JPH07113251A - 装軌車両の車体バランス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】オペレータに操作上の負担をかけることなく、
土工作業を効率よく行う。 【構成】ブルドーザ１の実牽引力補正値ｋ´Ｗが牽引力
演算部３３で演算される。ブレード１４の堀削角βがブ
レード堀削角演算部３２で演算される。ブレード１４の
垂直方向の負荷ＷBがブレード見かけ負荷重量演算部３
４で演算される。ブルドーザ１の重心位置Ｇに関連した
距離ＬGが重心位置演算部３５で演算される。そして、
牽引力演算部３３で演算された実牽引力補正値ｋ´Ｗと
ブレード堀削角演算部３２で演算された堀削角βと重心
位置演算部３５で演算された距離ＬGとブルドーザ１各
部の寸法とに基づいて、履帯１２の前後方向における接
地圧分布ｐxが接地圧分布演算部３６で演算される。カ
ウンタウエイト目標突出量演算部３７は、演算された接
地圧分布ｐxに応じた目標突出量Ｌcdを設定し、カウン
タウエイト１９の突出量Ｌcを目標突出量Ｌcdにするた
めの操作量を電磁弁３８に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブレードを備えた装軌
車両、特に鉱山などで大量運土を目的として使用される
大型のブルドーザに適用され、その車体後方に配設され
たカウンタウエイトの突出量を制御することにより車体
のバランスを制御して、常に最もよい接地状態で押土作
業がなされるようにした制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブルドーザの前方に設けられたブレード
で堀削、運土作業を行う際、車両の重心位置は、その作
業量に大きく影響を及ぼすものであり、車両負荷に応じ
て作業がもっとも効率よく行える車両重心位置に変更す
ることが、作業性を向上させる上で望ましい。

【０００３】そこで、本出願人は、車体後部からの突出
が自在のカウンタウエイト取付装置を出願しており、そ
れはすでに公知となっている（実開平３−４２８５３号
公報）。この考案によれば、操作レバーの操作により油
圧シリンダのロッドが伸縮し、これに応じてロッド先端
に配設されたカウンタウエイトの、車体後部からの突出
量が変化される。これにより、車体後方の回転モーメン
トが変化して、所望の車両重心位置で効率よく作業を行
うことができる。

【０００４】また、特公昭６３ー６６９４号公報には、
車両の前後左右の傾斜角と履帯の前後左右の接地圧とを
検出し、これら検出値に基づいて履帯の接地圧が均一と
なるように、ブレードを上下させ、あるいはチルトを左
右に動かす制御装置が開示されており、かかる制御によ
り押土力を十分に発揮させ、作業効率の向上を図らんと
している。。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したカウンタウエ
イトの突出しの制御は、操作レバー操作による手動制御
であり、突出量はオペレータが勘等に頼り決定している
のが実状である。これでは、常に精度のよい重心位置が
得られるとはいいがたい。また、オペレータには相当の
熟練が必要とされ、オペレータにかかる負担も大きい。

【０００６】また、上記接地圧を均一にする制御では、
オペレータにかかる負担等の問題は解消されるものの、
その装置を実現する上で、接地圧のセンシングは技術的
に困難である。

【０００７】また、本来作業機であるブレードを上下左
右に動かすことにより接地圧を制御しているが、これで
は作業のための動作に反する動きをすることもあり、作
業機の操作レバーの操作性上、好ましくない。

【０００８】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、技術的に困難な直接的なセンシングではなく
て、実現可能なセンサからの出力に基づく演算により履
帯の接地圧分布を求めて、作業効率上、最適な接地圧分
布となるようにカウンタウエイトの突出量を自動的に制
御して、上述した各問題点を一挙に解決することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の主た
る発明では、車体前方にブレードを具えるとともに、車
体後方にカウンタウエイトを具え、前記ブレードをリフ
トさせるとともにピッチさせて所定の堀削角で土工作業
を行うとともに、前記カウンタウエイトの車体からの突
出量を変化させることにより車体のバランスを制御する
ようにした装軌車両の車体バランス制御装置において、
前記装軌車両のエンジンの回転数に基づいて前記装軌車
両の牽引力を演算する牽引力演算手段と、前記ブレード
のリフト量を検出するリフト量検出手段と、前記ブレー
ドのピッチ角を検出するピッチ角検出手段と、前記リフ
ト量検出手段で検出されたリフト量と前記ピッチ角検出
手段で検出されたピッチ角とに基づいて前記ブレードの
堀削角を演算する堀削角演算手段と、前記牽引力演算手
段で演算された牽引力と前記堀削角演算手段で演算され
た堀削角とに基づいて前記ブレードの垂直方向の負荷を
演算するブレード負荷演算手段と、前記ブレード負荷演
算手段で演算されたブレード垂直方向負荷と前記車体の
重量と前記カウンタウエイトの重量と前記ブレードの重
心位置と前記車体の重心位置と前記カウンタウエイトの
重心位置とに基づいて前記装軌車両の重心位置を演算す
る重心位置演算手段と、前記牽引力演算手段で演算され
た牽引力と前記堀削角演算手段で演算された堀削角と前
記重心位置演算手段で演算された車両重心位置と装軌車
両各部の寸法とに基づいて、履帯の前後方向における接
地圧の分布を演算する接地圧分布演算手段と、前記接地
圧分布演算手段で演算された接地圧分布に基づいて前記
カウンタウエイトの突出量を変化させる制御手段とを具
えている。

