JP5174976B1 - 履帯式作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングブレーキに作用している負荷を正確に検出し、ステアリングブレーキを効果的に保護する。
【解決手段】この履帯式作業車両は、左右のステアリングクラッチ１２Ｌ，１２Ｒ及び左右のステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒを有するとともに、回転数検出手段と、ブレーキ油圧取得手段と、ブレーキ保護手段と、を備えている。回転数検出手段は各ステアリングブレーキの出力回転数を検出する。ブレーキ油圧取得手段は各ステアリングブレーキに供給されるブレーキ油圧を取得する。ブレーキ保護手段は、出力回転数及びブレーキ油圧を参照してステアリングブレーキの発熱率を演算し、演算された発熱率が予め設定されている第１しきい値以上になった場合はエンジンの出力を低下させてステアリングブレーキの保護処理を実行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、作業車両、特に、履帯により走行するとともに、ステアリングクラッチ及びステアリングブレーキによって操舵される履帯式作業車両に関する。

履帯式作業車両の一例であるブルドーザにおいては、エンジンの動力がトランスミッションを介して左右の駆動輪に伝達され、この駆動輪によって左右の履帯が駆動される。このようなブルドーザでは、左右の駆動輪に対応して、ステアリングクラッチ及びステアリングブレーキが設けられている。そして、左右のステアリングクラッチ及びステアリングブレーキを油圧によって制御することにより、左右の旋回が実行される（例えば、特許文献１参照）。

例えば、左に緩旋回する場合は、左側のステアリングブレーキが半係合状態にされるとともに、左側のステアリングクラッチが係合解除され、右側のステアリングクラッチが係合されるとともに、右側のステアリングブレーキが係合解除される。

このような状況では、左側のステアリングブレーキが半係合状態にされるので、左側のステアリングブレーキにおいては滑りが生じている。したがって、以上のような状況が長時間続くと、左側のステアリングブレーキの熱負荷が大きくなり、ステアリングブレーキが焼けるという問題がある。

そこで、特許文献２の車両の制御装置では、最高速度段が選択されている状態で、車両が所定の傾斜角度以上で降坂走行していると検出され、さらにエンジンの回転数が所定回転数を超えている状態で旋回操作されたときには、エンジン回転数を低下させてステアリングブレーキを保護するようにしている。

また、特許文献３の車両の制御装置では、ロックアップクラッチが係合されている状態で、車両が所定の傾斜角度以上で降坂走行していると検出されたときに、旋回操作された場合には、ロックアップクラッチを係合解除するようにしている。これにより、動力はトルクコンバータを介して伝達されるので、負荷はトルクコンバータで吸収されることになり、ステアリングブレーキの負荷が軽減されて保護される。

特公平８−１８５７３号公報 特開２０１０−１４４５９８号公報 特開２０１０−１４４８１６号公報

以上のように、従来のステアリングブレーキの保護処理では、車両の傾斜角度、速度段等の予め設定された固定の負荷条件を監視し、この固定条件を満たしたときに保護処理を行うようにしている。

しかし、ステアリングブレーキについての全ての過負荷モードを設定することは困難である。また、全ての過負荷モードについて保護処理が実行されるようにするためには、多大な工数が必要になる。さらに、特許文献３では、ステアリングブレーキの保護のためにロックアップクラッチの係合を解除するようにしており、ステアリングブレーキの熱負荷は低減されるが、燃費の悪化を招く。

