JP4997862B2 - 作業車の無段変速制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、対地作業機を備える農業用トラクタや建設機械、土木機械等の作業車における動力伝動部の無段変速制御装置に関する。

動力伝動効率が良い無段変速機構としてトロイダル変速機構を組み込んだトランスミッションが作業車で利用されている。
特許第３４４３７２４号公報 特開２００５−２７３７３４号公報 トロイダル変速機構を用いた無段変速装置を走行駆動部に備えた作業車は、対地作業中に左右駆動輪の片側を制動して他側を増速して急旋回する等の使い方があり、路上走行時には左右に設けるブレーキペダルを連結して一体に踏込んで停止するようにしている。

トロイダル変速機構の特性として駆動輪に負荷が加わると伝動トルクを維持しようとするため、作業車で路上走行時に左右ブレーキを踏込んだ場合に、駆動力が働きながらブレーキで強制的に停止させるようになり、停止距離が長くなる傾向があり、危険回避のために急制動しても停止距離を短く出来ない、という問題がある。

そこで、この発明では、トロイダル変速機構を用いた作業車の走行装置で急停止が必要な場合に該トロイダル変速機構の伝動トルク維持機能を抑制して停止距離を短くすることを課題とする。そして、ブレーキをかけて旋回するときに車体が不安定になるのを防止する。

本発明の上記課題は次の構成によって達成される。
すなわち、請求項１に記載の発明では、作業車の走行輪駆動動力伝動部にトロイダル変速機構（４）を組み込んだ構成において、左右のブレーキペダルを一体に連結したことを検出するブレーキ連結センサ（１２１）を設け、前進走行中にステアリングの操舵速度を測定し、前記ブレーキ連結センサ（１２１）の信号入力状態で左右ブレーキペダルの踏込みを検出し、前記ステアリングの操舵速度が所定値よりも大きくないときにはトロイダル変速機構（４）のパワーローラ（２４）の変速比を通常の速度でギヤードニュートラルになるように制御し、前記ステアリングの操舵速度が所定値よりも大きいときにはパワーローラ（２４）の変速比を通常の速度よりも遅い速度でギヤードニュートラルになるように制御すべく構成したことを特徴とする作業車の無段変速制御装置とした。

上記の構成によると、作業車を対地作業に使う場合には左右のブレーキペダルを単独で使用できるようにして片側のブレーキペダルを踏込むことでその踏込み側の駆動輪をロックして他方の駆動輪を増速させて旋回する急旋回が行える。
路上走行では、まず最初に左右のブレーキペダルを連結しておくことでブレーキ連結センサ１２１により路上走行中であると判断する。

ブレーキ連結センサ１２１の信号入力状態で左右ブレーキペダルの踏込みを検出する。そして、ステアリングの操舵速度が所定値よりも大きくないときにはトロイダル変速機構４のパワーローラ２４の変速比を通常の速度でギヤードニュートラルになるように制御して減速する。
ステアリングの操舵速度が所定値よりも大きいときにはパワーローラ２４の変速比を通常の速度よりも遅い速度でギヤードニュートラルになるように減速する。即ち、ゆっくりと減速する。

請求項２に記載の発明では、走行中にアクセルペダルの動きを検出し、アクセルペダルから運転者の足が急に放されてバネでアクセルペダルが急激に戻されたことを検出すると、トロイダル変速機構（４）のパワーローラ（２４）の変速比を減速するように制御すべくしたことを特徴とする請求項１に記載の作業車の無段変速制御装置とした。

アクセルペダルが急激に戻されたことを検出すると、トロイダル変速機構４のパワーローラ２４の変速比を減速して急停止を可能とする。

請求項１に記載の発明によると、ブレーキ連結センサ１２１により路上走行中であると判断する。

そして、前進走行中にブレーキをかけて旋回する場合に車体が不安定になるのを防止できる。

請求項２に記載の発明によると、路上走行時に急制動したいことを認識した場合は、急停止を可能にする。

以下、図面に基づいて、この発明を農業用トラクタにて実施した形態について説明する。
ミッションケース１は、図１に示すように、前からフロントケース１ａ、ミドルケース１ｂ、リアケース１ｃの三ケースを連結して一体に構成している。

