JP5466343B1 - 作業車両及び作業車両の制御方法 - Google Patents

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Abstract

ダンプトラック10は、エンジン31の動力を複数の異なる変速比で車輪13に伝達する変速装置33を有し、アクセルの開度、ブレーキ及び前記変速装置を制御することにより、目標とする速度を維持して走行する車両である。ダンプトラック10は、降坂中に変速装置33がシフトダウンした後、第1の所定時間が経過する前に変速装置33がシフトアップし、その後第2の所定時間が経過する前において、降坂中に変速装置33がシフトダウンすると、変速装置33の変速比の変更を禁止する制御装置20を含む。

Description

本発明は、作業車両及び作業車両の制御方法に関する。
油圧ショベル、ダンプトラック等の作業車両は、複数の変速比を有し、異なる変速比に変更できる有段の変速装置を備え、このような変速装置を介してエンジンの動力を車輪に伝達するものがある。有段の変速装置を備えた作業車両の走行中に、アップシフトが行われた後、所定時間内にダウンシフトが行われた場合に、変速装置の変速を禁止する技術がある(例えば、特許文献1)。
特開平10−169766号公報
有段の変速装置を備えた作業車両は、一定速度となるように制御されて降坂すると、自動的にシフトダウンとシフトアップとを繰り返す可能性がある。
本発明は、有段かつ自動で変速する変速装置を備えた作業車両が降坂中に、変速装置のシフトダウンとシフトアップとが繰り返される頻度を抑制することを目的とする。
本発明は、エンジンの動力を複数の異なる変速比で車輪に伝達する変速装置を有し、アクセルの開度、ブレーキ及び前記変速装置を制御することにより、目標とする速度を維持して走行する車両であり、前記車両が降坂中に前記変速装置がシフトダウンした後、第1の所定時間が経過する前に前記変速装置がシフトアップし、その後第2の所定時間が経過する前において、前記車両が降坂中に前記変速装置がシフトダウンすると、前記変速装置の変速比の変更を禁止する制御装置を含む、作業車両である。
前記制御装置は、前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さい場合であって、前記車両の加速度が0よりも大きく、かつ所定時間経過後における前記車両の速度が前記所定時間における最大値を超えたことを検出したときに、前記車両が降坂中であると判定することが好ましい。
前記制御装置は、前記車両が降坂中に前記ブレーキが作動した状態で前記変速装置がシフトダウンした後、第1の所定時間が経過する前に前記変速装置がシフトアップし、その後第2の所定時間が経過する前において、前記車両が降坂中に前記ブレーキが作動した状態で前記変速装置がシフトダウンすると、前記変速装置の変速比の変更を禁止することが好ましい。
前記制御装置は、前記車両が降坂中に前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さい状態で前記変速装置がシフトダウンした後、第1の所定時間が経過する前に前記変速装置がシフトアップし、その後第2の所定時間が経過する前において、前記車両が降坂中に前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さい状態で前記変速装置がシフトダウンすると、前記変速装置の変速比の変更を禁止することが好ましい。
前記制御装置は、前記車両が目標とする速度の指令値が所定の大きさ以上に変更されたときに、前記変速比の変更の禁止を解除することが好ましい。
前記車両が走行する路面の勾配を検出する勾配検出装置を備え、前記制御装置は、前記勾配が所定値以上変化したときに、前記変速比の変更の禁止を解除することが好ましい。
前記制御装置は、前記アクセルの開度が所定の大きさよりも大きくなっている時間が所定時間継続したときに、前記変速比の変更の禁止を解除することが好ましい。
前記制御装置は、前記エンジンの回転速度が所定の大きさよりも大きくなったときに、前記変速比の変更の禁止を解除することが好ましい。
本発明は、エンジンの動力を複数の異なる変速比で車輪に伝達する変速装置を有し、アクセルの開度、ブレーキ及び前記変速装置を制御することにより、目標とする速度を維持して走行する作業車両を制御するにあたって、前記車両が降坂中に前記変速装置がシフトダウンしたことを第1条件とし、前記第1条件が成立したか否かを判定し、前記第1条件が成立した後、第1の所定時間が経過する前に前記変速装置がシフトアップしたことを第2条件とし、前記第2条件が成立したか否かを判定し、前記第2条件が成立した後、第2の所定時間が経過する前において、前記車両が降坂中に前記変速装置がシフトダウンしたことを第3条件とし、前記第3条件が成立したか否かを判定し、前記第1条件と前記第2条件と前記第3条件とがすべて成立したときには、前記変速装置の変速比の変更を禁止する、作業車両の制御方法である。
前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さい場合であって、前記車両の加速度が0よりも大きく、かつ所定時間経過後における前記車両の速度が前記所定時間における最大値を超えたときに、前記車両が降坂中であるとすることが好ましい。
前記第1条件及び前記第3条件は、さらに前記ブレーキが作動したときに成立することが好ましい。
前記第1条件及び前記第3条件は、さらに前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さいときに成立することが好ましい。
前記勾配が所定値以上変化したときに、前記変速比の変更の禁止を解除することが好ましい。
前記車両が目標とする速度の指令値が所定の大きさ以上に変更されたときに、前記変速比の変更の禁止を解除することが好ましい。
前記アクセルの開度が所定の大きさよりも大きくなっている時間が所定時間継続したときに、前記変速比の変更の禁止を解除することが好ましい。
前記エンジンの回転速度が所定の大きさよりも大きくなったときに、前記変速比の変更の禁止を解除することが好ましい。
本発明は、有段かつ自動で変速する変速装置を備えた作業車両が降坂中に、変速装置のシフトダウンとシフトアップとが繰り返される頻度を抑制することができる。
