JPH09184434A - パワートレインのトルク制御装置とその作動方法 - Google Patents

パワートレインのトルク制御装置とその作動方法

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JPH09184434A
JPH09184434A JP8322811A JP32281196A JPH09184434A JP H09184434 A JPH09184434 A JP H09184434A JP 8322811 A JP8322811 A JP 8322811A JP 32281196 A JP32281196 A JP 32281196A JP H09184434 A JPH09184434 A JP H09184434A
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speed
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torque
engine
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Steven V Christensen
ヴィー クリステンセン スティーヴン
Andrew O Fonkalsrud
オー フォンカルスルード アンドリュー
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Caterpillar Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧装置の出力を考慮して、機械のパワート
レインにかかるトルクを減少させる装置と方法。 【解決手段】 パワートレイン(202) は、エンジン(20
4) とトルクコンバーター(208) とを備える。機械(100)
は、複数の油圧シリンダー(120,133) の動作に応じて
可動の作業用具(107) を備える。電子制御機(232) が、
実際のエンジン速度と、トルクコンバーターの出力速度
と、油圧シリンダーの油圧とに基づいて、最適エンジン
速度を決める。最適エンジン速度は、エンジン速度を調
節し、パワートレインのトルクを制御するため使用され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にパワートレ
インのトルクを制御する方法に関し、より詳しくは油圧
装置のパワー要求に従って、パワートレインのトルクを
制限する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジン、トルクコンバーター、変速
機、駆動シャフト、差動歯車、車軸、及び最終駆動装置
を有する重装置又は他の機械において、エンジンの出力
をパワートレイン構成部品のトルク許容能力と釣り合わ
せることが重要である。例えば、もしエンジンがパワー
トレイン構成部品の定格を超える出力を出せば、パワー
トレイン構成部品は劣化し、予想より早く故障する。し
かし、エンジンと変速機の出力を超える出力定格のパワ
ートレイン構成部品を選択すると、パワートレイン構成
部品のコストが増加する。従って、エンジンと変速機の
出力をパワートレイン構成部品のトルクの定格に釣り合
わせると有利である。トルクコンバーターの最大トルク
出力は、エンジン速度と、トルクコンバーターの出力速
度により変化することは公知である。変速機、その他の
パワートレイン構成部品で生じるトルクは、エンジン速
度と、トルクコンバーターの出力速度と、変速機のギア
比との関数である。変速機の構成部品がトルクコンバー
ターの最大トルク出力を受け入れられるように変速機を
選択すると理想的である。しかし、最大トルク出力は、
エンジン出力速度の狭い帯域で、または特定のギア比で
起こり得る。他の速度又は他のギア比では、変速機構成
部品にかかるトルクはそれより小さい。これらの速度又
はギア比であれば、より安価な構成部品を選択すること
も可能であろう。従って、ある用途では、変速機とパワ
ートレイン構成部品にかかる最大トルクを減少させるた
め、あるギアを選択したときとある速度のとき、エンジ
ンが生じることのできる出力を制限するのが好ましい。
こうすると、より安価な変速機の構成部品を使用するこ
とができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】変速機のギアの選択に
