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CN103026099A - 作业车辆的行驶控制装置 - Google Patents

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CN103026099A
CN103026099A CN2011800368200A CN201180036820A CN103026099A CN 103026099 A CN103026099 A CN 103026099A CN 2011800368200 A CN2011800368200 A CN 2011800368200A CN 201180036820 A CN201180036820 A CN 201180036820A CN 103026099 A CN103026099 A CN 103026099A
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motor
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oil hydraulic
tilt angle
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山崎恭央
川原章禄
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KCM Corp
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明提供一种作业车辆的行驶控制装置。具有：由发动机驱动的可变容量型的液压泵；以闭合回路被连接在所述液压泵上，且通过来自液压泵的压力油被驱动的可变容量型的液压马达；通过电信号对液压马达的马达倾转角进行控制的第一控制部；常时啮合式的变速器，对来自液压马达的动力进行传递或遮断，具有离合器装置，该离合器装置具有以第一变速比对动力进行传递的高速离合器部和以比第一变速比大的第二变速比对动力进行传递的低速离合器部；和在使变速器从第一变速比向第二变速比切换时，以使马达倾转角降低到规定值的方式对第一控制部进行控制的第二控制部。

Description

作业车辆的行驶控制装置
技术领域
本发明涉及轮式装载机等的作业车辆的行驶控制装置。
背景技术
在作业车辆的行驶控制装置中，已知一种行驶控制装置，其具有使用了离合器的变速器，该离合器仅能够进行成为完全卡合的状态或完全切断的状态的控制，该行驶控制装置抑制从切断离合器到再次卡合时的冲击的发生(参照专利文献1)。具体来说，通过对液压泵的斜板角进行控制，使离合器的动力上游侧和动力下游侧的转速一致，来减少再次使离合器卡合时的变速冲击的发生。
专利文献1：日本特开2002-139148号公报
上述的专利文献1的装置由于构成为，通过使离合器的动力上游侧和动力下游侧的转速一致而减少变速冲击，所以，需要有用于使转速一致的同步机构。
发明内容
根据本发明的第一方式，作业车辆的行驶控制装置，具有：由发动机驱动的可变容量型的液压泵；以闭合回路被连接在所述液压泵上，且通过来自液压泵的压力油被驱动的可变容量型的液压马达；通过电信号对液压马达的马达倾转角进行控制的第一控制部；常时啮合式的变速器，对来自液压马达的动力进行传递或遮断，具有离合器装置，该离合器装置具有以第一变速比对动力进行传递的高速离合器部和以比第一变速比大的第二变速比对动力进行传递的低速离合器部；和在使变速器从第一变速比向第二变速比切换时，以使马达倾转角降低到规定值的方式对第一控制部进行控制的第二控制部。
根据本发明的第二方式，在第一方式的作业车辆的行驶控制装置中，优选地，马达倾转角的规定值为比液压马达的最小倾转角大、且能够通过液压马达驱动作业车辆的最低限的马达倾转角。
根据本发明的第三方式，在第一或第二方式的作业车辆的行驶控制装置中，优选地，第二控制部在使变速器从第一变速比向第二变速比切换时，控制第一控制部，从而在使马达倾转角降低到规定值后，以规定时间固定于规定值后，恢复马达倾转角。
根据本发明的第四方式，一种轮式装载机，具有第一方式～第三方式的任一项的行驶控制装置。
发明的效果
根据本发明，能够降低从高速向低速切换时的变速冲击。
附图说明
图1是适用有本发明的一个实施方式的行驶控制装置的作业车辆的侧视图。
图2是表示本实施方式的行驶控制装置的概要构成的图。
图3是变速器的构成图。
图4是表示从高速向低速的转换工序的图。
图5(a)、图5(b)是适用了本实施方式的行驶控制装置的作业车辆的行驶性能线图以及表示比较例的图。
