CN105683452B

CN105683452B - 作业机器

Info

Publication number: CN105683452B
Application number: CN201480059462.9A
Authority: CN
Inventors: 多田彰吾; 大久保雅史; 中本洋造
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2018-02-06
Anticipated expiration: 2034-11-03
Also published as: US10316494B2; WO2015067568A1; EP3066267B1; JP6124302B2; JP2015090080A; KR20160078992A; EP3066267A1; US20160237653A1; CN105683452A

Abstract

提供一种作业机器，所述作业机器包括在正常作业模式期间减少燃料和在恶劣行驶条件下保证行驶速度和输出的兼容性。作业机器具有安装在包括用于行驶的流体压力马达的机体上的作业装置，且控制器降低发动机速度以使其低于正常作业模式期间的额定发动机速度。控制器控制发动机速度以便当发动机负载低于阈值时的行驶低负载模式期间根据目标行驶速度获得泵流速。控制器控制用于泵控制的发动机速度和输出转矩两者使得当发动机负载高于阈值时的行驶高负载模式期间发动机输出变为最大值。

Description

作业机器

技术领域

本发明涉及一种具有行驶液压马达的作业机器。

背景技术

近年来，节能(降低燃料消耗量)已经成为作业机器的一个重要问题。此外，在挖掘机中，在怠速模式或在相对轻负载的挖掘操作(正常操作)中需要将发动机转速抑制得尽可能低。

这里，当需要保证行驶性能时，仅降低额定发动机转速自身是不可能的。即，如果降低额定发动机转速，则最大泵流速率降低而降低行驶速度，且最大发动机输出降低而在需要动力的状况下(例如在斜坡地)降低行驶能力。

因此，需要一种能够在正常操作状态期间降低发动机转速以及固定行驶速度和行驶功率的控制器。

从这种观点看，由于在固定行驶性能的同时在挖掘操作期间轻易实现低燃料消耗和低噪音的技术，故公开了一种挖掘机发动机控制器，其中当检测到行驶状态时发动机转速控制装置选择同步控制以及在未检测到行驶状态时选择下垂控制使得操作期间的发动机转速低于行驶期间的发动机转速(额定发动机转速)(见专利文献1)。

另外，公开了一种发动机控制器，其中当检测到行驶操作构件的输入时，将在行驶期间为预定目标发动机转速的第二目标转速与为最小发动机转速的第一目标转速(其中目标泵排放流速通过最大泵排量实现)进行比较，且发动机转速通过选择较大目标转速来控制，即，当机器不驶时选择较小的发动机转速(见专利文献2)。

另外，由于发动机控制器能够有效地在低燃料消耗下控制发动机的行驶，故公开了一种发动机控制器，该发动机控制器采用先导压力检测杆的操作状态，从操作状态检测操作的液压致动器的类型和组合，根据该类型和组合应用单独提前设定的目标发动机转速(上限值)，并将发动机转速的上限值设定成只行驶模式以便高于发动机转速的下限值(见专利文献3)。

专利文献1：日本专利申请公开第2007-255414号

专利文献2：日本专利申请公开第2009-074406号

专利文献3：日本专利申请公开第2009-074406号

如上所述，尽管本领域已知实现改变在操作期间和在行驶期间之间的发动机转速的技术，但传统发动机控制器不能处理需要动力的行驶状况，例如在斜坡地或自转向期间。

发明内容

考虑到该问题作出了本发明，其目的是提供一种能够在正常操作状态期间降低燃料消耗并且在恶劣行驶条件下固定行驶速度和功率的作业机器。

本发明提供了一种作业机器，其包括：车身，其包括行驶液压马达并且使用行驶液压马达来行驶；作业单元，其包括作业液压致动器并且安装在由作业液压致动器操作的车身上；发动机，其安装在车身上；可变排量液压泵，其由发动机驱动以便将工作液供应到行驶液压马达和作业液压致动器；和控制器，其将发动机转速降低到低于其中行驶液压马达停止的状态中的正常操作状态期间的额定转速，控制发动机转速使得在当操作行驶液压马达时产生的发动机负载低于阈值的轻负载期间对应于目标行驶速度来调整泵流速，且控制发动机转速和泵控制输出转矩使得在发动机负载高于阈值的重负载状态期间发动机输出动力从正常操作状态和轻负载期间中增大。

