JP2005195052A - 作業車両の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トラクタ等の作業車両では、多種多様な作業に対応するべく複数の変速装置を備え、細かな変速が可能となっている。このため、車両の発進時に不適な変速位置が設定されていると、多くの変速操作、或いは時間を要したり、高負荷を伴なってエンストを生じて円滑な発進ができないという課題が有った。
【解決手段】
トラクタには、アクセル操作に応じて変速位置をアップダウンさせる変速モードを設ける。この変速モードは高速側の所定の副変速位置Ｐ４においてのみ作動可能に設定する。そしてエンジンＥの始動時に前記副変速が前記所定の副変速位置Ｐ４に設定されている場合は、前記主変速位置を変速レンジ内の最定低速位置へ切り替える。また前記エンジンＥの始動時に前記副変速が前記所定の副変速位置Ｐ４とは異なる他の位置に設定されている場合は、使用累積時間の最も長い主変速位置へ切り替える。
【選択図】図２

Description

この発明は、作業車両の変速制御装置の構成に関する。

本出願人は過去に、エンジンの回転動力を主変速装置と副変速装置を介して前後輪へ伝達し、少なくとも前記主変速装置の変速位置を変速スイッチのＯＮ操作に連動させて切り替える第一変速モードと、アクセル操作に連動させて切り替える第二変速モードとを備えた作業車両（トラクタ）の出願をしている。
また前記出願に記載した発明では、第二変速手段を路上走行を想定した特定の副変速位置、路上用Ｈ速位置においてのみ作動可能に構成し、一般路上を走行する際の変速操作を低減する構成となっている。
特願2003-41603号

前記のようにトラクタのような作業車両では、各種作業に対応するべく主変速装置と副変速装置を備え、多段の変速位置を設定可能に構成している。詳しくは減速比の大きな副変速装置で車速レンジを設定し、副変速装置よりも減速比の小さな主変速装置で細かな車速の調整を設定する構成としている。

しかしながら、前記車両では、車両の発進時に不適な変速位置が設定されている場合、例えば副変速位置を低速、即ち作業位置に設定した状態でエンジンを駆動させ、その際主変速位置も低速であると、作業に適した目的の変速位置を得るまでに多くの変速操作、或いは時間を要し、また反対に副変速位置を路上を想定した高速位置に設定した状態でエンジンを駆動させ、その際主変速位置も高速位置であると、急加速を伴ったり、エンストを生じて円滑な発進ができないという課題が有った。

以上のような課題に鑑みてこの発明では、変速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Ｅの回転動力を主変速装置１と副変速装置２を介して駆動輪３Ｆ，３Ｒへ伝達し、少なくとも前記主変速装置１の変速位置をスイッチ操作具４ｕ，４ｄのＯＮ操作に連動させて切り替える第一変速モードと、アクセル操作に連動させて切り替える第二変速モードとを備えた作業車両において、
前記車両では前記第二変速モードの作動を高速側の副変速位置においてのみ作動可能に設定すると共に、
前記エンジンＥの始動時に前記副変速位置が高速側の副変速位置に設定されている場合は、前記主変速位置を所定の低速位置へ切り替え、
前記エンジンＥの始動時に前記副変速位置が前記高速側の副変速位置とは異なる他の副変速位置に設定されている場合は、前記主変速位置を高速側の変速位置へ切り替え可能に構成したことを特徴とする作業車両の変速制御装置とした。

以上のように構成した請求項１の発明では、エンジンＥの始動時に前記副変速位置が高速位置に設定されている場合は、前記主変速位置は所定の低速位置へ切り替えられ、
前記エンジンＥの始動時に前記副変速位置が前記高速側の変速位置とは異なる副変速位置に設定されている場合は、前記主変速位置は高速側の変速位置へも切り替えられる。

また請求項２の発明では、前記エンジンＥの始動時に副変速位置がニュートラル位置に設定されている場合は、主変速位置をニュートラル位置に待機させる制御手段Ｃを備えたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の変速制御装置とした
以上のように構成した請求項２の発明では、前記エンジンＥの始動時に副変速位置がニュートラル位置に設定されている場合は、主変速位置はニュートラル位置で待機状態となる。

