本発明の各実施形態に係る作業車両の一態様として、例えば露天掘り鉱山等において、土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行うためのホイールローダについて説明する。まず、ホイールローダの概略構成について、図1を参照して説明する。
図1は、本発明の各実施形態に係るホイールローダ1の外観を示す側面図である。
ホイールローダ1は、前フレーム1A及び後フレーム1Bで構成される車体と、車体の前部に設けられた作業機2と、を備えている。ホイールローダ1は、車体が中心付近で中折れすることにより操舵するアーティキュレート式の作業車両である。前フレーム1Aと後フレーム1Bとは、センタジョイント10によって左右方向に回動自在に連結されており、前フレーム1Aが後フレーム1Bに対して左右方向に屈曲する。
前フレーム1Aには、左右一対の前輪11A、及び作業機2が設けられている。後フレーム1Bには、左右一対の後輪11B、オペレータが搭乗する運転室12、エンジンやコントローラ、冷却器等の各機器を収容する機械室13、及び車体が傾倒しないようにバランスを保つためのカウンタウェイト14が設けられている。なお、図1では、左右一対の前輪11A及び後輪11Bのうち、左側の前輪11A及び後輪11Bのみを示している。
作業機2は、上下方向に回動可能なリフトアーム21と、伸縮することによりリフトアーム21を駆動させる一対のリフトアームシリンダ22と、リフトアーム21の先端部に取り付けられたバケット23と、伸縮することによりバケット23をリフトアーム21に対して上下方向に回動させるバケットシリンダ24と、リフトアーム21に回動可能に連結されてバケット23とバケットシリンダ24とのリンク機構を構成するベルクランク25と、一対のリフトアームシリンダ22やバケットシリンダ24へ圧油(作動油)を導く複数の配管(不図示)と、を有している。なお、図1では、一対のリフトアームシリンダ22のうち、左側に配置されたリフトアームシリンダ22のみを破線で示している。
リフトアーム21は、一対のリフトアームシリンダ22の各ロッド22Aが伸びることにより上方向に回動し、各ロッド22Aが縮むことにより下方向に回動する。バケット23は、バケットシリンダ24のロッド24Aが伸びることによりリフトアーム21に対して上方向に回動し、ロッド24Aが縮むことによりリフトアーム21に対して下方向に回動する。
一対のリフトアームシリンダ22及びバケットシリンダ24はそれぞれ、作業機2を駆動する油圧アクチュエータの一態様である。以下において、「一対のリフトアームシリンダ22及びバケットシリンダ24」を「複数の油圧アクチュエータ22,24」とする場合もある。
ホイールローダ1は、路面の凹凸が大きい悪路を走行することが多いため、走行時に車体が振動し、車体を介して作業機2も振動し、これらの油圧アクチュエータ22,24に圧力変動が生じてしまう。
このような状況下では、例えばバケット23に荷を積んだ状態でホイールローダ1が走行する場合(積荷を運搬する運搬状態)には、荷こぼれ等の問題につながる。また、運転室12に搭乗しているオペレータは乗り心地が悪く、振動に伴って操作レバー等を誤操作してしまう可能性もある。そこで、ホイールローダ1では、油圧アクチュエータ22,24内の圧力変動を制御することにより、走行中に発生する作業機2の振動を抑制している。以下、ホイールローダ1が備える走行中の振動を抑制するための構成について、実施形態ごとに説明する。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係るホイールローダ1における走行中の振動を抑制するための構成について、図2〜8を参照して説明する。
(油圧回路及び電気回路の構成)
まず、第1実施形態に係るホイールローダ1の油圧回路及び電気回路の構成について、図2〜6を参照して説明する。
図2〜6はそれぞれ、第1実施形態に係るホイールローダ1の油圧回路及び電気回路であり、図2は方向制御弁33が第1切換位置Rの状態にある場合、図3は方向制御弁33が第3切換位置Lの状態にある場合、図4は第1動作状態S1にある場合、図5は第2動作状態S2にある場合、及び図6は第3動作状態S3にある場合をそれぞれ示す図である。なお、図2〜6において、電気信号線を破線で示している。
ホイールローダ1は、作動油を貯留するタンク31と、各油圧アクチュエータ22,24に圧油(作動油)を供給する油圧ポンプ32と、各油圧アクチュエータ22,24に係る圧油の流れ(流量及び方向)を制御する方向制御弁33と、を備えている。
なお、図2〜6では、一対のリフトアームシリンダ22及びバケットシリンダ24のうち、一方のリフトアームシリンダ22のみを図示しており、方向制御弁33については、一方のリフトアームシリンダ22に係る圧油の流れを制御する構成のみを示している。以下では、一方のリフトアームシリンダ22に係る制御を例に挙げて説明するが、他方のリフトアームシリンダ22やバケットシリンダ24に係る制御についても同様である。