有利地，所述控制器具有：正常操作模式，其中在正常操作状态期间，低于额定转速的正常操作模式发动机转速被选择作为发动机转速命令值，且正常转矩被选择作为目标泵控制转矩；轻负载行驶模式，其中在轻负载状态期间，不同于正常操作模式发动机转速的轻负载行驶模式发动机转速被选择作为发动机转速命令值，且正常转矩被选择作为目标泵控制转矩；和重负载行驶模式，其中在重负载状态期间，高于正常操作模式发动机转速的重负载行驶模式发动机转速被选择作为发动机转速命令值，以及从正常操作模式的正常转矩和轻负载行驶模式增大的转矩被选择作为目标泵控制转矩。

有利地，行驶液压马达设置在车身的左右两侧的每一个上，提供多个可变排量液压泵以使其对应于这些行驶液压马达并包括泵斜盘作为排量改变构件，且控制器在行驶期间使每个液压泵的泵斜盘维持最大斜盘倾角并可变地控制发动机转速。

有利地，所述控制器具有：第一阈值，当发动机负载在行驶期间增大时所述第一阈值将发动机转速从轻负载行驶模式发动机转速改变为重负载行驶模式发动机转速；和第二阈值，其低于第一阈值，当发动机负载降低时第二阈值控制为将发动机转速从重负载行驶模式发动机转速恢复至轻负载行驶模式发动机转速。

有利地，发动机负载基于以下至少一个测得的量来确定：从液压泵排放的泵负载压力、施加于行驶液压马达的行驶负载压力、发动机的燃料排放量、和发动机的气缸内部压力，或发动机的燃料排放量和转速。

根据本发明的特定实施例，在其中由作业液压致动器操作的作业单元安装在具有行驶液压发动机的车身上的作业机器中，控制器将发动机转速降低为低于正常操作状态期间的额定转速，控制发动机转速使得在轻负载状态期间将泵流速调整为对应于目标行驶速度，并控制发动机转速和泵控制输出转矩使得在重负载状态期间发动机输出动力从正常操作状态和轻负载状态期间中增大。因此，在正常操作状态期间，可通过降低发动机转速来降低燃料消耗。在轻负载状态期间，可通过将泵流速调整为对应于目标行驶速度来固定预定行驶速度。另外，在重负载状态期间，控制发动机转速和泵控制输出转矩使得发动机输出动力从正常操作状态和轻负载状态期间中增大。因此，可在诸如行驶在斜坡车道上期间或在自转向期间的恶劣行驶条件下固定行驶速度和输出动力。因此，可降低作业机器的正常操作状态期间的燃料消耗并且在恶劣的行驶条件下固定行驶速度和输出动力。

根据本发明的特定实施例，其中车辆停止行驶的正常操作状态期间的正常操作模式、所述轻负载状态期间的轻负载行驶模式、和重负载状态期间的重负载行驶模式被选择，且发动机转速和目标泵控制转矩的不同组合是根据相应模式来选择。因此，可以很容易地进行用于每个模式的控制理想原则。

根据本发明的特定实施例，控制器可变地控制发动机转速，同时将所提供的多个液压泵的泵斜盘维持为最大斜盘倾角以对应于车身的左右两侧上的行驶液压马达。因此，可以适当地控制从各自的液压泵排出的泵流速。由于各自的液压泵的泵斜盘维持在最大斜盘倾角，可以改进泵送效率。另外，由于形成了其中泵斜盘达到它们物理极限的状态，所以两个可变排量泵的泵流速之间很少会产生差异，并可确保直行的能力。

根据本发明的特定实施例，在基于第一和第二阈值的两个步骤沿着滞后曲线在泵负载压力的上升时间段和降低时间段之间实现了发动机转速的切换的情况下，可防止发动机转速的振荡行为并提高控制的稳定性。

根据本发明的特定实施例，可以选择由设置在现有作业机器中的传感器检测到的以下至少一个测得的量来计算输出转矩：泵负载压力、行驶负载压力、发动机的燃料排放量、和发动机的气缸内部压力，或可由设置在现有作业机器中的传感器检测到的发动机的燃料排放量和转速，并且可基于输出转矩来确定发动机负载。

