JP5181772B2 - 作業車両 - Google Patents

Description

この発明は、作業車両に関する。特に、コンバインやトラクタ或いは多目的作業車等の作業車両で用いられる油圧無段変速走行装置の走行速度制御に関する。

油圧無段変速走行装置は、可変容量型油圧ポンプの可動斜板を回動し油圧ポンプからの吐出量を変更して出力回転数を変更する油圧無段変速装置（以下、「ＨＳＴ」という）が用いられる。そして、作業車では、このＨＳＴとギア変速装置で走行装置のトランスミッションを構成し、ＨＳＴの変速とギア変速装置の変速段を組み合わせて所望の走行速度を得るように制御している。

例えば、特開２００３−１３０１７７号公報には、ＨＳＴと遊星歯車機構の組み合わせで出力回転軸の回転数を変速する構成が示され、変速比が所定値以下ではＨＳＴのみの出力で駆動し、変速比が所定値を上回った場合にはＨＳＴの出力と遊星歯車機構の出力を合成して出力回転軸を駆動するようにしている。
特開２００３−１３０１７７号公報

ＨＳＴの可動斜板を取り付けたトラニオン軸は、変速レバーの動きをモータや油圧シリンダの動きに伝動して回動操作しているが、可動斜板は油圧ポンプ内のオイルの温度によって回動抵抗力が変化し始動時に低温であると回り難く変速レバー等の変速速度に対する遅れすなわち応答遅れが生じ、長時間の使用でオイルが高温になると回り易くなって変速レバーの変速操作に思ったより素早く対応することになって、変速レバー等の変速操作フィーリングが変化する。

そこで、本発明では、油圧無段変速走行装置の走行速度制御において、ＨＳＴの作動オイルの温度変化があっても変速レバーの変速操作に追従して応答性良く可動斜板を回動して変速動作するようにすることが第一の課題であり、高速走行或いは高速回転時に過負荷でエンジンが停止することを防ぐようにすることが第二の課題である。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
請求項１に記載の発明は、ＨＳＴペダル（５）の操作に連動してＨＳＴ（１）のトラニオン軸を回動するアクチェーエータ（１１４）を設けた作業車両において、前記ＨＳＴペダル（５）の変速操作速度を検出する変速センサ（１０３）とトラニオン軸の回動速度を検出するトラニオンセンサ（１０４）と、エンジン（６）の回転数を検出するエンジン回転センサ（１０９）を設け、ＨＳＴペダル（５）を踏む増速時には、変速センサ（１０３）の変速速度とトラニオンセンサ（１０４）の回動速度が適正対応で無い場合は、その誤差を次回の変速操作時に修正すべくアクチェーエータ（１１４）の駆動力を変更すべく制御し、ＨＳＴペダル（５）の戻りを検出する減速時には、エンジン回転を最高回転数にしているか最高速で走行しているかのいずれかの条件で、ＨＳＴ（１）のトラニオン軸の中立への戻り回動速度を通常より速く制御をすることを特徴とする作業車両としたものである。

この構成で、例えば、変速操作具５の変速操作速度にＨＳＴ１のトラニオン軸回動が追従していなければ、次回の変速操作時に修正された駆動力でアクチェーエータ１１４が作動してトラニオン軸を回動して変速する。

請求項２に記載の発明は、変速センサ（１０３）が最速位置でトラニオン軸の最大開き位置を検出している際にエンジン回転センサ（１０９）がエンジン回転の低下を検出すると、アクチェーエータ（１１４）でトラニオン軸を中立位置へ戻すように駆動すべく制御したことを特徴とする請求項１記載の作業車両としたものである。

この構成で、変速操作具５を最速変速にしてエンジン回転が低下すると、過負荷状態としてＨＳＴ１を中立停止としてエンジンの停止を防ぐ。

請求項１記載の発明によると、増速時においては、例え、変速操作具５の変速操作にＨＳＴ１の変速速度が追従しないことが一度あっても次回の変速操作時にＨＳＴ１の変速速度が修正されて追従性良く変速される。
また、減速時においては停止距離を短くすることができる。

