JP4126499B2 - 四輪駆動車輌 - Google Patents

Description

本発明は、四輪駆動車輌に係り、特に、芝刈り機等の作業車輌に好適な四輪駆動車輌に関する。

従来、搭乗型又はウォークビハインド型の芝刈り機等の作業車輌としては、前輪をキャスター式車輪とした後輪独立駆動式のものが知られている（例えば、特許文献１，２等）。
特表２００３−５０１６０５号公報 特開２００４−８９０７７号公報

しかしながら、上記従来のように、前輪がキャスターの後輪駆動式車輌は、傾斜面等を横切るようにして直進しずらく、また、不整地や湿地走行には牽引力が十分でないという問題があった。

前輪に操向機能を付与すべく、いわゆるアッカーマン機構を採用し、ステアリング・ハンドルを操作することによって前輪を操舵することが考えられるが、アッカーマン機構では、芝刈り機等の作業機に要求される程度まで前輪の操向角度を大きくすることができず、小回りが利かなくなる。また、牽引力の増加を図るべく、後輪を同期駆動する動力をエンジンから得るようにすると、エンジンの燃費が悪くなる。

そこで、本発明は、上記問題を解決すべく、傾斜面でも安定して走向できるとともに小回りが利き、更には環境に優しい四輪駆動車輌を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、一対の副走行輪と、エンジンにより駆動する一対の主駆動輪と、を備え、前記一対の副走行輪を個々に走行駆動する一対の走行用電動モータと、前記一対の副走行輪の操舵角度を個々に制御する一対の操舵角制御用電動モータと、を有することを特徴とする四輪駆動車輌により達成される。

前記四輪行動車輌は、キングピンにモータケースを支持させ、該モータケースに、前記走行用電動モータを収容するとともに前記副走行輪の車軸を支持させ、前記キングピンを、その軸線回りに回転自在に支持するともに前記操舵角度制御モータにより回転角度を制御することが好ましい。

また、前記四輪駆動車輌は、前記走行用電動モータを制御する走行用電動モータコントローラと、前記操舵角制御用電動モータを制御する操舵角制御用電動モータコントローラと、前記キングピンの回転角度を検出することにより操舵角度を検出する操舵角検出部と、前記副走行輪の車軸回転数を検出する車軸回転数検出部と、操舵ハンドルの操作量を検出する操舵ハンドル操作量検出部と、変速操作量を検出する変速操作量検出部と、前記操舵ハンドル操作量検出部及び変速操作量検出部からの検出信号を受け、それらの検出量に応じて前記操舵角制御用電動モータの操舵角度と前記走行用電動モータの回転数とを演算し、前記操舵角制御用電動モータコントローラに角度指令を与え、前記走行用電動モータコントローラに回転数指令を与える演算部と、を有することが好ましい。

本発明に係る四輪駆動車輌は、主駆動輪をエンジンにより駆動し、一対の副走行輪の各々をモータにより電動で操舵するとともに駆動することとしたので、傾斜面でも安定して走向でき、小回りも利く。

以下、本発明に係る四輪駆動車輌の最良の実施形態について、図１〜４を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る四輪駆動車輌の第１実施形態の内部構造を概念的に示す平面図、図２は本発明に係る四輪行動車輌の実施形態の一部を拡大して示す縦断面図、図３は図２の変更態様を示す縦断面図、図４は本発明に係る四輪駆動車輌の第２実施形態の内部構造を概念的に示す平面図である。なお、全図を通し、同様の構成部分には同符号を付した。

先ず、本発明に係る四輪駆動車輌１の第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

四輪駆動車輌１は、エンジン２による駆動する主駆動輪３と、電動の副走行輪４とを備えている。図示例では、後輪が主駆動輪３であり、前輪が副走行輪４でる。

主駆動輪３は、エンジン２から、油圧伝動装置５、減速ギア６、デファレンシャルギア７を介して、動力を受けるように構成されている。油圧伝動装置５は、可変容量式油圧ポンプ５ａと油圧モータ５ｂとが油圧閉回路によって接続されて構成されている。可変容量式油圧ポンプ５ａの可変斜板５ａ′は変速操作部としての変速ペダル８に接続されており、変速ペダル８の踏み込み操作量に応じて、可変斜板５ａの傾斜角が変化し、油圧モータ５ｂの回転数が無段階変速する。なお、図１中、符号９は２点鎖線で示されたケーシングである。

