JP6403386B2 - 作業車両及び作業車両の制御方法 - Google Patents

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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）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、HMTに類似する技術としてEMT（電気−機械式変速装置）が提案されている。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、EMT等の変速装置が備えられた作業車両には、作業機を制御するための作業機ポンプも備えられる。この作業機ポンプとして、作動油の吐出容量が変更可能な可変容量型の油圧ポンプが用いられることが一般的である。このように、作業車両に無断変速機や可変容量型の作業機ポンプが採用されると、エンジンからの駆動力を、車両の走行と、作業機の駆動とに分配し、また車両の走行に用いられるモータを駆動するための駆動力に自由に分配することができる。
一方で、従来のトルクコンバータ式の変速装置においては、エンジンからの駆動力を、トルクコンバータと作業機ポンプに機械的に分配している。従来のトルクコンバータ式の変速装置が搭載された作業車両（トルクコンバータ式の作業車両）の操作に慣れたオペレータが多いため、トルクコンバータ式の作業車両同様の操作感を再現し、エンジンからの駆動力を分配することは、作業効率を向上させる観点で重要である。
本発明の目的は、トルクコンバータ式の作業車両と同様の操作感を再現できるように、エンジンからの駆動力を、車両の走行のための駆動力、作業機の駆動力に分配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、作業機ポンプと、作業機と、走行装置と、動力伝達装置と、車速検出部と、作業機ポンプ圧検出部と、作業機操作部材と、作業機操作検出部と、アクセル操作部材と、アクセル操作検出部と、制御部とを備える。作業機ポンプは、エンジンによって駆動される。作業機は、作業機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入力する入力軸と、走行装置に伝達する駆動力を出力する出力軸と、モータとを少なくとも含む。車速検出部は、車速を検出する。作業機ポンプ圧検出部は、作業機ポンプの作業機ポンプ圧を検出する。作業機操作部材は、作業機を操作するための部材である。作業機操作検出部は、作業機操作部材の操作量を検出する。アクセル操作検出部は、アクセル操作部材の操作量を検出する。制御部は、動力伝達装置を制御する。動力伝達装置では、モータの回転速度が変化することによって、入力軸に対する出力軸の回転速度比が変化する。
制御部は、作業機要求決定部と、トランスミッション要求決定部と、分配率決定部と、を有する。作業機要求決定部は、作業機操作部材の操作量と作業機ポンプ圧とに基づいて作業機要求パワーを決定する。トランスミッション要求決定部は、車速と、アクセル操作部材の操作量とに基づいてトランスミッション要求パワーを決定する。分配率決定部は、エンジンから動力伝達装置に実際に供給される駆動力をトランスミッション要求パワーで割った値であるトランスミッション出力率と、エンジンから作業機ポンプに実際に供給される駆動力を作業機要求パワーで割った値である作業機出力率とを決定する。分配率決定部は、上限目標入力トルク線とエンジントルク線との交点である最大マッチング点におけるエンジンの回転速度である第1回転速度以上の回転速度でエンジンが回転し、且つ、作業機要求パワーとトランスミッション要求パワーとの合計が第1回転速度におけるエンジンの負荷上限パワーから所定の優先配分パワーを除いた第1分配可能パワーより大きい第1の場合には、トランスミッション保障パワーとトランスミッション要求パワーとのうちのより小さい方のパワーを動力伝達装置に割り当て、第1分配可能パワーの残りのパワーを作業機ポンプと動力伝達装置とに分配することによって、作業機ポンプに割り当てる第1作業機割当パワーと動力伝達装置に割り当てる第1トランスミッション割当パワーとを決定する。
分配率決定部は、第1の場合において、作業機要求パワーを優先的に確保できるように、第1分配可能パワーの残りのパワーを動力伝達装置よりも作業機ポンプに優先的に割り当てるとよい。
第1回転速度より低い第2回転速度でエンジンが回転する場合、第2回転速度におけるエンジンの負荷上限パワーは、第2回転速度における上限目標入力トルク線のトルク値に基づいて算出されるとよい。さらに、分配率決定部は、第2回転速度でエンジンが回転し、且つ、作業機要求パワーとトランスミッション要求パワーとの合計が第2回転速度におけるエンジンの負荷上限パワーから優先配分パワーを除いた第2分配可能パワーより大きい第2の場合には、作業車両が最低限の走行を行うために動力伝達装置が必要とするクリープパワーとトランスミッション要求パワーとのうちのより小さい方のパワーを動力伝達装置に割り当て、第2分配可能パワーの残りのパワーを作業機ポンプと動力伝達装置とに分配することによって、作業機ポンプに割り当てる第2作業機割当パワーと動力伝達装置に割り当てる第2トランスミッション割当パワーとを決定するとよい。
分配率決定部は、第2の場合において、エンジンが第1回転速度で回転する場合を仮定して、第1作業機割当パワーと第1トランスミッション割当パワーとを決定するとよい。分配率決定部は、第1作業機割当パワーに対する第1トランスミッション割当パワーとの比と、作業機比例割当パワーに対するトランスミッション比例割当パワーの比とが等しくなり、且つ、作業機比例割当パワーとトランスミッション比例割当パワーとの和が第2分配可能パワーとなるように、作業機比例割当パワーを決定するとよい。分配率決定部は、作業機要求パワーと作業機比例割当パワーとのうちのより小さい方のパワーを優先的に確保できるように、第2分配可能パワーの残りのパワーを動力伝達装置よりも作業機ポンプに優先的に割り当てるとよい。
当該作業車両は、モータで発生するエネルギーを蓄えるエネルギー貯留部をさらに備えるとよい。制御部は、エネルギー貯留部でのエネルギーの残量に基づいてエネルギーマネジメント要求パワーを決定するエネルギーマネジメント要求決定部をさらに有するとよい。優先配分パワーは、エネルギーマネジメント要求パワーを含むとよい。
トランスミッション保障パワーは、車速の絶対値が0から第1速度までは、所定の第1パワーであるとよい。トランスミッション保障パワーは、車速の絶対値が第1速度から第1速度より大きい第2速度までは、車速の絶対値が大きくなればなるほど、第1パワーよりも小さくなるとよい。トランスミッション保障パワーは、車速の絶対値が第2速度以上であると、第1パワーよりも小さい所定の第2パワーであるとよい。
当該作業車両は、変速操作部材と、変速操作検出部と、をさらに備えるとよい。変速操作検出部は、変速操作部材の位置を検出する。さらに、変速操作検出部によって検出される変速段に応じて、第1速度及び第2速度が設定されるとよい。
制御部は、目標入力トルク決定部と、目標出力トルク決定部と、記憶部と、指令トルク決定部と、をさらに有するとよい。目標入力トルク決定部は、目標入力トルクを決定する。目標入力トルクは、動力伝達装置に入力されるトルクの目標値である。目標出力トルク決定部は、目標出力トルクを決定する。目標出力トルクは、動力伝達装置から出力されるトルクの目標値である。記憶部は、トルクバランス情報を記憶している。トルクバランス情報は、動力伝達装置でのトルクの釣り合いを満たすように、目標入力トルクと目標出力トルクとの関係を規定する。指令トルク決定部は、目標入力トルクと目標出力トルクとから、トルクバランス情報により、モータへの指令トルクを決定する。
本発明の第2の態様に係る制御方法は、作業車両の制御方法である。作業車両は、エンジンと、作業機ポンプと、作業機と、走行装置と、動力伝達装置と、車速検出部と、作業機ポンプ圧検出部と、作業機操作部材と、作業機操作検出部と、アクセル操作部材と、アクセル操作検出部と、を備える。作業機ポンプは、エンジンによって駆動される。作業機は、作業機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入力する入力軸と、走行装置に伝達する駆動力を出力する出力軸と、モータとを少なくとも含む。動力伝達装置では、モータの回転速度が変化することによって、入力軸に対する出力軸の回転速度比が変化する。車速検出部は、車速を検出する。作業機ポンプ圧検出部は、作業機ポンプの作業機ポンプ圧を検出する。作業機操作部材は、作業機を操作するための部材である。作業機操作検出部は、作業機操作部材の操作量を検出する。アクセル操作検出部は、アクセル操作部材の操作量を検出する。本態様に係る制御方法は、次のステップを備える。第1ステップでは、作業機操作部材の操作量と作業機ポンプ圧とに基づいて作業機要求パワーを決定する。第2ステップでは、車速と、アクセル操作部材の操作量とに基づいてトランスミッション要求パワーを決定する。第3ステップでは、トランスミッション出力率と作業機出力率とを決定する。トランスミッション出力率は、エンジンから動力伝達装置に実際に供給される駆動力をトランスミッション要求パワーで割った値である。作業機出力率は、エンジンから作業機ポンプに実際に供給される駆動力を作業機要求パワーで割った値である。第3ステップは、上限目標入力トルク線とエンジントルク線との交点である最大マッチング点におけるエンジンの回転速度である第1回転速度以上の回転速度でエンジンが回転し、且つ、作業機要求パワーとトランスミッション要求パワーとの合計が第1回転速度におけるエンジンの負荷上限パワーから所定の優先配分パワーを除いた第1分配可能パワーより大きい第1の場合には、トランスミッション保障パワーとトランスミッション要求パワーとのうちのより小さい方のパワーを動力伝達装置に割り当て、第1分配可能パワーの残りのパワーを作業機ポンプと動力伝達装置とに分配することによって、作業機ポンプに割り当てる第1作業機割当パワーと動力伝達装置に割り当てる第1トランスミッション割当パワーとを決定することを特徴とする。
