JP4729972B2 - 作業車両の変速制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、農業用トラクタや建築、運搬用の作業車両の変速制御装置の構成に関する。

従来、トラクタ等の変速制御装置では、例えば、特開２００２−２６４６７８号公報に示されるように、変速レバーのグリップ部に設けた変速スイッチによって、変速位置を１段ずつ切り替えるものが知られている。また前記公報では、アップスイッチ及びダウンスイッチとは別に、同レバーのレバーガイドの近傍に高低切替スイッチ成る第二の変速スイッチを設け、該高低切替スイッチの押込み操作があったときは、前記変速位置の一部（Ｈｉ−Ｌｏ変速装置）を「高速」位置、若しくは「低速」位置に切り替える構成としている。

従って、前記トラクタでは、通常時にはアップスイッチとダウンスイッチで多段に亘って変速位置を切り替え、作業中一時的に車速を少しだけアップ若しくはダウンしたいときには前記高低切替スイッチにて変速位置を１段だけ切り替えることができる構成となってる。
特開2002-264678号公報

しかしながら、上記トラクタ等では、作業状態と路上での走行状態とでは、走行負荷が大きく異なり、作業状態ではエンジンから前後輪へ伝達される動力が切れる時間を極力短縮して車両の急減速を防止する一方、路上での走行状態では動力を極力緩やかに接続して変速ショックを和らげることが望まれる。

この出願は、上記課題を解決するために、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（１９）の回転動力を、湿式多板クラッチを有する第一変速装置（２，５）と、前記第一変速装置（２，５）よりも減速比の大きい第二変速装置（７）とを介して走行装置（２１，２２）へ伝達すると共に、前記第一変速装置（２，５）にこの変速位置を全変速位置に亘ってアップダウン操作するアップスイッチ（３）及びダウンスイッチ（４）と、作業車両がホイール仕様かセミクローラ仕様かを判定する判定手段を備えた作業車両の変速制御装置において、作業車両がホイール仕様の場合、前記アップスイッチ（３）若しくはダウンスイッチ（４）による変速時には前記エンジン（１９）の回転動力を半クラッチ状態を経て徐々に走行装置（２，５）へ伝達して当該変速位置の切替を完了させる構成とすると共に、作業車両がセミクローラ仕様の場合、前記変速時には前記エンジン（１９）の回転動力を半クラッチ状態を経る事無く走行装置（２，５）へ伝達して当該変速位置の切替を完了させる制御手段（２７）を備えたことを特徴とする作業車両の変速制御装置とした。
（請求項１の作用）
作業車両がホイール仕様の場合、第一変速装置（２，５）の変速装置を切り替える際、前記アップスイッチ（３）及びダウンスイッチ（４）を操作すると、前記エンジン（１９）の回転動力は半クラッチ状態を経て徐々に走行装置（２，５）へ伝達して当該変速位置の切替が完了する。
また、作業車両がセミクローラ仕様の場合、前記変速時には前記エンジン（１９）の回転動力を半クラッチ状態を経る事無く走行装置（２，５）へ伝達して当該変速位置の切替を完了させる。

また請求項２の発明では、第一変速装置（２，５）の変速位置の一部の変速位置に限ってアップダウン操作する切替スイッチ（１）を設け、前記車両に、同車両が非作業状態であることを検出する手段（３５）を設け、制御手段（２７）は該車両が非作業状態であるときには前記切替スイッチ（１）を切替操作しても第一変速装置（２，５）が切り替わらない構成とする請求項１記載の作業車両の変速制御装置とした。
（請求項２の作用）
前記作業車両では、車両の非作業状態を検出しているとき、例えば農業用トラクタであればリフトアームを上昇させているときや、作業／走行指定スイッチ成る設定器が「走行」位置に設定されているとき、或いは変速レバーが路上走行に適した位置に設定されているとき等に、前記第一変速装置（２，５）の一部を切り替え操作する切替スイッチ（１）を切替操作しても第一変速装置（２，５）は切り替わらない。

以上のように構成した請求項１の発明では、例えば一般道路を高速走行する時には、アップスイッチ（３）とダウンスイッチ（４）にて変速位置を切り替えるとことで、広車速域に亘って円滑な変速を連続的に行うことができる一方、作業時には切替スイッチ（１）により迅速に変速を完了して、負荷による急減速や傾斜地による急加速を防止することができる。
また、走行抵抗が大きいと想定されるセミクローラ仕様での変速時には急減速を生じる事無く、円滑に変速することができる。

