冷却风扇的驱动装置及风扇转速控制方法 技术领域 本发明涉及建筑机械等液压驱动机械所使用的冷却风扇的驱动装置及使用了该 装置的风扇转速控制方法。
背景技术 在建筑机械等液压驱动机械中， 将从由发动机驱动的冷却风扇用的液压泵喷出的 压力油供给至使冷却风扇旋转的液压电动机， 并控制供给至液压电动机的压力油流量， 由 此控制液压电动机的转速即冷却风扇的转速。 而且， 对冷却风扇的转速进行控制， 以使发动 机中的冷却水温度和液压油的温度等达到所希望的温度。
作为控制冷却风扇的转速的构成， 提出有风扇转速控制方法 ( 例如参照专利文献 1) 等。将专利文献 1 所记载的风扇转速控制方法作为本发明的现有技术， 在图 9 中示出表 示风扇转速控制方法的流程图。
如图 9 所示， 在专利文献 1 所记载的风扇转速控制方法中进行泵 - 电动机系统的 控制， 使得在发动机起动时， 从风扇转速处于风扇最低转速 Nmin 的状态开始风扇的驱动 ( 步骤 1)。泵 - 电动机系统由驱动风扇的液压电动机和将压力油供给至该液压电动机的液 压泵构成。接着， 在风扇开始旋转时进行控制， 以使风扇最低转速 Nmin 的状态至少维持数 秒 ( 步骤 2)。
在风扇最低转速 Nmin 的状态至少维持数秒之后， 进行使风扇转速自风扇最低转 速 Nmin 逐渐增加的控制 ( 步骤 3)。接着， 自风扇转速逐渐增加开始至少经过数秒之后， 控 制泵 - 电动机系统以使风扇转速增大至风扇目标转速 Ntf( 步骤 4)。
通过进行如上所述的控制， 防止在泵 - 电动机系统中产生峰值压力和压力波动。 于是， 可以防止泵 - 电动机系统破损。
专利文献 1 ： 日本特开 2005-76525 号公报
在专利文献 1 所记载的发明中， 在自发动机起动时开始至经过已设定的一定时间 T1 之间的期间， 将风扇转速维持在风扇最低转速 Nmin 的状态。 接着， 在经过一定时间 T1 之 后， 在一定时间 T2 内进行使风扇转速自风扇最低转速 Nmin 按照一定梯度逐渐增加直至达 到风扇目标转速 Ntf 的控制。与此同时， 进行反馈控制， 以使利用风扇冷却的被冷却流体的 各检测温度达到各个目标温度。
如上所述， 在专利文献 1 所记载的发明中， 为了使风扇转速自风扇最低转速 Nmin 达到风扇目标转速 Ntf， 以风扇转速按照一定梯度逐渐增加的方式进行控制。
通常， 在使驱动风扇的液压电动机和风扇自低转速状态加速至高转速状态时， 为 了使风扇开始旋转， 需要有能够克服因欲使液压电动机和风扇自身分别继续停止的惯性而 产生的力的较大起动力。
而且， 随着风扇的转速逐渐增大， 增大液压电动机和风扇的转速而所需的力也可 以减小。 即， 在转速增大的状态下， 因液压电动机和风扇的惯性而产生的力欲使液压电动机 和风扇的旋转以等速度继续旋转。 因此， 若成为如上所述的状态， 则不需要较大的力即可使
液压电动机和风扇旋转。
然而， 如专利文献 1 中记载的发明所示， 若进行使风扇转速按照一定梯度逐渐增 加的控制， 则自液压泵喷出的压力油流量未完全用于液压电动机的旋转， 未被使用的压力 油流量自液压泵的保护流路即溢流阀废弃至油箱。
即， 在专利文献 1 所记载的发明中， 由于未考虑到因液压电动机和风扇自身的惯 性而产生的力的大小， 因此进行仅使风扇转速按照一定梯度逐渐增加的控制。 于是， 以向液 压电动机供给使风扇转速按照一定梯度增加而所需的压力油流量的方式进行控制。
但是， 在风扇开始旋转时， 由于因欲维持停止状态的惯性而产生的力较大地发挥 作用， 因此， 转速只是逐渐上升。因此， 从液压泵喷出比使风扇的转速增加而实际使用的压 力油流量多的压力油流量。
其结果是， 在液压泵未被使用的压力油流量自液压泵的保护流路即溢流阀废弃至 油箱。这样， 若自液压泵喷出的压力油白白浪费地被排出， 则会导致产生发动机油耗恶化、 液压油温上升、 溢流噪音增加等弊端。 发明内容 在本发明中， 提供一种冷却风扇的驱动装置及使用了该装置的风扇转速控制方 法， 在使冷却风扇的转速上升至目标转速时， 能够极力降低自液压泵喷出的压力油流量白 白浪费的情况， 而且， 可以降低能量损失。
本发明的课题能够通过第一方面～第四方面所记载的冷却风扇的驱动装置及第 五方面、 第六方面所记载的风扇转速控制方法来实现。
即， 在本发明的冷却风扇的驱动装置中， 其最主要的特征在于， 具有 ：
液压泵， 其由发动机驱动并用于冷却风扇 ；
液压电动机， 其被供给自所述液压泵喷出的压力油， 使冷却风扇旋转 ；
油温传感器， 其检测液压油的温度 ；
水温传感器， 其检测冷却介质的温度 ；
转速传感器， 其检测所述发动机的转速 ；
流量控制机构， 其控制供给至所述液压电动机的压力油流量 ； 以及
控制器， 其控制所述流量控制机构，
