JP5534573B2 - 作業機 - Google Patents

Description

本発明は、作業機に関する。詳細には、作業機が備える無段変速機構に関する。

田植機、トラクタなどの作業機においては、圃場内をスムーズに走行させるため、エンジンの出力を無段階に変速して走行可能であることが好ましい。また、特に田植機においては、搭載した苗マットが崩れないようにするために、畦越えの際のゼロ発進（停止状態から発進すること）をスムーズに行えることが要求される。

このような要望を満たす作業機として、ＨＭＴ（油圧−機械式変速機）を変速装置として備えた作業機が知られている。このＨＭＴは、遊星歯車式の差動装置と、ＨＳＴ（静油圧式無段変速機）と、を備えている。エンジンの出力は、差動装置及びＨＳＴに入力される。そして、ＨＳＴからの出力が差動装置に入力され、エンジンの出力と合成されて車輪に伝達される。即ち、エンジンからの直接の出力と、ＨＳＴによって変速されたエンジンの出力と、の差動動力が差動装置で取り出されて、車輪を駆動するように構成されている。ＨＳＴは無段変速が可能であるから、上記の構成によってエンジンの出力を無段階に変速することが可能である。

具体的には、エンジンの出力をＨＳＴの出力によって打ち消すように当該ＨＳＴの回転速度を設定することで、エンジンの回転を減速することができる。また、ＨＳＴの回転を停止させると、エンジンの回転駆動力のみで車体を効率良く走行させることができる。以上のように、エンジンの出力とＨＳＴの出力との差動動力によって車輪を駆動することにより、低速走行から高速走行まで無段階に走行速度を変速することが可能となっている。

一方、特許文献１は、電動モータと、遊星歯車式の差動装置と、を備え、エンジンと電動モータの差動動力が差動装置で取り出されて走行装置に供給される作業車両を開示する。特許文献１は、エンジンとモータを併用することにより、無段変速を容易かつ低コストで実現できるとする。

特開２００５−１９９７５５号公報

ところで、上記のＨＭＴを備えた構成においては、高速走行時以外は常にＨＳＴを駆動させなければならないためにエンジンの負荷が大きく、エンジンのサイズを大型化せざるを得ないという問題があった。また、上記のＨＭＴを備えた構成では、変速装置の中立（ニュートラル）範囲が無く、車体を完全に停止させるにはエンジンの回転をＨＳＴの回転で完全に打ち消す必要がある。しかし、ＨＳＴは油圧を利用しているために微調整が難しく、車体を完全に停止させることができずにクリープ（停止時に車体が微速走行すること）が発生してしまうことがあった。

一方、上記特許文献１では、エンジンの出力をモータで打ち消して変速を行う構成であるので、車体の完全な停止を可能にするためには大型のモータが必要になり、コストアップにつながると考えられる。

また、田植機やトラクタなどの４輪駆動式の作業機においては前輪の切れ角を変更することで車体を旋回させるが、例えば田植機においては、畦の近傍で急旋回を行って、次の条合わせを行う必要がある。このような急旋回をスムーズに行うために、従来から、車体の左右に車輪を有する作業機（例えば、田植機やトラクタ等）においては、内輪側の後輪への動力伝達をクラッチで切断できるように構成されていた。しかし、このような構成では、内輪側の後輪の回転速度を任意に調整することが困難であるため、急旋回以外の旋回動作をスムーズに行うことができず、また、圃場を荒らす原因ともなり得る。

本願発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、安価で制御性に優れる無段変速機構を備えた作業機を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の作業機が提供される。即ち、この作業機は、エンジンと、電動モータと、無段変速装置と、走行装置としての前車輪及び後車輪と、差動装置と、操向操作具と、変速操作具と、制御部と、を備える。前記無段変速装置は、前記エンジンの出力を変速する。前記前車輪及び後車輪は、車体の左右に配置される。前記電動モータは、前記後車輪に対応して車体の左右それぞれに設けられる。前記差動装置は、前記電動モータに対応して車体の左右それぞれに設けられる。前記操向操作具は、前記前車輪の切れ角を変更するためのものである。前記制御部は、前記電動モータの回転速度を制御する。前記エンジンの出力は略一定とされる。前記差動装置は、対応する電動モータの出力と前記無段変速装置の出力との差動動力を、対応する後車輪に出力する。前記制御部は、前記無段変速装置の出力を減速する方向にのみ前記電動モータを回転駆動する。そして、前記制御部は、前記操向操作具の中立位置からの操作量が大きくなるのに応じて、旋回方向に対応する側の電動モータを増速することにより、当該対応する側の後車輪の回転速度を減速する。

