JP4525641B2 - 作業車両の変速制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、農業用、或いは建築、運搬用の作業車両の変速制御装置の構成に関し、特に車両の状況に応じて、変速操作を軽減しまたは車両の走行を円滑に行えるよう構成したものである。
従来、この種の作業車両、例えば農業用トラクタにおける変速制御装置は、エンジンの回転動力を主変速装置及び副変速装置を経由して前後輪へ伝達すると共に、前記主変速装置を、アクチュエータの駆動によって自動または手動操作で切り替え可能に構成し、前記副変速装置を変速レバーのシフト操作で機械的に切り替え可能に構成したものが知られている。
特開平5-52254号
前記のようなトラクタでは、多種多様の作業に対応するべく、複数の変速装置の組合わせによって多段に変速できる構成としている。このため、例えば一般路上を迅速に走行しようとするときには、変速位置が細かく設定されすぎて、オペレータには煩雑な変速操作が要求される場合が生じる。
この発明は上記課題に鑑みて、作業車両の変速制御装置を以下のように構成した。
即ち、請求項1に記載の発明は、エンジン(E)の回転動力を主変速装置(1)及び副変速装置(2)を経由して駆動輪(3F、3R)へ伝達すると共に、前記主変速装置(1)を、アクチュエータ(4a,4b,28)の駆動によって自動または手動操作で切り替え可能に構成し、前記副変速装置(2)を変速レバー(5)のシフト操作で機械的に切り替え可能に構成した作業車両の変速制御装置であって、変速レバー(5)を1の副変速位置に保持した状態で所定の主変速位置を切替可能とした作業用操作位置(P1)と、前記所定の主変速位置の一部を切替不能とした路上走行用操作位置(P2)に切り替え自在に構成すると共に、前記変速レバー(5)を路上走行用操作位置(P2)に切替操作した場合には、車両のアクセルペダル操作に連動して前記主変速位置を切り替える制御手段(7)を備えた作業車両の変速制御装置において、前記制御手段(7)に、変速レバー(5)の操作位置の変更の有無と共に該変速レバー(5)の操作方向が増速側へ移動したか、減速側にシフト操作したかを判定し、前記変速レバー(5)を増速側にシフト操作した場合は、主変速位置を最低速位置に切り替え、前記変速レバー(5)が減速側に移動したと判定された場合は、前記主変速位置を最高速位置に切り替える第一変速制御手段と、変速レバー(5)の操作位置の変更を判定すると、変更切替後の副変速位置における使用累積時間の最も長い主変速位置を検索しこの位置に主変速位置を切り替える第二変速制御手段とを備え、自動変速切替スイッチ(6)を設け、該自動変速切替スイッチ(6)が入であれば前記第一変速制御手段による主変速を実行し、この自動変速切替スイッチ(6)が切であれば、前記第二変速制御手段による主変速を実行することを特徴とする。
以上のように構成した作業車両では、変速レバー(5)を作業用操作位置(P1)に切り替えた場合には、作業に適した主変速位置間を切り替え可能であって、路上走行用操作位置(P2)に切り替えた場合は、路上に適した主変速位置に亘り且つペダル操作で変速する。
また前記第一変速制御手段による処理は、変速レバー5の操作位置の変更の有無を判定し、これがYESの判定であれば、更にレバーの操作方向が増速側へ移動したか、減速側にシフト操作したかを判定し、前記変速レバー5を増速側にシフト操作したと判定された場合は、前記主変速位置を最低速位置に切り替え、一方、前記変速レバー5が減速側に移動したと判定された場合は、前記主変速位置を最高速位置に切り替える。
また前記第二変速制御手段による処理は、変速レバー5の操作位置の変更の有無を判定し、これがYESの判定であれば、切替後の副変速位置における使用累積時間の最も長い主変速位置を検索、決定し、この変速位置に主変速位置を切り替える。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記変速レバー(5)を操縦座席(13)の左側方のレバーガイド(32)に沿って副変速装置(2)の変速位置を切り替える構成とし、該変速レバー(5)が後方内側に操作することで副変速の「M」速を設定し、後方外側に操作することで「L」速を設定し、前方内側の作業用操作位置(P1)に操作することで最高速位置である「H」速を設定し、更に、前記作業用操作位置(P1)の車体外側に、路上走行用操作位置(P2)が配置され、前記変速レバー(5)を副変速「H」速に保持したままで横振り操作で移動する構成とした。
