JP4903692B2 - クラッチ制御装置およびクラッチ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、クラッチ制御装置およびクラッチ制御方法に関する。

作業車両用の変速機に組み込まれた複数の油圧クラッチについて油圧制御を行うためのクラッチ制御装置が知られている（特許文献１参照）。
上記特許文献１に開示されたクラッチ制御装置では、アクセルの操作量、ブレーキの作動状態、および変速時の速度段といった３つの変速条件により、解放状態から係合状態へ移行すべき油圧クラッチ（セカンダリクラッチ）の油圧制御に必要な制御パラメータ（油圧漸増率）を可変制御している。また、他の制御パラメータとしては、セカンダリクラッチに対して急速的に油圧を加えるための油圧値を設定する必要があり、この油圧値については、変速時のトルクコンバータの出力トルクなどから演算によって求めている。このような油圧漸増率および油圧値に基づいてセカンダリクラッチを変速時に制御することにより、従来のクラッチ制御装置では、変速ショックが出来る限り生じないようになされている。

特許第２７３２０９６号公報

しかしながら、従来のクラッチ制御装置では、演算によって制御パラメータを求めるために制御アルゴリズムが複雑にならざるを得ず、このような制御アルゴリズムによる制御動作の信頼性や安定性を検証するのが困難となっている。

（１）請求項１の発明によるクラッチ制御装置は、エンジンの出力をトルクコンバータを介して伝える変速機に組み込まれた複数の油圧クラッチと、エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出装置と、トルクコンバータの速度比を検出する速度比検出装置と、変速機のシフトダウンおよびシフトアップを含む速度段の切換えを示す変速パターンを判定する変速パターン判定装置と、変速機の変速パターン毎に複数の油圧クラッチの係合／解放の切換タイミングを規定した複数種類のクラッチ切換パターンを記憶するクラッチ切換パターン記憶装置と、変速時に変速パターン判定装置によって判定された変速パターンに従って、クラッチ切換パターン記憶装置に記憶されたクラッチ切換パターンを選択するクラッチ切換パターン選択装置と、クラッチ切換パターン選択装置によって選択されたクラッチ切換パターンに応じて複数の油圧クラッチの油圧制御を行う油圧制御装置とを備え、変速機は、複数の油圧クラッチのうち、第１のクラッチを係合状態から解放状態へと移行するとともに、第２のクラッチを解放状態から係合状態へと移行することにより変速を行い、クラッチ切換パターンは、エンジン回転数およびトルクコンバータの速度比に基づいて、第１のクラッチを解放するための減圧用の油圧制御パラメータと、第２のクラッチを係合するための増圧用の油圧制御パラメータとの組み合わせ制御情報として、変速パターン毎に複数種類設定され、複数種類の組み合わせ制御情報は、変速パターン毎に、エンジン回転数と速度比をそれぞれ複数レベルに区分した上で、エンジン回転数のレベルと速度比のレベルとの組み合わせに応じて分類され、クラッチ切換パターン選択装置は、変速時に変速パターン判定装置によって判定された変速パターン、エンジン回転数検出装置によって検出されるエンジン回転数、および速度比検出装置によって検出される速度比に基づいて、クラッチ切換パターンを選択し、油圧制御装置は、変速時に、クラッチ切換パターン選択装置によって選択されたクラッチ切換パターンに応じて、減圧用の油圧制御パラメータと増圧用の油圧制御パラメータとの組み合わせ制御情報によって規定された油圧変化プロファイルに従って第１のクラッチおよび第２のクラッチの油圧制御を行うことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載のクラッチ制御装置において、変速機の変速パターンは、少なくとも１速から２速、２速から３速、３速から２速および２速から１速への変速パターンを含み、クラッチ切換パターン記憶装置には、変速パターンのそれぞれについて複数種類のクラッチ切換パターンが記憶されていることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のクラッチ制御装置において、クラッチ切換パターン選択装置は、エンジン回転数検出装置によって変速開始時に検出されるエンジン回転数を用いてクラッチ切換パターンを選択することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載のクラッチ制御装置において、エンジン駆動中に常時検出されるエンジン回転数を一時的に記憶する一時記憶装置と、変速開始時に検出されたエンジン回転数と、一時記憶装置に記憶された変速開始前のエンジン回転数とから、変速中のエンジン予測回転数を算出する予測回転数算出装置とをさらに備え、クラッチ切換パターン選択装置は、エンジン回転数検出装置によって検出されるエンジン回転数の代わりに、予測回転数算出装置によって算出されるエンジン予測回転数を用いて、クラッチ切換パターンを選択することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のクラッチ制御装置において、クラッチ切換パターン記憶装置には、走行モードと作業モードのそれぞれについて複数種類のクラッチ切換パターンが記憶されていることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５に記載のクラッチ制御装置において、走行モードと作業モードのいずれが設定されているかを検出するモード検出装置をさらに備え、クラッチ切換パターン選択装置は、モード検出装置で検出されたモードに対応する複数のクラッチ切換パターンからいずれかを選択することを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載のクラッチ制御装置において、クラッチ切換パターン記憶装置は、走行モードと作業モードに共通のクラッチ切換パターンを記憶することを特徴とする。
（８）請求項８の発明によるエンジンの出力をトルクコンバータを介して伝える変速機に組み込まれた複数の油圧クラッチの油圧制御を行うクラッチ制御方法は、エンジンのエンジン回転数を検出し、トルクコンバータの速度比を検出し、変速機のシフトダウンおよびシフトアップを含む速度段の切換えを示す変速パターンを判定し、変速機の変速パターン毎に複数の油圧クラッチの係合／解放の切換タイミングを規定した複数種類のクラッチ切換パターンを記憶し、変速時に判定された変速パターンに従って、複数種類のクラッチ切換パターンからいずれかを選択し、選択したクラッチ切換パターンに応じて複数の油圧クラッチの油圧制御を行い、変速機は、複数の油圧クラッチのうち、第１のクラッチを係合状態から解放状態へと移行するとともに、第２のクラッチを解放状態から係合状態へと移行することにより変速を行い、クラッチ切換パターンは、エンジン回転数およびトルクコンバータの速度比に基づいて、第１のクラッチを解放するための減圧用の油圧制御パラメータと、第２のクラッチを係合するための増圧用の油圧制御パラメータとの組み合わせ制御情報として、変速パターン毎に複数種類設定され、複数種類の組み合わせ制御情報は、変速パターン毎に、エンジン回転数と速度比をそれぞれ複数レベルに区分した上で、エンジン回転数のレベルと速度比のレベルとの組み合わせに応じて分類され、クラッチ切換パターンの選択において、変速時に判定された変速パターン、検出されたエンジン回転数、および検出された速度比に基づいて、クラッチ切換パターンを選択し、変速時に、第１のクラッチおよび第２のクラッチの油圧制御を、選択されたクラッチ切換パターンに応じて、減圧用の油圧制御パラメータと増圧用の油圧制御パラメータとの組み合わせ制御情報によって規定された油圧変化プロファイルに従って行うことを特徴とする。
（９）請求項９の発明による作業車両は、請求項１から請求項７のいずれかに記載のクラッチ制御装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、変速パターンに従って選択されたクラッチ切換パターンに応じて複数の油圧クラッチが制御され、変速時の変速ショック等を防止した適切な油圧制御を行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるクラッチ制御装置の全体構成図である。 図２は、クラッチ制御装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図３は、制御パラメータおよび油圧波形を説明するための図である。 図４は、組み合わせ制御情報を説明する図である。 図５は、図１のクラッチ制御装置によるクラッチ制御方法を示すフローチャートである。 図６は、本発明の第２の実施の形態によるクラッチ制御装置における、エンジン回転数径時変化を示すグラフである。 図７は、第２の実施の形態のクラッチ制御装置による制御方法を示すフローチャートである。 図８は、本発明の第３の実施の形態によるクラッチ制御装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図９は、図１に示すクラッチ制御装置が搭載されるホイールローダの側面図である。

