KR20120042751A

KR20120042751A - 작업 차량의 제어 장치

Info

Publication number: KR20120042751A
Application number: KR1020117029226A
Authority: KR
Inventors: 고지 효도; 히로키 나카조노; 히로후미 오우치; 아츠시 시마즈
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2012-05-03
Also published as: EP2444637A4; CN102459854B; JP2011001896A; KR101694328B1; EP2444637B1; US20120100959A1; JP5164933B2; CN102459854A; US8777808B2; EP2444637A1; WO2010147183A1

Abstract

작업 차량의 제어 장치는, 파워 모드 또는 이코노미 모드를 선택하는 선택 장치와, 속도비 검출 장치에 의해 검출된 속도비가 소정값 이하, 또한, 부하압 검출 장치에 의해 검출된 부하압이 소정값 이상인 속도 제한 조건의 성립 여부를 판정하는 판정 장치와, 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 성립으로 판정되었을 때에는, 이코노미 모드 선택시의 원동기의 최고 회전 속도를 파워 모드 선택시의 원동기의 최고 회전 속도보다 저속측으로 제한하는 엔진 회전 속도 제한 장치와, 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 비성립으로 판정되었을 때에는, 이코노미 모드 선택시의 최고 차속을 파워 모드 선택시의 최고 차속보다 저속측으로 제한하는 차속 제한 장치를 구비한다.

Description

작업 차량의 제어 장치{WORKING VEHICLE CONTROL APPARATUS}

본 발명은, 휠 로더 등의 작업 차량의 제어 장치에 관한 것이다.

종래부터, 엔진으로 구동되는 유압 펌프의 토출유에 의해 작업 액추에이터를 조작하고, 엔진 출력을 토크 컨버터와 변속 장치를 통해 주행 구동력으로서 이용하는 휠 로더가 알려져 있다. 이러한 휠 로더에는, 작업량 모드와 연비 절감 모드의 모드 선택에 따라 엔진 출력 토크 특성을 변경하는 것이 있다(특허문헌 1 참조). 이 특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 연비 절감 모드 선택시에 작업량 모드 선택시보다 고(高)회전 영역에서의 엔진 출력 토크를 작게 설정함과 함께, 그만큼 최대 펌프 흡수 토크를 작게 설정한다. 이로써 연비 절감 모드시에도, 큰 주행 구동력을 얻을 수 있다.

일본 공개특허공보 제2005-61322호

그러나, 예를 들어 휠 로더에 의해 굴삭 작업을 행하는 경우, 주행 구동력이 크면, 버킷을 지산(地山)에 돌진시켰을 때에 리프트 아암에 작용하는 반력이 커져, 리프트 아암의 들어올리는 힘이 감소하여, 작업성의 악화를 수반할 우려가 있다.

본 발명의 제1 양태에 의한 작업 차량의 제어 장치는, 액셀러레이터 페달의 조작량에 따라 원동기의 회전 속도를 제어하는 회전 속도 제어 장치와, 원동기에 의해 구동되어, 주행 구동력에 따른 반력이 작용하는 작업용 액추에이터에 대해 구동압을 공급하는 유압 펌프와, 원동기의 회전을 토크 컨버터를 통해 차륜에 전달하는 주행 구동 장치와, 토크 컨버터의 입력축과 출력축의 속도비를 검출하는 속도비 검출 장치와, 유압 펌프의 부하압을 검출하는 부하압 검출 장치와, 파워 모드 또는 이코노미 모드를 선택하는 선택 장치와, 속도비 검출 장치에 의해 검출된 속도비가 소정값 이하, 또한, 부하압 검출 장치에 의해 검출된 부하압이 소정값 이상인 속도 제한 조건의 성립 여부를 판정하는 판정 장치와, 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 성립으로 판정되었을 때에는, 이코노미 모드 선택시의 원동기의 최고 회전 속도를 파워 모드 선택시의 원동기의 최고 회전 속도보다 저속측으로 제한하는 엔진 회전 속도 제한 장치와, 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 비성립으로 판정되었을 때에는, 이코노미 모드 선택시의 최고 차속을 파워 모드 선택시의 최고 차속보다 저속측으로 제한하는 차속 제한 장치를 구비한다.

