JP2007022301A - 三輪管理機 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、畝を斜めに乗り越える場合などにおいて、前輪にスリップが発生し難い三輪管理機を提供することを課題とする。
【解決手段】 三輪管理機は、前輪の目標回転速度Ｖ１を演算する前輪目標速度演算部７１と、この前輪目標速度演算部７１から得た目標回転速度Ｖ１に１．０未満の係数を乗じて管理回転速度Ｖ２を定める管理速度決定部７２と、前輪の実回転速度Ｖｆａｃｔを速度センサから取得する実速度取得部７４と、この実速度取得部７４から得た前輪の実回転速度Ｖｆａｃｔを管理速度決定部７２で定めた管理回転速度Ｖ２と比較する速度比較部７５と、この速度比較部７５で実回転速度Ｖｆａｃｔが管理回転速度Ｖ２を下回っているときにはパワーアシストモータに通電し、実回転速度Ｖｆａｃｔが管理回転速度Ｖ２以上であるときにはパワーアシストモータに通電しない制御を行う前輪モータ制御部７０とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、１個の前輪と２個の後輪とを備え、これらの２個の後輪をエンジンで駆動する三輪管理機の改良に関する。

従来、１個の前輪を自由輪とし、２個の後輪をエンジンで駆動する三輪管理機の走行安定性を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２９９０１１公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１１は従来の技術の基本構成を説明する図であり、三輪管理機１００は、機体１０１と、この機体１０１の前部に１個の前輪１０２を備え、この前輪１０２をフロントフォーク１０３に取付け、このフロントフォーク１０３を機体１０１のヘッドパイプ１０４に回転可能に取付け、前輪１０２を転舵可能にすると共に、フロントフォーク１０３を斜め前に立ち下げることで、前輪１０２にキャスタ角δをもたせ、直進安定性を高めつつ、走行安定性を高めたものである。

しかし、この三輪管理機１００の前輪１０２は自由輪であり、駆動力がかからないため、畝を斜めに乗り越える場合などにおいて、前輪１０２にスリップし易い。このため、作業性が悪かった。

本発明は、畝を斜めに乗り越える場合などにおいて、前輪にスリップが発生し難い三輪管理機を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明では、左右の後輪が駆動輪で、１個の前輪が従動輪で且つ転舵輪であり、このような前輪にパワーアシストモータを付設し、必要時にパワーアシストモータを作動させる形式の三輪管理機において、この管理機は、前輪の目標回転速度を演算する前輪目標速度演算部と、この前輪目標速度演算部から得た目標回転速度に１．０未満の係数を乗じて管理回転速度を定める管理速度決定部と、前輪の実回転速度を速度センサから取得する実速度取得部と、この実速度取得部から得た前輪の実回転速度を管理速度決定部で定めた管理回転速度と比較する速度比較部と、この速度比較部で実回転速度が管理回転速度を下回っているときにはパワーアシストモータに通電し、実回転速度が管理回転速度以上であるときにはパワーアシストモータに通電しない制御を行う前輪モータ制御部とを備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、１．０未満の係数は、０．５〜０．８の範囲から選択した値であることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、前輪モータ制御部は、パワーアシストモータの上限回転速度を記憶させる上限速度記憶部と、この上限速度記憶部から得た上限回転速度と実速度取得部から得た前輪の実回転速度とを比較する上限速度比較部と、この上限速度比較部で実回転速度が上限回転速度を上回っているときにはモータ電源とパワーアシストモータとの間の回路に設けたリレーをオフ状態にするリレー制御部とを備えることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、上限回転速度は、パワーアシストモータの無負荷時回転速度であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、三輪管理機は、実回転速度が管理回転速度を下回っているときにはパワーアシストモータに通電し、実回転速度が管理回転速度以上であるときにはパワーアシストモータに通電しない制御を行う前輪モータ制御部を備え、前輪の実回転速度が管理回転速度を下回るときのみ通電するようにした。

