JP4015445B2 - ホイール式建設機械の操作制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホイールローダ等のホイール式建設機械の操作制御装置に係わり、特に、油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置と電動機により駆動する走行装置とを備えたホイール式建設機械の操作制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホイールローダ等のホイール式建設機械の走行装置としては、例えば特開平６−５８４１２号公報に記載されているような油圧駆動方式が実用化されている。この走行装置は、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させるものである。可変容量型油圧ポンプの動力源はエンジンであり、アクセルペダルの操作量を増大させるとエンジン回転数が増大し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が増大するため、可変容量型油圧モータの回転数も増大し、走行速度が速くなる。アクセルペダルの操作量を減少させるとエンジン回転数は減少し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が減少するため、可変容量型油圧モータの回転数も減少し、走行速度が遅くなる。
【０００３】
また、実際の製品では、走行装置の操作指示手段として、上記のアクセルペダルに加え、アクセルペダルと共に車体の車速変化を指示するインチングペダルと、車体の前・後進動作の切り換えを指示する前後進切り換えレバーと、車体の制動を指示するブレーキペダルとを備えている。
【０００４】
インチングペダルは上記可変容量型油圧ポンプの傾転シリンダを駆動する油圧回路と上記ブレーキペダルとに連係しており、インチングペダルを操作すると、その操作量に応じて可変容量型油圧ポンプ５の吐出容量を減らし、これにより可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させ、可変容量型油圧モータの回転数を減少させ、走行速度を遅くする。インチングペダル７５をある程度の操作量以上操作するとブレーキバルブが作動し、その操作量に応じてブレーキシリンダが作動し車輪にブレーキをかけ、車体を停止させる。
【０００５】
また、ホイールローダ等のホイール式建設機械は油圧シリンダにより油圧駆動されるフロント作業装置を備え、油圧シリンダの油圧源である油圧ポンプは上記走行装置の可変容量型油圧ポンプとともにエンジンにより回転駆動される。フロント作業装置の操作指示手段としては操作レバーが設けられている。また、アクセルペダルは、上記のようにエンジン回転数を制御するので、アクセルペダルを操作するとエンジンに接続されたフロント作業装置の油圧シリンダを駆動する油圧ポンプの回転数も制御され、ポンプ吐出量が増大しフロント作業装置の速度を変化させる。即ち、アクセルペダルはフロント作業装置の操作指示手段としての役割も持つ。
【０００６】
以上のように構成した従来のホイール式建設機械の操作例として、例えばダンプ積み込み作業では、フロント作業装置の速度を落とさないようにアクセルペダルを踏み込み、エンジンを高速回転させたままインチングペダルを踏み、可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させ油圧モータの回転数を減少させることによって、車速を低速にしながらダンプヘ接近させる。そして、操作レバーを操作し、フロント作業装置を駆動させる。
【０００７】
一方、ホイール式建設機械の走行装置としては、特開平１１−１５８９３７号公報に記載のような電動駆動方式も検討されている。この走行装置は、エンジンの駆動によって発電機と油圧ポンプが駆動され、走行については発電機によって発電した電力により電動モータが駆動され、この電動モータの駆動により車体を走行駆動させる方式である。
【０００８】
また、このような駆動方式において用いる電動モータは、通常、交流式の電動モータであるため、インバータを必要とする。また、無走行時等の軽負荷時に余った電力を蓄え、走行時等の重負荷時に利用するため電力を蓄えるバッテリも必要となる。
【０００９】
図１２はそのような電動駆動システムを模式化して示すものである。
【００１０】
図１２において、エンジン２０１の駆動により発電機２０２が駆動され、電力を発生する。発電機２０２により発生した電力は、インバータ／コンバータ２２１によりバッテリ２２２に蓄えられる制御とバッテリ２２２の電力により電動モータ２２０を駆動させる制御が行われ、電動モータ２２０が駆動される。この電動モータ２２０の駆動により車輪２０４が駆動し、車体が前・後進動作する。
【００１１】
以上の構成からなる電動モータによる駆動方式では、車両減速時において、電動モータ２２０を発電機として作動させ、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、インバータ／コンバータ２２１によりバッテリ２２２に蓄える。回収した電力は、走行駆動時に電動モータ２２０を騒動させるために使用される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【００１３】
特開平６−５８４１２号公報に記載されているような油圧駆動方式の走行装置を備えたホイール式建設機械では、車両減速時はその運動エネルギーをエンジン回転をアシストするという形で回収することができる。しかし、通常走行時には、車両減速時のエネルギーを利用することはできず、十分な省エネルギー効果を発揮することはできない。
【００１４】
特開平１１−１５８９３７号公報に記載の電動式の走行装置にバッテリを搭載して図１２に示すシステムに構成した場合は、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、通常走行時或いは走行・作業時にその回収したエネルギーを利用することが可能である。しかし、特開平１１−１５８９３７号公報では、走行装置と作業装置の操作制御方式については検討されていない。
【００１５】
ここで、ホイール式建設機械は公道を走ることも想定されるため、乗用車の操作感に近くするには、アクセルペダルの操作量に応じて車速を調整することが望ましい。図１２に示す走行装置の電動駆動システムでは、エンジン２０１の回転数と走行駆動とは直接的に係わらず、走行駆動は電動モータ２２０によりなされる。このため、図１２に示す走行装置の電動駆動システムにアクセルペダルを連係させる場合、アクセルペダルはインバータ／コンバータ２２１を介して電動モータ２２０を駆動するものとなる。従って、図１２に示すエンジン１をフロント作業装置の油圧シリンダを駆動する油圧ポンプに連結したとしても、アクセルペダルを踏んだときにエンジン回転数は変化しないためフロント作業装置の速度も変化せず、アクセルペダルはフロント作業装置の操作指示手段としての役割を果たさない。また、その結果、油圧駆動方式の走行装置の上述した操作例のように、アクセルペダルとインチングペダルの両方を踏み込み、車体の速度を上げずにフロント作業装置の速度だけを上げるという操作を行うことができない。
【００１６】
本発明の第１の目的は、油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置と電動機により駆動する走行装置とを備えたもので、従来の作業装置と走行装置を共に油圧駆動とするホイール式建設機械と同等の操作を可能とするホイール式建設機械の操作制御装置を提供することである。
【００１７】
本発明の第２の目的は、更に、走行駆動のみの動作時には、エンジンの無駄な回転を抑え、エンジンの燃料消費を低減させることが可能なホイール式建設機械用の操作制御装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、車体にエンジンと油圧ポンプとを備え、かつ走行装置と、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置とを備え、前記走行装置と作業装置の操作指示手段として、車体の車速変化を指示するアクセルペダル及びインチングペダルと前記作業装置の動作を指示する操作レバーとを備えたホイール式建設機械の操作制御装置において、前記油圧ポンプを駆動する前記エンジンの動力により駆動される発電装置と、前記発電装置より発生した電力を蓄えるバッテリと、前記走行装置に設けられ、前記発電装置より発生した電力と前記バッテリの電力のいずれかにより駆動され、車輪を駆動する電動機と、前記アクセルペダルの操作量と前記操作レバーの操作量と前記バッテリの蓄電状況とに応じて前記エンジンの回転数を増減させるエンジン回転数制御手段と、前記アクセルペダルの操作量と前記インチングペダルの操作量により前記電動機の回転数を増減させ、車体の車速を制御する走行制御手段とを備え、前記エンジン回転数制御手段は、前記操作レバーの操作量があるときには、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって前記エンジンの回転数を増大させ、前記操作レバーの操作量がないときには、前記アクセルペダルの操作量と前記エンジンの回転数とを連動させずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させ、前記走行制御手段は、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって車体の車速を増やすよう前記電動機の回転数を制御するとともに、前記インチングペダルの操作量が増大するにしたがって車速を減らすよう前記電動機の回転数を制御するものとする。
