JP6267949B2

JP6267949B2 - 作業車両及び作業車両の制御方法

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Publication number: JP6267949B2
Application number: JP2013259380A
Authority: JP
Inventors: 浩門田; 俊輔宮本; 泰樹岸本; 彰吾宮崎; 泰則大蔵
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-12-16
Also published as: EP2963316A1; CN105121919B; JP2015117715A; WO2015093371A1; EP2963316A4; CN105121919A; US20160040394A1

Description

本発明は、作業車両及び作業車両の制御方法に関する。

ホイールローダ等の作業車両として、トルクコンバータと多段式の変速装置とを有する動力伝達装置（以下、「トルクコンバータ式の変速装置」と呼ぶ）を備えるものが公知となっている。一方、近年、トルクコンバータ式の変速装置に代わる動力伝達装置として、HMT（油圧−機械式変速装置）及びEMT（電気−機械式変速装置）が知られている。

特許文献1に開示されているように、HMTは、歯車機構と、歯車機構の回転要素に接続されるモータとを有しており、エンジンからの駆動力の一部を油圧に変換して走行装置に伝達するとともに、駆動力の残部を機械的に走行装置に伝達する。

HMTは、無段変速を可能にするために、例えば、遊星歯車機構と油圧モータとを備えている。遊星歯車機構のサンギア、キャリア、リングギアの3要素のうちの第1要素が入力軸に連結され、第2要素が出力軸に連結されている。また、第3要素が油圧モータに連結されている。油圧モータは、作業車両の走行状況に応じて、モータ及びポンプのいずれかとして機能する。HMTは、この油圧モータの回転速度を変化させることによって、出力軸の回転速度を無段に変化させることができるように構成されている。

また、EMTでは、HMTにおける油圧モータの代わりに、電動モータが用いられている。電動モータは、作業車両の走行状況に応じて、モータ及び発電機のいずれかとして機能する。HMTと同様に、EMTは、この電動モータの回転速度を変化させることによって、出力軸の回転速度を無段に変化させることができるように構成されている。

特開2006-329244号公報

HMT或いはEMTでは、動力の伝達経路が2つのモードで切り換えられるものもある。このような複数のモードを切換える形式のHMT或いはEMTは、広い速度比を比較的小さい動力伝達装置で実現できることが知られている。２つのモードの一方は低速走行時のモード（以下、「低速モード」と呼ぶ）であり、もう一方は高速走行時のモード（以下、「高速モード」と呼ぶ）である。モードの切換は、例えば、動力伝達装置の速度比に応じて行われる。速度比が所定のモード切換閾値以下であるときには低速モードが選択される。速度比がモード切換閾値より大きいときには高速モードが選択される。

図13(a)は、各モードでのモータの回転速度の変化を示している。図13のグラフにおいて、横軸は動力伝達装置の速度比を示しており、縦軸はモータの回転速度を示している。また、実線Lm1は第1モータの回転速度を示しており、破線Lm2は第2モータの回転速度を示している。

低速モードでは、速度比の増大に応じて、第1モータの回転速度が増大し、第2モータの回転速度は減少する。この場合、第1モータは駆動力を発生させ、第2モータはエネルギーを回生する。また、高速モードでは、速度比の増大に応じて、第1モータの回転速度が減少し、第2モータの回転速度は増大する。この場合、第1モータはエネルギーを回生し、第2モータは駆動力を発生させる。

上記のような各モードの切り換えは、歯車機構に設けられた2つのクラッチの切り換えによって行われる。すなわち、歯車機構は高速モード用のクラッチ（以下、「高速クラッチ」と呼ぶ）と低速モード用のクラッチ（以下、「低速クラッチ」と呼ぶ）とを有しており、低速モードでは、低速クラッチが係合され、高速クラッチが切断される。また、高速モードでは、低速クラッチが切断され、高速クラッチが係合される。例えば、高速モードから低速モードへの切換時には、高速クラッチが係合している状態（オン）で、低速クラッチを切断状態（オフ）から係合状態（オン）に切り換える。そして、低速クラッチの係合が確認されたときに、高速クラッチを係合状態（オン）から切断状態（オフ）に切り換える。従って、モード切換点では、高速クラッチと低速クラッチとの両方が同時に係合された状態が瞬間的に発生する。

HMT或いはEMTにおいて、車速の急激な変化或いはトルクの変動をできるだけ少なくして、各モード間の切り換えを円滑に行うためには、各クラッチの切り換えを瞬時に行うことが好ましい。しかし、クラッチへの指令信号の出力に対してクラッチの係合が開始されてから完了するまでには、ある程度の時間が必要となる。このため、各クラッチの切り換えを瞬時に行うことは困難である。

例えば、図13(b)において矢印A1で示すように、作業車両が減速して、高速モードから低速モードに切り換えられる場合を想定する。速度比がモード切換点に達したときにクラッチを切り換える指令信号が出力されると、低速クラッチの係合が完了するまでに時間がかかるため、高速モードのままで速度比がモード切換点より小さな値になる。その後、低速クラッチの係合が完了すると、低速クラッチと高速クラッチとが共に係合した状態となる。このため、矢印A2で示すように、速度比は、モード切換点まで戻される。このとき、速度比が増大する。そして、高速クラッチが切断されることにより、低速モードに移行し、矢印A3で示すように、再び速度比が減少する。

図13(c)は、上記の現象を時間の経過に対する車速の変化で示している。図13(c)に示されているように、速度比がモード切換点に達した時点Tm1から低速クラッチの係合が完了する時点Tm2までの間、作業車両の車速は増大する。従って、減速中の作業車両が一時的に増速することになる。このような現象は、オペレータに違和感を与えることになる。

本発明の課題は、HMT或いはEMT式の動力伝達装置において動力伝達経路が切り換えられるときに、オペレータに与える違和感を低減することができる作業車両及び作業車両の制御方法を提供することにある。

本発明の第1の態様に係る作業車両は、エンジンと、油圧ポンプと、作業機と、走行装置と、動力伝達装置と、制御部と、を備える。油圧ポンプは、エンジンによって駆動される。作業機は、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される。走行装置は、エンジンによって駆動される。動力伝達装置は、エンジンからの駆動力を走行装置に伝達する。制御部は、動力伝達装置を制御する。

動力伝達装置は、入力軸と、出力軸と、歯車機構と、モータと、クラッチとを有する。歯車機構は、遊星歯車機構を有し、入力軸の回転を出力軸に伝達する。モータは、遊星歯車機構の回転要素に接続される。クラッチは、動力伝達装置での駆動力の伝達経路を第1モードから第2モードに切り換える。伝達経路が第1モードであるとき、クラッチは切断状態である。伝達経路が第2モードであるとき、クラッチは係合状態である。

動力伝達装置は、モータの回転速度を変化させることによって、入力軸に対する出力軸の速度比を変化させるように構成されている。速度比に対応する速度比パラメータが所定のモード切換閾値であるときに、第1モードでの入力軸に対するモータの回転速度比と、第2モードでの入力軸に対するモータの回転速度比とは等しくなる。

制御部は、予測係合時間決定部と、速度比パラメータ推定部と、クラッチ制御部と、を有する。クラッチが切断状態であるときに、予測係合時間決定部は、予測係合時間を決定する。予測係合時間は、クラッチの係合開始から係合完了までに要する時間の予測値である。速度比パラメータ推定部は、現時点から予測係合時間の経過後の速度比パラメータの推定値を決定する。クラッチ制御部は、速度比パラメータの推定値がモード切換閾値に達したときに、クラッチを係合させるためのクラッチ指令信号を出力する。

この場合、予測係合時間を考慮して、速度比パラメータがモード切換閾値に達する前に、クラッチ指令信号が出力される。このため、速度比パラメータがモード切換閾値に概ね達した時点で、クラッチの係合を完了させることができる。これにより、速度比パラメータがモード切換閾値に達したときに、迅速にモードの切換を行うことができる。

