JP2008138700A - 産業車両の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動変速による不所望なシフトアップを防止する。
【解決手段】トルクコンバータ２の入力軸と出力軸の速度比ｅを検出する速度比検出手段１４，１５と、検出された速度比ｅに応じてトランスミッション３の速度段をシフトアップおよびシフトダウンするトルコン速度比基準変速手段１０，１１と、車速ｖを検出する車速検出手段１６と、ＬモードとＨモードを選択するモード選択手段７と、Ｌモードが選択されると、車速ｖが第１の所定値ｖＬ１〜ｖＬ３以上となることを条件としてシフトアップを許可し、Ｈモードが選択されると、車速ｖが所定値ｖＬ１〜ｖＬ３より大きい所定値ｖＨ１〜ｖＨ３以上となることを条件としてシフトアップを許可する変速制御手段１０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ホイールローダ等の産業車両の変速制御装置に関する。

従来より、エンジンの出力トルクをトルクコンバータ（以下、トルコン）を介してトランスミッションに伝達するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、トルコンの入力軸側と出力軸側の回転数の比であるトルコン速度比を算出し、この速度比が予め定めた所定値に達すると、トランスミッションを自動的にシフトアップまたはシフトダウンさせる。

特許第３３８８５９４号公報

しかしながら、この種の産業車両は、１速で走行を開始するため、発進時にエンジン回転数が増大し、燃費の悪化を伴う。

本発明による変速制御装置は、トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を検出する速度比検出手段と、検出された速度比に応じてトランスミッションの速度段をシフトアップおよびシフトダウンする変速手段と、車両が発進可能な状態にあるか否かを判定する発進判定手段と、変速判定手段により発進可能な状態と判定されると、トランスミッションを２速に制御する発進制御手段とを備えることを特徴とする。
アクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量検出手段をさらに備え、トランスミッションを２速に制御した後、アクセル操作量検出手段により所定値以上の操作量が検出されると、変速手段による変速を許可することもできる。
車速を検出する車速検出手段を備え、アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量が所定値未満で、かつ、車速検出手段により検出された車速が所定値以下になると、速度比検出手段で検出された速度比に拘わらず、２速を限度としてトランスミッションをシフトダウンすることもできる。

本発明によれば、車両が発進可能な状態にあるときは、トランスミッションを２速に制御するようにしたので、車両は２速状態で発進し、燃費を向上できる。

以下、図１〜図８を参照して本発明の第１の実施の形態に係る産業車両の変速制御装置について説明する。
図１は、本実施の形態に係る変速制御装置が適用される産業車両の一例であるホイールローダの側面図である。ホイールローダ１００は、アーム１１１，バケット１１２，タイヤ１１３等を有する前部車体１１０と、運転室１２１，エンジン室１２２，タイヤ１２３等を有する後部車体１２０とで構成される。アーム１１１はアームシリンダ１１４の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（ダンプまたはクラウド）する。前部車体１１０と後部車体１２０はセンタピン１０１により互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ（不図示）の伸縮により後部車体１２０に対し前部車体１１０が左右に屈折する。

図２は、第１の実施の形態に係る変速制御装置の概略構成を示す図である。エンジン１の出力軸にはトルクコンバータ２（以下、トルコン）の入力軸が連結され、トルコン２の出力軸はトランスミッション３に連結されている。トルコン２は周知のインペラ，タービン，ステータからなる流体クラッチであり、エンジン１の回転はトルコン２を介してトランスミッション３に伝達される。トランスミッション３は、その速度段を１速〜４速に変速する液圧クラッチを有し、トルコン２の出力軸の回転はトランスミッション３で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト４，アクスル５を介してタイヤ１１３，１２３に伝達され、車両が走行する。

トルコン２は入力トルクに対し出力トルクを増大させる機能、つまりトルク比を１以上とする機能を有する。トルク比は、トルコン２の入力軸と出力軸の回転数の比であるトルコン速度比ｅ（出力回転数／入力回転数）の増加に伴い小さくなる。例えばエンジン回転数が一定状態で走行中に走行負荷が大きくなると、トルコン２の出力軸の回転数、つまり車速が減少し、トルコン速度比ｅが小さくなる。このとき、トルク比は増加するため、より大きな駆動力（牽引力）で車両走行可能となる。各速度段毎の車速と駆動力との関係は、図３に示す通りであり、同一速度段で比較すると、車速が遅いと駆動力は大きく（低速高トルク）、車速が速いと駆動力は小さくなる（高速低トルク）。また、速度段が小さいほど、同一車速において大きな駆動力を得ることができる。

トランスミッション３は、各速度段に対応したソレノイド弁を有する自動変速機である。これらソレノイド弁は、コントローラ１０からソレノイド制御部１１へ出力される制御信号によって駆動され、これにより１速〜４速の間で速度段が自動的に変更される。

自動変速制御には、トルコン速度比ｅが所定値に達すると変速するトルコン速度比基準制御と、車速が所定値に達すると変速する車速基準制御の２つの方式がある。第１の実施の形態では、トルコン速度比基準制御によりトランスミッション３の速度段を制御する。

図４は、トルコン速度比基準制御による変速のタイミングを示す図である。なお、図４（ａ）は１速〜４速の範囲で変速可能としたものであり、図４（ｂ）は２速〜４速の範囲で変速可能としたものである。走行負荷が低くなり、トルコン速度比ｅが増加してトルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上になると、速度段は１段シフトアップする。反対に走行負荷が高くなり、トルコン速度比ｅが低下してトルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下になると、速度段は１段シフトダウンする。

