CN101631972B - 作业用车辆的变速控制装置和变速比控制方法 - Google Patents

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Abstract

将内燃发动机(30)的输出用于作业用动力和行驶用动力的作业用车辆具备：油门踏板(1)，其根据踏入操作使内燃发动机(30)的转速上升；以及变速器(40)，其改变内燃发动机(30)的转速来提供行驶用动力。变速器(40)的变速比控制装置计算与内燃发动机(30)的转速相对应的第一目标车速(Wne)，并计算与油门踏板(1)的踏入量相对应的第二目标车速(Wu)，根据这些目标车速中较小的一方对变速器(40)的变速比进行控制，由此，即使在内燃发动机(30)的高速旋转时，也能得到与行驶用油门踏板(1)的踏入量相对应的车速。

Description

作业用车辆的变速控制装置和变速比控制方法
技术领域
本发明涉及一种将内燃发动机的输出用于作业用动力和行驶用动力的建筑车辆、农业车辆的变速控制。 
背景技术
用于平铺砂土、装载货物之类的建筑施工的小型轮式装载机(wheel loader)例如装载液压传动装置(hydrostatictransmission)(下面简称为HST)作为行驶用的无级变速器，并进行根据发动机转速的增加使车速增加的变速控制、所谓的汽车控制(automotive control)。 
日本特许厅于2002年发行的日本特开2002-372148号公开了如下方法：在装载了根据指令信号来控制内燃发动机的节气门(throttle)开度的附带电子调速器(electronic governor)的发动机与HST的车辆中，根据行驶用的油门踏板(accelerator pedal)的踏入量来计算目标车速和内燃发动机的目标转速，将内燃发动机的节气门开度和HST的变速比相联系起来进行控制。 
发明内容
在农业作业等中所使用的小型拖拉机(tractor)的情况下，内燃发动机的节气门通过节气门线(throttle wire)与油门踏板、油门杆(accelerator lever)连动的、具备机械节气门的拖拉机较多。这种机械节气门车辆通过操作员踏下行驶用的油门踏板或者操作用于作业的油门杆，由此通过节气门线打开节气门来提高内燃发动机的输出。 
例如，在用小型拖拉机进行除草作业的情况下，为了进行 除草作业，有时使用如下驾驶方法：在操作油门杆使发动机以高转速运转的同时，使车辆以低速行驶。然而，难以通过汽车控制来得到这种情况下所期望的车速。 
另一方面，作业用车辆具备微动踏板(inching pedal)。微动踏板是构成为断开离合器(clutch)并且对超过一定量的踏入使制动器工作的踏板。通过与手动变速的乘用车的离合器操作类似的该微动踏板的操作，能够以保持内燃发动机的高速旋转的状态将车速抑制为较低。 
然而，作业用车辆的这种行驶依赖于操作员的操作技术。特别是在长时间的作业中，通过微动踏板长时间进行车速调整会对操作员造成较大的负担。 
因而，本发明的目的在于，即使在内燃发动机进行高速旋转时，不通过微动踏板对车速进行调整也能够得到与行驶用油门踏板的踏入量相对应的低车速。 
附图说明
图1是应用本发明的变速控制装置的拖拉机的驱动系统的概要结构图。 
图2是表示变速控制装置的结构的框图。 
图3是表示本发明的控制器所执行的变速控制例程的流程图。 
具体实施方式
参照附图的图1，作为作业用车辆的拖拉机的内燃发动机30的输出被输入到HST 40。HST 40的变速输出通过差速器(differential)50被传递到左右的驱动轮60。 
