工程车辆的控制装置 【技术领域】
本发明涉及轮式装载机等工程车辆的控制装置。
背景技术
以往，公知如下装置：在如轮式装载机那样具有HST行驶用回路和作业用回路的工程车辆中，与作业用液压泵的排出压相应地对行驶用液压马达的排油容积的最大值进行限制，以降低行驶驱动力(例如参照专利文献1)。在该专利文献1记载的装置中，HST泵和作业用液压泵分别由发动机驱动，泵排出量与发动机旋转速度相应地变化。另外，HST回路的行驶驱动压被溢流阀限制。
专利文献1：日本专利第2818474号公报
然而，在挖掘作业时，由于操作者需要在铲斗内铲入大量的土砂，因此需要充分操作油门踏板并使发动机旋转速度保持在最大。但是，在该状态下，由于泵排出量多，通过溢流阀的压力油的溢流量变多，热能量损失大。
【发明内容】
本发明的工程车辆的控制装置具有：以闭回路连接由发动机驱动的可变容量型液压泵和可变容量型液压马达而形成的行驶用回路；作业用回路，具有由发动机驱动的作业用液压泵和由来自该液压泵的压力油驱动的作业用液压执行机构；使行驶用回路及作业用回路中的至少某一方的高压力油溢流的溢流装置；对发动机旋转速度进行指令的操作部件；根据操作部件的操作量来控制发动机旋转速度的旋转速度控制部；检测高负载行驶且高负载作业的车辆状态的状态检测部；至少在通过状态检测部检测到高负载行驶且高负载作业的车辆状态时，使由旋转速度控制部控制的发动机旋转速度的上限值降低的速度限制部。
还可以具有：检测行驶用回路的负载压的行驶回路压检测器；检测作业用回路的负载压的作业回路压检测器，至少在由行驶回路压检测器检测出的行驶回路压为行驶用设定回路压以上、且由作业回路压检测器检测出的作业回路压为作业用设定回路压以上时，检测高负载行驶且高负载作业的车辆状态。
还可以具有：检测车速的车速检测器；检测操作部件的操作量的操作量检测器；检测作业用回路的负载压的作业回路压检测器，至少在由车速检测器检测出的车速为设定车速以下、且由操作量检测器检测出的操作量为规定值以上、由作业回路压检测器检测出的作业回路压为作业用设定回路压以上时，检测高负载行驶且高负载作业的车辆状态。
还具有判断车辆是否为可行驶状态的行驶判断部，在通过行驶判断部判断为可行驶状态，且通过车速检测器检测出的车速为设定车速以下，且通过操作量检测器检测出的操作量为规定值以上，且通过作业回路压检测器检测出的作业回路压为作业用设定回路压以上时，检测高负载行驶且高负载作业的车辆状态。。
该情况下的设定车速优选被设定成发动机旋转速度越高而越大的值。
在通过状态检测部检测到高负载行驶且高负载作业的车辆状态持续规定时间时，能够使发动机旋转速度的上限值降低。
使溢流装置构成为对行驶用回路的高压力油进行溢流的溢流阀，在通过状态检测部检测到高负载行驶且高负载作业的车辆状态时，能够使发动机旋转速度的上限值降低到第一旋转速度，该第一旋转速度满足行驶用回路的最大行驶负载压为被所述溢流阀规定的溢流压的关系。
优选当发动机旋转速度为第二旋转速度以上且行驶用回路的最大行驶负载压成为溢流压时，将第一旋转速度设定成比第二旋转速度高的值。
发明的效果
根据本发明，当检测到高负载行驶且高负载作业的车辆状态时，使发动机旋转速度的上限值降低，由此能够抑制回路内的压力油的溢流量，从而降低热能量损失。
【附图说明】
图1是作为适用有本发明的实施方式的控制装置的工程车辆的一例的轮式装载机的侧视图。
图2是表示第一实施方式的控制装置的概要结构的图。
图3是表示发动机旋转速度相对于油门踏板操作量的关系的图。
图4是表示第一实施方式的马达倾转控制部中的处理的一例的框图。
