(57)【要約】【課題】走行車両に適用し、実車速を検出せずにスリップ防止制御を行うクローラ式走行装置を提供する。【解決手段】駆動輪３・３と従動輪４・４との間に履帯２・２を巻回し、該駆動輪３・３に電動モータ６を連結したクローラ式走行装置において、駆動トルク指令設定手段１０と駆動輪３・３と回転数検知手段８とモータ駆動回路と、これらと接続する制御手段７を備え、前記駆動トルク指令設定手段１０からの値を駆動トルク指令値としてモータ駆動回路に入力して電動モータ６を駆動し、該駆動トルク指令値より駆動輪３・３の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段８で検知した駆動輪３・３の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より設定値以上大きくなると、前記駆動輪３・３の駆動トルク指令値を減少するように制御したものである。【選択図】図１
2008099346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪と従動輪との間に履帯を巻回し、該駆動輪に電動モータを連結したクローラ式走行装置において、駆動トルク指令設定手段と駆動輪の回転数検知手段とモータ駆動回路と、これらと接続する制御手段を備え、前記駆動トルク指令設定手段からの値を駆動トルク指令値としてモータ駆動回路に入力して電動モータを駆動し、該駆動トルク指令値より駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より設定値以上大きくなると、前記駆動輪の駆動トルク指令値を減少するように制御したことを特徴とするクローラ式走行装置。
【請求項２】
駆動輪と従動輪との間に履帯を巻回し、該駆動輪に電動モータを連結したクローラ式走行装置において、駆動トルク指令設定手段と駆動輪の回転数検知手段とモータ駆動回路と、これらと接続する制御手段を備え、駆動トルク指令値をモータ駆動回路に入力して電動モータを駆動し、該駆動トルク指令値より駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、その差を周波数フィルタに通して特定の周波数領域だけを抽出し、所定のゲインを乗じて駆動トルク補正量を算出し、前記駆動輪の駆動トルク指令値を該駆動トルク補正量だけ減少するように制御したことを特徴とするクローラ式走行装置。
【請求項３】
前記駆動輪の回転数検知手段及び制御手段をそれぞれの駆動輪に一つずつ設け、左右の駆動輪を独立して制御したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクローラ式走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クローラ式走行装置の技術、特に電動モータを駆動源とする作業車両に適用し、スリップ防止制御を備えたクローラ式走行装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電力を動力源として電動モータを作動させて駆動輪を回動する電気自動車は知られている。該電気自動車の駆動系はさまざまな構成が可能であり、そのうちの一つに左右独立のモータを用いてデファレンシャルギヤを無くす構成が知られている（特許文献１参照）。
該電気自動車の車輪のスリップ防止制御方式として、スリップ率制御方式がある。スリップ率λとは、車体速度と車輪速度の差の相対比であり、λ＝０が完全粘着、λ＝１が完全空転を意味する。スリップ率制御とは、このλを直接制御するフィードバック制御である。
一方、モデル追従制御の原理を用いた車輪速度制御によるスリップ防止制御方式がある。モデル追従制御では、車両特性を簡単な慣性モーメントとみなし、スリップが生じればその値が急速に小さくなるものとする。一方、モデルの方は滑らない車体モデル、すなわち、一定の慣性モーメントとして両者の差から演算される補正トルクをドライバのトルク指令から差し引くものとする。（特許文献２・３参照）
このモデル追従制御は、空転時にタイヤ慣性を重く見せかける制御であり、速いマイナー制御ループによって初めて得られる効果であるといえる。よって、モデル追従制御は、電気モータの高速で正確なトルク応答（数〜数十[ｍｓ]）があって初めて可能となる制御である。前記モデル追従制御を利用したスリップ防止制御の利点は、実車速を計測することなく、車輪速度のみを用いることにある。これにより、非駆動輪の速度を検出するなどして車体速度を検出することなく制御を行うことが可能となり、四輪の同時制動などを行うことも可能となる。
【特許文献１】特開２００５−１６８２７８号公報
【特許文献２】特開平２−２９９４０２号公報
