JP5140689B2

JP5140689B2 - 装軌車両の操向制御装置

Info

Publication number: JP5140689B2
Application number: JP2010001433A
Authority: JP
Inventors: 一之鈴木; 山本　　茂; 智裕中川; 雅弘池田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2010-01-06
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2020-12-25
Also published as: JP2010116157A

Description

本発明は、例えばブルドーザのような装軌車両の操向制御装置に関するものである。

従来、ブルドーザのような装軌車両の操向制御装置として、左右の各駆動輪にクラッチおよびブレーキを設けてそれらクラッチおよびブレーキを制御することで車両の左右旋回運動を行なうようにしたものが知られている。この操向制御装置においては、車両の走行中に操向レバーを左右いずれかの旋回方向に操作すると、その操作側のクラッチの結合状態が解除されるとともに同操作側のブレーキが制動方向に作動されて、この操作側の履帯のみが停止し、車両は所望の方向に旋回する。

ところで、前述のような操向制御装置においては、通常、クラッチが解放されてからブレーキが制動されるまでに所定の時間間隔を設け、あるいはブレーキが解放されてからクラッチが結合されるまでに所定の時間間隔を設けるようにされ、これによって操向制御時のショックを和らげて滑らかな旋回が行えるようにされている。

ところが、このクラッチ解放〜ブレーキ制動もしくはブレーキ解放〜クラッチ結合の時間間隔、更にはブレーキの結合開始油圧、クラッチの解放開始油圧等を常に一定にした油圧特性を用いるのでは、例えばブルドーザのドージング作業時、傾斜地走行時、エンジン低回転時等の各種作業状態に適合する最適なクラッチ・ブレーキ制御が行えないという問題点がある。

このような問題点に対処するために、本出願人は、装軌車両の種々の作業状態に応じて最適な操向性能を得ることを目的とし、高負荷運転状態、傾斜地走行状態、エンジン低回転状態、高速走行状態等の各種作業状態に応じて、クラッチ・ブレーキのモジュレーション特性を変更するようにした装軌車両の操向制御装置を先願発明として既に提案している（特許文献１）。

しかしながら、前記先願発明による操向制御装置においては、車両走行時の速度段が低速度段の場合に、ブレーキ油圧の変化によって旋回コントロール性が悪化してしまうという改善すべき点がある。

特開２０００−１７７６１８号公報

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、車両走行時の速度段が低速度段の場合にスムーズな旋回性能を得ることができるとともに、コントロール性も向上させることのできる装軌車両の操向制御装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による装軌車両の操向制御装置は、
左右の各駆動輪に設けられるクラッチおよびブレーキと、これらクラッチおよびブレーキを制御する電子比例制御弁と、操向レバーと、この操向レバーの操作量に応じて操向指令信号を発生する操向指令信号発生器と、この操向指令信号発生器からの出力に基づいて前記電子比例制御弁に操向制御信号を出力するコントローラを備える装軌車両の操向制御装置において、
トランスミッションの速度段を検出する速度段検出手段を設け、この速度段検出手段によりトランスミッションが低速度段にあることが検出されたときに、前記コントローラは、前記低速度段におけるブレーキ結合時の下限油圧を高速度段におけるブレーキ結合時の下限油圧に比べ高めに設定することにより、前記ブレーキ結合時の上限油圧から下限油圧に変化する際のレバーストロークに対する油圧変化率を小さめに設定した油圧特性を得るための操向制御信号を前記電子比例制御弁に出力することを特徴とするものである（第１発明）。

前記第１発明において、各油圧特性毎に段階的に変化する複数種の特性線図が用意され、これら各特性線図のうちから所望の特性線図が選択使用されるのが好ましい（第２発明）。

前記第１発明によれば、トランスミッションが低速度段になる程、ブレーキ結合時の上限油圧から下限油圧に変化する際のレバーストロークに対する油圧変化率が小さめになるように制御されるので、この低速度段において有効レバーストローク域を広げることができ、スムーズな旋回性能を得ることができる。