HST 40例如由斜板式容量可变液压泵(hydraulic pump)和 斜板式容量可变液压马达(hydraulic motor)的组合来构成。HST40通过伺服机构来改变各斜板的倾斜角度、即液压泵与液压马达的容量，由此，改变液压马达相对于液压泵转速的转速，并从车辆停止到前进后退的最高速度为止对变速比进行无级变速。在此，变速比是将液压泵的转速除以液压马达的转速而得到的值，在车辆的停止状态下变速比变为无穷大，在最高速度下变速比变为最小值。 
在拖拉机的驾驶席上作为车辆的操作单元设置有行驶用的油门踏板1、油门杆28以及微动踏板27。 
操作员用脚操作油门踏板1。为了与油门踏板1连动地调整内燃发动机30的输出，拖拉机具备使未图示的节气门开闭器(throttle drum)和油门踏板1连动的节气门线5。当操作员踏下油门踏板1时，节气门线5通过节气门开闭器打开节气门，提高内燃发动机30的输出。 
微动踏板27也由操作员用脚进行操作。当踏下微动踏板27时，HST 40的容量可变液压泵与容量可变液压马达的各斜板分别改变倾斜角来使HST 40的变速比成为无穷大。其结果，切断了从液压泵向液压马达的转矩传递，拖拉机在惯性行驶的同时减速。 
并且，当踏下微动踏板27超过一定程度时，在将HST 40的变速比维持为无穷大的状态下，制动装置与微动踏板27连动地对车辆进行制动。在这种情况下，对车辆进行积极的制动。 
微动踏板27例如被用于一边使拖拉机低速行驶一边驱动铲斗(bucket)铲起砂土的装载机作业中。在这种情况下，通过操作员同时踏下微动踏板27和油门踏板1，能够一边降低车速一边使内燃发动机30的转速上升。即、能够在低速行驶的同时提高吊杆(boom)、吊臂(arm)、铲斗等作业用部件的液压缸(hydrauliccylinder)的动作速度。 
为了进行HST 40的变速控制，拖拉机具备控制器70。拖拉机还具备：角度传感器32，其检测油门踏板1的踏入角度U，并使用了电位计(potentiometer)；转速传感器33，其检测内燃发动机30的转速Ne；角度传感器34，其检测微动踏板27的踏入角度i，并使用了电位计；以及电位计41、42，对HST 40的容量可变液压泵和容量可变液压马达的各斜板的倾斜角度进行检测。各传感器的检测信号被分别信号输入到控制器70中。 
控制器70由具备中央运算装置(CPU)、读取专用存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。也可以由多个微型计算机来构成控制器70。 
参照图2，来说明控制器70所执行的HST 40的变速控制。 
在控制器70的ROM中预先保存有：映射图(map)71，其根据油门踏板1的踏入角度U设定了目标车速Vu；映射图72，其根据发动机转速Ne设定了目标车速Vne；映射图73，其根据微动踏板27的踏入角度i设定了微动(inching)系数ki(≤1)；映射图76，其根据最终车速指令值V设定了容量可变液压泵的斜板倾斜角指令值Pcom；以及映射图77，其根据最终车速指令值V设定了容量可变液压马达的斜板倾斜角指令值Mcom。图中示出了这些映射图的特性。 
控制器70还具备：选择单元74，其选择根据映射图71和72求出的目标车速Vu与目标车速Vne中较小一方来作为车速指令基本值Vo；以及乘法单元75，其对车速指令值Vo乘以微动系数ki来计算最终车速指令值V。 
此外，这些单元是将控制器70的功能表示为虚拟的单元的单元，单元未必意味着物理上的存在。 
基于这种功能，控制器70根据油门踏板1的踏入角度U、内燃发动机30的转速Ne以及微动踏板27的踏入角度i，确定HST40的容量可变液压泵的斜板倾斜角指令值Pcom和容量可变液压马达的斜板倾斜角指令值Mcom，并输出到HST 40。 
