KR20060100368A - 유압 구동 차량의 주행 제어 장치 및 유압 구동 차량 - Google Patents

유압 구동 차량의 주행 제어 장치 및 유압 구동 차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원동기(1)에 의해 구동되는 유압 펌프(1O)와, 이 유압 펌프(11O)로부터 공급되는 압유에 의해 구동되는 주행 모터(12)와, 유압 펌프(10)로부터 주행 모터(12)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 주행용 제어 밸브(11)와, 제어 밸브(11)를 통해 공급되는 모터 부하압에 의해 전환되고, 부하압의 저하에 의해 주행 모터(12)의 리턴 측 관로(L1A 또는 L1B)에 브레이크압을 발생시키는 카운터 밸런스 밸브(131)와, 주행 모터(12)의 과회전 상태를 검출하는 과회전 검출 수단(42)과, 과회전 검출 수단(42)에 의해 주행 모터(12)의 과회전 상태가 검출되면, 카운터 밸런스 밸브(13)의 전환에 의한 브레이크압의 발생에 의해 주행 모터(12)의 과회전 상태가 해소될 때까지 주행 모터(12)의 회전을 억제하는 모터 과회전 억제 수단(50)을 구비한다.
원동기, 유압 펌프, 주행 모터, 주행용 제어 밸브, 브레이크압.

Description

유압 구동 차량의 주행 제어 장치 및 유압 구동 차량{TRAVELING CONTROL DEVICE OF HYDRAULICALLY DRIVEN VEHICLE AND HYDRAULICALLY DRIVEN VEHICLE}
본 발명은 휠식 유압 셔블 등 유압 구동 차량의 주행 제어 장치, 및 유압 구동 차량에 관한 것이다.
휠식 유압 셔블(shovel)과 같이, 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프로부터 토출되는 압유의 유량과 방향을 제어 밸브로 제어하고, 그 제어된 압유(壓油)로 주행 모터를 구동하여 주행하는 유압 구동 차량이 알려져 있다(예를 들면 일본국 특개평 8(1996)-270788호 공보 참조). 이 종류의 차량에서는, 액셀 페달을 밟음으로써 제어 밸브를 전환하고, 주행 모터의 부하 압력이 커지면 주행 모터의 가압 해제 용적을 크게 하여 모터 속도를 제어한다. 또, 제어 밸브와 주행 모터를 접속하는 관로(管路)에 카운터 밸런스 밸브(counterbalance valve)를 설치하고, 모터 구동압의 저하에 의한 카운터 밸런스 밸브의 중립 위치로의 전환에 의해, 주행 모터의 토출 측 관로에 브레이크압을 발생시켜, 내리막 주행시 등의 모터 과회전을 저지한다.
상기 공보에 기재된 장치에서는, 차량이 평지 주행으로부터 내리막 주행으로 이행하여, 모터 부하압이 저하되면, 카운터 밸런스 밸브가 중립 위치로 전환되어, 모터의 토출 측 관로에 브레이크압이 발생한다. 그러나, 카운터 밸런스 밸브의 전환에는 응답 지연이 있어, 내리막 주행의 개시 후, 카운터 밸런스 밸브가 효과가 있기 시작할 때까지의 동안에 모터가 과회전하여, 모터 수명을 악화시킬 우려가 있다.
본 발명에 의한 유압 구동 차량의 주행 제어 장치는 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동되는 주행 모터와, 유압 펌프로부터 주행 모터로 공급되는 압유의 유량을 제어하는 주행용 제어 밸브와, 제어 밸브를 통해 공급되는 모터 부하압에 의해 전환되고, 부하압의 저하에 의해 주행 모터의 리턴 측 관로에 브레이크압을 발생시키는 카운터 밸런스 밸브와, 주행 모터의 과회전 상태를 검출하는 과회전 검출 수단과, 과회전 검출 수단에 의해 주행 모터의 과회전 상태가 검출되면, 카운터 밸런스 밸브의 전환에 의한 브레이크압의 발생에 의해 주행 모터의 과회전 상태가 해소될 때까지, 주행 모터의 회전을 억제하는 모터 과회전 억제 수단을 구비한다.
주행 모터의 회전수를 검출하여, 모터 회전수가 소정값 이상으로 되면 과회전 상태를 검출하도록 해도 된다. 또는 주행 모터의 가속도를 검출하여, 모터 속도가 일정 이상이며 모터 가속도가 소정값 이상으로 되면 과회전 상태를 검출하도록 해도 된다.
이 경우, 검출된 모터 회전수 또는 모터 가속도가 클수록 원동기의 회전수를 크게 저감시키는 것이 바람직하다. 또는 유압 펌프를 가변 용량형 유압 펌프로서 구성하고, 검출된 모터 회전수 또는 모터 가속도가 클수록 유압 펌프의 경전량(傾轉量)을 크게 저감할 수도 있다.
이상의 주행 제어 장치를 가지는 유압 구동 차량으로 하는 것이 유압 구동 차량에 있어서 바람직하다.
본 발명에 의하면, 주행 모터의 과회전 상태가 검출되면, 카운터 밸런스 밸브의 전환에 의한 브레이크압의 발생에 의해 주행 모터의 과회전 상태가 해소될 때까지 주행 모터의 회전을 억제하도록 했으므로, 카운터 밸런스 밸브의 응답 지연이 있어도 모터 회전수를 허용 회전수 이하로 억제할 수 있어, 모터 수명의 악화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 휠식 유압 셔블의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 유압 구동 차량의 주행용 유압 회로도이다.
