

0007

このような表示(AIS許可申請発令)に対して、オペレータは、煩わしく感じたりして、操作モニタ上のキャンセルタンを押してしまう虞がある。
キャンセルボタンが押された後、クレーン側に搭載された制御部は、再び、クレーンの稼働状態を検知し、所定の停止条件が揃った際に、自動的にエンジンを停止するためのAIS許可申請を発令するようになる。

0008

そもそも、省エネ環境性能の向上を狙うとすれば、再度、AIS許可申請を行うまでの時間は短い方が良いことは自明である。ところが、キャンセル後に再度、AIS許可申請が発令されるまでの時間が短いと、オペレータは頻繁にキャンセル操作をせざるを得なくなり、オペレータは更に煩わしさを感じるようになる。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、オペレータに煩わしさを感じさせることなく、省エネ効果最大限に発揮可能なクレーンにおけるAIS制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明のかかるクレーンにおけるAIS制御方法は、駆動力を発生するエンジンが搭載されたクレーンに設けられたAIS機構であって、所定の条件を満たした状況下で、前記エンジンを自動的に停止させるエンジン停止手段と、前記エンジン停止手段により前記エンジンを実際に停止させる前に「予告」を行う予告手段とを有するAIS機構において、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、前記予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くする予告開始変更手段を有することを特徴とする。

0010

好ましくは、前記予告手段による予告をキャンセルすると共に、前記エンジン停止手段による前記エンジンの停止を阻止するキャンセル手段を有しており、前記予告開始変更手段は、前記キャンセル手段によるキャンセル動作が発生した後に、現在の作業状態を検知し、検知した作業状態が繁忙状態の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業状態が閑散状態の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を短くするように構成されているとよい。

0011

好ましくは、前記予告開始変更手段は、前記クレーンを操作する操作レバーの使用頻度を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。
好ましくは、前記予告開始変更手段は、前記エンジンの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。

0012

好ましくは、前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧ポンプの吐出圧を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。
好ましくは、前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧ポンプの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。

0013

好ましくは、前記クレーンが油圧回路を有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記油圧回路内の油圧シリンダ作動頻度を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。
好ましくは、前記クレーンが電動モータを有するに際しては、前記予告開始変更手段は、前記電動モータの回転数を基に前記作業状態を検知し、検知した作業状態を基に、前記予告手段が動作するまでの時間を変更するように構成されているとよい。

発明の効果

0014

本発明の技術によれば、オペレータに煩わしさを感じさせることなく、省エネ効果を最大限に発揮可能なクレーンにおけるAIS制御を実現することができる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の実施形態によるクローラクレーンの全体構成を概略的に示す側面図である。
本発明の実施形態によるクローラクレーンの運転席を模式的に示した図である。
本発明のAIS機構の動作を示すフローチャートである。

実施例

0016

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態にかかるAIS機構(オートアイドリングストップ機構)の詳細を説明する前に、AIS機構を有するクローラクレーン1について図を基に説明する。
図1を参照して、本実施形態によるクローラクレーン1(移動式クレーン)の基本的な構成を説明する。

0017

図1図2に示すように、クローラクレーン1(以下、単にクレーン1ということもある)は、上部旋回体3と、上部旋回体3を旋回自在に下から支持するとともに、走行を行う下部走行体2と、を備えている。また、上部旋回体3の幅方向中央の前方には、フック装置7を吊りロープ6を介して吊り下げるブーム5が備えられている。そのブーム5を操作する操作ユニットが内部に配備されたキャブ11(運転室)が、上部旋回体3の幅方向一方側(右側)の前方に搭載されている。

0018

クレーン1の下部走行体2は、金属製の帯体を環状に形成してなる無限軌道クローラ)を左右方向の両端にそれぞれ備え、このクローラにより地面を走行可能とされている。この下部走行体2の中央上部には、上部旋回体3を旋回自在に下から支持し、且つ上部旋回体3を上下方向軸心回りに旋回させる旋回手段4が搭載されている。
上部旋回体3は、鋼材で形成され、前後方向の長さが、左右方向の幅よりやや長い板状の枠体ラダーフレーム)である。

0019

上部旋回体3の幅方向中央前側には、起伏自在のブーム5が配備されていて、そのブーム5の先端から吊りロープ6を介して吊荷を吊るためのフック装置7が吊り下げられている。また、ブーム5の先端には、起伏ロープ9が掛回されている。
一方、上部旋回体3の幅方向中央後側には、起伏ロープ9が掛回されたマスト8と、起伏ロープ9の巻き取りや繰り出しを行うことによりブーム5を起伏させる起伏用ウインチ(図示せず)が配備されている。上部旋回体3の後方には、カウンターウエイト10が配備されている。

