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JP2962131B2 - 静油圧−機械式変速機の制御装置 - Google Patents

静油圧−機械式変速機の制御装置

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JP2962131B2
JP2962131B2 JP6021573A JP2157394A JP2962131B2 JP 2962131 B2 JP2962131 B2 JP 2962131B2 JP 6021573 A JP6021573 A JP 6021573A JP 2157394 A JP2157394 A JP 2157394A JP 2962131 B2 JP2962131 B2 JP 2962131B2
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rotation speed
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力 石野
良一 丸山
晋吾 大田
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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Publication date
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    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
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    • F16H61/46Automatic regulation in accordance with output requirements
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    • F16H37/0833Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
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    • F16H2037/088Power-split transmissions with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft
    • F16H2037/0886Power-split transmissions with summing differentials, with the input of the CVT connected or connectable to the input shaft with switching means, e.g. to change ranges

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  • Control Of Fluid Gearings (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばブルドーザ等の
装軌式車両に搭載して好適な静油圧−機械式変速機の制
御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の静油圧−機械式変速機の
制御装置として、例えば特公昭62−31660号公報
に開示されているように、スロットル位置により得られ
る目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との偏差
に基づいて静油圧伝動部のポンプの吐出量設定斜板の角
度を制御し、実際のエンジン回転数を目標エンジン回転
数に近づけるようにしたものが知られている。
【0003】しかしながら、この従来の制御装置では、
静油圧伝動部のポンプの吐出量設定斜板の角度を制御す
る制御量がエンジン回転数の偏差に基づくフィードバッ
ク制御であるために、応答性が悪いという問題点があっ
た。
【0004】このような問題点を解消するために、本出
願人は、特願平2−323930号(特開平4−191
558号公報)において、動力源の回転数に対する静油
圧伝動部のモータの回転数の比の目標モータ速度比を演
算し、この目標モータ速度比によるフィードフォワード
制御により静油圧伝動部のポンプの吐出量設定斜板の角
度を制御するようにした制御装置を提案している。ま
た、特願平3−188558号(特開平5−33861
号公報)において、動力源の実際の回転数が負荷によっ
て目標の回転数から低下して所定回転数域内にあること
が検知されたときには、前記動力源の回転数に対する静
油圧伝動部のモータの回転数の比の目標モータ速度比を
零値を含む零値近傍に設定することにより、変速機構に
おいて効率の良いモータ速度比を保ちながら動力源の回
転数の変化を許して牽引性能を向上させることのできる
変速制御装置を提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
各公報に開示されているような制御装置をブルドーザに
搭載して、特に地山等の硬くて土質変化の激しい土の掘
削押土作業を行った場合、次に示すような不具合が発生
することが明らかとなっている。
【0006】従来のパワーラインに比べて応答性が良
い分加速性が良いため、ブレードが喰い込みにくい硬い
土の場合、掘削初期の所定時間(掘削開始から2〜3秒
の間)においてオペレータは車速コントロールのために
余分にブレードを操作する必要があって、操作頻度が多
くて疲れる。 ブレードを喰い込ませた後、土を満杯にするまでの間
(掘削開始後2〜3秒から10〜20秒の間)におい
て、硬くて負荷変動が多い土質では車速の低下を検知し
てオペレータがブレード負荷を減らす操作と、制御装置
側がエンジン回転の低下を検知して速度比を変化させる
動作とが重なり、オペレータの思いどおりに車両をコン
トロールするためには、オペレータはブレードの操作頻
度を多くする必要があって疲れる。
【0007】本発明は、このような不具合を解消するた
めになされたもので、静油圧−機械式変速機の利点であ
る機動性を維持しながら、掘削初期における車両の加速