このように構成した作業車両では、操作レバー(5)は、前方内側の作業用操作位置(P1)に操作することで最高速位置である「H」速を設定し、更に、前記変速レバー(5)を副変速「H」速に保持したままで横振り操作で路上走行用操作位置(P2)に移動する。
請求項1に記載の発明は、車両の状態に応じて、変速レバー(5)を作業用操作位置(P1)、若しくは路上走行用操作位置(P2)に切り替えることで、利用できる主変速位置が変更されるので、例えば誤った主変速位置を選択して車速を過剰に上げたり、下げたりすることが無くなり操作性が良い。特に路上走行用操作位置(P2)では、アクセルペダル(8)の踏み込みより、主変速位置も連動してアップダウンするので、一定の主変速位置に保持して走行する構成と比較して、燃費を向上し、且つ迅速な移動を行うことができる。
また前記第一変速制御手段により、前記変速レバー(5)を増速側にシフト操作したと判定された場合は、前記主変速位置を最低速位置に切り替え、一方、前記変速レバー(5)が減速側に移動したと判定された場合は、前記主変速位置を最高速位置に切り替えるから、変速レバー(5)により副変速位置の切り替えても、切り替え操作前後の車速の変動が極力少なくなる。
また前記第二変速制御手段により、変速レバー(5)の操作位置の変更の判定であれば、切替後の副変速位置における使用累積時間の最も長い主変速位置を検索、決定し、この変速位置に主変速位置を切り替えできる。
又請求項2に記載の発明は、前記変速レバー(5)を副変速「H」速に保持したままの横振り操作で作業用操作位置(P1)から路上走行用操作位置(P2)に移動できる。
以下、この発明を、作業車両となる農業用トラクタに搭載した形態を説明する。
まず、トラクタ10の全体構成について説明する。
トラクタ10は、図5に示すように、ボンネット11の内部にエンジンEを搭載し、このエンジンEの回転動力をミッションケース12内の各変速装置を経由して左右前輪3F,3F、及び左右後輪3R,3Rにそれぞれ伝達して走行する構成としている。そして、前記ミッションケース12の上方には、操縦席13を設け、その前方位置にはステアリングハンドル14を設けると共に、同ハンドル14下方のハンドルポストに、作業機Rをワンタッチ操作で昇降する昇降レバー15や、エンジンEの回転数を調節するスロットルレバー16、更には前後進切替レバー17等を支持する構成となっている。また、前記前後進切替レバー17の基部には、オペレータの前後進操作を検出する前進スイッチ37と後進スイッチ38を設け、両スイッチ37,38の検出信号により後述する前後進切替装置21のクラッチを圧着操作する構成となっている。ハンドルポストの下方で且つフロア面の前寄りには、アクセルペダル8を設け、従来から周知のように、踏み込み操作によって前記スロットルレバー16で保持されたスロットル位置を最低位置として、燃料噴射量を上下調整してエンジンEの回転速度を増減速する構成としている。
次に、トラクタ10の動力伝達経路について、図2に基づき具体的に説明する。
尚、図2中に示す矢印は、主、副両変速装置1,2のギヤが常時噛み合い状態にある構成において、動力の伝達方向を示している。
前記エンジンEから伝動される回転動力は、断続操作される主クラッチ20を経由してミッションケース12内に設けられている前後進切替装置21、主変速装置1(第一主変速装置1a、第二主変速装置1b)、副変速装置2の順に伝達されて後輪デフ機構22を介して後輪3R、3Rと、前後輪駆動切替装置23、前輪デフ機構24を介して前輪3F、3Fとにそれぞれ伝達する構成となっている。
前記エンジンEには、ガバナ機構にスロットル位置センサ39が設けられ、出力軸25にはエンジン回転センサ26が設けられており、この両方のセンサ39,26により車両のエンジン負荷状態を検出する構成となっている。