これにより、請求項１の発明は、一般路上で副変速位置を高速にして発進しようとする場合は、低速の主変速位置からアクセルの増減操作に連動して同変速位置もアップダウンするのでスムーズな発進が行える。

また作業で副変速位置を高負荷に対応する低速置にして発進しようとする場合は、高速側の主変速位置から車両を始動することができるので、変速操作を低減し、作業を迅速に開始することができる。

また請求項２の発明では、エンジン始動後、変速位置を設定すると直ちに主変速位置が切り替わるので、他の主変速位置を保持する構成と比較して、変速時間を短縮し迅速な発進を行うことができる。

以下この発明を作業車両となる農業用トラクタＴに搭載した形態について説明する。

図１は、トラクタＴの全体側面図を示すものであり、この車体前部のボンネット１１内部にはエンジンＥを搭載し、このエンジンＥの回転動力をミッションケース１２内の主変速装置（第一変速装置）１や副変速装置（第二変速装置）２に伝え、これら変速装置で減速された回転動力を駆動輪となる左右前輪３Ｆ，３Ｆと後輪３Ｒ，３Ｒとに伝達する構成となっている。

また前記エンジンＥのガバナ機構Ｇには、アクセル位置を検出するアクセル位置センサ１３を備えると共に、出力回転数を検出するエンジン回転センサ１４を備える構成となっている。

また前記ミッションケース１２の上方には、操縦席１５を搭載するフロア１６を設け、このフロア１６前部にハンドルポスト１７を立設すると共に、この上部にステアリングハンドル１８を支持し、ポスト内部には車両の旋回操作を検出する手段としてハンドル切角センサ１８ｓを内装する構成となっている。

また前記ハンドルポスト１７には、前記ステアリングハンドル１８の下方に、アクセルレバー２０（スロットルレバー）を備えると共に、同レバー２０の下方のフロア１６上には、アクセルペダル２１を備える構成となっている。これにより、前記アクセルレバー２０の前後回動位置を保持することで前記エンジンＥのアクセル位置、即ち回転数を設定保持し、この設定位置からアクセルペダル２１の踏込み、或いは踏込み解除に応じてエンジン回転数を増減変更することができる。

また前記ハンドルポスト１７には、車両の前後進行方向を切り替える前後進切替レバー１９を設け、更にポスト近傍の前記フロア１６上には、車両の主クラッチ４０を入切操作するクラッチペダル２２を備える構成となっている。そして前記前後進切替レバー１９の基部には、レバーの操作位置を検出する前進スイッチ１９ｆと後進スイッチ１９ｒを設け、更に前記クラッチペダル２２の基部には同ペダル２２の踏込み操作を検出するクラッチペダル踏込スイッチ２２ｓを備える構成となっている。

また前記ハンドルポスト１７の前方には、液晶モニタＭや各種表示ランプＬ１，Ｌ２を備えたメータパネル２３を備える構成となっている。

また前記操縦席１５の側方には、変速レバー２５や作業機昇降レバー２６等の各種操作具を備え、またこの下方にはこの発明の制御手段となるコントローラＣを備える構成となっている。

ここで、前記変速レバー２５について、図２に基づいて詳細に説明する。

前記変速レバー２５は、Ｌ，Ｍ，Ｈの３段の変速位置を有する副変速装置２をシフト操作するレバーであり、作業用操作位置として、前記副変速装置をＬ速に切り替えるＬ速位置Ｐ１と、Ｍ速に切り替えるＭ速位置Ｐ２と、Ｈ速に切り替える作業用Ｈ速位置Ｐ３を有する構成となっている。また前記変速レバー２５には、前記副変速Ｈ速の切り替えを維持しながら、変速レバー２５の操作位置だけを変更できる路上用Ｈ速位置Ｐ４を備える構成となっている。

そして、これらの操作位置は、レバー基部の各副変速位置センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄによって検出する構成となっている。