【特許文献３】特開平８−１８２１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、農業機械の作業環境は、舗装された路面よりも、圃場などの未舗装面が圧倒的に多く、雨天時や路面が浸水している場合には特に車輪若しくは履帯がスリップすることが多かった。また、スリップ制御を行う場合においても、実車速を検出することが難しく、履帯においては非駆動輪が存在しないため、実車速の検出は不可能であった。
そこで、本発明は斯かる課題に鑑み、走行車両に適用し、実車速を検出せずにスリップ防止制御を行うクローラ式走行装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００５】
即ち、請求項１においては、駆動輪と従動輪との間に履帯を巻回し、該駆動輪に電動モータを連結したクローラ式走行装置において、駆動トルク指令設定手段と駆動輪の回転数検知手段とモータ駆動回路と、これらと接続する制御手段を備え、前記駆動トルク指令設定手段からの値を駆動トルク指令値としてモータ駆動回路に入力して電動モータを駆動し、該駆動トルク指令値より駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より設定値以上大きくなると、前記駆動輪の駆動トルク指令値を減少するように制御したものである。
【０００６】
請求項２においては、駆動輪と従動輪との間に履帯を巻回し、該駆動輪に電動モータを連結したクローラ式走行装置において、駆動トルク指令設定手段と駆動輪の回転数検知手段とモータ駆動回路と、これらと接続する制御手段を備え、駆動トルク指令値をモータ駆動回路に入力して電動モータを駆動し、該駆動トルク指令値より駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、その差を周波数フィルタに通して特定の周波数領域だけを抽出し、所定のゲインを乗じて駆動トルク補正量を算出し、前記駆動輪の駆動トルク指令値を該駆動トルク補正量だけ減少するように制御したものである。
【０００７】
請求項３においては、前記駆動輪の回転数検知手段及び制御手段をそれぞれの駆動輪に一つずつ設け、左右の駆動輪を独立して制御したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【０００９】
請求項１においては、実車速を検出することなくスリップ防止制御を行うことが可能となる。また、それぞれの車輪をモータで駆動することにより、旋回時に制御を行うことが可能となる。また、普通走行時の直進性も向上する。
【００１０】
請求項２においては、実車速を検出することなくスリップ防止制御を行うことが可能となる。また、それぞれの車輪をモータで駆動することにより、旋回時に制御を行うことが可能となる。また、普通走行時の直進性も向上する。
【００１１】
請求項３においては、左右の駆動輪がデファレンシャルギヤを用いなくとも、独立して駆動することができる。また、旋回時や普通走行時に左右それぞれの駆動輪の実回転速度を計測することにより、正確にトラクション制御をすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る作業車両の動力伝達図、図２は作業車両の制御に係るブロック図、図３は本発明の一実施例に係る作業車両の動力伝達図である。
【実施例１】
【００１３】
図１に示すように、作業車両１は走行装置としてクローラ式走行装置を備えている。該クローラ式走行装置は駆動輪３・３と従動輪４・４との間に履帯２・２が巻回されており、前記駆動輪３・３は駆動軸５・５に軸支されており、前記駆動軸５・５には、直接または減速機構等を介して電動モータ６・６に連結している。該電動モータ６・６は左右の履帯に対してそれぞれ一つずつ設けている。前記電動モータ６・６を左右の駆動輪３・３に対して一つずつ独立に設けることにより、デファレンシャルギヤを無くし独立して駆動可能となっている。
このようにクローラ式走行装置では、駆動輪と従動輪との間に履帯が巻回されているために、車体速度を従動輪から検出することができない。そこで、駆動輪の回転速度を利用してトラクション制御を行うこととした。
【００１４】
次に前記電動モータ６・６の制御系統について図１及び図２を用いて説明する。前記電動モータ６・６の制御系統は左右のモータそれぞれに独立して存在しており、その構成は同一であるため、ここでは左モータ６について説明する。まず、図示せぬ運転操作部において駆動トルク指令設定手段（速度制御手段）１０としてアクセルレバーまたは変速レバー等が配置されており、前記駆動トルク指令設定手段１０は制御装置７に接続され速度設定を行えるようにしている。この駆動トルク指令設定手段１０によって入力された駆動トルク指令値Ｆｍは、制御手段となる制御装置７及び電動モータ６の駆動回路１２に入力される。制御装置７は駆動トルク指令値Ｆｍから次式に従い駆動輪３の回転速度（理想回転速度Ｖ）を算出する。