0020

上部旋回体3の幅方向右前側には、キャブ11(運転室)が搭載され、そのキャブ11の後方にエンジンガードが搭載されている。
図2に示すように、キャブ11は内部が空間とされた筐体とされ、キャブ11の前面及び左右側面(搭乗した使用者から見た前、左右)には、搭乗したオペレータの視界を確保するための窓12が設けられている。クレーン操作を行う操作部14(操作ユニット)と、オペレータが着座可能な座席13が配備されている。

0021

この操作部14は、クレーン1の動作を制御する制御部に接続されているものであって、ブーム5を動かしたり、フック装置7が吊下された吊りロープ6を、巻取繰出をするウインチを動作させたりする操作レバー15と、クレーン操作におけるクレーン1の作業状況を表示し、且つその状況に応じて、制御部から指令されたクレーン1の作業条件を変更可能とする操作モニタ16(表示モニタ)と、を備える。

0022

ところで、クレーン1には、エンジンが搭載されると共に、エンジン付帯装置も搭載されている。エンジン付帯装置は、エンジンを起動させる際に用いられる機器(例えば、燃料タンク燃料ポンプバッテリなど)や、起動後に発生した駆動力を用いてクレーン操作の制御を行う装置(例えば、油圧ポンプ、コントロールバルブ作動油タンクなど)や、駆動力を発生する際に高温となったエンジンを冷却する機器(例えば、ラジエターファンなど)が該当する。

0023

以上述べた本実施形態のクレーン1には、AIS(オート・アイドル・ストップ)機構が備えられるものとなっている。
AIS機構は、主としてエンジンを自動的に停止する機能を有している。このAIS機構が機能することにより、エンジンで消費される燃料量を低減することができると共に、エンジンから外部へ排出される排出ガスを抑制することができる。なお、本実施形態においては、上記したAIS機構が起動されると、操作モニタ16に「AIS動作中」として表示して、AIS機構が動作中であることを伝達するようになっている。

0024

AIS機構は、所定の停止条件が揃った際に、自動的にエンジンを停止するものであり、まずは、図3のS1に示す如く、AIS動作条件を満たしているかを判断する。
例えば、「組立分解モードではない」などを判断した上で、例えば、エンジンの回転数が予め定められた条件を満たせば、S2の如く、AIS許可申請を動作させる。
その後、クレーン1側に搭載された制御部に備えられた予告手段は、キャブ11内に配備された操作モニタ16上に「エンジンストップを行う旨のカウントダウン」を表示するようになる。例えば、クレーン1側に搭載された制御部が、10秒後にエンジンストップを行うと判断した場合、操作モニタ16上のカウントダウン表示部19に、「10,9,8・・・」とデクリメントされる数字が表示され、この表示が「0」となった場合に、エンジン停止手段により、エンジンが停止される(図3のS6)。

0025

このように、カウントダウン表示部19が「エンジンを止めてもよいか?」とオペレータに許可を求めてくることを、本明細書では、「AIS許可申請」、または単に「許可申請」と呼ぶ。許可申請が行われた後に、制御部に備えられたエンジン停止手段により、エンジンが自動的に停止される。停止したエンジンを起動するに際しては、例えば、オペレータがアクセルペダル17を踏み込んだり、アクセルレバーを操作したりするとよい。

0026

さて、このようなAIS機能を有するクレーン1の場合、キャブ11に搭乗しているオペレータは、以下のような心理状態になることが否めない。
すなわち、オペレータは、操作モニタ16上に「10,9,8・・・」と表示されはじめ、クレーン1側からのAIS許可申請が発令されると、その表示(許可申請)が心理的圧迫となったり、煩わしく感じたりして、操作モニタ16上のキャンセルボタン18を押してしまう虞がある。また、オペレータが煩わしく感じないとしても、現在行っている作業でエンジンストップされては困るとオペレータが判断した場合にも、操作モニタ16上のキャンセルボタン18(キャンセル手段)が押され、エンジンストップが解除されることとなる。

0027

キャンセルボタン18が押された後、制御部に備えられた予告開始変更手段は、図3のS3に示す如く、キャンセルボタン18が押された後に、現在の作業負荷(作業状態)を検知し、検知した作業負荷が高負荷(繁忙状態)の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間(再許可申請までの時間)を長くし、検知した作業負荷が低負荷(閑散状態)の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を短くするようにする(S4,S5)。

0028

その上で、制御部は、再びクレーン1の稼働状態を検知し、所定の停止条件が揃った際に、自動的にエンジンを停止するためのAIS許可申請を発令するようになる(S2)。
そもそも、省エネや環境性能の向上を狙うとすれば、再度、AIS許可申請を行うまでの時間は短い方がよいことは自明である。ところが、キャンセル後に再度、AIS許可申請が発令されるまでの時間が短いと、オペレータは頻繁にAIS許可申請のキャンセル操作をせざるを得なくなり、オペレータは煩わしさを感じるようになる。このように、キャンセル〜再度のAIS許可申請までの時間が一定であると、省エネ効果とオペレータの煩わしさの低減の両方を同時に満たすことが困難となる。