도 3은 제1 실시예에 관한 유압 펌프의 P-qp 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 나타낸 엔진의 회전수와 부하의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 관한 주행 제어 장치의 제어 회로의 블록도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 컨트롤러의 상세를 설명하는 개념도이다.
도 7은 도 6의 서보 제어부에서 행해지는 처리의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 8은 제1 실시예에 관한 주행 제어 장치 동작의 일례를 나타낸 타임 차트 이다.
도 9는 제2 실시예에 관한 주행 제어 장치의 제어 회로의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 변형예로서의 유압 펌프의 레귤레이터 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 유압 펌프의 P-qp 특성을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 엔진 10: 유압 펌프
10A: 펌프 레귤레이터 11: 주행용 제어 밸브
12: 주행용 유압 모터 13: 카운터 밸런스 밸브
31: 전자 비례 밸브 42: 회전수 센서
50: 컨트롤러 53: 펄스 모터
54: 포텐셔미터 L1A, L1B: 메인 관로
-제1 실시예-
이하, 도 1∼도 8을 참조하여 본 발명에 의한 주행 제어 장치의 제1 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 휠식 유압 셔블을 나타낸다. 이 휠식 유압 셔블은 하부 주행체(81)와, 하부 주행체(81)의 상부에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(82)를 가진다. 상부 선회체(82)에는 운전실(83)과 작업용 프론트 어태치먼트(84)가 설치되어 있다. 프론트 어태치먼트(84)는 상부 선회체(82)의 본체에 회동 가능하게 연결된 붐(84a)과, 붐(84a)에 회동 가능하게 연결된 암(84b)과, 암(84b)에 회동 가능하게 연결된 패킷(84c)으로 이루어진다. 붐(84a)은 붐 실린더(84d)에 의해 승강되고, 암(84b)은 암 실린더(84e)에 의해 승강되고, 패킷(84c)은 패킷 실린더(84f)에 의해 클라우드와 덤프 조작이 행해진다. 하부 주행체(81)에는 주행용 유압 모터(85), 트랜스미션(86) 및 프로펠러 샤프트(87)가 설치되고, 프로펠러 샤프트(87)에 의해 앞 타이어(88F) 및 뒤 타이어(88R)가 구동된다. 90은 펜더 커버이다.
본 발명의 실시예에 관한 유압 구동 차량의 주행용 유압 회로를 도 2에 나타낸다. 이 유압 회로는 엔진(1)에 의해 구동되는 가변 용량형 유압 펌프(10)와, 파일럿 유압 회로(20)로 조작되고, 유압 펌프(10)의 토출유의 유량과 방향을 제어하는 주행용 제어 밸브(11)와, 주행용 제어 밸브(11)로 제어된 압유로 구동되는 주행용 가변 용량형 유압 모터(12)(도 1의 85)와, 주행용 제어 밸브(11)와 유압 모터(12) 사이에 개재된 카운터 밸런스 밸브(13)와, 유압 펌프(10)의 가압 해제 용적을 조정하는 펌프 레귤레이터(10A)로 유압 모터(12)의 가압 해제 용적을 조정하는 모터 레귤레이터(14)와, 제어 밸브(11)와 유압 모터(12)를 접속하는 메인 관로(L1A, L1B)의 최고 압력을 규제하는 크로스오버 로드 릴리프 밸브(15, 16)를 구비한다.
카운터 밸런스 밸브(13)는 유압 모터(12)의 주행 구동압(부하압이라고도 함)에 따라 전환된다. 즉 메인 관로(L1A 또는 L1B) 내의 압력이 커지면 카운터 밸런스 밸브(13)는 중립 위치(N 위치)로부터 F 위치 또는 R 위치로 전환되고, 메인 관로(L1A 또는 L1B) 내의 압력이 작아지면 중립 위치로 전환된다. 카운터 밸런스 밸 브(13)가 중립 위치에서는, 유압 모터(12)로부터의 리턴 오일의 흐름은 스로틀(13a 또는 13b)에 의해 제한되고, 유압 모터(12) 하류의 리턴 측 관로(L1B 또는 L1A)의 압력이 상승하여, 브레이크압이 발생한다.
펌프 레귤레이터(10A)는 토크 제한부를 구비하고, 이 토크 제한부에 펌프 토출 압력(주행 구동압)이 피드백되어 마력 제어가 행해진다. 마력 제어란 도 3에 나타낸 바와 같은 이른바 P-qp 제어이다. 이 마력 제어에 의해, 펌프 토출압과 펌프 경전량으로 결정되는 부하가 엔진 출력을 상회하지 않도록, 펌프 경전량이 제어된다. 즉, 상기 피드백 압력 P가 레귤레이터(10A)에 인도되면 도 3의 P-qp 선도에 따라 펌프 경전량 qp가 제어된다.
또, 레귤레이터(10A)에는 최대 경전 제한부가 형성되고, 이 최대 경전 제한부에 의해 펌프 최대 경전량이 소정값 qpmax로 제한된다. 소정값 qpmax는 펌프 최대 토출량을 규정하는 것이다. 그리고, 주행 구동압 P는 노면의 구배(句配)에 의해 변화한다. 도 3에서, 예를 들면 내리막 주행시는 P≤P1, 오르막 주행시나 주행 개시시는 P>P2이며, 통상의 평지 주행시는 P1<P≤P2이다. 또, 펌프 최대 경전량 qpmax는, 예를 들면 엔진(1)을 정격 회전수 N1로 구동한 경우에 유압 모터(12)가 과회전되지 않는 값으로 설정된다. 그리고, 평지 주행시에 엔진(1)을 정격 회전수 N1로 구동한 경우의 모터 최고 속도는 Nm1이며, Nm1은 유압 모터(12)의 허용 회전수 Nm0보다 작다. 모터 회전수가 허용 회전수 Nm0 이하라면 모터(12)의 수명에 미치는 악영향은 적다.
