JP3279685B2 - ４輪走行装置の同期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大型ダンプトラック等
の車両の４輪走行装置における前輪と後輪の回転速度を
一致させる同期制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】４輪走行装置としては、例えば特開昭６
３−２５８２２３号公報に示すように、エンジンの出力
動力を変速機を介して後輪に機械式に伝動し、そのエン
ジンで可変油圧ポンプを駆動し、その可変油圧ポンプの
吐出圧油で駆動される可変油圧モータによって前輪を駆
動するようにした機械駆動式と油圧駆動式を組み合わせ
たものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる４輪走行装置に
おいては前輪の回転速度は可変油圧ポンプの吐出量と可
変油圧モータの容量で決定され、その可変油圧ポンプの
吐出量は容量を一定とすればエンジン回転数によって決
定される。また、後輪の回転速度はエンジン回転数と変
速機の速度段で決定される。

【０００４】このために、エンジン回転数が一定の時に
変速機の速度段が異なると前輪と後輪の回転速度が異な
ってしまう。

【０００５】このことを解消するために特開昭６１−１
９１４２９号公報に示すように、変速機出力側に補助油
圧ポンプを設け、その補助油圧ポンプの吐出圧油を可変
油圧モータに供給して変速機の速度段によって可変油圧
モータに供給する油量を増減することで速度段が異なっ
ても前輪と後輪の回転速度を一致させるようにしたもの
が知られている。

【０００６】しかしながら、前述のようにすると高価な
補助油圧ポンプを設けるためにコストが高くなるし、配
管が複雑となってしまう。

【０００７】そこで、本発明は前述の課題を解決できる
ようにした４輪走行装置の同期制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】エンジン７の出力側を変
速機９を介して後輪３に連結し、前輪を駆動する可変油
圧モータ１３とエンジン７で駆動される油圧ポンプ１５
を設け、この油圧ポンプ１５の吐出圧油で可変油圧モー
タ１３を駆動するようにした４輪走行装置において、前
記可変油圧モータ１３の容量を制御する手段と、前記変
速機９の速度段を検出する手段と、その検出した速度段
に応じて容量制御手段に制御信号を出力して可変油圧モ
ータ１３の容量を、速度段の減速比と可変油圧ポンプ１
３の流入油量一定の時の回転数比が一致する値とする手
段を設けたことを特徴とする４輪走行装置の同期制御装
置。

【０００９】

【作 用】可変油圧モータ１３の容量が、変速機の速
度段の減速比と可変油圧ポンプ１３の流入油量一定の時
の回転数比が一致する値となるから、可変油圧モータ１
３の前述の回転数比が速度段の減速比と一致し、変速機
９の各速度段において前輪２と後輪３の回転速度を一致
して同期させることができる。

【００１０】

【実 施 例】図１に示すように、車体１の前後部に左
右一対の前輪２と左右一対の後輪３が取付けてあると共
に、その車体１の前部には運転室４が設けられ、車体１
の後部にはボディ５がホイストシリンダ６で起伏自在に
取付けられて建設機械用大型ダンプトラックを構成して
いる。前記車体１の前部に取付けたエンジン７の出力側
はトルクコンバー８、変速機９、動力伝達軸１０、差動
機１１等を介して左右一対の後輪３に連結され、後輪３
はエンジン７によって機械的に駆動される。

【００１１】図２に示すように、前輪２は車体に対して
揺動自在に支承されたアーム１２に回転自在に支承さ
れ、そのアーム１２に正転・逆転可能な可変油圧モータ
１３が取付けてあり、その可変油圧モータ１３の出力側
はクラッチ１４を介して前輪２に連結され、前記エンジ
ン７で駆動される可変油圧ポンプ１５の吐出圧油が第１
・第２主回路１６，１７で可変油圧モータ１３に供給さ
れる。この可変油圧ポンプ１５は吐出方向を逆とするこ
とが可能となっている。

