JP4985032B2

JP4985032B2 - 農業用トラクタの変速制御装置

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Publication number: JP4985032B2
Application number: JP2007088313A
Authority: JP
Inventors: 楫野　　豊; 智之石田
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2007183002A

Description

本発明は、農業用トラクタの変速制御装置に関し、特に、煩わしい操作なしに路上走行における自動変速を可能とするものである。

農業用トラクタの変速制御装置において、路上走行用に複数段を自動変速し、いわゆるノークラッチ運転を可能とするように構成したものが、たとえば、特許文献１に記載のように、知られている。この変速制御装置は、サブシフトレバーによりＨ，Ｍ，Ｌの３段の手動切り換えが可能な副変速機構、４段の自動切り換えが可能な第２主変速機構、スイッチ操作による増減切り換えが可能な第１主変速機構等の組み合わせにより、作業用から路上走行用まで幅広い範囲の伝動ギヤ比の選択が可能である。
特開２００２−１３５６１号公報

しかしながら、上記変速制御装置は、誤操作や異常操作をした時は急発進や急制動の事態を招き、路上において走行が不安定となることがあった。また、路上走行の条件下においても、状況によっては手動変速による対応を要する場合がある。また、自動変速制御中においてクラッチを切って惰性で走っている場合、低速範囲内の状態が所定時間続いたときのみにシフトダウンすることで、クラッチを再接続したときのショックを少なくする。

この発明は、路上走行において煩わしい操作なしに自動変速を可能としつつ、安定して幅広い対応が可能な農業用トラクタの路上走行変速制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明は、走行系伝動機構として主変速装置（４，７）と副変速装置（９）を備え、副変速装置（９）の変速位置を作業走行時より路上走行時を高速位置とし、
前記主変速装置（４，７）の変速位置をエンジン回転数に応じて自動切替制御する変速調節手段（２０）を備える農業用トラクタの変速制御装置であって、
自動変速制御中において実車速の低速範囲内状態が所定時間（Ｔｄ）続くと１速シフトダウンを行う構成とし、さらに、シフトダウンする車速のしきい値をシフト位置により変えるように構成し、
前記変速調節手段（２０）には、車両の走行状態及び停車状態を検出する車速センサ（３１）と、前記副変速装置（９）の変速位置を検出する副変速センサ（２１）を設け、
この副変速センサ（２１）により副変速装置（９）の変速位置が路上走行用の高速位置に設定されていることが検出され、且つ車速センサ（３１）により車両の走行状態を検出しているときに前記エンジン回転数に応じた主変速位置（４，７）の変速位置の切替制御を行う一方、
前記副変速センサ（２１）により副変速装置（９）の変速位置が路上走行用の高速位置に設定されていることが検出され、且つ車速センサ（３１）により車両の停車状態を検出しているときには、変速調節手段（２０）の切替制御におけるエンジン回転数に応じたシフトアップ方向の切り替えを抑制して伝動ギヤ比を保持することを特徴とする農業用トラクタの変速制御装置とする。

この発明によると、自動変速制御中においてクラッチを切って惰性で走っている場合、低速範囲内の状態が所定時間続いたときのみにしかシフトダウンさせないようにすることで、クラッチを再接続したときのショックを防止する。また、シフトダウンする車速のしきい値をシフト位置により変えることで、低速シフト位置にスムーズに移行することができる。

また、車両が走行状態にあり、かつ副変速装置が路上走行を想定した高速位置に設定されているときにはエンジン回転数に応じた主変速装置の切替制御がなされるが、該車両が停止状態にあるときはエンジン回転数が増加してもシフトアップが抑制されるため、路上走行時の停車状態においては不測の急発進を防止して安定した走行が可能となる。

上記技術思想に基づき具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ本発明に係る農業用トラクタの路上走行変速制御装置について説明する。
本発明に係る路上走行変速制御装置の適用対象となる農業用トラクタの走行伝動機構の伝動系統展開図を図１に示す。図１において、農業用トラクタの走行伝動機構は、エンジン１からの回転動力を断続するべくクラッチハウジング内に設けられた主クラッチ３から、ミッションケース内の第一主変速装置４、前後進切替装置６、第二主変速装置７、副変速装置９、差動減速部１１等を介して左右の後輪１３，１３に変速伝動する。

