JP2004350475A - 作業車両の伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、乗用芝刈機などの作業車両では、道路などを走る場合、スリップや前輪のオーバーランといった車両の走行状態に関わらず、電動モータにより前後輪を共に駆動する構成となっているので、走行抵抗が大きく出力トルクが大きな電動モータを装備する必要が生じコスト高となったり、電力を過剰に消費して燃費が悪いという課題が有った。
【解決手段】エンジン１の回転動力を走行用の変速機２を介して後輪４へ伝達して駆動すると共に、同回転動力を車体に突設するＰＴＯ軸５へ伝達して駆動する。また同回転動力をバッテリ２２へ伝達してこのバッテリ２２を充電し、このバッテリ２２に蓄えられた電力により可変モータ７を駆動して前記エンジン１から後輪４へ至る伝動経路とは異なる伝動経路で前輪６を駆動する。更に、前輪と後輪の回転数を検出するセンサ２５，２６，２７を設け、後輪２７の回転にあわせ前輪６の回転を制御する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、農業用、芝地管理用、建築運搬用等の作業車両の伝動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開２００３−９６０７号公報に示されるように、エンジンと電動モータ（走行モータ１０２）を備えた所謂ハイブリッド型の農業用トラクタが知られいる。そして、前記公報のトラクタでは、エンジンと電動モータの回転のどちらか一方、或いは両者の回転を合成して前後輪を共に駆動して走行する構成となっている。
【０００３】
また前記公報の農業用トラクタは、通常作業時はエンジンの駆動力で走行し、道路などの大きなトルクを必要としない場合には電動モータを駆動力で走行すると共に、この電動モータを駆動するバッテリの電圧が低下した時には前記エンジンの駆動により電気を充電する構成となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−９６０７号公報（段落〔００３１〕〜〔００３９〕、〔図１０〕〜〔図１２〕）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報のトラクタでは、前述の通り、道路などを走る場合、スリップや前輪のオーバーランといった車両の走行状態に関わらず、電動モータにより前後輪を共に駆動する構成となっているので、走行抵抗が大きく出力トルクが大きな電動モータを装備する必要が生じコスト高となったり、電力を過剰に消費して燃費が悪いという課題が有った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記課題に鑑みて作業車両の伝動装置を以下のように構成した。
即ち、エンジン（１）の回転動力を走行用変速機（２）を介して後輪（４）へ伝達して駆動すると共に、同回転動力を車体に突設するＰＴＯ軸（５）へ伝達して駆動し、更に同回転動力をバッテリ（２２）へ伝達してこのバッテリ（２２）を充電し、前記バッテリ（２２）に蓄えられた電力により可変モータ（７）を駆動し前記エンジン（１）から後輪（４）へ至る伝動経路とは異なる伝動経路で前輪（６）を駆動する作業車両の伝動装置とした。
（請求項１の作用）
以上のように構成した作業車両では、エンジン（１）の回転動力により、後輪（４）が駆動され、同回転動力により車体に突設するＰＴＯ軸（５）が駆動される。また、エンジン（１）の回転動力によりバッテリ（２２）に電気を充電し、前記バッテリ（２２）に蓄えられた電力により可変モータ（７）を駆動させて前記後輪（４）の伝動経路は異なる伝動経路で前輪（６）が駆動される。
【０００７】
また請求項２の発明では、 前記エンジン（１）から後輪（４）へ至る伝動経路に後輪回転センサ（２６，２７）を設け、
前記可変モータ（７）から前輪（４）へ至る伝動経路に前輪回転センサ（２５）を設け、
前記前後輪回転センサ（２５，２６，２７）により予め設定されたスリップ状態を検出した時には、前記可変モータ（７）により前記前輪（６）を駆動して４ＷＤ駆動状態とし、前記両センサ（２５，２６，２７）により予め設定されたスリップ状態を検出していない間には、前記前輪（６）から前記可変モータ（７）を駆動して前記バッテリ（２２）を充電する制御手段（２４）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の伝動装置とした。
（請求項２の作用）
以上のように構成した請求項２の発明では、前後輪回転センサ（２５，２６，２７）により車両のスリップ状態が検出され、予め設定されたスリップ状態を検出された時には、制御手段（２４）により前記可変モータ（７）により前記前輪（６）を駆動され車両は４ＷＤ駆動とする。また前記両センサ（２５，２６，２７）により予め設定されたスリップ状態を検出していない間には、前記前輪（６）からの付き回りが前記可変モータ（７）へ伝達されて前記バッテリ（２２）に電気を充電する。