これにより、前記トラクタＴでは、前記変速レバー２５を前記作業を想定したＬ速位置Ｐ１、Ｍ速位置Ｐ２及び作業用Ｈ速位置Ｐ３に設定した状態では、主変速を１〜８段の全段に亘って切り替えできる一方、前記変速レバー２５を、路上用Ｈ速位置Ｐ４に設定した状態では、主変速の切替レンジを５速から８速に設定する構成となっている。

これにより、路上走行時には、低速位置での変速回数を削減し、目的の変速位置へ迅速に変速することができる。

また前記変速レバー２５のグリップ部には、１速から８速の変速位置を有する主変速装置１を１速ずつ切り替える変速スイッチ４（増速スイッチ４ｕ、減速スイッチ４ｄ）を備えると共に、この発明の変速制御の作動を入切する変速制御入切スイッチ５を備える構成となっている。

また前記ミッションケース１２の後上部には、作業機昇降用油圧シリンダ３０を内装するシリンダケース３１を設け、前記油圧シリンダ３０のピストンを前記作業機昇降レバー２６の操作により伸縮操作してケース３１の左右両側部のリフトアーム３２，３２を上下回動する構成となっている。また前記リフトアーム３２，３２の回動基部には、ポテンショメータ式のリフトアーム角センサ３２ｓを備え、作業機の高さを検出する構成となっている。

また前記ミッションケース１２の後部には、トップリンク３５と左右ロアリンク３６，３６とから成る所謂三点リンク機構を備え、前記左右のリフトアーム３２は、左右一側のロアリンク３６，３６に対しリフトロッド３７で連結し、他側を作業機ローリング用油圧シリンダ３８で連結する構成となっている。

これにより、前記作業機ローリング用油圧シリンダ３８のピストンを伸縮操作すると作業機の一側を上下して作業機の左右傾斜姿勢を制御することができる。

尚、図例では、ロータリ耕耘装置Ｒを連結する構成となっている。

また図３はトラクタ１の伝動機構の動力伝達線図を示すものであり、エンジンＥの回転動力は、まず主クラッチ４０にて断続操作され、次いで前後進切替装置４１に伝達され、更に主変速装置１、副変速装置２の順に伝達されて、後輪デフ機構４２を介して後輪３Ｒへ、または前輪駆動軸４３及び前輪デフ機構４４を介して前輪３Ｆへ伝達する構成となっている。

前記前後進切替装置４１は、二連の油圧クラッチ式変速装置であり、前記前後進切替レバー１９の操作位置を検出して、前記コントローラＣの通電指令により切替制御弁を操作し前進用油圧クラッチ４５，若しくは後進用油圧クラッチ４６を入として、エンジンＥからの回転動力を正逆に切り替え、主変速装置１へ伝達する構成となっている。

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から構成され前記第一主変速装置１ａは、前方から順に第１速から第４速の変速ギヤ組み４７，４８，４９，５０を備えたシンクロメッシュギヤ式変速装置であり、前記コントローラＣの通電指令により変速用アクチュエータとなる１−２速用油圧シリンダ６ａと３−４速用油圧シリンダ６ｂの何れか一方のピストンを伸縮駆動して、前記４つのギヤ組み内の一つのギヤ組みを介して、回転動力を第二主変速装置１ｂへ伝達する構成となっている。

また前記第二主変速装置１ｂは、高速用（Ｈｉ）クラッチ５１と低速用（Ｌｏ）クラッチ５２を有する二段切替えが可能な油圧クラッチ式変速装置であり、前記コントローラＣの通電指令により変速用アクチュエータとなる内部ピストンを駆動し、どちらか一方のクラッチを圧着し回転動力を副変速装置２へ伝達する構成となっている。

また、前記副変速装置２は、３段（Ｌ速，Ｍ速，Ｈ速）の切り替えができるコンスタントメッシュギヤ式変速装置であり、前記主クラッチ４０の伝達を切とし、操縦席１５側方の変速レバー２５の前後左右の回動操作により機械的連動機構を介して変速クラッチ或いは変速ギヤ組の内の１つを介して、回転動力を前記後輪３Ｒまたは前輪３Ｆへ伝達する構成となっている。