【００１０】

【作用】かかる構成によれば、図１に示すように、装軌
車両１のエンジン２の回転数Ｎeに基づいて装軌車両１
の牽引力ｋ´Ｗが牽引力演算手段３３で演算される。一
方、ブレード１４のリフト量ＳLがリフト量検出手段１
８で検出され、ブレード１４のピッチ角Ｓpがピッチ角
検出手段１６で検出される。これらリフト量ＳLとピッ
チ角Ｓpとに基づいてブレード１４の堀削角βが堀削角
演算手段３２で演算される。そして牽引力演算手段３３
で演算された牽引力ｋ´Ｗと堀削角演算手段３２で演算
された堀削角βとに基づいてブレード１４の垂直方向の
負荷ＷBがブレード負荷演算手段３４で演算される。

【００１１】そして、ブレード負荷演算手段３４で演算
されたブレード垂直方向負荷ＷBと車体１ａの重量とカ
ウンタウエイト１９の重量とブレード１４の重心位置と
車体１ａの重心位置とカウンタウエイト１９の重心位置
とに基づいて装軌車両１の重心位置ＬGが重心位置演算
手段３５で演算される。

【００１２】そして、牽引力演算手段３３で演算された
牽引力ｋ´Ｗと堀削角演算手段３２で演算された堀削角
βと重心位置演算手段３５で演算された車両重心位置Ｌ
Gと装軌車両１各部の寸法とに基づいて、履帯１２の前
後方向における接地圧の分布が接地圧分布演算手段３６
で演算される。

【００１３】そこで、制御手段３７は、接地圧分布演算
手段３６で演算された接地圧分布に基づいて、カウンタ
ウエイト１９の突出量Ｌcを変化させる。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明に係る装軌車両の
車体バランス制御装置の実施例について説明する。

【００１５】なお、この実施例では、装軌車両としてブ
ルドーザを想定している。

【００１６】図１は実施例の構成を示すブロック図であ
り、大きくは、車体１ａ前方にブレード１４が設けられ
るとともに、車体１ａ後方にカウンタウエイト１９が設
けられており、上記ブレード１４をリフトさせるととも
にピッチさせて所定の堀削角βで土工作業を行うブルド
ーザ１と、このブルドーザ１に搭載され、ブルドーザ１
各部に配設された後述する各種センサ１６等の各検出値
と土質モード切換スイッチ３１で切換選択された土質モ
ードＭとを入力して、上記カウンタウエイト１９の車体
１ａからの目標突出量Ｌcdを演算し、この目標突出量Ｌ
cdを得るための制御信号を電磁弁３８、油圧バルブ３９
を介してカウンタウエイトシリンダ２０に送出し、カウ
ンタウエイト１９の突出量Ｌcを制御するコントローラ
３０とから構成されている。

【００１７】すなわち、より具体的に説明すると、ブル
ドーザ１の駆動源であるエンジン２の駆動力はエンジン
出力軸３を介して、ロックアップ機構を有したトルクコ
ンバータ（以下「トルコン」という）４に伝達され、ト
ルコン出力軸５から取り出される。トルコン出力軸５の
回転駆動力はさらに、トランスミッション６、ステアリ
ング機構９、終減速機構１０、スプロケット１１を介し
て、左右の両履帯１２に伝達され、履帯１２の回転に応
じてブルドーザ（以下「車両」という）１が走行され
る。なお、実施例ではトルコン４にロックアップ機構が
備えられていることを前提としているが、ロックアップ
機構が備えられていないものであってもよい。

【００１８】ここで、エンジン出力軸３には、エンジン
２の回転数Ｎeを検出するエンジン回転センサ７が付設
されているとともに、トルコン出力軸５にはトルコン出
力軸回転数Ｎtを検出するトルコン出力軸回転センサ８
が付設されている。これらエンジン出力軸回転センサ７
およびトルコン出力軸回転センサ８の各検出値Ｎe、Ｎt
はコントローラ３０に出力される。

【００１９】さて、図示せぬトラニオンには、ピン１３
ａを介して回動自在にストレートアーム１３の一端が支
持されており、このアーム１３の他端は、ブレード１４
に回動自在に支持されている。

【００２０】ブレード１４には、ブレードリフトシリン
ダ１７のロッド１７ａの先端が回動自在に支持されてい
るとともに、ブレードピッチシリンダ１５のロッド１５
ａの先端が回動自在に支持されている。

