专利名称：静液压式变速车辆的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及静液压式变速车辆的控制装置，特别是涉及以推土机为代表的、具有由发动机驱动的可变容量泵以及通过可变容量泵的压力油而旋转的可变容量液压马达并且能够以通过燃料调整操纵杆(或刻度盘)将发动机转速设定为高空转转速及其以下的任意转速的方式行驶的静液压式变速车辆的控制装置。
背景技术：
在推土机等作业车辆中，多配置有静液压式变速器(以下，称为HST)。该静液压式变速器具有由发动机驱动的可变容量泵、通过可变容量泵的压力油而旋转的可变容量液压马达。而且，使可变容量泵或可变容量液压马达的斜盘角度变化来控制容量，能够使静液压式变速器的可吸收转矩发生变化，或对车辆速度进行无级变速。并且，在推土机等作业车辆中，能够通过燃料调整操纵杆(或刻度盘(夕M ~ > )) 将发动机转速设定为高空转转速及其以下的任意转速而行驶(例如，参考专利文献1)。例如，在进行重负载作业时，选择高空转转速，使发动机以额定最高转速旋转。另一方面，在进行轻负载作业或行驶时，以通过操作燃料调整操纵杆使发动机转速降低而行驶，能够降低作业期间的噪音，降低燃料消耗量等。专利文献1 日本特开2005-233420号公报在专利文献1公开的作业车辆(推土机)中，能够通过操作燃料调整操纵杆而使发动机转速降低至高空转转速以下的低转速来行驶。在以发动机转速在高空转转速以下的低转速行驶时，能够在使牵引力(驱动转矩)维持于与高空转转速时同等大小的状态下进行作业，从而能够降低作业期间的噪音，降低燃料消耗量等。另一方面，最高车速较以高空转转速行驶时相比降低。另外，在对现有的推土机的静液压式变速器的控制即对可变容量泵以及可变容量液压马达的容量控制中，为了防止发动机失速，根据发动机转速来设定指令车速(限制车速)，基于该指令车速来确定各容量。例如，如果发动机转速减小，则使可变容量液压马达的容量增大，如果可变容量液压马达的容量达到最大容量，则使可变容量泵的容量减小。换言之，在现有的推土机的静液压式变速器中，基本上是仅基于发动机转速来进行限制可变容量泵以及可变容量液压马达的各自容量的控制。如图11所示，在如上所述的现有控制方式中，如果静液压式变速器的负载压力 (包含可变容量泵与可变容量液压马达的液压回路的液压)发生变动，则发动机输出转矩特性与静液压式变速器的限制转矩特性匹配(u +、乂 ”的转速大幅变动。另外，图Ii 是横轴代表发动机转速、纵轴代表转矩的曲线图，线EL表示发动机输出转矩特性，线HL表示静液压式变速器每负载压力的吸收转矩特性。并且，Pl表示负载压力最大的状态，P2、
P3......的负载压力逐渐减小，P8表示负载压力最小的状态。在图11的例中，即使在以发
动机转速被设定为高空转转速即2270rpm的方式行驶时，负载压力达到最大时匹配的转速也下降至1600rpm。即，因负载压力而使发动机转速产生了 670rpm的变动。
在因这样的负载压力的变动而使匹配转速大幅变动时，特别是在部分转速行驶期间，可能会引起转速下降至发动机马力较低的区域，从而不能提供充足的马力。另外，部分转速行驶(“一〉^>運転)是指以将发动机转速设定为低于高空转转速的规定的部分转速(〃一〉回転数)的方式行驶。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种静液压式变速车辆的控制装置，其能够抑制具有静液压式变速器的静液压式变速车辆中因行驶负载而导致的匹配转速变化，能够长时间稳定地进行作业。第一发明的静液压式变速车辆的控制装置是具有包含由发动机驱动的可变容量泵以及通过可变容量泵的压力油而旋转的可变容量液压马达的静液压式变速器的静液压式变速车辆中使用的装置，具有车速设定部、液压传感器、限制转矩设定部、限制车速设定部、车速选择部、泵/马达容量控制部。车速设定部基于操作员发出的前进后退指令以及速度档指令来求出设定车速。液压传感器检测包含可变容量泵与可变容量液压马达的液压回路的压力。限制转矩设定部在获得发动机转速的同时根据获得的发动机转速求出静液压式变速器能够使用的限制转矩。限制车速设定部基于检测出的液压回路的压力以及限制转矩设定部求出的限制转矩来求出限制车速。车速选择部选择由车速设定部设定的设定车速与由限制车速设定部设定的限制车速中较低的车速。泵/马达容量控制部基于由车速选择部选择的车速来控制可变容量泵以及可变容量马达的各自容量。在该装置中，基于操作员发出的前进后退指令以及速度档指令来求出设定车速。 另一方面，根据发动机转速求出静液压式变速器能够使用的限制转矩，基于该限制转矩以及液压回路的压力来求出限制车速。而且选择设定车速与限制车速中较低的车速，通过该选择的车速来控制可变容量泵以及可变容量马达的各自容量。其中，如图12所示，即使静液压式变速器的负载压力发生变动，也能够使发动机输出转矩特性与静液压式变速的限制转矩相互匹配的转速保持一定。另外，图12是横轴代表发动机转速、纵轴代表转矩的曲线图，线EL表示发动机输出转矩特性的一例，线T表示静液压式变速器的吸收转矩特性的一例，其中吸收转矩特性与负载压力无关而保持一定。在图12的例中，即使在通过燃料调整操纵杆(或刻度盘)将发动机转速设定为高空转转速即 2270rpm而行驶的情况下，也能够通过部分转速行驶将发动机转速限制于1900rpm。在该状态下，即使在负载压力达到最大时，在具有图12所示的吸收转矩特性的情况下，发动机转速最多下降至1790rpm。即，将因负载压力而产生的变动抑制在IlOrpm内。第二发明的静液压式变速车辆的控制装置是在第一发明的装置的基础上，使限制车速设定部具有表示限制车速与液压回路的压力之间关系的图表(f 一 )。而且，在图表中，限制车速的低速侧是求出用于控制可变容量泵的容量的限制车速的泵区域，限制车速的高速侧是求出用于控制可变容量液压马达的容量的限制车速的马达区域，在马达区域，限制车速随压力的降低而升高。