附图说明

图1是图示了根据本发明的作业机器中的发动机控制的实施例的发动机转速和发动机输出动力的特性图；

图2是图示了发动机控制如何切换模式的流程图；

图3是图示了发动机控制如何确定发动机转速命令值的流程图；

图4是图示了发动机控制如何确定转矩命令值的流程图；

图5是作业机器的侧视图；和

图6是图示了与发动机控制相关的构型实例的框图。

具体实施方式

在下文中，将根据图1至图6中所示的实施例详细地描述本发明。

在该实施例中，举实例描述了将发动机转速设定成使得(正常操作模式发动机转速)<(轻负载行驶模式发动机转速)<(重负载行驶模式发动机转速)的情形。然而，无需将发动机转速设定为使轻负载行驶模式发动机转速在正常操作模式发动机转速和重负载行驶模式发动机转速之间。可将发动机转速设定成使得(轻负载行驶模式发动机转速)≤(正常操作模式发动机转速)<(重负载行驶模式发动机转速)或者(正常操作模式发动机转速)<(重负载行驶模式发动机转速)≤(轻负载行驶模式发动机转速)。然而，没有提供对这些情形的描述。

可将发动机转速设定为使得当泵流速为优先时(正常操作模式发动机转速)<(轻负载行驶模式发动机转速)和当发动机输出动力为优先时(正常操作模式发动机转速)<(重负载行驶模式发动机转速)。

图5将挖掘机1图示为作业机器，并且挖掘机1的车身2具有以下构型：上回转主体4可旋转地设置在下行驶主体3上，下行驶主体3可通过移动设置在车身2左右两侧的液压马达(下文中称为行驶马达3m)而移动，且作业单元5安装在上回转主体4上。

向驱动车身2和作业单元5的液压致动器(行驶马达3m、回转马达5m、动臂油缸5a、斗杆油缸5b、和铲斗油缸5c)提供工作油的发动机和泵单元6安装在车身2上。回转马达5m、动臂油缸5a、斗杆油缸5b、和铲斗油缸5c为将作业液压致动器5m、5a、5b、和5c作为作业液压致动器。

图6图示了控制发动机和泵单元6的发动机和泵控制器7的示意性构型。发动机和泵控制器7控制可变排量液压泵(下文中称为可变排量泵11)的排量(斜盘倾角)，可变排量泵11将作为工作液的工作油供应至诸如控制阀的液压回路10，所述控制阀控制液压致动器(行驶马达3m等)并且控制发动机12的发动机转速(发动机速度)和发动机输出动力，发动机12驱动可变排量泵11。提供两个可变排量泵11以便对应于车身左右侧上的行驶马达3m。

发动机12包括检测发动机转速的转速传感器13和控制燃料喷射压力、及时(正时)燃料喷射点、和燃料喷射量(周期)的燃料喷射器14。转速传感器13和燃料喷射器14连接到用于控制燃料喷射的发动机控制器15。燃料喷射器14包括电子调速器或用于设定发动机转速的类似物。

可变排量泵11包括泵调整器16、斜盘倾角传感器17和泵压力传感器18，其中泵调整器16包括作为泵排量改变构件的泵斜盘并在电磁比例阀16s的帮助下间接地或者没在电磁比例阀16s的帮助下直接地控制泵斜盘的倾斜角度(下文中称为斜盘倾角)；斜盘倾角传感器17检测由泵调整器16随着泵排量控制位置而控制的斜盘倾角；泵压力传感器18作为用于检测泵负载压力(即，泵排放压力)的负载压力检测构件，其用来确认发动机负载。斜盘倾角传感器17和泵压力传感器18连接到机器控制器19。

作为负载压力检测器的泵压力传感器18检测在不行驶状态下操作期间作为泵负载压力的工作负载压力，和检测行驶期间作为泵负载压力而施加到行驶马达3m的行驶负载压力和工作负载压力的较大的一个，并提供当确定当前控制模式是否为下文中所描述的轻负载行驶模式或重负载行驶模式而使用到的数据。压力传感器可检测在行驶液压回路中作为行驶负载压力的高压侧压力。

