行走作业车辆的控制装置的制作方法

专利名称：行走作业车辆的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮式装卸机或可伸缩式输送装置等行走作业车辆的控制装置，该行走作业车辆通过发动机驱动行走装置进行行走，并且，通过发动机驱动液压泵，使作业执行元件开始动作，进而进行规定的作业。
背景技术：
在日本特公平7-103593号公报中记载了一种具有液压泵及行走装置的行走作业车辆，在该行走作业车辆中，对发动机的输出特性与液压泵的转矩进行分段切换，从而能够改善燃料消耗。下面，对该现有技术进行说明。
日本特公平7-103593号公报中记载的行走作业车辆包括可使发动机的输出特性分段变更的电子控制式调速器，用于输出模式选择信号的操作开关，在操作员对操作开关进行操作并选择M1模式的情况下，发动机的输出特性被设定成与现有的输出特性相同的一般的特性，若选择M1模式以外(M2模式及M3模式)的模式，发动机的输出特性就被设定成发动机输出转矩比M1模式小的特性。另外，该行走作业车辆具有两个固定容量型的油压泵，及电磁液压控制断流阀，该电磁液压控制断流阀将一侧的液压泵的排出油路切换连接到排流回路，在选择M2模式时，为了进行挖掘作业，行走装置的传输速度从前进第2速度(F2)变速到前进第1速度(F1)，随后，向电磁液压控制断流阀输出电指令，使两个液压泵中的一侧的排出油路卸载，进而从两泵驱动切换成一泵驱动。这样，在作业机液压回路为高压时(重负荷作业时)不仅能够确保充分的行走牵引力、维持作业量，并且，能在作业机液压回路为低压时使液压负荷(泵吸收转矩)与两泵驱动时相比减少，将发动机的输出更多地分配到行走驱动一侧，从而能够确保操作性，并改善燃料消耗。
在日本专利第2968558号公报中公开了一种技术，当行走驱动装置与执行元件的负荷之和小于发动机的输出转矩时，增大液压泵的最大吸收转矩并增大作业机侧的分配量，当该负荷之和大于发动机的输出转矩时，减小液压泵的最大吸收转矩并确保较大的行走转矩，维持较大的牵引力。
专利文献1日本特公平7-103593号日本专利第2968558号但是，在上述现有技术中存在下面的问题。
日本特公平7-103593号公报记载的现有技术是通过改变发动机的输出特性使发动机输出降低的、利用发动机来谋求改善燃料消耗的技术。因此，在使用通常的不能改变发动机输出特性的发动机(通用发动机)的情况下，虽然能够控制重负荷作业时的泵吸收转矩、确保作业量，但是，由于不能降低发动机输出，因此，不能改善燃料消耗。
另外，由于使用了两个固定容量型的液压泵，是通过选择一泵驱动还是两泵驱动来控制作业机一侧的输出的，因此，作为泵的容量仅能在一泵还是两泵之间进行选择，不能弹性选择发动机的输出分配。
日本专利第2968558号公报记载的现有技术，仅能在观察到负荷状态时才能控制液压泵的最大吸收转矩，而且不能控制发动机一侧，所以，不能达到改善燃料消耗的效果。

发明内容
本发明的目的在于提供一种行走作业车辆，该行走作业车辆利用常规的发动机，在能够确保重负荷作业时的作业量的同时能够改善燃料消耗，而且能够弹性地对发动机的输出进行分配。
(1)为了实现上述目的，本发明采用下述的结构。即，一种行走作业车辆的控制装置，包括发动机，控制该发动机的转速的燃料喷射装置，被所述发动机驱动的且包括行走用转矩转换器的行走机构，被所述发动机驱动的可变容量型的液压泵，被该液压泵的排出油驱动的作业执行元件，其特征在于，具有控制所述液压泵的吸收转矩不超过预定最大吸收转矩的泵转矩控制机构，指令所述发动机的目标转速的输入机构，判断所述行走作业车辆的作业状态的状态判断机构，根据所述状态判断机构的判断结果，对用于求出所述液压泵的最大吸收转矩的泵基本转矩及所述发动机的目标转速双方进行修正的修正控制机构。
状态判断机构用于判断行走作业车辆的作业状态，修正控制机构根据状态判断机构的判断结果对用于求出液压泵的最大吸收转矩的泵基本转矩及发动机的目标转速双方进行修正。这样，即使利用不能改变发动机的输出特性的普通发动机，也能使重负荷作业时作业机侧的液压泵的负荷(吸收转矩)降低，增大行走驱动侧的输出，并且，可通过降低目标发动机转速来降低燃油消耗，可既确保作业量又改善燃料消耗。
根据该技术方案，能够对行走作业车辆的作业状态进行判断，平衡性良好地将发动机输出分配给行走输出及作业机输出，同时，由于能够减轻发动机的负荷，所以既能确保重负荷作业时的作业量又能谋求改善燃料消耗的目的。
另外，由于作业机侧的液压泵为可变容量型液压泵，因此可通过改变最大吸收转矩的修正量将泵容量控制在任意的数值，能够弹性地分配发动机的输出。
(2)在上述(1)中，优选地，使所述状态判断机构具有判断所述发动机的负荷状态的第1判断机构，当通过所述第1判断机构判断出所述发动机处于超负荷状态时，所述修正控制机构对用于求出所述液压泵的最大吸收转矩的泵基本转矩及所述发动机的目标转速进行修正，以使其分别减小。
发动机在重负荷作业时经常出现超负荷状态的情况。通过判断行走作业车辆的作业状态也就是判断发动机的负荷状态，并当发动机处于超负荷状态时通过降低用于求出液压泵的最大吸收转矩的泵基本转矩与目标转速，来确保重负荷作业时的作业量并改善燃料消耗。
(3)另外，在上述(1)中，优选地，使所述状态判断机构具有判断所述发动机的负荷状态的第1判断机构，及判断所述行走机构的作业状态的第2判断机构，当通过所述第1判断机构判断出所述发动机处于超负荷状态，并通过所述第2判断机构判断出所述行走机构接近转矩转换器失速状态时，所述修正控制机构对用于求出所述液压泵的最大吸收转矩的泵基本转矩及所述发动机的目标转速进行修正，以使其分别减小。
