(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧トランスミッションのモータ及びオーバースピード制御装置であって、
エンジンと；
前記エンジンに機械的に連結された油圧ポンプと；
出力シャフトを含み、前記油圧ポンプに油圧的に結合された可変容量油圧モータと；
前記モータの容量を変更する手段と；
前記出力シャフトの回転速度を検出するために該出力シャフトに結合され、速度信号を発生する手段と；
前記速度信号を受け取り、速度信号に応じて前記エンジンのオーバースピード状態を検出し、このオーバースピード状態の検出に応じて前記容量変更手段を介して容量を調整する制御手段とを具備し；
前記制御手段は前記速度信号の関数として前記オーバースピード状態の発生を予測し、オーバースピード状態の予測に応じて前記容量変更手段を介して容量を調整する手段を含んでおり；
前記制御手段は制御曲線に応じて前記容量変更手段を作動することにより、容量を調整するように適合しているとともに、
前記制御手段は前記制御曲線を修正することにより、前記オーバースピード状態の発生の予測に応じて容量を調整することを特徴とする油圧トランスミッションのモータ及びオーバースピード制御装置。
【請求項２】
油圧トランスミッションのモータ及びオーバースピード制御装置であって、
エンジンと；
前記エンジンに機械的に連結された油圧ポンプと；
出力シャフトを含み、前記油圧ポンプに油圧的に結合された可変容量油圧モータと；
前記モータの容量を変更する手段と；
前記出力シャフトの回転速度を検出するために該出力シャフトに結合され、速度信号を発生する手段と；
前記速度信号を受け取り、速度信号に応じて前記エンジンのオーバースピード状態を検出し、このオーバースピード状態の検出に応じて前記容量変更手段を介して容量を調整する制御手段とを具備し；
前記制御手段は前記速度信号の関数として前記オーバースピード状態の発生を予測し、オーバースピード状態の予測に応じて前記容量変更手段を介して容量を調整する手段を含んでおり；
前記制御手段は制御曲線に応じて前記容量変更手段を作動することにより、容量を調整するように適合しているとともに、
前記制御曲線はモータの速度が低速のときには前記容量を「最大」と「最小」の間で変化させ、モータの速度が高速のときには前記容量を「最小」と「最大」のＫ％の間で変化させることを特徴とする油圧トランスミッションのモータ及びオーバースピード制御装置。
【請求項３】
油圧トランスミッションのモータ及びオーバースピード制御装置であって、
エンジンと；
前記エンジンに機械的に連結された油圧ポンプと；
出力シャフトを含み、前記油圧ポンプに油圧的に結合された可変容量油圧モータと；
前記モータの容量を変更する手段と；
前記出力シャフトの回転速度を検出するために該出力シャフトに結合され、速度信号を発生する手段と；
前記速度信号を受け取り、速度信号に応じて前記エンジンのオーバースピード状態を検出し、このオーバースピード状態の検出に応じて前記容量変更手段を介して容量を調整する制御手段と、；
低速位置と高速位置を有するモードスイッチとを具備し、
前記制御手段は前記速度信号の関数として前記オーバースピード状態の発生を予測し、オーバースピード状態の予測に応じて前記容量変更手段を介して容量を調整する手段を含んでおり；
前記制御手段は制御曲線に応じて前記容量変更手段を作動することにより、容量を調整するように適合しているとともに、
前記制御曲線はヒステリシスを含んでいることを特徴とする油圧トランスミッションのモータ及びオーバースピード制御装置。
【請求項４】
油圧トランスミッションのモータ及びオーバースピード制御装置であって、
エンジンと；
前記エンジンに機械的に連結された油圧ポンプと；
出力シャフトを含み、前記油圧ポンプに油圧的に結合された可変容量油圧モータと；
前記モータの容量を変更する手段と；
前記出力シャフトの回転速度を検出するために該出力シャフトに結合され、速度信号を発生する手段と；
前記速度信号を受け取り、速度信号に応じて前記エンジンのオーバースピード状態を検出し、このオーバースピード状態の検出に応じて前記容量変更手段を介して容量を調整する制御手段と、；
