JP4931999B2 - 作業車両、作業車両の車速制御方法及び作業車両の車速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両、作業車両の車速制御方法及び作業車両の車速制御装置に関するものである。

例えば、作業車両としてのホイールローダでは、エンジン出力を作業用動力及び走行用動力として使用する。ホイールローダでは、バケットで土砂等の積載物をすくい上げ、トラックの荷台等に積み込む。そこで、従来技術では、ホイールローダの走行速度とバケットの上昇速度とのバランスを図るべく、積み込み作業時の走行速度を一定速度に保つようにクラッチ圧を制御する（特許文献１）。

なお、作業車両に関する従来技術ではないが、エンジンのスロットル開度を制御して定速走行を実現する技術（特許文献２）や、クラッチの切断開始から継合完了までの期間は車速制御を制限するようにした技術（特許文献３）も知られている。
特開平１１−１８１８４１号公報 特開２０００−１１８２６４号公報 特開２００４−２９９４１５号公報

前記従来技術では、実車速と目標車速との偏差に基づいてクラッチ圧を制御するため、比較的短い周期で加速と減速を繰り返す。この短周期での加減速は、作業車両を操作する上での障害とはならないが、乗り心地の点で改善の余地がある。

本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、その目的は、より安定した定速走行を実現することができる作業車両、作業車両の車速制御方法及び作業車両の車速制御装置を提供することにある。本発明の他の目的は、規範となる走行抵抗に基づいて定速走行に必要な駆動力を求め、この目標駆動力を得るために必要なクラッチ圧を算出することにより、安定した定速走行を実現することができる作業車両、作業車両の車速制御方法及び作業車両の車速制御装置を提供することにある。本発明の更なる目的は、後述する実施形態の記載から明らかになるであろう。

上記課題を解決するために、エンジンと、このエンジンからの出力を作業機系と走行系とに分配するための分配器と、この分配器を介して前記エンジンに接続されるクラッチと、このクラッチに接続されるトルクコンバータと、このトルクコンバータに接続され、駆動輪に駆動力を伝達するトランスミッションと、実車速を検出する車速検出手段と、この車速検出手段により検出される実車速が予め設定される目標車速となるように制御するコントローラとを備えた作業車両において、コントローラは、目標車速を実現するために必要な目標駆動力を、予め設定される基準走行抵抗と車体重量とを用いて算出する目標駆動力算出手段と、この算出された目標駆動力に対応してトルクコンバータに入力されるべき回転数の目標値である目標入力回転数を算出する目標入力回転数算出手段と、トルクコンバータに入力される実際の回転数を検出する実入力回転数検出手段と、この検出された実入力回転数が目標入力回転数となるように、クラッチのクラッチ圧を設定するクラッチ圧設定手段と、を備える。

コントローラは、目標車速と実車速との偏差に基づいて、基準走行抵抗を補正するための補正手段を備えてもよい。

補正手段は、基準抵抗を補正するための開始条件が成立したか否かを判定する開始条件判定手段と、開始条件判定手段により開始条件が成立したと判定される場合には、予め設定されている範囲内で、基準走行抵抗を段階的に変化させる基準走行抵抗設定手段とを備えてもよい。

開始条件判定手段は、予め設定される所定期間内において、タイヤに伝わる駆動力の変化が所定の閾値以下であり、かつ、実車速の変化が別の所定の閾値以下である場合に、開始条件が成立したと判定してもよい。

開始条件判定手段は、予め設定される所定期間内において、タイヤに伝わる駆動力の変化が所定の閾値以下であり、かつ、実車速の変化が別の所定の閾値以下であり、さらに、前回の補正時から所定期間が経過している場合に、開始条件が成立したと判定することもできる。

開始条件判定手段は、予め設定される所定期間内において、偏差の絶対値が予め設定される所定値を上回った回数を検出し、この回数が予め設定される所定回数に達した場合に、開始条件が成立したと判定することもできる。

目標駆動力算出手段は、車体重量に基準走行抵抗を乗算することにより目標駆動力を求め、この目標駆動力に駆動輪の有効半径を乗算することによりアクスル出力トルクを求め、さらに、このアクスル出力トルクをアクスルギア比及びトランスミッションに設定される速度段に対応するギア比でそれぞれ除算して、トランスミッション入力トルクを求めてもよい。目標入力回転数算出手段は、トルクコンバータから出力される回転数を検出する出力回転数検出手段と、この検出される出力回転数と目標駆動力算出手段から求められるトランスミッション入力トルクとに基づいて、目標入力回転数を算出してもよい。

コントローラは、目標車速と実車速との偏差が予め設定される閾値未満の場合に第１制御を、偏差が閾値以上の場合に第２制御をそれぞれ実行するようになっており、第１制御は、目標車速を実現するために必要な目標駆動力を、予め設定される基準走行抵抗と車体重量とを用いて算出するステップと、この算出された目標駆動力に対応してトルクコンバータに入力されるべき回転数の目標値である目標入力回転数を算出するステップと、トルクコンバータに入力される実際の回転数を検出するステップと、この検出された実入力回転数が目標入力回転数となるように、クラッチのクラッチ圧を設定するステップと、をそれぞれ実行し、第２制御は、実車速が目標車速よりも大きい場合にクラッチ圧を予め設定される所定値だけ減少させ、実車速が目標車速よりも小さい場合にクラッチ圧を所定値だけ増加させるステップを実行してもよい。

コントローラは、目標車速と実車速との偏差に基づいて、基準走行抵抗を補正するための補正手段を備えており、補正手段は、第１補正モードと第２補正モードとを備えており、第１補正モードは、予め設定される所定期間内において、タイヤに伝わる駆動力の変化が所定の閾値以下であり、かつ、実車速の変化が別の所定の閾値以下である場合に、基準走行抵抗を変化させ、第２補正モードは、予め設定される所定期間内において、第１制御と第２制御との間の移行回数が予め設定される所定回数に達した場合に、基準走行抵抗を変化させるようにしてもよい。