具体实施方式
以下，参照图1～图5对本发明的一个实施方式的作业车辆的行驶控制装置进行说明。
图1是适用有本实施方式的行驶控制装置的作业车辆的一例即轮式装载机的侧视图。轮式装载机100构成包括：前部车身110，其具有斗杆111、铲斗112、车轮113等；后部车身120，其具有驾驶室121、发动机室122、车轮123等。斗杆111通过斗杆液压缸114的驱动而在上下方向上转动(俯仰动)，铲斗112通过铲斗液压缸115的驱动而在上下方向上转动(卸载或铲装)。前部车身110和后部车身120通过中心销101相互自由转动地连结，通过转向液压缸(不图示)的伸缩，前部车身110相对于后部车身120向左右折曲。
图2是表示本实施方式的行驶控制装置的概要构成的图。由发动机1驱动的可变容量型液压泵2和可变容量型液压马达3通过一对主管路LA、LB被连接成闭合回路，构成所谓HST(Hydro StaticTransmission)回路。
来自由发动机1驱动的供给泵5的压力油经由前进后退切换阀6被导向倾转液压缸8。前进后退切换阀6由来自控制器10的信号所操作，如图所示，在前进后退切换阀6位于中立位置时，来自供给泵5的压力油经由节流阀7以及前进后退切换阀6分别作用在倾转液压缸8的油室8a、8b上。在该状态下，作用在油室8a、8b上的压力相互相等，活塞8c位于中立位置。因此，液压泵2的排油容积qp成为0，泵排出量Q为0。
在前进后退切换阀6被切换到A侧后，由于在油室8a、8b中分别作用有节流阀7的上游侧压力和下游侧压力，所以，在液压缸8的油室8a、8b中产生压力差，活塞8c向图示右方向位移。由此，液压泵2的泵排油容积qp(泵倾转量)增加，来自液压泵2的压力油经由主管路LA被向液压马达3引导，液压马达3正转，车辆前进。在前进后退切换阀6被切换到B侧后，倾转液压缸8的活塞8c向图示左方向位移，来自液压泵2的压力油经由主管路LB被导向液压马达3，液压马达3逆转。
液压马达3的旋转通过变速器130变速，变速后的旋转经由螺旋桨轴、轮轴向车轮113、123传递，车辆行驶。变速器130通过高速/低速选择开关23的操作能够被切换到低速和高速的两速。
在油门踏板9上设有对油门踏板9的操作量进行检测的操作量检测器9a，来自操作量检测器9a的信号输入到控制器10。控制器10向发动机控制部1a输入旋转速度控制信号，发动机旋转速度于来自操作量检测器9a的信号对应地被控制。来自供给泵5的压力油从节流阀7以及超载溢流阀13内的单向阀通过而被导向主管路LA、LB，并补充至HST回路。节流阀7的下游侧压力受到供给溢流阀12限制，主管路LA、LB的最高压力受到超载溢流阀13限制。
液压马达3的排油容积qm(马达倾转角)受到调整器14的控制。调整器14是包含电磁切换阀、电磁比例阀等的电气式调整器，通过经由信号线路14a、14b输出的来自控制器10的控制电流而驱动调整器14，由此，来驱动倾转控制杆140，并对马达倾转角qm进行变更。在马达倾转控制部中设有止挡部15。倾转控制杆140与止挡部15抵接，由此，马达倾转角qm的最小值被机械地限制在规定值qmin。此外，在调整器14的非通电时，倾转控制杆140与止挡部15抵接，马达倾转角qm被保持在最小值qmin。若向调整器14输出的控制电流增加，则马达倾转角qm也增加。
控制器10构成为包括CPU、ROM、RAM以及具有其他的周边回路等的演算处理装置。控制器10中分别输入有来自用于检测主管路LA、LB的压力(行驶载荷压Pt)的压力检测器21的信号、来自检测车速的车速传感器17的信号、来自高速/低速选择开关23的信号以及来自快速转换开关24的信号。快速转换开关24是区别于高速/低速选择开关23，为了进行高速/低速的切换而设在装卸操作杆(不图示)的把手上的开关。
控制器10根据行驶载荷压Pt对马达倾转角qm进行控制(PID控制)。行驶载荷压Pt变得越大，马达倾转角qm越会从最小值qmin向最大值qmax逐渐增加。液压马达2的旋转速度由泵的排出量Q×马达容积效率/马达容量qm来表示，车速与马达旋转速度成比例。因此，当行驶载荷压Pt大且马达倾转角qm大时，车辆能够以低速高扭矩行驶，当行驶载荷Pt小且马达倾转角qm小时，车辆能够以高速低扭矩行驶。
图3示出了变速器130的构成。变速器130是所谓常时啮合式的变速器。变速器130具有：输入有来自液压马达3的动力的输入轴131；将被输入的动力向车轴输出的输出轴132；从输入轴131向输出轴132传递或遮断动力的离合器装置133。
