JP4404796B2

JP4404796B2 - 電子ガバナ

Info

Publication number: JP4404796B2
Application number: JP2005093887A
Authority: JP
Inventors: 保生藤井; 正徳藤原; 一山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP2006274880A

Description

本発明は、アクチュエータを用いてエンジンの回転数を目標回転数に制御する電子ガバナに関する。

電子ガバナは、目標回転数が設定されると、エンジンの実回転数を検出し、検出した実回転数と目標回転数との回転数偏差を許容範囲内に収束するようにアクチュエータを制御する。アクチュエータは、エンジンがディーゼルエンジンの場合、調量ラックを操作することによって燃料供給量を調節する。

例えばこのようなエンジンを芝刈機やトラクター等の作業車両に搭載して使用する場合には、上述のような回転数制御が行われると共に、ＨＳＴ（油圧式無段変速装置）等の変速装置によってエンジンの変速が行われる。ＨＳＴは、油圧サーボ機構によって可動斜板を傾斜させることによって変速を行う。この変速時に油圧サーボ機構への油圧が高すぎると、変速ショックが大きくなる。この変速ショックを和らげるために、油圧サーボ機構に圧油を供給する油路に可変絞り弁を取り付け、油圧サーボ機構に対する油圧をより小さくしている（特許文献１参照）。

従来、こういった回転数制御および変速の操作系は独立していたが、今日では、操縦者の利便性から回転数制御および変速の操作系を一系統にまとめる場合がある。例えば芝刈機やトラクター等の車両では、目標回転数を設定するアクセルペダルと変速レバーとを一体化した一体化ペダルを用いることにより、回転数制御および変速の操作系を一系統にまとめている（特許文献２参照）。電子ガバナによる回転数制御とＨＳＴによる変速の操作系とが一系統にまとめられた車両の場合、操縦者が一体化ペダルを踏み込むと、一体化ペダルの踏み込みに応じて目標回転数が設定され、電子ガバナが目標回転数と実回転数との回転数偏差を許容範囲内にしようとアクチュエータを制御する。一方で、ＨＳＴが、一体化ペダルの踏み込みに応じた変速比になるように油圧サーボ機構によって可動斜板を傾斜させる。
特開２００２−１３６３７号公報特開平５−１４７４６０号公報

しかし、このように回転数制御および変速の操作系が一系統にまとめられている車両において、以下のような状況では却ってエンジンの目標回転数への応答が遅れ、これにより操縦者の操縦フィーリングが悪化するおそれがある。

図３は、回転数制御および変速の操作系が一系統にまとめられた場合に生じるエンジンの目標回転数への応答の遅れの一例を示す図である。左縦軸はエンジン回転数を示し、右縦軸は電子ガバナの積分制御値を示し、横軸は時間を示す。図中の実線Ｒ_１は、従来の電子ガバナが回転数制御を行う場合のエンジンの実回転数を示し、破線はエンジンの目標回転数Ｓを示し、一点鎖線は従来の電子ガバナのＰＩＤ制御にて用いられる積分制御値Ｉ_１を示す。

操縦者が車両をエンジン無負荷状態（図３のｔ_０〜ｔ_１）から高速走行に移行させるために一体化ペダルを最大限にまで踏み込むと（図３のｔ_１〜ｔ_２）、電子ガバナによって目標回転数を最高回転数にするように回転数制御が行われ、同時にＨＳＴによって最高速用に変速比が小さくなるような変速が行われる。これによりエンジンの実回転数は最高回転数になり、車両は高速走行を行う。この高速走行時に悪路等によってエンジン負荷が新たに生じると、この負荷によって実回転数が低下するとともに車両が減速する（図３のｔ_３〜ｔ_４）。操縦者は、車両を加速させるために一体化ペダルを最大限まで踏み続け、これにより実回転数を最高速回転数に戻す。この実回転数が低下してから最高回転数に戻るまでの間（図３のｔ_４〜ｔ_５）、電子ガバナでは、積分制御による積分演算が単純増加的に続けられ、積分制御値が大きくなり続ける。その後、操縦者が、車両を元のエンジン無負荷状態に戻すために一体化ペダルから足を離すと、目標回転数はエンジン無負荷状態の回転数に設定される（図３のｔ_６）。電子ガバナは実回転数をエンジン無負荷状態の回転数にしようとアクチュエータを制御しようとするが、主に以下の（ａ）および（ｂ）により、実回転数は、エンジン無負荷状態から高速走行に移行するために要した時間の何倍もの長い時間が経過しない限り、エンジン無負荷状態の回転数にまで減少しない（図３のｔ_６〜ｔ_７）。

