JP5800846B2 - ホイール式作業車両の走行制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ホイール式油圧ショベルなどのホイール式作業車両の走行制御装置に関する。
ホイール式作業車両としてはホイール式油圧ショベルがある。ホイール式油圧ショベルは、4輪のホイール式走行体と、走行体上に旋回可能に設けられた旋回体と、旋回体の前部の略中央に設けられ、ブーム、アームおよびバケットを有するフロント作業装置とを備えている。
ホイール式油圧ショベルには、走行体を駆動するための走行モータと、フロント作業装置を駆動するための油圧アクチュエータとが設けられている。油圧ポンプから走行モータに供給される圧油の流れは走行用方向制御弁によって制御され、油圧ポンプからフロント作業装置用の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れは、作業用方向制御弁によって制御される。
従来、走行用方向制御弁と作業用方向制御弁とがセンタバイパスライン上に設けられて油圧ポンプに対しパラレル接続されたホイール式作業車両が知られている(特許文献1)。
特開2002−130003号公報
ホイール式油圧ショベルにおいては、走行モータの駆動圧(以下「走行駆動圧」という)は、作業のための動作の駆動源である油圧アクチュエータ、特にブームシリンダの駆動圧よりも低い。このため、特許文献1に記載の技術のように、走行用方向制御弁と、作業用方向制御弁とがセンタバイパスライン上に設けられて油圧ポンプに対しパラレル接続されたものにおいては、走行駆動圧が比較的低い微速または低速走行中にブーム上げが行われた場合に、油圧ポンプの吐出圧が高圧側のブームシリンダよりも低圧側の走行モータに作用する。この結果、走行モータに流入する圧油が急増し、すなわち走行速度が急上昇し、ホイール式油圧ショベルが飛び出すように走行する現象(以下「飛び出し現象」という)が起こる。この飛び出し現象は、微速あるいは低速走行中のオペレータにとって不快な現象である。
請求項1に記載のホイール式作業車両の走行制御装置は、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される走行モータと、油圧ポンプからの圧油により駆動され、フロント作業装置を駆動する作業装置用アクチュエータと、油圧ポンプのセンタバイパスラインに設けられ、油圧ポンプから走行モータに供給される圧油の流れを制御する走行用方向制御弁、および、油圧ポンプから作業装置用アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する作業装置用方向制御弁と、走行用方向制御弁の上流側に設けられ、油圧ポンプから走行モータに供給される圧油の流量を制御する流量制御弁と、走行モータを操作する走行操作部材と、作業装置用アクチュエータを操作する作業操作部材と、走行操作部材の操作量を検出する走行操作量検出手段と、作業操作部材の操作量を検出する作業操作量検出手段と、油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、走行操作量検出手段で検出された走行操作量と、作業操作量検出手段で検出された作業操作量と、吐出圧検出手段により検出された油圧ポンプの吐出圧とに応じて、流量制御弁を制御する弁制御手段とを備え、弁制御手段は、走行操作部材が操作され、かつ、作業操作部材が操作されていない走行単独操作状態から、走行操作部材が操作され、かつ、作業操作部材が操作された複合操作状態となったとき、ホイール式作業車両の飛び出し現象を抑制するように走行モータに供給される圧油の流量を制御することを特徴とする。
請求項2に記載のホイール式作業車両の走行制御装置は、請求項1に記載のホイール式作業車両の走行制御装置において、走行モータに供給される圧油の圧力を検出するモータ圧検出手段をさらに備え、弁制御手段は、モータ圧検出手段により検出される圧力を加味して、流量制御弁を制御することを特徴とする。
請求項3に記載のホイール式作業車両の走行制御装置は、請求項1または2に記載のホイール式作業車両の走行制御装置において、弁制御手段は、走行単独操作状態から複合操作状態になったとき、流量制御弁の開口面積が走行単独操作状態のときよりも小さくなるように、流量制御弁を制御することで、ホイール式作業車両の飛び出し現象を抑制することを特徴とする。
請求項4に記載のホイール式作業車両の走行制御装置は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のホイール式作業車両の走行制御装置において、走行操作量検出手段により所定値以上の走行操作量が検出され、かつ、作業操作量検出手段により所定値以上の作業操作量が検出されると、流量制限条件が成立したと判定する条件判定手段と、条件判定手段により、流量制限条件が成立したと判定されたときには、弁制御手段により流量制御弁を制御することを有効とし、条件判定手段により、流量制限条件が成立していないと判定されたときには、弁制御手段により流量制御弁を制御することを無効とする有効/無効化手段とを備えていることを特徴とする。
請求項5に記載のホイール式作業車両の走行制御装置は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のホイール式作業車両の走行制御装置において、走行モータの回転を減速して車輪に伝達する、減速比を変更可能な減速機構と、減速機構の減速比を検出する減速比検出手段とを備え、走行操作量検出手段により所定値以上の走行操作量が検出され、かつ、作業操作量検出手段により所定値以上の作業操作量が検出され、かつ、減速比検出手段により所定値以上の減速比が検出されると、流量制限条件が成立したと判定する条件判定手段と、条件判定手段により、流量制限条件が成立したと判定されたときには、弁制御手段により流量制御弁を制御することを有効とし、条件判定手段により、流量制限条件が成立していないと判定されたときには、弁制御手段により流量制御弁を制御することを無効とする有効/無効化手段とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、走行中の作業車両が走行以外の動作を行うことに伴う走行の飛び出し現象を軽減または防止することができる。これにより、ホイール式作業車両のオペレータに対して快適な乗り心地を提供することができる。
