JP2006234555A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】回転数センサの故障を判定するとともに、回転数を精度よく検出する。
【解決手段】回転数検出センサ１からの出力により回転体２の回転数に応じた周波数信号Ｖｓを発生する信号発生回路８と、信号発生回路８からの周波数信号Ｖｓを所定のスレッショルド電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２と比較することにより、２値振幅のパルス信号Ｖ０に波形整形する波形整形回路１０と、回転体２の回転停止または回転数検出センサ１の故障によりパルス信号Ｖ０が発生しないときのみ、信号発生回路８に故障状態判定用の電圧を印加するとともに、回転数検出センサ１の故障状態に応じて変化する電圧Ｖｋを検出し、その検出結果に応じてセンサ１の故障状態を判定する故障判定回路２０とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁誘導型の回転数検出センサが設けられたホイールローダなどの作業車両に関する。

ホイールローダなどの作業車両には、エンジンの出力トルクをトルクコンバータ、トランスミッション，プロペラシャフト，車軸を介してタイヤに伝達し、車両を走行するようにしたものがある。このような作業車両においては、例えば電磁誘導型の回転数検出センサによりプロペラシャフトの回転数を検出することで車速が計測される。ここで、電磁誘導型の回転数検出センサは、回転数に応じて発生した起電力を一対の出力端子を介して出力するものであり、この種のセンサの故障（断線や短絡）を判定する装置として、以下の特許文献１記載のものが知られている。

この特許文献１記載の装置は、一対の出力端子にそれぞれ同一の直流正電圧を印加し、その一方の出力端子側を接地するとともに、他方の出力端子側の電圧を検出し、検出結果に応じてセンサの故障を判定するようにしている。

特開平６−２５９１４０号公報

しかしながら上記特許文献１記載の装置は、センサから出力された起電力に直流正電圧を加算して出力するように構成しているため、誤差要因が大きくなり、回転数を精度よく検出することは難しい。

本発明は、エンジンと、エンジンの回転により駆動して駆動圧油を発生する油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油により駆動する作業用アクチュエータと、回転体に近接して配置された電磁誘導型の回転数検出センサとを備えた作業車両に適用される。そして、回転数検出センサからの出力により回転体の回転数に応じた周波数信号を発生する信号発生回路と、信号発生回路からの周波数信号を所定のスレッショルド電圧と比較することにより、２値振幅のパルス信号に波形整形する波形整形回路と、回転体の回転停止または回転数検出センサの故障によりパルス信号が発生しないときのみ、信号発生回路に故障状態判定用の電圧を印加するとともに、回転数検出センサの故障状態に応じて変化する電圧を検出し、その検出結果に応じて回転数検出センサの故障状態を判定する故障判定回路とを有することを特徴とする。
パルス信号に応じてグランドレベルを基準にした高低２種類のスレッショルド電圧を設定することが好ましい。
故障判定回路により回転数検出センサの断線状態および短絡状態をそれぞれ判定することもできる。

本発明によれば、回転体の回転停止または回転数検出センサの故障によりパルス信号が発生しないときのみ、故障状態判定用の電圧を印加してセンサの故障状態を判定するようにしたので、パルス信号の発生時に誤差要因となるような余計な電圧は印加されず、回転数を精度よく検出することができる。

以下、図１〜図６を参照して本発明による作業車両の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が適用されるホイールローダの側面図である。ホイールローダ１００は、アーム１０１，バケット１０２，タイヤ１０３等を有する前部車体１０４と、運転室１０５，エンジン１０６，タイヤ１０７等を有する後部車体１０８とから構成されている。前部車体１０４と後部車体１０８とは不図示のセンタピンにより互いに回動自在に連結され、センタピンの左右側方には両端部が車体１０４，１０８にそれぞれ連結された左右一対のステアリングシリンダ１０９が設けられている。ステアリングシリンダ１０９を伸縮させると後部車体１０８に対して前部車体１０４が屈折し、車両を操向できる。