在重负荷作业时经常出现发动机处于超负荷状态且行走机构接近转矩转换器失速状态的情况。通过判断行走作业车辆的作业状态也就是判断发动机的负荷状态，并当发动机处于超负荷状态且行走机构接近转矩转换器失速状态时通过降低用于求出液压泵的最大吸收转矩的泵基本转矩与目标转速，来确保重负荷作业时的作业量并改善燃料消耗。
另外，判断行走作业车辆的作业状态，不仅可以通过判断发动机的负荷状态实现，可还以通过判断行走机构的作业状态实现，这样，能够更准确地判断出行走作业车辆是否处于重负荷作业状态。
(4)而且，在上述(1)中，优选地，使所述状态判断机构具有判断所述发动机的负荷状态的第1判断机构，及判断所述行走机构的作业状态的第2判断机构，以及判断所述作业执行元件的作业状态的第3判断机构，当通过所述第1判断机构判断出所述发动机处于超负荷状态，通过所述第2判断机构判断出所述行走机构接近转矩转换器失速状态，且通过所述第3判断机构判断出所述作业执行元件处于高负荷状态时，所述修正控制机构对用于求出所述液压泵的最大吸收转矩的泵基本转矩及所述发动机的目标转速进行修正，以使其分别减小。
在重负荷作业时经常出现发动机处于超负荷状态且行走机构接近转矩转换器失速状态及作业执行元件处于高负荷状态的情况。通过判断行走作业车辆的作业状态也就是判断发动机的负荷状态及行走机构的作业状态以及作业执行元件的作业状态，并当发动机处于超负荷状态且行走机构接近转矩转换器失速状态同时作业执行元件处于高负荷状态时，通过降低用于求出液压泵的最大吸收转矩的泵基本转矩与目标转速，来确保重负荷作业时的作业量并改善燃料消耗。
另外，判断行走作业车辆的作业状态，不仅可以通过判断发动机的负荷状态实现，还可以通过判断行走机构的作业状态以及判断作业执行元件的作业状态来实现，这样，能够更准确地判断出行走作业车辆是否处于重负荷作业状态。
(5)在上述(2)～(4)的任一项中，优选地，使所述第1判断机构具有用于检测所述发动机的实际转速的机构及计算所述目标转速与实际转速的偏差，并基于该转速偏差判断所述发动机的负荷状态的机构。
(6)在上述(3)或(4)中，优选地，使所述第2判断机构具有用于检测所述转矩转换器的输入侧的转速的机构，及用于检测所述转矩转换器的输出侧的转速的机构以及基于所述转矩转换器的输入侧的转速与输出侧转速计算转矩转换器速度比，并根据该转矩转换器速度比对所述行走机构的作业状态进行判断的机构。
(7)在上述(4)的中，优选地，使所述第3判断机构具有检测所述液压泵的负荷压力的机构及根据该液压泵的负荷压力判断所述作业执行元件的作业状态的机构。
(8)在上述(2)～(4)的任一项中，优选地，使所述修正控制机构具有当通过所述第1判断机构判断所述发动机处于超负荷状态时用于计算转矩修正值及转速修正值的机构，计算基准最大吸收转矩与所述转矩修正值之间的差进而求出修正后的最大吸收转矩的机构，以及计算所述输入机构指令的所述发动机的目标转速与所述转速修正值之差进而求出修正后的目标转速的机构。
(9)在上述(3)或(4)中，优选地，使所述修正控制机构包括当通过第1判断机构判断出所述发动机处于超负荷状态时计算第1转矩修正值及第1转速修正值的机构；当通过第2判断机构判断出所述行走机构接近转矩转换器失速状态时计算第2转矩修正值及第2转速修正值的机构；进行所述第1转矩修正值与第2转矩修正值的计算，并决定最终的转矩修正值的机构；进行所述第1转速修正值与第2转速修正值的计算，并决定最终的转速修正值的机构；计算基准最大吸收转矩与所述最终转矩修正值之差并求出修正后的最大吸收转矩的机构；以及计算所述输入机构指令的所述发动机的目标转速与所述最终的转速修正值之差进而求出修正后的目标转速的机构。
(10)在上述(4)中，优选地，使所述修正控制机构包括当通过第1判断机构判断出所述发动机处于超负荷状态时计算第1转矩修正值及第1转速修正值的机构；当通过第2判断机构判断出所述行走机构接近转矩转换器失速状态时计算第2转矩修正值及第2转速修正值的机构；当通过所述第3判断机构判断出所述作业执行元件处于高负荷状态时计算第3转矩修正值及第3转速修正值的机构；进行所述第1转矩修正值、第2转矩修正值及第3转矩修正值的计算，并决定最终的转矩修正值的机构；进行所述第1转速修正值、第2转速修正值及第3转速修正值的计算，并决定最终的转速修正值的机构；计算基准最大吸收转矩与所述最终转矩修正值之差并求出修正后的最大吸收转矩的机构；以及计算所述输入机构指令的所述发动机的目标转速与所述最终的转速修正值之差进而求出修正后的目标转速的机构。
根据本发明，通过判断行走作业车辆的作业状态能够平衡性良好地将发动机输出分配给行走输出与作业机输出，并且，由于可以减轻发动机的负荷，因此能够确保重负荷作业时的作业量还能够改善燃料消耗。
另外，由于作业机侧的液压泵为可变容量型液压泵，因此可通过改变最大吸收转矩的修正量将泵容量控制在任意的数值，弹性地分配发动机的输出。


图1为本发明的一个实施方式中的具有行走作业车辆的控制装置的整体系统示意图。
图2为表示搭载有图1所示系统的作为行走作业车辆的一例的轮式装载机的外观图。
图3为表示控制器的泵控制处理功能的功能框图。
图4为表示控制器的发动机控制处理功能的功能框图。
