以下、サスペンションシリンダの伸び切り、底付き防止装置が適用される運搬車両の一実施形態について、図面を参照して説明する。
−第1の実施の形態−
図1は、サスペンションシリンダの伸び切り、底付き防止装置が適用される運搬車両の一例であるダンプトラックを示す側面図である。なお、説明の便宜上、図1に示したように前後および上下方向を規定する。本実施の形態に係る運搬車両は、鉱山等で採掘した砕石物等を運搬する超大型ダンプトラックである。ダンプトラックは、車体1と、車体1の前部に設けた運転室2と、車体1によって保持され、積荷が積み込まれる荷台(ベッセル)3と、この荷台3を上下方向に回動(起伏動)させる荷台操作用の油圧シリンダ4とを備えている。
荷台3は、砕石物等の重い運搬対象物を多量に積載するため全長が10〜13m(メートル)程度の大型の容器として形成されている。ダンプトラックは、運搬対象物が積載されていない空荷時には200トン程度、運搬対象物が最大(上限)まで積載された積荷時には500トン程度の重量となる。
ダンプトラックは、4つの車輪(左右の前輪7fおよび左右の後輪7r)を備え、4つの車輪7f,7rのそれぞれに対応して4つのサスペンションシリンダ105f,105rが設けられている。左右の前輪7fの車軸(不図示)に配置され、車体1、荷台3、および荷台3に積み込まれた積荷を含む重量物を支持する前側の左右のサスペンションシリンダを、前側サスペンションシリンダ105fと記す。左右の後輪7rの車軸(不図示)に配置され、車体1、荷台3、および荷台3に積み込まれた積荷を含む重量物を支持する後側の左右のサスペンションシリンダを、後側サスペンションシリンダ105rと記す。
前側サスペンションシリンダ105fと後側サスペンションシリンダ105rは、仕様は異なるが、サスペンションシリンダを構成する部材は同じである。このため、以下、前側サスペンションシリンダ105fおよび後側サスペンションシリンダ105rを総称してサスペンションシリンダ105として説明する。
図2は、サスペンションシリンダ105を示す断面模式図である。サスペンションシリンダ105は、円筒状のチューブ151と、チューブ151内に配置されるピストン152と、一端側がピストン152に固着され、他端側がチューブ151外に突出したロッド153とにより構成されている。ロッド153およびピストン152は、チューブ151内を中心軸方向に沿って可動する。ピストン152によって、チューブ151内の空間は、ボトム室(メインチャンバ)151bとロッド室(サブチャンバ)151rとに区画されている。
ピストン152およびロッド153は、それぞれ円筒状とされ、中心軸方向に延在する内部空間が形成されている。ロッド153には、ロッド153の中心軸方向に延在する内部空間と、ロッド153の外周に設けられる空間であるロッド室151rとを常時連通した状態に保つ絞り孔153aが穿設されている。
サスペンションシリンダ105は、チューブ151が上側に位置し、ロッド153が下側に位置するように、チューブ151の上端部が車体1のフレームに取り付けられ、ロッド153の下端部が車軸(不図示)に回転可能に取り付けられている。
サスペンションシリンダ105には、ガスGと油Oとが仕切りなく封入されている。ガスGは、油Oに比べて比重が小さいので、サスペンションシリンダ105の上部に溜まる。サスペンションシリンダ105は、外力を受けるとガスGおよび油Oが圧縮される2重バネ構造になっている。
凹凸のある走行面を走行している際、車両の振動に伴ってロッド153がチューブ151に対して上下方向に伸縮すると、ボトム室151bおよびロッド室151rの容積がそれぞれ変化する。ロッド153の伸縮動作に応じて油Oが絞り孔153aを通過する際、圧力損失が発生し、絞り孔153aの開口面積に応じた絞り作用が生じ、振動緩衝用の減衰力が発生する。
ロッド153の下端部における上面、すなわちチューブ151の下端面に対向する面には、ゴム製のストッパ159が設けられている。ストッパ159は、後述するサスペンションシリンダ105の底付きが、万一、発生した場合に、サスペンションシリンダ105や周辺機器が破損することを防止する。
図3は、サスペンションシリンダ105の底付き、および、伸び切りについて説明する図である。図3は、収縮ストローク(横軸)と保持力(縦軸)の関係を示す図である。保持力はシリンダ内の圧力Pと受圧面積との積であるので、図3は収縮ストローク(横軸)とシリンダ内の圧力(縦軸)の関係を示す図であるともいえる。横軸の収縮ストロークLは、伸び切り状態(最伸長状態)から収縮側へのロッド153の変位を示している。つまり、収縮ストロークLの増加はサスペンションシリンダ105が収縮することを意味し、収縮ストロークLの減少はサスペンションシリンダ105が伸長することを意味している。収縮ストロークLが最小値Lminであるときには最伸長状態であり、収縮ストロークLが最大値Lmaxであるときには最縮長状態である(Lmin<Lmax)。
図3(a)および図3(b)において、実線は、定格ストローク−保持力(圧力)特性(以下、定格保持力特性NRと記す)を示している。定格保持力特性NRは、サスペンションシリンダ105にガスGおよび油Oを封入した時の温度(以下、基準温度と記す)におけるストローク−保持力(圧力)特性である。定格保持力特性NRは、積載荷重が高くなり、保持力が増加するほど、収縮ストロークLが増加する特性である。換言すれば、定格保持力特性NRは、保持力が増加するほど、サスペンションシリンダ105の全長が短くなる特性である。なお、説明の便宜上、サスペンションシリンダ105の内部の温度が基準温度である状態を基準状態と記す。
サスペンションシリンダ105内のガスGおよび油Oは、シリンダ内の温度の変化によって体積が変化する。
図3(a)において、破線は、シリンダ内の温度が基準温度よりも所定温度低い状態(以下、低温状態と記す)におけるストローク−保持力(圧力)特性(以下、低温時保持力特性NLと記す)を示している。低温時保持力特性NLは、基準状態に比べてシリンダ内のガスGおよび油Oの体積が減少したときの特性であり、定格保持力特性NRが図示下側(保持力が低下する側)にシフトした特性となっている。
