JP2009150414A - 無段変速式作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ペダルの踏込量に応じて無段階に車速調節をするための車速操作部について、調整メンテナンス負荷を軽減するとともに、副変速機構の切替え操作時に必要なペダル操作のタイミング合わせに煩わされることなく、安定した発進走行を可能とする無段変速式作業車両を提供する。
【解決手段】無段変速式作業車両は、車速調節用のペダル（１ａ、１ｂ）と、このペダル操作と対応する目標伝動速度に変速動作をする無段変速機構（８）と、この無段変速機構（８）と直列して中立ポジションを含む複数の車速ポジション間で切替え操作が可能な副変速機構（１２）とを備えて構成され、上記副変速機構（１２）にその中立ポジションへの切替えを検出するセンサを設け、このセンサの信号を受けることにより中立ポジションへの切替えと対応して無段変速機構（８）を中立位置に速度調節する伝動速度制御装置（５）を備えたものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、無段変速機構を副変速機構と直列してペダルの踏込量に応じて前後進車速の無段階変速走行ができる無段変速式作業車両に関するものである。

特許文献１に示されるように、踏込み操作可能に配置したペダルと、このペダル操作と対応する目標伝動速度に変速動作をして無段変速走行を可能とする無段変速機構と、この無段変速機構と直列して中立ポジションを含む複数の車速ポジションについて切替え操作が可能な副変速機構を備えた作業車両が知られている。その速度操作部は、ペダルからリンクを介して無段変速機構の速度調節部に連結することにより、ペダルの踏み込み操作と対応して無段変速機構の伝動速度が調節されることから、副変速機構の切替えポジションの車速帯域につきペダル操作に応じた走行速度で機体の走行を調節することができる。
特開２００５−２３３２６０号公報

しかしながら、上記作業車両の無段変速機構の速度操作部は、メカニカル連係機構であるがゆえに、圃場作業に伴う泥土塵埃の付着により、操作荷重の増大、錆等への対処を欠かすことができず、また、機構部品の摩耗により、ペダル踏込みによる車速調節の操作性の変動に応じた動作調整のみならず、連係機構のガタによる操作性の低下に対処するために、作業車両の稼動経過期間に応じた煩雑なメンテナンスが要求されるという問題があった。

このようなメンテナンス上の問題に加え、副変速機構の切替え操作時に必要なペダルの解放操作を誤った場合等、ペダルを踏んだままのタイミングで副変速機構の車速ポジションを切替え操作すると、無段変速機構の伝動速度が走行系にいきなり出力されることとなり、急発進にに伴う不測の事態を招きかねないという走行上の問題があった。

このような問題に対して、ペダル操作の検出信号によりアクチュエータを制御することにより無段変速機構の伝動速度を調節する制御システムによってメンテナンス上の問題は解消しうるものの、ペダル操作に伴う走行上の問題については、ペダル操作の容易化により、なおさら問題の拡大が懸念されている。

解決しようとする問題点は、ペダルの踏込量に応じて無段階に車速調節をするための車速操作部について、調整メンテナンス負荷を軽減するとともに、副変速機構の切替え操作時に必要なペダル操作のタイミング合わせに煩わされることなく、安定した発進走行を可能とする無段変速式作業車両を提供することにある。

請求項１に係る発明は、踏込み操作可能に配置したペダルと、このペダルの操作と対応する目標伝動速度に変速動作をして無段変速走行を可能とする無段変速機構と、この無段変速機構と直列して中立ポジションを含む複数の車速ポジション間で切替え操作が可能な副変速機構とを備える無段変速式作業車両において、上記副変速機構にその中立ポジションへの切替えを検出するセンサを設け、このセンサの信号を受けることにより中立ポジションへの切替えと対応して無段変速機構を中立位置に速度調節する伝動速度制御装置を備えたことを特徴とする。