請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明の効果に加えて、変速操作具５を最速変速にした状態でエンジンの過負荷が生じたら突然エンジンが停止するのではなくＨＳＴ１が中立になって走行を停止するので、安全であり、再度変速操作具５を増速して低変速で走行を続けることも可能である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
本発明を実施した多目的作業車は、その平面図（図２）と側面図（図１）に示すように、モノコックフレームに左右の前輪８，８と左右の後輪９，９からなる走行装置１０を操舵可能に支持し、一般的なトラクタの構成と前後を逆に、すなわち、エンジン６を機体後部に配置し、トランスミッション１４を機体前部に配置する。その機体前部に操縦部２ｄ、後部に荷台２ｔを構成し、かつ、作業機動力として機体前部にＰＴＯ軸１３を備え、また、機体中間位置に車高検出機構２ｈを下垂状に構成する。

また、操縦部２ｄには、その要部斜視図を図３に示すように、ハンドルコラム２ｃを立設してステアリングハンドルＳを設け、ハンドルコラム２ｃの左側部に前後進切換レバーＲ、ハンドルコラム２ｃの基部にはその右側位置にＨＳＴペダル５、左側位置にブレーキペダル１２等の操作手段をそれぞれ配置する。

トランスミッション１４は、後に詳述するように、ＨＳＴ１および多段ギア変速機構７を直列に内装して前後輪８，９とＰＴＯ出力軸１３に駆動力を伝動する。前後進切換レバーＲを操作して前後進を選択してＨＳＴペダル５を踏んで増速すると、エンジン６からの動力はトランスミッション１４内の無段変速機構１で変速され、さらに、変速レバー４で選択された多段ギア変速機構７の変速段で変速されて、後輪９，９のみまたは、後輪９，９と前輪８，８の両方に伝達され、機体は前進または後進する。また、ブレーキペダル１２を踏むと前輪８，８と後輪９，９のディスクブレーキ（図示せず）を作動させるとともに、ＨＳＴの可変油圧ポンプのトラニオン軸を中立に戻し、ＨＳＴの定量油圧モータからの出力を停止する。また、ＨＳＴペダル５とブレーキペダル１２を同時に踏むとブレーキペダル１２を優先する。

ＰＴＯ軸１３には各種の作業機を接続して多目的作業を可能とする。例えば、路上清掃機を取り付けて路上清掃を行ったり、芝刈機を取り付けて芝刈作業を行ったり、雪掻機を取り付けて除雪などの作業を行う。

次に、ミッションケース１４の内部構造を図４乃至図７で説明する。
ミッションケース１４は、図４に示す如く、前ケース１５、繋ぎケース１６、中間ケース１７、後ケース１８の４つの中空ケースを連結した構成で、後ケース１８に軸支した入力軸１９にエンジン６の駆動力が入力し、この入力軸１９の回転がインプットケース２０内の増速ギア２１，２２で第一中継軸２３へ伝動し、さらに増速ギア２４，２５で増速され、この増速ギア２５に無段変速機構１の油圧入力軸３８をスプライン嵌合している。

繋ぎケース１６は従来の前ケース１５と中間ケース１７を連結してミッションケース１４を長くするもので、前ケース１５と中間ケース１７及び後ケース１８を従来のミッションケースと共用化することで製作コストを低く出来る。

増速ギア２１，２２と増速ギア２４，２５を内装するインプットケース２０は、高速走行を可能にするためにエンジン６の出力回転を増速するために設けるもので、従来のトラクタのミッションケース１４内に伝動機構を収納可能にしている。このインプットケース２０は図６に示す如く、密封ケースにしてミッションケース１４の外部へ通じる給油管からオイルを給油するようにすれば、増速ギア２１，２２，２４，２５の修理の際にミッシ
ョンケース１４内のオイルを抜かずにインプソトケース２０のみを取り外せるので、作業が楽になる。

無段変速機構１の内部では油圧変速により出力を大きく無段階で変速して、ＰＴＯ駆動軸２６と走行駆動軸２７の二つの軸へ出力する。
ＰＴＯ駆動軸２６にはＰＴＯギア軸２８を連結し、このＰＴＯギア軸２８のギア２９と第二中継軸３０に遊嵌したギア３１を噛み合わせ、このギア３１をＰＴＯ軸３２に装着したＰＴＯクラッチ３４のギア３３に噛み合わせている。ＰＴＯクラッチ３４はギア３３からＰＴＯ軸３２への回転伝動を断続する。

