JP2021152383A

JP2021152383A - 作業車両の変速装置

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Publication number: JP2021152383A
Application number: JP2020052803A
Authority: JP
Inventors: 鉄朗岡崎; Tetsuro Okazaki; 正和鈴木; Masakazu Suzuki; 奈美竹田; Nami Takeda
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: JP7348868B2

Abstract

【課題】変速装置を自動変速してオペレータの負担を軽減できると共に、油圧モータに作用する走行負荷が増加する走行条件においても走行不能に陥ることなく車両の走行を継続できる作業車両の変速装置を提供する。【解決手段】平坦路の走行中には、前後進レバー１２の操作状態から算出した目標車速Ｖtgtと実車速Ｖとに基づき、車速フィードバックにより油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθを制御する通常モードを実行して車両１を走行させる。車両１が登坂路に侵入して油圧モータ２３，２４の走行負荷が増加すると、ＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐrの増加に基づき登坂モードに切り換える。登坂モードでは、油圧Ｐf，Ｐrの増加と共に制限割合Ｒf，Ｒrを増加方向に設定し、車速フィードバックによる傾転角ｍθを制限割合Ｒf，Ｒrにより制限することで増加側に補正して、油圧モータ２３，２４の駆動力を高める。【選択図】図９

Description

本発明は、道路工事等で使用される作業車両の変速装置に関する。

この種の作業車両の変速装置として、例えば特許文献１には、エンジンを動力源としたＨＳＴ（Hydro Static Transmission）により駆動輪を回転駆動して走行するホイールローダが開示されている。このホイールローダでは、ＨＳＴのエンジンにより可変容量型の油圧ポンプが駆動され、油圧ポンプから吐出された作動油が可変容量型の油圧モータに供給されて駆動されるようになっている。油圧モータは２段式変速機を介して駆動輪と連結され、油圧モータの駆動力が変速機により変速されて駆動輪に伝達され、これによりホイールローダが走行する。

特許５８９９１６７号明細書

ところで、この種の作業車両に搭乗したオペレータは、車両を走行させるための運転操作と並行して、本来の目的である路面の掘削作業や締固め作業等を実施するための作業操作も行う必要があるため、その負担を軽減すべくＨＳＴの変速段を自動的に制御することが要望される。例えば自動変速制御としては、オペレータにより操作される走行操作部材の操作状態に応じて車速を調整する車速フィードバックが考えられる。具体的には、走行操作部材の操作状態から目標車速を設定し、車速センサにより実車速を検出し、実車速を目標車速に保つべく油圧モータの傾転角を対象として、例えばＰＩＤ制御等を実行する。油圧モータは、傾転角の低下に伴って回転速度を増加させる特性のため、目標車速に対して実車速が低いときには、油圧モータの傾転角を低下方向に制御し、逆に目標車速に対して実車速が低いときには、油圧モータの傾転角を増加方向に制御する。

しかしながら、このような車速フィードバックは登坂路の走行や他車両の牽引等の走行条件では正常に実行されず、車両が走行不能に陥るという不具合が生じる。即ち、例えば平坦路を走行中の車両が登坂路に侵入すると、油圧モータに作用する走行負荷が増加して車速が低下する。目標車速を維持するために車速フィードバックにより油圧モータの傾転角が低下方向に制御されるが、一方で油圧モータは、傾転角の低下に伴って駆動力を低下させる特性を有する。このため車速維持のために駆動力の増加を要する状況であるにも拘わらず、逆に油圧モータの駆動力が低下して車速も次第に低下してしまう。このときＨＳＴ回路の油圧（油圧ポンプから油圧モータに供給される作動油の油圧）が急増して回路保護のためにリリーフ弁が開弁することから、最終的に油圧モータが停止して車両が走行不能に陥ってしまう。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、変速装置を自動変速してオペレータの負担を軽減できると共に、油圧モータに作用する走行負荷が増加する走行条件においても走行不能に陥ることなく車両の走行を継続することができる作業車両の変速装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の作業車両の変速装置は、傾転角の増加に伴って回転速度を低下させると共に駆動力を増加させる特性を有する可変容量型の油圧モータを転圧輪に連結し、動力源により駆動される油圧ポンプからの作動油を前記油圧モータに供給し、前記油圧モータの傾転角に応じて前記転圧輪の回転速度を制御する作業車両の変速装置において、オペレータにより操作される走行操作部材の操作状態を検出する操作状態検出装置と、前記作業車両の走行速度を実車速として検出する車速検出装置と、前記操作状態検出装置により検出された前記走行操作部材の操作状態に応じて目標車速を設定し、前記目標車速と前記車速検出装置により検出された実車速とに基づき前記油圧モータの傾転角をフィードバック制御する通常モードを実行する通常モード実行部と、前記油圧モータに作用する走行負荷を判定し、前記走行負荷が増加したときに走行負荷増加判定を下す走行負荷判定部と、前記通常モード実行部による通常モードの実行中において、前記走行負荷判定部により走行負荷増加判定が下されたときに、前記通常モード実行部の制御に基づく傾転角に比較して前記油圧モータの傾転角を増加側に制御する登坂モードを実行する登坂モード実行部とを備えたことを特徴とする。

