JP2019156255A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】速度段切換時にエンジン回転数の調整時間を短縮して、燃費の向上を図る。【解決手段】制御装置(100)は、シフトアップ時にロックアップクラッチ(C1)およびトランスミッションクラッチ(C2)を解放して変速を行い、トランスミッションクラッチの出力側の第１回転数(N1)がステップダウンした場合に、トランスミッションクラッチの入力側の第３回転数(N3)が第１回転数と一致するように、発電電動機(7)を回生動作させて第３回転数を減速させ、第３回転数が第１回転数と一致した場合にトランスミッションクラッチを締結し、エンジン(1)の出力軸の第２回転数(N2)が第１回転数と一致するように発電機(5)を回生動作させて第２回転数を減速させ、第１回転数と第２回転数と第３回転数とが一致し、かつ、エンジンのトルクが発電電動機のトルクより大きい場合に、ロックアップクラッチを締結する。【選択図】図７

Description

本発明は、作業車両に関する。

作業車両の一例であるホイールローダは、エンジンの動力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（Ｔ／Ｍ）によりタイヤに伝えて走行しながら、フロントの油圧作業部のバケット部分で土砂等を掘削・運搬する。

ホイールローダの走行部を電動化した場合、トルコン損失が大きな低回転数領域の動力伝達を電動モータ駆動にすることによって損失を低減できる。また、中・高速領域ではロックアップクラッチを締結して、エンジンと車軸を直結してエンジン駆動を行うことにより、駆動効率を高めることができる。

エンジンと電動モータを併用した車両の一例として、特許文献１には、「エンジンと、エンジントルクを駆動輪に伝達する出力軸と、前記エンジンと出力軸間に配設されたクラッチと、出力軸に連結された電動モータを有している。エンジン回転数検出手段とモータ回転数検出手段が設けられ、検出したエンジン回転数を回転数調整手段が受け、エンジン回転数を変化させる。前記エンジン回転数及びモータ回転数があらかじめ設定した関係になったときにクラッチ係合手段が前記クラッチを係合する。クラッチが係合された時にエンジンが電動モータの負荷になることがなくなり、ショックが発生するのを防止する。」ことが記載されている（要約参照）。

特開平６−３８３０４号公報

電動モータ駆動はエンジン駆動に比べて動力伝達損失が大きいため、燃費を良くするためには、電動モータ駆動の時間をなるべく少なくするのが好ましい。しかしながら、特許文献１では、変速時に１台の電動モータでエンジン回転数を調整するため、エンジン回転数の調整に時間がかかってしまう。その結果、ロックアップクラッチを締結するのに時間がかかり、燃費が悪化するという課題がある。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたもので、その目的は、速度段切換時にエンジン回転数の調整時間を短縮して、燃費の向上を図ることのできる作業車両を提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、エンジンと、前記エンジンの動力で発電する発電機と、前記発電機から供給される電力で駆動する発電電動機と、前記エンジンまたは前記発電電動機の動力を車輪に伝達し、変速可能なトランスミッションと、前記エンジンと前記トランスミッション間の直結軸に設けられ、前記エンジンと前記トランスミッションの動力を切り離すことが可能なロックアップクラッチと、前記トランスミッションの内部に設けられ変速時に動力を遮断可能なトランスミッションクラッチと、前記エンジンの動力により前記車輪を直接駆動するエンジン駆動モードと前記発電電動機をモータとして機能させ、前記発電電動機の動力により前記車輪を駆動するモータ駆動モードとの間で駆動モードを切り換える制御装置と、を備えた作業車両であって、前記制御装置は、前記ロックアップクラッチを締結した状態からシフトアップした場合に、前記ロックアップクラッチを解放して前記駆動モードを前記モータ駆動モードに切り換えると共に前記トランスミッションクラッチを解放して変速を行い、前記トランスミッションクラッチの出力側の回転数である第１回転数がステップダウンした場合に、前記トランスミッションクラッチの入力側の回転数である第３回転数が前記第１回転数と一致するように、前記発電電動機を回生動作させて前記第３回転数を減速させ、前記第３回転数が前記第１回転数と一致した場合に、前記トランスミッションクラッチを締結し、前記エンジンの出力軸の回転数である第２回転数が前記第１回転数と一致するように、前記発電機を回生動作させて前記第２回転数を減速させ、前記第１回転数と前記第２回転数と前記第３回転数とが一致し、かつ、前記エンジンのトルクが前記発電電動機のトルクより大きい場合に、前記ロックアップクラッチを締結して前記駆動モードを前記モータ駆動モードから前記エンジン駆動モードに切り換えることを特徴とする。

