JP6563289B2 - グランド整備車両の駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、乗用型の芝刈り機、耕うん機のようなグランド整備車両の駆動システムに関するものである。

大型の芝刈り機のような、作業者が乗車して運転する乗用型のグランド整備車両では、車両の駆動輪の動力源および作業機構である芝刈り機の動力源として、一般に、エンジンが用いられる（例えば、特許文献１）。このようなグランド整備車両では、エンジンと芝刈り機がそれぞれ、電子制御ユニット（ＥＣＵ）を有している場合がある。その場合、エンジンの始動、運転、停止の管理およびエンジンの異常検知はエンジンの電子制御ユニットが行い、芝刈り機の停止、移動および芝刈り作業の実施、停止は、芝刈り機の電子制御ユニットが行っている。

米国特許第９００２５８５号明細書

従来のエンジンの電子制御ユニットによるエンジンの管理では、エンジンの異常を検知した場合、エンジンを保護するためには、エンジンを停止させる程度の機能しか備えていなかった。しかしながら、故障の内容によっては、車両の走行場所、作業機構の運転状況等を考慮すると、エンジンを止める必要がない場合やエンジンを止めない方がよい場合もある。

本発明は、エンジンの異常の内容によって適切な対応が可能なグランド整備車両の駆動システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のグランド整備車両の駆動システムは、駆動輪および作業機構の動力源であるエンジンと、前記エンジンの運転および停止を制御する第１制御ユニットと、前記エンジンと前記駆動輪との間の動力の伝達を行う第１動力伝達機構と、前記エンジンと前記作業機構との間の動力の伝達を行う第２動力伝達機構と、前記第２動力伝達機構を制御する第２制御ユニットとを備え、前記第１制御ユニットは前記第１動力伝達機構を制御し、前記第１制御ユニットと前記第２制御ユニットとの間で制御信号を伝達する信号伝達手段が設けられている。ここで、グランド整備車両は、芝刈り機、雪かき機および農業機械を含む。

この構成によれば、エンジンの第１制御ユニットと作業機構の第２制御ユニットとの間で制御信号を伝達する信号伝達手段が設けられているので、エンジンの第１制御ユニットが、第２制御ユニット内の情報、すなわち作業機構の情報を共有できる。したがって、エンジンの異常が検知されたときに、その異常の原因をエンジン側および作業機構側の両方の情報の中から判断することができる。その結果、エンジンの異常の内容によって適切な対応をとることが可能となり、不必要なエンジンの停止を回避できる。

本発明において、エンジンは、燃料噴射装置を有していることが好ましい。この構成によれば、エンジンの運転制御および停止制御が容易である。

本発明において、前記第２動力伝達機構は、電磁クラッチを有していることが好ましい。この場合、前記第２制御ユニットは、前記第１制御ユニットからエンジン異常を示す指令を受信したとき、前記電磁クラッチを切断することが好ましい。この構成によれば、第２制御ユニットを介して、第１制御ユニットからの指令により、第２動力伝達機構の電気的な制御を容易に行うことができる。

本発明において、前記第１動力伝達機構は、オイルポンプと油圧モータとを有していることが好ましい。この構成によれば、第１制御ユニットにより、電気的に第１動力伝達機構の制御を容易に行うことができる。

本発明において、エンジンは、好ましくは、乗用型の芝刈り機の駆動源として用いられる。

本発明のグランド整備車両の駆動システムによれば、エンジンの異常が検知されたときに、その異常の原因をエンジン側および作業機構側の両方の情報の中から判断することができる。その結果、エンジンの異常の内容によって適切な対応をとることが可能となり、不必要なエンジンの停止を回避できる。

本発明の第１実施形態に係る駆動システムを備えたグランド整備車両の一種である芝刈り機を示す斜視図である。 同駆動システムの制御系統を示すブロック図である。 同駆動システムの異常発生時の対応を示す図表である。 本発明の第２実施形態に係る駆動システムの制御系統を示すブロック図である。 従来の駆動システムの制御系統を示すブロック図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るエンジンを搭載したグランド整備車両の一種である芝刈り機１の斜視図である。本実施形態の芝刈り機１は、作業者が乗車して運転する乗用型の芝刈り機である。芝刈り機１は、前後方向に延びる車体フレーム２の後端部に駆動輪である左右の後輪４が支持され、前端部に従動輪である左右の前輪６が支持されている。

