JPH0649866A - 車輪式建設機械の運転制御方法及び運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車輪をスリップさせず、しかも、前輪及び後
輪の浮き上がりも防止し、車体を安定させながら、効率
よく作業できるようにする。 【構成】 ブーム回転角、バケツト回転角を検出し、ブ
ームシリンダ及びバケツトシリンダの推力を検出し、バ
ケツトピンまわりのモーメント、ブームフットピンまわ
りのモーメント、さらに前輪接地点まわりのモーメント
を求め、前輪荷重及び後輪荷重を求め、その輪荷重が、
前輪及び後輪の浮き上がり制限値を越えないように、バ
ケツトシリンダ及びブームシリンダの作動を制御する。
一方、走行用動力伝達軸のトルクを検出または計算し、
上記前輪荷重及び後輪荷重より車輪のスリップトルク限
界値を求め、上記トルクが限界値を越えないように、走
行用クラッチへの供給圧力を制御し、あるいは燃料噴射
量を制御して原動機回転数を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホイールローダ等の車
輪式建設機械の運転制御方法及び運転制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ホイールローダ等の車輪式建設機械にお
いて、走行装置により車両を走行させながら作業装置の
バケツト、ブーム等を作動させて掘削作業を行う場合、
オペレータの無理な操作等によって車輪（タイヤ）と路
面との間にスリップが生じる場合があり、このようなス
リップが生じると、作業能率が低下するとともに、車輪
の摩耗、損傷が大きくなる。また、掘削時に、バケツト
を前傾させる方向の回転力が大きくなると後輪が浮き上
がり、後傾させる方向の回転力が大きくなると前輪が浮
き上がり、作業能率がさらに低下する。

【０００３】上記車輪のスリップ及び浮き上がりを防止
するため、一般的にはバケツトの掘削対象物への食い込
み具合、バケツトの動作速度、原動機の音の変化等に基
づいて、オペレータが経験と勘を頼りにブームレバー、
バケツトレバーの操作量あるいはアクセルペダルの踏み
込み量を調節している。しかし、このようにマニュアル
操作で車輪のスリップならびに浮き上がりを防止するこ
とは非常に面倒であり、オペレータの肉体的ならびに精
神的疲労が大きく、制御も不正確である。

【０００４】一方、スリップを起こさないように自動制
御する手段として、特開昭６３−１８９５３５号公報に
示されるスリップ防止装置が知られている。この装置
は、左前輪および右前輪の回転数を検出し、その回転数
差により車輪のスリップを検知し、他方ではブームの回
転角およびバケツトの回転角を検出し、さらに、ブーム
シリンダへの供給圧力およびバケツトシリンダへの供給
圧力を検出し、これらの検出値に基づいて、牽引力のス
リップ上限値を求め、牽引力が上記上限値で制限される
ように走行用動力伝達クラッチの係合圧を制御するもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置は、車輪のスリップ防止のために、動力伝達クラ
ッチの継合圧を調整して牽引力を調整しようとするもの
であるが、前輪及び後輪の浮き上がりについては全く考
慮されていない。このため、バケツトに係る負荷の大き
さ及び方向によっては車体が前傾または後傾し、後輪ま
たは前輪が浮き上がり、車体が不安定になり、運転に支
障を来すと共に、作業能率が著しく低下する等の問題が
ある。

【０００６】本発明は、上記従来の問題を解消し、未熟
練オペレータでも車輪をスリップさせずに、かつ、前輪
及び後輪の浮き上がりも防止して車体を常に安定させな
がら効率良く作業できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のために本
発明方法は、車輪式建設機械における作業装置の前輪接
地点まわりのモーメントを求め、そのモーメントから前
輪荷重及び後輪荷重を求め、前輪荷重及び後輪荷重が、
前輪及び後輪の浮き上がり制限値を越えないように作業
装置の回動用アクチュエータの作動を制御し、かつ、牽
引力が上記前輪荷重及び後輪荷重と前輪及び後輪の路面
に対する摩擦係数とに基づいて設定したスリップ限界値
を越えないように走行用動力伝達軸トルクを制御するよ
うにしたものである（請求項１）。

【０００８】また、本発明装置は、作業装置の回転角検
出手段と、作業装置の回転力検出手段と、上記両検出手
段により検出した作業機の回転角及び回転力に基づき作
業装置の前輪接地点まわりのモーメントを算出する第１
の演算手段と、第１の演算手段で算出したモーメントに
基づき前輪荷重及び後輪荷重を算出する第２の演算手段
と、作業装置の回動用アクチュエータに対する動作指令
信号を入力する入力手段とを備え、上記第２の演算手段
で算出した前輪荷重及び後輪荷重が、前輪及び後輪の浮
き上がり制限値を越えないように、上記入力手段から入
力した動作指令信号を補正した動作制御信号を演算出力
する第３の演算手段と、第３の演算手段より出力した信
号に基づき作業装置の回動用アクチュエータの作動を制
御する第１の制御手段とを備え、かつ、走行用動力伝達
軸のトルク検出手段と、上記第２の演算手段で検出した
前輪荷重及び後輪荷重と、前輪及び後輪の路面に対する
摩擦係数とに基づいて前輪及び後輪をスリップさせない
ための走行用動力伝達軸トルクのスリップ限界値を算出
する第４の演算手段と、上記トルク検出手段で検出した
走行用動力伝達軸トルクが第４の演算手段で算出した限
界値を越えないように原動機回転数を制御する第２の制
御手段とを備えているものである（請求項２）。