性を減じるとともに掘削中における負荷変動に対する車
速の応答性を鈍化させて、掘削押土作業時の操作性の向
上を図ることのできる静油圧−機械式変速機の制御装置
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による静油圧−機
械式変速機の制御装置は、第1に、掘削初期における車
両の加速性を減じるために、図1の全体構成図に示され
ているように、動力源に連結可能な入力軸を通して駆動
される機械伝動部を設けるとともに、この入力軸に各々
吐出量設定斜板を有するポンプおよびモータより構成さ
れて少なくとも一方の吐出量設定斜板の角度が可変であ
る静油圧伝動部を接続可能に設け、これら機械伝動部側
および静油圧伝動部側の両方に出力軸を結合させて駆動
させる差動部を設けることにより構成される静油圧−機
械式変速機の制御装置において、 (a)掘削押土作業時に前記動力源の回転数に対する前
記出力軸の回転数の実際の速度比が所定値以下にあるこ
とを検知する速度比検知手段(1)、 (b)この速度比検知手段(1)により検知される実際
の速度比が所定値以下にあるときには、前記動力源の回
転数に対する前記出力軸の回転数の目標速度比の単位時
間当たりの変化率を小さく制限して設定する目標速度比
演算手段(2)および (c)この目標速度比演算手段(2)により設定される
目標速度比に基づいて前記吐出量設定斜板の角度を制御
する斜板角度制御手段(3)を備えることを特徴とする
ものである。
【0009】ここで、前記斜板角度制御手段(3)は、
目標速度比から演算される動力源の回転数に対する前記
静油圧伝動部のモータの回転数の比の目標モータ速度比
に基づいて吐出量設定斜板の角度を制御するものとする
のが良い。また、前記目標速度比演算手段(2)は、実
際の速度比の値が小さい程目標速度比の単位時間当たり
の変化率を小さな値に設定するものとするのが好まし
い。
【0010】また、本発明による静油圧−機械式変速機
の制御装置は、第2に、掘削中における負荷変動に対す
る車速の応答性を鈍化させるために、図2の全体構成図
に示されているように、 動力源に連結可能な入力軸を通して駆動される機械伝動
部を設けるとともに、この入力軸に各々吐出量設定斜板
を有するポンプおよびモータより構成されて少なくとも
一方の吐出量設定斜板の角度が可変である静油圧伝動部
を接続可能に設け、これら機械伝動部側および静油圧伝
動部側の両方に出力軸を結合させて駆動させる差動部を
設けることにより構成される静油圧−機械式変速機の制
御装置において、 (a)掘削押土作業時に前記動力源の回転数に対する前
記出力軸の回転数の実際の速度比が所定値以下にあるこ
とを検知する速度比検知手段(4)、 (b)前記動力源の実際の回転数とその動力源の目標回
転数との偏差を演算する回転数偏差演算手段(5)、 (c)前記速度比検知手段(4)により検知される実際
の速度比が所定値以下にあり、かつ、前記回転数偏差演
算手段(5)により演算される動力源の実際の回転数と
目標回転数との偏差が小さいときに、前記動力源の回転
変動に対する応答性の度合いを示す値を零を含む小さな
値に設定して前記動力源の回転数に対する前記出力軸の
回転数の目標速度比を演算する目標速度比演算手段
(6)および (d)この目標速度比演算手段により設定される目標速
度比に基づいて前記吐出量設定斜板の角度を制御する斜
板角度制御手段(7)を備えることを特徴とするもので
ある。
【0011】ここで、前記斜板角度制御手段(7)は、
目標速度比から演算される動力源の回転数に対する前記
静油圧伝動部のモータの回転数の比の目標モータ速度比
に基づいて吐出量設定斜板の角度を制御するものとする
のが良い。また、前記目標速度比演算手段(6)は、回
転数偏差演算手段(5)により演算される動力源の実際
の回転数と目標回転数との偏差が所定値以内にあるとき
に前記応答性の度合いを示す値を零に設定するととも
に、この所定値を越えると徐々に一定値まで増加させる
ように設定するものとするのが好ましい。
【0012】
【作用】本発明の前記第1の特徴を有する静油圧−機械
式変速機の制御装置においては、掘削押土作業時に速度
比検知手段(1)により動力源の回転数に対する出力軸
の回転数の実際の速度比が所定値以下にあることが検知
されると、目標速度比演算手段(2)により、動力源の
回転数に対する出力軸の回転数の目標速度比の単位時間
当たりの変化率が小さく制限して設定され、このように
設定される目標速度比に基づいて吐出量設定斜板の角度
が制御される。こうして、掘削初期における車両の加速
性が減じられ、オペレータによる車速コントロールのた
めの余分なブレード操作が回避される。この場合、実際
の速度比の値が小さい程目標速度比の単位時間当たりの
変化率を小さな値に設定すると、より精度の高い制御が
可能となる。
【0013】また、本発明の前記第2の特徴を有する静
油圧−機械式変速機の制御装置においては、掘削押土作
業時に速度比検知手段(4)により動力源の回転数に対
する出力軸の回転数の実際の速度比が所定値以下にある
ことが検知され、かつ、回転数偏差演算手段(5)によ
り演算される動力源の実際の回転数と目標回転数との偏
差が小さいことが判定されると、動力源の回転変動に対
する応答性の度合いを示す値が零を含む小さな値に設定
されて、目標速度比演算手段により、動力源の回転数に
対する出力軸の回転数の目標速度比が演算され、このよ
うに設定される目標速度比に基づいて吐出量設定斜板の
角度が制御される。こうして、掘削中における負荷変動
に対する車速の応答性が鈍化され、オペレータによる車
速コントロールのための余分なブレード操作が回避され
る。この場合、回転数偏差演算手段(5)により演算さ
れる動力源の実際の回転数と目標回転数との偏差が所定
値以内にあるときに前記応答性の度合いを示す値を零に
設定するとともに、この所定値を越えると徐々に一定値
まで増加させるように設定すると、より精度の高い制御
が可能となる。
【0014】
【実施例】次に、本発明による静油圧−機械式変速機の
制御装置の具体的実施例について、図面を参照しつつ説
明する。
【0015】図3において、本発明における動力源の一
例であるエンジン21の出力軸22に同軸状に連結され
ている入力軸23に対して、エンジン21からの伝達動
力が分割されるように前進3段および後進3段の変速装
置を有する機械伝動部24と、油圧ポンプ・モータを有
する静油圧伝動部25とが設けられている。また、択一
的に機械伝動部24側および静油圧伝動部25側の両方
