(57)【要約】【課題】本発明の課題は、逆行によるモータの過回転を容易に防止することができる作業車両及びその制御方法を提供することにある。【解決手段】要求牽引力決定部は、要求牽引力特性に基づいて出力回転速度に対応する要求牽引力を決定する。指令トルク決定部は、要求牽引力が得られるように、モータへの指令トルクを決定する。逆行判定部は、前後進操作部材の位置に対応する進行方向と逆方向への車速が所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定する。牽引力補助部は、車両が逆行していると判定されたときに、牽引力補助制御を実行する。牽引力補助部は、牽引力補助制御において、前後進操作部材の位置に対応する進行方向への要求牽引力を増大させる。【選択図】図９
2015113064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
少なくとも前進位置と後進位置とに選択的に切り換えられ、車両の前進と後進とを切り換えるための前後進操作部材と、
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、
車速を検出する車速検出部と、
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、
を有し、
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回転速度比を変化させるように構成されており、
前記制御部は、
前記動力伝達装置の前記出力軸の回転速度である出力回転速度と、要求牽引力との関係を規定しており、前記アクセル操作部材の前記操作量の増大に応じて前記要求牽引力が増大するように設定される要求牽引力特性を記憶する記憶部と、
前記要求牽引力特性に基づいて前記出力回転速度に対応する前記要求牽引力を決定する要求牽引力決定部と、
前記要求牽引力が得られるように、前記モータへの指令トルクを決定するモータ指令決定部と、
前記前後進操作部材の位置に対応する進行方向と逆方向への車速が所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定する逆行判定部と、
前記車両が逆行していると判定されたときに、前記前後進操作部材の位置に対応する進行方向への前記要求牽引力を増大させる牽引力補助制御を実行する牽引力補助部と、
を有する、
作業車両。
【請求項２】
前記モータは、前記遊星歯車機構の第１の回転要素に接続される第１モータであり、
前記動力伝達装置は、前記遊星歯車機構の第２の回転要素に接続される第２モータを更に有し、
車速が０であるときに、前記第２モータの回転速度は、前記第１モータの回転速度よりも大きく、
前記車両が逆行しているときには、前記逆方向への車速が増大するほど前記第２モータの回転速度が増大し、
前記モータ指令決定部は、前記要求牽引力が得られるように、前記第１モータへの指令トルクと前記第２モータへの指令トルクとを決定する、
請求項１に記載の作業車両。
【請求項３】
前記モータを補助するための補助モータと、
前記補助モータが前記モータを補助する状態と補助しない状態とを切り換えるためのモータ切換機構と、
車両の傾斜角を検出する傾斜角検出部と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記傾斜角が所定の角度閾値以上であるか否かを判定するモータ補助判定部と、
前記傾斜角が所定の角度閾値以上であるときに前記モータ切換機構を制御して前記補助モータが前記モータを補助する状態とするモータ切換制御部と、
をさらに有する、
請求項１又は２に記載の作業車両。
【請求項４】
前記牽引力補助制御において、前記牽引力補助部は、前記逆方向への車速の増大に応じて前記要求牽引力を増大させる、
請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
【請求項５】
前記牽引力補助制御の開始から、前記逆方向への車速が所定の速度範囲以内であるときには、前記逆方向への車速が、所定の速度範囲より大きいときよりも、前記要求牽引力を緩やかに増大させる、
請求項４に記載の作業車両。
【請求項６】
前記逆行判定部は、前記前後進操作部材の位置が前記前進位置であり、後方への車速が前記所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定する、
請求項１から５のいずれかに記載の作業車両。
【請求項７】
前記逆行判定部は、前記前後進操作部材の位置が前記後進位置であり、前方への車速が前記所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定する、
請求項１から６のいずれかに記載の作業車両。
【請求項８】
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、
少なくとも前進位置と後進位置とに選択的に切り換えられ、車両の前進と後進とを切り換えるための前後進操作部材と、
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、
車速を検出する車速検出部と、
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、
を有し、
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回転速度比を変化させるように構成されており、
前記動力伝達装置の前記出力軸の回転速度である出力回転速度と、要求牽引力との関係を規定しており、前記アクセル操作部材の前記操作量の増大に応じて前記要求牽引力が増大するように設定される要求牽引力特性に基づいて、前記出力回転速度に対応する前記要求牽引力を決定するステップと、
前記要求牽引力が得られるように、前記モータへの指令トルクを決定するステップと、
前記前後進操作部材の位置に対応する進行方向と逆方向への車速が所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定するステップと、
前記車両が逆行していると判定されたときに、前記前後進操作部材の位置に対応する進行方向への前記要求牽引力を増大させる牽引力補助制御を実行するステップと、
を有する、
作業車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業車両、特にハイブリッド型の作業車両及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、エンジンからの駆動力とモータからの駆動力とによって走行するハイブリッド型の作業車両が提案されている。ハイブリッド型の作業車両の動力伝達装置として、例えば特許文献1では、HMT（油圧−機械式変速装置）、或いは、EMT（電気−機械式変速装置）が開示されている。
【０００３】
HMTは、遊星歯車機構と、遊星歯車機構の回転要素に接続される第1ポンプ／モータと第2ポンプ／モータとを有している。第1ポンプ／モータと第2ポンプ／モータとは、作業車両の走行状況に応じて、油圧モータ及び油圧ポンプのいずれかとして機能する。HMTは、これらのポンプ／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。
【０００４】
