JP6924159B2 - 作業車両及び作業車両の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、作業車両及び作業車両の制御方法に関する。
作業車両には、静油圧式トランスミッションを備えるものがある。静油圧式トランスミッションは、走行用ポンプと、油圧回路と、第1走行モータと、第2走行モータとを含む。走行用ポンプはエンジンによって駆動され、作動油を吐出する。走行用ポンプから吐出された作動油は、油圧回路を介して、第1走行モータ、及び、第2走行モータに供給される。第1走行モータ、及び、第2走行モータは、駆動軸を介して、作業車両の走行装置に接続されており、第1走行モータ、及び、第2走行モータが駆動されることで、作業車両が走行する。静油圧式トランスミッションでは、走行用ポンプの容量と、第1走行モータの容量と、第2走行モータの容量とを制御することにより、変速比を制御することができる。
また、作業車両は、2モータでの走行と、1モータでの走行とを切り換えるためのクラッチを備えている。クラッチは、第1走行モータと駆動軸との間に配置され、係合状態と開放状態とに切り換えられる。クラッチが係合状態では、第1走行モータは駆動軸に接続され、第1走行モータの回転が駆動軸に伝達される。それにより、作業車両は、第1走行モータの出力と第2走行モータの出力とによって走行する。
クラッチが開放状態では、第1走行モータは駆動軸に非接続とされ、第1走行モータの回転は駆動軸に伝達されない。それにより、第2走行モータの出力のみによって走行する。コントローラは、低速時には2モータで走行を行い、高速時には1モータで走行を行うように、車速に応じてクラッチを制御する。
図19は、関連技術に係るクラッチの制御を示す図である。図19に示すように、関連技術に係るクラッチの制御では、時点t1において車速が増大して速度Vaに達すると、コントローラは、第1走行モータの容量の低減を開始する。時点t2において第1走行モータの容量が容量閾値Dthに達すると、コントローラはクラッチを係合状態から開放状態に切り換える。これにより、2モータでの走行から1モータでの走行に切り換えられる。そして、時点t3において第1走行モータの容量が0になる。車速がさらに増大して、時点t4において速度Vbに達すると、コントローラは、車速の増大に応じて、第2走行モータの容量を低減する。これにより、静油圧式トランスミッションの変速比が車速に応じて制御される。
上記の参考例に係るクラッチの制御では、時点t1から時点t3までの間に第1走行モータの容量が急速に低減されることで、静油圧式トランスミッションの油圧回路での作動油の流量が大きく変化する。この流量の変化は、作業車両に変速ショックを生じさせる要因となる。
本発明の目的は、静油圧式トランスミッションを備える作業車両において、2モータ走行から1モータ走行に切り換えられるときの変速ショックを低減することにある。
第1の態様に係る作業車両は、エンジンと、走行用ポンプと、油圧回路と、第1走行モータと、第2走行モータと、流量制御装置と、駆動軸と、クラッチと、センサと、コントローラとを備える。走行用ポンプは、エンジンによって駆動される。油圧回路は、走行用ポンプに接続される。第1走行モータは、油圧回路を介して走行用ポンプと接続される。第2走行モータは、油圧回路を介して走行用ポンプと接続される。流量制御装置は、油圧回路の作動油の流量を制御する。駆動軸は、第1走行モータ及び第2走行モータに接続され。クラッチは、第1走行モータと駆動軸との間に配置される。センサは、車速を示す信号を出力する。コントローラは、センサからの信号を受信し、第1走行モータとクラッチとを制御する。コントローラは、車速が増大して所定の切換閾値に達したときに、第1走行モータの容量を低減すると共に、第1走行モータの容量の減少に応じた油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、流量制御装置を制御する。コントローラは、車速が切換閾値に達したのちに、クラッチを係合状態から開放状態に切り換える切換制御を実行する。
本態様に係る作業車両では、クラッチの切換制御において、第1走行モータの容量が低減されると共に、第1走行モータの容量の減少に応じた油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、油圧回路の作動油の流量が制御される。そのため、第1走行モータの容量が低減されたときの油圧回路での作動油の流量の変化が小さく抑えられる。それにより、変速ショックの発生を抑えることができる。
流量制御装置は、第2走行モータの容量を制御する装置であってもよい。コントローラは、切換制御において、第1走行モータの容量を低減すると共に、流量制御装置を制御して、第1走行モータの容量の減少に応じた油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、第2走行モータの容量を増大させてもよい。この場合、第2走行モータの容量を増大させることで、切換制御時の油圧回路での流量の変化を小さく抑えることができる。
コントローラは、車速が増大して切換閾値に達する前に、流量制御装置を制御して第2走行モータの容量を低減してもよい。この場合、車速が切換閾値に達する前に、第2走行モータの容量が低減される。それにより、車速が切換閾値に達したときに、第2走行モータの容量を増大させることができる。
コントローラは、車速が増大して切換閾値に達する前に、流量制御装置を制御して第2走行モータの容量を低減すると共に、エンジンの回転速度を低下させてもよい。この場合、エンジンの回転速度を低下させることで、第2走行モータの容量が低減されても、所望の車速を得ることができる。
流量制御装置は、走行用ポンプの容量を制御する装置であってもよい。コントローラは、切換制御において、第1走行モータの容量を低減すると共に、流量制御装置を制御して、第1走行モータの容量の減少に応じた油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、走行用ポンプの容量を低減してもよい。この場合、走行用ポンプの容量を低減することで、切換制御時の油圧回路での流量の変化を小さく抑えることができる。
流量制御装置は、エンジンの回転速度を制御する装置であってもよい。コントローラは、切換制御において、第1走行モータの容量を低減すると共に、流量制御装置を制御して、第1走行モータの容量の減少に応じた油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、エンジンの回転速度を低減してもよい。この場合、エンジンの回転速度を低減することで、切換制御時の油圧回路での流量の変化を小さく抑えることができる。