−第１の実施の形態−
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１〜５は、本発明に係るクラッチ制御装置の第１の実施の形態を示している。図９に示すように、第１の実施の形態によるクラッチ制御装置１００は、一例として作業車両、例えばホイールローダ用の変速機１１０に装備されたものである。ホイールローダのエンジンＥの出力は、変速機１１０により減速されて車輪１２０に伝達される。

図１に示すようにクラッチ制御装置１００は、変速機１１０に組み込まれた油圧クラッチＣ１〜Ｃ４について油圧制御を行うものである。変速機１１０は、トルクコンバータ１０、クラッチシャフトＳ１〜Ｓ３、アウトプットシャフトＳ４、複数のギヤＧ１〜Ｇ１３、前進用の油圧クラッチＦ、後進用の油圧クラッチＲ、１〜４速用の油圧クラッチＣ１〜Ｃ４を基本的な構成要素として備えている。

クラッチ制御装置１００は、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出センサ２０、トルクコンバータ１０のタービン回転数を検出するタービン回転数検出センサ２１、電子制御部３０、および油圧回路４０を有して構成されている。また、電子制御部３０には、シフトチェンジの際に運転者によって操作されるシフトチェンジレバー５０からの操作信号が入力される。

トルクコンバータ１０の入力軸１１は、エンジンＥの出力軸に連結されており、トルクコンバータ１０の出力軸（タービン軸）１２は、クラッチシャフトＳ１に連結されている。トルクコンバータ１０の入力軸１１の回転数は、エンジン回転数としてエンジン回転数検出センサ２０により検出される。トルクコンバータ１０の出力軸１２の回転数は、タービン回転数としてタービン回転数センサ２１により検出される。このタービン回転数をエンジン回転数で除算すると、トルクコンバータ１０の速度比が得られる。

