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JP3351823B2 - 変速制御方法およびその装置 - Google Patents

変速制御方法およびその装置

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JP3351823B2
JP3351823B2 JP26808292A JP26808292A JP3351823B2 JP 3351823 B2 JP3351823 B2 JP 3351823B2 JP 26808292 A JP26808292 A JP 26808292A JP 26808292 A JP26808292 A JP 26808292A JP 3351823 B2 JP3351823 B2 JP 3351823B2
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clutch
brake
torque
transmission
speed
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誠 外山
良和 浅井
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Komatsu Ltd
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Publication date
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Priority to DE4394322T priority patent/DE4394322T1/de
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンなどの原動機
の回転速度を変えて出力軸に伝達する変速制御方法およ
びその装置に係り、特に遊星歯車式変速機構における車
両の前後進切り換え時の変速に好適であり、通常のシフ
トアップ、シフトダウン時にも適用できる変速制御方法
およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ブルドーザやホイルローダなどの
建設機械においては、一般に遊星歯車式の変速機構を有
しており、この遊星歯車式変速機構によって前進、後進
の切り換え、速度の切り換えを行っている。図１０は、
建設機械に搭載してある遊星歯車式変速機（遊星歯車式
トランスミッション）の一例を示したものである。
【０００３】図１０において、遊星歯車式変速機１０
は、前後進切換部２０と速度切換部５０とがケース１１
に収納してある。前後進切換部２０は、トルクコンバー
タ等の駆動源１２に接続した入力軸１３に後進用サンギ
ヤ２２と前進用サンギヤ２４とが固定してある。そし
て、後進用サンギヤ２２の周囲には、リングギヤ２６が
配置してあり、このリングギヤ２６と後進用サンギヤ２
２とに、後進用キャリア２８に支持された後進用プラネ
タリギヤ３０が噛み合っている。このキャリア２８は、
後進用クラッチ（Ｒクラッチ）３２によって、ケース１
１に固定、解放できるようにしてある。
【０００４】また、リングギヤ２６は、前進用サンギヤ
２４と噛み合っている前進用プラネタリギヤ３４や、後
述する速度切換部５０のプラネタリギヤを支持している
キャリア３６に接続してある。そして、プラネタリギヤ
３４と噛み合っている前進用リングギヤ３８は、前進用
クラッチ（Ｆクラッチ）４０によってケース１１に固
定、解放できるようになっている。
【０００５】速度切換部５０は、出力軸１４に１速用サ
ンギヤ５２、２速用サンギヤ５４、３速用サンギヤ５６
が固定してある。そして、２速用サンギヤ５４、３速用
サンギヤ５６に噛み合っている２速用プラネタリギヤ５
８と３速用プラネタリギヤ６０とは、前進用プラネタリ
ギヤ３４を支持しているキャリア３６に支持されてい
る。さらに、２速用プラネタリギヤ５８と３速用プラネ
タリギヤ６０とは、それぞれその外側に配置した２速用
リングギヤ６２と３速用リングギヤ６４とに噛み合って
いる。これらのリングギヤ６２、６４は、それぞれ２速
用クラッチ６６、３速用クラッチ６８によってケース１
１に固定、解放できるようにしてある。
【０００６】一方、２速用リングギヤ６２に接続してあ
るキャリア７０は、１速用プラネタリギヤ７２を支持し
ている。このプラネタリギヤ７２は、１速用サンギヤ５
２に噛み合っているとともに、サンギヤ５２の周囲に配
置され、１速用クラッチ７４によってケース１１に対し
て固定、解放される１速用リングギヤ７６に噛み合って
いる。なお、図１０に示した符号１５は、車両の慣性を
示す。
【０００７】上記のように構成してある遊星歯車式変速
機１０は、前後進切換部２０のいずれかのクラッチ３
２、４０を係合させて車両の後進または前進の選択を行
い、速度切換部５０のクラッチ６６、６８、７４のいず
れかを係合させて必要とする変速比を得ている。例え
ば、前進２速の場合、前進用クラッチ４０と２速用クラ
