(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される走行用油圧モータと、
前記走行用油圧モータの駆動力によって駆動される走行輪と、
エンジン回転数と前記油圧ポンプの容量と前記走行用油圧モータの容量とを制御して車速と牽引力とを制御する制御部と、
車速を検出する車速検出部と、
を備え、
前記制御部は、車速が所定速度以下の低速度域において車速が小さいほどエンジン回転数の上限を低減するスリップ低減制御を実行可能であり、
前記制御部は、前記スリップ低減制御において、前記車速−牽引力特性における最大牽引力が、前記スリップ低減制御を行わない場合の車速−牽引力特性における最大牽引力よりも低速側に表れ、且つ、小さくなるように前記エンジン回転数の上限を制御する、
建設車両。
【請求項２】
オペレーターが前記スリップ低減制御の実行を選択するためのスリップ低減制御選択部をさらに備える、
請求項１に記載の建設車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設車両には、エンジンによって油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出された圧油によって走行用油圧モータを駆動することにより走行を行うものがある。この建設車両では、エンジン回転数、油圧ポンプの容量、走行用油圧モータの容量を制御することによって、車両の速度および牽引力を制御することができる（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１４４２５４号公報
【発明の開示】
【０００３】
上記のような建設車両では、図９に示すような車速−牽引力特性が得られる。なお、この図では、横軸が車速であり、縦軸が牽引力である。この車速−牽引力特性に示されているように、牽引力のピークは、車速ゼロの場合に表れるのではなく、低速域のある車速において表れる。このため、軟弱路面や雪上路面等の低摩擦路面上にて掘削作業等を行う場合などには、低速での作業中に牽引力が最大となり、走行輪がスリップを起こし易くなる。
【０００４】
本発明の課題は、スリップの発生を低減することができる建設車両を提供することにある。
【０００５】
第１発明にかかる建設車両は、エンジンと、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される走行用油圧モータと、走行用油圧モータの駆動力によって駆動される走行輪と、エンジン回転数と油圧ポンプの容量と走行用油圧モータの容量とを制御して車速と牽引力とを制御する制御部と、車速を検出する車速検出部とを備える。そして、制御部は、車速が所定速度以下の低速度域において車速が小さいほどエンジン回転数の上限を低減するスリップ低減制御を実行可能である。また、制御部は、スリップ低減制御において、車速−牽引力特性における最大牽引力が、スリップ低減制御を行わない場合の車速−牽引力特性における最大牽引力よりも低速側に表れ、且つ、小さくなるようにエンジン回転数の上限を制御する。
【０００６】
この建設車両では、スリップ低減制御において、車速が小さいほどエンジン回転数の上限が小さくなるように制御されることにより、トルクコンバーターを搭載した車両の車速−牽引力特性に近似した車速−牽引力特性を得ることができる。トルクコンバーターを搭載した車両は、車速がゼロの場合に牽引力が最大となる車速−牽引力特性を有しているため、これに近似した車速−牽引力特性を得ることにより、低摩擦路面上での作業時においてもスリップを起こし難くすることができる。これにより、この建設車両では、スリップの発生を低減することができる。また、この建設車両では、スリップ低減制御を行わない場合の最大牽引力が発生する速度よりも低い速度において最大牽引力が発生する。このため、この建設車両では、エンジン回転数の上限を一定とした場合よりもスリップの発生を低減することができる。
