JP2005061321A

JP2005061321A - 作業車両の制御装置

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Publication number: JP2005061321A
Application number: JP2003292479A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Nakamura; 和則中村; Tsuyoshi Nakamura; 剛志中村; Kentaro Itoga; 健太郎糸賀; Genroku Sugiyama; 玄六杉山
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: JP4376018B2

Abstract

【課題】トランスミッションの減速比が高速か低速かによってポンプ吸収トルクと走行トルクとの配分を変えることで、減速比に応じた最適のポンプ吸収トルクと走行トルクのマッチングを得ることができる作業車両のポンプ制御装置を提供する。
【解決手段】コントローラ１０は、エンジン回転数に基づいて油圧ポンプ１５の最大吸収トルクを決定するための２つのテーブル１０ａ，１０ｂと、この２つのテーブル１０ａ，１０ｂで決定された最大ポンプ吸収トルクを速度切換スイッチ１１が低速を指示するか高速を指示するかによって切り換える選択部１０ｃと、選択部１０ｃで切り換えられ選択された最大ポンプ吸収トルクが得られるようトルク制御電磁弁２２に指令信号を出力する出力部１０ｄとを備え、高速時の最大ポンプ吸収トルクよりも低速時の最大ポンプ吸収トルクを小さく設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンによりトランスミッションを駆動し、走行を行うとともに、エンジンにより油圧ポンプを駆動し、作業アクチュエータを作動して所定の作業を行うホイールローダやテレスコピックハンドラー等の作業車両の制御装置に関する。

この種の作業車両における制御装置の従来技術として特公平８−６６１３号公報や特許第２９６８５５８号公報に記載のものがある。

特公平８−６６１３号公報に記載の従来技術は、作業時に適合するエンジン出力特性と、走行時に適合するエンジン出力特性の２種類のエンジン出力特性を用意し、作業状態か走行状態かに応じてエンジン出力特性を切り換えて使用しエンジン出力を制御をするものにおいて、走行状態にありトルクコンバータ速度比小（低速）のときはトランスミッショントルクが作業状態でのトルクを超えないように燃料噴射量を制御し、トルクコンバータに加わる過大トルクの発生を防止するものである。

特許第２９６８５５８号公報に記載の従来技術は、走行駆動装置とアクチュエータの負荷の和がエンジンの出力トルクより小さいときはポンプ吸収トルクを大きくして作業量を確保し、負荷の和がエンジンの出力トルクより大きいときはポンプ吸収トルクを小さくして大きな走行トルクを確保し、大きな牽引力を維持するようにしたものである。

特公平８−６６１３号公報

特許第２９６８５５８号公報

ホイールローダやテレスコピックハンドラー等の作業車両で走行とフロント作業装置の複合作業を行う場合、油圧ポンプの吸収トルクとトランスミッショントルク（走行トルク）の和がエンジン出力トルクを超えるような運転状態となることが多く、このような運転状態ではエンジン出力トルクは油圧ポンプに優先して使用され、残りが走行に使用される。

ところで、ホイールローダやテレスコピックハンドラー等の作業車両はトランスミッションの減速比（ギヤ比）を低速と高速に切り換える速度切換手段を有しており、オペレータは作業内容に応じて減速比を切り換えて作業を行う。例えば、地山などの土砂の掘削作業では走行力で掘削具を土砂に押し付けるので、オペレータはトランスミッションを低速に切り換え、トルクコンバータの速度比を小さくし走行トルクを大きくする。この場合、走行トルクはできるだけ大きいことが望ましい。一方、掘削した土砂を目的地まで運ぶ場合は、トランスミッションを高速に切り換え、高速で走行できるようにする。この場合、それほど大きな走行トルクは必要とせず、むしろエンジン出力トルクを油圧ポンプに多め回しフロント装置を速く動かせるようにすることが好ましい。

特公平８−６６１３号公報及び特許第２９６８５５８号公報に記載の従来技術は、何れも、トランスミッションの減速比によってポンプ吸収トルクと走行トルクとの配分を変えておらず、減速比に応じた最適の走行力とフロント速度を得ることはできなかった。