图5为作业机力增加时的泵吸收转矩与液力变矩器转矩及发动机转速的变化示意图，为与现有的系统相比较的图。
图6为作业机力增加时的泵吸收转矩与液力变矩器转矩及发动机转速的变化示意图，为基于本发明的系统的图。
1.发动机2.作业系统3.行走系统4.控制系统11.电子调速器(燃料喷射装置)12.油门踏板21.变速器22.液压泵23a...23n.液压执行元件24a...24n.方向切换阀25.阀装置
26.转矩控制调整器27.转矩控制电磁阀28.控制液压泵31.输出轴32.转矩转换器33.输出轴34.行走装置41.位置传感器42.压力传感器43.旋转传感器44.旋转传感器45.控制器51.基本转矩计算部52.转速偏差计算部53.修正转矩计算部54.速度比计算部55.行走状态判断部56.作业状态判断部57.选择部58.乘法部59.加法部61.油门踏板角目标转速计算部62.转速偏差计算部63.修正转速计算部64.速度比计算部65.行走状态判断部66.作业状态判断部67.选择部68.乘法部
69.加法部100.轮式装载机101.车身前部102.车身后部103.转向助力液压缸104.前作业机105.前轮106.驾驶席107.后轮111.铲斗112.升降臂113.铲斗液压缸114.臂液压缸具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1为本发明的一个实施方式中的具有行走作业车辆的控制装置的整体系统示意图。
在图1中，本实施方式中的行走作业车辆具有作为原动力的柴油发动机(以下简称发动机)1、被发动机1驱动的作业系统2及行走系统3、控制系统4。
发动机1具有电子调速器(燃料喷射装置)11，该电子调速器11根据油门踏板12的操作量(加速量)对燃油喷射量进行调整，进而调整发动机的转速。操作员对油门踏板12进行操作，并对应其踩踏量(加速量)指令作为目标的发动机转速(以下称为目标转速)。
作业系统2包括经由变速器21连接在发动机1上、并被发动机1驱动的液压泵22，在从液压泵22排出的液压油的作用下开始动作的多个液压执行元件(作业机执行元件)23a...23n，具有方向切换阀24a...24n的阀装置25，该方向切换阀24a…24n设置在液压泵22与液压执行元件23a...23n之间且用于控制向对应的执行元件供给的液压油的流动。在多个液压执行元件23a...23n上设有未图示的操作杆装置，对该操作杆装置进行操作后，便产生与之相应的控制压力(操作信号)并对方向切换阀24a...24n进行切换，进而分别驱动控制液压执行元件23a...23n。
液压泵22为容量可变型液压泵，具有转矩控制调整器26。当液压泵22的排出压力上升到超过某值时，该转矩控制调整器26会与之对应减少液压泵22的偏转(容量)，控制液压泵22的吸收转矩不超过设定值(最大泵吸收转矩)。转矩控制调整器26的设定值(最大泵吸收转矩)是可变的，并被转矩控制电磁阀27控制。转矩控制电磁阀27根据电指令信号开始动作，并将被发动机1驱动的控制液压泵28的排出压力作为液压源、输出与指令信号对应的控制压力。
行走系统3具有连结在发动机1的输出轴31上的转矩转换器32及连结在该转矩转换器32的输出轴33上的行走装置34，行走装置34具有变速器、差速齿轮、车轴、前轮及后轮等，输出轴33的动力经由变速器、差速齿轮、车轴等传递给后轮，进而产生行走力。
控制系统4包括用于检测油门踏板12的踩踏量(加速量)的位置传感器41，用于检测作为液压执行元件23a...23n的作业状态的液压泵22的排出压力的压力传感器42，用于检测作为发动机的输出转速(实际转速)的转矩转换器32的输入转速(输出轴31的转速)的旋转传感器43，用于检测转矩转换器32的输出转速(输出轴33的转速)的旋转传感器44，以及控制器45。控制器45收到来自位置传感器41、压力传感器42、旋转传感器43及44的信号，然后进行规定的计算处理，随后向电子调速器11及转矩控制电磁阀27输出指令信号，进而对发动机1的输出、转速及液压泵22的最大吸收转矩进行控制。
图2为表示搭载有图1所示系统的作为行走作业车辆的一例的轮式装载机的外观图。
在图2中，符号100表示轮式装载机，轮式装载机100具有车身前部101及车身后部102，该车身前部101与车身后部102通过转向助力液压缸103以相互之间可转动的方式连结在一起，以使车身前部101的方向可相对于车身后部102发生变化。在车身前部101上设置有前作业机104及前轮105，在车身后部102上设置有驾驶席106及后轮107。前作业机104由铲斗111及升降臂112构成，铲斗111可凭借铲斗液压缸113的伸缩进行倾斜/倾倒动作，升降臂112可凭借臂液压缸114的伸缩进行上下动作。此外，在下面的说明中，将前作业机适当地简称为作业机。
回到图1，液压执行元件23a...23n为转向助力液压缸103、铲斗液压缸113、臂液压缸114等，行走装置34驱动后轮106。油门踏板12及未图示的操作杆装置设置在驾驶席106的地板上，发动机1、液压泵22、控制器45等主要设备搭载于车身后部102上。
图3为表示控制器45的泵控制处理功能的功能框图。
在图3中，控制器45具有基本转矩计算部51、转速偏差计算部52、修正转矩计算部53、速度比计算部54、行走状态判断部55、作业状态判断部56、选择部57、乘法部58、加法部59的各项功能。