所述控制器具有 ： 设定所述冷却风扇的目标转速的目标转速设定部、 设定使所述 冷却风扇的转速上升至所述目标转速时的加速模式的加速模式设定部、 对供给至所述液压 电动机的压力油流量进行指令的转速指令计算部，
所述目标转速设定部基于来自所述油温传感器、 所述水温传感器和所述转速传感 器的各检测信号， 设定所述冷却风扇的目标转速，
所述加速模式设定部基于由所述转速传感器检测到的所述发动机的转速、 在所述 目标转速设定部设定的所述冷却风扇的目标转速、 因所述冷却风扇及所述液压电动机的惯 性而产生的力的大小， 设定使所述冷却风扇的转速上升至所述目标转速时的加速模式，
所述转速指令计算部基于所述发动机的转速、 在所述目标转速设定部设定的所述 冷却风扇的目标转速、 在所述加速模式设定部设定的加速模式， 计算对所述流量控制机构 进行控制的指令值， 以使所述冷却风扇的转速基于所述加速模式自当前的转速上升至所述
目标转速。
而且， 在本发明的冷却风扇的驱动装置中， 其主要特征在于， 基于所述液压电动机 的性能及所述冷却风扇的大小、 质量等预先设定所述加速模式。
并且， 在本发明的冷却风扇的驱动装置中， 其主要特征在于， 所述流量控制机构是 对可变容量型的所述液压泵的斜盘角进行控制的斜盘角控制阀。
并且， 在本发明的冷却风扇的驱动装置中， 其主要特征在于， 所述流量控制机构是 对供给至所述液压电动机的压力油流量进行控制的流量控制阀。
另外， 本发明的风扇转速控制方法将从由发动机驱动的冷却风扇用的液压泵喷出 的压力油供给至冷却风扇用的液压电动机， 对供给至所述液压电动机的压力油流量进行控 制以控制所述冷却风扇的风扇转速， 所述风扇转速控制方法的最主要的特征在于，
根据检测到的液压油的温度及用于冷却发动机等的冷却介质的温度及所述发动 机的转速， 确定所述冷却风扇的目标转速，
根据所述发动机的转速及所确定的所述冷却风扇的目标转速、 以及因所述冷却风 扇及所述液压电动机的惯性而产生的力的大小， 确定使所述冷却风扇的转速上升至所述目 标转速时的加速模式，
根据所述发动机的转速和所确定的所述冷却风扇的目标转速及所述加速模式， 控 制供给至所述液压电动机的压力油流量， 从而控制所述冷却风扇的转速以使所述冷却风扇 的转速基于所述加速模式自当前的转速上升至所述目标转速。
并且， 在本发明的风扇转速控制方法中， 其主要特征在于， 作为所述加速模式， 使 用基于所述液压电动机的性能及所述冷却风扇的大小、 质量等预先设定的加速模式。
在本发明中， 基于考虑到因冷却风扇及液压电动机的惯性而产生的力的大小的加 速模式， 可以使冷却风扇的转速上升至目标转速。由此， 能够对供给至液压电动机的压力 油流量进行控制， 使得在考虑到因冷却风扇和液压电动机的惯性而产生的力的大小的状态 下， 使冷却风扇的转速达到目标转速。
因此， 可以将适应液压电动机的实际旋转状况的压力油流量供给至液压电动机， 从而可以极力降低在液压电动机未被使用而浪费的压力油流量。 而且， 可以降低能量损失， 从而可以防止产生发动机油耗恶化、 液压油温上升、 溢流噪音增加等弊端。
作为加速模式， 也可以基于液压电动机的性能及冷却风扇的大小、 质量等预先通 过实验等求出而进行设定。通过使用预先设定的加速模式， 可以通过前馈控制对本发明的 冷却风扇进行转速控制。而且， 即便利用冷却风扇冷却的被冷却流体的各检测温度产生变 动， 也可以像通过反馈控制进行转速控制那样， 不受该变动的影响。并且， 能够在不受因各 检测温度产生变动而带来的影响的情况下进行控制， 以使冷却风扇的转速达到目标转速。
由此， 冷却风扇的转速控制变得容易， 可以简单地构成进行冷却风扇转速控制的 结构。
作为供给至液压电动机的压力油流量， 既可以通过控制液压泵的斜盘角来进行上 述压力油流量的控制， 也可以通过控制在将液压泵和液压电动机连接的油路设置的流量控 制阀来进行上述压力油流量的控制。 附图说明图 1 是本发明的液压流路图。( 实施例 ) 图 2 是控制器的构成图。( 实施例 ) 图 3 是控制框图。( 实施例 ) 图 4 是冷却风扇的转速控制的流程图。( 实施例 ) 图 5 是冷却风扇转速增加时的实际测量数据的概略图。( 实施例 ) 图 6 是冷却风扇转速增加时的实际测量数据的概略图。( 现有例 ) 图 7 是本发明的其他液压流路图。( 实施例 ) 图 8 是本发明的其他液压流路图。( 实施例 ) 图 9 是表示风扇转速控制方法的流程图。( 现有例 )具体实施方式
以下， 参照附图对本发明的优选实施方式具体进行说明。本发明的冷却风扇的驱 动装置及风扇转速控制方法能够优选适用于具有冷却风扇的作业车辆。
