JP2016102458A

JP2016102458A - 作業車両の原動機制御装置

Info

Publication number: JP2016102458A
Application number: JP2014241570A
Authority: JP
Inventors: 勇青木; Isamu Aoki; 幸次兵藤; Koji Hyodo; 田中　哲二; Tetsuji Tanaka; 哲二田中; 祐樹抜井; Masaki Nukii
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; KCM Corp
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; KCM Corp
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: CN106574558B; WO2016084974A1; EP3225822B1; EP3225822A4; US10071629B2; KR20170034412A; KR101909844B1; US20170274770A1; CN106574558A; EP3225822A1; JP6189280B2

Abstract

【課題】走行負荷に適した最高エンジン回転数に設定することが難しい。【解決手段】コントローラ１０は、特性の異なるモードＡ〜Ｃのいずれかの制限状態をとり、モードＡにおいて算出された１以上である速度比がｅ１以上かつｅ２未満である動作状態が所定時間以上継続するとモードＢに変更し、モードＢにおいて算出された速度比がｅ１以上かつｅ２未満である動作状態が所定時間以上継続するとモードＣに変更し、モードＣにおいて算出された速度比がｅ４以上である動作状態が所定時間以上継続するとモードＡに変更する。算出された速度比がｅ１以上かつｅ２未満である動作状態では、モードＢにおける最高回転数であるＲ３はモードＡにおける最高回転数であるＲ４より大きく、モードＣにおける最高回転数であるＲ２はモードＢにおける最高回転数であるＲ３より大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、作業車両に用いられる原動機制御装置に関する。

エンジンおよびトルクコンバータを備える作業車両において、燃料の消費量を削減するためにエンジン回転数を制限する装置が知られている。特許文献１に記載のエンジン回転数制限装置は、エンジン回転数を大きく制限する状態と制限を緩和する状態とを有し、所定の条件により２つの状態を切り替える。

特開２０１１−２０４９

特許文献１に記載されている発明では、最高エンジン回転数の制限の緩和が１状態しかないため、走行負荷に適した最高エンジン回転数に設定することが難しい。

本発明に係る作業車両の原動機制御装置は、原動機の回転をトルクコンバータおよびトランスミッションを介して車輪に伝達する作業車両に用いられる。本発明に係る作業車両の原動機制御装置は、アクセルペダルの操作量に応じて原動機の回転数を制御する回転数制御部と、トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を算出する速度比算出部と、特性の異なる第１乃至第３の制限状態のいずれかの制限状態をとり、原動機の最高回転数を制限する回転数制限部とを備える。回転数制限部は、第１の制限状態において、算出された１以下の速度比が、第１の所定値以上かつ第１の所定値よりも大きい第２の所定値未満である動作状態が所定時間以上継続すると第２の制限状態に変更し、第２の制限状態において、算出された１以下の速度比が、第１の所定値以上かつ第２の所定値未満である動作状態が所定時間以上継続すると第３の制限状態に変更し、第３の制限状態において、算出された１以下の速度比が、第２の所定値よりも大きい第３の所定値以上である動作状態が所定時間以上継続すると第１の制限状態に変更し、算出された１以下の速度比が、第１の所定値以上かつ第２の所定値未満である動作状態では、第２の制限状態における原動機の最高回転数は第１の制限状態における原動機の最高回転数より大きく、第３の制限状態における原動機の最高回転数は第２の制限状態における原動機の最高回転数より大きい。

本発明によれば、走行負荷に適した最高エンジン回転数に設定することができる。

建設車両の外観図建設車両のブロック図トルコン速度比による変速制御を示す図回転数制限時のモード別の最高エンジン回転数を示す図動作例を示す時系列図モード決定プログラムの動作を示すフローチャート回転数決定プログラムの動作を示すフローチャート変形例２における車速による変速制御を示す図変形例３における回転数決定プログラムの動作を示すフローチャート

以下、図１〜７を参照して本発明による作業車両の原動機制御装置の一実施形態を説明する。
図１は、本実施の形態に係る原動機制御装置が適用される作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６等を有する前部車体１１０と、運転室１２１、エンジン室１２２、タイヤ６等を有する後部車体１２０とで構成される。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。バケット１１２は、リフトアームシリンダ１１４により昇降され、バケットシリンダ１１５により回動される。

図２は、ホイールローダ１００の速度制御および変速制御に係るブロック図である。ホイールローダ１００は、制御の中心となるコントローラ１０と、コントローラ１０により回転数が制御されるエンジン１と、エンジン１の動力をトランスミッション３に伝達するトルクコンバータ２と、トルクコンバータ２の出力を変速するトランスミッション３と、トランスミッション３の速度段を制御するトランスミッション制御装置１１と、トランスミッション３の出力でタイヤ６に駆動力を与えるアクスル５およびプロペラシャフト４とを備える。コントローラ１０には、アクセルペダル１２の踏込み角度を検出するアクセルペダル角度センサ１２ａと、ブレーキペダル１３の踏込み角度を検出するブレーキペダル角度センサ１３ａと、自動変速と手動変速を切り替える変速モード選択スイッチ７と、前後進切り替えスイッチ９と、シフトスイッチ８と、エンジン１の回転数の制限の有無を切り替える制限選択スイッチ１８と、エンジン回転数センサ１ａと、トルクコンバータ入口回転数センサ１４と、トルクコンバータ出口回転数センサ１５と、車速センサ１６とが信号線により接続され、これら各機器からそれぞれ信号が入力される。