【０００９】上記装置において、作業装置のブームの回
転角検出手段と、ブームシリンダの推力検出手段と、バ
ケツトの回転角検出手段と、バケツトシリンダの推力検
出手段とを設け、上記第１の演算手段により、上記各検
出手段で検出されたブーム回転角とブームシリンダの推
力及びバケツト回転角とバケツトシリンダの推力に基づ
いてバケツトピンまわりのモーメント及びブームフット
ピンまわりのモーメントを算出すると共に、そのモーメ
ントから作業装置の前輪接地点まわりのモーメントを算
出するようにしてもよい（請求項３）。

【００１０】また、第１の制御手段により、バケツトシ
リンダに対する供給圧力とブームシリンダに対する供給
圧力の少なくとも一方を制御するようにしてもよい（請
求項４）。

【００１１】さらに、第２の制御手段により、上記トル
ク検出手段で検出した走行用動力伝達軸トルクが第４の
演算手段で算出した限界値を越えないように、走行用ク
ラッチの係合圧力を制御するようにしてもよい（請求項
５）。

【００１２】また、走行用動力伝達軸トルクそのものの
検出手段に代えて、原動機の回転数検出手段と、走行用
動力伝達軸の回転数検出手段とを設け、これら両検出手
段で検出された回転数に基づいてトルク計算手段により
上記動力伝達軸のトルクを計算し、その計算値を用いる
ようにしてもよい（請求項６）。

【００１３】なお、上記第４の演算手段により限界値を
算出する際、基準値設定手段を設けて、動力伝達軸トル
クの基準値を可変に設定するようにしてもよい（請求項
７）。

【００１４】

【作用】本発明方法によれば、車輪式建設機械の運転時
に、前輪荷重及び後輪荷重が、前輪及び後輪の浮き上が
り制限値を越えないように作業装置の回動用アクチュエ
ータの作動が制御されることによって、前輪及び後輪の
浮き上がりが防止され、かつ、牽引力がスリップ限界値
を越えないように走行用動力伝達軸トルクが制御され
る。これにより前輪及び後輪が浮き上がらずに、かつ、
スリップせずに、車体が安定した状態で、効率良く掘削
作業が行われる。

【００１５】また本発明装置によれば、運転時に作業装
置の回転角及び回転力が検出され、その検出値に基づい
て作業装置の前輪接地点まわりのモーメントが算出さ
れ、そのモーメントに基づいて前輪荷重及び後輪荷重が
算出される。そして、算出された前輪荷重及び後輪荷重
に基づいて、入力手段から入力された動作指令信号が補
正され、前輪及び後輪が浮き上がらないように作業装置
が作動される。また、これと並行して上記前輪荷重及び
後輪荷重と、路面に対する摩擦係数に基づいて車輪をス
リップさせないように、牽引力の元である原動機回転数
が制御される。これによって、未熟練オペレータであっ
ても、通常の操作だけで、前輪及び後輪の浮き上がり、
並びにスリップを自動的に確実に防止して、車体を安定
させた状態で、効率良く掘削作業を遂行できる。

【００１６】上記作業装置の回転角及び回転力を検出す
る際、ブームの回転角及びブームシリンダの推力と、バ
ケツトの回転角及びバケツトシリンダの推力をそれぞれ
検出して制御することにより、制御精度が高められる。

【００１７】上記の作業時に、バケツトシリンダに対す
る供給圧力、もしくはバケツトシリンダ及びブームシリ
ンダに対する供給圧力の双方を制御することにより、制
御精度がさらに高められ、作業効率が大幅に向上され
る。

【００１８】また、上記原動機回転数の制御に代えて、
走行用動力伝達クラッチの係合圧を制御してスリップ防
止を行う場合も上記と同様の走行性が得られる。

【００１９】さらに、上記スリップ防止のための走行用
動力伝達軸トルクの限界値を求める際、その基準値を路
面状況等に応じて変更することにより、常に最適な制御
が行われ、車輪のスリップが一層確実に防止される。

【００２０】

【実施例】本発明が適用される車輪式建設機械の一例を
図２に基づいて説明する。この車輪式建設機械は、前部
フレーム１１、後部フレーム１２、運転室２０、原動機
３０、走行装置４０、作業装置５０を備えている。

