JP3133523B2 - ４輪走行装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設機械用大型ダンプ
トラック等の走行車両の４輪走行装置の制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】走行車両の４輪走行装置としては、例え
ば特開昭６３−２５８２２３号公報に示すように、エン
ジンの出力動力を変速機を介して後輪に機械式に伝動
し、そのエンジンで可変油圧ポンプを駆動し、その可変
油圧ポンプの吐出圧油で駆動される可変油圧モータによ
って前輪を駆動するようにした機械駆動式と油圧駆動式
を組み合せた４輪駆動の走行装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる４輪走行装置は
可変油圧ポンプと可変油圧モータの容量を制御して前輪
と後輪の回転速度が同期するようにして４輪走行するも
のであり、その可変油圧ポンプと可変油圧モータの容量
は後輪回転速度によって制御されることになる。

【０００４】前述の４輪走行装置においてはエンジンと
後輪を機械的に連結する機械伝達装置に異常、故障が発
生した時、例えばトルクコンバータ、変速機の故障、動
力伝達軸の脱落や破損、差動機の故障等が発生した時に
はエンジンによって後輪を駆動できない。

【０００５】この場合には可変油圧ポンプと可変油圧モ
ータの容量を制御することができないので前輪を油圧駆
動できずに走行車両が走行できなくなってしまう。

【０００６】そこで、本発明は前述の課題を解決できる
ようにした４輪走行装置の制御装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】エンジン７の出力側を変
速機９等を備えた機械伝達装置を介して後輪３に連結
し、前輪２を駆動する可変油圧モータ１３とエンジン７
で駆動される可変油圧ポンプ１５を設け、この可変油圧
ポンプ１５と可変油圧モータ１３を回路接続した４輪走
行装置において、前記可変油圧ポンプ１５の容量を制御
する手段と、前記可変油圧モータ１３の容量を制御する
手段と、通常時走行モードと異常時走行モードを有する
主コントローラ２３と、モード切換スイッチ３２を備
え、前記通常時走行モードの時には主コントローラ２３
が後輪回転速度に応じて可変油圧ポンプ１５と可変油圧
モータ１３の容量を制御し、前記異常時走行モードの時
に変速機中立信号が入力されると主コントローラ２３が
可変油圧ポンプ１５と可変油圧モータ１３の容量を最大
とする構成とした４輪走行装置の制御装置。

【０００８】

【作 用】モード切換スイッチ３２によって異常時走
行モードとし、変速機９を中立位置とすると可変油圧ポ
ンプ１５と可変油圧モータ１３の容量が最大となって可
変油圧モータ１３が最大トルクを出力するから、前輪２
を最大駆動力で駆動でき、エンジン７と後輪３を連結す
る機械伝達装置が異常で後輪３を駆動できない時に可変
油圧モータ１３と可変油圧ポンプ１５を利用して最大け
ん引力で走行できる。

【０００９】

【実 施 例】図１に示すように、車体１の前後部に左
右一対の前輪２と左右一対の後輪３が取付けてあると共
に、その車体１の前部には運転室４が設けられ、車体１
の後部にはボデイ５がホイストシリンダ６で起伏自在に
取付けられて建設機械用大型ダンプトラックを構成して
いる。前記車体１の前部に取付けたエンジン７の出力側
はトルクコンバータ８、変速機９、動力伝達軸１０、差
動機１１等の機械伝達装置を介して左右一対の後輪３に
連結され、後輪３はエンジン７によって機械的に駆動さ
れる。

【００１０】図２に示すように、前輪２は車体に対して
揺動自在に支承されたアーム１２に回転自在に支承さ
れ、そのアーム１２に正転・逆転可能な可変油圧モータ
１３が取付けてあり、その可変油圧モータ１３の出力側
はクラッチ１４を介して前輪２に連結され、前記エンジ
ン７で駆動される可変油圧ポンプ１５の吐出圧油が第１
・第２主回路１６，１７で可変油圧モータ１３に供給さ
れる。この可変油圧ポンプ１５は吐出方向を逆とするこ
とが可能となっている。