これにより、図４に示すように、前記トラクタ１では、主変速８段、副変速３段で合計２４段の変速位置を得ることができる。

また前記後輪デフ機構４２へ伝達される動力は、同装置４２の動力上手側に備えた中継二段ギヤ５６を介して前輪駆動軸４３へも分岐され、この回転動力は、同軸４３上の前輪増速装置５７にて変速されて前記前輪デフ機構４４へ伝達する構成となっている。

また前記前輪増速装置５７は、等速クラッチ５８と高速クラッチ５９を有する高低二速に切り替える油圧クラッチ式の変速装置であり、等速クラッチ５８が圧着している時には、入力回転数と出力回転数とが同じとなり前輪３Ｆの周速を後輪３Ｒの周速と略同速に駆動する。

また前記高速クラッチ５９は、前記ハンドル切角センサ１８ｓにより車両の旋回状態を検出したときに作動するクラッチであり、同クラッチ５９が圧着している時には、入力回転数が出力回転数の略二倍となり前輪１Ｆの周速を後輪１Ｒの周速の二倍速で駆動する。

また更に両クラッチ５８，５９が共に非圧着状態であれば、前輪３Ｆは駆動されずトラクタＴは二駆駆動となる。

また前記トラクタＴでは、走行駆動形態を一定時間毎に二駆状態に強制的に切り替えて、前後輪のスリップを検出する状態、詳しくは前記前輪増速装置５７の動力上手側と下手側に備えた前後輪回転センサ６０ｆ，６０ｒの検出値によりトラクタＴのスリップ状態を検出し、このスリップが許容される値に対して少ない状態ではトラクタＴを後輪二駆状態（２ＷＤ）とし、スリップが前記値に対し大きい状態ではトラクタＴを四輪駆動状態（４ＷＤ）に切り替える構成となっている。

尚、前記ランプＬにより二駆状態か四駆状態かは、前記スリップの検出時を除いて適宜表示する構成となっている。

次に、図５に基づいて前記コントローラＣについて説明する。

前記コントローラＣの内部には、各種制御情報を処理するＣＰＵや、本願の変速制御の制御プログラムを格納した記憶装置となるＥＥＰＲＯＭや各種情報を一次記憶するＲＡＭ、そしてタイマーを設ける構成となっている。

そしてコントローラＣの入力側には、前記変速レバー２５のグリップ部に設けた増速スイッチ４ｕと減速スイッチ４ｄ、この発明の変速制御を入切する変速制御入切スイッチ５、副変速位置センサ２５ａ，２５ｂ…、更には前進スイッチ１９ｆ、後進スイッチ１９ｒ、クラッチペダル踏込スイッチ２２ｓ、アクセル位置センサ２１、エンジン回転センサ１４、前輪回転センサ６０ｆ、後輪回転センサ６０ｒ、を接続する構成となっている。

またコントローラＣの出力側には、主変速位置を切り替える複数の制御弁のソレノイド６１，６１…と、前後進切替位置を切り替える制御弁のソレノイド６２ｆ，６２ｒと、作業機昇降用油圧シリンダ３０を伸縮駆動してリフトアーム２１を上下動する制御弁のソレノイド６３ａ，６３ｂと、作業機ローリング用油圧シリンダ３８を伸縮駆動する制御弁のソレノイド６４ａ，６４ｂと、液晶モニタＭやブザー６５、表示ランプＬ…、といった各種報知装置を接続する構成となっている。

以上のように構成したトラクタＴでは、図６乃至図１２に示す制御プログラムの概要を示すフローチャートや表に基づいて各種制御が行われる。

まず図６に示すように、トラクタＴのエンジンキーをＯＮして電源及びエンジンＥを始動すると、前記コントローラＣでは、各種センサやスイッチ類の設定状態を読み込む。そして各副変速位置における主変速位置の使用累積時間の計測が行われる（Ｓ２）。また続いて前記変速制御入切スイッチ５の入切状態が判定され、これが入であれば、この発明の第二変速モードとなるアクセル操作による主変速制御（Ｓ５）と、前記累積時間による主変速制御（Ｓ６）が行われる。