本発明によれば、エンジンの駆動力が作業車両全体の要求パワーよりも不足し、且つ、トランスミッション要求パワーがトランスミッション保障パワーより大きい場合、トランスミッション保障パワーを動力伝達装置に優先的に割り当てる。トランスミッション保障パワーは、トルクコンバータが吸収するパワーを模擬している。したがって、本発明によれば、トルクコンバータ式の作業車両と同様の操作感を再現できるように、エンジンからの駆動力を、車両の走行のための駆動力、作業機の駆動力に分配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。
本発明の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。 車速に対する第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。 制御部によって実行される処理の全体的な概要を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 車速に対するトランスミッション保障パワーの変化を示す図である。 エンジンからの出力パワーの分配方法を示す図である。 エンジンからの出力パワーの分配方法を示す図である。 第1変形例に係る動力伝達装置を示す模式図である。 第2変形例に係る動力伝達装置を示す模式図である。 第3変形例に係る動力伝達装置を示す模式図である。
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が上下に回動する。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が上下に回動する。
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傾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30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28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30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30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（Power Take Off）は、これらの油圧ポンプ23，30，29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23，30，29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。作業機制御弁41は、後述する作業機操作部材52aの操作に応じて、リフトシリンダ13とバケットシリンダ14とに供給される作動油の流量を変更する。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。なお、吐出容量とは、作業機ポンプ23が1回転するごとに吐出される作動油の量を意味する。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30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30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35を備えている。ステアリングポンプ圧検出部35は、ステアリングポンプ30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30は、可変容量型の油圧ポンプである。ステアリングポンプ30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30の吐出容量が変更される。ステアリングポンプ30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30の傾転角を変更する。これにより、ステアリングポンプ30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34を備えている。第2傾転角検出部34は、ステアリングポンプ30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、車速検出部37を備えている。車速検出部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、車速検出部37は、出力回転速度を検出することで車速を検出する。また、車速検出部37は、出力軸63の回転方向を検出する。出力軸63の回転方向は、作業車両1の進行方向に対応しているため、車速検出部37は、出力軸63の回転方向を検出することで作業車両1の進行方向を検出する。車速検出部37は、出力回転速度及び回転方向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、ブレーキ操作装置58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、アクセル操作部材51a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。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。作業機操作検出部52bは、作業機操作部材52aの位置を検出することで、ブーム11を操作するための作業機操作部材52aの操作量（以下、「ブーム操作量」と呼ぶ）、及び、バケット14を操作するための作業機操作部材52aの操作量（以下、「バケット操作量」と呼ぶ）を検出する。なお、作業機操作部材52aは例えば1つのレバーによって構成されており、レバーの各操作方向にブーム11の操作とバケット14の操作とが割り当てられてもよい。或いは、作業機操作部材52aは例えば2つのレバーによって構成されており、各レバーにブーム11の操作とバケット14の操作とが割り当てられてもよい。
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の速度範囲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。変速操作部材53aの位置は、例えば1速及び2速など複数の速度範囲に対応している。ここで、変速操作部材53aによって定められる速度範囲（1速、2速など）を、変速段と呼ぶこととする。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。つまり、変速操作検出部53bは、変速段を検出し、変速段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操作部材54aは、前進位置(F)と中立位置(N)と後進位置(R)とに選択的に切り換えられる。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とステアリング操作検出部57bとを有する。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。ステアリング操作検出部57bは、ステアリング操作部材57aの位置を検出する。ステアリング操作検出部57bは、ステアリング操作部材57aの位置を示す検出信号を制御部27に出力する。
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28に送る。制御部27によるエンジン21の制御については後に詳細に説明する。
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。
制御部27は、ステアリング操作検出部57bからの検出信号に基づいてステアリング制御弁43を制御することにより、ステアリングシリンダ18に供給される油圧を制御する。これにより、ステアリングシリンダ18が伸縮して、作業車両1の進行方向が変更される。
詳細には、記憶部56は、作業機操作量と作業機制御弁41への指令電流値との関係を規定する作業機制御弁指令値情報を記憶している。例えば、作業機制御弁指令値情報は、作業機操作量と作業機制御弁41への指令電流値との関係を規定するマップである。作業機制御弁指令値情報は、テーブル或いは数式などマップと異なる形態であってもよい。指令電流値に応じて作業機制御弁41の開口面積が決定される。作業機制御弁指令値情報は、作業機操作量が増大するほど作業機制御弁41の開口面積が増大するように、指令電流値を規定している。制御部27は、作業機制御弁指令値情報を参照して、作業機操作量から作業機制御弁41への指令電流値を決定する。
また、制御部27は、各検出部からの検出信号に基づいて、動力伝達装置24を制御する。制御部27による動力伝達装置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62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の回転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、制御部27からの指令信号によって制御される。前進用クラッチCFのオン（接続）／オフ（切断）と後進用クラッチCRのオン（接続）／オフ（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、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70は、Hiモード時にオンにされるHクラッチCHと、Loモード時にオンにされる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は制御部27からの指令信号によって制御される。
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制御部27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。また、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制御部27から与えられる。
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制御部27から与えられる。