本発明によれば、速度段切換時にエンジン回転数の調整時間を短縮して、燃費の向上を図ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る作業車両の一例であるホイールローダの外観側面図。 ホイールローダが行う作業の一例を示す図。 ホイールローダのシステム構成図。 ホイールローダの油圧回路図。 ホイールローダの駆動モードの切り換えと変速方法の説明図。 制御装置の機能ブロック図である。 エンジンとトランスミッションの間の動力伝達経路を説明するための模式図。 速度段切換時（シフトアップ）におけるエンジン回転数の制御処理の手順を示すフローチャート。 回生エネルギの流れを示す図。 エンジンとモータのそれぞれの回転数−トルク特性を示す図。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

図１は本発明に係る作業車両の一例であるホイールローダ２００の外観側面図、図２は図１に示すホイールローダが行う作業の一例を示す図、図３は図１に示すホイールローダのシステム構成図である。図１に示すように、ホイールローダ２００は、リフトアーム２０１、バケット２０、前輪１８ａ，１８ｂ等を有する前フレーム２０２と、運転室１９、後輪１８ｃ，１８ｄ等を有する後フレーム２０３とを有する。リフトアーム２０１はリフトアームシリンダ１３の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット２０はバケットシリンダ１４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。なお、前輪１８ａ，１８ｂと後輪１８ｃ，１８ｄについて、総称する場合には車輪１８として説明する。

前フレーム２０２と後フレーム２０３とは、不図示の連結軸により互いに回動自在に連結されている。このホイールローダ２００は、連結軸にて前フレーム２０２と後フレーム２０３とが屈曲されるアーティキュレート式の作業車両である。前フレーム２０２と後フレーム２０３には、連結軸を間に挟んだ一対のステアリングシリンダ（以下、ステアリングシリンダ）１２の一端と他端とが、それぞれ取り付けられている。一対のステアリングシリンダ１２のうち一方を伸長、他方を縮退させることにより、前フレーム２０２と後フレーム２０３とをそれぞれ連結軸を中心に回転させることができる。これにより、前フレーム２０２と後フレーム２０３との相対的な取付角度が変化し、車体が屈曲して換向する。

ホイールローダ２００は、例えば図２に示すように、走行中にバケット２０を地面Ｇに接するところまで下げて、車体の駆動力で路面の凸凹を平らにする整地作業を行うことができる。平地走行中は車輪１８の転がり抵抗分の走行抵抗しか発生しないが、整地作業を行った瞬間に路面凸凹を掘削する大きな走行抵抗が発生する。整地作業のための大きな駆動力を得るためには、通常の平地では２速以上で走行している速度段を１速にシフトダウンする。シフト変更の時には必ずニュートラル区間が発生し、ニュートラル区間では駆動力が無くなるため大きな反力が車体に加わり、変速ショックが発生する。そのため、ホイールローダ２００のシフト変更ではニュートラル区間を短くし、変速ショックを小さくすることが求められる。

図３に示すように、ホイールローダ２００は、圧油で駆動する油圧作業部Ａと、エンジン動力により車体を走行させる走行部Ｂとに大別される。上述したバケットシリンダ１４、リフトアームシリンダ１３、ステアリングシリンダ１２、油圧ポンプ９、およびコントロールバルブ１１は油圧作業部Ａを構成するもので、油圧ポンプ９からコントロールバルブ１１を介して供給される圧油により駆動する。圧油をバケットシリンダ１４、リフトアームシリンダ１３に供給することで掘削等の作業が行われ、圧油をステアリングシリンダ１２に供給することで、車体の操舵が行われる。

一方、エンジン１、発電機５、インバータ６，８、チョッパ２５、熱抵抗器２６、発電電動機７、ギヤボックス３１、トランスミッション３３、排気装置２７、絞り装置２７ａ、車輪１８、プロペラシャフト１５ｆ，１５ｒ、ディファレンシャルギヤ１６ｆ、１６ｒ、ドライブシャフト１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ、回転数センサ４１，４２，４３，４４，４５は、走行部Ｂを構成する。