これにより、無段変速装置と電動モータを併用して、エンジンの出力を変速して後車輪に伝達することができる。従って、無段変速装置によってエンジンの回転を減速させた後、電動モータによって減速を行うというように、２段階で変速を行うので、小型のモータを用いることが可能となり、コストを低減することができる。また、無段変速装置の駆動力を打ち消す方向にのみ前記電動モータを回転駆動するので、モータの駆動力で積極的に車体を動かす構成に比べて小型のモータを用いることができ、この点でもコストを低減することができる。

また、左右の後車輪それぞれに対応して電動モータが備えられるので、状況に応じて各後車輪を個別に減速する制御が可能になり、作業機の走行性を向上させることができる。また、左右の電動モータで変速を行うことにより、単一の電動モータで左右両方の後車輪を変速する場合に比べて、作業機に必要とされる走行性を低トルクの安価なモータで確保することができる。

更に、車体が旋回する際には、電動モータを増速することにより内輪側の後車輪を減速することができるので、旋回性を向上させてスムーズな旋回動作が可能となる。また、直進時の速度は無段変速装置の変速比を変更することによって変速することができる。即ち、直進時には電動モータによる変速を行わないように構成することで、小型の電動モータを用いることができる。

前記の作業機においては、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記旋回方向に対応する側の後車輪の回転を前記電動モータの出力によって停止できる車速以上の速度で車体が走行しているときに、前記操向操作具が操作された場合には、前記制御部は、無段変速装置の減速比を増大させる。これとともに、前記制御部は、前記操向操作具の中立位置からの操作量が大きくなるのに応じて、対応する側の電動モータの回転速度を増速するように制御する。

これにより、高速で走行しているときに旋回操作が行われた場合に無段変速装置によって車体の速度を減速できるので、高速で旋回動作が行われてしまうことを防止して安全に旋回することができる。また、無段変速装置で減速したうえで、電動モータによって対応する側の後車輪を減速するので、小型のモータでも作業機の旋回性を向上させる効果を発揮することができる。

前記の作業機においては、以下のように構成されることが好ましい。即ち、この作業機は、前記電動モータのトルクを検出するトルク検出部を備える。前記制御部は、前記電動モータのトルクが低下した場合には、当該電動モータの回転速度を増速するとともに、前記無段変速装置の減速比を増大させる。

即ち、電動モータは応答性に優れるので、正確なトラクション制御が可能である。従って、上記のように構成することにより、後車輪にスリップが発生した場合に当該後車輪を減速してスリップから回復させる制御を、精度良く行うことができる。また、スリップ発生時に無段変速装置によって車速を減速する制御を併用することにより、小型のモータであっても、後車輪の空転を適切に防止することができる。

前記の作業機においては、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記差動装置は遊星ギア式の差動装置である。そして、当該差動装置が備えるサンギア、プラネタリキャリア及びリングギアのそれぞれに対して、前記無段変速装置、前記電動モータ及び前記後車輪のうち何れかが１つずつ接続される。

これにより、無段変速装置と電動モータの出力の差を後車輪に出力することができる。

本発明の一実施形態に係る田植機の基本的な構成を示す右側面図。 田植機の駆動力伝達機構を示す模式的なスケルトン図。 田植機の機能的な構成を示すブロック図。 操向ハンドルの操作量とＨＳＴ車速との関係を示す図。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る田植機の基本的な構成を示す右側面図である。

図１に示すように、本実施形態の作業機としての田植機１は、エンジン２と、運転座席３と、操作部４と、前車輪２０と、後車輪２１と、植付部６と、を備えた車体を有している。

エンジン２は、一般的なガソリンエンジンとして構成されているが、例えばディーゼルエンジンとして構成されていても良い。このエンジン２から図略のＰＴＯ軸（動力取出し軸）によって駆動力が取り出され、図略の植付変速部によって変速された後、植付部６に伝達されることにより、当該植付部６を駆動することができる。また、エンジン２からの駆動力が後述の駆動力伝達機構を介して車輪２０，２１に伝達されることにより、田植機１の車体を走行させることができる。

植付部６は、左右に往復摺動可能な苗載台７と、上下昇降可能に構成された植付爪８を有する植付機構と、を備えている。植付部６は、苗載台７に苗マットを載置して田植機１が圃場を走行することにより、苗マットから植付爪８によって苗を１株ずつ取り出して植え付ける植付動作を連続的に行うことができるように構成されている。

走行装置としての前車輪２０及び後車輪２１は、それぞれ車体の左右に対になって設けられている（従って、田植機１は計４つの車輪を有する）。また、田植機１は四輪駆動式とされ、駆動力が各車輪に伝えられるように構成されている。

操作部４は、操向ハンドル１０と、アクセルレバー１１と、変速レバー１２と、を備える。

操向ハンドル１０は、ステアリングホイール式の操向操作具として構成され、左右に回転させることができるように構成されている。田植機１のオペレータは、この操向ハンドル１０を回転操作することにより、前車輪２０の切れ角を変更して田植機１を旋回させることができる。