【００１９】
これにより、アクセルペダルの操作量に応じて、作業装置の速度と車体の速度を増減できると共に、作業装置と走行装置の複合動作時にアクセルペダルとインチングペダルの操作量により、作業装置の速度を確保しつつ、車体の速度を抑えることができ、作業装置と走行装置が共に圧油により駆動する従来のホイール式建設機械と同等の操作が可能となる。
【００２１】
また、作業装置が駆動されておらず、走行装置のみの動作時には、アクセルペダルの操作量はエンジンの回転数と連動せずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させるため、エンジンの無駄な回転を抑え、エンジンの燃料消費を低減させることができる。
【００２２】
（２）上記目的を達成するために、車体にエンジンと油圧ポンプとを備え、かつ走行装置と、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置とを備え、前記走行装置と作業装置の操作指示手段として、車体の車速変化を指示するアクセルペダル及びインチングペダルと前記作業装置の動作を指示する操作レバーとを備えたホイール式建設機械の操作制御装置において、前記油圧ポンプを駆動する前記エンジンの動力により駆動される発電装置と、前記発電装置より発生した電力を蓄えるバッテリと、前記走行装置に設けられ、前記発電装置より発生した電力と前記バッテリの電力のいずれかにより駆動され、車輪を駆動する電動機と、車体の駆動選択として、作業モードと走行モードのいずれかを選択するモード切換スイッチと、前記アクセルペダルの操作量と前記モード切換スイッチの選択と前記バッテリの蓄電状況とに応じて前記エンジンの回転数を増減させるエンジン回転数制御手段と、前記アクセルペダルの操作量と前記インチングペダルの操作量により前記電動機の回転数を増減させ、車体の車速を制御する走行制御手段とを備え、前記エンジン回転数制御手段は、前記モード切換スイッチの選択が作業モードのときには、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがってエンジンの回転数を増大させ、前記モード切換スイッチの選択が走行モードのときには、前記アクセルペダルの操作量と前記エンジンの回転数とを連動させずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させ、前記走行制御手段は、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって車体の車速を増やすよう前記電動機の回転数を制御するとともに、前記インチングペダルの操作量が増大するにしたがって車速を減らすよう前記電動機の回転数を制御するものとする。
【００２３】
これにより、モード切換スイッチが作業モードを選択したときは、アクセルペダルの操作量に応じて作業装置の速度と車体の速度を増減できると共に、作業装置と走行装置の複合動作時にアクセルペダルとインチングペダルの操作量により、作業装置の速度を確保しつつ、車体の速度を抑えることができ、作業装置と走行装置が共に圧油により駆動する従来のホイール式建設機械と同等の操作が可能となる。また、モード切換スイッチが走行モードを選択したときは、アクセルペダルの操作量はエンジンの回転数と連動せずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させるため、エンジンの無駄な回転を抑え、エンジンの燃料消費を低減させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
まず、本発明の基本構成を図１〜図５により説明する。
【００２６】
図１において、１は原動機、例えばディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）であり、燃料噴射量制御装置１０を備え、燃料噴射量を制御することによりエンジン回転数が制御される。エンジン１は軸１１により発電機２とフロント・ステアリング用油圧ポンプ３とブレーキ用油圧ポンプ４に連結され、軸１１によりエンジン１の動力がこれら発電機２及び油圧ポンプ３，４に伝達され、それらを駆動する。
【００２７】
発電機２はインバータ／コンバータ２１を介して電動モータ２０及びバッテリ２２に接続され、発電機２が駆動されることにより発生した電力は、インバータ／コンバータ２１を介してバッテリ２２に蓄えられるとともに、発電機２により発生した電力又はバッテリ２２の電力により走行装置９９の電動モータ２０を駆動する。電動モータ２０が駆動されると車輪１０４が駆動され、ホイール式建設機械の車体が前・後進動作する。発電機２により発生した電力をバッテリ２２に蓄えるか、その電力で電動モータ２０を駆動するかの制御の切り換えはインバータ／コンバータ２１により行う。
【００２８】
油圧ポンプ３から吐出された圧油は、方向・流量切換弁３０，３２，３４を介しフロント作業装置１０７（図６参照）のアームシリンダ３１、バケットシリンダ３３及び操舵装置のステアリングシリンダ３５にそれぞれ供給され、それらを駆動する。
【００２９】
油圧ポンプ４から吐出された圧油は、流量切換弁（ブレーキバルブ）４２を介しブレーキ装置４０に導かれ、流量切換弁４２の切り換え量に応じて車輪１０４にブレーキをかけ、車体を停止させる。
【００３０】
本基本構成に係わる操作制御装置は以上のようなホイール式建設機械に備えられるものであり、走行装置９９及びフロント作業装置１０７の操作指示手段として、アクセルペダル７０、ステアリングハンドル７１、フロント操作レバー７２、ブレーキペダル７３、前後進切り換えレバー７４、インチングペダル７５が設けられている。
【００３１】
ステアリングハンドル７１はステアリングを切るためのものであり、その操作量に応じて方向・流量切換弁３４の切り換え量（開度）を変化させ、その切り換え量に応じてステアリングシリンダ３５を駆動させる。
【００３２】
フロント操作レバー７２はフロント作業装置１０７の動作を指示するためのものであり、その操作量に応じて方向・流量切換弁３０，３２の切り換え量（開度）を変化させ、その切り換え量に応じてアームシリンダ３１、バケットシリンダ３３を駆動させる。
【００３３】
前後進切り換えレバー７４は車体の前・後進動作の切り換えを指示するためのものであり、Ｎ位置（中立）、Ｆ位置（前進）、Ｒ位置（後進）の三位置に切り換え可能であり、その操作信号はコントローラ７に伝達される。コントローラ７は、その切換位置に対応する操作信号に応じて、インバータ／コンバータ２１に電動モータ２０の回転方向を切り換える信号を伝達し、車輪１０４の駆動方向を切り換え、車体を前・後進動作させる。
【００３４】
アクセルペダル７０はフロント作業装置１０７の速度変化と走行装置９９の速度変化を指示するためのものであり、その操作信号はコントローラ７に伝達される。コントローラ７は、フロント作業装置１０７の速度制御に関し、その操作量（開度）に応じた燃料噴射指令を燃料噴射量制御装置１０に出力し、エンジン１の回転数を変化させる。
【００３５】
図２にアクセルペダル７０の操作量（開度）とエンジン１の回転数との関係を示す。アクセルペダル７０の操作量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、アクセルペダル７０の操作量を減少させると、エンジン１の回転数は減少するように両者の関係は設定されている。Ｎminはエンジン１の最低回転数である。コントローラ７の記憶装置には、このようなアクセルペダル７０の操作量（開度）とエンジン１の回転数との関係が記憶されており、この関係に基づいてエンジン１の目標回転数を演算し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射量制御装置１０に出力する。
【００３６】
また、コントローラ７は、走行装置９９の速度制御に関し、アクセルペダル７０の操作量に応じた速度となるよう走行装置９９を制御する（後述）。
【００３７】
ブレーキペダル７３は車体の制動を行うためのものであり、その操作信号はコントローラ７に伝達される。コントローラ７は、その操作量に応じた駆動信号を流量切換弁（ブレーキバルブ）４２に出力し、流量切換弁４２の開度を変化させる。