油圧ポンプ９は可変容量型油圧ポンプである。油圧ポンプ９の回転軸はエンジン１の駆動軸と同軸上に設けられている。油圧ポンプ９がエンジン１により駆動されると、オイルタンク１０（図４参照）の作動油がコントロールバルブ１１を介してステアリングシリンダ１２、リフトアームシリンダ１３およびバケットシリンダ１４に供給される。

コントロールバルブ１１は、ステアリングシリンダ１２、リフトアームシリンダ１３およびバケットシリンダ１４のボトム室またはロッド室への作動油の流れを制御する制御弁である。コントロールバルブ１１は、運転室１９内に設置された操作装置（図示せず）から出力される信号（油圧信号または電気信号）によって制御される。油圧ポンプ９からコントロールバルブ１１に導かれた作動油は、操作装置の操作に応じてステアリングシリンダ１２、リフトアームシリンダ１３およびバケットシリンダ１４に分配される。

発電機５は、主にロータとステータとにより構成され、エンジン１の出力軸と同軸上にある回転軸にロータが取り付けられ、ロータの外周にステータが配置されている。発電機５は、エンジン１によってロータが回転することにより発電し、インバータ６およびインバータ８を介して発電電動機７に電力を供給する。ここで、発電機５の代わりに発電電動機を用いる構成とし、発電電動機を発電機として機能させて、発電した電力をキャパシタやバッテリ等の蓄電装置に蓄えておき、蓄電装置から供給される電力で発電電動機を電動機として機能させて、エンジン１をアシストするようにしても良い。

発電電動機７は、その出力軸がギヤボックス３１の入力軸と連結されており、発電機５で発電した電力により駆動して、ギヤボックス３１の入力軸にトルクを伝達する。また、後述するように、発電電動機７が回生する電力はチョッパ２５及び熱抵抗器２６を介して熱エネルギに変換されて消費される。

エンジン１の出力軸はギヤボックス３１の入力軸とロックアップクラッチＣ１を介して連結されている。また、ギヤボックス３１の出力軸はトランスミッション３３の入力軸とトランスミッションクラッチＣ２を介して連結されている。ゆえに、ロックアップクラッチＣ１は、エンジン１とトランスミッション３３間の直結軸５０（図７参照）に設けられていることになる。

エンジン１の出力トルクまたは発電電動機７の出力トルク（動力）は、ギヤボックス３１、トランスミッション３３の順に伝達され、プロペラシャフト１５ｆ，１５ｒ、ディファレンシャルギヤ１６ｆ，１６ｒおよびドライブシャフト１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを介して前輪１８ａ，１８ｂおよび後輪１８ｃ，１８ｄへと伝えられ、ホイールローダ２００は走行する。

また、ホイールローダ２００は、発電機５に設けられ、発電機５の回転軸の回転数を検出する回転数センサ４１と、エンジン１に設けられ、エンジン１の出力軸の回転数を検出する回転数センサ４２と、発電電動機７に設けられ、発電電動機７の出力軸の回転数を検出する回転数センサ４３と、ギヤボックス３１に設けられ、ギヤボックス３１の出力軸の回転数（トランスミッションクラッチＣ２の入力側の回転数／トランスミッション３３の入力回転数）を検出する回転数センサ４４と、トランスミッション３３に設けられ、トランスミッションクラッチＣ２の出力側の回転数（トランスミッション３３の中間回転数）を検出する回転数センサ４５と、を備えており、各回転数センサ４１，４２，４３，４４，４５からの回転数信号は制御装置１００に入力される。回転数センサ４２は回転数Ｎ２を検出し、回転数センサ４４は回転数Ｎ３を検出し、回転数センサ４５は回転数Ｎ１を検出している（図７参照）。

制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）などを有し、制御プログラムに基づいてホイールローダ２００の走行の制御、具体的にはホイールローダ２００の速度段切換時のエンジン回転数の制御などを行う。

ここで、エンジン１からトランスミッション３３への動力の伝達効率をエンジン駆動の場合とモータ駆動の場合で比較する。エンジン駆動の出力経路では、エンジン１とトランスミッション３３の間にはロックアップクラッチＣ１がある。ロックアップクラッチＣ１は締結時に過渡的に摩擦損失が発生するが締結完了後に損失は発生しない。そのため、エンジン駆動では、エンジン１とトランスミッション３３の間の動力の伝達効率は約１００％である。

