WO2004029434A1

WO2004029434A1 - 建設機械の原動機制御装置

Info

Publication number: WO2004029434A1
Application number: PCT/JP2002/009964
Authority: WO
Inventors: Yukihiro Tatsuno; Hidetoshi Satake; Kazuhiro Ichimura
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-08
Also published as: JPWO2004029434A1; US20060151230A1; EP1550803B1; CN1668834A; CN100354512C; EP1550803A4; US7886862B2; JP3936364B2; EP1550803A1; DE60235125D1

Description

明細書建設機械の原動機制御装置技術分野

本発明は、操作量に応じて原動機回転数が変更可能な建設機械の原動機制御装置に関する。背景技術

従来、この種の制御装置として特許第 2 6 3 4 3 3 0号公報に開示されたものが知られている。

この公報記載の装置では、回転数設定器（燃料レバ一）の操作量に応じた回転数と走行ペダルの操作量に応じた回転数をそれぞれ設定し、その大きい方の値を目標回転数として選択する。これにより目標回転数の下限値が回転数設定器の操作量に応じた回転数に制限されるので、回転数設定器により設定回転数を作業 (掘削など）に適した値に設定しておけば、エンジン回転数の変動を少なくすることができ、作業性がよい。また、走行時に回転数設定器の設定回転数をアイドル回転数に設定しておけば、走行ペダルの操作量に応じて原動機回転数が変化するので、燃費の向上、騒音の低減を達成できる。

上述した公報記載の装置では、走行ペダルの操作量を調整して車両の走行速度の調整を行うため、例えば車両を一定速度で走行する場合には、走行ペダルを所定のハーフペダル位置に保持する必要がある。しかしながら、ハーフペダルにより定速走行状態を持続することは、運転者にとって負担が大きい。発明の開示

本発明の目的は、速度調整が容易な建設機械の原動機制御装置を提供することにある。

本発明は、原動機によって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるァクチユエ一夕と、第 1の操作部材の操作に応じて油圧ポンプからァクチユエ一夕への圧油の流れを制御する制御弁とを有する建設機械に適用される。そして、その原動機制御装置は、第 1の操作部材の操作に応じて原動機の第 1の設定回転数を設定する第 1の設定手段と、第 2の操作部材の操作に応じて原動機の第 2の設定回転数を設定する第 2の設定手段と、第 1のモードまたは第 2のモ一ドを選択する選択部材と、選択部材により第 1のモードが選択されると第 1の設定回転数と第 2の設定回転数の大きい方の値に原動機回転数を制御し、選択部材により第 2のモードが選択されると第 2の設定回転数に原動機回転数を制御する回転数制御手段とを備える。

また、本発明による建設機械の原動機制御装置は、第 1の操作部材の操作に応じて原動機の第 1の設定回転数を設定する第 1の設定手段と、第 2の操作部材の操作に応じて原動機の第 2の設定回転数を設定する第 2の設定手段と、第 1のモードまたは第 2のモードを選択する選択部材と、選択部材により第 1のモードが選択されると第 1の設定回転数に原動機回転数を制御し、選択部材により第 2のモードが選択されると第 2の設定回転数に原動機回転数を制御する回転数制御手段とを備える。

これにより第 2のモ一ドでは、第 1の操作部材を最大操作した状態で第 2の操作部材の操作量に応じてァクチユエ一夕の駆動速度を変更することができ、ァクチユエ一夕の速度調整が容易になる。

第 1の操作部材、第 2の操作部材をそれぞれ足踏み式操作部材、手動式操作部材とすることが好ましい。

選択部材は、第 2の操作部材の近傍に設けることが好ましい。ァクチユエ一夕は、走行モータとすればよい。

走行状態か作業状態かを判定し、走行状態が判定されたときは作業状態が検出されたときより第 1の設定回転数を大きな値に設定するようにしてもよい。この場合、ブレーキ非作動と中立操作が検出されると走行状態と判定すればよい。本発明は、ホイール式油圧ショベルに適用することが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、本発明が適用されるホイール式油圧ショベルの外観を示す図。図 2は、図 1のホイール式油圧ショベルの走行用油圧回路図。