第一主変速装置４は、副軸４ａを介して「高」「低」の２段を油圧動作のシンクロ機構付きシフターリング４ｂで選択噛合するシンクロメッシュギヤ式変速装置である。その切替指令は、「Ｕ」「Ｄ」等の増減信号を指令する後述の増減スイッチ２７による。前後進切替装置６は、カウンタギヤ６ａを付帯した前後進用の２つのクラッチからなり、正転逆転を切り換える。第二主変速装置７は、副軸７ａを介して「４速」から「１速」までの４段を油圧動作のシンクロ機構付きシフターリング７ｂ、７ｂで選択噛合するシンクロメッシュギヤ式変速装置である。その選択指令は、「４速」と「３速」および「２速」と「１速」をそれぞれ選択する２つのアクチュエータ７ｃ、７ｃの進退動作と対応する図示せぬ切替制御弁のソレノイド信号による。副変速装置９は、後述の手動操作用のサブシフトレバー５１によって副軸９ａとの間で「Ｈ」「Ｍ」「Ｌ」の３段変速するコンスタントメッシュギヤ式変速装置である。

上記構成の伝動機は、その変速ギヤの全組み合わせについて速度順に並べた図２の例のように、３段の副変速の各段について８速、すなわち、全２４段の変速を行うことができる。その中の第２１段位置から第２４段位置までを路上走行に特定し、路上走行のための自動変速制御を適用する。

つぎに、路上走行用の自動変速制御について説明する。路上走行用の自動変速制御のための演算処理部入出力系統図を図３に示す。図３において、変速調節手段としてのコントローラ２０は、入力信号を受けるための各種のスイッチ、センサ等と接続し、また、制御指令等によって制御動作する走行系の制御機器等と接続する。

詳細には、入力側信号として、副変速センサ２１による副変速のレバー位置（Ｈ、Ｍ、Ｌ）、自動変速「入」スイッチ２３による路上走行時の自動変速機能の選択の有無、リバーサ「Ｆ」「Ｒ」スイッチ２４による前後進の方向選択、主クラッチペダルスイッチ２６によるペダル踏操作の有無、「ＵＰ」「ＤＮ」変速スイッチ２７による第一主変速の増減切替選択、路上走行−作業スイッチ２９によるモード区分、車速センサ３１による走行速度、エンジン回転センサ３３によるエンジン回転数、スロットル開度センサ３４によるスロットル開度、主変速１〜４速位置感知センサ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄによる主変速１〜４速位置の選択状態、変速モードスイッチ３７によるノーマル、パワー、エコノミの選択、その他の入力信号を受ける。また、出力側指令として、警告ランプ４１への警告信号、ランプへ４３の表示信号、前進・後進用ソレノイド４４ａ，４４ｂへの励磁信号、主変速１〜４速ソレノイド４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄへの励磁信号、チェッカ接続用カプラ４７への入出力指令、その他の制御機器への制御信号を出力する。

つぎに、路上走行用の自動変速制御の具体例（１）を説明する。路上走行用の自動変速制御は、４ＷＤ切換等が「走行」に選択され、副変速装置９のサブシフトレバーが「Ｈ」速、エンジン１が所定の基準回転数以上である場合に１速シフトアップするべく自動変速処理することを前提とする。本発明においては、この自動変速制御に加えて、さらに、車速センサ３１により停車のときはシフトアップを抑制するべく調節処理部を構成する。エンジンの基準回転数は走行に適合する範囲の下限値（例えば、２５００ｒｐｍ）である。なお、停車は、車速センサによる速度０の信号として、走行停止および不感帯（約０．５ｋｍ／ｈ以下の微速）の範囲内と対応する。

