CN103270346A - 轮式装载机的变速器自动控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动地控制轮式装载机的变速器（transmission）的方法，具体而言，尤其涉及在轮式装载机执行作业的多个作业步骤之中挖掘之类的特定步骤中自动地执行换低档的自动控制方法，为此，涉及如下方法，该方法执行：变速控制装置从变速器的传感器接收各种信息的步骤；变速控制装置从动臂角度传感器接收铲斗位置信息的步骤；以及在这些接收的信息满足预定条件的情况下自动地从2档向1档执行自动换低档变速，由此在为了进行挖掘作业而制动的情况下，根据低的发动机转速、低的负荷、以及低的行驶速度条件，而且根据铲斗位置与地面邻接的状态的条件，执行自动换低档变速，由此在预先向1档变速的状态下开始进行挖掘作业，从而能够提高作业效率。

Description

轮式装载机的变速器自动控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动地控制轮式装载机的变速器（transmission）的装置及利用该装置的控制方法，具体而言，尤其涉及能够在由轮式装载机执行作业的多个作业步骤之中特定步骤中自动地执行换低档的自动控制方法。

背景技术

轮式装载机（wheel loader）广泛使用于在工程现场中执行挖掘土、沙子等的挖掘作业、搬运被挖掘的沙土的搬运作业、将被搬运的沙土向货车装载或卸下的装车及装卸作业、道路平地作业、除雪作业、牵引作业等。

根据轮式装载机的上述的作业状态，轮式装载机的变速控制装置能够检测轮式装载机的行驶速度及负荷并自动地对变速器进行变速。

例如，若轮式装载机登斜坡而处于需要较大的力的起动中，则变速器基于轮式装载机的行驶速度减慢且任务负荷增大等条件，能够自动地从高档位齿轮（例如2档）向低档位齿轮（例如1档）变速。

并且，若轮式装载机实施挖掘等作业，则在为了进行挖掘作业而行驶速度减慢的状态下，由于挖掘引起的任务负荷的增加，也仍然能够从高档位齿轮向低档位齿轮，例如从2档向1档实现换低档。

但是，如上所述在挖掘之类的作业中检测到任务负荷的增加而实现变速的情况下，表现为轮式装载机的实际变速时刻比挖掘作业的开始时刻稍微延迟的结果。即，在实施挖掘且任务负荷增加之后，检测到该增加的负荷量并传递给变速控制装置（TCU），由此变速控制装置将变速器（TM）例如从2档向1档执行换低档而实施变速。

如此，现有的变速器自动控制方法由于在挖掘之类的作业的开始时刻与实际实现换低档变速的变速时刻之间存在差异，因此例如向2档实施作业一定期间之后，才得到向1档变速的结果。从而，作业人员在挖掘作业途中受到变速而遭受整体的作业效率降低的危险。

发明内容

技术课题

本发明用于提供在轮式装载机的挖掘之类的作业时，能够解除作业的开始时刻与实施换低档的变速时刻之间的时间间隙而提高作业效率的变速器自动控制装置及自动控制方法。

并且，本发明用于提供至少与作业开始时刻同时，优选在作业开始之前能够实施自动换低档变速的变速器自动控制装置及自动控制方法。

另外，本发明用于提供在为了进行装车作业而在卡车前面实施制动，从而在低负荷下行驶速度减小等特定的情况下，不执行换低档变速的变速器自动控制装置及自动控制方法。

解决课题的手段

为了达到这种目的，本发明是一种轮式装载机的变速器自动控制方法，轮式装载机包括发动机、与发动机连接的变速器、以及控制变速器的变速控制装置，该轮式装载机的变速器自动控制方法的特征在于，包括：由变速控制装置从设置于变速器内的多个传感器接收包括发动机转速、任务负荷及行驶速度的变速器信息的步骤；由变速控制装置接收有关铲斗位置的信息的步骤；检查变速器信息及铲斗位置信息的组合是否满足预定条件的步骤；以及在满足预定条件时，由变速控制装置驱动变速器内的离合器机构，从2档向1档实施自动换低档的步骤，尤其在上述的检查步骤中，在任务负荷小、发动机转速及行驶速度低且铲斗位置接近地面的情况下满足预定条件。

