JP2019064451A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】速度段切換時にエンジンの振動を抑制して乗り心地を改善する。【解決手段】エンジンの動力により車輪を駆動するエンジン駆動モードと発電電動機をモータとして機能させ、発電電動機の動力により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を備えた作業車両であって、制御装置は、トランスミッションの変速時に、ロックアップクラッチを解放して駆動モードをモータ駆動モードに切り換えると共に、油圧回路上にて負荷を発生させることでエンジンの回転数を減速させ、トランスミッションの入力軸の回転数とエンジンの出力軸の回転数とが一致したときに、ロックアップクラッチを締結して駆動モードを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。【選択図】図６

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。

このようなホイールローダの一例として特許文献１には、「エンジンの出力軸とサンギヤとを結合又は切り離すエンジン切離クラッチを備え、蓄電器の蓄電量及び車速に基づいて、直結クラッチによりサンギヤとキャリア軸とを切り離すとともにエンジン切離クラッチによりエンジンの出力軸とサンギヤとを結合させてエンジン及び電動発電機によって発生したトルクによって走行させる第１の走行モード、又は直結クラッチによりサンギヤとキャリア軸とを結合させるとともにエンジン切離クラッチによりエンジンの出力軸と前記サンギヤとを切り離して電動発電機のみで走行させる第２の走行モードを設定する。」構成が開示されている（要約参照）。

特許文献１では、車速が低速と中速の場合には、モータ動力とエンジン動力を組み合わせて、蓄電器の蓄電量に基づいて、変速機の変速段の切り換えを制御する一方、車速が高速の場合には、直結クラッチを締結することにより、エンジン駆動のみで走行して、高効率に駆動することが可能となる。

特開２０１１−９３３４５号公報

特許文献１では、直結クラッチを締結し、速度段の切り換えを行った場合には、速度段切換時に変速機のギヤ比変更に応じた速度変更が生じるため、エンジンの振動が発生して、乗り心地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、作業車両において、速度段切換時にエンジンの振動を抑制して乗り心地を改善することにある。

上記課題を解決するために、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、前記エンジンの動力で駆動する油圧回路と、前記エンジンの動力により前記車輪を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、前記トランスミッションの変速時に、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、前記油圧回路上にて負荷を発生させることで前記エンジンの回転数を減速させ、前記トランスミッションの入力軸の回転数と前記エンジンの出力軸の回転数とが一致したときに、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の振動を抑制して乗り心地を改善することができる。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方法の説明図。 制御装置の機能ブロック図である。 速度段を切り換える際の駆動モードの切り換えの制御手順を示すフローチャート。 ホイールローダが２速モータ駆動モードから３速に変速する場合のエネルギの流れを示す図。 ホイールローダが２速モータ駆動モードから３速に変速する場合のエネルギの流れを示す図。 ホイールローダが２速モータ駆動モードから３速に変速する場合のエネルギの流れを示す図。 ホイールローダが２速モータ駆動モードから３速に変速する場合のエネルギの流れを示す図。 図７〜図１０に示す状態の変化を、横軸に時間、縦軸に各回転数を取って示した図である。 回生エネルギを油圧回路により消費する例を示す図。 回生エネルギを熱抵抗器により消費する例を示す図。 回生エネルギを車体慣性により消費する例を示す図。 回生エネルギを３相短絡ブレーキにより消費する例を示す図。 回生エネルギを排気装置により消費する例を示す図。

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１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、車体が屈曲して換向する。

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、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、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、ディフェレンシャルギヤ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、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３２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３４を介して連結されている。

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、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の出力軸の回転数を検出する回転数センサ４２、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、ギヤボックス３１の出力軸の回転数を検出する回転数センサ４４が設けられており、各回転数センサ４１，４２，４３，４４からの回転数信号は制御装置１００に入力される。

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の駆動モードを切り換える制御などを行う。

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３は図１に示すホイールローダ２００の油圧回路図である。図３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、リフトアームシリンダ１３およびバケットシリンダ１４（図１参照）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ステアリングシリンダ１２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３において、バケットシリンダ１４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では、圧油の流量が制限されて通過することにより、制動力に相当するエネルギが熱量として消費される。すなわち、この制動力が油圧ポンプ９に油圧負荷を与える。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（詳細後述）。なお、固定絞り３１０で発生する制動力に相当する熱は、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３２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、ロックアップクラッチ３２によって切り換える。ロックアップクラッチ３２が締結されている場合はエンジン駆動モードで、ロックアップクラッチ３２が解放されている場合はモータ駆動モードである。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、油圧作業部Ａ、発電電動機７の３相短絡ブレーキなどで消費する。

