CN117280140A - 作业机械的变速系统 - Google Patents

Abstract

变速系统(90)具有变速器(80d)、检测输入轴(61)的转速及旋转相位的第一磁传感器(72)、检测输出轴(63)的转速及旋转相位的第二磁传感器(74)、取得施加于变速器(80d)的负载转矩的控制器(70)。控制器(70)在离合器从开放状态切换到卡合状态的情况下，以离合器不再滑动时为基准，求出输入轴(61)的旋转相位与输出轴(63)的旋转相位的相位差。控制器(70)基于求出的相位差取得施加于变速器(80d)的负载转矩。

Description

作业机械的变速系统

技术领域

本发明涉及一种作业机械的变速系统。

背景技术

以往，公知有具备配置在动力源与行驶体之间的变速器的作业机械(轮式装载机、推土机、平地机、自卸车等)。变速器改变来自动力源的动力的转速及旋转方向而传递给行驶体。

由于在变速器的内部，部件损坏会导致故障，因此需要在部件损坏前对变速器进行检修(overhaul)。部件损伤的时刻可根据施加于变速器的负载转矩来推定。

在专利文献1中公开了基于发动机的转速和变速器的主转矩系数以及转矩比来计算施加于变速器的负载转矩的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-169508号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，为了更加准确地判断变速器是否需要检修，希望高精度地测定施加于变速器的负载转矩。

本发明的课题在于提供一种能够高精度地测定施加于变速器的负载转矩的作业机械的变速系统。

用于解决课题的技术方案

本公开一方面的作用机械的变速系统包括变速器、第一复合传感器、第二复合传感器和控制器。变速器具有离合器、第一轴及第二轴，所述离合器可切换为卡合状态和开放状态，所述第一轴配置在离合器的输入侧，所述第二轴配置在离合器的输出侧。第一复合传感器检测第一轴的转速和旋转相位。第二复合传感器检测第二轴的转速和旋转相位。控制器取得施加于变速器的负载转矩。控制器在离合器从开放状态切换到卡合状态的情况下，以离合器不再滑动时为基准，求出由第一复合传感器检测出的第一轴的旋转相位与由第二复合传感器检测出的第二轴的旋转相位的相位差。控制器基于求出的相位差取得负载转矩。

发明效果

根据本发明的技术，能够提供一种可高精度地测定施加于变速器的负载转矩的作业机械的变速系统。

附图说明

图1是表示实施方式的作业机械的结构的示意图。

图2是表示实施方式的第一磁环和第一磁传感器的结构的剖面图。

图3是示意性地表示相位差与负载转矩的关系的映射图。

图4是用于说明负载转矩的求法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式的变速系统进行说明。在附图中，对相同的构成要件或对应的构成要件标注相同的标记，为了便于说明，具有将结构省略或简化的部分。

(作业机械100)

图1是表示实施方式的作业机械100的结构的示意图。作为作业机械100，可举出轮式装载机、推土机、平地机、自卸车等，但不限于此。

作业机械100具备发动机80a、变矩器80b、锁止离合器80c、变速器80d、锥齿轮80e、差动器80fa、最终齿轮80fb、制动器80g以及轮胎80h。发动机80a是驱动源的一例。轮胎80h是行驶体的一例。

发动机80a产生动力。由发动机80a产生的动力经由变矩器80b或锁止离合器80c传递给变速器80d。变速器80d使动力的转速及旋转方向变化而传递给锥齿轮80e。传递到锥齿轮80e的动力经由差动器80fa及最终齿轮80fb驱动轮胎80h旋转。在最终齿轮80fb与轮胎80h之间配置有制动器80g。

变速器80d例如是行星齿轮式变速器。变速器80d具有第一至第五行星齿轮机构10～50、多个离合器1～7、输入轴61、中间轴62、输出轴63以及第一至第四行星架64～67。输入轴61是第一轴的一例。输出轴63是第二轴的一例。中间轴62是第三轴的一例。