ッチ６６とを係合させて前進用リングギヤ３８と２速用
リングギヤ６２とをケース１１に固定し、他のクラッチ
は解放する。そして、例えば、後進１速から前進２速に
切り換える場合、次のように操作する。
【０００８】後進１速の場合、後進用クラッチ３２と１
速用クラッチ７４とが係合し、後進用キャリア２８と１
速用リングギヤ７６とがケース１１に固定してあり、他
のクラッチが解放されている。そこで、まず、後進用キ
ャリア２８と１速用リングギヤ７６とをケース１１に固
定している後進用クラッチ３２と１速用クラッチ７４と
の係合を解除する。次に、２速用クラッチ６６と前進用
クラッチ４０との油圧を徐々に上げるが、２速用クラッ
チ６６の方がミッション入力トルクに対するクラッチト
ルク容量が前進用クラッチ４０より大きく設定してある
ので、２速用クラッチ６６の方が早く係合する。このと
き、２速用クラッチ６６の吸収するエネルギーは、変速
機１０の慣性に近い小さな値である。次に、２速用クラ
ッチ６６より後に係合する前進用クラッチ４０は、車両
の慣性１５を逆転させるために、大きなエネルギーの吸
収を行う。なお、前進から後進に切り換える場合には、
後進用クラッチ３２が車両の慣性１５を逆転させて大き
なエネルギーを吸収する。
【０００９】このように、遊星歯車式変速機１０は、前
進から後進または後進から前進へ切り換える場合、車両
の慣性１５を吸収するために、大きなエネルギー吸収を
する必要があり、前後進切換部２０のクラッチ３２、４
０の接触面積を大きくしなければならない。ところが、
クラッチ３２、４０の接触面積を大きくすると、（イ）
クラッチ３２、４０のクラッチ板の半径を大きくする必
要があり、変速機１０が大きくなる。（ロ）クラッチ板
が大きくなると、空転時の損失馬力も大きくなり、エン
ジンの燃費効率を低下させる。等の問題を生ずる。そこ
で、これらの問題を解決するために、前後進の切り換え
を伴う変速を行う際にステアリングブレーキを連動さ
せ、変速機クラッチの負荷を低減する方法が考えられ
る。
【００１０】この場合、変速機（トランスミッション）
のクラッチ系におけるトルク伝達モデルは、変速機の速
度切換部５０のクラッチが切り換わらないとすると、図
１１のようになる。ただし、図１１において、Ｉ1 は入
力軸等価慣性モーメント、Ｉ2 は車両の慣性１５、すな
わち出力等価慣性モーメントを表し、ωE （ｔ）はエン
ジン回転速度、ωC （ｔ）は変速機の出力回転速度を示
している。また、ＴEはエンジンの出力トルク、ＴC は
変速機クラッチの出力トルク、ＴB はブレーキ制動トル
クを表し、ＴL は車両の走行抵抗である。
【００１１】このような系における運動方程式は、次の
ように表される。
【数１】Ｉ1 （ｄωE ／ｄｔ）＝ＴE −ＴC
【数２】Ｉ2 （ｄωC ／ｄｔ）＝ＴC −ＴL ＋ＴB
【００１２】従って、前後進切換時にブレーキを連動さ
せると、ブレーキ制動トルクＴB が出力等価慣性モーメ
ントＩ2 に作用する。そして、前進２速から後進３速に
変速するような場合、前後進変速が完了するまでの変速
機クラッチとブレーキクラッチとの摩擦仕事量ＱC 、Ｑ
B は、次式により求められる。
【数３】
【数４】
【００１３】変速機クラッチの発熱量を小さくすること
は、数３のＱC を小さくすることである。そこで、ＱC
を小さくするためには、変速前車速を小さくして数３の
第１項の（ωE0−ωC0）を小さくするか、またはエンジ
ン出力トルクＴE を小さくして第２項の（ＴE −ＴC ）
を小さくするか、もしくはブレーキ制動トルクＴB を大
きくして第３項の（ＴC ＋ＴB −ＴL ）を大きくする
か、である。
【００１４】しかし、数３の第１項は、変速前の状態量
であって、制御の対象とならない。また、第２項のエン
ジン出力トルクＴE を小さくすると、Ｔ／Ｃ（トルクコ
ンバータ）を持たないパワーラインではいわゆるエンス
トが発生しやすく、制御対象とすることは好ましくな
い。従って、前後進の切り換え時には、ブレーキを連動
させ、第３項のブレーキ制動トルクを変速機出力トルク
とともに作用させ、変速機クラッチの熱負荷を低下させ
るのがよいことになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ブレーキを
変速機１０に連動させる場合、連動のタイミングや方法
が適正に行われないと、変速ショックなどの新たな問題
を引き起こす。すなわち、ブレーキ以降の出力軸トルク
ＴO は、走行抵抗ＴL を零とした場合、変速機１０のク
ラッチトルクＴC とブレーキ制動トルクＴB との和とな
る。従って、前後進の切り換えを伴う変速を行う場合、
オペレータのブレーキペダルの踏み込みによりブレーキ
を連動させたときのブレーキ以降の出力軸トルクＴO
は、変速指令が出力されてから変速機１０のクラッチが
係合を完了するまで、図１２に示したような変化をす
る。
【００１６】つまり、前後進切り換えの際に、オペレー
タによるブレーキ操作がなされることにより、変速機ク
ラッチトルクＴC とブレーキの制動力トルクＴB とが同
時に作用し、これらのトルクＴC 、ＴB が直線的に増大
する。このため、ブレーキ以降の出力軸トルクＴO も直