上記伝動速度制御装置は、ペダルの踏込み量に応じた前後進の目標伝動速度位置に無段変速機構を速度調節し、副変速機構のセンサによって中立ポジションの切替えが検出された場合は、同伝動速度制御装置により無段変速機構が中立位置に速度調節される。したがって、上記構成の無段変速式作業車両は、副変速機構を中立位置から目的の車速ポジションに切替え操作をする際に、それより早い不適切なタイミングでペダルを踏込み操作をした場合においても、無段変速機構の出力が停止状態から増速される。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成において、前記伝動速度制御装置は、副変速機構の中立ポジションへの切替えによる無段変速機構の中立調節について、ペダルの解放による中立操作を条件にペダル操作と対応する目標伝動速度に無段変速機構の速度調節をすることを特徴とする。
上記副変速機構の中立切替えによって無段変速機構が出力停止の場合は、副変速機構の切替え操作の後にペダルの解放操作をすることによって無段変速機構の変速動作が可能となる。

請求項１の発明により、副変速機構の中立ポジションへの切替えで無段変速機構が中立位置に速度調節されることから、無段変速式作業車両は、副変速機構を中立位置から目的の車速ポジションに切替え操作をする際に、それより早い不適切なタイミングでペダルを踏込み操作をした場合においても、無段変速機構の出力が停止状態から増速されることから、急発進が緩和されて安定走行を確保するとともに、走行伝動系に作用する過大な負荷を回避して耐久性の向上が可能となる。

請求項２の発明により、請求項１の効果に加えて、副変速機構の中立操作によって無段変速機構の出力が停止された場合に、副変速機構を再び走行ポジションに操作しても、一旦ペダルを戻して停止車速からの本来のペダル操作をしないと発進できないことから、適正な操作に基づく安定した発進走行を確保することができる。

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。
トラクターは、無段変速式作業車両の一例として、その平面図（a）および側面図（ｂ）を図８に示すように、操縦部のフロア位置に無段変速機構を内設した伝動変速機１を搭載し、その側方位置に前進ペダル１ａおよび後進ペダル１ｂを配置する。また、伝動変速機１をそれぞれのペダル踏込み操作に応じて変速制御するための伝動速度制御装置（不図示）を設ける。

伝動変速機１は、その軸線展開図を図９に示すように、エンジンから入力軸１１に受けた回転動力を前後進無段変速する無段変速機構８と、この無段変速機構８の変速軸８ｘに直列して伝動停止の中立ポジションを含む複数の車速ポジションに切替え操作が可能な副変速機構１２を備えて後輪駆動軸１２ａに伝動するとともに、副変速機構１２から分岐した動力を前輪伝動軸１３に増速可能に伝動する切替ギヤ１３ａおよび、無段変速機構８の入力動力を直通軸８ｙから受けてＰＴＯ軸と略称される作業機出力軸１４に動作調節可能に出力するクラッチ１４ａ等を備えて構成される。

上記速度調節部８ａは、無段変速機構８の可変油圧ポンプの斜板を回動するトラニオン軸である。直通軸８ｙは、入力軸１１と同じ一定の回転数である。変速軸８ｘは、定量油圧モータの出力軸であり、可変油圧ポンプで変速された回転数が出力される。

伝動系について詳細に説明すると、変速軸８ｘの出力は、ギヤ列２１ａ、２１ｂ、２１ｃを介して副変速機構１２に伝動され、副変速機構１２では、高速、中速、低速の各ギヤ２２ａ〜２２ｃが移動シフタギヤ２２のポジションに応じて高速、中速、低速の伝動系を形成し、その選択された伝動系によって後輪駆動軸１２ａに伝動される。また、直通軸８ｙの出力は、ギヤ列２３ａ、２３ｂ、２３ｃを介してクラッチ１４ａに伝動され、変速ギヤ部２４を経て後ＰＴＯ軸２４ａと前ＰＴＯ軸２４ｂに伝動される。

（変速制御システム）
伝動速度制御装置による無段変速式作業車両の変速制御システムは、その構成展開図を図１（ａ）に示すように、踏込み操作可能に配置した前進ペダル１ａおよび後進ペダル１ｂの踏込み動作信号を送出する入力側と、無段変速機構８の速度調節部８ａを目標速度位置に調節駆動する出力側と、入力側のペダル操作と対応するように出力側の機器制御処理を行う伝動速度制御装置５とから構成される。