基づいてエンジンの出力を制限する制御機が公知であ
る。このような制御機は、エンジン出力を要する他の装
置のない車両その他の装置では満足に動作するかもしれ
ない。例えば、ホイールローダーと土移動用具を持つそ
の他の装置では、一般的に用具は油圧装置により動力を
供給され、油圧装置はエンジンにより動力を供給され
る。これらの場合、エンジンで発生した動力は、変速機
でなく油圧装置で要求される場合がある。従って、もし
エンジンの全出力が変速機に与えられると、最大エンジ
ン出力が変速機の構成部品を損傷する場合がある。しか
し、エンジン出力の少なくとも一部が油圧装置に向けら
れるのならば、最大エンジン出力でも適当である。エン
ジン出力を制限する従来の制御機は、油圧装置の出力要
求を考慮していない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】機械のパワートレインの
トルクを減少させる装置と方法が開示される。パワート
レインは、エンジンとトルクコンバーターとを備える。
機械は、複数の油圧シリンダーの動作に応じて可動の作
業用具を備える。制御機が、実際のエンジン速度と、ト
ルクコンバーターの出力速度と、油圧シリンダーの油圧
とに基づいて、最適エンジン速度を決める。最適エンジ
ン速度は、パワートレインのトルクを制御するためエン
ジン速度を調節するのに使用される。
【０００５】
【発明の実施の形態及び実施例】本発明は、図１に示す
ホイールローダー105 等の土作業機械100 のパワートレ
インのトルクを制御しようとするものでる。ホイールロ
ーダーが示されているが、本発明は履帯型ローダー、一
体型工具輸送車、その他の機械にも適用すことができ
る。図１に、作業器具107 を有するホイールローダー10
5 の前部が示される。例示した作業器具組立体は、ホイ
ールローダー用作業器具組立体の一例に過ぎない。作業
器具107 は、リフトアーム組立体即ちリンク機構115 に
接続したバケット110 を備え、該リンク機構は、２つの
油圧リフトシリンダー120 （１つのみを示す）により、
機械のフレームに取り付けられた１対のリフトアームピ
ボットピン125 （１つのみを示す）の周りを旋回するよ
うに作動する。１対のリフトアームロードベアリングピ
ボットピン130 （１つのみを示す）が、リフトアーム組
立体とリフトシリンダーに取り付けられている。バケッ
トはまた、バケット傾斜シリンダー133 により、１対の
バケットピボットピン135 （１つのみを示す）の周りを
傾斜する即ち伸縮する。
【０００６】図２に機械のパワートレイン202 を示す。
パワートレイン202 は、油圧トルクコンバーター208 に
接続するシャフト206 を有するエンジン204 を備える。
例えば、エンジン204 はエンジンに送られる燃料量を制
御するのに使用する複数のソレノイド作動燃料インジェ
クターを備えるようにすることもできる。トルクコンバ
ーター208 は、回転ハウジング212 、羽根車要素214 、
リアクター要素216 、中央に配置された出力シャフト22
0 に接続するタービン要素218 を備える。出力シャフト
220 は、多速変速機222 に入力を提供する。変速機の出
力は駆動シャフト223 を回転させ、該駆動シャフトは車
軸225 に回転可能に接続し、１対の駆動ホイール239 を
駆動する。パワートレイン202 は、またエンジン204 と
トルクコンバーター208 の間に、回転ハウジングを羽根
車要素に制御可能に結合するディスク型入力クラッチ即
ち羽根車クラッチ224 と、回転ハウジングをタービン要
素と出力シャフトに直接機械的に結合しトルクコンバー
ターを有効に迂回するディスク型ロックアップクラッチ
226 とを備えるようにしてもよい。電気油圧羽根車クラ
ッチ弁228 が、羽根車クラッチを作動させる流体を流
し、電気油圧ロックアップクラッチ弁230 がロックアッ
プクラッチを作動させる流体を流す。本発明は、羽根車
クラッチについて記述しているが、本発明は他の型のト
ルクコンバーター組立体にも同様に適用することができ
る。
【０００７】パワートレインの作動を制御するため電子
制御機232 が設けられる。電子制御機232 は、パワート
レインの作動を制御するため、１つ又はそれ以上の制御
モジュールを備えるようにしてもよい。電子制御機232
は、マイクロプロセッサーを備えるのが好ましい。マイ
クロプロセッサーとは、マイクロコンピューター、マイ
