JP2022032174A - 作業車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】作業車両は、エンジンと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される圧油によって伸縮動作される油圧シリンダと、油圧シリンダの伸縮動作に応じて動かされる作業装置と、作業装置に対し独立して駆動される走行装置と、エンジンによって発電された電力により駆動され走行装置を動作させる電動モータと、油圧シリンダ及び電動モータを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、車体が受ける反力に基づいて、エンジンが出力するトルクのうち、作業装置によって消費される第一トルク及び走行装置によって消費される第二トルクの配分比率を変化させて油圧ポンプの出力と電動モータの出力を制御する。
【選択図】図4
Description
図1~図9を参照して、本発明の第1実施形態に係る作業車両について説明する。図1は、ホイールローダの側面図である。図1に示すように、ホイールローダ1は、走行装置11が搭載された車体8と、車体8の前部に取り付けられた多関節型の作業装置6と、を備える。車体8は、アーティキュレート操舵式(車体屈折式)の車体であり、前部車体8Aと、後部車体8Bと、前部車体8Aと後部車体8Bを連結するセンタージョイント10と、を有する。
主に図10を参照して、第2実施形態に係るホイールローダ1について説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図10は、図9と同様の図であり、第2実施形態に係るメインコントローラ100の動作を示すタイムチャートである。
主に図11及び図12を参照して、第3実施形態に係るホイールローダ1について説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図11は、図4と同様の図であり、第3実施形態に係るメインコントローラ300の機能ブロック図である。
主に図13を参照して、第4実施形態に係るホイールローダ1について説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図13は、図4と同様の図であり、第4実施形態に係るメインコントローラ400の機能ブロック図である。
主に図14を参照して、第5実施形態に係るホイールローダ1について説明する。なお、図中、第1実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図14は、図4と同様の図であり、第5実施形態に係るメインコントローラ500の機能ブロック図である。
作業駆動トルク指令TI_COMと走行駆動トルク指令TC_COMの算出方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。第1実施形態の変形例として、エンジントルク配分計算部134は、トルク配分比率計算部133で算出された配分比率ηC,ηI、エンジン出力トルクTE、補機要求トルクTAUX_REQ、作業要求トルクTI_REQ、及び走行要求トルクTC_REQに基づき、以下で説明するように、作業駆動トルク指令TI_COM及び走行駆動トルク指令TC_COMを算出してもよい。
第1実施形態の変形例として、エンジントルク配分計算部134は、作業目標トルクTI_TGTを式(7)により算出し、走行目標トルクTC_TGTを式(8)により算出してもよい。
図10を参照して説明した第2実施形態では、突入フラグがオンに設定された時刻T0から所定時間ΔTp経過後の時刻Tcにおいて算出された反力FRCに基づいて、作業駆動トルクの配分比率ηI及び走行駆動トルクの配分比率ηCを決定する例について説明した。この変形例として、突入フラグがオンに設定されてから逐次反力FRを算出し、掘削判定フラグがオンにされた後、反力FRが減少に転じた場合、そのときの反力FRに基づいて決定した作業駆動トルクの配分比率ηI及び走行駆動トルクの配分比率ηCを掘削判定フラグがオフになるまで保持してもよい。これにより、第2実施形態と同様、1回の掘削作業において、複数回ホイールローダ1を前後進させて土砂を掬い上げるような場合に、2回目以降の土砂を掬う作業時には予め適切なトルク配分比率ηI,ηCを設定しておくことができる。
上記実施形態では、発電インバータ41と走行インバータ42とが直流部44によって接続されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。発電インバータ41と走行インバータ42は、マトリクスコンバータに代表される直流部を介さない電力変換装置であってもよい。
上記実施形態では、直流部44に接続される蓄電装置を備えないホイールローダ1を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。二次電池、キャパシタ等の蓄電素子を備える蓄電装置を直流部44に接続して、直流部44の電圧を制御したり電力を供給したりする構成のホイールローダに本発明を適用することもできる。
上記実施形態では、式(2)に基づいて、牽引力FPを算出する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、アームシリンダ4のボトム圧Paは、牽引力FPと比例関係にある。このため、圧力センサ71で検出されるアームシリンダ4のボトム圧Paに基づいて、牽引力FPを算出してもよい。また、ホイールローダ1に加速度センサを取り付け、加速度センサで検出される加速度とホイールローダ1の質量に基づいて、牽引力FPを算出してもよい。
掘削作業が開始されたことを判定する方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。例えば、反力計算部131で算出された反力FRを加味して、掘削作業が開始されたと判定してもよい。例えば、掘削状態判定部132は、バケット3が突入姿勢にあることを表す角度範囲内にあり、かつ、アームシリンダ4のボトム圧Paが圧力閾値Pa0以上であり、かつ、反力FRが予め定めた反力閾値以上である場合に掘削作業が開始されたと判定する。これにより、掘削作業を行っていないときに掘削状態と判定されてしまう誤判定の発生を低減することができる。また、上記実施形態で説明した判定方法に代えて、ホイールローダ1の前方を監視するためのカメラ(撮影装置)で撮影された画像データに基づいて、掘削作業が開始されたか否かを判定してもよい。ホイールローダ1の前方を監視する赤外線センサで検出された情報に基づいて掘削作業が開始されたか否かを判定してもよい。
