JP2008240394A

JP2008240394A - 振動型締固め車両の振動制御装置

Info

Publication number: JP2008240394A
Application number: JP2007083489A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Tezuka; 崇文手塚; Masayuki Yoshida; 昌幸吉田; Nobuyuki Haruyama; 伸幸春山
Original assignee: Sakai Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sakai Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: JP4982225B2

Abstract

【課題】車輪のスリップ状態を判定したうえで車輪の振動を自動的に停止させる振動型締固め車両の振動制御装置を提供する。
【解決手段】前後輪の各回転数の信号Ｓ１、Ｓ２を出力する回転数検出部２と、前後輪の回転数比のデータＤａを算出する回転数比演算手段３と、を備え、データＤａの値に基づいて前後輪の一方のスリップ状態を判定し、スリップと判定したときに振動中の車輪について振動を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロール等の車輪を振動させて地盤を締め固める振動型締固め車両の振動制御装置に関する。

図７は不整地の締固め施工に多用される締固め車両を示す側面図であり、（ａ）は後輪にタイヤ、前輪に平滑胴ロールを装着した機種、（ｂ）は（ａ）の平滑胴ロールに代えて大径のタンピングロールを装着した機種を示している。締固め車両には、ロール内（タイヤ内の場合もあり得る）にロール振動用の振動装置を搭載したものがあり、その振動装置の一例が特許文献１に記載されている。
特開平７−１５０５１６号公報

不整地での施工中に前輪や後輪がぬかるみ等の軟弱地にはまってスリップしたとき、そのまま車輪に振動をかけ続けると、その振動力により車輪がぬかるみにもぐってしまい、ぬかるみからの脱出が困難になる。また、ぬかるみから外れている側の車輪にあっては、スリップの間、同じ地点を振動により強く締め固めてしまうという問題がある。従来ではスリップが生じたとき、オペレータが手動で振動スイッチを切っていたのであるが、スリップ発生時にこのようなスイッチ操作を別途行うことはオペレータにとって煩わしい作業となり、慣れないオペレータではスリップに気をとられて振動スイッチを切り忘れることも考えられる。

本発明はこのような課題を解決するために創案されたものであり、車輪のスリップ状態を判定したうえで車輪の振動を自動的に停止させる振動型締固め車両の振動制御装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決するため、本発明は、前後輪の少なくとも一方を振動させて地盤を締め固める振動型締固め車両の振動制御装置であって、前後輪の各回転数を検出して各回転数の信号Ｓ１、Ｓ２を出力する回転数検出部と、信号Ｓ１、Ｓ２から前後輪の回転数比のデータＤａを算出する回転数比演算手段と、を備え、データＤａの値に基づいて前後輪の一方のスリップ状態を判定し、スリップと判定したときに振動中の車輪について振動を停止させることを特徴とする振動型締固め車両の振動制御装置とした。

この振動制御装置によれば、車輪が所定のスリップ状態にあり、車両が一時的に走行停止状態になっていることが検知されると、車輪の振動が自動的に停止する。自動で振動が停止するので、オペレータは何ら振動停止に関する操作を行う必要はない。

また、本発明においては、前記回転数比演算手段で算出されたデータＤａを、設定範囲Ｔ１に対して範囲内にあるデータＤ１と外れるデータＤ２とに選別する回転数比選別手段と、データＤ１を平均化し、その平均値を基準データＤｓとして生成する基準データ生成手段と、現在の信号Ｓ１、Ｓ２から求めた前後輪の回転数比のデータＤａ_１を基準データＤｓと比較し、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２から外れたとき、前後輪の一方がスリップしていると判定するスリップ判定手段と、スリップ判定手段がスリップと判定したとき、振動中の車輪について振動を停止させる制御手段と、を備えることを特徴とする振動型締固め車両の振動制御装置とした。

この振動制御装置によれば、次のような効果が奏される。
（１）スリップ判定の基準となる基準データＤｓが前後輪の回転数比に合わせて自動で設定されるので、同一仕様の振動制御装置で前後輪の回転数比の異なる締固め車両に対応できる。これにより、製品の管理工数が削減される。
（２）スリップ判定の基準データＤｓが自動で設定されるので、人手によるデータ入力ミスの問題が解消される。
（３）スリップ判定の基準データＤｓは現在の前後輪の回転数比に合わせて常に更新されるので、スリップの判定精度が良好に維持される。