に、また静油圧伝動部25側にのみ出力軸26を結合さ
せて駆動させる差動部27が設けられている。
【0016】次に、機械伝動部24、静油圧伝動部25
および差動部27を順次に説明する。
【0017】(1)機械伝動部24 入力軸23に対して、この入力軸23の軸方向に図上に
おいて左側から各シングルプラネタリ型の後進用遊星歯
車列30および前進用遊星歯車列31が設けられてい
る。後進用遊星歯車列30は、入力軸23に固着されて
いる太陽歯車30aと、この太陽歯車30aの外側に位
置する輪歯車30bと、これら両歯車30a, 30b間
に介在して両歯車30a, 30bに噛合する遊星歯車3
0cと、この遊星歯車30cのキャリヤであって後進用
油圧クラッチ32により油圧制動可能な遊星キャリヤ3
0dとより構成されている。また、前進用遊星歯車列3
1は、同様に入力軸23に固着されている太陽歯車31
aと、この太陽歯車31aの外側に位置して前進用油圧
クラッチ33により油圧制動可能な輪歯車31bと、こ
れら両歯車31a, 31b間に介在して両歯車31a,
31bと噛合する遊星歯車31cと、この遊星歯車31
cのキャリヤであって後進用遊星歯車列30の輪歯車3
0bと一体状の遊星キャリヤ31dとより構成されてい
る。
【0018】次に、入力軸23の延長線上であってその
入力軸23と同軸状に中間軸35が配されているととも
に、この中間軸35には図上において左端部に2速用油
圧クラッチ36により油圧結合可能なクラッチ板37が
設けられている。なお、この2速用油圧クラッチ36
は、前進用遊星歯車列31の遊星キャリヤ31dと一体
状に構成されている。また、中間軸35に対してその中
間軸35の軸方向に図上において左側から各シングルプ
ラネタリ型の第1および第2の3速用遊星歯車列38、
39が設けられている。この第1の3速用遊星歯車列3
8は、中間軸35に回転自在に支持されている太陽歯車
38aと、この太陽歯車38aの外側に位置して前進用
遊星歯車列31の遊星キャリヤ31dおよび2速用油圧
クラッチ36と一体状の輪歯車38bと、これら両歯車
38a, 38b間に介在して両歯車38a, 38bと噛
合する遊星歯車38cと、この遊星歯車38cのキャリ
ヤであって3速用油圧クラッチ40により油圧制動可能
な遊星キャリヤ38dとより構成されている。また、第
2の3速用遊星歯車列39は、同様に中間軸35に回転
自在に支持されてクラッチ板41と一体状の太陽歯車3
9bと、この太陽歯車39bの外側に位置して第1の3
速用遊星歯車列38の太陽歯車38aと一体状の輪歯車
39cと、これら両歯車39b,39c間に介在して両
歯車39b,39cと噛合する遊星歯車39dと、この
遊星歯車39dのキャリヤであってクラッチ板41を油
圧結合可能な1速用油圧クラッチ42と一体状の固定遊
星キャリヤ39eとより構成されている。
【0019】(2)静油圧伝動部25 入力軸23に対して、正側および負側の両振りの吐出量
設定可変角度斜板50aを有する可変容量ポンプ50が
歯車列51を介して連結されている。この可変容量ポン
プ50には、往路および復路から構成されている一対の
連通管52を介して片振りの吐出量設定可変角度斜板5
3aを有する可変容量モータ53が接続されている。こ
の可変容量モータ53の出力軸54は、歯車列55と連
結されている。なお、可変容量ポンプ50および可変容
量モータ53の両吐出量設定可変角度斜板50a,53
aは、これら両吐出量設定可変角度斜板50a,53a
の角度変化に対応して、次のように可変容量モータ53
の回転速度変化が生じるように構成されている。
【0020】可変容量ポンプ50を一定回転速度とし、
可変容量モータ53の吐出量設定可変角度斜板53aを
最大斜板角度状態にして、可変容量ポンプ50の吐出量
設定可変角度斜板50aの斜板角度を0度から正方向に
傾けて行くと、可変容量モータ53の回転速度は0から
正方向に増加する。次に、可変容量ポンプ50の吐出量
設定可変角度斜板50aを正側の最大斜板角度状態にし
て、可変容量モータ53の吐出量設定可変角度斜板53
aの斜板角度を小にすると、可変容量モータ53の回転
速度はさらに正方向に増加する。
【0021】逆に、可変容量モータ53の吐出量設定可
変角度斜板53aを最大斜板角度状態にして、可変容量
ポンプ50の吐出量設定可変角度斜板50aの斜板角度
を0度から負方向に傾けて行くと、可変容量モータ53
の回転速度は0から負方向に増加する。次に、可変容量
ポンプ50の吐出量設定可変角度斜板50aを負側の最
大斜板角度状態にして、可変容量モータ53の吐出量設
定可変角度斜板53aの斜板角度を小にすると、可変容
量モータ53の回転速度はさらに負方向に増加する。
【0022】(3)差動部27 中間軸35の軸方向の図上において右端側の延長線上に
は、同軸状に左側からダブルプラネタリ型の第1差動遊
星歯車列60およびシングルプラネタリ型の第2差動遊
星歯車列61が設けられている。この第1差動遊星歯車
列60は、中間軸35に回転自在に支持されて第2の3
速用遊星歯車列39の太陽歯車39bおよびクラッチ板
41と一体状の太陽歯車60aと、この太陽歯車60a
の外側に位置する輪歯車60bと、これら両歯車60
a, 60b間に介在して両歯車60a, 60bの両方に
かつ互いに噛合する遊星歯車60cと、この遊星歯車6
0cのキャリヤであって静油圧伝動部25の可変容量モ
ータ53の出力軸54と歯車列55を介して結合する入
力歯車62と一体状の遊星キャリヤ60dとより構成さ
れている。また、第2差動遊星歯車列61は、同様に中
間軸35に回転自在に支持されて第1差動遊星歯車列6
1の遊星キャリヤ60dと一体状の太陽歯車61aと、
この太陽歯車61aの外側に位置しかつ中間軸35の延
長線上であって図上において右側にその中間軸35と同
軸状に配置されている出力軸26と一体状の輪歯車61
bと、これら両歯車61a, 61b間に介在して両歯車
61a,61bと噛合する遊星歯車61cと、この遊星
歯車61cのキャリヤであって第1差動遊星歯車列60
の輪歯車60bおよび中間軸35と一体状の遊星キャリ
ヤ61dとより構成されている。
【0023】次に、これら機械伝動部24、静油圧伝動
部25および差動部27の機構動作について説明する。
なお、各速度段、言い換えれば後進の1速(R1)、2
速(R2)、3速(R3)および前進の1速(F1)、
2速(F2)、3速(F3)における速度比(=出力軸
26の回転数/エンジン21の出力軸22の回転数〔エ