（ａ）目標回転数を最高回転数に設定しているにも関らず実回転数が最高回転数より低下している間に積分制御値が大きくなり過ぎること、かつ目標回転数であるエンジン無負荷状態の回転数に対応して電子ガバナの積分制御の積分ゲインが小さく設定されることによってエンジン無負荷状態の回転数に対応した積分制御値になるまで時間がかかること。
（ｂ）ＨＳＴの変速ショックを和らげるために取付けられた可変絞り弁が油圧サーボ機構に供給される圧油の油圧を小さくすることから可動斜板の傾斜が遅れ、このため最高速用の変速比からエンジン無負荷状態の変速比への移行に長い時間が要する。この結果、エンジン無負荷状態の変速比によるエンジンブレーキ効果が得られるまで時間がかかること。

本発明は、上記問題を解決すると共に、操縦者が、回転数制御および変速の操作系を一系統にまとめた作業車両をエンジンの実回転数が高回転数である高速状態からエンジンの実回転数が低回転数である低速状態（エンジン無負荷状態を含む）にしようと操作するような目標回転数の減少率が大きく、操作前の段階にて既にＰＩＤ制御の積分制御値が大きくなっている場合にも、変速側を何ら改変せずとも、速やかに低速状態に移行するようにエンジン回転数制御の応答性を向上させた電子ガバナを提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの燃料供給調節手段を操作するアクチュエータ（2）を、エンジンの実回転数と目標回転数との回転数偏差を許容範囲内に収束させるように制御する電子ガバナであって、電子ガバナは、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段(3)と、目標回転数を設定する目標回転数設定手段(4)と、エンジンの実回転数と目標回転数との回転数偏差を許容範囲内にするようにアクチュエータ駆動電流をＰＩＤ制御する回転数制御手段(5)と、制御されたアクチュエータ駆動電流をアクチュエータ（2）に出力する駆動手段（6）とを有し、回転数制御手段(5)は、目標回転数に応じて積分ゲインを設定する積分ゲイン調節部(59)と、設定された積分ゲインに基いて積分制御値を演算出力する積分演算部(57)とを有し、積分ゲイン調節部(59)は、目標回転数の減少率が所定の減少率より大きく、回転数偏差が許容範囲外である場合には、前記目標回転数に応じて設定された積分ゲインより大きな値を新たに積分ゲインとして設定し、目標回転数の減少率が所定の減少率より大きくない場合、又は、目標回転数の減少率が所定の減少率より大きい場合であっても回転数偏差が許容範囲外でない場合には、目標回転数に応じて設定された積分ゲインの設定変更は実行されないようにし、これにより上記目的が達成される。

本発明の電子ガバナは、操縦者が、回転数制御および変速の操作系を一系統にまとめた車両等の機体を、エンジンの実回転数が高回転数である高速状態からエンジンの実回転数が低回転数である低速状態（エンジン無負荷状態を含む）にしようと操作しても、実回転数がより低回転数の目標回転数にまで減少する時間が、低速状態から高速状態になる時間の何倍にもなるようにエンジンの回転数応答が悪化する場合か否かを、以下の条件（１）および（２）によって判断する。（１）目標回転数の減少率が所定の減少率より大きいか否か、（２）回転数偏差が許容範囲外であるか否か。所定の減少率は、例えば工場にて車両の機種毎に予め計測された値に基いて設定されている。

次いで、本発明の電子ガバナは、エンジン回転数応答が悪化する場合と判断すると、操作時点に設定された積分ゲインではなく、設定された積分ゲインより大きな値を新たに積分ゲインとして設定し、この積分ゲインに基いてＰＩＤ制御を行うことによって回転数制御の応答性を向上させ、より迅速に、目標回転数と実回転数との回転数偏差を許容範囲内に収束させる。