また前記変速制御入切スイッチ５が切の状態であれば、車速の変動を抑える主変速制御（Ｓ７）、即ち副変速の切り替えに応じて主変速装置１の変速位置を最低速若しくは最高速に切り替える制御が行われる。

また前記変速制御入切スイッチ５の入切状態に応じた主変速制御が行われた後には、前記変速スイッチ４ｕ，４ｄのＯＮ操作（第二変速手段）、即ち押し込み操作に応じた変速制御（Ｓ８）が行われる。更に作業機昇降制御（Ｓ９）、作業機ローリング制御（Ｓ１０）が行われる。

前記各制御の処理は夫れ夫れ以下のように実行される。

前記各副変速位置における主変速位置の使用累積時間測定処理は、図７に示すように、トラクタＴの作業状態を検出して、この継続時間が所定時間（１分）を超えると、図８に示すように、メモリカウントを増やしていく処理となっている。

詳しくは、図中Ｓ３−２からＳ３−６の判定のように、前記リフトアーム角センサ３２ｓによりリフトアーム３２の位置が最上げ位置にあることを検出しているかどうか、エンジン始動時やセンサの断線時に前記リフトアーム３２の動きを停止する所謂セフティ状態であるかどうか、変速レバー２５が路上用Ｈ速位置Ｐ４であるかどうか、クラッチペダル２２が踏込まれているかどうか、更には前後進切替レバー１９が後進または中立位置であるかどうかを判定し、これらの判定の内１つでもＹＥＳの判定が有れば、トラクタＴは非作業状態と想定して前記測定を中断する構成となっている。

また前記判定がすべてＹＥＳの場合で且つ所定時間（例えば１分）を継続した場合は、図８に示すように、前記ＥＥＰＲＯＭに記憶したメモリカウントを１加える。

また前記メモリカウント中に、最大使用累積時間が新たな主変速位置に切り替わり、且つ前記変速制御スイッチ５が入であると、前記液晶モニタＭへこの旨を表示する構成となっている（Ｓ３−１０〜Ｓ３−１２）。

また前記トラクタＴでは、副変速位置を作業用Ｈ速に設定している場合はスイッチ操作により、すべての主変速位置に切り替え可能に構成しているが、主変速使用累積時間をカウントする位置は、作業に使用できる位置だけを計測する構成となっており、路上走行を想定した高速側の主変速位置（６，７，８速）では計測しない構成となっている。

これにより、前記作業時の発進時に高速位置が選択されることが無くなり急発進を防止することができる。

またアクセル操作による主変速制御処理は、図９に示すように、最初に前記副変速位置センサ２５ａ，２５ｂ…から副変速位置を判定し、これがニュートラル位置の場合は、前記変速用シリンダ６ａ，６ｂを駆動し主変速位置もニュートラル位置で保持する。

これにより、エンジン始動後、変速位置を設定すると直ちに主変速位置が切り替わるので、主変速位置を他の位置に保持する構成と比較して、変速時間を短縮し迅速な発進を行うことができる。

また副変速位置が路上用Ｈ速位置Ｐ４に設定されている場合は、前記主変速位置１の内、第５速に切り替える。

尚、前記変速レバー２５を路上用Ｈ速位置Ｐ４に設定した場合の第５速は、前記変速スイッチ４ｕ，４ｄで操作できる変速レンジと同様、切り替え可能な主変速位置を第５速から第８速までに設定されるため、最低速位置に相当する。

また前記副変速位置２が他の作業用変速位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に設定されていれば、同制御の処理を終了する。

また前記変速レバー２５が路上用Ｈ速位置Ｐ４に設定されていると、前記アクセル位置センサ１３とエンジン回転センサ１４の検出により、アクセル位置に応じたエンジン回転数が出力されているどうかを判定し、この回転数差に所定値以上の余裕がある場合は、主変速位置を現在位置から１速アップする（Ｓ５−５）。また所定範囲内であれば現位置を保持し（Ｓ５−６）、エンジン回転数差が所定値以下、即ちエンジン馬力に余裕が無い場合は主変速位置を１速ダウンする（Ｓ５−７）。

