JP5204837B2 - 作業車両、作業車両の制御装置、及び作業車両の制御方法 - Google Patents

作業車両、作業車両の制御装置、及び作業車両の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、作業車両、作業車両の制御装置、及び作業車両の制御方法に関する。
例えば、作業車両としてのホイールローダでは、エンジン出力を作業用動力及び走行用動力として使用する。ホイールローダでは、作業機のバケットで土砂等の積載物をすくい上げ、バケットをブームで持ち上げて、トラックの荷台等に積み込む。積載物が満載されたバケットを速やかに上昇させることにより、作業効率を高めることができる。
そこで、従来技術では、積込み作業時に、オペレータはブレーキペダルとアクセルペダルとを同時に操作する。これにより、低速走行しつつ、油圧ポンプの回転数を上昇させて、作業機に供給される作動油の量を増加させる(特許文献1)。なお、左右の駆動輪の回転数差に応じてクラッチの係合度を制御するようにした技術も知られている。
特表2006−521238号公報 特開2001−146928号公報
従来技術では、作業機に供給する作動油量を増加させるためにアクセルペダルとブレーキペダルを同時に操作する必要があり、操作性の点で改善の余地がある。また、走行系に配分された動力を、ブレーキにより熱に変えて捨てるという無駄が生じている。作業車両の中には通常のブレーキペダルとは別に、ブレーキ機能とクラッチ操作機能を併せ持つ特殊なブレーキペダルを備えるものがある。このような特殊なブレーキペダルを備えている作業車両でも、作業機側に動力をまわす為に、クラッチ操作の際に特殊なブレーキペダルを操作するので、ブレーキによる動力のロスが生じる。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的は、作業効率を向上できるようにした作業車両、作業車両の制御装置、及び作業車両の制御方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、後の説明から明らかになるであろう。
この欄の記述において、カッコ内の符号は、添付の図面に記載の要素との対応関係を例示するものであるが、これは、単なる説明のための例示にすぎず、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。
本発明の第一の観点に従う作業車両(1)は、エンジン(101)と、作業機(51)と、走行系(103)と、前記作業機(51)を作動するシリンダ(128)を備える油圧装置系(104)と、前記エンジン(101)からの出力を前記走行系(103)と前記油圧装置系(104)とに分配する分配器(102)と、前記作業機(51)を使用した積込み作業中か否かを検出する積込み作業検出部(211)と、前記走行系(103)に含まれている、前記分配器(102)に接続されたクラッチ(110)と、積込み作業中が検出された場合に第一と第二のエンジン最大出力特性のうち第二のエンジン最大出力特性を選択する最大出力特性制御部(2203)と、積込み作業中が検出された場合に前記クラッチ(110)のクラッチ圧を低下させる作動油量制御部(212)とを備える。第一のエンジン最大出力特性は、所定のエンジン回転数範囲における最大出力トルクが前記第二のエンジン最大出力特性よりも低い特性である。
第二の観点では、前記作動油量制御部(212)が、積込み作業中が検出された場合に、前記クラッチ(110)のクラッチ圧を低下させることに加えて、以下の(A)及び/又は(B):
(A)前記シリンダ(128)に作動油を供給する第一のポンプ(120)を含んだ一以上のポンプのうちの前記第一のポンプ(120)から供給される作動油の流量を増加させる;
(B)前記第一のポンプ(120)から供給される作動油に加えて、前記一以上のポンプに含まれる第二のポンプ(121)からも前記シリンダ(118)に作動油を供給させる;
を行う。
第三の観点では、前記第一又は第二の観点において、前記積込み作業検出部(211)は、ブームレバー(126)が前記ブーム(51)を上昇させるべく操作され、前記ブーム(51)の角度が所定角度以上である場合に、積込み作業中と判断する。
第四の観点では、前記第一乃至第三の観点のいずれかにおいて、第一乃至第三の条件グループのうちの少なくとも2つの条件グループがある。各条件グループは、積込み作業中であることの少なくとも一つの条件を含む。前記第一の条件グループは、オペレータの意思の表れに関する条件のグループである。前記第二の条件グループは、前記作業機の位置に関する条件のグループである。前記第三の条件グループは、前記走行系の状態に関する条件のグループである。前記積込み作業検出部(211)は、前記第一乃至第三の条件グループのうちの少なくとも2つの条件グループから1つずつ選択された各条件が満たされている場合に、積込み作業中であると検出する。
第五の観点では、前記第四の観点において、前記作業機(51)は、車体(2)の一側に回動可能に設けられるブーム(51)である。前記シリンダ(128)は、前記ブーム(51)を回動させるためのブームシリンダ(128)である。前記第一の条件グループは、以下の(a)及び(b)の条件:
(a)ブームレバー(126)が前記ブーム(51)を上昇させるべく操作された;
(b)前記ブームシリンダ(128)の伸長速度が正の値である;
のうちの少なくとも一つを含む。
第六の観点では、前記第四又は第五の観点において、前記作業機(51)は、車体(2)の一側に回動可能に設けられるブーム(51)である。前記第二の条件グループは、以下の(c)及び(d)の条件:
(c)前記ブーム(51)の角度が所定角度以上である;
(d)前記ブーム(51)の角度が所定の最大角度未満である;
のうちの少なくとも一つを含む。
第七の観点では、前記第四乃至第六の観点のいずれかにおいて、前記第三の条件グループは、以下の(e)乃至(h)の条件:
(e)クラッチ(13)の入力回転数と出力回転数とのブレーキオフ時での比が所定値以上である、又は、ブレーキオン時である;
(f)トランスミッション(112)に設定される速度段が所定の速度段である;
(g)トランスミッション(112)に設定される走行レンジが後進から前進に切り替わった;
(h)車速が所定の速度以上である;
