JP2023121768A - 作業車両、動力機械の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動力装置が電気的ハードウェアを備えるか否かに関わらず、動力装置の制動力を精度よく制御する。【解決手段】目標ＨＳＴ圧特定部は、ＨＳＴの目標圧力である目標ＨＳＴ圧を特定する。計測値取得部は、ＨＳＴの圧力の計測値である実ＨＳＴ圧を取得する。ブレーキトルク決定部は、目標ＨＳＴ圧と実ＨＳＴ圧とに基づいて油圧ポンプに消費させるトルクであるブレーキトルクを決定する。ポンプ制御部は、ブレーキトルクに基づいて油圧ポンプを制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、作業車両、動力機械の制御装置および制御方法に関する。

無段変速機を搭載するホイールローダなどの作業車両が知られている。無段変速機の例としては、ＨＳＴ（Hydraulic Static Transmission）およびＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）が挙げられる。特許文献１には、無段変速機を搭載する作業車両の制動時に、ＰＴＯ（Power Take Off）に接続された油圧ポンプの回転によって制動力を得ることで、エンジンの回転数が過剰になることを防ぐ技術が開示されている。

特開２０１５－０９６４０１号公報

引用文献１に開示された技術によれば、制御装置は、電動モータで制動力を精度よく制御する一方で、エンジンへの回生によってエンジン回転が上昇し過回転に至らないよう、エンジンに接続された油圧ポンプの駆動により回生パワーを吸収する。しかしながら、引用文献１に開示された技術で適切に制動を行うためには、トルクを適切に制御可能な電動モータや、電動モータを駆動するためのインバータなどの電気的ハードウェアを備える必要がある。そのため、動力系統が油圧コンポーネントからなる場合には、精度よく作業車両の制動を制御することが困難である。
本発明の目的は、電気的ハードウェアの有無に関わらず、制動力を精度よく制御することができる作業車両、動力機械の制御装置および制御方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、動力機械の制御装置は、駆動源と、前記駆動源の駆動力によって駆動される油圧ポンプと、前記駆動源の駆動力の一部を前記油圧ポンプに伝達する動力取出装置と、静油圧式無段変速機を含み、入力軸が前記動力取出装置に接続され、出力軸が負荷に接続され、前記入力軸に入力される駆動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置と、前記駆動源の駆動力の大きさを指示するための操作装置とを備える動力機械の制御装置であって、前記静油圧式無段変速機の目標圧力である目標回路圧を特定する目標回路圧特定部と、前記静油圧式無段変速機の圧力の計測値である実回路圧を取得する計測値取得部と、前記目標回路圧と前記実回路圧とに基づいて前記油圧ポンプに消費させるトルクであるブレーキトルクを決定するブレーキトルク決定部と、前記ブレーキトルクに基づいて前記油圧ポンプを制御するポンプ制御部とを備える。

上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、制御装置は、動力装置が電気的ハードウェアを備えるか否かに関わらず、動力装置の制動力を精度よく制御することができる。

第１の実施形態に係る作業車両の側面図である。 第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る作業車両の動力系統を示す模式図である。 第１の実施形態に係る作業車両の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係る作業車両の制御方法を示すフローチャートである。

〈第１の実施形態〉
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る作業車両の側面図である。
第１の実施形態に係る作業車両１００は、ホイールローダである。作業車両１００は、車体１１０、作業機１２０、前輪部１３０、後輪部１４０、運転室１５０を備える。作業車両１００は、動力機械の一例である。

車体１１０は、前車体１１１、後車体１１２、およびステアリングシリンダ１１３を備える。前車体１１１と後車体１１２とは車体１１０の上下方向に伸びるステアリング軸回りに回動可能に取り付けられている。前輪部１３０は、前車体１１１の下部に設けられ、後輪部１４０は、後車体１１２の下部に設けられる。
ステアリングシリンダ１１３は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１３の基端部は後車体１１２に取り付けられ、先端部は前車体１１１に取り付けられる。ステアリングシリンダ１１３は、作動油によって伸縮することで、前車体１１１と後車体１１２とのなす角度を規定する。つまり、ステアリングシリンダ１１３の伸縮により、前輪部１３０の舵角が規定される。

作業機１２０は、土砂等の作業対象物の掘削および運搬に用いられる。作業機１２０は、車体１１０の前部に設けられる。作業機１２０は、ブーム１２１、バケット１２２、ベルクランク１２３、リフトシリンダ１２４、バケットシリンダ１２５を備える。

ブーム１２１の基端部は、前車体１１１の前部にピンを介して取り付けられる。
バケット１２２は、作業対象物を掘削するための刃と、掘削した作業対象物を運搬するための容器とを備える。バケット１２２の基端部は、ブーム１２１の先端部にピンを介して取り付けられる。
ベルクランク１２３は、バケットシリンダ１２５の動力をバケット１２２に伝達する。ベルクランク１２３の第１端は、バケット１２２の底部にリンク機構を介して取り付けられる。ベルクランク１２３の第２端は、バケットシリンダ１２５の先端部にピンを介して取り付けられる。

リフトシリンダ１２４は、油圧シリンダである。リフトシリンダ１２４の基端部は前車体１１１の前部に取り付けられる。リフトシリンダ１２４の先端部はブーム１２１に取り付けられる。リフトシリンダ１２４が作動油によって伸縮することによって、ブーム１２１が上げ方向または下げ方向に駆動する。
バケットシリンダ１２５は、油圧シリンダである。バケットシリンダ１２５の基端部は、前車体１１１の前部に取り付けられる。バケットシリンダ１２５の先端部は、ベルクランク１２３を介してバケット１２２に取り付けられている。バケットシリンダ１２５が、作動油によって伸縮することによって、バケット１２２がチルト方向またはダンプ方向に揺動する。