本発明による走行制御装置が適用されるホイールショベルを示す側面図。 第1の実施の形態に係る走行制御装置の概略構成を示す図。 第1の実施の形態に係る走行制御装置の構成を示すブロック図。 図3の各演算部で用いられる特性を示す図。 第2の実施の形態に係る走行制御装置の構成を示すブロック図。 第3の実施の形態に係る走行制御装置の概略構成を示す図。 第3の実施の形態に係る走行制御装置の構成を示すブロック図。 図7の第4演算部で用いられる特性を示す図。
以下、図面を参照して、本発明に係る走行制御装置が適用されるホイール式作業車両の一実施の形態について説明する。
―第1の実施の形態―
図1は、本実施の形態のホイール式作業車両の一例としてのホイール式油圧ショベル(以下、ホイールショベル100と記す)の側面図である。なお、説明の便宜上、図1に示したように前後および上下方向を規定する。
ホイールショベル100は、走行体101と、走行体101上に旋回可能に搭載された旋回体102とを有する。走行体101には、走行用の油圧モータ(以下、走行モータと記す)が搭載され、走行モータの駆動により車輪105が回転する。旋回体102には運転室104およびフロント作業装置110が設けられている。旋回体102の後部には、作業時の機体のバランスをとるためのカウンタウエイト109が取り付けられている。
フロント作業装置110は、ブーム106、アーム107、および、バケット108を備える。ブーム106およびアーム107は、ブームシリンダ116およびアームシリンダ117によってそれぞれ駆動されて起伏する。バケット108は、アーム107の先端において、アーム107に対して上下方向に回動可能に取り付けられ、バケットシリンダ118によって駆動される。
図2は、走行制御装置の概略構成を示す図である。エンジン190により駆動されるメインポンプ130からの圧油は、弁ユニット140を介して走行モータ115、ブームシリンダ116およびアームシリンダ117に供給され、供給される圧油によって走行モータ115、ブームシリンダ116およびアームシリンダ117が駆動される。
弁ユニット140は、走行モータ115、ブームシリンダ116およびアームシリンダ117のそれぞれに供給される圧油の流れを制御するオープンセンタ型の走行用方向制御弁145、ブーム用方向制御弁146およびアーム用方向制御弁147と、圧油が流通される開口の面積が可変とされた可変絞り161とを備えている。各方向制御弁145,146,147は、メインポンプ130とタンク199とを接続するセンタバイパスライン191に設けられている。すなわち、センタバイパスライン191には、走行用方向制御弁145、ブーム用方向制御弁146およびアーム用方向制御弁147がタンデム接続されている。
各方向制御弁145,146,147は、走行用方向制御弁145の上流側のセンタバイパスライン191から分岐されるパラレル油路192によってパラレル接続されている。パラレル油路192から分岐して走行用方向制御弁145に接続されるフィーダ油路193には、可変絞り161が設けられている。可変絞り161は、走行モータ115に供給される圧油の流量を制御する。可変絞り161は、圧油が流れる開口面積を最大面積とする位置(A)と、圧油が流れる開口面積を最小面積に絞る(B)位置との間で変位する。
可変絞り161は、コントローラ120からの制御信号によって動作する電磁比例弁162によって(A)位置と(B)位置との間で動作する。つまり、可変絞り161は、電磁比例弁162と、コントローラ120とによって動作が制御される。
電磁比例弁162は、エンジン190により駆動されるパイロットポンプ131と可変絞り161のパイロット部とを結ぶパイロット管路に設けられている。電磁比例弁162は、パイロットポンプ131からの圧油を可変絞り161のパイロット部に供給する(A)位置と、パイロットポンプ131からの圧油を遮断する(B)位置との間で変位する。電磁比例弁162のソレノイドに入力される電流値が大きいほど、(B)位置から(A)位置への変位量が大きくなり、ソレノイドに電流が供給されなくなると、復帰ばねにより(B)位置に切り換えられる。
パイロットポンプ131からの圧油は、走行操作ペダル155、ブーム操作レバー156、アーム操作レバー157のそれぞれが備えるパイロットバルブに供給される。各操作部材155,156,157を操作すると、各パイロットバルブによりパイロット2次圧力が発生する。各パイロットバルブで発生したパイロット2次圧力は、走行用方向制御弁145、ブーム用方向制御弁146、および、アーム用方向制御弁147のそれぞれのパイロットポートに作用する。このため、各操作部材155,156,157の操作量に応じて、操作された操作部材155,156,157に対応する方向制御弁145,146,147のスプールが駆動される。
なお、本実施の形態では、走行操作ペダル155の操作量に応じて、走行用方向制御弁145の開度が制御され、走行操作ペダル155の操作量が大きいほど、走行モータ115に供給される圧油の流量が増加し、走行モータ115の回転数が上昇する。
ホイールショベル100は、減速比を変更可能なトランスミッション150を備えている。走行モータ115の回転は、トランスミッション150によって減速された後、車軸(不図示)、アクスル(不図示)を介して車輪105に伝達され、ホイールショベル100が走行する。
トランスミッション150は、図示しないサンギア、プラネタリギア、リングギアからなる遊星減速機構と、サンギア側およびリングギア側にそれぞれ設けられたクラッチ150a,150bとを有する周知のものである。図示は省略するが、クラッチ150a,150bは、それぞればねを内蔵したクラッチ用シリンダを有し、ばねの付勢力によりクラッチ用シリンダがディスクに押圧されることで、クラッチ150a,150bは係合状態とされる。ばね力に抗して作用するパイロットポンプ131からの油圧力によりクラッチ用シリンダの押圧力が除去されることで、クラッチ150a,150bは解放状態とされる。クラッチ150a,150bに作用する油圧力は、電磁切換弁151の駆動によって制御される。なお、ばねの付勢力によって係合状態とされ、油圧力によって解放状態とされるようなクラッチをネガティブ型のクラッチと呼ぶ。
