JP6353741B2 - 油圧走行駆動車両 - Google Patents

Description

本発明は、油圧走行駆動車両に関し、特に、ＨＳＴ（Hydro Static Transmission）を備えた油圧走行駆動車両に関する。

除雪車、トンネル点検車、ホイールローダ等の作業用車両の駆動システムとして、原動機（エンジン）よって可変容量油圧ポンプを駆動し、可変容量油圧ポンプから吐出されたオイルによって可変容量油圧モータを駆動し、可変容量油圧モータによって走行用車輪を駆動するＨＳＴを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。可変容量油圧ポンプと可変容量油圧モータとを組み合わせたＨＳＴによれば、可変容量油圧ポンプと固定容量油圧モータとを組み合わせたＨＳＴよりも、変速の幅を広くすることが可能となる。

また、ＨＳＴを備えた油圧走行駆動車両においては、ＨＳＴを介してエンジンから走行用車輪に動力伝達して走行する力行と、エンジンから走行用車輪への動力伝達を遮断して慣性で走行させる惰行と、を切り換える運転方法が採用されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、車両を力行させるときには、エンジンの駆動によって油圧ポンプから吐出されたオイルを油圧モータに供給して走行用車輪に動力を伝達し、車両を惰行させるときには、エンジンの駆動によって油圧ポンプから吐出されたオイルを油圧モータに供給しないように油圧回路を切り換えて走行用車輪への動力伝達を遮断している。

上述したＨＳＴを備えた油圧走行駆動車両において、惰行状態から力行状態に移行（以下、「再力行」と称する。）させる際、油圧ポンプの吐出流量が惰行時の慣性負荷で駆動されている油圧モータの吐出流量より少ない状態で油圧回路を切り換えると、油圧モータの作動油が不足してショックが発生する。そこで、特許文献２に記載された発明では、油圧ポンプの吐出流量と油圧モータの吐出流量とを比較し、これらの流量差が一定以下になったことを条件に油圧回路を切り換えることで、再力行の再に発生するショックを低減している。

特開２００８−８２５３７号公報 特開平５−１８０３３６号公報

しかしながら，上述した特許文献２に記載された発明では、再力行を油圧回路の切り換えにより行っていることから、切り換えのための油圧回路が必要となり、油圧回路の複雑化が避けられない。また、油圧回路の切り換えのタイミングを、油圧ポンプの吐出流量と油圧モータの吐出流量との差に基づいて決定していることから、これらの吐出流量を検出するための検出手段（流量センサ等）が必要となる。したがって、システムの複雑化、コストアップ、システムの信頼性・耐久性の低下等の問題が生じ得る。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、システムの複雑化やコストアップを抑制しつつ再力行の際に発生するショックを低減することができる、油圧走行駆動車両を提供することを目的とする。

本発明によれば、原動機によって駆動される可変容量油圧ポンプと、該可変容量油圧ポンプから吐出されるオイルによって駆動される可変容量油圧モータと、該可変容量油圧モータによって駆動される走行用車輪と、を備えた油圧走行駆動車両において、運転状態を力行状態から惰行状態に切り換える際に、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量及び前記原動機の回転速度を漸減させる惰行制御を行い、運転状態を惰行状態から力行状態に切り換える際に、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量、前記原動機の回転速度を漸増させる再力行制御を行うようにした、ことを特徴とする油圧走行駆動車両が提供される。

前記惰行制御時に、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量及び前記原動機の回転速度を同期させながら漸減させるようにしてもよい。

また、前記再力行制御時に、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量及び前記原動機の回転速度を同期させながら漸増させるようにしてもよい。

また、前記惰行制御時に、前記原動機の回転速度をアイドル回転速度まで低下させるようにしてもよい。

また、前記油圧走行駆動車両は、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量及び前記原動機の回転速度を制御する制御部を備え、該制御部により前記惰行制御及び前記再力行制御を行うようにしてもよい。