クロプロセッサー、プログラム可能な集積回路等を含む
ことを意味する。電子制御機は、複数のセンサーからの
入力信号を変換し、入力信号に基づいて幾つかの計算を
行い、燃料インジェクター210 と、羽根車クラッチ224
と、ロックアップクラッチ226 を作動させる複数のソレ
ノイドを駆動するのに十分な出力信号を発生するのに十
分な電子回路を備える。マイクロプロセッサーは、１つ
又はそれ以上の入力信号を受信するのに応じて１つ又は
それ以上の出力信号を発生する複数の前もって選択した
論理規則でプログラムされているのが好ましい。電子制
御モジュールは、パワートレインの運転に関する幾つか
の信号を自動的に受信する。エンジン速度センサー234
が、フライホイールの回転又はカムシャフトに取り付け
られたギアに応答するエンジン速度信号を発生する。ト
ルクコンバーター速度センサー236 が、トルクコンバー
ター出力シャフトの回転速度と方向に応答するトルクコ
ンバーター速度信号を発生する。移動速度センサー238
が、変速機の出力速度に応答する機械移動速度信号を発
生する。
【０００８】変速機の運転を選択的に制御する運転者制
御ハンドル240 が備えられる。制御ハンドルは、電子制
御機に所望のギア比と機械の方向を示す変速機制御信号
を発生する。羽根車クラッチの係合の程度を選択的に制
御する運転者羽根車ペダル242 が設けられる。羽根車ペ
ダルは、横方向を向くピボットピンの周りを揺動可能で
ある。ペダルが上昇位置から中間位置に踏み込まれる
と、羽根車クラッチ224がエンジンから羽根車要素214
へトルクを伝達する能力は比例して減少する。羽根車ペ
ダルを踏み込むと、電子制御機にペダルの位置に比例し
た羽根車制御信号を送信する。電子制御機はまた、作業
器具100 の位置を測定する位置センサー246 により発生
する位置信号を受信する。例えば、位置センサー246 は
リフト油圧シリンダーと傾斜油圧シリンダーのそれぞれ
のシリンダーの伸び量を検知する変位センサーを含むよ
うにすることもできる。作業器具100 の位置もまた、作
業器具の結合角度の測定から導くことができる。従っ
て、作業器具位置信号を発生する他の装置には、例えば
リフトアームピボットピンの１つの回転を測定する回転
ポテンショメーター等の回転角度センサーが含まれ、そ
れからリフトアーム組立体の幾何学的配列又はリフトシ
リンダーの伸びを導くことができる。作業器具の位置
は、油圧シリンダーの伸びの測定又は結合角度の測定か
ら三角法により計算することができる。
【０００９】最後に、電子制御機は、作業器具100 にか
かる力を測定する圧力センサー244により発生した圧力
信号を受信する。圧力センサーは、リフト油圧シリンダ
ーと傾斜油圧シリンダーの油圧を検知し、それぞれの油
圧シリンダーの圧力に応じた信号を発生する。例えば、
シリンダー圧力センサーは、リフト油圧シリンダーと傾
斜油圧シリンダーのヘッドとロッド端部の圧力を検知す
るようにすることもできる。圧力センサーは、加圧流体
を油圧シリンダーに送る可変吐出ポンプの圧力を検知す
るようにすることもできる。
【００１０】電子制御機のソフトウェアに常駐するプロ
グラム制御を例示する図３に示す高レベルブロック線図
に従って本発明を説明する。結果として、プログラム制
御は、パワートレインのトルクを制御するために、エン
ジン速度を調節すべき最適のエンジン速度を決めるのに
使用される。プログラム制御は、ブロック310 で始ま
り、ブロック315 へ行く。ブロック315 で、電子制御機
はホイールローダーが土を掘っているか確認する。本発
明では、次の３つの状態のとき土を掘っているという。 １．運転者が第１前進ギア位置を選択した。 ２．作業器具が土を掘る位置にある。 ３．機械の移動速度が所定の速度より遅い。 作業器具が土を掘る位置にあるかどうか確認する１つの
方法は、リフトシリンダーの位置を測定し、リフトリン
ク機構が水平基準線より低い高さにあるか確認すること
である。例えば、リフトアームピボットピン125 とバケ
ットピボットピン135 により決められる用具基準線が、
リフトリンク機構を表すために使用される。用具基準線
は、図１に仮想線で示す。
【００１１】上述の状態がおこると、ホイールローダー
は土を掘っていると想定され、プログラム制御はブロッ
ク320 へ行く。ブロック320 で、電子制御機はエンジン
速度に対するトルクコンバーター出力速度の比を求め