変速ペダル８は、シーソー式に構成され、爪先で前方へ踏み込むことで車両前進方向への変速が行われ、かかとで後方へ踏み込むことで車両前進方向への変速が行われるようになっている。なお、変速ペダル８は、前進変速用と後進変速用の２ペダルに構成してもよい。

副走行輪４は、図２に示すように、走行用電動モータ１０により走行駆動することができるとともに、操舵角制御用電動モータ１１により操舵角度を制御することができるようになっている。なお、図２は右側の副走行輪４のみを示しているが、左側の副走行輪も右側の副走行輪４と同様の構成を有している。

走行用電動モータ１０はモータケース１２に収容され、モータケース１２は、キングピン１３に支持されている。キングピン１３は、フロントクロスメンバ１４に、キングピン１３の軸線回りに軸受け部材１５を介して回転自在に支持されている。モータケース１２には、走行用電動モータ１０とともに減速ギア１６が収容されている。モータケース１２は、副走行輪４の車軸を軸支している。モータケース１２には、車軸回転数検出部１７を構成するロータリーエンコーダが取り付けられ、車軸回転数検出部１７は、副走行輪４の車軸回転数を検出する。なお、図２中、符号１８は外部操作可能なブレーキを示している。

操舵角制御用電動モータ１１が軸受け部材１５に取り付けられており、操舵角制御用電動モータ１１の駆動軸は、減速ギア列２０、２１を介してキングピン１３と連結されている。フロントクロスメンバ１４には、操舵角検出部２２を構成する角度センサーがアーム２３を介して取り付けられている。操舵角検出部２２は、キングピン１３の回転角度を検出することにより操舵角度を検出する。

なお、モータケース１２は、図２に示す態様に代えて、図３に示すように、減速ギア１６を走行用電動モータ１０の内側に配置しても良い。

走行用電動モータ１０、１０は、走行用電動モータコントローラ２４によって個別に制御され、操舵角制御用電動モータ１１、１１は、操舵角制御用電動モータコントローラ２５によって個別に制御されている。走行用電動モータコントローラ２４及び操舵角制御用電動モータコントローラ２５は、それぞれスイッチ手段２６を介して、副走行輪用バッテリー２８に接続されている。副走行輪用バッテリー２８は、エンジン２によって駆動する発電機２９から電力供給を受ける。走行用電動モータ１０、１０は、副走行輪用バッテリー２８から、スイッチ手段２６、走行用電動モータコントローラ２４を介して電力の供給を受ける。発電機２９は、メインバッテリー３０にも電力を供給する。なお、図中、符号２８ａは、バッテリー残量を指示又は表示するインジケータである。

操舵ハンドル３１は、図示例では、丸形ステアリング・ハンドルであり、その操作量を検出する操舵ハンドル操作量検出部３２が設けられている。一方、変速ペダル８には、変速操作量検出部３３が設けられている。

操舵ハンドル操作量検出部３２及び変速操作量検出部３３からの検出信号は、演算部３４に送られる。演算部３４は、それらの検出量に応じて操作前の操舵角制御用電動モータ１１、１１の操舵角度と走行用電動モータ１０、１０の回転数とを比較し、操舵角制御用電動モータコントローラ２５に角度指令を与え、走行用電動モータコントローラ２４に回転数指令を与える。

走行用電動モータ１０の省電化を図りつつ任意のタイミングで作動可能とするために、図外の車両運転席の近傍にはスイッチ手段２６をオン・オフ操作するためのレバーやプッシュボタンが配備される。走行中の路面の状態に応じてスイッチ手段２６をオンすれば主駆動輪３のみの二輪駆動モードから副走行輪４をも同時駆動する四輪駆動モードへと切り替わり、演算部３４が走行用電動モータ１０を作動させ、変速操作量検出部３３からの検出信号に対応する回転数で、かつ主駆動輪３の周速と略同じ周速となるように制御する。