運転室１５０は、オペレータが搭乗し、作業車両１００の操作を行うためのスペースである。運転室１５０は、後車体１１２の上部に設けられる。
図２は、第１の実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。運転室１５０の内部には、シート１５１、アクセルペダル１５２、ブレーキペダル１５３、ステアリングハンドル１５４、前後切替スイッチ１５５、シフトスイッチ１５６、ブームレバー１５７、バケットレバー１５８が設けられる。

アクセルペダル１５２は、作業車両１００に生じさせる走行の駆動力（牽引力）を設定するために操作される。バケットレバー１５８の操作量が大きいほど、目標駆動力（目標牽引力）が高く設定される。
ブレーキペダル１５３は、作業車両１００に生じさせる走行の制動力を設定するために操作される。ブレーキペダル１５３の操作量が大きいほど、強い制動力が設定される。 ステアリングハンドル１５４は、作業車両１００の舵角を設定するために操作される。 前後切替スイッチ１５５は、作業車両１００の進行方向を設定するために操作される。作業車両の進行方向は、前進（Ｆ：Forward）、後進（Ｒ：Rear）、または中立（Ｎ：Neutral）のいずれかである。
シフトスイッチ１５６は、動力伝達装置の速度範囲を設定するために操作される。シフトスイッチ１５６の操作によって、例えば、１速、２速、３速、および４速の中から１つの速度範囲が選択される。
ブームレバー１５７は、ブーム１２１の上げ操作または下げ操作の移動量を設定するために操作される。ブームレバー１５７は、前方へ傾けられることにより下げ操作を受け付け、後方へ傾けられることにより上げ操作を受け付ける。
バケットレバー１５８は、バケット１２２のダンプ操作またはチルト操作の移動量を設定するために操作される。バケットレバー１５８は、前方へ傾けられることによりダンプ操作を受け付け、後方へ傾けられることによりチルト操作を受け付ける。

《動力系統》
図３は、第１の実施形態に係る作業車両の動力系統を示す模式図である。
作業車両１００は、エンジン２１０、ＰＴＯ２２０（Power Take Off：動力取出装置）、変速機２３０、フロントアクスル２４０、リアアクスル２５０、可変容量ポンプ２６０、固定容量ポンプ２７０を備える。

エンジン２１０は、例えばディーゼルエンジンである。エンジン２１０には、燃料噴射装置２１１およびエンジン回転計２１２が設けられる。燃料噴射装置２１１は、エンジン２１０のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することで、エンジン２１０の駆動力を制御する。エンジン回転計２１２は、エンジン２１０の回転数を計測する。

ＰＴＯ２２０は、エンジン２１０の駆動力の一部を、可変容量ポンプ２６０および固定容量ポンプ２７０に伝達する。つまり、ＰＴＯ２２０は、エンジン２１０の駆動力を、変速機２３０、可変容量ポンプ２６０および固定容量ポンプ２７０に分配する。

変速機２３０は、ＨＳＴ２３１（静油圧式無段変速機）を備える無段変速機である。変速機２３０は、ＨＳＴ２３１のみによって変速制御を行うものであってもよいし、ＨＳＴ２３１と遊星歯車機構との組み合わせによって変速制御を行うＨＭＴ（油圧機械式無段変速機）であってもよい。変速機２３０は、入力軸に入力される駆動力を変速して出力軸から出力する。変速機２３０の入力軸はＰＴＯ２２０に接続され、出力軸はフロントアクスル２４０およびリアアクスル２５０に接続される。つまり、変速機２３０は、ＰＴＯ２２０によって分配されたエンジン２１０の駆動力をフロントアクスル２４０およびリアアクスル２５０に伝達する。変速機２３０には、入力軸回転計２３２および出力軸回転計２３３が設けられる。入力軸回転計２３２は、変速機２３０の入力軸の回転数を計測する。出力軸回転計２３３は、変速機２３０の出力軸の回転数を計測する。変速機２３０のＨＳＴ２３１には、ＨＳＴ圧力計２３４が設けられる。ＨＳＴ圧力計２３４は、ＨＳＴ２３１の圧力を計測する。

フロントアクスル２４０は、変速機２３０が出力する駆動力を前輪部１３０に伝達する。これにより、前輪部１３０が回転する。
リアアクスル２５０は、変速機２３０が出力する駆動力を後輪部１４０に伝達する。これにより、後輪部１４０が回転する。
フロントアクスル２４０およびリアアクスル２５０は、走行装置の一例である。

可変容量ポンプ２６０は、エンジン２１０からの駆動力によって駆動される。可変容量ポンプ２６０の吐出容量は、例えば可変容量ポンプ２６０内に設けられた斜板の傾転角の制御により変更される。可変容量ポンプ２６０から吐出された作動油は、コントロールバルブ２６１を介してステアリングシリンダ１１３、リフトシリンダ１２４、およびバケットシリンダ１２５に供給される。また可変容量ポンプ２６０から吐出された作動油は、ブレーキバルブ２６５およびリリーフバルブ２６６を介して排出される。
コントロールバルブ２６１は、可変容量ポンプ２６０から吐出された作動油の流量を制御し、作動油をステアリングシリンダ１１３とリフトシリンダ１２４とバケットシリンダ１２５とに分配する。ブレーキバルブ２６５は、リリーフバルブ２６６へ供給する作動油の流量を制御する。リリーフバルブ２６６は、作動油の圧力が所定のリリーフ圧を超えたときに圧力を開放し、作動油を排出させる。
可変容量ポンプ２６０には、第１ポンプ圧計２６２およびポンプ容量計２６３が設けられる。第１ポンプ圧計２６２は、可変容量ポンプ２６０からの作動油の吐出圧を計測する。ポンプ容量計２６３は、可変容量ポンプ２６０の斜板角等に基づいて可変容量ポンプ２６０の容量を計測する。
リフトシリンダ１２４には、シリンダ圧力計２６４が設けられる。シリンダ圧力計２６４は、リフトシリンダ１２４の圧力を計測する。
可変容量ポンプ２６０はＰＴＯ２２０から動力を分配される装置の一例である。他の実施形態においては、可変容量ポンプ２６０が複数のポンプから構成されてもよいし、可変容量ポンプ２６０に代えてまたは加えて、図示されない油圧駆動ファンなどの他の供給先を備えていてもよい。