本発明の他の観点に従う、エンジンと、このエンジンに接続されるクラッチと、このクラッチに接続されるトルクコンバータと、このトルクコンバータに接続され、駆動輪に駆動力を伝達するトランスミッションと、実車速を検出する車速検出手段とを備えた作業車両の車速を制御する方法は、予め設定される目標車速を実現するために必要な目標駆動力を、予め設定される基準走行抵抗と車体重量とを用いて算出するステップと、この算出された目標駆動力に対応してトルクコンバータに入力されるべき回転数の目標値である目標入力回転数を算出するステップと、トルクコンバータに入力される実際の回転数を検出するステップと、この検出された実入力回転数が目標入力回転数となるように、クラッチのクラッチ圧を設定するステップと、をそれぞれ実行する。

本発明のさらに別の観点に従う、エンジンと、このエンジンからの出力を作業機系と走行系とに分配するための分配器と、この分配器を介してエンジンに接続されるクラッチと、このクラッチに接続されるトルクコンバータと、このトルクコンバータに接続され、駆動輪に駆動力を伝達するトランスミッションと、実車速を検出する車速検出手段とを有する作業車両の車速を制御するための制御装置は、目標車速を実現するために必要な目標駆動力を、予め設定される基準走行抵抗と車体重量とを用いて算出する目標駆動力算出手段と、この算出された目標駆動力に対応してトルクコンバータに入力されるべき回転数の目標値である目標入力回転数を算出する目標入力回転数算出手段と、トルクコンバータに入力される実際の回転数を検出する実入力回転数検出手段と、この検出された実入力回転数が目標入力回転数となるように、クラッチのクラッチ圧を設定するクラッチ圧設定手段と、を備える。

本発明によれば、基準走行抵抗に基づいて定速走行に必要な目標駆動力を算出し、この目標駆動力が得られるようにクラッチ圧を制御するため、より安定した定速走行を実現することができ、オペレータの乗り心地を改善することができる。

本発明によれば、目標車速と実車速との偏差に基づいて基準走行抵抗を補正することができるため、路面状態等の環境変化や各部品の経年変化等を基準走行抵抗に含めて制御することができ、比較的長期間にわたって安定した定速走行を実現できる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、以下に述べるように、規範となる基準走行抵抗に基づいて定速走行に必要な目標駆動力を求め、この目標駆動力が得られるようにクラッチ圧を制御する。さらに、本実施形態では、実際の車速と目標車速との偏差に基づいて、基準走行抵抗を補正することにより、走行環境の変化に自動的に対応する。

以下、本発明の実施例を、作業車両としてのホイールローダに適用した場合を例に挙げて説明する。但し、本実施例は、ホイールローダ以外の作業車両でも、クラッチやトルクコンバータ等を備えているのであれば適用可能である。

図１は、ホイールローダの全体構成を模式的に示す説明図である。ホイールローダは、機械構造１と制御構造（以下、コントローラと呼ぶ）２とに大別することができる。先に機械構造１について説明し、次にコントローラ２について説明する。

機械構造１は、作業機系と走行系とに大別することができる。作業機系は、例えば、車体前方に延びて回動可能に設けられたブームと、ブームの先端に回動可能に設けられたバケットと、ブームを回動させるためのブームシリンダと、バケットを回動させるためのバケットシリンダと、バケットシリンダ及びブームシリンダに作動油を供給するための油圧システム１２等とを備えている。

走行系は、モジュレーテッドクラッチ（以下、クラッチとも呼ぶ）１３と、トルクコンバータ１４と、トランスミッション１５と、アクスル１７Ｆ，１７Ｒと、タイヤ１８Ｆ，１８Ｒ等とを備えている。なお、説明の便宜上、図中では、クラッチを「Mod/C」、トルクコンバータを「T/C」、トランスミッションを「T/M」とそれぞれ略記する。

上述の作業機系及び走行系には、出力分配器（PTO：Power Take Off）２０を介してエンジン１０からの出力が供給される。即ち、油圧システム１２と走行系とは、それぞれ別々にエンジン出力を取り出すことができるようになっている。クラッチ１３は、エンジン１０の出力（回転数及びトルク）をトルクコンバータ１４に伝達する。コントローラ２から入力される制御信号により、クラッチ１３のクラッチ圧が制御される。

機械構造１の所定の位置には、センサ２０Ｓ〜２３Ｓが設けられる。エンジン回転数センサ２０Ｓは、エンジン回転数を電気信号として検出し、コントローラ２に出力する。コントローラ２は、エンジン回転数と出力分配器１１のギア比とから、クラッチ１３に入力される回転数を求めることができる。

トルクコンバータ入力回転数センサ２１Ｓは、トルクコンバータ１４に入力される回転数を電気信号として検出し、コントローラ２に出力する。トルクコンバータに入力される回転数とは、クラッチ１３から出力される回転数でもある。従って、センサ２１Ｓは、クラッチ出力回転数センサと呼び変えることもできる。

トランスミッション出力回転数センサ２２Ｓは、トランスミッション１５の出力回転数を電気信号として検出し、コントローラ２に出力する。コントローラ２は、トランスミッション１５の出力回転数とトランスミッションの速度段とから、トランスミッション１５に入力される回転数を逆算することができる。トランスミッション１５に入力される回転数とは、トルクコンバータ１４から出力される回転数でもある。従って、センサ２２Ｓは、トルクコンバータ１４の出力回転数を間接的に検出するセンサでもある。

前輪出力回転数センサ２３Ｓは、前輪１８Ｆの回転数を電気信号として検出し、コントローラ２に出力する。コントローラ２は、予め設定されているタイヤの有効半径と前輪の回転数とに基づいて、現在の車速（実車速）を求めることができる。なお、以上述べたセンサの配置は一例であって、本発明は上述の構成に限定されない。