【００２１】ここで、リフトシリンダ１７が伸縮駆動さ
れると、それに応じてブレード１４は下降、上昇し（こ
の動きを総称して「リフト」という）、ブレード１４の
リフト量ｈが変化される。また、ピッチシリンダ１５が
伸縮駆動されると、それに応じてブレード１４の姿勢が
変化し、ブレード１４のピッチ角θが変化される。

【００２２】リフトシリンダ１７には、そのロッド１７
ａのストローク量ＳLを検出するブレードリフトシリン
ダストローク量センサ１８が、またピッチシリンダ１５
には、そのロッド１５ａのストローク量Ｓpを検出する
およびブレードピッチシリンダストローク量センサ１６
が付設されている。これら各ストローク量センサ１８、
１６の検出値ＳL、Ｓpはコントローラ３０に出力され
る。

【００２３】また、車体１ａの所定箇所には、車体１ａ
の前後方向の傾斜角φを検出する傾斜角センサ２４が配
設されている。このセンサ２４の検出値φもコントロー
ラ３０に加えられる。

【００２４】一方、カウンタウエイト１９の車体１ａへ
の取付態様については図３にその詳細を示してある。

【００２５】すなわち、同図３に示すように、車体後部
２２には、フレーム２３の根元がボルト２３ｂ等により
固着されており、このフレーム２３にはカウンタウエイ
ト台２３ａが配設されている。カウンタウエイト１９
は、この台２３ａ上に載置されており、カウンタウエイ
ト１９の所定部位がフレーム３の上記根元に対向する先
端においてピン２３ｃにより回動自在に支持されてい
る。カウンタウエイト１９の上記所定部位よりも上方位
置には、カウンタウエイトシリンダ２０のロッド２０ａ
の先端が連結され、カウンタウエイト１９が上記ピン２
３ｃ位置を回動支点として回動するように、カウンタウ
エイト１９を支持しているよって、同図の一点鎖線に示
すように、シリンダ２０のロッド２０ａが伸張される
と、カウンタウエイト１９が、より車体後方に突き出さ
れるように回転されて、車体後方側の回転モーメント、
つまり図面上時計回りの回転モーメントが増大すること
になる。すなわち、カウンタウエイト突出量Ｌcが大き
くなるにつれて上記車体後方側の回転モーメントが増大
することになる。

【００２６】図１に示すように、上記シリンダ２０に
は、そのロッド２０ａのストローク量Ｓｃを検出するカ
ウンタウエイトストローク量センサ２１が付設されてお
り、このセンサ２１の検出値Ｓｃはコントローラ３０に
出力される。

【００２７】さて、図１における土質モード切換スイッ
チ３１は、現在の土質を選択、指示するために設けられ
ており、各土質モードＭ1、Ｍ2…を示す土質モード信号
Ｍがコントローラ３０に加えられる。

【００２８】コントローラ３０の牽引力演算部３３に
は、上記エンジン回転数Ｎe、トルコン出力軸回転数Ｎ
t、傾斜角φが入力され、これらに基づいて後述するよ
うに、車両１の実牽引力補正値ｋ´Ｗが演算される。ブ
レード堀削角演算部３２には、上記ストローク量ＳL、
Ｓpが入力され、これらに基づいてブレード１４の堀削
角βが演算される。

【００２９】ブレード見かけ負荷重量演算部３３には、
上記演算された実牽引力補正値ｋ´Ｗとブレード堀削角
βが入力され、ブレード見かけ負荷重量ＷB、つまりブ
レード１４の垂直方向の負荷（重量）ＷBが演算され
る。

【００３０】重心位置演算部３５には、上記演算された
ブレード見かけ負荷重量ＷB、堀削角βが入力され、こ
れら入力値と車両１各部の重量、寸法等に基づいて後述
するようにして、車両１の重心位置Ｇを基準とした距離
ＬG、ＬB1（図２参照）が演算される。

【００３１】接地圧分布演算部３６には、上記演算され
た実牽引力補正値ｋ´Ｗ、堀削角β、距離ＬG、ＬB1が
入力され、これら入力値に基づいて、後述するようにし
て、履帯１２の前後方向の接地圧の分布ｐxが演算され
る。

【００３２】カウンタウエイト目標突出量演算部３７で
は、上記演算された現在の接地圧分布ｐxが入力される
とともに、土質モード信号Ｍが入力され、後述するよう
にしてカウンタウエイト目標突出量Ｌcdが設定される。
そして、入力されたストローク量Ｓｃをフィードバック
量として上記目標突出量Ｌcdが得られるように、操作量
（電気信号）を電磁弁３８に出力する。

【００３３】電磁弁３８は、加えられた操作量に応じて
付勢され、該付勢力に応じて油圧弁３９の弁位置を変化
させる。すると、油圧バルブ３９を通過する圧油の流量
が変化し、管路４０を介してシリンダ２０の油室への供
給流量が変化される。

