JP6918654B2 - Work vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、作業機と屈曲部とを有するホイールローダ等の屈曲式作業車両の安全技術に関する。特に、傾斜地での作業中の安全技術に関する。 The present invention relates to a safety technique for a bending work vehicle such as a wheel loader having a working machine and a bending portion. In particular, it relates to safety technology during work on slopes.
傾斜地で作業中の作業車両の転倒を防止する技術がある。例えば、特許文献1には、「材料を積んだバケットを所定の高さに構えて材料置き場の既存の材料山に向けて車両を前進させ、バケットが材料山に衝突することをバケットおよびブームに加わる負荷を監視することで検出し、前記衝突を検出したならばバケットを上昇させて所定距離だけさらに前進させ、その位置でバケットをダンプさせて材料を材料山の上に投下させるとともに、材料山に向けて車両を前進させている過程で、材料山の裾野に車両が乗り上げることを車両の傾斜角を監視することで検出し、車両の設定以上の傾斜を検出した場合には、その位置でバケットを所定高さにしてダンプさせて材料を材料山の上に投下させる(要約抜粋)。」技術が開示されている。 There is a technology to prevent the work vehicle from tipping over while working on slopes. For example, Patent Document 1 states that "a bucket loaded with materials is held at a predetermined height, the vehicle is advanced toward an existing material pile in a material storage area, and the bucket collides with the material pile. It is detected by monitoring the applied load, and if the collision is detected, the bucket is raised and further advanced by a predetermined distance, the bucket is dumped at that position to drop the material on the material pile, and the material is directed toward the material pile. In the process of moving the vehicle forward, it is detected by monitoring the inclination angle of the vehicle that the vehicle rides on the foot of the material mountain, and if an inclination exceeding the vehicle setting is detected, the bucket is placed at that position. The material is dumped to a predetermined height and the material is dropped onto the material pile (abstract excerpt). ”The technique is disclosed.
土砂の掘削、積み込み作業を行う作業車両であるホイールローダは、積荷となる土砂を一時的に保管しておくストックパイル(貯蔵盛り土)を整形するため、土砂をバケット内に積み込んだ状態でストックパイルの急坂を登板する場合がある。この場合、積荷の重量や高さ、車両の傾斜具合などによっては車両全体のバランスが崩れ、不安定になったり、横転したりすることがある。 The wheel loader, which is a work vehicle for excavating and loading earth and sand, is a stock pile with earth and sand loaded in a bucket in order to shape the stock pile (storage embankment) that temporarily stores the earth and sand to be loaded. You may climb a steep slope. In this case, depending on the weight and height of the cargo, the inclination of the vehicle, etc., the balance of the entire vehicle may be lost, resulting in instability or rollover.
特許文献1に開示の技術では、車両がストックパイルの裾野に乗り上げたか否かを車両の傾斜角を監視することで検出する。そして、その傾斜角が設定以上になった場合排土動作を行う。このため、車両がどの程度不安定な状況にあるかをストックパイルの裾野形状などの環境の違いに応じて適切に判定できないことがある。 In the technique disclosed in Patent Document 1, whether or not the vehicle has climbed on the foot of the stock pile is detected by monitoring the inclination angle of the vehicle. Then, when the inclination angle exceeds the set value, the soil is discharged. Therefore, it may not be possible to appropriately determine how unstable the vehicle is depending on the difference in the environment such as the shape of the base of the stock pile.
また、上記のような従来技術では静的な傾斜角を監視することで乗り上げを検出するのみである。従って、例えば、操舵操作による遠心力や制駆動操作による加速度などで生じる動的な不安定性については考慮されていない。このため、走行中や作業中等の車両の場合、転倒可能性の判断精度が高くない。 Further, in the conventional technique as described above, only the ride is detected by monitoring the static inclination angle. Therefore, for example, dynamic instability caused by centrifugal force due to steering operation or acceleration due to control drive operation is not considered. Therefore, in the case of a vehicle that is running or working, the accuracy of determining the possibility of falling is not high.
本発明は、上記従来の課題に鑑み、動的作業中の屈曲式作業車両の転倒可能性を高い精度で検出する技術を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned conventional problems, it is an object of the present invention to provide a technique for detecting the possibility of a bending work vehicle falling during dynamic work with high accuracy.
本発明は、前フレームと後フレームとが互いにセンターピンにより結合され、シリンダの駆動により屈曲するように設けられた車体と、前記前フレームに設けられた前輪と、前記後フレームに設けられた後輪と、前記前フレームに設けられた作業機と、前記車体の傾斜角を検出する車体傾斜角センサと、前記車体傾斜角センサで検出した前記車体の傾斜角に基づき前記車体の姿勢を制御する制御装置と、を備えた作業車両において、前記前フレームと前記後フレームとが成す屈曲角を検出する屈曲角センサと、前記作業車両の速度を検出する速度センサと、を備え、前記制御装置は、前記屈曲角センサにより検出された屈曲角および前記速度センサにより検出された速度に基づき、前記車体に働く慣性力である車体慣性力を算出する慣性力算出部と、予め記憶された前記車体の寸法及び重量により算出された前記作業車両の重心点と、前記慣性力算出部により算出された車体慣性力と、前記車体傾斜角センサにて検出した前記車体の傾斜角とに基づき、前記慣性力と前記車体に働く重力との合力の延長線が車両支持面と交差する点を、支持力作用点として算出する作用点算出部と、前記前輪および前記後輪が前記車両支持面と接する点を結んで形成される支持多角形によって規定される支持範囲と前記作用点算出部により算出された支持力作用点とに基づいて横転可能性を判定し、判定結果を出力する判定部と、を備えることを特徴とする。 In the present invention, the front frame and the rear frame are connected to each other by a center pin, and the vehicle body is provided so as to be bent by the drive of a cylinder, the front wheels provided on the front frame, and the rear frame provided on the rear frame. controlling a wheel, a working machine provided in the front frame, and the vehicle body tilt angle sensor for detecting the inclination angle of the vehicle body, the vehicle body posture based on the inclination angle of the vehicle body detected by the vehicle body inclination sensor In a work vehicle provided with a control device, the control device includes a bending angle sensor for detecting the bending angle formed by the front frame and the rear frame, and a speed sensor for detecting the speed of the work vehicle. An inertial force calculation unit that calculates a vehicle body inertial force, which is an inertial force acting on the vehicle body, based on the bending angle detected by the bending angle sensor and the speed detected by the speed sensor, and a pre-stored vehicle body inertial force calculation unit. based on the center of gravity of the working vehicle calculated by the size and weight, and a vehicle body inertial force calculated by the inertia force calculation section, and the inclination angle of the vehicle body detected by the vehicle body inclination sensor, the inertial force An action point calculation unit that calculates the point where the extension line of the resultant force of gravity acting on the vehicle body and the vehicle body intersects the vehicle support surface as a support force action point, and the point where the front wheels and the rear wheels come into contact with the vehicle support surface. It is provided with a determination unit that determines the rollover possibility based on the support range defined by the support polygon formed by connecting and the support force action point calculated by the action point calculation unit and outputs the determination result. It is characterized by that.
本発明によれば、動的作業中の屈曲式作業車両の転倒可能性を高精度に検出できる。上記した以外の課題、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。 According to the present invention, the possibility of a bending work vehicle falling during dynamic work can be detected with high accuracy. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these explanations. It can be changed and modified. Further, in all the drawings for explaining the present invention, those having the same function may be designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof may be omitted.
また、以下、本明細書では、屈曲式作業車両として、ホイールローダを例にあげて説明する。 Further, in the present specification, a wheel loader will be described as an example as a bending work vehicle.