フロントケース１ａは、前隔壁２と後隔壁３とを有し、その前後隔壁２，３内に、上からバリエータ軸１０、走行駆動入力軸１１、ＰＴＯ入力軸１２、前輪駆動軸１３へ連結する中継軸４２を軸支している。バリエータ軸１０の前方で軸心線上には、エンジンＥの出力軸へ直結するメイン入力軸１４を軸架している。

メイン入力軸１４に前隔壁２の内側で固着したギア１５は、下位の走行駆動入力軸１１に固着した大小ギア１６の大径ギア部に噛み合って増速伝動し、この大小ギア１６の小径ギア部へさらに下位のＰＴＯ入力軸１２に固着したギア１８を噛み合わせて減速伝動している。ＰＴＯ入力軸１２はミドルケース１ｂ内でＰＴＯ軸変速機構４４に繋がるが、このＰＴＯ軸変速機構４４の伝動前側でミドルケース１ｂ内においてワンウエイクラッチ９７を設けてエンジンのゆり戻しによる逆回転を防止している。

ＰＴＯ入力軸１２の前後隔壁２，３中間においてギア７５を固着し、底部に設けるオイルポンプ７７のギア７６にこのギア７５を噛み合わせて駆動している。オイルポンプ７７はフロントケース１ａ内の中間壁９８へボルト９９で取り付けているが、この取付と同時にギア７６を挟み込んで回転可能に保持している。

最下位の中継軸４２は、後述するミドルケース１ｂ側からの伝動により前側の前輪駆動軸１３を介してフロントデフ軸１７へ動力を伝動している。フロントデフ軸１７は、フロントデフギア１９を介して左右の前輪２０を駆動する。（図３参照）
バリエータ軸１０に装着したトロイダル変速機構４は、バリエータ軸４と一体回転する２つの出力ディスク４ａ，４ａと、両出力ディスク４ａ，４ａの中央に位置して下方の走行駆動入力軸１１に固着したギア２１に中継ギア２２を介して噛み合うギア２３と共に回転する入力ディスク４ｂ，４ｂと、前記出力ディスク４ａ，４ａと入力ディスク４ｂ，４ｂとの間にシリンダピストンの先端部に支持した回転ローラを複数挟持する構成（バリエータ機構）としている。そして、前記複数の回転ローラ及びシリンダピストン（以下、パワーローラ２４という）を油圧操作で位置を変更することにより同ローラの傾倒角が変更され、前記入力ディスク４ｂ，４ｂから出力ディスク４ａ，４ａへ伝わる動力伝達比が変更されてバリエータ軸１０の回転を変速する構成となっている。この変速伝動効率は約８０〜９０％と良く、特に低速での伝動効率が高いのが特徴である。

トロイダル変速機構４を装着したバリエータ軸１０と走行駆動入力軸１１を軸支する後隔壁３には、フロントケース１ａとミドルケース１ｂとを気密に隔離するオイルシール５６，５７，５８，５９を装着しているが、この各オイルシール５６，５７，５８，５９間の空間に通じる空気孔２９をケース外へ向けて設けてブリザード機能でフロントケース１ａとミドルケース１ｂの気密を保つようにしている。この空気孔２９はＰＴＯ入力軸１２のオイルシール６８，６９部と中継軸４２に連結した前輪増速クラッチ４０の軸オイルシール７０，７１部まで繋がっている。