基準状態において、サスペンションシリンダ105の保持力FがF0であり、収縮ストロークLがL0であったとする。これに対して、低温状態において、サスペンションシリンダ105の保持力FがF0である場合の収縮ストロークLはL0よりも大きいLLとなる(L0<LL)。
低温状態では、基準状態に比べて収縮ストロークLが大きく、最縮長(L=Lmax)までの長さが短くなる。このため、低温状態では、車体に振動が作用したときに、サスペンションシリンダ105の底付きが発生する可能性が、基準状態に比べて高くなる。サスペンションシリンダ105の底付きとは、ロッド153が最も収縮した状態(L=Lmax)のことを指す。本実施の形態では、サスペンションシリンダ105の底付きの際、チューブ151の下端面がストッパ159に接触し、衝撃が発生する。
図3(b)において、破線は、シリンダ内の温度が基準温度よりも所定温度高い状態(以下、高温状態と記す)におけるストローク−保持力(圧力)特性(以下、高温時保持力特性NHと記す)を示している。高温時保持力特性NHは、基準状態に比べてシリンダ内のガスGおよび油Oの体積が増加したときの特性であり、定格保持力特性NRが図示上側(保持力が増加する側)にシフトした特性となっている。
高温状態において、サスペンションシリンダ105の保持力FがF0である場合の収縮ストロークLはL0よりも小さいLHとなる(LH<L0)。
高温状態では、基準状態に比べて収縮ストロークLが小さく、最伸長(L=Lmin)までの長さが短くなる。このため、高温状態では、車体に振動が作用したときに、サスペンションシリンダ105の伸び切りが発生する可能性が、基準状態に比べて高くなる。サスペンションシリンダ105の伸び切りとは、ロッド153が最も伸長した状態(L=Lmin)のことを指す。本実施の形態では、サスペンションシリンダ105の伸び切りの際、ピストン152の下端面がチューブ151の内壁(底面)に接触し、衝撃が発生する。
サスペンションシリンダ105の伸び切り、底付き時の衝撃は、ダンプトラックの乗り心地を悪化させる。さらに、伸び切り、底付きが繰り返し発生すると、サスペンションシリンダ105の耐久性が低下する。
そこで、本実施の形態では、温度変化によるガスGおよび油Oの体積変化に起因する底付き、伸び切りの発生を防止するために、低温状態あるいは高温状態において、収縮ストロークLを定格保持力特性NRに近づけるようにサスペンションシリンダ105内の油量を調節する。
図4は、サスペンションシリンダ105の伸び切り、底付き防止装置の構成を示す図である。サスペンションシリンダ105の伸び切り、底付き防止装置は、サスペンションシリンダ105と、圧力センサ106と、ストロークセンサ107と、車輪速センサ108L,108Rと、コントローラ10と、モータ20と、油圧ポンプ19と、給油弁161と、排油弁162とを含む。
図4に示すように、サスペンションシリンダ105のボトム室151bを構成するチューブ151の側壁には、給油口154が設けられている。給油口154には、給油弁161を介して、モータ20によって駆動される油圧ポンプ19が接続されている。モータ20は、コントローラ10から出力される駆動信号が入力されることで駆動され、コントローラ10から出力される停止信号が入力されることで停止する。モータ20が駆動されると、タンク18内の油が油圧ポンプ19によって吸い上げられて吐出され、モータ20が停止すると油圧ポンプ19からの吐出量は0となる。
図4において模式的に示される給油口154は、サスペンションシリンダ105が最縮長のとき(L=Lmax)、ピストン152の上端面よりも上側に位置するように配設される。このため、給油口154がピストン152によって塞がれることはない。
給油弁161は、コントローラ10からオン信号が入力されると開位置に切り換えられ、コントローラ10からオフ信号が入力されるとバネ力により閉位置に切り換えられる電磁切換弁である。給油弁161が開位置に切り換えられると、油圧ポンプ19から吐出された圧油が、給油口154を介してボトム室151bに供給され、シリンダ内の油量、すなわち油の体積が増加する。その結果、収縮ストロークLが減少する、すなわちサスペンションシリンダ105が伸びる。
サスペンションシリンダ105のボトム室151bを構成するチューブ151の側壁には、排油口155が設けられている。排油口155には、排油弁162を介して、油を貯蔵するタンク18が接続されている。
図4において模式的に示される排油口155は、給油口154の下側であって、かつ、サスペンションシリンダ105が最縮長のとき(L=Lmax)、ピストン152の上端面よりも上側に位置するように配設される。このため、排油口155がピストン152によって塞がれることはない。
排油弁162は、コントローラ10からのオン信号が入力されると開位置に切り換えられ、コントローラ10からのオフ信号が入力されるとバネ力により閉位置に切り換えられる電磁切換弁である。サスペンションシリンダ105には車体の重量が作用しているので、排油弁162が開位置に切り換えられると、ボトム室151bから油がタンク18へ排出され、シリンダ内の油量、すなわち油の体積が減少する。その結果、収縮ストロークLが増加する、すなわちサスペンションシリンダ105が縮む。
サスペンションシリンダ105には、サスペンションシリンダ105内の圧力を検出する圧力センサ106、および、サスペンションシリンダ105のロッド153の変位を表す収縮ストロークLを検出するストロークセンサ107が取り付けられている。
左右の各後輪7rには、車輪の回転速度を検出する車輪速センサ108L,108Rが設けられている。車体1には、車体1の速度を検出する車速センサ109が設けられている。本実施の形態において、車速センサ109はミリ波レーダであり、ドップラー効果を利用して走行面に対する自車両の相対速度を検出する。なお、車速センサ109には、レーザーレーダを採用してもよい。これらのセンサからの検出信号は、コントローラ10へ送られる。
コントローラ10は、CPUや記憶装置であるROMおよびRAM、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。コントローラ10は、ダンプトラックのシステム全体の制御を行っている。