此外，作为用于确定发动机负载的参数，可使用除了从可变排量泵11排放的泵负载压力之外的以下至少一个所测的量，例如(当工作负载压力很小时)施加到行驶马达3m的行驶负载压力、发动机12的燃料排放量、和发动机12的气缸内部压力，或从发动机12的燃料排放量和转速中计算的输出转矩中。这些参数为可由设置在现有作业机器中的传感器检测到的测得量或是可由设置在作业机器中的传感器检测到的测得量而计算出的状态量(输出转矩)。基于测得量或状态量可确定发动机负载。

通过挖掘机1的操作员操作的杆或踏板型操作工具20和作为发动机转速设定构件的标度盘发动机调速器(标度盘加速器)21连接到机器控制器19。

操作工具20为操纵杆或远程控制阀。操纵杆型操作工具根据先导控制借助于电磁比例阀来根据操作量直接控制液压回路10的控制阀，并且远程控制阀型操作工具根据操作量直接控制液压回路10的控制阀。各种液压致动器的操作量(包括操作的存在)被转换成电信号，并输入给机器控制器19。

标度盘发动机调速器21具有多级标度盘值并可针对每个标度盘值选择预定发动机转速，其包括正常操作模式发动机转速、轻负载行驶模式发动机转速、重负载行驶模式发动机转速和下述类似物。

发动机控制器15和机器控制器19彼此连接并交换信息。发动机控制器15和机器控制器19可称为控制器22。

控制器22在正常操作状态期间具有正常模式，在轻负载状态期间具有轻负载行驶模式，在重负载状态期间具有重负载模式。

在正常操作模式，低于额定转速的正常操作模式发动机转速被选择作为发动机转速命令值，正常转矩被选择作为目标泵控制转矩。

在轻负载行驶模式，不同于正常操作模式发动机转速的轻负载行驶模式发动机转速被选择作为发动机转速命令值，正常转矩被选择作为目标泵控制转矩。

在重负载行驶模式，高于正常操作模式发动机转速(或不同于正常操作模式发动机转速和轻负载行驶模式发动机转速)的重负载行驶模式发动机转速被选择作为发动机转速命令值，并且在正常操作模式和轻负载行驶模式中从正常转矩增大的转矩被选择作为目标泵控制转矩。

发动机和泵控制器7具有以下功能：借助于发动机控制器15和燃料喷射器14基于发动机转速命令值和基于操作工具20的行驶操作状态确定的转矩命令值、标度盘发动机调速器21的标度盘值和由泵压力传感器18检测的泵负载压力状态来控制发动机12的发动机转速和输出动力；根据从机器控制器19输出的电信号借助于电磁比例阀(未示出)来调节可变排量泵11的泵调节器16；以及控制可变排量泵11的输出和上限输出。

图1是示出了与在行驶马达3m停止的状态中的正常操作状态期间降低燃料消耗以及在行驶状态中固定行驶速度和最大输出动力的控制相关的发动机转速和发动机输出动力的特征图。

在图1所示的实例中，HE-1指示具有相对低的输出动力的挖掘机的特征，HE-2指示具有相对高的输出动力的挖掘机的特征，且在两个挖掘机中，在正常操作状态期间的正常操作模式发动机转速低于其额定转速。即，为了降低燃料消耗，尽可能低地抑制发动机转速。当发动机转速降低到正常操作模式发动机转速时，可变排量泵11的最大流速和发动机的最大输出动力降低，其导致燃料消耗降低。

此外，在轻负载状态期间，例如，当操作行驶马达3m使得车身2在平坦地面直行时，控制发动机转速使得调整泵流速以便对应于目标行驶速度。即，执行同步控制以使发动机转速增大到轻负载行驶模式发动机转速以固定行驶速度，且维持转速(第一步)。

在此情况中，当发动机转速被可变地控制到适当值，同时维持所提供的两个可变排量泵11的泵斜盘以使车身2左右两侧上的行驶马达3m对应于他们的最大斜盘倾角时，可以适当地控制从可变排量泵11排出的泵流速。此外，当可变排量泵11的泵斜盘维持到他们的最大斜盘倾角时，可以提高泵送效率。另外，由于形成了其中泵斜盘达到他们的物理极限的状态，故两个可变排量泵的泵流速之间的差异很少发生，且可以确保直行的能力。