<<第一の実施形態>>
本実施形態では、車両の横転(転倒)可能性の判定に、車体の傾斜量に加え、車両の走行状態に応じた慣性力を考慮する。慣性力は、車両の加速、減速、旋回等の状態量から算出される加速度を用いて算出する。算出や判定に用いる車体の重心には、設計値を用いる。
<< First Embodiment >>
In the present embodiment, in addition to the amount of inclination of the vehicle body, the inertial force according to the traveling state of the vehicle is considered in determining the possibility of the vehicle rolling over (overturning). The inertial force is calculated using the acceleration calculated from the amount of state such as acceleration, deceleration, and turning of the vehicle. Design values are used for the center of gravity of the vehicle body used for calculation and judgment.
まず、本実施形態のホイールローダを説明する。図1は、本実施形態のホイールローダ100の側面図である。本図に示すように、ホイールローダ100は、前輪104および後輪105を備える車輪式の作業車両である。ホイールローダ100は、その車体として、作業機130を備える前フレーム101と、運転席113やエンジンを備える後フレーム102とを備える。
First, the wheel loader of this embodiment will be described. FIG. 1 is a side view of the
前フレーム101と後フレーム102とは、センターピン103により屈曲可能に接続される。前フレーム101と後フレーム102との成す角度である屈曲角は、屈曲用油圧シリンダ112により制御される。
The
ホイールローダ100は、前フレーム101および後フレーム102にそれぞれ固定された前輪104および後輪105を駆動して前後に走行する。また、センターピン103を中心とした車体の屈曲によって前輪104および後輪105に角度を付けることで操舵を行う。このとき、屈曲角の制御によって旋回半径を自由に設定することができる。
The
運転席113の操縦者はアクセルペダルやブレーキペダルによって制駆動力を、ハンドルによって屈曲角を制御する。
The driver of the driver's
ホイールローダ100の前フレーム101に設けられる作業機130は、積荷を載せたり掘削を行ったりする。作業機130は、リフトアーム107と積荷を載せる積載部であるバケット109とを備える。リフトアーム107およびバケット109は、それぞれ、支点106および支点108を回転中心に回動可能に設置される。
The
リフトアーム107は、支点106で前フレーム101に接続される。リフトアーム107は、その回転角を油圧シリンダ110により支持することで、バケット109の荷重を支えると共に高さを変化させる。バケット109は、支点108でリフトアーム107に接続される。バケット109も、リフトアーム107と同様に、その回転角を図示しない油圧シリンダにより可変できる。この構成により、積載部であるバケット109の高さや角度は、自由に操作される。
The
また、本実施形態のホイールローダ100は、リフト角検出センサ201と、バケット角検出センサ202と、積荷荷重検出センサ203と、車体屈曲角検出センサ204と、車体速度検出センサ205と、車体傾斜角検出センサ206とを備える。
Further, the
リフト角検出センサ201は、リフトアーム107の、前フレーム101に対する角度(リフト角)を検出する。リフト角検出センサ201は、例えば、支点106に設けられる。
The lift
バケット角検出センサ202は、バケット109の、リフトアーム107に対する角度(バケット角)を検出する。バケット角検出センサ202は、例えば、支点108に設けられる。
The bucket
リフト角検出センサ201とバケット角検出センサ202とにより、積荷を乗せる積載部(バケット109)の位置および姿勢が検出される。
The lift
積荷荷重検出センサ203は、バケット109の重量を検出する。積荷荷重検出センサ203は、例えば、油圧シリンダ110に設置される。リフトアーム107および積荷を載せたバケット109は支点106で前フレーム101に接続され、油圧シリンダ110により支持することでバケット109の荷重を支える。このため、油圧シリンダ110に設置された積荷荷重検出センサ203によってその荷重を検出することができる。積荷荷重検出センサ203には、例えば、油圧シリンダ110のボトム側(荷重を支える側)のシリンダ圧を計測する圧力センサなどが用いられる。
The load
車体屈曲角検出センサ204は、屈曲角を検出する。車体屈曲角検出センサ204は、例えば、センターピン103または屈曲用油圧シリンダ112に設けられる。車体屈曲角検出センサ204は、例えば、センターピン103の回転角を検出するロータリーエンコーダで実現される。また、センターピン103の左右に設けられる屈曲用油圧シリンダ112それぞれのシリンダ長を検出し、屈曲角に変換する検出器であってもよい。
The vehicle body bending
車体速度検出センサ205は、ホイールローダ100の速度を検出する。車体速度検出センサ205は、例えば、後輪105に設けられ、車輪の回転速度を検出し、速度に換算する。
The vehicle body
車体傾斜角検出センサ206は、ホイールローダ100の車体の傾斜角を検出する。車体傾斜角検出センサ206は、例えば、後フレーム102の運転席113の下部等に設けられる。
The vehicle body tilt
なお、リフト角検出センサ201と、バケット角検出センサ202と、積荷荷重検出センサ203とは、本実施形態の後述する横転検出装置では用いない。このため、本実施形態では、これらのセンサを備えなくてもよい。
The lift
また、図中、x、zで示すように、本実施形態では、重力方向と逆方向をz方向とし、z方向に直交する平面において、後輪105の車軸方向をy方向、同平面上においてy方向に直交する方向をx方向とする座標系を用いる。原点は、例えば、設計上の車体重心点等とする。なお、他の実施形態も同様の座標系を用いる。
Further, as shown by x and z in the figure, in the present embodiment, the direction opposite to the gravity direction is the z direction, and the axle direction of the
また、本実施形態のホイールローダ100は、操舵制御、車速制御、作業機制御、位置検出、通信、横転防止等の各種制御を行う制御システムを備える。制御システムは、車体各部に設けられるセンサからのセンサ信号を取り込み、所定の制御アルゴリズムに従って処理を行い、各種のアクチュエータ(制御部)に駆動信号を出力する。
Further, the
本実施形態の制御システムは、CPUとメモリと記憶装置とを備える。CPUは、記憶装置に記憶されたプログラムを、メモリに展開し、実行することにより、上記処理を実現する。なお、全部または一部の機能は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(field−programmable gate array)などのハードウェアによって実現されてもよい。 The control system of this embodiment includes a CPU, a memory, and a storage device. The CPU realizes the above processing by expanding the program stored in the storage device into the memory and executing the program. In addition, all or a part of the functions may be realized by hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and FPGA (field-programmable gate array).
以下、制御システムのうち、横転検出機能に主眼をおいて説明する。本実施形態の横転検出機能を実現する横転検出装置200は、ホイールローダ100に取り付けられた上記各センサから出力される信号に基づき、処理を行い、横転の可能性を判定し、判定結果を出力する。
Hereinafter, the rollover detection function of the control system will be mainly described. The
具体的には、本実施形態では、車両の走行状態、すなわち車体速度検出センサ205により検出された当該車両の速度、車体屈曲角検出センサ204により検出された屈曲角に基づく旋回半径等の状態量に基づき、車両重心点に作用する慣性力を算出する。そして、慣性力を加味して横転の可能性を判定する。
Specifically, in the present embodiment, the running state of the vehicle, that is, the speed of the vehicle detected by the vehicle body
図2は、上記機能を実現する本実施形態の横転検出装置200の機能ブロック図である。本図に示すように、本実施形態の横転検出装置200には、車両に取り付けられた、車体屈曲角検出センサ204と、車体速度検出センサ205と、車体傾斜角検出センサ206とが接続される。
FIG. 2 is a functional block diagram of the
本実施形態の横転検出装置200は、慣性力算出部208と、作用点算出部209と、支持範囲算出部210と、判定部211と、を備える。
The
慣性力算出部208は、車両重心点に作用する慣性力を算出する。算出には、車体屈曲角検出センサ204で検出された、車両の速度と、車体速度検出センサ205で検出された車体の屈曲角とを用いる。
The inertial
慣性力は、まず車両重心点の加速度を算出し、そこに車両重量を積算することにより算出される。加速度には制駆動力により発生する前後方向の加速度と、旋回に伴い横方向に発生する遠心加速度とがある。 The inertial force is calculated by first calculating the acceleration at the center of gravity of the vehicle and then integrating the weight of the vehicle there. Acceleration includes front-rear acceleration generated by a controlling driving force and centrifugal acceleration generated in the lateral direction with turning.
