JP6510728B2

JP6510728B2 - ダンプトラックのピッチング制御システム

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Publication number: JP6510728B2
Application number: JP2018506449A
Authority: JP
Inventors: 毅岩城; 北口　篤; 篤北口; 石原　和典; 和典石原; 池田　純; 純池田; 芳文鍋島
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2036-09-15
Also published as: EP3514030A4; CN108093631B; EP3514030A1; JPWO2018051452A1; US20190023098A1; US10414237B2; WO2018051452A1; CN108093631A

Description

本発明は、ダンプトラックのピッチング運動を制御するダンプトラックのピッチング制御システムに関する。

一般に、鉱山等で採掘された鉱物や土砂等を積荷として運搬するダンプトラックは、フレームと、このフレームの前部に回転可能に設けられた前輪と、フレームの後部に回転可能に設けられた後輪と、フレームに対して起伏可能に設けられ、積荷を積載する荷台と、フレームと前輪及び後輪との間にそれぞれ介装され、車体を保持すると同時に走行時の路面からの振動を吸収して車体への衝撃を緩和する左右一対のサスペンションシリンダとを備えている。

また、ダンプトラックは、フレーム上に起伏可能に設けられ、土砂や砕石等の積荷を積載する荷台と、フレームの後部に設けられたヒンジピンと、フレームのうちヒンジピンよりも前方に配置され、フレームと荷台とを連結するホイストシリンダとを備えている。そして、ダンプトラックは、ホイストシリンダが伸長して荷台を押し上げて起立させることにより、荷台から積荷を降ろすことができる。

このように構成されたダンプトラックでは、車重が空荷時と積荷時で２倍以上異なるため、線形バネ特性を有するサスペンションシリンダを用いると、車高が空荷時と積荷時で大きく変化する。そのため、ダンプトラックのサスペンションシリンダは、硬くなればなるほど硬くなる非線形バネ特性を有することが要求される。さらに、ダンプトラックの自重と荷台の積載荷重が非常に大きいため、これらの荷重を保持できる保持力特性も要求される。

上記の理由により、非線形バネ特性を有し、かつ、大きな保持力を発揮するために、ダンプトラックには、ガスとオイルが仕切りなく封入されたサスペンションシリンダが用いられている。このように構成されたサスペンションシリンダは、外力を受けることにより、ガスとオイルが圧縮される２重バネ構造になっており、この種のバネ構造の従来技術の１つとして、流体圧式アクティブサスペンションが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、ダンプトラックは、加減速時や障害物を乗り越える際に、サスペンションシリンダが伸縮することにより、車体が前後に揺動する運動、いわゆる、ピッチング運動が発生し、走行時に車体の姿勢が変化することが問題になっていた。そこで、この問題を解決するための従来技術の１つとして、横加速度に比例した引き下げ力を前後軸の車輪の油圧式懸架機構へ配分して加えることにより、旋回走行時の車体の浮き上がりを防止する車体の姿勢制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−７７６２９号公報特許第３００６０８８号公報

前述したように、ダンプトラックに用いられるサスペンションシリンダの内部は、ガスとオイルが仕切りなく封入されている。そのため、特許文献１に記載されているように、サスペンションの内部のガスがオイルへ溶解することにより、サスペンションシリンダのバネ特性が変化することがある。このガスのオイルへの溶解は、サスペンションシリンダにガスが最初にチャージされた後に発生し、サスペンションシリンダが伸縮を繰り返すにつれて、ある一定の圧力に飽和することが分かっている。また、サスペンションシリンダのバネ特性の変化は、ガスがオイルへ溶解することの他に、サスペンションシリンダの内部の温度変化によっても生じることが分かっている。