固定容量ポンプ２７０は、エンジン２１０からの駆動力によって駆動される。固定容量ポンプ２７０から吐出された作動油は変速機２３０内の図示しないクラッチに供給される。固定容量ポンプ２７０には、第２ポンプ圧計２７１が設けられる。第２ポンプ圧計２７１は、固定容量ポンプ２７０からの作動油の吐出圧を計測する。固定容量ポンプ２７０はＰＴＯ２２０から動力を分配される装置の一例である。固定容量ポンプ２７０は、複数のポンプから構成されてもよいし、図示されない潤滑回路などの供給先があってもよい。

《制御装置》
作業車両１００は、作業車両１００を制御するための制御装置３００を備える。
制御装置３００は、運転室１５０内の各操作装置（アクセルペダル１５２、ブレーキペダル１５３、ステアリングハンドル１５４、前後切替スイッチ１５５、シフトスイッチ１５６、ブームレバー１５７、バケットレバー１５８）の操作量に応じて、燃料噴射装置２１１、変速機２３０、可変容量ポンプ２６０、コントロールバルブ２６１、ブレーキバルブ２６５に制御信号を出力する。

図４は、第１の実施形態に係る作業車両の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。制御装置３００は、プロセッサ３１０、メインメモリ３３０、ストレージ３５０、インタフェース３７０を備えるコンピュータである。

ストレージ３５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。ストレージ３５０の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ３５０は、制御装置３００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース３７０または通信回線を介して制御装置３００に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ３５０は、作業車両１００を制御するためのプログラムを記憶する。

プログラムは、制御装置３００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

プログラムが通信回線によって制御装置３００に配信される場合、配信を受けた制御装置３００が当該プログラムをメインメモリ３３０に展開し、上記処理を実行してもよい。 また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ３５０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

プロセッサ３１０は、プログラムを実行することで、操作量取得部３１１、計測値取得部３１２、車両状態算出部３１３、要求ＰＴＯトルク決定部３１４、要求出力トルク決定部３１５、走行負荷推定部３１６、目標回転数決定部３１７、加速トルク特定部３１８、目標エンジントルク決定部３１９、エンジン制御部３２０、ブレーキ制御判定部３２１、目標ＨＳＴ圧特定部３２２（目標回路圧特定部）、オフセットトルク決定部３２３、補填トルク決定部３２４、アシストトルク決定部３２５、ブレーキトルク決定部３２６ブレーキトルク決定部３２６、目標速度比決定部３２７、変速機制御部３２８、ポンプ制御部３２９を備える。

操作量取得部３１１は、アクセルペダル１５２、ブレーキペダル１５３、ステアリングハンドル１５４、前後切替スイッチ１５５、シフトスイッチ１５６、ブームレバー１５７、バケットレバー１５８のそれぞれから操作量を取得する。以下、アクセルペダル１５２の操作量をアクセル操作量、ブレーキペダル１５３の操作量をブレーキ操作量、ステアリングハンドル１５４の操作量をステアリング操作量、前後切替スイッチ１５５の操作位置に応じた値をＦＮＲ操作量、シフトスイッチ１５６の操作位置に応じた値をシフト操作量、ブームレバー１５７の操作量をブーム操作量、バケットレバー１５８の操作量をバケット操作量という。

計測値取得部３１２は、燃料噴射装置２１１、エンジン回転計２１２、入力軸回転計２３２、出力軸回転計２３３、ＨＳＴ圧力計２３４、第１ポンプ圧計２６２、ポンプ容量計２６３、シリンダ圧力計２６４、および第２ポンプ圧計２７１から計測値を取得する。すなわち、計測値取得部３１２は、エンジン２１０の燃料噴射量、エンジン２１０の回転数、変速機２３０の入力軸の回転数、変速機２３０の出力軸の回転数、ＨＳＴ２３１の圧力、可変容量ポンプ２６０のポンプ圧、可変容量ポンプ２６０の容量、リフトシリンダ１２４の圧力、および固定容量ポンプ２７０のポンプ圧のそれぞれの計測値を取得する。

車両状態算出部３１３は、計測値取得部３１２が取得した計測値に基づいて、エンジン２１０の出力トルク、エンジン２１０の上限トルク、エンジン２１０の角加速度、ＰＴＯ２２０で可変容量ポンプ２６０および固定容量ポンプ２７０へ分配されるトルク（ＰＴＯトルク）、変速機２３０の入出力速度比、変速機２３０の出力軸の角加速度、作業車両１００の走行速度を算出する。エンジン２１０の出力トルクとは、燃料噴射量に基づいて算出されるエンジン２１０が実際に発揮するトルクである。エンジン２１０の上限トルクとは、エンジン２１０が発揮可能な最大のトルクである。

要求ＰＴＯトルク決定部３１４は、操作量取得部３１１が取得したステアリング操作量、ブーム操作量、およびバケット操作量と、計測値取得部３１２が取得した可変容量ポンプ２６０のポンプ圧、可変容量ポンプ２６０の容量、および固定容量ポンプ２７０のポンプ圧の計測値とに基づいて、ＰＴＯ２２０から可変容量ポンプ２６０および固定容量ポンプ２７０へ分配されるトルクの要求値（要求ＰＴＯトルク）を決定する。例えば、要求ＰＴＯトルク決定部３１４は、操作量と要求流量との関係を規定するＰＴＯ変換関数に基づいて、ステアリング操作量から可変容量ポンプ２６０の要求流量を求める。また例えば、要求ＰＴＯトルク決定部３１４は、ＰＴＯ変換関数に基づいて、ブーム操作量およびバケット操作量から可変容量ポンプ２６０の要求流量を求める。そして、要求ＰＴＯトルク決定部３１４は、可変容量ポンプ２６０のポンプ圧、可変容量ポンプ２６０の容量、および固定容量ポンプ２７０のポンプ圧の計測値と、特定した可変容量ポンプ２６０の要求流量に基づいて、要求ＰＴＯトルクを決定する。

