JP2009133353A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】静油圧式変速装置（ＨＳＴ）に一定以上の過大な負荷が掛かっても、エンジンがエンストすることがない作業車両を提供すること。
【解決手段】エンジンの動力をアクセルペダルの操作量に対応させて電子制御により変速制御する油圧閉回路７ｄを備えたＨＳＴ７を含む動力伝達機構を設けている。ＨＳＴ７の油圧閉回路７ｄの出力側に設けられる油圧モータ７ｂの近傍の油路の油圧を圧力センサ７０ａ，７０ｂで測定し、その値が所定値以上になると、制御装置はＨＳＴ７の出力を減速側に変速制御してエンストを防止する。
【選択図】図６

Description

本発明は、走行性に優れた作業車両に関する。

農業用、建築用、運搬用等の作業車両は、左右の走行車軸と、この走行車軸の駆動力を変速する変速装置を備えており、この種の変速装置としては、エンジン動力の入切りを行う主クラッチとエンジン動力を変速する主変速装置と副変速装置、静油圧式変速装置を含む動力伝達機構を設けた構成が知られている。
特開２００５−３４３１８７号公報

前記特許文献１の構成において、静油圧式変速装置（ＨＳＴ）に一定以上の過大な負荷が掛かるとエンストすることがあり、特に傾斜地では油圧クラッチでエンジン動力を車輪で伝達する構成では、エンジンブレーキが効かずに下り傾斜面に沿って車両が降下するおそれがあった。

そこで、本発明の課題は、静油圧式変速装置（ＨＳＴ）に一定以上の過大な負荷が掛かるとエンストすることがない作業車両を提供することである。

本発明の課題は、次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、エンジン（３）と、該エンジン（３）の動力を電子制御により変速制御する油圧閉回路（７ｄ）を備えた静油圧式変速装置（７）を含む動力伝達機構と、該静油圧式変速装置（７）の出力を手動操作量に対応させて制御する走行速度調節手段（９）と、静油圧式変速装置（７）の油圧閉回路（７ｄ）の出力側に設けられる油圧モータ（７ｂ）部の油圧を測定する圧力検出手段（７０ａ，７０ｂ）と、該圧力検出手段（７０ａ，７０ｂ）による圧力検出値が所定値以上になると、静油圧式変速装置（７）の出力を減速側に変速制御する制御装置（１００）とを備えたことを特徴とする作業車両である。

請求項１記載の発明によれば、走行速度調節手段（９）の手動操作量に対応させて静油圧式変速装置（７）の変速制御を行っている場合に、該静油圧式変速装置（７）の油圧モータ（７ｂ）部分での油圧閉回路（７ｄ）での圧力検出値が所定値以上になると静油圧式変速装置（７）の変速出力を減速側に動かしてエンストを防止する。

本発明の実施の形態について以下図面と共に説明する。
図１（ａ）は作業車両の一例である多目的作業を行う作業車両の左側面図、図１（ｂ）はブレーキペダル８、アクセルペダル９及び前後進レバー１０の配置を示す斜視図を示す。

乗用四輪駆動の走行形態を有する作業車両の車体は、ステアリングハンドル１で前輪２を操舵しながら運転するか、前後輪２、６を操舵して運転する。機体の後部にディーゼルエンジン３を搭載し、このディーゼルエンジン３の前側にミッションケース１４等を一体的に連結し、このミッションケース１４の最後部にリヤアクスルハウジング（図示せず）を設けて、左右両側部に後輪６を軸装する。また、アクセルペダル９の踏み込み量に応じて図２に示す静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）７の出力軸２７の回転数が変速される。図２は本実施例の作業車両のトランスミッション内の動力伝動系統図、図３は図２の動力伝動系統図の部分拡大図を示す。

ミッションケース１４は、前ケース１５、繋ぎケース１６、中間ケース１７（図２）及び後ケース１８（図３）の４つの中空ケースを連結した構成であり、後ケース１８に軸支した入力軸１９（図３）にエンジン３の動力が入力され、この入力軸１９の回転がインプットケース２０内の増速ギヤ２１、２２で第一中継軸２３へ伝動し、更に第一中継軸２３上のギヤ２４から増速ギヤ２５で増速され、該ギヤ２５に静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）７の可変容量油圧ポンプ７ａの油圧入力軸７ｃをスプライン係合している。