また前記前後進切替装置21は、前進用クラッチ21Fと後進用クラッチ21Rとの2つのクラッチを有する油圧クラッチ式切替装置から成り、前述した前後進切替レバー17の操作位置に応じてどちらか一方のクラッチを圧着して回転動力を第一主変速装置1aへ正転、若しくは逆回転で伝達する構成となっている。
また、前記前後進切替装置21の各クラッチ21F,21Rは、伝動下手側の主変速装置1の変速位置を切り替える際の昇圧クラッチを兼ねる構成となっている。即ち、主変速装置1を切り替える際には、この切替操作に先立って、前記クラッチ装置を共に切とし、前記切替完了後、前進用クラッチ21F、若しくは後進用クラッチ21Rを入りとする構成となっている。
また前記第一主変速装置1aは、ピストン式変速アクチュエータ4aとなる「1ー2速」変速用油圧シリンダ4a及び「3ー4速」変速用油圧シリンダ4bを備えたシンクロメッシュギヤ式変速装置であり、前記油圧シリンダ4a、4bの内、一つのシリンダ4a(又は4b)のピストンを伸長、若しくは短縮して先端部に係合されたシフターを前後に移動することで4つのギヤ組の内の1つのギヤ組を通じて回転動力を第二主変速装置1bへ伝動する構成となっている。
詳しくは、前記「1ー2速」変速用油圧シリンダ4aのピストンが図中左側へ伸長することで「1速」となり、同ピストンが図中右側に短縮することで「2速」となり、更に、前記「3ー4速」変速用油圧シリンダ4bのピストンが図中左側に伸長することで「3速」となり、同ピストンが図中右側に短縮することで「4速」に切り替える構成となっている。
また、第二主変速装置1bは、図2に示すように、高速クラッチ27hと低速クラッチ27lとの高低二段の油圧クラッチ式変速装置であり、変速用アクチュエータとなるクラッチ内部ピストン28にて高低どちらか一方のクラッチ板を圧着する構成となっている。これにより、回転数を高低二段に切り替え、その動力を副変速装置2へ伝達する構成としている。
以上のように前記主変速装置1は、図4に示すように、第一主変速装置1aと第二主変速装置1bとの各変速位置を組み合わせて4×2=全8速の変速位置を有する構成となっている。そして、上記主変速装置1は、変速レバー5のグリップ部に備えた変速アップスイッチ29uと変速ダウンスイッチ29dを押し込み操作で、制御部となるコントローラ7の通電指令を介して後述する切替制御弁40、乃至42(図1の制御機構のブロック図参照)を切り替えて前記変速用アクチュエータ4、即ち油圧シリンダ4a,4b、及びクラッチ内ピストン28を駆動して同変速装置1の変速位置を1速ずつ順に増速、又は減速する構成となっている。
また前記副変速装置2は、図2に示すように、上記変速レバー5の手動操作によりロッドやリンク機構等の機械的連動機構を介して切り替えるコンスタントメッシュギヤ式変速装置であり、前記第二主変速装置1bから伝動された回転動力を「H速」、「M速」、「L速」の3つのギヤ組の1つを介して伝動し、副変速出力軸30から出力する構成となっている。
以上のように構成したトラクタ10の主変速装置1、及び副変速装置2は、図4の変速段数表に示すように、主変速8段と副変速3段との組み合わせによって全24段の変速が可能に構成されている。
次に図3に基づき変速操作部の構成に付いて説明する。
前記変速レバー5は、前記操縦座席13の左側方に開口したレバーガイド32から突設支持し、前記副変速装置2の変速位置を切り替えるに構成としている。この場合、前記変速レバー5を、後方内側に操作することで前記副変速の「M」速を設定し、後方外側に操作することで前記「L」速を設定し、前方内側、即ちこの発明の作業用操作位置P1に操作することで最高速位置となる前記「H」速を設定する構成となっている。そして更に、前記作業用操作位置P1の車体外側には、路上走行用操作位置P2が配置され、前記レバー5を副変速「H」速に保持したままで、横振り操作で移動する構成となっている。
