CN113272193A - 作业机械以及作业机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

控制器选择性地执行第一模式与第二模式。在第二模式中，相比于第一模式，限制机械的目标牵引力。控制器在第二模式中机械的加速度比规定的加速度阈值小时减弱目标牵引力的限制而决定目标牵引力。控制器决定与目标牵引力相应的目标变速比。控制器基于目标变速比控制变速器。

Description

作业机械以及作业机械的控制方法

技术领域

本公开涉及作业机械以及作业机械的控制方法。

背景技术

如专利文献1所示，在作业机械中，作为发动机的控制模式，有时设定有高输出模式与低输出模式。在低输出模式中，相比于高输出模式，每种车速的最大牵引力减少。低输出模式与高输出模式的切换根据施加于作业机械的负载而自动地进行。例如在作业机械行驶于较陡的上坡路时，选择高输出模式。另一方面，在作业机械行驶于平坦地时，选择低输出模式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2005/024208A1

发明内容

发明将要解决的课题

在上述的作业机械中，在负载较小时，选择低输出模式。因而，在倾斜度较大的上坡路中，以低输出模式控制发动机。由此，能够提高燃料消耗性能。但是，在平地或者倾斜度较小的上坡路中，有时作业机械的车速或者加速度降低。

另一方面，在平地或者倾斜度较小的上坡路中，通过解除低输出模式，使得发动机的输出增大，能够抑制作业机械的车速或者加速度的降低。但是，即使增大对发动机的输出指令，发动机的实际输出也不会立刻上升。因此，难以迅速地抑制作业机械的车速或者加速度的降低。

本公开的目的在于，在作业机械中提高燃料消耗性能，并且迅速地抑制车速或者加速度的降低。

用于解决课题的手段

第一方式的作业机械具备发动机、变速器、行驶装置、传感器以及控制器。变速器连接于发动机。变速器无级地变更变速比。行驶装置连接于变速器。行驶装置使机械行驶。传感器是用于检测机械的加速度的传感器。控制器选择性地执行第一模式与第二模式。在第二模式中，相比于第一模式限制机械的目标牵引力。

控制器在第二模式中机械的加速度比规定的加速度阈值小时减弱目标牵引力的限制而决定目标牵引力。控制器决定与目标牵引力相应的目标变速比。控制器基于目标变速比控制变速器。

第二方式的方法是作业机械的控制方法。作业机械具备发动机、变速器以及行驶装置。变速器连接于发动机。变速器能够无级地变更变速比。行驶装置连接于变速器。行驶装置使机械行驶。该方法具备以下的处理。

第一处理是检测机械的加速度。第二处理是选择性地执行第一模式与第二模式。在第二模式中，相比于第一模式限制机械的目标牵引力。第三处理是在第二模式中机械的加速度比规定的加速度阈值小时，减弱目标牵引力的限制而决定目标牵引力。第四处理是决定与目标牵引力相应的目标变速比。第五处理是基于目标变速比控制变速器。

发明效果

在本公开中，通过以第二模式控制变速器，能够提高燃料消耗性能。另外，在第二模式中机械的加速度比规定的加速度阈值小时减弱目标牵引力的限制而决定目标牵引力。然后，决定与目标牵引力相应的目标变速比，基于目标变速比控制变速器。由此，能够迅速地抑制车速或者加速度的降低。

附图说明

图1是实施方式的作业机械的侧视图。

图2是表示作业机械的驱动系统以及控制系统的构成的框图。

图3是表示牵引力－车速特性的图。

图4是表示用于控制发动机的处理的框图。

图5是表示用于控制变速器的处理的框图。

图6是表示第二模式系数数据的一个例子的图。

图7是表示限制缓和控制的处理的流程图。

图8是表示加速度阈值数据的一个例子的图。

图9是表示增加率数据的一个例子的图。

图10是表示在第二模式中执行限制缓和控制时的参数的变化的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式的作业机械1的侧视图。如图1所示，作业机械1具备车身2与工作装置3。