流量制御装置は、油圧回路に設けられリリーフ圧を変更可能なリリーフ弁であってもよい。コントローラは、切換制御において、第1走行モータの容量を低減すると共に、流量制御装置を制御して、第1走行モータの容量の減少に応じた油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、リリーフ弁のリリーフ圧を低減してもよい。この場合、リリーフ弁のリリーフ圧を低減することで、切換制御時の油圧回路での流量の変化を小さく抑えることができる。
第2の態様に係る方法は、作業車両を制御するためにコントローラによって実行される方法である。作業車両は、エンジンと、走行用ポンプと、油圧回路と、第1走行モータと、第2走行モータと、流量制御装置と、駆動軸と、クラッチとを備える。走行用ポンプは、エンジンによって駆動される。油圧回路は、走行用ポンプに接続される。第1走行モータは、油圧回路を介して走行用ポンプと接続される。第2走行モータは、油圧回路を介して走行用ポンプと接続される。流量制御装置は、油圧回路の作動油の流量を制御する。駆動軸は、第1走行モータ及び第2走行モータに接続され。クラッチは、第1走行モータと駆動軸との間に配置される。本態様に係る方法は、以下の処理を備える。第1の処理は、車速を示す信号を受信することである。第2の処理は、車速が増大して所定の切換閾値に達したときに、第1走行モータの容量を低減すると共に、第1走行モータの容量の減少に応じた油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、流量制御装置を制御することである。第3の処理は、車速が切換閾値に達したのちに、クラッチを係合状態から開放状態に切り換える切換制御を実行することである。
本態様に係る方法では、クラッチの切換制御において、第1走行モータの容量が低減されると共に、第1走行モータの容量の減少に応じた油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、油圧回路の作動油の流量が制御される。そのため、第1走行モータの容量が低減されたときの油圧回路での作動油の流量の変化が小さく抑えられる。それにより、変速ショックの発生を抑えることができる。
本発明によれば、静油圧式トランスミッションを備える作業車両において、2モータ走行から1モータ走行に切り換えられるときの変速ショックを低減することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る作業車両1について、図面を用いて説明する。図1は、作業車両1の側面図である。作業車両1は、ホイールローダである。作業車両1は、車体2と、作業機3と、複数の走行輪4と、キャブ5と、を含む。作業機3は、車体2の前部に装着されている。作業機3は、ブーム11とバケット12とリフトシリンダ13とバケットシリンダ14とを含む。
ブーム11は、車体2に回転可能に取り付けられている。ブーム11は、リフトシリンダ13によって駆動される。バケット12は、ブーム11に回転可能に取り付けられている。バケット12は、バケットシリンダ14によって上下に移動する。キャブ5は、車体2上に配置されている。複数の走行輪4は、車体2に回転可能に取り付けられている。
図2及び図3は、作業車両1に搭載された駆動系の構成を示すブロック図である。図2に示すように、作業車両1は、エンジン21と、作業機用ポンプ22と、静油圧式変速機(Hydro Static Transmission;以下“HST”と呼ぶ)23とを含む。エンジン21は、例えば、ディーゼル式のエンジンである。燃料噴射装置24がエンジン21への燃料噴射量を制御することにより、エンジン21の出力トルク(以下、「エンジントルク」と呼ぶ)と回転速度とが制御される。エンジン21の実回転速度は、エンジン回転速度センサ25によって検出される。エンジン回転速度センサ25は、エンジン21の実回転速度を示す信号を出力する。
作業機用ポンプ22は、エンジン21に接続されている。作業機用ポンプ22は、エンジン21によって駆動されることで、作動油を吐出する。作業機用ポンプ22から吐出された作動油は、作業機用油圧回路26を介してリフトシリンダ13に供給される。これにより、作業機3が駆動される。
作業機用ポンプ22は、可変容量型の油圧ポンプである。作業機用ポンプ22には、作業機ポンプ制御装置28が接続されている。作業機ポンプ制御装置28は、作業機用ポンプ22の容量を制御する。なお、作業機用ポンプ22は、固定容量型の油圧ポンプであってもよい。
作業機用油圧回路26には、作業機制御弁30が配置されている。作業機制御弁30は、作業機制御弁30に印加されるパイロット圧に応じて、リフトシリンダ13に供給される作動油の流量を制御する。図示を省略するが、作業機制御弁30は、バケットシリンダ14に供給される作動油の流量を制御してもよい。なお、作動油の流量とは、単位時間当たりに供給される作動油の量を意味する。作業機制御弁30は、油圧パイロットの制御弁に限らず、電気的に制御される電磁比例制御弁であってもよい。オペレータが、図示しない作業機操作部材を操作することによって、作業機制御弁30が制御される。それによって、オペレータは、作業機3を操作することができる。
図2及び図3に示すように、HST23は、走行用ポンプ31と、駆動油圧回路32と、第1走行モータ33aと、第2走行モータ33bを含む。走行用ポンプ31は、エンジン21に接続されている。走行用ポンプ31は、エンジン21によって駆動されることにより作動油を吐出する。走行用ポンプ31は、可変容量型の油圧ポンプである。走行用ポンプ31から吐出された作動油は、駆動油圧回路32を通って走行モータ33a,33bへと送られる。
駆動油圧回路32は、走行用ポンプ31と走行モータ33a,33bとを接続している。駆動油圧回路32は、第1駆動回路32aと第2駆動回路32bとを含む。第1駆動回路32aは、走行用ポンプ31の第1ポンプポート31aと第1走行モータ33aの第1モータポート331とを接続している。また、第1駆動回路32aは、走行用ポンプ31の第1ポンプポート31aと第2走行モータ33bの第1モータポート333とを接続している。第2駆動回路32bは、走行用ポンプ31の第2ポンプポート31bと第1走行モータ33aの第2モータポート332とを接続している。また、第2駆動回路32bは、走行用ポンプ31の第2ポンプポート31bと第2走行モータ33bの第2モータポート334とを接続している。走行用ポンプ31と走行モータ33a,33bと第1駆動回路32aと第2駆動回路32bとは、閉回路を構成している。