图5是表示第一实施方式的速度上限值设定部中的处理的一例的流程图。
图6(a)是表示发动机旋转速度和行驶负载压的最大值之间的关系的图，图6(b)是表示发动机旋转速度和行驶驱动力的最大值之间的关系的图。
图7是表示使发动机旋转速度的上限值降低的、行驶回路压和作业回路压的控制范围的图。
图8是表示挖掘作业的情况的图。
图9是表示第二实施方式的控制装置的概要结构的图。
图10是表示第二实施方式的速度上限值设定部中的处理的一例的流程图。
图11是表示第二实施方式的变形例的图。
【具体实施方式】
第一实施方式
以下，参照图1～图8说明本发明的工程车辆的控制装置的第一实施方式。
图1是适用有本实施方式的行驶控制装置的工程车辆的一例即轮式装载机的侧视图。轮式装载机100由具有斗杆111、铲斗112、车轮113等的前部车身110和具有驾驶室121、发动机室122、车轮123等的后部车身120构成。斗杆111通过斗杆液压缸114的驱动沿上下方向转动(俯仰动)，铲斗112通过铲斗液压缸115的驱动沿上下方向转动(卸载或铲装)。前部车身110和后部车身120通过中心销101以相互自由转动的方式连结，前部车身110通过转向液压缸(未图示)的伸缩相对于后部车身120向左右折曲。
图2是表示第一实施方式的控制装置的概要结构的图。行驶用液压回路HC1由HST回路构成，该HST回路具有被发动机1驱动的可变容量型液压泵2和被来自液压泵2的压力油驱动的可变容量型液压马达3，并且通过一对主管路LA、LB闭回路地连接液压泵2和液压马达3。作业用液压回路HC2包含斗杆液压缸114和铲斗液压缸115，来自被发动机1驱动的作业用液压泵4的压力油被供给到这些液压缸114、115。
来自被发动机1驱动的供给泵5的压力油通过前进后退切换阀6被导向倾转液压缸8。通过操作杆6a来操作前进后退切换阀6，如图所示，在前进后退切换阀6处于中立位置时，来自供给泵5的压力油通过节流阀7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。在该状态下，作用在油室8a、8b的压力相等，活塞8c位于中立位置。因此，液压泵2的排油容积为0，泵排出量为0。
在前进后退切换阀6被向A侧切换时，由于在油室8a、8b上分别作用有节流阀7的上游侧压力和下游侧压力，因此，在液压缸8的油室8a、8b上产生压力差，活塞8c向图示右方向变位。由此，液压泵2的泵倾转量增加，来自液压泵2的压力油通过主管路LA被导向液压马达3，液压马达3正转，车辆前进。在前进后退切换阀6被向B侧切换时，倾转液压缸8的活塞8c向图示左方向变位，来自液压泵2的压力油通过主管路LB被导向液压马达3，液压马达3反转。
发动机旋转速度通过油门踏板9的操作被调整，供给泵5的排出量与发动机旋转速度成比例。因此，节流阀7的前后差压与发动机旋转速度成比例，泵倾转量也与发动机旋转速度成比例。来自供给泵5的压力油也通过节流阀7及单向阀13A、13B被导向主管路LA、LB。节流阀7的下游侧压力被充气安全阀12限制，主管路LA、LB的最高压力被溢流阀14限制。此外，作业用液压回路HC2的最高压力被设置在作业用液压回路HC2上的未图示的溢流阀限制。
控制器10构成为包含运算处理装置，该运算处理装置具有CPU、ROM、RAM和其他周边电路等。向控制器10分别输入：来自对由高压选择阀15选择的主管路LA、LB的压力(行驶回路压Pt)进行检测的压力检测器21的信号；来自对作业用泵4的排出压(作业回路压Pf)进行检测的压力检测器22的信号；来自对发动机旋转速度(发动机转速)进行检测的旋转速度计16的信号；来自对油门踏板9的操作量进行检测的操作量检测器17的信号。
