JP4180672B2 - マシンの駆動列の電気油圧制御装置 - Google Patents

マシンの駆動列の電気油圧制御装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的にマシンを制御的に作動させて動力伝達系統のトルクを減少させる電気油圧式制御装置に関する。より詳細には、本発明はトルクコンバータのインペラクラッチの圧力を選択的に制御して動力伝達系統のトルクを減少させる電気油圧式制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンを高アイドルで作動中させながら、マシンの動力伝達系統のトルク制御を行うことが好ましい。ホイールローダ式のマシンにおいてそのような制御を行なうことにより、材料を補足するための油圧作業具に全動力を与えながら、オペレータは、マシンを積み重ねられた材料に向けて“インチング”させることができる。動力伝達系統のトルク制御は、さらにホイールのスリップを減少させるのに有効なリムプル（ｒｉｍｐｕｌｌ）を減少させる。
マシンをインチングさせる従来の１態様において、トランスミッションをギア連結状態とし、フットペダルを用いてブレーキを調整する。これは、オペレータの相当な努力を必要とすること、また常用ブレーキが比較的早く摩耗することのために好ましくない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
マシンにインチングの能力を与える別の従来の方法において、インペラクラッチをマシンのエンジンとトランスミッションの間に接続する。一般的に、インペラクラッチはオペレータのペダルによって作動される。オペレータのペダルはインペラクラッチを係合したりまたは係合を解除したりするように作動し、これにより、駆動列によって伝達される動力が変化し、マシンの速度が落ちてホイールのスリップが減少することになる。しかしながら、マシンをオペレータのペダルに比例する速度に維持することは、駆動列にかかるトルクの変化のために困難である。
本発明は上述の問題の１つか２つ以上を解決する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様において、マシンの駆動列の電気油圧式制御装置を開示する。手で作動されるインペラクラッチペダルは、インペラクラッチペダルの位置に応答してインペラクラッチペダル信号を発信する。インペラクラッチ電気油圧バルブは流体をインペラクラッチに流し、インペラクラッチを制御的に係合したり係合を解除したりする。インペラクラッチペダルの位置に応答するインペラクラッチ圧力曲線がメモリ内に記憶される。回転式位置スイッチは、リムプルの所望の減少を表す所望のリムプル設定値を選択し、所望のリムプル信号を発信する。電子コントローラは所望のリムプル信号を受信し、インペラクラッチ圧力曲線を変更する。この後、電子コントローラがインペラクラッチペダル信号を受信して、電気油圧バルブを制御的に作動させて、インペラクラッチ圧力曲線によって定められた所望のインペラクラッチ圧力を作り出す。
【０００５】
【実施例】
本発明は、ホイールローダのような土壌作業用マシン１００の動力伝達系統のトルクを制御することに関する。マシンの動力、すなわち駆動列１０２が図１に示されている。駆動列は、流体式トルクコンバータ１０６に接続されているシャフト１０５を有するエンジン１０４を含む。トルクコンバータは、回転ハウジング１０７、インペラ要素１０８、リアクター要素１１０、および中央に配置されている出力シャフト１１３に接続されているタービン要素１１２を含む。出力シャフトは入力を多段式トランスミッション１１４に与える。このトランスミッション１１４は、一対のディスクタイプの方向性クラッチあるいはブレーキと複数のディスクタイプの速度クラッチあるいはブレーキの作動によって、複数の組のプラネタリギアのうち協働するものと選択的に係合される、複数の相互接続されたプラネタリギアを有するのが好ましい。トランスミッションの出力は、マシンのドライブホイールに接続されている動力伝達系統１２８を回転させる。
【０００６】