作動油が、走行用ポンプ31から第1駆動回路32aを介して走行モータ33a,33bに供給されることにより、走行モータ33a,33bが一方向(例えば、前進方向)に駆動される。この場合、作動油は、走行モータ33a,33bから第2駆動回路32bを介して走行用ポンプ31に戻る。また、作動油が、走行用ポンプ31から第2駆動回路32bを介して走行モータ33a,33bに供給されることにより、走行モータ33a,33bが他方向(例えば、後進方向)に駆動される。この場合、作動油は、走行モータ33a,33bから第1駆動回路32aを介して走行用ポンプ31に戻る。
駆動油圧回路32には、駆動回路圧センサ34が設けられている。駆動回路圧センサ34は、第1駆動回路32a又は第2駆動回路32bを介して第1走行モータ33aに供給される作動油の圧力を検出する。具体的には、駆動回路圧センサ34は、第1回路圧センサ34aと第2回路圧センサ34bとを含む。
第1回路圧センサ34aは、第1駆動回路32aの油圧を検出する。第2回路圧センサ34bは、第2駆動回路32bの油圧を検出する。第1回路圧センサ34aは、第1駆動回路32aの油圧を示す信号を出力する。第2回路圧センサ34bは、第2駆動回路32bの油圧を示す信号を出力する。
走行モータ33a,33bは、可変容量型の油圧モータである。走行モータ33a,33bは、走行用ポンプ31から吐出された作動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33aには、第1モータ容量制御装置35aが接続されている。第1モータ容量制御装置35aは、第1走行モータ33aの容量を制御する。第1モータ容量制御装置35aは、第1モータシリンダ351と第1モータ制御弁352とを含む。
第1モータシリンダ351は、第1走行モータ33aに接続されている。第1モータシリンダ351は、油圧によって駆動され、第1走行モータ33aの傾転角を変更する。第1モータ制御弁352は、第1モータ制御弁352に入力される指令信号に基づいて制御される電磁比例制御弁である。第1モータ制御弁352が、第1モータシリンダ351を動作させることで、第1走行モータ33aの容量が変更される。
第2走行モータ33bには、第2モータ容量制御装置35bが接続されている。第2モータ容量制御装置35bは、第2走行モータ33bの容量を制御する。第2モータ容量制御装置35bは、第2モータシリンダ353と第2モータ制御弁354とを含む。第2モータ容量制御装置35bの構成は、第1モータ容量制御装置35aと同様であるため、詳細な説明を省略する。
走行モータ33a,33bは、駆動軸37に接続されている。駆動軸37は、図示しないアクスルを介して上述した走行輪4に接続されている。走行モータ33a,33bの回転は、駆動軸37を介して走行輪4に伝達される。それにより、作業車両1が走行する。
HST23は、クラッチ54とクラッチ制御弁55とを含む。クラッチ54は、第1走行モータ33aと駆動軸37との間に配置されている。クラッチ54は、係合状態と開放状態とに切り換えられる。クラッチ54は係合状態で第1走行モータ33aと駆動軸37とを接続する。それにより、第1走行モータ33aの回転と第2走行モータ33bの回転とが共に駆動軸37に伝達される。クラッチ54は開放状態で第1走行モータ33aと駆動軸37とを非接続とする。それにより、第1走行モータ33aの回転は駆動軸37に伝達されず、第2走行モータ33bの回転のみが駆動軸37に伝達される。
クラッチ制御弁55は、クラッチ54の油室に供給される作動油の圧力を制御する。クラッチ制御弁55は、例えば電磁比例制御弁であり、入力される信号に応じて、クラッチ54の油室に供給される作動油の圧力を制御する。なお、クラッチ制御弁55は、入力されるパイロット圧に応じて制御される圧力比例制御弁であってもよい。クラッチ制御弁55によってクラッチ54の油室に供給される作動油の圧力が制御されることで、クラッチ54が係合状態と開放状態とに切り換えられる。
作業車両1には、車速センサ36が設けられている。車速センサ36は、車速を検出する。車速センサ36は、車速を示す信号を出力する。例えば、車速センサ36は、駆動軸37の回転速度を検出することにより、車速を検出する。
HST23は、チャージポンプ38とチャージ回路39とを含む。チャージポンプ38は、固定容量型の油圧ポンプである。チャージポンプ38は、エンジン21に接続されている。チャージポンプ38は、エンジン21によって駆動されることで、チャージ回路39を介して駆動油圧回路32に作動油を供給する。
チャージ回路39は、チャージポンプ38に接続されている。チャージ回路39は、第1チェック弁41を介して、第1駆動回路32aに接続されている。チャージ回路39は、第2チェック弁42を介して、第2駆動回路32bに接続されている。
チャージ回路39は、第1リリーフ弁43を介して、第1駆動回路32aに接続されている。第1リリーフ弁43は、第1駆動回路32aの油圧が所定のリリーフ圧より大きくなったときに開かれる。チャージ回路39は、第2リリーフ弁44を介して第2駆動回路32bに接続されている。第2リリーフ弁44は、第2駆動回路32bの油圧が所定のリリーフ圧より大きくなったときに開かれる。
チャージ回路39には、チャージリリーフ弁40が設けられている。チャージリリーフ弁40は、チャージ回路39の油圧が所定のリリーフ圧より大きくなったときに開かれる。それにより、チャージ回路39の油圧が、所定のリリーフ圧を超えないように制限される。
走行用ポンプ31には、ポンプ容量制御装置45が接続されている。ポンプ容量制御装置45は、走行用ポンプ31の容量を制御する。なお、油圧ポンプの容量とは、一回転あたりの作動油の吐出量(cc/rev)を意味する。また、ポンプ容量制御装置45は、走行用ポンプ31の吐出方向を制御する。ポンプ容量制御装置45は、ポンプ制御シリンダ46とポンプ制御弁47とを含む。
ポンプ制御シリンダ46は、走行用ポンプ31に接続されている。ポンプ制御シリンダ46は、油圧によって駆動され、走行用ポンプ31の傾転角を変更する。これにより、ポンプ制御シリンダ46は、走行用ポンプ31の容量を変更する。ポンプ制御シリンダ46は、ポンプパイロット回路48を介してチャージ回路39に接続されている。