上記インプットケース２０は、ディーゼルエンジン３の出力回転を増速して高速走行を可能にするために設けてあり、従来の作業車両のミッションケースを利用して、その内部に取り付けている。このように、インプットケース２０で増速する構成としているので、高速走行時にエンジン回転数を上昇させて対応する必要がなくなり、これにより従来の伝動装置より騒音低減、燃費向上が図れる。
また、アクセルペダル９に連動している可変容量油圧ポンプ７ａの斜板（トラニオン軸）により定容量油圧モータ７ｂの出力軸２７の回転数が変速される。

一方、ＰＴＯ駆動軸２６は、ＨＳＴ７の可変容量油圧ポンプ７ａの内部で前記油圧入力軸７ｃと直結しているので、一定回転数、すなわちＨＳＴ可変容量油圧ポンプ７ａの油圧入力軸７ｃと同じ回転数で回転する。
ＰＴＯ駆動軸２６はギヤ２９を備えた駆動軸２８と直結しており、該ギヤ２９に噛合するギヤ３１の動力はＰＴＯ後カウンタ軸３２上のカウンタギヤ３３に伝達され、次いでＰＴＯクラッチ３４を介してＰＴＯ前カウンタ軸３５に伝達され、該ＰＴＯ前カウンタ軸３５は前ケース１５を貫通し、ＰＴＯ前カウンタ軸３５と一体化された図示しないＰＴＯカウンタ軸とＰＴＯカウンタギヤに伝動し、該カウンタギヤから図示しないＰＴＯ出力軸上のＰＴＯ入切ギヤに動力が出力される。

また、ＨＳＴ７の走行出力軸２７の駆動力は、ギア噛合式の主変速装置を構成する伝動軸４０のギヤ４０ａからギヤ４０ｂ及びギヤ４０ｃを順次経由して、主変速軸４１上の大ギヤ４２と中ギヤ４３にそれぞれ伝達可能な構成である。さらに主変速軸４１上の中ギヤ４３の隣接位置には副変速高速用小ギヤ４４ａと副変速低速用大ギヤ４４ｂが設けられ、さらに主変速軸４１上の副変速低速用ギヤ４４ｂの隣接位置には前輪駆動ギヤ３７が設けられている。

主変速軸４１に並行して設けられたクラッチ軸４５上には、前記大ギヤ４２と中ギヤ４３にそれぞれ常時噛合している変速クラッチギヤ４６とギヤ４７が設けられ、該ギヤ４６とギヤ４７の間のクラッチ軸４５上に油圧クラッチ５１と油圧クラッチ５２が設けられており、さらにクラッチ軸４５の出力側には差動装置５３が連結しており、該差動装置５３から前輪出力軸（図示せず）に動力が伝達され、前輪２が駆動する。

油圧クラッチソレノイド４９と油圧クラッチソレノイド５０により、それぞれ高速側油圧クラッチ５１と低速側油圧クラッチ５２を接続させるには図４に示す副変速レバー１２の頂部に設けた主変速スイッチ６２ａと６２ｂをそれぞれ押すことで行われる。
また、主変速スイッチ６２ａ（「＋」符号側）と主変速スイッチ６２ｂ（「−」符号側）がそれぞれ押されると図５に示す高速用ソレノイド６９と低速用ソレノイド６８がそれぞれ作動して油圧クラッチ５１と油圧クラッチ５２がそれぞれ接続される。
なお、図４に示すようにレバーガイド６４内の高速側又は低速側に副変速レバー１２が操作されると、それぞれ高速側の副変速レバーセンサ６５Ｈと低速側の副変速レバーセンサ６５Ｌとが副変速レバー１２のシフト位置を検知することができる。

エンジン３が始動するときには、前後進レバー１０または副変速レバー１２のいずれか一方、または両方を中立位置にする。中立位置以外では始動（スタータが回転）しない。なお、前後進レバー１０の前進側と後進側の切り換えは前後進切換スイッチ７３で検出する。