アクセルレバー１１は前後に回動可能に構成され、当該アクセルレバー１１の回動量に応じてエンジン２の回転数を変更可能に構成されている。これにより、例えば非作業時においてはエンジン２を低速回転数で回転させることで、騒音と燃費を削減することができる。なお、作業時においては、植付部６を安定して駆動させることが可能な定格回転数でエンジン２を回転させるため、アクセルレバー１１の位置は前記定格回転数の位置に固定しておく。このため、車体の走行速度を変更する操作は変速レバー１２によって行う。

変速レバー（変速操作具）１２は前後に回動可能に構成され、当該変速レバー１２の回動量に応じて車体の走行速度を変更可能に構成されている。例えば変速レバー１２をオペレータから見て最も奥まで回動させると田植機１が最高速で走行し、変速レバー１２をニュートラル位置に回動させると田植機１の走行が停止する。変速レバー１２は操作位置を無段階に調整できるように構成されており、田植機１のオペレータは、変速レバー１２の回動量を調整する操作により、田植機１の走行速度を無段階に調整することができる。

次に、図２を参照して、エンジン２からの駆動力を変速して各車輪に伝達するための構成について説明する。図２は、田植機１の駆動力伝達機構を示す模式的なスケルトン図である。なお、図２は駆動力伝達機構の要部のみを示す簡略化された図であり、駆動力伝達機構の説明に不要なギアやプーリ等は省略して描かれている場合がある。また、植付部６に対して駆動力を出力するＰＴＯ軸及び植付変速部等は省略されている。なお、以下の説明で、車体の左右に対応する構成がある場合には、その構成の符号の末尾にＬ（左側）又はＲ（右側）を付して左右の区別を示すものとする。また、左右の区別を示す必要が特に無い場合は、符号にＬ又はＲを付さずに説明する。

図２に示すように、田植機１は、２つの電動モータ２２と、ジェネレータ（発電機）２４と、ＨＳＴ（静油圧式無段変速装置）３５と、を備えている。各電動モータ２２は、車体の左右で対になって設けられており、図略のバッテリから電力の供給を受けて回転することができる。一方、ジェネレータ２４はエンジン２の回転軸に接続されており、当該回転軸の回転によって発電して、前記バッテリを充電するように構成されている。

ＨＳＴ３５には、エンジン出力軸３０を介してエンジン２からの出力が入力されている。このＨＳＴ３５は、可動斜板式のアキシャルピストンポンプとして構成された油圧ポンプ３６と、固定斜板式のアキシャルピストンモータとして構成された油圧モータ３７と、を有し、油圧ポンプ３６と油圧モータ３７とが油圧回路によって接続された構成である。ＨＳＴ３５によって入力を無段階に変速して出力する構成は公知であるので詳細な説明は省略するが、このＨＳＴ３５は、エンジン出力軸３０によって油圧ポンプ３６を駆動するとともに、油圧モータ３７によってＨＳＴ出力軸３８を回転駆動するように構成されている。

前記可動斜板は、図略のトラニオン軸を揺動軸として、その傾斜角を無段階に変更可能に構成されている。この傾斜角を変更することで、油圧ポンプ３６からの圧油の吐出量が変更され、油圧モータ３７から取り出される回転駆動力を変更することができる。また、前記可動斜板の傾斜角は、変速レバー１２の操作量（回動量）に連動して変更されるように構成されている。以上の構成で、オペレータが変速レバー１２を回動操作することにより、エンジン２の出力をＨＳＴ３５によって無段階に変速し、ＨＳＴ出力軸３８から出力することができる。

また、図２に示すように、ＨＳＴ３５から後車輪２１までの駆動力伝達経路の間には、差動装置２３が設けられている。この差動装置２３は遊星歯車式の差動歯車とされ、サンギア２５と、プラネタリギア２６を回転自在に支持するプラネタリキャリア２７と、リングギア２８と、を備えた公知の構成である。この差動装置２３は車体の左右で対をなすように設けられており、左側の差動装置２３Ｌには左後車輪２１Ｌと左側の電動モータ２２Ｌが、右側の差動装置２３Ｒには右後車輪２１Ｒと右側の電動モータ２２Ｒが、それぞれ接続されている。そして、この差動装置２３において、ＨＳＴ３５の出力と電動モータ２２の出力とが合成され、当該合成された駆動力が後車輪２１に伝達されるようになっている。

