JP2004286229A - 油圧式駆動装置の変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 建設機械等においても開回路式を用いて、建設機械車両、農業機械、自動車等の走行の効率、あるいは制御性、信頼性の良い油圧式駆動装置の変速装置を提供する。
【解決手段】 油圧ポンプと、可変容量型油圧モータと、前後進を切り換えるクローズド・センター切換弁とからなる油圧式駆動装置の変速装置において、シフタ選択位置センサと、モータ回転速度センサと、切換弁と油タンクとの間の戻り回路の戻り圧力を制御する２段背圧弁と、シフトレバーの選択の変化、及び、モータ回転速度センサからのモータ回転速度と記憶されているモータの最低許容回転速度および最大許容回転速度、とを比較し、油圧モータの回転速度がモータの最低許容回転速度および最大許容回転速度の間にあるとき、クローズド・センター切換弁、２段背圧弁、および、可変容量型油圧モータに指令を出力する制御装置とからなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、油圧式駆動装置の変速装置に係わり、特には、建設機械車両、農業機械、自動車等に用いる油圧式駆動装置の変速装置に関する。

従来、建設機械車両、農業機械、自動車等に用いる動力伝達装置には、機械式、油圧式、電気式等いろいろな形式のものがあるが、建設機械車両の小型車両については、特許文献１のような油圧式のものが比較的に多く使用されている。油圧式は走行速度がゼロから無段階に変換できるので操作性に優れている良さが評価されているためである。その反面、機械式より効率が劣ることや、コストが高いという短所がある。ところが、ホイール式パワーショベル等の建設機械では、掘削、排土等を行う作業機が搭載され、この作業機を作動させるためにエンジンの全出力を油圧ポンプにより変換して用いているため、逆に油圧式の駆動装置を用いた方が安価になるという場合もある。また、このような油圧式の駆動装置を用いた場合には、閉回路式、あるいは、開回路式の２方式があり、それぞれ異なった特徴があり、用途に応じて用いられている。例えば、走行を主体とする建設機械において走行以外に大流量の油圧が必要な場合には開回路式の方式が用いられている。また、作業機では操作性の向上より、最近ではクロズドセンター・ロードセンシング回路が用いられ、これに、クロズドセンター弁が採用されている。一方では、走行の効率、あるいは、制御性を重要視する場合には閉回路式が用いられている。また、従来では、図１６に示すカウンタバランス弁を用いた回路であり、カウンタバランス弁の戻り油を制御し、坂道を下降するときの速度制御（暴走の防止）を行っている。図１６において、エンジン等の駆動源１により駆動される可変容量型油圧ポンプ２１０と、油圧ポンプ２１０の容積を制御する容量制御装置２１１と、前後進切換弁２１２と、切換弁を制御する比例電磁弁２１３、２１４と、カウンタバランス弁２１５と、可変容量型油圧モータ２１６と、油圧モータ２１６の容積を制御する容量制御装置２１７と、からなっている。

特開平５−２６３９２６号公報

上記従来の回路では次の問題が生ずる。走行回路にカウンタバランス弁を用いた場合には、前後進切換弁、カウンタバランス弁を絞り制御しているために効率が低下するとともに、走行時に発熱するために大きい冷却器、および、より大きい出力のエンジンが必要になり、車両が大きくなり、コストアップにもなる。作業性を重視した車両において、走行回路にクロズドセンター弁を用いると、カウンタバランス弁と同様にバルブを絞って制御しているために同様な不具合が生じ、特に、高速で、長距離走行する車両では抵抗が大きくなり効率が低下するとともに、発熱量も多くなり、大きな冷却器が必要になる。

さらに、開回路式を走行の効率、あるいは制御性を重要視する建設機械等の油圧式駆動装置の変速装置に用いると次の問題が生ずる。中立から前進、前進から後進、あるいは、後進から前進等の前後進の変速を行なうとき、現在の車速のいかんにかかわらずに発進あるいは変速操作を行うが、シフトレバーの進行方向と実車の進行方向に食い違いがあった場合に、モータ回転がゼロになるまではブレーキ動作が行われるが、このことを認識せずに制御を行うとキャビテーションが生じたり、過剰なブレーキがかかるという不具合が発生する。例えば、前進方向に高速で回転しているのを後進方向に変速を切り換えた場合の実施例を図１５に示している。図１５において、（ａ）図は前進側の電磁比例弁の作動により、方向切換弁に対して前進方向に作用させるパイロット圧力を示している。
（ｂ）図は後進側の電磁比例弁の作動により、方向切換弁に対して後進方向に作用させるパイロット圧力を示している。
（ｃ）図は油圧モータを前進方向に回転させるための圧力（Ｐａ）を示している。
（ｄ）図は油圧モータを後進方向に回転させるための圧力（Ｐｂ）を示している。
（ｅ）図は油圧モータの押しのけ容積を制御する斜軸を作動させる電磁比例弁のパイロット圧力を示している。
（ｆ）図は油圧モータ出力軸の回転速度で、前進方向の回転から減速していることを示している。

図１５（ａ）のＷ点まではパイロット圧力を前進方向に作用させ、図１５（ｂ）のＷ点からはパイロット圧力を後進方向に作用させている。これにより、（ｆ）図に示すようにＷ点から油圧モータにブレーキがかかり出力軸は減速しているが、このとき、（ｃ）図の油圧モータの供給側の圧力（Ｐａ）は方向切換弁が閉じられるためにゼロになる。（ｄ）図の油圧モータを後進方向に回転させるための圧力（Ｐｂ）は、油圧モータが車両の慣性により前進方向に回転しているが、前進側の供給が既に断たれているためにＶ点でキャビテーションが発生していることを示している。このように、前進方向に高速で回転してのを後進方向に変速を切り換えた場合にキャビテーションが発生して油圧機器の寿命を低下させるとともに、ブレーキ作用ができず制御不能となるという問題がある。

また、車両を駆動する油圧モータの出力軸に、クラッチによりトルクを断続する副変速機を設けた場合には、シフトレバーの選択の変化をさせ、前後進を切り換えたときに切り換える前の油圧モータの回転速度あるいは回転方向と、車両の惰行運転による連れ回りによる油圧モータの回転速度あるいは回転方向とがマッチングせずに油圧モータが破損するという問題がある。

