JP2008106837A - 建設車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】低速走行時における牽引力の低下を抑えることができる建設車両を提供する。
【解決手段】建設車両は、エンジンと、エンジンによって駆動されるメインポンプと、メインポンプから吐出された圧油によって駆動される第2走行モータと、第2走行モータの駆動力によって駆動されるタイヤと、制御部とを備える。制御部は、エンジン回転数とメインポンプの容量と第2走行モータの容量とを制御して車速と牽引力とを制御する。また、制御部は、車速が所定の閾値以下である低速度領域において、車速が小さいほど第2走行モータの最大容量を増大させる。
【選択図】図7

Description

本発明は、建設車両に関する。
建設車両には、エンジンによって油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出された圧油によって走行用油圧モータを駆動することにより走行を行う、いわゆるHST(Hydro Static Transmission)を搭載したものがある。このような建設車両では、エンジン回転数、油圧ポンプの容量、走行用油圧モータの容量を制御することによって、車両の速度および牽引力を制御することができる(特許文献1)。
特開2004−144254号公報
上記のようなHST方式の建設車両では、一般に図8に示すような車速−牽引力特性が得られる。なお、図8では、横軸が車速であり、縦軸が牽引力である。この車速−牽引力特性に示されているように、牽引力のピークは、車速ゼロの場合に表れるのではなく、低速域のある車速において表れる。このため、掘削作業のように低速で土砂等を押し込む作業を行っている場合、車両の速度がある速度まで低下すると牽引力が低下してしまい、作業性が低下したり、車両が停止したりする恐れがある。
本発明の課題は、低速走行時における牽引力の低下を抑えることができる建設車両を提供することにある。
第1発明に係る建設車両は、エンジンと、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される走行用油圧モータと、走行用油圧モータの駆動力によって駆動される走行輪と、制御部とを備える。制御部は、エンジン回転数と油圧ポンプの容量と走行用油圧モータの容量とを制御して車速と牽引力とを制御する。また、制御部は、車速が所定の閾値以下である低速度領域において、車速が小さいほど走行用油圧モータの最大容量を増大させる。
この建設車両では、車速が所定の閾値以下である低速度領域において、車速が小さいほど走行用油圧モータの最大容量が増大する制御が行われる。走行用油圧モータの最大容量が増大すると牽引力が増大するため、上記の制御が行われることによって、低速走行時における牽引力の低下を抑えることができる。
第2発明に係る建設車両は、第1発明の建設車両であって、制御部は、走行用油圧モータの最大容量を所定の制限値に制限することにより最大牽引力を制限する牽引力制限制御を実行可能であり、牽引力制限制御において車速が閾値以下では、車速が小さいほど走行用油圧モータの最大容量を増大させて制限値以上とする。
この建設車両では、牽引力制限制御を実行することによって、最大牽引力を制限することができる。これにより、作業条件に応じた適切な最大牽引力で作業を行うことができる。例えば、低摩擦路面での作業時において牽引力制限制御を実行することによって、スリップを起こし難くすることができる。
また、牽引力制限制御において、車速が閾値以下では、車速が小さいほど走行用油圧モータの最大容量を増大させて制限値以上とする制御が行われる。このため、牽引力制限制御の実行中において、低速走行時における牽引力の低下を抑えることができる。また、停止状態から発進する際の牽引力を増大させることができるため、高負荷での発進時におけるスリップの発生を抑えることができる。
第3発明に係る建設車両は、第2発明の建設車両であって、牽引力制限制御における走行用油圧モータの最大容量の制限値は可変であり、閾値は、設定された制限値ごとに定められている。
