[0003] 本公开总体上涉及施工设备。在特定方面，本公开涉及具有作业区域限制功能的施工设备。本公开可以应用于重型车辆，诸如卡车、公共汽车和施工设备，以及其他车辆类型。尽管可以关于特定车辆描述本公开，但是本公开不限于任何特定车辆。

[0004] 一般而言，挖掘机是在施工场地等中执行各种作业的施工设备，该各种作业诸如在地下挖土的挖掘作业、运输土沙的装载作业、拆除建筑物的破碎作业、整理地面的耕作作业以及平整地面的平整作业。

[0005] 参考图1，诸如挖掘机的施工设备1包括下部行驶部件2、可旋转地安装在下部行驶部件2上的上部回转部件3以及被安装为在上部回转部件3上竖直操作的作业装置4。

[0006] 另外，作业装置4被形成为具有多接头并且包括动臂4a、斗杆4b和铲斗4c，该动臂的后端部分可旋转地支撑在上部回转部件3上，该斗杆的后端部分可旋转地支撑在动臂4a的前端部分上，该铲斗可旋转地安装在斗杆4b的前端部分处。根据用户的操纵杆操作，供给液压油，并且动臂缸5(作业致动器)、斗杆缸6(作业致动器)和铲斗缸7(作业致动器)分别操作动臂4a、斗杆4b和铲斗4c。

[0007] 在施工设备1中，诸如动臂4a、斗杆4b或铲斗4c的作业装置4通过手动操作杆进行操作，但是由于作业装置4的每个部件通过接头连接以执行旋转运动，因此为了操作作业装置4的每个部件以在某个区域中作业，需要驾驶员付出相当大的努力。

[0008] 因此，为了促进此类作业，在日本专利注册平7‑94735号中公开了一种用于挖掘机的作业区域控制装置。作业区域控制装置根据铲斗4c的端部与禁止侵入区域的边界线之间的距离来控制铲斗4c的移动。因此，即使驾驶员误将铲斗4c的端部移动到禁止侵入区域，铲斗4c也在禁止侵入区域的边界线上自动停止。另外，通过根据作业装置4在作业期间速度变慢这个事实而察觉到作业装置4正在接近禁止侵入区域，驾驶员可以使铲斗4c的端部返回。

[0009] 图2示出了作业装置4的一个点P1或P2的速度仅受限于作业装置4的一个点P1或P2与作业区域W之间的距离的情况。例如，作业装置4的一个点P1或P2可以是铲斗的端部。

[0010] 具体地，根据相关技术，当铲斗的端部P1与作业区域W之间的距离d1小于或等于dmin(其是限速标准)时，铲斗的速度开始被限制。

[0011] 然而，根据相关技术，即使因为铲斗的端部P2移动成平行于作业区域W而没有侵入作业区域W的可能性，由于铲斗的端部P2与作业区域W之间的距离d2小于或等于dmin，铲斗速度也受到限制。

[0012] 即，根据相关技术，由于铲斗的速度限制是基于作业装置4与作业区域W之间的距离，因此即使没有侵入作业区域W的可能性，作业装置4的速度也受到限制，并且因此，存在挖掘作业期间作业速度和效率下降的问题。

[0013] 图3示出了作业装置4的点P1和P2以不同的接近速度接近作业区域W的情况。例如，作业装置4的一个点P1或P2可以是铲斗的端部。

[0014] 就此而言，由于制动时间与速度成正比，因此在作业装置的速度较高的情况下，只有当作业装置的速度更快地受到限制时，作业装置才不侵入作业区域W。例如，由于铲斗的端部P2比铲斗的端部P1更快地接近作业区域W，因此铲斗的端部P2的速度应当比铲斗的端部P1的速度更快地受到限制。

[0015] 然而，根据相关技术，由于铲斗的端部P1和P2与作业区域W之间的距离与dmin相同，因此铲斗的速度也以相同方式受到限制。

[0016] 即，根据相关技术，由于基于作业装置4与作业区域W之间的距离来均匀地限制速度而不考虑作业装置4的接近速度，因此当作业装置4的接近速度为高时，存在作业装置4可能侵入作业区域W的问题。