しかしながら、特許文献２の従来技術は、上述したサスペンションシリンダのバネ特性を考慮したものではなく、予め設定されたバネ特性を使用して車体の姿勢を制御している。そのため、特許文献２の従来技術をダンプトラックに適用した場合に、サスペンションシリンダの内部において、ガスのオイルへの溶解や温度変化が生じることに伴い、サスペンションシリンダの制御油量を正確に求めることができなくなるので、車体の姿勢に対して意図通りの制御を実現することができず、走行時の車体の乗り心地や操縦安定性を十分に得られないことが懸念されている。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、走行時の車体の乗り心地や操縦安定性を向上させることができるダンプトラックのピッチング制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明のダンプトラックのピッチング制御システムは、モータを含む後輪駆動装置と、ガスとオイルが封入され、走行時の車体への衝撃を緩和し、前後左右の車輪と前記車体を連結する４本のサスペンションシリンダから成る４つのサスペンションとを備えたダンプトラックに適用され、前記車体のピッチング運動を制御するダンプトラックのピッチング制御システムであって、前記車体のピッチング運動の状態量を検出するピッチング状態量検出部と、前記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検出部と、前記サスペンションシリンダの内部の圧力を検出する圧力検出部と、前記サスペンションシリンダの内部の温度を検出する温度検出部と、前記サスペンションシリンダの最伸長状態における前記ガスの圧力を示すガスチャージ圧と、前記サスペンションシリンダに前記ガスと前記オイルがチャージされてから前記車体が走行した時間の累積を示す走行累積時間との関係を取得する関係取得部と、前記走行累積時間を計時する計時部と、前記関係取得部が取得した前記関係に対して、前記計時部によって計時された前記走行累積時間を適用することにより、前記ガスチャージ圧を演算するガスチャージ圧演算部と、前記ストローク検出部、前記圧力検出部、前記温度検出部の検出結果、及び前記ガスチャージ圧演算部の演算結果に基づいて、前記サスペンションシリンダのバネ特性を演算するバネ特性演算部と、前記バネ特性演算部によって演算された前記バネ特性に応じて、前記車体のピッチング運動の目標量を演算するピッチング目標量演算部と、前記バネ特性演算部によって演算された前記バネ特性に応じて、ピッチング量の補正に必要なトルク補正値を演算するトルク補正値演算部とを備え、前記トルク補正値演算部は、前記ピッチング状態量検出部によって検出された前記車体のピッチング運動の状態量と、前記ピッチング目標量演算部によって演算された前記車体のピッチング運動の目標量との差分に応じて前記トルク補正値を演算して出力し、前記トルク補正値演算部からの出力を受けて前記後輪駆動装置が駆動トルクを増減するように構成されたことを特徴としている。

本発明のダンプトラックのピッチング制御システムによれば、走行時の車体の乗り心地や操縦安定性を向上させることができる。なお、上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係るピッチング制御システムが適用されるダンプトラックの構成を示す側面図である。図１に示すサスペンションシリンダの構成を示す図である。図１に示すコントローラの主な機能を示す機能ブロック図である。本発明の第１実施形態に係るピッチング制御システムの構成を示す全体図である。図１に示す車体のピッチング運動を模式的に示す図である。図１に示すサスペンションシリンダのバネ特性を示す図である。図１に示すコントローラによる車体のピッチング運動の制御処理の流れを示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係るコントローラの主な機能を示す機能ブロック図である。本発明の第２実施形態に係るピッチング制御システムの構成を示す全体図である。図８に示す関係取得部によって取得されるガスチャージ圧と走行累積時間との関係を示す図である。

以下、本発明に係るダンプトラックのピッチング制御システムを実施するための形態を図に基づいて説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るピッチング制御システムは、例えば、図１に示すダンプトラック１０１に適用される。このダンプトラック１０１は、車体１０の下部の骨格を形成するフレーム１１と、このフレーム１１の前部の左右両端にそれぞれ一輪ずつ配置された前輪１２Ｆと、フレーム１１の後部の左右両端に回転可能にそれぞれ二輪ずつ配置された後輪１２Ｒとを備えている。

前輪１２Ｆは、後述の操作ハンドル等を介して入力されるステアリング角度に基づいて操舵される操舵輪であると共に、ダンプトラック１０１が走行する走行路の路面を介して後輪１２Ｒに従動する従動輪である。この前輪１２Ｆの近傍には、前輪１２Ｆの回転速度、すなわち、車体１０の速度を検出する車速センサ１２Ａ（図３参照）が設けられており、この車速センサ１２Ａの検出値は後述のコントローラ１９へ出力される。

一方、後輪１２Ｒは、車体１０の内部に搭載されたエンジン（図示せず）の駆動力が回転運動に変換されて駆動する駆動輪である。このような後輪１２Ｒの回転軸には、当該後輪１２Ｒを駆動するためのモータ（図示せず）を含む後輪駆動装置１３（図３参照）が取り付けられている。

また、ダンプトラック１０１は、フレーム１１に対して起伏可能に設けられ、土砂や鉱石等の積荷を積載する荷台１４と、フレーム１１の後部にブラケット１５を介して設けられたヒンジピン１６と、フレーム１１のうちヒンジピン１６よりも前方に配置され、フレーム１１と荷台１４とを連結するホイストシリンダ１７と、荷台１４の前方に配置され、フレーム１１のうち前輪１２Ｆ側に設けられたキャブ１８と、キャブ１８の側方に設置され、車体１０の動作を制御するコントローラ１９とを備えている。

キャブ１８内には、コントローラ１９に接続され、車体１０の走行状態のうち前進（Ｆ）、中立（Ｎ）、及び後退（Ｒ）のいずれかに切替えるシフトレバー（図示せず）と、前輪１２Ｆの操舵方向を切り替えることにより、車体１０の進行方向を左方向又は右方向へ変更する操作ハンドル（図示せず）と、車体１０を加速させるアクセルペダル２１（図３参照）と、後輪１２Ｒに制動力を付与するブレーキペダル２２（図３参照）とが設置されている。