ＰＴＯ軸３２にはＰＴＯ延長軸３５を連結し、このＰＴＯ延長軸３５のギア３６をＰＴＯ出力軸１３にスプライン嵌合したクラッチギア３７に噛み合わせてＰＴＯ出力軸１３を駆動している。（図４参照）
ＰＴＯクラッチ３４の詳細を図７に示しているが、クラッチ入ではクラッチ盤８８が繋がってケーシング８６が回転して伝動するが、クラッチ切では戻しバネ８７の圧でクラッチ盤８８が離れてケーシング８６をフリーにする。この時にケーシング８６の付き回りを防ぐ為に繋ぎケース１６のボス部８１に当接する係止リング８５をケーシング８６の外周に装着している。

走行駆動軸２７には第三中継軸３９を連結し、この第三中継軸３９に固着したギア４０ヘギア４１，４２を噛み合わせて第四中継軸４３に伝動する。第四中継軸４３にはメインギア軸４４を連結している。

メインギア軸４４には、大ギア４５と中ギア４６を一体的に固着し、このメインギア軸４４の延長上にサブギア軸４７を分離して回転可能に軸支している。このサブギア軸４７には小ギア４８と大ギア７４及び走行伝動ギア７５を一体的に固着している。従って、大ギア４５と中ギア４６は同一回転をし、小ギア４８と大ギア７４は後述するクラッチギア７７からの回転を受ける。（図７参照）
大ギア４５はクラッチ軸４９に装着した高速油圧クラッチ５１のギア５０と噛み合い、中ギア４６はクラッチ軸４９に装着した低速油圧クラッチ５２のギア５３と噛み合い、メインギア軸４４の回転をクラッチ軸４９へ高速或いは低速で伝動する。

クラッチ軸４９の延長上にスプライン軸７６をスプライン嵌合し、このスプライン軸７６にクラッチギア７７をスプライン嵌合して、クラッチ軸４９の回転をクラッチギア７７に伝動している。また、クラッチ軸４９を支持する繋ぎケース１６のボス部８１にはクラッチ軸４９の油圧孔に通じる油圧用孔８２，８３，８４を設けて、高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２に作動油を送るようにしている。

クラッチギア７７には大ギア７８と小ギア７３を形成し、大ギア７８が前記サブギア軸４７の小ギア４８に噛み合って増速伝動して高速ギアクラッチ３ａを構成したり、小ギア７９がサブギア軸４７の大ギア７４に噛み合って減速伝動して低速ギアクラッチ３ｂを構成したり、大ギア７８と小ギア７３が共に游転して動力切になるようにして高低ギア変速クラッチ３を構成している。

サブギア軸４７の走行伝動ギア７５は、スプライン軸７６に遊嵌したべベルギア軸６２にスプライン嵌合した走行ギア５６に噛み合ってベベルギア軸６２を駆動している。ベベルギア軸６２のべベルギア６３が前輪８の車軸へ装着したベベルギアへ駆動力を伝動するのである。

ベベルギア軸６２は、高速油圧クラッチ５１からクラッチギア７７の大ギア７８とサブギア軸４７の小ギア４８への伝動による四速か、高速油圧クラッチ５１からクラッチギア７７の小ギア７３とサブギア軸４７の大ギア７４への伝動による三速か、低速油圧クラッチ５２からクラッチギア７７の大ギア７８とサブギア軸４７の小ギア４８への伝動による二速か、低速油圧クラッチ５２からクラッチギア７７の小ギア７３とサブギア軸４７の大ギア７４への伝動による一速かのどれかで回転することになる。

高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２と高低ギア変速クラッチ３を多段ギア変速機構７という。
また、ベベルギア軸６２の回転は、走行ギア５６からＰＴＯ軸３２に装着した大小ギア５９の小ギア部５７へ伝動し、さらに大ギア部５８に噛み合う後輪駆動軸６１のクラッチギア６０で適宜に後輪９へ駆動力を伝動可能にしている。

走行ギア５６は、ベベルギア軸６２に伝動すると共に大小ギア５９を介して後輪駆動軸６１へ伝動しているので、伝動構成を単純化して前後に長くなるのを防いでいる。
尚、高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２はコントローラからの制御信号によりソレノイドを介してどちらかを入に保持するのであるが、ブレーキペダル１２の踏み込みを検出するスイッチを設けて、このスイッチの踏込み信号で高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２のソレノイドへの通電を断って両クラッチ５１，５２をニュートラルにするようにしている。このニュートラルの状態でブレーキを作用することで素早く停止でき、ギア変速クラッチ３の切換えがスムースに行える。