모터 레귤레이터(14)는 피스톤(141)과 서보 밸브(142)를 구비하고 있다. 피 스톤(141)의 로드실(141a)은 관로(L11)를 통해 메인 관로(L1A와 L1B)의 고압유를 선택하는 셔틀 밸브(18)에 접속되어 있다. 피스톤(141)의 보텀실(141b)은 관로(L12)를 통해 서보 밸브(142)에 접속되어 있다. 서보 밸브(142)는 셔틀 밸브(18)에 의해 선택된 주행 구동압에 의해 전환된다.
파일럿 유압 회로(20)는 파일럿 유압 펌프(21)와, 액셀 페달(22a)로 조작되는 주행용 파일럿 밸브(22)와, 전후진 변환 스위치(도시하지 않음)의 조작에 의해 전진 위치, 후진 위치, 중립 위치로 전환되는 전후진 전환 밸브(23)를 구비하고 있다. 제어 밸브(11)는 파일럿 유압 회로(20)로부터의 주행 파일럿압에 의해 그 전환 방향과 스트로크량이 제어된다. 주행 파일럿압은 파일럿압 Pt로서 압력 센서(41)에서 검출되어 출력된다.
유압 펌프(10)로부터 토출되는 압유는 제어 밸브(11)에 의해 그 방향 및 유량이 제어되고, 카운터 밸런스 밸브(13)를 거쳐 유압 모터(12)에 공급된다. 이에 따라 유압 모터(12)가 회전한다. 유압 모터(12)의 회전은 트랜스미션(86)에 전달되어 소정의 기어비로 감속된 후, 프로펠러 샤프트(87)를 통해 타이어(88F, 88R)에 전달된다. 이에 따라 유압 셔블이 주행한다.
도 2는 전후진 전환 밸브(23)가 중립(N 위치), 파일럿 밸브(22)가 조작되고 있지 않은 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는, 제어 밸브(11)에 파일럿압이 작용하지 않아, 제어 밸브(11)는 중립 위치에 유지된다. 따라서, 유압 펌프(10)로부터의 압유는 유압 모터(12)에 공급되지 않아, 차량은 정지하고 있다.
도 2의 유압 회로는 다음과 같이 동작한다.
전후진 전환 밸브(23)를 전진(F 위치) 또는 후진(R 위치)으로 전환하고, 액셀 페달(22a)을 밟는 조작을 하면, 파일럿 밸브(22)로부터 출력되는 파일럿압유가 제어 밸브(11)의 파일럿 포트에 이르러, 제어 밸브(11)가 파일럿압에 따른 스트로크량으로 F 위치 측 또는 R 위치 측으로 전환된다. 이에 따라 유압 펌프(10)로부터의 압유가 유압 모터(12)에 공급된다. 이 때, 제어 밸브(11)와 카운터 밸런스 밸브(13) 사이의 관로(L1A 또는 L1B)에는 부하에 따른 주행 구동압이 발생하고, 주행 구동압에 의해 카운터 밸런스 밸브(13)는 F 위치 또는 R 위치로 전환된다. 이 전환에 의해 리턴 오일 측의 관로(L1B 또는 L1A)가 개방되고, 유압 모터(12)로부터의 압유는 카운터 밸런스 밸브(13), 제어 밸브(11)를 통해 탱크로 귀환한다. 이에 따라 유압 모터(12)가 구동되어, 차량이 주행한다.
차량 주행 개시시의 주행 구동압은 토크 제어 압력으로서 셔틀 밸브(18)로부터 관로(L11)를 통해 레귤레이터(14)에 인도되고, 이에 따라 서보 밸브(142)가 "가" 위치 측으로 전환된다. 이 서보 밸브(142)의 전환에 의해 피스톤(141)의 로드실(141a)과 보텀실(141b)이 연통(連通)하고, 그 양쪽에 토크 제어 압력이 인도된다. 그 결과, 보텀실(141b)의 수압 면적은 로드실(141a)의 수압 면적보다 크기 때문에, 피스톤(141)은 신장(伸長)되고, 유압 모터(12)의 가압 해제 용적 q는 커져, 저속 고 토크로 차량이 주행한다.
차량의 정속(定速) 주행에 의해 주행 구동압이 감소되면, 레귤레이터(14)에 작용하는 토크 제어압이 저하되어, 서보 밸브(142)가 스프링(142c)에 의해 "나" 위치 측으로 전환된다. 이 전환에 의해 보텀실(141b)이 관로(LD)를 통해 드레인 회 로에 연통되어, 피스톤은 점점 줄어진다. 이에 따라 유압 모터(12)의 가압 해제 용적 q는 작아져, 고속 저토크로 차량이 주행한다.
내리막 주행시에는 관성력에 의해 차량이 가속되기 때문에 주행 부하가 감소되고, 그에 따라 카운터 밸런스 밸브(13)는 중립 위치로 전환되어, 리턴 오일 측 관로(L1B 또는 L1A)에 브레이크압이 발생한다. 이 경우, 카운터 밸런스 밸브(13)의 전환에는 다소의 응답 지연이 있으므로, 내리막 주행의 개시 후, 유압 모터(12)에 충분한 유압 브레이크력이 작용할 때까지는 시간이 걸린다.
