JP2003072430A - 作業車両における無段式変速装置の変速制御装置 - Google Patents

作業車両における無段式変速装置の変速制御装置

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JP2003072430A JP2001265923A JP2001265923A JP2003072430A JP 2003072430 A JP2003072430 A JP 2003072430A JP 2001265923 A JP2001265923 A JP 2001265923A JP 2001265923 A JP2001265923 A JP 2001265923A JP 2003072430 A JP2003072430 A JP 2003072430A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トラクタ等で路上を走行する場合、アクセル
ペダル(レバー)でエンジン出力回転を設定保持したまま
走行すると、目的とする車速へ到達するのに時間がかか
ったり、燃料を過剰に消費し燃費が悪いという課題が有
った。 【解決手段】 トラクタに、操作位置を保持可能なアク
セルペダルと、エンジン出力回転を調整するコントロー
ルラック位置調整用電動モータと、トロイダル型無段変
速装置の出力回転を調整するパワーローラとを設け、更
に車両が「作業」若しくは「走行」状態であるかを設定
する変速モード選択レバー7を設ける。アクセルペダル
の操作時に、前記選択レバー7が「作業」位置にある場
合は、エンジンの出力回転を略一定に保ちながら前記変
速装置の出力回転を調整する。一方前記選択レバーが
「走行」位置であれば、エンジンの出力回転と変速装置
2の出力回転を適宜連係させて調整する。また「作業」
「走行」位置に応じて最高速を規制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、無段変速装置の
変速操制御装置に関し、農業用、運搬、建築用等の作業
車両に利用できる。
【0002】
【従来の技術】従来、農業用トラクタや芝刈り機等の作
業車両では、エンジンの回転動力を無段式変速装置を介
して走行装置へ伝達するものが知られている。このよう
な作業車両にあっては、通常エンジン出力回転を設定保
持可能なアクセル(スロットル)レバーやアクセルペダ
ルを備えると共に、車両の速度を設定する変速レバーを
有し、作業負荷の変動に対して作業状態が大きく変化し
ないように、アクセル(スロットル)レバーやアクセル
ペダル或いは変速レバーを操作するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記作
業車両において作業場への移動や作業場間の移動で路上
を走行する場合、前記アクセル(スロットル)レバーや
アクセルペダルによりエンジン出力回転を設定保持した
まま走行すると、目的とする車速へ到達するのに時間が
かかったり、燃料を過剰に消費し燃費が悪いという課題
が有った。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題に鑑
みて、無段式変速装置の変速制御装置を以下のように構
成した。即ち請求項1の発明では、エンジン(1)の回
転動力を無段式変速装置(2)を介して走行装置(3
a,3b)へ伝達する作業車両において、操作位置を保
持可能な操作手段(4)及び同操作手段(4)操作位置
を検出する手段(30)と、前記操作手段(4)の操作
位置を基準として前記エンジン出力回転を調整するエン
ジン回転調整用アクチュエータ(5)と、前記無段式変
速装置(2)の出力回転を調整する変速用アクチュエー
タ(6)とを設けると共に、車両の適所に同車両の状態
が「作業」状態であるか若しくは「走行」状態であるか
を設定する設定手段(7)を設ける。 (作用)そして、制御手段(8)では、前記操作手段
(4)が操作されたときに、前記設定手段(7)が「作
業」状態に設定されている場合は、エンジン(1)の出
力回転を略一定に保ちながら前記無段変速装置(2)の
出力回転を調整し、且つ前記設定手段(7)が「走行」
状態に設定されている場合は、前記エンジン(1)の出