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る。すなわち、EMTは、第1ジェネレータ／モータと第2ジェネレータ／モータとを有する。第1ジェネレータ／モータと第2ジェネレータ／モータとは、作業車両の走行状況に応じて、電動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、これらのジェネレータ／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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006−329244号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
作業車両は、前後進操作部材を備えており、オペレータが前後進操作部材の位置を前進位置と後進位置とに切り換えることで、作業車両の前進と後進とが切り換えられる。すなわち、前後進操作部材が前進位置にあるときには作業車両は前進し、前後進操作部材が後進位置にあるときには作業車両は後進する。
【０００７】
しかし、作業車両の登坂中にオペレータがアクセルペダルを戻したとき、或いは、作業車両が坂道に停車中に、ブレーキペダルからアクセルペダルに踏み変えるときに、前後進操作部材の位置に対応する進行方向と逆方向に作業車両が進む状況（以下、「逆行」と呼ぶ）が生じることがある。
【０００８】
上述したハイブリッド型の作業車両では、逆行によって動力伝達装置の出力軸が回転すると、その回転はモータに伝達される。このため、一定以上の速度で作業車両が逆行すると、モータが過回転となりダメージを受ける可能性がある。
【０００９】
また、このような逆行は、オペレータがアクセル操作およびブレーキ操作を適切に行うことにより防止することができる。しかし、それには、ある程度の習熟した技量が必要であり、全てのオペレータにとって容易というわけではない。
【００１０】
本発明の課題は、逆行によるモータの過回転を容易に防止することができる作業車両及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一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、前後進操作部材と、アクセル操作部材と、アクセル操作量検出部と、車速検出部と、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。
【００１２】
制御部は、動力伝達装置を制御する。前後進操作部材は、車両の前進と後進とを切り換えるための部材であり、少なくとも前進位置と後進位置とに選択的に切り換えられる。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。車速検出部は、車速を検出する。
【００１３】
動力伝達装置は、入力軸と、出力軸と、歯車機構と、モータと、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。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回転速度比を変化させるように構成されている。
【００１４】
制御部は、記憶部と、要求牽引力決定部と、指令トルク決定部と、逆行判定部と、牽引力補助部と、を有する。記憶部は、要求牽引力特性を記憶している。要求牽引力特性は、出力回転速度と要求牽引力との関係を規定する。出力回転速度は、動力伝達装置の出力軸の回転速度である。要求牽引力特性は、アクセル操作部材の操作量の増大に応じて要求牽引力が増大するように設定される。要求牽引力決定部は、要求牽引力特性に基づいて出力回転速度に対応する要求牽引力を決定する。指令トルク決定部は、要求牽引力が得られるように、モータへの指令トルクを決定する。逆行判定部は、前後進操作部材の位置に対応する進行方向と逆方向への車速が所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定する。牽引力補助部は、車両が逆行していると判定されたときに、牽引力補助制御を実行する。牽引力補助部は、牽引力補助制御において、前後進操作部材の位置に対応する進行方向への要求牽引力を増大させる。
【００１５】
本態様に係る作業車両は、所定の速度閾値以上の車速で逆行すると、牽引力補助制御によって要求牽引力が増大される。これにより、逆行による車速が自動的に低減され、逆行によるモータの過回転を容易に防止することができる。
【００１６】
好ましくは、モータは、遊星歯車機構の第1の回転要素に接続される第1モータである。動力伝達装置は、遊星歯車機構の第2の回転要素に接続される第2モータをさらに有する。車速が0であるときに、第2モータの回転速度は、第1モータの回転速度よりも大きい。また、車両が逆行しているときには、逆方向への車速が増大するほど第2モータの回転速度が増大する。指令トルク決定部は、要求牽引力が得られるように、第1モータへの指令トルクと第2モータへの指令トルクとを決定する。この場合、第1モータにおいて回生されたエネルギーの一部を第2モータで消費し、当該エネルギーの他の一部をエンジンに戻すことができる。これにより、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００１７】
好ましくは、作業車両は、補助モータと、モータ切換機構と、傾斜角検出部と、をさらに備える。補助モータは、モータを補助するためのモータである。モータ切換機構は、補助モータがモータを補助する状態と補助しない状態とを切り換えるための機構である。傾斜角検出部は、車両の傾斜角を検出する。制御部は、モータ補助判定部と、モータ切換制御部と、をさらに有する。モータ補助判定部は、車両の傾斜角が所定の角度閾値以上であるか否かを判定する。モータ切換制御部は、車両の傾斜角が所定の角度閾値以上であるときにモータ切換機構を制御して補助モータがモータを補助する状態とする。
【００１８】
この場合、作業車両が急斜面上において逆行したときには、補助モータが第1モータを補助する。このため、急斜面上において、逆行を抑えるための牽引力を迅速に発生させることができる。
【００１９】
好ましくは、牽引力補助制御において、牽引力補助部は、逆方向への車速の増大に応じて要求牽引力を増大させる。この場合、逆行の速度が大きいほど、大きな牽引力を発生させることで、迅速に逆行を抑えることができる。
【００２０】
好ましくは、牽引力補助制御の開始から、逆方向への車速が所定の速度範囲以内であるときには、逆方向への車速が、所定の速度範囲より大きいときよりも、要求牽引力を緩やかに増大させる。この場合、牽引力補助制御の開始時での牽引力の大きな変動が抑えられる。これにより、作業車両にショックが発生することを抑えることができる。
【００２１】
好ましくは、逆行判定部は、前後進操作部材の位置が前進位置であり、後方への車速が所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定する。この場合、後方への逆行を容易に抑えることができる。
【００２２】
好ましくは、逆行判定部は、前後進操作部材の位置が後進位置であり、前方への車速が所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定する。この場合、前方への逆行を容易に抑えることができる。