アウトプットシャフトＳ４の両端部には、車両の前後に各々配置された差動装置などを介してフロントアクスルＦＡＸおよびリヤアクスルＲＡＸが連結されている（図９参照）。油圧クラッチＦ，Ｒ，Ｃ１〜Ｃ４の制御用油圧は、油圧回路４０を介して増圧あるいは減圧されるように構成されている。油圧クラッチＦ，Ｒ，Ｃ１〜Ｃ４は、クラッチ解放からクラッチ係合へと移行する際には増圧され、クラッチ係合からクラッチ解放へと移行する際には減圧される。

図１に一例として示すように、前進用の油圧クラッチＦと１速用の油圧クラッチＣ１がそれぞれ係合状態で、その他の油圧クラッチＲ，Ｃ２〜Ｃ４が解放状態にある場合には、ギヤＧ１とクラッチシャフトＳ１が一体になって回転するとともに、ギヤＧ６とクラッチシャフトＳ２とが一体になって回転する。このとき、エンジンの出力トルクは、トルクコンバータ１０の入力軸１１、出力軸１２、クラッチシャフトＳ１，前進用の油圧クラッチＦ、ギヤＧ１，Ｇ３，Ｇ５，Ｇ６、１速用の油圧クラッチＣ１，クラッチシャフトＳ２，ギヤＧ８，Ｇ１２を順に経てアウトプットシャフトＳ４に伝わる（図１の矢印参照）。これにより、１速による走行状態が実現される。

なお、すべてのギヤＧ１〜Ｇ１３は、常に噛み合った状態になっており、図１では便宜上省略しているが、ギヤＧ６，Ｇ９やギヤＧ７，Ｇ１０についても、常に噛み合った状態にある。油圧クラッチが解放状態の場合には、その油圧クラッチに対応するギヤが空転するため、そのような空転するギヤではエンジンＥの出力トルクが伝えられない。

上記のような１速による走行状態において、例えば１速から２速へと変速する場合には、１速用の油圧クラッチＣ１の制御用油圧が減圧されることで係合状態から解放状態へと移行させられ、それと同時に２速用の油圧クラッチＣ２の制御用油圧が増圧される。これにより、２速用の油圧クラッチＣ２は、１速用の油圧クラッチＣ１に代わって係合状態となる。２速用油圧クラッチＣ２が係合状態になると、エンジンの出力トルクは、トルクコンバータ１０の入力軸１１、出力軸１２、クラッチシャフトＳ１，前進用の油圧クラッチＦ、ギヤＧ１，Ｇ３，Ｇ７、２速用の油圧クラッチＣ２、クラッチシャフトＳ２、ギヤＧ８，Ｇ１２を順に経てアウトプットシャフトＳ４に伝わり、その結果、２速による走行状態に切り替わる。

１速と２速との間における変速パターンは、シフトアップパターンとシフトダウンパターンの２つである。シフトアップパターンとしては、１速から２速、２速から３速、３速から４速の３つのパターンがあり、シフトダウンパターンとしては、４速から３速、３速から２速、２速から１速の３つのパターンがある。すなわち、本実施の形態において変速パターンは６通り用意されている。

電子制御部３０は、所定の制御プログラムを実行するマイクロコンピュータによって構成される。電子制御部３０は、図２に示されているように、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、ＥＥＰＲＯＭ３４、およびインターフェース３５を有して構成されている。インターフェース３５には、エンジン回転数センサ２０およびタービン回転数センサ２１が接続されているとともに、油圧回路４０が接続されている。また、シフトチェンジレバー５０の操作信号がインターフェース３５を介して電子制御部３０に入力される。

油圧回路４０は、油圧クラッチＦ，Ｒ，Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれに対応する比例電磁弁式油圧弁（図示略）を備えている。これらの油圧弁は、電子制御部３０からの駆動信号に応じて開閉動作を行い、開動作すると、クラッチへの油圧が増圧する一方、閉動作すると、クラッチへの油圧が減圧する。油圧回路４０には、エンジンＥを駆動源とする不図示の油圧ポンプから作動油が供給されるが、この油圧ポンプは、トルクコンバータ１０や稼動作業アタッチメント１３０（図９参照）用の油圧アクチュエータ（図示略）などにも作動油を供給するように構成されている。そのため、エンジンＥには、走行負荷だけでなく稼動作業による負荷もかかるようになっている。

変速時には、ＲＯＭ３２に格納された制御プログラムに基づいてＣＰＵ３１が所定の処理を行う。以下の説明において、「変速時」とは、変速開始時から変速完了時までの変速中の時間帯を意味する。「変速」とは、ある速度段のクラッチ圧を抜きつつ、ある速度段のクラッチ圧を上昇させることにより、滑らかに車両速度を変化させる過程を意味する。「変速開始時」は、前記過程の最初の時点を意味し、具体的には変速制御指令が発せられた瞬間のことである。また、「変速中」とは、上記過程の「変速開始時」より後の過程を意味し、「変速時」とは上記過程の全域を意味する。