従って、本発明は、操縦者が、回転数制御および変速の操作系を一系統にまとめた車両を、エンジンの実回転数が高回転数である高速状態からエンジンの実回転数が低回転数である低速状態（エンジン無負荷状態を含む）にしようと操作するような目標回転数の減少率が大きく、操作前の段階にて既にＰＩＤ制御の積分制御値が大きくなっている場合にも、変速側を何ら改変せずとも、速やかに低速状態に移行するようにエンジン回転数制御の応答性を向上させた電子ガバナを提供することを可能とする。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態である電子ガバナの一例を示したブロック図である。

本発明の実施形態である電子ガバナ１は、燃料供給調節手段（図示せず）を操作するアクチュエータ２を制御する。操作された燃料供給調節手段は、エンジンの回転数が目標回転数になるように燃料供給量を調節する。例えば、アクチュエータ２はソレノイドであり、アクチュエータ駆動電流である励磁電流によって駆動される。燃料供給調節手段は、例えば燃料噴射ポンプに設けられた燃料調量ラックであり、エンジンへの燃料供給量を調節する。

本実施形態の電子ガバナ１は、回転数検出手段３と、目標回転数設定手段４と、回転数制御手段５と、駆動手段６とを備える。

回転数検出手段３はエンジンの実回転数を検出する。回転数検出手段３は、例えばアクチュエータ駆動電流または１回転数当りで検出されるパルス数に基いて実回転数を検出する。
目標回転数設定手段４は目標回転数を設定する。目標回転数設定手段４は例えば調速レバーである。

回転数制御手段５は、エンジンの回転数を目標回転数に調節するようにアクチュエータ駆動電流を制御する。回転数制御手段５は、回転数偏差演算手段５１と、回転数フィードバック制御手段５２と、電流検出手段５３と、電流偏差演算手段５４と、電流フィードバック制御手段５５とを備える。これら回転数制御手段５の諸手段は、例えばＥＣＵ等のコンピュータにおいて実現されている。
回転数偏差演算手段５１はエンジンの回転数と目標回転数との回転数偏差を演算する。

回転数フィードバック制御手段５２は、比例演算部５６と、積分演算部５７と、微分演算部５８と、積分ゲイン調節部５９とを有し、これら演算部によって演算出力される各制御値を用いたＰＩＤ制御に基いて、回転数偏差演算手段５１によって演算された回転数偏差を許容範囲内にするようにアクチュエータ２の目標駆動電流を演算する。

比例演算部５６、積分演算部５７および微分演算部５８それぞれは、回転数偏差を許容範囲内にするように、比例制御値、積分制御値、微分制御値をそれぞれ演算出力する。

積分ゲイン調節部５９は、目標回転数に応じて積分ゲインを設定するが、目標回転数の減少率が所定の減少率より大きく、回転数偏差が許容範囲外である場合には、目標回転数に応じて設定された積分ゲインより大きな値（例えば目標回転数に応じて設定された積分ゲインに一定値を加えた値）を新たに積分ゲインとして設定する。積分演算部５７は、積分ゲイン調節部５９によって設定された積分ゲインに基いて積分制御値を演算出力する。

図２は、積分ゲイン調節部５９の処理工程の一例を示すフローチャート図である。積分ゲイン調節部５９は、目標回転数が設定されると、ステップ１０１にて、この目標回転数に応じて積分ゲインを設定する。目標回転数と積分ゲインとは比例関係にあり、例えば目標回転数が高く設定されると積分ゲインも大きく設定される。次いで、ステップ１０２にて目標回転数の減少率が所定の減少率より大きいか否かを判断する。目標回転数の減少率が所定の減少率より大きいと判断された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップ１０３に進む。ステップ１０３にて、回転数偏差が許容範囲外であるか否かが判断される。回転数偏差が許容範囲外であると判断された場合（ＹＥＳの場合）、ステップ１０４に進み、目標回転数に応じて積分ゲインが設定された積分ゲインより大きな値（例えば設定した積分ゲインに一定値）が新たに積分ゲインとして設定される。ステップ１０２にて目標回転数の減少率が所定の減少率より大きいと判断されなかった場合（ＮＯの場合）およびステップ１０３にて回転数偏差が許容範囲外であると判断されなかった場合（ＮＯの場合）には、目標回転数に応じて設定された積分ゲインの設定変更は実行されない。すなわち、目標回転数の減少率が所定の減少率より大きくない場合、又は、目標回転数の減少率が所定の減少率より大きい場合であっても回転数偏差が許容範囲外でない場合には、目標回転数に応じて設定された積分ゲインの設定変更は実行されない。