低速位置と高速位置を有するモードスイッチとを具備し、
前記制御手段は前記速度信号の関数として前記オーバースピード状態の発生を予測し、オーバースピード状態の予測に応じて前記容量変更手段を介して容量を調整する手段を含んでおり；
前記制御手段は制御曲線に応じて前記容量変更手段を作動することにより、容量を調整するように適合しているとともに、
前記制御手段は、前記モードスイッチが前記低速位置のときには前記容量を「最大」にセットし、前記モードスイッチが前記高速位置のときには、前記制御曲線に従って前記容量変更手段により前記容量を調整するように制御することを特徴とする油圧トランスミッションのモータ及びオーバースピード制御装置。
【請求項５】
油圧トランスミッションの可変容量油圧モータの制御方法であって、
（１）油圧モータの回転出力速度を検出して速度信号を生成し；
（２）前記速度信号の関数としてオーバースピード状態を予測し；
（３）前記オーバースピード状態の予測に応じてモータの容量を調整する各ステップから構成され；
前記オーバースピード状態を予測するステップは；
（ａ）モータの速度定数から前記速度信号を差し引くことにより差分項を決定し；
（ｂ）前記差分項に比例定数をかけることにより比例項を決定し；
（ｃ）前記差分項から最後の差分項を差し引き、その差に定数をかけることにより微分項を決定し；
（ｄ）前記比例項と微分項を加算することにより合計項を決定する各ステップを含んでおり；
前記合計項が０未満のときにオーバースピード状態を予測することを特徴とする油圧トランスミッションの可変容量油圧モータの制御方法。
【請求項６】
前記差分項に積分定数をかけ、その結果を前の積分項に加えることにより積分項を決定するステップを更に含み、前記合計項は前記比例項と微分項と積分項の合計であることを特徴とする請求項５記載の油圧トランスミッションの可変容量油圧モータの制御方法。
【請求項７】
（１）モードスイッチの低速位置及び高速位置のいずれかを検出し；
（２）前記モードスイッチが高速位置のときには、
（ａ）油圧モータの回転出力速度を検出して速度信号を生成し；
（ｂ）前記速度信号を受け取って制御曲線の通常の動作領域に応じてモータの容量を調整し；
（ｃ）オーバースピード状態の発生を予測して、前記制御曲線のオーバースピード動作領域に従って前記モータの容量を調整するステップを更に含んでいることを特徴とする請求項５記載の油圧トランスミッションの可変容量油圧モータの制御方法。
【請求項８】
前記モードスイッチが前記低速位置のときには、前記可変容量油圧モータの容量を「最大」にセットするステップを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記オーバースピード状態の発生の予測に応じて、前記オーバースピード動作領域を修正するステップを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記モータの容量を調整するステップは、
（３）回転出力速度が加速のときには、
（ｄ）前記速度信号が第１の所定値よりも大きいときには、前記通常の動作領域中で前記モータの容量を「最大」から「最小」に調整し、
（ｅ）前記速度信号が第２の所定値よりも大きいときには、前記オーバースピード動作領域中で前記モータの容量を前記「最小」から前記「最大」のＫ％に調整するステップを実行し；
（４）回転出力速度が減速のときには、
（ｆ）前記速度信号が第３の所定値よりも小さいときには、前記オーバースピード動作領域中で前記モータの容量を「最大」のＫ％から「最小」に調整し；
（ｇ）前記速度信号が第４の所定値よりも小さいときには、前記通常の動作領域中で前記モータの容量を前記「最小」から前記「最大」に調整するステップを実行することを特徴とする請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般的に油圧トランスミッションに関し、特に油圧トランスミッションの適応オーバースピード制御装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
掘削機等の油圧機械の分野では、原動機により可変容量油圧ポンプが駆動されて、油圧パワーを複数の作業器具及び駆動システムに提供する。可変容量油圧ポンプは少なくとも１つの可変容量油圧モータを介してパワーを駆動システムに伝達する。
