JP4662492B2 - 装軌車両の操向制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばブルドーザのような装軌車両の操向制御装置に関するものである。

従来、ブルドーザのような装軌車両の操向制御装置として、左右の各駆動輪にクラッチおよびブレーキを設けてそれらクラッチおよびブレーキを制御することで車両の左右旋回運動を行なうようにしたものが知られている。この操向制御装置においては、車両の走行中に操向レバーを右旋回方向に操作すると、右クラッチが解放されるとともに右ブレーキが制動されて右側履帯のみが停止し、車両は右旋回する。また、操向レバーを左旋回方向に操作すると、左クラッチが解放されるとともに左ブレーキが制動されて左側履帯のみが停止し、車両は左旋回する。

ところで、前述のような操向制御装置においては、通常、クラッチが解放されてからブレーキが制動されるまでに所定の時間間隔を設け、あるいはブレーキが解放されてからクラッチが結合されるまでに所定の時間間隔を設けるようにされ、これによって操向制御時のショックを和らげて滑らかな旋回が行えるようにされている。ところが、このクラッチ解放〜ブレーキ制動もしくはブレーキ解放〜クラッチ結合の時間間隔を一定にした場合には、車両が傾斜地を走行する際に、操向レバーを操作した側のクラッチおよびブレーキの両方が解放状態になる時間が生じ、所謂逆ステアリング現象によって車両は操向レバーの操作と反対方向に旋回してしまうという不具合を生じることになる。

このような不具合を解消するために、例えば特許文献１において、クラッチを解放してブレーキを制動するまで、およびブレーキを解放してクラッチを結合するまでの時間間隔を、車体の前後方向傾斜角度に応じて制御するようにし、これによって操向レバー操作時のショックの防止と逆ステアリング現象の防止とを図るようにしたものが提案されている。

また、種々の運転操作条件下においてショックのない滑らかな旋回を行うことを目的としたものとして、例えば特許文献２に記載のものがある。この公報に記載の操向制御装置においては、操向レバーの操作速度に応じて、ブレーキが制動し始めるまでの時間間隔もしくはクラッチが結合し始めるまでの時間間隔を自動的に調整し、ファインコントロール性を向上させるように構成されている。

しかしながら、前記従来例のものは、例えばブルドーザのドージング作業時や高速走行作業時等といった装軌車両の作業状態を考慮して操向制御を行うものではないので、これら各作業状態に適合する最適な制御を行うことができないという問題点がある。また、これら従来例のものでは、主としてクラッチ／ブレーキの静特性のみに着目した制御が実行されているために、あらゆる作業状態に適合して滑らかでかつ確実な旋回制御が達成できないという問題点がある。

特開平４−３６６２３２号公報 特開平５−８７５３号公報

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、装軌車両の種々の作業状態に応じて、特に車両の高速走行時、旋回状態から直進状態へ移行する際に最適な操向性能を得ることができる装軌車両の操向制御装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による装軌車両の操向制御装置は、
左右の各駆動輪に設けられるクラッチおよびブレーキと、これらクラッチおよびブレーキを制御する電子比例制御弁と、操向レバーと、この操向レバーの操作量に応じて操向指令信号を発生する操向指令信号発生器と、この操向指令信号発生器からの出力に基づいて前記電子比例制御弁に操向制御信号を出力するコントローラを備える装軌車両の操向制御装置において、
車両の走行速度を検出する車速検出手段と車両の前後方向の傾斜角を検出するピッチ角センサを設け、このピッチ角センサにより車両が所定角以上の登坂走行状態でなく、かつ前記車速検出手段により車両が高速走行状態にあることが検出されたときに、前記コントローラは、前記操向レバーのフルストローク位置からニュートラル位置への操作時のみに、前記クラッチの結合開始時から結合終了時までのクラッチ油圧の時間的変化率を通常走行時よりも小さめに設定した油圧特性を得るための操向制御信号を前記電子比例制御弁に出力することを特徴とする。