【０００７】
第２発明にかかる建設車両は、第１発明の建設車両であって、オペレーターがスリップ低減制御の実行を選択するためのスリップ低減制御選択部をさらに備える。
【０００８】
この建設車両では、オペレーターがスリップ低減制御選択部を操作することにより、スリップ低減制御の実行の有無を任意に選択することができる。例えば、低摩擦路面上での走行時にスリップ低減制御を実行し、通常の路面上での走行時にはスリップ低減制御を実行させないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】建設車両の側面図。
【図２】油圧駆動機構の構成を示す概略図。
【図３】建設車両の制御ブロック図。
【図４】車速−牽引力特性を示すグラフ。
【図５】傾転角と主回路油圧とエンジン回転数との関係を示すグラフ。
【図６】スリップ低減制御に関する制御フローチャート。
【図７】車速に対するエンジン回転数の上限を示すテーブル。
【図８】車速に対するエンジン回転数の上限を示すグラフ。
【図９】従来の建設車両の車速−牽引力特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００１０】
１          建設車両
４ａ，４ｂ  タイヤ（走行輪）
８          エンジン
９          メインポンプ（油圧ポンプ）
１３        第２走行モータ（走行用油圧モータ）
１６        制御部
３４        車速検出部
３６        スリップ低減制御選択部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜全体構成＞
本発明の一実施形態に係る建設車両１の側面図を図１に示す。この建設車両１は、タイヤ４ａ，４ｂにより自走可能であると共に作業機３を用いて所望の作業を行うことができるホイールローダである。この建設車両１は、車体フレーム２、作業機３、タイヤ４ａ，４ｂ（走行輪）、運転室５を備えている。
【００１２】
車体フレーム２は、前側に配置されるフロントフレーム２ａと、後側に配置されるリアフレーム２ｂとを有しており、フロントフレーム２ａとリアフレーム２ｂとは車体フレーム２の中央部において左右方向に揺動可能に連結されている。
【００１３】
フロントフレーム２ａには作業機３および一対のフロントタイヤ４ａが取り付けられている。作業機３は、作業機用油圧ポンプ１１（図２参照）からの圧油によって駆動される装置であり、フロントフレーム２ａの前部に装着されたリフトアーム３７と、リフトアーム３７の先端に取り付けられたバケット３８と、これらを駆動する作業機シリンダ２６（図２参照）とを有する。一対のフロントタイヤ４ａは、フロントフレーム２ａの側面に設けられている。
【００１４】
リアフレーム２ｂには、運転室５、作動油タンク６、一対のリアタイヤ４ｂなどが設けられている。運転室５は、車体フレーム２の上部に載置されており、ハンドル、アクセル等の操作部、速度等の各種の情報を表示する表示部、座席等が内装されている。作動油タンク６は、運転室５の後方に配置されており、各種の油圧ポンプによって加圧される作動油を蓄積する。一対のリアタイヤ４ｂは、リアフレーム２ｂの側面に設けられている。
【００１５】
また、車体フレーム２には、タイヤ４ａ，４ｂや作業機３を駆動するための油圧駆動機構７が搭載されている。以下、油圧駆動機構７の構成について図２に基づいて説明する。
【００１６】
＜油圧駆動機構７＞
油圧駆動機構７は、主として、エンジン８、メインポンプ９（油圧ポンプ）、チャージポンプ１０、作業機用油圧ポンプ１１、第１走行モータ１２、第２走行モータ１３（走行用油圧モータ）、クラッチ１４、駆動軸１５、制御部１６（図３参照）を有しており、いわゆるＨＳＴ（Ｈｙｄｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）システムが採用されている。
【００１７】