另外，在重负载状态期间，其中比轻负载状态期间需求更多功率，发动机转速和泵控制输出转矩被控制使得发动机输出动力最大化。即，当行驶负载增大时，发动机转速变成重负载行驶模式发动机转速(第二步)以增大上限发动机输出动力，且改变上限泵控制输出动力。

在此情况中，控制发动机转速以使发动机转速沿着滞后曲线而不是沿着振荡曲线变化，使得如果在行驶期间泵负载压力超过第一阈值A则发动机转速从第一步骤变成第二步骤以及如果泵负载压力低于第二阈值B(其低于第一阈值A)则发动机转速从第二步骤返回到第一步骤。

图2为示出将在以下描述的控制器22如何切换模式的流程图。

(步骤S1)

确定是否检测到行驶操作。行驶操作可通过检测操作行驶控制阀的行驶先导压力的压力开关或压力传感器检测或可通过直接检测行驶杆的输入的机械开关检测。

(步骤S2)

当没有检测到行驶操作时，确定当前控制模式为正常操作模式。

(步骤S3)

当检测到行驶操作时，检测由泵压力传感器18检测的泵负载压力。在仅行驶操作的情况中，可使用由设置在行驶液压回路中的压力传感器检测的行驶负载压力。

当进行行驶操作时，虽然当前控制模式从正常操作模式变成行驶模式，但是因为轻负载行驶模式和重负载行驶模式的两种行驶模式取决于泵负载压力，所以确定区别两种模式的阈值。在此情况中，因为如果所测量的泵负载压力频繁地跨过阈值波动而使系统变得不稳定，所以设定具有滞后特征的第一A和第二阈值B。

即，控制器22具有第一阈值A和第二阈值B，在第一阈值A下，当泵负载压力在行驶期间增大时，发动机转速从轻负载行驶模式发动机转速变到重负载行驶模式发动机转速，在第二阈值B下，当泵负载压力降低时，发动机转速从重负载行驶模式发动机转速降到轻负载行驶模式发动机转速。控制器22在泵负载压力增大时使用第一阈值A且在泵负载压力降低时使用第二阈值B，其低于第一阈值A。以此方式，在泵负载压力的上升周期和降低周期中的发动机转速利用第一阈值A和第二阈值B的两个步骤沿着滞后曲线切换。因此，可阻止发动机转速的振荡行为及改善控制的稳定性。这些阈值A和B为可根据模式调整的参数。

(步骤S4)

确定由泵压力传感器18等检测的平均泵负载压力是否高于阈值A或B。即，确定增大的泵负载压力是否高于第一阈值A以及降低的泵负载压力是否高于第二阈值B。

(步骤S5)

当泵负载压力低于阈值A或B时，确定当前控制模式为轻负载行驶模式。即，当增大的泵负载压力低于第一阈值A或降低的泵负载压力低于第二阈值B时，确定当前控制模式为轻负载行驶模式。

(步骤S6)

当泵负载压力高于阈值A或B时，确定当前控制模式为重负载行驶模式。即，当增大的泵负载压力高于第一阈值A或降低的泵负载压力高于第二阈值B时，确定当前控制模式为重负载行驶模式。

图3为示出将在以下描述的控制器22如何确定发动机转速命令值的流程图。

提供用于正常操作模式、轻负载行驶模式和重负载行驶模式中每一个的最佳行驶发动机转速命令值，并且将命令值设定为每个模式的参数。

(步骤S11)

确定当前控制模式是正常操作模式、轻负载行驶模式、或是重负载行驶模式。

(步骤S12)

当当前控制模式为正常操作模式时，确定正常操作模式发动机转速。

(步骤S13)

在步骤S12的情况中，正常操作模式发动机转速作为发动机转速命令值从机器控制器19输出到发动机控制器15。

(步骤S14)

当在步骤S11中确定当前控制模式为轻负载行驶模式时，确定标度盘发动机调速器21的标度盘值是最大值或接近最大值的值，或是小于这些值。

(步骤S15)

当在步骤S14中确定标度盘发动机调速器21的标度盘值为最大值(例如，“10”)或接近最大值的值(例如，“9”或“8”)时，将轻负载行驶模式发动机转速确定为发动机转速命令值并将其从机器控制器19输出到发动机控制器15。假设轻负载行驶模式发动机转速为实现目标行驶速度的值。