そして、前記変速レバー5の基部には同レバーの操作位置を検出する副変速位置センサ33L、33M,33H(作業用操作位置),33HH(路上走行用操作位置)を設けると共に、このレバー5のグリップ部には、既に説明している変速アップスイッチ29u、ダウンスイッチ29dを設けてオペレータの手動操作によってコントローラ7の通電指令を介して主変速装置1の変速位置を一速ずつ切り替える構成としている。そして、変速レバー5は、上記変速アップ、及びダウンスイッチ29u,29dに隣接してこの発明の操作スイッチとなる自動変速切替スイッチ6が設けられ、同スイッチ6の入切操作により後述する各種変速制御を切り替える構成となっている。
次に、前記コントローラ7について、図1に基づいて説明する。
前記コントローラ7には、内部に各種信号を処理するCPUと、各種情報を一時記憶するRAMと、この発明の第一、第二変速制御手段等、各種制御プログラムを格納するEEPROMを備え、入力側には、前記変速アップスイッチ29uや変速ダウンスイッチ29dと、変速制御切替スイッチ6と、前進スイッチ37、後進スイッチ38、更には前記第一主変速位置1aを検出する4つのセンサ35a,35b,35c,35dと第二主変速位置1bを検出するクラッチ27h,27lの圧力センサ36h、36l、変速レバー5の変速位置を検出する上記した各副変速位置センサ33L、33M、33H、33HH、エンジン回転センサ26、スロットル位置センサ39等がそれぞれ接続して設けられ、操作に伴う信号、及び検出情報が入力される構成としている。
また前記コントローラ7の出力側には、第一主変速の変速用油圧シリンダ4a,4bを駆動する切替制御弁のソレノイド40a,40b…、第二主変速の高低クラッチを圧着操作する切替制御弁のソレノイド41,42、前進クラッチ21Fを圧着操作する切替制御弁のソレノイド43、後進クラッチ21Rを圧着操作する切替制御弁のソレノイド44がそれぞれ接続して設けられ、更に前記ハンドルポスト上部に備えた液晶モニタMが接続されて、出力信号に基づいて各機器を作動する構成としている。
以上のように構成したトラクタ10では、図7乃至図10に示す制御プログラムの概要を示すフローチャートのように各種変速制御が行われる。
まず、最初に図7に示すメインフローチャートのように、トラクタ10のエンジンキースイッチを入として、電装機器に電源を投入すると、前記コントローラ7では、各種センサや設定器類の状態を読み込み、続けて主変速を所定の位置に設定する。図例では、工場出荷時の初期位置の場合を示し、第1速を設定するが、後述するように、次回からは前記コントローラ7に記憶された変速位置が設定される。また同時に、各変速位置毎に各主変速位置の使用累積時間の計測を開始する。
また次に、前記変速レバー5が路上走行操作位置P2に位置しているかどうかを、前記副変速位置センサ33HHの検出値から判定し、これが路上走行用操作位置であれば、前記主変速装置1の変速可能位置を5,6,7,8速位置に制限するよう設定し、他の位置であれば、主変速装置1の変速可能位置を1〜8迄の前変速位置を変速可能に設定する(図6参照)。即ち、路上走行時では、作業時に利用できる主変速の一部、前記例では低速域が切替不能となる。
また、前記液晶モニタMに前記変速可能位置を表示する。尚、前記モニタ表示では変速レバー5が路上走行用操作位置P2に操作されている場合は、前記5,6,7,8、速を順に1,2,3,4と対応させて表示する構成となっている。
また次に、前記変速制御切替スイッチ6の設定状態を判定し、これが入(ON)であれば、前記変速スイッチ29u,29dによる主変速処理と、アクセルペダル8操作に連動させる主変速処理と、後述する変速レバー5のシフト操作に連動させる第一変速制御手段による主変速処理のサブルーチンを実行する構成となっている。一方、前記変速制御切替スイッチ6が切(OFF)であれば、前記と同様の変速スイッチ29u,29dによる主変速処理と、変速レバー5のシフト操作に連動させる後述する第二変速制御手段による主変速処理を行う構成となっている。
前記変速スイッチによる主変速処理は、図8に示すように、前記変速アップスイッチ29uとダウンスイッチ29dの押込み操作を判定し、これに応じて前記各制御弁のソレノイド40,43,44へ通電し、主変速位置を現在の位置から1段ずつアップ若しくはダウンする構成となっている。