本発明は上記従来の問題点に着目し、油圧式駆動装置の変速装置およびその変速制御方法に係わり、特には、建設機械等においても開回路式を用いて、建設機械車両、農業機械、自動車等の走行の効率、あるいは制御性、信頼性の良い油圧式駆動装置の変速装置およびその変速制御方法の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、第１の発明は、駆動源により駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油を受けて駆動力、回転速度を出力する可変容量型油圧モータと、油圧ポンプと油圧モータの間に配設され前進と後進を切り換えるクローズド・センター切換弁とからなる油圧式駆動装置の変速装置において、シフトレバーの選択の変化を検知するシフタ選択位置センサと、油圧モータからの回転速度を検出するモータ回転速度センサと、切換弁と油タンクとの間の戻り回路の戻り圧力を制御する可変圧力の２段背圧弁と、シフトレバーの選択の変化、及び、モータ回転速度センサからのモータ回転速度と記憶されているモータの最低許容回転速度およびモータの最大許容回転速度、とを比較し、油圧モータの回転速度がモータの最低許容回転速度およびモータの最大許容回転速度の間にあるとき、クローズド・センター切換弁、２段背圧弁、および、可変容量型油圧モータに指令を出力する制御装置とからなる。

また、第２の発明は、駆動源により駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油を受けて駆動力、回転速度を出力する可変容量型油圧モータと、油圧ポンプと油圧モータの間に配設され前進と後進を切り換えるクローズド・センター切換弁とからなる油圧式駆動装置の変速装置において、油圧モータの出力軸に接続され、クラッチによりトルクを断続する副変速機と、シフトレバーの選択の変化を検知するシフタ選択位置センサと、油圧モータの回転速度を検出するモータ回転速度センサと、シフタ選択位置センサからの信号によりシフトレバーの選択の変化を検知し、かつ、モータ回転速度センサからの信号により油圧モータの回転速度がモータの最低許容回転速度およびモータの最大許容回転速度の間にあるときに、車両の楕行運転により回転する油圧モータの流入出圧力を測定するために副変速機のクラッチを接続する指令を出力する制御装置とからなる。

上記構成によれば、従来ではカウンタバランス弁によりポンプからの供給量に応じたキャビティーションのないブレーキ作用を行っていたが、本発明では、開回路においてカウンタバランス弁を用いることなく、かつ、ブレーキ時と力行時に分けてクロズドセンター・ロードセンシング弁を制御し、さらに、２段切換の背圧弁を用いることによりキャビティーションを起こさずに円滑に発進、あるいは、変速をさせる。さらに、開回路式を用いて、作業機モードではクロズドセンター・ロードセンシング回路の良い点の操作性の向上が得られ、走行モードではクロズドセンター弁を開放して抵抗を少なくして発熱量を低減するとともに走行効率の向上を図ることができる。また、油圧モータを小さくするために減速比を大きくした副変速機を設け、この副変速機の伝達トルクをクラッチにより断続する場合でも、クラッチを接続して車両の楕行運転により回転する油圧モータの流入出圧力を測定し、シフトレバーの変化の位置と油圧モータの発生する流入出圧力とからブレーキ制御を行うため、油圧モータの回転速度あるいは回転方向とがクラッチを接続したときの油圧モータの回転速度あるいは回転方向とがマッチングして、油圧モータが破損するという問題がなくなり、油圧機器の信頼性が向上する。

以下に、本発明に係わる油圧式駆動装置の変速装置およびその変速制御方法の実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の油圧式駆動装置の変速装置の１実施例を示す全体構成の概念図である。図１において、エンジン１により駆動される可変容量型油圧ポンプ１０（以下、油圧ポンプ１０という）は油タンク６より油を吸い込み、エンジン１の出力を圧油に変換し、変換された圧油は切換装置２０を経て可変容量型油圧モータ５０（以下、油圧モータ５０という）に送られ、油圧モータ５０で回転トルクに変換して建設機械等の車両を駆動している。エンジン１に燃料を供給する噴射ポンプ２にはアクチュエータ２ａが付設され、アクチュエータ２ａはコントローラ等の制御装置６０からの指令を受けてエンジン１の回転速度および出力を制御する。油圧ポンプ１０および油圧モータ５０には押しのけ容積を可変にする斜板等を制御するサーボ装置１１、５１が配設されサーボ装置１１、５１には制御装置６０からの指令を受けて切り換わる電磁切換弁を経てパイロット圧が作用して油圧ポンプ１０および油圧モータ５０の吐出容量を可変に制御している。

切換装置２０のクローズドセンタ・ロードセンシング弁２１（以下、ＣＬＳＳ弁２１という）は３位置よりなり、両端に制御装置６０からの指令を受けて切り換わる電磁切換弁４１、４２よりのパイロット圧が作用して前進位置（前）、あるいは後進位置（後）に切り換わる。ＣＬＳＳ弁２１と油タンク６との間の戻り回路２２には制御装置６０からの指令により２段階に切り換わり、タンク６への戻り油の戻り圧力を制御する可変圧力の２段背圧弁２３が配設されている。

制御装置６０には、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ３と、油圧モータの回転速度を検出し車両の速度を検出するモータ回転速度センサ５２と、油圧モータへの流出入する配管５６、あるいは、５７側に流出入圧力を検出するモータ圧力センサ５３、５４が配設されている。なお、このセンサは説明を理解し易くするために、便宜上前進側に油圧モータ５０を回転させる方向に圧力が作用する配管５６に取着されたセンサーを前進圧力センサ５３といい反対側の配管に取着されたセンサを後進圧力センサ５４という。なお、上記のモータ回転速度センサ５２は回転速度と回転方向を検出するが、２個のセンサを設けて、別々に回転速度と回転方向を検出しても良い。

