(57)【要約】【課題】下り坂の走行時における制御性を向上した降坂速度制御装置を提供することにある。【解決手段】目標速度を切り換えて設定可能な目標速度設定スイッチ５０Ａを備え、コントローラ１００は、実際の車速がこの目標速度設定スイッチによって設定された降坂時の目標速度に一致するようにブレーキ量を制御する。また、降坂路の傾斜角を切り換えて設定可能な降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂや、車両の積載量を切り換えて設定可能な積荷量設定スイッチ５０Ｃを備え、設定された傾斜角や設定された積荷量に応じて、目標速度と実際の速度の偏差に対するＰＩＤ演算手段１３０の制御定数を変更して、ブレーキ量を制御する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実際の車速が降坂時の目標速度に一致するようにブレーキ量を制御する制御手段を有する降坂速度制御装置において、
前記目標速度を切り換えて設定可能な目標速度設定手段を備え、
前記制御手段は、実際の車速がこの目標速度設定手段によって設定された目標速度に一致するようにブレーキ量を制御することを特徴とする降坂速度制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の降坂速度制御装置において、
前記目標速度設定手段は、複数の目標速度を段階的に切換可能であることを特徴とする降坂速度制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の降坂速度制御装置において、さらに、
降坂路の傾斜角を切り換えて設定可能な降坂傾斜角設定手段を備え、
前記制御手段は、この降坂傾斜角設定手段によって設定された傾斜角に応じて、目標速度と実際の速度の偏差に対する制御演算の制御定数を変更して、ブレーキ量を制御することを特徴とする降坂速度制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の降坂速度制御装置において、さらに、
車両の積載量を切り換えて設定可能な積荷量設定手段を備え、
前記制御手段は、この積荷量設定手段によって設定された積荷量に応じて、目標速度と実際の速度の偏差に対する制御演算の制御定数を変更して、ブレーキ量を制御することを特徴とする降坂速度制御装置。
【請求項５】
請求項３若しくは請求項４のいずれかに記載の降坂速度制御装置において、
前記制御手段は、前記降坂傾斜角設定手段によって設定された傾斜角若しくは積荷量設定手段によって設定された積荷量に応じて、前記制御演算による演算値にブレーキを駆動する電磁比例弁に対するオフセット出力値を加算して、ブレーキ量を制御することを特徴とする降坂速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下り坂における速度を制御する降坂速度制御装置に係り、特に、ダンプトラックのように積載重量が大きな車両が降坂する際にブレーキを操作を適切に行い降坂速度を自動的に制御するに好適な降坂速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
降坂時に制御したい車速を保つために、オペレータがフットブレーキやレバーを操作してブレーキ量を調整する方法が従来から行われてきた。しかし、鉱山のような長距離の坂がある場所では、その都度ブレーキを操作することは煩雑であるため、そのようなオペレータによる操作の手間を省く降坂速度制御装置としては、例えば、特開平６−１３５２６０号公報に記載されているように、路面傾斜センサによって検出された路面傾斜角に応じて目標車速を設定するとともに、車速センサによって検出された車速が目標車速になるように、リターダブレーキを制御するものが知られている。また、搭載重量センサを備え、ベッセルに積載された土砂量に応じて、ブレーキ量を制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１３５２６０号公報で提案されたように、斜面状態，荷重，傾斜といった降坂のブレーキ制御に必要な検出を行おうとすると、畢竟システムの価格は高価なものとなる。また、一般的に利用されている傾斜角センサは加速度の影響により誤差を発生することが多く、走行中の傾斜を的確に判断することは極めて困難である。加えて、降坂の際に必要とされるブレーキ量は様々な要因によって変化し、たとえば、坂道が土砂であるか舗装されているかあるいは濡れているといったような要因によってブレーキ量を調整する必要が生じ、そういった要因の変化に対して臨機応変にブレーキ量を変更する必要が生じる。一例として、ダンプトラック等が走行する下り坂は、一般に未舗装路であり、その表面には凹凸（窪みやコブ）が存在する。特開平６−１３５２６０号公報に記載されているように、路面傾斜センサによって検出された路面傾斜角を検出する方式では、ダンプトラックのタイヤが窪みに入ると、路面傾斜角が大きくなったものと判断して目標車速が低くなり、そのため、急にブレーキが掛かるような制御が行われる。そして、窪みを脱すると再び元の車速となるようにブレーキが緩められる。また、ダンプトラックのタイヤがコブに乗り上げると、路面傾斜角が小さくなったものと判断して目標車速が高く、そのため、ブレーキが緩められ、加速するという制御が行われる。そして、コブを乗り越えると再び元の車速となるようにブレーキが掛けられる。この結果、路面の凹凸の状態に応じて車速が変動し、制御が不安定になるという問題が生じてくる。