バリエータ軸１０の回転は、後隔壁３のミドルケース１ｂ側でバリエータ軸１０に連結した入力クラッチ軸２５にスプライン嵌合したギア２６とワンウエイクラッチ６０（以下、「スプラグ６０」という）を介してプラネタリギア支持体８０に遊星機構６１のプラネタリギア７９をピン８１で軸支して駆動し、さらに入力クラッチ軸２５に直接スプライン勘合した遊星機構６１のサンギア７８をも駆動する。また、走行駆動入力軸１１の延長軸６２には前記ギア２６と噛み合うワンウエイクラッチ２７（スプラグ２７）と前記スプラグ６０の外ギア２８と噛み合うギア６３をスプライン嵌合して動力を伝動している。このような遊星機構６１のプラネタリギア７９とサンギア７８の駆動構成でリングギア１００が減速駆動される。なお、スプラグ６０に外ギア２８を形成し、直接伝動することで伝動構成を単純化しローレジウムからハイレジウムへの変速伝動を段差無く円滑に行える。

このリングギア１００は前後ケース７３，７４で挟み込んで固定され、そのリングギア１００の回転が後ケース７４を介して低速側クラッチ６４の伝動ドラム６７の回転となり、パワーローラ２４の傾きによって低速の逆転から零を通過して低速の正転まで変速回転（「ローレジウム」という）する。

プラネタリギア支持体８０はミドルケース１ｂに設ける内支持壁８２へ軸受８３で支持し、前ケースは軸受８４で内支持壁８２へ支持している。また、内支持壁８２にはプラネタリギア支持体８０に設ける油孔８６に通じる油穴８５を設け、さらにプラネタリギア支持体８０に設ける別の油孔８７をプラネタリギア７９のピン８１に設ける油穴８８に通じてプラネタリギア７９の軸支ブッシュを潤滑している。

バリエータ軸１０の端部には前記ギア２６にスプライン嵌合した入力クラッチ軸２５へ高速側クラッチ６５のサンギア一体伝動ドラム１０１をスプライン嵌合して伝動し、パワーローラ２４の傾きによる変速がこの高速側クラッチ６５の伝動ドラム１０１を前記低速側クラッチ６４の正転最高速を引き継いでさらに高速へと変速（「ハイレジウム」という）する。

高速側クラッチ６５と低速側クラッチ６４は前側の遊星ギア組と後ケース７４で包み込んだ状態になるが、ミドルケース１ｂの上側で潤滑油から浮いた位置でもこの後ケース７４内に潤滑油を溜めてオイル切れを防ぐ効果がある。

以上の構成で、低速側クラッチ６４を繋げば出力クラッチ軸６６は低速の逆転から零を通過して低速の正転まで変速され、さらに正転で増速するには高速側クラッチ６５を繋いでパワーローラ２４の傾きを変えていくことになる。この低速側クラッチ６４と高速クラッチ６５の断続タイミングいわゆるローレジウムからハイレジウムへの引継ぎが高・低クラッチ３０の断続で制御されて低速逆転から零を通過して高速正転へ滑らかに変速されることになる。

この高・低クラッチ３０の出力クラッチ軸６６の後端にスプライン嵌合したギア３１をリアデフギア３４のデフ軸３２にスプライン嵌合したギア３３とかみ合ってデフ軸３２を駆動する。デフ軸３２の回転はリアデフギア３４を介して左右の後輪３５へ伝動される。

デフ軸３２の回転はギア３７からＰＴＯ出力軸４１に遊嵌した二連ギア３６を介して前輪駆動延長軸３９にスプライン嵌合したギア３８に伝動されこの前輪駆動延長軸３９を駆動する。

前輪駆動延長軸３９にはトラクタの旋回時に前輪を同速或いは増速して駆動させる所謂前輪増速クラッチ４０を装着し、さらにこの前輪駆動延長軸３９に中継軸４２を介して前記の前輪駆動軸１３に伝動すべく連結している。

以上の構成で、前記エンジンＥの回転をトロイダル変速機構４へ伝達し、このトロイダル変速機構４で変速する回転を高・低クラッチ３０に伝動する。そしてこの高・低クラッチ３０の低速クラッチを接続してトロイダル変速機構４のパワーローラ２４の傾きを変更すると、出力回転を低速域内で逆転から正転に亘って無段階で変速する。この変速は作業車を対地作業に適した低速度で前後進する走行条件に適している。また高・低クラッチ３０を高速にしてトロイダル変速機構４のパワーローラ２４の傾きを変更すると、出力回転を高速域内で正転から逆転に亘って無段階で変速する。この変速は作業車が路上を移動する走行条件に適している。

