JP7330039B2 - 作業車両 - Google Patents

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、従来トルコンの損失が大きい低回転数領域の動力伝達をモータによって実施することにより、その損失を低減することができる。また、中・高速領域ではロックアップクラッチ（LU）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、車両の駆動効率を高めることができる。

エンジンと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モータを有している。さらに、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。

特開平６－３８３０４号公報

作業車両は、トランスミッションのシフトアップ、またはシフトダウンに応じてギヤを切り替えながら加減速走行する。シフトアップ・シフトダウンの前後でギヤがかわるため、トランスミッション入力軸回転数がステップ的に変化する。このトランスミッション入力軸回転数のステップ変化に、動力源の出力軸回転数の変化が追従していない状態でクラッチを締結した場合にショックが発生する。

トルコン車の場合、トランスミッション入力軸回転数がステップ的に変化することにより、動力源の出力軸回転数との差が発生しても、トルコン内部の油が回転数差を緩和するのでそのショックが低減される。

一方、本発明が対象とする、走行部を電動化したシステムでは、トルコンが設けられていない場合があり、トランスミッション入力軸と動力源の出力軸の回転数差によってショックが発生し、車体振動に直接影響してくるといった課題が考えられる。そこで変速時には動力源の出力軸回転数を制御することにより、トランスミッション入力軸回転数の差が十分小さくなったタイミングでクラッチを切り替えることが考えられる。一方、上記回転数の差が十分小さくなるタイミングを図る場合、その時間が長くなることも考えられ、車体の予期せぬ減速、トルク抜けといった現象を招く可能性が考えられる。

本発明は、上記した課題を鑑みてなされたもので、その目的は、変速時のトランスミッション入力軸と動力源の出力軸間の速度調整時間を短縮し、作業中に駆動トルクが途切れないようにすることで、乗り心地性と動力性能を向上した作業車両を提供することにある。

上記課題を解決する本発明の作業車両は、エンジンと、該エンジンの動力で発電する発電機と、該発電機から供給される電力で駆動する電動機と、前記エンジンまたは前記電動機の動力を車輪に伝達する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との間に設けられるロックアップクラッチと、前記エンジンと前記発電機と前記電動機と前記トランスミッションと前記ロックアップクラッチを制御する制御装置と、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解放して前記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において、前記トランスミッションの変速段を切り替える際に、前記エンジン回転数を目標エンジン回転数に変更し、前記ロックアップクラッチを締結又は半締結させてエンジン回転数とのバランスにより前記電動機の回転軸の回転数を調整し、前記トランスミッションの入力軸の回転数と前記電動機の回転数との回転数差が一定値未満の状態で、前記トランスミッションのクラッチを締結することを特徴とする。

本発明によれば、変速時のトランスミッション入力軸と動力源である電動機の回転軸との間の速度調整時間を短縮し、作業中に駆動トルクが途切れないようにすることができ、車両の乗り心地性と動力性能の向上を図ることができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、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。

本発明の第一実施形態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。 ホイールローダのシステム構成の一例を示す図。 ホイールローダの油圧回路の一例を示す図。 各回転数センサの検出位置を示す図。 変速制御部の構成を示すブロック線図。 ロックアップクラッチ締結による速度調整を示す図。 変速タイミングを示す図。 モータ回生トルクを利用して変速時の電動機軸回転数を調整する実施例を示す図。 モータ回生トルクを利用して変速時の電動機軸回転数を調整する際のモータN-T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。

＜第一実施形態＞
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のシステム構成の一例を示す図である。

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、連結軸を中心とする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、それぞれ回転可能に係止されている。後述する油圧回路（図３参照）により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、車体が屈曲してステアリング（操舵）機能を発揮する。

ホイールローダ２００は、例えば路面の凹凸を平らにする整地作業や、土砂を搬送する搬送作業等の種々の作業を行うことができる。例えば走行中にバケット２０を地面に接するところまで下げて、車両の駆動力で前進することにより整地作業を行うことができる。ホイールローダ２００は、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。このような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変速段を１速分シフトダウンする。シフトダウンやシフトアップなどのシフト変更の時には、必ずクラッチの切り替え処理動作区間が発生し、その区間では、駆動源である電動機からの動力を正確に伝達することが困難となる一方、クラッチには大きな負荷を与えることとなる。そのため、ホイールローダ２００のシフト変更では、変速区間を短くし、変速ショックは可能な限り小さいことが求められる。