本发明的特征在于，铲斗位置信息是从动臂角度传感器获得的。

并且，本发明的特征在于，还包括变速控制装置接收铲斗的姿势信息的步骤，进一步在铲斗姿势为水平的情况下满足预定条件。

另外，本发明的特征在于，铲斗姿势信息是从动臂角度传感器与铲斗角度传感器的组合中获得的。

发明效果

根据本发明，能够提供例如与挖掘作业的开始时刻相比，能够迅速进行从高档位齿轮向低档位齿轮的换低档变速的轮式装载机。

根据本发明，能够提供例如基于为了进行挖掘作业而行驶速度减慢等条件，能够在作业实施之前执行变速器的换低档变速的轮式装载机。

并且根据本发明，能够提供即使在低负荷下行驶速度减慢的情况下，也能基于铲斗的位置或姿势等相关的条件而执行换低档变速，从而在装车等之类的特定作业的情况下不执行换低档变速的安全的轮式装载机。

附图说明

图1是示意性地图示用于本发明的轮式装载机的示意图。

图2是示意性地图示本发明的方法的一个实施例的顺序图。

图3是为了说明图2的实施例而图示的示意性的方框图。

图4是示意性地图示本发明的方法的另一个实施例的顺序图。

图5是为了说明图4的实施例而图示的示意性的方框图。

附图标记

10—轮式装载机，20—铲斗，22—铲斗缸，30—动臂，32—动臂缸，40—操作席，52、130—动臂角度传感器，54、132—铲斗角度传感器，110—变速控制装置（TCU），120—变速器（TM），122—传感器，124—离合器机构。具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的优选实施例。

图1是以具备铲斗20的前面为中心图示轮式装载机10的示意图。参照图1，轮式装载机10包括：配置于车辆的前面的铲斗20；用于支撑铲斗的动臂30；以及用于驱动这些铲斗和动臂的铲斗缸22及动臂缸32之类的驱动机构。并且，在轮式装载机10上具备供作业人员乘坐的操作席40。

在这种结构的轮式装载机10上，根据本发明的特征而分别具备动臂角度传感器52和铲斗角度传感器54。这些传感器52、54例如能够利用通过动臂缸32的起动而转动的动臂30的角度检测而检测铲斗20的位置（高度），并且通过动臂角度传感器52与铲斗角度传感器54的组合而检测铲斗20的姿势（例如，铲斗的底面与地面平行地配置的水平姿势等）。从这些传感器52、54获得的信息被用于在以下说明的本发明的实施例的变速器控制方法中。

其次，图2是图示本发明的一个实施例的变速器自动控制方法的顺序图，图3是为了说明图2的方法而图示的示意性的方框图。参照图2及图3，如下说明本发明的一个实施例的变速器控制方法。在图3中，虚线表示信息（信号）的传递，实线表示控制。

根据该实施例，轮式装载机100在起动中由变速控制装置110接收包括发动机转速、变速器120的涡轮转速、行驶速度的信息（S110），并且由变速控制装置110从动臂角度传感器130接收铲斗位置信息（S112）。为此，变速控制装置110与多个传感器122连接。上述传感器122之中一部分设置于变速器120上，将行驶速度、设置于变速器120的输入侧的涡轮转速有关的信息输出给变速控制装置110。虽然未图示，上述传感器122之中一部分设置于发动机上，将发动机转速有关的信息输出给变速控制装置110。另外，如前所述，铲斗位置信息能够通过从动臂角度传感器输出的值转换为铲斗的位置（高度）来获得。

之后检查这些各个信息（发动机转速、任务负荷、行驶速度及铲斗位置信息）是否满足S118所指示的各个条件，检查这些信息是否满足S118的预定条件（S114）。若判断出这些信息满足上述预定条件，则变速控制装置110驱动变速器120，尤其驱动变速器120内的离合器机构124，从2档向1档执行自动换低档变速。