【０００４】
本発明の目的は、坂や積荷の状況によって設定を変更でき、下り坂の走行時における制御性を向上した降坂速度制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、実際の車速が降坂時の目標速度に一致するようにブレーキ量を制御する制御手段を有する降坂速度制御装置において、前記目標速度を切り換えて設定可能な目標速度設定手段を備え、前記制御手段は、実際の車速がこの目標速度設定手段によって設定された目標速度に一致するようにブレーキ量を制御するようにしたものである。
鉱山においては、坂は一定の傾斜で整地されることが多く走行パターン数は限られるのが一般的である。また、坂の路面状態も少なくとも一日のうちでは大きく変わることは少ない。そのため、ある坂に対して一旦ブレーキ量が調整されれば繰り返しそのブレーキ量に基づいて走行が可能になる場合が多い。そこで、このように目標設定手段により予め目標速度を設定することにより、路面の凹凸等により路面状態が変化しても目標速度は一定のままであるため、制御を安定にして制御性を向上することができる。
【０００６】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記目標速度設定手段は、複数の目標速度を段階的に切換可能としたものである。
複数段階に切り換える方式とすることにより、目標速度の切換も容易に行える。
【０００７】
（３）上記（１）において、好ましくは、さらに、降坂路の傾斜角を切り換えて設定可能な降坂傾斜角設定手段を備え、前記制御手段は、この降坂傾斜角設定手段によって設定された傾斜角に応じて、目標速度と実際の速度の偏差に対するＰＩＤ演算の制御定数を変更して、ブレーキ量を制御するようにしたものである。
このように降坂傾斜角は降坂傾斜角設定手段により設定することにより、高価な傾斜角センサを不要とすることができる。
【０００８】
（４）上記（１）において、好ましくは、さらに、車両の積載量を切り換えて設定可能な積荷量設定手段を備え、前記制御手段は、この積荷量設定手段によって設定された積荷量に応じて、目標速度と実際の速度の偏差に対するＰＩＤ演算の制御定数を変更して、ブレーキ量を制御することを特徴とする降坂速度制御装置。
このように積荷量は積荷量設定手段により設定することにより、高価な積荷量センサを不要とすることができる。
【０００９】
（５）上記（３）若しくは（４）のいずれかにおいて、好ましくは、前記制御手段は、前記降坂傾斜角設定手段によって設定された傾斜角若しくは積荷量設定手段によって設定された積荷量に応じて、前記ＰＩＤ演算による演算値にブレーキを駆動する電磁比例弁に対するオフセット出力値を加算して、ブレーキ量を制御するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を用いて、本発明の実施の形態による降坂速度制御装置の構成及び動作について説明する。本実施の形態は、ダンプトラックに本発明を適用したものである。
【００１１】
図１は、本実施の形態による降坂速度制御装置を用いたダンプトラックの構成を示すブロック図である。
【００１２】
エンジン１０から発生した駆動力は、トランスミッション１５，ディファレンシャルギヤ２０及び車軸２５Ａ，２５Ｂを介して、２つの駆動輪３０Ａ，３０Ｂに伝達され、ダンプトラックの車体を走行させる。車軸２５Ａ，２５Ｂには、それぞれの駆動輪３０Ａ，３０Ｂに対して制動力を発生するリターダブレーキ３５Ａ，３５Ｂが取り付けられている。リターダブレーキ３５Ａ，３５Ｂには、エンジン１０によって駆動されるポンプＰからブレーキ弁４０Ａ，４０Ｂを介して油圧が供給される。
【００１３】
駆動輪３０Ａ，３０Ｂには、車輪の回転数を検出する車速センサ４５Ａ，４５Ｂが設けられている。車速センサ４５Ａ，４５Ｂによって検出された車速データは、コントローラ１００に入力される。設定器５０は、目標車速，降坂傾斜角や積荷の重量を設定するために用いられ、その詳細については図２を用いて後述する。コントローラ１００は、車速センサ４５Ａ，４５Ｂによって検出された車速が、設定器５０によって設定された目標車速となるように、電磁比例弁６０Ａ，６０Ｂに制御信号を出力する。電磁比例弁６０Ａ，６０Ｂは、それぞれシャトル弁６５Ａ，６５Ｂを介してブレーキ弁４０Ａ，４０Ｂに接続されており、ブレーキ弁４０Ａ，４０Ｂをそれぞれ制御して、リターダブレーキ３５Ａ，３５Ｂにおいて発生する制動力を制御し、車速が目標車速となるとように制御する。