[0037] 下文阐述的详细描述以足够的细节提供所公开技术的信息和示例以使得本领域技术人员能够实践本公开。

[0038] 参考图4，根据本公开的一个方面的具有作业区域限制功能的施工设备10包括：下部行驶部件11；上部回转部件12，该上部回转部件可旋转地支撑在下部行驶部件11上；作业装置13，该作业装置包括由相应的液压缸操作的动臂13a、斗杆13b和铲斗13c并且被支撑在上部回转部件12上；控制阀100，该控制阀被配置为控制液压缸；操作杆200，该操作杆被配置为输出与驾驶员的操作量相对应的操作信号；信息提供单元300，该信息提供单元被配置为收集和/或计算作业装置13的地理信息、位置信息和姿态信息和/或作业区域W的位置信息；作业设置单元400，该作业设置单元能够设置和/或选择作业装置13的作业区域W；以及电子控制单元500，该电子控制单元被配置为根据从作业设置单元400和信息提供单元300中的至少一者输入的信号输出控制阀100的控制信号。

[0039] 控制阀100是通过阀芯来打开或关闭流动路径的构件，该阀芯接收压力以沿轴向方向移动。即，控制阀100用于将由作为液压源的液压泵供给的液压油的供给方向改变为朝向液压缸。控制阀100通过液压管连接到液压泵，并将要从液压泵供给的液压油引导到液压缸。

[0040] 操作杆200可以是液压操纵杆或电动操纵杆，并且可以优选地是生成与驾驶员的操作量成比例的电信号并将电信号提供给电子控制单元500的电动操纵杆。

[0041] 信息提供单元300可以包括以下各项中的至少一者：位置测量单元，该位置测量单元接收从全球定位系统(GPS)卫星传输的信号并测量施工设备10的位置信息；姿态测量单元，该姿态测量单元测量施工设备10的姿态信息以及动臂13a、斗杆13b和铲斗13c中的至少一者的姿态；以及坐标计算单元，该坐标计算单元基于从位置测量单元和姿态测量单元测量的信息来计算施工设备10的坐标。

[0042] 位置测量单元310可以包括能够接收由GPS卫星传输的信号的接收器并且可以根据接收到的信号来测量施工设备10的位置信息、作业区域W的位置信息和/或作业位置周围的地理信息。

[0043] 通过使用多个惯性多重测量单元(IMU)、角度传感器等，姿态测量单元320测量动臂13a、斗杆13b和铲斗13c中的至少一者的位置和/或姿态、施工设备10的主要部件的速度和倾斜度。

[0044] 坐标计算单元330使用由位置测量单元310和姿态测量单元320测量的位置信息和姿态信息来计算动臂13a、斗杆13b和铲斗13c中的至少一者的坐标(x,y,z)。

[0045] 另外，信息提供单元300还可以包括映射单元，该映射单元将作业位置周围的地理信息和关于作业位置的施工信息映射到计算的坐标。映射单元根据由坐标计算单元计算的每个轴线来调整和映射由姿态测量单元测量的每个作业装置13的位置和/或姿态以及施工设备10的主要部件的倾斜度。

[0046] 作业设置单元400可以设置和/或选择作业装置13的作业区域W并且可以将设置和/或选择的作业区域W的平面信息提供给电子控制单元500。另外，作业设置单元400可以具有作业模式功能，该作业模式功能能够根据驾驶员的需求来不同地设置和选择铲斗姿态控制模式、作业区域限制模式和摆动位置控制模式。

[0047] 根据对作业区域W和/或作业模式的设置和/或选择，作业设置单元400在显示装置(例如，显示器410的屏幕)上显示从信息提供单元300接收的施工设备10的地理信息、位置信息和姿态信息中的至少一者，以及由作业设置单元400设置的作业区域W的平面信息。

[0048] 即，驾驶员可以在显示器410的屏幕上设置和/或选择作业区域W和/或作业模式，并且因此可以使用显示的信息来轻松作业。在这种情况下，作业区域W是作为驾驶员的作业目标的设计表面。

[0049] 优选地，作业设置单元400在显示器410的屏幕上显示可由作业人员横向操作的调整部分412，并将关于调整部分412的操作信息提供给电子控制单元500。

