JP2009052609A

JP2009052609A - 作業車両の変速制御装置

Info

Publication number: JP2009052609A
Application number: JP2007218140A
Authority: JP
Inventors: Fumio Yoshimura; 文夫吉邨
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】アクセルペダルの操作でＨＳＴのトラニオン軸を電動制御する場合に、ペダルセンサの故障をカバーして安全確実に車速調節を可能とする作業車両の変速制御装置を提供する。
【解決手段】作業車両の変速制御装置は、アクセルペダル５と、ＨＳＴによる車速調節部１ｄと、上記アクセルペダル５の踏込量に応じて車速調節部１ｄを制御する変速制御部７ｐとから構成され、上記アクセルペダル５には、その踏込量を個々に検出する２つのペダルセンサ５ｓ、５ｔを備えてそれぞれの検出信号を上記変速制御部７ｐに入力し、この変速制御部７ｐは、両センサがともに異常がない場合には小さい方の踏込量を使用し、また、一方のセンサに異常がある場合には他方のセンサの踏込量を使用し、この踏込量と対応して定められた目標車速に基づいて上記車速調節部１ｄを制御するものである。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ペダル踏込量に応じて無段階に車速調節することができる作業車両の変速制御装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、車速指示用のアクセルペダル、ＨＳＴ（静油圧式無段変速機）により車速を無段調節する車速調節部、変速システムを統括する変速制御部等からなる作業車両の変速制御装置が知られている。この変速制御装置は、変速制御部が、ペダルセンサによりペダル踏込量を検出し、また、ＨＳＴのトラニオンセンサによりトラニオン回動角度を検出し、ペダル踏込量と対応してトラニオン軸の回動角度を制御することにより作業車両の走行車速を調節することができる。
特開２００５−３４３１８７号公報

しかしながら、上記変速制御装置は、ペダルセンサが故障すると車速調節が不可能となり、走行不能となって作業が中断するのみならず、場合により暴走を招く危険があった。これはトラニオンセンサの故障によっても同様である。

解決しようとする問題点は、アクセルペダルの操作でＨＳＴのトラニオン軸を電動制御する場合に、ペダルセンサの故障をカバーして安全確実に車速調節を可能とする作業車両の変速制御装置を提供し、また、トラニオンセンサについても同様にカバーしうる作業車両の変速制御装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、踏込操作が可能なアクセルペダルと、ＨＳＴトラニオン軸の回動角度に応じて車速調節が可能な車速調節部と、上記アクセルペダルの踏込量に応じて車速調節部を制御する変速制御部とからなる作業車両の変速制御装置において、上記アクセルペダルには、その踏込量を個々に検出する２つのペダルセンサを備えてそれぞれの検出信号を上記変速制御部に入力し、この変速制御部は、両センサがともに異常がない場合には小さい方の踏込量を使用し、また、一方のセンサに異常がある場合には他方のセンサの踏込量を使用し、この踏込量と対応して定められた目標車速に基づいて上記車速調節部を制御することを特徴とする。

上記変速制御部は２つのペダルセンサの信号を受け、通常は小なる踏込量と対応する低速側の目標車速に沿って変速制御し、また、一方のセンサが故障しても他方のセンサによりペダル踏込量と対応する目標車速に沿って変速制御する。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成において、前記トラニオン軸には、その回動角度を個々に検出する２つのトラニオンセンサを備えてそれぞれの検出信号を前記変速制御部に入力し、この変速制御部は、両センサがともに異常がない場合には大きい方の回動角度を使用し、また、一方のセンサに異常がある場合には他方のセンサの回動角度を使用し、この回動角度が前記目標車速と対応して定められる目標回動角度となるように前記車速調節部を制御することを特徴とする。

上記変速制御部は２つのトラニオンセンサの信号を受け、通常は大なる回動角度が目標の回動角度となるように低速側に車速調節部を回動制御し、また、一方のセンサが故障しても他方のセンサの回動角度によって車速調節部を制御する。

請求項１の発明により、２つのペダルセンサの信号の小なる踏込量と対応する低速側の目標車速によって変速制御し、また、一方のセンサが故障しても他方のセンサによりペダル踏込量と対応する指示車速によって変速制御することから、ペダルセンサの二重化により、一方のセンサが故障した場合を含め、アクセルペダルの踏込操作に応じて安全で確実な変速走行が可能となる。