実回転速度が管理回転速度を下回るときにのみ、パワーアシストモータは前輪に駆動力を加えるため、前輪の実回転速度に応じて前輪の駆動制御をすることができる。
前輪の駆動力が必要なときのみに前輪に最小限のパワーアシストをするようにしたので、前輪にパワーアシストがない場合と較べて、前輪にスリップが発生し難い。
前輪にスリップが発生し難くなるため、作業性を大幅に向上することができるという利点がある。

加えて、前輪の駆動力が必要なときのみに前輪に最小限のパワーアシストをするようにしたので、電気エネルギーの節約となり、省エネルギー化を図ることができる。

請求項２に係る発明では、管理速度決定部で用いる１．０未満の係数は、０．５〜０．８の範囲から選択した値である。
１．０未満の係数を０．５未満とすると、前輪の実回転速度と目標回転速度の差が大きくなってもパワーアシストモータによるパワーアシストがなされず、作業時間が延びて、作業性が低下するという問題がある。

また、１．０未満の係数を０．８超とすると、パワーアシストモータの稼働率が高くなり、パワーアシストモータの容量を大きくする必要があり、パワーアシストモータのサイズが大きくなり、モータの費用が嵩む。
従って、１．０未満の係数を、０．５〜０．８の範囲から選択した値に設定する。
管理速度決定部で用いる１．０未満の係数は、０．５〜０．８の範囲から選択した値とすることで、パワーアシストモータのサイズを大きくする必要もなく、モータのコストアップを回避することができる。

請求項３に係る発明では、前輪モータ制御部は、実回転速度が上限回転速度を上回っているときにはリレーをオフ状態にするリレー制御部を備え、パワーアシストモータが上限回転速度を上回る高速で回転する間は、電源回路からパワーアシストモータを切り離すようにした。

一般に、パワーアシストモータが上限回転速度を上回る高速で回転するときに、パワーアシストモータの回生制動が発生する。
しかし、請求項３によれば、パワーアシストモータが上限回転速度を上回る高速で回転する間は、電源回路からパワーアシストモータを切り離したので、回生制動を無くすことができる。

請求項４に係る発明では、上限回転速度は、パワーアシストモータの無負荷時回転速度であるため、設定を容易に行うことができ、設定時間を短縮することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。以下の説明において、前後左右上下は、乗員シートに座った乗員を基準に決める。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る三輪管理機の側面図であり、三輪管理機１０は、鋼製フレーム及び鋼板により構成した機体１１の前部に、左右転舵可能に前輪フレーム１２を備え、この前輪フレーム１２の下方に前輪１３を備え、前輪フレーム１２の略中心に前輪１３を駆動するパワーアシストモータ１４を備え、前輪フレーム１２の後方に種蒔き、中耕、除草など各種の作業を行う作業機１５を昇降機構１６を介して昇降可能に備え、この作業機１５の後方に乗員が座る運転席１７を備え、この運転席１７の左右下方に駆動輪となる後輪１８Ｌ、１８Ｒ（左側の後輪１８Ｌのみ示す。）を備え、後輪１８Ｌ、１８Ｒ（左側の後輪１８Ｌのみ示す。）の上部左右にエンジン２１の回転速度を変速する流体変速機２２Ｌ、２２Ｒ（左側の流体変速機２２Ｌのみ示す。）を備え、機体１１の後部にエンジン２１を備える前１輪後２輪の農業機械である。

２３は前輪１３の転舵用ハンドル、２４、２４はハンドル２３と前輪フレーム１２の間に介在させる転舵ロッド、２５は前輪１３の転舵軸、２６は消音器、２７は作業域１５の昇降用シリンダである。

機体１１の下部に作業機軸３１を前後に配置し、この作業機軸３１の前部に中継軸３２を連結し、この中継軸３２に作業機１５の入力軸３３を取付ける。エンジン２１の後部出力軸３４と作業機軸３１の間の動力伝達は、各軸３４、３１に取付けた一対のプーリ３５、３６と、これらのプーリ３５、３６に巻き掛けたベルト３７とにより行うものである。 中継軸３２の前後には自在継手３８、３９を備える。
後輪１８Ｌ、１８Ｒ（左側の後輪１８Ｌのみ示す。）の駆動系については次図で説明する。