接着，参照图3，说明为了进行以上控制而控制器70所执行的变速控制例程。控制器70每隔固定间隔，例如每隔10毫秒执行该例程。 
控制器70首先在步骤S1中，读入从转速传感器33输入的内燃发动机30的转速Ne。 
在接下来的步骤S2中，控制器70根据内燃发动机30的转速Ne来检索保存在ROM中的映射图72，计算目标车速Vne。步骤S2相当于第一目标车速计算单元。 
在步骤S3中，控制器70读入从角度传感器32输入的油门踏板1的踏入角度U。 
在步骤S4中，控制器70根据油门踏板1的踏入角度U来检索保存在ROM中的映射图71，计算目标车速Vu。步骤S4相当于第二目标车速计算单元。 
在步骤S5中，控制器70使用选择单元74的功能来判断目标车速Vne是否小于目标车速Vu。在判断为肯定的情况下，控制器70在步骤S6中将车速指令基本值Vo设定为与目标车速Vne相等。在步骤S6的处理之后，控制器70进行步骤S8的处理。 
另一方面，在判断为否定的情况下，控制器70在步骤S7中将车速指令基本值Vo设定为与目标车速Vu相等。在步骤S7的处理之后，控制器70进行步骤S8的处理。 
在步骤S8中，控制器70根据从角度传感器34输入的微动踏板27的踏入角度i来检索保存在ROM中的映射图73，求出微动系数ki。并且，对车速指令基本值Vo乘以微动系数ki来计算最终车速指令值V。并且，根据最终车速指令值V来检索保存在ROM 中的映射图76，计算HST 40的容量可变液压泵的斜板倾斜角指令值Pcom。 
在接下来的步骤S9中，控制器70根据最终车速指令值V来检索保存在ROM中的映射图77，计算HST 40的容量可变液压马达的斜板倾斜角指令值Mcom。 
在步骤S10中，控制器70向HST 40输出容量可变液压泵的斜板倾斜角指令值Pcom。 
在步骤S11中，控制器70向HST 40输出容量可变液压马达的斜板倾斜角指令值Mcom。在步骤S11的处理之后，控制器70结束例程。 
此外，步骤S6、S8-S11相当于第一变速比变更单元，步骤S7、S8-S11相当于第二变速比变更单元。 
通过执行以上例程，在操作员踏下油门踏板1时，通过节气门线5增大内燃发动机30的节气门开度，提高内燃发动机30的输出。另一方面，控制器70选择与发动机转速Ne相对应的目标车速Vne以及与油门踏板1的踏入角度U相对应的目标车速Vu中较小的一方来确定车速指令基本值Vo。然后，通过对车速指令基本值Vo乘以基于微动踏板27的踏入角度i的微动系数ki来计算最终车速指令值V，根据最终车速指令值V检索映射图76和77来计算容量可变液压泵的斜板倾斜角指令值Pcom、容量可变液压马达的斜板倾斜角指令值Mcom，并输出到HST 40。 
该控制在例如使拖拉机在坡道、牵引作业等的被施加了负荷的状态下出发的情况下，发挥良好的效果。在这种情况下，发动机转速负担不了负荷，怎么也无法上升。因此，操作员进一步踏下油门踏板1。 
对于该操作，在以往的控制中，想要增加节气门开度并且将HST 40的变速比移到高速侧。即，如果在发动机转速未增加 时开始将HST 40的变速比移到高速侧，则内燃发动机30的运转会变得更加困难。 
另一方面，在本发明的变速控制装置中，在即使踏下油门踏板1，内燃发动机30的转速Ne也较低的情况下，步骤S5的判断也为肯定，基于内燃发动机30的转速Ne的目标车速Vne被采用为车速指令基本值Vo。因而，车速指令基本值Vo保持为较小值，最终车速指令值V也较小。 
如图2的映射图76所示，当最终车速指令值V较小时，容量可变液压泵的斜板倾斜角指令值Pcom也被赋予较小值。另外，如图2的映射图77所示，当最终车速指令值V较小时，容量可变液压马达的斜板倾斜角指令值Mcom被赋予较大值。即，成为容量可变液压泵的容量为较小而容量可变液压马达的容量为较大的状态。该状态与较大的变速比相对应。其结果，即使节气门开度增加，车速也不增大。因而，在施加了负荷的状态下也能够使内燃发动机30的转速快速上升。 