好ましくは、作業車両は、油温検出部をさらに備える。クラッチは油圧式のクラッチであり、油温検出部は、クラッチに供給される作動油の温度を検出する。制御部は、記憶部をさらに有する。記憶部は、予測係合時間情報を記憶している。予測係合時間情報は、作動油の温度を含む係合時間パラメータと、予測係合時間との関係を規定する。予測係合時間決定部は、油温検出部が検出した作動油の温度と、予測係合時間情報に基づいて、予測係合時間を決定する。

この場合、クラッチに供給される作動油の温度を用いることで、予測係合時間を精度良く予測することができる。

好ましくは、速度比パラメータ推定部は、所定時間ごとに速度比パラメータを記録し、記録した速度比パラメータから速度比パラメータの変化率を求める。そして、速度比パラメータ推定部は、速度比パラメータの変化率から速度比パラメータの推定値を決定する。この場合、速度比パラメータの変化の記録を用いることで、速度比パラメータの推定値を精度良く推定することができる。

好ましくは、制御部は、モータ制御部と、目標軌跡決定部と、をさらに有する。モータ制御部は、モータを制御する。目標軌跡決定部は、目標軌跡を決定する。目標軌跡は、クラッチ指令信号の出力時点から予測係合時間の経過時点までの速度比パラメータの変化の目標軌跡である。モータ制御部は、クラッチ指令信号の出力時点から予測係合時間が経過するまでの間、目標軌跡に従って速度比パラメータが変化するように、モータを制御する。

この場合、クラッチ指令信号の出力後に作業車両への外力が急に変化しても、モータを制御することで、速度比パラメータが目標軌跡に従うように補正される。すなわち、モータを制御することで、外力による速度比への影響が緩和される。このため、速度比パラメータが、速度比パラメータ推定部による推定と大きく異なる変化をすることを抑えられる。これにより、例えばクラッチ指令信号の出力後に、ブレーキがかけられた場合、或いは、掘削が開始された場合などのように、外力が急に変化しても、速度比パラメータがモード切換閾値に達したときに、タイミングよくクラッチの切換を行うことができる。

好ましくは、第１モードでのモータの回転速度に対する速度比の変化率は、第２モードでのモータの回転速度に対する速度比の変化率と異なっている。

本発明の第2の態様に係る制御方法は、動力伝達装置を備える作業車両の制御方法である。動力伝達装置は、入力軸と、出力軸と、歯車機構と、モータと、クラッチと、を有する。歯車機構は、遊星歯車機構を有し、入力軸の回転を出力軸に伝達する。モータは、遊星歯車機構の回転要素に接続される。クラッチは、動力伝達装置での駆動力の伝達経路を第1モードから第2モードに切り換える。伝達経路が第1モードであるとき、クラッチは切断状態である。伝達経路が第2モードであるとき、クラッチは係合状態である。

制御方法は、次のステップを備える。第1ステップでは、クラッチが切断状態であるときに、クラッチの係合開始から係合完了までに要する時間の予測値である予測係合時間を決定する。第2ステップでは、現時点から予測係合時間の経過後の速度比パラメータの推定値を決定する。第3ステップでは、速度比パラメータの推定値がモード切換閾値に達したときに、クラッチを係合させるためのクラッチ指令信号を出力する。

この場合、予測係合時間を考慮して、速度比パラメータがモード切換閾値に達する前に、クラッチ指令信号が出力される。このため、速度比パラメータがモード切換閾値に概ね達した時点で、クラッチの係合を完了させることができる。これにより、速度比パラメータがモード切換閾値に達したときに、迅速にクラッチの切換を行うことができる。

本発明によれば、HMT或いはEMT式の動力伝達装置において動力伝達経路が切り換えられるときに、オペレータに与える違和感を低減することができる作業車両及び作業車両の制御方法を提供することができる。

実施形態に係る作業車両の側面図である。作業車両の構成を示す模式図である。動力伝達装置の構成を示す模式図である。動力伝達装置の速度比に対する第1モータ及び第2モータの回転速度の変化を示す図である。第1遊星歯車機構と第2遊星歯車機構との各要素の回転速度と歯数との関係を示す共線図である。第1の実施形態に係る制御部が実行する処理を示す制御ブロック図である。速度比パラメータ推定部による推定速度比の決定方法を示すグラフである。第2の実施形態に係る制御部が実行する処理を示す制御ブロック図である。目標軌跡の一例を示す図である。比較例に係る作業車両においてクラッチ指令信号の出力時点の後に外力が大きく変化した場合の速度比の変化を示す図である。他の実施形態にかかる動力伝達装置の構成を示す模式図である。他の実施形態にかかる動力伝達装置の速度比に対する第1モータ及び第2モータの回転速度の変化を示す図である。従来技術における高速モード及び低速モードでのモータの回転速度の変化を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る作業車両1の側面図である。図1に示すように、作業車両1は、車体フレーム2と、作業機3と、走行輪4，5と、運転室6とを備えている。作業車両1は、ホイールローダであり、走行輪4，5が回転駆動されることにより走行する。作業車両1は、作業機3を用いて掘削等の作業を行うことができる。

車体フレーム2には、作業機3および走行輪4が取り付けられている。作業機3は、後述する作業機ポンプ23（図2参照）からの作動油によって駆動される。作業機3は、ブーム11とバケット12とを有する。ブーム11は、車体フレーム2に装着されている。作業機3は、リフトシリンダ13とバケットシリンダ14とを有している。リフトシリンダ13とバケットシリンダ14とは、油圧シリンダである。リフトシリンダ13の一端は車体フレーム2に取り付けられている。リフトシリンダ13の他端はブーム11に取り付けられている。リフトシリンダ13が作業機ポンプ23からの作動油によって伸縮することによって、ブーム11が上下に揺動する。バケット12は、ブーム11の先端に取り付けられている。バケットシリンダ14の一端は車体フレーム2に取り付けられている。バケットシリンダ14の他端はベルクランク15を介してバケット12に取り付けられている。バケットシリンダ14が、作業機ポンプ23からの作動油によって伸縮することによって、バケット12が上下に揺動する。

車体フレーム2には、運転室6及び走行輪5が取り付けられている。運転室6は、車体フレーム2上に載置されている。運転室6内には、オペレータが着座するシートや、後述する操作装置などが配置されている。車体フレーム2は、前フレーム16と後フレーム17とを有する。前フレーム16と後フレーム17とは互いに左右方向に揺動可能に取り付けられている。

作業車両1は、ステアリングシリンダ18を有している。ステアリングシリンダ18は、前フレーム16と後フレーム17とに取り付けられている。ステアリングシリンダ18は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ18が、後述するステアリングポンプ28からの作動油によって伸縮することによって、作業車両1の進行方向が左右に変更される。

図2は、作業車両1の構成を示す模式図である。図2に示すように、作業車両1は、エンジン21、PTO22、動力伝達装置24、走行装置25、操作装置26、制御部27などを備えている。

エンジン21は、例えばディーゼルエンジンである。エンジン21の出力は、エンジン21のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより制御される。燃料量の調整は、エンジン21に取り付けられた燃料噴射装置21Cを制御部27が制御することで行われる。作業車両1は、エンジン回転速度検出部31を備えている。エンジン回転速度検出部31は、エンジン回転速度を検出し、エンジン回転速度を示す検出信号を制御部27へ送る。

作業車両1は、作業機ポンプ23と、ステアリングポンプ28と、トランスミッションポンプ29とを有する。作業機ポンプ23と、ステアリングポンプ28と、トランスミッションポンプ29とは、油圧ポンプである。PTO22は、これらの油圧ポンプ23，28，29に、エンジン21からの駆動力の一部を伝達する。すなわち、PTO22は、これらの油圧ポンプ23，28，29と、動力伝達装置24とにエンジン21からの駆動力を分配する。

