JP2005256665A - 作業車両の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業車両の走行時の燃費および騒音を低減する。
【解決手段】 エンジン１の出力トルクをトランスミッション装置４に伝達する走行用トルクコンバータ３と、トルクコンバータ３に入力される入力回転数Ｎｉを検出する入力回転数検出手段１０と、トルクコンバータ３から出力する出力回転数Ｎｏを検出する出力回転数検出手段１１と、エンジン回転数Ｎｓを指令する指令手段１３と、出力回転数検出手段１１で検出された出力回転数Ｎｏが入力回転数検出手段１０で検出された入力回転数Ｎｉより一定以上離れていると指令手段１３による指令値Ｎｓにエンジン回転数を制御し、出力回転数Ｎｏが入力回転数Ｎｉに一定以上近づくと、指令手段１３による指令値Ｎｓよりもエンジン回転数を低減する回転数制御手段１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルクコンバータを有するホイールクレーン、ホイールショベル、ホイールローダ等のホイール式作業車両の走行制御装置に関する。

従来より、エンジンの出力トルクをトルクコンバータ（以下、トルコン）を介してトランスミッションに伝達するようにした走行制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。これによればトルコンの入力軸回転数と出力軸回転数の差が所定値以下になると、ロックアップクラッチを接続し、トルコンの入力軸と出力軸を直結する。これによりトルク伝達時の損失を低減し、燃費を改善する。

特開平５−２７２６３６号公報

しかしながら、ロックアップ機構付きのトルコンは燃費改善には効果があるが構成が複雑であり、コスト高となる。

本発明による作業車両の走行制御装置は、エンジンの出力トルクをトランスミッション装置に伝達する走行用トルクコンバータと、トルクコンバータに入力される入力回転数を検出する入力回転数検出手段と、トルクコンバータから出力する出力回転数を検出する出力回転数検出手段と、エンジン回転数を指令する指令手段と、出力回転数検出手段で検出された出力回転数と入力回転数検出手段で検出された入力回転数とが所定の閾値を越えて離れている場合、指令手段による指令値となるようにエンジン回転数を制御し、出力回転数と入力回転数とが閾値以内に近づいている場合、指令手段による指令値よりも低くなるようにエンジン回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする。
出力回転数と入力回転数とが閾値以内に近づいている場合、両者が近づくにつれてエンジン回転数の低減量を大きくするようにしてもよく、あるいは指令手段による指令値が大きいほどエンジン回転数の低減量を大きくするようにしてもよい。
ミッション装置の変速比を検出する変速比検出手段をさらに備え、出力回転数と入力回転数とが閾値以内に近づいている場合、変速比検出手段により検出された変速比が高速側であるほどエンジン回転数の低減量を小さくするようにしてもよい。

本発明によれば、トルクコンバータの出力回転数と入力回転数とが所定の閾値以内に近づくと、指令手段による指令値よりもエンジン回転数を低減するようにしたので、ロックアップ機構付きのトルコンを採用することなく、簡易な構成により燃費および騒音を低減することができる。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図６を参照して本発明による走行制御装置の第１の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施の形態に係わる走行制御装置の概略構成を示す図である。なお、図１の走行制御装置は、ホイールクレーン，ホイールショベル，ホイールローダ等のホイール式作業車両に適用される。

図１に示すようにエンジン１の出力軸には油圧ポンプ２が接続されるとともにトルクコンバータ３（以下、トルコン）の入力軸３ａが接続され、エンジン１により油圧ポンプ２が駆動され、トルコン３の入力軸３ａが回転される。油圧ポンプ２からの圧油はコントロールバルブ８を介して例えば作業用油圧シリンダ７に導かれる。コントロールバルブ８は図示しない操作レバーの操作に応じて切り換わり、このコントロールバルブ８の切換に応じて油圧シリンダ７が駆動する。なお、油圧ポンプ２からの圧油を図示しない他の作業用アクチュエータ（モータ等）に導くようにしてもよい。

トルコン３は周知のインペラ，タービン，ステータからなる流体クラッチであり、入力トルクＴｉに対して出力トルクＴｏを増大させる。すなわちトルク比ｔ（＝Ｔｏ／Ｔｉ）を１以上とする。トルコン３で増大した出力トルクＴｏはトランスミッション４，プロペラシャフト６を介して車輪５に伝達される。これにより、ホイール式作業車両の走行牽引力Ｆが増加する。なお、トランスミッション４の減速比をｉ、車輪５の外径をｒとすると、牽引力Ｆは次式(I)で表される。
Ｆ＝Ｔｏ×ｉ／ｒ (I)
この牽引力Ｆと走行抵抗（車重、傾斜、路面の凹凸等）のバランス点で走行速度Ｖが決まり、走行抵抗が小さいほど走行速度Ｖが大きくなる（図６参照）。