図２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両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は、油圧作業部Ａを構成するものであり、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される。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、車両の操舵が行われる。

一方、エンジン１、発電機５、油圧ポンプ９、コントロールバルブ１１、インバータ６、８、チョッパ２５、熱抵抗器２６、電動機（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、および回転数センサ４１、４２、４３、４４、４５は、走行部Ｂを構成する要素として記載している。

ここで、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の回転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３参照）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に送られた作動油は、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、エンジン１の回転軸６２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によってロータを回転駆動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を介して電動機７に電力を供給する。

電動機７は、その回転軸６４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されて、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、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の回転軸６２は、ロックアップクラッチＣ１を介してギヤボックス３１の入力軸と連結されている。また、ギヤボックス３１の出力軸（以下、ギヤボックス出力軸）６３は、トランスミッションクラッチＣ２を介してトランスミッション３３の入力軸（以下、トランスミッション入力軸）６１と連結されている。

エンジン１の出力トルクまたは電動機７の出力トルクは、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が前進又は後退するように駆動される。

また、発電機５の回転軸の回転数を検出する回転数センサ４１、エンジン１の回転軸６２の回転速度を検出する回転数センサ４２、電動機７の回転軸６４の回転速度を検出する回転数センサ４３、ギヤボックス出力軸６３の回転速度（トランスミッションクラッチＣ２の入力側の回転速度）を検出する回転数センサ４４、およびトランスミッションクラッチＣ２の出力側の回転速度（トランスミッション入力軸６１の回転速度）を検出する回転数センサ４５が設けられている。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、エンジン回転数Ｎ２を検出し、回転数センサ４４は、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を検出し、回転数センサ４５は、トランスミッション入力軸回転数Ｎ１を検出している（図４参照）。

制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）などを有しており、エンジン１、発電機５、電動機７、トランスミッション３３、およびロックアップクラッチＣ１を制御する。制御装置１００は、制御プログラムに基づいてホイールローダ２００の走行部Ｂや油圧作業部Ａの制御、さらにはホイールローダ２００のエンジン回転数の制御やトランスミッション３３の変速段を切り替える変速制御などを行う。

次に、図２に示す走行部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では、ロックアップクラッチＣ１を締結させてエンジン１の動力をトランスミッション３３に直接伝達させることによって、ホイールローダ２００を走行させる。一方、モータ駆動モードでは、エンジン１で発電機５を駆動し、発電機５で発電した電力で電動機７を力行動作させ、電動機７の駆動力をトランスミッション３３に伝達させて、ホイールローダ２００を走行させる。モータ駆動モードでは、ロックアップクラッチＣ１は解放され、エンジン１とトランスミッション３３との間の動力伝達経路は切り離された状態とされる。

つまり、エンジン駆動モードでは、ロックアップクラッチＣ１を締結した、いわゆるロックアップ状態で車両を走行駆動する。そして、モータ駆動モードでは、ロックアップクラッチＣ１を解放して電動機の動力により車両を走行駆動する。

このように、エンジン駆動モードとモータ駆動モードは、ロックアップクラッチＣ１を締結または解放させることによって切り換えられる。ロックアップクラッチＣ１が締結されている場合はエンジン駆動モードとなり、ロックアップクラッチＣ１が解放されている場合はモータ駆動モードとなる。

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大きな損失は発生しない。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高いといえる。

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、電動機７、電動機ギヤ（図示せず）等の部品が介在されている。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、停止時と極低速時を除くと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、エンジン駆動の伝達効率に比べて低いといえる。

よって、ホイールローダ２００の走行時においては、エンジン駆動モード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、低速領域では十分な出力トルクを得ることが困難であり、一方向にしか回転できない、電動機７に比べると応答性が遅いなどの特性がある。そのため、本実施形態において対象としている、トルコンを持たない電動の作業車両においては、変速時に必要なトランスミッション入力軸回転数Ｎ１とギヤボックス出力軸回転数Ｎ３とを一致させる速度調整は、応答の速いモータ駆動を利用して実施することが有効である。

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を組み合わせることにより変速特性を向上し、結果的に乗り心地の向上や車両の燃費改善の実現を図る。