【００２１】走行装置４０は、原動機３０に連結された
トルクコンバータ４１、変速機４２、ドライブシャフト
４３，４４、アクスル４５，４６、車輪つまり前輪４７
及び後輪４８によって構成されている。そして、走行時
には、原動機３０の出力がトルクコンバータ４１を経て
上記の順で車輪４７，４８に伝達され、走行駆動され
る。

【００２２】作業装置５０は、前部フレーム１１、ブー
ム５４、ブームシリンダ５５、バケツト５６、バケツト
シリンダ５７、ダンプリンク５８、クロスリンク５９等
によって構成されている。そして、運転室２０に設けら
れた操作レバー５１を操作することによってコントロー
ルバルブ５２が切換えられ、作業装置用油圧ポンプ５３
から吐出された圧油がコントロールバルブ５２を経てブ
ームシリンダ５５及びバケツトシリンダ５７に供給さ
れ、各シリンダ５５，５７が伸縮作動され、ブーム５４
及びバケツト５６が回動され、掘削等の作業が行われ
る。作業装置用油圧ポンプ５３は原動機３０によって駆
動される。

【００２３】上記運転時において、原動機３０の出力は
トルクコンバータ４１を経て作業装置５０の油圧ポンプ
５３等の油圧系統に優先的に配分され、残りがトルクコ
ンバータ４１を経て走行装置４０の動力として消費され
る。なお、作業装置５０が作動していないとき、原動機
３０の出力は一部のロス馬力を除いてほぼ全部が走行装
置４０側に消費される。

【００２４】上記原動機３０には回転数制御手段とし
て、たとえば電子ガバナ等の燃料噴射量調整用アクチュ
エータ３１を備えた燃料噴射ポンプ３２が設けられてい
る。そして、運転室２０に設けられたアクセルペダル２
１の操作により、リンク２２を介して燃料噴射量調整用
アクチュエータ３１が作動され、燃料噴射ポンプ３２に
よる燃料の噴射量が調整され、原動機３０の回転数がマ
ニュアル制御される。また、後述するコントローラから
の信号により、上記アクチュエータ３１が作動され、燃
料噴射ポンプ３２による燃料噴射量が調整され、原動機
３０の回転数が自動制御される。

【００２５】上記車輪式建設機械において、掘削時にバ
ケツト５６の後傾力すなわち図２で時計方向の回転力が
強すぎると前輪４７が浮き上がり、前傾力すなわち図２
で反時計方向の回転力が強すぎると後輪４８が浮き上が
る。従って、操作性及び作業能率の向上を図るために
は、前輪４７及び後輪４８の浮き上がりを防止し、車体
の安定を保ちながら運転をする必要がある。そこで、前
輪４７及び後輪４８の浮き上がりについて考察する。

【００２６】（１） 掘削時の力の釣合い 図３は、掘削時における車輪式建設機械の力の釣合いを
モデル化したものである。図３において、作用力ｆによ
るバケツトピン６２まわりのモーメントをｍｏｍ1、作
用力ｆによるブームフットピン６１まわりのモーメント
をｍｏｍ2、作用力ｆによる前輪接地点まわりのモーメ
ントをｍｏｍ3とすると、次の関係式が導かれる。

【００２７】

【数１】ｍｏｍ1 ＝ｆ×ｒｍ１

【００２８】

【数２】ｍｏｍ２ ＝ｆ×ｒm2

【００２９】

【数３】ｍｏｍ3 ＝ｆ×ｒm3 ｒm1；作用力ｆによるバケツトピン６２まわりのモーメ
ント半径 ｒm2；作用力ｆによるブームフットピン６１まわりのモ
ーメント半径 ｒm3；作用力ｆによる前輪接地点まわりのモーメント半
径 上記各モーメント半径ｒm1、ｒm2、ｒm3は次式で表せ
る。

【００３０】

【数４】ｒm1＝ｌf × sin（α−β）

【００３１】

【数５】ｒm2＝ｒm1＋ｌbm× sin（α＋δ）

【００３２】

【数６】ｒm3＝ｒm2−ｌo × sin（α＋δo ） ｌf ；作用力ｆの着力点とバケツトピン６２間の距離 ｌbm；ブーム長さ（ブームフットピン６１とバケツトピ
ン６２を結ぶブーム中心線６１−６２の長さ） ｌo ；ブームフットピン６１と前輪接地点間の距離 α ；作用力ｆの対地角度 β ；作用力ｆの着力点とバケツトピン６２を結ぶ線の
対地角度 δ ；ブーム中心線６１−６２の対地角度 δo ；ブームフットピン６１と前輪接地点を結ぶ線の対
地角度 上記数１〜数３、数４〜数６により、次式が導かれる。