請求項２の発明により、２つのトラニオンセンサの信号の大なる回動角度が目標の回動角度となるように低速側に車速調節部を制御し、また、一方のセンサが故障しても他方のセンサの回動角度によって車速調節部を制御することから、トラニオンセンサの二重化により目標車速まで変化率が抑えられることによるショックの低減を併せ安全で確実な変速調節が可能となる。

上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の対象となる多目的作業車の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および要部斜視図（ｃ）である。
この多目的作業車は、モノコックフレームに左右の前輪８、８と左右の後輪９、９を操舵可能に支持し、一般的なトラクタの構成と前後を逆に、すなわち、エンジン６を機体後部に配置し、トランスミッション１４を機体前部に配置する。その機体前部に操縦部２ｄ、後部に荷台２ｔを構成し、かつ、作業機動力として機体前部にＰＴＯ軸１３を備え、また、機体中間位置に車高検出機構２ｈを下垂状に構成する。

操縦部２ｄにはハンドルコラム２ｃを立設してステアリングハンドルＳを設け、ハンドルコラム２ｃの左側部に前後進切換レバーＲ、ハンドルコラム２ｃの基部にはその右側位置にアクセルペダル５、左側位置にブレーキペダルＢ等の操作手段をそれぞれ配置する。

トランスミッション１４は、後に詳述するように、「ＨＳＴ」と略称する油圧式の無段変速伝動機１および変速機構１４ａを直列に内設して前後輪８，９とＰＴＯ出力軸１３に駆動力を伝動する。前後進切換レバーＲを操作してアクセルペダル５を踏むと、エンジン６からの動力はトランスミッション１４内の無段変速伝動機構１で変速され、さらに、変速機構１４ａで変速されて、後輪９、９または、後輪９、９および前輪８、８に伝達され、機体は前進または後進する。また、ブレーキペダルＢを踏むと前輪８、８と後輪９、９のディスクブレーキ（図示せず）を作動させるとともに、ＨＳＴの可変油圧ポンプのトラニオン軸Ｔを中立に戻し、ＨＳＴの定量油圧モータからの出力を停止する。また、アクセルペダル５とブレーキペダルＢを同時に踏むとブレーキペダルＢを優先する。

ＰＴＯ軸１３には各種の作業機を接続して多目的作業を可能とする。例えば、路上清掃機を設けて路上清掃を行ったり、芝刈機を付けて芝刈作業を行ったり、雪掻機を設けて除雪などの作業を行う。

次に、ミッションケース１４の内部構造を図２乃至図５で説明する。
ミッションケース１４は、図２に示す如く、前ケース１５、繋ぎケース１６、中間ケース１７、後ケース１８の４つの中空ケースを連結した構成で、後ケース１８に軸支した入力軸１９にエンジン６の駆動力が入力し、この入力軸１９の回転がインプットケース２０内の増速ギア２１，２２で第一中継軸２３へ伝動し、さらに増速ギア２４，２５で増速され、この増速ギア２５に油圧変速装置１の油圧入力軸３８をスプライン嵌合している。繋ぎケース１６は従来の前ケース１５と中間ケース１７を連結してミッションケース１４を長くするもので、前ケース１５と中間ケース１７及び後ケース１８を従来のミッションケースと共用化することで製作コストを低く出来る。

増速ギア２１，２２と増速ギア２４，２５を内装するインプットケース２０は、高速走行を可能にするためにディゼルエンジン６の出力回転を増速するために設けるもので、従来のトラクタのミッションケース１４内に伝動機構を収納可能にしている。このインプットケース２０は図４に示す如く、密封ケースにしてミッションケース１４の外部へ通じる給油管からオイルを給油するようにすれば、増速ギア２１，２２，２４，２５の修理の際にミッションケース１４内のオイルを抜かずにインプットケース２０のみを取り外せるので、作業が楽になる。

