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1. CN105074095 - 作业车辆

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作业车辆


技术领域
本发明涉及进行挖掘作业的作业车辆。
背景技术
存在具有将砂土或碎石等装载到自卸车等中的作业机的作业车辆。作为这样的作业车辆,有轮式装载机。轮式装载机是具有用于进行挖掘作业的铲斗并且以轮胎行走进行作业的车辆。例如在专利文献1中记载了一种轮式装载机,其将发动机输出分配给作业机和行走装置,以适用于每个作业现场不同的装载作业方式。
专利文献1:日本特开2008-248523号公报
发明内容
轮式装载机将挖掘出的物体(挖掘物)装载到自卸车这样的运输机械中。在这种情况下,轮式装载机从挖掘位置移动到运输机械的位置,此时轮式装载机的操作员一边使动臂上升一边使轮式装载机行走而移动到运输机械的位置。该作业需要对油门和制动器进行操作,有可能增大操作员的负担。
本发明的目的在于提供一种作业车辆,能够在挖掘之后作业车辆向卸载挖掘物的位置移动的过程中减轻操作员的负担。
本发明提供一种作业车辆,其包括:车体;动力发生装置,其产生用于使上述车体行走的动力;驱动轮,其基于上述动力发生装置产生的动力使上述车体行走;动臂,其由上述车体支承而转动,并且在与上述车体侧相反的一侧支承铲斗;致动器,其使上述动臂转动;以及控制装置,其控制从上述动力发生装置传递给上述驱动轮的传递转矩,以使得第一比率与第二比率之差为零,其中,上述第一比率是与上述铲斗进行挖掘之后作为上述车体行走到卸载挖掘物的位置时的目标的目标行走距离对应的值和与移动开始之后作为上述动臂上升时的目标的目标上升量对应的值之比,上述第二比率是与上述铲斗进行挖掘之后上述车体到卸载挖掘物的位置为止的移动开始后实际行走的距离对应的值和与上述移动开始之后上述动臂实际上升的量对应的值之比。
优选的是,在上述动力发生装置与上述驱动轮之间具有离合器,上述控制装置通过调整上述离合器的接合状态来控制上述传递转矩。
优选的是,在上述离合器与上述驱动轮之间,具有将来自上述离合器的动力传递给上述驱动轮的转矩变换器,上述控制装置使用上述转矩变换器吸收的转矩与上述离合器能够传递的最大转矩之比,对上述传递转矩进行前馈控制。
优选的是,上述控制装置根据上述离合器的接合状态,控制上述动力发生装置产生的转矩。
优选的是,具有目标值变更部,其变更上述目标行走距离和上述目标上升量中的至少一个。
本发明提供一种作业车辆,其包括:车体;动力发生装置,其产生用于使上述车体行走的动力;驱动轮,其基于上述动力发生装置产生的动力使上述车体行走;离合器,其设置在上述动力发生装置与上述驱动轮之间;转矩变换器,其设置在上述离合器与上述驱动轮之间;动臂,其由上述车体支承而转动,并且在与上述车体侧相反的一侧支承铲斗;液压缸,其使上述动臂转动;以及控制装置,其对上述离合器的接合状态进行反馈控制,以使得第一比率与第二比率之差为零,并且使用上述转矩变换器吸收的转矩与上述离合器能够传递的最大转矩之比对上述离合器的接合状态进行前馈控制,其中,上述第一比率是与上述铲斗进行挖掘之后作为上述车体行走到卸载挖掘物的位置时的目标的目标行走距离对应的值和与移动开始之后作为上述动臂上升时的目标的目标上升量对应的值之比,上述第二比率是与上述铲斗进行挖掘之后上述车体到卸载挖掘物的位置为止的移动开始后实际行走的距离对应的值和与上述移动开始之后上述动臂实际上升的量对应的值之比。
本发明提供一种作业车辆,能够在挖掘之后作业车辆向卸载挖掘物的位置移动的过程中减轻操作员的负担。
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的作业车辆的图。
图2是表示控制作业机的动作的控制系统的图。
图3是表示作业机的图。
图4是表示挖掘结束之后轮式装载机的动作的一个示例的图。
图5是表示轮式装载机的驱动系统及控制系统的框图。
图6是表示除了反馈控制以外还进行前馈控制时的控制块的一个示例的图。
图7是表示根据离合器的接合状态来控制发动机的转矩时的控制块的一个示例的图。
图8是用于说明发动机的转矩的减少量的概念图。
符号说明
1 轮式装载机
2 车体
3 动臂
4 铲斗
5 作业机
6F 前轮
6R 后轮
9 动臂缸
13 动臂操作阀
18L 选速杆
40 控制装置
41 处理部
42 存储部
43 输入部
44 输出部
45 输入输出装置
46 动臂角度检测传感器
48 动臂缸压力传感器
49 TM控制装置
50 车速传感器