コントローラ２は、例えば、演算部２０と、メモリ２１と、トランスミッション制御部２２と、入出力インターフェース部２３とを備えた電子回路として構成される。演算部２０は、車速制御部２０Ａ及び規範走行抵抗補正部（以下、補正部と略記する場合がある）２０Ｂを備える。車速制御部２０Ａは、ホイールローダの車速を車速設定器３によって設定される目標車速に一致させるように制御する機能である。補正部２０Ｂは、規範となる走行抵抗を走行環境や機械構造１の経年変化等に応じて補正するための機能である。車速制御の方法及び補正の方法については、後述する。なお、演算部２０には、上述の機能２０Ａ，２０Ｂ以外の他の機能を設けることもできる。

メモリ２１は、例えば、プログラム２１Ａと、パラメータ２１Ｂ及びテーブル２１Ｃを記憶する記憶媒体である。演算部２０は、メモリ２１からプログラム２１Ａを読み込むことにより、車速制御や走行抵抗の補正を実現する。パラメータ２１Ｂとは、車速制御や走行抵抗の補正に使用される各種設定値である。テーブル２１Ｃとは、車速制御や走行抵抗の補正に使用される各種テーブル（マップ）である。パラメータ２１Ｂ及びテーブル２１Ｃの構成例については、図２と共に後述する。

トランスミッション制御部２２は、オペレータの走行操作及び車速に応じて、速度段を決定し、トランスミッション１５に制御信号を出力する。選択された速度段は、演算部２０にも入力される。

入出力インターフェース部２３は、各センサ２０Ｓ〜２３Ｓ、クラッチ１３及びトランスミッション１５との間で電気信号を送受するための回路である。演算部２０は、入出力インターフェース部２３を介して、各センサ２０Ｓ〜２３Ｓからの検出信号を受領する。また、演算部２０は、入出力インターフェース部２３を介して、クラッチ１３に制御信号を出力する。トランスミッション制御部２２も、入出力インターフェース部２３を介して、トランスミッション１５に制御信号を出力する。なお、上述したコントローラ２の構成は、本発明の理解及び実施に必要な程度で構造を簡素化して示しており、本発明は、上述の構成に限定されない。

図２は、メモリ２１に記憶されるパラメータ２１Ｂ及びテーブル２１Ｃの内容を模式的に示す説明図である。以下の説明では、便宜上、パラメータ及びテーブルを区別せずに、テーブルと称する。

テーブルＴ１０は、規範となる走行抵抗の値を記憶する。規範となる走行抵抗とは、「基準走行抵抗」に該当する。規範となる走行抵抗の値は、例えば１〜４％の範囲から選択することができる。例えば、２〜３％の範囲で選択するのが好ましい。本実施例では、規範走行抵抗の値として２．５％を採用する。規範走行抵抗を２．５％に設定することにより、比較的多くの路面状態に対応することができる。

しかしながら、規範走行抵抗の値を１〜４％の範囲または２〜３％の範囲から選択すること、２．５％に設定することは、特許請求の範囲に記載されない限り、本発明の権利範囲に影響を与えない。即ち、本発明の範囲は、規範走行抵抗を用いて定速走行に必要と考えられる目標駆動力を算出し、この目標駆動力が得られるようにクラッチ圧を制御する全ての作業車両に及ぶ。

テーブルＴ１１は、アクスル１７Ｆ，１７Ｒのギア比を記憶する。テーブルＴ１２は、トランスミッション１５の各速度段のギア比を記憶する。本実施例では、前進（Ｆ）及び後進（Ｒ）のそれぞれについて、３つの速度段が用意されている。テーブルＴ１３は、ホイールローダの車体重量（以下、車重と略する場合もある）を記憶する。テーブルＴ１３には、バケットに積載物が積み込まれていない空荷状態の車重（Ｗ１）を記憶させることができる。さらに、テーブルＴ１３には、バケットに積み込むことのできる積載物の重量Ｗ２も記憶させることができる。

従って、バケットに土砂等が積み込まれていない場合のホイールローダの車重はＷ１であり、バケットに土砂等が積み込まれた場合のホイールローダの車重は、（Ｗ１＋Ｗ２）である。比較的大型のホイールローダの場合、例えば、空荷時の車重（Ｗ１）は２１０ｔ、積載時の車重（Ｗ１＋Ｗ２）は、２５０ｔとなる。この程度の差であれば、積載物の有無を問わずに、空荷時の車重Ｗ１と規範走行抵抗とに基づいて、定速走行に必要な目標駆動力を算出しても差し支えない。特に、本実施例では、後述するように、走行環境等に応じて規範走行抵抗を自動的に補正する手段を備えているため、車重の多少の変化を、規範走行抵抗の補正によって吸収することができる。

但し、例えば、小型のホイールローダのように空荷時と積載時の差が大きくなる場合や、より正確に安定走行を実現しようとする場合には、積載物の有無に応じて、空荷時の車重Ｗ１を用いるか、あるいは、積載時の車重（Ｗ１＋Ｗ２）を用いるかを切り替えるようにしてもよい。

テーブルＴ１４は、タイヤ１８Ｆ，１８Ｒの有効半径ＴＬを記憶する。テーブルＴ１５は、後述の車速制御に使用にされるビルドアップ率を記憶する。本明細書におけるビルドアップ率とは、クラッチ圧の増加分または減少分を意味する。テーブルＴ１６は、各クラッチ圧に対応する制御信号の値を記憶する。テーブルＴ１７は、プライマリトルク係数を記憶する。Ｔ１８は、トルク比を記憶する。Ｔ１９は、トルクコンバータ１４の各出力回転数における、トルクコンバータ１４の出力トルクとトルクコンバータ１４の入力回転数との関係を記憶する。

図３は、テーブルＴ１５，Ｔ１６の構成例を示す説明図である。テーブルＴ１５には、目標車速Vsetと実車速Ｖａとの差ΔＶ（ΔＶ＝｜Vset−Va｜）毎に、ビルドアップ率がそれぞれ設定される。偏差ΔＶが所定値Ｔｈ１以下の場合、ビルドアップ率は０となる。所定値Ｔｈ１は、後述する２種類の制御方法を切り替えるための判定用閾値である。偏差ΔＶが所定値Ｔｈ１以下の場合、第１の制御として、規範走行抵抗に基づく車速制御が行われ、偏差ΔＶが所定値Ｔｈ１を超える場合、第２の制御として、偏差ΔＶに基づく車速制御が行われる。