油圧変速装置１の内部では油圧変速により出力を大きく無段階で変速して、ＰＴＯ駆動軸２６と走行駆動軸２７の二つの軸へ出力する。
ＰＴＯ駆動軸２６にはＰＴＯギア軸２８を連結し、このＰＴＯギア軸２８のギア２９と第二中継軸３０に遊嵌したギア３１を噛み合わせ、このギア３１をＰＴＯ軸３２に装着したＰＴＯクラッチ３４のギア３３に噛み合わせている。ＰＴＯクラッチ３４はギア３３からＰＴＯ軸３２への回転伝動を断続する。

ＰＴＯ軸３２にはＰＴＯ延長軸３５を連結し、このＰＴＯ延長軸３５のギア３６をＰＴＯ出力軸１３にスプライン嵌合したクラッチギア３７に噛み合わせてＰＴＯ出力軸１３を駆動している。（図２参照）
ＰＴＯクラッチ３４の詳細を図５に示しているが、クラッチ入ではクラッチ盤８８が繋がってケーシング８６が回転して伝動するが、クラッチ切では戻しバネ８７の圧でクラッチ盤８８が離れてケーシング８６をフリーにする。この時にケーシング８６の付き回りを防ぐ為に繋ぎケース１６のボス部８１に当接する係止リング８５をケーシング８６の外周に装着している。

走行駆動軸２７には第三中継軸３９を連結し、この第三中継軸３９に固着したギア４０ヘギア４１，４２を噛み合わせて第四中継軸４３に伝動する。第四中継軸４３にはメインギア軸４４を連結している。

メインギア軸４４には、大ギア４５と中ギア４６を一体的に固着し、このメインギア軸４４の延長上にサブギア軸４７を分離して回転可能に軸支している。このサブギア軸４７には小ギア４８と大ギア７４及び走行伝動ギア７５を一体的に固着している。従って、大ギア４５と中ギア４６は同一回転をし、小ギア４８と大ギア７４及び走行伝動ギア７５は後述するクラッチギア７７からの回転を受ける。（図５参照）
大ギア４５はクラッチ軸４９に装着した高速油圧クラッチＹＨのギア５０と噛み合い、中ギア４６はクラッチ軸４９に装着した低速油圧クラッチＹＬのギア５３と噛み合い、メインギア軸４４の回転をクラッチ軸４９へ高速或いは低速で伝動する。

クラッチ軸４９の延長上にスプライン軸７６をスプライン嵌合し、このスプライン軸７６にクラッチギア７７をスプライン嵌合して、クラッチ軸４９の回転をクラッチギア７７に伝動している。また、クラッチ軸４９を支持する繋ぎケース１６のボス部８１にはクラッチ軸４９の油圧孔に通じる油圧用孔８２，８３，８４を設けて、高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２に作動油を送るようにしている。

クラッチギア７７には大ギア７８と小ギア７３を形成し、大ギア７８が前記サブギア軸４７の小ギア４８に噛み合って増速伝動して高速ギアクラッチＧＨを構成したり、小ギア７９がサブギア軸４７の大ギア７４に噛み合って減速伝動して低速ギアクラッチＧＬを構成したり、大ギア７８と小ギア７９が共に游転して動力切になるようにしてギア変速クラッチ３を構成している。

クラッチ軸４９の走行伝動ギア７５は、スプライン軸７６に遊嵌したベベルギア軸６２にスプライン嵌合した走行ギア５６に噛み合ってベベルギア軸６２を駆動している。ベベルギア軸６２のベベルギア６３が前輪８の車軸へ装着したべベルギアへ駆動力を伝動するのである。

ベベルギア軸６２は、高速油圧クラッチＹＨからクラッチギア７７の大ギア７８とサブギア軸４７の小ギア４８への伝動による四速か、高速油圧クラッチＹＨからクラッチギア７７の小ギア７９とサブギア軸４７の大ギア７４への伝動による三速か、低速油圧クラッチＹＬからクラッチギア７７の大ギア７８とサブギア軸４７の小ギア４８への伝動による二速か、低速油圧クラッチＹＬからクラッチギア７７の小ギア７９とサブギア軸４７の大ギア７４への伝動による一速かのどれかで回転することになる。