ここで、ダンプトラック１０１は自動車等の普通の乗用車と異なり、荷台１４に積荷が積載されている積荷時の車体１０の重量が、荷台１４に積荷が積載されていない空荷時の車体１０の重量と比較して２倍以上変化する。そのため、積荷時のダンプトラック１０１の車高が空荷時の車高に対して大きく変化しないように、ダンプトラック１０１には、一般にガス３０１（図２参照）とオイル３０２（図２参照）を仕切りなく封入した前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒ（図１には、左側の前輪サスペンションシリンダ３１Ｌのみが図示されている）から成る２つの前輪サスペンション及び後輪サスペンションシリンダ３２Ｌ，３２Ｒ（図２には、左側の後輪サスペンションシリンダ３２Ｌのみが図示されている）から成る２つの後輪サスペンションが搭載されている。

一対の前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒは、車体１０の幅方向において左右にそれぞれ配置されると共に、フレーム１１と前輪１２Ｆとの間に介装され、キャブ１８、荷台１４、及び荷台１４上の積荷等の重量物を支持して走行時の車体１０への衝撃を緩和する機能を有している。

同様に、一対の後輪サスペンションシリンダ３２Ｌ，３２Ｒは、車体１０の幅方向において左右にそれぞれ配置されると共に、フレーム１１と後輪１２Ｒとの間に介装され、キャブ１８、荷台１４、及び荷台１４上の積荷等の重量物を支持して走行時の車体１０への衝撃を緩和する機能を有している。以下の説明では、前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒ及び後輪サスペンションシリンダ３２Ｌ，３２Ｒを特に区別しない場合は、サスペンションシリンダ３０と記載する。

次に、本発明の第１実施形態に係るサスペンションシリンダ３０の構成について、図２を参照しながら詳細に説明する。

図２に示すように、サスペンションシリンダ３０は、奥側に位置する流体チャンバ３０３Ａにガス３０１とオイル３０２が封入されたチューブ３０３と、このチューブ３０３に摺動可能に挿入され、チューブ３０３の流体チャンバ３０３Ａに繋がるオイル３０２の流路３０４Ａが内部に形成されたロッド３０４と、チューブ３０３に摺動可能に挿入され、ロッド３０４の基端部に取り付けられたピストン３０５とを有している。

このような構成のサスペンションシリンダ３０は、外力を受けることにより、ガス３０１とオイル３０２が圧縮される２重バネ構造になっている。そして、ロッド３０４には、その軸線に対して垂直方向に沿って絞り孔３０４Ｂが穿設されており、オイル３０２が当該絞り孔３０４Ｂを通るときの圧力損失によってサスペンションシリンダ３０の振動を減衰させるようにしている。

また、サスペンションシリンダ３０は、チューブ３０３の開口端部の外側に取り付けられ、チューブ３０３に対するピストン３０５及びロッド３０４のストロークを検出するストローク検出部としてのストロークセンサ３０６と、チューブ３０３の流体チャンバ３０３Ａ側に取り付けられ、チューブ３０３の内部の圧力を検出する圧力検出部としての圧力センサ３０７と、チューブ３０３の流体チャンバ３０３Ａ側に取り付けられ、チューブ３０３の内部の温度を検出する温度検出部としての温度センサ３０８とを有している。

コントローラ１９は、例えば図示されないが、車体１０の動作全体を制御するための各種の演算を行うＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、ＣＰＵによる演算を実行するためのプログラムを格納するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）等の記憶装置と、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）とを含むハードウェアから構成されている。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭやＨＤＤ、もしくは図示しない光学ディスク等の記録媒体に格納されたプログラムがＲＡＭに読出され、ＣＰＵの制御に従って動作することによりプログラム（ソフトウェア）とハードウェアとが協働して、図３に示すように、コントローラ１９の機能を実現する機能ブロックが構成される。

具体的には、コントローラ１９は、その機能として、駆動トルク指令値演算部１９１、ピッチング目標量演算部１９２、トルク補正値演算部１９３、ピッチング状態量検出部１９４、車体重量判定部１９５、制御ゲイン可変部１９６、及びバネ特性演算部１９７を含んで構成されている。以下、これらの各構成要素を含むピッチング制御システムの具体的な構成について、図４を参照しながら詳細に説明する。

アクセルペダル２１及びブレーキペダル２２は、オペレータの加速要求及び減速要求を入力するための操作部であり、駆動トルク指令値演算部１９１に接続されている。駆動トルク指令値演算部１９１は、オペレータの加減速要求に基づいて、必要な駆動トルク指令値を演算する。駆動トルク指令値演算部１９１で演算された駆動トルク指令値は、後輪駆動装置１３に入力されると共に、ピッチング目標量演算部１９２に入力される。

ピッチング目標量演算部１９２は、入力された駆動トルク指令値から車体１０の加速度を推定し、車体１０の加速度と車体１０の重量、慣性モーメント、重心高とサスペンションシリンダ３０のピッチング剛性等の車体１０の走行状態に係る車体パラメータに基づいて、ピッチング目標量を演算する。求められたピッチング目標量は、計測された実ピッチング状態量との差分を取られてトルク補正値演算部１９３へ入力される。