のうちの少なくとも一つを含む。
第七の観点では、作業車両が、エンジン(101)と、作業機(51)と、クラッチ(110)を有する走行系(103)とを備える。その作業車両の制御装置が、前記作業機(51)を使用した積込み作業中か否かを検出する積込み作業検出部(211)と、積込み作業中が検出された場合に前記第一と第二のエンジン最大出力特性のうち第二のエンジン最大出力特性を選択する最大出力特性制御部(2203)と、積込み作業中が検出された場合に前記クラッチ(110)のクラッチ圧を低下させる作動油量制御部(212)とを備える。この制御装置は、作業車両に取り付けられている装置であっても良いし、作業車両と通信可能に遠隔に存在する装置(例えばサーバマシン)であっても良い。
第八の観点では、作業車両が、エンジン(101)と、作業機(51)と、クラッチ(110)を有する走行系(103)とを備える。この作業車両の制御方法は、前記作業機(51)を使用した積込み作業中か否かを検出するステップと、積込み作業中が検出された場合に前記第一と第二のエンジン最大出力特性のうち第二のエンジン最大出力特性を選択するステップと、積込み作業中が検出された場合に前記クラッチ(110)のクラッチ圧を低下させるステップとを有する。
上述した第一乃至第八の観点のうちの少なくとも一つにおける作業車両は、例えば、以下の構成であっても良い。すなわち、クラッチ(110)が、分配器(102)を介してエンジン(101)に接続される。走行系(103)が、例えば、クラッチ(110)の他に、クラッチ(110)から出力される駆動力を指定される速度段に応じて駆動輪に伝達するトランスミッション(112)を有する。油圧装置系(103)は、例えば、分配器(102)を介して駆動される1以上のポンプと、車体(2)の一側に回動可能に設けられるブーム(51)と、このブーム(51)の一側に回動可能に設けられるバケット(52)と、ブーム(51)を回動させるためのブームシリンダ(128)と、バケット(52)を回動させるためのバケットシリンダ(129)と、ブームレバー(126)及びバケットレバー(125)の操作量に応じて、ブームシリンダ(128)及びバケットシリンダ(129)に前記ポンプのうちの第1ポンプ(120)から吐出される作動油を供給する第1制御弁(123)と、この第1制御弁(123)を介してブームシリンダ(128)に作動油を供給可能な前記ポンプのうちの第2ポンプ(121)とを備える。
前述した積込み作業検出部(211)、最大出力特性制御部(2203)及び作動油量制御部(212)のうちの少なくとも一つは、手段であっても良く、ハードウェア、コンピュータプログラム又はそれらの組み合わせ(例えば一部をコンピュータプログラムにより実現し残りをハードウェアで実現すること)により構築することができる。コンピュータプログラムは、所定のプロセッサに読み込まれて実行される。また、コンピュータプログラムがプロセッサに読み込まれて行われる情報処理の際、適宜に、メモリ等のハードウェア資源上に存在する記憶域が使用されてもよい。また、コンピュータプログラムは、CD−ROM等の記録媒体から計算機にインストールされてもよいし、通信ネットワークを介して計算機にダウンロードされてもよい。
本発明によれば、積込み作業の状態を自動的に検出して、エンジン出力を自動的に高出力に変えられるため、通常走行のときよりも大きい出力トルクを油圧装置系(104)に提供することができる。これにより、積込み作業時の作業効率を高めることができる。
本発明の第1実施例に係る作業車両の全体構成を示す説明図である。 ホイールローダの側面図である。 コントローラの機能を模式的に示す説明図である。 Pモード最大出力特性とEモード最大出力特性とをそれぞれ表す線図である。 積込み作業時の様子を示す説明図である。 ホイールローダの作業工程を示す説明図である。 積込み作業時のブームの姿勢を定義するための説明図である。 積込み作業検出処理のフローチャートである。 本発明の第2実施例に係るコントローラの機能を模式的に示す説明図である。 クラッチ指令圧を設定するためのテーブルである。 ポンプの吐出量を設定するためのテーブルである。 作業機に供給する作動油量を増加させる処理のフローチャートである。 本発明の第3実施例に係る積込み作業検出処理のフローチャートである。 本発明の第4実施例に係る積込み作業検出処理のフローチャートである。 本発明の第5実施例に係る積込み作業検出処理のフローチャートである。 本発明の第6実施例に係る積込み作業検出処理のフローチャートである。 本発明の第7実施例に係る積込み作業検出処理のフローチャートである。 本発明の第8実施例に係る積込み作業検出処理のフローチャートである。 本発明の第9実施例に係る積込み作業検出処理のフローチャートである。 本発明の第10実施例に係る積込み作業検出処理のフローチャートである。
符号の説明
1:ホイールローダ、5:作業機、11:掘削対象
以下、図を参照しながら、本発明の幾つかの実施例を詳細に説明する。
以下、本発明の実施例を、作業車両としてのホイールローダに適用した場合を例に挙げて説明する。但し、本実施例は、ホイールローダ以外の他の作業車両にも適用することができる。
図1は、ホイールローダの全体構成を模式的に示す説明図である。ホイールローダは、機械構造100と制御構造(以下、コントローラと呼ぶ)200とに大別される。先に機械構造100について説明し、次にコントローラ200について説明する。
機械構造100は、例えば、エンジン101と、エンジン101の出力を走行系103及び油圧装置系104に分配する出力分配器(PTO:Power Take Off)102と、ホイールローダ1を走行させるための走行系103と、主に作業機5を駆動するための油圧装置系104とを備えている。
ここで、図2を参照する。図2は、ホイールローダ1の側面図である。ホイールローダ1は、車体2と、車体2の前後に設けられる左右一対のタイヤ3と、車体2の後方に設けられる機械室4と、車体2の前方に設けられる作業機5と、車体2の中央部に設けられる運転室6とを備えている。
車体2は、後部車体21と、前部車体22と、後部車体21と前部車体22とを連結する連結部23とを備える。後部車体21と前部車体22との間には、左右一対のステアリングシリンダ130が設けられている。オペレータが、運転室6内のステアリングレバー127(図1参照)を操作すると、この操作に応じて、一方のステアリングシリンダ130のシリンダロッドが伸長し、他方のステアリングシリンダ130のシリンダロッドが縮小する。これにより、ホイールローダ1は、進路を変えることができる。