る。次に、ブロック325 で電子制御機はトルクコンバー
ター速度比に基づいて所望のエンジン速度を求める。こ
の所望のエンジン速度は、トルクコンバーター（ＴＣ）
エンジン速度として知られている。例えば、複数のＴＣ
エンジン速度値に対応する複数の速度比値を含むソフト
ウェアルックアップテーブルがメモリーに記憶されてい
る。その結果、速度比値に基づいてＴＣエンジン速度値
が選択される。選択されたＴＣエンジン速度値は、トル
クコンバーター出力速度に基づいて、所望の最大駆動ト
レイントルクに対応する所望のエンジン速度を表す。ル
ックアップテーブルに含まれる値は、経験的データ、数
式又は他のこのような手段に基づくものであってもよ
い。さらに、ＴＣエンジン速度値は、経験的データに基
づく数式により求めることもできる。
【００１２】プログラム制御はブロック330 に続き、こ
こで電子制御機は作業器具により要求される油圧流体圧
力を求める。例えば、電子制御機は油圧シリンダーに対
応する流体圧力を表す信号を受信し、要求される用具の
圧力を求める。例えば、要求される用具の圧力は油圧シ
リンダーに対応する流体圧力の大きい方、又はポンプ圧
力に等しく設定することができる。次にブロック335 で
電子制御機は、要求される用具圧力に基づき用具圧力
（ＩＰ）エンジン速度を求める。ＩＰエンジン速度は、
実際のエンジン速度と用具圧力に基づいて、最大駆動ト
レイントルクに対応する所望のエンジン速度を表す。ソ
フトウェアルックアップテーブルも使用されるが、数式
を用いてＩＰエンジン速度を求めるのが好ましい。プロ
グラム制御はブロック340 に続き、ここで電子制御機は
ＴＣエンジン速度とＩＰエンジン速度に基づきトルク制
限（ＴＬ）エンジン速度を求める。例えば、電子制御機
は２つの求めたエンジン速度の何方が低い値か求め、そ
の値をＴＬエンジン速度として選択する。従って、本発
明はＴＬエンジン速度を求めるとき油圧装置の出力を考
慮し、エンジンが最大出力を出し、最大の生産性を上げ
ることができるようにする。しかし、駆動ライントルク
を制限するため羽根車クラッチが使用されるときは、上
述のように計算されたＴＬエンジン速度は必要でない場
合もある。
【００１３】そのため、ブロック345 で電子制御機は羽
根車クラッチが係合しているか確認し、係合しているな
らブロック350 に行き、そこで電子制御機は羽根車クラ
ッチ圧力に基づいて羽根車クラッチ（ＩＣ）エンジン速
度を決める。例えば、複数のＩＣエンジン速度値に対応
する複数の羽根車クラッチ圧力値を含むソフトウェアル
ックアップテーブルがメモリーに記憶されている。ＩＣ
エンジン速度は、羽根車クラッチの駆動ラインのトルク
伝達能力を、エンジンにより生じる対応する駆動ライン
トルクと関連付ける。ＩＣエンジン速度がＴＬエンジン
速度と直接比較して使用されるので、関連付けが必要で
ある。従って、ブロック355 で電子制御機はＴＬエンジ
ン速度をＩＣエンジン速度と比較し、２つのエンジン速
度値に基づいて最適のエンジン速度を求める。例えば、
ＩＣエンジン速度がＴＬエンジン速度より小さいと分か
れば、最適エンジン速度は運転者により決められる所望
のエンジン速度に等しく設定される。しかし、ＩＣエン
ジン速度がＴＬエンジン速度より大きいと分かれば、最
適エンジン速度はＴＬエンジン速度に設定される。次に
最適エンジン速度は、エンジン速度をそこに調節すべき
所望のエンジン速度として使用される。
【００１４】ここまで、本発明を上述の好適な実施例を
参照して示し記述したが、当業者は本発明の精神と範囲
から離れることなく色々の他の実施例を企図することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ホイールローダーと対応するバケットのリンク
機構。
【図２】ホイールローダーのパワートレインのブロック
線図。
【図３】パワートレインのトルクを制限するのに使用す
るプログラム制御のブロック線図。
【符号の説明】