51 发动机控制装置
52e 发动机转矩减少部
52b PID控制部
53 设定拨盘
60 发动机
62 离合器
63 转矩变换器
64 变速装置
100 自卸车
Ha 实际位移
Hd 目标位移
La 实际行走距离
Ld 目标行走距离
La/Ha 第一比率
Ld/Hd 第二比率
Pd 离合器压力指令值
SR 挖掘物
Ta 实际传递转矩比
Tr 第二转矩减少量
具体实施方式
参照附图来详细说明用于实施本发明的方式(实施方式)。
轮式装载机
图1是表示本实施方式涉及的作业车辆的图。在本实施方式中,作为作业车辆,以轮式装载机1为例,该轮式装载机1将碎石或者挖掘碎石时产生的砂土或岩石等装载到作为运输车辆的自卸车等中。
轮式装载机1包括车体2、具有动臂3和铲斗4的作业机5、前轮6F及后轮6R、驾驶室7、动臂缸9和铲斗缸10。在车体2安装有作业机5、前轮6F及后轮6R、以及驾驶室7。在驾驶室7内设置有驾驶席DS和操作杆CL。将从驾驶席DS的椅背DSB朝向操作杆CL的方向称为前方,从操作杆CL朝向椅背DSB的方向称为后方。轮式装载机1的左右是以前方为基准的。
前轮6F及后轮6R与路面R接触。将前轮6F及后轮6R的接地侧称为下方,将从前轮6F及后轮6R的接地面离开的方向称为上方。轮式装载机1通过前轮6F及后轮6R旋转而行走。轮式装载机1的转向通过车体2在前轮6F和后轮6R之间弯转来实现。
作业机5配置在车体2的前部。动臂3由车体2的前方侧支承并向前方延伸。动臂3由车体2支承而转动。铲斗4具有开口部4H和爪4C。铲斗4通过用爪4C铲起砂土或碎石等来对挖掘对象进行挖掘。可将爪4C铲起的砂土或碎石等称为挖掘物SR。由爪4C铲起的挖掘物SR从开口部4H进入到铲斗4的内部。铲斗4由动臂3的与车体2侧相反的一侧支承而转动。
作为动臂驱动装置的动臂缸9设置在车体2与动臂3之间。通过动臂缸9进行伸缩,使得动臂3以车体2侧的支承部为中心进行转动。使动臂3转动的动臂驱动装置不限于动臂缸9。例如动臂驱动装置可以是设置于动臂3的根部的电动机。这样,动臂驱动装置是使动臂3转动的致动器。
铲斗缸10的一端部安装于车体2而被支承,另一端部安装于双臂曲柄(bellcrank)11的一端部。双臂曲柄11的另一端部与铲斗4连接。通过铲斗缸10进行伸缩,使得铲斗4以被动臂3支承的部分为中心进行转动。使铲斗4转动的装置不局限于铲斗缸10。
操作杆CL控制动臂缸9和铲斗缸10的伸缩。当坐在驾驶室7内的操作员对操作杆CL进行操作时,动臂缸9和铲斗缸10中的至少一个进行伸缩。于是,动臂3和铲斗4的至少一方转动。如此,通过操作员对操作杆CL进行操作,动臂3及铲斗4动作。
作业机5的控制系统
图2是表示控制作业机的动作的控制系统的图。控制图1所示的作业机5的动作、即动臂3和铲斗4的动作的控制系统CS包括作业机液压泵12、动臂操作阀13、铲斗操作阀14、先导泵15、排出回路12C、电磁比例控制阀20、控制装置40、TM(变速装置)控制装置49和EG(发动机)控制装置51。
作业机液压泵12由搭载于轮式装载机1的作为动力发生装置的发动机(EG)60进行驱动。发动机60是内燃机,在本实施方式中是柴油发动机。发动机60的种类不局限于柴油发动机。发动机60的输出在输入到PTO(Power Take Off,动力输出装置)61之后,输出到作业机液压泵12和作为动力传递机构的离合器62。通过这样的结构,作业机液压泵12经由PTO61被发动机60驱动,排出液压油。
离合器62的输入侧与发动机60连接,输出侧与转矩变换器(TC)63连接。转矩变换器63的输出侧与变速装置(TM)64连接。通过这样的结构,发动机60的输出经由PTO61、离合器62和转矩变换器63传递至变速装置64。变速装置64将从PTO61传递来的发动机60的输出传递至图1所示的前轮6F及后轮6R来驱动它们。通过用发动机60的输出驱动前轮6F及后轮6R,使轮式装载机1及车体2行走。前轮6F及后轮6R为轮式装载机1的驱动轮。
在作业机液压泵12排出液压油的排出口,连接有作为供液压油通过的油路的排出回路12C。排出回路12C与动臂操作阀13及铲斗操作阀14连接。动臂操作阀13及铲斗操作阀14都是液压先导式操作阀。动臂操作阀13及铲斗操作阀14分别与动臂缸9及铲斗缸10连接。作业机液压泵12、动臂操作阀13、铲斗操作阀14和排出回路12C形成串联(tandem)形式的液压回路。
动臂操作阀13是具有A位置、B位置、C位置和D位置的四位切换阀。在动臂操作阀13位于A位置时,动臂3上升,位于B位置时处于中立,位于C位置时动臂3下降,位于D位置时动臂3保持此时的位置。铲斗操作阀14是具有E位置、F位置和G位置的三位切换阀。在铲斗操作阀14位于E位置时铲斗4进行倾转动作,位于F位置时处于中立,位于G位置时铲斗4进行倾卸动作。