さらに、前記油圧走行駆動車両は、前記惰行制御に切り換えるための惰行スイッチと、車両速度を加減速させるためのアクセルレバーと、を備え、前記制御部は、前記惰行スイッチから切換信号を受信した際に前記惰行制御を行い、前記アクセルレバーから加速信号を受信した際に前記再力行制御を行うようにしてもよい。

本発明に係る油圧走行駆動車両によれば、惰行制御時に可変容量油圧ポンプの吐出量及び可変容量油圧モータの容量に加えて原動機の回転速度も漸減させ、再力行制御時に可変容量油圧ポンプの吐出量及び可変容量油圧モータの容量に加えて原動機の回転速度も漸増させるようにしたことから、可変容量油圧ポンプの吐出量と原動機の回転速度とのギャップを低減することができ、急激なオイル流量の変化を抑制することができ、再力行の際に発生するショックを低減することができる。また、本発明によれば、油圧回路の改変や検出手段等の追加をする必要がないことから、油圧走行駆動車両のシステムの複雑化やコストアップを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧走行駆動車両のシステムの概要を表す説明図である。 図１に示した制御部の処理を示すフロー図である。 図１に示した制御部の作用を表す説明図であり、（ａ）は可変容量油圧ポンプのポンプ吐出量、（ｂ）は可変容量油圧モータのモータ容量、（ｃ）は原動機のエンジン回転速度、（ｄ）は車両速度、を示している。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付すことにより重複した説明を省略し、また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１を用いて本発明の一実施形態に係る油圧走行駆動車両のシステムの概要を説明する。本実施形態に係る油圧走行駆動車両１は、原動機２によって駆動される可変容量油圧ポンプ３と、可変容量油圧ポンプ３から吐出されるオイルによって駆動される可変容量油圧モータ４と、可変容量油圧モータ４によって駆動される走行用車輪５と、を備え、運転状態を力行状態から惰行状態に切り換える際に、可変容量油圧ポンプ３の吐出量、可変容量油圧モータ４の容量及び原動機２の回転速度を漸減させる惰行制御を行い、運転状態を惰行状態から力行状態に切り換える際に、可変容量油圧ポンプ３の吐出量、可変容量油圧モータ４の容量、原動機２の回転速度を漸増させる再力行制御を行うようにしたものである。

油圧走行駆動車両１は、例えば、除雪車、トンネル点検車、ホイールローダ等の作業用車両であり、いわゆるＨＳＴ（Hydro Static Transmission：静油圧式動力伝動装置）を備えている。具体的には、油圧走行駆動車両１は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の原動機２を備え、原動機２の出力軸８は、ユニバーサルジョイント９を介して動力分配装置１０の入力軸１１に連結されている。

動力分配装置１０は、例えば、原動機２の出力軸８からの動力を受け取る入力軸１１と、除雪装置等の作業装置１２を駆動するための動力取出軸１３と、可変容量油圧ポンプ３を駆動するための出力軸１４、とを備え、入力軸１１に入力された動力を動力取出軸１３と出力軸１４とに分配する。また、動力分配装置１０は、変速機や減速機等の歯車機構やクラッチ等を備えていてもよい。例えば、クラッチを用いることにより、出力軸１４のみを駆動する走行モード、動力取出軸１３のみを駆動する作業モード、出力軸１４及び動力取出軸１３の双方を駆動する走行・作業モードに、切り換えることができる。

可変容量油圧ポンプ３は、例えば、斜板式ピストンポンプであり、斜板の角度を調節することにより、ポンプ吐出量（ポンプ１回転当たりの吐出流量）を連続的に変更できるように構成されている。なお、可変容量油圧ポンプ３は、かかる構成に限定されるものではなく、吐出流量を調整することができるポンプの全てを含むものである。