【００３８】
図３にブレーキペダル７３の操作量（開度）と流量切換弁４２の開度との関係を示す。ブレーキペダル７３の操作量を増大させると流量切換弁４２の開度は増大し、ブレーキペダル７３の操作量を減少させると流量切換弁４２の開度は減少するよう両者の関係が設定されている。流量切換弁４２の開度が増大するとブレーキ装置４０に供給される圧油の流量が増大し、車輪１０４にかかるブレーキ力を増加させ、車体を停止させる。コントローラ７の記憶装置には、このようなブレーキペダル７３の操作量（開度）と流量切換弁４２の開度との関係が記憶されており、この関係に基づいて流量切換弁４２の目標開度を演算し、対応する駆動信号を流量切換弁４２に出力する。
【００３９】
インチングペダル７５は、アクセルペダル７０の別手段として車体の速度変化を指示するものであり、その操作信号はコントローラ７に伝達される。コントローラ７は、その操作量に応じた駆動信号を流量切換弁（ブレーキバルブ）４２に出力し、流量切換弁４２の開度を変化させるとともに、その操作量に応じた電動モータ２０の回転指令を演算し、アクセルペダル７０の操作量に応じて演算した電動モータ２０の回転指令と組み合わせ、その回転指令をインバータ／コンバータ２１に出力し、電動モータ２０の回転速度を制御する。
【００４０】
図４にインチングペダル７５の操作量（開度）と流量切換弁４２の開度との関係を示す。インチングペダル７５の操作量をある値Ｉo以上増大させると、流量切換弁４２の開度は増大し、インチングペダル７５の操作量を減少させると流量切換弁４２の開度は減少するように両者の関係は設定されている。流量切換弁４２の開度が増大するとブレーキ装置４０に供給される圧油の流量が増大し、車輪１０４にかかるブレーキ力を増加させ、車体を停止させる。コントローラ７の記憶装置には、このようなインチングペダル７５の操作量（開度）と流量切換弁４２の開度との関係が記憶されており、この関係に基づいて流量切換弁４２の目標開度を演算し、対応する駆動信号を流量切換弁４２に出力する。
【００４１】
図５にアクセルペダル７０の操作量とインチングペダル７５の操作量とに基づき電動モータ２０の回転指令を生成するコントローラ７の処理機能を示す。
【００４２】
図５において、コントローラ７は、第１回転指令演算部７ａと、第２回転指令演算部７ｂと、合成部７ｃの各機能を有している。
【００４３】
第１回転指令演算部７ａは、コントローラ７の記憶装置に記憶されたアクセルペダル７０の操作量と電動モータ２０の回転指令との関係に基づき、アクセルペダル７０の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令を演算し、合成部７ｃに出力する。アクセルペダル７０の操作量と電動モータ２０の回転指令との関係はアクセルペダル７０の操作量を増大させると回転指令が増大し、アクセルペダル７０の操作量を減少させると回転指令を減少させるように設定されている。
【００４４】
第２回転指令演算部７ｂは、コントローラ７の記憶装置に記憶されたインチングペダル７５の操作量と電動モータ２０の回転指令との関係に基づき、インチングペダル７５の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令を演算し、合成部７ｃに出力する。インチングペダル７５の操作量と電動モータ２０の回転指令との関係はインチングペダル７５の操作量を増大させると回転指令が増大し、インチングペダル７５の操作量を減少させると回転指令を減少させるように設定されている。
【００４５】
合成部７ｃは減算部であり、第１回転指令演算部７ａで演算した回転指令から第２回転指令演算部７ｃで演算した回転指令を減ずる演算を行い、出力用の回転指令を算出する。この回転指令はインバータ／コンバータ２１に出力され、電動モータ２０の回転速度を制御し、車体の走行速度を制御する。
【００４６】
以上のような処理機能により、アクセルペダル７０のみを操作した場合は、アクセルペダル７０の操作量が増大すると車体の走行速度が増大し、アクセルペダル７０とインチングペダル７５の両方を操作した場合は、インチングペダル７５の操作量に応じて車体の走行速度が減少する。
【００４７】
図６に本発明が適用されるホイール式建設機械一例としてホイールローダの外観を示す。
【００４８】
図６において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、運転席１０１と車体前部１０２と車体後部１０３とで構成されており、それぞれ車輪１０４，１０４を有している。また、車体後部１０３は車体前部１０２とステアリングシリンダ３５により相対回動白在に連結され、車体前部１０２には、土砂の掘削、積み込み作業を行うためのフロント作業装置１０７が設けられ、車体後部１０３には図１に示したエンジン１、発電機２、油圧ポンプ３とチャージポンプ４、コントローラ７、インバータ／コンバータ２１、バッテリ２２、電動モータ２０等が搭載されている。
【００４９】
フロント作業装置１０７は、リフトアーム１０５とバケット１０６から構成されている。リフトアーム１０５はアームシリンダ３１の伸縮により上下に動作し、バケット１０６はバケットシリンダ３３の伸縮によりチルト・ダンプ動作する。
【００５０】
以上のように構成した本基本構成の動作の概略は次のようである。
【００５１】
ホイール式建設機械（ホイールローダ１００）の非走行・非作業時は、アクセルペダル７０は踏まれておらず、エンジン１はＮminで回転し、発電機２はエンジン１により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ２２に蓄える。
【００５２】
前後進切り換えレバー７４を例えばＦ位置に切り換えて車両を前進させている途中でオペレータが車体の減速を意図してアクセルペダル７０の操作を止めた場合も、非走行・非作業時と同様、発電機２はＮminで回転するエンジン１により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ２２に蓄える。これと同時に、車輪１０４は慣性で回転を続けるので電動モータ２０が発電機として作動し、電動モータ２０が発生した電力もバッテリ２２に蓄える。
【００５３】
以上のように車両減速時は、ホイール式建設機械（ホイールローダ１００）の運動エネルギーで電動モータ２０を駆動し、発生した電力をバッテリ２２に蓄えるという形で運動エネルギーの回収を行う。
【００５４】
通常走行時は、アクセルペダル７０の操作量に応じてエンジン１の回転数を制御するとともに、アクセルペダル７０の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令を出力し、バッテリ２２に蓄えられた電力を用いて電動モータ２０を回転駆動し、アクセルペダル７０の操作量に応じた速度で走行させる。これにより通常走行時に、車両減速時に回収したエネルギー（バッテリ８１に蓄えた電力）を有効利用することができる。
【００５５】
例えばダンプ積み込み作業で、車体の車速を上げずにフロント作業装置１０７の速度だけを上げたい場合は、アクセルペダル７０とインチングペダル７３の両方を踏み込むと、アクセルペダル７０の操作量に応じてエンジン１の回転数が上がり、油圧ポンプ３の吐出流量が増大しフロント作業装置１０７の速度が上がる一方、アクセルペダル７０の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令とインチングペダル７３の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令が演算され、後者の回転指令の分、前者の回転指令が減じられ、電動モータ２０の駆動速度、即ち走行速度が減じられる。これにより車速を低速にしながらダンプヘ接近させ、操作レバー７２を操作し、フロント作業装置１０７を所望の速度で操作することができる。
【００５６】
以上のように構成した基本構成によれば、油圧ポンプ３から吐出された圧油により駆動するフロント作業装置１０７と電動モータ２０により駆動する走行装置９９とを設けたので、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、発生した電力をバッテリ２２に蓄え、通常走行時に、その回収したエネルギーを有効利用することができ、従ってエンジン１の燃料消費量を低減することができる。
【００５７】
また、油圧ポンプ３から吐出された圧油により駆動するフロント作業装置１０７と電動モータ２０により駆動する走行装置９９とを備えていても、従来の油圧駆動方式のホイール式建設機械と同様にフロント作業装置１０７の速度及び車体の車速を上げたい場合はアクセルペダル７０により速度調整ができるとともに、車体の速度を上げずにフロント作業装置１０７の速度だけを上げたい場合は、アクセルペダル７０の操作量によりフロント作業装置１０７の速度を上げ、インチングペダル７３の操作量により車体の車速を下げることができ、従来の油圧駆動方式のホイール式建設機械と同等の操作が可能となる。
