JP2005023870A - 作業車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コントローラ10は、エンジン回転数に基づいて油圧ポンプ15の最大吸収トルクを決定するための2つのテーブル10a,10bと、この2つのテーブル10a,10bで決定された最大ポンプ吸収トルクを前進時か後進時かによって切り換える選択部10cと、選択部10cで切り換えられ選択された最大ポンプ吸収トルクが得られるようトルク制御電磁弁22に指令信号を出力する出力部10dとを備え、前進時は全回転域を通じて最大ポンプ吸収トルクBは一定であるテーブル10aの最大ポンプ吸収トルクBを選択し、後進時は中回転領域から高回転領域にかけての最大ポンプ吸収トルクBが従来よりも大きいテーブル10bの最大ポンプ吸収トルクBを選択する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより走行トランスミッションを駆動し、走行を行うとともに、エンジンにより油圧ポンプを駆動し、作業アクチュエータを作動して所定の作業を行うホイールローダやテレスコピックハンドラー等の作業車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の作業車両における制御装置の従来技術として特公平8−6613号公報や特許第2968558号公報に記載のものがある。
【0003】
特公平8−6613号公報に記載の従来技術は、作業時に適合するエンジン出力特性と、走行時に適合するエンジン出力特性の2種類のエンジン出力特性を用意し、作業状態か走行状態かに応じてエンジン出力特性を切り換えて使用しエンジン出力を制御をするものにおいて、走行状態にありトルクコンバータ速度比小(低速)のときはトランスミッショントルクが作業状態でのトルクを超えないように燃料噴射量を制御し、トルクコンバータに加わる過大トルクの発生を防止するものである。
【0004】
特許第2968558号公報に記載の従来技術は、走行駆動装置とアクチュエータの負荷の和がエンジンの出力トルクより小さいときはポンプ吸収トルクを大きくして作業量を確保し、負荷の和がエンジンの出力トルクより大きいときはポンプ吸収トルクを小さくして大きな走行トルクを確保し、大きな牽引力を維持するようにしたものである。
【0005】
【特許文献1】
特公平8−6613号公報
【特許文献2】
特許第2968558号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ホイールローダやテレスコピックハンドラー等の作業車両による作業例として地山などの土砂の掘削作業がある。この掘削作業では、前進によって掘削を行い、掘削後は掘削した土砂を持ち上げながら後進する。前進時の掘削は、走行力(走行の牽引力)によりフロント作業装置の掘削具を土砂に押し込み、掘削具に上向きの力を加えながら行う。この場合、前進時は走行力で掘削具を土砂に押し付けるので、走行力をできるだけ大きくすることが望ましく、そのためにはエンジン回転数の低下を少なくすることが望ましい。一方、後進時は掘削はしないので、大きな走行力は不要である一方、後進しながら掘削した土砂を持ち上げるのでフロント作業装置の動作速度(フロント速度)を速くする方が望ましい。
【0007】
特公平8−6613号公報及び特許第2968558号公報に記載の従来技術は、何れも、前進時と後進時を区別して制御しておらず、前進時と後進時で最適な走行力とフロント速度とを得ることができない。
【0008】
本発明の目的は、前進時と後進時で制御特性を切り換えることで、前進時には大きな走行力が得られ、後進時にはフロント速度を速くすることができる作業車両のポンプ制御装置を提供することである。
【0009】
【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、エンジンと、このエンジンの最大トルクと回転数を制御する燃料噴射装置と、前記エンジンにより駆動される走行トランスミッションと、この走行トランスミッションの前後進の切り換えを指示する前後進切換指示手段と、前記エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの最大吸収トルクを制御するポンプトルク制御手段と、前記ポンプトルク制御手段により制御される前記油圧ポンプの最大吸収トルクを前記走行トランスミッションの前後進の切り換えに応じて可変とするポンプトルク切換手段とを備えるものとする。
【0010】
このようにポンプトルク切換手段を設け、走行トランスミッションの前後進の切り換えに応じて油圧ポンプの最大吸収トルクを可変とすることにより、前進時と後進時で制御特性が切り換えられるため、前進時には大きな走行力が得られ、後進時にはフロント速度を速くすることができる。
【0011】
(2)上記(1)において、好ましくは、前記ポンプトルク切換手段は、前記走行トランスミッションが前進にあるときより後進にあるときの方が前記油圧ポンプの最大吸収トルクを大きくする。
【0012】
