JP2008008492A - 作業車両の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トラクタ等、作業車両の変速装置は、多種多様の作業に対応するべく変速が細かく取れるよう多段に設定されているため、その操作の簡略化に併せ操作性の向上がのぞまれる。
【解決手段】エンジンＥの回転動力を主変速装置１及び副変速装置２を経由して駆動輪３Ｆ、３Ｒへ伝達すると共に、前記主変速装置１を、アクチュエータ４ａ，４ｂ，２８の駆動によって切り替え可能に構成し、前記副変速装置２を変速レバー５のシフト操作で機械的に切り替え可能に構成し、上記変速レバー５に、前記主変速装置１の変速位置を１段ずつアップダウンさせる変速スイッチ２９ｕ，２９ｄを設け、アクセルペダル８の操作に連動してアクチュエータ４ａ，４ｂ，２８を駆動し切替可能位置に制限を設けた主変速位置を切り替える制御手段７を設け、このアクセルペダル８の操作に連動する主変速の切替作動を入切する操作スイッチ６を設ける。
【選択図】図３

Description

この発明は、農業用、或いは建築、運搬用の作業車両の変速制御装置の構成に関し、特に車両の状況に応じて、変速操作を軽減しまたは車両の走行を円滑に行えるよう構成したものである。

従来、この種の作業車両、例えば農業用トラクタにおける変速制御装置は、エンジンの回転動力を主変速装置及び副変速装置を経由して前後輪へ伝達すると共に、前記主変速装置を、アクチュエータの駆動によって自動または手動操作で切り替え可能に構成し、前記副変速装置を変速レバーのシフト操作で機械的に切り替え可能に構成したものが知られている。
特開平5-52254号

前記のようなトラクタでは、多種多様の作業に対応するべく、複数の変速装置の組合わせによって多段に変速できる構成としている。このため、例えば一般路上を迅速に走行しようとするときには、変速位置が細かく設定されすぎて、オペレータには煩雑な変速操作が要求される場合が生じる。

この発明は上記課題に鑑みて、作業車両を以下のように構成した。即ち、作業車両の変速制御装置を以下のように構成した。即ち、エンジン（Ｅ）の回転動力を主変速装置（１）及び副変速装置（２）を経由して駆動輪（３Ｆ、３Ｒ）へ伝達すると共に、前記主変速装置（１）を、アクチュエータ（４ａ，４ｂ，２８）の駆動によって切り替え可能に構成し、前記副変速装置（２）を変速レバー（５）のシフト操作で機械的に切り替え可能に構成し、上記変速レバー（５）に、前記主変速装置（１）の変速位置を１段ずつアップダウンさせる変速スイッチ（２９ｕ，２９ｄ）を設けた作業車両において、
車両のアクセルペダル（８）の操作に連動して前記アクチュエータ（４ａ，４ｂ，２８）を駆動し切替可能位置に制限を設けた主変速位置を切り替える制御手段（７）を設け、このアクセルペダル（８）の操作に連動する主変速の切替作動を入切する操作スイッチ（６）を設けたことを特徴とする。

以上のように構成した作業車両では、変速レバー（５）によって副変速装置（２）を高低に切替え、変速スイッチ（２９ｕ，２９ｄ）によって主変速装置（１）を切替できる。操作スイッチ（６）を入りに操作しておき、アクセルペダル（８）を操作すると主変速装置（１）は、予め設定した変速段に変速される。

アクセルペダル（８）の踏み込みより、利用できる主変速位置が制限された主変速位置にアップダウンするので、一定の主変速位置に保持して走行する構成と比較して、燃費を向上し、且つ迅速な移動を行うことができる。

更に、アクセルペダル操作による変速制御は操作スイッチ（６）の入り操作によるもので、任意にアクセルペダル（８）に連動した主変速の作動を入切できるので、負荷のかかる軟弱な圃場や傾斜地を走行する場合は、前記作動を切りとして、一定の主変速位置を保持することで、トルクを保持し、スリップやエンストを防止することができ、車両の操作性が良い。

