JPH023547A - 自送型油圧機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用公費〉 本発明は自走型油圧機械の制御装置の改良に関し、詳し
くは原動機出力の利用効率向上などを図るものである。

〈従来の技術〉 建設機械や鉱山機械の一種にホイールローダや油圧シ嘗
ベルなどの自走型油圧機械がある。これらは通常ディー
ゼルエンジンなどの原動機を具えており、この原動機で
駆動する油圧ポンプの油圧によりパケットやシ田ベルな
ど（以下、作業装置）を作動させる一方、同じ原動機の
発生動力を用いて工事現場などでの走行も行う。

従来、自走型油圧機械では原動機と走行装置（タイヤや
クローラなど）間に、トルクコンバータと歯車変速機の
組合せによる自動変速機を設けて動力伝達を行う方式を
採るものが多かった。ところが、この方式では頻度の高
い極低速走行における変速機の減速比が非常に大きくな
り、伝達効率が悪化する。また、車速や駆動トルクなど
を微妙に制御することが難しいなどの欠点もあった。そ
のため、近年では作業装置と同様に、油圧ポンプの発生
油圧を用いて走行装置と連結した油圧モータを駆動する
方式を採用するものが増加してきた。

第５図にはホイールローダにおける走行系の油圧制御の
一例をダイアグラムにより示しである。

この図に示すように、ディーゼルエンジン（以下、エン
ジン）　１には可変容量型の油圧ポンプ２が連結してい
る。油圧ポンプ２の吸入（吐出）ボート２ａ、２ｂには
オイルパイプ３，４の一端が接続し、これらのオイルバ
イブ３，４の他端は定容量型の油圧モータ５の流入（吐
出）ポー）５ａ、５ｂに接続している。油圧モータ５は
タイヤ６に連結しており、エンジン１が回転すると油圧
ポンプ２と油圧モータ５を介してタイヤ６が回転するよ
うになっている。図中、７，８はリリーフ弁であり、オ
イルパイプ３，４内の油圧が設定値以上になった場合に
高圧側の作動油を低圧側に逃して油圧系の破損を防止す
る。また、図中９は差圧計であり、オイルバイブ３，４
間の油圧の差を検出する。

油圧ポンプ２と油圧モータ５は共に斜板式ピストン型で
あり、更に油圧ポンプ２は前述したように容量可変型と
なっている、油圧ポンプ２の容量（１回転当りの吐出量
）の変更は斜板の傾斜角（以下、斜板角）α２を変更す
ることにより行われる。斜板ばりニアソレノイドなどの
アクチュエータを有する斜板ドライバ１０により駆動さ
れ、−１，０≦ａ≦１．０の範囲で斜板角ａ２が変動す
る。そして、０くα２≦１．０の場合にはタイヤ６が前
進方向に回転し、−１，０≦α２く０の場合には後退方
向に回転する。

走行制御はコントロールユニット１１により行われる。

アクセルペダル１２を踏み込むと、その踏込み量Ｓａは
ボテンシνメータなどにより電気信号に変換されてコン
トロールユニット１１に入力される。コントロールユニ
ット１１は、この踏込み量Ｓａに応じて、エンジン１の
ガバナ１３と前記斜板ドライバ１０の各々に回転数制御
信号ＮＥｏと斜板角制御信号α２゜を出力する。コント
ロールユニット１１には前後進切換用のスイッチ（図示
せず）が付属してお９、このスイッチを操作することに
よって斜板角制御信号α２゜の値が正−負に切り換えら
れる。

油圧ポンプ２の容量は斜板角α２に比例するため、油圧
ポンプ２の単位時間当りの吐出量Ｑはエンジン１の回転
数Ｎやと斜板角ａｐの積に比例し ＱｏｃＮ６・α２　　　　　　　　　・・・（１）とな
る。

油圧モータ５の回転数Ｎ８すなわちタイヤ６の回転数Ｎ
Ｔは油圧ポンプ２の吐出量Ｑに比例するため、エンジン
１の回転数ＮＥあるいは油圧ポンプ２の斜板角ａが増減
すれば走行速度が変化する。回転数Ｎやと斜板角ａｐは
、それぞれアクセルペダル１２の踏込み量に応じて出力
される回転数制御信号Ｎ　と斜板角制御信号’ｐｏによ
って増減する。したがって、このホイールローダではア
クセルペダル１２を踏み込むだけで停止状態から最高速
度までの走行制御が行えるのである。

ところで、エンジン１の許容発生トルク（以下、許容ト
ルク）ＴＩ！、には回転数Ｎ。に応じた限度がある一方
で、油圧ポンプ２の要求トルクＴは登板などの高負荷時
に増大する。