ンジン回転数〕)に対するモータ速度比(=可変容量モ
ータ53の出力軸54の回転数〔モータ回転数〕/エン
ジン21の出力軸22の回転数〔エンジン回転数〕)の
関係は、図4に示されている通りである。
【0024】(i) 前,後進1速(F1,R1) 1速用油圧クラッチ42だけが作動され、この1速用油
圧クラッチ42により第1差動遊星歯車列60の太陽歯
車60aがクラッチ板41を介して油圧制動されて、中
間軸35はフリー回転状態となる。したがって、静油圧
伝動部25の可変容量油圧モータ53の回転力のみが、
この可変容量油圧モータ53の出力軸54、歯車列5
5、差動部27における入力歯車62、第1差動遊星歯
車列60の遊星キャリヤ60d、遊星歯車60c、輪歯
車60b、第2差動遊星歯車列61の遊星キャリヤ61
d、遊星歯車61c、輪歯車61bを順次に経て出力軸
26に伝達される。要するに、出力軸26は差動部27
によって静油圧伝動部25側にのみ結合されて駆動され
る。
【0025】こうして、モータ速度比を0から正方向に
増加させて行くと出力軸26の回転速度は0から正方向
に増加して行く。また、逆に、モータ速度比を0から負
方向に低下させて行くと出力軸26の回転速度も0から
負方向に低下して行く。このようにして、速度比は正負
の範囲内に無段階に変えることができる。
【0026】なお、前,後進1速(F1,R1)の場合
には、2速用油圧クラッチ36は作動していない状態で
も、作動している状態でも良い。しかし、前, 後進2速
(F2, R2)へのクラッチ切換えを考慮して、2速用
油圧クラッチ36を作動させてクラッチを入れておく方
が良い。
【0027】1速の状態において出力軸26の回転速度
が正方向に増加して行き、速度比が正の所定値aとなる
場合には、前進用油圧クラッチ33は遊星歯車装置31
の輪歯車31b との相対回転速度が0になる。このとき
に、前進用油圧クラッチ33を作動させ、1速用油圧ク
ラッチ42を不作動にすると前進2速(F2)状態とな
る。なお、このときには、2速用油圧クラッチ36は作
動されている。
【0028】また、1速の状態において出力軸26の回
転速度が負方向に低下して行き、速度比が負の所定値b
となる場合には、後進用油圧クラッチ32は遊星歯車装
置30の遊星キャリヤ30c との相対回転速度が0にな
る。このときに同様に後進用油圧クラッチ32を作動さ
せ、1速用油圧クラッチ42を不作動にすると後進2速
(R2)状態となる。なお、このときには、2速用油圧
クラッチ36は作動されている。
【0029】(ii)前進2速(F2) 2速用油圧クラッチ36の作動によりクラッチ板37が
油圧結合され、また前進用油圧クラッチ33の作動によ
り前進用遊星歯車列31の輪歯車31bが油圧制動され
ているために、入力軸23の回転力が、機械伝動部24
における前進用遊星歯車列31、2速用油圧クラッチ3
6、中間軸35を介して差動部27における第2差動遊
星歯車列61に回転速度が減速されて伝達される。ま
た、静油圧伝動部25の可変容量モータ53の回転力
も、この可変容量モータ53の回転軸54、歯車列5
5、差動部27における入力歯車62、第1差動遊星歯
車60の遊星キャリヤ60dを介して第2差動遊星歯車
列61にトルクが伝達される際に、入力軸23の回転速
度が減速される。この第2差動遊星歯車列61により機
械伝動部24側および静油圧伝動部25側が結合され、
回転速度が合成されて出力軸26は駆動される。こうし
て、モータ速度比を低下させて行くと出力軸26の回転
速度は正方向に増加して行く。
【0030】前進2速(F2)状態においてモータ速度
比が正の状態においては、差動部27の第2差動遊星歯
車列61から回転力の一部がその第2差動遊星歯車列6
1の遊星歯車61c、太陽歯車61a、第1差動遊星歯
車列60を順次に経て入力歯車62に逆流するようにな
り、可変容量モータ53はポンプ作用を行うようにな
る。この可変容量モータ53のポンプ作用により可変容
量ポンプ50が駆動され,この可変容量ポンプ50の回
転力が歯車列51を介して入力軸23において、エンジ
ン21からの回転力と合成される。
【0031】一方、モータ速度比が負の状態において
は、入力軸23の回転力の一部が歯車列51を介して可
変容量ポンプ50を駆動し、この可変容量ポンプ50の
駆動による可変容量モータ53の回転力が歯車列55、
差動部27における入力歯車62等を介して差動部27
の第2差動遊星歯車列61に伝達される。この第2差動
遊星歯車列61において機械伝動部24側からの回転力
と合成されて出力軸26が駆動される。
【0032】前進2速(F2)の状態において速度比を
増加させて所定値cとなる場合には、3速用油圧クラッ
チ40は第1の3速用遊星歯車列38の遊星キャリヤ3
8dとの相対回転速度が0になる。このときに、3速用
油圧クラッチ40を作動させ、2速用油圧クラッチ36
を不作動にすると、前進3速(F3)状態となる。ま
た、前進2速(F2)の状態において速度比を高い状態
から低下させて所定値aとなる場合には、1速用油圧ク
ラッチ42はクラッチ板41との相対回転速度が0にな
る。このときに1速用油圧クラッチ42を作動させ、前
進用油圧クラッチ33を不作動にすると前進1速(F
1)状態となる。
【0033】(iii) 前進3速(F3) 3速用油圧クラッチ40の作動により第1の3速用遊星
歯車列38の遊星キャリヤ38dが油圧制動され、また
前進用油圧クラッチ33の作動により前進用遊星歯車列
31の輪歯車31bが油圧制動されているために、入力
軸23の回転力が、機械伝動部24における前進用遊星
歯車列31、2速用油圧クラッチ36、第1の3速用遊
星歯車列38、第2の3速用遊星歯車列39を介して差
動部27における第1および第2の差動遊星歯車列6
0, 61に回転速度が減速されて伝達される。また、静
油圧伝動部25の可変容量モータ53の回転力も、この
可変容量モータ53の回転軸54、歯車列55を介して
差動部27における第1および第2の差動遊星歯車列6
0, 61に回転速度が減速されて伝達される。これら第
1および第2の差動遊星歯車列60, 61により機械伝
動部24側および静油圧伝動部25側が結合され、回転
速度が合成されて出力軸26は駆動される。こうして、
モータ速度比を増加させて行くと、出力軸26の回転速
度は正方向に増加して行く。
【0034】前進3速(F3)状態においてモータ速度
比が負の状態においては、差動部27の第1および第2