前後方向の加速度は、例えば、車体速度検出センサ205により検出された当該車両の速度を疑似微分して得る。なお、例えば、エンジントルク出力やブレーキ液圧などに基づき制駆動トルクを推定し、それを用いて加速度を算出してもよい。
The acceleration in the front-rear direction is obtained by pseudo-differentiating the speed of the vehicle detected by the vehicle body
遠心加速度aは、車両が円運動を行う場合の旋回速度vと旋回半径rとを用いて、以下の式(1)で算出される。
a=v2/r ・・・(1)
The centrifugal acceleration a is calculated by the following equation (1) using the turning speed v and the turning radius r when the vehicle makes a circular motion.
a = v2 / r ... (1)
慣性力算出部208は、これらの前後方向の加速度および遠心加速度をベクトルとして加算し、車両重量を積算し、慣性力ベクトルを算出する。なお、車両重量には、設計情報を用いる。
The inertial
作用点算出部209は、慣性力と重力との合力の方向を支持力作用点として算出する。本実施形態では、まず、作用点算出部209は、車体傾斜角検出センサ206が検出した車体の傾斜角を用いて、鉛直方向に作用する重力の車体に対する方向を算出する。そして、重力の方向と慣性力ベクトルとを用いて、合力の方向を算出する。
The action
そして、車両の重心点から合力の方向に路面まで延長した線の路面との交点として、支持力作用点を得る。 Then, a bearing force action point is obtained as an intersection with the road surface of a line extending from the center of gravity of the vehicle to the road surface in the direction of the resultant force.
支持範囲算出部210は、車体屈曲角検出センサ204により検出された屈曲角を用い、4つのタイヤによる接地点を得る。ホイールローダ100の車体はこの4つの接地点によって支持される。この4つの接地点を支持点とし、それらの支持点で囲まれる多角形領域を支持範囲とする。
The support
判定部211は、ホイールローダ100の横転の可能性の有無を判定する。本実施形態では、判定部211は、作用点算出部209が算出した支持力作用点と、支持範囲算出部210が算出した支持範囲とを比較し、支持力作用点が支持範囲の内部にあるか否かで横転の可能性を判定する。すなわち、支持力作用点が支持範囲の内部にあれば、横転可能性無し、と判定し、外部であれば、横転可能性有りと判定する。
The
図3(a)および図3(b)は、判定部211による判定手法の一例を模式的に示す図である。図3(a)では簡単のために、ホイールローダ100の正面から見た図を用いて説明する。また、図3(b)では、上面から見た図を用いて説明する。
3A and 3B are diagrams schematically showing an example of a determination method by the
支持範囲305は、支持範囲算出部210が、車体屈曲角検出センサ204が検出した屈曲角に基づいて算出した4つの車輪の位置、すなわち、4つの支持点308で定まる。
The
また、支持力作用点307は、慣性力303と重力304とのベクトルを加算した合力306の方向を路面311まで延長した線の路面311との交点である。なお、302は、車両の重心点(車両重心)である。
Further, the bearing
なお、支持範囲305は前述したように4つの支持点により囲まれる多角形領域である。このため、紙面奥行き方向(x方向)についても同様に考慮し、合力306の方向を得る。
The
上述のように、判定部211は、支持力作用点307が支持範囲305の内部にあるか否かで横転の可能性を判定する。図3(a)の例では、支持力作用点307が支持範囲305(支持点308)の内側(車体重心側)にある。従って、判定部211は、横転可能性無し、と判定し、判定結果を出力する。
As described above, the
しかしながら、図3(a)に示す状態から、少しでも慣性力や車体傾斜角が増大すると、支持力作用点307は、支持範囲305の外に出てしまう。この場合の様子を図3(b)に示す。
However, if the inertial force or the vehicle body tilt angle increases even a little from the state shown in FIG. 3A, the bearing
図3(b)に示すように、支持力作用点307が、支持範囲305(支持点308)の外側にある場合は、判定部211は、横転可能性有り、と判定し、判定結果を出力する。
As shown in FIG. 3B, when the bearing
なお、本実施形態では、判定部211による判定結果は、例えば、報知手段、各種の車体制御手段等に出力されてもよい。
In the present embodiment, the determination result by the
以上説明したように、本実施形態の屈曲式作業車両であるホイールローダ100は、前フレーム101と後フレーム102とが互いにセンターピン103により結合され、シリンダ(油圧シリンダ110)の駆動により屈曲するように設けられた車体と、前記前フレーム101に設けられた前輪104と、前記後フレーム102に設けられた後輪105と、前記前フレーム101に設けられた作業機130と、路面311(車両支持面)に対する前記車体の傾斜角である車体傾斜角を検出する車体傾斜角センサ(車体傾斜角検出センサ206)と、前記車体傾斜角センサで検出した車体傾斜角に基づき前記車体の姿勢を制御する制御装置と、を備えたホイールローダ100において、前記前フレーム101と前記後フレーム102とが成す屈曲角を検出する屈曲角センサ(車体屈曲角検出センサ204)と、前記ホイールローダ100の速度を検出する速度センサ(車体速度検出センサ205)と、を備え、前記制御装置は、前記屈曲角センサにより検出された屈曲角および前記速度センサにより検出された速度に基づき、前記車体に働く慣性力である車体慣性力を算出する慣性力算出部208と、予め記憶された前記車体の寸法及び重量により算出された前記作業車両の重心点と、前記慣性力算出部208により算出された車体慣性力と、前記車体傾斜角センサにて検出した車体傾斜角とに基づき、前記慣性力と前記車体に働く重力との合力の延長線が車両支持面と交差する点を、支持力作用点307として算出する作用点算出部209と、前記前輪104および前記後輪105が前記車両支持面と接する点を結んで形成される支持多角形によって規定される支持範囲と前記作用点算出部209により算出された支持力作用点307とに基づいて横転可能性を判定し、判定結果を出力する判定部211と、を備える。
As described above, in the
このように、本実施形態によれば、ホイールローダ100の走行状態、すなわち当該車両が加速減速をしているのか、旋回を行っているのかといった状態量に基づき、車両重心点まわりの加速度を算出する。さらに、その加速度と車両重量とを積算し、車両重心点に作用する慣性力を算出する。この時用いる車両重心点の位置および車両重量は、設計情報として得る。
As described above, according to the present embodiment, the acceleration around the center of gravity of the vehicle is calculated based on the running state of the
一方、車両重心点には重力も作用する。しかし、その方向は車両の傾斜により変化する。本実施形態では、車体傾斜角を検出することで重力の方向も算出する。 On the other hand, gravity also acts on the center of gravity of the vehicle. However, the direction changes depending on the inclination of the vehicle. In the present embodiment, the direction of gravity is also calculated by detecting the vehicle body tilt angle.
