WO2021186876A1

WO2021186876A1 - 変速機用油圧制御システム

Info

Publication number: WO2021186876A1
Application number: PCT/JP2021/001504
Authority: WO
Inventors: 知宏金牧; 正樹塩原
Original assignee: 株式会社小松製作所
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2021-09-23
Also published as: CN114846257B; CN114846257A; CA3165328A1; US20230025188A1; JP2021148231A

Abstract

変速機用油圧制御システム（１００）は、動力源（２）と、２つの駆動輪（６ａ，６ｂ）と、動力伝達装置と、油圧ポンプ（５０）と、メインバルブ（５２）と、コントローラ（４１）とを備える。動力伝達装置は、複数の速度段に設定可能である。メインバルブ（５２）は、油圧ポンプ（５０）と動力伝達装置との間に配置され、油圧ポンプ（５０）から動力伝達装置に供給される作動油のメイン圧を調整する。コントローラ（４１）は、メインバルブ（５２）を制御する。コントローラ（４１）は、メイン圧を設定された速度段のクラッチ保持圧を各駆動輪（６ａ，６ｂ）にかかる負荷に基づいて補正した圧力値に設定する。

Description

変速機用油圧制御システム

　本発明は、変速機用油圧制御システムに関する。

　従来、駆動輪を備える作業車両（例えば、ホイールローダ、ダンプトラック、ブルドーザ、フォークリフトなど）には、自動的に速度段を切り替えるための自動変速機が用いられている。

　特許文献１には、複数のクラッチを選択的に結合することにより変速を行う多段変速機構と、各クラッチへ供給する作動油を調圧する油圧制御装置とが開示されている。

特開２００１－７４１３０号公報

　特許文献１において、各クラッチを結合状態に保持するためのクラッチ保持圧は、クラッチごとに異なる。具体的には、低速度段で用いられるギアに対応するクラッチには、高速度段で用いられるギアに対応するクラッチに比べて大きなトルクが係合状態で加わるため、より高いクラッチ保持圧が必要となる。

　ここで、エンジンによって駆動される油圧ポンプから動力伝達装置に供給される作動油の圧力は、メインバルブにおいて所望のメイン圧に調整される。メイン圧は、負荷の変動によってクラッチが滑ることを抑制するために、各クラッチの必要保持油圧の中で最も高い圧力値よりも若干高い値に設定される。

　しかしながら、高速度段が選択されているとき（即ち、高速度段で用いられるギアに対応するクラッチのみが結合状態にあるとき）には、メイン圧は必要以上に高いことになるため、油圧ポンプに生じる損失が大きく、作業車両の燃費が低下してしまう。

　本開示の目的は、油圧ポンプにおける損失を抑制可能な変速機用油圧制御システムを提供することである。

　本開示に係る変速機用油圧制御システムは、作業車両に搭載される変速機用油圧制御システムであって、動力源と、複数の駆動輪と、動力伝達装置と、油圧ポンプと、メインバルブと、コントローラとを備える。動力伝達装置は、複数の速度段に設定可能であり、動力源からの駆動力を複数の駆動輪に伝達する。油圧ポンプは、動力源によって駆動される。メインバルブは、油圧ポンプと動力伝達装置との間に配置され、油圧ポンプから動力伝達装置に供給される作動油のメイン圧を調整する。コントローラは、メインバルブを制御する。コントローラは、複数の速度段のうち設定された速度段のクラッチ保持圧を複数の駆動輪にかかる負荷に基づいて補正する。コントローラは、補正したクラッチ保持圧をメイン圧に設定する。

　本開示によれば、油圧ポンプにおける損失を抑制可能な変速機用油圧制御システムを提供することができる。

実施形態に係る作業車両を示す側面図である。実施形態に係る変速機用油圧制御システムの構成図である。実施形態に係る油圧制御方法を説明するためのフローチャートである。

　本発明に係る変速機用油圧制御システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明に係る変速機用油圧制御システムは、複数の駆動輪を備える作業車両に搭載される。作業車両としては、例えば、ホイールローダ、ダンプトラック、ブルドーザ、フォークリフトなどが挙げられるが、これらには限定されない。