【００３４】この結果、上記目標突出量Ｌcdとなるロッ
ド位置までシリンダ２０が駆動される。

【００３５】以上のような構成のコントローラ３０で行
われる処理について、以下図４に示すフローチャートを
参照して説明する。

【００３６】同図に示すように処理が開始されるとま
ず、上述した各センサ１６等の検出値がコントローラ３
０に入力され、入力された検出値がデータとして読み出
される（ステップ１０１）。

【００３７】つぎに、牽引力演算部３３において、ブル
ドーザ１の実牽引力ｋＷが演算される。ここで、実牽引
力の演算は、トルコン４がロックアップ作動時か解除時
かによって内容は異なる。なお、トルコン４がロックア
ップ機構付きでない場合には、下記の「ロックアップ作
動時」の処理は不要となる。

【００３８】１）ロックアップ作動時 エンジン回転数ＮeとエンジントルクＴeとの間には、図
９に示すような関係があり、その関係は予め所定のメモ
リに記憶されている。そこで、図９の関係がメモリから
読み出され、この関係に基づいて現在のエンジン回転数
検出値Ｎeに対応するエンジントルクＴeが求められる。
つぎに、この求められたエンジントルクＴeに、トルコ
ン４の出力軸５から終減速機１０までの減速比ｋsとス
プロケット１１の径ｒとが、 Ｆe＝Ｔe・ｋs・ｒ …（１） と乗算され、牽引力Ｆeが得られる。さらに、この牽引
力Ｆeから油圧ポンプによる消費量分の補正量が減算さ
れて、実牽引力ｋＷが得られる。

【００３９】２）ロックアップ解除時（トルコン作動
時） この場合、現在のエンジン回転数検出値Ｎeと現在のト
ルコン出力軸回転数検出値Ｎtとの比（速度比）ｅ（＝
Ｎt／Ｎe）が求められる。一方、速度比ｅとトルク係数
ｔp、トルク比ｔとの間には、図７に示すような関係が
あり、その関係は予め所定のメモリに記憶されている。
そこで、図７の関係がメモリから読み出され、この関係
に基づいて現在の速度比ｅに対応するトルク係数ｔp、
トルク比ｔが求められる。つぎに現在のエンジン回転数
検出値Ｎｅ、上記求められたトルク係数ｔp、トルク比
ｔに基づいて演算、 Ｔc＝ｔp・（Ｎe／１００）2・ｔ …（２） がなされ、トルコン出力トルクＴcが得られる。つぎ
に、この求められたエンジントルクＴcに対して、上記
１）の場合と同様にして、トルコン４の出力軸５から終
減速機１０までの減速比ｋsとスプロケット１１の径ｒ
とが、 Ｆe＝Ｔc・ｋs・ｒ …（３） と乗算され、牽引力Ｆeが得られる。さらに、この牽引
力Ｆeから油圧ポンプによる消費量分の補正量が減算さ
れて、実牽引力ｋＷが得られる（ステップ１０２）。

【００４０】つぎに牽引力演算部３３では、上記演算さ
れた実牽引力ｋＷに基づいて実牽引力補正値ｋ´Ｗが演
算される。すなわち、車両１の前後方向の傾斜角φが異
なると、それに応じて走行抵抗は異なり、上記演算され
た実牽引力ｋＷをさらに、上記傾斜角φに応じて補正す
る必要があるからである。ここで、傾斜角φと負荷補正
量ΔＷとの間には、図８に示すような関係があり、その
関係は予め所定のメモリに記憶されている。そこで、図
８の関係がメモリから読み出され、この関係に基づいて
現在の傾斜角検出値φに対応する負荷補正量ΔＷが求め
られる。

【００４１】そして、上記演算された実牽引力ｋＷから
上記負荷補正量ΔＷを減算することで、実牽引力補正値
ｋ´Ｗが得られる（ステップ１０３）。

【００４２】ついで、ブレード堀削角演算部３２では、
まず、ブレード１４の現在のリフト量ｈが求められる。
ここで、リフトシリンダストローク量ＳLとブレードリ
フト量ｈとの間には、図１１に示すような関係があり、
その関係は予め所定のメモリに記憶されている。そこ
で、図１１の関係がメモリから読み出され、この関係に
基づいて現在のストローク量検出値ＳLに対応するリフ
ト量ｈが求められる。

【００４３】同様にして、ブレード１４の現在のピッチ
角θが求められる。ここで、ピッチシリンダストローク
量Ｓpとブレードピッチ角θとの間には、図１２に示す
ような関係があり、そのピッチバック最大からピッチダ
ンプ最大までの関係は予め所定のメモリに記憶されてい
る。そこで、図１２の関係がメモリから読み出され、こ
の関係に基づいて現在のストローク量検出値Ｓpに対応
するピッチ角θが求められる。なお、図１１、図１２の
関係を関数等の数式で記憶しておき、この数式に基づい
て上記リフト量ｈ、ピッチ角θを求めるようにしてもよ
い（ステップ１０４）。

