JP2010179696A - ホイールローダの差動制限装置 - Google Patents

Abstract

【課題】差動制限機能を備えたホイールローダの旋回性能及び走行性能を向上させる。
【解決手段】バケット２２がブーム２１に接続され、ブーム２１がブームシリンダ２３による油圧で傾動し、バケット２２がバケットシリンダ２７による油圧で回動するよう構成されたホイールローダ１の差動制限装置４０において、ブームシリンダ２３またはバケットシリンダ２７の油圧を検出する圧力センサ３１，３２と、エンジン５からの駆動力を左右の駆動輪３，４に分配する差動機構１０，１２と、差動機構１０，１２の差動を制限する差動制限機構１１，１３と、差動制限機構１１，１３を制御するコントローラ３３と、を備え、コントローラ３３は、圧力センサ３１，３２で検出された油圧を参照して差動制限機構１１，１３を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、バケットがブームに接続されたホイールローダの差動制限装置に関するものである。

従来、エンジンからの駆動力を左右の駆動輪に分配する差動機構には、旋回性能と走行性能の両立を図るべく、駆動トルクの大きさに応じて差動を制限する差動制限装置を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなトルク比例式の差動制限装置では、駆動トルクが大きくなるにつれて差動が制限され、駆動トルクが小さくなるにつれて差動の制限が解除されるよう構成されており、駆動トルクの大きさに応じて差動制限トルクが一義的に決定される。

ところで、ホイールローダのような建設車両では、作業現場や作業内容によって、路面の状態や駆動状態が大きく変わるため、車両がスリップしやすい状態にあるときには、通常走行時を想定して設定された差動制限トルクでは足りずに、スリップが発生してしまうこととなる。一方、それを防ぐために差動制限トルクを予め大きく設定しておくと、旋回時に適切な差動が行われず、内外輪差を吸収するためのロス（例えば、タイヤの摩耗、牽引力及び操舵力の増加等）が大きくなってしまう。

よって、ホイールローダのような建設車両では、路面の状態や駆動状態に応じて差動制限トルクを適宜調整できることが望ましく、そのような差動制限装置として、差動制限トルクを可変制御可能な構成とし、車輪にかかる駆動トルク等を検出して差動制限トルクを適宜調整するものも存在している（例えば、特許文献２参照）。

特開昭５８−１４９４４０号公報 特開昭６３−１０６１４０号公報

特許文献２のような差動制限装置では、車輪にかかる駆動トルクを検出する必要があり、二輪駆動車両の場合は、車輪にかかる駆動トルクを原動機の出力から容易に算出することも可能であるが、ホイールローダのような建設機械の場合は、一般的に四輪駆動であり、エンジンからの前後の各車軸への駆動力の伝達割合は前後の各車軸の軸重負荷バランスに応じて変動する。しかも、バケットの動作状態（例えば、掬い動作や掘削動作など）によっては、車体重量の前後輪への負荷バランスが大きく変化して、前後の各車軸への駆動力の配分が大きく変動する。このため、前後の各車軸に伝達される駆動トルクを検出するには、各車軸に接続されるプロペラシャフト等の回転体にトルクメータ等のトルク検出器を設置する必要がある。しかしながら、回転体のトルクを検出するためのトルクメータは、構造が複雑かつ高価であるので、このようなトルクメータを備えた差動制限装置も複雑で高価なものとならざるを得ない。

そこで本発明は、各車軸に高価なトルクメータ等を設置することなく、簡便かつ安価に各車軸に配分される伝達トルクの割合を推定できるホイールローダの差動制限装置を提供することを目的としている。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るホイールローダの差動制限装置は、バケットがブームに接続され、前記ブームがブームシリンダによる油圧で傾動し、前記バケットがバケットシリンダによる油圧で回動するよう構成されたホイールローダの差動制限装置において、前記ブームシリンダまたは前記バケットシリンダの油圧を検出する油圧検出手段と、エンジンからの駆動力を左右の駆動輪に分配する差動機構と、前記差動機構の差動を制限する差動制限機構と、前記差動制限機構を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記油圧検出手段で検出された油圧を参照して前記差動制限機構を制御することを特徴とする。

前記構成によれば、ホイールローダがバケットで掬い動作や掘削動作などをしている際には、ブームシリンダ又はバケットシリンダの油圧が大きくなるため、その油圧を参照して差動制限機構を制御することで、車体重量の前後輪への負荷バランスを考慮した適切な差動制限を行うことが可能となる。したがって、各車軸に配分される伝達トルクの割合を簡便かつ安価に推定し、状況に応じた適切な差動制限を行うことができる。