具体的には以下のとおりである。即ち、ＨＳＴ出力軸３８から出力されるＨＳＴ３５の出力は、複数のギア及びシャフトを介してプラネタリキャリア２７に入力され、当該プラネタリキャリア２７を回転駆動する。プラネタリキャリア２７が回転駆動されることによって、プラネタリギア２６がサンギア２５の周囲を周回する。一方、電動モータ２２からの駆動力は、モータ出力軸３３を介してサンギア２５に入力され、当該サンギア２５を回転駆動する。そして、プラネタリギア２６からリングギア２８に駆動力が伝達され、リングギア２８が回転する。リングギア２８の回転軸には車軸３４が接続されており、この車軸３４が後車輪２１に接続されている。

以上の構成で、ＨＳＴ３５からの回転駆動力と、電動モータ２２からの回転駆動力と、の差動動力が差動装置２３において取り出され、この差動動力が車軸３４に出力される。例えば、電動モータ２２の回転が停止している場合は、ＨＳＴ３５からの駆動力が電動モータ２２による減速の影響を受けずに、車軸３４に出力される。一方、電動モータ２２がＨＳＴ３５の回転を打ち消す方向に回転している場合は、電動モータ２２の回転分だけＨＳＴ３５の回転が減速されて車軸３４に出力される。

このように、本実施形態の田植機１では、ＨＳＴ３５と電動モータ２２とを併用して車速を変速できるように構成されている。従って、制御性に優れる電動モータ２２を用いることで、ＨＳＴ３５のみの変速では困難であった正確で素早い変速制御を実現できる。また、ＨＳＴ３５を併用することにより、電動モータ２２のみで変速を行う場合と比べて、小型のモータを用いることができる。

また、ＨＳＴ３５には中立位置近傍に不感帯が設けられているのが通常であり、可動斜板を当該不感帯に位置させることにより、油圧モータ３７の回転を完全に停止させることができる。従って、ＨＭＴのようにクリープを発生させることがなく、確実に車体を停止させることができる。また、ＨＳＴ３５を使用しているので、ゼロ発進をスムーズに行うことも可能である。

また、従来のＨＭＴを用いた構成においては、停止時にはＨＳＴによってエンジンの駆動を打ち消す必要があり、エンジンの負荷が大きかった。この点、本実施形態の構成によれば、停止時には可動斜板の傾斜角度をゼロにして油圧モータ３７の駆動を停止させれば良いので、エンジン２の負荷が小さく燃費向上に寄与できる。

次に、本実施形態の田植機１において、電動モータ２２によって車輪の回転速度を制御するための構成について説明する。図３は田植機１の機能的な構成を示すブロック図である。図中において、実線の矢印は電気的な接続を、点線の矢印は機械的な接続を示す。なお、図３において図示を簡潔にするため、差動装置２３、後車輪２１、車軸センサ５１、及びトルク検出部５４等は１つずつ描かれているが、実際にはこれらは図２に示すように左右の対で配置されるものである。

図３に示すように、田植機１は、制御部４０と、スリップ率推定部４３と、ハンドルセンサ５３と、を備えている。

制御部４０及びスリップ率推定部４３は、例えばマイクロプロセッサとして構成されている。そして制御部４０等は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウェアとソフトウェアとの協働により、ＨＳＴ３５及び電動モータ２２の制御等を行うように構成されている。

ハンドルセンサ５３は、操向ハンドル１０の操作量（ハンドル切れ角）を検出し、その検出値を制御部４０に送信できるように構成されている。制御部４０は、ハンドルセンサ５３からの信号を受信することにより、操向ハンドル１０の操作量を検知することができる。なお、以下では、説明の便宜上、操向ハンドル１０の操作量をパーセント（％）の数値で表すこととする。具体的には、操向ハンドル１０を左右に最大に回転させたときの操作量を１００％とし、操向ハンドル１０がニュートラル位置（直進位置）のときの操作量は０％とする。

そして、制御部４０は、操向ハンドル１０の操作量に応じて、旋回方向に対応する側の後車輪２１を減速するように電動モータ２２の回転を制御している。即ち、操向ハンドル１０が回動されて車体が旋回を始めると、対応する側（内輪側）の後車輪２１を減速することにより、スムーズな旋回を実現するように構成されている。

具体的に説明すると、制御部４０は、ハンドルセンサ５３が検出した操向ハンドル１０の操作量に比例した回転速度で内輪側の電動モータ２２を回転させ、ＨＳＴ３５の回転を打ち消すことで、内輪側の後車輪２１を減速させる。旋回時に制御部４０が電動モータ２２に対して指示する回転数（モータ指示回転数）は、以下の式で求められる。
モータ指示回転数（ｍｉｎ^-1）＝ＨＳＴ回転数×旋回減速側ギア比÷直進側ギア比×操向ハンドル操作量（％）／１００
ここで、旋回側ギア比とは、差動装置２３において、プラネタリキャリア２７を固定して考えたときの、電動モータ２２からの入力回転数と車軸３４への出力回転数の比を示す。また、直進側ギア比とは、差動装置２３において、サンギア２５を固定して考えたときの、ＨＳＴ３５からの入力回転数と車軸３４への出力回転数の比を示す。