一方、モータ駆動の出力経路では、エンジン１とトランスミッション３３の間に、発電機ギヤ（図示せず）、発電機５、インバータ６、インバータ８、発電電動機７、発電電動機ギヤ（図示せず）の部品がある。ギヤ、インバータの動力損失は一般的に３〜５％程度であり、発電機、発電電動機の動力損失は速度や負荷の動作点に応じて一般的に、停止時と極停止時を除くと５〜４０％程度である。これら部品の動力損失を乗算して積み上げると、エンジン１とトランスミッション３３の間の動力損失は、３０〜７０％程度になる。そのため、モータ駆動ではエンジン１とトランスミッション３３の間の動力の伝達効率は３０〜７０％となり、エンジン駆動の伝達効率に比べて低い。

よって、エンジン駆動区間を積極的に用いることが燃費改善につながる。しかしながら、エンジン１は、０〜５００ｒｐｍ程度までの低速領域で出力トルクが出せず一方にしか回転できない、さらに電動機に比べると応答性が遅いなどのデメリットがある。そのため、低速走行、後進走行、応答性が必要な変速の速度調整はモータ駆動に切り換えることが必要である。そこで、本実施形態では、制御装置１００が、後述する制御処理を実行して、エンジン駆動とモータ駆動の切り換えを組み合わせることにより燃費改善の最適化を図っている。

次に、本実施形態に係るホイールローダ２００が備える油圧回路について説明する。図４は図１に示すホイールローダ２００の油圧回路図である。図４に示すように、ホイールローダ２００の油圧回路には、油圧ポンプ９と、オイルタンク１０と、コントロールバルブ１１と、可変容量式の第２油圧ポンプ３０１と、第１比例弁３０２と、第２比例弁３０３と、油圧モータ３０４と、冷却ファン３０５と、冷却用コア３０６と、油温センサ３０７とが設けられている。

油圧ポンプ９は、上述したように、エンジン１で駆動される発電機５によって駆動され、オイルタンク１０の作動油をコントロールバルブ１１を介してステアリングシリンダ１２（図１参照）、リフトアームシリンダ１３およびバケットシリンダ１４に供給する。第１比例弁３０２は、制御装置（Ｍ／Ｃ）１００からの制御信号に従って油圧ポンプ９の傾転量（容量）を変更可能に制御する。

コントロールバルブ１１は、第１方向制御弁３０８と、第２方向制御弁３０９とを含んで構成される。第１方向制御弁３０８は、運転室１９内に設置された操作装置から出力される信号に応じて油圧ポンプ９から供給される作動油をバケットシリンダ１４へ供給する。第２方向制御弁３０９は、運転室１９内に設置された操作装置から出力される信号に応じて油圧ポンプ９から供給される作動油を一対のリフトアームシリンダ１３へ供給する。なお、図４において、ステアリングシリンダ１２は図示を省略している。

第２油圧ポンプ３０１が発電機５により駆動されると、オイルタンク１０の作動油を油圧モータ３０４へ供給して油圧モータ３０４を駆動させる。第２比例弁３０３は、制御装置１００からの制御信号に従って第２油圧ポンプ３０１の傾転量（容量）を変更可能に制御する。第２油圧ポンプ３０１の傾転量は、油温センサ３０７により検出されたオイルタンク１０内の作動油の温度に基づいて制御される。

冷却ファン３０５は油圧モータ３０４により駆動され、冷却ファン３０５の下流に設けられた冷却用コア３０６に流入した作動油を冷却する。このため、冷却ファン３０５の回転数は、第２油圧ポンプ３０１の傾転量に応じて制御される。換言すると、冷却ファン３０５の回転数は、油温センサ３０７により検出された作動油の温度に応じて制御される。

また、コントロールバルブ１１の下流側の第１管路４００上に、すなわち、オイルタンク１０への戻り流路に固定容量式流量制御弁（以下、固定絞りと呼ぶ）３１０が設けられている。そのため、油圧ポンプ９からの圧油は固定絞り３１０を通過してオイルタンク１０に戻る。