図４は、テーブルＴ１７，Ｔ１８の構成例を示す説明図である。テーブルＴ１７は、速度比とプライマリトルク係数との対応関係を記憶する。テーブルＴ１８は、速度比とトルク比の対応関係を記憶する。速度比とは、トルクコンバータ１４の出力回転数と入力回転数との比である。プライマリトルク係数とは、トルクコンバータ１４の性能に関する固有の係数である。トルク比とは、トルクコンバータ１４の出力トルクと入力トルクの比である。

図５は、テーブルＴ１９の構成例を示す説明図である。テーブルＴ１９は、トルクコンバータ１４の各出力回転数のそれぞれについて、トルクコンバータ１４に入力される回転数とトルクコンバータ１４から出力されるトルクとの対応関係を記憶する。従って、トルクコンバータ１４の出力回転数を求めることにより、使用すべきテーブルＴ１９を選択することができる。そして、目標駆動力から得られるトルクコンバータ１４の出力トルクと選択されたテーブルＴ１９とに基づいて、その出力トルクをトルクコンバータ１４から得るための入力回転数を求めることができる。

図６は、車速制御の処理を示すフローチャートである。以下の各フローチャートも同様であるが、各フローチャートは、本発明の理解及び実施に必要な程度で各処理の概要を示している。従って、いわゆる当業者であれば、本発明の範囲から逸脱しない程度に、ステップの順序を変更したり、ステップを別のステップに変更等することができる。

コントローラ２は、現在の走行レンジが前進（Ｆ）、ニュートラル（Ｎ）または後進（Ｒ）のいずれに設定されているかを判別する（Ｓ１０）。走行レンジが前進または後進のいずれかに設定されている場合、コントローラ２は、現在の速度段が１速、２速または３速のいずれに設定されているかを判別する（Ｓ１１）。この実施例では、現在の速度段が１速または２速のいずれかに設定されている場合、コントローラ２は、現在の車速Ｖａが予め設定される最大車速Vmax以下であるか否かを判定する（Ｓ１２）。

現在の車速Ｖａが最大車速Vmax以下の場合（S12:YES）、コントローラ２は、車速設定器３により設定される設定車速（目標車速）と実車速Ｖａとの偏差ΔＶを算出し（Ｓ１３）、この偏差ΔＶが所定値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１４）。偏差ΔＶの絶対値が所定値Ｔｈ１以下の場合（S14:NO）、コントローラ２は、後述のＳ２０〜Ｓ２５で示す第１制御に基づいて、クラッチ圧を設定する。偏差ΔＶの絶対値が所定値Ｔｈ１を超えている場合（S14:YES）、コントローラ２は、Ｓ１５で示す第２制御に基づいてクラッチ圧を設定する。

先に第２制御について説明すると、Ｓ１５では、（１）実車速Ｖａが設定車速Vsetよりも大きい場合、コントローラ２は、前回設定された目標クラッチ圧Pmの値を、偏差ΔＶに応じたビルドアップ率Ｂだけ減少させる（Pm＝Pm−B）。（２）実車速Ｖａが設定車速Vsetよりも小さい場合、コントローラ２は、前回設定された目標クラッチ圧Pmの値を、偏差ΔＶに応じたビルドアップ率Ｂだけ増加させる（Pm＝Pm＋B）。そして、コントローラ２は、設定された目標クラッチ圧Pmに対応する制御信号の値をテーブルＴ１６から読出し、クラッチ１３に制御信号を出力する（Ｓ１６）。

ところで、この実施例では、走行レンジがニュートラルの場合、現在の速度段が３速の場合、実車速Ｖａが最大車速Vmaxを超えた場合のいずれかの場合、コントローラ２は、クラッチ１３を直結させるように目標クラッチ圧を設定する（Ｓ１７）。

次に、第１制御を説明する。車速偏差ΔＶの絶対値が所定値Ｔｈ１以下の場合（S14:NO）、コントローラ２は、規範走行抵抗や速度段、車重等の車速制御に使用する各パラメータの値を読込む（Ｓ２０）。コントローラ２は、各種パラメータに基づいて、定速走行を実現するためにトルクコンバータ１４から出力されるべきトルクの値Toutを算出し（Ｓ２１）、さらに、センサ２２Ｓからの信号に基づいて、トルクコンバータ１４の現在の出力回転数NTCoutを算出する（Ｓ２２）。

コントローラ２は、目標出力トルクToutが得られるように、テーブルＴ１９を用いて、トルクコンバータ１４に入力されるべき回転数NTCinを算出する（Ｓ２３）。コントローラ２は、センサ２１Ｓからの信号に基づいて、トルクコンバータ１４に入力されている実入力回転数NTCaを検出する（Ｓ２４）。コントローラ２は、目標入力回転数NTCinと実入力回転数NTCａの偏差の絶対値｜NTCin−NTCａ｜が０となるように、クラッチ圧の目標値Pmを設定する（Ｓ２５）。コントローラ２は、設定されたクラッチ圧Pmを実現するための制御信号をクラッチ１３に出力する（Ｓ１６）。

図７は、第１制御によるクラッチ圧の制御状態を示す説明図である。図７中の縦軸は、トルクコンバータ１４に入力される実回転数NTCaと目標入力回転数NTCinとの差分を示し、図７中の横軸は、クラッチ１３に入力される実回転数とクラッチ１３から出力される回転数との差分を示す。クラッチ１３に入力される実回転数はエンジン回転数に対応する。クラッチ１３から出力される実回転数は、トルクコンバータ１４に入力される回転数に対応する。図７中の上側に位置する各領域ＺＡ，ＺＢは、車体挙動が加速状態の領域であり、図７中の下側に位置する領域ＺＣは、車体挙動が減速状態の領域である。

第１の領域ＺＡは、実入力回転数NTCaが目標入力回転数NTCinよりも大きく、かつ、クラッチ１３の入力回転数が大きい領域である。この領域ＺＡでは、コントローラ２は、クラッチ圧を低下させてクラッチ１３を滑らせ、トルクコンバータ１４に入力される回転数NTCaと目標入力回転数NTCinとの差が少なくなるように、実入力回転数NTCaを減少させる。