エンジン回転数はガバナ１ａにより制御され、ガバナ１ａはコントローラ１２からの制御信号によって駆動を制御される。コントローラ１２にはトルコン３の入力軸３ａの回転数Ｎｉ（入力回転数）を検出する回転数センサ１０と、トルコン３の出力軸３ｂの回転数Ｎｔ（出力回転数）を検出する回転数センサ１１と、走行ペダル１３の操作量ｓを検出する操作量検出器９が接続されている。なお、入力回転数Ｎｉはエンジン回転数Ｎｒに等しく、回転数センサ１０はエンジン回転数Ｎｒも同時に検出する。

コントローラ１２では、予め定められた図２の特性に基づきペダル操作量ｓに応じたエンジン回転数の指令値（指令回転数Ｎｓ）を演算する。そして、この指令回転数Ｎｓと検出されたエンジン回転数Ｎｒと出力回転数Ｎｔとに基づき、後述するように目標エンジン回転数Ｎｎを演算し、エンジン回転数Ｎｒが目標エンジン回転数Ｎｎとなるようにガバナ１ａを制御する。なお、図２では走行ペダル１３の操作量ｓが所定値以上になると、操作量ｓの増加に伴い指令回転数Ｎが比例的に増加しているが、ペダル操作量ｓに対する指令回転数Ｎの増加のパターンは図２のものに限らない。

ここで、走行牽引力Ｆとエンジン回転数Ｎｒの関係について説明する。トルコン３の入力トルクＴｉは、次式(II)で示すように入力回転数Ｎｉの二乗に比例する。
Ｔｉ＝ｆ（ｅ）×Ｎｉ² (II)
上式(II)のｆ（ｅ）は速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｉ）の関数であり、入力トルク係数と呼ぶ。入力トルク係数ｆ（ｅ）は、カタログ等に明示されたトルコン固有の特性であり、例えば図３に示すような特性である。一方、速度比ｅに対するトルク比ｔ（＝Ｔｏ／Ｔｉ）の特性もトルコン固有の特性であり、例えば図３に示すような特性である。上式(I),(II)により走行牽引力Ｆは次式(III)で表すことができる。
Ｆ＝ｔ×ｆ（ｅ）×Ｎｉ²×ｉ／ｒ (III)
上式(III)より明らかなとおり、速度比ｅを一定とした状態で入力回転数Ｎｉ（＝エンジン回転数Ｎｒ）が増加すると牽引力Ｆも増加し、入力回転数Ｎｉが減少すると牽引力Ｆも減少する。

図４は、コントローラ１２における処理内容を示すブロック図である。除算器２１では回転数センサ１１で検出した出力回転数Ｎｔを回転数センサ１０で検出したエンジン回転数Ｎｒで除算し、速度比ｅを演算する。演算器２２には予め図示のような特性Ｌ、すなわち速度比ｅが所定値ｅ１未満で低減回転数ΔＮが０となり、所定値ｅ１以上で速度比ｅの増加に伴い低減回転数ΔＮが比例的に増加するような特性が定められている。なお、速度比とトルコン３のトルク伝達効率ηの関係は図５に示す通りであり、所定値ｅ１はトルク伝達効率ηが急激に低下する点あるいはクラッチ点（トルク比が１以下になるポイントでトルコンによって異なるが例えばη＝０．７〜０．８程度）に設定される。

演算器２２では特性Ｌに基づき速度比ｅに応じた低減回転数ΔＮを演算する。減算器２３では、図２の特性により求めた走行ペダル１３の操作量ｓに応じた指令回転数Ｎｓから低減回転数ΔＮを減算し、目標エンジン回転数Ｎｎを演算する。そして、エンジン回転数Ｎｒが目標エンジン回転数Ｎｎとなるようにガバナ１ａに制御信号を出力する。