前記エンジンから前記差動機構までの動力伝達経路における駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段をさらに備え、前記コントローラは、前記駆動トルク検出手段で検出された駆動トルクに応じて決定される差動制限値を前記油圧検出手段で検出された油圧に応じて補正し、その補正された差動制限値に基づいて前記差動制限機構の差動制限量を制御してもよい。

前記構成によれば、エンジンから差動機構までの動力伝達経路における駆動トルクに応じて基準の差動制限値を決定し、その差動制限値をブームシリンダ又はバケットシリンダの油圧に応じて補正することにより、簡単な制御で適切な差動制限を行うことができる。

前記動力伝達経路には、トルクコンバータが設けられており、前記駆動トルク検出手段は、前記トルクコンバータの入力側の回転数と出力側の回転数とに基づいて駆動トルクを検出してもよい。

前記構成によれば、エンジンから差動機構までの動力伝達経路における駆動トルクを容易に検出することができる。

前記コントローラは、前記油圧検出手段で検出される油圧が大きくなると前記差動制限機構の差動制限量が大きくなるよう前記差動制限機構を制御してもよい。

前記構成によれば、ブームシリンダ又はバケットシリンダの油圧が大きくなると、バケットでの掬い動作や掘削動作などにより車体重量の前後輪への負荷バランスの偏りが大きくなったと判断することができるため、差動制限量が大きくなるよう制御することで、適切な差動制限を行うことができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、各車軸に配分される伝達トルクの割合を簡便かつ安価に推定し、状況に応じた適切な差動制限を行うことができる。

本発明の実施形態に係るホイールローダの左側面図である。 図１に示すホイールローダのブロック図である。 図１に示すホイールローダの差動制限装置を説明する断面図である。 図１に示すホイールローダのコントローラのブロック図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係るホイールローダ１の左側面図である。図２は図１に示すホイールローダ１のブロック図である。図１及び２に示すように、ホイールローダ１は、四輪駆動車であり、その車体２に前輪３及び後輪４が設けられている。車体２には、エンジン５が搭載されており、エンジン５から出力される駆動力は、トルクコンバータ６でトルク変換が行われる。トルクコンバータ６から出力される駆動力は、トランスミッション７により変速され、フロントプロペラシャフト８及びリアプロペラシャフト９に伝達されている。

フロントプロペラシャフト８の前端部には、差動制限機構１１が設けられた差動機構１０が接続されている。その差動機構１０には、一端部が前輪３に接続された車軸１４，１５の他端部が接続されている。リアプロペラシャフト９の後端部には、差動制限機構１３が設けられた差動機構１２が接続されている。その差動機構１２には、一端部が後輪４に接続された車軸１６，１７の他端部が接続されている。つまり、エンジン５からの駆動力が差動機構１０，１２により左右の駆動輪３，４に分配される。

車体２のブーム支持部２０には、ブーム２１の後端部が回動自在に接続されており、そのブーム２１の前端部には、バケット２２が回動自在に接続されている。ブーム２１の長手方向の中間部分には、一端部が車体２に接続された油圧シリンダであるブームシリンダ２３のロッドが接続されており、ブームシリンダ２３による油圧でブーム２１が傾動するようになっている。ブームシリンダ２３には、ブームシリンダ２３内の油圧を検出するためのブームシリンダ圧力センサ３１（油圧検出手段）が設けられている。

ブーム２１には、左右方向を回転軸線として揺動する揺動部材２５が枢支されており、揺動部材２５の下端部とバケット２２とがリンク部材２６により回動自在に接続されている。揺動部材２５の上端部には、一端部が車体２に接続された油圧シリンダであるバケットシリンダ２７のロッドが接続されており、バケットシリンダ２７による油圧で揺動部材２５及びリンク部材２６を介してバケット２２が回動するようになっている。バケットシリンダ２７には、バケットシリンダ２７内の油圧を検出するためのバケットシリンダ圧力センサ３２（油圧検出手段）が設けられている。

エンジン５から差動機構１０，１２までの動力伝達経路におけるトルクコンバータ６の入力側と出力側には、それぞれ回転数センサ３５，３６が設けられている。これら回転数センサ３５，３６は、コントローラ３３に接続されている。コントローラ３３の後述する駆動トルク検出部７１（駆動トルク検出手段）は、回転数センサ３５，３６から得られるトルクコンバータの入力側の回転数と出力側の回転数とに基づいて、エンジン５から差動機構１０，１２までの動力伝達経路における車両全体の駆動トルクを検出する。

