本発明は、乗用芝刈機、農用トラクタ、建設機械等に適用される四輪駆動車両の構成に関する。
従来、乗用芝刈機や農用トラクタ等の四輪駆動車両に関し、旋回時に前後輪の速度比を変更することで、機体をスムーズに旋回できるようにした技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に開示される技術においては、操向車輪であって副駆動輪となる前輪と、主駆動輪となる後輪を結ぶ駆動系中央に中央差動機構なるものを設けて、機体旋回時には前後輪の速度比を変更することにより、旋回性能の向上を図っている。例えば、前進旋回時には、前進増速・後進減速が行われるものである。
他方、フロントに操向車輪を具備する操向車輪駆動装置を設けるとともに、リアに角度固定の走行車輪を具備する車軸駆動装置を配する構成とし、各駆動装置にはそれぞれ油圧モータを備えて、各駆動装置において車輪を駆動させる構成とした油圧式の四輪駆動車両の構成に関する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2に開示される技術においては、フロントの操向車輪駆動装置の油圧モータを可変容積型に構成する一方、リアの車軸駆動装置の油圧モータを固定容積型とし、旋回時において、ハンドルの操作量に応じてフロントの油圧モータの容量を変更し、前進旋回時には、前輪増速させることで旋回性能の向上を図っている。
特開2002−172946号公報
特開2000−001127号公報
しかし、特許文献1に開示される技術では、前後の差動機構の間に中央差動機構が介される構成となっているため、該中央差動機構の存在により、車両設計の自由度が狭いものとなってしまう。つまり、中央差動機構を配置するためのスペースが必要であったり、前後輪の差動機構を駆動連結するための一連の駆動伝達軸を前後方向に架渡す必要があるのである。また、中立差動機構が二つの遊星歯車機構を備えるといった点から、装置構成が複雑で、部品点数が多いという面もある。
一方、特許文献2に開示される技術では、前後の駆動装置の間には駆動伝達軸が必要とされず、油圧配管による接続形態となるため、車両設計においては比較的高い自由度が実現される。ところが、特許文献2に開示される技術では、前進旋回時において前進増速のみが行われる構成であり、車両の速度は後輪側で決められてしまうので、高速走行時では車体が遠心力の作用でフラついて安定性に欠けるといった問題がある。このため、より小さな旋回半径が要求される車両には適さない構成であるといえる。
そこで、本発明は、以上の点に鑑み、主駆動輪の減速により旋回性能に優れた新規な油圧式の四輪駆動車両の構成を提案するものであり、さらに、この新規な車両の構成を実施するうえで好適な各部の構成についても提案するものである。
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
請求項1においては、固定容積型の油圧モータ(30)を具備して駆動可能な操向車輪駆動装置(1)と、可変容積型の油圧モータ(82)と可変容積型の油圧ポンプ(81)を具備する主駆動輪駆動装置(10)と、を備え、前記油圧ポンプ(81)にて固定容積型の油圧モータ(30)及び可変容積型の油圧モータ(82)を駆動するとともに、前記可変容積型の油圧モータ(82)の容積は、旋回操作に連動して変更されるものとし、前記油圧ポンプ(81)と油圧モータ(82)は、センタセクション(87)を介して流体接続され、該油圧ポンプ(81)と油圧モータ(82)を接続する途中の、センタセクション(87)のポート(87f・87g)は、操向車輪駆動装置(1)に備える油圧モータ(30)側のポート(37c・37d)に対し、それぞれ油圧管(88a・88b)を介して接続され、前記油圧ポンプ(81)に対して、前記主駆動輪駆動装置(10)の可変容積型の油圧モータ(82)と、前記操向車輪駆動装置(1)の固定容積型の油圧モータ(30)とを、流体的に直列に接続し、該油圧ポンプ(81)が両油圧モータ(82・30)の油圧源として機能すべく構成した四輪駆動車両である。
請求項2においては、可変容積型の油圧モータ(30B)を具備して駆動可能な操向車輪駆動装置(1B)と、可変容積型の油圧モータ(82B)と可変容積型の油圧ポンプ(81)を具備する主駆動輪駆動装置(10B)と、を備え、前記油圧ポンプ(81)にて前記両油圧モータ(30B・82B)を駆動するとともに、前記両油圧モータ(30B・82B)の容積は、旋回操作に連動して変更されるものとし、前記可変容積型の油圧ポンプ(81)と油圧モータ(82B)は、センタセクション(87)を介して流体接続され、該油圧ポンプ(81)と油圧モータ(82B)を接続する途中の、センタセクション(87)のポート(87f・87g)は、操向車輪駆動装置(1)に備える可変容積型の油圧モータ(30B)側のポート(37c・37d)に対し、それぞれ油圧管(88a・88b)を介して接続され、前記油圧ポンプ(81)に対して、前記主駆動輪駆動装置(10B)の可変容積型の油圧モータ(82B)と、前記操向車輪駆動装置(1B)の可変容積型の油圧モータ(30B)とを、流体的に直列に接続し、該油圧ポンプ(81)が両油圧モータ(30B・82B)の油圧源として機能すべく構成した四輪駆動車両である。
請求項3においては、前記四輪駆動車両は、前記主駆動輪駆動装置(10・10B)に、左右の主駆動輪(92L・92R)の駆動軸(83L・83R)をそれぞれ個別に制動するブレーキ装置(5L・5R)を備えることで、片ブレーキによる信地旋回が実行可能に構成されるとともに、前記主駆動輪駆動装置(10・10B)の可変容積型の油圧モータ(82・82B)の容積は、片ブレーキによる信地旋回の操作に連動して変更されるものとするものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