【００４４】ついで、ブレード堀削角演算部３２では、
ステップ１０４で求められたリフト量ｈ、ピッチ角θに
基づいてブレード堀削角βが求められる。ここで、ピッ
チ角θ、ブレードリフト量ｈとブレード堀削角βとの間
には、図１３に示すような関係があり、その関係は予め
所定のメモリに記憶されている。そこで、図１３の関係
がメモリから読み出され、この関係に基づいて、上記求
められた現在のピッチ角θ、リフト量ｈに対応する堀削
角βが求められる。なお、図１３の関係を関数等の数式
で記憶しておき、この数式に基づいて上記堀削角βを求
めるようにしてもよい（ステップ１０５）。

【００４５】ついで、ブレード見かけ負荷重量演算部３
４では、ステップ１０３で求められた実牽引力補正値ｋ
´Ｗとステップ１０５で求められた堀削角βに基づいて
ブレード見かけ負荷重量ＷB、つまりブレード１４の垂
直方向の負荷（以下「ブレード垂直負荷」という）ＷB
が演算される。ここで、実牽引力補正値ｋ´Ｗ、ブレー
ド堀削角βとブレード垂直負荷ＷBとの間には、図１４
に示すような関係があり、その関係は予め所定のメモリ
に記憶されている。そこで、図１４の関係がメモリから
読み出され、この関係に基づいて、上記求められた現在
の実牽引力補正値ｋ´Ｗ、堀削角βに対応するブレード
垂直負荷ＷBが求められる。なお、図１４の関係を関数
等の数式で記憶しておき、この数式に基づいて上記ブレ
ード垂直負荷ＷBを求めるようにしてもよい（ステップ
１０６）。

【００４６】ついで、重心位置演算部３５では、ステッ
プ１０６で求められたブレード垂直負荷ＷBに基づい
て、車両１の重心Ｇが求められる。具体的には、図２に
示すように、車両１の基準位置１２ａ（履帯１２が路面
に接地する最後端位置）から車両１重心Ｇまでの水平方
向距離ＬGが演算される。また、この求められた距離ＬG
とステップ１０５で求められた堀削角βとに基づいて、
後述する演算に必要な距離ＬB1、つまりブレード抵抗Ｆ
B（図２参照）がかかっている方向を延長した線分ｌ1と
これに平行でかつ重心Ｇを通る線分ｌ2との距離が演算
される。

【００４７】１）距離ＬGの演算 いま、車両１全体の重量をＷ、車体１ａの重量をＷ0、
カウンタウエイト１９の重量をＷcとし、ブレード１４
の重量を上記求められたＷBとすると、明らかに、 Ｗ＝ＷB＋Ｗ0＋Ｗc …（４） という関係が成立する。

【００４８】一方、図２に示すように、上記基準位置１
２ａからブレード１４重心位置までの距離をＬB、上記
基準位置１２ａから車体１ａ重心位置までの水平方向距
離をＬo、上記基準位置１２ａからカウンタウエイト１
９重心位置までの水平方向距離をＬcとすると、車両１
のモーメントと、車両１各部のモーメントとの間には、
以下のような関係が成立する。

【００４９】 ＬG・Ｗ＝Ｌ0・Ｗ0＋ＬB・ＷB−Ｌc・Ｗc …（５） 上記（５）式において、重量Ｗ0、Ｗc、距離Ｌoは既知
であり、距離ＬB、Ｌcは固定の既知の値として差し支え
ない。また、重量ＷBはステップ１０６ですでに求めら
れている。また、重量ＷB、Ｗ0、Ｗcを上記（４）式に
代入することにより車両１の重量Ｗを求めることができ
る。したがって、これら既知の値Ｗ0、Ｗc、Ｌo、ＬB、
Ｌcあるいは演算により求められた値ＷB、Ｗを上記
（５）式に代入することにより、距離ＬGを求めること
ができる。

【００５０】２）距離ＬB1の演算 図２に示すように、上記基準位置１２ａからブレード１
４刃先位置までの距離をＬ´B、路面から車両重心位置
Ｇまでの垂直方向距離をＨGとすると、距離ＬB1と、距
離Ｌ´B、ＬG、ＨG、堀削角βとの間には、以下のよう
な関係が成立する。

【００５１】 ＬB1＝｛（ＨG−（Ｌ´B−ＬG）・tanβ）／２tanβ ）2＋（（ （Ｌ´B−ＬG）・tanβ−ＨG）／２）2｝1/2 …（６） 上記（６）式において、距離Ｌ´B、ＨGは固定の既知の
値として差し支えない。また、堀削角βはステップ１０
５で、距離ＬGは上記１）ですでに求められている。そ
こで、これらＬ´B、ＨG、β、ＬGを上記（６）式に代
入することにより距離ＬB1を求めることができる（ステ
ップ１０７）。