其中，如上所示，为了使在可变容量泵的容量达到最大容量后，限制转矩保持一定，需要根据负载的变动来控制可变容量液压马达的容量。即，理想的情况是，在求出可变容量泵的容量达到最大容量后的限制车速的马达区域，限制车速与压力无关而保持一定。但是，如果进行这样的控制，则压力稍微有些变动，在马达区域，限制车速就会在最低与最高之间来回变化。即，出现振荡(^ > f > 7 )现象。因此，在该第二发明中，在马达区域，使限制车速以随压力降低而升高的方式倾斜，防止可变容量液压马达的容量控制中出现振荡现象。第三发明的静液压式变速车辆的控制装置是在第一或第二发明的装置的基础上， 使液压传感器具有检测前进时所述液压回路压力的前侧液压传感器、检测后退时所述液压回路压力的后侧液压传感器。并且，进一步具有检测车辆行进方向的前进后退用操纵杆传感器、压差计算部。压差计算部基于前进后退用操纵杆传感器的检测结果，在前进时从所述前侧液压传感器的检测值中减去所述后侧液压传感器的检测值而求出前后压差，后退时从所述后侧液压传感器的检测值中减去所述前侧液压传感器的检测值而求出前后压差。而且，限制车速设定部基于求出的前后压差来求出限制车速。如上所述的第三发明的控制装置对在通过改变马达的旋转方向来切换前进与后退的静液压式变速车辆中适用第一或第二发明的控制装置的情况有利。第四发明的静液压式变速车辆的控制装置是在第三发明的装置的基础上，使车辆具有左侧行驶装置以及右侧行驶装置。并且，可变容量泵以及可变容量液压马达分别包括用于驱动左侧行驶装置的泵以及马达、用于驱动右侧行驶装置的泵以及马达。而且，压差计算部根据所述左前液压传感器的检测值与左后液压传感器的检测值来求出左侧前后压差， 根据右前液压传感器的检测值与右后液压传感器的检测值来求出右侧前后压差，通过转向操纵杆传感器的检测结果对左侧前后压差以及右侧前后压差进行加权、平均，从而求出平均前后压差。限制车速设定部基于由所述压差计算部求出的平均前后压差来求出所述限制车速。如上所述的第四发明的控制装置对在具有左侧行驶装置以及右侧行驶装置并具有用于驱动左侧行驶装置的泵以及马达、用于驱动右侧行驶装置的泵以及马达的静液压式变速车辆中适用第三发明的控制装置的情况有利。第五发明的静液压式变速车辆的控制装置是具有包含由发动机驱动的可变容量泵以及通过可变容量泵的压力油而旋转的可变容量液压马达的静液压式变速器的静液压式变速车辆中使用的装置，具有车速设定部、泵/马达容量控制部、液压传感器、限制转矩设定部、转矩控制用泵容量设定部、泵容量选择部、PID控制部、马达容量选择部。车速设定部基于操作员发出的前进后退指令以及速度档指令来求出设定车速。泵/马达容量控制部基于由车速设定部设定的车速来控制可变容量泵以及可变容量液压马达的各自容量。液压传感器检测包含可变容量泵与可变容量液压马达的液压回路的压力。限制转矩设定部在获得发动机转速的同时根据获得的发动机转速来求出静液压式变速器能够使用的限制转矩。 转矩控制用泵容量设定部基于检测出的液压回路的压力以及由限制转矩设定部求出的限制转矩来设定转矩控制用泵容量。泵容量选择部在由泵/马达容量控制部获得的泵容量与由转矩控制用泵容量设定部获得的泵容量中选择较小的泵容量作为用于控制可变容量泵的泵容量指令值输出。PID控制部进行PID控制，求出马达容量，以使液压回路的液压达到预先设定的目标值。马达容量选择部在由泵/马达容量控制部获得的马达容量与由PID控制部获得的马达容量中选择较大的马达容量作为用于控制可变容量液压马达的马达容量指令值输出。
在该装置中，与第一发明同样，首先，设定用于提高燃耗性能的车速，控制可变容量泵以及可变容量液压马达的各自容量。另一方面，以使匹配转速保持一定的方式控制可变容量泵以及可变容量液压马达的各自容量，以避免因负载增加而使得匹配转速降低，发动机输出不足。特别是，在该第五发明中，由于通过PID控制来设定马达容量，因此能够准确且可靠地设定所需要的马达容量。并且，如第二发明所述，在通过限制车速来控制可变容量泵以及可变容量液压马达的各自容量的情况下，在求出可变容量泵的容量达到最大容量后的限制车速的马达区域，为了防止出现振荡现象，需要使限制车速以随压力的降低而升高的方式倾斜。但是，在第五发明中由于通过PID控制部的控制来设定马达容量，因此不会出现振荡现象。第六发明的静液压式变速车辆的控制装置是在第五发明的控制装置的基础上，使液压传感器具有检测前进时所述液压回路压力的前侧液压传感器、检测后退时所述液压回路压力的后侧液压传感器。并且，该控制装置进一步具有检测车辆行进方向的前进后退用操纵杆传感器、压差计算部。压差计算部基于前进后退用操纵杆传感器的检测结果，在前进时从所述前侧液压传感器的检测值中减去所述后侧液压传感器的检测值而求出前后压差， 后退时从所述后侧液压传感器的检测值中减去所述前侧液压传感器的检测值而求出前后压差。而且，转矩控制用泵容量设定部以及PID控制部基于由压差计算部求出的前后压差来求出各容量。如上所述的第六发明的控制装置对在通过改变马达的旋转方向来切换前进与后退的静液压式变速车辆中适用第五发明的控制装置的情况有利。第七发明的静液压式变速车辆的控制装置是在第六发明的控制装置的基础上，使车辆具有左侧行驶装置以及右侧行驶装置。并且，使可变容量泵以及可变容量液压马达分别具有用于驱动左侧行驶装置的泵以及马达、用于驱动右侧行驶装置的泵以及马达。并且， 进一步具有检测左右转向行程的转向操纵杆传感器。压差计算部根据左前液压传感器的检测值与左后液压传感器的检测值来求出左侧前后压差，根据右前液压传感器的检测值与右后液压传感器的检测值来求出右侧前后压差，通过转向操纵杆传感器的检测结果对左侧前后压差以及右侧前后压差进行加权、平均，从而求出前后压差。转矩控制用泵容量设定部以及PID控制部由所述压差计算部求出的前后压差来求出各容量。如上所述的第七发明的控制装置对在具有左侧行驶装置以及右侧行驶装置并具有用于驱动左侧行驶装置的泵以及马达、用于驱动右侧行驶装置的泵以及马达的静液压式变速车辆中适用第六发明的控制装置的情况有利。在如上所述的本发明中，在具有静液压式变速器的车辆中，能够抑制因行驶负载而出现匹配转速变化，能够长时间稳定地进行作业。