トルク補正値演算部１９３ではピッチング目標量演算部１９２とは逆に、入力されたピッチング目標量のずれから車体パラメータに基づいて、ピッチング量の補正に必要な駆動トルク補正値を演算する。トルク補正値演算部１９３で演算されたトルク補正値は、駆動トルク指令値演算部１９１で演算された駆動トルク指令値に補正を加えた上で後輪駆動装置１３へ入力される。この後輪駆動装置１３は、補正された駆動トルク指令値を受けたコントローラ１９により、駆動輪である後輪１２Ｒに接続されるモータを駆動する。

図４に示す車体１０は実際のピッチング運動の応答を表しているが、実際の車体１０の実ピッチング状態量はピッチング状態量検出部１９４によって検出され、コントローラ１９で利用可能な物理量、例えば、ピッチング角変位やピッチレート（ピッチング角速度）に変換される。ピッチング状態量検出部１９４とは、例えば、車体１０のサスペンションシリンダ３０のストロークセンサ３０６を用いて高さの差分から車体１０の姿勢を検出することや、サスペンションシリンダ３０にかかる荷重から変位を推定して車体１０の姿勢を算出する方法、又はサスペンションシリンダ３０のバネ上にかかる加速度から車体１０に入力された力を推定して車体１０の姿勢変化速度を算出する方法等が考えられる。

車体重量判定部１９５は、例えば、前述のピッチング量と同様、車体１０のサスペンションシリンダ３０のストロークセンサ３０６等を用いてサスペンション変位に既知のサスペンションシリンダ３０のバネ定数との積をとることで各輪の輪荷重を計算し、それを合計する等の方法で車体１０に実装され、キャブ１８内のオペレータや積荷等を含めた車体１０の総重量を判定することが可能に構成されている。

この場合、正確には、サスペンションシリンダ３０が支える車体１０側の重量を検出するものであり、いわゆる、サスペンションシリンダ３０よりも下方に位置する前輪１２Ｆ、後輪１２Ｒ、及びモータ等を含まない重量である。他にも、車体１０と地面との距離を計測したり、車体１０やサスペンションシリンダ３０の荷重支持部分に取り付けた歪センサを用いたりする等、その重量判定の方法を制限しないものとする。

この車体重量判定部１９５により得られた車体重量情報に基づいて、制御ゲイン可変部１９６では、既に説明したピッチング目標量演算部１９２やトルク補正値演算部１９３においてピッチング目標量やトルク補正値を演算するための数式の係数を適宜変更・調整することで、車体１０の重量が変化した場合に対応したピッチング目標量及びトルク補正値を求めることができる。

バネ特性演算部１９７は、ストロークセンサ３０６によって検出されたサスペンションシリンダ３０のストローク、圧力センサ３０７によって検出されたサスペンションシリンダ３０の内部の圧力、及び温度センサ３０８によって検出されたサスペンションシリンダ３０の内部の温度に基づいて、サスペンションシリンダ３０のバネ特性を演算する。そして、バネ特性演算部１９７では、ピッチング目標量演算部１９２やトルク補正値演算部１９３においてピッチング目標量やトルク補正値を演算するための数式の係数を適宜変更・調整することで、サスペンションシリンダ３０のガス３０１のオイル３０２への溶解に対応したピッチング目標量及びトルク補正値を求めることができる。

以上、本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１０１のピッチング制御システムの構成を説明したが、以下に具体的なピッチング運動の定式化と、ピッチング目標量演算部１９２及びトルク補正値演算部１９３における処理内容を詳述する。

図５は車体１０のピッチング運動を模式的に示す図である。図５では、車体１０は前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒ及び後輪サスペンションシリンダ３２Ｌ，３２Ｒによって前輪１２Ｆ及び後輪１２Ｒへと支持結合され、車体１０を支えている。ここで、車体１０の重量をｍ、ピッチング運動における慣性モーメントをＩとし、ピッチング運動のモーメントをＭ、ピッチング量をθとする。なお、車体１０の重心点５０１の地上高をｈ、前輪１２Ｆ及び後輪１２Ｒからの距離をそれぞれｌ_ｆ、ｌ_ｒとした。

駆動トルク指令値演算部１９１により出力された駆動トルク指令値をＴ_ａ、後輪１２Ｒのタイヤ径をｒ_ｔとすると、車体１０の加速度ａ_ｘは、後輪１２Ｒに滑りが生じないと仮定して、下記の数式（１）のようになる。

ここで、車体１０の加速運動による前輪１２Ｆと後輪１２Ｒの荷重移動量Ｆ_ｆ，Ｆ_ｒを考える。地上から高さｈにある重心点５０１の前後方向の加速運動を、前後に距離ｌ_ｆ、ｌ_ｒだけ離れた点で地面に対して支えているわけであるから、そのときに地面にかかる力である荷重移動量Ｆ_ｆ，Ｆ_ｒは、下向きを正にとって、下記の数式（２）、（３）で表される。