また、ベベルギア軸６２の回転は、走行ギア５６からＰＴＯ軸３２に装着した大小ギア５９の小ギア部５７へ伝動し、さらに大ギア部５８に噛み合う後輪駆動軸６１のクラッチギア６０で適宜に後輪９へ駆動力を伝動可能にしている。

走行ギア５６は、ベベルギア軸６２に伝動すると共に大小ギア５９を介して後輪駆動軸６１へ伝動しているので、伝動構成を単純化して前後に長くなるのを防いでいる。
尚、高速油圧クラッチＹＨと低速油圧クラッチＹＬはコントローラからの制御信号によりソレノイドを介してどちらかを入に保持するのであるが、ブレーキペダルの踏み込みを検出するスイッチ９６を設けて、このスイッチ９６の踏込み信号で高速油圧クラッチＹＨと低速油圧クラッチＹＬのソレノイドへの電力を断って両クラッチ５１，５２をニュートラルにするようにしている。このニュートラルの状態でブレーキを作用することで素早く停止でき、ギア変速クラッチ３の切換えがスムースに行える。

また、クラッチ軸４９を支持する繋ぎケース１６のボス部８１にはクラッチ軸４９の油圧孔に通じる油圧用孔８２，８３，８４を設けて、高速油圧クラッチＹＨと低速油圧クラッチＹＬに作動油を送るようにしている。

図６は、変速レバー４を示し、変速溝９６を中央のニュートラル位置Ｎから前後Ｈ、Ｌに回動することで前記のギア変速クラッチ３を高速ギアクラッチ入か低速ギアクラッチ入に変速し、この変速レバー４のグリップ８０の頭部に設ける増速ボタン８１を押すと高速油圧クラッチＹＨを入動作し、減速ボタン８２を押すと低速油圧クラッチＹＬを入動作する。

また、変速溝９６には変速レバー４の位置を検出するセンサ９０Ｈ，Ｌを設けて、変速レバー４が低速位置Ｌから高速位置Ｈに移動すると高速油圧クラッチＹＨが入であっても切にして、低速油圧クラッチＹＬが入になって三速になり、高速位置Ｈから低速位置Ｌに移動すると低速油圧クラッチＹＬが入であっても切にして、高速油圧クラッチＹＨが入になって二速になるようマイコン制御を行っている。なお、高速油圧クラッチＹＨを入りにする場合には、アクセルペダル５が３／４以上踏込まれて油圧変速装置が高速であれば一旦低速にして変速ショックを低減させる。また、レバー４が低速位置Ｌで減速ボタン８２を押すと一速になり、レバー４が高速位置Ｈで増速ボタン８１を押すと四速になる。

（変速制御）
次に、変速制御について説明する。
無段変速伝動機１には、その要部拡大側面図を図７に示すように、ＨＳＴについて前後進の切替えおよび無段階に伝動比を調節するためのトラニオン軸Ｔを回動駆動するモータ１ｍと、同トラニオン軸Ｔの回動角度を個々に検出する２つのトラニオンポジションセンサ１ｓ、１ｔを設けて車速調節部１ｄを構成する。また、アクセルペダル５には、その拡大側面図を図８に示すように、踏込量を個々に検出する２つのペダルポジションセンサ５ｓ、５ｔを設ける。

変速制御装置は、図９の制御システム入出力構成図に示すように、変速制御部７ｐが２つのペダルポジションセンサ５ｓ、５ｔの検出信号によってアクセルペダル５の踏込量を検出するとともに、２つのトラニオンポジションセンサ１ｓ、１ｔの検出信号に基づいてアクセルペダル５の踏込量に応じた目標車速と対応する目標回動角度までＨＳＴトラニオン軸Ｔを回動するべく、モータ１ｍとそのリレー回路１ｒ、１ｃ等により車速調節部１ｄを制御する。

変速制御部７ｐによる制御処理について、図１０のフローチャートにより詳細に説明すると、両ペダルセンサ５ｓ、５ｔの検出信号の読込（Ｓ１、Ｓ２）に続けて断線やショートによるセンサ異常の判定（Ｓ３ａ〜Ｓ３ｃ）を行い、両ペダルセンサ５ｓ、５ｔに異常がない場合は両センサ値の比較（Ｓ４）の上で踏込量が小なる方を使用（Ｓ５、Ｓ６ａ、Ｓ６ｂ）する。また、両センサが異常の場合は通常制御の中止（Ｓ９）とし、一方のみがセンサ異常の場合は、残りのセンサの踏込量を使用（Ｓ６ａ、Ｓ６ｂ）する。