即ち、請求項1に記載の発明によれば、固定容積型の油圧モータ(30)を具備して駆動可能な操向車輪駆動装置(1)と、可変容積型の油圧モータ(82)と可変容積型の油圧ポンプ(81)を具備する主駆動輪駆動装置(10)と、を備え、前記油圧ポンプ(81)にて固定容積型の油圧モータ(30)及び可変容積型の油圧モータ(82)を駆動するとともに、前記可変容積型の油圧モータ(82)の容積は、旋回操作に連動して変更されるものとし、前記油圧ポンプ(81)と油圧モータ(82)は、センタセクション(87)を介して流体接続され、該油圧ポンプ(81)と油圧モータ(82)を接続する途中の、センタセクション(87)のポート(87f・87g)は、操向車輪駆動装置(1)に備える油圧モータ(30)側のポート(37c・37d)に対し、それぞれ油圧管(88a・88b)を介して接続され、前記油圧ポンプ(81)に対して、前記主駆動輪駆動装置(10)の可変容積型の油圧モータ(82)と、前記操向車輪駆動装置(1)の固定容積型の油圧モータ(30)とを、流体的に直列に接続し、該油圧ポンプ(81)が両油圧モータ(82・30)の油圧源として機能すべく構成したので、旋回時においては主駆動輪の速度を減速させるようにして、操向車輪を増速する構成と比較して、旋回半径をより小さくすることを実現するものである。
また、この主駆動輪の減速により、旋回時では車速が減速されることから、旋回時における高速旋回が阻止されて機体のフラつきが抑制され走行安定性の向上を図ることができる。
また、請求項2に記載の発明によれば、可変容積型の油圧モータ(30B)を具備して駆動可能な操向車輪駆動装置(1B)と、可変容積型の油圧モータ(82B)と可変容積型の油圧ポンプ(81)を具備する主駆動輪駆動装置(10B)と、を備え、前記油圧ポンプ(81)にて前記両油圧モータ(30B・82B)を駆動するとともに、前記両油圧モータ(30B・82B)の容積は、旋回操作に連動して変更されるものとし、前記可変容積型の油圧ポンプ(81)と油圧モータ(82B)は、センタセクション(87)を介して流体接続され、該油圧ポンプ(81)と油圧モータ(82B)を接続する途中の、センタセクション(87)のポート(87f・87g)は、操向車輪駆動装置(1)に備える可変容積型の油圧モータ(30B)側のポート(37c・37d)に対し、それぞれ油圧管(88a・88b)を介して接続され、前記油圧ポンプ(81)に対して、前記主駆動輪駆動装置(10B)の可変容積型の油圧モータ(82B)と、前記操向車輪駆動装置(1B)の可変容積型の油圧モータ(30B)とを、流体的に直列に接続し、該油圧ポンプ(81)が両油圧モータ(30B・82B)の油圧源として機能すべく構成したので、機体の旋回方向の速度が増速されることから、旋回動作をよりすばやく行うことができ、機動性に優れた構成とすることができる。また、主駆動輪の減速により、旋回時では機体の直進方向の速度が減速されることから、旋回時における走行安定性の向上を図ることができる。
また、請求項3に記載の発明によれば、前記四輪駆動車両は、前記主駆動輪駆動装置(10・10B)に、左右の主駆動輪(92L・92R)の駆動軸(83L・83R)をそれぞれ個別に制動するブレーキ装置(5L・5R)を備えることで、片ブレーキによる信地旋回が実行可能に構成されるとともに、前記主駆動輪駆動装置(10・10B)の可変容積型の油圧モータ(82・82B)の容積は、片ブレーキによる信地旋回の操作に連動して変更されるので、ブレーキ操作がされた場合には、後輪減速を行うものとし、旋回時においては速度を落とすためにアクセルペダルを緩めるといった操作が必要なくなる。このため、アクセルを旋回前の状態のまま維持することができ、オペレータの操作負担を軽減することができる。さらに、旋回後は作業時の設定に自動的に復帰されるため、旋回後における機動性に優れたものとすることができる。
油圧式の四輪駆動車両において、後輪減速を行うことで旋回性能の向上を図るという目的を、固定容積型の油圧モータを具備して駆動可能な操向車輪駆動装置と、可変容積型の油圧モータと可変容積型の油圧ポンプを具備する主駆動輪駆動装置と、を備え、前記油圧ポンプにて固定容積型の油圧モータ及び可変容積型の油圧モータを駆動するとともに、前記可変容積型の油圧モータの容積は、旋回操作に連動して変更されるものとすることで達成する。
次に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図1は実施例1の四輪駆動車両の油圧回路/スケルトン図、図2は操向車輪駆動装置の油圧モータ周辺の構成を示す平面断面図、図3は図2におけるA−A線断面図、図4は実施例1の車軸支持ユニットの構成を示す後面断面図、図5は実施例1の車軸駆動装置の構成を示す平面断面図、図6は実施例5の車軸駆動装置に備えるセンタセクションの構成を示す後面断面図、図7は実施例2の四輪駆動車両の油圧回路/スケルトン図、図8は実施例3の車軸支持ユニットの構成を示す後面断面図、図9は実施例4の油圧モータの構成を示す平面断面図、図10は実施例5の四輪駆動車両の油圧回路/スケルトン図、図11は実施例5の各油圧モータの可動斜板の斜板角の設定について示す図である。尚、以下の説明における前後方向につき、図2における紙面上側を「前側」、紙面下側を「後側」とする。
図1に示すごとく、本発明に係る四輪駆動車両100は、固定容積型の油圧モータ30を具備して駆動可能な操向車輪駆動装置1と、可変容積型の油圧モータ82と可変容積型の油圧ポンプ81を具備する主駆動輪駆動装置10とを備え、前記油圧ポンプ81にて固定容積型の油圧モータ30及び可変容積型の油圧モータ82を駆動するとともに、前記可変容積型の油圧モータ82の容積は、旋回操作に連動して変更されるようになっている。この油圧モータ82の容積変更は、可動斜板82bの斜板角を変更することにより行われるものであり、ハンドル14から操向車輪22L・22Rに至るまでの可動部(例えば、車軸支持ユニット23L・23Rのいずれか一方)と可動斜板82bとを連動連結する構成により実現される。