【０００３】
油圧トランスミッションを使用する土砂移動機械において、発生する１つの問題は機械がオーバースピード状態で作動されることがあることである。オーバースピード状態は、例えばスロープを下るとき等に、油圧トランスミッションが駆動トレーンを実際に駆動しようとする速度まで機械が加速されるときに発生する。
【０００４】
このときには、油圧モータがポンプとして作用し、油圧ポンプがモータとして作用する。これは望ましくないストレスを駆動トレーン、特にエンジンに印加する。故にオーバースピード状態は、ポンプ、モータ及びエンジンに大きな損傷を与えることになる。
【０００５】
この問題を克服する１つの試みはエンジン速度を利用することである。この方法はエンジン速度をモニタし、オーバースピード状態を修正するものである。しかし、この方法はオーバースピード状態に反応するものであり、駆動トレーンの損傷の危険性を除去するものではない。
【０００６】
他の方法は、可変容量油圧ポンプの吐出容量を制御してオーバースピード状態を修正するものである。この方法は、ポンプを不安定にし、ポンプに振動を発生させ易くなる。
【０００７】
本発明は上述した問題の１つ又はそれ以上克服せんとするものである。
【０００８】
【発明の開示】
本発明の１つの側面においては、油圧トランスミッションのオーバースピード制御装置が提供される。制御装置はエンジンと、エンジンに機械的に連結された油圧ポンプと、油圧ポンプに油圧的に結合された可変容量油圧モータを含んでいる。
【０００９】
可変容量油圧モータは出力シャフトを含んでいる。制御装置は出力シャフトの速度をモニタし、オーバースピード状態の発生を検出及び／又は予測する。もしオーバースピード状態が検出又は予測されたならば、モータの容量が制御装置により増加され、これによりモータ及び機械の速度を制限する。
【００１０】
本発明の他の側面においては、油圧トランスミッションの油圧モータの制御方法が提供される。油圧モータは、エンジンにより駆動される油圧ポンプにより駆動される。
【００１１】
制御方法は油圧モータの回転出力速度を検出し、モータの容量を制御するステップを含んでいる。制御方法は更に、オーバースピード状態の発生を検出及び／又は予測し、それに応じてモータの容量を制御する。
【００１２】
【望ましい実施態様の説明】
図１乃至図３を参照すると、本発明即ちモータ及びオーバースピード制御装置１０２は、油圧トランスミッションの可変容量油圧モータ１０８を制御しながら作動させることに適合している。
【００１３】
制御装置１０２はエンジン１０４と、エンジン１０４に結合された可変容量油圧ポンプ１０６とを含んでいる。望ましい実施態様においては、エンジン１０４と油圧ポンプ１０６とは直接結合されている。即ち、ポンプの出力はエンジンの出力速度及びポンプの吐出容量に依存する。
【００１４】
望ましい実施態様においては、油圧ポンプ１０６は２つの可変容量油圧モータに油圧的に結合されている。１つのモータは流体力学的に制御される。その作動は本発明に直接関係ないので、説明を省略する。他のモータは電気機械的に作動され、オーバースピード状態を制御するのに使用される。
【００１５】
更に、以下の説明は特定の油圧トランスミッションの構造に適合している。本発明が有用性を有しており、本発明の範囲内に入る数多くの異なる構造が存在することを理解すべきである。
【００１６】
油圧トランスミッションの異なるタイプが、１９７８年３月２８日にThomas J. Bubula等に対して発行された米国特許第4,080,850 号; １９８５年８月１３日にRandall M. Mitchell 等に対して発行された米国特許第4,534,707 号及び１９８５年６月１８日にRandall M. Mitchell 等に対して発行された米国特許第4,523,892 号に示されている。
【００１７】
手段１１２が油圧モータの容量を変更し、これにより出力シャフト１１０の回転速度を変更する。望ましい実施態様においては、手段１１２はモータ１０８の容量を変更するバルブ手段を含んでいる。望ましい実施態様においては、バルブ手段は電気的に作動される比例スプール弁（図示せず）を含んでいる。
