CN111051617B - 轮式装载机 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在抑制挖掘时的滑移的同时发挥充分的挖掘性能的轮式装载机。本发明的轮式装载机(1)具备的控制装置(50)的特征在于，基于根据由加速度传感器(31)检测的加速度运算的车身的第1车身加速度(avl)、根据通过转速传感器(32)检测的车轮(4、8)的转速运算的车身的第2车身加速度(av2)和通过推力传感器(33、34)检测到的液压缸(11)的推力(ph)确定行驶驱动力的降低值(Δf′)，通过降低值降低行驶驱动力并输出。

Description

轮式装载机

技术领域

本发明涉及轮式装载机。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，例如专利文献1中公开了下述结构：在对“四轮驱动车辆的车轮的驱动滑移进行控制的驱动力控制装置中，具备：前后加速度检测机构，其推定或检测车辆产生的前后加速度；路面坡度推定机构，其推定路面的坡度；车身速度推定机构，其考虑路面坡度推定机构推定的路面坡度，对前后加速度检测机构检测到的前后加速度进行修正，根据该修正值推定车身速度；以及驱动力控制机构，其基于使用由车身速度推定机构得到的推定车身速度的驱动滑移判定，对从各车轮向路面传递的驱动力进行控制”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-82199号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，仅是简单地将专利文献1记载的现有技术应用于在车身的前侧具有作业机的轮式装载机，无法实现轮式装载机进行砂土挖掘时的滑移抑制与挖掘性能的均衡。其理由在于，由轮式装载机进行的挖掘作业必须考虑由行驶牵引力引起的向砂土的贯入和与贯入后的作业机的上升操作相伴的液压缸的推力的均衡。在向砂土贯入后未充分执行作业机的上升操作的状态下，作业机装卸力的反力未施加于轮胎，但若在向砂土贯入后执行作业机的上升操作，则作业机装卸力也与之相伴上升，因此施加于轮胎的作业机装卸反力也增加。像这样在向砂土贯入后，滑移界限行驶驱动力与轮胎接地力的变化相伴而变化，若仅是在滑移开始时刻限制行驶驱动力，虽然滑移被抑制，但与行驶驱动力的限制相伴而无法充分获得向砂土的贯入力，无法发挥充分的挖掘性能。

本发明的目的在于提供能够在抑制挖掘时的滑移的同时发挥充分的挖掘性能的轮式装载机。

用于解决课题的方案

为了达成上述目的，代表性的本发明为一种轮式装载机，其具备：车身，其前后分别安装有车轮；作业机，其设置于所述车身的前部；液压缸，其驱动所述作业机；发动机，其为产生所述车身的行驶驱动力及所述液压缸的推力的动力源；加速度传感器，其检测所述车身的加速度；转速传感器，其检测所述车轮的转速；推力传感器，其检测所述液压缸的推力；以及控制装置，其对所述车身的行驶驱动力进行控制，所述轮式装载机的特征在于，所述控制装置基于根据由所述加速度传感器检测到的加速度运算的所述车身的第1车身加速度、根据通过所述转速传感器检测到的所述车轮的转速运算的所述车身的第2车身加速度及通过所述推力传感器检测到的所述液压缸的推力确定所述行驶驱动力的降低值，根据所述降低值使所述行驶驱动力降低并输出。

发明效果

根据本发明的轮式装载机，能够在抑制挖掘时的滑移的同时发挥充分的挖掘性能。需要说明的是，前述以外的课题、构成及效果根据以下实施方式的说明可知。

附图说明

图1是本发明实施方式的轮式装载机的侧视图。

图2是示意性地示出控制器的硬件构成的框图。

图3是示出控制器的功能构成的框图。

图4是用于运算坡度角度和车身加速度的解析模型图。

图5是用于修正发动机的驱动力的降低值的解析模型图。

图6是用于修正发动机的驱动力的降低值的解析模型图。

图7是示出降低值数据表的图。

图8是示出降低值修正数据表的图。

图9是示出控制器进行的发动机驱动力的控制处理的步骤的流程图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的轮式装载机的实施方式。

