作業車輛的原動機控制裝置的製作方法

2023-05-09 03:40:26 2

專利名稱：作業車輛的原動機控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及輪式裝載機等作業車輛的原動機控制裝置。
背景技術：
以往，公知有這樣的裝置一旦發動機冷卻水溫上升而成為過熱狀態，該裝置就使發動機旋轉速度下降以降低發動機輸出，使發動機從過熱狀態恢復為正常狀態(例如參照專利文獻1)。專利文獻1 日本專利第27M820號公報然而，在為將發動機的旋轉通過液力變扭器而傳遞至車輪的輪式轉載機等作業車輛的情況下，若在過熱狀態下只是單純地降低發動機旋轉速度，則無法獲得所希望的行駛驅動力，有損作業性能。

發明內容
本發明的第一方式的作業車輛的原動機控制裝置，包括旋轉速度控制裝置，根據油門踏板的操作量來控制原動機的旋轉速度；行駛驅動裝置，將原動機的旋轉經由液力變扭器及變速器而傳遞至車輪；水溫檢測裝置，檢測出與原動機的冷卻水溫有相關關係的物理量；速度比檢測裝置，檢測出液力變扭器的輸入軸與輸出軸的速度比；和速度限制裝置， 當通過速度比檢測裝置檢測出的速度比處於液力變扭器效率為規定值以下的限制速度比區域中時，若通過水溫檢測裝置檢測出冷卻水溫處於規定值以上的過熱狀態，則將原動機的最高旋轉速度限制在比上限值低的限制旋轉速度。本發明的第二方式的作業車輛的原動機控制裝置，包括旋轉速度控制裝置，根據油門踏板的操作量來控制原動機的旋轉速度；行駛驅動裝置，將原動機的旋轉經由液力變扭器及變速器而傳遞至車輪；油溫檢測裝置，檢測出與液力變扭器的工作油溫有相關關係的物理量；速度比檢測裝置，檢測出液力變扭器的輸入軸與輸出軸的速度比；和速度限制裝置，當通過速度比檢測裝置檢測出的速度比處於液力變扭器效率為規定值以下的限制速度比區域中時，若通過油溫檢測裝置檢測出工作油溫處於規定值以上的過熱狀態，則將原動機的最高旋轉速度限制在比上限值低的限制旋轉速度。本發明的第三方式，在第一或第二方式的作業車輛的原動機控制裝置中，液力變扭器具有如下特性在速度比小的第一區域中，液力變扭器效率隨著速度比的增加而增加， 在速度比大的第二區域中，液力變扭器效率隨著速度比的增加而減少，限制速度比區域是 第一區域內的、速度比為第一規定值以下的區域；以及第二區域內的、速度比為第二規定值以上的區域。本發明的第四方式，在第三方式的作業車輛的原動機控制裝置中，還具有自動變速裝置，該自動變速裝置在檢測出的速度比減少到比第一規定值大的降檔速度比時，使變速器的速度級降檔；在檢測出的速度比增加到比第二規定值小的升檔速度比時，使變速器的速度級升檔。
發明效果根據本發明，若在液力變扭器效率低的速度比區域中檢測出過熱狀態，則限制原動機的最高旋轉速度，因此，能夠在抑制行駛驅動力的降低的同時，防止過熱。


圖1是本發明的實施方式的輪式裝載機的側視圖。圖2是示出本發明的實施方式的原動機控制裝置的簡要構成的圖。圖3(a)、(b)是示出自動變速的時刻的圖。圖4是示出液力變扭器效率的特性的圖。圖5是示出作為本實施方式的比較例的轉矩特性的圖。圖6是示出本實施方式的原動機控制裝置的轉矩特性的圖。圖7是示出踏板操作量與發動機目標旋轉速度的關係的圖。圖8是示出圖2的控制器中的處理的一例的流程圖。圖9是示出速度限制關閉時的行駛驅動力特性的圖。圖10是示出速度限制開啟時的行駛驅動力特性的圖。圖11是示出作為本實施方式的比較例的行駛驅動力特性的圖。圖12是示出基於V循環的裝載作業的一例的圖。圖13是示出向翻鬥車的裝載作業的一例的圖。圖14是示出發動機最高旋轉速度的控制模式的一例的圖。