要求出力トルク決定部３１５は、操作量取得部３１１が取得したアクセル操作量、ブレーキ操作量、シフト操作量、およびＦＮＲ操作量と、車両状態算出部３１３が算出した走行速度とに基づいて、変速機２３０の出力軸のトルクの要求値（要求出力トルク）を決定する。例えば、要求出力トルク決定部３１５は、走行速度と要求出力トルクとの関係を規定する走行変換関数に基づいて、車両状態算出部３１３が算出した走行速度から要求出力トルクを決定する。このとき、要求出力トルク決定部３１５は、走行変換関数の特性を、アクセル操作量、ブレーキ操作量、シフト操作量、およびＦＮＲ操作量に基づいて決定する。
具体的には、要求出力トルク決定部３１５は、複数の速度範囲に対応する複数の走行変換関数のうち、シフト操作量によって特定される速度範囲に対応する走行変換関数を特定する。要求出力トルク決定部３１５は、アクセル操作がある場合、アクセル操作量に係る倍率に基づいて特定した走行変換関数を変形する。要求出力トルク決定部３１５は、ブレーキ操作がある場合、ブレーキ操作量に係る倍率に基づいて特定した走行変換関数を変形する。要求出力トルク決定部３１５は、ＦＮＲ操作量に基づいて、要求出力トルクの符号を決定する。なお、要求出力トルクと走行速度の符号が一致しない場合（要求出力トルクと走行速度の積の符号が負である場合）、変速機２３０によって制動側のトルクが発揮される。
走行変換関数によれば、走行速度が所定速度を超えるとき、要求出力トルクが制動側の値となる。そのため、要求出力トルク決定部３１５は、車両状態算出部３１３が算出した走行速度が、シフト操作量とアクセル操作量とブレーキ操作量とによって特定される速度範囲の上限を超える場合、要求出力トルクが制動側の値（走行速度と逆の符号）となる。

走行負荷推定部３１６は、車両状態算出部３１３が算出したエンジン２１０の出力トルクＴｅｎｇ、エンジン２１０の角加速度αｅｎｇ、ＰＴＯトルクＴＰＴＯ、変速機２３０の入出力速度比ｉ、変速機２３０の出力軸の角加速度αｏｕｔに基づいて、走行に係る走行負荷トルクＴｌｏａｄを推定する。
走行負荷トルクＴｌｏａｄは、以下の式（１）に基づいて算出することができる。

Ｉｅｎｇは、エンジン２１０の慣性モーメントである。Ｉｖは、作業車両１００の慣性モーメントである。ηｔは、変速機２３０のトルク効率である。Ｎは、変速機２３０の出力軸から前輪部１３０および後輪部１４０までの間におけるアクスル減速比である。慣性モーメントＩｅｎｇ、慣性モーメントＩｖ、トルク効率ηｔ、およびアクスル減速比Ｎは定数である。

なお、式（１）は、エンジン２１０の出力トルクＴｅｎｇと変速機２３０の出力トルクＴｏｕｔとの関係を示す式（２）と、変速機２３０の出力トルクＴｏｕｔと作業車両１００の加速度αｏｕｔとの関係を示す式（３）と、から導出することができる。なお、他の実施形態においては、走行負荷トルクＴｌｏａｄは、式（１）以外の式に基づいて算出されてもよい。例えば、式（２）に代えて、ＨＳＴ２３１が計測したＨＳＴ２３１の圧力と、ＨＳＴ２３１の可変容量ポンプの容量指令または当該可変容量ポンプに設けられるポンプ容量計が計測したポンプ容量と、出力トルクＴｏｕｔとの関係を示す式を用いて、走行負荷トルクＴｌｏａｄを特定する式を導出してもよい。また、他の実施形態において、変速機２３０が電気モータを備える場合、電気モータのトルク指令や電圧・電流から推定した電気モータ出力トルクを用いて、走行負荷トルクＴｌｏａｄを特定する式を導出してもよい。

目標回転数決定部３１７は、要求出力トルクと走行速度から算出される要求走行パワーと要求ＰＴＯトルクとエンジン２１０の回転数の計測値から算出される要求ＰＴＯ出力との和である要求エンジン出力とに基づいて、エンジン２１０の制御に用いられる目標エンジン回転数を決定する。目標回転数決定部３１７は、予め設計等により定められた、要求エンジン出力とエンジン回転数との関係を規定する回転数変換関数に基づいて、目標エンジン回転数を決定する。回転数変換関数は、例えば、要求エンジン出力を発揮可能かつエンジン加速度を阻害しない範囲で、なるべくエンジン２１０の回転を低回転側に抑える設計とするものであってよい。
また目標回転数決定部３１７は、要求ＰＴＯトルク決定部３１４で算出した、可変容量ポンプ２６０の要求流量を実現するために必要なエンジンの回転数（ＰＴＯ必要回転数）を決定する。目標回転数決定部３１７は、予め設計等により定められた、可変容量ポンプ２６０の要求流量とエンジン回転数との関係を規定する回転数変換関数に基づいて、ＰＴＯ必要回転数を決定する。目標回転数決定部３１７は、目標エンジン回転数がＰＴＯ必要回転数を下回る場合、目標エンジン回転数をＰＴＯ必要回転数に決定する。