コントローラ10は、演算部111と、停止判定部112と、支持判定部113と、目標値設定部114と、閾値設定部115と、弁・モータ制御部116と、第1条件判定部121と、第2条件判定部122と、第3条件判定部123と、第4条件判定部124とを機能的に備えている。
演算部111は、圧力センサ106で検出された圧力に基づいて、積荷の積載重量を演算する。演算部111は、車輪速センサ108L,108Rのそれぞれで検出された左右の車輪速の平均値(以下、単に車輪速Vtと記す)を演算する。
停止判定部112は、車輪速Vtに基づいて、車両が停止しているか否かを判定する。停止判定部112は、車輪速Vtが閾値Vt0未満である場合(Vt<Vt0)、車両が停止していると判定し、車輪速Vtが閾値Vt0以上である場合(Vt≧Vt0)、車両は停止していない、すなわち走行していると判定する。閾値Vt0は、車両が停止していることを判定するために設定される閾値であり、予め記憶装置に記憶されている。
支持判定部113は、4つの車輪7f,7rで車体重量を支持しているか否かを判定する。支持判定部113は、各サスペンションシリンダ105の圧力Pが、所定の圧力範囲(PsL以上、かつ、PsH未満)内である場合(PsL≦P<PsH)、4つの車輪7f,7rで車体重量が適切に支持されていると判定する。所定の圧力範囲を設定するための下限圧力PsLおよび上限圧力PsHは、4つの車輪7f,7rで車体重量が支持されていることを判定するために設定され、予め記憶装置に記憶されている。
なお、所定の圧力範囲は、4つのサスペンションシリンダ105のそれぞれに個別に設定することができる。本実施の形態では、左右の前側サスペンションシリンダ105fに設定される所定の圧力範囲と、左右の後側サスペンションシリンダ105rに設定される所定の圧力範囲の2種類の圧力範囲が設定される。
図5は、サスペンションシリンダ105の状態を判定する方法について説明する図である。図5(a)に示すように、コントローラ10の記憶装置には、定格保持力特性NR、伸び切り判定用のストローク−保持力(圧力)特性、および、底付き判定用のストローク−保持力(圧力)特性が、ルックアップテーブル形式や関数形式で記憶されている。伸び切り判定用のストローク−保持力特性には上述した高温時保持力特性NHを採用し、底付き判定用のストローク−保持力特性には上述した低温時保持力特性NLを採用した。
図5(b)に示すように、高温時保持力特性NHと低温時保持力特性NLにより囲まれる許容領域AN内に、収縮ストロークLの検出値Ldとシリンダ内圧力Pの検出値Pdとによって決まる点が存在する場合、コントローラ10による後述の油量調節(増加/減少)処理は実行されない。
高温時保持力特性NHを表す曲線よりも保持力Fが高くなる側(図示上側)の領域AH内に、収縮ストロークLの検出値Ldと圧力Pの検出値Pdとによって決まる点が存在する場合、コントローラ10により後述する油量減少処理が実行される。低温時保持力特性NLを表す曲線よりも保持力Fが低くなる側(図示下側)の領域AL内に、収縮ストロークLの検出値Ldと圧力Pの検出値Pdとによって決まる点が存在する場合、コントローラ10により後述する油量増加処理が実行される。以下、具体的に説明する。
目標値設定部114は、図5(b)および図5(c)に示すように、定格保持力特性NRを参照し、圧力センサ106による圧力Pの検出値Pdから演算される保持力Fdに対応する収縮ストロークLを目標値Laとして設定する。
第1条件判定部121は、ストロークセンサ107による収縮ストロークLの検出値Ldと目標値設定部114により設定された収縮ストロークLの目標値Laとを比較する。第1条件判定部121は、図5(b)に示すように、検出値Ldが目標値La未満である場合(Ld<La)、サスペンションシリンダ105のストロークが基準状態に比べて伸び切り側に位置していると判定する。第1条件判定部121は、図5(c)に示すように、検出値Ldが目標値La以上である場合(La≦Ld)、サスペンションシリンダ105のストロークが基準状態に比べて底付き側に位置していると判定する。
閾値設定部115は、第1条件判定部121によりサスペンションシリンダ105のストロークが基準状態に比べて伸び切り側に位置していると判定されている場合、以下のようにして第1閾値Lt1および第3閾値Lt3を設定する(Lt1<Lt3)。閾値設定部115は、図5(b)に示すように、伸び切り判定用の保持力特性(高温時保持力特性NH)を参照し、圧力センサ106により検出された圧力Pdから演算される保持力Fdに対応する収縮ストロークLを伸び切り判定用の第1閾値Lt1として設定する。閾値設定部115は、目標値Laを第3閾値Lt3として設定する。
閾値設定部115は、第1条件判定部121によりサスペンションシリンダ105のストロークが基準状態に比べて底付き側に位置していると判定されている場合、以下のようにして第2閾値Lt2および第4閾値Lt4を設定する(Lt4<Lt2)。閾値設定部115は、図5(c)に示すように、底付き判定用の保持力特性(低温時保持力特性NL)を参照し、圧力センサ106により検出された圧力Pdから演算される保持力Fdに対応する収縮ストロークLを底付き判定用の第2閾値Lt2として設定する。閾値設定部115は、目標値Laを第4閾値Lt4として設定する。
第2条件判定部122は、図5(b)に示すように、ストロークセンサ107により検出された収縮ストロークLdが第1閾値Lt1未満の場合、すなわちサスペンションシリンダ105のストロークが、第1閾値Lt1よりも伸び切り側の値である場合、排油条件が成立したと判定する。
第2条件判定部122は、図5(c)に示すように、ストロークセンサ107により検出された収縮ストロークLdが第2閾値Lt2よりも大きい場合、すなわちサスペンションシリンダ105のストロークが、第2閾値Lt2よりも底付き側の値である場合、給油条件が成立したと判定する。