【００３３】

【数７】ｍｏｍ1 ＝ｆ×ｌf × sin（α−β）

【００３４】

【数８】 ｍｏｍ2 ＝ｍｏｍ1 ＋ｆ×ｌbm× sin（α−δ）

【００３５】

【数９】 ｍｏｍ3 ＝ｆ×ｒm3 ＝ｍｏｍ2 −ｆ×ｌo × sin（α−δo ） ＝２ｍｏｍ1 ＋（ｍｏｍ2 −ｍｏｍ1 ） ×｛１−（ｌo／ｌbm）×［sin（α＋δo）／sin（α＋δ）］｝ 上記数７、数８により角度αが求まる。

【００３６】

【数１０】 α＝arctan［（ｋ cosδ＋ cosβ）／（ｋ cosδ− cosβ）］ ただし、 ｋ＝［（ｍｏｍ2 −ｍｏｍ1 ）／ｍｏｍ1 ］×（ｌo ／ｌbm） 従って、数８より作用力ｆが求まる。

【００３７】

【数１１】 ｆ＝（ｍｏｍ2 −ｍｏｍ1 ）／［ｌbm× sin（α＋δ）］ また、数９の ｍｏｍ3 も確定する。すなわち、モーメ
ントｍｏｍ1、ｍｏｍ2、角度β、δ、δoが決まれば、
モーメントｍｏｍ3、角度α、作用力ｆが決定できるこ
とが分かる。

【００３８】そこで、この実施例では上記モーメントｍ
ｏｍ1、ｍｏｍ2、角度β、δ、δoを測定値に基づき、
次のようにして求めるものとする。

【００３９】（２） 作業装置の姿勢計算 図３において、ブームフットピン６１を中心として水平
方向にｘ軸、垂直方向にｙ軸を設定し、各ピンの座標を
求める。

【００４０】ブームフットピン６１、ブームシリンダ５
５の支持ピン６３、バケツトシリンダ５７の支持ピン６
４は前部フレーム１１に固定されたものであり、ブーム
５４が上下してもその座標は変わらない。

【００４１】ブーム回転角すなわちブーム中心線６１−
６２のｘ軸に対する角度θbmは、ブーム角度センサにて
検出された値より計算される。

【００４２】ブームシリンダ５５の連結ピン６５、クロ
スリンク５８の枢支ピン６６、バケツトピン６２はブー
ム５４に固定されたものであり、ブーム回転角θbmが決
まれば一意的にその座標は決まる。

【００４３】バケツト回転角すなわちバケツトピンを結
んだ線分６２−６９と、ブーム中心線７１との角度θbk
は、バケツト角度センサにて検出された値に基づき計算
される。

【００４４】ピン６９はバケツト５６に固定されたもの
であり、その座標は、バケツト回転角θbk及び既知のピ
ン６２の座標に基づき決定される。

【００４５】ピン６８の座標は、既知のピン６６、６９
の座標及びピン６８、６９を結んだ線分の長さにより計
算される。

【００４６】ピン６６、６７、６８はクロスリンク５８
に一体的に設けられたものである。従って、ピン６７の
座標は既知のピン６６、６８の座標に基づき計算され
る。以上により、各ピンの座標がすべて決まる。

【００４７】 （３） モーメントの計算（測定値による） 上記座標が決まれば、下記のモーメント半径も周知の計
算方法により容易に算出される。

【００４８】ｌv1；ピン６１よりブームシリンダ中心線
へ下した垂線の長さ ｌv2；ピン６６よりバケツトシリンダ中心線へ下した垂
線の長さ ｌv3；ピン６６よりダンプリンク中心線へ下した垂線の
長さ ｌv4；ピン６２よりダンプリンク中心線へ下した垂線の
長さ そして、ブームフットピン６１まわりのモーメントｍｏ
ｍ2、バケツトピン６２まわりのモーメントｍｏｍ1は、
次式により算出される。

【００４９】

【数１２】ｍｏｍ2 ＝ブームシリンダ推力×ｌv1

【００５０】

【数１３】ｍｏｍ1 ＝バケツトシリンダ推力×（ ｌv2
／ ｌv3 ）×ｌv4 ここで、上記ブームシリンダ推力及びバケツトシリンダ
推力は、たとえばブームシリンダ５５の負荷圧力及びバ
ケツトシリンダ５７の負荷圧力をそれぞれ圧力センサに
より検出し、その検出値と既知の各シリンダ断面積との
積によって求められる。なお、各シリンダ５５、５７の
支持ピン等に歪ゲージを取付け、あるいはピン形ロード
セルを取り付け、その検出値より上記各推力を求めるこ
とも可能である。

【００５１】上記の計算では、作業装置５０の重量を考
慮に入れていないが、上記角度θbm、θbkが決まれば作
業装置５０の各部の重心位置も計算できるので、作業装
置重量を補正したモーメントｍｏｍ1 ，ｍｏｍ2 も同様
な考え方で計算できる。