【００５８】
本発明の第１の実施の形態を図７及び図８により説明する。図中、図１に示したものと同等の部材には同じ符号を付している。
【００５９】
図７において、本実施の形態と図１に示す基本構成との相違は、フロント操作レバー７２の操作信号がコントローラ７Ａに入力されている点である。
【００６０】
フロント操作レバー７２によるアームシリンダ３１、バケットシリンダ３３の駆動、ステアリングハンドル７１によるステアリングシリンダ３５の駆動、前後進切換レバー７４による電動モータ２０の回転方向切り換え、ブレーキペダル７３によるブレーキ装置４０の駆動、インチングペダル７５によるブレーキ装置４０の駆動、アクセルペダル７０とインチングペダル７５による電動モータ２０の回転指令については、基本構成と同様である。
【００６１】
アクセルペダル７０によるコントローラ７Ａのエンジン回転数制御機能について、図２及び図８を用いて以下に説明する。
【００６２】
図８において、アクセルペダル７０の開度とフロント操作レバー７２の入力状況を読み込む（ステップＳ７００）。次に、フロント操作レバー７２が操作されているか判別する（ステップＳ７０１）。そして、フロント操作レバー７２が操作されている場合には、図２に示されるように、エンジン１をアクセルペダル７０の操作量に応じて駆動する（ステップＳ７０２）。すなわち、アクセルペダル７０の操作量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、アクセルペダル７０の操作量を減少させると、エンジン１の回転数は減少する。また、フロント操作レバー７２が操作されていない場合には、エンジン１は、他の制御手段によりアクセルペダル７０の操作量には連動せずに、回転数制御される（ステップＳ７０３）。他の制御手段は、バッテリ２２の蓄電状況を監視し、バッテリ２２の蓄電量が十分にあるときはエンジン１を停止するか最低回転数で駆動し、バッテリ２２の蓄電量が所定レベル以下であればエンジン１の回転数を上げる制御手段である。
【００６３】
以上のように構成した本実施形態においては、基本構成と同様の効果が得られるとともに、フロント作業装置１０７が駆動されておらず、走行装置９９のみの動作時には、アクセルペダル７０の操作量はエンジン１の回転数と連動しないため、エンジン１の無駄な回転を抑え、エンジン１の燃料消費を更に低減させることができる。
【００６４】
本発明の第２の実施の形態を図９〜図１１により説明する。図９中、図１に示したものと同等の部材には同じ符号を付している。
【００６５】
図９において、本実施の形態は、動作モード選択スイッチ７６を備え、動作モード選択スイッチ７６の切り換え信号がコントローラ７Ｂに入力される。
【００６６】
動作モード選択スイッチ７６は、図１０に示すように、「走行モード」と「作業モード」の各切換位置を有し、オペレータが走行モードと作業モードのいずれかに切り換え操作することで、いずれか一方のモードを選択可能である。
【００６７】
フロント操作レバー７２によるアームシリンダ３１、バケットシリンダ３３の駆動、ステアリングハンドル７１によるステアリングシリンダ３５の駆動、前後進切換レバー７４による電動モータ２０の回転方向切り換え、ブレーキペダル７３によるブレーキ装置４０の駆動、インチングペダル７５によるブレーキ装置４０の駆動、アクセルペダル７０とインチングペダル７５による電動モータ２０の回転指令については、基本構成と同様である。
【００６８】
アクセルペダル７０によるコントローラ７Ｂのエンジン回転数制御機能について、図２及び図１１を用いて以下に説明する。
【００６９】
図１１において、アクセルペダル７０の開度とモード選択スイッチ７６の入力状況を読み込む（ステップＳ７０４）。次に、モード選択スイッチ７６が「作業モード」に選択されているかどうかを判別する（ステップＳ７０５）。そして、モード選択スイッチ７６が「作業モード」に選択されている場合には、図２に示されるように、エンジン１はアクセルペダル７０の操作量に応じて駆動する（ステップＳ７０２）。すなわち、アクセルペダル７０の操作量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、アクセルペダル７０の操作量を減少させると、エンジン１の回転数は減少する。また、モード選択スイッチ７６が「作業モード」に選択されていない場合には、エンジン１は、他の制御手段によりアクセルペダル７０の操作量には連動せずに、回転数制御される（ステップＳ７０３）。他の制御手段は、第１の実施の形態で説明したように、バッテリ２２の蓄電状況による制御手段である。
【００７０】
以上のように構成した本実施の形態においても、基本構成と同様の効果が得られるとともに、フロント作業装置１０７が駆動されておらず、走行装置９９のみの動作時には、モード選択スイッチ７６を「走行モード」に切り換えておくことによりアクセルペダル７０の操作量はエンジン１の回転数と連動しないため、エンジン１の無駄な回転を抑え、エンジン１の燃料消費を更に低減させることができる。
【００７１】
なお、以上の実施の形態では、本発明をホイール式建設機械としてホイールローダに適用したが、リフト・トラック等のそれ以外のホイール式建設機械にも本発明は適用可能である。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置と電動機により駆動する走行装置とを備えたもので、従来の作業装置と走行装置を共に油圧駆動とするホイール式建設機械と同等の操作が可能となる。
【００７３】
また、本発明によれば、走行駆動のみの動作時には、エンジンの無駄な回転を抑え、エンジンの燃料消費を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基本構成に係わるホイール式建設機械の操作制御装置を示す図である。
【図２】 アクセルペダルの開度とエンジンの回転数との関係を示す図である。
【図３】 ブレーキペダルの開度とブレーキバルブの開度との関係を示す図である。
【図４】 インチングペダルの開度とブレーキバルブの開度との関係を示す図である。
【図５】 アクセルペダルの開度とインチングペダルの開度とに基づき電動モータの回転指令を生成するコントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。
【図６】 本発明が適用されるホイール式建設機械の一例であるホイールローダの外観を示す図である。
【図７】 本発明の第１の実施の形態に係わるホイール式建設機械の操作制御装置を示す図である。
【図８】 本発明の第１の実施の形態に係わるコントローラにおけるエンジン回転数制御の処理機能を示すフローチャートである。
【図９】 本発明の第２の実施の形態に係わるホイール式建設機械の操作制御装置を示す図である。
【図１０】 本発明の第２の実施の形態に係わる動作モード選択スイッチの説明図である。
【図１１】 本発明の第２の実施の形態に係わるコントローラにおけるエンジン回転数制御の処理機能を示すフローチャートである。
【図１２】 従来技術で電動モータを使用した場合の走行駆動装置の説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明はホイールローダ等のホイール式建設機械の操作制御装置に係わり、特に、油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置と電動機により駆動する走行装置とを備えたホイール式建設機械の操作制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホイールローダ等のホイール式建設機械の走行装置としては、例えば特開平６−５８４１２号公報に記載されているような油圧駆動方式が実用化されている。この走行装置は、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させるものである。可変容量型油圧ポンプの動力源はエンジンであり、アクセルペダルの操作量を増大させるとエンジン回転数が増大し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が増大するため、可変容量型油圧モータの回転数も増大し、走行速度が速くなる。アクセルペダルの操作量を減少させるとエンジン回転数は減少し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が減少するため、可変容量型油圧モータの回転数も減少し、走行速度が遅くなる。
【０００３】
また、実際の製品では、走行装置の操作指示手段として、上記のアクセルペダルに加え、アクセルペダルと共に車体の車速変化を指示するインチングペダルと、車体の前・後進動作の切り換えを指示する前後進切り換えレバーと、車体の制動を指示するブレーキペダルとを備えている。
【０００４】