本発明の目的は、トランスミッションの減速比が高速か低速かによってポンプ吸収トルクと走行トルクとの配分を変えることで、減速比に応じた最適のポンプ吸収トルクと走行トルクのマッチングを得ることができる作業車両の制御装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンの出力トルクと回転数を制御する燃料噴射装置と、前記エンジンにより駆動される走行用のトランスミッションと、このトランスミッションの減速比の高速と低速の切り換えを指示する速度切換指示手段と、前記エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吸収トルクが最大吸収トルクを超えないよう制御する第１ポンプトルク制御手段とを有する作業車両の制御装置において、前記速度切換指示手段により指示される前記トランスミッションの減速比に応じて予め設定した少なくとも２つのポンプ吸収トルク特性の一方を選択し、このポンプ吸収トルクに基づいて前記油圧ポンプの最大吸収トルクを制御する第２ポンプトルク制御手段を備えるものとする。

このように第２ポンプトルク制御手段を設け、トランスミッションの減速比に応じてポンプ吸収トルク特性を選択し油圧ポンプの最大吸収トルクを制御することにより、トランスミッションの減速比が高速か低速かによってポンプ吸収トルクと走行トルクの配分が変わり、減速比に応じた最適のポンプ吸収トルクと走行トルクのマッチングを得ることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記ポンプトルク切換手段は、前記トランスミッションの減速比が高速にあるときより低速にあるときの方が前記油圧ポンプの最大吸収トルクを小さくする。

これにより減速比を低速にした時は最大吸収トルクが小さいため、走行に分配されるエンジン出力トルクが増大し、掘削作業などにおいて掘削具を大きな走行力で押し込むことができ、作業効率が向上する。また、減速比を高速にしたときは最大吸収トルクは大きいため、掘削した土砂を目的地まで運ぶ場合はフロントを速く動かすことができ、作業効率が向上する。

本発明によれば、トランスミッションの減速比が高速か低速かによってポンプ吸収トルクと走行トルクとの配分を変えることで、減速比に応じた最適のポンプ吸収トルクと走行トルクのマッチングを得ることができ、エンジン出力馬力を有効に使いながら効率の良い作業を行うことができる。

また、低速時のマッチング点Ｍが従来に比べ高回転数側に保たれるため、エンジン１の燃費を向上することができる。更に、エンジン回転数の低下が少ないので、オペレータの疲労を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係わる作業車両の制御装置を含む駆動装置全体のシステム構成図である。

図１において、本実施の形態に係わる作業車両は、原動機であるディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）１を備え、エンジン１には電子燃料噴射装置２が設けられ、この電子燃料噴射装置２によりエンジン１の出力トルクと回転数が制御される。エンジン１の出力軸にはトルクコンバータ４を備えた走行用のトランスミッション５が連結され、トランスミッション５をエンジン１により駆動することによりアクスル６を駆動し走行を行う。エンジン１の目標回転数を指示する手段として走行ペダル８が設けられている。走行ペダル８の信号はコントローラ１０に入力され、その入力に基づいてコントローラ１０から電子燃料噴射装置２に制御信号を出力し、燃料噴射量を制御する。また、トランスミッション５は高速と低速に減速比を切り換え可能であり、その切り換えを指示する手段として速度切換スイッチ１１が設けられている。速度切換スイッチ１１の信号はコントローラ１０に入力され、その入力に基づいてコントローラ１０がトランスミッション５に制御信号を出力し、減速比の切り換えを行う。

また、エンジン１の出力軸には可変容量型の油圧ポンプ１５が連結され、油圧ポンプ１５はエンジン１により駆動され圧油を吐出する。油圧ポンプ１５の吐出油路にはコントロールバルブ１６が接続されている。コントロールバルブ１６は操作レバー等の操作手段により操作され、アクチュエータ１７に圧油を供給する。アクチュエータ１７は例えばホイールローダのフロント作業装置を駆動する油圧シリンダである。

油圧ポンプ１５にはトルク制御レギュレータ２１が備えられている。トルク制御レギュレータ２１は、油圧ポンプ１５の吐出圧力が上昇するとき、それに応じて油圧ポンプ１５の傾転（容量）が減少し、油圧ポンプ１５の吸収トルクが設定値（最大ポンプ吸収トルク）を超えないよう油圧ポンプ１５の傾転（容量）を制御する。トルク制御レギュレータ２１の設定値（最大ポンプ吸収トルク）は可変であり、トルク制御電磁弁２２により制御される。トルク制御電磁弁２２は油圧ポンプ１５の吐出圧を油圧源として動作する電磁比例弁であり、コントローラ１０から出力される制御信号により作動する。

