JP5352287B2 - ブルドーザの自動変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速装置、特に、複数の速度段を有する変速機を備え、オペレータが選択した速度段で発進可能なブルドーザの自動変速装置に関する。

ブルドーザにおいては、一般的に自動変速装置が設けられている。この自動変速装置では、車速に応じて速度段が切り換えられ、特に走行中に負荷がかかって予め設定された所定の車速以下になると、自動的にシフトダウンが実行される。

このような自動変速機能を有するブルドーザにおいて、特許文献１や特許文献２に示すように、発進時には自動的に1速が選択され、その後、車速の増加に応じて２速、３速と変速制御されるものがある。

一方で、発進時にはオペレータによって選択された速度段で発進し、その後、車速に応じて速度段が切り換えられていくものも提供されている。

後者のタイプの自動変速機能を有するブルドーザでは、一定の変速無視時間が設定されている。すなわち、発進直後は車速がゼロから加速していくので、この加速期間の低速状態のときに自動でシフトダウンすることがないように、自動変速機能によるシフトダウンの指示を無視する時間が設定されている。

特許第３２４２４２１号公報 特許第３２５０８２０号公報

前述のような変速無視時間が設定された自動変速装置において、車両の加速性は、使用する速度段、エンジンの加速性能、土質、車両の傾斜状態等において変化するために、変速無視時間はある程度長めに設定する必要がある。例えば、高速度段や前後進切換時には加速性が悪いので、これら以外の場合に比較して変速無視時間を長く設定しなければならない。

一方で、例えば前進２速で発進した直後に土工板に土砂をかかえて掘削するような作業をした場合には、大きな牽引力を得るために、早めに１速にシフトダウンされることが好ましい。しかし、変速無視時間が長めに設定されていると、１速にシフトダウンして欲しいにもかかわらず２速が維持され、牽引力が不足して車両が停止してしまう場合がある。

本発明の課題は、オペレータの選択によって任意の速度段で発進が可能なブルドーザの自動変速装置において、変速無視時間を設定しつつ発進直後や前後進切換時等の低速時に、走行負荷が大きな場合には十分な牽引力が得られるようにすることにある。

第１発明に係るブルドーザの自動変速装置は、複数の速度段を有する変速機を備えたブルドーザの自動変速装置であって、自動変速手段と、速度段維持手段と、負荷検出手段と、制御規制手段と、を備えている。自動変速手段は車速に応じて複数の速度段を切り換える。速度段維持手段は、所定の変速無視時間が設定されており、変速完了後において変速無視時間が経過するまでは自動変速手段の切換指示を無視して選択されている速度段を維持する。負荷検出手段は車両の負荷を検出する。制御規制手段は、発進時又は前後進の切換時で、１速以外の速度段を選択した場合で、かつ負荷が所定の負荷以上の場合には、変速無視時間が経過していない期間中でも自動変速手段のシフトダウン指示に従うように速度段維持手段の制御処理を規制する。

この装置では、車速に応じて速度段が自動的に切り換えられる。また、変速完了後は、変速無視時間が経過するまでは自動変速手段の切換指示を無視して現在選択されている速度段が維持される。一方、車両の負荷が所定以上の場合には、変速無視時間が経過していない期間中でも、速度段維持手段の制御処理が規制され、自動変速手段の切換指示に従って変速処理が実行される。

ここでは、変速無視時間の期間中は変速指示が無視されるので、２速や３速で発進したとしても、発進直後の低速時にオペレータの意志に反して勝手にシフトダウンされることがない。しかし、例えば２速や３速で発進した直後に作業がなされ、大きな負荷がかかった場合には、変速無視時間が経過していない期間中でも変速指示を無視せずに、通常の自動変速処理に従って変速が実行される。

ここでは、負荷がなく加速していきたいときにはシフトダウンせずにスムーズな加速が得られる。一方で、作業が実行されて負荷がかかった場合には、速やかにシフトダウンが実行されて大きな牽引力を得ることができる。

第２発明に係るブルドーザの自動変速装置は、第１発明の装置において、制御規制手段は発進時又は前後進の切換時に制御処理を実行する。

一般的に、発進時又は前後進の切換時において、変速無視時間による弊害が顕著であるので、ここでは、発進時又は前後進の切換時においてのみ、速度段維持の制御処理を規制している。

第３発明に係るブルドーザの自動変速装置は、第２発明の装置において、負荷検出手段は車両の減速度及び車速を検出する。

この装置では、車両の減速度及び車速を検出することにより、車両にかかる負荷が検出される。したがって、容易に負荷を検出することができる。

第４発明係るブルドーザの自動変速装置は、第３発明の装置において、制御規制手段は、車両の減速度が所定値より大きいか、もしくは車速が所定値より低い場合に、負荷が所定の負荷以上であると判断する。

