JP5276597B2 - 作業車両の変速制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機を備え、エンジンの出力が、トルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達され、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御装置および方法に関するものである。

ブルドーザは、作業機と、エンジンと、動力伝達装置と、走行体とを持つ。動力伝達装置は、ロックアップクラッチ付トルクコンバータとトランスミッションとを有し、エンジンの出力が、ロックアップクラッチ付トルクコンバータのトルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達される。ブルドーザは、更に、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速する変速制御装置を備えている。走行体は、履帯で構成されている。ロックアップクラッチ付トルクコンバータは、エンジンとトランスミッションとの間に設けられている。ロックアップクラッチ付トルクコンバータのトルクコンバータは、履帯に負荷、つまり履帯の回転を妨げる力が作用した場合に、負荷の変化に応じて、自動的に無段階にトランスミッションに伝えるトルクを変えて、履帯の駆動力を変化させるものである。トルクコンバータにより、履帯が回転できないような負荷がかかった場合でも、エンジンの回転変動を少なくすることができ、エンジン停止（エンスト）を防止できる。

ロックアップクラッチ付トルクコンバータのロックアップクラッチは、エンジンとトランスミッションとの間にあってロックアップクラッチ付トルクコンバータのトルクコンバータと並列に設けられている。ロックアップクラッチは、トルクコンバータにおける動力損失をカバーするために、トルクコンバータの特性を必要としない速度域で、トルクコンバータのポンプとタービンを直結してロックアップ状態（クラッチ係合状態）にするものである。本明細書では、ロックアップクラッチがオンされ、ロックアップクラッチが係合されている状態のことをロックアップ状態といい、ロックアップクラッチがオフされ、ロックアップクラッチが開放されトルクコンバータ内の流体を介して動力が伝達されている状態のことをトルコン状態というものとする。

ブルドーザでは、ロックアップクラッチが、条件に応じて自動的に作動される。すなわち、ロックアップクラッチは、条件に応じて自動的にオン（係合動作）、オフ（開放動作）する。

トランスミッションは、進もうとする方向、必要とする駆動力、必要とする速度（車速）に応じて、前進クラッチＦ、後進クラッチＲ、各速度段クラッチつまり１速１ｓｔ、２速２ｎｄ、３速３ｒｄを選択的に係合動作、開放動作するものである。

ブルドーザの運転室には、前後進選択操作レバーと、変速レバーとが備えられている。前後進選択操作レバー、変速レバーの操作によって、前進Ｆ、後進Ｒ、１速、２速、３速速の各速度段を含むシフトレンジが選択可能となっている。

たとえば前後進選択操作レバー、変速レバーが「前進」、「２速」の位置に操作されたときは、変速制御装置では、前後進選択操作レバー、変速レバーが他の位置に操作されない限りは、この前進の２速速度段を最高速度段にして自動変速が行われる。

シフトレンジ「２速」選択時におけるブルドーザで典型的な変速パターンは、以下のとおりである。

・変速パターン１；車速の低下に応じて、２速のロックアップ状態から２速のトルコン状態に変速し、２速のトルコン状態から１速のロックアップ状態に変速し、１速のロックアップ状態から１速のトルコン状態に変速する。

・変速パターン２；車速の低下に応じて、２速のロックアップ状態から１速のロックアップ状態に変速し、１速のロックアップ状態から１速のトルコン状態に変速する。

上記いずれの変速パターンでも、２速から１速に変速する際には、ロックアップ状態になる。

ブルドーザは、ブレードなどの作業機によって地山を押土しながら掘削作業を行う。かかる掘削作業時には、低速で大きな駆動力（けん引力）が必要とされる作業が大半を占めていることから、通常、変速レバーによって「２速」のシフトレンジに操作されて作業が行なわれる。そして、上記変速パターンに従って変速が行われる。

地山に突入するときなど、非常に大きな駆動力（牽引力）を必要とする重掘削時には、２速から、１速のロックアップ状態を経て１速のトルコン状態にシフトダウンされる。

ロックアップ状態では、ロックアップクラッチ付トルクコンバータにおけるトルクの伝達効率がよく、エンジンの燃料消費量も少なくできることから、必要な牽引力が得られエンストしない範囲で出来る限りロックアップ状態にして作業を行なわせることが望まれる。

上記変速パターンを採用すれば、２速から１速にシフトダウンする際にロックアップ状態になり、つぎに１速のトルコン状態に変速するまでの間は１速のロックアップ状態で作業を行なえることから、この要請に応えることができる。

下記特許文献１には、ブルドーザにおいて、ロックアップクラッチ付トルクコンバータを備え、負荷の大きさに応じて最適な速度段が得られるように変速を制御するとともに、負荷に応じて最適な牽引力が得られるようにロックアッククラッチをオンオフ制御するという発明が記載されている。
日本国特開平０５−９３４２９号公報