力回転と無段変速装置(2)の出力回転を適宜連係させ
て調整するよう前記アクチュエータ(5,6)を制御す
る。
【0005】また請求項2の発明では、エンジン(1)
の回転動力を無段式変速装置(2)を介して走行装置
(3a,3b)へ伝達して走行する作業車両において、
操作位置を保持可能な操作手段(4)及び同操作手段
(4)操作位置を検出する手段(30)と、前記操作手
段(4)の操作位置を基準として前記エンジン(1)の
出力回転を調整するエンジン回転調整用アクチュエータ
(5)と、前記無段式変速装置(2)の出力回転を調整
する変速用アクチュエータ(6)とを設けると共に、車
両の適所に同車両の状態が「作業」状態であるか若しく
は「走行」状態であるかを設定する設定手段(7)を設
け、更に車両の車速を検出する車速検出手段(9)を設
ける。 (作用)そして、制御手段(8)では、前記設手段
(7)が「作業」状態に設定されている場合は、「走
行」状態に設定されている場合よりも最高車速を低速に
規制するよう前記アクチュエータ(5,6)を制御す
る。
【0006】
【発明の効果】以上のように構成した請求項1の発明で
は、作業時にはエンジン馬力が不足することなく一定に
維持された馬力によって変動の少ない作業を行うことが
でき、走行時には迅速に目的の車速に到達し移動するこ
とができ、通常の自動車と同じような操作感で走行する
ことができる。
【0007】また請求項2の発明では、作業時の最高速
度を規制することより、不本意な操作により車速が急激
に上昇して作業状態にむらを生じたり、エンストを防止
することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を作
業車両であるトロイダル型無段変速機を備えた農業用ト
ラクタ(以下、トラクタ10)について説明する。最初
にトラクタ10の構成に付いて説明する。
【0009】トラクタ10は、図2に示すように、ボン
ネット11内部にディーゼルエンジン1を備え、このエ
ンジン1下方に左右前輪3a,3aを支持するフロント
アクスルケースを設けると共に、エンジン1後部に、後
述する前後進切替装置13や無段式変速装置となるトロ
イダル型速装機2等を内装するミッションケース14を
接続し、更にこのケース14後部左右に後輪3b,3b
を支持するリヤアクスルケース15を接続して設けてい
る。
【0010】また前記ディーゼルエンジン1には、ガバ
ナ装置近傍に出力回転を調整するアクチュエータとなる
コントロールラック位置調整用電動モータ5と、前記コ
ントロールラック位置を検出するコントロールラック位
置センサ20を設け、アクセルペダル4の踏込み位置に
応じた位置となるよう、コントロールラック位置を変更
する構成となっている。尚、実際のエンジン1の出力回
転は、エンジン出力軸22に設けたエンジン回転センサ
23により検出する構成となっている。
【0011】また前記ボンネット11後部でミッション
ケース14の上方には、操縦席を取り囲むキャビン12
を設け、この内部にパイロットランプや液晶モニタ等、
各種計器や警報ブザーを有するメータパネル16を設
け、更にその後方にステアリングハンドル17を突設す
るハンドルポスト18を設けている。
【0012】また、前記ハンドルポスト18の一側面に
は、車両の進行方向を前後に切替える操作手段となる前
後進切替レバー19を設け、この回動基部に前進設定操
作を検出する前進スイッチ25fと、後進設定操作を検
出する後進スイッチ25rを設けている。
【0013】また、ハンドルポスト18の下方で且つフ
ロア上には、左右後輪3b,3bを独立して制動する左
右ブレーキペダル27l,27rやクラッチペダル、そ
して踏み込み操作位置を保持可能なエンジン回転数を設
定保持するアクセルペダル7等を設け、前記左右夫れ夫
れのブレーキペダル27r,27lとアクセルペダル7
の回動基部に夫れ夫れペダル踏込操作量(位置)を検出
する手段としてポテンショメータ式の踏込量センサ29
r,29l、30を設けている。
【0014】また、操縦席12側方には、図3に示すよ
うに、車両の状態が「作業」状態であるか若しくは路上
走行を想定した「走行」状態であるかを選択する設定手
段である変速モード選択レバー7を設けている。前記変