第一至第五行星齿轮机构10～50依次从输入侧向输出侧配置。

输入轴61、中间轴62及输出轴63分别相互配置在同轴上。输入轴61、中间轴62及输出轴63分别沿规定的旋转轴方向延伸。

来自发动机80a的动力被输入到输入轴61。由变速器80d调整了转速及旋转方向的动力从输出轴63输出。

第一行星齿轮机构10具有第一太阳齿轮11、多个第一行星齿轮12、第一齿圈13及第一行星架64。

输入轴61插通第一太阳齿轮11。第一太阳齿轮11和输入轴61能够相对旋转。第一太阳齿轮11以其旋转被制动的方式与离合器7连接。离合器7例如是制动器。

各第一行星齿轮12与第一太阳齿轮11啮合。各第一行星齿轮12绕第一太阳齿轮11公转。各第一行星齿轮12在被第一行星架64支承的状态下自转。

第一齿圈13与各第一行星齿轮12啮合。第一齿圈13固定在中间轴62上，与中间轴62一体旋转。第一齿圈13和中间轴62也可以由一个部件构成。

第一行星架64固定在输入轴61上，与输入轴61一体旋转。第一行星架64和输入轴61也可以由一个部件构成。

在输入轴61与中间轴62之间配置有离合器5。离合器5能够切换为卡合状态(接通状态)和开放状态(断开状态)。在离合器5为卡合状态时，离合器5成为将发动机80a的动力从输入轴61向中间轴62传递的传递状态。当离合器5处于开放状态时，离合器5成为将从输入轴61向中间轴62的动力传递切断的切断状态。

第二行星齿轮机构20具有第二太阳齿轮21、多个第二行星齿轮22、第二齿圈23及第二行星架65。

第二太阳齿轮21固定在中间轴62上，与中间轴62一体旋转。第二太阳齿轮21和中间轴62也可以由一个部件构成。

各第二行星齿轮22与第二太阳齿轮21啮合。各第二行星齿轮22绕第二太阳齿轮21公转。各第二行星齿轮22在被第二行星架65支承的状态下自转。

在第二行星架65与中间轴62之间，经由部件24配置有离合器6。部件24固定在中间轴62上，与中间轴62一体旋转。离合器6能够切换为卡合状态(接通状态)和开放状态(断开状态)。在离合器6处于与部件24卡合的卡合状态时，离合器6成为从中间轴62向第二行星架65传递动力的传递状态。在离合器6处于从部件24开放的开放状态时，离合器6处于将从中间轴62向第二行星架65的动力传递切断的切断状态。

第二齿圈23与各第二行星齿轮22啮合。第二齿圈23以其旋转被制动的方式与离合器1连接。离合器1例如是制动器。

第三行星齿轮机构30具有第三太阳齿轮31、多个第三行星齿轮32、第三齿圈33及第三行星架66。

第三太阳齿轮31固定在中间轴62上，与中间轴62一体旋转。第三太阳齿轮31和中间轴62也可以由一个部件构成。

各第三行星齿轮32与第三太阳齿轮31啮合。各第三行星齿轮32绕第三太阳齿轮31公转。各第三行星齿轮32在被第三行星架66支承的状态下自转。

第三齿圈33与各第三行星齿轮32啮合。第三齿圈33以其旋转被制动的方式与离合器2连接。离合器2例如是制动器。第三齿圈33固定在第二行星架65上，与第二行星架65一体旋转。第三齿圈33和第二行星架65也可以由一个部件构成。