詳細には、入力側は、前進ペダル１ａおよび後進ペダル１ｂと、それぞれのペダル１ａ、１ｂから連結するロッド２ａ、２ｂと、これらロッド２ａ、２ｂの進退動作を共通の回動軸３について互いに異なる方向の回動動作に変換するクランクレバー３ａ、３ｂと、これらクランクレバー３ａ、３ｂの回動角によってペダルの踏込み位置を検出するペダルセンサ３ｓとから構成し、そのほか、必要により、車速センサ４ａ、スロットルセンサ４ｂ、油温センサ４ｃ、副変速ポジションセンサ（不図示）等を設け、それぞれの検出信号をデジタルコントローラ等による伝動速度制御装置５に入力する。副変速ポジションセンサは伝動停止の中立ポジション、作業走行用の低速ポジションと中速ポジション、移動走行用の高速ポジションへの切替えを検出する。この副変速ポジションは、副変速レバーの動きを検出してもよいし、移動シフタギヤ２２の動きを検出してもよい。

出力側は、電磁式油圧制御弁６ｂによって伸縮動作するアクチュエータである油圧シリンダ６ａと、その伸縮動作を受けて支軸７ａについて回動動作するクランクレバー７と、このクランクレバー７からロッド７ｂを介して連結する無段変速機構８とから構成する。この無段変速機構８は、ＨＳＴと略称される静油圧式前後進無段変速機構であり、その速度調節部であるトラニオン軸８ａをロッド７ｂによって回動調節し、その回動角度を検出するためのトラニオンセンサ７ｓをクランクレバー７に取付ける。

伝動速度制御装置５は、前進ペダル１ａおよび後進ペダル１ｂの操作と対応してトラニオン軸８ａの目標角度を決定した上で、この目標角度とトラニオンセンサ７ｓによる検出角度が一致するまで電磁式油圧制御弁６ｂを駆動制御し、また、油圧シリンダ６ａの伸縮速度を含めた油圧制御を行うことにより、トラニオン軸８ａの角度調節とともに、その調節速さを制御可能に構成する。

また、上記構成のほかに、出力側についての他の構成例を図１（ｂ）に示すように、必要により、上記油圧シリンダ６ａに代え、電動モータ６ｃを用いてクランクレバー７をギヤ駆動する電動アクチュエータによって構成することができる。

次に、無段変速式作業車両の変速制御システムの具体的な構成について説明する。
コントローラの入力側については、その斜視図を図２に示すように、前進ペダル１ａ、後進ペダル１ｂからその踏込み操作を検出するペダルセンサ３ｓまでを単一のペダルリンクユニットとして構成する。このユニットの内部構成は、図３の側面図に示すように、無段変速機構８を内設してトラクター等の作業車両の車速を調節する伝動変速機１の側方部において、前進ペダル１ａおよび後進ペダル１ｂを共通の支軸１ｃによって近接して並行配置し、それぞれのペダル１ａ、１ｂから連結するアジャスタ付きのロッド２ａ、２ｂの後端部にクランクレバー３ａ、３ｂを連結し、これらクランクレバー３ａ、３ｂは共通の回動軸３についてロッド２ａ、２ｂの進退動作を互いに異なる方向の回動動作に変換し、一体に設けた作用アーム３ｅについてペダルセンサ３ｓを配置し、その揺動角度を検出する。

前記ペダル１ａ、１ｂやペダルセンサ３ｓおよびロッド２ａ、２ｂは、変速伝動装置１に対してマウントで支持されたフロア１ｆに取付けているので、変速伝動装置１からの振動、すなわち、機体側からの振動が抑制されるので、ペダルセンサ３ｓの検出精度が向上する。

上記ペダルリンクユニットによる入力側ユニットは、前進ペダル１ａ、後進ペダル１ｂの一方を踏込み操作すると、対応するロッド２ａ、２ｂおよびクランクレバー３ａ、３ｂを介して共通の回動軸３について回動され、その作用アーム３ｅを介してペダルセンサ３ｓがペダル踏込み操作と対応して回動角度を検出する。また、他方のペダルを踏込み操作すると、対応するクランクレバー３ａ、３ｂが逆方向に回動され、その結果、ペダルセンサ３ｓにより逆方向の回動角度が検出される。