本発明の課題は、ステアリングブレーキに作用している負荷を正確に検出し、ステアリングブレーキを効果的に保護することにある。

本発明の第１側面に係る履帯式作業車両は、エンジンと、左右の走行装置と、動力伝達装置と、左右のステアリングクラッチと、左右のステアリングブレーキと、回転数検出手段と、ブレーキ油圧取得手段と、ブレーキ保護手段と、を備えている。左右の走行装置は、それぞれが、履帯及び履帯を駆動するための駆動輪を有する。動力伝達装置はエンジンの動力を左右の走行装置の駆動輪に伝達する。左右のステアリングクラッチは、動力伝達装置と左右の駆動輪のそれぞれとの間に配置され、動力を伝達又は遮断する。左右のステアリングブレーキは、左右のステアリングクラッチと左右の駆動輪との間に配置され、左右の駆動輪への回転を制動する。回転数検出手段は各ステアリングブレーキの出力回転数を検出する。ブレーキ油圧取得手段は各ステアリングブレーキに供給されるブレーキ油圧を取得する。ブレーキ保護手段は、出力回転数及びブレーキ油圧を参照してステアリングブレーキの発熱率を演算し、演算された発熱率が予め設定されている第１しきい値以上になった場合はエンジンの出力を低下させてステアリングブレーキの保護処理を実行する。

ここでは、エンジンからの動力は、動力伝達装置及び左右のステアリングクラッチを介して左右の走行装置に伝達される。旋回時には、一方側のステアリングクラッチが係合されるとともにステアリングブレーキが係合解除され、他方側のステアリングクラッチが係合解除されるとともにステアリングブレーキが係合あるいは半係合状態にされる。これにより、車両は一方側に旋回する。

以上のような状況において、特に緩旋回の場合には、ステアリングブレーキが半係合状態にされるので、ステアリングブレーキには滑りが生じている。このような操作が長時間続くと、ステアリングブレーキが熱負荷により損傷するおそれがある。

そこで、ここでは、ステアリングブレーキの出力回転数及びブレーキ油圧を参照してステアリングブレーキの発熱率が演算され、演算結果と予め設定されている第１しきい値とが比較される。そして、発熱率が第１しきい値以上の場合は、ステアリングブレーキに過負荷が作用していると判断され、エンジンの出力が下げられる。

ここでは、ステアリングブレーキの出力回転数を検出してステアリングブレーキの発熱率を演算し、この演算結果に基づいて保護処理が実行される。したがって、あらゆる状況において、ステアリングブレーキに過負荷が作用していることを、高い精度で、しかも確実に検出することができ、ステアリングブレーキを効果的に保護できる。

本発明の第２側面に係る履帯式作業車両は、第１側面の作業車両において、ブレーキ保護手段は、発熱率の演算及び保護処理を所定の周期で繰り返し実行し、発熱率が第１しきい値より小さい第２しきい値以下になったときにはエンジン出力を上昇させる。

ステアリングブレーキの発熱率が低下した場合は、エンジン出力を低下させる必要はなく、旋回性能を考慮した場合、エンジン出力を増加させることが好ましい。

そこで、この第２側面の車両では、保護処理の実行によって発熱率が第２しきい値以下になった場合は、エンジンの出力を所定量増加させるようにしている。このため、エンジン出力の低下は、ステアリングブレーキの保護に必要最小限となり、保護処理が実行された際の旋回性能の低下を抑えることができる。

また、第２しきい値を第１しきい値より小さい値にしているので、制御処理のチャタリングを防止できる。

本発明の第３側面に係る履帯式作業車両は、第２側面の作業車両において、エンジンの回転数が予め許容されている最低回転数か否かを判断するエンジン回転数判定手段をさらに備えている。また、ブレーキ保護手段は、発熱率が第１しきい値以上になった場合に、エンジンの回転数が最低回転数より低い場合は、エンジンの出力を低下させることなく警告処理を実行する。

ステアリングブレーキの発熱率が第１しきい値以上になった場合にエンジン回転数を下げる等して出力を低下させることは、ステアリングブレーキの保護にとって有効な処理である。しかし、エンジン回転数を低下させすぎると、満足な車両性能が得られないことになる。そこで、エンジン回転数が車両性能から許容される最低回転数を下回るような場合は、エンジンの出力を低下させることなく、オペレータに対して警告を発する処理が実行される。