特别是， 能够优选适用于频繁地进行发动机的加减速的作业车辆。例如在轮式装 载机之类的作业车辆中， 在装卸作业时等， 因反复进行前进后退作业及 V 形作业， 故频繁地 进行发动机的加减速操作。 若频繁地进行发动机的加减速操作， 则根据发动机的旋转而被驱动的冷却风扇用 的液压泵的转速也根据发动机的转速而加减速。而且， 由于根据自冷却风扇用的液压泵喷 出的压力油流量来驱动冷却风扇用的液压电动机， 因此， 冷却风扇用的液压电动机的转速 也受到发动机旋转的影响。 因此， 伴随着发动机的加减速， 反复进行使冷却风扇用的液压电 动机的转速上升至目标转速的控制。
而且， 在进行使冷却风扇的转速上升至与利用冷却风扇进行冷却的制冷剂的温度 等相应的目标转速的控制时， 若未构成本发明所示的结构， 则将频繁地产生自液压泵喷出 的压力油流量被白白浪费的状况。 本发明特别适用于如上所述的频繁地进行发动机的加减 速的作业车辆。
图 1 是本发明的实施方式的冷却风扇的驱动装置所使用的液压流路图。作为冷却 风扇用而配设的可变容量型液压泵 2( 以下称为液压泵 2) 由发动机 1 驱动。根据来自未图 示控制器 7( 参照图 2) 的控制指令， 控制斜盘控制阀 6， 从而控制液压泵 2 每旋转一图的泵 容量 (cc/rev)。
即， 通过控制斜盘控制阀 6， 可以控制液压泵 2 的斜盘 2a 的角度， 从而可以使液压 泵 2 具有与来自控制器 7( 参照图 2) 的控制指令对应的斜盘角度。而且， 根据此时的发动 机 1 的转速和由斜盘控制阀 6 控制的斜盘角即液压泵 2 的泵容量， 可以控制自液压泵 2 喷 出的压力油流量。
自液压泵 2 喷出的压力油流量经由正反向旋转用切换阀 3 被供给至冷却风扇用的 液压电动机 4。根据来自未图示的控制器 7( 参照图 2) 的控制指令， 切换阀 3 可以选择性地 在 I 位置和 II 位置这两个位置进行切换。例如， 当切换到图 1 所示的 II 位置时， 可以使液 压电动机 4 正向旋转， 当切换到 I 位置时， 可以使液压电动机 4 反向旋转。
自液压电动机 4 排出的压力油通过切换阀 3 而排出到油箱 10 中。另外， 为了将供 给至液压电动机 4 的泵压力控制为不达到规定压力以上， 而在连接液压泵 2 与切换阀 3 的
油路和油箱 10 之间设置有溢流阀 9。
由液压电动机 4 驱动而旋转的冷却风扇 5 的转速可以通过冷却风扇转速传感器 15 进行检测， 由冷却风扇转速传感器 15 检测到的检测值被输入到控制器 7 中。另外， 可以代 替通过冷却风扇转速传感器 15 直接检测冷却风扇 5 的转速的方式而采用如下方式间接地 求出液压电动机 4 的转速， 即利用发动机转速传感器 18 检测发动机 1 的转速， 并且检测液 压泵 2 的斜盘角或供给至液压电动机 4 的压力油流量， 从而间接地求出液压电动机 4 的转 速。
作为供给至液压电动机 4 的压力油流量， 例如后述的图 7 所示， 可以通过对流量控 制阀 12 进行控制的控制信号的值来求出供给至液压电动机 4 的压力油流量， 其中， 流量控 制阀 12 配设于将液压泵 2 和液压电动机 4 连接的油路中。即， 流量控制阀 12 的开口面积 根据对流量控制阀 12 进行控制的控制信号的值而被控制。根据对流量控制阀 12 进行控制 的控制信号的值可以获知流量控制阀 12 的开口面积， 从而可以求出通过流量控制阀 12 的 压力油流量。
即， 自液压泵 2 喷出的压力油流量可以通过发动机 1 的转速和液压泵 2 的斜盘角 来求出， 因此， 通过获知流量控制阀 12 的开口面积， 可以求出通过流量控制阀 12 的压力油 流量。 图 7 及后述的图 8 中的液压泵 2 也共用对冷却风扇 5 进行驱动的液压电动机 4 之 外的致动器。因此， 作为液压泵 2 的泵斜盘角， 相对于包含液压电动机 4 之外的其他致动器 在内的所需流量而被控制。供给至液压电动机 4 的压力油流量通过使用流量控制阀 12 或 流量控制阀 14 来控制。另外， 作为图 7 及图 8 中的液压泵， 也可以不使用可变容量型液压 泵而使用固定容量型液压泵。
因此， 可以间接求出与供给至液压电动机 4 的压力油流量对应的液压电动机 4 的 转速即冷却风扇 5 的转速。这样， 在得知液压泵 2 的斜盘角或供给至液压电动机 4 的压力 油流量时， 通过检测发动机 1 的转速， 也能够检测到冷却风扇 5 的转速。
使用图 2 说明利用控制器 7 执行的本发明的冷却风扇的转速控制。向控制器 7 中 分别输入由水温传感器 16 检测到的对发动机 1 等进行冷却的冷却介质的温度、 由液压油温 传感器 17 检测到的液压油的温度、 由发动机转速传感器 18 检测到的发动机 1 的转速及由 冷却风扇转速传感器 15 检测到的冷却风扇 5 的转速。也可以仅输入由发动机旋转传感器 18 和冷却风扇旋转传感器 15 中的任一方所检测到的检测值。
