JP4944537B2 - 油圧駆動車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラムシリンダやサスペンションシリンダ等を有する油圧駆動車両の走行制御装置に関する。

従来より、ホイールショベル等の油圧駆動車両においては、車体フレームとアクスルの間にラムシリンダを設け、掘削等の作業時にラムシリンダをロックするようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置は、ラムロックスイッチの操作によりラムシリンダをロックするとともに、ロックを解除する。

特許２９３７３２９号公報

ところで、作業時にラムシリンダをロックした状態で車両を低速走行させることがある。この場合に、作業員が走行ペダルを誤って操作し、車速が大きくなると、車体姿勢が不安定になりやすい。

（１） 請求項１の発明による油圧駆動車両の走行制御装置は、油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油により駆動する走行用油圧モータと、車両の車輪または車軸を車体に対し左右方向に揺動可能に支持する油圧シリンダと、油圧シリンダを油圧ロックする第１の選択位置と、油圧シリンダの油圧ロックを解除する第２の選択位置の少なくとも２つの選択位置を有し、第１および第２の選択位置のいずれか１つをオペレータが選択するための油圧ロック選択手段と、油圧ロック選択手段で第１の選択位置が選択されると油圧シリンダを油圧ロックし、油圧ロック選択手段で第２の選択位置が選択されると油圧シリンダの油圧ロックを解除するロック手段と、油圧ロック選択手段で第１の選択位置が選択されてロック手段により油圧シリンダを油圧ロックした状態を維持して走行する場合には、油圧ロック選択手段で第２の選択位置が選択されて油圧シリンダの油圧ロックを解除した状態で走行する場合よりも車両の最高速度を低速に制限する速度制限手段とを備えることを特徴とする。
（２） 請求項２の発明は、請求項１に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、油圧ポンプは、可変容量型油圧ポンプであり、速度制限手段は、油圧ロック選択手段で第１の選択位置が選択されてロック手段により油圧シリンダを油圧ロックした状態では、油圧ロック選択手段で第２の選択位置が選択されて油圧シリンダの油圧ロックを解除した状態よりも油圧ポンプの最大容量が小さくなるようにポンプ容量を制御してポンプ吐出量を抑えることで走行する車両の最高速度を低速に制限することを特徴とする。
（３） 請求項３の発明は、請求項１に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、油圧モータは、可変容量型油圧モータであり、速度制限手段は、油圧ロック選択手段で第１の選択位置が選択されてロック手段により油圧シリンダを油圧ロックした状態では、油圧ロック選択手段で第２の選択位置が選択されて油圧シリンダの油圧ロックを解除した状態よりも油圧モータの容量が大きくなるようにモータ容量を制御してモータ回転速度を抑えることで走行する車両の最高速度を低速に制限することを特徴とする。
（４） 請求項４の発明は、請求項１に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、油圧ポンプは、エンジン回転数に応じた回転数で駆動され、速度制限手段は、油圧ロック選択手段で第１の選択位置が選択されてロック手段により油圧シリンダを油圧ロックした状態では、油圧ロック選択手段で第２の選択位置が選択されて油圧シリンダの油圧ロックを解除した状態よりもエンジン回転数が小さくなるようにエンジン回転数を制御して油圧ポンプのポンプ吐出量を抑えることで走行する車両の最高速度を低速に制限することを特徴とする。
（５） 請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、油圧シリンダは、油室がタンクに接続されたラムシリンダであることを特徴とする。
（６） 請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、油圧シリンダは、油室がアキュムレータに接続されたサスペンションシリンダであることを特徴とする。

本発明によれば、油圧シリンダを油圧ロックした状態で走行する車両の最高速度を、油圧ロックを解除した状態で走行する車両の最高速度よりも小さくするようにしたので、油圧ロック状態においても安定した姿勢で走行することができる。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜６を参照して本発明による油圧駆動車両の走行制御装置の第１の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、油圧駆動車両の車輪または車軸を支持する油圧シリンダとしてラムシリンダを用いる。油圧駆動車両は例えばホイールショベル等、前後左右のタイヤを装備して不整地走行および公道走行が可能なものである。

油圧駆動車両の前輪側の要部構成を図１に示す。アクスル２の左右端部にはそれぞれタイヤ４が装着されている。アクスル２とシャーシ３の間には伸縮可能な左右一対のラムシリンダ１が介装され、アクスル２の左右中央部はピン５を介してシャーシ３の左右中央部に揺動可能に連結されている。ラムシリンダ１は、シリンダチューブ側がシャーシ３の左右側面に連結され、シリンダロッド側はピン等で連結されずにその先端がアクスル２に当接している。したがって、ラムシリンダ１をロックすることで、シャーシ３に対するアクスル２の揺動を禁止した状態でアクスル２を支持することができる。なお、図示は省略するが、後輪側にはラムシリンダは設けられず、後輪側のアクスル２は左右２箇所でシャーシ３にリジッドに支持されている。