２速から１速に変速する際に車体にかかる負荷の増加が緩やかである場合には、特に問題はないものの、例えば作業機が大きな積土に突っ込んだ場合など、２速から１速に変速する際に車体にかかる負荷が急増すると、１速のロックアップ状態に変速しても極めて短時間で１速のトルコン状態に移行することになる。このとき車体では２段の連続した変速ショック、つまり２速から１速のロックアップ状態移行時の変速ショックとこれに続く１速のロックアップ状態から１速のトルコン状態移行時のショックが発生する。この２段の変速ショックは、車体に悪影響を与えるのみならずオペレータに不快感を与えることから、これを抑制することが必要である。

また、車体にかかる負荷が急増した状態で１速のロックアップ状態に移行すると、車体が殆ど停止している状態で急負荷がエンジンに直接作用することから、エンジン回転数が急激に落ち込み、トルクが低下することとなる。このため、その後に１速のトルコン状態に移行したとしてもエンジン回転数の落ち込みおよびトルクの低下は、迅速には回復せず、車体（走行体、足回り）が十分な牽引力を発生しないまま減速して、やはり変速ショックが生じたり、場合によってはエンストに至るおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、できる限りロックアップ状態のまま効率および燃費が良い状態で作業を行なわせるようにしつつ、車体に急激な負荷がかかり高速から低速の速度段に急速に変速する際のショックおよび低速の速度段におけるエンジン回転数の落ち込みおよびトルクの低下を抑制することを解決課題とするものである。

第１発明は、エンジンと、走行体と、動力伝達装置とを備え、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御装置であって、負荷増加率演算手段と、変速制御手段とを備える。動力伝達装置は、トルクコンバータとロックアップクラッチとトランスミッションとを有し、エンジンの出力が、トルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達される。負荷増加率演算手段は、作業車両にかかる負荷の増加率を演算する。変速制御手段は、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、負荷増加率が負荷増加率しきい値よりも小さい場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを係合したロックアップ状態にして低速の速度段に変速する。また、変速制御手段は、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、負荷増加率が負荷増加率しきい値以上である場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを開放したままのトルコン状態で低速の速度段に変速する。

第２発明は、エンジンと、走行体と、動力伝達装置とを備え、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御装置であって、加速度検知手段と、変速制御手段とを備える。動力伝達装置は、トルクコンバータとロックアップクラッチとトランスミッションとを有し、エンジンの出力が、トルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達される。加速度検知手段は、作業車両の速度の減少率を検知する。変速制御手段は、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、車速減少率が車速減少率しきい値よりも小さい場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを係合したロックアップ状態にして低速の速度段に変速する。また、変速制御手段は、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、車速減少率が車速減少率しきい値以上である場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを開放したままのトルコン状態で低速の速度段に変速する。

第３発明は、第１発明において、変速制御手段は、２速から１速に変速する際に、負荷増加率が負荷増加率しきい値よりも小さい場合には、２速のトルコン状態から、１速のロックアップ状態に変速する。また、変速制御手段は、２速から１速に変速する際に、負荷増加率が負荷増加率しきい値以上である場合には、２速のトルコン状態から、１速のトルコン状態に変速する。

第４発明は、第２発明において、変速制御手段は、２速から１速に変速する際に、車速減少率が車速減少率しきい値よりも小さい場合には、２速のトルコン状態から、１速のロックアップ状態に変速する。また、変速制御手段は、２速から１速に変速する際に、車速減少率が車速減少率しきい値以上である場合には、２速のトルコン状態から、１速のトルコン状態に変速する。

第５発明は、エンジンの出力が、トルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達され、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御方法であって、作業車両の負荷の増加率を求めるステップと、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、作業車両にかかる負荷の増加率が負荷増加率しきい値よりも小さい場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを係合したロックアップ状態にして低速の速度段に変速し、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、作業車両にかかる負荷の増加率が負荷増加率しきい値以上である場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを開放したままのトルコン状態で低速の速度段に変速するステップとを有する。

第６発明は、エンジンの出力が、トルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達され、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御方法であって、作業車両の速度の減少率を求めるステップと、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、作業車両の速度の減少率が車速減少率しきい値よりも小さい場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを係合したロックアップ状態にして低速の速度段に変速し、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、作業車両の速度の減少率が車速減少率しきい値以上である場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを開放したままのトルコン状態で低速の速度段に変速するステップとを有する。