また、制御装置６０には、車両の速度を制御するアクセルペタル６１と、車両の制動を制御するブレーキペタル６２と、および、車両の進行方向を選択するシフタ６３が配設されている。また、アクセルペタル６１にはアクセル量を検出するアクセル量検出センサ６１ａが、ブレーキペタル６２にはブレーキ量を検出するブレーキ量検出センサ６２ａが、シフタ６３には車両の進行方向を検出するシフタ選択位置センサ６３ａが付設されている。また、モード切り換えスイッチ６４には、車両に付設された図示しない作業装置を動かすために選択する作業モード（Ｓ）あるいは車両の走行を選択する走行モード（Ｍ）を検出するモード検出センサ６４ａが付設されている。上記の各センサは制御装置６０に接続され、制御装置６０にはそれぞれから所定の信号が入力される。

図２は本発明の油圧式駆動装置の変速装置の図１の詳細な実施例を示す全体構成図であり、図１と同一部品には同一符号を付している。油圧ポンプ１０には配管１２が取着され、配管１２は分岐されてその一方の配管１２ａには車両の駆動力用の切換装置２０が接続され、また、他の配管１２ｂは更に配管１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、・・に分岐され、配管１２ｃにはアンロード弁１３が、配管１２ｄ、１２ｅ、・・には作業機用の複数の作業機用ＣＬＳＳ弁４６ａ、４６ｂ・・・が接続され、作業機用ＣＬＳＳ弁４６ａは作業機用のアクチュエータ４７、４７ａへの圧油を給排している。

油圧ポンプ１０のサーボ装置１１は、トルクバリューコントロール弁１１ａ（以下、ＴＶＣ弁１１ａという）と、ロードセンシング弁１１ｂ（以下ＬＳ弁１１ｂという）と、サーボ１１ｃとから構成され、ＴＶＣ弁１１ａには油圧ポンプ１０の配管１２からのパイロット管１２ｗと制御装置６０からの信号が接続され、ＴＶＣ弁１１ａは制御装置６０からの指令を受けて油圧ポンプ１０の吐出圧力を広範囲に制御してＬＳ弁１１ｂに送り、油圧ポンプ１０の吐出量を広範囲にわたり思いのままに制御することによりパワーモード機能を持っている。例えば制御装置６０からの指令電流値が小さい場合にはポンプ吐出量を最大とし、指令電流値が大きい場合にはポンプ吐出量を減少し、ポンプ吐出容量（ｃｃ／ｒｅｖ）×吐出圧力を一定にする一定トルク制御等が行える。ＬＳ弁１１ｂには油圧ポンプ１０の配管１２からのパイロット管１２ｗとＬＳ回路の管４８ｗが接続されている。ＬＳ弁１１ｂは油圧ポンプ１０の吐出圧力（ＰＰ）と、ＣＬＳＳ弁２１および作業機用ＣＬＳＳ弁４６ａ、４６ｂ・・・のＬＳ回路からの圧力のうちチェック弁４９、４９ａを介して一番高い圧力（ＰＳ）とを受けている。また、ＬＳ弁１１ｂは差圧（ＰＰ−ＰＳ）であるＬＳ差圧（ＰＬＳ＝ＰＰ−ＰＳ）が一定になるように、ＴＶＣ弁１１ａからの圧力を制御してサーボ１１ｃに送り、油圧ポンプ１０の斜板角（ポンプの吐出量）を制御している。

切換装置２０は、ＣＬＳＳ弁２１と、吸込弁３１、３２と、安全弁３３、３４とからなり、走行用のＣＬＳＳ弁２１には、吸込弁３１、３２と、安全弁３３、３４が付設されている。吸込弁３１、３２と安全弁３３、３４の各々の一方側はＣＬＳＳ弁２１と油圧モータ５０との間に接続され、また他方側はＣＬＳＳ弁２１からの戻り回路２２でＣＬＳＳ弁２１と２段背圧弁２３との間に接続している。また、ＣＬＳＳ弁２１の両端部には前進あるいは後進に切り換えるパイロット圧力がそれぞれの所定の端面に作用しＣＬＳＳ弁２１をシフタ６３の操作に応じて切り換える。このパイロット圧力は、図示しないパイロツトポンプの吐出圧力が制御装置６０からの指令を受けて前進用の電磁切換弁４１あるいは後進用の電磁切換弁４２がそれぞれ切り換わり生ずる。

油圧モータ５０のサーボ装置５１には、制御装置６０からの指令を受けてモータ用の電磁切換弁５５が切り換わり図示しないパイロツトポンプの圧力が作用し、油圧モータ５０の押しのけ容積を制御している。油圧モータ５０はアクセル量に応じて油圧ポンプ１０からの吐出量を受けて所定の回転速度、すなわち、所定の車速を出力している。

２段背圧弁２３は、制御装置６０からの指令を受けて電磁切換弁２４が切り換わり図示しないパイロツトポンプの圧力が２段背圧弁２３に作用し戻り圧力を高い圧力あるいは低い圧力の２段階に制御している。高い圧力のときは、油圧モータ５０からの排出側の戻り油を吸込弁３１ａあるいは吸込弁３１ｂを通して、油圧ポンプ１０から油圧モータ５０への供給側の配管５６、あるいは５７に送油している。低い圧力のときは、そのまま油タンク６に戻している。

上記構成において、次に作動について説明する。まず、油圧式駆動装置の変速装置で油圧モータ５０が起動し、トルクを伝達して車両を発進、加速、あるいは、定速走行をしている状態の力行運転がある。また、坂道を下る、減速、あるいは、車両を停止するとき等の油圧モータ５０でブレーキ作用を行うブレーキ領域運転とがある。このような状態において、次に作動について図３、図４のフローチャートを用いて説明する。ステップ１でシフタ６３が前進位置Ｆから操作せずに変化しない場合、車両が停止している状態から前進又は後進を行う場合、あるいは、前進位置Ｆから後進Ｒに若しくは反対の後進Ｒから前進位置Ｆにする場合で、かつ、油圧モータの回転が低い場合には、ステップ２のＮＯの方の通常処理、即ち、次の力行運転が行われる。