固定絞り３１０は、圧油の管路面積を制限している。そのため、固定絞り３１０を通過する流量が増加すると管路抵抗も増大して回路圧が上昇し、油圧ポンプ９に油圧負荷が与えられる。その結果、余剰電力で駆動されて油圧ポンプ９を駆動している発電機５の負荷が大きくなり、回生時の電気エネルギを消費することができる。これにより、エンジン１を速やかに減速させることができる。なお、固定絞り３１０で発生する熱は、冷却ファン３０５によって冷却される。

次に、走行部Ｂの駆動モードについて説明する。走行部Ｂは、エンジン駆動モード（Ｅ）とモータ駆動モード（Ｍ）の２つの駆動モードによって駆動される。エンジン駆動モードは、エンジン１の動力をロックアップクラッチＣ１を介してトランスミッション３３に直接伝達させることによって、車体を走行させる。モータ駆動モードは、エンジン１で発電機５を駆動し、発電機５で発電した電力で発電電動機７を力行動作させ（モータとして機能させ）、発電電動機７の回転駆動力をトランスミッション３３に伝達させて、車体を走行させる。

エンジン駆動モードとモータ駆動モードは、制御装置１００によりロックアップクラッチＣ１を制御して切り換える。制御装置１００の指令により、エンジン駆動モードの場合は、ロックアップクラッチＣ１の締結制御を行い、モータ駆動モードの場合はロックアップクラッチＣ１の解放を行う。モータ駆動モードでは、エンジン１の機械動力を発電機５により電気動力に変換して駆動する。前述のように、本実施形態に係るホイールローダ２００は、蓄電装置によらずに走行・作業が可能である。しかしながら、蓄電装置を備えていないため、回生されたエネルギは蓄電することができない。そこで、回生されたエネルギは、熱抵抗器２６、排気装置２７、油圧ポンプ９を回転させ油圧作業部Ａを駆動させる駆動エネルギとして、または、発電電動機７の３相短絡ブレーキなどで消費する。３相短絡はインバータ６のスイッチ切り換えにより発電電動機７の３相を短絡させて、回生エネルギを発電電動機７の銅損で消費させる。

次に、ホイールローダ２００の駆動モードの切り換えと変速方法について説明する。図５は、ホイールローダ２００の駆動モードの切り換えと変速方法を説明するための図である。図５では横軸を車速として、車体が停止から最高速度まで加速させた場合の駆動モードと変速タイミングを示している。ホイールローダ２００は掘削作業のため低速で大きな牽引力が必要であることから、掘削時は速度段が１速（低速）を使用し、通常走行時は２速以上の変速段を使用する。各速度段でエンジン最低回転数Ｎｍｉｎとエンジン最高回転数Ｎｍａｘの間でエンジン駆動（Ｅ）を行うことにより燃費改善が可能である。しかしながら、全速度領域をエンジン駆動した場合、シフトアップ時には、図５に示すように大きなステップ回転数変化が生じる。一般的に、エンジン制御によりスロットル開度を０にして燃料噴射を停止して回転数を下げる速度制御を行った場合、数秒の遅れが発生する。そのため、エンジンが回転数変化に追従できずに変速を行うと、振動ショックが発生する。

そこで、本実施形態では、変速時（２段から３段、３段から４段、４段から５段へのシフトアップ時）にエンジン駆動モードからモータ駆動モードに切り換え、エンジン回転数を調整した後にモータ駆動モードからエンジン駆動モードに再び切り換える制御により、速度段切換時の振動ショックを抑止して乗り心地を改善するとともに、素早くエンジン駆動に切り換えることでエンジン駆動区間を広げて燃費を改善している。

次に、制御装置１００の詳細について説明する。図６は制御装置１００の機能ブロック図である。車速センサ（図示せず）からの車速、オペレータの操作により生成されるブレーキ、前後進、アクセルの各信号から、速度段演算部１１０は速度段を演算する。速度段演算部１１０による速度段の演算結果から、車速と現在の速度段とを参照して速度段切換信号生成部１２０は速度段切換信号を生成する。速度段切換信号生成部１２０にて生成された速度段切換信号と車速から図５で示した駆動モード切換方法に基づいて、駆動モード切換部１３０は、エンジン駆動モードとモータ駆動モードとの間で駆動モードを切り換える。速度段切換時は、図５で説明したようにエンジン１の回転数変化が生じるため、エンジン回転数制御部１４０は、回転数センサ４１，４２，４３，４４，４５からの入力、発電電動機７からのモータトルク指令、および制御装置１００の記憶部に予め記憶されているエンジントルクマップ１５０に基づいて、後述する制御処理を実行してエンジン１の回転数を調整する。