ポンプ制御弁47は、ポンプ制御弁47に入力される指令信号に基づいて制御される電磁比例制御弁である。ポンプ制御弁47は、ポンプ制御シリンダ46への作動油の供給方向を切り換える。ポンプ制御弁47は、ポンプ制御シリンダ46への作動油の供給方向を切り換えることにより、走行用ポンプ31の吐出方向を切り換える。それにより、走行モータ33a,33bの駆動方向が変更され、作業車両1の前進と後進とが切り換えられる。
また、ポンプ制御弁47は、ポンプパイロット回路48を介してポンプ制御シリンダ46に供給される作動油の圧力を制御する。具体的には、ポンプ制御弁47は、ポンプ制御シリンダ46に供給される作動油の圧力を変更することで、走行用ポンプ31の傾転角を調整する。それにより、走行用ポンプ31の容量が制御される。
ポンプパイロット回路48は、リリーフ弁52を介して、作動油タンクに接続されている。リリーフ弁52のパイロットポートは、シャトル弁53を介して第1駆動回路32aと第2駆動回路32bとに接続されている。シャトル弁53は、第1駆動回路32aの油圧と第2駆動回路32bの油圧とのうち大きい方(以下、「駆動回路圧」と呼ぶ)を、リリーフ弁52のパイロットポートに導入する。
リリーフ弁52は、駆動回路圧が所定のカットオフ圧以上になると、ポンプパイロット回路48を作動油タンクに連通させる。それにより、ポンプパイロット回路48の油圧が低下することにより、走行用ポンプ31の容量が低減される。その結果、駆動回路圧の上昇が抑えられる。
図4は、作業車両1の制御系を示す模式図である。図4に示すように、作業車両1は、アクセル操作部材61を含む。アクセル操作部材61は、オペレータによって操作可能に配置されている。アクセル操作部材61は、キャブ5内に配置されている。
アクセル操作部材61は、例えばアクセルペダルである。ただし、アクセル操作部材61は、レバー、或いはスイッチなどの他の部材であってもよい。アクセル操作部材61は、アクセル操作センサ64と接続されている。アクセル操作センサ64は、例えばアクセル操作部材61の位置を検出する位置センサである。アクセル操作センサ64は、アクセル操作部材61の操作量(以下、「アクセル操作量」と呼ぶ)を示す信号を出力する。アクセル操作量は、例えば、アクセル操作部材61を全開に操作した状態を100%としたときの割合で表される。後述するように、オペレータは、アクセル操作量を調整することによって、車速と牽引力とを制御することができる。
図4に示すように、作業車両1は、記憶装置71とコントローラ72とを含む。記憶装置71は、例えばメモリと補助記憶装置とを含む。記憶装置71は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置71は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどであってもよい。記憶装置71は、非一時的な(non-transitory)コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置71は、処理装置(プロセッサ)によって実行可能であり作業車両1を制御するためのコンピュータ指令を記憶している。
コントローラ72は、例えばCPU等の処理装置(プロセッサ)を含む。コントローラ72は、上述したセンサ、及び記憶装置71と通信可能に接続されている。コントローラ72は、上述した各種のセンサ、及び記憶装置71と有線、或いは無線によって通信可能に接続されている。コントローラ72は、センサ、及び記憶装置71から信号を受信することで各種のデータを取得する。コントローラ72は、取得したデータに基づいて作業車両1を制御するようにプログラムされている。なお、コントローラ72は、互いに別体の複数のコントローラによって構成されてもよい。
コントローラ72は、上述した制御弁352,354,47,55、及び、燃料噴射装置24と、有線、或いは無線により通信可能に接続されている。コントローラ72は、制御弁352,354,47,55、及び、燃料噴射装置24に指令信号を出力することで、制御弁35a,35b,47,55、及び、燃料噴射装置24を制御する。
詳細には、コントローラ72は、燃料噴射装置24に指令信号を出力することで、エンジントルク及びエンジン回転速度を制御する。コントローラ72は、第1モータ制御弁352に指令信号を出力することで、第1走行モータ33aの容量を制御する。コントローラ72は、第2モータ制御弁354に指令信号を出力することで、第2走行モータ33bの容量を制御する。コントローラ72は、ポンプ制御弁47に指令信号を出力することで、走行用ポンプ31の容量を制御する。コントローラ72は、クラッチ制御弁55に指令信号を出力することで、クラッチ54の切換を制御する。
コントローラ72は、図5に示すような車速−牽引力特性が実現されるように、走行用ポンプ31の容量と走行用モータ33a,33bの容量とを制御して、HST23の変速比を制御する。図5は、オペレータによるアクセル操作部材61の操作に応じて変更される車速−牽引力特性の一例を示す図である。図5において、T100は、アクセル操作量が100%であるときの車速−牽引力特性を示している。T80は、アクセル操作量が80%であるときの車速−牽引力特性を示している。T60は、アクセル操作量が60%であるときの車速−牽引力特性を示している。
以下、コントローラ72によって実行される処理について説明する。図6は、コントローラ72によって実行される処理を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、作業車両1が前進するときの制御について説明する。ただし、作業車両1が後進するときにも同様の制御が行われてもよい。
図6に示すように、S101では、コントローラ72は、アクセル操作量を取得する。コントローラ72は、アクセル操作センサ64からの信号により、アクセル操作量を取得する。
ステップS102では、コントローラ72は、目標車速を決定する。コントローラ72は、アクセル操作量に基づいて目標車速を決定する。図7は、アクセル操作量に基づいて目標車速を決定するための処理を示している。
図7に示すように、ステップS111では、コントローラ72は、アクセル操作量から、目標基準車速を決定する。目標基準車速は、作業車両1が平地を走行しているときの目標到達車速として設定される車速である。記憶装置71は、アクセル操作量と目標基準車速との関係を規定する基準車速データD1を記憶している。基準車速データD1では、アクセル操作量の増大に応じて目標基準車速が増大する。コントローラ72は、基準車速データD1を参照して、アクセル操作量に対応する目標基準車速を決定する。