図２は、ラムシリンダ１の駆動用油圧回路図である。各ラムシリンダ１はそれぞれパイロットチェック弁７を介してタンクに接続されている。各パイロットチェック弁７のパイロットポートは電磁切換弁８を介してパイロット油圧源（油圧ポンプ９）またはタンクに接続されている。電磁切換弁８はコントローラ１０（図５）からの信号により切り換えられる。

電磁切換弁８が位置ロに切り換えられると、パイロットチェック弁７に作用するパイロット圧はタンク圧となる。これによりパイロットチェック弁７はチェック弁として機能し、ラムシリンダ１の伸縮が禁止される（ラムロック作動）。この状態では、ラムシリンダ１からの圧油の流出が阻止され、ラムシリンダ１の伸縮を禁止してアクスル２の揺動を禁止する。一方、電磁切換弁８が位置イに切り換えられると、油圧ポンプ９からのパイロット圧がパイロットチェック弁７のパイロットポートに作用する。これによりパイロットチェック弁７は開放弁として機能し、ラムシリンダ１の伸縮が許容される（ラムロック解除）。この状態では、ラムシリンダ１はタンクと連通し、アクスル２の揺動に追従してラムシリンダ１が伸縮する。

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油圧回路図である。この油圧回路は、エンジン１１により駆動される油圧ポンプ１２と、油圧ポンプ１２からの圧油により駆動する走行用油圧モータ１３と、油圧ポンプ１２から油圧モータ１３への圧油の流れを制御する走行用制御弁１４と、制御弁１４を操作するパイロット油圧回路１５とを備える。パイロット油圧回路１５は走行ペダル１６を含み、走行ペダル１６の操作量に応じたパイロット圧が制御弁１４に作用する。これにより制御弁１４が中立位置から前進位置Ｆまたは後進位置Ｒに切り換わり、油圧モータ１３が正回転または逆回転し、車両が前進または後進走行する。なお、１７ａは作業用油圧ポンプ、１７ｂはパイロット圧を発生するパイロット用油圧ポンプである。

油圧ポンプ１２は可変容量式ポンプであり、ポンプレギュレータ１２ａによりポンプ傾転（ポンプ容量）が制御される。すなわちレギュレータ１２ａにはポンプ吐出圧力がフィードバックされ、ポンプ吐出圧とポンプ容量とにより決定される負荷がエンジン出力を上回らないように馬力制御が行われる。馬力制御とは図４に示すいわゆるＰ−ｑ制御であり、このＰ−ｑ線図に沿ってポンプ容量が制御される。

図３に示すように、ポンプレギュレータ１２ａには比例制御式の電磁切換弁１８を介して油圧源１９が接続され、電磁切換弁１８の切換によりポンプ最大容量が制御される。すなわち電磁切換弁１８が位置イ側に切り換えられ、油圧源１９からレギュレータ１２ａに作用する圧力が高くなると、ポンプ最大容量はｑｐ２（図４の点線）となる。電磁切換弁１８が位置ロ側に切り換えられると、油圧源１９からレギュレータに作用する圧力が低下し、ポンプ最大容量はｑｐ２よりも大きいｑｐ１（図４の実線）となる。この場合、ポンプ最大容量が小さいほど車両の最高速度がより低速に制限されるが、ここでは、ラムロック作動状態で走行した場合に車体姿勢が不安定とならないようにｑｐ２が設定される。

図５は、第１の実施の形態に係る走行制御装置の制御構成を示すブロック図である。コントローラ１０にはラムロックスイッチ２１と、車速を検出する車速センサ２２と、走行ペダル１６の操作の有無を検出するペダル操作検出器２３とが接続されている。ラムロックスイッチ２１は、運転室内のオペレータにより操作され、ラムロックの作動／解除を自動で行う自動位置、ラムロックを手動で作動するロック作動位置、およびラムロックを手動で解除するロック解除位置に切換可能である。コントローラ１０は、ラムロックスイッチ２１と車速センサ２２とペダル操作検出器２３からの信号に基づき以下のような処理を実行し、電磁切換弁８，１８を制御する。