图1是采用了本发明的一个实施方式的推土机的外观立体图。图2是表示包含所述推土机的液压及控制回路的系统的图。图3是所述推土机的控制器的功能框图。图4是车速/转速设定部的功能框图。
图5是表示低旋转匹配处理的发动机转速、泵容量、马达容量的图。图6是表示车辆行驶状态与液压回路的压差的关系的图。图7是限制车速设定部的功能框图。图8是限制车速设定部的功能框图。图9是泵-马达容量控制图的功能框图。图10是转向控制部的功能框图。图11是表示现有的推土机的发动机输出转矩特性与HST限制转矩特性的图。图12是表示采用了本发明的一个实施方式的推土机的发动机输出转矩特性与
HST限制转矩特性的图。图13是第二实施方式的控制器的功能框图。图14是第二实施方式的泵-马达容量控制器的功能框图。图15是第三实施方式的控制器的功能框图。图16是第三实施方式的失速防止控制部的功能框图。附图标记说明1 推土机4、5行驶装置21、22 可变容量泵23、24 泵斜盘驱动部30,31 可变容量液压马达32,33 马达斜盘驱动部50、50，、50” 控制器51转向操纵杆传感器52前进后退用操纵杆传感器53加减速按钮传感器54液压传感器60车速/转速设定部61 压差计算部62,62'失速防止控制部63车速选择部64,64'泵/马达容量控制部65泵控制部66 马达控制部68设定车速修正部70速度档设定部71速度档-车速对应部72低转速匹配转速设定部73车速设定部75限制转矩设定部76 限制车速设定部
78、78’泵容量设定部79,79'马达容量设定部90泵容量选择部91马达容量选择部
具体实施例方式本发明的一个实施方式的控制装置安装在作为静液压式变速车辆的例如推土机上。以下，以作为静液压式变速车辆的推土机为例进行说明。[推土机的整体结构]如图1所示，推土机1具有驾驶室(* ~ 7 )2 ；左右的行驶装置3、4 ；作业装置 5;主框架(未图示)；履带架6。主框架是作为形成推土机1的骨格的基础部件，前方安装有作业装置5，左右两侧安装有行驶装置3、4，上部安装有驾驶室2。履带架6安装在主框架的左侧及右侧。另外，图1中仅示出了左侧的履带架。左右的行驶装置3、4分别安装在左侧及右侧的履带架6上，具有由多个板状滑履连结而形成为环状的履带3a、4a。履带3a3a缠绕在多个上下配置的转轮上，通过该履带 3a、4a的旋转而能够在不平整的地面上行驶。驾驶室2配置在主框架上的后方。该驾驶室2中配置有供操作员乘坐的座位、各种操作用操纵杆、车速设定用开关、踏板、仪表类等。另外，用于进行各种操作的操纵杆中包含转向操纵杆、燃料调节操纵杆(或燃料调节刻度盘)。另外，通过操作燃料调节操纵杆能够在低空转转速(最小转速)与高空转转速(最大转速)之间调整发动机转速。在此，将低空转转速与高空转转速之间的转速定义为部分转速，将以该部分转速进行的行驶定义为部分转速行驶。并且，车速设定用开关中包含加速用按钮以及减速用按钮。作业装置5具有推土板7以及一对液压缸8，通过一对液压缸8的伸缩，能够使推土板7朝所需要的方向倾斜、移动。
[液压回路系统]图2是简略表示包含本车辆的主要液压回路的系统的图。如图2所示，发动机20 的输出轴与左右的可变容量泵21、22的驱动轴相连结。左右的可变容量泵21、22的斜盘 21a、22a的倾斜位置(倾斜角)分别由左右的泵斜盘驱动部23J4驱动控制。另一方面，左右的行驶装置3、4所包含的链轮25、26经由左右的终减速机27、28 而分别与左右的可变容量液压马达30、31的驱动轴相连结。左右的可变容量液压马达30、 31的斜盘30a、31a的倾斜位置(倾斜角)分别由左右的马达斜盘驱动部32、33驱动控制。另外，在左右的可变容量液压马达30、31的驱动轴上，分别设有用于使各液压马达30、31的旋转停止的左右的制动装置34、35。并且，左可变容量液压马达30的流入流出口 30b、30c分别经由油路38、油路39而与左侧的可变容量泵21的排出吸入口 2lb、2Ic相连接。同样，右可变容量液压马达31的流入流出口 31b、31c分别经由油路40、油路41而与右侧的可变容量泵22的排出吸入口 22b、22c相连接。在上述系统结构中，来自各种传感器的信号输入至控制器50，通过从该控制器50
10输出的控制信号来驱动控制可变容量泵21、22的泵斜盘驱动部23J4以及可变容量液压马达30、31的马达斜盘驱动部32、33。 并且，控制器50基于来自各种传感器的信号向发动机控制器50a发送发动机转速指令信号，发动机控制器50a基于发动机转速指令信号来控制发动机20。
[控制模块(第一实施方式)]图3是表示第一实施方式的本车辆的控制模块的图。在该图3中，示出了与控制器50相连接的各种传感器，将控制器50的功能模块化显示。<传感器>在控制器50上，连接有转向操纵杆传感器51、前进后退用操纵杆传感器52、加减速按钮传感器53、检测图2所示各油路的压力的液压传感器M。并且，表示发动机转速的信号被输入至控制器50。另外，发动机转速信号可从发动机控制器50a输入至控制器50， 也可从设置在发动机20上的转速传感器直接输入。转向操纵杆传感器51是用于检测操作员将转向操纵杆向左或右操作的行程的传感器。前进后退用操纵杆传感器52是用于检测操作员发出的是前进指示还是后退指示的传感器。加减速按钮传感器53是用于检测操作员操作的是加速按钮还是减速按钮的传感器，由此检测出操作员指示的变速档。