JP2008095710A

JP2008095710A - 作業車両

Info

Publication number: JP2008095710A
Application number: JP2006274404A
Authority: JP
Inventors: Keiji Matsumoto; 圭司松本; Atsushi Terajima; 淳寺島
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】実車側を検出せずにスリップ制御を行う油圧式無段変速装置を使用したトランスミッションを有する作業車両を提供する。
【解決手段】駆動源４０からの動力を油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）５０を介して駆動輪５３・５３に伝える作業車両であって、前記油圧式無段変速装置５０の油圧モータ５１と油圧ポンプ５２の間を連通する閉回路油路に圧力検知手段７４と電磁圧力制御弁８４を配置し、該圧力検知手段７４と、電磁圧力制御弁８４と、駆動輪５３・５３の回転数検知手段８３・８３とを制御手段８０と接続し、該圧力検知手段７４の検出値より駆動輪５３・５３の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より大きくなると、前記電磁圧力制御弁８４により閉回路油路圧力を低下するように制御したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業車両の技術、特に油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）により変速して駆動する作業車両であって、スリップ防止制御を備えた作業車両の技術に関する。

従来から、電力を動力源として電動モータを作動させて駆動輪を回動する電気自動車は知られている。該電気自動車の駆動系はさまざまな構成が可能であり、そのうちの一つに左右独立のモータを用いてデファレンシャルギヤを無くす構成が知られている（特許文献１参照）。
該電気自動車の車輪のスリップ防止制御方式として、スリップ率制御方式がある。スリップ率λとは、車体速度と車輪速度の差の相対比であり、λ＝０が完全粘着、λ＝１が完全空転を意味する。スリップ率制御とは、このλを直接制御するフィードバック制御である。
一方、モデル追従制御の原理を用いた車輪速度制御によるスリップ防止制御方式がある。モデル追従制御では、車両特性を簡単な慣性モーメントとみなし、スリップが生じればその値が急速に小さくなるものとする。一方、モデルの方は滑らない車体モデル、すなわち、一定の慣性モーメントとして両者の差から演算される補正トルクをドライバのトルク指令から差し引くものとする。（特許文献２・３参照）
このモデル追従制御は、空転時にタイヤ慣性を重く見せかける制御であり、速いマイナー制御ループによって初めて得られる効果であるといえる。よって、モデル追従制御は、電気モータの高速で正確なトルク応答（数〜数十[ｍｓ]）があって初めて可能となる制御である。前記モデル追従制御を利用したスリップ防止制御の利点は、実車速を計測することなく、車輪速度のみを用いることにある。これにより、非駆動輪の速度を検出するなどして車体速度を検出することなく制御を行うことが可能となり、四輪の同時制動などを行うことも可能となる。
特開２００５−１６８２７８号公報特開平２−２９９４０２号公報特開平８−１８２１１９号公報

一方、農業機械の作業環境は、舗装された路面よりも、圃場などの未舗装面が圧倒的に多く、雨天時や路面が浸水している場合には特に車輪若しくは履帯がスリップすることが多かった。また、スリップ制御を行う場合においても、実車速を検出することが難しかった。
また、油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）を使用したトランスミッションは広く用いられており公知となっている。ＨＳＴには、無段階変速や前後進の切換を容易に可能とする利点がある。また、ＨＳＴに用いる油圧機構はトルク応答速度が速いという利点もある。
そこで、本発明は斯かる課題に鑑み、実車側を検出せずにスリップ制御を行う油圧式無段変速装置を使用したトランスミッションを有する作業車両を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、駆動源からの動力を油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）を介して駆動輪に伝える作業車両であって、前記油圧式無段変速装置の油圧モータと油圧ポンプの間を連通する閉回路油路に圧力検知手段と電磁圧力制御弁を配置し、該圧力検知手段と、電磁圧力制御弁と、駆動輪の回転数検知手段とを制御手段と接続し、該圧力検知手段の検出値より駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より大きくなると、前記電磁圧力制御弁により閉回路油路圧力を低下するように制御したものである。