インチングペダルは上記可変容量型油圧ポンプの傾転シリンダを駆動する油圧回路と上記ブレーキペダルとに連係しており、インチングペダルを操作すると、その操作量に応じて可変容量型油圧ポンプ５の吐出容量を減らし、これにより可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させ、可変容量型油圧モータの回転数を減少させ、走行速度を遅くする。インチングペダル７５をある程度の操作量以上操作するとブレーキバルブが作動し、その操作量に応じてブレーキシリンダが作動し車輪にブレーキをかけ、車体を停止させる。
【０００５】
また、ホイールローダ等のホイール式建設機械は油圧シリンダにより油圧駆動されるフロント作業装置を備え、油圧シリンダの油圧源である油圧ポンプは上記走行装置の可変容量型油圧ポンプとともにエンジンにより回転駆動される。フロント作業装置の操作指示手段としては操作レバーが設けられている。また、アクセルペダルは、上記のようにエンジン回転数を制御するので、アクセルペダルを操作するとエンジンに接続されたフロント作業装置の油圧シリンダを駆動する油圧ポンプの回転数も制御され、ポンプ吐出量が増大しフロント作業装置の速度を変化させる。即ち、アクセルペダルはフロント作業装置の操作指示手段としての役割も持つ。
【０００６】
以上のように構成した従来のホイール式建設機械の操作例として、例えばダンプ積み込み作業では、フロント作業装置の速度を落とさないようにアクセルペダルを踏み込み、エンジンを高速回転させたままインチングペダルを踏み、可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させ油圧モータの回転数を減少させることによって、車速を低速にしながらダンプヘ接近させる。そして、操作レバーを操作し、フロント作業装置を駆動させる。
【０００７】
一方、ホイール式建設機械の走行装置としては、特開平１１−１５８９３７号公報に記載のような電動駆動方式も検討されている。この走行装置は、エンジンの駆動によって発電機と油圧ポンプが駆動され、走行については発電機によって発電した電力により電動モータが駆動され、この電動モータの駆動により車体を走行駆動させる方式である。
【０００８】
また、このような駆動方式において用いる電動モータは、通常、交流式の電動モータであるため、インバータを必要とする。また、無走行時等の軽負荷時に余った電力を蓄え、走行時等の重負荷時に利用するため電力を蓄えるバッテリも必要となる。
【０００９】
図１２はそのような電動駆動システムを模式化して示すものである。
【００１０】
図１２において、エンジン２０１の駆動により発電機２０２が駆動され、電力を発生する。発電機２０２により発生した電力は、インバータ／コンバータ２２１によりバッテリ２２２に蓄えられる制御とバッテリ２２２の電力により電動モータ２２０を駆動させる制御が行われ、電動モータ２２０が駆動される。この電動モータ２２０の駆動により車輪２０４が駆動し、車体が前・後進動作する。
【００１１】
以上の構成からなる電動モータによる駆動方式では、車両減速時において、電動モータ２２０を発電機として作動させ、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、インバータ／コンバータ２２１によりバッテリ２２２に蓄える。回収した電力は、走行駆動時に電動モータ２２０を騒動させるために使用される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【００１３】
特開平６−５８４１２号公報に記載されているような油圧駆動方式の走行装置を備えたホイール式建設機械では、車両減速時はその運動エネルギーをエンジン回転をアシストするという形で回収することができる。しかし、通常走行時には、車両減速時のエネルギーを利用することはできず、十分な省エネルギー効果を発揮することはできない。
【００１４】
特開平１１−１５８９３７号公報に記載の電動式の走行装置にバッテリを搭載して図１２に示すシステムに構成した場合は、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、通常走行時或いは走行・作業時にその回収したエネルギーを利用することが可能である。しかし、特開平１１−１５８９３７号公報では、走行装置と作業装置の操作制御方式については検討されていない。
【００１５】
ここで、ホイール式建設機械は公道を走ることも想定されるため、乗用車の操作感に近くするには、アクセルペダルの操作量に応じて車速を調整することが望ましい。図１２に示す走行装置の電動駆動システムでは、エンジン２０１の回転数と走行駆動とは直接的に係わらず、走行駆動は電動モータ２２０によりなされる。このため、図１２に示す走行装置の電動駆動システムにアクセルペダルを連係させる場合、アクセルペダルはインバータ／コンバータ２２１を介して電動モータ２２０を駆動するものとなる。従って、図１２に示すエンジン１をフロント作業装置の油圧シリンダを駆動する油圧ポンプに連結したとしても、アクセルペダルを踏んだときにエンジン回転数は変化しないためフロント作業装置の速度も変化せず、アクセルペダルはフロント作業装置の操作指示手段としての役割を果たさない。また、その結果、油圧駆動方式の走行装置の上述した操作例のように、アクセルペダルとインチングペダルの両方を踏み込み、車体の速度を上げずにフロント作業装置の速度だけを上げるという操作を行うことができない。
【００１６】
本発明の第１の目的は、油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置と電動機により駆動する走行装置とを備えたもので、従来の作業装置と走行装置を共に油圧駆動とするホイール式建設機械と同等の操作を可能とするホイール式建設機械の操作制御装置を提供することである。
【００１７】
本発明の第２の目的は、更に、走行駆動のみの動作時には、エンジンの無駄な回転を抑え、エンジンの燃料消費を低減させることが可能なホイール式建設機械用の操作制御装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、車体にエンジンと油圧ポンプとを備え、かつ走行装置と、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置とを備え、前記走行装置と作業装置の操作指示手段として、車体の車速変化を指示するアクセルペダル及びインチングペダルと前記作業装置の動作を指示する操作レバーとを備えたホイール式建設機械の操作制御装置において、前記油圧ポンプを駆動する前記エンジンの動力により駆動される発電装置と、前記発電装置より発生した電力を蓄えるバッテリと、前記走行装置に設けられ、前記発電装置より発生した電力と前記バッテリの電力のいずれかにより駆動され、車輪を駆動する電動機と、前記アクセルペダルの操作量と前記操作レバーの操作量と前記バッテリの蓄電状況とに応じて前記エンジンの回転数を増減させるエンジン回転数制御手段と、前記アクセルペダルの操作量と前記インチングペダルの操作量により前記電動機の回転数を増減させ、車体の車速を制御する走行制御手段とを備え、前記エンジン回転数制御手段は、前記操作レバーの操作量があるときには、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって前記エンジンの回転数を増大させ、前記操作レバーの操作量がないときには、前記アクセルペダルの操作量と前記エンジンの回転数とを連動させずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させ、前記走行制御手段は、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって車体の車速を増やすよう前記電動機の回転数を制御するとともに、前記インチングペダルの操作量が増大するにしたがって車速を減らすよう前記電動機の回転数を制御するものとする。
【００１９】
これにより、アクセルペダルの操作量に応じて、作業装置の速度と車体の速度を増減できると共に、作業装置と走行装置の複合動作時にアクセルペダルとインチングペダルの操作量により、作業装置の速度を確保しつつ、車体の速度を抑えることができ、作業装置と走行装置が共に圧油により駆動する従来のホイール式建設機械と同等の操作が可能となる。
【００２１】
また、作業装置が駆動されておらず、走行装置のみの動作時には、アクセルペダルの操作量はエンジンの回転数と連動せずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させるため、エンジンの無駄な回転を抑え、エンジンの燃料消費を低減させることができる。
【００２２】
