WO1992001869A1 - Method and unit for controlling vehicle for loading operation - Google Patents

Description

明 細 書 積み込み作業車両の制御装置及び制御方法 技 術 分 野

こ の発明は積み込み作業を主 とす る ホ イ ールロ ーダ等 の建設車両の制御装置， 及び制御方法に関す る も ので あ る 。 背 景 技 術

従来の積み込み作業を主とする ホ イ ールロ ーダにおい て， 可変容量油圧ポ ンプを用いた作業機制御 シス テム図 を第 7 図に示す。 図を参照 して エ ン ジ ン E はア ク セ ルべ ダル a p を操作する こ と に よ り リ ンケー ジ £ i を介 して ガバナ g V に よ り 制御される。 そ してエ ン ジ ン E の出力 は ト ルク コ ンバータ T と歯車装置 G .と に伝達され， 歯車 装置 Gへ伝達された出力は， 可変容量油圧ポ ンプ P V を 駆動する。 可変容量油圧ポ ンプ P V はサーボ シ リ ンダ S C を介して可変容量ポ ンプ制御バルブ p c に よ っ て圧油 量が制御される。 パケ ッ ト 操作バイ ロ ッ ト弁 A L を操作 する と， バケ ツ ト メ イ ン操作弁 A V が操作さ れて， バケ ッ ト シ リ ンダ A C を介 してバケ ツ ト Aが回動 して後方に チ ル ト ま た は前方にダ ンプされる。 ま た ブーム操作パ イ ロ ッ ト 弁 B L を操作す る と ， ブーム メ イ ン操作弁 B V が 操作されて， ブーム シ リ ン ダ B C を介 し てブーム B が回 動 して上方に リ フ ト ， ま た は下方に ダウ ン さ れる。 P P はノ、' イ ロ ッ ト ポ ンプである。

上記従来の作業機制御システムにおける可変容量油圧 ポ ンプの圧力一流量特性図を第 8 図に示す。 図に示すよ う に最大油圧 ト ルク T _X1 , ま た は T _X2に相当する ポ ンプ 吐出油圧 P に従っ てポ ンプ流量 Qを変化させ る こ と に よ つ て， 高圧時の油圧 ト ルク を必要かつ十分な量に制限す る も のである。 しかし上記第 7 図及び第 8 図に示 した よ う な油圧ポ ンプ P V と， 駆動系の動力伝達装置 （ ト ルク コ ンバータ T ) と がェ ン ジ ン E の出力を分配する車両に おいては， 第 9 図に示すよ う に油圧によ る消費出力の減 少分は駆動系によ って吸収される ため， 駆動力がその分 上昇 して作業機出力に対する駆動系出力の割合が大き く な り ， 土砂等のす く い込みを行な う 車両において は作業 性を損な う と い う 大き い問題点があ っ た。 すなわち第 8 図及び第 9 図を参照 して，

(1) 作業機ポ ンプの油圧 ト ルク 特性-を T _X1か ら T _X2 に低 減する と， ト ルク コ ンバータ の吸収 ト ルク ガ逆に T _tx , か ら T _{tx 2} に増加 し， 油圧出力と駆動出力の配分が逆転 して しま う 。

(2) 作業機油圧が高圧にな る と X , 点， X ₂ 点の油圧 ト ルク T _X1 , T _X2か ら Y点の油圧 ト ルク Τ γ へ油圧 ト ルク が減少する ため， ト ル ク コ ンバータ の吸収 ト ルク が T _tx T tx 2 か ら T _tyへ増加 し， 駆動力が過大にな る。

こ の発明は上述 したよ う な問題を解決する こ とをそ の 目的 とする も のである。 発 明 の 開 示

こ の発明は上記目的を達成す るた め に ， 作業機作動用 可変容量油圧ポ ン プ と車両駆動用 ト ル ク コ ン バータ を備 え た積み込み作業車両において， エ ン ジ ン出力特性を段 階的に選択可能な電子制御式ガバナを設け， 上記可変容 量ポ ン プ の最大容量及び出力 ト ル ク を段階的に設定する 電磁バイ ロ ッ ト 弁， ポ ン プ容量検出器， 油圧検出器を設 け る と共に， エ ン ジ ン の出力特性及び可変容量ポ ンプの 出力特性の選択ス ィ ッ チ （以下にお い て M モ ー ド操作ス イ ッ チ と記す ） を設け， さ らにエ ン ジ ン出力特性を コ ン ト ロ ールする電子ガノ ナ コ ン ト ロ ー ラ と， 可変容量ボ ン ブの最大容量及び出力 ト ル ク特性を選択設定する 可変ポ ン ブ コ ン ト ロ ーラ とを設けた も の で ， 前記 M モー ド操作 ス ィ ツ チ の選択によ っ て油圧出力及び駆動出力の大き さ と配分を制御 し， 作業性の改善を行う 。