この建設車両では、走行用油圧モータの最大容量の制限値が可変であるため、状況に応じた適切な最大牽引力を設定することができる。また、車速−牽引力特性は、走行用油圧モータの最大容量の制限値によって異なるため、閾値が、設定された制限値ごとに定められることによって、低速走行時における牽引力の低下をより適切に抑えることができる。
第4発明に係る建設車両は、第1発明から第3発明のいずれかの建設車両であって、制御部は、車速が所定の速度以下では車速が小さいほどエンジン回転数の上限を低下させるスリップ低減制御を実行可能であり、スリップ低減制御において車速が閾値以下では、車速が小さいほど走行用油圧モータの最大容量を増大させる。
この建設車両では、スリップ低減制御において車速が小さいほどエンジン回転数の上限を低下させることによって、より小さい車速で最大牽引力が表れるようにすることができる。これにより、低摩擦路面上での作業時においてスリップをより起こし難くすることができる。また、スリップ低減制御が行われる場合であっても、エンジン回転数の上限の低下には限界があるため、最大牽引力が表れる車速を低下させるのにも限界がある。すなわち、スリップ低減制御が実行されていても、ある車速において最大牽引力が表れ、この車速以下の速度では牽引力が低下する傾向がある。このため、車速が小さいほど走行用油圧モータの最大容量を増大させて制限値以上とする制御がスリップ低減制御と併せて行われることにより、低速走行時における牽引力の低下をより抑えることができる。
本発明に係る建設車両では、車速が所定の閾値以下である低速度領域において、車速が小さいほど走行用油圧モータの最大容量が増大する制御が行われる。走行用油圧モータの最大容量が増大すると牽引力が増大するため、上記の制御が行われることによって、低速走行時における牽引力の低下を抑えることができる。
<全体構成>
本発明の一実施形態に係る建設車両1の側面図を図1に示す。この建設車両1は、タイヤ4a,4bにより自走可能であると共に作業機3を用いて所望の作業を行うことができるホイールローダである。この建設車両1は、車体フレーム2、作業機3、タイヤ4a,4b、運転室5を備えている。
車体フレーム2は、前側に配置されるフロントフレーム2aと、後側に配置されるリアフレーム2bとを有しており、フロントフレーム2aとリアフレーム2bとは車体フレーム2の中央部において左右方向に揺動可能に連結されている。
フロントフレーム2aには作業機3および一対のフロントタイヤ4aが取り付けられている。作業機3は、作業機用油圧ポンプ11(図2参照)からの圧油によって駆動される装置であり、フロントフレーム2aの前部に装着されたリフトアーム37と、リフトアーム37の先端に取り付けられたバケット38と、これらを駆動する作業機シリンダ26(図2参照)とを有する。一対のフロントタイヤ4aは、フロントフレーム2aの側面に設けられている。
リアフレーム2bには、運転室5、作動油タンク6、一対のリアタイヤ4bなどが設けられている。運転室5は、車体フレーム2の上部に載置されており、ハンドル、アクセル等の操作部、速度等の各種の情報を表示する表示部、座席等が内装されている。作動油タンク6は、運転室5の後方に配置されており、各種の油圧ポンプによって加圧される作動油を蓄積する。一対のリアタイヤ4bは、リアフレーム2bの側面に設けられている。
また、車体フレーム2には、タイヤ4a,4bや作業機3を駆動するための油圧駆動機構7が搭載されている。以下、油圧駆動機構7の構成について図2に基づいて説明する。
<油圧駆動機構7>
油圧駆動機構7は、主として、エンジン8、メインポンプ9、チャージポンプ10、作業機用油圧ポンプ11、第1走行モータ12、第2走行モータ13、クラッチ14、駆動軸15、制御部16(図3参照)を有しており、いわゆるHSTシステムが採用されている。