本発明で対象としているホイールローダでは、低速域で頻繁に加減速を繰り返す作業が多く、上述のエンジン駆動モードに切り替えを行わず、モータ駆動モードのみで作業を継続する場合が考えられる。そのような場合には、モータ駆動モードの中で、トランスミッション３３を変速させながら動作を継続する。このようなモータ駆動モードにおいても変速の際、トランスミッション入力軸回転数Ｎ１は大きく変動する。したがって、トランスミッション入力軸６１の回転数Ｎ１にギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を一致させる速度調整を行い、変速ショックを小さくする必要がある。また、前述のように、ホイールローダ２００は頻繁に加減速を繰り返す作業モードが多く、変速時間は極力短くする必要が生じる。

本発明は上記のような課題を解決するために生まれたものであり、変速時において電動機７の回転数制御に加えてエンジンの回転力を利用して電動機７の回転数を素早く変化させるものである。以下、本発明の一実施例を説明する。

本実施例では、モータ駆動モードにおいてトランスミッション３３の変速段を切り替える際に、ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結して、エンジン１の回転軸６２の回転数Ｎ２と、動力源である電動機７の回転軸６４の回転数Ｎ４との回転数差を利用して、電動機７の回転軸６４の回転数Ｎ４を素早く変化させて、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を、変速時に必要なトランスミッション入力軸回転数Ｎ１に一致させ、変速段の切換時の変速ショックを抑止する。

図４は、図２に示すエンジン１とトランスミッション３３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は、変速段毎にトランスミッションクラッチＣ２を備えており、変速段の切換時には過渡的に半クラッチ（半締結）状態が発生する。

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の間は一体に回転可能な１軸の状態となる。また、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の間はそれぞれが独立して回転可能な３つの軸の状態となり、回転数も３つになる。

図４に示すように、トランスミッションクラッチＣ２よりも車輪１８側（出力側）のトランスミッション入力軸回転数をＮ１（第１回転数）とし、エンジン回転数をＮ２（第２回転数）とし、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との間の回転軸の回転数（トランスミッションクラッチＣ２よりもギヤボックス３１側（入力側）のギヤボックス出力軸６３の回転数）をＮ３（第３回転数）とし、電動機回転軸回転数をＮ４とする。

例えばモータ駆動モードで走行中に車速が上がり、トランスミッション３３の変速段をシフトアップする場合に、トランスミッションクラッチＣ２が解放され、トランスミッション入力軸回転数Ｎ１が変化する。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、ギヤ比に応じてトランスミッション入力軸６１の回転数Ｎ１が変わる。例えば、２速（ギヤ比２）から３速（ギヤ比１）にアップシフトした場合に、トランスミッション入力軸６１の回転数Ｎ１は、２０００ｒｐｍから１０００ｒｐｍに急激に変化することになる。

従来のトルクコンバータを搭載した車両（以下、トルコン車）では、変速する場合に、トルコンの流体継ぎ手の滑りにより速度変化を吸収し、エンジン１に対して急激な速度変化が加わらない構造となっている。トルコン車は、このトルコンの滑りによる速度比を利用して、トルクを発生して走行しており、トルコンの入力軸と出力軸は走行負荷の大きさによって、その速度差が変動する。

これに対して、本実施形態の駆動システム（図２）では、トルクコンバータを搭載しておらず、エンジン１から車輪１８に至るまで、ギヤなどの機械的な係合のみで動力が伝達されている。したがって、トランスミッション３３で変速段の切り替えによりギヤ比が変わったときには、エンジン１の回転軸６２または電動機７の回転軸６４とトランスミッション入力軸６１と間の回転数差を吸収できる機構がない。したがって、回転数差が大きい状態でトランスミッションクラッチＣ２を締結するとショックが発生する可能性があり、この回転数差を積極的に調整する手段が必要である。

ここで、制御装置１００の詳細について説明する。図５は、制御装置１００内に構成される変速制御の機能ブロック図である。

変速制御部５０は、図５に示すように、変速マップ５１、変速判断部５２、クラッチフラグ生成部５３、クラッチ比例弁電流指令生成部５４、締結解放判断部５５、ＴＭ入力軸回転数調整部５６、エンジン回転数指令生成部５７、およびクラッチ比例弁ドライバ５８を備えている。

変速マップ５１には、現在の車速、エンジントルク、およびモータトルクが入力される。そして、変速マップ５１において、予め決めた回転数・トルクに基づいてアップシフト／ダウンシフトフラグとロックアップ／モータ駆動フラグが生成される。