车身2包含前车身2a与后车身2b。后车身2b相对于前车身2a以可能左右回旋的方式连接。在前车身2a与后车身2b连结有液压缸15。通过液压缸15伸缩，使得前车身2a相对于后车身2b左右回旋。

工作装置3使用于挖掘等作业。工作装置3安装于前车身2a。工作装置3包含动臂11、铲斗12以及液压缸13、14。通过液压缸13、14伸缩，使得动臂11以及铲斗12动作。

图2是表示作业机械1的驱动系统以及控制系统的构成的框图。如图2所示，作业机械1的驱动系统具备发动机21、PTO(Power Take Off)22、变速器23、行驶装置24以及液压泵25。

发动机21例如是柴油发动机。在发动机21设有燃料喷射装置26。燃料喷射装置26通过调整向发动机21的缸体内喷射的燃料量，控制发动机21的输出。PTO22向变速器23与液压泵25分配发动机21的驱动力。另外，在图2中仅图示了一个液压泵25。但是，也可以将两个以上的液压泵经由PTO22连接于发动机21。

变速器23连接于发动机21。变速器23是CVT(Continuously VariableTransmission)。即，变速器23能够无级地变更变速比。变速比是输入轴的旋转速度相对于变速器23的输出轴的旋转速度之比。例如变速器23是HST(Hydro-Static Transmission)。但是，变速器23也可以是HMT(Hydraulic Mechanical Transmission)或者EMT(ElectricMechanical Transmission)等其他种类的变速器。

行驶装置24使作业机械1行驶。行驶装置24包含车轴31a、31b、前轮32以及后轮33。车轴31a、31b连接于变速器23。前轮32设于前车身2a。后轮33设于后车身2b。车轴31a、31b将来自变速器23的驱动力传递到前轮32与后轮33。

液压泵25经由PTO22连接于发动机21。液压泵25通过发动机21驱动，排出工作油。从液压泵25排出的工作油向上述的液压缸13－15供给。

作业机械1的控制系统包含发动机传感器34、车速传感器35以及泵传感器36。发动机传感器34检测发动机旋转速度。车速传感器35检测输出旋转速度。输出旋转速度例如是变速器23的输出轴的旋转速度。但是，输出旋转速度也可以是位于变速器23内或者变速器23的下游的其他旋转要素的旋转速度。泵传感器36检测液压泵25的排出压。

作业机械1的控制系统包含控制器41。控制器41控制作业机械1。控制器41从发动机传感器34接收表示发动机旋转速度的信号。控制器41从车速传感器35接收表示输出旋转速度的信号。控制器41从泵传感器36接收表示液压泵25的排出压的信号。控制器41向发动机21以及变速器23发送指令信号。

控制器41包含处理器42与存储装置43。处理器42例如是CPU(central processingunit)。或者，也可以是与处理器42CPU不同的处理器。处理器42按照程序执行用于作业机械1的控制的处理。存储装置43包含ROM等非易失性存储器与RAM等易失性存储器。存储装置43也可以包含硬盘或者SSD(Solid State Drive)等辅助存储装置。存储装置43是非暂时的(non-transitory)计算机能够读取的记录介质的一个例子。存储装置43存储有用于控制作业机械1的程序以及数据。

作业机械1的控制系统包含加速器操作部件44、工作装置操作部件45以及输入装置46。加速器操作部件44为了控制作业机械1的行驶而能够由操作人员操作。加速器操作部件44例如是踏板。但是，加速器操作部件44也可以是杆或者开关等其他部件。

工作装置操作部件45为了控制工作装置3而能够由操作人员操作。工作装置操作部件45例如是杆。但是，工作装置操作部件45也可以是开关或者踏板等其他部件。输入装置46为了选择作业机械1的控制模式而能够由操作人员操作。输入装置46例如包含触摸面板。但是，输入装置46也可以包含机械式的开关等其他部件。

控制器41从加速器操作部件44接收表示加速器操作量的信号。加速器操作量是加速器操作部件44的操作量。控制器41从工作装置操作部件45接收表示工作装置操作量的信号。工作装置操作量是工作装置操作部件45的操作量。

