JP4135200B2 - 動力農機の前輪駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトラクタや田植機、芝刈機等の動力農機の前輪駆動装置に関するものであり、特に、走行系のギヤ式変速装置から動力を分岐して前輪へ伝達するとともに、これとは別に油圧式変速装置からの動力を伝達して前輪を駆動するように構成された動力農機の前輪駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラクタや田植機、芝刈機等の動力農機に於いて、エンジンの動力をギヤ式変速装置を介して後輪に伝達するとともに、該ギヤ式変速装置から動力を分岐して前輪を駆動可能にした構成が知られている。斯かる構成の場合、４ＷＤクラッチにより前輪への動力伝達を入切りし、四輪駆動の切り換えを行っている。
【０００３】
また、前記ギヤ式変速装置とは別に前輪への動力伝達軸に変速ギヤを設け、車体の旋回時には該変速ギヤによって前輪の回転を増速し、前輪の周速度を後輪より高くして車体の旋回時間を短縮する、所謂前輪増速旋回制御を行う動力農機も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の前輪増速旋回制御では、車体の旋回時に後輪の周速度に対して予め設定した増速比率（例えば後輪の２倍）で前輪を高速回転で駆動する。ここで、旋回時の車速の高低により前輪のグリップ力が異なるので、車速に応じて増速比率を増減させることができれば、車体の旋回時間をより短くしたり、或いは前輪の過回転による圃場の荒れを防止することができる。また、車体が後進しながら旋回するときに、前輪が高速回転で駆動されると車体が急旋回して危険である。しかし、従来の前輪駆動装置では変速ギヤの組合せを変更しないかぎり増速比率は一定であり、前輪の周速度を増減させることはできなかった。
【０００５】
そこで、車体の旋回時に前輪を高速回転で駆動することにより旋回時間を短縮するとともに、車速の高低や前後進の状況に応じて前輪の増速比率を変化できるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、エンジン（１１）の動力をギヤ式変速装置（２２）を介して後輪（１８）に伝達するとともに、該ギヤ式変速装置（２２）から動力を分岐して前輪（２０）を駆動する経路を備え、車体の旋回操作を検出する手段と、車速を検出する手段（５９）を設けた動力農機であって、前記ギヤ式変速装置（２２）から前輪（２０）を駆動する経路とは別に、可変式油圧ポンプ（３２）を有する油圧式変速装置（３１）の動力を伝達して前輪（２０）を駆動する経路を備え、車体の旋回時には前輪（２０）の駆動を前記ギヤ式変速装置（２２）の経路から油圧式変速装置（３１）の経路へ切り換える切換装置（２９）を設け、且つ、車体の旋回開始時の車速に応じて前記油圧式変速装置（３１）による前輪（２０）の駆動量を変更するように構成した動力農機の前輪駆動装置（２７）に於いて、
上記エンジン（１１）の回転数を検出する手段として設けられたエンジン回転センサ（６１）の検出値からエンジン回転数を算出し、エンジン（１１）がアイドリングの回転になったとき、コントローラ（７０）から上記可変式油圧ポンプ（３２）の吐出量を増減する電動モータ（８５）への制御信号を調整して該可変式油圧ポンプ（３２）の吐出量をゼロにすることによって、低回転時の油圧式変速装置（３１）の作動を牽制するように構成して成る動力農機の前輪駆動装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳述する。図１は動力農機の一例としてトラクタ１０を示し、車体の前部にエンジン１１が載置されてフード１２で被蔽されている。キャビン１３の内部にはシート１４を装着してあり、ステアリングハンドル１５や変速レバー１６及び各種操作スイッチ等が設けられている。エンジン１１の動力はミッションケース１７内に収められたギヤ式変速装置を介して後輪１８に伝達されるとともに、ギヤ式変速装置から分岐された動力を前輪動力伝達軸１９から前輪２０に伝達できるように構成されている。尚、前輪２０の駆動部近傍には後述する油圧ポンプ３２が設けられており、エンジン１１の動力で該油圧ポンプ３２が駆動され、油圧モータ３３へ作動油が供給される。