線的に増大する。そして、ブレーキ操作が行われてから
ｔ1 時間が経過した時点において、車速が零となって前
進から後進または後進から前進へ車両の向きが切り換わ
ると、それ以降はブレーキ制動トルクＴB が作用せず、
変速機１０のクラッチトルクＴC しか発生しないため、
ブレーキ以降の出力トルクＴO が不連続に大きく低下
し、不快な変速ショックが発生する。また、前進３速か
ら後進３速に切り換える場合のように前後進のフル変換
を行うと、ブレーキによって負荷を分担したとしても、
変速機クラッチの係合完了時（図１２の時間ｔ2 ）にお
けるクラッチ油圧が高く、そのときのクラッチトルクＴ
C と通過トルクとの落差ΔＴが大きくなる。このため、
クラッチの係合完了時にも変速ショックが発生し、また
大きなピークトルクを生ずるために、ギヤやシャフトの
寿命を低下させる問題が残る。
【００１７】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、前後進切換変速時の変速機クラ
ッチの熱負荷を低減するとともに、変速機内部ピークト
ルクを小さくし、変速ショックをなくすことができる変
速制御方法およびその装置を提供することを目的として
いる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る変速制御方法は、電気制御信号に応
じた油圧を発生する電子制御式モジュレーティングバル
ブにより作動される前後進クラッチ及び変速クラッチを
有する変速機と、電子制御式モジュレーティングバルブ
により作動される出力軸ブレーキを有する車両の変速制
御方法であって、前記前後進クラッチ解放時の出力軸ブ
レーキ回転と、前後進クラッチ切換係合時の出力軸の前
後進切換回転とに対して、予め出力軸加速度の目標出力
トルク曲線を設定し、前記前後進クラッチの解放時には
前記出力トルク曲線に沿う所定のブレーキトルクが加わ
るように前記ブレーキ用の電子制御式モジュレーティン
グバルブにてブレーキ係合油圧を制御し、前記前後進ク
ラッチの切換係合時には前記出力トルク曲線に沿う所定
のクラッチトルクが加わるように前記クラッチ用の電子
制御式モジュレーティングバルブにて切換クラッチ係合
油圧を制御し、前後進切換時の出力軸の加速度を予め設
定した目標出力トルク曲線に沿って変化させるようにし
たことを特徴としている。
【００１９】前記目標出力トルク曲線に沿って変化させ
ながら所定のブレーキトルクが加わるようにしたブレー
キ係合油圧制御は車速が基準車速よりも低下したときに
ブレーキ係合制御油圧を徐々に減少させ、前記出力トル
ク曲線に沿って変化させながら所定のクラッチトルクが
加わるようにしたクラッチ係合油圧制御は前記ブレーキ
制御油圧の減少にラツプしてクラッチ係合油圧力をピー
クトルクまでモジュレートさせるとよい。
【００２０】前記変速制御方法を実施する変速制御装置
は、前後進歯車及び複数の変速歯車とこれら各歯車の任
意の噛み合いを選択するクラッチとを備えた変速機と、
この変速機の前記各クラッチごとに接続され電気制御信
号に応じた油圧を発生してクラッチの係合と解除をする
電子制御式モジュレーティングバルブと、前記変速機の
出力軸に制動力を与えるブレーキと、このブレーキに接
続され電気制御信号に応じた油圧を発生してブレーキの
係合と解除をする電子制御式モジュレーティングバルブ
と、前記変速機の入力軸、中間軸、出力軸の回転速度を
検出する回転センサと、前記回転センサの出力信号に基
づいて前記変速機出力軸から車両加速度を求め、前記ク
ラッチとブレーキの電子制御式モジュレーティングバル
ブに制御信号を出力して前記車両の加速度を予め定めた
目標出力トルク曲線に沿って変化させる変速制御部と、
を有する構成となっている。
【００２１】
【作用】上記の如く構成した本発明は、変速時における
出力軸側の車両慣性を吸収する場合に、変速機のクラッ
チによるすべりのみでなく、エネルギー吸収力の大きな
ブレーキによる制動力をクラッチに連動させて作用させ
るため、変速機クラッチの熱負荷を大幅に軽減すること
ができ、クラッチの寿命を伸ばせるばかりでなく、クラ
ッチディスクの径や枚数を少なくでき、変速機の小型化
が図れる。しかも、車両の加速度を予め定めた目標出力
トルク曲線に沿って変化させるため、この目標出力トル
ク曲線を滑らかとすることにより、車両加速度を滑らか
に変化させることが可能となって、変速ショックの発生
を防止することができる。
【００２２】特に、ブレーキの制動力をクラッチの係合
に先行させて作用させると、クラッチの熱負荷を確実に
軽減することができる。そして、出力軸に作用させる制
動力は、出力軸の回転速度の大きさに応じて大きくする
と、適正な制動力が得られて、変速機クラッチの負荷を
確実に小さくすることができるとともに、変速に要する
時間を短縮することができる。また、制動力は、出力軸
の回転速度が予め定めた基準値以下となったときに遮断
するようにすると、前進から後進への切り換えまたは後
進から前進への切り換えの際の、切り換え時間遅れを防
止することができる。
【００２３】
【実施例】本発明に係る変速制御方法およびその装置の
