JP5287091B2

JP5287091B2 - 作業車両の無段変速走行制御装置

Info

Publication number: JP5287091B2
Application number: JP2008248276A
Authority: JP
Inventors: 義典土居
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: JP2010078089A

Description

本発明は、アクセルペダルの踏込み位置と対応して走行車速とエンジン回転数とを制御する作業車両の無段変速走行制御装置に関するものである。

アクセルペダルの踏込み位置と対応して走行車速とエンジン回転数とを制御する作業車両の無段変速走行制御装置が知られている。この無段変速走行制御装置は、特許文献１の例に示されるように、アクセルペダルの踏込み位置と対応して静油圧式無段変速機構のトラニオン軸を回動制御して停止速から最高速までの範囲で車速を無段調節するとともにエンジンをアイドリングから最大回転数までスロットル調節することができる。したがって、アクセルペダルの踏込み操作のみにより、停車時の無駄なエンジン回転を抑えるとともに、高速時に必要な動力を確保して作業車両を効率よく運転操作することができる。
特開２００５−３４３１８７号公報

しかしながら、上記構成の無段変速走行制御装置は、アクセルペダルの踏込量に応じて車速とエンジン回転が次第に変化することから、低車速の範囲ではエンジン回転数が低いので十分な走行動力を得ることができず、作業走行の不安定化を招くのみならず、最高車速時にエンジントルクが低下して高速走行時の十分な加速性が確保できず、路上交通の混乱を招くという問題があった。

解決しようとする問題点は、ペダル操作による作業車両の簡易な車速調節操作と効率的なエンジン制御とを確保しつつ、低速走行時の安定走行および高速走行時の十分な加速性を確保することができる作業車両の無段変速走行制御装置を提供することにある。

請求項１の発明は、アクセルペダルの踏込み位置と対応して走行車速とエンジン回転数とを制御するように無段変速機構制御とエンジンスロットル制御とを行う作業車両の無段変速走行制御装置において、上記アクセルペダルの踏込み開始からの操作に応じて、エンジンがアイドリングである踏込み位置の踏込み開始位置からエンジンが最大回転数である踏込み位置のエンジンの最大回転数位置まで変化するエンジン制御範囲と、無段変速機構が停止速である踏込み位置の踏込み開始位置から最高車速である踏込み位置のエンジンの最大回転数位置まで変化する無段変速制御範囲とを個別に設け、踏込み量が小さい方から踏込み開始位置、エンジンの最大回転数位置、エンジンの最大回転数位置の順に設定し、上記エンジン制御範囲を無段変速制御範囲の半分以下に形成すると共に、エンジンの定格回転数位置と作業走行に必要な最低車速位置とを一致させることを特徴とする。

上記構成により、アクセルペダルの踏込み操作に応じて走行車速とエンジン回転数とが増加し、最大回転数に達した後に無段変速機構が最高車速に達することから、エンジンが定格回転数に達する僅かなペダル踏込みで十分な走行動力を確保することができる。

請求項２の発明は、走行車速に応じてトラニオンの制御角度を規制し、低速時にはトラニオン角の制御角を小さい範囲で制御すると共に、複数の規制パターンを切替え可能に構成することを特徴とする。

請求項３の発明は、キックダウンスイッチを設け、このスイッチ操作と対応して、トラニオンの最大制御角度より小さい規制角度に無段変速機構の制御範囲を切替え可能に構成すると共に、複数の特性パターンから切替スイッチによって選択可能に構成することを特徴とする。

請求項１の無段変速走行制御装置は、アクセルペダルの踏込み操作に応じてエンジンが最大回転数に達した後に無段変速機構が最高車速に達することから、エンジンが定格回転数に達する僅かなペダル踏込みで十分な走行動力を確保することができるので、ペダル操作による作業車両の簡易な車速調節操作と効率的なエンジン制御とを確保しつつ、作業走行に必要な広い車速範囲について安定走行が可能となる。
また、エンジン制御範囲Ｆ１を無段変速制御範囲Ｆ２の半分以下に狭く形成するので、少ない踏込み操作でエンジンを最大回転数まで上げて無段変速機構の能力を有効に利用することができる。また、エンジンの定格回転数位置と作業走行に必要な最低車速位置とを一致させるので、全作業車速範囲について走行動力を確保することができる。