コントローラ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、およびＲＡＭを備え、ＲＯＭにはモード決定プログラム１０ａ、回転数決定プログラム１０ｂ、およびモード決定プログラム１０ａが随時書き換える制限モードが格納される。制限モードはモードＡ〜Ｃのいずれかであり、コントローラ１０の起動直後には制限モードはＡに設定される。コントローラ１０は一定時間、たとえば１秒ごとにモード決定プログラム１０ａ、および回転数決定プログラム１０ｂを実行し、エンジン１の回転数を制御する。
モード決定プログラム１０ａは、トルクコンバータ入口回転数センサ１４およびトルクコンバータ出口回転数センサ１５の出力などを参照してホイールローダ１００の動作状態を把握し、制限モードをＡ〜Ｃのいずれかに決定し、コントローラ１０のＲＡＭに書き込む。

回転数決定プログラム１０ｂは、アクセルペダル角度センサ１２ａ、制限選択スイッチ１８、トルクコンバータ入口回転数センサ１４、およびトルクコンバータ出口回転数センサ１５の出力、ならびにＲＡＭに保存されている制限モードを用いて、エンジン１の目標回転数を算出する。
エンジン１は、コントローラ１０によりその回転数を制御され、トルクコンバータ２にエンジン出力を伝達する。エンジン１の回転数は、エンジン回転数センサ１ａにより測定されて測定値がコントローラ１０に出力される。

トルクコンバータ２は、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の回転はトルクコンバータ２を介してトランスミッション３に伝達される。トルクコンバータ２は入力トルクに対して出力トルクを増大させる機能を有する。トルクコンバータ２の入力軸回転数Ｎｉと出力軸回転数Ｎｔの比であるトルコン速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｉ）は０〜１の値をとり、トルコン速度比が小さいほどトルクが増大されていることを示す。このトルコン速度比は負荷の大きさも表しており、例えば、エンジン回転数が一定の状態でホイールローダ１００が坂を登り始めたことなどにより走行負荷が大きくなると、出力軸回転数、すなわち車速が減速し、トルコン速度比が小さくなる。

入力軸回転数Ｎｉを測定するトルクコンバータ入口回転数センサ１４、および出力軸回転数Ｎｔを測定するトルクコンバータ出口回転数センサ１５の検出信号は、コントローラ１０に出力される。
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り、トルクコンバータ２の出力を変速してプロペラシャフト４に伝達する。これらのソレノイド弁は、トランスミッション制御装置１１によって駆動され、１速〜２速、および後進の間で速度段が変更される。

プロペラシャフト４は、トランスミッション３の出力をアクスル５を介してタイヤ６に伝達し、ホイールローダ１００が走行する。プロペラシャフト４の回転数、すなわち車速は車速センサ１６により測定されてコントローラ１０に出力される。
アクセルペダル１２は、オペレータにより操作され、その踏込量はアクセルペダル角度センサ１２ａにより測定されてコントローラ１０に出力される。
前後進切り替えスイッチ９は、オペレータにより操作されホイールローダ１００の進行方向の変更をコントローラ１０に伝達する。

シフトスイッチ８は、オペレータにより操作され、オペレータによるトランスミッション３の速度段の変更指令を、コントローラ１０を通じてトランスミッション制御装置１１に伝達する。
変速モード選択スイッチ７は、オペレータにより「自動」または「手動」に操作され、トランスミッション３の速度段の変更をコントローラ１０とシフトスイッチ８のいずれにより行うかを、コントローラ１０に出力する。

制限選択スイッチ１８は、オペレータにより「通常」または「制限あり」に操作され、エンジン１の回転数を制限するか否かをコントローラ１０に出力する。コントローラ１０は、アクセルペダル角度センサ１２ａが検出する踏込み角度に応じてエンジン回転数を制御するが、制限選択スイッチ１８が「制限あり」を出力する場合は、回転数決定プログラム１０ｂにより算出される最高回転数が上限とされる。
トランスミッション制御装置１１は、コントローラ１０から受信する制御指令に基づきトランスミッション３の速度段を変更する。