図1は、本実施形態に係る作業車両が稼働する現場を示す図である。 図2は、本実施形態に係るダンプトラックを示す図である。 図3は、ダンプトラックが備える制御装置を示すブロック図である。 図4は、運転制御部を示すブロック図である。 図5は、変速装置がシフト段を変更する条件の一例を示した変速制御マップの図である。 図6は、変速装置がシフト段を変更する条件の一例を示した変速制御マップの図である。 図7は、本実施形態に係る作業車両の制御方法においてシフトホールドを実行する処理の一例を示すフローチャートである。 図8は、本実施形態に係る作業車両の制御方法において、シフトホールドを解除する処理の一例を示すフローチャートである。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る作業車両が稼働する現場を示す図である。本実施形態の作業車両は、鉱山において各種作業に用いられるが、作業車両は鉱山で用いられるものには限定されない。本実施形態において、作業車両として、砕石又は砕石の掘削時に発生した土砂若しくは岩石等を運搬する運搬車両としてのダンプトラック10を例とするが、作業車両はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態に係る作業車両は、路面に水を撒く散水車等であってもよい。
<鉱山におけるダンプトラック>
本実施形態において、ダンプトラック10は、AHS(Autonomous Haulage System:無人ダンプ運行システム)1によって制御されて、自動的に走行する。具体的には、ダンプトラック10は、AHS1がアクセルの開度、ブレーキ及び変速装置を制御することにより、目標とする速度を維持して走行する。AHS1は、運行管理装置2が、無線通信を介してダンプトラック10を制御して、自動走行させる。運行管理装置2は、移動体であるダンプトラック10とは異なり、例えば、鉱山の管理施設に設置されてダンプトラック10を始めとした作業車両及び鉱山の運営等を管理する管理装置の一種である。
運行管理装置2は、鉱山で稼働するダンプトラック10を走行させるために、アンテナ4Aを有する無線通信装置4に接続されている。ダンプトラック10は、運行管理装置2からの指令を受信したり、自身の稼働情報を運行管理装置2へ送信したりするためのアンテナ17Aを有している。この他に、ダンプトラック10は、GPS(Global Positioning System:全方位測位システム)衛星5A、5B、5Cからの電波をGPS用アンテナ18Aで受信し、自己の位置を測位することができる。
運行管理装置2のアンテナ4A及びダンプトラック10のアンテナ17Aが送信する電波の出力は、鉱山全域をカバーできるほどの通信可能範囲のものではない。このため、AHS1は、アンテナ4A及びアンテナ17Aが送信する電波を中継する中継器3を有している。中継器3により、運行管理装置2は、自身から離れた位置で稼働しているダンプトラック10に制御のための指令を送信したり、ダンプトラック10からその稼働情報を収集したりすることができる。
ダンプトラック10は、鉱山において、排土場と積込場との間を走行するにあたって、平坦路FRを走行したり、坂道SRを走行したりする。図1に示す例において、坂道SRを走行しているダンプトラック10は、坂道SRを下っている。次に、ダンプトラック10について説明する。
<ダンプトラック10>
図2は、本実施形態に係るダンプトラックを示す図である。ダンプトラック10は、オペレータが操作しなくても、AHS1によって自動的に制御される。しかし、整備工場にダンプトラック10を搬入したり、整備工場からダンプトラック10を搬出したりするような場合、AHS1によるダンプトラック10の制御を実行しない場合もある。このような場合、オペレータがダンプトラック10に搭乗してダンプトラック10を操作する必要がある。このため、ダンプトラック10は、オペレータが搭乗する運転席11DRを備え、かつ運転席11DRには、ハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダル等の操作装置が備えられている。
ダンプトラック10は、積荷を積載し、所望の場所でその積荷を排出する。ダンプトラック10は、車両本体11と、ベッセル12と、前輪13F及び後輪13Rと、ブレーキ13Bと、サスペンションシリンダ14と、回転センサ15と、サスペンション圧力センサ(圧力センサ)16と、アンテナ17Aが接続された車載無線通信装置17Bと、GPS用アンテナ18Aが接続された位置情報検出装置としてのGPS受信機18Bと、通信制御装置19と、制御装置20と、駆動装置30と、を含む。なお、ダンプトラック10は、前述した機器類以外にも一般的な運搬機又は運搬車両が備えている各種の機構及び機能を備えている。本実施形態では、前輪13Fで操舵するリジッド式のダンプトラック10を示しているが、このようなダンプトラック10に代えて、車体を前部と後部とに分割し、それらを自由関節で結合したアーティキュレート式ダンプトラックにも本実施形態は適用可能である。
車両本体11は、ベッセル12、前輪13F、後輪13R、サスペンションシリンダ14及び駆動装置30等を搭載する。ベッセル12は、積荷として鉱石又は土砂等を積載する荷台として機能する。ベッセル12は、車両本体11の上部に配置されている。前輪13Fは、ダンプトラック10の進行方向を定める操舵輪である。後輪13Rは、ダンプトラック10を走行させる駆動輪である。前輪13Fは、車両本体11の前方、すなわち運転室11DR側の左右両側に配置される。後輪13Rは、車両本体11の後方、すなわち運転室11Dとは反対側の左右両側に配置される。
ブレーキ13Bは、前輪ブレーキ13BF及び後輪ブレーキ13BRを含む。前輪ブレーキ13BFは、それぞれの前輪13Fに設けられてこれらを制動する。後輪ブレーキ13BRは、それぞれの後輪13Rに設けられてこれらを制動する。
サスペンションシリンダ14は、車両本体11と左右の前輪13F及び左右の後輪13Rとの間に設けられる。サスペンションシリンダ14は、左右の前輪13F及び左右の後輪13Rのそれぞれに取り付けられて、これらを支持する。サスペンションシリンダ14には、車両本体11及びベッセル12、それらに加えて積荷が積載された際の積荷の質量に応じた負荷が作用する。サスペンションシリンダ14は、内部に作動油が封入されており、積荷の質量に応じて伸縮動作する。
回転センサ15は、それぞれの前輪13Fの回転数を検出する前輪側回転センサ15Fと、それぞれの後輪13Rの回転数を検出する後輪側回転センサ15Rとを含む。回転センサ15は、例えば、前輪側回転センサ15Fが前輪13Fの回転速度を検出することで、ダンプトラック10が走行する速度(適宜車速という)を計測する。前輪13Fは、駆動装置30によって駆動されないので、路面との間での滑りはほとんど発生しない。このため、前輪13Fの回転速度は、ダンプトラック10の車速にほぼ対応する。