【００１２】図２に示すように、エンジン７の回転数は
エンジン回転センサ１８で検出され、変速機９の入力軸
回転数は入力軸回転センサ１９で検出され、変速機９の
速度段は速度段検出センサ２０で検出され、前記第１・
第２主回路１６，１７の油圧力は第１・第２圧力センサ
２１，２２で検出され、それらの検出値は主コントロー
ラ２３に入力され、この主コントローラ２３にはアクセ
ルセンサ２４よりエンジン回転数制御信号、ブレーキセ
ンサ２５よりブレーキ信号、リターダセンサ２６よりリ
ターダブレーキ信号、切換スイッチ２７より４輪駆動信
号、２輪駆動信号、操舵角センサ２８より操舵角度信
号、前輪回転センサ２９より前輪回転数信号がそれぞれ
入力される。

【００１３】前記クラッチ１４は油圧作動式となり、そ
の受圧室１４ａに圧油を供給すると接、タンクに排出す
ると切となるようにしてあって、その受圧室１４ａには
クラッチ切換バルブ３０によりトルクコンバータチャー
ジポンプ等の補助油圧ポンプ３１の吐出圧油が供給さ
れ、そのクラッチ切換バルブ３０はソレノイド３０ａに
通電することでドレーン位置ａから供給位置ｂに切換え
られる。

【００１４】前記可変油圧モータ１３と可変油圧ポンプ
１５は図３に示すように容量制御部材４０を備え、この
容量制御部材４０はシリンダ４１により正逆方向に作動
されて容量を正逆方向に制御できるようになり、そのシ
リンダ４１にはコントロール用油圧ポンプ４２の吐出圧
油が電磁比例弁４３によってそれぞれ供給され、各電磁
比例弁４３の第１・第２ソレノイド４３ａ，４３ｂに主
コントローラ２３より電気信号を出力する。

【００１５】例えば、第１ソレノイド４３ａに通電する
と容量制御部材４０は正方向に作動して可変油圧ポンプ
１５は第１主回路１６に圧油を吐出し、可変油圧モータ
１３は正転すると共に、第２ソレノイド４３ｂに通電す
ると容量制御部材４０は逆方向に作動して可変油圧ポン
プ１５は第２主回路１６に圧油を吐出し、可変油圧モー
タ１３は逆転し、容量は第１・第２ソレノイド４３
ａ、，４３ｂへの通電量に比例する。

【００１６】次に前輪２と後輪３の回転速度を同期する
制御を説明する。後輪３の回転速度は図４に示すよう
に、エンジン回転数と変速機９の速度段（減速比）によ
ってある角度をもった直線に沿って制御される。４輪駆
動時には主コントローラ２３より電磁比例弁４３の第１
ソレノイド４３ａに通電して可変油圧ポンプ１５の容量
を一定とする。これにより可変油圧ポンプ１５の吐出量
は図５に示すようになる。前記主コントローラ２３には
速度段検出センサ２０より変速機９の速度段が入力さ
れ、その入力された速度段により可変油圧モータ１３の
電磁比例弁４３の第１ソレノイド４３ａに電流を出力し
て速度段に応じた容量とする。

【００１７】つまり変速機９が１速段の時には電磁比例
弁４３の第１ソレノイド４３ａへの通電量を大として可
変油圧モータ１３の容量を大として可変油圧モータ１３
を低速回転とし、２速段の時には電磁比例弁４３の第１
ソレノイド４３ａへの通電量を中として容量を中として
中速回転とし、３速段の時には電磁比例弁４３の第１ソ
レノイド４３ａへの通電量を小として容量を小として高
速回転とする。つまり、可変油圧モータ１３の容量とは
１回転する時の流量であって、容量を大とすれば１回転
する時の流量が多くなるので、容量を変更することで可
変油圧ポンプ１５の吐出流量が一定でも回転速度が変化
して前輪回転速度が車速（後輪回転速度）に見合う値と
なる。