【００１８】
モータの容量は「最大」位置と「最小」位置の間で可変である。流体入力が一定のときには、モータが「最小」位置のときに出力速度は「最大」になる。同じ流体入力のとき、モータの容量が「最大」位置方向に作動されるにつれて、出力速度は減少する。
【００１９】
出力シャフト１１０に結合されている手段１１４が出力シャフト１１０の回転速度を検出し、速度信号を生成する。
制御手段１１６は速度信号を受け取り、速度信号に応じて手段１１２を作動してモータ１０８の容量を変更する。制御手段１１６はオーバースピード状態の発生を検出するように適合している。
【００２０】
制御手段１１６は更に、速度信号の関数としてオーバースピード状態の発生を予測し、モータ１０８の容量を増加することにより出力シャフト１１０の回転速度を制限するように適合している。
【００２１】
望ましい実施態様においては、制御手段としてマイクロプロセッサが使用される。マイクロプロセッサは、以下に説明するような制御アルゴリズムを使用してバルブ手段を制御するようにプログラムされる。
【００２２】
モードスイッチ１１８は、それぞれ低速モード及び高速モードを示す低速位置と高速位置を有している。モードスイッチ１１８はオペレータにより手動により作動される。
【００２３】
制御アルゴリズムのもとでは、制御手段１１６はモードスイッチが低速位置にあるのに応じて、モータの容量をその「最大」位置にセットするように手段１１２を作動する。よって、低速モードは低い機械の速度が要求されるような機械が何かの操作を行っているときに主に使用される。
【００２４】
高速モードでは、制御手段１１６はモータ速度が低速及び高速の双方でモータ１０８の容量を調整する。望ましい実施態様においては、制御手段１１６は制御曲線２０２に応じて容量可変手段又は容量変更手段１１２を介してモータの容量を調整する。
【００２５】
制御曲線２０２は通常作動領域２０４と、オーバースピード作動領域２０６とを含んでいる。通常作動領域２０４においては、制御手段１１６は容量を「最大」から「最小」に調整する。
【００２６】
容量が最小のときには、モータ速度はエンジン速度に応じて変化する。オーバースピード作動領域２０６においては、制御手段１１６はオーバースピード状態によって引き起こされる損傷を防止するために容量を調整する。
【００２７】
望ましい実施態様においては、制御曲線は図２に示されるような形状をしている。即ち、モータ速度が低い場合には、容量は「最大」位置にセットされている。オペレータがアクセルを押圧してエンジン速度を増加すると、モータの出力速度が増加する。
【００２８】
モータの出力速度が第１のモータ速度値（ＳＰＥＥＤ1 ）に達すると、制御手段１１６は容量が「最小」になるまで容量を変更する。典型的な第１モータ速度値は１分間あたり５００回転（５００ｒｐｍ）である。
【００２９】
しかし、第１のモータ速度値はシステムのパラメータに応じて変化する。モータの容量は第２のモータ速度値（ＳＰＥＥＤ2 ）で「最小」となるまで減少する。
【００３０】
容量が「最小」位置では、出力速度はエンジン速度に応じて変化する。しかし、もしオーバースピード状態が発生すると、制御手段は再びモータの容量の調整を開始する。
【００３１】
制御曲線２０２のオーバースピード作動領域２０６は、第３のモータ速度値（ＳＰＥＥＤ3 ）、例えば５４００ｒｐｍにより定義される。よって、オーバースピード状態はモータ速度がＳＰＥＥＤ3 以上のときに検出される。
【００３２】
図２の制御曲線２０２のオーバースピード作動領域２０６によると、オーバースピード状態がひとたび検出されると、制御手段１１６はモータの容量を「最大」位置の所定パーセント（Ｋ％）、例えば「最大」の３３％に変更する。図示されているように、モータの容量は第４モータ速度値（ＳＰＥＥＤ4 ）で「最大」のＫ％に達する。
【００３３】
モータ速度が減少すると、モータの容量は同じ制御曲線２０２を逆にたどって変化する。好ましくは、制御曲線２０２はモータ速度の関数としてのモータ容量の直線的な調整を含んでいる。しかし、例えば段階的又は指数関数的等の他の調整方法も採用可能である。２つの傾斜関数の勾配は、システムパラメータ及び望ましい作動特性に依存する。