【００２３】
本発明の他の態様に係る作業車両の制御方法は、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、前後進操作部材と、アクセル操作部材と、アクセル操作量検出部と、車速検出部と、を備える作業車両の制御方法である。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。
【００２４】
前後進操作部材は、車両の前進と後進とを切り換えるための部材であり、少なくとも前進位置と後進位置とに選択的に切り換えられる。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。車速検出部は、車速を検出する。
【００２５】
動力伝達装置は、入力軸と、出力軸と、歯車機構と、モータと、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。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回転速度比を変化させるように構成されている。
【００２６】
本態様に係る制御方法は、第1ステップと、第2ステップと、第3ステップと、第4ステップと、を有する。第1ステップでは、要求牽引力特性に基づいて出力回転速度に対応する要求牽引力を決定する。要求牽引力特性は、出力回転速度と要求牽引力との関係を規定する。出力回転速度は、動力伝達装置の出力軸の回転速度である。要求牽引力特性は、アクセル操作部材の操作量の増大に応じて要求牽引力が増大するように設定される。第2ステップでは、要求牽引力が得られるように、モータへの指令トルクを決定する。第3ステップでは、前後進操作部材の位置に対応する進行方向と逆方向への車速が所定の速度閾値以上となったときに、車両が逆行していると判定する。第4ステップでは、車両が逆行していると判定されたときに、牽引力補助制御を実行する。牽引力補助制御では、前後進操作部材の位置に対応する進行方向への要求牽引力を増大させる。
【００２７】
本態様に係る作業車両の制御方法は、所定の速度閾値以上の車速で逆行すると、牽引力補助制御によって要求牽引力が増大される。これにより、逆行による車速が自動的に低減され、逆行によるモータの過回転を容易に防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
作業車両において、逆行によるモータの過回転を容易に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る作業車両の側面図である。
【図２】作業車両の構成を示す模式図である。
【図３】動力伝達装置の構成を示す模式図である。
【図４】回転速度比に対する第1モータと第2モータとの回転速度の変化を示す図である。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】逆行判定部による逆行の判定処理を示す図である。
【図８】第1モータの回転速度とPゲインとの関係を示すグラフである。
【図９】牽引力補助制御による車速−牽引力特性を示す図である。
【図１０】図９における車速−牽引力特性の拡大図である。
【図１１】逆行時における第1モータと第2モータとの回転速度と車速との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
車体フレーム2には、作業機3および走行輪4,5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。
【００３２】
車体フレーム2には、運転室6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回動可能に取り付けられている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。PTO（Power Take Off）22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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、クラッチ制御弁38を介して後述する動力伝達装置24のクラッチCF, CR, CL, CH, Cm1, Cm2に供給される。
【００４２】
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。
【００４３】
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進行方向検出部として機能する。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。
【００４４】
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、前後進操作装置54（以下、「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と、を有する。
【００４５】
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。
【００４６】
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、作業機操作部材52aの操作量を検出する。
【００４７】
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。変速操作部材53aは、車速の上限を規定する速度範囲を選択するための部材である。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。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。
【００４８】
FR操作装置54は、前後進操作部材54a（以下、「FR操作部材54a」）と、前後進位置検出部54b（以下、「FR位置検出部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位置検出部54bは、FR操作部材54aの位置を検出する。FR位置検出部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。
【００４９】
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。なお、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。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。
【００５０】
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、作業車両1の減速力を操作することができる。ブレーキ操作検出部58bは、ブレーキ操作部材58aの操作量（以下、「ブレーキ操作量」と呼ぶ）を検出する。ブレーキ操作検出部58bは、ブレーキ操作量を示す検出信号を制御部27に出力する。なお、ブレーキ操作量として、ブレーキオイルの圧力が用いられてもよい。
【００５１】