実施例の作業車両の変速制御装置の構成を示すブロック図であり、ブルドーザの構成を、本発明に係る部分について示した図である。 コントローラで行われる処理の手順を示すフローチャートである。 車体速度と牽引力（負荷）の関係を示した図である。 コントローラの内部構成を本発明に係る部分について示したブロック図である。 図５（ａ）〜（ｌ）は、実施例の効果を検証するための実験を行い、その実験データをタイミングチャートで示した図である。

１ 作業車両、２ 作業機、３ エンジン、４ｂ トルクコンバータ、４ａ ロックアップクラッチ、４ ロックアップクラッチ付トルクコンバータ、５ 走行体（履帯）、６ トランスミッション、１０ 動力伝達装置、２０ コントローラ、２１ 負荷増加率演算手段（加速度検知手段）、２２ 変速制御手段

以下、図面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、実施形態の作業車両の変速制御装置の構成を示すブロックであり、ブルドーザの構成を、本発明に係る部分について示している。

同図１に示すように、本実施例の装置は、ブレードを含む作業機２と、ディーゼルエンジンからなるエンジン３と、履帯からなる走行体５と、動力伝達装置１０と、変速制御装置としてのコントローラ２０とを含んで構成されている。動力伝達装置１０は、ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４とトランスミッション６とを有し、エンジン３の出力がロックアップクラッチ付トルクコンバータ４のロックアップクラッチ４ａまたはトルクコンバータ４ｂを介して走行体５に伝達される。コントローラ２０は、車速Ｖの低下に応じて、トランスミッション６の速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速する。

同図１に示すように、作業車両１のエンジン３から履帯５までの駆動力伝達装置１０には、パワー・テークオフ（ＰＴＯ）７、ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４、前進クラッチＦ、後進クラッチＲ、各速度段クラッチ１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄを有したトランスミッション６、終減速装置８、スプロケット９が設けられている。作業車両１のエンジン３の出力軸は、パワー・テークオフ７に連結されている。パワー・テークオフ７は、ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４のトルクコンバータ４ｂのポンプおよびロックアップクラッチ４ａに連結されているとともに、油圧ポンプ１１に連結されている。

エンジン３の出力（トルク）の一部は、パワー・テークオフ７、ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４のロックアップクラッチ４ａまたはトルクコンバータ４ｂのポンプおよびタービン、トランスミッション６、終減速装置８、スプロケット９を介して履帯５に伝達される。また、エンジン３の出力の残りは、パワー・テークオフ７を介して油圧ポンプ１１に伝達される。これにより油圧ポンプ１１が駆動され、油圧ポンプ１１から吐出された作動油が図示しない操作弁を介して、図示しないリフトシリンダなどとして構成された油圧アクチュエータに伝達され、ブレードなどの作業機２が作動される。

ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４は、エンジン３とトランスミッション６との間に設けられている。ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４のトルクコンバータ４ｂは、履帯５に負荷、つまり履帯５の回転を妨げる力が作用した場合に、負荷の変化に応じて、自動的に無段階にトランスミッション６に伝えるトルクを変えて、履帯５の駆動力を変化させるものである。トルクコンバータ４ｂにより、履帯５が回転できないような負荷がかかった場合でも、エンジン３の回転変動を少なくすることができ、エンジン停止（エンスト）を防止できる。トルクコンバータ４ｂの性能特性である速度比ｅに対するトルク比Ｅｔの特性は、コントローラ２０に記憶されている。ここで、速度比ｅとは、トルクコンバータ４ｂの入力回転数Ｎｅに対するトルクコンバータ４ｂの出力回転数Ｎｔの比である。また、トルク比Ｅｔとは、トルクコンバータ４ｂの入力トルクＴｔｉに対するトルクコンバータ４ｂの出力トルクＴｔｏの比である。なお、入力回転数Ｎｅは、エンジン回転センサ３３で検出されるエンジン回転数Ｎｅと同じであり、出力回転数Ｎｔはトルコン出力回転センサ３４により検出される。

ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４のロックアップクラッチ４ａは、エンジン３とトランスミッション６との間にあってロックアップクラッチ付トルクコンバータ４のトルクコンバータ４ｂと並列に設けられている。ロックアップクラッチ４ａは、トルクコンバータ４ｂにおける動力損失をカバーするために、トルクコンバータ４ｂの特性を必要としない速度域で、トルクコンバータ４ｂのポンプとタービンを直結してロックアップ状態（クラッチ係合状態）にするものである。本明細書では、ロックアップクラッチ４ａがオンされ、ロックアップクラッチ４ａが係合されている状態のことをロックアップ状態といい、ロックアップクラッチ４ａがオフされ、ロックアップクラッチ４ａが開放されトルクコンバータ４ｂ内の流体を介して動力が伝達されている状態のことをトルコン状態というものとする。

