JP2009270607A - 作業車の変速操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキ操作に連動して無段変速装置のサーボシリンダを中立復帰させるにあたり、軽快に操作でき、構造の複雑化を招くこともなく、電気系統の故障の際にも確実にサーボシリンダを中立状態に戻すことができるようにする。
【解決手段】無段変速装置１０における油圧ポンプ１６の斜板角を変更操作するサーボシリンダ２６の作動を制御するサーボバルブ２７を、変速操作具２４の操作に基づく指令信号で制御される電子制御形式のサーボバルブ２７で構成し、サーボシリンダ２６への圧油供給を可能にする供給位置と、圧油供給を停止してサーボシリンダ２６側の圧油を排出する排出位置とに、切換操作自在な切換弁４１を、ブレーキ操作具の制動操作に連動して人為的に排出位置に操作されるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、走行系の駆動力発生源となる無段変速装置を備え、この無段変速装置における油圧ポンプの斜板角を変更操作するサーボシリンダと、そのサーボシリンダの作動を制御するサーボバルブとを備えた作業車の変速操作装置に関する。

この種の作業車の変速操作装置としては、下記の構造のものが従来より知られている。
［１］ ブレーキ操作具の踏み込み操作に機械的に連動させて、変速操作レバーと副変速機構とを低速側へ操作するようにした構造のもの（特許文献１参照）。
［２］ 変速操作具の操作位置の検出結果に基づいて、サーボバルブを電子制御することによりサーボシリンダの作動を電気的に制御し、無段変速装置の油圧ポンプの斜板角を変更操作するようにしたもの（特許文献２参照）。

特開平８−９９５６５号公報（段落番号００１６、００１９、図２） 特開２００８−３９１６６号公報（段落番号００４９、００７８、図５、図６）

上記［１］に示す従来構造のものでは、ブレーキ操作具の踏み込み操作に連動して、変速操作レバーと副変速機構とを低速側へ操作するものであるから、エンジン側出力を低下させて制動負荷を軽減できる点で有効なものである。しかしながら、この構造のものでは、ブレーキ操作具に対して変速操作レバーや副変速機構を連係させるための構造が複雑となる上に、ブレーキ操作具を操作するための力に加えて、連係されている変速操作レバーや副変速機構を操作するための操作力も必要で、その操作が比較的重くなる傾向があった。
このような構造の複雑化や操作力が重くなる傾向を改善するには、例えば、前記［２］に示す構造の電子制御形式のサーボバルブを用いてサーボシリンダを制御するように構成するとともに、ブレーキ操作具の操作位置をポテンショメータ等で検出して制御装置に検出信号を送り、サーボバルブをブレーキ操作具の動作に連動させるように制御するなどの構成も考えられなくもない。しかしながら、このように構成すると電気系統の動作不良や故障が生じた場合に的確な連動関係での制御を行うことができないという問題がある。

本発明の目的は、ブレーキ操作具の操作に連動して無段変速装置のサーボシリンダを中立復帰させるようにするにあたり、軽快に操作でき、構造の複雑化を招くこともなく、かつ電気系統の故障の際にも確実にサーボシリンダを中立状態に戻すことができる作業車の変速操作装置を提供することにある。

〔解決手段１〕
上記課題を解決するために講じた本発明の技術手段は、請求項１に記載のように、走行系の駆動力発生源となる無段変速装置を備え、この無段変速装置における油圧ポンプの斜板角を変更操作するサーボシリンダと、そのサーボシリンダの作動を制御するサーボバルブとを備えた作業車の変速操作装置であって、
前記サーボバルブを、変速操作具の操作に基づく指令信号で制御される電子制御形式のサーボバルブで構成するとともに、
前記サーボバルブ側からサーボシリンダへの圧油供給を可能にする供給位置と、前記サーボバルブ側からサーボシリンダへの圧油供給を停止してサーボシリンダ側の圧油を排出する排出位置とに、切換操作自在な切換弁を備え、この切換弁を、ブレーキ操作具の制動操作に連動して人為的に前記排出位置に操作されるように、ブレーキ操作具に連係させてあることを特徴とする。