【００１１】図２に示すように、エンジン７の回転数は
エンジン回転センサ１８で検出され、変速機９の入力軸
回転数は入力軸回転センサ１９で検出され、変速機９の
速度段は速度段検出センサ２０で検出され、前記第１・
第２主回路１６，１７の油圧力は第１・第２圧力センサ
２１，２２で検出され、それらの検出値は主コントロー
ラ２３に入力され、この主コントローラ２３にはアクセ
ルセンサ２４よりエンジン回転数制御信号、ブレーキセ
ンサ２５よりブレーキ信号、リターダセンサ２６よりリ
ターダブレーキ信号、切換スイッチ２７より４輪駆動信
号、２輪駆動信号、操舵角センサ２８より操舵角度信
号、前輪回転センサ２９より前輪回転数信号がそれぞれ
入力される。

【００１２】前記クラッチ１４は油圧作動式となり、そ
の受圧室１４ａに圧油を供給すると接、タンクに排出す
ると切となるようにしてあって、その受圧室１４ａには
クラッチ切換バルブ３０によりトルクコンバータチャー
ジポンプ等の補助油圧ポンプ３１の吐出圧油が供給さ
れ、そのクラッチ切換バルブ３０はソレノイド３０ａに
通電することでドレーン位置ａから供給位置ｂに切換え
られる。

【００１３】前記可変油圧モータ１３と可変油圧ポンプ
１５は図３に示すように容量制御部材４０を備え、この
容量制御部材４０はシリンダ４１により正逆方向に作動
されて容量を正逆方向に制御できるようになり、そのシ
リンダ４１にはコントロール用油圧ポンプ４２の吐出圧
油が電磁比例弁４３によってそれぞれ供給され、各電磁
比例弁４３の第１・第２ソレノイド４３ａ，４３ｂに主
コントローラ２３より電気信号を出力する。

【００１４】例えば、第１ソレノイド４３ａに通電する
と容量制御部材４０は正方向に作動して可変油圧ポンプ
１５は第１主回路１６に圧油を吐出し、可変油圧モータ
１３は正転すると共に、第２ソレノイド４３ｂに通電す
ると容量制御部材４０は逆方向に作動して可変油圧ポン
プ１５は第２主回路１６に圧油を吐出し、可変油圧モー
タ１３は逆転し、容量は第１・第２ソレノイド４３ａ，
４３ｂへの通電量に比例する。

【００１５】前記主コントローラ２３は通常時走行モー
ド２３ａと異常時走行モード２３ｂを備えており、モー
ド切換スイッチ３２より通常時走行モード信号を入力す
ると通常時走行モードとなり、異常時走行モード信号を
入力すると異常時走行モードとなる。

【００１６】次に異常時走行モードの走行制御動作を説
明する。モード切換スイッチ３２によって異常時走行モ
ード２３ｂを選択した後に変速機９を中立位置に操作す
ると速度段検出センサ２０より主コントローラ２３に変
速機中立信号が入力される。この変速機中立信号は変速
操作レバーより主コントローラ２３に入力しても良い。
これによって主コントローラ２３は可変油圧ポンプ１５
の電磁比例弁４３の第１ソレノイド４３ａに最大量通電
して容量を最大とし、可変容量モータ１３の電磁比例弁
４３の第１ソレノイド４３ａに最大量通電して容量を最
大とすると共に、クラッチ切換弁３０のソレノイド３０
ａに通電して供給位置ａとしてクラッチ１４を接とす
る。

【００１７】これによって、可変油圧ポンプ１５の１回
転当り吐出量が最大となって単位時間当り吐出量が最大
となるし、可変油圧モータ１３を１回転する流量が最大
となって出力トルクが最大となるから、前輪駆動力が最
大となって前輪２のみによって走行できるし、その時の
けん引力は最大となる。この動作をフローチャートで示
す図４に示すようになる。