また、第２発明によれば、各条件に適合した旋回特性を選択することができて、常に最適の制御性能を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るブルドーザの外観図本実施形態のシステム構成図クラッチ・ブレーキのモジュレーション特性図（ａ）、クラッチ力と油圧との関係を示す図（ｂ）及びブレーキ力と油圧との関係を示す図（ｃ）操向制御の手順を示すフローチャートの前半部分操向制御の手順を示すフローチャートの後半部分登坂用ステアリング静特性油圧線図を示すグラフドージング用ステアリング静特性油圧線図を示すグラフ降坂用ステアリング静特性油圧線図を示すグラフ降坂＋エンジンスロー用ステアリング静特性油圧線図を示すグラフエンジン低速用ステアリング静特性油圧線図を示すグラフ１速用ステアリング静特性油圧線図を示すグラフ重負荷用ステアリング動特性油圧線図を示すグラフ高速走行用ステアリング動特性油圧線図を示すグラフ

次に、本発明による装軌車両の操向制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

以下に、ブルドーザに適用した実施形態について説明する。図１には、本発明の一実施形態に係るブルドーザの外観図が示されている。

本実施形態のブルドーザ１においては、車体２上にボンネット３および運転席４が設けられ、車体２の前進方向の左右の各側部に、車体２を前進、後退および旋回させる履帯５が設けられている。これら履帯５は、エンジンから伝達される駆動力によって対応するスプロケット６により各履帯５毎に独立して駆動される。

車体２の左右の側部には、ブレード７を先端側で支持する左および右のストレートフレーム８，９の基端部がトラニオン（右側のトラニオンは図示されていない。）１０によってブレード７が上昇・下降可能なように枢支されている。また、ブレード７には、このブレード７を上昇・下降させる左右一対のブレードリフトシリンダ１１，１１が車体２との間に、またブレード７を左右に傾斜させるブレース１２およびブレードチルトシリンダ１３がそのブレース１２を左ストレートフレーム８との間に、ブレードチルトシリンダ１３を右ストレートフレーム９との間に配することにより設けられている。

また、運転席４の左側には、前後進用の変速レバーを兼ねる操向レバー１５と燃料コントロールレバー１７とが設けられ、右側にはブレード７を上昇、下降、左傾斜および右傾斜させるブレードコントロールレバー１８等が設けられている。なお、運転席４の前方には図示されていないデクセルペダルが設けられている。

次に、本実施形態のシステム構成が示されている図２において、エンジン２０からの回転駆動力は、ダンパ２１およびＰＴＯ２２を介してトルクコンバータ２３に伝達され、このトルクコンバータ２３の出力軸から、その出力軸に入力軸が連結されている例えば遊星歯車湿式多板式クラッチ変速機であるトランスミッション２４に伝達される。このトランスミッション２４は、前進、後進の各クラッチおよび１速乃至３速の各クラッチを有してその出力軸から回転駆動力は、トランスファ２５およびステアリング用の左右の各クラッチ２６Ｌ，２６Ｒ、ブレーキ２７Ｌ，２７Ｒを介して左右一対の終減速装置２８Ｌ，２８Ｒに伝達されて履帯５を走行させる各スプロケット６，６が駆動されるようになっている。

前記クラッチ２６Ｌ，２６Ｒおよびブレーキ２７Ｌ，２７Ｒは、ばねの付勢力によって作動し、油圧力によって解放されるように構成され、コントローラ２９から出力される制御信号により、左右の各クラッチ用電磁比例制御弁３０Ｌ，３０Ｒおよび各ブレーキ用電磁比例制御弁３１Ｌ，３１Ｒを介して制御される。この制御を実行するために、前記コントローラ２９には、操向レバー１５の操作量に応じて操向指令信号を発生する操向指令信号発生器１５ａからの信号が入力される。また、前記コントローラ２９には、エンジン回転センサー３２からのエンジン２０の回転数データ、トルクコンバータ出力軸回転センサー３３からのトルクコンバータ２３の出力軸の回転数データ、ピッチ角センサー（傾斜角検出手段）３４からの車両の前後方向の傾斜角データ、トランスミッション出力軸回転センサー３５からのトランスミッション２４の出力軸の回転数データ、トランスミッション速度段センサー（速度段検出手段）３６からの速度段状態に係るデータ、スロットルセンサー（回転検出手段）３７からのエンジン２０のスロットル量データ等の各データが入力される。