対地作業機を駆動するＰＴＯ出力軸４１は、次のように伝動している。
前後隔壁２，３の内部で、前記トロイダル変速機構４の下部に軸架した走行駆動走行駆動入力軸１１に固着したギア４３をＰＴＯ入力軸１２に固着したギア１８と噛み合わせて、このＰＴＯ入力軸１２の回転を後隔壁３の後部に設けるＰＴＯ軸変速機構４４とＰＴＯクラッチ４５を介してＰＴＯ出力軸４１に伝動している。ＰＴＯ出力軸４１の回転は、リアケース１c内に設けるＰＴＯ軸第二変速機構４６で適宜の回転数に変速してＰＴＯ出力軸４７に伝動する。

このように、トロイダル変速機構４を内蔵する前後隔壁２，３内には、走行駆動走行駆動入力軸１１とＰＴＯ入力軸１２及び前輪駆動軸１３が軸支されて、ギア組が少ないので、底部に溜める作動油をあまり掻き混ぜることが少なく、作動油の泡立ちを極力防いでトロイダル変速機構４への悪影響を少なくしている。

バリエータ軸１０の出力側端部はギア２６にスプライン嵌合して動力を伝動しているが、ギア２６の後隔壁３への支持を軸受５４で行い、オイルシール５５でトロイダル変速機構作動油とミッションオイルが混じらないようにしている。

次に、この作業車における走行制御状態を説明する。
図７は以下の走行制御に係わる制御信号の制御ブロック図で、コントローラ８９に対して入力する信号は次のとおりである。

リニアシフト（Ｆ）９０から前進切換信号、リニアシフト（Ｒ）９１から後進切換信号、走行モード切換ＳＷ９２から二・四駆切換信号、作業選択ＳＷ９３から耕耘等の対地作業の切換信号、変速レバー９４から走行変速速度、アクセルペダルセンサ９５からアクセルペダルの踏込み速度と踏込み角度、左ブレーキペダルセンサ９６と右ブレーキペダルセンサ１０２からそれぞれのブレーキペダルの踏込み速度と踏込み位置、圧力センサ（Ｓ１）１０３と圧力センサ（Ｓ２）１０４からパワーローラ２４の制御圧、圧力センサ（Ｌｏｗクラッチ）１０５と圧力センサ（Ｈｉｇｈクラッチ）１０６から高・低クラッチ３０の制御圧、スロットルセンサ１０７からスロットルの開度、エンジン回転センサ１０８からエンジンの回転数、バリエータ入力回転センサ１０９から入力ディスク４ｂの回転数、バリエータ出力回転センサ１１０から出力ディスク４ａの回転数、車速センサ１１１から作業車の走行速度、油温センサ１１２からミッションケース１内の作動油温度、ＰＴＯ回転センサ１１３からＰＴＯ出力軸４１の回転数、ステアリングセンサ１１４からステアリングの回転速度と回転角度、ブレーキペダル連結センサ１２１から左右ブレーキペダルの連結信号である。

コントローラ８９から出力する信号は、走行速度やミッション内の作動油温等を表示装置１１５へ、ローラＳＯＬ（Ｓ１）１１６とローラＳＯＬ（Ｓ２）１１７へパワーローラ２４の制御信号、ＨｉｇｈクラッチＳＯＬ１１８とＬｏｗクラッチＳＯＬ１１９へ高・低クラッチ３０への制御信号、ブレーキへのブレーキ制御１２２信号等である。作業機コントローラ１２０との情報や制御信号の入出力も行われる。