エンジン8は、ディーゼル式のエンジンであり、エンジン8で発生した出力トルクが、メインポンプ9、チャージポンプ10、作業機用油圧ポンプ11、ステアリング用油圧ポンプ(図示せず)等に伝達される。エンジン8には、エンジン8の出力トルクと回転数とを制御する燃料噴射装置17が付設されており、アクセルの操作量(以下、「アクセル開度」と呼ぶ)に応じてスロットル開度を調整し、燃料の噴射量を調整する。アクセルは、エンジン8の目標回転数を指示する手段であり、アクセル開度検出部18(図3参照)が設けられている。アクセル開度検出部18は、ポテンショメータなどで構成されており、アクセル開度を検出する。アクセル開度検出部18は、アクセル開度を示す開度信号を制御部16へと送り、制御部16から燃料噴射装置17に制御信号が出力される。このため、オペレーターはアクセルの操作量を調整することによってエンジン8の回転数を制御することができる。また、エンジン8には、エンジン8の実回転数を検出する回転センサからなるエンジン回転数検出部19(図3参照)が設けられており、エンジン回転数検出部19からの回転数信号が制御部16に入力される。
メインポンプ9は、エンジン8によって駆動される可変容量型の油圧ポンプであり、メインポンプ9から吐出された圧油は、主回路20,21を通って第1走行モータ12および第2走行モータ13へ送られる。なお、この油圧駆動機構7には主回路20,21を通る圧油の圧力(以下、「主回路油圧」)を検出する主回路油圧検出部22(図3参照)が設けられている。なお、主回路油圧は、第1走行モータ12および第2走行モータ13を駆動する圧油の駆動油圧に相当する。また、メインポンプ9には、メインポンプ9の容量を制御するためのポンプ容量制御シリンダ23とポンプ容量制御弁24とが接続されている。ポンプ容量制御弁24は、制御部16からの制御信号に基づいてポンプ容量制御シリンダ23を制御する電磁制御弁であり、ポンプ容量制御シリンダ23を制御することにより、メインポンプ9の容量を任意に変更することができる。
チャージポンプ10は、エンジン8によって駆動され、主回路20,21へと圧油を供給するためのポンプである。また、チャージポンプ10は、メインポンプ9のパイロット回路に圧油を供給する。
作業機用油圧ポンプ11は、エンジン8によって駆動され、作業機用油圧ポンプ11から吐出された圧油は、作業機用油圧回路25を介して作業機3の作業機シリンダ26に送られ、作業機シリンダ26を駆動する。また、作業機用油圧回路25には、作業機シリンダ26を制御する作業機制御弁27(図3参照)が設けられており、制御部16からの制御信号に基づいて作業機制御弁27が制御されることにより作業機シリンダ26が制御される。
第1走行モータ12は、可変容量型の油圧モータであり、メインポンプ9から吐出された圧油によって駆動され、走行のための駆動力を生じさせる。第1走行モータ12には、第1走行モータ12の傾転角を制御する第1モータシリンダ29と、第1モータシリンダ29を制御する第1モータ制御弁30(図3参照)とが設けられている。第1モータ制御弁30は制御部16からの制御信号に基づいて制御される電磁制御弁であり、第1モータシリンダ29を制御することにより、第1走行モータ12の容量を任意に変えることができる。
第2走行モータ13は、第1走行モータ12と同様に、メインポンプ9から吐出された圧油によって駆動される可変容量型の油圧モータであり、駆動軸15に走行のための駆動力を生じさせる。第2走行モータ13は、油圧回路上において第1走行モータ12と並列に設けられている。また、第2走行モータ13には、第2走行モータ13の傾転角を制御する第2モータシリンダ31と、第2モータシリンダ31を制御する第2モータ制御弁32(図3参照)とが設けられている。第2モータ制御弁32は、制御部16からの制御信号に基づいて制御される電磁制御弁であり、第2モータシリンダ31を制御することにより、第2走行モータ13の容量を任意に変えることができる。また、第2モータ制御弁32に加えられる制御信号を調整することにより最大傾転角及び最小傾転角を調整することができる。
クラッチ14は、第2走行モータ13から駆動軸15への駆動力の伝達・非伝達を切り替える装置である。クラッチ14には、クラッチ14の係合・非係合を切り替えるクラッチ制御弁33(図3参照)が設けられている。クラッチ制御弁33は、制御部16からの制御信号に基づいてクラッチ14の係合・非係合を切り替える電磁制御弁である。低速走行時にはクラッチ14が係合状態とされ、第1走行モータ12および第2走行モータ13の駆動力が駆動軸15に伝達される。高速走行時にはクラッチ14が非係合状態とされ第1走行モータ12の駆動力のみが駆動軸15に伝達される。