この構成により、ハンドル14が直進操作位置にあれば、本実施例では操舵不能に固定される主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度は、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度とほぼ等しい状態が現出される。そして、ハンドル14の旋回操作によって油圧モータ82の容積を大きくする方向へ変更した場合には、主駆動輪92L・92Rの速度が減速される、つまりは、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度を操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度よりも遅くなる減速駆動状態が現出されるものであり、操向車輪22L・22Rを増速する構成と比較して、旋回半径をより小さくすることを実現するものである。また、この主駆動輪92L・92Rの減速により、旋回時では車速が減速されることから、旋回時における高速旋回が阻止されて機体のフラつきが抑制され走行安定性の向上を図ることができる。以下では、該四輪駆動車両100を実施するうえで好適な各部の構成について説明する。
油圧モータ30及びデフ装置25について説明する。図1乃至図4に示すごとく、操向車輪駆動装置1は、アクスルケース21と、前記アクスルケース21の左右に取付けられ、ハンドル14と連係して操舵自在な車軸支持ユニット23L・23Rと、前記アクスルケース21に内装され、軸方向に並設される二本の駆動軸24L・24Rと、前記アクスルケース21に内装され、前記二本の駆動軸24L・24Rを差動的に連結駆動するデフ装置25とを備え、前記アクスルケース21には、油圧モータ30が配設され、該油圧モータ30の出力が前記デフ装置25に入力されるとともに、前記車軸支持ユニット23L・23Rには、減速機構(図4参照)が内装される構成としている。
図1に示すごとく、前記油圧モータ30は、固定モータとするものであり、該油圧モータ30へは主駆動輪駆動装置10に具備される油圧ポンプ81から作動油が供給され、モータ軸33が駆動される。該モータ軸33の駆動はデフ装置25に入力され、左右の駆動軸24L・24Rが作動的に駆動される。そして、該駆動軸24L・24Rの回転は、アクスルケース21の左右に取付けられる車軸支持ユニット23L・23Rに入力され、左右の操向車輪22L・22Rが駆動されるようになっている。
図2に示すごとく、前記油圧モータ30は、アクスルケース21Rに形設したモータ室21cに内装されるものであり、該モータ室21cの開口部21dを塞ぐ支持カバー31に支持される。図2及び図3に示すごとく、該支持カバー31には、センタセクション32が一体的に形設されており、該センタセクション32がモータ室21c内に突設されて、その側面に油圧モータ30のシリンダブロック34がバルブプレート36を介して摺接されている。センタセクション32には、互いに分断される油路32c・32dが前後方向に形設されており、該油路32c・32dの後側の開口には油圧配管を接続するためのポート37c・37dが螺挿される一方、前側ではシリンダブロック34との摺接面に通じる弓状の油路38c・38dと連通されている。
図2に示すごとく、前記シリンダブロック34は、モータ軸33に対して相対回転不能に係合されており、該モータ軸33は、支持カバー31に突設した支持ブロック31aと、支持カバー31に固定される支持ブロック31bにて両端部が軸受支持されている。該シリンダブロック34は、前記センタセクション32と支持ブロック31bの間に配される。そして、該支持ブロック31bの斜面に固設された固定斜板31cに対し、シリンダブロック34に摺動自在に配されるピストン39・39の突端が対向されている。また、モータ軸33おいて、センタセクション32と支持ブロック31aの間には、出力ギア33cがスプライン嵌合されている。
該出力ギア33cは、アクスルケース21にて支持されるデフ装置25の入力ギア25bと噛合されており、該入力ギア25bは前記モータ軸33の駆動によって回転される。このデフ装置25は、アクスルケース21L・21Rにそれぞれ嵌設される軸受21b・21bにて回転自在に支持され、前記駆動軸24L・24Rと同心上で回転するデフケース25aと、該デフケース25aの外環上に固定され、前記駆動軸24L・24Rと同心上で回転する入力ギア25bと、前記デフケース25a内に前記駆動軸24L・24Rと直交する方向に嵌設されるピニオン軸25cと、該ピニオン軸25cに自転自在に支持されるピニオン25d・25dと、該ピニオン25d・25dと噛合し、前記駆動軸24L・24Rの端部に固定されるサイドギア25e・25eとから構成されている。
以上の構成において、油圧モータ30は、支持カバー31とともにアセンブリとして構成され、アクスルケース21Rに対し一体として仕組まれるものであり、仕組み性に優れた構成となっている。そして、この仕組み性の向上により、製作時間の短縮が図られるものである。また、前記支持カバー31を取り外すことで、油圧モータ30、デフ装置25等の仕組み、メンテナンスが行えるものであり、作業性に優れた構成ともなっている。
次に、車軸支持ユニット23L・23Rについて説明する。図4により右側の車軸支持ユニット23Rについて説明すると、該車軸支持ユニット23Rは右側のアクスルケース21Rの右端部に接合されるものであり、略「ヘ」字状に屈曲した伝動ケース23aと、該伝動ケース23aの下部にて外嵌固定された軸受51a・51bに内嵌固定される操舵ケース23bと、該操舵ケース23bの立設接合面に接合される車軸ケース23c等から構成されている。伝動ケース23aの屈曲部においては、前記駆動軸24Rの端部に形設されたベベルギア52aと、上下方向の伝動軸53の上側端部に軸着したベベルギア52bとが噛合されており、駆動軸24Rの駆動力が伝動軸53に伝達される。該伝動軸53は、伝動ケース23aの屈曲部に設けた軸受51c及び操舵ケース23bの底部に設けた軸受51dにて、それぞれ、ベベルギア52b・52cとともに回転自在に支持されている。また、操舵ケース23bの下部においては、伝動軸53の下側端部に軸着したベベルギア52cと、車軸54Rに軸着した車軸ギア52dとが噛合されており、伝動軸53の駆動力が車軸54Rに伝達され、該車軸54Rに固設された車輪ディスク55Rが回転駆動される。前記車軸ギア52dは、操舵ケース23b及び車軸ケース23cにそれぞれ嵌着された軸受51e・51fにより回転自在に支持され、該車軸ギア52dを介して前記車軸54Rが支持される構成としている。このように、右側の車軸支持ユニット23Rについては、前記油圧モータ30の回転による駆動軸24Rの駆動力が、伝動軸53から車軸54Rに伝達されるようになっている。また、左側の車軸支持ユニット23Lについても同様に、油圧モータ30の回転による駆動軸24Lの駆動力が伝動軸から前輪車軸に伝達されるようになっている。