铲斗4的倾转动作是通过图1所示的铲斗4的开口部4H及爪4C朝向驾驶室7方向转动而倾斜的动作。铲斗4的倾卸动作与倾转动作相反,是通过以使铲斗4的开口部4H及爪4C远离驾驶室7的方式转动而倾斜的动作。
动臂操作阀13和铲斗操作阀14的先导受压部分别经由电磁比例控制阀20与先导泵15连接。先导泵15与PTO61连接,而由发动机60驱动。先导泵15经由电磁比例控制阀20而向动臂操作阀13的先导受压部13R和铲斗操作阀14的先导受压部14R提供规定压力(先导压力)的液压油。
电磁比例控制阀20具有动臂下降电磁比例控制阀21、动臂上升电磁比例控制阀22、铲斗倾卸电磁比例控制阀23和铲斗倾转电磁比例控制阀24。动臂下降电磁比例控制阀21及动臂上升电磁比例控制阀22与动臂操作阀13的各先导受压部13R、13R连接。铲斗倾卸电磁比例控制阀23及铲斗倾转电磁比例控制阀24与铲斗操作阀14的各先导受压部14R、14R连接。分别对动臂下降电磁比例控制阀21的电磁指令部21S、动臂上升电磁比例控制阀22的电磁指令部22S、铲斗倾卸电磁比例控制阀23的电磁指令部23S和铲斗倾转电磁比例控制阀24的电磁指令部24S输入来自控制装置40的指令信号。
动臂下降电磁比例控制阀21、动臂上升电磁比例控制阀22、动臂操作阀13和动臂缸9具有作为使动臂3转动(升降)的动臂驱动部的功能。铲斗倾卸电磁比例控制阀23、铲斗倾转电磁比例控制阀24、铲斗操作阀14和铲斗缸10具有作为使铲斗转动(倾转动作或倾卸动作)的铲斗驱动部的功能。
控制装置40例如是计算机。控制装置40包括CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)等的处理部41、ROM(Read Only Memory,只读存储器)等存储部42、输入部43和输出部44。处理部41通过依次执行计算机程序中记述的各种命令来控制作业机5的动作。处理部41与存储部42、输入部43及输出部44电连接。通过这样的结构,处理部41能够读取存储在存储部42中的信息、向存储部42写入信息、从输入部43接收信息、或者向输出部44输出信息。
存储部42存储用于控制作业机5的动作的计算机程序及用于控制作业机5的动作的信息。在本实施方式中,存储部42存储用于实现本实施方式涉及的作业车辆的控制的计算机程序。处理部41通过从存储部42读取并执行该计算机程序,来实现本实施方式涉及的作业车辆的控制方法。
输入部43连接有动臂角度检测传感器46、铲斗角度检测传感器47、检测填充在动臂缸9中的液压油的压力(底部压力)的动臂缸压力传感器48、控制变速装置64的TM控制装置49、车速传感器50、控制发动机60的发动机控制装置51、第一电位计31、第二电位计33、输入输出装置45、以及作为目标值变更部的设定拨盘53。处理部41获取这些检测值或指令值来控制作业机5的动作。
作为车速检测装置的车速传感器50检测轮式装载机1的行走速度(车速)。车速传感器50例如可以基于图2所示的变速装置64的输出轴的转速来求取轮式装载机1的车速。TM控制装置49切换变速装置64的速度等级。在这种情况下,TM控制装置49例如基于从车速传感器50获取的车速和轮式装载机1的油门开度等来控制速度等级。发动机控制装置51例如基于油门开度和发动机60的转速来调整供给到发动机60的燃料的量,由此控制发动机60的输出。在本实施方式中,能够在TM控制装置49和发动机控制装置51中都使用计算机。
输出部44连接有动臂下降电磁比例控制阀21的电磁指令部21S、动臂上升电磁比例控制阀22的电磁指令部22S、铲斗倾卸电磁比例控制阀23的电磁指令部23S和铲斗倾转电磁比例控制阀24的电磁指令部24S、以及输入输出装置45。处理部41对动臂下降电磁比例控制阀21的电磁指令部21S、或者动臂上升电磁比例控制阀22的电磁指令部22S提供用于使动臂缸9动作的指令值,从而使动臂缸9伸缩。通过动臂缸9伸缩,从而使动臂3升降。处理部41对铲斗倾卸电磁比例控制阀23的电磁指令部23S、或者铲斗倾转电磁比例控制阀24的电磁指令部24S提供用于使铲斗缸10动作的指令值,从而使铲斗缸10伸缩。通过铲斗缸10伸缩,从而使铲斗4进行倾转动作或倾卸动作。这样,处理部41对作业机5、即动臂3和铲斗4的动作进行控制。