ここでは、車両の減速度が所定値より大きいか、もしくは車速が所定値より低い場合に、車両に予め設定された負荷を越える負荷がかかっていると判断され、速度段維持のための制御を規制する。このため、車両の負荷が一定以上になると、通常の自動変速処理が実行され、原則的にはシフトダウンが実行される。

第５発明に係るブルドーザの自動変速装置は、第４発明において、選択されている速度段を検出する速度段検出手段をさらに備え、制御規制手段は、選択されている速度段が、加速性の悪い予め設定された所定の速度段についてのみ実行する。

この場合は、加速性の悪い速度段でのみ速度段維持の制御が規制されるので、無駄な制御規制を避けることができ、よりスムーズな加速による走行を行うことができる。

第６発明に係るブルドーザの自動変速装置は、第１から第５発明のいずれかの装置において、自動変速手段は、各速度段に対応して設けられた油圧クラッチに圧油の供給を指示するものであり、速度段維持手段は、変速が完了したことを検出する変速完了検出手段と、変速の完了を受けて変速無視時間の計測を開始するタイマーと、を有している。そして、変速完了検出手段は、油圧クラッチに圧油が供給されて油圧クラッチに所定の押圧力が発生したタイミングを変速完了として検出する。

ここで、変速機に各速度段に対応して油圧クラッチが設けられている場合は、変速指令がなされても、すぐに変速がなされるわけではない。具体的には、変速指令がなされると、まず、圧油が対応する油圧クラッチに供給される。このとき油圧クラッチでは、シリンダ内に圧油が供給されてピストンがクラッチ板側に移動する。そして、シリンダがクラッチ板に接触し、その後さらに圧油を供給されることにより、ピストンのクラッチ板への押圧力が発生する。

そこで、ここでは、クラッチ板への所定の押圧力が発生した時点を変速が完了したと判断し、このタイミングからタイマーのカウントを開始している。このため、特に前後進の切換が行われたときのように、変速指令のタイミングと選択された速度段での実際の動力伝達が開始されるタイミングとで大きく差がある場合に、正確な制御を行うことができる。

以上のような本発明では、特に、オペレータの選択によって任意の速度段で発進した場合や、前後進の切換時に、負荷が小さい場合はシフトダウンが行われずにスムーズな加速が得られ、また変速完了後に作業を行って大きな負荷がかかったような場合は、速やかにシフトダウンが実行されて十分な牽引力を得ることができる。

本発明の一実施形態による自動変速装置を備えたブルドーザの概略構成図。 自動変速装置の制御フローチャート。 （ａ）は前後進切換操作タイミングと車速の関係を示す図であり、（ｂ）は時間と車速の関係を示す図。

［全体構成］
図１に、本発明の一実施形態による自動変速装置を備えたブルドーザの概略構成を示す。なお、ここでは動力伝達及びその制御に関連する構成のみを示し、他の作業機や履帯等は省略している。このブルドーザは、エンジン１と、トルクコンバータ２及びロックアップクラッチ３を含む動力伝達装置と、ロックアップ制御弁４及び前後進レバー５を有する制御操作部と、歯車式変速機１０と、を備えている。ロックアップ制御弁４はロックアップクラッチ３の連結（オン）、非連結（オフ）を制御する弁である。

歯車式変速機１０は、前進クラッチ１１と、後進クラッチ１２と、１速クラッチ１３と、２速クラッチ１４と、３速クラッチ１５と、有している。また、このブルドーザには、変速機出力軸回転数、即ち車速を検出する車速検出器１６と、横軸装置１７と、スプロケット１８と、が設けられている。なお、各クラッチは多板型の油圧式クラッチである。

歯車式変速機１０は、変速制御弁２０により変速制御されるようになっている。この変速制御弁２０には、後進クラッチ弁２１と、前進クラッチ弁２２と、３速クラッチ弁２３と、２速クラッチ弁２４と、１速クラッチ弁２５と、が含まれている。

［制御装置］
さらに、このブルドーザには、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＣＰＵ等からなるマイクロコンピュータを含む制御装置２６が設けられており、この制御装置２６には、ロックアップ制御弁４、前後進レバー５、車速検出器１６、後進クラッチ弁２１、前進クラッチ弁２２、３速クラッチ弁２３、２速クラッチ弁２４、１速クラッチ弁２５が接続されている。