変速／駆動方法ステートマシンである変速判断部５２では、アップシフト／ダウンシフトフラグと、ロックアップ／モータ駆動フラグと、前進・後進・ニュートラルを決めるFNR信号とに基づいて、変速段とロックアップ可否を決定する。図５において、例えばF2は前進・2速・モータ駆動、F2Lは前進・2速・ロックアップを示している。

クラッチフラグ生成部５３は、変速判断部５２で決定した変速段とロックアップ情報からクラッチフラグを生成する。クラッチ比例弁電流指令生成部５４は、生成されたクラッチフラグに基づいてクラッチ比例弁電流指令を生成し、クラッチ比例弁ドライバ５８に指令する。

変速中は、締結解放判断部５５により、各クラッチにおける締結完了／締結中（半締結）／解放中（半締結）／解放完了／初期充填中／初期充填完了の各状態を判断し、このクラッチ状態に応じてTM入力軸回転数調整部５６により、モータ制御方法の切り替えとモータ速度制御時の回転数をモータ制御コントローラに指令する。エンジン回転数指令生成部５７は、アクセル開度とロックアップ／モータ駆動フラグに基づいてエンジン回転数を演算し、エンジン回転数指令を出力する。

図５に、制御装置１００に設けられる変速制御部５０の構成を示す。変速時においては、自動変速の場合は変速マップ５１を用い、手動変速の場合はＤｏｗｎ信号により、変速段を上げる（Ｕｐ）の信号を生成し、Ｕｐ信号により変速段を下げる（Ｄｏｗｎ）の信号を生成する。

このUp/Down信号により、変速判断部５２において変速段を決定する。本実施形態のホイールローダ２００は、トランスミッション３３の変速段を２段にシフトした状態で発進する、２速発進を想定している。変速判断部５２は、発進状態でＵｐ信号が１回発生した場合に２速から３速にアップシフト、Ｄｏｗｎ信号が１回発生した場合に２速から１速にダウンシフトする。さらに、変速判断部５２で決定した変速段情報から、クラッチフラグ生成部５３においてトランスミッションクラッチＣ２の組み合わせを決定する。クラッチ比例弁電流指令生成部５４では、クラッチフラグ生成部５３でOnフラグとなったトランスミッションクラッチＣ２の電流指令を生成し、クラッチ比例弁ドライバ５８に指令する。

TM（トランスミッション）入力軸回転数調整部５６では、電動機７の制御モードの切り替えと、電動機７への回転数を指令する。ここで電動機７の回転軸６４の回転数Ｎ４と回転数目標値の偏差が一定値以下となった場合に速度調整完了フラグをOnとして、クラッチ比例弁の電流指令を最大値まで上昇させる。なお、上記の回転数目標値は、変速後のトランスミッション入力軸回転数に相当する。

図６は、モータ駆動モードにおいてロックアップクラッチＣ１を締結または半締結してギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を調整（上述の速度調整）する実施例を示す。本実施例では、回転数目標値である変速後のトランスミッション入力軸回転数Ｎ１と、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３との回転数差を小さくするために、ロックアップクラッチＣ１を利用する。

具体的には、モータ駆動モードにおいて、トランスミッション３３の変速段を切り替える際に、ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結させる。これにより、電動機７の回転軸６４とエンジン１の回転軸６２とを間にギヤボックス３１を介して連結させる。そして、電動機７の回転動力とエンジン１の回転動力とをバランスさせて、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を調整する。そして、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３と変速後のトランスミッション入力軸回転数Ｎ１との回転数差を一定値未満に調整した状態で、トランスミッションクラッチＣ２を締結する。

例えばエンジン１の回転軸６２のエンジン回転数Ｎ２が電動機回転軸回転数Ｎ４より小さいときにロックアップクラッチＣ１を締結または半締結させることにより、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を減少させることができる。その際、エンジン１の回転軸６２のエンジン回転数Ｎ２は上昇される。反対に、エンジン１のエンジン回転数Ｎ２が電動機回転軸回転数Ｎ４よりも大きいときにロックアップクラッチＣ１を締結または半締結させることにより、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を増加させることができる。その際、エンジン１の回転軸６２のエンジン回転数Ｎ２は減少される。

図７に、本実施形態におけるギヤボックス出力軸回転数Ｎ３の調整を実現するための変速タイミングの一例を示す。図７は、トランスミッション３３の変速段を２速から３速にシフトアップする場合におけるエンジン回転数Ｎ２と、トランスミッションクラッチＣ２のクラッチ圧（以下、ＴＭクラッチ圧）Ｐ_ＴＭと、ロックアップクラッチＣ１のクラッチ圧Ｐ_ＬＵと、電動機回転軸回転数Ｎ４との関係を示す。