次に、第１の実施の形態に係わる走行制御装置の動作について説明する。
走行ペダル１３を操作し、作業車両の走行開始を指令すると、図２の特性にしたがって指令回転数Ｎｓが増加し、目標エンジン回転数Ｎｎが増加する。これにより入力回転数Ｎｉとともに牽引力Ｆが増加し（式(III)）、車両が走行を開始する。ペダル操作開始直後は入力回転数Ｎｉに対し出力回転数Ｎｔは低く、速度比ｅは所定値ｅ１未満であるため、演算器２２の低減回転数ΔＮは０である。したがって、目標エンジン回転数Ｎｎの低減量は０であり、エンジン回転数Ｎｒが指令回転数Ｎｓに一致する。その結果、走行抵抗が大きい走行開始時に、十分な走行牽引力Ｆを発揮することができる。

走行開始後、出力回転数Ｎｔが増加して速度比ｅが所定値ｅ１以上になると、低減回転数ΔＮ＞０となり、低減回転数ΔＮの分だけ目標エンジン回転数Ｎｎが減少する（Ｎｎ＝Ｎｓ−ΔＮ）。これにより燃費が向上するとともに、騒音を低減できる。この場合の走行速度Ｖと牽引力Ｆの関係を図６に示す。図中、特性Ｆ１〜Ｆ４はそれぞれトランスミッション４の変速比が１速〜４速のときの特性である。なお、点線は本実施の形態に係わる走行制御装置による特性であり、実線はエンジン回転数Ｎｒを指令回転数Ｎｓに制御した場合の特性である。

図６において、各特性Ｆ１〜Ｆ４とも走行速度Ｖが遅い領域（ｅ＜ｅ１）では低減回転数ΔＮが０であるため、点線と実線は一致している。これに対し、走行速度Ｖが速い領域（ｅ≧ｅ１）では目標エンジン回転数Ｎｎが指令回転数Ｎｓよりも低下するため（図４）、各特性Ｆ１〜Ｆ４とも点線のように牽引力Ｆが減少し、その減少量は走行速度Ｖの増加に伴い大きくなっている。この場合、ｅ≧ｅ１の領域は走行負荷が低い領域であり、走行中の牽引力Ｆをそれほど必要とされないため、牽引力Ｆを低減しても走行にとってそれほど支障はない。

このように第１の実施の形態によれば、速度比ｅが所定値ｅ１以上になるとペダル操作による指令回転数Ｎｓよりも低減回転数ΔＮの分だけエンジン回転数を低減するようにしたので、ロックアップ機構付きのトルコンを用いることなく、簡易な構成により走行時の燃費を向上し、騒音を低減することができる。所定値ｅ１をクラッチ点に設定し、トルク伝達効率ηが低い領域でエンジン回転数を低減するようにしたので、燃費を効率的に改善することができる。速度比ｅが所定値ｅ１以上になると速度比ｅの増加に伴い低減回転数ΔＮを徐々に増加するようにした。すなわち入力回転数Ｎｉと出力回転数Ｎｏとが近づくほどエンジン回転数の低減量を大きくしたので、エンジン回転数の急激な変化を避けることができ、走行時のショックを低減できる。

−第２の実施の形態−
図７を参照して本発明による走行制御装置の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態では速度比ｅだけでなくペダル操作量ｓに応じて低減回転数ΔＮ’を演算する。なお、走行制御装置の概略構成は図１と同様であり、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図７は、第２の実施の形態に係わるコントローラ１２での処理内容を示すブロック図である。なお、図４と同一の箇所には同一の符号を付す。演算器２４には予め図示のように指令回転数Ｎｓの増加に伴い低減率αが増加するような特性が記憶され、演算器２４ではこの特性に基づき低減率αを０．２〜１．０の範囲で設定する。乗算器２５では、演算器２２で演算した低減回転数ΔＮに低減率αを乗じて低減回転数ΔＮ’を求め、減算器２３で指令回転数Ｎｓから低減回転数ΔＮ’を減算し、目標エンジン回転数Ｎｎを演算する。

第２の実施の形態では、ペダル操作量ｓが少ないときは低減率αが小さく、ペダル操作量ｓが多いときは低減率αが大きい。したがって、速度比ｅが所定値ｅ１以上の状態では、ペダル操作量ｓが少ないほど低減回転数ΔＮ’は小さくなり、エンジン回転数の低減量は小さい。これによりペダル操作量ｓが少ない走行状態、例えば車両をゆっくりと走行開始する場合等においてエンジン１の回転変動は小さくなり、スムーズに走行開始することができる。