この荷重移動による重心点周りのモーメントＭは、図５で時計周りを正にとれば、下記の数式（４）で表される。

この数式（４）に先の数式（２）、（３）を代入すれば、重心点周りのモーメントＭは、下記の数式（５）で表される。

静的な力のつり合いを考慮すれば、このときのピッチング量θ_ｓは、下記の数式（６）のようになる。したがって、ピッチング目標量演算部１９２によるピッチング目標量は、数式（６）を用いて求めればよい。

ここで、数式（６）に用いているＫはピッチング剛性であり、前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒの剛性をｋ_ｆ、後輪サスペンションシリンダ３２Ｌ，３２Ｒの剛性をｋ_ｒとすると、図５で時計周りを正にとれば、下記の数式（７）で表される。

前述したような方法でピッチング目標量演算部１９２はピッチング目標量を演算し、ピッチング状態量検出部１９４によって検出された実ピッチング状態量との差分をとることで、制御により補正が必要なピッチング目標量を演算できる。

トルク補正値演算部１９３は、このピッチング目標量のずれΔθから必要な加減速度ａ_ｃを演算し、必要なトルク補正値を決定すればよい。ここで、ピッチング運動の補正に必要な加減速度の演算には、簡単には数式（６）を逆に用いればよい。具体的には、加速度ａ_ｘからピッチング量θ_ｓを求める数式（６）を加速度ａ_ｘについて解くことで得られる。すなわち、下記の数式（８）で表される加減速度ａ_ｃが制御に必要な物理量となる。

ここで、Ｇ_ｋはピッチング量の比例制御ゲインである。さらにこの議論とは別に、ピッチング運動制御の目標をピッチレート、すなわち、ピッチング角速度の低減（ピッチレートの目標値＝０）というように捉えるならば、下記の数式（９）で表される加減速度ａ_ｄにより、系の動特性とは独立にピッチング運動の減衰を制御できる。ここではθ´はピッチング角速度、Ｇ_ｄはピッチング量の微分制御ゲインである。

以上から、数式（８）、（９）で求められるピッチング制御を行った場合の駆動トルク値は、下記の数式（１０）を基に演算される。

トルク補正値演算部１９３は、加減速度ａ_ｃｏｎｔを満足した上でシステム全体の閉ループ系の動特性を考慮した伝達関数を持つ制御器を設計すれば良い。

次に、バネ特性演算部１９７における処理内容を詳述する。

サスペンションシリンダ３０のバネ特性は、下記の数式（１１）に示すように、サスペンションシリンダ３０の内部に封入されるガス３０１とオイル３０２の圧縮性を計算することで求められる。具体的には、サスペンションシリンダ３０のバネ特性は、ストロークセンサ３０６、圧力センサ３０７、及び温度センサ３０８の検出結果を用いて演算されるが、これら以外のパラメータは、予め設定しておく必要がある。下記の数式（１１）は、サスペンションシリンダ３０のストロークと、ガス３０１とオイル３０２の容積との関係を示している。

ここでは、ガス３０１とオイル３０２の容積は、サスペンションシリンダ３０の圧力によって変化するので、Ｖ_ｇ（Ｐ）、Ｖ_ｏ（Ｐ）のように圧力Ｐの関数として表している。また、数式（１１）において、Ｓ_ｔはサスペンションシリンダ３０のストローク（ストロークセンサ３０６の検出値）、Ｐはサスペンションシリンダ３０の内部の圧力（圧力センサ３０７の検出値）、Ｃ_０はサスペンションシリンダ３０の全容積、Ｖ_ｇ（Ｐ）はガス３０１の容積、Ｖ_ｏ（Ｐ）はオイル３０２の容積、Ａはピストン３０５の受圧面積を示している。

一方、ガス３０１の容積Ｖ_ｇ（Ｐ）と、サスペンションシリンダ３０の内部の圧力Ｐ及び温度ｔとの関係式、並びにオイル３０２の容積Ｖ_ｏ（Ｐ）と、サスペンションシリンダ３０の内部の圧力Ｐ及び温度ｔとの関係式は、それぞれ下記の数式（１２）、（１３）のようになる。すなわち、ガス３０１の容積Ｖ_ｇ（Ｐ）は、ガス３０１の状態方程式を解くことで求められ、オイル３０２の容積Ｖ_ｏ（Ｐ）は、予め設定されたオイル３０２の圧縮率、熱膨張率から容積を算出することで求められる。