そして、以上の構成においては、ベベルギア52aとベベルギア52bとの間における一段目の減速、ベベルギア52cと車軸ギア52dとの間における二段目の減速が行われるものであり、車軸支持ユニット23L・23Rのそれぞれにおいて、駆動軸24L・24Rの回転数が二段減速された上で操向車輪22L・22Rに伝達されるようになっている。このように、車軸支持ユニット23L・23Rに減速機構を内装することによれば、前記油圧モータ30の容積を小さく構成し、モータ軸33の出力回転数を高いものとした場合であっても、該減速機構の減速比によって操向車輪22L・22Rの回転数を所望の回転数に設定することが可能となる。そして、油圧モータ30の容積を小さく構成すれば、油圧モータ30のコンパクト化を図ることができ、これに伴い、操向車輪駆動装置1全体としてのコンパクト化、軽量化を図ることができる。また、油圧モータ30の容積を小さくすることにより、モータ軸33を高速回転、かつ、低トルクで駆動することが可能となり、油圧源である油圧ポンプ81の負荷を小さいものとすることができる。
次に、主駆動輪駆動装置10について説明する。図1及び図5に示すごとく、該主駆動輪駆動装置10は、主駆動輪92L・92Rを駆動するとともに、上述の操向車輪駆動装置1に対する油圧源としても機能する。図1及び図5に示すごとく、該主駆動輪駆動装置10においては、油圧ポンプ81と油圧モータ82とからHST(Hydro−Static Transmission)80が構成されている。該HST80の油圧モータ82の出力は、デフ装置84に入力され、該デフ装置84によって左右の駆動軸83L・83Rが駆動され、主駆動輪92L・92Rが回転する。また、油圧ポンプ81のポンプ軸81aの駆動は、図5に示すごとく、PTO軸85に分岐入力されるようになっている。
図1及び図5に示すごとく、前記油圧ポンプ81は、エンジン4によりポンプ軸81aが駆動されるものであり、可動斜板81bを備えて可変容積型に構成されている。該可動斜板81bは、主変速レバー15(図1参照)により操作されて、斜板角が変更されるようになっている。また、ポンプ軸81aは、PTO軸85とギア86a・86bを介して連結されてPTO軸85を同期回転させるとともに、さらには、チャージポンプ16をも駆動するようにしている。
また、前記油圧ポンプ81と油圧モータ82は、図6に示すごとくのセンタセクション87を介して流体接続されるものであり、油圧ポンプ81においては、ポンプ軸81aの回転によりキドニーポート87aより吸入した作動油を、キドニーポート87bから吐出し、油圧モータ82においては、前記キドニーポート87bと油路87cを介して連通されるキドニーポート87dから作動油が注入されて、モータ軸82aが回転駆動されるようになっている。そして、モータ軸82aを駆動した後の作動油は、キドニーポート87eより排出される。
そして、該油圧モータ82は、図1及び図5に示すごとく、可動斜板82bを備えて可変容積型に構成されている。該可動斜板82bは、ハンドル14から操向車輪に至るまでの可動部とリンク44、一方向出力機構29を介して連動連結されており、図1の構成では、車軸支持ユニット23L・23Rの一方を前記可動部としている。前記リンク44は、車軸支持ユニット23L・23Rの左右両方の操作方向(内切れ/外切れ)・操舵角に応じて揺動するも、可動斜板43bは、前記一方向出力機構29の作用により一方向にのみ傾転するようになっている。以上の構成により、前記油圧モータ82の可動斜板82bの斜板角は、ハンドル14から操向車輪に至るまでの可動部と連動して、原位置から所定の角度まで変更されるようになっている。尚、リンク44は、ハンドル14の操作量を直接に入力する構成としたり、タイロッドの動きを入力させるように構成したものであってもよい。
そして、前記油圧モータ82の容積は、車両の直進時には、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度が、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度とほぼ等しい状態が現出されるような所定の容積にセットされている。さらに、前記油圧モータ82の容積は、ハンドル14の旋回操作によって大きくなる方向へ変更されるものであって、ハンドル14を目一杯切って車両が最小の旋回半径を描くときには、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度が、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度よりも1.2倍〜1.5倍程度遅くなる状態が現出されるような容積に設定される。
また、図1及び図5に示すごとく、センタセクション87に貫設されるモータ軸82aの後端部に固設されたベベルギア82cは、中間軸93に固設された中継ギア93a・93bを介して、デフ装置84の入力ギア84bと連動連結されており、これにより、油圧モータ82の出力が、デフ装置84に入力されて、駆動軸83L・83Rが回転駆動されるようになっている。
また、図5に示すごとく、デフ装置25はミッションケース90L・90Rに内装されており、該ミッションケース90L・90Rの外側壁面おいては、駆動軸83L・83Rと同心状の凹部27L・27Rが形成され、該凹部27L・27Rにはブレーキ装置5L・5Rが配設される。該ブレーキ装置5L・5Rは、駆動軸83L・83Rのアクスルケース11L・11Rにより覆われて凹部27L・27R内に収容されるものである。該ブレーキ装置5L・5Rは、それぞれ、駆動軸83L・83Rと一体回転する駆動側摩擦板8L・8Rと、ミッションケース90L・90R側に固定される制動側摩擦板9L・9Rと、該制動側摩擦板9L・9Rを駆動側摩擦板8L・8Rに密着させるアクチュエータ7L・7Rと、該アクチュエータ7L・7Rを動作させるカム3aを設けたブレーキカム軸3L・3R等から構成される。左右のブレーキカム軸3L・3Rは、ブレーキアーム12L・12Rを図示せぬ駐車ブレーキにて操作することにより回動操作され、これにより、左右のブレーキ装置5L・5Rが同時に作動するようになっている。
