JP7347925B2 - 作業車両、動力機械の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、電気的ハードウェアの有無に関わらず、制動力を精度よく制御することができる作業車両、動力機械の制御装置および制御方法を提供することにある。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図1は、第1の実施形態に係る作業車両の側面図である。
第1の実施形態に係る作業車両100は、ホイールローダである。作業車両100は、車体110、作業機120、前輪部130、後輪部140、運転室150を備える。作業車両100は、動力機械の一例である。
ステアリングシリンダ113は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ113の基端部は後車体112に取り付けられ、先端部は前車体111に取り付けられる。ステアリングシリンダ113は、作動油によって伸縮することで、前車体111と後車体112とのなす角度を規定する。つまり、ステアリングシリンダ113の伸縮により、前輪部130の舵角が規定される。
バケット122は、作業対象物を掘削するための刃と、掘削した作業対象物を運搬するための容器とを備える。バケット122の基端部は、ブーム121の先端部にピンを介して取り付けられる。
ベルクランク123は、バケットシリンダ125の動力をバケット122に伝達する。ベルクランク123の第1端は、バケット122の底部にリンク機構を介して取り付けられる。ベルクランク123の第2端は、バケットシリンダ125の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケットシリンダ125は、油圧シリンダである。バケットシリンダ125の基端部は、前車体111の前部に取り付けられる。バケットシリンダ125の先端部は、ベルクランク123を介してバケット122に取り付けられている。バケットシリンダ125が、作動油によって伸縮することによって、バケット122がチルト方向またはダンプ方向に揺動する。
図2は、第1の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。運転室150の内部には、シート151、アクセルペダル152、ブレーキペダル153、ステアリングハンドル154、前後切替スイッチ155、シフトスイッチ156、ブームレバー157、バケットレバー158が設けられる。
ブレーキペダル153は、作業車両100に生じさせる走行の制動力を設定するために操作される。ブレーキペダル153の操作量が大きいほど、強い制動力が設定される。
ステアリングハンドル154は、作業車両100の舵角を設定するために操作される。
前後切替スイッチ155は、作業車両100の進行方向を設定するために操作される。作業車両の進行方向は、前進(F:Forward)、後進(R:Rear)、または中立(N:Neutral)のいずれかである。
シフトスイッチ156は、動力伝達装置の速度範囲を設定するために操作される。シフトスイッチ156の操作によって、例えば、1速、2速、3速、および4速の中から1つの速度範囲が選択される。
ブームレバー157は、ブーム121の上げ操作または下げ操作の移動量を設定するために操作される。ブームレバー157は、前方へ傾けられることにより下げ操作を受け付け、後方へ傾けられることにより上げ操作を受け付ける。
バケットレバー158は、バケット122のダンプ操作またはチルト操作の移動量を設定するために操作される。バケットレバー158は、前方へ傾けられることによりダンプ操作を受け付け、後方へ傾けられることによりチルト操作を受け付ける。
図3は、第1の実施形態に係る作業車両の動力系統を示す模式図である。
作業車両100は、エンジン210、PTO220(Power Take Off:動力取出装置)、変速機230、フロントアクスル240、リアアクスル250、可変容量ポンプ260、固定容量ポンプ270を備える。
リアアクスル250は、変速機230が出力する駆動力を後輪部140に伝達する。これにより、後輪部140が回転する。
フロントアクスル240およびリアアクスル250は、走行装置の一例である。
コントロールバルブ261は、可変容量ポンプ260から吐出された作動油の流量を制御し、作動油をステアリングシリンダ113とリフトシリンダ124とバケットシリンダ125とに分配する。ブレーキバルブ265は、リリーフバルブ266へ供給する作動油の流量を制御する。リリーフバルブ266は、作動油の圧力が所定のリリーフ圧を超えたときに圧力を開放し、作動油を排出させる。
可変容量ポンプ260には、第1ポンプ圧計262およびポンプ容量計263が設けられる。第1ポンプ圧計262は、可変容量ポンプ260からの作動油の吐出圧を計測する。ポンプ容量計263は、可変容量ポンプ260の斜板角等に基づいて可変容量ポンプ260の容量を計測する。