制御プログラムには、図３に示すように、変速時における油圧クラッチＣ１〜Ｃ４の油圧制御に必要な油圧変化プロファイルＤ，Ｕが組み込まれている。各油圧変化プロファイルＤ，Ｕは、時間に関する油圧制御パラメータＴｄ１〜Ｔｄ４、Ｔｕ０〜Ｔｕ５，および油圧そのものに関する油圧制御パラメータＰｄ１〜Ｐｄ３，Ｐｕ１〜Ｐｕ５によって規定される。つまり、変速時において、係合状態から解放状態へと移行すべき油圧クラッチ（以下、「プライマリクラッチ」と称する）は、減圧用の油圧制御パラメータＴｄ１〜Ｔｄ４、Ｐｄ１〜Ｐｄ３で規定された油圧変化プロファイルＤに追従するように制御される。一方、プライマリクラッチと同時に解放状態から係合状態へと移行すべき油圧クラッチ（以下、「セカンダリクラッチ」と称する）は、増圧用の油圧制御パラメータＴｕ０〜Ｔｕ５、Ｐｕ１〜Ｐｕ５で規定された油圧変化プロファイルＵに追従するように制御される。

図３に示すように、油圧変化プロファイルＵは、変速開始時直後の圧力Ｐｕ１が時間Ｔｕ１における圧力Ｐｕ２よりも大きく設定されている。これは、解放状態から係合状態へと移行する油圧クラッチのシリンダに予め作動油を充填しておくことにより、駆動力の抜けを防ぐためである。このように、油圧変化プロファイルＤ，Ｕは、それぞれ駆動力の抜けや変速ショックを起こさないように、車両状態や走行環境に基づく種々の条件に応じて最適な値に設定されている。

このような減圧用の油圧制御パラメータＴｄ１〜Ｔｄ４、Ｐｄ１〜Ｐｄ３および増圧用の油圧制御パラメータＴｕ０〜Ｔｕ５，Ｐｕ１〜Ｐｕ５は、予め実機テストにより決定される。すなわち、図４に一例を示すように、車両状態や走行環境に基づく種々の条件に応じて求められたそれぞれのパラメータの最適値が、組み合わせ制御情報ＳとしてＥＥＰＲＯＭ３４に記憶されている。なお、油圧そのものに関する油圧制御パラメータＰｄ１〜Ｐｄ３，Ｐｕ１〜Ｐｕ５は、制御対象としての油圧弁が電気的に制御されるものであるため、圧力値に代えて電流値により規定されている。

組み合わせ制御情報Ｓは、６種類の変速パターンごとに情報管理されている。さらに、各変速パターンにおける組み合わせ制御情報Ｓは、エンジン回転数の低中高と速度比の低中高の組み合わせによって一義的に決定される。エンジン回転数およびトルクコンバータ１０の速度比のそれぞれの低中高の３つのレベルをEgLv＝０〜２、EcLv＝０〜２で表すと、組み合わせ制御情報Ｓは、これらのエンジン回転数のレベルEgLv＝０〜２と速度比のレベルEcLv＝０〜２との組み合わせに応じて９種類に分類されている。したがって、６つの変速パターン毎に９つの組み合わせ制御情報Ｓが定められている。理論上は６×９＝５４通りであるが、同一の組み合わせ制御情報Ｓを含む場合は、５４通りより少ない組み合わせ制御情報Ｓが定義される。エンジン回転数は、例えば８００〜１８００ｒｐｍを低回転レベル(EgLv＝０）、１８００〜２２００ｒｐｍを中回転レベル（EgLv＝１）、２２００〜２４００ｒｐｍを高回転レベル（EgLv＝２）と設定する。

図４には、３速から２速へのシフトダウンパターンにおける９種類のうち、５種類の組み合わせ制御情報Ｓを示している。なお、図３の油圧変化プロファイルＤ，Ｕは、エンジン回転数が低回転レベル(EgLv＝０)で速度比が高負荷（EcLv＝２）の組み合わせ制御情報Ｓに対応する。

例えば３速から２速への変速時、ＣＰＵ３１は、検出したエンジン回転数がEgLv＝０で速度比がEcLv＝２のレベルにある場合、これらEgLv＝０、EcLv＝２に対応する組み合わせ制御情報Ｓを選択する。そして、ＣＰＵ３１は、当該組み合わせ制御情報Ｓに基づいてプライマリクラッチ（この場合、３速用の油圧クラッチＣ３）およびセカンダリクラッチ（この場合、２速用の油圧クラッチＣ２）について油圧制御を行う。他のレベルの場合についても同様である。このようにエンジン回転数と速度比のレベルに応じて異なる組み合わせ制御情報Ｓを用いるのは、変速時のエンジン回転数や速度比がエンジンＥにかかる負荷などによって異なるためである。なお、図４には、油圧制御パラメータであるＰｕ３の値のみが異なる組み合わせ制御情報Ｓを示しているが、もちろん他の油圧制御パラメータが異なる値であってもよい。

次に、クラッチ制御装置１００の変速時の処理手順（クラッチ制御方法）について、図５を用いて説明する。図５は、第１の実施の形態によるクラッチ制御装置１００の電子制御部３０によって実行されるクラッチ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。この制御プログラムは、たとえば電子制御部３０のメモリに記憶されている。