具體實施例方式以下參照圖1 圖14對本發明實施方式的作業車輛的原動機控制裝置進行說明。圖1是應用了本實施方式的原動機控制裝置的、作為作業車輛的一例的輪式裝載機的側視圖。輪式裝載機100由具有鬥杆111、鏟鬥112、輪胎113等的前部車身110和具有駕駛室121、發動機室122、輪胎123等的後部車身120構成。鬥杆111在鬥杆液壓缸114 的驅動下在上下方向上轉動(俯仰動作)，鏟鬥112在鏟鬥液壓115的驅動下在上下方向轉動(傾倒或鏟裝)。前部車身110與後部車身120通過中心銷101以彼此能夠自由轉動的方式連結，前部車身110通過轉向液壓缸(未圖示)的伸縮而相對於後部車身120向左右折曲。圖2是示出本實施方式的原動機控制裝置的簡要構成的圖。在發動機1的輸出軸上連結有液力變扭器2 (以下稱為「TC」)的輸入軸，TC 2的輸出軸連結在能夠變速成1 速 4速的變速器3上。TC 2是由公知的葉輪、渦輪和定子構成的流體離合器，發動機1的旋轉經由TC 2被傳遞至變速器3。變速器3具有用於改變速度級的液壓離合器，TC 2的輸出軸的旋轉通過變速器3而被變速。變速後的旋轉經由傳動軸4和輪軸5而被傳遞至輪胎 6(圖1的113、123)，從而車輛行駛。在發動機1上安裝有通過發動機1的旋轉來驅動的冷卻風扇19，通過冷卻風扇19 的驅動，冷卻風通過散熱器21及油冷卻器22而被送風。在散熱器21及油冷卻器22中，冷卻風分別與發動機冷卻水及工作油進行熱交換，於是發動機冷卻水和TC用及作業用工作油被冷卻。另外，雖然省略圖示，但是在輪式裝載機上設有由發動機1驅動的作業用液壓泵，來自該液壓泵的壓力油被供給至鬥杆液壓缸114和鏟鬥液壓缸115等執行機構以進行作業。控制器10構成為包括運算處理裝置，該運算處理裝置具有CPU、R0M、RAM及其他周邊電路等。控制器10上連接有用於檢測油門踏板1 的操作量的油門操作量檢測器12 ； 用於檢測制動踏板13a的操作量的制動操作量檢測器13 ；用於檢測TC 2的輸入軸的旋轉速度M的旋轉速度檢測器14 ；用於檢測TC 2的輸出軸的旋轉速度Nt的旋轉速度檢測器 15 ；用於檢測變速器3的輸出軸的旋轉速度、即車速ν的車速檢測器16 ；用於檢測在發動機 1和散熱器21之間循環的發動機冷卻水的溫度Tw的水溫檢測器17 ；用於檢測TC2的動力傳遞用、TC冷卻用以及變速器潤滑用的變速器油的溫度(TC油溫Tt)的油溫檢測器18;用於選擇手動變速模式和自動變速模式的變速模式選擇開關7 ；用於在1速 4速之間指示速度級的上限的換檔開關8 ；以及指示車輛前進後退的前進後退切換開關9。TC 2具有相對於輸入轉矩使輸出轉矩增大的功能、即使轉矩比為1以上的功能。 轉矩比隨著TC 2的輸入軸與輸出軸的旋轉速度之比、即TC速度比e (輸出旋轉速度Nt/輸入旋轉速度M)的增加而變小。例如，若在發動機旋轉速度為恆定狀態下行駛中的行駛負載增大，則TC 2的輸出旋轉速度Nt、即車速減小，TC速度比e變小。此時，由於轉矩比增加，所以能夠通過更大的驅動力(牽引力)，使車輛行駛。即，若車速慢，則驅動力變大(低速高轉矩)，若車速快，則驅動力變小(高速低轉矩)。變速器3是具有與1速 4速各速度級相對應的電磁閥的自動變速器。這些電磁閥由從控制器10向變速器控制部11輸出的控制信號驅動以進行變速。圖3(a)、(b)是示出變速器3的自動變速時刻的圖。在自動變速控制中有TC速度比基準控制和車速基準控制兩種方式，如圖3 (a)所示，所述TC速度比基準控制是當TC速度比e達到規定值時變速，如圖3(b)所示，所述車速基準控制是當車速ν達到規定值時變速。