本発明の作業車両の変速装置によれば、変速装置を自動変速してオペレータの負担を軽減できると共に、油圧モータに作用する走行負荷が増加する走行条件においても走行不能に陥ることなく車両の走行を継続することができる。

実施形態の土工用振動ローラを示す側面図である。ＨＳＴ回路の変速装置に関わる部分の概略構成を示す油圧回路図である。油圧ポンプの傾転角と作動油吐出量との関係を示す特性図である。油圧モータの傾転角と回転速度及び駆動力との関係を示す特性図である。コントローラの機能を示すクレーム対応図である。コントローラが実行する油圧モータの傾転角制御ルーチンを示すフローチャートである。コントローラが実行する登坂モード制御ルーチンを示すフローチャートである。ＨＳＴ回路の油圧から制限割合を算出するための制御マップを示す図である。車両が発進して平坦路から登坂路に侵入したときの油圧モータの傾転角の制御状況を示すタイムチャートである。

以下、本発明を土工用振動ローラの変速装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の土工用振動ローラを示す側面図であり、以下の説明では、車両を基準として前後方向及び左右方向を表現する。
土工用振動ローラ１は転圧車両の一種であり、主としてアスファルトを施工する前の地面を締固める作業に使用される。土工用振動ローラ１（以下、車両と称することもある）の車体は、前部車体２と後部車体３とをアーティキュレート機構４を介して連結してなる。前部車体２は前部転圧輪５（前部走行輪）として金属ドラムを備え、後部車体３は後部転圧輪６（後部走行輪）としてゴムタイヤを備えている。後部車体３に設けられた機械室７内にはエンジンを動力源としたＨＳＴが搭載され、詳細は後述するがＨＳＴの走行用油圧モータにより前部及び後部転圧輪５，６が回転駆動されて、路面を締固めながら車両１が走行する。

また、油圧シリンダによりアーティキュレート機構４が駆動され、前部及び後部車体２，３が水平方向に屈曲して車両１の操舵が行われる。後部車体３の機械室７の前側にはキャビン８が設けられ、キャビン８に搭乗したオペレータは運転席９に着座し、操作台１０に設けられたステアリング１１や前後進レバー１２（走行操作部材）により、車両１を走行させるための運転操作や締固め作業を実施するための作業操作を行う。

図２はＨＳＴ回路の変速装置に関わる部分の概略構成を示す油圧回路図である。ＨＳＴのエンジン１４の出力軸には、可変容量型の走行用油圧ポンプ１５（以下、単に油圧ポンプと称する）及び図示しないチャージ用油圧ポンプ等の各種油圧ポンプが連結され、それぞれエンジン１４により回転駆動されて作動油を吐出する。油圧ポンプ１５の一対のサーボシリンダ１５ａ，１５ｂは傾転角制御用のコントロール弁１６に接続され、コントロール弁１６にはリリーフ弁１７により調圧されたチャージ用油圧ポンプからの作動油が供給されている。コントロール弁１６の切換に応じて各サーボシリンダ１５ａ，１５ｂに作動油が供給されて油圧ポンプ１５の傾転角が増減し、その一対のポートからの作動油の吐出方向及び吐出量が制御される。油圧ポンプ１５の一対のポートはリリーフ管路１８を介して接続され、リリーフ管路１８に介装された一対のリリーフ弁１９，２０の設定圧を上限として油圧ポンプ１５の吐出圧が制限され、これにより過剰な油圧からＨＳＴ回路が保護されている。

油圧ポンプ１５の一方のポートは、前部及び後部転圧輪５，６に連結された可変容量型の一対の走行用油圧モータ２３，２４（以下、単に油圧モータと称する）の一方のポートに前進用管路２１を介して連結されている。また油圧ポンプ１５の他方のポートは、各油圧モータ２３，２４の他方のポートに後進用管路２２を介して連結されている。油圧ポンプ１５の一方のポートから作動油が吐出されると、その作動油は前進用管路２１を経て各油圧モータ２３，２４に供給された後に、後進用管路２２を経て各油圧ポンプ１５の他方のポートに戻され、これにより前部及び後部転圧輪５，６がそれぞれ前進方向に回転駆動される。また、油圧ポンプ１５の他方のポートから作動油が吐出されると、上記とは逆に後進用管路２２、各油圧モータ２３，２４及び前進用管路２１の順に作動油が流通し、前部及び後部転圧輪５，６がそれぞれ後進方向に回転駆動される。図３の特性図で示すように油圧ポンプ１５は、０から最大値までの傾転角の増加に伴って作動油の吐出量（転圧輪の回転速度）を増加させる特性を有している。