具体的には、図１１（ａ）の特性例のように、ペダルポジションセンサ１が固着等で値が変化しない時、ペダルポジションセンサ２の値がセンサ１より小さい間はセンサ２の値を使用する。また、図１１（ｂ）の特性例のように、ペダルポジションセンサの一方が断線、ショート域にある時は、他方のセンサを使用する。
このペダルセンサによる踏込量に基づいて目標トラニオン位置の算出（Ｓ７）をし、現トラニオン位置が目標トラニオン位置となるまでモータ出力（Ｓ８）をしてトラニオン軸Ｔを回動する。

このような制御処理により、２つのペダルセンサの信号を受け、通常は小なる踏込量と対応する低速側の目標車速の変速指令によって車速が調節され、また、一方のセンサが故障しても他方のセンサによりペダル踏込量と対応する目標車速まで確実に調節することができる。したがって、ペダルセンサの二重化によりアクセルペダルの踏込操作に応じて安全で確実な変速調節が可能となる。

また、上記トラニオン軸Ｔのモータ出力処理（Ｓ８）については、図１２のフローチャートに示すように、２つのトラニオンポジションセンサ１ｓ、１ｔによる回動角度の読込（Ｓ１１、Ｓ１２）に続けて断線やショートによるセンサ異常の判定（Ｓ１３ａ〜Ｓ１３ｃ）を行い、両トラニオンセンサ１ｓ、１ｔが異常なら通常制御の中止（Ｓ１４）とし、他の場合はいずれか異常がない方のセンサを使用（Ｓ１５、Ｓ１５ａ、Ｓ１５ｂ）して目標トラニオン位置との比較によりモータ出力（Ｓ１６）をする。

トラニオンセンサは、モータ出力（Ｓ１６）後の一定時間の経過後において両トラニオンセンサ１ｓ、１ｔが異常でない場合（Ｓ１７ａ、Ｓ１７ｂ）には、変化量の小さい方のセンサを除外（Ｓ１８ａ〜Ｓ１８ｄ）したトラニオン位置を使用する。

具体的には、図１３（ａ）の特性例のようにトラニオンポジションセンサ１の変化が小さい時は、トラニオンポジションセンサ２を使用する。また、図１３（ｂ）の特性例のように、トラニオンポジションセンサの一方が断線、ショート域にある時は他方のセンサを使用する。

このような制御処理により、通常はモータ１ｍへの出力によるトラニオン軸Ｔの変化量を検出してその変化量が所定値内にある方の大きい側のセンサ出力を使用し、また、一方のセンサが断線、ショート状態にあることを検出した時には、値の大小に関係なく他方のセンサ出力を使用して制御することにより、安全性を確保することができる。

（自動シフト）
次に自動変速処理について説明する。
従来、シフトアップ、シフトダウンは手動のみであったが、トラニオン位置に対して車速が出てない場合、登坂状態と考えられ、そのままのシフト位置であるとＨＳＴに大きな負荷が掛かったり、エンストしたりするという問題があった。

そこで、制御入出力構成を図１４に示すように、副変速位置を副変速レバーと副変速スイッチによる油圧クラッチで変更する無段変速制御装置において、エンジン回転数６ｒ、副変速位置９０Ｌ、９０Ｈ、トラニオン位置１ｓから計算した車速Ｖｒ（理論車速）と実際の車速Ｖａ（実車速）とを比較し、図１５の車速経過例に示すように、実車速Ｖａが理論車速Ｖｒに対して一定比率以上低い場合Ｔｃに、油圧クラッチ５１、５２で決めた変速位置が２速であれば、１速にシフトダウンする制御処理を構成して自動的にシフトダウンすることにより、上記問題を解消することができる。