本発明の第４側面に係る履帯式作業車両は、第１から第３側面の作業車両において、動力伝達装置は、流体を介して動力を伝達するトルクコンバータを有している。

ここでは、ステアリングブレーキに過負荷が作用したときに、トルクコンバータにおいて所定の負荷を吸収できるので、ステアリングブレーキの保護が容易になる。

以上のような本発明では、ステアリングブレーキに作用している負荷を正確に検出し、ステアリングブレーキを効果的に保護することができる。また、ステアリングブレーキの発熱率が２つのしきい値の間に収まるように制御することによって、旋回性能の低下を抑えてステアリングブレーキを保護することができる。

本発明の一実施形態によるブルドーザの外観斜視図。 図１に示したブルドーザの概略構成を示す図。 ステアリングブレーキの保護処理のフローチャート。 別の実施形態によるステアリングクラッチの保護処理のフローチャート。

図１に、履帯式作業車両の一例であるブルドーザ１を示している。ブルドーザ１は、図１及び図２に示すように、それぞれスプロケット２Ｌ，２Ｒ及び履帯３Ｌ，３Ｒを有する左右の走行装置４Ｌ，４Ｒと、車両前部に設けられたブレード５と、車両後部に設けられたリッパ装置６と、を備えている。そして、このブルドーザ１は、ブレード５による土押し等の作業や、リッパ装置６による破砕、掘削等の作業が可能である。

［動力伝達系統の構成］
図２に示すように、このブルドーザ１は、エンジン１０と、エンジン１０から左右のスプロケット２Ｌ，２Ｒに動力を伝達する動力伝達装置１１と、左右のステアリングクラッチ１２Ｌ，１２Ｒと、左右のステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒと、を有している。

動力伝達装置１１では、エンジン１０からの動力は、ダンパ１５を介してトルクコンバータ１６に伝達される。トルクコンバータ１６の出力軸は、トランスミッション１７の入力軸に連結されており、トルクコンバータ１６からトランスミッション１７に動力が伝達される。トランスミッション１７から出力された動力は、第１ベベルギア１８及び第２ベベルギア１９を介して、横軸２０に伝達される。

横軸２０に伝達された動力は、左ステアリングクラッチ１２Ｌ及び左終減速装置２２Ｌを介して、左スプロケット２Ｌに伝達される。また、横軸２０に伝達された動力は、右ステアリングクラッチ１２Ｒ及び右終減速装置２２Ｒを介して、右スプロケット２Ｒに伝達される。各スプロケット２Ｌ，２Ｒには履帯３Ｌ，３Ｒが巻回されている。このため、スプロケットが回転駆動されると、履帯３Ｌ，３Ｒが駆動され、これによりブルドーザ１が走行する。

なお、トランスミッション１７には、前後進切替用のクラッチ２５や、複数の変速用クラッチ２６が設けられている。各クラッチ２５，２６は、油圧によって係合状態と係合解除状態とに切替可能な油圧クラッチである。これらの各クラッチ２５，２６への圧油の供給及び排出は、トランスミッション用コントロールバルブ２６によって制御される。

左右のステアリングクラッチ１２Ｌ，１２Ｒは、それぞれ動力伝達装置１１と左右のスプロケット２Ｌ，２Ｒとの間に配置され、油圧によって係合状態と係合解除状態とに切替可能な油圧クラッチである。これらのステアリングクラッチ１２Ｌ，１２Ｒへの圧油の供給及び排出は、ステアリングクラッチ用コントロールバルブ２７Ｌ，２７Ｒによって制御される。なお、左右のステアリングクラッチ１２Ｌ，１２Ｒは、ネガティブタイプの油圧クラッチであり、油圧が供給されていない状態で係合状態となっており、所定値以上の油圧が供給されると、係合解除状態になる。

ここでは、左ステアリングクラッチ１２Ｌが係合状態である場合には、第２ベベルギア１９からの動力が左スプロケット２Ｌに伝達される。また、右ステアリングクラッチ１２Ｒが係合状態である場合には、第２ベベルギア１９からの動力が右スプロケット２Ｒに伝達される。