본 발명의 제2 양태는, 제1 양태에 의한 작업 차량의 제어 장치에 있어서, 속도비 검출 장치에 의해 검출된 속도비에 따라 트랜스미션의 속도단을 변경하는 변속 장치와, 차속을 검출하는 차속 검출 장치와, 차속 검출 장치에 의해 검출된 차속이 소정값 이상인 것을 조건으로 하여 변속 장치에 의한 시프트 업을 허가하는 변속 제어 장치를 구비하고, 변속 제어 장치는, 이코노미 모드 선택시에 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 비성립으로 판정되면, 검출된 차속이 제1 소정값 이상인 것을 조건으로 하여 시프트 업을 허가하고, 파워 모드 선택시에 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 비성립으로 판정되면, 검출된 차속이 제1 소정값보다 큰 제2 소정값 이상인 것을 조건으로 하여 시프트 업을 허가하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 이코노미 모드 선택시의 원동기의 최고 회전 속도를 파워 모드 선택시의 원동기의 최고 회전 속도보다 저속측으로 제한함과 함께, 이코노미 모드 선택시의 최고 차속을 파워 모드 선택시의 최고 차속보다 저속측으로 제한하므로, 작업시의 주행 구동력을 억제할 수 있음과 함께, 선택 장치의 조작에 의해 오퍼레이터의 이미지에 합치된 주행 및 작업이 가능하다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관련된 작업 차량의 일례인 휠 로더의 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 관련된 제어 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 모드 전환 스위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는, 각 속도단의 차속과 주행 구동력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는, 토크 컨버터 속도비 기준에 의한 변속 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 6은, V 사이클 적재 작업을 나타내는 도면이다.
도 7은, 굴삭 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은, 속도 제한 조건의 성립 범위를 나타내는 도면이다.
도 9는, 굴삭시에 있어서의 토크 컨버터 속도비와 엔진 최고 회전 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 실시형태에 관련된 제어 장치에 의해 얻어지는 토크 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 실시형태에 관련된 제어 장치에 의한 주행 성능 선도이다.
도 12는, 본 실시형태에 관련된 제어 장치에 의한 엔진 제어에 관련된 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 13은, 본 실시형태에 관련된 제어 장치에 의한 자동 변속 제어에 관련된 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다.

이하, 도 1?도 13을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관련된 작업 차량의 제어 장치에 대해 설명한다.

도 1은, 본 실시형태에 관련된 제어 장치가 적용되는 작업 차량의 일례인 휠 로더의 측면도이다. 휠 로더(100)는, 아암(111), 버킷(112), 타이어(113) 등을 가지는 전부 차체(110)와, 운전실(121), 엔진실(122), 타이어(123) 등을 가지는 후부 차체(120)로 구성된다. 아암(111)은 아암 실린더(114)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전 운동[부앙동(俯仰動)]하고, 버킷(112)은 버킷 실린더(115)의 구동에 의해 상하 방향으로 회전 운동(덤프 또는 크라우드)한다. 전부 차체(110)와 후부 차체(120)는 센터 핀(101)에 의해 서로 자유롭게 회전 운동할 수 있도록 연결되고, 스티어링 실린더(도시 생략)의 신축에 의해 후부 차체(120)에 대해 전부 차체(110)가 좌우로 굴절된다.

도 2는, 본 실시형태에 관련된 제어 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 엔진(1)의 출력축에는 토크 컨버터(2)의 입력축이 연결되고, 토크 컨버터(2)의 출력축은 트랜스미션(3)에 연결되어 있다. 토크 컨버터(2)는 주지의 임펠러, 터빈, 스테이터로 이루어지는 유체 클러치이며, 엔진(1)의 회전은 토크 컨버터(2)를 통해 트랜스미션(3)에 전달된다. 트랜스미션(3)은, 그 속도단을 변속하는 액압 클러치를 가지고, 토크 컨버터(2)의 출력축의 회전은 트랜스미션(3)으로 변속된다. 변속 후의 회전은, 프로펠러 샤프트(4), 액슬(5)을 통해 타이어(6)(도 1의 113, 123)에 전달되어, 차량이 주행한다.

가변 용량형의 작업용 유압 펌프(7)는 엔진(1)에 의해 구동되어, 압유를 토출한다. 유압 펌프(7)로부터의 토출유는 컨트롤 밸브(8)를 통해 작업용 액추에이터(9)[예를 들어 아암 실린더(114)]로 유도되어, 액추에이터(9)가 구동된다. 컨트롤 밸브(8)는 도시하지 않은 조작 레버에 의해 조작되어, 유압 펌프(7)로부터 액추에이터(9)로의 압유의 흐름을 제어한다. 펌프 용량은 레귤레이터(7a)에 의해 변경된다. 레귤레이터(7a)는 펌프 토출압에 따라 펌프 용량을 변경하고, 예를 들어 작업 토크가 일정해지는 정(定)토크 제어를 행한다. 또한, 유압 펌프(7)를 기어 펌프 등의 고정 용량형 펌프로 해도 된다.

컨트롤러(10)는, CPU, ROM, RAM, 그 밖의 주변 회로 등을 가지는 연산 처리 장치를 포함하여 구성된다. 컨트롤러(10)에는, 액셀러레이터 페달(11)의 조작량을 검출하는 액셀러레이터 조작량 검출기(12)와, 트랜스미션(3)의 출력축의 회전 속도, 즉 차속을 검출하는 차속 검출기(13)와, 토크 컨버터(2)의 입력축의 회전 속도(Ni)를 검출하는 회전 속도 검출기(14)와, 토크 컨버터(2)의 출력축의 회전 속도(Nt)를 검출하는 회전 속도 검출기(15)와, 유압 펌프(7)의 토출압(P)을 검출하는 압력 검출기(16)와, 차량의 전후진을 지령하는 전후진 전환 스위치(17)와, 1속?4속 사이에서 속도단의 상한을 지령하는 시프트 스위치(18)와, 작업성을 중시한 파워 모드(이하, P 모드) 또는 연비를 중시한 이코노미 모드(이하, E 모드)를 선택하는 모드 전환 스위치(19)로부터의 신호가 각각 입력된다.