作業機ポンプ23は、エンジン21からの駆動力によって駆動される。作業機ポンプ23から吐出された作動油は、作業機制御弁41を介して、上述したリフトシリンダ13とバケットシリンダ14とに供給される。作業車両1は、作業機ポンプ圧検出部32を備えている。作業機ポンプ圧検出部32は、作業機ポンプ23からの作動油の吐出圧（以下、「作業機ポンプ圧」と呼ぶ）を検出し、作業機ポンプ圧を示す検出信号を制御部27へ送る。

作業機ポンプ23は、可変容量型の油圧ポンプである。作業機ポンプ23の斜板或いは斜軸の傾転角が変更されることにより、作業機ポンプ23の吐出容量が変更される。作業機ポンプ23には、第1容量制御装置42が接続されている。第1容量制御装置42は、制御部27によって制御され、作業機ポンプ23の傾転角を変更する。これにより、作業機ポンプ23の吐出容量が制御部27によって制御される。作業車両1は、第1傾転角検出部33を備えている。第1傾転角検出部33は、作業機ポンプ23の傾転角を検出し、傾転角を示す検出信号を制御部27へ送る。

ステアリングポンプ28は、エンジン21からの駆動力によって駆動される。ステアリングポンプ28から吐出された作動油は、ステアリング制御弁43を介して、上述したステアリングシリンダ18に供給される。作業車両1は、ステアリングポンプ圧検出部34を備えている。ステアリングポンプ圧検出部34は、ステアリングポンプ28からの作動油の吐出圧（以下、「ステアリングポンプ圧」と呼ぶ）を検出し、ステアリングポンプ圧を示す検出信号を制御部27へ送る。

ステアリングポンプ28は、可変容量型の油圧ポンプである。ステアリングポンプ28の斜板或いは斜軸の傾転角が変更されることにより、ステアリングポンプ28の吐出容量が変更される。ステアリングポンプ28には、第2容量制御装置44が接続されている。第2容量制御装置44は、制御部27によって制御され、ステアリングポンプ28の傾転角を変更する。これにより、ステアリングポンプ28の吐出容量が制御部27によって制御される。作業車両1は、第2傾転角検出部35を備えている。第2傾転角検出部35は、ステアリングポンプ28の傾転角を検出し、傾転角を示す検出信号を制御部27へ送る。

トランスミッションポンプ29は、エンジン21からの駆動力によって駆動される。トランスミッションポンプ29は、固定容量型の油圧ポンプである。トランスミッションポンプ29から吐出された作動油は、後述するクラッチ制御弁VF，VR，VL，VHを介して動力伝達装置24のクラッチCF，CR，CL，CHに供給される。作業車両1は、トランスミッションポンプ圧検出部36を備えている。トランスミッションポンプ圧検出部36は、トランスミッションポンプ29からの作動油の吐出圧（以下、「トランスミッションポンプ圧」と呼ぶ）を検出し、トランスミッションポンプ圧を示す検出信号を制御部27へ送る。

PTO22は、エンジン21からの駆動力の一部を動力伝達装置24に伝達する。動力伝達装置24は、エンジン21からの駆動力を走行装置25に伝達する。動力伝達装置24は、エンジン21からの駆動力を変速して出力する。動力伝達装置24の構成については後に詳細に説明する。

走行装置25は、アクスル45と、走行輪4,5とを有する。アクスル45は、動力伝達装置24からの駆動力を走行輪4，5に伝達する。これにより、走行輪4，5が回転する。作業車両1は、出力回転速度検出部37と入力回転速度検出部38とを備えている。出力回転速度検出部37は、動力伝達装置24の出力軸63の回転速度（以下、「出力回転速度」と呼ぶ）を検出する。出力回転速度は車速に対応しているため、出力回転速度検出部37は、出力回転速度を検出することで車速を検出する。入力回転速度検出部38は、動力伝達装置24の入力軸61の回転速度（以下、「入力回転速度」と呼ぶ）を検出する。出力回転速度検出部37は、出力回転速度を示す検出信号を制御部27に送る。入力回転速度検出部38は、入力回転速度を示す検出信号を制御部27に送る。

操作装置26は、オペレータによって操作される。操作装置26は、アクセル操作装置51と、作業機操作装置52と、変速操作装置53と、FR操作装置54と、ステアリング操作装置57と、ブレーキ装置58と、を有する。

アクセル操作装置51は、アクセル操作部材51aと、アクセル操作検出部51bとを有する。アクセル操作部材51aは、エンジン21の目標回転速度を設定するために操作される。アクセル操作検出部51bは、アクセル操作装置51の操作量（以下、「アクセル操作量」と呼ぶ）を検出する。アクセル操作検出部51bは、アクセル操作量を示す検出信号を制御部27へ送る。

作業機操作装置52は、作業機操作部材52aと作業機操作検出部52bとを有する。作業機操作部材52aは、作業機3を動作させるために操作される。作業機操作検出部52bは、作業機操作部材52aの位置を検出する。例えば、作業機操作検出部52bは、作業機操作部材52aの傾転角に対応する電気信号に変換することにより、作業機操作部材52aの位置を検出する。作業機操作検出部52bは、作業機操作部材52aの位置を示す検出信号を制御部27に出力する。

変速操作装置53は、変速操作部材53aと変速操作検出部53bとを有する。オペレータは、変速操作部材53aを操作することにより、動力伝達装置24の変速パターンを選択することができる。変速操作検出部53bは、変速操作部材53aの位置を検出する。変速操作検出部53bは、変速操作部材53aの位置を示す検出信号を制御部27に出力する。

FR操作装置54は、FR操作部材54aとFR操作検出部54bとを有する。オペレータは、FR操作部材54aを操作することにより、作業車両1の前進と後進とを切り換えることができる。FR操作検出部54bは、FR操作部材54aの位置を検出する。FR操作検出部54bは、FR操作部材54aの位置を示す検出信号を制御部27に出力する。

ステアリング操作装置57は、ステアリング操作部材57aを有する。ステアリング操作装置57は、ステアリング操作部材57aの操作に基づきパイロット油圧をステアリング制御弁43に供給することにより、ステアリング制御弁43を駆動する。オペレータは、ステアリング操作部材57aを操作することにより、作業車両1の進行方向を左右に変更することができる。なお、ステアリング操作部材57はステアリング操作部材57aの操作を電気信号に変換してステアリング制御弁43を駆動してもよい。

ブレーキ操作装置58は、ブレーキ操作部材58aとブレーキ操作検出部58bとを有する。オペレータは、ブレーキ操作部材58aを操作することにより、図示しないブレーキ装置を動作させて、作業車両1に制動力を生じさせる。ブレーキ操作検出部58bは、ブレーキ操作部材58aの位置を検出する。ブレーキ操作検出部58bは、ブレーキ操作部材58aの位置を示す検出信号を制御部27に出力する。

制御部27は、CPUなどの演算装置と、RAM及びROMなどのメモリとを有しており、作業車両1を制御するための各種の処理を行う。また、制御部27は、記憶部56を有する。記憶部56は、作業車両1を制御するための各種のプログラム及びデータを記憶している。

制御部27は、アクセル操作量に応じたエンジン21の目標回転速度が得られるように、指令スロットル値を示す指令信号を燃料噴射装置21Cに送る。制御部27は、作業機操作検出部52bからの検出信号に基づいて作業機制御弁41を制御することにより、油圧シリンダ13，14に供給される油圧を制御する。これにより、油圧シリンダ13，14が伸縮して、作業機3が動作する。

また、制御部27は、動力伝達装置24を制御するためのモータ制御部55とクラッチ制御部58とを有する。動力伝達装置24の制御については後に詳細に説明する。

次に、動力伝達装置24の構成について詳細に説明する。図3は、動力伝達装置24の構成を示す模式図である。図3に示すように、動力伝達装置24は、入力軸61と、歯車機構62と、出力軸63と、第1モータMG1と、第2モータMG2と、キャパシタ64と、を備えている。入力軸61は、上述したPTO22に接続されている。入力軸61には、PTO22を介してエンジン21からの回転が入力される。歯車機構62は、入力軸61の回転を出力軸63に伝達する。出力軸63は、上述した走行装置25に接続されており、歯車機構62からの回転を上述した走行装置25に伝達する。