（変速制御）
オペレータにより変速モード選択スイッチ７が「自動」に設定されると、トランスミッション３の速度段はコントローラ１０により、ホイールローダ１００の動作状態に基づき制御される。速度段の制御には、トルコン速度比を用いる方法と車速を用いる方法があるが、本実施の形態では以下のようにトルコン速度比を用いる。
図３は、コントローラ１０による変速制御を模式的に表した図である。図３の横軸はトルコン速度比ｅを、縦軸は速度段を表している。速度段が高いほど高速な動作が可能であるが、速度段が高くなるとトルクが減少し必要な駆動力が得られない恐れがある。そのため、速度段が１速の場合にトルコン速度比が所定の値ｅｕ、たとえば０．８に達すると速度段を２速に上げる。速度段を上げるとトルクが減少するので、トルコン速度比はｅｕ０、たとえば０．３５まで減少する。速度段が２速の場合にトルコン速度比が所定の値ｅｄ、たとえば０．３にまで減少すると速度段を１速に下げる。速度段を下げるとトルクが増加し、トルコン速度比がｅｄ０、たとえば０．７５に増加する。
変速のハンチング現象を防止するために、速度段を上げた直後のトルコン速度比、すなわちｅｕ０と、速度段を下げる基準となる所定のトルコン速度比ｅｄとの差が小さくなりすぎないように、ｅｕとｅｄの値が設定されている。

（最高回転数の制限）
オペレータにより制限選択スイッチ１８が「制限あり」に設定されると、エンジン１の回転数はホイールローダ１００の動作状態に基づき以下のように制限される。回転数決定プログラム１０ｂは、トルクコンバータ入口回転数センサ１４およびトルクコンバータ出口回転数センサ１５の出力から算出されるトルコン速度比と、コントローラ１０のＲＡＭに保存される制限モードからエンジン１の最高回転数（以下、「最高回転数」と呼ぶ）を以下のように決定する。
以下に示すエンジン回転数は、Ｒ４＜Ｒ３＜Ｒ２＜Ｒ１の関係を有し、トルコン速度比は０＜ｅ１＜ｅ２＜ｅ２３＜ｅ３＜１の関係を有する。なお、図３に示したｅｄおよびｅｕとは、ｅｄ＜ｅ１＜ｅ２＜ｅｕの関係を有する。トルコン速度比ｅが０≦ｅ＜ｅ１の範囲は、ホイールローダ１００の掘削作業時やドージング作業時などが該当する。トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２の範囲は、ホイールローダ１００が坂道を登っている時などが該当する。トルコン速度比ｅがｅ３≦ｅ≦１の範囲は、ホイールローダ１００が平坦な道路を高速に走行する時などが該当する。

図４は、制限選択スイッチ１８が「制限あり」に設定された場合の、トルコン速度比と最高回転数の関係を示す図であり、（ａ）はモードＡを、（ｂ）はモードＢを、（ｃ）はモードＣを示し、（ｄ）は各モードの相関を示す。図４の（ａ）〜（ｄ）はいずれも、横軸はトルコン速度比、縦軸は最高回転数を示す。
図４（ａ）に示すようにモードＡでは、トルコン速度比ｅが０≦ｅ＜ｅ１の範囲では最高回転数はＮ０で一定、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２の範囲では最高回転数はＲ４で一定、トルコン速度比ｅがｅ２≦ｅ＜ｅ３の範囲では最高回転数はトルコン速度比の増加に伴いＲ４からＲ２まで増加し、トルコン速度比ｅがｅ３≦ｅ≦１の範囲では最高回転数はＲ２で一定である。回転数Ｎ０は、ホイールローダ１００の個体の特性に合わせて調整するため、Ｒ３およびＲ４との大小関係は個体ごとに異なる。ｅ３≦ｅの範囲において最高回転数が一定となっているのは、高速に一定速で走行している際にわずかな負荷の変動によりエンジン１の回転数が変動することを防止するためである。

図４（ｂ）に示すようにモードＢでは、トルコン速度比ｅが０≦ｅ＜ｅ１の範囲では最高回転数はＮ０で一定、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２３の範囲では最高回転数はＲ３で一定、トルコン速度比ｅがｅ２３≦ｅ＜ｅ３の範囲では最高回転数はトルコン速度比の増加に伴いＲ３からＲ２まで増加し、トルコン速度比ｅがｅ３≦ｅ≦１の範囲では最高回転数はＲ２で一定である。
図４（ｃ）に示すようにモードＣでは、トルコン速度比ｅが０≦ｅ＜ｅ１の範囲では最高回転数はＮ０で一定、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ≦１の範囲では最高回転数はＲ１で一定である。

図４（ｄ）は各モードの相関を示している。モードＡおよびモードＡと他のモードに共通する特性を実線で、モードＢのみの特性を２点鎖線で、モードＣのみの特性を１点鎖線で示している。トルコン速度比ｅが０≦ｅ＜ｅ１の範囲では、モードによらず最高回転数はＮ０で一定である。トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２３の範囲では、モードＢの最高回転数がモードＡの最高回転数より高く、モードＣの最高回転数がモードＢの最高回転数より高く、ｅ＝ｅ２３になるとモードＡとモードＢの最高回転数は同一のＲ３である。トルコン速度比ｅがｅ２３≦ｅの範囲では、モードＡとモードＢの最高回転数が同一で、モードＣの最高回転数はモードＡおよびＢよりも高い。なお、制限選択スイッチ１８が「通常」に設定されている場合は、トルコン速度比にかかわらず、Ｒ１よりも高いＲ０が最高回転数となる。
なお、ここまでの説明において登場していないが、トルコン速度比ｅ４はｅ３＜ｅ４の関係にありモード変更の際に使用される。