可変容量油圧モータ４は、例えば、斜板式油圧モータであり、斜板の角度を調節することにより、モータ容量（モータ１回転当たりの押し退け容積）を連続的に変更できるように構成されている。なお、可変容量油圧モータ４は、かかる構成に限定されるものではなく、モータ容量を調整することができるモータの全てを含むものである。

かかる可変容量油圧ポンプ３と可変容量油圧モータ４とは、一対の油圧配管１５によって接続されており、ＨＳＴ１６を構成している。ＨＳＴ１６を用いることにより、可変容量油圧ポンプ３のポンプ吐出量と可変容量油圧モータ４のモータ容量との双方を調節することによって、広範囲の変速比を確保でき、且つ、きめ細かな変速制御が可能となる。

また、可変容量油圧モータ４は、変速機１７を介して油圧走行駆動車両１の走行用車輪５を駆動する。変速機１７は、例えば、可変容量油圧モータ４によって駆動される入力軸１８と、走行用車輪５に対して動力を供給する出力軸１９と、入力軸１８と出力軸１９との間に配置された歯車機構（図示せず）と、を備えている。変速機１７は、歯車機構を適宜操作することにより、入力軸１８の回転速度に対する出力軸１９の回転速度の比、即ち変速比を段階的に又は連続的に変更できるように構成されている。なお、出力軸１９から抽出される動力は、ユニバーサルジョイント９を介して走行用車輪５に伝達される。

また、油圧走行駆動車両１は、図１に示したように、可変容量油圧ポンプ３の吐出量、可変容量油圧モータ４の容量及び原動機２の回転速度を制御する制御部６を備え、制御部６により惰行制御及び再力行制御を行うように構成されている。制御部６は、例えば、車両用ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）６ａと、ＨＳＴコントローラ６ｂと、を備えている。車両用ＰＬＣ６ａは、原動機２の回転速度を制御するとともに、ＨＳＴコントローラ６ｂに制御信号を送信する。ＨＳＴコントローラ６ｂは、制御信号に基づいて、可変容量油圧ポンプ３の吐出量及び可変容量油圧モータ４の容量を制御する。

また、油圧走行駆動車両１は、図１に示したように、惰行制御に切り換えるための惰行スイッチ２０と、車両速度を加減速させるためのアクセルレバー２１と、を備えていてもよい。この場合、制御部６は、惰行スイッチ２０から切換信号を受信した際に惰行制御を行い、アクセルレバー２１から加速信号を受信した際に再力行制御を行うように構成される。なお、アクセルレバー２１は、力行中に油圧走行駆動車両１の車両速度を変更する際にも用いられる。

具体的には、力行中に乗員が惰行スイッチ２０を押すと、惰行スイッチ２０から切換信号が発信され、この切換信号を車両用ＰＬＣ６ａが受信すると、惰行制御を行うようにＨＳＴコントローラ６ｂに制御信号が発信される。また、車両用ＰＬＣ６ａは、原動機２の回転速度を漸減させる制御を行うが、自動で原動機２の回転速度を漸減させる（すなわち、アクセルレバー２１を自動で減速する方向に動かす）ようにしてもよいし、乗員がアクセルレバー２１を減速する方向に動かすように乗員に対して信号（表示、点滅、音声等）を警告するようにしてもよい。

また、惰行中に乗員がアクセルレバー２１を加速する方向に動かすと、アクセルレバー２１から加速信号が発信され、この加速信号を車両用ＰＬＣ６ａが受信すると、再力行制御を行うようにＨＳＴコントローラ６ｂに制御信号が発信される。なお、原動機２は、車両用ＰＬＣ６ａが受信した加速信号に基づいて回転速度が制御される。

ここで、制御部６の処理フローについて、図２及び図３を用いて説明する。図２に示したフロー図は、力行状態（開始）から惰行状態を経て再力行状態（終了）に移行する処理を示している。