歯車機構62は、エンジン21からの駆動力を伝達する機構である。歯車機構は、モータMG1, MG2の回転速度の変化に応じて、入力軸61に対する出力軸63の速度比を変化させるように構成されている。歯車機構62は、FR切換機構65と、変速機構66と、を有する。

FR切換機構65は、前進用クラッチCFと、後進用クラッチCRと、図示しない各種のギアとを有している。前進用クラッチCFと後進用クラッチCRとは、油圧式クラッチであり、各クラッチCF，CRには、トランスミッションポンプ29からの作動油が供給される。前進用クラッチCFへの作動油は、Fクラッチ制御弁VFによって制御される。後進用クラッチCRへの作動油は、Rクラッチ制御弁VRによって制御される。各クラッチ制御弁CF，CRは、クラッチ制御部58からの指令信号によって制御される。前進用クラッチCFの係合／切断と後進用クラッチCRの係合／切断とが切り換えられることによって、FR切換機構65から出力される回転の方向が切り換えられる。

変速機構66は、伝達軸67と、第1遊星歯車機構68と、第2遊星歯車機構69と、Hi／Lo切替機構70と、出力ギア71と、を有している。伝達軸67は、FR切換機構65に連結されている。第1遊星歯車機構68及び第2遊星歯車機構69は、伝達軸67と同軸上に配置されている。

第1遊星歯車機構68は、第1サンギアS1と、複数の第1遊星ギアP1と、複数の第1遊星ギアP1を支持する第1キャリアC1と、第1リングギアR1とを有している。第1サンギアS1は、伝達軸67に連結されている。複数の第1遊星ギアP1は、第1サンギアS1と噛み合い、第1キャリアC1に回転可能に支持されている。第1キャリアC1の外周部には、第1キャリアギアGc1が設けられている。第1リングギアR1は、複数の遊星ギアP1に噛み合うとともに回転可能である。また、第1リングギアR1の外周には、第1リング外周ギアGr1が設けられている。

第2遊星歯車機構69は、第2サンギアS2と、複数の第2遊星ギアP2と、複数の第2遊星ギアP2を支持する第2キャリアC2と、第2リングギアR2とを有している。第2サンギアS2は第1キャリアC1に連結されている。複数の第2遊星ギアP2は、第2サンギアS2と噛み合い、第2キャリアC2に回転可能に支持されている。第2リングギアR2は、複数の遊星ギアP2に噛み合うとともに回転可能である。第2リングギアR2の外周には、第2リング外周ギアGr2が設けられている。第2リング外周ギアGr2は出力ギア71に噛み合っており、第2リングギアR2の回転は出力ギア71を介して出力軸63に出力される。

Hi／Lo切替機構70は、動力伝達装置24における駆動力伝達経路を第1モードと第２モードとで選択的に切り換えるための機構である。本実施形態において、第１モードは、車速が高い高速モード（Hiモード）であり、第２モードは、車速が低い低速モード（Loモード）である。このHi／Lo切替機構70は、Hiモード時に係合されるHクラッチCHと、Loモード時に係合されるLクラッチCLとを有している。HクラッチCHは、第1リングギアR1と第2キャリアC2とを接続又は切断する。また、LクラッチCLは、第2キャリアC2と固定端72とを接続又は切断し、第2キャリアC2の回転を禁止又は許容する。

なお、各クラッチCH，CLは油圧式クラッチであり、各クラッチCH，CLには、それぞれトランスミッションポンプ29からの作動油が供給される。HクラッチCHへの作動油は、Hクラッチ制御弁VHによって制御される。LクラッチCLへの作動油は、Lクラッチ制御弁VLによって制御される。各クラッチ制御弁VH，VLはクラッチ制御部58からの指令信号によって制御される。

作業車両1は、第1油温検出部73と、第2油温検出部74とを有する。第1油温検出部73は、LクラッチCLに供給される作動油の温度（以下、「Lクラッチ油温」と呼ぶ）を検出する。第2油温検出部74は、HクラッチCHに供給される作動油の温度（以下、「Hクラッチ油温」と呼ぶ）を検出する。第1油温検出部73は、Lクラッチ油温を示す検出信号を制御部27に送る。第2油温検出部74は、Hクラッチ油温を示す検出信号を制御部27に送る。

第1モータMG1及び第2モータMG2は、電気エネルギーによって駆動力を発生させる駆動モータとして機能する。また、第1モータMG1及び第2モータMG2は、入力される駆動力を用いて電気エネルギーを発生させるジェネレータとしても機能する。第1モータMG1に回転方向と逆方向のトルクが作用するようにモータ制御部55から指令信号が与えられた場合は、第1モータMG1はジェネレータとして機能する。第1モータMG1の出力軸には第1モータギアGm1が固定されており、第1モータギアGm1は第1キャリアギアGc1に噛み合っている。

第1モータMG1には第1インバータI1が接続されており、この第1インバータI1に、第1モータMG1のモータトルクを制御するための指令信号がモータ制御部55から与えられる。第1モータMG1の回転速度は、第1モータ回転速度検出部75によって検出される。第1モータ回転速度検出部75は、第1モータMG1の回転速度を示す検出信号を制御部27に送る。

第2モータMG2は、第1モータMG1と同様の構成である。第2モータMG2の出力軸には第2モータギアGm2が固定されており、第2モータギアGm2は第1リング外周ギアGr1に噛み合っている。また、第2モータMG2には第2インバータI2が接続されており、この第2インバータI2に、第2モータMG2のモータトルクを制御するための指令信号がモータ制御部55から与えられる。第2モータMG2の回転速度は、第2モータ回転速度検出部76によって検出される。第2モータ回転速度検出部76は、第2モータMG2の回転速度を示す検出信号を制御部27に送る。

キャパシタ64は、モータMG1，MG2で回生されるエネルギーを蓄えるエネルギー貯留部として機能する。すなわち、キャパシタ64は、各モータMG1，MG2がジェネレータとして機能したときに、各モータMG1，MG2で発電された電力を蓄電する。なお、キャパシタに代えて他の蓄電手段であるバッテリーが用いられてもよい。

モータ制御部55は、各種の検出部からの検出信号を受けて、モータMG1，MG2への指令トルクを示す指令信号を各インバータI1，I2に与える。また、クラッチ制御部58は、各クラッチCF，CR，CH，CLのクラッチ油圧を制御するための指令信号を各クラッチ制御弁VF，VR，VH，VLに与える。これにより、動力伝達装置24の変速比及び出力トルクが制御される。以下、動力伝達装置24の動作について説明する。

ここでは、エンジン21の回転速度を一定に保ったまま車速が0から前進側に加速する場合における動力伝達装置24の概略動作を、図4を用いて説明する。図4は、動力伝達装置24の速度比に対する各モータMG1，MG2の回転速度を示したものである。速度比は、入力軸61の回転速度に対する出力軸63の回転速度の比である。エンジン21の回転速度が一定である場合には、車速は、動力伝達装置24の速度比に応じて変化する。従って、図4において、動力伝達装置24の速度比の変化は、車速の変化に一致する。すなわち、図4は、各モータMG1，MG2の回転速度と車速の関係を示している。図4において、実線Lm1が第1モータMG1の回転速度、破線Lm2が第2モータMG2の回転速度を示している。

速度比が0から第1閾値Rs_th1までの第1領域（Loモード）では、LクラッチCLが係合され、HクラッチCHが切断される。第1閾値Rs_th1は、モードの切換を判定するためのモード切換閾値である。第1領域では、HクラッチCHが切断されているので、第2キャリアC2と第1リングギアR1とが切断される。また、LクラッチCLが係合されるので、第2キャリアC2が固定される。