【０００８】
図２は走行系の動力伝達ブロック図であり、エンジン１１の動力は主クラッチ２１により入切りされ、ギヤ式変速装置２２である前後進切換機２３、主変速機２４、副変速機２５により順次変向或いは変速された後に、差動装置２６を経て左右の後輪１８へ伝達される。左右の後輪１８には夫々ブレーキ装置６５，６６が設けられており、左右のブレーキペダル（図示せず）により独立してブレーキ操作ができるように構成されている。
【０００９】
また、前記ギヤ式変速装置２２から動力を分岐し、前輪駆動装置２７を経て前輪２０を駆動できるように形成されている。前記ギヤ式変速装置２２から分岐された動力は、後述するコントローラ７０の指令によって４ＷＤクラッチ２８で入切りされ、前輪動力伝達軸１９に接続した切換装置２９へ入力される。そして、この動力は切換装置２９から差動装置３０を介して前輪２０へ伝達される。
【００１０】
一方、前輪駆動装置２７には、前記ギヤ式変速装置２２からの動力で前輪２０を駆動する経路とは別に、油圧式変速装置３１の動力で前輪２０を駆動する経路が設けられている。該油圧式変速装置３１は可変式油圧ポンプ３２を有し、この油圧ポンプ３２によって駆動される油圧モータ３３の回転を前記切換装置２９へ入力するように構成されている。
【００１１】
ここで、前記切換装置２９は、ギヤ式変速装置２２から分岐された動力の経路と、油圧式変速装置３１の動力の経路の何れか一方を選択し、該選択された経路の動力を差動装置３０を経て前輪２０へ伝達するものである。前記切換装置２９には、車体の旋回時に油圧式変速装置３１からの動力を優先して伝達する手段が設けられおり、該優先伝達手段としては、例えばワンウェイクラッチを使用する。
【００１２】
図３はワンウェイクラッチ３４を示し、前輪動力伝達軸１９に接続されたフルタイム駆動輪３５には、台形状の数個のカム３６，３６…を前面に設けた回転壁３７が前後方向中間部から外方へ延設されており、更に、フルタイム駆動輪３５を遊転保持するクラッチ軸３８の後位置には、多数の小爪３９，３９…を後面に設けた従動輪４０がスプライン等を介して取り付けられる。
【００１３】
このフルタイム駆動輪３５と従動輪４０は互いに独立した状態となっており、この両者間にクラッチ部４１が取り付けられている。該クラッチ部４１の後面には前記カム３６，３６…に係合する従動カム４２，４２…が設けられ、且つ、該クラッチ部４１の前面には前記小爪３９，３９…に噛み合う駆動小爪４３，４３…が突設されている。
【００１４】
４４は押圧バネであり、前記クラッチ部４１をフルタイム駆動輪３５のカム３６側へ押圧するように付勢している。また、４５は収納ケースであって、フルタイム駆動輪３５と一体に回転するとともに、機枠側に当接するブレーキ具４６，４６…により、その回転に抵抗を与えている。これらフルタイム駆動輪３５とクラッチ部４１と従動輪４０とにより、ワンウェイクラッチ３４が構成される。
【００１５】
いま、前記ギヤ式変速装置２２から分岐された動力が、前輪動力伝達軸１９からワンウェイクラッチ３４に入力されると、フルタイム駆動輪３５が回転して回転壁３７のカム３６によりクラッチ部４１の従動カム４２にスラスト力が作用し、クラッチ部４１が前方（同図中左方向）へ押圧される。従って、図４に示すように、クラッチ部４１の駆動小爪４３が従動輪４０の小爪３９に噛み合って、フルタイム駆動輪３５の回転がクラッチ部４１を介して従動輪４０へ伝わる。斯くして、従動輪４０にスプライン嵌合したクラッチ軸３８が駆動され、前輪の差動装置３０へギヤ式変速装置２２からの動力が伝達されて、前輪２０が後輪１８と同じ周速度で駆動される。