【００１８】具体的には主コントローラ２３に変速機９
の各速度段の減速比と同様な可変油圧モータ１３の流入
油量一定の時の回転数比（図５参照）となる容量が設定
され、速度段検出センサ２０からの速度段によってその
容量を選択して電磁切換弁４３の第１ソレノイド４３ａ
の通電量を制御する。これによって前輪回転速度が図５
に示すようにある角度をもった直線に沿って制御され、
前輪２と後輪３の回転速度が一致する。例えば、変速機
９の減速比が１速が０．２、２速が０．４、３速が０．
６、４速が０．８、５速が１．０の場合に、可変油圧モ
ータ１３の容量を１速の時１００％、２速の時５０％、
３速の時３２％、４速の時２５％、５速の時２０％とす
る。

【００１９】以上の実施例では可変油圧ポンプ１５を用
いたが、これは可変油圧ポンプ１５の吐出圧油を制御す
るためであり、固定油圧ポンプを用いても良い。

【００２０】次に走行制御動作の一例を説明する。切換
スイッチ２７をＯＦＦして２輪駆動信号を主コントロー
ラ２３に入力した時。（図６のステップ１００） クラッチ切換バルブ３０をドレーン位置ａとしてクラッ
チ１４を切として前輪２が可変油圧モータ１３に対して
自由回転するようにし、これと同時に可変油圧ポンプ１
５の電磁比例弁４３を中立位置として容量をゼロとす
る。これによって、エンジン７の出力が変速機９より後
輪３に伝達されて機械式駆動となる。

【００２１】切換スイッチ２７をＯＮして４輪駆動信号
を主コントローラ２３に入力した時。（図６のステップ
１００） 図６のステップ１０１に進み、油圧駆動システムの異常
を判断し、異常有の時には異常を知らせる処置をし、可
変油圧ポンプの容量をゼロとすると共に、クラッチ１４
を切とし、異常なしの時にはステップ１０２に進み後輪
スリップの判定を行なう。ステップ１０２によって後輪
３がスリップしているかを判定し、スリップしていない
時には前輪２の駆動力を小さくし、スリップしている時
には前輪２の駆動力を大とする。つまり、後輪３がスリ
ップしていない時には後輪駆動力で十分走行できるから
前輪２の駆動力を小さくして可変油圧ポンプ１５の消費
馬力を小さくしてエンジンのパワーロスを低減し、後輪
３がスリップしている時には後輪駆動力では走行できな
いから前輪２の駆動力を大きくして４輪駆動する。

【００２２】次に前記後輪３のスリップ判定について説
明する。主コントローラ２３は前輪回転センサ２９より
の前輪回転数信号で前輪回転速度を算出し、変速機９の
入力軸回転センサ１９の入力軸回転数信号と速度段検出
センサ２０の速度段信号により後輪回転速度を算出し、
前輪回転速度を後輪回転速度で除算した値が１以上のあ
る範囲（例えば１．１）で、かつ所定時間（例えば０．
１秒）連続した時に後輪スリップと判断し、前輪回転速
度を後輪回転速度で除算した値が１以下の時には後輪ス
リップでないと判断する。

【００２３】以上の説明は直進走行の場合であり、旋回
走行の場合には前輪２が後輪３よりも速く回転し、その
回転数比は操舵角度によって変化するので、次のように
して後輪スリップを判定する。つまり、左前輪２の回転
速度Ｆ_L と右前輪２の回転速度Ｆ_R の和の半分を前輪回
転速度とし、主コントローラ２３には旋回半径（操舵角
度）による前後輪の回転速度比をあらかじめ記憶させ、
操舵角度センサ２８よりの操舵角度信号によってその時
の旋回半径を算出してその旋回半径に見合う回転速度比
を補正係数αとして読み出し、その補正係数αを前輪回
転速度に乗算して比較用の前輪回転速度とし、その比較
用の前輪回転速度と後輪回転速度によって前述と同様に
後輪スリップを判定する。