図示例では、操舵角制御用電動モータ１１は、二輪／四輪駆動モードにかかわらずエンジン稼動中は常に作動状態におかれ操舵ハンドル３１と連係している。演算部３４は操舵ハンドル３１を切っていくことで出力される操舵ハンドル操作量検出部３２からの信号を受けて左右の操舵角制御用電動モータ１１，１１の回転数を独立して制御し、副走行輪４を、車両直進姿勢から、車両に規定された最小旋回中心点Ｐまわりでの旋回軌跡を現出させる姿勢までの範囲に操舵することができる。このときに、四輪駆動モードであれば演算部３４はそのときの左右各々の操舵角検出部２２の検出信号と変速操作量検出部３３の検出信号との関係から一義的に決まる主駆動輪３の周速に対する副走行輪４，４の周速の増加割合を算出して旋回軌跡上で左右の走行用電動モータ１０，１０を理想的に回転させる。

上記のようにして、演算部３４は、操舵ハンドル３１と変速ペダル８の操作量に応じて、副走行輪の内輪４と外輪４の各々の走行用電動モータ１０及び操舵角度を演算し、各コントローラ２４、２５に適切な指令を与えるので、操縦者は、所望の旋回半径と旋回速度で旋回することができる。

そして、副走行輪４、４は、操舵角制御用電動モータ１１により操舵角度を維持されているので、傾斜地を横切る場合でも、安定して走行することができる。

なお、エンジンの動力は、主駆動輪の駆動系と、図示しない作業機、例えば、芝刈り機のカッター等を駆動する作業機系に分岐させることができる。

次に、本発明に係る四輪駆動車の第２実施形態について、図４を参照しつつ説明する。第２実施形態の四輪駆動車輌は、左右の主駆動輪３、３の各々を個別に駆動する一対の油圧伝動装置５、５を備え、操舵ハンドルに変速機構が組み込まれていて変速操作部を兼ねる変速操作部兼用操舵ハンドルである点が上記第１実施形態と相違し、その他の点は、上記第１実施形態と同様であるので重複する部分は同符号を付して説明を省略する。

操舵ハンドル４０は、固定軸４１回りにそれぞれ直立姿勢から前後方向へ傾動可能に支持された一対の操作レバー４２、４３を左右対称に備え、左の操作レバー４２は、左の油圧ポンプ５ａの可変斜板と連動し、右の操作レバー４３は、右の油圧ポンプ５ａの可変斜板と連動する。なお、図中、４６、４７は、油圧モータ５ｂと主駆動輪３とを連結する減速ギア機構である。

また、各操作レバー４２、４３の傾動操作量は、操作量検出部４４、４５によって検出されるとともに、操舵ハンドル操作量及び変速操作量の情報を含んでいる。即ち、各操舵レバー４２、４３の傾動角度は変速操作量に相当し、各々の傾動操作量の傾動角度差は、操舵角に相当する。従って、本第２実施形態における操作量検出部４４，４５のそれぞれが、上記第１実施形態における操舵ハンドル操作量検出部と変速操作量検出部とを兼ねる。

走行用電動モータ１０や操舵角制御用電動モータ１１の省電化を図りつつ任意のタイミングで作動可能とするために、図外の運転席の近傍には前記スイッチ手段２６，２７をオン・オフ操作するためのレバーやプッシュボタンが配備されている。なお、スイッチ手段２６は操作レバー４２，４３の各々もしくは一方の握り部上面に親指で操作可能なプッシュボタンとして設けるのが良い。走行中は常に操作レバー４２，４３を握っているため、走行状況（湿地の横断や前進／後進での急勾配登坂）に応じて二輪駆動モードと四輪駆動モードとの切り替えが迅速に行なえるからである。

四輪駆動モードでは、左右の操作レバー４２，４３各々の操作量検出部４４，４５からの信号を受ける演算部３４は、左右の走行用電動モータ１０，１０各々が各別に左右の操作レバー４２，４３の各々と対応するように制御する。即ち、左右一方の操作レバー４２，４３が直立姿勢にあるときには走行用電動モータ１０は駆動されず中立位置となる。

この姿勢から前方に倒されたときには、その一側の走行用電動モータ１０に対し車両前進方向へ回転するように指令し、傾倒角度が大きくなるにつれてその回転数を高くして一側の油圧モータ５ｂの周速と略同じ周速となるように制御する。