駆動軸15は、第1走行モータ12および第2走行モータ13の駆動力をタイヤ4a,4b(図1参照)に伝達することによりタイヤ4a,4bを回転させる。また、駆動軸15には、駆動軸15の回転数から車速を検出する車速センサからなる車速検出部34(図3参照)が設けられており、車速検出部34からの車速信号が制御部16に入力される。 制御部16は、各検出部からの出力信号に基づいて各制御弁や燃料噴射装置17を電子制御し、エンジン回転数、各油圧ポンプ9〜11の容量、各走行モータ12,13の容量などを制御することができる。これにより、この建設車両1では、図4に示すように、牽引力と車速とが無段階に変化して、車速ゼロから最高速度まで変速操作なく自動的に変速することができる。以下、制御部16による走行モータ12,13の制御について詳細に説明する。
<走行モータの制御>
制御部16は、エンジン回転数検出部19および主回路油圧検出部22からの出力信号を処理して、走行モータ12,13に傾転角の変更指令を出力する。図5に傾転角と主回路油圧とエンジン回転数との関係を示す。図5の実線は、エンジン回転数がある値の状態における、主回路油圧に対する傾転角を定めたラインである。主回路油圧がある一定の値以下の場合までは傾転角は最小(Min)であり、その後、主回路油圧の上昇に伴って傾転角も次第に大きくなり(実線の傾斜部分)、傾転角が最大(Max)となった後は、油圧が上昇しても傾転角は最大傾転角Maxを維持する。
上記実線の傾斜部分は、エンジン回転数によって上下するように設定されている。すなわち、エンジン回転数が低ければ、主回路油圧がより低い状態から傾転角が大きくなり、主回路油圧がより低い状態で最大傾転角に達するように制御される(図5における下側の破線の傾斜部分参照)。反対にエンジン回転数が高ければ、主回路油圧がより高くなるまで最小傾転角Minを維持し、主回路油圧がより高い状態で最大傾転角Maxに達するように制御される(図5における上側の破線の傾斜部分参照)。
〔牽引力制限制御〕
ここで、この建設車両1では、最大牽引力選択部35(図3参照)を備えており、制御部16は、最大牽引力選択部35が操作されることにより最大牽引力を制限する牽引力制限制御を実行する。最大牽引力選択部35は、運転室5に設けられたスイッチであり、制御部16は、最大牽引力選択部35からの出力信号に基づいて第2走行モータ13の傾転角の最大値を切り替え、第2走行モータ13の最大容量を所定の制限値に制限することにより最大牽引力を制限する。この建設車両1では、最大牽引力選択部35はオン状態とオフ状態とに切替可能である。また、オン状態での最大牽引力をレベルA,レベルB,レベルCの3段階に変更可能である。最大牽引力選択部35がオフ状態の場合は、最大傾転角は図5のMaxの位置となり、この状態では車速−牽引力特性は図4のグラフL1となる。この最大傾転角Maxは、第2走行モータ13の性能上の最大値である。そして、最大牽引力選択部35がオン状態にされると、最大傾転角が、設定されている最大牽引力のレベルに対応する大きさに変更される。すなわち、オン状態での最大牽引力がレベルAに設定されている場合は、最大傾転角がMaに変更される。同様に、最大牽引力がレベルBに設定されている場合は最大傾転角がMbに変更され、最大牽引力がレベルCに設定されている場合は最大傾転角がMcに変更される。このように、最大傾転角が、Maxよりも小さいMa,Mb,Mcに変更されることにより、図4のグラフLa,Lb,Lcのように最大牽引力が低下した車速−牽引力特性が得られる。なお、グラフL1,La,Lb,Lcはいずれもアクセル開度が全開の状態における車速−牽引力特性である。これによって、軟弱路面や雪上路面等の低摩擦路面において、作業機3による作業量を確保するためにアクセル開度を最大としても、タイヤ4a,4bの駆動力が抑えられてスリップを防止することが可能となる。
〔スリップ低減制御〕