【００５２】（４） バケツト角度βの決定 一方、バケツト角度βは、バケツト底面が線分６２−６
９となす角度をβoとして、次式により求められる。

【００５３】

【数１４】β＝θbm−θbk−βo こうして、各測定値及び既知数に基づき、数１２、数１
３、数１４により、各モーメントｍｏｍ1，ｍｏｍ2及び
バケツト角度βを算出する。また、ブーム回転角θbmよ
り周知の計算方法で角度δ、δoが求められる。従っ
て、上記数９、数１０、数１１により、前輪接地点まわ
りのモーメントｍｏｍ3、作用力ｆ及びその対地角度α
が求められる。

【００５４】 （５） 前輪荷重Ｒf及び後輪荷重Ｒrの計算 次に、上記ｍｏｍ3、α、ｆを用い、前輪接地点まわり
のモーメントの釣合いから、前輪荷重Ｒf及び後輪荷重
Ｒrが次式により求められる。

【００５５】

【数１５】Ｒr ＝（Ｗg ×ｌg −ｍｏｍ3 ）／ｌw

【００５６】

【数１６】Ｒf ＝Ｗg ＋ｆ× sinα −Ｒr ここに、 ｌg ；車体重心位置の前輪接地点からの距離 ｌw ；ホイールベース Ｗg ；車体重量 （６） 作業装置の動作指令 上記前輪荷重Ｒf及び後輪荷重Ｒrが決まれば、その輪荷
重の基準値Ｒ0との偏差に基づき、作業装置５０の動作
制御信号を次のように求めることができる。

【００５７】

【数１７】ＳBK＝ＳBK0 ＋ＳBKN1−ＳBKN2 ただし、 ＳBK ；補正された動作信号 ＳBK0 ；別の条件による指令値 バケツト後傾動作のとき ＋、 バケツト前傾動作のとき − とする。

【００５８】ＳBKN1＝ｋpk×（Ｒr −Ｒ0 ） ；後輪浮
き防止のための補正値 ＳBKN2＝ｋpk×（Ｒf −Ｒ0 ） ；前輪浮き防止のため
の補正値 ここで、ｋpk ；ゲイン ＳBKN1、ＳBKN2＞０のときは、ＳBKN1、ＳBKN2＝０とす
る。

【００５９】また、上記と同様の考え方で、バケツト５
６の上下（ブーム５４の上下）の動作制御信号ＳBMも決
定できる。

【００６０】この場合、別の方法として、図４に示すよ
うに輪荷重Ｒr、Ｒfに応じた制限指令ＳBKC,ＳBKMを設
定しておき、これと別の条件にて入力された動作指令信
号ＳBK0を対比して小さい方の信号値を採るようにして
もよい。

【００６１】（７） スリップ防止 図５は、車体の走行速度と、牽引力及び原動機回転数と
の一般的な関係を示したものである。図５において、作
業装置用油圧ポンプ５３が無負荷の場合を実線Ａ１，Ｂ
１、中負荷の場合を実線Ａ２，Ｂ２、高負荷の場合を実
線Ａ３，Ｂ３で示している。図５により、作業装置用油
圧ポンプ５３の負荷、牽引力、原動機回転数、走行速度
のそれぞれの関係の特性として次のことがいえる。

【００６２】ａ） 作業装置用油圧ポンプ５３の負荷が
大きくなると、牽引力は減少し、スリップしにくくな
る。

【００６３】ｂ） 上記油圧ポンプ５３の負荷が大きい
ということは、作業装置５０に大きな掘削抵抗が作用し
ていることを示し、そのときの掘削抵抗の垂直成分が車
体の地面に対する押しつけ力（輪荷重）を増加させるこ
とになる。これに伴って、車輪と路面との摩擦抵抗が大
きくなり、それだけ車輪のスリップ限界値は大きくな
る。

【００６４】ｃ） 上記油圧ポンプ５３の負荷が大きい
程、原動機３０の回転数は低くなる。

【００６５】ｄ） アクセルペダルを戻すに伴って牽引
力は低下する。

【００６６】ｅ） また、摩擦特性により、車輪４７，
４８と路面との動摩擦係数は静止摩擦係数より小さいこ
とが分かっている。

【００６７】以上のことから、車輪をスリップさせない
ためには、図５で作業装置用油圧ポンプ５３が無負荷の
とき、すなわち車体重量のみ及び動摩擦係数のときのス
リップ限界値を○印とすると、実線Ｃで示すように走行
速度に対して所定の勾配をもったスリップ限界値を設定
し、そのスリップ限界値を越えないように運転すれば良
いと云える。

【００６８】また、車輪と路面との摩擦係数は路面状況
により変わるが、このような場合は図５の一点鎖線で示
すように、○印の基準値を下げたスリップ限界値Ｃ’を
設定できるようにしておけば良いと云える。