与输入部43及输出部44双方连接的输入输出装置45具有输入装置45S、发声装置45B和显示装置45M。输入输出装置45从输入装置45S向控制装置40输入指令值,使发声装置45B发出警告音,在显示装置45M上显示与作业机5的状态或控制有关的信息。输入装置45S例如是按钮式开关。通过操作输入装置45S,来切换在显示装置45M上显示的信息、或者切换轮式装载机1的操作模式。
各个输入装置45S分配有切换轮式装载机1的操作模式或者切换显示装置45M的显示的功能。在图2所示的示例中,对1个输入装置45S分配用于使作为操作模式之一的倾卸作业模式开始的功能。倾卸作业模式是本实施方式涉及的轮式装载机1的控制。倾卸作业模式是轮式装载机1在进行挖掘之后从挖掘位置退开而向卸载铲斗4所保持的挖掘物SR的场所移动的期间,执行使动臂3自动上升控制的模式。因此,在本实施方式中,输入装置45S为倾卸作业模式的启动开关34。当操作启动开关34时,输入输出装置45生成倾卸作业模式的启动信号。将该启动信号输入到控制装置40。
当输入有启动信号时,控制装置40以倾卸作业模式控制轮式装载机1。同时,控制装置40在显示装置45M上显示图标34I。图标34I表示倾卸作业模式为开启(ON)状态。此外,可以使输入输出装置45的输入装置45S为触摸面板并组装在显示装置45M中,将图标34I分配给启动开关34。
操作杆CL包括动臂操作杆30和铲斗操作杆32。在动臂操作杆30安装有用于检测自身操作量的第一电位计31。在铲斗操作杆32安装有用于检测自身操作量的第二电位计33。将第一电位计31和第二电位计33的检测信号输入到控制装置40的输入部43。变速装置64的选速杆(selector lever)18L切换变速装置64的速度等级、或者切换前进和后退。设定拨盘53变更控制装置40执行倾卸作业模式时的目标值。
作业机5的结构和动作
图3是表示作业机5的图。作业机5的动臂3的第一端部侧通过连接销3P与车体2进行销结合。在动臂3的两端部之间安装有用于安装动臂缸9的支架3BR。动臂缸9的第一端部通过连接销9Pa与车体2进行销结合,第二端部通过连接销9Pb与支架3BR进行销结合。通过这样的结构,在动臂缸9伸缩时,动臂3以连接销3P的中心轴Z1为中心转动(升降)。
铲斗4通过连接销4Pa与动臂3的第二端部侧、即与车体2侧相反侧的端部侧进行销结合。通过这样的结构,铲斗4以连接销4Pa的中心轴Z2为中心转动。铲斗缸10的第一端部通过连接销3P与车体2进行销结合,第二端部通过连接销11a与双臂曲柄11的第一端部进行销结合。双臂曲柄11的第二端部通过连接销11b与连接部件11L的第一端部进行销结合。连接部件11L的第二端部通过连接销4Pb与铲斗4进行销结合。
动臂3在两个端部之间安装有支承双臂曲柄11的支承部件8。双臂曲柄11的两端部之间通过连接销11c与支承部件8进行销结合。通过这样的结构,双臂曲柄11以连接销11c的中心轴Z3为中心转动。当铲斗缸10收缩时,双臂曲柄11的第一端部向车体2侧移动。由于双臂曲柄11以连接销11c的中心轴Z3为中心转动,所以双臂曲柄11的第二端部向远离车体2的方向移动。于是,铲斗4经由连接部件11L进行倾卸动作。当铲斗缸10伸长时,双臂曲柄11的第一端部远离车体2侧。于是,由于双臂曲柄11的第二端部靠近车体2,所以铲斗4经由连接部件11L进行倾转动作。
动臂的角度α和铲斗的角度β
在作业机5中,动臂3的角度(下面可称为动臂角度)α是将连接销3P的中心轴Z1和连接销4Pa的中心轴Z2连接的直线L1、与穿过连接销3P并且与前轮6F及后轮6R的接地面平行的水平线L2所构成的角度中较小的一方。在本实施方式中,动臂角度α在相比水平线L2向路面R侧倾斜的情况下为负值。当动臂3上升时,动臂角度α变大。
铲斗4的角度(下面可称为铲斗角度)β是路面R(在图3中对应水平线L2)与穿过连接销4Pa的中心轴Z2并且与铲斗4的底面4B平行的直线L3所构成的角度。在本实施方式中,铲斗角度β在直线L3的前方相对于连接销4Pa的中心轴Z2朝下的情况下为负值。当铲斗4进行倾转动作时,铲斗角度β变大。
检测动臂角度α的动臂角度检测传感器46安装于将动臂3与车体2进行销结合的连接销3P的部分。检测铲斗角度β的铲斗角度检测传感器47安装于连接销11c的部分,经由双臂曲柄11间接地检测铲斗4的角度。铲斗角度检测传感器47可以安装于连接动臂3和铲斗4的连接销4Pa的部分。在本实施方式中,动臂角度检测传感器46和铲斗角度检测传感器47例如使用电位计,不过不局限于此。
由动臂角度检测传感器46检测的动臂角度α为表示动臂3的姿势的指标。因此,动臂角度检测传感器46作为检测动臂3的姿势的动臂姿势检测装置发挥功能。由铲斗角度检测传感器47检测的铲斗角度β为表示铲斗4的姿势的指标。因此,铲斗角度检测传感器47作为检测铲斗4的姿势的铲斗姿势检测装置发挥功能。