离合器装置133是湿式多片式离合器，使沿轴向并列设置的多个盘压接或分离从而传递或遮断动力。离合器装置133使高速齿轮134、低速齿轮135的某一方与输入轴131一体旋转。高速齿轮134、低速齿轮135分别与结合在输出轴132上的从动齿轮136、137啮合。在低速齿轮135连接在输入轴131上的状态(低速状态)下，来自输入轴131的旋转经由低速齿轮135以及从动齿轮137向输出轴132传递。在高速齿轮134连接在输入轴131上的状态(高速状态)下，来自输入轴131的旋转经由高速齿轮134以及从动齿轮136向输出轴132传递。由此，输出轴132以规定的齿轮比被变速并旋转，车辆以与输出轴132的旋转相应的速度行驶。
离合器装置133具有：用于以第一变速比传递动力的高速离合器133a以及高速齿轮134；用于以比第一变速比大的第二变速比传递动力的低速离合器133b以及低速齿轮135。高速离合器133a以及低速离合器133b通过来自变速器控制阀138的压力油进行动作。变速器控制阀138受到来自控制器10的指令的控制。变速器控制阀138被切换，若作用在低速离合器133b上的压力上升，则低速离合器133b渐渐连接，切换到低速状态(参照图3)。另一方面，若通过变速器控制阀138的切换作用在高速离合器133a上的压力上升，则高速离合器133a渐渐连接，切换到高速状态。
上述那样的高速/低速切换式的变速器，与自动地进行变速的自动变速器相比，具有制造成本低、燃料费用低的优点。但是，在从高速向低速切换时，会因高速齿轮134和低速齿轮135的齿轮比而产生变速冲击。例如，若使齿轮比的差为3倍，则在从高速向低速降档时，车速为1/3倍，牵引力为3倍，会发生因车速的降低导致的较大的冲击、和因牵引力的增大导致的车轮的打滑等。
为了抑制这样的变速冲击，考虑在充分抑制车速的状态下允许从高速向低速的变速。而且，在本实施方式中，在从高速向低速切换时通过降低液压马达3的马达倾转角，能够减少变速时的冲击。
具体来说，控制器10在通过高速/低速选择开关23的操作而被指示进行从高速向低速的切换的情况下，在车速不足变速限制速度时允许变速。在车速为变速限制速度以上且被指示从高速向低速切换的情况下，控制器10允许车速降低到变速限制速度的变速。另一方面，在通过快速转换开关24的操作而被指示进行从高速向低速的切换的情况下，高速/低速选择开关23被操作至高速，且仅允许在车速不足变速限制速度的情况下的变速。在车速为变速限制速度以上且快速转换开关24被操作后，控制器10判断来自快速转换开关24的信号为无效。这里，变速限制速度预先设定适当的值(例如10km/h)，以降低从高速向低速切换时的变速冲击。此外，在从低速向高速切换时，不进行马达倾转角的特殊的控制。
图4示出了从高速向低速的转换工序。图4的横轴表示时间，纵轴表示马达倾转指令值。马达倾转指令值qi是从控制器10向液压马达3的调整器14输出的马达倾转角的指令值。车辆在高速状态下的作业中，车速不足变速限制速度，马达倾转指令值qi为qa。在变速时以外的通常状态下，马达倾转基于由压力检测器21检测的回路压受到PID控制。
从该状态，为了在时刻t1从高速向低速切换，当操作者对高速/低速选择开关23或快速转换开关24进行操作后，控制器10以降低马达倾转角的方式将规定值qb作为马达倾转指令值qi向调整器14输出。规定值qb被设定为上述的最小值qmin以上，且被设定为即使在例如调整器14产生电气异常的情况下也能够确保能够通过液压马达3驱动车辆的最低限的油量的马达倾转角。
从时刻t1直到经过规定的经过时间ΔT1，使马达倾转指令值qi固定在规定值qb。经过经过时间ΔT1，且车辆的牵引力充分降低后，控制器10在时刻t2向变速器140输出从高速向低速的切换指示。根据来自控制器10的指示，变速器控制阀138被切换，作用在低速离合器133b上的压力上升，低速离合器133b渐渐连接从而切换到低速状态。
当在时刻t2输出从高速向低速的切换指示后，控制器10向调整器14输出指令，以在规定的过渡时间ΔT2内使马达倾转指令值qi从规定值qb恢复到与PID控制相应的值。
马达倾转指令值qi在过渡时间ΔT2期间以规定的倾斜度增加，在经过过渡时间ΔT2后，基于该时刻的回路压而恢复PID控制。
这里，马达倾转指令值qi的规定值qb，在例如高速齿轮134和低速齿轮135的齿轮比为3倍时，考虑到控制系统的延迟等，被预先设定为比从高速向低速的切换指示时的马达倾转指令值qa的1/3倍小的值，例如qa的1/4倍左右的适当的值。规定的经过时间ΔT1，作为从输出马达倾转指令值qb直到液压马达3的马达倾转角与指令值qb对应地被切换为止的等待时间，而预先设定有适当的值(例如400msec)。另外，规定的过渡时间ΔT2，作为用于使马达倾转角的控制顺畅地恢复成通常的PID控制的斜升时间(ramp time)，而被预先设定为适当的时间(例如1sec)。规定值qb、经过时间ΔT1以及过渡时间ΔT2，不限于上述例示，以能够实现从高速向低速的顺畅的切换的方式，根据车辆的规格等设定为适当的值。