速モード選択レバー7は、前後進切替装置13の前後進
用クラッチ61,62を共に切とする「N(ニュートラ
ル)」位置と、路上走行或いは移動速を想定する「D
(ドライブ)」モード位置と、例えばトレンチャー作業
や高密散布作業等、所謂クリープ速作業を目的として最
高速が2km/hに規制される「作業1」モード位置
と、例えばロータリ耕耘作業や芝刈作業を目的として最
高速が5km/hに規制される「作業2」モード位置
と、例えばローダ作業や代掻き、プラウ作業を目的とし
て最高速が8km/hに規制される「作業3」モード位
置を有する構成となっている。そして、このレバー回動
基部に各モード位置に位置決めするディテント機構やレ
バー位置検出センサ35を設けている。またレバー把持
部には、前記ディテント機構を解除するロック位置解除
スイッチ36と後述するオートクルーズ機構を入切する
オートクルーズ入切スイッチ37を有する構成となって
いる。
【0015】また走行モード選択レバー7の近傍には、
ロータリ耕耘時の作業機38の作業高さを設定する耕深
設定器39、PTO軸41の回転を入切するPTO入切
スイッチ42、作業機昇降用レバー43等を設け、この
作業機昇降用レバー43の回動基部には操作位置を検出
するポテンショメータ44を設けている。
【0016】そして、上記各種設定器やセンサは、操縦
席12下方の各種コントローラ8a,8b…に接続する
構成となっている。またトラクタ10の車体後部には、
作業機昇降用油圧シリンダを内装するシリンダケース4
6を備え、前記シリンダのピストン伸縮によりケース左
右に支持するリフトアーム47を上下回動する構成とな
っている。また、車体後部には、トップリンクと左右の
ロワーリンクからなる3点リンク機構を設け、同リンク
機構に各種作業機を連結する構成となっている。尚、図
例ではロータリ作業機38を連結した構成となってい
る。そして前記リフトアーム47の片側には、この回動
基部にリフトアーム角センサ48を設けている。
【0017】これにより、後述する作業機用コントロー
ラ8aは、作業機昇降用レバー43の操作角度とリフト
アーム47の設定角度を一致させるように作業機上昇用
の比例圧力制御弁のソレノイド49、或いは作業機下降
用比例圧力制御弁のソレノイド50へ通電し作業機38
を昇降するポジション制御を行う構成となっている。
【0018】次に、トラクタ10の動力伝達機構につい
て図4に基づき説明する。前記エンジン1の後部には、
エンジン出力軸22を突設し、同軸上に動力上手側から
順にPTO動力伝達ギヤ55、逆転用出力ギヤ56、正
転用出力ギヤ57を設けている。そしてPTO動力伝達
ギヤ55は、PTO動力伝達軸58上の被駆動ギヤ59
に噛合い、同ギヤ組55,59から伝達された回転動力
は、PTO動力伝達軸58上のPTOクラッチ60を介
して、前記ミッションケース14後部に設けたPTO用
変速装置へ伝達され、更に車体後部に突出軸架されたP
TO軸41へ伝達される構成となっている。
【0019】また、前記逆転用出力ギヤ56と正転用出
力ギヤ57の回転は、夫れ夫れ、エンジン出力軸22と
並設した前後進切替装置13のクラッチ駆動軸へ伝達さ
れる。前後進切替装置13は、前進用クラッチ61と後
進用クラッチ62を有する二連の湿式多板クラッチにて
構成され、どちらか一方のクラッチディスクを圧着する
と、トロイダル型無段変速機2の入力軸63を正転若し
くは逆転で駆動する構成となっている。
【0020】またトロイダル型無段変速機2は、前記入
力軸63上に前後二枚の入力ディスク64,64を設
け、この入力ディスク間に空転軸66が設けられ且つこ
の空転軸66に前記入力ディスク64,64と夫れ夫れ
対向する出力ディスク65,65を設けると共に、これ
ら入力ディスク64と出力ディスク65との間に、油圧
により傾倒角を変更し前記入力ディスク64から出力デ
ィスク65への伝達動力を変速するアクチュエータ、以
下パワーローラ6,6を介在する構成となっている。
【0021】また前記前後一対の入出力ディスク64,
65間には、トロイダル出力ギヤ68を設け、この出力
ギヤ部68と前記入力軸63と平行に設けた後輪デフ入
力軸69上の伝達ギヤ部70との間にチェーン71を架
