JP2005147405A - 作業車両の変速制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】トラクタ等の作業車両には、各種作業に対応するべく多段の変速可能なギヤ式変速装置を備えている。そしてこれら変速装置をペダル操作に連動して所謂オートマック式に切り替える構成とすると、目的の変速位置に達するまで時間を要して操作性が悪かったり、燃費が悪くなるという課題が有った。
【解決手段】トラクタに、エンジンのアクセル位置を変更するアクセルペダルと、前記エンジンのアクセル操作位置を検出するアクセル位置センサと、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転センサと、前記両センサの検出値が予め設定した条件となると主変速装置の変速位置を全主変速位置の内一部の変速位置に亘って1速ずつシフトアップ/ダウン操作するコントローラを備える。また前記アクセル位置センサとエンジン回転センサによるシフトアップに係る設定条件を変更するモード切替器を備える。
【選択図】 図9

Description

この発明は、複数の変速装置を有する農業、建築、運搬用の作業車両の変速制御装置に
関する。
従来、特開2003−120806公報に示すように、トラクタには、8段階に切替可能な主変速装置と、3段階(高速H、中速M、低速L)に切り替え可能な副変速装置を備え、変速レバーのシフト操作によって前記副変速位置を切り替え、同レバー把持部の変速スイッチの押込み操作によってアクチュエータの駆動により前記主変速位置を1段ずつアップ/ダウンする構成が知れている。
しかしながら前記のようなトラクタで、一般路上を走行する場合は、副変速装置を高速に設定し、更に最高速で走行する場合は、前記変速スイッチの内、増速スイッチを7回も押す必要が生じる為、指が疲れたり、変速に時間を要し、尚、改良の余地が有った。
特開2003-120806号 特願2002-273058号
しかしながら、前記従来の作業車両では、悪路で大きく揺れながら移動する場合や、舗装された一般道路を高速で移動する場合等には、レバーに備えたスイッチ自体の操作が行ない難いという課題が有った。これに対し、ペダル操作で前記変速位置を切り替える構成とすると、車両の走行状態に応じて主変速位置をシフトアップダウンさせて燃費を良くする構成が望まれる。
このために、この出願は、前記課題に鑑みて作業車両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、主変速装置(1)と副変速装置(2)を備え、前記副変速装置(2)の変速位置を変速レバー(5)のシフト操作で切り替え可能に構成すると共に、前記主変速装置(1)を同レバー(5)のグリップ部に備えた変速アップ/ダウンスイッチ(28u,28d)の押し込み操作で切り替え可能に構成した作業車両であって、
前記車両のエンジン(E)のアクセル位置を変更するアクセルペダル(29)と、
前記エンジン(E)のアクセル操作位置を検出するアクセル位置センサ(20)と、
前記エンジン(E)の回転数を検出するエンジン回転センサ(21)と、
前記両センサ(20,21)の検出値が予め設定した条件となると前記主変速装置(1)の変速位置を全主変速位置の内一部の変速位置に亘って1速ずつシフトアップ/ダウン操作する制御手段(C)と、
前記両センサ(20,21)によるシフトアップに係る設定条件を変更する設定器(48)を備えたことを特徴とする作業車両の変速制御装置とした。
これにより、請求項1の発明では、アクセルペダル(29)による主変速操作、即ち両センサ(20,21)の検出値による主変速操作では、前記主変速装置(1)の一部の変速位置に亘って1速ずつシフトアップ/ダウン操作し、且つこのシフトアップに係る設定条件を車両の負荷状態に合わせて設定器(48)にて変更することができるので、不意な増速や減速を無くして車両の操作性を向上しつつ、燃費も向上させて車両の運営コストを削減することができる。
以下、この発明を作業車両となる農業用トラクタ8に搭載した形態について説明する。
