JP7794875B2 - 作業用車両および作業用車両の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンを駆動源とした作業用車両および作業用車両の制御方法に関する。

従来、エコノミーモードを選択可能な作業用車両が提案されている（特許文献１：特開２０１１－００１８９６号公報、特許文献２：特開２０１５－０９４０７０号公報）。

特開２０１１－００１８９６号公報 特開２０１５－０９４０７０号公報

燃費を抑えるためにエコノミーモードにする場合がある。しかし、エコノミーモードで作業中に掘削等の大きな作業パワーが必要なときはオペレータが手動でスタンダードモードに切替える必要があった。一方、スタンダードモードで作業をし続けると無駄にエネルギーが消費される。その結果、燃費が低下するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、エコノミーモードとスタンダードモードとを適切な時期に切替える制御によって燃費の向上を図るとともに、オペレータが手動でスタンダードモードとエコノミーモードとを切替える煩わしさを解消することが可能な作業用車両を提供することを目的とする。

本発明は、一実施形態として以下に開示する解決策により、前記課題を解決する。

本発明に係る作業用車両は、エンジンと、前記エンジンによって作動する第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプによって作動する走行装置と、前記第２油圧ポンプによって作動する作業装置と、前記走行装置と前記作業装置を操作する操作装置と、エンジン出力を制御するＥＣＵと、前記ＥＣＵにエコノミーモードの制御指令またはスタンダードモードの制御指令をする車両コントローラを備え、前記車両コントローラは、前記走行装置が停止していて前記第２油圧ポンプからの吐出圧力が基準値以上であるとともにエンジン負荷率が所定の上限値以上で第１期間を経過したときは前記ＥＣＵに前記スタンダードモードの制御指令を送信し、前記エンジン負荷率が所定の下限値以下で第２期間を経過したときは前記ＥＣＵに前記エコノミーモードの制御指令を送信し、前記走行装置が作動しているときは前記ＥＣＵに前記スタンダードモードの制御指令を送信することを特徴とする。ここで、ＥＣＵはＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔである。または、ＥＣＵはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔである。

この構成によれば、大きな作業パワーが必要なときは速やかにスタンダードモードに切替えることができる。そして、小さな作業パワーで足りるときは速やかにエコノミーモードに切替えることができて、燃費の向上を図ることができる。尚且つ、オペレータが手動でスタンダードモードとエコノミーモードとを切替える煩わしさが解消されて使い勝手が良くなる。

一例として、前記車両コントローラによる前記エコノミーモードの制御指令と前記スタンダードモードの制御指令を有効にする選択スイッチを有し、前記車両コントローラは、前記選択スイッチが有効であるときに前記エコノミーモードの制御指令と前記スタンダードモードの制御指令を選択して前記ＥＣＵに送信する。この構成によれば、大きな作業パワーが必要なときは、エンジン負荷率に依らず、必要な作業パワーを確保することができる。よって、オペレータの使い勝手が良い。

一例として、前記ＥＣＵは、前記エコノミーモードの制御指令を受信して前記エコノミーモードで制御をするときは、エンジン回転数の上限値を前記スタンダードモードで制御をするときの０．７５倍～０．９５倍の範囲内に抑える。この構成によれば、エコノミーモードで制御をするときは、作業性を損なわない範囲内で燃費を抑えることができる。

一例として、前記第１期間は０．２～０．７秒に設定されている。この構成によれば、大きな作業パワーが必要なときは、速やかにスタンダードモードに変更できる。尚且つ、初期動作等において一時的に高圧力になることで本来必要がないスタンダードモードになることを防止できる。一例として、前記第２期間は０．８～１．４秒に設定されている。この構成によれば、作業性を損なわない範囲内で大きな作業パワーが必要でなくなったときは、速やかにエコノミーモードに変更できる。

一例として、前記車両コントローラは、前記ＥＣＵが前記エンジンの燃料噴射率に基づいて算出した前記エンジン負荷率を用いて前記エコノミーモードの制御指令と前記スタンダードモードの制御指令を前記ＥＣＵに送信する。この構成によれば、大きなトルクが必要でなくなったときは、速やかにエコノミーモードに変更できる。