如图2所示，液压传感器M包含检测前进时供给至右侧行驶装置4的液压的传感器Ma、检测前进时供给至左侧行驶装置3的液压的传感器Mb、检测后退时供给至右侧行驶装置4的液压的传感器Mc、检测后退时供给至左侧行驶装置3的液压的传感器Md。<控制器>控制器50包括车速/转速设定部60、压差计算部61、失速防止部62、车速选择部63、泵/马达容量控制部64、泵控制部65、马达控制部66、转向控制部67。-车速/转速设定部60-图4详细地示出了车速/转速设定部60的结构。该车速/转速设定部60具有车速设定部73、低旋转匹配转速设定部72。车速设定部73是包含速度档设定部70以及速度档-车速对应部71并根据所指示的速度档来设定车速的部分。并且，低旋转匹配转速设定部72是在设定的车速处于预先设定的中低速度区域的情况下将发动机转速设定为规定的部分转速的部分。速度档设定部70是接受来自加减速按钮传感器53的信号并设定速度档的部分。 其中，尽管详细说明省略，但在该车辆中设有能够迅速变速的变速模式(例如，能够实现三档变速)与能够细微变速的变速模式(例如，能够实现九档变速)。因此，根据变速模式或操作员对变速按钮的设定来设定速度档。速度档-车速对应部71是存储有示出各速度档与设定车速的对应关系的图表的部分。因此，能够基于由速度档设定部70设定的速度档来求出对应的车速(所设定的速度档的最高车速)。另外，在速度档-车速对应部71中分别独立设有前进时的图表与后退时的图表。低旋转匹配转速设定部72是在由速度档-车速对应部71设定的车速处于预先设定的中低速度区域的情况下将发动机转速的上限值设定为低于高空转转速的低匹配转速的部分。具体地说，如作为一例的图5的特性肚所示，当操作员设定的车速为0 7. 8km/ h时，即使操作员通过操作燃料调整操纵杆(或燃料调整刻度盘)而将发动机转速设定为高空转转速(2270rpm 全速(7 > —卜“)行驶)，仍然发出使发动机以低于该高空转转速的转速(1900rpm 部分转速)旋转的发动机控制信号。另一方面，当设定车速处于7. 8以上的高速区域时，发出使发动机转速以与设定车速成比例的方式上升至高空转转速的发动机控制信号。另外，在图5中，一并示出低旋转匹配转速设定部72的图表与后述的泵/马达容量控制部64的图表。-压差计算部61-在压差计算部61中，首先，根据来自前进后退用操纵杆传感器52以及各液压传感器5 Md的检测结果，按照图6所示的关系如以下所述求出压差。(a)在前进后退用操纵杆处于前进或中立位置的情况下(a-Ι)左前后压差(APl)=左前压力(PMb)-左后压力(PMd)(a-2)右前后压差(ΔΡΚ)=右前压力(PMa)-右后压力(PMc)(b)在前进后退用操纵杆处于后退位置的情况下(b-Ι)左前后压差(APl)=左后压力(PMd)-左前压力(PMb)(b-Ι)右前后压差(ΔΡΚ)=右后压力(PMc)-左前压力(PMa)其中，所述“左前后压差”、“右前后压差”等中的“左”代表驱动左侧行驶装置3的液压回路，“右”代表驱动右侧行驶装置4的液压回路。并且，“前”代表液压回路中前进时的液压供给侧，“后”代表液压回路中后退时的液压供给侧。而且，压差计算部61利用上述左前后压差(ΔΡ^、右前后压差(ΔΡΚ)以及来自转向操纵杆传感器51的检测结果，通过以下关系式计算出限制车速设定用压差(ΔΡ)。ΔΡ= (APl X STl+Δ Pe X STe)/2 (式 1)S卩，压差计算部61利用转向操纵杆传感器51的检测结果分别对左前液压传感器 54b与左后液压传感器54d的压差即左前后压差(APJ以及右前液压传感器5 与右后液压传感器5 的压差即右前后压差(ΔΡΚ)进行加权，并计算出两个前后压差的平均值，并将其作为限制车速设定用压差(ΔΡ)。另外，SIY是使转向操纵杆向左侧倾斜时的指令值，最大倾斜时为-100%，中立位置处为100%。并且，STk是使转向操纵杆向右侧倾斜时的指令值，最大倾斜时为-100%，中立位置处为100%。其中，转向操纵杆构成为能够以从操作员的角度看的中立位置为中心向左右两方向自如地倾斜摆动。而且，中立位置与作业车辆1的“直行行驶”相对应，向左侧倾斜摆动与作业车辆1的“左转弯”相对应，向右侧倾斜摆动与作业车辆1的“右转弯”相对应。当转向操纵杆处于中立位置(操作行程为0%)时，左履带3a的左转向指令为 100%，右履带如的右转向指令为100%。而且，随着操纵杆向右侧的操作行程的增加，右履带如的右转向指令减小。并且，随着操纵杆向左侧的操作行程的增加，左履带3a的左转向指令减小。代表由左右的转向操纵杆传感器51检测出的操作行程的电信号被输入至转向控制部67，进行以下控制。首先，对右转弯进行说明。随着操纵杆向右侧的操作行程的增加，右转向指令STkW 100%减少至-100% (右满舵)。此时的左转向指令SIY仍为100%。
当右转向指令STkW 100%减少至0%时，右履带如与左履带3a朝相同方向旋转， 进行按与左转向指令SIY为100%的比例相对应的转弯。例如，右转向指令与右转向指令STk为30 %相比，右转向指令STk为80 %时的转弯半径更大。并且，当右转向指令STk为0%时，右履带如的旋转停止，仅左履带3a进行100% 的旋转，即，进行原地右转弯。另一方面，当右转向指令STk*-100% (右满舵)时，右履带如与左履带3a以相同转速朝相反方向旋转，即，进行超原地转弯(超信地旋回)。而且，左转弯也同样。即，随着操纵杆向左侧的操作行程的增加，左转向指令SIY从 100%减少至-100% (左满舵)。此时的右转向指令STk仍为100%。当左转向指令SIY从100%减少至0%时，左履带3a与右履带如朝相同方向旋转， 进行按与右转向指令STk* 100%的比例相对应的转弯。例如，左转向指令SIY为80%与左转向指令SIY为30 %相比，左转向指令SIY为80 %时的转弯半径更大。