100 ・・土作業機械 105 ・・ホイールローダー 110 ・・バケット 107 ・・作業器具 110 ・・バケット 115 ・・リンク機構 120 ・・油圧リフトシリンダー 125 ・・リフトアームピボットピン 130 ・・リフトアームロードベアリングピボットピン 133 ・・バケット傾斜シリンダー 202 ・・パワートレイン 204 ・・エンジン 206 ・・シャフト 208 ・・トルクコンバーター 210 ・・燃料インジェクター 212 ・・回転ハウジング 214 ・・羽根車要素 216 ・・リアクター要素 218 ・・タービン要素 220 ・・出力シャフト 222 ・・変速機 223 ・・駆動シャフト 224 ・・羽根車クラッチ 225 ・・車軸 226 ・・ロックアップクラッチ 228 ・・羽根車クラッチ弁 232 ・・電子制御機 230 ・・ロックアップクラッチ弁 234 ・・エンジン速度センサー 236 ・・トルクコンバーター速度センサー 238 ・・移動速度センサー 239 ・・駆動ホイール 240 ・・運転者制御ハンドル 242 ・・運転者羽根車ペダル 244 ・・圧力センサー 246 ・・位置センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー オー フォンカルスルード アメリカ合衆国 イリノイ州 61560 ヨ ークヴィル ムールハーン コート 306 アパートメント ６

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンとトルクコンバーターとを備え
    る機械のパワートレインにかかるトルクを制御する方法
    において、 前記トルクコンバーターの出力速度を検知し、それに応
    じてトルクコンバーター速度信号を発生し、 前記エンジンの速度を検知し、それに応じてエンジン速
    度信号を発生し、 前記トルクコンバーター速度信号と前記エンジン速度信
    号を受信し、前記エンジン速度に対する前記トルクコン
    バーター出力速度の比を求め、前記トルクコンバーター
    速度比に基づいて、所望のエンジン速度を表すＴＣエン
    ジン速度を求め、 前記トルクコンバーター速度比に応じて最適エンジン速
    度を求め、前記パワートレインのトルクを制御するた
    め、前記エンジン速度を前記最適エンジン速度に調節す
    る、ステップを備えることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載したトルク制御方法であ
    って、前記機械は複数の油圧シリンダーの作動に応じて
    可動の作業器具を備え、 それぞれの油圧シリンダーの油圧を検知し、それに応じ
    てそれぞれの圧力信号を発生し、 前記圧力信号を受信し、前記油圧シリンダーの圧力に基
    づいて、所望のエンジン速度を表すＩＰエンジン速度を
    求めるステップを備えることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載したトルク制御方法であ
    って、前記ＴＣエンジン速度を前記ＩＰエンジン速度と
    比較し、 前記ＴＣエンジン速度と前記ＩＰエンジン速度の小さい
    方に応じて、ＴＬエンジン速度を決めるステップを備え
    ることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載したトルク制御方法であ
    って、前記トルクコンバーターは、回転ハウジングと羽
    根車要素を有し、前記パワートレインは前記羽根車要素
    を前記回転ハウジングに接続する羽根車クラッチを備
    え、 前記羽根車クラッチが係合しているかどうか確認し、 前記羽根車クラッチの係合の程度に基づいて所望のエン
    ジン速度を表すＩＣエンジン速度を求め、 前記ＴＬエンジン速度と前記ＩＣエンジン速度に応じ
    て、前記最適エンジン速度を求めるステップを備えるこ
    とを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 エンジンとトルクコンバーターとを備
    え、複数の油圧シリンダーの作動に応じて可動の作業器
    具を備える機械のパワートレインにかかるトルクを制御
    する方法において、 前記機械が土を掘っているか確認し、 それぞれの油圧シリンダーの油圧を検知し、それに応じ
    てそれぞれの圧力信号を発生し、 前記トルクコンバーターの出力速度を検知し、それに応
    じてトルクコンバーター速度信号を発生し、 前記エンジンの速度を検知し、それに応じてエンジン速
    度信号を発生し、 前記圧力信号と、前記トルクコンバーター速度信号と、
    前記エンジン速度信号とを受信し、最適エンジン速度を
    求め、前記機械の土掘りに応じて前記パワートレインの
    トルクを制御するため、前記エンジン速度を前記最適エ