（２）上記目的を達成するために、車体にエンジンと油圧ポンプとを備え、かつ走行装置と、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置とを備え、前記走行装置と作業装置の操作指示手段として、車体の車速変化を指示するアクセルペダル及びインチングペダルと前記作業装置の動作を指示する操作レバーとを備えたホイール式建設機械の操作制御装置において、前記油圧ポンプを駆動する前記エンジンの動力により駆動される発電装置と、前記発電装置より発生した電力を蓄えるバッテリと、前記走行装置に設けられ、前記発電装置より発生した電力と前記バッテリの電力のいずれかにより駆動され、車輪を駆動する電動機と、車体の駆動選択として、作業モードと走行モードのいずれかを選択するモード切換スイッチと、前記アクセルペダルの操作量と前記モード切換スイッチの選択と前記バッテリの蓄電状況とに応じて前記エンジンの回転数を増減させるエンジン回転数制御手段と、前記アクセルペダルの操作量と前記インチングペダルの操作量により前記電動機の回転数を増減させ、車体の車速を制御する走行制御手段とを備え、前記エンジン回転数制御手段は、前記モード切換スイッチの選択が作業モードのときには、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがってエンジンの回転数を増大させ、前記モード切換スイッチの選択が走行モードのときには、前記アクセルペダルの操作量と前記エンジンの回転数とを連動させずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させ、前記走行制御手段は、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって車体の車速を増やすよう前記電動機の回転数を制御するとともに、前記インチングペダルの操作量が増大するにしたがって車速を減らすよう前記電動機の回転数を制御するものとする。
【００２３】
これにより、モード切換スイッチが作業モードを選択したときは、アクセルペダルの操作量に応じて作業装置の速度と車体の速度を増減できると共に、作業装置と走行装置の複合動作時にアクセルペダルとインチングペダルの操作量により、作業装置の速度を確保しつつ、車体の速度を抑えることができ、作業装置と走行装置が共に圧油により駆動する従来のホイール式建設機械と同等の操作が可能となる。また、モード切換スイッチが走行モードを選択したときは、アクセルペダルの操作量はエンジンの回転数と連動せずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させるため、エンジンの無駄な回転を抑え、エンジンの燃料消費を低減させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
まず、本発明の基本構成を図１〜図５により説明する。
【００２６】
図１において、１は原動機、例えばディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）であり、燃料噴射量制御装置１０を備え、燃料噴射量を制御することによりエンジン回転数が制御される。エンジン１は軸１１により発電機２とフロント・ステアリング用油圧ポンプ３とブレーキ用油圧ポンプ４に連結され、軸１１によりエンジン１の動力がこれら発電機２及び油圧ポンプ３，４に伝達され、それらを駆動する。
【００２７】
発電機２はインバータ／コンバータ２１を介して電動モータ２０及びバッテリ２２に接続され、発電機２が駆動されることにより発生した電力は、インバータ／コンバータ２１を介してバッテリ２２に蓄えられるとともに、発電機２により発生した電力又はバッテリ２２の電力により走行装置９９の電動モータ２０を駆動する。電動モータ２０が駆動されると車輪１０４が駆動され、ホイール式建設機械の車体が前・後進動作する。発電機２により発生した電力をバッテリ２２に蓄えるか、その電力で電動モータ２０を駆動するかの制御の切り換えはインバータ／コンバータ２１により行う。
【００２８】
油圧ポンプ３から吐出された圧油は、方向・流量切換弁３０，３２，３４を介しフロント作業装置１０７（図６参照）のアームシリンダ３１、バケットシリンダ３３及び操舵装置のステアリングシリンダ３５にそれぞれ供給され、それらを駆動する。
【００２９】
油圧ポンプ４から吐出された圧油は、流量切換弁（ブレーキバルブ）４２を介しブレーキ装置４０に導かれ、流量切換弁４２の切り換え量に応じて車輪１０４にブレーキをかけ、車体を停止させる。
【００３０】
本基本構成に係わる操作制御装置は以上のようなホイール式建設機械に備えられるものであり、走行装置９９及びフロント作業装置１０７の操作指示手段として、アクセルペダル７０、ステアリングハンドル７１、フロント操作レバー７２、ブレーキペダル７３、前後進切り換えレバー７４、インチングペダル７５が設けられている。
【００３１】
ステアリングハンドル７１はステアリングを切るためのものであり、その操作量に応じて方向・流量切換弁３４の切り換え量（開度）を変化させ、その切り換え量に応じてステアリングシリンダ３５を駆動させる。
【００３２】
フロント操作レバー７２はフロント作業装置１０７の動作を指示するためのものであり、その操作量に応じて方向・流量切換弁３０，３２の切り換え量（開度）を変化させ、その切り換え量に応じてアームシリンダ３１、バケットシリンダ３３を駆動させる。
【００３３】
前後進切り換えレバー７４は車体の前・後進動作の切り換えを指示するためのものであり、Ｎ位置（中立）、Ｆ位置（前進）、Ｒ位置（後進）の三位置に切り換え可能であり、その操作信号はコントローラ７に伝達される。コントローラ７は、その切換位置に対応する操作信号に応じて、インバータ／コンバータ２１に電動モータ２０の回転方向を切り換える信号を伝達し、車輪１０４の駆動方向を切り換え、車体を前・後進動作させる。
【００３４】
アクセルペダル７０はフロント作業装置１０７の速度変化と走行装置９９の速度変化を指示するためのものであり、その操作信号はコントローラ７に伝達される。コントローラ７は、フロント作業装置１０７の速度制御に関し、その操作量（開度）に応じた燃料噴射指令を燃料噴射量制御装置１０に出力し、エンジン１の回転数を変化させる。
【００３５】
図２にアクセルペダル７０の操作量（開度）とエンジン１の回転数との関係を示す。アクセルペダル７０の操作量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、アクセルペダル７０の操作量を減少させると、エンジン１の回転数は減少するように両者の関係は設定されている。Ｎminはエンジン１の最低回転数である。コントローラ７の記憶装置には、このようなアクセルペダル７０の操作量（開度）とエンジン１の回転数との関係が記憶されており、この関係に基づいてエンジン１の目標回転数を演算し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射量制御装置１０に出力する。
【００３６】
また、コントローラ７は、走行装置９９の速度制御に関し、アクセルペダル７０の操作量に応じた速度となるよう走行装置９９を制御する（後述）。
【００３７】
ブレーキペダル７３は車体の制動を行うためのものであり、その操作信号はコントローラ７に伝達される。コントローラ７は、その操作量に応じた駆動信号を流量切換弁（ブレーキバルブ）４２に出力し、流量切換弁４２の開度を変化させる。
【００３８】
図３にブレーキペダル７３の操作量（開度）と流量切換弁４２の開度との関係を示す。ブレーキペダル７３の操作量を増大させると流量切換弁４２の開度は増大し、ブレーキペダル７３の操作量を減少させると流量切換弁４２の開度は減少するよう両者の関係が設定されている。流量切換弁４２の開度が増大するとブレーキ装置４０に供給される圧油の流量が増大し、車輪１０４にかかるブレーキ力を増加させ、車体を停止させる。コントローラ７の記憶装置には、このようなブレーキペダル７３の操作量（開度）と流量切換弁４２の開度との関係が記憶されており、この関係に基づいて流量切換弁４２の目標開度を演算し、対応する駆動信号を流量切換弁４２に出力する。
【００３９】
インチングペダル７５は、アクセルペダル７０の別手段として車体の速度変化を指示するものであり、その操作信号はコントローラ７に伝達される。コントローラ７は、その操作量に応じた駆動信号を流量切換弁（ブレーキバルブ）４２に出力し、流量切換弁４２の開度を変化させるとともに、その操作量に応じた電動モータ２０の回転指令を演算し、アクセルペダル７０の操作量に応じて演算した電動モータ２０の回転指令と組み合わせ、その回転指令をインバータ／コンバータ２１に出力し、電動モータ２０の回転速度を制御する。
【００４０】
図４にインチングペダル７５の操作量（開度）と流量切換弁４２の開度との関係を示す。インチングペダル７５の操作量をある値Ｉo以上増大させると、流量切換弁４２の開度は増大し、インチングペダル７５の操作量を減少させると流量切換弁４２の開度は減少するように両者の関係は設定されている。流量切換弁４２の開度が増大するとブレーキ装置４０に供給される圧油の流量が増大し、車輪１０４にかかるブレーキ力を増加させ、車体を停止させる。コントローラ７の記憶装置には、このようなインチングペダル７５の操作量（開度）と流量切換弁４２の開度との関係が記憶されており、この関係に基づいて流量切換弁４２の目標開度を演算し、対応する駆動信号を流量切換弁４２に出力する。