本実施形態では、車両重心点に作用する慣性力と重力との合力の延長線が路面311と交差する点を支持力作用点307とする。これら慣性力と重力との合力は、車両の支持点308、すなわち、4つのタイヤによる接地点によって支えられる。従って、本実施形態では、支持力作用点307が、この4つの支持点308により囲まれる多角形領域である支持範囲305の内部にあるか否かで横転可能性を判定する。
In the present embodiment, the point where the extension line of the resultant force between the inertial force acting on the center of gravity of the vehicle and the gravity intersects the
このため、本実施形態によれば、車両が走行する斜面の傾斜の大きさはもとより、車両の加減速や旋回など走行状態も加味した精度の高い横転可能性判定が可能になる。そして、車両が傾斜地を走行する際、傾斜度合いや傾斜への進入角度,車体屈曲角,積み荷の高さによらず、早期に転倒可能性を察知できる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to determine the possibility of rollover with high accuracy in consideration of not only the magnitude of the inclination of the slope on which the vehicle travels but also the traveling state such as acceleration / deceleration and turning of the vehicle. Then, when the vehicle travels on a slope, the possibility of falling can be detected at an early stage regardless of the degree of slope, the approach angle to the slope, the bending angle of the vehicle body, and the height of the load.
すなわち、本実施形態によれば、慣性力も加味して横転可能性を判定する。このため、特に、傾斜地で稼働中のホイールローダに関し、高精度に横転可能性を判定できる。 That is, according to the present embodiment, the possibility of rollover is determined in consideration of the inertial force. Therefore, it is possible to determine the possibility of rollover with high accuracy, particularly with respect to the wheel loader operating on a slope.
なお、本実施形態では、横転可能性の判定を、支持力作用点307が支持範囲305内か否かにより行っているが、これに限定されない。例えば、支持範囲305より内側に所定の判定範囲を設定し、支持力作用点307が当該判定範囲内か否かにより行ってもよい。
In the present embodiment, the possibility of rollover is determined based on whether or not the bearing
<<第二の実施形態>>
次に、本発明の第二の実施形態を説明する。第一の実施形態では、車両重心点として車体の寸法及び車体の重量に基づいた設計値を用いた。一方、第二の実施形態では、車体の寸法及び車体の重量に加えて積荷の荷重、積載部であるバケットの状態(位置および姿勢)も考慮して算出した重心(計算重心)を用いる。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, a design value based on the dimensions of the vehicle body and the weight of the vehicle body is used as the center of gravity of the vehicle. On the other hand, in the second embodiment, the center of gravity (calculated center of gravity) calculated in consideration of the load of the load and the state (position and posture) of the bucket as the loading portion is used in addition to the dimensions of the vehicle body and the weight of the vehicle body.
本実施形態のホイールローダ100は、基本的に第一の実施形態と同様の構成を有する。ただし、横転検出装置の機能が異なる。以下、本実施形態のホイールローダ100について、第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
The
図4は、本実施形態の横転検出装置200aの機能ブロック図である。本図に示すように、本実施形態の横転検出装置200aは、慣性力算出部208と、作用点算出部209と、支持範囲算出部210と、判定部211と、重心算出部207を備える。
FIG. 4 is a functional block diagram of the
また、本実施形態の横転検出装置200aには、車両に取り付けられた、車体屈曲角検出センサ204と、車体速度検出センサ205と、車体傾斜角検出センサ206と、に加え、リフト角検出センサ201と、バケット角検出センサ202と、積荷荷重検出センサ203と、が接続される。
Further, in the
慣性力算出部208の機能および判定部211の機能は、第一の実施形態と同様である。
The function of the inertial
重心算出部207は、積荷を積載した、稼働姿勢における、ホイールローダ100の重心を算出する。本実施形態では、まず、バケット109の位置および姿勢を算出する。そして、バケット109の位置と、積荷の重量と、前フレーム101の重心点位置および重量とを用い、積荷や作業機130を含めた前フレーム101全体の重心点の位置および重量を算出する。その後、さらに、後フレーム102の重心点の位置および重量を加味し、車両全体の重量と重心位置とを算出する。なお、前フレーム101の重心点の位置および重量、後フレーム102の重心点の位置および重量には、設計情報を用いる。
The center of
作用点算出部209は、設計情報の重心位置に変えて、重心算出部207が算出した重心点の位置を用いる。その他の処理は、第一の実施形態と同様である。
The action
以下、重心算出部207による重心算出手順を説明する。
Hereinafter, the procedure for calculating the center of gravity by the center of
重心算出部207は、まず、リフト角とバケット角とリフトアーム107のリンク長とを用い、幾何学的にバケット109の位置および姿勢を算出する。なお、リフトアーム107のリンク長には、設計情報を用いる。
First, the center of
次に、重心算出部207は、積荷荷重検出センサ203が検出した積荷荷重と、バケット109の位置および姿勢等を用いて前フレーム101全体の重心点の位置および重量を算出する。
Next, the center of
ここで、バケット109の重心点(図1の点120)の位置の座標値(以下、単に位置と呼ぶ。)をG0(x0,z0)とし、前フレーム101の重心点(図1の点121)の位置をG1(x1,z1)とする。また、バケット109の積荷の重量をM0、前フレーム101の重量をM1とする。
Here, the coordinate value (hereinafter, simply referred to as a position) of the position of the center of gravity point (
なお、M0は、積荷荷重検出センサ203が検出した値である。また、M1には、設計情報を用いる。
Note that M0 is a value detected by the load
前フレーム101全体の重量Mfおよび重心点Gf(xf,zf)の位置は、G0とG1との内分点で表される。すなわち、以下の式(2)〜(4)により求められる。
Mf=M0+M1 ・・・(2)
xf=(M0・x0+M1・x1)/Mf ・・・(3)
zf=(M0・z0+M1・z1)/Mf ・・・(4)
The positions of the weight Mf and the center of gravity Gf (xf, zf) of the entire
Mf = M0 + M1 ... (2)
xf = (M0 ・ x0 + M1 ・ x1) / Mf ・ ・ ・ (3)
zf = (M0 ・ z0 + M1 ・ z1) / Mf ・ ・ ・ (4)
なお、車両横方向(y軸方向;図1中の奥行き方向)についても同様に求められる。例えば、積荷が均等に積載されていると仮定すれば、車両横方向の重心の位置(ここではy座標yf)は、車両中心としてよい。 The vehicle lateral direction (y-axis direction; depth direction in FIG. 1) is also obtained in the same manner. For example, assuming that the cargo is evenly loaded, the position of the center of gravity in the lateral direction of the vehicle (here, the y-coordinate yf) may be the center of the vehicle.