エネルギー貯留部であるキャパシタ64は、モータMG1，MG2で発生するエネルギーを蓄える。すなわち、キャパシタ64は、各モータMG1，MG2の合計発電量が多いときに、各モータMG1，MG2で発電された電力を蓄電する。また、キャパシタ64は、各モータモータMG1，MG2の合計電力消費量が多いときに、電力を放電する。すなわち、各モータモータMG1，MG2は、キャパシタ64に蓄えられた電力によって駆動される。なお、キャパシタに代えてバッテリーが他の蓄電手段として用いられてもよい。
制御部27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、制御部27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、車速に対する各モータMG1，MG2の回転速度を示したものである。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の回転速度比に応じて変化する。回転速度比は、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。従って、図4において車速の変化は、動力伝達装置24の回転速度比の変化に一致する。すなわち、図4は、各モータMG1，MG2の回転速度と動力伝達装置24の回転速度比との関係を示している。図4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V1までのA領域（Loモード）では、LクラッチCLがオン（接続）され、HクラッチCHがオフ（切断）される。このA領域では、HクラッチCHがオフされているので、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がオンされるので、第2キャリアC2が固定される。
このA領域においては、エンジン21からの駆動力は、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A領域においては、主として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は、第1モータMG1へ供給され、また、必要に応じてキャパシタ64に蓄電される。
また、A領域においては、第1モータMG1は、主として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。
車速がV1を超えるB領域（Hiモード）では、HクラッチCHがオン（接続）され、LクラッチCLがオフ（切断）される。このB領域では、HクラッチCHがオンされているので、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がオフされるので、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B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B領域では、第1モータMG1は主としてジェネレータとして機能するので、この第1モータMG1で発電された電力は、第1モータMG1へ供給され、また、必要に応じてキャパシタ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→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。
なお、以上は前進駆動時の説明であるが、後進駆動時においても同様の動作となる。また、制動時には、第1モータMG1と第2モータMG2とのジェネレータ及びモータとしての役割は上記と逆になる。
次に、制御部27による動力伝達装置24の制御について説明する。制御部27は、第1モータMG1及び第2モータMG2のモータトルクを制御することにより、動力伝達装置24の出力トルクを制御する。すなわち、制御部27は、第1モータMG1及び第2モータMG2のモータトルクを制御することにより、作業車両1の牽引力を制御する。
以下、第1モータMG1及び第2モータMG2へのモータトルクの指令値（以下、「指令トルク」と呼ぶ）の決定方法について説明する。図5〜13は、制御部27によって実行される処理を示す制御ブロック図である。図5及び図6に示すように、制御部27は、目標入力トルク決定部81と、目標出力トルク決定部82と、指令トルク決定部83と、を有する。
目標入力トルク決定部81は、目標入力トルクTe_refを決定する。目標入力トルクTe_refは、動力伝達装置24に入力されるトルクの目標値である。目標出力トルク決定部82は、目標出力トルクTo_refを決定する。目標出力トルクTo_refは、動力伝達装置24から出力されるトルクの目標値である。指令トルク決定部83は、目標入力トルクTe_refと目標出力トルクTo_refとから、トルクバランス情報により、モータMG1, MG2への指令トルクTm1_ref, Tm2_refを決定する。トルクバランス情報は、動力伝達装置24でのトルクの釣り合いを満たすように目標入力トルクTe_refと目標出力トルクTo_refとの関係を規定する。トルクバランス情報は、記憶部56に記憶されている。
上述したように、LoモードとHiモードとでは、動力伝達装置24における駆動力の伝達経路が異なる。このため、指令トルク決定部83は、LoモードとHiモードとでは、異なるトルクバランス情報を用いてモータMG1, MG2への指令トルクTm1_ref, Tm2_refを決定する。詳細には、指令トルク決定部83は、以下の式1に示す第1のトルクバランス情報を用いてLoモードでのモータMG1, MG2への指令トルクTm1_Low, Tm2_Lowを決定する。本実施形態において、第1のトルクバランス情報は、動力伝達装置24でのトルクの釣り合いの式である。
（式1)
Ts1_Low = Te_ref * r_fr
Tc1_Low = Ts1_Low * (-1) * ( (Zr1/Zs1) + 1 )
Tr2_Low = To_ref * (Zod/Zo)
Ts2_Low = Tr2_Low * (Zs2/Zr2)
Tcp1_Low = Tc1_Low + Ts2_Low
Tm1_Low = Tcp1_Low * (-1) * (Zp1/Zp1d)
Tr1_Low = Ts1_Low * (Zr1/Zs1)
Tm2_Low = Tr1_Low * (-1) * (Zp2/Zp2d)
また、指令トルク決定部83は、以下の式2に示す第2のトルクバランス情報を用いてHiモードでのモータMG1, MG2への指令トルクTm1_Hi，Tm2_ Hiを決定する。本実施形態において、第2のトルクバランス情報は、動力伝達装置24でのトルクの釣り合いの式である。
（式2)
Ts1_Hi = Te_ref * r_fr
Tc1_Hi = Ts1_Hi * (-1) * ( (Zr1/Zs1) + 1 )
Tr2_Hi = To_ref * (Zod/Zo)
Ts2_Hi = Tr2_Hi * (Zs2/Zr2)
Tcp1_Hi = Tc1_Hi + Ts2_Hi
Tm1_Hi = Tcp1_Hi * (-1) * (Zp1/Zp1d)
Tr1_Hi = Ts1_Hi * (Zr1/Zs1)
Tc2_Hi = Tr2_Hi * (-1) * ( (Zs2/Zr2) + 1 )
Tcp2_Hi = Tr1_Hi + Tc2_Hi
Tm2_Hi = Tcp2_Hi * (-1) * (Zp2/Zp2d)
ここで、各トルクバランス情報のパラメータの内容は以下の表1の通りである。
Figure 0006403386
次に、目標入力トルクTe_refと目標出力トルクTo_refとの決定方法について説明する。目標入力トルクTe_refと目標出力トルクTo_refとは任意に設定することができるが、本実施形態では、車速に応じて牽引力が連続的に変化する所定の車速−牽引力特性が得られるように、目標入力トルクTe_refと目標出力トルクTo_refとが決定される。
図7は、目標出力トルクTo_refを決定するための処理を示している。図7に示すように、制御部27は、トランスミッション要求決定部84を有している。トランスミッション要求決定部84は、アクセル操作量Aacと出力回転速度Noutとに基づいて、要求牽引力Toutを決定する。アクセル操作量Aacは、アクセル操作検出部51bによって検出される。出力回転速度Noutは、車速検出部37によって検出される。
トランスミッション要求決定部84は、記憶部56に記憶されている要求牽引力特性情報D1に基づいて、出力回転速度Noutから要求牽引力Toutを決定する。目標出力トルク決定部82は、要求牽引力Toutに基づいて、目標出力トルクTo_refを決定する。詳細には、目標出力トルク決定部82は、要求牽引力Toutにトランスミッション出力率Rtmを乗じることによって目標出力トルクTo_refを決定する。なお、トランスミッション出力率Rtmについては後述する。
要求牽引力特性情報D1は、出力回転速度Noutと要求牽引力Toutとの関係を規定する要求牽引力特性を示すデータである。要求牽引力特性は、上述した所定の車速−牽引力特性に対応している。すなわち、動力伝達装置24から出力される牽引力が、要求牽引力特性情報D1で規定されている要求牽引力特性に従うように、目標出力トルクTo_refが決定される。
詳細には、図8に示すように、記憶部56は、基準となる要求牽引力特性を示すデータLout1（以下、「基準牽引力特性Lout1」と呼ぶ）を記憶している。基準牽引力特性Lout1は、アクセル操作量Aacが最大値すなわち100％であるときの要求牽引力特性である。基準牽引力特性Lout1は、変速操作部材53aによって選択される速度範囲に応じて定められる。トランスミッション要求決定部84は、基準牽引力特性Lout1に、牽引力比率FWRと車速比率VRとを乗じることによって、現在の要求牽引力特性Lout2を決定する。
記憶部56は、牽引力比率情報D2と車速比率情報D3とを記憶している。牽引力比率情報D2は、アクセル操作量Aacに対する牽引力比率FWRを規定する。車速比率情報D3は、アクセル操作量Aacに対する車速比率VRを規定する。トランスミッション要求決定部84は、アクセル操作量Aacに応じて牽引力比率FWRと車速比率VRとを決定する。トランスミッション要求決定部84は、基準牽引力特性Lout1に対して、要求牽引力を示す縦軸方向に牽引力比率FWR、出力回転速度Noutを示す横軸方向に車速比率VRを乗じることによって、アクセル操作量Aacに応じた現在の要求牽引力特性情報Lout2を決定する。