電磁切換弁151は、変速スイッチ158の操作に応じてコントローラ120から出力される制御信号によって切り換わる。電磁切換弁151が位置(A)に切り換わると、パイロットポンプ131からの圧油がクラッチ150aに作用する。これによりクラッチ150aが解放、クラッチ150bが係合状態とされ、トランスミッション150は所定の変速比R1(ローギア)となり、低速高トルクの1速走行が可能となる。
電磁切換弁151が位置(B)に切り換わると、パイロットポンプ131からの圧油がクラッチ150bに作用する。これによりクラッチ150bが解放、クラッチ150aが係合状態とされ、トランスミッション150は所定の変速比R2(ハイギア)となり、高速低トルクの2速走行が可能となる。なお、変速比R1は変速比R2より大きい。
電磁切換弁151が位置(C)に切り換わると、クラッチ150a,150bはタンク199に連通する。この場合は、クラッチ150aおよびクラッチ150bはばね力によって係合状態とされるため、トランスミッション150がロックされて車軸の回転が阻止される。
コントローラ120は、CPUや記憶装置であるROMおよびRAM、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成され、ホイールショベル100のシステム全体の制御を行っている。
コントローラ120には、ブーム操作レバー156およびアーム操作レバー157の操作量のうち、いずれか大きい方の操作量を検出するするための圧力センサ172と、走行操作ペダル155の操作量を検出するための圧力センサ171と、変速スイッチ158と、メインポンプ130の吐出圧を検出する圧力センサ173とが接続されている。
圧力センサ172と、ブーム操作レバー156およびアーム操作レバー157との間には、複数の高圧選択弁196,197,198が配置されており、ブーム操作レバー156およびアーム操作レバー157のそれぞれのパイロットバルブから出力されるパイロット2次圧力のうちで最も高い圧力が圧力センサ172によって検出される。
圧力センサ171と、走行操作ペダル155との間には、高圧選択弁195が配置されており、走行操作ペダル155のパイロットバルブから出力される前進または後進指示信号としてのパイロット2次圧力のうちで高い圧力が圧力センサ171によって検出される。
変速スイッチ158は、トランスミッション150を減速比の大きい1速、または、減速比の小さい2速に変速するための操作スイッチである。変速スイッチ158は、1速に操作されるとトランスミッション150をローギアとする信号をコントローラ120に出力する。変速スイッチ158が1速に操作されたことがコントローラ120で検出されると、コントローラ120は電磁切換弁151を位置(A)に切り換える制御信号を出力する。変速スイッチ158は、2速に操作されるとトランスミッション150をハイギアとする信号をコントローラ120に出力する。変速スイッチ158が2速に操作されたことがコントローラ120で検出されると、コントローラ120は電磁切換弁151を位置(B)に切り換える制御信号を出力する。
図3は、第1の実施の形態に係る走行制御装置の構成を示すブロック図である。図4は、図3に示す各演算部で用いられる特性を示す図である。コントローラ120は、圧力センサ171で検出された圧力Pdから可変絞り161の開口面積Adを演算する第1演算部123と、圧力センサ172で検出された圧力Pfから可変絞り161の開口面積Afを演算する第2演算部124と、圧力センサ173で検出された圧力Ppから可変絞り161の開口面積Apを演算する第3演算部125とを機能的に備える。
第1演算部123では、予め定められた図4(a)に示す特性f1に基づき、圧力センサ171の検出値(以下、走行操作圧ともいう)Pdが増加するにしたがって、単調増加する可変絞り161の開口面積Adを演算する。図4(a)に示すように、特性f1によれば、検出値Pdが所定値Pd1以下では、開口面積Adは最小値Aminであり、検出値PdがPd1からPd2の範囲で検出値Pdの増加に従い開口面積Adが最小値Aminから最大値Amaxにかけて指数関数的に増加する。特性f1によれば、検出値Pdが所定値Pd2以上では、開口面積Adは最大値Amaxとなる。
第2演算部124では、予め定められた図4(b)に示す特性f2に基づき、圧力センサ172の検出値(以下、フロント操作圧ともいう)Pfが増加するにしたがって、単調減少する可変絞り161の開口面積Afを演算する。図4(b)に示すように、特性f2によれば、検出値Pfが所定値Pf1以下では、開口面積Afは最大値Amaxであり、検出値PfがPf1からPf2の範囲で検出値Pfの増加に従い開口面積Afが最大値Amaxから最小値Aminにかけて指数関数的に減少する。特性f2によれば、検出値Pfが所定値Pf2以上では、開口面積Afは最小値Aminとなる。
第3演算部125では、予め定められた図4(c)に示す特性f3に基づき、圧力センサ173の検出値(以下、ポンプ吐出圧ともいう)Ppが増加するにしたがって、単調減少する可変絞り161の開口面積Apを演算する。図4(c)に示すように、特性f3によれば、検出値Ppが所定値Pp1以下では、開口面積Apは最大値Amaxであり、検出値PpがPp1からPp2の範囲で検出値Ppの増加に従い開口面積Apが最大値Amaxから最小値Aminにかけて指数関数的に減少する。特性f3によれば、検出値Ppが所定値Pp2以上では、開口面積Apは最小値Aminとなる。
コントローラ120は、図3に示すように、最大値選択部126および最小値選択部127を機能的に備える。最大値選択部126は、第1演算部123により演算された開口面積Adと、第2演算部124により演算された開口面積Afとを比較して、開口面積Adおよび開口面積Afのうちのいずれか大きい方を第1開口面積A1として選択する。