并且，当左转向指令SIY为0%时，左履带3a的旋转停止，仅右履带如进行100% 的旋转，即，进行原地左转弯。另一方面，当左转向指令SIY为-100% (左满舵)时，左履带3a与右履带如以相同转速朝相反方向旋转，即，进行超原地转弯。另外，转向指令STK、STl被输出至后述泵控制部65而转换为泵容量比。-失速防止控制部62-图7详细地示出了失速防止控制部62的结构。如图所示，失速防止控制部62具有用于根据发动机转速来求出限制转矩的限制转矩设定部75、限制车速设定部76。其中，在图7的限制车速设定部76中，存储有如图8所示的用于根据限制转矩Tp 与限制车速设定用压差ΔΡ来求出限制车速的关系。具体地说，存储有虽然限制车速设定用压差ΔΡ保持一定但限制转矩Tp越大限制车速越高、限制转矩Tp越小限制车速越低的关系。在示出该特性的图中，限制车速较低的区域为泵区域，限制转矩较高的区域为马达区域。其中，泵区域是指以使马达容量保持最大而使泵容量变化的方式来改变车速的区域(参考图5，随后详述)，在该区域中，以使限制转矩(即，静液压式变速器的吸收转矩) 保持一定的方式对泵容量进行控制。即，能够通过控制泵容量来控制限制转矩的范围为泵区域。马达区域是指以使泵容量保持最大而使马达容量变化的方式来改变车速的区域 (参考图5，随后详述)，在该区域中，如果要使限制转矩保持一定，则需要按图中的点划线 Pc所示方式进行控制。但是，如果进行该控制，若限制车速设定用压差△ P稍微发生变动， 就会使限制车速在马达区域中在最低与最高之间来回变化。即，出现振荡现象。因此，在马达区域中，不使压力保持一定，而使压力以随限制车速的增而降低的方式倾斜(特性Tp’)，从而防止可变容量液压马达的容量控制出现振荡现象。-车速选择部63-车速选择部63将由车速/转速设定部60获得的设定车速与由失速防止控制部 62(限制车速设定部76)获得的限制车速进行比较，选择较低的车速作为“指令车速”。-泵/马达容量控制部64-
图9详细地示出了泵/马达容量控制部64的结构。泵/马达容量控制部64包括泵容量设定部78、马达容量设定部79。泵容量设定部78及马达容量设定部79分别具有与由车速选择部63选择的指令车速对应的可变容量泵的容量(以下，简称泵容量)的值、可变容量液压马达的容量(以下，简称马达容量)的值构成的图表。而且，通过各设定部78、 79来设定与由车速选择部63选择的车速对应的泵容量、马达容量。具体地说，直到泵容量达到最大为止，即，直到指令车速达到例如3. 5km/h为止，通过泵容量设定部78以与指令车速成比例的方式使泵容量增大，在泵容量达到最大容量后使容量保持一定。而且，直到泵容量达到最大为止，即，直到指令车速达到例如3. 5km/h为止，通过马达容量设定部79使马达容量保持一定，在泵容量达到最大容量后，随指令车速的升高而使马达容量逐渐减小。以对可变容量泵以及可变容量液压马达进行以上控制的方式发出容量控制信号。在本实施方式中，泵容量设定部78中与指令车速相对应的泵容量图表以及马达容量设定部79中与指令车速对应的马达容量图表是以使车辆的速度在发动机以部分转速旋转的情况下仍能够达到车速设定部73设定的车速的方式设定的。如上所示，在图5中一并示出了低旋转匹配转速设定部72的图表与后述泵/马达容量控制部64的图表。在图5中，将泵容量Pq以及马达容量Mq设定为发动机在中低速度区域以部分转速(1900rpm)旋转的情况下能够获得设定车速。中低速度区域中设定车速较低的区域是通过使马达容量保持最大并使泵容量发生变化来改变车速的泵区域。并且，中低速度区域中设定车速较高的区域是通过使泵容量保持最大并使马达容量发生变化来改变车速的马达区域。图5中的泵区域与马达区域分别与图8中的泵区域与马达区域相对应。高速度区域是不能通过对可变容量泵及可变容量马达的控制来达到设定车速的区域。因此，在高速度区域中，如上所示，使发动机转速以与设定车速成比例的方式上升至高空转转速，通过控制发动机的转速来改变车速。-泵控制部65-泵控制部65在从泵/马达容量控制部64发出的泵容量指令中加入来自左右转向操纵杆以及前进后退用操纵杆的指令，并将容量指令转换为电流指令，作为控制信号发送至左右的泵斜盘驱动部23、24。-马达控制部66-马达控制部66将从泵/马达容量控制部64发出的马达容量指令转换为电流指令，作为控制信号发送至左右的马达斜盘驱动部32、33。-转向控制部67-图10详细地示出了转向控制部67的结构。该转向控制部67是用于将由转向操纵杆传感器51检测出的操纵杆行程转换为左右转向指令的部分，具有如图10所示的表示操纵杆行程与指令值的对应关系的转换图表82。另外，在该图10中已示出了转向操纵杆的行程与右转向指令的关系，由于图表(图)左右对称，因此转向操纵杆的行程与左转向指令的关系的用于进行转换的基本结构相同。[控制处理]下面，参考图3至图7对控制器50的控制处理进行说明。〈低旋转匹配处理〉首先，对由控制器50执行的低旋转匹配处理进行说明。该低旋转匹配处理是根据推土机的目前的使用状态，在指令车速处于中低速度区域时自动地将发动机转速设定为部分转速的处理。另外，在实际的控制处理中，还要根据限制转矩来控制泵以及马达的容量， 但在此，为了使说明简单化，首先，对仅考虑低旋转匹配的控制进行说明。低旋转匹配处理主要通过车速/转速设定部60以及泵/马达容量控制部64来进行。具体地说，如果操作员发出的加速或减速指示输入至速度档设定部70，则速度档设定部70根据该指示来设定速度档。而且，通过速度档-车速对应部71来设定与该设定的速度档对应的设定车速。另外，前进时利用前进用图表来设置设定车速，后退时利用后退用图表来设置设定车速。如果速度档-车速对应部71设定了车速，则基于该设定车速通过低旋转匹配转速设定部72来设定转速。如上所示，在低旋转匹配转速设定部72中预先存储有图5所示的图表(特性肚)。因此，在设定车速被预先设定的中低速度区域，发动机转速被设定为部分转速即1900rpm。