まず、トランスミッション３３の変速段をシフトアップする場合の制御について説明する。シフトアップの場合、変速後のトランスミッション入力軸回転数Ｎ１は、変速前よりも回転数が低下する。したがって、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を下げてからトランスミッションクラッチＣ２を締結する必要がある。

制御装置１００は、電動機回転軸回転数Ｎ４とエンジン回転数Ｎ２との回転数差を利用してギヤボックス出力軸回転数Ｎ３の速度調整を行う。制御装置１００は、トランスミッション３３の変速段をシフトアップする場合、エンジン回転数Ｎ２を目標エンジン回転数まで事前に下げておく。たとえば、このとき、エンジンの排気ブレーキを利用することで、よりいち早くエンジン回転を落とすことも可能である。そして、ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結させる。

トランスミッション３３の変速開始によって、ＴＭクラッチ圧Ｐ_ＴＭは、例えば変速前に締結されていた２速クラッチの圧力Ｐ_ＴＭ２が減少し始めると同時に、変速後に締結する３速クラッチＰ_ＴＭ３の圧力が上昇し始める。２速クラッチの圧力Ｐ_ＴＭ２が一定の値以下となると、トランスミッション入力軸６１側へのトルク伝達が減少し、ニュートラル（半クラッチ）区間（ｔ１－ｔ２）となる。ニュートラル区間（ｔ１－ｔ２）においてトランスミッション入力軸６１に回生制動の動力を伝達しても、トランスミッション出力軸への影響は小さいため、このニュートラル区間（ｔ１－ｔ２）においてロックアップクラッチＣ１を締結する。

ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結すると、ギヤボックス出力軸６３を介して電動機７の回転軸６４とエンジン１の回転軸６２とが連結され、電動機７の回転動力とエンジン１の回転動力とがバランスして互いに釣り合う回転数に収束する。したがって、電動機７の回転軸６４に連結されているギヤボックス出力軸６３の回転数Ｎ３を迅速に低下させることができる。そして、変速後のトランスミッション入力軸６１の回転数との回転数差が一定値未満となる回転数までギヤボックス出力軸６３の回転数Ｎ３を低下させてからトランスミッションクラッチＣ２を締結する。

本実施形態によれば、モータ駆動モードにおいてトランスミッション３３の変速段をシフトアップする際に、ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結させることにより、電動機７の回転動力とエンジン１との回転動力がバランスして互いに釣り合う回転数に収束させ、電動機７の回転軸６４に連結されているギヤボックス出力軸６３の回転数Ｎ３を迅速に低下させることができる。したがって、変速後のトランスミッション入力軸６１とギヤボックス出力軸６３との間の回転数差を減少させる速度調整時間を短縮することができ、作業中に駆動トルクが途切れないようにすることができ、車両の乗り心地性と動力性能の向上を図ることができる。そして、ギヤボックス出力軸６３の回転数と変速後のトランスミッション入力軸６１の回転数との回転数差が一定値未満となった状態でトランスミッションクラッチＣ２を締結するので、締結の際に、変速ショックが発生するのを防ぐことができる。

なお、ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結したときに、エンジン１に加えられている負荷が小さいと、電動機７の回転動力によってエンジン回転数Ｎ２が上昇してしまい、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を低下させる効果が小さくなることが考えられる。その場合には、エンジン１にさらなる負荷を加えてエンジン回転数Ｎ２の上昇を抑えることが有効である。たとえば、ロックアップクラッチＣ１の締結または半締結に合わせて発電機５の発電量を増加させ、その発電電力を熱抵抗器２６で消費すること、あるいは、油圧ポンプ９の傾転を制御して流量を増加させることでエンジン１の負荷を増加させて、エンジン回転数Ｎ２の上昇を抑制することが可能である。さらにこれら２つの方式を同時に実施し、より大きな負荷をエンジン１に与えてもよい。ただし、エンジン１に負荷をかけ過ぎた場合に、燃費が悪化してしまったり、エンストしてしまうことも考えられるため、変速のフィーリングに応じて負荷の大きさを調整することが必要である。