トラクタ8は、図3と図4に示すように、ボンネット9の内部に燃料タンクTやエンジンEを設け、このエンジンEの回転動力がミッションケース10内の各変速装置を経由して駆動輪となる左右の前後輪3F,3Rに伝達して走行する構成としている。また前記燃料タンクTは、平面視右側部を前方に突設した逆「L」字状に形成され、この前面と下面を遮熱板7にて覆い、この下方に前記エンジンEを配置し、前方にオルタネータ等のエンジン補器を配置する構成となっている。
また前記ミッションケース10の上方には、操縦席11を設け、その前方位置にはステアリングハンドル12を設け、その下方に車体後部の作業機Rをスイッチ操作で昇降する昇降スイッチ13や上記エンジンEの回転数を調節するアクセルレバー14、更には車体の前後進を切り替える前後進切替レバー22を設けている。また前記前後進切替レバー22の基部には、オペレータの前後進切替操作を検出する前進スイッチ22fと後進スイッチ22rを設けている。また更に前記ステアリングハンドル12の下方には、アクセルペダル29やクラッチペダル24を設け、同ペダル24の基部に車両の走行/停止状態を検出するクラッチペダルスイッチ24sを設けている。
また前記ハンドル12の前方には、図5に示すように、液晶モニタMを有するメータパネル23を設け、同モニタMに後述する主、副変速位置や車速、燃料残量などを表示する構成となっている。
次に前記トラクタ8の動力伝達経路について、図6に基づき具体的に説明する。尚、図中に示す矢印は、主、副両変速装置1,2のギヤが常時噛み合い状態にある構成において、動力の伝達方向を示している。
前記エンジンEからの回転動力は、前記クラッチペダル24操作で断続操作される主クラッチ15を経由してミッションケース10内に設けられている前後進切替装置16、主変速装置1(第一主変速装置1a、第二主変速装置1b)、副変速装置2の順に伝達されて後輪デフ機構17を介して後輪3R、3Rと、前後輪駆動切替装置18、前輪デフ機構19を介して前輪3F、3Fへそれぞれ伝達する構成としている。
前記エンジンEには、ガバナ機構Gにアクセル位置センサ20が設けられ、出力軸にはエンジン回転センサ21が設けられており、両センサ20,21により車両のエンジン負荷状態を検出し、後述するアクセルペダル29による主変速の切り替え処理では、アクセル位置に応じたエンジン回転数が一定時間継続して検出されると主変速位置を1段アップし、過剰に負荷が大きくなった時には主変速位置を1段ダウンする構成となっている。
また前記前後進切替装置16は、前進用クラッチ16Fと後進用クラッチ16Rとの2つのクラッチを有する油圧クラッチ式切替装置であって、前記前後進切替レバー22基部の前後進スイッチ22f、22rの検出値に応じてどちらか一方のクラッチを圧着し、回転動力を第一主変速装置1aへ正転、若しくは逆回転で伝達する構成となっている。また、前記前後進切替装置16は、後述する各種要因で主変速装置1の変速位置を切り替える際の昇圧クラッチを兼ねる構成となっている。即ち、主変速装置1を切り替える際には、この切替操作に先立って、前記両クラッチ16F,16Rを共に切とし、前記主変速の切り替えが完了後、前記前後進スイッチ22f,22rの検出に応じて、前進用クラッチ16F、若しくは後進用クラッチ16Rを入りとする構成となっている。
また前記第一主変速装置1aは、ピストン式変速アクチュエータとなる「1ー2速」変速用油圧シリンダ4a、「3ー4速」変速用油圧シリンダ4bを備えたシンクロメッシュギヤ式変速装置であり、前記油圧シリンダ4a、4bの内、一つのシリンダのピストンを伸長、若しくは短縮して先端部に係合されたシフターを前後に移動することで4つのギヤ組の内の1つのギヤ組を通じて回転動力を第二主変速装置1bへ伝動する構成となっている。
詳しくは、前記「1ー2速」変速用油圧シリンダ4aのピストンが図中左側へ伸長することで「1速」となり、同ピストンが図中右側に短縮することで「2速」となり、更に、前記「3ー4速」変速用油圧シリンダ4bのピストンが図中左側に伸長することで「3速」となり、同ピストンが図中右側に短縮することで「4速」に切り替え変速ができる構成となっている。
