JP5017291B2

JP5017291B2 - 作業車両の変速制御装置

Info

Publication number: JP5017291B2
Application number: JP2009028737A
Authority: JP
Inventors: 幸次兵藤; 栄一酒井; 哲二田中
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: JP2010185484A

Description

本発明は、トルコン駆動のホイールローダ等の作業車両の変速制御装置に関する。

エンジンの出力トルクをトルクコンバータ（以下、トルコン）を介してトランスミッションに伝達し、走行駆動力を発生するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、前後進切換スイッチにより車両の前後進を選択し、この選択に応じてトランスミッションを切り換えて、車両を前進走行または後進走行させる。

特開２００８−１３８７００号公報

ところで、このような作業車両では、前後進切換スイッチにより前進走行を選択して登坂走行している際に、アクセルペダルを戻し操作すると、走行駆動力が減少して車両が自重により逆走することがある。逆走時においては、前進方向の駆動力がブレーキ力として作用するため、アクセルペダルの踏み込み量を調整することで、ブレーキペダルを操作しなくてもブレーキ力を調整できる。

しかしながら、逆走時において、例えば車速が増加することによりトランスミッションが自動的にシフトアップすると、アクセルペダルの操作による前進方向の走行駆動力が減少し、アクセルペダルの踏み込みによるブレーキ操作性に違和感が生じる。

本発明による作業車両の変速制御装置は、車両の前後進を指令する前後進指令手段と、原動機の回転をトルクコンバータ（トルコン）およびトランスミッションを介して車輪に伝達し、アクセルペダルの操作量に応じて前後進指令手段により指令された方向の走行駆動力を発生する走行駆動手段と、トルコンの入力軸と出力軸の速度比または車速に応じてシフトアップおよびシフトダウンする自動変速手段と、前後進指令手段により指令された方向とは逆方向の車両の走行である逆走状態か否かを判定する判定手段と、逆走時にオペレータの操作により減速力を付与可能な減速手段と、判定手段により逆走状態と判定されると、自動変速手段によるシフトアップを禁止するシフトアップ禁止手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、逆走時に自動変速によるシフトアップを禁止するようにしたので、ブレーキ操作性に違和感が生じることを防止できる。

本発明の実施の形態に係るホイールローダの側面図。本発明の実施の形態に係る変速制御装置の概略構成を示す図。アクセルペダルの操作量と目標エンジン回転速度の関係を示す図。かき上げ作業を説明する図。車両の逆走を説明するための図。車速と駆動力の関係を示す図。（ａ）はトルコン速度比基準による自動変速特性を示す図、（ｂ）は車速基準による自動変速特性を示す図。本実施の形態に係るコントローラでの処理の一例を示すフローチャート。

以下、図１〜図８を参照して本発明の実施の形態について説明する。
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１１３等を有する前部車体１１０と、運転室１２１，エンジン室１２２，タイヤ１２３等を有する後部車体１２０とで構成される。アーム１１１はアームシリンダ１１４の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（ダンプまたはクラウド）する。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。

図２は、本実施の形態に係る原動機制御装置の概略構成を示す図である。エンジン１の出力軸にはトルクコンバータ２（以下、トルコン）の入力軸が連結され、トルコン２の出力軸は１速〜４速に変速可能なトランスミッション３に連結されている。トルコン２は周知のインペラ，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の回転はトルコン２を介してトランスミッション３に伝達される。トランスミッション３は、その速度段を変速する液圧クラッチを有し、トルコン２の出力軸の回転はトランスミッション３で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト４，アクスル５を介してタイヤ６（図１の１１３，１２３）に伝達され、車両が走行する。

なお、図示は省略するが、ホイールローダにはエンジン１よって駆動される作業用油圧ポンプが設けられ、油圧ポンプからの圧油がアームシリンダ１１４やバケットシリンダ１１５等のアクチュエータに供給されて、作業が行われる。

コントローラ８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ８には、アクセルペダル７ａの操作量を検出するアクセル操作量検出器７と、車両の前後進を指令する前後進切換スイッチ９と、トルコン２の入力軸の回転速度Ｎｉを検出する回転速度検出器１０ａと、トルコン２の出力軸の回転速度Ｎｔを検出する回転速度検出器１０ｂと、トランスミッション３の出力軸の回転速度、つまり車速ｖを検出する回転速度検出器１０ｃと、１速〜４速の間で速度段の上限を指令する最高速度段選択スイッチ１１と、ブレーキペダル１２ａの操作量を検出するブレーキ操作量検出器１２ａとが接続されている。回転速度検出器１０ｃは、回転速度だけでなく回転方向（車両進行方向）も検出可能である。なお、回転速度検出器１０ｂにより回転方向を検出するようにしてもよい。