上記の式から明らかなように、ハンドル操作量が０％のとき（即ち直進時）には、モータ指示回転数は０（ｍｉｎ^-1）となり、電動モータ２２は回転駆動されない。言い換えると、本実施形態において制御部４０は、直進時においては、車速の変更はＨＳＴ３５によってのみ行い、電動モータ２２による変速は行わない。

即ち、仮に電動モータ２２によって直進時の変速を行おうとする場合、大トルクが必要になるので、大型のモータが必要となってコストが増大してしまう。この点、本実施形態では、上記のように直進時の変速をＨＳＴ３５のみによって行うことにより、小型の電動モータ２２を用いることが可能となり、コストアップを抑えることができる。

一方、操向ハンドルが左右に操作されたときは、制御部４０は、操向ハンドルの操作量に比例した回転数で内輪側の電動モータ２２を駆動する。このとき、制御部４０は、ＨＳＴ３５の回転を打ち消す（減速する）方向に電動モータ２２を回転させる。これにより、内輪側の後車輪２１を減速させ、旋回性を向上させることができる。例えばオペレータが操向ハンドル１０を右に切った場合は、右の電動モータ２２Ｒを操向ハンドル１０の操作量に比例した回転数で回転することにより、右側の差動装置２３ＲにおいてＨＳＴ３５の回転が前記電動モータ２２Ｒの回転によって減速され、右後車輪２１Ｒの回転速度を減速させる。また、上記の式から分かるように、ハンドルの切れ角が１００％のときは、ＨＳＴ３５の回転を完全に打ち消すことができる回転数で電動モータ２２を回転させる。これにより、内輪側の後車輪２１の回転を停止させ、急旋回を行うことができる。なお、内輪の旋回車速（車輪の周速）は、以下の式で求めることができる。
内輪の旋回車速（ｍｍ／ｓｅｃ）＝変速レバー位置から算出される車速−モータ指示回転数から算出されるモータ車速
ここで、「変速レバー位置から算出される車速」とは、エンジン２の回転数と、変速レバー１２の操作量と、から算出される田植機１の直進時の車速である。また、「モータ車速」とは、電動モータ２２を前記モータ指示回転数で回転させたときに、どれだけ車速を減速するかを示したものである。

以上のように、本実施形態の田植機１においては、操向ハンドル１０の操作量に応じて内輪側の車輪を減速するので、スムーズな旋回を行うことができる。また、直進時には電動モータ２２は用いないので、直進時にはバッテリを充電して、旋回時に電動モータ２２で電流を使うというように、効率良くエネルギーを使うことができる。

また、上記のように、本実施形態ではＨＳＴ３５の回転を減速する方向にのみ、電動モータ２２の駆動力を利用している。即ち、仮にエンジン２の回転を更に増速する方向に電動モータ２２を回転させようとすると、車体の走行抵抗等の一部を電動モータ２２が負担する必要があるため、大トルクが必要になり、電動モータ２２が大型化してしまう。この点、本実施形態のように構成することにより、電動モータ２２を小型化してコストを削減することができる。

ところで、電動モータ２２には回転数の制限があるため、モータ車速には上限がある。従って、モータ車速の上限に対応する車速（限界モータ車速）以上の車速で田植機１が走行しているときには、電動モータ２２の回転によってＨＳＴ３５の回転を完全に打ち消すことができない場合がある。このような高速走行時に、操向ハンドル１０が大きく操作されると、後車輪２１を所定の回転速度まで減速させることができなくなり、スムーズな旋回が行えなくなってしまう。特に、操向ハンドル１０の操作量を１００％としても内輪側の後車輪２１を完全に停止させることができなくなってしまうため、急旋回を行うことが難しくなる。この点を考慮して、本実施形態では、高速走行時に旋回操作が行われた場合、ＨＳＴ３５の減速比を増大させるように構成している。具体的には以下のとおりである。

図３に示すように、本実施形態の田植機１は、トラニオン操作モータ３１を備える。このトラニオン操作モータ３１は、ＨＳＴ３５が有する可動斜板の図略のトラニオン軸に接続されている。この構成で、トラニオン操作モータ３１を駆動することにより、油圧ポンプ３６の可動斜板の傾斜角を変更し、ＨＳＴ３５の減速比を変更して車速を変速することができる。なお、トラニオン操作モータ３１の作動は、制御部４０によって制御されている。