目标发动机转速Nm输入到基本转矩计算部51，该基本转矩计算部51基于该接收到的转速并参照存储在存储器里的表，计算出对应于该时刻的目标发动机转速Nm的泵基本转矩Tb。在存储器的表中设定有Nm与Tb的关系，即，随着目标发动机转速Nm的上升，泵基本转矩Tb增大，当目标发动机转速Nm到达某值以上时，泵基本转矩Tb为固定的最大值。目标发动机转速Nm为被控制器45的发动机控制功能修正的发动机转速(后述)。
转速偏差计算部52通过从由旋转传感器43检测出的实际转速Na中减去油门踏板角目标转速Np算出发动机转速偏差ΔN(＝Na-Np)。油门踏板角目标转速Np为对应于油门踏板12的踩踏量(加速角)而设定的目标转速(后述)。
将由转速偏差计算部52计算出来的转速偏差ΔN输入到修正转矩计算部53，该修正转矩计算部53基于该接收到的转速偏差并参照存储在存储器里的表，计算出对应于该时刻的转速偏差ΔN的修正转矩ΔTm。当轮式装载机处于液压泵22消耗最大的吸收转矩，并且该泵吸收转矩(作业负荷)与转矩转换器32的输入转矩(行走转矩)之和超过了发动机1的输出转矩这样高负荷的运载状态时，该修正转矩ΔTm用于减少液压泵22的最大吸收转矩，在存储器的表中设定有ΔN与ΔTm的关系，即，当实际的发动机转速Na与目标发动机转速Np相一致并且转速偏差ΔN为0时，ΔTm＝0，当实际的发动机转速Na降低，转速偏差时ΔN为负值时，ΔTm＝ΔTc(＜0) 。
将从转速传感器43、44得到的转矩转换器32的输入、输出转速的检测信号输入到速度比计算部54，进行e＝输出转速/输入转速的计算，算出转矩转换器速度比e。
将由速度比计算部53算出的转矩转换器速度比e输入到行走状态判断部55，该行走状态判断部55基于该接收到的速度比并参照存储在存储器里的表，计算出对应于该时刻的转矩转换器速度比e的第1判断系数α1。当转矩转换器速度比e较小时(转矩转换器31接近失速状态时)，也就是说，行走系统3处于需要较大的行走力(行走转矩)的作业状态时，第1判断系数α1用于修正基于修正转矩ΔTm的泵吸收转矩，在存储器的表中设定有e与α1的关系，即，当转矩转换器速度比e比第1设定值小时，α1＝1，当转矩转换器速度比e大于等于第2设定值(大于第1设定值)时，α1＝0，当转矩转换器速度比e处于第1设定值与第2设定值之间时，α1会随着以规定比例(增进)上升的转矩转换器速度比e而减小。
将从压力传感器42而来的泵压的检测信号输入到作业状态判断部56，该作业状态判断部56基于该接收到的信号并参照存储在存储器里的表，计算出对应于该时刻的泵压的第2判断系数α2。当液压泵22的排出压力较高时(作业负荷较大时)，也就是说，作业系统2处于进行重负荷作业的作业状态时，第2判断系数α2用于修正(泵最大吸收转矩的减少控制)基于修正转矩ΔTm的泵吸收转矩，在存储器的表中设定有泵压与α2的关系，即，当泵压小于第1设定值时，α2＝0，当泵压大于等于第2设定值(大于第1设定值)时，α2＝1，当泵压处于第1设定值与第2设定值之间时，α2会随着以规定比例(增进)上升的泵压而增大。
选择部57选择第1判断系数α1与第2判断系数α2中较小一方的数值作为第3判断系数。在这里，在第1判断系数α1与第2判断系数α2相等的情况下，选择部57根据预先设定的逻辑关系选择其中之一，例如选择α1。
乘法部5 8是将由修正转矩计算部53计算出来的修正转矩ΔTm乘以选择部57的输出值即第3判断系数α3，并将乘积作为修正转矩ΔTma。
加法部59是在由基本转矩计算部51计算出来的泵基本转矩Tb上加上修正转矩ΔTma(负值)，进而算出修正后的泵基本转矩Tm。该泵基本转矩Tm通过已知的方法转换成转矩控制电磁阀27的指令信号，输出到转矩控制电磁阀27中。这样，转矩控制电磁阀27将对应于指令信号的控制压力输出到转矩控制调整器26，以便将设定在转矩控制调整器26中的最大泵吸收转矩调整为Tm。
图4为表示控制器45的发动机控制处理功能的功能框图。
在图4中，控制器45具有油门踏板角目标转速计算部61、转速偏差计算部62、修正转速计算部63、速度比计算部64、行走状态判断部65、作业状态判断部66、选择部67、乘法部68及加法部69的各项功能。
将从位置传感器41而来的油门踏板角的检测信号输入到油门踏板角目标转速计算部61，该油门踏板角目标转速计算部61基于该接收到的信号并参照存储在存储器里的表，计算出对应于该时刻的油门踏板角的目标发动机转速(油门踏板角目标转速)Np。目标转速Np是操作员在操作时预期的发动机转速，在存储器的表中设定有如随着油门踏板角的增大目标转速Np增大那样的两者之间的关系。
转速偏差计算部62具有与图3的转速偏差计算部62相同的功能，其通过从由旋转传感器43检测出的实际转速Na中减去油门踏板角目标转速Np算出发动机转速偏差ΔN(＝Na-Np)。
将由转速偏差计算部62计算出来的转速偏差ΔN输入到修正转速计算部63，该修正转速计算部63基于该接收到的转速偏差并参照存储在存储器里的表，计算出对应于该时刻的转速偏差ΔN的修正转速ΔNm。当轮式装载机处于液压泵22消耗最大的吸收转矩，并且该泵吸收转矩(作业负荷)与转矩转换器32的输入转矩(行走转矩)之和超过了发动机1的输出转矩这样的高负荷运载状态时，该修正转速ΔNm用于减少发动机1的目标转速，在存储器的表中设定有ΔN与ΔNm的关系，即，当实际的发动机转速Na与目标发动机转速Np相一致并且转速偏差ΔN为0时，ΔNm＝0，当实际的发动机转速Na降低，转速偏差ΔN为负值时，ΔNm＝ΔNc(＜0)。