牽引力比率情報D2は、アクセル操作量Aacが大きくなるほど大きくなる牽引力比率FWRを規定している。車速比率情報D3は、アクセル操作量Aacが大きくなるほど大きくなる車速比率VRを規定している。ただし、アクセル操作量Aacが0であるときの牽引力比率FWRは0より大きい。同様に、アクセル操作量Aacが0であるときの車速比率VRは0より大きい。このため、アクセル操作部材51aの操作が行われていないときでも、要求牽引力Toutは、0より大きな値になる。すなわち、アクセル操作部材51aの操作が行われていないときでも、動力伝達装置24から牽引力が出力される。これにより、トルクコンバータ式の変速装置で生じるクリープと同様の挙動がEMT式の動力伝達装置24において実現される。
なお、要求牽引力特性情報D1は、出力回転速度Noutの減少に応じて増大する要求牽引力Toutを規定している。また、上述した変速操作部材53aが操作されると、トランスミッション要求決定部84は、変速操作部材53aによって選択された速度範囲に対応して、要求牽引力特性を変更する。例えば、変速操作部材53aによってシフトダウンが行われると、図8に示すように、要求牽引力特性情報がLout2からLout2’に変更される。これにより、出力回転速度Noutの上限値が低減される。すなわち、車速の上限値が低減される。
また、要求牽引力特性情報D1は、所定速度以上の出力回転速度Noutに対して、負の値の要求牽引力Toutを規定している。このため、選択されている速度範囲での出力回転速度の上限値よりも出力回転速度Noutが大きいときには、要求牽引力Toutが負の値に決定される。要求牽引力Toutが負の値であるときには、制動力が発生する。これにより、トルクコンバータ式の変速装置で生じるエンジンブレーキと同様の挙動がEMT式の動力伝達装置24において実現される。
図9は、目標入力トルクTe_refを決定するための処理を示している。目標入力トルク決定部81は、トランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとに基づいて、目標入力トルクTe_refを決定する。詳細には、目標入力トルク決定部81は、トランスミッション要求パワーHtmにトランスミッション出力率Rtmを乗じた値と、エネルギーマネジメント要求パワーHemとを合算することにより、トランスミッション要求入力パワーHtm_inを算出する。トランスミッション要求パワーHtmは、上述した要求牽引力特性を実現するために動力伝達装置24が必要とするパワーであり、上述した要求牽引力Toutに現在の出力回転速度Noutを乗じることで算出される（図8参照）。エネルギーマネジメント要求パワーHemは、後述するようにキャパシタ64を充電するために動力伝達装置24が必要とするパワーである。従って、トランスミッション要求入力パワーHtm_inは、動力伝達装置24からの所望の牽引力の出力と、動力伝達装置24でのキャパシタ64の充電とのために必要なパワーである。ただし、Hemが負の値である場合には、キャパシタ64の放電が要求されることを意味する。
そして、目標入力トルク決定部81は、トランスミッション要求入力パワーHtm_inをトルクに換算し、所定の上限目標入力トルクMax_Teを超えないように、目標入力トルクTe_refを決定する。詳細には、目標入力トルク決定部81は、トランスミッション要求入力パワーHtm_inを現在のエンジン回転速度Neで除することにより、トランスミッション要求入力トルクTinを算出する。そして、目標入力トルク決定部81は、トランスミッション要求入力トルクTinと、上限目標入力トルクMax_Teとのうちの小さい方を、目標入力トルクTe_refとして決定する。
図10は、上限目標入力トルクMax_Teを決定する処理を示している。図10に示すように、上限目標入力トルクMax_Teは、上限目標入力トルク線Lmax_Te+Tptoによって規定される。詳細には、目標入力トルク決定部81は、上限目標入力トルク線Lmax_Te+Tptoと現在のエンジン回転速度Neとから、上限目標入力トルクMax_Te+Tptoを決定する。
上限目標入力トルク線Lmax_Te+Tptoは、記憶部56に記憶されており、上限目標入力トルクMax_Te+Tptoとエンジン回転速度Neとの関係を規定する。上限目標入力トルク線Lmax_Te+Tptoは、任意に設定することができるが、本実施形態では、上限目標入力トルク線Lmax_Te+Tptoは、トランスミッション要求入力パワーHtm_inと現在のエンジン回転速度Neとから決定されるエンジン21の目標出力トルクTenよりも上限目標入力トルクMax_Te+Tptoが小さくなるように規定されている。
上限目標入力トルク線Lmax_Te+Tptoから求められる上限目標入力トルクMax_Te+Tptoは、トランスミッション要求入力トルクTinだけではなく、作業機負荷トルクTptoも合わせた目標入力トルクの上限値を規定している。作業機負荷トルクTptoは後述するようにPTO22を介して作業機ポンプ23に分配されるトルクである。従って、目標入力トルク決定部81は、上限目標入力トルク線Lmax_Te+Tptoから求めた上限目標入力トルクMax_Te+Tptoから作業機負荷トルクTptoを減ずることにより、目標入力トルクTe_refの上限値としての上限目標入力トルクMax_Teを算出する。
記憶部56は、エンジントルク線Letを記憶している。エンジントルク線Letは、エンジン21の出力トルクとエンジン回転速度Neとの関係を規定する。エンジントルク線Letは、レギュレーション領域Laと全負荷領域Lbとを含む。レギュレーション領域Laの説明については後述する。全負荷領域Lbは、各エンジン回転速度Neにおけるエンジンが出力可能な最大トルクを表している。ここで、上限目標入力トルク線Lmax_Te+Tptoとエンジントルク線Let（具体的には、全負荷領域Lb）との交点Plmaxを最大マッチング点と呼ぶこととする。そして、最大マッチング点Plmaxに対応するエンジン回転速度Neを第1回転速度Ne_thと呼ぶ。
次に、エネルギーマネジメント要求パワーHemの決定方法について説明する。図9に示すように、制御部27は、エネルギーマネジメント要求決定部85を有する。エネルギーマネジメント要求決定部85は、キャパシタ64での電力の残量に基づいてエネルギーマネジメント要求パワーHemを決定する。
詳細には、記憶部56は、目標キャパシタ容量情報D4を記憶している。目標キャパシタ容量情報D4は、出力回転速度Noutと目標キャパシタ容量Cp_targetとの関係を規定する。詳細には、エネルギーマネジメント要求決定部85は、出力回転速度Noutが増大するほど小さくなる目標キャパシタ容量Cp_targetを規定する。エネルギーマネジメント要求決定部85は、目標キャパシタ容量情報D4を参照して、出力回転速度Noutから目標キャパシタ容量Cp_targetを決定する。また、エネルギーマネジメント要求決定部85は、キャパシタ64の電圧Vcaから、現在のキャパシタ容量Cp_currentを決定する。そして、エネルギーマネジメント要求決定部85は、以下の式3により、エネルギーマネジメント要求パワーHemを決定する。
(式3)
Hem = ( Cp_target - Cp_current ) * P_gain
P_gainは、所定の係数である。エネルギーマネジメント要求決定部85は、現在のキャパシタ容量Cp_currentが少なくなるほど、エネルギーマネジメント要求パワーHemを大きくする。また、エネルギーマネジメント要求決定部85は、目標キャパシタ容量Cp_targetが大きいほど、エネルギーマネジメント要求パワーHemを大きくする。
次に、制御部27によるエンジン21の制御について説明する。上述したように、制御部27は、指令信号を燃料噴射装置28に送ることでエンジン21を制御する。以下、燃料噴射装置28への指令スロットル値の決定方法について説明する。
指令スロットル値Th_cmは、エンジン21において必要となるエンジン要求パワーHdmに基づいて決定される（図12参照）。上述したように、エンジン21からの駆動力の一部は、動力伝達装置24、作業機ポンプ23等に分配される。このため、制御部27は、上述したトランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとに加えて、作業機ポンプ23に分配されるパワーである作業機要求パワーHptoに基づいて、エンジン要求パワーを決定する。
図11に示すように、制御部27は、作業機要求決定部86を有する。作業機要求決定部86は、作業機ポンプ圧Pwpと作業機操作部材52aの操作量Awo（以下、「作業機操作量Awo」と呼ぶ）とに基づいて作業機要求パワーHptoを決定する。本実施形態において、作業機要求パワーHptoは、作業機ポンプ23に分配されるパワーである。
詳細には、作業機要求決定部86は、要求流量情報D5に基づいて、作業機操作量Awoから作業機ポンプ23の要求流量Qdmを決定する。要求流量情報D5は、記憶部56に記憶されており、要求流量Qdmと作業機操作量Awoとの関係を規定する。作業機要求決定部86は、要求流量Qdmと作業機ポンプ圧Pwpとから作業機要求パワーHptoを決定する。詳細には、作業機要求決定部86は、以下の式4により、作業機要求パワーHptoを決定する。
（式4）
Hpto = Qdm / ηv * Pwp / ηt
ηvは容積効率である。ηtはトルク効率である。容積効率ηv及びトルク効率ηtは、作業機ポンプ23の特性に応じて定まる固定値である。作業機ポンプ圧Pwpは、作業機ポンプ圧検出部32によって検出される。
また、作業機要求決定部86は、作業機ポンプ圧Pwpと作業機出力流量Qwoとに基づいて上述した作業機負荷トルクTptoを決定する。なお、作業機ポンプ圧Pwpは、リリーフ圧などの最大圧力で規定してもよい。詳細には、作業機要求決定部86は、以下の式5により、作業機負荷トルクTptoを決定する。
（式5)
Tpto = Qwp * Pwp / ηt
Qwpは、作業機ポンプ押しのけ容積である。作業機ポンプ押しのけ容積Qwpは、第1傾転角検出部33によって検出された傾転角から算出される。
また、作業機要求決定部86は、作業機操作量Awoに基づいて作業機出力流量Qwoを決定する。詳細には、作業機要求決定部86は、上述した要求流量Qdmに作業機出力率Rptoを乗じることによって、作業機出力流量Qwoを決定する。作業機出力率Rptoについては後述する。制御部27は、上記のように決定された作業機出力流量Qwoに応じて、作業機ポンプ23の吐出容量を制御する。