各油圧モータ２３，２４にはサーボシリンダ２３ａ，２４ａが連結され、各サーボシリンダ２３ａ，２４ａは傾転角制御用のコントロール弁２５，２６とそれぞれ連結されている。チャージ用油圧ポンプからの作動油がコントロール弁２５，２６の切換に応じて各サーボシリンダ２３ａ，２４ａに供給され、それぞれの油圧モータ２３，２４の傾転角が増減して回転速度及び駆動力が制御される。図４の特性図で示すように油圧モータ２３，２４は、最大値に相当する初期値から最小値までの傾転角の低下に伴って回転速度を増加させると共に、駆動力を低下させる特性を有している。

各油圧モータ２３，２４には駐車ブレーキ２７，２８が連結され、各駐車ブレーキ２７，２８は共通のブレーキ解除弁２９に接続されている。通常時の駐車ブレーキ２７，２８は作動状態に保たれて、油圧モータ２３，２４の回転規制により車両１に制動力を作用させている。車両１が走行を開始するとブレーキ解除弁２９が開弁され、チャージ用油圧ポンプからの作動油が各駐車ブレーキ２７，２８に供給されて車両１の制動が解除される。なお、各油圧モータ２３，２４にはフラッシング弁３０，３１が並列接続され、ＨＳＴ回路内の作動油が適宜入れ替えられる。

変速装置を制御するコントローラ３２は、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等からなる。コントローラ３２の入力側には、前後進レバー１２の操作方向及び操作量（以下、まとめて操作状態と称する）を検出する操作状態検出装置１３、油圧ポンプ１５から各油圧モータ２３，２４にそれぞれ供給される作動油の油圧Ｐf，Ｐr（以下、ＨＳＴ回路の油圧と称する）を検出する油圧センサ３９，４０（油圧検出装置）、前部及び後部転圧輪５，６にそれぞれ設けられ、車両１の走行速度として車速Ｖf，Ｖrを検出する車速センサ３４，３５（車速検出装置）等の各種センサ類が接続され、それぞれの検出情報が入力される。

また、コントローラ３２の出力側には、油圧ポンプ１５の傾転角を制御するポンプ電磁比例弁３６、前後の油圧モータ２３，２４の傾転角を制御するモータ電磁比例弁３７，３８等の各種デバイス類が接続されている。コントローラ３２から各電磁比例弁３６〜３８に制御信号が入力され、各電磁比例弁３６〜３８から出力されるパイロット圧に基づき、上記のように油圧ポンプ１５や油圧モータ２３，２４の傾転角が制御される。

図５はコントローラ３２の機能を示すクレーム対応図であり、コントローラ３２は、通常モード実行部３２ａ、登坂モード実行部３２ｂ、走行負荷判定部３２ｃ及び下限制限部３２ｄからなる。通常モード実行部３２ａは、前後進レバー１２の操作状態に基づき油圧ポンプ１５及び油圧モータ２３，２４の傾転角ｐθ，ｍθを算出し、傾転角ｐθ，ｍθに対応する制御信号を各電磁比例弁３６〜３８に出力する。

油圧モータ２３，２４に関しては、車速フィードック制御により傾転角ｍθを制御し、これによりＨＳＴを自動変速させている。例えば、予め設定された図示しない制御マップに基づき、前後進レバー１２の操作状態から前進時または後進時の目標車速Ｖtgtを設定し、この目標車速Ｖtgtと車速センサ３４，３５により検出された実車速Ｖ（例えば、Ｖf，Ｖrの平均値）とに基づき、ＰＩＤ制御等により各油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθを算出する（以下、このときの傾転角制御を通常モードと称する）。

走行負荷判定部３２ｃは、例えば走行中の車両１が登坂路に侵入して走行負荷が増加したときに走行負荷増加判定を下し、その判定結果を登坂モード実行部３２ｂに出力する。本実施形態では車両１の前後進に応じて、走行負荷として油圧センサ３９，４０により検出された油圧Ｐf，Ｐrが選択的に用いられる。詳しくは、前進時には前進用管路２１の油圧センサ３９により検出された油圧Ｐfが用いられ、後進時には後進用管路２２の油圧センサ４０により検出された油圧Ｐrが用いられる。これらの油圧Ｐf，Ｐrが予め設定された登坂モード切換判定圧Ｐ1以上の状態が登坂モード切換判定時間Ｔ1だけ継続したときに、走行負荷が増加したと見なして走行負荷増加判定を下す。