図７は、図３に示すエンジンとトランスミッションの間の動力伝達経路を説明するための模式図である。エンジン１とトランスミッション３３の間にはロックアップクラッチＣ１とトランスミッションクラッチＣ２の２つのクラッチがある。トランスミッション３３には速度段毎にクラッチがあり、速度段切換時には過渡的にニュートラル状態が発生するため、このニュートラル状態を１つのトランスミッションクラッチＣ２として図７ではモデル化している。

ロックアップクラッチＣ１およびトランスミッションクラッチＣ２が締結している状態では、エンジン１とトランスミッション３３の間は直結されて１つの軸（直結軸５０）となり回転数は同一となる。ロックアップクラッチＣ１およびトランスミッションクラッチＣ２が解放された状態では、エンジン１とトランスミッション３３の間は３つの軸が切り離されて、動力が遮断され、負荷や制御次第でそれぞれの軸回転数が異なる。ここで、図７に示すように、トランスミッションクラッチＣ２の出力側の回転数（トランスミッション３３の中間回転数）をＮ１（第１回転数）、エンジン１の出力軸の回転数をＮ２（第２回転数）、トランスミッションクラッチＣ２の入力側の回転数（トランスミッション３３の入力回転数／ロックアップクラッチＣ１とトランスミッションクラッチＣ２との間の回転数）をＮ３（第３回転数）とする。図７ではトランスミッション３３を簡易化したモデルで示したが、実際には速度段毎にクラッチがあり、クラッチ解放・締結の掛け合わせにより変速を実現する。

図５で示したように車速が上がり、図６の速度段切換信号生成部１２０で変速指令されるとトランスミッションクラッチＣ２が解放され変速を行う。変速ではトランスミッション３３がニュートラル時間中にギヤ比が変わるため、ギヤ比に応じて回転数Ｎ１がステップ変化する。例えば、２速（ギヤ比２）から３速（ギヤ比４）を有したホイールローダの場合では、２速、２０００ｒｐｍで走行中にシフトアップの速度段切換信号が発生した場合には、回転数Ｎ１は２０００ｒｐｍから１０００ｒｐｍに急激にステップダウン変化する。

従来のトルクコンバータ車での変速では、トルクコンバータ作動油の流体継ぎ手の滑りにより速度変化を吸収し、エンジンへの急激な速度変化が加わらない構造となっている。トルクコンバータ車は、流体により入出力軸間の動力を伝達しているので、トルクコンバータの入力軸と出力軸は常に速度が一致しておらず、走行負荷によってその速度差が変動する。そのためトルクコンバータ車では、トルクコンバータ駆動からロックアップクラッチを締結しエンジン駆動に切り換えたときにエンジン軸とトランスミッション入力軸の速度一致させることが困難である。その結果、エンジン駆動区間が制限され燃費が低下する問題があった。

図７に示す構成の場合、この変速時の急激な速度変化に対して、エンジン駆動でロックアップクラッチＣ１を締結したままでは、エンジン１が急激な速度変化に対応できずに、大きな変速ショックを発生し、最悪の場合はエンジン停止となる。そこで、本実施形態では、変速時にはロックアップクラッチＣ１を解放し、エンジン駆動モードからモータ駆動モードに切り換える。その後に、トランスミッションクラッチＣ２が解放中に発電機５（ＭＧ１）と発電電動機７（ＭＧ２）を用いて、回転数Ｎ２と回転数Ｎ３が回転数Ｎ１の速度変化に追従できるように速度調整を行う。例えば、速度段をシフトアップする場合は、回転数Ｎ２と回転数Ｎ３を減速させる。そして、回転数Ｎ１と回転数Ｎ２と回転数Ｎ３が一致した場合に、モータ駆動モードからエンジン駆動モードに切り換える。このように発電機５と発電電動機７を用いてエンジン回転数の調整を行うことで、素早くショック無く変速を完了できるため、エンジン駆動区間を広げることが可能となる。

次に、制御装置１００による速度段切換時のエンジン回転数の制御処理について説明する。図８は、速度段切換時（シフトアップ）におけるエンジン回転数の制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、図８において、ｎは速度段、Ｔｅはエンジントルク（エンジン１のトルク）、Ｔｍはモータトルク（発電電動機７のトルク）である。