前進走行時（１速と２速）には、まず前後進レバー１０を前進側にする。ついで、１速（作業速低速）と２速（作業速高速）を選択することができる。１速は、特に除雪機を付けての除雪作業に使用する。しかし、その他の作業でも使用することができる。また２速で除雪作業を行うこともある。２速は特に芝刈り機を付けての芝刈り作業に適しているが、その他の作業でも使用でき、また１速で芝刈り作業を行うこともある。また、路上清掃機（回転ブラシ）を装着しての作業も１速又は２速で行うこともある。
副変速レバー１２を低速側にすると、副変速ギヤ４８ｂがギヤ４４ｂに噛み合って動力伝達の準備ができる。

１速の場合は、スイッチ６２ｂを入りにして、主変速の油圧クラッチ５２を接続させ、ギヤ４３からギヤ４７への動力伝達の準備ができる。２速の場合は、スイッチ６２ａを入りにして主変速の油圧クラッチ５１を接続させ、ギヤ４２からギヤ４６への駆動力の伝達準備ができる。このスイッチ６２ｂ，６２ａは副変速レバー１２が中立であっても機能するので、先にスイッチ６２ｂ又は６２ａを入り状態にしておいて、後で副変速レバー１２を低速又は高速に操作することもある。

また、アクセルペダル９を踏むことで走行を開始する。アクセルペダル９の踏み込み量（ポジションセンサ７１で検出）に対応して油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）７の可変油圧ポンプ７ａのトラニオン軸をモータ６６で回動させる。
トラニオン軸が回動することで、エンジン３の回転動力は油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）７の定容量油圧モータ７ｂの出力軸２７から出力され、得られた動力は出力軸２７、伝動軸４０、ギヤ４０ａ、ギヤ４０ｂ、ギヤ４０ｃおよび主変速軸４１へと伝達されていく。

主変速軸４１の動力は、油圧クラッチ５２が接続していると１速が出力され、ギヤ４３、ギヤ４７、油圧クラッチ５２、軸４５に順次動力が伝達されていく。油圧クラッチ５１が接続される２速の場合はギヤ４２、ギヤ４６、油圧クラッチ５１、軸４５に順に動力伝達されていく。
軸４５の動力は、ギヤ４８ｂ、ギヤ４４ｂ、ギヤ３７、ギヤ５６へと順に伝達される。そして、差動装置５３を通過して左右の前輪２が回転する。

また、ＨＳＴ７の可変油圧ポンプ７ａのＰＴＯ駆動軸２６は、アクセルペダル９の踏み込みの有無にかかわらず、エンジン３が回転することで常時回転する（エンジン回転数に対応する）。ＰＴＯ駆動軸２６の動力はギヤ２９、ギヤ３１、ギヤ３３、軸３２と伝達される。軸３２までは常時回転している。

ＰＴＯ油圧クラッチ３４を接続すると、軸３２の動力は軸３５に伝達されて作業機を駆動する。一方、四輪駆動を選択する場合は、四輪駆動レバー（図示せず）を操作して、ギヤ６０をギヤ５８に噛み合わせる。すると、前記ギヤ５６の動力がギヤ５７、ギヤ５８、ギヤ６０、軸６１と伝達され、さらに差動装置５３を通過して後輪６を駆動する。

前記副変速レバー１２による変速はギヤスライド式であるため、走行しながらの変速はできない。ただし、ギヤスライド式であってもシンクロが構成されていると走行しながらの変速も可能である。
前記主変速装置の出力は油圧クラッチ５２，５１による接続で行われるため、走行しながらの変速が可能である。そこで、作業走行中において、スイッチ６２ｂ，６２ａを交互に入り切りすると、１速（作業低速）と２速（作業高速）の切換えができる。

また、後進走行時には、前後進レバー１０を後進側に切り換え、アクセルペダル９を踏むことで後進走行を開始する。ただし、前進中でアクセルペダル９を踏んでいる状態で前後進レバー１０を後進操作しても問題なく後進走行できる。これは、後進レバー１０を後進側に操作するとトラニオン軸が逆方向に回転するので機体は減速停止して、その後、後進走行する。このときの後進速度はアクセルペダル９の踏み込み量により調整される。すなわち、アクセルペダル９の踏み込み量（ポジションセンサ７１で検出）に対応して油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）７の可変油圧ポンプ７ａのトラニオン軸を前進とは逆方向に回動し、エンジン３の回転動力は油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）７の定量油圧モータ７ｂの出力軸２７から前進時とは逆回転で出力される。