以下、この発明を、作業車両となる農業用トラクタに搭載した形態を説明する。
まず、トラクタ１０の全体構成について説明する。
トラクタ１０は、図５に示すように、ボンネット１１の内部にエンジン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内の各変速装置を経由して左右前輪３Ｆ，３Ｆ、及び左右後輪３Ｒ，３Ｒにそれぞれ伝達して走行する構成としている。そして、前記ミッションケース１２の上方には、操縦席１３を設け、その前方位置にはステアリングハンドル１４を設けると共に、同ハンドル１４下方のハンドルポストに、作業機Ｒをワンタッチ操作で昇降する昇降レバー１５や、エンジンＥの回転数を調節するスロットルレバー１６、更には前後進切替レバー１７等を支持する構成となっている。また、前記前後進切替レバー１７の基部には、オペレータの前後進操作を検出する前進スイッチ３７と後進スイッチ３８を設け、両スイッチ３７，３８の検出信号により後述する前後進切替装置２１のクラッチを圧着操作する構成となっている。ハンドルポストの下方で且つフロア面の前寄りには、アクセルペダル８を設け、従来から周知のように、踏み込み操作によって前記スロットルレバー１６で保持されたスロットル位置を最低位置として、燃料噴射量を上下調整してエンジンＥの回転速度を増減速する構成としている。

次に、トラクタ１０の動力伝達経路について、図２に基づき具体的に説明する。
尚、図２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から伝動される回転動力は、断続操作される主クラッチ２０を経由してミッションケース１２内に設けられている前後進切替装置２１、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２２を介して後輪３Ｒ、３Ｒと、前後輪駆動切替装置２３、前輪デフ機構２４を介して前輪３Ｆ、３Ｆとにそれぞれ伝達する構成となっている。

前記エンジンＥには、ガバナ機構にスロットル位置センサ３９が設けられ、出力軸２５にはエンジン回転センサ２６が設けられており、この両方のセンサ３９，２６により車両のエンジン負荷状態を検出する構成となっている。

また前記前後進切替装置２１は、前進用クラッチ２１Ｆと後進用クラッチ２１Ｒとの２つのクラッチを有する油圧クラッチ式切替装置から成り、前述した前後進切替レバー１７の操作位置に応じてどちらか一方のクラッチを圧着して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２１の各クラッチ２１Ｆ，２１Ｒは、伝動下手側の主変速装置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、前記クラッチ装置を共に切とし、前記切替完了後、前進用クラッチ２１Ｆ、若しくは後進用クラッチ２１Ｒ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４ａとなる「１−２速」変速用油圧シリンダ４ａ及び「３−４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４ａ（又は４ｂ）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「１−２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「３−４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」に切り替える構成となっている。

また、第二主変速装置１ｂは、図２に示すように、高速クラッチ２７ｈと低速クラッチ２７ｌとの高低二段の油圧クラッチ式変速装置であり、変速用アクチュエータとなるクラッチ内部ピストン２８にて高低どちらか一方のクラッチ板を圧着する構成となっている。これにより、回転数を高低二段に切り替え、その動力を副変速装置２へ伝達する構成としている。

以上のように前記主変速装置１は、図４に示すように、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た変速アップスイッチ２９ｕと変速ダウンスイッチ２９ｄを押し込み操作で、制御部となるコントローラ７の通電指令を介して後述する切替制御弁４０、乃至４２（図１の制御機構のブロック図参照）を切り替えて前記変速用アクチュエータ４、即ち油圧シリンダ４ａ，４ｂ、及びクラッチ内ピストン２８を駆動して同変速装置１の変速位置を１速ずつ順に増速、又は減速する構成となっている。

また前記副変速装置２は、図２に示すように、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１０の主変速装置１、及び副変速装置２は、図４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２４段の変速が可能に構成されている。