図4に示すように、弁・モータ制御部116は、第2条件判定部122により排油条件が成立したと判定された場合、油量減少処理(排油処理)を実行する。油量減少処理において、弁・モータ制御部116は、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161にオフ信号を出力し、排油弁162にオン信号を出力する。
第3条件判定部123は、油量減少処理が実行されているときに、ストロークセンサ107で検出された収縮ストロークLが第3閾値Lt3に達した場合に、油量減少停止条件が成立したと判定する。第3条件判定部123は、収縮ストロークLが第3閾値Lt3未満の場合、収縮ストロークLが第3閾値Lt3に達していないと判定する、すなわち油量減少停止条件は成立していないと判定する。第3条件判定部123は、収縮ストロークLが第3閾値Lt3以上の場合、収縮ストロークLが第3閾値Lt3に達していると判定する、すなわち油量減少停止条件が成立していると判定する。
弁・モータ制御部116は、第3条件判定部123により油量減少停止条件が成立したと判定された場合、油量減少停止処理(排油停止処理)を実行する。油量減少停止処理において、弁・モータ制御部116は、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161および排油弁162のそれぞれにオフ信号を出力する。
弁・モータ制御部116は、第2条件判定部122により給油条件が成立したと判定された場合、油量増加処理(給油処理)を実行する。油量増加処理において、弁・モータ制御部116は、モータ20に駆動信号を出力し、給油弁161にオン信号を出力し、排油弁162にオフ信号を出力する。
第4条件判定部124は、油量増加処理が実行されているときに、ストロークセンサ107で検出された収縮ストロークLが第4閾値Lt4に達した場合に、油量増加停止条件が成立したと判定する。第4条件判定部124は、収縮ストロークLが第4閾値Lt4よりも大きい場合、収縮ストロークLが第4閾値Lt4に達していないと判定する、すなわち油量増加停止条件は成立していないと判定する。第4条件判定部124は、収縮ストロークLが第4閾値Lt4以下の場合、収縮ストロークLが第4閾値Lt4に達していると判定する、すなわち油量増加停止条件が成立していると判定する。
弁・モータ制御部116は、第4条件判定部124により油量増加停止条件が成立したと判定された場合、油量増加停止処理(給油停止処理)を実行する。油量増加停止処理において、弁・モータ制御部116は、油量減少停止処理と同様に、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161および排油弁162のそれぞれにオフ信号を出力する。
なお、図4では、4つのサスペンションシリンダ105のうち、一のサスペンションシリンダ105の伸び切り、底付き防止装置の構成を代表して示しているが、他のサスペンションシリンダ105の伸び切り、底付き防止装置の構成も同様である。なお、コントローラ10、油圧ポンプ19およびモータ20、タンク18や、車輪速センサ108L,108Rは、共通に用いられる。圧力センサ106や、給油弁161および排油弁162は、各サスペンションシリンダ105に設けられる。
図6は、第1の実施の形態に係るサスペンションシリンダの伸び切り、底付き防止装置におけるコントローラ10による油量調節制御の処理内容を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、たとえば、図示しないイグニッションスイッチのオンにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、繰り返し実行される。
ステップS100において、コントローラ10は、車輪速センサ108L,108Rで検出された車輪速、圧力センサ106で検出されたシリンダ内の圧力P、ストロークセンサ107で検出されたサスペンションシリンダ105の収縮ストロークLの情報を取得して、ステップS105へ進む。
ステップS105において、コントローラ10は、ステップS100で取得した左右の車輪速から平均値を演算し、この平均値に基づいて車両が停止しているか否かを判定する。ステップS105で肯定判定されると、ステップS110へ進み、否定判定されるとステップS100へ戻る。
ステップS110において、コントローラ10は、ステップS100で取得した4つのサスペンションシリンダ105の圧力Pがそれぞれ所定の圧力範囲内であるか否かを判定する。ステップS110で肯定判定されると、ステップS113へ進み、否定判定されるとステップS100へ戻る。
ステップS113において、コントローラ10は、定格保持力特性NRを参照し、ステップS100で取得した圧力Pに対応する収縮ストロークLを目標値Laとして設定し、ステップS115へ進む。
ステップS115において、コントローラ10は、ステップS100で取得した収縮ストロークLが目標値La未満であるか否かを判定する。ステップS115で肯定判定されると、ステップS120へ進み、否定判定されるとステップS140へ進む。
ステップS120において、コントローラ10は、伸び切り保持力特性(高温時保持力特性NH)を参照し、ステップS100で取得した圧力Pに対応する収縮ストロークLを第1閾値Lt1として設定する。ステップS120において、コントローラ10は、目標値Laを第3閾値Lt3として設定し、ステップS125へ進む。
ステップS125において、コントローラ10は、ステップS100で取得した収縮ストロークLが第1閾値Lt1未満であるか否かを判定する。ステップS125で肯定判定されるとステップS130へ進み、否定判定されるとステップS100へ戻る。
ステップS130において、コントローラ10は、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161にオフ信号を出力し、排油弁162にオン信号を出力する。すなわち、コントローラ10は、油量減少処理を実行し、ステップS133へ進む。
ステップS133において、コントローラ10は、ストロークセンサ107で検出されたサスペンションシリンダ105の収縮ストロークLの情報を取得し、ステップS135へ進む。