모드 전환 스위치(19)는, 도 3에 나타내는 바와 같이 P 위치와 E 위치로 전환 조작 가능한 얼터네이트식 스위치에 의해 구성된다. 또한, 본 실시형태에서는 모드 전환 스위치(19)의 조작에 의해 P 모드와 E 모드로 모드 전환 가능하지만, 도시하지 않은 스위치 조작에 의해 P 모드, E 모드 이외의 통상 모드로 모드를 전환할 수도 있다.

토크 컨버터(2)는 입력 토크에 대해 출력 토크를 증대시키는 기능, 즉 토크비를 1 이상으로 하는 기능을 가진다. 토크비는, 토크 컨버터(2)의 입력축과 출력축의 회전 속도의 비인 토크 컨버터 속도비(e)[출력 회전 속도(Nt)/입력 회전 속도(Ni)]의 증가에 수반하여 작아진다. 예를 들어 엔진 회전 속도가 일정 상태로 주행 중에 주행 부하가 커지면, 토크 컨버터(2)의 출력 회전 속도(Nt), 즉 차속이 감소하여, 토크 컨버터 속도비(e)가 작아진다. 이때, 토크비는 증가하기 때문에, 보다 큰 구동력(견인력)으로 차량 주행이 가능하게 된다.

각 속도단마다의 차속과 구동력의 관계는 도 4에 나타내는 바와 같고, 동일 속도단으로 비교하면 차속이 느리면 구동력은 크고(저속 고토크), 차속이 빠르면 구동력은 작아진다(고속 저토크). 또한, 속도단이 작을수록, 동일 차속에 있어서 큰 구동력을 얻을 수 있다. 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이 이 도 4의 특성을 주행 모드에 따라 다른 것으로 한다.

트랜스미션(3)은, 1속?4속의 각 속도단에 대응한 솔레노이드 밸브를 가지는 자동 변속기이다. 이들 솔레노이드 밸브는, 컨트롤러(10)로부터 솔레노이드 제어부(21)로 출력되는 제어 신호에 의해 구동된다. 자동 변속 제어에는, 토크 컨버터 속도비(e)가 소정값에 도달하면 변속하는 토크 컨버터 속도비 기준 제어와, 차속이 소정값에 도달하면 변속하는 차속 기준 제어의 2가지 방식이 있다. 본 실시형태에서는, 토크 컨버터 속도비 기준 제어에 의해 트랜스미션(3)의 속도단을 제어하는 것으로서 설명한다.

도 5는, 토크 컨버터 속도비 기준 제어에 의한 변속의 타이밍을 나타내는 도면이다. 컨트롤러(10)에는, 미리 시프트 다운의 기준이 되는 토크 컨버터 속도비(e1)와, 시프트 업의 기준이 되는 토크 컨버터 속도비(e2)가 기억되어 있다.

컨트롤러(10)는, 회전 속도 검출기(14, 15)로부터의 신호에 의해 토크 컨버터 속도비(e)를 산출하고, 산출한 속도비(e)가 기준 속도비(e2)보다 커지면 시프트 업 신호를, 기준 속도비(e1)보다 작아지면 시프트 다운 신호를, 각각 솔레노이드 제어부(21)에 출력한다. 이로써 트랜스미션(3)의 속도단이 토크 컨버터 속도비(e)에 따라 1속?4속 사이에서 자동적으로 변경된다. 즉 주행 부하가 낮아지고, 토크 컨버터 속도비(e)가 증가하여 토크 컨버터 속도비(e)가 소정값 e2 이상이 되면, 속도단은 1단 시프트 업된다. 반대로 주행 부하가 높아지고, 토크 컨버터 속도비(e)가 저하되어 토크 컨버터 속도비(e)가 소정값 e1 이하가 되면, 속도단은 1단 시프트 다운된다. 이때, 시프트 스위치(18)에 의해 선택된 속도단을 상한으로 하여 자동 변속된다. 예를 들어 시프트 스위치(18)에 의해 2속이 선택되었을 때에는 속도단은 1속 또는 2속이 되고, 1속이 선택되었을 때에는 속도단은 1속으로 고정된다.

컨트롤러(10)는, 액셀러레이터 페달(11)의 조작량에 따른 목표 엔진 속도로 엔진 회전 속도를 제어한다. 즉 액셀러레이터 페달(11)의 밟음량이 커지면 목표 엔진 속도가 커지고, 컨트롤러(10)는 이 목표 엔진 속도에 대응한 제어 신호를 엔진 제어부(22)(도 2)에 출력하여, 엔진 회전 속도를 제어한다. 주행 속도를 증가 또는 주행 구동력을 증가시키고자 하는 경우에, 오퍼레이터는 액셀러레이터 페달(11)의 밟음량을 늘려, 엔진 회전 속도를 크게 한다.