油圧ポンプ32は、エンジン(不図示)により駆動され、傾転角θに応じて押し退け容積が制御される斜板式あるいは斜軸式の可変容量型の油圧ポンプである。レギュレータ320を用いて傾転角θ(押し退け容積)を変化させて、油圧ポンプ32から吐出される圧油の吐出量を調整する。
方向制御弁33は、リフトアームシリンダ22のロッド22Aを伸びる方向に動作させる第1切換位置Rと、リフトアームシリンダ22を動作させない第2切換位置Nと、リフトアームシリンダ22のロッド22Aを縮む方向に動作させる第3切換位置Lと、を有している。
オペレータが運転室12に設けられた操作レバー(不図示)を操作すると、その操作量に応じてパイロット圧が生成され、生成されたパイロット圧が方向制御弁33の左右の受圧室にそれぞれ作用する。これにより、方向制御弁33の内部のスプールがパイロット圧に応じて左右にストロークして、第1〜第3切換位置R,N,Lのいずれかに切り換わる。
図2に示すように、方向制御弁33の右の受圧室にパイロット圧が作用して第1切換位置Rに切り換わると、油圧ポンプ32から吐出した圧油が方向制御弁33を介してリフトアームシリンダ22のボトム室22Bに流入する。これにより、ロッド22Aが伸びる方向に動作し、リフトアーム21は上方向に回動する。また、リフトアームシリンダ22のロッド室22Cから排出された圧油は方向制御弁33を介してタンク31に流出する。
図3に示すように、方向制御弁33の左の受圧室にパイロット圧が作用して第3切換位置Lに切り換わると、油圧ポンプ32から吐出した圧油が方向制御弁33を介してリフトアームシリンダ22のロッド室22Cに流入する。これにより、ロッド22Aが縮む方向に動作し、リフトアーム21は下方向に回動する。また、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bから排出された圧油は方向制御弁33を介してタンク31に流出する。
第2切換位置Nは中立位置であり、図4〜6に示すようにポートが全て閉じるため、油圧ポンプ32から吐出した圧油は方向制御弁33を介してリフトアームシリンダ22に供給されない。したがって、リフトアームシリンダ22のロッド22Aは動作せず、リフトアーム21は非操作状態となる。
また、ホイールローダ1は、油圧ポンプ32から吐出された圧油を蓄圧するアキュムレータ40と、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bとアキュムレータ40とを接続する第1管路41を開閉する第1電磁開閉弁51と、油圧ポンプ32とリフトアームシリンダ22のボトム室22Bとを接続する第2管路42を開閉する第2電磁開閉弁52と、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bとタンク31とを接続する第3管路43を開閉する第3電磁開閉弁53と、リフトアームシリンダ22のロッド室22Cとタンク31とを接続する管路を開閉する第4電磁開閉弁54と、を備えている。
さらに、ホイールローダ1は、車速を検出する車速検出器61と、方向制御弁33に作用させるパイロット圧を検出するパイロット圧検出器62と、車体に対する鉛直方向の加速度を検出する加速度検出器63と、第1〜第4電磁開閉弁51〜54及び油圧ポンプ32(レギュレータ320)をそれぞれ制御するコントローラ7と、を備えている。本実施形態では、車体の振動を検出する振動検出器の一態様として、加速度検出器63を用いている。
また、本実施形態では、作業機2(図4〜6ではリフトアームシリンダ22)が非操作状態であり、かつホイールローダ1が走行中である場合に、車体の振動により作業機2に発生する振動を抑制するための制御を開始する。そこで、以下では、「作業機2が非操作状態であり、かつホイールローダ1が走行中である場合」を「開始条件を満たす場合」とする。
第1電磁開閉弁51は、開始条件を満たす場合に、コントローラ7から出力された第1弁指令信号に基づいて開閉動作し、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bとアキュムレータ40との間における圧油の流れを制御する。なお、本実施形態では、第1電磁開閉弁51は電磁比例弁であり、加速度検出器63で検出された加速度αの大きさ(絶対値|α|)に比例して開度が制御される。
第2電磁開閉弁52は、開始条件を満たす場合に、コントローラ7から出力された第2弁指令信号に基づいて開閉動作し、油圧ポンプ32からリフトアームシリンダ22のボトム室22Bへの圧油の流れを制御する。
第3電磁開閉弁53は、開始条件を満たす場合に、コントローラ7から出力された第3弁指令信号に基づいて開閉動作し、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bからタンク31への圧油の流れを制御する。なお、本実施形態では、第3電磁開閉弁53は第1電磁開閉弁51と同様に電磁比例弁であり、加速度検出器63で検出された加速度αの大きさ(絶対値|α|)に比例して開度が制御される。