ここでは、Ｐ_ｃはサスペンションシリンダ３０の最伸長状態におけるガス３０１の圧力を示すガスチャージ圧、すなわち、サスペンションシリンダ３０に圧縮負荷がかかっていない状態のときのガス３０１の圧力、Ｐ_ａｔｍは大気圧、Ｖ_ｇｃはガスチャージ容積（サスペンションシリンダ３０の全容積−オイルチャージ容積）、Ｖ_ｏｃはオイルチャージ容積、βはオイル３０２の圧縮率、γはオイル３０２の熱膨張率、ｔはサスペンションシリンダ３０の内部の温度（温度センサ３０８の検出値）、ｔ_ｃはチャージ時におけるサスペンションシリンダ３０の内部の温度（チャージ時の温度センサ３０８の検出値）を示している。サスペンションシリンダ３０のストロークＳ_ｔと圧力Ｐの関係式は、上記の数式（１２）、（１３）を数式（１１）に代入することで求められる。

ところで、圧力センサ３０７を用いてガスチャージ圧Ｐ_ｃを直接測定しようとする場合には、車体１０をジャッキアップ等して、サスペンションシリンダ３０が最伸長した状態にする必要があるので、かなりの手間がかかる。このガスチャージ圧Ｐ_ｃは、ガス３０１がオイル３０２へ溶け込む現象が生じた場合、初期にサスペンションシリンダ３０にチャージした圧力から低下する。

そのため、ガスチャージ圧Ｐ_ｃが変化することで、サスペンションシリンダ３０のバネ特性が変化することになる。そこで、本発明の第１実施形態では、サスペンションシリンダ３０のバネ特性を算出するために、まず、バネ特性演算部１９７は、車体１０の静止状態におけるサスペンションシリンダ３０のストロークＳ_ｔ、圧力Ｐ、及び温度ｔを、ストロークセンサ３０６、圧力センサ３０７、及び温度センサ３０８から取得して下記の数式（１４）に代入し、車体１０の静止状態において成立する当該数式（１４）を用いてガスチャージ圧Ｐ_ｃを演算する。

続いて、バネ特性演算部１９７は、このようにして演算したガスチャージ圧Ｐ_ｃを数式（１２）に代入し、さらに当該数式（１２）と数式（１３）を数式（１１）に代入することにより、ガス３０１がオイル３０２に溶解した場合のサスペンションシリンダ３０のストロークＳ_ｔと圧力Ｐの関係を演算する。そして、図６に示すように、バネ特性演算部１９７は、当該関係からサスペンションシリンダ３０の保持力とストロークＳ_ｔとの関係、すなわち、サスペンションシリンダ３０のバネ特性を求めることができる。

サスペンションシリンダ３０のバネ特性は、図６に示す負荷点における接線の傾きとなるので、バネ特性演算部１９７は、得られたサスペンションシリンダ３０のバネ特性が示す保持力曲線上のストロークセンサ３０６の検出値における接線の傾きを演算することにより、サスペンションシリンダ３０のバネ定数を求めることができる。このようにして、バネ特性演算部１９７は、前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒのバネ定数ｋ_ｆｌ，ｋ_ｆｒ及び後輪サスペンションシリンダ３２Ｌ，３２Ｒのバネ定数ｋ_ｒｌ，ｋ_ｒｒをそれぞれ演算し、各バネ定数の和ｋ_ｆ（＝ｋ_ｆｌ＋ｋ_ｆｒ），ｋ_ｒ（＝ｋ_ｒｌ＋ｋ_ｒｒ）を数式（７）に代入することにより、ピッチング剛性Ｋを算出する。

次に、本発明の第１実施形態に係るコントローラ１９による車体１０のピッチング運動の制御処理について、図７のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

図７に示すように、まずは、コントローラ１９は、車速センサ１２Ａによって検出された車体１０の速度から車体１０が停止しているか否かを判断する（ステップ（以下、Ｓと記す）７０１）。このとき、コントローラ１９は、車体１０が停止していないと判断すると（Ｓ７０１／ＮＯ）、後述のＳ７０３の処理が行われる。

一方、Ｓ７０１において、コントローラ１９は、車体１０が停止していると判断すると（Ｓ７０１／ＹＥＳ）、コントローラ１９のバネ特性演算部１９７は、ストロークセンサ３０６、圧力センサ３０７、及び温度センサ３０８の検出結果からサスペンションシリンダ３０のバネ定数を算出し、このバネ定数からピッチング剛性Ｋを求めることにより、ピッチング目標量演算部１９２及びトルク補正値演算部１９３にピッチング剛性Ｋを入力して最新の値に更新する（Ｓ７０２）。

次に、コントローラ１９の車体重量判定部１９５は、車体１０の重量に変化があったか否かを判定する（Ｓ７０３）。このとき、車体重量判定部１９５は、車体１０の重量に変化がないと判定すると（Ｓ７０３／ＮＯ）、後述のＳ７０５の処理が行われる。一方、Ｓ７０３において、車体重量判定部１９５は、例えば、荷台１４の積載状態が変化することにより、車体１０の重量に変化があったと判定すると（Ｓ７０３／ＹＥＳ）、コントローラ１９の制御ゲイン可変部１９６は、制御ゲインの変更を行う（Ｓ７０４）。