サスペンション圧力センサ16は、それぞれの前輪13F及び後輪13Rに取り付けられた、それぞれのサスペンションシリンダ14に対応して設けられる。サスペンション圧力センサ16は、それぞれのサスペンションシリンダ14に作用する負荷を検出する。具体的には、サスペンション圧力センサ16は、サスペンションシリンダ14に封入された作動油の圧力を検出することで、積荷の質量(積載量)を計測することができる。
アンテナ17Aは、図1に示す運行管理装置2の中継器3から出力される電波を受信する。アンテナ17Aは、受信した電波を車載無線通信装置17Bに出力する。車載無線通信装置17Bは、アンテナ17Aと、中継器3と、運行管理装置2のアンテナ4Aとを介して無線通信を行う。
GPS用アンテナ18Aは、GPS(Global Positioning System)を構成する複数のGPS衛星5A、5B、5C(図1参照)から出力される電波を受信する。GPS用アンテナ18Aは、受信した電波をGPS受信機18Bに出力する。GPS受信機18Bは、GPS用アンテナ18Aが受信した電波を電気信号に変換し、自身の位置情報、すなわちダンプトラック10の位置情報を算出(測位)する。
車載無線通信装置17B及びGPS受信機18Bは、通信制御装置19に接続されている。通信制御装置19は、制御装置20に接続されている。通信制御装置19は、車載無線通信装置17B及びGPS受信機18Bからの情報を、制御装置20が理解できる形式に変換する。このような構造により、制御装置20は、通信制御装置19、車載無線通信装置17B及びアンテナ17Bを介して運行管理装置2からダンプトラック10を無人で運転するための情報を取得する。また、制御装置20は、GPS受信機18Bから、ダンプトラック10の位置情報を取得する。
(駆動装置30)
駆動装置30は、後輪13Rを駆動して、ダンプトラック10を走行させる。駆動装置30は、動力発生源としてのエンジン31と、トルクコンバータ32と、変速装置33と、プロペラシャフト34と、デファレンシャルギヤ35とを含む。エンジン31は、本実施形態においてはディーゼルエンジンであるが、これに限定されない。エンジン31の出力は、トルクコンバータ32を介して変速装置33に伝達される。変速装置33は、エンジン31の出力軸としてのクランクシャフトの回転速度(単位時間あたりの回転数)を減速し、トルクを増大させてプロペラシャフト34に出力する。
プロペラシャフト34は、変速装置33の出力部33oとデファレンシャルギヤ35の入力部35iとを連結している。プロペラシャフト34は、変速装置33の出力をデファレンシャルギヤ35に伝達する。デファレンシャルギヤ35は、伝達された変速装置33からの出力を、左右の後輪13Rに伝達してこれらを駆動する。このようにして、駆動装置30は、ダンプトラック10を走行させる。
(変速装置33)
変速装置33は、入力部33iから入力されたエンジン31の回転速度を異ならせて、すなわち変速して、出力部33oから出力することができる。変速装置33の入力部33iの回転速度をNI、出力部33oの回転速度をNOとすると、変速比ρは式(1)で表される。
ρ=NI/NO・・・(1)
本実施形態において、変速装置33は、例えば、エンジン31からの動力を伝達する複数の遊星歯車機構と、それぞれの遊星歯車機構が備える回転要素を選択するための複数のクラッチ及び複数のブレーキとを組み合わせた動力伝達装置である。変速装置33は、前述したクラッチとブレーキとを係合又は開放して、エンジン31の動力が通過する回転要素を切り替えることにより、複数の異なる変速比ρを実現することができる。本実施形態において、変速装置33は、変速比ρを7段階に変更することができる。この場合、変速装置33は、7段の変速段を有するという。変速装置33が有する変速段は7段に限定されるものではない。
エンジン31の回転速度、すなわち変速装置33の入力部33iの回転速度NIが同一である場合、変速比ρが小さくなるにしたがって、変速装置33の出力部33oの回転速度NOは大きくなる。変速装置33がn段(nは1以上の整数)の変速段を有する場合、変速比ρが大きい方から順に、1段、2段、・・・n段という。本実施形態において、変速装置33の変速比ρが大きい変速段から小さい変速段に切り替えられることをシフトアップといい、変速比が小さい変速段から大きい変速段に切り替えられることをシフトダウンという。
本実施形態において、変速装置33は、それぞれの変速段に対応した変速比ρを実現できるが、それぞれの変速段の間に存在する変速比ρは実現することができない。したがって、変速装置33が実現できる変速比ρの個数は有限個である。このため、変速装置33は、変速比ρが段階的に変化することになる。このような変速装置33を、有段の変速装置という。エンジン31のクランクシャフトは、トルクコンバータ32を介して変速装置33の入力部33iに連結されている。このような構造により、変速装置33は、エンジンの動力を複数の異なる変速比で車輪13、より具体的には後輪13Rに伝達する。
変速装置33は、制御装置20によって自動的に変速段を変更する。このように、変速装置33は、有段の自動変速装置である。また、ダンプトラック10のオペレータが、運転室11DRに設けられたシフトセレクタを操作して変速段を指定することにより、変速装置33は、変速段を指定された変速段に固定し、指定された変速段以外の変速段への変更を禁止(シフトホールド)することもできる。
<制御装置20>
図3は、ダンプトラックが備える制御装置を示すブロック図である。制御装置20は、第1制御装置40と、第2制御装置50とを有している。第1制御装置40は、エンジン31、変速装置33及びブレーキ13B等の、ダンプトラック10が搭載する機器類を制御する制御装置である。第2制御装置50は、図1に示す運行管理装置2からの指令に基づいて、ダンプトラック10を無人で自動走行させるための制御装置である。
(第1制御装置40)
第1制御装置40は、TM(Trans Mission:トランスミッション)制御部41と、ブレーキ制御部42と、エンジン制御部43と、ABS(Antilock Brake System)制御部44とを含む。TM制御部41、ブレーキ制御部42、エンジン制御部43及びABS制御部44は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等を含む処理部と、ROM(Read Only Memory)等の記憶部とを備えたコンピュータである。