したがって、要求トルクＴｐが許容トルクＴ６゜より大
きくなることがあり、その場合にはエンジンストールが
発生する。負荷は当然のことながら油圧系の圧力に比例
するため、コントロールユニット１１では、差圧計９で
検出した差圧Ｐを用いて下式のように斜板角制御信号’
ｐｏを補正し、実際の斜板角α２を決定していた。

α＝α　−に−Ｐ　　　　　　　　・・・（２）ρ　　
　　　　ρ０ ここで、ｋは定数である。

このように、このホイールローダでは油圧ポンプ２の斜
板角α２がアクセルペダル１２の踏み込み量Ｓａと負荷
（＝差圧ＰＬ）により決定されていた。

第６図にはホイールローダにおける走行系の油圧制御の
別の一例をダイアグラムにより示しである。

この例では、前述のものに対し油圧モータ５が容量可変
型となっていることが第一の相違点である。油圧モータ
５の斜板角ａ、は斜板ドライバ１４により駆動制御され
るが、この斜板ドライバ１４は手動のレバー１５により
操作される。第二の相違点は油圧回路内に差圧計が設け
られておらず、油圧ポンプ２の斜板角ａｐは斜板角制御
信号’ｐｏのみにより決定されろようになっていること
である。

したがって、このホイールローダでは、エンジン１の許
容トルクＴＩ！、と油圧ポンプ２の要求トルクＴｐにア
ンバランスが生じた場合には運転者がレバー１５を適宜
操作して油圧モータ５の斜板角ａ、を増減させろ。例え
ば、斜板角ａ。を増大させた場合には油圧ポンプ２の吐
出量Ｑが一定でも油圧モータ５の回転数は減少し、油圧
ポンプ２すなわちエンジン１の負荷が減少してエンジン
ストールなどが防止されるのである。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、以上述べた自走型油圧機械には以下に挙げろ
制御上の不具合があった。

前者の例では、ポンプ２の斜板角α２が第（２）式（α
Ｐ＝’ＰＧ　　”Ｌ’に示したように斜板角制御信号ａ
ｐｏと差圧ＰＬで定まるが、この式におけろ定数にはα
２゜が最大値（α２゜＝１．０）をとった場合にもエン
ジンストールを起こさないように設定されている。その
ため、アクセルペダル１２の踏込み量Ｓａが小さり、シ
たがって斜板角制御信号αｐｏの値が小さい場合には、
差圧ＰＬが小さい値であっても斜板角α２が大きな割合
で減少してしまう。

ところが、エンジンストールの発生原因は許容トルクＴ
□と要求トルクＴＰすなわち差圧ＰＬのアンバランスで
あり、斜板角制御信号α２゜の値とは直接の関係はない
。したがって、アクセルペダル１２の踏込み量Ｓａが小
さく、したがって斜板角制御信号’ｐｏの値が１．０を
下回る場合、エンジンストールが生じないにも拘らず斜
板角ａｐが減少してしまい、エンジン１の能力を有効に
使えなかった。また、エンジンストールは許容トルクＴ
Ｅ、と要求トルクＴｐのアンバランスにより起こるが、
この許容トルクＴ　はエンジン１の回転数ＮＥにより変
動する。したがって、斜板角ａｐも回転数Ｎ６に伴って
変化させることが望ましいが、従来は回転数Ｎ６を計測
する手段を有していなかったために斜板角ａｐは小さい
値に設定せざるをえなかった。

一方、後者の例では、油圧モータ５の斜板角α、を運転
者がレバー１５により操作するため、エンジンストール
が発生しかけたら斜板角α１を増大させるなどでこれを
防止することが可能である。そのため、油圧ポンプ２の
斜板角ａＰや油圧モータ５の斜板角α、も比較的自由に
設定でき、エンジン１の能力も有効に用いられる。

ところが、この制御方法では、加減速時などに運転者が
アクセルペダル１２とレバー１５を同時に操作しなけれ
ばならず、まなレバー１５の操作量などにも熟練を要し
ていた。したがって、運転者の疲労と作業効率の低下な
どを生じていた。

く課題を解決するための手段〉 そこで、本発明ではこの課題を解決するための第一の手
段として「原動機により駆動される可変容量型の油圧ポ
ンプと当該油圧ポジプの吐出油により回転駆動される走
行用油圧モータとを具えアクセルペダルによって原動機
の回転数と油圧ポンプの容量が制御されろ自走型油圧機
械に設けられた制御装置であって、前記原動機の実回転
数と前記油圧ポンプの負荷油圧とから当該油圧ポンプの
限界容量を決定することを特徴とする自走型油圧機械の
制御装置」を、また第二の手段として「原動機により駆
動されろ可変容量型の油圧ポンプと当該油圧ポンプの吐
出油により回転駆動される可変容量型の走行用油圧モー
タとを具えアクセルペダルによって原動機の回転数と油
圧ポンプの容量が制御される自走型油圧機械に設けられ
ｔコ制御装置であって、前記原動機の実回転数と前記油
圧ポンプの負荷油圧とから前記走行用油圧モータの容量
を決定することを特徴とする自走型油圧機械の制御装置
」を、それぞれ提案するものである。