登坂モード実行部３２ｂは、走行負荷判定部３２ｃから走行負荷増加判定が入力されたときに、通常モード実行部３２ａの制御に基づく傾転角ｍθに比較して油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθを増加側に制御する。詳細は後述するが、このときの増加側への制御は、油圧Ｐf，Ｐrに応じて傾転角ｍθの下限を制限するための制限割合Ｒf，Ｒr（下限値）を0〜100%の範囲内で算出して、下限制限部３２ｄに出力するものである。下限制限部３２ｄは、通常モード実行部３２ａから入力された油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθを、登坂モード実行部３２ｂから入力された制限割合Ｒf，Ｒrに基づき制限する。これにより傾転角ｍθはより増加側の値に補正され、補正後の傾転角ｍθに対応する制御信号が各モータ電磁比例弁３７，３８に出力される（以下、このときの傾転角制御を登坂モードと称する）。

図６はコントローラ３２が実行する油圧モータ２３，２４の傾転角制御ルーチンを示すフローチャートであり、車両１の電源が投入されているときにコントローラ３２により所定の制御インターバルで実行される。
まず、ステップ１で車速センサ３４，３５からの検出情報に基づき現在の車両１が走行中であるか否かを判定し、判定がＮo（否定）のときには一旦ルーチンを終了する。ステップ１の判定がＹes（肯定）になるとステップ２に移行し、油圧センサ３９，４０により検出されるＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐr（前後進に応じた何れか一方であり、以降の説明も同様）が予め設定された登坂モード切換判定圧Ｐ1以上であるか否かを判定し、続くステップ３で予め設定された登坂モード切換判定時間Ｔ1が経過したか否かを判定する（走行負荷判定部）。即ち、ＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐrが登坂モード切換判定圧Ｐ1以上の状態が登坂モード切換判定時間Ｔ1だけ継続したか否かを判定し、これらの条件が満たされない場合には、ステップ４に移行して通常モードを実行する（通常モード実行部）。従って、この場合には車速フィードバック制御により油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθが制御され、実車速Ｖが目標車速Ｖtgtに保たれる。

また、ステップ２，３の条件が共に満たされた場合には、ステップ５に移行する。このときの車両１は、登坂路の走行により油圧モータ２３，２４に作用する走行負荷が増加し、実車速Ｖが次第に低下していると推測できる。このような状況で、仮に通常モードによる車速フィードバックを継続した場合、目標車速Ｖtgt（回転速度）を維持すべく、図４の特性に基づき油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθが低下方向に制御されることから、駆動力の低下により実車速Ｖがかえって低下してしまう。

平坦路の走行中でも、例えば前後進レバー１２が中立位置（＝０）に戻されて所謂ＨＳＴブレーキが発生したとき、或いは車両１が発進するとき等にもステップ２の条件は満たされる場合があるが、これらの状況はごく短時間で終息する。そこで、ステップ３の登坂モード切換判定時間Ｔ1に関する条件が加えられており、これにより登坂モードへの切換を要する走行負荷が増加した状況だけを的確に判定することができる。

上記のような通常モードによる不適切な傾転角制御は、ステップ５で実行される登坂モードにより未然に防止される。
コントローラ３２はステップ５に移行すると、図７に示す登坂モード制御ルーチンを実行する（登坂モード実行部）。まずステップ２１で油圧センサ３９，４０の検出情報を取り込み、続くステップ２２で、図８に示す制御マップに基づき油圧Ｐf，Ｐrに対応する制限割合Ｒf，Ｒrを算出する。制限割合Ｒf，Ｒrは前後の油圧モータ２３，２４で個別に設定され、上記した登坂モード切換判定圧Ｐ1以下の領域では、共に傾転角ｍθに対する制限無しに相当する0%が設定され、登坂モード切換判定圧Ｐ1を超えると所定の増加率で増加する。

このときの増加率は、前側の油圧モータ２３の制限割合Ｒf（実線で示す）よりも後側の油圧モータ２４の制限割合Ｒr（破線で示す）の方が大きい。このため油圧Ｐf，Ｐrの増加に伴って、後側の油圧モータ２４の制限割合Ｒrは油圧Ｐxで最大制限に相当する100%に到達し、前側の油圧モータ２３の制限割合はより高い油圧Ｐy（＞Ｐx）で100%に到達し、その後は油圧の増加に拘わらずそれぞれ100%に保たれる。このように制限割合Ｒf，Ｒrは、登坂モード切換判定圧Ｐ1に対する油圧の超過分が大であるほど、傾転角ｍθの増加側に設定される。