第4電磁開閉弁54は、開始条件を満たす場合に、コントローラ7から出力された第4弁指令信号に基づいて開弁し、リフトアームシリンダ22のロッド室22Cから排出された圧油は第4電磁開閉弁54を介してタンク31へ流出する。一方、開始条件を満たさない場合、第4電磁開閉弁54は閉弁している。
また、油圧ポンプ32と第2電磁開閉弁52とを接続する管路上には、第2電磁開閉弁52が開弁した状態におけるリフトアームシリンダ22のボトム室22Bから油圧ポンプ32への圧油の逆流を防止するためのチェック弁55が設けられている。第4電磁開閉弁54とタンク31とを接続する管路上には、第4電磁開閉弁54が開弁した状態におけるリフトアームシリンダ22のロッド室22C内の負圧を防止するためのチェック弁56が設けられている。そして、第4電磁開閉弁54とタンク31とを接続する管路から分岐してチェック弁56をバイパスする管路上には、規定圧に設定するための圧力制御弁57が設けられている。
第1管路41は、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bと第1電磁開閉弁51とを接続する管路411と、第1電磁開閉弁51とアキュムレータ40とを接続する管路412と、によって構成されている。第2管路42は、油圧ポンプ32とチェック弁55とを接続する管路421と、チェック弁55と第2電磁開閉弁52とを接続する管路422と、第2電磁開閉弁52とリフトアームシリンダ22のボトム室22Bとを接続する管路423と、によって構成されている。第3管路43は、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bと第3電磁開閉弁53とを接続する管路431と、第3電磁開閉弁53と第4電磁開閉弁54とを接続する管路432と、第4電磁開閉弁54と圧力制御弁57とを接続する管路433と、圧力制御弁57とタンク31とを接続する管路434と、によって構成されている。
なお、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bと第1電磁開閉弁51とを接続する管路411と、第2電磁開閉弁52とリフトアームシリンダ22のボトム室22Bとを接続する管路423と、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bと第3電磁開閉弁53とを接続する管路431とは、互いにその一部が共通の管路で形成されている。
コントローラ7は、開始条件を満たす場合に、第1〜第3電磁開閉弁51〜53及び油圧ポンプ32が第1動作状態S1、第2動作状態S2、及び第3動作状態S3のいずれかになるように、第1〜第3電磁開閉弁51〜53のそれぞれに対して弁指令信号を出力すると共に、油圧ポンプ32のレギュレータ320に対してポンプ指令信号を出力する。また、コントローラ7は、開始条件を満たす場合に、第4電磁開閉弁54に対して開弁とする弁指令信号を出力する。
「第1動作状態S1」とは、図4に示すように、第1電磁開閉弁51が開弁した状態であり、かつ第2電磁開閉弁52及び第3電磁開閉弁53がそれぞれ閉弁した状態であって、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bから第1電磁開閉弁51を介してアキュムレータ40に、又はアキュムレータ40から第1電磁開閉弁51を介してリフトアームシリンダ22のボトム室22Bに、圧油が流れる動作状態である。
したがって、第1動作状態S1では、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bから流出した圧油は、ボトム室22Bと第1電磁開閉弁51とを接続する管路411、第1電磁開閉弁51とアキュムレータ40とを接続する管路412の順に通ってアキュムレータ40内に流入すると共に、アキュムレータ40から流出した圧油は、第1電磁開閉弁51とアキュムレータ40とを接続する管路412、ボトム室22Bと第1電磁開閉弁51とを接続する管路411の順に流れてボトム室22B内に流入する。
「第2動作状態S2」とは、図5に示すように、第2電磁開閉弁52が開弁した状態であり、かつ第1電磁開閉弁51及び第3電磁開閉弁53がそれぞれ閉弁した状態であって、油圧ポンプ32から吐出した圧油が第2電磁開閉弁52を介してリフトアームシリンダ22のボトム室22Bに流れる動作状態である。
したがって、第2動作状態S2では、油圧ポンプ32から吐出した圧油は、油圧ポンプ32とチェック弁55とを接続する管路421、チェック弁55と第2電磁開閉弁52とを接続する管路422、第2電磁開閉弁52とリフトアームシリンダ22のボトム室22Bとを接続する管路423の順に流れてボトム室22B内に流入する。
「第3動作状態S3」とは、図6に示すように、第3電磁開閉弁53が開弁した状態であり、かつ第1電磁開閉弁51及び第2電磁開閉弁52がそれぞれ閉弁した状態であって、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bから第3電磁開閉弁53を介してタンク31に圧油が流れる動作状態である。なお、第3動作状態S3では、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bから排出した圧油の一部がロッド室22Cに流入する場合がある。