【００１８】このようであるから、トルクコンバータ
８、変速機９の故障、動力伝達軸１０の脱落や破損、差
動機１１の故障等の機械伝達装置の異常時に可変油圧ポ
ンプ１５と可変油圧モータ１３を利用して最大けん引力
で走行できる。

【００１９】次にモード切換スイッチ３２を通常時走行
モード位置として通常時走行モード２３ａを選択した時
の走行制御動作の一例を説明するが、この走行制御動作
に限るものではない。

【００２０】切換スイッチ２７をＯＦＦして２輪駆動信
号を主コントローラ２３に入力した時。（図５のステッ
プ１００） クラッチ切換バルブ３０をドレーン位置ａとしてクラッ
チ１４を切として前輪２が可変油圧モータ１３に対して
自由回転するようにし、これと同時に可変油圧ポンプ１
５の電磁比例弁４３を中立位置として容量をゼロとす
る。これによって、エンジン７の出力が変速機９より後
輪３に伝達されて機械式駆動となる。

【００２１】切換スイッチ２７をＯＮして４輪駆動信号
を主コントローラ２３に入力した時。（図５のステップ
１００） 図５のステップ１０１に進み油圧駆動システムの異常を
判断し、異常有の時には異常を知らせる処置をし、可変
油圧ポンプの容量をゼロとすると共に、クラッチ１４を
切とし、異常なしの時にはステップ１０２に進み後輪ス
リップの判定を行なう。

【００２２】ステップ１０２によって後輪３がスリップ
しているかを判定し、スリップしていない時には前輪２
の駆動力を小さくし、スリップしている時には前輪２の
駆動力を大とする。つまり、後輪３がスリップしていな
い時には後輪駆動力で十分走行できるから前輪２の駆動
力を小さくして可変油圧ポンプ１５の消費馬力を小さく
してエンジンのパワーロスを低減し、後輪３がスリップ
している時には後輪駆動力では走行できないから前輪２
の駆動力を大きくして４輪駆動する。

【００２３】次に前記後輪３のスリップ判定について説
明する。主コントローラ２３は前輪回転センサ２９より
の前輪回転数信号で前輪回転速度を算出し、変速機９の
入力軸回転センサ１９の入力軸回転数信号と速度段検出
センサ２０の速度段信号により後輪回転速度を算出し、
前輪回転速度を後輪回転速度で除算した値が１以上のあ
る範囲（例えば１．１）で、かつ所定時間（例えば０．
１秒）連続した時に後輪スリップと判断し、前輪回転速
度を後輪回転速度で除算した値が１以下の時には後輪ス
リップでないと判断する。

【００２４】以上の説明は直進走行の場合であり、旋回
走行の場合には前輪２が後輪３よりも速く回転し、その
回転数比は操舵角度によって変化するので、次のように
して後輪スリップを判定する。つまり、左前輪２の回転
速度Ｆ_L と右前輪２の回転速度Ｆ_R の和の半分を前輪回
転速度とし、主コントローラ２３には旋回半径（操舵角
度）による前後輪の回転速度比をあらかじめ記憶させ、
操舵角度センサ２８よりの操舵角度信号によってその時
の旋回半径を算出してその旋回半径に見合う回転速度比
を補正係数αとして読み出し、その補正係数αを前輪回
転速度に乗算して比較用の前輪回転速度とし、その比較
用の前輪回転速度と後輪回転速度によって前述と同様に
後輪スリップを判定する。

【００２５】次に前記前輪の駆動力の大小について説明
する。前輪２の駆動力を小とするには可変油圧ポンプ１
５の吐出圧力、つまり第１又は第２主回路１６，１７の
圧力を低圧に設定する。これによって可変油圧モータ１
３に供給される油の圧力が低圧となるので可変油圧モー
タ１３の駆動トルクが小さくなって前輪の駆動力が小さ
くなる。

【００２６】前輪２の駆動力を大とするには可変油圧ポ
ンプ１５の吐出圧力、つまり第１又は第２主回路１６，
１７の圧力を高圧に設定する。これによって可変油圧モ
ータ１３に供給される油の圧力が高圧となるので可変油
圧モータ１３の駆動トルクが大きくなって前輪の駆動力
が大となる。