根据以下等式计算轻负载行驶模式发动机转速命令值。

(目标行驶马达转速)×(行驶马达排量)＝(行驶流速)

(移动流速)/(泵流速)＝(泵转速)

(泵转速)/(发动机─泵减速比)＝(发动机转速)

(步骤S16)

在步骤S14中确定标度盘发动机调速器21的标度盘值并非为最大值或接近最大值的值时，实施模式切换，接着将正常操作模式发动机转速确定为发动机转速命令值，并且将其从机器控制器19中输出到发动机控制器15中。在模式切换期间，可使用用于使控制流畅无阻的延迟电路或斜坡函数。

(步骤S17)

在步骤S11中确定当前控制模式为重负载行驶模式时，确定标度盘发动机调速器21的标度盘值是最大值还是接近最大值的值，或是小于这些值。

设定标度盘发动机调速器21的标度盘值，使得“轻负载行驶模式发动机转速”仅在标度盘值等于或大于预定标度盘值时被设定为命令值，并使得“正常操作模式发动机转速”在标度盘值小于预定标度盘值时被设定为命令值。

(步骤S18)

在步骤S17中确定标度盘发动机调速器21的标度盘值为最大值(例如：“10”)或接近最大值的值(例如：“9”或“8”)时，将重负载行驶模式发动机转速确定为发动机转速命令值，并将其从机器控制器19中输出到发动机控制器15中。假设重负载行驶模式发动机转速为可在发动机转矩曲线上使用最大输出动力(＝(转矩)×(转速))的值。

(步骤S19)

在步骤S17中确定标度盘发动机调速器21的标度盘值并非为最大值或接近最大值的值时，实施模式切换，接着将正常操作模式发动机转速确定为发动机转速命令值，并将其从机器控制器19中输出到发动机控制器15中。

在步骤S15和步骤S16以及步骤S18和步骤S19中，在切换转速命令值时，可使用用于使控制流畅无阻的延迟电路或斜坡函数。

虽然在为发动机转速命令值选取条件的步骤S14和步骤S17中，如图3所示，将标度盘发动机调速器21的标度盘值设定为最大值或接近最大值的值的情况区别于将标度盘值设定为小于这些值的值的情况，但是可不进行此类基于条件的确定。

例如，在步骤S11中确定当前控制模式为轻负载行驶模式时，仅可将轻负载行驶模式发动机转速确定为发动机转速命令值。再者，在步骤S11中确定当前控制模式为重负载行驶模式时，仅可将重负载行驶模式发动机转速确定为发动机转速命令值。

图4是示出了下文将进行描述的控制器22如何确定转矩命令值的流程图。

(步骤S21)

确定当前控制模式是正常操作模式或是轻负载行驶模式，抑或是重负载行驶模式。

(步骤S22)

在当前控制模式为正常操作模式或轻负载行驶模式时，将目标泵控制转矩确定为正常转矩。

(步骤S23)

在步骤S22的情况下，将正常转矩输出为泵转矩命令值。

(步骤S24)

确定标度盘发动机调速器21的标度盘值是最大值或是接近最大值的值。在标度盘值小于最大值或是接近最大值的值时，将重负载行驶模式切换至轻负载行驶模式或正常操作模式。在模式切换期间，可使用用于使控制流畅无阻的延迟电路或斜坡函数。

(步骤S25)

在标度盘发动机调速器21的标度盘值等于或大于最大值或是接近最大值的值时，将最大转矩用作泵转矩命令值。总而言之，在重负载行驶模式期间，目标泵控制转矩实现了最大化。将最大转矩设定为各模式的参数。

在步骤S24中，仅可在标度盘发动机调速器21的标度盘值被设定为最大值“10”时，将目标泵控制转矩值确定为最大转矩，而且，当标度盘值为“9”或更小的值时，可将转矩切换至正常转矩。或者，当标度盘值为接近最大值的值“9”或为“8”或更大的值时，可将最大转矩确定为泵转矩命令值，而且，当标度盘值小于“8”或“7”时，可将转矩切换至正常转矩。