左右のステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒは、それぞれ左右のステアリングクラッチ１２Ｌ，１２Ｒと左右のスプロケット２Ｌ，２Ｒとの間に配置され、油圧によって制動状態と非制動状態とに切替可能な油圧式のブレーキである。これらのステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒへの圧油の供給及び排出は、ブレーキ用コントロールバルブ２８Ｌ，２８Ｒによって制御される。なお、左右のステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒは、常時制動タイプの油圧ブレーキであり、油圧が供給されていない状態では係合状態（制動状態）となっており、所定値以上の油圧が供給されると、係合が解除された状態になる。したがって、供給されるブレーキ油圧が所定値より低い場合は、滑りが「０」である完全係合及び滑りが生じている半係合の状態を取り得る係合領域となっている。

ここでは、左ステアリングブレーキ１３Ｌを制動状態にすることによって、左ステアリングクラッチ１２Ｌの出力回転、すなわち左スプロケット２Ｌの回転を制動することができる。また、右ステアリングブレーキ１３Ｒを制動状態にすることによって、右ステアリングクラッチ１２Ｒの出力回転、すなわち右スプロケット２Ｒの回転を制動することができる。

以上のような構成によって、左ステアリングクラッチ１２Ｌが係合解除状態にされ、かつ左ステアリングブレーキ１３Ｌが制動又は半制動（半係合状態）されている状態において、右ステアリングクラッチ１２Ｒを係合状態にして右スプロケット２Ｒが回転駆動されると、ブルドーザ１は左方向に旋回する。また、逆に、右ステアリングクラッチ１２Ｒが係合解除状態にされ、かつ右ステアリングブレーキ１３Ｒが制動又は半制動（半係合状態）されている状態において、左ステアリングクラッチ１２Ｌを係合状態にして左スプロケット２Ｌが回転駆動されると、ブルドーザ１は右方向に旋回する。

［出力制御のための構成］
このブルドーザ１は制御部３０を有している。制御部３０は、トランスミッション１７の速度段の切替、各コントロールバルブ２６，２７Ｌ，２７Ｒ，２８Ｌ，２８Ｒの制御を行うとともに、左右のステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒの保護処理を実行する。

左右のステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒの保護を行うために、制御部３０は、オン・オフ判定機能と、回転数検出機能と、ブレーキ油圧取得機能と、保護機能と、を有している。

オン・オフ判定機能は、各ステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒへの油圧指令値から各ステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒが係合領域にあるか否かを判定する機能である。回転数検出機能は、各ステアリングクラッチ１２Ｌ，１２Ｒの出力部に設けられた回転数検出センサ３２Ｌ，３２Ｒによって、各ステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒの出力回転数を検出する機能である。ブレーキ油圧取得機能は、各ステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒへの油圧指令値から各ステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒに供給されている油圧を取得する機能である。保護機能は、出力回転数及びブレーキ油圧を参照して、滑りが発生しているステアリングブレーキの発熱率を演算し、演算された発熱率を予め設定されているしきい値と比較してステアリングブレーキの保護処理を実行する機能である。

なお、各ステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒへの供給油圧は、実際に油圧センサによって検出するようにしてもよい。

［保護処理］
ステアリングブレーキ１３Ｌ，１３Ｒの保護処理について、図３のフローチャートにしたがって説明する。ここでは、左ステアリングブレーキ１３Ｌの保護処理について説明するが、右ステアリングブレーキ１３Ｒの保護処理についても全く同様である。