ブルドーザでは、ロックアップクラッチ４ａが、条件に応じて自動的に作動される。すなわち、ロックアップクラッチ４ａは、条件に応じて自動的にオン（係合動作）、オフ（開放動作）する。ロックアップクラッチ４ａは、油圧クラッチで構成されている。実施例のロックアップクラッチ４ａは、クラッチ圧が高くなると係合（オン）し、クラッチ圧が低くなると開放（オフ）される。

トランスミッション６は、進もうとする方向、必要とする駆動力、必要とする速度（車速）に応じて、前進クラッチＦ、後進クラッチＲ、各速度段クラッチつまり１速１ｓｔ、２速２ｎｄ、３速３ｒｄを選択的に係合動作、開放動作するものである。トランスミッション６の各クラッチは油圧クラッチで構成されている。実施例のトランスミッション６の各クラッチは、クラッチ圧が高くなると係合し、クラッチ圧が低くなると開放される。

トランスミッション６の前進クラッチＦ、後進クラッチＲ、各速度段クラッチ１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄ、ロックアップクラッチ４ａは、コントローラ２０によって、係合動作、開放動作が制御される。

作業車両１の運転室には、燃料ダイヤル３１と、デセルペダル３２が備えられている。

燃料ダイヤル３１は、オペレータによって操作され、燃料ダイヤル３１の操作量であるエンジン目標回転数を示す信号はコントローラ２０に入力される。デセルペダル３２は、オペレータによって踏込み操作され、デセルペダル３２の踏込み操作量であるデセル回転数を示す信号はコントローラ２０に入力される。

エンジン３には、エンジン３の実際の回転数Ｎｅを検出するエンジン回転センサ３３が設けられている。エンジン回転センサ３３の検出回転数Ｎｅを示す信号は、コントローラ２０に入力される。

トルクコンバータ４の出力軸には、トルクコンバータ出力軸の回転数Ｎｔを検出するトルコン出力回転センサ３４が設けられている。トルコン出力回転センサ３４の検出回転数Ｎtを示す信号は、コントローラ２０に入力される。なお、トルコン出力回転センサ３４の代わりに、トランスミッション出力回転センサ３５を、トランスミッション６の出力軸に設けて、トランスミッション６の出力軸の回転数Ｎｔｒを示す信号を、コントローラ２０に入力させるようにしてもよい。コントローラ２０では、トルコン出力回転センサ３４で検出されたトルコン出力軸回転数Ｎｔと、トルクコンバータ４の出力軸から履帯５までの減速比に基づき、作業車両１の実際の速度Ｖ、つまり車速Ｖが計測される。また、トランスミッション出力回転センサ３５を用いる場合には、トランスミッション出力回転センサ３５で検出されたトランスミッション出力軸回転数Ｎｔｒと、トランスミッション６の出力軸から履帯５までの減速比に基づき、車速Ｖが計測される。

コントローラ２０では、燃料ダイヤル３１の操作量に応じた目標回転数が得られるように、エンジン３にエンジン出力指令を送りエンジン３を制御する。エンジン３は、ディーゼルエンジンであり、エンジン出力の制御は、シリンダ内に噴射する燃料量を調整することで行われる。この調整は、エンジン３の燃料噴射ポンプに付設したガバナを制御することで行われる。ガバナとしては、オールスピード制御方式のガバナが用いられ、燃料ダイヤル操作量に応じた目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。すなわち、ガバナは目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように燃料噴射量を増減する。この制御は、エンジン回転センサ３３の検出信号Ｎｅに基づき行われる。また、コントローラ２０には、エンジン回転数に対するエンジン出力トルクの特性マップが記憶されている。

また、デセルペダル３２の踏込み操作量に応じてコントローラ２０は、エンジン３の回転数Ｎｅが低下するようにエンジン３の回転数Ｎｅを制御する。

作業車両１の運転室には、前後進選択操作レバー４１と変速レバー４２が設けられている。前後進選択操作レバー４１と変速レバー４２の操作によって、トランスミッション６の前進Ｆ、後進Ｒ、１速１ｓｔ、２速２ｎｄ、３速３ｒｄの各速度段を含むシフトレンジが選択可能となっている。

前後進選択操作レバー４１は、操作位置に応じて、前進走行段（前進クラッチＦ）あるいは後進走行段（後進クラッチＲ）を選択する。前後進選択操作レバー４１の操作位置（前進位置「Ｆ」、後進位置「Ｒ」）を示す前後進位置信号は、コントローラ２０に入力される。

変速レバー４２は、操作位置に応じて、速度段の変速範囲であるシフトレンジを選択する。変速レバー４２の選択位置は、たとえばシフトレンジ「１速」、シフトレンジ「２速」、シフトレンジ「３速」からなる。シフトレンジ「２速」は、２速速度段２ｎｄが最高速度段として固定されて自動変速が行われるシフトレンジ位置である。同様に、シフトレンジ「３速」は、３速速度段３ｒｄが最高速度段として固定されて自動変速が行われるシフトレンジ位置である。