【０００８】
また請求項３の発明では、前記エンジン（１）から後輪（４）へ至る伝動経路に後輪回転センサ（２６，２７）を設け、
前記可変モータ（７）から前輪（４）へ至る伝動経路に前輪回転センサ（２５）を設け、
前記前後輪回転センサ（２５，２６，２７）により後輪（４）に対する前輪（６）のオーバーラン状態を検出した時には、前記前輪（６）から前記可変モータ（７）を駆動して前記バッテリ（２２）を充電させる制御手段（２４）を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業車両の伝動装置とした。
（請求項３の作用）
以上のように構成した請求項３の発明では、前後輪回転センサ（２５，２６，２７）により後輪（４）に対する前輪（６）のオーバーラン状態が検出され、このオーバーラン状態が検出された時には、制御手段（２４）により前記前輪（６）からの回生駆動力、即ち付き回り動力が前記可変モータ（７）へ伝達されて前記バッテリ（２２）に電気を充電する。
【０００９】
【発明の効果】
これにより、請求項１の発明は、負荷の大きい後輪（４）とＰＴＯ軸（５）は、エンジン（１）によって駆動し、負荷の小さい前輪（６）は可変モータ（７）で独自に駆動するので、特に一般道路を走行するとき等、前記可変モータ（７）だけを駆動させて走行する場合に、前記公報のように前後輪を共に駆動するモータと比較して、同モータ（７）に掛かる負荷を極力小さくすることができるので、大きなトルクを必要とする高価なモータを必要とせず、生産、部品コストを低減することができる。また、前輪（６）をスリップ等の走行状態に合わせて独自に駆動することができ、車両の安全性、操作性を向上することができる。
【００１０】
また請求項２の発明は、例えば負荷作業中や昇り坂走行等、前後輪（６，４）のスリップが大きいときは、可変モータ（７）によって前輪（６）を駆動して４ＷＤ走行とし、例えば平坦な作業地を単に移動するとき等、前後輪（６，４）のスリップが小さいときには、前輪（６）の回生回転で可変モータ（７）を駆動し、同モータ（７）を発電機として前記バッテリ（２２）に電気を充電することで、前記バッテリ（２２）の電力の減少を極力抑えて、前輪（６）を長時間に亘り駆動、更には回転制御することができる。
【００１１】
また請求項３の発明は、路上走行中にブレーキを掛けたときや、対地作業機、例えばロータリ作業機から前方へ押されるような力（ダッシング）を受ける場合に、前輪（６）は後輪（４）に対してオーバーランの状態となるが、このようなときは、前記前輪（６）を回生制動することで適正な４ＷＤ状態やブレーキ時の急制動ができと共に、この回生エネルギーをバッテリ（２２）の充電に有効利用してバッテリの電力の減少を極力抑えて、前輪（６）を長時間に亘り駆動、更に回転制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を乗用芝刈機に搭載した例について説明する。
乗用芝刈機は、図４に示すように、車体８前部のンネット１０内にエンジン１及びバッテリ２２、更には後述する前輪モータ７を内装し、このモータ下方にステアリングハンドル９で操向できる前輪６を設け、前記車体８の後部には後輪４及び操縦席１１を設ける構成となっている。
【００１３】
また前記ステアリングハンドル９の下方には、後述するＰＴＯ軸５の回転を入切操作するＰＴＯ入切スイッチ３４を設け、またハンドル回動基部には、車両の旋回状態を検出する手段としてハンドル切角センサ２９を設ける構成となっている。
【００１４】
また、前記前輪６と後輪４との間には、クロスリンク１２を有するリフト機構を設け、このリフト機構に作業機となるモーアデッキ１３を装着すると共に、車体後部にはこのモーアデッキ１３内のカッター１５で刈取られた芝草を集草するコレクタ１４を装着する構成となっている。そして、前記モーアデッキ１３内のカッター１５は、前記左右後輪４，４内側のＰＴＯ軸５から連動される。また前記モーアデッキ１３とコレクタ１４は、ブロワーを内装したシュータ１６で連通する構成となっている。
【００１５】
前記乗用芝刈機の伝動経路及び制御構成について図１に基づいて説明する。
前記ＰＴＯ軸５の伝動経路は、前記エンジン１から動力上手側から順に、ＰＴＯクラッチ１７、ＰＴＯ変速機３と経てＰＴＯ軸５となっている。また前記ＰＴＯクラッチ１７はコントローラ２４の通電指令により切替制御弁のソレノイド３０へ通電が成されて入切操作する構成となっている。
【００１６】