【００１６】
ここで、ギヤ式変速装置の動力で前輪２０が駆動されている場合は、図４に示すように、ワンウェイクラッチ３４が入り状態となってフルタイム駆動輪３５と従動輪４０が等速で回転するが、このとき、前記油圧式変速装置３１からの動力が切換装置２９に入力された場合は、油圧モータ３３の回転によりクラッチ軸３８が駆動される。そして、従動輪４０の回転がフルタイム駆動輪３５より高くなると、小爪３９が駆動小爪４３より速く回転してクラッチ部４１を高速で回転させ、次に、押圧バネ４４の作用によってクラッチ部４１全体が後方へ移動し、図３に示したように、従動輪４０とクラッチ部４１が離間する。
【００１７】
従って、ギヤ式変速装置２２の動力で前輪２０が駆動されている場合であっても、油圧式変速装置３１からの動力が切換装置２９に入力されたときは、前記ワンウェイクラッチ３４が切り状態となって従動輪４０が空転する。即ち、油圧式変速装置３１からの動力が優先して前輪２０へ伝達され、前輪２０が油圧モータ３３の回転速度に応じた周速度で駆動される。
【００１８】
尚、前記優先伝達手段としては、前述したワンウェイクラッチ３４のほか、図示は省略するが、ギヤ式変速装置２２の動力の経路と油圧式変速装置３１の動力の経路に夫々クラッチを設けておき、コントローラ７０によっていずれかのクラッチを択一的に入切りするように構成することもできる。
【００１９】
図５は制御系のブロック図であり、ポテンショメータ５１によりポジションレバーの操作位置を検出し、ポテンショメータ５２により変速レバーのシフト位置を検出する。また、ポテンショメータ５３によりリフトアームの回動角即ち後部作業機の高さを検出し、ポテンショメータ５４，５５により夫々左右のブレーキペダルの踏み込み位置を検出する。
【００２０】
一方、後進検出スイッチ５６は前後進切換機２３を後進位置に切り換えたときにオンとなり、クラッチペダルスイッチ５７は主クラッチ２１を切るためにクラッチペダルを踏み込んだときにオンになる。また、車体の旋回時に油圧式変速装置３１の動力により前輪増速旋回制御する場合は、予め制御入切スイッチ５８をオンにする。更に、車速を検出する手段として車速センサ５９を設ける。車速センサ５９の構成としては、例えばドップラ式のセンサにより車体と地面との相対速度を検出して車速を演算するほか、前輪２０または後輪１８の回転から車速を算出したり、或いは、ギヤ式変速装置２２の変速ギヤまたは変速軸等の回転から車速を算出するように構成してもよい。
【００２１】
ここで、ステアリングハンドル１５の操舵に伴う前輪２０の旋回量を検出する手段として前輪切れ角センサ６０を設け、エンジン１１の回転数を検出する手段としてエンジン回転センサ６１を設ける。尚、車体の旋回操作を検出する手段としては、前記前輪切れ角センサ６０によって前輪２０の操舵角を直接的に検出する他に、ステアリングハンドル１５の回転角度やステアリングハンドル１５の操作速度を測定したり、パワーステアリング装置の油圧シリンダのピストン伸縮量を検出する方法などもある。
【００２２】
また、タイヤのスリップを検出する手段として前輪回転センサ６２及び後輪回転センサ６３を設け、該前輪回転センサ６２及び後輪回転センサ６３によって前輪２０と後輪１８の回転数を検出し、この回転差をコントローラ７０へ入力してタイヤのスリップ率を演算する。更に、車体の傾斜を検出する手段として傾斜センサ６４を設け、該傾斜センサ６４によって車体のローリング角を検出する。
【００２３】
前記各検出信号はコントローラ７０へ入力され、例えばポテンショメータ５１の検出信号に基づいてポジョンレバーの操作位置を判別し、作業機昇降用のリフトシリンダを作動すべく、電磁制御弁の作業機上昇用ソレノイド８１または作業機下降用ソレノイド８２へ指令信号を出力する。或いは、例えばポテンショメータ５４，５５の検出信号に基づいて左右のブレーキペダルの踏み込み位置を判別し、その操作力の大小に応じて後輪のブレーキシリンダを作動すべく、電磁制御弁の左ブレーキ用ソレノイド８３または右ブレーキ用ソレノイド８４へ指令信号を出力する。