の差動遊星歯車列60, 61から回転力の一部が入力歯
車62に逆流するようになり、可変容量モータ53はポ
ンプ作用になり、前述のように可変容量モータ53の回
転力が可変容量ポンプ50および歯車列51を介して入
力軸23において、エンジン21からの回転力と合成さ
れる。
【0035】一方、モータ速度比が正の状態において
は、入力軸23の回転力の一部が歯車列51を介して可
変容量ポンプ50を駆動し、前述のように可変容量モー
タ53の回転力が歯車列55、差動部27における入力
歯車62等を介して差動部27の第1および第2の差動
遊星歯車列60, 61に伝達される。これら第1および
第2の差動遊星歯車列60, 61において機械伝動部2
4側からの回転力と合成されて出力軸26が駆動され
る。
【0036】前進3速(F3)の状態において速度比を
高い状態から低下させて所定値cとなる場合には、2速
用油圧クラッチ36はクラッチ板37との相対回転速度
が0になる。このときに、2速用クラッチ36を作動さ
せ、3速用油圧クラッチ40を不作動にすると前進2速
(F2)状態となる。
【0037】(iv)後進2速(R2) 2速用油圧クラッチ36の作動によりクラッチ板37が
油圧結合され、また後進用油圧クラッチ32の作動によ
り後進用遊星歯車列30の遊星キャリヤ30dが油圧制
動されているために、入力軸23の回転力が、機械伝動
部24における後進用遊星歯車列30、2速用油圧クラ
ッチ36、中間軸35を介して差動部27における第2
差動遊星歯車列61に回転数が減速されて伝達される。
また、静油圧伝動部25の可変容量モータ53の回転力
も、前述のように可変容量モータ53の回転軸54、歯
車列55、差動部27における入力歯車62、第1差動
遊星歯車列60の遊星キャリヤ60dを介して第2差動
遊星歯車列61に回転速度が減速されて伝達される。こ
の第1差動遊星歯車列61により機械伝動部24側およ
び静油圧伝動部25側が結合され、回転速度が合成され
て出力軸26は駆動される。こうして、モータ速度比を
増加させて行くと出力軸26の回転速度は負方向に増加
して行く。
【0038】なお、後進2速(R2)状態においては、
モータ速度比が負の状態において差動部27の第2差動
遊星歯車列61から回転力の一部が静油圧伝動部25側
に逆流して可変容量モータ53がポンプ作用を行い、モ
ータ速度比が正の状態において入力軸23の回転力の一
部が静油圧伝動部25側に流れる以外は、他は前進2速
(F2)状態と同様である。
【0039】後進2速(R2)の状態において速度比を
高い状態から低下させて所定値dとなる場合には、3速
用油圧クラッチ40は第1の3速用遊星歯車列38の遊
星キャリヤ38dとの相対回転速度が0となる。このと
きに、3速用油圧クラッチ40を作動させ、2速用油圧
クラッチ36を不作動にすると後進3速(R3)状態と
なる。
【0040】また、後進2速(R2)の状態において速
度比を増加させて所定値bとなる場合には1速用油圧ク
ラッチ42はクラッチ板41との相対回転数が0とな
る。このときに、1速用油圧クラッチ42を作動させ、
後進用油圧クラッチ32を不作動にすると後進1速(R
1)状態となる。
【0041】(v) 後進3速(R3) 3速用油圧クラッチ40の作動により第1の3速用遊星
歯車列38の遊星キャリヤ38dが油圧制動され、また
後進用油圧クラッチ32の作動により後進用遊星歯車列
30の遊星キャリヤ30dが油圧制動されているため
に、入力軸23の回転力が、機械伝動部24における後
進用遊星歯車列30、2速用油圧クラッチ36、第1の
3速用遊星歯車列38、第2の3速用遊星歯車列39を
介して差動部27における第1および第2の差動遊星歯
車列60, 61に回転速度が減速されて伝達される。ま
た、静油圧伝動部25の可変容量モータ53の回転力
も、前述のように可変容量モータ53の回転軸54、歯
車列55を介して差動部27における第1および第2の
差動遊星歯車列60, 61に回転数が減速されて伝達さ
れる。これら第1および第2の差動遊星歯車列60, 6
1により機械伝動部24側および静油圧伝動部25側が
結合され、回転速度が合成されて出力軸26は駆動され
る。こうして、モータ速度比を低下させて行くと出力軸
26の回転速度は負方向に増加して行く。
【0042】なお、後進3速(R3)状態において、モ
ータ速度比が正の状態においては差動部27第1および
第2の差動遊星歯車列60, 61から回転力の一部が静
油圧伝動部25側に逆流して可変容量モータ53がポン
プ作用を行い、またモータ速度比が負の状態においては
入力軸23の回転力の一部が静油圧伝動部25側に流れ
る以外は、他は前進3速(F3)状態と同様である。
【0043】後進3速(R3)の状態において速度比を
増加させて所定値dとなる場合には2速用油圧クラッチ
36はクラッチ板37と相対回転速度が0になる。この
ときに、2速用クラッチ36を作動させ、3速用油圧ク
ラッチ40を不作動にすると後進2速(R2)状態とな
る。
【0044】続いて、機械伝動部24および静油圧伝動
部25に対する制御について説明する。
【0045】図3において、エンジン21の出力軸22
には、この出力軸22の回転数を検知してエンジン21
のエンジン回転数nE を検知するエンジン回転数検知器
70が設けられているとともに、静油圧伝動部25の可
変容量モータ53の出力軸54には回転方向も検知でき
る可変容量モータ53のモータ回転数nm を検知するモ
ータ回転数検知器71が設けられている。また、図示さ
れないエンジンスロットルには操作されるエンジンスロ
ットルのスロットル位置xを検知するスロットル位置検
知器72が設けられており、同様に図示されないチェン
ジレバーには操作されるチェンジレバーのレバー位置が
前進(F),中立(N),後進(R)のいずれにあるか
を検知するレバー位置検知器73が設けられている。こ
れらエンジン回転数検知器70、モータ回転数検知器7
1、スロットル位置検知器72、レバー位置検知器73
からのエンジン回転数信号、モータ回転数信号、スロッ
トル位置信号およびレバー位置信号は、コントローラ部
74に与えられる。
【0046】前記コントローラ部74は、所定プログラ
ムを実行する中央処理装置(CPU)74Aと、このプ
ログラム、更には各種テーブルを記憶する読出し専用メ
モリ(ROM)74Bと、このプログラムを実行するに
必要なワーキングメモリとしての書込み可能メモリ(R
AM)74Cとより構成されている。こうして、前述さ