速度比计算部64、行走状态判断部65、作业状态判断部66、选择部67与图3的速度比计算部54、行走状态判断部55、作业状态判断部56、选择部57具有相同的机能，其分别用于算出转矩转换器速度比e、第1判断系数β1、第2判断系数β2、第3判断系数β3。
当转矩转换器速度比e较小时(转矩转换器3 1接近失速状态时)，也就是说，行走系统3处于需要较大的行走力(行走转矩)的作业状态时，第1判断系数β1用于修正基于修正转速ΔNm的目标发动机转速(目标发动机转速的降低控制)，在存储器的表中设定有转矩转换器速度比e与β1的关系，即，与转矩转换器速度比e与α1的关系同样，当转矩转换器速度比e比第1设定值小时，β1＝1，当转矩转换器速度比e大于等于第2设定值(大于第1设定值)时，β1＝0，当转矩转换器速度比e处于第1设定值与第2设定值之间时，β1会随着以规定比例(增进)上升的转矩转换器速度比e而减小。
当液压泵22的排出压力较高时(作业负荷较大时)，也就是说，作业系统2处于进行重负荷作业的作业状态时，第2判断系数β2用于修正基于修正转速ΔNm的目标发动机转速(目标发动机转速的降低控制)，在存储器的表中设定有泵压与β2的关系，即，与泵压与α2同样，当泵压小于第1设定值时，β2＝0，当泵压大于等于第2设定值(大于第1设定值)时，β2＝1，当泵压处于第1设定值与第2设定值之间时，β2会随着以规定比例(增进)上升的泵压而增大。
乘法部68是将由修正转速计算部63计算出来的修正转速ΔNm乘以选择部67的输出值即第3判断系数β3，并将乘积作为修正转速ΔNma。
加法部69是在由目标转速计算部61计算出来的油门踏板角目标转速Np上加上修正转速ΔNma(负值)，进而算出修正后的目标转速Nm。该目标转速Nm通过已知的方法转换成目标燃料喷射量，其指令信号输出到电子调速器11中。这样，电子调速器11喷射对应于指令信号的燃料，以控制发动机转速变成Nm。
在上面的说明中，转矩控制调整器26构成了用于控制液压泵22的吸收转矩不超过预定的最大吸收转矩的泵转矩控制机构，油门踏板12构成了对发动机1的目标转速进行指令的输入机构，转速偏差计算部52、62，修正转矩计算部53，修正转速计算部63，速度比计算部54、64，行走状态判断部55、65，作业状态判断部56、66构成了用于判断行走作业车辆的作业状态的状态判断机构，修正转矩计算部53，修正转速计算部63，选择部57、67，乘法部58、68，加法部59、69根据上述状态判断机构的判断结果构成了修正用于求出液压泵22的最大吸收转矩的泵基本转矩与发动机1的目标转速双方的修正控制机构。修正转矩计算部53与修正转速计算部63兼被用作状态判断机构与修正控制机构。
另外，转速偏差计算部52、62，修正转矩计算部53，修正转速计算部63构成了判断发动机1的负荷状态的第1判断机构，速度比计算部54、64，行走状态判断部55、65构成了判断行走装置34(行走机构)的作业状态的第2判断机构，行走状态判断部55、65构成了判断液压执行元件(作业机执行元件)23a...23n的作业状态的第3判断机构，若通过第1判断机构判断发动机1处于超负荷状态、通过第2判断机构判断行走机构34接近转矩转换器失速状态并且通过第3判断机构判断作业机执行元件23a...23n处于高负荷状态，上述修正控制机构(修正转矩计算部53，修正转速计算部63，选择部57、67，乘法部58、68，加法部59、69)便对用于求出液压泵22的最大吸收转矩的泵基本转矩与发动机1的目标转速进行修正，以使其分别减小。
下面，对本实施方式的动作进行说明。
图5及图6为作业机力(液压泵22的负荷压力)增加时的泵吸收转矩与液力变矩器转矩及发动机转速的变化示意图，图5为与现有的系统相比较的图，图6为基于本发明的系统的图。在图中，横轴表示发动机1的转速，纵轴表示转矩。另外，TE为表示电子调速器11的燃料喷射量最大时的全负荷区域中发动机1的输出转矩(以下适当地称作发动机转矩)的特性线，TR为表示电子调速器11的燃料喷射量在达到最大值之前的调整区域(燃料喷射量的控制区域)中发动机1的输出转矩(以下称作适宜发动机转矩)的特性线，TT为表示转矩转换器32的输入转矩(液力变矩器转矩)的特性线。图示中的液力变矩器转矩特性线TT为转矩转换器32接近失速状态(输出转速接近为0，速度比e0)时的特性线。
行走作业车辆(轮式装载机)的所谓作业是指全力踩踏油门踏板所进行的作业，也包括使用行走牵引力与作业机力所进行的作业。作为这样的作业例如有山体挖掘作业。在山体挖掘作业中，最开始，通过行走牵引力将铲斗压入山体，随后，通过作业机力使铲斗向上方抬起。当铲斗完全抬起后，开始行走并移动到指定地点放土。在通过行走牵引力将铲斗压入山体的作业的后半段，多数情况下不仅凭借行走牵引力而是也并用作业机力进行的。在随后的凭借作业机力使铲斗向上方抬起的作业的前半段，多数情况下是边使铲斗压入边进行的。在下面的说明中，将前者的作业(边并用行走牵引力与作业机力边进行的铲斗压入作业)称为重负荷作业1，将后者的作业(边将铲斗压入山体边通过作业机力使铲斗向上方抬起的作业)称为重负荷作业2。
在以往全力操作油门踏板12的情况下，油门踏板角目标转速Np通常为最大目标转速Nmax。另外，即使发动机1的输出转速(实际转速)降低，液压泵22的最大吸收转矩Tmax也是一定的。其结果就是，在图5中，重负荷作业1与重负荷作业2中的泵吸收转矩与液力变矩器转矩及发动机的转速呈下面那样的变化。