【００５２】つぎに、接地圧分布演算部３６では、履帯
１２の接地圧分布ｐxが演算される。

【００５３】ここで、接地圧Ｐxは図５に示すように車
両１前方側をプラス方向とする、基準位置１２ａからの
水平方向位置ｘを変数とする関数として表すものとす
る。

【００５４】さて、車両１に関する運動方程式をたてる
と以下のようになる。

【００５５】・水平方向の釣合い （Ｗ＋Ｗa／ｇ）・dＶa/dt＝Ｆs−ＦL−ＦB・cosβ …（７） ただし、Ｗaは履帯１２の重量、ｇは重力加速度、Ｖaは
車速、Ｆsは駆動力、ＦLは走行抵抗である（図２参
照）。

【００５６】・垂直方向の釣合い （Ｗ／ｇ）・dｕ/dt＝Ｎ−Ｗ＋ＦB・sinβ …（８） ここで、Ｎ＝２ｂ∫ｐx・dx；ｘを０からＬまで積分 …（９） である。ただし、ｕは車両１の垂直方向の速度、Ｎは反
力、Ｌは履帯１２の接地長である（図２参照）。

【００５７】・重心回りのモーメント （ＩG／ｇ）・dψ/dt2＝Ｍ＋ＨG・（Ｆs・ＦL）＋ＦB・ＬB1 …（１０） ここで、Ｍ＝２ｂ∫ｐx（ｘ−ＬG）dx；ｘを０からＬまで積分 …（１１） ただし、ＩGは車両１の重心Ｇ回りの慣性モーメント、
ψは重心Ｇ回りの回転位置、Ｍは反力モーメント、ｂは
履帯１２の幅である（図２参照）。そこで、いま、車両
１が定常状態であると仮定し、上記加速度dＶa/dt、dｕ
/dt、dψ/dt2は零であるとする。また、図５に示すよう
に接地圧ｐxの分布は線形であると仮定し、 ｐx＝ａ1・ｘ＋ａ2 …（１２） という１次関数で接地圧ｐxが表されるものとする。

【００５８】すると、上記運動方程式（７）〜（１１）
および接地圧分布ｐxを求める関数（１２）式から以下
のような連立方程式（１３）、（１４）が得られる。

【００５９】 （∫ｐx・dx；ｘを０からＬまで積分）＝ （ａ1／２）・Ｌ2＋ａ2・Ｌ＝（１／２ｂ）・ （Ｗ−ＦB・sinβ） …（１３） （∫ｘ・ｐx・dx；ｘを０からＬまで積分）＝ （ａ1／３）・Ｌ3＋（ａ2／２）・Ｌ2＝（ＬG／２ｂ）・（Ｗ−ＦB・sinβ） −（１／２ｂ）・（ＨG・ＦB・cosβ＋ＦB・ＬB1） …（１４） ここで、履帯接地長Ｌ、履帯幅ｂは既知であり、車両重
量Ｗ、堀削角β、ＦB・cosβは実牽引力補正値ｋ´Ｗと
してすでに求められている。一方、ＦB・sinβは、実牽
引力補正値ｋ´Ｗ（＝ＦB・cosβ）と堀削角βとから求
めることができる。よって、これら値を上記連立方程式
（１３）、（１４）に代入し、未知数ａ1、ａ2について
連立方程式（１３）、（１４）を解くことにより、上記
（１２）式に示される接地圧分布ｐxを求めることがで
きる。

【００６０】図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、各堀削
角βについての接地圧分布ｐxの演算結果を示している
（ステップ１０８）。このようにして接地圧分布ｐxが
求められると、カウンタウエイト目標突出量演算部３７
では、この接地圧分布ｐxに基づいてカウンタウエイト
１９の突出量Ｌcの制御がなされる。

【００６１】すなわち、まず最初に、現在の接地圧分布
ｐxが均一であるか否か、つまり上記（１２）式におけ
る係数（傾き）ａ1の絶対値がしきい値ｃ1よりも小さい
か否かが判断される。ここで、しきい値ｃ1はほとんど
零の値であるとする（ステップ１０９）。この結果、現
在の接地圧分布ｐxが均一であると判断されると（ステ
ップ１０９の判断ＹＥＳ）、現在の突出量Ｌcが最適で
あるので、現在のカウンタウエイト突出量Ｌcがそのま
ま維持されるようにされるように、電磁弁３８に対して
操作量が出力される（ステップ１１３）。

【００６２】一方、現在の接地圧分布ｐxが均一でない
と判断されると（ステップ１０９の判断ＮＯ）、つぎに
接地圧分布ｐxが前上がり（図６の（ｂ）、（ｃ）の場
合に該当）であるか否か、つまり上記（１２）式におけ
る係数（傾き）ａ1が零よりも大きいか否かが判断され
る（ステップ１１０）。この結果、接地圧分布ｐxが前
上がりであると判断されると（ステップ１１０の判断Ｙ
ＥＳ）、つぎに入力されたストローク量検出値Ｓcに基
づいて現在のカウンタウエイト突出量Ｌcが、図１０に
示す関係から求められる。この求められた突出量Ｌcが
最小値Ｌcminになっているか否かが判断される（ステッ
プ１１２）。ここで、突出量Ｌcが最小値Ｌcminになっ
ている場合には（ステップ１１２の判断ＹＥＳ）、もは
やこれ以上前上がりの接地圧分布状態を改善することが
できないので、ステップ１１３に移行され、現在の突出
量Ｌc（＝Ｌcmin）が維持される。