変速レバー４２の操作位置（シフトレンジ「１速」、「２速」、「３速」）を示すシフトレンジ信号は、コントローラ２０に入力される。掘削作業時など、低速の作業時には、変速レバー４２は、通常、シフトレンジ「２速」に操作される。

図４は、コントローラ２０の内部構成を本発明に係る部分について示したブロック図である。

コントローラ２０は、加速度検知手段２１と、変速制御手段２２を備えている。

加速度検知手段２１では、作業車両１の車速Ｖの減少率αが検知される。車速減少率（加速度）αとしては、車体に設置した加速度センサ３６の検出値が用いられる。

また、車速Ｖの計測値からの演算によって車速減少率αを求めるようにしてもよい。この場合、加速度検知手段２１は、上記のごとく計測された車速Ｖに基づき、車速Ｖの減少率α（加速度）を検知する。車速減少率αは、下記式（１）にて求められる。たとえば現在の車速Ｖ19から過去２０回分の車速Ｖ(Ｖ19、Ｖ18、Ｖ17、Ｖ16…Ｖ0)をサンプリング間隔（たとえば０．０１ｓｅｃ）毎に計測して、それら車速Ｖ19、Ｖ18、Ｖ17、Ｖ16…Ｖ0に基づき車速減少率（加速度）αが求められる。すなわち、１０回分の車速Ｖの和（Ｖ１９、Ｖ１８、・・・、Ｖ１０の和）から、その直前の１０回分の車速Ｖの和（Ｖ９、Ｖ８、・・・、Ｖ０の和）を減じた値を１０で除することにより、車速減少率αが求められる。

α＝（（ΣＶ19、Ｖ18、Ｖ17…Ｖ10）−（ΣＶ9、Ｖ8、Ｖ7…Ｖ0））／１０
…（１）
なお、上記式で車速Ｖから、車速減少率（加速度）αを求めているが、車速Ｖの代わりに、トルコン出力回転センサ３４で検出されるトルクコンバータ４の出力軸回転数Ｎｔを使用してもよく、トランスミッション出力回転センサ３５で検出されるトランスミッション６の出力軸回転数Ｎｔｒを使用してもよい。

コントローラ２０の変速制御手段２２は、前後進選択操作レバー４１、変速レバー４２の選択位置に対応するクラッチをトランスミッション６で選択的に係合するようにクラッチに供給される作動油を制御するとともに、ロックアップクラッチ４ａのオンオフを制御する。

コントローラ２０では、２速から１速に変速が行われる際に、車速減少率αの値に基づき後述する本実施例の変速制御を実行する。

なお、以下では、上述の変速パターン１で通常時の変速制御が行なわれる場合を例にとり説明する。

図３は、車体速度Ｖと牽引力（負荷）Ｆの関係を示す。図３において、Ｆ２Ｔ／Ｃは、トランスミッション６で前進クラッチＦ、速度段クラッチ２ｎｄ（前進２速；Ｆ２）が選択係合され、ロックアップクラッチ４ａが開放動作している（トルコン状態；Ｔ／Ｃ）ときの牽引力Ｆの特性を示しており、Ｆ１Ｌ／Ｕは、トランスミッション６で前進クラッチＦ、速度段クラッチ１ｓｔ（前進１速；Ｆ１）が選択係合され、ロックアップクラッチ４ａが係合動作している（ロックアップ状態；Ｌ／Ｕ）ときの牽引力Ｆの特性を示しており、Ｆ１Ｔ／Ｃは、トランスミッション６で前進クラッチＦ、速度段クラッチ１ｓｔ（前進１速；Ｆ１）が選択係合され、ロックアップクラッチ４ａが開放動作している（トルコン状態；Ｔ／Ｃ）ときの牽引力Ｆの特性を示している。

図２は、コントローラ２０で行われる処理の手順を示すフローチャートである。

まず、車速Ｖが、２速から１速に変速する速度しきい値Ｖ１以下に到達したか否かが判断される（ステップ１０１）。

つぎに、作業車両１の車速Ｖの減少率αが検知される（ステップ102）。車速減少率αの検知は、作業車体1に設置した加速度センサ３６によって加速度が計測されることにより行われる。あるいは、車速Ｖの計測値から、演算により減少率αを求めても良い。

