JPH04161529A - 装軌車両のブレード制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はブルドーザや１・−サショベルなとの装軌車
両に関し、特に負荷に応してブレードの上下制御を行な
う装軌車両のブレード制御装置に関する。

〔従来の技術 および発明が解決しようとする課題〕

従来、ブルドーザなどの装軌車両においては、基準高さ
や基準勾配に対するブレード高さを検出し、このブレー
ド高さを設定高さに維持するようブレード昇降シリンダ
を伸縮制御するブレード高さ自動制御機能か搭載されて
いるものか多く、掘削整地作業などが容易に行えるよう
になっている。

この掘削作業中に運上量が過大になると、履帯か空転（
シュースリップ）し、作業できなくなるため、従来装置
においてはオペレータかマニュアル操作によってブレー
ドを上昇させることで負荷を軽減する必要かあった。

また、他の従来技術として、ドツプラーレーダなとによ
って対地車速を検出し、この対地車速を用いてシュース
リップ率を算出し、該シュースリップ率が許容限界を越
えるとブレードを上昇させるようにした技術かある。し
かしながら、ブルドーザなとの装軌車両においては、作
業中振動が厳しいため、対地車速を正確に検出すること
かできず、このため高精度のブレード制御をなし得ない
という問題がある。

一般に、牽引力とシュースリップ率との関係は第５図に
示すようになり、ブルドーザの自重をＷとすると、牽引
力か０．８Ｗ前後でシュースリップ率が１００％になる
（第６図参照）。なお、シュースリップ率Ｓは下式のよ
うに表される。

５−（Ｖｃ　−Ｖｒ）／Ｖｃ　）Ｘ１００■Ｃ；理想走
行速度 ■ｒ；実際走行速度 しかし、上記第６図に示した牽引力とシュースリップ率
との関係は、ブレードを上げた状態での平地走行を仮定
したものであり、実際の作業走行においては上記関係は
様々な要因によって変化する。その中で、最も支配的な
要因は履帯接地荷重の変化である。

すなわち、履帯接地荷重ＷＣは履帯の全接地面の接地圧
の総和であり、理想状態においては第７図（ａ）に示ず
ようにＷＣは自重Ｗに一致するが、同図（ｂ）に示すよ
うにブレードと本体との荷重配分が変化したり、同図（
Ｃ）に示すように勾配が変化したりすると、ＷＣは大き
く変化してしまう。なお、ｗｂはブレードの接地荷重で
ある。

このように、牽引力とシュースリップ率との関係は、自
重Ｗではなく履帯接地荷重ＷＣによってほぼ決定される
のであるか、従来装置においてはこれらを考慮したブレ
ード制御を行っていなかったので、精度の良いブレード
制御が成し得なかった。

この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、実
負荷に応じた精度のよいブレード制御をなし得る装軌車
両のブレード制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕この発明では
、設定されたブレード高さを維持するようブレードを自
動的に昇降駆動するブレード高さ自動制御系を有する装
軌車両のブレード制御装置において、履帯接地荷重を測
定する履帯接地荷重測定手段と、牽引力を測定する牽引
力側足手段と、前記測定した履帯接地荷重に対する前記
測定牽引力の比を求め、この比からシュースリ・ツブ率
を求めるシュースリップ率演算手段と、シュースリップ
率の目標値を設定するシュースリ・ツブ率目標値設定手
段と、作業モードを選択する作業モード選択スイッチと
、前記シュースリップ率目標値設定手段の設定値とシュ
ースリップ率演算手段の演算値との偏差または前記シュ
ースリップ率目標値設定手段の設定値に対するシュース
リップ率演算手段の演算値の比から１を減算した演算値
を求め、前記偏差または前記演算値を前記作業モード選
択スイッチの選択状態に応じて補正し、この補正値をブ
レード高さ修正指令として前記ブレード高さ自動制御系
に入力するブレード高さ修正手段とを具えるようにする
。