好ましい実施例を、添付図面に従って詳説する。なお、
前記従来技術において説明した部分に対応する部分につ
いては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２４】図２は、本発明の実施例に係る変速制御装
置の説明図である。図２において、変速機１０の入力軸
１３は、ダンパ８０を介してエンジン８２に接続してあ
る。また、出力軸１４の先端には、クラッチ式操向装置
９０のピニオン９１が固定してある。そして、このピニ
オン９１には、ベベルギヤ９２が噛み合っており、出力
軸１４の回転を、出力軸１４に直交した軸９３に伝達で
きるようにしてある。この軸９３の両端には、操向クラ
ッチ９４、９５が設けられ、これらのクラッチ９４、９
５の出力軸にステアリングブレーキ９６、９７を取り付
けてある。これらのブレーキ９６、９７は、ブレーキ駆
動部となる電子制御式モジュレーティングバルブ（ＥＣ
ＭＶ）１００、１０３が出力する油圧によって作動し、
また操向クラッチ９４、９５は、対応して設けたＥＣＭ
Ｖ１０１、１０２を介して供給される油圧によって制御
されるようになっている。
【００２５】一方、変速機１０の入力軸１３、中間軸１
６、出力軸１４のそれぞれには、回転センサ１０４、１
０５、１０６が設けてあり、各軸の回転速度を検出でき
るようにしてある。また、変速機１０の後進用クラッチ
３２、前進用クラッチ４０、３速用クラッチ６８、２速
用クラッチ６６、１速用クラッチ７４は、これらに対応
して設けたクラッチ駆動部となるＥＣＭＶ１０７〜１１
１がメインＥＣＭＶ１１２から供給される油圧によって
作動されることにより、対応するキャリアまたはリング
ギヤをケース１１に固定、解放するようになっている。
【００２６】ブルドーザの運転室１２０には、運転席１
２２の前方床面にブレーキペダル１２３とインチングペ
ダル１２４とが設けてあるとともに、最前部に表示パネ
ル１２６が配置してある。また、運転席１２２の前部右
側には、ブレードを操作するためのブレードレバー１２
８が配置してあり、前部左側にブルドーザの方向を制御
するステアリングレバー１３０が設けてある。そして、
ステアリングレバー１３０の操作信号は、ブレーキペダ
ル１２３、インチングペダル１２４の操作信号（踏み込
み信号）とともに、変速制御部１３１を構成しているト
ランスミッションコントローラ（Ｔ／Ｍコントローラ）
１３２とステアリングコントローラ（Ｓ／Ｔコントロー
ラ）１３４とに入力するようになっている。
【００２７】Ｔ／Ｍコントローラ１３２は、さらに回転
センサ１０４〜１０６が検出した変速機１０の入力軸１
３、中間軸１６、出力軸１４の回転速度が入力するとと
もに、変速機１０の各クラッチの係合力を制御するＥＣ
ＭＶ１０７〜１１１から、油圧モジュレーションのタイ
ミングをコントロールするフィル信号が入力するように
なっており、詳細を後述するようにクラッチ油圧を演算
して各ＥＣＭＶ１０７〜１１１に電流制御信号を出力
し、またエンジン制御装置１３６に信号を出力する。
【００２８】一方、Ｓ／Ｔコントローラ１３４には、前
記したステアリングレバー１３０からの信号等の他に、
操向装置９０のクラッチとブレーキとを制御するＥＣＭ
Ｖ１００〜１０３からのフィル信号が入力するととも
に、信号線を介してＴ／Ｍコントローラ１３２と電気的
に接続してあり、Ｔ／Ｍコントローラ１３２との間でデ
ータの授受を行うようになっている。
【００２９】上記の如く構成した実施例の作用は、次の
とおりである。ステアリングレバー１３０は、図示しな
いオペレータにより変速操作が行われると、変速信号
（操作信号）をＴ／Ｍコントローラ１３２とＳ／Ｔコン
トローラ１３４とに入力する。また、変速機１０の出力
軸の回転数を検出している回転センサ１０６の検出信号
は、図示しない変速信号出力回路に入力し、この変速信
号出力回路が回転センサ１０６の検出信号に基づいて、
変速信号をＴ／Ｍコントローラ１３２に出力する。すな
わち、変速信号出力回路は、回転センサ１０６の検出し
た出力軸１４の回転速度によってブルドーザの走行状態
を監視しており、例えばブルドーザが前進３速で走行し
ていた場合に、減速して走行速度が前進２速に相当する
速度に低下したことを検知すると、変速信号をＴ／Ｍコ
ントローラ１３２に入力する。
【００３０】Ｔ／Ｍコントローラ１３２は、ステアリン
グレバー１３０または変速信号出力回路から変速信号が
入力すると、変速機１０のクラッチ３２、４０、６６、
６８、７４と操向装置９０のステアリングブレーキ９
６、９７のクラッチとを制御するオールクラッチ制御シ
ステム（ＡＣＣ）の制御プログラムを起動する（図１ス
テップ１５０、１５２）。ＡＣＣ制御が開始されると、
先ずステップ１５４のように制御量（目標加速度）が設
定される。
【００３１】この制御量としての目標加速度は、Ｔ／Ｍ
コントローラ１３２が入力してくる変速信号、デクセル
信号、回転センサ１０４〜１０６の検出した変速機１０
の入力軸１３、中間軸１６、出力軸１４の回転速度に基
づいて、図示しない記憶装置やＴ／Ｍコントローラ１３
２の内部メモリに予め格納してあるデータを読み出し、