機械室4は、エンジン101や各ポンプ120等を収容する。作業機5は、前部車体22から前方に延びるようにして回動可能に設けられるブーム51と、このブーム51の先端に回動可能に設けられるバケット52とを備える。ホイールローダ1は、ブーム51を上下方向に回動させるためのブームシリンダ128と、バケット52を回動させるためのバケットシリンダ129とを備えている。
図1に戻る。走行系103は、例えば、モジュレーションクラッチ(以下、「クラッチ」とも呼ぶ)110と、トルクコンバータ111と、トランスミッション112と、アクスル113とを備えている。クラッチ110は、接続、切り離しだけでなく、滑らせることも考慮されたクラッチである。クラッチ110の接続や切離し等は、例えば、油圧によって制御される。具体的には、例えば、コントローラ200から指定された油圧で、クラッチ110が制御される。以下、クラッチ110に対する圧力(油圧)を、「クラッチ圧」と言う。説明の便宜上、図中では、クラッチを「Mod/C」、トルクコンバータを「T/C」、トランスミッションを「T/M」とそれぞれ略記する。エンジン101から出力された動力(回転トルク)は、クラッチ110、トルクコンバータ111、トランスミッション112及びアクスル113を介して、タイヤ3に伝達される。
油圧装置系104は、例えば、ローダポンプ120と、スイッチポンプ121と、ステアリングポンプ122と、メインバルブ123と、ロードセンシング(ステアリング)バルブ(図中、CLSS:Closed Center Load Sensing System)124と、バケットレバー125と、ブームレバー126と、ステアリングレバー127と、ブームシリンダ128と、バケットシリンダ129と、ステアリングシリンダ130と、補機用ポンプ131と、補機132とを備える。
ここで、ローダポンプ120は「第1ポンプ」に、スイッチポンプ121は「第2ポンプ」に、メインバルブ123は「第1制御弁」に、それぞれ対応する。なお、ロードセンシングバルブ124は、「第2制御弁」と呼ぶこともできる。
ローダポンプ120は、ブームシリンダ128及びバケットシリンダ129に作動油を供給するためのポンプである。ステアリングポンプ122は、ステアリングシリンダ130に作動油を供給するためのポンプである。スイッチポンプ121は、ステアリングシリンダ130、または、ブームシリンダ128及びバケットシリンダ129のいずれかに、作動油を供給するためのポンプである。各ポンプ120,121,122は、例えば、それぞれ斜板型油圧ポンプとして構成され、それぞれの斜板の角度は、コントローラ200からの制御信号により制御される。
ロードセンシングバルブ124は、負荷に応じて、スイッチポンプ121から吐出される作動油の供給先及び供給量を機械的に制御する。ロードセンシングバルブ124は、ステアリングバルブと呼ぶこともできる。通常の走行時には、スイッチポンプ121から吐出される作動油は、ロードセンシングバルブ124を介して、ステアリングシリンダ130に供給される。即ち、走行時において、スイッチポンプ121は、ステアリングポンプ122を支援し、ステアリングシリンダ130の作動のために働く。なお、本実施例では、ロードセンシングバルブ(あるいはステアリングバルブ)124の一例として、CLSSバルブを採用しているが、本発明はCLSSバルブ以外の他のバルブを用いた構成にも適用することができる。
これに対し、作業時には、スイッチポンプ121から吐出される作動油は、ロードセンシングバルブ124及びメインバルブ123を介して、ブームシリンダ128に供給されるようになっている。即ち、積込み作業時において、スイッチポンプ121は、ローダポンプ120を支援し、ブームシリンダ128を作動させるために働く。
バケットレバー125は、バケット52を操作するための装置である。ブームレバー126は、ブーム51を操作するための装置である。ステアリングレバー127は、ステアリングシリンダ130を操作するための装置である。各レバー125,126,127は、例えば、オペレータにより操作される操作部と、操作部の操作量に応じてパイロット圧を制御するパイロット圧制御弁とを備えて構成される。メインバルブ123は、バケットレバー125またはブームレバー126から入力されるパイロット圧に応じて、ローダポンプ120(または、ローダポンプ120及びスイッチポンプ121の両方)から吐出される作動油を、ブームシリンダ128やバケットシリンダ129に供給する。
補機132とは、例えば、油圧モータで駆動する冷却ファン等のような装置である。補機用ポンプ131は、補機132に作動油を供給するためのポンプである。
機械構造100内の所定位置には、各種センサ140が設けられている。各種センサ140は、後述するセンサ141〜149(図3参照)の総称である。各種センサ140により検出された各種状態は、電気信号としてコントローラ200に入力される。
コントローラ200は、例えば、演算部(例えばCPU(Central Processing Unit))210と、記憶部(例えばメモリ)220と、入出力インターフェース部230とを備えた電子回路として構成される。演算部210は、記憶部220からプログラム221を読み込み実行することで、積込み作業検出部211と、出力制御部1212とを備えた装置となることができる。
積込み作業検出部211は、後述するように積込み作業中であるか否かを検出する機能である。出力制御部1212は、エンジン101、及び/又は、エンジン出力の伝達系の状態(ホイールローダ1内の負荷装置へエンジン出力を伝える伝達系の状態)を制御する機能である。
記憶部220は、例えば、プログラム221と、パラメータ222及びテーブル223を記憶する記憶装置である。演算部210は、前述したように、記憶部220からプログラム221を読み込むことにより、積込み作業中であるか否かを検出したり、エンジン101、及び/又は、エンジン出力の伝達系の状態(ホイールローダ1内の負荷装置へエンジン出力を伝える伝達系の状態)を制御したりする。パラメータ222とは、積込み作業検出部211や出力制御部1212によって使用される閾値や設定値である。テーブル223とは、積込み作業検出部211や出力制御部1212によって使用されるテーブルである。