図２は発明に係る三輪管理機の平面図であり、機体１１から左右に腕部材４１Ｌ、４１Ｌ、４１Ｒ、４１Ｒを延ばし、これらの腕部材４１Ｌ、４１Ｌ、４１Ｒ、４１Ｒに流体変速機２２Ｌ、２２Ｒを取付け、この流体変速機２２Ｌ、２２Ｒに後輪フレーム４２Ｌ、４２Ｒを取付け、これらの後輪フレーム４２Ｌ、４２Ｒに後輪１８Ｌ、１８Ｒを回動自在に取付ける。

後輪１８Ｌ、１８Ｒの駆動系は、エンジン２１の前部出力軸４３に取付ける出力プーリ４４、４４と、流体変速機２２Ｌ、２２Ｒの入力軸４５Ｌ、４５Ｒに取付ける入力プーリ４６Ｌ、４６Ｒと、入力プーリ４６Ｌ、４６Ｒと出力プーリ４４、４４の間に掛け渡す歯付きタイプのベルトであるコグベルト４７Ｌ、４７Ｒとを備える。そして、エンジン２１の駆動力を流体変速機２２Ｌ、２２Ｒに伝達する。

さらに、流体変速機２２Ｌ、２２Ｒと後輪１８Ｌ、１８Ｒに図示せぬスプロケット及びこれらのスプロケットに巻き掛けるチェーンを設け、流体変速機２２Ｌ、２２Ｒの駆動力を後輪１８Ｌ、１８Ｒに伝達する。

すなわち、三輪管理機１０は、３つの車輪１３、１８Ｌ、１８Ｒが独立して駆動可能であり、これらの車輪１３、１８Ｌ、１８Ｒの各々に駆動手段を備えることで全輪が独立して駆動可能であり、腕部材４１Ｌ、４１Ｒの前端に流体変速機２２Ｌ、２２Ｒを配置し、この流体変速機２２Ｌ、２２Ｒを介して機体１１に搭載するエンジン２１の出力の一部を後輪１８Ｌ、１８Ｒに供給するものである。

三輪管理機１０は、エンジン２１で左右に備える２個の後輪１８Ｌ、１８Ｒを流体変速機２２Ｌ、２２Ｒを介するものの直接的にエンジン２１で駆動する。これに対して、１個の前輪１３はパワーアシストモータ１４で駆動する。

図３は本発明に係る三輪管理機の駆動系統の原理図であり、三輪管理機１０は、エンジン２１で左右に備える２個の後輪１８Ｌ、１８Ｒを流体変速機２２Ｌ、２２Ｒを用いて駆動すると共に発電機５２を回し、この発電機５２で発電した電気をパワーアシストモータ１４に供給し、パワーアシストモータ１４を用いて転舵輪である１個の前輪１３を駆動するように構成する。

三輪管理機１０は、左右の後輪１８Ｌ、１８Ｒが駆動輪で、１個の前輪１３が従動輪で且つ転舵輪であり、このような前輪１３にパワーアシストモータ１４を付設し、必要時にパワーアシストモータ１４を作動させるものである。
車輪の回転速度制御を行う前輪モータ制御部を備える制御部５０については、後で詳しく説明する。

エンジン２１の出力は、後輪１８Ｌ、１８Ｒの駆動力と、前輪駆動に係るパワーアシストモータ１４への入力と、作業機１５を駆動する駆動力と、発電機５２への入力の総和となる。但し、電磁クラッチ５３、５４を断状態にすれば、エンジン２１の力は、全てが発電機５２の駆動に回すことができる。発電機５２の発電は、全てバッテリ５５に蓄える。
図において、５６は前輪１３の転舵角を検出する転舵角センサ、５７Ｌ、５７Ｒは後輪１８Ｌ、１８Ｒの回転速度を検出する後輪速度センサ、５８は変速レバー、５９はエンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサである。