また、図1に示すごとく、センタセクション87のポート87f・87gは、操向車輪駆動装置1に備える油圧モータ30側のポート37c・37dに対し、それぞれ油圧管88a・88bを介して接続され、油圧ポンプ81に対して、前記油圧モータ82と、前記操向車輪駆動装置1の油圧モータ30とが流体的に直列接続されて、油圧ポンプ81が両油圧モータ82・30の油圧源として機能するようになっている。
そして、前記油圧管88a・88bは、切換バルブ89にて中継される構成としており、該切換バルブ89の操作により、油圧ポンプ81と油圧モータ30が流体的に接続、又は分断されるようになっている。以上の構成とすることで、切換バルブ89の操作により、主駆動輪92L・92Rのみを回転駆動する二輪駆動、又は、操向車輪22L・22Rをも回転駆動する四輪駆動のいずれかに切り替えることができ、路面状況、作業内容に応じて、駆動形態を自由に変更できる四輪駆動車両100が構成されるものである。
本実施例は、図7に示すごとく、上記実施例1の構成に加え、片ブレーキの際における斜板角制御を適用する構成例である。即ち、本実施例2の四輪駆動車両100Aは、前記主駆動輪駆動装置10に左右の主駆動輪92L・92Rの駆動軸83L・83Rをそれぞれ個別に制動可能なブレーキ装置5L・5Rを備えることにより、片ブレーキによる信地旋回が実行可能に構成されるとともに、前記主駆動輪駆動装置10の可変容積型の油圧モータ82の可動斜板82bの斜板角は、片ブレーキの操作に連動して変更されるものとするものである。尚、図7において、図1と同一符号が付されるものについては、機能・構成を同じくするものであり、説明は省略するものとする。
図7に示すごとく、油圧モータ82の可動斜板82bは、サーボシリンダ18の作動によって斜板角が変更されるようになっている。該サーボシリンダ18は、コントロールボックス19と通信線45を介して接続されており、コントロールボックス19からの指令に応じて作動する。また、前記コントロールボックス19に設ける図示せぬポテンシオメータには、ハンドル14から操向車輪に至るまでの可動部がリンク44Aを介して接続されており、図7の構成では、車軸支持ユニット23L・23Rの一方を前記可動部としている。以上の構成により、上記実施例1と同様、ハンドル14から操向車輪に至るまでの可動部と連動してサーボシリンダ18が作動し、可動斜板82bの斜板角が制御されるようになっている。尚、コントロールボックス19のポテンシオメータには、ハンドル14の操作量を直接に入力する構成としたり、タイロッドの動きを入力させるように構成したものであってもよい。
また、前記主駆動輪駆動装置10に備えるブレーキ装置5L・5Rに対し、それぞれのブレーキ装置5L・5Rを個別に作動させることが可能な左右のブレーキペダル59L・59Rが接続されている。これにより、ブレーキペダル59L・59Rの一方だけを操作することによって、主駆動輪92L・92Rのうちの一方の回転を止めて、回転を止めた主駆動輪を旋回支点とする旋回、即ち、片ブレーキによる信地旋回が行えるようになっている。ブレーキペダル59L・59Rの各々の踏み込み動作は、図外の電気スイッチを通じて前記コントロールボックス19に入力され、該コントロールボックス19では、ブレーキ装置5L・5Rの各々の作動状態が判定される。
そして、以上の構成において、コントロールボックス19は、まず、ハンドル14が直進操作位置にある時には、前記油圧モータ82の容積を、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度が操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度とほぼ等しい状態が現出される所定の容積にセットする。また、該コントロールボックス19は、上記第1実施例と同様に、ハンドル14の旋回操作に連動して、前記油圧モータ82の容積を大きくする方向へ制御する。また、ハンドル14の旋回操作の際の容積の変更の量については、ハンドル14を目一杯切ったときに、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度が、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度よりも1.5倍〜1.7倍程度遅くなる状態が現出されるように設定される。
このような状態で、該コントロールボックス19は、左右のブレーキペダル59L・59Rのうち、旋回内側に対応する一方だけが踏み込まれ、片ブレーキ操作を認識した場合、サーボシリンダ18を作動させ、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度が、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度よりも2倍程度遅くなる状態が現出されるように、更に可動斜板82bの斜板角を大きくし、油圧モータ82の容積を増加させる。この片ブレーキ操作がされた場合には、後輪減速が行われるものであり、旋回時においては速度を落とすためにアクセルペダル58を緩めるといった操作が必要なくなる。このため、アクセルを旋回前の状態のまま維持することができ、オペレータの操作負担を軽減することができる。さらに、旋回後は作業時の設定に自動的に復帰されるため、旋回後における機動性に優れたものとすることができる。
さらに、以上のコントロールボックス19によるサーボシリンダ18の制御においては、片ブレーキ時での斜板角を変更させる速度は、機体の速度の大きさに反比例して小さくするようになっており、これにより、変速ショックの発生を防ぐようにしている。また、この斜板角を変更するサーボシリンダ18の伸縮速度は、コントロールボックス19に接続される操作ダイヤル17によって、オペレータの任意で変更できるようになっており、例えば、緩・中間・急の三段階で変更できるように構成される。