入出力インターフェース部230は、各種センサ140、クラッチ110、トランスミッション112、各ポンプ120〜122,131等の間で電気信号を送受するための回路である。演算部210は、入出力インターフェース部230を介して、各種センサ140からの信号を受領する。また、演算部210は、入出力インターフェース部230を介して、クラッチ110や各ポンプ120〜122,131に制御信号を出力する。なお、上述したコントローラ200の構成は、本発明の理解及び実施に必要な程度で構造を簡素化して示しており、本発明は、上述の構成に限定されない。
図3は、コントローラ200の機能に着目した説明図である。コントローラ200には、各種センサ140を構成する、センサ141〜149が接続される。走行レンジセンサ141は、トランスミッション112に設定される走行レンジが、前進(F)、ニュートラル(N)、後進(R)のいずれであるかを検出する。走行レンジセンサ141によって、トランスミッション112に設定される速度段を検出することもできる。走行レンジセンサ141は、センサとして構成される必要はない。コントローラ200内のトランスミッション制御回路からトランスミッション112に向けて出力される信号を利用すれば、走行レンジや速度段を知ることができる。
ブームレバー操作量センサ142は、ブームレバー126の操作方向及び操作量を検出する。ブーム角度センサ143は、ブーム51の角度を検出する。エンジン回転数センサ144は、エンジン101の回転数を検出する。クラッチ出力回転数センサ145は、クラッチ110から出力される回転数(クラッチ110の出力軸回転数)を検出する。トランスミッション出力回転数センサ146は、トランスミッション112から出力される回転数(トランスミッション112の出力軸回転数)を検出する。ブレーキペダル操作量センサ147は、運転室6内のブレーキ(例えばブレーキペダル)の操作量を検出する。アクセル操作量センサ148は、運転室6内のアクセル(例えばアクセルペダル)の操作量(以下、「アクセル開度」とも言う)を検出する。「車速検出部」の一例としての車速計149は、作業車両1の車体速度を検出する。
コントローラ200内の積込み作業検出部211は、各センサ141〜149からの信号を適宜利用することにより、積込み作業中であるか否かを判定する。
出力制御部1212が、最大出力特性制御部2203を有する(具体的には、例えば、プログラム221に、最大出力特性制御プログラムが含まれる)。最大出力特性制御部2203は、積込み作業検出部211で積込み作業中が検出されている場合、Pモード最大出力特性とEモード最大出力特性とのうちPモード最大出力特性を選択する。
出力制御部1212は、選択した制御モード(Pモード又はEモード)に対応した最大出力特性(Pモード最大出力特性又はEモード最大出力特性)にエンジン101の最大出力特性が一致するような制御を実行する。具体的には、例えば、出力制御部1212は、検出されたエンジン回転数におけるエンジン出力トルクを、選択した最大出力特性におけるそのエンジン回転数での最大出力トルクを超えないよう、燃料噴射量を制御する。
図4は、Pモード最大出力特性とEモード最大出力特性とをそれぞれ表す線図である。最大出力特性は、各エンジン回転数での各エンジン最大出力トルクで定義されるエンジン性能である。
Pモード最大出力特性は、図4において実線で示されており、Pモードおいて出力可能な各エンジン回転数での各エンジン最大出力トルクで定義される。なお、「Pモード」とは、パワーモードのことであり、燃費よりもパワーを優先した制御モードである。
Eモード最大出力特性は、図4において実線と点線の組合せで示されており、Eモードにおいて出力可能な各エンジン回転数での各エンジン最大出力トルクで定義される。図4から分かるように、Eモード最大出力特性は、所定のエンジン回転数範囲(例えば図4に記載のR1からR2の範囲)における最大出力トルクが、Pモード最大出力特性よりも低い。また、Eモード最大出力特性によれば、Eモードにおいて出力可能な最大エンジン回転数は、Pモードにおいて出力可能な最大エンジン回転数よりも低い。なお、「Eモード」とは、エコノミーモードのことであり、パワーよりも燃費を優先した制御モードである。
この例では、選択可能な最大出力特性は、Pモード最大出力特性とEモード最大出力特性の2つであるが、3つ以上であっても良い。また、一つの最大出力特性が多段階又は無段階に変わることにより、複数の最大出力特性が得られても良い。また、最大出力特性は、図4に例示したような折れ線に限らず、全部又は一部が曲線であっても良い。
図5は、積込み作業の様子を示す説明図である。オペレータは、ブーム51をダンプトラック10の荷台の上方まで持ち上げて、バケット52をダンプ方向に回動させることにより、バケット52内の積載物をダンプトラック10の荷台に落下させる。
図6は、ホイールローダ1の作業の流れを模式的に示す説明図である。ホイールローダ1は、土砂等の掘削対象11を掘削して、ダンプトラック10のような運搬部に積み込むという定形化された作業を繰り返す。
第1作業工程P1では、オペレータは、バケット52を地面に近い位置まで下げた状態で、ホイールローダ1を掘削対象11に向けて走行させる。オペレータは、バケット52を掘削対象11に突入させた後、バケット52をチルト方向に回動させて、バケット52に積載物を収容する。
第2作業工程P2では、オペレータは、積載物を収容したバケット52を地面から所定量だけ持ち上げて、ホイールローダ1を走行姿勢にし、後進する。
第3作業工程P3では、オペレータは、ブーム51を上昇させながら、ダンプトラック10に接近し、図5に示すように、バケット52内の積載物をダンプトラック10の荷台に投下する。つまり、この第3作業工程P3で、積込み作業が行われる。本実施例のような積込み作業は、ブーム51を上昇させながらダンプトラック10に接近することが行われることから、「ダンプアプローチ」と呼ぶこともできる。
第4作業工程P4では、オペレータは、ブーム51を下降させつつホイールローダ1を後進させる。その後、再び第1作業工程P1に移行する。