コントローラ３３には、ブームシリンダ圧力センサ３１及びバケットシリンダ圧力センサ３２が接続されている。コントローラ３３は、回転数センサ３５，３６で検出された回転数から得られる車両全体の駆動トルクに応じて決定される差動制限値を、ブームシリンダ圧力センサ３１及び／又はバケットシリンダ圧力センサ３２で検出された油圧を参照して補正し、その補正された差動制限値に基づいて差動制限機構１１，１３の差動制限量を制御する。

図３は図１に示すホイールローダ１の差動制限装置４０を説明する断面図である。なお、前側の差動機構１０及び差動制限機構１１と、後側の差動機構１２及び差動制限機構１３とは互いに同様の構成であるため、以下は前側の差動機構１０及び差動制限機構１１で代表して説明する。図３に示すように、差動制限装置４０は、差動機構１０、差動制限機構１１、コントローラ３３、ブームシリンダ圧力センサ３１及びバケットシリンダ圧力センサ３２を備えている。

差動機構１０は、リングギア４２、デフケース４３、デフピニオンシャフト４５、デフピニオン４６及びサイドギア４７，４８を備えている。リングギア４２は、プロペラシャフト８の先端のドライブピニオン４１と噛み合わされており、デフケース４３に固定されている。デフケース４３は、車体に固定されたハウジング４９によりテーパー軸受５０を介して回転自在に支持されている。デフピニオンシャフト４５は、デフケース４３に固定されており、デフピニオン４６が嵌合固定されている。デフピニオン４６には、車軸１４，１５に嵌合固定されたサイドギア４７，４８が噛み合わされている。

差動制限機構１１は、外部制御式であり、多板クラッチ５２、プレッシャーリング４４、リアクションプレート５５、スラスト軸受５６、スペーサ５７、プッシュロッド５８、ピストン５９、油室６０、油圧ポート６１及び油圧発生装置６２を備えている。多板クラッチ５２は、サイドギア４７，４８に対して回転方向に固定された第１摩擦ディスク５３と、デフケース４３に対して回転方向に固定された第２摩擦ディスク５４とを有している。この多板クラッチ５２の軸方向両側には、プレッシャーリング４４とリアクションプレート５５とが配置されている。ピストン５９は、油圧発生装置６２から油圧ポート６１を介して油室６０に油圧が供給されると、プッシュロッド５８を押すように移動する。そうすると、スペーサ５７及びスラスト軸受５６がリアクションプレート５５を押すように移動し、多板クラッチ５２が締結される。

図４は図１に示すホイールローダ１のコントローラ３３のブロック図である。図４に示すように、コントローラ３３は、駆動トルク検出部７１、主データベース７２、差動制限量演算部７３、補正データベース７４及び補正部７５を有している。駆動トルク検出部７１は、その駆動トルク検出プログラムにより、回転数センサ３５，３６から得られるトルクコンバータ６の入力側の回転数と出力側の回転数とに基づいて、エンジン５から差動機構１０，１２までの動力伝達経路における車両全体の駆動トルクを検出する。具体的には、トルクコンバータ６の入力軸回転数ｎと出力軸回転数との比ｅを求め、ｎおよびｅに基づいてトルクコンバータ６の出力トルク（車両全体の駆動トルク）を算出する。トルクコンバータ６の出力トルクは、前輪側の車軸１４，１５と後輪側の車軸１６，１７との両方に伝達される合計トルクであるので、前後の車軸１４〜１７の負荷バランスを推定して前後の車軸への駆動トルクの伝達割合を求めれば、各車軸ごとの駆動トルクを把握することができるものである。なお、トルクコンバータ６の入力軸回転数は、エンジン回転数と減速比とから算出し、出力軸回転数は、車速と減速比とから算出してもよい。

主データベース７２は、駆動トルク検出部７１で検出される駆動トルクと、油圧発生装置６２に指令する差動制限値（差動制限機構１１，１３の差動制限量に相当）との関係を予め記憶している。具体的には、主データベース７２では、駆動トルクが大きくなると差動制限値が大きくなるように設定されている。差動制限量演算部７３は、主データベース７２を参照して、駆動トルク検出部７１で検出された駆動トルクに対応する差動制限値を求める。補正データベース７４は、ブームシリンダ圧力センサ３１及び／又はバケットシリンダ圧力センサ３２で検出される油圧と、差動制限量演算部７３で求められる差動制限値を補正する補正量との関係を予め記憶している。