【００１４】
また、ブレーキペダル７０は、シャトル弁６５Ａ，６５Ｂに接続されている。シャトル弁６５Ａ，６５Ｂは、ブレーキペダル７０からの圧力と電磁比例弁６０Ａ，６０Ｂからの圧力の内、高い方の圧力を選択してブレーキ弁４０Ａ，４０Ｂに伝達する構成となっている。リターダブレーキ３５Ａ，３５Ｂは、通常は、コントローラ１００によって自動制御されているが、ダンプトラックのオペレータがブレーキペダル７０を踏むと、そのオペレータの意志を反映してリターダブレーキ３５Ａ，３５Ｂが動作し、ダンプトラックの車体を停止させたり、減速したりすることができる。
【００１５】
図２は、本実施の形態による降坂速度制御装置の構成を示すシステムブロック図である。
【００１６】
設定器５０は、目標速度設定スイッチ５０Ａと、降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂと、積荷設定スイッチ５０Ｃを備えている。設定スイッチ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、それぞれ設定値を段階的に切り換えて設定できるロータリースイッチのようなものから構成されている。目標速度設定スイッチ５０Ａは、オペレータが降坂時の走行速度を切換設定するスイッチであり、例えば、１０ｋｍ／ｈ，１２ｋｍ／ｈ，１５ｋｍ／ｈの３種類の目標速度の中から選択して設定することができる。降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂは、オペレータがこれから降坂する坂道の傾斜を目視で判断した上で、降坂路の傾斜角を切換設定するスイッチであり、例えば、０°，５°，１０°，１５°，２０°，２５°，３０°の７種類の降坂傾斜角の中から選択して設定することができる。積荷設定スイッチ５０Ｃは、オペレータがダンプトラックのベッセルに積載した土砂等の運搬物の重量を目視で判断した上で、最大積載量に対する％として積荷の積載量を切換設定するスイッチであり、例えば、０％，２０％，４０％，６０％，８０％，１００％の６種類の積荷の積載量の中から選択して設定することができる。設定スイッチ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃで設定されたデータは、コントローラ１００の中のパラメータ選択手段１１０に読み込まれる。
【００１７】
コントローラ１００は、パラメータ選択手段１１０と、減算手段１２０と、ＰＩＤ演算手段１３０と、加算手段１４０とを備えている。パラメータ選択手段１１０は、目標速度設定スイッチ５０Ａの設定状態を読み込み、そのとき設定されているスイッチの状態に応じた目標速度データを減算手段１２０に出力する。減算手段１２０は、パラメータ選択手段１１０が出力する目標速度データＶｔと、車速センサ４５によって検出された実際の車速Ｖｒの差分ΔＶを求め、ＰＩＤ演算手段１３０に出力する。ＰＩＤ演算手段１３０は、減算手段１２０の出力ΔＶに基づいて、実際の車速Ｖｒが目標速度Ｖｔに一致するように、加算手段１４０を経由して、電磁比例弁６０に制御信号を出力する。なお、図１に示したように、本実施の形態においては、右側の車輪と左側の車輪のそれぞれに、車速センサ４５Ａ，４５Ｂ及び電磁比例弁６０Ａ，６０Ｂの２系統のセンサ及びアクチュエータを備えているが、図２に示した例では、これらの２系統のセンサ及びアクチュエータの内の一系統のみを図示しており、実際には、パラメータ選択手段１１０及びＰＩＤ演算手段１３０は２系統分備えられている。
【００１８】
また、パラメータ選択手段１１０は、降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂと、積荷設定スイッチ５０Ｃの設定状態を読み込み、そのとき設定されているスイッチの状態に応じた降坂傾斜角及び積荷量を応じたＰＩＤ演算の制御定数をＰＩＤ演算手段１３０に出力する。
【００１９】