即ち、制御装置６０には各センサからの信号が入力されているが、このうちモータ回転速度センサ５２と、シフタ選択位置センサ６３ａと、アクセル量検出センサ６１ａからの信号により次のように油圧式駆動装置が作動する。例えば、前進の場合に、シフタ選択位置センサ６３ａの信号とアクセル量検出センサ６１ａにより、前進用の電磁切換弁４１がアクセルペタル６１のアクセル量に応じて制御装置６０からの指令を受けて切り換わり、パイロット圧力を制御してＣＬＳＳ弁２１に送るとともに、油圧モータ５０のサーボ装置５１にも信号を送りモータ用の電磁切換弁５５が切り換わり油圧モータ５０に所定の押しのけ容積になるように斜板等を制御する。このとき、ＣＬＳＳ弁２１は油圧ポンプ１０からの吐出量に合わせて抵抗の少ない大きな開度量をとっており、油圧ポンプ１０からの吐出量を油圧モータ５０に送って所定の回転速度すなわち所定の車速を得る。油圧モータ５０からの戻り油はＣＬＳＳ弁２１から低圧の２段背圧弁２３を経て油タンク６に戻る。このとき、通常処理のＣＬＳＳ弁２１の内部抵抗の少ない力行運転が行われている。

次に、例えば、前進Ｆしている状態から後進Ｒに変化する場合において、オペレータがシフタ６３を前進位置Ｆから後進位置Ｒに操作するとＹＥＳのステップ３に進むが、油圧式駆動装置は次のように作動する。前進位置Ｆでは、シフタ選択位置センサ６３ａの信号とアクセル量検出センサ６１ａにより、前進用の電磁切換弁４１がアクセルペタル６１のアクセル量に応じて制御装置６０からの指令を受けて切り換わり、パイロット圧力を制御してＣＬＳＳ弁２１に送るとともに、油圧モータ５０のサーボ装置５１にも信号を送りモータ用の電磁切換弁５５が切り換わり油圧モータ５０に所定の押しのけ容積になるように斜板等を制御している。これにより、ＣＬＳＳ弁２１は中立位置（イ）から前進位置（ロ）に切り換わっていて、油圧モータ５０の前進側の配管に圧力が発生し、油圧モータ５０を前進方向に回転させる。このとき、ＣＬＳＳ弁２１は抵抗が生じない所定の開度で開いており、油圧ポンプ１０からの吐出量はアクセル量に応じて吐出されてＣＬＳＳ弁２１を経て油圧モータ５０に送られ、油圧モータ５０は所定の回転速度ωｏｕｔを得ている。この所定の回転速度ωｏｕｔをステップ３では、モータの最低回転速度ωｌｏｗと比較する。ステップ３では、油圧モータ５０の回転速度ωｏｕｔがモータの最低回転速度ωｌｏｗよりも小さい場合（ωｏｕｔ＜ωｌｏｗ）には、ステップ１のＮＯと同様に通常処理に進み前記と同様に作動する。

ステップ３で油圧モータ５０の回転速度ωｏｕｔがモータの最低回転速度ωｌｏｗよりも大きい場合（ωｏｕｔ≧ωｌｏｗ）には、ステップ４に行く。ステップ４ではこの所定の回転速度ωｏｕｔとモータの最高回転速度ωｈｉｇｈと比較する。ステップ４で油圧モータ５０の回転速度ωｏｕｔがモータの最高回転速度ωｈｉｇｈよりも大きい場合（ωｏｕｔ＞ωｈｉｇｈ）には、ステップ３に戻り、モータの許容値より以下になるまで変速を禁止してステップ３とステップ４を繰り返し、モータの最高回転速度ωｈｉｇｈよりも小さくなるまで待つ。ステップ４で油圧モータ５０の回転速度ωｏｕｔがモータの最高回転速度ωｈｉｇｈよりも小さい場合（ωｏｕｔ≦ωｈｉｇｈ）には、ステップ５に行く。

ステップ５では、制御装置６０は次の指令を出す。２段背圧弁２３には高い圧力となるように電磁切換弁２４に切り換わり指令と、油圧モータ５０には最低の押しのけ容積（所定値）になるように斜板等を制御するサーボ装置５１の電磁切換弁５５に切り換わり指令と、ＣＬＳＳ弁２１には前進位置（ロ）から中立位置（イ）に切り換わり指令をそれぞれに出力する。上記において、油圧モータ５０を最低の押しのけ容積（所定値）にするのはブレーキ力を最低にするためであり、ブレーキ力を大きくしたいときには最低の押しのけ容積より大きく取っても良い。

ステップ６では、ステップ５でキャビテーションの発生の可能性があるため状態を安定するのに一定時間が経過したか、否かを判別する。一定時間が経過しない場合には時間が経るまで待ち経過し安定したらステップ７に行く。ここで、モータの前進圧力センサ５３の値をＰｃａ後進圧力センサ５４の値をＰｃｂとして説明する。ＣＬＳＳ弁２１が中立位置（４）においてシフタ６３の指定する方向へ油圧モータが回転していない場合は、油圧モータ５０のブレーキ圧が入口方向の圧力センサに発生するため以下のような判断をする。ステップ７では、モータに掛かる圧力Ｐｃａ、Ｐｃｂがブレーキに必要なブレーキしきい値ＰＣより大きいか、否かを判断する。小さい場合（Ｐｃａ≦ＰＣ、あるいは、Ｐｃｂ≦ＰＣの場合）にはステップ２と同様に通常の処理を行う。大きい場合（Ｐｃａ＞ＰＣ、あるいは、Ｐｃｂ＞ＰＣの場合）には、ステップ８に行きシフトレバーが前進Ｆか、後進Ｒかを判断する。前進Ｆの場合には、ステップ９で、モータに掛かる圧力ＰｃａとＰｃｂとで、どちらが大きいかを判断する。Ｐｃａ≦Ｐｃｂ（Ｎ０）の場合には、前進Ｆと一致しているために、ステップ２と同様に通常の処理を行う。Ｐｃａ＞Ｐｃｂ（ＹＥＳ）の場合には、前進Ｆと一致していない（後進Ｒにある）ためにステップ１０に行く。