ステップS135において、コントローラ10は、ステップS133で取得した収縮ストロークLが第3閾値Lt3以上であるか否かを判定する。ステップS135で肯定判定されるとステップS160へ進み、否定判定されるとステップS130へ戻る。
ステップS160において、コントローラ10は、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161にオフ信号を出力し、排油弁162にオフ信号を出力する。すなわち、コントローラ10は、油量調節停止処理を実行し、図6のフローチャートに示す処理を終了する。
ステップS140において、コントローラ10は、底付き保持力特性(低温時保持力特性NL)を参照し、ステップS100で取得した圧力Pに対応する収縮ストロークLを第2閾値Lt2として設定する。ステップS140において、コントローラ10は、目標値Laを第4閾値Lt4として設定し、ステップS145へ進む。
ステップS145において、コントローラ10は、ステップS100で取得した収縮ストロークLが第2閾値Lt2よりも大きいか否かを判定する。ステップS145で肯定判定されるとステップS150へ進み、否定判定されるとステップS100へ戻る。
ステップS150において、コントローラ10は、モータ20に駆動信号を出力し、給油弁161にオン信号を出力し、排油弁162にオフ信号を出力する。すなわち、コントローラ10は、油量増加処理を実行し、ステップS153へ進む。
ステップS153において、コントローラ10は、ストロークセンサ107で検出されたサスペンションシリンダ105の収縮ストロークLの情報を取得し、ステップS155へ進む。
ステップS155において、コントローラ10は、ステップS153で取得した収縮ストロークLが第4閾値Lt4以下であるか否かを判定する。ステップS155で肯定判定されるとステップS160へ進み、否定判定されるとステップS150へ戻る。
本実施の形態の動作をまとめると次のようになる。運転者が、イグニッションスイッチをオンすると、車両が起動する。サスペンションシリンダ105の内部の温度が基準温度よりも高い状態であると、シリンダ内のガスGおよび油Oの体積が大きく、収縮ストロークLが基準状態に比べて小さくなっている。サスペンションシリンダ105の内部の温度が基準温度よりも低い状態であると、シリンダ内のガスGおよび油Oの体積が小さく、収縮ストロークLが基準状態に比べて大きくなっている。
収縮ストロークLの検出値Ldと圧力Pの検出値Pdに対応する保持力Fdとから決定される点が、図5に示す伸び切り判定用の保持力特性(NH)と底付き判定用の保持力特性(NL)とで囲まれる許容領域ANの外側の領域AHあるいは領域ALに位置していると、コントローラ10により、伸び切り、あるいは、底付きのおそれがあると判定される。
伸び切りのおそれがある場合、排油弁162が開かれ、サスペンションシリンダ105内の油Oがタンク18に回収される。サスペンションシリンダ105内の油Oの体積が徐々に減少するため、サスペンションシリンダ105が徐々に収縮する。収縮ストロークLが定格保持力特性NRに近づくように油量が調節(減少)され、定格保持力特性NRに達すると排油弁162が閉じられる。このため、車両の走行中など路面の影響で車体に振動が作用したときに、サスペンションシリンダ105の伸び切りが発生することが防止される。
底付きのおそれがある場合、給油弁161が開かれるとともに、モータ20が駆動されて油圧ポンプ19から吐出される圧油がサスペンションシリンダ105内に供給される。サスペンションシリンダ105内の油Oの体積が徐々に増加するため、サスペンションシリンダ105が徐々に伸長する。収縮ストロークLが定格保持力特性NRに近づくように油量が調節(増加)され、定格保持力特性NRに達すると給油弁161が閉じられる。このため、車両の走行中など路面の影響で車体に振動が作用したときに、サスペンションシリンダ105の底付きが発生することが防止される。
上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)本実施の形態に係るサスペンションシリンダの伸び切り、底付き防止装置は、サスペンションシリンダ105と、サスペンションシリンダ105の圧力を検出する圧力センサ106と、サスペンションシリンダのストロークを検出するストロークセンサ107と、圧力センサにより検出された圧力およびストロークセンサ107により検出されたストロークに基づいて、油量調節条件(給油条件あるいは排油条件)が成立したと判定するコントローラ10と、油量調節装置とを含む。油量調節装置は、コントローラ10により油量調節条件が成立したと判定された場合、サスペンションシリンダ105のストロークをサスペンションシリンダ105における所定のストローク−圧力特性である定格保持力特性NRに近づけるようにサスペンションシリンダ105内の油量を調節する。
本実施の形態において、油量調節装置は、コントローラ10、モータ20、油圧ポンプ19、給油弁161および排油弁162を備えている。油量調節装置では、コントローラ10の制御信号に基づいて、モータ20が駆動され、給油弁161が開かれ、シリンダ内の油量が増加する。油量調節装置では、コントローラ10の制御信号に基づいて、排油弁162が開かれ、シリンダ内の油量が減少する。
高温状態でサスペンションシリンダ105の収縮ストロークLが小さく、伸び切り発生の可能性が高い場合、油量を減少させて収縮ストロークLを増加させて、伸び切りの発生を防止できる。低温状態でサスペンションシリンダ105の収縮ストロークLが大きく、底付き発生の可能性が高い場合、油量を増加させて収縮ストロークLを減少させて、底付きの発生を防止できる。つまり、本実施の形態によれば、温度変化によってストロークが変化した場合であっても、サスペンションシリンダ105の伸び切りおよび底付きを防止できる。その結果、ダンプトラックの乗り心地を向上できるとともに、サスペンションシリンダ105の耐久性を向上できる。
(2)油量調節条件には、運搬車両が停止していることを含んでいる。サスペンションシリンダ105によって発生する力FAは、車体重量を保持するための保持力Fと、減衰力FDとの和で表される(FA=F+FD)。