ＰＩＤ演算手段１３０は、図３に示すような演算処理を実行する。比例演算処理では、減算手段１２０から入力した目標速度データＶｔと実際の車速Ｖｒの差分ΔＶに対して比例定数Ｋｐを掛けて比例制御値Ｆｂ−ｐを演算する（ステップＳ１３２）。積分演算処理では、減算手段１２０から入力した目標速度データＶｔと実際の車速Ｖｒの差分ΔＶの積分値に対して積分定数Ｋｉを掛けて積分制御値Ｆｂ−ｉを演算する（ステップＳ１３４）。微分演算処理では、減算手段１２０から入力した目標速度データＶｔと実際の車速Ｖｒの差分ΔＶの微分値に対して微分定数Ｋｄを掛けて微分制御値Ｆｂ−ｄを演算する（ステップＳ１３６）。次に、各制御値（比例制御値Ｆｂ−ｐ，積分制御値Ｆｂ−ｉ，微分制御値Ｆｂ−ｄ）を加算して、ＰＩＤ制御値Ｆｂを演算する。図２において、パラメータ選択手段１１０が出力する制御定数は、例えば、積分定数Ｋｉであり、積分定数Ｋｉが降坂傾斜角及び積荷量に応じて変更されるようになっている。
【００２０】
図４は、積分定数Ｋｉの一例を示しているマップである。積分定数マップは、横軸に降坂傾斜角をとり、縦軸に積荷量をとった２次元マップである。
積分定数Ｋｉが「１００」のとき、最大のブレーキ量が発生するものである。したがって、降坂傾斜角が３０°で、積荷量が１００％（すなわち、最大積載量）の場合、積分定数Ｋｉが「１００」となっている。例えば、降坂傾斜角が５°で、積荷量が０％の場合の積分定数Ｋｉを「３５」とすると、降坂傾斜角が増加するに従って、積分定数Ｋｉが増加し、また、積荷量が増加するに従って、積分定数Ｋｉが増加し、ブレーキ量が増加するように予め設定されている。
【００２１】
図２のパラメータ選択手段１１０は、図４に示した積分定数マップを備えており、降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂと、積荷設定スイッチ５０Ｃの設定状態に応じて、積分定数マップから該当するＰＩＤ演算の積分定数Ｋｉを読み出して、ＰＩＤ演算手段１３０に出力する。
【００２２】
さらに、パラメータ選択手段１１０は、降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂと、積荷設定スイッチ５０Ｃの設定状態を読み込み、そのとき設定されているスイッチの状態に応じた降坂傾斜角及び積荷量を応じた比例弁オフセット値を、加算手段１４０に出力する。比例弁オフセット値は、所定の目標設定速度に実際の速度が一致するようにフィードバック制御する際の収束性を向上させるファクタであり、ブレーキ量に相当するものである。比例弁オフセット値は、図４に示した積分定数マップと同様に、横軸に降坂傾斜角をとり、縦軸に積荷量をとった２次元の比例弁オフセット値マップによって求められる。比例弁オフセット値は、降坂傾斜角が増加するに従って増加し、また、積荷量が増加するに従って増加し、ブレーキ量が増加するように予め設定されている。
【００２３】
図２のパラメータ選択手段１１０は、図４に示した積分定数マップと同様な比例弁オフセット値マップを備えており、降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂと、積荷設定スイッチ５０Ｃの設定状態に応じて、比例弁オフセット値マップから該当する比例弁オフセット値を読み出して、加算手段１４０に出力する。加算手段１４０は、ＰＩＤ演算手段１３０の出力と、パラメータ選択手段１１０が出力する比例弁オフセット値を加算して、その結果を電磁比例弁６０に出力して、リターダブレーキ３５によるブレーキ力を制御する。
【００２４】
以上のようにして、オペレータが設定器５０の目標速度設定スイッチ５０Ａ，降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂ，積荷設定スイッチ５０Ｃを設定することによって、設定された目標速度となるようにリターダブレーキ３５が制御される。例えば、ダンプトラックのオペレータは、降坂路に掛かる前に目標速度設定スイッチ５０Ａを操作することにより、容易に目標速度を設定することができる。特開平４−３０９２１１号公報に記載された方式では、目標車速設定回路は路面傾斜センサの出力に応じて目標速度を設定するものであり、降坂路に掛かった後その降坂路の傾斜角が変化したときはじめて目標速度を低減するものであるため、降坂路に入ったときの実際の車速が目標車速設定回路によって設定された車速に対して大きく異なっている場合には制御不能になる場合もある。それに対して、本実施の形態のように、オペレータの操作によって、降坂路に差し掛かる前に目標速度を設定できることにより制御不能になる事態を回避することができる。
【００２５】
一般に、採掘現場等の大型のダンプトラックを使用する場所では降坂傾斜角は一定になるように坂道が設計されており、ダンプトラックのオペレータはこの傾斜角情報を予め知らされている。本実施の形態では、オペレータが、降坂傾斜角設定スイッチ５０Ｂを操作することで容易に降坂傾斜角を設定することができるため、降坂傾斜角センサが無くても傾斜角の設定切換を容易に行うことができる。加えて、降坂傾斜角設定スイッチにより傾斜角を設定するようにしているため設定を変えない限り傾斜角は変更がないものとして目標速度も設定されるため、路面の凹凸によって制御が不安定になる事態を回避することができる。