虽然在步骤S24中，将标度盘发动机调速器21的标度盘值设定为最大值(“10”)或接近最大值的值(“9”或“8”)的情况区别于将标度盘值设定为小于这些值的值的情况，但是可不进行步骤S24中的这类基于条件的确定。

例如，在步骤S21中确定当前控制模式为重负载行驶模式时，仅可将最大转矩确定为转矩命令值。

接着，将描述取决于挖掘机的操作状态如何以下列三种模式控制发动机转速和转矩。

(1)正常操作(正常操作模式)期间

模式切换条件：产生其中不执行行驶操作的A状态(参照图2)。

发动机转速：低于额定转速的“正常操作模式发动机转速”被选择作为发动机转速命令值(参照图3)。

转矩：低于最大值的“正常转矩”被选择作为目标泵控制转矩(参照图4)。实际上，发动机输出动力是通过控制泵转矩来控制。

(2)轻负载(轻负载行驶模式)期间

模式切换条件：检测到其中执行行驶操作的A状态且泵负载压力低于第二阈值B(参照图2)。虽然由泵压力传感器18检测的泵压力用作泵负载压力，但是可使用由作为用于检测行驶马达电路上的高压侧压力的另一种泵负载检测构件的压力传感器检测的马达压力。

发动机转速：高于“正常操作模式发动机转速”且低于“重负载行驶模式发动机转速”的“轻负载行驶模式发动机转速”被选择作为命令值(参照图3)。假设轻负载行驶模式发动机转速是可实现目标行驶速度(规定值)的值。行驶操作期间的最大速度总是目标行驶速度(规定值)。

可以设定标度盘发动机调速器21的标度盘值使得“轻负载行驶模式发动机转速”仅在标度盘等于或大于预定标度盘值时才被设定为命令值，且(1)中定义的“正常操作模式发动机转速”在标度盘值小于预定标度盘值时被设定为命令值(参照图3)。

转矩：低于最大值的“正常转矩”被选择作为目标泵控制转矩(参照图4)。

(3)重负载(重负载行驶模式)期间

模式切换条件：检测到其中执行行驶操作的A状态且泵负载压力高于第一阈值A(参照图2)。

发动机转速：高于“正常操作模式发动机转速”和“轻负载行驶模式发动机转速”的“重负载行驶模式发动机转速”被选择作为命令值(参照图3)。重负载行驶模式发动机转速是获得发动机转矩曲线上的最大输出动力时的转速值。

可以设定标度盘发动机调速器21的标度盘值使得“重负载行驶模式发动机转速”仅在标度盘等于或大于预定标度盘值时才被设定为命令值，且(1)中定义的“正常操作模式发动机转速”在标度盘值小于预定标度盘值时被设定为命令值(参照图3)。

转矩：“最大转矩”被选择作为目标泵控制转矩(参照图4)。每一种模型所特有的值被设定为目标转矩。

可以设定标度盘发动机调速器21的标度盘值使得目标转矩仅在标度盘等于或大于预定标度盘值时被设定为最大值，且(1)中定义的正常转矩在标度盘值小于预定标度盘值时被设定为命令值(参照图4)。

这里，如果只使用一个阈值而非使用不同阈值A和B，那么当泵负载压力接近阈值时，控制模式在短时段内可以不断地在两种模式(2)与(3)之间切换，且发动机转速可以出现波动并且展现出振荡行为。为了防止这种情况，泵负载压力的阈值具有滞后特性使得当控制模式从模式(2)切换为模式(3)时与泵负载压力相关联的第一阈值A和当控制模式从模式(3)切换为模式(2)时与泵负载压力相关联的第二阈值B被设定为低于第一阈值A。

如上所述，在其中由作业液压致动器5m、5a、5b和5c操作的作业单元5安装在具有行驶马达3m的车身2上的挖掘机1中，控制器22将发动机转速降低为低于正常操作状态期间的额定转速、控制发动机转速使得泵流速被调整为对应于轻负载状态期间的目标行驶速度，且控制发动机转速和泵控制输出转矩使得发动机输出动力在重负载状态期间最大化。因此，在正常操作状态期间，可通过降低发动机转速来降低燃料消耗。在轻负载状态期间，可通过将泵流速调整为对应于目标行驶速度来固定预定行驶速度。另外，在重负载中，通过控制发动机转速和泵控制输出转矩来最大化发动机输出动力。因此，可在诸如行驶在斜坡车道上期间或在自转向期间的恶劣行驶条件下固定行驶速度和输出动力。因此，可降低挖掘机1的正常操作状态期间的燃料消耗并且在恶劣的行驶条件下固定行驶速度和输出动力。