また請求項２の発明では、車両が非作業状態であるときには、エンジン（１９）の回転動力を半クラッチ状態を経ないで、若しくは前記半クラッチ状態よりも短時間に設定された半クラッチ状態を経て走行装置（２，５）へ伝達する切替スイッチ（１）の操作をしても第一変速装置（２，５）は切り替わらないので、高速走行中に急加速、急減速となる変速が行われることが無くなり、車両の操作性を損なわない。

以下、この発明を農業用トラクタ１２に搭載した形態を説明する。
具体的には、湿式多板形態の前後進切替装置２と、第一変速装置となる湿式多板クラッチ形態の高低切替変速装置２及びシンクロギヤ式主変速装置５と、第二変速装置となる副変速装置７とを走行ミッション装置８に装備し、前記高低切替変速装置２は、前記副変速装置７が路上走行位置ＨＨに変速されているときには、高低切替スイッチ１を切替操作しても第一変速位置２，５の切り替えが不能となる構成としている。

図面に基づいて詳細に説明する。
トラクタ１２は、図３に示すように、車体フレーム１３上にキャビン１４を搭載し、該キャビン１４の内部には、後部に操縦席９を設け、その前方位置にステアリングハンドル１５やメータパネル１６を設けている。前記メータパネル１６は、図５に示すように、中央位置にエンジン回転計１７を配置し、その周囲に各種の各種パイロットランプが設けられ、右半面には液晶モニタ１０を組み込む構成としている。また前記液晶モニタ１０は、後述するが、高低切替スイッチ１の操作をキャンセルしたときに、その都度画面上に、「切替操作キャンセル」なる旨を表示してオペレータに理解させ、不信を解消しながら安全運転を図る構成としている。尚、図５例の前記液晶モニタ１０は、通常作業時の表示状態を示し、第一及び第二変速装置の変速位置や車速、燃料残量を表示する構成となっている。

また前記キャビン１４内では、前記ステアリングハンドル１５の下方周囲に、車両の進行方向を切り替える前後進切替レバー１８や、エンジンのアクセル位置を保持するスロットルレバーを配置し、更にハンドル１５下方のフロア側にはブレーキ等の操作ペダルを集中させて配置している。

ここで前記ステアリングハンドル１５の支持構成について図６に基づいて説明する。前記ステアリングハンドル１５は、ハンドルポスト５０に支持されたステアリング軸１５ａ上端部に締付ねじ５１によって取り付けているが、そのねじ５１から外側に隔たった位置に貫通孔５２を設けて長ボルト５３を挿し通しできる構成としている。そして、前記ハンドルポスト５０の上端部に固定板５４を設け、これに上記長ボルト５３の下端部を差し込む係止穴５５を設けた構成としている。

このように構成したステアリングハンドル１５は、ハンドルポスト５０から分離するときに、前記貫通孔５２と固定板５４の係止穴５５に長ボルト５３を挿し通して回り止めをしておくことで、ステアリングハンドル１５中心部の締付ねじ５１をスパナによって回して外すことができ、取り外し操作が楽にできる利点がある。

また前記トラクタ１２のエンジン１９は、図３に示すように、キャビン１４の前方に配置しているボンネット２０で覆われ、出力された回転動力を走行ミッション装置８内の各種伝動機構へ伝動する構成としている。また前記トラクタ１２は、左右一対走行装置として、ホイール式前輪２１，２１と後輪２２，２２を備え、車体後部にはロータリー耕耘装置２３を装着可能に構成している。

尚、図３中の符号２２’は、前記走行装置を、前記ホイール式後輪２２に代えて三角形状の所謂セミクローラを交換して装着した場合のクローラの外形を示す。
また前記走行ミッション装置８は、本件出願人が特許文献１として提示した公開特許公報の図５に示す動力伝動経路図とほとんど同一の構成であるが、説明用に、図２にブロック図として添付し説明する。