本発明によれば、クラッチ／ブレーキの動特性に注目して、車両が高速走行状態にあるときには、操向レバーのフルストローク位置からニュートラル位置への操作時のみに、クラッチの結合開始時から結合終了時までのクラッチ油圧の時間的変化率が通常走行時よりも小さめに設定され、クラッチがゆっくりと結合される。こうして、旋回状態から直進状態へ移行する際の車両の慣性によるショックが低減されるとともに、旋回流れのないスムーズな旋回特性を得ることが可能となる。

次に、本発明による装軌車両の操向制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

以下に、ブルドーザに適用した実施例について説明する。図１には、本発明の一実施例に係るブルドーザの外観図が示されている。

本実施例のブルドーザ１においては、車体２上にボンネット３および運転席４が設けられ、車体２の前進方向の左右の各側部に、車体２を前進、後退および旋回させる履帯５が設けられている。これら履帯５は、エンジンから伝達される駆動力によって対応するスプロケット６により各履帯５毎に独立して駆動される。

車体２の左右の側部には、ブレード７を先端側で支持する左および右のストレートフレーム８，９の基端部がトラニオン（右側のトラニオンは図示されていない。）１０によってブレード７が上昇・下降可能なように枢支されている。また、ブレード７には、このブレード７を上昇・下降させる左右一対のブレードリフトシリンダ１１，１１が車体２との間に、またブレード７を左右に傾斜させるブレース１２およびブレードチルトシリンダ１３がそのブレース１２を左ストレートフレーム８との間に、ブレードチルトシリンダ１３を右ストレートフレーム９との間に配することにより設けられている。

また、運転席４の左側には、前後進用の変速レバーを兼ねる操向レバー１５と燃料コントロールレバー１７とが設けられ、右側にはブレード７を上昇、下降、左傾斜および右傾斜させるブレードコントロールレバー１８等が設けられている。なお、運転席４の前方には図示されていないデクセルペダルが設けられている。

次に、本実施例のシステム構成が示されている図２において、エンジン２０からの回転駆動力は、ダンパ２１およびＰＴＯ２２を介してトルクコンバータ２３に伝達される。そして、このトルクコンバータ２３の出力軸から、回転駆動力はその出力軸に入力軸が連結されている例えば遊星歯車湿式多板式クラッチ変速機であるトランスミッション２４に伝達される。このトランスミッション２４は、前進、後進クラッチおよび１速乃至３速クラッチを有してその出力軸からその回転駆動力は、トランスファ２５およびステアリング用の左右の各クラッチ２６Ｌ，２６Ｒ、ブレーキ２７Ｌ，２７Ｒを介して左右一対の終減速装置２８Ｌ，２８Ｒに伝達されて履帯５を走行させる各スプロケット６，６が駆動されるようになっている。

前記クラッチ２６Ｌ，２６Ｒおよびブレーキ２７Ｌ，２７Ｒは、ばねの付勢力によって作動し、油圧力によって解放されるように構成され、コントローラ２９から出力される制御信号により、左右の各クラッチ用電磁比例制御弁３０Ｌ，３０Ｒおよび各ブレーキ用電磁比例制御弁３１Ｌ，３１Ｒを介して制御される。この制御を実行するために、前記コントローラ２９には、操向レバー１５の操作量に応じて操向指令信号を発生する操向指令信号発生器１５ａからの信号が入力される。また、このコントローラ２９には、エンジン回転センサ３２からのエンジン２０の回転数データ、トルクコンバータ出力軸回転センサ３３からのトルクコンバータ２３の出力軸の回転数データ、ピッチ角センサ３４からの車両の前後方向の傾斜角データ、トランスミッション出力軸回転センサ３５からのトランスミッション２４の出力軸の回転数データ、トランスミッション速度段センサ３６からの速度段状態に係るデータ、スロットルセンサ３７からのエンジン２０のスロットル量データ等の各データが入力される。