本発明によれば、車輪がスリップした際、車輪の振動停止に関するオペレータの手動操作が不要となる。

本発明に係る振動制御装置は主にぬかるみなどができやすい不整地用の振動型締固め車両に搭載される。対象車両には、前輪、後輪としてタイヤ、鉄輪ロール等、各種の転圧ロールが装着されるが、本発明ではその種類や形状は問わない。また、振動を発生させる振動装置は、前輪、後輪のどちらか一方に搭載されていてもよいし、前輪、後輪の両方に搭載されていてもよい。図１は本発明に係る振動制御装置の構成ブロック図、図２は振動型締固め車両における振動制御装置のレイアウトの一例を示す側面図、図３は振動制御装置の制御動作のフローチャートである。

図１において、振動制御装置１は、前輪、後輪の各回転数を検出して前輪の回転数の信号Ｓ１、後輪の回転数の信号Ｓ２を出力する回転数検出部２と、信号Ｓ１、Ｓ２を入力して前後輪の回転数比のデータＤａを算出する回転数比演算手段３と、データＤａを、設定範囲Ｔ１に対して範囲内にあるデータＤ１と外れるデータＤ２とに選別する回転数比選別手段４と、データＤ１をサンプリングして平均化し、その平均値を基準データＤｓとして生成する基準データ生成手段５と、現在の信号Ｓ１、Ｓ２から求めた前後輪の回転数比のデータＤａ_１を基準データＤｓと比較し、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２から外れたとき、前後輪の一方がスリップしていると判定するスリップ判定手段６と、スリップ判定手段６がスリップと判定したとき、振動中の車輪について振動を停止させる制御手段７と、を備える。

「回転数検出部２」
回転数検出部２としては、ロータリエンコーダに代表される光学式センサや磁気式センサ等の公知の近接センサが挙げられる。これらの近接センサは図２に示すようにそれぞれ前輪、後輪に内装されるが、前輪、後輪の回転数を結果的に導き出せればその取り付け態様は特に限定されない。例としては、走行モータＭ１、Ｍ２の回転数を検出する、減速機のギアの回転数を検出する、前輪、後輪と一体的に回転する被検知部を検出する等である。前輪、後輪の各近接センサは、それぞれ信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。

「回転数比演算手段３」
回転数比演算手段３は、所定のサンプリング周波数にて回転数検出部２からの信号Ｓ１、Ｓ２を入力し、両信号から前後輪の回転数比のデータＤａを算出する。

「回転数比選別手段４」
回転数比選別手段４は、データＤａを、設定範囲Ｔ１の範囲内にあるデータＤ１と外れるデータＤ２とに選別する。設定範囲Ｔ１は例えば次のようにして設定される。振動制御装置１を起動するタイミングはほぼ締固め施工の開始時であり、この開始時にいきなり前後輪がスリップする状況はさほどない。したがって、振動制御装置１が起動して間もなく算出されるデータＤａは、スリップしていない正常な前後輪の回転数比とみなせる。設定範囲Ｔ１の幅値自体は予め固定されており、振動制御装置１が起動して間もなく算出されたデータＤａの平均値が設定範囲Ｔ１の中心となるように下限しきい値と上限しきい値が設定される。勿論、締固め施工の直前に、スリップの生じない地盤上で車両をテスト走行させてデータＤａを予めサンプリングしておき、これを基に初期の設定範囲Ｔ１の上限しきい値と下限しきい値を設定してもよい。その後、施工中は、定期的にデータＤ１を平均化し、設定範囲Ｔ１を常に更新する。すなわち、所定走行（所定時間）で設定された設定範囲Ｔ１内のデータＤ１を平均化して後述する基準データＤｓとし、この基準データＤｓを中心として次の所定走行（所定時間）における設定範囲Ｔ１を決める。以降、その繰り返しとなる。これらのデータ更新周期は適宜に決められる。

例えば、設定範囲Ｔ１の幅値が０．４として固定されていた場合で、振動制御装置１が起動して間もなく算出されたデータＤａの平均値が１．２０とすると、設定範囲Ｔ１は、１．２０を中心に下限しきい値を１．００、上限しきい値を１．４０として設定され、回転数比選別手段４は、データＤａを、１．００〜１．４０内にあるデータＤ１と、それ以外のデータＤ２とに分ける。そして、仮にこのとき得られたデータＤ１の平均値が１．２１であったとすると、次の所定走行（所定時間）における設定範囲Ｔ１は、１．２１を中心に下限しきい値を１．０１、上限しきい値を１．４１として設定される。また、別の締固め車両において、振動制御装置１が起動して間もなく算出されたデータＤａの平均値が１．１０であった場合には、同様の処理により、下限しきい値が０．９０、上限しきい値が１．３０に設定される。そして、仮にこのとき得られたデータＤ１の平均値が１．０９であったとすると、次の所定走行（所定時間）における設定範囲Ｔ１は、１．０９を中心に下限しきい値を０．８９、上限しきい値を１．２９として設定される。このように、常に設定範囲Ｔ１の下限しきい値、上限しきい値を更新するようにすれば、例えば長時間の施工中にタイヤの空気圧に変化が生じてタイヤの有効径が変わり、前後輪の回転数比が変化した場合であっても、変化した回転数比に見合った下限しきい値、上限しきい値を設定できる。