け渡す構成となっている。これにより、トラクタ10で
は、エンジン1の回転動力を、前記前後進切替レバー1
9の前後進スイッチ25f、25rの検出に応じて前後
進クラッチ61,62を圧着し動力伝達回転方向を正逆
切替えることで車体を前後進切り替え、後述するアクセ
ルペダル7の踏込み操作によりトロイダル型無段変速装
置2で回転数を変更、即ち車速を変更する構成となって
いる。
【0022】また前記後輪デフ入力軸69上には、前輪
駆動伝達用ギヤ72を設け、同ギヤ72から前輪駆動伝
達軸73へ動力を伝達し、前輪増速装置74を介して、
前輪デフ機構(図示省略)、前輪3bへ動力を伝達する
構成となっている。尚、図中符号79は、前記前後進切
替装置13とトロイダル変速機2を内装するユニットケ
ースを示し、前記ミッションケース14内部に嵌入した
状態で取り付ける構成となっている。これにより、両装
置13,2への配管、制御弁、或いは取付部材等を近接
配置したり共用することができ、生産時の組付やメンテ
ナンスを容易に行うことができる。また特に前記ユニッ
トケース79内の作動油を専用の作動油として利用する
ことで、作業機昇降用シリンダなど他のアクチュエータ
と共用して利用する構成と比較して、前後進切替装置1
3及びトロイダル変速機2で使用するオイルを極力清浄
に保ち作動を円滑に維持することができる。
【0023】また符号75lは、左右後輪駆動軸76の
回転を検出する回転センサを示し、図示は省略するが左
右対称の左右後輪駆動軸76にも回転センサ75rを設
け、直進時両センサ75l,75rの平均値から車速を
演算したり、旋回時に車体が小回り旋回するべく予め設
定された回転数となるよう、別途設けたアクチュエータ
により後輪駆動軸76のブレーキ装置78を作動してこ
れを検出するものである。また前記前輪増速装置74
は、前記車体の旋回時に前輪3aの周速を後輪3bの周
速よりも高速に切り替えるものである。
【0024】次に、図5に基づいてトラクタ10の制御
系統について説明する。前記トラクタ10のコントロー
ラ5は、前記変速に関する制御を処理する走行用コント
ローラ5aと、作業機昇降に関する制御を処理する作業
機昇降用コントローラ5bと、前記メータパネルの各種
表示器を制御するメータパネル用コントローラ5cから
構成され、夫れ夫れのコントローラは各種信号を処理す
るCPUと、これら信号情報を一時記憶するRAM、各
種制御プログラムを格納するEEPROM等を有する構
成となっている。また各コントローラ5a,5b…は夫
れ夫れ個別の通信回線により接続され互いのセンサ情報
や出力情報を送受信する構成となっている。
【0025】前記走行用コントローラ5aは、この入力
部に前後進切替レバー19基部の前進スイッチ25fと
後進スイッチ25rと、前記変速モード選択レバー7基
部の変速モード選択レバー位置センサ35、オートクル
ーズ入切スイッチ37、左右後輪の回転センサ75l,
75r、アクセルペダル踏込量センサ30、そしてエン
ジン出力軸22のエンジン回転センサ23、コントロー
ルラック位置センサ20、左右のブレーキペダル踏込量
センサ29l,29r等を接続して設け、更に出力部
に、前記前後進クラッチ61,62へ圧油を送る切替制
御弁の前進用ソレノイド76、後進用ソレノイド77、
前記パワーローラ6の開度を変更するべく圧油を調整す
る比例圧力制御弁のソレノイド52、コントロールラッ
ク位置調整用電動モータ5等を接続して設けている。
【0026】また、作業機昇降用コントローラ5bは、
入力部に作業機昇降用レバー43のポテンショメータ5
1、リフトアーム角センサ48、PTO入切スイッチ4
2等を接続して設け、出力部に前記作業機昇降用シリン
ダへ圧油を送る比例圧力制御弁の上昇用及び下降用ソレ
ノイド49,50を接続して設けている。
【0027】また メータパネル用コントローラ5c
は、各種制御のパイロットランプや液晶パネル、ブザー
等を接続して設けている。以上のように構成したトラク
タ10では、図6に示す変速制御プログラムの概要を示
すフローチャートのように変速制御が実行される。
【0028】最初にトラクタ10の電源を入としエンジ
ン1を始動すると、走行用コントローラ5aは、STE
P1の処理で各種センサやスイッチ類の状態を読み込