次に図３に基づき変速操作部の構成に付いて説明する。
前記変速レバー５は、前記操縦座席１３の左側方に開口したレバーガイド３２から突設支持し、前記副変速装置２の変速位置を切り替えるに構成としている。この場合、前記変速レバー５を、後方内側に操作することで前記副変速の「Ｍ」速を設定し、後方外側に操作することで前記「Ｌ」速を設定し、前方内側、即ちこの発明の作業用操作位置Ｐ１に操作することで最高速位置となる前記「Ｈ」速を設定する構成となっている。そして更に、前記作業用操作位置Ｐ１の車体外側には、路上走行用操作位置Ｐ２が配置され、前記レバー５を副変速「Ｈ」速に保持したままで、横振り操作で移動する構成となっている。

そして、前記変速レバー５の基部には同レバーの操作位置を検出する副変速位置センサ３３Ｌ、３３Ｍ，３３Ｈ（作業用操作位置），３３ＨＨ（路上走行用操作位置）を設けると共に、このレバー５のグリップ部には、既に説明している変速アップスイッチ２９ｕ、ダウンスイッチ２９ｄを設けてオペレータの手動操作によってコントローラ７の通電指令を介して主変速装置１の変速位置を一速ずつ切り替える構成としている。そして、変速レバー５は、上記変速アップ、及びダウンスイッチ２９ｕ，２９ｄに隣接してこの発明の操作スイッチとなる自動変速切替スイッチ６が設けられ、同スイッチ６の入切操作により後述する各種変速制御を切り替える構成となっている。

次に、前記コントローラ７について、図１に基づいて説明する。
前記コントローラ７には、内部に各種信号を処理するＣＰＵと、各種情報を一時記憶するＲＡＭと、この発明の第一、第二変速制御手段等、各種制御プログラムを格納するＥＥＰＲＯＭを備え、入力側には、前記変速アップスイッチ２９ｕや変速ダウンスイッチ２９ｄと、変速制御切替スイッチ６と、前進スイッチ３７、後進スイッチ３８、更には前記第一主変速位置１ａを検出する４つのセンサ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄと第二主変速位置１ｂを検出するクラッチ２７ｈ，２７ｌの圧力センサ３６ｈ、３６ｌ、変速レバー５の変速位置を検出する上記した各副変速位置センサ３３Ｌ、３３Ｍ、３３Ｈ、３３ＨＨ、エンジン回転センサ２６、スロットル位置センサ３９等がそれぞれ接続して設けられ、操作に伴う信号、及び検出情報が入力される構成としている。

また前記コントローラ７の出力側には、第一主変速の変速用油圧シリンダ４ａ，４ｂを駆動する切替制御弁のソレノイド４０ａ，４０ｂ…、第二主変速の高低クラッチを圧着操作する切替制御弁のソレノイド４１，４２、前進クラッチ２１Ｆを圧着操作する切替制御弁のソレノイド４３、後進クラッチ２１Ｒを圧着操作する切替制御弁のソレノイド４４がそれぞれ接続して設けられ、更に前記ハンドルポスト上部に備えた液晶モニタＭが接続されて、出力信号に基づいて各機器を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７では、図７乃至図１０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各種変速制御が行われる。
まず、最初に図７に示すメインフローチャートのように、トラクタ１０のエンジンキースイッチを入として、電装機器に電源を投入すると、前記コントローラ７では、各種センサや設定器類の状態を読み込み、続けて主変速を所定の位置に設定する。図例では、工場出荷時の初期位置の場合を示し、第１速を設定するが、後述するように、次回からは前記コントローラ７に記憶された変速位置が設定される。また同時に、各変速位置毎に各主変速位置の使用累積時間の計測を開始する。

また次に、前記変速レバー５が路上走行操作位置Ｐ２に位置しているかどうかを、前記副変速位置センサ３３ＨＨの検出値から判定し、これが路上走行用操作位置であれば、前記主変速装置１の変速可能位置を５，６，７，８速位置に制限するよう設定し、他の位置であれば、主変速装置１の変速可能位置を１〜８迄の前変速位置を変速可能に設定する（図６参照）。即ち、路上走行時では、作業時に利用できる主変速の一部、前記例では低速域が切替不能となる。

また、前記液晶モニタＭに前記変速可能位置を表示する。尚、前記モニタ表示では変速レバー５が路上走行用操作位置Ｐ2に操作されている場合は、前記５，６，７，８、速を順に１，２，３，４と対応させて表示する構成となっている。