また、後方に倒されたときには、左右の走行用電動モータに対し車両後進方向へ回転するように指令し、傾倒角度が大きくなるにつれてその回転数を高くして一側の油圧モータ５ｂの周速と略同じ周速となるように制御する。

これにより、左右の操作レバー４２，４３を同時に前後一方側に同じ角度で倒せば車両は前方または後方へ直進し、角度を互いに異ならせれば旋回し、更に、一方側の操作レバーを前方最大に傾倒させ他方側を後方最大に傾倒させることにより、主駆動輪３、３間の左右中間点を旋回中心Ｐとしてゼロターンする。

このときにスイッチ手段２７がオフで操舵角制御用電動モータ１１が作動していないと、副走行輪４はフリーとなりキャスターの場合と略同じように挙動して旋回軌跡の方向に従動する。

スイッチ手段２７をオンすれば演算部３４は、左右の操作レバー４２，４３の相対角度差を各々の操作量検出部４４，４５の検出信号に基づいて算出し、その角度差のときにあるべき副走行輪４，４の操舵角を求めると共に、操舵角制御用電動モータ１１，１１を作動させて副走行輪４，４をその操舵角の位置に向ける。

この場合の副走行輪４，４の挙動は、キャスターの場合と略同じであるが、操作レバー４２，４３によって制御されているため、旋回するときの路面がどの方向に傾斜していても、その姿勢が保持され、安定して旋回することになる。

なお、スイッチ手段２７として水銀センサーや振り子センサーなどの車輌傾き検出装置を用いて、車両の前後もしくは左右の傾斜角度が水平より所定角度（主・副駆動輪への重量配分にもよるが、約７〜１０°程度°）を越えると自動的にオンして操舵角制御用電動モータ１１が作動状態にセットされるように構成しても良い。

すなわち、水平な状態での走行は、操舵角制御用電動モータ１１が非作動状態となり前輪４はキャスターと略同じような挙動し旋回時は旋回軌跡に沿って自由に従動するようになり、切替え忘れがなくなり操舵角制御用電動モータ１１の省電化を図ることができる。

上記説明から明らかなように、第２実施形態の四輪駆動車輌は、上記第１実施形態と同様に、傾斜面でも安定して走行することができるとともに、上記第１実施形態と異なり、主駆動輪３、３の各々を油圧伝動装置５、５によって個別に駆動することができるので、ゼロターンが可能となっている。

次に、上述した図４の一対の油圧伝動装置５、５の油圧回路の詳細について、図５を参照して説明する。一対の油圧伝動装置５，５の油圧回路は、左右の主駆動輪３、３に対する直進補償機構を備えている。具体的には左右の油圧ポンプ５ａと主駆動輪３、３に連動連結する油圧モータ５ｂの車両前進時に高圧側となる油路の各々の途中に、電磁操作式の、旋回可能位置と直進位置とを選択可能な２位置切換弁４８を介在させると共に、２位置切換弁４８の二次側に、入力油量比を５０：５０に分割して二手に出力する定比分流弁４９を介在させてある。

前進時において２位置切換弁４８が図示の旋回可能位置にあるときには、各々の油圧ポンプ５ａの吐出ポートと油圧モータ５ｂの吸入ポートが連通して、各油圧ポンプ５ａの吐出油量に応じて油圧モータ５ｂを任意に回転させることができる。なお、このときの高圧油は、定比分流弁４９の出力側に配したチェック弁５０，５０によって定比分流弁４９の側へ流入することが阻止される。

一方、２位置切換弁４８を直進位置に切換えたときには、左右の油圧ポンプ５ａ，５ａから吐出された圧油を一旦合流させ、この油量が定比分流弁４９により半分に制限されてその同量の圧油が各油圧モータ５ｂ，５ｂに供給される。

これにより、２位置切換弁４８の切換前後で理論的には速度差は生じることなく、かつ、左右の油圧ポンプ５ａの吐出油量に差が生じていても左右の油圧モータ５ｂを均等に回転させることができる。この機能は例えば、坂道を横切るような場合には谷側と山側で負荷の異なる状態にある油圧モータ５ｂ，５ｂに対してオペレータは左右の操作レバー４２，４３の微妙な傾倒操作に気を使うことが不要になる。