図7は、積込み作業が開始された初期状態におけるブーム51の角度を模式的に示す説明図である。ブーム51の回動支点を通り、地面(水平面)Hに対して平行となる場合を基準線A1−A1とし、ブーム51の回動支点とバケット52の回動支点とを結ぶ線をA2−A2とする。A1−A1とA2−A2のなす角をブーム角度θbとする。ブーム51が基準線A1−A1よりも下側にθ1だけ回動した状態を、マイナス、上側に回動した状態をプラスとして、この実施例では、積込み開始の初期状態として検出する。θ1の値は、例えば、−10度である。しかし、この値は一例であって、本発明を限定するものではない。
ブーム51の回動支点とバケット52の回動支点とを結ぶ線A2−A2が、基準線A1−A1からθ1だけ反時計回りに回動した位置よりも上側に位置する場合に、積込み作業の開始であると判定することができる。このようにして、本実施例では、走行時におけるブーム51の角度以上の、ブーム51の上昇を検出する。
なお、図7に示す定義は一例であって、本発明はこれに限定されない。例えば、後述するように、SAE(Society of Automotive Engineers)規格で定義されている「Carry Position」を用いることもできる。
図8は、積込み作業中であるか否かを検出するための処理を示すフローチャートである。以下の各フローチャートは、本発明の理解及び実施に必要な程度で処理の概要を示す。積込み作業検出部211は、以下の各条件が全て満たされた場合に、積込み作業(図6中の工程P3)が開始されたと判定する。
第1条件として、積込み作業検出部211は、ブームレバー126が上昇方向に操作されたか否かを判定する(S10)。上昇方向の操作とは、ブーム51を上昇させるための操作を意味する。積込み作業では、ブーム51を持ち上げる必要があるため、ブームレバー126が上昇方向に操作されたか否かが判定される。
第2条件として、積込み作業検出部211は、ブーム角度θbが予め設定される所定角度θ1よりも大きいか否かを判定する(S11)。θ1は、例えば、−10度に設定される。積込み作業では、ブーム51を上昇させながらダンプトラック10に近づいていくため、ブーム51の角度θbが走行開始時の角度よりも大きくなったか否かを判定する。
第3条件として、積込み作業検出部211は、ブーム角度θbが予め設定される上限角度θmaxよりも小さいか否かを判定する(S12)。ブーム51が既に上限まで上昇している場合、今以上の作動油を必要としないため、ブーム角度θbが上限値θmaxよりも小さいことを確認する。
第4条件として、積込み作業検出部211は、ブレーキオフ時の速度比がR1よりも大きいか、または、ブレーキがオン状態であるかの、いずれかの場合であるかを判定する(S13)。ブレーキオフ時とは、ブレーキペダルが操作されていない場合を意味する。速度比とは、トルクコンバータ111の出力回転数をトルクコンバータ111の入力回転数で除算した値である。クラッチ110の入力回転数とクラッチ110の出力回転数との比であってもよい。ブレーキがオン状態とは、ブレーキペダルが操作されてブレーキが効いている状態である。
ブレーキオフ時の速度比がR1(R1は、一例として0.3に設定される)よりも小さい場合(速度比<R1)は、ホイールローダ1が加速中の場合、または、図6に示す掘削作業中(工程P1)の場合のいずれかである。この場合、作業機に分配する油量は少なくて良い。
積込み作業検出部211は、上記4条件が全て満たされた場合に、積込み作業中であると判定する(S14)。
積込み作業中であると判定された場合、前述したように、最大出力特性制御部2203が、Pモード最大出力特性とEモード最大出力特性とのうちPモード最大出力特性を選択する。
以上、この第1実施例によれば、ブームレバー操作量やブーム角度等の所定のパラメータの変化に基づいて、積込み作業の状態を自動的に検出することができる。
また、この第1実施例によれば、積込み作業中であることを積極的に検出するための条件(S10,S11)と、誤検出を防止するための条件(S12,S13)との全てを満たした場合に、積込み作業の開始であると判定する。従って、より高い信頼性で積込み作業の開始を判定することができる。
また、この第1実施例によれば、積込み作業中が検出されている場合に、Pモード最大出力特性とEモード最大出力特性のうち、Pモード最大出力特性が選択される。このため、積込み作業中に、通常走行(例えば、図6を参照して説明した第2作業工程P2)のときよりも大きい出力トルクを油圧装置系104に提供することができる。
以下、第1実施例との相違点を主に説明し、第1実施例との共通点については説明を省略或いは簡略する。
本発明の第2実施例では、積込み作業中が検出されている場合、Pモード最大出力特性の選択に代えて又は加えて、油量増加制御が行われる。以下、積込み作業中が検出されている場合にPモード最大出力特性選択と油量増加制御択の両方が行われる場合を例に採り、本実施例について詳述する。
図9は、本発明の第2実施例におけるコントローラ1200の機能に着目した説明図である。
出力制御部2212は、ブームシリンダ128に供給する作動油の量を増加させる油量増加出力制御部212を有する。油量増加出力制御部212は、積込み作業中であることが検出されると、ローダポンプ120の斜板の角度を大きくすることにより、及び/又は、クラッチ110のクラッチ圧を低下させることにより、ブームシリンダ128に供給される作動油の量を増加させる。
油量増加出力制御部212は、例えば、斜板角度制御部212Aと、クラッチ圧制御部212Bとを備える。斜板角度制御部212Aは、斜板の角度を制御するための制御信号を出力する。クラッチ圧制御部212Bは、クラッチ110のクラッチ圧を制御するための制御信号を出力する。以下、ローダポンプ120の斜板の角度を制御するための制御信号を、「斜板角度制御信号」と言い、クラッチ圧を制御するための制御信号を、「クラッチ圧制御信号」と言い、クラッチ圧制御信号で指定されているクラッチ圧を、「クラッチ指令圧」と言う。
積込み作業時に、斜板角度制御部212Aは、ローダポンプ120から吐出される作動油の流量を増加させるべく、より大きな斜板角度を指定した斜板角度制御信号を出力する。斜板角度制御部212Aとは異なる他の斜板角度制御部から他の斜板角度制御信号が出力されている場合、斜板角度制御部212Aからの斜板角度制御信号と上記他の斜板角度制御信号のうち、いずれか大きい方の斜板角度を表す斜板角度制御信号が選択されてローダポンプ120に入力される。