当轮式装载机1的操作员操作动臂操作杆30或铲斗操作杆32时,控制装置40从第一电位计31或第二电位计33获取动臂操作杆30或铲斗操作杆32的操作量的信号。然后,控制装置40将与该操作量的信号对应的作业机速度控制指令输出到动臂下降电磁比例控制阀21、动臂上升电磁比例控制阀22、铲斗倾卸电磁比例控制阀23或铲斗倾转电磁比例控制阀24。
动臂下降电磁比例控制阀21、动臂上升电磁比例控制阀22、铲斗倾卸电磁比例控制阀23或铲斗倾转电磁比例控制阀24将与该作业机速度控制指令的大小对应的先导压力输出到对应的动臂操作阀13或铲斗操作阀14的先导受压部。于是,动臂缸9或铲斗缸10以与各自的先导液压对应的速度在对应的方向上动作。
倾卸作业
图4是表示挖掘结束之后轮式装载机1的动作的一个示例的图。由作业机5的铲斗4对挖掘对象M进行挖掘的轮式装载机1从挖掘位置PS后退,为了进行方向转换而行进到方向转换位置PI。轮式装载机1在方向转换位置PI将行进方向切换为前进,朝向停在与挖掘对象M不同的位置上的自卸车100行走。到达自卸车100的位置之后的轮式装载机1将铲斗4内的挖掘物SR卸载到自卸车100的箱斗101内。将卸载铲斗4内的挖掘物SR的位置称为卸载位置PD。
在轮式装载机1离开挖掘位置PS、经由方向转换位置PI驶向卸载位置PD的过程中,作业机5的动臂3上升。在轮式装载机1到达卸载位置PD时,优选动臂3处于适于卸载挖掘物SR的高度例如为最高。挖掘结束之后的轮式装载机1在从挖掘位置PS向卸载位置PD移动的过程中,使动臂3上升。将挖掘结束之后的轮式装载机1进行的、该一连串的动作称为倾卸作业。在倾卸作业中,轮式装载机1从挖掘位置PS到方向转换位置PI的移动距离为Lx1,从方向转换位置PI到卸载位置PD的移动距离为Lx2。下面,可将移动距离Lx1称为后退距离Lx1,将移动距离Lx2称为前进距离Lx2。在倾卸作业中,轮式装载机1从挖掘位置PS行走到卸载位置PD的距离为Lx(=Lx1+Lx2)。
倾卸作业是轮式装载机1一边行走一边使动臂3上升的作业,不过为了与现场的状况对应的以任意的后退距离Lx1及前进距离Lx2进行作业,轮式装载机1的操作员需要进行油门操作和制动器操作。此时,轮式装载机1还可能发生制动拖滞。此外,倾卸作业中的操作和对制动器产生的影响也受到操作员的技能的影响。因此,在本实施方式中,通过自动控制来对倾卸作业进行辅助,能够使操作变得容易,并且减小制动负荷。通过自动控制对倾卸作业进行辅助的模式就是上述的倾卸作业模式。
由于在任意的后退距离Lx1和前进距离Lx2之间进行倾卸作业,所以轮式装载机1的操作员在凭感觉掌握轮式装载机1的车速与动臂3的上升速度的平衡的同时,相应地操作油门和制动器。因此,在车速相对于上升速度过快的情况下,需要进行油门操作或过度的制动操作,可能导致操作的繁杂化以及过度的制动负荷、能量损失。倾卸作业模式中检测车速和动臂3的上升速度,调整图2所示的离合器62的接合状态,以使得两者的平衡成为任意设定的平衡。这样,由于能够成为与动臂3的上升速度对应的车速,所以油门操作变得容易,并且能够减小因过度的制动操作而产生的制动负荷。其结果,倾卸作业模式不依赖于操作员的技能,就能够实现高效的倾卸作业,能够抑制轮式装载机1的制动器的耐久性下降。接着,更详细地说明倾卸作业模式。
倾卸作业模式
图5是表示轮式装载机1的驱动系统及控制系统的框图。倾卸作业模式由控制装置40实现。倾卸作业模式是使用与轮式装载机1的行走距离对应的值和与动臂3上升的量对应的值之比进行控制的。控制装置40控制从发动机60传递到轮式装载机1的驱动轮的传递转矩,使得后述的第一比率与第二比率的差为零。在本实施方式中,控制装置40通过调整离合器62的接合状态来控制传递转矩。通过调整图5所示的离合器控制用的致动器62A为了使离合器62接合而施加于离合器62的液压油的压力(离合器压力),离合器62的接合状态发生变化。其结果,传递转矩发生变化。
传递转矩也可以由调整离合器62的接合状态以外的方法来控制。例如控制装置40可以通过控制发动机60的转矩来控制传递转矩。此外,控制装置40可以通过控制轮式装载机1的制动器来调整制动器产生的制动力,由此控制传递转矩。制动器例如设置在图2所示的变速装置64与驱动轮之间,从而控制装置40通过控制制动器也能够控制从发动机60传递到驱动轮的传递转矩。