図６は、コントローラ１０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは例えばエンジンキースイッチのオンによりスタートする。まず、ステップＳ１でラムロックスイッチ２１の切換位置を判定する。自動位置と判定されるとステップＳ２に進み、車速センサ２２により検出された車速Ｖが予め定めた所定値Ｖ０より大きいか否かを判定する。所定値Ｖ０は例えば０であり、ステップＳ２では車両が走行中か否かを判定する。ステップＳ２が否定されるとステップＳ３に進み、ペダル操作検出器２３からの信号により走行ペダル１６が操作されたか否かを判定する。

ステップＳ３が否定されるとステップＳ４に進み、電磁切換弁８に制御信号を出力し、電磁切換弁８を位置ロに切り換える。これによりラムシリンダ１の伸縮が禁止され、ラムロックが作動する。次いで、ステップＳ５で電磁切換弁１８に制御信号を出力し、電磁切換弁１８を位置イ側に切り換える。これによりポンプ最大容量が小容量側のｑｐ２に制御される。ステップＳ１でラムロックスイッチ２１がロック作動位置と判定されたときも、ステップＳ４，ステップＳ５の処理が実行される。

一方、ステップＳ１で、ラムロックスイッチ２１がロック解除位置と判定され、あるいはステップＳ２で車両走行中と判定され、あるいはステップＳ３で走行ペダル１６が操作と判定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ６では電磁切換弁８に制御信号を出力し、電磁切換弁８を位置イに切り換える。これによりラムシリンダ１の伸縮が許容され、ラムロックが解除される。次いで、ステップＳ７で電磁切換弁１８に制御信号を出力し、電磁切換弁１８を位置ロ側に切り換える。これによりポンプ最大容量が大容量側のｑｐ１に制御される。

第１の実施の形態に係る走行制御装置の主要な動作を説明する。
ラムロックスイッチ２１が自動位置に切り換えられると、車速Ｖと走行ペダル１６の操作に応じてラムロックの作動およびポンプ最大容量が制御される。すなわち車両が停止し、かつ、走行ペダル１６が非操作のとき、ラムロックが自動的に作動する（ステップＳ４）。これによりシャーシ３に対するアクスル２の揺動が阻止され、安定した車両姿勢で作業を行うことができる。このときポンプ最大容量はｑｐ２である（ステップＳ５）。この状態で走行ペダル１６を操作すると、ラムロックが解除され、ポンプ最大容量がｑｐ１（＞ｑｐ２）となる（ステップＳ６，ステップＳ７）。これによりアクスル２が揺動可能となり、走行時の乗り心地性が向上するとともに、ポンプ最大容量の増加により車両を高速で走行することができる。

車両の走行、停止が頻繁に繰り返される作業、例えば土砂を掘削した後、その土砂をすぐにダンプまで運搬するといった作業を繰り返し行う場合、車両の走行、停止の度にラムロックが作動、解除されるのは煩わしく、ラムロックを作動したままで作業を行うことが好ましい。この場合には、オペレータはラムロックスイッチ２１をロック作動位置に操作する。これにより走行中もラムロックが作動するとともに、ポンプ最大容量がｑｐ２となる（ステップＳ４，ステップＳ５）。そのためポンプ吐出量が抑えられ、走行ペダル１６を最大に操作したとしても車両速度（車両最高速度）は高速とならず、車体姿勢が不安定となることを防止できる。

このように第１の実施の形態では、ラムロック作動状態におけるポンプ最大容量ｑｐ２をラムロック解除状態におけるポンプ最大容量ｑｐ１よりも小さくして、ポンプ吐出量を抑えるようにしたので、走行ペダル１６が最大に踏み込まれた場合にも車両速度を低速に保つことができる。このため、路面に対するシャーシ３の揺動が少なく、安定した姿勢で走行することができる。

−第２の実施の形態−
図７〜図９を参照して本発明による走行制御装置の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、ラムロックの作動状態に応じて油圧ポンプ１２のポンプ容量を制御したが、第２の実施の形態では、油圧モータ１３のモータ容量を制御する。なお、図１〜図６と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図７は、第２の実施の形態に係る走行制御装置の構成を示す油圧回路図である。走行モータ１３は可変容量式モータであり、モータレギュレータ１３ａによりモータ傾転（モータ容量）が制御される。すなわち、レギュレータ１３ａにはモータ圧力（モータ駆動圧）がフィードバックされ、図８に示すようにモータ圧力が小さい範囲ではモータ容量は小さく、モータ圧力が所定値以上になると、モータ容量は大きくなる。これにより走行負荷が小さい場合は車両は高速（高速低トルク）で走行し、走行負荷が大きい場合は低速（低速高トルク）で走行する。なお、油圧ポンプ１２のポンプ最大容量はｑｐ１に設定されている。