本発明に係る作業用車両の制御方法は、エンジンと、前記エンジンによって作動する第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプによって作動する走行装置と、前記第２油圧ポンプによって作動する作業装置と、前記走行装置と前記作業装置を操作する操作装置と、エンジン出力を制御するＥＣＵと、前記ＥＣＵにエコノミーモードの制御指令またはスタンダードモードの制御指令をする車両コントローラを備えた作業用車両の制御方法であって、前記車両コントローラは、前記走行装置が停止していて前記第２油圧ポンプからの吐出圧力が基準値以上であるとともにエンジン負荷率が所定の上限値以上で第１期間を経過したときは前記ＥＣＵに前記スタンダードモードの制御指令を送信し、前記エンジン負荷率が所定の下限値以下で第２期間を経過したときは前記ＥＣＵに前記エコノミーモードの制御指令を送信し、前記走行装置が作動しているときは前記ＥＣＵに前記スタンダードモードの制御指令を送信することを特徴とする。

この構成によれば、作業用車両において、大きな作業パワーが必要なときは速やかにスタンダードモードに切替えることができる。そして、小さな作業パワーで足りるときは速やかにエコノミーモードに切替えることができて、燃費の向上を図ることができる。尚且つ、オペレータが手動でスタンダードモードとエコノミーモードとを切替える煩わしさが解消されて使い勝手が良くなる。

本発明によれば、エコノミーモードとスタンダードモードとを適切な時期に切替える制御によって燃費の向上を図るとともに、オペレータが手動でスタンダードモードとエコノミーモードとを切替える煩わしさを解消できる作業用車両が実現する。

図１は、本実施形態に係る作業用車両の例を示す概略の斜視図である。 図２は、図１に示す作業用車両における駆動制御系の例を示す概略の回路図である。 図３は、図１に示す作業用車両におけるエコノミーモードとスタンダードモードとを切替える制御手順の例を示す概略のフローチャート図である。 図４は、図１に示す作業用車両におけるエコノミーモードとスタンダードモードとを切替える制御動作の例を示す概略のグラフ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る作業用車両１の例を示す概略図であり、左前部上方からの斜視図である。作業用車両１は、走行装置６と旋回装置８を備える。なお、説明の便宜上、図中において矢印にて上下、左右、前後の方向を示す場合がある。また、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施形態の作業用車両１として、ホイール式の油圧ショベルを例に挙げて説明する。上記以外の構成として、作業用車両１は、トラックローダやキャリアなどが適用できる。

図１に示すように、作業用車両１は、走行可能な下部体２と、下部体２の上に配設されて旋回可能な上部体３と、上部体３に取付けられた作業装置９と、上部体３に配設された運転室４を備える。そして、オペレータが乗車して走行や旋回や掘削を含む各種作業の操作をする操作装置５が運転室４に設けられている。ここで、図中の一点鎖線Ｐ１で囲んだ部分は運転室４の内部を上から視た概略の構成図である。

運転室４は、オペレータが搭乗して着座するオペレータシート４ａと、オペレータシート４ａの右側前方に配されたディスプレイ９８と、オペレータシート４ａの右側後方に配された選択スイッチ９９を備える。ディスプレイ９８は、走行装置６、旋回装置８、作業装置９やブレード装置１９の作動情報、並びに車両情報を表示可能な構成である。選択スイッチ９９は、スタンダードモード、エコノミーモードまたは切替モードを順次切り替えて選択可能な押し釦である。

選択スイッチ９９が操作されたときは、スタンダードモード、エコノミーモード、切替モードの順に切り替える制御をする。一例として、スタンダードモード、エコノミーモードまたは切替モードのいずれの状態であるのかをディスプレイ９８に表示する。

一例として、スタンダードモードのときは、ディスプレイ９８にアイコンが表示されない。エコノミーモードのときは、ディスプレイ９８にリーフ模様のアイコンが表示される。切替モードのときは、ディスプレイ９８にリーフ模様とプラス記号とを合体したアイコンが表示される。

運転室４は、オペレータが操作する操作装置５を備える。オペレータは、操作装置５を操作することで、走行装置６、旋回装置８、作業装置９またはブレード装置１９、もしくはその他の作業装置を操作する。

一例として、左側操作レバー５ａを操作することで旋回装置８やアーム５１ｃが作動する。一例として、左側操作レバー５ａを左方向に動かすことで上部体３が左回りに旋回するとともに、左側操作レバー５ａの操作量によって旋回速度が加速または減速する。一例として、左側操作レバー５ａを右方向に動かすことで上部体３が右回りに旋回するとともに、左側操作レバー５ａの操作量によって旋回速度が加速または減速する。一例として、右側操作レバー５ｂを操作することでブーム５１ｂやバケット５１ｄが作動する。