前記作業モードは、例えばレベリングモード、過負荷回
避モードおよびドージングモードであり、前記ブレード
高さ修正手段は、前記レベリングモードが選択されたと
きは前記偏差または前記演算値を零にし、前記過負荷回
避モードが選択されたときは前記偏差または前記演算値
のうちの負の偏差の出力を禁止し、前記ドージングモー
ドが選択されたときは前記偏差または前記演算値をその
まま出力するような補正を行なう。

かかる構成によれば、車体勾配やブレード接地荷重によ
る誤差分が取り除かれた履帯接地荷重から求めたシュー
スリップ率に基ずきブレードの昇降駆動が行なわれると
ともに、このブレード制御の制御内容は作業モードに応
じて可変される。

〔実施例〕

以下、この発明を添付図面に示す実施例にしたがって詳
細に説明する。

第１図はこの発明の実施例を示すもので、ブレード昇降
操作レバー１は図示しないリンク機構を介してブレード
昇降アクチュエータ９に連結されており、そのレバー変
位によってブレード昇降アクチュエータ９を駆動してブ
レード１０を昇降する。マニュアル操作検出器２はブレ
ード昇降操作レバー１が操作されたことを検出するもの
で、その検出信号Ａを目標高さ信号選択部１２に入力す
る。

このマニュアル操作検出器２の具体例としては、例えば
、 （１）ブレード昇降操作レバー１のノブに押しボタンス
イッチを設け、この押しボタンスイッチ＝　］〇　− が押されたときのみにレバー１の操作を有効とし、該押
しボタンスイッチのオンオフでマニュアル操作を検出す
る方法 （２）静電容量などの変化によりオペレータがブレード
昇降操作レバー１に触れたことを検出するタッチセンザ
を設ける方法 （３）レバー１が中立位置から変位したことを検出する
方法 等かある。

トランスミッションレバー位置検出器３は速度段が後進
から前進に切り替えられたことを検出するもので、検出
信号を目標高さ信号選択部１２に入力する。

ブレード高さ検出器１７はブレード１０の高さを検出す
るもので、その検出信号を初期設定高さ記憶部］］、目
標高さ信号選択部］２、および減算器］５に入力する。

初期高さ設定器４は、初期設定高さ記憶部１］に書き込
みイネーブル信号を入力するための操作スイッチであり
、該操作スイッチか投入されたときこのときのブレード
高さ検出器］７の検出値が初期設定高さ記憶部］１に記
憶される。なお、この初期高さ設定器４および初期設定
高さ記憶部１］をデータ保持機能を有するロークリ式や
キーボード式のディジタルスイッチで構成し、このディ
ジタルスイッチによってブレード高さ指令値を１」標高
さ信号選択部１２に直接入力するようにしてもよい。

目標高さ信号選択部］２は、トランスミッションレバー
位置検出器３の検出信号Ｂか入力されたときには、初期
設定高さ記憶部１１に記憶されているブレード高さ設定
値Ｃを選択し、マニュアル操作検出器２の検出信号Ａか
入力されたときはブレード高さ検出器１７の検出値りを
選択し、その選択出力をメモリ１３に記憶する。なお、
目標高さ信号選択部１２ては、初期設定高さ記憶部１１
の出力Ｃは検出信号Ｂの立上かりて取込んでメモリ１３
に記憶するか、ブレード高さ検出器１７の検出値りはマ
ニュアル操作検出器２の検出信号Ａがオンの間中、各時
点の値りを取込み、これら値でメモリ１３の記憶内容を
更新するように動作する。

加算器１４は、メモリ１３の記憶データＥに後述する負
荷制御演算部３０からのブレード高さ補正指令Ｆを加算
し、この加算結果を減算器１５に入力する。また、加算
器１４の加算結果は高さ設定値表示器５に出力され、そ
の内容か適宜表示される。

減算器１５は加算器１４の出力とブレード高さ検出器］
７の検出出力りとの偏差をとり、その偏差を増幅器］６
を介してブレード昇降アクチュエータ９に入力する。

すなわち、以上の構成はブレードを設定された高さに保
持するブレード高さ一定制御系の構成を示すものであり
、かかるブレード高さ一定制御系において、作業を行な
うためにオペレータが、後進から前進にトランスミッシ
ョン（Ｔ／Ｍ）レバーを操作したとするとトランスミッ
ション（Ｔ／Ｍ）レバー位置検出器３から初期セット指
令Ｂが目標高さ信号選択部］２に入力される。