【００２４】次に前記前輪の駆動力の大小について説明
する。前輪２の駆動力を小とするには可変油圧ポンプ１
５の吐出圧力、つまり第１又は第２主回路１６，１７の
圧力を低圧に設定する。これによって可変油圧モータ１
３に供給される油の圧力が低圧となるので可変油圧モー
タ１３の駆動トルクが小さくなって前輪の駆動力が小さ
くなる。

【００２５】前輪２の駆動力を大とするには可変油圧ポ
ンプ１５の吐出圧力、つまり第１又は第２主回路１６，
１７の圧力を高圧に設定する。これによって可変油圧モ
ータ１３に供給される油の圧力が高圧となるので可変油
圧モータ１３の駆動トルクが大きくなって前輪の駆動力
が大となる。

【００２６】具体的には主コントローラ２３に低圧と高
圧が記憶されており、前記後輪スリップしていない時に
は低圧を設定圧とし、後輪スリップしている時には高圧
を設定圧とする。

【００２７】前述のように前輪駆動力を設定したら、そ
の前輪駆動力、つまりセット圧力に応じた可変油圧ポン
プ１５の目標容量を決定し、主コントローラ２３から電
磁比例弁４３の第１ソレノイド４３ａに通電して可変油
圧ポンプを目標容量にセットする。具体的には、主コン
トローラ２３には低圧、高圧の設定圧に見合う可変油圧
ポンプ１５の容量が記憶され、前述のように設定した低
圧、高圧によって可変油圧ポンプの容量となるように主
コントローラ２３から電磁比例弁４３の第１ソレノイド
４３ａに電流を出力して設定容量とする。

【００２８】次にステップ１０３に進み可変油圧ポンプ
１５の圧力が前記設定圧力かを判断し、設定圧力の場合
には可変油圧モータ１３の容量を車速に応じて制御し、
設定圧力でない場合には可変油圧ポンプ１３の容量を制
御して設定圧力に補正する。具体的には、主コントロー
ラ２３は第１圧力センサ２１によって第１主回路１６の
圧力を検出し、その圧力が設定圧より低い時には電磁比
例弁４３の第１ソレノイド４３ａへの通電量を多くして
可変油圧ポンプ１５の容量を増大し、高い時には電磁比
例弁４３の第１ソレノイド４３ａへの通電量を少なくし
て可変油圧ポンプ１５の容量を減少する。

【００２９】前述の可変油圧モータ１３の容量を前述の
ように変速機の速度段によって制御することで可変油圧
ポンプ１５の容量が一定でも前輪２の回転速度を車速に
応じた値とする。

【００３０】前述のように可変油圧モータの容量を車速
に応じて制御したらクラッチ１４を接として４輪駆動と
する。このクラッチ１４を接とする条件としては同一速
度段が１．３秒以上連続していること、エンジン回転数
が規定値（１０７０ｒｐｍ）以上のこと、トルクコンバ
ータ８の直結クラッチＯＮ信号から１．２秒経過する
か、トルクコンバータモード維持していること、速度段
が低速度段・後進のどれかであり、これらが満足したら
主コントローラ２３はクラッチ切換弁３０のソレノイド
３０ａに電流を流して供給位置ａとしてクラッチ１４の
受圧室１４ａに圧油を供給してクラッチ１４を接とし、
１つの条件が満足しない時にはクラッチ１４を切とす
る。このクラッチ１４を接とする動作は実際には前述の
図４に示すフローチャートとは別となっており、説明の
都合上図４に記載した。

【００３１】次に可変油圧ポンプ１５の目標容量の設定
について説明する。前述のように可変油圧モータ１３の
容量を速度段に応じて設定し、可変油圧ポンプ１５の容
量を一定として可変油圧モータ１３を回転することで前
輪２の回転速度を後輪３の回転速度よりも若干速くして
４輪駆動するので、可変油圧ポンプ１５の目標容量はセ
ット圧のみでなくトルクコンバータ８の減速比を考慮し
て決定する。すなわち、可変油圧モータ１５はエンジン
７で駆動されるし、後輪３にはトルクコンバータ８を介
してエンジン出力が伝達されるから、トルクコンバータ
８の減速比が異なるとエンジンン回転一定でも後輪３の
回転速度が変化して前述のように前輪２と後輪３を同期
して回転できなくなる。