つぎに、検知された車速減少率αが車速減少率しきい値αｃと比較され、車速減少率αが車速減少率しきい値αｃ以上であるか否かが判断される（ステップ１０３）。

この結果、車速Ｖが２速から１速に変速する速度しきい値Ｖ１以下になり、かつ、車速減少率αが車速減少率しきい値αｃよりも小さいと判断された場合、つまり２速から１速への変速時に車速Ｖの減少率αが緩やかであり、それに対応して図３にＦａにて示すように、牽引力Ｆ（負荷）の単位時間当たりの増加量（Ｆａ）が小さいときには（ステップ１０１の判断ＹＥＳ、ステップ１０３の判断ＮＯ）、図３において、Ｆ２Ｔ／Ｃの特性からＦ１Ｌ／Ｕの特性に移行するように制御する。すなわち、自動変速ポイントＰ０で２速から１速に切り替わるときにロックアップクラッチ４ａがオンされ、２速のトルコン状態から１速のロックアップ状態に変速される。これによりエンジン３のトルクとロックアップクラッチ付トルクコンバータ４のトルクは、１速のロックアップ状態の特性Ｆ１Ｌ／Ｕ上のポイントＰ１でマッチングする（ステップ１０５）。なお、やがて、さらに車速Ｖが低下して、１速のロックアップ状態から１速のトルコン状態に変速する速度しきい値Ｖ２以下になると、ロックアップクラッチ４ａがオフにされ、１速のロックアップ状態から１速のトルコン状態に移行され、１速のトルコン状態の特性Ｆ１Ｔ／Ｃ上のポイントＰ２でマッチングすることになる。このように、車速減少率αが小さい場合には、上記変速パターン１に従い変速が行われる（通常時制御）。

一方、車速Ｖが２速から１速に変速する速度しきい値Ｖ１以下になり、かつ、車速減少率αが車速減少率しきい値αｃ以上であると判断された場合、つまり２速から１速への変速時に車速Ｖの減少が急である場合、牽引力で置き換えると、図３にＦｂにて示すように、牽引力Ｆ（負荷）の単位時間当たりの増加量（Ｆｂ）が大きいときには（ステップ１０１の判断ＹＥＳ、ステップ１０３の判断ＹＥＳ）、図３において、Ｆ２Ｔ／Ｃの特性からＦ１Ｔ／Ｃの特性に移行するように制御する。すなわち、２速から１速に切り替わるときにロックアップクラッチ４ａがオフのままとされ、２速のトルコン状態から１速のトルコン状態に変速される。これによりエンジン３のトルクとロックアップクラッチ付トルクコンバータ４のトルクは、１速のトルコン状態の特性Ｆ１Ｔ／Ｃ上のポイントＰ２でマッチングする（ステップ１０４）。このように、車速減少率αが大きい場合には、上記変速パターン１で１速のロックアップ状態を飛ばして変速が行われる。

上述の実施例では、車速Ｖの減少率αをもって、負荷の増加率とみなし判断するようにしているが、直接、負荷の増加率を演算しての実施も可能である。この場合、図４のブロック図において、加速度検知手段２１の代わりに負荷増加率演算手段２１が設けられ、負荷増加率演算手段２１で、作業車両１にかかる負荷の増加率βが演算される。負荷の増加率βは、ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４の出力トルクの増加率として求めることができる。トルクコンバータ４の出力トルクは、下記(２)式によって求めることができる。

Ｔｔｏ＝Ｔｅｏ×Ｅｔ ・・・ (２)
ここで、Ｔｔｏはトルクコンバータ４の出力トルクである。Ｔｅｏは、エンジン出力トルク（トルクコンバータ４ｂの入力トルクに等しい）であり、コントローラ２０に記憶されているエンジン回転数−エンジン出力トルクの特性マップより得られる。Ｅｔは、トルク比であり、トルクコンバータ４ｂの速度比ｅと、コントローラ２０に記憶されているトルクコンバータ４ｂの速度比−トルク比の特性マップより一義的に得られる。なお、トルクコンバータ４ｂの速度比ｅは、エンジン回転数センサ３３により計測されるトルクコンバータ４ｂの入力回転数Ｎｅと、トルコン出力回転センサ３４により計測されるトルクコンバータ４ｂの出力回転数Ｎｔとから求められる。

また、負荷の増加率βは、牽引力Ｆの増加率として得てもよい。牽引力Ｆは、下記(３)式によって求めることができる。

Ｆ＝（係数）×Ｔｔｏ×Ｒ×Ｋ／（Ｌ×Ｚ） ・・・ (３)
ここで、Ｔｔｏは、上述したトルクコンバータ４の出力トルク、Ｒは動力伝達装置１０の総減速比、Ｋはトランスミッション６の入力軸からスプロケット９までの動力伝達効率、Ｌは履帯５のリンクピッチ、Ｚはスプロケット９の噛合い歯数を意味する。