[0050] 当操作杆200的操作信号被输入时，基于从信息提供单元300接收的地理信息和施工设备10的位置信息和姿态信息以及由作业设置单元400设置的作业区域W的平面信息，电子控制单元500计算作业装置13与作业区域W之间的预期碰撞距离dgo，以确定作业装置13是否有可能侵入设置的作业区域W。当作业装置13有可能侵入设置的作业区域W时，电子控制单元500计算作业装置13的预期碰撞时间tgo。接下来，电子控制单元500将计算的预期碰撞时间tgo与存储在电子控制单元500中的表格进行比较以确定操作杆200的操作信号的截止强度。基于操作杆200的操作信号的截止强度，控制信号被输出到控制液压缸的控制阀100。

[0051] 即，当根据本公开的作业区域限制功能被激活时，操作杆200的操作信号、信息提供单元300的各种类型的信息以及由作业设置单元400设置的作业区域W的平面信息被输入到电子控制单元500。电子控制单元500基于收集到的信息来确定操作杆200的操作信号的截止强度，并且因此控制作业装置13的移动。

[0052] 在下文中，将详细描述根据本公开的一个方面的具有作业区域限制功能的施工设备的操作方法。

[0053] 首先，驾驶员在作业设置单元400上选择主动控制模式并设置目标作业区域W，并且作业区域W的平面信息被提供给电子控制单元500。另外，信息提供单元300收集和/或计算施工设备10的地理信息、位置信息和姿态信息，并将地理信息、位置信息和姿态信息提供给电子控制单元500。然后，驾驶员操作动臂13a、斗杆13b或铲斗13c的操作杆200进行作业。

[0054] 基于接收到的作业装置13的位置信息和姿态信息以及设置的作业区域W的位置信息，电子控制单元500计算预期碰撞距离dgo并确定作业装置13是否有可能侵入设置的作业区域W。

[0055] 具体地，图5示出了示出根据本公开的一个方面的计算施工设备的一个点的预期碰撞距离和预期碰撞时间的方法的示意图。在此，作业装置13的一个点P1、P2或P3可以是动臂13a、斗杆13b和铲斗13c中的一个点。

[0056] 首先，如图5A所示，当作业装置13的一个点P1以速度V1接近作业区域W时，作业区域W与沿速度矢量V1的方向延伸的延长线之间的交点成为作业装置13的一个点P1的预期碰撞点c。

[0057] 电子控制单元500根据作业装置13的一个点P1的坐标和预期碰撞点c来计算预期碰撞距离dgo。由于预期碰撞距离dgo被计算为有限的，因此电子控制单元500确定作业装置13的点P1有可能侵入设置的作业区域W。

[0058] 另一方面，如图5B所示，当作业装置13的一个点P2移动成平行于作业区域W时，预期碰撞距离dgo被计算为是无限的。因此，电子控制单元500确定作业装置13的一个点P2不可能侵入设置的作业区域W。

[0059] 另外，如图5C所示，当作业装置13的一个点P3移动成与作业区域W相对的侧平行时，预期碰撞距离dgo被计算为是无限的。因此，电子控制单元500确定作业装置13的一个点P3不可能侵入设置的作业区域W。

[0060] 即，当预期碰撞距离dgo被计算为是有限的时，电子控制单元500确定作业装置13有可能侵入设置的作业区域W，并且当预期碰撞距离dgo被计算为是无限的时，电子控制单元500确定作业装置13不可能侵入设置的作业区域W。

[0061] 然而，本发明不限于此，并且当作业装置13的一个点的速度矢量指向作业区域W时，可以确定作业装置13有可能侵入设置的作业区域W。

[0062] 当确定作业装置13有可能侵入设置的作业区域W时，电子控制单元500计算作业装置13的预期碰撞时间tgo。

[0063] 具体地，如图5A所示，电子控制单元500通过将预期碰撞距离dgo除以作业装置13的一个点P1处的速度矢量V1的量值来计算预期碰撞时间tgo。即，tgo＝dgo/|V1|。