図４は、操向ハンドル１０の操作量とＨＳＴ車速との関係を示す図である。図の縦軸はＨＳＴ車速であり、横軸は操向ハンドル１０の操作量である。ここで、ＨＳＴ車速とは、電動モータ２２によって減速される前の車速（即ち直進時の車速）のことである。当該ＨＳＴ車速は、エンジン２の回転数と、オペレータが操作した変速レバー１２の回動量によって決定されるとともに、制御部４０がトラニオン操作モータ３１を駆動することにより変更することができる。そして、制御部４０は、前記限界モータ車速以上の車速で車体が走行しているときには、操向ハンドル１０の操作量に応じて前記トラニオン操作モータ３１を駆動することにより、ＨＳＴ車速を減速するように構成されている。

図４は、変速レバー１２によってＨＳＴ車速がαに設定されている場合の様子を示している。図に示すように、操向ハンドル１０の操作量が０％のとき（直進時）においては、ＨＳＴ車速は変速レバー１２によって設定された値αである。なお、直進時には、電動モータ２２による車輪の減速が行われないので、田植機１は車速αで走行する。

一方、操向ハンドル１０の左右に回転操作すると、この操作量に応じてトラニオン操作モータ３１を駆動し、ＨＳＴ車速をαから減速する。図中において、限界モータ車速をＡ、限界モータ車速Ａとトラニオン操作モータ３１を駆動することによって減速した後のＨＳＴ車速との差をβ、としている。この場合、ハンドルをａ（％）まで操作したときのβは、
β＝（α−Ａ）（１−ａ／１００）
で求めることができる。トラニオン操作モータ３１を駆動することによるＨＳＴ３５の減速率は、
減速率＝（β＋Ａ）／α
で求めることができる。制御部４０は、ＨＳＴ車速がこの減速率となるように、トラニオン操作モータ３１を駆動してＨＳＴ３５を減速する。

また、限界モータ車速以上の車速で走行しているときの旋回車速は、
内輪の旋回車速（ｍｍ／ｓｅｃ）＝変速レバー位置から算出される車速×減速率−モータ指示回転数から算出されるモータ車速
で求めることができる。

図４から分かるように、操向ハンドル１０の操作量が１００％のときは、β＝０となる。つまり、限界モータ車速以上の速度で走行している場合であっても、操向ハンドル１０を１００％まで操作すると、トラニオン操作モータ３１によってＨＳＴ車速が限界モータ車速まで減速される。これにより、高速走行時であっても、電動モータ２２によってＨＳＴ３５の回転を完全に打ち消すことができる。従って、高速で走行している場合であっても、旋回時には内輪側の後車輪２１を所定の速度まで確実に減速し、スムーズな旋回を行うことができる。

また、走行速度が速いときに旋回を行うと車体が不安定になってしまうが、上記の構成によれば、操向ハンドル１０を操作することにより自動的に車体全体の走行速度が減速されるので、旋回時の安全性を高めることができる。

なお、上記で説明したトラニオン操作モータ３１によるＨＳＴ３５の減速処理は、限界モータ車速以上の走行速度で車体が走行している場合にのみ行う。即ち、車速が遅い場合は、操向ハンドル１０が操作されてもトラニオン操作モータ３１を駆動しないように構成することで、速度を落とすことなく素早く旋回することができる。

ところで、本実施形態の田植機１においては、上記のように後車輪２１Ｌ，２１Ｒのそれぞれに電動モータ２２Ｌ，２２Ｒを設けているので、左右の後車輪２１Ｌ，２１Ｒの回転速度を個別に制御し、更に走行性を向上させることが可能である。この点に着目し、本実施形態では、以下のようにスリップ発生時に車輪の回転を減速させる処理を行っている。

図２に示すように、田植機１は、車軸センサ５１Ｌ，５１Ｒと、トルク検出部５４Ｌ，５４Ｒを備えている。車軸センサ５１Ｌ，５１Ｒは、車軸３４Ｌ，３４Ｒの回転速度を検出するように構成されている。トルク検出部５４Ｌ，５４Ｒは、電動モータ２２Ｌ，２２Ｒのトルクをそれぞれ検出するように構成されている。そして、車軸センサ５１及びトルク検出部５４の検出値は、制御部４０及びスリップ率推定部４３に送信されるように構成されている。

スリップ率推定部４３は、車軸センサ５１が検出した車軸の回転速度、トルク検出部５４が検出した電動モータ２２のトルク、及び予め記憶してある田植機１の車両モデル（車体重量等のデータ）に基づいて、路面と車輪との間の摩擦係数μ、及びスリップ率を推定している。また、スリップ率推定部が推定したスリップ率は、制御部４０に送信されるように構成されている。

制御部４０は、トルク検出部５４の検出値を監視している。そして、トルク検出部５４が検出する電動モータ２２のトルクが急激に軽くなった場合には、当該トルクが軽くなった側の後車輪２１にスリップが発生したと判断する。制御部４０は、スリップの発生を検出すると、スリップが発生した側の後車輪２１を減速してスリップ率を所定範囲内に収めるべく、対応する電動モータ２２の回転速度を増速させる。これにより、スリップによって車輪が空転することを防止できるので、走破性が向上するとともに圃場を荒らしにくくなる。