この建設車両1では、スリップ低減制御選択部36が備えられており、オペレーターがスリップ低減制御選択部36を操作することにより、スリップ低減制御を実行させることができる。スリップ低減制御は、車速に応じてエンジン回転数の上限を変更することにより、スリップの発生をより抑えることができる制御である。スリップ低減制御選択部36は、運転室5に設けられたスイッチであり、オン状態とオフ状態とに切替可能となっている。スリップ低減制御選択部36がオン状態にされると、以下に説明するスリップ低減制御が行われる。
スリップ低減制御では、まず車速が検出され、検出された車速に基づいてエンジン回転数の上限が決定される。ここでは、制御部16は、図6に示すグラフに基づいてエンジン回転数の上限を決定する。このグラフは、車速に対してスロットル開度の上限を定めたものであり、所定速度V3以下では車速が小さいほどスロットル開度の上限も小さくなっている。制御部16は、このテーブルに従ってスロットル開度の上限を制限することにより、エンジン回転数の上限を制限する。これにより、制御部16は、図4のグラフL2に示すように、低速域での車速−牽引力特性が、トルクコンバーターを搭載した車両の車速−牽引力特性(グラフL3参照)に近似するようにエンジン回転数の上限を制御することができる。トルクコンバーターを搭載した車両の車速−牽引力特性は単調減少関数であり、速度ゼロの時点で最大牽引力が最大となる。なお、グラフLcは、スリップ低減制御を行わずに低速域でもエンジン回転数の上限を一定とした場合の車速−牽引力特性(アクセル開度100%)である。また、グラフL2は、レベルCの牽引力制限制御と併せてスリップ低減制御が行われたときの車速−牽引力特性を示している。このグラフL2では、最大牽引力が、グラフLcで示す車速−牽引力特性における最大牽引力よりも低速側に表れる。すなわち、スリップ低減制御が行われる場合の車速−牽引力特性において最大牽引力が表れる車速V1は、スリップ低減制御が行われない場合の車速−牽引力特性(Lc参照)において最大牽引力が表れる車速V2よりも小さく、例えば、1km/hである。なお、スリップ低減制御によるエンジン回転数の上限の制限は、主回路油圧が、第2走行モータ13の傾転角が最大傾転角となる圧力以上の場合に行われ、図4で言えば、車速V3より低速の場合に行われる。
なお、スリップ低減制御選択部36がオフ状態とされた場合には、制御部16はスリップ低減制御を終了する。
〔低速度領域での走行モータの制御〕
次に、本発明において特徴的な低速度領域での第2走行モータ13の制御について説明する。
制御部16は、上述した牽引力制限制御が行われている場合、及び、スリップ低減制御が行われている場合、車速が所定の閾値以下である低速度領域において、車速が小さいほど第2走行モータ13の最大容量を増大させる制御を行う。例えば、図7に示すように、レベルAの牽引力制限制御が行われている場合、車速が所定の閾値Va以上では第2走行モータ13の最大容量はCaとされているが、車速がゼロから所定の閾値Va以下の範囲では車速が小さいほど第2走行モータ13の最大容量を二次関数的に増大させ最大容量をCa以上とする。なお、最大容量Caは、上述した最大傾転角Maに対応する容量である。また、レベルBの牽引力制限制御が行われている場合、レベルCの牽引力制限制御が行われている場合、スリップ低減制御制御が行われている場合も同様に所定の閾値以下では車速が小さいほど第2走行モータ13の最大容量を増大させる制御が行われる。ただし、閾値としては、各レベルごとに対応した値、すなわち、各制御において設定された第2走行モータ13の最大容量の制限値ごとに定められた値が用いられる。レベルBの牽引力制限制御が行われている場合の閾値をVb、レベルCの牽引力制限制御が行われている場合の閾値をVc、スリップ低減制御が行われている場合の閾値をVdとすると、閾値Va,Vb,Vc,Vdは、各種の制御条件に基づいて予め適切に定められた値が用いられる。例えば、閾値Va,Vb,Vcはそれぞれ異なる値であり、Va<Vb<Vcである。
<特徴>
(1)