また前記アクセルペダル8による主変速処理は、図9に示すように、前記スロットル位置センサ39とエンジン回転センサ26とから、スロットル位置に応じたエンジン回転数が出力されているかどうかを判定し、これがYESの判定であれば、主変速位置を現在の位置から1段アップさせる。またNOの判定では、更にこの回転数が所定範囲内に収まっていれば、現在の主変速位置を保持し、所定値を下回っていれば、高負荷状態と判定し主変速位置を現在の位置から1段ダウンさせる。
また前記第一変速制御手段による処理は、図10に示すように、変速レバー5の操作位置の変更の有無を判定し、これがYESの判定であれば、更にレバーの操作方向が増速側へ移動したか、減速側にシフト操作したかを判定する。そして、前記変速レバー5を増速側にシフト操作したと判定された場合は、各制御弁のソレノイド40,43,44へ切替指令を出力し、前記主変速位置1を最低速位置、即ち1速に切り替える。一方、前記変速レバー5が減速側に移動したと判定された場合は、各制御弁のソレノイド40,43,44へ切替指令を出力し、前記主変速位置を最高速位置、即ち8速に切り替える。
これにより、変速レバー5により副変速位置の切り替えても、切り替え操作前後の車速の変動が極力少なくなる。
また前記第二変速制御手段による処理は、図11に示すように、変速レバー5の操作位置の変更の有無を判定し、これがYESの判定であれば、切替後の副変速位置における使用累積時間の最も長い主変速位置を検索、決定し、各制御弁へ通電を行なってこの位置に主変速位置を切り替える。
尚、前記夫れ夫れのサブルーチンの処理で、主変速位置を変更した場合は、液晶モニタMの変速位置表示を変更する構成となっている。
以上のように、前記トラクタ10では、車両の状態に応じて、変速レバー5をH速に保持したままで、作業用操作位置P1、若しくは路上走行用操作位置P2に切り替えることで、利用できる主変速位置が変更されるので、誤った主変速位置を選択して車速を過剰に上げたり、下げたりすることが無くなり操作性が良い。
特に路上走行用操作位置P2では、アクセルペダル8の踏み込みより、エンジン回転数に応じて主変速位置も連動してアップ/ダウンするので、一定の主変速位置に保持して走行する構成と比較して、燃費を向上し、且つ迅速な移動を行うことができる。
また前記作業用操作位置P1及び路上走行用操作位置P2での切替可能位置は、図12に示すように、低速域を作業用操作位置P1とし、高速域を路上用操作位置P2とする。
また前記トラクタ10では、スロットル位置及びエンジン回転数をスロットルレバー16の操作でも変更し保持することができるので、例えば路上走行時に所謂オートクルーズで走行したい場合は、前記同レバー16を適宜の位置に保持することで主変速位置を一定に保持することができ、操作性が良い。
また、変速制御切替スイッチ6により前記アクセルペダル8に連動した主変速の作動を入切できるので、負荷のかかる軟弱な圃場や傾斜地を走行する場合は、前記作動を切りとして、一定の主変速位置を保持することでトルクを保持し、スリップやエンストを防止することができ、車両の操作性が良い。
一方、例えば次第に負荷が変わるような作業を行ったり、上り坂や下り坂が連続する傾斜地を移動するときには、車両を第一変速制御手段に設定しておくことで、変速レバー5を操作して副変速位置を切り替えても、車速が大きく変動せず、即ち負荷が大きく変動せず、円滑な走行が可能となる。また、一般路上から作業場に移って作業を開始する場合や、異種の作業を交互に行う時等には、車両を第二変速制御手段に設定しておくことで、変速レバー5を切り替えた途端に、当該作業に適した主変速位置が直ちに設定されるので、オペレータによるスイッチ操作が軽減される。また更に前記第一、第二制御手段を切り替える操作スイッチ6は、変速レバー5のグリップ部に備える構成となっているので、変速に係る操作を集中して行え操作性が良い。
更に、前記アクセルペダル8による主変速処理と、使用累積時間による主変速処理(第二変速処理)といったスイッチ操作を軽減する制御を単一の変速制御切替スイッチ6にて作動を入切する構成としたので、夫れ夫れの入切スイッチを備える構成と比較して、操作が簡単で安価に構成することができる。