次に、重心算出部207は、積荷、作業機130を含む前フレーム101全体の重心点の位置および重量と、後フレーム102の重心点の位置および重量とを用いて、車体総重量と車両全体の重心点とを算出する。
Next, the center of
後フレーム102の重心点(図1の点122)の位置をG1(xr,zr)とし、後フレーム102の重量をMrとする。これらは、設計情報を用いる。これらを用いて、車体総重量Mcおよび車両重心点Gc(xc,zc)は、以下の式(5)〜(7)で求められる。
Mc=Mf+Mr ・・・(5)
xc=(Mf・xf+Mr・xr)/Mc ・・・(6)
zc=(Mf・zf+Mr・zr)/Mc ・・・(7)
The position of the center of gravity point (
Mc = Mf + Mr ... (5)
xc = (Mf ・ xf + Mr ・ xr) / Mc ・ ・ ・ (6)
zc = (Mf ・ zf + Mr ・ zr) / Mc ・ ・ ・ (7)
なお、センターピン103で車体が屈曲している場合、車両の左右方向で対称性が崩れる。この場合、上記、前フレーム101全体のy座標yfと、後フレーム102の重心点の位置G1のy座標yrとを用いて、車両重心点Gcのy座標ycは、式(6)(7)等と同様に内分点の式によって、以下の式(8)で算出される。
yc=(Mf・yf+Mr・yr)/Mc ・・・(8)
When the vehicle body is bent at the
yc = (Mf ・ yf + Mr ・ yr) / Mc ・ ・ ・ (8)
以上の手順で、重心算出部207は、重心の座標を算出する。そして、本実施形態の作用点算出部209は、支持力作用点307の算出に、当該重心を用いる。
In the above procedure, the center of
以上説明したように、本実施形態のホイールローダ100では、前記作業機130はリフトアーム107とバケット109とを備える。また、前記ホイールローダ100は、さらに、前記リフトアーム107の前記車体に対する角度であるリフト角を検出するリフト角検出センサ201と、前記バケット109の前記リフトアーム107に対する角度であるバケット角を検出するバケット角検出センサ202と、前記バケット109に積載された積荷の荷重を検出する積荷荷重検出センサ203と、前記リフト角と前記バケット角と前記荷重と前記屈曲角とに基づき、当該ホイールローダ100の車両重心を計算重心として算出する重心算出部207と、を備える。そして、前記作用点算出部209は、前記重心として前記計算重心を用いる。
As described above, in the
このように、本実施形態によれば、積荷を載せる積載部であるバケット109の位置及び姿勢を検出するリフト角検出センサ201とバケット角検出センサ202とをさらに備える。積載部であるバケット109を有する作業機130部分は、リンク機構によりバケット109の位置及び姿勢が変えられるように構成されている。その位置及び姿勢は、車体に対するリフトアーム107の角度およびリフトアーム107に対するバケットの角度によって一意に算出できる。
As described above, according to the present embodiment, the lift
本実施形態では、まず、リフト角検出センサ201およびバケット角検出センサ202により得られる各々の角度を用いて前フレーム101を基準とした積荷の位置を算出する。さらに、作業機130部分に積荷荷重検出センサ203を備えることで積荷の重量を検出する。前フレーム101を基準とした積荷の位置と重量、および、設計情報として既知の前フレーム101の重心点位置と重量を用いて、積荷を含めた前フレーム101全体の重心点の位置および重量を算出する。
In the present embodiment, first, the position of the cargo with respect to the
一方、後フレーム102の重心点位置と重量は同様に設計情報として既知であり、その位置関係は車体屈曲角検出センサ204による角度と前フレーム101および後フレーム102を連結するセンターピン103の位置とにより一意に算出可能である。よって、本実施形態では、車体屈曲角および車体前後部の重心点位置と重量を用いて、車両全体の重心点位置と重量とを高精度に算出できる。
On the other hand, the position and weight of the center of gravity of the
横転可能性の判定では、慣性力と重力とを用いる。これらは、いずれも車両の重心点位置に対して車両重量に比例した大きさで作用する。そのため、車両の重心点位置と重量を高精度に算出することにより、積載部であるバケット109の位置及び姿勢、車体屈曲角の大きさに寄らず精度の高い横転危険性判定が可能になる。
Inertial force and gravity are used to determine the possibility of rollover. All of these act in a size proportional to the weight of the vehicle with respect to the position of the center of gravity of the vehicle. Therefore, by calculating the position of the center of gravity of the vehicle and the weight with high accuracy, it is possible to determine the risk of rollover with high accuracy regardless of the position and posture of the
このように、本実施形態によれば、第一の実施形態同様、慣性力も加味して横転可能性を判定する。このため、特に、稼働中のホイールローダ100に関し、高精度に横転可能性を判定できる。
As described above, according to the present embodiment, the rollover possibility is determined in consideration of the inertial force as in the first embodiment. Therefore, in particular, the rollover possibility can be determined with high accuracy with respect to the
さらに、本実施形態によれば、このようにリフト角検出センサ201およびバケット角検出センサ202、積荷荷重検出センサ203の検出値に基づいて重心を算出する。このため、高精度に重心位置を算出できる。そして、この重心位置を用いて横転可能性を判定するため、より精度よく横転可能性を判定できる。
Further, according to the present embodiment, the center of gravity is calculated based on the detection values of the lift
なお、慣性力算出部208も、慣性力を算出する際、車両重量として積荷荷重を加算した値を用いてもよい。
The inertial
<<第三の実施形態>>
次に、本発明の第三の実施形態を説明する。本実施形態では、判定部の判定結果に応じて、出力を変更する。以下、本実施形態について、上記第一の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
<< Third Embodiment >>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the output is changed according to the determination result of the determination unit. Hereinafter, the present embodiment will be described with a focus on a configuration different from that of the first embodiment.
本実施形態のホイールローダ100は、基本的に第一の実施形態と同様である。ただし、本実施形態のホイールローダ100は、車体屈曲角制御部213と、駆動力制御部214と、報知部215と、をさらに備える。
The
また、本実施形態の横転検出装置200bは、図5に示すように、第二の実施形態と同様の構成を有する。ただし、判定部211の処理内容および出力先が異なる。
Further, as shown in FIG. 5, the
車体屈曲角制御部213は、横転検出装置200bからの出力に応じて、車体屈曲角を制御する。具体的には、屈曲用油圧シリンダ112に制御指令を出力する。
The vehicle body bending
駆動力制御部214は、横転検出装置200からの出力に応じて、駆動力を制御する。本実施形態では、例えば、最高速度を制御する。駆動力の制御は、具体的には、アクセル、ブレーキ等の駆動部を制御することによりなされる。
The driving force control unit 214 controls the driving force according to the output from the
判定部211は、転倒の可能性を判定し、判定結果を出力する。第一の実施形態では、支持力作用点307が支持範囲305内であるか否かのみを判定している。しかし、本実施形態では、支持範囲305内に、複数の範囲(領域)をさらに設定し、各範囲と支持力作用点307との位置関係に応じて異なる出力先に判定結果を出力する。
The
図6(a)、図6(b)および図7を用いて、判定部211の判定手法を説明する。図6(a)および図6(b)は、本実施形態の複数の範囲を説明するための図であり、図7は、判定処理の処理フローである。
The determination method of the
本実施形態では、図6(a)に示すように、支持範囲305内に、第一の範囲610と第二の範囲620とを設定する。第二の範囲620は、その外周が、第一の範囲610の外周と、支持範囲305との間に配されるよう、設定される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the
判定部211は、作用点算出部209から支持力作用点307を、支持範囲算出部210から支持範囲305を受信すると、図7に示す判定処理を開始する。
When the
まず、判定部211は、支持力作用点307が第一の範囲610内に有るか否かを判別する(ステップS1101)。そして、支持力作用点307が第一の範囲610内に有る場合、横転可能性無しとして、何も出力せず、判定処理を終了する。なお、この判定において、第一の範囲610内とは、支持力作用点307が、第一の範囲610と第二の範囲620との境界線上にある場合を含む。以下、本実施形態の各判定において、同様とする。支持力作用点307が境界線上にある場合の判定については、これに限定されず、予め定めておけばよい。
First, the
次に、判定部211は、支持力作用点307が第一の範囲610外である場合、第二の範囲620内に有るか否かを判別する(ステップS1102)。第二の範囲620内に有る場合(S1102;Yes)、判定部211は、報知部215に第一の判定結果を出力し(ステップS1103)、処理を終了する。例えば、第一の判定結果を受信した報知部215は、警報を出力する。
Next, when the bearing