れたエンジン回転数信号、モータ回転数信号、スロット
ル位置信号およびレバー位置信号にもとづき前記プログ
ラムを実行することにより演算処理を行って、後進用油
圧クラッチ32、前進用油圧クラッチ33、2速用油圧
クラッチ36、3速用油圧クラッチ40および1速用油
圧クラッチ42のクラッチ切換えを前述のように行う速
度段切換バルブ75に切換制御信号が与えられる。ま
た、可変容量ポンプ50の吐出量設定可変角度斜板50
aの角度変位バルブ76、および可変容量モータ53の
吐出量設定可変角度斜板53aの角度変位バルブ77に
は角度制御信号が与えられる。
【0047】ところで、操作されるエンジンスロットル
のスロットル位置xに対してエンジン21の回転数の目
標エンジン回転数NE が得られるとともに、操作される
チェンジレバーのレバー位置FNRに対して速度比の制
御方向が得られる。したがって、コントローラ部74に
おいては、実際の速度比の正負等の条件に対応して、エ
ンジン回転数検知器70からのエンジン回転数信号によ
る実際のエンジン回転数nE に対するスロットル位置検
知器72からのスロットル位置信号による目標エンジン
回転数NE の相対関係、およびレバー位置検知器73か
らのレバー位置信号によるレバー位置FNRにもとづ
き、次のように速度比に対して制御を行っている。
【表1】
【0048】次に、速度比の制御によるエンジン回転数
の制御について、図5の基本プログラムのフローチャー
トにもとづき各ステップ毎に詳述する。
【0049】A:スロットル位置検知器72からのスロ
ットル位置信号により、スロットル位置xに対するエン
ジン21の目標エンジン回転数NE を、予め設定され記
憶されている特性関数式またはテーブルによって変換を
含む演算を行って求める。この特性関数式またはテーブ
ルは、エンジン21のエンジン回転数に対するトルクの
特性曲線から作成されるスロットル位置xに対する目標
エンジン回転数NE の特性曲線にもとづいて設定された
ものである。
【0050】B〜D:コントローラ部74自体が速度段
切換バルブ75を介して制御している機械伝動部24の
現在の速度段を検知し、エンジン回転数検知器70から
のエンジン回転数信号による現在の実際のエンジン回転
数nE と、モータ回転数検知器71からの現在の実際の
モータ回転数nm とにより実際のエンジン回転数nE
対する実際のモータ回転数nm の比である実際のモータ
速度比em (=nm /nE )を演算を行って求める。そ
して、求められた実際のモータ速度比em を、検知され
た現在の速度段の制御状態にもとづいて、予め設定され
記憶されている特性関数式:e=f(em )またはテー
ブルにより変換して現在の実際の速度比eを求める。こ
の特性関数式:e=f(em )またはテーブルは、図4
に示されているように、実際の速度比eに対する実際の
モータ速度比em の特性曲線にしたがって設定されてい
る。
【0051】E:レバー位置検知器73からのレバー位
置信号と現在の実際の速度比eとから車両の動かし方、
言い換えれば次のいずれかであるかを判断する。 車両の前進もしくは後進走行状態を維持する エンジンブレーキによってゆっくりと停止させる(エ
ンジンブレーキ制御) 前進もしくは後進走行状態から急停止させて逆方向へ
再発進させる(FR切換制御) 車両を停止させる(ニュートラル制御)
【0052】F:掘削中の負荷変動に対する車速の応答
性を鈍化させることにより、オペレータによる車速コン
トロールのための余分なブレード操作を回避するため
に、目標速度比Eを算出するための後述の式(1)にお
ける定数k(エンジンの回転変動に対する応答性を示
し、単位が1/rpmの定数)の値を算出するルーチ
ン。詳しくは図7に示されているフローチャートにより
後述する。
【0053】G:前述のエンジンブレーキ制御の場合
に、車両が減速側に向かうように目標エンジン回転数N
E をエンジンフルスロットル回転数(2100rpm)
以上の値(例えば2200rpm)に固定し、また、車
両がより自然で滑らかな停止を行えるように、速度段の
状態に応じてk(nE −NE )で決まる減速度の大きさ
に所定の制限をつける。
【0054】H:前述のようにして求められた目標エン
ジン回転数NE および実際の速度比e、更には実際のエ
ンジン回転数nE から、次式により演算して目標速度比
Eを求める。 E=e+k(nE −NE ) ・・・(1)
【0055】I:掘削初期における車両の加速性を減じ
ることにより、特にブレードが喰い込みにくい硬い土を
掘削する場合にオペレータによる車速コントロールのた
めの余分なブレード操作を回避するために、目標速度比
Eの単位時間当たりの変化率に制限を加える加速性鈍化
ルーチン。詳しくは図6に示されているフローチャート
により後述する。
【0056】J:スピードコントロールレバーの操作に
より目標速度比Eに制限を加え、また、例えば高速走行
時において所定変位を越えてステアリングレバーが操作
された場合に車体の旋回半径を小さくするために、目標
速度比Eに制限を加える。
【0057】K:FR切換制御時に車両を速やかに停止
させるために、目標速度比Eを段階的に減少させるよう
にその目標速度比Eの値を算出する。 L:ニュートラル制御時に車両を確実に停止させるため
に、目標速度比Eを0に固定する。 M:目標速度比Eの値には各速度段毎に採り得る値の範
囲があるため、このEの値に各速度段毎に制限を加え
る。
【0058】N:前述のようにして求められた目標速度
比Eを、機械伝動部24の速度段の現在の制御状態にも
とづいて、予め設定され記憶されている特性関数式:E
m =f(E)またはテーブルにより変換して目標モータ
速度比Em を求める。この特性関数式:E=f(Em
またはテーブルもまた、図4に示されているものと同様
の特性曲線であって目標速度比Eに対する目標モータ速
度比Em の特性曲線にしたがって設定されている。 O:目標モータ速度比Em および実際のモータ速度比e
m から、目標モータ速度比Em に比例したフィードフォ
ワード量KEm (K:フィードフォワード係数)と、目
標モータ速度比Em に対する実際のモータ速度比em
偏差(=Em −em )の比例要素分および積分要素分と
の和の操作量Aを求めて、角度変位バルブ76, 77に
角度制御信号として出力する。
【0059】こうして、実際のモータ速度比em が目標
モータ速度比Em に制御され、実際の速度比eが目標速
度比Eに制御されて、エンジンスロットルのスロットル