リフトシリンダ124には、シリンダ圧力計264が設けられる。シリンダ圧力計264は、リフトシリンダ124の圧力を計測する。
可変容量ポンプ260はPTO220から動力を分配される装置の一例である。他の実施形態においては、可変容量ポンプ260が複数のポンプから構成されてもよいし、可変容量ポンプ260に代えてまたは加えて、図示されない油圧駆動ファンなどの他の供給先を備えていてもよい。
作業車両100は、作業車両100を制御するための制御装置300を備える。
制御装置300は、運転室150内の各操作装置(アクセルペダル152、ブレーキペダル153、ステアリングハンドル154、前後切替スイッチ155、シフトスイッチ156、ブームレバー157、バケットレバー158)の操作量に応じて、燃料噴射装置211、変速機230、可変容量ポンプ260、コントロールバルブ261、ブレーキバルブ265に制御信号を出力する。
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ350に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
具体的には、要求出力トルク決定部315は、複数の速度範囲に対応する複数の走行変換関数のうち、シフト操作量によって特定される速度範囲に対応する走行変換関数を特定する。要求出力トルク決定部315は、アクセル操作がある場合、アクセル操作量に係る倍率に基づいて特定した走行変換関数を変形する。要求出力トルク決定部315は、ブレーキ操作がある場合、ブレーキ操作量に係る倍率に基づいて特定した走行変換関数を変形する。要求出力トルク決定部315は、FNR操作量に基づいて、要求出力トルクの符号を決定する。なお、要求出力トルクと走行速度の符号が一致しない場合(要求出力トルクと走行速度の積の符号が負である場合)、変速機230によって制動側のトルクが発揮される。
走行変換関数によれば、走行速度が所定速度を超えるとき、要求出力トルクが制動側の値となる。そのため、要求出力トルク決定部315は、車両状態算出部313が算出した走行速度が、シフト操作量とアクセル操作量とブレーキ操作量とによって特定される速度範囲の上限を超える場合、要求出力トルクが制動側の値(走行速度と逆の符号)となる。
走行負荷トルクTloadは、以下の式(1)に基づいて算出することができる。
また目標回転数決定部317は、要求PTOトルク決定部314で算出した、可変容量ポンプ260の要求流量を実現するために必要なエンジンの回転数(PTO必要回転数)を決定する。目標回転数決定部317は、予め設計等により定められた、可変容量ポンプ260の要求流量とエンジン回転数との関係を規定する回転数変換関数に基づいて、PTO必要回転数を決定する。目標回転数決定部317は、目標エンジン回転数がPTO必要回転数を下回る場合、目標エンジン回転数をPTO必要回転数に決定する。
他の実施形態においては、ブレーキ制御判定部321は、要求出力トルクの符号が制動側で、かつ絶対値がある閾値を超えた場合にPTOブレーキ制御を行うと判定してもよい。
またアシストトルク決定部325は、要求PTOトルク決定部314が算出した可変容量ポンプ260の要求流量を実現するために必要なエンジンの回転数と、エンジン210の回転数の計測値との差に基づくP制御により、作業機120の駆動に作動油が必要なときにエンジン210の回転加速をアシストするための作業機アシストトルクを決定する。アシストトルク決定部325が決定するアシストトルクは、0以上の値である。このアシストトルクはエンジン回転を素早く高める必要がある場合にエンジン回転加速をアシストするための補正項になる。
図5は、第1の実施形態に係る作業車両の制御方法を示すフローチャートである。
まず、操作量取得部311は、アクセルペダル152、ブレーキペダル153、ステアリングハンドル154、前後切替スイッチ155、シフトスイッチ156、ブームレバー157、バケットレバー158のそれぞれから操作量を取得する(ステップS1)。また、計測値取得部312は、燃料噴射装置211、エンジン回転計212、入力軸回転計232、出力軸回転計233、HST圧力計234、第1ポンプ圧計262、ポンプ容量計263、シリンダ圧力計264、および第2ポンプ圧計271から計測値を取得する(ステップS2)。
アシストトルク決定部325は、エンジンの目標回転数とアシスト保障回転数とのうち小さい方と、エンジン210の回転数の計測値との差に基づくP制御により低回転アシストトルクを決定する(ステップS15)。またアシストトルク決定部325は、オペレータが要求する作業機スピードを素早く実現するために必要なエンジンの回転数とエンジン210の回転数の計測値との差に基づくP制御により作業機アシストトルクを決定する(ステップS16)。