도 6은, 휠 로더에 의한 작업의 일례(V 사이클 적재 작업)를 나타내는 도면이다. 이 작업에서는, 먼저, (a) 휠 로더를 전진 주행시켜 버킷(112)을 지산(100)에 돌진시키고, 버킷 내에 토사를 수용한 후, (b) 후진 주행시켜 차량의 방향을 바꾼다. 이어서, (c) 덤프(101)를 향해 전진하여, 버킷 내의 토사를 덤프에 적재하고, (d) 후진 주행시켜 원래의 위치로 되돌아간다. 이상의 동작 (a)?(d)를 반복함으로써 작업이 행해진다. 여기서의 작업 동작은 굴삭 동작과 주행 동작(적재, 운반, 주행)의 2가지로 대별된다.

본 실시형태에서는, 이하와 같이 굴삭 동작시에 작업 모드에 따라 엔진 최고 회전 속도를 제한하고, 주행 동작시에 주행 모드에 따라 최고 차속을 제한한다. 또한, 작업 모드에 있어서의 E 모드와 P 모드, 및 주행 모드에 있어서의 E 모드와 P 모드는, 도 3에 나타낸 단일의 모드 전환 스위치(19)에 의해 동시에 선택된다. 즉, 모드 전환 스위치(19)를 P 위치로 조작하면, 작업 모드 및 주행 모드가 P 모드로 설정되고, 모드 전환 스위치(19)를 E 위치로 조작하면, 작업 모드 및 주행 모드가 E 모드로 설정된다.

먼저, 굴삭시의 최고 회전 속도 제한에 대해 설명한다. 굴삭시에는, 도 7에 나타내는 바와 같이 버킷(112)을 지산(100)에 돌진시켜, 리프트 아암(111)을 구동하기 때문에, 토크 컨버터 속도비(e)가 작고, 또한, 펌프 부하압(P)이 커진다. 이 점을 고려하여, 굴삭 동작인지의 여부를 속도 제한 조건의 성립 여부에 따라 판정한다.

도 8은, 속도 제한 조건의 성립 범위를 나타내는 도면이다. 속도 제한 조건은, 시프트 스위치(18)에 의해 1속단 또는 2속단이 선택되고, 또한, 도 8에 있어서, 토크 컨버터 속도비(e)가 미리 정해진 굴삭시의 토크 컨버터 속도비인 소정값 ea(예를 들어 0.3) 이하, 또한, 펌프 부하압(P)이 미리 정해진 굴삭시의 부하압인 소정값 PB 이상(사선 영역)일 때에, 성립한다. 이때, 컨트롤러(10)는 차량이 굴삭 동작 중이라고 판정한다. 또한, 도면 중의 Pr은 유압 펌프(7)의 릴리프압에 상당한다. 속도 제한 조건이 비성립일 때, 컨트롤러(10)는 주행 동작 중이라고 판정한다.

도 9는, 굴삭시의 토크 컨버터 속도비(e)와 엔진 최고 회전 속도(Nlim)의 관계를 나타내는 도면이다. 굴삭시에 있어서는, 컨트롤러(10)로부터 엔진 제어부(22)로 제어 신호를 출력함으로써, P 모드시의 엔진 최고 회전 속도는 미리 정해진 소정값 NP로 제한되고, E 모드시의 엔진 회전 속도는 미리 정해진 소정값 NE(<NP)로 제한된다. 즉, E 모드시의 엔진 최고 회전 속도는 P 모드시의 엔진 최고 회전 속도보다 저속측으로 제한된다.

도 10은, 굴삭시에 액셀러레이터 페달(12)을 최대로 밟았을 때의 엔진 회전 속도와 토크의 관계를 나타내는 토크 선도이다. 도면 중, 특성 A는 엔진 출력 토크로서, 특히 특성 A0은 엔진 회전 속도를 제한하지 않는 통상 모드시에 있어서의 엔진 출력 토크, 특성 A1은 P 모드시에 있어서의 엔진 출력 토크, 특성 A2는 E 모드시에 있어서의 엔진 출력 토크이다. E 모드시는 P 모드시보다 엔진 최고 회전 속도의 제한량이 크고, 특성 A2는 특성 A1보다 저속측으로 시프트된다.

도 10에 있어서, 특성 B는, 유압 펌프의 최대 흡수 토크(펌프 입력 토크)분만큼 특성 A를 하측으로 시프트한 특성으로서, 주행에 사용 가능한 주행용 엔진 토크에 상당한다. 또한, 펌프 입력 토크는 작업 내용에 따라 변화되고, 그것에 의해 주행에 사용 가능한 토크도 변화되는데, 도면에서는 굴삭 작업시의 대표적인 펌프 입력 토크에 대응한 주행용 엔진 토크의 특성 B를 나타내고 있다.