所定値ｅｕ，ｅｄは、変速の基準となるトルコン速度比であり、予めコントローラ１０に設定されている。図５は、トルコン速度比ｅとトルコン効率の関係を示す図である。図５に示すように、トルコン効率の特性はほぼ放物線形状となり、トルコン速度比ｅが０付近および１付近では効率が悪い。このため、本実施の形態では、所定値ｅｕ，ｅｄを例えばｅｕ＝０．８、ｅｄ＝０．３に設定する。シフトアップ直後のトルコン速度比ｅ１は所定値ｅｕより低くなり（例えば０．４）、シフトダウン直後のトルコン速度比ｅ２は所定値ｅｄより高くなる（例えば０．７）。

以上のトルコン速度比基準制御によれば、車速が低くても負荷が小さければｅ≧ｅｕとなり、シフトアップする。このため、シフトアップのタイミングが早くなり、車速基準制御に比べ、燃費や騒音の点で優れる。その一方で、トルコン速度比基準制御は、所定の速度段（牽引力）で走行しようとするオペレータの意に反してシフトアップしてしまう場合がある。例えば変速比を２速にセットして低速走行でトラックに接近し、バケット内の土砂等をトラックに積み込もうとしても、負荷が小さいと３速や４速にシフトアップしてしまい、低速走行でトラックに接近することができない場合がある。このようなトルコン速度比基準制御による不具合を解消するため、本実施の形態では、以下のように変速制御装置を構成する。

図２において、コントローラ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ１０には、アクセルペダル３１の操作量Ａを検出するアクセル操作量検出器１２と、ブレーキペダル３２の操作量を検出するブレーキ操作量検出器１３と、トルコン２の入力軸の回転数Ｎｉを検出する回転数検出器１４と、トルコン２の出力軸の回転数Ｎｔを検出する回転数検出器１５と、トランスミッション３の出力軸の回転速度、つまり車速ｖを検出する車速検出器１６と、走行モードを選択する走行モード選択スイッチ７と、１速〜４速の間で最大速度段を指令するシフトスイッチ８と、車両の前後進を指令する前後進切換スイッチ９とが接続されている。操作量検出器１２，１３は、例えばペダルストロークを検出するストロークセンサやペダル操作圧を検出する圧力センサ等により構成できる。

走行モード選択スイッチ７の一例を図６に示す。走行モード選択スイッチ７は、マニュアルモード、Ｌ１−４モード、Ｈ２−４モード、Ｈ１−４モードに切換可能なダイヤル式のスイッチである。このスイッチ７は運転室内に設けられ、運転者により操作される。走行モード選択スイッチ７によりマニュアルモードが選択された状態では、トランスミッション３の速度段は図示しない変速レバーの操作により１速〜４速の範囲で手動で変速できる。

Ｌ１−４モードとＨ１−４モードはそれぞれ１速〜４速の範囲で自動変速可能な走行モードであり、Ｈ２−４モードは２速〜４速の範囲で自動変速可能な走行モードである。以下では、Ｌ１−４モードをＬモード、Ｈ１−４モードとＨ２−４モードをＨモードと呼ぶ。ＬモードおよびＨモードでは、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕに達するとシフトアップ条件が成立する。このとき、後述するように、車速ｖが予め定めた最低車速以上であれば、シフトアップが許容され、最低車速未満であれば、シフトアップが禁止される。

Ｌモードにおいて１速→２速、２速→３速、３速→４速にシフトアップするときの最低車速をそれぞれｖＬ１，ｖＬ２，ｖＬ３とし、Ｈモードにおいて１速→２速、２速→３速、３速→４速にシフトアップするときの最低車速をそれぞれｖＨ１，ｖＨ２，ｖＨ３とする。これら最低車速には、ｖＬ１＜ｖＬ２＜ｖＬ３およびｖＨ１＜ｖＨ２＜ｖＨ３の関係がある。また、ＬモードとＨモードの最低車速を比較すると、ｖＬ１＜ｖＨ１、ｖＬ２＜ｖＨ２、ｖＬ３＜ｖＨ３の関係がある。

コントローラ１０は、アクセル操作量検出器１２からの信号に応じてエンジン回転数を制御する。また、コントローラ１０は、前後進切換スイッチ９からの信号に応じて前後進切換用ソレノイド弁を制御する。すなわち前後進切換スイッチ９が中立位置から前進位置または後進位置に操作されると、前後進切換用ソレノイド弁を前進位置または後進位置に切り換える。これによりエンジン回転出力が車輪１１３，１２３に伝達され、車両の前後進が可能となる。さらにコントローラ１０は、以下のようにトランスミッション３の速度段を制御する。

図７は、第１の実施の形態に係るコントローラ１０における変速制御処理の一例を示すフローチャートであり、コントローラ１０に搭載したプログラムで実行される処理の一例を示すものである。このプログラムは、前後進切換スイッチ９が中立から前進位置または後進位置に操作され、かつ走行モード選択スイッチ７がマニュアルモード以外に操作されるとスタートする。ステップＳ１では、ソレノイド制御部１１に２速指令を出力し、トランスミッション３の速度段を２速に制御する。

ステップＳ２では、アクセルペダル３１が予め定めた所定値Ａ１以上踏み込まれているか否かを判定する。これはアクセルペダルの戻しによる減速操作の有無の判定であり、所定値Ａ１は例えばアクセルペダル最大踏み込み量の３０％程度に設定される。ステップＳ２が否定されるとステップＳ３に進む。ステップＳ３では、車速ｖが予め定めた設定車速ｖ１以下か否かを判定する。設定車速ｖ１は、シフトダウンを許可する車速であり、速度段毎に設定される。例えば４速→３速へのシフトダウンを許可する車速をｖ１４、３速→２速へのシフトダウンを許可する車速をｖ１３とすると、ｖ１４＞ｖ１３に設定される。

また、設定車速ｖ１は、トルコン速度比基準制御によってシフトダウンするときの車速（推定値）よりも大きな値に設定される。すなわちトルコン速度比ｅが、トルコン速度比基準制御によりシフトダウンする基準値である所定値ｅｄ以下となる前に、シフトダウンするように車速ｖ１が設定される。但し、あまり早くシフトダウンすると車両のショックが大きくなるため、この点も考慮して車速ｖ１が最適な値に設定される。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ２に戻る。