加速トルク特定部３１８は、計測値取得部３１２が取得したエンジン２１０の回転数の計測値と目標回転数決定部３２０が決定した目標エンジン回転数とに基づいて、エンジン２１０を目標エンジン回転数で回転させるために必要な目標加速トルクを算出する。すなわち、加速トルク特定部３１８は、エンジン２１０の回転数の計測値と目標エンジン回転数との差の回転数にから目標エンジン加速度を決定し、目標エンジン加速度にエンジン２１０の慣性モーメントを乗算することで、目標加速トルクを算出する。

目標エンジントルク決定部３１９は、車両状態算出部３１３が算出したＰＴＯトルク、エンジン２１０の上限トルク、および変速機２３０の入出力速度比と、要求出力トルク決定部３１５が決定した要求出力トルクと、エンジン２１０の回転数の計測値とに基づいて、エンジン２１０が出力すべきトルクである目標エンジントルクを決定する。目標エンジントルク決定部３１９は、要求出力トルクに変速機２３０の入出力速度比を乗算することで、要求出力トルクを得るために必要となるエンジン２１０のトルクである要求入力トルクを算出する。目標エンジントルク決定部３１９は、ＰＴＯトルクと要求入力トルクとの和と、エンジントルクの最大値のうち小さい方を、目標エンジントルクに決定する。

エンジン制御部３２０は、燃料噴射装置２１１に、エンジントルク指令を出力する。具体的には、エンジン制御部３２０は、目標エンジントルク決定部３１９が決定した目標エンジントルクを示すエンジントルク指令を出力する。エンジン制御部３２０は、駆動源制御部の一例である。

ブレーキ制御判定部３２１は、可変容量ポンプ２６０の駆動によってブレーキ力を得るＰＴＯブレーキ制御を行うか否かを判定する。具体的には、ブレーキ制御判定部３２１は、要求出力トルク決定部３１５が決定した要求出力トルクが制動側の値である場合に、ＰＴＯブレーキ制御を行うと判定する。
他の実施形態においては、ブレーキ制御判定部３２１は、要求出力トルクの符号が制動側で、かつ絶対値がある閾値を超えた場合にＰＴＯブレーキ制御を行うと判定してもよい。

目標ＨＳＴ圧特定部３２２は、要求出力トルク決定部３１５が決定した要求出力トルクに対応するＨＳＴ２３１の圧力を、ＨＳＴ２３１の制御目標である目標ＨＳＴ圧（目標回路圧）に決定する。変速機２３０の出力トルクとＨＳＴ２３１の圧力との関係は、変速機２３０の設計によって定められる出力軸とＨＳＴモータとの間におけるギヤ比の関係と、そのときのＨＳＴモータの容量により決定される。

オフセットトルク決定部３２３は、要求入力トルクに所定の係数を乗算することで、ＰＴＯブレーキ制御に用いるオフセットトルクを決定する。要求入力トルクは、要求出力トルク決定部３１５で決定した要求出力トルクに変速機２３０の入出力速度比を乗算することで算出される。なお、オフセットトルク決定部３２３は、目標エンジントルク決定部３１９が算出した要求入力トルクを用いてオフセットトルクを決定してもよい。オフセットトルクの決定に用いる係数は、－１より大きく０以下の値である。ＰＴＯブレーキ制御は要求出力トルクが負の値である場合に実行されるため、オフセットトルクは正の値となる。このオフセットトルクは、経験的または実験的に必要になると予想されるＰＴＯブレーキトルクを概算したフィードフォワード補正項になる。

補填トルク決定部３２４は、計測値取得部３１２が取得したＨＳＴ２３１の圧力の計測値である実ＨＳＴ圧（実回路圧）と、目標ＨＳＴ圧特定部が特定した目標ＨＳＴ圧との差に基づくＰＩ（Proportional Integral）制御により、ＰＴＯブレーキ制御に用いる補填トルクを決定する。なお、他の実施形態に係る補填トルク決定部３２４は、実ＨＳＴ圧と目標ＨＳＴ圧とに基づく他のフィードバック制御によって補填トルクを決定してもよい。この補填トルクは、制動力を目標通り精度よく制御するためのフィードバック補正項になる。

アシストトルク決定部３２５は、計測値取得部３１２が取得したエンジン２１０の回転数の計測値に基づいて、エンジン２１０の回転加速をアシストするためのアシストトルクを決定する。例えば、アシストトルク決定部３２５は、エンジンの目標回転数とアシスト保障回転数とのうち小さい方と、エンジン２１０の回転数の計測値との差に基づくＰ制御により、エンジン２１０の回転数がアシスト保障回転数より低いときにエンジン２１０の回転加速をアシストするための低回転アシストトルクを決定する。アシスト保障回転数は、走行や作業機のパワーを確保する目的で、エンジン回転数が一定回転以下に落ち込まないために設定される。
またアシストトルク決定部３２５は、要求ＰＴＯトルク決定部３１４が算出した可変容量ポンプ２６０の要求流量を実現するために必要なエンジンの回転数と、エンジン２１０の回転数の計測値との差に基づくＰ制御により、作業機１２０の駆動に作動油が必要なときにエンジン２１０の回転加速をアシストするための作業機アシストトルクを決定する。アシストトルク決定部３２５が決定するアシストトルクは、０以上の値である。このアシストトルクはエンジン回転を素早く高める必要がある場合にエンジン回転加速をアシストするための補正項になる。

ブレーキトルク決定部３２６は、オフセットトルクと補填トルクとアシストトルクとに基づいて、ＰＴＯブレーキ制御において可変容量ポンプ２６０に消費させるブレーキトルクを決定する。具体的には、ブレーキトルク決定部３２６は、オフセットトルクと補填トルクとを加算し、アシストトルクを減算することで、ブレーキトルクを決定する。