請求項２においては、駆動源からの動力を油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）を介して駆動輪に伝える作業車両であって、前記油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板を回動手段により角度変更可能とし、該可動斜板回動手段と、油圧モータと油圧ポンプの間を連通する閉回路油路に圧力検知手段と、速度設定手段と、駆動輪の回転数検知手段とを制御手段に接続し、前記圧力検知手段の検出値により駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より大きくなると、前記可動斜板を油圧モータ回転数が減少する方向に回動するように制御したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、油圧式無段変速装置を制御してスリップを防止するので、電動モータを制御する場合よりも、モータを小型化でき、大きいトルクを制御できる。また、油圧装置の圧力を制御するため、応答性が早く素早いフィードバック制御が可能となる。

請求項２においては、油圧式無段変速装置を制御してスリップを防止するので、電動モータを制御する場合よりも、モータを小型化でき、大きいトルクを制御できる。また、可動斜板を回動してスリップ制御するため、作動油の流量を調節して実回転速度の調節が容易にできる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る作業車両の動力伝達図、図２はＨＳＴの側面一部断面図、図３は作業車両の制御に係るブロック図、図４は本発明の他の実施例に係る作業車両の動力伝達図、図５は同じく作業車両の制御に係るブロック図である。

図１に示すように、作業車両３０は走行装置としてホイール式走行装置を備えている。
作業車両３０は駆動源としてエンジン４０を搭載しており、該エンジン４０のフライホイール４１に回転数センサ４２を設けてエンジン制御装置４３によってエンジンの回転制御を行っている。前記フライホイール４１からは油圧式無段変速装置５０へと動力が伝達されている。

油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）５０は、図２に示すように、可変容量型の油圧ポンプ５２と固定容量型の油圧モータ５１とを油路板５５に設けた閉回路油路により流体的に接続して構成されている。該油圧モータ５１と油圧ポンプ５２とは、平板状の油路板５５前面に付設されてハウジング５６によって覆われている。該油路板５５はミッションケース５７の前部に固設され、その内部に二本の油路を平行に穿設して循環回路を構成し、これにより油圧ポンプ５２と油圧モータ５１とを油圧（流体）的に結合して閉回路を構成している。

前記油圧ポンプ５２は、前記ハウジング５６内において、回転自在に指示されるポンプ軸５８と、該ポンプ軸５８に対し相対回転不能に嵌合されるシリンダブロック５９と、該シリンダブロック５９に穿設されたシリンダ孔に油密を保ちながら往復動自在に嵌合される複数のピストン６２と、該ピストン６２を突出方向に付勢するバネと、該ピストンの先端に当接する可動斜板６４とから構成されている。該油圧ポンプ５２の可動斜板６４は運転部に設けられた図示せぬ変速操作手段と連係され、その傾斜角を変速操作手段にて調整することにより油圧ポンプ５２の容積を変更可能として、圧油の吐出量及び吐出方向を変更可能としている。

また、前記油圧モータ５１は、油圧ポンプ５２と略同じ構成をしており、該油圧ポンプ５２の下方位置にて回転自在に支持されるモータ軸６８と、該モータ軸６８に相対回転不能に嵌合されるシリンダブロック６９と、該シリンダブロック６９に穿設されたシリンダ孔に往復動自在に嵌合され、バネにより付勢される複数のピストン７１と、該ピストン７１の伸張駆動を前記シリンダブロック６９の回転駆動力に変換するための斜板カム作用を行う固定斜板７２とから構成されている。該モータ軸６８は油圧モータ５１の回転を出力する軸であり、前記ポンプ軸５８と平行に前後方向に油路板５５に回転自在に支持され、その一端は油路板５５を貫通して後方に突出されている。
前記モータ軸６８の先端にはピニオンが固設され、該ピニオンはデフ装置のリングギヤと噛合され、該デフ装置の両側に車軸５４・５４が軸支され、該車軸５４・５４の両側に駆動輪５３・５３が固定されている。