さらに、作業機要求決定部86は、要求流量Qdmと作業機ポンプ23の吐出容量とに基づいて、作業機要求エンジン回転速度Nedmを決定する。詳細には、作業機要求決定部86は、要求流量Qdm、作業機ポンプの最大吐出容量Qmax、及び、容積効率ηvに基づいて、以下の式6により、作業機要求エンジン回転速度Nedmを決定する。
（式6）
Nedm = Qdm / ( Qmax / ηv )
図12に示すように、制御部27は、エンジン要求決定部87を有する。エンジン要求決定部87は、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとに基づいて、エンジン要求パワーHdmを決定する。詳細には、エンジン要求決定部87は、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとを合算することにより、エンジン要求パワーHdmを決定する。
図13に示すように、制御部27は、要求スロットル決定部89を有する。要求スロットル決定部89は、エンジン要求パワーHdmと、アクセル操作量Aacと、作業機要求エンジン回転速度Nedmとから、指令スロットル値Th_cmを決定する。
詳細には、記憶部56は、エンジントルク線Letとマッチング線Lmaとを記憶している。エンジントルク線Letは、エンジン21の出力トルクとエンジン回転速度Neとの関係を規定する。エンジントルク線Letは、レギュレーション領域Laと全負荷領域Lbとを含む。レギュレーション領域Laは、指令スロットル値Th_cmに応じて変化する（図13のLa’参照）。全負荷領域Lbは、定格点Pｒと、定格点Pｒよりも低エンジン回転速度側に位置する最大トルク点Pmとを含む。
マッチング線Lmaは、エンジン要求パワーHdmから第1要求スロットル値Th_tm1を決定するための情報である。マッチング線Lmaは任意に設定することができるが、本実施形態においては、マッチング線Lmaは、エンジントルク線Letの全負荷領域Lbにおいて定格点Pｒよりも最大トルク点Pmに近い位置を通るように設定されている。
要求スロットル決定部89は、エンジン21の出力トルクがエンジン要求パワーHdmに相当するトルクとなるマッチング点Pma1において、エンジントルク線Letとマッチング線Lmaとがマッチングするように、第1要求スロットル値Th_tm1を決定する。すなわち、エンジン要求パワーHdmに相当する等パワー線Lhdmと、マッチング線Lmaとの交点が第1マッチング点Pma1として設定され、要求スロットル決定部89は、エンジントルク線Letのレギュレーション領域（La’参照）が第1マッチング点Pma1を通るように、第1要求スロットル値Th_tm1を決定する。
要求スロットル決定部89は、第1要求スロットル値Th_tm1と、アクセル操作量Aacに相当する第2要求スロットル値Th_tm2とのうち、小さい方を第3要求スロットル値Th_tm3として決定する。また、作業機操作量Awoが作業機ポンプ23の吐出容量が最大容量となる所定の閾値を超える場合には、作業機の速度を増大させるために、要求スロットル決定部89は、作業機要求エンジン回転速度Nedmに基づいて第4要求スロットル値Th_tm4を決定する。詳細には、要求スロットル決定部89は、エンジントルク線Letのレギュレーション領域（La”参照）が、エンジン要求パワーHdm上においてエンジン回転速度が作業機要求エンジン回転速度Nedmとなる点Pma2を通るように、第4要求スロットル値Th_tm4を決定する。要求スロットル決定部89は、第3要求スロットル値Th_tm3と第4要求スロットル値Th_tm4とのうちの大きいほうを指令スロットル値Th_cmとして決定する。なお、作業機操作量Awoが所定の閾値を超えない場合には、要求スロットル決定部89は、第3要求スロットル値Th_tm3を指令スロットル値Th_cmとして決定する。
次に、上述したトランスミッション出力率Rtmと作業機出力率Rptoとの決定方法について説明する。図12に示すように、制御部27は、分配率決定部88を有する。分配率決定部88は、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとPTO固定パワーHfixとエンジン21の負荷上限パワーHmaxとに基づいて、トランスミッション出力率Rtmと、作業機出力率Rptoとを決定する。エンジン21の負荷上限パワーHmaxの説明は後述する。PTO固定パワーHfixとは、補機用の油圧ポンプを駆動するためのパワーであり、例えば、ステアリングポンプ30及び／又はトランスミッションポンプ29に分配されるパワーを含む。或いは、作業車両1が、エンジン21を冷却するための冷却ファンと、冷却ファンを駆動するためのファンモータと、ファンモータを駆動するためのファンポンプを備えている場合には、補機用の油圧ポンプは、ファンポンプであってもよい。この場合、PTO固定パワーHfixは、ファンポンプを駆動するためのパワーを含んでもよい。さらに、PTO固定パワーHfixは、潤滑のためのパワーを含んでもよい。PTO固定パワーHfixは、エンジン回転速度やステアリング操作部材57aの操作量などに基づいて決定される。
エンジン21からの出力パワーは、PTO22によって、作業機ポンプ23等の油圧ポンプと動力伝達装置24とに分配される。動力伝達装置24への出力パワーは、動力伝達装置24の牽引力用のパワーと、キャパシタ64への充電用のパワーとに分配される。しかし、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとの合計が、エンジン21からの出力パワーよりも大きくなると、各要求値の通りにエンジン21の出力パワーを分配することはできない。このため、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとのそれぞれに出力率Rpto, Rtmを乗じることによって、各要求値の合計がエンジン21からの出力パワーを越えないように制限される。
詳細には、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとPTO固定パワーHfixとの合計が、負荷上限パワーHmax以下であるときには、トランスミッション出力率Rtmと作業機出力率Rptoとは、それぞれ「1」に設定される。すなわち、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとの各要求値の通りにエンジン21の出力パワーが分配される。作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとエネルギーマネジメント要求パワーHemとPTO固定パワーHfixとの合計が、負荷上限パワーHmaxより大きいときには、分配率決定部88は、トランスミッション出力率Rtm及び作業機出力率Rptoの少なくとも一方に「1」より小さな値を設定する。
なお、エンジン21の負荷上限パワーHmaxは、エンジン回転速度Neが第1回転速度Ne_thより小さい場合、現在のエンジン回転速度Neに基づいて決定される。詳細には、負荷上限パワーHmaxは、図10に示すように、上述した上限目標入力トルクMax_Te+Tptoと現在のエンジン回転速度Neとから決定される。つまり、負荷上限パワーHmaxは、現在のエンジン回転速度Neにおける上限目標入力トルクMax_Te+Tptoのトルク値に基づいて算出される。なお、上述するエンジン回転制御によって、エンジン回転速度Neを作業機要求エンジン回転速度Nedmとする場合（図13参照）、エンジン回転速度Neは第1回転速度Ne_thを超えることとなる。この場合、最大マッチング点Plmaxの負荷上限パワーHplmaxをエンジン21の負荷上限パワーHmaxとみなす。なお、図10に示すように、エンジン回転速度Neが第１回転速度Ne_thを超える範囲においては、全負荷領域Lb上のトルク×エンジン回転速度Neが最大マッチング点Plmaxの負荷上限パワーHplmaxを上回る。したがって、最大マッチング点Plmaxの負荷上限パワーHplmaxを負荷上限パワーHmaxとみなしてもエンストが生じることはない。
つぎに、分配率決定部88は、式7に従って、優先配分パワーHpriorを算出する。
(式7)
Hprior = Hem + Hfix
それから、分配率決定部88は、算出された優先配分パワーHpriorを負荷上限パワーHmaxから除く分配可能パワーHdivを決定する。分配可能パワーは、以下の式8のように表される。
（式8）
Hdiv = Max (0, Hmax-Hprior)
ここで、Max (A, B)は、AとBのうちの最も大きな値を表す。
つぎに、トランスミッション保障パワーHtcを算出する。トランスミッション保障パワーHtcとは、トルクコンバータの吸収パワーを模擬したものである。トルクコンバータの吸収トルクは、トルクコンバータの入力回転速度と出力回転速度との比により決定されるプライマリトルク係数と、トルクコンバータの入力回転速度の2乗に比例する。したがって、作業機の駆動がなく、一定車速で作業車両が走行する場合、トルクコンバータの吸収パワーは、エンジン回転速度が高いほど大きくなる。言いかえれば、同じエンジン回転速度でも車速が高いほど吸収パワーが減少し、作業機に割り当てられるパワーが増加する。したがって、仮に、作業車両が一定車速で走行中に、作業機の負荷が増加した場合、エンジン回転速度が徐々に下がり、吸収パワーが減少する。このようなトルクコンバータの性質に鑑み、図14のようにトランスミッション保障パワーHtcを模擬している。図14は、車速に対するトランスミッション保障パワーの変化を示す図である。
図14において、車速Vvehは、出力回転速度Noutから算出される。車速Vvehの絶対値が0から第1速度Vth1までであるとき、トランスミッション保障パワーHtcは、第1パワーHtc_maxである。車速Vvehの絶対値が第2速度Vth2以上であるとき、トランスミッション保障パワーHtcは、第2パワーHtc_minである。第1パワーHtc_max及び第2パワーHtc_minは、固定値であり、予め記憶部56に記憶されている。第2パワーHtc_minは、第1パワーHtc_maxよりも小さい。第1速度Vth1及び第2速度Vth2は、変速操作検出部53bによって検出される変速段に応じて設定される。第1速度Vth1及び第2速度Vth2の詳細については後述する。