エンジン８は、ディーゼル式のエンジンであり、エンジン８で発生した出力トルクが、メインポンプ９、チャージポンプ１０、作業機用油圧ポンプ１１、ステアリング用油圧ポンプ（図示せず）等に伝達される。エンジン８には、エンジン８の出力トルクと回転数とを制御する燃料噴射装置１７が付設されており、アクセルの操作量（以下、「アクセル開度」と呼ぶ）に応じてスロットル開度（エンジン回転数の指令値）を調整し、燃料の噴射量を調整する。アクセルは、エンジン８の目標回転数を指示する手段であり、アクセル開度検出部１８（図３参照）が設けられている。アクセル開度検出部１８は、ポテンショメータなどで構成されており、アクセル開度を検出する。アクセル開度検出部１８は、アクセル開度を示す開度信号を制御部１６へと送り、制御部１６から燃料噴射装置１７に制御信号が出力される。このため、オペレーターはアクセルの操作量を調整することによってエンジン８の回転数を制御することができる。また、エンジン８には、エンジン８の実回転数を検出する回転センサからなるエンジン回転数検出部１９（図３参照）が設けられており、エンジン回転数検出部１９からの回転数信号が制御部１６に入力される。
【００１８】
メインポンプ９は、エンジン８によって駆動される可変容量型の油圧ポンプであり、メインポンプ９から吐出された圧油は、主回路２０，２１を通って第１走行モータ１２および第２走行モータ１３へ送られる。なお、この油圧駆動機構７には主回路２０，２１を通る圧油の圧力（以下、「主回路油圧」）を検出する主回路油圧検出部２２（図３参照）が設けられている。なお、主回路油圧は、第１走行モータ１２および第２走行モータ１３を駆動する圧油の駆動油圧に相当する。また、メインポンプ９には、メインポンプ９の容量を制御するためのポンプ容量制御シリンダ２３とポンプ容量制御弁２４とが接続されている。ポンプ容量制御弁２４は、制御部１６からの制御信号に基づいてポンプ容量制御シリンダ２３を制御する電磁制御弁であり、ポンプ容量制御シリンダ２３を制御することにより、メインポンプ９の容量を任意に変更することができる。
【００１９】
チャージポンプ１０は、エンジン８によって駆動され、主回路２０，２１へと圧油を供給するためのポンプである。また、チャージポンプ１０は、メインポンプ９のパイロット回路に圧油を供給する。
【００２０】
作業機用油圧ポンプ１１は、エンジン８によって駆動され、作業機用油圧ポンプ１１から吐出された圧油は、作業機用油圧回路２５を介して作業機３の作業機シリンダ２６に送られ、作業機シリンダ２６を駆動する。また、作業機用油圧回路２５には、作業機シリンダ２６を制御する作業機制御弁２７（図３参照）が設けられており、制御部１６からの制御信号に基づいて作業機制御弁２７が制御されることにより作業機シリンダ２６が制御される。
【００２１】
第１走行モータ１２は、可変容量型の油圧モータであり、メインポンプ９から吐出された圧油によって駆動され、走行のための駆動力を生じさせる。第１走行モータ１２には、第１走行モータ１２の傾転角を制御する第１モータシリンダ２９と、第１モータシリンダ２９を制御する第１モータ制御弁３０（図３参照）とが設けられている。第１モータ制御弁３０は制御部１６からの制御信号に基づいて制御される電磁制御弁であり、第１モータシリンダ２９を制御することにより、第１走行モータ１２の容量を任意に変えることができる。
【００２２】
第２走行モータ１３は、第１走行モータ１２と同様に、メインポンプ９から吐出された圧油によって駆動される可変容量型の油圧モータであり、駆動軸１５に走行のための駆動力を生じさせる。第２走行モータ１３は、油圧回路上において第１走行モータ１２と並列に設けられている。また、第２走行モータ１３には、第２走行モータ１３の傾転角を制御する第２モータシリンダ３１と、第２モータシリンダ３１を制御する第２モータ制御弁３２（図３参照）とが設けられている。第２モータ制御弁３２は、制御部１６からの制御信号に基づいて制御される電磁制御弁であり、第２モータシリンダ３１を制御することにより、第２走行モータ１３１０の容量を任意に変えることができる。また、第２モータ制御弁３２に加えられる制御信号を調整することにより最大傾転角及び最小傾転角を調整することができる。