控制器41从输入装置46接收表示控制模式的选择的信号。控制模式包含第一模式与第二模式。但是，控制器41也可以根据施加于作业机械1的负载而自动地选择控制模式。

图3是表示第一模式与第二模式各自的牵引力－车速特性的图。在图3中，L1示出第一模式中的牵引力－车速特性。L2示出第二模式中的牵引力－车速特性。牵引力－车速特性表示各车速中的最大牵引力。如图3所示，在第二模式中，相比于第一模式，作业机械1的牵引力被限制为更小。控制器41按照从第一模式与第二模式选择的控制模式，控制发动机21与变速器23。

以下，对由控制器41执行的用于控制发动机21与变速器23的处理进行说明。图4是表示用于控制发动机21的处理的框图。如图4所示，在步骤S101中，控制器41决定目标牵引力。控制器41根据加速器操作量与输出旋转速度决定目标牵引力。例如控制器41存储有目标牵引力数据D1。目标牵引力数据D1规定车速V与目标牵引力Ft的关系。目标牵引力数据D1根据加速器操作量而变更。控制器41根据输出旋转速度计算车速V。控制器41参照目标牵引力数据D1，根据加速器操作量与车速V决定目标牵引力Ft。

在步骤S102中，控制器41校正目标牵引力。控制器41通过将牵引力系数乘以目标牵引力来校正目标牵引力。关于牵引力系数，将在后面叙述。

在步骤S103中，控制器41决定PTO要求转矩。控制器41根据工作装置操作量与液压泵25的排出压决定PTO要求转矩。PTO要求转矩是经由PTO22连接于发动机21的设备中的要求转矩。PTO要求转矩包含液压泵25中的要求转矩。例如控制器41根据工作装置操作量决定工作油的要求流量。控制器41根据要求流量与排出压决定PTO要求转矩。另外，在两个以上的液压泵经由PTO22连接于发动机21的情况下，PTO要求转矩也可以还包含其他液压泵中的要求转矩。

在步骤S104中，控制器41决定要求发动机功率。要求发动机功率是发动机21中的要求马力。控制器41根据PTO要求转矩与目标牵引力决定要求发动机功率。例如控制器41根据PTO要求转矩与目标牵引力之和决定要求发动机功率。

在步骤S105中，控制器41决定目标发动机旋转速度。控制器41根据要求发动机功率决定目标发动机旋转速度。例如控制器41存储有目标发动机旋转速度数据D2。目标发动机旋转速度数据D2规定要求发动机功率Pe与目标发动机旋转速度Nt的关系。控制器41参照目标发动机旋转速度数据D2，根据要求发动机功率Pe决定目标发动机旋转速度Nt。

控制器41根据如上述那样决定的目标发动机旋转速度，决定对燃料喷射装置26的指令。由此，控制发动机21的输出以实现目标牵引力与PTO要求转矩。

另外，控制器41也可以根据目标发动机旋转速度与当前的发动机旋转速度决定发动机21的目标加速转矩。控制器41也可以根据PTO要求转矩、目标牵引力以及目标加速转矩决定发动机21的目标转矩。控制器41也可以基于发动机21的目标转矩控制发动机21。

图5是表示用于控制变速器23的处理的框图。如图5所示，在步骤S201中，控制器41决定输出加速度。输出加速度例如是变速器23的输出轴的加速度。但是，输出加速度也可以是位于变速器23内或者变速器23的下游的其他旋转要素的加速度。另外，输出加速度包含变速器23的输出轴的减速度。例如负的值的输出加速度的意思是减速度。控制器41根据目标牵引力与行驶负载决定变速器23的输出加速度。例如控制器41根据变速器23的输出转矩、作业机械1的加速度以及作业机械1的重量计算行驶负载。

在步骤S202中，控制器41决定输出旋转速度的推断值。输出旋转速度的推断值是被推断为规定时间后的输出旋转速度的值。规定时间例如根据控制器41的处理的控制周期决定。控制器41根据当前的输出旋转速度与输出加速度决定输出旋转速度的推断值。

在步骤S203中，控制器41决定发动机21的加速度。发动机21的加速度是发动机21的输出轴的加速度。发动机21的加速度也可以是变速器23的输入轴的加速度。控制器41根据发动机21的目标加速转矩决定发动机21的加速度。