また、振動制御装置１の搭載対象となる各振動型締固め車両の回転数比の値がさほど違わない場合は、設定範囲Ｔ１の位置を固定してもよい。例えば、最も回転数比の小さい車両での値が１．１０であり、最も回転数比の大きい車両での値が１．２０である場合、設定範囲Ｔ１の下限しきい値を０．９０、上限しきい値を１．４０として固定するなどである。

以上の設定範囲Ｔ１を介在させて主に前後輪のスリップで生ずる異常な回転数比を削除することにより、後の基準データＤｓの生成に当たり、スリップなどの突発的な因子を含まないデータを生成できる。

「基準データ生成手段５」
基準データ生成手段５は、設定範囲Ｔ１内のデータＤ１を平均化し、その平均値を基準データＤｓとして生成する。ここで、前記回転数比選別手段４においてデータＤ２が存在した場合、基準データ生成手段５は、データＤ２に代えて所定の基準値を代入して平均化する措置が採られる。所定の基準値は予め設定された値であり、例としては、前の所定走行（所定時間）における基準データＤｓが挙げられる。例えば、車輪がスリップし、回転数比選別手段４においてデータＤａが全てデータＤ２であった場合、基準データ生成手段５は前の所定走行（所定時間）における基準データＤｓを平均化する（つまり、前の所定走行（所定時間）における基準データＤｓそのもの）ことになる。このように、本発明の基準データ生成手段５における「設定範囲Ｔ１内のデータＤ１を平均化し」とは、データＤ２が存在したときには、代入した基準値等を加味して平均化する場合も包含するものとする。

なお、本実施形態において、回転数比選別手段４や基準データ生成手段５で処理する各データは適宜に記憶手段８に記憶され、回転数比選別手段４と基準データ生成手段５との間でのデータのやり取り、また、基準データ生成手段５とスリップ判定手段６との間でのデータのやり取り等は記憶手段８を介して行っている。

「スリップ判定手段６」
スリップ判定手段６では、現在の信号Ｓ１、Ｓ２から回転数比演算手段３で算出した前後輪の回転数比のデータＤａ_１と基準データＤｓとを比較し、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２から外れているときに、前後輪の一方がスリップしていると判定する。設定範囲Ｔ２は、若干のスリップであれば非スリップとみなすための許容範囲であり、基準データＤｓを中心として適宜に設定される。設定範囲Ｔ２の幅値自体は予め固定されており、基準データＤｓを中心に下限しきい値と上限しきい値が設定される。例えば、設定範囲Ｔ２の幅値が０．４として固定されていた場合で、基準データＤｓの値が１．２０である場合には、設定範囲Ｔ２は、１．２０を中心に下限しきい値を１．００、上限しきい値を１．４０として設定される。設定範囲Ｔ２の幅値と前記設定範囲Ｔ１の幅値とは必ずしも同じ値とする必要はない。

スリップ判定手段６で前後輪の一方がスリップしていると判定されると、制御信号出力部９から制御手段７に制御信号Ｖが出力される。以上の回転数比演算手段３、回転数比選別手段４、基準データ生成手段５、スリップ判定手段６、記憶手段８、制御信号出力部９は、１つのコントロールユニット１０として構成され、図２に示すように運転室内などに設置される。

「制御手段７」
制御手段７は、前記制御信号Ｖを入力し、振動中の車輪について自動的にその振動を停止させる。その制御の一例としては、起振軸を回転させる振動用モータを停止させる制御が挙げられる。図４は車輪（ロール）の振動系に関する油圧回路図である。符号Ｐｖは油圧ポンプ、符号Ｍｖは作動油の流れ方向の違いにより正逆回転が可能な振動用モータ、符号１３は切換弁である。図４の場合、ロール内の振動装置は、起振軸２１の回転方向の違いにより低振幅の振動と高振幅の振動のどちらかに選択可能なものとなっている。一例としては、起振軸２１が一方向に回転すると、固定偏心錘２２に対して一対の可動偏心錘２３の偏位の方向が逆となって起振力は互いに打ち消す方向に作用して低い振幅となり、起振軸２１が他方向に回転すると、固定偏心錘２２に対して一対の可動偏心錘２３の偏位の方向が一致して起振力が合成されて高い振幅となる。切換弁１３は、弁の中央位置で振動用モータＭｖへの作動油の供給を遮断し、弁が左右に切り換わることで振動用モータＭｖへの作動油の流れ方向を変える３位置４ポートの弁となっている。