図２は、主にホイールローダの走行駆動系の概略構成を示す平面図である。エンジン１１０の出力軸には図示しないトルクコンバータ（略してトルコン）が接続され、エンジン１１０の出力トルクはトルコン，トランスミッション１１１，プロペラシャフト１１２，車軸１１３を介してタイヤ１０３，１０７に伝達され、車両が走行する。プロペラシャフト１１２の回転数と車速とは相関関係を有し、プロペラシャフト１１２の回転数は回転数センサ１により検出される。なお、エンジン１１０の出力軸には油圧ポンプ１２１も接続され、油圧ポンプ１２１からの圧油により油圧シリンダや油圧モータなどの各種作業用アクチュエータ１２２が駆動される。

本実施の形態に係る電気回路の構成を図３に示す。回転数センサ１は、磁石に巻回したコイル１ａを有する周知の電磁誘導型のセンサであり、プロペラシャフト１１２と連動して回転するロータ２の周面に対向した静止位置に取り付けられる。ロータ２は周面に突起部（ギヤ）を有し、この突起部がコイル１ａの前を通過する度にセンサ１は起電力を発生する。

回転数センサ１のコイル１ａには一対の出力端子３，４が接続され、端子３，４間にはセンサ１から発生した電圧を蓄積するコンデンサ５と抵抗６が並列に接続されている。コンデンサ５と抵抗６の正極側には入力保護回路７が接続され、入力保護回路７の端子４側は接地されている。これによりグランド電位を基準とした信号を発生する回路（信号発生回路８）が形成されている。回転数センサ１は電磁誘導に基づく発電型であるので、ロータ２の回転数が大きいほど電圧が高くなるが、入力保護回路７により電圧を一定レベル以下に抑えるようにしている。

入力保護回路７はコンパレータ１１の入力端子（−端子）に接続され、コンパレータ１１の出力端子には、コンパレータ１１の出力をハイレベル相当の一定電圧（５Ｖ）にプルアップするための抵抗１２が接続されている。コンパレータ１１の出力端子と入力端子（＋端子）との間には抵抗１５が接続され、さらにコンパレータ１１の入力端子（＋端子）には、抵抗１３および１４で一定電圧（５Ｖ）を分圧した基準電圧が印加され、抵抗１４の一端は接地されている。これら抵抗１２〜１５はコンパレータ１１とともにセンサ信号処理回路１０を構成する。

コンパレータ１１は、入力端子（−端子）に入力される入力保護回路７からの電圧Ｖｓと入力端子（＋端子）に入力されるスレッショルド電圧Ｖｔｈとを比較する。そして、Ｖｓ＞Ｖｔｈのときはローレベル（０Ｖ）の信号Ｖ０を出力し、Ｖｓ≦Ｖｔｈになるとハイレベル（５Ｖ）の信号Ｖ０を出力する。すなわち入力保護回路７からの信号を２値振幅のパルス信号に波形整形する。

このとき、コンパレータ１１からハイレベルが出力されると回路１０内の抵抗１３と１５は並列接続の関係になり、ローレベルが出力されると抵抗１４と１５が並列接続の関係になる。したがって、ハイレベルが出力されたときのスレッショルド電圧をＶｔｈ１、ローレベルが出力されたときのスレッショルド電圧をＶｔｈ２とし、抵抗１３，１４，１５の抵抗値をそれぞれＲ１３，Ｒ１４，Ｒ１５とすると、スレッショルド電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２はそれぞれ次式(I),(II)で求められる。

Ｖｔｈ１＝５×Ｒ１４／（ＲＸ＋Ｒ１４）
但し、ＲＸ＝Ｒ１３×Ｒ１５／（Ｒ１３＋Ｒ１５） (I)
Ｖｔｈ２＝５×ＲＹ／（ＲＹ＋Ｒ１３）
但し、ＲＹ＝Ｒ１４×Ｒ１５／（Ｒ１４＋Ｒ１５） (II)