前輪６と後輪４との間で、車体フレーム２の上方に操縦シート８が配置され、車体フレーム２の下方に作業機構の一種である芝刈り機構１０が配置され、車体フレーム２に支持されている。操縦シート８の後方で、左右の後輪４の間にエンジンＥが搭載されている。本実施形態のエンジンＥは、燃料噴射装置を備えたＦＩエンジンである。エンジンＥは、駆動輪４および芝刈り機構１０の動力源である。

本発明の駆動システムＳＹを図２に示す。同図において、エンジンＥと後輪４とは第１動力伝達機構１４を介して動力が伝達され、エンジンＥと芝刈り機構１０とは第２動力伝達機構１６を介して動力が伝達されている。本実施形態の第１動力伝達機構１４は、オイルポンプ１５と油圧モータ１７とを有しており、エンジンＥに機械的に連結されたオイルポンプ１５からの高圧オイルにより油圧モータ１７を作動させ、油圧モータ１７に連結された後輪４を駆動する。第２動力伝達機構１６は、電磁クラッチ１９を有している。ただし、各動力伝達機構１４、１６は、これに限定されず、例えば、第１動力伝達機構１４として、電磁クラッチを用いてもよい。

図１に示す操縦シート８の前方で、前輪６の上方に操舵用のハンドル１２が配置され、ステアリング機構（図示せず）を介して前輪６に連結されている。操縦シート８の側方に、芝刈り機１の走行方向（前進または後進）を制御する変速レバー１８が配置されている。また、車体の前部における前輪６の上方でハンドル１２の下方に、走行速度を制御する変速ペダル２２が配置されている。つまり、エンジンＥが始動すると、図２のオイルポンプ１５と油圧モータ１７の作動により駆動輪である後輪４が回転して、芝刈り機１が走行する。図１の操縦シート８に着座した作業者は、変速ペダル２２で走行速度を制御しつつ、ハンドル１２で機体を回動させて、芝刈り機１０を移動させる。

操縦シート８の側方に、第２動力伝達機構１６（図２）の接続、切断操作を行うクラッチスイッチ２０と、エンジンＥの回転数を制御するスロットルレバー２１が配置されている。つまり、エンジンＥが始動している状態で、クラッチスイッチ２０を操作すると第２動力伝達機構１６（図２）が接続され、芝刈り機構１０が回転する。さらに、作業者は、スロットルレバー２１により芝刈り機構１０の回転速度を調整しつつ、芝刈り作業を行う。

図２に示すように、エンジンＥは、エンジンＥの運転、停止および回転数を制御する第１制御ユニット２４を有している。第１制御ユニット２４は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）で構成されている。エンジンＥには、エンジン潤滑油の圧力を検知する油圧センサ、エンジンの温度を検知する温度センサ、エンジンの振動を検出して燃焼状態を検知する燃焼センサ等のセンサが取り付けられ、これらの信号が第１制御ユニット２４に入力される。また、第１制御ユニット２４は、第１動力伝達機構１４の制御を行う。つまり、第１動力伝達機構１４の情報も、第１制御ユニット２４に入力される。

芝刈り機１には、第２動力伝達機構１６を制御する第２制御ユニット２６が設けられている。本実施形態の第２制御ユニット２６は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）で構成されており、芝刈り機構１０の制御も行う。第１制御ユニット２４と第２制御ユニット２６とは、信号伝達手段２８を介して接続され、両ユニット２４，２６の間で制御信号が伝達されている。したがって、例えば、第２制御ユニット２６で取得された電磁クラッチ１９の情報が、信号伝達手段２８を介して、第１制御ユニット２４に入力される。本実施形態では、信号伝達手段２８としてＣＡＮ（Controller Area Network）が用いられている。ただし、信号伝達手段２８はＣＡＮに限定されない。