发动机转速(实际转速)＝NhNmax泵转矩Tph液力变矩器转矩(行走牵引力)TTh[重负荷作业2]泵转矩Tph→增加至Tpi＝Tpmax液力变矩器转矩(行走牵引力)TTh→减少至TTi发动机转速(实际转速)＝NhNmax→减少至Ni与此相比，在本实施方式中，如图3及图4所示最大吸收转矩与目标发动机转速是可变的。其结果就是，在图6中，在重负荷作业1与重负荷作业2中泵吸收转矩与液力变矩器转矩及发动机转速如下变化。
发动机转速(实际转速)＝NhNmax目标发动机转速Nm＝油门踏板角目标转速Np(＝Nmax)泵转矩Tph液力变矩器转矩(行走牵引力)TTh[重负荷作业2]
泵转矩Tph→TpiTph(基本不变)液力变矩器转矩(行走牵引力)TTh→减少至TTi发动机转速(实际转速)＝NhNmax→减少至Ni目标发动机转速Nm＝Np(Nmax)→减少至Ni下面，通过图6、图3及图4详细说明从本实施方式中的重负荷作业1到重负荷作业2的上述状态的变化。
重负荷作业1时的液压泵22的吸收转矩Tph比泵最大吸收转矩Tmax小，泵吸收转矩Tph(作业负荷)与作为转矩转换器32的输入转矩的液力变矩器转矩TTh之和与发动机1的输出转矩大致平衡。这种情况，在图3中，由转速偏差计算部52计算出来的发动机转速偏差ΔN(＝Na-Np)约等于0，由修正转矩计算部53计算出来的修正转矩ΔTm也约等于0。因此，在加法部59内，以由基本转矩计算部51计算出来的泵基本转矩Tb其本身作为修正泵基本转矩Tm进行计算，泵最大吸收转矩Tmax(＝Tm)没有发生变化。同样，在图4中，由转速偏差计算部62计算出来的发动机转速偏差ΔN(＝Na-Np)约等于0，由修正转速计算部63计算出来的修正转速ΔNm也约等于0。因此，在加法部69内，以由油门踏板角目标转速计算部61计算出来的油门踏板角目标转速Np其本身作为修正目标转速Nm进行计算，目标发动机转速Nm(Nmax)没有发生变化。该情况下，发动机的转速能维持在Nh(Nmax)。
从上述状态移行至重负荷作业2，液压泵22消耗最大吸收转矩Tmax，若泵吸收转矩与液力变矩器转矩之和超过发动机1的输出转矩，通过图3及图4中的转速偏差计算部52、62对修正转矩ΔTm及修正转速ΔNm进行计算。另外，此时，转矩转换器31接近失速状态，由于液压泵22的排出压力为接近未图示的主安全阀的安全压力的高压，所以，由图3及图4的速度比计算部54、64计算出来的转矩转换器速度比e约为0，由行走状态判断部55、65计算出来的第1判断系数α1，β1约为1，并且，由作业状态判断部56、66计算出来的第2判断系数α2，β2也约为1。因此，在图3及图4的选择部57、67中，第3判断系数α3，β3约为1，在乘法部58、68中，修正转矩ΔTm及修正转速ΔNm以其自身作为修正转矩ΔTma进行计算，在加法部59中，将泵基本转矩Tb加上修正转矩ΔTm的值作为修正泵基本转矩Tm进行计算，在加法部69中，将油门踏板角目标转速Np加上修正转速ΔNm的值作为修正目标转速Nm进行计算。其结果就是，液压泵22的最大吸收转矩从Tb较少到Tb+ΔTm，发动机1的目标转速从Np降低到Np+ΔNm。因此，在图6中，发动机1的特性线TE+TR如图所示从X变化到Y，液压泵22的最大吸收转矩Tph如图5所示没有增大，而是变成了与Tph大致相同值的Tpi，转矩转换器32的输入转矩(液力变矩器转矩)从TTh减少到TTi。其结果就是，泵吸收转矩Tpi与液力变矩器转矩TTi之和在发动机1的输出转矩与调整区域的特性线TR上面保持平衡，发动机的转速与以往的情况一样从Nh降低到Ni。
因此，根据本实施方式，能够得到下面的作用效果。
重负荷作业2时的液力变矩器转矩(行走牵引力)从TTh减少到了TTi。但是，这点与以往相同。另一方面，由于泵转矩TpiTph，比以往的Tpi要小，因此，液压泵22的排出流量变得比以往少。但是，在重负荷作业2时，虽然液压泵22的排出压力变成高压，但是，在多数情况下前作业机104的动作比较慢。因此，与以往相比作业量没有降低。
泵转矩TpiTph，比以往的Tpi要小。液力变矩器转矩(行走牵引力)从TTh减少到TTi。其结果就是，发动机负荷(Tpi+TTi)比以往减少了。因此目标转速Nm从Np(Nmax)降低到了Ni。通过该发动机负荷的降低与目标转速的降低可改善燃料消耗。
因此，根据本实施方式，通过判断行走作业车辆的作业状态能够平衡性良好地将发动机输出分配给行走输出与作业机输出，并且，由于可以减轻发动机负荷，因此能够确保重负荷作业时的作业量还能够改善燃料消耗。
另外，在行走状态判断部55中设定有e与α1的关系，即，当转矩转换器速度比e处于第1设定值与第2设定值之间时，α1会随着以规定比例(增进)上升的转矩转换器速度比e而减小，在作业状态判断部56中设定有泵压与α2的关系，即，当泵压处于第1设定值与第2设定值之间时，α2会随着以规定比例(增进)上升的泵压而增大。作业机侧的液压泵22为可变容量型液压泵。因此，当转矩转换器速度比e处于第1设定值与第2设定值之间或当泵压处于第1设定值与第2设定值之间时，将修正转矩ΔTm的大小修正到相应的转矩转换器速度比或泵压的大小上，能够根据行走装置34的作业状态或作业机执行元件23a...23n的作业状态改变液压泵22的最大吸收转矩的修正量。这样，通过改变最大吸收转矩的修正量，能够将泵容量控制成任意的值，并能够弹性地对发动机的输出进行分配。