【００１５】
【数１】
2008099346.tif 000003
【００１６】
ここでは、舗装された路面で走行した際に入力された駆動トルク指令値Ｆｍに対する出力回転速度が理想回転速度Ｖとなるような等価慣性モーメントがＪとして記憶されている。
【００１７】
一方、駆動輪３または駆動軸５の近傍には回転数検知手段として回転センサ８が配置され制御装置７と接続されている。該回転センサ８によって実際の駆動輪の回転速度（実回転速度Ｖｗ）を検出し、制御装置７へ入力する。制御装置７では前記理想回転速度Ｖと実回転速度Ｖｗの差を求める。そして、その差を周波数フィルタ（ハイパスフィルタＨＰＳ）を通して高周波領域だけを取り出し、その値に制御ゲインＫを乗じて駆動トルク補正量を得る。前記補正量と駆動トルク指令値Ｆｍから前記補正量を減じてモータの駆動トルク指令値Ｆｍを補正する。なお、制御ゲインＫは、自由に設定できるため、スリップが最小になる値の他に、作業時に最も効率よく牽引力を発揮できる値や、制御が不要な場合に効果を弱くする値に設定することもできる。また、周波数フィルタで補正量の高周波領域だけを取り出すことにより、理想回転と現在回転の定常的な誤差を除外し、スリップ発生の過渡状態のみを制御することができる。
【００１８】
実回転速度Ｖｗが理想回転速度Ｖよりも大きいということは、実回転速度Ｖｗがスリップして空回りすることにより理想回転速度Ｖより速くなっている可能性がある。そこでその差に応じた量だけ駆動トルクを減少させ制御するものである。すなわち、理想回転速度Ｖと実回転速度Ｖｗの差を求め、周波数フィルタにより、スリップを防止するのに有効な高周波成分だけを取り出し、制御ゲインＫを乗じて、駆動トルク補正量Ｃを算出し、電動モータ６へフィードバックして駆動トルク指令値Ｆｍから減算して補正する。これにより、電動モータ６の駆動トルクが低減され、理想回転速度Ｖでの走行が可能となり、スリップが防止される。
【００１９】
また、旋回走行においては、駆動トルク指令設定手段１０により、内側の履帯を駆動する電動モータ６に対する駆動トルク指令値Ｆｍが低い値に設定されることにより、クラッチやブレーキを設けることなく旋回することが可能となる。つまり、ステアリングハンドルまたは操向レバー等の操向操作手段１３にその操作を検知する手段を配置し、その操作信号を制御装置７に入力する。直進時には前述したスリップ制御が行われ、旋回操作が行われると、操向操作手段１３から操作信号が制御装置７に入力されて、その旋回半径に応じて内側の履帯を駆動する電動モータ６に対して直進時の理想回転速度Ｖよりも低速の回転速度指令値を駆動回路１２に出力し、外側の履帯を駆動する電動モータ６に対して直進時の理想回転速度Ｖよりも高速の回転速度指令値を駆動回路１２に入力するのである。
この旋回の際にスリップした場合にもモデル追従制御によってトルク補正をかけることでスリップを事前に防ぐことが可能となる。つまり、前記同様に、回転センサ８から得られる実回転速度Ｖｗが理想回転速度Ｖよりも大きいと、その差に応じた量だけ駆動トルクを減少させ制御するものである。すなわち、理想回転速度Ｖと実回転速度Ｖｗの差を求め、周波数フィルタにより、スリップを防止するのに有効な高周波成分だけを取り出し、制御ゲインＫを乗じて駆動トルク補正量Ｃを算出し、電動モータ６へフィードバックして駆動トルク指令値Ｆｍから減算して補正する。これにより、電動モータ６の駆動トルクが低減され、理想回転速度Ｖで走行するようにしてスリップを防止する構成としている。
なお、前記周波数フィルタは、本実施例で用いたハイパスフィルタに限定されるわけでなく、バンドパスフィルタなどを採用することもできる。
また、左右の履帯の制御系統はそれぞれが独立して存在しているため、左右のスリップ率に差異が生じている場合にもそれぞれの制御系統によって、理想回転速度での走行を可能とする。つまり、直進操向時で片側のみが滑りやすい地面で走行しているときにおいて、片側のクローラがスリップした時には、両側の電動モータ６の回転数を同数減少させて、直進操向させ、普通の地面を走行しているかのように走行することが可能となる。また、両輪が理想回転速度Ｖで走行しようとするため、履帯による走行の課題の一つであった直進走行性も向上する。
【実施例２】
【００２０】
次に電動モータ６の代わりに可変油圧モータを用いた実施例について説明する。
図３に示すように、可変油圧モータ１４・１４の出力軸を駆動軸５・５として、該駆動軸５・５上に駆動輪３・３が固設され、該駆動輪３・３と従動輪４・４との間に履帯２・２が巻回されている。前記駆動軸５・５の回転が回転数センサ等よりなる回転数検知手段８・８により回転数が検知され、制御装置７に入力される。該制御装置７は前記同様の構成としている。