[0064] 当计算出作业装置13的预期碰撞时间tgo时，电子控制单元500将计算的预期碰撞时间tgo与预设表格进行比较以确定操作杆200的操作信号的截止强度。

[0065] 图6示出了示出根据本公开的一个方面的表格的图形。在此，水平轴线表示预期碰撞时间tgo，并且竖直轴线表示操作杆200的操作信号的截止强度。

[0066] 例如，如图6A所示，表格可以被配置为使得操作杆200的操作信号的截止强度随着预期碰撞时间tgo的减少而线性地增大。

[0067] 具体地，当预期碰撞时间tgo大于或等于3秒时，操作杆200的操作信号的截止强度为0％，并且作业装置13与驾驶员关于操作杆200的操作量成正比地移动。当预期碰撞时间tgo大于或等于0秒且小于或等于3秒时，随着预期碰撞时间tgo的减少，操作杆200的操作信号的截止强度线性地增大，并且作业装置13移动尽量少于驾驶员关于操作杆200的操作量。当预期碰撞时间tgo为0秒时，操作杆200的操作信号的截止强度为100％，并且尽管驾驶员对操作杆200进行了操作，但是作业装置13的移动还是被限制。

[0068] 另外，如图6B所示，表格可以被配置为使得操作杆200的操作信号的截止强度随着预期碰撞时间tgo的减少而呈指数增大。

[0069] 具体地，图6B的表格的形式为：当预期碰撞时间tgo接近某个时间时截止强度缓慢地增大，并且在碰撞即将发生的时间点，截止强度快速增大。

[0070] 在此，由于图6A中的表格的截止强度大于图6B中的表格的截止强度，因此可以认为图6A中的表格的截止强度水平高于图6B中的表格的截止强度水平。

[0071] 图7示出了根据本公开的一个方面的通过显示器410调整截止强度水平的方法。如图7A所示，在显示器410的一个区域411中，例如可以显示从信息提供单元300接收的施工设备10的地理信息、位置信息和姿态信息以及由作业设置单元400设置的作业区域W的平面信息。

[0072] 优选地，电子控制单元500可以包括具有不同截止强度水平的多个表格，并且作业人员可以通过显示器410调整截止强度水平。

[0073] 显示在显示器410上的调整部分412用于调整截止强度水平并且被设置为例如横向滑动。

[0074] 调整部分412的调整信息被提供给电子控制单元500，并且电子控制单元500基于调整信息来确定截止强度水平。

[0075] 例如，当调整部分412定位于左端413时，截止强度水平被设置为最高，并且截止强度根据表格“高”来确定。在这种情况下，即使在地形不稳定或对铲斗施加大载荷的情况下，作业人员也可以更稳定地操作作业装置13。

[0076] 随着调整部分412向右移动，截止强度水平被设置为降低，并且截止强度被确定为沿着表格(实线)。

[0077] 当调整部分412定位于右端414时，截止强度水平被设置为最低，并且截止强度被确定为沿着表格“低”。在由于地形稳定而不存在设备晃动风险或者由于少量载荷施加到铲斗而不存在设备不稳定的情况下，作业人员可以更灵活地操作作业装置13。

[0078] 即，作业人员可以根据情况通过滑动显示在显示器410上的调整部分412来确定标准表格。

[0079] 优选地，电子控制单元500可以计算作业装置13的多个点的多个预期碰撞时间tgo并且可以将多个预期碰撞时间tgo中的最小值与预设参考值进行比较以确定操作杆200的操作信号的截止强度。

[0080] 在下文中，将详细描述基于作业装置13的多个点来计算预期碰撞时间tgo的方法。

[0081] 图8是示出作业区域W定位于作业装置13上方、斗杆13b和铲斗13c相对于斗杆销M以角速度w1逆时针旋转并且铲斗13c相对于铲斗销N以角速度w2逆时针旋转的情况。

[0082] 如图8所示，电子控制单元500可以基于斗杆13b的点A和B以及铲斗13c的点C和D来计算预期碰撞时间tgo。然而，作业装置13的测量点不限于此。

[0083] 首先，电子控制单元500确定每个点是否有可能侵入作业区域W。具体地，由于斗杆13b的点A围绕斗杆销M以角速度wM逆时针旋转，因此当斗杆13b的点A处的线速度为 时，在此，由于斗杆13b的点A移动到与作业区域W相对的侧，因此预期碰撞距离
dgo,A被计算为是无限的，并且电子控制单元500确定斗杆13b的点A不可能侵入设置的作业区域W。