ま た， 可変容量油圧ポ ン プの吐出圧力ま た は出力 ト ル ク に応じて上記電子制御式ガバナの最高画転設定 （以下 に お い て レ ギ ュ レ ー シ ョ ン特性 と記す） ， ま た は ェ ン ジ ン ト ノレ ク 設定を低下 さ せ る こ と に よ り ト ル ク コ ン ノ ー タ の吸収 ト ルク 変動幅をおさ えて， 土砂のす く い込み時の 駆動力の過大な増加を防止 した。

さ らに， 上記制御装置において可変容量ポ ンプの吐出 流量の力 ッ ト オ フ圧力の設定を段 ¾的に選択可能な選択 ス ィ ッ チ （以下において L モ ー ド操作ス ィ ッ チ と記す ） を設け， 該 L モー ド操作ス ィ ッ チ の選択段と ， 上記 M モ ー ド操作ス ィ ッ チ の選択段 とに よ っ て， 作業機力 と駆動 力 との動力配分の選択がマ ト リ ッ ク ス的に可能にな る よ う に した ものであ る。 図面の簡単な説明

第 1 図は こ の発明によ る積み込み作業車両の制御シ ス テム の一実施例の制御システム図， 第 2 図は可変容量ポ ン プ P V の圧力一流量特性曲線の説明図， 第 3 図 (a) , (b) , (c)はそれぞれ M , モー ド と L , モー ドの組合せ， Μ _ζ モ ー ド と L _z モ ー ド の組合せ， M ₃ モー ド と L ₃ モ ー ド の 組合せによ るパワ ー配分の説明図， 第 4 図（a) , (b)はそれ ぞれこ の発明によ る作業機制御方法のフ ローチ ヤ一 ト ， 第 5 図は油圧 ト ルク に応じてエ ン ジ ン ト ルク 設定を低下 させる制御方法の説明図， 第 6 図 (a) , (b)はそれぞれ作業 機油圧力 L と駆動力 Mの間の動力配分マ ト リ ッ ク スを說 明する た めの図面， 第 7 図， 第 8 図， 及び第 9 図はそれ ぞれ従来の も のの説明用図面である。 発明を実施する ための最良の形態

次に こ の発明によ る実施例について図面を用いて説明 する。

第 1 図はこ の発明に よ る積み込み作業車両の制御シ ス テ ム の一実施例であ っ て， 上記第 7 図について説明 した 従来の制御システム と 同様な作用をする装置には同一の 符号を付 してある。 そ してエ ン ジ ン E には出力特性を段 階的に選択可能な電子制御式ガバナ 10を装着 し， 電子ガ バナ コ ン ト ロ ーラ 1 1を設けて， 次の（1)〜（4)の入力信号に 応 じて電子制御式ガバナ 1 0を コ ン ト ロ ールする。

(1) 歯車装置 G に設けた回転セ ン サ 1 2に よ る エ ン ジ ン 回転数 N _E

(2) 可変ボ ンプコ ン ト ロ ーラ 4 1か らの可変容量ポ ン プ P V の制御情報 （を入力信号と し て受け取る と と もに， 電子ガバナ コ ン ト ロー ラ 1 1から可変容量ポ ンプコ ン ト 口 一ラ 4 1へ情報を送る ）

(3) 電子ペダル 1 4か らの踏角信号 A

(4) M モ ー ド操作ス ィ ツ チ 4 2か ら の M モ ー ド選択信号 可変ポ ン プ コ ン ト ロ ー ラ 4 1は電子ガバ ナ コ ン ト ロ ー ラ

1 1と の間で信号の受授をする と 同時に， 次の（5)〜（8)の入 力信号に応じて， 電磁バイ ロ ッ ト バルブ 46に伝達 して該 バル ブ 46を切換え る。

(5) M モ ー ド操作ス ィ ツ チ 4 2から の M モ ー ド選択信号 (6) L モ ー ド操作ス ィ ッ チ 4 3か ら の L モー ド選択信号