コントローラ８は、エンジン制御部１ａに制御信号を出力し、アクセルペダル７ａの操作量に応じた目標エンジン回転速度Ｎａにエンジン回転速度を制御する。図３は、ペダル操作量と目標エンジン回転速度Ｎａの関係を示す図である。図３に示すようにアクセルペダル７ａの非操作時には、目標エンジン回転速度Ｎａは最小値Ｎｍｉｎであり、ペダル操作量の増加に伴い目標エンジン回転速度Ｎａは増加する。ペダル最大踏み込み時の目標エンジン回転速度Ｎａは最大値Ｎｍａｘとなる。

トルコン２は入力トルクＴｉｎに対し出力トルクＴｏｕｔを増大させる機能、つまりトルク比Ｔｒ（＝Ｔｏｕｔ／Ｔｉｎ）を１以上とする機能を有する。トルク比Ｔｒは、トルコン２の入力軸と出力軸の回転速度の比であるトルコン速度比ｅ（出力回転速度Ｎｔ／入力回転速度Ｎｉ）に応じて変化する。トルコン速度比ｅは、トルコン２の入力軸と出力軸の回転方向が同一の場合には正の値となり、入力軸と出力軸の回転方向が異なる場合、つまり逆走状態では負の値となる。

トルコン速度比ｅがｅ＜０の逆走状態は、図４に示すような坂道での走行時に発生する。以下、この点について説明する。図４は、ホイールローダでバケット内の土砂等を山状に積み上げる、いわゆるかき上げ作業を示す図である。かき上げ作業を行う場合、オペレータは前後進切換スイッチ９を前進位置に切り換え、アクセルペダル７ａをハーフ〜フルに踏み込む。これにより前進方向の走行駆動力が発生し、車両が急勾配を上る。その後、バケット内の荷を放出すると、オペレータはアクセルペダル７ａを戻し操作し、前進方向の走行駆動力を減少させる。

ここで、図５に示すように車両の重量をＷ、坂道の勾配をθ、自重により坂道勾配を下り落ちようとする力（タイヤ６を回す力）をＦとする。さらに、タイヤ６の転がり半径をＲ、タイヤ６の転がり抵抗をμとする。このとき、車両には自重により坂道勾配を下り落ちようとする力Ｆ１が作用しており、Ｆ１＝Ｗ×（ｓｉｎθ−μ×ｃｏｓθ）となる。したがって、力Ｆ１が、アクセルペダル７ａの操作による前進方向の駆動力Ｆ２を上回ると、車両は逆走し、坂道を下る。

アクセルペダル７ａの操作による駆動力Ｆ２は、車速ｖと速度段に応じて変化する。図６は、例えばアクセルペダル７ａを最大に踏み込み操作したときの各速度段における車速ｖと駆動力Ｆ２の関係を示す図である。駆動力Ｆ２は、速度段が小さいほど、および車速ｖが遅いほど大きくなる。

トランスミッション３は、１速〜４速の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る。これらソレノイド弁は、コントローラ８からトランスミッション制御部３ａへ出力される制御信号によって駆動され、これによりトランスミッション３の速度段が変更される。

図７は、トランスミッション３における自動変速のタイミングを示す図である。自動変速制御には、図７（ａ）に示すようにトルコン速度比ｅが所定値に達すると変速するトルコン速度比基準制御と、図７（ｂ）に示すように車速ｖが所定値に達すると変速する車速基準制御の２つの方式がある。

図７（ａ）に示すトルコン速度比基準制御では、走行負荷が小さくなりトルコン速度比ｅが増加して、トルコン速度比ｅが所定値ｅ２以上になると、速度段は１段シフトアップする。反対に、走行負荷が大きくなりトルコン速度比ｅが低下して、トルコン速度比ｅが所定値ｅ１以下になると、速度段は１段シフトダウンする。逆走時にはトルコン速度比ｅはマイナスであり、この場合にはトルコン速度比ｅの絶対値が所定値ｅ２以上になると速度段は１段シフトアップし、所定値ｅ１以下になると速度段は１段シフトダウンする。なお、逆走時においてもトルコン速度比ｅに応じて同様にシフトアップまたはシフトダウン変速する。