Ｔ／Ｍコントローラ１３２の設定部（図示せず）に設定
する。
【００３２】なお、目標加速度は、ステアリングブレー
キ９６、９７以降の出力トルクＴO（＝ＴC ＋ＴB ）が
加速度と対応しているため、実施例の場合、目標出力ト
ルクとして与えられる。そして、前後進の切り換えを含
む変速の場合、目標出力トルクＴO は、図３の実線に示
した曲線の如く滑らかに変化するとともに、通過トルク
との差ΔＴが小さくなるように与えられる。このトルク
曲線は、実験等により、変速の際に変速ショックなどを
生ぜず、またオペレータが快適と感ずる変速データに基
づいて作成される。そして、出力トルクＴO のピークＴ
MAX は、従来のピークトルクより小さくなるように設定
してある。
【００３３】Ｔ／Ｍコントローラ１３２は、制御量が設
定されると、前進から後進へ、または後進から前進へ切
り換える場合のように、前後進切換部２０のクラッチ３
２、４０が操作される前後進切換変速（ＦＲ変速）か否
かを判断する（ステップ１５６）。そして、ＦＲ変速で
ある場合、すなわち、ステアリングレバー１３０の操作
により前後進が切り換えられる場合、Ｔ／Ｍコントロー
ラ１３２は、ステップ１５６からステップ１５８に進ん
で回転センサ１０６の検出信号から、車速Ｖが予め定め
た基準車速Ｖ0 （例えば、出力軸１４の回転速度が１０
００ｒｐｍ）より小さいか否かを判断し、Ｖ＞Ｖ0 であ
るとその旨をＳ／Ｔコントローラ１３４に出力する。
【００３４】Ｓ／Ｔコントローラ１３４は、検出車速Ｖ
が基準値Ｖ0 より大きい場合、ステアリングレバー１３
０が操作されたときの車速（初期車速）Ｖに基づいて、
その車速に対応して予め定めてある制動力を得るのに必
要なブレーキ油圧ＰB （ｔ）を、図示しない記憶部に記
憶してあるデータマップから読み出す（ステップ１６
０）。このブレーキ油圧のデータは、例えば図４のよう
に車速に対して直線的に増加するようになっている。た
だし、基準車速Ｖ0 を下回るような車速Ｖに対しては、
ステリングブレーキを作動させないようにしてある。
【００３５】また、ステアリングコントローラ１３４
は、読み出したＰB （ｔ）が得られるようなＥＣＭＶ１
００、１０３の制御電流値を演算し、ＥＣＭＶ１００、
１０３に与えてステアリンブレーキ９６、９７を変速機
１０のクラッチ３２またはクラッチ４０と連動するよう
に制御し（ステップ１６２、１６４）。そして、ＡＣＣ
制御は、ステップ１５６に戻る。
【００３６】ステアリングブレーキ９６、９７が作動し
て制動力が働き、図３の破線に示したように直線的に増
加するブレーキ制動トルクＴB が発生して出力軸１４に
作用する。そして、このブレーキの制動力により車両の
速度（出力軸の回転速度）が減速されてＶ≦Ｖ0 となる
と、ステップ１５８からステップ１６６に進んでブレー
キ解除信号がＴ／Ｍコントローラ１３２からＳ／Ｔコン
トローラ１３４に出力される。Ｓ／Ｔコントローラ１３
４は、ブレーキ解除信号を受けると、ブレーキ制動トル
クＴB が図３の破線の如く徐々に減少するようにブレー
キ９６、９７の制動力を解除しする。このＶ≦Ｖ0 とな
ったときにブレーキ力を解除するのは、Ｖ＝０となって
車速が完全に零なるまでブレーキ力を作用させると、変
速のタイミングが遅れることを避けるためである。
【００３７】一方、Ｔ／Ｍコントローラ１３２は、ステ
ップ１５６において変速信号が後進用クラッチ３２、前
進用クラッチ４０の操作を伴わない変速であると判断し
た場合、すなわちＦＲ変速でない場合、ブレーキ９６、
９７を作動させず、変速機１０単独で図３のような滑ら
かなトルクになるような油圧（制御電流）を与える。ま
た、ステップ１６６においてステアリングブレーキが解
除された場合、変速機１０の各クラッチに対応して設け
たＥＣＭＶに制御電流を与え、変速機１０のクラッチト
ルクの一部がブレーキ制動トルクと重なるように発生さ
せる（図３参照）。この変速機１０のクラッチトルクの
制御は、負荷クラッチの場合、予め定めたメンバーシッ
プ関数とファジィルールとに基づいて、ステップ１６８
のＩＦ−ＴＨＥＮ形式のファジィ推論を実行し、クラッ
チ油圧の勾配（油圧の単位時間当たりの変化）θC を求
めて負荷クラッチを作動するＥＣＭＶに制御電流を与え
る。この負荷クラッチとなるのは、発進時または前後進
の切り換え時の場合、前後進切換部２０の後進用クラッ
チ３４または前進用クラッチ４０であり、単なる速度の
切り換えの場合、速度切換部５０の１〜３速用クラッチ
７４、６６、６８である。なお、変速機１０の負荷クラ
ッチ以外のクラッチの制御については後述する。
【００３８】図５、図６は、実施例に係るメンバーシッ
プ関数とファジィルールとの一例を示したものである。
図５のメンバーシップ関数ＮＢは、例えば前回加速度α
と基準の加速度（目標加速度）α0 との差（加速度偏
差）である。加速度偏差（Δα＝α−α0 ）が負側で大
きいこと、すなわち検出加速度αが目標加速度α0 より
小さいこと、この時、油圧勾配θC の値を現在の値より
小さくすることを示している。そして、メンバーシップ
関数ＮＳは、検出加速度が目標加速度よりやや小さいこ