前記可変油圧モータ１４・１４の吐出油路及び吸入油路は切換バルブ１６を介して油圧ポンプ１７と接続され、該油圧ポンプ１７はエンジン４０により駆動される。前記切換バルブ１６は操作手段により前後進が切り換えられる。
【００２１】
また、前記可変油圧モータ１４の可動斜板１８はモータまたはソレノイド等のアクチュエータ１５と連結され、該可動斜板１８はアクチュエータ１５の作動により傾倒角度が変更され出力軸の回転数を変更可能としている。該アクチュエータ１５は制御装置７と接続されている。該制御装置７には前記と同様に駆動トルク指令設定手段１０と操向操作手段１３が接続されて、走行速度を設定可能とし、可動斜板１８はこの設定速度に合わせて回動される。
【００２２】
そして、直進走行時または旋回走行時に、スリップした場合には、前記同様に制御される。つまり、回転センサ８から得られる実回転速度Ｖｗと、駆動トルク指令設定手段１０と操向操作手段１３から得られる理想回転速度Ｖとの差の変化量が設定値よりも大きいと、その差に応じた量だけ駆動トルクを減少させ制御するものである。すなわち、理想回転速度Ｖと実回転速度Ｖｗの差を求め、周波数フィルタにより、スリップを防止するのに有効な高周波成分だけを取り出し、制御ゲインＫを乗じて駆動トルク補正量Ｃを算出し、アクチュエータ１５へフィードバックされ油圧圧力から減算して補正する。これにより、理想回転速度Ｖで走行するようにしてスリップを防止する構成としている。なお、左右で送油量が負荷や温度等で若干異なることが生じるので、左右の回転センサ８・８からの信号から、直進時には左右同じ出力回転となるようにアクチュエータ１５・１５は制御されている。旋回時も、理想回転数となるように制御される。
【００２３】
以上のように、本発明にかかるクローラ走行装置は、駆動輪３・３と従動輪４・４との間に履帯２・２を巻回し、該駆動輪３・３に電動モータ６を連結したクローラ式走行装置において、駆動トルク指令設定手段１０と駆動輪３・３と回転数検知手段８とモータ駆動回路と、これらと接続する制御手段７を備え、前記駆動トルク指令設定手段１０からの値を駆動トルク指令値としてモータ駆動回路に入力して電動モータ６を駆動し、該駆動トルク指令値より駆動輪３・３の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段８で検知した駆動輪３・３の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より設定値以上大きくなると、前記駆動輪３・３の駆動トルク指令値を減少するように制御したものである。このように構成することにより、実車速を検出することなくスリップ防止制御を行うことが可能となる。また、それぞれの車輪をモータで駆動することにより、旋回時に制御を行うことが可能となる。また、普通走行時の直進性も向上する。
【００２４】
また、駆動輪３・３と従動輪４・４との間に履帯２・２を巻回し、該駆動輪３・３に電動モータ６を連結したクローラ式走行装置において、駆動トルク指令設定手段１０と駆動輪３・３の回転数検知手段８とモータ駆動回路と、これらと接続する制御手段７を備え、駆動トルク指令値をモータ駆動回路に入力して電動モータ６を駆動し、該電動モータ６の駆動により発生するトルクより駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪３・３の実回転速度との差を算出し、その値を周波数フィルタに通して特定の周波数領域だけを抽出し、所定のゲインを乗じて駆動トルク補正量Ｃを算出し、前記駆動輪の駆動トルク指令値を該駆動トルク補正量だけ減少するように制御したものである。このように構成することにより、実車速を検出することなくスリップ防止制御を行うことが可能となる。また、それぞれの車輪をモータで駆動することにより、旋回時に制御を行うことが可能となる。また、普通走行時の直進性も向上する。
【００２５】
また、前記駆動輪３・３の回転数検知手段８及び制御手段７をそれぞれの駆動輪３・３に一つずつ設け、左右の駆動輪３・３を独立して制御したものである。このように構成することにより、左右の駆動輪がデファレンシャルギヤを用いなくとも、独立して駆動することができる。また、旋回時や普通走行時に左右それぞれの駆動輪の実回転速度を計測することにより、正確にトラクション制御をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例に係る作業車両の動力伝達図。
【図２】作業車両の制御に係るブロック図。
【図３】本発明の一実施例に係る作業車両の動力伝達図。
【符号の説明】
【００２７】
１    作業車両
２    履帯
６    電動モータ
７    制御装置
【図１】
2008099346.tif 000004
【図２】
2008099346.tif 000005
【図３】
2008099346.tif 000006