また、スリップ発生時に電動モータ２２によって車輪の回転速度を減速する際には、これと同時にトラニオン操作モータ３１を駆動することによってＨＳＴ３５減速させても良い。これによれば、トラクション制御のために必要な電動モータ２２の出力が少なくて済むので、小型のモータでも効果的にスリップを防止することができる。

なお、このようなトラクション制御は、ＨＳＴのみで車速を変速する構成（従来のＨＭＴ式の変速装置など）では困難であったが、応答性と制御性に優れる電動モータ２２を左右の車輪に備え、左右の車輪を個別に減速制御できる本実施形態の特徴により初めて可能となったものである。

以上で説明したように、本実施形態の田植機１は、エンジン２と、電動モータ２２と、ＨＳＴ３５と、２つの後車輪２１と、差動装置２３と、制御部４０と、を備える。ＨＳＴ３５は、エンジン２の出力を変速する。差動装置２３は、ＨＳＴ３５の出力と電動モータ２２の出力との差動動力を後車輪２１に出力する。制御部４０は、電動モータ２２の回転速度を制御する。また、エンジン２の出力は略一定とされる。そして、制御部４０は、ＨＳＴ３５の駆動力を打ち消す方向にのみ前記電動モータ２２を回転駆動する。

これにより、ＨＳＴ３５と電動モータ２２を併用して、エンジン２の出力を変速して後車輪２１に伝達することができる。従って、ＨＳＴ３５によってエンジン２の回転を減速させた後、電動モータ２２によって減速を行うというように、２段階で変速を行うので、小型のモータを用いることが可能となり、コストを低減することができる。また、ＨＳＴ３５の駆動力を打ち消す方向にのみ前記電動モータ２２を回転駆動するので、電動モータ２２の駆動力で積極的に車体を動かす構成に比べて小型のモータを用いることができ、この点でもコストを低減することができる。

また、本実施形態の田植機１においては、後車輪２１Ｌ，２１Ｒは、車体の左右それぞれに互いに対応するように配置される。電動モータ２２Ｌ，２２Ｒは、後車輪２１Ｌ，２１Ｒに対応して車体の左右それぞれに設けられる。差動装置２３Ｌ，２３Ｒは、電動モータ２２Ｌ，２２Ｒに対応して車体の左右それぞれに設けられる。

これにより、左右の後車輪２１それぞれに対応して電動モータ２２が備えられるので、状況に応じて各後車輪２１を個別に減速する制御が可能になり、田植機１の走行性を向上させることができる。また、左右の電動モータ２２で変速を行うことにより、単一の電動モータで左右両方の車輪を変速する場合に比べて、田植機１に必要とされる走行性を低出力の安価なモータで確保することができる。

また、本実施形態の田植機１は、操向ハンドル１０と、変速レバー１２と、を備える。ＨＳＴ３５の変速比は、変速レバー１２の操作量に応じて変更される。また、制御部４０は、操向ハンドル１０の中立位置からの操作量が大きくなるのに応じて、対応する側の電動モータ２２の回転速度を増速するように制御する。

これにより、車体が旋回する際には、電動モータ２２を増速することにより対応する側の後車輪２１を減速することができるので、旋回性を向上させてスムーズな旋回動作が可能となる。また、直進時の速度はＨＳＴ３５の変速比を変更することによって変速することができる。即ち、直進時には電動モータ２２による変速を行わないように構成することで、小型の電動モータ２２を用いることができる。

また、本実施形態の田植機１は、以下のように構成されている。即ち、限界モータ車速以上の速度で車体が走行しているときに操向ハンドル１０が操作された場合には、制御部４０は、ＨＳＴ３５の減速比を増大させる。これとともに、制御部４０は、操向ハンドル１０の中立位置からの操作量が大きくなるのに応じて、対応する側の電動モータ２２の回転速度を増速するように制御する。

これにより、高速で走行しているときに旋回操作が行われた場合にＨＳＴ３５によって車体の速度を減速できるので、高速で旋回動作が行われてしまうことを防止して安全に旋回することができる。また、ＨＳＴ３５によって減速したうえで、電動モータ２２によって対応する側の後車輪２１を減速するので、小型のモータでも作業機の旋回性を向上させる効果を発揮することができる。

また、本実施形態の田植機１は、電動モータ２２のトルクを検出するトルク検出部５４を有する。制御部４０は、電動モータ２２のトルクが低下した場合には、当該電動モータ２２の回転速度を増速するとともに、ＨＳＴ３５の減速比を増大させる。