図 3は、図 1のホイール式油圧ショベルの作業用油圧回路図。

図 4は、本発明の実施の形態に係わる原動機制御装置のブロック図。

図 5は、図 4の制御回路の詳細を示す図。

図 6は、エンジン回転数の制御手順を示すフローチヤ一ト。

図 7は、設定ダイヤルと切換スィツチの配置の一例を示す図。

図 8は、図 5の変形例を示す図。発明を実施するための最良の形態

以下、図 1〜図 6を参照して本発明による原動機制御装置をホイール式油圧ショベルに適用した実施の形態を説明する。

図 1 に示すようにホイール式油圧ショベルは、走行体 1 と、走行体 1の上部に旋回可能に搭載された旋回体 2 とを有する。旋回体 2には運転室 3とブーム 4 a、アーム 4 b、バケツト 4 cからなる作業用フロントアタッチメント 4が設けられている。ブーム 4 aはブ一ムシリンダ 4 dの駆動により起伏し、アーム 4 bはァ —ムシリンダ 4 eの駆動により起伏し、ノケット 4 cはバケツトシリンダ 4 の駆動によりクラウドまたはダンプする。走行体 1 には油圧駆動による走行モータ 5が設けられ、走行モータ 5の回転はプロペラシャフト、アクスルを介して車輪 6 (タイヤ）に伝達される。

図 2は、図 1に示したホイール式油圧ショベルの走行用油圧回路図である。この油圧回路は、原動機 1 0により駆動されるメインポンプ 2 4と、メインポンプ 2 4からの圧油によって駆動する走行モー夕 5と、メインポンプ 2 4から走行モ一夕 5への圧油の流れを制御するコントロールバルブ 2 5と、パイロットポンプ 2 1 と、足踏み式の走行ペダル 2 2 aによつて駆動されるパイ口ットバルブ 2 2 と、図示しない前後進切換スィッチの操作により前進位置、後進位置、中立位置に切り換えられる前後進切換バルブ 2 3とを備える。

スィツチ操作により前後進切換バルブ 2 3を前進位置または後進位置に切り換え. 走行ペダル 2 2 aを操作すると、コントロールバルブ 2 5にはパイ口ッ卜ポンプ 2 1からのパイロット圧が作用する。これによりメインポンプ 2 4からの圧油がコントロールバルブ 2 5を介して走行モータ 5に供給され、走行モー夕 5の回転により車両を前進または後進させることができる。パイ口ットバルブ 2 2には圧力センサ 3 1が接続され，圧力センサ 3 1 により走行指令としてのパイロット圧 P tが検出される。

作業用油圧回路の一例として、ブームシリンダの油圧回路を図 3に示す。この油圧回路は、メインポンプ 2 6と、メインポンプ 2 6からの圧油によって伸縮するブームシリンダ 4 dと、メインポンプ 2 6からブームシリンダ 4 dへの圧油の流れを制御するコントロールバルブ 2 7と、パイロットポンプ 2 1 と、操作レバ - 2 8 aによって駆動されるパイロットバルブ 2 8とを有する。なお、図示は省略するがフロントアタッチメン卜駆動用の他のァクチユエ一夕の油圧回路も同様である。

操作レバー 2 8 aを操作するとその操作量に応じてパイ口ッ卜バルブ 2 8が駆動され、コントロールバルブ 2 7にはパイ口ットポンプ 2 1からのパイ口ット圧が作用する。これによりメインポンプ 2 6からの圧油がコントロールバルブ 2 7 を介してブ一ムシリンダ 4 dに導かれ、ブ一ムシりンダ 4 dの伸縮によりブーム 4 aが昇降する。なお、メインポンプ 2 6を省略してメインポンプ 2 4からの圧油によりシリンダ 4 dを駆動してもよい。

本実施の形態では、後述するペダルモード（第 1のモード）またはダイヤルモ —ド（第 2のモード）によりエンジン回転数を制御してポンプ吐出量を調整し、車両の速度調整を行う。