これにより前進時は走行用のエンジン出力トルク及びエンジン回転数は適度に低下して大きな走行力が得られ、後進時は最大ポンプ吸収トルクが大きくなるため、油圧ポンプの吐出流量が増大し、フロント速度を速くすることができる。
【0013】
(3)また、上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段を更に備え、前記ポンプトルク切換手段は、前記回転数検出手段の検出値に基づき、前記エンジンが高回転域にあるときに前記走行トランスミッションが前進位置にあるときより後進位置にあるときの方が前記油圧ポンプの最大吸収トルクを大きくするとともに、前記走行トランスミッションが後進にあるときの最大吸収トルクを前記エンジンが高回転域にあるときよりも低回転域にあるときの方が小さくする。
【0014】
これにより上記(1)又は(2)での述べたように前進時には大きな走行力が得られ、後進時にはフロント速度を速くすることができるとともに、アイドル回転数からの加速走行時にはオーバートルクすることなく良好な加速性能が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施の形態に係わる作業車両の制御装置を含む駆動装置全体のシステム構成図である。
【0017】
図1において、本実施の形態に係わる作業車両は、原動機であるディーゼルエンジン(以下単にエンジンという)1を備え、エンジン1には電子燃料噴射装置2が設けられ、この電子燃料噴射装置2によりエンジン1の最大トルクと回転数が制御される。エンジン1の出力軸にはトルクコンバータ4を備えた走行トランスミッション5が連結され、走行トランスミッション5をエンジン1により駆動することによりアクスル6を駆動し走行を行う。エンジン1の目標回転数を指示する手段として走行ペダル8が設けられている。走行ペダル8の信号はコントローラ10に入力され、その入力に基づいてコントローラ10から電子燃料噴射装置2に制御信号を出力し、燃料噴射量を制御する。また、走行トランスミッション5は前後進切り換え可能であり、その前後進の切り換えを指示する手段として前後進切換スイッチ11が設けられている。前後進切換スイッチ11の信号はコントローラ10に入力され、その入力に基づいてコントローラ10が走行トランスミッション5に制御信号を出力し、前後進の切り換えを行う。
【0018】
また、エンジン1の出力軸には可変容量型の油圧ポンプ15が連結され、油圧ポンプ15はエンジン1により駆動され圧油を吐出する。油圧ポンプ15の吐出油路にはコントロールバルブ16が接続されている。コントロールバルブ16は操作レバー等の操作手段により操作され、アクチュエータ17に圧油を供給する。アクチュエータ17は例えばホイールローダのフロント作業装置を駆動する油圧シリンダである。
【0019】
油圧ポンプ15にはトルク制御レギュレータ21が備えられている。トルク制御レギュレータ21は、油圧ポンプ15の吐出圧力が上昇するとき、それに応じて油圧ポンプ15の傾転(容量)が減少し、油圧ポンプ15の吸収トルクが設定値(最大ポンプ吸収トルク)を超えないよう油圧ポンプ15の傾転(容量)を制御する。トルク制御レギュレータ21の設定値(最大ポンプ吸収トルク)は可変であり、トルク制御電磁弁22により制御される。トルク制御電磁弁22は油圧ポンプ15の吐出圧を油圧源として動作する電磁比例弁であり、コントローラ10から出力される制御信号により作動する。
【0020】
また、エンジン1にはエンジン回転数を検出する回転センサ25が設けられ、回転センサ25の信号もコントローラ10に入力される。
【0021】
図2に本発明が適用される作業車両の一例であるホイールローダの外観を示す。図2において、100はホイールローダであり、ホイールローダ100は、車体前部101と車体後部102とで構成され、車体前部101と車体後部102は連結装置103を介して屈曲可能に連結されている。車体前部101にはフロント作業装置105と車輸(前輪)106が設けられ、車体後部102には運転室107と車輪(後輪)108が設けられ、運転室107には運転席110、ハンドル111、操作レバー112が設けられている。フロント作業装置105はバケット120とリフトアーム121からなり、バケット120はバケットシリンダ122の伸縮によりチルト・ダンプ動作し、リフトアーム121はアームシリンダ123の伸縮により上下に動作する。
【0022】
また、図1に示したエンジン1及び油圧ポンプ15はコントロールバルブ16、トルク制御レギュレータ21及びトルク制御弁22と共に車体後部102に配置され、後輪108は走行トランスミッション5及びアクスル6を介してエンジン1により駆動される。走行ペダル8は運転室107の床上に設けられ、前後進切換スイッチ11は運転室107の前部キャビネット113に設けられ、コントローラ10は運転室107内の適所、例えば運転席24の下側に配置されている。
【0023】
図1に示したアクチュエータ17はバケットシリンダ122及びアームシリンダ123を代表したものであり、これらを駆動することによりフロント作業装置105を操作することができる。