本実施形態における処理フローは、例えば、運転状態を力行状態から惰行状態に切り換える切換信号を受信する切換信号受信ステップＳ１と、可変容量油圧ポンプ３のポンプ吐出量Ｄを漸減させるポンプ惰行制御ステップＳ２と、可変容量油圧モータ４のモータ容量Ｖを漸減させるモータ惰行制御ステップＳ３と、原動機２の回転速度Ｒを漸減させるエンジン惰行制御ステップＳ４と、運転状態を惰行状態から力行状態に切り換える加速信号を受信したか否か確認する加速信号受信ステップＳ５と、原動機２の回転速度Ｒを漸増させるエンジン再力行制御ステップＳ６と、可変容量油圧ポンプ３のポンプ吐出量Ｄを漸増させるポンプ再力行制御ステップＳ７と、可変容量油圧モータ４のモータ容量Ｖを漸増させるモータ再力行制御ステップＳ８と、目標速度に到達したか否か確認する確認ステップＳ９と、を備えている。

切換信号受信ステップＳ１は、例えば、制御部６が惰行スイッチ２０から切換信号を受信するステップである。制御部６は、切換信号を受信すると、可変容量油圧ポンプ３、可変容量油圧モータ４及び原動機２に対して惰行制御（ステップＳ２〜Ｓ４）を行う。

例えば、図３に示した時間ｔ１に制御部６が切換信号を受信したものとすれば、制御部６は、ポンプ吐出量Ｄ（ｍ^３／分）をＤ１から０に向かって漸減させ、モータ容量Ｖ（Ｗ）をＶ１から０に向かって漸減させ、原動機２の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）をＲ１からＲｉ（アイドル回転速度）に向かって漸減させる。なお、惰行制御時に、原動機２の回転速度をアイドル回転速度Ｒｉまで低下させることにより、惰行時に原動機２をアイドリング状態にすることができ、原動機２の回転速度が一定の場合と比較して、静粛性が高く、且つ、省エネルギー化を図ることができる。

また、制御部６は、時間ｔ１に処理を開始し、時間ｔ２に到達する際に、ポンプ吐出量Ｄ、モータ容量Ｖ及び回転速度Ｒの漸減処理を終了するように制御を行う。すなわち、制御部６は、惰行制御時に、可変容量油圧ポンプ３の吐出量、可変容量油圧モータ４の容量及び原動機２の回転速度を同期させながら漸減させるように構成されている。このように各制御を同期させることにより、図３の（ｄ）に示したように、車両速度を滑らかに減速させることができる。

なお、図２に示した処理フローでは、説明の便宜上、ポンプ惰行制御ステップＳ２及びモータ惰行制御ステップＳ３の後にエンジン惰行制御ステップＳ４を処理するように記載したが、これらのステップＳ２〜Ｓ４は実質的に同時に処理されるものである。ただし、これらのステップＳ２〜Ｓ４は、完全に一致する同時処理である必要はなく、若干のズレを許容し得るものである。

加速信号受信ステップＳ５は、例えば、制御部６がアクセルレバー２１から加速信号を受信するステップである。制御部６は、加速信号を受信すると、可変容量油圧ポンプ３、可変容量油圧モータ４及び原動機２に対して再力行制御（ステップＳ６〜Ｓ８）を行う。図３の（ａ）〜（ｃ）に示したように、制御部６は、ポンプ吐出量Ｄが目標吐出量（例えば、０ｍ^３／分）に到達し、モータ容量Ｖが目標容量（例えば、０Ｗ）に到達し、原動機２の回転速度Ｒが目標回転速度（例えば、アイドル回転速度）に到達すると、加速信号を受信するまで惰行状態を維持する。