運搬車両が停止している状態では、減衰力FD=0であるが、車両が走行している状態では、走行面の凹凸によって車体が振動するため、減衰力FDが発生する。運搬車両が走行している状態では、圧力センサ106で検出された圧力Pに、減衰力FDの成分が入ってしまうので、サスペンションシリンダの伸び切り、底付き防止装置が誤作動してしまう可能性がある。
走行中に誤作動を防止するためには、減衰の成分を考慮して油量の調節を行う必要があるが、減衰の成分を考慮して保持力特性を計算するのは難しい。本実施の形態では、運搬車両が停止しているときにのみ、油量の調節を行うこととしたので、減衰力FDの影響を考慮する必要がなく、誤作動を防止できる。
(3)油量調節条件には、4つのサスペンションシリンダ105の圧力がそれぞれ所定の圧力範囲内であることを含んでいる。ダンプトラックは、不整地での作業を行うことがあるため、停止時に4つの車輪で均等に車体重量を支持していない場合がある。たとえば、ほぼ3輪でのみ車体重量を支持し、1つの車輪が脱輪している場合がある。この状態で、サスペンションシリンダ105の油量の調節が実行されると、脱輪している車輪に対応するサスペンションシリンダ105における油量の調節が適切に行われないおそれがある。本実施の形態では、4つの車輪で車体重量を支持している場合にのみ、油量の調節を行うこととしたので、車輪が脱輪した状態での油量の調節を防止して、4つの車輪のそれぞれに対応する4つのサスペンションシリンダ105の全てにおいて、油量を適切に調節して、伸び切りや底付きを防止できる。
(4)ところで、サスペンションシリンダ105のバネ特性は、サスペンションシリンダ105に封入されるガスGと油Oの体積、および封入するときの圧力により変化する。サスペンションシリンダ105にかかる荷重が比較的小さい空荷時では、ガスGの圧縮性が支配的であるのに対して、荷重が比較的大きい積荷時には油Oの圧縮性が支配的となる。油Oの方がガスGよりも圧縮しにくいため、サスペンションシリンダ105は、油Oの体積が小さいとき(ガスGの体積が大きいとき)は柔らかいバネとして機能し、油Oの体積が大きいときは硬いバネとして機能する。
特許文献1には、ガスの体積を変更する構成が開示されているが、積荷時のサスペンションシリンダ105のバネ定数は、油Oの圧縮性が支配的であるので、サスペンションシリンダ105の伸び切り、底付きを防止するためには、ガスGの体積を変更するよりも、油Oの体積を変更する方が効果が大きい。たとえば、底付きのおそれがある場合に、ガスGの体積を増加させて、サスペンションシリンダ105を伸ばした場合、積荷時において車体が振動した際に、ガスGの体積が大きく減少して、底付きを回避できないおそれがある。
これに対して、本実施の形態によれば、油Oの体積を調整する構成としたので、ガスGの体積を調整する構成に比べて、サスペンションシリンダの伸び切り、底付きを効果的に防止することができる。
−第2の実施の形態−
図7および図8を参照して、第2の実施の形態に係る運搬車両を説明する。なお、図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図7は、図4と同様の図であり、第2の実施の形態に係るサスペンションシリンダの伸び切り、底付き防止装置の構成を示す図である。第2の実施の形態に係る運搬車両としてのダンプトラックは、第1の実施の形態と同様の構成を有し、さらに、アキュムレータ271と、アシスト弁272と、オーバーロードリリーフバルブ273と、チェックバルブ274とを備えている。
アキュムレータ271は、サスペンションシリンダ105から排出される圧油を蓄圧する蓄圧手段である。サスペンションシリンダ105には、常に圧縮荷重が作用しているので、排油弁162が開かれると、サスペンションシリンダ105内の油Oが排油弁162を介してアキュムレータ271に供給される。
油Oがアキュムレータ271に蓄積され、アキュムレータ271の内圧が上昇し、油Oの流体エネルギーが蓄積される。アキュムレータ271とタンク18との間には、オーバーロードリリーフバルブ273が設けられている。オーバーロードリリーフバルブ273は、設定圧力以上になったときに開いて、油Oがタンク18に排出される。オーバーロードリリーフバルブ273の設定圧力は、アキュムレータ271を保護するために、アキュムレータ271の許容圧力以下に設定されている。
アキュムレータ271と排油弁162との間には、蓄圧された圧油がサスペンションシリンダ105に向かって逆流することを防止するチェックバルブ(逆止弁)274が設けられている。
アシスト弁272は、アキュムレータ271と給油弁161とを接続する油路に設けられた電磁切換弁であり、コントローラ10Bからオン信号が入力されると開位置に切り換えられ、コントローラ10Bからオフ信号が入力されるとバネ力により閉位置に切り換えられる。
給油弁161およびアシスト弁272のそれぞれが開かれると、アキュムレータ271に蓄積された圧油がサスペンションシリンダ105に供給される。
図7に示すように、第2の実施の形態に係るコントローラ10Bは、第1の実施の形態で説明した弁・モータ制御部116の機能が異なっている。第2の実施の形態に係る弁・モータ制御部216は、排油条件の成立により油量減少処理を実行する。油量減少処理において、弁・モータ制御部216は、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161にオフ信号を出力し、排油弁162にオン信号を出力し、さらにアシスト弁272にオフ信号を出力する。
弁・モータ制御部216は、油量減少停止条件の成立により油量減少停止処理を実行する。油量減少停止処理において、弁・モータ制御部216は、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161および排油弁162のそれぞれにオフ信号を出力し、さらにアシスト弁272にオフ信号を出力する。
弁・モータ制御部216は、給油条件の成立により油量増加処理を実行する。油量増加処理において、弁・モータ制御部216は、モータ20に駆動信号を出力し、給油弁161にオン信号を出力し、排油弁162にオフ信号を出力し、さらにアシスト弁272にオン信号を出力する。