一方、積込み作業時に、クラッチ圧制御部212Bは、エンジン101の出力を作業機5側に多く配分させるべく、クラッチ圧を低下させるクラッチ圧制御信号を出力する。クラッチ圧制御部212Bとは異なる他のクラッチ圧制御部から他のクラッチ圧制御信号が出力されている場合、クラッチ圧制御部212Bからのクラッチ圧制御信号と上記他のクラッチ圧制御信号とのうち、いずれか小さい方のクラッチ圧を指定した制御信号が選択されてクラッチ110に入力される。例えば、特殊なブレーキ(このような特殊ブレーキは、左ブレーキとも呼ばれる。)を搭載する作業車両の場合、特殊なブレーキによるクラッチ指令圧が、上記他のクラッチ圧制御信号の1つに該当する。
図10は、クラッチ指令圧を制御するために使用されるテーブルT1を示す。図10及び図11に示すテーブルT1,T2は、図1に示したテーブル223の一例である。図10中の横軸はブームレバー126の操作量(%)を示し、図10中の縦軸はクラッチ指令圧(kg/cm^2)を示す。ブームレバー操作量は、ブーム51を上昇させる場合のレバー操作量である。図中の太い実線はアクセルペダルの操作量が0%の場合を示し、図中の一点鎖線はアクセルペダルの操作量が100%の場合を示す。アクセルペダルの操作量が0%よりも多く、100%よりも少ない範囲内では、実線で示す0%の特性と一点鎖線で示す100%の特性から補間して求められる値を使用する。
ブームレバー操作量が0〜50%の範囲では、クラッチ指令圧を高くして、エンジン101の出力を走行系により多く分配する。ブームレバー操作量が50%を超えた場合、ブームレバー操作量に応じてクラッチ指令圧を低下させる。アクセルペダルの操作量が多くなるほど、クラッチ指令圧が低下する割合が大きくなるように設定されている。即ち、本実施例では、アクセルペダルの操作量が大きくなるほど、クラッチ110を滑らせて、エンジン101の出力を作業機5側により多く配分させる。左ブレーキでのクラッチ操作時は、左ブレーキによるクラッチ圧指令値とテーブルT1から求められる指令値とを比較し、いずれか低い方の指令値を採用する。
図11は、ローダポンプ120の斜板の角度を制御するために使用されるテーブルT2を示す。図11中の横軸はブームレバー操作量(%)を、図11中の縦軸は目標流量(%)を、それぞれ示す。ブームレバー操作量は、ブーム51を上昇させる場合の操作量である。目標流量は、最大流量に対する割合で示されている。ブームレバー操作量が大きくなるほど、ローダポンプ120に要求される流量が大きくなるように設定されている。
図12は、作動油量を増加させるための処理を示すフローチャートである。積込み作業検出部211が積込み作業中であると判定すると(S20:YES)、油量増加出力制御部212が、以下に述べる複数の油量増加処理を実行する。
第1の油量増加処理では、油量増加出力制御部212のクラッチ圧制御部212Bは、図10に示すテーブルT1を用い、ブームレバー操作量及びアクセルペダル操作量に応じて、クラッチ指令圧を決定する(S21)。ここで決定されるクラッチ指令圧は、現在のクラッチ圧よりも低い値である。クラッチ圧制御部212Bは、クラッチ110に、決定したクラッチ指令圧を指定したクラッチ圧制御信号を出力する(S21)。クラッチ指令圧を低下させることにより、油圧装置系へ分配されるエンジン動力が増加する。それにより、ブームシリンダ128に供給される油量を増加させることができる。
第2の油量増加処理では、油量増加出力制御部212の斜板角度制御部212Aは、図11に示すテーブルT2を用いて、ブームレバー操作量に応じた目標流量を検出し、検出された目標流量を実現するための斜板角度を設定し、ローダポンプ120に斜板角度制御信号を出力する(S22)。これにより、ブームシリンダ128に供給される油量を増加させることができる。
第3の油量増加処理では、斜板角度制御部212Aは、スイッチポンプ121からの吐出量が増大するように、斜板角度を設定し、スイッチポンプ121に制御信号を出力する(S23)。斜板角度制御部212Aは、例えば、「スイッチポンプ121の斜板角度(%)=ロードセンシングバルブ124により決定される斜板角度(%)+ブームレバー操作量に応じた加算分(%)」という算出式に基づいて、スイッチポンプ121の斜板角度を設定できる。
ロードセンシングバルブによる斜板角度とは、ステアリングシリンダ130の操作のために必要と判断された流量に対応する斜板角度である。ブームレバー操作量に応じた加算分とは、ローダポンプ120を支援するために必要と判断された流量に対応する斜板角度である。上述の算出式の右辺の合計が100%を超えた場合、スイッチポンプ121の斜板角度は100%に制限される。
第4の油量増加処理では、斜板角度制御部212Aは、補機用ポンプ131から吐出される作動油の流量が低下するように、補機用ポンプ131の斜板角度を設定し、補機用ポンプ131に制御信号を出力する(S24)。もしも、補機用ポンプ131がポンプ用クラッチを介して出力分配器102に接続されている場合、斜板角度制御部212Aは、斜板角度の制御に代えて、ポンプ用クラッチの係合を解除させることができる。これにより補機用ポンプ131に分配されていた出力がローダポンプ120に分配される。
このように、第1〜第4の油量増加処理を実施することにより、積込み作業中に、ブームシリンダ128により多量の作動油を供給することができ、ブーム51の上昇速度を高めることができる。
本実施例では、第1〜第4の油量増加処理をそれぞれ実行する場合を述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、油量増加出力制御部212は、第1の油量増加処理(S21)または第2の油量増加処理(S22)のいずれかのみを実行する構成でもよい。コントローラ200は、第1、第2、第3の油量増加処理(S21,S22,S23)を実行してもよいし、第1と第2の油量増加処理(S21,S22)だけを実行してもよいし、第1と第3の油量増加処理(S21,S23)あるいは第2と第3の油量増加処理(S22,S23)だけを実行してもよい。