目標速度比決定部３２７は、変速機２３０の入力軸の回転数の計測値、変速機２３０の出力軸の回転数の計測値、走行負荷推定部３１６が推定した走行負荷トルク、要求出力トルク決定部３１５が決定した目標出力トルク、および加速トルク特定部３１８が特定した目標エンジン加速度に基づいて、変速機２３０の目標入出力速度比を決定する。具体的には、目標速度比決定部３２７は、変速機２３０の出力軸の回転数、走行負荷トルク、および目標出力トルクに基づいて、所定の制御周期に係る時間の経過後における変速機２３０の出力軸の回転数を推定し、それを出力軸の目標回転数として設定する。目標速度比決定部３２７は、変速機２３０の入力軸の回転数および目標エンジン加速度に基づいて、所定の制御周期に係る時間の経過後における変速機２３０の入力軸の回転数を推定し、それを入力軸の目標回転数として設定する。目標速度比決定部３２７は、出力軸の目標回転数を入力軸の目標回転数で除算することで、目標入出力速度比を決定する。

変速機制御部３２８は、目標速度比決定部３２７が決定した目標入出力速度比を実現するために、変速機２３０の制御指令を出力する。変速機制御部３２８は、例えば変速機２３０が備えるＨＳＴ２３１の容量指令を出力する。

ポンプ制御部３２９は、要求ＰＴＯトルク決定部３１４が決定した要求ＰＴＯトルクと、ブレーキトルク決定部３２６が決定したブレーキトルクの和となる吸収トルクを実現するために、可変容量ポンプ２６０の制御指令を出力する。またポンプ制御部３２９は、ＰＴＯブレーキ制御を行う場合に、ブレーキトルクを実現するために、ブレーキバルブ２６５の制御指令を出力する。

《作業車両の制御方法》
図５は、第１の実施形態に係る作業車両の制御方法を示すフローチャートである。
まず、操作量取得部３１１は、アクセルペダル１５２、ブレーキペダル１５３、ステアリングハンドル１５４、前後切替スイッチ１５５、シフトスイッチ１５６、ブームレバー１５７、バケットレバー１５８のそれぞれから操作量を取得する（ステップＳ１）。また、計測値取得部３１２は、燃料噴射装置２１１、エンジン回転計２１２、入力軸回転計２３２、出力軸回転計２３３、ＨＳＴ圧力計２３４、第１ポンプ圧計２６２、ポンプ容量計２６３、シリンダ圧力計２６４、および第２ポンプ圧計２７１から計測値を取得する（ステップＳ２）。

次に、車両状態算出部３１３は、ステップＳ２で取得した計測値に基づいて、エンジン２１０の出力トルク、エンジン２１０の上限トルク、エンジン２１０の角加速度、ＰＴＯトルク、変速機２３０の入出力速度比、変速機２３０の出力軸の角加速度、作業車両１００の走行速度を算出する（ステップＳ３）。

要求ＰＴＯトルク決定部３１４は、ステップＳ１で取得したステアリング操作量、ブーム操作量、およびバケット操作量と、ステップＳ２で取得した可変容量ポンプ２６０のポンプ圧および容量、ならびに固定容量ポンプ２７０のポンプ圧の計測値とに基づいて、要求ＰＴＯトルクを決定する（ステップＳ４）。要求出力トルク決定部３１５は、ステップＳ１で取得した走行に関する操作量と、ステップＳ３で算出した走行速度とに基づいて、要求出力トルクを決定する（ステップＳ５）。走行負荷推定部３１６は、ステップＳ３で算出した車両状態の値に基づいて、走行負荷トルクを推定する（ステップＳ６）。

目標回転数決定部３１７は、要求出力トルクと走行速度から算出される要求走行パワーと、要求ＰＴＯトルクとエンジン２１０の回転数の計測値から算出される要求ＰＴＯ出力との和である要求エンジン出力に基づいて、目標エンジン回転数を決定する（ステップＳ７）。加速トルク特定部３１８は、エンジン２１０の回転数の計測値とステップＳ７で決定した目標エンジン回転数とに基づいて目標加速トルクを算出する（ステップＳ８）。目標エンジントルク決定部３１９は、要求出力トルクと、ステップＳ３で算出したＰＴＯトルク、エンジンの上限トルク、および変速機２３０の入出力速度比と、ステップＳ２で取得したエンジン２１０の回転数の計測値とに基づいて目標エンジントルクを決定する（ステップＳ９）。エンジン制御部３２０は、ステップＳ９で決定した目標エンジントルクを示すエンジントルク指令を出力する（ステップＳ１０）。

次に、ブレーキ制御判定部３２１は、ステップＳ５で決定した要求出力トルクが制動側の値であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。要求出力トルクが駆動側の値である場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、ブレーキ制御判定部３２１は、ＰＴＯブレーキ制御が必要ないと判定する。

要求出力トルクが制動側の値である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ブレーキ制御判定部３２１は、ＰＴＯブレーキ制御が必要であると判定する。要求出力トルクが制動側の値である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、目標ＨＳＴ圧特定部３２２は、ステップＳ５で決定した要求出力トルクに基づいて、ＨＳＴ２３１の制御目標である目標ＨＳＴ圧を決定する（ステップＳ１２）。オフセットトルク決定部３２３は、要求入力トルクに所定の係数を乗算することでオフセットトルクを決定する（ステップＳ１３）。

補填トルク決定部３２４は、計測値取得部３１２が取得したＨＳＴ２３１の圧力の計測値である実ＨＳＴ圧と、目標ＨＳＴ圧特定部が特定した目標ＨＳＴ圧との差に基づくＰＩ制御により補填トルクを決定する（ステップＳ１４）。実ＨＳＴ圧が目標ＨＳＴ圧より小さい場合、補填トルクは正の値となる。実ＨＳＴ圧が目標ＨＳＴ圧より大きい場合、補填トルクは負の値となる。
アシストトルク決定部３２５は、エンジンの目標回転数とアシスト保障回転数とのうち小さい方と、エンジン２１０の回転数の計測値との差に基づくＰ制御により低回転アシストトルクを決定する（ステップＳ１５）。またアシストトルク決定部３２５は、オペレータが要求する作業機スピードを素早く実現するために必要なエンジンの回転数とエンジン２１０の回転数の計測値との差に基づくＰ制御により作業機アシストトルクを決定する（ステップＳ１６）。