ステップS112では、コントローラ72は、車速偏差を算出する。車速偏差は、目標基準車速と実際の車速との差である。ステップS113では、コントローラ72は、目標加速度を算出する。コントローラ72は、車速偏差とアクセル操作量とから、目標加速度を算出する。詳細には、コントローラ72は、加速度データD5を参照して、車速偏差に対応する目標加速度を算出する。加速度データD5は、車速偏差と目標加速度との関係を規定する。加速度データD5では、車速偏差の増大に応じて目標加速度が減少する。コントローラ72は、アクセル操作量に応じて加速度データD5を変更する。コントローラ72は、車速偏差が同じであっても、アクセル操作量が増大するほど、目標加速度が増大するように、加速度データD5を変更する。なお、車速偏差が負であることは、作業車両1が加速中であることを意味する。車速偏差が正であることは、作業車両1が減速中であることを意味する。目標加速度が正の値であることは加速を意味し、目標加速度が負の値であることは減速を意味する。
ステップS114では、コントローラ72は、目標加速度から目標速度変化量を算出する。コントローラ72は、目標加速度に、コントローラ72による計算周期を乗じることで、目標速度変化量を算出する。
ステップS115とステップS116とでは、コントローラ72は、実際の車速に目標速度変化量を加算する。ステップS117では、コントローラ72は、実際の車速に目標速度変化量を加算した値と目標基準車速との小さい方(第1目標車速)を選択する。ステップS118では、コントローラ72は、実際の車速に目標速度変化量を加算した値と目標基準車速との大きい方(第2目標車速)を選択する。
ステップS119では、コントローラ72は、作業車両1が加速中であるのか、減速中であるのかに応じて目標車速を決定する。コントローラ72は、目標基準車速よりも実際の車速が小さいときには、作業車両1が加速中であると判断する。また、コントローラ72は、目標基準車速よりも実際の車速が大きいときには、作業車両1が減速中であると判断する。コントローラ72は、加速中には第1目標車速を目標車速として決定し、減速中には、第2目標車速を目標車速として決定する。なお、目標車速が負の値であるときには、コントローラ72は、目標車速を0とする。
ステップS103では、コントローラ72は、目標エンジン回転速度を決定する。コントローラ72は、アクセル操作量と車速とに応じて、目標エンジン回転速度を決定する。詳細には、図8に示すように、コントローラ72は、アクセル操作量と目標車速とに応じて、目標入力馬力を決定する。記憶装置71は、目標車速とアクセル操作量と目標入力馬力との関係を示す目標入力馬力データD2を記憶している。コントローラ72は、目標入力馬力データD2を参照して、アクセル操作量に応じた目標車速−目標入力馬力特性が得られるように、アクセル操作量と目標車速とから目標入力馬力を決定する。
コントローラ72は、目標入力馬力から目標エンジン回転速度を決定する。記憶装置71は、エンジントルクと目標エンジン回転速度との関係を規定するエンジントルク−回転速度データD3を記憶している。コントローラ72は、エンジントルク−回転速度データD3を参照して、目標入力馬力に対応する目標エンジン回転速度を決定する。コントローラ72は、エンジントルクと走行用ポンプ31の吸収トルクとが、目標入力馬力に対応する等馬力線上の所定のマッチング点MPで一致するように、目標エンジン回転速度を決定する。コントローラ72は、オールスピードガバナ方式で、目標エンジン回転速度と負荷に応じて、燃料噴射装置24を制御する。詳細には、コントローラ72は、アクセル操作量に応じたレギュレーションライン上で、負荷に応じたエンジン回転速度となるように、燃料噴射装置24に指令信号を出力する。
次に、ステップS104において、コントローラ72は、走行用ポンプ31の目標容量を決定する。図9Aに示すように、コントローラ72は、目標車速と、走行モータ33a,33bの最大容量と、目標エンジン回転速度とから、走行用ポンプ31の目標容量を決定する。詳細には、コントローラ72は、目標車速と走行モータ33a,33bの最大容量とから、目標車速を得るための走行モータ33a,33bの流量を算出し、走行モータ33a,33bの流量と目標エンジン回転速度とから、走行用ポンプ31の目標容量を算出する。コントローラ72は、走行用ポンプ31の目標容量を示す指令信号をポンプ容量制御装置45に出力する。
なお、後述するように、作業車両1は、車速に応じて、2モータ走行と1モータ走行とに切り換えられる。上述した走行モータ33a,33bの最大容量は、2モータ走行時には、第1走行モータ33aの最大容量と第2走行モータ33bの最大容量との合計である。上述した走行モータ33a,33bの最大容量は、1モータ走行時には第2走行モータ33bの最大容量である。
ステップS105において、コントローラ72は、走行モータ33a,33bの目標容量を決定する。図9Bに示すように、コントローラ72は、目標車速と、目標エンジン回転速度と、走行用ポンプ31の最大容量とから、走行モータ33a,33bの目標容量を決定する。詳細には、コントローラ72は、目標エンジン回転速度と走行用ポンプ31の最大容量とから、走行用ポンプ31の流量を決定する。コントローラ72は、目標車速から、目標車速を得るための走行モータ33a,33bの回転速度を算出する。コントローラ72は、走行用ポンプ31の流量と走行モータ33a,33bの回転速度とから、走行モータ33a,33bの目標容量を算出する。コントローラ72は、走行モータ33a,33bの目標容量を示す指令信号を、第1モータ容量制御装置35aと第2モータ容量制御装置35bとに出力する。
次に、コントローラ72によって実行されるクラッチ54の切換制御について説明する。コントローラ72は、車速が所定の切換閾値より低いときには、クラッチ54を係合状態に維持する。それにより、作業車両1は第1走行モータ33aと第2走行モータ33bとによる2モータ走行を行う。コントローラ72は、車速が増大して切換閾値に達すると、クラッチ54を係合状態から開放状態に切り換える。そして、コントローラ72は、車速が切換閾値以上では、クラッチを開放状態に維持する。それにより、作業車両1は第2走行モータ33bのみの1モータ走行を行う。以下、切換制御においてコントローラ72によって実行される処理について説明する。