これにより、目標高さ信号選択部１２は初期設定高さ記
憶部１１に記憶されているブレード高さの設定値Ｃを取
込み、この設定値Ｃをメモリ１３にセットする。したが
って、ブルドーザを前進させて整地作業が開始されると
、このメモリ］３に記憶された設定値Ｃとブレード高さ
検出器１５の検出値りとの偏差か零になるようにブレー
ドが自動的に昇降駆動される。

この自動制御中、オペレータがブレード昇降操作レバー
１を操作したとすると、ブレード９がブレード昇降操作
レバー１の変位に対応する高さに昇降される。一方、こ
のブレード昇降操作レバー１の操作はマニュアル操作検
出器２によって検出され、検出信号Ａが目標高さ信号選
択部１］に入力される。この信号Ａの入力によって、目
標高さ信号選択部１１はプレード高さ検出器１７の検出
値りを検出信号Ａが入力されている間中、順次取込み、
この検出値りてメモリ１３のデータを順次更新する。

ここで、このマニュアル操作が行われている期間中は、
マニュアル操作検出信号Ａによって増幅器１６からの信
号出力は禁止されている。すなわち、マニュアル操作中
のメモリ１３の記憶データは表示器５に出力されて表示
されるのみて、この記憶データによってブレード１０が
昇降されることはない。

その後、上記マニュアル操作が終了すると、これ以降は
メモリ１３の最終記憶データ（マニュアル操作が終了し
たときのブレード高さ検出値Ｄ）をブレード高さの目標
値としたブレード１０の自動昇降駆動が実行される。す
なわち、マニュアル操作が終了した時点以降は、メモリ
１３にマニュアル操作が終了したときのブレード高さ検
出値りが記憶保持されており、マニュアル操作終了後は
この最終記憶データをブレード高さの目標値としたブレ
ード自動制御が実行される。

このように、ブレード１０のマニュアル操作が終了した
後は、マニュアル操作の際の最後のデータをブレード高
さ目標値としたブレード１０の昇降駆動が自動的に実行
される。

そして、１工程の作業を終了してオペレータがブルドー
ザを後進させて再度トランスミッションレバーを後進か
ら前進に切替えたとすると、メモリ１３に初期設定高さ
記憶部１１の設定値が再度記憶され、これ以降前記同様
にしてこの記憶データをブレード高さの目標値としたブ
レード１０の自動昇降駆動が実行される。

次に、本発明の要部である負荷制御演算部３０について
説明する。

履帯接地荷重検出器７は、履帯接地加重ＷＣを検出する
もので、具体的には次の３手法がある。

■第２図（ａ）に示すように、履帯を支持する全ての転
輪Ｇ１〜Ｇｎに例えば歪ゲージなどの路面に対して垂直
方向に作用する荷重ｆｌ−ｆｎを検出する荷重センサを
それぞれ設け、これら荷重センサの検出値の総和を履帯
接地加重Ｗｅとする方法。

■第２図（ｂ）に示すように、車体本体６０と左右履帯
６１をイコレイザバ−６２で連結し、このイコレイザバ
ーに上下方向の荷重を検出する歪ゲージなどの荷重セン
サ６３を設け、この歪ゲージ６３の出力から履帯接地加
重Ｗｅを求める方法。

■第２図（Ｃ）に示すように、まずブレード昇降シリン
ダ６３のボトム圧およびヘッド圧を検出し、これらの検
出圧からブレード昇降シリンダ６３に加わる負荷圧ｗｂ
”を求める。一方、ブレード１０とブレード昇降シリン
ダ６３との連結部６４に設けた角度計もしくは昇降シリ
ンダ６３と車体の連結部に設けた角度計によってブレー
ド１０の傾斜角φ（車体接地面に垂直な方向に対する昇
降シリンダ６３の角度）を検出し、ブレード接地荷重Ｗ
ｂ　　（−Ｗｂ’・ＣＯ３−）を演算する。更に、車体
傾斜角θを傾斜計６５により求め、履帯接地加重Ｗｅを
下式にしたがって算出する（第８図（Ｃ）参照）。