図５に示すように、変速時にクラッチ制御処理を実行するＣＰＵ３１は、最初にどの変速パターンに基づいて変速制御しようとするのかを特定する（ステップＳ１）。変速パターンは、例えば運転者のシフトチェンジ操作に応じてシフトチェンジレバー５０からＣＰＵ３１に入力される信号（変速制御指令）から特定することができる。

変速パターンを特定した直後、ＣＰＵ３１は、エンジン回転数検出センサ２０を介して現時点（変速開始時）でのエンジン回転数を検出するとともに（ステップＳ２）、タービン回転数検出センサ２１を介して現時点でのタービン回転数を検出する（ステップＳ３）。

さらに、ＣＰＵ３１は、検出したエンジン回転数およびタービン回転数について所定の演算を行うことにより、トルクコンバータ１０の速度比（タービン回転数／エンジン回転数）を検出する（ステップＳ４）。

そして、ＣＰＵ３１は、現時点での変速パターン、エンジン回転数および速度比に応じて最適値となる組み合わせ制御情報Ｓを選択し、当該組み合わせ制御情報ＳをＥＥＰＲＯＭ３４から読み出す（ステップＳ５）。

最終的に、ＣＰＵ３１は、ＥＥＰＲＯＭ３４から読み出した組み合わせ制御情報Ｓから油圧変化プロファイルＤ，Ｕを決定し、これら油圧変化プロファイルＤ，Ｕに基づいてプライマリクラッチおよびセカンダリクラッチのそれぞれに対応する油圧弁を制御する（ステップＳ６）。これにより、プライマリクラッチが係合状態から解放状態へとスムーズに移行し、それと同時にセカンダリクラッチが解放状態から係合状態へとスムーズに移行し、変速制御が速やかに完結する。

以上説明したように、第１の実施の形態によるクラッチ制御装置１００は、変速機１１０の６種類の変速パターン毎に複数の油圧クラッチＦ，Ｒ，Ｃ１〜Ｃ４の係合／解放の切り換えタイミングを規定した複数種類のクラッチ切換パターンから、変速パターンに従っていずれかを選択する。そして、選択したクラッチ切換パターンに応じて変速パターンに対応する油圧クラッチの油圧制御を行う。ここで、クラッチ切換パターンは、プライマリクラッチおよびセカンダリクラッチをどのように切り換えるかを規定するものであり、上述した組み合わせ制御情報Ｓがクラッチ切換パターンであるといえる。また、上述した減圧用の油圧制御パラメータＴｄ１〜Ｔｄ４、Ｐｄ１〜Ｐｄ３が解放用の油圧制御パラメータに相当し、増圧用の油圧制御パラメータＴｕ０〜Ｔｕ５，Ｐｕ１〜Ｐｕ５が係合用の油圧制御パラメータに相当する。

このような制御アルゴリズムは、変速パターン、エンジン回転数および速度比に応じてどのような組み合わせ制御情報Ｓを選択するかといった点に特徴がある。制御プログラムとしては、入力（エンジン回転数や速度比）に対してどのような出力（制御動作）になるのか分かりやすいものとなる。これは、エンジン回転数や速度比が決まると油圧制御パラメータの値が一義的に決まり、油圧制御パラメータで規定された油圧変化プロファイルＤ，Ｕによって制御動作が決まるためである。これにより、エンジンＥの負荷が異なる各種の走行状況に対して簡単な制御プログラムで対応することができ、エンジン回転数や速度比に応じてどのような制御動作となるのか検証を行いやすい。

従って、第１の実施の形態のクラッチ制御装置１００によれば、制御プログラムとしては比較的単純なものとなり、その出力たる制御動作の信頼性や安定性についての検証を容易に行うことができる。

また、変速時には、エンジンＥにかかる負荷に応じてエンジン回転数や速度比が異なる値をとりうるが、各種のエンジン回転数や速度比の組み合わせに応じた複数種類の組み合わせ制御情報Ｓを持つため、最適となる組み合わせ制御情報Ｓを選択してプライマリクラッチおよびセカンダリクラッチを適切に制御することができる。これにより、エンジンＥにかかる負荷がどのようなレベルにあっても変速ショックを確実に防止することができる。

−第２の実施の形態−
次に、本発明の第２の実施の形態によるクラッチ制御装置１００について、図６及び図７を参照して説明する。

第２の実施の形態によるクラッチ制御装置１００は、上述した組み合わせ制御情報Ｓを決定するためのエンジン回転数として、変速開始時点ではなく、変速開始時点から微小時間後の予測回転数を用いる。その他の構成は、上述した第１の実施の形態と同様である。以下では、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図６は、変速開始前後におけるエンジン回転数の径時変化を、縦軸を回転数とし、横軸を時間軸として示している。なお、図６は、変速時のエンジン回転数の変動が通常レベルより大きい場合を示している。このようなエンジン回転数の大きな変動は、例えばアクセルオフと同時に前後進を切り換える際等に生じ得る。