制御装置１００は、ホイールローダ２００をモータ駆動モードにてｎ＝２速で発進させる（Ｓ１）。ｎ≦２速以下（Ｓ２／Ｙｅｓ）では、発電電動機７（ＭＧ２）のトルク制御によるモータ駆動モードで走行する（Ｓ３）。このとき、トランスミッションクラッチＣ２は締結されているため、Ｎ１＝Ｎ３である。車速が上がって、Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ３がエンジン回転数の最小値Ｎｍｉｎ（第１所定値）と等しくなる、かつＴｅ＞Ｔｍとなった場合（Ｓ４／Ｙｅｓ）に、制御装置１００はロックアップクラッチＣ１を締結しエンジン駆動モードに移行する（Ｓ５）。さらに車速が上がってＮ１＝Ｎ２＝Ｎ３がエンジン回転数の最大値Ｎｍａｘ（第２所定値）と等しくなった場合（Ｓ６／Ｙｅｓ）に、制御装置１００は、ロックアップクラッチＣ１を解放し、同時にトランスミッションクラッチＣ２も解放してシフトアップ（Ｓ７）を行い、速度段を１つ上げてＳ２に戻る。すなわち、速度段が１つ上がる。例えば、Ｓ１においてｎ＝２（２速）であり、Ｓ７の処理の後にＳ２に戻った時にはｎ＝３（３速）となる。そのため、次のＳ２の判定でＮｏとなり、Ｓ８およびＳ１１に進むことになる。

シフトアップ中（Ｓ２／Ｎｏ）のニュートラル状態において、制御装置１００は、インバータ８を介して、発電電動機７（ＭＧ２）を発電機として機能させる（回生動作）ことで、Ｎ３がＮ１と一致するまでＮ３を減速させる速度制御を行う（Ｓ８）。そして、Ｎ１＝Ｎ３となった場合（Ｓ９／Ｙｅｓ）に、制御装置１００はトランスミッションクラッチＣ２を締結（Ｓ１０）して、ホイールローダ２００がモータ駆動モードで走行する（Ｓ３）。

同様に、制御装置１００は、インバータ６を介して、発電機５（ＭＧ１）を駆動（回生動作）して、Ｎ２がＮ１と一致するまでＮ２を減速させる速度制御を行う（Ｓ１１）。具体的には、図９に回生エネルギの流れを矢印で示したように、エンジン１の動力が発電機５、インバータ６を介して熱抵抗器２６において熱に変換されることで負荷が発生する。この負荷により、エンジン１の回転数Ｎ２をトランスミッションクラッチＣ２の出力側の回転数Ｎ１まで減速させている。そして、Ｎ１＝Ｎ２（＝Ｎ３）となった場合（Ｓ１２／Ｙｅｓ）に、制御装置１００は、ロックアップクラッチＣ１を締結してエンジン駆動モードで走行を行う（Ｓ４，Ｓ５）。

次に、エンジン駆動モードに切り換える条件として、エンジントルクＴｅ＞モータトルクＴｍとした理由について図１０を用いて説明する。図１０は、エンジンとモータのそれぞれの回転数−トルク特性を示す図である。上述したように、エンジンは低速回転が出来ないため、低速領域はモータで駆動する。また、エンジンとモータの出力特性の違いから、図１０で示すようにモータとエンジンの回転数−トルクカーブが交わる特性となる。

ここで、走行抵抗大の走行例では、エンジン回転数領域に車速が上がっても走行負荷がエンジントルクより大きいため、モータ駆動モードからエンジン駆動モードには移行できない。走行負荷（モータトルク）がエンジントルク最大値より小さい回転数でエンジン駆動に移行しなければエンジン停止となるため、エンジン駆動範囲が狭まる。一方、走行抵抗小の走行例では、走行負荷（モータトルク）がエンジントルク最大値より小さいため、エンジン駆動範囲を最大限活用して燃費を改善することができる。

このように、エンジントルクとモータトルクの大小関係によってモータ駆動モードとエンジン駆動モードの何れに切り換えるかが左右されるため、Ｓ４（図８参照）においてエンジン駆動モードに切り換える条件として、エンジントルクＴｅがモータトルクＴｍより大きいという条件を設定している。