　図１は、実施形態に係る作業車両１を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る変速機用油圧制御システム１００の構成図である。

　本実施形態に係る作業車両１は、ダンプトラックである。作業車両１は、エンジン２、入力軸３、差動装置４、サスペンションシリンダ５、駆動輪６、出力軸７、トルクコンバータ８、副変速機９及び主変速機１０を備える。エンジン２は、動力源の一例である。サスペンションシリンダ５には、左右一対のサスペンションシリンダ５ａ，５ｂが含まれる。駆動輪６には、左右一対の駆動輪６ａ，６ｂが含まれる。

　作業車両１は、サスペンション圧力センサ４４及び駆動輪回転数センサ４５をさらに備える。サスペンション圧力センサ４４には、左右一対のサスペンション圧力センサ４４ａ，４４ｂが含まれる。駆動輪回転数センサ４５には、左右一対のサスペンション駆動輪回転数センサ４５ａ，４５ｂが含まれる。

　作業車両１には、図２に示される変速機用油圧制御システム１００が搭載される。

　変速機用油圧制御システム１００は、エンジン２の出力軸に接続される入力軸３と、差動装置４を介して２つの駆動輪６ａ，６ｂに接続される出力軸７とを備える。２つの駆動輪６ａ，６ｂは、２つのサスペンションシリンダ５ａ，５ｂによって支持される。各サスペンションシリンダ５ａ，５ｂは、各駆動輪６ａ，６ｂと車体フレーム（不図示）との間に介装される。各駆動輪６ａ，６ｂは、各ドライブシャフト１５ａ，１５ｂを介して差動装置４に連結される。なお、駆動輪の数は２以上であればよい。

　入力軸３と出力軸７との間には、「動力伝達装置」が設けられる。動力伝達装置は、入力軸３側から順に配置されたトルクコンバータ８、副変速機９及び主変速機１０によって構成される。動力伝達装置は、エンジン２からの駆動力を２つの駆動輪６ａ，６ｂに伝達する。具体的には、エンジン２からの駆動力は、入力軸３、トルクコンバータ８、副変速機９、主変速機１０、出力軸７、差動装置４及び各ドライブシャフト１５ａ，１５ｂを順次介して各駆動輪６ａ，６ｂに伝達される。

　トルクコンバータ８には、油圧作動式のロックアップクラッチ１１が付設されている。ロックアップクラッチ１１は、トルクコンバータ８のポンプとタービンを接続又は切断する。

　副変速機９は、第１歯車列２１及び第２歯車列２２と、各歯車列２１，２２に対応するＮｏ．１クラッチ（Ｈｉ）３１及びＮｏ．２クラッチ（Ｌｏｗ）３２とを備える。

　主変速機１０は、第３歯車列２３、第４歯車列２４、第５歯車列２５、第６歯車列２６及び第７歯車列２７と、各歯車列２３～２７に対応するＮｏ．３クラッチ（１ｓｔ）３３、Ｎｏ．４クラッチ（２ｎｄ）３４、Ｎｏ．５クラッチ（３ｒｄ）３５、Ｎｏ．６クラッチ（４ｔｈ）３６及びＮｏ．７クラッチ（Ｒｅｖ）３７とを備える。

　Ｎｏ．１クラッチ３１～Ｎｏ．７クラッチ３７は、いずれも油圧作動式摩擦クラッチである。Ｎｏ．１クラッチ３１～Ｎｏ．７クラッチ３７のうち結合状態に保持されるクラッチに対応する歯車列は、動力伝達要素として機能する。表１に示すように、Ｎｏ．１クラッチ３１～Ｎｏ．７クラッチ３７を選択的に組み合わせて結合状態に保持することによって、動力伝達装置は、前進１速～前進７速、後進１速及び後進２速の各速度段に設定可能である。なお、動力伝達装置は、複数の速度段に設定可能であればよく、速度段の数は制限されない。