図６に示すように、予測回転数は、変速開始（例えば、シフトチェンジレバー５０からの変速制御指令出力時）の０．２５秒前と、変速開始時との両時点でのエンジン回転数を検出し、下記の回転数予測計算式に基づいて、変速開始時から０．２５秒後の回転数を予測することにより得ることができる。０．２５秒後のエンジン予測回転数は、変速開始時のエンジン回転数をＲ１、変速開始時の０．２５秒前のエンジン回転数をＲ０として、以下の式（１）から算出される。
エンジン予測回転数＝Ｒ１＋（Ｒ１−Ｒ０） ・・・（１）

変速開始時前のエンジン回転数を得るために、エンジン回転数検出センサ２０によって検出されたエンジン回転数は、常に一時記憶手段としてのＲＡＭ３３に一時的（ここでは、少なくとも０．２５秒間）に記憶、すなわちバッファーリングされている。ＣＰＵ３１は、変速制御指令に応じて、変速開始時の０．２５秒前のエンジン回転数Ｒ０と、変速開始時のエンジン回転数Ｒ１をＲＡＭ３３から読込み、上記回転数予測計算式（１）に基づいて演算して予測回転数を算出する、エンジン予測回転数検出手段を含んでいる。

変速時の具体的な処理手順（クラッチ制御方法）について、図７を参照して説明する。図７は、クラッチ制御装置１００の電子制御部３０によって実行されるクラッチ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。この制御プログラムは、たとえば電子制御部３０のメモリに記憶されている。なお、図７において、図５に示した第１の実施の形態と同様の処理を行うステップについては、同一のステップ番号を付している。

ＣＰＵ３１は、クラッチ制御処理の指令に基づき、変速パターンを特定する（ステップＳ１）。変速パターンを特定した直後、ＣＰＵ３１は、変速開始時の０．２５秒前の回転数Ｒ０をＲＡＭ３３から読込む（ステップＳ２１）。次いで、変速開始時でのエンジン回転数Ｒ１を検出して（ステップＳ２２）、上記回転数予測計算式（１）に基づく演算処理により変速開始時の０．２５秒後のエンジン回転数を検出する（ステップＳ２３）。さらに、タービン回転数検出センサ２１を介して変速開始時でのタービン回転数を検出する（ステップＳ３）。

次いでＣＰＵ３１は、変速開始時から０．２５秒後のエンジン予測回転数と、変速開始時のタービン回転数について所定の演算を行うことにより、トルクコンバータ１０の速度比（タービン回転数／エンジン予測回転数）を検出する（ステップＳ４）。なお、タービン回転数についても、上記エンジン回転数の回転数予測計算式（１）と同様の予測計算式により予測することもできる。

そして、ＣＰＵ３１は、変速指令に基づく変速パターン、変速開始時から０．２５秒後のエンジン予測回転数、及び前記速度比に応じて最適値となる組み合わせ制御情報Ｓを選択し、当該組み合わせ制御情報ＳをＥＥＰＲＯＭ３４から読み出す（ステップＳ５）。

最終的に、ＣＰＵ３１は、ＥＥＰＲＯＭ３４から読み出した組み合わせ制御情報Ｓから油圧変化プロファイルＤ，Ｕを決定し、これら油圧変化プロファイルＤ，Ｕに基づいてプライマリクラッチおよびセカンダリクラッチのそれぞれに対応する油圧弁を制御する（ステップＳ６）。

以上説明した第２の実施の形態による制御アルゴリズムは、変速時におけるエンジン回転数の変動が大きい場合に、最適な変速波形を選択できる効果がある。

図６に示したグラフを参照すれば、変速開始時では、エンジン回転数が中（Ｍｉｄ）レベル（EgLv＝１）であったのに、実際に変速が行われている際には、エンジン回転数が低（Ｌｏ）レベル（EgLv＝０）まで下がっている。このように変速時のエンジン回転数変動が大きい場合には、変速開始時のエンジン回転数（エンジン回転数レベル）に対応した変速波形を選択したのでは、最適な変速波形を選択できない場合がある。そこで第２の実施の形態のように変速開始時から所望時間後のエンジン回転数を予測し、その予測回転数に対応させた変速波形を選択することにより、最適な変速波形を選択することが可能となる。

なお、上記第２の実施の形態において変速開始時から０．２５秒前のエンジン回転数を検出し、変速開始時から０．２５秒後のエンジン回転数を予測しているが、何れの場合も０．２５秒に限らず、変速開始時から所定の微小時間の範囲内において適宜設定される。変速に要する時間は、一般には１〜２秒であり、その範囲内で予測開始前および予測開始後の時間が設定される。

−第３の実施の形態−
次に、本発明の第３の実施の形態によるクラッチ制御装置について説明する。
第３の実施の形態によるクラッチ制御装置は、車速とエンジン回転数等の条件に合致した速度段を自動的に選択するオートモードを設定可能な作業車両（例えばホイールローダ）に搭載される。

図８に、第３の実施の形態によるクラッチ制御装置の電気的な構成を示すブロック図を示す。オートモードは、作業車両の走行に適した走行モードとバケット作業等に適した作業モードとを含み、モード切換スイッチ６０の操作により切換選択が可能である。クラッチ制御装置の電子制御部３０ａには、インターフェース３５を介して運転者によって操作されるモード切換スイッチ６０からの操作信号が入力される。