도 10에 있어서, 특성 C0, C1은, 엔진(1)에 의해 토크 컨버터(2)가 구동될 때의 토크 컨버터(2)의 입력 토크(토크 컨버터 입력 토크)로서, 엔진 회전 속도(N)가 상승함에 따라 토크 컨버터 입력 토크는 증대되고 있다. 특성 C0, C1은 각각 토크 컨버터 속도비(e)가 0, ea일 때의 특성으로서, 토크 컨버터 속도비(e)가 커짐에 따라 토크 컨버터 입력 토크는 작아진다.

특성 B와 특성 C0, C1의 교점은 굴삭시의 매칭점이고, 엔진 회전 속도는 이 매칭점의 값이 된다. 예를 들어 P 모드시의 매칭점에 있어서의 엔진 회전 속도는 Np, Nb이며, 펌프 입력 토크를 일정하게 하면, 굴삭시에 엔진 회전 속도는 이 범위 내에서 변화되고, P 모드시의 엔진 회전 속도의 최대값은 Np가 된다. 한편, E 모드시의 매칭점에 있어서의 엔진 회전 속도의 최대값은 Ne이며, P 모드시의 엔진 회전 속도(Np)보다 작아진다. 또한, 특성 A0과 특성 C0의 교점은, 펌프 입력 토크가 0일 때, 즉 펌프(7)가 무부하 상태에서의 매칭점이고, 그때의 엔진 회전 속도는 Na이다. 펌프 무부하 상태에서의 엔진 최고 회전 속도는 Nc이다.

엔진 회전 속도가 매칭점에 있을 때, 주행 구동력은 이 엔진 회전 속도의 2승에 비례한다. 버킷(112)을 지산(100)에 돌진시켰을 때에는, 토사 등으로부터 리프트 아암(111)에 반력이 작용하는데, 이때, 주행 구동력이 지나치게 크면, 반력도 커져, 리프트 아암의 들어올리는 힘이 감소하여 작업성이 악화된다.

이 점에서, 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이 P 모드, E 모드의 순으로 엔진 최고 회전 속도를 낮게 제한하므로, 엔진 회전 속도의 매칭점이 내려가, 주행 구동력을 감소시킬 수 있다. 즉, E 모드시의 주행 구동력은 P 모드시의 주행 구동력의 (NE/NP)²가 된다. 이에 의해 E 모드시에는 P 모드시보다 주행 구동력이 감소하여, 토사 등으로부터 아암(111)에 작용하는 반력이 감소한다. 그 결과, 액셀러레이터 페달(11)을 최대로 밟아도 주행 구동력이 지나치게 커지지 않아, 버킷(112)을 용이하게 들어올릴 수 있다.

다음으로, 주행시의 최고 차속 제한에 대해 설명한다. 도 11은, 액셀러레이터 페달(11)을 최대로 밟았을 때의 각 모드마다의 차속과 구동력의 관계를 나타내는 주행 성능 선도이다. 본 실시형태에서는, 주행시에 컨트롤러(10)로부터 엔진 제어부(22)로 제어 신호를 출력함으로써, E 모드시의 엔진 최고 회전 속도가 P 모드시의 엔진 최고 회전 속도보다 저속측으로 제한된다. 이 때문에, E 모드시의 특성은 P 모드시의 특성보다 좌측으로 시프트된다. 즉, 동일 차속으로 비교하면, 각 속도단 모두 P 모드시 쪽이 E 모드시보다 주행 구동력이 크다. 또한, 각 속도단에 있어서의 최고 차속은, P 모드시 쪽이 E 모드시보다 빠르다. 예를 들어 2속도단에 있어서의 P 모드시의 최고 차속은 V2hi, E 모드시의 최고 차속은 V2'hi(<V2hi)가 된다.

1속도단과 2속도단의 특성의 교점, 2속도단과 3속도단의 특성의 교점, 3속도단과 4속도단의 특성의 교점은, 각각 자동 변속시에 있어서의 변속 포인트이다. 즉, P 모드시에 있어서는, 구동력이 감소하여 차속이 V1에 도달하면 2속도단으로 시프트 업되고, 차속이 V2에 도달하면 3속도단으로 시프트 업되고, 차속이 V3에 도달하면 4속도단으로 시프트 업된다. E 모드시에 있어서는, 구동력이 감소하여 차속이 V1'에 도달하면 2속도단으로 시프트 업되고, 차속이 V2'에 도달하면 3속도단으로 시프트 업되고, 차속이 V3'에 도달하면 4속도단으로 시프트 업된다.

여기서, E 모드시의 변속 포인트의 차속 V1', V2', V3'는, P 모드시의 변속 포인트의 차속 V1, V2, V3보다 각각 낮고, E 모드시에는 P 모드시보다 빠른 타이밍에서 시프트 업된다.

이상의 동작은 컨트롤러(10)에 있어서의 엔진 제어 및 자동 변속 제어에 의해 실현 가능하다. 도 12는, 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 엔진 제어에 관련된 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 나타내는 처리는, 예를 들어 엔진 키 스위치의 온에 의해 개시된다. 단계 S1에서는, 각종 검출기(12?16) 및 스위치(17?19)로부터의 신호를 판독한다.