第２の領域ＺＢは、実入力回転数NTCaが目標入力回転数NTCinよりも大きく、かつ、クラッチ１３の入力回転数が小さい領域である。この領域ＺＢでは、コントローラ２は、クラッチ圧を上昇させることにより、エンジンブレーキが効いている状態にして、実入力回転数NTCaを減少させる。

第３の領域ＺＣは、実入力回転数NTCaが目標入力回転数NTCinよりも小さい領域である。そこで、コントローラ２は、クラッチ圧を上昇させることにより、実入力回転数NTCaを増加させる。

図７中の中央部に位置する領域ＺＤは、不感帯である。ＺＤの幅は、例えば、±１０rpm程度に設定される。即ち、コントローラ２は、実車速Ｖａと設定車速Vsetとの偏差ΔＶが１０rpm以内に収まっている場合、クラッチ圧を変更しない。

図７中の左上に示す領域ＺＥは、ヒステリシス領域である。領域ＺＡから領域ＺＥに移行した場合は、領域ＺＡのままとして取り扱われる。逆に、領域ＺＢから領域ＺＥに移行した場合は、領域ＺＢのままとして取り扱われる。領域ＺＡからヒステリシス領域ＺＥを通過して領域ＺＢに移行した場合、領域ＺＢとして取り扱われる。その逆も同様に、領域ＺＢからヒステリシス領域ＺＥを通過して領域ＺＡに移行した場合、領域ＺＡとして取り扱われる。

図８〜図１２は、実際の走行抵抗μの値を変えて、本実施例による車速制御の結果をシミュレーションしたグラフである。図８〜図１２の上側には、クラッチ圧の時間変化が示されており、図８〜図１２の下側には、実車速の時間変化が示されている。

図８は、実走行抵抗が２．５％の場合であり、規範走行抵抗と実走行抵抗が一致している場合である。この場合は、図示の通り、ほぼ４秒を経過したあたりから定速走行が実現される。

図９は、実走行抵抗が１％の場合である。この場合、図示の通り、ほぼ７秒を経過したあたりから定速走行が実現される。

図１０は、実走行抵抗が３％の場合である。この場合、図示の通り、ほぼ４秒を経過したあたりから、定速走行が実現される。

図１１は、実走行抵抗が３．５％の場合である。この場合も、図示の通り、ほぼ４秒を経過したあたりから定速走行が実現される。

図１２は、実走行抵抗が４％の場合である。この場合、図示の通り、ほぼ４秒を経過したあたりから定速走行が実現される。しかしながら、規範走行抵抗と実走行抵抗との差が大きいため、図１２の上側に示すように、クラッチ圧にはハンチング現象が生じる。このハンチング現象によって、油圧機器の部品等の寿命が低下する可能性も考えられる。

従って、規範走行抵抗を２．５％に設定した場合、実走行抵抗が４％以上の作業現場で作業するのは好ましくない。しかし、後述のように、本実施例では、規範走行抵抗を実際の走行環境にあわせて自動的に学習させる機能を備えるため、このような場合にも適切に対応することができる。

図１３は、走行抵抗とトルクコンバータ１４の目標出力トルクToutとの対応関係を示すグラフである。図１３中の点線は積載時を、図１３中の実線は空荷時をそれぞれ示す。走行抵抗が増加するほど定速走行に必要な目標出力トルクの値も増加する。また、空荷時よりも積載時の方が、定速走行に必要な目標出力トルクが大きくなる。

図１４〜図１６に基づいて、規範走行抵抗を自動的に補正する方法を説明する。図１４は、規範走行抵抗の補正開始条件を示すグラフである。図１５は規範走路抵抗を補正するための処理を示すフローチャートである。図１４を参照しながら図１５に示す補正処理を説明する。

コントローラ２は、予め設定される期間ｔ１における、タイヤに伝わる駆動力Ｆの変化ΔＦを算出する（Ｓ３０）。期間ｔ１は、例えば３秒間程度に設定される。続いて、コントローラ２は、期間ｔ１における、実車速Ｖａの変化ΔＶａを検出する（Ｓ３１）。

コントローラ２は、駆動力変化ΔＦが予め設定される閾値ＴｈＦ以下であるか否かを判定する（Ｓ３２）。駆動力変化ΔＦが閾値ＴｈＦ以下である場合（S32:YES）、コントローラ２は、車速変化ΔＶａが予め設定される閾値ＴｈＶａ以下であるか否かを判定する（Ｓ３３）。車速変化ΔＶａが閾値ＴｈＶａ以下の場合（S33:YES）、コントローラ２は、前回の補正時から期間ｔ１以上経過したか否かを判定する（Ｓ３４）。前回の補正時からｔ１以上経過している場合（S34:YES）、以下に述べるように走路抵抗の補正が行われる（Ｓ３５〜Ｓ３８）。

駆動力変化ΔＦが閾値ＴｈＦよりも大きい場合（S32:NO）、車速変化ΔＶａが閾値ＴｈＶａよりも大きい（S33:NO）、前回の補正時からｔ１経過していない場合（S34:NO）のいずれかの場合は、補正の開始条件が満たされないため、Ｓ３０に戻る。

本実施例では、安定した状態で規範走行抵抗を補正すべく、駆動力変化ΔＦ及び車速変化ΔＶａが一定の範囲内に収まっている場合に補正処理を開始する。また、本実施例では、補正処理が連続して実行されるのを防止すべく、前回の補正時から期間ｔ１以上経過した場合のみ補正処理を開始する。

コントローラ２は、期間ｔ１の平均車速Va-aveと設定車速Vsetにヒステリシスｈを加えた値（Vset＋h）とを比較する。Va-aveがVset＋hよりも大きい場合（S35:YES）、コントローラ２は、規範走行抵抗の値を１段階低下させる（Ｓ３６）。Va-aveがVset＋hよりも小さい場合（S37:YES）、コントローラ２は、規範走行抵抗の値を１段階増加させる（Ｓ３８）。この場合、駆動力及び速度はそれぞれ安定しているが、設定車速と平均車速とは一致していない。このことは、設定速度を実現するための必要駆動力の値が正しくないことを意味する。そこで、本実施例では、規範走行抵抗の値を変えて、必要駆動力の値を修正する。