と、この時、油圧勾配θC を現在の値よりやや小さくす
ることを示しており、メンバーシップ関数ＺＲは、検出
加速度が目標加速度とほぼ同じ（加速度偏差Δαがおお
よそ零）であること、この時、油圧勾配θC を現在の値
からあまり変えないことを示している。さらに、メンバ
ーシップ関数ＰＳは、検出加速度が目標加速度よりやや
大きいこと、この時、油圧勾配θC を現在の値よりやや
大きくすることを示しており、メンバーシップ関数ＰＢ
は、検出加速度が目標加速度より大きいこと、この時、
油圧勾配θC を現在の値より大きくすることを示してい
る。
【００３９】そして、図６のファジィルールは、次のこ
とを意味している。例えば、検出した加速度αが設定さ
れた目標加速度α0 よりやや小、すなわち加速度偏差Δ
α＝α−α0 が負側でやや小さく、加速度偏差の変化の
速度（程度）がややプラス側である場合、油圧勾配θC
は、「加速度偏差」のＮＳの欄と「加速度偏差変化速
度」のＰＳの欄とが交差する欄のＺＲとなり、クラッチ
油圧の油圧勾配θC は、おおよそ現在の値に維持するよ
うに制御される。なお、「加速度偏差変化速度」とは、
今回求めた加速度偏差Δαn+1 と前回求めた加速度偏差
Δαn との差δα＝Δαn+1 −Δαn を言う。
【００４０】また、Ｔ／Ｍコントローラ１３２は、例え
ば検出加速度α（検出トルクＴ）が目標加速度α0 （目
標トルクＴO ）よりやや大き（ＰＳ）く、加速度偏差変
化速度δα（トルク偏差変化速度δＴ）がやや大（Ｐ
Ｓ）、すなわち図６の加速度偏差の項がＰＳで、加速度
偏差変化速度がややプラス側（今回の加速度偏差が前回
の加速度偏差よりやや大）、すなわち加速度偏差変化速
度の項がＰＳである場合、クラッチ油圧の勾配θC を現
在の値よりやや小さく（ＮＳ）し、後述するように負荷
クラッチの係合する早さをやや緩くし、変速機１０の出
力トルク（車両加速度α）をより緩やかに変化させる。
【００４１】さらに、Ｔ／Ｍコントローラ１３２は、例
えば車両加速度が目標加速度より大で、図６の加速度偏
差の項がＰＢであり、今回求めた加速度偏差が前回求め
た加速度偏差とほぼ同じで、加速度偏差変化速度がおお
よそ零（図６の加速度偏差変化速度の項がＺＲ）である
場合、クラッチ油圧の勾配θC を現在の値より小さく
（ＮＢ）し、変速機１０の出力トルクの変化をより緩や
かにして車両加速度の変化を小さくする。以下、同様に
して図６の各欄に対するクラッチ油圧の勾配θCの制御
が行われる。
【００４２】他方、Ｔ／Ｍコントローラ１３２は、負荷
クラッチ以外のクラッチに対して、ステップ１７０に示
したように、予め定めてメモリに記憶させてあるデータ
マップから油圧勾配のデータを読み出す。その後、Ｔ／
Ｍコントローラ１３２は、ステップ１７２に進み、制御
対象となる変速機１０のクラッチの油圧ＰC を、
【数５】ＰC ＝ＰC ＋θC ・Δｔ に基づいて求め、そのクラッチに対応したＥＣＭＶに電
流信号を出力する（ステップ１７４）。さらに、Ｔ／Ｍ
コントローラ１３２は、出力トルクＴO の変化等から変
速機１０のクラッチの係合が完了したか否かを判断し
（ステップ１７６）、クラッチの係合が完了していれば
ＡＣＣ制御のプログラムを終了し（ステップ１７８）、
係合が完了していなければステップ１５６に戻ってＡＣ
Ｃ制御を継続する。
【００４３】このように、実施例においては、前後進切
り換えを伴う変速の際に、変速機１０のクラッチによる
滑りだけでなく、エネルギー吸収力の大きなブレーキの
制動力をクラッチの係合開始に先行させて作用させるた
め、変速機クラッチの熱負荷を大幅に、かつ確実に軽減
することができ、クラッチの寿命を伸ばすことができる
ばかりでなく、クラッチディスクの径を小さくしたり、
枚数を少なくすることが可能となり、変速機１０の小型
化を図ることができる。しかも、車両加速度を予め定め
た曲線に沿って変化させるため、車両加速度を変化させ
る曲線を滑らとすることにより、車両加速度は滑らかに
変化し、変速ショックの発生を防止できる。また、これ
に比例して出力トルクも滑らかになる。
【００４４】しかも、出力軸に作用させる制動力は、出
力軸の回転速度の大きさに応じて大きくなるようになっ
ているため、変速機クラッチの負担を確実に小さくする
ことができるとともに、変速に要する時間を短縮するこ
とができる。そして、制動力は、出力軸の回転速度が逆
転する前の予め定めた基準値以下となったときに遮断す
ると、前進から後進への切り換えまたは後進から前進へ
の切り換えの際の、切り換え時間遅れ防止することがで
きる。
【００４５】さらに、実施例においては、目標加速度の
最大値を小さく設定してあるため、変速機１０の内部に
発生するトルクを小さくでき、これらの寿命を伸ばすこ
とができる。また、実施例においては、変速機１０の各
クラッチやステアリングブレーキのクラッチの油圧を、
それぞれに対応して設けたＥＣＭＶによって制御するよ
うにしているため、オペレータの操作負担を軽減でき、
坂道発進が容易となるとともに、作業スピードを向上す
ることができる。そして、前記実施例においては、車両
加速度を求めるのに、回転センサ１０４〜１０６が検出