本実施例は、図1及び図8に示すごとく、アクスルケース21の左右両側に配される車軸支持ユニット23L・23Rにつき、上記実施例1とは異なる他の構成(車軸支持ユニット23Ra)を適用するものである。図8に示すごとく、アクスルケース21Raの右端面には、上下のキングピン62a・62bを介して、回動ケース61が上下軸線まわりで回動自在に装着されている。該回動ケース61の外側開口にはケースカバー68が付設され、これらによって形成される空間69に遊星歯車機構64が内装される。そして、該遊星歯車機構64により前記油圧モータ30のモータ軸33の出力回転数を減速させることで、操向車輪22R(図1参照)を所望の回転数にて駆動するようにしている。該遊星歯車機構64は、回動ケース61に嵌着される軸受67a、及びキャリア66bに嵌着される軸受67bにて枢支される入力軸63aと、該入力軸63aの端部にスプライン結合されるサンギア66aと、回動ケース61に嵌着される軸受67c、及びケースカバーに嵌着される軸受67dに枢支されるキャリア66bと、該キャリア66bのプラネットシャフト66cに枢支されるプラネットギア66dと、前記キャリア66bの外周を囲むとともに、プラネットギア66dが噛合されるインターナルギア66eとから構成される。また、インターナルギア66eは、回動ケース61とケースカバー68に挟装される。また、該ケースカバー68の外側には、車輪ディスク65Rが配されており、該車輪ディスク65Rは、前記キャリア66bに固定される。以上のように空間69内に遊星歯車機構64を構成し、前記駆動軸24Rと入力軸63aとをユニバーサルジョイント63を介して連結することにより、駆動軸24Rの回転数が遊星歯車機構64により減速され、減速された回転数にて車輪ディスク65R(操向車輪22R(図1参照))が回転される。このように、遊星歯車機構64により減速機構を構成することによっても、上記の実施例1と同様に、油圧モータ30のコンパクト化を図ることができ、これに伴い、操向車輪駆動装置1全体としてのコンパクト化、軽量化を図ることができる。また、油圧モータ30の容積を小さくすることにより、モータ軸33を高速回転、かつ、低トルクで駆動することが可能となる。
本実施例は、図1及び図9に示すごとく、アクスルケース21に備えられる油圧モータ30につき、上記実施例1とは異なる他の構成(油圧モータ30A)を適用するものである。図9に示すごとく、本実施例における前記油圧モータ30Aは、前記アクスルケース21に固定される支持カバー71に内装され、前記アクスルケース21と支持カバー71の間には、センタセクション72が介設される構成とするものである。また、前記油圧モータ30Aのモータ軸73と、前記アクスルケース21に内装される二本の駆動軸24L・24Rとは、互いに直交配置されるとともに、前記モータ軸73に固定される出力ギア73cと、該出力ギア73cに噛合する前記デフ装置25の入力ギア25gとは、それぞれベベルギアで構成されるものである。この出力ギア73cと、入力ギア25gの組合せにより、所望の減速比を得ることができるようになっている。尚、図9において、図2と同一符号が付されるものについては、機能・構成を同じくするものであり、説明は省略するものとする。
本実施例の油圧モータ30Aの構成においては、支持カバー71内にモータ室71cを形成し、該モータ室71c内において前後方向にモータ軸73が配されている。該モータ軸73は、その後端が支持カバー31に嵌設される軸受73aに軸承される一方、前端はアクスルケース21Rのボス21hに嵌着されたカラー73bに枢支されている。また、本実施例において、センタセクション72は、支持カバー71とは別体に構成され、アクスルケース21Rとケース71aとの間に挟装されており、左面に配されるポート78a・油路78bを介してシリンダブロック74内のシリンダと、油圧源とが流体接続されるように構成している。また、センタセクション72に設けた貫通穴72aには、前記モータ軸73が貫装されており、該モータ軸73にはシリンダブロック74が相対回転不能に取付けられる。該シリンダブロック74は、バルブプレート76を介してセンタセクション72に摺接される。また、モータ室71c内において、シリンダブロック74の後方には、支持ブロック71bが支持カバー71に固定されており、該支持ブロック71bの斜面に固設された固定斜板71dに対し、シリンダブロック74に摺動自在に配されるピストン79・79の突端が対向されている。また、モータ軸73おいて、センタセクション72のアクスルケース21側においては、出力ギア73cがスプライン嵌合されている。
また、以上の実施例4を採用する車両の構成においては、油圧モータ30Aのアクスルケース21Rからの膨らみとは反対側にタイロッドやパワステシリンダを振り分けるように配置するのが望ましい。一方、タイロッドやパワステシリンダを保護する目的で、これらタイロッド等をアクスルケース21Rに対して機体内方側へ配置する必要があれば、油圧モータ30Aはアクスルケース21Rに対して機体外方側へ向けられるものであり、この場合は、前記支持カバー31は、アクスルケース21において、車両の機体外方側に配する構成としてもよい。更に、油圧モータ30Aのモータ軸は、地面に対して水平方向に配する構成だけに限定するものではなく、地面に対して斜め方向に配する構成としても構わない。
以上の構成とする油圧モータ30Aにおいては、支持カバー71とセンタセクション72からアセンブリされ、アクスルケース21Rに対し一体として仕組まれるものであり、仕組み性に優れた構成としている。この仕組み性の向上により、製作時間の短縮が図られる。
次に、旋回時において前記操向車輪駆動装置1による前輪増速と前記主駆動輪駆動装置10による後輪減速との複合操作を行うとともに、更には前記主駆動輪駆動装置10に副変速の機能を具備する場合の車両構成の実施例について説明する。図10に示すごとく、本実施例5の四輪駆動車両100Bは、可変容積型の油圧モータ30Bを具備する操向車輪駆動装置1Bと、可変容積型の油圧モータ82Bと可変容積型の油圧ポンプ81を具備する主駆動輪駆動装置10Bとを備え、前記油圧ポンプ81より油圧モータ30B及び油圧モータ82Bを駆動するとともに、前記油圧モータ30B及び油圧モータ82Bの可動斜板32b・82bの斜板角は、ハンドル14から操向車輪22L・22Rに至るまでの可動部(例えば、車軸支持ユニット23L・23Rのいずれか一方)と連動して変更される、即ち、旋回操作に連動して変更されるものとしている。尚、図10において、図5と同一符号が付されるものについては、機能・構成を同じくするものであり、説明は省略するものとする。