この建設車両1では、車速が所定の閾値以下である低速度領域において、車速が小さいほど第2走行モータ13の最大容量が増大する制御が行われる。例えば、レベルAの牽引力制限制御が行われている場合の車速−牽引力特性を図7のグラフLaに示す。図7において、グラフLa'は、第2走行モータ13の最大容量が一定である従来の制御が行われている場合の車速−牽引力特性を示している。このように、この建設車両1では、閾値Va以下の車速では、車速が小さいほど第2走行モータ13の最大容量が増大する制御が行われるため、第2走行モータ13の最大容量が一定である場合と比べて、低速走行時における牽引力の低下を抑えることができる。これにより、バケット38による押し込み作業を行っている際に牽引力が低下して作業性が低下したり車両が停止したりする恐れを低減することができる。また、高負荷での発進時においても最大牽引力に近い牽引力を確保することができるため、発進時のスリップの発生を低減させることができる。
(2)
この建設車両では、上記のような低速度領域での第2走行モータ13の制御において、牽引力制限制御のレベルおよびスリップ低減制御制御に応じた閾値Va〜Vdが用いられる。これにより、各制御における牽引力−速度特性に応じた適切な制御を行うことができ、各制御における低速走行時の牽引力の低下をより適切に抑えることができる。
<他の実施形態>
(A)
上記の実施形態では、最大牽引力選択部35がオン状態における最大牽引力はレベルA,レベルB,レベルCの3段階に変更可能であるが、2段階以下、または4段階以上に変更可能であってもよく、連続的に変更可能であってもよい。
(B)
上記の実施形態では、ホイールローダに本発明が適用されているが、ホイールローダに限らず油圧モータで走行する建設車両であれば適用可能である。
また、上記の実施形態の建設車両1のように、2つの油圧モータで走行を行うものに限られず、1つの油圧モータで走行を行うものであってもよい。
本発明は、低速走行時における牽引力の低下を抑えることができる効果を有し、建設車両として有用である。
建設車両の側面図。 油圧駆動機構の構成を示す概略図。 建設車両の制御ブロック図。 車速−牽引力特性を示すグラフ。 傾転角と主回路油圧とエンジン回転数との関係を示すグラフ。 車速に対するスロットル開度の上限(エンジン回転数の上限)を示すグラフ。 車速に対する第2走行モータの最大容量および最大牽引力を示すグラフ。 従来の建設車両の車速−牽引力特性を示すグラフ。
符号の説明
1 建設車両
4a,4b タイヤ(走行輪)
8 エンジン
9 メインポンプ(油圧ポンプ)
13 第2走行モータ(走行用油圧モータ)
16 制御部

Claims (4)

  1. エンジンと、
    前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される走行用油圧モータと、
    前記走行用油圧モータの駆動力によって駆動される走行輪と、
    エンジン回転数と前記油圧ポンプの容量と前記走行用油圧モータの容量とを制御して車速と牽引力とを制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、車速が所定の閾値以下である低速度領域において、車速が小さいほど前記走行用油圧モータの最大容量を増大させる、
    建設車両。
  2. 前記制御部は、前記走行用油圧モータの最大容量を所定の制限値に制限することにより最大牽引力を制限する牽引力制限制御を実行可能であり、前記牽引力制限制御において車速が前記閾値以下では、車速が小さいほど前記走行用油圧モータの最大容量を増大させて前記制限値以上とする、
    請求項1に記載の建設車両。
  3. 前記牽引力制限制御における前記走行用油圧モータの最大容量の前記制限値は可変であり、
    前記閾値は、設定された前記制限値ごとに定められている、
    請求項2に記載の建設車両。
  4. 前記制御部は、車速が所定の速度以下では車速が小さいほどエンジン回転数の上限を低下させるスリップ低減制御を実行可能であり、前記スリップ低減制御において車速が前記閾値以下では、車速が小さいほど前記走行用油圧モータの最大容量を増大させる、
    請求項1から3のいずれかに記載の建設車両。
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