また前記使用累積時間による主変速制御処理では、図１０に示すように、前記変速レバー２５が切り替えられた時に前記主変速位置１を前記のメモリカウントに基づいて最長使用位置へジャンプする構成となっている。

以上のように構成したトラクタＴでは、エンジン始動時、作業位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、即ち低速位置で発進する際には、主変速位置は使用累積時間の長い位置に自動的に切り替えられ、数多くの変速スイッチ４ｕ，４ｄの押込み操作を低減し、迅速に作業を開始することができる。

また路上用Ｈ位置Ｐ４、即ち高速位置で発進する際には、主変速位置１は変速レンジ５〜８速の内、最低速位置に切り替えられ、急加速や過負荷によるエンストを極力防止することができる。

尚、前記エンジン始動時の路上用Ｈ位置Ｐ４で発進する際の主変速位置１の切替位置としては、トラクタのギヤ減速比に応じて、低速側となる第６速を設定する構成としても良い。

また前記車速変動を抑える主変速制御処理は、図１１に示すように、前記エンジン始動時に限り、変速レンジ内の主変速を最低速位置、即ち第１速へ切り替え（Ｓ７−２）、その後変速レバー２５により変速位置を高速側へ切り替えると、主変速位置を最低速位置に切り替え（Ｓ７−４）、高速側に切り替えると変速レンジ内の最高速位置に切り替える（Ｓ７−５）構成となっている。

これにより、変速後の車速の変動が抑えられ急加速、或いは急減速を防止することができる。

尚、この発明の別形態としては、前記使用累積時間による主変速制御の処理に代えて、パソコンや携帯式調整器、或いは車上の既存のスイッチを利用して、エンジン始動位置の主変速位置を個別に設定する構成としても良い。

トラクタの全体側面図。 変速レバー近傍の側面図。 トラクタの動力伝達線図。 主及び副変速の組み合わせを示す表。 コントローラの接続状態を示す図。 制御の全体を示すフローチャート。 使用累積時間測定処理を示す制御フローチャート。 メモリカウントの累積状態を示す表。 アクセル操作による主変速制御を示すフローチャート。 使用累積時間による主変速制御を示すフローチャート。 車速変動を抑制する主変速制御を示すフローチャート。

符号の説明

Ｅ エンジン
Ｔ トラクタ
１ 主変速装置
２ 副変速装置
３Ｆ 前輪
３Ｒ 後輪
４ 変速スイッチ
４ｕ 増速スイッチ
４ｄ 減速スイッチ
１９ アクセルレバー
２１ アクセルペダル

Claims (2)

1. エンジンＥの回転動力を主変速装置１と副変速装置２を介して駆動輪３Ｆ，３Ｒへ伝達し、少なくとも前記主変速装置１の変速位置をスイッチ操作具４ｕ，４ｄのＯＮ操作に連動させて切り替える第一変速モードと、アクセル操作に連動させて切り替える第二変速モードとを備えた作業車両において、
   前記車両では前記第二変速モードの作動を高速側の副変速位置Ｐ４においてのみ作動可能に設定すると共に、
   前記エンジンＥの始動時に前記副変速位置が高速側の副変速位置Ｐ４に設定されている場合は、前記主変速位置を所定の低速位置へ切り替え、
   前記エンジンＥの始動時に前記副変速位置が前記高速側の副変速位置Ｐ４とは異なる他の副変速位置に設定されている場合は、前記主変速位置を高速側の変速位置へ切り替え可能に構成したことを特徴とする作業車両の変速制御装置。
2. 前記エンジンＥの始動時に副変速位置がニュートラル位置に設定されている場合は、主変速位置をニュートラル位置に待機させる制御手段Ｃを備えたことを特徴とする請求項１に記載の作業車両の変速制御装置。
   

Images