以上の構成により、ハンドル14の操作によって油圧モータ30Bの容積を変更し、片ブレーキの操作によって油圧モータ82Bの容積を変更するものである。即ち、操向車輪駆動装置1Bの油圧モータ30Bにおいては、ハンドル14の操作量が増加するに応じて容積を減少させて前輪増速を行ない、ハンドル14を目一杯切ったときに操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度が主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度よりも1.5倍〜1.7倍ほど速くなる状態が現出されるようにしている。更にハンドル14を目一杯切った状態で片ブレーキの操作が加えられた場合には、主駆動輪駆動装置10の油圧モータ82Bの容積を増加させて、その結果、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度が、総合して、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度よりも相対的に2倍程度遅くなる状態が現出されるように後輪減速を行うようにし、信地旋回が実行されるようにしている。そして、このように、片ブレーキ操作による信地旋回時には、操向車輪22L・22Rを増速させたうえで、主駆動輪92L・92Rを減速させることにより、操向車輪と主駆動輪との間で相対的な駆動回転周速度の差を形成するに当たり、主駆動輪駆動装置10の減速幅を縮小し得るものであり、油圧モータ82Bの設計自由度(容積設定の自由度)が高いものとすることができる。また、機体の旋回方向の速度が増速されることから、旋回動作をよりすばやく行うことができ、機動性に優れた構成とすることができる。また、主駆動輪の減速により、旋回時では機体の直進方向の速度が減速されることから、旋回時における走行安定性の向上を図ることができる。
以下、本実施例5の構成について詳述する。図10に示すごとく、油圧モータ30Bの可動斜板32bは、サーボシリンダ18Aの作動によって斜板角が変更されるようになっている。該サーボシリンダ18Aは、コントロールボックス19と通信線45Aを介して接続されており、コントロールボックス19からの指令に応じて作動する。また、油圧モータ82Bの可動斜板82bは、サーボシリンダ18Bの作動によって斜板角が変更されるようになっている。該サーボシリンダ18Bは、コントロールボックス19と通信線45Bを介して接続されており、コントロールボックス19からの指令に応じて作動する。
また、前記コントロールボックス19に設ける図示せぬポテンショメータには、ハンドル14から操向車輪に至るまでの可動部がリンク44Bを介して接続されており、図7の構成では、車軸支持ユニット23L・23Rの一方を前記可動部としている。以上の構成により、上記実施例1と同様、ハンドル14から操向車輪に至るまでの可動部と連動してサーボシリンダ18A・18Bが作動し、可動斜板82bの斜板角が制御されるようになっている。尚、コントロールボックス19のポテンショメータには、ハンドル14の操作量を直接に入力する構成としたり、タイロッドの動きを入力させるように構成したものであってもよい。
また、前記コントロールボックス19に設ける図示せぬ電気スイッチには、前記主駆動輪駆動装置10に備えるブレーキ装置5L・5Rをそれぞれ個別に作動させるブレーキペダル59L・59Rが接続されている。コントロールボックス19は、ブレーキペダル59L・59Rの一方だけを操作することによって、主駆動輪92L・92Rのうちの一方を旋回支点とする旋回、即ち、片ブレーキによる信地旋回が行なわれたことを検知できるようになっている。
そして、以上の構成において、コントロールボックス19は、まず、ハンドル14が直進操作位置にある時には、前記油圧モータ82Bの可動斜板82bの斜板角および前記油圧モータ30Bの可動斜板32bの斜板角をそれぞれθ2として、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度が操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度とほぼ等しい状態を現出させる。次に、ハンドル14が操向操作された場合には、図11に示すごとく、操向車輪駆動装置1B側のサーボシリンダ18Aは、可動斜板32bの斜板角を、斜板角θ2の位置から減少させて、油圧モータ30Bの容積を減少し、操向車輪22L・22Rの増速を行うようにしている。次に、ハンドル14が目一杯切られた場合には、図11に示すように、可動斜板32bの斜板角θ2を、斜板角θ1まで減少させる。これにより、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度が主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度よりも1.5倍〜1.7倍ほど速くなる状態を現出させるようにしている。
さらに、ハンドル14が目一杯切られた後にブレーキターン操作がされた場合、即ち、左右のブレーキペダル59L・59Rのいずれか一方だけが踏み込まれた場合には、操向車輪駆動装置1B側のサーボシリンダ18Aは、可動斜板32bを斜板角θ1の位置に保持する。一方、主駆動輪駆動装置10側のサーボシリンダ18Bは、可動斜板82bの斜板角θ2を斜板角θ3まで増加させ、その位置にて保持することにより油圧モータ82Bの出力回転を低減させ、その結果、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度が、総合して、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度よりも相対的に2倍程度遅くなる状態を現出させるようにしている。これにより、片ブレーキ操作がされた場合には、油圧モータ30Bの容積の減少による操向車輪22L・22Rの増速(前輪増速)に加えて、油圧モータ82Bの容積の増加による主駆動輪92L・92Rの減速(後輪減速)が行われる。以上のように片ブレーキ操作がされた場合には、前輪増速・後輪減速が行われるものであり、旋回時においては速度を落とすためにアクセルペダル58を緩めるといった操作が必要なくなる。このため、アクセルを旋回前の状態のまま維持することができ、オペレータの操作負担を軽減することができる。さらに、旋回後は作業時の設定に自動的に復帰されるため、旋回後における機動性に優れたものとすることができる。
