WO2014061602A1

WO2014061602A1 - 作業車両の走行制御装置

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Publication number: WO2014061602A1
Application number: PCT/JP2013/077810
Authority: WO
Inventors: 田中　哲二; 正規吉川; 伸幸日高; 勇青木; 圭吾菊池
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2014-04-24
Also published as: US20150226316A1; JP5840104B2; CN104619543A; EP2910396A4; EP2910396A1; JP2014083855A; CN104619543B; US9383002B2; EP2910396B1

Abstract

　１速度段多く設定されたトランスミッションを採用する場合であっても、適用可能な変速レバーを備えた作業車両の走行制御装置を提供するため、トランスミッション（３）による変速を、手動及び自動により切換える切換装置（４１）と、トランスミッション（３）における複数の速度段の中から速度段を選択する速度段選択装置（３０ｂ）と、速度段選択装置（３０ｂ）とは別に、切換装置（４１）の切換え状態に関係なく１速への手動変速が可能な１速選択装置（４０）を有し、複数の速度段のうち１速を除く２速以上の速度段を選択するように構成し、切換装置（４１）と速度段選択装置（３０ｂ）及び１速選択装置（４０）のそれぞれの指令に基づきトランスミッション（３）を制御する制御装置（１０）とを備えた。

Description

作業車両の走行制御装置

　本発明は、例えば、ホイールローダ等の作業車両に適用されるトランスミッションを備えた作業車両の走行制御装置に関する。

　従来から、ホイールローダ等の作業車両においては、変速レバーの速度段位置におけるそれぞれの速度段位置に応じて自動変速範囲を設定したものが知られている。作業を伴わない後進時での動力の省エネを図ることを目的とし、例えば、１速から最大４速まで設定された後進の速度段のうち、１速から３速までの変速レバーの速度段位置におけるそれぞれの自動変速範囲を、最低速度段の１速から３速までの速度段位置に対応する速度段に１段高速の速度段をプラスした速度段までの範囲で変速可能となるように設定し構成されている。

特開２００６－２８３７７２号公報

　上述した従来技術は、変速レバーにおける前進側もしくは後進側における４速の速度段位置が選択された時には、１速から４速までの範囲で自動変速可能に設定されている。よって、４速に対して１速度段多い、例えば、１速から５速まで設定されたトランスミッションを採用しようとした場合には、新たに５速まで対応させた変速レバーを用意する必要がある。

　本発明の目的は、１速度段多く設定されたトランスミッションを採用する場合であっても、適用可能な変速レバーを備えた作業車両の走行制御装置を提供することにある。

　本請求項１に係る発明の特徴は、駆動源と、この駆動源から伝達されるトルクを増幅させるトルクコンバータと、このトルクコンバータから出力され増幅されたトルクを伝達し変速するトランスミッションとを備えた作業車両の走行制御装置において、前記トランスミッションによる変速を、手動変速もしくは自動変速のいずれかに切換える切換装置と、前記トランスミッションにおける複数の速度段の中から速度段を選択可能に設けた速度段選択装置と、前記速度段選択装置とは別に、前記切換装置の切換え状態に関係なく１速への手動変速が可能な１速選択装置を有し、前記速度段選択装置は、複数の速度段のうち１速を除く２速以上の速度段を選択可能に構成し、前記切換装置と前記速度段選択装置及び前記１速選択装置からのそれぞれの指令に基づき前記トランスミッションを変速制御する制御装置を備え構成したことにある。

　請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の発明に係り、前記切換装置が自動変速に切換えられた状態では、前記速度段選択装置で選択された速度段を上限として前記制御装置が変速制御するように構成したことにある。

　本発明によれば、１速への手動変速は１速選択装置の操作により変速可能に構成し、かつ、１速以外の速度段を速度段選択装置に割り当てることにより、この速度段選択装置を、１速段多いトランスミッションを採用する場合にも共通して使用することができる。