図３（ａ）には、ブルドーザの通常走行時における操向レバー１５のストロークとクラッチまたはブレーキの油圧（維持圧）との関係（モジュレーション特性図）が示され、図３（ｂ）（ｃ）には、クラッチ力と油圧との関係、ブレーキ力と油圧との関係がそれぞれ示されている。これらの図によって、操向レバー１５の操作によるクラッチ圧およびブレーキ圧の制御特性について説明する。

図３（ａ）に示されるように、最初、クラッチには圧油が送られておらず、ばねの付勢力によりクラッチ・オンの状態にあり、一方ブレーキには圧油が送られてブレーキ・オフの状態で車両は直進している。操向レバー１５が操作されると、Ａ点においてクラッチに圧油を送って油圧をａ点まで上昇させ、このａ点からｂ点の方向に向かって徐々に結合力を減少させ、ｂ点のやや手前でクラッチ力がオフになる（図３（ｂ）参照）。一方、ブレーキにおいてはその圧油を戻して油圧をｃ点まで低下させ、このｃ点からｄ点の方向に向かって徐々に制動力（ブレーキ力）を増加させ、ｄ点でブレーキが結合される（図３（ｃ）参照）。この場合、ｂ〜ｃ間にはディレータイムｔがあり、クラッチ・オフ後にブレーキ・オンになるように設定されている。一方、ブレーキ・オフ→クラッチ・オンの場合には、ブレーキ・オフ後にクラッチ・オンになるようにディレータイムが設定されており、これによって作動時のショックを防ぐようにされている。

本実施形態においては、前述のような通常走行時のクラッチ／ブレーキの油圧特性（静特性）に対して、ブルドーザの作業状態に応じてその油圧特性（静特性および動特性）を変化させるように操向制御が実行される。以下に、本実施形態における操向制御の具体的内容について、図４、図５に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。

Ｓ１〜Ｓ２：操向指令信号発生器１５ａからの操作レバーストローク信号のほか、エンジン回転センサー３２からのエンジン２０の回転数データ、トルクコンバータ出力軸回転センサー３３からのトルクコンバータ２３の出力軸の回転数信号、ピッチ角センサー３４からの車両の前後方向の傾斜角データ、トランスミッション出力軸回転センサー３５からのトランスミッション２４の出力軸の回転数データ、トランスミッション速度段センサー３６からの速度段データ、スロットルセンサー３７からのエンジン２０のスロットル量データ等の各センサー信号を入力する。そして、エンジン２０の回転数データおよびトルクコンバータ２３の出力軸の回転数データから車両の牽引力を算出し、傾斜角データから車両のピッチ角を算出し、トランスミッション２４の出力軸の回転数データから車速を算出する。

Ｓ３：演算されたピッチ角から、車両が設定角（例えば６°）以上の登坂走行状態であるか否かを判定する。

Ｓ４：設定角以上の登坂走行状態である場合には、クラッチ／ブレーキのモジュレーション特性として登坂用ステアリング静特性油圧線図を選択する。この登坂用ステアリング静特性油圧線図は、図６（ｂ）（ｃ）に示されているように、平地走行時の油圧線図（図６（ａ）参照）に比べて、クラッチ維持域の範囲Ｄ_２，Ｄ_３を広げる（ブレーキ維持域の範囲Ｅ_２，Ｅ_３を狭める）とともに、クラッチ解放時の下限油圧（クラッチ解放開始油圧）Ｆ_２，Ｆ_３を平地走行時の下限油圧Ｆ_１に比べて低めに設定した油圧特性である。ここで、この登坂用ステアリング静特性油圧線図としては、登坂角の大きさに対応してクラッチ維持域の範囲の異なる複数種の線図が用意されていて、これら複数種の線図のうちから登坂角の大きさに対応する最適の線図が選択される。このような油圧特性線図を選択することで、平地走行時には旋回時の油圧域Ｒ_１がブレーキ維持域側にあったものが、登坂角が大きくなるにつれて記号Ｒ_２，Ｒ_３にて示されるようにクラッチ維持域側へシフトされることになる。こうして、旋回時の内側履帯の旋回トルクがプラス値となって半クラッチ状態が長く続くことになり、登坂走行時に内側履帯側のクラッチの結合状態が解除されることによるカウンターローテーション現象の発生を抑えることができる。また、クラッチ解放時の下限油圧の値が登坂時に適合した値になるので、旋回コントロール性を向上させることができる。