まず前記エンジン１９は、主クラッチ２５を介して高低切替変速装置２に回転動力を伝動可能に接続して構成している。そして、高低切替変速装置２は、「高」「低」二組の常時噛合ギヤ、及び夫れ夫れの内部油圧ピストン（アクチュエータ）を有する湿式多板形態の油圧クラッチを備え、伝達回転を高低二段に切替できる構成としている。そして、また同高低切替変速装置２は、図４に示すように、変速レバー６のガイドパネル部材２４に備えた高低切替スイッチ１の押し込み操作で「高速」と「低速」の変速位置を切り替える構成としている。詳しくは、この高低切替スイッチ１を押し込むと、その操作信号が、制御手段となるコントローラ２７に入力されてコントローラ２７から出力される制御信号に基づいて油圧回路に備えた高低切替ソレノイドバルブ２８が切替操作され、前記油圧クラッチが「低」であれば「高」へ、若しくは「高」であれば「低」へ切り替わる構成となっている。

またトラクタ１２の前後進切替装置２９は、湿式多板形態の油圧クラッチで構成され、上記高低切替変速装置２のすぐ伝動下手側に設け、前記前後進切替レバー１８の前後回動操作で、前記同様、コントローラ２７の制御信号で切替操作される構成としている。

また主変速装置５は、前記前後進切替装置２９のすぐ伝動下手側に設けており、１速〜４速の４段の変速ができる変速歯車の配置に構成している。
そして、前記高低切替装置２と主変速装置５から得られる全８段の変速位置は、図７に示すように、変速レバー６に備えたアップスイッチ３とダウンスイッチ４の押し操作で上述した１速から８速まで１段ずつアップダウン操作できる構成としている。またこれらアップスイッチ３とダウンスイッチ４により前記高低切替装置２と主変速装置５を切り替えるときには、前記前後進切替装置２のクラッチの動力伝達状態を一旦切とし、その間目的の変速位置に切り替えた後、元の前進クラッチ若しくは後進クラッチを徐々に、即ち半クラッチ状態を経て完全に圧着させる構成となっている。

また副変速装置７は、上記主変速装置５のすぐ下手側に接続して設け、主変速装置５から受け継いだ回転動力を更に変速してリヤディファレンシャル装置３０へ出力する構成としている。尚、リヤディファレンシャル装置３０は、回転動力を走行動力として前記左右後輪２２，２２へ伝動する構成としている。

また前記副変速装置７はＬ、Ｍ、Ｈの３速の変速ができるように各変速ギヤを軸装し、前記変速レバー６をレバーガイド２６に沿わせて操作することによってロッドやリンク機構等、機械的連動機構を介して変速する構成としている。

このように走行ミッション装置８に内装した３つの変速装置２，５，７は、最初の高低切替変速装置２が２段変速を可能とし、これに続く主変速装置５が４段の変速を可能としており、更に伝動下手側の副変速装置７が３段階の変速を可能としている。従って、これら変速装置２、５、７では、図８に示すように、それぞれの変速装置の変速段数を総計して２段×４速×３速＝２４速の変速段数を取ることができ、広範囲の変速を得る事ができる。

また更に、前記変速レバー６は、レバー基部を中折れ式に構成し、前記副変速Ｈ速位置で車体外側に向けて傾倒することで、前記第一変速位置の切り替え可能段数を路上走行に適した位置だけに削減、詳しくはトラクタ１２の前記ホイール仕様では上の４段、前記セミクローラ仕様では上の３段に削減する構成となっている。また変速レバー６基部には、トラクタ１２の非作業状態を指定する手段として、同レバー６の操作位置を検出する副変速位置センサ３５…を設け、このセンサ３５により前記変速レバー６がＨ速位置で外側へ傾倒されたことを検出すると、即ち路上走行位置ＨＨに操作されたことを検出するとコントローラでは路上走行状態と判定する構成となっている。

次に、トラクタ１２の制御構成について説明する。
前記コントローラ２７は、図１に示すように、入力側にアップスイッチ３、ダウンスイッチ４、高低切替スイッチ１、主変速位置検出センサ３４…、副変速位置検出センサ３５…を接続して設け、また作業機昇降レバーの操作位置を検出する位置センサと、リフトアーム角センサ、更にはアクセル変速入切スイッチ３３と、車速センサ３８、エンジン回転センサ１９ａ、スロットル位置センサ１９ｂを接続して設けている。尚、前記アクセル変速入切スイッチ３３とは、前記変速レバー６が路上走行位置ＨＨに設定されている時に、エンジン回転センサ１９ａとスロットル位置センサ１９ｂの検出値を比較してトラクタ１２の走行負荷を判定し、これに応じて前記第一変速装置の変速位置をアップダウンさせる制御を入切するスイッチである。