[0084] 由于斗杆13b的点B围绕斗杆销M以角速度wM逆时针旋转，因此当斗杆13b的点B处的线速度为 时， 在此，由于斗杆13b的点B移向作业区域W，因此预期碰撞距离dgo,B被计算为是有限的，并且电子控制单元500确定斗杆13b的点B有可能侵入设置的作业区域W。

[0085] 由于铲斗13c的点C围绕斗杆销M以角速度wM逆时针旋转，因此当铲斗13c的点C处相对于斗杆销M的线速度为 时， 另外，由于铲斗13c的点C围绕铲斗销N以角速度wN逆时针旋转，因此当铲斗13c的点C处相对于铲斗销N的线速度为 时，因此，当铲斗13c的点C处的线速度为 时，

[0086] 在此，由于铲斗13c的点C移向作业区域W，因此预期碰撞距离dgo,C被计算为是有限的，电子控制单元500确定铲斗13c的点C有可能侵入设置的作业区域W。

[0087] 由于铲斗13c的点D围绕斗杆销M以角速度wM逆时针旋转，因此当铲斗13c的点D处相对于斗杆销M的线速度为 时， 另外，由于铲斗13c的点D围绕铲斗销N以角速度wN逆时针旋转，因此当铲斗13c的点D处相对于铲斗销N的线速度为 时，[0088] 因此，当铲斗13c的点D处的线速度为 时， 在此，由于铲斗13c的
点D移向作业区域W，因此预期碰撞距离dgo,D被计算为是有限的，并且电子控制单元500确定铲斗13c的点D有可能侵入设置的作业区域W。

[0089] 电子控制单元500针对被确定为有可能侵入设置的作业区域W的斗杆13b的点B和铲斗13c的点C和点D中的每一者计算预期碰撞时间tgo。

[0090] 具体地，斗杆13b的点B的预期碰撞时间为 铲斗13c的点C的预期碰撞时间为 并且铲斗13c的点D的预期碰撞时间为

[0091] 电子控制单元500将预期碰撞时间tgoB、tgoC和tgoD中的最小值与预设表格进行比较以确定斗杆操作杆信号和铲斗操作杆信号中的至少一者的截止强度。

[0092] 根据本公开，即使作业装置13被定位成靠近作业区域W，当作业装置13不可能侵入作业区域W时，作业装置13的速度也不受限制，并且作业人员的作业连接变得自然。

[0093] 另外，由于根据作业装置13接近作业区域W时的速度来确定操作杆200的操作信号的截止强度，因此即使作业装置13的接近速度快，作业装置13也不侵入作业区域W，并且因此作业人员可以更稳定地操作作业装置13。

[0094] 本文中所用的术语仅仅是出于描述特定方面的目的，并且并不意图限制本公开。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”和“一种”意图也包括复数形式。如本文中所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列举项的任何和所有组合。应当进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在本文中使用时指定存在所述特征、整数、动作、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、动作、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。

[0095] 应当理解，尽管术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。

[0096] 诸如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”的相对术语在本文中可以用于描述如图中所示的一个元件与另一个元件的关系。应当理解，除了图中所描绘的取向之外，这些术语和上文讨论的那些术语还意图涵盖装置的不同取向。应当理解，在元件被称为“连接到”或“联接到”另一个元件时，该元件可以直接连接或联接到另一元件或者可以存在中间元件。相比之下，在元件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件时，不存在中间元件。

[0097] 除非另有定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应当进一步理解，除非本文有明确定义，否则本文中所使用的术语的含义应当被解释为与其在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致，并且不应以理想化或过于形式化的意义来解释。

[0098] 应当理解，本公开不限于上述和附图中所示的各方面；相反，本领域技术人员将认识到可以在本公开和所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。在附图和说明书中，已经仅出于说明的目的而不是出于限制目的公开了各方面，公开的范围在所附权利要求中进行了阐述。