JP4178435B2 - 車両推進装置及び油圧伝動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に車両の駆動システムに関し、特に、補助前輪駆動装置等の車両推進装置において使用可能な可変容量形ポンプの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的なグレーダ(grader)車両において、後輪がエンジンにより機械式変速機及び差動装置のギヤセットを介して機械的に駆動される。油圧手段による主の機械式駆動装置を補うために、補充用駆動装置と呼ばれる補助前輪駆動装置が良く知られている。本発明のポンプは、機械的に駆動される前輪と、油圧で駆動される後輪とを有する車両に利用されるけれども、特に、後輪が機械的に駆動され、前輪が油圧駆動されるグレーダ車等の車両に用いるとき、有効に機能するもので、以下これに関連して記載する。
【0003】
特に、補助駆動装置は、エンジンにより駆動され、一対の油圧モータに加圧流体を供給する流体ポンプを含み、各油圧モータは、前輪の一方を駆動し、これにより、主の後輪駆動装置を補助することができる。一般的に流体ポンプは、スワッシュプレート(swashplate)型の軸方向ピストン等の可変容量形ポンプからなっている。このようなポンプにおいて、ポンプの吐出量は、一対のストロークシリンダによって制御され、このシリンダは、サーボ装置によって制御される特定のストロークシリンダへの制御圧力とこれに連通するチャージポンプからの制御圧力とによって作動する。
【0004】
ポンプ吐出量を制御するために、入力を車両駆動装置の種々の作動パラメータに応じてサーボ装置に供給することが当業者の間では良く知られている。このような作動パラメータは、一般的に、主推進ホィールの回転速度、油圧ホィールモータの流量を含んでいる。このような装置は、一般的に前輪速度を制御してきたが、ホィールトルクを制御する試みによって、推進用後輪に対して前輪が過小速度状態と過大速度状態の間で変化する前車軸のホップ(飛び上がり)である上下動を引き起こす「ホィールホップ(wheel hop) 」と呼ばれる好ましくない現象が助長される。
【0005】
上述の形式の駆動装置に関する問題点の1つは、圧力が補償されたポンプ出力における圧力が油圧のリークにより影響を受け、この漏れ量が油圧にほぼ比例して発生することである。ポンプ出力の圧力における油圧漏れ量の影響を減少するために、ポンプ吐出量(および流量)は、ポンプ圧力と漏れ量の増加の積に比例する量によって増加する。本発明以前では、当業者に良く知られているが、漏れ量の増加に対してある定数値が使用されていたが、この漏れ量の増加は、部分的に許容誤差、作動温度、及び流体速度の変化によりポンプからポンプへと実際に変化する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明の目的は、実際の装置における油圧漏れ量の変動に対して補償できる圧力調整された可変容量形ポンプの制御装置を提供するものであり、また、この制御装置を有する車両推進装置及び油圧伝動装置を提供することである。さらなる本発明の目的は、瞬間的なポンプ圧力等の現在の状態を測定して対処するよりもフィードフォワード制御による計算によって、装置内の漏れ量を補償する、圧力調整された可変容量形ポンプの制御装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的及び他の目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有している。具体的には、本発明の車両推進装置は、主変速機によって車両エンジンから入力トルクを受け取る一対の第1推進ホィールと、第2推進ホィールの各々と連結して作動するホィールモータを含む油圧式伝動装置から入力トルクを受け取る一対の第2推進ホィールと、ポンプ吐出量に関するコマンド信号に応じてこの吐出量を変えるように作動する手段を有する可変容量形ポンプとを含んでいる。そして、改良点は、