上述各检测值被输入在控制器 7 设置的目标转速设定部 22 中， 在目标转速设定部 22， 基于输入的上述各检测值的值， 设定冷却风扇 5 的目标转速。作为冷却风扇 5 的目标转 速， 例如， 可以使用图 3 左侧所示的图表来设定冷却风扇 5 的目标转速。
作为图 3 左侧所示的图表， 与输入到目标转速设定部 22 的各检测温度对应地， 通 过模拟或实验等可以求出冷却风扇 5 的目标转速。
或者， 例如也可以构成为， 使用统计处理的方法计算输入到目标转速设定部 22 的 各检测温度， 并求出冷却风扇 5 的目标转速。在本申请发明中， 关于冷却风扇 5 的目标转 速的求法， 并非是具有特征的方法， 因此， 只要是能够设定形成使冷却介质和液压油的油温 不过热那样的合适转速的冷却风扇 5 的目标转速的方法， 可以使用以往公知的各种设定方 法。
基于由冷却风扇转速传感器 15 检测到的当前的冷却风扇 5 的转速和在目标转速 设定部 22 设定的目标转速、 以及因冷却风扇 5 及液压电动机 4 的惯性而产生的力的大小， 在加速模式设定部 23 可以设定使冷却风扇 5 的转速上升至所述目标转速时的加速模式。
作为因冷却风扇 5 及液压电动机 4 的惯性而产生的力的大小， 可以通过使用冷却 风扇 5 及液压电动机 4 各自的二次惯性矩的值及角加速度进行模拟和实验等来求出。作为 二次惯性矩的值， 虽然可以通过结构计算来算出， 但也可以如下述说明那样来求出。
例如， 在将因冷却风扇 5 及液压电动机 4 的惯性而产生的力的大小设为 “Ip” 时， 因惯性而产生的力的大小 “Ip” 的值可以表示为设置有冷却风扇 5 的液压电动机 4 的电动 机转矩 T[N· m] 和设置有冷却风扇 5 的液压电动机 4 的角加速度 dω/dt[rad/(sec· sec)] 的函数。即， 可以表示为 Ip ＝ T/(dω/dt)。
于是， 通过实际测量或实验等， 求出设置有冷却风扇 5 的液压电动机 4 的电动机 压力 Pm[Mpa]、 设置有冷却风扇 5 的液压电动机 4 的电动机转速 Rm[rpm]、 液压电动机 4 的 电动机容量 Qm[cc/rev]、 设置有冷却风扇 5 的液压电动机 4 的转矩效率 ηt、 加速时间 Δt acc[sec]， 由此可以求出设置有冷却风扇 5 的液压电动机 4 的电动机转矩 T。
即， 可以作为 T ＝ Qm×Pm×ηt/(2×π) 而求出。需要说明的是， π 是弧度法中 的角度标记， 在弧度法中， 180 度的角度表示为 1×π 弧度。另外， 角加速度 dω/dt 可以表 示为 dω/dt ＝ Rm×2×π/(60×Δt acc)。 根据求解该液压电动机 4 的电动机转矩 T 和角加速度 dω/dt 的式子， 因惯性而产 生的力的大小 “Ip” 的值表示为 Ip ＝ Qm×Pm×ηt/(2×π)/(Rm×2×π/(60×Δt acc))。 即， 通过计算 Ip ＝ 60×Qm×Pm×ηt×Δt acc/(4×Rm×π×π)， 可以求出因惯性而产生 的力的大小 “Ip” 的值。
这样， 可以设定图 3 中的自左侧起第二个图表所示那样的加速模式。虽然将该图 表的纵轴设为输出目标， 但作为输出目标， 也可以作为供给至液压电动机 4 的压力油流量 而读取。如图 3 所示， 设定使起动力逐渐增强那样的加速模式， 使得在使当前的冷却风扇 5 的转速上升至利用目标转速设定部 22 设定的目标转速时， 能够在起动开始时抵抗因冷却 风扇 5 及液压电动机 4 的惯性而产生的力。
加速模式成为如下模式 ： 使供给至液压电动机 4 的压力油流量逐渐增大， 使得自 所述起动开始时起， 液压电动机 4 的角加速度随着时间的经过逐渐上升。通过基于该加速 模式来进行液压电动机 4 的加速控制， 在进行液压电动机 4 的加速控制时， 可以降低未被消 耗而浪费的溢流流量。
这样， 随着液压电动机 4 的角加速度逐渐上升， 也可以逐渐增大因用于将冷却风 扇 5 及液压电动机 4 维持在等速旋转状态的惯性而产生的力的大小。而且， 如图 3 所示， 通 过使供给至液压电动机 4 的压力油流量呈二次函数地增大， 从而可以降低在液压电动机 4 未被消耗而浪费的溢流流量。
而且， 在液压电动机 4 的转速达到冷却风扇 5 的目标转速后， 可以向液压电动机 4 继续供给维持达到的旋转状态所需的压力油流量。
在加速模式设定部 23 进行设定的加速模式， 如上所述， 虽然可以基于由冷却风扇 转速传感器 15 检测到的冷却风扇 5 的转速和在目标转速设定部 22 设定的目标转速、 以及 因冷却风扇 5 及液压电动机 4 的惯性而产生的力的大小来进行设定， 但也可以预先通过实
验、 模拟等来设定加速模式。