ブレーキペダル８のみを踏むと、前輪２と後輪６のディスクブレーキ（図示せず）が作動し、さらにトラニオン軸が中立になる。ブレーキペダル８とアクセルペダル９の両方を踏むと、ブレーキペダル８の機能が作動し、ＣＰＵ１００はアクセルペダル９からの信号を無視する。また、前後進レバー１０が中立位置のときにアクセルペダル９を踏んでも、トラニオン軸は動かさない制御にしている。これは無駄な動力や電力を使用しないためである。

前進走行時（３速と４速）が選択されると、次のような走行制御が行われる。
すなわち３速（低速走行）と４速（高速走行）は、いずれも走行時の低速と高速であり、基本的には作業機を用いる作業はしないが、条件によっては３速で作業機を用いる作業を行う場合もある。副変速レバー１２を高速側にすると、副変速装置のギヤ４８ａがギヤ４４ａに噛み合って動力伝達の準備ができる。

３速の場合はスイッチ６２ｂを入りにすると、主変速装置の油圧クラッチ５２が接続して、ギヤ４３からギヤ４７への動力伝達の準備がなされる。４速の場合はスイッチ６２ａを入りにする。すると、主変速装置の油圧クラッチ５１が接続して、ギヤ４２からギヤ４６への動力伝達の準備がなされる。

本実施例はアクセルペダル９の踏み込み量に応じてＨＳＴ７のトラニオン軸の回動量が変化する構成である。これは図５のＨＳＴ制御ブロック図に示すように、アクセルペダル９の踏み込み量に対応してアクセルペダルポジションセンサ７１の検出値が変化し、該変化量に応じてパルス的に正転切換リレーＲ１（踏み込み時）又は逆転切換リレーＲ２（戻し時）が作動し、モータ駆動回路を経由して電動モータ６６によりトラニオン軸の回動角を調整する方式である。また、前後進レバー１０を後進側にして、アクセルペダル９を踏み込むと、逆転切換リレーＲ２が作動し、アクセルペダル９を戻すと、正転切換リレーＲ１が作動する。

このとき、副変速レバー１２の操作を検出する副変速レバーセンサ６５が低速（Ｌ）側位置にあるときには副変速レバー１２が高速（Ｈ）側位置にある時に比べて、高速側切換スイッチ６２ａと低速側切換スイッチ６２ｂのいずれが押されても、高速側油圧クラッチ５１又は低速側油圧クラッチ５２の接続に要する時間を長くする。

また、副変速レバー１２が低速側選択時又は高速側選択時のいずれであっても、車速センサ７４により検出した車速が一定以下であれば、高速側切換スイッチ６２ａと低速側切換スイッチ６２ｂのいずれが押されても、油圧クラッチ５１，５２の接続に要する時間を最も短くする構成とする。この場合、前記油圧クラッチ５１，５２の接続に要する時間は、少なくとも副変速レバー１２が高速側にある時と略同じ時間とするか、または副変速レバー１２が高速側にある時よりも早くする。

こうして、高速側油圧クラッチ５１又は低速側油圧クラッチ５２の切り換えがショックなくスムーズに行え、また、登り坂でシフトダウンするときに短期間で切り換えができるので、その切換時に機体の後退を最小限に抑えることができる。

なお、作業車両の前後進の切換は、図１（ｂ）に示す前後進レバー１０の操作によりＨＳＴ７のトラニオン軸（図示せず）の回転方向を切り換えて行う。また図示しないＰＴＯ出力軸には路上清掃機を付けて路上清掃を行ったり、雪掻き機を付けて除雪を行うなどの作業を行うことができる。

また、足元のアクセルペダル９の操作に対応してＨＳＴトラニオン軸をモータ６６で駆動するが、図６に示す可変容量型油圧ポンプ７ａと定容量型油圧モータ７ｂからなるＨＳＴ油圧閉回路７ｄの内の油圧モータ７ｂの両側の油路内の圧力を第１ＨＳＴ圧力センサ７６ａと第２ＨＳＴ圧力センサ７６ｂによりそれぞれ検出し、各検出圧力が一定値以上になるとトラニオン軸を減速側に動かし、エンストを防止する構成とする。