【００２４】
更に、後述する制御手順に従って、油圧ポンプ３２の吐出量を変更するアクチュエータである電動モータ８５へ制御信号を出力し、該油圧ポンプ３２の吐出量を増減することによって油圧モータ３３の回転速度を変化させる。従って、油圧式変速装置３１による前輪２０の駆動量が変化し、作業モードダイヤル５９によって設定した増速比率、若しくは制御目標の増速比率となるように前輪２０の周速度を制御する。
【００２５】
図６は油圧回路を示し、前記油圧式変速装置３１には可変式の油圧ポンプ３２が設けられている。該油圧ポンプ３２から吐出される作動油は電磁制御弁９０によって制御され、前述した制御入切スイッチ５８がオフのときは、該電磁制御弁９０がノーマル位置（イ）にあって油圧モータ３３は駆動されない。そして、制御入切スイッチ５８をオンにしたときは、該電磁制御弁９０がオフセット位置（ロ）に切り換わり、油圧ポンプ３２の吐出油が油圧モータ３３へ導出される。
【００２６】
ここで、電動モータ８５を駆動してトラニオン軸を回転すれば、油圧ポンプ３２の斜板若しくは斜軸の角度即ち傾転角が変化し、該油圧ポンプ３２の吐出量が増減する。従って、油圧モータ３３の流量が変わり、該油圧モータ３３の回転速度を任意に調整できる。尚、図示は省略するが可変式の油圧モータを使用し、電動モータによって該油圧モータの傾転角を変化させることにより、油圧モータの流量を変更して回転速度を任意に調整するように構成してもよい。
【００２７】
前述したように、たとえ４ＷＤクラッチ２８が作動してギヤ式変速装置２２から分岐された動力が前輪動力伝達軸１９へ伝達されている場合であっても、油圧式変速装置３１の動力が切換装置２９に入力されたときは、該油圧式変速装置３１からの動力が優先して前輪２０へ伝達される。
【００２８】
尚、同図に於いて符号９５ａ，９５ｂは他の油圧ポンプであり、油圧ポンプ９５ａから吐出される作動油は電磁制御弁９６によって制御され、前記コントローラ７０から作業機上昇用ソレノイド８１または作業機下降用ソレノイド８２へ指令信号が出力されたときに、油圧ポンプ９５ａの作動油がリフトシリンダ９７へ供給されて作業機が昇降する。一方、油圧ポンプ９５ｂから吐出される作動油は、減圧弁９８を介してパワーステアリング回路９９へ供給され、ステアリングシリンダ１００が駆動されて前輪２０が回向する。
【００２９】
また、減圧弁９８から分岐した作動油は、電磁制御弁１０１，１０２を介して左右のブレーキシリンダ１０３，１０４に導出されるとともに、その他の油圧回路へ供給される。前記コントローラ７０から左ブレーキ用ソレノイド８３または右ブレーキ用ソレノイド８４へ指令信号が出力されたときは、該指令信号の大きさに応じて電磁制御弁１０１または１０２が開放し、ブレーキシリンダ１０３，１０４が駆動されて左または右のブレーキ装置６５，６６が作動し、後輪１８，１８が夫々独立して制動される。
【００３０】
ここで、前記油圧式変速装置３１の油圧ポンプ３２はエンジン１１の動力で駆動されるが、前輪増速時には油圧ポンプ３２の駆動によってエンジン１１への負荷が高くなる。従って、エンジン１１がアイドリング等の低回転のときに油圧式変速装置３１を作動すると、他の油圧ポンプ９５ａ，９５ｂの吐出量が低下して作動油の供給量が不足し、他の油圧機器が作動不良を起こす虞がある。また、エンジン１１への負荷が著しく高くなるとエンストを起こすこともある。
【００３１】
このため、前記エンジン回転センサ６１の検出値からエンジン回転数を算出し、エンジン１１がアイドリング等の低回転になったときは、コントローラ７０から前記電動モータ８５への制御信号を調整して油圧ポンプの３２の吐出量をゼロにすることにより、低回転時の油圧式変速装置３１の作動を牽制する。