したがって、第3動作状態S3では、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bから流出した圧油は、ボトム室22Bと第3電磁開閉弁53とを接続する管路431、第3電磁開閉弁53と第4電磁開閉弁54とを接続する管路432、第4電磁開閉弁54と圧力制御弁57とを接続する管路433、圧力制御弁57とタンク31とを接続する管路434の順に流れてタンク31内に流入する。
なお、開始条件を満たす場合、第4電磁開閉弁54は開弁状態となるため、図4〜6にそれぞれ示すように、第1〜第3動作状態S1,S2,S3のいずれの動作状態であっても、リフトアームシリンダ22のロッド室22Cから流出した圧油は、ロッド室22Cと第4電磁開閉弁54とを接続する管路441、第4電磁開閉弁54と圧力制御弁57とを接続する管路433、圧力制御弁57とタンク31とを接続する管路434の順に流れて、タンク31内に流入する。なお、ロッド室22Cと第4電磁開閉弁54とを接続する管路441は、その一部が第3電磁開閉弁53と第4電磁開閉弁54とを接続する管路432の一部となっている。
コントローラ7は、CPU、RAM、ROM、入力I/F、及び出力I/Fがバスを介して互いに接続されて構成される。そして、車速検出器61、パイロット圧検出器62、及び加速度検出器63といった各種の検出器等が入力I/Fに接続され、第1〜第4電磁開閉弁51〜54及び油圧ポンプ32のレギュレータ320等が出力I/Fに接続されている。
このようなハードウェア構成において、ROMや光学ディスク等の記録媒体に格納された演算プログラム(ソフトウェア)をCPUが読み出してRAM上に展開し、展開された演算プログラムを実行することにより、演算プログラムとハードウェアとが協働して、コントローラ7の機能を実現する。
なお、本実施形態では、コントローラ7をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成されるコンピュータとして説明しているが、これに限らず、他のコンピュータの構成の一例として、ホイールローダ1の側で実行される演算プログラムの機能を実現する集積回路を用いてもよい。
(コントローラ7の機能構成)
次に、コントローラ7の機能構成について、図7を参照して説明する。
図7は、本実施形態に係るコントローラ7が有する機能を示す機能ブロック図である。
コントローラ7は、図7に示すように、データ取得部71と、判定部72と、閾値記憶部73と、動作状態選択部74と、演算部75と、指令信号出力部76と、を含む。
データ取得部71は、車速検出器61で検出された車速V、パイロット圧検出器62で検出されたパイロット圧Pi、及び加速度検出器63で検出された加速度αに関するデータをそれぞれ取得する。
判定部72は、データ取得部71で取得した車速V及びパイロット圧Piに基づいて、開始条件を満たすか否かを判定する。さらに、判定部72は、データ取得部71で取得した加速度αの絶対値|α|と、所定の第1閾値α1(以下、単に「第1閾値α1」とする)及び所定の第2閾値α2(以下、単に「第2閾値α2」とする)のそれぞれとの大小関係を判定すると共に、加速度αの正負(加速度αの方向)を判定する。
第1閾値α1及び第2閾値α2は、いずれも車体に対する鉛直方向の加速度に関する正の閾値であり、積荷の重さに基づいて予め設定されて閾値記憶部73に記憶されている。第2閾値α2は、第1閾値α1よりも小さい値である(α1>α2>0)。
動作状態選択部74は、判定部72における判定結果に基づいて、第1〜第3動作状態S1,S2,S3のいずれかを選択する。具体的には、判定部72にて開始条件を満たすと判定された場合、動作状態選択部74は第1動作状態S1(図4参照)を選択する。判定部72にて開始条件を満たすと判定され、さらに加速度の絶対値|α|が第1閾値α1よりも大きく(|α|>α1)、かつ加速度αが正の値(α>0)の場合、動作状態選択部74は第2動作状態S2(図5参照)を選択する。判定部72にて開始条件を満たすと判定され、さらに加速度の絶対値|α|が第1閾値α1よりも大きく(|α|>α1)、かつ加速度αが負の値(α<0)の場合、動作状態選択部74は第3動作状態S3(図6参照)を選択する。
加速度αが正の値の場合(α>0)には、車体に対して上向きに加速度αがかかっており、車体に対して上向きの振動が発生している。したがって、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bの圧力(以下、「リフトアームシリンダ22のボトム圧」とする)は低下している。そこで、動作状態選択部74が第2動作状態S2を選択することにより、油圧ポンプ32からリフトアームシリンダ22のボトム室22Bに圧油を流入させることができ、リフトアームシリンダ22のボトム圧の低下が抑制される。