그런데, 내리막 주행시에 엔진(1)을 정격 회전 N1로 구동하고 있는 경우에는, 도 4의 엔지 특성에 나타낸 바와 같이, 부하가 감소된 분만큼 엔진 회전수 N이 정격 회전수 N1을 넘어 증속(增速)될 우려가 있다(N1→N2). 엔진 회전수 N이 정격 회전수 N1을 상회하면, 펌프 토출량이 정격 최대 토출량(N1×qpmax)을 상회한다. 이 때, 전술한 바와 같이 유압 브레이크력의 발생에는 시간이 걸리기 때문에, 내리막 주행의 개시 후, 카운터 밸런스 밸브(13)가 효과가 있기 시작할 때까지의 동안에 유압 모터(12)가 과회전할 우려가 있다. 모터(12)의 과회전에 의해 모터 회전수가 허용 회전수 Nm0를 오버하면, 모터 수명을 저하시킨다. 이와 같은 카운터 밸런스 밸브(13)의 응답 지연에 기인하는 유압 모터(12)의 과회전을 억제하기 위해, 본 실시예에서는, 다음과 같이 엔진 회전수를 제어한다.
도 5는 엔진 회전수를 제어하는 제어 회로의 블록도이다. 엔진(원동기)(1)의 거버너(51)는 링크 기구(52)를 통해 펄스 모터(53)에 접속되고, 펄스 모터(53)의 회전에 의해 엔진 회전수가 제어된다. 즉, 펄스 모터(53)의 정회전으로 엔진 회전수가 상승하고, 역회전으로 저하된다. 이 펄스 모터(53)의 회전은 CPU 등으로 구성되는 컨트롤러(50)로부터의 제어 신호에 의해 제어된다. 거버너(51)에는 링크 기구(52)를 통해 포텐셔미터(potentiometer)(54)가 접속되고, 이 포텐셔미터(54)에 의해 엔진 회전수에 따른 거버너 레버 각도를 검출하고, 엔진 제어 회전수 Nθ로서 컨트롤러(50)에 입력된다. 컨트롤러(50)에는 주행 파일럿압 Pt를 검출하는 압력 센서(41)와, 모터 회전수 Nm을 검출하는 회전수 센서(42)가 접속되어 있다.
도 6은 제1 실시예에 관한 컨트롤러(50)의 상세를 설명하는 블록도이다. 함수 발생기(501)는 액셀 페달 밟기량에 따른 목표 엔진 회전수 Nt, 즉, 압력 센서(41)에서 검출되는 주행 파일럿 압력 Pt와 엔진(1)의 목표 회전수를 대응시킨 함수(목표 회전수 특성) L1에 의해 정해지는 목표 회전수 Nt를 출력한다. 함수 L1에 의하면, 파일럿압 Pt의 증가에 따라 목표 회전수 Nt는 정격 회전수 N1까지 비례적으로 증가한다.
함수 발생기(502)는 모터 회전수 Nm에 따른 보정 엔진 회전수 Ns(이하, 보정 회전수 Ns라고 함), 즉, 회전수 센서(42)에서 검출되는 모터 회전수 Nm과 엔진(1)의 보정 회전수를 대응시킨 함수(보정 회전수 특성) L2에 의해 정해지는 보정 회전수 Ns를 출력한다. 함수 L2에 의하면, 모터 회전수 Nm이 소정값 Na 이하의 범위에서는, 보정 회전수는 일정(Ns=0)하며, 모터 회전수 Nm이 소정값 Na를 초과하면 모터 회전수의 증가에 따라 보정 회전수는 서서히 증가한다. 소정값 Na는, 예를 들면 평지 주행의 최고 속도 Nm1보다 크고 모터 허용 회전수 Nm0보다 작은 값으로 설정된다. 그리고, 모터 회전수 Nm과 차속(車速)은 상관 관계가 있으므로, 회전수 센서(42) 대신에 차속 센서를 사용하여, 차속에 따라 보정 회전수 Ns를 구해도 된다.
함수 발생기(503)는 액셀 페달(22a)이 소정값 이상으로 조작되었을 때, 예를 들면 풀 조작되었을 때 하이 레벨 신호를 출력하고, 스위치(504)를 닫는다. 스위치(504)를 닫은 상태에서는, 감산기(505)는 목표 회전수 Nt로부터 보정 회전수 Ns를 감산한 것을 목표 회전수 지령값 Ny로서 출력한다. 스위치(504)를 개방한 상태에서는, 감산기(505)는 목표 회전수 Nt를 그대로 목표 회전수 지령값 Ny로서 출력한다.
목표 회전수 지령값 Ny는 서보 제어부(510)에서 포텐셔미터(54)에 의해 검출한 거버너 레버의 변위량에 상당하는 제어 회전수 Nθ와 비교되어, 도 7에 나타낸 스텝에 따라 양자가 일치하도록 펄스 모터(53)가 제어된다.