請求項２の無段変速走行制御装置は、走行車速に応じてトラニオンの制御角度を規制し、低速時にはトラニオン角の制御角を小さい範囲で制御するので、エンジンに掛かる負担を小さくすることで加速性を向上することができる。この場合において、複数の規制パターンを切替え可能に制御構成することにより、馬力重視、省エネ重視等の作業内容に応じた適宜の選択が可能となる。

請求項３の無段変速走行制御装置は、トラニオンの最大制御角度より小さい規制角度に無段変速機構の制御範囲を切替え可能に構成するので、重負荷時の際にスイッチを押している間について負荷を軽減し、作業性を向上することができる。この場合において、複数の特性パターから切替スイッチによって選択可能に構成するので、傾斜地等の負荷に応じて制御特性を変え、最適な走行性を確保することができる。

上記技術思想に基づいて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の実施の形態について説明する。
本発明の適用対象となる無段変速式作業車両の一例としての多目的作業車について説明すると、この作業車両は、その平面図（ａ）、側面図（ｂ）を図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を操舵可能に支持し、一般的な作業車両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（ミッションケース）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出力軸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１（ｃ）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Ｒを設け、ハンドルコラム２ｃの側部に前後進切替レバーＳ、基部にはその右側位置に車速調節用のアクセルペダル５、左側位置にブレーキペダルＢ、クラッチペダルＣ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、「ＨＳＴ」と略称する静油圧式無段変速機構１およびギア式の変速機構１４ａを直列に内設して前後輪８，９とＰＴＯ出力軸１３に駆動力を伝動する。アクセルペダル５を踏むと、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、変速機構１４ａで変速されて、後輪９、９または、後輪９、９および前輪８、８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Ｂ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、無段変速機構１の可変油圧ポンプのトラニオン軸Ｈをその電動駆動部１ａの制御によって中立に戻し、無段変速機構１の定量油圧モータからの出力を停止する。また、アクセルペダル５とブレーキペダルＢを同時に踏むとブレーキペダルＢを優先する。

ＰＴＯ出力軸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、路上清掃機を設けて路上清掃を行ったり、芝刈機を付けて芝刈作業を行ったり、雪掻機を設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２乃至図５で説明する。
ミッションケース１４は、図２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、従来の作業車両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４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ットケース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２参照）
ＰＴＯクラッチ３４の詳細を図５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及び走行伝動ギア７５は後述するクラッチギア７７からの回転を受ける。（図５参照）
大ギア４５はクラッチ軸４９に装着した高速油圧クラッチＹＨ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ＹＬ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ＧＨ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ＧＬを構成したり、大ギア７８と小ギア７９が共に游転して動力切になるようにしてギア変速クラッチ３を構成している。

クラッチ軸４９の走行伝動ギア７５は、スプライン軸７６に遊嵌したベベルギア軸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のベベルギア６３が前輪８の車軸へ装着したべ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ＹＨ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ＹＨからクラッチギア７７の小ギア７９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ＹＬ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ＹＬからクラッチギア７７の小ギア７９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。

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ＹＨと低速油圧クラッチＹＬ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、ブレーキペダルの踏み込みを検出するスイッチＢを設けて、このスイッチＢの踏込み信号で高速油圧クラッチＹＨと低速油圧クラッチＹＬのソレノイドへの電力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。

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ＹＨと低速油圧クラッチＹＬに作動油を送るようにしている。

図６は、変速レバー４を示し、変速溝９６を中央のニュートラル位置Ｎから前後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入か低速ギアクラッチ入に変速し、この変速レバー４のグリップ８０の頭部に設ける増速ボタン８１を押すと高速油圧クラッチＹＨを入動作し、減速ボタン８２を押すと低速油圧クラッチＹＬを入動作する。