図10は、コントローラ72によって実行される第1実施形態に係る処理を示すフローチャートである。図11は、コントローラ72によって実行される第1実施形態に係る処理を示すタイミングチャートである。なお、以下の説明は、作業車両1が停止状態から発進して、車速が増大することで、2モータ走行から1モータ走行に切り換えられるときの処理を示すものとする。
ステップS201では、コントローラ72は、作業車両1の実車速を取得する。コントローラ72は、車速センサ36からの信号により、作業車両1の実車速を取得する。
なお、図11に示すように、作業車両が車速0から発進するときには、クラッチ54は係合状態である。第1走行モータ33aの容量は最大容量Dmax_1、第2走行モータ33bの容量は最大容量Dmax_2である。図9Aに示すように、コントローラ72は、目標車速に応じて走行用ポンプ31の容量を決定する。従って、走行用ポンプ31の容量は、0から最大容量Dp_maxまで、目標車速の増大に応じて増大される。それにより、車速の増大に応じてHSTの変速比が小さくなる。
ステップS202では、コントローラ72は、目標車速の増大に応じて、第1走行モータ33aと第2走行モータ33bの容量を低減する。図9Bに示すように、コントローラ72は、目標車速に応じて、第1走行モータ33aの容量と第2走行モータ33bの容量とを決定する。従って、図11に示すように、コントローラ72は、目標車速の増大に応じて、第1走行モータ33aの容量を最大容量Dmax_1から徐々に低減する。また、コントローラ72は、目標車速の増大に応じて、第2走行モータ33bの容量を最大容量Dmax_2から徐々に低減する。これにより、車速の増大に応じて、HST23の変速比が小さくなる。
ただし、コントローラ72は、第2走行モータ33bの容量の低減に応じて、目標エンジン回転速度をアクセル操作量に応じた値よりも低減する。コントローラ72は、第2走行モータ33bの容量の低減による車速の増分を相殺するように、目標エンジン回転速度をアクセル操作量に応じた値よりも低減する。
ただし、コントローラ72は、第2走行モータ33bの容量の低減に応じて、目標エンジン回転速度をアクセル操作量に応じた値よりも低減する。コントローラ72は、第2走行モータ33bの容量の低減による車速の増分を相殺するように、目標エンジン回転速度をアクセル操作量に応じた値よりも低減する。
ステップS203では、コントローラ72は、実車速Vが、切換閾値Vth1に達したかを判定する。実車速Vが切換閾値Vth1に達したときには、処理はステップS204に進む。
ステップS204では、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量を低減すると共に、第2走行モータ33bの容量を増大する。ここでは、図11に示すように、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量が0になるように低減する。また、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、第2走行モータ33bの容量を増大する。
詳細には、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量の減少量を算出する。コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量の減少量を、第2走行モータ33bの容量相当の値に換算して、第2走行モータ33bの目標容量に加算することで、第2走行モータ33bの目標容量を補正する。コントローラ72は、補正された目標容量を示す指令信号を第2モータ容量制御装置35bに出力する。それにより、第2モータ容量制御装置35bは、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、第2走行モータ33bの容量を増大する。
ステップS205では、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量D_1が所定の容量閾値Dth1に達したかを判定する。第1走行モータ33aの容量D_1が所定の容量閾値Dth1に達したときには、処理はステップS206に進む。
ステップS206では、コントローラ72は、クラッチ54を係合状態から開放状態に切り換える。図11に示すように、第1走行モータ33aの容量D_1が減少して容量閾値Dth1に達すると、コントローラ72は、クラッチ54を係合状態から開放状態に切り換える。それにより、作業車両1が2モータ走行から1モータ走行に切り換えられる。なお、クラッチ54の切換が完了するまでの間、走行用ポンプ31の容量は、最大容量Dp_maxよりも小さい所定容量Dp1に低減されてもよい。
以上のように、車速が切換閾値Vth1以上になると、作業車両1は1モータ走行を行う。そして、コントローラ72は、目標車速の増大に応じて、第2走行モータ33bの容量を低減する。これにより、車速の増大に応じて、HST23の変速比が小さくなる。
以上説明した第1実施形態に係る制御では、クラッチ54の切換制御において、第1走行モータ33aの容量が低減されると共に、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、第2走行モータ33bの容量が増大される。そのため、第1走行モータ33aの容量が低減されたときに、駆動油圧回路32での作動油の流量の変化が小さく抑えられる。それにより、変速ショックの発生を抑えることができる。
次に、クラッチ54の切換制御の第2実施形態に係る処理について説明する。図12は、第2実施形態に係る処理を示すタイミングチャートである。第2実施形態に係る処理では、コントローラ72は、上述したステップS204において第2走行モータ33bの容量を増大することに代えて、走行用ポンプ31の容量を低減させる。
ここでは、図12に示すように、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量が0になるように低減すると共に、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、走行用ポンプ31の容量を低減させる。