本発明の一実施形態に係るホイールローダの全体構造を示す側面図である。本実施の形態に係る変速制御装置の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係るホイールローダの運転席周辺を示す上面図である。本発明の変速レバーを示す図で、（ａ）は拡大した側面図で、（ｂ）は正面図である。

　以下、本発明に係る作業機械のタンク固定装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

　図１は、本発明の一実施形態に係るホイールローダの全体構造を示す側面図であり、図２は、本実施の形態に係る変速制御装置の概略構成を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係るホイールローダの運転席周辺を示す上面図であり、図４は、本発明の変速レバーを示す図であって、（ａ）は拡大した側面図で（ｂ）は正面図である。便宜上、図３における図面左側を左側、図面右側を右側として説明する。

　ホイールローダ１００は、アーム１１１、作業機装置であるバケット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変速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、トルコンと呼ぶ）の不図示の入力軸が連結され、トルコン２の不図示の出力軸は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１速～５速に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１１３，１２３に伝達され、ホイールローダ１００が走行する。エンジン１の回転数は、エンジン回転数センサ１５で検出される。トルコン２の入力軸には回転数センサ１３、トルコン２の出力軸には回転数センサ１４、プロペラシャフト４には車速を検知する回転数センサ１７が設けられている。

　作業用油圧ポンプ６はエンジン１により駆動され、油圧ポンプ６からの吐出油は方向制御弁７を介して作業用アクチュエータ８（例えばアームシリンダ１１４）に導かれる。方向制御弁７は作業機レバー２５の操作により駆動され、作業機レバー２５の操作量に応じてアクチュエータ８を駆動できる。

　トルコン２は入力トルクに対し出力トルクを増大させる機能、つまりトルク比を１以上とする機能を有する。トルク比は、トルコン２の入力軸の回転数Ｎｉと出力軸の回転数Ｎｔの比であるトルコン速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｉ）の増加に伴い小さくなる。たとえばエンジン回転数が一定状態で走行中に走行負荷が大きくなると、トルコン２の出力軸の回転数、つまり車速が減少し、トルコン速度比ｅが小さくなる。このとき、トルク比は増加するため、より大きな駆動力（牽引力）で車両走行可能となる。

　トランスミッション３は、各速度段に対応したソレノイドバルブ４５を有する変速機である。これらソレノイドバルブ４５は、コントローラ１０からトランスミッション制御装置１６へ出力される制御信号によって駆動され、これにより１速～５速の間で速度段が変更される。本実施の形態では、トランスミッション３の速度段は、たとえば１速度段から５速度段まで設けられている。

　自動変速制御には、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、車速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。本実施の形態では、車速基準制御によりトランスミッション３の速度段を制御する。

　図３は、ホイールローダの運転席周辺を示す上面図である。

　図３に示すように、作業車両の運転室２０内には、オペレータが着座する運転席２１、作業車両を操舵するためのステアリングホイール２２と、アクセルペダル２４と、ブレーキペダル２３と、作業機装置を操作する作業機レバー２５とを設けてある。運転席２１は、運転室２０のほぼ中央に配置してある。ステアリングホイール２２は、運転席２１の前方に配置してある。アクセルペダル２３とブレーキペダル２４は、ステアリングホイール２２を支持するステアリングコラム２６の基端部の側方に左右に並べてある。アーム１１１及びバケット１１２を操作するための作業機レバー２５は、運転席２１の右側方に設けられるコンソール２７の上面の前端部に配置してある。

　ステアリングホイール２２の下方においてステアリングコラム２６から側方に突出し、手動で切換操作される前後進レバー３０ａを有し、この前後進レバー３０ａの操作に応じて、前進を指示する前進指示信号、後進を指示する後進指示信号、および、中立を指示する中立指示信号を出力する前後進レバー装置３０を備えている。前後進レバー３０ａは、前進を指示する前進位置Ｆ、後進を指示する後進位置Ｒ、中立を指示する中立位置Ｎに切換可能であって、前進位置Ｆ、後進位置Ｒおよび中立位置Ｎのそれぞれに保持可能に構成してある。