また前記第二主変速装置1bは、高速クラッチ26hと低速クラッチ26lとの高低二段の油圧クラッチ式変速装置であり、変速アクチュエータとなるクラッチ内部のピストン4cにて高低どちらか一方のクラッチ板を圧着することで回転動力を高低二段に切り替え、その動力を副変速装置2へ伝動する構成としている。
これにより、前記主変速装置1は、第一主変速装置1aと第二主変速装置1bとの各変速位置を組み合わせて、4×2=全8速の変速位置を有する構成となっている。そして、上記主変速装置1は、変速レバー5のグリップ部に備えている変速アップスイッチ28uと変速ダウンスイッチ28dの押し込み操作、即ち手動操作で、制御手段となるコントローラCの通電指令を介して各切替制御弁の油路を切り替え、前記油圧シリンダ4a,4b及びクラッチ内ピストン4cを駆動して同主変速装置1の変速位置を1速ずつ順に増速、又は減速する構成としている。
また前記副変速装置2は、上記変速レバー5の手動操作によりロッドやリンク機構等の機械的連動機構を介して切り替えるコンスタントメッシュギヤ式変速装置であり、前記第二主変速装置1bから伝動された回転動力を「H速」、「M速」、「L速」の3つのギヤ組の1つを介して伝動し、副変速出力軸30から出力する構成となっている。
以上のように構成したトラクタ8の主変速装置1、及び副変速装置2は、図1の変速段数表に示すように、主変速8段と副変速3段との組み合わせによって、全部で24速の変速段数に切り替え変速が可能に構成されている。
次に、図2に基づいて前記変速レバー5及びこの操作位置について説明する。
前記変速レバー5は、操縦席11の左側に配置した操作パネル31のレバーガイド32から上方に突設し、前後左右の回動操作で前記副変速装置2の変速位置を切り替える構成としている。詳しくは、レバーガイドの平面図に示すように、変速レバー5を車体後方外側に操作すると、副変速位置をL速に設定し、車体後方内側に操作するとM速に設定し、車体前方内側、即ちこの発明の作業位置(第一操作ポジション)P1に操作するとH速に設定する構成となっている。また更に、この作業位置P1の外方には路上走行位置(第二操作ポジション)P2が設けられ、前記変速レバー5を副変速位置をH速に保持したままで横移動できる構成となっている。
また前記変速レバー5の操作位置は、ミッションケース10内に備えた各副変速位置センサ52L,52M,52H,52HHにより検出する構成となっており、後述するコントローラCでは、変速レバー5の操作位置がL速、M速、そしてH促の内、前記作業位置P1であることを検出していると、前記変速スイッチ28u,28dにより主変速を1〜8速全段を切り替え可能に構成し、前記路上走行位置P2であることを検出していると、前記主変速位置の一部、ここでは低速域である1〜4速を切り替え不能として、5〜8速の高速域内だけを切り替え可能としている。
尚、前記変速レバー5は、プレート部材を介して左右方向の回動軸X1と前後方向の回動軸X2により支持する構成となっているが、同レバー5の前後左右の回動機構はミッションケース10内に構成しても良い。また変速レバー5の操作形態は、図11に示すように、他の形態であっても良し、操縦席の右側に配置する構成としても良い。
次にこの発明の制御手段となるコントローラCについて図8に基づいて説明する。
前記コントローラCには、内部に各種信号を処理するCPUと、センサの検出値や設定器類の設定値を一時記憶するRAMと、各種制御プログラムを格納するEEPROMを設け、入力側には、前記変速アップスイッチ28uや変速ダウンスイッチ28d、変速レバー5の変速位置を検出する副変速位置センサ33L、33M、33H、33HH、前記第一及び第二主変速装置の変速位置を検出するポテンショメータ式の主変速位置センサ35,36と、前進スイッチ22f、後進スイッチ22r、アクセル位置センサ20、エンジン回転センサ21、走行モード切替スイッチ48等が接続して設けられ、操作、及び検出情報を入力する構成としている。
またコントローラCの出力側には、第一主変速装置1aの油圧シリンダ4a,4bを駆動させる切替制御弁のソレノイド41a,41b,41c,41d、第二主変速装置1bの高低クラッチ26h、26lを圧着させる切替制御弁ソレノイド42,43、前後進切替装置16の前後進用クラッチ16F,16Rを圧着させる切替制御弁のソレノイド45f,45r等がそれぞれ接続して設けられ、出力信号に基づいて作動する構成としている。