続くステップ２３では、車速フィードバックによる傾転角ｍθを算出する。この処理は、ステップ３の通常制御モードで実行される内容と同様であり、目標車速Ｖtgtと実車速Ｖとに基づきＰＩＤ制御等により傾転角ｍθが算出される。その後ステップ２４に移行し、傾転角ｍθを制限割合Ｒf，Ｒrに基づき制限する。例えば、ステップ２２で制限割合Ｒf，Ｒrが算出され、ステップ２３で傾転角ｍθとしてｍθ1が算出されている場合、図４の制御マップに基づき、前側の油圧モータ２３の傾転角ｍθは制限割合Ｒf相当の傾転角に制限され、後側の油圧モータ２４の傾転角ｍθは制限割合Ｒr相当の傾転角に制限される。油圧が増加する限り制限割合Ｒf，Ｒrも増加側に設定されて、各油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθは増加側に補正され続け、登坂路の勾配等から定まる傾転角ｍθで平衡する。

以上の図７の処理を実行した後、コントローラ３２は図６のステップ５からステップ６に移行する。ステップ６では前後進レバー１２が中立位置に戻されたか否かを判定し、続くステップ７では変速装置に故障が発生したか否かを判定し、何れかの判定がＹesのときにはステップ４に移行する。ステップ６，７の処理は、何れも登坂モードの継続が望ましくない状況を想定したものである。前後進レバー１２の中立位置への戻しにより車両１には所謂ＨＳＴブレーキが作用するが、傾転角ｍθを増加側に制御された油圧モータ２３，２４は通常モードの場合に比較して大きな制動力を発生し、オペレータの意図しない急ブレーキとなる。また変速装置の故障は正常な走行が望めないことを意味し、傾転角ｍθを増加側に制御した変則的な登坂モードは中止した方が望ましい。通常モードへの復帰により、これらの不測の事態を未然に防止することができる。

ステップ６，７で共にＮoの判定を下したときには、ステップ８でＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐrが予め設定された通常モード復帰判定圧Ｐ2未満であるか否かを判定し、続くステップ９で予め設定された通常モード復帰判定時間Ｔ2が経過したか否かを判定する。即ち、ＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐrが通常モード復帰判定圧Ｐ2未満の状態が通常モード復帰判定時間Ｔ2だけ継続したか否かを判定し、これらの条件が満たされた場合には、ステップ４に移行して通常モードに復帰する（通常モード実行部）。また、ステップ８，９の条件が満たされない場合には、ステップ１０に移行する。

ステップ８の趣旨は、例えば車両１が登坂路を登り終えて、ＨＳＴ回路の油圧低下により登坂モードを継続する必要がなくなった状況を判別するものであるが、それ以前の登坂モードでの走行中の油圧変動でもステップ８の条件が満たされる場合がある。しかし、このような油圧変動はごく短時間で終息するため、ステップ９の通常モード復帰判定時間Ｔ2に関する条件が加えられることにより、走行中の油圧変動等に起因する不適切な通常モードへの復帰を防止することができる。

ステップ１０では、前後の車速センサ３４，３５により検出された車速Ｖf，Ｖrに基づき前部転圧輪５と後部転圧輪６との回転速度差ΔＮを算出し、回転速度差ΔＮが予め設定された回転差判定値ΔＮ0以上であるか否かを判定する。判定がＹesのときには前後何れかの転圧輪５，６がスリップしていると見なし、ステップ１１に移行して登坂モードからトラクションモードに切り換える。トラクションモードの制御内容は周知であるため詳細は説明しないが、回転速度が高いスリップ側の転圧輪５，６を駆動している油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθをスリップ抑制側に制御してグリップ回復を図る。
また、ステップ１０でＮoの判定を下したときにはステップ５に戻り、ステップ５〜１０の処理を繰り返して登坂モードを継続し、ステップ６〜９の何れかの条件が満たされると通常モードに復帰する。