【0024】
図3にコントローラ10のポンプ制御に係わる制御内容を機能ブロック図で示す。
【0025】
コントローラ10は、エンジン回転数に基づいて油圧ポンプ15の最大吸収トルク(最大ポンプ吸収トルク)を決定するための2つのテーブル10a,10bと、この2つのテーブル10a,10bで決定された最大ポンプ吸収トルクを前進時か後進時かによって切り換える選択部10cと、選択部10cで切り換えられ選択された最大ポンプ吸収トルクが得られるようトルク制御電磁弁22に指令信号を出力する出力部10dとを備えている。
【0026】
2つのテーブル10a,10bのうちテーブル10aは前進時用であり、テーブル10bは後進時用である。前進時用のテーブル10aには、エンジン回転数に係わらず一定の最大ポンプ吸収トルクが設定されている。その一定の最大ポンプ吸収トルクは例えば従来のトルク制御レギュレータの設定値と同程度の大きさTAである。後進時用のテーブル10bには、低回転領域では前進時用のテーブル10aの最大ポンプ吸収トルクと同程度の大きさTAであり、高回転領域では前進時用のテーブル10aの最大ポンプ吸収トルクよりも大きいTBであり、中回転領域ではTAからTBへと徐々に増大する最大ポンプ吸収トルクが設定されている。
【0027】
2つのテーブル10a,10bはそれぞれ回転センサ25により検出されたエンジン1の回転数を入力しそれに応じた最大吸収トルクを決定する。選択部10cは前後進切換スイッチ11からの信号を入力し、その信号が前進時を示しているときは前進時用のテーブル10aで決定された最大ポンプ吸収トルクを選択し、前後進切換スイッチ11からの信号が後進時を示しているときは後進時用のテーブル10bで決定された最大ポンプ吸収トルクを選択する。
【0028】
以上において、トルク制御レギュレータ21は油圧ポンプ15の吸収トルクが最大吸収トルクを超えないよう制御するポンプトルク制御手段を構成し、コントローラ10のテーブル10a,10b、選択部10c、出力部10dとトルク制御電磁弁22は、油圧ポンプ15の最大吸収トルクを走行トランスミッション5の前後進の切り換えに応じて可変とするポンプトルク切換手段を構成する。
【0029】
図4にコントローラ10及びトルク電磁弁22により可変制御される設定値に基づきトルク制御レギュレータ21が作動するときの油圧ポンプ15の吐出圧力(ポンプ圧力)と油圧ポンプ15の傾転(ポンプ傾転)との関係を示す。前進時用のテーブル10aが選択されたとき及び後進時用のテーブル10bが選択されエンジン1が低回転域にあるとき、油圧ポンプ15の最大ポンプ吸収トルクはTAとなり、後進時用のテーブル10bが選択されエンジン1が高回転域にあるとき、油圧ポンプ15の最大ポンプ吸収トルクはTBとなる。トルク制御レギュレータ21は、ポンプ吐出圧力が上昇するとき、それに応じて最大ポンプ吸収トルクの特性線に沿ってポンプ傾転を減少し、油圧ポンプ15の吸収トルクが設定値(最大吸収トルク)TA又はTBを超えないよう油圧ポンプ15の傾転(容量)を制御する。また、同じポンプ圧力P1であっても、最大ポンプ吸収トルクがTAからTBに増大するとポンプ傾転はq1からq2に増大し、それに応じてポンプ吐出流量も増大する。
【0030】
図5に前進時のエンジン1の出力トルク(エンジン出力トルク)Aと油圧ポンプ15の最大吸収トルク(最大ポンプ吸収トルク)BとトランスミッショントルクCとの関係を示し、図6に後進時のエンジン出力トルクAと最大ポンプ吸収トルクBとトランスミッショントルクCとの関係を示す。前進時の最大ポンプ吸収トルクBの大きさはTAであり、後進時の最大ポンプ吸収トルクBの大きさは低回転域ではTA、高回転域ではTBである。
【0031】
なお、トランスミッショントルクCとはエンジン1によりトランスミッション5が駆動されるときのトランスミッション5の入力トルクであり、エンジン回転数が上昇するに従ってトランスミッショントルクCも増大する。また、トランスミッション速度比=トランスミッション5の出力回転数/トランスミッション5の入力回転数(=エンジン回転数)と定義するとき、速度比が小さくなるに従ってトランスミッショントルクCは大きくなる。図5及び図6に示すトランスミッショントルクCはあるトランスミッション速度比におけるものである。
【0032】
図5及び図6において、エンジン出力ルクAに対して最大ポンプ吸収トルクBの分だけ走行トランスミッション5で使用可能なトルク(走行用エンジン出力トルク)Dは低くなる。この走行用エンジン出力トルクDとトランスミッショントルクCとの交点Mがマッチング点であり、そこがエンジン回転数である。
【0033】
前進時は最大ポンプ吸収トルクBとして、図3に示したテーブル10aで決定される従来と同程度の大きさTAの最大ポンプ吸収トルクが選択される。また、全回転域を通じて最大ポンプ吸収トルクBは一定である。このため従来と同様の速度でフロント作業装置を動かすことができる。また、走行用のエンジン出力トルクDの低下も従来と同程度であり、マッチング点Mにおける走行用エンジン出力トルクD及びエンジン回転数は従来と同様に適度に低下する。このため前進時は従来と同様の大きな走行力が得られ、掘削作業を効率良く行うことができる。