단계 S2에서는, 속도 제한 조건의 성립 여부를 판정한다. 시프트 스위치(18)에 의해 1속도단 또는 2속도단이 선택되고, 또한, 회전 속도 검출기(14, 15)에 의해 검출된 토크 컨버터 속도비(e)가 소정값 ea 이하이고, 또한, 압력 검출기(16)에 의해 검출된 부하압(P)이 소정값 PB 이상일 때에 속도 제한 조건이 성립으로 판정된다. 단계 S2가 긍정되면 단계 S3으로 진행하고, 모드 전환 스위치(19)로부터의 신호에 의해 P 모드와 E 모드 중 어느 것이 선택되어 있는지를 판정한다.

단계 S3에서 P 모드로 판정되면 단계 S4로 진행하고, 엔진 최고 회전 속도(Nlim)가 소정값 NP가 되도록 엔진 제어부(22)에 제어 신호를 출력한다. 이에 의해 굴삭시의 엔진 출력 토크 특성이 도 10의 특성 A1이 된다. 이에 대해, 단계 S3에서 E 모드로 판정되면 단계 S5로 진행하고, 엔진 최고 회전 속도(Nlim)가 소정값 NE가 되도록 엔진 제어부(22)에 제어 신호를 출력한다. 이에 의해 굴삭시의 엔진 출력 토크 특성이 도 10의 특성 A2가 된다.

한편, 단계 S2에서 속도 제한 조건이 비성립으로 판정되면 단계 S6으로 진행하고, 모드 전환 스위치(19)로부터의 신호에 의해 P 모드와 E 모드 중 어느 것이 선택되어 있는지를 판정한다. 단계 S6에서 P 모드로 판정되면 단계 S7로 진행하고, E 모드로 판정되면 단계 S8로 진행한다. 단계 S7에서는, 엔진 최고 회전 속도(Nlim)가 소정값 NP'가 되도록 엔진 제어부(22)에 제어 신호를 출력하고, 단계 S8에서는, 엔진 최고 회전 속도(Nlim)가 NP'보다 작은 소정값 NE'가 되도록 엔진 제어부(22)에 제어 신호를 출력한다. 또한, 소정값 NP', NE'는 소정값 NP, NE와는 다른 값으로 설정되어 있다. 이에 의해 도 11에 나타내는 바와 같이 E 모드시의 최고 차속이 P 모드시의 최고 차속보다 저속측으로 제한된다.

도 13은, 컨트롤러(10)에 의해 실행되는 자동 변속 제어에 관련된 처리, 특히 시프트 업에 관련된 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 플로우차트에 나타내는 처리는, 예를 들어 엔진 키 스위치의 온에 의해 개시된다. 단계 S11에서는, 각종 검출기(12?16) 및 스위치(17?19)로부터의 신호를 판독한다.

단계 S12에서는, 토크 컨버터 속도비(e)가 소정값 e2(도 5) 이상인지의 여부, 즉, 시프트 업 조건이 성립하였는지의 여부를 판정한다. 단계 S12가 긍정되면 단계 S13으로 진행하고, 부정되면 리턴한다. 단계 S13에서는, 현재의 속도단이 시프트 스위치(18)에 의해 설정된 최고단인지의 여부를 판정한다. 단계 S13이 부정되면 단계 S14로 진행하고, 긍정되면 리턴한다.

단계 S14에서는, 모드 전환 스위치(19)로부터의 신호에 의해 P 모드와 E 모드 중 어느 것이 선택되어 있는지를 판정한다. 단계 S14에서 P 모드로 판정되면 단계 S15로 진행하고, 차속 검출기(13)에 의해 검출된 차속(V)이 미리 정한 설정 차속(Vp) 이상인지의 여부를 판정한다. 설정 차속(Vp)은 각 속도단마다 설정되고, 1속도단?3속도단의 설정 차속(Vp)은 예를 들어 도 11의 V1, V2, V3이다. 단계 S15가 긍정되면 단계 S17로 진행하고, 부정되면 리턴한다. 단계 S17에서는 솔레노이드 제어부(21)에 시프트 업 신호를 출력한다. 이에 의해 속도단이 1단 시프트 업된다.

한편, 단계 S14에서 E 모드로 판정되면 단계 S16으로 진행하고, 차속(V)이 미리 정한 설정 차속(Ve) 이상인지의 여부를 판정한다. 설정 차속(Ve)은 각 속도단마다 설정되고, 1속도단?3속도단의 설정 차속(Ve)은 예를 들어 도 11의 V1', V2', V3'이다. 즉, E 모드시의 설정 차속(Ve)은 P 모드시의 설정 차속(Vp)보다 낮은 값으로 설정되어 있다. 단계 S16이 긍정되면 단계 S17로 진행하고, 부정되면 리턴한다. 또한, 도 13에 나타내는 시프트 업의 처리에 있어서, 차속(V)이 설정 차속(Vp 또는 Ve) 이상임과 함께, 상기 서술한 속도 제한 조건이 비성립인 경우에, 시프트 업을 허가하도록 구성해도 된다.