図３（ａ）には、ブルドーザの通常走行時における操向レバー１５のストロークとクラッチまたはブレーキの油圧（維持圧）との関係（モジュレーション特性図）が示され、図３（ｂ）（ｃ）には、クラッチ力と油圧との関係、ブレーキ力と油圧との関係がそれぞれ示されている。これらの図によって、操向レバー１５の操作によるクラッチ圧およびブレーキ圧の制御特性について説明する。

図３（ａ）に示されるように、最初、クラッチには圧油が送られておらずばねの付勢力によりクラッチ・オンの状態にあり、一方ブレーキには圧油が送られてブレーキ・オフの状態で車両は直進している。操向レバー１５が操作されると、Ａ点においてクラッチに圧油を送って油圧をａ点まで上昇させ、このａ点からｂ点の方向に向かって徐々に結合力を減少させ、ｂ点のやや手前でクラッチ力がオフになる（図３（ｂ）参照）。一方、ブレーキにおいてはその圧油を戻して油圧をｃ点まで低下させ、このｃ点からｄ点の方向に向かって徐々に制動力（ブレーキ力）を増加させ、ｄ点でブレーキが結合される（図３（ｃ）参照）。この場合、ｂ〜ｃ間にはディレータイムｔがあり、クラッチ・オフ後にブレーキ・オンになるように設定されている。一方、ブレーキ・オフ→クラッチ・オンの場合には、ブレーキ・オフ後にクラッチ・オンになるようにディレータイムが設定されており、これによって作動時のショックを防止するようにされている。

本実施例においては、前述のような通常走行時のクラッチ／ブレーキの油圧特性（静特性）に対して、ブルドーザの作業状態に応じてその静特性並びに動特性を変化させるように操向制御が実行される。以下に、本実施例における操向制御の具体的内容について、図４に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。

Ｓ１〜Ｓ２：操向指令信号発生器１５ａからの操作レバーストローク信号のほか、エンジン回転センサ３２からのエンジン２０の回転数信号、トルクコンバータ出力軸回転センサ３３からのトルクコンバータ２３の出力軸の回転数信号、ピッチ角センサ３４からの車両の前後方向の傾斜角信号、トランスミッション出力軸回転センサ３５からのトランスミッション２４の出力軸の回転数データ、トランスミッション速度段センサ３６からの速度段信号、スロットルセンサ３７からのエンジン２０のスロットル量信号等の各センサ信号を入力する。そして、エンジン２０の回転数信号およびトルクコンバータ２３の出力軸の回転数信号から車両の牽引力を算出し、傾斜角信号から車両のピッチ角を算出し、トランスミッション２４の出力軸の回転数信号から車速を算出する。

Ｓ３：演算されたピッチ角から、車両が所定角（例えば６°）以上の降坂走行状態であるか否かを判定する。
Ｓ４：所定角以上の降坂走行状態である場合には、内側履帯の旋回必要トルクは大きなマイナス値になることを考慮し、クラッチ／ブレーキのモジュレーション特性として傾斜地用ステアリング静特性を選択する。この傾斜地用ステアリング静特性は、図５（ａ）に示されるように、通常走行時の特性（鎖線）に対してブレーキの制御を早めて（矢印Ｐ参照）、クラッチとブレーキとが同時に解放される領域（遊びの領域）がないような特性に変更した油圧特性が選択される。こうして、クラッチの解放による降坂時の逆方向旋回（逆ステアリング現象）の発生を防ぐことが可能となる。なお、この傾斜地用ステアリング静特性としては、図５（ｂ）に示されるように、図５（ａ）に示される特性（鎖線で示す。）に対して、クラッチの解放開始油圧（図３（ａ）におけるｂ点）およびブレーキの結合開始油圧（図３（ａ）におけるｃ点）を下げた油圧特性を設定することもできる。このような油圧特性によれば、クラッチの結合力およびブレーキの制動力が増加する方向に補正されるので、平坦地と同様の操向感覚で車両操向を行うことができるという効果を奏するものである。