TM制御部41は、図2に示す変速装置33及びトルクコンバータ32を制御する。ブレーキ制御部42は、図2に示すブレーキ13Bを制御する。エンジン制御部43は、図2に示すエンジン31を制御する。ABS制御部44は、図2に示すブレーキ13Bが車輪13を制動したときに車輪13がロックすると、ブレーキ13Bの制動力を小さくして車輪13のロックを解除する。
TM制御部41、ブレーキ制御部42、エンジン制御部43及びABS制御部44は、それぞれの機能を実現するためのコンピュータプログラムをそれぞれの記憶部に記憶している。TM制御部41、ブレーキ制御部42、エンジン制御部43及びABS制御部44は、それぞれの処理部がそれぞれの記憶部から制御に必要なコンピュータプログラムを記憶部から読み出し、このコンピュータプログラムに記述された命令を実行することにより、ダンプトラック10に搭載された機器類を制御する。
TM制御部41には、シフトセレクタ46が接続されている。シフトセレクタ46は、図2に示す変速装置33の変速段を指定したり、変速装置33が自動変速する場合には変速モードを指定したりする。ブレーキ制御部42には、ブレーキセンサ47が接続されている。ブレーキセンサ47は、ダンプトラック10の運転席11DRに備えられたリターダーレバー及びブレーキペダルの操作量を検出する。ブレーキ制御部42は、ブレーキセンサ47の検出値に基づいて、ダンプトラック10のブレーキ13Bを制御する。
エンジン制御部43には、アクセル開度検出センサ48が接続されている。アクセル開度検出センサ48は、ダンプトラック10の運転席11DRに備えられたアクセルペダルの操作量を検出する。エンジン制御部43は、アクセル開度検出センサ48の検出値に基づいて、ダンプトラック10のエンジン31を制御する。ABS制御部44には、回転センサ15(前輪側回転センサ15F及び後輪側回転センサ15R)が接続されている。ABS制御部44は、回転センサ15の検出値に基づいて、ブレーキ13Bの制動力を調整する。
図3に示すように、TM制御部41と、ブレーキ制御部42と、エンジン制御部43と、ABS制御部44とは、通信線45によって電気的に接続されている。また、通信線には、ダンプトラック10が走行する路面の勾配を検出する勾配検出装置49が電気的に接続されている。勾配検出装置49は、例えば、傾斜角度センサが用いられる。このような構造により、これらは、互いに情報をやり取りすることができる。例えば、TM制御部41、ブレーキ制御部42、エンジン制御部43及びABS制御部44は、通信線45を介して、他の制御部の情報又は他の制御部に接続されているセンサ類の検出値を取得して、自身の制御に用いることができる。
(第2制御装置50)
第2制御装置50は、運転制御部51と、監視部52と、安全制御部53とを含む。運転制御部51と、監視部52と、安全制御部53とは、例えば、CPU(Central Processing Unit)等を含む処理部と、ROM(Read Only Memory)等の記憶部とを備えたコンピュータである。
運転制御部51は、通信制御装置19を介して取得した、運行管理装置2からダンプトラック10を無人で運転するための情報に基づいて、第1制御装置40を介してダンプトラック10を制御する。監視部52は、通信線21によって、第1制御装置40の通信線45と接続されている。監視部52は、通信線21を介して、第1制御装置40の状態を監視したり、第1制御装置40から各種の情報を取得したりする。安全制御部53は、ダンプトラック10のヘッドランプ、ウインカー、ホーン、エンジンスターター及びパーキングブレーキ等を制御する。
運転制御部51と、監視部52及び安全制御部53は、それぞれの機能を実現するためのコンピュータプログラムをそれぞれの記憶部に記憶している。運転制御部51、監視部52及び安全制御部53は、それぞれの処理部がそれぞれの記憶部から制御に必要なコンピュータプログラムを記憶部から読み出し、このコンピュータプログラムに記述された命令を実行することにより、ダンプトラック10を制御する。
運転制御部51と、監視部52と、安全制御部53とは、通信線54によって電気的に接続されている。このような構造により、これらは、互いに情報をやり取りすることができる。例えば、運転制御部51と、監視部52と、安全制御部53とは、通信線54を介して、他の制御部の情報又は他の制御部に接続されているセンサ類の検出値を取得して、自身の制御に用いることができる。通信線54は、通信制御装置19と接続されている。運転制御部51は、通信線54を介して通信制御装置19から、図1に示す運行管理装置2が送信した、ダンプトラック10を無人で運転するための情報を取得する。また、第2制御装置50は、通信線54及び通信制御装置19を介して、無人で自動運転中のダンプトラック10の状態に関する情報を運行管理装置2に送信する。
運転制御部51は、第1制御装置40のTM制御部41にシフト制御指令SLCを送信し、エンジン制御部43にアクセル制御指令ACCを送信する。TM制御部41は、エンジン制御部43を介してアクセル制御指令ACCを取得する。また、運転制御部51は、第1制御装置40のブレーキ制御部42に、ブレーキ指令BRCを送信する。運転制御部51は、運行管理装置2から取得した、ダンプトラック10を無人で運転するための情報に基づき、アクセル制御指令ACC、シフト制御指令SLC及びブレーキ指令BRCのうち少なくとも1つを生成する。そして、運転制御部51は、アクセル制御指令ACC、シフト制御指令SLC及びブレーキ指令BRCの少なくとも1つによって、第1制御装置40を介してダンプトラック10を制御する。
図4は、運転制御部を示すブロック図である。運転制御部51は、降坂判定部51Aと、第1条件判定部51Bと、第2条件判定部51Cと、第3条件判定部51Dと、変速制御部51Eと、解除条件判定部51Fとを含んでいる。降坂判定部51Aは、車両であるダンプトラック10が坂道を下っている、すなわち降坂しているか否かを判定する。第1条件判定部51Bは、ダンプトラック10が降坂中に変速装置33がシフトダウンしたか否かを判定する。本実施形態において、ダンプトラック10が降坂中に変速装置33がシフトダウンしたことを第1条件という。
第2条件判定部51Cは、第1条件が成立した後、第1の所定時間が経過する前に変速装置33がシフトアップしたか否かを判定する。本実施形態において、第1条件が成立した後、第1の所定時間が経過する前に変速装置33がシフトアップしたことを第2条件という。第3条件判定部51Dは、第2条件が成立した後、第2の所定時間が経過する前において、ダンプトラックが降坂中に変速装置33がシフトダウンしたか否かを判定する。変速制御部51Eは、第1条件、第2条件及び第3条件が成立したときに、変速装置33の変速比の変更を禁止する。解除条件判定部51Fは、変速比の変更が禁止された後、この禁止を解除する条件を判定する。