이상의 제어 장치에 있어서, 오퍼레이터가 E 모드를 선택하면, 엔진 최고 회전 속도가 P 모드보다 낮아지고, 굴삭시의 구동력이 낮게 억제되어, 타이어(6)는 슬립하기 어려워진다. 또한, 주행시의 가속 성능은 원활해지고, 자동 변속의 시프트 업 타이밍도 빨라져 엔진 회전 속도가 저속이라도 시프트 업되고, 최고 차속도 억제된다. 이 때문에, 굴삭 작업 전체에 있어서 차량의 움직임이 원활해져, 차량 전체의 움직임이 E 모드 선택시의 오퍼레이터의 이미지에 합치된다.

한편, 오퍼레이터가 P 모드를 선택하면, 엔진 최고 회전 속도가 E 모드보다 높아지고, 타이어(6)가 슬립할 정도로 굴삭시의 구동력이 커진다. 또한, 주행시의 가속성이 높아지고, 자동 변속의 타이밍이 느려져 엔진 회전 속도가 고속으로 시프트 업되고, 최고 차속이 빨라진다. 이 때문에, 굴삭 작업 전체에 있어서 차량이 힘있고, 가속감이 있는 움직임이 되어, 차량 전체의 움직임이 P 모드 선택시의 오퍼레이터의 이미지에 합치된다.

본 실시형태에 의하면 이하와 같은 작용 효과를 발휘할 수 있다.

(1) 트랜스미션(3)의 속도단이 2속 이하, 또한 토크 컨버터 속도비(e)가 소정값 ea 이하, 또한 펌프 부하압(P)이 소정값 PB 이상인지의 여부, 즉, 속도 제한 조건이 성립하는지의 여부에 따라 굴삭 동작 중인지의 여부를 판정하고, 굴삭 동작시에 있어서의 E 모드의 엔진 최고 회전 속도(NE)를 P 모드의 엔진 최고 회전 속도(NP)보다 저속측으로 제한하도록 하였다. 이에 의해 굴삭 작업시의 주행 구동력의 증가를 억제할 수 있고, 버킷(112)을 들어올리기가 용이해져, 작업성을 높일 수 있다.

(2) 속도 제한 조건이 비성립인 주행 동작시에 있어서의 E 모드의 엔진 최고 회전 속도(NE')를 P 모드의 엔진 최고 회전 속도(NP')보다 저속측으로 제한하도록 하였다. 이에 의해 E 모드시의 최고 차속이 저속측으로 억제되어, 차속 제한한 주행이 가능하다.

(3) E 모드시에 있어서의 시프트 업 허가의 설정 차속(Ve)을 P 모드시에 있어서의 시프트 업 허가의 설정 차속(Vp)보다 낮게 설정하므로, E 모드시에는 P 모드시보다 빠른 타이밍에서 시프트 업이 가능하여, 원활한 주행이 가능하다.

(4) 작업 모드의 P 모드와 E 모드, 및 주행 모드의 P 모드와 E 모드를, 단일의 모드 전환 스위치(19)에 의해 선택하므로, 스위치의 구성이 용이하고, 스위치 조작도 번잡해지지 않는다. 또한, 연비 저감 중시 또는 경(輕)부하 작업시에는 E 모드를, 작업량 중시 또는 중(重)굴삭 작업시에는 P 모드를 선택함으로써, 작업시 및 주행시 모두 오퍼레이터의 이미지에 합치된 차량의 움직임으로 할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 컨트롤러(10)에서의 처리에 의해, 트랜스미션(3)의 속도단이 2속 이하, 또한 토크 컨버터 속도비(e)가 소정값 ea 이하, 또한 펌프 부하압(P)이 소정값 PB 이상일 때에 속도 제한 조건이 성립으로 판정하였으나, 적어도 토크 컨버터 속도비(e)가 소정값 ea 이하, 또한 펌프 부하압(P)이 소정값 PB 이상일 때에 속도 제한 조건이 성립으로 판정한 것이어도 되고, 판정 수단은 상기 서술한 것에 한정되지 않는다. 속도 제한 조건의 성립시에, E 모드의 엔진 최고 회전 속도를 P 모드의 엔진 최고 회전 속도보다 저속측으로 제한하는 것이면, 엔진 회전 속도 제한 수단으로서의 컨트롤러(10) 및 엔진 제어부(22)의 구성은 어떠한 것이어도 된다.