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を制御するためのプログラム及びデータを記憶している。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、第3モータMG3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。
【００５６】
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, MG3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。
【００５７】
FR切換機構65は、前進用クラッチCF（以下、「FクラッチCF」と呼ぶ）と、後進用クラッチCR（以下、「RクラッチCR」と呼ぶ）と、図示しない各種のギアとを有している。FクラッチCFとR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。FクラッチCFへの作動油は、図2に示すクラッチ制御弁38によって制御される。RクラッチCRへの作動油は、クラッチ制御弁38によって制御される。クラッチ制御弁38は、制御部27からの指令信号によって制御される。
【００５８】
FクラッチCFの接続／切断とRクラッチCRの接続／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。詳細には、車両の前進時には、FクラッチCFが接続され、RクラッチCRが切断される。車両の後進時には、FクラッチCFが切断され、RクラッチCRが接続される。
【００５９】
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切換機構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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
Hi／Lo切換機構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）で切り換えるための機構である。このHi／Lo切換機構70は、Hiモード時に接続にされるHクラッチCHと、Loモード時に接続にされる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。
【００６３】
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、クラッチ制御弁38によって制御される。LクラッチCLへの作動油は、クラッチ制御弁38によって制御される。
【００６４】
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の回転軸Sm1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。
【００６５】
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の回転軸Sm2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。
【００６６】
第3モータMG3は、第1モータMG1と第2モータMG2とを補助する。第3モータMG3は、第1モータMG1及び第2モータMG2と同様の構成である。変速機構66は、モータ切換機構73を有しており、モータ切換機構73は、第3モータMG3による補助対象を、第1モータMG1と第2モータMG2とに選択的に切り換える。
【００６７】
詳細には、モータ切換機構73は、第1モータクラッチCm1と、第2モータクラッチCm2と、第1接続ギアGa1と、第2接続ギアGa2とを有する。第3モータMG3の回転軸Sm3には第3モータギアGm3が接続されており、第3モータギアGm3は、第1接続ギアGa1に噛み合っている。第1モータクラッチCm1は、第1モータMG1の回転軸Sm1と第1接続ギアGa1との接続及び切断を切り換える。第1接続ギアGa1は、第2接続ギアGa2と噛み合っている。第2モータクラッチCm2は、第2モータMG2の回転軸Sm2と第2接続ギアGa2との接続及び切断を切り換える。
【００６８】
第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2とは油圧式のクラッチである。各モータクラッチCm1, Cm2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。各モータクラッチCm1, Cm2への作動油は、クラッチ制御弁38によって制御される。
【００６９】
モータ切換機構73は、第3モータMG3を、第1接続状態と第2接続状態と切断状態とに切換可能である。第1接続状態では、第1モータクラッチCm1が接続され、且つ、第2モータクラッチCm2が切断される。すなわち、第1接続状態では、第3モータMG3は、第1モータMG1に接続され、第1モータMG1を補助する。第2接続状態では、第2モータクラッチCm2が接続され、且つ、第1モータクラッチCm1が切断される。すなわち、第2接続状態では、第3モータMG3は、第2モータMG2に接続され、第2モータMG2を補助する。切断状態では、第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2とが切断される。すなわち切断状態では、第3モータMG3は第1モータMG1と第2モータMG2との何れからも切断されており、第1モータMG1と第2モータMG2との何れも補助しない。
【００７０】
第1モータMG1は第1インバータI1を介してキャパシタ64に接続されている。第2モータMG2は第2インバータI2を介してキャパシタ64に接続されている。第3モータMG3は第3インバータI3を介してキャパシタ64に接続されている。
【００７１】
キャパシタ64は、モータMG1, MG2, MG3で発生す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の合計発電量が多いときに、各モータMG1, MG2, MG3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MG1, MG2, MG3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MG1, MG2, MG3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蓄電手段として用いられてもよい。また、蓄電手段とインバータとの間に、電圧を調整するための昇圧器が配置されてもよい。
【００７２】
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, MG3への指令トルクを示す指令信号を各インバータI1, I2, I3に与える。なお、制御部27は、モータMG1, MG2, MG3の回転速度指令を出力してもよい。この場合、インバータI1, I2, I3が回転速度指令に応じた指令トルクを計算して、モータMG1, MG2, MG3を制御する。また、制御部27は、各クラッチCF, CR, CH, CL, Cm1, Cm2のクラッチ油圧を制御するための指令信号をクラッチ制御弁38に与える。クラッチ制御弁38は、各クラッチCF, CR, CH, CL, Cm1, Cm2を制御するための複数のバルブを含む。