これにより出力信号Ｖ０がハイレベルのときのスレッショルド電圧Ｖｔｈ１とローレベルのときのスレッショルド電圧Ｖｔｈ２を互いに異なった値（Ｖｔｈ１＞Ｖｔｈ２）に設定し、ヒステリシス電圧を設定することができる。

入力保護回路７から出力される正弦波電圧（周波数信号）Ｖｓと、コンパレータ１１の出力信号Ｖ０との対応関係の一例を図４に示す。図示のように、時点ｔ１でグランドレベルを基準にしたスレッショルド電圧Ｖｔｈ１より波形電圧Ｖｓの方が大きくなると、コンパレータ１１はローレベルを出力する。その後、時点ｔ２で波形電圧Ｖｓがスレッショルド電圧Ｖｔｈ２以下となるとハイレベルを出力する。パルス数検出回路１６（図３）は、一定時間内のこのパルスの立ち上がりの数をカウントし、ロータ２の回転数（回転速度）を検出する。

本実施の形態では、グランドレベルを基準としてスレッショルド電圧Ｖｔｈ１が設定されるため、ロータ２の回転数が低く発生電圧Ｖｓが非常に小さい場合であっても、ロータ２の回転数を精度よく検出することができる。また、スレッショルド電圧Ｖｔｈ１をスレッショルド電圧Ｖｔｈ２より大きくしてヒステリシス電圧を設定するので、ノイズの影響による誤作動を防止することができる。なお、ヒステリシス電圧（Ｖｔｈ１とＶｔｈ２の差）を大きくすれば、その分ノイズに対して誤作動しにくくなるが、その反面、微弱な電圧変動を検出できなくなるため、実際の回転数の使用帯域を考慮してヒステリシス電圧を最適に設定する必要がある。

センサ１の故障を判定する故障判定回路２０について説明する。回転数センサ１の出力端子３と入力回路７との間には、ダイオード２１を介して抵抗２２，ＦＥＴ２３（電界効果トランジスタ），抵抗２４が直列に接続されている。ＦＥＴ２３はＦＥＴ駆動回路２６によりオンオフされ、ＦＥＴ駆動回路２６はマイコン２５により制御される。ＦＥＴ２３がオンすると、抵抗２４，ＦＥＴ２３，抵抗２２，およびダイオード２１を介してセンサ１の出力端子３側に直流電圧（５Ｖ）が印加され、ＦＥＴ２３がオフすると電圧の印加が停止する。

抵抗２４とＦＥＴ２３の間には入力保護回路２７が接続され、入力保護回路２７を介して出力された電圧（検出電圧Ｖｋ）はＡ／Ｄ変換器２８でＡ／Ｄ変換され、マイコン２５に入力される。マイコン２５はＡ／Ｄ変換器２８とパルス数検出回路１６からの信号に応じて後述のような処理を実行する。

図５（ａ）は、ロータ２が停止した状態、つまりコイル１ａに起電力が発生していない状態で、ＦＥＴ２３をオンしたときの回転数センサ１の正常時に対応した等価回路であり、図５（ｂ）は同じく断線時に対応した等価回路であり、図５（ｃ）は同じく短絡時に対応した等価回路である。図５（ａ）に示すように回転数センサ１の正常時にはダイオード２１を介してセンサ１のコイル１ａと抵抗６にそれぞれ電流が流れるため、コイル１ａと抵抗６とは並列接続状態となる。

一方、回転数センサ１の断線時にはコイル１ａに電流が流れないため、図５（ｂ）に示すように抵抗６のみがダイオード２１に接続された状態となる。また、回転数センサ１の短絡時にはコイル１ａと抵抗６の両方ともに電流が流れないため、図５（ｃ）に示すようにダイオード２１のカソードはコイル１ａと抵抗６を介することなく接地した状態となる。ここで、抵抗６，２２，２４の抵抗値をそれぞれＲ６，Ｒ２２，Ｒ２４、センサ１の内部抵抗値をＲ１、ダイオード２２の順方向電圧をＶｄとすると、センサ１の正常時に入力保護回路２７を介して出力される検出電圧Ｖｋは次式(III)で求められ、断線時に出力される検出電圧Ｖｋは次式(IV)で求められ、短絡時に出力される検出電圧Ｖｋは次式(V)で求められる。