其中，即使操作员将发动机转速设定为高空转转速，也仍然自动地设为部分转速。如上所示，泵容量Pq以及马达容量Mq被设定为在中低速度区域发动机以部分转速(1900rpm)旋转的情况下能够获得设定车速。并且，在高速度区域能够通过对发动机转速的控制获得设定车速。这样，即使在操作员将发动机转速设定为高空转转速时，在设定车速处于预先设定的中低速度区域的情况下，仍能够自动地将发动机转速限制于部分转速，因此能够降低燃耗。并且，当设定车速处于高速度区域时，由于能够通过对发动机转速的控制获得必要的车速，因此最高车速不会低于现有技术的最高车速。即，即使操作员以高空转转速驾驶，也能够使燃耗低于现有技术，并且能够获得与现有技术同等大小的最高车速。〈转矩控制处理〉如上所述，在现有的推土机的泵及马达的容量控制中，如果负载压力发生变动，则发动机输出转矩特性与静液压式变速器的限制转矩特性匹配的转速大幅变动，不利于低旋转匹配处理的进行。因此，在本实施方式中，按在所述失速防止控制部62部分的说明的方式进行转矩控制，根据发动机转速来设定限制转矩。由于进行转矩控制，因此如图12所示，限制转矩特性T可由一条线表示，即使在进行低转速匹配处理时，也能够将匹配转速的变化幅度抑制在例如IlOrpm左右。在进行该转矩控制时，首先，通过压差计算部61求出左前后压差与右前后压差。 具体内容参考上述对压差计算部61的说明。根据由压差计算部61求出的压差与发动机转速，通过失速防止控制部62来设定限制车速。具体内容参考上述对失速防止控制部62的说明。设定限制车速后，通过车速选择部63对该限制车速与由车速/转速设定部60设定的设定车速进行比较，选择较低的车速。其后，基于由车速选择部63选择的车速，通过泵/马达容量控制部64对泵容量以及马达容量进行设定。即，根据由车速选择部63设定的车速，通过泵容量设定部78对泵容量进行设定，通过马达容量设定部79对马达容量设定部进行设定。通过泵控制部65，在如上所述设定的泵容量指令中加入来自转向操纵杆传感器51以及前进后退用操纵杆传感器52的指令，并将其转换为电流指令，作为控制信号发送至左右的可变容量泵21、22的泵斜盘驱动部23、24。并且，通过马达控制部66，将马达容量转换为指令电流，作为控制信号发送至左右的可变容量液压马达30、31的马达斜盘驱动部 32、33 ο因此，即使在以高空转转速行驶的情况下，也能够在指令车速(即设定车速或限制车速)处于中低速度区域的情况下自动地将发动机转速限制于部分转速，因此能够降低燃耗。并且，当设定车速处于高速度区域时，由于能够通过对发动机转速的控制来获得必要的车速，因此最高车速不会低于现有技术的最高车速。即，即使操作员以高空转转速驾驶， 也能够使燃耗低于现有技术，并且能够获得与现有技术同等大小的最高车速。[本实施方式的特征](1)通过低速旋转匹配处理，当指令车速处于预先设定的中低速度区域时，即使在操作员发出以高空转转速行驶的指示的情况下，仍能够自动地以规定的部分转速行驶。因此，操作员无需进行行驶模式切换等复杂的操作，能够降低燃耗，减小噪音。而且，由于以在中低速度区域发动机以部分转速旋转的情况下仍能够获得设定车速的方式设定泵容量以及马达容量，因此尽管发动机转速较低，仍然能够使车速达到操作员所要求的速度。(2)在进行低速旋转匹配处理时，在指令车速达到高速并达到对泵容量以及马达容量的控制极限的情况下，进行控制，使发动机转速上升至高空转转速。因此，能够在不变更硬件结构即不使可变容量泵以及可变容量液压马达大型化的条件下使车速达到操作员所要求的设定车速。另外，与中低速度区域相比，在高速区域中的燃耗降低效果较小，但是，作为特别是推土机的通常使用状况，最高车速的使用频率非常低，这样，由于在使用频率高的速度区域以部分转速行驶，因此，从使用状况的整体上来看能够改善燃耗性能。(3)在本实施方式中，以不会因负载的变动而使匹配转速发生较大变动的方式进行转矩控制。具体地说，以使匹配转速保持一定的方式设定泵容量以及马达容量。因此，有利于如上所述的低旋转匹配处理的进行。(4)由于根据发动机转速来设定限制转矩，并以使匹配转速的变动幅度基本保持一定的方式控制各自容量，因此即使负载发生变动也能够避免发动机输出降低。(5)由于在转矩控制中，在泵容量达到最大容量后，即在控制马达容量的马达区域不使限制车速相对于压力保持一定，因此能够防止马达容量控制中出现振荡现象。[控制模块(第二实施方式)]图13是本发明第二实施方式的车辆的控制器50’的控制框图。在此，仅对与第一实施方式不同的内容进行说明，对与第一实施方式相同的部分付以同一附图标记，其说明省略。在该第二实施方式中，在车速/转速设定部60与车速选择部63之间设有设定车速修正部68。并且，在泵/马达容量控制部64’中，与指令车速相对应的泵容量值、马达容量值的图表与第一实施方式的图表不同。除图表不同外，与第一实施方式的泵/马达容量控制部64相比没有变化。在本实施方式中，主要通过车速/转速设定部60以及设定车速修正部68来进行低旋转匹配处理。