この第1領域においては、エンジン21からの駆動力は、伝達軸67を介して第1サンギアS1に入力され、この駆動力は第1キャリアC1から第2サンギアS2に出力される。一方、第1サンギアS1に入力された駆動力は第1遊星ギアP1から第1リングギアR1に伝達され、第1リング外周ギアGr1及び第2モータギアGm2を介して第2モータMG2に出力される。第2モータMG2は、この第1領域においては、ジェネレータとして機能しており、第2モータMG2によって発電された電力の一部は、キャパシタ64に蓄電される。

また、第1領域においては、第1モータMG1は、第2モータMG2およびキャパシタ64から供給された電力で駆動する電動モータとして機能する。第1モータMG1の駆動力は、第1モータギアGm1→第1キャリアギアGc1→第1キャリアC1→の経路で第2サンギアS2に出力される。以上のようにして第2サンギアS2に出力された駆動力は、第2遊星ギアP2→第2リングギアR2→第2リング外周ギアGr2→出力ギア71の経路で出力軸63に伝達される。

そして、第1閾値Rs_th1では、第2モータMG2の回転速度は「0」となる。すなわち、第2モータMG2は停止している。

速度比が第1閾値RS_TH1を超える第2領域（Hiモード）では、HクラッチCHが係合され、LクラッチCLが切断される。この第2領域では、HクラッチCHが係合されているので、第2キャリアC2と第1リングギアR1とが接続される。また、LクラッチCLが切断されるので、第2キャリアC2が解放される。従って、第1リングギアR1と第2キャリアC2の回転速度とは一致する。

この第2領域では、エンジン21からの駆動力は第1サンギアS1に入力され、この駆動力は第1キャリアC1から第2サンギアS2に出力される。また、第1サンギアS1に入力された駆動力は、第1キャリアC1から第1キャリアギアGc1及び第1モータギアGm1を介して第1モータMG1に出力される。この第2領域では、第1モータMG1はジェネレータとして機能するので、この第1モータMG1で発電された電力の一部は、キャパシタ64に蓄電される。

また、第2モータMG2は第1モータMG1およびキャパシタ64から供給された電力で駆動する電動モータとして機能する。第2モータMG2の駆動力は、第2モータギアGm2→第1リング外周ギアGr1→第1リングギアR1→HクラッチCHの経路で第2キャリアC2に出力される。以上のようにして第2サンギアS2に出力された駆動力は第2遊星ギアP2を介して第2リングギアR2に出力されるとともに、第2キャリアC2に出力された駆動力は第2遊星ギアP2を介して第2リングギアR2に出力される。このようにして第2リングギアR2で合わさった駆動力が、第2リング外周ギアGr2及び出力ギア71を介して出力軸63に伝達される。

そして、速度比が第2閾値Rs_th2では、第1モータMG1の回転速度は「0」になり、すなわち、第1モータMG1の回転は停止し、第2モータMG2は空転している。すなわち、第2モータMG2は、トルクを発生させず、発電も電気駆動も行わない状態となる。なお、以上は前進時の説明であるが、後進時においても同様の動作となる。

次に、動力伝達装置24の概略動作を共線図を用いて説明する。第1遊星歯車機構68の第1サンギアS1の回転速度をNs1、歯数をZs1とする。第1キャリアC1の回転速度をNc1とする。第1リングギアR1の回転速度をNr1、歯数をZr1とする。また、第2遊星歯車機構69の第2サンギアS2の回転速度をNs2、歯数をZs2とする。第2キャリアC2の回転速度をNc2とする。第2リングギアR2の回転速度をNr2、歯数をZr2とする。この場合、第1遊星歯車機構68と第2遊星歯車機構69との各要素の回転速度と歯数との関係を共線図で表記すると、図5のようになる。

共線図においては遊星歯車機構の各要素の回転速度の関係は直線で示される。従って、図5に示すように、Ns1とNc1とNr1とは一直線上に並ぶ。また、Ns2とNc2とNrも一直線上に並ぶ。なお、図5において実線Lp1は、第1遊星歯車機構68の各要素の回転速度の関係を示している。破線Lp2は、は、第2遊星歯車機構69の各要素の回転速度の関係を示している。

図5(a)は、Loモードでの各要素の回転速度を示している。上述したように、説明の簡易のためにエンジン21の回転速度を一定とすると、Ns1は一定である。Loモードでは、第1モータMG1の回転速度が増大することにより、Nc1が増大する。Nc1が増大すると、Nr1が減少する。これにより、第2モータMG2の回転速度が減少する。また、動力伝達装置24では、第1キャリアC1は第2サンギアS2に接続されている。従って、Nc1とNs2とは一致する。従って、Nc1の増大に伴ってNs2も増大する。Loモードでは、第2キャリアC2は固定端72に固定される。このため、Nc2は0に維持される。従って、Ns2が増大することにより、Nr2が増大する。これにより、動力伝達装置24の速度比が増大する。このように、Loモードでは、第1モータMG1の回転速度の増大に伴って、動力伝達装置24の速度比が増大する。

動力伝達装置24の速度比が上述した第1閾値Rs_th1に達すると、Nr1が0となる。従って、第2モータMG2の回転速度が0となる。このとき、LoモードからHiモードへの切換が行われる。すなわち、LクラッチCLが係合状態から切断状態に切り換えられる。これにより、第2キャリアC2が、固定端72から切り離されて、回転可能となる。また、HクラッチCHが切断状態から係合状態に切り換えられる。これにより、第1リングギアR1と第2キャリアC2とが接続される。

図5(c)は、Hiモードでの各要素の回転速度を示している。Hiモードでは、第1リングギアR1と第2キャリアC2とが接続されるため、Nr1とNc2とは一致する。また、上述したように、第1キャリアC1は第2サンギアS2に接続されているため、Nc1とNs2とは一致する。従って、第2モータMG2の回転速度が増大することにより、Nr1が増大するとNc2が増大する。また、Nc2が増大することにより、Nr2が増大する。これにより、動力伝達装置24の速度比が増大する。このように、第2モータMG2の回転速度の増大に伴って、動力伝達装置24の速度比が増大する。また、Nr1とNc2が増大することにより、Ns2及びNc1が減少する。これにより、第1モータMG1の回転速度が減少する。そして、動力伝達装置24の速度比が上述した第2閾値Rs_th2に達すると、Ns2及びNc1が0となる。これにより、第1モータMG1の回転速度が0となる。なお、上述したのはLoモードからHiモードへの切り換え時の動作であり、HiモードからLoモードへの切り換え時の動作は、上記の動作とは逆の手順となる。

以上のように、エンジン21の回転速度を一定、すなわち、入力軸61の回転速度を一定とすると、Loモードでは、速度比の増大に応じて、第1モータMG1の回転速度が増大する。また、Hiモードでは、速度比の増大に応じて、第1モータMG1の回転速度が減少する。従って、図４に示すように、速度比は、Loモードでは第1モータMG1の回転速度に対して変化率R1_Loで変化する。しかし、Hiモードでは、速度比は、第1モータMG1の回転速度に対してLoモードの変化率R1_Loと異なる変化率R1_Hiで変化する。詳細には、Hiモードでの変化率R1_Hiと、Loモードでの変化率R1_Loとでは、正負が異なる。また、速度比が第1閾値Rs_th1であるときに、Loモードでの第1モータMG1の回転速度とHiモードでの第1モータMG1の回転速度とは等しくなる。言い換えれば、速度比が第1閾値Rs_th1であるときに、Loモードでの入力軸61に対する第1モータMG1の回転速度比と、Hiモードでの入力軸61に対する第1モータMG1の回転速度比とは等しくなる。