まず、ステップＳ１では、左ステアリングブレーキ１３Ｌ（以下、単に「ステアリングブレーキ」と記す）への油圧指令値I（電流値）から、ステアリングブレーキが係合領域にあるか否かを判定する。具体的には、指令電流値Ｉがしきい値Ｘ１よりも小さいか否かを判断する。前述のように、ステアリングブレーキは、ブレーキ油圧が供給されていない状態では制動状態を維持している油圧ブレーキであり、油圧が所定値以上になると、係合が解除される。したがって、指令電流値Ｉがしきい値Ｘ１よりも小さい場合は、ステアリングブレーキは係合領域であると判定し、ステップＳ２に移行する。なお、指令電流値Ｉがしきい値Ｘ１以上の場合は、ステアリングブレーキは係合解除状態であると判定して、保護処理は実行しない。

ステップＳ２では、ステアリングブレーキの出力回転数を検出する。具体的には、ステアリングクラッチの出力部の回転数検出センサ３２Ｌの検出値Ｒoutをステアリングブレーキの出力回転数とする。そして、この出力回転数Ｒ(out)がしきい値Ｘ２より大きいか否かを判定する。しきい値Ｘ２は通常は「０rpm」に設定されるが、０rpmに近い低回転数に設定してもよい。

出力回転数Ｒ(out)がしきい値Ｘ２よりも大きい場合は、ステップＳ２からステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、下記の式（１）によって、ステアリングブレーキの熱負荷である発熱率ｑを演算する。

ｑ＝μ×Ｐ×Ｒ(out)−−−−（１）
μ：ステアリングブレーキを構成する摩擦材の摩擦係数
Ｐ：ある時刻でのブレーキ押圧力（油圧指令値及びブレーキディスク面積から算出）
次にステップＳ４では、発熱率ｑがしきい値Ｘ３以上か否かを判定する。このしきい値Ｘ３は、ステアリングブレーキを構成するプレート及びプレートに固定された摩擦部材の耐久性から予め設定されているものである。

発熱率ｑがしきい値Ｘ３以上の場合は、ステップＳ４からステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、現在のエンジン回転数Ｒ(eng)がしきい値Ｘ４より低いか否かを判定する。しきい値Ｘ４は、車両性能で許容される最低エンジン回転数であり、予め設定されている。

エンジン回転数がしきい値Ｘ４以上の場合は、エンジン回転数を現状の回転数よりさらに下げる余地があるので、ステップＳ５からステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、エンジン回転数を、一定の時間（ΔＴ）、所定回転数（ΔＲ）だけ低下させ、エンジン出力を低下させる。そして、ステップＳ１に戻り、以上の処理を繰り返し実行する。これにより、ステアリングブレーキの熱負荷が軽減される。

また、ステップＳ５において、エンジン回転数がしきい値Ｘ４以下になった場合は、これ以上エンジン回転数を下げるのは好ましくないので、ステップＳ５からステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、警告処理を実行する。具体的には、ステアリングクラッチの熱負荷を下げるために、オペレータに対して、エンジン回転数をローアイドル回転数まで落とすように操作パネル等に表示する。

［特徴］
（１）滑りが生じているステアリングブレーキの発熱率を演算し、この演算結果に基づいて保護処理が実行される。このため、従来の装置のように、種々の滑りモードを想定して保護処理を実行する場合に比較して、高い精度で確実にステアリングブレーキを保護できる。

（２）ステアリングブレーキ自体の発熱率を考慮してエンジンの出力を制御するので、不必要にエンジン出力を低下させたり、また必要なときにエンジン出力が低下されなかったり、といった不具合を防止できる。

（３）エンジン回転数を下げて出力を制御する際に、エンジン回転数が予め許容されている最低回転数か否かを判断し、エンジン回転数が最低回転数より低い場合は、エンジンの出力を低下させることなく警告処理を実行するようにしている。このため、最低限の車両性能を維持することができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）前記実施形態では、ステアリングクラッチの熱負荷が大きくなった場合、エンジン回転数を下げる処理を行うようにしたが、前記実施形態の処理に加えて、熱負荷が下がった場合にはエンジン出力を上げるようにしてもよい。この場合のフローチャートを図４に示している。