另外，其中车辆停止行驶的正常操作状态期间的正常操作模式、轻负载状态期间的轻负载行驶模式和重负载状态期间的重负载行驶模式是取决于挖掘机1的操作状态而选择，且发动机转速和目标泵控制转矩的不同组合是针对相应模式选择以控制发动机转速和转矩。因此，可容易执行每一种模式的控制目的，且可降低正常操作状态期间的燃料消耗并且确保行驶性能。

工业实用性

本发明在工业上可适用于与制造和销售作业机器相关联的企业运营商。

元件符号说明

1：作为作业机器的挖掘机

2：车身

3m：行驶液压马达(行驶马达)

5：作业单元

5m、5a、5b、5c：作为作业液压致动器的作业液压致动器

11：液压泵(可变排量泵)

12：发动机

22：控制器

Claims

1.一种作业机器，其包括：

车身，其包括行驶液压马达并且使用所述行驶液压马达行驶；

作业单元，其包括作业液压致动器并且安装在由所述作业液压致动器操作的所述车身上；

发动机，其安装在所述车身上；

可变排量液压泵，其由所述发动机驱动以便将工作液供应到所述行驶液压马达和所述作业液压致动器；以及

控制器，其将发动机转速降低到低于其中所述行驶液压马达停止的状态中的正常操作状态期间的额定转速、控制所述发动机转速使得在其中当操作所述行驶液压马达时产生的发动机负载低于阈值的轻负载状态期间对应于目标行驶速度来调整泵流速、且控制所述发动机转速和泵控制输出转矩使得在其中所述发动机负载高于所述阈值的重负载状态期间发动机输出动力从所述正常操作状态和所述轻负载期间中增大。

2.根据权利要求1所述的作业机器，其中

所述控制器具有：

正常操作模式，其中在所述正常操作状态期间，低于所述额定转速的正常操作模式发动机转速被选择作为发动机转速命令值且正常转矩被选择作为目标泵控制转矩；

轻负载行驶模式，其中在所述轻负载状态期间，不同于所述正常操作模式发动机转速的轻负载行驶模式发动机转速被选择作为所述发动机转速命令值且所述正常转矩被选择作为所述目标泵控制转矩；以及

重负载行驶模式，其中在所述重负载状态期间，高于所述正常操作模式发动机转速的重负载行驶模式发动机转速被选择作为所述发动机转速命令值，以及从所述正常操作模式的所述正常转矩和所述轻负载行驶模式增大的转矩被选择作为所述目标泵控制转矩。

3.根据权利要求1所述的作业机器，其中

所述行驶液压马达设置在所述车身的左侧和右侧的每一个上，

提供多个可变排量液压泵以便对应于这些行驶液压马达并且包括泵斜盘作为排量改变构件，且

所述控制器在行驶期间使每一个液压泵的泵斜盘维持最大斜盘倾角并且可变地控制所述发动机转速。

4.根据权利要求2所述的作业机器，其中

5.根据权利要求2所述的作业机器，其中

所述控制器具有：

第一阈值，当所述发动机负载在行驶期间增大时所述第一阈值将所述发动机转速从轻负载行驶模式发动机转速改变为重负载行驶模式发动机转速；以及

低于所述第一阈值的第二阈值，当所述发动机负载降低时所述第二阈值控制为将所述发动机转速从所述重负载行驶模式发动机转速恢复为所述轻负载行驶模式发动机转速。

6.根据权利要求3所述的作业机器，其中

所述控制器具有：

7.根据权利要求4所述的作业机器，其中

所述控制器具有：

8.根据权利要求1到7中任一项所述的作业机器，其中

所述发动机负载是基于以下至少一个测得的量来确定：从所述液压泵排放的泵负载压力、施加于所述行驶液压马达的行驶负载压力、所述发动机的燃料排放量和所述发动机的气缸内部压力，或所述发动机的所述燃料排放量和所述转速。