〔作用及び効果〕
上記のように、解決手段１にかかる本発明の作業車の変速操作装置では、サーボバルブが、変速操作具の操作に基づく指令信号で制御される電子制御形式のサーボバルブであることに加え、そのサーボバルブ側からサーボシリンダへの圧油供給を可能にする供給位置と、圧油供給を停止してサーボシリンダ側の圧油を排出させる排出位置とに、切換操作自在な切換弁を備えている。
したがって、変速操作具の操作に基づくサーボバルブの操作位置がサーボシリンダを何れの側に操作する状態であっても、切換弁が排出位置側へ操作されることによって、サーボシリンダに対する圧油の作用を除去することができる。このため、中立側へ復帰付勢されているものであるサーボシリンダや油圧ポンプの復帰機能によってサーボシリンダは中立側に復帰されるので、サーボバルブの制御系における電気系統が故障したとしても、前記切換弁の操作に伴って人為的にサーボシリンダを中立側へ操作できることになる。

このように、ブレーキ操作具の操作に連動してサーボシリンダを中立復帰させるようにするにあたり、操作具同士を連係させる機構を設けるような、構造の複雑化や重い操作を要することなく、切換弁を用いてブレーキ操作具で操作するだけの簡単な構造で軽快な操作を行うことができる利点がある。
また、その操作は、サーボバルブの制御系における電気系統とは関係なく、独自に人為的操作で行うことが可能であるから、前記電気系統の動作不良や故障に影響されることなく、確実にサーボシリンダを中立側に操作することができる利点がある。

〔解決手段２〕
本発明の作業車の変速操作装置における第２の解決手段は、請求項２の記載のように、切換弁は、ブレーキ操作具の所定量以上の制動操作に連動して人為的に排出位置に操作されるように、ブレーキ操作具に連係させてあることを特徴とする。

〔作用及び効果〕
上記のように、解決手段２にかかる本発明の作業車の変速操作装置では、上記請求項１に記載の作業車の変速操作装置と同様な作用効果を期待することができる。
しかも、前記切換弁は、ブレーキ操作具の所定量以上の制動操作に連動して人為的に前記排出位置に操作されるように、ブレーキ操作具に連係させてあるので、強い制動を必要としてブレーキ操作具を大きく操作すると、前記サーボシリンダを中立復帰させて無段変速装置の出力自体を低減させ、ブレーキによる制動効果を向上させる。
また、強い制動を必要とせず、ブレーキ操作具を少しだけ操作した場合には、サーボシリンダによる油圧ポンプの中立復帰操作は行われず、ブレーキによる制動力だけを加えることになるので、緩やかな制動操作が行われ、圃場の傷みを回避する上で有効である。

〔解決手段３〕
本発明の作業車の変速操作装置における第３の解決手段は、請求項３の記載のように、切換弁は、サーボバルブとサーボシリンダとを接続する油路に介装されていることを特徴とする。

〔作用及び効果〕
上記のように、解決手段３にかかる本発明の作業車の変速操作装置では、切換弁が、サーボバルブとサーボシリンダとを接続する油路に介装されているので、上記請求項１に記載の作業車の変速操作装置と同様な作用効果を期待することができる。
そして、このように切換弁がサーボバルブとサーボシリンダとを接続する油路に介装されていることにより、例えば、サーボバルブが制御不能で作動油が流れ難い状態になったとしても、よりサーボシリンダに近い側に設けられている切換弁から確実にドレン油の排出を行うことができるので、前記サーボシリンダからの圧油の排出を少しでも早めて、サーボシリンダの中立復帰の際の応答性を高めることができる。

〔解決手段４〕
本発明の作業車の変速操作装置における第４の解決手段は、請求項４の記載のように、切換弁は、サーボバルブが組み込まれたバルブブロックに一体に組み込まれていることを特徴とする。