これは、ＨＳＴ油圧閉回路７ｄ内に一定油圧以上の過大な負荷が掛かるとエンジン３がエンストすることがあり、特に傾斜地では油圧クラッチ５１，５２からなる油圧クラッチ構成の場合にエンジンブレーキが効かず傾斜地に沿って車両が降下するおそれがある。そこで本実施例では上記油圧モータ７ｂの両側の油圧回路７ｄ内の油圧が一定値以上になるとトラニオン軸を減速側に動かしエンストを防止して、傾斜地での車両の降下を回避することができる。

また、車両に前後傾斜センサ７７を設け、走行中の傾斜地の傾斜角度が一定値以上の場合にのみトラニオン軸を減速側に動かす構成としても良い。これは、平地ではエンストしても車両が動く心配はないので、できるだけ車速を落とさないようにして作業効率を上げることができるようにしておきながら前後傾斜地を走行中は安全のために、前後傾斜地が一定値以上の傾斜角度である時にだけ走行速度を減速させるものである。

また、図７のタイミングチャートに示すように車両に前後傾斜センサ７７が走行中の傾斜地の傾斜角度が一定値以上であるとことを検出している場合にブレーキペダル８を踏まずにキースイッチ６７をオフにして、（エンジン停止）させた場合、ブザー８０を鳴らしてブレーキペダル８を踏むよう促す構成とすることが望ましい。また同時に操作パネル画面にブレーキペダル８を踏むよう促すメッセージを表示しても良い。このとき、図８のタイミングチャートに示すように、ブレーキペダル８を踏んでないのにキースイッチ６７をオフしてもエンジンが停止しない構成にすると、万一、キースイッチ６７をオフしても車両が坂道を降下するおそれがなくなる。

さらに、傾斜地の傾斜角度が一定値以上であると、図９のタイミングチャートに示すように前後進レバー１０が中立位置にあってもブレーキが踏まれるまでの間は油圧クラッチ５１，５２を切らないようにすると、車両が坂道を降下するおそれがなくなる。

また本実施例作業車両は次のような制御を行うこともできる。
図１０に示すように、ハンドル切れ角センサ７８がハンドル１の切れ角が一定値以上であることを検出すると、高速で旋回することを防ぐためにトラニオン軸を車両速度の減速側に移動させる構成にしてもよい。

また、旋回時に減速させるトラニオン軸の位置よりアクセルペダル９の操作によるトラニオン位置のほうが低速側にある場合にはアクセルペダル９の操作により求めたトラニオン軸の位置に位置付けすることで、オペレータの車両の操作に矛盾しない制御が達成できる。

さらに、オートクルーズスイッチ８１を入れて、該スイッチ８１を入れた時の車両の走行状態を保つオートクルーズ中に車速センサ７４で検出される車両速度が一定値以上であれば、一定値以下の車速になるよう減速する構成とする。このとき、高速での旋回を防ぎながら旋回後半でハンドル１の切れ角が一定値以内になれば再びトラニオン軸をオートクルーズ位置に位置付ける構成とすることでオートクルージングが続行できる。

また、従来ブレーキペダル８の踏み込みの検出はスイッチで行っていた。そのためブレーキペダル８を踏んだことを検出してトラニオン軸を中立に戻すとき、軽くペダル８を踏んでいるのに急停車するとか、一杯にペダル８を踏んでいるのに停車が遅い等の問題があった。そこで、図１１のタイミングチャートに示すように、ブレーキペダル８のペダル位置を検出するポジションセンサ７９の検出値によりブレーキペダル８の踏み量を求め、該ブレーキペダル８の踏み量に応じてトラニオン軸の中立位置への戻し速度を変更する。例えば、ブレーキペダル８の踏み量が大きいときは戻し速度を速くして素早く車両を停止させることができる。
また、ブレーキペダル８の踏み位置だけでなく、該ペダル８の踏み込み速度も考慮してトラニオン軸の動作速度を決定する構成としても良い。