도 7에서, 먼저 스텝 S21에서 목표 회전수 지령값 Ny와 제어 회전수 Nθ를 각각 읽어 넣고, 스텝 S22로 진행한다. 스텝 S22에서는, Nθ-Ny의 결과를 회전수 차이 A로서 메모리에 저장하고, 스텝 S23에서, 미리 정한 기준 회전수 차이 K를 사용하여, ｜A｜≥K인지 여부를 판정한다. 긍정되면 스텝 S24로 진행하여, 회전수 차이 A>0인지 여부를 판정하고, A>0이면 제어 회전수 Nθ가 목표 회전수 지령값 Ny보다 큰, 즉 제어 회전수가 목표 회전수보다 높기 때문에, 엔진 회전수를 내리기 위해 스텝 S25에서 모터 역전을 지령하는 신호를 펄스 모터(53)에 출력한다. 이에 따라 펄스 모터(53)가 역전하여 엔진(1)의 회전수가 저하된다.
한편, A≤0이면 제어 회전수 Nθ가 목표 회전수 지령값 Ny보다 작은, 즉 제 어 회전수가 목표 회전수보다 낮기 때문에, 엔진 회전수를 올리기 위해 스텝 S26에서 모터 정회전을 지령하는 신호를 출력한다. 이에 따라, 펄스 모터(53)가 정회전하여, 엔진(1)의 회전수가 상승한다. 스텝 S23이 부정되면 스텝 S27로 진행하여 모터 정지 신호를 출력하고, 이에 따라 엔진(1)의 회전수가 일정값으로 유지된다. 스텝 S25-S27을 실행하면 시작으로 되돌아간다.
이상과 같이 구성된 제1 실시예에 관한 주행 제어 장치의 동작을 보다 구체적으로 설명한다.
(1) 평지 주행, 오르막 주행
평지 주행시 및 오르막 주행시의 엔진 회전수는 정격 회전수 N1 이하이다. 이 상태에서는, 모터 회전수 Nm은 최고 속도 Nm1 이하로 되고, 소정값 Na보다 작다(N m<Na). 따라서, 함수 발생기(502)로부터 출력되는 보정 회전수 Ns는 0으로 되고, 스위치(504)의 개폐, 즉 액셀 페달(22a)이 풀 조작인지 여부에 관계없이, 함수 발생기(501)로부터 출력되는 목표 회전수 Nt가 목표 회전수 지령값 Ny로서 출력된다. 이에 따라 엔진 회전수는 함수 L1로 규정되는 액셀 페달(22a)의 조작량에 따른 회전수 Nt로 제어된다.
(2) 내리막 주행
액셀 페달(22a)을 풀 조작하여, 모터 최고 속도 Nm1로 평지 주행하고 있는 상태로부터 내리막 주행으로 이행했을 때의, 비탈의 경사 상태(구배))에 대응하는 모터 회전수 Nm의 특성을 도 8에 나타낸다. 그리고, 도면 중, 실선은 모터 회전수에 따라 엔진 회전수를 제어하는 본 실시예의 주행 제어 장치의 특성이며, 점선은 엔진 회전수를 일정하게 한 경우의 특성이다.
내리막 주행 개시시에는, 카운터 밸런스 밸브(13)의 응답 지연에 의해 브레이크압은 즉시 커지지 않기 때문에 중력에 의해 차량은 가속되어, 도 8에 나타낸 바와 같이 모터 회전수 Nm이 상승한다. 모터 회전수 Nm이 소정값 Na를 초과하면(도 8의 시간 t1), 함수 발생기(502)로부터 모터 회전수 Nm에 따른 보정 회전수 Ns(>0)가 출력되고, 목표 회전수 Nt로부터 보정 회전수 Ns를 감산한 것이 목표 회전수 지령값 Ny로서 출력된다. 그 결과, 엔진 회전수는 목표 회전수 Nt보다 보정 회전수분 Ns만큼 작아지도록 제어된다. 따라서, 펌프 토출량이 정격(定格) 최대 토출량 이하로 억제되어, 내리막 주행 개시 직후의 유압 모터(12)의 회전수 Nm이 도 8의 점선의 것보다 작아진다. 이에 따라 모터 회전수 Nm을 허용 회전수 Nm0 이하로 억제할 수 있다.
이 경우, 비탈의 구배가 심할수록 모터 회전은 증속되고, 모터 회전수 Nm이 증가하여, 함수 발생기(502)로부터의 보정 회전수 Ns는 커진다. 따라서, 가속의 정도가 강할수록 엔진 회전수의 감소량이 증가하여, 유압 모터(12)의 과회전을 효과적으로 억제할 수 있다.
내리막 주행 개시부터 소정 시간이 경과하면(도 8의 시간 t2), 카운터 밸런스 밸브(13)는 중립 위치로 전환되어, 모터(12)에 유압 브레이크력이 작용한다. 이에 따라 모터 회전수 Nm이 감소하여, 엔진(1)의 보정 회전수 Ns도 작아진다. 또한 모터 회전수 Nm이 소정값 Na 이하로 되면 보정 회전수 Ns는 0이 된다. 이 때 데이터(12)의 과회전 상태는 해소된다. 이후, 엔진 회전수는 목표 회전수 Nt로 제 어되어, 내리막 주행시에 엔진 회전수를 감소시키지 않아도, 카운터 밸런스 밸브(13)의 브레이크 작용에 의해 모터 회전수 Nm의 증가가 억제된다.