弁・モータ制御部216は、油量増加停止条件の成立により油量増加停止処理を実行する。油量増加停止処理において、弁・モータ制御部216は、油量減少停止処理と同様に、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161および排油弁162のそれぞれにオフ信号を出力し、さらにアシスト弁272にオフ信号を出力する。
図8は、図6と同様の図であって、第2の実施の形態に係るサスペンションシリンダの伸び切り、底付き防止装置におけるコントローラ10Bによる油量調節制御の処理内容を示すフローチャートである。図8は、図6のフローチャートのステップS130,S150,S160に代えて、ステップS230,S250,S260の処理を実行する。なお、図6の処理と同じ処理には同じ符号を付し、図6の処理と異なる部分を主に説明する。このフローチャートに示す処理は、図示しないイグニッションスイッチのオンにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、繰り返し実行される。
ステップS125において、収縮ストロークLが第1閾値Lt1未満であり、排油条件が成立していると判定されると、コントローラ10Bは、ステップS230において、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161にオフ信号を出力し、排油弁162にオン信号を出力し、さらにアシスト弁272にオフ信号を出力する。
ステップS145において、収縮ストロークLが第2閾値Lt2よりも大きく、給油条件が成立していると判定されると、コントローラ10Bは、ステップS250において、モータ20に駆動信号を出力し、給油弁161にオン信号を出力し、排油弁162にオフ信号を出力し、さらにアシスト弁272にオン信号を出力する。
ステップS135において油量減少停止条件が成立し、あるいは、ステップS155において油量増加停止条件が成立すると、コントローラ10Bは、ステップS260において、モータ20に停止信号を出力し、給油弁161にオフ信号を出力し、排油弁162にオフ信号を出力し、さらにアシスト弁272にオフ信号を出力する。
第2の実施の形態では、油量減少処理の際にサスペンションシリンダ105からの圧油をアキュムレータ271により蓄積し、油量増加処理の際にアキュムレータ271で蓄積された圧油をサスペンションシリンダ105へ供給する構成とした。
このような第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態の作用効果に加え、次の作用効果を奏する。
(5)アキュムレータ271によって油Oをサスペンションシリンダ105に供給することができるので、油圧ポンプ19の消費エネルギーを小さくすることができる。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(変形例1)
上述した実施の形態では、給油弁161および排油弁162を設けた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
(変形例1−1)
たとえば、第1の実施の形態で説明した給油弁161および排油弁162(図4参照)に代えて、図9に示すように、給油位置(S)、遮断位置(H)、排油位置(D)の3位置で切り換え可能な電磁式切換弁363を設けてもよい。
コントローラ10Cの弁・モータ制御部316が、油量減少処理において、モータ20に停止信号を出力するとともに、電磁式切換弁363を排油位置(D)に切り換えるための制御信号を出力する。弁・モータ制御部316は、油量増加処理において、モータ20に駆動信号を出力するとともに、電磁式切換弁363を給油位置(S)に切り換えるための制御信号を出力する。
弁・モータ制御部316は、油量増加停止処理、および、油量減少停止処理において、モータ20に停止信号を出力するとともに、電磁式切換弁363を遮断位置(H)に切り換えるための制御信号を出力する。
このような第1の実施の形態の変形例によれば、第1の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
(変形例1−2)
第2の実施の形態で説明した給油弁161および排油弁162(図7参照)に代えて、図10に示すように、3位置で切り換え可能な電磁式切換弁363を設けることもできる。
コントローラ10Dの弁・モータ制御部416は、油量減少処理において、モータ20に停止信号を出力し、アシスト弁272にオフ信号を出力するとともに、電磁式切換弁363を排油位置(D)に切り換えるための制御信号を出力する。弁・モータ制御部416は、油量増加処理において、モータ20に駆動信号を出力し、アシスト弁272にオン信号を出力するとともに、電磁式切換弁363を給油位置(S)に切り換えるための制御信号を出力する。
弁・モータ制御部416は、油量増加停止処理、および、油量減少停止処理において、モータ20に停止信号を出力し、アシスト弁272にオフ信号を出力するとともに、電磁式切換弁363を遮断位置(H)に切り換えるための制御信号を出力する。
このような第2の実施の形態の変形例によれば、第2の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
(変形例2)
上述した実施の形態では、サスペンションシリンダ105の収縮ストロークLに基づいて、各種演算を行う例について説明したが、本発明はこれに限定されない。底付き状態(最縮長状態)から伸長側へのロッド153の変位を表す伸長ストロークに基づいて、各種演算を行ってもよい。
(変形例3)
上述した実施の形態では、目標値Laを第3閾値Lt3および第4閾値Lt4として設定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、目標値Laよりも僅かに低い値や高い値を第3閾値Lt3として設定し、目標値Laよりも僅かに高い値や低い値を第4閾値Lt4として設定してもよい。伸び切り判定用の保持力特性(NH)や底付き判定用の保持力特性(NL)よりも定格保持力特性NRに近づけることで、伸び切りや底付きの可能性を低減できる。