また、ステップ８で、後進Ｒの場合にはステップ１１へ行く。ステップ１１では、モータに掛かる圧力ＰｃａとＰｃｂとで、どちらが大きいかを判断する。Ｐｃａ≧Ｐｃｂ（ＮＯ）の場合には、後進Ｒと一致しているために、ステップ２と同様に通常の処理を行う。Ｐｃａ＜Ｐｃｂの場合には後進Ｒと一致していない（前進Ｆにある）ためにステップ１０に行く。ステップ１０では、モード切り換えスイッチ６４が作業モード（Ｓ）にあるか、あるいは、走行モード（Ｍ）にあるか、モード検出センサ６４ａにより検出し、走行モード（Ｍ）の場合には、ブレーキマップによりＭモード用のブレーキ量を出力する。即ち、ＣＬＳＳ弁２１を制御する電磁切換弁４１あるいは電磁切換弁４２、および、油圧モータ５０のサーボ装置５１にＭモード用のブレーキ量の指令を出力し、Ｍモードのアクセル開度に応じてモータ斜軸角を変化させ、また、ＣＬＳＳ弁２１の開口量を変化させる。

Ｓモードの場合には、ステップ１３に行き、Ｓモードに合わせてＭモードと同様の制御を行う。例えば、Ｍモードでは、アクセル開度に応じてモータ斜軸角の変化を大きくとりブレーキの利きの変化を大きくとり、Ｓモードでは、アクセル開度に応じてモータ斜軸角を全般的に高くとりブレーキ力を大きく取っている。なお、上記において判断基準は、例えば、モータの最低回転速度ωｌｏｗでは２段背圧弁２３の圧力が低い圧力のときに吸込弁３１ａあるいは吸込弁３１ｂを通して供給され供給量で、油圧モータがキャビテーションを生じない許容回転速度をとるか、油圧モータ自身がキャビテーションを生じない許容回転速度をとるか、あるいは、モータの回転速度がゼロに近い速度で回っている値をとる。また、モータの最高回転速度ωｈｉｇｈは２段背圧弁２３の圧力が高い圧力に設定されたとき、吸込弁３１ａあるいは吸込弁３１ｂを通して供給される供給量で、油圧モータがキャビテーションを生じない許容回転速度又は、モータ自信の許容回転数とする。

上記の作動において、アクセル開度が大きい場合で前進Ｆの車速が大きいときから、後進Ｒに切り換えた場合の波形をもとに図４で説明する。図５（ａ）は、ＣＬＳＳ弁２１を前進側に切り換えるための前進用の電磁切換弁４１の圧力を示し、ｐ点で作動が停止してＣＬＳＳ弁２１は中立位置に戻っている。図５（ｂ）は、ＣＬＳＳ弁２１を後進側に切り換えるための後進用の電磁切換弁４２の圧力を示し、ｑ点で作動が開始してＣＬＳＳ弁２１を後進側に切り換えている。図５（ｃ）は、モータの前進側に回転するための入口側の圧力を示し、ｐ点から２段背圧弁２３により高められた圧力が吸込弁３１ａあるいは吸込弁３１ｂを通して油圧モータ５０に戻り油を供給し、入口側に圧力が生じている。ｑ点からは２段背圧弁２３が作用しない通常のタンク６への戻り油の抵抗がかかり、低い圧力となっている。図５（ｄ）は、モータの後進側に回転するための入口側（前進時の戻り油側）の圧力を示し、ｐ点でＣＬＳＳ弁２１が閉じるために圧力が上昇してモータによるブレーキが掛かり、モータは図５（ｆ）のごとく減速を始める。また、ｑ点ではＣＬＳＳ弁２１の後進側が開口して、モータの後進側の回転を始めるモータに供給する圧油の制御を始める。図５（ｅ）は、油圧モータ５０に所定の押しのけ容積になるように斜板等を制御するモータ用の電磁切換弁５５の圧力を示し、ｐ点からｐｓまでは斜板を小さくしブレーキが必要であるか否かを判定している時間であり、ｐｓからｐｔまでは所定（ブレーキマップによる）のブレーキ力をかけている。図５（ｆ）は、油圧モータ５０の出力軸の回転速度を示し、ｐ点からブレーキがかかり、ほぼ回転速度がゼロ近傍になった位置ｐｕ（図５（ｂ）のｑ点）から後進用の電磁切換弁４２が切り換わる。図５（ｇ）は、２段背圧弁２３の作動を示し、ｐ点で制御装置６０からの指令を受けて電磁切換弁２４が切り換わり、油タンク６への戻り圧力を高い圧力に制御し、吸込弁３１あるいは吸込弁３２を通して油圧モータに戻り油を供給している。以上、前記のフローチャトにより制御することにより、図５（ｄ）のモータの後進側に回転する入口側の圧力に波形の乱れがなく、キャビティーションが発生していないことを示している。かつ、シフタの指定している逆方向に走行しているときに、ブレーキをかけることができる。

上記実施例では、油圧モータから出力軸に連結して直ぐに出力したが、車両が大型になり大型の油圧モータがない場合又は、けん引力を大きくしたいには、油圧モータからの出力軸に副変速機を設けることで対応できる。このときには、油圧モータは高速回転で使用されることが多く、キャビティションの発生には益々厳しくなる。このため、本発明の効果は増してくる。以下にその実施例について説明する。

図６は本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第２実施例を示す全体構成の概念図である。第２実施例は第１実施例の油圧モータ５０の出力軸５０ａにクラッチ式による副変速機７０が配設されている。なお、第１実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。図６において、副変速機７０は、例えば１速用と２速用とからなり、出力軸５０ａと同一軸上に、出力軸５０ａと連結された軸７１に固設されたギヤ７２とクラッチ７３が、またクラッチ７３を介して連結される軸７４に固設されたギヤ７５が配設されている。また出力軸５０ａと平行に配設された副軸上に、副軸７６に固設されたギヤ７７とクラッチ７８が、また、クラッチ７８を介して連結される副軸７９に固設されたギヤ８０が配設されている。１速用のクラッチ７３には、１速用の後述する電子式クラッチ油圧制御バルブ８５が、また、２速用のクラッチ７８には、２速用の後述する電子式クラッチ油圧制御バルブ８６が配設されている。副軸７９は図示しないタイヤに接続され、その副軸７９には、タイヤからの回転速度を検出し車両の速度を検出する出力回転速度センサ８７が配設されている。制御装置６０には、速度段レバー８１が配設され、速度段レバー８１には速度段選択位置センサ８１ａが付設されている。