以上のように構成したトラクタ8では、図9に示す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行われる。
最初に、トラクタ8のエンジンキースイッチをONとすると、各種電装機器に電源が投入され、前記コントローラCは、各種センサの検出値や設定器類の設定値が読み込み、各副変速位置毎に主変速位置の使用時間を計測する。そして、前記副変速位置センサ33L,33M,33H,33HHにより変速レバー5の移動操作が有ったかどうかを判定し、この判定がYESであれば、前記クラッチペダルスイッチ6sの検出値より、トラクタ8が走行状態かどうかを判定する。
また前記変速レバー5の移動が無い場合は、変速アップ/ダウンスイッチ29u,29dの押し込み操作に応じた主変速切り替え処理、更に他の処理を行ってリターンとなる。
また前記判定にて、クラッチペダルスイッチ6sがOFFであれば、エンジンEの回転動力が駆動輪3F,3Rへ伝達状態であり、トラクタ8は走行状態であると想定し、図1の(1)と(3)に示すように、作業操作位置P1と路上走行位置P2間で変速レバー5の移動が有っても主変速位置をそのまま維持する。
この際、前記の通り、通常、変速レバー5を路上走行位置P2に設定した場合は、変速アップ/ダウンスイッチ29u,29dでの切り替え操作を、高速域(5〜8速)内に規制する構成としているが、変速レバー5を移動した時だけは、1〜4速間を前記スイッチで切り替えられる構成とし、その後5〜8速に切り替えられると、1〜4速への切り替えを不能とする構成となっている。
また前記クラッチペダルスイッチ6sの判定で、同スイッチ6sがONであれば、トラクタ8は停止状態と想定し、更に変速レバー5の移行パターンを判定する。
ここでは、変速レバー5が作業位置P1から路上走行位置P2へ移動した場合と、路上走行位置P2から作業位置P1へ移動した場合を説明する。
前記変速レバー5が作業位置P1から路上走行位置P2へ移動した場合は、図1の(2)に示すように、オペレータ自ら主クラッチ15を入切操作できる状態であるので、前記主変速位置1を前記路上走行位置P2での最低速位置となる5速へ切り替える。
また前記路上走行位置では、前記アクセルペダル29の踏込み操作により主変速位置を1速ずつアップ/ダウンする処理を実行する構成となっている。
また路上走行位置P2から作業位置P1へ移動した場合では、図1の(4)に示すように、前記主変速位置1を所定の変速位置、ここでは前記計測された累積使用時間の最長位置へ切り替える。
これにより、前記トラクタ8では、走行中に変速レバー5を作業位置P1と路上走行位置P2間を操作しても、主変速位置を保持するので、車速が変動することなく安全性が確保される構成となっている。
一方、トラクタ8が停止中に変速レバー5を、作業位置P1から路上走行位置P2の位置に切り替えると、路上走行位置P2での最低速位置に切り替わる構成としている。即ち、その後に一般路上で走行する時には、細かく設定された低速域を前記変速スイッチ29u,29dを操作して順にアップ/ダウン操作する必要がなくなるので、変速操作性が良い。
また更に車両が停止中に、変速レバー5を、路上走行位置P2から作業走行位置P1の位置に切り替えると、即ち路上位置P2の位置から解除すると、過去に使用した主変速位置のうち最も使用頻度の高い位置に切り替える構成としているので、移動状態から圃場或いは作業場に入って作業を始める時に必要の無い主変速位置を前記変速スイッチ29u,29dを操作して無闇に切り替え操作する必要が抑制され、変速操作性が向上する。
尚、この発明の別形態としては、車両の走行/停止状態を検出するセンサとして、前輪または後輪の回転の有無を検知する構成としても良いし、ドップラ式センサを利用して走行面に対する移動を検出する構成としても良い。また作業位置P1での主変速操作位置は、全主変速位置の内の低速側、例えば1〜4速だけを組み合わせると共に路上走行位置P2では5〜8速を組み合わせたり、作業位置P1では全段を組み合わせ、路上走行位置P2では2,4,6,8速といった1段ずつステップした組み合わせでも良い。また前記副変速装置2にも、前記主変速装置同様、変速用アクチュエータを備え、レバー操作に連動して手動で副変速位置を切り替える構成としても良い。