车速修正部68通过高空转转速对设定车速进行修正，并将修正后的设定车速发送至泵/马达容量控制部64’，以使车辆的速度在发动机以部分转速旋转时能够达到由车速设定部73设定的车速。具体地说，设定车速修正部68通过由车速设定部73求出的设定车速与低旋转匹配转速，基于以下式来求出修正设定车速。修正设定车速=设定车速X (高空转转速/低旋转匹配转速)(式2)车速选择部63对由车速修正部68求出的修正设定车速与由失速防止控制部 62(限制车速设定部76)获得的限制车速进行比较，选择较低的车速作为“指令车速”。如图14所示，泵/马达容量控制部64’包括泵容量设定部78’、马达容量设定部 79’。在泵容量设定部78’与马达容量设定部79’所存储的与指令车速对应的泵容量的值的图表中，以使车辆的速度在发动机以高空转转速旋转时能够达到由车速设定部73设定的车速的方式预先存储有设定车速与可变容量泵的容量的对应关系以及设定车速与可变容量液压马达的容量的对应关系。即，在该第二实施方式中泵/马达容量控制部64’与现有的推土机中的泵/马达容量控制部无任何不同。[本实施方式的特征]根据本实施方式，能够在未对现有的泵/马达容量控制部进行变更的情况下得到与第一实施方式同样的效果。而且，由于无需存储多个图表，因此即使在需要变更部分转速的情况下也能够容易地应对。[控制模块(第三实施方式)]图15是本发明第三实施方式的车辆的控制器50”的控制框图。在此，仅对与第一实施方式以及第二实施方式不同的内容进行说明，对与第一实施方式以及第二实施方式相同的部分付以同一附图标记，其说明省略。在该第三实施方式中，与第二方式同样，在车速/转速设定部60与车速选择部63 之间设有设定车速修正部68，在泵/马达容量控制部64’中存储有同样的图表。而且，本实施方式与第一实施方式以及第二实施方式的不同之处主要在于通过PID控制来获得马达容量。具体地说，控制器50”与上述各实施方式不同的结构在于，具有失速防止控制部 62，、马达容量控制部(PID)控制69、泵容量选择部90、马达容量选择部91。如图16所示，失速防止控制部62，具有用于根据发动机转速获得限制转矩的限制转矩设定部75、转矩控制用泵容量设定部76’。限制转矩设定部75具有与上述实施方式相同的结构及功能，根据发动机转速来设定HST能够使用的最大的转矩即限制转矩。并且，在转矩控制用泵容量设定部76’中，存储有如图16所示的用于根据限制转矩Tp与泵容量设定用压差ΔΡ求出泵容量的关系。具体地说，存储有在压差ΔP保持一定时限制转矩Tp越大泵容量越大、限制转矩Tp越小泵容量越小的关系。在该第三实施方式中失速防止控制部 62’仅根据压差与发动机转速(限制转矩)设定并输出泵容量。另一方面，通过马达容量控制部69获得马达容量。即，在马达容量控制部69中设定预先固定的目标压力后，通过该马达容量控制部69的PID控制来进行反馈控制，从而以使由压差计算部61获得的压差达到目标压力的方式设定马达容量。泵容量选择部90对由泵/马达容量控制部64’的泵容量设定部78’设定的泵容量与由失速防止控制部62’的转矩控制用泵容量设定部76’设定的泵容量进行比较，选择并输出较小的泵容量。并且，马达容量选择部91对由泵/马达容量控制部64’的马达容量设定部79’设定的马达容量与由马达容量控制部69设定的马达容量进行比较，选择并输出较大的马达容量。下面，对该第三实施方式的动作进行说明。低旋转匹配处理与第一实施方式中说明的处理相同，并且，通过上述式( 对设定车速进行修正而获得修正设定车速的处理与第二实施方式中说明的处理相同。根据如上所述获得的修正设定车速，通过泵容量设定部78’的图表获得泵容量。另一方面，通过失速防止控制部62，的转矩控制用泵容量设定部76，，根据限制转矩Tp与泵容量设定用压差ΔP求出泵容量。泵容量选择部90在如上所述求出的两个泵容量中选择较小的泵容量，并将选择的泵容量发送至泵控制部65。之后的处理与上述实施方式相同。并且，根据修正设定车速，通过马达容量设定部79’的图表求出马达容量。另一方面，通过马达容量控制部69，求出使压差ΔΡ达到目标压力的马达容量。而且，马达容量选择部91在如上所述求出的两个马达容量中选择较大的马达容量，并将选择的马达容量发送至马达控制部66。之后的处理与上述各实施方式相同。[本实施方式的特征]根据本实施方式，能够在不对现有的泵/马达容量控制部进行变更的情况下得到与第一实施方式同样的效果。并且，在为了避免作业时出现动力不足而进行的马达容量设定中，由于通过PID 控制来设定马达容量，因此能够高精度且可靠地设定所需要的马达容量。而且，由于通过PID控制来决定马达容量，因此与第一实施方式、第二实施方式相比，能够可靠地防止马达容量发生振荡。[其他实施方式](a)在限制车速设定部76中，在控制马达容量的区域，压力相对于限制车速的特性向右下方倾斜，但也可使压力保持一定。此情况下，能够使图10所示的匹配旋转的变化幅度几乎消失。(b)上述实施方式所示的部分转速或高空转转速以及设定车速或指令车速仅为示例，并不限于上述数值。(c)在第三实施方式中，以修正设定车速的方式设定泵容量等，但也可不修正设定车速，而利用具有与第一实施方式相同的图表的泵/马达容量控制部64来设定各容量。工业实用性通过以上发明，在具有静液压式变速器的车辆中，能够抑制行驶负载引起的匹配转速的变化，能够一直稳定地进行作业。
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权利要求
1.一种静液压式变速车辆的控制装置，所述静液压式变速车辆具有静液压式变速器， 该静液压式变速器包含由发动机驱动的可变容量泵以及通过所述可变容量泵的压力油而旋转的可变容量液压马达；所述静液压式变速车辆的控制装置的特征在于，具有车速设定部(73)，其基于操作员发出的前进后退指令以及速度档指令来求出设定车速；液压传感器(M)，其检测包含所述可变容量泵与所述可变容量液压马达的液压回路的压力；限制转矩设定部(75)，其在获得发动机转速的同时根据获得的所述发动机转速来求出所述静液压式变速器能够使用的限制转矩；限制车速设定部(76)，其基于检测出的所述液压回路的压力以及由所述限制转矩设定部(75)求出的限制转矩来求出限制车速；车速选择部(63)，其选择由所述车速设定部(7 设定的设定车速与由所述限制车速设定部(76)求出的限制车速中较低的车速；泵/马达容量控制部(64)，其基于由所述车速选择部(6 选择的车速来控制所述可变容量泵以及所述可变容量马达的各自容量。