した入力軸１３、中間軸１６、出力軸１４の回転速度に
基づいて演算するようにしてあるため、システムの複雑
化、コストアップを避けることができる。なお、目標加
速度でなく目標トルクとして制御する場合、トルクセン
サを用いてトルクを直接検出するようにすれば、より正
確な油圧の制御ができ、制御精度の向上が図れる。
【００４６】図７は、実施例のＡＣＣ制御による変速と
従来の変速機による変速とを、シミュレーションによっ
て比較した結果を示したものである。図７の左側の従来
例１は、油圧式トランスミッション（油圧式Ｔ／Ｍ）に
おいて、前進から後進への切り換えに際して、後進用ク
ラッチ（Ｒクラッチ）のみを用いたものである。Ｒクラ
ッチの油圧を図のように漸次増加させて、ステアリング
レバーの操作から約１秒後に２８ｋｇ／ｃｍ2 にした場
合、Ｒクラッチの発熱量Ｑは１０．７ｋｇ・ｍ／ｃ
ｍ2 、発熱率ｑ′は２５ｋｇ・ｍ／ｃｍ2 ／ｓとなっ
て、発熱量Ｑと発熱率ｑ′との積である熱負荷は、約２
６８ｋｇ・ｍ／ｃｍ2・ｋｇ・ｍ／ｃｍ2 ／ｓとなる。
そして、ブレーキ以降の出力トルクのピークトルクは、
７１ｋｇ・ｍとなり、係合完了時に大きな変速ショック
が発生する。ただし、トルクは、エンジンの出力トルク
を正としているため、出力軸の出力トルクは負に表して
いる。
【００４７】従来例２は、ＦＲ変速の際に、オペレータ
がブレーキペダルを踏むことにより、ステアリングブレ
ーキを油圧式トランスミッションのＲクラッチに連動さ
せ、両者を同時に作用させた例である。この従来例２で
は、熱負荷を３分の１近くに低減することができる反
面、前進から後進に切り換わった時点で、ブレーキ制動
トルクが零となることによる大きなトルクの変化があ
り、また係合終了時に従来例１と同じようなトルク変化
があって、２度の変速ショックが発生する。
【００４８】一方、実施例のＡＣＣ制御を実行した場
合、Ｒクラッチの油圧が一時的に大きくなるが、全体と
して従来のクラッチ油圧より低くすることができる。し
かも、熱負荷は、従来例２よりは少し大きいが、従来例
１の半分以下にすることができる。そして、前進から後
進に切り換わった時点でのトルクの変化が小さく、さら
にピークトルクを小さく設定し、通過トルクとの落差も
小さくなるように目標車両加速度曲線を設定したことに
より、ピークトルクが５８ｋｇ・ｍと小さく、係合完了
時のトルク変化もきわめて小さくて、変速ショックの発
生を防ぐことができる。
【００４９】なお、図８、図９は、ＦＲ変速時の熱負荷
とピークトルクとについて、実施例のＡＣＣ制御による
変速と他の方式による変速との効果を比較したものであ
る。ただし、いずれの図においても、ハイドロシフトト
ランスミッション（Ｈ／Ｓ）のＲクラッチのみを用いて
前進から後進に切り換えたときの熱負荷、またはピーク
トルクを１として規格化してある。また、比較の対象と
してトルクフロートランスミッション（Ｔ／Ｆ）の例も
あげた。
【００５０】図から明らかなように、実施例の場合、熱
負荷はハイドロシフトトランスミッションの４割であ
り、ピークトルクは８割に抑えることができる。また、
従来のステアリングブレーキを連動させる方法は、熱負
荷の低減に大きな効果を示すが、ピークトルクを小さく
することはできない。
【００５１】なお、前記実施例においては、目標加速度
を設定し、変速機出力回転数によって加速度を求めた
が、車両の加速度を加速度センサによって直接検出して
目標加速度と比較するようにしてもよい。また、目標加
速度、目標トルクを設定し、トルクセンサによって直接
検出して目標トルクと比較するようにしてもよい。そし
て、前記実施例においては、ブルドーザに適用した場合
について説明したが、ホイルローダなどの他の車両や各
種装置にも適用することができる。
【００５２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、前後進の切り換え時に出力軸側の大きな慣性を吸収
するために、変速機のクラッチによるすべりのみでな
く、エネルギー吸収力の大きなブレーキによる制動力を
クラッチに連動させて作用させるため、変速機クラッチ
の熱負荷を大幅に軽減することができる。しかも、出力
軸の出力トルクに影響を与える車両加速度を、予め定め
た曲線に沿って変化させるため、出力トルクの変化や車
両加速度を滑らかにすることができ、変速ショックの発
生を防止することができる。
【００５３】特に、ブレーキの制動力をクラッチの係合
に先行させて作用させることにより、クラッチの熱負荷
を大幅に軽減することができる。また、出力軸に作用さ
せる制動力は、出力軸の回転速度の大きさに応じて大き
くするようにしてあるため、適正な制動力が得られて、
変速機クラッチの負荷を確実に小さくすることができる
とともに、変速に要する時間を短縮することができる。
さらに、制動力は、出力軸の回転速度が予め定めた基準
値以下となったときに遮断するようにしたことにより、
前進から後進への切り換えまたは後進から前進への切り
換えの際の、切り換え時間遅れ防止することができる。
【００５４】そして、本発明は、クラッチの係合力を、
メンバーシップ関数と予め定めたファジィルールとに基