【００２７】具体的には主コントローラ２３に低圧と高
圧が記憶されており、前記後輪スリップしていない時に
は低圧を設定圧とし、後輪スリップしている時には高圧
を設定圧とする。

【００２８】前述のように前輪駆動力を設定したら、そ
の前輪駆動力、つまりセット圧力に応じた可変油圧ポン
プ１５の目標容量を決定し、主コントローラ２３から電
磁比例弁４３の第１ソレノイド４３ａに通電して可変油
圧ポンプを目標容量にセットする。具体的には、主コン
トローラ２３には低圧、高圧の設定圧に見合う可変油圧
ポンプ１５の容量が記憶され、前述のように設定した低
圧、高圧によって可変油圧ポンプの容量となるように主
コントローラ２３から電磁比例弁４３の第１ソレノイド
４３ａに電流を出力して設定容量とする。

【００２９】次にステップ１０３に進み可変油圧ポンプ
１５の圧力が前記設定圧力かを判断し、設定圧力の場合
には可変油圧モータ１３の容量を車速に応じて制御し、
設定圧力でない場合には可変油圧ポンプ１５の容量を制
御して設定圧力に補正する。具体的には、主コントロー
ラ２３は第１圧力センサ２１によって第１主回路１６の
圧力を検出し、その圧力が設定圧より低い時には電磁比
例弁４３の第１ソレノイド４３ａへの通電量を多くして
可変油圧ポンプ１５の容量を増大し、高い時には電磁比
例弁４３の第１ソレノイド４３ａへの通電量を少なくし
て可変油圧ポンプ１５の容量を減少する。

【００３０】前述の可変油圧モータ１３の容量を車速
（変速機速度段）によって制御することで可変油圧ポン
プ１５の容量が一定でも前輪２の回転速度を車速に応じ
た値にできる。例えば、変速機９が１速段の時には電磁
比例弁４３の第１ソレノイド４３ａへの通電量を大とし
て可変油圧モータ１３の容量を大として可変油圧モータ
１３を低速回転とし、２速段の時には電磁比例弁４３の
第１ソレノイド４３ａへの通電量を中として容量を中と
して中速回転とし、３速段の時には電磁比例弁４３の第
１ソレノイド４３ａへの通電量を小として容量を小とし
て高速回転とする。つまり、可変油圧モータ１３の容量
とは１回転する時の流量であって、容量を大とすれば１
回転する時の流量が多くなるので、容量を変更すること
で可変油圧ポンプ１５の吐出流量が一定でも回転速度が
変化して前輪回転速度が車速（後輪回転速度）に見合う
値となる。

【００３１】前述のように可変油圧モータの容量を車速
に応じて制御したらクラッチ１４０を接として４輪駆動
とする。このクラッチ１４を接とする条件としては、同
一速度段が１．３秒以上連続していること、エンジン回
転数が規定値（１０７０ｒｐｍ）以上のこと、トルクコ
ンバータ８の直結クラッチＯＮ信号から１．２秒経過す
るか、トルクコンバータモード維持していること、速度
段が低速度段・後進のどれかであり、これらが満足した
ら主コントローラ２３はクラッチ切換弁３０のソレノイ
ド３０ａに電流を流して供給位置ａとしてクラッチ１４
の受圧室１４ａに圧油を供給してクラッチ１４を接と
し、１つの条件が満足しない時にはクラッチ１４を切と
する。このクラッチ１４を接とする動作は実際には前述
の図４に示すフローチャートとは別となっており、説明
の都合上図４に記載した。

【００３２】次に可変油圧ポンプ１５の目標容量の設定
について説明する。前述のように可変油圧モータ１３の
容量を速度段に応じて設定し、可変油圧ポンプ１５の容
量を一定として可変油圧モータ１３を回転することで前
輪２の回転速度を後輪３の回転速度よりも若干速くして
４輪駆動するので、可変油圧ポンプ１５の目標容量はビ
ット圧のみでなくトルクコンバータ８の減速比を考慮し
て決定する。すなわち、可変油圧モータ１５はエンジン
７で駆動されるし、後輪３にはトルクコンバータ８を介
してエンジン出力が伝達されるから、トルクコンバータ
８の減速比が異なるとエンジン回転一定でも後輪３の回
転速度が変化して前述のように前輪２と後輪３を同期し
て回転できなくなる。