（動作例）
図５を用いて、制限選択スイッチ１８が「制限あり」、変速モード選択スイッチ７が「自動」に設定されている場合の、最高回転数、トルコン速度比、モード、速度段の遷移を説明する。いずれのグラフも横軸は時間の進行を表しており、縦の点線で示す各グラフの時刻は一致している。
時刻ｔ０において、ホイールローダ１００は、ｅｄ＜ｅ＜ｅ１を満たすトルコン速度比、２速の速度段、モードＡの制限モードにて動作している。トルコン速度比がｅ１未満なので、コントローラ１０により最高回転数はＮ０に設定される。

その後、ホイールローダ１００のトルコン速度比は増加し、時刻ｔ１でトルコン速度比がｅ１以上になると、コントローラ１０により最高回転数はＲ４に設定される。時刻ｔ３でトルコン速度比がｅ２以上となるので、最高回転数も時刻ｔ３以降上昇する。時刻ｔ４でトルコン速度比がｅ３に達したので、コントローラ１０により最高回転数はモードＡにおける最も高い回転数であるＲ２に設定される。時刻ｔ４以降もトルコン速度比は増加するが、最高回転数はＲ２で一定である。

時刻ｔ５でホイールローダ１００が上り坂を登り始めると、走行負荷が増加しトルコン速度比が減少をはじめる。時刻ｔ６以降でトルコン速度比がｅ３未満になると、コントローラ１０により最高回転数がＲ２からより小さい値に次々に変更される。時刻ｔ７でトルコン速度比がｅ２未満になると、最高回転数がＲ４に設定される。
最高回転数がＲ４に設定された後、トルコン速度比が継続してｅ１以上かつｅ２未満の状態が所定時間Ｔａ継続すると、時刻ｔ７からＴａが経過した時刻ｔ８において、コントローラ１０により制限モードがモードＡからモードＢに変更される。それにともない最高回転数がＲ３に変更される。

最高回転数がＲ３に設定された後、トルコン速度比が継続してｅ１以上かつｅ２未満の状態が所定時間Ｔｂ継続すると、時刻ｔ８からＴｂが経過した時刻ｔ９では、コントローラ１０により制限モードがモードＢからモードＣに変更され、それにともない最高回転数がＲ１に変更される。
時刻ｔ９以降トルコン速度比は増減を繰り返すが、モードがＣのままなので最高回転数はＲ１から変更されない。

時刻ｔ１０で、トルコン速度比がｅ４に達した後、所定時間Ｔｃが経過するまでトルコン速度比が継続してｅ４以上である状態が継続すると、時刻ｔ１０からＴｃが経過した時刻ｔ１１では、コントローラ１０によりモードがＣからＡに変更される。それにともない最高回転数がＲ２に変更される。時刻ｔ１１以降では、トルコン速度比がｅ３より大きいので最高回転数はＲ２から変更されない。

以上説明したように制限選択スイッチ１８が「制限あり」の場合には、コントローラ１０は、ＲＡＭに保存される制限モードおよびトルコン速度比を用いて最高回転数を決定する。モードごとのトルコン速度比と最高回転数の関係は図４に示したとおりである。モードＡにおいて、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２である動作状態が所定の時間Ｔａにわたって継続すると、コントローラ１０はモードをＡからＢに変更し、それに伴い最高回転数をＲ４からＲ３に変更する。すなわち、コントローラ１０は、トルコン速度比が低い状態が所定の時間にわたって継続したことから、走行負荷が高くエンジンの出力が不足していると判断し、最高回転数を引き上げてエンジン１の出力を増加させる。コントローラ１０はさらに、モードＢにおいて、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２である動作状態が所定の時間Ｔｂにわたって継続すると、コントローラ１０はモードをＢからＣに変更し、それに伴い最高回転数をＲ３からＲ１に変更する。すなわち、コントローラ１０は、トルコン速度比が低い状態が継続すると、ＡからＢ、ＢからＣへモードを変更し最高回転数を引き上げてエンジン１の出力を増加させ、短い時間で仕事を終了させる。

（モード決定プログラム）
図６を用いて、モード決定プログラム１０ａの動作を説明する。モード決定プログラム１０ａは、エンジン１の目標回転数の算出に必要な制限モードを決定する。モード決定プログラム１０ａは、コントローラ１０のＲＯＭに格納されており、コントローラ１０のＲＡＭに展開されてＣＰＵにより所定の時間ごと、たとえば１秒ごとに実行される。以下で説明する各ステップの実行主体は、コントローラ１０のＣＰＵである。