即ち、電動モータ２２は応答性に優れるので、正確なトラクション制御が可能である。従って、上記のように構成することにより、後車輪２１にスリップが発生した場合に当該後車輪２１を減速してスリップから回復させる制御を、精度良く行うことができる。また、スリップ発生時にＨＳＴ３５によって車速を減速する制御を併用することにより、小型のモータであっても、後車輪２１の空転を適切に防止することができる。

また、本実施形態の田植機１において、差動装置２３は遊星ギア式の差動装置である。そして、当該差動装置２３が備えるサンギア２５に対しては電動モータ２２の駆動力が入力され、プラネタリキャリア２７に対してはＨＳＴ３５からの駆動力が入力され、リングギア２８に対しては後車輪２１が、それぞれ接続されている。

これにより、ＨＳＴ３５と電動モータ２２の出力の差を後車輪２１に出力することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

無段変速装置は、ＨＳＴに限らず、例えばベルト式のＣＶＴ（連続可変トランスミッション）等でも良い。ただし、ゼロ発進をスムーズに行うことが可能な無段変速装置であることが好ましい。

後車輪２１Ｌ，２１Ｒに対してのみでなく、４輪全てに対してそれぞれ差動装置２３と電動モータ２２を設けても良い。このように構成した場合は、旋回時及びスリップ発生時に、全ての車輪を個別に減速する制御が可能になるという観点から好ましい。

操向操作具はステアリングホイール式のものに限らず、例えば左右に回動可能なレバー式の操向操作具でも良い。この場合は、レバーの回動角に比例して内輪側の車輪を減速するように制御することが考えられる。また、変速操作具もレバー式のものに限らず、例えばペダル式の変速操作具でも良い。

例えばエンジン２とＨＳＴ３５との間に、高速／低速等を切り替えるための機械式の副変速装置が設けられていても良い。

差動装置は遊星ギア式のものに限らず、他の構成の差動装置でも良いのは勿論である。

また、遊星ギア式の差動装置においては、ＨＳＴ３５からの駆動力、電動モータ２２からの駆動力及び車軸３４への出力は、サンギア２５、プラネタリキャリア２７及びリングギア２８の何れに接続されていても良い。

制御部４０、スリップ率推定部４３は、別々の構成とするのではなく、例えば１つのマイクロプロセッサによって、制御部４０、スリップ率推定部４３としての機能を実現しても良い。

本発明の構成は、田植機に限らず、例えばトラクタや除雪機など、他の作業機にも適用することができる。また、車輪式の走行装置を備えた作業機に限らず、例えばクローラ式の走行装置を備えた作業機であっても良い。

１ 田植機（作業機）
２ エンジン
１０ 操向ハンドル（操向操作具）
１２ 変速レバー（変速操作具）
２１ 後車輪
２２ 電動モータ
２３ 差動装置
３５ ＨＳＴ（無段変速装置）
４０ 制御部
５４ トルク検出部

Claims (3)

1. エンジンと、
   前記エンジンの出力を変速する無段変速装置と、
   車体の左右に配置された走行装置としての前車輪及び後車輪と、
   前記後車輪に対応して車体の左右それぞれに設けられた電動モータと、
   前記電動モータに対応して車体の左右それぞれに設けられた差動装置と、
   前記前車輪の切れ角を変更するための操向操作具と、
   変速操作具と、
   前記電動モータの回転速度を制御する制御部と、
   を備え、
   前記エンジンの出力は略一定とされ、
   前記無段変速装置の変速比は、前記変速操作具の操作量に応じて変更され、
   前記差動装置は、対応する電動モータの出力と前記無段変速装置の出力との差動動力を、対応する後車輪に出力し、
   前記制御部は、
   前記無段変速装置の出力を減速する方向にのみ前記電動モータを回転駆動し、
   前記操向操作具の中立位置からの操作量が大きくなるのに応じて、旋回方向に対応する側の電動モータを増速することにより、当該対応する側の後車輪の回転速度を減速するとともに、
   前記旋回方向に対応する側の後車輪の回転を前記電動モータの出力によって停止できる車速以上の速度で車体が走行しているときに、前記操向操作具が操作された場合には、前記無段変速装置の減速比を増大させるように制御することを特徴とする作業機。
2. 請求項１に記載の作業機であって、
   前記電動モータのトルクを検出するトルク検出部を備え、
   前記制御部は、前記電動モータのトルクが低下した場合には、当該電動モータの回転速度を増速するとともに、前記無段変速装置の減速比を増大させることを特徴とする作業機。
3. 請求項１又は２に記載の作業機であって、
   前記差動装置は遊星ギア式の差動装置であり、
   当該差動装置が備えるサンギア、プラネタリキャリア及びリングギアのそれぞれに対して、前記無段変速装置、前記電動モータ及び前記後車輪のうち何れかが１つずつ接続されることを特徴とする作業機。

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