以上説明したように、本実施形態によれば、速度段シフトアップ時に、発電機５と発電電動機７とを制御して、エンジン１の回転数Ｎ２およびトランスミッションクラッチＣ２の入力側の回転数Ｎ２を、トランスミッションクラッチＣ２の出力側の回転数Ｎ１に一致するよう迅速に下げることができるため、エンジン駆動モードを使用する範囲を従来に比べて広げることができる。そのため、燃費の改善に大きく貢献することとなる。また、シフトアップをスムーズに行うことができるため、乗り心地も良好である。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。シフトアップを例に挙げたが、シフトダウンに適用しても良い。但し、シフトダウン時においては、エンジン回転数を減少させる制御ではなく、増加させる制御が必要となる。この場合、エンジン制御しているコントローラに対し回転数を増加させる指令信号を出力することにより実現できる。

また、本発明は、上述した実施形態では、熱抵抗器２６を例に挙げて説明したが、この熱抵抗器２６を蓄電装置に変えることも可能であり、技術思想として排除されるものではない。

１ エンジン
５ 発電機
６ インバータ
７ 発電電動機
８ インバータ
１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ） 車輪
２６ 熱抵抗器
３１ ギヤボックス
３３ トランスミッション
４１，４２，４３，４４，４５ 回転数センサ
５０ 直結軸
１００ 制御装置
２００ ホイールローダ
Ｃ１ ロックアップクラッチ
Ｃ２ トランスミッションクラッチ
Ｎ１ 第１回転数
Ｎ２ 第２回転数
Ｎ３ 第３回転数
Ｎｍｉｎ エンジン回転数の最小値（第１所定値）
Ｎｍａｘ エンジン回転数の最大値（第２所定値）

Claims (3)

1. エンジンと、前記エンジンの動力で発電する発電機と、前記発電機から供給される電力で駆動する発電電動機と、前記エンジンまたは前記発電電動機の動力を車輪に伝達し、変速可能なトランスミッションと、前記エンジンと前記トランスミッション間の直結軸に設けられ、前記エンジンと前記トランスミッションの動力を切り離すことが可能なロックアップクラッチと、前記トランスミッションの内部に設けられ変速時に動力を遮断可能なトランスミッションクラッチと、前記エンジンの動力により前記車輪を直接駆動するエンジン駆動モードと前記発電電動機をモータとして機能させ、前記発電電動機の動力により前記車輪を駆動するモータ駆動モードとの間で駆動モードを切り換える制御装置と、を備えた作業車両であって、
   前記制御装置は、
   前記ロックアップクラッチを締結した状態からシフトアップした場合に、前記ロックアップクラッチを解放して前記駆動モードを前記モータ駆動モードに切り換えると共に前記トランスミッションクラッチを解放して変速を行い、
   前記トランスミッションクラッチの出力側の回転数である第１回転数がステップダウンした場合に、前記トランスミッションクラッチの入力側の回転数である第３回転数が前記第１回転数と一致するように、前記発電電動機を回生動作させて前記第３回転数を減速させ、
   前記第３回転数が前記第１回転数と一致した場合に、前記トランスミッションクラッチを締結し、
   前記エンジンの出力軸の回転数である第２回転数が前記第１回転数と一致するように、前記発電機を回生動作させて前記第２回転数を減速させ、
   前記第１回転数と前記第２回転数と前記第３回転数とが一致し、かつ、前記エンジンのトルクが前記発電電動機のトルクより大きい場合に、前記ロックアップクラッチを締結して前記駆動モードを前記モータ駆動モードから前記エンジン駆動モードに切り換えることを特徴とする作業車両。
2. 請求項１に記載の作業車両であって、
   前記制御装置は、
   前記第１回転数と前記第２回転数と前記第３回転数とが第１所定値になった場合に前記ロックアップクラッチを締結し、前記第１回転数と前記第２回転数と前記第３回転数とが前記第１所定値より大きい第２所定値になった場合に、前記ロックアップクラッチを解放して前記モータ駆動モードに切り換えると共に、前記トランスミッションクラッチを解放して、次の速度段へのシフトアップを行うことを特徴とする作業車両。
3. 請求項１に記載の作業車両であって、
   前記発電機と電気的に接続される熱抵抗器をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記発電機を介して前記熱抵抗器において前記エンジンの動力が熱に変換されることにより負荷を発生させることで、前記第２回転数を減速させることを特徴とする作業車両。
   
   
   

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