駆動列は、ディスクタイプの入力クラッチ、すなわちエンジン１０４とトルクコンバータ１０６との間に配置されており回転するハウジングをインペラ要素に制御的に結合させるインペラクラッチ１１６と、トルクコンバータを有効にバイパスするよう直結させるために、回転するハウジングをタービン要素および出力シャフトとに選択的に結合するためのディスクタイプのロックアップクラッチ１１８と、を含むのが好ましい。電気油圧式クラッチバルブ１２０はインペラクラッチを作動させるように流体流れを供給し、電気油圧ロックアップクラッチバルブ１２２はロックアップクラッチを作動させるように流体流れを供給する。
電気油圧制御装置１２４が駆動列の作動を制御するために設けられている。制御装置は、内部マイクロプロセッサを含む電気制御モジュール１２６を含む。マイクロプロセッサとは、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、集積回路およびプラグラム可能なものを含むことを意味する。電子制御モジュールは、複数のセンサーとスイッチからの入力信号をマイクロプロセッサによって読み取り可能な形態に変換するのに十分な電子回路と、複数のソレノイドを駆動し、制御モジュールによって発生した信号に従ってトランスミッション１１４、インペラクラッチ１１６、およびロックアップクラッチ１１８を作動させるのに十分な動力を作り出すための電気回路と、を含む。マイクロプロセッサは１つか２つ以上の手で選択された作動信号と、自動的に発生した複数の作動信号とを受け取るために所定のロジックルールでプログラムされる。
【０００７】
温度センサー１４６が、トルクコンバータの温度を検出するのに設けられている。従って、温度センサーは、トルクコンバータの温度を表す温度信号を電子制御モジュールに送る。
電気油圧制御装置１２４は、トランスミッションの作動を選択的に制御するオペレータ制御ハンドル１３４を含む。制御ハンドルは、トランスミッション制御信号を、所望のギア比またはマシンの方向を表す制御モジュールに発信する。オペレータインペラクラッチペダル１３６は、インペラクラッチの係合の度合を選択的に制御するために設けられている。インペラクラッチペダルは、横方向に向いたピボットピンのまわりを回転可能である。ペダルが上昇位置から中間の位置まで押下げられると、エンジンからインペラ要素１０８にトルクを伝達するためのインペラクラッチ１１６の能力は比例的に減少する。インペラクラッチペダルが押下げられると、インペラクラッチペダルはペダル位置に比例してインペラクラッチペダル信号を電子制御モジュールに送る。
【０００８】
油圧バルブ１４０と前後の組になったブレーキ１４２、１４４とを含む常用ブレーキ機構１３８を作動させるブレーキペダル（図示せず）の作動に応答してマシンのブレーキングが起きる。または、マシンのブレーキングは、インペラクラッチが所定の位置を越えて押下げられることにより開始されてもよい。ブレーキバルブ１４０は機械的にまたは電子的に作動されてもよい。このように、ブレーキペダルとインペラクラッチペダルは、手でまたは電子的にブレーキバルブを作動させればよい。以下の記載において、機械的に作動されるブレーキバルブを同じように用いてもよいことは本分野の当業者であれば明白であるが、本発明では電子的に作動されるブレーキバルブに関して記載する。最後に、アクセルペダル（図示せず）がエンジンの速度を制御するのに設けられていればよい。
【０００９】
インペラクラッチペダルを押下げ、開いたループの動力伝達系統トルク制御を行うことに応答してインペラクラッチを変更することも知られている。さらに、インペラクラッチペダル位置に応答して、常用ブレーキを調整することも知られている。例えば、最大圧力のパーセンテージとしてのインペラクラッチ圧力と、最大のパーセンテージとしてのブレーキ圧力を表す図２のグラフを参照する。インペラクラッチ圧力とブレーキ圧力はインペラクラッチペダルの押下げの関数である。例えば、完全に上昇した４５度の第１の位置から中間の３３度の第２の位置にペダルが押下げられると、電子制御ジュールはインペラクラッチ圧力を比例的に調整する。さらに、ペダルの押下げによって３３度の第２の位置を越える位置になり、徐々に常用ブレーキの作動を行い完全に押下げられた２５度の第３の位置になる。このように、この従来の制御は、インペラクラッチとブレーキの作動との間で所定量だけ重なり合い、動力伝達系統のトルクを制御する。このようなシステムの１つが米国特許第５、０４０、６４８号に開示されている。本発明は、この先行技術を引用し、この特許明細書の記述を本明細書の記述の一部とする。