ステップＳ２０１において、コントローラ１０はオペレータにより操作される制限選択スイッチ１８の状態を読み込み、「制限あり」に設定されているか否かを判断する。コントローラ１０は、「制限あり」に設定されていると判断する場合はステップＳ２０２に進む。コントローラ１０は、「制限あり」に設定されていない、すなわち「通常」に設定されていると判断する場合は、図６により動作が表されるプログラムを終了する。

ステップＳ２０２において、コントローラ１０は、ＲＡＭに保存されている現在のモードを読み込み、いずれのモードであるか判断する。モードＡであると判断する場合はステップＳ２０３に進み、モードＢであると判断する場合はステップＳ２０９に進み、モードＣであると判断する場合はステップＳ２１４に進む。
ステップＳ２０３において、コントローラ１０は、タイマーによるカウントを開始させてステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４において、コントローラ１０は、トルクコンバータ入口回転数センサ１４、およびトルクコンバータ出口回転数センサ１５の出力を読み取り、トルコン速度比を算出してステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５において、コントローラ１０は、ステップＳ２０４において算出したトルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２を満たすか否かを判断する。ｅ１≦ｅ＜ｅ２を満たすと判断する場合はステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６において、コントローラ１０は、ステップＳ２０３からカウントを開始したタイマーｔが時間Ｔａ、たとえば３秒以上経過しているか否かを判断し、時間Ｔａ以上経過していると判断するとステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７において、コントローラ１０は、ＲＡＭに保存している制限モードをモードＡからモードＢに変更してステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８において、コントローラ１０は、ステップＳ２０３、Ｓ２０９、またはＳ２１４から開始した時間カウントを終了し、図６のフローチャートにより動作が表されるプログラムを終了する。

ステップＳ２０５において、コントローラ１０は、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２を満たさないと判断すると、ステップＳ２０８でタイマを終了させて、図６のフローチャートにより動作が表されるプログラムを終了する。
ステップＳ２０６において、コントローラ１０は、ステップＳ２０３からカウントを開始したタイマーｔが時間Ｔａ未満であると判断するとステップＳ２０４に戻る。

ステップＳ２０９〜Ｓ２１３、およびステップＳ２１４〜Ｓ２１８は、それぞれステップＳ２０２において制限モードがモードＢおよびモードＣと判断された場合に実行されるステップであり、それらの処理はステップＳ２０３〜Ｓ２０７における処理と類似する。以下に相違点を説明する。
ステップＳ２１２は、ステップＳ２０６における閾値をＴｂに変更した点が異なる。ステップＳ２１３は、制限モードをモードＢからモードＣに変更する点が異なる。ステップＳ２１６は、トルコン速度比ｅがｅ４以上であるかを判断する点がステップＳ２０５と異なる。ステップＳ２１７は、ステップＳ２０６における閾値をＴｃに変更した点が異なる。ステップＳ２１８は、制限モードをモードＣからモードＡに変更する点が異なる。

（回転数決定プログラム）
図７を用いて、エンジン１の目標回転数を算出する回転数決定プログラム１０ｂの動作を説明する。回転数決定プログラム１０ｂは、コントローラ１０のＲＯＭに格納されており、コントローラ１０のＲＡＭに展開されてＣＰＵにより所定の時間ごと、たとえば１秒ごとに実行される。以下で説明する各ステップの実行主体は、コントローラ１０のＣＰＵである。
ステップＳ３０１において、コントローラ１０は、アクセルペダル角度センサ１２ａの出力を読み込みステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２において、コントローラ１０は、アクセルペダル角度センサ１２ａの出力からエンジン１の目標回転数Ｎａを算出し、ステップＳ３０３に進む。たとえばアクセルペダル角度センサ１２ａの出力が最小の場合にはＮａはあらかじめ設定されたアイドル回転数、最大の場合にはＮａはＲ０である。ただし、Ｒ０は前述のとおり制限選択スイッチ１８が「通常」に設定されている場合の最高回転数である。
ステップＳ３０３において、コントローラ１０は、オペレータにより操作される制限選択スイッチ１８の出力を読み込み、「制限あり」であるか「通常」であるかを判断する。「制限あり」であると判断するとステップＳ３０４に進み、「通常」であると判断するとステップＳ３２０に進む。

ステップＳ３０４において、コントローラ１０は、トルクコンバータ入口回転数センサ１４、およびトルクコンバータ出口回転数センサ１５の出力を読み取り、トルコン速度比を算出してステップＳ３０５に進む。
ステップＳ３０５において、コントローラ１０は、ステップＳ３０４において算出したトルコン速度比の大きさを評価する。ｅ１未満であると判断する場合はステップＳ３０６に進み、ｅ１以上ｅ２未満であると判断する場合はステップＳ３０７に進み、ｅ２以上ｅ３未満であると判断する場合はステップＳ３１１に進み、ｅ３以上であると判断する場合はステップＳ３１５に進む。たとえば、ｅ１〜ｅ４は、０．４、０．７、０．９、０．９５である。