最小値選択部127は、最大値選択部126で選択された第1開口面積A1と、第3演算部125により演算された開口面積Apとを比較して、第1開口面積A1および開口面積Apのうちのいずれか小さい方を目標開口面積Atとして選択する。
コントローラ120は、圧力センサ171で検出された圧力Pdに基づいて走行操作ペダル155が操作されたか否かを判定する走行操作判定部121と、圧力センサ172で検出された圧力Pfに基づいて作業用操作レバー156,157が操作されたか否かを判定する作業操作判定部122と、走行操作判定部121および作業操作判定部122の判定結果に基づいて流量制限条件が成立したか否かを判定する条件判定部180とを機能的に備える。コントローラ120は、さらに、目標開口面積Atを最大値Amaxに設定する最大値設定部182と、条件判定部180の判定結果に基づいて切り換えられるスイッチ部181とを機能的に備える。
走行操作判定部121は、圧力センサ171で検出された圧力Pdが閾値Pt1以上であるか否かを判定する。閾値Pt1は、走行操作が行われているか否かを判定するために用いられる閾値である。閾値Pt1は、走行操作ペダル155のパイロットバルブで発生するパイロット2次圧力において、ホイールショベル100が走行を開始するパイロット2次圧力を考慮して設定される。走行操作判定部121は、圧力センサ171で検出された圧力Pdが閾値Pt1未満であるときには走行操作が行われていないと判定し、圧力センサ171で検出された圧力Pdが閾値Pt1以上であるときには走行操作が行われていると判定する。
作業操作判定部122は、圧力センサ172で検出された圧力Pfが閾値Pt2以上であるか否かを判定する。閾値Pt2は、予め記憶装置に記憶されている。閾値Pt2は、フロント作業装置110の操作が行われているか否かを判定するために用いられる閾値である。閾値Pt2は、作業用操作レバー156,157のパイロットバルブで発生するパイロット2次圧力において、フロント作業装置110が駆動を開始するパイロット2次圧力を考慮して設定される。作業操作判定部122は、圧力センサ172で検出された圧力Pfが閾値Pt2未満であるときには作業操作が行われていないと判定し、圧力センサ172で検出された圧力Pfが閾値Pt2以上であるときには作業操作が行われていると判定する。
条件判定部180は、作業操作判定部122と走行操作判定部121からの信号により、作業操作が行われ、かつ、走行操作が行われていること、すなわち複合操作がなされているか否かを判定する。条件判定部180は、複合操作がなされていることを判定すると、流量制限条件が成立したと判定して、スイッチ部181にオン信号を出力する。スイッチ部181は、オン信号が入力されると、端子(A)側に切り換わる。条件判定部180は、作業操作判定部122と走行操作判定部121からの信号により、作業操作が行われていないこと、あるいは、走行操作が行われていないことを判定すると、流量制限条件が成立していないと判定して、スイッチ部181にオフ信号を出力する。スイッチ部181は、オフ信号が入力されると、端子(B)側に切り換わる。
コントローラ120は、流量制限条件が成立しているときにスイッチ部181を介して出力される最小値選択部127で選択された目標開口面積At、または、流量制限条件が成立していないときにスイッチ部181を介して出力される最大値設定部182で設定された目標開口面積Atに応じた電磁比例弁162の制御圧Pvを演算する制御圧演算部128を機能的に備える。
制御圧演算部128では、予め定められた図4(d)に示す特性f4に基づき、目標開口面積Atに応じた制御圧Pvを演算する。図4(d)に示すように、特性f4によれば、目標開口面積AtがAminからAmaxの範囲で目標開口面積Atの増加に従い制御圧Pvが最小値Pvminから最大値Pvmaxにかけて指数関数的に増加する。
コントローラ120は、制御圧演算部128で演算された電磁比例弁162の制御圧Pvに応じた電磁比例弁162に出力する制御電流Iを演算する電流演算部129を機能的に備える。
電流演算部129では、予め定められた図4(e)に示す特性f5に基づき、制御圧Pvに応じた制御電流Iを演算する。図4(e)に示すように、特性f5によれば、制御圧PvがPvminからPvmaxの範囲で制御圧Pvの増加に従い制御電流Iが最小値Imin=0から最大値Imaxにかけて指数関数的に増加する。
コントローラ120は、スイッチ部181が位置(A)に切り換えられている場合、電流演算部129で演算された制御電流Iを電磁比例弁162に出力して、可変絞り161の開口面積が、最小値選択部127で選択された開口面積となるように可変絞り161を制御する。
コントローラ120は、走行操作ペダル155が操作され、かつ、ブーム操作レバー156およびアーム操作レバー157が操作されていない走行単独操作状態から、走行操作ペダル155が操作され、かつ、ブーム操作レバー156またはアーム操作レバー157が操作された複合操作状態となったとき、可変絞り161の開口面積が、走行単独操作状態のときよりも小さくなるように可変絞り161を制御して、ホイールショベル100の飛び出し現象を軽減または防止する。
第1の実施の形態に係るホイールショベル100の走行制御装置の主要な動作を説明する。
ブーム操作レバー156およびアーム操作レバー157が操作されていない状態では、フロント操作圧PfはPf1以下である。このため、コントローラ120の作業操作判定部122は、作業操作が行われていないと判定する。走行操作ペダル155が操作されていない状態では、走行操作圧PdがPd1以下である。このため、コントローラ120の走行操作判定部121は、走行操作が行われていないと判定する。条件判定部180は、作業操作判定部122および走行操作判定部121の判定結果に基づき、流量制限条件が成立していないと判定する。
コントローラ120は、流量制限条件が成立していない状態では、スイッチ部181を位置(B)に切り換え、最小値選択部127と制御圧演算部128との間を遮断し、可変絞り161の目標開口面積Atを最大値Amaxに設定する。コントローラ120は、制御電流I=Imaxを電磁比例弁162のソレノイドに出力する処理を行う。その結果、電磁比例弁162は位置(A)に切り換えられ、可変絞り161は位置(A)に切り換えられる。