モータレギュレータ１３ａには電磁切換弁２５を介して油圧源１９が接続され、電磁切換弁２５の切換によりモータ容量が制御される。すなわち電磁切換弁２５が位置イに切り換えられると、油圧源１９からの圧油がレギュレータ１３ａに作用し、モータ圧力が小さい領域におけるモータ容量はｑｍ２（図８の点線）となる。電磁切換弁２５が位置ロに切り換えられると、油圧源１９からの圧油の作用が停止し、モータ容量はｑｍ２より小さいｑｍ１（図８の実線）となる。この場合、モータ容量が大きいほど車両の最高速度がより低速に制限されるが、ここでは、ラムロック作動状態で走行した場合に車体姿勢が不安定とならないようにｑｍ２が設定される。

電磁切換弁２５はコントローラ１０からの信号により制御される。図９は、第２の実施の形態に係るコントローラ１０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。図９において、ステップＳ４でラムロックが作動するとステップＳ１１に進み、電磁切換弁２５に制御信号を出力し、電磁切換弁２５を位置イに切り換える。これによりモータ容量がｑｍ２となり、車両速度が低速に制限される。一方、ステップＳ６でラムロックが解除するとステップＳ１２に進み、電磁切換弁２５に制御信号を出力し、電磁切換弁２５を位置ロに切り換える。これによりモータ容量がｑｍ１となり、車両の高速走行が可能となる。

このように第２の実施の形態では、ラムロック作動状態におけるモータ容量ｑｍ２をラムロック解除状態におけるモータ容量ｑｍ１よりも大きくしてたので、ラムロック作動時のモータ回転速度が抑えられ、安定した姿勢で走行することができる。この場合、油圧ポンプ１２の最大容量をｑｐ１とするので、ポンプ吐出量が制限されず、油圧ポンプ１２からの圧油を用いて油圧モータ１３だけでなく、他の作業用アクチュエータを駆動することができる。

なお、上記実施の形態では、ポンプ容量またはモータ容量を制御してラムロック作動時の車両速度を制限するようにしたが、エンジン回転数を制御して車両速度を制限するようにしてもよい。この場合のエンジン回転数の特性の一例を図１０に示す。この例では、走行ペダル１６の操作量を検出する操作量検出器を設け、ペダル操作量に応じたコントローラ１０からの制御信号によりエンジン回転数を制御するようにしている。図中、Ｎ１，Ｎ２はラムロック解除時およびラムロック作動時のエンジン回転数の上限値であり、ラムロック作動時のエンジン回転数Ｎ２をラムロック解除時のエンジン回転数Ｎ１よりも小さいしている（Ｎ２＜Ｎ１）。これによりラムロック作動時のポンプ吐出量が制限され、車両速度を低速に保つことができる。

以上では、油圧駆動車両の車輪または車軸を支持する油圧シリンダとしてラムシリンダ１を用いたが、サスペンションシリンダを用いてもよい。その一例を図１１に示す。図１１では、アクスル２とシャーシ３（不図示）の間に左右一対のサスペンションシリンダ５０が介装されている。サスペンションシリンダ５０は、シリンダチューブ側がシャーシ３に、シリンダロッド側がアクスル２にそれぞれピン等により連結され、走行時における緩衝機能を発揮しつつアクスル２を支持する。各サスペンションシリンダ５０のボトム室およびロッド室は管路５１を介して互いに連通し、管路５１はそれぞれ管路５２を介してアキュムレータ５３に連通している。各サスペンションシリンダ５０のボトム室およびロッド室に接続された管路にはそれぞれパイロットチェック弁５４が介装され、各パイロットチェック弁５４のパイロットポートは電磁切換弁８を介して油圧ポンプ９またはタンクに接続されている。この場合、コントローラ１０からの制御信号により、上述したのと同様に電磁切換弁８を切り換えればよい。すなわち、ロック作動が指令されると電磁切換弁８を位置ロに切り換え、サスペンションシリンダ５０をロックするとともに、車両走行速度を制限する。また、ロック解除が指令されると電磁切換弁８を位置イに切り換え、サスペンションシリンダ５０のロックを解除するとともに、走行速度制限も解除すればよい。

上記実施の形態では、パイロットチェック弁７，５４の切換によりラムシリンダ１やサスペンションシリンダ５０などの油圧シリンダのロックを作動、解除するようにしたが、ロック手段はこれに限らない。ラムロックスイッチ２１の操作、車速、走行ペダル１６の操作等に応じてコントローラ１０が電磁切換弁８，１８を切り換えるようにしたが、シリンダを油圧ロックした状態の車両の最高速度を、油圧ロックを解除した状態の最高速度よりも小さくするのであれば、速度制限手段はいかなるものでもよい。ポンプ容量、モータ容量、エンジン回転数を同時に制御するようにしてもよい。シリンダ１，５０がアクスル２を介して車輪または車軸を揺動可能に支持したが、アクスル２を介さずに支持してもよい。