本実施例では、１つの段階が０．５％に設定される。従って、２．５％の規範走行抵抗を１段階低下させると、２％となり、１段階増加させると３％となる。なお、本実施例では、走行抵抗の上限値を４％に、走行抵抗の下限値を２％に設定している。規範走行抵抗は、この上限値と下限値の範囲内で補正される。

図１６は、ハンチング現象が生じるような異常時において規範走行抵抗を補正するための処理を示すフローチャートである。例えば、図１２に示すように、規範走行抵抗が２．５％に設定されたホイールローダを、実走行抵抗が４％の作業場で使用すると、ハンチング現象が発生する。この場合、駆動力の変化ΔＦは閾値ＴｈＦの範囲に収まらないため、図１５に示す補正処理を開始させることができない。そこで、本実施例では、このような異常時でも規範走行抵抗を補正するために第２の補正処理を用意している。

コントローラ２は、予め設定される期間ｔ１以内における、走行抵抗から算出された目標駆動力に基づく車速制御（第１制御）の実行回数を検出する（Ｓ４０）。ここで、図６を参照する。上述の通り、車速偏差の絶対値｜ΔＶ｜が所定値Ｔｈ１以下の場合に、Ｓ２０〜Ｓ２５の第１制御が実行され、｜ΔＶ｜が所定値Ｔｈ１よりも大きい場合に、Ｓ１５の第２制御が実行される。第１制御が実行されることを第１制御のオン状態と呼び、第１制御の代わりに第２制御が実行されることを第１制御のオフ状態と呼ぶならば、コントローラ２は、期間ｔ１において第１制御がオン状態からオフ状態に変化した回数を検出する（Ｓ４０）。

コントローラ２は、変化回数が予め設定される所定回数Ｎ１に達したか否かを判定する（Ｓ４１）。Ｎ１は、例えば「３」に設定される。変化回数がＮ１に達した場合（S41:YES）、コントローラ２は、期間ｔ１における平均車速Va-aveを算出する（Ｓ４２）。コントローラ２は、平均車速Va-aveが設定車速Vsetよりも小さい場合（S43:YES）、規範走行抵抗の値を所定値αだけ増加させる（Ｓ４４）。逆に、平均車速Va-aveが設定車速Vsetよりも大きい場合（S45:YES）、コントローラ２は、規範走行抵抗の値を所定値αだけ減少させる（Ｓ４６）。

ここで、所定値αは、例えば０．５％に設定される。従って、Ｓ４４では規範走行抵抗を１段階だけ増加させ、Ｓ４５では規範走行抵抗を１段階だけ減少させると言い換えることもできる。逆に、図１５のＳ３６では、規範走行抵抗を所定値だけ低下させ、Ｓ３８では規範走行抵抗を所定値だけ増加させると言い換えることもできる。

このように構成される本実施例によれば以下の効果を奏する。本実施例では、規範走行抵抗に基づいて定速走行に必要な目標駆動力を算出し、この目標駆動力が得られるようにクラッチ圧を制御する。従って、車速の偏差に基づいてクラッチ圧を制御する場合に比べて、より安定した定速走行を実現することができ、乗り心地を改善できる。

本実施例では、車速偏差に基づいて規範走行抵抗を自動的に補正するため、走行環境の変化、タイヤや部品の経年変化等を規範走行抵抗の値に吸収して対応することができ、ロバスト性の高い制御を実現できる。

本実施例では、目標駆動力に基づいてクラッチ圧を制御する第１制御と車速偏差に基づいてクラッチ圧を制御する第２制御とを結合させ、第２制御が実行されない条件下（｜ΔＶ｜≦Ｔｈ１）において第１制御を実行させる。従って、第２制御のみが設けられているコントローラに、後から第１制御の部分を比較的容易に追加することができる。

本実施例では、第１制御と第２制御を結合させるため、大きな車速偏差ΔＶは第２制御で抑制し、小さな車速偏差ΔＶは第１制御で抑制することができる。従って、例えば、路面状態の急激な変化等により、第１制御で車速偏差ΔＶを抑制できない場合でも、第２制御で車速を調節することができる。

本実施例では、第１の補正処理を実行することができない異常時には、第２の補正処理を実行させて、規範走行抵抗を補正する。従って、走行環境の急激な変化にも適切に対応することができる。

図１７，図１８に基づいて第２実施例を説明する。なお、以下に述べる各実施例は、第１実施例の変形例に該当する。従って、第１実施例との相違点を中心に説明する。本実施例は、第１制御のみを実行することにより、車速を制御する。

図１７は、本実施例による車速制御処理を示すフローチャートである。図１７は、図６で述べたステップＳ１０〜Ｓ２５のうち、Ｓ１４及びＳ１５を除く全てのステップを備えている。つまり、本実施例では、第２制御（図６中のＳ１５）を行わず、第１制御（Ｓ２０〜Ｓ２５）だけを実施する。

図１８は、例外時における規範走行抵抗の補正処理を示すフローチャートである。本実施例では、上述の通り、第１制御のみを実行する。このため、コントローラ２は、予め設定される期間ｔ１以内における、車速偏差の絶対値｜ΔＶ｜が所定値Ｔｈ１よりも大きくなった回数を計測する（Ｓ４０Ａ）。この回数（変化回数）が所定回数Ｎ１に達した場合（S41:YES）、規範走行抵抗が段階的に調節される（Ｓ４２〜Ｓ４６）。このように構成される本実施例も、第１実施例と同様の効果を奏する。さらに、本実施例では、第１制御のみを実行するため、制御構造を簡素化することができる。

なお、本発明は、上述した各実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、トランスミッションが遊星歯車方式のクラッチを有する場合、クラッチ１３を廃止し、トランスミッション内のクラッチをクラッチ１３の代わりに使用することができる。この場合にも本発明を適用することができる。