第三行星架66固定在输出轴63上，与输出轴63一体旋转。第三行星架66和输出轴63也可以由一个部件构成。

第四行星齿轮机构40具有第四太阳齿轮41、多个第四行星齿轮42和第四齿圈43。

第四太阳齿轮41固定在中间轴62上，与中间轴62一体旋转。第四太阳齿轮41和中间轴62也可以由一个部件构成。

各第四行星齿轮42与第四太阳齿轮41啮合。各第四行星齿轮42绕第四太阳齿轮41公转。各第四行星齿轮42在被第三行星架66支承的状态下自转。

第四齿圈43与各第四行星齿轮42啮合。第四齿圈43以其旋转被制动的方式与离合器3连接。离合器3例如是制动器。

第五行星齿轮机构50具有第五太阳齿轮51、多个第五行星齿轮52、第五齿圈53及第四行星架67。

第五太阳齿轮51固定在第四齿圈43上，与第四齿圈43一体旋转。第五太阳齿轮51和第四齿圈43也可以由一个部件构成。

各第五行星齿轮52与第五太阳齿轮51啮合。各第五行星齿轮52绕第五太阳齿轮51公转。各第五行星齿轮52以被第四行星架67支承的状态自转。

第五齿圈53与各第五行星齿轮52啮合。第五齿圈53以其旋转被制动的方式与离合器4连接。离合器4例如是制动器。

第四行星架67固定在输出轴63上，与输出轴63一体旋转。第四行星架67和输出轴63也可以由一个部件构成。

各离合器1～7例如是液压式的离合器机构，可由多个盘构成。各离合器1～7根据来自后述的控制器70的指令信号切换为卡合状态或开放状态。

在如上构成的变速器80d中，通过组合各离合器1～7的卡合及开放，分别切换高低速(H、L)、速度级(1ST、2ND、3RD、4TH)及前进后退(F、R)。随之，变更中间轴62的转速相对于输入轴61的转速的比(以下称为“第一转速比”)和输出轴63的转速相对于中间轴62的转速的比(以下称为“第二转速比”)。

(变速系统90)

如图1所示，作业机械100具备变速系统90。

变速系统90具有上述变速器80d、第一磁环71、第一磁传感器72、第二磁环73、第二磁传感器74、转速传感器75以及控制器70。

图2是表示第一磁环71和第一磁传感器72的结构的剖面图。在图2中，图示了与输入轴61的旋转轴方向垂直的截面。

第一磁环71固定在变速器80d的输入轴61上，与输入轴61一体旋转。

第一磁环71具有主磁栅尺301和副磁栅尺302。主磁栅尺301形成为圆环状。主磁栅尺301沿圆周方向包围输入轴61。主磁栅尺301由在圆周方向上排列的多个磁极对(1个N极和1个S极的对)构成。副磁栅尺302形成为圆环状。副磁栅尺302沿圆周方向包围主磁栅尺301。副磁栅尺302由与主磁栅尺301同心圆状排列的多个磁极对构成。在主磁栅尺301的磁极对的数量设为N时，通过使副磁栅尺302的磁极对的数量为N-1或N+1，实现游标卡尺(vernier)原理(欧洲专利申请公开公报第2006-282172号说明书)。

第一磁传感器72与第一磁环71相对。第一磁传感器72检测输入轴61的每单位时间的转速(以下简称为“转速”)及旋转相位(旋转角度)。第一磁传感器72是复合地检测输入轴61的转速及旋转相位二者的第一复合传感器的一例。

第一磁传感器72具有第一磁传感器303和第二磁传感器304。第一磁传感器303检测主磁栅尺301的磁通密度。第二磁传感器304检测副磁栅尺302的磁通密度。

当主磁栅尺301与输入轴61一体旋转时，主磁栅尺301的磁场作为根据输入轴61的旋转位移而磁通密度正弦波状地变化的第一磁信号，由第一磁传感器303检测。另一方面，当主磁栅尺301与输入轴61一体旋转时，副磁栅尺302的磁场作为根据输入轴61的旋转位移而磁通密度的周期比第一磁信号短的正弦波状的第二磁信号，第二磁传感器304检测。第一磁传感器303将第一磁信号转换为电气信号并输出到控制器70。第二磁传感器304将第二磁信号转换为电气信号并输出到控制器70。这些电气信号间的偏移量根据输入轴61的旋转位置而变化。根据该偏移量，基于游标卡尺原理，能够高精度地检测输入轴61的转速及旋转相位(旋转角度)二者。

第二磁环73固定在变速器80d的输出轴63上，与输出轴63一体旋转。第二磁环73的结构与图2所示的第一磁环71相同。

第二磁传感器74与第二磁环73相对。第二磁传感器74的结构与图2所示的第一磁传感器72相同。第二磁传感器74检测输出轴63的转速及旋转相位。第二磁传感器74是复合检测输出轴63的转速及旋转相位二者的第二复合传感器的一例。

转速传感器75配置在变速器80d的内部。转速传感器75检测中间轴62的转速。在本实施方式中，转速传感器75检测部件24的转速。作为利用转速传感器75检测转速的检测方法，例如可举出在部件24的外缘形成齿轮，利用转速传感器75检测每单位时间通过的齿数的方法。作为转速传感器75，可使用磁性或光学式的传感器，但不限于此。

控制器70通过向多个离合器1～7分别输出指令信号，进行变速器80d的切换。在本实施方式中，控制器70进行高速(H)及低速(L)的切换、速度级(1ST、2ND、3RD、4TH)的切换、前进及后退(R)的切换。