以下说明基于以上说明的本实施方式的行驶控制装置的作用。图5(a)中示出了适用了本实施方式的行驶控制装置的车辆的行驶性能线图的一例。这里，高速齿轮134和低速齿轮135的齿轮比为3倍。图5(b)中示出了比较例。图5(a)、5(b)的横轴表示车速，纵轴表示牵引力。如图5(b)的比较例所示，当车速在A处从高速向低速变速的情况下，在降档的瞬间，车速为1/3倍，牵引力为3倍。由此，会发生因车速的降低导致的较大的冲击和因牵引力的增大导致的车轮等的打滑。
对此，如图5(a)所示，在本实施方式中，在从高速向低速切换时，使液压马达3的倾转向小倾转侧运动。通过马达倾转角成为小倾转，被切换到低速状态时的车速上升，即车速的降低减小，牵引力也减小。由此，能够抑制从高速向低速切换时的变速冲击从而实现顺畅的变速动作。
根据以上说明的本实施方式，能够发挥以下的作用效果。
(1)行驶控制装置具有：由发动机驱动的可变容量型的液压泵2；以闭合回路被连接在液压泵2上，且由来自液压泵2的压力油驱动的可变容量型的液压马达3；通过电信号对液压马达3的马达倾转角进行控制的调整器14；对来自液压马达3的动力进行传递或遮断的常时啮合式的变速器130，该变速器130具有离合器装置133，该离合器装置133具有通过第一变速比对动力进行传递的高速离合器部(高速离合器133a和高速齿轮134)、和通过比第一变速比大的第二变速比对动力进行传递的低速离合器部(低速离合器133b和低速齿轮135)；控制器10，在将变速器130从第一变速比切换到第二变速比时，以使马达倾转角降低到规定值qb的方式控制调整器140。通过在切换变速比时使马达倾转角减小，与不使马达倾转角减小的情况相比，车速相对上升且牵引力下降。由此，在使用制造成本低且车辆燃耗低的高速/低速切换式的变速器130的情况下，能够减轻从高速向低速切换时的变速冲击。
(2)马达倾转角的规定值qb比液压马达3的最小倾转角qmin大，是能够通过液压马达3驱动作业车辆的最低限的马达倾转角。若使规定值qb为0，则在使对例如液压马达3进行控制的电气配线断线的情况下，车辆不能行驶。通过将规定值qb设定为上述的值，即使在电气配线断线的情况下，也能够确保移动车辆的最低限的油量从而使车辆能够行驶。
(3)在将变速器从高速向低速切换时，在使马达倾转角降低到规定值qb后，由于在规定时间ΔT1内固定于规定值qb之后，恢复马达倾转角。由此，能够确保马达倾转角实际变化的时间，实现顺畅的变速。
以上的说明仅为一例，本发明不限于上述的实施方式的构成。例如，还能够将上述的行驶控制装置适用于轮式装载机以外的作业车辆，例如车轮式压路机、碾路机等道路机械。
上述中，说明了各种实施方式以及变形例，但本发明不限于这些内容。在本发明的技术思想的范围内考虑的其他的方式也包含在本发明的范围内。
以下的优先权基础申请的公开内容作为引用文献援引在此。
日本国专利申请2010年第194083号(2010年8月31日申请)

Claims (4)

1.一种作业车辆的行驶控制装置，其特征在于，具有：
由发动机驱动的可变容量型的液压泵；
以闭合回路被连接在所述液压泵上，且通过来自所述液压泵的压力油被驱动的可变容量型的液压马达；
通过电信号对所述液压马达的马达倾转角进行控制的第一控制部；
常时啮合式的变速器，对来自所述液压马达的动力进行传递或遮断，具有离合器装置，该离合器装置具有以第一变速比对动力进行传递的高速离合器部和以比所述第一变速比大的第二变速比对动力进行传递的低速离合器部；和
在使所述变速器从所述第一变速比向所述第二变速比切换时，
以使所述马达倾转角降低到规定值的方式对所述第一控制部进行控制的第二控制部。
2.如权利要求1所述的作业车辆的行驶控制装置，其特征在于：
所述马达倾转角的所述规定值为比所述液压马达的最小倾转角大、且能够通过所述液压马达驱动所述作业车辆的最低限的马达倾转角。
3.如权利要求1或2所述的作业车辆的行驶控制装置，其特征在于：
所述第二控制部在使所述变速器从所述第一变速比向所述第二变速比切换时，对所述第一控制部进行控制，从而在使所述马达倾转角降低到所述规定值后，以规定时间固定于所述规定值后，恢复所述马达倾转角。
4.一种轮式装载机，具有权利要求1～3的任一项所述的行驶控制装置。
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