図８は、走行中にブレーキペダルを踏んだ場合のトロイダル変速機構４の制御フローチャートで、ステップＳ１で前進走行中に、ステップＳ２でブレーキペダル連結センサ１２１がＯＮで、ステップＳ３でその連結したブレーキペダルが踏込まれていると、ステップＳ４で路上走行時の停止操作であるとしてパワーローラ２４の制御ソレノイド（ローラＳＯＬ（Ｓ１），ローラＳＯＬ（Ｓ２））へ変速比を減速するように制御する。ステップＳ２でブレーキペダル連結センサ１２１がＯＮでなければ、パワーローラ２４の制御を通常通りで出力トルクを維持するようにして、左右どちらかのブレーキペダルを踏込めばその踏込み側の駆動輪を停止して反対側の駆動輪を増速し対地作業における急旋回を行う。

図９は、図８と同じく走行中にブレーキペダルを踏んだ場合のトロイダル変速機構４の制御フローチャートで、図８との違いは、ブレーキペダルの踏込み状態判断で、ステップＳ８でブレーキペダルが通常以上に強く踏込まれたことを検出すると、ステップＳ９の路上走行時の急制動としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図１０は、図８と同じく走行中にブレーキペダルを踏んだ場合のトロイダル変速機構４の制御フローチャートで、図８との違いは、ブレーキペダルの踏込み状態判断で、ステップＳ８でブレーキペダルが通常以上に早く踏込まれたことを検出すると、ステップＳ１４の路上走行時の急制動としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図１１は、図８と同じく走行中にブレーキペダルを踏んだ場合のトロイダル変速機構４の制御フローチャートで、図８との違いは、エンジンの回転数変化状態判断で急制動を判断する点で、ステップＳ３１で前進走行中に、ステップＳ３３でエンジンの回転数変化率が一定値が一定値以上で急激な負荷が加わったことを検出すると、ステップＳ３４の路上走行時の急制動としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図１２は、エンジンの回転数変化で急制動を判断する制御で、ステップＳ３６で前進走行中に、ステップＳ３８でエンジンの回転数が一定値（例えば、１０００ｒｐｍ）以下になって急激な負荷が加わったことを検出すると、ステップＳ３９の路上走行時の急制動としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図１３は、走行中にアクセルペダルの動きを検出して変速比を制御するトロイダル変速機構４の制御フローチャートで、図１０との違いは、ステップＳ１８でアクセルペダルから足が急に放されてバネによって急激に戻されたことを検出すると、ステップＳ１９の路上走行時の急制動としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図１４は、図１３と同じく走行中にアクセルペダルの動きを検出して変速比を制御するトロイダル変速機構４の制御フローチャートで、図１１との違いは、ステップＳ２３でアクセルペダルの戻し角度が最大つまり作業者がアクセルペダルから足を放したことを検出すると、ステップＳ２４の路上走行時の急制動としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図１５は、前進走行中に危険回避のためにステアリングを急に切った場合のトロイダル変速機構４の制御フローチャートで、ステップＳ２６で前進走行中にステアリングを回して旋回を検出し、ステップＳ２７でブレーキペダル連結センサ１２１がＯＮでステップＳ２８でステアリングを切る速度が一定速度以上であると、ステップＳ２９で路上走行時の緊急時であるとしてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御する。ステップＳ２７でブレーキペダル連結センサ１２１がＯＮでないかステップＳ２９でステアリングを切る速度が一定速度以下のゆっくりしたものであれば、パワーローラ２４の制御を通常通りで出力トルクを維持する。

図１６は、作業車を後退で直角に向き変更する場合などで、ステップＳ４１で更新中に旋回操作をして、ステップＳ４２でブレーキを踏んだことを検出すると、ステップＳ４３で旋回後停止としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にし、ステップＳ４２でブレーキを踏まなければパワーローラ２４の制御を通常通りで出力トルクを維持し後進で旋回を続ける。