Ｓ５：ステップＳ３の判定において、設定角以上の登坂走行でない場合には、次に演算された車両の牽引力から、車両が牽引力大の前進走行状態（ドージング作業状態）であるか否かを判定する。

Ｓ６：所定牽引力（例えば０．４Ｗ；Ｗは車両重量）以上の高負荷前進走行状態である場合には、旋回時の内側履帯の旋回必要トルクがプラス値になることを考慮し、クラッチ／ブレーキのモジュレーション特性としてドージング用ステアリング静特性油圧線図を選択する。このドージング用ステアリング静特性油圧線図は、図７（ｂ）に示されるように、通常走行時の特性（図７（ａ））に対してクラッチの維持域の範囲Ｄを広げるとともに、ブレーキの維持域の範囲Ｅを狭めた特性、言い換えれば図３（ａ）におけるｂ点およびｃ点を右方へシフトした特性である。こうして、旋回時の内側履帯の旋回トルクがプラス値となって半クラッチ状態が長く続くことになり、ドージング作業時であってもブレード前面の土砂の押し回しをスムーズに行うことができて、ショックのない最適の旋回特性を得ることができる。なお、このドージング用ステアリング静特性油圧線図においても、牽引力の大きさに対応してクラッチ維持域の範囲の異なる複数種の線図が用意されていて、これら複数種の線図のうちから牽引力の大きさに対応する最適の線図が選択される。

Ｓ７：ステップＳ５の判定において、牽引力大の前進でない場合には、次に演算されたピッチ角から、車両が設定角（例えば６°）以上の降坂走行状態であるか否かを判定する。

Ｓ８：設定角以上の降坂走行状態である場合には、スロットル開度からエンジン回転が低速であるか否かを判定する。

Ｓ９：設定角以上の降坂走行状態であって、かつエンジン回転が低速でない場合には、旋回時の内側履帯の旋回必要トルクが大きなマイナス値になることを考慮し、クラッチ／ブレーキのモジュレーション特性として降坂用ステアリング静特性油圧線図を選択する。この降坂用ステアリング静特性油圧線図は、図８（ｂ）に示されるように、平地走行時の特性（図８（ａ））に対してブレーキの制御を早めて、クラッチとブレーキとが同時に解放される領域（遊びの領域）Ｇをなくすとともに、ブレーキ結合時の上限油圧Ｈ_２を平地走行時における上限油圧Ｈ_１よりも低めの設定値（第１設定値）になるように変更した油圧特性である。このような油圧特性を選択することで、クラッチ解放域をなくしてブレーキの制動力を上げるように制御されるので、クラッチの解放による降坂時の逆方向旋回（逆ステアリング現象）の発生を防ぐことが可能となる。また、ブレーキ結合時の上限油圧Ｈ_２が低めの値に設定されているので、ブレーキの制動力が増加する方向に補正されることになり、平坦地と同様の操向感覚で車両操向を行うことができるという効果を奏するものである。なお、この降坂用ステアリング静特性油圧線図としても、降坂角の大きさに対応してブレーキ結合時の上限油圧値の範囲の異なる複数種の線図が用意されていて、これら複数種の線図のうちから降坂角の大きさに対応する最適の線図（降坂角が大きくなるほど上限油圧Ｈ_２が小さな値となる線図）が選択される。

Ｓ１０：設定角以上の降坂走行状態であって、かつエンジン回転が低速の場合には、クラッチ／ブレーキのモジュレーション特性として降坂＋エンジンスロー用ステアリング静特性油圧線図を選択する。この降坂＋エンジンスロー用ステアリング静特性油圧線図は、図９に示されるように、ブレーキ結合時の上限油圧を、平地走行時の設定値Ｈ_１よりも低めで、かつ前記第１設定値Ｈ_２よりも高めの第２設定値Ｈ_３に設定した油圧特性である。このような油圧特性を選択することで、降坂走行時にエンジンが低速回転状態になっても、ブレーキ結合時の上限油圧が通常の降坂走行時の上限油圧よりも高めに補正されて制動力が弱められるので、旋回時のショックが低減され、旋回コントロール性が向上される。