図４において、ステップＳ１〜ステップＳ７の処理は前記実施形態におけるステップＳ１〜ステップＳ７の処理と全く同様である。ここでは、ステップＳ８及びステップＳ９が追加されている。

すなわち、ステップＳ４でステアリングクラッチの発熱率ｑがしきい値Ｘ３より小さい場合は、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、発熱率ｑがしきい値Ｘ５以下か否かを判定する。しきい値Ｘ５はしきい値Ｘ３よりは小さい値が設定されている。

発熱率ｑがしきい値Ｘ５以下の場合は、熱負荷が十分に小さくなったと判断されるので、ステップＳ８からステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、エンジン回転数を、一定の時間（ΔＴ）、所定回転数（ΔＲ）だけ上昇させ、エンジン出力を増加させる。そして、ステップＳ１に戻り、以上の処理を繰り返し実行する。

ここでは、エンジン出力を、ステアリングブレーキの保護に必要最小限の範囲で低下させることができる。このため、ステアリングブレーキの保護による旋回性能の低下を最小限に抑えることができる。

（ｂ）前記実施形態では、ステアリングブレーキの発熱率ｑを演算してエンジン出力を制御するようにしたが、ステアリングブレーキが滑りを生じている間の総発熱量Ｑを求め、この総発熱量Ｑが所定のしきい値以上か否かによってエンジン出力を制御するようにしてもよい。この場合、「発熱率」を「総発熱量」と読み替えるものとする。

（ｃ）前記実施形態では、履帯式作業車両としてブルドーザを例にとって説明したが、本発明は、他の履帯式の作業車両で、ステアリングクラッチを備えた車両に対しても同様に適用することができる。

１ ブルドーザ
２Ｌ，２Ｒ スプロケット（駆動輪）
３Ｌ，３Ｒ 履帯
４Ｌ，４Ｒ 走行装置
１０ エンジン
１１ 動力伝達装置
１２Ｌ，１２Ｒ ステアリングクラッチ
１３Ｌ，１３Ｒ ステアリングブレーキ
１６ トルクコンバータ
１７ トランスミッション
３０ 制御部

Claims (4)

1. エンジンと、
   それぞれが、履帯及び前記履帯を駆動するための駆動輪を有する左右の走行装置と、
   前記エンジンの動力を前記左右の走行装置の駆動輪に伝達する動力伝達装置と、
   前記動力伝達装置と前記左右の駆動輪のそれぞれとの間に配置され、動力を伝達又は遮断する左右のステアリングクラッチと、
   前記左右のステアリングクラッチと前記左右の駆動輪との間に配置され、前記左右の駆動輪への回転を制動する左右のステアリングブレーキと、
   前記各ステアリングブレーキの出力回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記各ステアリングブレーキに供給されるブレーキ油圧を取得するブレーキ油圧取得手段と、
   前記出力回転数及び前記ブレーキ油圧を参照して前記ステアリングブレーキの発熱率を演算し、演算された発熱率が予め設定されている第１しきい値以上になった場合は前記エンジンの出力を低下させて前記ステアリングブレーキの保護処理を実行するブレーキ保護手段と、
   を備えた履帯式作業車両。
2. 前記ブレーキ保護手段は、前記発熱率の演算及び前記保護処理を所定の周期で繰り返し実行し、前記発熱率が前記第１しきい値より小さい第２しきい値以下になったときには前記エンジン出力を上昇させる、請求項１に記載の履帯式作業車両。
3. 前記エンジンの回転数が予め許容されている最低回転数か否かを判断するエンジン回転数判定手段をさらに備え、
   前記ブレーキ保護手段は、前記発熱率が前記第１しきい値以上になった場合に、前記エンジンの回転数が前記最低回転数より低い場合は、前記エンジンの出力を低下させることなく警告処理を実行する、
   請求項1又は２に記載の履帯式作業車両。
4. 前記動力伝達装置は、流体を介して動力を伝達するトルクコンバータを有している、請求項１から３のいずれかに記載の履帯式作業車両。

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