〔作用及び効果〕
上記のように、解決手段３にかかる本発明の作業車の変速操作装置では、上記請求項１に記載の作業車の変速操作装置と同様な作用効果を期待することができるとともに、切換弁が、サーボバルブが組み込まれたバルブブロックに一体に組み込まれているので、全体構造の小型化や製作加工の簡素化を期待できる効果もある。

〔作業車の全体構成〕
図１には、作業車の一例であるトラクタの全体側面が示されている。このトラクタは、エンジン１を防振支持する前部フレーム２の左右に前輪３を配備し、エンジン１に連結されるフレーム兼用のミッションケース４の左右に後輪５を配備し、ミッションケース４の上方に、ステアリングホイール６や運転座席７などを備える搭乗運転部８を形成して構成されている。
ミッションケース４は、主クラッチ９などを内装する第１ケーシング部４Ａ、静油圧式無段変速装置１０などを内装する第２ケーシング部４Ｂ、作業クラッチ１４などを内装する第３ケーシング部４Ｃ、及び、ギヤ式変速装置１１などを内装する第４ケーシング部４Ｄ、などを連結して構成されている。

図２に示すように、エンジン１から取り出された動力は、乾式の主クラッチ９などを介して、主変速装置として備えた静油圧式無段変速装置（無段変速装置の一例）１０に伝達される。
静油圧式無段変速装置１０から取り出される動力のうち、走行用動力は、副変速装置として備えたギヤ式変速装置１１や、前輪用差動装置１２又は後輪用差動装置１３などを介して左右の前輪３及び左右の後輪５に伝達される。ギヤ式変速装置１１は、高中低の３段に変速切り換え可能に構成されている。
静油圧式無段変速装置１０から取り出される動力のうち、作業用動力は、油圧式の作業クラッチ１４などを介して動力取出軸１５に伝達される。

図２〜４に示すように、静油圧式無段変速装置１０は、第２ケーシング部４Ｂに内装したアキシャルプランジャー型の可変容量ポンプ１６や定容量モータ１７などを備え、可変容量ポンプ１６からの非変速動力を作業用動力として出力し、定容量モータ１７からの変速動力を走行用動力として出力する。
可変容量ポンプ１６と定容量モータ１７は、第１油路１８及び第２油路１９を介して接続され、その接続で形成された閉回路２０に、エンジン動力で駆動されるチャージポンプ２１からのチャージ油が、チャージ油路２２やチェックバルブ２３などを介して供給される。

図１、図４、及び図５に示すように、このトラクタには、搭乗運転部８に備えた変速ペダル（変速操作具の一例）２４の操作などに基づいて、可変容量ポンプ１６の斜板〔変速操作部の一例（以下、ポンプ斜板と称する）〕１６Ａの斜板角を変更することによって変速操作するサーボコントロール機構２５が装備されている。
変速ペダル２４は、図外のバネによる付勢で中立位置（零速位置）に自動復帰する中立復帰型に構成されている。

〔サーボコントロール機構〕
図３乃至図５に示すように、サーボコントロール機構２５は、ポンプ斜板１６Ａを無段階に変速操作する油圧ポンプ１６用のサーボシリンダ（操作手段の一例）２６、サーボシリンダ２６に対する作動油の流動を制御するサーボバルブ２７、変速ペダル２４の操作位置を検出するポテンショメータからなるペダルセンサ（操作位置検出手段の一例）２９、サーボシリンダ２６の操作量からポンプ斜板１６Ａの変速操作位置（斜板角）を検出するポテンショメータからなる斜板センサ（変速位置検出手段の一例）３０、及び、ペダルセンサ２９の検出や斜板センサ３０の検出などが入力されるマイクロコンピュータを備えた制御装置（制御手段の一例）３１、などを備えて構成されている。