Ｗｃ＝Ｗ−ｃｏｓθ−ｗｂ このようにして履帯接地荷重検出器７で検出された履帯
接地荷重ＷＣは、ｆ／Ｗｅ演算部１８に入力される。

牽引力検出器６は、車両が出す牽引力ｆを検出するもの
で、具体的には履帯に対する動力伝達部の最終出力のト
ルクをトルクセンサによって直接検出する方法や、トル
クコンバータの入／出力回転数やエンジン性能特性など
を用いて間接的に検出する方法などがある。

ｆ　／　Ｗ　ｃ演算部１８は、入力された牽引力ｆと履
帯接地荷重Ｗｃとの比ｆ／Ｗｅを求め、これをシュース
リップ率算出部１つに人力する。

シュースリップ率算出部１９には、上記比ｆ／Ｗｃとシ
ュースリップ率Ｓとの対応テーブルが予め記憶されてお
り、シュースリップ率算出部１９は入力された比ｆ　／
　Ｗ　ｃに対応するシュースリップ率Ｓを出力する。こ
の場合は、対応テーブルを用いてシュースリップ率Ｓを
算出するようにしたが、上記比ｆ／Ｗｅとシュースリッ
プ率Ｓとの関係を示す演算式を設定し、この演算式を用
いてシュースリップ率Ｓを算出するようにしてもよい。

シュースリップ率算出部１９で算出されたシュースリッ
プ率Ｓは減算器２０に入力され、ここで、シュースリッ
プ率設定器２２で設定された目標シュースソノブ率Ｓｃ
との偏差がとられる。たたし、前記シュースリップ率設
定器２２は可変設定器であり、この設定値はオペレータ
の好みによって自由に可変することかできる。

前記偏差５−３ｃは誤差増幅器２１に入力されて増幅さ
れる。ここで、誤差増幅器２１には作業モート選択スイ
ッチ７０の出力か入力されている。

この場合、作業モード選択スイッチ７０はレベリングモ
ー１・、過負荷回避モード、およびドージングモードを
選択するものであり、これらモードの内容は以下の通り
である。

■レベリングモード、負荷によるブレード高さ修正を行
わないモード ■過負荷回避モード、負のブレード高さ修正指令（ブレ
ードを降下させる方の高さ修正指令）の出力を禁止する
モード、すなわち過負荷回避のためのブレード土性制御
は行なうが、軽負荷時にブレードを１１標高さ以下にＦ
げることは禁止するモード ■ドージングモード、負荷によるブレードの昇−］９− 降制御を実行する通常モード 誤差増幅器２１では、」１記演算した偏差５−８Ｃを作
業モード選択スイッチ７ｏの選択状態に応して補正する
。

すなわち、誤差増幅器２１は、１−一ジングモードが選
択されたときは、上記偏差５−３ｃをそのままブレード
高さ修正指令Ｆとして加算器１４に出力し、レベリング
モードが選択されたときは、上記偏差５−３ｃを零にし
てブレード高さ修正指令Ｆとして加算器１４に出力し、
過負荷回避モードか選択されたときは、上記偏差５−３
ｃを零レベルでスライスし正の偏差成分（ブレードを」
１昇させる側の信号成分）のみをブレード高さ修正指令
Ｆとして加算器］４に出力する。