(7) 可変容量ポ ンプ P V の吐出油路に設けて吐出圧を 検出する 圧力検出器 44から の油圧信号

(8) 可変容量ボ ンブ P V の ポ ン プ容量を検出する ボ ン ブ容量検出器 45か らの圧油吐出量信号

次に作用について説明す る。

( A ) 第 2 図は可変容量ポ ン プ P V の圧力—流量特性曲 線の一実施例であ って， Mモー ド操作ス ィ ッ チ 4 2を操作 す る こ と に よ り ， M 1 モ ー ド ， M 2 モ ー ド ， M 3 モ ー ド の よ う な複数個の M モー ドを段階的に設定可能と し， そ れに合わせて電子制御式ガバナ 1 0に よ り エ ン ジ ン E の ト ル ク 特性を第 3 図（a) , (b) , (c)においてそれぞれ M 1 , Μ 2 , M 3 モ ー ド時エ ン ジ ン ト ル ク 曲線で示したよ う に設 定する と共に， ま た L モ ー ド操作ス ィ ッ チ 43を操作する こ と に よ り ， 作業機最高油圧力を L 1 モ ー ド ， L 2 モ 一 ド， L 3 モー ドのよ う な複数個の L モー ドに段階的に設 定可能とする。

それによ つ て， 例えば M 1 モー ド と L 1 モー ド， M 2 モ ー ド と L 2 モ ー ド， M 3 モ ー ド と L 3 モ ー ド を 各 々 組 合せた場合， 最大 ト ル ク点は B , , B 2 , B 3 , そ の油 圧 ト ルク はそれぞれ T _{B 1} , T B2 , T _B3 と な り ， その時の ト ル ク コ ンバー タ の吸収 ト ル ク 点がそれぞれ第 3 図（a) , (b) , (c)の B ， B ₂ ' , Β ₃ 'と な って， 油圧 ト ル ク の大小 関係 Τ _{Β 1} > Τ _Β2 > Τ _Β3 と， 駆動力 （ ト ル ク コ ンバー タ の 吸収 ト ル ク量） の大小関係 （ Β , '点の ト ル ク ） > ( Β ₂ ' 点の ト ルク ） > ( Β ₃ '点の ト ルク ） とを合わせる こ とが 可能となる。

( Β ) 可変容量ポ ン プ Ρ V の吐出圧力が高圧時 （ こ の実 施例で は P A 以上） で， 第 2 図に示 したよ う に油圧 ト ル ク が油圧に比例しな く なる と， ト ルク コ ンバ一タ の吸収 ト ル ク変動を少な く する ため， 第 3 図 (a) , (b) , (c) に示す よ う に電子制御式ガバ ナ 1 0に よ り エ ン ジ ン E の最高回転 数 （ オ ー ルス ピー ドガ ノ ナ の レ ギ ュ レ ー シ ョ ン ） を N _{C 1} ,

N C2 , N _C3か らそれぞれ N _{C 1} ' , N C2 ' , N C3 ' に変更 する。 た とえ ば第 2 図， 第 3 図（a) , (b) , (c)の実施例で は 油圧 P A の油圧 ト ル ク T _A1 , T _AZ , T _A3前後でエ ン ジ ン の最高画転を切替えてお り ， 油圧 ト ルク T _A1 ， Τ _Α2 , T _A3 の時が ト ル ク コ ン バー タ の吸収 ト ル ク がそれぞれ Α , ' , Α ₂', Α ₃'にな る。 ま た， 第 2 図の同一油圧 ト ル ク 点 A ₄ , A 5 , Α ₆ と Β ₄ , Β 5 , Β ₆ と で は， そ れ ぞれ第 3 図（a) , (b) , (c)における A 4 ' , A ₅' , A ₆ 'と Β 4 ' , Β ₅' , Β ₆ 'と に ト ルク コ ンバー タ の吸収 ト ルク量を変化 させてい る。 こ のよ う にする こ とで可変容量油圧ポ ンプ Ρ V の吐出圧が高圧時に， 油圧 ト ルク が変動 して も， 第 3 図（a) , (b) , (c)に おけ る Β ₄ ' , Β 5 ' , Β ₆ 'の よ う に ト ル ク コ ンバータ の吸収 ト ルク の変動幅をおさ え る こ とがで き ， 土砂のす く い込み時の駆動力の過大な増加を防 ぐ こ とができ る も のである。

次に こ の制御方法の実施例を第 4 図 (a)及び（b)に示すフ ロ ーチ ャ ー ト で説明す る。

第 4 図 (a)は作業機油圧が P _Al (ま たは P _A2 , P _A3 ) 以 上で のポ ンプ容量カ ツ ト オ フ時， 油圧 ト ルク が T _A, ( ま た は T _A2 , T _A3 ) 以下 とな る と エ ン ジ ン最高回転セ ッ ト を滅少させる と き の電子制御式ガバナ 10の制御フ ロ ーを 示 し ， 第 4 図（b)は作業機油圧が P _B1 (ま たは P _B2 , P B3 ) 以上でのポ ンプ容量カ ツ ト オ フ時， 油圧 ト ルク が T _B1 ( ま たは T _B2 , T _B3 ) 以下 と な る と ， 作業機油圧に従つ て 目標エ ン ジ ン回転数を制御する と き の電子制御式ガバ ナ 10の制御フ ロ ーであ る 。