また前記後輪４の伝動経路は、エンジン１から動力上手側から順に、走行クラッチ１８、後輪用の走行変速機２、後輪デフ機構１９等を経て左右の後輪４となっている。また前記走行クラッチ１８はコントローラ２４の通電指令により切替制御弁のソレノイド３１へ通電が成されて入切操作する構成となっている。尚、前記走行変速機２は、ＨＳＴやＣＶＴといった無段変速機となっている。
【００１７】
また前記前輪６の伝動経路は、動力上手側から順に可変モータ式の前輪モータ７、前輪デフ機構２１、左右の前輪６となっている。また前記前輪モータ７は、エンジン近傍に配置したバッテリ２２の電力をインバータ２３を経由して駆動する構成となっている。また前記インバータ２３は、コントローラ２４からの出力で内部スイッチを切替操作して前輪モータ７の出力回転数を制御する構成となっている。また前記バッテリ２２は、エンジン１により駆動される発電機の電気を受けて充電すると共に、前記前輪モータ７を発電機として利用し前輪からの回生動力を受けても充電する構成となっている。
【００１８】
また更に、前記前輪モータ７の動力下手側の伝動経路は、軽負荷走行を想定して、前輪クラッチ２０を介して前記走行変速機２の上手側へも接続し後輪４も駆動可能な構成となっている。尚、前記前輪クラッチ２０も、コントローラ２４の通電指令により切替制御弁のソレノイド３２へ通電が成されて入切操作する構成となっている。
【００１９】
尚、図１に示す実線の矢印はギヤや駆動軸などの機械的連動機構を示し、点線の矢印はハーネス等に流れる電気の流れを示す。
また前記コントローラ２４は、この発明の制御手段であって、図２に示すように、
この入力側に該インバータ２３の他に、前輪６の回転を検出する前輪回転センサ２５や、左右夫れ夫れの後輪４の回転を検出する左右後輪回転センサ２６，２７、後輪走行変速機２の変速位置を設定する変速位置設定器２８、及びステアリングハンドル９の切れ角を検出するステアリング切れ角センサ２９、ＰＴＯ入切スイッチ３４、バッテリ２２のバッテリ残量センサ３５、等を接続する構成となっている。また出力側には、走行変速機２の変速位置を切り替える変速用アクチュエータ３３、前記インバータ内の各種スイッチ、前記ＰＴＯクラッチ１７を入切操作する切替制御弁のソレノイド３０、走行クラッチ１８を入切操作する切替制御弁のソレノイド３１、前輪クラッチ２０を入切操作する切替制御弁のソレノイド３２等を接続する構成となっている。
【００２０】
以上のように構成した乗用芝刈機を二輪駆動走行形態（２ＷＤ）とするときは、走行クラッチ１８の入として、エンジン１の回転動力を走行変速機２を介して後輪４へ伝達し駆動する。またこのとき前記カッター１５を駆動するときは、前記ＰＴＯ入切スイッチ３４を入として、ＰＴＯクラッチ１７を入りとしてエンジン１の回転動力をＰＴＯ変速装置３を介してＰＴＯ軸５へ伝達し伝動する。尚、この際、前記インバータ２３の操作により前輪モータ７は駆動せず、エンジン１の回転動力でバッテリ２２に電気を充電する。
【００２１】
また乗用芝刈機を四輪駆動走行形態（４ＷＤ）とするときは、前記インバータ２３の操作により前輪モータ７をバッテリ２２の電気で駆動する。
詳しくは、図３のフローチャートに示すように、変速制御や各クラッチ１８，２０等の制御が行われる。
【００２２】
最初に、前記乗用芝刈機の電源系がＯＮされると、各種センサ２５，２６…の検出値がコントローラ２４に読込まれる。同時に前記コントローラ２４では左右後輪回転センサ２６，２７による検出回転数の平均値を算出する。
そして、前記ステアリング切れ角センサ２９により車両の操舵状態を検出し、直進走行中のときは、前記左右後輪４の平均回転数を現在の後輪４の回転数としてセットする。また旋回中のときは旋回外側の後輪回転数、即ち左旋回中のときは、右後輪４の回転数を現在の後輪４の回転数としてセットし、右旋回中のときは、左後輪４の回転数を現在の後輪４の回転数としてセットする。
【００２３】
このような後輪４の回転数のセットのもとに、２ＷＤ走行中か又は４ＷＤ走行中かの判別が行われて、２ＷＤの走行中であるときは、スリップ状態、即ち前後輪６，４の回転数比が適正範囲内にあるか否かの判別が行なわれる。
スリップが小さくこの回転数比が２ＷＤ走行における適正範囲内にあるときは、前輪モータ７を発電機としてインバータ２３を介してバッテリ２２に電気を充電する。
【００２４】
一方、前記前後輪６，４の回転数比が２ＷＤ走行における適正範囲外にあるときは、スリップ状態が検出されている場合と前輪６のオーバーランが検出されている場合とに区別され、スリップ状態が検出されている場合は、前記後輪４の回転の回転数に前輪６の回転数が同期するように規定時間に亘って前輪モータ７を駆動する。また前記前輪６のオーバーランが検出されている場合は、前輪６の回転数が後輪４の回転数に同期するように規定時間に亘って前輪モータ７を回生制動駆動、即ち前輪６に抵抗をかける。
【００２５】