図１７は、後進時に危険回避のために旋回操作を行った場合の制御で、ステップＳ４６でステアリングを切る速度が一定速度よりも速くて急な場合には、ステップＳ４７で危険回避としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図１８は、後進時に危険回避のためにブレーキペダルを急激に踏込んだ場合の制御で、ステップＳ５０でブレーキペダルを踏込む速度が一定速度よりも速くて急な場合には、ステップＳ５１で危険回避としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図１９は、後進時に危険回避のためにブレーキペダルを深く踏込んだ場合の制御で、ステップＳ５４でブレーキペダルを踏込む角度が一定角度以上で深い場合には、ステップＳ５５で危険回避としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図２０は、後進時にアクセルペダルの動きを検出する制御で、ステップＳ５８でブアクセルペダルが急に放されてバネによって急激に戻されたことを検出すると、ステップＳ５９で危険回避としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図２１は、後進時にアクセルペダルの動きを検出する制御で、ステップＳ６２でアクセルペダルの戻し角度が最大つまり作業者がアクセルペダルから足を放したことを検出すると、ステップＳ６３で危険回避としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図２２は、エンジンの回転数変化で急制動を判断する制御で、ステップＳ６６でエンジンの回転数が一定値（例えば、１０００ｒｐｍ）以下になって急激な負荷が加わったことを検出すると、ステップＳ６７の路上走行時の急制動としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図２３は、後退走行中にブレーキペダルを踏んだ場合の制御で、図２２との違いは、エンジンの回転数変化状態判断で急制動を判断する点で、ステップＳ７０でエンジンの回転数変化率が一定値以上で急激な負荷が加わったことを検出すると、ステップＳ７１の路上走行時の急制動としてパワーローラ２４の変速比を減速するように制御して急停止を可能にする。

図２４は、前進走行中にブレーキをかけて旋回する場合に急ブレーキによって車体が不安定になるのを防ぐ制御で、ステップＳ７３で走行速度を測定し、ステップＳ７４で走行中であればステップＳ７５でステアリングの操舵速度を測定し、ステップＳ７６で連結した左右ブレーキペダルの踏込み或いは左右ブレーキの同時踏込みを検出し、ステップＳ７７で操舵速度が所定値よりも大きければステップＳ７８でパワーローラ２４の変速比をゆっくりとギアドニュートラルになるよう制御しステップＳ８０の旋回停止に至る。ステップＳ７７で操舵速度が所定値よりも大きくなければステップＳ７９でパワーローラ２４の変速比を通常の速度でギアドニュートラルになるよう制御しステップＳ８０の旋回停止に至る。

本発明を実施したミッションケースの側断面図である。 本発明を実施したミッションケースの正断面図である。 ミッションケース内の動力伝動系統図である。 ミッションケースの一部拡大側断面図である。 一部の拡大側断面図である。 一部の拡大側断面図である。 制御ブロック図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。

４ トロイダル変速機構
２４ パワーローラ
９６ 左ブレーキペダルセンサ
１２１ ブレーキ連結センサ
１０２ 右ブレーキペダルセンサ
１１３ ステアリングセンサ
１０８ エンジン回転センサ

Claims (2)

1. 作業車の走行輪駆動動力伝動部にトロイダル変速機構（４）を組み込んだ構成において、左右のブレーキペダルを一体に連結したことを検出するブレーキ連結センサ（１２１）を設け、前進走行中にステアリングの操舵速度を測定し、前記ブレーキ連結センサ（１２１）の信号入力状態で左右ブレーキペダルの踏込みを検出し、前記ステアリングの操舵速度が所定値よりも大きくないときにはトロイダル変速機構（４）のパワーローラ（２４）の変速比を通常の速度でギヤードニュートラルになるように制御し、前記ステアリングの操舵速度が所定値よりも大きいときにはパワーローラ（２４）の変速比を通常の速度よりも遅い速度でギヤードニュートラルになるように制御すべく構成したことを特徴とする作業車の無段変速制御装置。
2. 走行中にアクセルペダルの動きを検出し、アクセルペダルから運転者の足が急に放されてバネでアクセルペダルが急激に戻されたことを検出すると、トロイダル変速機構（４）のパワーローラ（２４）の変速比を減速するように制御すべくしたことを特徴とする請求項１に記載の作業車の無段変速制御装置。

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