み、STEP2で前記変速モード選択レバー7の操作位
置を判定する。そして、前記変速モード選択レバー7が
N(ニュートラル)位置に設定されている場合は、前記
前後進用クラッチ61,62をOFF、即ちエンジン1
から前後輪3a,3bへの動力伝達を「切」に保持する
と共に、エンジン回転数を予め記憶されたアイドリング
位置に設定する(STEP3,4)。
【0029】また前記選択レバー7が「作業」モード位
置に設定されている場合は、STEP5で前記オートク
ルーズ入切スイッチ37が入かどうかを判定し、これが
入(YES)の場合は、前記スイッチ37を入とした時
点での車速を最高車速として設定し、その後STEP6
で、アクセルペダル4の踏込操作をキャンセルして、前
記スイッチ37を入とした時点でのエンジン回転数及び
車速を維持するよう前記車速センサ75l,75rとエ
ンジン回転数センサ23の検出値に応じて、ラック位置
調整用電動モータ5とパワーローラ6を駆動する。尚、
このオートクルーズ状態は、前記スイッチ37を再度押
し込み操作することで解除する他、前記ブレーキペダル
や変速モード選択レバー7の操作を検出することでも解
除する構成となっている。
【0030】一方、オートクルーズ入切スイッチ37が
切(NO)の場合は、STEP8に進み、図1に示すよ
うに、前記選択レバー7のモード設定位置に応じた最高
車速の条件下で、予め設定された規定のエンジン回転数
を維持しつつアクセルペダル4の踏込み操作があると車
速を変更するべくパワーローラ6により車速を調整す
る。尚、前記規定のエンジン回転数は別途ダイヤル式操
作具を設けて各モードで変更可能に構成としても良い
し、アクセルレバーを有するトラクタでは同レバーの操
作位置を既定値としても良い。
【0031】また前記「作業」モードでは、トラクタ1
0に連結した作業機38が上昇位置にある場合は、作業
負荷のかからない非作業時と想定し前記エンジン回転設
定数から所定量だけ低下させる(STEP10,1
1)。これにより、作業時の中断或いは作業負荷がかか
らない状態での燃料消費を抑え、またエンジンの騒音を
減少することができる。
【0032】また更にSTEP12では、左右ブレーキ
ペダル27l,27rが同時に踏込まれたかどうが検出
し、これがYESの場合は、STEP13にて前記前後
進用クラッチ61,52をOFFとして伝達動力を切
り、車体を停止させ易くする。また前記変速モード選択
レバー7がD(ドライブ)モード位置に設定されている
場合は、STEP14で、エンジン回転数と、車速と、
コントロールラック位置から予想されるエンジン回転数
と実際のエンジン回転数から求められるエンジン負荷率
と、アクセルペダル踏込量に応じて、前記ラック位置調
整用電動モータ5とパワーローラ6を駆動してエンジン
回転数と変速位置を調整する。詳しくは、予め設定され
たアクセル操作量に応じた車速ラインに対し、エンジン
負荷率が大きいほどエンジン回転高めた状態で車速を維
持し、エンジン負荷率が少ないほどエンジン回転数を下
げた状態で変速位置を高速或いは低速側に移行するよう
ラック位置調整用電動モータ5とパワーローラ6の作動
を連係し、この変速位置が最高速位置ではエンジン回転
数を増加する。
【0033】次にこの発明の別形態について説明する。
図7に示すトラクタの動力伝達機構図は、前記トラクタ
10の走行装置をクローラ型走行装置に変更した例を示
す。ここでは、前記エンジン出力軸22の伝動下手側に
設ける前後進切替装置13及びトロイダル変速機2を左
右個別に設け、夫れ夫れの回転動力を左右クローラ8
0,80へ伝達する構成となっている。尚、主な部材、
制御方法は前記トラクタ10の構成と同様であるため説
明を省略する。
【0034】以上のように構成したトラクタ10では、
作業時にはエンジン馬力が不足することなく、オートク
ルーズ入切スイッチ37を入とした時点の状態、或いは
アクセルペダル4を保持している状態で、エンジン回転
数が維持され、負荷変動があっても変動の少ない作業を
行うことができ、走行時には迅速に目的の車速に到達し
移動して自動車と同じ操作感で操作することができる。
また前記のようなディーゼルエンジン1を備えた車両で
は、騒音が抑えられて特に街中で走行する場合に好適で