<シフト段の変更について>
図5及び図6は、変速装置がシフト段を変更する条件の一例を示した変速制御マップの図である。図5は、変速装置33のシフトアップ時に用いられる変速制御マップMupの一例を示し、図6は、変速装置33のシフトダウン時に用いられる変速制御マップMdnの一例を示している。変速制御マップMup、Mdnは、変速装置33がシフトアップ又はシフトダウンするときの回転速度が変速モード毎に記述してある。図2に示す変速装置33は、変速制御マップMup、Mdnにしたがって自動的にシフトアップ又はシフトダウンする。
変速装置33は、ダンプトラック10の負荷、アクセルの開度、制動の有無及び燃費優先か出力優先か等といった、ダンプトラック10の運転条件によって、シフトアップ又はシフトダウンするときのタイミングを変更する。変速モードは、ダンプトラック10のそれぞれの運転条件に対応したシフトアップ又はシフトダウンのタイミングである。図5及び図6中には、代表的な変速モードMap、Mbkを示している。
図5及び図6中のMap、Mbkは、変速モードの一例である。変速モードMapは、アクセルの開度が全開よりも小さいある程度の大きさのときに、変速装置33がシフトアップ又はシフトダウンするときの回転速度を示している。変速モードMbkは、ダンプトラック10のブレーキ13Bが作動してブレーキ13Bが制動力を発生しているときに、変速装置33がシフトアップ又はシフトダウンするときの回転速度を示している。本実施形態において、変速装置33がシフトアップ又はシフトダウンするときの回転速度は、図2に示すプロペラシャフト34の回転速度、すなわち変速装置33の出力部33oの回転速度であるが、これに限定されるものではない。
変速制御マップMup中のF1→F2は、変速装置33の変速段が1段から2段にシフトアップすることを示している。F2→F3、F3→F4等も、F1→F2の例による。変速制御マップMdn中のF7→F6は、変速装置33の変速段が7段から6段にシフトダウンすることを示している。F6→F5、F5→F4等も、F7→F6の例による。
変速制御マップMup中の回転速度Na、Nb、Nc、Nd、Ne、Nf及び回転速度Ng、Nh、Ni、Nj、Nk、Nlは、この順に大きくなっている(Na<Nb<Nc<Nd<Ne<Nf、Ng<Nh<Ni<Nj<Nk<Nl)。変速制御マップMdn中の回転速度Nm、Nn、No、Np、Nq、Nr及び回転速度Ns、Nt、Nu、Nv、Nw、Nxは、この順に大きくなっている(Nm<Nn<No<Np<Nq<Nr、Ns<Nt<Nu<Nv<Nw<Nx)。
<自動運転中におけるダンプトラック10の動作>
前述したように、有段の変速装置33を備えたダンプトラック10が、例えば、図1に示すAHS1によって自動運転されているとき、変速装置33は、変速モードに応じて自動でシフトアップ又はシフトダウンする。前述したように、ダンプトラック10が自動運転中に坂道を降坂しているときには、変速装置33が自動的にシフトアップとシフトダウンとを繰り返す可能性がある。変速装置33がシフトアップとシフトダウンとを繰り返すと、ダンプトラック10の挙動が不安定になったり、変速装置33の耐久性が低下したりする可能性がある。次に、自動変速が可能な変速装置33を備えたダンプトラック10が降坂中にシフトアップとシフトダウンとを繰り返す原因について説明する。
自動運転中のダンプトラック10は、運行管理装置2が指令した所定の目標の車速で走行するように制御される。例えば、ダンプトラック10は、図1に示す運行管理装置2の指令によって、一定の車速V1で走行していたとする。このときの変速装置33の変速段はF4(4速)であるとする。この状態で、ダンプトラック10が坂道を降坂したとする。すると、
(1)ダンプトラック10は、車速が増加するので、第2制御装置50の運転制御部51は、アクセルをOFFし、かつブレーキ13Bを作動させてダンプトラック10を制動する自動制御を実行する。このとき、変速装置33の変速段をF4からF3(3速)にシフトダウンさせる回転速度は、図6に示す変速制御マップMdnの変速モードMbkから、回転速度Nvとなる。
(2)ダンプトラック10が自動制御によって制動されることで、ダンプトラック10の車速が低下する。ダンプトラック10の車速が低下することにともなって、変速装置33の出力部33oの回転速度が回転速度Nvを下回ると、変速装置33は、F4からF3へ自動的にシフトダウンする。
(3)シフトダウンにより、エンジンブレーキによる制動力がダンプトラック10に作用し、ダンプトラック10の車速が低下する。このため、運転制御部51は、ブレーキ13Bの制動を解除し、アクセルの開度を大きくする自動制御を実行する。この自動制御により、ダンプトラック10の車速は増加する。このとき、変速装置33の変速段をF3からF4にシフトアップさせる回転速度は、図6に示すマップMupの変速モードMapから、回転速度Ncとなる。Nc<Nvである。
(4)ダンプトラック10の車速が増加することにともなって、変速装置33の出力部33oの回転速度が回転速度Ncを上回ると、変速装置33は、F3からF4へ自動でシフトアップする。
(5)変速装置33のシフトアップによって、エンジンブレーキの制動力が低下するので、ダンプトラック10の車速が増加する。
自動運転中に降坂しているダンプトラック10は、(1)から(5)を繰り返すことになる。その結果、変速装置33はシフトアップとシフトダウンとを繰り返すことになる。本実施形態では、オペレータがダンプトラック10に搭乗している場合に、第1制御装置40がダンプトラック10の車速を予め設定された目標の車速となるように自動制御することも可能である。本実施形態では、AHS1の運行管理装置2がダンプトラック10を無人で自動運転させている。しかし、第1制御装置40がダンプトラック10の車速を目標の車速となるように制御する場合も、ダンプトラック10の降坂中に変速装置33のシフトアップとシフトダウンとの繰り返しが発生する可能性がある。
<降坂中における制御>
本実施形態では、自動で変速可能な有段の変速装置33を備えたダンプトラック10の降坂中に、変速装置33のシフトアップとシフトダウンとが繰り返される頻度を抑制するため、制御装置20が備える第2制御装置50が次のような制御方法でダンプトラック10を制御する。第2制御装置50は、ダンプトラック10が降坂中に変速装置33がシフトダウンした後、すなわち第1条件が成立した後、第1の所定時間が経過する前に変速装置33がシフトアップ、すなわち第2条件が成立し、その後第2の所定時間が経過する前において、ダンプトラック10が降坂中に変速装置33がシフトダウンする、すなわち第3条件が成立すると、変速装置33の変速比の変更を禁止、すなわちシフトホールドする。次に、この制御方法について、より詳細に説明する。