내리막 주행시에 액셀 페달(22a)이 풀 조작되어 있지 않을 때는, 스위치(504)는 개방되고, 함수 발생기(501)로부터의 목표 회전수 Nt(<N1)가 목표 회전수 지령값 Ny로서 출력된다. 이 경우, 목표 회전수 Nt는 정격 회전수 N1보다 작고, 엔진 회전수는 정격 회전수 N1 이하로 된다. 그 결과, 펌프 토출량이 정격 최대 토출량 이하로 억제되어, 모터 회전수 Nm을 허용 회전수 Nm0 이하로 억제할 수 있다. 이와 같이 페달(22a)의 풀 조작 이외에는, 엔진 회전수의 보정을 행하지 않으므로, 필요 이상으로 엔진 회전수를 저감하는 일이 없어, 양호한 주행 성능을 발휘할 수 있다. 그리고, 내리막 주행시에 엔진 회전수를 확실하게 정격 회전수 N1 이하로 하기 때문에, 액셀 페달(22a)을 풀 조작하기 전에 스위치(504)를 닫도록 함수 발생기(503)의 출력을 조정해도 된다.
이상 설명한 제1 실시예에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.
(1) 모터 회전수 Nm이 소정값 Na를 초과하면 모터(12)의 과회전 상태를 검출하여, 엔진 회전수 지령값 Ny를 페달 조작에 의한 목표 회전수 Nt보다 저감하도록 했다. 이에 따라 내리막 주행시에 엔진 회전수가 정격 회전수 N1을 초과하는 것을 저지할 수 있어, 카운터 밸런스 밸브(13)의 응답 지연에 의해 주행 모터(12)가 허용 회전수 NmO를 초과하여 과회전하는 것을 억제할 수 있다.
(2) 카운터 밸런스 밸브(13)의 브레이크 작용에 의해 모터 회전수 Nm이 소정값 Na 이하로 되면, 즉 모터(12)의 과회전 상태가 해소되면, 엔진 회전수를 목표 회전수 Nt로 제어하므로, 엔진 회전수의 감소는 단시간에 억제되어, 주행성에 주는 악영향은 작다.
(3) 액셀 페달(22a)이 풀 조작되어 있을 때 스위치(504)를 닫고 엔진 회전수 지령값 Ny를 저감하도록 했으므로, 필요 이상으로 엔진 회전수를 저감하는 일이 없어, 양호한 주행 성능을 발휘할 수 있다.
(4) 모터 회전수 Nm이 클수록 회전수 Ns가 커지도록 함수 L2를 정하고, 모터 회전수 Nm이 클수록 엔진 회전수 지령값 Ny를 크게 감소시키도록 했다. 이에 따라 비탈의 구배가 심해 모터 회전수 Nm의 증가가 현저한 경우라도, 모터 회전수 Nm을 확실하게 허용 회전수 Nma 이하로 억제할 수 있다.
(5) 회전수 센서(42)에 의해 모터 회전수 Nm을 직접 검출하므로, 모터 회전수 Nm을 정밀도 양호하게 검출할 수 있어, 과회전 억제 제어의 정밀도가 높아진다.
-제2 실시예-
도 9를 참조하여 본 발명에 의한 주행 제어 장치의 제2 실시예에 대하여 설명한다.
제1 실시예에서는, 모터 회전수 Nm에 따라 엔진 회전수를 목표 회전수 Nt보다 저감하도록 했지만, 제2 실시예에서는, 모터 가속도 Am에 따라 엔진 회전수를 저감한다. 그리고, 이하에서는, 제1 실시예와의 상위점을 주로 설명한다
제2 실시예가 제1 실시예와 상이한 것은 컨트롤러(50) 내에서의 모터 과회전 억제의 처리 내용이다. 도 9는 제2 실시예에 관한 컨트롤러(50)의 상세를 설명하는 블록도이다. 그리고, 도 6과 동일한 개소에는 동일한 부호를 첨부한다. 회전 수 센서(42)에 의해 검출된 모터 회전수 Nm은 스위치(521)를 거쳐 가속도 연산부(522)에 입력된다. 스위치(521)는 모터 회전수 Nm이 최고 속도 Nm1 이상일 때 닫히고, 최고 속도 Nm1 미만일 때 개방된다. 스위치(521)가 닫히면 가속도 연산부(522)는 모터 회전수 Nm을 시간 미분(微分)하여 모터 가속도 Am을 연산한다.
함수 발생기(523)는 모터 가속도 Am과 엔진(1)의 보정 회전수를 대응시킨 함수 L2에 의해 정해지는 보정 회전수 Ns를 출력한다. 함수 L2에 의하면, 모터 가속도 Am이 소정값 Aa 이하의 범위에서는, 보정 회전수는 일정(Ns=0)하며, 모터 가속도 Am이 소정값 Aa를 초과하면 모터 회전수의 증가에 따라 보정 회전수는 서서히 증가한다. 소정값 Aa는 카운터 밸런스 밸브(1)가 전환될 때까지의 동안에 모터 데이터 회전수 Nm이 허용 회전수 Nm0를 초과하는 정도까지 상승하는지 여부를 예측하기 위한 임계값이며, 모터 가속도 Am이 소정값 Aa를 초과하면, 모터 회전수 Nm이 허용 회전수 Nm0를 초과할 것으로 예측한다. 그리고, 모터 가속도는 비탈의 구배와 상관 관계를 가지기 때문에, 모터 가속도 대신에 경사 센서를 사용하여 동일한 처리를 행해도 된다.
제2 실시예에 관한 주행 제어 장치의 특징적인 동작을 설명한다.