この構成により、ポンプ軸５８にエンジン４０からの動力を入力し、変速操作手段にて油圧ポンプ５２の可動斜板６４を中立位置から任意の角だけ傾動させることにより、シリンダブロック５９に支持されるピストン６２が可動斜板６４により設定されたストロークだけ往復駆動されて圧油を吐出し、該吐出された圧油は前記油路板５５内の閉回路油路を介して、油圧モータ５１へ送油される。該圧油は該油圧モータ５１のピストン７１を押してシリンダブロック６９を回転させ、モータ軸６８の回転動力として取り出される。前記閉回路油路に圧油の圧力検出手段として圧力センサ７４と圧力制御手段として電磁圧力制御弁８４が配置され、それぞれ制御装置８０と接続されている。前記回転センサ８３は左右駆動輪５３の車軸５４近傍に設置している。

次に該油圧式無段変速装置５０の制御系統について説明する。図１及び図３に示すように、操縦者が変速操作手段（速度設定手段）にて前記油圧ポンプ５２の可動斜板６４を中立位置から任意の角だけ傾動させて圧力を変化させた場合、油圧モータ５１へ送油される圧力が圧力検知手段７４によって検出され制御装置８０へと入力され、制御装置８０で圧力から駆動輪５３の理想回転速度Ｖを算出する。一方、駆動輪５３の車軸５４近傍に配置された回転センサ８３により、実際の駆動輪５３の回転速度（実回転速度Ｖｗ）が検出されて制御装置８０へ入力される。
前記制御装置８０では前記理想回転速度Ｖと実回転速度Ｖｗの差を求める。そして、その差を周波数フィルタ（ハイパスフィルタＨＰＳ）を通して高周波領域だけを取り出し、その値に制御ゲインＫを乗じて油圧圧力補正量Ｃを得る。そして、後述する電磁圧力制御弁８４の設定圧力から前記油圧圧力補正量Ｃを減じて補正する。

前記油路板５５に穿設された油路には電磁圧力制御弁８４が設けられておりこの電磁圧力制御弁８４は電磁比例弁によって構成されている。前記制御装置８０より出力された制御ゲインＫは電気的信号となって、該電磁圧力制御弁８４へと入力され、該電磁圧力制御弁８４が油圧を調整することにより、前記油圧モータ５１の出力を調整する。すなわち、駆動輪５３がスリップした場合、理想回転速度Ｖと実回転速度Ｖｗに差が発生し、その速度差が設定値よりも大きくなると、電磁圧力制御弁８４を作動させて、油路板５５内の油圧モータ５１に供給する油圧を所定圧下げることにより、減速（増速）させるのである。こうして、駆動輪の回転速度が低下されてグリップ力を増加させてスリップを防止するのである。
この送油量を所定量減少させても、スリップが生じる場合、更に油圧を下げて減速し、グリップ力を増加させてスリップを防止するようにしている。そして、スリップが生じない路面に至ると電磁圧力制御弁８４の作動を停止し、元の油圧として送油量も元の送油量として、設定した走行速度とするものである。

また、スリップが発生した場合に、前記可動斜板６４を減速方向に回動させてスリップを防止することも可能である。
図４、図５に示すように、油圧ポンプ５２の可動斜板６４にはモータまたはソレノイド等のアクチュエータよりなる可動斜板回動手段７５が連結され、該可動斜板回動手段７５は制御装置８０と接続されている。該制御装置８０には変速レバー等の速度設定手段１０と車軸５４の回転数を検出する回転センサ８３が接続されている。
このような構成において、速度設定手段１０の設定値から理想回転速度Ｖが演算でき、回転センサ８３からの信号により実回転速度Ｖｗを演算できる。但し、速度設定手段１０の設定値を検出する代わりに、可動斜板６４の回動位置を検出したり、または、可動斜板回動手段７５の駆動位置を検出する構成であってもよい。
そして、駆動輪５３・５３がスリップした場合、理想回転速度Ｖと実回転速度Ｖｗに差が発生し、その速度差が設定値よりも大きくなると、前記可動斜板６４を可動斜板回動手段７５により機械的に減速方向に回動させることにより、油圧圧力を減少して油圧モータ５１を減速させるのである。こうして、駆動輪５３の回転速度が低下されてグリップ力を増加させてスリップを防止するのである。前記電磁圧力制御弁８４による減速よりも応答速度は遅くなるものの大幅な速度低下を実現することが可能となる。
また、スリップが発生する軟弱地走行では、前記電磁制御弁の設定圧力は速度設定手段で設定した速度よりも低速回転速度となる値となっており、この軟弱地を過ぎると、速度差が発生することがなくなり、変速操作手段で設定した速度で走行されるようになる。