在本實施方式中，通過TC速度比基準控制來控制變速器3的速度級。在圖3 (a)所示的TC速度比基準控制中，若行駛負載變小，TC速度比e增加，並且 TC速度比e為規定值e2』以上，則速度級升1檔。相反地，若行駛負載增大，TC速度比e降低，並且TC速度比e為規定值el』以下，則速度級降1檔。由此，變速器3的速度級能夠根據TC速度比e在1速 4速之間自動地變化。此時，能夠以通過換檔開關8選擇的速度級為上限進行自動變速。例如，當通過換檔開關8選擇了 2速時，速度級為1速或2速，當選擇了 1速時，速度級被固定在1速。另外，也可以不是通過TC速度比基準控制而是通過車速基準控制來控制變速器3 的速度級。在這種情況下，如圖3(b)所示，當車速ν增加而達到規定值vSl、vS2、vS3時，速度級升1檔，當車速ν減小而達到規定值vS4、vS5、vS6時，速度級降1檔。在控制器10中預先存儲有作為變速基準的TC速度比el』及e2』和後述那樣的作為發動機旋轉速度限制的基準的TC速度比el ( e2』)。圖4是示出TC效率η相對於TC速度比e的特性f 1的圖。如圖4所示，特性Π 大體上成向上凸出的拋物線形狀，在TC速度比e小的區域a(TC速度比e接近0的區域) 和TC速度比大的區域b(TC速度比e接近1的區域)中，效率η惡化。在本實施方式中， 在隨著速度比e的增加而效率η增加的速度比e小的範圍、即特性fl向右上方上升的範圍內，將效率n為規定值η 1以下的速度比設定為規定值el。此外，在隨著速度比e的增加而效率η減小的速度比e大的範圍、即特性fl向右下方下降的範圍內，將效率η為規定值η 2以下的速度比設定為規定值e2。另外，IU和η 2可以是彼此相等的值，也可以是不同的值。圖5是表示在最大限度地踏入油門踏板12a時的、發動機旋轉速度與轉矩的關係的行駛性能線圖(轉矩線圖)。在圖中，特性f2是表示發動機輸出轉矩的特性，特性f3是表示TC速度比e分別為0、e 1、ΘΓ、Θ2』、Θ2時的TC 2的輸入轉矩的特性。另外，圖中的特性f4(虛線)是將發動機最高旋轉速度一律只限制規定量ΔΝ時的發動機輸出轉矩的特性。TC輸入轉矩與TC輸入軸的旋轉速度Ni的2次方成正比例地增加，TC速度比e越大，TC輸入轉矩越小。特性f2與特性f3的交點為匹配點，車輛行駛時的發動機輸出轉矩及TC輸入轉矩為該匹配點的值。在圖5中，若將發動機旋轉速度只限制規定量ΔΝ，則匹配點向圖中左側偏移，與不限制發動機旋轉速度的情況相比，TC輸入轉矩降低。此處，TC輸入轉矩X TC輸入軸的旋轉速度為TC 2的輸入動力，相當於發動機的輸出。因此，例如當發動機冷卻水溫Tw高時，通過限制發動機最高旋轉速度，發動機輸出降低，能夠抑制發動機冷卻水溫Tw的上升。但是，在對發動機最高旋轉速度一律進行限制的情況下，TC輸入轉矩整體降低，行駛所能夠使用的動力(馬力)也降低。因此，作業時的行駛驅動力不足，在實際使用中存在問題。另外，TC油溫Tt及發動機冷卻水溫Tw與TC效率η之間有相關關係。S卩，由於TC 效率n越低，TC 2的動力損失越大，所以熱平衡惡化，TC油溫Tt及發動機冷卻水溫Tw上升。考慮到這一點，在本實施方式中，在TC油溫Tt上升時以及發動機冷卻水溫Tw上升時， 根據TC速度比e限制發動機旋轉速度。S卩，通過後述的控制器10中的處理，如圖6所示，在TC速度比e為規定值el以下 (e^el)以及規定值e2以上(e彡e2)的TC效率η低的區域中，如圖中特性f5a(虛線) 及特性f5b (虛線)所示那樣限制發動機旋轉速度。