【００６３】一方、ステップ１１２において突出量Ｌc
が最小値Ｌcminでないと判断された場合には、前上がり
の接地圧分布が平坦となるようにすべく、ステップ１１
４に移行される。

【００６４】このステップ１１４では、現在、土質モー
ド切換スイッチ３１で選択されている土質モードに応じ
た目標接地圧分布が設定される。すなわち、土質ごとに
最適な目標接地圧分布、つまり最大の土量が得られる分
布は、図６（ｂ）にｐ´x、ｐ´´xと示すごとく異なる
ものであるからである。そこで、たとえば現在、土質モ
ードＭ1が選択されているならば、これに対応する目標
接地圧分布として図６（ｂ）のｐ´xが設定される。す
ると、この目標接地圧分布ｐ´xを得るための目標突出
量Ｌcdが設定され、この目標突出量Ｌcdと現在の突出量
Ｌc（ストローク量検出値Ｓcに基づき求められる）との
偏差に応じた操作量が電磁弁３８に対して出力される。
この結果、突出量Ｌｃが、より小さくなるように突出量
Ｌcが制御され、接地圧分布ｐxが平坦にされ（ステップ
１１４）、手順は、再びステップ１０１に移行される。

【００６５】一方、ステップ１１０において接地圧分布
ｐxが前上がりではなく、後上がり（図６の（ａ）に相
当する状態）であると判断されると（ステップ１１０の
判断ＮＯ）、入力されたストローク量検出値Ｓcに基づ
いて現在のカウンタウエイト突出量Ｌcが求められ、こ
の求められた突出量Ｌcが最大値Ｌcmaxになっているか
否かが判断される（ステップ１１１）。ここで、突出量
Ｌcが最大値Ｌcmaxになっている場合には（ステップ１
１１の判断ＹＥＳ）、もはやこれ以上後上がりの接地圧
分布状態を改善することができないので、ステップ１１
３に移行され、現在の突出量Ｌc（＝Ｌcmax）が維持さ
れる。

【００６６】一方、ステップ１１１おいて突出量Ｌcが
最大値Ｌcminでないと判断された場合には、後上がりの
接地圧分布を平坦となるようにすべく、ステップ１１５
に移行される。

【００６７】このステップ１１５では、現在、土質モー
ド切換スイッチ３１で選択されている土質モードに応じ
た目標接地圧分布が設定される。そこで、たとえば現
在、土質モードＭ1が選択されているならば、これに対
応する目標接地圧分布として図６（ｂ）のｐ´xが設定
される。すると、この目標接地圧分布ｐ´xを得るため
の目標突出量Ｌcdが設定され、この目標突出量Ｌcdと現
在の突出量Ｌc（ストローク量検出値Ｓcに基づき求めら
れる）との偏差に応じた操作量が電磁弁３８に対して出
力される。この結果、突出量Ｌｃが、より大きくなるよ
うに突出量Ｌcが制御され、接地圧分布ｐxが平坦にされ
（ステップ１１５）、手順は、再びステップ１０１に移
行される。

【００６８】以上のようにしてカウンタウエイト突出量
Ｌcの制御がなされ、土質にかかわりなく常に最大の土
量が得られる。

【００６９】なお、この実施例では、土質モードに応じ
た目標突出量Ｌcdを設定し、この目標突出量Ｌcdが得ら
れるような制御を行うようにしているが、土質モードに
応じた目標突出量を設定しない実施も可能である。たと
えば、目標突出量を最大値または最小値の２種類に設定
し、現在の接地圧分布ｐxが前上がりの場合には突出量
が最小値となるように、接地圧分布ｐxが後上がりの場
合には突出量が最大値となるように制御するような実施
も可能である。また、フィードバック制御ではなくて、
オープンループ制御にしてもよい。また、オンオフ制御
により行うようにしてもよい。

【００７０】また、実施例では実牽引力を演算により求
めるようにしているが、これを直接検出する実施も可能
である。たとえば、スプロケット１１の駆動トルクを検
出するトルクセンサを設けて、このトルクセンサの出力
に基づき実牽引力を求めることができる。また、ストレ
ートアーム１３に応力センサを設け、このセンサの出力
に基づき求めるようにしてもよい。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、技
術的に困難な直接的なセンシングではなくて、実現可能
なセンサからの出力に基づく演算により履帯の接地圧分
布を求め、作業効率上、最適な接地圧分布となるように
カウンタウエイトの突出量を自動的に制御するようにし
たので、オペレータに操作上の負担をかけることなく土
工作業を常に作業効率よく行うことができる。また、技
術的困難性が除去されるので、装置の開発コストが低減
され、市場に安価な装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る装軌車両の車体バランス制
御装置の実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】図２は、図１に示す装軌車両各部の寸法およ
び、各部にかかる力を示す図である。