上記において、副変速機７０の１速は、出力軸５０ａから軸７１、ギヤ７２、ギヤ７２に噛み合うギヤ７７、軸７６、クラッチ７８、および、副軸７９を経て出力される。２速は、出力軸５０ａから軸７１、クラッチ７３、軸７４、ギヤ７５、ギヤ７５に噛み合うギヤ８０、および、副軸７９を経て出力される。副変速機７０の１速あるいは２速の切り換えは、速度段選択位置センサ８１ａからの信号により、制御装置６０が１速用電子式クラッチ油圧制御バルブ８５か、または、２速用の電子式クラッチ油圧制御バルブ８６に信号を出力して、信号に応じたクラッチを接続して行われる。

クラッチ７３、７８は本出願人が既に出願している図７に示す制御装置を含む電子式クラッチ油圧制御バルブ１００の油圧クラッチ回路により構成されている。図７のクラッチ油圧制御バルブ１００は、クラッチ油圧を制御する圧力制御弁１０１と流量検出弁１０４と、フィリングおよびクラッチ圧検出用のセンサ部１０５で構成されている。圧力制御弁１０１は制御装置６０の制御装置６０によって制御され、またセンサ部１０５の検出信号Ｓは制御装置６０に入力される。このクラッチ油圧制御バルブ１００は、制御装置６０から比例ソレノイド１０７に指令が出力され、圧力制御弁１０１は比例ソレノイド１０７の推力により切り換わり、入力ポート１１０を介してポンプ１０８からの油を流入し、出力ポート１１１を介してクラッチ７３、７８へ油を供給する。流量検出弁１０４は出力ポート１１１を介してクラッチ７３、７８のクラッチパックが油で充満されるまで開いており、クラッチパックが油で充満されるとフィリング終了となり、もはや油が流れなくなるのでオリフィス１１２前後の差圧がなくなる。これによりバネ１１３により図示しないスプールが切り換わりセンサ部１０５でフィリング終了を検出し、制御装置６０に信号を出力する。

上記構成において、次に作動について図８、図９のフローチャートを用いて説明する。なお、図８、図９のフローチャートにおいて、第１実施例の図３、図４のフローチャートと同一の機能の場合には、同一のステップ記号を付して説明は省略する。ステップ３１では、速度段レバー８１が、例えば、１速にあるか、２速にあるかを判断する。１速にある場合には、ステップ３２に行き、制御装置６０の記憶部を１速用の油圧モータ５０の最高回転速度ωｈｉｇｈと最低回転速度ωｌｏｗとを選択する。２速にある場合には、ステップ３３に行き、制御装置６０の記憶部を２速用の油圧モータ５０の最高回転速度ωｈｉｇｈと最低回転速度ωｌｏｗとを選択する。

ステップ３２、３３で、それぞれの速度段に応じて、制御装置６０の記憶部に記憶されたら、ステップ１に行く。ステップ１、および、ステップ２、３、４、５では、第１実施例と同様に、速度段に応じて各ステップ毎の処理を行う。ステップ５で、２段背圧弁２３にＯＮの指令と、油圧モータ５０に斜板を小さくする指令と、ＣＬＳＳ弁２１に開度をゼロにする指令とを制御装置６０が出力したらステップ３４に行く。ステップ３４では、制御装置６０によりクラッチ油圧制御バルブ１００に指令を出力し、ステップ３１の選択した速度段レバー８１の１速用あるいは２速用に応じて、クラッチ７３、あるいは、クラッチ７８を接続する。

ステップ３５では、クラッチ油圧制御バルブ１００からの信号により制御装置６０がクラッチパックが油で充満されるとフィリング終了となり、もはや油が流れなくなったか、否かのクラッチ係合の判定を行い、クラッチの相対回転数が所定値より小さくなったらステップ６に行く。ステップ６では、クラッチ７３、あるいは、クラッチ７８のいずれかが再度接続し、油圧モータ５０が図示しないタイヤに接続されて、タイヤからの駆動力を受けて回転する油圧モータ５０への流出入する配管５６、あるいは、５７に流出入圧力を発生させる。この流出入圧力をモータ圧力センサ５３、５４により検出するが、一定時間が経過するまで待ち、安定したのをみはからってステップ７に行く。ステップ７、８、９、１０、１１では、第１実施例と同様に、速度段に応じて各ステップ毎の処理を行う。ステップ１０では、モード検出センサ６４ａにより作業モード（Ｓ）にあるか、あるいは走行モード（Ｍ）にあるか、検出し判断する。Ｓモードの場合には、ステップ３６に行き速度段レバー８１が、１速用にあるか、２速用にあるかを判断する。１速用にある場合には、ステップ３７に行き、１速用のＳ１モードで、また、２速用にある場合には、ステップ３８に行き、２速用のＳ２モードのアクセル開度に応じてモータ斜軸角、およびＣＬＳＳ弁２１の開口量を変化させる。

ステップ１０でＭモードの場合には、ステップ３９に行き、速度段レバー８１が、１速用にあるか、２速用にあるか、を判断する。１速用にある場合には、ステップ４０に行き、１速用のＭ１モードで、また、２速用にある場合には、ステップ４１に行き、２速用のＭ２モードのアクセル開度に応じてモータ斜軸角、およびＣＬＳＳ弁２１の開口量を変化させる。上記において、例えば、作業モード（Ｓ）の場合には、作業機に積載した負荷に合わせてブレーキの利きをよくするために、モータ斜軸角を大きく（傾転角）し、およびＣＬＳＳ弁２１の開口量を小さくするように変化させる。なお、上記において、ステップ３６でクラッチ７３、あるいは、クラッチ７８のいずれかが再度接続する場合を説明したが、前進Ｆと後進Ｒとの間の変換、すなわち、中立で停止しないことを制御装置で判断したときには、クラッチ７３、あるいは、クラッチ７８をそのまま接続していても良い。