前記ホィールモータへの予想モータ流量を決定し、かつこれに応じて予想モータ流量信号を発生するための手段と、指定したポンプ圧力に対応する圧力コマンド信号を発生する手段と、前記第2推進ホィールのための前記ホィールモータへの実際のモータ流量を検出する手段と、前記第1推進ホイールに対して前記第2推進ホイールの車軸が上下動するのを抑えるために、ポンプ吐出量を表す信号とポンプ速度信号とをマルチプレクサに入力して、実際のポンプ流量を計算し、このポンプ流量と前記実際のモータ流量とを比較し、装置内の漏れ量を決定するための第1処理手段と、前記装置内の漏れ量とポンプ圧力を装置の漏れ量ゲインを表す信号に変換するフィルタを有し、この漏れ量ゲイン信号と圧力コマンド信号により、ポンプ吐出量を調整する信号に基づいて、前記漏れ量を補償するために前記予想モータ流量を調整し、かつ前記ポンプ吐出量に関するコマンド信号を発生させる第2処理手段とを備えている。
【0008】
さらに、他の請求項によれば、ホィールモータへの予想モータ流量を決定する手段は、一対の第2推進ホィールの実際の回転速度と、ホィールモータの予想モータ流量とを決定する手段を含み、また、ステアリング位置とステアリング角度を決定する手段を含んでいる。さらに、装置内の漏れ量を補償するための第2処理手段は、モータ速度信号を受け取って、漏れ量のゲイン信号を算出する手段を含むことを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、連結構造を示すモータグレーダ(地ならし機)11の概略図であり、このグレーダ11は、前側ボディ部分11aと後側ボディ部分11bを有し、かつエンジン13と主駆動装置15を備えている。主駆動装置15は、通常の機械式主変速機19を介してエンジン13によって駆動される2対の後輪(第1推進ホィール)17と、後部差動装置21を含んでいる。変速機19は、ギヤセレクタ23とクラッチペダル25に応答し、これらは両方共モータグレーダ11の運転室27内に配置されている。
【0010】
一般的に、ギヤセレクタ23は、8つの前進ギヤ位置、ニュートラル位置、及び少なくとも数個の後退ギヤ位置の間で移動可能である。ギヤセレクタセンサ29は、セレクタ23の位置の各々に対応する特定の出力信号を発生する。また、クラッチペダルセンサ31があり、このセンサは、クラッチペダル25が押し下げられる(あるいは解除される)時は、常に適当な信号を出力する。ギヤセレクタセンサ29およびクラッチペダルセンサ31からの信号は、当業者に良く知られているように、変速機19の作動を制御するために伝送される。
【0011】
図1に関連して図2を見ると、補充の油圧式前輪駆動(HFWD)装置33が示されている。このHFWD装置33は、右側と左側の前駆動輪(第2推進ホィール)35L,35Rを含み、この前輪は、車軸38L,38Rを介してそれぞれ油圧モータ(ホィールモータ)37L,37Rにより駆動される。このモータ37L,37Rは、可変容量形ポンプ39(図1参照)から加圧流体を受け取る。ポンプ39は、当業者に良く知られているように、入力軸40(図1にのみ示す。)を介してエンジン13から入力駆動トルクを受ける。ポンプ39とモータ37L,37Rとの間には、バルブアセンブリが配置され、ここでは概略的に41で示す。このバルブアセンブリは、本発明の構成要素を形成しないので、特にこれ以上の説明は省略する。当業者には気がつくであろうが、前輪駆動装置33は、一般的に、運転者によって手動で選択されて連結する。大抵の車両は、この前輪駆動装置を有し、適当なロックアウト機能がある。これにより、前輪駆動装置33は、変速機がニュートラル、またはクラッチが切り離されているときを除いて、いつでも連結できる。
【0012】
運転室27内には、ステアリングホィール43が設けられており、この機能は、車両の前駆動輪35L,35Rを操舵することである。これは、一般的に、本発明の譲受人によって商業的に販売されている形式の油圧式で連結されたステアリング制御ユニットを用いることによって達成されるが、これも本発明の一部を構成するものではないので、これ以上の説明を省略する。
【0013】
また、図2には、HFWD制御装置49が示されている。この制御装置49は、車両用マイクロプロセッサ(後述の結合点105とともに第1処理手段を構成する。)からなり、運転室27内に配置されており、以下に詳述するように、ポンプ39およびバルブアセンブリ41の両方に、また、これらの両方から、種々の電気信号が入力かつ出力される。