【００７３】
制御部27からの指令信号によってモータMG1, MG2, MG3及びクラッチCF, CR, CH, CL, Cm1, Cm2が制御されることにより、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。
【００７４】
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、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。エンジン21の回転速度が一定である場合には、動力伝達装置24の回転速度比に応じて車速が変化する。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、動力伝達装置24の回転速度比の変化は、車速の変化に一致する。すなわち、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。図4において、一点差線La_m1は第1モータMG1の回転速度、一点差線La_m2は第2モータMG2の回転速度を示している。なお、図4において、縦軸の各モータMG1, MG2,の回転速度は、エンジン21の回転速度に対する各モータMG1, MG2の回転速度の比であってもよい。
【００７５】
回転速度比が0から所定の閾値RSth1までの間の値であるときには、動力伝達装置24の動力伝達経路はLoモードとされる。Loモードでは、LクラッチCLが接続され、HクラッチCHが切断される。Loモードでは、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が接続されるので、第2キャリアC2が固定される。
【００７６】
Loモードにおいては、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Loモードにおいては、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の一部は、キャパシタ64に蓄電される。
【００７７】
また、Loモードにおいては、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。この際、第1モータMG1を駆動するための電力は第2モータMG2から、或いは、必要に応じてキャパシタ64から供給される。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。
【００７８】
回転速度比がRSth1を超える値であるときには、動力伝達装置24の動力伝達経路がHiモードとされる。Hiモードでは、HクラッチCHが接続され、LクラッチCLが切断される。Hiモードでは、HクラッチCHが接続されているので、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が切断される。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。
【００７９】
Hiモードでは、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Hiモードでは、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で発電された電力の一部は、キャパシタ64に蓄電される。
【００８０】
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。この際、第2モータMG2を駆動するための電力は第1モータMG1から、或いは、必要に応じてキャパシタ64から供給される。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。
【００８１】
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。
【００８２】
なお、第3モータMG3は、作業車両1の状況に応じて、第1モータMG1又は第2モータMG2を補助する。制御部27は、作業車両1の状況に応じて、第3モータMG3による補助が必要か否かを判定する。制御部27は、第3モータMG3による補助が必要と判定した場合に、第3モータMG3を第1モータMG1又は第2モータMG2に接続する。制御部27が、第3モータMG3による補助が不要と判定した場合には、第3モータMG3を、第1モータMG1と第2モータMG2とのいずれにも接続せず、切断状態とする。
【００８３】
第3モータMG3が第1モータMG1を補助する場合には、第1モータクラッチCm1が接続され、第2モータクラッチCm2が切断される。従って、第1接続ギアGa1が第1モータMG1の回転軸Sm3に接続され、第2接続ギアGa2が第2モータMG2の回転軸Sm2から切断される。これにより、第3モータギアGm3と第1接続ギアGa1と第1モータクラッチCm1とを介して、第3モータMG3が第1モータMG1に接続される。また、第2モータクラッチCm2が切断されるので、第3モータMG3は第2モータMG2から切断される。
【００８４】
第3モータMG3が第2モータMG2を補助する場合には、第1モータクラッチCm1が切断され、第2モータクラッチCm2が接続される。従って、第2接続ギアGa2が第2モータMG2の回転軸Sm2に接続され、第1接続ギアGa1が第1モータMG1の回転軸Sm1から切断される。これにより、第3モータギアGm3と第1接続ギアGa1と第2接続ギアGa2と第2モータクラッチCm2とを介して、第3モータMG3が第2モータMG2に接続される。また、第1モータクラッチCm1が切断されるので、第3モータMG3は第1モータMG1から切断される。
【００８５】
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と第2モータMG2と第3モータMG3と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と第2モータMG2と第3モータMG3と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。
【００８６】
まず、第1モータMG1及び第2モータMG2への指令トルクの決定方法について説明する。図5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と、エネルギーマネジメント要求決定部85と、作業機要求決定部86と、を有する。
【００８７】
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を決定する要求牽引力決定部として機能する。詳細には、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。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。また、要求牽引力特性は、アクセル操作量Aacに応じて変更される。詳細には、要求牽引力特性は、アクセル操作量Aacが増大するほど要求牽引力が増大するように設定される。要求牽引力特性は、所定の車速−牽引力特性に対応している。トランスミッション要求決定部84は、アクセル操作量Aacに応じた要求牽引力特性を用いて、出力回転速度Noutから要求牽引力Toutを決定し、出力回転速度Noutと要求牽引力Toutとの積よりトランスミッション要求馬力Htmを決定する。