控制器70从第一磁传感器72取得输入轴61的转速和旋转相位。控制器70从第二磁传感器74取得输出轴63的转速和旋转相位。控制器70从转速传感器75取得中间轴62的转速。

控制器70在多个离合器1～7中的至少一个离合器从开放状态切换到卡合状态的情况下，检测该至少一个离合器不再滑动的时刻。离合器不再滑动意味着离合器完全卡合。此时，输入轴61和输出轴63经由离合器连结，但不产生从输入轴61向输出轴63的转矩传递。在本实施方式中，离合器不再滑动的时刻与输入轴61的转速、输入轴61的转速和上述第一转速比的乘积值(以下称为“第一乘积值”)及中间轴62的转速和上述第二转速比的乘积值(以下称为“第二乘积值”)一致的时刻相同。因此，控制器70通过输入轴61的转速、第一乘积值及第二乘积值分别一致，能够检测离合器不再滑动。

控制器70在离合器不再滑动的时刻，对输入轴61及输出轴63各自的旋转相位进行初始化。将旋转相位初始化意味着将旋转相位设定为零点。因此，离合器不再滑动时的输入轴61及输出轴63各自的旋转相位相互成为等值。

控制器70在将旋转相位进行初始化后，求出输入轴61的旋转相位与输出轴63的旋转相位的相位差。该相位差起因于施加于变速器80d的负载转矩。施加在变速器80d上的负载转矩是指从经由离合器连结的输入轴61朝向输出轴63通过变速器80d内的转矩。负载转矩越大，输出轴63的旋转相位与输入轴61的旋转相位相比相对增大，相位差变大。

控制器70基于求出的相位差取得施加于变速器80d的负载转矩。例如，如图3所示，控制器70能够使用表示相位差与负载转矩的关系的映射图，根据相位差求出负载转矩。控制器70也可以通过将求出的相位差代入表示相位差和负载转矩的关系的式中来求出负载转矩。控制器70也可以使用表示相位差与负载转矩的关系的表，根据相位差求出负载转矩。而且，控制器70也可以在将相位差变换为其他参数(例如扭转角度)之后求出负载转矩。

另外，相位差和负载转矩的关系，能够通过在事前的台架试验中，测定施加在输入轴61与输出轴63之间的负载转矩和输入轴61及输出轴63的相位差的关系来掌握。相位差与负载转矩的关系因速度级的不同而不同，因此优选对多个离合器1～7的每个组合进行台架试验。

另外，控制器70可以实时地求出负载转矩，也可以仅在期望的时刻求出负载转矩。

如上所述，控制器70在离合器从开放状态切换到卡合状态的情况下，以离合器不再滑动时为基准，求出输入轴61的旋转相位与输出轴63的旋转相位的相位差。控制器70基于求出的相位差取得施加于变速器80d的负载转矩。

这样，根据本公开的变速系统90，通过利用由从输入轴61向输出轴63的转矩传递而产生的变速器80d内的扭转，能够简便且高精度地取得负载转矩。

另外，如果将第一磁环71、第一磁传感器72、第二磁环73、第二磁传感器74以及转速传感器75后附于现有的变速器80d，则能够构筑上述的变速系统90，因此在不能将转矩传感器后附于变速器80d的内部的情况下特别有用。

(负载转矩的求法)

图4是用于说明负载转矩的求法的流程图。

在步骤S1中，控制器70向多个离合器1～7中的至少一个离合器输出卡合指令。

在步骤S2中，控制器70判定离合器是否不再滑动。如果输入轴61的转速、第一乘积值(输入轴61的转速与第一转速比的乘积值)及第二乘积值(中间轴62的转速与第二转速比的乘积值)一致，则控制器70判断为离合器不再滑动，若不一致，则控制器70判断为离合器没有不再滑动。在离合器没有不再滑动的情况下，重复步骤S2的处理。在离合器不再滑动的情况下，进入步骤S3的处理。

在步骤S3中，控制器70将输入轴61及输出轴63各自的旋转相位初始化。

在步骤S4中，控制器70求出输入轴61的旋转相位与输出轴63的旋转相位的相位差。

在步骤S5中，控制器70基于相位差取得施加于变速器80d的负载转矩。

(实施方式的变形例)

本发明不限于以上的实施方式，能够在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变形或修正。

(变形例1)