またコントローラの出力側には、前後進切替クラッチ用のソレノイドバルブ３６、高低切替ソレノイドバルブ２８、主変速切替ソレノイドバルブ３７、液晶モニタ１０等を接続して設け、出力された制御信号に基づいて各アクチュエータを作動させ、液晶モニタ１０への表示制御を行う構成としている。

以上のように構成したトラクタ１２では、図８と図９に示すように変速制御が行われる。
最初にトラクタ１２の電装機器に電源が投入されると、コントローラ２７は前記第一変速装置２，５の変速操作の有無を判定する。そしてこの判定がＹＥＳであれば、トラクタ１２の仕様が判定され、セミクローラ仕様であれば、図９の（Ｃ）に示すパターンＣによる変速が成される。

尚、この仕様の判定は予めコントローラ１２の記憶装置に記憶させる構成としても良いし、別途設定器を備えてオペレータが設定する構成としても良い。
また前記パターンＣでは、変速操作があった時点（Ｔｓ）で前記前後進切替装置７のクラッチを切とする。そして前記変速用の各種アクチュエータを駆動し、この変速切替作動が完了した時点（Ｔｅ）で前記切とした前進クラッチ若しくは後進クラッチを一気に接続、即ち半クラッチ状態を経る事無く接続する。これにより、走行抵抗が大きいと想定されるセミクローラ仕様での変速時にも急減速を生じる事無く、円滑に変速することができる。

一方、前記トラクタ１２がホイール仕様であれば、アップスイッチ３とダウンスイッチ４、高低切替スイッチ１に応じた昇圧制御が成される。
このアップスイッチ３とダウンスイッチ４、高低切替スイッチ１に応じた昇圧制御では、最初の判定ステップにて前記変速操作が高低切替スイッチ１の操作であるかどうかを判定し、これがＮＯの判定であれば、前記アップスイッチ３若しくはダウンスイッチ４による変速操作であるので、図９の（Ｂ）に示すパターンＢによる変速が成される。ここでは、前記同様、変速操作があった時点（Ｔｓ）で前記前後進装置７のクラッチを切とする。そして前記変速用の各種アクチュエータを駆動し、この変速切替時間が完了した時点（Ｔｅ）で前記切とした前進切替装置２９の前進クラッチ若しくは後進クラッチを予め設定された経過時間に沿ってクラッチ圧を上昇させる。即ち、半クラッチ状態を経て徐々にクラッチ圧を上げる。これにより、アップスイッチ３とダウンスイッチ４による変速時には、エンジン１９の回転が前後輪２１，２２へ徐々に伝達されて円滑に変速することができる。

尚、図９中のＴ２からＴ３の時間はクラッチピストンが実際にクラッチディスクを押圧するまでの時間を示す。またＴ３からＴ４の昇圧カーブは、車速センサの検出値によりトラクタ１２の加速度を演算し、これに応じて変更する構成となっている。

また前記判定ステップにて判定がＹＥＳ、即ち高低切替スイッチ１による変速が検出されれば、前記副変速センサ３５…の検出値より変速レバー６の操作位置が作業位置Ｌ，Ｍ，Ｈであるか路上走行位置ＨＨであるかを判定し、作業位置であれば、図９の（Ａ）に示すパターンＡによる変速が成される。ここでは、前記前後進装置７のクラッチをそのままの状態で維持し、高低切替装置２のクラッチを極短時間の切状態を介して高から低、もしくは低から高へ一気に、即ち半クラッチ状態を経ずに切り替える構成としている。尚、前記パターンＡによるクラッチの接続パターンは、前記パターンＢの時間Ｔ３からＴｅまでの時間よりも短時間に設定された昇圧カーブを有する構成でも良い。

これにより、トラクタ１２に牽引負荷がかかっている時や傾斜地を走行しているときにでも、迅速に動力を伝達して急減速若しくは急加速を生じる事無く、円滑に変速することができる。

一方前記変速レバー６が路上走行位置ＨＨであれば、前記高低切替スイッチ１の操作はキャンセルされ、その旨を前記液晶モニタ１０へ表示してエンドとなる。
これにより、路上走行時に急激にクラッチを接続する変速を無くし、トラクタ１２の操縦性を向上することができる。