在预先设定加速模式的情况下， 为了使冷却风扇 5 的转速上升至目标转速， 也可 以根据冷却风扇 5 的转速是自哪种转速状态开始的情况而分别设定不同的加速模式。在该 情况下， 在使冷却风扇 5 的转速上升至目标转速时， 根据开始时间点的冷却风扇 5 的转速状 态， 因冷却风扇 5 及液压电动机 4 的惯性而产生的力的状况不同。
于是， 可以根据开始时间点的冷却风扇 5 的转速状态， 分别构成有效利用了因开 始时间点的冷却风扇 5 的转速状态下的惯性而产生的力的状况的加速模式。例如， 可以较 大地构成加速模式中的上升趋势 ( 立ち上げ )。 而且， 即便因开始时间点的惯性而产生的力 的状况不同， 也可以尽快地达到目标转速的状态。
而且， 为了使冷却风扇 5 的转速上升至目标转速， 也可以替代根据冷却风扇 5 的转 速是自哪种转速状态开始的情况而分别设定不同的加速模式的方式， 仅预先设定一个加速 模式并利用该设定的一个加速模式。 在该情况下， 也可以构成为 ： 有效利用加速模式中的曲 线部， 分别求出与冷却风扇 5 朝向目标转速开始增速旋转时的转速对应的所述加速模式的 曲线部上的点及对应于目标转速的所述加速模式的曲线部上的点， 使这两点间的曲线部构 成所述加速模式。
顺便说一下， 由于液压泵 2 由发动机 1 驱动， 因此， 若频繁地进行发动机 1 的加减 速， 则液压泵 2 的转速也受到发动机 1 的转速的加减速的影响。而且， 自液压泵 2 喷出的压 力油流量也受到因加减速而带来的影响。因此， 在频繁地进行发动机 1 的加减速时， 反复控 制液压电动机 4 的转速， 使得从减速的转速状态上升至冷却风扇 5 的目标转速。
如上所述， 在本发明中， 进行自液压电动机 4 的低速旋转状态上升至冷却风扇 5 的 目标转速的控制， 也可以使液压电动机 4 的旋转以对应于该状况的加速模式进行加速， 因 此， 可以降低未用于液压电动机 4 的旋转而被浪费的压力油流量。由此， 可以防止产生发动 机油耗恶化、 液压油温上升、 溢流噪音增加等弊端。
如图 2 所示， 在加速模式设定部 23 设定的加速模式和在目标转速设定部 22 设定 的目标转速被输入转速指令值计算部 24。 需要说明的是， 在图 3 中， 虽然也记载有液压电动 机 4 的转速上升至冷却风扇 5 的目标转速后在修正处理部 26 对冷却风扇 5 的转速进行的 控制， 但关于在修正处理部 26 进行的控制将在后面论述， 继续说明跳过了在修正处理部 26 进行的控制之后的控制。
在转速指令值计算部 24， 计算转速指令值并生成向流量控制机构 25 输送的控制 信号， 以便向液压电动机 4 供给使当前的冷却风扇 5 的转速沿加速模式上升至目标转速所 需的压力油流量。作为流量控制机构 25， 只要能够控制供给至液压电动机 4 的压力油流量 即可， 例如可以使用对液压泵 2 的斜盘角进行控制的斜盘控制阀 6( 参照图 1)、 或者使用将 自液压泵 2 喷出的一部分压力油流量供给至液压电动机 4 之外的致动器并对供给至其他致 动器而剩下的压力油进行控制并将其供给至液压电动机 4 的流量控制阀 12( 参照图 7) 或 流量控制阀 14( 参照图 8) 等。
在转速指令值计算部 24， 在对斜盘控制阀 6( 参照图 1) 进行控制时， 计算对液压泵 2 的斜盘角进行控制的控制信号 ； 在对流量控制阀 12( 参照图 7) 或流量控制阀 14( 参照图 8) 进行控制时， 计算对流量控制阀 12 或流量控制阀 14 各自的开口面积进行控制的控制信 号。图 7 所示的流量控制阀 12 表示流量控制机构 25 的变形例， 其构成为， 在使液压泵 2 和液压电动机 4 之间连通的油路设置作为流量控制机构 25 的流量控制阀 12。流量控制 阀 12 构成为根据来自未图示控制器 7 的控制指令， 控制将液压泵 2 和液压电动机 4 相连接 的油路的开口面积。
而且， 通过减小开口面积， 可以减少供给至液压电动机 4 的压力油流量， 从而可以 使液压电动机 4 的转速减速。反之， 通过增大开口面积， 可以增大供给至液压电动机 4 的压 力油流量， 从而可以使液压电动机 4 的转速增速。
图 8 所示的流量控制阀 14 表示流量控制机构 25 的其他变形例， 其作为能够在使 液压泵 2 和液压电动机 4 之间连通的油路和连接到油箱 10 的油路之间进行连接或断开的 流量控制阀而构成。流量控制阀 14 构成为， 根据来自未图示控制器 7 的控制指令， 控制使 连通液压泵 2 和液压电动机 4 的油路与油箱 10 连接时的开口面积。
而且， 通过将连接到油箱 10 的流量控制阀 14 的开口面积设为截断状态或减小上 述开口面积， 可以增大供给至液压电动机 4 的压力油流量， 从而可以使液压电动机 4 的转速 增速。反之， 通过增大连接到油箱 10 的流量控制阀 14 的开口面积， 可以减小供给至液压电 动机 4 的压力油流量， 从而可以使液压电动机 4 的转速减速。 这样， 通过对图 2 所示的流量控制机构 25 进行控制， 可以对液压电动机 4 进行基 于加速模式的加速控制， 从而可以基于加速模式使冷却风扇 5 自当前的转速上升至目标转 速。