出力側については、図４の側面図に示すように、伝動変速機１の側面部に沿って油圧シリンダ６ａを配置し、そのピストンロッドと連結するクランクレバー７を支軸７ａによって軸支し、このクランクレバー７の揺動角度を検出するトラニオンセンサ７ｓを配置するとともに、同クランクレバー７から連結するロッド７ｂの前端部に伝動変速機１のトラニオン軸８ａと一体のクランクレバーであるトラニオンアーム８ｂを連結し、これらを変速伝動装置１の側面部に取付け構成して上記入力側ユニットと並ぶように構成する。また、トラニオンアーム８ｂにはカム８ｃを形成し、同トラニオンアーム８ｂをニュートラル位置に復帰させるようにニュートラルスプリング８ｄによってカム８ｃに作用するニュートラルアーム８ｅを付設する。

上記出力側の構成により、油圧制御される油圧シリンダ６ａのピストンロッドが進退動作するとクランクレバー７とロッド７ｂを介してトラニオンアーム８ｂと一体のトラニオン軸８ａが回動されて伝動変速機１に内設の無段変速機構８の可変油圧ポンプの斜板が回動して伝動速度が調節され、トラニオン軸８ａの調節位置を検出するトラニオンセンサ７ｓの信号に基づいて油圧シリンダ６ａを伸縮制御することにより、所要の速度調節が可能となる。また、油圧シリンダ６ａの制御油圧を開放すると、ニュートラルアーム８ｅの作用力を受けるカム８ｃによりトラニオンアーム８ｂが所定の中立位置に戻されて機体走行が停止される。

伝動速度制御装置５による制御は、前進ペダル１ａおよび後進ペダル１ｂの踏込み操作をペダルセンサ３ｓが検出すると、その信号に応じてトラニオン軸８ａの目標伝動速度位置を決定し、トラニオン軸８ａが目標位置に等しくなるまでトラニオンセンサ７ｓの信号に基づいて油圧シリンダ６ａを電磁式油圧制御弁６ｂによって制御する。その結果、ペダル操作に応じて機体の走行車速を調節することができる。

また、図５のフローチャートに示すように、副変速機構１２のポジション切替えに際し、そのポジションセンサによって中立ポジション信号を受けた時にトラニオン目標を中立位置の停止速度に調節（Ｓ１，Ｓ２）する制御処理を構成する。

上記伝動速度制御装置５の制御処理により、ペダルの踏込み量に応じた前後進の目標伝動速度に無段変速機構８の伝動速度を調節し、この場合において副変速機構１２のポジションセンサによって中立ポジションへの切替えが検出された場合は、無段変速機構８が中立位置に速度調節される。したがって、上記構成による無段変速式作業車両は、副変速機構１２を中立位置から目的の車速ポジションに切替え操作をする際に、それより早い不適切なタイミングでペダルを踏込み操作をした場合においても、無段変速機構８の出力が停止状態から増速されることとなって急発進を防止できることから、速やかな副変速切替えが可能となるとともに、走行伝動系の過大な負荷を回避して耐久性の向上が可能となる。

この場合において、伝動速度制御装置５は、副変速機構１２の中立操作による無段変速機構８の中立制御の後に、ペダル解放操作を条件に無段変速機構８の変速動作をする制御処理を構成することにより、ペダルを踏込んだまま再び副変速機構１２を走行ポジションに切替えても出力停止が維持され、一旦ペダルを解放操作しない限り、変速動作が再開されないことから、副変速機構１２を走行ポジションに切替えた際は、ペダル解放からの踏込み操作による適正な操作に基づく安定した発進走行を確保することができる。

また、副変速機構１２の中立操作によって無段変速機構８の出力が停止された時に、踏込み状態のペダルと対応する目標伝動速度まで、スムーズにトラニオンシリンダ６ａを動かす制御処理を構成することにより、ペダルの戻し操作を要することなく、かつ、ショックも無しに発進することができる。

（トラニオンセンサ異常）
トラニオンセンサ７ｓの異常の場合においては、ペダルセンサ３ｓが前進領域であればシリンダ伸び出力、後進領域であれば縮み出力とし、中立領域にあるときはシリンダ出力を停止する制御処理を構成することにより、トラニオンセンサ７ｓの異常によって機体走行が停止されても、特別のペダル操作による応急的な機体走行が可能となるので、走行停止の後における機体移動手段を確保することができる。
このような応急的な機体走行のための制御処理は、副変速機構１２が「低速」ポジションに限定することにより、高速の応急走行を防止して低速走行による安全性を確保することができる。