在控制器10中，预先存储图3所示的发动机旋转速度相对于油门踏板9的操作量的关系。在图中，随着踏板操作量的增加，发动机旋转速度从NL增加到Nh。图中的Nh是发动机旋转速度的上限值Nlim，但在本实施方式中，如下所述，当规定条件成立时，使发动机旋转速度的上限值Nlim降低到规定值Ns，在不超过该上限值Nlim的范围内，与根据图3的特性进行的油门踏板9的操作相应地控制发动机旋转速度。
控制器10具有控制马达倾转的马达倾转控制部和设定发动机旋转速度的上限值Nlim的速度上限值设定部。在CPU中执行以下处理，分别将控制信号输出到电调节器11和发动机控制装置18。
图4是表示马达倾转控制部中的处理的一例的框图。行驶回路压Pt被输入到函数发生器10A。在函数发生器10A中，预先设定图示那样的特性L1，对与根据该特性L1的行驶回路压Pt相应的马达目标倾转qm(目标排油容积)进行运算。根据特性L1，在行驶回路压Pt不足规定值P0时，马达目标倾转qm为最小qmin，在行驶回路压Pt为规定值P0时，马达目标倾转qm从最小qmin增加到最大qmax，在行驶回路压Pt大于规定值P0的范围内，马达目标倾转qm为最大qmax。这里，行驶回路压Pt(严格地说是主管路LA、LB的差压)和马达倾转qm的积相当于液压马达3的输出扭矩，液压马达3输出与负载相应的驱动扭矩，由此得到车辆的行驶驱动力。
作业回路压Pf被输入到函数发生器10B。在函数发生器10B中，预先设定图示那样的特性L2，与根据该特性L2的作业回路压Pf相应地运算马达倾转的上限值qlim。根据特性L2，作业回路压Pf为0时，马达倾转的上限值qlim与特性L1的最大倾转qmax相等，随着作业回路压Pf增加，qlim逐渐减小。作业回路压Pf为额定压力时的马达倾转的上限值qlim为最大倾转qmax的50％～70％左右。
由函数发生器10A运算的马达目标倾转qm、以及由函数发生器10B运算的马达倾转的上限值qlim分别被输入到最小值选择回路10C。在最小值选择回路10C中，选择qm和qlim中小的值作为目标倾转，控制调节器11，以使马达倾转成为该目标倾转。
由此，在作业回路压Pf为0时，也就是说在单独行驶时，马达倾转沿着特性L1被控制在qmin～qmax之间。在作业回路压Pf发生时，也就是在边行驶边进行作业时，马达倾转被控制成与特性L1的行驶回路压Pt对应的目标倾转qm和与特性L2的作业回路压Pf对应的上限值qlim中的某个小的值，马达倾转的最大值被上限值qlim限制。
图5是表示控制器10的速度上限值设定部中的处理的一例的流程图。该流程图所示的处理是通过例如发动机钥匙开关的打开而开始的。在步骤S1中，判断由压力检测器21检测的行驶回路压Pt是否是预先设定的规定值Pts以上。规定值Pts是用于判别是否是通过斗杆111的操作进行的挖掘作业的阈值。在挖掘作业时，由于行驶负载变大，行驶回路压Pt上升到接近溢流压，所以规定值Pts被设定成例如溢流阀14的溢流压Ptr的70～90％左右(参照图7)。步骤S1为肯定时，进入步骤S2。
在步骤S2中，判断由压力检测器22检测的作业回路压Pf是否在预先设定的规定值Pfs以上。规定值Pfs是用于判别是否是通过斗杆111的操作进行的挖掘作业的阈值。在将铲斗112压入土砂的状态下，当操作斗杆液压缸114时，作业负载变得比操作铲斗液压缸115时大。与该作业负载对应地，规定值Pfs被设定成例如为作业用回路HC2上设置的溢流阀的溢流压Pfr的70～90％左右(参照图7)。步骤S2为肯定时，进入步骤S3，使计时器计数。在步骤S4中，判断计时器是否计时了规定时间t0，即判断Pt≥Pts且Pf≥Pfs的状态是否持续了规定时间t0。