次に、図10に基づいて、前記フローチャートの中のアクセルペダル29による主変速切り替え処理について説明する。
前記コントローラCでは、前記処理に関して通常、圃場内や悪路を移動する場合に設定する通常切替モードと、舗装された一般道路を移動する場合に設定する省燃費モードとを有する構成とおり、前記走行モード切替スイッチ48で両モードの切替ができる構成となっている。
詳しくは、前記エンジン回転センサ49により実際のエンジン回転数aを読み込み、アクセル位置センサ50によりこのアクセル位置に対応した標準エンジン回転数bを読み込んで、両エンジン回転a,bより、現在のエンジン回転数に一定回転数の以上の余裕がある状態を一定時間継続して検出した場合に、主変速位置を1速アップし、他の場合に1速ダウンする構成となっている。
例えば、前記通常モードでは、主変速位置を3速から4速にアップする条件は、実際のエンジン回転数aが2000rpm以上で、かつアクセル位置が1700以上に設定されていて、且つ前記エンジンEの実際の回転数aが前記アクセル位置に応じた標準回転数bよりも200回転を超える余裕があり、更にこの状態が0.5秒以上を継続した場合に主変速をアップする構成となっている。
一方、前記省エネモードでは、主変速位置を3速から4速にアップする条件は、実際のエンジン回転数aが1700rpm以上で、かつアクセル位置が1500以上に設定されていて、且つ前記エンジンEの実際の回転数aが前記アクセル位置に応じた標準回転数bよりも200回転を超える余裕があり、更にこの状態が0.5秒以上を継続した場合に主変速をアップする構成となっている。
即ち、省エネモードでは、変速アップ条件が緩和されており、燃費が向上する構成となっている。
これにより、トラクタ8を軟弱な地盤等で、走行負荷がかかりながら走行する場合は、通常モードに設定することで、エンストを防止して走行でき、舗装され抵抗の走行少ない一般路上で走行する場合は、省エネモードに設定することで、燃費を向上させて、車両の運営コストを削減することができる。
変速ルールを説明する変速段数表。 変速レバー近傍の側面図、及びレバーガイドの平面図。 トラクタの全体側面図。 エンジン近傍を示す図。 メータパネルの正面図。 トラクタの伝導機構線図。 トラクタの車速表。 コントローラの接続状態を示すブロック図。 シフトアップの条件を示す図。 変速制御の概要を示すフローチャート。 変速レバーの別シフトパターンを示す図。
符号の説明
E エンジン
1 主変速装置
2 副変速装置
5 変速レバー
20 アクセル位置センサ
21 エンジン回転センサ
28u 変速アップスイッチ
28d 変速ダウンスイッチ
48 走行モード切替スイッチ

Claims (1)

  1. 主変速装置(1)と副変速装置(2)を備え、前記副変速装置(2)の変速位置を変速レバー(5)のシフト操作で切り替え可能に構成すると共に、前記主変速装置(1)を同レバー(5)のグリップ部に備えた変速アップ/ダウンスイッチ(28u,28d)の押し込み操作で切り替え可能に構成した作業車両であって、
    前記車両のエンジン(E)のアクセル位置を変更するアクセルペダル(29)と、
    前記エンジン(E)のアクセル操作位置を検出するアクセル位置センサ(20)と、
    前記エンジン(E)の回転数を検出するエンジン回転センサ(21)と、
    前記両センサ(20,21)の検出値が予め設定した条件となると前記主変速装置(1)の変速位置を全主変速位置の内一部の変速位置に亘って1速ずつシフトアップ/ダウン操作する制御手段(C)と、
    前記両センサ(20,21)によるシフトアップに係る設定条件を変更する設定器(48)を備えたことを特徴とする作業車両の変速制御装置。
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