また、エンジン１にはエンジン回転数を検出する回転センサ２５が設けられ、回転センサ２５の信号もコントローラ１０に入力される。

図２に本発明が適用される作業車両の一例であるホイールローダの外観を示す。図２において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、車体前部１０１と車体後部１０２とで構成され、車体前部１０１と車体後部１０２は連結装置１０３を介して屈曲可能に連結されている。車体前部１０１にはフロント作業装置１０５と車輸（前輪）１０６が設けられ、車体後部１０２には運転室１０７と車輪（後輪）１０８が設けられ、運転室１０７には運転席１１０、ハンドル１１１、操作レバー１１２が設けられている。フロント作業装置１０５はバケット１２０とリフトアーム１２１からなり、バケット１２０はバケットシリンダ１２２の伸縮によりチルト・ダンプ動作し、リフトアーム１２１はアームシリンダ１２３の伸縮により上下に動作する。

また、図１に示したエンジン１及び油圧ポンプ１５はコントロールバルブ１６、トルク制御レギュレータ２１及びトルク制御弁２２と共に車体後部１０２に配置され、後輪１０８はトランスミッション５及びアクスル６を介してエンジン１により駆動される。走行ペダル８は運転室１０７の床上に設けられ、速度切換スイッチ１１は運転室１０７の前部キャビネット１１３に設けられ、コントローラ１０は運転室１０７内の適所、例えば運転席２４の下側に配置されている。

図１に示したアクチュエータ１７はバケットシリンダ１２２及びアームシリンダ１２３を代表したものであり、これらを駆動することによりフロント作業装置１０５を操作することができる。

図３にコントローラ１０のポンプ制御に係わる制御内容を機能ブロック図で示す。

コントローラ１０は、エンジン回転数に基づいて油圧ポンプ１５の最大吸収トルク（最大ポンプ吸収トルク）を決定するための２つのテーブル１０ａ，１０ｂと、この２つのテーブル１０ａ，１０ｂで決定された最大ポンプ吸収トルクをトランスミッション５の減速比が高速か低速かによって切り換える選択部１０ｃと、選択部１０ｃで切り換えられ選択された最大ポンプ吸収トルクが得られるようトルク制御電磁弁２２に指令信号を出力する出力部１０ｄとを備えている。

２つのテーブル１０ａ，１０ｂのうちテーブル１０ａは高速用であり、テーブル１０ｂは低速用である。高速用のテーブル１０ａには、エンジン回転数に係わらず最大ポンプ吸収トルクが一定の値ＴＡとなるポンプ吸収トルク特性が設定されている。その最大ポンプ吸収トルクの一定の値ＴＡは例えば従来のトルク制御レギュレータの設定値と同程度の大きさである。低速用のテーブル１０ｂにも、エンジン回転数に係わらず最大ポンプ吸収トルクが一定の値ＴＢとなるポンプ吸収トルク特性が設定されている。その最大ポンプ吸収トルクの一定の値ＴＢは高速用のテーブル１０ｂに設定された最大ポンプ吸収トルクの一定の値ＴＡより小さい値（つまり、従来のトルク制御レギュレータの設定値より小さい値）である。なお、高速用及び低速用のテーブル１０ａ，１０ｂの最大ポンプ吸収トルクは前者より後者の方が小さい（ＴＡ＞ＴＢである）のであれば、エンジン回転数に応じて可変にしてもよい。

２つのテーブル１０ａ，１０ｂはそれぞれ回転センサ２５により検出されたエンジン１の１回転数を入力しそれに応じた最大ポンプ吸収トルクを決定する。選択部１０ｃは速度切換スイッチ１１からの信号を入力し、その信号が高速の減速比を指示しているときは高速用のテーブル１０ａで決定された最大ポンプ吸収トルクを選択し、速度切換スイッチ１１からの信号が低速の減速比を示しているときは低速用のテーブル１０ｂで決定された最大ポンプ吸収トルクを選択する。