そして、時間ｔ３にアクセルレバー２１が加速方向に動かされ、制御部６が加速信号を受信したものとすれば、制御部６は、ポンプ吐出量Ｄ（ｍ^３／分）を０からＤ１に向かって漸増させ、モータ容量Ｖ（Ｗ）を０からＶ１に向かって漸増させ、原動機２の回転速度Ｒ（ｒｐｍ）をＲｉ（アイドル回転速度）からＲ１に向かって漸増させる。なお、一例として、再力行時の目標吐出量、目標容量及び目標回転速度を、惰行開始前の力行時と同じＤ１、Ｖ１、Ｒ１とした場合について説明したが、再力行時の目標吐出量、目標容量及び目標回転速度は、力行時のポンプ吐出量Ｄ１、モータ容量Ｖ１、回転速度Ｒ１と異なる数値であってもよい。

また、制御部６は、時間ｔ３に処理を開始し、時間ｔ４に到達する際に、ポンプ吐出量Ｄ、モータ容量Ｖ及び回転速度Ｒの漸増処理を終了するように制御を行う。すなわち、制御部６は、再力行制御時に、可変容量油圧ポンプ３の吐出量、可変容量油圧モータ４の容量及び原動機２の回転速度を同期させながら漸増させるように構成されている。このように各制御を同期させることにより、図３の（ｄ）において実線で示したように、車両速度を滑らかに増速させることができる。

なお、図２に示した処理フローでは、説明の便宜上、エンジン再力行制御ステップＳ６の後にポンプ再力行制御ステップＳ７及びモータ再力行制御ステップＳ８を処理するように記載したが、これらのステップＳ６〜Ｓ８は実質的に同時に処理されるものである。ただし、これらのステップＳ６〜Ｓ８は、完全に一致する同時処理である必要はなく、若干のズレを許容し得るものである。

ここで、図３の（ｄ）において、点線で示した図は、惰行時に原動機２の回転速度ＲをＲ１のまま一定に保持した場合の車両速度の変化である。この場合、図３の（ｄ）に示したように、車両速度が急激に立ち上がり、車体にショックが生じてしまうこととなる。

可変容量油圧ポンプ３のポンプ吐出量Ｄは、可変容量油圧ポンプ３の斜板の角度をコントロールすることでポンプ１回転当たりの吐出量を見積もっているが、可変容量油圧ポンプ３から可変容量油圧モータ４に供給されるオイル流量には、可変容量油圧ポンプ３の回転速度（ｒｐｍ）も大きく関わっている。

したがって、惰行中に原動機２の回転速度ＲをＲ１のまま一定に保持した場合には、可変容量油圧ポンプ３の回転速度も一定に保持されることから、可変容量油圧ポンプ３の斜板の角度のみを徐々に変化させただけでは、可変容量油圧モータ４に供給されるオイル流量が直線的に変化し、車両速度は図３の（ｄ）に点線で示したように、急激に立ち上がることとなってしまう。

それに対して、本実施形態では、図３の（ｃ）に示したように、惰行時に原動機２の回転速度Ｒを力行時の回転速度Ｒ１よりも低いアイドル回転速度Ｒｉに漸減させ、原動機２にアイドリング状態にしていることから、再力行時に可変容量油圧ポンプ３の斜板の角度のコントロールに加えて、原動機２の回転速度Ｒ、すなわち、可変容量油圧ポンプ３の回転速度も漸増させることにより、可変容量油圧モータ４に供給されるオイル流量を二次曲線的に変化させることができる。その結果、図３の（ｄ）に実線で示したように、油圧走行駆動車両１の車両速度を滑らかに変化させることができ、再力行時に生じるショックを低減することができる。

上述した本実施形態に係る油圧走行駆動車両１によれば、惰行制御時に可変容量油圧ポンプ３の吐出量及び可変容量油圧モータ４の容量に加えて原動機２の回転速度も漸減させ、再力行制御時に可変容量油圧ポンプ３の吐出量及び可変容量油圧モータ４の容量に加えて原動機２の回転速度も漸増させるようにしたことから、可変容量油圧ポンプ３の吐出量と原動機２の回転速度とのギャップを低減することができ、急激なオイル流量の変化を抑制することができ、再力行の際に発生するショックを低減することができる。また、本実施形態に係る油圧走行駆動車両１によれば、油圧回路の改変や検出手段等の追加をする必要がないことから、油圧走行駆動車両１のシステムの複雑化やコストアップを抑制することもできる。