詳細には、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を算出する。コントローラ72は、流量の余剰分を走行用ポンプ31の容量相当の値に換算して、走行用ポンプ31の目標容量(最大容量Dp_max)から減じることで、走行用ポンプ31の目標容量を補正する。コントローラ72は、補正された目標容量を示す指令信号をポンプ容量制御装置45に出力する。それにより、ポンプ容量制御装置45は、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、走行用ポンプ31の容量を低減する。図12に示すように、コントローラ72は、走行用ポンプ31の容量を低減した後、最大容量Dp_maxに向かって徐々に増大させる。
或いは、コントローラ72は、上述したステップS204において第2走行モータ33bの容量を増大することに加えて、走行用ポンプ31の容量を低減させてもよい。詳細には、図13に示すように、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量が0になるように低減すると共に、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、第2走行モータ33bの容量を増大させると共に、走行用ポンプ31の容量を低減させてもよい。その場合、コントローラ72は、第2走行モータ33bの容量の増大では不足する分を、走行用ポンプ31の容量の低減によって相殺してもよい。
次に、クラッチ54の切換制御の第3実施形態に係る処理について説明する。図14は、第3実施形態に係る処理を示すタイミングチャートである。第3実施形態に係る処理では、コントローラ72は、上述したステップS204において第2走行モータ33bの容量を増大することに代えて、エンジン回転速度を低減させる。
ここでは、図14に示すように、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量が0になるように低減すると共に、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、アクセル操作量に応じた目標エンジン回転速度N1よりも目標エンジン回転速度を低減させる。
詳細には、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を算出する。コントローラ72は、流量の余剰分をエンジン回転速度相当の値に換算して、アクセル操作量に応じた目標エンジン回転速度N1から減じることで、目標エンジン回転速度を補正する。コントローラ72は、補正された目標エンジン回転速度からスロットル指令値を算出し、スロットル指令値を示す指令信号を燃料噴射装置24に出力する。それにより、燃料噴射装置24は、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、エンジン回転速度を低減する。図14に示すように、コントローラ72は、目標エンジン回転速度をアクセル操作量に応じたN1からN2に低減した後、徐々に増大させる。
或いは、コントローラ72は、上述したステップS204において第2走行モータ33bの容量を増大することに加えて、エンジン回転速度を低減させてもよい。詳細には、図15に示すように、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量が0になるように低減すると共に、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、第2走行モータ33bの容量を増大させると共に、アクセル操作量に応じた目標エンジン回転速度N1よりも目標エンジン回転速度を低減させてもよい。その場合、コントローラ72は、第2走行モータ33bの容量の増大では不足する分を、エンジン回転速度の低減によって相殺してもよい。
次に、クラッチ54の切換制御の第4実施形態に係る処理について説明する。図16は、第4実施形態に係る処理を示すタイミングチャートである。図17は、第4実施形態に係る作業車両1の駆動系の構成を示すブロック図である。第4実施形態に係る作業車両1では、上述した第1実施形態の作業車両1の駆動系において、第1リリーフ弁43と第2リリーフ弁44とに代えて、第1リリーフ弁73と第2リリーフ弁74とが設けられている。第1リリーフ弁73と第2リリーフ弁74とは、リリーフ圧を可変に制御できる電磁比例制御弁である。コントローラ72は、リリーフ弁73,74と有線、或いは無線により接続されている。コントローラ72は、リリーフ弁73,74に指令信号を出力することで、リリーフ圧を可変に制御する。
第4実施形態に係る処理では、コントローラ72は、上述したステップS204において第2走行モータ33bの容量を増大することに代えて、リリーフ弁73,74のリリーフ圧を低減させる。
図16に示すように、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量が0になるように低減すると共に、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、リリーフ弁73,74のリリーフ圧を通常値Pl1から、切換時の低減値Pl2に低減させる。切換時の値Pl2は、例えば、第1走行モータ33aの容量の低減開始時の駆動回路圧相当の値である。コントローラ72は、第1回路圧センサ34a及び第2回路圧センサ34bからの信号によって、第1走行モータ33aの容量の低減開始時の駆動回路圧を取得する。
コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量の低減の開始時から所定時間の間、リリーフ圧を低減値Pl2に維持する。リリーフ弁73,74の応答遅れを考慮して、所定時間は、第1走行モータ33aの容量の低減の開始から終了までの時間より長いことが好ましい。コントローラ72は、所定時間の経過後に、リリーフ圧を低減値Pl2から通常値Pl1に戻る。なお、低減値Pl2は、一定値であってもよい。或いは、低減値Pl2は、アクセル操作量、又はエンジン回転速度に応じた値であってもよい。
或いは、図18に示すように、コントローラ72は、第1走行モータ33aの容量が0になるように低減すると共に、第1走行モータ33aの容量の減少に応じた駆動油圧回路32での流量の余剰分を相殺するように、第2走行モータ33bの容量を増大させると共に、リリーフ弁73,74のリリーフ圧を通常値Pl1から、切換時の低減値Pl2に低減させてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