ま た， 以上の作用 は可変容量ポ ン プ P V の油圧 ト ル ク の大き さ に応 じて， エ ン ジ ン ト ル 々 を低下さ せて も同様 の効果が得 られる も のであ る。

こ れを第 5 図を用いて説明する。 上記第 2 図に示 した ポ ン プ吐出圧力 P _A 以上で ， ポ ンプ油圧 ト ル ク が T _A1 よ り 低下した場合， 例えば第 2 図の B ₄ 点の油圧 ト ルク

T B 4 ( = T A4 ) で は k ( T A l - T ) 分だけエ ン ジ ン ト ルク を低減させる と， A 点を B 点へ移動させ る こ と がで き る も のであ る。

( C ) こ の よ う に作業機油圧の高圧時の ト ル ク コ ンバ一 タ の吸収 ト ルク量の変動を少な く し， エ ン ジ ン出力選択 段での油圧 ト ルク と駆動 ト ルク の大小関係を合わせる よ う に した こ と， 及び可変容量ポ ンプ P V の吐出流量の 力 ッ ト オ フ圧力を段階的に選択可能と した こ と によ り ， 第 6 図（a)に示すよ う に作業機圧力の選択段によ って決ま る 作業機油圧力 L I , L 2 , L 3 と， エ ン ジ ン出力選択段 によ ってノ ラ ンスする駆動力 M l , M 2 , M 3 と の動力 配分の選択がマ ト リ ッ ク ス的に可能になる。 なお， 第 6 図（b)は作業機装置における作業機油圧力 L と駆動力 M の 作用を説明す る図面である。 産業上の利用可能性

こ の発明は以上詳述 したよ う に して成る ので， 可変容 量油圧ポ ンプの高圧時に油圧 ト ルク が変動して も ト ルク コ ン バー タ の吸収 ト ルク 変動幅をおさえ る こ とがで き ， 土砂のす く い込み時の駆動力の過大な増加を防止でき て， す く い込み作業が容易に， かつ効率良 く 実施でき る。

ま た作業機力と駆動力の動力配分の選択がマ ト リ ッ ク ス的に可能となる ので， 多様な作業形態に容易に 応で き る と い う す ぐれた効果を奏する も のであ る。

Claims

請 求 の 範 囲

(1) 作業機作動用可変容量油圧ポ ン プ と車両躯動用 ト ル ク コ ンバータ を備えた積み込み作業車両において， 出力 特性を段階的に選択可能な電子制御式ガバナ を備えた ェ ン ジ ン と ； 作業機作動用の可変容量油圧ポ ンプの最大容 量及び出力 ト ルク を段階的に設定す る手段と ； ポ ンプ容 量及び油圧を検出する手段 とを設け る と共に， エ ン ジ ン の出力特性選択ス ィ ツ チ と ； 該選択ス ィ ツ チ に よ っ て選 択さ れた出力特性に制御するガバナ コ ン ト ロ ーラ と ； 該 選択ス ィ ツ チ によ って選択されたエ ン ジ ン出力特性に合 わせ， 可変容量油圧ポ ンプの最大容量及び出力 ト ルク 特 性を選択設定する ボ ンプコ ン ト ロー ラ を設けた こ とを特 徴とする積み込み車両の制御装置。

( 2 ) 上記請求の範囲第 1 項記載の制御装置にお いて， 可変容量油圧ポ ンプの吐出圧力ま た は出力 ト ルク に応 じ て， 上記電子制御式ガバナ の最高回転設定 （ レギ ユ レ一 シ ヨ ン特性） ， ま たはエ ン ジ ン ト ルク 設定を低下させ る こ と を特徴と する ， 積み込み車両のエ ン ジ ン及び可変容 量油圧ボ ンブの制御方法。

( 3 ) 上記請求の範囲第 1 項記載の制御装置において ， 可変容量油圧ポ ン プの吐出流量の力 ッ ト オ フ圧力の設定 を段階的に選択す る こ とができ る よ う な選択ス ィ ツ チを 設け， 該カ ッ ト オ フ圧力選択ス ィ ッ チ の選択段と上記最 大容量及び出力 ト ルク の選択ス ィ ッ チの選択段と によ つ て ， 可変容量油圧ポ ン プの吐出流量 一吐出圧力特性を決 定する よ う に制御 した こ と を特徴と する ， 可変容量油圧 ポ ン プの制御方法。