電子制御部３０のＥＥＰＲＯＭ３４ａには、走行モードと作業モードのそれぞれにおける組み合わせ制御情報Ｓｔ、Ｓｏが記憶されている。ＣＰＵ３１は、走行モードが選択されている場合は走行モード用の組み合わせ制御情報Ｓｔから、現時点での変速パターン、エンジン回転数および速度比に応じて最適値となるものを選択する。一方、作業モードが選択されている場合は作業モード用の組み合わせ制御情報Ｓｏから、現時点での変速パターン、エンジン回転数および速度比に応じて最適値となるものを選択する。

そして、ＣＰＵ３１は、ＥＥＰＲＯＭ３４ａから読み出した組み合わせ制御情報ＳｔまたはＳｏから油圧変化プロファイルＤ，Ｕを決定し、これら油圧変化プロファイルＤ，Ｕに基づいてプライマリクラッチおよびセカンダリクラッチのそれぞれに対応する油圧弁を制御する。

走行モード用の組み合わせ制御情報Ｓｔと作業モード用の組み合わせ制御情報Ｓｏは、作業車両の走行および作業にそれぞれ適した異なる値が設定され、ＥＥＰＲＯＭ３４ａに記憶されている。ただし、エンジン回転数や速度比等の条件によって走行モード用と作業モード用で同じ組み合わせ制御情報が設定される場合は、共通の組み合わせ制御情報として記憶される。これにより、ＥＥＰＲＯＭ３４ａのメモリ容量を節約することができる。

上述した第１から第３の実施の形態では、クラッチ制御装置を作業車両用の変速機に装備した場合を例として説明したが、作業車両以外の車両の変速機にも適用することができる。また、トルクコンバータ１０を用いる走行回路だけでなく、ＨＳＴ走行回路にも上述した第１から第３の実施の形態によるクラッチ制御装置を搭載することができる。油圧クラッチＦ，Ｒ，Ｃ１〜Ｃ４をいわゆるポジティブ型の油圧クラッチとして構成したが、ネガティブ型の油圧クラッチとしてもよい。この場合は、ネガティブ型の油圧クラッチに対応するように組み合わせ制御情報Ｓを調整する。

上述した第１から第３の実施の形態においては、エンジン回転数と速度比をそれぞれ３段階に分類して組み合わせ制御情報Ｓを設定した。ただし、これには限定されず、エンジン回転数と速度比を４段階以上に分類したり、２段階に分類して組み合わせ制御情報Ｓを設定してもよい。また、変速機１１０が１〜４速用の油圧クラッチＣ１〜Ｃ４を備えるように構成したが、これには限定されず、５速以上に対応する油圧クラッチをさらに備えたり、３速以下の油圧クラッチのみを備えるように構成することもできる。

上述した第１及び第２の実施の形態では、クラッチ制御装置を、運転者によるシフトチェンジレバー５０の操作に応じて速度段を切り換えるマニュアル変速機に適用したが、自動で速度段を切り換える自動変速機に適用することももちろん可能である。

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。

本出願は日本国特許出願２００５−１２９２２５号（２００５年４月２７日出願）、および日本国特許出願２００５−３３２０８２号（２００５年１１月１６日）を基礎として、その内容は引用文としてここに組み込まれる。

Claims (9)

