专利名称：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(步骤幻。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 Tl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Tl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。S卩，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。S卩，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。
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)
具体实施例方式以下，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 (以下称为液压泵幻由发动机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) οS卩，通过控制斜盘控制阀6，可以控制液压泵2的斜盘加的角度，从而可以使液压泵2具有与来自控制器7(参照图幻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(参照图幻的控制指令，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。S卩，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。S卩，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dco/dt[rad/(SeC -sec)] 的函数。即，可以表示为Ip = T/(dco/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Rn[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nt、加速时间At 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。g卩，可以作为T = QmXPmX nt/(2X 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IX π弧度。另外，角加速度dco/dt可以表示为 d ω /dt = RmX 2 X π / (60 X Δ t acc)。根据求解该液压电动机4的电动机转矩T和角加速度d ω/dt的式子，因惯性而产生的力的大小"Ip，，的值表示为 Ip = QmXPmX nt/(2X 3i)/(RmX2X π/(60 X At acc))。 即，通过计算Ip = 60 X QmX PmX ntX At acc/(4XRmX π X 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6上# )。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沈对冷却风扇5的转速进行的控制，但关于在修正处理部沈进行的控制将在后面论述，继续说明跳过了在修正处理部沈进行的控制之后的控制。在转速指令值计算部M，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M，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沈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， 在修正处理部沈使用冷却风扇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，在修正处理部沈，基于所述差分进行冷却风扇5的目标转速值的修正。S卩，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。在修正处理部沈，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沈进行的处理在内，使用图4所示的流程图进行说明。在步骤Sl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Sl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M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(O)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ΔΝ大时，进入步骤S5，当所述差值比加减速处理判定值ΔΝ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ANc的计算处理。通过使用加减速相加量Δ Ne， 可以求出根据加速模式使油量增加多少。加减速相加量ANc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ANc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Sll。即，在未达到目标转速Nt时，跳过修正处理部沈处的处理。在步骤S8中，进行图3中的修正处理部沈处的处理。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Δ ε。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+ι的状态下进行。于是，在步骤SlO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SlO中的处理结束后进入步马聚S13 ο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Sll中，进行如下处理将在步骤S5中求出的加减速相加量ANc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+Ι时的当前目标转速Nc(t+1)。在步骤Sll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/ (O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+Ι时的指令转速Nf (t+1)的处理。即，进行如下处理使时刻t+Ι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M求出的时刻t+Ι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/ (O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△ ε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Δ ε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+Ι)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+Ι)的处理。作为泵斜盘位置Q (t+Ι)，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+Ι)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+Ι)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。S卩，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+Ι)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。另夕卜，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+Ι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+Ι)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。
权利要求
1.一种冷却风扇的驱动装置，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述的冷却风扇的驱动装置，其特征在于，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。
3.如权利要求1或2所述的冷却风扇的驱动装置，其特征在于，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。
4.如权利要求1或2所述的冷却风扇的驱动装置，其特征在于，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。
5.一种风扇转速控制方法，其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特征在于，根据检测到的液压油的温度、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。
6.如权利要求5所述的风扇转速控制方法，其特征在于，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。
全文摘要
本发明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。基于冷却介质及液压油的温度和发动机的转速，在控制器(7)的目标转速设定部(22)设定冷却风扇的目标转速。基于冷却风扇的转速和在目标转速设定部(22)设定的目标转速、以及因冷却风扇及用于驱动冷却风扇的液压电动机的惯性而产生的力的大小，在加速模式设定部(23)设定使冷却风扇的转速上升至目标转速时的加速模式。在转速指令值计算部(24)进行控制，以将基于所述加速模式对所述液压电动机进行加速控制时所需的压力油流量供给至所述液压电动机。由此，可以降低在所述液压电动机的加速控制中未被消耗而浪费的溢流流量。
文档编号F15B11/00GK102362053SQ20108001318
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月24日
发明者今泉雅明, 和田稔 申请人:株式会社小松制作所