【００３４】
図３を参照すると、代替実施態様においては、制御曲線３０２はヒステリシスを含んでいる。モータ速度が増加するときの制御装置１０２の作動は上述した実施態様と同様である。しかし、モータ速度が減少するときには制御は同一曲線をたどらない。
【００３５】
故に、システムが「最大」の３３％で作動していてモータ速度が減少すると仮定すると、モータ速度がＳＰＥＥＤ５≦ＳＰＥＥＤ４である第５のモータ速度値（ＳＰＥＥＤ５）に達すると制御手段１１６はモータ容量の減少を開始する。モータ容量はＳＰＥＥＤ6≦ＳＰＥＥＤ3である第６のモータ速度値（ＳＰＥＥＤ6）で「最小」に達するまで調整される。
【００３６】
同様にして、モータ速度が引き続いて減少すると、ＳＰＥＥＤ7 ≦ＳＰＥＥＤ2 である第７のモータ速度値（ＳＰＥＥＤ7 ）で「最小」から「最大」に向かって制御手段がモータ容量を調整する。
【００３７】
モータ容量はＳＰＥＥＤ8 ≦ＳＰＥＥＤ1 である第８のモータ速度値（ＳＰＥＥＤ8 ）で「最大」に達するまで増加される。このヒステリシスによりシステムが容量増加と容量減少の間で振動しないことを保証する。
【００３８】
エンジン速度の代わりにモータ速度を検出することにより、制御装置１０２はより速く、即ちエンジン１０４がオーバースピード状態に到達する前にオーバースピード状態を検出することができる。よって、制御手段１１６はオーバースピード状態の発生を予測し、それに応じてモータの容量を制御する手段を含んでいる。
【００３９】
望ましい実施態様においては、制御曲線２０２のオーバースピード部分２０６を左方向にシフトすることにより、制御手段１１６はオーバースピード状態を予測した後にモータ容量を調整する。
【００４０】
次に、図４及び図５を参照して制御手段１１６の作用について説明する。第１の制御ブロック４０２において、モードスイッチ１１８が読み出される。第２の制御ブロック４０４において、モータ速度センサの値が読み出される。
【００４１】
第３の制御ブロック４０６において、モータ１０８の要求される容量がモードスイッチの位置と、（以下に説明する）モータ速度の関数として決定される。第４の制御ブロック４０８において、制御手段１１６はバルブ手段を介してモータ容量を調整する。
【００４２】
次に図５を参照して、望ましいモータ容量の決定方法について説明する。第１の決定ブロック５０２において、モードスイッチ１１８が「低速」位置のときには、第５の制御ブロック５０４に進む。第５の制御ブロック５０４においては、容量は「最大」にセットされ、メイン制御ループに復帰する。
【００４３】
第２の決定ブロック５０６において、モータ速度が第１のモータ速度値「ＳＰＥＥＤ1 」未満のときには、制御は第５の制御ブロック５０４に進む。もし否定判断の場合には、制御は第６の制御ブロック５０８に進む。
【００４４】
第６の制御ブロック５０８においては、上述したようにモータの望ましい容量が制御曲線２０２，３０２の通常の作動領域２０４，３０４に従って決定される。
【００４５】
第３の決定ブロック５１０において、オーバースピード状態が検出されるか予測されるかすると、制御は第７の制御ブロック５１２に進む。もしオーバースピード状態が存在すると、容量の調整が制御曲線２０２，３０２のオーバースピード作動領域２０４，３０４を介して行われる。
【００４６】
ブロック５１０で、オーバースピード状態が検出されないときには、第６の制御ブロック５０８で算出された容量が使用され、制御はメイン制御ループに復帰する。
【００４７】
制御ルーチンは以下の方法により、オーバースピード状態の発生を予測する。第１に、定数「ＫSPEED 」、例えば５４００ｒｐｍから現在のモータ速度を差し引くことにより、差分項が決定される。
【００４８】
次いで、差分項に比例定数（ＫPROPORTIONAL）をかけることにより、比例項が決定される。前回の又は最後の差分項から差分項を差し引き、その差に定数（ＫDERIVATIVE）をかけることにより、微分項が決定される。
【００４９】
比例項及び微分項は次いで合計される。この合計が０以上のときには、オーバースピード状態は予測されないとして第６の制御ブロック５０８で決定された容量が使用される。
【００５０】