以上、第2実施例によれば、積込み作業時に、ブームシリンダ128に供給する作動油の流量が増加される。従って、ブーム51の上昇速度を高めて、積込み作業に要する時間を短縮することができ、作業効率を改善することができる。また、積込み作業の開始時に自動的にブームシリンダ128への作動油の流量を増加させるため、オペレータは、ブレーキペダルを操作する等のような余計な操作を行う必要がなく、積込み作業時の操作性が向上する。
また、この第2実施例では、積込み作業中であることが検出されると、第1〜第4の油量増加処理(S21〜S24)を実行する。従って、より多くの作動油をブームシリンダ128に供給して、ブーム51を速やかに上昇させることができる。
以下、積込み作業を検出する処理の変形例を説明する。すなわち積込み作業検出部211の変形例である。第3実施例乃至第10実施例は、第1実施例、第2実施例の変形例に該当する。
図13に示すように、第3実施例では、積込み作業検出部211は、ブームレバー126が上昇方向に操作されたか否か(S10)と、ブーム角度θbが所定値θ1よりも大きいか否か(S11)をそれぞれ判定し、両方の条件が成立した場合に積込み作業中であると判定する(S14)。
このように構成される本実施例も前記第1実施例、第2実施例と同様の効果を奏する。本実施例では、積込み作業を検出する処理が第1実施例、第2実施例よりも簡略化されているため、第1実施例、第2実施例に比べて制御プログラムを簡素化することができる。
図14に示すように、第4実施例では、積込み作業検出部211は、第1実施例で述べた第1条件(S10)及び第4条件(S13)をそれぞれ判定し、両条件が成立した場合に、積込み作業中であると判定する(S14)。このように構成される本実施例も前記第3実施例と同様の効果を奏する。
図15に示すように、第5実施例では、積込み作業検出部211は、ブーム角度θbが所定値θ1よりも大きいか否か(S11)と、速度段が前進2速に設定されているか否か(S15)をそれぞれ判定し、両方の条件が成立した場合に積込み作業中であると判定する(S14)。積込み作業時には、バケット52に積載物を収容した状態でダンプトラック10に近づくため、トランスミッション112は前進2速に設定されることが多い。
しかし、本発明は前進2速に限定されない。即ち、S15では、予め設定されている所定の速度段であるか否かを判定する。本実施例では、所定の速度段の一例として、2速を挙げる。このように構成される本実施例も前記第3実施例と同様の効果を奏する。
図16に示すように、第6実施例では、積込み作業検出部211は、ブーム角度θbが所定値θ1よりも大きいか否か(S11)と、走行レンジが後進から前進に切り替わったか否か(S16)を判定し、両方の条件が成立した場合に積込み作業中であると判定する(S14)。
図6に示すように、作業工程P2から作業工程P3に移行する場合は、後進から前進に走行レンジが切り替わるため、走行レンジの変化を積込み作業開始を検出するための情報の一つとして利用することができる。このように構成される本実施例も前記第3実施例と同様の効果を奏する。
図17に示すように、第7実施例では、積込み作業検出部211は、ブーム角度θbが所定値θ1よりも大きいか否か(S11)と、ブーム51の角速度が0よりも大きいか否か(S17)をそれぞれ判定し、両方の条件が成立した場合に積込み作業中であると判定する(S14)。
積込み作業時には、ダンプトラック10に向けて走行しながら、同時にブーム51を持ち上げていく。ブーム51は、ブームシリンダ128のシリンダロッドが伸長することにより、上方に回動する。ブームシリンダ128のシリンダロッドの伸長に応じて、ブームシリンダ128は、その基端側の回動支点を中心に時計回りに回動する。従って、ブーム角度センサ143からの検出信号に基づいて、ブーム51の角速度を求めることにより、ブーム51が上昇中であるか否かを判別できる。
このように構成される本実施例も前記第3実施例と同様の効果を奏する。なお、ブーム51の角速度は、ブームシリンダ128の角速度として検出することもできる。また、角速度に代えて、ブームシリンダ128のシリンダロッドの伸長速度が0以上であるか否かを判定する構成でもよい。シリンダロッドの伸長速度は、ブームシリンダ128の角速度から算出してもよいし、シリンダロッドの変位量を直接検出するリニアセンサを用いてシリンダロッドの伸長速度を算出してもよい。
図18に示すように、第8実施例では、積込み作業検出部211は、走行レンジが後進から前進に切り替わったか否か(S16)と、ブーム51の角速度が0以上であるか否か(S17)とをそれぞれ判定し、両方の条件が成立した場合に、積込み作業中であると判定する(S14)。このように構成される本実施例も前記第3実施例と同様の効果を奏する。
図19に示すように、第9実施例では、図8中のS11に代えて、積込み作業検出部211は、ブーム角度θbが、「Carry Position」になったか否かを判定する(S11A)。「Carry Position」はSAE規格やISO規格でも定義されているため、S11Aは、「SAEまたはISO規格に定める「Carry Position」になったか否かを判定する」と言い換えてもよい。このように構成される本実施例も前記第3実施例と同様の効果を奏する。
図20に示すように、第10実施例では、図15中のS15に代えて、積込み作業検出部211は、車速Vが、予め設定されている所定速度V1を上回っているか否かを判定する(S18)。ブーム角度θbがθ1を上回り(S11:YES)、かつ、車速VがV1を上回っている場合は、積込み作業中であると判定することができる。
以上、本発明の幾つかの実施例を説明したが、これらの実施例は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
例えば、実施例では、積込み作業中であることを検出するための情報として、ブームレバーが上昇方向に操作されたか、ブーム角度が所定値以上か、ブーム角度が「Carry Position」になったか、ブーム角度が上限角度未満であるか、ブレーキオフ時の速度比が所定値以上であるか、所定の速度段か、走行レンジが後進から前進に切り替わったか、ブームの角速度(ブームシリンダ角速度)が所定値以上か、を例示的に列挙した。そして、実施例では、例示列挙された情報(パラメータ)を好適に結合させる例を複数説明した。本発明は、実施例として明示された結合に限られず、他の結合も本発明の範囲に含まれる。