本実施例の作業車両の全体構成を示す説明図。 メモリに記憶されるパラメータ及びテーブルの構成を示す説明図。 車速偏差とビルドアップ率との関係を示すテーブル、及び、クラッチ圧の目標値と制御信号の対応関係を示すテーブルをそれぞれ示す説明図。 プライマリトルク係数と速度比の対応関係、及びトルク比と速度比の対応関係をそれぞれ示すグラフ。 トルクコンバータに入力される回転数とトルクコンバータから出力されるトルクとの関係を示すグラフ。 車速制御の全体を示すフローチャート。 車速制御の様子を示す説明図。 走路抵抗が２％の場合のシミュレーション結果を示すグラフ。 走路抵抗が１％の場合のシミュレーション結果を示すグラフ。 走路抵抗が３％の場合のシミュレーション結果を示すグラフ。 走路抵抗が３．５％の場合のシミュレーション結果を示すグラフ。 走路抵抗が４％の場合のシミュレーション結果を示すグラフ。 走行抵抗と目標駆動力の関係を示すグラフ。 規範走行抵抗を補正するための条件を示すグラフ。 規範走行抵抗を補正するための第１補正処理を示すフローチャート。 規範走行抵抗を異常時において補正するための第２補正処理を示すフローチャート。 第２実施例に係る車速制御のフローチャート。 規範走行抵抗を異常時において補正するための第２補正処理を示すフローチャート。

符号の説明

１：機械構造、２：コントローラ、３：車速設定器、１０：エンジン、１１：出力分配器、１２：油圧システム、１３：クラッチ、１４
トルクコンバータ、１５：トランスミッション、１７Ｆ，１７Ｒ：アクスル、１８Ｆ，１８Ｒ：タイヤ、２０Ｓ：エンジン回転数センサ、 ２１Ｓ：トルクコンバータ入力回転数センサ、２２Ｓ：トランスミッション出力回転数センサ、２３Ｓ：前輪出力回転数センサ、２０：演算部、２０Ａ：車速制御部、２０Ｂ：規範走行抵抗補正部、２１Ａ：プログラム、２１Ｂ：パラメータ、２１Ｃ：テーブル、２２：トランスミッション制御部、２３：入出力インターフェース部

Claims (15)