本発明は、油圧式無段変速装置を搭載した作業車両に利用可能である。

本発明の実施例の作業車両の左側面図である。 図１の作業車両のトランスミッション内の動力伝動系統図である。 図２の動力伝動系統図の部分拡大図である。 図１の作業車両の副変速レバーの操作部の斜視図である。 図１の作業車両のＨＳＴ制御ブロック図である。 図１の作業車両の静油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）の油圧閉回路図である。 図１の作業車両の傾斜地での安全走行用タイミングチャートである。 図１の作業車両の傾斜地での安全走行用タイミングチャートである。 図１の作業車両の傾斜地での安全走行用タイミングチャートである。 図１の作業車両の旋回時の安全走行用タイミングチャートである。 図１の作業車両のブレーキペダル踏み込速度に対応させた車両停止タイミングチャートである。

符号の説明

１ ステアリングハンドル ２ 前輪
３ ディーゼルエンジン ６ 後輪
７ 静油圧式無段変速装置 ７ａ 可変容量型油圧ポンプ
７ｂ 定容量型油圧モータ ７ｃ 油圧入力軸
７ｄ 油圧閉回路 ８ ブレーキペダル
９ アクセルペダル １０ 前後進レバー
１２ 副変速レバー １４ ミッションケース
１５ 前ケース １６ 繋ぎケース
１７ 中間ケース １８ 後ケース
１９ 入力軸 ２０ インプットケース
２１、２２、２４、２５ ギヤ
２３ 第一中継軸 ２６ ＰＴＯ駆動軸
２７ 出力軸 ２８ 駆動軸
２９、３１ ギヤ ３２ ＰＴＯ後カウンタ軸
３３ カウンタギヤ ３４ ＰＴＯクラッチ
３５ ＰＴＯ前カウンタ軸 ３７ 前輪駆動ギヤ
４０ 伝動軸 ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ ギヤ
４１ 主変速軸（クラッチ軸） ４２ 大ギヤ
４３ 中ギヤ ４４ａ 副変速高速用小ギヤ
４４ｂ 副変速低速用大ギヤ ４５ クラッチ軸
４６、４７ 変速クラッチギヤ
４８ａ 副変速高速用大ギヤ ４８ｂ 副変速低速用小ギヤ
４９ 高速側油圧クラッチソレノイド
５０ 低速側油圧クラッチソレノイド
５１ 高速側油圧クラッチ ５２ 低速側油圧クラッチ
５３ 差動装置 ５６ 後輪駆動ギヤ
５７ カウンタギヤ ５８ ギヤ
６０ 後輪出力ギヤ ６１ 後輪駆動軸
６２ａ，６２ｂ 主変速（高・低切換）スイッチ
６４ レバーガイド ６５Ｈ、６５Ｌ 副変速レバーセンサ
６６ 電動モータ ６７ キースイッチ
６８ 低速用ソレノイド ６９ 高速用ソレノイド
７０ トラニオン軸ポジションセンサ
７１ アクセルペダルポジションセンサ
７３ 前後進切換用スイッチ ７４ 車速センサ
７５ ＨＳＴ出力軸回転センサ ７６ａ 第１圧力センサ
７６ｂ 第２圧力センサ ７７ 傾斜センサ
７８ ハンドル切れ角センサ
７９ ブレーキポジションセンサ
８０ ブザー ８１ オートクルーズスイッチ
１００ コントローラ Ｒ１ 正転切換リレー
Ｒ２ 逆転切換リレー

Claims (1)

1. エンジン（３）と、
   該エンジン（３）の動力を電子制御により変速制御する油圧閉回路（７ｄ）を備えた静油圧式変速装置（７）を含む動力伝達機構と、
   該静油圧式変速装置（７）の出力を手動操作量に対応させて制御する走行速度調節手段（９）と、
   静油圧式変速装置（７）の油圧閉回路（７ｄ）の出力側に設けられる油圧モータ（７ｂ）部の油圧を測定する圧力検出手段（７０ａ，７０ｂ）と、
   該圧力検出手段（７０ａ，７０ｂ）による圧力検出値が所定値以上になると、静油圧式変速装置（７）の出力を減速側に変速制御する制御装置（１００）と
   を備えたことを特徴とする作業車両。

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