ステップＳ４では、現在の速度段が２速か否かを判定する。現在の速度段が３速または４速であれば、ステップＳ５において、ソレノイド制御部１１にシフトダウン信号を出力し、速度段を１段下げる。つまり、この場合は、トルコン速度比基準ではなく、車速基準によりシフトダウンする。現在の速度段が２速のときは、ステップＳ４が肯定されるので、シフトダウン信号を出力せず、２速状態を維持する。以上のステップＳ２〜ステップＳ５の処理は、アクセルペダル３１の踏み込み量Ａが所定値Ａ１以上と判定されるまで繰り返される。

これにより３速で走行中にアクセルペダル３１を戻し操作し、アクセル操作量Ａが所定値Ａ１より小さくなり、車速ｖが設定車速ｖ１以下になると、車両は２速にシフトダウンする。４速にて走行中は３速にシフトダウンする。これにより車両に作用する減速力が大きくなり、車両を速やかに減速できる。

すなわち、例えばアクセルペダルから足を離した減速操作時には、慣性力によりタイヤ１１３，１２３、トルコン２、エンジン１が回転させられることで、車両の運動エネルギが消費され、車両が減速する。この場合、車速ｖが設定車速ｖ１以下になるとシフトダウンするので、トルコン速度比基準制御によって自動的にシフトダウンする場合に比べ、シフトダウン時の車速が速い。その結果、トルコン２内で消費される運動エネルギが大きくなり、車両を素早く減速できる。

これに対し、アクセルペダルから足を離した減速操作時にトルコン速度比基準制御によりシフトダウンするように構成した場合には、シフトダウンのタイミングが遅くなり、トルコン内で消費されるエネルギが少なくなって、大きな減速力が得られない。そのため、減速時の走行距離が延びてしまい、車両を早く減速するためには別途ブレーキペダル３２の操作が必要となり、運転操作が煩雑であるし、ブレーキの寿命が低下するという問題が生じる。

この点、一実施の形態による変速制御装置によれば、マニュアルモード以外の自動変速モードが選択され、かつ、前後進切換操作が行われて走行を開始する際、速度段を２速にするとともに（ステップＳ１）、１速にはシフトダウンしないようにしたので（ステップＳ４，ステップＳ５）、２速→１速へのシフトダウンによるショックを防止できる。また、シフトダウン後にアクセルペダル３１を踏み込んで再加速する場合、２速スタートであるので１速→２速へのシフトアップがないため、シフトアップによるショックを低減でき、滑らかな加速性を得ることができる。なお、シフトダウンによる速度段を２速に制限したが、１速までシフトダウン可能に構成してもよく、シフトダウンによる速度段の制限値を変更可能としてもよい。

ステップＳ２で、アクセル踏み込み量Ａが所定値Ａ１以上と判定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、走行モード選択スイッチ７からの信号により、どの走行モードが選択されているかを判定する。Ｌ１−４モードとＨ１−４モードのいずれかが選択と判定されると、つまり最低速度段が１速である走行モードが選択と判定されるとステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、回転数検出器１４，１５からの信号によりトルコン２の入力軸の回転数Ｎｉと出力軸の回転数Ｎｔの比、つまりトルコン速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｉ）を演算する。ステップＳ８では、トルコン速度比ｅの値を判定する。

トルコン速度比ｅが、シフトダウン判定閾値である所定値ｅｄより大きく、かつシフトアップ判定閾値である所定値ｅｕより小さいと判定されると（ｅｄ＜ｅ＜ｅｕ）、ステップＳ２に戻る。この場合はシフトアップ条件もシフトダウン条件も成立しないため、ソレノイド制御部１１に変速のための制御信号は出力されず、現在の速度段を維持する。

ステップＳ８で、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上と判定されると（ｅ≧ｅｕ）、つまりトルコン速度比変速制御におけるシフトアップ条件が成立と判定されるとステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、現在の速度段がシフトスイッチ８により設定された最大速度段であるか否かを判定する。ステップＳ１１が肯定されるとステップＳ２に戻る。この場合は、トランスミッション３のシフトアップは行われず、現在の速度段が維持される。ステップＳ１１が否定されるとステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、クラッチカット機構が作動しているか否かを判定する。クラッチカット機構とは、ブレーキペダルを所定量以上踏み込んだときに、ブレーキペダル３２と連動して前進側・後進側クラッチのクラッチ圧を０にして前進側・後進側クラッチをオフ（解放）する機構である。本実施の形態の変速制御装置は、このクラッチカット機構を備え、ブレーキ操作量検出器１３からの信号がブレーキペダル３２の所定量以上の踏み込みを示すとき、コントローラ１０のＣＰＵは、クラッチカット機構の作動を検出する。クラッチカット機構は、ブレーキペダル３２の踏み込みをやめると非作動となり、クラッチがオン（接続）される。

ステップＳ１２が肯定されるとステップＳ２に戻る。この場合は、シフトアップ条件が成立してもシフトアップを行わず、現在の速度段を維持する。すなわちブレーキペダル３２の踏み込みによりクラッチカット機構が作動すると、トルコン２の走行負荷が減少してトルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上となるが、トランスミッション３はシフトアップすることなく、現在の速度段を維持する。これによりブレーキペダル３２の踏み込みをやめてクラッチカット機構が非作動となり、クラッチが接続した場合に、十分な走行駆動力を得ることができ、スムーズに車両走行を開始できる。

これに対し、クラッチカット機構が作動している場合にシフトアップを許可すると、スムーズな走行が困難となる。すなわち、例えば登板走行時に一旦停止してクラッチカット機構が作動し、シフトアップした後に再発進によりクラッチカット機構が非作動になると、速度段が高いために走行駆動力が不足し、登板走行できない場合がある。この場合は、車両が坂道をずり落ちながらシフトダウンすることで、走行駆動力が増加して登板走行が可能となるため、車両の走行動作が不安定である。