このような非操作状態から、走行操作ペダル155を微操作すると、走行操作ペダル155の操作量に応じて走行用方向制御弁145のスプールが移動し、メインポンプ130から吐出される圧油が走行用方向制御弁145を介して走行モータ115に供給される。走行モータ115に圧油が供給されると、走行モータ115が回転駆動し、ホイールショベル100が走行する。
フロント作業操作が行われていない走行単独操作状態では、作業操作判定部122は、作業操作が行われていないと判定する。これにより、条件判定部180は、流量制限条件が成立していないと判定するため、可変絞り161は位置(A)に維持されている。
低速度で走行しているときに、たとえばオペレータがブーム操作レバー156を上げ側に操作すると、ブーム操作レバー156が操作されたことが圧力センサ171で検出され、コントローラ120に入力される。作業操作判定部122は、フロント作業操作が行われていることを判定し、走行操作判定部121は、走行操作が行われていることを判定する。これにより、条件判定部180は、流量制限条件が成立したことを判定する。
流量制限条件が成立したと判定されると、スイッチ部181は最小値選択部127と、制御圧演算部128とを接続する位置(A)に切り換えられ、最小値選択部127で選択された開口面積が目標開口面積Atとして制御圧演算部128に入力される。
低速度で走行しているときには、作業用操作レバー156,157の操作量に応じて演算される開口面積と、ポンプ吐出圧Ppに応じて演算される開口面積とのいずれか小さい開口面積となるように可変絞り161が制御されて、走行モータ115に供給される圧油の流量が絞られる。
たとえば、
(α)走行操作圧Pdおよびフロント操作圧Pfが共に低い場合(たとえば、Pd≦Pd1,Pf≦Pf1)であって、ポンプ吐出圧Ppが高いとき(たとえば、Pp≧Pp2)には、可変絞り161は位置(B)に切り換わる。バケット108に土砂などの重量物が積載されている状態でのブーム上げ作業などでは、ポンプ吐出圧Ppが高くなり、ホイールショベル100の飛び出し現象が起こりやすい。本実施の形態では、フロント作業装置の操作量が小さい場合であっても、ポンプ吐出圧Ppが高ければ、可変絞り161により走行モータ115に供給される圧油の流量を制限する。
(β)走行操作圧Pdが低く、フロント操作圧Pfが高い場合(たとえば、Pd≦Pd1,Pf≧Pf2)、ポンプ吐出圧Ppに拘らず、可変絞り161は位置(B)に切り換わる。走行微操作中に、フロント作業装置をフル操作した場合には、フロント作業装置の操作に追随してポンプ吐出圧Ppが増加するため、可変絞り161により走行モータ115に供給される圧油の流量を制限する。
このように、走行単独操作状態から複合操作状態となったときに、可変絞り161が位置(B)に切り換えられることにより、走行モータ115に供給される圧油の流量が走行単独操作状態に比べて減少されるため、ホイールショベル100を低速で走行させている状態において、フロント作業装置が動作されることに伴う走行モータ115への圧油の流量の増加を抑えることができる。つまり、走行操作中にフロント作業操作を行うことに伴うホイールショベル100の飛び出し現象を軽減または防止できる。
以上説明した第1の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)走行操作圧Pdと、フロント操作圧Pfと、メインポンプ130の吐出圧Ppとに応じて、可変絞り161を制御するようにした。コントローラ120は、走行操作ペダル155が操作され、かつ、ブーム操作レバー156およびアーム操作レバー157が操作されていない走行単独操作状態から、走行操作ペダル155が操作され、かつ、ブーム操作レバー156またはアーム操作レバー157が操作された複合操作状態となったとき、電磁比例弁162に制御電流を出力し、可変絞り161の開口面積が小さくなるように可変絞り161を制御する。つまり、本実施の形態では、コントローラ120、電磁比例弁162および可変絞り161によって、ホイールショベル100の飛び出し現象を抑制するように走行モータ115に供給される圧油の流量を制御する。
走行操作圧Pdが低い状態(たとえばPd≦Pd1)では、フロント操作圧Pfによって演算される開口面積Afと、メインポンプ130の吐出圧Ppによって演算される開口面積Apのうちのいずれか小さい方を目標開口面積Atとして設定し、可変絞り161を制御する。可変絞り161は、走行操作圧Pdが低い状態(たとえばPd≦Pd1)では、フロント操作圧Pfが高いほど、あるいは、ポンプ吐出圧Ppが高いほど、開口面積が小さくなるように制御される。
これにより、走行中のホイールショベル100が、走行以外の操作(たとえばブーム上げ操作やアーム上げ操作)が行われることに伴う走行の飛び出し現象を軽減または防止することができる。これにより、ホイールショベル100を運転するオペレータに対して快適な乗り心地を提供することができる。
(2)コントローラ120は、所定値Pt1以上の走行操作圧Pdが検出され、かつ、所定値Pt2以上のフロント操作圧Pfが検出されると、流量制限条件が成立したと判定する。流量制限条件が成立したと判定されると、コントローラ120は、走行操作圧Pd、フロント操作圧Pfおよびポンプ吐出圧Ppに応じて可変絞り161により流量の制限を行う制御が有効となるようにスイッチ部181を位置(A)に切り換える。一方、流量制限条件が成立していないと判定されると、コントローラ120は、可変絞り161により流量の制限を行う制御が無効となるようにスイッチ部181を位置(B)に切り換える。
これにより、走行単独操作状態において、可変絞り161により走行モータ115に供給される圧油の流量が制限されることがない。たとえば、登坂走行時にポンプ吐出圧Ppが上昇した場合に、特性f3に応じて可変絞り161の開口面積が減少することはなく、走行駆動力の低下が防止される。
―第2の実施の形態―