这样， 在本申请发明中， 在使冷却风扇 5 的转速增加至与利用冷却风扇 5 进行冷却 的制冷剂的温度等相应的目标转速时， 可以极力减少自液压泵 2 喷出的压力油流量白白浪 费的量。特别是， 在本申请发明中， 对于频繁地进行发动机 1 的加减速的作业车辆， 可以起 到非常有效的作用。
另外， 在图 3 中也记载有如下控制块， 在液压电动机 4 的转速上升至接近冷却风扇 5 的目标转速且液压电动机 4 的速度自加速状态变为恒速状态的状态之后， 该控制块对冷 却风扇 5 的转速进行控制。于是， 对液压电动机 4 的转速上升至接近冷却风扇 5 的目标转 速后的控制进行说明。
需要说明的是， 图 2、 图 3 所示的在修正处理部 26 进行的处理是液压电动机 4 的转 速大致接近目标转速后进行的处理， 在液压电动机 4 的转速即冷却风扇 5 的转速接近目标 转速之前的阶段， 跳过了在修正处理部 26 进行的处理。
当基于在加速模式设定部 23 设定的加速模式而进行液压电动机 4 的加速控制时， 基于在加速模式设定部 23 设定的加速模式来控制供给至液压电动机 4 的压力油流量。而 且， 在根据基于加速模式的控制使冷却风扇 5 的转速上升至接近目标转速后， 控制液压电 动机 4 的转速， 以使冷却风扇 5 的转速大致维持目标转速的状态。
然而， 在冷却风扇 5 的目标转速和实际的冷却风扇 5 的转速之间， 有时因老化的影 响而产生转速差异。 因此， 伴随着因老化而引起的劣化， 效率产生变化， 为了应对上述情况， 在修正处理部 26 使用冷却风扇 5 的目标转速和利用冷却风扇转速传感器 15 检测到的当前 的冷却风扇 5 的转速之间的差分， 对冷却风扇 5 的目标转速值进行修正。而且， 通过使实际 的冷却风扇 5 的转速达到修正后的目标转速， 从而防止实际的冷却风扇 5 的转速产生变动。
而且， 为了修改目标转速， 在修正处理部 26， 基于所述差分进行冷却风扇 5 的目标
转速值的修正。
即， 基于图 3 所示的控制块进行说明。将基于加速模式被控制的液压电动机 4 的目标转速和利用冷却风扇转速传感器 15 检测到的当前的冷却风扇 5 的转速之间的差 分输入修正处理部 26。在修正处理部 26， 根据所述差分， 使用以往公知的 PID 控制 (P 是 Proportional ： 比例的简称、 I 是 Integral ： 积分的简称、 D 是 Derivative ： 微分的简称 ) 对 目标转速进行修正处理。
由此， 可以进行控制以使所述差分减小， 从而可以防止实际的冷却风扇 5 的转速 产生变动。
需要说明的是， 在 PID 控制的积分动作中， 求出过去的偏差累计值， 在比例动作 中， 求出当前的偏差大小， 在微分动作中， 求出偏差的将来预测值。针对上述求出的三个值 分别乘以权重而进行的控制被称为 PID 控制， 并且作为以往公知的控制已众所周知。
目标转速基本上不变， 稳定时的控制和修正时的控制进行相同的控制。而且， PID 控制并不需要在所有的情况下都实施。
接着， 针对在本申请发明中进行的控制流程， 也包含在修正处理部 26 进行的处理 在内， 使用图 4 所示的流程图进行说明。在步骤 S1 中， 进行处理以取得利用水温传感器 16 检测到的对发动机 1 等进行冷却的冷却介质的水温、 利用液压油温传感器 17 检测到的液压 油的油温、 及利用发动机转速传感器 18 检测到的发动机 1 的转速。在步骤 S1 中的处理结 束后进入步骤 S2。 在步骤 S2 中， 进行如下处理 ： 使用目标转速设定部 22， 针对在当前时刻 t 进行设 定的冷却风扇 5 设定最终目标转速 Nt。在步骤 S2 中的处理结束后进入步骤 S3。
在步骤 S3 中， 进行如下处理 ： 基于在加速模式设定部 23 设定的加速模式， 取得与 当前时刻 t 对应的当前目标转速 Nc(t)。目标转速 Nt 是在时刻 t 的时间点进行设定的、 使 冷却风扇 5 最终应达到的目标转速。而且， 当前目标转速 Nc(t) 是在冷却风扇 5 的转速达 到最终目标转速 Nt 之前的阶段基于时刻 t 的时间点处的加速模式的目标转速。
取得当前目标转速 Nc(t) 的处理可以通过转速指令值计算部 24 的计算来求取。 在 步骤 S3 中的处理结束后进入步骤 S4。
时刻 t ＝ 0( 零 ) 的状态即发动机起动时的 Nc(0) 的值被设定为冷却风扇 5 的最 低转速。