以上より、駆動源４０からの動力を油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）５０を介して駆動輪５３・５３に伝える作業車両であって、前記油圧式無段変速装置５０の油圧モータ５１と油圧ポンプ５２の間を連通する閉回路油路に圧力検知手段７４と電磁圧力制御弁８４を配置し、該圧力検知手段７４と、電磁圧力制御弁８４と、駆動輪５３・５３の回転数検知手段８３・８３とを制御手段８０と接続し、該圧力検知手段７４の検出値より駆動輪５３・５３の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より大きくなると、前記電磁圧力制御弁８４により閉回路油路圧力を低下するように制御したものである。このように構成することにより、油圧式無段変速装置を制御してスリップを防止するので、電動モータを制御する場合よりも、モータを小型化でき、大きいトルクを制御できる。また、油圧装置の圧力を制御するため、応答性が早く素早いフィードバック制御が可能となる。

また、駆動源４０からの動力を油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）５０を介して駆動輪５３・５３に伝える作業車両であって、前記油圧式無段変速装置５０の油圧ポンプ５２の可動斜板６４を回動手段７５により角度変更可能とし、該可動斜板回動手段７５と、油圧モータと油圧ポンプの間を連通する閉回路油路に圧力検知手段と、速度設定手段１０と、駆動輪５３・５３の回転数検知手段８３・８３とを制御手段８０に接続し、前記圧力検知手段の検出値により駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段８３・８３で検知した駆動輪５３・５３の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より大きくなると、前記可動斜板６４を油圧モータ回転数が減少する方向に回動するように制御したものである。このように構成することにより、油圧式無段変速装置を制御してスリップを防止するので、電動モータを制御する場合よりも、モータを小型化でき、大きいトルクを制御できる。また、可動斜板を回動してスリップ制御するため、作動油の流量を調節して実回転速度の調節が容易にできる。

本発明の一実施例に係る作業車両の動力伝達図。ＨＳＴの側面一部断面図。作業車両の制御に係るブロック図。本発明の他の実施例に係る作業車両の動力伝達図。同じく作業車両の制御に係るブロック図。

符号の説明

４０エンジン
５０油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）
５１油圧モータ
５２油圧ポンプ
７４圧力検知手段
８０制御装置
８３回転センサ
８４電磁圧力制御弁

Claims

駆動源からの動力を油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）を介して駆動輪に伝える作業車両であって、前記油圧式無段変速装置の油圧モータと油圧ポンプの間を連通する閉回路油路に圧力検知手段と電磁圧力制御弁を配置し、該圧力検知手段と、電磁圧力制御弁と、駆動輪の回転数検知手段とを制御手段と接続し、
該圧力検知手段の検出値より駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より大きくなると、前記電磁圧力制御弁により閉回路油路圧力を低下するように制御したことを特徴とする作業車両。
駆動源からの動力を油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）を介して駆動輪に伝える作業車両であって、前記油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板を回動手段により角度変更可能とし、該可動斜板回動手段と、油圧モータと油圧ポンプの間を連通する閉回路油路に圧力検知手段と、速度決定手段と、駆動輪の回転数検知手段とを制御手段に接続し、
前記圧力検知手段の検出値により駆動輪の理想回転速度を演算するとともに、該理想回転速度と前記回転数検知手段で検知した駆動輪の実回転速度との差を算出し、実回転速度が理想回転速度より大きくなると、前記可動斜板を油圧モータ回転数が減少する方向に回動するように制御したことを特徴とする作業車両。