また、変速溝９６には変速レバー４の位置を検出するセンサ９０Ｈ，Ｌ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ＹＨが入であっても切にして、低速油圧クラッチＹＬ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ＹＬが入であっても切にして、高速油圧クラッチＹＨ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ＹＨを入りにする場合には、アクセルペダル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、レバー４が低速位置Ｌで減速ボタン８２を押すと一速になり、レバー４が高速位置Ｈで増速ボタン８１を押すと四速になる。

（変速制御）
次に、変速制御について説明する。
無段変速走行制御装置は、アクセルペダルの踏込み位置と対応して走行車速とエンジン回転数とを制御するように無段変速機構制御とエンジン制御とを行う制御部によって構成される。制御部による制御特性は、ペダル操作特性線図例を図７に示すように、アクセルペダルの踏込み開始からの操作について、エンジン６がアイドリングから最大回転数まで変化する２つの踏込み位置Ｐ０，Ｐ１に及ぶエンジン制御範囲Ｆ１と、無段変速機構が停止速から最高車速まで変化する２つの踏込み位置Ｐ０，Ｐ２に及ぶ無段変速制御範囲Ｆ２とを設け、このエンジン制御範囲Ｆ１を無段変速制御範囲Ｆ２より小さく、すなわち、踏込み開始位置Ｐ０、エンジンの最大回転数位置Ｐ１、無段変速機構の最高車速位置Ｐ２をこの順に設定する。

上記制御特性を制御部に構成することにより、アクセルペダルの踏込み操作に応じてエンジン回転数と走行車速とが増加し、エンジンが最大回転数に達した後に無段変速機構が最高車速に達することから、エンジンが最大回転数に達する前の定格回転数と対応する僅かなペダル踏込みで走行動力を確保することができるので、広い車速範囲について安定走行が可能となる。

この場合において、エンジン制御範囲Ｆ１を無段変速制御範囲Ｆ２の半分以下に狭く形成することにより、また、少ない踏込み操作でエンジンを最大回転数まで上げて無段変速機構の能力を有効に利用することができる。また、エンジンの定格回転数位置と作業走行に必要な最低車速位置とを一致させることにより、全作業車速範囲について走行動力を確保することができる。

次に、高速走行時の負荷対応の例としては、制御部による制御特性は、ペダル操作特性線図例を図８に示すように、アクセルペダルの踏込み開始からの操作について、無段変速機構が停止速から最高車速まで変化する２つの踏込み位置Ｐ０，Ｐ２に及ぶ無段変速制御範囲Ｆ２と、エンジンがアイドリングから最大トルクまで変化する２つの踏込み位置Ｐ０，Ｐ３に及ぶエンジン制御範囲Ｆ３とを個別に設け、このエンジン制御範囲Ｆ３を無段変速制御範囲Ｆ２と同一範囲に、すなわち、無段変速機構の最高車速位置Ｐ２とエンジンの最大トルク位置Ｐ３とを同一のペダル踏込み位置としてエンジンの最大回転数位置Ｐ１までペダルの最大踏込み範囲を設定する。

上記制御特性を制御部に構成することにより、アクセルペダルの踏込み操作に応じてエンジン回転数と走行車速とが増加し、エンジンが最大トルクとなるペダル位置Ｐ３で無段変速機構が最高車速Ｐ２となることから、高速走行における十分な加速性が確保されるので、ペダル操作による作業車両の簡易な車速調節操作と効率的なエンジン制御とを確保しつつ、路上交通の混乱を招くことなく、路上走行に対応することができる。

（副変速対応）
次に、副変速機構の切替え時の制御については、そのタイミングチャートを図９に示すように、副変速位置を低速Ｌから高速Ｈに切替えた時Ｔ１にトラニオン角度をそのままに維持するように無段変速制御をし、その後の所定の時間経過後に変速制御を行うことにより、副変速切替え時の負荷変動によってエンジン回転数が低下した際の操作性を向上することができる。