【００６９】そこで、この実施例では、上記数１５、数
１６にて算出された前輪荷重Ｒf及び後輪荷重Ｒrを用
い、車輪のスリップ限界値（図５の○印）を求める。す
なわちスリップ限界牽引力ＦS-limitは、車輪と路面と
の摩擦力により決まるので、次式で表せる。

【００７０】

【数１７】ＦS-limit ＝μ×（Ｒf ＋Ｒr ） μ；車輪と路面との摩擦係数 上記スリップ限界牽引力ＦS-limit は、牽引力を決定す
る動力系統（走行系統）の部品、たとえばドライブシャ
フト、または変速機あるいはトルクコンバータの出力軸
等の走行用動力伝達軸のトルクに下記のように換算され
る。

【００７１】

【数１８】ＴS-limit ＝ＦS-limit ×ｒt ／γ ｒt ；車輪半径 γ ；車輪とトルク検出部品間の減速比 こうして算出されたスリップ限界値（トルク）ＴS-limi
t と、トルクセンサにより検出された走行用動力伝達軸
トルクの現在値との偏差に基づき、Ｐｉｄ演算により走
行用動力伝達クラッチへの油圧制御信号を求める。この
信号によりクラッチ係合圧力を制御し、トルクつまり牽
引力を制御する。あるいは上記偏差に基づき燃料噴射量
制御信号を求め、その信号により燃料噴射ポンプからの
燃料噴射量を制御し、牽引力の元である原動機回転数を
制御する。これにより車輪のスリップが防止される。

【００７２】次に、上記制御の具体例を図１に示すブロ
ック図によって説明する。

【００７３】図１において、７０はコントローラ、７１
はブーム回転角の検出手段、７２はバケツト回転角の検
出手段、７３はブームシリンダ５５の推力検出手段、７
４はバケツトシリンダ５７の推力検出手段、７５は当該
車輌式建設機械の固有値データの記憶手段を示す。

【００７４】７６は姿勢計算手段であり、上記検出手段
７１，７２により検出されたブーム回転角θbm及びバケ
ツト回転角θbkと、記憶手段７５に記憶された機械の固
有値データとに基づき、上記（２）項の計算方法により
作業装置５０の姿勢を演算する。

【００７５】７７はモーメント演算手段であり、上記検
出手段７３，７４により検出されたブームシリンダ推力
及びバケツトシリンダ推力と、記憶手段７５に記憶され
た機械の固有値データと、上記計算手段７６により計算
された作業装置姿勢とに基づき、前述した数式を用いて
バケツトピンまわりのモーメントｍｏｍ1（数１２）、
ブームフットピンまわりのモーメントｍｏｍ2（数１
３）、角度α（数１０）、角度β（数１４）、作用力ｆ
（数１１）、前輪接地点まわりのモーメントｍｏｍ3
（数９）をそれぞれ演算する。

【００７６】７８は前・後輪荷重の演算手段で、上記記
憶手段７５に記憶された固有値データと、上記演算手段
７７で演算されたモーメントｍｏｍ3に基づき、後輪荷
重Ｒr(数１５）、前輪荷重Ｒf（数１６）を演算する。

【００７７】７９は目標値演算手段で、上記演算手段７
８により演算された後輪荷重Ｒr及び前輪荷重Ｒfと、輪
荷重基準値設定手段８０に設定された輪荷重基準値Ｒ0
に基づき、後輪４８及び前輪４７の浮き上がり防止のた
めの目標値、すなわち数１７の補正値ＳBKN1，ＳBKN2を
演算する。

【００７８】８１は作業装置５０の動作指令信号の入力
手段であり、たとえばブーム、バケツトの操作レバーの
操作量に応じた信号を入力する。８２は演算手段で、上
記入力手段８１から入力された動作指令信号と、上記目
標値演算手段７９により演算された目標値（補正値）と
に基づき、バケツトシリンダ５７及びブームシリンダ５
５に対する作動制御信号ＳBK、ＳBM（数１７）を演算す
る。

【００７９】そして、上記手段８１により演算された作
動制御信号ＳBK、ＳBMは、増幅器８３を経て作業装置用
油圧回路の制御弁８４に送られ、バケツトシリンダ５７
及びブームシリンダ５５の作動が制御され、前輪接地点
まわりのモーメントが自動調整されると共に、前輪荷重
Ｒfと後輪荷重Ｒrとのバランスが調整され、前輪４７及
び後輪４８の浮き上がりが防止される。この場合、バケ
ツトシリンダ５７とブームシリンダ５８のいずれか一方
の作動のみを制御しても、同様の浮き上がり防止効果が
得られる。また、制御弁８４には圧力制御弁、方向制御
弁（流量制御弁）のいずれを用いてもよい。