2.根据权利要求1所述的静液压式变速车辆的控制装置，其特征在于，所述限制车速设定部(76)具有表示所述限制车速与所述液压回路的压力的关系的图表，在所述图表中，限制车速的低速侧是求出用于控制所述可变容量泵的容量的限制车速的泵区域，限制车速的高速侧是求出用于控制所述可变容量液压马达的容量的限制车速的马达区域，在所述马达区域，限制车速随着所述压力的降低而升高。
3.根据权利要求1或2所述的静液压式变速车辆的控制装置，其特征在于，所述液压传感器具有检测前进时所述液压回路的压力的前侧液压传感器、检测后退时所述液压回路的压力的后侧液压传感器，进一步具有检测所述车辆行进方向的前进后退用操纵杆传感器(5 和压差计算部 (61)，并且，所述压差计算部(61)基于所述前进后退用操纵杆传感器(5 的检测结果，在前进时从所述前侧液压传感器的检测值中减去所述后侧液压传感器的检测值而求出前后压差，后退时从所述后侧液压传感器的检测值中减去所述前侧液压传感器的检测值而求出前后压差，所述限制车速设定部(76)基于由所述压差计算部(61)求出的前后压差来求出所述限制车速。
4.根据权利要求3所述的静液压式变速车辆的控制装置，其特征在于， 所述车辆具有左侧行驶装置以及右侧行驶装置，所述可变容量泵以及所述可变容量液压马达分别包括用于驱动所述左侧行驶装置的泵以及马达、用于驱动所述右侧行驶装置的泵以及马达， 进一步具有检测左右的转向行程的转向操纵杆传感器，所述压差计算部(61)根据所述左前液压传感器的检测值与所述左后液压传感器的检测值求出左侧前后压差，根据所述右前液压传感器的检测值与所述右后液压传感器的检测值求出右侧前后压差，通过所述转向操纵杆传感器的检测结果对所述左侧前后压差以及所述右侧前后压差进行加权及平均，从而求出平均前后压差，所述限制车速设定部(76)基于由所述压差计算部(61)求出的平均前后压差来求出所述限制车速。
5.一种静液压式变速车辆的控制装置，所述静液压式变速车辆具有静液压式变速器， 该静液压式变速器包含由发动机驱动的可变容量泵以及通过所述可变容量泵的压力油而旋转的可变容量液压马达；所述静液压式变速车辆的控制装置的特征在于，具有车速设定部(73)，其基于操作员发出的前进后退指令以及速度档指令来求出设定车速；泵/马达容量控制部(64’)，其基于由所述车速设定部(7 设定的车速来控制所述可变容量泵以及所述可变容量液压马达的各自容量；液压传感器(M)，其检测包含所述可变容量泵与所述可变容量液压马达的液压回路的压力；限制转矩设定部(75)，其在获得发动机转速的同时根据获得的所述发动机转速来求出所述静液压式变速器能够使用的限制转矩；转矩控制用泵容量设定部(76’)，其基于检测出的所述液压回路的压力以及由所述限制转矩设定部(7 求出的限制转矩来设定转矩控制用泵容量；泵容量选择部(90)，其在由所述泵/马达容量控制部(64’)获得的泵容量与由所述转矩控制用泵容量设定部(76’ )获得的泵容量中选择较小的泵容量作为用于控制所述可变容量泵的泵容量指令值输出；PID控制部(69)，其以使所述液压回路的液压达到预先设定的目标值的方式进行PID 控制，从而求出马达容量；马达容量选择部(91)，其在由所述泵/马达容量控制部(64’)获得的马达容量与由所述PID控制部(69)获得的马达容量中选择较大的马达容量作为用于控制所述可变容量液压马达的马达容量指令值输出。
6.根据权利要求5所述的静液压式变速车辆的控制装置，其特征在于，所述液压传感器具有检测前进时所述液压回路的压力的前侧液压传感器、检测后退时所述液压回路的压力的后侧液压传感器，进一步具有检测所述车辆行进方向的前进后退用操纵杆传感器(5 和压差计算部 (61)，所述压差计算部(61)基于所述前进后退用操纵杆传感器(5 的检测结果，在前进时从所述前侧液压传感器的检测值中减去所述后侧液压传感器的检测值而求出前后压差，后退时从所述后侧液压传感器的检测值中减去所述前侧液压传感器的检测值而求出前后压差，所述转矩控制用泵容量设定部(76’ )以及所述PID控制部(69)基于由所述压差计算部(61)求出的前后压差来求出所述各自容量。
7.根据权利要求6所述的静液压式变速车辆的控制装置，其特征在于， 所述车辆具有左侧行驶装置以及右侧行驶装置，所述可变容量泵以及所述可变容量液压马达分别具有用于驱动所述左侧行驶装置的泵以及马达、用于驱动所述右侧行驶装置的泵以及马达， 进一步具有检测左右的转向行程的转向操纵杆传感器，所述压差计算部(61)根据所述左前液压传感器的检测值与所述左后液压传感器的检测值求出左侧前后压差，根据所述右前液压传感器的检测值与所述右后液压传感器的检测值求出右侧前后压差，通过所述转向操纵杆传感器的检测结果对所述左侧前后压差以及所述右侧前后压差进行加权及平均，从而求出平均前后压差，所述转矩控制用泵容量设定部(76’ )以及所述PID控制部(69)基于由所述压差计算部(61)求出的前后压差来求出所述各自容量。
全文摘要
一种静液压式变速车辆的控制装置，其能够抑制具有静液压式变速器的静液压式变速车辆因行驶负载而出现匹配转速变化。该装置具有车速设定部、液压传感器、限制转矩设定部、限制车速设定部、车速选择部、泵/马达容量控制部。车速设定部基于操作员发出的前进后退指令以及速度档指令来求出设定车速。液压传感器检测液压回路的压力。限制转矩设定部根据发动机转速求出静液压式变速器能够使用的限制转矩；限制车速设定部基于检测出的液压回路的压力以及由限制转矩设定部求出的限制转矩来求出限制车速。车速选择部选择由车速设定部设定的设定车速与由限制车速设定部求出的限制车速中较低的车速。泵/马达容量控制部基于由车速选择部选择的车速来控制可变容量泵以及可变容量马达的各自容量。
文档编号F16H59/24GK102245941SQ20098014933
公开日2011年11月16日 申请日期2009年9月28日 优先权日2008年12月17日
发明者小野寺由孝, 山本茂, 石原隆男, 石桥永至, 迎野雅行 申请人:株式会社小松制作所