この場合の制御処理は、図４の路上走行用の自動変速制御のフローチャート（１）に示すように、ステップ１（Ｓ１と表示する。以下同様）で各センサ、スイッチ類を読み込み、これをＳ２、Ｓ３の逐次判定により自動変速制御においてエンジンが基準回転数以上になるまで繰り返す。自動変速制御においてエンジンが基準回転数以上になると、Ｓ４で車速をチェックする。速度０の場合はＳ５で現在のシフト位置を継続し、速度０でない場合、すなわち、微速を越える走行中の場合はＳ６で１速シフトアップする。

このように調節処理することにより、路上走行中は、自動変速によりエンジン１の回転数と対応して所定のギヤ比を選択し、その伝動ギヤ比の変速指令を出力することによって自動進段制御し、また、停車時においては、車速センサ３１の車速信号によって停車状態を検出してその検出信号により変速指令を抑制して伝動ギヤ比を保持する。したがって、路上走行変速制御装置は、路上走行時の自動変速制御に際し、停車状態においては、エンジン回転数が増加しても変速指令が抑制されて伝動ギヤ比が保持されるので、不測の急発進を防止して安定した走行が可能となる。

つぎに、路上走行用の自動変速制御の具体例（２）を説明する。ここに説明する路上走行用の自動変速制御は、前記自動変速を前提として、さらに、クラッチ「切」および速度０のときは路上走行のための最低変速位置である１速にシフトするべく構成する。
この場合の制御処理は、図５の路上走行用の自動変速制御のフローチャート（２）に示すように、Ｓ１で各センサ、スイッチ類を読み込み、これをＳ２からＳ４の逐次判定により自動変速制御においてクラッチ「切」かつ車速０になるまで繰り返す。この条件が満たされると、Ｓ５で１速にギヤシフトを指令する。

このように調節処理することにより、クラッチ操作がなされ、かつ、機体が停車すると、最も低速のギヤ比の変速指令が出力されるので、停止後の次の発進時のためのギヤ比を準備する一方で、走行中のクラッチ操作による不適合なギヤシフトを回避することができる。

つぎに、路上走行用の自動変速制御の具体例（３）を説明する。ここに説明する路上走行用の自動変速制御は、前記自動変速を前提として、さらに、所定時間Ｔｄ（例えば１秒）にわたりエンジンのアイドリングを僅かに超える程度の低速の所定回転数（例えば１０００ｒｐｍ）以下のときは１速シフトダウンするように構成する。

この場合の具体的な制御処理は、図６の路上走行用の自動変速制御のフローチャート（３）に示すように、Ｓ１で各センサ、スイッチ類を読み込み、これをＳ２からＳ４の逐次判定により自動変速制御においてエンジンがアイドリング近辺の所定回転数以下および略１秒以下の所定時間Ｔｄが経過するまで繰り返す。この条件が満たされると、Ｓ５で１速シフトダウンする。

このように調節処理することにより、自動シフトアップによって主変速が高いシフト位置になり、アイドリングまでアクセルを緩めてもオペレータが思っているよりも速い速度になるという事態を回避して安定した運転が可能となる。また、時間の経過でシフトダウンさせることにより、次回アクセルを踏み込んだ際に素早く加速することができる。

その他、必要により、Ｓ４で所定時間Ｔｄが経過していない場合は、Ｓ６でアクセル操作をチェックし、「開」操作した場合に限り、Ｓ７で所定時間Ｔｄのカウントをリセットするように構成することが効果的である。この場合は、アクセルを踏み込むことにより、シフトダウンすることなく素早く車速を上げることができる。したがって、負荷が大きい場合において、アクセルを踏み込んでもエンジン回転が上がらずに１０００回転を切った状態が所定時間Ｔｄ以上継続して自動シフトダウンするという事態を回避することができる。

さらに、Ｓ３のエンジン回転数のチェックに代えて車速についてのチェックとし、例えば、実車速１ｋｍ／ｈ以下の低速範囲内の状態が所定時間継続した時に１速シフトダウンするように構成することが効果的である。このように実車速に基づいて制御処理することにより、クラッチを切って惰性で走っている場合に車速が十分に落ちない間はシフトダウンしないので、惰性でかなり速い速度で走行している途中でクラッチを再接続しても、エンジンブレーキは軽くて済み、ショックの少ない安定した走行が可能となる。