加速度αが負の値の場合(α<0)には、車体に対して下向きに加速度αがかかっており、車体に対して下向きの振動が発生している。したがって、リフトアームシリンダ22のボトム圧は上昇している。そこで、動作状態選択部74が第3動作状態S3を選択することにより、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bの圧油をタンク31に流出させることができ、リフトアームシリンダ22のボトム圧の上昇が抑制される。
したがって、動作状態選択部74は、加速度検出器63で検出された加速度αの方向、すなわち車体の振動方向に応じて第2動作状態S2又は第3動作状態S3を選択する。なお、動作状態選択部74が第1動作状態S1を選択した場合、加速度αが正の値の場合(α>0)にはアキュムレータ40からリフトアームシリンダ22のボトム室22Bに圧油を流入させ、加速度αが負の値の場合(α<0)には、リフトアームシリンダ22のボトム室22Bからアキュムレータ40に圧油を流出させることができる。
本実施形態では、動作状態選択部74は、判定部72にて開始条件を満たすと判定され、さらに加速度検出器63で検出された加速度αの絶対値|α|が第1閾値α1以下であって第2閾値α2よりも大きい(α2<|α|≦α1)場合、第1動作状態S1を維持する。
演算部75は、動作状態選択部74で選択された動作状態における油圧ポンプ32の傾転角θを演算する。具体的には、動作状態選択部74にて第1動作状態S1又は第3動作状態S3が選択された場合、演算部75は傾転角θ=0と演算する。なお、「傾転角θ=0」とは、油圧ポンプ32の停止時の押し除け容積に相当する。動作状態選択部74にて第2動作状態S2が選択された場合、演算部75は傾転角θ=kp×|α|(kp:比例定数)と演算する。
本実施形態では、動作状態選択部74にて第1動作状態S1が選択された場合には、演算部75は第1電磁開閉弁51に係る制御電流l1=k1×|α|(k1:比例定数)と演算する。また、動作状態選択部74にて第3動作状態S3が選択された場合には、演算部75は第3電磁開閉弁53に係る制御電流l3=k3×|α|(k3:比例定数)と演算する。
指令信号出力部76は、動作状態選択部74にて選択された動作状態となるように、第1電磁開閉弁51、第2電磁開閉弁52、第3電磁開閉弁53、及び第4電磁開閉弁54をそれぞれ開閉するための弁指令信号、ならびに油圧ポンプ32を駆動させるためのポンプ指令信号をそれぞれ出力する。
動作状態選択部74にて第1動作状態S1が選択された場合、指令信号出力部76は、第1電磁開閉弁51及び第4電磁開閉弁54をそれぞれ開弁させ、かつ第2電磁開閉弁52及び第3電磁開閉弁53をそれぞれ閉弁させる弁指令信号を出力すると共に、油圧ポンプ32の押し退け容積を停止時の押し退け容積とする(傾転角θ=0)ポンプ指令信号を出力する。
本実施形態では、加速度検出器63で検出された加速度αの絶対値|α|が第1閾値α1以下であって第2閾値α2よりも大きく(α2<|α|≦α1)、動作状態選択部74にて第1動作状態S1が維持された場合、指令信号出力部76は加速度の絶対値|α|に比例する制御電流(l1=k1×|α|)とする弁指令信号を第1電磁開閉弁51に対して出力する。
動作状態選択部74にて第2動作状態S2が選択された場合、指令信号出力部76は、第2電磁開閉弁52及び第4電磁開閉弁54をそれぞれ開弁させ、かつ第1電磁開閉弁51及び第3電磁開閉弁53をそれぞれ閉弁させる弁指令信号を出力すると共に、油圧ポンプ32の押し退け容積を加速度検出器63で検出された加速度αの絶対値|α|に比例する押し退け容積(傾転角θ=kp×|α|)とするポンプ指令信号を出力する。
動作状態選択部74にて第3動作状態S3が選択された場合、指令信号出力部76は、第3電磁開閉弁53及び第4電磁開閉弁54をそれぞれ開弁させ、かつ第1電磁開閉弁51及び第2電磁開閉弁52をそれぞれ閉弁させる弁指令信号を出力するとともに、油圧ポンプ32の押し退け容積を停止時の押し退け容積とする(傾転角θ=0)ポンプ指令信号を出力する。本実施形態では、指令信号出力部76は、加速度の絶対値|α|に比例する制御電流(l3=k3×|α|)とする弁指令信号を第3電磁開閉弁53に対して出力する。
(コントローラ7における処理)
次に、コントローラ7内で実行される具体的な処理の流れについて、図8を参照して説明する。
図8は、本実施形態に係るコントローラ7で実行される処理の流れを示すフローチャートである。
まず、データ取得部71は、車速検出器61で検出された車速V及びパイロット圧検出器62で検出されたパイロット圧Piをそれぞれ取得する(ステップS701)。
次に、判定部72は、ステップS701で取得した車速V及びパイロット圧Piに基づいて、開始条件を満たすか否かを判定する(ステップS702)。例えば、判定部72は、車速Vが所定の閾値Vthよりも大きいか否かを判定すると共に、パイロット圧Piが0であるか否かを判定する。なお、「所定の閾値Vth」とは、ホイールローダ1がバケット23内に荷を積んだ状態で走行する場合(運搬状態)における最低車速である。