図 4は、エンジンの回転数を制御する制御回路のブロック図である。エンジン 1 0のガバナレバー 1 1は、リンク機構 1 2を介してパルスモータ 1 3に接続され、パルスモータ 1 3の回転によりエンジン回転数が変更される。すなわちパルスモータ 1 3の正転でエンジン回転数が上昇し、逆転で低下する。ガバナレバー 1 1にはリンク機構 1 2を介してポテンショメ一夕 1 4が接続され、ポテンショメ一夕 1 4によりエンジン 1 0の回転数に応じたガバナレバー角度を検出し、ェンジン制御回転数 N 0 として制御回路 3 0に入力される。

制御回路 3 0には、走行ペダル 2 2 aの操作量に応じたパイ口ット圧力 P t を検出する圧力センサ 3 1 と、ブレーキスィッチ 3 2と、前後進切換弁 2 3の切換位置を検出する位置センサ 3 3 と、ダイヤル操作量 Xに応じた信号を出力ンジン回転数を指令する手動式の設定ダイヤル 3 4と、ペダルモード，ダイヤルモードを選択的に切り換える切換スィツチ 3 5とがそれぞれ接続されている。ブレーキスィツチ 3 2は走行、作業および駐車位置に切り換えられて作業 Z走行信号を出力する。走行位置に切り換えられると駐車ブレーキを解除し、ブレーキペダルによりサービスブレーキの作動を許容する。作業位置に切り換えられると駐車ブレーキとサービスブレーキを作動する。駐車位置に切り換えられると駐車ブレーキを作動する。走行位置に切り換えられるとブレーキスィツチ 3 2はォフ信号を出力し、作業および駐車位置に切り換えられるとオン信号を出力する。設定ダイャル 3 4は走行時に操作可能なように運転席近傍の操作パネルに設けられる。切換スィツチ 3 5は設定ダイヤル 3 4から手を離さずに操作が可能なように設定ダイヤル 3 4に隣接して設けられる。設定ダイヤル 3 4と切換スィツチ 3 5の配置の一例を図 7に示す。

回転数制御回路 3 0は以下のような演算を実行し， .パルスモータ 1 3に制御信号を出力する。

図 5は、回転数制御回路 3 0の詳細を説明する概念図である。回転数演算部 4 1, 4 2には、各々図示のように圧力センサ 3 1による検出値 P t と目標回転数 N t， N dの関係が予め記憶され、この特性から走行ペダル 2 2 aの操作量に応じた目標回転数 N t , N dをそれぞれ演算する。なお、回転数演算部 4 1の特性は走行に適した特性であり、目標回転数演算部 4 2の特性は作業用ァ夕ツチメント 4を使用して作業を行う場合に適した特性である。これらの特性によれば、ペダル操作量の増加に伴い目標回転数 N t , N dがアイドル回転数 N i から直線的に増加している。目標回転数 N tの増加の傾きは目標回転数 N dの増加の傾きより急であり、目標回転数 N tの最大値 N t m a xは目標回転数 N dの最大値 N dm a xより大きい。

回転数演算部 4 3には、図示のように設定ダイヤル 3 4の操作量 Xと目標回転数（設定回転数） N Xの関係が予め記憶され、この特性からダイヤル操作量 Xに応じた目標回転数 N Xを演算する。なお、目標回転数 N Xの最大値 N xm a Xは、回転数演算部 4 2の最大値 N dm a xに等しく設定されている（N xm a x =N d m a x ) 。

選択部 4 4は、ブレーキスィッチ 3 2と位置センサ 3 3と圧力センサ 3 1からの信号に応じて回転数演算部 4 1 , 4 2の目標回転数 N t , N dのいずれか一方を選択する。この場合、ブレーキスィッチ 3 2が走行位置（オフ信号出力）に切り換えられ、かつ、前後進切換弁 2 3が中立位置以外にあり、かつ、走行ペダル 2 2 aの操作によるパイロット圧 P tが所定値以上のとき、すなわち走行時には目標回転数 N tを選択し、それ以外の条件、つまり非走行時には目標回転数 N dを選択する。

最大値選択部 4 5は、選択部 4 4で選択された目標回転数 N t または N dと、回転数演算部 4 3で演算された目標回転数 N xのうち、大きい方の値を N m a X として選択する。