【００８８】
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馬力Hemを決定する。エネルギーマネジメント要求馬力Hemは、キャパシタ64を充電するために動力伝達装置24が必要とする馬力である。例えば、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、現在のキャパシタ充電量を決定する。エネルギーマネジメント要求決定部85は、現在のキャパシタ充電量が少なくなるほど、エネルギーマネジメント要求馬力Hemを大きくする。
【００８９】
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馬力Hptoを決定する。本実施形態において、作業機要求馬力Hptoは、作業機ポンプ23に分配される馬力である。ただし、作業機要求馬力Hptoは、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に分配される馬力を含んでもよい。詳細には、作業機要求決定部86は、要求流量情報D2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D2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とから作業機要求馬力Hptoを決定する。
【００９０】
制御部27は、目標出力軸トルク決定部82と、目標入力軸トルク決定部81と、モータ指令決定部83と、を有する。
【００９１】
目標出力軸トルク決定部82は、目標出力軸トルクTo_refを決定する。目標出力軸トルク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。目標出力軸トルク決定部82は、トランスミッション要求決定部84によって決定された要求牽引力Toutに基づいて、目標出力軸トルクTo_refを決定する。詳細には、要求牽引力Toutに所定の分配率を乗じることで、目標出力軸トルクTo_refを決定する。所定の分配率は、例えば、作業機要求馬力Hptoとトランスミッション要求馬力Htmとエネルギーマネジメント要求馬力Hemとの合計が、エンジン21からの出力馬力を超えないように設定される。
【００９２】
目標入力軸トルク決定部81は、目標入力軸トルクTe_refを決定する。目標入力軸トルク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。目標入力軸トルク決定部81は、トランスミッション要求馬力Htmとエネルギーマネジメント要求馬力Hemとに基づいて、目標入力軸トルクTe_refを決定する。詳細には、目標入力軸トルク決定部81は、トランスミッション要求馬力Htmに所定の分配率を乗じた値と、エネルギーマネジメント要求馬力Hemとを合算してエンジン回転速度Neを乗じることにより、目標入力軸トルクTe_refを算出する。なお、トランスミッション要求馬力Htmは、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。
【００９３】
モータ指令決定部83は、要求牽引力が得られるように、モータMG1,MG2への指令トルクを決定する。モータ指令決定部83は、目標入力軸トルクTe_refと目標出力軸トルク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軸トルクTe_refと目標出力軸トルク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。
【００９４】
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、モータ指令決定部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、モータ指令決定部83は、以下の数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。
［数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、モータ指令決定部83は、以下の数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。
［数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。
【００９５】
【表１】
2015113064.tif 000003
【００９６】
上述したように、第3モータMG3が第1モータMG1と第2モータMG2とのいずれにも接続されていない切断状態では、上述した指令トルクTm1_ref, Tm2_refが、それぞれモータMG1, MG2への指令トルクとなる。第3モータMG3が第1モータMG1に接続された状態では、指令トルクTm1_refを第1モータMG1と第3モータMG3とに分配した値が各モータMG1, MG3への指令トルクとなる。第3モータMG3が第2モータMG2に接続された状態では、指令トルクTm2_refを第2モータMG2と第3モータMG3とに分配した値が各モータMG2, MG3への指令トルクとなる。
【００９７】
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。制御部27は、エンジン要求決定部87と、要求スロットル決定部89とを有する。
【００９８】
エンジン要求決定部87は、作業機要求馬力Hptoとトランスミッション要求馬力Htmとエネルギーマネジメント要求馬力Hemとに基づいて、エンジン要求馬力Hdmを決定する。詳細には、エンジン要求決定部87は、作業機要求馬力Hptoとトランスミッション要求馬力Htmとエネルギーマネジメント要求馬力Hemとを合算することにより、エンジン要求馬力Hdmを決定する。
【００９９】
要求スロットル決定部89は、エンジン要求馬力Hdmと、アクセル操作量Aacとから、指令スロットル値Th_cmを決定する。要求スロットル決定部89は、記憶部56に記憶されているエンジントルク線Letとマッチング線Lmaとを用いて指令スロットル値Th_cmを決定する。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。マッチング線Lmaは、エンジン要求馬力Hdmから第1要求スロットル値を決定するための情報である。
【０１００】
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馬力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要求スロットル値と、アクセル操作量Aacに相当する第2要求スロットル値とのうち、小さい方を指令スロットル値Th_cmとして決定する。
【０１０１】
次に、制御部27によって実行される牽引力補助制御について説明する。牽引力補助制御は、作業車両1が一定速度以上の車速で逆行しているときに、FR操作部材54aの位置に対応する進行方向への要求牽引力を増大させることで逆行の車速を低減する制御である。なお、以下の説明において車速および回転速度の大小及び増減は、それぞれ絶対値の大小及び増減を意味するものとする。また、牽引力補助制御が行われていないときの牽引力の制御を通常制御と呼ぶ。図6に示すように、制御部27は、逆行判定部91と牽引力補助部92とを有する。