상기 실시형태에서는, 속도 제한 조건의 비성립시에, 엔진 제어부(22)에 제어 신호를 출력함으로써 E 모드의 엔진 최고 회전 속도(NE')를 P 모드의 엔진 최고 회전 속도(NP')보다 저속측으로 제한하도록 하였으나, E 모드의 최고 차속을 P 모드의 최고 차속보다 저속측으로 제한하는 것이면, 차속 제한 수단의 구성은 어떠한 것이어도 된다. 굴삭시 및 주행시 모두, P 모드시에 엔진 최고 회전 속도를 제한하지 않도록 해도 된다. 모드 전환 스위치(19)에 의해 P 모드와 E 모드를 선택하도록 하였으나, 선택 수단은 이에 한정되지 않는다. 회전 속도 검출기(14, 15)에 의해 토크 컨버터 속도비(e)를 검출하였으나, 속도비 검출 수단의 구성은 이에 한정되지 않는다. 압력 검출기(16)에 의해 펌프 부하압(P)을 검출하였으나, 부하압 검출 수단의 구성은 이에 한정되지 않는다. 액셀러레이터 페달(11)의 조작량에 따라 엔진 회전 속도를 제어하는 것이면, 회전 속도 제어 수단의 구성은 어떠한 것이어도 된다.

엔진(1)의 회전을 토크 컨버터(2), 트랜스미션(3), 프로펠러 샤프트(4), 액슬(5)을 통해 타이어(113, 123)에 전달하도록 하였으나, 주행 구동 장치의 구성은 어떠한 것이어도 된다. 토크 컨버터 속도비(e)에 따라 트랜스미션(3)의 속도단을 변경하는 것이면, 변속 수단의 구성은 어떠한 것이어도 된다. 차속 검출기(13)에 의해 차속을 검출하였으나, 차속 검출 수단의 구성은 어떠한 것이어도 된다. 변속 제어 수단으로서의 컨트롤러(10)에서의 처리에 의해, E 모드시에 차속이 Ve(제1 소정값) 이상인 것을 조건으로 하여 시프트 업을 허가하고, P 모드시에 차속이 Vp(제2 소정값) 이상인 것을 조건으로 하여 시프트 업을 허가하도록 하였으나, 이 시프트 업의 조건을 생략해도 된다.

이상에서는, 본 발명을 휠 로더에 적용하는 예에 대해 설명하였으나, 다른 작업 차량에도 본 발명은 동일하게 적용 가능하다. 즉, 본 발명의 특징, 기능을 실현할 수 있는 한, 본 발명은 실시형태의 제어 장치에 한정되지 않는다.

상기에서는, 다양한 실시형태 및 변형예를 설명하였으나, 본 발명은 이들의 내용에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각할 수 있는 그 밖의 양태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.

본 출원은 일본국 특허출원 제2009-146198호(2009년 6월 19일 출원)를 기초로 하고, 그 내용은 인용문으로서 여기에 도입된다.

Claims

액셀러레이터 페달의 조작량에 따라 원동기의 회전 속도를 제어하는 회전 속도 제어 장치와,
상기 원동기에 의해 구동되어, 주행 구동력에 따른 반력이 작용하는 작업용 액추에이터에 대해 구동압을 공급하는 유압 펌프와,
상기 원동기의 회전을 토크 컨버터를 통해 차륜에 전달하는 주행 구동 장치와,
상기 토크 컨버터의 입력축과 출력축의 속도비를 검출하는 속도비 검출 장치와,
상기 유압 펌프의 부하압을 검출하는 부하압 검출 장치와,
파워 모드 또는 이코노미 모드를 선택하는 선택 장치와,
상기 속도비 검출 장치에 의해 검출된 속도비가 소정값 이하, 또한, 상기 부하압 검출 장치에 의해 검출된 부하압이 소정값 이상인 속도 제한 조건의 성립 여부를 판정하는 판정 장치와,
상기 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 성립으로 판정되었을 때에는, 상기 이코노미 모드 선택시의 상기 원동기의 최고 회전 속도를 상기 파워 모드 선택시의 상기 원동기의 최고 회전 속도보다 저속측으로 제한하는 엔진 회전 속도 제한 장치를 구비하는 작업 차량의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 비성립으로 판정되었을 때에는, 상기 이코노미 모드 선택시의 최고 차속을 상기 파워 모드 선택시의 최고 차속보다 저속측으로 제한하는 차속 제한 장치를 더 구비하는 작업 차량의 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 속도비 검출 장치에 의해 검출된 속도비에 따라 트랜스미션의 속도단을 변경하는 변속 장치와,
차속을 검출하는 차속 검출 장치와,
상기 차속 검출 장치에 의해 검출된 차속이 소정값 이상인 것을 조건으로 하여 상기 변속 장치에 의한 시프트 업을 허가하는 변속 제어 장치를 구비하고,
상기 변속 제어 장치는, 상기 이코노미 모드 선택시에, 검출된 차속이 제1 소정값 이상인 것을 조건으로 하여 시프트 업을 허가하고, 상기 파워 모드 선택시에, 검출된 차속이 상기 제1 소정값보다 큰 제2 소정값 이상인 것을 조건으로 하여 시프트 업을 허가하는 작업 차량의 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 변속 제어 장치는, 또한, 상기 판정 장치에 의해 속도 제한 조건이 비성립으로 판정되면, 상기 시프트 업을 허가하는 작업 차량의 제어 장치.