上述のように、ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結してエンジン１によるトランスミッション入力軸６１の速度を調整する方式は、シフトダウン時にも適用可能である。シフトダウン時においては、前述の実施例（ソフトアップ）のようにエンジン回転数を減少させる制御ではなく、反対に増加させる制御が必要となる。特に登坂時や掘削時の際、駆動トルクが必要なシーンでシフトダウンする場合には、迅速に変速動作を終了させ、変速に伴う駆動トルクの減少を最小限に抑制する必要がある。このように変速（シフトダウン）が判断された場合は動力が必要である故、エンジン回転が高くなっている場合が多く、直接ロックアップクラッチを繋ぐことで、エンジン回転によるトランスミッション入力軸回転数を上昇させることが可能となる。

トランスミッション３３の変速段をシフトダウンする場合の制御について詳細に説明する。トランスミッション３３では、例えば上り坂を上るため、あるいは、整地作業するために、シフトダウンされる。シフトダウンの場合、変速後のトランスミッション入力軸回転数Ｎ１は、変速前よりも回転数が増加する。したがって、ギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を上げてからトランスミッションクラッチＣ２を締結する必要がある。

制御装置１００は、例えばトランスミッション３３の変速段を２速から１速にシフトダウンする場合、エンジン回転数Ｎ２を目標エンジン回転数まで事前に上げておき、次いでロックアップクラッチＣ１を締結または半締結させる。ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結すると、ギヤボックス出力軸６３を介して電動機７の回転軸６４とエンジン１の回転軸６２とが連結され、電動機７の回転動力とエンジン１の回転動力とがバランスして互いに釣り合う回転数に収束する。したがって、電動機７の回転軸６４に連結されているギヤボックス出力軸６３の回転数Ｎ３を迅速に上昇させることができる。そして、変速後のトランスミッション入力軸６１の回転数との回転数差が一定値未満となる回転数までギヤボックス出力軸６３の回転数Ｎ３を上昇させてからトランスミッションクラッチＣ２を締結する。

本実施形態によれば、モータ駆動モードにおいてトランスミッション３３の変速段をシフトダウンする際に、ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結させることにより、電動機７の回転動力とエンジン１との回転動力がバランスして互いに釣り合う回転数に収束させ、電動機７の回転軸６４に連結されているギヤボックス出力軸回転数Ｎ３を短時間で迅速に上昇させることができる。したがって、変速後のトランスミッション入力軸６１とギヤボックス出力軸６３との間の回転数差を減少させる速度調整時間を短縮することができ、作業中に駆動トルクが途切れないようにすることができ、車両の乗り心地性と動力性能の向上を図ることができる。そして、ギヤボックス出力軸６３の回転数と変速後のトランスミッション入力軸６１の回転数との回転数差が一定値未満となった状態でトランスミッションクラッチＣ２を締結するので、締結の際に、変速ショックが発生するのを防ぐことができる。特に登坂時や掘削時の際、駆動トルクが必要なシーンでシフトダウンする場合には、迅速に変速動作を終了させることができ、変速に伴う駆動トルクの減少を最小限に抑制することができる。

＜第二実施形態＞
図８は、第二実施形態の作業車両の構成を説明する図であり、第一実施形態の図６に対応する図である。本実施形態において特徴的なことは、ロックアップクラッチＣ１とモータ回生トルクを利用して変速時の電動機回転軸回転数Ｎ４を調整することである。

制御装置１００は、トランスミッション３３の変速段をシフトアップする際に、ロックアップクラッチＣ１を締結又は半締結するとともに、電動機７の回生制動を行い、電動機７の回転軸６４の回転数を低下させる。そして、トランスミッション入力軸６１の回転数Ｎ１と電動機７の回転軸６４の回転数Ｎ４との回転数差が一定値未満の状態で、トランスミッションクラッチＣ２を締結させる。

トランスミッション入力軸６１の回転動力は、図６で示したように、エンジン１への伝達動力と電動機７を介して熱抵抗器２６（図２参照）で消費される動力となる。そのため第一実施形態よりもさらに短時間でトランスミッション３３の変速を行うことができる。

図９に、上記変速における電動機回生時のN-T特性を示す。
電動機７には、駆動範囲として定格が設定されている。定格は、トルクと回転数によって規定されており、本実施形態では、連続定格と、連続定格よりも大きい短時間定格と、短時間定格よりも大きい瞬時定格とが予め設定されている。制御装置１００は、所定の変速段で走行しているときは短時間定格の範囲または連続定格の範囲内で電動機７を駆動する。そして、トランスミッション３３の変速段を切り替えるときのみ瞬時定格まで駆動範囲を広げる。