一方、速度比ｅが所定値ｅ１以上の状態でペダル操作量ｓが多い場合には、エンジン回転数の低減量は大きくなり、これにより燃費を効果的に向上することができる。すなわちペダル操作量ｓが多いと燃料消費量が多くなるが、燃料消費量が多いほどエンジン回転数を低減するので、燃費改善の効果は大きい。この場合、走行抵抗が大きくなると、速度比ｅが所定値ｅ１未満となり低減回転数ΔＮ’は０になるため、走行抵抗に見合った十分な牽引力Ｆを発揮することもできる。

このように第２の実施の形態では、ペダル操作量ｓに応じた低減率αを低減回転数ΔＮの特性Ｌに乗算し、ペダル操作量ｓが大きいほど特性Ｌの傾きが大きくなるようにした。これによりペダル操作量ｓが少ない場合のスムーズな走行動作を妨げることなく、燃費を効果的に向上することができる。

−第３の実施の形態−
図８〜１１を参照して本発明による走行制御装置の第３の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態では、速度比ｅとペダル操作量ｓに応じて低減回転数ΔＮ’を演算するようにしたが、第３の実施の形態では、さらにトランスミッション４の変速比を考慮して低減回転数ΔＮ’を演算する。なお、以下では第２の実施の形態との相違点を主に説明する。

図８は、第３の実施の形態に係わる走行制御装置の概略構成を示す図である。図８に示すようにコントローラ１２には操作量検出器９と回転数センサ１０,１１の他に、トランスミッション４の切換操作に応じて切り換わり、変速比を検出する変速切換スイッチ１４が接続されている。なお、図８における他の構成は図１と同様であるため、説明を省略する。

図９は、第３の実施の形態に係わるコントローラ１２での処理内容を示すブロック図である。なお、図７と同一の箇所には同一の符号を付す。演算器２には変速比１速〜４速に対応した複数のテーブルｔ１〜ｔ４が設けられている。各テーブルｔ１〜ｔ４にはそれぞれ図１０に示すように特性Ｌ１〜Ｌ４が記憶されている。ここで、特性Ｌ１〜Ｌ４を比較すると、各特性とも所定値ｅ１以上で低減回転数ΔＮが増加し、その増加の割合（特性の傾き）はＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の順に小さくなっている。すなわち変速比が高速側になるほど低減回転数ΔＮの増加の割合は小さい。

図９の演算器２２では、変速切換スイッチ１４により現在の変速比を検出し、この変速比に応じたテーブルｔ１〜ｔ４を選択する。そして、選択されたテーブルｔ１〜ｔ４の特性Ｌ１〜Ｌ４に基づいて低減回転数ΔＮを演算し、乗算器２５で低減回転数ΔＮに低減率αを乗じ、低減回転数ΔＮ’を演算する。さらに、減算器２３で指令回転数Ｎｓから低減回転数ΔＮ’を減算し、目標エンジン回転数Ｎｎを演算する。

第３の実施の形態に係わる動作特性を図１１に示す。例えば１速走行時には低減回転数の特性Ｌ１の傾きが大きいためエンジン回転数の低減量も大きい。その結果、図１１の特性Ｆ１に示すように速度比ｅが所定値ｅ１以上で牽引力Ｆは実線のものよりも低下する。ここで、１速走行は牽引力重視の走行であり、減速比ｅが小さい領域で大きな牽引力Ｆを発揮することが重要である。したがって、速度比ｅが大きい領域ではそれほど牽引力Ｆは必要とされないため、牽引力Ｆが低下しても問題がなく、エンジン回転数の低減による燃費改善の効果が得られる。

一方、４速走行時には低減回転数の特性Ｌ４の傾きが小さいためエンジン回転数の低減量は小さい。その結果、図１１の特性Ｆ４に示すように速度比ｅが大きい領域において牽引力Ｆは実線のものとほぼ等しい。これにより高速走行時に牽引力Ｆが不足することなく、最高速度で走行することができる。すなわち、４速走行は速度重視の走行であり、車両の最高速度を得ることが重要であるが、速度比ｅが大きい領域の牽引力Ｆの低減量を小さくしたので、最高速度での走行が容易である。

このように第３の実施の形態によれば、トランスミッション４の変速比が高速側であるほどエンジン１の低減回転数ΔＮが小さくなるようにしたので、車両の高速走行を妨げること、低速走行時の燃料消費量を低減し、燃費を効果的に向上することができる。なお、第３の実施の形態では低減回転数ΔＮに低減率αを乗じるようにしたが、低減率αを乗じることなく、指令回転数Ｎｓから低減回転数ΔＮを減じたものを目標エンジン回転数Ｎｎとしてもよい。