また、エンジン21の回転速度を一定、すなわち、入力軸61の回転速度を一定とすると、Loモードでは、速度比の増大に応じて、第2モータMG２の回転速度が減少する。Hiモードでは、速度比の増大に応じて、第2モータMG２の回転速度が減少する。従って、図４に示すように、速度比は、Loモードでは第2モータMG２の回転速度に対して変化率R２_Loで変化する。しかし、Hiモードでは、速度比は、第2モータMG２の回転速度に対してLoモードの変化率R２_Loと異なる変化率R２_Hiで変化する。詳細には、Hiモードでの変化率R２_Hiと、Loモードでの変化率R２_Loとでは、正負が異なる。また、速度比が第1閾値Rs_th1であるときに、Loモードでの第2モータMG2の回転速度とHiモードでの第2モータMG2の回転速度とは等しくなる。言い換えれば、速度比が第1閾値Rs_th1であるときに、Loモードでの入力軸61に対する第2モータMG2の回転速度比と、Hiモードでの入力軸61に対する第2モータMG2の回転速度比とは等しくなる。

上述したように、クラッチ制御部58は、LoモードとHiモードとの切り換えを行う。クラッチ制御部58は、Hクラッチ制御弁VHとLクラッチ制御弁VLとにクラッチ指令信号を送ることで、HクラッチCHとLクラッチCLとの切り換えを行う。以下、HiモードとLoモードとの切換制御について詳細に説明する。

図6は、第1の実施形態に係る制御部27が実行する処理を示す制御ブロック図である。制御部27は、HiモードからLoモードに切り換えられるときに、速度比予測制御を実行する。詳細には、図6に示すように、制御部27は、速度比パラメータ演算部81と、予測係合時間決定部82と、速度比パラメータ推定部83と、を有する。

速度比パラメータ演算部81は、動力伝達装置24の入力回転速度と出力回転速度とから、動力伝達装置24の速度比を算出する。入力回転速度は、入力回転速度検出部38によって検出される。出力回転速度は、出力回転速度検出部37によって検出される。

予測係合時間決定部82は、予測係合時間を決定する。予測係合時間は、LクラッチCLの係合開始から係合完了までに要する時間の予測値である。予測係合時間決定部82は、Lクラッチ油温と、エンジン回転速度と、予測係合時間情報に基づいて、予測係合時間を決定する。Lクラッチ油温は、第1油温検出部73によって検出される。エンジン回転速度は、エンジン回転速度検出部によって検出される。予測係合時間情報は、Lクラッチ油温と、エンジン回転速度と、予測係合時間との関係を規定するデータであり、マップ或いはテーブルなどの形態で記憶部56に記憶されている。一般的に作動油は油温が高い時に粘性が低くなる。これによってクラッチは速やかに切換可能となる。従って、予測係合時間情報は油温が高い時に予測係合時間が短くなるように規定されるとよい。またクラッチ油温はLクラッチ油温、Hクラッチ油温としているが供給されるクラッチに作動油を供給するポンプ付近の温度を代用してもよい。

速度比パラメータ推定部83は、現時点から予測係合時間の経過後の速度比の推定値である推定速度比を決定する。図7は、速度比パラメータ推定部83による推定速度比の決定方法を示すグラフであり、作業車両1が減速して、HiモードからLoモードに切り換えられる場合における速度比の変化を示している。速度比パラメータ推定部83は、所定時間ごとに速度比パラメータ演算部81が算出した速度比を記録し、記録した速度比から速度比の変化率を求める。図7において実線Ls1は、記録した速度比から求めた速度比の変化率を示している。そして、速度比パラメータ推定部83は、速度比の変化率から予測係合時間の経過後の速度比を算出することで、推定速度比を決定する。図7において、破線Ls2は、推定速度比を示している。

クラッチ制御部58は、推定速度比が第1閾値Rs_th1に達したときに、LクラッチCLを係合させるためのクラッチ指令信号を出力する。例えば、図7において時点t1での実際の速度比がRs1であるとすると、速度比パラメータ推定部83は、推定速度比がRs_es1であると決定する。Rs_es1は第1閾値RS_th1よりも大きいため、時点t1では、クラッチ制御部58は、モードの切り換えを行わずに、Hiモードを維持する。

そして、速度比が減少して、時点t2での実際の速度比がRs2になると、速度比パラメータ推定部83は、推定速度比がRs_es2であると決定する。Rs_es2は、第1閾値RS_th1に一致する。このため、クラッチ制御部58は、LクラッチCLを係合するためのクラッチ指令信号を時点t2において出力する。LクラッチCLは、時点t2から予測係合時間が経過した時点t3において係合を完了させる。時点t3では、実際の速度比が第1閾値RS_th1に概ね一致している。このため、速度比が第1閾値RS_th1に到達したときに、迅速にLクラッチCLの係合を完了させることができる。

以上のように、速度比予測制御では、予測係合時間を考慮して、速度比が第1閾値RS_th1に達する前に、クラッチ指令信号が出力される。このため、速度比が第1閾値RS_th1に概ね達した時点で、LクラッチCLを係合させることができる。これにより、速度比が第1閾値RS_th1に達したときに、迅速にHiモードからLoモードへの切換を行うことができる。なお、本実施形態では、HiモードからLoモードの切換を例として説明しているので、係合時間に影響を与えるLクラッチの油温を参照した。なお、LoモードからHiモードへの切換を行うときは、Hクラッチの油温を参照することで同様の効果を得られる。

図8は、第2の実施形態に係る制御部27が実行する処理を示す制御ブロック図である。第2の実施形態では、HiモードからLoモードに切り換えられるときに、制御部27は、外力補正制御を実行する。詳細には、図8に示すように、制御部27は、目標軌跡決定部84をさらに有している。目標軌跡決定部84は、目標軌跡を決定する。

図9は、目標軌跡Ls_targetの一例を示している。目標軌跡Ls_targetは、クラッチ指令信号の出力時点Paから予測係合時間の経過時点Pbまでの速度比の変化の目標軌跡である。目標軌跡Ls_targetは、クラッチ指令信号の出力時点Paでの速度比と、予測係合時間の経過時点Pbでの推定速度比Rs_esaとを滑らかにつなぐように設定される。本実施形態において、目標軌跡Ls_targetは、クラッチ指令信号の出力時点Paでの速度比と、予測係合時間の経過時点Pbでの推定速度比Rs_esaとをつなぐ直線状の軌跡である。

モータ制御部55は、クラッチ指令信号の出力時点から予測係合時間が経過するまでの間、目標軌跡Ls_targetに従って速度比が変化するように、第2モータMG2を制御する。詳細には、クラッチ指令信号の出力時点から予測係合時間が経過するまでの間、モータ制御部55は、第2モータMG2の制御を上述したトルク制御から回転速度制御に切り換える。モータ制御部55は、以下の数1式によって目標速度比Ltgを決定し、速度比が目標速度比Ltgとなるように、第2モータMG2の回転速度のフィードバック制御を行う。

［数1］
Ltg = Li - ( Li - Lo ) * dt / tf
Ltgは、クラッチ指令信号の出力時点Paからの経過時間がdtであるときの目標速度比である。Liは、クラッチ指令信号の出力時点Paでの速度比である。Loは、予測係合時間の経過時点Pbでの目標速度比である。予測係合時間の経過時点Pbでの目標速度比は、目標軌跡Ls_targetから求められる。tfは予測係合時間である。モータ制御部55は、目標速度比Ltgに対応する第2モータMG2の回転速度を目標回転速度Ntargetとして決定する。そして、モータ制御部55は、目標回転速度Ntargetを示す指令信号を第2インバータI2に送る。なお、予測係合時間が所定の閾値よりも小さいときには、第2モータMG2への目標回転速度を0にしてもよい。第2モータMG2への回転速度が0であるときには、速度比は、モード切換点での速度比と一致するからである。

以上のように、外力補正制御では、クラッチ指令信号の出力後に作業車両への外力が急に変化しても、第2モータMG2の回転速度を制御することで、速度比が目標軌跡Ls_targetに従うように補正される。