車速Vvehの絶対値が第1速度Vth1から第2速度Vth2までの間であるとき、トランスミッション保障パワーHtcは、以下の式9のように表される。
（式9）
Htc = Htc_max−(Htc_max−Htc_min)/(Vth2−Vth1)*(|Vveh|−Vth1)
つまり、車速Vvehの絶対値が第1速度Vth1から第2速度Vth2までの間であるとき、トランスミッション保障パワーHtcは、車速Vvehの絶対値が大きくなればなるほど、第1パワーHtc_maxよりも小さくなる。
つぎに、第1速度Vth1及び第2速度Vth2の設定方法について説明する。第1速度Vth1及び第2速度Vth2は、それぞれ、所定の初期値Vth1_org、Vth2_org（ただし、Vth2_org > Vth1_org）に、変速段に応じた係数Km（mは自然数であり、1速の場合はm=1, 2速の場合はm=2、…となる）を乗じたものである。つまり、第1速度Vth1及び第2速度Vth2は、以下の式10のように表される。
（式10）
Vth1 = Km*Vth1_org
Vth2 = Km*Vth1_org
ここで、変速段の段数mが大きくなればなるほど、係数Kmは大きくなる。つまり、2速の係数K2は1速の係数K1よりも大きい。3速の係数K3は、2速の係数K2よりも大きい。4速の係数K4は、3速の係数K3よりも大きい。
つぎに、エンジン21の負荷上限パワーHmaxが最大マッチング点Plmaxの負荷上限パワーHplmaxであり、つまり、エンジン回転速度Neが第1回転速度Ne_th以上であり、且つ、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとの合計が分配可能パワーHdivより大きい場合、分配率決定部88は、以下の処理を行う。
分配率決定部88は、先ず以下の式11に従って、トランスミッション優先配分パワーHtpaを算出する。
（式11）
Htpa = Min (Hdiv, Htm, Htc)
ここで、Min (A, B, C)は、AとBとCとのうちの最も小さな値を表す。なお、以降の説明において、Min(A, B)と表されるとき、Min(A, B)は、AとBとのうちの最も小さな値を表す。
トランスミッション優先配分パワーHtpaは、動力伝達装置24に割り当てられる。つまり、分配率決定部88は、トランスミッション保障パワーHtcとトランスミッション要求パワーHtmとのうちのより小さい方のパワーを動力伝達装置24に割り当てる。
つぎに、分配率決定部88は、以下の式12に従って、作業機割当パワーHlaを算出する。
（式12）
Hla = Min (Hdiv−Htpa, Hpto)
そして、分配率決定部88は、以下の式13に従って、トランスミッション追加配分パワーHtaaを算出する。
（式13）
Htaa = Min (Hdiv−Htpa−Hla, Htm−Htpa)
最終的に、分配率決定部88は、以下の式14に従って、トランスミッション割当パワーHtaを算出する。
（式14）
Hta ＝ Htpa+Htaa
以上により、分配率決定部88は、分配可能パワーHdivからトランスミッション保障パワーHtcとトランスミッション要求パワーHtmとのうちのより小さい方のパワーを除いた残りのパワーHdiv - Min(Htc, Htm)を作業機ポンプ23と動力伝達装置24とに分配する。これによって、分配率決定部88は、作業機ポンプ23に割り当てる作業機割当パワーHlaと、動力伝達装置24に割り当てるトランスミッション割当パワーHtaとを決定する。また、分配率決定部88は、トランスミッション割当パワーHtaを決定するよりも前に、作業機割当パワーHlaを決定している。したがって、分配率決定部88は、作業機要求パワーHptoを優先的に確保できるように、分配可能パワーの残りのパワーHdiv-Min(Htc, Htm)を動力伝達装置24よりも作業機ポンプ23に優先的に割り当てている。
最後に、分配率決定部88は、以下の式15に従って、トランスミッション出力率Rtmと作業機出力率Rptoとを決定する。
（式15）
Rtm = Hta/Htm
Rpto = Hla/Hpto
つぎに、具体例に基づいて、分配率決定部88の動作を説明する。例えば、図15に示すように、優先配分パワーHpriorと作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとの合計（Hprior＋Hpto＋Htm）は負荷上限パワーHmaxより大きいが、優先配分パワーHpriorと作業機要求パワーHptoとトランスミッション保障パワーHtc（ただし、トランスミッション保障パワーHtcは、トランスミッション要求パワーHtmより小さい）との合計が負荷上限パワーHmaxより小さくなる場合、当該合計が負荷上限パワーHmax以下となるように、トランスミッション要求パワーHtmがHtmよりも小さいHtm’に修正される。そして、修正前のトランスミッション要求パワーHtmに対する修正後のトランスミッション要求パワーHtm’(エンジン21から動力伝達装置24に実際に供給される駆動力)の比が、トランスミッション出力率Rtmとして決定される。この場合、作業機出力率Rptoは「1」と設定される。
つぎに、エンジン21の負荷上限パワーHmaxが最大マッチング点Plmaxの負荷上限パワーHplmaxよりも小さい、つまり、エンジン回転速度Neが第１回転速度Ne_thよりも小さい、且つ、作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとの合計が分配可能パワーHdivより大きい場合、分配率決定部88は、以下の処理を行う。
この場合においても、式8〜式10等に基づいて、分配率決定部88は、分配可能パワーHdiv、トランスミッション保障パワーHtcを決定している。つぎに、分配率決定部88は、エンジン21の負荷上限パワーHmaxが最大マッチング点Plmaxの負荷上限パワーHplmaxであることを想定して、式11〜式15に従って、仮作業機割当パワーHla_tmp及び仮トランスミッション割当パワーHta_tmpを算出する。
つぎに、分配率決定部88は、以下の式16に従って、第２トランスミッション優先配分パワーHtpa2を算出する。
（式16）
Htpa2 = Min (Hcrp, Htm)
ここで、Hcrpは、クリープパワーを表す。クリープパワーHcrpとは、作業車両がクリーピング(creeping)するために動力伝達装置24が必要とするパワーである。つまり、クリープパワーHcrpは、作業車両1の走行上必要となる最小限のパワーである。
第２トランスミッション優先配分パワーHtpa2は、動力伝達装置24に割り当てられる。つまり、分配率決定部88は、クリープパワーHcrpとトランスミッション要求パワーHtmとのうちのより小さい方のパワーを動力伝達装置24に割り当てる。
つぎに、分配率決定部88は、以下の式17に従って、作業機比例割当パワーHla_propを算出する。
（式17）
Hla_prop = Hdiv*Hla_tmp/(Hla_tmp+Hta_tmp)
つまり、分配率決定部88は、仮作業機割当パワーHla_tmpに対する仮トランスミッション割当パワーHta_tmpとの比と、作業機比例割当パワーHla_propに対するトランスミッション比例割当パワーHta_propとの比とが等しくなり、且つ、作業機比例割当パワーHla_propとトランスミッション比例割当パワーHta_propとの和が分配可能パワーHdivとなるように、作業機比例割当パワーHla_propを決定している。
つぎに、以下の式18に従って、第2作業機割当パワーHla2を算出する。
（式18）
Hla2 = Min (Max(Hdiv−Htpa2, 0), Hpto, Hla_prop)
そして、分配率決定部88は、以下の式19に従って、第2トランスミッション追加配分パワーHtaa2を算出する。
（式19）
Htaa2 = Min (Max(Hdiv−Htpa2−Hla2, 0), Htm−Htpa2)
最終的に、分配率決定部88は、以下の式20に従って、第2トランスミッション割当パワーHta2を算出する。
（式20）
Hta2 ＝ Htpa2 + Htaa2
以上により、分配率決定部88は、分配可能パワーHdivからクリープパワーHcrpとトランスミッション要求パワーHtmとのうちのより小さい方のパワーを除いた残りのパワーHdiv - Min(Hcrp, Htm)を作業機ポンプ23と動力伝達装置24とに分配する。これによって、分配率決定部88は、作業機ポンプ23に割り当てる第2作業機割当パワーHla2と、動力伝達装置24に割り当てる第2トランスミッション割当パワーHta2とを決定する。また、分配率決定部88は、第2トランスミッション割当パワーHta2を決定するよりも前に、第2作業機割当パワーHla2を決定している。したがって、分配率決定部88は、作業機要求パワーHptoと作業機比例割当パワーHla_propのうちの小さい方のパワーを優先的に確保できるように、分配可能パワーの残りのパワーHdiv - Min(Hcrp, Htm)を動力伝達装置24よりも作業機ポンプ23に優先的に割り当てている。
最後に、分配率決定部88は、以下の式21に従って、トランスミッション出力率Rtmと作業機出力率Rptoとを決定する。
（式21）
Rtm = Hta2/Htm
Rpto = Hla2/Hpto
つぎに、具体例に基づいて、分配率決定部88の動作を説明する。例えば、図16に示すように、優先配分パワーHpriorと作業機要求パワーHptoとトランスミッション要求パワーHtmとの合計（Hprior＋Hpto＋Htm）は負荷上限パワーHmaxより大きいが、優先配分パワーHpriorと作業機比例割当パワーHla_prop（ただし、作業機比例割当パワーHla_propは、作業機要求パワーHptoより小さい）とクリープパワーHcrp（ただし、クリープパワーHcrpは、トランスミッション要求パワーHtmより小さい）との合計が負荷上限パワーHmaxより小さくなる場合、当該合計が負荷上限パワーHmax以下となるように、トランスミッション要求パワーHtmがHtmよりも小さいHtm’”に修正され、作業機要求パワーHptoがHptoよりも小さいHpto”に修正される。そして、修正前のトランスミッション要求パワーHtmに対する修正後のトランスミッション要求パワーHtm”(エンジン21から動力伝達装置24に実際に供給される駆動力)の比が、トランスミッション出力率Rtmとして決定される。また、修正前の作業機要求パワーHptoに対する修正後の作業機要求パワーHpto” (エンジン21から作業機ポンプ23に実際に供給される駆動力)の比が、作業機出力率Rptoして決定される。