上記実施の形態では、入力回転数Ｎｉと出力回転数Ｎｏの速度比ｅに応じて低減回転数ΔＮを設定するようにしたが、出力回転数Ｎｏと入力回転数Ｎｉとが所定の閾値（上記のｅ１）を越えて離れている場合に指令回転数Ｎｓとなるようにエンジン回転数を制御し、出力回転数Ｎｏと入力回転数Ｎｉとが閾値以内に近づいている場合に指令回転数Ｎｓよりも低い回転数となるようにエンジン回転数を制御するのであれば、速度比ｅ以外に応じて低減回転数ΔＮを設定するようにしてもよい。例えば、入力回転数Ｎｉと出力回転数Ｎｏの差に応じて低減回転数ΔＮを設定するようにしてもよい。この場合、回転数差（Ｎｉ−Ｎｏ）が所定値（閾値）を越えるときはエンジン回転数を指令回転数Ｎｓに制御し、所定値以下になるとエンジン回転数を指令回転数Ｎｓより低減すればよい。

回転数制御手段としてのコントローラ１２およびガバナ１ａの構成は上述したものに限定されない。走行ペダル１３の操作に応じてエンジン１の指令回転数Ｎｓを出力するようにしたが、走行ペダル以外の指令手段を用いてもよい。回転数センサ１０により入力回転数Ｎｉを検出し、回転数センサ１１により出力回転数Ｎｏを検出するようにしたが、入力回転数検出手段と出力回転数検出手段の構成はこれに限らない。変速切換スイッチ１４により変速比を検出するようにしたが、変速比検出手段の構成はこれに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の走行制御装置に限定されない。

本発明の第１の実施の形態に係わる走行制御装置の概略構成を示す図。 走行ペダルの操作量に対する指令回転数の特性図。 入力トルク係数およびトルク比の特性図。 第１の実施の形態に係わる走行制御装置における処理の一例を示すブロック図。 トルク伝達効率の特性図。 第１の実施の形態に係わる走行制御装置による動作の一例を示す特性図。 第２の実施の形態に係わる走行制御装置における処理の一例を示すブロック図。 本発明の第１の実施の形態に係わる走行制御装置の概略構成を示す図。 第３の実施の形態に係わる走行制御装置における処理の一例を示すブロック図。 図９のテーブルに記憶された特性を示す図。 第３の実施の形態に係わる走行制御装置による動作の一例を示す特性図。

符号の説明

１ エンジン
３ トルクコンバータ
４ トランスミッション
９ 操作量検出器
１０,１１ 回転数センサ
１２ コントローラ
１３ 走行ペダル
１４ 変速切換スイッチ

Claims (4)

1. エンジンの出力トルクをトランスミッション装置に伝達する走行用トルクコンバータと、
   前記トルクコンバータに入力される入力回転数を検出する入力回転数検出手段と、
   前記トルクコンバータから出力する出力回転数を検出する出力回転数検出手段と、
   エンジン回転数を指令する指令手段と、
   前記出力回転数検出手段で検出された出力回転数と前記入力回転数検出手段で検出された入力回転数とが所定の閾値を越えて離れている場合、前記指令手段による指令値となるようにエンジン回転数を制御し、前記出力回転数と前記入力回転数とが前記閾値以内に近づいている場合、前記指令手段による指令値よりも低くなるようにエンジン回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする作業車両の走行制御装置。
2. 請求項１に記載の作業車両の走行制御装置において、
   前記回転数制御手段は、前記出力回転数と前記入力回転数とが前記閾値以内に近づいている場合、両者が近づくにつれてエンジン回転数の低減量を大きくすることを特徴とする作業車両の走行制御装置。
3. 請求項１または２に記載の作業車両の走行制御装置において、
   前記回転数制御手段は、前記出力回転数と前記入力回転数とが前記閾値以内に近づいている場合、前記指令手段による指令値が大きいほど前記エンジン回転数の低減量を大きくすることを特徴とする作業車両の走行制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の作業車両の走行制御装置において、
   前記ミッション装置の変速比を検出する変速比検出手段をさらに備え、
   前記回転数制御手段は、前記出力回転数と前記入力回転数とが前記閾値以内に近づいている場合、前記変速比検出手段により検出された変速比が高速側であるほど前記エンジン回転数の低減量を小さくすることを特徴とする作業車両の走行制御装置。

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