く作　　　用〉 第一の手段においては、原動機の実回転数から許容トル
クを、油圧ポンプの負荷油圧から要求トルクをそれぞれ
求め、これらのデータからエンジンストールが起こらな
い油圧ポンプの限界容量を演算して、この限界容量以下
になるように油圧系の駆動側要素なる油圧ポンプの駆動
制御を行う。

また、第二の手段において（よ油圧ポンプ側の容量はア
クセルペダルの踏込み量のみにより決定する一方、第一
の手段と同種の手順で求めた許容トルクと要求トルクが
一致するように容量を演算して、油圧系の従動側要素た
る油圧モータの駆動制御を行う。

く実　施　例〉 以下、図面を参照して本発明の実施例を具体的に説明す
る。

第１図には本発明の第一の手段に対応する第一実施例を
示す油圧制御ダイアグラムを示し、第２図には第一実施
例における斜板角演算のアルゴリズムを示しである。ま
た、第３図には本発明の第二の手段に対応する第二実施
例を示す油圧制御ダイアグラムを示し、第４図には第二
実施例における斜ｅ角演算のアルゴリズムを示しである
。尚、実施例の説明にあたっては、従来の技術の項で記
載した装置と同一の装置に同一の符号を付して重複する
説明を省略する。

に１１１ 第１図に示すように、第一実施例は第５図に示した従来
例とほぼ同一の基本構成を有しているが、エンジン１の
実回転数Ｎ、：を計測する回転計１６が設けられている
他、油圧ポンプ２の斜板角。２を制御する斜板角コント
ローラ１７がコントロールユニット１１と独立して設け
られている。

電気回路の構成としては、コントロールユニット１１か
ら斜板角コントローラ１７に斜板角制御信号ａ２゜が入
力される他、差圧計９からの差圧ＰＬと回転計１６から
の実回転数Ｎも斜板角コントローラ１７に入力されるよ
うになっている。

以下、第２図を用いて本実施例の作用を述べる。

アクセルペダル１２を踏み込むことにより、その踏込み
量Ｓａに応じた回転数制御信号Ｎｇ。

と斜板角制御信号’ｐｏがコントロールユニツ１−１１
からガバナ１３と斜板角コントローラ１７にそれぞれ出
力される。

エンジン１はガバナ１３に制御されて回転するが、その
実回転数ＮＥは上述のとうり斜板角コントローラ１７に
入力されており、斜板角コントローラ１７内ではこれか
らまずエンジン１の許容トルクＴ６．が求められろ。許
容トルクＴ６．は回転数ＮＩ！に依存するためＴ＝ｆ（
Ｎ）　　　　　　　　　　・・・（３）となる。ここで
、はｆ＋１は関数あるいはマツプである。

一方、斜板角コント四−ラ１７内では同時に、差圧ＰＬ
と斜板角制御信号’ｐｏから油圧ポンプ２の要求トルク
ＴＰが下式により求められろ。

ＴＰ＝Ｄｐ・ａ、・ＰＬ／２ｙｒ１ｍ　　　−・（４）
ここで、Ｄｐは油圧ポンプ２の最大容量であり、７ｍは
油圧ポンプ２の機械効率である。

エンジンストールが発生しないためにはＴ６゜≧Ｔであ
ることが必要であるから、油圧ポンプ２の限界容量すな
わち斜板角許容値α２．は下式により求められる。

ｆ（Ｎ−＝ＤＰ−ａｐ、・ＰＬ／２π・りｍよりａ、、
−２ｘ　・ｖｍ／Ｄｐ−ＰＬ−ｆ（Ｎ、）　　−（５）
したがって、この斜板角許容値’Ｐｓより斜板角制御信
号α、。の値が小さい場合にはａＰ＝α２゜とじ、大き
い場合にはａＰ−ａＰｏとすることでエンジンストール
が防止されるのである。

このように、本実施例ではエンジン１の回転数ＮＥに対
応した斜板角許容値’Ｐａを斜板角制御信号α２゜の上
限としたため、エンジンストールが生じない情況では斜
板角α２の減少が起こらないとともに、斜板角ａｐを比
較的大きな値に設定できるようになった。

垣ａ虹１ 第３図に示すように、第二実施例は第６図に示した従来
例とほぼ同一の基本構成を有しているが、本実施例にも
エンジン１の実回転数Ｎ、を計測する回転計１５が設け
られている他、コントロールユニット１１に接続する差
圧計９がオイルパイプ３，４間に具えられている。また
、油圧モータ５側の斜板ドライバ１４は、レバーではな
く、コントロールユニット１１により制御されるように
なっている。