ステップＳ３０６において、コントローラ１０は、変数Ｎｍａｘに所定の定数Ｎ０を代入してステップＳ３１８に進む。
トルコン速度比がｅ１以上ｅ２未満であると判断するとステップＳ３０７では、コントローラ１０は、ＲＡＭに保存されている制限モードを読み込み、いずれの制限モードであるかを判別する。制限モードがモードＡであると判断する場合はステップＳ３０８に進み、モードＢであると判断する場合はステップＳ３０９に進み、モードＣであると判断する場合はステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３０８において、コントローラ１０は、変数Ｎｍａｘに所定の定数Ｒ４を代入してステップＳ３１８に進む。ステップＳ３０９において、コントローラ１０は、変数Ｎｍａｘに所定の定数Ｒ３を代入してステップＳ３１８に進む。ステップＳ３１０において、コントローラ１０は、変数Ｎｍａｘに所定の定数Ｒ１を代入してステップＳ３１８に進む。
トルコン速度比がｅ２以上ｅ３未満であると判断するとステップＳ３１１では、コントローラ１０は、ＲＡＭに保存されている制限モードを読み込み、いずれの制限モードであるかを判別する。制限モードがモードＡであると判断する場合はステップＳ３１２に進み、モードＢであると判断する場合はステップＳ３１３に進み、モードＣであると判断する場合はステップＳ３１４に進む。

ステップＳ３１２において、コントローラ１０は、変数Ｎｍａｘに関数ｆ（ｅ）の算出結果を代入してステップＳ３１８に進む。ただしｆ（ｅ）とは、二次元平面上で（ｅ２、Ｒ４）と（ｅ３、Ｒ２）とを結ぶ直線を表す式である。ステップＳ３１３において、コントローラ１０は、変数ＮｍａｘにＲ３またはｆ（ｅ）のうち大きい方を代入してステップＳ３１８に進む。ステップＳ３１４において、コントローラ１０は、変数Ｎｍａｘに所定の定数Ｒ１を代入してステップＳ３１８に進む。

トルコン速度比がｅ３以上であると判断するとステップＳ３１５では、コントローラ１０は、ＲＡＭに保存されているモードを読み込み、いずれの制限モードであるかを判別する。制限モードがモードＡまたはＢであると判断する場合はステップＳ３１６に進み、モードＣであると判断する場合はステップＳ３１７に進む。
ステップＳ３１６において、コントローラ１０は、変数Ｎｍａｘに所定の定数Ｒ２を代入してステップＳ３１８に進む。ステップＳ３１７において、コントローラ１０は、変数Ｎｍａｘに所定の定数Ｒ１を代入してステップＳ３１８に進む。

ステップＳ３１８において、コントローラ１０は、ステップＳ３０２において算出した目標回転数Ｎａが、ステップＳ３０６〜Ｓ３１７において値が代入されたＮｍａｘよりも大きいか否かを判断する。ＮｍａｘよりもＮａが大きいと判断する場合はステップＳ３１９に進み、ＮｍａｘがＮａ以下であると判断する場合はステップＳ３２０に進む。
ステップＳ３１９において、コントローラ１０は、エンジン１の目標回転数ＮにＮｍａｘを代入して図７により動作が表されるプログラムを終了する。
ステップＳ３２０において、コントローラ１０は、エンジン１の目標回転数ＮにＮａを代入して図７により動作が表されるプログラムを終了する。

（動作のまとめ）
コントローラ１０により実行されるモード決定プログラム１０ａは、トルコン速度比を算出して制限モードをモードＡ〜Ｃのいずれかに決定し、ＲＡＭに保存する。モードＡよりもモードＢの方が最高回転数の制限が緩和されており、モードＢよりもモードＣの方が最高回転数の制限が緩和されている。制限モードがモードＡに設定されている場合に、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２を満たす状態が所定の時間Ｔａ以上継続されると、制限モードがモードＢに変更される。制限モードがモードＢに設定されている場合に、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２を満たす状態が所定の時間Ｔｂ以上継続されると、制限モードがモードＣに変更される。