(変形例4)
第2の実施の形態では、アキュムレータ271によって油圧ポンプ19をアシストする構成としたが、本発明はこれに限定されない。サスペンションシリンダ105によって必要な保持力を発生させるための圧力よりも十分に大きな圧力がアキュムレータ271に蓄積されていれば、油圧ポンプ19を起動せずに、アシスト弁272を開くことで、サスペンションシリンダ105に圧油を供給することができる。この場合、油圧ポンプ19およびモータ20を省略することができる。
(変形例5)
上述した実施の形態では、車輪速Vtに基づいて、車両が停止しているか否かを判定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
(変形例5−1)
たとえば、図11に示すように、駐車ブレーキ(不図示)が運搬車両を制動するように作動していることを検出するパーキングブレーキスイッチ510をコントローラ10Eに接続し、パーキングブレーキスイッチ510により、駐車ブレーキが作動していることが検出された場合に、停止判定部512により車両が停止していると判定する構成としてもよい。
本変形例において、油量増加処理あるいは油量減少処理が実行されている間は、駐車ブレーキの解除を禁止し、油量増加停止条件あるいは油量減少停止条件が成立したとき、駐車ブレーキの解除を許可するようにしてもよい。
(変形例5−2)
ミリ波レーダやレーザーレーダなどの車速センサ109で検出された車速Vに基づいて、車両が停止しているか否かを判定してもよい。この場合、コントローラ10は、車速Vが閾値V0未満である場合、車両が停止していると判定し、車速Vが閾値V0以上である場合、車両が走行していると判定する。
(変形例6)
上述した実施の形態では、コントローラ10が、伸び切り判定用のストローク−保持力(圧力)特性を参照し、圧力センサ106により検出された圧力Pに対応する収縮ストロークLを伸び切り判定用の閾値Lt1として設定し、底付き判定用のストローク−保持力(圧力)特性を参照し、圧力センサ106により検出された圧力Pに対応する収縮ストロークLを底付き判定用の閾値Lt2として設定する例について説明した。上述した実施の形態では、コントローラ10は、ストロークセンサ107により検出された収縮ストロークLが、伸び切り判定用の閾値Lt1よりも伸び切り側の値である場合、あるいは、ストロークセンサ107により検出された収縮ストロークLが、底付き判定用の閾値Lt2よりも底付き側の値である場合、油量調節条件が成立したと判定する。
つまり、上述した実施の形態では、収縮ストロークLの閾値Lt1,Lt2を設定し、検出された収縮ストロークLと閾値Lt1,Lt2との大小関係から、伸び切りや底付きの可能性が高いことを判定したが、本発明はこれに限定されない。
保持力Fの閾値Ft1,Ft2を設定し、検出されたシリンダ内の圧力Pから演算された保持力Fと、閾値Ft1,Ft2との大小関係から、伸び切りや底付きの可能性が高いことを判定してもよい。
図12(a)に示すように、コントローラ10は、伸び切り判定用のストローク−保持力(圧力)特性(高温時保持力特性NH)を参照し、ストロークセンサ107により検出された収縮ストロークLdに対応する保持力Fを伸び切り判定用の第1閾値Ft1として設定する。図12(b)に示すように、コントローラ10は、底付き判定用のストローク−保持力(圧力)特性(低温時保持力特性NL)を参照し、ストロークセンサ107により検出された収縮ストロークLdに対応する保持力Fを底付き判定用の第2閾値Ft2として設定する。
図12(a)に示すように、コントローラ10は、圧力センサ106により検出された圧力Pdから演算される保持力Fdが、伸び切り判定用の第1閾値Ft1よりも高い場合、排油条件が成立したと判定する。図12(b)に示すように、コントローラ10は、圧力センサ106により検出された圧力Pdから演算される保持力Fdが、底付き判定用の第2閾値Ft2よりも低い場合、給油条件が成立したと判定する。
このような変形例によれば、検出された収縮ストロークLと検出された圧力Pから演算される保持力Fとによって決まる点が、領域AH,AN,AL(図5(a)参照)のいずれに存在するのかを判定することができ、第1の実施の形態と同様の作用効果を奏する。なお、本変形例では、保持力Fの閾値Ft1,Ft2を設定する例について説明したが、これはシリンダ内の圧力Pの閾値を設定することと同義である。
(変形例7)
上述した実施の形態では、収縮ストロークLを定格保持力特性NRから得られる閾値Lt3,Lt4に近づけるようにサスペンションシリンダ105内の油量を調節する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。サスペンションシリンダ105のチューブ151とロッド153の相対位置を、一時的に機械的に固定して、圧力Pを定格保持力特性NRに近づけるようにサスペンションシリンダ105内の油量を調節してもよい。
たとえば、コントローラ10は、図12(a)および図12(b)に示すように、定格保持力特性NRを参照し、収縮ストロークLの検出値Ldに対応する保持力Fを目標値Faとして設定し、検出された圧力Pdに対応する保持力Fdが目標値Faとなるまで、油量を調節する。なお、油を供給する場合には油圧ポンプ19を駆動し、油を排出する場合には図示しないモータ等でサスペンションシリンダ105内の油を吸引する。
その後、機械的な固定を解除すると、収縮ストロークLが定格保持力特性NRに沿って目標値Laまで変化する。このように、保持力Fあるいは圧力Pを油量減少停止条件や油量増加停止条件成立の閾値として設定し、条件の成立後に、収縮ストロークLを変化させるようにしてもよい。
(変形例8)
上述した実施の形態では、運搬車両の一例としてダンプトラックを例に説明したが、本発明はこれに限定されず、ショベルやクレーン等を使って荷の積み降ろしが行われる平ボディタイプのトラック等、他の運搬車両であってもよい。
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。