次に、図５の油圧回路の変形例について図６を参照して説明する。図６に示し油圧回路は、油圧ポンプ５ａを左右の油圧モータ５ｂ，５ｂに対して共通としたものであり、油圧モータ５ｂ、５ｂを油圧的に差動回転できるようにしているため、前述した図１と同じような旋回軌跡となる。

具体的には、左右の油圧モータ５ｂ，５ｂを共通の油圧ポンプ５ａに対して並列接続し、その並列接続した後の、車両前進時に高圧側となる油路の各々の途中において、前述したのと同様の２位置切換弁４８と定比分流弁４９とを介在させる。

前進時において２位置切換弁４８が図示の旋回可能位置にあるときには、共通の油圧ポンプ５ａの吐出ポートに対して油圧モータ５ｂの吸入ポートの各々が並列的に連通され、油圧モータ５ｂ，５ｂは油圧ポンプ５ａの吐出油量に応じて任意に回転できる。さらに、旋回時に旋回内側と外側で油圧モータ５ｂ，５ｂに作用する負荷が異なるときにその大負荷側の油圧モータ５ｂは圧油が流れ難く、その余剰油が小負荷側の油圧モータ５ｂの方へ流れて差動回転となる。

ここで、２位置切換弁４８を直進位置に切換えたときには、油圧ポンプ５ａ，５ａからの吐出油量が定比分流弁４９により半分に制限されその圧油が各油圧モータ５ｂ，５ｂに供給される。これにより、左右の主駆動輪３，３に対する負荷に関係無く左右の油圧モータ５ｂを均等に回転させることができる。

本発明に係る四輪駆動車輌の第１実施形態の内部構造を概念的に示す平面図である。 本発明に係る四輪駆動車輌の実施形態の一部を拡大して示す正面縦断面図である。 図２の変更態様を示す正面縦断面図である。 本発明に係る四輪駆動車輌の第２実施形態の内部構造を概念的に示す平面図である。 図４に示す四輪駆動車輌の油圧回路図である。 図５の油圧回路の変形例を示す油圧回路図である。

符号の説明

１ 四輪駆動車輌
２ エンジン
３ 主駆動輪
４ 副走行輪
８ 変速ペダル
１０ 走行用電動モータ
１１ 操舵角制御用電動モータ
１２ モータケース
１３ キングピン
１７ 車軸回転数検出部
２２ 操舵角検出部
２４ 走行用電動モータコントローラ
２５ 操舵角制御用電動モータコントローラ
３１ 操舵ハンドル
３２ 操舵ハンドル操作量検出部
３３ 変速操作量検出部
３４ 演算部
４０ 変速操作部兼用操舵ハンドル
４４，４５ 操作量検出部（操舵ハンドル操作量検出部）
４４，４５ 操作量検出部（変速操作量検出部）

Claims (1)

1. 一対の副走行輪と、エンジンにより駆動する一対の主駆動輪と、を備え、
   前記一対の副走行輪を個々に走行駆動する一対の走行用電動モータと、前記一対の副走行輪の操舵角度を個々に制御する一対の操舵角制御用電動モータと、を有し、
   キングピンにモータケースが支持され、
   該モータケースに、前記走行用電動モータが収容されるとともに前記副走行輪の車軸が支持され、
   前記キングピンが、その軸線回りに回転自在に支持されるともに前記操舵角度制御モータにより回転角度が制御され、
   前記走行用電動モータを制御する走行用電動モータコントローラと、
   前記操舵角制御用電動モータを制御する操舵角制御用電動モータコントローラと、
   前記キングピンの回転角度を検出することにより操舵角度を検出する操舵角検出部と、
   前記副走行輪の車軸回転数を検出する車軸回転数検出部と、
   操舵ハンドルの操作量を検出する操舵ハンドル操作量検出部と、
   変速操作量を検出する変速操作量検出部と、
   前記操舵ハンドル操作量検出部及び変速操作量検出部からの検出信号を受け、それらの検出量に応じて前記操舵角制御用電動モータの操舵角度と前記走行用電動モータの回転数とを演算し、前記操舵角制御用電動モータコントローラに角度指令を与え、前記走行用電動モータコントローラに回転数指令を与える演算部と、
   をさらに有することを特徴とする四輪駆動車輌。
   
   

Images