これによりトランスミッション３の速度段がトルコン速度比ｅに応じて１速〜４速の間で自動的に変更される。この際、最高速度段選択スイッチ１１により選択された速度段を上限として自動変速される。例えば最高速度段選択スイッチ１１により２速が選択されたときは速度段は１速または２速となり、１速が選択されたときは速度段は１速に固定される。

一方、図７（ｂ）に示す車速基準制御では、車速ｖが増加して所定値ｖＳ１，ｖＳ２，ｖＳ３に達すると、速度段は１段シフトアップし、車速ｖが減少して所定値ｖＳ４，ｖＳ５，ｖＳ６に達すると、速度段が１段シフトダウンする。なお、逆走時においても車速ｖに応じて同様にシフトアップまたはシフトダウンする。以下では、車速制御によりトランスミッション３の速度段を制御するものとして説明する。なお、車速制御ではなくトルコン速度比基準制御によりトランスミッション３の速度段を制御してもよい。

本実施の形態では、図４に示すような車両の逆走時にアクセルペダル７ａを踏み込み操作すると、エンジン回転速度が増加して前進方向の駆動力Ｆ２が増大する。これにより自重により坂道を下る力Ｆ１に対抗したブレーキ力が増大し、ブレーキペダル１２ａを操作しなくても、逆走時の車速を調整できる。

逆走時において、車速ｖが速くなって図７（ｂ）の所定値ｖＳ１，ｖＳ２，ｖＳ３を超えると、速度段が自動的にシフトアップする。これによりアクセルペダル７ａの操作による駆動力Ｆ２、すなわち逆走時のブレーキ力が低下し、オペレータはブレーキ操作性に違和感を感じる。これを防止するため、本実施の形態では以下のように変速を制御する。

図８は、コントローラ８のＣＰＵで実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジンキースイッチのオンにより開始される。なお、メモリには予めシフトアップおよびシフトダウンの基準となる閾値ｖＳ１〜ｖＳ６が記憶されている。

ステップＳ１では、図２の各種センサ７，１０ａ〜１０ｃ，１２およびスイッチ９，１１からの信号を読み込む。ステップＳ２では、回転速度検出器１０ｃにより検出された車速ｖが、予め各速度段に対応して定められた閾値ｖＳ１，ｖＳ２，ｖＳ３（シフトアップ車速）に達しているか否かを判定する。すなわち１速度段の場合には車速ｖが所定値ｖＳ１に達しているか否かを判定し、２速度段の場合には車速ｖが所定値ｖＳ２に達しているか否かを判定し、３速度段の場合には車速ｖが所定値ｖＳ３に達しているか否かを判定する。ステップＳ２が肯定されるとステップＳ３に進む。ステップＳ３では、現在の速度段が最高速度段選択スイッチ１１により指令された最高速度段にあるか否かを判定する。ステップＳ３が肯定されるとリターンし、否定されるとステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、前後進切換スイッチ９と回転速度検出器１０ｃからの信号に基づき逆走状態か否か、つまり前後進切換スイッチ９により指令された車両進行方向と回転速度検出器１０ｃにより検出された車両進行方向が異なっているか否かを判定する。ステップＳ４が肯定されるとリターンし、否定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、トランスミッション制御部３ａに制御信号を出力し、速度段を１段シフトアップする。

一方、ステップＳ２が否定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、回転速度検出器１０ｃにより検出された車速ｖが、予め各速度段に対応して定められた閾値ｖＳ４，ｖＳ５，ｖＳ６（シフトダウン車速）に達したか否かを判定する。すなわち２速度段の場合には車速ｖが所定値ｖＳ４に達しているか否かを判定し、３速度段の場合には車速ｖが所定値ｖＳ５に達しているか否か判定し、４速度段の場合には車速ｖが所定値ｖＳ６に達しているか否かを判定する。ステップＳ６が肯定されるとステップＳ７に進み、ステップＳ６が否定されるとリターンする。ステップＳ７では、トランスミッション制御部３ａに制御信号を出力し、速度段を１段シフトダウンする。