ある。
【0035】また作業時の最高速度を走行時の最高速度
よりも低速に規制し、特に上記実施の形態では作業モー
ド毎に選択して規制することより、不本意な操作により
車速が急激に上昇して作業状態にむらを生じたり、エン
ストを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各変速モードでの最高車速を示すグラフ。
【図2】トラクタの全体側面図。
【図3】変速モード選択レバー。
【図4】トラクタの伝動機構線図。
【図5】コントローラの接続状態を示す図。
【図6】変速制御の概要を示すフローチャート。
【図7】トラクタをクローラ型に構成したときの伝動機
構線図。
【符号の説明】
1 エンジン 2 トロイダル型無段変速機 3a 前輪 3b 後輪 4 アクセルペダル 5 コントロールラック位置調整用電動モータ 6 パワーローラ 7 変速モード選択レバー 8 制御手段(各種コントローラ) 10 トラクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16H 63:06 F16H 63:06 Fターム(参考) 3D041 AA26 AA32 AB04 AB07 AC02 AC15 AC19 AD02 AD09 AD10 AD22 AD31 AD36 AD41 AD51 AE03 AE31 AE45 AF01 3J552 MA09 MA26 NA07 NB01 PA20 PA22 PA37 RB00 SA45 UA09 VB01W VB02Z VC01Z VC03Z VD00W VD02Z VD11Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジン(1)の回転動力を無段式変速
    装置(2)を介して走行装置(3a,3b)へ伝達する
    作業車両において、操作位置を保持可能な操作手段
    (4)及び同操作手段(4)操作位置を検出する手段
    (30)と、前記操作手段(4)の操作位置を基準とし
    て前記エンジン出力回転を調整するエンジン回転調整用
    アクチュエータ(5)と、前記無段式変速装置(2)の
    出力回転を調整する変速用アクチュエータ(6)とを設
    けると共に、車両の適所に同車両の状態が「作業」状態
    であるか若しくは「走行」状態であるかを設定する設定
    手段(7)を設け、前記操作手段(4)が操作されたと
    きに、前記設定手段(7)が「作業」状態に設定されて
    いる場合は、エンジン(1)の出力回転を略一定に保ち
    ながら前記無段変速装置(2)の出力回転を調整し、且
    つ前記設定手段(7)が「走行」状態に設定されている
    場合は、前記エンジン(1)の出力回転と無段変速装置
    (2)の出力回転を適宜連係させて調整するよう前記ア
    クチュエータ(5,6)を制御する制御手段(8)を備
    えたことを特徴とする無段式変速装置の変速制御装置。
  2. 【請求項2】 エンジン(1)の回転動力を無段式変速
    装置(2)を介して走行装置(3a,3b)へ伝達して
    走行する作業車両において、操作位置を保持可能な操作
    手段(4)及び同操作手段(4)操作位置を検出する手
    段(30)と、前記操作手段(4)の操作位置を基準と
    して前記エンジン(1)の出力回転を調整するエンジン
    回転調整用アクチュエータ(5)と、前記無段式変速装
    置(2)の出力回転を調整する変速用アクチュエータ
    (6)とを設けると共に、車両の適所に同車両の状態が
    「作業」状態であるか若しくは「走行」状態であるかを
    設定する設定手段(7)を設け、更に車両の車速を検出
    する車速検出手段(9)を設け、前記設定手段(7)が
    「作業」状態に設定されている場合は、「走行」状態に
    設定されている場合よりも最高車速を低速に規制するよ
    う前記アクチュエータ(5,6)を制御する制御手段
    (8)を備えたことを特徴とする無段式変速装置の変速
    制御装置。
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