【００３３】このために、主コントローラ２３に入力さ
れたエンジン回転数信号と変速機入力軸回転数によって
トルクコンバータの減速比を次式によって算出する。減
速比＝エンジン回転数／変速機入力軸回転数この算出し
た減速機によって可変油圧ポンプ１５の目標容量を補正
して実際の可変油圧ポンプ１５の容量をトルクコンバー
タの減速比に応じた値とする。これによって、前輪２と
後輪３を前述のようにして同期して回転できる。

【００３４】また、旋回走行時には前輪２を直進走行時
よりも高速回転させることがスムーズな旋回を行なう上
で重要となるので、前記可変油圧ポンプ１５の目標容量
を操舵角度によって補正する。具体的には主コントロー
ラ２３に入力された操舵角度信号によって操舵角（旋回
半径）を知り、その操舵角の大きさに比例して可変油圧
ポンプ１５の目標容量を増大し、操舵角に比例して可変
油圧モータ１３を直進時よりも高速回転させて前輪２を
速く回転させる。この可変油圧ポンプ１５の目標容量を
増大する量は前輪２と後輪３間の軸間距離等によって決
定する。

【００３５】次に後輪スリップ判定後の前輪駆動力の設
定について説明する。前述のように前輪駆動力は大と小
に設定するが、オフロードダンプトラックは稼動条件が
大きく変化するので効率良く４輪駆動するために次のよ
うに稼動条件によって多段階に設定するようにした。

【００３６】（１）後輪３がスリップしていない時。
（前輪駆動力小の時） ボデイ５に土砂を積載していない時（以下空車時とい
う）には設定圧を３０〜１５０ｋｇ／ｃｍ² とする。ボ
デイ５に土砂を積した時（以下積車時という）には設定
圧を５０〜２００ｋｇ／ｃｍ² とする。空車発坂時は設
定圧を１００〜２５０ｋｇ／ｃｍ² とする。積車発坂時
は設定圧を１２５〜３８０ｋｇ／ｃｍ² とする。

【００３７】（２）後輪３がスリップしている時。（前
輪駆動力大の時） 空車時は設定圧を８０〜３００ｋｇ／ｃｍ² とする。積
車時は設定圧を１００〜３５０ｋｇ／ｃｍ² とする。空
車発坂時は設定圧を２００〜３８０ｋｇ／ｃｍ² とす
る。積車発坂時は設定圧を３００〜３８０ｋｇ／ｃｍ²
とする。以上の各設定圧は第１主回路１６、つまり高圧
側の圧力であり、低圧側となる第２主回路１７の圧力は
２５ｋｇ／ｃｍ² とする。

【００３８】次に可変油圧ポンプ１５と可変油圧モータ
１３をブレーキとして利用する場合を説明する。大型ダ
ンプトラックは車体重量が大重量であるからブレーキと
リターダブレーキによる制動では不十分な場合があるの
で、４輪駆動として設けた可変油圧ポンプ１５と可変油
圧モータ１３をブレーキとして利用するようにした。

【００３９】以下その詳細を説明する。主コントローラ
２３にブレーキ信号又はリターダブレーキ信号が入力さ
れた時には主コントローラ２３は電磁比例弁４３の第１
ソレノイド４３ａへの通電量を小として可変油圧ポンプ
１５の容量を目標容量よりも著しく小さくする。これに
よって可変油圧モータ１３への供給流量が前輪２を回転
する流量よりも不足し、前輪２は後輪３によって回転さ
れることになって可変油圧モータ１３は前輪２で駆動さ
れてポンプ作用をする。可変油圧モータ１３がポンプ作
用すると車両前進後には第２主回路１７の圧力が高圧で
第１主回路１６の圧力が低圧となり、その第２主回路１
７の高圧油で可変油圧ポンプ１５を駆動することになっ
て可変油圧ポンプ１５の回転抵抗が著しく大となってエ
ンジン７の回転負荷が大となるから、前輪２に制動力が
発生するので車両全体の制動力が大きくなる。