図８は、変速レバー４を示し、変速溝６５を中央のニュートラル位置Ｎから前後位置Ｈ，Ｌに回動することで前記のギア変速クラッチ３を高速ギアクラッチ３ａが入か低速ギアクラッチ３ｂが入に変速し、この変速レバー４のグリップ６６の頭部に設ける増速ボタン６７を押すと高速油圧クラッチ５１を入動作し、減速ボタン６８を押すと低速油圧クラッチ５２を入動作する。

また、変速溝６５には変速レバー４の位置を検出するセンサ７０Ｈ，７０Ｌを設けて、変速レバー４が低速位置Ｌから高速位置Ｈに移動すると高速油圧クラッチ５１が入であっても切にして、低速油圧クラッチ５２が入になって三速になり、高速位置Ｈから低速位置Ｌに移動すると低速油圧クラッチ５２が入であっても切にして、高速油圧クラッチ５１が入になって二速になるようマイコン制御を行っている。なお、高速油圧クラッチ５１を入りにする場合には、ＨＳＴペダル５が３／４以上踏込まれて無段変速機構が高速であれば一旦低速にして変速ショックを低減させる。また、変速レバー４が低速位置Ｌで滅速ボタン７３を押すと一速になり、変速レバー４が高速位置Ｈで増速ボタン７２を押すと四速になる。

図９は、マイクロコンピュータ１００による走行変速制御の制御ブロック図である。
マイクロコンピュータ１００へ入力する入力信号は、ペダルセンサ１０３によるＨＳＴペダル５の踏込み位置と踏込み速度信号と、トラニオンセンサ１０４からの無段変速機構１の可動斜板に固着するトラニオン軸の回動位置信号と回動速度信号と、前後進切換レバーセンサ１０５による前後進切換レバーＲの前後進位置信号と、クルーズコントロールスイッチ１０１によるオートクルーズ設定信号と、クルーズコントロールメモリスイッチ１０２による前回オートクルーズ速度への復帰信号と、ブレーキペダル１２の踏込み信号と、車速センサ１１１による走行速度と、増速ボタン６７と減速ボタン６８による増減信号と、エンジン回転センサ１０９からのエンジン回転信号である。なお、ペダルセンサ１０３とトラニオンセンサ１０４は、走行制御の重要なセンサであるためにそれぞれ二個設けて、片方のセンサが異常値を検出したらその検出値を制御データとして使用しないようにする。

マイクロコンピュータ１００から出力する制御信号は、無段変速機構１のトラニオン軸を駆動するトラニオン駆動モータ１１４を正逆回転制御トラニオン前進リレー１１２に対する正転信号とトラニオン後進リレー１１３に対する逆転信号及び各駆動力変更信号と、高速油圧クラッチ５１と低速油圧クラッチ５２に対する作動信号等である。

図１０は、ＨＳＴペダル５の踏込みによるＨＳＴ１の変速速度制御のフローチャートである。ＨＳＴペダル５の踏込みをペダルセンサ１０３で検出し、ＨＳＴ１のトラニオン軸の回動速度を所定速度に制御するのである。

まず、ステップＳ１で制御駆動力（この制御駆動力は起動時に所定の値に設定し、以下の制御で制御値を変更する）を記憶回路から読込み、ステップＳ２でトラニオン軸の駆動出力判定を行い、出力があれば（すなわち、判定がＹＥＳであれば）ステップＳ３に移行し、ステップＳ２の判定がＮＯであればそのままリターンする。

ステップＳ３では制御駆動力でトラニオン軸の回動駆動を行い、ステップＳ４でトラニオンセンサ１０４でトラニオン軸の回動変化率を読込む。そして、ステップＳ５で実際の回動変化率を所定の制御変化率と比較し、実変化率が制御変化率よりも小であれば（すなわち、判定がＹＥＳであれば）、ステップＳ６でトラニオン軸の制御駆動力を増加し、ステップＳ７でその増加した制御駆動力を新たな制御駆動力として記憶回路に記憶し、リターンする。

ステップＳ５の判定がＮＯであれば、ステップＳ８の実回動変化率が制御変化率よりも大きいかの判定を行い、判定がＹＥＳであればステップＳ９でトラニオン軸の制御駆動力を減少させ、ステップＳ７でその減少した制御駆動力を新たな制御駆動力として記憶回路に記憶し、リターンする。ステップＳ８の判定がＮＯ（すなわち、実変化率が制御変化率と略同一）であればそのままでリターンする。