コントローラ１０により実行される回転数決定プログラム１０ｂは、読込んだ制限モードおよび算出したトルコン速度比からエンジン１の最高回転数を制限する。トルコン速度比が一定であっても、制限モードがモードＡからＢ、モードＢからＣに変更されると回転数の制限が緩和される。
すなわち、トルコン速度比ｅが所定の時間以上にわたってｅ１≦ｅ＜ｅ２に該当する場合は、走行負荷に比べてエンジンの出力が不足していると判断し、制限モードを変更することによってエンジン１の最高回転数の制限を緩和する。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ホイールローダ１００のコントローラ１０は、アクセルペダル１２の操作量に応じてエンジン１の回転数を制御する回転数制御部（図７のステップＳ３０２）と、トルクコンバータ２の入力軸と出力軸の速度比を算出する速度比算出部（図７のステップＳ３０４）と、エンジン１の最高回転数を制限する回転数制限部（図７のステップＳ３１９）とを備える。コントローラ１０は、特性の異なるモードＡ〜Ｃ、すなわち第１乃至第３の制限状態のいずれかの制限状態をとり、モードＡ、すなわち第１の制限状態において、算出された１以下の速度比がｅ１以上かつｅ２未満である動作状態が所定時間以上継続するとモードＢ、すなわち第２の制限状態に変更し、モードＢにおいて、算出された速度比がｅ１以上かつｅ２未満である動作状態が所定時間以上継続するとモードＣ、すなわち第３の制限状態に変更し、モードＣにおいて、算出された速度比がｅ４以上である動作状態が所定時間以上継続するとモードＡに変更する（図６のステップＳ２０２〜Ｓ２１８）。算出された速度比がｅ１以上かつｅ２未満である動作状態では、モードＢにおける最高回転数であるＲ３はモードＡにおける最高回転数であるＲ４より大きく、モードＣにおける最高回転数であるＲ２はモードＢにおける最高回転数であるＲ３より大きい。

本実施の形態におけるコントローラ１０は、走行負荷が小さければ短い時間で速度比がｅ２を超えるので、制限モードをモードＡから変更せずエンジン１の回転数の制限が大きいまま走行させる。走行負荷が大きいほど速度比が増加しにくく、所定の時間が経過するとコントローラ１０は、制限モードをモードＢ、モードＣに変更して最高回転数の制限を緩和する。すなわち、コントローラ１０は、時間の経過とともに最高回転数の制限を緩和するため、走行負荷に適した最高回転数に設定することができる。また、最高回転数を制限しない場合に比べて燃料消費量が少なく、最高回転数を一律に大きく制限する場合に比べて同一の仕事、たとえば登坂作業を短い時間で完了させることができる。

（２）コントローラ１０は、算出された速度比がｅ２以上である動作状態では、モードＢにおける最高回転数はモードＡにおける最高回転数以上であり、モードＣにおける最高回転数はモードＢにおける最高回転数以上である。
そのため、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２の範囲において決定された制限モードに応じて、トルコン速度比がｅ２以上の領域においても最高回転数を決定し、不必要に最高回転数を上げない。すなわち、トルコン速度比がｅ２以上の領域においても走行負荷に適した最高回転数に設定することができる。

（３）コントローラ１０は、少なくとも算出された速度比がｅ３以上である動作状態では、モードＡ〜Ｃのいずれの制限状態においても、算出された速度比の大きさによらず、すなわち算出された速度比がｅ３よりもどのぐらい大きいかに関わらず、エンジン１の最高回転数は一定とする。
そのため、速度比がｅ３よりも大きく、高速に走行している状態において、路面の起伏などにより走行負荷が多少変化してもエンジン１の最高回転数を一定に保つことができる。

（４）コントローラ１０は、算出された速度比がｅ１以上である動作状態では、同一のモードにおいて速度比が変化した際にエンジン１の最高回転数は連続に変化する。
そのため、オペレータがエンジン１の回転数が急激に変化することによる違和感や不快感を感じることがない。
（５）モードＣにおいて速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２である動作状態のエンジン１の最高回転数は、モードＡにおいていずれの速度比である場合のエンジン１の最高回転数よりも高い。
そのため、走行負荷が高いモードＣではエンジン１の最高回転数を大きく緩和し、作業に要する時間を削減することで、オペレータの負担を軽減できる。

（変形例１）
上述した実施の形態では、制限モードはモードＡからＢ、モードＢからＣ、モードＣからＡにのみ変更し、モードＢからＡへは変更しなかった。しかし制限モードの変更はこれに限定されない。制限モードがモードＢの場合に、トルコン速度比が所定の閾値よりも大きい状態が所定の時間以上継続すると、制限モードをモードＡに変更してもよい。
この変形例１によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）コントローラ１０は、モードＢにおいて、算出された速度比がｅ２３以上である動作状態が所定時間以上継続するとモードＡに変更する。
制限モードをモードＢからＡに変更するトルコン速度比の閾値は少なくともｅ２より大きければよい。特に閾値がｅ２３以上の値であれば、制限モードがモードＢからＡに変更された際に最高回転数が連続な値をとるので、オペレータがエンジン１の回転数の変化に違和感を感じることがない。