　前後進レバー３０ａと作業機レバー２５の位置関係は、前後進レバー３０ａがステアリングコラム２７から左側方に突出し、作業機レバー２５が運転席２１の右前方に配置され、つまり、前後進レバー３０ａとステアリングホイール２２は左手で操作可能に、作業機レバー２５は右手で操作可能に、前後進レバー３０ａおよび作業機レバー２５を配置してある。

　また、上述した前後進レバー３０ａの自由端側には、変速レバーとしての機能を有した速度段切替スイッチ３０ｂを備えている。例えば、図４においては、３速を選択した状態を示している。但し、この速度段切替スイッチ３０ｂは、後述するように従来技術の変速レバーと異なり、ダイヤル式で構成され１速を除く４つの速度段に切替え可能に構成してある。

　コンソール２７上には作業機レバー２５の他に、１速保持スイッチ４０，手動・自動変速制御切替スイッチ４１，手動シフトダウンスイッチ４２，自動シフトダウンスイッチ４３を設けてある。

　１速保持スイッチ４０は、作業機レバーの近傍に設けられ、ホイールローダを地山に突っ込んで地山の土砂を掘削する際に、１速保持スイッチ４０をＯＮ操作されることにより所定時間、速度段を１速に固定し高トルクを出力して掘削を可能にするためのスイッチである。掘削時以外では、登坂走行時などの牽引力が必要な際に、１速保持スイッチ４０をＯＮ操作することにより所定時間、高トルクを出力できるように設定されている。

　手動・自動変速制御切替スイッチ４１は、手動により速度段を切替え可能にするマニュアル（手動）変速と、自動により速度段を切替え可能にするオート（自動）変速とを切り替え可能に構成されたスイッチである。マニュアル変速が選択された状態では、後述のコントローラ１０による制御により、速度段切替スイッチ３０ｂで選択されている速度段に保持する。一方、オート変速が選択された状態では、後述のコントローラ１０による制御により、速度段切替スイッチ３０ｂで選択されている速度段を上限に後述の回転数センサ１７の情報（車速）に基づいて自動変速を行う。

　手動シフトダウンスイッチ４２は、作業機レバーの近傍もしくは作業機レバー上に設けられ、このスイッチが押される毎に１速度段ずつ最低速度段である１速までシフトダウンすることが可能に設定されている。このスイッチ操作により１速までシフトダウンされた状態において、前後進レバー３０ａにより前後進を切換えると１速固定の状態は解除され、２速で発進するように設定されている。

　自動シフトダウンスイッチ４３は、ＯＮされることによって自動で１速までシフトダウンするモードになるように設定してあり、このスイッチがＯＦＦされた状態のときには２速までしか自動でシフトダウンしないように設定されている。なお、この自動シフトダウンスイッチ４３のＯＮ，ＯＦＦの状態に関わらず、手動シフトダウンスイッチ４２がＯＮされると手動シフトダウンスイッチ４２による操作が優先されるように設定してある。

　手動シフトダウンスイッチ４２による１速選択時及び自動シフトダウンスイッチ４３による１速選択時において、作業機にかかる負荷（掘削時の負荷や登坂走行時における負荷）が所定値以下になった場合には、２速へ自動でシフトアップされるようになっている。

　ここで、本発明の要部について説明する。

　上述した速度段切替スイッチ３０ｂには、５速のトランスミッションのうち２速～５速の４つの速度段が割り当てられている。掘削時や登坂時等の特定の作業に使用される使用頻度の低い１速度段は、１速保持スイッチ４０がＯＮ操作されることにより１速への変速を可能にかつ１速に保持するように構成してあるため、速度段切替スイッチ３０ｂに割り当てていない。つまり、このように１速以外の速度段を速度段切替スイッチ３０ｂに割り当てることにより、１速から４速までの４速段を有するトランスミッションに適用される速度段切替スイッチ３０ｂを、１速段多い５速のトランスミッションを採用する場合にも共通して使用することができる。１速度段の使用頻度が低いとはいうものの、狭い構内での作業は超低速での移動しか許可されない場合があるため、１速保持スイッチ４０により１速に保持した状態で走行できるようにすることで狭い構内での作業を、速度を抑制しながら行うことができる。