この様にして出力されたブレード高さ修正指令Ｆは加算
器１４に入力され、メモリ］３に記憶されたブレード高
さ指令Ｅに加えられる。

なお、第１図においては減算器２ｏを用いてシュースリ
ップ率Ｓと目標シュースリップ率Ｓｃとの偏差を求め、
これを誤差増幅器２］に入力するようにしたが、そのか
わりにシュースリップ率Ｓと１１標ンユースリツプ率Ｓ
ｃとの比Ｓ／Ｓｃを求め、この比Ｓ　／　Ｓ　ｃから１
を減算した値（Ｓ／５Ｃ）−１を誤差増幅器２１に入力
するようにしてもよい。この様な演算値（Ｓ／５Ｃ）−
１か誤差増幅器２］に入力される場合においても、誤差
増幅器２】は、ｌ・−シングモートか選択されたときは
、」１記演算値（Ｓ／５ｃ）−１をそのままブレード高
さ修正指令Ｆとして加算器１４に出力し、レベリングモ
ードか選択されたときは、上記演算値（Ｓ／５ｃ）−１
を零にしてブレード高さ修正指令Ｆとして加算器］４に
出力し、過負荷回避モードか選択されたときは、」１記
演算値（Ｓ／５ｃ）−１を零レベルでスライスし正の偏
差成分（ブレードを上昇させる側の信号成分）のみをブ
レード高さ修正指令Ｆとして加算器１４に出力する。

第３図は、負荷制御演算部３０の他の構成例を示すもの
で、この場合は履帯接地荷重Ｗｃのみを用いてンユース
リソブ限界の負荷を知るようにしている。すな４つち、
履帯接地荷重Ｗｅか低下し、これに伴ってシュースリッ
プ限界が低下しているということは別の表現を用いれば
ブレード］０の掘削押上負荷が増大しブレード］０の接
地加重Ｗｂが増大していることを意味するので、この履
帯接地荷重Ｗｅを用いてブレード］０の負荷率を算出す
るようにする。具体的には、履帯接地荷重設定器３１に
最適な履帯接地加重Ｗｅ’を設定しておき、ブレード負
荷率演算部３２て前記設定した履帯接地加重Ｗ　ｃ　’
と検出した履帯接地加重Ｗｃとの差（Ｗｃ’−Ｗｅ）ま
たは比（Ｗｅ’／Ｗｅ）を演算し、この演算結果を減算
器２０に入力する。減算器２０ては、ブレード負荷率演
算部３２の演算出力とブレード負荷率設定器３３に設定
されたブレード負荷率目標値との偏差をとり、これを誤
差増幅器２］を介してブレード高さ修正指令Ｆとして第
２図の加算器１４に出力する。この第３図の構成の場合
も誤差増幅器２１は作業モード選択スイッチ７０の状態
に応じて前述を同様の信号処理を実行する。

この様にして負荷制御演算部３０からは、負荷率が大き
ければブレードか上昇され、負荷率か小さければブレー
ドが下降されるようなブレード高さ修正指令が出力され
る。

なお、ブレード負荷率設定器３３は可変設定器であり、
この設定値はオペレータの好みによって自由に可変する
ことができる。また、この第３図の構成の場合も、減算
器２０のかわりに、シュースリップ率Ｓと目標シュース
リップ率Ｓｃとの比Ｓ／Ｓｃから１を減算した値（Ｓ／
５ｃ）−１を演算する演算器を用い、読値（Ｓ／５ｃ）
−１を誤差増幅器２］に入力するようにしてもよい。