図7は、本実施形態に係る作業車両の制御方法においてシフトホールドを実行する処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る作業車両の制御方法において、図4に示す運転制御部51の降坂判定部51Aは、ステップS101でダンプトラック10が降坂中であるか否かを判定する。本実施形態において、降坂判定部51Aは、アクセルが閉じているときに、ΔTを1サイクルとして最初のT1で計測されたダンプトラック10の車速の最大値を、T1が経過した後のΔT−T1におけるダンプトラック10の車速が超えており、かつ加速度が0よりも大きいときに、ダンプトラック10が降坂中であると判定する。アクセルが閉じているときとは、アクセル開度が所定値未満、すなわち所定の開度よりも小さい場合をいう。本実施形態において、所定値は、例えば0.1%としている。加速度は、異なる時間に実測された少なくとも2つの車速と、車速が実測された時間間隔とから求められてもよい。
ダンプトラック10が降坂中である場合(ステップS101、Yes)、運転制御部51は、処理をステップS102に進める。ダンプトラック10が降坂中でない場合(ステップS101、No)、運転制御部51は、ステップS101に戻って処理を進める。
ステップS102において、運転制御部51の第1条件判定部51Bは、第1条件が成立したか否かを判定する。第1条件は、ダンプトラック10の降坂中に変速装置33がシフトダウンしたことである。したがって、第1条件判定部51Bは、ステップS102において変速装置33のシフトダウンを検出したときに、第1条件が成立したと判定する(ステップS102、Yes)。本実施形態において、変速装置33のシフトダウンは、後述するようにブレーキ13Bによるダンプトラック10の制動によって発生する。したがって、ダンプトラック10のブレーキ13Bが作動してダンプトラック10が制動されたことが第1条件に加えられてもよい。また、アクセル開度が前述した所定値未満であることが第1条件に加えられてもよい。
第1条件が成立したとき(ステップS102、Yes)、運転制御部51は、処理をステップS103に進める。第1条件が成立しない場合(ステップS102、No)、運転制御部51は、ステップS101に戻って処理を進める。
ステップS103において、運転制御部51の第2条件判定部51Cは、第2条件が成立したか否かを判定する。第2条件は、第1条件が成立した後、第1の所定時間が経過する前に変速装置33がシフトアップしたことである。したがって、第2条件判定部51Cは、ステップS103において、第1の所定時間が経過する前に変速装置33のシフトアップを検出したときに、第2条件が成立したと判定する(ステップS103、Yes)。第1の所定時間は特に限定されるものではないが、20秒から40秒程度が好ましい。本実施形態では、例えば、第1の所定時間を30秒としている。
第2条件が成立したとき(ステップS103、Yes)、運転制御部51は、処理をステップS104に進める。第2条件が成立しない場合(ステップS103、No)、運転制御部51は、ステップS101に戻って処理を進める。
ステップS104において、運転制御部51の第3条件判定部51Dは、第3条件が成立したか否かを判定する。第3条件は、第2条件が成立した後、第2の所定時間が経過する前に変速装置33が降坂中にシフトダウンしたことである。したがって、第3条件判定部51Dは、ステップS104において、ダンプトラック10が降坂中において、第2の所定時間が経過する前に変速装置33のシフトダウンを検出したときに、第3条件が成立したと判定する(ステップS104、Yes)。また、ダンプトラック10のブレーキ13Bが作動してダンプトラック10が制動されたことが第3条件に加えられてもよい。さらに、アクセル開度が前述した所定値未満であることが第3条件に加えられてもよい。第2の所定時間は特に限定されるものではないが、第1の所定時間と同様に、20秒から40秒程度が好ましい。本実施形態では、例えば、第2の所定時間を第1の所定時間と同一の30秒としている。第1の所定時間と第2の所定時間とは異なっていてもよい。ダンプトラック10が降坂中であるか否かは、降坂判定部51Aが前述した方法によって判定する。
第3条件が成立したとき(ステップS104、Yes)、運転制御部51は、処理をステップS105に進める。第3条件が成立しない場合(ステップS104、No)、運転制御部51は、ステップS101に戻って処理を進める。処理がステップS105まで進んだということは、第1条件、第2条件及び第3条件がすべて成立している。ステップS105において、運転制御部51の変速制御部51Eは、変速装置33の変速比の変更を禁止する。すなわち、変速制御部51Eは、変速装置33のシフトホールドを実行する。このようにすることで、変速装置33の変速段は、ステップS105の処理時における変速段に固定される。このため、変速装置33は、シフトホールドされた後のシフトアップ及びシフトダウンは行われない。その結果、第2制御装置50は、有段かつ自動で変速する変速装置33を備えたダンプトラック10の降坂中において、変速装置33のシフトダウンとシフトアップとが繰り返される頻度を抑制することができる。
ステップS105における変速段は、ダンプトラック10が降坂を開始したときの変速段よりも変速比が大きい。このため、ダンプトラック10は、降坂を開始したときよりもエンジンブレーキが効きやすい状態になっている。すなわち、ダンプトラック10の降坂中においては、ブレーキ13Bの負荷が軽減されるため好ましい。
ステップS105において、変速制御部51Eは、変速装置33のシフトホールドを実行する前に、変速装置33をシフトアップさせてからシフトホールドを実行してもよい。このようにすることで、変速装置33の変速段は、第3条件が成立したときよりも変速比が小さい変速段に固定される。すると、エンジン31の回転速度は、第3条件が成立したときよりも低い回転速度に抑えられる。
ステップS105が実行されたら、運転制御部51は、処理をステップS106に進める。ステップS106において、運転制御部51は、シフトホールドの解除条件を判定する。次に、この解除条件を判定する処理を説明する。
<シフトホールドの解除>