【００２６】
また、傾斜角センサや積荷量センサが不要であり制御装置を安価に構成することができる。
【００２７】
次に、図５を用いてコントローラ１００におけるパラメータの設定処理について説明する。
【００２８】
図５において、最初に、設定器５０の積荷設定スイッチ５０Ｃの状態を読み込み（ステップＳ２００）、スイッチの位置が変化しているかどうかを判定して、変化している場合にはステップＳ２１０に進み、変化してない場合にはステップＳ２１５にジャンプする（ステップＳ２０５）。
【００２９】
積荷設定スイッチ５０Ｃの位置が変化している場合には、積荷設定スイッチ５０Ｃの状態に応じて、制御定数である積分定数Ｋｉや比例弁オフセット値のパラメータを設定しＰＩＤ演算手段１３０や加算手段１４０に出力する（ステップＳ２１０）。
【００３０】
次に、設定器５０の降坂傾斜スイッチ５０Ｂの状態を読み込み（ステップＳ２１５）、スイッチの位置が変化しているかどうかを判定して、変化している場合にはステップＳ２２５に進み、変化してない場合にはステップＳ２３０にジャンプする（ステップＳ２２０）。
【００３１】
降坂傾斜スイッチ５０Ｂの位置が変化している場合には、降坂傾斜スイッチ５０Ｂの状態に応じて、制御定数である積分定数Ｋｉや比例弁オフセット値のパラメータを設定しＰＩＤ演算手段１３０や加算手段１４０に出力する（ステップＳ２２５）。
【００３２】
次に、設定器５０の目標速度設定スイッチ５０Ａの状態を読み込み（ステップＳ２３０）、スイッチの位置が変化しているかどうかを判定して、変化している場合にはステップＳ２３５に進み、変化してない場合にはステップＳ２４０にジャンプする（ステップＳ２３５）。
【００３３】
目標速度設定スイッチ５０Ａの位置が変化している場合には、目標速度設定スイッチ５０Ａの状態に応じて、目標速度を設定し減算手段１２０に出力する（ステップＳ２４０）。
【００３４】
次に、車速センサ４５からそのときのダンプトラックの実際の車速値Ｖを読み込み（ステップＳ２４５）、目標速度設定スイッチ５０Ａに設定された目標速度Ｖｒと車速値Ｖとの偏差ΔＶを、減算手段１２０により演算する（ステップＳ２５０）。
【００３５】
次に、ＰＩＤ演算手段１３０は、減算手段１２０から入力した目標速度データＶｔと実際の車速Ｖｒの偏差ΔＶに対して図３に示したＰＩＤ演算処理を実行してＰＩＤ制御値Ｆｂを演算する（ステップＳ２５５）。加算手段１４０は、ＰＩＤ演算手段１３０が出力するＰＩＤ制御値Ｆｂに、パラメータ選択手段１１０が出力する比例弁オフセット出力値を加算し（ステップＳ２６０）、電磁比例弁６０に制御値Ｆｂを出力する（ステップＳ２６５）。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、車体の状態によって傾斜角や目標速度値などのパラメータが頻繁に変化して、制御が不安定になることを回避することができる。また、坂道に入る前で予め目標速度を設定できるため、制御不能になる事態を回避することができる。このようにして、下り坂の走行時における制御性を向上することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、下り坂の走行時における制御性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による降坂速度制御装置を用いたダンプトラックの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態による降坂速度制御装置の構成を示すシステムブロック図である。
【図３】ＰＩＤ演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】積分定数Ｋｉの一例を示す２次元マップの説明図である。
【図５】本実施の形態によるコントローラ１００におけるパラメータの設定処理の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　エンジン
１５　トランスミッション
２０　ディファレンシャルギヤ
２５Ａ，２５Ｂ　車軸
３０Ａ，３０Ｂ　駆動輪
３５Ａ，３５Ｂ　リターダブレーキ
４０Ａ，４０Ｂ　ブレーキ弁
４５Ａ，４５Ｂ　車速センサ
５０　設定器
５０Ａ　目標速度設定スイッチ
５０Ｂ　降坂傾斜角設定スイッチ
５０Ｃ　積荷設定スイッチ
６０Ａ，６０Ｂ　電磁比例弁
６５Ａ，６５Ｂ　シャトル弁
７０　ブレーキペダル
１００　コントローラ
１１０　パラメータ選択手段
１２０　減算手段
１３０　ＰＩＤ演算手段
１４０　加算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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