Ｓ１１：ステップＳ７における判定において、設定角以上の降坂走行でない場合に、スロットル開度からエンジン回転が低速であるか否かを判定する。

Ｓ１２：エンジン回転が低速である場合には、旋回トルクは小さくて良いので、図１０（ｂ）に示されるようなエンジン低速用ステアリング静特性油圧線図を選択する。このエンジン低速用ステアリング静特性油圧線図は、ブレーキ結合時の上限油圧Ｈ_４を通常走行時（図１０（ａ））の上限油圧Ｈ_１よりも高めに設定して制動力を弱めた油圧特性である。こうして、機敏なブレーキ特性により微操作に適合した細かな操向制御を行うことが可能となる。

Ｓ１３：一方、ステップＳ１１における判定において、エンジン回転が低速でない場合には、トランスミッション速度段センサー３６から得られる速度段状態に係るデータに基づき、速度段が１速であるか否かを判定する。

Ｓ１４：トランスミッションの速度段が１速である場合には、図１１（ｂ）に示されるような１速用ステアリング静特性油圧線図を選択する。この１速用ステアリング静特性油圧線図は、ブレーキ結合時の上限油圧から下限油圧に変化する際のレバーストロークに対する油圧変化率を小さめに設定した油圧特性であり、より具体的には、１速の速度段におけるブレーキ結合時の下限油圧Ｉ_２を２速・３速の速度段における下限油圧Ｉ_１に比べて高めに設定した油圧特性である。このような油圧特性を選択することで、１速における信地旋回レバーストロークを２速・３速の信地旋回レバーストロークと同程度にすることができ、スムーズな旋回性能を得ることができる。

なお、本実施形態では、１速用と２速・３速用の各油圧特性線図の２種類を使用するものを説明したが、１速用、２速用、３速用のそれぞれに応じた油圧特性線図を用いることもできる。また、本実施形態では、ブレーキ結合時の上限油圧から下限油圧への油圧変化率を小さめに設定するのに、ブレーキ結合時の下限油圧を上げることにより行ったものを説明したが、ブレーキ結合時の上限油圧を下げることにより行っても良い。

Ｓ１５：一方、設定角以上の登坂走行状態でなく、所定牽引力以上の高負荷走行状態でもなく、設定角以上の降坂走行状態でもなく、エンジン回転が低速でもなく、速度段が１速でもない場合には、図３（ａ）に示される基本ステアリング静特性油圧線図が選択される。

Ｓ１６：前述された各静特性油圧線図のいずれかが選択されると、次いで演算されたピッチ角から、車両が設定角以上の登坂走行状態であるか否かを判定する。
Ｓ１７：設定角以上の登坂走行状態でない場合には、次に所定牽引力以上の高負荷前進走行状態であるか否かを判定する。

Ｓ１８：設定角以上の登坂走行状態である場合、もしくは所定牽引力以上の高負荷前進走行状態（ドージング作業状態）である場合には、重負荷用ステアリング動特性パラメータを選択する。すなわち、図１２に示されるように、操向レバーをフルストローク位置からニュートラル位置への操作時に、クラッチの結合開始時から結合終了時までのクラッチ油圧の時間的変化率を通常走行時（鎖線で示す。）よりも大きめに設定し、クラッチを短時間で結合する油圧特性が選択される。こうして、高負荷運転状態ではトルクの途切れがなく、また登坂走行状態では逆ステアリング現象を発生することがなく、旋回状態から直進状態へ移行する際のショックが低減されるとともに、旋回流れのないスムーズな旋回特性を得ることが可能となる。