第一比率是与铲斗4进行挖掘之后作为轮式装载机1到卸载挖掘物的卸载位置PD为止的移动开始后轮式装载机1行走时的目标的目标行走距离对应的值和与轮式装载机1的移动开始之后作为动臂3上升时的目标的目标上升量对应的值之比。第二比率是与铲斗4进行挖掘之后轮式装载机1到卸载挖掘物SR的卸载位置PD为止的移动开始后实际行走的距离(实际行走距离)对应的值和与挖掘后轮式装载机1以挖掘位置PS为起点的移动开始之后动臂3实际上升的量(实际上升量)对应的值之比。
在本实施方式中,作为与目标行走距离对应的值,使用目标行走距离Ld本身。目标行走距离Ld是轮式装载机1在挖掘之后作为从挖掘位置PS到卸载位置PD为止的移动开始后轮式装载机1行走时的目标的距离。
倾卸作业模式具有轮式装载机1从挖掘位置PS移动到方向转换位置PI的阶段(第一阶段)和从方向转换位置PI移动到卸载位置PD的阶段(第二阶段)。在本实施方式中,目标行走距离Ld是相对于各个阶段分别决定的。例如能够使第一阶段的目标行走距离Ld为从图4所示的挖掘位置PS到方向转换位置PI的后退距离Lx1。能够使第二阶段的目标行走距离Ld为从方向转换位置PI到卸载位置PD的前进距离Lx2。这样,在本实施方式中,使用2种目标行走距离Ld。
除了目标行走距离Ld以外,例如也可以使用驱动轮的转速、或者变速装置的输出轴或输入轴的转速等目标值。作为与目标上升量相当的值,能够使用图1和图2所示的作为动臂缸9的目标的位移(目标位移)Hd。目标位移Hd是与挖掘后轮式装载机1从挖掘位置PS到卸载位置PD为止的移动开始后作为动臂3上升时的目标的上升量对应的动臂缸9的位移。除了目标位移Hd以外,也可以使用动臂角度α的目标值等。第一比率为Ld/Hd。
目标行走距离Ld也可以不按倾卸作业模式的各阶段来决定。例如可以使从图4所示的挖掘位置PS至方向转换位置PI的后退距离Lx1和从方向转换位置PI至卸载位置PD的前进距离Lx2的合计平均值为目标行走距离Ld。
在本实施方式中,作为与实际行走距离对应的值,能够使用实际行走距离La本身。实际行走距离La是挖掘后轮式装载机1从挖掘位置PS到卸载位置PD为止的移动开始后实际行走的距离。除了实际行走距离La以外,例如也可以使用驱动轮的转速、或者变速装置的输出轴或输入轴的转速等。作为与实际上升量相当的值,能够使用图1和图2所示的动臂缸9的位移(实际位移)Ha。实际位移Ha是与挖掘后轮式装载机1从挖掘位置PS到卸载位置PD的移动开始后动臂3实际上升的量对应的动臂缸9的位移。除了实际位移Ha以外,也可以使用实际的动臂角度αs等。第二比率为La/Ha。
目标行走距离Ld也可以基于挖掘对象M与自卸车100的位置关系,分别在各现场设定,由图2所示的设定拨盘53进行设定。目标行走距离Ld例如存储在图2所示的控制装置40的存储部42中。
目标位移Hd能够基于倾卸作业模式开始时的实际的动臂角度αs和目标的动臂角度αt来求取。例如目标位移Hd能够以αt-αs求取。如上所述,在本实施方式中,目标行走距离Ld是分别相对于倾卸作业模式的第一阶段和第二阶段来决定的。与此对应,例如第一阶段的目标位移Hd是基于挖掘位置PS的实际的动臂角度αs和方向转换位置PI的目标的动臂角度αt1求取的,第二阶段的目标位移Hd是基于方向转换位置PI的实际的动臂角度αs和卸载位置PD的目标的动臂角度αt2求取的。各个阶段的目标动臂角度αt1、αt2可任意设定。
实际行走距离La例如能够通过对轮式装载机1的车速进行积分来求取。在这种情况下,图2所示的控制装置40通过以时间对由车速传感器50检测出的车速V进行积分,来求取实际行走距离La。在轮式装载机1具有利用GPS(Global Positioning System,全球定位系统)的测位系统的情况下,控制装置40可以基于其测位结果求取实际行走距离La。
实际位移Ha例如能够基于动臂角度α以几何方式来计算。控制装置40获取由图2和图3所示的动臂角度检测传感器46检测出的动臂角度α,以几何方式求取实际位移Ha。此外,也可以预先求出动臂角度α与图1和图2所示的动臂缸9的位移之关系来制作表,控制装置40向该表提供由动臂角度检测传感器46检测出的动臂角度α,获取对应的动臂缸9的位移,由此求取实际位移Ha。
在本实施方式中,当倾卸作业模式开始时,控制装置40求取第一比率Ld/Hd和第二比率La/Ha。而且,控制装置40对离合器62的接合状态进行反馈控制以使第一比率Ld/Hd与第二比率La/Ha之差为零,由此控制从发动机60传递到轮式装载机1的驱动轮的传递转矩(反馈控制)。
例如在第二比率La/Ha为第一比率Ld/Hd以上的情况下,轮式装载机1的车速相对较快。在这种情况下,控制装置40通过使传递转矩比当前时刻小而使车速下降,使得第一比率Ld/Hd与第二比率La/Ha之差接近0。为此,控制装置40通过使离合器压力的指令值(下面可称为离合器压力指令值)Pd比当前时刻小,使离合器压力比当前时刻下降,使由离合器62传递的转矩比当前时刻下降。这样,控制装置40使传递转矩比当前时刻小。其结果,在轮式装载机1到达图4所示的卸载位置PD时,动臂3处于适于卸载挖掘物SR的高度。