【００４１】
図５にアクセルペダル７０の操作量とインチングペダル７５の操作量とに基づき電動モータ２０の回転指令を生成するコントローラ７の処理機能を示す。
【００４２】
図５において、コントローラ７は、第１回転指令演算部７ａと、第２回転指令演算部７ｂと、合成部７ｃの各機能を有している。
【００４３】
第１回転指令演算部７ａは、コントローラ７の記憶装置に記憶されたアクセルペダル７０の操作量と電動モータ２０の回転指令との関係に基づき、アクセルペダル７０の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令を演算し、合成部７ｃに出力する。アクセルペダル７０の操作量と電動モータ２０の回転指令との関係はアクセルペダル７０の操作量を増大させると回転指令が増大し、アクセルペダル７０の操作量を減少させると回転指令を減少させるように設定されている。
【００４４】
第２回転指令演算部７ｂは、コントローラ７の記憶装置に記憶されたインチングペダル７５の操作量と電動モータ２０の回転指令との関係に基づき、インチングペダル７５の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令を演算し、合成部７ｃに出力する。インチングペダル７５の操作量と電動モータ２０の回転指令との関係はインチングペダル７５の操作量を増大させると回転指令が増大し、インチングペダル７５の操作量を減少させると回転指令を減少させるように設定されている。
【００４５】
合成部７ｃは減算部であり、第１回転指令演算部７ａで演算した回転指令から第２回転指令演算部７ｃで演算した回転指令を減ずる演算を行い、出力用の回転指令を算出する。この回転指令はインバータ／コンバータ２１に出力され、電動モータ２０の回転速度を制御し、車体の走行速度を制御する。
【００４６】
以上のような処理機能により、アクセルペダル７０のみを操作した場合は、アクセルペダル７０の操作量が増大すると車体の走行速度が増大し、アクセルペダル７０とインチングペダル７５の両方を操作した場合は、インチングペダル７５の操作量に応じて車体の走行速度が減少する。
【００４７】
図６に本発明が適用されるホイール式建設機械一例としてホイールローダの外観を示す。
【００４８】
図６において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、運転席１０１と車体前部１０２と車体後部１０３とで構成されており、それぞれ車輪１０４，１０４を有している。また、車体後部１０３は車体前部１０２とステアリングシリンダ３５により相対回動白在に連結され、車体前部１０２には、土砂の掘削、積み込み作業を行うためのフロント作業装置１０７が設けられ、車体後部１０３には図１に示したエンジン１、発電機２、油圧ポンプ３とチャージポンプ４、コントローラ７、インバータ／コンバータ２１、バッテリ２２、電動モータ２０等が搭載されている。
【００４９】
フロント作業装置１０７は、リフトアーム１０５とバケット１０６から構成されている。リフトアーム１０５はアームシリンダ３１の伸縮により上下に動作し、バケット１０６はバケットシリンダ３３の伸縮によりチルト・ダンプ動作する。
【００５０】
以上のように構成した本基本構成の動作の概略は次のようである。
【００５１】
ホイール式建設機械（ホイールローダ１００）の非走行・非作業時は、アクセルペダル７０は踏まれておらず、エンジン１はＮminで回転し、発電機２はエンジン１により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ２２に蓄える。
【００５２】
前後進切り換えレバー７４を例えばＦ位置に切り換えて車両を前進させている途中でオペレータが車体の減速を意図してアクセルペダル７０の操作を止めた場合も、非走行・非作業時と同様、発電機２はＮminで回転するエンジン１により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ２２に蓄える。これと同時に、車輪１０４は慣性で回転を続けるので電動モータ２０が発電機として作動し、電動モータ２０が発生した電力もバッテリ２２に蓄える。
【００５３】
以上のように車両減速時は、ホイール式建設機械（ホイールローダ１００）の運動エネルギーで電動モータ２０を駆動し、発生した電力をバッテリ２２に蓄えるという形で運動エネルギーの回収を行う。
【００５４】
通常走行時は、アクセルペダル７０の操作量に応じてエンジン１の回転数を制御するとともに、アクセルペダル７０の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令を出力し、バッテリ２２に蓄えられた電力を用いて電動モータ２０を回転駆動し、アクセルペダル７０の操作量に応じた速度で走行させる。これにより通常走行時に、車両減速時に回収したエネルギー（バッテリ８１に蓄えた電力）を有効利用することができる。
【００５５】
例えばダンプ積み込み作業で、車体の車速を上げずにフロント作業装置１０７の速度だけを上げたい場合は、アクセルペダル７０とインチングペダル７３の両方を踏み込むと、アクセルペダル７０の操作量に応じてエンジン１の回転数が上がり、油圧ポンプ３の吐出流量が増大しフロント作業装置１０７の速度が上がる一方、アクセルペダル７０の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令とインチングペダル７３の操作量に応じた電動モータ２０の回転指令が演算され、後者の回転指令の分、前者の回転指令が減じられ、電動モータ２０の駆動速度、即ち走行速度が減じられる。これにより車速を低速にしながらダンプヘ接近させ、操作レバー７２を操作し、フロント作業装置１０７を所望の速度で操作することができる。
【００５６】
以上のように構成した基本構成によれば、油圧ポンプ３から吐出された圧油により駆動するフロント作業装置１０７と電動モータ２０により駆動する走行装置９９とを設けたので、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、発生した電力をバッテリ２２に蓄え、通常走行時に、その回収したエネルギーを有効利用することができ、従ってエンジン１の燃料消費量を低減することができる。
【００５７】
また、油圧ポンプ３から吐出された圧油により駆動するフロント作業装置１０７と電動モータ２０により駆動する走行装置９９とを備えていても、従来の油圧駆動方式のホイール式建設機械と同様にフロント作業装置１０７の速度及び車体の車速を上げたい場合はアクセルペダル７０により速度調整ができるとともに、車体の速度を上げずにフロント作業装置１０７の速度だけを上げたい場合は、アクセルペダル７０の操作量によりフロント作業装置１０７の速度を上げ、インチングペダル７３の操作量により車体の車速を下げることができ、従来の油圧駆動方式のホイール式建設機械と同等の操作が可能となる。
【００５８】
本発明の第１の実施の形態を図７及び図８により説明する。図中、図１に示したものと同等の部材には同じ符号を付している。
【００５９】
図７において、本実施の形態と図１に示す基本構成との相違は、フロント操作レバー７２の操作信号がコントローラ７Ａに入力されている点である。
【００６０】
フロント操作レバー７２によるアームシリンダ３１、バケットシリンダ３３の駆動、ステアリングハンドル７１によるステアリングシリンダ３５の駆動、前後進切換レバー７４による電動モータ２０の回転方向切り換え、ブレーキペダル７３によるブレーキ装置４０の駆動、インチングペダル７５によるブレーキ装置４０の駆動、アクセルペダル７０とインチングペダル７５による電動モータ２０の回転指令については、基本構成と同様である。
【００６１】
アクセルペダル７０によるコントローラ７Ａのエンジン回転数制御機能について、図２及び図８を用いて以下に説明する。
【００６２】
図８において、アクセルペダル７０の開度とフロント操作レバー７２の入力状況を読み込む（ステップＳ７００）。次に、フロント操作レバー７２が操作されているか判別する（ステップＳ７０１）。そして、フロント操作レバー７２が操作されている場合には、図２に示されるように、エンジン１をアクセルペダル７０の操作量に応じて駆動する（ステップＳ７０２）。すなわち、アクセルペダル７０の操作量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、アクセルペダル７０の操作量を減少させると、エンジン１の回転数は減少する。また、フロント操作レバー７２が操作されていない場合には、エンジン１は、他の制御手段によりアクセルペダル７０の操作量には連動せずに、回転数制御される（ステップＳ７０３）。他の制御手段は、バッテリ２２の蓄電状況を監視し、バッテリ２２の蓄電量が十分にあるときはエンジン１を停止するか最低回転数で駆動し、バッテリ２２の蓄電量が所定レベル以下であればエンジン１の回転数を上げる制御手段である。
【００６３】