モード切換部 4 6は、切換スィッチ 3 5からの信号に応じて最大値選択部 4 5 で選択された目標回転数 N m a Xまたは回転数演算部 4 3で演算された目標回転数 N Xのいずれかを選択する。この場合、切換スィッチ 3 5がペダルモードに切り換えられると目標回転数 N m a Xを選択し、ダイヤルモードに切り換えられると目標回転数 N Xを選択する。

サーポ制御部 4 7は、モード切換部 4 6で選択された回転数（回転数指令値 N i n ) とポテンショメ一夕 1 4により検出されたガバナレバ一 1 1の変位量に相当する制御回転数 N S とを比較する。そして、図 6に示す手順にしたがって両者がー致するようにパルスモータ 1 3を制御する。

図 6において、まずステツプ S 2 1で回転数指令値 N i nと制御回転数 N 0とをそれぞれ読み込み、ステップ S 2 2に進む。ステップ S 2 2では、 Ν Θ— N i n の結果を回転数差 Aとしてメモリに格納し、ステップ S 2 3において、予め定めた基準回転数差 Kを用いて、 I A I ≥Kか否かを判定する。肯定されるとステツプ S 2 4に進み、回転数差 Α > 0か否かを判定し、 Α > 0ならば制御回転数 N S が回転数指令値 N i nよりも大きい、つまり制御回転数が目標回転数よりも高いから、エンジン回転数を下げるためステツプ S 2 5でモータ逆転を指令する信号をパルスモータ 1 3に出力する。これによりパルスモータ 1 3が逆転しエンジン回転数が低下する。一方， A≤ 0ならば制御回転数 N 0が回転数指令値 N i nよりも小さい、つまり制御回転数が目標回転数よりも低いから、エンジン回転数を上げるためステツプ S 2 6でモータ正転を指令する信号を出力する。これにより、パルスモー夕 1 3 が正転し、エンジン回転数が上昇する。ステップ S 2 3が否定されるとステップ S 2 7に進んでモー夕停止信号を出力し、これによりエンジン回転数が一定値に保持される。ステップ S 2 5〜 S 2 7を実行すると始めに戻る。

次に、本実施の形態に係わる原動機制御装置の特徴的な動作について説明する _c ( 1 ) ペダルモード

まず、切換スィッチ 3 5によりペダルモードを選択した場合について説明する ₍ ペダルモードとは走行ペダル 2 2 aの操作によりエンジン回転数を設定可能とするものであり、例えば走行時に最大トルクを発生させる通常走行時に適する。走行時にはブレーキスィツチ 3 2を走行位置に操作し、前後進切換スィツチを前進位置または後進位置に操作し、設定ダイヤル 3 4をアイドル位置に操作する：この状態で走行ペダル 2 2 aを操作すると、その操作量に応じてコントロ一ルバルブ 2 5が切り換えられ、メインポンプ 2 4からの圧油により走行モー夕 5が回転する。

このとき制御回路 3 0での演算により選択部 4 4では目標回転数 N tが選択され、最大値選択部 4 5でも目標回転数 N tが選択される。これにより回転数指令値 N i nとして目標回転数 N tがセットされ、サーボ制御によるパルスモータ 1 3への信号出力により、エンジン回転数が目標回転数 N t に制御される。この場合、エンジン回転数は、走行に適した回転数演算部 4 1の特性に従い変更される, したがって、良好な加速性を得ることができるとともに、燃費の向上、および騒音の低減を達成できる。

車両停止状態で作業（掘削など）を行う場合、ブレーキスィッチ 3 2を作業位置に操作し、前後進切換スィッチを中立位置に操作する。この状態で操作レバー 2 8 aを操作すると、その操作量に応じてコントロールバルブ 2 7が切り換えられ、ブ一ムシリンダ 4 dが駆動する。

このとき制御回路 3 0での演算により選択部 4 4では目標回転数 N dが選択され、最大値選択部 4 5では目標回転数 N dと設定ダイヤル 3 4による目標回転数 N xの大きい方の値が選択される。したがって、設定ダイヤル 3 4による目標回転数 N Xを作業に適した値にセットしておけば、走行ペダル 2 2 aの操作によらずエンジン回転数の変動を抑えることができ、良好な作業性が得られる。