　ロックアップクラッチ１１及びＮｏ．１クラッチ３１～Ｎｏ．７クラッチ３７には、それぞれ電子コントロールモジュレーションバルブ（以下、「ＥＣＭＶ」という。）４０が接続される。各ＥＣＭＶ４０は、各クラッチ１１，３１～３７に接続される圧力制御弁と、圧力制御弁を作動させるパイロット圧の大きさを調整する電磁比例弁とを備える。各ＥＣＭＶ４０は、コントローラ４１からの指令電流に応じて電磁比例弁を制御することによって、各クラッチ３１～３７に対する作動油の漸増流入制御を行う。

　油圧ポンプ５０は、エンジン２により駆動される。油圧ポンプ５０から吐出される作動油は、フィルタ５１を介してメインバルブ５２に供給される。メインバルブ５２は、油圧ポンプ５０と動力伝達装置との間に配置される。メインバルブ５２に供給される作動油の一部はトルクコンバータ８に供給され、その残部は各ＥＣＭＶ４０を介して動力伝達装置に供給される。メインバルブ５２は、コントローラ４１によって制御される。

　コントローラ４１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、所定プログラム及び各種データを記憶するメモリ、周辺回路などからなるマイクロコンピュータを主体として構成される。

　コントローラ４１は、メインバルブ５２を制御することによって、油圧ポンプ５０から動力伝達装置に供給される作動油のメイン圧を調整する。コントローラ４１は、動力伝達装置において設定された速度段の「クラッチ保持圧」を２つの駆動輪６ａ，６ｂにかかる「負荷」に基づいて補正し、補正したクラッチ保持圧をメイン圧として設定する。

　以下、速度段の「クラッチ保持圧」と、２つの駆動輪６ａ，６ｂにかかる「負荷」とについて説明する。

　コントローラ４１は、動力伝達装置の速度段ごとに特有のクラッチ保持圧を予め記憶している。クラッチ保持圧とは、動力伝達装置の各速度段に用いられるクラッチを結合状態に保持するために必要となる油圧である。クラッチ保持圧は、トルクコンバータ８又はロックアップクラッチ１１から副変速機９に入力されるトルクと各速度段の減速比との乗算値を、各速度段に用いられるクラッチの摩擦面面積で除すことによって求められる。

　コントローラ４１は、加速度センサ４２、出力軸回転数センサ４３、２つのサスペンション圧力センサ４４ａ，４４ｂ、及び２つの駆動輪回転数センサ４５ａ，４５ｂに接続される。加速度センサ４２は、作業車両１の加速度を検出して、検出値をコントローラ４１に出力する。加速度センサ４２は、たとえばＩＭＵ（慣性計測装置）であってもよい。コントローラ４１は、加速度センサ４２からの検出値に基づいて、単位時間当たりにおける加速度の変化率を求める。出力軸回転数センサ４３は、出力軸７の回転数を検出して、検出値をコントローラ４１に出力する。コントローラ４１は、出力軸回転数センサ４３からの検出値に基づいて作業車両１の車速を検出して、単位時間当たりにおける作業車両１の車速の変化率を求める。各サスペンション圧力センサ４４ａ，４４ｂは、各サスペンションシリンダ５ａ，５ｂのボトム室の圧力（以下、「サスペンション圧」と略称する。）を検出する。コントローラ４１は、各サスペンション圧力センサ４４ａ，４４ｂからの検出値に基づいて、単位時間当たりにおけるサスペンション圧の変化率を求める。コントローラ４１は、各サスペンションシリンダ５ａ，５ｂのサスペンション圧のうち変化率が大きい方を採用してもよいし、各サスペンションシリンダ５ａ，５ｂのサスペンション圧の変化率の平均値を採用してもよい。各駆動輪回転数センサ４５ａ，４５ｂは、各ドライブシャフト１５ａ，１５ｂの回転数を検出して、検出値をコントローラ４１に出力する。コントローラ４１は、各駆動輪回転数センサ４５ａ，４５ｂからの検出値に基づいて、単位時間当たりにおける駆動輪回転数差の変化率を求める。