づくファジィ推論により、クラッチ油圧を変えて制御す
るようにしてあり、設定した目標加速度の滑らかな曲線
に沿ったトルク制御をする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る変速制御方法のフローチ
ャートである。
【図２】本発明の実施例に係る変速制御装置の説明図で
ある。
【図３】実施例に係る目標設定トルクの一例を示す図で
ある。
【図４】実施例に係るステアリングブレーキの油圧デー
タマップの一例を示す図である。
【図５】実施例の変速制御方法を実施するファジィ推論
に使用するメンバーシップ関数の一例を示す図である。
【図６】実施例の変速制御方法を実施するファジィルー
ルの一例を示す説明図である。
【図７】実施例の変速制御方法と従来の変速制御方法と
のシミュレーション比較の結果を示す図である。
【図８】実施例の変速制御方法と従来の変速制御方法と
の熱負荷の比較図である。
【図９】実施例の変速制御方法と従来の変速制御方法と
の出力軸ピークトルクの比較図である。
【図１０】遊星歯車式変速機の模式図である。
【図１１】前後進切り換え時のクラッチ系の計算モデル
図である。
【図１２】従来の変速機クラッチにステアリングブレー
キを連動させた場合の出力トルクの変化を示す図であ
る。
【符号の説明】
１０ 変速機 ２０ 前後進切換部 ３２ 後進用クラッチ ４０ 前進用クラッチ ５０ 速度切換部 ６６ ２速用クラッチ ６８ ３速用クラッチ ７４ １速用クラッチ ９１ 操向装置 ９６、９７ ステアリングブレーキ １００、１０３ ブレーキ駆動部（電子制御式モジュレ
ーティングバルブ） １０４〜１０６ 回転センサ １０７〜１１１ クラッチ駆動部（電子制御式モジュレ
ーティングバルブ） １３０ ステアリングレバー １３１ クラッチ制御部 １３２ トランスミッションコントローラ １３４ ステアリングコントラーラ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60K 41/26 B60T 7/12 F16H 61/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気制御信号に応じた油圧を発生する電
    子制御式モジュレーティングバルブにより作動される前
    後進クラッチ及び変速クラッチを有する変速機と、電子
    制御式モジュレーティングバルブにより作動される出力
    軸ブレーキを有する車両の変速制御方法であって、 前記前後進クラッチ解放時の出力軸ブレーキ回転と、前
    後進クラッチ切換係合時の出力軸の前後進切換回転とに
    対して、予め出力軸加速度の目標出力トルク曲線を設定
    し、 前記前後進クラッチの解放時には前記出力トルク曲線に
    沿う所定のブレーキトルクが加わるように前記ブレーキ
    用の電子制御式モジュレーティングバルブにてブレーキ
    係合油圧を制御し、 前記前後進クラッチの切換係合時には前記出力トルク曲
    線に沿う所定のクラッチトルクが加わるように前記クラ
    ッチ用の電子制御式モジュレーティングバルブにて切換
    クラッチ係合油圧を制御し、 前後進切換時の出力軸の加速度を予め設定した目標出力
    トルク曲線に沿って変化させるようにしたことを特徴と
    する変速制御方法。
  2. 【請求項２】 前記目標出力トルク曲線に沿って変化さ
    せながら所定のブレーキトルクが加わるようにしたブレ
    ーキ係合油圧制御は車速が基準車速よりも低下したとき
    にブレーキ係合制御油圧を徐々に減少させ、前記出力ト
    ルク曲線に沿って変化させながら所定のクラッチトルク
    が加わるようにしたクラッチ係合油圧制御は前記ブレー
    キ制御油圧の減少にラツプしてクラッチ係合油圧力をピ
    ークトルクまでモジュレートさせるようにしたクラッチ
    油圧制御としていることを特徴とする請求項１記載の変
    速制御方法。
  3. 【請求項３】 前後進歯車及び複数の変速歯車とこれら
    各歯車の任意の噛み合いを選択するクラッチとを備えた
    変速機と、 この変速機の前記各クラッチごとに接続され電気制御信
    号に応じた油圧を発生してクラッチの係合と解除をする
    電子制御式モジュレーティングバルブと、 前記変速機の出力軸に制動力を与えるブレーキと、 このブレーキに接続され電気制御信号に応じた油圧を発
    生してブレーキの係合と解除をする電子制御式モジュレ
    ーティングバルブと、 前記変速機の入力軸、中間軸、出力軸の回転速度を検出
    する回転センサと、 前記回転センサの出力信号に基づいて前記変速機出力軸
    から車両加速度を求め、前記クラッチとブレーキの電子
    制御式モジュレーティングバルブに制御信号を出力して
    前記車両の加速度を予め定めた目標出力トルク曲線に沿
    って変化させる変速制御部と、 を有することを特徴とする変速制御装置。
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