另一方面，在TC速度比e為el < e <e2的TC效率η高的實際使用區域中，如圖中的特性f5c (實線)所示那樣不限制發動機旋轉速度。控制器10將發動機旋轉速度控制成與油門踏板12a的操作量相對應的發動機目標旋轉速度Na。圖7是示出油門操作量與發動機目標旋轉速度Na的關係的圖。另外，在圖中，實線表示發動機旋轉速度的非限制特性、即速度限制關閉的特性，虛線表示發動機旋轉速度的限制特性、即速度限制開啟的特性。發動機目標旋轉速度Na能夠在發動機旋轉速度的上限值Nmax與下限值Nmin之間變更。如圖7所示，在油門踏板12a非操作時，發動機目標旋轉速度Na為下限制Nmin，發動機目標旋轉速度Na隨著油門踏板操作量的增加而增加。而且，在速度限制關閉狀態下， 踏板最大踏入時的發動機目標旋轉速度Na為上限值Nmax。與此相對，在速度限制開啟狀態下，發動機目標旋轉速度Na的最大值受到限制，踏板最大踏入時的發動機目標旋轉速度Na 為規定值Ns ( e2的範圍內發動機旋轉速度受到限制，踏板最大踏入時的發動機旋轉速度為規定值Ns (步驟S7—步驟S8)。由此，能夠降低發動機輸出及TC 2 的輸入動力，抑制發動機冷卻水溫Tw及TC油溫Tt的上升。此時的車速ν與行駛驅動力F的關係如圖10所示。在圖中，特性f21 4分別是1速度級 4速度級的特性，在特性f21 f24上的點ell、el2、e13、el4，速度比分別為 el，在點e21、e22、e23、e24，速度比分別為e2。另外，虛線相當於圖9的特性fll f 14。此時，在速度比e在e彡el以及e彡e2的範圍內時，如圖所示，行駛驅動力F降低。但是，在速度比e在el <e<e2的範圍內時，發動機旋轉速度不受限制(速度限制關閉)，行駛驅動力不會降低。因此，在例如通過換檔開關8選擇3速或4速作為最高速度級的情況下，由於是在速度比為el以下以及e2以上之前升檔或降檔，所以能夠抑制行駛時驅動力的降低。其結果是，能夠抑制行駛加速性能的降低和爬坡行駛時的速度降低，能夠提高行駛性能。另外，在速度比e在el < e < e2的範圍內時，即使發動機冷卻水溫Tw和TC油溫 Tt分別超過規定值Twl、Ttl也不對發動機旋轉速度進行限制，但是，由於此時TC 2的動力損失小，所以發動機冷卻水溫Tw和TC油溫Tt不會超過容許界限值，即使不限制發動機旋轉速度也沒問題。假如發動機冷卻水溫Tw和TC油溫Tt有超過容許界限值的情況，則是發動機1或TC 2的設定本身有問題。圖11是示出作為本實施例的比較例的行駛驅動力的特性的圖。在圖中，特性 fll fl4是不對發動機旋轉速度進行限制時的特性，特性f31 f34(虛線)是與速度比 e無關地對發動機旋轉速度一律進行限制時的特性。如圖11所示，在對發動機旋轉速度一律進行限制的情況下，在車速ν的整個區域內行駛驅動力F都低。因此，加速性能的降低和爬坡行駛時的速度減低成為問題，作業性能惡化。而在本實施方式中，能夠在抑制行駛驅動力的降低的同時，防止過熱。例如，如圖 12所示，在使車輛100突入到成堆的砂土 130等中並取入到鏟鬥內之後，使車輛100後退並轉換方向，向著翻鬥車140前進並將鏟鬥內的砂土裝載到翻鬥車140中，由此進行所謂的基於V循環的裝載作業，在該裝載作業中，需要大的行駛驅動力F。因此，通過換檔開關8選擇1速或2速作為最高速度級。在該情況下，在本實施方式中也是在速度比e < el的範圍內，最大驅動力F降低，但是驅動力F降低的範圍窄，因此在實際使用中沒有問題。此外，在向翻鬥車140進行裝載作業時，通常，如圖13所示，作業員在2速狀態下一邊最大程度踏入油門踏板12a，一邊操作液壓缸114、115以使鏟鬥122上升，與此同時使車輛100向著翻鬥車140前進。