この場合において、自動シフトダウンの基準となる車速を主変速の変速位置により変更、すなわち、シフトダウンする車速のしきい値をシフト位置により変えるように構成することにより、低速シフト位置にスムーズに移行することができる。たとえば、主変速が４段構成の場合では、シフトダウンの条件車速をシフト位置により、２．０ｋｍ／ｈ（４速→３速）、１．５ｋｍ／ｈ（３速→２速）、１．０ｋｍ／ｈ（２速→１速）とする。

そして、図７の所定条件でシフトダウン処理をするギヤ線図（１）のように、上記所定条件で所定時間Ｔｄが経過するごとに繰り返してシフトダウン処理をするように構成すれば、１速シフトダウンしただけでは車速がまだ十分に遅くない場合にも対応することができる。この場合、十分安全な変速位置まで自動変速されるので、安全性が向上するとともに、次回の加速時に十分な加速（トルク）を得ることができる。

また、アクセルを緩めている時間が長い時は車速を落としたい時であることから、図８の所定条件でシフトダウン処理をするギヤ線図（２）のように、シフトダウンの都度、次第に経過時間を短くするように構成することが効果的である。このように構成することにより、アクセルを緩めている時間が延びるほど、より低速のシフト位置に素早くシフトダウンすることができる。

具体的には、１回目のシフトダウン時は、Ｔｄ１＝１（ｓｅｃ）、２回目のシフトダウン時は、Ｔｄ２＝０．５（ｓｅｃ）、３回目のシフトダウン時は、Ｔｄ３＝０．２５（ｓｅｃ）のように、時間を逐次半減させるように処理する。

つぎに、路上走行用の自動変速制御におけるアクセル開度センサの故障対応処理を説明する。アクセル開度センサの故障時に自動変速制御を継続した場合には、アクセル開度に応じた理想の制御が行われなくなるので、十分な性能が発揮できなくなり、使い勝手（フィーリング等）が悪くなる可能性がある。このような事態を回避するために、アクセル開度センサの故障（断線、５Ｖショート）時は、自動変速を禁止すると同時に、モニタランプ等によってオペレータに報知するように構成することが効果的である。

具体的には、図９のアクセル開度センサの故障対応処理のフローチャートに示すように、Ｓ１で各センサ、スイッチ類を読み込み、これをＳ２、Ｓ３の逐次判定により、自動変速制御においてアクセル開度センサの故障が検出されるまで繰り返す。この条件が満たされると、Ｓ４で自動変速出力禁止および警告モニタランプ出力オンを処理する。

このように調節処理することにより、安全性を大前提とする走行関係の制御において、十分な機能が発揮できないときは、即制御を中止し、放置することで安全を確保することができる。

つぎに、路上走行用の自動変速制御の他の具体例として走行負荷が大きい場合の制御処理について説明する。走行負荷が大きい場合の制御処理のフローチャートを図１０に示す。図１０において、Ｓ１で各センサ、スイッチ類を読み込み、これをＳ２からＳ６の逐次判定により、自動変速制御において主変速が４速（最高速）で、アクセルを全開操作した時に、エンジンが所定回転数（たとえば１５００ｒｐｍ）以下でその状態が規定時間Ｔｋｄ継続するまで繰り返す。この条件が満たされると、Ｓ７で１速シフトダウンする。

上記のようにＳ３において４速（最高速）に限定するのは、トラクタのギヤ比では４速ぐらいでしか必要ないと思われるからである。このように構成することにより、アクセルを踏み込んでも思うような加速が得られない場合、例えば、上り坂の場合に自動的にシフトダウンされるので便利である。

また、別の処理構成として、主変速が４速（最高速）でアクセルを全開に操作した時に、エンジン回転の変化率（上昇）が一定の変化率以下の時に、主変速を１速シフトダウンするように構成する場合、および、主変速が４速（最高速）でアクセルを全開に操作した時に、車速センサの検出値により検出される加速度が一定の加速度以下の時に主変速を１速シフトダウンするように構成する場合についても、上記同様の効果を得ることができる。