【0034】
後進時は最大ポンプ吸収トルクBとして、図3にテーブル10bで決定される最大ポンプ吸収トルクが選択されるため、高回転領域での最大ポンプ吸収トルクBは従来よりも大きいTBとなり、低回転領域での最大ポンプ吸収トルクBはTAとなり、中回転領域ではTAとTBの中間となる。
【0035】
よって、後進時の中回転領域から高回転領域にかけては、図4で説明したようにポンプ圧力P1において油圧ポンプ15の最大傾転はq1からq2に増大し、油圧ポンプ15の吐出流量も増大する。その結果、アクチュエータ7の駆動速度が速くなり、フロント作業装置の動作速度(フロント速度)が速くなる。よって、後進時は掘削土砂を持ち上げながら素速く移動することができる。なお、中回転領域から高回転領域にかけての走行用のエンジン出力トルクDの低下はその分大きくなり、マッチング点Mにおける走行用エンジン出力トルクD及びエンジン回転数は従来より低下する。しかし、後進時は掘削をしないので問題がない。
【0036】
また、低回転領域では最大ポンプ吸収トルクBは高回転領域よりも低めのTAとしているので、走行ペダル8の踏み込みによるアイドル回転数からの加速走行時にはオーバートルクすることなく良好な加速性能が得られる。
【0037】
以上のように本実施の形態によれば、前進時と後進時で制御特性を切り換えることで、前進時には大きな走行力が得られ、後進時にはフロント速度を速くすることができ、その結果掘削作業を効率良く行うことができる。また、アイドル回転数からの加速走行時にはオーバートルクすることなく良好な加速性能が得られる。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、前進時と後進時で制御特性を切り換えることで、前進時には大きな走行力が得られ、後進時にはフロント速度を速くすることができ、その結果掘削作業を効率良く行うことができる。
【0039】
また、本発明によれば、アイドル回転数からの加速走行時にはオーバートルクすることなく良好な加速性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係わる作業車両の制御装置を含む駆動装置全体のシステム構成図である。
【図2】本発明が適用される作業車両の一例であるホイールローダの外観を示す。
【図3】コントローラのポンプ制御に係わる制御内容を機能ブロック図で示す。
【図4】トルク制御レギュレータによりトルク制御されるときのポンプ圧力とポンプ傾転との関係を示す図である。
【図5】前進時のエンジントルクとポンプトルクとトランスミッショントルクの関係を示す図である。
【図6】後進時のエンジントルクとポンプトルクとトランスミッショントルクの関係を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン
2 電子燃料噴射装置
4 トルクコンバータ
5 トランスミッション
6 アクスル
8 走行ペダル
10 コントローラ
10a,10b テーブル
10c 選択部
10d 出力部
11 前後進切換スイッチ
15 油圧ポンプ
16 コントロールバルブ
17 アクチュエータ
21 トルク制御レギュレータ
22 トルク制御電磁弁
25 回転センサ
Claims (3)
- エンジンと、このエンジンの最大トルクと回転数を制御する燃料噴射装置と、前記エンジンにより駆動される走行トランスミッションと、この走行トランスミッションの前後進の切り換えを指示する前後進切換指示手段と、前記エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吸収トルクが最大吸収トルクを超えないよう制御するポンプトルク制御手段と、前記油圧ポンプの最大吸収トルクを前記走行トランスミッションの前後進の切り換えに応じて可変とするポンプトルク切換手段とを備えることを特徴とする作業車両の制御装置。
- 請求項1記載の作業車両の制御装置において、前記ポンプトルク切換手段は、前記走行トランスミッションが前進にあるときより後進にあるときの方が前記油圧ポンプの最大吸収トルクを大きくすることを特徴とする作業車両の制御装置。
- 請求項1又は2記載の作業車両の制御装置において、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段を更に備え、前記ポンプトルク切換手段は、前記回転数検出手段の検出値に基づき、前記エンジンが高回転域にあるときに前記走行トランスミッションが前進にあるときより後進にあるときの方が前記油圧ポンプの最大吸収トルクを大きくするとともに、前記走行トランスミッションが後進にあるときの最大吸収トルクを前記エンジンが高回転域にあるときよりも低回転域にあるときの方が小さくすることを特徴とする作業車両の制御装置。
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