一例として、走行装置６は、左右１対の前側走行輪６ａと、左右１対の後側走行輪６ｂを備える。作業用車両１の上部体３は、前方を照らす左右１対のヘッドライト６ｃを有する。運転室４は、オペレータが操縦するハンドル４ｂを備える。一例として、作業用車両１は公道を自走可能な４輪駆動車両である。操作装置５は、ブレードレバー、走行ペダル、ブレーキペダル、ブームスイング／セカンドブームペダルを有する（不図示）。

作業用車両１は、作動油（圧油）によって作動する作業装置９とブレード装置１９を備える。作業装置９は、ブーム５１ｂ、アーム５１ｃ、並びにバケット５１ｄを有する。ブーム５１ｂは、上下方向や前後成分を含む上下方向に揺動可能に上部体３に取付けられている。

一例として、上部体３とブーム５１ｂとの間にブームブラケット５１ｅが設けられている。ブーム５１ｂは、ブームシリンダ１８ｄによって上部体３に対して上下方向に揺動する。ブーム５１ｂは、ブームブラケット５１ｅによって、上部体３に対して左右方向や前後成分を含む左右方向に揺動する。一例として、ブーム５１ｂは、スイングシリンダ（不図示）によって上部体３に対して左右方向に揺動する。

アーム５１ｃは、アームシリンダ１８ｂによってブーム５１ｂに対して上下方向に揺動する。バケット５１ｄは、バケットシリンダ１８ｃによってアーム５１ｃに対して上下方向に揺動する。ここで、バケット５１ｄは、他の作業用アタッチメントに変更する場合がある。

ブレード装置１９は、排土板５１ａを有する。排土板５１ａは、排土板シリンダ１８ａによって下部体２に対して上下方向に揺動する。

図２は、作業用車両１における駆動制御系の例を示す概略の回路図である。図中の実線は油圧系の接続を簡易的に示しており、図中の破線は電気信号系の接続を簡易的に示している。なお、油圧系や電気信号系の接続において、要部以外の表記を省略している。

本実施形態の走行装置６は、静油圧式変速機（略称はＨＳＴ）を備える。第１油圧ポンプ３１の駆動源はエンジン２０である。一例として、第１油圧ポンプ３１は、可変容量型の斜板ポンプである。走行用油圧モータ１６は、ギアケースに連結されており、前記ギアケースから後輪側アクスルに動力が伝達され、さらに左右の後側走行輪６ｂに動力が伝達される。また、前記ギアケースからプロペラシャフトを介して前輪側アクスルに動力が伝達され、さらに左右の前側走行輪６ａに動力が伝達される（不図示）。なお、上記構成は一例であり、ＨＳＴを有さない走行装置６にすることも可能である。

オペレータが選択スイッチ９９を操作すると、車両コントローラ７に出力モード信号が送信される。前記出力モード信号を受信した車両コントローラ７は、ＥＣＵ３０に所定の制御指令を送信する。選択スイッチ９９によってスタンダードモードが選択されると、車両コントローラ７は、ＥＣＵ３０にスタンダードモードの制御指令を送信する。選択スイッチ９９によってエコノミーモードが選択されると、車両コントローラ７は、ＥＣＵ３０にエコノミーモードの制御指令を送信する。選択スイッチ９９によって切替モード（エコプラスモードとも称する）が選択されると、車両コントローラ７は、ＥＣＵ３０からの通信によって得たエンジン負荷率と圧力センサからの検知信号によって得たポンプ圧に応じて、ＥＣＵ３０にスタンダードモードの制御指令とエコノミーモードの制御指令のいずれかの制御指令を選択して送信する。

車両コントローラ７は、ＥＣＵ３０に信号接続されており、互いに通信可能である。車両コントローラ７やＥＣＵ３０を含む車両制御に係る通信プロトコルは、一例として、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ（略称はＣＡＮ）が適用される。

車両コントローラ７は、オペレータによる選択スイッチ９９の押下操作に応じて選択信号をＥＣＵ３０に送る。なお、上記構成は一例であり、タッチパネル式のディスプレイ９８のタッチ操作によって選択信号が送信される構成にすることも可能である。

作業用車両１は、走行用油圧モータ１６、旋回用油圧モータ１７、油圧シリンダ１８として排土板シリンダ１８ａ、アームシリンダ１８ｂ、バケットシリンダ１８ｃ、ブームシリンダ１８ｄ、その他既知の油圧シリンダを備える。また、作業用車両１は、オプションとして取付けた各種アタッチメントを油圧作動させるための接続ポートを備える（不図示）。そして、作業用車両１は、起動時に車両コントローラ７とＥＣＵ３０にそれぞれ電力供給する鉛バッテリを有する（不図示）。