此外,在第二比率La/Ha小于第一比率Ld/Hd的情况下,轮式装载机1的车速相对较慢。在这种情况下,控制装置40通过使传递转矩比当前时刻大而使车速增加,使得第一比率Ld/Hd与第二比率La/Ha之差接近0。为此,控制装置40通过使离合器压力指令值Pd比当前时刻大,使离合器压力比当前时刻上升,使由离合器62传递的转矩比当前时刻增加。这样,控制装置40使传递转矩比当前时刻大。其结果,在轮式装载机1到达图4所示的卸载位置PD时,动臂3处于适于卸载挖掘物SR的高度。
在倾卸作业模式中,轮式装载机1的操作员例如操作图2所示的输入装置45S而切换为倾卸作业模式。然后,操作员将动臂操作杆30操作到成为最大动臂角度αmax的位置并且将图2所示的选速杆18L设定为后退,然后踩踏油门。通过该操作,控制装置40与动臂3的上升对应地控制轮式装载机1的车速。控制装置40使后退中的轮式装载机1在图4所示的方向转换位置PI停止。在后退中的轮式装载机1停止之后,操作员保持踩踏油门的状态不变而将选速杆18L切换为前进。控制装置40一边使动臂3上升一边使轮式装载机1行走。操作员保持踩踏油门的状态不变地操作方向盘,以使轮式装载机1朝向图2所示的卸载位置PD前进。当轮式装载机1到达卸载位置PD时,控制装置40使动臂3的上升停止,并且松开离合器62使传递转矩成为零。此时,轮式装载机1的动臂3处于适于卸载挖掘物SR的高度。操作员根据需要使轮式装载机1的制动器动作,从而使轮式装载机1停止,然后卸载铲斗4内的挖掘物SR。
这样,在执行倾卸作业模式的期间,操作员的操作除了操作方向盘以外,实质上仅有踩踏油门。其结果,操作员能够以简单的操作实现倾卸作业,因此减轻操作员的负担。此外,倾卸作业模式能够使倾卸作业迅速地结束、或者减少倾卸作业的重新运行次数,因此提高作业效率。
在倾卸作业模式中,由于避免了不必要的制动器操作,所以减少了轮式装载机1具有的制动器和转矩变换器63等的负荷。其结果,能够抑制它们的耐久性的下降。此外,熟练度较低的操作员通过选择倾卸作业模式,能够以简单的操作实现相同的倾卸作业。虽然熟练度较高的操作员即使没有选择倾卸作业模式也能够顺利地执行倾卸作业,但是在长时间的作业期间,存在作业效率因疲劳以及集中力下降等而逐渐下降的可能性。根据倾卸作业模式,由于可减轻操作员的负担,所以在长时间的作业期间能够通过减少疲劳以及抑制集中力下降的作用来抑制作业效率的下降。这样,倾卸作业模式具有不取决于操作员的技能而能够减少操作员的负担以及提高作业效率的优点。
前馈控制的追加
图6是表示除了反馈控制以外,进一步进行前馈控制时控制块的一个示例的图。在本实施方式中,控制装置40对传递转矩进行反馈控制,不过除此以外也可以追加传递转矩的前馈控制。这样,能够提高传递转矩的控制的响应性。其结果,能够抑制由响应延迟引起的传递转矩的脉动(hunting)。
如图6所示,控制装置40生成第一比率Ld/Hd,将其输入到减法器52a。将基于轮式装载机1实际行走的距离和动臂缸9实际位移的大小而得到的第二比率La/Ha输入到减法器52a。减法器52a将第一比率Ld/Hd与第二比率La/Ha之差提供给PID控制部52b。PID控制部52b生成使第一比率Ld/Hd与第二比率La/Ha之差为零的控制信号并输出到加法器52c。将来自PID控制部52b的控制信号及实际传递转矩比Ta输入到加法器52c。
实际传递转矩比Ta是Ttc/Tcmax,表示转矩变换器63的输入侧和输出侧的转矩比。Ttc是图6所示的转矩变换器63吸收的转矩(吸收转矩),能够基于图5所示的输入侧的转速Nti和输出侧的转速Nte求取。Tcmax是图6所示的离合器62能够传递的最大转矩,在本实施方式中,是为了使离合器62接合而被施加的液压油的压力(离合器压力)为最大时的转矩。Tcmax根据离合器62的规格等预先决定。
加法器52c输出将来自PID控制部52b的控制信号和实际传递转矩比Ta相加而得到的值。该值由限幅器52d去除掉异常值之后,作为离合器压力指令值Pd输出。在本实施方式中,离合器压力指令值Pd是离合器压力的指令值。输入有离合器压力指令值Pd的离合器62进行动作,使得离合器压力成为离合器压力指令值Pd。这样,控制装置40使用实际传递转矩比Ta对传递转矩进行前馈控制,并且通过反馈控制将其控制成第一比率Ld/Hd与第二比率La/Ha之差为零的传递转矩。即,以实际传递给驱动轮的转矩为基准对传递转矩进行反馈控制,使得第一比率Ld/Hd与第二比率La/Ha之差为零,因此能够抑制由响应延迟引起的传递转矩的脉动。