次に、判定部211は、支持力作用点307が第二の範囲620外である場合、支持範囲305内に有るか否かを判別する(ステップS1104)。支持範囲305内に有る場合(S1104;Yes)、判定部211は、駆動力制御部214に第二の判定結果を出力し(ステップS1105)、処理を終了する。なお、第二の判定結果は、例えば、最高速度を制限する駆動指令とする。駆動指令を受信した駆動力制御部214は、車両が駆動指令で特定された最高速度以上の速度とならないよう、駆動制御を行う。
Next, when the bearing
そして、判定部211は、支持力作用点307が支持範囲305外である場合(S1104;No)、車体屈曲角制御部213に第三の判定結果を出力し(ステップS1106)、処理を終了する。なお、第三の判定結果は、たとえば、車体屈曲角の最大値を制限する屈曲角制御指令等とする。屈曲角指令を受信した車体屈曲角制御部213は、車体屈曲角が当該最大値以上とならないよう屈曲用油圧シリンダ112の動作を制御する。
Then, when the bearing
判定部211は、以上の処理を、作用点算出部209から支持力作用点307を受信する毎に繰り返す。
The
判定部211で判定する支持範囲と支持力作用点307との関係を、図6(b)に示す。図6(b)は、図6(a)のxy平面上への車両重心の射影301と支持力作用点307とを含む直線で切り出し、縦軸に転倒危険度をプロットした模式図である。ここで、支持範囲305は4つのタイヤの接地面312で規定される転倒限界を示し、最も高い危険度を示す。第二の範囲620および第一の範囲610は、支持範囲305より内側で、内側に行くほど危険度が低減していくことを示す。支持力作用点307は、支持範囲305より外側であるので危険度も高く、それが、図7の第三の判定結果に相当する。
FIG. 6B shows the relationship between the support range determined by the
以上説明したように、本実施形態のホイールローダ100は、外部に警告を出力する報知部215をさらに備え、前記判定部211は、前記支持力作用点307が、前記支持範囲305内部の第一の範囲610外である場合、前記判定結果として第一判定を前記報知部215に出力し、前記報知部215は、前記第一判定を受信すると、前記警告を出力する。
As described above, the
また、当該ホイールローダ100の駆動を制御する駆動力制御部214をさらに備え、前記判定部211は、前記支持力作用点307が、前記支持範囲305内部の第一の範囲610外であり、かつ、第二の範囲620内である場合、前記判定結果として第二判定を前記駆動力制御部214に出力し、前記駆動力制御部214は、前記第二判定を受信すると、最高速度を制限し、前記第二の範囲620は、前記支持範囲305内かつ前記第一の範囲610外の範囲である。
Further, a driving force control unit 214 for controlling the drive of the
さらに、前記屈曲角を制御する車体屈曲角制御部213を備え、前記判定部211は、前記支持力作用点が、前記第二の範囲620外の場合、前記判定結果として第三判定を前記車体屈曲角制御部213に出力し、前記車体屈曲角制御部213は、前記第三判定を受信すると、上限屈曲角を制限する。
Further, the vehicle body bending
このように、本実施形態によれば、第一の実施形態同様、慣性力も加味して横転可能性を判定する。このため、特に、稼働中のホイールローダに関し、高精度に横転可能性を判定できる。 As described above, according to the present embodiment, the rollover possibility is determined in consideration of the inertial force as in the first embodiment. Therefore, it is possible to determine the possibility of rollover with high accuracy, particularly with respect to the wheel loader in operation.
さらに、本実施形態よれば、支持範囲305の内部にあるか否かの二値判定でなく、支持範囲305内部に複数の範囲を設け、支持範囲305の境界からの距離に応じて複数段階で横転可能性を判断する。そして、段階に応じて最適な出力を行い、車両を制御する。このため、本実施形態によれば、安全性と稼働性とを両立した制御を実現できる。
Further, according to the present embodiment, instead of determining whether or not the product is inside the
なお、本実施形態では、警報出力、最高速度制限、屈曲角制限、全てを行うものとして記載したが、これに限定されない。この中の1または2の制御のみ行うよう構成してもよい。また、ステップS1105において、屈曲角制限を行い、S1106において最高速度制限処理を行ってもよい。また、最高速度制限、屈曲角制限を行う際、同時に警報出力も行ってもよい。このとき、出力する警報の態様を、それぞれ変えてもよい。 In this embodiment, the alarm output, the maximum speed limit, and the bending angle limit are all described, but the present invention is not limited to this. It may be configured to control only 1 or 2 of these. Further, in step S1105, the bending angle may be limited, and in S1106, the maximum speed limiting process may be performed. Further, when the maximum speed limit and the bending angle limit are performed, an alarm output may be performed at the same time. At this time, the mode of the alarm to be output may be changed.
また、支持範囲305内に、2つの範囲を設けた場合を例にあげて説明したが、設定する範囲の数はこれに限定されない。
Further, although the case where two ranges are provided within the
<<第四の実施形態>>
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。本実施形態では、支持力作用点307と支持範囲305との位置関係に応じて、制御量を算出し、支持力作用点307が支持範囲305内に収まるようホイールローダ100を制御する。制御対象は、例えば、駆動力と車体屈曲角とする。これらを変更することにより、支持力作用点307を支持範囲305の内側になるように、すなわち、支持力作用点307をできるだけ車両重心に近付けるようにする。
<< Fourth Embodiment >>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the control amount is calculated according to the positional relationship between the bearing
以下、本実施形態を実現する構成について、第三の実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。 Hereinafter, the configuration for realizing the present embodiment will be described with a focus on a configuration different from that of the third embodiment.
本実施形態のホイールローダ100は、基本的に第一の実施形態と同様の構成を有する。また、本実施形態のホイールローダ100の横転検出装置200cは、基本的に第三の実施形態と同様の構成を備える。ただし、後述するように、制御量算出部212をさらに備え、また、判定部211の処理内容および出力先が異なる。
The
図8は、本実施形態の横転検出装置200cの機能ブロック図である。本図に示すように、本実施形態の横転検出装置200cは、第二の実施形態の構成に、さらに、制御量算出部212を備える。
FIG. 8 is a functional block diagram of the
制御量算出部212は、支持力作用点307が支持範囲305の外側と判定された場合、支持力作用点307が支持範囲305内になるよう、駆動力および車体屈曲角の少なくとも一方の変更量を算出する。このとき、制御量算出部212は、車体傾斜角検出センサ206の出力と、慣性力算出部208の出力とを用いる。
When the control
本実施形態では、制御量算出部212は、まず、支持力作用点307を車両重心302からずらしている影響度を、慣性力および重力それぞれについて算出する。算出手法の概要を、図9を用いて説明する。
In the present embodiment, the control
まず、図9に示すように、ホイールローダ100の車体を基準とした車体水平面(図9中のx−y平面)内において、車両重心および支持力作用点それぞれの射影501、507を結ぶ方向の単位ベクトルを定義する。そして、慣性力503、重力504それぞれの単位ベクトル方向の成分の大きさを算出し、それを影響度とする。具体的には、単位ベクトルと慣性力503、重力504それぞれの内積で得られるスカラ値が前述の影響度である。
First, as shown in FIG. 9, in the vehicle body horizontal plane (xy plane in FIG. 9) with respect to the vehicle body of the
そして、制御量算出部212は、慣性力の影響度と重力の影響度とを比較し、影響度の大きい方を優先的に低減させるよう制御を行う。
Then, the control
まず、慣性力の低減手法について説明する。慣性力の低減手法は、慣性力を発生させている主な力が、遠心力であるか、加速度であるかによって異なる。 First, a method for reducing the inertial force will be described. The method for reducing the inertial force differs depending on whether the main force generating the inertial force is centrifugal force or acceleration.
慣性力を発生させている主な力が遠心力である場合、遠心力を低減させるため、車体速度を低減する、または、旋回半径を大きくする。 When the main force that generates the inertial force is the centrifugal force, the vehicle body speed is reduced or the turning radius is increased in order to reduce the centrifugal force.