上記実施形態では、掘削作業が開始されたと判定された後、バケット角θが角度閾値θe以上となったときに、掘削作業が終了したと判定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、掘削作業が開始されたと判定されてからの時間が、予め定めた時間閾値(例えば、5秒程度)を経過した場合に、掘削作業が終了したと判定してもよい。時間閾値は、予めROM105に記憶されている。時間閾値は、実験等により予め定められる。
第1実施形態において、メインコントローラ100は、図8に示すように、ステップS160において、基準値ηI0,ηC0に基づいて、作業駆動トルクの配分比率ηI及び走行駆動トルクの配分比率ηCを決定し、ステップS170において、トルク配分比率設定ダイヤル54で設定された設定値ηIS,ηCSに基づいて、作業駆動トルクの配分比率ηI及び走行駆動トルクの配分比率ηCを決定する例について説明した。
上記実施形態では、メインコントローラ100,300,400,500が、ホイールローダ1の車体8に作用する反力FRを算出し、算出された反力FRに基づいてトルク配分比率、トルク上限値を決定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。メインコントローラは、ホイールローダ1に作用する反力FRと相関関係にある物理量を算出し、算出された物理量に基づいてトルク配分比率、トルク上限値を決定するようにしてもよい。反力FRと相関関係にある物理量としては、例えば、アームシリンダ4のボトム圧Paが挙げられる。このように反力FRと相関関係にある物理量に基づいてトルク配分比率、トルク上限値を決定する場合、メインコントローラは、ホイールローダ1の車体8が受ける反力に基づいて、作業駆動トルクと走行駆動トルクを制御しているといえる。これにより、地面が水平面から傾斜している作業現場での掘削作業時のトルクの配分比率を、地面が水平面と平行な作業現場での掘削作業時のトルクの配分比率と同じように設定することができる。つまり、地面の傾きの影響を低減することができる。
第1実施形態では、ホイールローダ1の車両速度vに基づいて反力FRを逐次算出する例について説明したが、反力FRの算出方法はこれに限定されない。掘削対象物91への貫入序盤における車両速度vの時間変化率と、予めROM105に記憶されている車両速度vの時間変化率とを比較し、マッチングした場合には、ROM105に記憶されている反力計算データテーブルから反力FRを決定するようにしてもよい。反力計算データテーブルは、実験等により、複数の車両速度vの時間変化率ごとに(すなわち、複数の車速変化パターンごとに)、予め定められる。
上記実施形態において、各種判定及び計算に用いる値は、外乱及びノイズの影響を避けるため、移動平均処理やローパスフィルタ処理をしてもよい。
上記実施形態で説明したメインコントローラの機能は、それらの一部または全部をハードウェア(例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等)で実現してもよい。
Claims (6)
- 車体に搭載されたエンジンと、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって伸縮動作される油圧シリンダと、前記油圧シリンダの伸縮動作に応じて動かされる作業装置と、前記作業装置に対し独立して駆動される走行装置と、前記エンジンによって発電された電力により駆動され前記走行装置を動作させる電動モータと、前記油圧シリンダ及び前記電動モータを制御する制御装置と、を備えた作業車両において、
前記制御装置は、前記車体が受ける反力に基づいて、前記エンジンが出力するトルクのうち、前記作業装置によって消費される第一トルク及び前記走行装置によって消費される第二トルクの配分比率を変化させて前記油圧ポンプの出力と前記電動モータの出力を制御する
ことを特徴とする作業車両。 - 請求項1に記載の作業車両において、
前記制御装置は、
前記反力に基づいて、前記第一トルクの上限値と前記第二トルクの上限値を決定し、
前記第一トルクの上限値と前記第二トルクの上限値に基づいて、前記第一トルク及び前記第二トルクを制御する
ことを特徴とする作業車両。 - 請求項1に記載の作業車両において、
前記制御装置は、
前記作業車両が掘削作業を行っている間、前記反力が大きいほど、前記第一トルクが小さくなるように、かつ、前記第二トルクが大きくなるように、前記第一トルク及び前記第二トルクを制御する
ことを特徴とする作業車両。 - 請求項1に記載の作業車両において、
前記制御装置は、
前記作業車両が掘削対象物に突入してから所定時間経過後の前記反力に基づいて、前記第一トルクと前記第二トルクの配分比率を決定し、掘削作業が終了するまで前記配分比率が保持されるように、前記第一トルク及び前記第二トルクを制御する
ことを特徴とする作業車両。 - 請求項1に記載の作業車両において、
前記作業装置は、車体に取り付けられるアームと、前記アームに取り付けられるバケットと、を有し、
前記制御装置は、前記アームを動作させる前記油圧シリンダの圧力が大きいほど、前記第二トルクが小さくなるように、前記第二トルクを制御する
ことを特徴とする作業車両。 - 請求項1に記載の作業車両において、
前記反力に基づいて、前記第一トルク及び前記第二トルクが制御される第1制御モードと、前記反力にかかわらず、前記第一トルク及び前記第二トルクの比率が所定比率で保持されるように、前記第一トルク及び前記第二トルクが制御される第2制御モードと、を手動で切り替え可能なモード切替操作部をさらに備える
ことを特徴とする作業車両。
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