つぎに、自動変速制御におけるシフトアップの制御について説明する。従来の自動シフト条件は、エンジン回転数が一定値（例えば、２５００回転）になったときであったため、シフトアップ後のエンジン回転が変速前後のギヤ比関係によりバラバラであった。この問題を解消するべく、シフトアップ制御を車速対応とすることが効果的である。

具体的には、自動変速制御におけるシフトアップ制御の変速特性図（１）を図１１に示す。このシフトアップ処理は、車速センサから得られる検出車速により、現在シフト位置での車速が、１速以上のシフト位置でエンジン回転数が１３００回転の理論車速以上とすることを条件とする。

詳細には、エンジンが１３００回転の時の車両走行速度を、ギヤ比別に、Ｖ２（２速の場合）、Ｖ３（３速の場合）、Ｖ４（４速の場合）とすると、各車速と対応して、１速→２速（Ｖ２の時）、２速→３速（Ｖ３の時）、３速→４速（Ｖ４の時）にシフトアップする。

このように構成することにより、次のシフトアップ位置でのエンジン回転が一定（１３００回転付近）となるので、シフトアップ時の速度の急変を抑えて安定して走行することができる。

つぎに、シフトアップするべきエンジン回転数をアクセル開度に応じて変更して自動変速制御する例について説明する。この自動変速制御におけるシフトアップ制御の変速特性図（２）を図１２に示す。たとえば、アクセル開度に応じてエンジン回転数を、１７００回転（１００％の時）、１３００回転（８０％の時）とする。たとえば、上記回転数と対応する２速における速度をＶ２ａ（１７００回転の時）、Ｖ２ｂ（１３００回転の時）とすると、アクセル開度に応じてＶ２ａ（１００％の時）、Ｖ２ｂ（８０％の時）の車速において１速→２速のシフトアップを行う。

このように構成することにより、アクセルの開度に応じてシフトアップのタイミングが調整されるので、オペレータの意図に沿った走行フィーリングを得ることができる。たとえば、アクセルを一杯に踏み込んだときは、そのままのシフト位置で踏み込みの浅い場合より高回転域まで引っ張って素早く加速するようにすることができる。
この場合においては、上述のシフトアップ制御を含め、マイコンチェッカ等を用いてシフトアップ制御の基準となる基準回転数を変更できるように構成することが効果的である。すなわち、変速タイミングをもっと遅く、或いはもっと早くというように、マイコンチェッカを用いてオペレータに合わせた変更調節が可能となる。

つぎに、基準となるエンジン回転数の変更を切替スイッチにより選択して自動変速制御する例について説明する。この自動変速制御におけるシフトアップ制御の変速特性図（３）を図１３に示す。たとえば、ノーマル、パワー、エコノミー等の複数モードから任意に選択しうるモード選択スイッチ３７を準備し、このモード選択スイッチ３７の切替によって変速タイミングをスライドさせることができる。

具体的には、モード選択スイッチ３７の選択ポジションと対応して３種類のエンジン基準回転、すなわち、１３００〜１７００（ノーマル）、１５００〜１９００（パワー）、１２９９〜１６００（エコノミー）を設定しておくことにより、この中からモード選択スイッチのポジション選択によって好みの加速モードの変速が可能となる。

つぎに、自動変速の適用の有無を選択する方法について説明する。サブシフトレバーのグリップ部の斜視図を図１４に示す。図１４において、副変速のギヤ比を選択するサブシフトレバー５１のグリップ部には、主変速増減スイッチ２７ａ，２７ｂと自動変速スイッチ２３を取り付ける。主変速増減スイッチ２７ａ，２７ｂは、第一主変速４の増減の選択を入力するための主変速切替スイッチである。自動変速スイッチ２３は自動変速の適用の有無を入力するための選択スイッチである。自動変速機能は、路上走行のための高速領域で車速に応じて第二主変速７のギヤ比を切替制御する。

自動変速スイッチ２３の操作により自動変速のオンまたはオフが指令されると、自動変速または手動変速により伝動機が変速制御される。この自動変速のオンとオフの選択は、サブシフトレバー５１の操作とともに迅速に操作できるので、自動変速走行中でもアユミでＨ速を使用する時は一時的に手動変速を使用する例のように、状況に対応した走行制御を木目細かく選択することができる。