位置xに対する目標エンジン回転数NE に実際のエンジ
ン回転数nE が一致するように制御される。
【0060】次に、前述の加速性鈍化ルーチン(ステッ
プI)について、図6を参照しつつステップ毎に詳述す
る。
【0061】I−1:実際の速度比eの符号を判定する
ことによって、車両が前進しているのか、後進している
のかを判定する。そして、前進(e≧0)の場合にはス
テップI−2へ進み、この制御を後進(e<0)の場合
には行う必要がないためステップI−7へ進む。 I−2:目標速度比Eの今回値と前回値との偏差が正で
あるか負であるかによって、車両が加速中にあるか減速
中にあるかを判定し、この判定がYES言い換えれば加
速中にあるというときには次のステップI−3へ進み、
NO言い換えれば減速中にあるというときには、この制
御を行う必要がやはりないためにステップI−7へ進
む。
【0062】I−3〜I−7:現在の車速の大きさを判
定するため、エンジンフルスロットル時の目標エンジン
回転数(1800rpm)と車速とから算出される車速
2km/hにおける速度比E1 および車速3km/hに
おける速度比E2 を定数として用い、実速度比eがE1
より小さいか(e<E1 )、この実速度比eがE1 以上
でE2 より小さいか(E1 ≦e<E2 )をそれぞれ判定
する。そして、これら判定の結果、次のように目標速度
比Eの1回当たり(時間当たり)の変化量の最大値cを
車速範囲に応じて設定する。 0≦e<E1 のとき c=a11 ≦e<E2 のとき c=a2 e≧E2 のとき c=a3 また、ステップI−1の判定がNO,車両が後進してい
るときおよびステップI−2の判定がNO,車両が減速
中にあるときにもc=a3 に設定される。ここで、a1
<a2 <a3 とすると車速が低いときに加速性が抑えら
れるので良い。なお、a1 ,a2 ,a3 の具体的数値と
して、例えばa1 =10,a2 =20,a3 =37を選
定することができる。
【0063】I−8〜I−9:目標速度比Eの今回値と
前回値との偏差とステップI−5〜I−7にて設定され
たcの値との大小を比較し、目標速度比Eの変化量がc
を越えている場合にはその変化量をcに設定する。
【0064】こうして、掘削初期に車両の加速性が良す
ぎることによりオペレータのブレード操作回数が増える
という不具合を解消することができる。
【0065】次に、前述のk値算出ルーチン(ステップ
F)について、図7を参照しつつステップ毎に詳述す
る。
【0066】F−1:実際の速度比eの符号を判定する
ことによって、車両が前進しているのか、後進している
のかを判定する。そして、前進(e≧0)の場合にはス
テップF−2へ進み、後進(e<0)の場合にはステッ
プF−4へ進む。 F−2:現在の車速の大きさを判定するため、エンジン
フルスロットル時の目標エンジン回転数(1800rp
m)と車速とから算出される車速4km/h(ブルドー
ザで掘削押土作業は車速4km/h以下で行なわれる
為、4km/h程度に設定するのが良い。)における速
度比E3 を定数として用い、実速度比eがE3 より大き
いか否かを見て、e≦E3 のときにはステップF−3へ
進み、e>E3 のときにはステップF−4へ進む。
【0067】F−3:車速が所定車速以下であるという
ことなので、目標エンジン回転数N E および実際のエン
ジン回転数nE からnE −NE を算出し、エンジンの回
転変動に対する応答性を示す定数kの値を予め設定され
記憶されている特性関数式:k=f(nE −NE )また
はテーブルにより変換して求める。ここで、この特性関
数式:k=f(nE −NE )は図8に示されているよう
なグラフで定義される。 F−4:車両が後進状態にあるか、もしくは前進でも車
速が所定車速を越えているということなので、定数kの
値をk1に設定する。
【0068】図8に示されるグラフから明らかなよう
に、例えばNE =1800rpmの場合、1700≦n
E ≦1850においてk=0となり、目標速度比Eはエ
ンジンの回転変動に対して応答しない、言い換えれば目
標速度比Eは固定され車速の増減はエンジン回転の増減
のみで決まる状態となる。要するに、オペレータのブレ
ード操作による負荷のコントロールによって車速が決ま
ることとなる。また、実際のエンジン回転数nE が17
00rpmより低下するとkの値は徐々に大きくなり、
目標速度比Eは変化してエンジン回転が低下しないよう
にされる。そして、nE が1550rpm以下になると
k=k1となり、通常走行時と同じ応答性を示すことと
なる。
【0069】本実施例においては、図6のステップI−
3,I−4および図7のステップF−2において、車速
の大きさを判定するのにエンジンフルスロットル時の目
標エンジン回転数と車速とから算出される速度比を定数
として使用したものについて説明したが、実際のエンジ
ン回転数nE と実際の速度比eとから実際の車速を求め
て比較するようにすることもできる。
【0070】本実施例においては、目標速度比Eを求め
るために(1)式を用いたが、次式を用いても良い。 E=e×(nE /NE ) さらには、前回の目標速度比E’を用いて次式 E=E’+k(nE −NE ) または E=E’×(nE /NE ) を用いても良い。この場合には、目標速度比Eを求める
ために実際の速度比eを求めることは必要としない。
【0071】本実施例においては、実際のモータ速度比
m を直接にエンジン回転数に対するモータ回転数の比
より求めたが、エンジン21からの減速比等を考慮して
入力軸23の回転数および出力軸26の回転数を検知し
て入力軸回転数に対する出力軸回転数の比より求めても
良い。また、入力軸23の回転数および可変容量モータ
53の出力軸54の回転数を検知して入力軸回転数に対
するモータ回転数の比より求めても良い。これらの場合
には、スロットル位置検知器72からのスロットル位置
信号によりスロットル位置xに対する入力軸23の目標
回転数を求めるとともに、実際のモータ速度比em を出
力軸26の回転数に対する入力軸23の回転数の速度比
に変換して入力軸23の回転数に対する出力軸26の回
転数の目標速度比の演算を介して目標モータ速度比Em
を求めても良い。さらには、実際のモータ速度比を同様
に、エンジン21からの減速比等を考慮してエンジン回
転数に対する出力軸回転数の比または出力軸回転数に対
するモータ回転数の比より求めても良い。
【0072】本実施例においては、操作量Aに基づき角
度変位バルブ76,77を介して可変容量ポンプ50の