【００８０】一方、この制御と並行して、上記演算手段
７８により求められた前輪荷重Ｒf及び後輪荷重Ｒrと、
摩擦係数設定手段８５に設定された摩擦係数μとに基づ
き、スリップ限界値演算手段８６により、スリップ限界
牽引力ＦS-limit(数１７)、スリップ限界トルクＴS-lim
it（数１８）が求められる。そして、トルクセンサ８７
により検出された走行用動力伝達軸トルクの現在値との
偏差に基づき、演算手段８８により、上記トルク現在値
を補正した動力伝達力制御信号が演算される。次いで、
その制御信号が増幅器８９を経て動力伝達力制御用アク
チュエータ９０に送られる。

【００８１】この場合、アクチュエータ９０を燃料噴射
ポンプの調整レバーとし、その燃料噴射ポンプからの燃
料噴射量を制御することによって、牽引力の元である原
動機回転数を制御する。あるいはアクチュエータ９０
を、走行用動力伝達クラッチの油圧回路に設けられた圧
力制御弁とし、その設定圧の制御でクラッチ係合圧力を
制御することによって、トルクつまり牽引力を制御す
る。図６の斜線部分が制限された部分である。これによ
り車輪のスリップが防止される。

【００８２】なお、上記摩擦係数設定手段８５に設定さ
れる車輪と路面との摩擦係数μを外部より変更できるよ
うにしておけば、種々の路面状況に対応できる。

【００８３】

【発明の効果】以上のように本発明は、車輌式建設機械
の運転時に、作業装置の前輪接地点まわりのモーメント
を求め、そのモーメントから前輪荷重及び後輪荷重を求
め、前輪荷重及び後輪荷重が浮き上がり制限値を越えな
いように作業装置の作動用アクチュエータの作動を制御
し、かつ、上記前輪荷重及び後輪荷重よりスリップ限界
値を求め、牽引力がスリップ限界値を越えないように走
行用動力伝達軸トルクを制御するようにしたものであ
り、これによって未熟練オペレータでも車輪をスリップ
させず、しかも、前輪及び後輪の浮き上がりも防止し、
車体を安定させながら、効率よく作業できる。

【００８４】また、本発明装置によれば、作業装置の回
転角及び回転力を検出し、さらに好ましくはブーム回転
角とバケツト回転角及びブームシリンダ推力とバケツト
シリンダ推力を検出し、その検出値から上記モーメント
及び前輪荷重、後輪荷重を演算して、上記の制御を行わ
せることにより、バケツト作用力を直接的に検出して制
御するのに比べて、検出精度を高め、演算処理も適正に
遂行でき、上記車輪の浮き上がり、並びにスリップを一
層確実に防止でき、作業能率をさらに向上できる。

【００８５】また、上記作業時に、車輪の浮き上がり防
止のために、バケツトシリンダに対する供給圧力を制御
するだけでもよいが、バケツトシリンダへの供給圧力
と、ブームシリンダへの供給圧力の双方を制御すること
により、制御精度がさらに高められ、作業能率を大幅に
向上できる。

【００８６】なお、上記動力伝達軸トルクを検出する代
りに、原動機の回転数と、動力伝達軸の回転数とを検出
し、これより動力伝達軸トルクを計算し、制御しても同
様の作用効果を奏する。

【００８７】また、上記スリップ防止のための動力伝達
軸トルクの限界値を求める際、その基準値を路面状況等
に応じて変更することにより、常に最適な制御を遂行で
き、車輪のスリップを一層確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す制御のブロック図であ
る。