在步骤S204中，控制器41决定输入旋转速度的推断值。输入旋转速度例如是变速器23的输入轴的旋转速度。输入旋转速度的推断值是被推断为规定时间后的输入旋转速度的值。控制器41根据当前的发动机旋转速度与发动机21的加速度决定输入旋转速度的推断值。

在步骤S205中，控制器41决定目标速度比。控制器41根据输出旋转速度的推断值与输入旋转速度的推断值决定目标速度比。目标速度比是输出旋转速度的推断值与输入旋转速度的推断值之比。

控制器41决定向变速器23的指令，以使变速器23的速度比成为目标速度比。例如在变速器23是HST的情况下，控制器41根据目标速度比决定HST的液压泵与液压马达的目标容量。在变速器23是HMT的情况下，控制器41与HST相同地根据目标速度比决定HMT的液压马达的目标转矩。在变速器23是EMT的情况下，控制器41根据目标速度比决定EMT的电动马达的目标转矩。由此，控制变速器23的速度比，以实现目标牵引力与目标发动机旋转速度。

接下来，对用于根据步骤S102中的控制模式校正目标牵引力的处理进行说明。如上述那样，控制器41通过将在步骤S101中决定的目标牵引力乘以牵引力系数来校正目标牵引力。牵引力系数根据所选择的控制模式而变更。例如第一模式中的牵引力系数是1。因而，控制器41不校正在步骤S101中决定的最初的目标牵引力地决定为目标牵引力。

在选择了第二模式时，第一模式中的牵引力系数是比1小的值。由此，在第二模式中，目标牵引力被校正为比第一模式小。

在选择了第二模式时，控制器41将与车速相应的第二模式系数决定为牵引力系数。控制器41存储有第二模式系数数据D3。第二模式系数数据D3规定车速与第二模式系数的关系。图6是表示第二模式系数数据D3的一个例子的图。如图6所示，在第二模式系数数据D3中，车速为V1以下，第二模式系数是C1。C1比1小。在第二模式系数数据D3中，车速为V2以上，第二模式系数是C2。C2比C1大。C2也可以是1。或者，C2也可以比1小。在车速是V1与V2之间的范围时，第二模式系数根据车速的增大而增大。

因而，至少在车速比V2小时，第二模式系数比1小。因此，目标牵引力被校正为比在步骤S101中决定的最初的目标牵引力小的值。由此，在第二模式中，相比于第一模式，目标牵引力被限制为更小的值。特别是在第二模式下的低速行驶时，目标牵引力被限制得较小。由此，能够提高作业机械1的燃料消耗性能。另外，控制器41根据车速的增大而使牵引力系数增加。由此，能够使第二模式下的高速行驶时的最高车速接近第一模式下的最高车速。

另外，控制器41在第二模式中根据作业机械1的加速度执行减弱目标牵引力的限制的控制(以下，称作“限制缓和控制”)。以下，对限制缓和控制进行说明。图7是表示限制缓和控制的处理的流程图。如图7所示，在步骤S301中，控制器41取得作业机械1的加速度。控制器41根据车速计算作业机械1的加速度。

在步骤S302中，控制器41决定加速度阈值。控制器41参照加速度阈值数据D4根据车速决定加速度阈值。图8是表示加速度阈值数据D4的一个例子的图。加速度阈值数据D4规定车速与加速度阈值的关系。如图8所示，在加速度阈值数据D4中，车速为V3以下，加速度阈值是A1。在加速度阈值数据D4中，车速为V4以上，加速度阈值是A2。A2比A1小。在加速度阈值数据D4中，在车速为V3与V4之间，加速度阈值根据车速的增大而降低。因而，控制器41根据车速的增大而使加速度阈值降低。

在步骤S303中，控制器41判定第一条件是否成立。第一条件是用于进行目标牵引力的限制的缓和的条件。第一条件作为AND条件，包含以下的条件(a1)、(b1)与(c1)。