本実施の形態の主要な動作を説明する。非逆走時において、車速ｖが上昇してシフトアップ車速ｖＳ１，ｖＳ２，ｖＳ３に達すると、最高速度段選択スイッチ１１により指令された速度段を上限としてトランスミッション３の速度段がシフトアップされる（ステップＳ４→ステップＳ５）。一方、逆走時に車速ｖが上昇してシフトアップ車速ｖＳ１，ｖＳ２，ｖＳ３に達しても、トランスミッション３の速度段はシフトアップすることなく、現在の速度段が維持される。これにより逆走時にアクセルペダル７ａの操作による駆動力Ｆ２、すなわちブレーキ力が減少することを防止でき、オペレータはブレーキ操作性に違和感を感じることがなく、ブレーキ操作性が向上する。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）前後進切換スイッチ９と回転速度検出器１０ｃからの信号により車両の逆走状態を判定し、逆走状態と判定されたときは自動変速によるシフトアップを禁止するようにした。これによりアクセルペダル７ａの操作による前進方向の駆動力Ｆ２が減少することを防止でき、アクセルペダル７ａによるブレーキ操作性が向上する。
（２）アクセルペダル７ａの操作量に応じた前進方向の駆動力Ｆ２を発生させることにより逆走時に車両にブレーキ力を付与するので、ブレーキペダル１２ａを操作することなくブレーキ力を調整することができ、登板走行と降坂走行を繰り返すようなかき上げ作業等を容易に行うことができる。

なお、上記実施の形態では、アクセルペダル７ａの操作量に応じた駆動力Ｆ２により逆走時に車両に減速力を付与するようにしたが、減速手段はこれに限らない。例えば逆走時にブレーキペダル１２ａを操作してブレーキ力を付与するようにしてもよい。この場合もシフトアップが禁止されることで、前進方向の駆動力Ｆ２の低下を抑制することができ、オペレータがブレーキ操作性に違和感を感じることを防止できる。前後進切換スイッチ９により車両の前後進を指令したが、前後進指令手段の構成はこれに限らない。前後進切換スイッチ９により前進が指令された際に、エンジン１の回転をトルコン２を介してタイヤ６に伝達し、アクセルペダル１ａの操作量に応じた前進方向の走行駆動力を発生するのであれば、走行駆動手段はいかなるものでもよい。

車速ｖに応じてシフトアップまたはシフトダウンするようにしたが、トルコン速度比ｅに応じてシフトアップまたはシフトダウンするようにしてもよく、自動変速手段の構成はいかなるものでもよい。前後進切換スイッチ９と回転速度検出器１０ｃからの信号によりコントローラ８で車両の逆走状態を判定するようにしたが、判定手段はこれに限らない。逆走状態と判定されたときにシフトアップを禁止するのであれば、シフトアップ禁止手段としてのコントローラ８での処理は上述したものに限らない。

以上では、本発明をホイールローダに適用する例について説明したが、トルコン駆動の他の作業車両にも本発明は同様に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の作業車両の変速制御装置に限定されない。

１エンジン
２トルクコンバータ
３トランスミッション
３ａトランスミッション制御部
７アクセル操作量検出器
８コントローラ
９前後進切換スイッチ
１０ａ〜１０ｃ回転速度検出器

Claims

車両の前後進を指令する前後進指令手段と、
原動機の回転をトルクコンバータ（トルコン）およびトランスミッションを介して車輪に伝達し、アクセルペダルの操作量に応じて前記前後進指令手段により指令された方向の走行駆動力を発生する走行駆動手段と、
前記トルコンの入力軸と出力軸の速度比または車速に応じてシフトアップおよびシフトダウンする自動変速手段と、
前記前後進指令手段により指令された方向とは逆方向の車両の走行である逆走状態か否かを判定する判定手段と、
逆走時にオペレータの操作により減速力を付与可能な減速手段と、
前記判定手段により逆走状態と判定されると、前記自動変速手段によるシフトアップを禁止するシフトアップ禁止手段とを備えることを特徴とする作業車両の変速制御装置。
請求項１に記載の作業車両の変速制御装置において、
前記減速手段は、前記アクセルペダルの操作量に応じて前記前後進指令手段により指令された方向の走行駆動力を発生することにより逆走時に減速力を付与することを特徴とする作業車両の変速制御装置。