吐出量設定可変角度斜板50aおよび可変容量モータ5
3の吐出量設定可変角度斜板53aの角度を制御してい
るが、いずれか一方の吐出量設定可変角度斜板50a,
53aの角度を制御するようにしても良い。
【0073】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、掘削初期において車両の加速性が減じられ、また掘
削中において負荷変動に対する車速の応答性が鈍化せし
められるので、静油圧−機械式変速機の利点である機動
性を維持しながら、掘削押土作業時における操作性を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1発明の全体構成図
【図2】第2発明の全体構成図
【図3】本発明の一実施例による静油圧−機械式変速機
のシステム構成図
【図4】実際の速度比に対する実際のモータ速度比の関
係を示すグラフ
【図5】エンジン回転数制御のためのフローチャート
【図6】車両の加速性を減じる制御のためのフローチャ
ート
【図7】車速の応答性を鈍化させる制御のためのフロー
チャート
【図8】実エンジン回転数と目標エンジン回転数との差
に対する定数kの関係を示すグラフ
【符号の説明】
1,4 速度比検知手段 2,6 目標速度比演算手段 3,7 斜板角度制御手段 5 回転数偏差演算手段 21 エンジン 22,26,54 出力軸 23 入力軸 24 機械伝動部 25 静油圧伝動部 27 差動部 50 可変容量ポンプ 50a,53a 吐出量設定可変角度斜板 53 可変容量モータ 70 エンジン回転数検知器 71 モータ回転数検知器 72 スロットル位置検知器 73 レバー位置検知器 74 コントローラ部 75 速度段切換バルブ 76,77 角度変位バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大田 晋吾 大阪府枚方市上野3−1−1 株式会社 小松製作所大阪工場内 (56)参考文献 特開 平4−191558(JP,A) 特開 平5−33861(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動力源に連結可能な入力軸を通して駆動
    される機械伝動部を設けるとともに、この入力軸に各々
    吐出量設定斜板を有するポンプおよびモータより構成さ
    れて少なくとも一方の吐出量設定斜板の角度が可変であ
    る静油圧伝動部を接続可能に設け、これら機械伝動部側
    および静油圧伝動部側の両方に出力軸を結合させて駆動
    させる差動部を設けることにより構成される静油圧−機
    械式変速機の制御装置において、 (a)掘削押土作業時に前記動力源の回転数に対する前
    記出力軸の回転数の実際の速度比が所定値以下にあるこ
    とを検知する速度比検知手段、 (b)この速度比検知手段により検知される実際の速度
    比が所定値以下にあるときには、前記動力源の回転数に
    対する前記出力軸の回転数の目標速度比の単位時間当た
    りの変化率を小さく制限して設定する目標速度比演算手
    段および (c)この目標速度比演算手段により設定される目標速
    度比に基づいて前記吐出量設定斜板の角度を制御する斜
    板角度制御手段を備えることを特徴とする静油圧−機械
    式変速機の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記斜板角度制御手段は、前記目標速度
    比から演算される前記動力源の回転数に対する前記静油
    圧伝動部のモータの回転数の比の目標モータ速度比に基
    づいて前記吐出量設定斜板の角度を制御するものである
    請求項1に記載の静油圧−機械式変速機の制御装置。
  3. 【請求項3】 前記目標速度比演算手段は、前記実際の
    速度比の値が小さい程前記目標速度比の単位時間当たり
    の変化率を小さな値に設定するものである請求項1また
    は2に記載の静油圧−機械式変速機の制御装置。
  4. 【請求項4】 動力源に連結可能な入力軸を通して駆動
    される機械伝動部を設けるとともに、この入力軸に各々
    吐出量設定斜板を有するポンプおよびモータより構成さ
    れて少なくとも一方の吐出量設定斜板の角度が可変であ
    る静油圧伝動部を接続可能に設け、これら機械伝動部側
    および静油圧伝動部側の両方に出力軸を結合させて駆動
    させる差動部を設けることにより構成される静油圧−機
    械式変速機の制御装置において、 (a)掘削押土作業時に前記動力源の回転数に対する前
    記出力軸の回転数の実際の速度比が所定値以下にあるこ
    とを検知する速度比検知手段、 (b)前記動力源の実際の回転数とその動力源の目標回
    転数との偏差を演算する回転数偏差演算手段、 (c)前記速度比検知手段により検知される実際の速度
    比が所定値以下にあり、かつ、前記回転数偏差演算手段
    により演算される動力源の実際の回転数と目標回転数と
    の偏差が小さいときに、前記動力源の回転変動に対する
    応答性の度合いを示す値を零を含む小さな値に設定して
    前記動力源の回転数に対する前記出力軸の回転数の目標
    速度比を演算する目標速度比演算手段および (d)この目標速度比演算手段により設定される目標速
    度比に基づいて前記吐出量設定斜板の角度を制御する斜
    板角度制御手段を備えることを特徴とする静油圧−機械
    式変速機の制御装置。
  5. 【請求項5】 前記斜板角度制御手段は、前記目標速度
    比から演算される前記動力源の回転数に対する前記静油
    圧伝動部のモータの回転数の比の目標モータ速度比に基
    づいて前記吐出量設定斜板の角度を制御するものである
    請求項4に記載の静油圧−機械式変速機の制御装置。
  6. 【請求項6】 前記目標速度比演算手段は、前記回転数
    偏差演算手段により演算される動力源の実際の回転数と
    目標回転数との偏差が所定値以内にあるときに前記応答
    性の度合いを示す値を零に設定するとともに、この所定
    値を越えると徐々に一定値まで増加させるように設定す
    るものである請求項4または5に記載の静油圧−機械式
    変速機の制御装置。
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