ブレーキトルク決定部３２６は、オフセットトルクと補填トルクとを加算したトルク値から、低回転アシストトルクおよび作業機アシストトルクを減算することで、ブレーキトルクを決定する（ステップＳ１７）。

目標速度比決定部３２７は、変速機２３０の入力軸の回転数の計測値、変速機２３０の出力軸の回転数の計測値、負荷トルク、目標出力トルク、および目標エンジン加速度に基づいて目標入出力速度比を決定する（ステップＳ１８）。変速機制御部３２８は、目標入出力速度比を実現するための変速機２３０の制御指令を出力する（ステップＳ１９）。

ポンプ制御部３２９は、ステップＳ４で決定した要求ＰＴＯトルクとステップＳ１７で決定したブレーキトルクの和となる吸収トルクを実現するために必要な可変容量ポンプ２６０の容量を特定し、当該容量を指示する制御指令を可変容量ポンプ２６０に出力する（ステップＳ２０）。
また、ポンプ制御部３２９は、ステップＳ１１の判定結果に基づいて、ＰＴＯブレーキ制御を行うか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ１１において、ブレーキ制御判定部３２１は、要求出力トルクが制動側の値である場合にＰＴＯブレーキ制御を行うと判定する。
ＰＴＯブレーキ制御を行う場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ポンプ制御部３２９は、ブレーキバルブ２６５にブレーキトルクに応じた開度を指示する制御指令を出力する（ステップＳ２２）。これにより、作業車両１００の制動時にリリーフバルブ２６６から作動油が排出される。したがって、ＰＴＯ２２０から可変容量ポンプ２６０へ分配されるトルクのうち、作業機１２０の制御およびステアリングの制御に用いられないトルクは、熱として消費される。

制御装置３００は、上述の制御処理を、所定の制御周期ごとに実行する。

《作用・効果》
このように、第１の実施形態に係る制御装置３００によれば、ＨＳＴ２３１の目標ＨＳＴ圧と実ＨＳＴ圧とに基づいて可変容量ポンプ２６０に消費させるトルクであるブレーキトルクを決定し、当該ブレーキトルクに基づいて可変容量ポンプ２６０を制御する。これにより、制御装置３００は、ＨＳＴ圧によって変速機２３０の出力軸のトルクをフィードバックすることで、作業車両１００の動力系統が電気的ハードウェアを備えなくても、作業車両１００の制動力を精度よく制御することができる。

また、第１の実施形態に係る制御装置３００によれば、操作装置の操作量と作業車両１００の走行速度とに基づいて要求出力トルクを特定し、当該要求出力トルクに基づいて目標ＨＳＴ圧を決定する。これにより、制御装置３００は、オペレータの操作量に応じた制動力を作業車両１００に発揮させることができる。

また、第１の実施形態に係る制御装置３００によれば、要求出力トルクに速度比および所定の係数を乗算することで得られるオフセットトルクと、目標ＨＳＴ圧と実ＨＳＴ圧との差に基づくフィードバック制御により得られる補填トルクの和に基づいてブレーキトルクを決定する。制御装置３００は、オフセットトルクにより 制動開始直後の制動の追従性を高めることができ、または制動力の高い応答性と安定性を両立させることができ、補填トルクにより最終的な制動力の精度を高めることができる。さらに第１の実施形態に係る制御装置３００は、駆動源の回転数に基づいてアシストトルクを決定し、オフセットトルクと補填トルクの和からアシストトルクを減算することでブレーキトルクを決定する。これにより、制御装置３００は、さらに制動力の一部をエンジン２１０の回転加速のアシストに利用することができる。
なお、他の実施形態においては、制御装置３００は、オフセットトルクおよびアシストトルクの少なくとも一方を用いずにブレーキトルクを決定してもよい。

以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。

また、第１の実施形態に係る作業車両１００は、ホイールローダであるが、これに限られない。例えば他の実施形態に係る作業車両１００は、ブルドーザおよびトラクタなどの他の作業車両１００であってもよい。また他の実施形態においては、制御装置３００が作業車両以外の動力機械に適用されてもよい。

１００…作業車両 １１０…車体 １１１…前車体 １１２…後車体 １１３…ステアリングシリンダ １２０…作業機 １２１…ブーム １２２…バケット １２３…ベルクランク １２４…リフトシリンダ １２５…バケットシリンダ １３０…前輪部 １５０…運転室 １５１…シート １５２…アクセルペダル １５３…ブレーキペダル １５４…ステアリングハンドル １５５…前後切替スイッチ １５６…シフトスイッチ １５７…ブームレバー １５８…バケットレバー １４０…後輪部 ２１０…エンジン ２１１…燃料噴射装置 ２１２…エンジン回転計 ２２０…ＰＴＯ ２３０…変速機 ２３１…ＨＳＴ ２３３…出力軸回転計 ２３４…ＨＳＴ圧力計 ２４０…フロントアクスル ２５０…リアアクスル ２６０…可変容量ポンプ ２６１…コントロールバルブ ２６２…第１ポンプ圧計 ２６３…ポンプ容量計 ２６５…ブレーキバルブ ２６６…リリーフバルブ ２７０…固定容量ポンプ ２７１…第２ポンプ圧計 ３００…制御装置 ３１０…プロセッサ ３３０…メインメモリ ３５０…ストレージ ３７０…インタフェース ３１１…操作量取得部 ３１２…計測値取得部 ３１３…車両状態算出部 ３１４…要求ＰＴＯトルク決定部 ３１５…要求出力トルク決定部 ３１６…走行負荷推定部 ３１７…目標回転数決定部 ３１８…加速トルク特定部 ３１９…目標エンジントルク決定部 ３２０…エンジン制御部 ３２１…ブレーキ制御判定部 ３２２…目標ＨＳＴ圧特定部 ３２３…オフセットトルク決定部 ３２４…補填トルク決定部 ３２５…アシストトルク決定部 ３２６…ブレーキトルク決定部 ３２７…目標速度比決定部 ３２８…変速機制御部 ３２９…ポンプ制御部