而且，在本实施方式中，在行走状态判断部65中设定有转矩转换器速度比e与β1的关系，即，当转矩转换器速度比e处于第1设定值与第2设定值之间时，β1会随着以规定比例(增进)上升的转矩转换器速度比e而减小，在作业状态判断部66中设定有泵压与β2的关系，即，当泵压处于第1设定值与第2设定值之间时，β2会随着以规定比例(增进)上升的泵压而增大。因此，当转矩转换器速度比e处于第1设定值与第2设定值之间或当泵压处于第1设定值与第2设定值之间时，将修正转速ΔNm的大小修正到相应的转矩转换器速度比e或泵压的大小上，能够根据行走装置34的作业状态或作业机执行元件23a...23n的作业状态改变目标发动机转速或修正量。这样，通过改变目标发动机转速的修正量，能够进一步弹性地对发动机的输出进行分配。
此外，可在本发明主旨的范围内对上述的实施方式进行各种变形。例如，在上述实施方式中，作为行走作业车辆，是以轮式装载机为例进行说明的，但是，若将本发明应用于具有转矩转换器的轮式装载机以外的行走式液压作业机上，也能得到同样的效果。作为轮式装载机以外的具有转矩转换器的行走作业车辆，有可伸缩式输送装置及轮式挖土机等。
另外，在控制系统4的泵控制部(图3)与发动机控制部(图4)上虽然分别设有转速偏差计算部52、62，速度比计算部54、64，行走状态判断部55、65，作业状态判断部56、66，选择部57、67，但是，也可以将上述机构一个个设置，并兼用。
另外，作为泵基本转矩Tb及油门踏板角目标转速Np的修正方法，是将修正转矩ΔTm与修正转速ΔNm分别乘以第3判断系数α3与β3，随后将得到的这两个乘积加在泵基本转矩Tb及油门踏板角目标转速Np上对其进行修正，若有可得到相同结果的其他方法也可以。作为其他方法包括，可将选择部57、67的输出作为修正转矩或修正转速，并在计算部53、63中分别计算修正系数，或者，从选择部和计算部两方输出修正转矩和修正转速，并将两方的输出相加，又或者从选择部和计算部两方输出修正系数，并分别将这两个系数乘以泵基本转矩Tb及油门踏板角目标转速Np。
虽然可通过检测液压泵22的排出压力来对作业机执行元件的作业状态进行判断，但是也可以作为替代或与之并用地通过检测未图示的作业机用操作机构的操作信号来达到上述目的，在这种情况下能更准确地把握作业机执行元件的作业状态。
权利要求
1.一种行走作业车辆的控制装置，所述行走作业车辆包括发动机(1)，控制该发动机的转速的燃料喷射装置(11)，被所述发动机(1)驱动的且包括行走用转矩转换器(32)的行走机构(34)，被所述发动机(1)驱动的可变容量型的液压泵(22)，被该液压泵的排出油驱动的作业执行元件(23a～23n)，该行走作业车辆的控制装置的特征在于，具有控制所述液压泵(22)的吸收转矩不超过预定最大吸收转矩(Tm)的泵转矩控制机构(26)，指令所述发动机(1)的目标转速(Np)的输入机构(12)，判断所述行走作业车辆的作业状态的状态判断机构(52、62、53、63、54、64、55、65、56、66)，根据所述状态判断机构(52、62、53、63、54、64、55、65、56、66)的判断结果，对用于求出所述液压泵(22)的最大吸收转矩(Tm)的泵基本转矩(Tb)及所述发动机(1)的目标转速(Np)双方进行修正的修正控制机构(53、63、57、67、58、68、59、69)。
2.如权利要求1所述的行走车辆的控制装置，其特征在于所述状态判断机构(52、62、53、63、54、64、55、65、56、66)包括判断所述发动机(1)的负荷状态的第1判断机构(52、62、53、63)，当通过所述第1判断机构(52、62、53、63)判断出所述发动机(1)处于超负荷状态时，所述修正控制机构(53、63、57、67、58、68、59、69)对用于求出所述液压泵(22)的最大吸收转矩(Tm)的泵基本转矩(Tb)及所述发动机(1)的目标转速(Np)进行修正，以使其分别减小。
3.如权利要求1所述的行走作业车辆的控制装置，其特征在于所述状态判断机构(52、62、53、63、54、64、55、65、56、66)包括判断所述发动机(1)的负荷状态的第1判断机构(52、62、53、63)，及判断所述行走机构(34)的作业状态的第2判断机构(54、64、55、65)，当通过所述第1判断机构(52、62、53、63)判断出所述发动机(1)处于超负荷状态，并通过所述第2判断机构(54、64、55、65)判断出所述行走机构(34)接近转矩转换器失速状态时，所述修正控制机构(53、63、57、67、58、68、59、69)对用于求出所述液压泵(22)的最大吸收转矩(Tm)的泵基本转矩(Tb)及所述发动机(1)的目标转速(Np)进行修正，以使其分别减小。
4.如权利要求1所述的行走作业车辆的控制装置，其特征在于所述状态判断机构(52、62、53、63、54、64、55、65、56、66)包括判断所述发动机(1)的负荷状态的第1判断机构(52、62、53、63)，及判断所述行走机构(34)的作业状态的第2判断机构(54、64、55、65)，以及判断所述作业执行元件(23a～23n)的作业状态的第3判断机构(55、65)，当通过所述第1判断机构(52、62、53、63)判断出所述发动机(1)处于超负荷状态，通过所述第2判断机构(54、64、55、65)判断出所述行走机构(34)接近转矩转换器失速状态，且通过所述第3判断机构(55、65)判断出所述作业执行元件(23a～23n)处于高负荷状态时，所述修正控制机构(53、63、57、67、58、68、59、69)对用于求出所述液压泵(22)的最大吸收转矩(Tm)的泵基本转矩(Tb)及所述发动机(1)的目标转速(Np)进行修正，以使其分别减小。