以上のように構成した本実施形態においては、基本構成と同様の効果が得られるとともに、フロント作業装置１０７が駆動されておらず、走行装置９９のみの動作時には、アクセルペダル７０の操作量はエンジン１の回転数と連動しないため、エンジン１の無駄な回転を抑え、エンジン１の燃料消費を更に低減させることができる。
【００６４】
本発明の第２の実施の形態を図９〜図１１により説明する。図９中、図１に示したものと同等の部材には同じ符号を付している。
【００６５】
図９において、本実施の形態は、動作モード選択スイッチ７６を備え、動作モード選択スイッチ７６の切り換え信号がコントローラ７Ｂに入力される。
【００６６】
動作モード選択スイッチ７６は、図１０に示すように、「走行モード」と「作業モード」の各切換位置を有し、オペレータが走行モードと作業モードのいずれかに切り換え操作することで、いずれか一方のモードを選択可能である。
【００６７】
フロント操作レバー７２によるアームシリンダ３１、バケットシリンダ３３の駆動、ステアリングハンドル７１によるステアリングシリンダ３５の駆動、前後進切換レバー７４による電動モータ２０の回転方向切り換え、ブレーキペダル７３によるブレーキ装置４０の駆動、インチングペダル７５によるブレーキ装置４０の駆動、アクセルペダル７０とインチングペダル７５による電動モータ２０の回転指令については、基本構成と同様である。
【００６８】
アクセルペダル７０によるコントローラ７Ｂのエンジン回転数制御機能について、図２及び図１１を用いて以下に説明する。
【００６９】
図１１において、アクセルペダル７０の開度とモード選択スイッチ７６の入力状況を読み込む（ステップＳ７０４）。次に、モード選択スイッチ７６が「作業モード」に選択されているかどうかを判別する（ステップＳ７０５）。そして、モード選択スイッチ７６が「作業モード」に選択されている場合には、図２に示されるように、エンジン１はアクセルペダル７０の操作量に応じて駆動する（ステップＳ７０２）。すなわち、アクセルペダル７０の操作量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、アクセルペダル７０の操作量を減少させると、エンジン１の回転数は減少する。また、モード選択スイッチ７６が「作業モード」に選択されていない場合には、エンジン１は、他の制御手段によりアクセルペダル７０の操作量には連動せずに、回転数制御される（ステップＳ７０３）。他の制御手段は、第１の実施の形態で説明したように、バッテリ２２の蓄電状況による制御手段である。
【００７０】
以上のように構成した本実施の形態においても、基本構成と同様の効果が得られるとともに、フロント作業装置１０７が駆動されておらず、走行装置９９のみの動作時には、モード選択スイッチ７６を「走行モード」に切り換えておくことによりアクセルペダル７０の操作量はエンジン１の回転数と連動しないため、エンジン１の無駄な回転を抑え、エンジン１の燃料消費を更に低減させることができる。
【００７１】
なお、以上の実施の形態では、本発明をホイール式建設機械としてホイールローダに適用したが、リフト・トラック等のそれ以外のホイール式建設機械にも本発明は適用可能である。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置と電動機により駆動する走行装置とを備えたもので、従来の作業装置と走行装置を共に油圧駆動とするホイール式建設機械と同等の操作が可能となる。
【００７３】
また、本発明によれば、走行駆動のみの動作時には、エンジンの無駄な回転を抑え、エンジンの燃料消費を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基本構成に係わるホイール式建設機械の操作制御装置を示す図である。
【図２】 アクセルペダルの開度とエンジンの回転数との関係を示す図である。
【図３】 ブレーキペダルの開度とブレーキバルブの開度との関係を示す図である。
【図４】 インチングペダルの開度とブレーキバルブの開度との関係を示す図である。
【図５】 アクセルペダルの開度とインチングペダルの開度とに基づき電動モータの回転指令を生成するコントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。
【図６】 本発明が適用されるホイール式建設機械の一例であるホイールローダの外観を示す図である。
【図７】 本発明の第１の実施の形態に係わるホイール式建設機械の操作制御装置を示す図である。
【図８】 本発明の第１の実施の形態に係わるコントローラにおけるエンジン回転数制御の処理機能を示すフローチャートである。
【図９】 本発明の第２の実施の形態に係わるホイール式建設機械の操作制御装置を示す図である。
【図１０】 本発明の第２の実施の形態に係わる動作モード選択スイッチの説明図である。
【図１１】 本発明の第２の実施の形態に係わるコントローラにおけるエンジン回転数制御の処理機能を示すフローチャートである。
【図１２】 従来技術で電動モータを使用した場合の走行駆動装置の説明図である。
Claims (2)
- 車体にエンジンと油圧ポンプとを備え、かつ走行装置と、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置とを備え、前記走行装置と作業装置の操作指示手段として、車体の車速変化を指示するアクセルペダル及びインチングペダルと前記作業装置の動作を指示する操作レバーとを備えたホイール式建設機械の操作制御装置において、
前記油圧ポンプを駆動する前記エンジンの動力により駆動される発電装置と、
前記発電装置より発生した電力を蓄えるバッテリと、
前記走行装置に設けられ、前記発電装置より発生した電力と前記バッテリの電力のいずれかにより駆動され、車輪を駆動する電動機と、
前記アクセルペダルの操作量と前記操作レバーの操作量と前記バッテリの蓄電状況とに応じて前記エンジンの回転数を増減させるエンジン回転数制御手段と、
前記アクセルペダルの操作量と前記インチングペダルの操作量により前記電動機の回転数を増減させ、車体の車速を制御する走行制御手段とを備え、
前記エンジン回転数制御手段は、前記操作レバーの操作量があるときには、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって前記エンジンの回転数を増大させ、前記操作レバーの操作量がないときには、前記アクセルペダルの操作量と前記エンジンの回転数とを連動させずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させ、
前記走行制御手段は、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって車体の車速を増やすよう前記電動機の回転数を制御するとともに、前記インチングペダルの操作量が増大するにしたがって車速を減らすよう前記電動機の回転数を制御することを特徴とするホイール式建設機械の操作制御装置。 - 車体にエンジンと油圧ポンプとを備え、かつ走行装置と、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動する作業装置とを備え、前記走行装置と作業装置の操作指示手段として、車体の車速変化を指示するアクセルペダル及びインチングペダルと前記作業装置の動作を指示する操作レバーとを備えたホイール式建設機械の操作制御装置において、
前記油圧ポンプを駆動する前記エンジンの動力により駆動される発電装置と、
前記発電装置より発生した電力を蓄えるバッテリと、
前記走行装置に設けられ、前記発電装置より発生した電力と前記バッテリの電力のいずれかにより駆動され、車輪を駆動する電動機と、
車体の駆動選択として、作業モードと走行モードのいずれかを選択するモード切換スイッチと、
前記アクセルペダルの操作量と前記モード切換スイッチの選択と前記バッテリの蓄電状況とに応じて前記エンジンの回転数を増減させるエンジン回転数制御手段と、
前記アクセルペダルの操作量と前記インチングペダルの操作量により前記電動機の回転数を増減させ、車体の車速を制御する走行制御手段とを備え、
前記エンジン回転数制御手段は、前記モード切換スイッチの選択が作業モードのときには、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがってエンジンの回転数を増大させ、前記モード切換スイッチの選択が走行モードのときには、前記アクセルペダルの操作量と前記エンジンの回転数とを連動させずに、前記バッテリの蓄電状況に応じて前記エンジンの回転数を増減させ、
前記走行制御手段は、前記アクセルペダルの操作量が増大するにしたがって車体の車速を増やすよう前記電動機の回転数を制御するとともに、前記インチングペダルの操作量が増大するにしたがって車速を減らすよう前記電動機の回転数を制御することを特徴とするホイール式建設機械の操作制御装置。
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