図１のスリップ判定手段６において、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２の上限しきい値から外れ、それが前輪側がスリップした場合とすると、制御信号出力部９が切換弁１３（図４）に制御信号Ｖを出力することで、図４において左右いずれかの弁位置にあった切換弁１３が中央位置に切り換わり、振動用モータＭｖへの作動油の供給が遮断されてロールの振動が停止する。図１のスリップ判定手段６において、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２の下限しきい値から外れ、後輪側がスリップした場合も同様に、制御信号出力部９が切換弁１３（図４）に制御信号Ｖを出力することで、図４において左右いずれかの弁位置にあった切換弁１３が中央位置に切り換わり、振動用モータＭｖへの作動油の供給が遮断されてロールの振動が停止する。この例では、切換弁１３が制御手段７を構成するものである。

振動制御装置１の制御動作について図３のフローチャートを参照して、また具体的な構成要素については適宜に他図を参照して説明する。起動した振動制御装置１は、前後輪の回転数の検出を行い（ステップＳ１０１）、検出した両回転数から前後輪の回転数比のデータＤａを算出し（ステップＳ１０２）、このデータＤａが設定範囲Ｔ１内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。データＤａが設定範囲Ｔ１である場合（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、そのデータＤａ（Ｄ１）を平均して基準データＤｓを生成する（ステップＳ１０６）。データＤａが設定範囲Ｔ１から外れる場合（ステップＳ１０３のＮＯ）、その外れたデータＤａ（Ｄ２）を削除し（ステップＳ１０４）、基準値を代入して（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０６に移行する。この場合、ステップＳ１０６ではデータＤ１に代えて基準値を平均して基準データＤｓを生成する処理を行う。

次いで、現在の前後輪の回転数比のデータＤａ_１とステップＳ１０６で生成した基準データＤｓとの差分を算出し（ステップＳ１０７）、その差分が設定範囲Ｔ２内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。差分が設定範囲Ｔ２内にある場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、制御動作を終了する。差分が設定範囲Ｔ２から外れる場合（ステップＳ１０８のＮＯ）、振動制御装置１は振動用モータＭｖを停止させる（ステップＳ１０９）。

以上のように、前後輪の各回転数を検出して各回転数の信号Ｓ１、Ｓ２を出力する回転数検出部２と、信号Ｓ１、Ｓ２から前後輪の回転数比のデータＤａを算出する回転数比演算手段３と、を備え、データＤａの値に基づいて前後輪の一方のスリップ状態を判定し、スリップと判定したときに振動中の車輪について振動を停止させる構成とすれば、次のような効果が奏される。
（１）車輪がスリップしたときに車輪の振動が自動で停止するので、振動停止に関するオペレータの手動操作が不要になる。

また、データＤａを、設定範囲Ｔ１に対して範囲内にあるデータＤ１と外れるデータＤ２とに選別する回転数比選別手段４と、データＤ１を平均化し、その平均値を基準データＤｓとして生成する基準データ生成手段５と、現在の信号Ｓ１、Ｓ２から求めた前後輪の回転数比のデータＤａ_１を基準データＤｓと比較し、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２から外れたとき、前後輪の一方がスリップしていると判定するスリップ判定手段６と、スリップ判定手段６がスリップと判定したとき、振動中の車輪について振動を停止させる制御手段７と、を備える構成とすれば、前記（１）の効果に加えて次のような効果が奏される。
（２）スリップ判定の基準となる基準データＤｓが前後輪の回転数比に合わせて自動で設定されるので、同一仕様の振動制御装置１で前後輪の回転数比の異なる締固め車両に対応できる。これにより、製品の管理工数が削減される。
（３）スリップ判定の基準データＤｓが自動で設定されるので、人手によるデータ入力ミスの問題が解消される。
（４）スリップ判定の基準データＤｓは現在の前後輪の回転数比に合わせて常に更新されるので、スリップの判定精度が良好に維持される。