次に、ホイールローダ２００の駆動モードの切り換え方法について説明する。図４は、ホイールローダ２００の駆動モードの切り換え方法を説明するための図である。エンジン１は停止時にトルクを出力できず、またエンジン１は低速回転ができないため、速度段が１速（低速）では、ホイールローダ２００はモータ駆動モード（Ｍ）で走行する。２速、３速、４速へと速度段を切り換えた場合には、図４に示すようにそれぞれの速度段のギヤ比に応じてエンジン回転数が変化する。この速度段切換時（変速時）には、大きな回転数変化が生じるため、エンジン駆動モード（Ｅ）で速度段を切り換えた場合には、回転数変化により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している。なお、エンジン回転数の調整方法については後述する。

次に、制御装置１００の詳細について説明する。図５は制御装置１００の機能ブロック図である。車速センサからの車速、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、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３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、エンジン１の回転数を調整する。さらに、回生エネルギ消費制御部１５０は、エンジン１の回転数調整の際に得られる回生エネルギの消費方法を決定する（詳しくは後述）。

次に、制御装置１００による駆動モードの切り換えの制御手順について説明する。図６は、速度段を切り換える際の駆動モードの切り換えの制御手順を示すフローチャートである。ここで、図６に示す処理は制御装置１００により行われ、より具体的には図５に示す各部によって実行される。

図６に示すように、まず、速度段演算部１１０は、エンジン駆動モードまたはモータ駆動モードにおいて、車速センサからの車速、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を演算し、演算結果を速度段切換信号生成部１２０に出力する（ステップＳ１）。

速度段切換信号生成部１２０は、速度段の演算結果に基づいて、速度段切換信号を生成する。例えば、３速から４速に変速すべきと判断した場合には、速度段切換信号生成部１２０は、速度段を４速に変速するための速度段切換信号を生成する（ステップＳ２）。駆動モード切換部１３０に速度段切換信号が入力されると、駆動モード切換部１３０は、図４に示すように駆動モードを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（ステップＳ３）。

駆動モードがモータ駆動モードに切り換えられると、エンジン回転数制御部１４０は、トランスミッションクラッチ３４を解放して（ステップＳ４）、エンジン回転数が所望の値になるように制御する（ステップＳ５）。次いで、エンジン回転数制御部１４０は、回転数センサ４４（図１参照）から入力されるトランスミッション３３の入力軸回転数と、回転数センサ４２から入力されるエンジン回転数とが一致しているか否か判定する。一致していなければ（ステップＳ６／Ｎｏ）、ステップＳ５に戻って、トランスミッション３３の入力軸回転数とエンジン回転数とが一致するまで判定を繰り返す。一致していれば（ステップＳ６／Ｙｅｓ）、ステップＳ７においてエンジン回転数制御部１４０はトランスミッションクラッチ３４を締結するよう制御する。

次いで、駆動モード切換部１３０は、ロックアップクラッチ３２を締結するよう制御して（ステップＳ８）、駆動モードをモータ駆動モードからエンジン駆動モードに切り換えて（ステップＳ９）、処理を終了する。このように、本実施形態では、速度段を切り換える場合には、まず駆動モードをモータ駆動モードに切り換えたのち、エンジン回転数が速度段変更に適した回転数と一致してから駆動モードをエンジン駆動モードに切り換えるよう制御している。

図７〜図１０は、ホイールローダ２００が２速モータ駆動モードから３速に変速（シフトアップ）する場合のエネルギの流れを示す図である。図中の矢印の向きはエネルギの流れを示している。なお、図２に示す構成の一部は、図７〜１０において図示を省略している。

＜Ｓｔｅｐ（１）＞：２速モータ駆動モード
図７に示すように、２速モータ駆動モードでは、エンジン１の動力で発電機５を駆動して発電し、インバータ６，８で周波数変換を行い、発電電動機７をモータとして機能させ、その発電電動機７の駆動力をトランスミッション３３経由で車輪１８に伝達させて、ホイールローダ２００は走行している。なお、ロックアップクラッチ３２は解放されている。このとき、エンジン回転数はＮｅ、２速のモータ回転数（発電電動機７の回転数）はＮ２、２速のトランスミッション入力軸回転数はＮ２である。

＜Ｓｔｅｐ（２）＞：３速モータ駆動モード（発電電動機７の回転数調整）
図８に示すように、３速の速度段切換信号が入った場合には、トランスミッションクラッチ３４を解放し、発電電動機７の負荷を０にする。この状態で、発電電動機７を発電機として機能させ、２速の回転数Ｎ２を３速の回転数Ｎ３に速度変更（減速）させる。このとき、発電電動機７にて回生した電気エネルギは、熱抵抗器２６にて熱エネルギに変換されて消費される。すなわち、熱抵抗器２６にて制動力に相当する熱エネルギが消費されることで、発電電動機７をＮ２からＮ３に減速させている。