5.如权利要求2～4任一项所述的行走作业车辆的控制装置，其特征在于所述第1判断机构(52、62、53、63)具有用于检测所述发动机(1)的实际转速(Na)的机构(43)，计算所述目标转速(Np)与实际转速(Na)的偏差(ΔN)，并基于该转速偏差判断所述发动机(1)的负荷状态的机构。
6.如权利要求3或4所述的行走作业车辆的控制装置，其特征在于所述第2判断机构(54、64、55、65)具有用于检测所述转矩转换器(32)的输入侧转速(Na)的机构(43)，用于检测所述转矩转换器(32)的输出侧转速的机构(44)，基于所述转矩转换器(32)的输入侧的转速与输出侧转速计算转矩转换器速度比(e)，并根据该转矩转换器速度比对所述行走机构(34)的作业状态进行判断的机构。
7.如权利要求4所述的行走作业车辆的控制装置，其特征在于所述第3判断机构(55、65)具有检测所述液压泵(22)的负荷压力的机构(42)、及根据该液压泵的负荷压力判断所述作业执行元件(23a～23n)的作业状态的机构。
8.如权利要求2～4中任一项所述的行走作业车辆的控制装置，其特征在于所述修正控制机构(53、63、57、67、58、68、59、69)具有当通过所述第1判断机构(52、62、53、63)判断所述发动机(1)处于超负荷状态时用于计算转矩修正值(ΔTm)及转速修正值(ΔNm)的机构，计算基准最大转矩(Tb)与所述转矩修正值(ΔTm)之间的差进而求出修正后的最大吸收转矩(Tm)的机构，以及计算所述输入机构(12)指令的所述发动机(1)的目标转速(Np)与所述转速修正值(ΔNm)之差进而求出修正后的目标转速(Nm)的机构。
9.如权利要求3或4所述的行走作业车辆的控制装置，其特征在于所述修正控制机构(53、63、57、67、58、68、59、69)具有当通过第1判断机构(52、63、53、63)判断出所述发动机(1)处于超负荷状态时计算第1转矩修正值(ΔTm)及第1转速修正值(ΔNm)的机构；当通过第2判断机构(54、64、55、65)判断出所述行走机构(34)接近转矩转换器失速状态时计算第2转矩修正值(α1)及第2转速修正值(β1)的机构；进行所述第1转矩修正值(ΔTm)与第2转矩修正值(α1)的计算，并决定最终的转矩修正值(ΔTma)的机构；进行所述第1转速修正值(ΔNm)与第2转速修正值(β1)的计算，并决定最终的转速修正值(ΔNma)的机构；计算基准最大吸收转矩(Tb)与所述最终转矩修正值(ΔTma)之差并求出修正后的最大吸收转矩(Tm)的机构；以及计算所述输入机构(12)指令的所述发动机(1)的目标转速(Np)与所述最终的转速修正值(ΔNma)之差进而求出修正后的目标转速(Nm)的机构。
10.如权利要求4所述的行走作业车辆的控制装置，其特征在于所述修正控制机构(53、63、57、67、58、68、59、69)具有当通过第1判断机构(52、63、53、63)判断出所述发动机(1)处于超负荷状态时计算第1转矩修正值(ΔTm)及第1转速修正值(ΔNm)的机构；当通过第2判断机构(54、64、55、65)判断出所述行走机构(34)接近转矩转换器失速状态时计算第2转矩修正值(α1)及第2转速修正值(β1)的机构；当通过所述第3判断机构(55、65)判断出所述作业执行元件(23a～23n)处于高负荷状态时计算第3转矩修正值(α2)及第3转速修正值(β2)的机构；进行所述第1转矩修正值(ΔTm)、第2转矩修正值(α1)及第3转矩修正值(α2)的计算，并决定最终的转矩修正值(ΔTma)的机构；进行所述第1转速修正值(ΔNm)、第2转速修正值(β1)及第3转速修正值(β2)的计算，并决定最终的转速修正值(ΔNma)的机构；计算基准最大吸收转矩(Tb)与所述最终转矩修正值(ΔTma)之差并求出修正后的最大吸收转矩(Tm)的机构；以及计算所述输入机构(12)指令的所述发动机(1)的目标转速(Np)与所述最终的转速修正值(ΔNma)之差进而求出修正后的目标转速(Nm)的机构。
全文摘要
本发明提供一种行走作业车辆，该行走作业车辆利用常规的发动机，在能够确保重负荷作业时的作业量的同时改善燃料消耗，而且能够弹性地对发动机的输出进行分配。转矩控制调整器(26)用于控制液压泵(22)的吸收转矩以使其不超过预定的最大吸收转矩，油门踏板(12)用于指令发动机(1)的目标转速。转速偏差计算部(52、62)、修正转矩计算部(53)、修正转速计算部(63)、速度比计算部(54、64)、行走状态判断部(55、65)、作业状态判断部(56、66)用于判断行走作业车辆的作业状态，修正转矩计算部(53)、修正转速计算部(63)、选择部(57、67)、乘法部(58、68)、加法部(59、69)基于上述状态判断机构的判断结果用于对求出对应于的液压泵(22)的最大吸收转矩的泵基本转矩与发动机(1)的目标转速双方的进行修正。
文档编号F04B49/00GK1993541SQ200580025758
公开日2007年7月4日 申请日期2005年11月11日 优先权日2004年12月13日
发明者糸贺健太郎, 中村和则, 中村刚志, 薮内基行 申请人:日立建机株式会社