次に、コントローラ１９のピッチング目標量演算部１９２は、アクセルペダル２１及びブレーキペダル２２の操作量から駆動トルク指令値演算部１９１によって演算された駆動トルク指令値に基づいて、ピッチング目標量を演算する（Ｓ７０５）。また、コントローラ１９のピッチング状態量検出部１９４は、車体１０の実ピッチング状態量を検出する（Ｓ７０６）。

そして、コントローラ１９のトルク補正値演算部１９３は、ピッチング目標量演算部１９２によって演算されたピッチング目標量と、ピッチング状態量検出部１９４によって検出された実ピッチング状態量との差分からトルク補正値を演算する（Ｓ７０７）。最後に、コントローラ１９は、駆動トルク指令値演算部１９１によって演算された駆動トルク指令値からトルク補正値演算部１９３によって演算されたトルク補正値を減算した値を後輪駆動装置１３に出力し（Ｓ７０８）、コントローラ１９による車体１０のピッチング運動の制御処理を終了する。

このように構成した本発明の第１実施形態に係るダンプトラック１０１のピッチング制御システムによれば、コントローラ１９は、サスペンションシリンダ３０に取り付けられたストロークセンサ３０６、圧力センサ３０７、及び温度センサ３０８の検出結果からサスペンションシリンダ３０の内部のガス３０１とオイル３０２の状態量を求めてサスペンションシリンダ３０のバネ特性を演算する。

そして、コントローラ１９は、演算したバネ特性からピッチング剛性Ｋを算出し、このピッチング剛性Ｋを用いてピッチング目標量を演算することにより、ガス３０１のオイル３０２への溶解やサスペンションシリンダ３０の内部の温度変化が生じても、車体１０の姿勢に対して意図通りの制御を実現することができる。これにより、走行時の車体１０の乗り心地や操縦安定性を向上させることができる。さらに、車体１０の制振性も向上させることができるので、フレーム１１や周辺機器の寿命を高めることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るダンプトラック１０１のピッチング制御システムは、上述した第１実施形態の構成に加え、さらにコントローラ１９が、図８、図９に示すように、ガスチャージ圧Ｐ_ｃと、サスペンションシリンダ３０にガス３０１とオイル３０２がチャージされてから車体１０が走行した時間の累積を示す走行累積時間との関係を取得する関係取得部１９８と、走行累積時間を計時する計時部１９９と、関係取得部１９８が取得したガスチャージ圧Ｐ_ｃと走行累積時間との関係に対して、計時部１９９によって計時された走行累積時間を適用することにより、ガスチャージ圧Ｐ_ｃを演算するガスチャージ圧演算部２００とを備えている。

そして、バネ特性演算部１９７は、ストロークセンサ３０６、圧力センサ３０７、及び温度センサ３０８の検出結果に加え、ガスチャージ圧演算部２００の演算結果に基づいて、サスペンションシリンダ３０のバネ特性を演算する。その他の第２実施形態の構成は第１実施形態と同じであり、第１実施形態と重複又は対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略している。

本発明の第２実施形態では、関係取得部１９８は、サスペンションシリンダ３０の内部において、ガス３０１がオイル３０２に溶解することにより、図１０に示すように、時間が経つにつれて低下するガスチャージ圧Ｐ_ｃと走行累積時間との関係を記憶したデータベースから構成されている。

計時部１９９は、サスペンションシリンダ３０にガス３０１とオイル３０２がチャージされてから車体１０が走行している間だけ、時間を計測して累積して表示するものであり、例えば、走行累積時間を示すアワメータから構成されている。ガスチャージ圧演算部２００は、関係取得部１９８によって得られたガスチャージ圧Ｐ_ｃと走行累積時間との関係と、計時部１９９によって計時された走行累積時間とからガスチャージ圧Ｐ_ｃを演算する。

バネ特性演算部１９７は、数式（１４）の代わりに、ガスチャージ圧演算部２００によって演算されたガスチャージ圧Ｐ_ｃを用いることで、第１実施形態と同様にしてサスペンションシリンダ３０のバネ特性を求めることができる。なお、図７に示す飽和完了時間Ｔ_ｅは、サスペンションシリンダ３０にガス３０１とオイル３０２がチャージされてからガス３０１のオイル３０２への溶解が飽和するまでの時間、飽和圧力Ｐ_ｅは、ガス３０１のオイル３０２への溶解が飽和した後のガスチャージ圧Ｐ_ｃをそれぞれ示している。

このように構成した本発明の第２実施形態に係るダンプトラック１０１のピッチング制御システムによれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、バネ特性演算部１９７は、数式（１４）の代わりに、ガスチャージ圧演算部２００によって演算されたガスチャージ圧Ｐ_ｃを用いることにより、サスペンションシリンダ３０のバネ特性の演算が容易になるので、コントローラ１９の演算負荷を軽減することができる。これにより、コントローラ１９による車体１０のピッチング運動の制御処理を効率良く行うことができる。