1. エンジン（１０）と、このエンジンからの出力を作業機系と走行系とに分配するための分配器（１１）と、この分配器を介して前記エンジンに接続されるクラッチ（１３）と、このクラッチ（１３）に接続されるトルクコンバータ（１４）と、このトルクコンバータ（１４）に接続され、駆動輪に駆動力を伝達するトランスミッション（１５）と、実車速を検出する車速検出手段（２３）と、この車速検出手段により検出される実車速が予め設定される目標車速となるように制御するコントローラ（２）とを備えた作業車両において、
   前記コントローラ（２）は、
   前記目標車速を実現するために必要な目標駆動力を、予め設定される基準走行抵抗と車体重量とを用いて算出する目標駆動力算出手段（Ｓ１，Ｓ２１）と、
   この算出された目標駆動力に対応して前記トルクコンバータに入力されるべき回転数の目標値である目標入力回転数を算出する目標入力回転数算出手段（Ｓ３，Ｓ２３）と、
   前記トルクコンバータに入力される実際の回転数を検出する実入力回転数検出手段（Ｓ４，Ｓ２４）と、
   この検出された実入力回転数が前記目標入力回転数となるように、前記クラッチのクラッチ圧を設定するクラッチ圧設定手段（Ｓ５，Ｓ２５）と、
   を備えていることを特徴とする作業車両。
2. 前記コントローラ（２）は、前記目標車速と前記実車速との偏差に基づいて、前記基準走行抵抗を補正するための補正手段（２０Ｂ，Ｓ３０〜Ｓ３８，Ｓ４０〜Ｓ４６）を備える請求項１に記載の作業車両。
3. 前記補正手段は、前記基準抵抗を補正するための開始条件が成立したか否かを判定する開始条件判定手段（Ｓ３０〜Ｓ３４，Ｓ４０〜Ｓ４１）と、前記開始条件判定手段により前記開始条件が成立したと判定される場合には、予め設定されている範囲内で、前記基準走行抵抗を段階的に変化させる基準走行抵抗設定手段（Ｓ３５〜Ｓ３８，Ｓ４２〜Ｓ４６）とを備える、請求項２に記載の作業車両。
4. 前記開始条件判定手段（Ｓ３０〜Ｓ３３）は、予め設定される所定期間内において、タイヤに伝わる駆動力の変化が所定の閾値以下であり、かつ、前記実車速の変化が別の所定の閾値以下である場合に、前記開始条件が成立したと判定する、請求項３に記載の作業車両。
5. 前記開始条件判定手段（Ｓ３０〜Ｓ３４）は、予め設定される所定期間内において、タイヤに伝わる駆動力の変化が所定の閾値以下であり、かつ、前記実車速の変化が別の所定の閾値以下であり、さらに、前回の補正時から所定期間が経過している場合に、前記開始条件が成立したと判定する、請求項３に記載の作業車両。
6. 前記開始条件判定手段（Ｓ４０，Ｓ４１）は、予め設定される所定期間内において、前記偏差の絶対値が予め設定される所定値を上回った回数を検出し、この回数が予め設定される所定回数に達した場合に、前記開始条件が成立したと判定する、請求項３に記載の作業車両。
7. 前記目標駆動力算出手段（Ｓ１，Ｓ２１）は、前記車体重量に前記基準走行抵抗を乗算することにより目標駆動力を求め、この目標駆動力に前記駆動輪の有効半径を乗算することによりアクスル出力トルクを求め、さらに、このアクスル出力トルクをアクスルギア比及び前記トランスミッションに設定される速度段に対応するギア比でそれぞれ除算して、トランスミッション入力トルクを求めるようになっており、
   前記目標入力回転数算出手段（Ｓ３，Ｓ２３）は、前記トルクコンバータから出力される回転数を検出する出力回転数検出手段（Ｓ２，Ｓ２２）と、この検出される出力回転数と前記目標駆動力算出手段から求められる前記トランスミッション入力トルクとに基づいて、前記目標入力回転数を算出するようになっている、請求項１に記載の作業車両。
8. 前記コントローラ（２）は、前記目標車速と前記実車速との偏差が予め設定される閾値未満の場合に第１制御を、前記偏差が前記閾値以上の場合に第２制御をそれぞれ実行するようになっており、
   前記第１制御は、
   前記目標車速を実現するために必要な目標駆動力を、予め設定される基準走行抵抗と車体重量とを用いて算出するステップ（Ｓ１，Ｓ２１）と、
   この算出された目標駆動力に対応して前記トルクコンバータに入力されるべき回転数の目標値である目標入力回転数を算出するステップ（Ｓ３，Ｓ２３）と、
   前記トルクコンバータに入力される実際の回転数を検出するステップ（Ｓ４，Ｓ２４）と、
   この検出された実入力回転数が前記目標入力回転数となるように、前記クラッチのクラッチ圧を設定するステップ（Ｓ５，Ｓ２５）と、
   をそれぞれ実行し、
   前記第２制御は、
   前記実車速が前記目標車速よりも大きい場合に前記クラッチ圧を予め設定される所定値だけ減少させ、前記実車速が前記目標車速よりも小さい場合に前記クラッチ圧を前記所定値だけ増加させるステップ（Ｓ１５）を実行する、
   請求項１に記載の作業車両。
9. 前記コントローラ（２）は、前記目標車速と前記実車速との偏差に基づいて、前記基準走行抵抗を補正するための補正手段を備えており、
   前記補正手段は、第１補正モード（Ｓ３０〜Ｓ３８）と第２補正モード（Ｓ４０〜Ｓ４６）とを備えており、
   前記第１補正モードは、予め設定される所定期間内において、タイヤに伝わる駆動力の変化が所定の閾値以下であり、かつ、前記実車速の変化が別の所定の閾値以下である場合に、前記基準走行抵抗を変化させ、
   前記第２補正モードは、予め設定される所定期間内において、前記第１制御と前記第２制御との間の移行回数が予め設定される所定回数に達した場合に、前記基準走行抵抗を変化させる、
   請求項８に記載の作業車両。
10. エンジン（１０）と、このエンジンに接続されるクラッチ（１３）と、このクラッチ（１３）に接続されるトルクコンバータ（１４）と、このトルクコンバータ（１４）に接続され、駆動輪に駆動力を伝達するトランスミッション（１５）と、実車速を検出する車速検出手段（２３）とを備えた作業車両の車速を制御する方法であって、
    予め設定される目標車速を実現するために必要な目標駆動力を、予め設定される基準走行抵抗と車体重量とを用いて算出するステップ（Ｓ１，Ｓ２１）と、
    この算出された目標駆動力に対応して前記トルクコンバータに入力されるべき回転数の目標値である目標入力回転数を算出するステップ（Ｓ３，Ｓ２３）と、
    前記トルクコンバータに入力される実際の回転数を検出するステップ（Ｓ４，Ｓ２４）と、
    この検出された実入力回転数が前記目標入力回転数となるように、前記クラッチのクラッチ圧を設定するステップ（Ｓ５，Ｓ２５）と、
    をそれぞれ実行する作業車両の車速制御方法。
11. 前記目標車速と前記実車速との偏差に基づいて、前記基準走行抵抗を補正するための補正ステップ（２０Ｂ，Ｓ３０〜Ｓ３８，Ｓ４０〜Ｓ４６）を備える請求項１０に記載の作業車両の車速制御方法。
12. 前記補正ステップは、前記基準抵抗を補正するための開始条件が成立したか否かを判定する開始条件判定ステップ（Ｓ３０〜Ｓ３４，Ｓ４０〜Ｓ４１）と、前記開始条件判定ステップにより前記開始条件が成立したと判定される場合には、予め設定されている範囲内で、前記基準走行抵抗を段階的に変化させる基準走行抵抗設定ステップ（Ｓ３５〜Ｓ３８，Ｓ４２〜Ｓ４６）とを備える、請求項１１に記載の作業車両の車速制御方法。
13. 前記開始条件判定ステップ（Ｓ３０〜Ｓ３３）は、予め設定される所定期間内において、タイヤに伝わる駆動力の変化が所定の閾値以下であり、かつ、前記実車速の変化が別の所定の閾値以下である場合に、前記開始条件が成立したと判定する、請求項１２に記載の作業車両の車速制御方法。
14. 前記開始条件判定ステップは、予め設定される所定期間内において、前記偏差の絶対値が予め設定される所定値を上回った回数を検出し、この回数が予め設定される所定回数に達した場合に、前記開始条件が成立したと判定する、請求項１２に記載の作業車両の車速制御方法。
15. エンジン（１０）と、このエンジンからの出力を作業機系と走行系とに分配するための分配器（１１）と、この分配器を介して前記エンジンに接続されるクラッチ（１３）と、このクラッチ（１３）に接続されるトルクコンバータ（１４）と、このトルクコンバータ（１４）に接続され、駆動輪に駆動力を伝達するトランスミッション（１５）と、実車速を検出する車速検出手段（２３）とを有する作業車両の車速を制御するための制御装置であって、
    前記目標車速を実現するために必要な目標駆動力を、予め設定される基準走行抵抗と車体重量とを用いて算出する目標駆動力算出手段（Ｓ１，Ｓ２１）と、
    この算出された目標駆動力に対応して前記トルクコンバータに入力されるべき回転数の目標値である目標入力回転数を算出する目標入力回転数算出手段（Ｓ３，Ｓ２３）と、
    前記トルクコンバータに入力される実際の回転数を検出する実入力回転数検出手段（Ｓ４，Ｓ２４）と、
    この検出された実入力回転数が前記目標入力回転数となるように、前記クラッチのクラッチ圧を設定するクラッチ圧設定手段（Ｓ５，Ｓ２５）と、
    を備える作業車両の車速制御装置。

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