具体的には、補正データベース７４では、圧力センサ３１，３２で検出される油圧が大きくなると差動制限値が大きくなるように補正量が設定されている。これは、ブームシリンダ２３又はバケットシリンダ２７の油圧が大きくなると、バケット２２での掬い動作や掘削動作などにより車体重量の前後輪３，４への負荷バランスの偏りが大きくなったと推定することができるため、差動制限量が大きくなるよう制御することで、適切な差動制限を行うことができるからである。補正部７５は、補正データベース７４を参照して、差動制限量演算部７３で求められた差動制限値を補正する。差動制限量演算部７３からは、その補正された差動制限値が油圧発生装置６２に出力される。

以上に説明した構成によれば、バケット２２で掬い動作や掘削動作などを行う際にブームシリンダ２３又はバケットシリンダ２７の油圧が大きくなる現象を利用し、ブームシリンダ２３又はバケットシリンダ２７の油圧が大きくなると、差動制限機構１１，１３の差動制限量が大きくなるように制御される。即ち、ホイールローダ１がバケット２２で掬い動作や掘削動作等などを行うことにより、車体重量の前後輪への負荷バランスが変化して前後輪３，４がスリップしやすい状態にあるときには、差動機構１０，１２の差動が自動的に制限される。このように、コントローラ３３がブームシリンダ２３又はバケットシリンダ２７の油圧を参照して差動制限機構１１，１３の油圧発生装置６２を制御することで、車体重量の前後輪３，４への負荷バランスを考慮した適切な差動制限を行われる。したがって、前輪側の車軸１４，１５と後輪側の車軸１６，１７に配分される伝達トルクの割合を簡便かつ安価に推定し、状況に応じた適切な差動制限を行うことができる。

なお、前述した実施形態では、メカニカルなトランスミッション７を使用したホイールローダ１を例示したが、ハイドロスタティックトランスミッションを使用したホイールローダにも本発明を適用してもよい。その場合には、エンジンで駆動されるポンプにより動作する油圧モータの駆動トルクは、当該モータへの入出力油圧と、当該モータの容量（１回あたりの吐出容量）で決まるため、油圧系で検出した油圧とモータの容量により車両全体の駆動トルクを算出することができる。なお、モータ容量は、固定容量モータの場合には設計値として決まり、可変容量モータの場合には容量制御用油圧を計測して、その油圧に対応する予め設定された容量を求めることにより決まることとなる。

以上のように、本発明に係るホイールローダの差動制限装置は、ホイールローダの旋回性能及び走行性能を向上させる優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる差動制限機構付きのホイールローダに広く適用すると有益である。

１ ホイールローダ
５ エンジン
６ トルクコンバータ
１０，１２ 差動機構
１１，１３ 差動制限機構
２１ ブーム
２２ バケット
２３ ブームシリンダ
２７ バケットシリンダ
３１ ブームシリンダ圧力センサ
３２ バケットシリンダ圧力センサ
３３ コントローラ
３５，３６ 回転数センサ
４０ 差動制限装置
７１ 駆動トルク検出部

Claims (4)

1. バケットがブームに接続され、前記ブームがブームシリンダによる油圧で傾動し、前記バケットがバケットシリンダによる油圧で回動するよう構成されたホイールローダの差動制限装置において、
   前記ブームシリンダまたは前記バケットシリンダの油圧を検出する油圧検出手段と、
   エンジンからの駆動力を左右の駆動輪に分配する差動機構と、
   前記差動機構の差動を制限する差動制限機構と、
   前記差動制限機構を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記油圧検出手段で検出された油圧を参照して前記差動制限機構を制御することを特徴とするホイールローダの差動制限装置。
2. 前記エンジンから前記差動機構までの動力伝達経路における駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段をさらに備え、
   前記コントローラは、前記駆動トルク検出手段で検出された駆動トルクに応じて決定される差動制限値を前記油圧検出手段で検出された油圧に応じて補正し、その補正された差動制限値に基づいて前記差動制限機構の差動制限量を制御する請求項１に記載のホイールローダの差動制限装置。
3. 前記動力伝達経路には、トルクコンバータが設けられており、
   前記駆動トルク検出手段は、前記トルクコンバータの入力側の回転数と出力側の回転数とに基づいて駆動トルクを検出する請求項２に記載のホイールローダの差動制限装置。
4. 前記コントローラは、前記油圧検出手段で検出される油圧が大きくなると前記差動制限機構の差動制限量が大きくなるよう前記差動制限機構を制御する請求項１乃至３のいずれかに記載のホイールローダの差動制限装置。

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