图1是本发明实施方式的轮式装载机1的侧视图。如图1所示，轮式装载机1由具有一对举升臂2、铲斗3、一对前轮4等的前框架(车身)5和具有驾驶室6、发动机室7、一对后轮8等的后框架(车身)9构成。在发动机室7搭载有发动机25，在后框架9的后方安装有配重10。发动机25的动作由发动机控制单元(以下称为ECU)70控制。

一对举升臂2通过一对举升臂缸11的驱动在上下方向上转动(俯仰移动)，铲斗3通过铲斗缸12的驱动在上下方向上转动(装载或卸放)。在铲斗缸12与铲斗3之间夹设包含双臂曲柄13的连杆机构，铲斗缸12借助该连杆机构使铲斗3转动。需要说明的是，由该一对举升臂2、铲斗3、一对举升臂缸11、铲斗缸12、双臂曲柄13等构成作业机14。

在举升臂2与前框架5的连结部分安装有举升臂角度传感器(未图示)，通过该举升臂角度传感器检测举升臂2的转动角度。另外，举升臂缸11设有用于检测底侧的压力的底侧压力传感器(推力传感器)33和用于检测杆侧的压力的杆侧压力传感器(推力传感器)34(参照图3)，通过该压力传感器33、34检测作业机14承受的作业机压力(装卸负载)。铲斗缸12具备接近开关(未图示)，在铲斗缸12的杆以规定量缩短时，该接近开关进行开动作。由此能够检测铲斗3的姿态。

另外，设有用于检测前轮4及后轮8的转速的转速传感器32。需要说明的是，在本实施方式中，转速传感器32检测借助变矩器(未图示)与发动机25的输出轴连接的变速器(未图示)的输出轴的转速，从检测到的变速器的输出轴的转速换算为前轮4及后轮8的转速，但也可以通过转速传感器32直接检测前轮4及后轮8的转速。

前框架5与后框架9通过中心销15相互转动自如地连结，前框架5通过转向缸(未图示)的伸缩相对于后框架9左右弯折。在后框架9的前部搭载的驾驶室6中设置有操作者落座的驾驶席、对轮式装载机1的操舵角进行控制的方向盘、使轮式装载机1启停的按键开关、向操作者提示信息的显示装置(均未图示)等。另外，在驾驶室6中还设置有对轮式装载机1的动作整体进行控制的控制器(控制装置)50、对车身加速度及车身角速度进行检测的IMU(Inertial Measurement Unit/惯性计测装置)31等。

图2是示意性地示出控制器50的硬件构成的框图。如图2所示，控制器50由包含进行用于对车身的动作整体进行控制的各种运算的CPU(Central Processing Unit：中央处理器单元)50A、保存用于执行由CPU50A进行的运算的程序的ROM(Read Only Memory：只读存储器)50B等存储装置、作为CPU50A执行程序时的作业区域的RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)50C及在与外部的装置之间进行各种信息、信号的输入输出的输入输出接口50D在内的硬件构成。

在这样的硬件构成中构成功能模块，该功能模块通过将ROM50B中保存的程序读取至RAM50C并按照CPU50A的控制进行动作使程序(软件)与硬件协作来实现控制器50的功能。

图3是示出控制器50的功能构成的框图。如图3所示，控制器50包含：坡度角度运算部51，其运算车身的坡度角度θ；车身加速度运算部52，其运算车身的第1车身加速度；车身加速度推定部53，其推定车身的第2车身加速度；加速度差对比判定部54，其对比判定由车身加速度运算部52运算的第1车身加速度与由车身加速度推定部53推定的第2车身加速度的加速度差；驱动力降低值决定部55，其暂时决定发动机25输出的驱动力(输出转矩)的降低值；举升臂缸推力运算部56，其运算举升臂缸11的推力；驱动力降低值修正部57，其对由驱动力降低值决定部55暂时决定的驱动力的降低值进行修正；目标驱动力输出部58，其输出发动机25的目标驱动力(目标输出转矩)；降低值数据表59；以及降低值修正数据表60。