（変速規制）
次に、無段変速機構制御について、図１０の変速規制線図に示すように、走行車速に応じてトラニオンの制御角度を規制し、低速時にはトラニオン角の制御角を小さい範囲で制御することでエンジンに掛かる負担を小さくすることで加速性を向上することができる。
この場合において、複数の規制パターンＡ〜Ｃを切替え可能に制御構成することにより、馬力重視、省エネ重視等の作業内容に応じた適宜の選択が可能となる。

また、キックダウンスイッチと称するスイッチを設け、このスイッチ操作と対応して、図１１の制御特性線図に示すように、トラニオンの最大制御角度Ａより小さい規制角度に無段変速機構の制御範囲を切替え可能に構成することにより、重負荷時の際にスイッチを押している間について負荷を軽減することができるので、作業性を向上することができる。

この場合において、図１２の制御特性線図（ａ）とそのシステム構成図（ｂ）に示すように、複数の特性パターンＡ〜Ｃから切替スイッチ１０１によって選択可能に制御構成することにより、傾斜地等の負荷に応じて制御特性を変え、最適な走行性を確保することができる。

多目的作業車の平面図（ａ）、側面図（ｂ）および要部斜視図（ｃ）トランスミッションの軸線展開図図２のトランスミッションの要部拡大軸線展開図図２のトランスミッションの無段変速部拡大図図２のトランスミッションの変速機構部拡大図変速レバーの斜視図ペダル操作特性線図例ペダル操作特性線図例副変速切替え時の制御のタイミングチャート変速規制線図制御特性線図制御特性線図（ａ）とそのシステム構成図（ｂ）

１静油圧式無段変速機構（ＨＳＴ）
１ａ電動駆動部
５アクセルペダル
６エンジン
Ｆ１エンジン制御範囲
Ｆ２無段変速制御範囲
Ｆ３エンジン制御範囲
Ｈトラニオン軸
Ｐ０踏込み開始位置
Ｐ１最大回転数位置
Ｐ２最高車速位置
Ｐ３最大トルク位置

Claims

アクセルペダルの踏込み位置と対応して走行車速とエンジン回転数とを制御するように無段変速機構制御とエンジンスロットル制御とを行う作業車両の無段変速走行制御装置において、
上記アクセルペダルの踏込み開始からの操作に応じて、エンジンがアイドリングである踏込み位置の踏込み開始位置（Ｐ０）からエンジンが最大回転数である踏込み位置のエンジンの最大回転数位置（Ｐ１）まで変化するエンジン制御範囲（Ｆ１）と、無段変速機構（１）が停止速である踏込み位置の踏込み開始位置（Ｐ０）から最高車速である踏込み位置のエンジンの最大回転数位置（Ｐ２）まで変化する無段変速制御範囲（Ｆ２）とを個別に設け、
踏込み量が小さい方から踏込み開始位置（Ｐ０）、エンジンの最大回転数位置（Ｐ１）、エンジンの最大回転数位置（Ｐ２）の順に設定し、
上記エンジン制御範囲（Ｆ１）を無段変速制御範囲（Ｆ２）の半分以下に形成すると共に、
エンジンの定格回転数位置と作業走行に必要な最低車速位置とを一致させることを特徴とする作業車両の無段変速走行制御装置。
走行車速に応じてトラニオンの制御角度を規制し、低速時にはトラニオン角の制御角を小さい範囲で制御すると共に、複数の規制パターンを切替え可能に構成することを特徴とする請求項１に記載の作業車両の無段変速走行制御装置。
キックダウンスイッチを設け、このスイッチ操作と対応して、トラニオンの最大制御角度より小さい規制角度に無段変速機構の制御範囲を切替え可能に構成すると共に、複数の特性パターンから切替スイッチによって選択可能に構成することを特徴とする請求項２に記載の作業車両の無段変速走行制御装置。