オプションとして、合計中に積分項を含めるようにしてもよい。積分項は、差分項に定数（ＫINTEGRAL）をかけ、その結果を前回の即ち最後の積分項に加えることにより決定される。
【００５１】
しかし、もし合計が０未満のときには、オーバースピード状態が予測されたことになるため、制御は第７の制御ブロック５１２に進む。第７の制御ブロック５１２においては、制御曲線２０２，３０２のオーバースピード状態領域２０６，３０６を使用して或いは修正して容量が再計算される。
【００５２】
第４の決定ブロック５１４では、もし再計算された容量が「最大」のＫ％より大きい場合には、制御は第８の制御ブロック５１６に進む。その他の場合には、再計算された値が使用され、制御はメイン制御ループに復帰する。
【００５３】
第８の制御ブロック５１６では、オーバースピード状態が予測され或いは検出されたことになり、容量は「最大」のＫ％に制限される。代表的なＫの値は３３％である。
【００５４】
【産業上の利用可能性】
本発明の装置１０２は油圧トランスミッションの可変容量モータ１０８の適応オーバースピード制御装置を提供するのに適合している。
【００５５】
装置１０２はオペレータにより作動されるモードスイッチ１１８を含んでいる。モードスイッチ１１８は「低速」位置と「高速」位置の間で作動可能である。装置１０２は制御手段１１６を含んでいる。制御手段１１６はモードスイッチ１１８を読み取り、それに応じて油圧モータの容量を調整する。
【００５６】
もしモードスイッチ１１８が「低速」位置の場合には、制御手段１１６は「低速」モードで作動する。「低速」モードにおいては、制御手段１１６は油圧モータ１０８の容量を「最大」にセットする。
【００５７】
もしモードスイッチ１１８が「高速」位置の場合には、制御手段１１６は「高速」モードで作動する。「高速」モードにおいては、制御手段１１６はモータが低速及び高速の双方においてモータの容量を調整する。
【００５８】
例えば５００ｒｐｍ以下等のモータが非常に低速のときには、制御手段１１６はモータ容量を「最大」にセットする。モータの速度が増加するにつれて、容量は「最小」位置に達するまで調整される。これは通常の作動状態である。
【００５９】
もしモータ速度が所定の値、例えば５４００ｒｐｍに増加されると、オーバースピード状態が検出される。オーバースピード状態が検出されると、制御手段１１６はモータ容量を制御曲線に従って調整する。即ち、制御手段１１６はモータ容量を「最小」から「最大」の所定の割合（Ｋ％）に向かって調整する。
【００６０】
加うるに、制御手段１１６は上述したようにオーバースピード状態の発生を予測するのに適合している。オーバースピード状態が予測されると、制御手段１１６は制御曲線を左方向にシフトして、モータの容量をそれに応じて調整する。
【００６１】
本発明の他の側面、目的及び特徴は図面、発明の詳細な説明及び添付請求の範囲を研究することにより得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様による油圧トランスミッションのモータを制御する装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施態様による図１の油圧トランスミッションを作動するための制御曲線を示す図である。
【図３】本発明の他の実施態様による図１の油圧トランスミッションを作動するための制御曲線を示す図である。
【図４】図１の制御装置の作動を示すフローチャートである。
【図５】図１の制御装置の作動を示すより詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１０２  オーバースピード制御装置
１０４  エンジン
１０６  油圧ポンプ
１０８  油圧モータ
１１８  モードスイッチ
２０２，３０２  制御曲線
２０４，３０４  通常の作動領域
２０６，３０６  オーバースピード作動領域
【図１】
0003641504.tif 000002
【図２】
0003641504.tif 000003
【図３】
0003641504.tif 000004
【図４】
0003641504.tif 000005
【図５】
0003641504.tif 000006