1. クラッチ制御装置は、
   エンジンの出力をトルクコンバータを介して伝える変速機に組み込まれた複数の油圧クラッチと、
   前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出装置と、
   前記トルクコンバータの速度比を検出する速度比検出装置と、
   前記変速機のシフトダウンおよびシフトアップを含む速度段の切換えを示す変速パターンを判定する変速パターン判定装置と、
   前記変速機の変速パターン毎に前記複数の油圧クラッチの係合／解放の切換タイミングを規定した複数種類のクラッチ切換パターンを記憶するクラッチ切換パターン記憶装置と、
   変速時に前記変速パターン判定装置によって判定された変速パターンに従って、前記クラッチ切換パターン記憶装置に記憶されたクラッチ切換パターンを選択するクラッチ切換パターン選択装置と、
   前記クラッチ切換パターン選択装置によって選択された前記クラッチ切換パターンに応じて前記複数の油圧クラッチの油圧制御を行う油圧制御装置とを備え、
   前記変速機は、前記複数の油圧クラッチのうち、第１のクラッチを係合状態から解放状態へと移行するとともに、第２のクラッチを解放状態から係合状態へと移行することにより変速を行い、
   前記クラッチ切換パターンは、前記エンジン回転数および前記トルクコンバータの速度比に基づいて、前記第１のクラッチを解放するための減圧用の油圧制御パラメータと、前記第２のクラッチを係合するための増圧用の油圧制御パラメータとの組み合わせ制御情報として、前記変速パターン毎に複数種類設定され、前記複数種類の組み合わせ制御情報は、前記変速パターン毎に、前記エンジン回転数と前記速度比をそれぞれ複数レベルに区分した上で、前記エンジン回転数のレベルと前記速度比のレベルとの組み合わせに応じて分類され、
   前記クラッチ切換パターン選択装置は、変速時に前記変速パターン判定装置によって判定された変速パターン、前記エンジン回転数検出装置によって検出される前記エンジン回転数、および前記速度比検出装置によって検出される前記速度比に基づいて、前記クラッチ切換パターンを選択し、
   前記油圧制御装置は、変速時に、前記クラッチ切換パターン選択装置によって選択された前記クラッチ切換パターンに応じて、前記減圧用の油圧制御パラメータと前記増圧用の油圧制御パラメータとの組み合わせ制御情報によって規定された前記油圧変化プロファイルに従って前記第１のクラッチおよび前記第２のクラッチの油圧制御を行うことを特徴とするクラッチ制御装置。
2. 請求項１に記載のクラッチ制御装置において、
   前記変速機の変速パターンは、少なくとも１速から２速、２速から３速、３速から２速および２速から１速への変速パターンを含み、
   前記クラッチ切換パターン記憶装置には、前記変速パターンのそれぞれについて複数種類のクラッチ切換パターンが記憶されていることを特徴とするクラッチ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のクラッチ制御装置において、
   前記クラッチ切換パターン選択装置は、前記エンジン回転数検出装置によって変速開始時に検出されるエンジン回転数を用いて前記クラッチ切換パターンを選択することを特徴とするクラッチ制御装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のクラッチ制御装置において、
   エンジン駆動中に常時検出される前記エンジン回転数を一時的に記憶する一時記憶装置と、
   変速開始時に検出されたエンジン回転数と、前記一時記憶装置に記憶された変速開始前のエンジン回転数とから、変速中のエンジン予測回転数を算出する予測回転数算出装置とをさらに備え、
   前記クラッチ切換パターン選択装置は、前記エンジン回転数検出装置によって検出される前記エンジン回転数の代わりに、前記予測回転数算出装置によって算出される前記エンジン予測回転数を用いて、前記クラッチ切換パターンを選択することを特徴とするクラッチ制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のクラッチ制御装置において、
   前記クラッチ切換パターン記憶装置には、走行モードと作業モードのそれぞれについて複数種類のクラッチ切換パターンが記憶されていることを特徴とするクラッチ制御装置。
6. 請求項５に記載のクラッチ制御装置において、
   前記走行モードと前記作業モードのいずれが設定されているかを検出するモード検出装置をさらに備え、
   前記クラッチ切換パターン選択装置は、前記モード検出装置で検出されたモードに対応する前記複数のクラッチ切換パターンからいずれかを選択することを特徴とするクラッチ制御装置。
7. 請求項５または請求項６に記載のクラッチ制御装置において、
   前記クラッチ切換パターン記憶装置は、前記走行モードと前記作業モードに共通のクラッチ切換パターンを記憶することを特徴とするクラッチ制御装置。
8. エンジンの出力をトルクコンバータを介して伝える変速機に組み込まれた複数の油圧クラッチの油圧制御を行うクラッチ制御方法は、
   前記エンジンのエンジン回転数を検出し、
   前記トルクコンバータの速度比を検出し、
   前記変速機のシフトダウンおよびシフトアップを含む速度段の切換えを示す変速パターンを判定し、
   前記変速機の変速パターン毎に前記複数の油圧クラッチの係合／解放の切換タイミングを規定した複数種類のクラッチ切換パターンを記憶し、
   変速時に判定された変速パターンに従って、前記複数種類のクラッチ切換パターンからいずれかを選択し、
   選択した前記クラッチ切換パターンに応じて前記複数の油圧クラッチの油圧制御を行い、
   前記変速機は、前記複数の油圧クラッチのうち、第１のクラッチを係合状態から解放状態へと移行するとともに、第２のクラッチを解放状態から係合状態へと移行することにより変速を行い、
   前記クラッチ切換パターンは、前記エンジン回転数および前記トルクコンバータの速度比に基づいて、前記第１のクラッチを解放するための減圧用の油圧制御パラメータと、前記第２のクラッチを係合するための増圧用の油圧制御パラメータとの組み合わせ制御情報として、前記変速パターン毎に複数種類設定され、前記複数種類の組み合わせ制御情報は、前記変速パターン毎に、前記エンジン回転数と前記速度比をそれぞれ複数レベルに区分した上で、前記エンジン回転数のレベルと前記速度比のレベルとの組み合わせに応じて分類され、
   前記クラッチ切換パターンの選択において、変速時に判定された変速パターン、検出された前記エンジン回転数、および検出された前記速度比に基づいて、前記クラッチ切換パターンを選択し、
   変速時に、前記第１のクラッチおよび前記第２のクラッチの前記油圧制御を、選択された前記クラッチ切換パターンに応じて、前記減圧用の油圧制御パラメータと前記増圧用の油圧制御パラメータとの組み合わせ制御情報によって規定された前記油圧変化プロファイルに従って行うことを特徴とするクラッチ制御方法。
9. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のクラッチ制御装置を備えることを特徴とする作業車両。

Images