【００１０】
本発明は、オペレータが、インペラクラッチの圧力の曲線を変更して最大許容可能なインペラクラッチ圧力を減少させることができるようにする。これにより動力伝達系統のトルクすなわちリムプルの改良された制御性をオペレータに与えることになる。リムプルは、マシンが作り出すことのできる牽引力である。一般的にマシンが第１のギアで動くことに応答してのみ、最大許容可能なインペラクラッチの圧力が減少する。
図３を参照すると、オペレータの制御パネルのブロック線図が示されている。４位置回転スイッチ２０５は４つのリムプルの減少される設定値のうち１つを選択するように設けられている。各リムプルの設定値は、減少した動力伝達系統のトルクすなわちリムプルに対応する。例えば、設定１は最大リムプルの８０パーセントに対応し、設定２は最大リムプルの７５パーセントに対応し、設定３は最大リムプルの７０パーセントに対応し、さらに設定４は最大リムプルの６５パーセントに対応する。２位置ロッカースイッチ２１０は１００パーセントの最大リムプル、またはスイッチ２０５により示されるリムプルの減少した設定値のいずれかを選択するように設けられている。電子制御は、スイッチ位置を表しスイッチ位置に基づいた信号を受け取り、インペラクラッチ圧力曲線を変更する。本分野の当業者であれば、４位置の回転スイッチは複数の別個の設定値で選択可能であるか、または２つの別個の設定値の間で無限に選択可能であればよいことがわかるであろう。
【００１１】
インペラクラッチ圧力の曲線は、図２に示したマスターインペラクラッチ圧力曲線から図４に示した変更されたインペラクラッチ圧力曲線に変更される。位置スイッチ２０５の設定に従って、電子制御は、マスターインペラクラッチ圧力曲線における最大許容可能な圧力を、動力伝達系統のトルクすなわちリムプルの所望の減少に相当する、減少した最大許容可能な圧力に変更する。本発明は、マスターインペラクラッチ圧力曲線を変更することに関連して記載してきたが、本分野の当業者であれば、複数のインペラクラッチ圧力曲線を用いてもよいことがわかる。例えば、各インペラの設定値は、それぞれが最大許容可能なインペラクラッチ圧力に対応する複数のインペラクラッチ圧力曲線の１つに対応すればよい。オペレータが、最大リムプルの７０％の所望のリムプルに相当する３のリムプル設定値を選択すると想定する。電子制御は、リムプル設定値３を表す所望のリムプル信号を受取り、これに対応して減少される最大許容可能なインペラクラッチ圧力を求める。電子コントローラは、最初に最大リムプルの７０パーセントになるペダルの位置を求める。この場合、最大リムプルの７０パーセントは、３０パーセントのペダルの押下げすなわち４０度のペダル位置に相当する。次いで、マスターインペラクラッチ圧力曲線から、対応するインペラクラッチ圧力が求められる、例えば４０度のペダル位置は最大クラッチ圧力の４５パーセントのインペラクラッチ圧力に相当する。最大クラッチ圧力の４５パーセントのインペラクラッチ圧力は減少される最大許容可能なインペラクラッチ圧力になる。次いで、電子コントローラは、最大許容可能なインペラクラッチ圧力が最大クラッチ圧力の４５パーセントに等しい状態で、インペラクラッチ曲線を変更する。
【００１２】
変更されたすなわち修正されたインペラクラッチ圧力曲線が図４に示されている。完全に上昇した第１の位置に相当するインペラクラッチ圧力が、例えば最大許容可能なインペラクラッチ圧力の４５パーセントである、減少された最大許容可能なクラッチ圧力に等しい。ペダルの運動不能領域が存在せず、オペレータが選択するリムプルすなわち圧力範囲内において、オペレータがペダル運動の全てを利用できるのが有効である。
トルクコンバータの温度が最大許容可能な温度を越えることに応答して、１００パーセントの最大リムプルに再び戻ることが好ましい。このように、温度信号の大きさが所定の値より大きいことに応答して、電子制御は、最大許容可能なインペラクラッチ圧力をマスターインペラクラッチ圧力曲線に対応する圧力に変える。従って、トルクコンバータとトランスミッションは、インペラクラッチがスリップすることによるオーバヒートから保護されることになる。
【００１３】