在步骤 S4 中， 求出目标转速 Nt 和当前目标转速 Nc(t) 之差， 并判定该差值是否比 预先通过实验等设定的加减速处理判定值 ΔN 大。当所述差值比加减速处理判定值 ΔN 大 时， 进入步骤 S5， 当所述差值比加减速处理判定值 ΔN 小时， 进入步骤 S6。这样， 在步骤 S4 中， 判定当前时刻 t 的当前目标转速 Nc(t) 是否接近目标转速 Nt。
在步骤 S5 中， 进行加减速相加量 ΔNc 的计算处理。 通过使用加减速相加量 ΔNc， 可以求出根据加速模式使油量增加多少。加减速相加量 ΔNc 可以作为使用了目标转速 Nt 和当前目标转速 Nc(t) 的函数值来求取。在步骤 S5 中的处理结束后进入步骤 S7。
在步骤 S6 中， 求取加减速相加量 ΔNc 的处理变得无效。即， 判定为目标转速 Nt 和当前目标转速 Nc(t) 的差值较小， 并进行上升至目标转速 Nt 的处理， 即进行使目标转速 Nt 成为当前目标转速 Nc(t) 的处理。在步骤 S6 中的处理结束后进入步骤 S7。
在步骤 S7 中， 判定当前目标转速 Nc(t) 是否达到目标转速 Nt。在当前目标转速
Nc(t) 达到目标转速 Nt 时， 进入步骤 S8， 在未达到目标转速 Nt 时、 即处于加减速过程中时， 进入步骤 S11。即， 在未达到目标转速 Nt 时， 跳过修正处理部 26 处的处理。
在步骤 S8 中， 进行图 3 中的修正处理部 26 处的处理。即， 取得对应于当前时刻 t 的当前目标转速 Nc(t) 与由冷却风扇转速传感器 15 检测到的当前时刻 t 的冷却风扇 5 的 转速 nf 之间的控制偏差 ε。控制偏差 ε 可以根据 ε ＝ Nc(t)-nf 的关系式来计算。在步 骤 S8 中的处理结束后进入步骤 S9。
在步骤 S9 中， 进行如下处理 ： 对控制偏差 ε 计算自零时刻开始直至时刻 t 为止的 积分累计∫ (ε) 和计算偏差微分累计 Δε。在步骤 S9 中的处理结束后进入步骤 S10。
顺便说一下， 当前的控制循环结束后进行的下一个控制循环在使当前时刻 t 变为 时刻 t+1 的状态下进行。于是， 在步骤 S10 中， 进行如下处理 ： 使当前时刻 t 时的当前目标 转速 Nc(t) 成为时刻 t+1 时的当前目标转速 Nc(t+1)。在步骤 S10 中的处理结束后进入步 骤 S13。
在步骤 S7 的判定中判定为处于加减速过程中而进入步骤 S11， 在步骤 S11 中， 进行 如下处理 ： 将在步骤 S5 中求出的加减速相加量 ΔNc 的值与当前时刻 t 时的当前目标转速 Nc(t) 的值相加， 求出时刻 t+1 时的当前目标转速 Nc(t+1)。在步骤 S11 中的处理结束后进 入步骤 S12。 在步骤 S12 中， 进行使基于加减速过程中的 PID 控制而进行的修正变得无效的处 理。即， 进行使控制偏差 ε 成为零的处理和使积分累计∫ (ε) 成为零的处理。在步骤 S12 中的处理结束后进入步骤 S13。即， 加速过程中不进行 PID 控制， 而进行使液压电动机 4 的 转速根据加速模式进行加速的控制。
在步骤 S13 中， 进行设定时刻 t+1 时的指令转速 Nf(t+1) 的处理。即， 进行如下处 理： 使时刻 t+1 时的指令转速 Nf(t+1) 的值成为如下值， 即， 将在转速指令值计算部 24 求 出的时刻 t+1 时的当前目标转速 Nc(t+1) 的值、 将作为常数的比例增益 Kp 的值与控制偏差 ε 相乘而得到的值、 将作为常数的积分增益 Ki 的值与积分累计∫ (ε) 的值相乘而得到的 值、 将作为常数的微分增益 Kd 的值与偏差微分累计 Δε 的值相乘而得到的值相加后得到 的值。
在加速过程中， 由于偏差微分累计 Δε 的值及积分累计∫ (ε) 的值都为零 (0)， 因此， Nf(t+1) 保持在 Nc(t+1) 不变。在步骤 S13 中的处理结束后进入步骤 S14。
在步骤 S14 中， 进行对自液压泵 2 喷出的压力油流量进行控制的处理， 以使冷却风 扇 5 以在步骤 S13 中设定的指令转速 Nf(t+1) 进行旋转。为了进行对自液压泵 2 喷出的压 力油流量进行控制的处理而进行如下处理， 即， 计算对液压泵 2 的斜盘角进行控制的泵斜 盘位置 Q(t+1) 的处理。作为泵斜盘位置 Q(t+1)， 虽然表示为泵容量 Q(cc/rev)， 但也可以 使用液压泵 2 的斜盘角度来表示。
如前所述， 由于目标转速根据当前的发动机转速和泵容量来实现， 因此， 泵斜盘位 置 Q(t+1) 可以作为基于在步骤 S13 中设定的指令转速 Nf(t+1) 和发动机转速 ne 的函数值 来求取。作为在上述步骤 S14 中的处理， 对进行计算泵斜盘位置 Q(t+1) 的处理的情况进行 了说明， 但也可以通过控制图 7 和图 8 所示的流量控制阀 12、 14， 对液压电动机 4 的转速进 行控制。因此， 作为步骤 S14 中的处理， 也可以设为计算对流量控制阀 12、 14 进行控制的控 制信号的处理。在步骤 S14 中的处理结束后进入步骤 S15。