次に、以上のコントローラ３２の処理に基づく油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθの制御状況を説明する。
図９は車両１が前進方向に発進して平坦路から登坂路に侵入したときの油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθの制御状況を示すタイムチャートである。
前後進レバー１２が前進側に操作されると、その操作量に対応して目標車速Ｖtgtが設定され、まず油圧ポンプ１５の傾転角ｍθが０から増加方向に制御されて最大値に到達する（ポイントｂ）。それに伴って、油圧ポンプ１５が作動油を吐出し始めてＨＳＴ回路の油圧Ｐfが増加し、初期値の傾転角ｍθに保持された油圧モータ２３，２４が駆動されることにより実車速Ｖが０から次第に増加する。油圧ポンプ１５の傾転角ｍθが最大値に到達する直前のタイミング（ポイントａ）で、通常モードに基づき油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθが初期値から低下方向に制御され始める。図４に示す特性に基づき油圧モータ２３，２４の回転速度は増加し、それに伴って実車速Ｖが次第に増加して目標車速Ｖtgtに到達する（ポイントｃ）。

前後進レバー１２の操作量が増減すれば、それに応じた目標車速Ｖtgtが設定され、車速フードバックにより目標車速Ｖtgtを達成するように油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθが制御される。なお、前後進レバー１２を後進側に操作した場合も、油圧モータ２３，２４の回転方向が逆転するだけで傾転角ｍθは同様に制御される。

以上のように通常モードにおいては、前後進レバー１２の操作状態に応じて目標車速Ｖtgtを設定し、目標車速Ｖtgtに基づきＨＳＴの油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθを制御することにより自動変速を実現している。このため、オペレータの手動による変速操作を要することなく、常に前後進レバー１２の操作状態に応じた適切な実車速Ｖにより車両１を走行させることができる。締固め作業中のオペレータは、車両１を走行させるための運転操作と並行して締固め作業を実施するための作業操作を行う必要があるが、このようなオペレータの負担を軽減できると共に、手動による不適切な変速操作を未然に防止することができる。

一方、車両１が平坦路から登坂路に侵入すると、油圧モータ２３，２４に作用する走行負荷が増加して実車速Ｖが低下し、通常モードでは目標車速Ｖtgtを維持するために油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθが低下方向に制御されるが、図４の特性に基づき駆動力が低下することから車速低下を抑制できない。このとき油圧モータ２３，２４に作用する走行負荷の増加に伴ってＨＳＴ回路の油圧Ｐfが増加し始め（ポイントｄ）、仮に通常モードを継続した場合には、図中に破線で示すように油圧Ｐfがリリーフ弁１９，２０の設定圧に到達した時点で、リリーフ弁１９，２０の開弁により油圧モータ２３，２４が停止して車両１が走行不能に陥ってしまう。

本実施形態では、増加中の油圧Ｐfが登坂モード切換判定圧Ｐ1に到達し（ポイントｅ）、その状態が登坂モード切換判定時間Ｔ1だけ継続すると（ポイントｆ）、通常モードから登坂モードに切り換えられる。そして、図８の制御マップから算出された制限割合Ｒf，Ｒrに基づき、各油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθが制限されることにより、それぞれ増加側に補正される。このような傾転角ｍθに対する制限は油圧Ｐfの変化に応じて逐次実行され、結果として各傾転角ｍθは次第に増加方向に制御される（ポイントｇ）。このときの傾転角ｍθの増加は、図８に基づく制限割合Ｒf，Ｒrの大小関係に基づき、前側の油圧モータ２３よりも後側の油圧モータ２４の方が急激に行われる。そして、このような傾転角ｍθの増加により、図４の特性に基づき油圧モータ２３，２４の駆動力が次第に増加し、それに伴って実車速Ｖが低下から増加に転じて最終的に目標車速Ｖtgtに到達する（ポイントｈ）。

なお、この例では実車速Ｖが目標車速Ｖtgtまで回復しているが、油圧モータ２３，２４は駆動力の増加と共に回転速度が低下するため、目標車速Ｖtgtや登坂路の勾配等の諸条件によっては目標車速Ｖtgtまで回復しない場合もあり得る。しかしながら、その場合であっても、増加方向への傾転角制御によりＨＳＴ回路の油圧増加が抑制されるためリリーフ弁１９，２０は開弁せず、これに起因する油圧モータ２３，２４の停止を防止して車両１の走行を継続させることができる。

以上のように登坂路で実行される登坂モードにおいては、通常モードと同様に設定した油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθを、ＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐrから設定した制限割合Ｒf，Ｒrにより制限することで増加側に補正している。このため、図４の特性に基づき油圧モータ２３，２４の駆動力が増加することから、登坂路での走行により低下した実車速Ｖを目標車速Ｖtgtに回復でき、また目標車速Ｖtgtまでは回復できなかったとしても、車両１の走行を継続させて登坂路を登りきることができる。