另一方面，分别观察S118的预定条件可知，是任务负荷低、发动机转速和行驶速度低、而且铲斗位置处于地面（或与地面邻接的高度）的情况。即，在满足这些各个条件的情况下执行自动换低档。在此，任务负荷能够进行各种运算而得出，在本实施例中基于从各传感器122输入的变速器的涡轮转速和发动机转速而运算任务负荷。即，本实施例中的任务负荷是将变速器的涡轮转速除以发动机转速的值，另称为转速比（speed ratio）。

作为参考，基于这些信息能够推断当前起动中的轮式装载机的作业/驱动状态，这种推断的例子表示在以下表1中。

表1

作业/驱动状态	挖掘前	登斜坡	装车（卡车前面）
				改善变速模式	应用本发明	现有	现有
任务负荷	小	大	小
				发动机转速1200rpm以下	○	×	○

铲斗位置、地面（地面邻接）	○	○	×
				行驶速度3km/h以下	○	○	○
2档->1档自动换低档	○	○（现有相同）	×

如表1所示，左侧项目表示在本发明的方法中由变速控制装置接收的信息有关的各个基准。例如，在本发明的方法中，任务负荷能够以负荷量的大小为基准来区分，发动机转速以1200rpm为基准，若高于该基准则标记为×值，若与该基准相同或低于该基准则标记为○值。并且，铲斗位置在地面（或与地面邻接的位置）的情况下标记为○值，在更高的位置的情况下，即为了进行装车而上升到翻卸高度的情况下等标记为×值。另外，行驶速度以3km/h为基准，若高于该基准则标记为×值，若与该基准相同或低于该基准则标记为○值。

根据表1，在登斜坡的情况下，任务负荷大且发动机转速高于1200rpm，行驶速度低至3km/h以下。在该情况下，变速控制装置110驱动变速器120的离合器机构124，从2档向1档执行自动换低档。这是与现有的自动控制方法相同的条件。

之后，作为本发明的特征，能够举出如挖掘前状态、例如开始挖掘作业之前的状态。例如，由于是挖掘作业前而任务负荷小，发动机转速为1200rpm而比之前的情况低，为了执行挖掘而实施制动，因此行驶速度降低至3km/h以下。此时，在确认与铲斗位置有关的信息之后，在铲斗位置处于地面时，根据本发明的特征而自动地执行换低档。即，根据本发明，在满足现有技术的条件的情况和满足如本实施例中的条件之中某一个条件的情况下都能实现用于换低档的变速器变速。由此，在进行行驶负荷大的作业过程中不仅能够实现变速器的变速，而且例如在实施挖掘作业之前根据如上所述的预定条件在实施作业之前预先执行自动换低档，从而轮式装载机在进行挖掘前从2档向1档实施变速。并且，在1档齿轮状态下开始进行挖掘作业，能够预先防止作业开始时刻与变速时刻之间的间隙（时间延迟）。另外，由此能够提高如挖掘作业之类的作业效率。

另一方面，挖掘前条件之中有关铲斗位置的信息能够有效应用于如下方面。例如，在轮式装载机为了进行装车作业而向卡车前面靠近的情况下，任务负荷小，发动机转速仍然低至1200rpm，为了在卡车前面停止而实施制动，从而行驶速度降低至3km/h以下。这就成为与之前所述的挖掘前状态相同的条件。但是，铲斗位置信息是在挖掘前状态下处于地面，另一方面，在装车作业的情况下例如铲斗提高至与卡车的货舱高度相应的高度，由此能够表现出与挖掘前状态的条件之间的差异。从而，即使与挖掘前状态的条件类似也应用铲斗位置信息，在装车作业之类的特殊的情况下，不执行从2档向1档的自动换低档。