例えばクラッチ指令信号の出力後に、ブレーキがかけられた場合、或いは、掘削が開始された場合などのように、作業車両1に与えられる外力が大きく変化する場合がある。図10は、クラッチ指令信号の出力時点Paの後に外力が大きく変化した場合の速度比の変化を示している。図10に示すように、外力によって作業車両1が急速に減速すると、予測係合時間の経過時点Pbでの速度比が、速度比パラメータ推定部83による推定速度比Rs_esaと大きく異なってしまう。この場合、速度比が第1閾値Rs_th1に達したときにLクラッチCLの切換を行うことが困難になる。

これに対して、本実施形態のように、外力補正制御が行われると、第2モータMG2を制御して速度比を補正することで、外力による速度比への影響が緩和される。このため、速度比が、速度比パラメータ推定部83による推定と大きく異なる変化をすることを抑えられる。従って、図9に示すように、予測係合時間の経過時点Pb’での実際の速度比が、速度比パラメータ推定部83による推定速度比Rs_esaと概ね一致する。これにより、作業車両1に与えられる外力が急に変化しても、速度比が第1閾値Rs_th1に達したときに、タイミングよくクラッチの切換を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、上述したホイールローダに限らず、ブルドーザ、トラクタ、フォークリフト、或いはモータグレーダ等の他の種類の作業車両に適用されてもよい。

本発明は、EMTに限らずHMTなどの他の種類の変速装置に適用されてもよい。この場合、第1モータMG1は、油圧モータ及び油圧ポンプとして機能する。また、第2モータMG2は、油圧モータ及び油圧ポンプとして機能する。第1モータMG1と第2モータMG2とは、可変容量型のポンプ／モータであり、斜板或いは斜軸の傾転角が制御部27によって制御されることにより、容量が制御される。そして、上記の実施形態と同様にして算出された指令トルクTm1_ref, Tm2_refが出力されるように、第1モータMG1と第2モータMG2との容量が制御される。

上記の実施形態では、速度比パラメータとして、入力軸61に対する出力軸63の速度比が用いられているが、速度比に対応する他のパラメータが用いられてもよい。例えば、入力軸61に対する第1モータMG1の回転速度比或いは第2モータMG2の回転速度比が、速度比パラメータとして用いられてもよい。或いは、第1モータMG1の回転速度或いは第2モータMG2の回転速度そのものが速度比パラメータとして用いられてもよい。

上記の実施形態では、第1モードはHiモードであり、第2モードはLoモードであるが、逆に、第1モードはLoモードであり、第2モードはHiモードであってもよい。すなわち、上記の実施形態において、速度比予測制御、外力補正制御、及びクラッチ切断制御は、HiモードからLoモードへの切換において行われているが、LoモードからHiモードへの切換において行われてもよい。或いは、速度比予測制御、外力補正制御、及びクラッチ切断制御は、HiモードからLoモードへの切換と、LoモードからHiモードへの切換との両方において行われてもよい。

係合時間パラメータは、油温とエンジン回転速度とに限られない。例えば、エンジン回転速度に代えて、トランスミッションポンプ29の回転速度が係合時間パラメータとして用いられてもよい。或いは、エンジン回転速度に代えて、トランスミッションポンプ29の吐出流量が係合時間パラメータとして用いられてもよい。或いは、係合時間パラメータとして、クラッチ切断時間が用いられてもよい。クラッチ切断時間は、クラッチの切断が開始されてからの経過時間である。クラッチの切断が開始されると、クラッチ内から作動油が流出していく。このとき、クラッチが空になる前に、再びクラッチ係合指令が出されると、通常より短時間でクラッチに作動油が満たされることにより、係合時間が短くなる。従って、係合時間パラメータとして、クラッチ切断時間が用いられることで、クラッチ係合時間をより精度良く推定することが可能となる。なお、クラッチ切断時間は、油温に加えて係合時間パラメータとして用いられることが好ましい。

動力伝達装置24の速度比の演算では、入力回転速度と出力回転速度とが用いられているが、他のパラメータが用いられてもよい。例えば、速度比パラメータ演算部81は、LクラッチCLとHクラッチCHとの回転速度から動力伝達装置24の速度比を算出してもよい。或いは、速度比パラメータ演算部81は、第1モータMG1の回転速度と第2モータMG2の回転速度とから動力伝達装置24の速度比を算出してもよい。

第1実施形態及び第2実施形態で説明した実施形態はそれぞれ単独で用いられてもよいし、或いは、組合せで用いられてもよい。

上述した動力伝達装置24は、第1遊星歯車機構68と第2遊星歯車機構69とを有している。しかし、動力伝達装置が備える遊星歯車機構の数は、2つに限らない。動力伝達装置は１つの遊星歯車機構のみを有してもよい。あるいは、動力伝達装置は、3つ以上の遊星歯車機構を有してもよい。図11は、他の実施形態にかかる作業車両が備える動力伝達装置124の構成を示す模式図である。他の実施形態にかかる作業車両の他の構成は、上述した実施形態に係る作業車両1と同様であるため、詳細な説明を省略する。また、図11において、上述した実施形態にかかる動力伝達装置24と同じ構成には同じ符号を付している。

図11に示すように、動力伝達装置124は、変速機構166を有する。変速機構166は、遊星歯車機構168と、第1伝達軸167と、第2伝達軸191と、第2伝達軸ギア192とを有している。第1伝達軸167は、FR切換機構65に連結されている。遊星歯車機構168と第2伝達軸ギア192とは、第1伝達軸167及び第2伝達軸191と同軸上に配置されている。

遊星歯車機構168は、サンギアS1と、複数の遊星ギアP1と、複数の遊星ギアP1を支持するキャリアC1と、リングギアR1とを有している。サンギアS1は、第1伝達軸167に連結されている。複数の遊星ギアP1は、サンギアS1と噛み合い、キャリアC1に回転可能に支持されている。キャリアC1は、第2伝達軸191に固定されている。リングギアR1は、複数の遊星ギアP1に噛み合うとともに回転可能である。また、リングギアR1の外周には、リング外周ギアGr1が設けられている。第2モータMG2の出力軸63には第2モータギアGm2が固定されており、第2モータギアGm2はリング外周ギアGr1に噛み合っている。

第2伝達軸ギア192は、第2伝達軸191に連結されている。第2伝達軸ギア192は出力ギア71に噛み合っており、第2伝達軸ギア192の回転は出力ギア71を介して出力軸63に出力される。

変速機構166は、第1高速用ギア（以下、「第1HギアGH1」と呼ぶ）と、第2高速用ギア（以下、「第2HギアGH2」と呼ぶ）と、第1低速用ギア（以下、「第1LギアGL1」と呼ぶ）と、第2低速用ギア（以下、「第2LギアGL2」と呼ぶ）と、第3伝達軸193と、Hi／Lo切替機構170とを有する。

第1HギアGH1と第1LギアGL1とは、第1伝達軸167及び第2伝達軸191と同軸上に配置されている。第1HギアGH1は、第1伝達軸167に連結されている。第1LギアGL1は、第2伝達軸191に連結されている。第2HギアGH2は、第1HギアGH1と噛み合っている。第2LギアGL2は、第1 LギアGL1と噛み合っている。第2HギアGH2と第2LギアGL2とは、第3伝達軸193と同軸上に配置されており、第3伝達軸193に対して回転可能に配置されている。第3伝達軸193は、第1モータMG1の出力軸に連結されている。

Hi／Lo切替機構170は、動力伝達装置24における駆動力伝達経路を、車速が高い高速モード（Hiモード）と車速が低い低速モード（Loモード）で切り替えるための機構である。このHi／Lo切替機構170は、Hiモード時に係合にされるHクラッチCHと、Loモード時に係合されるLクラッチCLとを有している。HクラッチCHは、第2HギアGH2と第3伝達軸193とを接続又は切断する。また、LクラッチCLは、第2LギアGL2と第3伝達軸193とを接続又は切断する。