インペラクラッチとブレーキ圧力曲線が電子コントローラに備わっているソフトウェア内の３次元のルックアップ表に記録される。例えば、ルックアップ表は複数のインペラクラッチと、複数のペダル位置に対応するブレーキ圧力値を記憶する。同様に、減少リムプル設定値とこれに対応する減少した最大許容可能なインペラクラッチ圧力は、電子コントローラにあるソフトウェア内に記憶される。機械的に作動されるブレーキバルブが用いられる場合には、いかなるブレーキ圧力曲線も記憶されない。
オペレータに融通性を持たせるために、本発明は減少リムプルの設定値を変更させることができる。例えば、図３をもう一度参照すると、器具パネル２１５が示されている。器具パネルは１組のアナログゲージ２２０、１組のディジタルゲージ２２５、キーパッド２３０およびリムプル表示ランプ２３５を含む。ランプは減少したリムプルが“有効”であることをオペレータに示すのに用いられた。キーバッド２３０を介して適当なモードを選択することによって、ディジタルゲージはスイッチ２０５のスイッチ位置を表示し、これに対応する減少リムプル設定値を表示する。キーパッド２３０を介して別のモードに入ることによって、あるいは整備工具のような外部装置を用いることによって、オペレータはインペラクラッチペダルを操作して各スイッチの減少リムプル設定値を変えることができる。これによって、オペレータは、マシンの作動状態に従って減少されるリムプル設定値を得ることができる。
【００１４】
このように、本発明は上述の好ましい実施例を参照して詳細に図示し記載してきたが、本分野の当業者であれば、様々な別の実施例を本発明の精神と範囲から逸脱することがなく考え出すことができるであろう。
図に関する操作において、本発明は、エンジンが高アイドルで作動中にマシンの動力伝達系統のトルク制御を行うことができる。これにより、全動力を油圧作業具に与えながら、オペレータはマシンをインチングすることができ、動力伝達系統のトルクを減少できる。従って、リムプルが減少され、ホイールのスリップを小さくする。このために、電気油圧制御装置は、インペラクラッチペダルの位置に応答して、インペラクラッチ圧力によって定められた圧力レベルにまでインペラクラッチ圧力を制御し動力伝達系統のトルクを減少させる。オペレータが動力伝達系統のトルクをより制御できるように、本発明はインペラクラッチ圧力曲線を変更し、所望のインペラクラッチ圧力レベル間で改良されたペダル調節を行うことになる。さらに、本発明は、リムプルスイッチを操作することによってオペレータが設定することのできる特定のリムプル設定値によって所望のリムプルに何回でも戻ることができる大きな自由度をオペレータに与える。
【００１５】
本発明の別の態様、目的および利点は図面、発明の開示および請求の範囲を参照することによって得ることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】マシンの動力列制御システムのブロック線図である。
【図２】インペラクラッチ圧力およびブレーキ圧力曲線を表すグラフ図である。
【図３】マシンの制御パネルのブロック線図である。
【図４】変更されたインペラクラッチの圧力曲線を表すグラフ図である。
【符号】
１００ 作業用マシン
１０２ 駆動列
１０４ エンジン
１０６ トルクコンバータ
１０７ ハウジング
１０８ インペラ要素
１１０ リアクタ要素
１１２ タービン要素
１１６ インペラクラッチ
１２４ 電気油圧制御装置
１３６ インペラクラッチペダル
１３８ 常用ブレーキ
１４０ 油圧式ブレーキバルブ
１４２、１４４ ブレーキ
２０５ 位置回転式スイッチ
２１５ パネル
２２０ アナログゲージ
２３０ キーバッド

Claims (7)

  1. エンジンと、トランスミッションと、トルクコンバータと、前記エンジンおよびトルクコンバータとの間に接続されているインペラクラッチと、を含むマシンの駆動列の電気油圧制御装置において、
    インペラクラッチペダル信号を位置に応答して作り出す、手動式インペラクラッチペダルと、
    インペラクラッチを制御的に係合したり係合を解除するように前記インペラクラッチに流体流れを与えるインペラクラッチ電気油圧式バルブと、
    前記インペラクラッチペダルの位置に応答するインペラクラッチ圧力曲線を記憶するためのメモリ手段と、