サーボシリンダ２６は、ポンプ斜板１６Ａを中立位置（零速位置）に復帰付勢する前進側の戻しバネ（付勢手段の一例）３２や後進側の戻しバネ（付勢手段の一例）３３とともに第２ケーシング部４Ｂに内装されている。
そして、その前進変速用の油室３４に作動油供給ポンプ３８からの作動油が供給されることで、戻しバネ３２の付勢力に抗してポンプ斜板１６Ａを前進増速方向に変速操作し、前進変速用の油室３４から作動油が排出されることで、戻しバネ３２の付勢によるポンプ斜板１６Ａの前進減速方向への変速操作を許容する。
又、その後進変速用の油室３５に作動油が供給されることで、戻しバネ３３の付勢に抗してポンプ斜板１６Ａを後進増速方向に変速操作し、後進変速用の油室３５から作動油が排出されることで、戻しバネ３３の付勢によるポンプ斜板１６Ａの後進減速方向への変速操作を許容する。

サーボバルブ２７は、サーボシリンダ２６の前進変速用の油室３４に対する作動油の流動を制御する電磁式の前進用比例バルブ３６、及び、サーボシリンダ２６の後進変速用の油室３５に対する作動油の流動を制御する電磁式の後進用比例バルブ３７、を備えて構成されている。

図５に示すように、制御手段３１には、変速ペダル２４の操作位置に応じた速度に変速する変速制御手段３１Ａが備えられている。
前記変速制御手段３１Ａは、変速ペダル２４の操作位置とポンプ斜板１６Ａの変速操作位置との相関関係を示す相関関係データとしてのマップデータ、及び、そのマップデータやペダルセンサ２９の検出などに基づいて前進用比例バルブ３６又は後進用比例バルブ３７の作動を制御する制御プログラム、などを備えて構成されている。

変速制御手段３１Ａのマップデータは、変速ペダル２４の中立位置から前進増速方向への操作量が大きくなるほど、ポンプ斜板１６Ａの中立位置から前進増速方向への操作量が大きくなり、変速ペダル２４の中立位置から後進増速方向への操作量が大きくなるほど、ポンプ斜板１６Ａの中立位置から後進増速方向への操作量が大きくなるように、変速ペダル２４の操作位置とポンプ斜板１６Ａの変速操作位置とを対応させたものである。
尚、変速制御手段３１Ａで用いられるデータとしては、上記のマップデータに限らず、これに代えて、変速ペダル２４の操作位置とポンプ斜板１６Ａの変速操作位置との相関関係を示す相関関係式を相関関係データとして備えるようにしてもよい。

変速制御手段３１Ａの制御プログラムは、用いられるデータがマップデータであれば、記憶装備したマップデータとペダルセンサ２９の検出に基づいて、ペダルセンサ２９が検出した変速ペダル２４の操作位置に対応するポンプ斜板１６Ａの変速操作位置を、ポンプ斜板１６Ａの目標操作位置に設定し、その設定した目標操作位置と斜板センサ３０の検出に基づいて、ポンプ斜板１６Ａの目標操作位置に斜板センサ３０で検出される変速操作位置が一致するように、前進用比例バルブ３６又は後進用比例バルブ３７の作動を制御するように構成されている。
この制御作動によって、変速ペダル２４を中立位置に自動復帰させるだけの比較的小さい復帰力に抗して変速ペダル２４を操作することで、変速ペダル２４の操作位置に応じた速度で車体を前進又は後進させることができる。

そして、サーボコントロール機構２５は、ペダルセンサ２９の検出及び斜板センサ３０の検出に基づいて、変速制御手段３１Ａが、前進用比例バルブ３６又は後進用比例バルブ３７の作動を制御することで、サーボシリンダ２６を作動させて静油圧式無段変速装置１０のポンプ斜板１６Ａを変速操作する電子制御形式のものである。また、前進用比例バルブ３６又は後進用比例バルブ３７からの吐出油の圧力でサーボシリンダ２６をダイレクトに駆動する直動型に構成されている。
これによって、静油圧式無段変速装置１０の閉回路２０での圧力変動やエンジン回転数の変動で圧力が変動するチャージ油路２２からの出力圧力でサーボシリンダ２６を駆動する場合に比較して、安定したサーボパイロット圧を得ることができ、サーボシリンダ２６の作動制御を精度良く行えるようになる。

