JPH0819694B2 - 装軌車両のブレード制御装置 - Google Patents

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ドーザショベルなどの装軌車
両に関し、特に負荷に応じ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が搭載され
ているものが多く、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土量が過大になると、履帯が空転
（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が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があった。

また、他の従来技術として、ドップラーレーダなどに
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がある。
しかしながら、ブルドーザなど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
とができず、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
引力が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。

Ｓ＝（Vc−Vr）/Vc）×100 Vc;理想走行速度 Vr;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と土質変化の２つである。

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）に示す
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。

また、路面の状態が、堅い土、柔軟な砂、泥ねい土、
草地などと変化すると上記牽引力とシュースリップ率と
の関係は変化してしまう。

このように、牽引力とシュースリップ率との関係は土
質が一定の場合、自重Ｗではなく履帯接地荷重Wcによっ
てほぼ決定さるのであるが、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いかったので、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、土
質を選択する土質選択スイッチと、作業モードを、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
ドのなかから選択する作業モード選択スイッチと、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、前記測定された履帯接地荷
重に対する前記測定された牽引力の比を求める演算手段
と、履帯接地荷重に対する牽引力の比とシュースリップ
率との対応関係が複数の異なる土質に対応して複数設定
され、前記土質選択スイッチの選択状態に対応する前記
対応関係を選択し、前記演算手段で求めた比に対応すシ
ュースリップ率を前記選択した対応関係から算出するシ
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、このシ
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、
前記作業モード選択スイッチによってレベリングモード
が選択されたときは前記偏差または前記演算値に零に
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補正を行い、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ことを特
徴とする。

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土質および作
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サ
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 等がある。

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11、目標高
さ信号選択部12、および減算器15に入力する。

初期高さ設定器４は、初期設定高さ記憶部11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、該操作スイッチが投入されたときこのときのブレー
ド高さ検出器17の検出値が初期設定高さ記憶部11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11をデータ保持機能を有するロータリ式やキー
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目標高さ信号
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12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が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が入
力されたときはブレード高さ検出器17の検出値Ｄ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では、初期設定高さ記憶部11の出力Ｃは
検出信号Ｂの立上がりで取込んでメモリ13に記憶する
が、ブレード高さ検出器17の検出値Ｄ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Ｄ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、その内容が
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17の
検出出力Ｄとの偏差をとり、その偏差を増幅器16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12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13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Ｄとの偏差が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、オレ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11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はブレード高さ検出器17の検
出値Ｄ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Ｄでメモリ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
されるのみで、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
Ｄ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f1〜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
Wc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
をイコレイザバー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Wc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Wb（＝Wb′・cosφ）
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Wcを下式にしたがって算出する（第７
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/Wc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/Wc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/Wcを求め、これをシュースリップ率算出部19
に入力する。

シュースリップ率算出部19には、上記比f/Wcの他に土
質選択スイッチ50の出力が入力されている。土質選択ス
イッチ50は、硬土、軟土、砂土など、現在の路面の土質
を選択指定するものである。

すなわち、シュースリップ率算出部19には第３図に示
すように、硬土用、軟土用、砂土用、…というように、
様々な土質に対応して異なる特性をもつ複数のf/Wc−Ｓ
対応テーブル40〜4n（上記比f/Wcとシュースリップ率Ｓ
との対応テーブル）が予め設定されており、シュースリ
ップ率算出部19はこれら複数の対応テーブル40〜4nを土
質選択スイッチ50の投入状態に応じて選択し、該選択さ
れた対応テーブルを用いて入力された比f/Wcに対応する
シュースリップ率Ｓを求め、これを出力する。なお、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/Wc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リップ率Scとの偏
差がとられる。ただし、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ができる。

前記偏差Ｓ−Sc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には作業モード選択スイッチ
70の出力が入力されている。

この場合、作業モード選択スイッチ70はレベルリング
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
ードを下降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上昇制御
は行なうが、軽負荷時にブレードを目標高さ以下に下げ
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降制御を
実行する通常モード 誤差増幅器21では、上記演算した偏差Ｓ−Scを作業モ
ード選択スイッチ70の選択状態に応じて補正する。

すなわち、誤差増幅器21は、ドージングモードが選択
されたときは、上記偏差Ｓ−Sc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Ｓ−Sc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
モードが選択されたときは、上記偏差Ｓ−Scを零レベル
でスライス正の偏差成分（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。

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13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20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21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と目標シュースリップ率Scとの比
S/Scを求め、この比S/Scから１を減算した値（S/Sc）−
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/Sc）−１が誤差増幅器21に入力される場合
においても、誤差増幅器21は、ドージングモードが選択
されたときは、上記演算値（S/Sc）−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
グモードが選択されたときは、上記演算値（S/Sc）−１
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、過負荷回避モードが選択されたときは、上記演算
値（S/Sc）−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４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のみを用いてシュースリ
ップ限界の負荷を知るようにしている。すなわち、履帯
接地荷重Wcが低下し、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10の掘削押土負荷が増大しブレード10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Wc
を用いてブレード10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に様々な土質に応
じた複数の履帯接地荷重の目標値Wc′を設定し、これら
の設定目標値Wc′を土質選択スイッチ50に応じて選択す
るようにして土質に応じた履帯接地荷重の目標値Wc′を
選択し、ブレード負荷率演算部32において前記設定した
履帯接地加重Wc′と検出した履帯接地加重Wcとの差（W
c′−Wc）または比（Wc′/Wc）を演算し、この演算結果
を減算器20に入力する。減算器20では、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21を介してブレード高さ修正指令Ｆとして第１図
の加算器14に出力する。この第４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の選択状態に応じ
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
ければブレードが上昇され、負荷率が小さければブレー
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/Sc）−１を
演算する演算器を用い、該値（S/Sc）−１を誤差増幅器
21に入力するようにしてもよい。

〔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
および牽引力に基ず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、この補正指令を土質および
作業モードに応じて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図はシュースリッ
プ率算出部の内部構成を示す図、第４図はこの発明の他
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、50…
…土質選択スイッチ、70……作業モード選択スイッチ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 土質を選択する土質選択スイッチと、 作業モードを、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のなかから選択する作業モード選
   択スイッチと、 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、 前記測定された履帯接地荷重に対する前記測定された牽
   引力の比を求める演算手段と、 履帯接地荷重に対する牽引力の比とシュースリップ率と
   の対応関係が複数の異なる土質に対応して複数設定さ
   れ、前記土質選択スイッチの選択状態に対応する前記対
   応関係を選択し、前記演算手段で求めた比に対応するシ
   ュースリップ率を前記選択した対応関係から算出するシ
   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、 この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、前記作業モード選択スイッチによってレベリング
   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補正を行い、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. 【請求項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. 【請求項３】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、 土質を選択する土質選択スイッチと、 作業モードを選択する作業モード選択スイッチと、 履帯接地荷重を測定する履帯接地荷重測定手段と、 複数の異なる土質に対応して履帯接地荷重の目標値が複
   数設定され、前記土質選択スイッチの選択状態に対応す
   る履帯接地荷重の目標値を選択出力する履帯接地荷重目
   標値設定手段と、 この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。
4. 【請求項４】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。
5. 【請求項５】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。
6. 【請求項６】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）記載の装器車両のブレード制御装置。
7. 【請求項７】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。