(a1)加速器操作量＞第一操作阈值

(b1)作业机械1为行驶中。

(c1)作业机械1的加速度＜加速度阈值

第一操作阈值例如是100％。但是，第一操作阈值也可以比100％小。控制器41例如根据工作装置3以及/或者变速器23的状态，判定作业机械1是否为行驶中。

在步骤S303中，第一条件不成立时，处理进入步骤S304。在步骤S304中，控制器41如上述那样根据第二模式系数数据D3决定第二模式系数。然后，在步骤S305中，控制器41将第二模式系数决定为牵引力系数。

在步骤S303中，在第一条件成立时，处理进入步骤S306。在步骤S306中，控制器41决定牵引力系数的增加率。控制器41参照增加率数据D5，根据车速决定牵引力系数的增加率。图9是表示增加率数据D5的一个例子的图。在增加率数据D5中，牵引力系数的增加率根据车速的增大而降低。

在步骤S307中，控制器41使牵引力系数增加。控制器41以在步骤S306中决定的牵引力系数的增加率使牵引力系数逐渐增加。因而，在第二模式中第一条件成立时，目标牵引力的限制被缓和，相比于第二模式，目标牵引力增大。但是，控制器41以不超过1的方式增大牵引力系数。另外，牵引力系数为1意味着目标牵引力与第一模式相同。

控制器41基于校正后的目标牵引力，执行上述的步骤S101至S105的处理，决定目标发动机旋转速度。因而，控制器41根据牵引力系数的增大，相比于第二模式，使发动机旋转速度增大。另外，控制器41基于校正后的目标牵引力，执行上述的步骤S201至S205的处理，决定目标速度比。因而，控制器41根据牵引力系数的增大使目标变速比增加。

在步骤S308中，控制器41判定第二条件是否成立。第二条件是解除限制缓和控制而使控制模式返回通常的第二模式的条件。第二条件包含以下的条件(a2)以及(b2)作为OR条件。

(a2)加速器操作量＜第二操作阈值

(b2)作业机械1为行驶以外的状态。

第二操作阈值可以与第一操作阈值相同，也可以不同。第二操作阈值例如是100％。但是，第二操作阈值也可以比100％小。行驶以外的状态例如是挖掘中、或者前进与后退的切换中。例如控制器41根据工作装置3以及/或者变速器23的状态判定作业机械1是否为行驶以外的状态。

在步骤S308中第二条件成立时，处理返回S304。即，控制模式返回通常的第二模式。在第二条件不成立时，处理返回步骤S306。

在以上说明的本实施方式的作业机械1中，通过以第二模式控制发动机21与变速器23，能够提高燃料消耗性能。另外，在第二模式中作业机械1的加速度比加速度阈值小时，减弱目标牵引力的限制而决定目标牵引力。然后，基于目标牵引力控制发动机21。由此，能够抑制车速或者加速度的降低。而且，决定与目标牵引力相应的目标变速比，基于目标变速比控制变速器23。由此，能够迅速地抑制车速或者加速度的降低。

例如图10是表示在第二模式中执行限制缓和控制时的参数的变化的时序图。在图10所示的例子中，第一操作阈值是100％。另外，在图10所示的例子中，示出了作为控制模式选择了第二模式时的参数的变化。但是，虚线Vm1示出选择了第一模式时的车速的变化。实线Vm2示出选择了第二模式时的车速的变化。虚线Nm1示出选择了第一模式时的发动机旋转速度的变化。实线Nm2示出选择了第二模式时的发动机旋转速度的变化。

如图10所示，在时间T1，操作人员操作加速器操作部件44，使得加速器操作量从0％增大为100％。由此，在时间T1以后，车速、加速度、牵引力以及发动机旋转速度增大。另外，变速比根据车速的增大而变小。但是，之后，加速度以及牵引力降低，从时间T2起加速度变得比加速度阈值小。于是，控制器41使牵引力系数朝向上限值1逐渐增大。由此，加速度与牵引力的降低缓和。另外，控制成变速比与发动机旋转速度逐渐增大。由此，车速逐渐增大，能够达到与第一模式下的最高车速Vmax相同的车速。