【００３２】
また、エンジン１１がアイドリング状態のときに油圧式変速装置３１が作動すると、オペレータの意に反して車体が暴走する危険があるが、前述したように、エンジン１１のアイドリング時は油圧ポンプの３２の吐出量をゼロにすることにより、油圧式変速装置３１の不慮作動を防止できる。或いは、コントローラ７０の指令によって前記電磁制御弁９０をノーマル位置（イ）位置にし、油圧モータ３３への作動油の供給を停止することによって油圧モータ３３の回転を阻止すれば、前輪２０の高速駆動が防止されて安全性を確保できる。
【００３３】
ここで、前記油圧式変速装置３１の動力によって前輪２０を駆動したときの前輪の増速比率（以下、単に「増速比率」という）は、コントローラ７０から電動モータ８５へ制御信号を出力して油圧ポンプ３２の吐出量を調整することによって変更できるが、本発明では、図７の実線Ａ乃至Ｄで示すように、車体の旋回開始時の車速或いは変速レバーのシフト位置に応じて、増速比率を変更（即ち前輪の駆動量を変更）するように制御する。
【００３４】
例えば、前記ギヤ式変速装置２２の変速レバーが第１速（低速）位置にシフトされているときは、同図の実線Ａで示すように増速比率を比較的低めに設定する。そして、変速レバーが第２速位置にシフトされているときは実線Ｂで示すように増速比率をやや高く設定し、更に第３速位置或いは第４速位置と変速レバーが高速位置にシフトされているときは、実線ＣまたはＤで示すように夫々増速比率を高く設定する。また、各変速位置に於いては、車体の旋回開始時の車速が高くなるのに伴って、増速比率が大きくなるように制御する。この増速比率の変動ラインは、車体の転倒防止などの安全性を考慮して予め設定される。
【００３５】
次に、図８のフロチャートに従って、前輪駆動装置２７の制御手順について説明する。先ず、各種センサやダイヤルの状態をコントローラ７０へ読み込む（ステップ１）。続いて、ポテンショメータ５２の検出値から変速レバーのシフト位置を判別し、このシフト位置に応じて、図７に示した増速比率の変動ラインの何れかをセットする。（ステップ２）。
【００３６】
いま、前輪の切れ角センサ６０の検出値からステアリングハンドル１５が所定角度以上に操作されたとき、或いはポテンショメータ５４，５５の検出値から片ブレーキ操作があったとき、若しくはポテンショメータ５１または５３の検出値から作業機を上昇させたとき等、車体が旋回を開始したとコントローラ７０が判断したときであって（ステップ３）、且つ、後進検出スイッチ５６の信号がオフで前後進切換機２３が前進位置であるときは（ステップ４）、予め設定された増速比率の変動ラインに基づいて油圧式変速装置３１からの動力で前輪２０を駆動すべく、コントローラ７０から前記電動モータ８５へ制御信号を出力する（ステップ５）。
【００３７】
従って、変速レバーのシフト位置及び旋回開始時の車速に応じて、油圧式変速装置３１の油圧ポンプ３２の吐出量が調整され、前輪２０の周速度が制御目標の増速比率となるように油圧モータ３３の回転数が制御される。前述したように、前輪駆動装置２７の切換装置２９にギヤ式変速装置２２からの動力と油圧式変速装置３１からの動力が同時に入力された場合は、油圧式変速装置３１からの動力が優先して前輪２０へ伝達されるため、変速レバーのシフト位置及び車速に応じて最適の増速比率で前輪２０が駆動される。斯くして、車体の旋回時間を短縮することができる。
【００３８】
そして、車体の旋回中はこの制御を繰り返し（ステップ６）、車体の旋回が終了して直進状態に復帰したときは、油圧式変速装置３１の動力による前輪増速旋回制御を牽制する（ステップ６→７）。然るときは、油圧モータ３３の回転が停止して、前記ギヤ式変速装置２２から分岐された動力が切換装置２９から差動装置３０へ伝達され、前輪２０は前記ギヤ式変速装置２２からの動力により後輪１８と同じ周速度で駆動される。
【００３９】