ステップS702において開始条件を満たすと判定された場合(ステップS702/YES)、動作状態選択部74は、第1動作状態S1を選択する(ステップS703)。そして、指令信号出力部76は、第1電磁開閉弁51に対して開弁に係る第1弁指令信号を、第2電磁開閉弁52に対して閉弁に係る第2弁指令信号を、第3電磁開閉弁53に対して閉弁に係る第3弁指令信号を、第4電磁開閉弁54に対して開弁に係る第4弁指令信号を、それぞれ出力すると共に、演算部75で演算された傾転角θ(=0)に基づくポンプ指令信号をレギュレータ320に対して出力する(ステップS704)。
ステップS702において開始条件を満たさないと判定された場合(ステップS702/NO)、ステップS701に戻り、開始条件を満たすまで繰り返す。なお、開始条件を満たさない場合には、第1〜第4電磁開閉弁51〜54はいずれも閉弁している。
次に、データ取得部71は、加速度検出器63で検出された加速度αを取得する(ステップS705)。判定部72は、加速度の絶対値|α|が第1閾値α1よりも大きいか否かを判定する(ステップS706)。ステップS706において加速度の絶対値|α|が第1閾値α1よりも大きい(|α|>α1)と判定された場合(ステップS706/YES)、判定部72は、さらにステップS705で取得した加速度αが正の値か否かを判定する(ステップS707)。
ステップS707において加速度αが正の値である(α>0)と判定された場合(ステップS707/YES)、動作状態選択部74は、第2動作状態S2を選択する(ステップS708)。そして、指令信号出力部76は、第1電磁開閉弁51に対して閉弁に係る第1弁指令信号を、第2電磁開閉弁52に対して開弁に係る第2弁指令信号を、第3電磁開閉弁53に対して閉弁に係る第3弁指令信号を、第4電磁開閉弁54に対して開弁に係る第4弁指令信号を、それぞれ出力すると共に、演算部75で演算された傾転角θ(=kp×|α|)に基づくポンプ指令信号をレギュレータ320に対して出力する(ステップS709)。
これにより、油圧ポンプ32は、加速度αの大きさに比例して吐出量が滑らかに調整されるため、振動の大きさに合わせてリフトアームシリンダ22のボトム室22Bに圧油を供給することができる。
ステップS707において加速度αが正の値でない、すなわち負の値である(α<0)と判定された場合(ステップS707/NO)、動作状態選択部74は、第3動作状態S3を選択する(ステップS710)。そして、指令信号出力部76は、第1電磁開閉弁51に対して閉弁に係る第1弁指令信号を、第2電磁開閉弁52に対して閉弁に係る第2弁指令信号を、第3電磁開閉弁53に対して開弁に係る第3弁指令信号を、第4電磁開閉弁54に対して開弁に係る第4弁指令信号を、それぞれ出力すると共に、演算部75で演算された傾転角θ(=0)に基づくポンプ指令信号をレギュレータ320に対して出力する(ステップS711)。
なお、ステップS711において、指令信号出力部76は、演算部75で演算された制御電流l3(=k3×|α|)に基づく第3弁指令信号を第3電磁開閉弁53に対して出力する。これにより、第3電磁開閉弁53は、加速度αの大きさに比例して開度が制御されるため、振動の大きさに合わせて滑らかに開弁することができる。また、第3電磁開閉弁53が電磁比例弁であることにより、ON/OFF弁である場合と異なり、第1動作状態S1又は第2動作状態S2から第3動作状態S3に滑らかに切り換えることができ、作業機2への衝撃を緩和することができる。
ステップS706において加速度の絶対値|α|が第1閾値α1以下である(|α|≦α1)と判定された場合(ステップS706/NO)、判定部72は、さらに加速度の絶対値|α|が第2閾値α2よりも大きいか否かを判定する(ステップS712)。
ステップS712において加速度の絶対値|α|が第2閾値α2よりも大きい(|α|>α2)と判定された場合(ステップS712/YES)、動作状態選択部74は、第1動作状態S1を維持する(ステップS713)。そして、指令信号出力部76は、演算部75で演算された制御電流l1(=k1×|α|)に基づく第1弁指令信号を第1電磁開閉弁51に対して出力する(ステップS714)。
これにより、第1電磁開閉弁51は、第3電磁開閉弁53と同様に、加速度αの大きさに比例して開度が制御されるため、振動の大きさに合わせて滑らかに開弁することができる。また、第1電磁開閉弁51が電磁比例弁であることにより、ON/OFF弁である場合と異なり、第2動作状態S2又は第3動作状態S3から第1動作状態S1に滑らかに切り換えることができ、作業機2への衝撃を緩和することができる。
ステップS709、ステップS711、及びステップS714においてそれぞれ、指令信号出力部76が弁指令信号及びポンプ指令信号を出力すると、判定部72は、継続して開始条件を満たしているか否かを判定する(ステップS715)。