また、図１６のエンジン回転経過例に示すように、エンジン回転数６ｒの低下度合いを検出し、低下度合いが速い場合Ｔｃ、油圧クラッチ５１、５２で決めた変速位置が２速であれば、１速にシフトダウンする制御処理を構成してもよい。

また、図１７の車速経過例に示すように、エンジン回転数６ｒ、副変速位置９０Ｌ、９０Ｈ、トラニオン位置１ｓから計算した車速Ｖｒ（理論車速）と実際の車速Ｖａ（実車速）とを比較し、実車速Ｖａが理論車速Ｖｒに対して一定比率以上低い場合Ｔｐには２速への変速を受け付けない制御処理を構成することにより、誤操作等で登坂時にシフトアップしたときのエンスト等のトラブルを防止することができる。

次に、トラニオン駆動系の故障検出について説明すると、図１８のタイミングチャートに示すように、キーオン時の極短時間モータ１ｍを正逆転させ、その時のモータ電流をモータ電流センサにより検出して電流が一定値以下か判定し、一定値以下なら異常をオペレータに知らせる制御処理を構成する。
このような制御構成とすることにより、例えばリレー１ｒの不良等でモータ１ｍが片側にしか回らない場合、動かしたトラニオン軸Ｔを中立に戻せなくなり非常に危険であるので、そのような事態を防止することができる。
また、上記電流に代えて、図１９に示すように、トラニオンポジションセンサ１ｓがモータ駆動方向に変化するかチェックし、変化量が一定値以下なら異常をオペレータに知らせる制御処理としてもよい。

多目的作業車の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および要部斜視図（ｃ）トランスミッションの軸線展開図図２のトランスミッションの要部拡大軸線展開図図２のトランスミッションの無段変速部拡大図図２のトランスミッションの変速機構部拡大図変速レバーの斜視図トラニオン軸駆動部の要部拡大側面図アクセルペダルについての拡大側面図車速制御の入出力構成図変速制御部による制御処理のフローチャートペダルポジションセンサの特性例（ａ）（ｂ）トラニオン軸駆動制御のフローチャートトラニオンセンサの特性例（ａ）（ｂ）自動シフト制御の入出力構成図自動シフト制御の車速経過例自動シフト制御のエンジン回転経過例シフト規制制御の車速経過例トラニオンモータ電流によるタイミングチャートトラニオンセンサによるタイミングチャート

符号の説明

１無段変速伝動機構（ＨＳＴ）
１ｄ車速調節部
１ｓトラニオンポジションセンサ（トラニオンセンサ）
１ｍモータ
５アクセルペダル
５ｓペダルポジションセンサ（ペダルセンサ）
７ｐ変速制御部
８前輪
９後輪
１４トランスミッション
１４ａ変速機構
Ｔトラニオン軸

Claims

踏込操作が可能なアクセルペダル（５）と、ＨＳＴトラニオン軸（Ｔ）の回動角度に応じて車速調節が可能な車速調節部（１ｄ）と、上記アクセルペダル（５）の踏込量に応じて車速調節部（１ｄ）を制御する変速制御部（７ｐ）とからなる作業車両の変速制御装置において、
上記アクセルペダル（５）には、その踏込量を個々に検出する２つのペダルセンサ（５ｓ、５ｔ）を備えてそれぞれの検出信号を上記変速制御部（７ｐ）に入力し、この変速制御部（７ｐ）は、両センサがともに異常がない場合には小さい方の踏込量を使用し、また、一方のセンサに異常がある場合には他方のセンサの踏込量を使用し、この踏込量と対応して定められた目標車速に基づいて上記車速調節部（１ｄ）を制御することを特徴とする作業車両の変速制御装置。
前記トラニオン軸（Ｔ）には、その回動角度を個々に検出する２つのトラニオンセンサ（１ｓ、１ｔ）を備えてそれぞれの検出信号を前記変速制御部（７ｐ）に入力し、この変速制御部（７ｐ）は、両センサがともに異常がない場合には大きい方の回動角度を使用し、また、一方のセンサに異常がある場合には他方のセンサの回動角度を使用し、この回動角度が前記目標車速と対応して定められる目標回動角度となるように前記車速調節部（１ｄ）を制御することを特徴とする請求項１記載の作業車両の変速制御装置。