そして、制御装置２６、変速制御弁２０及び車速検出器１６により、自動変速手段と、速度段維持手段と、負荷検出手段と、制御規制手段と、が構成されている。自動変速手段は車速に応じて複数の速度段を切り換える機能を有する。速度段維持手段は、所定の変速無視時間Ｔsftが設定されており、発進直後あるいは前後進切換時において変速無視時間が経過するまでは自動変速手段の切換指示を無視して現在選択されている速度段を維持する機能を有する。負荷検出手段は、減速度及び車速から負荷を検出する機能を有する。制御規制手段は、減速度が所定値より大きいか、もしくは車速が所定値より低い場合には、変速完了後において変速無視時間が経過していない期間中でも自動変速手段の切換指示に従うように速度段維持手段の制御処理を規制する機能を有する。なお、減速度は、車速検出器１６からの検出結果を得て、制御手段２６により演算により検出されるものである。

［制御処理］
次に、本装置の制御処理について、図２に示すフローチャートにしたがって説明する。まず、ステップＳ１では、変速機１０の変速が完了したか否かを判断する。ここで、「変速の完了」を判断するタイミングについて、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて詳細に説明する。図３（ａ）は、横軸に時間を、縦軸に前進クラッチ１１に供給される油圧をとり、前進クラッチ１１に供給される油圧の変化を示したものである。また図３（ｂ）は、横軸に時間を、縦軸に車速をとり、前後進レバー５を後進から前進に切り換えた場合の速度変化を示したものである。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、前後進レバー５の操作を受けてタイミングｔ１で制御装置２６から後進から前進への切換指示が出力される。一方、車速は、負（後進）から正（前進）に徐々に変わって加速されていくことになる。このときの状況を前進クラッチ１１に供給される油圧で見ると、図３（ａ）に示すようになる。すなわち、制御装置２６からの指令を受けて、前進クラッチ弁２２を介して前進クラッチ１１に圧油が供給されると、時刻ｔ１〜ｔ２の間は低い油圧のまま推移する。この間は、前進クラッチ１１のピストンが移動してクラッチ板に当接するまでの時間である。そして、時刻ｔ２〜ｔ３においては、前進クラッチ弁２２の特性にしたがって油圧は徐々に上昇していく。この時刻ｔ２〜ｔ３はクラッチ板の押付力は十分ではなく、場合によってはクラッチがすべっている状況である。そして、時刻ｔ３では、予め設定されたクラッチ押圧力が得られた状態であり、油圧は前進クラッチ弁２２によって圧力Ｐmaxに制御される。この時刻ｔ３を「変速完了」のタイミングと見なしている。

変速完了と判断すると、ステップＳ１からステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、変速無視時間Ｔsftを計測するためのタイマーをリセットする。すなわち、変速無視時間Ｔsftの計測を開始する。ここで、変速無視時間Ｔsftは、前後進レバーを切り換えてから実際の進行方向が変わり、所定の車速まで加速するのに十分な時間に設定される。ここで、「所定の車速」とは、自動変速でシフトダウンされる車速である。なお、図３（ｂ）は、条件によって車両の加速性にばらつきが生じることを表している。すなわち、実線は加速が最も悪い場合の特性を、また、破線は加速が最も良い場合の特性を示している。具体的な変速無視時間Ｔsftとしては、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、クラッチが係合してから所定の車速になるまでにタイムラグ（ｔ４−ｔ３）があるために、少なくとも（ｔ４−ｔ３）の期間を超える時間に設定されている。

次にステップＳ３では、タイマーの計測時間Ｔが変速無視時間Ｔsftに到達したか否かを判断する。変速無視時間内であれば、すなわち、タイマーのカウント値Ｔが変速無視時間Ｔsftに到達していなければ、ステップＳ３からステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、前後進レバー５の切換方向が、中立位置から前進側（Ｎ→Ｆ）であるか、もしくは後進から前進あるいは前進から後進（Ｒ→Ｆ,Ｆ→Ｒ）であるかを判断する。すなわち、発進であるか前後進の切換であるかを判断する。また、ステップＳ５では、車速Ｖが予め設定された最低車速Ｖ１より低速であるか、もしくは減速度が予め設定された減速度α以上であるかを判断する。なお、減速度αは、発進直後に作業を開始して車速が急激に低下した場合を想定したものであり、実験により求められて予め設定された値である。また、減速度以外に最低車速Ｖ１をも判断しているのは、作業負荷が過大で、車速が急激に低下し、車両が停止してしまうような場合には減速度が検出できないため、減速度による判断の代替とするためである。なお、最低車速Ｖ１は、自動変速処理において、２速から１速に切り換えるしきい値速度よりもさらに低い値に設定されている。