つぎに、自動変速の適用の有無を選択するための別の方法について説明する。自動変速ポジションを設けたサブシフトレバーのシフトパターンを図１５に示す。図１５において、サブシフトレバー５１をガイドするシフトパターン５６には略ｈ字状に３つのポジション「Ｌ」，「Ｍ」，「Ｈ」を配置する。路上走行のための「Ｈ」ポジションについては、近接して分岐する２つのシフトポジション５７ａ，５７ｂを形成し、自動変速制御を適用するポジション５７ａと適用しないポジション５７ｂとを形成する。両ポジションは、いずれも「Ｈ」速のギヤ比であるが、自動変速制御を適用するポジション５７ａには、サブシフトレバー５１の投入を検出すると自動変速信号を出力するスイッチ２３を設ける。

このようにシフトパターンを構成することにより、サブシフトレバー５１の投入ポジション５７ａ，５７ｂに応じて自動変速制御の適用が決定されるので、サブシフトレバーをシフト操作することにより、自動変速制御の適用を選択することができる。

本発明に係る路上走行変速制御装置の適用対象となる農業用トラクタの走行伝動機構の伝動系統展開図図１の伝動機の変速ギヤの全組み合わせについて速度順に並べた例路上走行用の自動変速制御のための演算処理部入出力系統図路上走行用の自動変速制御のフローチャート（１）路上走行用の自動変速制御のフローチャート（２）路上走行用の自動変速制御のフローチャート（３）所定条件によりシフトダウン処理する場合のギヤ線図（１）所定条件によりシフトダウン処理する場合のギヤ線図（２）アクセル開度センサの故障対応処理のフローチャート走行負荷が大きい場合の制御処理のフローチャート自動変速制御におけるシフトアップ制御の変速特性図（１）自動変速制御におけるシフトアップ制御の変速特性図（２）自動変速制御におけるシフトアップ制御の変速特性図（３）サブシフトレバーのグリップ部の斜視図自動変速ポジションを設けたサブシフトレバーのシフトパターン図

Ｔｄ所定時間
３主クラッチ
４第一主変速装置
７第二主変速装置
９副変速装置
２０コントローラ（変速制御手段）
２１副変速センサ
２３自動変速スイッチ
２６主クラッチペダルスイッチ
２７ａ，２７ｂ主変速増減スイッチ
２７変速スイッチ
３１車速センサ
３３エンジン回転センサ
３４スロットル開度センサ
３７変速モードスイッチ
５１サブシフトレバー
５６シフトパターン

Claims

走行系伝動機構として主変速装置（４，７）と副変速装置（９）を備え、副変速装置（９）の変速位置を作業走行時より路上走行時を高速位置とし、
前記主変速装置（４，７）の変速位置をエンジン回転数に応じて自動切替制御する変速調節手段（２０）を備える農業用トラクタの変速制御装置であって、
自動変速制御中において実車速の低速範囲内状態が所定時間（Ｔｄ）続くと１速シフトダウンを行う構成とし、さらに、シフトダウンする車速のしきい値をシフト位置により変えるように構成し、
前記変速調節手段（２０）には、車両の走行状態及び停車状態を検出する車速センサ（３１）と、前記副変速装置（９）の変速位置を検出する副変速センサ（２１）を設け、
この副変速センサ（２１）により副変速装置（９）の変速位置が路上走行用の高速位置に設定されていることが検出され、且つ車速センサ（３１）により車両の走行状態を検出しているときに前記エンジン回転数に応じた主変速位置（４，７）の変速位置の切替制御を行う一方、
前記副変速センサ（２１）により副変速装置（９）の変速位置が路上走行用の高速位置に設定されていることが検出され、且つ車速センサ（３１）により車両の停車状態を検出しているときには、変速調節手段（２０）の切替制御におけるエンジン回転数に応じたシフトアップ方向の切り替えを抑制して伝動ギヤ比を保持することを特徴とする農業用トラクタの変速制御装置。