Ｓ５：演算された牽引力から、車両が牽引力大の前進走行状態（ドージング作業状態）であるか否かを判定する。
Ｓ６：所定牽引力（例えば０．４Ｗ；Ｗは車両重量）以上の高負荷前進走行状態である場合には、内側履帯の旋回必要トルクはプラス値になることを考慮し、クラッチ／ブレーキのモジュレーション特性としてドージング用ステアリング静特性を選択する。このドージング用ステアリング静特性は、図６に示されるように、通常走行時の特性（鎖線）に対してクラッチの維持域の範囲Ｑを広げるとともに、ブレーキの維持域の範囲Ｒを狭めた特性、言い換えれば図３（ａ）におけるｂ点およびｃ点を右方へシフトした特性である。こうして、内側履帯の旋回トルクがプラス値となって半クラッチ状態が長く続くことになり、ドージング作業時であってもブレード前面の土砂の押し回しをスムーズに行うことができて、ショックのない最適の旋回特性を得ることができる。

Ｓ７：スロットル開度からエンジン回転が低速であるか否かを判定する。
Ｓ８：エンジン回転が低速である場合には、旋回トルクは小さくて良いので、図７に示されるようなエンジン低速用ステアリング静特性、すなわちブレーキの結合開始油圧を通常走行時（鎖線）よりも高めに設定して制動力を弱めた油圧特性が選択される。こうして、機敏なブレーキ特性により微操作に適合した細かな操向制御を行うことが可能となる。

Ｓ９：一方、所定角以上の降坂走行状態でなく、所定牽引力以上の高負荷走行状態でもなく、エンジン回転が低速でもない場合には、図３（ａ）に示される基本ステアリング静特性が選択される。
Ｓ１０：演算されたピッチ角から、車両が所定角（例えば６°）以上の登坂走行状態であるか否かを判定する。
Ｓ１１：所定角以上の登坂走行状態でない場合には、次に所定牽引力（例えば０．４Ｗ；Ｗは車両重量）以上の高負荷前進走行状態であるか否かを判定する。

Ｓ１２：所定角以上の登坂走行状態である場合、もしくは所定牽引力（例えば０．４Ｗ；Ｗは車両重量）以上の高負荷前進走行状態（ドージング作業状態）である場合には、重負荷用ステアリング動特性パラメータを選択する。すなわち、図８に示されるように、操向レバーをフルストローク位置からニュートラル位置への操作時に、クラッチの結合開始時から結合終了時までのクラッチ油圧の時間的変化率を通常走行時（鎖線で示す。）よりも大きめに設定し、クラッチを短時間で結合する特性が選択される。こうして、高負荷運転状態ではトルクの途切れがなく、また登坂走行状態では逆ステアリング現象を発生することがなく、旋回状態から直進状態へ移行する際のショックが低減されるとともに、旋回流れのないスムーズな旋回特性を得ることが可能となる。

Ｓ１３：所定角以上の登坂走行状態でなく、所定牽引力以上の高負荷前進走行状態でもない場合には、演算された車速から、車両が高速走行状態であるか否かを判定する。
Ｓ１４：車両が高速走行状態である場合には、高速走行用ステアリング動特性パラメータを選択する。すなわち、図９に示されるように、操向レバーをフルストローク位置からニュートラル位置への操作時に、クラッチの結合開始時から結合終了時までのクラッチ油圧の時間的変化率を通常走行時（鎖線で示す。）よりも小さめに設定し、クラッチをゆっくりと結合する特性が選択される。こうして、旋回状態から直進状態へ移行する際の車両の慣性によるショックが低減されるとともに、旋回流れのないスムーズな旋回特性を得ることが可能となる。

Ｓ１５：車両が高速走行状態でもない場合には、通常走行時の基本ステアリング動特性パラメータ（図８、図９の鎖線で示す。）を選択する。
Ｓ１６〜Ｓ１７：ステアリングレバーストローク指令に応じたクラッチ・ブレーキ油圧を演算し、左右の各クラッチ用電磁比例制御弁３０Ｌ，３０Ｒおよび各ブレーキ用電磁比例制御弁３１Ｌ，３１Ｒを介して左右の各クラッチ２６Ｌ，２６Ｒおよび各ブレーキ２７Ｌ，２７Ｒに油圧指令信号を出力してステップＳ１に戻る。