車体速度は、エンジン出力を絞って駆動力を低減したりブレーキを作動させて制動力を増加させたりすることにより、低減できる。従って、この場合、制御量算出部212は、駆動力制御部214に制御量を制御指令として出力する。
The vehicle body speed can be reduced by reducing the driving force by reducing the engine output or by operating the brake to increase the braking force. Therefore, in this case, the control
制御量は、支持力作用点307が支持範囲305に収まるよう算出する。まず、支持力作用点307の射影507が、支持範囲305内に収まる慣性力503の大きさを算出する。そして、それを実現する車体速度を目標速度として算出する。制御量は、現在速度と目標速度との差分として得られる。なお、現在速度は、車体速度検出センサ205の検出値を、慣性力算出部208を介して取得する。
The control amount is calculated so that the bearing
旋回半径を大きくするためには、車体屈曲角を低減させる。この場合、制御量算出部212は、車体屈曲角制御部213に、制御量を制御指令として出力する。制御量は、支持力作用点307が支持範囲305に収まるよう算出する。上記車体速度と同様に、現在旋回半径と目標旋回半径との差分を、制御量として算出する。なお、現在の旋回半径算出の基となる車体屈曲角は、車体屈曲角検出センサ204の検出値を、慣性力算出部208を介して取得する。
In order to increase the turning radius, the bending angle of the vehicle body is reduced. In this case, the control
なお、式(1)で示すように、遠心力は速度の自乗に比例し、旋回半径に反比例する。従って、この場合、車体速度の低減を優先させることが望ましい。 As shown in the equation (1), the centrifugal force is proportional to the square of the speed and inversely proportional to the turning radius. Therefore, in this case, it is desirable to give priority to the reduction of the vehicle body speed.
慣性力が加減速度である場合、制駆動力による加減速を制限する。これが適用される状況としては、例えば急な下り坂を制動しながら降坂する場合などである。この場合、制御量算出部212は、駆動力制御部214に制御量を制御指令として出力する。制御量は、支持力作用点307が支持範囲305に収まるよう、上述の手法で算出する。
When the inertial force is acceleration / deceleration, acceleration / deceleration by the controlling driving force is limited. The situation to which this is applied is, for example, the case of descending while braking a steep descent. In this case, the control
一方、重力の影響度が慣性力の影響度より小さい場合は、車体傾斜角の影響を低減するための制御を実施する。 On the other hand, when the influence of gravity is smaller than the influence of inertial force, control is performed to reduce the influence of the vehicle body tilt angle.
この場合、車体傾斜角の影響を低減するため、車体の方向を最大傾斜方向に向け、車両左右方向の勾配を小さくする。これを実現するためには、例えば、重力504の向きと逆方向に車体を屈曲させる。従って、制御量算出部212は、車体屈曲角制御部213に、制御量を制御指令として出力する。制御量は、支持力作用点307が支持範囲305に収まるよう算出する。この時用いる、現在の車体傾斜角は、車体傾斜角検出センサ206から取得する。
In this case, in order to reduce the influence of the vehicle body inclination angle, the vehicle body direction is directed to the maximum inclination direction and the inclination in the vehicle left-right direction is reduced. In order to realize this, for example, the vehicle body is bent in the direction opposite to the direction of
以上説明したように、本実施形態によれば、当該ホイールローダ100の駆動を制御する駆動力制御部214と、前記屈曲角を制御する車体屈曲角制御部213と、当該ホイールローダ100の駆動力および屈曲角を制御する制御量算出部212と、をさらに備え、前記制御量算出部212は、前記判定結果に応じて、前記支持力作用点が前記支持範囲内の所定の領域内になるよう前記駆動力および前記屈曲角の少なくとも一方を制御する。
As described above, according to the present embodiment, the driving force control unit 214 that controls the drive of the
このように、本実施形態によれば、横転可能性の判定を行った結果、その可能性が高いと判定された場合、慣性力と重力との合力である支持力の作用点が支持範囲305の内側になる方向に駆動力と車体屈曲角との少なくとも一方を変更する。
As described above, according to the present embodiment, when it is determined that the possibility of rollover is high as a result of determining the possibility of rollover, the point of action of the bearing force, which is the resultant force of the inertial force and gravity, is the supporting
例えば、遠心力は、旋回走行により旋回中心から離れる向きに生じる慣性力である。また、遠心力の大きさは、車体速度の自乗に比例し、旋回半径に反比例する。この遠心力によって支持力作用点が支持範囲の外側に移動している場合、第一の対処として車体速度を低下させる。この場合、駆動力を低下させるか負の値にする(制動力を発生する)。また、第二の対処として旋回半径を大きくする。この場合、車体屈曲角を小さくすることで、横転危険性を減少させる。 For example, the centrifugal force is an inertial force generated in a direction away from the turning center by turning. The magnitude of the centrifugal force is proportional to the square of the vehicle body speed and inversely proportional to the turning radius. When the support point of action is moved to the outside of the support range by this centrifugal force, the vehicle body speed is reduced as the first countermeasure. In this case, the driving force is reduced or set to a negative value (braking force is generated). Also, as a second measure, increase the turning radius. In this case, the risk of rollover is reduced by reducing the bending angle of the vehicle body.
さらに、車体傾斜角が過大であるために支持力作用点307が支持範囲305の外側に移動している場合、それが許容範囲内になるように車体屈曲角を変更して車体の向きを変える。
Further, when the bearing
このように、本実施形態によれば、車体慣性力と車体傾斜角に基づいて駆動力と車体屈曲角との変更を行うことにより、的確かつ効果的に横転可能性を低減できる。 As described above, according to the present embodiment, the possibility of rollover can be accurately and effectively reduced by changing the driving force and the vehicle body bending angle based on the vehicle body inertial force and the vehicle body tilt angle.
また、本実施形態では、判定部211は、さらに報知部215に判定結果を出力してもよい。この場合、上記制御がなされるとともに、警報も出力される。判定結果の段階、制御内容に応じて、異なる態様で警報が出力されるよう構成してもよい。
Further, in the present embodiment, the
第三、第四の実施形態は、第二の実施形態と組み合わせる場合を例にあげて説明したが、これに限定されない。例えば、第一の実施形態と組み合わせてもよい。 The third and fourth embodiments have been described by taking the case of combining with the second embodiment as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, it may be combined with the first embodiment.
さらに、第四の実施形態は、第三の実施形態と組み合わせてもよい。この場合、支持作用点が、支持範囲305、第二の範囲620、および第一の範囲610のいずれかの範囲外となった場合、上記制御を実施する。
Further, the fourth embodiment may be combined with the third embodiment. In this case, when the support point of action is outside any of the
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention. Also, they are included in the present invention.