【0014】
図3において、HFWD制御装置49に包含されるロジックがある程度詳細に示されている。このロジックは、後述するように多数の入力を有し、その最大の目的は、ポンプ吐出量に関するコマンド信号51を発生することである。このコマンド信号は、一例としてコントローラ52に伝送され、このコントローラが、コマンド信号51における変動に応じて、ポンプ39のストローク(吐出量)を変えるように作動する電気・油圧式制御装置を構成する。
【0015】
本発明の重要な点は、装置内の漏れ量を連続的に補償するために、ポンプ39の吐出量を変えることであり、その結果、前駆動輪35L,35Rの所望トルクが維持される。
【0016】
図2において、可変容量形ポンプ39は、一対の導管53,55を介して油圧モータ37L,37Rに加圧流体を供給する。そして、ポンプ圧力センサ57が概略的に示され、このセンサは、導管53と連通し、HFWD制御装置49にポンプ圧力信号59を伝送するように作動する。
【0017】
ポンプ速度センサ61(図3にのみ示す。)は、ポンプ速度信号63を制御装置49に伝送する。1つのセンサ(図示略)が後輪17の速度を測定し、対応する後輪速度信号65を制御装置49に伝送し、さらに、特に、図3のロジックにおける作動ブロック67に伝送する。そして、油圧モータの吐出量(流量)、ステアリング角度、車両配置を知ることにより、予想モータ流量を表す信号(予想モータ流量信号)69を発生することができる。
【0018】
信号69は、理論的なモータ流量、即ち、本装置内で漏れ量がない場合において、後輪17と同一速度で油圧モータ37L,37Rを駆動するのに必要とする流量を示す。瞬間的なステアリング角度とともに、車両ステアリング装置の位置に関する情報が、図3では示されていないが、作動ブロック67に付加的入力として与えられる。
【0019】
前駆動輪35L,35Rに関連して、図面には示されていないが、一対のセンサが設けられ、作動ブロック73に伝送される一対の前輪速度信号71L,71Rを発生する。この作動ブロックでは、油圧モータ37L,37Rの吐出量を知ることにより、実際のモータ流量を表す信号75を決定する。当業者には理解できるように、車両が回転する場合、前輪速度信号71L,71Rは、異なるが、この場合、信号75は、モータ37L,37Rへの合計流量を表す。
【0020】
HFWD制御装置49への他の入力の1つは、運転者によって与えられるマニュアル入力78の結果としての圧力コマンド信号77である。この信号77は、ポンプ圧力信号59が圧力コマンド信号77と比較される結合点79に伝送され、その結果、信号59と信号77の差を表す誤差信号81が発生する。この誤差信号81は、作動ブロック83に伝送され、そこで、誤差信号81に所定のゲインが加えられて、結合点87に一方の入力信号としての増幅信号85を伝送する。また、他方の入力信号119は、以下に説明する。
【0021】
結合点87の出力は、作動ブロック89に伝送され、そこで、結合点87の出力は、ポンプ速度信号63により割り算をして、ポンプ吐出量信号91を効果的に発生する。この信号91は、作動ブロック93に送られて、ここで、信号91は、可変容量形ポンプ39に対して許容された吐出量の所定の最大値と最小値とが比較される。言い換えれば、作動ブロック93は、制御装置49が最小吐出量限界値よりも小さく、あるいは最大吐出量限界値よりも大きい、ポンプ吐出量を指定できないようにする。この作動ブロック93の出力は、作動ブロック97に送られる信号95であり、このブロック97では、適当なゲインが加えられ、さらにポンプ吐出量コマンド信号51が発生する。
【0022】
本発明の重要な1つの点は、作動ブロック97が、指定したポンプ吐出量を表す信号99をマルチプレクサ101に伝送し、このマルチプレクサ101への他方の入力がポンプ速度信号63になることである。マルチプレクサ101は、コマンド信号99とポンプ速度信号93を乗算し、ポンプ39からの瞬間的な流量を表す出力信号103を出力する。この信号103は、結合点105に送られ、一方、この結合点に送られる他方の入力信号は、モータ37L,37Rへの実際の全流量を表す信号75である。実際のポンプ流量を表す信号103と実際の全モータ流量を表す信号75とを比較することによって、結合点105は、制御装置49と共に第1処理手段を構成し、装置33における瞬間的な漏れ量を表す信号107を発生することができる。