ステップＳ１２が否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、アクセルペダル３１が所定値Ａ２以上踏み込み操作され、この状態が所定時間ｔ１（例えば１〜２秒程度）継続しているか否かを判定する。所定値Ａ２は、例えば前述の所定値Ａ１（ステップＳ２）と同等の値（全操作量の３０％程度）に設定される。所定値Ａ１より大きな値に設定してもよい。

ステップＳ１３が否定されるとステップＳ２に戻る。この場合は、ステップＳ８やステップＳ３２においてシフトアップ条件が成立してもシフトアップは行われず、現在の速度段が維持される。これによりアクセル踏み込み量Ａが所定値Ａ２より小さい状態、つまり走行負荷が小さく、ｅ＞ｅｕのシフトアップ条件が成立した状態で車両が走行している場合に、アクセルペダル３１を所定値Ａ２以上に踏み込むと、すぐに走行負荷が上昇し、ｅ＜ｅｕになる。このため所定時間ｔ１が経過する前にシフトアップ条件が不成立となり、トランスミッション３のシフトアップが阻止される。その結果、低い速度段で車両は加速するため、十分な走行加速性を得ることができる。

ステップＳ１３が肯定されるとステップ１４に進む。ステップＳ１４では、車速検出器１６により検出された車速ｖが予め定めた最低車速以上か否かを判定する。ここで、上述したように最低車速は走行モード毎および速度段毎に定められており、この走行モードと速度段に対応した最低車速を車速ｖと比較する。例えばモード選択スイッチ７でＬ１−４モードが選択され、現在の速度段が２速のときは、ｖＬ２と車速ｖを比較し、モード選択スイッチ７でＨ１−４モードが選択され、現在の速度段が２速のときは、ｖＨ２と車速ｖを比較する。Ｌ１−４モードで車速がｖＬ２以上またはＨ１−４モードで車速がｖＨ２以上である場合、ステップＳ１４が肯定されてステップＳ１５に進む。ステップＳ１４が否定されるとステップＳ２に戻る。

ステップＳ１５では、ソレノイド制御部１１にシフトアップ信号を出力する。これによりトランスミッション３が１速→２速、または２速→３速、または３速→４速へと１段シフトアップする。このようにトルコン速度比ｅが大きい場合（負荷が小さい場合）でも、車速ｖが最低車速以上にならないとシフトアップしないようにすることで、低い速度段に維持した車両の低速運転が可能となる。その結果、例えば車両を２速にセットしてバケット内の土砂等をトラックに積み込む場合、負荷が小さくても車両を２速に維持したまま低速走行でトラックに接近することができ、作業性が向上する。

ステップＳ１４で説明したように、ＬモードとＨモードでは、シフトアップを許可する最低車速が異なる。Ｌモードの１〜３速時の最低車速をそれぞれｖＬ１〜ｖＬ３，Ｈモードの１〜３速時の最低車速をｖＨ１〜ｖＨ３とすると、ｖＬ１＜ｖＨ１、ｖＬ２＜ｖＨ２、ｖＬ３＜ｖＨ３である。同一の速度段で比較すると、Ｌモードの方がより低速でシフトアップが可能である。このため、Ｌモード選択時には、燃料消費量が少なくてすみ、燃費が向上するとともに、エンジン騒音も下がり、作業環境を向上できる。また、Ｈモード選択時には、車速ｖがより高速になるまでシフトアップしないので、ブレーキペダル３２を操作することなく、低速状態での作業（例えばトラックへの積み込み作業）を容易に行うことができる。

ステップＳ８で、トルコン速度比ｅが、シフトダウン判定閾値である所定値ｅｄ以下と判定されると（ｅ≦ｅｄ）、つまりシフトダウン条件が成立と判定されるとステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、現在の速度段が２速より大きいか否かを判定する。現在の速度段が３速または４速の場合、ステップＳ２１が肯定されてステップＳ２２に進む。ステップＳ２１が否定されるとステップＳ２３に進む。ステップＳ２２では、ソレノイド制御部１１にシフトダウン信号を出力する。これによりトランスミッション３が４速→３速、または３速→２速へと１段シフトダウンする。

ステップＳ２３では、ブレーキ操作量検出器１３からの信号によりブレーキペダル３２が踏み込まれたか否か、すなわちブレーキ装置が作動しているか否かを判定する。なお、ブレーキペダル３２の踏む込み操作以外の物理量によりブレーキ装置の作動を検出してもよい。ステップＳ２３が肯定されるとステップＳ２に戻る。この場合はシフトダウン条件が成立しても１速へのシフトダウンを行わず、２速状態を維持する。すなわち２速走行時にブレーキペダル３２を踏み込むと、走行負荷が上昇してトルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下になるが、トランスミッション３はシフトダウンすることなく、２速走行を維持する。

これにより、例えばトラックへの積み込み作業を行うために２速でトラックに接近し、トラックの手前でブレーキペダル３２を操作して車両を停車する場合、１速にシフトダウンされないので、２速走行の駆動力に抗してブレーキ力を付与すればよい。そのため、１速走行の車両を制動する場合に比べ、必要なブレーキ力は小さく、ブレーキの寿命を延ばすことができるとともに、確実に車両を制動することができる。

ステップＳ２３が否定されるとステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、アクセル踏み込み量Ａが所定値Ａ３以上か否かを判定する。所定値Ａ３は、例えば前述の所定値Ａ１（ステップＳ２）と同等の値（例えば全操作量の３０％程度）に設定される。所定値Ａ１より大きな値に設定してもよい。ステップＳ２４が否定されるとステップＳ２に戻る。このように、シフトダウン条件が成立してもアクセル踏み込み量が所定値未満の場合は１速へのシフトダウンを行わず、２速状態を維持する。すなわちアクセル踏み込み量Ａが所定値Ａ３より小さいときは、運転者は大きな駆動力を要求していないと考えられるので、２速→１速へのシフトダウンを禁止する。これにより２速→１速および１速→２速への変速の回数が少なくなり、変速ショックを低減できるとともに、クラッチの寿命も延ばすことができる。