【図３】図３は図１に示す装軌車両の後部へのカウンタ
ウエイトの取付態様を示す図である。

【図４】図４は図１に示すコントローラで行われる処理
手順を示すフローチャートである。

【図５】図５は図１に示す装軌車両の履帯の前後方向の
接地圧分布を示す図である。

【図６】図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は堀削角の変化
に応じて接地圧分布が変化する様子を示す図である。

【図７】図７は速度比とトルク係数、トルク比との関係
を示すグラフである。

【図８】図８は装軌車両前後方向傾斜角と負荷補正量と
の関係を示すグラフである。

【図９】図９はエンジン回転数とエンジントルクとの関
係を示すグラフである。

【図１０】図１０はカウンタウエイト突出量Ｌcとカウ
ンタウエイトシリンダストローク量との関係を示すグラ
フである。

【図１１】図１１はリフトシリンダストローク量とブレ
ードリフト量との関係を示すグラフである。

【図１２】図１２は、ピッチシリンダストローク量とピ
ッチ角との関係を示すグラフである。

【図１３】図１３はピッチ角、ブレードリフト量とブレ
ード堀削角との関係を示すグラフである。

【図１４】図１４は実牽引力、ブレード堀削角とブレー
ド見かけ負荷重量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ブルドーザ １４ ブレード １９ カウンタウエイト ３０ コントローラ ３２ ブレード堀削角演算部 ３３ 牽引力演算部 ３４ ブレード見かけ負荷重量演算部 ３５ 重心位置演算部 ３６ 接地圧分布演算部 ３７ カウンタウエイト目標突出量演算部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体前方にブレードを具えるととも
   に、車体後方にカウンタウエイトを具え、前記ブレード
   をリフトさせるとともにピッチさせて所定の堀削角で土
   工作業を行うとともに、前記カウンタウエイトの車体か
   らの突出量を変化させることにより車体のバランスを制
   御するようにした装軌車両の車体バランス制御装置にお
   いて、 前記装軌車両のエンジンの回転数に基づいて前記装軌車
   両の牽引力を演算する牽引力演算手段と、 前記ブレードのリフト量を検出するリフト量検出手段
   と、 前記ブレードのピッチ角を検出するピッチ角検出手段
   と、 前記リフト量検出手段で検出されたリフト量と前記ピッ
   チ角検出手段で検出されたピッチ角とに基づいて前記ブ
   レードの堀削角を演算する堀削角演算手段と、 前記牽引力演算手段で演算された牽引力と前記堀削角演
   算手段で演算された堀削角とに基づいて前記ブレードの
   垂直方向の負荷を演算するブレード負荷演算手段と、 前記ブレード負荷演算手段で演算されたブレード垂直方
   向負荷と前記車体の重量と前記カウンタウエイトの重量
   と前記ブレードの重心位置と前記車体の重心位置と前記
   カウンタウエイトの重心位置とに基づいて前記装軌車両
   の重心位置を演算する重心位置演算手段と、 前記牽引力演算手段で演算された牽引力と前記堀削角演
   算手段で演算された堀削角と前記重心位置演算手段で演
   算された車両重心位置と装軌車両各部の寸法とに基づい
   て、履帯の前後方向における接地圧の分布を演算する接
   地圧分布演算手段と、 前記接地圧分布演算手段で演算された接地圧分布に基づ
   いて前記カウンタウエイトの突出量を変化させる制御手
   段とを具えた装軌車両の車体バランス制御装置。
2. 【請求項２】 土質の種類を選択する土質モード切
   換スイッチがさらに設けられ、 前記制御手段は、前記土質モード切換スイッチで選択さ
   れた土質の種類に応じた目標突出量を設定し、該目標突
   出量が得られるように前記カウンタウエイトの突出量を
   変化させる制御を行う、 請求項１記載の装軌車両の車体バランス制御装置。
3. 【請求項３】 前記車体の前後方向の傾斜角を検出
   する傾斜角検出手段がさらに設けられ、該傾斜角検出手
   段で検出される前後方向傾斜角に基づいて前記牽引力演
   算手段で演算される牽引力が補正される請求項１記載の
   装軌車両の車体バランス制御装置。
4. 【請求項４】 前記牽引力演算手段の代わりに、前
   記装軌車両の牽引力を検出する牽引力検出手段を具えて
   いる請求項１記載の装軌車両の車体バランス制御装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、ブレード側の接地
   圧の方がカウンタウエイト側の接地圧よりも大きい場合
   には、カウンタウエイトの突出量が現在の突出量よりも
   大きくなるように突出量を変化させ、カウンタウエイト
   側の接地圧の方がブレード側の接地圧よりも大きい場合
   には、カウンタウエイトの突出量が現在の突出量よりも
   小さくなるように突出量を変化させるものである請求項
   １記載の装軌車両の車体バランス制御装置。