【図２】車輪式建設機械の一例を示す概念図である。

【図３】車輪式建設機械における掘削時の力の釣合いを
示す模式図である。

【図４】作業装置の動作制御信号を求める方法の一例を
示す図である。

【図５】車輪式建設機械の一般的な特性を示すグラフで
ある。

【図６】本発明によるスリップ防止効果を説明するため
のグラフである。

【符号の説明】

１１ 前部フレーム １２ 後部フレーム ２０ 運転室 ３０ 原動機 ３１ 燃料噴射量調整用アクチュエータ ３２ 燃料噴射ポンプ ４０ 走行装置 ４１ トルクコンバータ ４２ 変速機 ４３，４４ ドライブシャフト ４５，４６ アクスル ４７，４８ 車輪 ５０ 作業装置 ５１ 操作レバー ５２ コントロールバルブ ５３ 作業装置用油圧ポンプ ５４ ブーム ５５ ブームシリンダ ５６ バケツト ５７ バケツトシリンダ ５８ クロスリンク ５９ ダンプリンク ６１ ブームフットピン ６２ バケットピン ６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９ ピン ７０ コントローラ ７１ ブーム回転角検出用角度センサ ７２ バケツト回転角検出用角度センサ ７３ ブームシリンダの推力検出手段 ７４ バケツトシリンダの推力検出手段 ７５ 機械の固有値データ記憶手段 ７６ 作業装置の姿勢計算手段 ７７ モーメント演算手段（第１の演算手段） ７８ 前・後輪荷重演算手段（第２の演算手段） ７９ 目標値演算器（第３の演算手段） ８０ 輪荷重基準値設定手段 ８１ 作業装置の動作指令入力手段 ８２ 作業装置の作動制御信号演算手段（第１の制御手
段） ８３ 増幅器 ８４ 作業装置用制御弁（第１の制御手段） ８５ 摩擦係数設定手段 ８６ スリップトルク限界値演算手段（第４の演算手
段） ８７ 動力伝達軸トルク検出手段 ８８ トルク制御信号演算手段（第２の制御手段） ８９ 増幅器 ９０ 動力伝達力制御用アクチュエータ（第２の制御手
段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田路 浩 広島市安佐南区祇園３丁目12番４号 油谷 重工株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪式建設機械における作業装置の前輪
   接地点まわりのモーメントを求め、そのモーメントから
   前輪荷重及び後輪荷重を求め、前輪荷重及び後輪荷重
   が、前輪及び後輪の浮き上がり制限値を越えないように
   作業装置の回動用アクチュエータの作動を制御し、牽引
   力が上記前輪荷重及び後輪荷重と前輪及び後輪の路面に
   対する摩擦係数とに基づいて設定したスリップ限界値を
   越えないように走行用動力伝達軸トルクを制御するよう
   にしたことを特徴とする車輪式建設機械の運転制御方
   法。
2. 【請求項２】 作業装置の回転角検出手段と、作業装置
   の回転力検出手段と、上記両検出手段により検出した作
   業機の回転角及び回転力に基づき作業装置の前輪接地点
   まわりのモーメントを算出する第１の演算手段と、第１
   の演算手段で算出したモーメントに基づき前輪荷重及び
   後輪荷重を算出する第２の演算手段と、作業装置の回動
   用アクチュエータに対する動作指令信号を入力する入力
   手段とを備え、上記第２の演算手段で算出した前輪荷重
   及び後輪荷重が前輪及び後輪の浮き上がり制限値を越え
   ないように、上記入力手段から入力した動作指令信号を
   補正した動作制御信号を演算出力する第３の演算手段
   と、第３の演算手段より出力した信号に基づき作業装置
   の回動用アクチュエータの作動を制御する第１の制御手
   段とを備え、かつ、走行用動力伝達軸のトルク検出手段
   と、上記第２の演算手段で検出した前輪荷重及び後輪荷
   重と、前輪及び後輪の路面に対する摩擦係数とに基づき
   前輪及び後輪をスリップさせないための走行用動力伝達
   軸トルクのスリップ限界値を算出する第４の演算手段
   と、上記トルク検出手段で検出した走行用動力伝達軸ト
   ルクが第４の演算手段で算出した限界値を越えないよう
   に原動機回転数を制御する第２の制御手段とを備えてい
   ることを特徴とする車輪式建設機械の運転制御装置。
3. 【請求項３】 作業装置におけるブームの回転角検出手
   段と、ブームシリンダの推力検出手段と、バケツトの回
   転角検出手段と、バケツトシリンダの推力検出手段とを
   備え、上記第１の演算手段が、上記各検出手段で検出さ
   れたブーム回転角とブームシリンダの推力及びバケツト
   回転角とバケツトシリンダの推力に基づいてバケツトピ
   ンまわりのモーメント及びブームフットピンまわりのモ
   ーメントを求めると共に、そのモーメントから作業装置
   の前輪接地点まわりのモーメントを算出するものである
   ことを特徴とする請求項２記載の車輪式建設機械の運転
   制御装置。
4. 【請求項４】 上記第１の制御手段は、バケツトシリン
   ダに対する供給圧力とブームシリンダに対する供給圧力
   の少なくとも一方を制御するものであることを特徴とす
   る請求項２または３記載の車輪式建設機械の運転制御装
   置。
5. 【請求項５】 上記第２の制御手段は、上記トルク検出
   手段で検出した走行用動力伝達軸トルクが第４の演算手
   段で算出した限界値を越えないように走行用クラッチの
   係合圧力を制御するものであることを特徴とする請求項
   ２乃至４のいずれかに記載の車輪式建設機械の運転制御
   装置。
6. 【請求項６】 上記走行用動力伝達軸のトルク検出手段
   が、原動機の回転数検出手段と、走行用動力伝達軸の回
   転数検出手段と、これら両検出手段で検出された回転数
   に基づいて上記動力伝達軸のトルクを計算するトルク計
   算手段からなることを特徴とする請求項２乃至５のいず
   れかに記載の車輪式建設機械の運転制御装置。
7. 【請求項７】 上記第４の演算手段により限界値を算出
   する際の、動力伝達軸トルクの基準値を可変に設定する
   基準値設定手段を備えていることを特徴とする請求項１
   乃至６のいずれかに記載の車輪式建設機械の運転制御装
   置。