そして、図２のフローチャートでは、作業車両１にかかる負荷の増加率βが演算された（ステップ１０２）後、負荷増加率βが負荷増加率しきい値βｃ以上であるか否かが判断され（ステップ１０３）、その結果、２速から１速に変速する際に、作業車両１にかかる負荷の増加率βが負荷増加率βが負荷増加率しきい値βｃよりも小さいと判断された場合には、２速から、ロックアップクラッチ４ａをオンしてロックアップ状態にして１速に変速する。また、２速から１速に変速する際に、負荷増加率βが負荷増加率しきい値βｃ以上であると判断された場合には、２速から、ロックアップクラッチをオフしたままのトルコン状態にして１速に変速する（図２のステップ１０３、１０４、１０５）。

このように、負荷増加率βが小さい場合には、上記変速パターン１に従い変速が行われる（通常時制御）とともに、負荷増加率βが大きい場合には、上記変速パターン１で１速のロックアップ状態を飛ばして変速が行われる。

つぎに、本実施例の作用効果について説明する。

本実施例によれば、２速から１速に変速する際に車体にかかる負荷の増加が緩やかである場合には、２速から、１速のロックアップ状態にシフトダウンされる。そして、その後１速のトルコン状態に変化するまでの間は、１速のロックアップ状態で作業を行なえることから、ロックアップクラッチ付トルクコンバータ４におけるトルクの伝達効率がよく、エンジンの燃料消費量も少ない状態で作業を行うことができる。

一方、例えば作業機が大きな積土に突っ込んだ場合など、２速から１速に変速する際に車体にかかる負荷が急増した場合には、２速から１速のトルコン状態に移行される。これにより、従来のように２速からロックアップ状態に変速しその後直ぐに１速のトルコン状態に移行することによる「２段の変速ショック」を抑制できる。

図５は、実施例の効果を検証するための実験を行い、その実験データをタイミングチャートで示した図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、２速から１速に変速する際に車速減少率αが大きい場合のデータであり、図５（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）、（ｌ）は、２速から１速に変速する際に車速減少率αが小さい場合のデータである。図５の各図の横軸は、共通の時間軸である。実験では、作業車両１に、官能評価用の加速度計を搭載し、加速度計の振幅の大きさなどから、オペレータに与える変速ショックを評価した。

図５（ａ）、（ｇ）は、トランスミッション６の出力軸の回転数Ｎｔｒの時間変化を示し、図５（ｂ）、（ｈ）は、官能評価用の加速度計の出力（振幅）を示し、図５（ｃ）、（ｉ）は、２速速度段クラッチ２ｎｄのクラッチ圧の時間変化を示し、図５（ｄ）、（ｊ）は、１速速度段クラッチ１ｓｔのクラッチ圧の時間変化を示し、図５（ｅ）、（ｋ）は、ロックアップクラッチ４ａのクラッチ圧の時間変化を示し、図５（ｆ）、（ｌ）は、前進クラッチＦのクラッチ圧の時間変化を示している。

これら図に示すように、２速から１速に変速する際に車速Ｖの減少率αが大きいときには、トルコン状態で変速を行えば、ロックアップ状態で変速を行ったときと同様の加速度が加速度計で観測され、車体およびオペレータが受ける変速ショックは、極めて低く、不快感を与えることはないということがわかった。

また、本実施例によれば、従来のように車体にかかる負荷が急増した状態で１速のロックアップ状態に移行することなく１速のトルコン状態に移行するため、車体が殆ど停止している状態で急負荷がエンジンに直接作用することはなく、エンジン回転数の急激な落ち込みおよびトルクの低下を抑制できる。

図３に、従来技術つまり車体にかかる負荷が急増した状態で１速のロックアップ状態に移行させた場合のトルクのマッチング点の軌跡を破線Ｌで示す。破線Ｌで示すように１速のロックアップ状態で負荷が急増するため、エンジン回転数が急激に落ち込むとともに牽引力Ｆが急激に低下する（マッチング点Ｐ３）。これに対して本実施例の場合には、このようなエンジン回転数および牽引力Ｆが急激に下がることなく、車速Ｖの低下に応じて牽引力Ｆが上昇し１速のトルコン状態の特性Ｆ１Ｌ／Ｕ上のポイントＰ２でマッチングする。

このように本実施例によれば、できる限りロックアップ状態のまま効率および燃費が良い状態で作業を行なわせることができ、しかも、高速から低速の速度段に変速する際のショックおよび低速の速度段におけるエンジン回転数の落ち込みおよびトルクの低下を抑制することができる。