本发明的变速控制装置在作为拖拉机特有的使用方法的使用了动力输出轴(power take-off shaft)的作业中也能发挥良好的效果，该动力输出轴用于以内燃发动机输出来直接驱动除草机、回转式作业机。 
在驱动除草机时，通常将内燃发动机30的发动机转速设为固定。通常，通过摩擦力(friction)等将拖拉机所具备的油门杆28固定地保持在最近的操作位置上。 
在驱动除草机时，操作员必须在保持一定的较高的发动机转速的状态下，控制拖拉机的行驶速度。 
在仅依赖于发动机转速来控制拖拉机的行驶速度的以往的汽车型的变速控制装置中，在这种情况下，操作员必须控制微动踏板27的踏入量来调整拖拉机的行驶速度。 
除草作业通常持续较长时间的情况较多，因此，长时间进行这种微动踏板27的操作对操作员来说会成为较大的负担。 
但是，在基于本发明的变速控制装置中，在进行除草作业的情况下，操作员对油门杆28进行操作，通过节气门线29将内燃发动机30维持为高转速，另一方面，如果将油门踏板1的踏入量抑制为较小，则进行基于与油门踏板踏入量U相对应的目标车速Vu的变速控制。因而，能够显著降低微动踏板27在这种作业中的操作频度。 
另外，在使用发动机制动器来使拖拉机减速而停止的情况下，如果操作员把脚从油门踏板1上松开，则由于由车辆的惯性产生的来自车轮的转动力，内燃发动机30的转速暂时提高。在这种情况下，由于基于油门踏板踏入量U的目标车速Vu也变得小于基于发动机转速Ne的目标车速Vne，因此，进行基于与油门踏板踏入量U相对应的目标车速Vu的变速控制。因而，受到发动机转速Ne暂时上升的影响，向HST 40的中立位置的复位不会产生延迟，拖拉机平稳地减速。 
本发明的变速控制装置还利用与微动踏板27的踏入角度i相对应的微动系数ki来校正车速指令基本值Vo，从而得到车速指令值V。如图2的映射图73所示，当微动踏板27的踏入角度i变得较大时，微动系数ki变为零，其结果，车速指令值V也变为零。因而，在这种情况下变速比变得无穷大。另一方面，当踏下微动踏板27超过一定程度时，制动装置连动地对车辆进行制动。这样，在操作员以使拖拉机减速或者停止为目的而踏下微动踏板27的情况下，拖拉机快速地减速。 
关于以上的说明，通过引用申请日为2007年3月9日的日本国专利申请2007-059704号的内容而将其合并到这里。 
 以上，通过几个特定的实施例对本发明进行了说明，但是， 本发明并不限定于上述各实施例。对本领域技术人员来说，在权利要求的技术范围内能够对这些实施例实施各种修正或者变更。 
例如，也可以与油门杆28独立地设置操作员用手来操作的油门杆来代替用脚操作的油门踏板1。 
在以上的实施例中，使用各个传感器来检测控制器70进行变速控制所需的参数，但是，本发明不依赖于参数的获取方法，也能够应用于使用参数来执行权利要求书所述的控制的任何一种变速控制装置中。 
产业上的可利用性
如上所述，本发明在为了提供作业用动力而内燃发动机高速旋转的情况下，也能够使车辆以与油门踏板的踏入量相对应的车速行驶。因而，通过将本发明应用于使用一个内燃发动机来提供行驶用动力和作业用动力的作业用车辆中，带来特别好的效果。 

Claims (10)

1.一种作业用车辆的变速比控制装置，该作业用车辆将内燃发动机(30)的输出用于作业用动力和行驶用动力，并且具备：油门踏板(1)，其根据踏入操作使内燃发动机(30)的转速上升；以及变速器(40)，其改变内燃发动机(30)的转速来提供行驶用动力，该作业用车辆的变速比控制装置具备：