如果，在装车作业中与挖掘前情况相同地执行自动换低档，则有可能导致例如装载在铲斗内的土之类的货物受到由自动换低档引起的冲击而撒落等的问题。

如此，本发明能够提供如下变速器自动控制方法：除了任务负荷、发动机转速及行驶速度有关的信息之外，还以铲斗位置有关的信息为基准来设定是否进行自动换低档，从而例如在开始进行挖掘作业之类的作业之前预先自动地执行换低档，由此能够提高作业效率，同时能够防止在装车之类的特定作业的情况下执行自动换低档。

以上在说明变速控制装置时，举例说明了以从各传感器接收的信息为基础来执行换低档控制的TCU的情况。但是，这种信息收集及变速判断并不一定由TCU实现。例如，若是具备自行车辆的综合性控制并与TCU及发动机控制装置（ECU）连接的车辆控制装置（Vehicle Control Unit）的情况，则上述的车辆控制装置能够执行作为变速控制装置的功能。即，由车辆控制装置直接从各传感器接收信息并判断是否变速之后，将与该结果相应的控制信号输出给变速控制装置，从而能够实现车辆的自动变速。这种车辆控制装置的性能一般比变速控制装置或发动机控制装置高，因此在利用车辆控制装置的情况下比利用变速控制装置的情况更有效。

另一方面，图4是图示本发明的另一个实施例的变速器自动控制方法的顺序图，图5是为了说明图4的方法而图示的示意性的方框图。参照图4及图5，如下说明本发明的变速器控制方法的另一个实施例。在图5中，虚线表示信息（信号）的传递，实线表示控制。

该实施例与之前所述的实施例相比，其差别在于，从铲斗角度传感器132向变速控制装置追加传递信息，该信息与动臂角度传感器130的信息结合后作为铲斗姿势信息而提供。铲斗姿势信息通过结合动臂角度传感器130的信息与铲斗角度传感器132的信息而确定，该信息例如能够表示是否为铲斗的下部与地面平行地配置的水平姿势。

根据该实施例，轮式装载机100'在起动中，由变速控制装置110通过各传感器122接收包括任务负荷及行驶速度的信息S110，并且由变速控制装置110从动臂角度传感器130接收铲斗位置信息（S112），从铲斗角度传感器132接收有关铲斗姿势的信息（S113）。虽然铲斗角度传感器132的值不直接表示有关铲斗姿势的信息，但是与动臂角度传感器130的值结合而计算，从而很明显能够加工成有关铲斗姿势的信息。

变速器120包括多个传感器122，从这些传感器检测发动机转速、任务负荷及行驶速度之类的信息并传递给变速控制装置110。

之后，检查这些各个信息（发动机转速、任务负荷、行驶速度、铲斗位置信息及铲斗姿势信息）是否满足S118'所指示的各个条件，检查这些信息是否满足S118'的所有预定条件（S114）。若判断出这些信息满足上述预定条件，则变速控制装置110驱动变速器120，尤其驱动变速器120内的离合器机构124，从2档向1档执行自动换低档变速。

另一方面，分别观察S118'的预定条件确认到，在任务负荷低、发动机转速和行驶速度低、铲斗位置处于地面（或与地面邻接的高度）的情况下，而且在铲斗姿势为水平的情况下，执行自动换低档。

作为参考，基于这些信息可以推断现在起动中的轮式装载机的作业/驱动状态。若除去铲斗姿势信息则与表1相同，因此省略详细的说明。

作为本发明的特征，在挖掘前状态下，由于是实施作业之前而任务负荷小，发动机转速仍然低至1200rpm，为了执行作业而实施制动，因此行驶速度降低至3km/h以下。此时，在确认铲斗位置及铲斗姿势有关的信息之后，在铲斗位置处于地面且铲斗姿势为水平时，根据本发明实施自动换低档。即，与之前的实施例相同地，例如在实施挖掘作业之前根据预定条件预先执行自动换低档，因此轮式装载机在进行挖掘之前从2档向1档实施变速，在1档齿轮状态下执行挖掘作业，能够预先防止作业开始时刻与变速时刻之间的间隙。并且，由此能够提高挖掘作业之类的作业的效率。