ステップS715において継続して開始条件を満たしていると判定された場合(ステップS715/YES)、ステップS706に戻る。一方、ステップS715において継続して開始条件を満たしていると判定されなかった場合(ステップS715/NO)、コントローラ7における処理が終了する。
また、ステップS712において加速度の絶対値|α|が第2閾値α2以下である(|α|≦α2)と判定された場合(ステップS712/NO)、ステップS715に進む。加速度の絶対値|α|が第2閾値α2以下の場合(|α|≦α2)には振動が小さいため、コントローラ7における処理を継続すべきか判定する必要があるからである。
このように、コントローラ7が、加速度αに基づいて車体の振動を判定し、加速度αの大きさが第1閾値α1よりも大きい場合に限って、コントローラ7から第1〜第4電磁開閉弁51〜54及び油圧ポンプ32(レギュレータ320)のそれぞれに対して能動的に指令を出力してリフトアームシリンダ22内における圧力変動を抑制するため(第2動作状態S2又は第3動作状態S3が選択された場合に相当)、常に油圧ポンプ32を駆動させておく必要がない。
すなわち、できる限りアキュムレータ40を用いてリフトアームシリンダ22内における圧力変動を受動的に抑制する方法(第1動作状態S1が選択された場合に相当)を用いることによって燃費が良くなり、車体に大きな振動が発生した場合(|α|>α1)に限り、コントローラ7からの能動的な指令に基づいてリフトアームシリンダ22内における圧力変動を抑制する方法を用いて走行中の振動の抑制効果を高める。これにより、ホイールローダ1において、燃費を良好に維持しながらも、走行中の振動を抑制する効果を向上させることが可能となる。
また、開始条件を満たした時点(図8においてステップS702/YESとなった時点)で動作状態選択部74が第1動作状態S1を選択することにより、リフトアームシリンダ22はアキュムレータ40に接続され、アキュムレータ40を用いた受動的な振動抑制方法となる。このように、まずアキュムレータ40を用いた受動的な振動抑制方法を選択することにより、コントローラ7からの指令による能動的な抑制方法を選択するよりもエネルギーロスが少なく、応答性がよくなる。
また、本実施形態では、コントローラ7内において、車速検出器61で検出された車速V、及びパイロット圧検出器62で検出されたパイロット圧Piに基づいて自動的に開始条件を判定しているため、例えばオペレータが手動でスイッチ等を押すことによりコントローラ7に信号を送るといった手間を省くことができる。なお、開始条件は、必ずしも自動的な手段によるものでなくてもよく、手動による場合については、以下の第2実施形態にて説明する。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係るホイールローダ1について、図9〜11を参照して説明する。なお、図9〜11において、第1実施形態に係るホイールローダ1について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図9は、第2実施形態に係るホイールローダ1の油圧回路及び電気回路であり、第1動作状態S1を示す図である。図10は、第2実施形態に係るコントローラ7Aが有する機能を示す機能ブロック図である。図11は、第2実施形態に係るコントローラ7Aで実行される処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態に係るホイールローダ1は、運転室12(図1参照)に設けられ、コントローラ7Aに対してON信号又はOFF信号を出力するコントロールスイッチ64を備えている。コントローラ7Aは、コントロールスイッチ64から出力された信号に基づいて、開始条件を満たすか否かを判定する。したがって、本実施形態における開始条件は、「コントロールスイッチ64がONされたこと」である。
また、本実施形態では、振動検出器の一態様として、リフトアームシリンダ22のボトム圧Pbを検出するボトム圧検出器65を用いている。ボトム圧検出器65は、図2に示す左側のリフトアームシリンダ22に取り付けられているが、必ずしも左側のリフトアームシリンダ22である必要はなく、右側のリフトアームシリンダ22に取り付けられていてもよい。なお、一対のリフトアームシリンダ22ではそれぞれ圧力が同じであるため、ボトム圧検出器65は一対のリフトアームシリンダ22のうちのいずれか一方に取り付ければよい。
図11に示すように、判定部72Aは、データ取得部71Aで取得したコントロールスイッチ64からの出力信号に基づいて、コントロールスイッチ64がONされたか否か、すなわち開始条件を満たすか否かを判定する(ステップS721)。
ステップS721においてコントロールスイッチ64がONされたと判定された場合(ステップS721/YES)、動作状態選択部74は第1動作状態S1を選択し(ステップS703)、指令信号出力部76Aは第1動作状態S1となるように弁指令信号及びポンプ指令信号をそれぞれ出力する(ステップS704)。
次に、データ取得部71Aは、ボトム圧検出器65で検出されたボトム圧Pbを取得する(ステップS705A)。そして、判定部72Aは、演算部75Aで演算されたボトム圧の微分値の絶対値|dPb/dt|が、閾値記憶部73Aに記憶された第1閾値dP1/dtよりも大きいか否かを判定する(ステップS706A)。