図8は、本実施形態に係る作業車両の制御方法において、シフトホールドを解除する処理の一例を示すフローチャートである。ステップS201において、運転制御部51の解除条件判定部51Fは、第1解除条件が成立したか否かを判定する。第1解除条件は、ダンプトラックが目標とする車速(速度)の指令値が変更されたことである。車速の指令値は、図1に示す運行管理装置2がダンプトラック10の第2制御装置50に送信する。
第2制御装置50の運転制御部51は、車速の指令値が所定の大きさ以上に変更された場合に、シフトホールドを解除する。本実施形態において、第2制御装置50の運転制御部51の解除条件判定部51Fは、通信制御装置19及び通信線54を介して車速の指令値を取得して、ダンプトラック10の降坂中において最後にシフトホールドが実行されたときの車速の指令値と比較する。比較の結果、第2解除条件が判定されるときに取得された車速の指令値が、シフトホールドが実行されたときの車速の指令値と異なる場合、解除条件判定部51Fは、第1解除条件が成立したと判定する(ステップS201、Yes)。両者が異なる場合とは、本実施形態において、シフトホールドが実行されたときの車速の指令値と第2解除条件が判定されるときに取得された車速の指令値との差の絶対値が所定の値以上である場合である。このような場合、解除条件判定部51Fは、車速の指令値が所定の大きさ以上に変更されたと判定する。所定の値は特に限定されるものではないが、本実施形態では時速2kmである。
第1解除条件が成立すると、運転制御部51は、処理をステップS202へ進める。ステップS202において、変速制御部51Eは、変速装置33のシフトホールドを解除する。変速装置33は、シフトホールドが解除されると、シフトホールドされていた変速段以外の変速段への変更が可能になる。第1解除条件が成立しない場合(ステップS201、No)、運転制御部51は、処理をステップS203に進める。
ステップS203において、解除条件判定部51Fは、第2解除条件が成立したか否かを判定する。第2解除条件は、第2解除条件の判定時においてダンプトラック10が走行する路面の勾配が、シフトホールドが実行されたときと比較して所定値以上変化したことである。路面の勾配は、勾配検出装置49が検出する。解除条件判定部51Fは、勾配検出装置49が検出した検出値を、第1制御装置40の通信線45、第1制御装置40と第2制御装置50との間の通信線21、監視部52及び第2制御装置50の通信線54を介して取得する。
本実施形態において、解除条件判定部51Fは、シフトホールドが実行されたときの路面の勾配と第2解除条件が判定されるときに取得された路面の勾配との差の絶対値が所定値以上である場合に、ダンプトラック10が走行する路面の勾配が所定値以上変化したと判定する。所定値は特に限定されるものではないが、本実施形態では3度である。
解除条件判定部51Fは、第2解除条件の判定時において取得したダンプトラック10が走行する路面の勾配が、シフトホールドが実行されたときと比較して所定値以上変化した場合に、第2解除条件が成立したと判定する(ステップS203、Yes)。第2解除条件が成立すると、運転制御部51は、処理をステップS202へ進める。ステップS202において、変速制御部51Eは、変速装置33のシフトホールドを解除する。第2解除条件が成立しない場合(ステップS203、No)、運転制御部51は、処理をステップS204に進める。
ステップS204において、解除条件判定部51Fは、第3解除条件が成立したか否かを判定する。第3解除条件は、第3解除条件の判定時において、アクセルの開度が所定の大きさよりも大きくなっている時間が所定時間継続したことである。アクセルの開度が所定の大きさよりも大きくなっている時間の起算点は、変速装置33のシフトホールドが実行された時点である。アクセルの開度は、運転制御部51が生成したアクセル制御指令ACCである。
本実施形態において、解除条件判定部51Fは、変速装置33のシフトホールドが実行された時点を基準として、アクセルの開度が所定の大きさよりも大きくなっている時間を求める。アクセルの開度が所定の大きさよりも大きくなっている状態が所定時間継続した場合、解除条件判定部51Fは、第3解除条件が成立したと判定する(ステップS204、Yes)。前述した所定時間及び所定の大きさは特に限定されるものではないが、本実施形態では前者を1秒、後者を60%としている。
第3解除条件が成立すると、運転制御部51は、処理をステップS202へ進める。ステップS202において、変速制御部51Eは、変速装置33のシフトホールドを解除する。第3解除条件が成立しない場合(ステップS204、No)、運転制御部51は、処理をステップS205に進める。
ステップS205において、解除条件判定部51Fは、第4解除条件が成立したか否かを判定する。第4解除条件は、第4解除条件の判定時において、エンジン31の回転速度が所定の大きさよりも大きくなったことである。本実施形態において、解除条件判定部51Fは、第1制御装置40のエンジン制御部43が有しているエンジン31の回転速度を、第1制御装置40の通信線45、第1制御装置40と第2制御装置50との間の通信線21、監視部52及び第2制御装置50の通信線54を介して取得する。
エンジン31の回転速度が所定の大きさよりも大きくなっている場合、解除条件判定部51Fは、第4解除条件が成立したと判定する(ステップS205、Yes)。前述した所定の大きさは特に限定されるものではない。第4解除条件が成立すると、運転制御部51は、処理をステップS202へ進める。ステップS202において、変速制御部51Eは、変速装置33のシフトホールドを解除する。第4解除条件が成立しない場合(ステップS205、No)、運転制御部51は、ステップS201に戻ってステップS201から順に処理を実行する。
このように、本実施形態では、ダンプトラック10の降坂中に変速装置33のシフトホールドが実行された場合、第1解除条件、第2解除条件、第3解除条件又は第4解除条件のうちいずれか1つが成立したと解除条件判定部51Fが判定した場合に、変速制御部51Eはシフトホールドを解除する。このようにすることで、第2制御装置50は、ダンプトラック10の降坂中にダンプトラック10の運転条件又は路面の状態が変化した場合に、変速装置33の適切な変速段を選択して、ダンプトラック10を運転することができる。
以上、本実施形態を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
1 AHS
2 運行管理装置
10 ダンプトラック
11 車両本体
12 ベッセル
13 車輪
13B ブレーキ
14 サスペンションシリンダ
15 回転センサ
16 サスペンション圧力センサ
19 通信制御装置