尤其，在挖掘前条件下，有关铲斗位置的信息与之前所述的实施例同样地，与装车作业之类的特定作业的情况相比能够有效地应用。

如上所述，本发明涉及自动地控制轮式装载机的变速器的方法，尤其在挖掘作业的情况下，以往是在实施作业之后经过了一定时间之后执行自动换低档，与此相比，本发明的方法在满足挖掘作业前的条件（例如，低的任务负荷、低的发动机转速、低的行驶速度及接近地面的铲斗位置（高度））的情况下，即使是挖掘之前也能预先从2档向1档执行自动换低档，能够在1档状态下开始进行挖掘作业。

于是，从挖掘作业初期就能够以1档状态实现作业，能够提高作业的效率性。并且，在如挖掘作业及装车作业而变速器条件（发动机转速、任务负荷及行驶速度等）类似的情况下，为了对此进行区分而提供利用从动臂角度传感器获取的铲斗位置（高度）信息的方法，由此能够只在所需的作业（例如挖掘作业等）的情况下执行自动换低档。

产业上的可利用性

本发明能够用于在由轮式装载机执行作业的多个作业步骤之中特定步骤中能够自动地执行换低档的自动控制方法。

Claims (8)

1.一种轮式装载机的变速器自动控制方法，上述轮式装载机包括发动机、与上述发动机连接的变速器（120）及控制上述变速器的变速控制装置（110），上述变速器自动控制方法（100）的特征在于，包括：

从多个传感器（122）接收包括任务负荷及行驶速度的信息的步骤（S110）；

接收有关铲斗位置的信息的步骤（S112）；

检查从上述传感器（122）接收的信息及铲斗位置信息的组合是否满足预定条件（S118）的步骤（S114）；以及

在满足上述预定条件时，驱动上述变速器（120）内的离合器机构（124），从2档向1档实施自动换低档的步骤（S116），

在上述检查步骤（S114）中，在任务负荷小、行驶速度低且上述铲斗位置接近地面的情况下满足上述预定条件（S118）。

2.根据权利要求1所述的变速器自动控制方法，其特征在于，

上述铲斗位置信息是从动臂角度传感器（130）获得的。

3.根据权利要求1所述的变速器自动控制方法，其特征在于，

还包括上述变速控制装置（110）接收铲斗的姿势信息的步骤（S113），

进一步在铲斗姿势为水平的情况下满足上述预定条件（S118'）。

4.根据权利要求3所述的变速器自动控制方法，其特征在于，

上述铲斗姿势信息是从动臂角度传感器（130）与铲斗角度传感器（132）的组合中获得的。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的变速器自动控制方法，其特征在于，

在上述检查步骤（S114）中，在任务负荷大且行驶速度低的情况下也满足上述预定条件（S118）。

6.一种轮式装载机的变速器自动控制装置，其特征在于，包括：

与发动机连接的变速器（120）；

用于检测任务负荷及行驶速度的传感器（122）；

用于检测铲斗的位置的传感器（130）；以及

从上述传感器（122、130）接收信息并执行上述变速器的变速控制的变速控制装置（110），

在上述任务负荷及上述行驶速度比预先设定的基准值低、且上述铲斗位于比预先设定的位置低的地面邻接位置的情况下，上述变速控制装置以上述变速器以1档行驶的方式进行上述变速控制。

7.根据权利要求6所述的轮式装载机的自动变速控制装置，其特征在于，

上述变速控制装置还与用于检测上述铲斗的姿势的传感器连接，在上述铲斗处于与地面邻接的位置且处于水平姿势的情况下，进行向上述1档的变速控制。

8.根据权利要求6或7所述的轮式装载机的自动变速控制装置，其特征在于，

在上述任务负荷比预先设定的大小大、且上述行驶速度比预先设定的速度小的情况下，上述变速控制装置还实施向上述1档的变速控制。

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