尚、この発明の別形態としては、前記変速制御切替6をレバー近傍となるレバーガイド32部に設けたり、フェンダー部に設けても良い。またアクセルペダル8による主変速処理は、副変速位置センサ33HHがONしたとき、即ち変速レバー5が路上走行用操作位置に操作されると無条件で作動する構成としても良い。
また、前記アクセルペダル8による主変速処理は、前記後進スイッチ38の検出により、即ち車両が後進している時には作動を牽制する構成としても良い。これにより、後進時に車両が増速されること無く、必要な場合は、スイッチによる操作で車速を調整することができるので、車両の安全性が向上し、操作性も損なうことが無い。
制御機構のブロック図。 トラクタの伝動機構図。 変速レバー及びレバーガイドを示す斜面図。 主変速装置と副変速装置の組み合わせ、及びモニタ表示の表記を示す図。 トラクタの全体側面図。 モニタの表示例を示す図。 制御の概要を示すフローチャート。 変速スイッチによる主変速処理の概要を示すフローチャート。 アクセルペダルによる主変速処理の概要を示すフローチャート。 第一変速制御手段の概要を示すフローチャート。 第二変速制御手段の概要を示すフローチャート。 路上操作位置での変速可能な主変速位置の別形態を示す表(1)。
E エンジン
1 主変速装置
1a 第一主変速装置
1b 第二主変速装置
2 副変速装置
3F 前輪
3R 後輪
4 アクチュエータ
5 変速レバー
6 変速制御切替スイッチ
7 コントローラ
8 アクセルペタル
13 操縦座席
32 レバーガイド

Claims (2)

  1. エンジン(E)の回転動力を主変速装置(1)及び副変速装置(2)を経由して駆動輪(3F、3R)へ伝達すると共に、前記主変速装置(1)を、アクチュエータ(4a,4b,28)の駆動によって自動または手動操作で切り替え可能に構成し、前記副変速装置(2)を変速レバー(5)のシフト操作で機械的に切り替え可能に構成した作業車両の変速制御装置であって、変速レバー(5)を1の副変速位置に保持した状態で所定の主変速位置を切替可能とした作業用操作位置(P1)と、前記所定の主変速位置の一部を切替不能とした路上走行用操作位置(P2)に切り替え自在に構成すると共に、前記変速レバー(5)を路上走行用操作位置(P2)に切替操作した場合には、車両のアクセルペダル操作に連動して前記主変速位置を切り替える制御手段(7)を備えた作業車両の変速制御装置において、前記制御手段(7)に、変速レバー(5)の操作位置の変更の有無と共に該変速レバー(5)の操作方向が増速側へ移動したか、減速側にシフト操作したかを判定し、前記変速レバー(5)を増速側にシフト操作した場合は、主変速位置を最低速位置に切り替え、前記変速レバー(5)が減速側に移動したと判定された場合は、前記主変速位置を最高速位置に切り替える第一変速制御手段と、変速レバー(5)の操作位置の変更を判定すると、変更切替後の副変速位置における使用累積時間の最も長い主変速位置を検索しこの位置に主変速位置を切り替える第二変速制御手段とを備え、自動変速切替スイッチ(6)を設け、該自動変速切替スイッチ(6)が入であれば前記第一変速制御手段による主変速を実行し、この自動変速切替スイッチ(6)が切であれば、前記第二変速制御手段による主変速を実行することを特徴とする作業車両の変速制御装置。
  2. 前記変速レバー(5)を操縦座席(13)の左側方のレバーガイド(32)に沿って副変速装置(2)の変速位置を切り替える構成とし、該変速レバー(5)が後方内側に操作することで副変速の「M」速を設定し、後方外側に操作することで「L」速を設定し、前方内側の作業用操作位置(P1)に操作することで最高速位置である「H」速を設定し、更に、前記作業用操作位置(P1)の車体外側に、路上走行用操作位置(P2)が配置され、前記変速レバー(5)を副変速「H」速に保持したままで横振り操作で移動する構成とした請求項1に記載の作業車両の変速制御装置。
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