次に、動力伝達装置124の動作について説明する。図12は、動力伝達装置124での速度比に対する各モータMG1，MG2の回転速度を示したものである。図12において、実線が第1モータMG1の回転速度、破線が第2モータMG2の回転速度を示している。車速が0からRS_th1までのA領域（Loモード）では、LクラッチCLが係合され、HクラッチCHが切断される。このA領域では、HクラッチCHが切断されているので、第2HギアGH2と第3伝達軸193とが切断される。また、LクラッチCLが係合されるので、第2LギアGL2と第3伝達軸193とが接続される。

このA領域においては、エンジン21からの駆動力は、第1伝達軸167を介してサンギアS1に入力され、この駆動力は、キャリアC1から第2伝達軸191に出力される。一方、サンギアS1に入力された駆動力は、遊星ギアP1からリングギアR1に伝達され、リング外周ギアGr1及び第2モータギアGm2を介して第2モータMG2に出力される。第2モータMG2は、このA領域においては、ジェネレータとして機能しており、第2モータMG2によって発電された電力の一部は、キャパシタ64に蓄電される。

また、A領域においては、第1モータMG1は、電動モータとして機能する。第1モータMG1の駆動力は、第３伝達軸→第2LギアGL2→第1LギアGL1の経路で第2伝達軸191に出力される。このようにして第2伝達軸191で合わさった駆動力が、第2伝達軸ギア192及び出力ギア71を介して出力軸63に伝達される。

車速がRS_th1を超えるB領域（Hiモード）では、HクラッチCHが係合され、LクラッチCLが切断される。このB領域では、HクラッチCHが係合されているので、第2HギアGH2と第3伝達軸193とが接続される。また、LクラッチCLが切断されるので、第2LギアGL2と第3伝達軸193と切断される。

このB領域では、エンジン21からの駆動力はサンギアS1に入力され、この駆動力はキャリアC1から第2伝達軸191に出力される。また、エンジン21からの駆動力は、第1HギアGH1から、第2HギアGH2及び第3伝達軸193を介して第1モータMG1に出力される。このB領域では、第1モータMG1はジェネレータとして機能するので、この第1モータMG1で発電された電力の一部は、キャパシタ64に蓄電される。

また、第2モータMG2の駆動力は、第2モータギアGm2→リング外周ギアGr1→リングギアR1→キャリアC1の経路で第2伝達軸191に出力される。このようにして第2伝達軸191で合わさった駆動力が、第2伝達軸ギア192及び出力ギア71を介して出力軸63に伝達される。

他の実施形態にかかる作業車両での動力伝達装置124の制御は、上述した実施形態の動力伝達装置24の制御と同様である。

21 エンジン
23 作業機ポンプ
3 作業機
25 走行装置
24 動力伝達装置
27 制御部
61 入力軸
63 出力軸と、
68 第1遊星歯車機構
69 第2遊星歯車機構
66 歯車機構
MG1 第1モータ
MG2 第2モータ
CH Hクラッチ
CL Lクラッチ
27 制御部
58 クラッチ制御部
82 予測係合時間決定部
83 速度比パラメータ推定部
73 第1油温検出部
56 記憶部
55 モータ制御部
84 目標軌跡決定部

Claims

エンジンと、
前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される作業機と、
前記エンジンによって駆動される走行装置と、
前記エンジンからの駆動力を前記走行装置に伝達する動力伝達装置と、
前記動力伝達装置を制御する制御部と、
を備え、
前記動力伝達装置は、
入力軸と、
出力軸と、
遊星歯車機構を有し、前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達する歯車機構と、
前記遊星歯車機構の回転要素に接続されるモータと、
前記動力伝達装置での駆動力の伝達経路を第１モードから第２モードに切り換えるためのクラッチと、
を有し、
前記伝達経路が前記第１モードであるとき、前記クラッチは切断状態であり、
前記伝達経路は前記第２モードであるとき、前記クラッチは係合状態であり、
前記動力伝達装置は、前記モータの回転速度を変化させることによって、前記入力軸に対する前記出力軸の速度比を変化させるように構成されており、
前記速度比に対応する速度比パラメータが、所定のモード切換閾値であるときに、前記第１モードでの前記入力軸に対する前記モータの回転速度比と、前記第２モードでの前記入力軸に対する前記モータの回転速度比とは等しくなり、
前記制御部は、予測係合時間決定部と、速度比パラメータ推定部と、クラッチ制御部と、目標軌跡決定部と、モータ制御部と、を有し、
前記クラッチが切断状態であるときに、前記予測係合時間決定部は、前記クラッチの係合開始から係合完了までに要する時間の予測値である予測係合時間を決定し、
前記速度比パラメータ推定部は、現時点から前記予測係合時間の経過後の前記速度比パラメータの推定値を決定し、
前記クラッチ制御部は、前記速度比パラメータの推定値が前記モード切換閾値に達したときに、前記クラッチを係合させるためのクラッチ指令信号を出力し、
前記目標軌跡決定部は、前記クラッチ指令信号の出力時点から前記予測係合時間の経過時点までの前記速度比パラメータの変化の目標軌跡を決定し、
前記モータ制御部は、前記クラッチ指令信号の出力時点から前記予測係合時間が経過するまでの間、前記目標軌跡に従って前記速度比パラメータが変化するように、前記モータを制御する、
作業車両。
前記クラッチは油圧式のクラッチであり、
前記クラッチに供給される作動油の温度を検出する油温検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記作動油の温度を含む係合時間パラメータと、前記予測係合時間との関係を規定する予測係合時間情報を記憶する記憶部をさらに有し、
前記予測係合時間決定部は、前記油温検出部が検出した作動油の温度と、前記予測係合時間情報に基づいて、前記予測係合時間を決定する、
請求項１に記載の作業車両。
前記速度比パラメータ推定部は、所定時間ごとに前記速度比パラメータを記録し、記録した前記速度比パラメータから前記速度比パラメータの変化率を求め、前記速度比パラメータの変化率から前記速度比パラメータの推定値を決定する、
請求項１又は２に記載の作業車両。
前記第１モードでの前記モータの回転速度に対する前記速度比の変化率は、前記第２モードでの前記モータの回転速度に対する前記速度比の変化率と異なっている、
請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
動力伝達装置を備える作業車両の制御方法であって、
前記動力伝達装置は、
入力軸と、
出力軸と、
遊星歯車機構を有し、前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達する歯車機構と、
前記遊星歯車機構の回転要素に接続されるモータと、
前記動力伝達装置での駆動力の伝達経路を第１モードから第２モードに切り換えるためのクラッチと、
を有し、
前記伝達経路が前記第１モードであるとき、前記クラッチが切断状態であり、
前記伝達経路が前記第２モードであるとき、前記クラッチが係合状態であり、
前記動力伝達装置は、前記モータの回転速度を変化させることによって、前記入力軸に対する前記出力軸の速度比を変化させるように構成されており、
前記速度比に対応する速度比パラメータが、所定のモード切換閾値であるときに、前記第１モードでの前記入力軸に対する前記モータの回転速度比と、前記第２モードでの前記入力軸に対する前記モータの回転速度比とは等しくなり、
前記制御方法は、
前記クラッチが切断状態であるときに、前記クラッチの係合開始から係合完了までに要する時間の予測値である予測係合時間を決定するステップと、
現時点から前記予測係合時間の経過後の前記速度比パラメータの推定値を決定するステップと、
前記速度比パラメータの推定値が前記モード切換閾値に達したときに、前記クラッチを係合させるためのクラッチ指令信号を出力するステップと、
前記クラッチ指令信号の出力時点から前記予測係合時間の経過時点までの前記速度比パラメータの変化の目標軌跡を決定するステップと、
前記クラッチ指令信号の出力時点から前記予測係合時間が経過するまでの間、前記目標軌跡に従って前記速度比パラメータが変化するように、前記モータを制御するステップと、
を備える作業車両の制御方法。