在上述实施方式中，以使用了行星齿轮机构的变速器80d为例进行了说明，但本公开的变速系统不限于使用了行星齿轮机构的变速器，可适用于具有离合器的变速器。

(变形例2)

在上述实施方式中，说明了将本公开的变速系统应用于具备3个轴(输入轴61、输出轴63及中间轴62)和7个离合器1～7的变速器80d的情况，但不限于此。例如，本公开的变速系统也可适用于具有一个离合器、配置在离合器的输入侧的第一轴、配置在离合器的输出侧的第二轴的变速器。在这种情况下，离合器不再滑动意味着第一轴的转速与第二轴相对于第一轴的转速比和第一轴的转速的乘积值一致。

(变形例3)

在上述实施方式中，参照图2说明了第一磁环71和第一磁传感器72的结构，但不限于此，只要能够检测输入轴61的旋转相位即可。

(变形例4)

在上述实施方式中，变速系统90具备检测输入轴61的转速及旋转相位二者的第一磁传感器72、和检测输出轴63的转速及旋转相位二者的第二磁传感器74，但不限于此。

变速系统90可以代替第一磁传感器72而分别具备检测输入轴61的转速的第一转速传感器和检测输入轴61的旋转相位的第一相位传感器。

同样，变速系统90也可以代替第二磁传感器74而分别具备检测输出轴63的转速的第二转速传感器和检测输出轴63的旋转相位的第二相位传感器。

作为第一及第二转速传感器，可使用与上述实施方式的转速传感器75相同的结构。作为第一及第二相位传感器，可使用与上述实施方式的第一磁传感器72相同的结构。

(变形例5)

在上述实施方式中，输入轴61、中间轴62及输出轴63配置在同轴上，但输入轴61、中间轴62及输出轴63的至少一个轴也可以配置在与其他轴不同的轴上。

附图标记说明

1～7：离合器

61：输入轴

62：中间轴

63：输出轴

70：控制器

71：第一磁环

72：第一磁传感器

73：第二磁环

74：第二磁传感器

75：转速传感器

80d：变速器

90：变速系统

100：作业机械

Claims (4)

1.一种作业机械的变速系统，其中，包括：

变速器，其具有能够切换为卡合状态和开放状态的离合器、配置在所述离合器的输入侧的第一轴、配置在所述离合器的输出侧的第二轴；

第一复合传感器，其检测所述第一轴的转速及旋转相位；

第二复合传感器，其检测所述第二轴的转速及旋转相位；

控制器，其取得施加于所述变速器的负载转矩，

所述控制器在所述离合器从开放状态切换到卡合状态的情况下，以所述离合器不再滑动时为基准，求出由所述第一复合传感器检测出的所述第一轴的旋转相位与由所述第二复合传感器检测出的所述第二轴的旋转相位的相位差，

所述控制器基于求出的所述相位差取得所述负载转矩。

2.如权利要求1所述的作业机械的变速系统，其中，具有：

第三轴，其配置在所述第一轴与所述离合器之间、或所述离合器与所述第二轴之间；

转速传感器，其检测所述第三轴的转速，

所述控制器在所述离合器从开放状态切换到卡合状态的情况下，以所述离合器不再滑动时为基准求出所述相位差。

3.一种作业机械的变速系统，其中，包括：

变速器，其具有能够切换为卡合状态和开放状态的离合器、配置在所述离合器的输入侧的第一轴、配置在所述离合器的输出侧的第二轴；

第一转速传感器，其检测所述第一轴的转速；

第一相位传感器，其检测所述第一轴的旋转相位；

第二转速传感器，其检测所述第二轴的转速；

第二相位传感器，其检测所述第二轴的旋转相位；

控制器，其取得施加于所述变速器的负载转矩，

所述控制器在所述离合器从开放状态切换到卡合状态的情况下，以所述离合器不再滑动时为基准，求出由所述第一相位传感器检测出的所述第一轴的旋转相位与由所述第二相位传感器检测出的所述第二轴的旋转相位的相位差，

所述控制器基于求出的所述相位差取得所述负载转矩。

4.如权利要求3所述的作业机械的变速系统，其中，具有：

第三轴，其配置在所述第一轴与所述离合器之间、或所述离合器与所述第二轴之间；

第三转速传感器，其检测所述第三轴的转速，

所述控制器在所述离合器从开放状态切换到卡合状态的情况下，以所述离合器不再滑动时为基准求出所述相位差。