図5を参照して第2の実施の形態に係る走行制御装置について説明する。図中、第1の実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付し、相違点について主に説明する。図5は、図3と同様の図であり、本発明の第2の実施の形態に係る走行制御装置のブロック図である。
第1の実施の形態では、条件判定部180は走行操作判定部121および作業操作判定部122の判定結果に基づいて流量制限条件が成立したか否かを判定した。これに対して、第2の実施の形態では、条件判定部280は、走行操作判定部121および作業操作判定部122の判定結果に加えて、減速比判定部283の判定結果に基づいて流量制限条件が成立したか否かを判定する。
コントローラ120は、変速スイッチ158からの制御信号に応じて、減速比が所定値以上であるか否かを判定する減速比判定部283を機能的に備える。変速スイッチ158が1速に設定されている場合、減速比判定部283は減速比が所定値以上であると判定し、変速スイッチ158が2速に設定されている場合、減速比判定部283は減速比が所定値未満であると判定する。
条件判定部280は、作業操作判定部122と走行操作判定部121からの信号により、作業操作が行われ、かつ、走行操作が行われていること、すなわち複合操作がなされており、かつ、減速比判定部283からの信号により減速比が所定値以上であるか否かを判定する。条件判定部280は、複合操作がなされ、かつ、減速比が所定値以上であることを判定すると、流量制限条件が成立したと判定して、スイッチ部181にオン信号を出力する。スイッチ部181は、オン信号が入力されると、端子(A)側に切り換わる。条件判定部280は、作業操作判定部122、走行操作判定部121および減速比判定部283からの信号により、作業操作が行われていないこと、あるいは、走行操作が行われていないこと、あるいは、減速比が所定値未満であることを判定すると、流量制限条件が成立していないと判定して、スイッチ部181にオフ信号を出力する。スイッチ部181は、オフ信号が入力されると、端子(B)側に切り換わる。
このように、第2の実施の形態では、コントローラ120は、所定値Pt1以上の走行操作圧Pdが検出され、かつ、所定値Pt2以上のフロント操作圧Pfが検出され、かつ、所定値以上の減速比が検出されると、流量制限条件が成立したと判定する。流量制限条件が成立したと判定されると、コントローラ120は、走行操作圧Pd、フロント操作圧Pfおよびポンプ吐出圧Ppに応じて可変絞り161により流量の制限を行う制御が有効となるようにスイッチ部181を位置(A)に切り換える。一方、流量制限条件が成立していないと判定されると、コントローラ120は、可変絞り161により流量の制限を行う制御が無効となるようにスイッチ部181を位置(B)に切り換える。
したがって、第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の作用効果に加え、次のような作用効果を奏する。飛び出し現象は、走行駆動圧が比較的低い微速または低速走行中にブーム上げなどの作業操作が行われた場合に、メインポンプ130の吐出圧が高圧側のフロント作業装置用のアクチュエータよりも低圧側の走行モータ115に作用することによって発生する。第2の実施の形態では、減速比の高い状態、すなわち走行モータの駆動圧が低い状態において、飛び出し現象を軽減または防止するために、走行モータ115に供給される圧油の流量を可変絞り161によって絞る流量制限制御を実行する。一方、減速比の低い状態、すなわち走行モータの駆動圧が高い状態では、減速比の高い状態に比べて飛び出し現象が起こりにくいため、走行モータ115に供給される圧油の流量を可変絞り161によって絞る流量制限制御を行わない。これにより、減速比の低い状態において走行単独操作状態から複合操作状態になったときに、走行モータ115の駆動力が低下することを防止できる。
―第3の実施の形態―
図6を参照して第3の実施の形態に係る走行制御装置について説明する。図中、第1の実施の形態と同一または相当部分には同一符号を付し、相違点について主に説明する。図6は図2と同様の図であり、本発明の第3の実施の形態に係る走行制御装置の概略構成を示す図である。
第3の実施の形態に係る走行制御装置は、高圧選択弁394で選択された走行モータ115の主管路LA,LBの圧力、すなわち走行モータ115に供給される圧油の圧力(走行駆動圧Pm)を検出する圧力センサ374を備えている。走行中における作業用操作レバー156,157の操作が行われた場合、作業負荷圧に対して走行駆動圧Pmが低いほど、走行モータ115に供給される圧油の流量が増加する。このため、第3の実施の形態では、走行駆動圧Pmが小さいほど開口面積を小さくし、走行駆動圧Pmが高いほど開口面積を大きくする特性f6を加味して、可変絞り161の開口面積を設定する。
図7は、図3と同様の図であり、本発明の第3の実施の形態に係る走行制御装置のブロック図である。図8は、図7に示す第4演算部384で用いられる特性を示す図であり、走行駆動圧Pmと開口面積Amとの関係を示している。
第3の実施の形態において、コントローラ120は、圧力センサ374で検出された圧力Pmから可変絞り161の開口面積Amを演算する第4演算部384と、最大値選択部326と、最小値選択部327とを機能的に備える。
第4演算部384では、予め定められた図8に示す特性f6に基づき、圧力センサ374の検出値(走行駆動圧)Pmが増加するにしたがって、単調増加する可変絞り161の開口面積Amを演算する。図8に示すように、特性f6によれば、検出値Pmが所定値Pm1以下では、開口面積Amは最小値Aminであり、検出値PmがPm1からPm2の範囲で検出値Pmの増加に従い開口面積Amが最小値Aminから最大値Amaxにかけて指数関数的に増加する。特性f6によれば、検出値Pmが所定値Pm2以上では、開口面積Amは最大値Amaxとなる。
最大値選択部326は、第3演算部125により演算された開口面積Apと、第4演算部384により演算された開口面積Amとを比較して、開口面積Apおよび開口面積Amのうちのいずれか大きい方を第2開口面積A2として選択する。