【００２３】
クラッチ１４は、第２走行モータ１３から駆動軸１５への駆動力の伝達・非伝達を切り替える装置である。クラッチ１４には、クラッチ１４の係合・非係合を切り替えるクラッチ制御弁３３（図３参照）が設けられている。クラッチ制御弁３３は、制御部１６からの制御信号に基づいてクラッチ１４の係合・非係合を切り替える電磁制御弁である。低速走行時にはクラッチ１４が係合状態とされ、第１走行モータ１２および第２走行モータ１３の駆動力が駆動軸１５に伝達される。高速走行時にはクラッチ１４が非係合状態とされ第１走行モータ１２の駆動力のみが駆動軸１５に伝達される。
【００２４】
駆動軸１５は、第１走行モータ１２および第２走行モータ１３の駆動力をタイヤ４ａ，４ｂ（図１参照）に伝達することによりタイヤ４ａ，４ｂを回転させる。また、駆動軸１５には、駆動軸１５の回転数から車速を検出する車速センサからなる車速検出部３４（図３参照）が設けられており、車速検出部３４からの車速信号が制御部１６に入力される。
【００２５】
制御部１６は、各検出部からの出力信号に基づいて各制御弁や燃料噴射装置１７を電子制御し、エンジン回転数、各油圧ポンプ９〜１１の容量、各走行モータ１２，１３の容量などを制御することができる。これにより、この建設車両１では、図４に示すように、牽引力と車速とが無段階に変化して、車速ゼロから最高速度まで変速操作なく自動的に変速することができる。以下、制御部１６による走行モータ１２，１３の制御、特に、低速域における走行モータ１２，１３の制御について説明する。
【００２６】
〔走行モータの制御〕
制御部１６は、エンジン回転数検出部１９および主回路油圧検出部２２からの出力信号を処理して、走行モータ１２，１３に傾転角の変更指令を出力する。図５に傾転角と主回路油圧とエンジン回転数との関係を示す。図５の実線は、エンジン回転数がある値の状態における、主回路油圧に対する傾転角を定めたラインである。主回路油圧がある一定の値以下の場合までは傾転角は最小（Ｍｉｎ）であり、その後、主回路油圧の上昇に伴って傾転角も次第に大きくなり（実線の傾斜部分）、傾転角が最大（Ｍａｘ）となった後は、油圧が上昇しても傾転角は最大傾転角Ｍａｘを維持する。
【００２７】
上記実線の傾斜部分は、エンジン回転数によって上下するように設定されている。すなわち、エンジン回転数が低ければ、主回路油圧がより低い状態から傾転角が大きくなり、主回路油圧がより低い状態で最大傾転角に達するように制御される（図５における下側の破線の傾斜部分参照）。反対にエンジン回転数が高ければ、主回路油圧がより高くなるまで最小傾転角Ｍｉｎを維持し、主回路油圧がより高い状態で最大傾転角Ｍａｘに達するように制御される（図５における上側の破線の傾斜部分参照）。
【００２８】
ここで、この建設車両１では、最大牽引力選択部３５（図３参照）を備えており、最大牽引力選択部３５を操作することにより最大牽引力を変更することができる。最大牽引力選択部３５は、運転室５に設けられたスイッチであり、制御部１６は、最大牽引力選択部３５からの出力信号に基づいて第２走行モータ１３の傾転角の最大値を切り替え、これにより最大牽引力を変更する。この建設車両１では、最大牽引力選択部３５はオン状態とオフ状態の２段階に切替可能である。最大牽引力選択部３５がオフ状態の場合は、最大傾転角は図５のＭａｘの位置となり、この状態では車速−牽引力特性は図４のグラフＬ１となる。そして、最大牽引力選択部３５がオン状態にされると、最大傾転角が図５のＭａｘからＭａｘ’に変更される。このように、最大傾転角が、Ｍａｘよりも小さいＭａｘ’に変更されることにより、図４のグラフＬ２のように最大牽引力が低下した車速−牽引力特性が得られる。なお、グラフＬ１，Ｌ２はいずれもアクセル開度が全開の状態における車速−牽引力特性である。これによって、軟弱路面や雪上路面等の低摩擦路面において、作業機３による作業量を確保するためにアクセル開度を最大としても、タイヤ４ａ，４ｂの駆動力が抑えられてスリップを防止することが可能となる。なお、最大牽引力の変更は２段階ではなく３以上の複数段階に変更可能であってもよく、連続的に変更可能であってもよい。