また、ポンプ制御部329は、ステップS11の判定結果に基づいて、PTOブレーキ制御を行うか否かを判定する(ステップS21)。ステップS11において、ブレーキ制御判定部321は、要求出力トルクが制動側の値である場合にPTOブレーキ制御を行うと判定する。
PTOブレーキ制御を行う場合(ステップS21:YES)、ポンプ制御部329は、ブレーキバルブ265にブレーキトルクに応じた開度を指示する制御指令を出力する(ステップS22)。これにより、作業車両100の制動時にリリーフバルブ266から作動油が排出される。したがって、PTO220から可変容量ポンプ260へ分配されるトルクのうち、作業機120の制御およびステアリングの制御に用いられないトルクは、熱として消費される。
このように、第1の実施形態に係る制御装置300によれば、HST231の目標HST圧と実HST圧とに基づいて可変容量ポンプ260に消費させるトルクであるブレーキトルクを決定し、当該ブレーキトルクに基づいて可変容量ポンプ260を制御する。これにより、制御装置300は、HST圧によって変速機230の出力軸のトルクをフィードバックすることで、作業車両100の動力系統が電気的ハードウェアを備えなくても、作業車両100の制動力を精度よく制御することができる。
なお、他の実施形態においては、制御装置300は、オフセットトルクおよびアシストトルクの少なくとも一方を用いずにブレーキトルクを決定してもよい。
Claims (5)
- 駆動源と、
前記駆動源の駆動力によって駆動される油圧ポンプと、
前記駆動源の駆動力の一部を前記油圧ポンプに伝達する動力取出装置と、
静油圧式無段変速機を含み、入力軸が前記動力取出装置に接続され、出力軸が負荷に接続され、前記入力軸に入力される駆動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置と、
前記駆動源の駆動力の大きさを指示するための操作装置と
を備える動力機械の制御装置であって、
前記操作装置の操作量に基づいて、前記静油圧式無段変速機の目標圧力である目標回路圧を特定する目標回路圧特定部と、
前記静油圧式無段変速機の圧力の計測値である実回路圧を取得する計測値取得部と、
前記目標回路圧と前記実回路圧とに基づいて前記油圧ポンプに消費させるトルクであるブレーキトルクを決定するブレーキトルク決定部と、
前記ブレーキトルクに基づいて前記油圧ポンプを制御するポンプ制御部と
を備える動力機械の制御装置。 - 前記操作装置の操作量と前記出力軸の回転数とに基づいて、前記動力伝達装置の要求出力トルクを決定する要求出力トルク決定部を備え、
前記目標回路圧特定部は、前記要求出力トルクに基づいて前記目標回路圧を特定する
請求項1に記載の動力機械の制御装置。 - 前記動力伝達装置の要求出力トルクに所定の係数を乗算したオフセットトルクを決定するオフセットトルク決定部と、
前記目標回路圧と前記実回路圧との差に基づくフィードバック制御により補填トルクを決定する補填トルク決定部と
を備え、
前記ブレーキトルク決定部は、前記オフセットトルクと前記補填トルクの和に基づいて前記ブレーキトルクを決定する
請求項2に記載の動力機械の制御装置。 - 駆動源と、
前記駆動源の駆動力によって駆動される走行装置と、
前記駆動源の駆動力によって駆動される油圧ポンプと、
前記駆動源の駆動力の一部を前記油圧ポンプに伝達する動力取出装置と、
静油圧式無段変速機を含み、入力軸が前記動力取出装置に接続され、出力軸が前記走行装置に接続され、前記入力軸に入力される駆動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置と、
前記駆動源の駆動力の大きさを指示するための操作装置と
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の制御装置と
を備える作業車両。 - 駆動源と、
前記駆動源の駆動力によって駆動される走行装置と、
前記駆動源の駆動力によって駆動される油圧ポンプと、
前記駆動源の駆動力の一部を前記油圧ポンプに伝達する動力取出装置と、
静油圧式無段変速機を含み、入力軸が前記動力取出装置に接続され、出力軸が前記走行装置に接続され、前記入力軸に入力される駆動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置と、
前記駆動源の駆動力の大きさを指示するための操作装置と
を備える動力機械の制御方法であって、
前記操作装置の操作量に基づいて、前記静油圧式無段変速機の目標圧力である目標回路圧を特定するステップと、
前記静油圧式無段変速機の圧力の計測値である実回路圧を取得するステップと、
前記目標回路圧と前記実回路圧とに基づいて前記油圧ポンプに消費させるトルクであるブレーキトルクを決定するステップと、
前記ブレーキトルクに基づいて前記油圧ポンプを制御するステップと
を備える動力機械の制御方法。
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