図５に示すように、制御手段３１には、変速ペダル２４の操作位置に応じた速度に変速する際の操作速度を設定する操作速度設定手段３１Ｂが備えられている。
この操作速度設定手段３１Ｂは、変速制御手段３１Ａで設定されたポンプ斜板１６Ａの目標操作位置と斜板センサ３０の検出とに基づいて、ポンプ斜板１６Ａの目標操作位置と実際の変速操作位置との偏差を算出する演算プログラム、ポンプ斜板１６Ａの目標操作位置と実際の変速操作位置との偏差と、ポンプ斜板１６Ａの操作速度との相関関係を示す相関関係データとしての複数のマップデータ、及び、それらのマップデータと演算プログラムの算出結果に基づいてポンプ斜板１６Ａの目標操作速度を設定する制御プログラム、などを備えて構成されている。

操作速度設定手段３１Ｂの各マップデータは、斜板センサ３０で検出されるポンプ斜板１６Ａの実際の変速操作位置と、変速制御手段３１Ａで設定されるポンプ斜板１６Ａの目標操作位置との偏差が大きい場合に、ポンプ斜板１６Ａの操作速度が速くなるように、又、後進時でのポンプ斜板１６Ａの偏差に対するポンプ斜板１６Ａの操作速度が、前進時でのポンプ斜板１６Ａの偏差に対するポンプ斜板１６Ａの操作速度よりも遅くなるように、ポンプ斜板１６Ａの偏差とポンプ斜板１６Ａの操作速度とを対応させたものである。

操作速度設定手段３１Ｂの制御プログラムは、記憶装備したマップデータと演算プログラムの算出結果とに基づいて、算出したポンプ斜板１６Ａの偏差に対応するポンプ斜板１６Ａの操作速度をポンプ斜板１６Ａの目標操作速度に設定し、その設定した目標操作速度を変速制御手段３１Ａに出力するように構成されている。

変速制御手段３１Ａの制御プログラムは、その制御作動において、操作速度設定手段３１Ｂで設定された目標操作速度でポンプ斜板１６Ａが変速操作されるように、前進用比例バルブ３６又は後進用比例バルブ３７の作動を制御するように構成されている。

〔中立操作手段〕
図３乃至図５に示すように、上記構造のサーボシリンダ２６には、ブレーキ操作に連動してサーボシリンダ２６を人為的に中立復帰させるための中立操作手段４０が連係されている。
前記中立操作手段４０は、上記構造のサーボシリンダ２６とサーボバルブ２７との間の圧油給排回路２８に設けた切換弁４１と、その切換弁４１を操作するブレーキ操作具としてのブレーキペダル４２と、前記サーボシリンダ２６自身が備える戻しバネ３２，３３とで構成される。

切換弁４１は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、弁本体４３側に作動油供給ポンプ３８側から圧油を供給されるポンプ側ポート４１ａと、サーボバルブ２７の一次側への供給用ポート４１ｂと、サーボバルブ２７のうちの前進用比例バルブ３６の二次側に連なる前進側二次ポート４１ｃと、後進用比例バルブ３７の二次側に連なる後進側二次ポート４１ｃと、サーボシリンダ２６の前進変速用の油室３４に連なる前進側シリンダポート４１ｄと、後進変速用の油室３５に連なる後進側シリンダポート４１ｄと、ドレンポート４１ｅとを備えるとともに、スプール４４の周面及び内部に前記各ポート４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅに連なる油路４４ａを形成してある。