なお、力行状態の油圧走行駆動車両１の速度を変更する場合、可変容量油圧ポンプ３のポンプ吐出量又は可変容量油圧モータ４のモータ容量の少なくとも一方を調節すればよい。例えば、可変容量油圧ポンプ３のポンプ吐出量を制御することにより、可変容量油圧モータ４のモータ容量が一定であっても、可変容量油圧モータ４の回転速度を制御することができ、走行用車輪５の回転速度を変更することができる。また、可変容量油圧モータ４のモータ容量も合わせて制御することで、変速をきめ細かく行うことができ、変速範囲を広げることができる。また、変速機１７のギヤ比を変更することで車両速度を変更してもよいし、原動機２の回転速度を変更して車両速度を変更してもよい。

また、上述した惰行スイッチ２０は、運転状態を力行状態から惰行状態に切り換えるための切換信号を発信することができるものであればよく、例えば、アクセルレバー２１と一体に配置されていてもよいし、アクセルレバー２１の操作によって切換信号を発信するように構成されていてもよい。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

１ 油圧走行駆動車両
２ 原動機
３ 可変容量油圧ポンプ
４ 可変容量油圧モータ
５ 走行用車輪
６ 制御部
６ａ 車両用ＰＬＣ
６ｂ ＨＳＴコントローラ
８，１４，１９ 出力軸
９ ユニバーサルジョイント
１０ 動力分配装置
１１，１８ 入力軸
１２ 作業装置
１３ 動力取出軸
１５ 油圧配管
１７ 変速機
２０ 惰行スイッチ
２１ アクセルレバー
Ｓ１ 切換信号受信ステップ
Ｓ２ ポンプ惰行制御ステップ
Ｓ３ モータ惰行制御ステップ
Ｓ４ エンジン惰行制御ステップ
Ｓ５ 加速信号受信ステップ
Ｓ６ エンジン再力行制御ステップ
Ｓ７ ポンプ再力行制御ステップ
Ｓ８ モータ再力行制御ステップ
Ｓ９ 確認ステップ

Claims (6)

1. 原動機によって駆動される可変容量油圧ポンプと、該可変容量油圧ポンプから吐出されるオイルによって駆動される可変容量油圧モータと、該可変容量油圧モータによって駆動される走行用車輪と、を備えた油圧走行駆動車両において、
   運転状態を力行状態から惰行状態に切り換える際に、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量及び前記原動機の回転速度を漸減させる惰行制御を行い、運転状態を惰行状態から力行状態に切り換える際に、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量、前記原動機の回転速度を漸増させる再力行制御を行うようにした、ことを特徴とする油圧走行駆動車両。
2. 前記惰行制御時に、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量及び前記原動機の回転速度を同期させながら漸減させる、ことを特徴とする請求項１に記載の油圧走行駆動車両。
3. 前記再力行制御時に、前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量及び前記原動機の回転速度を同期させながら漸増させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧走行駆動車両。
4. 前記惰行制御時に、前記原動機の回転速度をアイドル回転速度まで低下させる、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の油圧走行駆動車両。
5. 前記可変容量油圧ポンプの吐出量、前記可変容量油圧モータの容量及び前記原動機の回転速度を制御する制御部を備え、該制御部により前記惰行制御及び前記再力行制御を行う、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の油圧走行駆動車両。
6. 前記惰行制御に切り換えるための惰行スイッチと、車両速度を加減速させるためのアクセルレバーと、を備え、前記制御部は、前記惰行スイッチから切換信号を受信した際に前記惰行制御を行い、前記アクセルレバーから加速信号を受信した際に前記再力行制御を行う、ことを特徴とする請求項５に記載の油圧走行駆動車両。