また、車両が４ＷＤで走行しているときにも、前記同様、前輪６及び後輪４の回転数比が繰り返し検出され、スリップ状態を検出されている場合は、前記後輪４の回転数に前輪６の回転数が同期するように規定時間に亘って前輪モータ７の出力回転を制御する。また前記前輪６のオーバーランが検出されている場合は、前輪６の回転数が後輪４の回転数に同期するように規定時間に亘って前輪モータ７を回生制動駆動、即ち前輪６に抵抗をかける。
【００２６】
これにより、負荷の大きい後輪４とＰＴＯ軸５は、エンジン１によって駆動し、負荷の小さい前輪６は電動式の前輪モータ７で独自に駆動するので、特に一般道路を走行するとき等、前記可変モータ７だけを駆動させて走行する場合に、前後輪を共に駆動する構成と比較して、同モータ７に掛かる負荷を極力小さくすることができるので、大きなトルクを必要とする高価なモータを必要とせず、生産、部品コストを低減することができる。また、前輪６をスリップ等の走行状態に合わせて独自に駆動することができ、車両の安全性、操作性を向上することができる。
【００２７】
また例えば負荷作業中や昇り坂走行等、前後輪６，４のスリップが大きいときは、前輪モータ７によって前輪６を駆動して４ＷＤ走行とし、例えば平坦な作業地を単に移動するとき等、前後輪６，４のスリップが小さいときには、前輪６の回生回転で前輪モータ７を駆動し、同モータ７を発電機として前記バッテリ２２に電気を充電することで、前記バッテリ２２の電力の減少を極力抑えて、前輪６を長時間に亘り駆動、更には回転制御することができる。
【００２８】
また更に路上走行中にブレーキを掛けたときや、対地作業機、例えばロータリ作業機から前方へ押されるような力（ダッシング）を受ける場合に、前輪６は後輪４に対してオーバーランの状態となるが、このようなときは、前記前輪６を回生制動することで適正な４ＷＤ状態やブレーキ時の急制動ができと共に、この回生エネルギーをバッテリ２２の充電に有効利用してバッテリの電力の減少を極力抑えて、前輪６を長時間に亘り駆動、更に回転制御することができる。
【００２９】
尚、この発明の別形態としては、作業車両として農業用トラクタ、散布作業車といった他の農作業車、フォークリフトやローダ作業車等、建築運搬作業車としても良し、バッテリに燃料電池を利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】乗用芝刈機の伝動機構を示す図。
【図２】制御ブロック図。
【図３】制御の概要を示すフローチャート。
【図４】乗用芝刈機の全体側面図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 走行変速装置
３ ＰＴＯ変速装置
４ 後輪
５ ＰＴＯ軸
６ 前輪
７ 前輪モータ
２２ バッテリ
２４ コントローラ
２５ 前輪回転センサ
２６ 左後輪回転センサ
２７ 右後輪回転センサ

Claims (3)

1. エンジン（１）の回転動力を走行用変速機（２）を介して後輪（４）へ伝達して駆動すると共に、同回転動力を車体に突設するＰＴＯ軸（５）へ伝達して駆動し、更に同回転動力をバッテリ（２２）へ伝達してこのバッテリ（２２）を充電し、前記バッテリ（２２）に蓄えられた電力により可変モータ（７）を駆動し前記エンジン（１）から後輪（４）へ至る伝動経路とは異なる伝動経路で前輪（６）を駆動する作業車両の伝動装置。
2. 前記エンジン（１）から後輪（４）へ至る伝動経路に後輪回転センサ（２６，２７）を設け、
   前記可変モータ（７）から前輪（４）へ至る伝動経路に前輪回転センサ（２５）を設け、
   前記前後輪回転センサ（２５，２６，２７）により予め設定されたスリップ状態を検出した時には、前記可変モータ（７）により前記前輪（６）を駆動して４ＷＤ駆動状態とし、前記両センサ（２５，２６，２７）により予め設定されたスリップ状態を検出していない間には、前記前輪（６）から前記可変モータ（７）を駆動して前記バッテリ（２２）を充電する制御手段（２４）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の伝動装置。
3. 前記エンジン（１）から後輪（４）へ至る伝動経路に後輪回転センサ（２６，２７）を設け、
   前記可変モータ（７）から前輪（４）へ至る伝動経路に前輪回転センサ（２５）を設け、
   前記前後輪回転センサ（２５，２６，２７）により後輪（４）に対する前輪（６）のオーバーラン状態を検出した時には、前記前輪（６）から前記可変モータ（７）を駆動して前記バッテリ（２２）を充電させる制御手段（２４）を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業車両の伝動装置。

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