＜Ｓｔｅｐ（３）＞：３速モータ駆動モード（エンジン１の回転数調整）
図９に示すように、ロックアップクラッチ３２を締結し、発電電動機７とエンジン１とを接続する。これにより、エンジン回転数は、発電電動機７の回転数Ｎ３に支配されるため、Ｎ２からＮ３に減速される。この時、エンジン回転数を減速させるための制動力に相当する回生エネルギが発電機５を介して熱抵抗器２６にて消費される。

＜Ｓｔｅｐ（４）＞：３速エンジン駆動モード
図１０に示すように、エンジン１の回転数が発電電動機７の回転数と一致したところで、トランスミッションクラッチ３４を締結し、エンジン１の駆動力を車輪１８に伝達させる。これにより、３速でのエンジン駆動モードでのエンジン回転数はＮ３から加速するので、２速から３速へのスムーズな変速を実現できる。

図１１は、図７〜図１０で説明した状態の変化を、横軸に時間、縦軸に各回転数を取って示した図である。図中、（１）は図７の状態、（２）は図８の状態、（３）は図９の状態、（４）は図１０の状態にそれぞれ相当する。

（１）では、ホイールローダ２００は２速で発進し、その際、モータ駆動モードで走行しているので、エンジン１の出力軸の回転数Ｎｅは一定、発電電動機７の出力軸の回転数Ｎｍは時間の経過に伴って増加し、トランスミッション３３の入力軸の回転数Ｎｔｍも同様に時間の経過に伴って増加し、車軸の回転数Ｎｔは時間の経過に伴って徐々に増加する。

（２）では、エンジン１の出力軸の回転数Ｎｅは一定だが、トランスミッションクラッチ３４が解放され、発電電動機７が発電機として機能するため、発電電動機７の出力軸の回転数Ｎｍとトランスミッション３３の入力軸の回転数Ｎｔｍは時間と共に減少する。

（３）では、エンジン１とロックアップクラッチ３２が締結され、エンジン１の出力軸の回転数Ｎｅが時間と共に徐々に減少し、発電電動機７の出力軸の回転数Ｎｍと一致する。

（４）では、トランスミッションクラッチ３４が締結され、エンジン１の出力軸の回転数Ｎｅが時間の経過と共に増加すると、それに伴って、発電電動機７の出力軸の回転数Ｎｍ，トランスミッション３３の入力軸の回転数Ｎｔｍ、車軸の回転数Ｎｔが増加する。すなわち、３速に切り換わって、ホイールローダ２００は加速する。

次に、速度段切換時にエンジン１を減速させるために回生エネルギをどのように消費するかについて、いくつか具体例を挙げて説明する。なお、回生エネルギの消費の制御は制御装置１００の回生エネルギ消費制御部１５０により行われる。

＜油圧機器による回生エネルギの消費＞
図１２は、トランスミッション３３の変速時に生成される回生エネルギを油圧回路により消費する例を示している。図１２に示すように、エンジン１の動力は油圧ポンプ９及び各シリンダ１２，１３，１４に伝達され、油圧作業部Ａを駆動することで回生エネルギは消費される。すなわち、油圧回路上での油圧駆動により動力が消費されることにより負荷を発生させてエンジン１が減速し、エンジン１の回転数をトランスミッション３３の入力軸の回転数と一致させることができる。なお、油圧回路を駆動させて回生エネルギを消費する例として、リフトアーム２０１やバケット２０を作動させることのほかに、固定絞り３１０を用いて負荷掛けを行ったり、リリーフ弁３１５を作動させたりして回生エネルギを消費することができる。

＜熱抵抗器による回生エネルギの消費＞
図１３は、トランスミッション３３の変速時に生成される回生エネルギを熱抵抗器２６で消費する例を示している。図１３に示すように、エンジン１の減速時に発生する回生エネルギは、発電機５を経由して熱抵抗器２６で消費される。すなわち、熱抵抗器２６においてエンジン１の動力が熱に変換されることにより負荷を発生させて、エンジン１が減速する。これにより、エンジン１の回転数をトランスミッション３３の入力軸の回転数と一致させることができる。

＜回生エネルギの消費＞
図１４は、トランスミッション３３の変速時に生成される発電機５の回生エネルギを消費する例を示している。図１４に示すように、エンジン１の動力は、発電電動機７を加速させることで車体の運動エネルギとして消費される。すなわち、発電電動機７による加速がエンジン１の負荷となって、エンジン１は減速する。これにより、エンジン１の回転数をトランスミッション３３の入力軸の回転数と一致させることができる。