평지 주행시에 모터 회전수 Nm이 최고 속도 Nm1 미만일 때, 스위치(521)는 개방된다. 이 때, 보정 회전수 Ns는 출력되지 않고, 엔진 회전수는 페달 조작에 따라 목표 회전수 Nt로 제어된다. 이 경우, 모터 회전수 Nm이 작기 때문에, 평지 주행으로부터 내리막 주행으로 이행해도, 카운터 밸런스 밸브(13)의 응답 지연 사이에 모터 회전수 Nm이 허용 회전수 Nm0를 초과하는 일은 없다. 따라서, 엔진 회 전수를 감소시킬 필요는 없다.
한편, 모터 최고 속도 Nm1로 평지 주행을 하고 있을 때는 스위치(521)가 닫히고, 가속도 연산부(522)는 모터 가속도 Am을 연산한다. 여기에서, 평지 주행으로부터 내리막 주행으로 이행하면, 비탈의 경사에 따라 모터 가속도 Am이 증가한다. 구배가 비교적 완만할 때는 모터 가속도 Am은 소정값 Aa 이하이며, 보정 회전수 Ns=0이 된다. 이 경우, 카운터 밸런스 밸브(13)의 응답 지연 사이에 모터 회전수 Nm이 허용 회전수 Nm0를 초과하지 않을 것으로 예측되기 때문에, 엔진 회전수를 감소시키지 않는다. 이에 대하여, 구배가 심해 모터 가속도 Am이 소정값 Aa보다 커지면, 모터(12)의 과회전에 의해 허용 회전수 Nm0를 초과할 것으로 예측되기 때문에, 함수 발생기(523)로부터 보정 회전수 Ns(>0)가 출력되어, 엔진 회전수는 목표 회전수 Nt보다 보정 회전수 Ns만큼 작아진다. 이에 따라 모터(12)의 과회전에 의해 허용 회전수 Nm0를 초과하는 것을 미연에 막을 수 있다.
제2 실시예에 따르면 이하와 같은 작용 효과가 있다.
(1) 모터 회전수 Nm으로부터 모터 가속도 Am을 연산하여, 모터 가속도 Am이 소정값 Aa를 초과하면, 모터(12)의 과회전 상태를 검출하여 모터 회전수 Nm이 허용 회전수 Nm0를 초과한다고 예측하고, 엔진 회전수 지령값 Ny를 페달 조작에 의한 목표 회전수 Nt보다 저감하도록 했다. 이에 따라 모터 회전수 Nm이 허용 회전수 Nm0를 초과하는 것을 미연에 막을 수 있다.
(2) 모터 회전수 Nm이 소정값 Na보다 큰 경우라도 모터 가속도 Am이 소정값 Aa 이하일 때는 엔진 회전수를 저하시키지 않으므로, 차량에는 필요 최소한의 감속 력이 작용하여, 주행 필링이 양호하다.
(3) 모터(12)가 최고 속도 Nm1로 회전하고 있을 때 스위치(521)를 온하여, 가속도 Am에 따른 엔진 회전수 제어를 행하므로, 저속 주행시에 가속도 Am이 소정값 Aa를 초과해도 엔진 회전수는 저하되지 않아, 저속시의 가속성을 확보할 수 있다.
그리고, 이상에서는, 모터 회전수 Nm이 소정값 Na를 초과했을 때, 또는 모터 가속도 Am이 소정값 Aa를 초과했을 때 엔진 회전수를 저감하여 유압 모터(12)의 과회전을 억제하도록 했지만, 유압 펌프(10)의 최대 경전량을 저감하여 유압 모터(12)의 과회전을 억제하도록 해도 된다. 이 경우, 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같이 펌프 레귤레이터(10A)를 형성하면 된다. 이하, 이 점에 대하여 설명한다.
도 10에서는, 펌프 레귤레이터(10A)에 토크 제한부(110)와 최대 경전 제어부(120)가 형성되어 있다. 토크 제한부(110)에는, 펌프 경사판(111)에 연결된 피스톤(112)을 최대 경전 제한부(114)에 가압하는 스프링(113)이 개재되고, 토크 제한부(110)에 펌프 토출 압력 P가 피드백되어, 전술한 마력 제어가 행해진다. 즉, 상기 피드백 압력 P가 토크 제한부(110)에 인도되면, 스프링 힘에 저항하여 피스톤(112)이 구동되어, 도 3의 P-qp 선도에 따라 펌프 경전량 qp가 저감된다. 한편, 펌프 압력 P가 P2 이하의 영역에서는, 피스톤(112)은 스프링 힘에 의해 최대 경전 제한부(114)에서 제한되어, 펌프 경전은 최대 경전 qpmax로 된다.
최대 경전 제어부(120)에는 피스톤(112)과 직렬로 피스톤(121)이 설치되고, 피스톤(121)은 스프링(122)에 의해 피스톤(112)의 반대 방향으로 가압되고 있다. 최대 경전 제어부(120)는 전자 비례 감압 밸브(31)를 통해 유압원(30)에 접속되고, 전자 비례 감압 밸브(31)는 컨트롤러(50)로부터 제어 신호에 의해 전환된다. 즉 모터 회전수 Nm 또는 모터 가속도 Am이 소정값 Na 또는 Aa 이하일 때는 전자 비례 감압 밸브(31)는 위치 "나"측으로 전환된다. 이에 따라 최대 경전 제어부(120)는 탱크에 연통되어, 펌프 최대 경전량은 qpmax로 된다.