0029

本発明は、上記した、予告開始変更手段を有することで、許可申請を行うまでの時間を、クレーン1の負荷に応じて早めたり、遅らせたりすることができ、省エネ効果とオペレータの煩わしさの低減の両方を同時に満たすことを可能としている。
さて、前述した予告開始変更手段は、キャンセルボタン18が押された後に、現在の作業負荷を検知するとしたが、具体的な検出方法は幾つか考えられる。それについて、以下に述べる。

0030

まず、予告開始変更手段は、クレーン1に搭載されたエンジンの回転数を基に作業負荷を検知し、検知した作業結果を基に、予告手段が動作するまでの時間を変更するようにしてもよい。例えば、エンジンの回転数の閾値を決めておき、その閾値を越えた場合は、予告開始変更手段は、「現在の作業負荷は高負荷であり、再許可申請までの時間を長くする」ようにする。前述した閾値は、固定値であってもよく、オペレータや製造者側で任意に変更可能としてもよい。

0031

また、エンジンの回転数の閾値を決めておき、その閾値を越えた時間を計測するようにしてもよい。閾値を超えた時間(積算時間)がある値以上であれば、「高負荷」であると判定してもよい。
また、エンジンの回転数の平均値(例えば、移動平均値)などを算出し、この平均値が閾値を超えた場合、「高負荷」であると判定してもよい。なお、クレーン1に電動モータが搭載されている場合、電動モータの回転数を利用し、上記した考えを適用して「高負荷」状態を判別してもよい。

0032

この考え方は、クレーン1に備えられた油圧回路にも適用できる。例えば、油圧回路内の油圧ポンプの吐出圧がある閾値を越えたり、閾値を越えた積算時間がある値以上になった際には、「高負荷」であると判定してもよい。油圧ポンプの回転数を、エンジンの回転数と同じように考えて、「高負荷」状態を検出してもよい。
さらに、クレーン1が油圧シリンダを有する場合、油圧シリンダの動作回数(例えば、1分間の動作回数)を検出し、その回数がある閾値以上であれば、「高負荷」であると判断してもよい。同じ考え方で、クレーン1を操作する操作レバーの操作回数を用いて「高負荷」を判断してもよい。

0033

油圧シリンダの場合、当該油圧シリンダにセンサを設け、油圧シリンダのストローク量を検出し、検出したストローク量が、ある閾値を越えた場合、越えた積算時間がある値以上の場合に、「高負荷」であると判断してもよい。
以上のように、予告開始変更手段は、現在の作業負荷を検知し、検知した作業負荷が高負荷の場合には、予告手段が動作するまでの時間を長くし、検知した作業負荷が低負荷の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くするようにする。そうすることで、クレーン1の負荷に応じて、許可申請を行うまでの時間を早めたり、遅らせたりすることができ、省エネ効果とオペレータの煩わしさの低減の両方を同時に満たすことが可能となる。

0034

なお、今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
特に、今回開示された各実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件操業条件、各種パラメータ構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

0035

例えば、本実施形態のクレーン1においては、キャンセルボタン18が押されてキャンセル動作が発生した後に、作業負荷が高負荷の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を長くし、低負荷の場合には、再び予告手段が動作するまでの時間を短くするようにしていた。しかしながら、許可申請が発令されるまでの時間を長くするのではなく、高負荷の場合には、予告手段が発する予告自体(カウントダウン数)を長くし、検知した作業負荷が低負荷の場合には、予告手段が発する予告自体(カウントダウン数)を短くするようにしてもよい。

0036

また、キャンセルボタン18が押されようと押されまいと、すなわち、キャンセル手段の動作に拘わらず、作業負荷が高負荷の場合には、予告手段が動作するまでの時間を長くし、低負荷の場合には、予告手段が動作するまでの時間を短くするようにしてもよい。
また、本実施形態では、クローラクレーン1を例示して説明を行ったが、本発明のAIS機構の制御方法は、建設機械全般に適用可能である。

0037

1クローラクレーン(移動式クレーン)
2下部走行体
3上部旋回体
4旋回手段
5ブーム
6 吊りロープ
7フック装置
8マスト
9起伏ロープ
10カウンターウエイト
11キャブ(運転室)
12 窓
13座席
14 操作部
15操作レバー
16操作モニタ
17アクセルペダル
18キャンセルボタン(キャンセル手段)
19カウントダウン表示部

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