最小値選択部327は、最大値選択部126により選択された第1開口面積A1と、最大値選択部326により選択された第2開口面積A2とを比較して、第1開口面積A1および第2開口面積A2のうちのいずれか小さい方を目標開口面積Atとして選択する。
第1の実施の形態では、走行操作圧Pdおよびフロント操作圧Pfが共に低い場合(たとえば、Pd≦Pd1,Pf≦Pf1)であって、ポンプ吐出圧Ppが高いとき(たとえば、Pp≧Pp2)には、可変絞り161は位置(B)に切り換わるようにした。これに対して、第2の実施の形態では、走行操作圧Pdおよびフロント操作圧Pfが共に低い場合(たとえば、Pd≦Pd1,Pf≦Pf1)であって、ポンプ吐出圧Ppが高いとき(たとえば、Pp≧Pp2)であっても、走行駆動圧Pmが高い場合(たとえば、Pm≧Pm2)には、可変絞り161は位置(A)に切り換わる。
第3の実施の形態では、たとえば、
(α)走行操作圧Pdおよびフロント操作圧Pfが共に低く、かつ、ポンプ吐出圧Ppが高い場合(たとえば、Pd≦Pd1,Pf≦Pf1,Pp≧Pp2)であって、走行駆動圧Pmが低いとき(たとえば、Pm≦Pm1)には、可変絞り161は位置(B)に切り換わる。これにより、たとえば、平坦路を低速走行中にブーム操作レバー156を微操作して重負荷作業を行った場合には、飛び出し現象が軽減または防止される。一方、走行駆動圧Pmが高いとき(たとえば、Pm≧Pm2)には、可変絞り161は位置(A)に切り換わる。これにより、たとえば、登坂路を低速走行中にブーム操作レバー156を微操作して重負荷作業を行った場合に、走行駆動力が低下することを防止できる。
また、たとえば、平坦路を低速走行中にブーム操作レバー156を微操作して重負荷作業を行った際に、ポンプ吐出圧Ppの急上昇に応じて、可変絞り161の開口面積が減少されることで、飛び出し現象が軽減または防止された後、モータ駆動圧Pmがポンプ吐出圧Ppに追随して高くなると、モータ駆動圧Pmの増加に応じて可変絞り161の開口面積が増加するため、走行駆動力が低下することを防止できる。
(β)走行操作圧Pdが低く、フロント操作圧Pfが高い場合(たとえば、Pd≦Pd1,Pf≧Pf2)、ポンプ吐出圧Ppおよび走行駆動圧Pmに拘らず、可変絞り161は位置(B)に切り換わる。これにより、たとえば、走行微操作中に、ブーム操作レバー156をフル操作した場合には、フロント作業装置の操作に追随してポンプ吐出圧Ppが増加するため、可変絞り161により走行モータ115に供給される圧油の流量を制限することで、ホイールショベル100の飛び出し現象を軽減または防止できる。
このような第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の作用効果に加え、次のような作用効果を奏する。飛び出し現象は、走行駆動圧が比較的低い微速または低速走行中にブーム上げなどの作業操作が行われた場合に、メインポンプ130の吐出圧が高圧側のフロント作業装置用のアクチュエータよりも低圧側の走行モータ115に作用することによって発生する。第3の実施の形態では、たとえば、走行操作圧Pdが低い状態(たとえば、Pd≦Pd)で低速走行中に重負荷作業が行われる際に、ブーム操作レバー156が微操作された場合(たとえば、Pf≦Pf1)において、走行駆動圧が低いときには、飛び出し現象を軽減または防止するために、走行モータ115に供給される圧油の流量を可変絞り161によって絞る流量制限制御を実行する。一方、ブーム操作時に走行駆動圧が高いときには、走行駆動圧の低いときに比べて飛び出し現象が起こりにくいため、走行モータ115に供給される圧油の流量を可変絞り161によって絞る流量制限制御を行わない。これにより、走行駆動圧の高い状態において、走行モータ115の駆動力が低下することを防止できる。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
[変形例]
(1)上記した実施の形態では、ブーム操作レバー156のパイロットバルブで発生するパイロット2次圧力、あるいは、アーム操作レバー157のパイロットバルブで発生するパイロット2次圧力に基づいて、作業操作が行われているか否かを判定するようにしたが、本発明はこれに限定されない。バケット操作レバーのパイロットバルブで発生するパイロット2次圧力に基づいて、作業操作が行われているか否かを判定してもよい。
(2)上記した実施の形態では、圧力センサ172によって、ブーム操作レバー156またはアーム操作レバー157の操作量を検出するようにしたが、本発明はこれに限定されない。圧力センサ172によって、ブーム操作レバー156、アーム操作レバー157またはバケット操作レバーの操作量を検出するようにしてもよい。
(3)上記した実施の形態では、作業操作を検出するために圧力センサ172を用い、走行操作を検出するために圧力センサ171を用いたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、操作レバーの操作角度を検出する角度センサを用いてもよい。
(4)上記した実施の形態では、走行操作判定部121、作業操作判定部122および条件判定部180を設けて、流量制限条件が成立したときには、流量制限制御を有効とし、流量制限条件が成立していないときには、流量制限制御を無効とした例について説明したが、本発明はこれに限定されない。走行操作判定部121、作業操作判定部122、条件判定部180、最大値設定部182およびスイッチ部181は省略することもできる。
(5)上記した実施の形態の各演算部123,124,125,128,129,384で用いられる特性f1〜f6は、上記したものに限定されない。特性f1,f4,f5,f6は、指数関数的に増加されるものに限られず、直線的に増加させたり、段階的に増加させるようにしてもよい。特性f2,f3は、指数関数的に減少されるものに限られず、直線的に減少させたり、段階的に減少させるようにしてもよい。