前記スプール４４は、弁本体４３から突出する一端側が、横軸心ｘ周りで揺動自在に装備された前記ブレーキペダル４２に対して、連結ロッド４５を介して連係されている。そして、ブレーキペダル４２の所定量以上の踏み込み操作に伴って、前記サーボシリンダ２６の前進変速用の油室３４に連なる前進側シリンダポート４１ｄと、後進変速用の油室３５に連なる後進側シリンダポート４１ｄとの両方をドレンポート４１ｅに連通させるように、前記スプール４４の周面及び内部の油路４４ａが形成されている。

前記スプール４４とブレーキペダル４２との連係箇所では、スプール４４に連なる連結ロッド４５に、スプール４４の移動方向に長い長孔４５ａが形成してあり、その長孔４５ａにブレーキペダル４２側に設けた係止ピン４２ａが係入されている。したがって、ブレーキペダル４２が長孔４５ａの長さ以上に踏み込まれたとき、そのブレーキペダル４２の操作をスプール４４側に伝達するように連係されている。
つまり、前記長孔４５ａが、ブレーキペダル４２の踏み込み量が少ない場合の、無用なスプール４４の動きを制限するための融通機構として機能しており、強く制動する必要がない場合にはブレーキペダル４２が踏み込まれても、ブレーキペダル４２に連係されているブレーキ装置（図外）だけが制動され、サーボシリンダ２６を強制的に中立位置に戻す操作は行われないように構成してある。

〔別実施形態の１〕
本発明の作業車の変速操作装置としては、図６に示すように、静油圧式無段変速装置１０の油圧モータを可変容量型の油圧モータ１７で構成してもよい。
この可変容量型の油圧モータ１７は、一対の変速用シリンダ４６，４６を備えていて、高低に２段に変速操作自在に構成されている。

〔別実施形態の２〕
変速操作具２４としてはペダルに限らず変速レバーなどであってもよく、また、ブレーキ操作具においてもペダルに限らずレバーで構成してもよい。

〔別実施形態の３〕
作業車としては、田植機やコンバインあるいは草刈機やホイールローダなどであってもよい。

トラクタの全体側面図 トラクタの伝動構造を示す概略図 油圧回路図 切換弁とブレーキペダルとの関連動作を示す説明図 制御系を示すブロック図 別実施形態を示す油圧回路図

符号の説明

１０ 無段変速装置
１６Ａ 変速操作部
２４ 変速ペダル（変速操作具）
２５ サーボコントロール機構
２６ サーボシリンダ
２７ サーボバルブ
４１ 切換弁
４２ ブレーキペダル（ブレーキ操作具）

Claims (4)

1. 走行系の駆動力発生源となる無段変速装置を備え、この無段変速装置における油圧ポンプの斜板角を変更操作するサーボシリンダと、そのサーボシリンダの作動を制御するサーボバルブとを備えた作業車の変速操作装置であって、
   前記サーボバルブを、変速操作具の操作に基づく指令信号で制御される電子制御形式のサーボバルブで構成するとともに、
   前記サーボバルブ側からサーボシリンダへの圧油供給を可能にする供給位置と、前記サーボバルブ側からサーボシリンダへの圧油供給を停止してサーボシリンダ側の圧油を排出する排出位置とに、切換操作自在な切換弁を備え、この切換弁を、ブレーキ操作具の制動操作に連動して人為的に前記排出位置に操作されるように、ブレーキ操作具に連係させてあることを特徴とする作業車の変速操作装置。
2. 切換弁は、ブレーキ操作具の所定量以上の制動操作に連動して人為的に排出位置に操作されるように、ブレーキ操作具に連係させてある請求項１記載の作業車の変速操作装置。
3. 切換弁は、サーボバルブとサーボシリンダとを接続する油路に介装されている請求項１または２記載の作業車の変速操作装置。
4. 切換弁は、サーボバルブが組み込まれたバルブブロックに一体に組み込まれている請求項１、２、または３記載の作業車の変速操作装置。

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