　ここで、作業車両１が凹凸路面を走行している場合、加速度、車速及びサスペンション圧が増減しやすく、これらの増減に伴って各駆動輪６ａ，６ｂには大きな負荷がかかる。従って、作業車両１が凹凸のある路面を走行する場合、各駆動輪６ａ，６ｂにかかる負荷は、加速度、車速及びサスペンション圧それぞれの変化率によって示される。

　また、作業車両１が低ミュー路を脱して各駆動輪６ａ，６ｂの牽引力がスリップ状態から回復する場合、駆動輪回転数差の変化率が増減しやすく、この増減に伴って各駆動輪６ａ，６ｂには大きな負荷がかかる。従って、各駆動輪６ａ，６ｂの牽引力がスリップ状態から回復する場合、各駆動輪６ａ，６ｂにかかる負荷は、駆動輪回転数差の変化率によって示される。

　コントローラ４１は、加速度、車速、サスペンション圧及び駆動輪回転数差それぞれの変化率のうち最も大きい変化率（以下、「最大変化率」と略称する。）に基づいて「マージン圧」を決定する。マージン圧とは、各駆動輪６ａ，６ｂにかかる負荷（路面抵抗）によって、動力伝達装置において設定された速度段のクラッチが滑ることを抑制するために必要となる余裕分の油圧である。最大変化率からマージン圧を決定する手法は特に制限されないが、最大変化率とマージン圧との対応表又は関係式をコントローラ４１に予め記憶させておくことが好ましい。

　コントローラ４１は、クラッチ保持圧にマージン圧を加算することによって、クラッチ保持圧を各駆動輪６ａ，６ｂにかかる負荷に基づいて補正する。そして、コントローラ４１は、メイン圧を負荷に基づいて補正した圧力値に設定する。コントローラ４１は、油圧ポンプ５０から動力伝達装置に供給される作動油のメイン圧が設定値になるようにメインバルブ５２を制御する。

　このように、メインバルブ５２におけるメイン圧は、速度段のクラッチ保持圧を各駆動輪６ａ，６ｂにかかる負荷に基づいて補正した圧力値に設定されるので、クラッチが滑るおそれのある場合にのみ必要十分なマージン圧をクラッチ保持圧に加重することができる。そのため、メイン圧にマージン圧を常に含ませる場合に比べて、油圧ポンプにおける損失を低減させることができる。その結果、作業車両１の燃費を向上させることができる。

　（油圧制御方法）
　図３は、変速機用油圧制御システム１００における油圧制御方法を説明するためのフローチャートである。以下の説明において、作業車両１は走行中であるものとする。

　ステップＳ１において、コントローラ４１は、動力伝達装置において設定された速度段を検出する。

　ステップＳ２において、コントローラ４１は、動力伝達装置において設定された速度段のクラッチ保持圧を取得する。

　ステップＳ３において、コントローラ４１は、加速度、車速、サスペンション圧及び駆動輪回転数差それぞれの変化率を取得する。

　ステップＳ４において、コントローラ４１は、加速度、車速、サスペンション圧及び駆動輪回転数差それぞれの変化率のうち最も大きい最大変化率に基づいてマージン圧を決定する。