上記の作動において、アクセル開度が大きい場合で前進Ｆの車速が大きいときから、後進Ｒに切り換えた場合の波形をもとに図１０で説明するが、第２実施例の図１０（ｂ）から図１０（ｈ）は、図５（ａ）から図５（ｇ）の第１実施例と同一のため説明は省略する。図１０（ａ）では、上記のクラッチ７３、あるいは、クラッチ７８のいずれかがそのまま接続している場合を示し、クラッチ油圧は一定である。

次に、上記の作動において、アクセル開度が大きい場合で、前進Ｆの車速が大きいときからシフタ６３を中立Ｎで停止して惰行運転し、さらに、後進Ｒに切り換えた場合の波形をもとに図１１で説明する。図１１（ａ）は制御装置６０からクラッチ油圧制御バルブ１００への指令によるクラッチ７３に発生するクラッチ圧力を示す。車両が惰行運転し、油圧モータ５０の回転速度ωｏｕｔがモータの最高回転速度ωｈｉｇｈよりも小さく（ωｏｕｔ≦ωｈｉｇｈ）なると、ステップ５で２段背圧弁２３にＯＮの指令と、油圧モータ５０に斜板を小さくする指令と、ＣＬＳＳ弁２１に開度をゼロにする指令とを制御装置６０が出力した図を示す。ｒ点でステップ３４のクラッチ７３、あるいは、クラッチ７８を接続する指令が制御装置６０からクラッチ油圧制御バルブ１００に出力され、クラッチ油圧制御バルブ１００が作動が開始して、クラッチに油圧が作用する。さらに
クラッチ７３の油圧が増し、ｗ点でのオーバシュート圧を検出して、フィーリング終了を検知して、クラッチの係合を開始する。ｔ点では既にクラッチは完全に係合を完了して所定の速度になっている。図１１（ｂ）は、ＣＬＳＳ弁２１を前進側に切り換えるための前進用の電磁切換弁４１の圧力を示し、前進側に圧力が作用していないことを示す。図１１（ｃ）は、ＣＬＳＳ弁２１を後進側に切り換えるための後進用の電磁切換弁４２の圧力を示し、ｕ点で作動が開始してＣＬＳＳ弁２１を後進側に切り換えている。このとき、ｕ点はシフタ６３を後進Ｒに切り換えた後に、油圧モータ５０の回転速度が所定値以下となった時に制御装置６０が後進用の電磁切換弁４２に指令を出力し、電磁切換弁４２が切り換える圧力を発生した点を示す。図１１（ｄ）は、油圧モータ５０を前進側に回転するための入口側の圧力を示し、クラッチ７３、あるいは、クラッチ７８の係合によりｒ点から油圧モータ５０が惰行運転で回転を始め、２段背圧弁２３により高められた圧力が吸込弁３１を通して油圧モータ５０に戻り油を供給し、入口側に圧力が生じている。ｕ点からは２段背圧弁２３が作用しない通常のタンク６への戻り油の抵抗がかかり、低い圧力となっている。図１１（ｅ）は、モータの後進側に回転するための入口側の圧力を示し、図１１（ｄ）と同様に、ｒ点から油圧モータ５０が惰行運転による連れ回で回転を始めて圧力が発生する。ｗ点でのクラッチの係合のフィーリング終了により圧力が上昇を始め、油圧モータ５０に急激にブレーキ作用が生ずる。ｕ点では、油圧モータ５０の回転速度が低くなり圧力は低下している。回転速度がゼロ近辺になったら後進用の電磁切換弁４２からの圧力がＣＬＳＳ弁２１に作用して後進側に切り換え、モータを後進側に回転するための入口側の圧力は所定圧力になる。図１１（ｆ）は、油圧モータ５０に所定の押しのけ容積になるように斜板等を制御するモータ用の電磁切換弁５５の圧力を示し、ステップ５での油圧モータ５０の斜板を小さくする指令により、ｒ点から電磁切換弁５５が切り換わり圧力を油圧モータ５０に送り、所定の最低の押しのけ容積にする。ｔ点でクラッチが係合した後に所定時間が経過したら、油圧モータ５０の流入出側の圧力を測定して判定する。判定後ｖ点より判定に合わせて油圧モータ５０の斜板の傾転角度を大きくして所定のブレーキ力をかけている。ｕ点からは、電磁切換弁４２が切り換えわり、油圧ポンプ１０から圧油を油圧モータ５０に供給して車両を後進側に駆動する駆動トルクを発生している。図１１（ｇ）は、油圧モータ５の出力軸の回転速度を示し、ｖ点からブレーキがかかり、ほぼ回転速度がゼロ近傍になった位置ｕ点から後進用の電磁切換弁４２が切り換わる。図１１（ｈ）は、２段背圧弁２３の作動を示し、ｒ点で制御装置６０からの指令を受けて電磁切換弁２４が切り換わり、油タンク６への戻り圧力を高い圧力に制御している。ｕ点が２段背圧弁２３の作動が解除され、低い戻り圧力となる。以上、前記のフローチャトにより制御することにより、図１１（ｅ）のモータの後進側に回転する入口側の圧力に波形の乱れがなく、キャビティーションが発生していないことを示している。

図１２は本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第３実施例を示す全体構成の概念図である。第３実施例は第２実施例の油圧モータ５０の出力軸５０ａにクラッチ式による副変速機９０が配設されているのに対して、機械式による副変速機９０が配設されている。なお、第１実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。図１２において、副変速機９０は、例えば１速用と２速用とからなり、出力軸５０ａと同一軸上に、出力軸５０ａと連結された軸９１に固設された１速用のギヤ９２と２速用のギヤ９３が、また、出力軸５０ａと平行に配設された出力軸９４に回転自在に１速用のギヤ９５が、また、出力軸９４には回転自在に２速用のギヤ９６が配設されて、出力軸９４の１速用のギヤ９５と２速用のギヤ９６との間には、シンクロメッシュ９７が配設されている。シンクロメッシュ９７は、常時、１速用のギヤ９５か、あるいは、２速用のギヤ９８と常に噛み合っている。制御装置６０は速度段レバー９０ａの選択に応じて電磁式サーボ９８に信号を出力して図示しないセレクタを動かし、信号に応じてシンクロメッシュ９７を接続している。