流体変速機２２Ｌ、２２Ｒは、ＨＳＴ（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）と通常呼ばれ、可変容量形の斜板式油圧ポンプと油圧モータとを内蔵し、入力軸４５Ｌ、４５Ｒで油圧ポンプを駆動して油圧を発生させ、この油圧をもつオイルを油圧モータに供給して油圧モータを回転させ、図示せぬ流体変速機２２Ｌ、２２Ｒの出力軸に出力するものであり、外部から斜板の傾斜角を変更することで、入力軸４５Ｌ、４５Ｒを一定回転数で回転させつつ出力軸を増速、減速、正転、停止、及び逆転することができる。

図４は本発明に係る前輪モータ制御部のブロック図であり、三輪管理機１０（図１参照）の制御部５０は、前輪１３の目標回転速度Ｖ１を演算する前輪目標速度演算部７１と、この前輪目標速度演算部７１から得た目標回転速度Ｖ１に１．０未満の係数を乗じて管理回転速度Ｖ２を定める管理速度決定部７２と、前輪１３の実回転速度Ｖｆａｃｔを速度センサ７３から取得する実速度取得部７４と、この実速度取得部７４から得た前輪１３の実回転速度Ｖｆａｃｔを管理速度決定部７２で定めた管理回転速度Ｖ２と比較する速度比較部７５と、この速度比較部７５で実回転速度Ｖｆａｃｔが管理回転速度Ｖ２を下回っているときにはパワーアシストモータ１４に通電し、実回転速度Ｖｆａｃｔが管理回転速度Ｖ２以上であるときにはパワーアシストモータ１４に通電しない制御を行う前輪モータ制御部７０とを備える。

前輪目標速度演算部７１において、転舵角θ、変速レバーの位置情報、及びエンジン回転数などをもとに目標速度Ｖ１を求める。

管理速度決定部７２において、係数入力手段７６ａにより係数Ｋを入力し、この係数Ｋと前輪目標速度演算部７１において求めた目標速度Ｖ１とを掛け合わせて管理速度Ｖ２を求める。

ところで、後輪を駆動輪、前輪を従動輪とした三輪管理機を前提とすると、前輪が理想的に回転しているときには、前輪の実回転速度Ｖｆａｃｔは目標速度Ｖ１と合致する。
しかし、畝にかかるなどして前輪に作用する抵抗が増大すると、前輪の実回転速度Ｖｆａｃｔは低下する。この低下が著しい場合には三輪管理機の走行に支障がでるため、対策を打つ必要がある。

走行に支障がでるほどの低下を、管理（回転）速度Ｖ２と規定する。そして、管理速度Ｖ２を実回転速度Ｖｆａｃｔが下回った場合には、前輪をパワーアシストモータで駆動することで、走行の健全性を維持する。実回転速度Ｖｆａｃｔが管理速度Ｖ２以上であれば、走行に支障がないので、前輪は自由回転輪とする。

すなわち、速度比較部７５では、前輪１３の実回転速度Ｖｆａｃｔが前輪１３の管理速度Ｖ２未満のときにパワーアシストモータ１４の通電制御を行い、前輪１３の実回転速度Ｖｆａｃｔが前輪１３の管理速度Ｖ２以上のときに非通電制御を行う。

次に係数Ｋの適正値を検討する。この係数Ｋは走行に支障がでるほど前輪の速度が低下したか否かを決める１．０以下の値である。
係数Ｋを０．５未満とすると、前輪１３（図３参照）の実回転速度Ｖｆａｃｔと前輪１３の管理速度Ｖ２の差が大きくなってもパワーアシストモータ１４によるパワーアシストがなされず、畝を斜めに乗り越える場合などにおいて、例えばスリップなどが発生し、走行に大きな支障が出るという問題がある。

また、係数Ｋを１．０に近づけるほどパワーアシストモータ１４は頻繁に運転状態になり、電気エネルギーが必要となる。稼働率が高い場合にはパワーアシストモータ１４の型番（サイズ）を上げる必要も出てくる。一方、前輪の実回転速度が少々低下しても走行に支障は出ない。経済性と実用性と経験を勘案して、係数Ｋの上限値を０．８とする。
すなわち、係数Ｋを０．５〜０．８の範囲から選択した値に設定することが望ましい。