応用例として、スリップ判定手段６がスリップと判定したとき、前後輪の回転数比が適正値となるように前後輪の走行モータＭ１、Ｍ２を制御することができる。図５は走行系に関する油圧回路図である。符号Ｐはエンジンにより駆動される油圧ポンプであり、例えば斜板式可変容量形ポンプからなる。前輪側の走行モータＭ１、後輪側の走行モータＭ２は、例えば斜板式可変容量形モータからなり、油圧ポンプＰに対して並列に接続される。作動油がＱ方向またはＲ方向に流れることで車両が前進または後進する。

図１のスリップ判定手段６において、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２の上限しきい値から外れ、それが前輪側がスリップした場合とすると、図５において、制御信号出力部９は、走行モータＭ１の容量が小さくなるように、走行モータＭ１側の容量可変用のアクチュエータに対して制御信号を出力する。これにより、スリップによって意味なく前輪の走行モータＭ１ばかりに偏って供給されていた作動油が制限されて、スリップしていない後輪の走行モータＭ２に圧油供給が再開され、トラクション能力が増して、その場を走破し、結果として前輪のスリップ状態が解消される。同様に図１のスリップ判定手段６において、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２の下限しきい値から外れて後輪側がスリップした場合、図５において、制御信号出力部９は、走行モータＭ２の容量が小さくなるように、走行モータＭ２側の容量可変用のアクチュエータに対して制御信号を出力し、これにより後輪のスリップが解消される。

図６は、走行モータＭ１、Ｍ２への各流路に流量絞り弁１１、１２を設けた場合の油圧回路図である。図６に示した流量絞り弁１１、１２は、絞り無しと絞り有りの２パターンを有する２位置２ポートの切換弁からなり、通常は共に絞り無し側に位置している。前輪側がスリップした場合、制御信号出力部９が流量絞り弁１１に制御信号を出力することで、流量絞り弁１１が絞り有り側に切り換わる。これにより、スリップによって意味なく前輪の走行モータＭ１ばかりに偏って供給されていた作動油が制限されて、スリップしていない後輪の走行モータＭ２に圧油供給が再開され、トラクション能力が増して、その場を走破し、結果として前輪のスリップ状態が解消される。後輪側がスリップした場合、制御信号出力部９が流量絞り弁１２に制御信号を出力することで、流量絞り弁１２が絞り有り側に切り換わり、走行モータＭ２への作動油の流量が制限されて後輪のスリップが解消される。

以上、本発明について最適な実施形態を説明した。本発明は図面に記載したものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内で適宜に設計変更が可能である。例えば、制御手段の要件においては、車輪の振動を停止させる構成を有していれば足り、説明した振動用モータを停止させる方式に限られない。例としては、可動偏心錘の位置を調整して起振軸の偏心量がゼロとなるように制御することで、車輪の振動を停止させる等の方式が挙げられる。

本発明に係る振動制御装置の構成ブロック図である。振動型締固め車両における振動制御装置のレイアウトの一例を示す側面図である。振動制御装置の制御動作のフローチャートである。ロールの振動系に関する油圧回路図である。走行系に関する油圧回路図である。流量絞り弁を設けた場合の走行系に関する油圧回路図である。不整地の締固め施工に多用される締固め車両を示す側面図である。

符号の説明

１振動制御装置
２回転数検出部
３回転数比演算手段
４回転数比選別手段
５基準データ生成手段
６スリップ判定手段
７制御手段

Claims

前後輪の少なくとも一方を振動させて地盤を締め固める振動型締固め車両の振動制御装置であって、
前後輪の各回転数を検出して各回転数の信号Ｓ１、Ｓ２を出力する回転数検出部と、
信号Ｓ１、Ｓ２から前後輪の回転数比のデータＤａを算出する回転数比演算手段と、
を備え、データＤａの値に基づいて前後輪の一方のスリップ状態を判定し、スリップと判定したときに振動中の車輪について振動を停止させることを特徴とする振動型締固め車両の振動制御装置。
前記回転数比演算手段で算出されたデータＤａを、設定範囲Ｔ１に対して範囲内にあるデータＤ１と外れるデータＤ２とに選別する回転数比選別手段と、
データＤ１を平均化し、その平均値を基準データＤｓとして生成する基準データ生成手段と、
現在の信号Ｓ１、Ｓ２から求めた前後輪の回転数比のデータＤａ_１を基準データＤｓと比較し、データＤａ_１が設定範囲Ｔ２から外れたとき、前後輪の一方がスリップしていると判定するスリップ判定手段と、
スリップ判定手段がスリップと判定したとき、振動中の車輪について振動を停止させる制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の振動型締固め車両の振動制御装置。