　ステップＳ５において、コントローラ４１は、メイン圧をクラッチ保持圧にマージン圧を加算した圧力値に設定する。

　ステップＳ６において、コントローラ４１は、油圧ポンプ５０から動力伝達装置に供給される作動油のメイン圧が設定値になるようにメインバルブ５２を制御する。

　（実施形態の変形例）
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

　（変形例１）
　上記実施形態において、コントローラ４１は、加速度、車速、サスペンション圧及び駆動輪回転数差それぞれの変化率のうち最も大きい最大変化率に基づいてマージン圧を決定することとしたが、これに限られない。

　例えば、加速度、車速、サスペンション圧及び駆動輪回転数差のうちいずれか１つの変化率を用いるよう固定してもよいし、作業車両１の走行状態に応じて、加速度、車速、サスペンション圧及び駆動輪回転数差のうちいずれの変化率を用いるか都度変更してもよい。

　（変形例２）
　上記実施形態において、コントローラ４１は、駆動輪回転数差の変化率を加速度の変化率とは別で用いることとしたが、これに限られない。コントローラ４１は、メイン圧を加速度及び駆動輪回転数差それぞれの変化率の加算値に基づいて決定されるマージン圧とクラッチ保持圧とを加算した圧力値に設定してもよい。これによって、各駆動輪６ａ，６ｂの牽引力がスリップ状態から回復する場合に、各駆動輪６ａ，６ｂにかかる負荷によって速度段のクラッチが滑ることをより抑制できる。

　（変形例３）
　上記実施形態において、コントローラ４１は、マージン圧を決定するために作業車両１の車速を用いることとしたが、出力軸回転数センサ４３によって検出される出力軸７の回転数を車速として用いてもよい。

１　　　　　作業車両
２　　　　　エンジン
５ａ，５ｂ　サスペンションシリンダ
６ａ，６ｂ　駆動輪
７　　　　　出力軸
８　　　　　トルクコンバータ
９　　　　　副変速機
１０　　　　主変速機
１１　　　　ロックアップクラッチ
１５ａ，１５ｂ　ドライブシャフト
４１　　　　コントローラ
４２　　　　加速度センサ
４３　　　　出力軸回転数センサ
４４ａ，４４ｂ　サスペンション圧力センサ
４５ａ，４５ｂ　駆動輪回転数センサ
５０　　　　油圧ポンプ
５２　　　　メインバルブ
１００　　　変速機用油圧制御システム

Claims

　作業車両に搭載される変速機用油圧制御システムであって、
　動力源と、
　複数の駆動輪と、
　複数の速度段に設定可能であり、前記動力源からの駆動力を前記複数の駆動輪に伝達する動力伝達装置と、
　前記動力源によって駆動される油圧ポンプと、
　前記油圧ポンプと前記動力伝達装置との間に配置され、前記油圧ポンプから前記動力伝達装置に供給される作動油のメイン圧を調整するメインバルブと、
　前記メインバルブを制御するコントローラと、
を備え、
　前記コントローラは、前記メイン圧を、前記複数の速度段のうち設定された速度段のクラッチ保持圧を前記複数の駆動輪にかかる負荷に基づいて補正した圧力値に設定する、
変速機用油圧制御システム。
　前記コントローラは、前記メイン圧を、前記作業車両の加速度、前記作業車両の車速、前記複数の駆動輪を支持する複数のサスペンションシリンダ内の圧力、及び、前記複数の駆動輪の回転数差のうち少なくとも１つの変化率に基づいて決定されるマージン圧と前記クラッチ保持圧とを加算した圧力値に設定する、
請求項１に記載の変速機用油圧制御システム。
　前記コントローラは、前記メイン圧を、前記作業車両の加速度、及び、前記複数の駆動輪の回転数差それぞれの変化率の加算値に基づいて決定されるマージン圧と前記クラッチ保持圧とを加算した圧力値に設定する、
請求項２に記載の変速機用油圧制御システム。
　前記作業車両の車速は、出力軸回転数である、
請求項２又は３に記載の変速機用油圧制御システム。