また本実施形態では、登坂モード切換判定圧Ｐ1に対する油圧Ｐf，Ｐrの超過分が大であるほど、制限割合Ｒf，Ｒrを傾転角ｍθの増加側に設定しており、登坂モードが開始されると、各制限割合Ｒf，Ｒrは０から油圧Ｐf，Ｐrの増加と共に増加方向に設定される。そして、通常モードと同様の車速フィードバックによる傾転角ｍθをベースとし、その傾転角ｍθを制限割合Ｒf，Ｒrにより制限しているため、各傾転角ｍθは、通常モードの値を起点として増加方向に設定されることになる。結果として、通常モードから登坂モードへの切換時において、各傾転角ｍθは段差なく円滑に増加側へと変化し、必然的に実車速Ｖも円滑に変化する（図９中のポイントｆの時点）。

このときの車両１は登坂路を一定速度で走行して締固めている場合もあり、実車速Ｖがステップ状に変動すると締固め中の路面が荒れて修復作業が必要になってしまう。このような事態を上記したモード切換により未然に防止でき、締固め作業の効率化を実現できるという利点も得られる。

加えて、通常モードから登坂モードへの切換時において、前側の油圧モータ２３の傾転角ｍθよりも後側の油圧モータ２４の傾転角ｍθを急激に増加させており、必然的に前部転圧輪５の駆動力よりも後部転圧輪６の駆動力の方がより急激に増加する。登坂路への侵入により車両１の重心は後方に移動し、それに応じて前部転圧輪５のグリップが低下し、後部転圧輪６のグリップが増加しており、加えて、金属ドラムの前部転圧輪５よりもゴムタイヤの後部転圧輪６の方が元々高いグリップを有する。このようなグリップの格差に対応して前後の転圧輪５，６の駆動力が増加するため、スリップを抑制しつつ各転圧輪５，６の駆動力を無駄なく路面に伝達でき、安定した登坂路での走行を実現することができる。

なお、車両１の後進時には、登坂路に侵入したときの重心の移動方向が前進時とは逆転する。そこで、図８とは制限割合Ｒf，Ｒrの大小関係を逆転させた制御マップを用意し、後進での登坂モードでは、その制御マップから求めた制限割合Ｒf，Ｒrに基づき、後側の油圧モータ２４よりも前側の油圧モータ２３の傾転角ｍθを急激に増加させるようにしてもよい。
即ち、車両１の進行方向に位置する転圧輪５，６を駆動する油圧モータ２３，２４の傾転角よりも、反進行方向に位置する転圧輪５，６を駆動する油圧モータ２３，２４の傾転角を急激に増加させればよく、これにより前進時及び後進時の何れにおいても駆動力を適切に増加させることができる。

ところで本実施形態では、登坂路への侵入により油圧モータ２３，２４の走行負荷が増加した状況をＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐrに基づき判定したが、これに限るものではなく、例えば車速変化に基づき判定してもよい。具体的には、図５に示すようにコントローラ３２に予測車速算出部３２ｅを追加し、油圧モータ２３，２４の現在の傾転角ｍθに基づき実現されるべき車両１の実車速Ｖを予測車速として算出し、算出結果を走行負荷判定部３２ｃに出力する（予測車速算出部）。

この予測車速は、平坦路を走行中の実車速Ｖ、或いは他車両等を牽引しないときの実車速Ｖに相当し、これらの走行状態では、車速センサ３４，３５により検出された実車速Ｖと略一致する予測車速が算出される。例えば車両１が登坂路に侵入すると実車速Ｖは低下し、予測車速に対する実車速Ｖの低下分が次第に増加する。そこで、低下分が予め設定された登坂モード切換判定値以上になったときに、走行負荷増加判定を下して登坂モードに切り換えるようにしてもよい。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、土工用振動ローラ１の変速装置に具体化したが、ＨＳＴにより油圧モータを駆動して走行する作業車両であれば、これに限るものではない。例えば、タイヤローラや振動ローラの変速装置、或いはホイールローダの変速装置として具体化してもよい。
また上記実施形態では、前部及び後部転圧輪５，６をそれぞれ油圧モータ２３，２４により駆動したが、これに限るものではなく、例えば、何れか一方の走行輪を駆動する作業車両に適用してもよい。

また上記実施形態の登坂モードでは、通常モードと同様に設定した油圧モータ２３，２４の傾転角ｍθを、ＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐrから設定した制限割合Ｒf，Ｒrにより制限することで増加側に補正したが、これに限るものではない。例えば通常モードから登坂モードへの切換に伴って車速フィードバックを中止して、ＨＳＴ回路の油圧Ｐf，Ｐrの増加に応じて傾転角ｍθを増加方向に設定し、その傾転角ｍθに基づき油圧モータ２３，２４をフィードフォワード制御してもよい。この場合でも、図４の特性に基づき油圧モータ２３，２４の駆動力が増加するため、車両１の走行を継続することができる。
また上記実施形態では、油圧モータ２３，２４に作用する走行負荷が増加する状況として登坂路の走行時を説明したが、これに限るものではない。例えば、他車両を牽引した走行状態のときに登坂モードを実行してもよく、この場合でも上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