Ｓ１９：設定角以上の登坂走行状態でなく、所定牽引力以上の高負荷前進走行状態でもない場合には、演算された車速から、車両が高速走行状態にあるか否かを判定する。
Ｓ２０：車両が高速走行状態にある場合には、高速走行用ステアリング動特性パラメータを選択する。すなわち、図１３に示されるように、操向レバーをフルストローク位置からニュートラル位置への操作時に、クラッチの結合開始時から結合終了時までのクラッチ油圧の時間的変化率を通常走行時（鎖線で示す。）よりも小さめに設定し、クラッチをゆっくりと結合する特性が選択される。こうして、旋回状態から直進状態へ移行する際の車両の慣性によるショックが低減されるとともに、旋回流れのないスムーズな旋回特性を得ることが可能となる。

Ｓ２１：設定角以上の登坂走行状態でもなく、所定牽引力以上の高負荷前進状態でもなく、また高速走行状態でもない場合には、通常走行時の基本ステアリング動特性パラメータ（図１２、図１３の鎖線で示す。）を選択する。
Ｓ２２〜Ｓ２３：前述されたステアリング静特性およびステアリング動特性の選択に応じて、ステアリングレバーストローク指令に対するクラッチ・ブレーキ油圧を演算し、左右の各クラッチ用電磁比例制御弁３０Ｌ，３０Ｒおよび各ブレーキ用電磁比例制御弁３１Ｌ，３１Ｒを介して左右の各クラッチ２６Ｌ，２６Ｒおよび各ブレーキ２７Ｌ，２７Ｒに油圧指令信号を出力する。この後、ステップＳ１に戻る。

以上のように、本実施形態によれば、傾斜地走行（登坂走行、降坂走行）、ドージング作業、エンジン低回転走行、高速走行等におけるブルドーザの種々の作業状態に対応して、それら作業状態に最適なステアリング静特性もしくはステアリング動特性が選択されるので、操向ショックのない、しかもオペレータの感覚に合った操向性能のブルドーザを得ることができる。

本実施形態においてはブルドーザに適用したものを説明したが、本発明は、その他の装軌車両に対しても適用できるのは言うまでもない。

１ブルドーザ
５履帯
６スプロケット
１５操向レバー
１５ａ操向指令信号発生器
２０エンジン
２３トルクコンバータ
２６Ｌ，２６Ｒクラッチ
２７Ｌ，２７Ｒブレーキ
２９コントローラ
３０Ｌ，３０Ｒクラッチ用電磁比例制御弁
３１Ｌ，３１Ｒブレーキ用電磁比例制御弁
３２エンジン回転センサー
３３トルクコンバータ出力軸回転センサー
３４ピッチ角センサー
３５トランスミッション出力軸回転センサー
３６トランスミッション速度段センサー
３７スロットルセンサー

Claims

左右の各駆動輪に設けられるクラッチ（２６Ｌ，２６Ｒ）およびブレーキ（２７Ｌ，２７Ｒ）と、これらクラッチ（２６Ｌ，２６Ｒ）およびブレーキ（２７Ｌ，２７Ｒ）を制御する電子比例制御弁（３０Ｌ，３０Ｒ；３１Ｌ，３１Ｒ）と、操向レバー（１５）と、この操向レバー（１５）の操作量に応じて操向指令信号を発生する操向指令信号発生器（１５ａ）と、この操向指令信号発生器（１５ａ）からの出力に基づいて前記電子比例制御弁（３０Ｌ，３０Ｒ；３１Ｌ，３１Ｒ）に操向制御信号を出力するコントローラ（２９）を備える装軌車両の操向制御装置において、
トランスミッションの速度段を検出する速度段検出手段（３６）を設け、この速度段検出手段（３６）によりトランスミッションが低速度段にあることが検出されたときに、前記コントローラ（２９）は、前記低速度段におけるブレーキ結合時の下限油圧を高速度段におけるブレーキ結合時の下限油圧に比べ高めに設定することにより、前記ブレーキ結合時の上限油圧から下限油圧に変化する際のレバーストロークに対する油圧変化率を小さめに設定した油圧特性を得るための操向制御信号を前記電子比例制御弁（３０Ｌ，３０Ｒ；３１Ｌ，３１Ｒ）に出力することを特徴とする装軌車両の操向制御装置。
前記各油圧特性毎に段階的に変化する複数種の特性線図が用意され、これら各特性線図のうちから所望の特性線図が選択使用される請求項１に記載の装軌車両の操向制御装置。