ステップS706Aにおいてボトム圧の微分値の絶対値|dPb/dt|が第1閾値dP1/dtよりも大きい(|dPb/dt|>dP1/dt)と判定された場合(ステップS706A/YES)、判定部72Aは、さらにボトム圧の微分値dPb/dtが正の値であるか否かを判定する(ステップS707)。
ステップS707Aにおいてボトム圧の微分値dPb/dtが正の値である(dPb/dt>0)と判定された場合(ステップS707/YES)、動作状態選択部74は第2動作状態S2を選択し(ステップS708)、指令信号出力部76Aは第2動作状態S2となるように弁指令信号及びポンプ指令信号をそれぞれ出力する(ステップS709A)。
なお、ステップS709Aにおいて、指令信号出力部76Aは、演算部75Aで演算された傾転角θ(=kp×|dPb/dt|)に基づくポンプ指令信号をレギュレータ320に対して出力する。
ステップS707Aにおいてボトム圧の微分値dPb/dtが負の値である(dPb/dt<0)と判定された場合(ステップS707/NO)、動作状態選択部74は第3動作状態S3を選択し(ステップS710)、指令信号出力部76Aは第3動作状態S3となるように弁指令信号及びポンプ指令信号をそれぞれ出力する(ステップS711A)。
なお、ステップS711Aにおいて、指令信号出力部76Aは、演算部75Aで演算された制御電流l3(=k3×|dPb/dt|)に基づく第3弁指令信号を第3電磁開閉弁53に対して出力する。
ステップS706Aにおいてボトム圧の微分値の絶対値|dPb/dt|が第1閾値dP1/dt以下(|dPb/dt|≦dP1/dt)と判定された場合(ステップS706A/NO)、判定部72Aは、さらにボトム圧の微分値の絶対値|dPb/dt|が、閾値記憶部73Aに記憶された第2閾値dP2/dtよりも大きいか否かを判定する(ステップS712A)。
なお、第1閾値dP1/dt及び第2閾値dP2/dtは、いずれもリフトアームシリンダ22のボトム圧に関する正の閾値であり、積荷の重さに基づいて予め設定されている。第2閾値dP2/dtは、第1閾値dP1/dtよりも小さい値である(dP1/dt>dP2/dt>0)。
ステップS712Aにおいてボトム圧の微分値の絶対値|dPb/dt|が第2閾値dP2/dtよりも大きい(|dPb/dt|>dP2/dt)と判定された場合(ステップS712A/YES)、動作状態選択部74は第1動作状態S1を維持し(ステップS713)、指令信号出力部76Aは、演算部75Aで演算された制御電流l1(=k1×|dPb/dt|)に基づく第1弁指令信号を第1電磁開閉弁51に対して出力する(ステップS714A)。
ステップS709A、ステップS711A、及びステップS714Aにおいてそれぞれ、指令信号出力部76Aが弁指令信号及びポンプ指令信号を出力すると、判定部72Aは、コントロールスイッチ64が継続してONされているか否かを判定する(ステップS722)。
ステップS722においてコントロールスイッチ64が継続してONされていると判定された場合(ステップS722/YES)、ステップS705Aに戻る。ステップS722においてコントロールスイッチ64がOFFされたと判定された場合(ステップS722/NO)、コントローラ7Aにおける処理が終了する。なお、ステップS721においてコントロールスイッチ64がOFFであると判定された場合(ステップS721/NO)も同様に、コントローラ7Aにおける処理が終了する。
本実施形態においても、第1実施形態で説明した作用及び効果と同様の作用及び効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、振動の大きさを判定する際に、リフトアームシリンダ22のボトム圧Pbの微分値、すなわちリフトアームシリンダ22のボトム圧Pbの変化の値を用いているため、作業機2に発生している振動の大きさを精度よく判定することができ、バケット23からの荷こぼれをより改善することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやす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、本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、本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。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、上記実施形態では、リフトアームシリンダ22に係る圧油の変動を制御する場合について説明したが、これに限らず、他の油圧アクチュエータに適用してもよい。
また、上記実施形態では、作業車両がホイールローダ1である場合について説明したが、必ずしもホイールローダ1である必要はなく、他の作業車両に適用してもよい。