ステップＳ２４が肯定されるとステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、アクセルペダル３１が所定値Ａ３以上踏み込み操作され、この状態が所定時間ｔ２（例えば１秒程度）継続しているか否かを判定する。ステップＳ２５が否定されるとステップＳ２に戻る。この場合は、シフトダウン条件が成立しても１速へのシフトダウンを行わず、２速状態を維持する。

車両発進時にアクセル踏み込み量が所定値Ａ３以上になると、走行負荷が急上昇してトルコン速度比ｅがシフトダウン判定閾値である所定値ｅｄ以下となるが、その後、所定時間ｔ２が経過する前に負荷が減少し、ｅ＞ｅｄになれば１速にシフトダウンしない。このため発進時に１速にシフトダウンしにくくなる。これに対し、アクセル踏み込み量が所定値Ａ３以上になるとすぐに１速へのシフトダウンを許可するように構成した場合、２速→１速および１速→２速の変速の頻度が増し、変速ショックが問題となるばかりか、クラッチ寿命にも悪影響を及ぼす。また、変速時のショックが大きいため、運転者の乗り心地性も悪化する。

ステップＳ２５が肯定されるとステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、ソレノイド制御部１１にシフトダウン信号を出力する。これによりトランスミッション３が２速→１速へと１段シフトダウンする。このように、トルコン速度比ｅが小さい場合（負荷が大きい場合）でも、アクセル踏み込み量が所定値Ａ３以上である状態が所定時間ｔ２以上継続しなければ１速へのシフトダウンを禁止するようにしたので、大きな走行駆動力が必要とされる場合以外は１速にシフトダウンすることがなく、１速へのシフトダウンの回数を必要最小限に抑えることができる。その結果、変速ショックが少なくなり、クラッチ寿命が長くなるとともに、１速走行の頻度が少ないため燃費も向上する。

一方、ステップＳ６で、Ｈ２−４モードが選択と判定されると、つまり最低速度段が２速である走行モードが選択されるとステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、回転数検出器１４，１５からの信号によりトルコン速度比ｅを演算する。ステップＳ３２では、トルコン速度比ｅの値を判定する。

ステップＳ３２で、トルコン速度比ｅが、シフトダウン閾値である所定値ｅｄより大きく、かつシフトアップ判定閾値である所定値ｅｕより小さいと判定されると（ｅｄ＜ｅ＜ｅｕ）、ステップＳ２に戻る。この場合はシフトアップ条件もシフトダウン条件も成立しないため、ソレノイド制御部１１に変速のための制御信号は出力されず、現在の速度段を維持する。

ステップＳ３２で、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上と判定されると（ｅ≧ｅｕ）、つまりシフトアップ条件が成立と判定されるとステップＳ１１に進み、以降、ステップＳ１１〜ステップＳ１５において、上述したのと同様の処理を実行する。すなわち本実施の形態では、走行モードに拘わらずシフトアップの処理が行われる。

ステップＳ３２で、トルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下と判定されると（ｅ≦ｅｄ）、つまりシフトダウン条件が成立と判定されるとステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、現在の速度段が２速より大きいか否かを判定する。現在の速度段が３速または４速であり、ステップＳ３３が肯定されるとステップＳ３４に進む。ステップＳ３３が否定されると、ステップＳ３４をパスしてステップＳ２に戻る。ステップＳ３４では、ソレノイド制御部１１にシフトダウン信号を出力する。これによりトランスミッション３が４速→３速、または３速→２速へと１段シフトダウンする。Ｈ２−４モードが選択されているので、最低速度段は２速に制限され、２速→１速へはシフトダウンしない。

次に、本実施の形態に係る変速制御装置の主要な動作を説明する。
エンジンキースイッチのオン後、前後進切換スイッチ９を前進位置に操作し、アクセルペダル３１を踏み込むと、エンジン回転数が上昇するとともに、エンジン出力軸の回転がトルコン２を介してトランスミッション３に伝達され、車両が走行を開始する。発進時は２速なので（ステップＳ１）、発進時の車両のショックが少なく、スムーズに車両走行を開始できる。また、２速発進によりエンジン回転数の上昇が抑えられ、燃費を向上できるとともに、騒音を低減できる。

アクセル踏み込み量が所定値Ａ１以上で走行中に、走行負荷が小さくなり、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上になると、シフトアップ条件が成立する。このとき、シフトスイッチ８により最高速度段として３速以上が選択され、かつ、クラッチカット機構が非作動で、かつ、アクセル踏み込み量が所定値Ａ２以上の状態が所定時間ｔ１継続し、かつ、車速ｖが最低車速ｖＬ２またはｖＨ２より大きくなると、トランスミッション３は２速→３速にシフトアップする（ステップＳ１１〜ステップＳ１５）。

図８は、第１の実施の形態に係る変速制御装置による動作特性の一例を示す図である。Ｈモードの最低車速ｖＨ２とＬモードの最低車速ｖＬ２の関係はｖＨ２＞ｖＬ２であり、モード選択スイッチ７でＨモード（Ｈ１−４モードまたはＨ２−４モード）を選択すれば、アクセル踏み込みの割合がＡＨ２（例えば７５％）になるまで、２速状態を維持できる。これにより例えばトラックへの積み込み作業を行う際に、シフトアップによって車速が上昇することを抑制できるため、ブレーキペダル３２の煩雑な操作が不要となり、この種の作業を容易に行うことができる。Ｈモード時には、例えばアクセルペダル３１を、その踏み込み割合がＡＨ２以上になるように踏み込むと、車速ｖが最低車速ｖＨ２以上となり、２速→３速にシフトアップする。