    リムプル（ｒｉｍｐｕｌｌ）の所望の減少を表す、オペレータによって変更可能な所望のリムプル設定値を選択し、所望のリムプル信号を作り出す、回転式位置スイッチを含むオペレータが選択可能な手段と、
    前記所望のリムプル信号を受信し、該リムプル信号に対応するように前記インペラクラッチ圧力曲線を変更する手段と、
    前記インペラクラッチペダル信号を受信し、前記電気油圧式バルブを制御的に作動して、前記インペラクラッチ圧力曲線によって定められた所望のインペラクラッチ圧力を作り出す手段と、
    を備え、
    前記トルクコンバータの温度を検出し、該トルクコンバータの温度を表す温度信号を発信する温度センサーと、
    前記温度信号を受信し、該温度信号が所定の値よりも大きいことに応答して、前記最初のインペラクラッチ圧力曲線を選択する手段を含む、
    ことを特徴とする電気油圧制御装置。
  2. １組のブレーキと、該１組のブレーキを制御的に係合したり係合を解除するように前記１組のブレーキに流体流れを与える油圧バルブとを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気油圧制御装置。
  3. 前記ペダルが第１の位置から第２の位置まで押下げられることに応答して、前記インペラクラッチペダル位置に比例して前記インペラクラッチ圧力を調整し、前記ペダルが第２の位置から第３の位置まで押下げられることに応答して前記インペラクラッチペダルの位置に比例してブレーキ圧力を調整する手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の電気油圧制御装置。
  4. 前記メモリ手段は、前記インペラクラッチペダル位置に応答するブレーキ圧力曲線を記憶し、前記制御手段は、前記ブレーキ油圧バルブを選択的に制御して、前記ブレーキ圧力曲線に応答して所望のブレーキ圧力を作り出すことを特徴とする請求項３に記載の電気油圧制御装置。
  5. エンジンと、トルクコンバータと、前記エンジンとトルクコンバータとの間に接続されたインペラクラッチと、インペラクラッチペダルと、を含むマシンの駆動列のトルクを制御する方法において、
    インペラクラッチペダルの位置に応答してインペラクラッチペダル信号を発信し、
    それぞれが最大許容可能なインペラクラッチ圧力に対応する複数の所望のリムプル設定値を記憶し、
    所望のリムプル設定値を選択して所望のリムプル信号を発信し、
    該所望のリムプル信号および前記インペラクラッチペダル信号を受信し、前記所望のリムプル設定値によって定められた前記最大許容可能なインペラクラッチ圧力以下の、前記インペラクラッチペダル位置に応答する所望のインペラクラッチ圧力を作り出す、
    段階を備え、
    さらに、前記所望のリムプル設定値を変更する段階と、
    前記インペラクラッチペダル信号に応答するインペラクラッチ圧力曲線を記憶し、前記所望のリムプル信号を受信して前記インペラクラッチ圧力曲線を変更し、前記インペラク ラッチペダル信号を受信して、前記インペラクラッチ圧力曲線によって定められた前記所望のインペラクラッチ圧力を作り出す段階と、
    前記トルクコンバータの温度を検出して、該トルクコンバータの温度を表す温度信号を作り出し、該温度信号を受信して、該温度信号が所定の値よりも大きいことに応答して前記最初のインペラクラッチ圧力曲線を選択する段階と、
    を含むことを特徴とする制御方法。
  6. 前記ペダルが第１の位置から第２の位置まで押下げられることに応答して前記インペラクラッチペダル位置に比例して前記インペラクラッチ圧力を調整し、前記ペダルが第２の位置から第３の位置まで押下げられることに応答して前記インペラクラッチペダル位置に比例して前記ブレーキ圧力を調整する段階を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 前記インペラクラッチペダル位置に応答するブレーキ圧力曲線を記憶し、該ブレーキ圧力曲線に応答して所望のブレーキ圧力を作り出す段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
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