Ｖｋ＝５×（ＲＰ＋Ｒ２２）／（ＲＰ＋Ｒ２２＋Ｒ２４）＋Ｖｄ
但し、ＲＰ＝Ｒ１×Ｒ６／（Ｒ１＋Ｒ６） (III)
Ｖｋ＝５×（Ｒ６＋Ｒ２２）／（Ｒ６＋Ｒ２２＋Ｒ２４）＋Ｖｄ (IV)
Ｖｋ＝５×Ｒ２２／（Ｒ２２＋Ｒ２４）＋Ｖｄ (V)

この場合、回転数センサ１の正常時と断線時と短絡時とで検出電圧Ｖｋはそれぞれ異なるため、検出電圧Ｖｋの値を判定することで回転数センサ１が正常か異常（断線，短絡）かを判定することができる。

図６はマイコン２５で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えばエンジンキースイッチのオンにより処理プログラムが起動して実行される。まず、ステップＳ１でパルス数検出回路１６からの信号を読み込み、パルス信号の有無を判定する。パルス信号が有りと判定されると、すなわちロータ２の回転時に回転数センサ１が正常に回転数を検出すると、ステップＳ２に進んでＦＥＴ駆動回路２６に制御信号を出力し、ＦＥＴ２３をオフする。

一方、パルス信号が無しと判定されると、すなわちロータ２の停止あるいは回転数センサ１の異常が検出されると、ステップＳ３に進んでＦＥＴ駆動回路２６に制御信号を出力し、ＦＥＴ２３をオンする。次いで、ステップＳ４でＡ／Ｄ変換器２８を介して検出電圧Ｖｋを読み込み、ステップＳ５で検出電圧Ｖｋに基づき回転数センサ１が正常か異常かを判定する。ステップＳ５でセンサ１が正常と判定されるとリターンし、異常（断線または短絡）と判定されるとステップＳ６に進む。

ステップＳ６ではセンサ１の異常時に対応した動作を指令する。例えばエンジン回転数を下げる、あるいはギヤをローギヤに固定して車両を減速させる。または、これと同時に運転室のモニタにセンサ１が異常である旨を表示する。この場合、回転数センサ１の断線と短絡を判定できるので、「センサが断線しています」、「センサが短絡しています」のような表示が可能である。

本実施の形態に係る故障判定装置の動作をまとめると次のようになる。車両走行時にはロータ２が回転する。このとき、回転数センサ１が正常であれば、センサ信号処理回路１０は入力保護回路７からの周波数信号をパルス信号に波形整形し、回転数に応じたパルス信号を発生する。この場合、ＦＥＴ２３がオフされるため（ステップＳ２）、センサ１の起電力を発生する回路（信号発生回路８）にはダイオード２１を介した故障判定回路２０からの直流正電圧は印加されず、センサ信号処理回路１０にはセンサ１で発生した起電力のみが出力される。これにより故障判定回路２０からの電圧に影響されず、精度よくロータ２の回転、すなわち車速を検出することができる。

車両停止またはセンサ１の断線，短絡によりパルス信号の発生が停止すると、マイコン２５からの指令によりＦＥＴ２３がオンし、検出電圧Ｖｋの値を判定する（ステップＳ５）。このとき、例えば信号などで車両が停止したことによりパルス信号の発生が停止した場合には、センサ１の値は正常と判定され、何ら車両動作が制限されることはない。これに対し、センサ１の断線や短絡と判定されると、異常時に対応した動作を指令する（ステップＳ６）。例えばエンジン回転数を低減したり、センサ１が異常である旨をモニタに表示する。これにより運転者は回転数センサ１の異常を認識することができ、異常時に適切に対処することができる。