    ンジン速度に調節する、ステップを備えることを特徴と
    する方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載したトルク制御方法であ
    って、前記機械が土を掘っているか確認するステップ
    は、 前記変速機が第１前進ギアに係合しているか確認し、 前記作業器具が土を掘る位置にあるか確認し、 前記機械の移動速度が所定の速度より遅いか確認するス
    テップを備えることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載したトルク制御方法であ
    って、 前記エンジン速度に対する前記トルクコンバーター出力
    速度の比を求め、 前記トルクコンバーター速度比に基づいて所望のエンジ
    ン速度を表すＴＣエンジン速度を求めるステップを備え
    ることを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載したトルク制御方法であ
    って、前記油圧シリンダーの圧力に基づいて、所望のエ
    ンジン速度を表すＩＰエンジン速度を求めるステップを
    備えることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載したトルク制御方法であ
    って、前記ＴＣエンジン速度を前記ＩＰエンジン速度と
    比較し、 前記ＴＣエンジン速度と前記ＩＰエンジン速度の小さい
    方に応じて、ＴＬエンジン速度を求めるステップを備え
    ることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項８に記載したトルク制御方法で
    あって、前記トルクコンバーターは回転ハウジングと羽
    根車要素とを有し、前記パワートレインは前記羽根車要
    素を前記回転ハウジングに接続する羽根車クラッチを備
    え、 前記羽根車クラッチが係合しているか確認し、 前記羽根車クラッチの係合の程度に基づいて、所望のエ
    ンジン速度を表すＩＣエンジン速度を求め、 前記ＴＬエンジン速度と前記ＩＣエンジン速度に基づい
    て最適エンジン速度を求めるステップを備えることを特
    徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 エンジンとトルクコンバーターとを備
    え、複数の油圧シリンダーの作動に応じて可動の作業器
    具を備える機械のパワートレインのトルクを制御する装
    置において、 それぞれの油圧シリンダーの油圧を検知し、それに応じ
    てそれぞれの圧力信号を発生する複数の圧力センサー、 前記トルクコンバーターの出力速度を検知し、それに応
    じてトルクコンバーター速度信号を発生するトルクコン
    バーター速度センサー、 前記エンジンの速度を検知し、それに応じてエンジン速
    度信号を発生するエンジン速度センサー、及び、 前記圧力信号と、前記トルクコンバーター速度信号と、
    前記エンジン速度信号とを受信し、最適エンジン速度を
    求め、前記パワートレインのトルクを制御するため、前
    記エンジン速度を前記最適エンジン速度に調節する電子
    制御機、を備えることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載したトルク制御装置
    であって、前記変速機出力速度を検知し、それに応じて
    機械移動速度信号を発生する移動速度センサーを備える
    ことを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載したトルク制御装置
    であって、前記作業器具の位置を検知し、それに応じて
    それぞれの位置信号を発生する複数の位置センサーを備
    えることを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載したトルク制御装置
    であって、前記電子制御機は前記位置信号と前記機械移
    動速度信号を受信し、それに応じて前記機械が土を掘っ
    ているか確認し、それに応じて最適エンジン速度を求め
    ることを特徴とする装置。
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