また次に、前記変速制御切替６の設定状態を判定し、これが入（ＯＮ）であれば、前記変速スイッチ２９ｕ，２９ｄによる主変速処理と、アクセルペダル８操作に連動させる主変速処理と、後述する変速レバー５のシフト操作に連動させる第一変速制御手段による主変速処理のサブルーチンを実行する構成となっている。一方、前記変速制御切替スイッチ６が切（ＯＦＦ）であれば、前記と同様の変速スイッチ２９ｕ，２９ｄによる主変速処理と、変速レバー５のシフト操作に連動させる後述する第二変速制御手段による主変速処理を行う構成となっている。

前記変速スイッチによる主変速処理は、図８に示すように、前記変速アップスイッチ２９ｕとダウンスイッチ２９ｄの押込み操作を判定し、これに応じて前記各制御弁のソレノイド４０，４３，４４へ通電し、主変速位置を現在の位置から１段ずつアップ若しくはダウンする構成となっている。

また前記アクセルペダル８による主変速処理は、図９に示すように、前記スロットル位置センサ３９とエンジン回転センサ２６とから、スロットル位置に応じたエンジン回転数が出力されているかどうかを判定し、これがＹＥＳの判定であれば、主変速位置を現在の位置から１段アップさせる。またＮＯの判定では、更にこの回転数が所定範囲内に収まっていれば、現在の主変速位置を保持し、所定値を下回っていれば、高負荷状態と判定し主変速位置を現在の位置から１段ダウンさせる。

また前記第一変速制御処理は、図１０に示すように、変速レバー５の操作位置の変更の有無を判定し、これがＹＥＳの判定であれば、更にレバーの操作方向が増速側へ移動したか、減速側にシフト操作したかを判定する。そして、前記変速レバー５を増速側にシフト操作したと判定された場合は、各制御弁のソレノイド４０，４３，４４へ切替指令を出力し、前記主変速位置１を最低速位置、即ち１速に切り替える。一方、前記変速レバー５が増速側に移動したと判定された場合は、各制御弁のソレノイド４０，４３，４４へ切替指令を出力し、前記主変速位置を最高速位置、即ち８速に切り替える。

これにより、変速レバー５により副変速位置の切り替えても、切り替え操作前後の車速の変動が極力少なくなる。
また前記第二変速制御処理は、図１１に示すように、変速レバー５の操作位置の変更の有無を判定し、これがＹＥＳの判定であれば、切替後の副変速位置における使用累積時間の最も長い主変速位置を検索、決定し、各制御弁へ通電を行なってこの位置に主変速位置を切り替える。

尚、前記夫れ夫れのサブルーチンの処理で、主変速位置を変更した場合は、液晶モニタＭの変速位置表示を変更する構成となっている。
以上のように、前記トラクタ１０では、車両の状態に応じて、変速レバー５をＨ速に保持したままで、作業用操作位置Ｐ１、若しくは路上走行用操作位置Ｐ２に切り替えることで、利用できる主変速位置が変更されるので、誤った主変速位置を選択して車速を過剰に上げたり、下げたりすることが無くなり操作性が良い。

特に路上走行用操作位置Ｐ２では、アクセルペダル８の踏み込みより、エンジン回転数に応じて主変速位置も連動してアップ／ダウンするので、一定の主変速位置に保持して走行する構成と比較して、燃費を向上し、且つ迅速な移動を行うことができる。

また前記作業用操作位置Ｐ１及び路上走行用操作位置Ｐ２での切替可能位置は、図１２に示すように、低速域を作業用操作位置Ｐ１とし、高速域を路上用操作位置Ｐ２としたり、図１３に示すように、全域を作業用操作位置とし、路上用操作位置では、１段ずつステップする構成としても良い。

また前記トラクタ１０では、スロットル位置及びエンジン回転数をスロットルレバー１６の操作でも変更し保持することができるので、例えば路上走行時に所謂オートクルーズで走行したい場合は、前記同レバー１６を適宜の位置に保持することで主変速位置を一定に保持することができ、操作性が良い。