【0023】
装置の漏れ量は、信号59によって表されるように実際のポンプ圧力に比例していると考えられることに注目すべきである。この漏れ量信号107は、作動ブロック109に送られる。この作動ブロック109は、フィルタを構成し、制御装置49と共に第2処理手段となり、瞬間的な漏れ量信号107とポンプ圧力信号59を装置の「漏れ量ゲイン」を表す信号111に変換するように作動する。漏れ量が、圧力×漏れ量ゲインに等しいとする場合に、ポンプ圧力が最小値以上で、装置のリリーフ設定圧力以下であるときにのみフィルタの評価がなされることに注目してほしい。この漏れ量ゲイン信号111は、結合点113に送られ、この結合点に他方の入力信号としての圧力コマンド信号77も入力する。この結合点113では、信号77と信号111が乗算され、漏れ量を補償するために必要となるポンプ吐出量を調整する信号115を発生する。信号115は、結合点117に送られ、ここで、信号115に予想モータ流量を表す信号69が加えられる。結合点117は、出力信号119を発生し、これを他方の入力として上述した結合点87に送る。
【0024】
こうして、結合点87には、ポンプ圧力誤差を表す信号85と、瞬間的な漏れ量が調整された予想流量を表す信号119が入力する。上述したように、信号85と信号119の合計は、ポンプ吐出量コマンド信号51を発生するのに用いられる。
【0025】
本発明の重要な点によれば、信号51によって命令された必要なポンプ吐出量は、本質的にフィードフォワード制御を用いて計算され、また、はるかに少ない程度でフィードバック制御、即ち、測定されたポンプ圧力とモータ速度を用いて計算される。これは、作動ブロック83における定数Kがより小さい値を有し、かつ、フィルタ109において、かなり長い時定数を用いることによって達成される。
【0026】
以上説明したことから、本発明の車両推進装置は、ホィールモータと、ポンプ吐出量コマンド信号に応じて変化する可変容量形ポンプを有する油圧伝動装置を含み、予想モータ流量を決定してこれに対応する予想モータ流量信号と、所望のポンプ圧力に対応する圧力コマンド信号を発生し、さらに、実際のモータ流量を検出し、一方、制御装置により装置の漏れ量を決定し、かつこの漏れ量を補償するために予想モータ流量信号を調整し、適切なポンプ吐出量コマンド信号を発生することができる。その結果、予想モータ流量、ポンプ速度、及びポンプ圧力×漏れ量ゲイン等をフィードフォワード制御により得ることにより、測定されたポンプ圧力によるフィードバック制御を用いた場合よりもより少ない漏れ量が可能になり、これにより、ホィールホップを減少することができる。
【0027】
本発明は、この明細書において詳細に説明してきたが、本発明の種々の変更及び修正は、この明細書を読めば当業者にとって容易に明らかとなろう。このような変更及び修正のすべては、添付の特許請求の範囲内においてのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を利用することができる形式の車両の例を示す、一般的なモータグレーダの側面図である。
【図2】本発明のポンプ制御装置を利用する補助前輪駆動装置の全体を示す油圧系統概略図である。
【図3】本発明を包含する図2のポンプ制御装置のロジック回路図である。
【符号の説明】
11 グレーダ
13 エンジン
15 主駆動装置
17 後輪
19 機械式変速機
33 前輪駆動装置
35L,35R 前輪
37L,37R 油圧モータ
39 可変容量形ポンプ
49 制御装置
51 コマンド信号
52 コントローラ
67 作動ブロック
69 信号
73 作動ブロック
75 信号
77 圧力コマンド信号
103 信号
105 結合点
107 漏れ量信号
Claims (6)
- 主変速機(19)によって車両エンジン(E) から入力トルクを受け取る一対の第1推進ホィール(17)と、第2推進ホィールの各々と連結して作動するホィールモータ(37L,37R) を含む油圧式伝動装置から入力トルクを受け取る一対の第2推進ホィール(35L,35R) と、ポンプ吐出量に関するコマンド信号(51)に応じてこの吐出量を変えるように作動する手段を有する可変容量形ポンプ(39)とを含む形式の車両推進装置であって、