以下主要参照图3详细说明控制器50的功能构成，并适当地结合图4～图6进行说明。需要说明的是，图4～图6是用于进行各种运算的解析模型，图4是用于运算坡度角度θ和第1车身加速度av1的解析模型图，图5及图6是用于对发动机25的驱动力的降低值进行修正的解析模型图。

坡度角度运算部51将由IMU31检测到的y方向成分的加速度ay及角速度ω的各数据输入至卡尔曼滤波器，运算坡度角度θ(参照图4)。需要说明的是，卡尔曼滤波器的处理为公知，因而此处的说明省略。

车身加速度运算部52将由IMU31检测到的y方向成分的加速度ay和由坡度角度运算部51运算得到的坡度角度θ代入以下的算式1来运算第1车身加速度avl。

[式1]

av1＝ay-g×sinθ

车身加速度推定部53将由转速传感器32检测到的前轮4及后轮8的转速N(rpm)代入以下的算式2代入来运算(推定)第2车身加速度av2。需要说明的是，第2车身加速度av2是基于转速传感器32的检测数据的推定值。

[式2]

其中，α为车身速度换算系数。

加速度差对比判定部54从由车身加速度推定部53推定的第2车身加速度av2减去由车身加速度运算部52计算出的第1车身加速度av1，运算第1车身加速度av1与第2车身加速度av2的加速度差(差量)Δa，并对比判定该加速度差Δa是否为规定值以上。

驱动力降低值决定部55根据由加速度差对比判定部54运算得到的加速度差Δa，参照图7所示的降低值数据表59，暂时决定作为目标的驱动力降低值Δf。在此，图7所示的降低值数据表59为与加速度差Δa成比例而驱动力降低值Δf增大的特性。即，在本实施方式中，加速度差Δa增大，则相应地视为发生滑移，使驱动力降低。该降低值数据表59预先存储在ROM50B中。需要说明的是，驱动力降低值决定部55将加速度差Δa代入以下的算式3，则无需参照降低值数据表59就能够运算驱动力降低值Δf。

[式3]

Δf＝αmΔa

其中，M为车身质量，α为修正系数。

举升臂缸推力运算部56将由底侧压力传感器33检测的举升臂缸11的底侧的压力phb和由杆侧压力传感器34检测的举升臂缸11的杆侧的压力phr代入以下的算式4来运算举升臂缸推力(液压负载)ph。

需要说明的是，ph考虑举升臂缸11的底侧、杆侧的受压面积，乘以系数等进行运算。

[式4]

ph＝phb-phr

驱动力降低值修正部57基于由举升臂缸推力运算部56运算得到的举升臂缸推力ph修正由驱动力降低值决定部55暂时决定的驱动力降低值Δf，并将修正后驱动力降低值Δf′向目标驱动力输出部58输出。挖掘等装卸作业的负载(挖掘反力)作用于车身，从而特别是前轮4的相对于地面的接地力增大，不易发生滑移。由此，在装卸作业的负载作用于车身的情况下，与装卸作业的负载未作用于车身的情况相比，能够使行驶驱动力增加。换言之，能够在装卸作业中降低暂时决定的驱动力降低值Δf。为此，驱动力降低值修正部57能够以与作用于举升臂缸11的液压负载(装卸负载)相对应地降低驱动力的降低值的方式进行修正。以下适当参照图5及图6说明具体的运算方法。

在前轮4由于装卸作业而作用负载Wf时，由于不易发生滑移而能够使驱动力增加。由该负载Wf产生的驱动力的增加量能够通过算式5运算。

[式5]

Δf-Δf′＝μΔWf

其中，ΔWf为作用于前轮4的负载的增加量，μ为摩擦系数。

根据算式5，Δf′能够由算式6表示。

[式6]

Δf′＝Δf-μΔWf

参照图5，根据力矩平衡，ΔWf能够由以下的算式7表示。

[式7]

其中，L为装卸负载点长度，WB为轴距长度，W为装卸负载。

若将算式7代入算式6，则修正后驱动力降低值Δf′能够由以下的算式8表示。

[式8]

参照图6，通过机构计算，装卸负载W能够由以下的算式9表示。

[式9]