次にこの発明の別形態について説明する。
前記形態では、変速レバー６が路上走行位置ＨＨに変速されているときに、高低切替スイッチ１の切替操作をしても、高低切替変速装置２が切り換わらず、不能になる構成としているが、これに代えて、車軸への伝動経路に回転センサを設けて、例えば、走行速度が１５キロ／時間、以上になれば切替不能にする構成にしても同様な効果が期待できる。

この場合、回転センサは、図１０に示すように、検出ギヤ４０に深い凹部４２と浅い凹部４３と、凹部ない箇所とを回転方向に順に配列し、これを電磁ピックアップ式の車速センサで読み取る構成とする。従って、検出結果は、深い凹部４２と浅い凹部４３との前後の配列関係を検出することに基づいて、回転速度と同時に回転方向、即ち前後進までも検出できる新規な車速検出構成とし、単一のセンサの検出で、例えば後進時には前進時と比較して低速でも前記切替スイッチ１の切替をキャンセルする等、制御を構成することができる。

以上のように、このトラクタ１２では、非作業状態と想定される状態で走行しているときに、操縦席９にいるオペレータが、高低切替スイッチ１を押して切替操作をしても、コントローラ２７がアクチュエータ側に制御信号を出力しないものとしている。従って、高低切替変速装置２は、不能の状態となって、急激なクラッチ接続による変速が行われないから車両の操縦性を損なうことが無い。

次に前記トラクタ１２が装備しているアクセル制御について説明する。
トラクタ１２は、ステアリングハンドル１５を操作して旋回走行に移ると、自動的にエンジン１９の回転を一定回転まで下げるアクセル制御を備えている。この場合、アクセル制御は、スロットルレバーによって解除できるが、その解除を、スロットル位置センサ１９ｂが、基準値程度プラスα、すなわち、アイドリング付近になったときに行う構成にしている。

従来の構成は、スロットル位置センサ１９ｂが、一定値以上の変化を検出すると、解除する構成にしていたが、このような構成によると、スロットル位置センサ１９ｂに接続する各リンクの公差のバラツキがあるために、解除するにあたって、スロットルレバーの動作量が個々に異なる可能性があって、解除位置が定まらない課題があった。

それに対して、前記構成では、アクセル制御の解除を確実に行うことができるものとなっている。

コントローラを示すブロック図。 走行ミッション装置を示すブロック図。 トラクタの側面図。 操縦席の側方の斜面図。 メータパネルの正面図。 ステアリングハンドルの一部断面した正面図。 変速段数を示す表。 制御プログラムの概要を示すフローチャート。 各種昇圧パターンを説明する図。 車速検出用ギヤの一部拡大図。

１ 高低切替スイッチ
２ 高低切替装置（第一変速装置）
３ アップスイッチ
４ ダウンスイッチ
５ 主変速装置（第一変速装置）
６ 変速レバー
７ 副変速装置（第二変速装置）
８ 走行ミッション装置
９ 操縦席
１０ 液晶モニタ
２７ コントローラ（制御手段）

Claims (2)

1. エンジン（１９）の回転動力を、湿式多板クラッチを有する第一変速装置（２，５）と、前記第一変速装置（２，５）よりも減速比の大きい第二変速装置（７）とを介して走行装置（２１，２２）へ伝達すると共に、前記第一変速装置（２，５）にこの変速位置を全変速位置に亘ってアップダウン操作するアップスイッチ（３）及びダウンスイッチ（４）と、作業車両がホイール仕様かセミクローラ仕様かを判定する判定手段を備えた作業車両の変速制御装置において、
   作業車両がホイール仕様の場合、前記アップスイッチ（３）若しくはダウンスイッチ（４）による変速時には前記エンジン（１９）の回転動力を半クラッチ状態を経て徐々に走行装置（２，５）へ伝達して当該変速位置の切替を完了させる構成とすると共に、
   作業車両がセミクローラ仕様の場合、前記変速時には前記エンジン（１９）の回転動力を半クラッチ状態を経る事無く走行装置（２，５）へ伝達して当該変速位置の切替を完了させる制御手段（２７）を備えたことを特徴とする作業車両の変速制御装置。
2. 第一変速装置（２，５）の変速位置の一部の変速位置に限ってアップダウン操作する切替スイッチ（１）を設け、前記車両に、同車両が非作業状態であることを検出する手段（３５）を設け、制御手段（２７）は該車両が非作業状態であるときには前記切替スイッチ（１）を切替操作しても第一変速装置（２，５）が切り替わらない構成とする請求項１記載の作業車両の変速制御装置。

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