（変形例２）
上述した実施の形態では、変速モード選択スイッチ７がオペレータにより「自動」に設定されていると、コントローラ１０は、トルコン速度比の大きさを評価して速度段を制御したが、速度段の制御方法はこれに限定されない。
コントローラ１０は、車速センサ１６の測定する車速を用いて速度段を制御してもよい。図８は、コントローラ１０が速度段の制御に車速を用いる場合の動作に表した図である。図８の横軸は車速を、縦軸は速度段を表している。コントローラ１０は、速度段が１速に設定されている場合に車速センサ１６の測定する車速が所定の速度Ｖ１２を超えると、トランスミッション制御装置１１に速度段を２速とする指令を出す。コントローラ１０は、２速の場合に車速センサ１６の測定する車速が所定の速度Ｖ２１未満になると、トランスミッション制御装置１１に速度段を１速とする指令を出す。

コントローラ１０は、トルコン速度比および車速の両方を用いて速度段を制御してもよい。コントローラ１０は、トルコン速度比が所定の条件を満たし、なおかつ車速が所定の条件を満たした場合に、トランスミッション制御装置１１に速度段を変更する指令を出してもよい。コントローラ１０は、トルコン速度比が所定の条件を満たすか、または車速が所定の条件を満たす場合にトランスミッション制御装置１１に速度段を変更する指令を出してもよい。

（変形例３）
上述した実施の形態では、トランスミッション３の速度段は１速または２速しか設定できなかったが、３速以上に設定可能でもよい。さらに、コントローラ１０の回転数決定プログラム１０ｂの動作を図９に示すように変更してもよい。
図９は、変形例３において上述した実施の形態における図７で動作が表されるプログラムに代わって、コントローラ１０により実行されるプログラムの動作を表すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、図７に示すフローチャートのステップＳ３０３とステップＳ３０４の間に新たにステップＳ４０１が設けられている点が異なる。ステップＳ４０１において、コントローラ１０はトランスミッション３の現在の速度段を評価し、速度段が３速以上であると判断する場合はステップＳ３２０に進み、速度段が２速以下であると判断する場合はステップＳ３０４に進む。
すなわち、速度段が３速以上に設定されている場合には、常に制限選択スイッチ１８が「通常」に設定されているとみなしても処理してもよい。

（変形例４）
上述した実施の形態では、制限モードをモードＡ〜Ｃの３とおり設けたが、制限モードの数はこれに限定されない。４つ以上の制限モードを設けて、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２に該当する場合は、所定の時間が経過するごとに制限モードを変更し、エンジン１の最高回転数の制限を徐々に小さくしてもよい。

上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１０ … コントローラ（原動機制御装置）
１０ａ … モード決定プログラム（回転数制限部）
１０ｂ … 回転数決定プログラム（回転数制御部、速度比算出部、回転数制限部）
１００ … ホイールローダ（作業車両）

Claims

原動機の回転をトルクコンバータおよびトランスミッションを介して車輪に伝達する作業車両の原動機制御装置であって、
アクセルペダルの操作量に応じて前記原動機の回転数を制御する回転数制御部と、
前記トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を算出する速度比算出部と、
特性の異なる第１乃至第３の制限状態のいずれかの制限状態をとり、前記原動機の最高回転数を制限する回転数制限部とを備え、
前記回転数制限部は、
前記第１の制限状態において、算出された１以下の速度比が、第１の所定値以上かつ前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値未満である動作状態が所定時間以上継続すると前記第２の制限状態に変更し、
前記第２の制限状態において、算出された１以下の速度比が、前記第１の所定値以上かつ前記第２の所定値未満である動作状態が所定時間以上継続すると前記第３の制限状態に変更し、
前記第３の制限状態において、算出された１以下の速度比が、前記第２の所定値よりも大きい第３の所定値以上である動作状態が所定時間以上継続すると前記第１の制限状態に変更し、
算出された１以下の速度比が、前記第１の所定値以上かつ前記第２の所定値未満である動作状態では、前記第２の制限状態における前記原動機の最高回転数は前記第１の制限状態における前記原動機の最高回転数より大きく、前記第３の制限状態における前記原動機の最高回転数は前記第２の制限状態における前記原動機の最高回転数より大きい、作業車両の原動機制御装置。
請求項１に記載の作業車両の原動機制御装置において、
前記回転数制限部は、
前記第２の制限状態において、算出された１以下の速度比が、前記第２の所定値より大きく前記第３の所定値より小さい第４の所定値以上である動作状態が所定時間以上継続すると第１の制限状態に変更する作業車両の原動機制御装置。
請求項１または２に記載の作業車両の原動機制御装置において、
前記回転数制限部は、
算出された１以下の速度比が、前記第２の所定値以上である動作状態では、前記第２の制限状態における前記原動機の最高回転数は前記第１の制限状態における前記原動機の最高回転数以上であり、前記第３の制限状態における前記原動機の最高回転数は前記第２の制限状態における前記原動機の最高回転数以上である、作業車両の原動機制御装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業車両の原動機制御装置において、
前記回転数制限部は、少なくとも算出された速度比が前記第３の所定値以上である動作状態では、前記第１乃至第３のいずれの制限状態においても、算出された速度比に関わらず前記原動機の最高回転数は一定とする作業車両の原動機制御装置。