第一目标车速计算单元，其计算与内燃发动机(30)的转速相对应的第一目标车速；
第二目标车速计算单元，其计算与油门踏板(1)的踏入量相对应的第二目标车速；
第一变速比变更单元，其在第一目标车速低于第二目标车速的情况下，根据第一目标车速来改变变速器(40)的变速比；以及
第二变速比变更单元，其在第一目标车速不低于第二目标车速的情况下，根据第二目标车速来改变变速器(40)的变速比。
2.根据权利要求1所述的作业用车辆的变速比控制装置，其特征在于，
第一目标车速计算单元、第二目标车速计算单元、第一变速比变更单元、第二变速比变更单元是由被编成为如下的可编程的控制器(70)构成；
计算与内燃发动机(30)的转速相对应的第一目标车速；
计算与油门踏板(1)的踏入量相对应的第二目标车速；
在第一目标车速低于第二目标车速的情况下，根据第一目标车速来改变变速器(40)的变速比；以及
在第一目标车速不低于第二目标车速的情况下，根据第二目标车速来改变变速器(40)的变速比。
3.根据权利要求2所述的作业用车辆的变速比控制装置，其特征在于，还具备：
传感器(33)，其检测内燃发动机(30)的转速；以及
传感器(32)，其检测油门踏板(1)的踏入量。
4.根据权利要求2所述的作业用车辆的变速比控制装置，其特征在于，
变速器(40)由将容量可变型的液压泵和容量可变型的液压马达组合而成的液压传动装置构成。
5.根据权利要求4所述的作业用车辆的变速比控制装置，其特征在于，
作业用车辆具备微动踏板(27)，该微动踏板(27)通过超过一定量的踏入操作来对作业用车辆的行驶进行制动，
控制器(70)还被编程为如下：
将第一目标车速与第二目标车速中较小的一方设定为车速指令基本值(Vo)；
通过根据微动踏板(27)的踏入量(i)对车速指令基本值(Vo)进行减少校正来计算最终车速指令值(V)；
改变变速器(40)的变速比以实现最终车速指令值(V)。
6.根据权利要求5所述的作业用车辆的变速比控制装置，其特征在于，
控制器(70)还被编程为如下：当微动踏板(27)的踏入量(i)超过规定量时，将最终车速指令值(V)设定为零。
7.根据权利要求4所述的作业用车辆的变速比控制装置，其特征在于，
控制器(70)还被编程为如下：在最终车速指令值(V)为零的情况下，通过使液压泵的容量设为零来将变速比维持为无穷大。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的作业用车辆的变速比控制装置，其特征在于，
内燃发动机(30)具备机械节气门，该机械节气门通过机械连杆(5)与油门踏板(1)连结，根据油门踏板(1)的踏入量来改变节气门开度。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的作业用车辆的变速比控制装置，其特征在于，
作业用车辆还具备油门杆(28)，该油门杆(28)根据操作使内燃发动机(30)的转速上升。
10.一种作业用车辆的变速比控制方法，该作业用车辆将内燃发动机(30)的输出用于作业用动力和行驶用动力，并且具备：油门踏板(1)，其根据操作使内燃发动机(30)的转速上升；以及变速器(40)，其改变内燃发动机(30)的转速来提供行驶用动力，
该作业用车辆的变速比控制方法计算与内燃发动机(30)的转速相对应的第一目标车速；
计算与油门踏板(1)的踏入量相对应的第二目标车速；
在第一目标车速低于第二目标车速的情况下，根据第一目标车速来改变变速器(40)的变速比；以及
在第一目标车速不低于第二目标车速的情况下，根据第二目标车速来改变变速器(40)的变速比。
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