以上の実施の形態ではホイールショベルを例に説明したが、他の油圧駆動車両にも本発明を適用することができる。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の油圧駆動車両の走行制御装置に限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明の実施の形態に係る油圧駆動車両の要部構成を示す図。 図１のラムシリンダの駆動用油圧回路図。 第１の実施の形態に係る走行制御装置の構成を示す油圧回路図。 図３の油圧ポンプのポンプ圧力に対するポンプ容量の特性を示す図。 第１の実施の形態に係る走行制御装置の制御構成を示すブロック図。 図５のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。 第２の実施の形態に係る走行制御装置の構成を示す油圧回路図。 図７の油圧モータのモータ圧力に対するモータ容量の特性を示す図。 図８のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。 図４，図８の変形例を示す図。 図１の変形例を示す図。

符号の説明

１ ラムシリンダ
１０ コントローラ
１２ 油圧ポンプ
１２ａ レギュレータ
１３ 油圧モータ
１８，２５ 電磁切換弁
５０ サスペンションシリンダ

Claims (6)

1. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプからの圧油により駆動する走行用油圧モータと、
   車両の車輪または車軸を車体に対し左右方向に揺動可能に支持する油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダを油圧ロックする第１の選択位置と、前記油圧シリンダの油圧ロックを解除する第２の選択位置の少なくとも２つの選択位置を有し、前記第１および第２の選択位置のいずれか１つをオペレータが選択するための油圧ロック選択手段と、
   前記油圧ロック選択手段で前記第１の選択位置が選択されると前記油圧シリンダを油圧ロックし、前記油圧ロック選択手段で前記第２の選択位置が選択されると前記油圧シリンダの油圧ロックを解除するロック手段と、
   前記油圧ロック選択手段で前記第１の選択位置が選択されて前記ロック手段により前記油圧シリンダを油圧ロックした状態を維持して走行する場合には、前記油圧ロック選択手段で前記第２の選択位置が選択されて前記油圧シリンダの油圧ロックを解除した状態で走行する場合よりも車両の最高速度を低速に制限する速度制限手段とを備えることを特徴とする油圧駆動車両の走行制御装置。
2. 請求項１に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、
   前記油圧ポンプは、可変容量型油圧ポンプであり、
   前記速度制限手段は、前記油圧ロック選択手段で前記第１の選択位置が選択されて前記ロック手段により前記油圧シリンダを油圧ロックした状態では、前記油圧ロック選択手段で前記第２の選択位置が選択されて前記油圧シリンダの油圧ロックを解除した状態よりも前記油圧ポンプの最大容量が小さくなるようにポンプ容量を制御してポンプ吐出量を抑えることで走行する車両の最高速度を低速に制限することを特徴とする油圧駆動車両の走行制御装置。
3. 請求項１に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、
   前記油圧モータは、可変容量型油圧モータであり、
   前記速度制限手段は、前記油圧ロック選択手段で前記第１の選択位置が選択されて前記ロック手段により前記油圧シリンダを油圧ロックした状態では、前記油圧ロック選択手段で前記第２の選択位置が選択されて前記油圧シリンダの油圧ロックを解除した状態よりも前記油圧モータの容量が大きくなるようにモータ容量を制御してモータ回転速度を抑えることで走行する車両の最高速度を低速に制限することを特徴とする油圧駆動車両の走行制御装置。
4. 請求項１に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、
   前記油圧ポンプは、エンジン回転数に応じた回転数で駆動され、
   前記速度制限手段は、前記油圧ロック選択手段で前記第１の選択位置が選択されて前記ロック手段により前記油圧シリンダを油圧ロックした状態では、前記油圧ロック選択手段で前記第２の選択位置が選択されて前記油圧シリンダの油圧ロックを解除した状態よりもエンジン回転数が小さくなるようにエンジン回転数を制御して前記油圧ポンプのポンプ吐出量を抑えることで走行する車両の最高速度を低速に制限することを特徴とする油圧駆動車両の走行制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、
   前記油圧シリンダは、油室がタンクに接続されたラムシリンダであることを特徴とする油圧駆動車両の走行制御装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の油圧駆動車両の走行制御装置において、
   前記油圧シリンダは、油室がアキュムレータに接続されたサスペンションシリンダであることを特徴とする油圧駆動車両の走行制御装置。
   

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