本実施形態に係る作業車両1は以下の特徴を有する。(1) 制御部27（分配率決定部88）は、エンジン21の駆動力が作業車両1全体の要求パワー（Htm+Hpto+Hprior）よりも不足し、且つ、トランスミッション要求パワーHtmがトランスミッション保障パワーHtcより大きい場合、トランスミッション保障パワーHtcを動力伝達装置24に優先的に割り当てる。トランスミッション保障パワーHtcは、トルクコンバータが吸収するパワーを模擬している。したがって、制御部27は、トルクコンバータ式の変速装置が搭載された作業車両に類似する方法で、エンジン21からの駆動力を、車両の走行のための駆動力、作業機の駆動力に分配することができる。
(2) 制御部27（分配率決定部88）は、トランスミッション保障パワーHtcを動力伝達装置24に優先的に割り当てると、作業機要求パワーHptoを優先的に確保できるように、分配可能パワーの残りのパワーHdiv−Min(Htc,Htm)を動力伝達装置24よりも作業機ポンプ23に優先的に割り当てる。トルクコンバータ式の変速装置を有する作業車両は、作業機操作を止めた後の加速に時間がかかる。なぜなら、作業機操作がされているときに、エンジンの駆動力が作業機に割かれるため、エンジン回転速度は低下しており、その後の加速における牽引力を生成するためにエンジン回転速度を上げるための時間を要するからである。しかし、本作業車両1では、作業機要求パワーHptoが急に減少しても速やかに、作業機要求パワーHptoに相当する駆動力を動力伝達装置24に割り当てることが可能である。したがって、オペレータの操作意図を出来るだけ速やかに反映した走行装置25の動作を実現することができる。
(3) エンジン21の回転速度Neが第1回転速度Ne_thより小さい場合、エンジン21の負荷上限パワーHmaxは、最大マッチング点PlmaxのパワーHplmaxより小さくなる。このように、負荷上限パワーHmaxが小さくなっても、制御部27（分配率決定部88）は、クリープパワーHcrpを動力伝達装置24に優先的に割り当てる。クリープパワーHcrpは、作業車両1の走行上必要となる最小限のパワーである。したがって、制御部27は、負荷上限パワーHmaxが小さい場合、作業車両1の走行上必要となる最小限のパワーを動力伝達装置24に供給することを保障しつつ、エンジン21からの駆動力を、車両の走行のための駆動力、作業機の駆動力に分配することができる。この場合においても、作業車両1では、作業機要求パワーHptoが急に減少変化しても速やかに、修正後の作業機要求パワーHpto"に相当する駆動力を動力伝達装置24に割り当てることが可能である。したがって、オペレータの作業機3に対する操作意図を出来るだけ速やかに反映した走行装置25の動作を実現することができる。
(4) 制御部27（分配率決定部88）は、クリープパワーHcrpを動力伝達装置24に優先的に割り当てると、作業機要求パワーHptoと作業機比例割当パワーHla_propとのうちの小さい方のパワーを優先的に確保できるように、分配可能パワーの残りのパワーHdiv−Min(Hcrp, Htm)を動力伝達装置24よりも作業機ポンプ23に優先的に割り当てる。このため、本作業車両1では、エンジン21の負荷上限パワーHmaxが小さくても、負荷上限パワーHmaxを、動力伝達装置24と作業機ポンプ23とにできるだけバランス良く配分することができる。したがって、オペレータの作業機3に対する操作意図を出来るだけ反映した作業機3の動作を実現することができる。
(5) 優先配分パワーHpriorは、エネルギーマネジメント要求パワーHemを含む。したがって、キャパシタ64に対する充電は最優先で行われる。したがって、EMTの変速装置が搭載される作業車両1において、安定的にエネルギーマネジメントが行われる。
(6) トランスミッション保障パワーHtcは、車速Vvehの絶対値が0から第1速度Vth1までは、第1パワーHtc_maxであり、車速Vvehの絶対値が第1速度Vth1から第2速度Vth2までは、車速Vvehの絶対値が大きくなればなるほど、第1パワーHtc_maxよりも小さくなり、車速Vvehの絶対値が第2速度Vth2以上であると、第2パワーHtc_minである。したがって、同じエンジン回転速度の場合、車速が高いほど吸収パワーが減少し、作業機に割り当てられるパワーが増加するというトルクコンバータの吸収パワーの特性に従って、トランスミッション保障パワーHtcが模擬されている。
(7) 変速操作検出部53bによって検出される変速段が大きくなればなるほど、第1速度Vth1及び第2速度Vth2は、大きい値が設定される。変速段が大きくなると、動力伝達装置24内で、エンジン回転速度Neに対する出力回転速度Noutの比が大きくなるように、速度比が設定される。上述による変速段に対する第1速度Vth1及び第2速度Vth2の変化は、この速度比の変化に対応したものである。
(8) 制御部27は、動力伝達装置24でのトルクの釣り合いにより、モータMG1, MG2への指令トルクTm1_ref, Tm2_refを決定することで、動力伝達装置24への所望の入力トルクと、動力伝達装置24からの所望の出力トルクと、を得ることができる。このため、特に、EMTやHMTの変速装置が搭載された作業車両1において所定の牽引力特性を精度よく得ることができる。一般的に、作業車両は、牽引力と作業機への負荷とを大きく変動させながら作業を行うことが要求される。従って、作業機の動作と駆動力とのバランスをとるために、動力伝達装置への入力トルク及び出力トルクを所望の値に調整できることが好ましい。本実施形態にかかる作業車両1では、目標入力トルクTe_refと目標出力トルクTo_refとを調整することにより、動力伝達装置24への所望の入力トルクと、動力伝達装置24からの所望の出力トルクと、を得ることができる。これにより、作業性と走行性とを両立させる作業車両を実現することができる。
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
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。
動力伝達装置24の構成は上記の実施形態の構成に限られない。例えば、2つの遊星歯車機構68，69の各要素の連結、配置は、上記の実施形態の連結、配置に限定されるものではない。また、動力伝達装置24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24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24は、3つ以上の遊星歯車機構を有してもよい。
トルクバランス情報は、上記の実施形態のようなトルクの釣り合いの式に限られない。例えば、トルクバランス情報は、テーブル或いはマップなどの形式であってもよい。トルクバランス情報は、上述した第１のトルクバランス情報と第２のトルクバランス情報との２つのトルクバランス情報に限られない。動力伝達装置24における駆動力の伝達経路が３つ以上のモードを有する場合には、選択可能なモード数に合わせて３つ以上のトルクバランス情報が用いられてもよい。或いは、動力伝達装置24における駆動力の伝達経路が１つのみである場合には、１つのトルクバランス情報のみが用いられてもよい。
変速操作部材53aは、キックダウンスイッチを有してもよい。キックダウンスイッチは、動力伝達装置24の速度範囲を現在の速度範囲から1段階、あるいは複数段階、下げるための操作部材である。オペレータは、キックダウンスイッチを操作することにより、動力伝達装置24の速度範囲を現在の速度範囲から低速の速度範囲に、下げることができる。
トランスミッション保障パワーHtcのモデルは、図14に示したものに限られない。トルクコンバータの吸収トルクはトルクコンバータの入力回転速度と出力回転速度との比により決定されるトルクコンバータの性質に基づいたモデルであれば、他のトランスミッション保障パワーHtcのモデルが採用されてもよい。
動力伝達装置は、上述したような遊星歯車機構を用いた所謂スプリット方式の装置に限られず、他の方式の装置が採用されてもよい。例えば、図17は、第1変形例に係る動力伝達装置124を示す模式図である。図17に示す動力伝達装置124は、所謂シリーズ方式の動力伝達装置である。動力伝達装置124では、エンジン21は第1モータMG1での発電のみに使用される。第2モータMG2は、第1モータMG1で発電された電力を利用して、走行装置を駆動する。また、第2モータMG2は、減速時等にエネルギーを回生して発電を行う。
或いは、図18に示すようなパラレル方式の動力伝達装置224が採用されてもよい。図18は、第2変形例に係る動力伝達装置224を示す模式図である。動力伝達装置224では、エンジン21の駆動力は、歯車機構62を介して出力軸62に伝達される。また、出力軸62は、モータMG1からの駆動力によっても駆動される。さらに、モータMG1は、減速時等に、エネルギーを回生することで発電を行う。
或いは、動力伝達装置は、上述したようなモータを利用する所謂ハイブリッド型の動力伝達装置に限られない。例えば、図19は第3変形例に係る動力伝達装置324を示す模式図である。動力伝達装置324は、所謂HST（Hydro Static Transmission）方式の装置である。動力伝達装置324は、走行用ポンプ301と走行用モータ302とを有している。走行用ポンプ301はエンジン21によって駆動される。走行用ポンプ301は、可変容量型の油圧ポンプであり、ポンプ容量制御装置303によって走行用ポンプ301の容量が制御される。走行用モータ302は、走行用ポンプ301から吐出された作動油によって駆動されることにより、走行装置を駆動する。走行用モータ302は、可変容量型の油圧モータであり、モータ容量制御装置304によって走行用モータ302の容量が制御される。そして、エンジン回転速度、走行用ポンプ301の容量、走行用モータ302の容量などを制御することによって、車速および牽引力が制御される。
なお、図17,18,19においては、上述した実施形態と同様の構成については同じ符号を付しており、それらの構成についての説明は省略する。
なお、作業車両1の変速装置がHSTやHMTである場合、作業車両1は、インバータI1，I2、キャパシタ64、エネルギーマネジメント要求決定部85を有しなくてもよい。したがって、優先配分パワーHpriorにエネルギーマネジメント要求パワーHemが含まれなくてもよい。