作業車両1は、ホイールローダに限らず、モータグレーダ等の他の種類の車両であってもよい。作業車両1の駆動系及び制御系の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、走行用ポンプ31の容量は、ポンプ制御弁47に限らず、他の制御弁によって制御されてもよい。すなわち、ポンプパイロット回路48を介してポンプ制御シリンダ46に供給される作動油の圧力を制御するための制御弁が、ポンプ制御弁47とは別に設けられてもよい。第2走行モータ33bは、ギアポンプなどの固定容量モータであってもよい。
上述した各種の演算に用いられるパラメータは、上述したものに限らず、変更されてもよい。或いは、上述したパラメータ以外のパラメータが演算に用いられてもよい。上述した各種のデータは、例えば式で表されてもよく、或いは、テーブル、マップなどの形式であってもよい。
コントローラ72は、上記の実施形態とは異なる方法によって、目標車速を決定してもよい。コントローラ72は、上記の実施形態とは異なる方法によって、目標エンジン回転速度を決定してもよい。コントローラ72は、上記の実施形態とは異なる方法によって、走行用ポンプ31の目標容量を決定してもよい。コントローラ72は、上記の実施形態とは異なる方法によって、走行モータ33a,33bの目標容量を決定してもよい。
コントローラ72は、上述した第1〜第4実施形態に係る制御、及び、それらの変形例に係る制御のうちの2つ以上を組み合わせて実行してもよい。
本発明によれば、静油圧式トランスミッションを備える作業車両において、2モータ走行から1モータ走行に切り換えられるときの変速ショックを低減することができる。
21・・エンジン、23・・HST、24・・燃料噴射装置、31・・走行用ポンプ31、32・・駆動油圧回路、33a・・第1走行モータa、33b・・・第2走行モータ、35b・・第2モータ容量制御装置、36・・車速センサ、37・・駆動軸、45・・ポンプ容量制御装置、54・・クラッチ、72・・コントローラ、73,74・・リリーフ弁
Claims (8)
- エンジンと、
前記エンジンによって駆動される走行用ポンプと、
前記走行用ポンプに接続された油圧回路と、
前記油圧回路を介して前記走行用ポンプと接続された第1走行モータと、
前記油圧回路を介して前記走行用ポンプと接続された第2走行モータと、
前記油圧回路の作動油の流量を制御する流量制御装置と、
前記第1走行モータ及び前記第2走行モータに接続された駆動軸と、
前記第1走行モータと前記駆動軸との間に配置されたクラッチと、
車速を示す信号を出力するセンサと、
前記センサからの信号を受信し、前記第1走行モータと、前記クラッチとを制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
車速が増大して所定の切換閾値に達したときに、前記第1走行モータの容量を低減すると共に、前記第1走行モータの容量の減少に応じた前記油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、前記流量制御装置を制御し、
車速が前記切換閾値に達したのちに、前記クラッチを係合状態から開放状態に切り換える切換制御を実行する、
作業車両。 - 前記流量制御装置は、前記第2走行モータの容量を制御する装置であり、
前記コントローラは、前記切換制御において、前記第1走行モータの容量を低減すると共に、前記流量制御装置を制御して、前記第1走行モータの容量の減少に応じた記油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、前記第2走行モータの容量を増大させる、
請求項1に記載の作業車両。 - 前記コントローラは、車速が増大して前記切換閾値に達する前に、前記流量制御装置を制御して前記第2走行モータの容量を低減する、
請求項2に記載の作業車両。 - 前記コントローラは、車速が増大して前記切換閾値に達する前に、前記流量制御装置を制御して前記第2走行モータの容量を低減すると共に、前記エンジンの回転速度を低下させる、
請求項3に記載の作業車両。 - 前記流量制御装置は、前記走行用ポンプの容量を制御する装置であり、
前記コントローラは、前記切換制御において、前記第1走行モータの容量を低減すると共に、前記流量制御装置を制御して、前記第1走行モータの容量の減少に応じた記油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、前記走行用ポンプの容量を低減する、
請求項1に記載の作業車両。 - 前記流量制御装置は、前記エンジンの回転速度を制御する装置であり、
前記コントローラは、前記切換制御において、前記第1走行モータの容量を低減すると共に、前記流量制御装置を制御して、前記第1走行モータの容量の減少に応じた記油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、前記エンジンの回転速度を低減する、
請求項1に記載の作業車両。 - 前記流量制御装置は、前記油圧回路に設けられリリーフ圧を変更可能なリリーフ弁であり、
前記コントローラは、前記切換制御において、前記第1走行モータの容量を低減すると共に、前記流量制御装置を制御して、前記第1走行モータの容量の減少に応じた記油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、前記リリーフ弁のリリーフ圧を低減する、
請求項1に記載の作業車両。 - エンジンと、前記エンジンによって駆動される走行用ポンプと、前記走行用ポンプに接続された油圧回路と、前記油圧回路を介して前記走行用ポンプと接続された第1走行モータと、前記油圧回路を介して前記走行用ポンプと接続された第2走行モータと、前記油圧回路の作動油の流量を制御する流量制御装置と、前記第1走行モータ及び前記第2走行モータに接続された駆動軸と、前記第1走行モータと前記駆動軸との間に配置されたクラッチとを備える作業車両を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、
車速を示す信号を受信することと、
車速が増大して所定の切換閾値に達したときに、前記第1走行モータの容量を低減すると共に、前記第1走行モータの容量の減少に応じた前記油圧回路での流量の余剰分を相殺するように、前記流量制御装置を制御し、
車速が前記切換閾値に達したのちに、前記クラッチを係合状態から開放状態に切り換える切換制御を実行する、
を備える方法。
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