100:ホイールローダ、101:前フレーム、102:後フレーム、103:センターピン、104:前輪、105:後輪、106:支点、107:リフトアーム、108:支点、109:バケット、110:油圧シリンダ、112:屈曲用油圧シリンダ、113:運転席、130:作業機、
200:横転検出装置、200a:横転検出装置、200b:横転検出装置、200b:横転検出装置、200c:横転検出装置、
201:リフト角検出センサ、202:バケット角検出センサ、203:積荷荷重検出センサ、204:車体屈曲角検出センサ、205:車体速度検出センサ、206:車体傾斜角検出センサ、207:重心算出部、208:慣性力算出部、209:作用点算出部、210:支持範囲算出部、211:判定部、212:制御量算出部、213:車体屈曲角制御部、214:駆動力制御部、215:報知部、
301:車両重心の射影、302:車両重心、303:慣性力、304:重力、305:支持範囲、306:合力、307:支持力作用点、308:支持点、311:路面、312:接地面、
501:車両重心の射影、503:慣性力、504:重力、507:支持力作用点の射影、610:第一の範囲、620:第二の範囲
100: wheel loader, 101: front frame, 102: rear frame, 103: center pin, 104: front wheel, 105: rear wheel, 106: fulcrum, 107: lift arm, 108: fulcrum, 109: bucket, 110: hydraulic cylinder , 112: Hydraulic cylinder for bending, 113: Driver's seat, 130: Working machine,
200: Rollover detection device, 200a: Rollover detection device, 200b: Rollover detection device, 200b: Rollover detection device, 200c: Rollover detection device,
201: Lift angle detection sensor, 202: Bucket angle detection sensor, 203: Load load detection sensor, 204: Body bending angle detection sensor, 205: Body speed detection sensor, 206: Body inclination angle detection sensor, 207: Center of gravity calculation unit, 208: inertial force calculation unit, 209: action point calculation unit, 210: support range calculation unit, 211: judgment unit, 212: control amount calculation unit, 213: vehicle body bending angle control unit, 214: driving force control unit, 215: Notification unit,
301: Projection of the center of gravity of the vehicle, 302: Center of gravity of the vehicle, 303: Inertial force, 304: Gravity, 305: Support range, 306: Interconnective force, 307: Supporting point of action, 308: Supporting point, 311: Road surface, 312: Ground plane ,
501: Projection of the center of gravity of the vehicle, 503: Inertial force, 504: Gravity, 507: Projection of bearing force action point, 610: First range, 620: Second range
Claims (6)
前記前フレームに設けられた前輪と、
前記後フレームに設けられた後輪と、
前記前フレームに設けられた作業機と、
前記車体の傾斜角を検出する車体傾斜角センサと、
前記車体傾斜角センサで検出した前記車体の傾斜角に基づき前記車体の姿勢を制御する制御装置と、を備えた作業車両において、
前記前フレームと前記後フレームとが成す屈曲角を検出する屈曲角センサと、
前記作業車両の速度を検出する速度センサと、を備え、
前記制御装置は、
前記屈曲角センサにより検出された屈曲角および前記速度センサにより検出された速度に基づき、前記車体に働く慣性力である車体慣性力を算出する慣性力算出部と、
予め記憶された前記車体の寸法及び重量により算出された前記作業車両の重心点と、前記慣性力算出部により算出された車体慣性力と、前記車体傾斜角センサにて検出した前記車体の傾斜角とに基づき、前記慣性力と前記車体に働く重力との合力の延長線が車両支持面と交差する点を、支持力作用点として算出する作用点算出部と、
前記前輪および前記後輪が前記車両支持面と接する点を結んで形成される支持多角形によって規定される支持範囲と前記作用点算出部により算出された支持力作用点とに基づいて横転可能性を判定し、判定結果を出力する判定部と、を備えること
を特徴とする作業車両。 A vehicle body provided so that the front frame and the rear frame are connected to each other by a center pin and bent by driving a cylinder.
The front wheels provided on the front frame and
The rear wheels provided on the rear frame and
The work machine provided on the front frame and
A vehicle body tilt angle sensor that detects the vehicle body tilt angle , and
In a work vehicle provided with a control device that controls the posture of the vehicle body based on the inclination angle of the vehicle body detected by the vehicle body inclination angle sensor.
A bending angle sensor that detects the bending angle formed by the front frame and the rear frame,
A speed sensor for detecting the speed of the work vehicle is provided.
The control device is
An inertial force calculation unit that calculates a vehicle body inertial force, which is an inertial force acting on the vehicle body, based on the bending angle detected by the bending angle sensor and the speed detected by the speed sensor.
The center of gravity point of the work vehicle calculated from the dimensions and weight of the vehicle body stored in advance, the vehicle body inertial force calculated by the inertial force calculation unit, and the inclination angle of the vehicle body detected by the vehicle body tilt angle sensor. Based on the above, the point of action calculation unit that calculates the point where the extension line of the resultant force of the inertial force and the gravity acting on the vehicle body intersects the vehicle support surface as the support force action point.
Rollover possibility based on the support range defined by the support polygon formed by connecting the points where the front wheels and the rear wheels come into contact with the vehicle support surface and the support force action point calculated by the action point calculation unit. A work vehicle characterized in that it is provided with a determination unit that determines and outputs a determination result.
前記作業機はリフトアームとバケットとを備え、
前記作業車両は、さらに、
前記リフトアームの前記車体に対する角度であるリフト角を検出するリフト角検出センサと、
前記バケットの前記リフトアームに対する角度であるバケット角を検出するバケット角検出センサと、
前記バケットに積載された積荷の荷重を検出する積荷荷重検出センサと、
前記リフト角検出センサで検出されたリフト角と前記バケット角検出センサで検出されたバケット角と前記積荷荷重検出センサで検出された荷重と前記屈曲角センサにより検出された屈曲角とに基づき、当該作業車両の前記重心点を算出する重心算出部と、を備えること
を特徴とする作業車両。 The work vehicle according to claim 1.
The working machine is equipped with a lift arm and a bucket.
The work vehicle further
A lift angle detection sensor that detects the lift angle, which is the angle of the lift arm with respect to the vehicle body,
A bucket angle detection sensor that detects a bucket angle, which is an angle of the bucket with respect to the lift arm,
A load load detection sensor that detects the load of the load loaded on the bucket, and
Based on the lift angle detected by the lift angle detection sensor, the bucket angle detected by the bucket angle detection sensor, the load detected by the load load detection sensor, and the bending angle detected by the bending angle sensor. A work vehicle including a center of gravity calculation unit for calculating the center of gravity point of the work vehicle.
外部に警告を出力する報知部をさらに備え、
前記判定部は、前記支持力作用点が、前記支持範囲内の第一の範囲外である場合、前記判定結果として第一判定を前記報知部に出力し、
前記報知部は、前記第一判定を受信すると、前記警告を出力すること
を特徴とする作業車両。 The work vehicle according to claim 1 or 2.
It also has a notification unit that outputs a warning to the outside.
When the bearing force acting point is outside the first range within the supporting range, the determination unit outputs the first determination as the determination result to the notification unit.
A work vehicle characterized in that the notification unit outputs the warning when the first determination is received.
当該作業車両の駆動を制御する駆動力制御部をさらに備え、
前記判定部は、前記支持力作用点が、前記支持範囲内の第一の範囲外であり、かつ、第二の範囲内である場合、前記判定結果として第二判定を前記駆動力制御部に出力し、
前記駆動力制御部は、前記第二判定を受信すると、最高速度を制限し、
前記第二の範囲は、前記支持範囲内かつ前記第一の範囲外の範囲であること
を特徴とする作業車両。 The work vehicle according to claim 1 or 2.
Further equipped with a driving force control unit that controls the driving of the work vehicle,
When the supporting force action point is outside the first range within the supporting range and within the second range, the determination unit makes a second determination to the driving force control unit as the determination result. Output and
Upon receiving the second determination, the driving force control unit limits the maximum speed.
The work vehicle, wherein the second range is within the support range and outside the first range.
前記屈曲角を制御する屈曲角制御部をさらに備え、
前記判定部は、前記支持力作用点が、前記第二の範囲外の場合、前記判定結果として第三判定を前記屈曲角制御部に出力し、
前記屈曲角制御部は、前記第三判定を受信すると、上限屈曲角を制限すること
を特徴とする作業車両。 The work vehicle according to claim 4.
A bending angle control unit for controlling the bending angle is further provided.
When the bearing force action point is outside the second range, the determination unit outputs a third determination as the determination result to the bending angle control unit.
The work vehicle characterized in that the bending angle control unit limits the upper limit bending angle when the third determination is received.
当該作業車両の駆動を制御する駆動力制御部と、
前記屈曲角を制御する屈曲角制御部と、
当該作業車両の駆動力および屈曲角を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記判定結果に応じて、前記支持力作用点が前記支持範囲内の所定の領域内になるよう前記駆動力および前記屈曲角の少なくとも一方を制御すること
を特徴とする作業車両。
The work vehicle according to any one of claims 1 to 3.
A driving force control unit that controls the driving of the work vehicle,
A bending angle control unit that controls the bending angle,
A control unit that controls the driving force and bending angle of the work vehicle is further provided.
The control unit controls at least one of the driving force and the bending angle so that the supporting force acting point is within a predetermined region within the supporting range according to the determination result. ..
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