　図２に戻り、本発明の一実施形態に係るホイールローダに備えられたコントローラにおける信号の入出力関係を説明する。

　１０は、メインとなるコントローラを示す。このコントローラ１０により入力される後述する各信号はコントローラ１０内に入力されコントローラ１０内で演算された後、トランスミッションを制御するトランスミッション制御装置１６を介して各ソレノイドバルブ４５に出力される。コントローラ１０は、前進，後進もしくは中立のいずれかが選択されていることに対応した信号が前後進レバー３０ａからの信号として入力されるように構成されている。また、コントローラ１０は、現在選択されている速度段が速度段切替スイッチ３０ｂからの信号として入力され、手動シフトダウンスイッチ４２からの指令信号が入力されるように構成されている。さらに、コントローラ１０は、１速保持スイッチ４０からの指令信号が入力され、手動変速か自動変速かのいずれかに対応した信号が手動・自動変速制御切替スイッチ４１からの信号として入力され、自動シフトダウンスイッチ４３からの指令信号が入力されるように構成されている。コントローラ１０には、アクセルペダル１１の操作量を検出するペダル操作量センサ１２を初め、各センサ１３，１４，１５，１７からの信号が入力されるように構成されている。トランスミッション制御装置１６を介して、前進クラッチ，後進クラッチ，もしくは、各速度段クラッチ（いずれも図示せず）を制御するソレノイドバルブ４５に対し信号が出力される構成となっている。

　図４は、変速レバーとしての機能を有した本発明の変速段切替スイッチを示す図で、（ａ）はオペレータ側から見た拡大した側面図で、（ｂ）は自由端側から見た正面図である。図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、前後進レバー３０ａの先端に設けたダイヤル式の速度段切替スイッチ３０ｂには、４つの速度段を対応付けてあり、具体的には２速から５速までの速度段を選択可能に対応づけてある。

　次に、上記構成の本実施の形態におけるホイールローダの手動変速による動作を説明する。

　オペレータが運転室１２１内の運転席に着座した状態で、エンジンを起動し、手動・自動変速制御切替スイッチ４１を手動変速制御に切換え前後進レバー３０ａを前進に切換えて、アクセルペダル２４を踏み込むと、ホイールローダ１００は２速で発進する。この状態から車速が増加すると、オペレータは、その車速に応じて速度段切替スイッチ３０ｂを操作することにより３速へのシフトアップを行い、さらに車速の増加に応じて、速度段切替スイッチ３０ｂを操作し４速、５速へとシフトアップを行う。

　ここで、掘削対象である地山に近づくにつれオペレータは、速度段切替スイッチ３０ｂを操作して４速→３速→２速とシフトダウンさせる。さらに、地山の直前もしくは地山にバケットを突っ込んだ状態になると掘削力を発揮させるために、オペレータは１速保持スイッチ４０を押して１速にシフトダウンさせる。その後、オペレータは作業機レバー２５を操作してバケット１１２やアーム１１１を動作させ、掘削した土砂をバケット１１２内に抱え込む。その後、前後進レバー３０ａを後進に切換えてホイールローダを２速で後進走行させ、その後に前後進レバー３０ａを前進方向へ切換えてダンプトラック（図示せず）へ向けて２速発進により前進走行させる。オペレータは速度段切替スイッチ３０ｂを操作し、シフトアップさせた後、２速までシフトダウンさせた状態でダンプトラックに近づき、ブレーキペダル２３及び作業機レバー２５を操作して、バケット１１２内の土砂をダンプトラックの荷台に放土する。