ここで、ステップ４に於いて前後進切換機２３が後進位置であるときは、たとえ車体の旋回中であっても、油圧式変速装置３１の動力による前輪増速旋回制御を牽制する（ステップ４→７）。或いは、設定された増速比率の変動ラインに基づく制御目標値よりも、増速比率を一定値（約１．０〜１．５程度）まで低下させてもよい。斯くして、車体が後進しながら旋回するときは、油圧式変速装置３１による前輪２０の駆動量が減少若しくは停止されるため、後進時の急旋回がなくなって車体の暴走や転倒などの事故を防止できる。
【００４０】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではエンジンの動力をギヤ式変速装置から分岐して前輪へ伝達する経路と、油圧式変速装置からの動力を前輪へ伝達する経路を設け、車体の旋回時には前記油圧式変速装置の動力による前輪の駆動量を旋回開始時の車速に応じて変更する。
【００４２】
従って、車速の高低や前後進の状況に応じて最適の増速比率で前輪を駆動でき、前輪のグリップ力を確保しつつ旋回時間を短縮するとともに、前輪の過回転による圃場の荒れを防止できる。
また、エンジン（１１）がアイドリングの回転になったとき、コントローラ（７０）から上記可変式油圧ポンプ（３２）の吐出量を増減する電動モータ（８５）への制御信号を調整して該可変式油圧ポンプ（３２）の吐出量をゼロにすることによって、低回転時の油圧式変速装置（３１）の作動を牽制するように構成したので、油圧式変速装置３１が不慮作動することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施の形態を示すものである。
【図１】トラクタの側面図。
【図２】走行系の動力伝達ブロック図。
【図３】ワンウェイクラッチが切り状態の縦断面図。
【図４】ワンウェイクラッチが入り状態の縦断面図。
【図５】制御系のブロック図。
【図６】油圧回路図。
【図７】旋回開始時の車速及び変速レバーのシフト位置と増速比率との関係を示すグラフ。
【図８】前輪駆動装置の制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０ トラクタ
１１ エンジン
１８ 後輪
２０ 前輪
２２ ギヤ式変速装置
２３ 前後進切換機
２７ 前輪駆動装置
２９ 切換装置
３１ 油圧式変速装置
３２ 油圧ポンプ
３３ 油圧モータ
５８ 制御入切スイッチ
５９ 車速センサ
６０ 前輪切れ角センサ
６１ エンジン回転センサ
６２ 前輪回転センサ
６３ 後輪回転センサ
７０ コントローラ
８５ 電動モータ

Claims (1)

1. エンジン（１１）の動力をギヤ式変速装置（２２）を介して後輪（１８）に伝達するとともに、該ギヤ式変速装置（２２）から動力を分岐して前輪（２０）を駆動する経路を備え、車体の旋回操作を検出する手段と、車速を検出する手段（５９）を設けた動力農機であって、前記ギヤ式変速装置（２２）から前輪（２０）を駆動する経路とは別に、可変式油圧ポンプ（３２）を有する油圧式変速装置（３１）の動力を伝達して前輪（２０）を駆動する経路を備え、車体の旋回時には前輪（２０）の駆動を前記ギヤ式変速装置（２２）の経路から油圧式変速装置（３１）の経路へ切り換える切換装置（２９）を設け、且つ、車体の旋回開始時の車速に応じて前記油圧式変速装置（３１）による前輪（２０）の駆動量を変更するように構成した動力農機の前輪駆動装置（２７）に於いて、
   上記エンジン（１１）の回転数を検出する手段として設けられたエンジン回転センサ（６１）の検出値からエンジン回転数を算出し、エンジン（１１）がアイドリングの回転になったとき、コントローラ（７０）から上記可変式油圧ポンプ（３２）の吐出量を増減する電動モータ（８５）への制御信号を調整して該可変式油圧ポンプ（３２）の吐出量をゼロにすることによって、低回転時の油圧式変速装置（３１）の作動を牽制するように構成して成ることを特徴とする動力農機の前輪駆動装置。

Images