以上において、トルク制御レギュレータ２１は油圧ポンプ１５の吸収トルクが最大吸収トルクを超えないよう制御する第１ポンプトルク制御手段を構成し、コントローラ１０のテーブル１０ａ，１０ｂ、選択部１０ｃ、出力部１０ｄとトルク制御電磁弁２２は、速度切換指示手段である速度切換スイッチ１１により指示されるトランスミッション５の減速比に応じて予め設定した少なくとも２つのポンプ吸収トルク特性の一方を選択し、このポンプ吸収トルクに基づいて油圧ポンプ１の最大吸収トルクを制御する第２ポンプトルク制御手段を構成する。

図４にコントローラ１０及びトルク電磁弁２２により可変制御される設定値に基づきトルク制御レギュレータ２１が作動する油圧ポンプ１５の吐出圧力（ポンプ圧力）と油圧ポンプ１５の傾転（ポンプ傾転）との関係を示す。高速用のテーブル１０ａが選択されたとき油圧ポンプ１５の最大ポンプ吸収トルクはＴＡとなり、低速用のテーブル１０ｂが選択されたとき油圧ポンプ１５の最大ポンプ吸収トルクはＴＢとなる。トルク制御レギュレータ２１は、ポンプ吐出圧力が上昇するとき、それに応じてポンプ傾転を減少し、油圧ポンプ１５の吸収トルクが設定値（最大吸収トルク）ＴＡ又はＴＢを超えないよう油圧ポンプ１５の傾転（容量）を制御する。また、同じポンプ圧力Ｐ１であっても、最大ポンプ吸収トルクがＴＡからＴＢに減少するとポンプ傾転はｑ２からｑ１に減少し、それに応じてポンプ吐出流量も減少する。

図５に高速用のテーブル１０ａにより決定されたポンプ吸収トルクが選択されたときのエンジン１の出力トルク（エンジン出力トルク）と油圧ポンプ１５の最大吸収トルク（最大ポンプ吸収トルク）とトランスミッショントルクとの関係を示し、図６に低速用のテーブル１０ｂが選択されたときのエンジン出力トルクと最大ポンプ吸収トルクとトランスミッショントルクとの関係を示す。図中、Ａがエンジン出力トルク、Ｂが最大ポンプ吸収トルクであり、最大ポンプ吸収トルクＢはテーブル１０ａ，１０ｂのポンプ吸収トルクに対応している。また、Ｃがそれぞれのトランスミッション減速比における最大のトランスミッショントルクである。トランスミッショントルクとはエンジン１によりトランスミッション５が駆動されるときのトランスミッション５の入力トルクであり、エンジン回転数が上昇するに従ってトランスミッショントルクも増大する。また、トランスミッション速度比＝トランスミッション５の出力回転数／トランスミッション５の入力回転数（＝エンジン回転数）と定義するとき、速度比が小さくなるに従ってトランスミッショントルクは大きくなり、減速比が高速より低速の方が速度比は小さくなるので、図５に示す高速時の方が図６に示す低速時より最大のトランスミッショントルクは大きい。

図５及び図６において、エンジン出力ルクＡに対して最大ポンプ吸収トルクＢの分だけトランスミッション５に分配されるトルク（走行用エンジン出力トルク）Ｄは低くなる。この走行用エンジン出力トルクＤとトランスミッショントルクＣとの交点Ｍが最大ポンプ吸収トルクとトランスミッショントルクとのマッチング点であり、そこがエンジン回転数である。

図５に示すように、速度切換スイッチ１１からの信号が高速の減速比を指示するときは、最大ポンプ吸収トルクＢとして高速用のテーブル１０ａで決定される大きさＴＡの最大ポンプ吸収トルクが選択される。このときのＴＡの大きさは従来と同程度であり、走行用のエンジン出力トルクＤの低下も従来と同程度あり、走行とフロント作業装置との複合操作で走行負荷が大きくなったときの最大ポンプ吸収トルクとトランスミッショントルクとのマッチング点Ｍは従来と同様となる。