１土工用振動ローラ（作業車両）
５前部転圧輪（前部走行輪）
６後部転圧輪（後部走行輪）
１２前後進レバー（走行操作部材）
１３操作状態検出装置
１４エンジン（動力源）
１５油圧ポンプ
２３，２４油圧モータ
３４，３５車速センサ（車速検出装置）
３２ａ通常モード実行部
３２ｂ登坂モード実行部
３２ｃ走行負荷判定部
３２ｄ下限制限部
３２ｅ予測車速算出部
３９，４０油圧センサ（油圧検出装置）

Claims

傾転角の増加に伴って回転速度を低下させると共に駆動力を増加させる特性を有する可変容量型の油圧モータを走行輪に連結し、動力源により駆動される油圧ポンプからの作動油を前記油圧モータに供給し、前記油圧モータの傾転角に応じて前記走行輪の回転速度を制御する作業車両の変速装置において、
オペレータにより操作される走行操作部材の操作状態を検出する操作状態検出装置と、
前記作業車両の走行速度を実車速として検出する車速検出装置と、
前記操作状態検出装置により検出された前記走行操作部材の操作状態に応じて目標車速を設定し、前記目標車速と前記車速検出装置により検出された実車速とに基づき前記油圧モータの傾転角をフィードバック制御する通常モードを実行する通常モード実行部と、
前記油圧モータに作用する走行負荷を判定し、前記走行負荷が増加したときに走行負荷増加判定を下す走行負荷判定部と、
前記通常モード実行部による通常モードの実行中において、前記走行負荷判定部により走行負荷増加判定が下されたときに、前記通常モード実行部の制御に基づく傾転角に比較して前記油圧モータの傾転角を増加側に制御する登坂モードを実行する登坂モード実行部と
を備えたことを特徴とする作業車両の変速装置。
前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の油圧を検出する油圧検出装置をさらに備え、
前記走行負荷判定部は、前記油圧検出装置により検出された油圧が予め設定された登坂モード切換判定圧以上の状態が予め設定された登坂モード切換判定時間だけ継続したときに走行負荷増加判定を下す
ことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の変速装置。
前記通常モード実行部の制御に基づく傾転角を下限値により制限する下限制限部をさらに備え、
前記登坂モード実行部は、前記登坂モード切換判定圧に対する前記油圧検出装置により検出された油圧の超過分が大であるほど前記下限値を増加側に設定し、前記下限値に基づき前記下限制限部に前記油圧モータの傾転角を制限させることにより、前記傾転角を増加側に制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の作業車両の変速装置。
前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の油圧を検出する油圧検出装置をさらに備え、
前記登坂モード実行部は、前記登坂モードの実行中において、前記油圧検出装置により検出された油圧が予め設定された通常モード復帰判定圧未満の状態が予め設定された通常モード復帰判定時間だけ継続したときに、前記登坂モードを中止する
ことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の変速装置。
前記登坂モード実行部は、前記登坂モードの実行中において、前記操作状態検出装置により前記走行操作部材の中立位置が検出されたとき、または変速装置に故障が発生したときに、前記登坂モードを中止する
ことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の変速装置。
前記作業車両は、前部走行輪及び後部走行輪をそれぞれ前記油圧モータにより駆動され、
前記登坂モード実行部は、前記登坂モードの実行中において、前記車速検出装置により検出された実車速から前記前部走行輪と後部走行輪との回転速度差を算出し、前記回転速度差が予め設定された回転差判定値以上になったときに、前記登坂モードを中止してスリップ抑制のためのトラクションモードに切り換える
ことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の変速装置。
前記作業車両は、前部走行輪及び後部走行輪をそれぞれ前記油圧モータにより駆動され、
前記登坂モード実行部は、前記作業車両の進行方向に位置する前記走行輪を駆動する油圧モータの傾転角よりも、反進行方向に位置する前記走行輪を駆動する油圧モータの傾転角を急激に増加させる
ことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の変速装置。
前記油圧モータの現在の傾転角により実現されるべき前記作業車両の走行速度を予測車速として算出する予測車速算出部をさらに備え、
前記走行負荷判定部は、前記予測車速算出部により算出された予測車速に対する前記車速検出装置により検出された実車速の低下分を算出し、前記低下分が予め設定された登坂モード切換判定値以上になったときに走行負荷増加判定を下す
ことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の変速装置。