步骤S4为肯定时，进入步骤S5，为否定时，进入步骤S7。在步骤S5中，将发动机旋转速度的上限值Nlim设定成规定值Ns(图3)。另一方面，步骤S1为否定时，或步骤S2为否定时，进入步骤S6，重置计时器。在步骤S7中，将发动机旋转速度的上限值Nlim设定成规定值Nh。
通过以上步骤，在发动机旋转速度的上限值Nlim被设定时，控制器10向发动机控制装置18输出控制信号，与油门踏板9的操作量相应地控制发动机旋转速度，以使其不超过上限值Nlim。由此，在最大程度地操作油门踏板9的情况下，若上限值Nlim被设定成Nh，则发动机旋转速度被控制成Nh，如果上限值Nlim被设定成Ns，则发动机旋转速度被控制成Ns。
这里，对规定值Ns的意义进行说明。图6(a)、(b)是表示发动机旋转速度和在该旋转速度下液压泵2能够排出的行驶负载压Pt的最大值Ptmax(最大压力)之间的关系、以及发动机旋转速度和与该最大压力Ptmax对应的行驶驱动力之间的关系的图。如图6(a)所示，最大压力Pmax在发动机旋转速度从NL到Na的范围内成比例地增加，在发动机旋转速度为Na以上的范围内，最大压力Ptmax成为溢流阀14的溢流压Ptr。另外，如图6(b)所示，行驶驱动力的最大值也在发动机旋转速度从NL到Na的范围内成比例地增加，在发动机旋转速度为Na以上的范围内成为最大。
因此，为使行驶驱动力成为最大，只要至少发动机旋转速度为Na以上即可，当发动机旋转速度过大时(例如发动机速度为Nh)，来自溢流阀14的溢流量变多，热能量损失变大。此外，关于作业用液压回路HC2也同样，在高负载作业时，若发动机旋转速度过大，则来自溢流阀的溢流量变多，热能量损失变大。
因此，在本实施方式中，在较之作业速度进行优先作业负载的作业时，即在液压回路HC1、HC2中不需要那么多的泵流量的高负载作业(例如将铲斗112铲入土砂并操作斗杆111的挖掘作业)中，使发动机旋转速度降低到Ns，以便在发挥最大驱动力的同时，降低热能量损失。此外，由于发动机旋转速度会因工作油温的影响等而发生波动，所以，即使发动机旋转速度发生波动，为了能够得到最大驱动力，而将Ns设定成比Na高规定量(例如100～300rpm)的值。
对第一实施方式的工程车辆的控制装置的动作进行说明。
例如，如图8所示，在使轮式装载机100急冲入土砂的土堆130并进行挖掘作业的情况下，驾驶员最大程度地操作油门踏板9，将铲斗112压入土砂，并操作斗杆111抬起铲斗112。此时，由于在车辆上同时作用有较大的作业负载和行驶负载，所以如图7的斜线所示，成为作业回路压Pf为规定值Pfs以上，且行驶回路压Pt为规定值Pts以上的高负载状态。即使成为高负载状态，只要在经过规定时间t0之前，发动机旋转速度的上限值Nlim为Nh(步骤S7)，踏板最大踏入时的发动机旋转速度成为Nh。因此，在行驶回路压Pt高的状态下，在行驶过程中，即使作业回路压Pf瞬间变高，发动机旋转速度也不会变动，能够防止燃料消耗的恶化。另外，控制也稳定。
在高负载状态持续规定时间t0后，发动机旋转速度的上限值Nlim降低到Ns(步骤S5)，发动机旋转速度也成为Ns。由此，由于液压泵2的排出量减少，通过溢流阀14的溢流量减少，能够降低热能量损失。其结果就是，能够改善燃料消耗，并且能够降低噪音，能够使工作油冷却器的容量小型化。此时，即使发动机旋转速度降低到Ns，也能够得到最大行驶驱动力(图6(b))，能够没有问题地进行高负载的挖掘作业。