【００２９】
〔スリップ低減制御〕
この建設車両１では、スリップ低減制御選択部３６が備えられており、オペレーターがスリップ低減制御選択部３６を操作することにより、スリップ低減制御を実行させることができる。スリップ低減制御は、車速に応じてエンジン回転数の上限を変更することにより、スリップの発生をより抑えることができる制御である。スリップ低減制御選択部３６は、運転室５に設けられたスイッチであり、オン状態とオフ状態とに切替可能となっている。スリップ低減制御選択部３６がオフ状態の場合はスリップ低減制御の実行が許可され、スリップ低減制御選択部３６がオフ状態の場合はスリップ低減制御の実行が禁止される。以下、スリップ低減制御について図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００３０】
まず、第１ステップＳ１において、最大牽引力選択部３５がオン状態か否かが判断される。最大牽引力選択部３５がオン状態であれば、第２ステップＳ２において、スリップ低減制御が選択されたか否かが判断される。ここでは、スリップ低減制御選択部３６がオン状態とされている場合にスリップ低減制御が選択されたと判断され、第３ステップＳ３においてスリップ低減制御が実行される。すなわち、最大牽引力選択部３５とスリップ低減制御選択部３６とが共にオン状態である場合に、スリップ低減制御が実行される。
【００３１】
スリップ低減制御では、まず、第４ステップＳ４において車速が検出される。そして、第５ステップＳ５において、検出された車速に基づいてエンジン回転数の上限が決定される。ここでは、制御部１６は、図７のテーブルおよび図８のグラフに基づいてエンジン回転数の上限を決定する。このテーブルおよびグラフは、車速に対してスロットル開度の上限を定めたものであり、Ｅ＜Ｄ＜Ｃ＜Ｂ＜Ａである。すなわち、このテーブルおよびグラフでは、車速が所定速度（具体的には６．０ｋｍ／ｈ）以下の低速度域において車速が小さいほどスロットル開度の上限も小さくなっている。制御部１６は、このテーブルおよびグラフに従ってスロットル開度の上限を制限することにより、エンジン回転数の上限を制限する。これにより、制御部１６は、図４のグラフＬ４に示すように、低速域での車速−牽引力特性が、トルクコンバーターを搭載した車両の車速−牽引力特性（グラフＬ３参照）に近似するようにエンジン回転数の上限を制御することができる。トルクコンバーターを搭載した車両の車速−牽引力特性は単調減少関数であり、速度ゼロの時点で最大牽引力が最大となる。このスリップ低減制御によって得られる車速−牽引力特性（グラフＬ４参照）では、最大牽引力が、グラフＬ２で示す車速−牽引力特性における最大牽引力よりも低速側に表れる。グラフＬ２は、スリップ低減制御を行わずに低速域でもエンジン回転数の上限を一定とした場合の車速−牽引力特性（アクセル開度１００％）であり、最大牽引力選択部３５がオン状態とされている場合である。すなわち、スリップ低減制御が行われる場合の車速−牽引力特性において最大牽引力が表れる車速Ｖ１は、スリップ低減制御が行われない場合の車速−牽引力特性において最大牽引力が表れる車速Ｖ２よりも小さく、例えば、１ｋｍ／ｈである。なお、スリップ低減制御によるエンジン回転数の上限の制限は、主回路油圧が、第２走行モータ１３の傾転角が最大傾転角となる圧力以上の場合に行われ、図４で言えば、車速Ｖ３より低速の場合に行われる。
【００３２】
なお、最大牽引力選択部３５又はスリップ低減制御選択部３６がオフ状態とされた場合には、制御部１６はスリップ低減制御を終了する。
【００３３】
＜特徴＞
（１）