한편, 모터 회전수 Nm 또는 모터 가속도 Am이 소정값 Na를 초과하면, 전자 비례 감압 밸브(31)는 위치 "가"측으로 전환된다. 이에 따라 유압원(30)으로부터의 압유가 최대 경전 제어부(120)에 작용하고, 피스톤(121)은 스프링 힘에 저항하여 도면의 우측으로 이동하고, 피스톤(112) 이동 범위의 상한을 보다 작은 값으로 제한한다. 그 결과, 도 11의 점선으로 나타낸 바와 같이 펌프 최대 경전량을 qpmax보다 소정량 △qp만큼 저감한다. 이 경우, 모터 회전수 Nm 또는 모터 가속도 Am이 클수록 펌프 최대 경전량이 작아지도록 전자 비례 감압 밸브(31)의 전환량을 제어하면 된다.
그리고, 엔진 회전수를 저감 또는 펌프 최대 경전량을 저감함으로써, 주행 모터(12)의 과회전을 억제하도록 했지만, 원동기 회전수 저감 수단 및 펌프 경전량 저감 수단 이외의 모터 과회전 억제 수단을 사용해도 된다. 예를 들면 주행 모터(12)의 경전량 제어, 제어 밸브(11)의 구동 제어, 릴리프 밸브(15, 16)의 릴리프압 제어 등에 의해 주행 모터(12)의 과회전을 억제하도록 해도 된다. 스위치(504)를 생략하고, 액셀 페달(22a)의 조작량에 관계없이 항상 보정 회전수 Ns를 출력하도록 해도 된다.
제어 밸브(11)를 액셀 페달(22a) 이외로 조작해도 된다. 상기에서는 액셀 페달(22a)의 조작량에 따라 제어 밸브(11)와 엔진 회전수를 제어하도록 했지만(액셀 제어), 액셀 페달(22a)의 조작량에 따라 제어 밸브(11)만을 제어해도 된다(밸브 제어). 유압 모터(12)를 고정 용량형 유압 모터로 해도 된다. 유압 펌프(10)를 고정 용량형 유압 펌프로 해도 된다. 엔진(1)의 목표 회전수 Nt를 액셀 페달(22a)에 의해 설정하도록 했지만, 다른 조작 부재(예를 들면 레버나 스위치)에 의해 설정해도 된다.
모터 회전수 Nm이 소정값 Na를 초과하면, 또는 모터 가속도 Am이 소정값 Aa를 초과하면 모터(12)의 과회전 상태, 즉 모터 회전수 Nm이 최고 속도 Nm1을 초과하여 허용 회전수 Nm0에 이를 우려가 있는 상태를 검출하도록 했지만, 다른 검출 수단을 사용하여 과회전 상태를 검출해도 된다. 또, 회전수 검출 수단으로서 회전수 센서(42)를 사용했지만, 다른 회전수 검출 수단을 사용해도 된다. 회전수 센서(42)로부터의 신호를 가속도 연산부(422)에서 시간 미분하여 가속도를 구하도록 했지만, 다른 가속도 검출 수단을 사용해도 된다.
본 발명은 카운터 밸런스 밸브(13)를 가지고, 주행 모터(12)로 주행 구동하는 다른 작업 차량에도 적용할 수 있다.
본 출원은 일본국 특허 출원 2003-339859호를 기초로 하고, 그 내용은 원용에 의해 본 출원에 포함된다.

Claims (6)

  1. 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프로부터 공급되는 압유(壓油)에 의해 구동되는 주행 모터와,
    상기 유압 펌프로부터 상기 주행 모터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 주행용 제어 밸브와,
    상기 제어 밸브를 통해 공급되는 모터 부하압에 의해 전환되고, 부하압의 저하에 의해 상기 주행 모터의 리턴 측 관로(管路)에 브레이크압을 발생시키는 카운터 밸런스 밸브(counterbalance valve)와,
    상기 주행 모터의 과회전 상태를 검출하는 과회전 검출 수단과,
    상기 과회전 검출 수단에 의해 상기 주행 모터의 과회전 상태가 검출되면, 상기 카운터 밸런스 밸브의 전환에 의한 브레이크압의 발생에 의해 상기 주행 모터의 과회전 상태가 해소될 때까지 상기 주행 모터의 회전을 억제하는 모터 과회전 억제 수단
    을 구비하는 유압 구동 차량의 주행 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주행 모터의 회전수를 검출하는 회전수 검출 수단을 추가로 가지며,
    상기 과회전 검출 수단은 상기 회전수 검출 수단에 의해 검출된 모터 회전수가 소정값 이상으로 되면 상기 과회전 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 유압 구동 차량의 주행 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주행 모터의 가속도를 검출하는 가속도 검출 수단을 추가로 가지며,
    상기 과회전 검출 수단은 모터 속도가 일정 이상이며 상기 가속도 검출 수단에 의해 검출된 모터 가속도가 소정값 이상으로 되면 상기 과회전 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 유압 구동 차량의 주행 제어 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 모터 과회전 억제 수단은 검출된 상기 모터 회전수 또는 상기 모터 가속도가 클수록 상기 원동기의 회전수를 크게 저감시키는 원동기 회전수 저감 수단인 것을 특징으로 하는 유압 구동 차량의 주행 제어 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 가변 용량형 유압 펌프이며,
    상기 모터 과회전 억제 수단은 검출된 상기 모터 회전수 또는 상기 모터 가속도가 클수록 상기 유압 펌프의 경전량(傾轉量)을 크게 저감시키는 펌프 경전량 저감 수단인 것을 특징으로 하는 유압 구동 차량의 주행 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 주행 제어 장치를 가지는 유압 구 동 차량.
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