【００４０】前述の前輪２に作用する制動力は第２主回
路１７内の圧力によって決定されるので、主コントロー
ラ２３には制動力設定用の圧力を設定し、第２圧力セン
サー２２よりの圧力がその設定圧力以上となったら可変
油圧ポンプ１５の電磁比例弁４３の第１ソレノイド４３
ａへの通電量を大として可変油圧ポンプ１５の容量を大
として第２主回路１７内の圧力を低下して設定圧力す
る。このようにすることで、前輪２の制動力を設定制動
力に維持できるし、各部が破損することを防止できる。

【００４１】前述の前輪２の制動力は稼動条件によって
設定するようにしてあり、以下その制動力設定用圧力の
設定について説明する。 （１）後輪３がスリップしていない時。空車時は３０〜
１５０ｋｇ／ｃｍ² とする。積車時は３０〜１６０ｋｇ
／ｃｍ² とする。空車降坂時は１００〜２００ｋｇ／ｃ
ｍ² とする。積車降坂時は１２５〜２００ｋｇ／ｃｍ²
とする。 （２）後輪３がスリップしている時。空車時は５０〜２
００ｋｇ／ｃｍ² とする。積車時は５０〜１２５ｋｇ／
ｃｍ² とする。空車降坂時は１５０〜２００ｋｇ／ｃｍ
² とする。積車降坂時は１５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ² と
する。なお、第１主回路１６の圧力は２５ｋｇ／ｃｍ²
とする。

【００４２】

【発明の効果】モード切換スイッチ３２によって異常時
走行モードとし、変速機９を中立位置とすると可変油圧
ポンプ１５と可変油圧モータ１３の容量が最大となって
可変油圧モータ１３が最大トルクを出力するから、前輪
２を最大駆動力で駆動できる。したがって、エンジン７
と後輪３を連結する機械伝達装置が異常で後輪３を駆動
できない時に可変油圧モータ１３と可変油圧ポンプ１５
を利用して最大けん引力で走行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】大型ダンプトラックの側面図である。

【図２】４輪走行装置の概略平面図である。

【図３】可変油圧ポンプ・モータの油圧回路図である。

【図４】異常時走行動作のフローチャートである。

【図５】通常時走行動作のフローチャートである。

【符号の説明】

１…車体、２…前輪、３…後輪、９…変速機、１３…可
変油圧モータ、１５…可変油圧ポンプ、２３…主コント
ローラ、３２…モード切換スイッチ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−258223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−157934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−140228（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−70049（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−137129（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭47−10647（ＪＰ，Ｂ１) 特表 平６−503280（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 17/28 - 17/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン（７）の出力側を変速機（９）
   等を備えた機械伝達装置を介して後輪（３）に連結し、
   前輪（２）を駆動する可変油圧モータ（１３）とエンジ
   ン（７）で駆動される可変油圧ポンプ（１５）を設け、
   この可変油圧ポンプ１５と可変油圧モータ（１３）を回
   路接続した４輪走行装置において、 前記可変油圧ポンプ（１５）の容量を制御する手段と、
   前記可変油圧モータ（１３）の容量を制御する手段と、
   通常時走行モードと異常時走行モードを有する主コント
   ローラ（２３）と、モード切換スイッチ（３２）を備
   え、 前記通常時走行モードの時には主コントローラ（２３）
   が後輪回転速度に応じて可変油圧ポンプ（１５）と可変
   油圧モータ（１３）の容量を制御し、 前記異常時走行モードの時に変速機中立信号が入力され
   ると主コントローラ（２３）が可変油圧ポンプ（１５）
   と可変油圧モータ（１３）の容量を最大とする構成とし
   た４輪走行装置の制御装置。