根据第一实施方式，能够发挥以下的作用效果。
(1)在行驶回路压Pt为规定值Pts以上且作业负载压Pf为规定值Pfs以上的状态持续规定时间t0后，使发动机旋转速度的上限值Nlim从Nh降低到Ns。由此，能够使行驶用液压回路HC1以及作业用液压回路HC2的溢流量减少，能够降低热能量损失。
(2)由于以行驶回路压Pt为规定值Pts以上且作业负载压Pf为规定值Pfs以上作为条件，降低发动机旋转速度的上限值Nlim，因此，在只有作业回路压Pf高的状态下行驶的情况下、以及在只有行驶回路压Pt高的状态下进行作业的情况下，上限值Nlim保持在Nh，能够得到充分的行驶速度和作业速度。
(3)即使行驶回路压Pt成为规定值Pts以上且作业负载压Pf成为规定值Pfs以上，由于若该状态没有持续规定时间t0则将发动机旋转速度的上限值Nlim维持在Nh，所以，在回路压Pt、Pf瞬间发生变化的情况下，能够抑制发动机旋转速度的变动。
(4)由于将上限值Nlim设定为比能够发挥最大行驶驱动力的最小发动机旋转速度Na只高规定量的发动机旋转速度Ns，所以，即使发动机旋转速度因工作油温的影响等发生波动，也能够可靠地得到最大行驶驱动力。
(5)由于在行驶回路压Pt为规定值Pts以上且作业回路压Pf为规定值Pfs以上时降低发动机旋转速度的上限值Nlim，所以，能够在回路压Pt、Pf上升到溢流压Ptr、Pfr之前，有效地降低发动机旋转速度。
第二实施方式
参照图9～图11说明本发明的工程车辆的控制装置的第二实施方式。
第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于控制器10的速度上限值设定部中的处理。即在第一实施方式中，以行驶回路压Pt为规定值Pts以上且作业回路压Pf为规定值Pfs以上作为条件，使发动机旋转速度的上限值Nlim降低到Ns，但在第二实施方式中，以油门踏板9的踏入量为规定值以上且车速为规定值以下、作业回路压Pf为规定值以上作为条件，使上限值Nlim降低。以下，主要说明与第一实施方式的不同点。
图9是表示第二实施方式的控制装置的概要结构的图。此外，在与图2相同的位置标注相同的附图标记。在控制器10中，分别输入来自压力检测器21、22和操作量检测器17、旋转速度计16的信号。而且，在第二实施方式中，来自对操作杆6a的操作进行检测的操作检测器20的信号和来自对车速进行检测的车速检测器19的信号被输入到控制器10。
图10是表示第二实施方式的速度上限值设定部中的处理的一例的流程图。此外，在与图5相同的处理位置标注相同的附图标记。在步骤S11中，通过来自操作检测器20的信号判断操作杆6a的操作。在判断为操作杆6a被向前进侧或后退侧操作、即向可行驶位置操作时，进入步骤S12，在判断成被向中立位置操作、即向不能行驶位置操作时，进入步骤S6。
在步骤S12中，通过来自操作量检测器17的信号，判断油门踏板9是否被操作规定值S0以上。规定值S0是用于判断高负载行驶的阈值，例如被设定成全操作量的80％左右。在步骤S12为肯定时，进入步骤S13，为否定时，进入步骤S6。在步骤S13中，通过来自车速检测器19的信号判断车速是否为规定值V0以上。规定值V0是用于判断高负载行驶的阈值，例如被设定成3km/h左右。即，在边进行挖掘作业边行驶的情况下，由于在车辆上作用有高负载，因此，即使油门踏板9被踏入80％以上，车速也在3km以下。考虑这方面来决定规定值S0、V0。步骤S13为肯定时，进入步骤S2，为否定时，进入步骤S6。