ホイールローダ２００が平地走行中に電動機７による回生ブレーキをかけて減速する場合、電動機７は、概ね連続定格の範囲内で動作する。また、ホイールローダ２００で下り坂を下る降坂時の動作時は、現在の車体慣性力に勾配θと車体重量Mに応じた重力加速度が加わるため、電動機７は短時間定格範囲内で動作し、さらに大きな動力が要求されても短時間定格内で動作するように制限がかけられる。

一方、本実施形態において対象とする変速動作の場合は、おおよそ1秒未満の動作であるため、電動機７の熱許容温度を高く設定できる。短時間定格より大きな瞬時定格で回生トルクを出力するため、より短時間で電動機の回転軸の回転数を調整することができる。

以上説明したように、本発明によれば、変速におけるシフトアップ時に、ロックアップクラッチＣ１を締結または半締結し、エンジン１によるトランスミッション入力軸６１の減速、さらに電動機７の瞬時定格領域を使用した回生トルクの利用による電動機回転軸６４の減速により短時間での変速動作を実現することができる。

なお、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を蓄電装置としても実現可能である。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやす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されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ エンジン
５ 発電機
６ インバータ
７ 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 変速制御部
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（トランスミッション入力軸回転数）
Ｎ２ 第２回転数（エンジン回転数）
Ｎ３ 第３回転数（電動機の回転軸の回転数）

Claims (5)

1. エンジンと、該エンジンの動力で発電する発電機と、該発電機から供給される電力で駆動する電動機と、前記エンジンまたは前記電動機の動力を車輪に伝達する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との間に設けられるロックアップクラッチと、前記エンジンと前記発電機と前記電動機と前記トランスミッションと前記ロックアップクラッチを制御する制御装置と、を備えた作業車両であって、
   前記電動機には、駆動範囲として連続定格と短時間定格と瞬時定格が予め設定されており、
   前記制御装置は、前記ロックアップクラッチを解放して前記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において、前記トランスミッションの変速段を切り替える際に、エンジン回転数を目標エンジン回転数に変更し、前記ロックアップクラッチを締結又は半締結させて前記エンジン回転数とのバランスにより前記電動機の回転軸の回転数を調整し、前記トランスミッションの入力軸の回転数と前記電動機の回転軸の回転数との回転数差が一定値未満の状態で、前記トランスミッションのクラッチを締結し、
   前記制御装置は、前記トランスミッションの変速段をシフトアップする際に、前記エンジン回転数を回転数目標値であるシフトアップ後のトランスミッション入力軸回転数よりも下げて、前記ロックアップクラッチを締結または半締結し、前記ロックアップクラッチを締結または半締結する前よりも前記電動機の回転軸の回転数を低下させて、前記トランスミッションの入力軸の回転数と前記電動機の回転軸の回転数との回転数差が一定値未満の状態で、前記トランスミッションのクラッチを締結し、
   前記制御装置は、所定の変速段で走行しているときは前記短時間定格の範囲と前記連続定格の範囲内で前記電動機を駆動し、前記トランスミッションの変速段を切り替えるときのみ前記瞬時定格まで駆動範囲を広げることを特徴とする作業車両。
2. 前記制御装置は、前記トランスミッションの変速段をシフトアップする際に、前記電動機の回生制動によって、前記電動機の回転軸の回転数を低下させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
3. 前記発電機および前記電動機に電気的に接続される熱抵抗器、もしくは蓄電装置を備え、
   前記制御装置は、前記トランスミッションの変速段をシフトアップする際に、前記発電機の負荷を増加させ、前記発電機で発生した回生エネルギを前記熱抵抗器もしくは前記蓄電装置に供給することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
4. 前記エンジンによって駆動される油圧ポンプを備え、
   前記制御装置は、前記トランスミッションの変速段をシフトアップする際に、前記油圧ポンプの負荷を増加させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
5. 前記制御装置は、前記トランスミッションの変速段をシフトダウンする際に、前記エンジン回転数を回転数目標値であるシフトダウン後のトランスミッション入力軸回転数よりも上げて、前記ロックアップクラッチを締結または半締結し、前記ロックアップクラッチを締結または半締結する前よりも前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記トランスミッションの入力軸の回転数と前記電動機の回転軸の回転数との回転数差が一定値未満の状態で、前記トランスミッションのクラッチを締結することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。