【０１０２】
逆行判定部91は、作業車両1が逆行しているか否かを判定する。図７は、逆行判定部91による逆行の判定処理を示す図である。図7は、FR操作部材54aの位置が前進位置である場合の判定処理を示している。従って、図７において横軸は、後進方向への車速に対応する第1モータMG1の回転速度Nm1を示している。図6に示すように、作業車両1は、モータ速度センサ59を有する。モータ速度センサ59は、第1モータMG1の回転速度と回転方向とを検出する。
【０１０３】
図7に示すように、第1モータMG1の回転速度Nm1が所定の第1閾値Nm1_th1以上であるときには、逆行フラグがONに設定される。逆行フラグがONであることは、作業車両1が逆行していると判定されていることを意味する。第1閾値Nm1_th1は、0よりも大きい。第1モータMG1の回転速度Nm1が第1閾値Nm1_th1以上の値から0まで減少したときには、逆行フラグがOFFに設定される。逆行フラグがOFFであることは、作業車両1が逆行していないと判定されていることを意味する。
【０１０４】
逆行の判定が行われる低速走行時には、動力伝達装置24はLoモードであり、第1モータMG1の回転速度が車速に対応している。このため、本実施形態では、車速に代えて第1モータMG1の回転速度によって逆行の判定を行っているが、直接的に車速を用いて逆行の判定が行われてもよい。
【０１０５】
FR操作部材54aの位置が後進位置である場合にも、上記と同様にして逆行の判定が行われる。すなわち、FR操作部材54aの位置が後進位置であるときに、前進方向への車速に対応する第1モータMG1の回転速度Nm1が第1閾値Nm1_th1以上であるときには、逆行フラグがONに設定される。そして、第1モータMG1の回転速度Nm1が第1閾値Nm1_th1以上の値から0まで減少したときには、逆行フラグがOFFに設定される。なお、FR操作部材54aの位置が前進位置である場合の第1閾値Nm1_th1と、後進位置である場合の第1閾値Nm1_th1とは異なる値であってもよい。
【０１０６】
以上の処理により、逆行判定部91は、FR操作部材54aの位置に対応する進行方向と逆方向への車速が所定の速度閾値以上となったときに、作業車両1が逆行していると判定する。以下の説明において、FR操作部材54aの位置に対応する進行方向を「FR位置方向」と呼ぶ。FR操作部材54aの位置に対応する進行方向と逆の方向を単に「逆方向」と呼ぶ。
【０１０７】
図6に示す牽引力補助部92は、逆行フラグがONであるとき、すなわち作業車両1が逆行していると判定されたときに、FR位置方向への要求牽引力を増大させる牽引力補助制御を実行する。また、牽引力補助部92は、逆行フラグがOFFであるとき、すなわち作業車両1が逆行していないと判定されたときには、牽引力補助制御を解除する。牽引力補助部92は、牽引力補助制御において、以下の数3式に示すようにP制御により補助牽引力dToutを決定する。
［数3］
dTout = Kp*Nm1
Nm1は、現在の第1モータMG1の回転速度である。現在の第1モータMG1の回転速度は、モータ速度センサ59からの信号から決定される。Kpは、Pゲインである。牽引力補助部92は、第1モータMG1の回転速度Nm1に応じてPゲインKpの値を変化させる。
【０１０８】
図8は、第1モータMG1の回転速度Nm1とPゲインKpとの関係を示すグラフである。図8に示すように、第1モータMG1の回転速度Nm1が0であるときには、PゲインKpは所定の第1定数k1である。第1モータMG1の回転速度Nm1が、0から所定の第2閾値Nm1_th2以下の範囲では、第1モータMG1の回転速度Nm1の増大に応じてPゲインKpは増大する。第1モータMG1の回転速度Nm1が第2閾値Nm1_th2より大きいときには、PゲインKpは所定の第2定数k2である。第2定数k2は第1定数k1より大きい。
【０１０９】
トランスミッション要求決定部84は、上述した通常制御時の要求牽引力Toutに補助牽引力dToutを加えることで、牽引力補助制御での要求牽引力Tout’を決定する。なお、本実施形態では、第1モータMG1の回転速度Nm1に基づいて補助牽引力dToutを決定しているが、上述したように、逆行の判定が行われる低速走行時には、第1モータMG1の回転速度は車速に対応しているため、車速に基づいて補助牽引力dToutが決定されてもよい。
【０１１０】
図9は、牽引力補助制御によって実現される車速−牽引力特性を示す図である。図9において横軸は車速を示している。図9において、車速0の位置から右方に向かうほど、FR位置方向への車速が増大するものとする。また、車速0の位置から左方へ向かうほど、逆方向への車速が増大するものとする。
【０１１１】
図9において、実線L_Toutは、通常制御においてアクセル操作量が0であるときの車速−牽引力特性を示している。実線L_Tout’は、牽引力補助制御での車速−牽引力特性を示しており、アクセル操作量は0である。図10は、逆方向の車速が0と第1速度閾値Vth1との間の範囲での要求牽引力Tout’を示す拡大図である。車速が0であるときの要求牽引力ToutはT0であり、要求牽引力特性情報D1では、逆方向への車速に対して、要求牽引力ToutはT0で一定である。このため、逆方向の車速が０以上且つ所定の第1速度閾値Vth1より小さいときには、牽引力はT0で一定である。なお、第1速度閾値Vth1は、上述した第1閾値Nm1_th1に対応する車速である。
【０１１２】
逆方向の車速が第1速度閾値Vth1以上になると、逆行判定部91は、作業車両1が逆行していると判定する。これにより、牽引力補助制御が開始されることで、実線L_Tout’で示すように、牽引力が通常制御時よりも増大する。
【０１１３】
また、図9において第2速度閾値Vth2は、上述した第2閾値Nm1_th2に対応する車速である。図8に示すように、第1モータMG1の回転速度Nm1が0から第2閾値Nm1_th2以下の範囲では、PゲインKpが第1モータMG1の回転速度Nm1の増大に応じて第1定数k1から第2定数k2の範囲で徐々に増大する。このため、図9に示すように、逆方向の車速が第1速度閾値Vth1から第2速度閾値Vth2以下の範囲では、逆方向の車速が第2速度閾値Vth2より大きいときよりも、牽引力が緩やかに増大する。
【０１１４】
逆方向の車速が第2速度閾値Vth2より大きいときには、PゲインKpは所定の第2定数k2である。これにより、逆方向の車速が第2速度閾値Vth2より大きいときには、逆方向の車速が第1速度閾値Vth1から第2速度閾値Vth2以下の範囲であるときよりも、牽引力が大きな傾きで増大する。
【０１１５】
牽引力補助制御による牽引力が、坂道において作業車両1を逆行させようとする力と釣り合う大きさT0’に達すると、逆方向の車速の増大がV3で止まり一定となる。この状態から、オペレータがアクセル操作部材51aを操作することでアクセル操作量が増大すると、牽引力が増大することによって、逆方向への車速が減少する。そして、車速が0に達したときに、牽引力補助制御が解除される。
【０１１６】