作業用車両１は、第１油圧ポンプ３１と、第１油圧ポンプ３１からの圧油によって作動する走行用油圧モータ１６を有する。図２の例では、第１油圧ポンプ３１の両方の出力側に第１チェック弁４３がそれぞれ配されており、第１チェック弁４３の出力側に第１リリーフ弁４１がそれぞれ配されている。

作業用車両１は、第２油圧ポンプ３２と、第２油圧ポンプ３２からの圧油によって作動する旋回用油圧モータ１７を有する。図２の例では、油圧モータ用制御バルブ１１の二次側に旋回用油圧モータ１７が接続されている。第２油圧ポンプ３２の駆動源はエンジン２０である。

一例として、制御バルブユニット１０は、旋回用の油圧モータ用制御バルブ１１、油圧シリンダ用制御バルブ１２ａ、油圧シリンダ用制御バルブ１２ｂ、油圧シリンダ用制御バルブ１２ｃ、油圧シリンダ用制御バルブ１２ｄ、並びに第２リリーフ弁４２の各一次側が並列接続されている。第２リリーフ弁４２の二次側はリターン流路になっており、設定圧を超える作動油は作動油タンク５４に戻る。なお、制御バルブユニット１０を構成する各種制御バルブの数はそれぞれ増減する場合があり、必要に応じてサービスポート用制御バルブを含む場合がある。

図３は、作業用車両１における切替モードに係る制御手順の例を示す概略のフローチャート図である。続いて、切替モードに係る制御の例について以下に説明する。

［切替モードに係る制御の例］
選択スイッチ９９の操作によって切替モードが選択されると、車両コントローラ７は、ＥＣＵ３０がエンジン２０の燃料噴射率に基づいて算出したエンジン負荷率を用いてエコノミーモードの制御指令とスタンダードモードの制御指令を前記ＥＣＵ３０に送信する。ＥＣＵ３０、エコノミーモードの制御をするときは、エンジン２０の回転数の上限値をスタンダードモードのときの０．７５倍～０．９５倍の範囲内に抑える制御をする。

図３のステップＳ１において、車両コントローラ７は、走行装置６が停止しているか否かを判断する。そして、走行装置６が停止しているときは、ステップＳ１からステップＳ２に遷移する。一方、走行装置６が作動しているときは、ステップＳ１からステップＳ４に遷移する。

図３のステップＳ２において、車両コントローラ７は、エコノミーモードの制御指令をＥＣＵ３０に送信する。そして、ステップＳ２からステップＳ３に遷移する。

第１期間Ｔ１は、０．２～０．７秒に設定されている。図４の例では、第１期間Ｔ１は０．４秒に設定されている。第２期間Ｔ２は０．８～１．４秒に設定されている。図４の例では、第２期間Ｔ２は１．０秒に設定されている。

図３のステップＳ３において、第２油圧ポンプ３２からの吐出圧力が基準値Ｕ１以上であるとともにエンジン負荷率が上限値Ｅ１以上で第１期間Ｔ１を経過したときは、ステップＳ３からステップＳ４に遷移する。一方、第２油圧ポンプ３２からの吐出圧力が基準値Ｕ１以上で第１期間Ｔ１を経過しないとき、または、エンジン負荷率が上限値Ｅ１以上で第１期間Ｔ１を経過しないときは、ステップＳ３からステップＳ２に戻る。

図３のステップＳ４において、車両コントローラ７は、エンジン負荷率に依らず、スタンダードモードの制御指令をＥＣＵ３０に送信する。そして、ステップＳ４からステップＳ５に遷移する。

図３のステップＳ５において、エンジン負荷率が下限値Ｅ２以下で第２期間Ｔ２を経過したときは、ステップＳ５からステップＳ６に遷移する。一方、エンジン負荷率が下限値Ｅ２以下で第２期間Ｔ２を経過しないときは、ステップＳ５からステップＳ４に戻る。

第２期間Ｔ２は、０．８～１．４秒に設定されている。図４の例では、第２期間Ｔ２は１．０秒に設定されている。

図３のステップＳ６において、車両コントローラ７は、エコノミーモードの制御指令をＥＣＵ３０に送信する。そして、作業装置９やブレード装置１９による所望の作業が完了すると、一連の制御動作を終了する。

本実施形態によれば、大きな作業パワーが必要なときは、速やかにスタンダードモードに変更できる。尚且つ、作業性を損なわない範囲内で大きな作業パワーが必要でなくなったときは、速やかにエコノミーモードに変更できる。