以下、第４図を用いて本実施例の作用を述べる。

アクセルペダル１２を踏み込むことにより、その踏込み
凰Ｓａに応じた回転数制御信号Ｎ６゜と斜板角制御信号
α２゜がコントロールユニット１１からガバナ１３と油
圧ポンプ２側の斜板ドライバｌＯにそれぞれ出力される
。

エンジン１はガバナ１３に制御されて回転するが、その
実回転数Ｎ５は上述のとうりコントロールユニット１１
に入力されており、コントロールユニット１１内ではこ
れからまずエンジン１の許容トルクＴ６が求められる。

許容トルクＴ１．は第１実施例で求めたとおりＴ、、＝
　ｆ　　（Ｎ−である。

一方、コントロールユニット内では同時に、油圧ポンプ
２の要求トルクＴｐが求められる。

これも第１実施例で求めたとおり、Ｔ＝ＤＰ・α、　・
ＰＬ／　２　ｙｒ　ｒａｍである。

次に、許容トルクＴｅ、と要求トルク几から稼動率βが
求められる。

β；Ｔｐ／Ｔｌ：、　　　　　　　　　　・・・（６）
エンジンストールが発生する条件はＴ　）Ｔρ　　　　
　　εｅ であるから、βく１の場合は要求トルクが過小でアリ、
β〉１の場合は過大であることになる。

要求トルクＴｐは油圧モータ５の現状の斜板角ａｍ０に
比例するため、コントロールユニット１１内では斜板角
制御信号α　をβ倍することにより稼動率βを１とする
。

α□。＝β・ａ、％。　　　　　　　　・・・（７）本
実施例では、以上述べたように許容トルクＴ１．と要求
トルクＴＰが１＝　１になるように油圧モーフの斜板角
礼が駆動制御されるためにレバー１５の操作が不要とな
り、運転者がアクセルペダル１２を踏み込むだけで最大
の効率で走行が行えるようになった。

尚、以上で実施例の説明を終えるが、本発明はこれらの
実施例に限るものではなく、例えばホイールローダ以外
の自走式油圧機械に本発明を適用してもよいし、油圧ポ
ンプや油圧モータに斜軸式など、他の形式のものを用い
てもよい。

〈発明の効果〉 本発明に係る自走型油圧機械の制御装置によれば、性能
あるいは取扱いの面で以下に述へる効果を奏する。

原動機の実回転数と油圧ポンプの負荷油圧とから油圧ポ
ンプの限界容量を決定するものにあっては、エンジンス
トールが生じない情況では油圧ポンプの容量を減少させ
ないとともに、容量自体を比較的大きく設定できるため
、原動機の駆動力を有効に利用できる。

また、原動機の実回転数と油圧ポンプの負荷油圧とから
走行用油圧モータの容量を決定するものにあっては、原
動機の許容トルクと油圧ポンプの要求トルクが一致する
ように油圧モータの容量が制御されるため、レバーの操
作などを運転者に強いることなく、最大の効率で走行制
御が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す油圧制御ダイアグラ
ムであり、第２図は第一実施例における斜板角演算のア
ルゴリズムである。また、第３図は本発明の第二実施例
を示す油圧制御ダイアグラムであり、第４図Ｃよ第二実
施例における斜板角演算のアルゴリズムである。そして
、第５図と第６図はともに従来の自走型油圧機械におけ
る油圧制御ダイアグラムである。 図　　　　　中、 １は原動機、 第１図 ２は油圧ポンプ、 ３．４はオイルパイプ、 ５は油圧モータ、 ９は差圧計、 １０．１４は斜板ドライバ、 １１はコントロールユニット１ １２はアクセルペダル、 １３はガバナ、 １６は回転計、 １７は斜板角コントローラである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプ
   と当該油圧ポンプの吐出油により回転駆動される走行用
   油圧モータとを具えアクセルペダルによって原動機の回
   転数と油圧ポンプの容量が制御される自走型油圧機械に
   設けられた制御装置であって、前記原動機の実回転数と
   前記油圧ポンプの負荷油圧とから当該油圧ポンプの限界
   容量を決定することを特徴とする自走型油圧機械の制御
   装置。
2. （２）原動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプ
   と当該油圧ポンプの吐出油により回転駆動される可変容
   量型の走行用油圧モータとを具えアクセルペダルによっ
   て原動機の回転数と油圧ポンプの容量が制御される自走
   型油圧機械に設けられた制御装置であって、前記原動機
   の実回転数と前記油圧ポンプの負荷油圧とから前記走行
   用油圧モータの容量を決定することを特徴とする自走型
   油圧機械の制御装置。