( 2 ) ダイャルモード

次に、切換スィツチ 3 5によりダイヤルモードを選択した場合について説明する。ダイヤルモードとは、走行ペダル 2 2 aの操作によらず、設定ダイヤル 3 4 の操作によりエンジン回転数を設定するものであり、図 5によれば選択部 4 4 , 4 5で回転数が選択されることがなく、設定ダイャル 3 4で設定された値にェンジン回転数が制御されるものである。このモードでは、エンジン回転数は設定ダイャル 3 4により設定されるため、走行ペダル 2 2 aを操作してもエンジン回転数は変化せず、コントロールバルブ 2 5の切換量のみが変化して速度制御される。したがって、設定ダイヤル 3 4により例えばエンジン回転数を所定の低い回転数に設定しておけば、そのエンジン回転数に対応するメインポンプ 2 4の最大吐出流量に基づく速度を最大速度として設定することができるため、走行速度を所定速度以下に制限したい場合や、車両を定速で走行させる場合に適する。

ダイャルモード時には、設定ダイャル 3 4による目標回転数 N Xがモード切換部 4 6で選択され、回転数指令値 N i nとして目標回転数 N xがセットされる。これにより走行ペダル 2 2 aの操作に拘わらずエンジン回転数は目標回転数 N X に制御される。すなわち、ダイヤル操作量に応じて応じてポンプ吐出量が変化する。

したがって、走行ペダル 2 2 aを最大操作すると、走行モー夕 5には目標回転数 N Xに応じた圧油が供給され，設定ダイヤル 3 4の操作に応じて車両の最高速度の調整が可能となる。この場合、ダイヤル操作量を増やすとエンジン回転数が増加して最高走行速度が上昇し、ダイャル操作量を減らすとエンジン回転数が減少して最高走行速度が低下する。これにより走行ペダル 2 2 aを最大に踏み込んだ状態で、任意の速度で車両を定速走行することができる。その結果、ペダル操作量を調整する必要がなく、運転者の負担が軽減される。

本実施の形態によれば以下のような効果を奏することができる。

( 1 ) 切換スィツチ 3 5の切換に応じてペダルモードまたはダイャルモードを選択し、ペダルモードではペダル操作による目標回転数 N t , N dとダイヤル操作による目標回転数 N Xの大きい方の値を選択し、ダイヤルモードではダイヤル操作による目標回転数 N Xを選択するようにした。これによりダイヤルモード時に走行ペダル 2 2 aを最大操作した場合の車両走行速度はダイヤル操作量 Xに応じた値となる。その結果、車両の速度調整が容易になり、定速走行を容易に行うことができる。ペダルモード時には駆動トルクを最大限に発生させることができ、高速走行が容易である。

( 2 ) 切換スィッチ 3 5を設定ダイヤル 3 4の近傍に設けたので、設定ダイヤル 3 4から手を離さずに切換スィツチ 3 5を操作することができる。その結果、定速走行、通常走行の切換を即座に行うことができる。

( 3 ) 走行時の目標回転数 N tの増加の傾きおよび最高回転数 N t m a Xが作業時の目標回転数 N dの増加の傾きおよび最高回転数 N d m a Xよりそれぞれ大きくなるように、走行用の目標回転数 N t と作業用の目標回転数 N dの特性を別々に設定した。これによりペダルモード時に、良好な走行加速性を得ることができるとともに、作業用の目標回転数 N dの傾きは小さいので作業時のエンジン回転数の調整が容易である。

( 4 ) ブレーキスィッチ 3 2 と位置センサ 3 3により走行、作業を検出し、その検出結果に応じて目標回転数 N t または N dを選択するので、目標回転数選択のための操作を別途行う必要がない。