在步骤 S15 中， 进行向图 3 中的流量控制机构 25 输出控制信号的处理。即， 进行 将对图 1 中的斜盘控制阀 6 进行控制的泵控制电流 I(t+1) 输出到图 2 的流量控制机构 25 中的处理。作为泵控制电流 I(t+1)， 可以作为泵斜盘位置 Q(t+1) 的函数值来求取。
另外， 当作为流量控制机构 25 而使用图 7 和图 8 所示的流量控制阀 12、 14 时， 可 以输出对流量控制阀 12、 14 的阀芯位置进行控制的电信号。在步骤 S15 中的处理结束后进 入步骤 S16。
下一次控制循环在当前的控制循环中作为时刻 t+1 来处理， 但在下一次控制循环 中进行控制时， 必须作为当前时刻 t 来读取。因此， 当前目标转速 Nc(t+1) 的值在下一次控 制循环中作为当前目标转速 Nc(t) 而使用， 故在步骤 S16 中， 进行使当前目标转速 Nc(t+1) 的值成为当前目标转速 Nc(t) 的处理。在步骤 S16 中的处理结束后， 本控制步骤中的各处 理结束。
在图 5 及图 6 中示出利用图表来表示冷却风扇转速增加时的实际测量数据的趋势 的概略图。图 5 是进行本申请发明的控制时的图表， 图 6 是未进行本申请发明的控制时的 图表。
在图 5 及图 6 中， 横轴分别示出用相同标度表示的时间， 作为纵轴， 对应于图 5 及 图 6 所示的各图表， 在图 5 及图 6 中分别示出用相同标度表示的转速 (rpm)、 用相同标度表 示的流量 (L/min)。而且， 作为表示图 5 及图 6 中的时间变化的图表， 利用各图表表示 ： 泵 喷出流量随时间的变化情况、 冷却风扇 5 的实际转速随时间的变化情况、 使冷却风扇 5 旋转 时在液压电动机 4 所使用的液压电动机 4 的流量随时间的变化情况、 自液压泵 2 喷出但未 用于液压电动机 4 的旋转而被浪费的损失流量随时间的变化情况。
在图 6 中表示如下情况 ： 当使当前的冷却风扇 5 的转速上升至目标转速时， 自液压 泵 2 喷出的压力油流量达到使冷却风扇 5 以目标转速进行旋转所需的压力油流量的情况。 另外， 在图 5 中表示如下情况 ： 当使当前的冷却风扇 5 的转速上升至目标转速时， 进行基于 本申请发明的控制以控制自液压泵 2 喷出的压力油流量的情况。
在图 6 所示的情况下， 向液压电动机 4 供给能够使液压电动机 4 的转速一下子上 升至目标转速的压力油流量。因此， 自液压泵 2 喷出的喷出流量即泵喷出流量一下子上升 至所希望的流量。接着， 一下子上升的压力油流量被供给至液压电动机 4。
但是， 液压电动机 4 和冷却风扇 5 分别受到因欲保持停止状态的惯性而产生的力 的影响， 从而不能使转速一下子上升。因此， 如图 6 的表示冷却风扇 5 的实际转速随时间的 变化情况的图表和表示液压电动机 4 的流量随时间的变化情况的图表所示， 以平缓的状态 逐渐上升。
因此， 作为泵喷出流量和液压电动机 4 的所需流量之间的差分即损失流量， 在冷 却风扇 5 向目标转速增加时， 导致产生大量的损失流量。
与此相对， 在进行图 5 所示的本申请发明的控制时， 可以使泵喷出流量的图表和 液压电动机 4 的所需流量的图表沿着表示大致相同趋势的大致相同曲线上升。而且， 可以 将泵喷出流量的大致全部喷出流量用于液压电动机 4 的驱动， 与液压电动机 4 的驱动连动 地， 也可以使冷却风扇的风扇转速按照表示与泵喷出流量的图表相同的趋势的曲线上升。
并且， 泵喷出流量和液压电动机 4 的所需流量之间的差分即损失流量， 也可以如 图 5 的下方侧所示， 处于极少的状态。另外， 作为图 6 所示的损失流量， 在进行液压电动机4 的驱动控制的期间， 总是浪费一定量以上的流量， 与此相对， 在图 5 所示的本申请发明中， 在冷却风扇 5 的转速上升至目标转速的期间， 虽然多少产生损失流量， 但该量与图 6 所示的 情况相比变得非常低。
另外， 在图 5 所示的本申请发明中， 在冷却风扇 5 的转速达到目标转速后， 几乎不 产生损失流量。因此， 来自液压泵 2 的泵喷出流量即压力油流量可以有效用于液压电动机 4 的驱动， 从而可以防止产生发动机油耗恶化、 液压油温上升、 溢流噪音增加等弊端。
工业实用性
本申请发明可以将其技术思想适当地应用于在作业车辆上搭载的冷却风扇的驱 动控制。
附图标记说明
2 可变容量型液压泵
4 液压电动机
5 冷却风扇
6 斜盘控制阀
7 控制器
12， 14 流量控制阀
22 目标转速设定部
23 加速模式设定部
24 转速指令值计算部
25 流量控制机构
26 修正处理部。