また、例えば、上述した複数の実施例のうちの二以上の実施例が組み合わされても良い。

Claims (3)

  1. エンジン(101)と、
    車体(2)の一側に回動可能に設けられるブーム(51)と、
    トランスミッション(112)を含む走行系(103)と、
    前記ブーム(51)を回動させるためのブームシリンダ(128)を備える油圧装置系(104)と、
    前記エンジン(101)からの出力を前記走行系(103)と前記油圧装置系(104)とに分配する分配器(102)と、
    前記ブーム(51)を使用した積込み作業中か否かを検出する積込み作業検出部(211)と
    を備え、
    前記走行系(103)は、前記分配器(102)に接続され、前記エンジン(101)の出力軸と前記トランスミッション(112)の入力軸とを、接続、切り離し及び滑らせることができるモジュレーションクラッチ(110)を含み、
    積込み作業中であることの第一及び第二の条件があり、
    前記第一の条件は、積込み作業中であるか否かを判断するために使用される条件であって、オペレータの意思の表れに関する条件であり、
    前記第の条件は、積込み作業中であることの誤検出を防止するための誤検出防止条件であって、前記走行系の状態に関する条件であり、
    前記積込み作業検出部(211)は、前記第一及び第二の条件が満たされている場合に、積込み作業中であると検出し、
    前記第一の条件は、ブームレバー(126)が前記ブーム(51)を上昇させるべく操作されたこと(S10)であり、
    前記第二の条件は、前記モジュレーションクラッチ(110)の入力回転数と出力回転数とのブレーキオフ時での比が所定値以上であること(S13)という条件であり、
    前記所定値は、加速中又は掘削作業中のいずれかである場合に、前記モジュレーションクラッチ(110)の入力回転数と出力回転数とのブレーキオフ時での比が採り得る値のうちの最大値である、
    作業車両。
  2. エンジン(101)と、
    車体(2)の一側に回動可能に設けられるブーム(51)と、
    トランスミッション(112)を含む走行系(103)と、
    前記ブーム(51)を回動させるためのブームシリンダ(128)を備える油圧装置系(104)と、
    前記エンジン(101)からの出力を前記走行系(103)と前記油圧装置系(104)とに分配する分配器(102)と
    を備え
    前記走行系(103)は、前記分配器(102)に接続され、前記エンジン(101)の出力軸と前記トランスミッション(112)の入力軸とを、接続、切り離し及び滑らせることができるモジュレーションクラッチ(110)を含む作業車両(1)
    の制御装置(200)であって、
    前記ブーム(51)を使用した積込み作業中か否かを検出する積込み作業検出部(211)を備え、積込み作業中が検出された場合に、前記モジュレーションクラッチ(110)のクラッチ圧を低下させるようになっており、

    積込み作業中であることの第一及び第二の条件があり、
    前記第一の条件は、積込み作業中であるか否かを判断するために使用される条件であって、オペレータの意思の表れに関する条件であり、
    前記第の条件は、積込み作業中であることの誤検出を防止するための誤検出防止条件であって、前記走行系の状態に関する条件であり、
    前記積込み作業検出部(211)は、前記第一及び第二の条件が満たされている場合に、積込み作業中であると検出し、
    前記第一の条件は、ブームレバー(126)が前記ブーム(51)を上昇させるべく操作されたこと(S10)であり、
    前記第二の条件は、前記モジュレーションクラッチ(110)の入力回転数と出力回転数とのブレーキオフ時での比が所定値以上であること(S13)であり、
    前記所定値は、加速中又は掘削作業中のいずれかである場合に、前記モジュレーションクラッチ(110)の入力回転数と出力回転数とのブレーキオフ時での比が採り得る値のうちの最大値である、
    作業車両の制御装置。
  3. エンジン(101)と、
    車体(2)の一側に回動可能に設けられるブーム(51)と、
    トランスミッション(112)を含む走行系(103)と、
    前記ブーム(51)を回動させるためのブームシリンダ(128)を備える油圧装置系(104)と、
    前記エンジン(101)からの出力を前記走行系(103)と前記油圧装置系(104)とに分配する分配器(102)と
    を備え、
    前記走行系(103)は、前記分配器(102)に接続され、前記エンジン(101)の出力軸と前記トランスミッション(112)の入力軸とを、接続、切り離し及び滑らせることができるモジュレーションクラッチ(110)を含む作業車両(1)の制御方法であって、
    前記ブーム(51)を使用した積込み作業中か否かを検出する検出ステップと、
    積込み作業中が検出された場合に、前記モジュレーションクラッチ(110)のクラッチ圧を低下させる実行ステップと、
    を有し、
    積込み作業中であることの第一及び第二の条件があり、
    前記第一の条件は、積込み作業中であるか否かを判断するために使用される条件であって、オペレータの意思の表れに関する条件であり、
    前記第の条件は、積込み作業中であることの誤検出を防止するための誤検出防止条件であって、前記走行系の状態に関する条件であり、
    前記検出ステップでは、前記第一及び第二の条件が満たされている場合に、積込み作業中であると検出し、
    前記第一の条件は、ブームレバー(126)が前記ブーム(51)を上昇させるべく操作されたこと(S10)であり、
    前記第二の条件は、前記モジュレーションクラッチ(110)の入力回転数と出力回転数とのブレーキオフ時での比が所定値以上であること(S13)であり、
    前記所定値は、加速中又は掘削作業中のいずれかである場合に、前記モジュレーションクラッチ(110)の入力回転数と出力回転数とのブレーキオフ時での比が採り得る値のうちの最大値である、
    作業車両の制御方法。
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