なお、上述した実施例では、通常制御時に、変速パターン１で変速が行なわれる場合を想定して説明したが、通常制御時に、変速パターン２で変速が行われる場合にも本発明を適用することができる。この場合、２速のロックアップ状態から１速にシフトダウンするときに、車速減少率αあるいは負荷増加率βが小さいときには、２速のロックアップ状態から１速のロックアップ状態に移行され、２速のロックアップ状態から１速にシフトダウンするときに、車速減少率αあるいは負荷増加率βが大きいときには、２速のロックアップ状態から１速のトルコン状態に移行される。

また、上述した実施例では、２速から１速に変速する際の負荷増加率βあるいは車速減少率αに応じてロックアップクラッチ４ａをオンオフさせるようにしているが、作業車両の種類によっては、２速、１速よりも高段の速度段で作業が行なわれることがある。よって、３速以上の高段からシフトダウンする際（例えば、３速から２速のシフトダウン）の負荷増加率あるいは車速減少率に応じてロックアップクラッチをオンオフさせる実施も可能である。

なお、実施例では、作業車両１としてブルドーザを想定して説明したが、本発明は、ロックアップクラッチ、トルクコンバータ、トランスミッションを備えた構造で自動変速が行われる作業車両であれば、ブルドーザ以外の作業車両にも同様にして適用することができる。

本発明によれば、できる限りロックアップ状態のまま効率および燃費が良い状態で作業を行なわせることができ、しかも、高速から低速の速度段に変速する際のショックおよび低速の速度段におけるエンジン回転数の落ち込みおよびトルクの低下を抑制することができる。

Claims (6)

1. エンジンと、走行体と、トルクコンバータとロックアップクラッチとトランスミッションとを有しエンジンの出力がトルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達される動力伝達装置とを備え、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御装置において、
   作業車両にかかる負荷の増加率を演算する負荷増加率演算手段と、
   高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、負荷増加率が負荷増加率しきい値よりも小さい場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを係合したロックアップ状態にして低速の速度段に変速し、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、負荷増加率が負荷増加率しきい値以上である場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを開放したままのトルコン状態で低速の速度段に変速する変速制御手段と、
   を備えたことを特徴とする作業車両の変速制御装置。
2. エンジンと、走行体と、トルクコンバータとロックアップクラッチとトランスミッションとを有しエンジンの出力が、トルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達される動力伝達装置とを備え、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御装置において、
   作業車両の速度の減少率を検知する加速度検知手段と、
   高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、車速減少率が車速減少率しきい値よりも小さい場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを係合したロックアップ状態にして低速の速度段に変速し、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、車速減少率が車速減少率しきい値以上である場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを開放したままのトルコン状態で低速の速度段に変速する変速制御手段と、
   を備えたことを特徴とする作業車両の変速制御装置。
3. 変速制御手段は、２速から１速に変速する際に、負荷増加率が負荷増加率しきい値よりも小さい場合には、２速のトルコン状態から、１速のロックアップ状態に変速し、２速から１速に変速する際に、負荷増加率が負荷増加率しきい値以上である場合には、２速のトルコン状態から、１速のトルコン状態に変速することを特徴とする、
   請求項１記載の作業車両の変速制御装置。
4. 変速制御手段は、２速から１速に変速する際に、車速減少率が車速減少率しきい値よりも小さい場合には、２速のトルコン状態から、１速のロックアップ状態に変速し、２速から１速に変速する際に、車速減少率が車速減少率しきい値以上である場合には、２速のトルコン状態から、１速のトルコン状態に変速することを特徴とする、
   請求項２記載の作業車両の変速制御装置。
5. エンジンの出力が、トルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達され、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御方法であって、
   作業車両の負荷の増加率を求めるステップと、
   高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、作業車両にかかる負荷の増加率が負荷増加率しきい値よりも小さい場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを係合したロックアップ状態にして低速の速度段に変速し、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、作業車両にかかる負荷の増加率が負荷増加率しきい値以上である場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを開放したままのトルコン状態で低速の速度段に変速するステップと、
   を有することを特徴とする作業車両の変速制御方法。
6. エンジンの出力が、トルクコンバータあるいはロックアップクラッチ、トランスミッションを介して走行体に伝達され、車速の低下に応じて、トランスミッションの速度段を高速の速度段から低速の速度段に変速するようにした作業車両の変速制御方法であって、
   作業車両の速度の減少率を求めるステップと、
   高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、作業車両の速度の減少率が車速減少率しきい値よりも小さい場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを係合したロックアップ状態にして低速の速度段に変速し、高速の速度段から低速の速度段に変速する際に、作業車両の速度の減少率が車速減少率しきい値以上である場合には、ロックアップクラッチを開放したトルコン状態且つ高速の速度段から、ロックアップクラッチを開放したままのトルコン状態で低速の速度段に変速するステップと、
   を有することを特徴とする作業車両の変速制御方法。

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