また、図6に示すように、作業車両1は、好ましくは傾斜角検出部74と、モータ補助判定部93と、モータ切換制御部94とを備えている。傾斜角検出部74は、例えば加速度センサであり、車両の傾斜角を検出する。モータ補助判定部93は、傾斜角が所定の第1角度閾値A1以上であるか否かを判定する。牽引力補助制御において、傾斜角が所定の第1角度閾値A1以上であるときには、モータ切換制御部94は、モータ切換機構73を制御して第3モータMG3を第1接続状態とする。これにより、第3モータMG3が、第1モータMG1に接続され、第1モータMG1を補助する状態となる。
【０１１７】
なお、傾斜角が所定の第1角度閾値A1以上の角度から所定の第2角度閾値A2以下の角度となったときには、モータ切換制御部94は、第3モータMG3を第1接続状態から切断状態に切り換える。第2角度閾値A2は、第1角度閾値A1より小さい。
【０１１８】
本実施形態に係る作業車両1は以下の特徴を有する。
【０１１９】
作業車両1が所定の第1速度閾値Vth1以上の車速で逆行すると、牽引力補助制御によって要求牽引力が増大される。これにより、逆行による車速が自動的に低減され、モータMG1,MG2の過回転を容易に防止することができる。
【０１２０】
特に、車速が0であるときに、第2モータMG2の回転速度は、第1モータMG1の回転速度よりも大きいため、逆行時には第2モータが過回転となりやすい。図11は、逆行時における第1モータMG1と第2モータMG2との回転速度と車速との関係を示すグラフである。なお、ここでの説明において回転速度の大小及び増減は、絶対値の大小及び増減を意味するものとする。
【０１２１】
逆行時には、逆方向への車速が増大するほど第2モータMG2の回転速度が増大する。このとき、第2モータMG2の回転方向と同方向への第1モータMG1の回転速度も増大するが、第2モータMG2の回転速度は、第1モータMG1の回転速度よりも大きい。このため、逆方向への車速が増大したときには、第2モータMG2の回転速度は第1モータMG1よりも先に過回転となる。本実施形態に係る作業車両1では、牽引力補助制御によって逆行による車速が自動的に低減されることで、第2モータMG2の過回転を容易に防止することができる。
【０１２２】
牽引力補助制御において、傾斜角が所定の第1角度閾値A1以上であるときには、第3モータMG3が第1モータMG1に接続される。従って、作業車両1が急斜面上において逆行したときには、第3モータMG3が第1モータMG1を補助する。このため、急斜面上において、逆行を抑えるための牽引力を迅速に発生させることができる。例えば、牽引力補助制御によって決定された要求牽引力Tout’が第1モータMG1の上限トルクよりも大きくても、第3モータMG3が第1モータMG1を補助することで、要求牽引力Tout’に対応するトルクを迅速に出力することができる。
【０１２３】
牽引力補助制御の開始から、逆方向への車速が所定の第2速度範囲Vth2以内であるときには、逆方向への車速が、所定の第2速度範囲Vth2より大きいときよりも、要求牽引力Tout’を緩やかに増大させる。このため、牽引力補助制御の開始時での牽引力の大きな変動が抑えられる。これにより、作業車両1にショックが発生することを抑えることができる。
【０１２４】
以上、本発明の一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。
【０１２５】
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と第2モータMG2と第3モータMG3とは、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と第3モータMG3とは、可変容量型のポンプ／モータであり、制御部27によって容量が制御される。
【０１２６】
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。遊星歯車機構の数は2つに限らない。例えば、動力伝達装置24は1つの遊星歯車機構を備えてもよい。
【０１２７】
第3モータMG3が省略されてもよい。この場合、上述した牽引力補助制御における第3モータMG3による第1モータMG1の補助が省略される。或いは、第2モータMG2が省略されてもよい。この場合、作業車両1は、1つのモータのみを備えてもよい。或いは、作業車両1は、第1モータMG1と、第3モータMG3すなわち補助モータのみを備えてもよい。
【０１２８】
上記の実施形態では、PゲインKpの大きさは第1モータMG1の回転速度に応じて変更されているが、第1モータMG1の回転速度によらず一定値であってもよい。
【０１２９】
上記の実施形態では、第1モータMG1の回転速度に基づいて作業車両1が逆行しているかの判定が行われているが、第1モータMG1の目標回転速度と第1モータMG1の現在の回転速度Nm1との偏差に基づいて作業車両1が逆行しているかの判定が行われてもよい。すなわち、上記の実施形態は目標回転速度が0である場合の例であるが、目標回転速度が0以外の値であってもよい。目標車速又は第1モータMG1の目標回転速度は、逆行による車速を減少させるための目標値が予め設定されており、記憶部56に記憶されている。
【０１３０】
上記の実施形態では、第1モータMG1の回転速度Nm1に基づいて補助牽引力dToutを決定しているが、第1モータMG1の目標回転速度と現在の第1モータMG1の回転速度Nm1との偏差に基づいて補助牽引力dToutを決定してもよい。すなわち、目標車速と現在の車速との偏差に基づいて補助牽引力dToutを決定してもよい。目標車速又は第1モータMG1の目標回転速度は、逆行による車速を減少させるための目標値が予め設定される。
【０１３１】
第1閾値Nm1_th1、或いは、第1速度閾値Vth1は、０であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明によれば、逆行によるモータの過回転を容易に防止することができる作業車両を提供することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
3…作業機, 21…エンジン, 23…作業機ポンプ, 25…走行装置25, 24…動力伝達装置, 37…車速検出部, 61…入力軸, 63…出力軸, 68…第1遊星歯車機構, 69…第2遊星歯車機構, 62…歯車機構, MG1…第1モータ, MG2…第2モータ, MG3…第3モータ, 27…制御部27, 51a…アクセル操作部材, 51b…アクセル操作検出部, 54a…FR操作部材, 56…記憶部, 73…モータ切換機構, 74…傾斜角検出部, 83…モータ指令決定部, 84…トランスミッション要求決定部, 91…逆行判定部, 92…牽引力補助部, 93…モータ補助判定部, 94…モータ切換制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015113064.tif 000008
【図６】
2015113064.tif 000009
【図７】
2015113064.tif 000010
【図８】
2015113064.tif 000011
【図９】
2015113064.tif 000012
【図１０】
2015113064.tif 000013
【図１１】
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