［第３実施形態］
上述した本発明の第１実施形態においては、バネ特性演算部１９７が、図６に示すサスペンションシリンダ３０のバネ特性から前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒのバネ定数ｋ_ｆｌ，ｋ_ｆｒ及び後輪サスペンションシリンダ３２Ｌ，３２Ｒのバネ定数ｋ_ｒｌ，ｋ_ｒｒをそれぞれ演算してピッチング剛性Ｋを算出した場合について説明した。

これに対し、本発明の第３実施形態においては、バネ特性演算部１９７は、図６に示すサスペンションシリンダ３０のバネ特性から前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒのバネ定数ｋ_ｆｌ，ｋ_ｆｒをそれぞれ演算し、これらの前輪サスペンションシリンダ３１Ｌ，３１Ｒのバネ定数ｋ_ｆｌ，ｋ_ｆｒと、予め実験等により設定された後輪サスペンションシリンダ３２Ｌ，３２Ｒのバネ定数ｋ_ｒｌ，ｋ_ｒｒを用いてピッチング剛性Ｋを算出するようにしている。このように構成した本発明の第３実施形態に係るダンプトラック１０１のピッチング制御システムにおいても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１０…車体、１１…フレーム、１２Ａ…車速センサ、１２Ｆ…前輪、１２Ｒ…後輪、１３…後輪駆動装置、１４…荷台、１９…コントローラ、２１…アクセルペダル、２２…ブレーキペダル、３０…サスペンションシリンダ、３１Ｌ，３１Ｒ…前輪サスペンションシリンダ（前輪サスペンション）、３２Ｌ，３２Ｒ…後輪サスペンションシリンダ（後輪サスペンション）
１０１…ダンプトラック、１９１…駆動トルク指令値演算部、１９２…ピッチング目標量演算部、１９３…トルク補正値演算部、１９４…ピッチング状態量検出部、１９５…車体重量判定部、１９６…制御ゲイン可変部、１９７…バネ特性演算部、１９８…関係取得部、１９９…計時部、２００…ガスチャージ圧演算部
３０１…ガス、３０２…オイル、３０６…ストロークセンサ（ストローク検出部）、３０７…圧力センサ（圧力検出部）、３０８…温度センサ（温度検出部）

Claims

モータを含む後輪駆動装置と、ガスとオイルが封入され、走行時の車体への衝撃を緩和し、前後左右の車輪と前記車体を連結する４本のサスペンションシリンダから成る４つのサスペンションとを備えたダンプトラックに適用され、前記車体のピッチング運動を制御するダンプトラックのピッチング制御システムであって、
前記車体のピッチング運動の状態量を検出するピッチング状態量検出部と、
前記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検出部と、
前記サスペンションシリンダの内部の圧力を検出する圧力検出部と、
前記サスペンションシリンダの内部の温度を検出する温度検出部と、
前記サスペンションシリンダの最伸長状態における前記ガスの圧力を示すガスチャージ圧と、前記サスペンションシリンダに前記ガスと前記オイルがチャージされてから前記車体が走行した時間の累積を示す走行累積時間との関係を取得する関係取得部と、
前記走行累積時間を計時する計時部と、
前記関係取得部が取得した前記関係に対して、前記計時部によって計時された前記走行累積時間を適用することにより、前記ガスチャージ圧を演算するガスチャージ圧演算部と、
前記ストローク検出部、前記圧力検出部、前記温度検出部の検出結果、及び前記ガスチャージ圧演算部の演算結果に基づいて、前記サスペンションシリンダのバネ特性を演算するバネ特性演算部と、
前記バネ特性演算部によって演算された前記バネ特性に応じて、前記車体のピッチング運動の目標量を演算するピッチング目標量演算部と、
前記バネ特性演算部によって演算された前記バネ特性に応じて、ピッチング量の補正に必要なトルク補正値を演算するトルク補正値演算部とを備え、
前記トルク補正値演算部は、前記ピッチング状態量検出部によって検出された前記車体のピッチング運動の状態量と、前記ピッチング目標量演算部によって演算された前記車体のピッチング運動の目標量との差分に応じて前記トルク補正値を演算して出力し、前記トルク補正値演算部からの出力を受けて前記後輪駆動装置が駆動トルクを増減するように構成されたことを特徴とするダンプトラックのピッチング制御システム。
請求項１に記載のダンプトラックのピッチング制御システムにおいて、
前記４つのサスペンションのうち前輪と前記車体を連結する２つの前輪サスペンションは、前記車体の前側に配置された２本の前輪サスペンションシリンダから成り、
前記バネ特性演算部は、前記前輪サスペンションシリンダに対する前記ストローク検出部、前記圧力検出部、前記温度検出部の検出結果、及び前記ガスチャージ圧演算部の演算結果を用いて、前記バネ特性を演算することを特徴とするダンプトラックのピッチング制御システム。