以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）センサ信号処理回路１０からのパルス信号の発生の有無を判定し、パルス信号が発生していないときにＦＥＴ２３をオンし、回転数センサ１の信号発生回路８に直流正電圧を印加するようにした。これにより回転数センサ１が車速を検出しているときに、その誤差要因となるような電圧が印加されることを防止でき、精度よく車速を検出することができる。
（２）回転数センサ１の正常時と断線時と短絡時とで検出電圧Ｖｋが互いに異なる値となるように故障判定回路２０を構成したので、センサ１の各状態をそれぞれ判定することができる。
（３）コンパレータ１１の出力信号Ｖ０に応じてグランドレベルを基準にしたスレッショルド電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を設定するようにしたので、ヒステリシス電圧を設定することができ、ノイズの影響による回転数検出値の誤差を低減することができる。

なお、上記実施の形態では、回転数センサ１と出力端子３，４とコンデンサ５と抵抗６と入力保護回路７により信号発生回路８を形成したが、センサ１からの信号によりロータ２の回転数に応じた周波数信号を発生する信号発生回路の構成はこれに限らない。センサ信号処理回路１０により、センサ１からの周波数信号をスレッショルド電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２と比較することで２値振幅のパルス信号に波形整形するようにしたが、波形整形回路の構成はこれに限らない。センサ信号処理回路１０によりグランドレベルを基準にした高低２種類のスレッショルド電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を設定するようにしたが、設定回路の構成は上述したものに限らない。

故障判定回路２０において、センサ信号処理回路１０からのパルス信号が発生しないときのみ、ＦＥＴ２３のオンによりダイオード２１を介して直流正電圧を印加するとともに、回転数検出センサ１の故障状態に応じて変化する電圧Ｖｋを検出し、その検出結果に応じてセンサ１の故障状態を判定するようにしたが、故障判定回路の構成は上述したものに限らない。例えばＦＥＴ２３以外のスイッチを用いて信号発生回路８に電圧を印加するようにしてもよい。

上記実施の形態は、電磁誘導型の回転数検出センサ１を有するホイールローダに適用したが、他の作業車両に適用することができ、作業車両以外にも適用可能である。したがって、回転数検出センサ１はロータ２以外の他の回転体の回転数を検出するものでもよい。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作業車両に限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明が適用されるホイールローダの側面図。 図１のホイールローダの主に走行駆動系の概略構成を示す平面図。 図１の作業車両に設けられる電気回路の一例を示す図。 回転数センサにより得られた波形電圧とコンパレータの出力信号との対応関係の一例を示す図。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ回転数センサが正常状態，断線状態，短絡状態のときの等価回路を示す図。 図６のマイコンで実行される処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１ 回転数センサ
２ ロータ
８ 信号発生回路
１０ センサ信号処理回路
２０ 故障判定回路
２３ ＦＥＴ
Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２ スレッショルド電圧
Ｖｋ 検出電圧

Claims (3)

1. エンジンと、
   前記エンジンの回転により駆動して駆動圧油を発生する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプからの圧油により駆動する作業用アクチュエータと、
   回転体に近接して配置された電磁誘導型の回転数検出センサとを備えた作業車両において、
   前記回転数検出センサからの出力により前記回転体の回転数に応じた周波数信号を発生する信号発生回路と、
   前記信号発生回路からの周波数信号を所定のスレッショルド電圧と比較することにより、２値振幅のパルス信号に波形整形する波形整形回路と、
   前記回転体の回転停止または前記回転数検出センサの故障により前記パルス信号が発生しないときのみ、前記信号発生回路に故障状態判定用の電圧を印加するとともに、前記回転数検出センサの故障状態に応じて変化する電圧を検出し、その検出結果に応じて前記回転数検出センサの故障状態を判定する故障判定回路とを有することを特徴とする作業車両。
2. 請求項１に記載の作業車両において、
   前記波形整形回路は、パルス信号に応じてグランドレベルを基準にした高低２種類のスレッショルド電圧を設定する設定回路を有することを特徴とする作業車両。
3. 請求項１または２に記載の作業車両において、
   前記故障判定回路は、前記回転数検出センサの断線状態および短絡状態をそれぞれ判定することを特徴とする作業車両。
   

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