(6)上記した実施の形態では、ホイールショベル100に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、ホイールローダ、フォークリフトなどの種々のホイール式作業車両の走行制御装置に適用することができる。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
100 ホイールショベル、101 走行体、102 旋回体、104 運転室、105 車輪、106 ブーム、107 アーム、108 バケット、109 カウンタウエイト、110 フロント作業装置、115 走行モータ、116 ブームシリンダ、117 アームシリンダ、118 バケットシリンダ、120 コントローラ、121 走行操作判定部、122 作業操作判定部、123 第1演算部、124 第2演算部、125 第3演算部、126 最大値選択部、127 最小値選択部、128 制御圧演算部、129 電流演算部、130 メインポンプ、131 パイロットポンプ、140 弁ユニット、145,146,147 方向制御弁、150 トランスミッション、151 電磁切換弁、155 走行操作ペダル、156 ブーム操作レバー、157 アーム操作レバー、158 変速スイッチ、161 可変絞り、162 電磁比例弁、171,172,173 圧力センサ、180 条件判定部、181 スイッチ部、182 最大値設定部、190 エンジン、191 センタバイパスライン、195,196 高圧選択弁、199 タンク、280 条件判定部、283 減速比判定部、326 最大値選択部、327 最小値選択部、374 圧力センサ、384 第4演算部、394 高圧選択弁

Claims (5)

  1. エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される走行モータと、
    前記油圧ポンプからの圧油により駆動され、フロント作業装置を駆動する作業装置用アクチュエータと、
    前記油圧ポンプのセンタバイパスラインに設けられ、前記油圧ポンプから前記走行モータに供給される圧油の流れを制御する走行用方向制御弁、および、前記油圧ポンプから前記作業装置用アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する作業装置用方向制御弁と、
    前記走行用方向制御弁の上流側に設けられ、前記油圧ポンプから前記走行モータに供給される圧油の流量を制御する流量制御弁と、
    前記走行モータを操作する走行操作部材と、
    前記作業装置用アクチュエータを操作する作業操作部材と、
    前記走行操作部材の操作量を検出する走行操作量検出手段と、
    前記作業操作部材の操作量を検出する作業操作量検出手段と、
    前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
    前記走行操作量検出手段で検出された走行操作量と、前記作業操作量検出手段で検出された作業操作量と、前記吐出圧検出手段により検出された前記油圧ポンプの吐出圧とに応じて、前記流量制御弁を制御する弁制御手段とを備え、
    前記弁制御手段は、前記走行操作部材が操作され、かつ、前記作業操作部材が操作されていない走行単独操作状態から、前記走行操作部材が操作され、かつ、前記作業操作部材が操作された複合操作状態となったとき、ホイール式作業車両の飛び出し現象を抑制するように前記走行モータに供給される圧油の流量を制御することを特徴とするホイール式作業車両の走行制御装置。
  2. 請求項1に記載のホイール式作業車両の走行制御装置において、
    前記走行モータに供給される圧油の圧力を検出するモータ圧検出手段をさらに備え、
    前記弁制御手段は、前記モータ圧検出手段により検出される圧力を加味して、前記流量制御弁を制御することを特徴とするホイール式作業車両の走行制御装置。
  3. 請求項1または2に記載のホイール式作業車両の走行制御装置において、
    前記弁制御手段は、前記走行単独操作状態から前記複合操作状態になったとき、前記流量制御弁の開口面積が前記走行単独操作状態のときよりも小さくなるように、前記流量制御弁を制御することで、ホイール式作業車両の飛び出し現象を抑制することを特徴とするホイール式作業車両の走行制御装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のホイール式作業車両の走行制御装置において、
    前記走行操作量検出手段により所定値以上の走行操作量が検出され、かつ、前記作業操作量検出手段により所定値以上の作業操作量が検出されると、流量制限条件が成立したと判定する条件判定手段と、
    前記条件判定手段により、前記流量制限条件が成立したと判定されたときには、前記弁制御手段により前記流量制御弁を制御することを有効とし、前記条件判定手段により、前記流量制限条件が成立していないと判定されたときには、前記弁制御手段により前記流量制御弁を制御することを無効とする有効/無効化手段とを備えていることを特徴とするホイール式作業車両の走行制御装置。
  5. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のホイール式作業車両の走行制御装置において、
    前記走行モータの回転を減速して車輪に伝達する、減速比を変更可能な減速機構と、
    前記減速機構の減速比を検出する減速比検出手段とを備え、
    前記走行操作量検出手段により所定値以上の走行操作量が検出され、かつ、前記作業操作量検出手段により所定値以上の作業操作量が検出され、かつ、前記減速比検出手段により所定値以上の減速比が検出されると、流量制限条件が成立したと判定する条件判定手段と、
    前記条件判定手段により、前記流量制限条件が成立したと判定されたときには、前記弁制御手段により前記流量制御弁を制御することを有効とし、前記条件判定手段により、前記流量制限条件が成立していないと判定されたときには、前記弁制御手段により前記流量制御弁を制御することを無効とする有効/無効化手段とを備えていることを特徴とするホイール式作業車両の走行制御装置。
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