【００３２】このために、主コントローラ２３に入力さ
れたエンジン回転数信号と変速機入力軸回転数によって
トルクコンバータの減速比を次式によって算出する。減
速比＝エンジン回転数／変速機入力軸回転数この算出し
た減速機によって可変油圧ポンプ１５の目標容量を補正
して実際の可変油圧ポンプ１５の容量をトルクコンバー
タの減速比に応じた値とする。これによって、前輪２と
後輪３を前述のようにして同期して回転できる。

【００３３】また、旋回走行時には前輪２を直進走行時
よりも高速回転させることがスムーズな旋回を行なう上
で重要となるので、前記可変油圧ポンプ１５の目標容量
を操舵角度によって補正する。具体的には主コントロー
ラ２３に入力された操舵角度信号によって操舵角（旋回
半径）を知り、その操舵角の大きさに比例して可変油圧
ポンプ１５の目標容量を増大し、操舵角に比例して可変
油圧モータ１３を直進時よりも高速回転させて前輪２を
速く回転させる。この可変油圧ポンプ１５の目標容量を
増大する量は前輪２と後輪３間の軸間距離等によって決
定する。

【００３４】次に後輪スリップ判定後の前輪駆動力の設
定について説明する。前述のように前輪駆動力は大と小
に設定するが、大型ダンプトラックは稼動条件が大きく
変化するので効率良く４輪駆動するために次のように稼
動条件によって多段階に設定するようにした。

【００３５】（１）後輪３がスリップしていない時。
（前輪駆動力小の時） ボディ５に土砂を積載していない時（以下空車時とい
う）には設定圧を３０〜１５０ｋｇ／ｃｍ² とする。ボ
デイ５に土砂を積した時（以下積車という）には設定圧
を５０〜２００ｋｇ／ｃｍ² とする。空車登坂時は設定
圧を１００〜２５０ｋｇ／ｃｍ² とする。積車登坂時は
設定圧を１２５〜３８０ｋｇ／ｃｍ² とする。

【００３６】（２）後輪３がスリップしている時。（前
輪駆動力大の時） 空車時は設定圧を８０〜３００ｋｇ／ｃｍ² とする。積
車時は設定圧を１００〜３５０ｋｇ／ｃｍ² とする。空
車登坂時は設定圧を２００〜３８０ｋｇ／ｃｍ² とす
る。積車登坂時は設定圧を３００〜３８０ｋｇ／ｃｍ²
とする。以上の各設定圧は第１主回路１６、つまり高圧
側の圧力であり、低圧側となる第２主回路１７の圧力は
２５ｋｇ／ｃｍ² とする。

【００３７】次に可変油圧ポンプ１５と可変油圧モータ
１３をブレーキとして利用する場合を説明する。オフロ
ードダンプトラックは車体重量が大重量であるからブレ
ーキとリターダブレーキによる制動では不十分な場合が
あるので、４輪駆動として設けた可変油圧ポンプ１５と
可変油圧モータ１３をブレーキとして利用するようにし
た。

【００３８】以下その詳細を説明する。主コントローラ
２３にブレーキ信号又はリターダブレーキ信号が入力さ
れた時には主コントローラ２３は電磁比例弁４３の第１
ソレノイド４３ａへの通電量を小として可変油圧ポンプ
１５の容量を目標容量よりも著しく小さくする。これに
よって可変油圧モータ１３への供給流量が前輪２を回転
する流量よりも不足し、前輪２は後輪３によって回転さ
れることになって可変油圧モータ１３は前輪２で駆動さ
れてポンプ作用をする。可変油圧モータ１３がポンプ作
用すると車両前進後には第２主回路１７の圧力が高圧で
第１主回路１６の圧力が低圧となり、その第２主回路１
７の高圧油で可変油圧ポンプ１５を駆動することになっ
て可変油圧ポンプ１５の回転抵抗が著しく大となってエ
ンジン７の回転負荷が大となるから、前輪２に制動力が
発生するので車両全体の制動力が大きくなる。