ステップＳ４及びステップＳ５でＹＥＳと判断した場合は、ステップＳ６の通常の変速処理を実行する。すなわち、変速無視時間が経過していない場合であっても、変速無視時間内の速度段維持のための制御を中止し、通常の自動変速処理による指示に従って自動変速を実行する。具体的には、ステップＳ５でＹＥＳと判断された段階では、車速は、現在選択されている速度段よりも低速段に変速すべき車速以下になっているはずであるので、ステップＳ６の処理により、シフトダウンが実行される。このシフトダウンによって十分な牽引力を得ることができる。

一方、変速完了後、変速無視時間Ｔsftに到達した場合は、ステップＳ３からステップＳ６に移行し、通常の変速処理を実行する。ステップＳ６における通常の変速処理は従来と全く同様の処理であり、車速に応じて変速機の速度段が切り換えられる。

［特徴］
(a) 発進直後や前後進切換時においては、変速無視時間が経過するまでは自動変速手段の切り換え指示を無視して現状の変速度段が維持されるので、２速や３速で発進したとしても、発進直後の低速時にオペレータの意志に反して勝手にシフトダウンされることがない。したがって、スムーズな加速が得られる。一方で、変速無視時間内の制御実行中であっても、車両に大きな負荷が作用した場合には、通常の変速処理が実行されてシフトダウンがなされる。このため、変速無視時間が経過していない期間中でも十分な牽引力が得られ、スムーズな作業を行うことができる。

(b) 車両の減速度及び車速を検出することにより、車両にかかる負荷を検出しているので、負荷検出のための構成が容易である。

(c) 変速時に、油圧クラッチに圧油が供給されて油圧クラッチに押圧力が発生したタイミングを変速完了として検出するので、正確な制御を行うことができる。

［他の実施形態］
前記実施形態では、速度段維持の制御を規制する速度段を特に限定していないが、特に加速性の悪い、例えば前進３速のみに限定して規制するようにしてもよい。

前記実施形態では、ロックアップクラッチ付きの自動変速装置の例について述べたが、本発明はロックアップクラッチを備えていない自動変速装置にも適用可能である。

また、負荷検出のための構成は前記実施形態に限定されるものではない。

１ エンジン
５ 前後進レバー
１０ 歯車式変速機
１１ 前進クラッチ
１２ 後進クラッチ
２０ 変速制御弁
２６ 制御装置

Claims (6)

1. 複数の速度段を有する変速機を備えたブルドーザの自動変速装置であって、
   車速に応じて前記複数の速度段を切り換える自動変速手段と、
   所定の変速無視時間が設定されており、変速完了後において前記変速無視時間が経過するまでは前記自動変速手段の切換指示を無視して選択されている速度段を維持する速度段維持手段と、
   車両の負荷を検出する負荷検出手段と、
   発進時又は前後進の切換時で、１速以外の速度段を選択した場合で、かつ前記負荷が所定の負荷以上の場合には、前記変速無視時間が経過していない期間中でも前記自動変速手段のシフトダウン指示に従うように前記速度段維持手段の制御処理を規制する制御規制手段と、
   を備えたブルドーザの自動変速装置。
2. 前記制御規制手段は発進時又は前後進の切換時にのみ制御処理を実行する、請求項１に記載のブルドーザの自動変速装置。
3. 前記負荷検出手段は車両の減速度及び車速を検出する、請求項２に記載のブルドーザの自動変速装置。
4. 前記制御規制手段は、前記車両の減速度が所定値より大きいか、もしくは車速が所定値より低い場合に、負荷が所定の負荷以上であると判断する、請求項３に記載のブルドーザの自動変速装置。
5. 選択されている速度段を検出する速度段検出手段をさらに備え、
   前記制御規制手段は、選択されている速度段が、加速性の悪い予め設定された所定の速度段についてのみ実行する、
   請求項４に記載のブルドーザの自動変速装置。
6. 前記自動変速手段は、各速度段に対応して設けられた油圧クラッチに圧油の供給を指示するものであり、
   前記速度段維持手段は、変速が完了したことを検出する変速完了検出手段と、変速の完了を受けて変速無視時間の計測を開始するタイマーと、を有し、
   前記変速完了検出手段は、前記油圧クラッチに圧油が供給されて前記油圧クラッチに押圧力が発生したタイミングを変速完了として検出する、
   請求項１から５のいずれかに記載のブルドーザの自動変速装置。

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