　次に、上記構成の本実施の形態におけるホイールローダの自動変速による動作を説明する。

　手動・自動変速制御切替スイッチ４１を自動変速制御に切換え前後進レバー３０ａを前進に切換えて、アクセルペダル２４を踏み込むと、ホイールローダ１００は２速で発進する。コントローラは、速度段切替スイッチ３０ｂで選択されている速度段を上限に、回転数センサ１７の情報（車速）に基づいて最適な自動変速を行い、シフトアップまたはシフトダウンさせる。

　以上、説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。

　本実施形態では、１速への手動変速は１速保持スイッチもしくは２速状態からの手動シフトダウンスイッチの操作により変速可能に構成し、かつ、１速以外の速度段を速度段切替スイッチ３０ｂに割り当てることにより、１速から４速までの４速段を有するトランスミッションに適用される速度段切替スイッチ３０ｂを、１速段多い５速のトランスミッションを採用する場合にも共通して使用することができる。これにより、部品点数の削減を図ることができる。１速度段多いトランスミッションにおいても、任意に各速度段をそれぞれ選択可能に構成することができる。

　本発明の実施形態では、４速用の速度段切替スイッチ３０ｂを５速のトランスミッションに適用する例を挙げて説明したが、本実施形態に限定されるものではなく、２速用の速度段切替スイッチを３速のトランスミッションに適用でき、３速用の速度段切替スイッチを４速のトランスミッションに適用でき、５速用の速度段切替スイッチを６速のトランスミッションに適用できることはいうまでもない。

　なお、速度段切替スイッチ３０ｂに示された各速度段の数字は、デカルを貼り付けたものであるため、速度段切替スイッチ３０ｂを１速段多いトランスミッションに共通して使用する場合には、速度段切替スイッチ３０ｂにおける各速度段の数字やその位置を、１速段多いトランスミッションに対応させてデカルを貼り付けるようにすればよい。

　上述した実施形態においては、ダイヤル式の速度段切替スイッチ３０ｂを例に挙げ説明したが、速度段切替スイッチ３０ｂをレバー式の変速レバーに適用できることは言うまでもない。

　　１０　コントローラ
　　２５　作業機レバー
　　３０ａ　前後進レバー
　　３０ｂ　速度段切替スイッチ（速度段選択装置）
　　４０　１速保持スイッチ（１速選択装置）
　　４１　手動・自動変速制御切替スイッチ（１速選択装置）
　　４３　手動シフトダウンスイッチ（１速選択装置）
　１００　ホイールローダ
　１１１　アーム
　１１２　バケット
　１２１　運転室　　

Claims

　駆動源（１）と、
　この駆動源（１）から伝達されるトルクを増幅させるトルクコンバータ（２）と、
このトルクコンバータ（２）から出力され増幅されたトルクを伝達し変速するトランスミッション（３）とを備えた作業車両（１００）の走行制御装置において、
　前記トランスミッション（３）による変速を、手動変速もしくは自動変速のいずれかに切換える切換装置（４１）と、
　前記トランスミッション（３）における複数の速度段の中から速度段を選択可能に設けた速度段選択装置（３０ｂ）と、
　前記速度段選択装置（３０ｂ）とは別に、前記切換装置（４１）の切換え状態に関係なく１速への手動変速が可能な１速選択装置（４３）を有し、
　前記速度段選択装置（３０ｂ）は、複数の速度段のうち１速を除く２速以上の速度段を選択可能に構成し、
　前記切換装置（４１）と前記速度段選択装置（３０ｂ）及び前記１速選択装置（４３）からのそれぞれの指令に基づき前記トランスミッションを変速制御する制御装置（１０）を備えたことを特徴とする作業車両（１００）の走行制御装置。
　前記切換装置（４１）が自動変速に切換えられた状態では、前記速度段選択装置（３０ｂ）で選択された速度段を上限として前記制御装置（１０）が変速制御するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業車両（１００）の走行制御装置。