管理速度決定部７２で用いる１．０未満の係数は、０．５〜０．８の範囲から選択した値とすることで、畝を斜めに乗り越える場合などにおいて、前輪にスリップが発生し難くなり、パワーアシストモータ１４（図３参照）のサイズを大きくする必要もなくなり、モータ１４の費用増加を回避することができる。

今まで前輪が抵抗を受けて低速になる場合の対策を述べたが、下り坂や凹凸の影響で前輪が高速になる場合がある。この場合には、モータが発電機となり、回生制動と称するブレーキが掛かり、走行に支障がでる。そこで、本発明では次に説明する回生制動対策を講じた。

すなわち、前輪モータ制御部７０は、パワーアシストモータ１４（図３参照）の上限回転速度Ｖｍａｘを入力する上限速度入力手段７６ｂと、この上限速度入力手段７６ｂで入力した上限回転速度Ｖｍａｘを記憶させる上限速度記憶部７７と、この上限速度記憶部７７から得た上限回転速度Ｖｍａｘと実速度取得部７４から得た前輪１３の実回転速度Ｖｆａｃｔとを比較する上限速度比較部７８と、この上限速度比較部７８で実回転速度Ｖｆａｃｔが上限回転速度Ｖｍａｘを上回っているときにはモータ電源７９であるバッテリ５５とパワーアシストモータ１４との間の回路に設けたリレー８３をオフ状態にするリレー制御部８４とを備える。
ここで、上限回転速度Ｖｍａｘは、パワーアシストモータ１４の無負荷時回転速度Ｖｍである。

上限回転速度Ｖｍａｘは、パワーアシストモータ１４（図３参照）の無負荷時回転速度Ｖｍであるため、パワーアシストモータ１４による発電電圧がパワーアシストモータ１４の電源電圧を超えた時点で、電源回路のオフ制御を行う。

パワーアシストモータ１４の無負荷時回転速度Ｖｍは、電源電圧により回転する最大の回転速度であり、最大の回転速度を超えてパワーアシストモータ１４が高速回転する場合にのみ回生制動を解消するようにした。上限回転速度は、パワーアシストモータ１４の無負荷時回転速度であるため、設定を容易に行うことができ、設定時間を短縮することができる。

図５は本発明に係るリレー及びその周辺の回路を説明する図であり、リレー８３はパワーアシストモータ１４とモータ電源７９であるバッテリ５５との間の回路に設けたものであり、リレー制御部８４によりモータ電源７９をオン又はオフにする部品である。

パワーアシストモータ１４とリレー８３の間に蓄電器Ｃ８５を設け、パワーアシストモータ１４で発電した電気を蓄電すると共に、前輪の実回転速度Ｖｆａｃｔが上限速度Ｖｍａｘを超えリレー８３をオフ状態にしたとき、パワーアシストモータ１４で発電した電気を放電させる抵抗器Ｒ８６を設ける。Ｄはモータ１４用のドライバーである。

以上の構成からなる三輪管理機の作用を以下に説明する。
図４に戻って、三輪管理機１０（図３参照）は、実回転速度Ｖｆａｃｔが管理回転速度Ｖ２を下回っているときにはパワーアシストモータ１４に通電し、実回転速度Ｖｆａｃｔが管理回転速度Ｖ２以上であるときにはパワーアシストモータ１４に通電しない制御を行う前輪モータ制御部７０を備え、前輪１３の実回転速度Ｖｆａｃｔが管理回転速度Ｖ２を下回るときのみ通電するようにした。

実回転速度Ｖｆａｃｔが管理回転速度Ｖ２を下回るときにのみ、パワーアシストモータ１４は前輪１３に駆動力を加えるため、前輪１３の実回転速度Ｖｆａｃｔに応じて前輪１３の駆動制御をすることができる。