上記において、副変速機９０の１速用は、出力軸５０ａから軸９１、ギヤ９２、ギヤ９５、シンクロメッシュ９７、および、出力軸９４を経て出力される。２速用は、出力軸５０ａから軸９１、ギヤ９３、ギヤ９６、シンクロメッシュ９７、および、出力軸９４を経て出力される。副変速機９０の１速用あるいは２速用切り換えは、制御装置６０に付設された速度段レバー８１ａからの信号により行われる。

上記構成において、次に作動について図１３、図１４のフローチャートを用いて説明する。なお図１３、図１４のフローチャートにおいて、第２実施例の図８、図９のフローチャートから、クラッチ関係のステップが省略されているのみであり、具体的にはステップ３４と、ステップ３５が省略されているのみであるから詳細な説明は省略する。この実施例では、クラッチ関係がなくシフトが中立位置でも速度段レバーのギヤに入っているため、シフタ６３が中立位置で停止して車両が惰行運転しても油圧モータ５０は常に回転しているので、第１実施例と同様に、常に油圧モータ５０の流入出側の圧力を測定して判定することができ、ステップ３４と、ステップ３５を省略することができる。

従来はカウンタバランス弁によりポンプからの供給量に応じたキャビティーションのないブレーキ作用を行っていた。しかし、本発明では、開回路においてカウンタバランス弁を用いることなく、ブレーキ領域時と力行時に分けて制御し、２段切換の背圧弁を用いることによりキャビティーションを起こさずに円滑に発進、あるいは、変速をさせることができる。さらに、開回路式を用いて、作業機モードではクロズドセンター・ロードセンシング回路の良い点の操作性の向上が得られ、かつ、走行モードではクロズドセンター弁を開放して抵抗を少なくして発熱量を低減して走行効率の向上を図るとともに、冷却器を小さくできる。また、作業機モードあるいは走行モードの選択に合わせて、ブレーキ力を変更しているので操作性の向上も図ることができる。副変速機を設けた場合に、クラッチを接続して車両の楕行運転に合わせて油圧モータを回転させ、この時の流入出圧力を測定し、シフトレバーの変化の位置と油圧モータの発生する流入出圧力とからブレーキ制御を行うため、油圧モータが破損するという問題がなくなり、油圧機器の信頼性が向上するという優れた効果が得られる。

本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第１実施例を示す全体構成の概念図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の図１の詳細な実施例を示す全体構成図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第１実施例のフローチャート図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第１実施例のフローチャート図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第１実施例のタイムチャート図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第２実施例を示す全体構成の概念図である。 クラッチ油圧制御バルブ１００の油圧回路図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第２実施例のフローチャート図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第２実施例のフローチャート図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第２実施例のＦからＲへのタイムチャート図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第２実施例のＮからＲへのタイムチャート図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第３実施例を示す全体構成の概念図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第３実施例のフローチャート図である。 本発明の油圧式駆動装置の変速装置の第３実施例のフローチャート図である。 従来の油圧式駆動装置の変速装置の実施例のタイムチャート図である。 従来のカウンタバランス弁を用いた油圧式駆動装置の変速装置の概略図である。

符号の説明

１：エンジン、２ａ：噴射ポンプのアクチュエータ、３：エンジン回転速度センサ、６：油タンク、１０：可変容量型油圧ポンプ、１１：油圧ポンプのサーボ装置、２０：切換装置、２３：２段背圧弁、２１：クローズドセンタ・ロードセンシング弁、５０：可変容量型油圧モータ、５１：油圧モータのサーボ装置、５３，５４：モータ圧力センサ、６０：制御装置、６１ａ：アクセル量検出センサ、６２ａ：ブレーキ量検出センサ、６３ａ：シフタ選択位置センサ、７０：副変速機、７３，７８：クラッチ、８７：出力回転センサ、９０：副変速機、１００：電子式クラッチ油圧制御バルブ。

Claims (2)

1. 駆動源により駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油を受けて駆動力、回転速度を出力する可変容量型油圧モータと、油圧ポンプと油圧モータの間に配設され前進と後進を切り換えるクローズド・センター切換弁とからなる油圧式駆動装置の変速装置において、シフトレバーの選択の変化を検知するシフタ選択位置センサと、油圧モータからの回転速度を検出するモータ回転速度センサと、切換弁と油タンクとの間の戻り回路の戻り圧力を制御する可変圧力の２段背圧弁と、シフトレバーの選択の変化、及び、モータ回転速度センサからのモータ回転速度と記憶されているモータの最低許容回転速度およびモータの最大許容回転速度、とを比較し、油圧モータの回転速度がモータの最低許容回転速度およびモータの最大許容回転速度の間にあるとき、クローズド・センター切換弁、２段背圧弁、および、可変容量型油圧モータに指令を出力する制御装置とからなる油圧式駆動装置の変速装置。
2. 駆動源により駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油を受けて駆動力、回転速度を出力する可変容量型油圧モータと、油圧ポンプと油圧モータの間に配設され前進と後進を切り換えるクローズド・センター切換弁とからなる油圧式駆動装置の変速装置において、油圧モータの出力軸に接続され、クラッチによりトルクを断続する副変速機と、シフトレバーの選択の変化を検知するシフタ選択位置センサと、油圧モータの回転速度を検出するモータ回転速度センサと、シフタ選択位置センサからの信号によりシフトレバーの選択の変化を検知し、かつ、モータ回転速度センサからの信号により油圧モータの回転速度がモータの最低許容回転速度およびモータの最大許容回転速度の間にあるときに、車両の楕行運転により回転する油圧モータの流入出圧力を測定するために副変速機のクラッチを接続する指令を出力する制御装置とからなることを特徴とする油圧式駆動装置の変速装置。