其中，ph为举升臂缸推力(液压负载)，l1、12、Ma1～Ma5为由装卸姿态决定的机构参数。

若将算式9代入算式8，则修正后驱动力降低值Δf′′能够由以下的算式10表示。

[式10]

按照上述方式，驱动力降低值修正部57能够使用算式10运算对驱动力降低值Δf修正后的值，即能够运算修正后驱动力降低值Δf′′。需要说明的是，在本实施方式中，使用图8所示的降低值修正数据表60简化对驱动力降低值Δf进行修正的运算。具体说明，图8所示的降低值修正数据表60是与举升臂缸推力ph成反比而修正系数(Δf′/Δf)增大的特性。即，在本实施方式中，装卸负载(挖掘反力)越大越不易发生滑移，因此修正系数降低，其结果修正后驱动力降低值Δf′降低。若修正后驱动力降低值Δf′小则所输出的目标驱动力的值变大，因此与装卸负载小的情况相比能够以大的驱动力使轮式装载机1行驶。需要说明的是，该降低值修正数据表60预先存储在ROM50B中。

目标驱动力输出部58向ECU70输出目标转矩指令T*或目标转速指令N*，以通过驱动力降低值修正部57修正的修正后驱动力降低值Δf′降低驱动力。并且，ECU70按照该指令控制发动机25的驱动力。

接下来说明控制器50的控制处理的步骤。图9是示出控制器50进行的发动机驱动力的控制处理的步骤的流程图。若轮式装载机1的按键开关打开，则控制器50使图9所示的处理开始。

首先，在步骤S1中，坡度角度运算部51基于所输入的来自IMU31的加速度ay和角速度ω各数据运算车身的坡度角度θ，车身加速度运算部52基于坡度角度θ、加速度ay运算第1车身加速度av1。

接下来，在步骤S2中，车身加速度推定部53基于来自所输入的转速传感器32的转速N的数据运算(推定)第2车身加速度av2。

接下来，在步骤S3中，加速度差对比判定部54从第2车身加速度av2中减去第1车身加速度av1来求算加速度差Δa，判定加速度差Δa是否为规定值以上。在此，规定值设定为用于判断轮式装载机1是否发生滑移的阈值，例如考虑轮式装载机1的重量、尺寸等规格通过计算或经验预先决定。需要说明的是，规定值预先存储在ROM50B中。

在加速度差Δa为规定值以上的情况下(步骤S3/是)，判断为轮式装载机1发生滑移，执行用于降低行驶驱动力的处理。具体来说，在步骤S4中，驱动力降低值决定部55参照降低值数据表59决定驱动力降低值Δf。接下来，在步骤S5中，举升臂缸推力运算部56基于由压力传感器33、34检测的举升臂缸11的底侧压力数据及杆侧压力数据运算举升臂缸推力ph。

接下来，在步骤S6中，驱动力降低值修正部57基于驱动力降低值Δf和举升臂缸推力ph，参照降低值修正数据表60运算修正后驱动力降低值Δf′。需要说明的是，在举升臂缸推力ph为零的情况下，在步骤S6中运算的修正后驱动力降低值Δf′为与驱动力降低值Δf相同的值，因此所输出的目标驱动力成为未考虑装卸作业的情况下的滑移抑制所需的行驶驱动力。

接下来，在步骤S7中，目标驱动力输出部58向ECU70输出目标驱动力信号，以修正后驱动力降低值Δf′使行驶驱动力降低，在步骤S8中直到经过固定时间重复进行步骤S5～S8的步骤。

在此，固定时间能够设定为轮式装载机1进行一次挖掘作业所需的时间。例如，在V字挖掘作业中，设定为使轮式装载机1前进而使铲斗3刺入砂土等山中，用铲斗3将砂土等挖出并将铲斗3抬起之后将轮式装载机1切换为后退的时间(例如5秒～10秒程度)，在直到一次挖掘作业结束的期间，能够可靠地防止滑移并高效地进行装卸作业。