以上，说明了本发明的一实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离发明的主旨的范围能够进行各种变更。作业机械1并不局限于轮式装载机，也可以推土机或者机动平地机等其他机械。

用于控制发动机21与变速器23的处理并不局限于上述的处理，也可以被变更、省略、或者追加。限制缓和控制的处理并不局限于上述的处理，也可以被变更、省略、或者追加。处理的执行顺序并不局限于上述，也可以被变更。上述的数据D1－D5并不局限于上述，也可以被变更。

第一条件并不局限于上述的条件，也可以被变更、省略、或者追加。例如也可以包含作业机械1的制动操作量比规定的第一制动阈值小的情况。第二条件并不局限于上述的条件，也可以被变更、省略、或者追加。例如也可以包含作业机械1的制动操作量比规定的第二制动阈值大的情况。

工业上的可利用性

根据本公开，在作业机械中，能够使燃料消耗性能提高并且迅速地抑制车速或者加速度的降低。

附图标记说明

2a 前车身

2b 后车身

21 发动机

23 变速器

24 行驶装置

32 前轮

33 后轮

35 车速传感器

41 控制器

44 加速器操作部件

Claims (13)

1.一种作业机械，具备：

发动机；

变速器，其连接于所述发动机，能够无级地变更变速比；

行驶装置，其连接于所述变速器，使机械行驶；

传感器，其用于检测机械的加速度；以及

控制器，其选择性地执行第一模式与相比于所述第一模式限制所述机械的目标牵引力的第二模式，

所述控制器在所述第二模式中所述机械的加速度比规定的加速度阈值小时减弱所述目标牵引力的限制而决定所述目标牵引力，决定与所述目标牵引力相应的目标变速比，基于所述目标变速比而控制所述变速器。

2.根据权利要求1所述的作业机械，其中，

所述控制器通过对所述第一模式中的目标牵引力乘以牵引力系数来决定所述第二模式中的目标牵引力，

在所述第二模式中所述机械的加速度比所述规定的加速度阈值小时使所述牵引力系数增加。

3.根据权利要求2所述的作业机械，其中，

所述控制器根据所述牵引力系数的增大使所述目标变速比增加。

4.根据权利要求2或3所述的作业机械，其中，

所述控制器根据车速决定所述牵引力系数的增加率，使所述牵引力系数以所述增加率增加。

5.根据权利要求4所述的作业机械，其中，

所述控制器根据车速的增大使所述增加率降低。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的作业机械，其中，

所述控制器根据车速决定所述牵引力系数。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的作业机械，其中，

所述控制器根据车速的增大使所述牵引力系数增加。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的作业机械，其中，

所述控制器根据车速决定所述规定的加速度阈值。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的作业机械，其中，

所述控制器根据车速的增大使所述规定的加速度阈值降低。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的作业机械，其中，

还具备能够由操作人员操作的加速器操作部件，

所述控制器取得所述加速器操作部件的操作量，在所述第二模式中，在所述加速器操作部件的操作量比规定的操作阈值大并且所述机械的加速度比所述规定的加速度阈值小时，减弱所述目标牵引力的限制而决定所述目标牵引力，决定与所述目标牵引力相应的目标变速比，基于所述目标变速比控制所述变速器。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的作业机械，其中，

所述控制器基于所述目标牵引力控制所述发动机。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的作业机械，其中，还具备：

前车身；以及

后车身，其相对于所述前车身以能够左右回旋的方式连接，

所述行驶装置包含设于所述前车身的前轮与设于所述后车身的后轮。

13.一种作业机械的控制方法，该作业机械具备：发动机；变速器，其连接于所述发动机，能够无级地变更变速比；以及行驶装置，其连接于所述变速器，使机械行驶，其中，所述作业机械的控制方法具备：

检测机械的加速度；

选择性地执行第一模式与相比于所述第一模式限制所述机械的目标牵引力的第二模式；

在所述第二模式中所述机械的加速度比规定的加速度阈值小时，减弱所述目标牵引力的限制而决定所述目标牵引力；

决定与所述目标牵引力相应的目标变速比；以及

基于所述目标变速比控制所述变速器。

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