作業用車両１の駆動源は、エンジンのみならず、エンジンと電動モータを併用するハイブリッド構成にする場合がある。走行装置６は、ホイールを備えた構成に限られず、クローラを備えた構成にする場合がある。このように、作業用車両１は、仕様等に合わせて適宜変更する場合がある。

１ 作業用車両
２ 下部体
３ 上部体
４ 運転室、４ａ オペレータシート、４ｂ ハンドル
５ 操作装置、５ａ 左側操作レバー、５ｂ 右側操作レバー
６ 走行装置、６ａ 前側走行輪、６ｂ 後側走行輪、６ｃ ヘッドライト
７ 車両コントローラ
８ 旋回装置
９ 作業装置
１０ 制御バルブユニット
１１ 油圧モータ用制御バルブ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 油圧シリンダ用制御バルブ
１６ 走行用油圧モータ
１７ 旋回用油圧モータ
１８ 油圧シリンダ、１８ａ 排土板シリンダ、１８ｂ アームシリンダ、１８ｃ バケットシリンダ、１８ｄ ブームシリンダ
１９ ブレード装置
２０ エンジン
３０ ＥＣＵ
３１ 第１油圧ポンプ
３２ 第２油圧ポンプ
４１ 第１リリーフ弁
４２ 第２リリーフ弁
４３ 第１チェック弁
４４ 第２チェック弁
５１ａ 排土板
５１ｂ ブーム
５１ｃ アーム
５１ｄ バケット
５１ｅ ブームブラケット
５４ 作動油タンク
９８ ディスプレイ
９９ 選択スイッチ
Ｅ１ 上限値
Ｅ２ 下限値
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｕ１ 基準値

Claims (6)

1. エンジンと、前記エンジンによって作動する第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプによって作動する走行装置と、前記第２油圧ポンプによって作動する作業装置と、前記走行装置と前記作業装置を操作する操作装置と、エンジン出力を制御するＥＣＵと、前記ＥＣＵにエコノミーモードの制御指令またはスタンダードモードの制御指令をする車両コントローラを備え、
   前記車両コントローラは、前記走行装置が停止していて前記第２油圧ポンプからの吐出圧力が基準値以上であるとともにエンジン負荷率が所定の上限値以上で第１期間を経過したときは前記ＥＣＵに前記スタンダードモードの制御指令を送信し、前記エンジン負荷率が所定の下限値以下で第２期間を経過したときは前記ＥＣＵに前記エコノミーモードの制御指令を送信し、前記走行装置が作動しているときは前記ＥＣＵに前記スタンダードモードの制御指令を送信すること
   を特徴とする作業用車両。
2. 前記車両コントローラによる前記エコノミーモードの制御指令と前記スタンダードモードの制御指令を有効にする選択スイッチを有し、
   前記車両コントローラは、前記選択スイッチが有効であるときに前記エコノミーモードの制御指令と前記スタンダードモードの制御指令を選択して前記ＥＣＵに送信すること
   を特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
3. 前記ＥＣＵは、前記エコノミーモードの制御指令を受信して前記エコノミーモードで制御をするときは、エンジン回転数の上限値を前記スタンダードモードで制御をするときの０．７５倍～０．９５倍の範囲内に抑えること
   を特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
4. 前記第１期間は０．２～０．７秒に設定されており、前記第２期間は０．８～１．４秒に設定されていること
   を特徴とする請求項１に記載の作業用車両。
5. 前記車両コントローラは、前記ＥＣＵが前記エンジンの燃料噴射率に基づいて算出した前記エンジン負荷率を用いて前記エコノミーモードの制御指令と前記スタンダードモードの制御指令を前記ＥＣＵに送信すること
   を特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の作業用車両。
6. エンジンと、前記エンジンによって作動する第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプによって作動する走行装置と、前記第２油圧ポンプによって作動する作業装置と、前記走行装置と前記作業装置を操作する操作装置と、エンジン出力を制御するＥＣＵと、前記ＥＣＵにエコノミーモードの制御指令またはスタンダードモードの制御指令をする車両コントローラを備えた作業用車両の制御方法であって、
   前記車両コントローラは、前記走行装置が停止していて前記第２油圧ポンプからの吐出圧力が基準値以上であるとともにエンジン負荷率が所定の上限値以上で第１期間を経過したときは前記ＥＣＵに前記スタンダードモードの制御指令を送信し、前記エンジン負荷率が所定の下限値以下で第２期間を経過したときは前記ＥＣＵに前記エコノミーモードの制御指令を送信し、前記走行装置が作動しているときは前記ＥＣＵに前記スタンダードモードの制御指令を送信すること
   を特徴とする作業用車両の制御方法。