并且，在经过了固定时间的情况下(步骤S8/是)返回而回到开始。另外，在步骤S3中为否的情况下，加速度差对比判定部54判定为未发生滑移并转入返回而回到开始。

如以上说明，根据本实施方式，即使在轮式装载机1发生了滑移的情况下也修正使得行驶驱动力对应于装卸负载(挖掘反力)而增加，因此能够在抑制挖掘时的滑移的同时发挥充分的挖掘性能。另外，由于利用轮式装载机1通常设置的举升臂缸11的底侧及杆侧的压力传感器33、34运算举升臂缸11的推力并对行驶驱动力进行修正，因此无需为了运算装卸负载而另行设置传感器，能够抑制成本。另外，通过使用降低值数据表59及降低值修正数据表60进行运算，从而还存在能够减轻控制器50的运算处理的负担的优点。

需要说明的是，上述实施方式是用于说明本发明的例示，并非旨在将本发明的范围限定于以上实施方式。本领域技术人员能够不脱离本发明要旨而以其他多种方式实施本发明。

例如，预先准备多个降低值数据表59及降低值修正数据表60，操作者能够根据装卸作业的环境(路面状态等)进行选择，从而能够更高精度地抑制滑移并高效地进行装卸作业。另外，也可以取代IMU31分别独立设置对车身的加速度ay进行检测的加速度传感器和对车身的坡度角度θ进行检测的倾斜传感器等。另外，也可以取代转速传感器32而设置车速传感器，根据由车速传感器检测的车速运算车轮的转速。

另外，使行驶驱动力降低直到经过固定时间，但也可以检测从前进状态切换为后退的情况并据此使行驶驱动力的降低结束。

附图标记说明

1 轮式装载机

2 举升臂

3 铲斗

4 前轮(车轮)

8 后轮(车轮)

5 前框架(车身)

9 后框架(车身)

11 举升臂缸(液压缸)

12 铲斗缸(液压缸)

13 双臂曲柄

14 作业机

25 发动机

31 IMU(加速度传感器)

32 转速传感器

33 底侧压力传感器(推力传感器)

34 杆侧压力传感器(推力传感器)

50 控制器(控制装置)

Claims (3)

1.一种轮式装载机，其包括：

车身，其前后分别安装有车轮；作业机，其设置于所述车身的前部；液压缸，其驱动所述作业机；发动机，其为产生所述车身的行驶驱动力及所述液压缸的推力的动力源；加速度传感器，其检测所述车身的加速度；转速传感器，其检测所述车轮的转速；推力传感器，其检测所述液压缸的推力；以及控制装置，其对所述车身的行驶驱动力进行控制，

所述轮式装载机的特征在于，

所述控制装置在根据由所述加速度传感器检测到的所述车身的加速度运算的所述车身的第1车身加速度与根据通过所述转速传感器检测到的所述车轮的转速运算的所述车身的第2车身加速度的加速度差为规定值以上的情况下，

所述加速度差越大，将所述行驶驱动力的降低值暂时决定为越大的值，

并以通过所述推力传感器检测到的所述液压缸的推力越大则所述降低值越小的方式，对暂时决定的所述降低值进行修正，

以修正后的所述降低值使所述行驶驱动力降低并输出。

2.根据权利要求1所述的轮式装载机，其特征在于，

所述作业机构成为，包括：举升臂，其以能够转动的方式安装于所述车身；铲斗，其以能够转动的方式安装于所述举升臂；举升臂缸，其作为使所述举升臂动作的所述液压缸；以及铲斗缸，其作为使所述铲斗动作所述液压缸，

所述轮式装载机设有底侧压力传感器和杆侧压力传感器，其中，该底侧压力传感器作为对所述举升臂缸的底侧的压力进行检测的所述推力传感器，该杆侧压力传感器作为对所述举升臂缸的杆侧的压力进行检测的所述推力传感器，

所述控制装置通过所述底侧压力传感器和所述杆侧压力传感器来计算所述举升臂缸的推力。

3.根据权利要求1所述的轮式装载机，其特征在于，

所述降低值对应于所述加速度差预先决定，

所述降低值的修正值对应于所述液压缸的推力预先决定。

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