以上のように、本実施例によれば、傾斜地走行、ドージング作業、エンジン低回転走行、高速走行等におけるブルドーザの種々の作業状態に対応して、それら作業状態に最適なステアリング静特性もしくはステアリング動特性が選択されるので、操向ショックのない、しかもオペレータの感覚に合った操向性能のブルドーザを得ることができる。

本実施例においては、降坂走行時のステアリング静特性として図５に示される特性を選択するものとしたが、登坂走行時にこれと同様の特性を選択することも可能である。このようにすれば、登坂時に車両の旋回半径が大きくなり過ぎるという現象の発生を回避することができる。

本実施例においてはブルドーザに適用したものを説明したが、本発明は、その他の装軌車両に対しても適用できるのは言うまでもない。

本発明の一実施例に係るブルドーザの外観図 本実施例のシステム構成図 クラッチ・ブレーキのモジュレーション特性図（ａ）、クラッチ力と油圧との関係を示す図（ｂ）およびブレーキ力と油圧との関係を示す図（ｃ） 操向制御の手順を示すフローチャート 傾斜地用ステアリング静特性を示すグラフ ドージング用ステアリング静特性を示すグラフ エンジン低速用ステアリング静特性を示すグラフ 重負荷用ステアリング動特性を示すグラフ 高速走行用ステアリング動特性を示すグラフ

符号の説明

１ ブルドーザ
５ 履帯
６ スプロケット
１５ 操向レバー
１５ａ 操向指令信号発生器
２０ エンジン
２３ トルクコンバータ
２６Ｌ，２６Ｒ クラッチ
２７Ｌ，２７Ｒ ブレーキ
２９ コントローラ
３０Ｌ，３０Ｒ クラッチ用電磁比例制御弁
３１Ｌ，３１Ｒ ブレーキ用電磁比例制御弁
３２ エンジン回転センサ
３３ トルクコンバータ出力軸回転センサ
３４ ピッチ角センサ
３５ トランスミッション出力軸回転センサ
３６ トランスミッション速度段センサ
３７ スロットルセンサ

Claims (1)

1. 左右の各駆動輪に設けられるクラッチ（２６Ｌ，２６Ｒ）およびブレーキ（２７Ｌ，２７Ｒ）と、これらクラッチ（２６Ｌ，２６Ｒ）およびブレーキ（２７Ｌ，２７Ｒ）を制御する電子比例制御弁（３０Ｌ，３０Ｒ；３１Ｌ，３１Ｒ）と、操向レバー（１５）と、この操向レバー（１５）の操作量に応じて操向指令信号を発生する操向指令信号発生器（１５ａ）と、この操向指令信号発生器（１５ａ）からの出力に基づいて前記電子比例制御弁（３０Ｌ，３０Ｒ；３１Ｌ，３１Ｒ）に操向制御信号を出力するコントローラ（２９）を備える装軌車両の操向制御装置において、
   車両の走行速度を検出する車速検出手段（３５）と車両の前後方向の傾斜角を検出するピッチ角センサ（３４）を設け、このピッチ角センサ（３４）により車両が所定角以上の登坂走行状態でなく、かつ前記車速検出手段（３５）により車両が高速走行状態にあることが検出されたときに、前記コントローラ（２９）は、前記操向レバー（１５）のフルストローク位置からニュートラル位置への操作時のみに、前記クラッチ（２６Ｌ，２６Ｒ）の結合開始時から結合終了時までのクラッチ油圧の時間的変化率を通常走行時よりも小さめに設定した油圧特性を得るための操向制御信号を前記電子比例制御弁（３０Ｌ，３０Ｒ）に出力することを特徴とする装軌車両の操向制御装置。

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