なお、上記実施の形態では、 3つの目標回転数演算部 4 1〜 4 3を設けたが、目標回転数演算部 4 2は省略してもよい。選択部材を切換スィツチ 3 5により構成したが、スィッチ以外の操作部材（例えばダイヤル）により構成してもよい。第 2の設定部材を設定ダイャル 3 4により構成したが、ダイヤル以外の操作部材 (例えば押し釦式のスィッチや直線スライド式のスィッチなど）により構成してもよい。判定手段としてブレーキスィッチ 3 2 と位置センサ 3 3からの信号により走行状態を判定したが、車速センサ等により走行状態を判定してもよい。上記実施の形態では、最大値選択部 4 5において、目標回転数 N tまたは N d と目標回転数 N xのうち大きい方の値を選択するようにしたが、図 8に示すように最大値選択部 4 5を省略してもよい。これにより設定ダイヤル 3 4の操作量に拘わらず、ペダルモード時には走行ペダル 2 2 aの操作によりエンジン回転数を設定し、ダイャルモード時に設定ダイャル 3 4の操作によりエンジン回転数を設定することができる。すなわち走行ペダル 2 2 aと設定ダイヤル 3 4による独立したエンジン制御が可能である。

以上では、走行用油圧モー夕 5の速度調整を容易にする例を示したが、これに限定されず、例えば車両の上部旋回体を旋回させる旋回用油圧モータに適用してもよい。したがって、第 1の操作部材も走行ペダル 2 2 aに限定されない。産業上の利用の可能性

以上では、建設機械としてホイール式油圧ショベルを例に挙げて説明したが、ホイール式以外の建設機械にも本発明を適用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 原動機によって駆動される油圧ポンプと、

この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるァクチユエ一夕と、第 1の操作部材の操作に応じて前記油圧ポンプから前記ァクチユエ一夕への圧油の流れを制御する制御弁とを有する建設機械における原動機制御装置において, 前記第 1の操作部材の操作に応じて前記原動機の第 1の設定回転数を設定する第 1の設定手段と、

第 2の操作部材の操作に応じて前記原動機の第 2の設定回転数を設定する第 2 の設定手段と、

第 1のモードまたは第 2のモードを選択する選択部材と、

前記選択部材により第 1のモードが選択されると前記第 1の設定回転数と前記第 2の設定回転数の大きい方の値に原動機回転数を制御し、前記選択部材により第 2のモードが選択されると前記第 2の設定回転数に原動機回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の原動機制御装置。

2 . 原動機によって駆動される油圧ポンプと、

この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるァクチユエ一夕と、第 1の操作部材の操作に応じて前記油圧ポンプから前記ァクチユエ一夕への圧油の流れを制御する制御弁とを有する建設機械における原動機制御装置において. 前記第 1の操作部材の操作に応じて前記原動機の第 1の設定回転数を設定する第 1の設定手段と、

第 1のモードまたは第 2のモ一ドを選択する選択部材と、

前記選択部材により第 1のモードが選択されると前記第 1の設定回転数に原動機回転数を制御し、前記選択部材により第 2のモードが選択されると前記第 2の設定回転数に原動機回転数を制御する回転数制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の原動機制御装置。

3 . 請求項 1または 2に記載の建設機械の原動機制御装置において、

前記第 1 の操作部材は足踏み式操作部材であり、前記第 2の操作部材は手動式操作部材である。

4 . 請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の建設機械の原動機制御装置において, 前記選択部材は、前記第 2の操作部材の近傍に設ける。

5 . 請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載の建設機械の原動機制御装置において, 前記ァクチユエ一夕は、走行モータである。

6 . 請求項 5に記載の建設機械の原動機制御装置は、さらに走行状態か作業状態かを判定する判定手段を有し、

前記第 1の設定手段は、前記判定手段により走行状態が判定されると、作業状態が検出されたときょり前記第 1の設定回転数を大きな値に設定する。

7 . 請求項 6に記載の建設機械の原動機制御装置において、

前記判定手段は、ブレーキ非作動を検出するブレーキ検出手段と、前記第 1の操作部材の中立操作を検出する中立検出手段とを有し、ブレーキ非作動と中立操作が検出されると走行状態と判定する。

8 . 原動機によって駆動される油圧ポンプと、

この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるァクチユエ一夕と、第 1の操作部材の操作に応じて前記油圧ポンプから前記ァクチユエ一夕への圧油の流れを制御する制御弁と、

請求項 1 〜 7に記載の原動機制御装置を備えるホイール式油圧ショベル。