在該情況下，行駛剛開始之後，行駛負載高，TC速度比為el 以下，從而發動機最高旋轉速度受到限制，但是，在行駛開始後，速度比立即變得比el大， 發動機最高旋轉速度的控制被解除，因此，能夠使車速ν以及鏟鬥122的驅動速度變快。然後，當鏟鬥122的位置上升到適於傾倒裝載的位置，並且車輛接近翻鬥車140 後，作業員對油門踏板1 進行復位操作以使車輛減速。此時，由於只要速度比為e2以上， 發動機最高旋轉速度就受到限制，所以，即使不對油門踏板1 進行復位操作也能夠使車輛減速，因此，向翻鬥車140的裝載作業很容易。根據本實施方式能夠實現以下的作用效果。(1)即使發動機冷卻水溫Tw與TC油溫Tt分別比規定值Twl、Ttl高，當TC速度比e在el < e < e2的範圍內時，發動機最高旋轉速度也不受限制(速度限制關閉)，TC速度比e在el以下以及e2以上的範圍內時，使發動機最高旋轉速度只降低規定量ΔΝ(速度限制開啟)。即，在TC效率η高的實際使用區域中不限制發動機最高旋轉速度，在TC效率η低的區域中限制發動機最高旋轉速度以抑制發動機輸出和TC 2的輸入動力。由此， 能夠防止行駛驅動力F的不足引起的作業性能惡化，並且能夠抑制TC 2的動力損失導致的 TC油溫Tt和發動機冷卻水溫Twl的上升，能夠防止過熱。(2)將規定值el設定為比作為降檔基準的速度比el』小的值，並且將規定值e2設定為比作為升檔的基準的速度比e2』大的值。由此，在自動變速時，發動機旋轉速度不受限制，能夠將行駛驅動力F的降低抑制在最小限度。
另外，在上述實施方式中，若發動機冷卻水溫Tw超過規定值Twl，或者TC油溫Tt 超過規定值Ttl，則如圖14的特性f41 (實線)所示，使得發動機最高旋轉速度從Nmax降低至Ns，但是，也可以如特性f42(虛線)所示，使發動機最高旋轉速度隨著發動機冷卻水溫Tw和TC油溫Tt的上升而慢慢降低。即，在發動機冷卻水溫Tw從規定值Twl到規定值 Tw2 (例如100°C )的範圍、以及TC油溫Tt從規定值Ttl到規定值Tt2 (例如115°C )的範圍，使發動機最高旋轉速度的限制量ΔΝ慢慢增加。由此，能夠防止行駛性能急劇變化，能夠防止衝擊的發生。另外，也可以將發動機冷卻水溫Tw的容許界限值以及TC油溫Tt的容許界限值分別設定為規定值Tw2、Tt2。此外，雖然省略圖示，但是當TC速度比e在el < e < e2的範圍內變化時，也可以使發動機最高旋轉速度從Ns逐漸增加到Nmax。在上述實施方式中，當TC速度比在el (第一規定值)以下以及e2(第二規定值) 以上的限制速度比區域中時，若檢測到發動機冷卻水溫Tw為規定值Twl以上或是TC油溫 Tt為規定值Ttl以上的過熱狀態時，限制發動機最高旋轉速度，但是，也可以只在速度比為 el以下時或者只在為e2以上時限制發動機最高旋轉速度。作為限制發動機最高旋轉速度的模式，例如設定三種模式TC速度比e為el以下和為e2以上這雙方、只在el以下時、只在e2以上時，並能夠通過選擇開關任意地選擇任一模式。TC效率η的特性不限於圖4所示，只要能夠在TC效率η為規定值以下時，將發動機最高旋轉速度限制到比上限值Nmax低的限制旋轉速度Ns，那麼作為速度限制機構的控制器10中的處理可以是任意的。經由TC 2及變速器3將發動機1的旋轉傳遞至車輪6 的行駛驅動裝置的結構也不限於圖2所示的結構。只要能夠根據加速踏板12a的操作量控制發動機旋轉速度，那麼作為旋轉速度控制機構的控制器10和發動機1的構成可以是任意的。通過旋轉速度檢測器14、15檢測出TC速度比e，但速度比檢測機構的構成可以是任意的。