よって、掘削した土砂を目的地まで運ぶ場合など速度切換スイッチ１１を高速に切り換えて行う作業では、フロント作業装置を速く動かすことができ、作業効率が向上する。

図６に示すように、速度切換スイッチ１１からの信号が低速の減速比を指示するときは、最大ポンプ吸収トルクＢとして低速用のテーブル１０ｂで決定される大きさＴＢ（＜ＴＡ）の最大ポンプ吸収トルクが選択されるため、走行用のエンジン出力トルクＤの低下量は高速時よりも少なくなる。つまり、走行に分配されるエンジン出力トルクＤは増大する。その結果、最大ポンプ吸収トルクとトランスミッショントルクとのマッチング点Ｍは高トルク、高回転側に保たれ、大きな走行力を得ることができる。また、マッチング点Ｍは高回転数側に保たれ、マッチング点Ｍでのエンジン回転数の低下が少ないため、エンジンの出力馬力を有効に使うことができる。

よって、掘削作業など速度切換スイッチ１１を低速に切り換えて行う作業では、掘削具を大きな走行力で押し込むことができ、エンジン出力馬力を有効に使いながら効率の良い作業を行うことができる。

図７に、比較のため、速度切換スイッチ１１からの信号が低速の減速比を指示しているときの従来技術におけるエンジン出力トルクと最大ポンプ吸収トルクとトランスミッショントルクとの関係を示す。

従来技術では、速度切換スイッチ１１からの信号が低速の減速比を指示するときも、ポンプ最大吸収トルクＢの大きさは高速時と同じＴＡであるため、低速で速度比が小さくなりトランスミッショントルクＣが上昇した分、最大ポンプ吸収トルクとトランスミッショントルクとのマッチング点Ｍは低回転数側に大きく移動し、マッチング点Ｍでのエンジン回転数の低下が大きく、走行用エンジントルクの低下も大きい。その結果、走行力が低下するとともに、エンジンの出力馬力も有効に使えなかった。

以上のように本実施の形態によれば、トランスミッションの減速比が高速か低速かによってポンプ吸収トルクと走行トルクとの配分を変えることで、減速比に応じた最適のポンプ吸収トルクと走行トルクとのマッチングを得ることができ、エンジン出力馬力を有効に使いながら効率の良い作業を行うことができる。

なお、上記実施の形態では、速度切換スイッチ１１は高速と低速の２段に減速比を切換可能としたが、３段或いはそれ以上の段数に切り換え可能であってもよい。

本発明の一実施の形態に係わる作業車両の制御装置を含む駆動装置全体のシステム構成図である。本発明が適用される作業車両の一例であるホイールローダの外観を示す。コントローラのポンプ制御に係わる制御内容を機能ブロック図で示す。トルク制御レギュレータによりトルク制御されるときのポンプ圧力とポンプ傾転との関係を示す図である。高速時のエンジントルクとポンプトルクとトランスミッショントルクの関係を示す図である。低速時のエンジントルクとポンプトルクとトランスミッショントルクの関係を示す図である。低速時の従来技術におけるエンジントルクとポンプトルクとトランスミッショントルクの関係を示す図である。

符号の説明

１エンジン
２電子燃料噴射装置
４トルクコンバータ
５トランスミッション
６アクスル
８走行ペダル
１０コントローラ
１０ａ，１０ｂテーブル
１０ｃ選択部
１０ｄ出力部
１１速度切換スイッチ
１５油圧ポンプ
１６コントロールバルブ
１７アクチュエータ
２１トルク制御レギュレータ
２２トルク制御電磁弁
２５回転センサ

Claims

エンジンと、このエンジンの出力トルクと回転数を制御する燃料噴射装置と、前記エンジンにより駆動される走行用のトランスミッションと、このトランスミッションの減速比の高速と低速の切り換えを指示する速度切換指示手段と、前記エンジンにより駆動される可変容量油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吸収トルクが最大吸収トルクを超えないよう制御する第１ポンプトルク制御手段と、前記速度切換指示手段により指示される前記トランスミッションの減速比に応じて予め設定した少なくとも２つのポンプ吸収トルク特性の一方を選択し、このポンプ吸収トルクに基づいて前記油圧ポンプの最大吸収トルクを制御する第２ポンプトルク制御手段とを備えることを特徴とする作業車両の制御装置。
請求項１記載の作業車両の制御装置において、前記ポンプトルク制御手段は、前記トランスミッションの減速比が高速にあるときより低速にあるときの方が前記油圧ポンプの最大吸収トルクを小さくすることを特徴とする作業車両の制御装置。