（エンジン回転対応）
また、ＨＳＴによる無段変速においては、トラニオン位置が同じでもエンジン回転によって車速が異なることから、図６のシリンダ動作速度特性図に示すように、エンジン回転センサの信号により、エンジン回転数変化と逆になるようにトラニオンの動作速度を変更し、すなわち、エンジンが高回転のときはトラニオン８ａをゆっくり動かし、低回転のときは素早く動かすように制御処理を構成することにより、違和感の無い車速変化が可能となる。

（トラニオン動作速度）
次に、トラニオン動作速度に関し、ペダルの踏込みに対するトラニオン８ａの応答性を設定するボリュームを設けてデューティー比の小さいパルスから連続パルスまでの範囲で任意に設定可能に構成することにより、作業者がそれぞれに適した応答性による変速操作を実現することができる。

（車速センサ）
次に、走行系機器トラブルのバックアップに関し、ペダル式ＨＳＴ変速走行系についてはメカクラッチを備えず、動力遮断がＨＳＴの中立性に委ねられていることから、車速センサ４ａを使用することにより、ペダルセンサ３ｓが中立位置を検出してトラニオン目標が中立になっているにもかかわらず、規定時間以上トラニオン８ａが中立にならない場合は、強制的にエンジンを停止する制御処理を構成する。このようにして、何らかのトラブルによりＨＳＴが規定時間の経過後も中立にならない場合の危険を回避することができる。

（油温センサ）
次に、シリンダ動作に関し、油温が低くて粘性が高い状態でシリンダ６ａを動作させた場合は伸縮の動作速度が著しく遅くなり、トラニオン動作がペダル操作に付いていかないことから、メカクラッチを備えないペダル式ＨＳＴ変速の走行系においては大変危険な状態になる。このような事態を回避するために、油温センサ４ｃを使用し、油温が規定温度（例えば、０℃）未満の時はトラニオン目標を中立とする制御処理を構成することにより、油温が上がるまでの間は走行不可能となり、安全性を確保することができる。

（ペダル別センサ）
次に、ペダルセンサの異常に関し、前進ペダル１ａと後進ペダル１ｂについて、ペダル構成図を図７に示すように、個別に軸支するとともに、個別のペダルセンサ３ｔ，３ｕを設けて構成し、そのどちらか一方がニュートラル領域でない場合は、トラニオン目標を中立にする制御処理を構成することにより、安全性を確保することができる。
また、どちらか一方が断線あるいは５Ｖショートした場合は、正常な方のセンサ（ペダル）を使用して走行可能とすることにより、異常発生に際しても機体走行を確保することができる。

伝動速度制御装置による変速制御システム構成展開図（ａ）および他の構成例（ｂ） 入力側ユニットの斜視図 入力側ユニットの内部構成の側面図 出力側についての側面図 フローチャート シリンダ動作速度特性図 ペダル構成図 トラクターの平面図（a）および側面図（ｂ） 伝動変速機の軸線展開図

符号の説明

１ 伝動変速機
１ａ 前進ペダル
１ｂ 後進ペダル
３ｓ ペダルセンサ
３ｔ，３ｕ ペダルセンサ
５ 伝動速度制御装置
７ｓ トラニオンセンサ
８ 無段変速機構（ＨＳＴ）
８ａ 速度調節部（トラニオン軸）
１２ 副変速機構

Claims (2)

1. 踏込み操作可能に配置したペダル（１ａ、１ｂ）と、そのペダル操作と対応する目標伝動速度に変速動作をして無段変速走行を可能とする無段変速機構（８）と、この無段変速機構（８）と直列して中立ポジションを含む複数の車速ポジション間で切替え操作が可能な副変速機構（１２）とを備える無段変速式作業車両において、
   上記副変速機構（１２）にその中立ポジションへの切替えを検出するセンサを設け、このセンサの信号を受けることにより中立ポジションへの切替えと対応して無段変速機構（８）を中立位置に速度調節する伝動速度制御装置（５）を備えたことを特徴とする無段変速式作業車両。
2. 前記伝動速度制御装置（５）は、副変速機構（１２）の中立ポジションへの切替えによる無段変速機構（８）の中立調節について、ペダル（１ａ、１ｂ）の解放による中立操作を条件にペダル操作と対応する目標伝動速度に無段変速機構（８）の速度調節をすることを特徴とする請求項１記載の無段変速式作業車両。

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