在图8的挖掘作业时，油门踏板9的操作量成为规定值S0以上，且车速成为规定值V0以下、作业回路压Pf成为规定值以上。在该状态持续规定时间t0后，发动机旋转速度的上限值Nlim降低到Ns。由此，能够使来自溢流阀14的溢流量减少，能够降低热能量损失。此外，在行驶用的操作杆6a位于中立位置时，只在能够行驶的状态下，能够使发动机旋转速度的上限值Nlim自动地降低。
此外，在第二实施方式中，也可以根据发动机旋转速度或油门踏板9的踏入量来变更车速的阈值V0。图11是根据发动机旋转速度来变更阈值V0的例子。在图中，发动机旋转速度为规定值Na以下时，阈值V0为V01(例如1km/h)，在发动机旋转速度大于等于Na小于等于Nb的范围内，阈值V0成比例地增加，发动机旋转速度比Nb大时，阈值V0成为V02(例如3km/h)。这样，通过根据发动机旋转速度来变更阈值V0，能够高精度地判断高负载的作业状态。
在上述实施方式中，以闭回路连接液压泵2和液压马达3而形成行驶用回路HC1，由液压泵4和由来自液压泵4的压力油驱动的液压缸114、115等形成作业用回路HC2，但这些行驶用回路和作业用回路的回路结构不限于上述结构。例如还可以由一泵一马达的组合构成行驶用回路HS1，也可以由多个马达构成回路。
也可以通过油门踏板以外的操作部件指令发动机旋转速度。虽沿着预定的图3的特性对发动机旋转速度进行控制，但只要根据踏板操作量来控制发动机旋转速度，旋转速度控制部的结构就不限于此。通过溢流阀14使行驶用回路HC1的压力油溢流，但也可以通过其他溢流装置使来自回路HC1的高压力油溢流。另外，溢流装置也可以使行驶用回路HC1和作业用回路HC2的至少某一方的高压力油溢流。
在第一实施方式中，在作业回路压Pf为规定值(作业用设定回路压)Pfs以上且行驶回路压Pt为规定值(行驶用设定回路压)Pts以上的状态持续规定时间t0后，检测出高负载行驶且高负载作业的车辆状态。另外，在第二实施方式中，在车速为规定值(设定车速)V0以下、踏板操作量为规定值S0以上且作业回路压Pf为规定值(作业用设定回路压)Pfs以上的状态持续规定时间t0后，检测出高负载行驶且高负载作业的车辆状态。但是，这只是一例，检测高负载行驶且高负载作业的车辆状态的状态检测部也可以是其他结构。
只要能够在至少检测出高负载行驶且高负载作业的车辆状态时，使发动机旋转速度的上限值Nlim降低，作为速度限制部的控制器10的处理也可以是上述以外的处理，也可以不以持续规定时间t0为条件。虽使发动机旋转速度的上限值Nlim降低到规定值Ns，但也可以使规定值Ns可变。在上述实施方式中，虽将Ns(第一旋转速度)设定成比Na(第二旋转速度)大的值(图6(a))，但只要满足行驶用回路的最大行驶负载压Ptmax为被溢流阀14规定的溢流压Ptr的关系，也可以将Ns设定成其他值。
通过压力检测器21检测行驶用回路HC1的负载压Pt，通过压力检测器22检测作业用回路HC2的负载压Pf，但行驶回路压检测器以及作业回路压检测器的结构可以是任意的。通过车速检测器19检测车速，通过操作量检测器17检测踏板操作量，但车速检测器以及操作量检测器的结构也可以是任意的。通过来自操作检测器20的信号判断车辆是否为可行驶状态，但行驶判断部的结构不限于此。
以上，对将本发明的控制装置适用于轮式装载机的例子进行了说明，但也能够将本发明同样地适用于其他工程车辆。即，只要能够实现本发明的特征、功能，本发明不限于实施方式的行驶控制装置。
本申请是以日本国专利申请2007‑61955号(2007年3月12日提出申请)为基础，将其内容作为引用文在此援引。