前輪１３の駆動力が必要なときのみに最小限のパワーアシストをするようにしたので、畝を斜めに乗り越える場合などにおいて、前輪１３にスリップなどが発生し、走行に大きな支障が出るということはなくなり、作業性を大幅に向上することができる。

加えて、パワーアシストモータ１４のサイズを大きくする必要もなくなり、小さな容量のパワーアシストモータ１４で済ませることができ、省エネルギー化が図れると共にモータ１４の費用増加を回避することができる。

加えて、前輪モータ制御部７０は、上限速度比較部７５で実回転速度Ｖｆａｃｔが上限回転速度Ｖｍａｘを上回っているときにはモータ電源７９とパワーアシストモータ１４との間の回路に設けたリレー８３をオフに制御するリレー制御部８４とを備えるので、パワーアシストモータ１４が上限回転速度Ｖｍａｘを上回る高速で回転する間は、モータ電源７９からパワーアシストモータ１４を切り離す。

パワーアシストモータ１４が上限回転速度Ｖｍａｘを上回る高速で回転するときに、モータ電源７９からパワーアシストモータ１４を切り離すことで、パワーアシストモータ１４で発電された電気がバッテリ５５に充電されるときに発生するパワーアシストモータ１４による回生制動を無くすことができる。
さらに、上限回転速度Ｖｍａｘは、パワーアシストモータ１４の無負荷時回転速度であるため、設定を容易に行うことができ、設定時間を短縮することができる。

本発明は、三輪管理機に好適である。

本発明に係る三輪管理機の側面図である。 本発明に係る三輪管理機の平面図である。 本発明に係る三輪管理機の駆動系統の原理図である。 本発明に係る前輪モータ制御部のブロック図である。 本発明に係るリレー及びその周辺の回路を説明する図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１０…三輪管理機、１３…前輪、１４…パワーアシストモータ、Ｖ１…前輪の目標回転速度、７１…前輪目標速度演算部、Ｖ２…管理回転速度、７２…管理速度決定部、Ｖｆａｃｔ…前輪の実回転速度、７３…前輪速度センサ、７４…実速度取得部、７２…管理速度決定部、７５…速度比較部、７０…前輪モータ制御部、Ｖｍａｘ…パワーアシストモータの上限回転速度、７７…上限速度記憶部、７８…上限速度比較部、７９…モータ電源、１８３…リレー、８４…リレー制御部、Ｖｍ…パワーアシストモータの無負荷時回転速度。

Claims (4)

1. 左右の後輪が駆動輪で、１個の前輪が従動輪で且つ転舵輪であり、このような前輪にパワーアシストモータを付設し、必要時にパワーアシストモータを作動させる形式の三輪管理機において、
   この管理機は、前輪の目標回転速度を演算する前輪目標速度演算部と、この前輪目標速度演算部から得た目標回転速度に１．０未満の係数を乗じて管理回転速度を定める管理速度決定部と、前輪の実回転速度を速度センサから取得する実速度取得部と、この実速度取得部から得た前輪の実回転速度を管理速度決定部で定めた管理回転速度と比較する速度比較部と、この速度比較部で前記実回転速度が前記管理回転速度を下回っているときには前記パワーアシストモータに通電し、前記実回転速度が前記管理回転速度以上であるときには前記パワーアシストモータに通電しない制御を行う前輪モータ制御部とを備えることを特徴とする管理機。
2. 前記１．０未満の係数は、０．５〜０．８の範囲から選択した値であることを特徴とする請求項１記載の三輪管理機。
3. 前記前輪モータ制御部は、パワーアシストモータの上限回転速度を記憶させる上限速度記憶部と、この上限速度記憶部から得た上限回転速度と実速度取得部から得た前輪の実回転速度とを比較する上限速度比較部と、この上限速度比較部で前記実回転速度が上限回転速度を上回っているときにはモータ電源とパワーアシストモータとの間の回路に設けたリレーをオフ状態にするリレー制御部とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の三輪管理機。
4. 前記上限回転速度は、パワーアシストモータの無負荷時回転速度であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の三輪管理機。
   

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