【００３９】前述の前輪２に作用する制動力は第２主回
路１７内の圧力によって決定されるので、主コントロー
ラ２３には制動力設定用の圧力を設定し、第２圧力セン
サー２２よりも圧力がその設定圧力以上となったら可変
油圧ポンプ１５の電磁比例弁４３の第１ソレノイド４３
ａへの通電量を大として可変油圧ポンプ１５の容量を大
として第２主回路１７内の圧力を低下して設定圧力す
る。このようにすることで、前輪２の制動力を設定制動
力に維持できるし、各部が破損することを防止できる。

【００４０】前述の前輪２の制動力は稼動条件によって
設定するようにしてあり、以下その制動力設定用圧力の
設定について説明する。 （１）後輪３がスリップしていない時。空車時は３０〜
１５０ｋｇ／ｃｍ² とする。積車時は３０〜１６０ｋｇ
／ｃｍ² とする。空車降坂時は１００〜２００ｋｇ／ｃ
ｍ² とする。積車降坂時は１２５〜２００ｋｇ／ｃｍ²
とする。 （２）後輪３がスリップしている時。空車時は５０〜２
００ｋｇ／ｃｍ² とする。積車時は５０〜１２５ｋｇ／
ｃｍ² とする。空車降坂時は１５０〜２００ｋｇ／ｃｍ
² とする。積車降坂時は１５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ² と
する。なお、第１主回路１６の圧力は２５ｋｇ／ｃｍ²
とする。

【００４１】

【発明の効果】可変油圧モータ１３の容量が、変速機の
速度段の減速比と可変油圧ポンプ１３の流入油量一定の
時の回転数比が一致する値となるから、可変油圧モータ
１３の前述の回転数比が速度段の減速比と一致し、変速
機９の各速度段において前輪２と後輪３の回転速度を一
致して同期させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】オフロードダンプトラックの側面図である。

【図２】４輪走行装置を概略平面図である。

【図３】可変油圧ポンプ・モータの油圧回路図である。

【図４】後輪回転速度を示す図表である。

【図５】前輪回転速度を示す図表である。

【図６】動作フローチャートである。

【符号の説明】

１…車体、２…前輪、３…後輪、７…エンジン、９…変
速機、１３…可変油圧モータ、１５…可変油圧ポンプ、
２０…速度段検出センサ、２３…主コントローラ。

フロントページの続き (72)発明者 岡 康一 神奈川県川崎市川崎区中瀬３−20−１ 株式会社小松製作所 川崎工場内 (72)発明者 小河 哲 神奈川県川崎市川崎区中瀬３−20−１ 株式会社小松製作所 川崎工場内 (56)参考文献 特開 昭63−305033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−203430（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−120136（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−338462（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−258223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−191429（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 17/28 - 17/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン７の出力側を変速機９を介して
   後輪３に連結し、前輪を駆動する可変油圧モータ１３と
   エンジン７で駆動される油圧ポンプ１５を設け、この油
   圧ポンプ１５の吐出圧油で可変油圧モータ１３を駆動す
   るようにした４輪走行装置において、 前記可変油圧モータ１３の容量を制御する手段と、 前記変速機９の速度段を検出する手段と、 その検出した速度段に応じて容量制御手段に制御信号を
   出力して可変油圧モータ１３の容量を、速度段の減速比
   と可変油圧ポンプ１３の流入油量一定の時の回転数比が
   一致する値とする手段を設けたことを特徴とする４輪走
   行装置の同期制御装置。