(a) 前記ホィールモータ(37L,37R) への予想モータ流量を決定し、かつこれに応じて予想モータ流量信号(69)を発生するための手段(67)と、
(b) 指定したポンプ圧力に対応する圧力コマンド信号(77)を発生する手段(78)と、
(c) 前記第2推進ホィール(35L,35R) のための前記ホィールモータ(37L,37R) への実際のモータ流量(75)を検出する手段(73)と、
(d)前記第1推進ホイール (17) に対して前記第2推進ホイール (35L,35R) の車軸が上下動するのを抑えるために、ポンプ吐出量を表す信号( 99 )とポンプ速度信号( 63 )とをマルチプレクサ( 101 )に入力して、実際のポンプ流量(103)を計算し、このポンプ流量と前記実際のモータ流量(75)とを比較し、装置内の漏れ量(107)を決定するための第1処理手段(49,105)と、
(e)前記装置内の漏れ量( 107 )とポンプ圧力( 59 )を装置の漏れ量ゲインを表す信号( 111 )に変換するフィルタを有し、この漏れ量ゲイン信号と圧力コマンド信号( 77 )により、ポンプ吐出量を調整する信号に基づいて、前記漏れ量(107)を補償するために前記予想モータ流量(75)を調整し、かつ前記ポンプ吐出量に関するコマンド信号(51)を発生させる第2処理手段(49,109)とを備えていることを特徴とする車両推進装置。 - 前記ホィールモータ(37L,37R) への予想モータ流量を決定する手段は、前記一対の第2推進ホィール(35L,35R) の実際の回転速度と、前記ホィールモータの予想モータ流量とを決定する手段(71L,71R) を含んでいることを特徴とする請求項1記載の車両推進装置。
- 前記ホィールモータ(37L,37R) への予想モータ流量を決定する手段は、さらに、ステアリング位置とステアリング角度を決定する手段を含んでいることを特徴とする請求項2記載の車両推進装置。
- 前記装置内の漏れ量(107) を補償するための第2処理手段は、モータ速度信号を受け取って、漏れ量のゲイン信号(111) を算出する手段を含むことを特徴とする請求項1記載の車両推進装置。
- 負荷(35L,35R) と、この負荷に連結して作動する油圧モータ(37L,37R) と、ポンプ吐出量に関するコマンド信号(51)に応じてその吐出量を変化させる手段(52)を有し、動力源(E) から入力トルクを受け取る可変容量形ポンプ(39)とを備える形式の油圧伝動装置であって、
(a) 前記油圧モータ(37L,37R) への予想モータ流量を決定し、かつこれに応じて予想モータ流量信号(69)を発生するための手段(67)と、
(b) 指定したポンプ圧力に対応する圧力コマンド信号(77)を発生する手段(78)と、
(c) 前記油圧モータ(37L,37R) への実際のモータ流量(75)を検出する手段(73)と、
(d)前記第1推進ホイール (17) に対して前記第2推進ホイール (35L,35R) の車軸が上下動するのを抑えるために、ポンプ吐出量を表す信号( 99 )とポンプ速度信号( 63 )とをマルチプレクサ( 101 )に入力して、実際のポンプ流量(103)を計算し、このポンプ流量と前記実際のモータ流量(75)とを比較し、装置内の漏れ量(107)を決定するための第1処理手段(49,105)と、
(e)前記装置内の漏れ量( 107 )とポンプ圧力( 59 )を装置の漏れ量ゲインを表す信号( 111 )に変換するフィルタを有し、この漏れ量ゲイン信号と圧力コマンド信号( 77 )により 、ポンプ吐出量を調整する信号に基づいて、前記漏れ量(107)を補償するために前記予想モータ流量(75)を調整し、かつ前記ポンプ吐出量に関するコマンド信号(51)を発生させる第2処理手段(49,109)とを備えていることを特徴とする油圧伝動装置。 - 前記ポンプ吐出量に関するコマンド信号(95)を所定の最小及び最大のポンプ吐出量の範囲内に抑制する手段(93)をさらに含むことを特徴とする請求項5記載の油圧伝動装置。
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