一方、走行主体の作業ではＬモードを選択するのが好ましい。モード選択スイッチ７でＬモード（Ｌ１−４モード）を選択した状態では、アクセル踏み込みの割合がＡＬ２（例えば５０％）になると、車速ｖが最低車速ｖＬ２以上となり、２速→３速にシフトアップする。これによりＬモード時にはＨモード時よりも少ないアクセル踏み込みでシフトアップし、燃費が向上するとともに、騒音を低減できる。また、最低車速はｖＬ２＜ｖＨ２なので、Ｌモード時にはトルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上になると、すぐにシフトアップが許可され、Ｈモード時に比べトルコン効率の比較的高い範囲で車両走行できる。なお、シフトスイッチ８により最高速度段を２速に設定すれば、Ｌモード時においても２速状態のまま作業を行うことができる。

３速または４速で走行中にアクセルペダル３１を戻し操作すると、エンジン回転数が減少し、車両が減速する。このとき、アクセル踏み込み量が所定値Ａ１より小さく、かつ、車速ｖが設定車速ｖ１以下であれば、４速→３速、さらに３速→２速にシフトダウンすることが可能である。このため車両の減速エネルギが大きくなり、車両を速やかに減速できる。また、車両の減速後に再加速する場合、３速や４速ではなく２速で走行開始することができ、スムーズな加速性が得られる。さらにアクセル踏み込み量が所定値Ａより小さい場合、最低速度段を２速に制限するので、ショックが小さく、乗り心地もよい。

車両停車後、前後進切換スイッチ９を一旦中立位置に操作した後、車両走行するために再度前後進切換スイッチ９を前進位置に操作した場合も、トランスミッションは２速にセットされる（ステップＳ１）。これにより車両は２速発進するため、発進時のショックが小さい。この場合、前後進切換スイッチ９が前進位置または後進位置に操作されると、車両が発進可能な状態になるため、前後進切換スイッチ９を中立位置に操作したときの速度段に拘わらず、常にトランスミッション３は２速にセットされる。

なお、前後進切換スイッチ９が前進位置または後進位置に操作されたときだけでなく、エンジンキースイッチのオンにより、車両が発進可能な状態か否かを判定してもよい。車速ｖが所定値以下となったとき（例えば停車したとき）に、発進可能な状態にあると判定し、トランスミッション３を２速に制御するようにしてもよい。

例えば山積みされた土砂にバケットを突っ込んで、バケット内に土砂を取り込む作業を行う場合は、モード選択スイッチ７により１速までシフトダウン可能なモード（Ｌ１−４モードまたはＨ１−４モード）を選択する。この状態で、２速走行で車両を土砂に突進させると、走行負荷が上昇してトルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下となり、シフトダウン条件が成立する。このとき、ブレーキペダル３２が非操作で、かつ、アクセル踏み込み量が所定値Ａ３以上の状態が所定時間ｔ２継続すると、１速にシフトダウンする（ステップＳ２３〜ステップＳ２６）。

これにより車両の駆動力が増加し、運転者がシフトダウンの操作をすることなく、掘削等の重負荷の作業を容易に行うことができる。登板走行により走行負荷が増大した場合にも、トランスミッション３が１速までシフトダウンすることでスムーズな走行が可能である。２速から１速へは、トルコン速度比ｅに応じてシフトダウンするので、最適なタイミングでのシフトダウンが可能である。このため、運転者が手動でシフトダウンする場合に比べ、トルコン効率が高い領域で車両を走行することができ、燃料消費を抑えることができる。

走行時に大きな駆動力が必要でない場合は、例えばモード選択スイッチ７によりＨ２−４モードを選択する。この状態では、シフトダウン条件が成立しても２速までしかシフトダウンせず、２速→１速へのシフトダウンが阻止される（ステップＳ３３，ステップＳ３４）。このためシフトチェンジの回数が少なくなり、変速ショックを低減できるとともに、１速／２速のクラッチ寿命を延ばすことができる。

第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）アクセルペダルが所定値Ａ１以上踏み込まれた場合にトルコン速度比基準制御とした。このとき、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上のシフトアップ条件が成立しても、車速ｖが最低車速以上とならなければシフトアップしないようにした（ステップＳ１４，ステップＳ１５）。これによりシフトアップのタイミングを遅らせることができ、ブレーキペダル３２を操作しなくても低速走行で作業を行うことができる。
（２）モード選択スイッチ７によりＬモードとＨモードを選択可能とし、Ｌモードの最低車速を同一の速度段におけるＨモードの最低車速よりも低く設定した。これによりＬモードを選択すると、アクセルペダル３１をそれほど踏み込まなくてもシフトアップするので、燃費の向上およびエンジン騒音の低減を図ることができる。また、Ｈモードを選択すると、Ｌモードを選択したときよりも低い速度段での走行を維持できるので、トラックへの荷の積み込み作業等を容易に行うことができる。
（３）トルコン速度比基準制御において、トランスミッション３の最高速度段をシフトスイッチ８により制限するので（ステップＳ１１）、Ｌモードでも低い速度段での作業が可能となり、多様な作業形態に適応できる。
（４）トルコン速度比基準制御において、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上であっても、ブレーキペダルを所定値以上踏み込んでクラッチカット機構が作動しているときにはシフトアップを禁止するようにしたので（ステップＳ１２）、低い速度段でクラッチが再接続することとなり、スムーズに車両走行を開始できる。また、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上であっても、アクセル踏み込み量が所定値Ａ２以上となってから所定時間ｔ１が経過するまではシフトアップを禁止するので（ステップＳ１３）、低い速度段で加速することができ、加速性がよい。