本発明は、トルクコンバータ式の変速装置が搭載された作業車両に類似する方法で、エンジンからの駆動力を、車両の走行のための駆動力、作業機の駆動力に分配することができる効果を有する。従って、本発明は、HMT、EMT、HST等の変速装置が備えられた作業車両及び作業車両の制御方法として有用である。
21 エンジン
23 作業機ポンプ
3 作業機
25 走行装置
24,124 動力伝達装置
27 制御部
37 車速検出部
51a アクセル操作部材
51b アクセル操作検出部
52a 作業機操作部材
53a 変速操作部材
53b 変速操作検出部
56 記憶部
61 入力軸
63 出力軸
64 キャパシタ（エネルギー貯留部）
MG1 第1モータ
MG2 第2モータ
81 目標入力トルク決定部
82 目標出力トルク決定部
83 指令トルク決定部
84 トランスミッション要求決定部
85 エネルギーマネジメント要求決定部
86 作業機要求決定部
87 エンジン要求決定部
88 分配率決定部

Claims (9)

  1. エンジンと、
    前記エンジンによって駆動される作業機ポンプと、
    前記作業機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入力する入力軸と、前記走行装置に伝達する駆動力を出力する出力軸と、モータとを少なくとも含む動力伝達装置と、
    車速を検出する車速検出部と、
    前記作業機ポンプの作業機ポンプ圧を検出する作業機ポンプ圧検出部と、
    前記作業機を操作するための作業機操作部材と、
    前記作業機操作部材の操作量を検出する作業機操作検出部と、
    アクセル操作部材と、
    前記アクセル操作部材の操作量を検出するアクセル操作検出部と、
    前記動力伝達装置を制御する制御部と、
    を備え、
    前記動力伝達装置では、前記モータの回転速度が変化することによって、前記入力軸に対する前記出力軸の回転速度比が変化し、
    前記制御部は、
    前記作業機操作部材の操作量と前記作業機ポンプ圧とに基づいて作業機要求パワーを決定する作業機要求決定部と、
    前記車速と、前記アクセル操作部材の操作量とに基づいてトランスミッション要求パワーを決定するトランスミッション要求決定部と、
    前記エンジンから前記動力伝達装置に実際に供給される駆動力を前記トランスミッション要求パワーで割った値であるトランスミッション出力率と、前記エンジンから前記作業機ポンプに実際に供給される駆動力を前記作業機要求パワーで割った値である作業機出力率とを決定する分配率決定部と、
    を有し、
    前記分配率決定部は、上限目標入力トルク線とエンジントルク線との交点である最大マッチング点における前記エンジンの回転速度である第１回転速度以上の回転速度で前記エンジンが回転し、且つ、前記作業機要求パワーと前記トランスミッション要求パワーとの合計が前記第１回転速度におけるエンジンの負荷上限パワーから所定の優先配分パワーを除いた第１分配可能パワーより大きい第１の場合には、所定のトランスミッション保障パワーと前記トランスミッション要求パワーとのうちのより小さい方のパワーを前記動力伝達装置に割り当て、前記第１分配可能パワーの残りのパワーを前記作業機ポンプと前記動力伝達装置とに分配することによって、前記作業機ポンプに割り当てる第１作業機割当パワーと前記動力伝達装置に割り当てる第１トランスミッション割当パワーとを決定し、
    前記トランスミッション保障パワーは、車速の絶対値が第１速度から第１速度より大きい第２速度までは、車速の絶対値が大きくなればなるほど小さくなる、
    作業車両。
  2. 前記分配率決定部は、前記第１の場合において、前記作業機要求パワーを優先的に確保できるように、前記第１分配可能パワーの前記残りのパワーを前記動力伝達装置よりも前記作業機ポンプに優先的に割り当てる、請求項１に記載の作業車両。
  3. 前記第１回転速度より低い第２回転速度で前記エンジンが回転する場合、前記第２回転速度における前記エンジンの負荷上限パワーは、前記第２回転速度における前記上限目標入力トルク線のトルク値に基づいて算出され、
    前記分配率決定部は、前記第２回転速度で前記エンジンが回転し、且つ、前記作業機要求パワーと前記トランスミッション要求パワーとの合計が前記第２回転速度における前記エンジンの負荷上限パワーから前記優先配分パワーを除いた第２分配可能パワーより大きい第２の場合には、前記作業車両が最低限の走行を行うために前記動力伝達装置が必要とするクリープパワーと前記トランスミッション要求パワーとのうちのより小さい方のパワーを前記動力伝達装置に割り当て、前記第２分配可能パワーの残りのパワーを前記作業機ポンプと前記動力伝達装置とに分配することによって、前記作業機ポンプに割り当てる第２作業機割当パワーと前記動力伝達装置に割り当てる第２トランスミッション割当パワーとを決定する、
    請求項１または２に記載の作業車両。
  4. 前記分配率決定部は、前記第２の場合において、
    前記エンジンが前記第１回転速度で回転する場合を仮定して、前記第１作業機割当パワーと前記第１トランスミッション割当パワーとを決定し、
    前記第１作業機割当パワーに対する前記第１トランスミッション割当パワーとの比と、作業機比例割当パワーに対するトランスミッション比例割当パワーの比とが等しくなり、且つ、前記作業機比例割当パワーと前記トランスミッション比例割当パワーとの和が前記第２分配可能パワーとなるように、前記作業機比例割当パワーを決定し、
    前記作業機要求パワーと前記作業機比例割当パワーとのうちのより小さい方のパワーを優先的に確保できるように、前記第２分配可能パワーの前記残りのパワーを前記動力伝達装置よりも前記作業機ポンプに優先的に割り当てる、請求項３に記載の作業車両。
  5. 前記モータで発生するエネルギーを蓄えるエネルギー貯留部をさらに備え、
    前記制御部は、前記エネルギー貯留部でのエネルギーの残量に基づいてエネルギーマネジメント要求パワーを決定するエネルギーマネジメント要求決定部をさらに有し、
    前記優先配分パワーは、前記エネルギーマネジメント要求パワーを含む、請求項１から４のいずれかの作業車両。
  6. 前記トランスミッション保障パワーは、
    車速の絶対値が０から前記第１速度までは、所定の第１パワーであり、
    車速の絶対値が前記第１速度から前記第２速度までは、車速の絶対値が大きくなればなるほど、前記第１パワーよりも小さくなり、
    車速の絶対値が前記第２速度以上であると、前記第１パワーよりも小さい所定の第２パワーである、請求項１から５のいずれかに記載の作業車両。
  7. 変速操作部材と、
    前記変速操作部材の位置を検出する変速操作検出部と、
    をさらに備え、
    前記変速操検出部によって検出される変速段に応じて、前記第１速度及び前記第２速度が設定される、請求項６に記載の作業車両。
  8. 前記制御部は、
    前記動力伝達装置に入力されるトルクの目標値である目標入力トルクを決定する目標入力トルク決定部と、
    前記動力伝達装置から出力されるトルクの目標値である目標出力トルクを決定する目標出力トルク決定部と、
    前記動力伝達装置でのトルクの釣り合いを満たすように前記目標入力トルクと前記目標出力トルクとの関係を規定するトルクバランス情報を記憶する記憶部と、
    前記目標入力トルクと前記目標出力トルクとから、前記トルクバランス情報により、前記モータへの指令トルクを決定する指令トルク決定部と、
    をさらに有する、請求項１から７のいずれかに記載の作業車両。
  9. 作業車両の制御方法であって、
    前記作業車両は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される作業機ポンプと、前記作業機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入力する入力軸と、前記走行装置に伝達する駆動力を出力する出力軸と、モータとを少なくとも含む動力伝達装置と、車速を検出する車速検出部と、前記作業機ポンプの作業機ポンプ圧を検出する作業機ポンプ圧検出部と、前記作業機を操作するための作業機操作部材と、前記作業機操作部材の操作量を検出する作業機操作検出部と、アクセル操作部材と、前記アクセル操作部材の操作量を検出するアクセル操作検出部と、を備え、
    前記動力伝達装置では、前記モータの回転速度が変化することによって、前記入力軸に対する前記出力軸の回転速度比が変化し、
    前記作業機操作部材の操作量と前記作業機ポンプ圧とに基づいて作業機要求パワーを決定するステップと、
    前記車速と、前記アクセル操作部材の操作量とに基づいてトランスミッション要求パワーを決定するステップと、
    前記エンジンから前記動力伝達装置に実際に供給される駆動力を前記トランスミッション要求パワーで割った値であるトランスミッション出力率と、前記エンジンから前記作業機ポンプに実際に供給される駆動力を前記作業機要求パワーで割った値である作業機出力率とを決定するステップと、
    を含み、
    前記トランスミッション出力率と前記作業機出力率とを決定するステップは、上限目標入力トルク線とエンジントルク線との交点である最大マッチング点における前記エンジンの回転速度である第１回転速度以上の回転速度で前記エンジンが回転し、且つ、前記作業機要求パワーと前記トランスミッション要求パワーとの合計が前記第１回転速度におけるエンジンの負荷上限パワーから所定の優先配分パワーを除いた第１分配可能パワーより大きい第１の場合には、所定のトランスミッション保障パワーと前記トランスミッション要求パワーとのうちのより小さい方のパワーを前記動力伝達装置に割り当て、前記第１分配可能パワーの残りのパワーを前記作業機ポンプと前記動力伝達装置とに分配することによって、前記作業機ポンプに割り当てる第１作業機割当パワーと前記動力伝達装置に割り当てる第１トランスミッション割当パワーとを決定し、
    前記トランスミッション保障パワーは、車速の絶対値が第１速度から第１速度より大きい第２速度までは、車速の絶対値が大きくなればなるほど小さくなる、作業車両の制御方法。
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