前記の制御は走行速度の増速時の制御であるが、減速時においても停止距離を短くするために、スロットルレバーを最大に開いているかエンジン回転を最高回転数にしているか最高速で走行しているかどれかの条件で、ＨＳＴペダル５の戻りを検出すると、ＨＳＴ１のトラニオン軸の戻り回動速度を通常より速く中立にして走行停止時間を短くする制御を行う。この場合に、エンジン回転数の上限付近や最高速近くでのＨＳＴ１のトラニオン軸の戻り回動速度を比例的に変化させても良い。

図１１は、ＨＳＴペダル５を踏込んでも走行速度が低下するような過負荷での走行時に停止させて低速走行を促がす制御である。
ステップＳ１０でＨＳＴペダル５の踏込みが最大踏込みであって、ステップＳ１１でトラニオン軸の開度が大きく、ステップＳ１２でエンジン回転数が低下すれば、ステップＳ１３でトラニオン軸を中立に戻す。ステップＳ１０とステップＳ１１とステップＳ１２の判定のどれかがＮＯであればステップＳ１３のトラニオン軸を中立にする戻しを行わない。

図１２は、一定の走行速度を維持するオートクルーズ制御のフローチャートで、前回のオートクルーズ設定を記憶しておいて、クルーズコントロールメモリスイッチ１０２を押すと前回のオートクルーズ速度に復帰する制御である。

ステップＳ２０で前回のオートクルーズ設定を読み出し、ステップＳ２１で走行中にクルーズコントロールスイッチ１０１を押す等の操作を行ってオートクルーズにしたかを判定し、判定がＹＥＳであればステップＳ２２でこのオートクルーズ設定条件記憶を更新し、ステップＳ２３でクルーズコントロールメモリスイッチ１０２をオンしたかの判定を行い、判定がＹＥＳであればステップＳ２４でトラニオン軸の回転駆動を開始し、ステップＳ２５で前回のオートクルーズ速度に達するのを待って、前回のオートクルーズ速度になればステップＳ２６でトラニオン軸の回転駆動を停止し、リターンする。ステップＳ２１の判定かステップＳ２３の判定がＮＯであれば、そのままでリターンする。

この制御は、クルーズコントロールメモリスイッチ１０２をオンを押すだけで以前の走行速度になるため、路上清掃等の作業を中断し移動した後に再び路上清掃等の同じ作業を繰り返す場合などに便利である。

本実施例の多目的作業車の全体側面図である。 本実施例の多目的作業車の全体平面図である。 本実施例の多目的作業車の一部斜視図である。 ミッションケースの全体断面図である。 ミッションケースの部分拡大断面図である。 ミッションケースの部分拡大断面図である。 ミッションケースの部分拡大断面図である。 一部の拡大斜視図である。 制御のブロック図である。 制御のフローチャート図である。 制御のフローチャート図である。 制御のフローチャート図である。

１ 無段変速機構（ＨＳＴ）
５ 変速操作具（ＨＳＴペダル）
６ エンジン
１０３ 変速センサ
１０５ トラニオンセンサ
１０９ エンジン回転センサ
１１４ アクチェーエータ（トラニオン駆動モータ）

Claims (2)

1. ＨＳＴペダル（５）の操作に連動してＨＳＴ（１）のトラニオン軸を回動するアクチェーエータ（１１４）を設けた作業車両において、
   前記ＨＳＴペダル（５）の変速操作速度を検出する変速センサ（１０３）とトラニオン軸の回動速度を検出するトラニオンセンサ（１０４）と、エンジン（６）の回転数を検出するエンジン回転センサ（１０９）を設け、
   ＨＳＴペダル（５）を踏む増速時には、変速センサ（１０３）の変速速度とトラニオンセンサ（１０４）の回動速度が適正対応で無い場合は、その誤差を次回の変速操作時に修正すべくアクチェーエータ（１１４）の駆動力を変更すべく制御し、
   ＨＳＴペダル（５）の戻りを検出する減速時には、エンジン回転を最高回転数にしているか最高速で走行しているかのいずれかの条件で、ＨＳＴ（１）のトラニオン軸の中立への戻り回動速度を通常より速く制御をすることを特徴とする作業車両。
2. 変速センサ（１０３）が最速位置でトラニオン軸の最大開き位置を検出している際にエンジン回転センサ（１０９）がエンジン回転の低下を検出すると、アクチェーエータ（１１４）でトラニオン軸を中立位置へ戻すように駆動すべく制御したことを特徴とする請求項１記載の作業車両。

Images