この建設車両１では、スリップ低減制御において、エンジン回転数の上限が制御されることによりトルクコンバーターを搭載した車両の車速−牽引力特性に近似した車速−牽引力特性を得ることができる。この車速−牽引力特性により、低摩擦路面上での作業時においてもスリップを起こし難くすることができ、例えば、除雪作業、畜産現場での作業、砂地での作業などにおいて作業効率が向上する。また、アクセルワークに気を遣わずに、タイヤ４ａ，４ｂのスリップを防止することができる。
【００３４】
（２）
この建設車両１では、スリップ低減制御選択部３６により、スリップ低減制御の実行の有無を任意に選択することができるため、スリップ低減制御を必要に応じて実行させることができる。例えば、通常状態の路面上での走行時にはスリップ低減制御を実行させないようにし、雪が降り積もった路面での作業時にスリップ低減制御を実行させるようにすることができる。
【００３５】
（３）
この建設車両１では、スリップ低減制御によるエンジン回転数の上限の制限は、主回路油圧が、第２走行モータ１３の傾転角が最大傾転角となる圧力以上の場合に行われる。従って、走行用油圧モータの傾転角が最大傾転角となる圧力より低い場合には、スリップ低減制御が実行されず、走行用油圧モータの優れた走行性能を発揮することができる。
【００３６】
＜他の実施形態＞
（Ａ）
上記の実施形態では、スリップ低減制御におけるエンジン回転数の上限は、車速が小さいほど小さいが、トルクコンバーターを搭載した車両の車速−牽引力特性に近似した車速−牽引力特性が得られるのであれば、必ずしもこのようなエンジン回転数の上限に限定されるものではない。
【００３７】
（Ｂ）
上記の実施形態では、車速に基づいてエンジン回転数の上限が決定されているが、主回路油圧に基づいて決定されてもよい。例えば、図７のようなテーブルが、主回路油圧の所定範囲毎に準備されてもよい。
【００３８】
また、車速ではなく駆動軸１５の回転数に基づいてエンジン回転数の上限が決定されてもよい。
【００３９】
さらに、最大牽引力選択部３５によって選択される最大牽引力が３段階以上に設定可能である場合には、車速および選択された最大牽引力の大きさに応じてエンジン回転数の上限が決定されてもよい。
【００４０】
（Ｃ）
上記の実施形態では、最大牽引力選択部３５がオン状態にされており最大牽引力が低く制限されている場合に、スリップ低減制御が実行されているが、最大牽引力選択部３５がオフ状態の場合にスリップ低減制御が実行されてもよい。
【００４１】
また、最大牽引力選択部３５がオフ状態の場合にスリップ低減制御が実行される場合は、トルクコンバーターを搭載した車両の１速の車速−牽引力特性に近似した車速−牽引力特性が得られ、最大牽引力選択部３５がオン状態の場合にスリップ低減制御が実行される場合は、トルクコンバーターを搭載した車両の２速の車速−牽引力特性に近似した車速−牽引力特性が得られるようにしてもよい。
【００４２】
（Ｄ）
上記の実施形態では、ホイールローダに本発明が適用されているが、ホイールローダに限らず油圧モータで走行する建設車両であれば適用可能である。また、上記の実施形態の建設車両１のように、２つの油圧モータで走行を行うものに限られず、例えば、１つの油圧モータで走行を行うものであってもよい。
【００４３】
（Ｅ）
上記の実施形態では、スリップ低減制御によるエンジン回転数の上限の制限は、主回路油圧が、第２走行モータ１３の傾転角が最大傾転角となる圧力以上の場合に行われているが、主回路油圧がこのような圧力以外の圧力である場合に行われてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、スリップの発生を低減することができる効果を有し、建設車両として有用である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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