また、変速制御切替スイッチ６により前記アクセルペダル８に連動した主変速の作動を入切できるので、負荷のかかる軟弱な圃場や傾斜地を走行する場合は、前記作動を切りとして、一定の主変速位置を保持することでトルクを保持し、スリップやエンストを防止することができ、車両の操作性が良い。

一方、例えば次第に負荷が変わるような作業を行ったり、上り坂や下り坂が連続する傾斜地を移動するときには、車両を第一変速制御手段に設定しておくことで、変速レバー５を操作して副変速位置を切り替えても、車速が大きく変動せず、即ち負荷が大きく変動せず、円滑な走行が可能となる。また、一般路上から作業場に移って作業を開始する場合や、異種の作業を交互に行う時等には、車両を第二変速制御手段に設定しておくことで、変速レバー５を切り替えた途端に、当該作業に適した主変速位置が直ちに設定されるので、オペレータによるスイッチ操作が軽減される。また更に前記第一、第二制御手段を切り替える操作スイッチ６は、変速レバー５のグリップ部に備える構成となっているので、変速に係る操作を集中して行え操作性が良い。

更に、前記アクセルペダル８による主変速処理と、使用累積時間による主変速処理（第二変速処理）といったスイッチ操作を軽減する制御を単一の変速制御切替スイッチ６にて作動を入切する構成としたので、夫れ夫れの入切スイッチを備える構成と比較して、操作が簡単で安価に構成することができる。

尚、この発明の別形態としては、前記変速制御切替６をレバー近傍となるレバーガイド３２部に設けたり、フェンダー部に設けても良い。またアクセルペダル８による主変速処理は、副変速位置センサ３３ＨＨがＯＮしたとき、即ち変速レバー５が路上走行用操作位置に操作されると無条件で作動する構成としても良い。

また、前記アクセルペダル８による主変速処理は、前記後進スイッチ３８の検出により、即ち車両が後進している時には作動を牽制する構成としても良い。これにより、後進時に車両が増速されること無く、必要な場合は、スイッチによる操作で車速を調整することができるので、車両の安全性が向上し、操作性も損なうことが無い。

制御機構のブロック図。 トラクタの伝動機構図。 変速レバー及びレバーガイドを示す斜面図。 主変速装置と副変速装置の組み合わせ、及びモニタ表示の表記を示す図。 トラクタの全体側面図。 モニタの表示例を示す図。 制御の概要を示すフローチャート。 変速スイッチによる主変速処理の概要を示すフローチャート。 アクセルペダルによる主変速処理の概要を示すフローチャート。 第一変速制御手段の概要を示すフローチャート。 第二変速制御手段の概要を示すフローチャート。 路上操作位置での変速可能な主変速位置の別形態を示す表（１）。 路上操作位置での変速可能な主変速位置の別形態を示す表（２）。

符号の説明

Ｅ エンジン
１ 主変速装置
１ａ 第一主変速装置
１ｂ 第二主変速装置
２ 副変速装置
３Ｆ 前輪
３Ｒ 後輪
４ アクチュエータ
５ 変速レバー
６ 変速制御切替スイッチ
７ コントローラ
８ アクセルペタル

Claims (1)

1. エンジン（Ｅ）の回転動力を主変速装置（１）及び副変速装置（２）を経由して駆動輪（３Ｆ、３Ｒ）へ伝達すると共に、前記主変速装置（１）を、アクチュエータ（４ａ，４ｂ，２８）の駆動によって切り替え可能に構成し、前記副変速装置（２）を変速レバー（５）のシフト操作で機械的に切り替え可能に構成し、上記変速レバー（５）に、前記主変速装置（１）の変速位置を１段ずつアップダウンさせる変速スイッチ（２９ｕ，２９ｄ）を設けた作業車両において、
   車両のアクセルペダル（８）の操作に連動して前記アクチュエータ（４ａ，４ｂ，２８）を駆動し、切替可能位置に制限を設けた主変速位置を切り替える制御手段（７）を設け、このアクセルペダル（８）の操作に連動する主変速の切替作動を入切する操作スイッチ（６）を設けたことを特徴とする作業車両。

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