Claims (6)

1. 駆動源と、
   前記駆動源の駆動力によって駆動される油圧ポンプと、
   前記駆動源の駆動力の一部を前記油圧ポンプに伝達する動力取出装置と、
   静油圧式無段変速機を含み、入力軸が前記動力取出装置に接続され、出力軸が負荷に接続され、前記入力軸に入力される駆動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置と、
   前記駆動源の駆動力の大きさを指示するための操作装置と
   を備える動力機械の制御装置であって、
   前記操作装置の操作量に基づいて、前記静油圧式無段変速機の目標圧力である目標回路圧を特定する目標回路圧特定部と、
   前記静油圧式無段変速機の圧力の計測値である実回路圧を取得する計測値取得部と、
   前記目標回路圧と前記実回路圧とに基づいて前記油圧ポンプに消費させるトルクであるブレーキトルクを決定するブレーキトルク決定部と、
   前記ブレーキトルクに基づいて前記油圧ポンプを制御するポンプ制御部と
   を備える動力機械の制御装置。
2. 前記操作装置の操作量と前記出力軸の回転数とに基づいて、前記動力伝達装置の要求出力トルクを決定する要求出力トルク決定部を備え、
   前記目標回路圧特定部は、前記要求出力トルクに基づいて前記目標回路圧を特定する
   請求項１に記載の動力機械の制御装置。
3. 前記動力伝達装置の要求出力トルクに所定の係数を乗算したオフセットトルクを決定するオフセットトルク決定部と、
   前記目標回路圧と前記実回路圧との差に基づくフィードバック制御により補填トルクを決定する補填トルク決定部と
   を備え、
   前記ブレーキトルク決定部は、前記オフセットトルクと前記補填トルクの和に基づいて前記ブレーキトルクを決定する
   請求項２に記載の動力機械の制御装置。
4. 駆動源と、
   前記駆動源の駆動力によって駆動される油圧ポンプと、
   前記駆動源の駆動力の一部を前記油圧ポンプに伝達する動力取出装置と、
   静油圧式無段変速機を含み、入力軸が前記動力取出装置に接続され、出力軸が負荷に接続され、前記入力軸に入力される駆動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置と、
   前記駆動源の駆動力の大きさを指示するための操作装置と
   を備える動力機械の制御装置であって、
   前記静油圧式無段変速機の目標圧力である目標回路圧を特定する目標回路圧特定部と、 前記静油圧式無段変速機の圧力の計測値である実回路圧を取得する計測値取得部と、
   前記目標回路圧と前記実回路圧とに基づいて前記油圧ポンプに消費させるトルクであるブレーキトルクを決定するブレーキトルク決定部と、
   前記ブレーキトルクに基づいて前記油圧ポンプを制御するポンプ制御部と
   前記操作装置の操作量と前記出力軸の回転数とに基づいて、前記動力伝達装置の要求出力トルクを決定する要求出力トルク決定部と、
   前記動力伝達装置の要求出力トルクに所定の係数を乗算したオフセットトルクを決定するオフセットトルク決定部と、
   前記目標回路圧と前記実回路圧との差に基づくフィードバック制御により補填トルクを決定する補填トルク決定部と
   前記駆動源の回転数に基づいて、前記駆動源の回転加速をアシストするためのアシストトルクを決定するアシストトルク決定部を備え、
   前記目標回路圧特定部は、前記要求出力トルクに基づいて前記目標回路圧を特定し、
   前記ブレーキトルク決定部は、前記オフセットトルクと前記補填トルクの和から前記アシストトルクを減算することで前記ブレーキトルクを決定する
   動力機械の制御装置。
5. 駆動源と、
   前記駆動源の駆動力によって駆動される走行装置と、
   前記駆動源の駆動力によって駆動される油圧ポンプと、
   前記駆動源の駆動力の一部を前記油圧ポンプに伝達する動力取出装置と、
   静油圧式無段変速機を含み、入力軸が前記動力取出装置に接続され、出力軸が前記走行装置に接続され、前記入力軸に入力される駆動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置と、
   前記駆動源の駆動力の大きさを指示するための操作装置と
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の制御装置と
   を備える作業車両。
6. 駆動源と、
   前記駆動源の駆動力によって駆動される走行装置と、
   前記駆動源の駆動力によって駆動される油圧ポンプと、
   前記駆動源の駆動力の一部を前記油圧ポンプに伝達する動力取出装置と、
   静油圧式無段変速機を含み、入力軸が前記動力取出装置に接続され、出力軸が前記走行装置に接続され、前記入力軸に入力される駆動力を前記出力軸に伝達する動力伝達装置と、
   前記駆動源の駆動力の大きさを指示するための操作装置と
   を備える動力機械の制御方法であって、
   前記操作装置の操作量に基づいて、前記静油圧式無段変速機の目標圧力である目標回路圧を特定するステップと、
   前記静油圧式無段変速機の圧力の計測値である実回路圧を取得するステップと、
   前記目標回路圧と前記実回路圧とに基づいて前記油圧ポンプに消費させるトルクであるブレーキトルクを決定するステップと、
   前記ブレーキトルクに基づいて前記油圧ポンプを制御するステップと
   を備える動力機械の制御方法。

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