所定の減少率および積分ゲインに加えるための一定値は、例えば工場にて車両の種類毎に予め計測された値に基いて設定されている。例えば所定の減少率は、目標回転数がエンジン無負荷状態の実回転数に減少した場合の減少率であってもよい。図３の時間ｔ_６以降に示された二点鎖線Ｉ_２は、本発明の一実施形態である電子ガバナの積分制御値を示す（本実施形態の電子ガバナの積分制御値は時間ｔ_６まで従来の電子ガバナの積分制御値Ｉ_１と等しい）。ここでは、所定の減少率は、目標回転数がエンジン無負荷状態の実回転数に減少した場合の減少率に予め設定されている。

電流検出手段５３は、シャント抵抗（図示せず）によってアクチュエータから検出された電流をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換した後の値からアクチュエータの検出電流値を算出する。電流偏差演算手段５４は、設定されたアクチュエータ目標駆動電流とアクチュエータの検出電流との偏差を演算する。
電流フィードバック制御手段５５は、演算された偏差を許容範囲内にするＰＷＭ信号のデューティ比をＰＩＤ制御に基いて演算する。

駆動手段６は、電流フィードバック制御手段５５から入力されたＰＷＭ信号に基いてアクチュエータ駆動電流をアクチュエータ２に出力する。駆動手段６は例えばアクチュエータ２がソレノイドである場合には励磁回路を備える。
図３の時間ｔ_６以降に示された実線Ｒ_２は、本発明の一実施形態である電子ガバナを用いた場合のエンジンの実回転数を示す（本実施形態の電子ガバナでの実回転数は時間ｔ_６までは従来の電子ガバナの実回転数と等しい）。本実施形態の電子ガバナでの実回転数と従来の電子ガバナでの実回転数とを比較すると、本実施形態の電子ガバナにおいて明らかにエンジン回転数応答が向上していることが理解される。所定の減少率は、目標回転数がエンジン無負荷状態の実回転数に減少した場合の減少率に予め設定されている。

以上のように説明してきた電子ガバナは、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は、この実施形態に限定されることはなく、請求の範囲に基く技術的範囲内で適宜変更して実施することができる。

本発明の実施形態である電子ガバナの一例を示すブロック図である。本発明の実施形態である電子ガバナの積分制御処理工程の一例を示すフローチャート図である。回転数制御および変速の操作系が一系統にまとめられた場合に生じるエンジンの目標回転数への応答の遅れの一例を示す図である。

符号の説明

１…電子ガバナ
２…アクチュエータ
３…回転数検出手段
４…目標回転数設定手段
５…回転数制御手段
６…駆動手段

Claims

エンジンの燃料供給調節手段を操作するアクチュエータ（2）を、エンジンの実回転数と目標回転数との回転数偏差を許容範囲内に収束させるように制御する電子ガバナであって、
電子ガバナは、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段(3)と、目標回転数を設定する目標回転数設定手段(4)と、エンジンの実回転数と目標回転数との回転数偏差を許容範囲内にするようにアクチュエータ駆動電流をＰＩＤ制御する回転数制御手段(5)と、制御されたアクチュエータ駆動電流をアクチュエータ（2）に出力する駆動手段（6）とを有し、
回転数制御手段(5)は、目標回転数に応じて積分ゲインを設定する積分ゲイン調節部(59)と、設定された積分ゲインに基いて積分制御値を演算出力する積分演算部(57)とを有し、
積分ゲイン調節部(59)は、目標回転数の減少率が所定の減少率より大きく、回転数偏差が許容範囲外である場合には、前記目標回転数に応じて設定された積分ゲインより大きな値を新たに積分ゲインとして設定し、
目標回転数の減少率が所定の減少率より大きくない場合、又は、目標回転数の減少率が所定の減少率より大きい場合であっても回転数偏差が許容範囲外でない場合には、目標回転数に応じて設定された積分ゲインの設定変更は実行されないようにした、電子ガバナ。