＜３相短絡ブレーキによる回生エネルギの消費＞
図１５は、トランスミッション３３の変速時に生成される回生エネルギを発電機５の３相短絡ブレーキにより消費する例を示している。図１５に示すように、エンジン１の動力は発電機５に伝達され、発電機５の３相短絡ブレーキによる銅損で消費している。すなわち、エンジン１は３相短絡ブレーキが負荷となって、減速する。これにより、エンジン１の回転数をトランスミッション３３の入力軸の回転数と一致させることができる。

＜排気ブレーキによる回生エネルギの消費＞
図１６は、トランスミッション３３の変速時に生成される回生エネルギを排気装置２７により消費する例を示している。図１６に示すように、エンジン１の排気管路には排気装置２７が設けられており、この排気装置２７は、排気ガスの流量を絞るための絞り装置２７ａを有している。この絞り装置２７ａで排気ガスの流量を絞って排気ブレーキを作動させることにより、エンジン１は、排気装置２７の排気抵抗が負荷となって、減速する。これにより、エンジン１の回転数をトランスミッション３３の入力軸の回転数と一致させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、速度段切換時にモータ駆動モードに切り換えてエンジン１の回転数とトランスミッション３３の入力軸とが一致するように調整した後に、エンジン駆動モードに切り換える構成としたことにより、エンジン１の速度段切換時の振動を抑制でき、乗り心地が改善する。また、スムーズな速度段切換が可能となるため、エンストの防止を図ることができる。

また、速度段切換時に生じる回生エネルギは、油圧回路、熱抵抗器２６、車体慣性、発電機５の３相短絡ブレーキ、排気装置２７等により消費できるため、バッテリを搭載していないホイールローダ２００であっても、速度段切換時の振動を抑制できる。

特に、油圧回路により回生エネルギを消費する場合（図１２）、例えばリフトアーム２０１を回生エネルギにより昇降動作させるなど、掘削作業の一部として回生エネルギを用いることで、エネルギの有効利用を図ることができる。特にホイールローダでは、加速しながらリフトアーム２０１を上昇させ、ダンプトラックへ土砂を積載する積込み作業を頻繁に行う。よって、ホイールローダ２００では、変速時の回生エネルギを油圧回路で消費する方法を採用するのが好ましいと言える。

なお、図１２〜図１６に示す各消費方法は、単独で用いるだけでなく、互いに組み合わせて用いることもできる。例えば、回生エネルギを油圧回路の駆動で消費しながら（図１２）、その他の消費方法を組み合わせてエンジン１を減速するようにしても良い。この場合、回生エネルギ消費制御部１５０（図５参照）により、各回転数センサ４１，４２，４３，４４から入力される値、油圧作業部Ａの作業状態、ホイールローダ２００の走行速度などから、いずれかの消費方法を単独であるいは組み合わせることを決定すれば良い。

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。さらに、シフトダウン時であれば、オペレータは減速したい意思をもっている場合が大半であるため、モータは回生していることが期待できる。この場合、発電機５は力行運転することが可能なため、より短時間でエンジン回転数を増加することが可能となる。

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
９ 油圧ポンプ
１１ コントロールバルブ
１２ ステアリングシリンダ
１３ リフトアームシリンダ
１４ バケットシリンダ
１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ） 車輪
２０ バケット
２５ チョッパ
２６ 熱抵抗器
２７ 排気装置
２７ａ 絞り装置
３１ ギヤボックス
３２ ロックアップクラッチ
３３ トランスミッション
３４ トランスミッションクラッチ
４１，４２，４３，４４ 回転数センサ
１００ 制御装置
２００ ホイールローダ
２０１ リフトアーム

Claims (5)

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、前記エンジンの動力で駆動する油圧回路と、前記エンジンの動力により前記車輪を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、
   前記トランスミッションの変速時に、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、前記油圧回路上にて負荷を発生させることで前記エンジンの回転数を減速させ、
   前記トランスミッションの入力軸の回転数と前記エンジンの出力軸の回転数とが一致したときに、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、前記エンジンの回転数を減速させる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、
   前記トランスミッションはトランスミッションクラッチを有し、
   前記制御装置は、
   前記トランスミッションクラッチを締結して前記発電電動機を加速させることにより負荷を発生させることで、前記エンジンの回転数を減速させることを特徴とする作業車両。
4. 請求項１に記載の作業車両であって、
   前記エンジンの排気管路には排気ブレーキを作動させるための絞り装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記排気ブレーキを作動させることにより負荷を発生させることで、前記エンジンの回転数を減速させることを特徴とする作業車両。
5. 請求項１に記載の作業車両であって、
   前記発電機は、３相短絡させることで内部抵抗に電力を消費させる機構を有し、
   前記制御装置は、
   前記機構により電力を消費させて負荷を発生させることで、前記エンジンの回転数を減速させることを特徴とする作業車両。