与离合器62的接合状态对应的发动机60的转矩控制
图7是表示根据离合器62的接合状态来控制发动机60的转矩时的控制块的一个示例的图。图8是用于说明发动机60的转矩的减少量的概念图。在本实施方式中,控制装置40可以根据图2等所示的离合器62的接合状态,调整发动机60产生的转矩。在这种情况下,例如控制装置40基于离合器压力指令值Pd的大小,调整发动机60产生的转矩。
控制装置40生成发动机60产生的转矩的减少量(第一转矩减少量)Tes,并将其输出到发动机控制装置51。第一转矩减少量Tes例如是在轮式装载机1的驱动轮打滑(slip)时为了抑制打滑而减小发动机60的转矩时的减少量。在这种情况下,如果驱动轮不产生打滑,则第一转矩减少量Tes=0。此外,控制装置40生成离合器压力指令值Pd,将其输出到发动机转矩减少部52e。发动机转矩减少部52e求取基于离合器62的接合状态的转矩的减少量(第二转矩减少量)Tr。在本实施方式中,第二转矩减少量Tr例如由Trmax×(1-Pd)求取。Trmax是第二转矩减少量Tr的最大值,设定为任意的值。如图8所示,第二转矩减少量Tr例如随着离合器压力指令值Pd的增加而减小。当Pd=0时,离合器62是松开的状态,当Pd=1时,离合器62是完全接合的状态。
从控制装置40向发动机控制装置51的加法器51A提供第一转矩减少量Tes和第二转矩减少量Tr进行相加。将加法器51A的计算结果输出到减法器51B。发动机控制装置51基于油门开度AC和发动机60的转速Ne,决定使发动机60产生的转矩Tg。将转矩Tg输入到减法器51B。减法器51B计算从转矩Tg减去加法器51A的结果。即,减法器51B的计算结果为Tg-(Tes+Tr)。减法器51B的计算结果是最终使发动机60产生的转矩的指令值Te。发动机控制装置51计算为了使发动机60产生与转矩的指令值Te对应的转矩所需要的燃料的量,使发动机60具有的燃料供给装置供给计算后的燃料的量。
通过这样的控制,控制装置40能够根据离合器62的接合状态来调整发动机60的转矩。离合器62的接合状态以使离合器62随着离合器压力指令值Pd变大而能够传递更多的转矩的方式变化。如图8所示,在本实施方式中,随着离合器压力指令值Pd变小,第二转矩减少量Tr增大,随着离合器压力指令值Pd变大,第二转矩减少量Tr减小。
控制装置40在执行倾卸作业模式的期间使提供给离合器62的离合器压力的离合器压力指令值Pd相对减小时,第二转矩减少量Tr相对增大。于是,控制装置40以使发动机60产生的转矩相对减小的方式生成第二转矩减少量Tr,因此发动机60产生的转矩下降。其结果,由于能够抑制发动机60的转速Ne不必要地上升,所以能够抑制燃料消耗的增加。控制装置40在执行倾卸作业模式的期间使提供给离合器62的离合器压力指令值Pd相对增大时,第二转矩减少量Tr相对减小。于是,控制装置40以使发动机60产生的转矩相对增大的方式生成第二转矩减少量Tr,因此发动机60产生的转矩上升。其结果,轮式装载机1的车速上升。
在倾卸作业模式期间,控制装置40根据离合器62的接合状态来调整发动机60产生的转矩,由此与不执行其的情况相比,燃料消耗量减少3%。这样,如果在执行倾卸作业模式的期间执行与离合器62的接合状态对应的发动机60的转矩控制,则能够有效地改善轮式装载机1的耗油率。
在倾卸作业模式期间使用轮式装载机1的制动器来替代调整离合器62的接合状态的情况下,控制装置40不求取第二转矩减少量Tr。在这种情况下,控制装置40通过第一转矩减少量Tes使发动机60产生的转矩减少。
设定拨盘53
接着,说明图2所示的设定拨盘53。在本实施方式中,设定拨盘53能够变更倾卸作业模式的作为目标值的第一比率Ld/Hd。第一比率Ld/Hd是目标行走距离Ld与目标位移Hd之比,设定拨盘53能够通过变更两者中的至少一方,来变更第一比率Ld/Hd。设定拨盘53也可以变更第一比率Ld/Hd本身,也可以通过分别变更目标行走距离Ld和目标位移Hd来变更第一比率Ld/Hd。由于能够变更第一比率Ld/Hd,所以轮式装载机1的操作员能够根据自身的偏好或作业现场的状况来调整倾卸作业模式的动作,故优选。
以上,对本实施方式进行了说明,但是本实施方式并不限于上述内容。此外,在上述结构要素中包含本领域技术人员能够容易想到的结构要素、实质上相同的结构要素、所谓的等同范围内的结构要素。进而,能够适当地组合上述结构要素。进而,在不脱离本实施方式的要旨的范围内,能够进行结构要素的各种省略、置换和变更中的至少一项。