（５）選択スイッチ７により、最低速度段が１速であるモード（Ｌ１−４モード，Ｈ１−４モード）と２速であるモード（Ｈ２−４モード）を選択可能としたので、作業内容に応じた最適なモードに設定することができる。すなわち重負荷作業時には、最低速度段が１速であるモードを選択することで、大きな走行駆動力を得ることができ、また、軽負荷作業時には、最低速度段が２速であるモードを選択することで、変速ショックの少ない走行が可能である。
（６）２速走行しているときにトルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下のシフトダウン条件が成立しても、ブレーキペダル３２が踏み込まれると２速→１速へのシフトダウンを禁止するようにしたので（ステップＳ２３）、車両制動時に大きなブレーキ力は必要でなく、ブレーキ装置により車両を容易に停車することができる。また、１速走行の車両をブレーキで制動する場合が少なくなり、ブレーキ寿命を延ばすことができる。
（７）２速走行しているときにトルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下になっても、アクセル踏み込み量が所定値Ａ３以上でなければ、すなわち大きな駆動力が必要と思われるアクセル操作がされる以外は、２速→１速へのシフトダウンを禁止するようにした（ステップＳ２４）。これにより、２速→１速へシフトダウンの回数が減少し、変速ショックを低減できる。
（８）２速走行しているときにトルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下になっても、アクセル踏み込み量が所定値Ａ３以上の状態が所定時間ｔ２継続するまでは、２速→１速へのシフトダウンを禁止するようにした（ステップＳ２５）。これにより２速発進時に、アクセルペダル３１の踏み込みにより走行負荷が急上昇しても、所定時間ｔ２経過前にｅ＞ｅｄになるため、１速へシフトダウンすることがなく、変速ショックを低減できる。
（９）２速走行しているときに所定の条件が成立すると自動的に１速にシフトダウンするので、シフトダウンスイッチにより手動でシフトダウンを指令する必要がなく、煩雑な操作が不要である。

（１０）前後進切換スイッチ９が前進位置または後進位置に操作されるとトランスミッション３を２速にセットし、車両を２速で発進するようにしたので（ステップＳ１）、発進時のショックが小さく、スムーズに車両走行を開始できる。
（１１）トランスミッション３を２速にセットした後、アクセルペダル３１が所定値Ａ１以上操作されると、トルコン速度比ｅに応じて自動変速するトルコン速度比基準制御としたので、２速発進後は最適な速度段に変速して走行できる。
（１２）２速発進後、アクセル踏み込み量が所定値Ａ１以上のときに、シフトアップとシフトダウンを許可し、所定値Ａ１未満の場合はシフトダウンのみ許可するようにした。これによりアクセルペダル３１の戻し操作によりトルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上になっても、シフトアップすることがなく、車両を早期に減速できる。
（１３）アクセル踏み込み量が所定値Ａ１以下で、かつ車速ｖが所定値ｖ１以下のときにシフトダウンするようにした（ステップＳ２〜ステップＳ５）。すなわちアクセル踏み込み量が所定値Ａ１未満の条件では、トルコン速度比基準ではなく、車速基準によりシフトダウンするようにした。これによりシフトダウンのタイミングを早めることができるので、車両の減速力が大きくなり、ブレーキペダル３２を踏み込まなくても車両を速やかに減速できる。
（１４）アクセル踏み込み量が所定値Ａ１未満の条件では、２速までしかシフトダウンしないので（ステップＳ５）、変速ショックを低減できる。また、２速→１速へのシフトダウンを禁止するので、１速→２速へのシフトアップもなくシフトチェンジの回数が少なくなって、クラッチ寿命を延ばすことができる。

−第２の実施の形態−
図９〜図１２を参照して本発明による変速制御装置の第２の実施の形態について説明する。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
第１の実施の形態では、トルコン速度比基準におけるシフトアップの際の最低車速が異なるＬモードとＨモードを選択可能としたが、第２の実施の形態では、トルコン速度比基準と車速基準のいずれか一方を選択可能とする。すなわち第２の実施の形態では、Ｌ／Ｈモードを選択するモード選択スイッチ７の代わりに、トルコン速度比基準による自動変速と車速基準による自動変速のいずれか一方を選択する走行モード選択スイッチ７が設けられている。

第２の実施の形態に係る走行モード選択スイッチ７の一例を図９に示す。この走行モード選択スイッチ７は、マニュアルモード、トルコン速度比基準モード、速度基準モードに切換可能なダイヤル式のスイッチである。なお、第２の実施の形態では、トルコン速度比基準モードと速度比基準モードのいずれが選択された場合も、１速〜４速の範囲で変速可能である。

図１０は、第２の実施の形態に係るコントローラ１０における変速制御処理の一例を示すフローチャートである。なお、図７と同一の箇所には同一の符号を付し、相違点を主に説明する。第２の実施の形態でも、発進時は２速である（ステップＳ１）。

ステップＳ４１では、走行モード選択スイッチ７０からの信号により走行モードを判定する。トルコン速度比基準モードが選択と判定されるとステップＳ２に進み、上述したのと同様、アクセル踏み込み量が所定値Ａ１以上か否かを判定する。ステップＳ２が肯定されるとステップＳ７に進み、トルコン速度比を算出する。以降の処理は図７と同様である。この場合、ステップＳ１４の最低車速は、例えば第１の実施の形態におけるＬモード時の最低車速ｖＬ１〜ｖＬ３に等しく設定される。なお、変速範囲を切り換える切換スイッチを別に設け、切換スイッチのオンにより１速〜４速の範囲で、切換スイッチのオフにより２速〜４速の範囲で変速可能に構成することもできる。これにより図７のステップＳ６およびステップＳ３１〜ステップＳ３４の処理を、図１０に追加することができる。

一方、ステップＳ４１で、車速基準モードが選択と判定されると、ステップＳ４２に進み、図１１に示すような予め定められた特性に従い、車速ｖに応じてトランスミッション３を変速制御する。図１１では、車速ｖが０からｖＳ１→ｖＳ２→ｖＳ３に上昇すると、１速→２速，２速→３速，３速→４速へと順次シフトアップし、車速ｖがｖＳ６→ｖＳ５→ｖＳ４に低下すると、４速→３速、３速→２速、２速→１速へと順次シフトダウンする。