なお、上述の第5実施例では、図10に示すごとく、前記主駆動輪駆動装置10Bにおける変速領域を広げて路上走行速度域と作業走行速度域を設けるべく、中間軸93と駆動軸83L・83Rとの間に、少なくとも高速度段と低速度段の2段を有する機械式副変速装置56Aを介在させた構成としている。該機械式副変速装置56Aは、副変速レバー56によって機械的に切換自在に構成される。また、この構成において、前記コントロールボックス19には、副変速レバー56のHi/Lo位置に応じた電気信号が入力され、コントロールボックス19において、副変速レバー56のHi/Lo位置を認識可能としている。
また、前記主駆動輪駆動装置10Bの油圧モータ82Bが可変容積式であることを利用し、この機械式副変速装置56Aを廃止する代わりに、油圧モータ82Bに副変速の機能を与えても良い。具体的には、油圧モータ82Bの可動斜板82bが前記斜板角θ2の状態を低速度段とし、斜板角θ2よりも角度の小さい斜板角θ1の状態を高速度段として設定すると共に、コントロールボックス19により、副変速レバー56のHi/Lo位置に応じて前記サーボシリンダ18Bを駆動制御して可動斜板82bの傾転角度を切換える構成とするものである。
これら副変速機能を付加した主駆動輪駆動装置10Bにおいて、コントロールボックス19は、上記した一連の旋回操作における油圧モータ82B・30Bの容積制御を、副変速レバー56がLo位置のときに現出する低速側の作業走行速度域でのみ実行する。また、副変速レバー56をHi位置にして路上走行速度域で走行するときには切換バルブ89を連動させて車両を二輪駆動にする(主駆動輪92L・92Rに対する油圧モータ82Bにのみ油供給がされる)。
なお上記の油圧モータ82Bに副変速機能を付加する場合、コントロールボックス19によるサーボシリンダ18A・18Bの制御においては、直進走行時における各可動斜板32b・82bのHi/Low位置の切替時間、即ち、副変速レバー56を操作してから変速が完了するまでの時間を、機体の速度の大きさに比例して大きくする一方、旋回時における斜板角の変更時間を、機体の速度の大きさに反比例して小さくするのが好ましい。このように設定すれば、変速ショックの発生を抑制することができる。また、この時間や速度の設定は、コントロールボックス19に接続して設けた操作ダイヤル17によって、オペレータの意思で任意に変更できるようになっており、例えば、緩・中間・急の三段階で変更できるように構成される。
さらに、ハンドル14が目一杯切られた際における、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度と、主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度の比率関係については、車両形態によって異なるように、コントロールボックス19に設定させるようにしてもよい。即ち、土やアスファルトの上の走行が想定されるユーティリティビークルとしての車両形態の場合では、上述したごとく、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度が主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度よりも最大2倍ほど速くなるように、コントロールボックス19に設定がなされるものである。そして、この設定により、旋回半径が小さく、信地旋回も可能なユーティリティビークルとすることができる。他方、芝地での走行が想定されるローントラクタとしての車両形態の場合では、操向車輪22L、22Rの駆動回転周速度が主駆動輪92L・92Rの駆動回転周速度よりも1.2〜1.5倍ほど速くなるように、コントロールボックス19に設定がなされるものである。そして、この設定により、車両で規定された旋回半径の軌跡に沿って操向車輪22L、22Rをスムーズに駆動回転させることができ、車輪のスリップ(引き摺り)によって芝をいためることのないローントラクタとすることができる。以上のように、ハンドル14を目一杯切って、各々の車輪が、その車両で規定された最小の旋回軌跡を描くときにおける最適な駆動回転数を車両形態(路面)毎に設定することにより、各車両形態にとって適切な旋回軌跡を実現できるようになる。
また、車両形態に応じ、片ブレーキ操作によるブレーキターンの有無をコントロールボックス19に設定するようにしてもよい。例えば、ローントラクタにおいては、ブレーキターンがされないように設定することで、信地旋回によって芝をいためることがないようにすることができる。
本発明にかかる車両構成は、乗用芝刈機、農用トラクタ、ユーティリティビークルといったあらゆる産業車両を四輪駆動車両に適用可能である。
実施例1の四輪駆動車両の油圧回路/スケルトン図である。
操向車輪駆動装置の油圧モータ周辺の構成を示す平面断面図である。
図2におけるA−A線断面図である。
実施例1の車軸支持ユニットの構成を示す後面断面図である。
実施例1の車軸駆動装置の構成を示す平面断面図である。
実施例1の車軸駆動装置に備えるセンタセクションの構成を示す後面断面図である。
実施例2の四輪駆動車両の油圧回路/スケルトン図である。
実施例3の車軸支持ユニットの構成を示す後面断面図である。
実施例4の油圧モータの構成を示す平面断面図である。
実施例5の四輪駆動車両の油圧回路/スケルトン図である。
実施例5の各油圧モータの可動斜板の斜板角の設定について示す図である。
1 操向車輪駆動装置
10 主駆動輪駆動装置
14 ハンドル
30 油圧モータ
82 油圧モータ
82b 可動斜板
100 四輪駆動車両