只要能夠檢測出與發動機冷卻水溫Tw有相關關係的物理量，那麼作為水溫檢測機構的水溫檢測器17的構成可以是任意的。只要能夠檢測出與TC油溫Tt有相關關係的物理量， 那麼作為油溫檢測機構的油溫檢測器觀的構成可以是任意的。以上，對將本發明應用於輪式裝載機的例子進行了說明，但是在TC驅動的其他作業車輛中也能夠同樣地應用本發明。即，只要能夠實現本發明的特徵、功能，並不限於本發明的實施方式的作業車輛的原動機控制裝置。本申請以日本國專利申請2009-027276號(2009年2月9日)為基礎，在此其內容作為引用部分寫入本申請。
權利要求
1.一種作業車輛的原動機控制裝置，其特徵在於，包括旋轉速度控制裝置，根據油門踏板的操作量來控制原動機的旋轉速度； 行駛驅動裝置，將所述原動機的旋轉經由液力變扭器及變速器而傳遞至車輪； 水溫檢測裝置，檢測出與所述原動機的冷卻水溫有相關關係的物理量； 速度比檢測裝置，檢測出所述液力變扭器的輸入軸與輸出軸的速度比；和速度限制裝置，當通過所述速度比檢測裝置檢測出的速度比處於液力變扭器效率為規定值以下的限制速度比區域中時，若通過所述水溫檢測裝置檢測出冷卻水溫處於規定值以上的過熱狀態，則將所述原動機的最高旋轉速度限制在比上限值低的限制旋轉速度。
2.—種作業車輛的原動機控制裝置，其特徵在於，包括旋轉速度控制裝置，根據油門踏板的操作量來控制原動機的旋轉速度； 行駛驅動裝置，將所述原動機的旋轉經由液力變扭器及變速器而傳遞至車輪； 油溫檢測裝置，檢測出與所述液力變扭器的工作油溫有相關關係的物理量； 速度比檢測裝置，檢測出所述液力變扭器的輸入軸與輸出軸的速度比；和速度限制裝置，當通過所述速度比檢測裝置檢測出的速度比處於液力變扭器效率為規定值以下的限制速度比區域中時，若通過所述油溫檢測裝置檢測出工作油溫處於規定值以上的過熱狀態，則將所述原動機的最高旋轉速度限制在比上限值低的限制旋轉速度。
3.如權利要求1或2所述的作業車輛的原動機控制裝置，其特徵在於，所述液力變扭器具有如下特性在速度比小的第一區域中，液力變扭器效率隨著速度比的增加而增加，在速度比大的第二區域中，液力變扭器效率隨著速度比的增加而減少，所述限制速度比區域是所述第一區域內的、速度比為第一規定值以下的區域；以及所述第二區域內的、速度比為第二規定值以上的區域。
4.如權利要求3所述的作業車輛的原動機控制裝置，其特徵在於，還具有自動變速裝置，該自動變速裝置在所述檢測出的速度比減少到比所述第一規定值大的降檔速度比時，使所述變速器的速度級降檔；在所述檢測出的速度比增加到比所述第二規定值小的升檔速度比時，使所述變速器的速度級升檔。
全文摘要
本發明提供一種作業車輛的原動機控制裝置，其包括旋轉速度控制裝置，根據油門踏板的操作量來控制原動機的旋轉速度；行駛驅動裝置，將原動機的旋轉經由液力變扭器及變速器而傳遞至車輪；水溫檢測裝置，檢測出與原動機的冷卻水溫有相關關係的物理量；速度比檢測裝置，檢測出液力變扭器的輸入軸與輸出軸的速度比；和速度限制裝置，當通過速度比檢測裝置檢測出的速度比處於液力變扭器效率為規定值以下的限制速度比區域中時，若通過水溫檢測裝置檢測出冷卻水溫處於規定值以上的過熱狀態，則將原動機的最高旋轉速度限制在比上限值低的限制旋轉速度。
文檔編號F16H59/46GK102333945SQ20108000723
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月9日 優先權日2009年2月9日
發明者東宏行, 中園裕喜, 兵藤幸次, 島津淳志, 青木勇 申請人:日立建機株式會社