図１２は、第２の実施の形態に係る変速制御装置による動作特性の一例を示す図である。例えばトルコン速度比基準モードでは、アクセル踏み込み割合がＡＬ２（例えば最大踏み込み量の５０％）のときに車速が最低車速ｖＬ２となり、２速→３速にシフトアップする。これに対し、車速基準モードでは、アクセル踏み込み割合がＡＳ２（例えば最大踏み込み量の７５％）のときに車速が所定値ｖＳ２となり、２速→３速にシフトアップする。

このため、トルコン速度比基準モードを選択すれば、車速基準モードに比べ、より少ないアクセル踏み込み量でシフトアップし、燃費の向上を図ることができる。一方、車速基準モードを選択すれば、アクセル踏み込み量がより大きく踏み込まれるまで低い速度段（２速）で走行可能であるため、ブレーキペダル３２の操作による車両減速の必要性は小さく、トラックへの荷の積み込み作業等を容易に行うことができる。

このように第２の実施の形態では、モード選択スイッチ７によりトルコン速度比基準モードと車速基準モードを選択可能とした。これにより、トルコン速度比基準モードを選択すると、アクセルペダル３１をそれほど踏み込まなくてもシフトアップするので、燃費の向上およびエンジン騒音の低減を図ることができる。また、車速基準モードを選択すると、トルコン速度比基準モードを選択したときよりも低い速度段での走行を維持できるので、トラックへの荷の積み込み作業等を容易に行うことができる。

なお、上記第１の実施の形態では、モード選択スイッチ７によりＬモードとＨモードを選択可能としたが、これより多くの走行モードを選択可能に構成し、各モード毎にシフトアップ時の最低車速を設定するようにしてもよい。また、モード選択スイッチ７の操作によらずに例えば数値入力により最低車速を変更可能としてもよい。走行モードを選択可能としなくてもよく、この場合はシフトアップ時の最低車速を単一の値として設定すればよい。トルコン速度比基準における所定値ｅｕ，ｅｄを一定としたが、例えば所定値ｅｕ，ｅｄを速度段毎に設定してもよく、所定値を変更可能としてもよい。また、第２の実施の形態において、車速基準モードを複数設定してもよく、その場合には各モードに応じて所定値ｓＶ１〜ｓＶ６を変更するようにしてもよい。

図７および図１１では、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上のときに、ステップＳ１１〜ステップＳ１４の条件が成立するとシフトアップするようにしたが、それらの条件とは異なる条件を判定してシフトアップするようにしてもよい。走行モードに応じてシフトアップ時の処理を異なったものとしてもよい。また、トルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下のときに、ステップＳ２１、ステップＳ２３〜ステップＳ２５の条件が成立すると２速→１速にシフトダウンするようにしたが、それらの条件とは異なる条件を判定してシフトダウンするようにしてもよい。すなわちコントローラ１０における処理は上述したものに限らない。

上記実施の形態では、１速〜４速に変速可能なトランスミッション３を用いたが、５速以上または３速以下に変速可能なトランスミッションでもよい。以上では、ホイールローダに変速制御装置を適用する例を説明したが、ダンプトラックやフォークリフト等、他の産業車両にも本発明を同様に適用することができる。

なお、上記実施の形態と請求項との対応において、回転数検出器１４，１５が速度比検出手段を、コントローラ１０とソレノイド制御部１１が変速手段を、車速検出器１６が車速検出手段を、コントローラ１０が変速制御手段を、操作量検出器１２がアクセル操作量検出手段を、前後進切換スイッチ９が発進判定手段を、それぞれ構成する。以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の変速制御装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係るホイールローダの側面図。 本発明の第１の実施の形態に係る変速制御装置の概略構成を示す図。 各速度段毎の車速と駆動力との関係を示す図。 トルコン速度比基準制御による変速のタイミングを示す図。 トルコン速度比とトルコン効率との関係を示す図。 第１の実施の形態に係る走行モード選択スイッチの一例を示す図。 第１の実施の形態に係るコントローラにおける変速制御処理の一例を示すフローチャート。 第１の実施の形態に係る変速制御装置による動作特性の一例を示す図。 第２の実施の形態に係る走行モード選択スイッチの一例を示す図。 第２の実施の形態に係るコントローラにおける変速制御処理の一例を示すフローチャート。 車速基準制御による変速のタイミングを示す図。 第２の実施の形態に係る変速制御装置による動作特性の一例を示す図。

符号の説明

２ トルクコンバータ
３ トランスミッション
７ 走行モード選択スイッチ
９ 前後進切換スイッチ
１０ コントローラ
１１ ソレノイド制御部
１２，１３ 操作量検出器
１４，１５ 回転数検出器

Claims (3)

1. トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を検出する速度比検出手段と、
   前記検出された速度比に応じてトランスミッションの速度段をシフトアップおよびシフトダウンする変速手段と、
   車両が発進可能な状態にあるか否かを判定する発進判定手段と、
   前記変速判定手段により発進可能な状態と判定されると、トランスミッションを２速に制御する変速制御手段とを備えることを特徴とする産業車両の変速制御装置。
2. 請求項１に記載の産業車両の変速制御装置において、
   アクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量検出手段をさらに備え、
   前記変速制御手段は、トランスミッションを２速に制御した後、前記アクセル操作量検出手段により所定値以上の操作量が検出されると、前記変速手段による変速を許可することを特徴とする産業車両の変速制御装置。
3. 請求項２に記載の産業車両の変速制御装置において、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記変速制御手段は、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量が所定値未満で、かつ、前記車速検出手段により検出された車速が所定値以下になると、前記速度比検出手段で検出された速度比に拘わらず、２速を限度としてトランスミッションをシフトダウンすることを特徴とする産業車両の変速制御装置。

Images