20 制御装置
30 駆動装置
31 エンジン
32 トルクコンバータ
33 変速装置
33i 入力部
33o 出力部
40 第1制御装置
41 TM制御部
42 ブレーキ制御部
43 エンジン制御部
44 ABS制御部
47 ブレーキセンサ
48 アクセル開度検出センサ
49 勾配検出装置
50 第2制御装置
51 運転制御部
51A 降坂判定部
51B 第1条件判定部
51C 第2条件判定部
51D 第3条件判定部
51E 変速制御部
51F 解除条件判定部
52 監視部
53 安全制御部

Claims (16)

  1. エンジンの動力を複数の異なる変速比で車輪に伝達する変速装置を有し、アクセルの開度、ブレーキ及び前記変速装置を制御することにより、目標とする速度を維持して走行する車両であり、
    前記車両が降坂中に前記変速装置がシフトダウンした後、第1の所定時間が経過する前に前記変速装置がシフトアップし、その後第2の所定時間が経過する前において、前記車両が降坂中に前記変速装置がシフトダウンすると、前記変速装置の変速比の変更を禁止する制御装置を含む、作業車両。
  2. 前記制御装置は、
    前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さい場合であって、前記車両の加速度が0よりも大きく、かつ所定時間経過後における前記車両の速度が前記所定時間における最大値を超えたことを検出したときに、前記車両が降坂中であると判定する、請求項1に記載の作業車両。
  3. 前記制御装置は、
    前記車両が降坂中に前記ブレーキが作動した状態で前記変速装置がシフトダウンした後、第1の所定時間が経過する前に前記変速装置がシフトアップし、その後第2の所定時間が経過する前において、前記車両が降坂中に前記ブレーキが作動した状態で前記変速装置がシフトダウンすると、前記変速装置の変速比の変更を禁止する請求項1又は請求項2に記載の作業車両。
  4. 前記制御装置は、
    前記車両が降坂中に前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さい状態で前記変速装置がシフトダウンした後、第1の所定時間が経過する前に前記変速装置がシフトアップし、その後第2の所定時間が経過する前において、前記車両が降坂中に前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さい状態で前記変速装置がシフトダウンすると、前記変速装置の変速比の変更を禁止する、請求項1又は請求項2に記載の作業車両。
  5. 前記制御装置は、
    前記車両が目標とする速度の指令値が所定の大きさ以上に変更されたときに、前記変速比の変更の禁止を解除する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の作業車両。
  6. 前記車両が走行する路面の勾配を検出する勾配検出装置を備え、
    前記制御装置は、前記勾配が所定値以上変化したときに、前記変速比の変更の禁止を解除する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の作業車両。
  7. 前記制御装置は、
    前記アクセルの開度が所定の大きさよりも大きくなっている時間が所定時間継続したときに、前記変速比の変更の禁止を解除する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の作業車両。
  8. 前記制御装置は、
    前記エンジンの回転速度が所定の大きさよりも大きくなったときに、前記変速比の変更の禁止を解除する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の作業車両。
  9. エンジンの動力を複数の異なる変速比で車輪に伝達する変速装置を有し、アクセルの開度、ブレーキ及び前記変速装置を制御することにより、目標とする速度を維持して走行する作業車両を制御するにあたって、
    前記車両が降坂中に前記変速装置がシフトダウンしたことを第1条件とし、前記第1条件が成立したか否かを判定し、
    前記第1条件が成立した後、第1の所定時間が経過する前に前記変速装置がシフトアップしたことを第2条件とし、前記第2条件が成立したか否かを判定し、
    前記第2条件が成立した後、第2の所定時間が経過する前において、前記車両が降坂中に前記変速装置がシフトダウンしたことを第3条件とし、前記第3条件が成立したか否かを判定し、
    前記第1条件と前記第2条件と前記第3条件とがすべて成立したときには、前記変速装置の変速比の変更を禁止する、
    作業車両の制御方法。
  10. 前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さい場合であって、前記車両の加速度が0よりも大きく、かつ所定時間経過後における前記車両の速度が前記所定時間における最大値を超えたときに、前記車両が降坂中であるとする、請求項7に記載の作業車両の制御方法。
  11. 前記第1条件及び前記第3条件は、さらに前記ブレーキが作動したときに成立する、請求項9又は請求項10に記載の作業車両の制御方法。
  12. 前記第1条件及び前記第3条件は、さらに前記アクセルの開度が所定の開度よりも小さいときに成立する、請求項9又は請求項10に記載の作業車両の制御方法。
  13. 前記勾配が所定値以上変化したときに、前記変速比の変更の禁止を解除する、請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の作業車両の制御方法。
  14. 前記車両が目標とする速度の指令値が所定の大きさ以上に変更されたときに、前記変速比の変更の禁止を解除する、請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の作業車両の制御方法。
  15. 前記アクセルの開度が所定の大きさよりも大きくなっている時間が所定時間継続したときに、前記変速比の変更の禁止を解除する、請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の作業車両の制御方法。
  16. 前記エンジンの回転速度が所定の大きさよりも大きくなったときに、前記変速比の変更の禁止を解除する、請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の作業車両の制御方法。
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