また、第４図は、第１図のシュースリップ率設定器２２
（または第３図のブレード負荷率設定器３３）と作業モ
ード選択スイッチ７０を兼用させたスイッチを示すもの
である。、 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、履帯接地荷重お
よび牽引力に基すくシュースリップ率制御によってブレ
ードの高さ指令を補正し、この補正指令を作業モードに
応じずさらに補正するようにしているので、常に最適な
牽引力をもって作業をなし得ると共にブレード制御の精
度を向上させることができ、更に、作業モードに応じた
ブレード制御をなし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
履帯接地荷重の検出例を示す図、第３図乃至第４図はそ
れぞれこの発明の他の実施例を示す図、第５図は牽引力
特性を示す図、第６図は牽引力とシュースリップ率との
関係を示す図、第７図は従来技術の不具合を説明する図
である。 ６・・・牽引力検出器、　７・・・履帯接地荷重検出器
１９・・シュースリップ率算出部１９ ２１・・・誤差増幅器　　７０・・・作業モード選択ス
イッチ 、　　第３図 第２図 第５図 土 Ｗ ｃ ｂ （ｂ） 第６図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）設定されたブレード高さを維持するようブレード
   を自動的に昇降駆動するブレード高さ自動制御系を有す
   る装軌車両のブレード制御装置において、 履帯接地荷重を測定する履帯接地荷重測定手段と、 牽引力を測定する牽引力測定手段と、 前記測定した履帯接地荷重に対する前記測定牽引力の比
   を求め、この比からシュースリップ率を求めるシュース
   リップ率演算手段と、 シュースリップ率の目標値を設定するシュースリップ率
   目標値設定手段と、 作業モードを選択する作業モード選択スイッチと、 前記シュースリップ率目標値設定手段の設定値とシュー
   スリップ率演算手段の演算値との偏差または前記シュー
   スリップ率目標値設定手段の設定値に対するシュースリ
   ップ率演算手段の演算値の比から１を減算した演算値を
   求め、前記偏差または前記演算値を前記作業モード選択
   スイッチの選択状態に応じて補正し、この補正値をブレ
   ード高さ修正指令として前記ブレード高さ自動制御系に
   入力するブレード高さ修正手段と、 を具える装軌車両のブレード制御装置。
2. （２）前記シュースリップ率目標値設定手段は任意のシ
   ュースリップ率の目標値を設定できる可変設定器である
   請求項（１）記載の装軌車両のブレード制御装置。
3. （３）前記作業モード選択スイッチによって選択される
   作業モードは、レベリングモード、過負荷回避モードお
   よびドージングモードであり、前記ブレード高さ修正手
   段は、前記レベリングモードが選択されたときは前記偏
   差または前記演算値を零にし、前記過負荷回避モードが
   選択されたときは前記偏差または前記演算値のうちの負
   の偏差の出力を禁止し、前記ドージングモードが選択さ
   れたときは前記偏差または前記演算値をそのまま出力す
   る請求項（１）記載の装軌車両のブレード制御装置。
4. （４）設定されたブレード高さを維持するようブレード
   を自動的に昇降駆動するブレード高さ自動制御系を有す
   る装軌車両のブレード制御装置において、 履帯接地荷重を測定する履帯接地荷重測定手段と、 前記履帯接地荷重の目標値を設定する履帯接地荷重目標
   値設定手段と、 作業モードを選択する作業モード選択スイッチと、 前記履帯接地荷重の目標値と前記履帯接地荷重測定手段
   の測定値を比較し、ブレードの負荷率を求める比較手段
   と、 ブレードの負荷率の目標値を設定するブレード負荷率設
   定手段と、 該ブレードの負荷率の目標値と前記比較手段の出力の偏
   差または前記ブレードの負荷率の目標値に対する前記比
   較手段の出力の比から１を減算した演算値を求め、前記
   偏差または演算値を前記作業モード選択スイッチの選択
   状態に応じて補正し、この補正値をブレード高さ修正指
   令として前記ブレード高さ自動制御系に入力するブレー
   ド高さ修正手段と、 を具える装軌車両のブレード制御装置。
5. （５）前記比較手段は、履帯接地荷重目標値設定手段の
   設定目標値と前記履帯接地荷重測定手段の測定値の偏差
   を求めるものである請求項（３）記載の装軌車両のブレ
   ード制御装置。
6. （６）前記比較手段は、前記履帯接地荷重測定手段の測
   定値に対する履帯接地荷重目標値設定手段の設定目標値
   の比を求めるものである請求項（３）記載の装軌車両の
   ブレード制御装置。
7. （７）前記ブレード負荷率設定手段は任意のブレード負
   荷率の目標値を設定できる可変設定器である請求項（３
   ）記載の装軌車両のブレード制御装置。
8. （８）前記作業モード選択スイッチによって選択される
   作業モードは、レベリングモード、過負荷回避モードお
   よびドージングモードであり、前記ブレード高さ修正手
   段は、前記レベリングモードが選択されたときは前記偏
   差または前記演算値を零にし、前記過負荷回避モードが
   選択されたときは前記偏差または前記演算値のうちの負
   の偏差の出力を禁止し、前記ドージングモードが選択さ
   れたときは前記偏差または前記演算値をそのまま出力す
   る請求項（３）記載の装軌車両のブレード制御装置。