図３は、エンジンＥの異常を検知した場合の芝刈り機１の制御の一例を示す図表である。エンジンＥの異常として、エンジンの油圧異常、エンジンの温度異常、エンジンの燃焼異常が例示されている。状態１は、異常のない正常状態である。状態１では、制限なく作業ができる。つまり、第１および第２動力伝達機構１４、１６が接続され、エンジンも最高速で回転できる。

状態２は、エンジンの温度異常が検知された状態である。状態２では、走行は可能であるが、芝刈り作業はできない。したがって、第１制御ユニット２４は、第２制御ユニット２６にエンジン異常を示す指令およびクラッチ切断指令を送信し、第２制御ユニット２６は、これを受けて、第２動力伝達機構１６の電磁クラッチ１９を切断する。

状態３は、エンジンの温度異常およびエンジンの燃焼異常が検知された状態である。状態３では、走行も芝刈り作業もできない。したがって、第１制御ユニット２４は、第１動力伝達機構１４のオイルポンプ１５と油圧モータ１７間の接続を遮断して第１動力伝達機構１４を切断するとともに、第２制御ユニット２６にエンジン異常を示す指令およびクラッチ切断指令を送信する。第２制御ユニット２６は、これを受けて、第２動力伝達機構１６の電磁クラッチ１９を切断する。エンジンＥは、停止せず、アイドリング状態である。

状態４は、エンジンの油圧異常が検知された状態である。状態４では、低速の走行は可能であるが、芝刈り作業はできない。したがって、第１制御ユニット２４は、エンジン回転数を１／２に落とすとともに、第２制御ユニット２６にエンジン異常を示す指令およびクラッチ切断指令を送信する。第２制御ユニット２６は、これを受けて、第２動力伝達機構１６の電磁クラッチ１９を切断する。

状態５は、エンジンの油圧異常およびエンジンの温度異常が検知された状態である。状態５では、走行も芝刈り作業もできない。したがって、第１制御ユニット２４は、第１動力伝達機構１４のオイルポンプ１５と油圧モータ１７間の接続を遮断して第１動力伝達機構１４を切断するとともに、第２制御ユニット２６にエンジン異常を示す指令およびクラッチ切断指令を送信する。第２制御ユニット２６は、これを受けて、第２動力伝達機構１６の電磁クラッチ１９を切断する。エンジンＥは、停止せず、アイドリング状態である。

状態６は、エンジンの油圧異常、エンジンの温度異常およびエンジンの燃焼異常が検知された状態である。状態６では、走行も芝刈り作業もできず、エンジンを停止させる必要がある。したがって、第１制御ユニット２４は、エンジンの停止および第１動力伝達機構１４の切断を行うとともに、第２制御ユニット２６にエンジン異常を示す指令およびクラッチ切断指令を送信する。第２制御ユニット２６は、これを受けて、第２動力伝達機構１６の電磁クラッチ１９を切断する。

状態７は、エンジンの油圧異常およびエンジンの燃焼異常が検知された状態である。状態７では、低速の走行は可能であるが、芝刈り作業はできない。したがって、第１制御ユニット２４は、エンジン回転数を１／２に落とすとともに、第２制御ユニット２６にエンジン異常を示す指令およびクラッチ切断指令を送信する。第２制御ユニット２６は、これを受けて、第２動力伝達機構１６の電磁クラッチ１９を切断する。

図５は、従来のエンジンの制御系統を示すブロック図である。同図では、芝刈り機構１０の情報、例えば、第２動力伝達機構１６の情報が、エンジン１００の第１制御ユニット１２４に入力されていない。そのため、図３の状態２〜５，７の場合でも、エンジン１００を保護するために、エンジン１００を停止させていた。その結果、異常を検知するごとに、エンジン１００の停止、再起動を行う必要があった。

上記実施形態の構成によれば、図２に示すように、エンジンＥの第１制御ユニット２４と芝刈り機１０の第２制御ユニット２６との間で制御信号を伝達する信号伝達手段２８が設けられている。これにより、エンジンＥの第１制御ユニット２４が、芝刈り機構１０の第２制御ユニット２６内の情報を共有できる。したがって、エンジンＥの異常が検知されたときに、その異常の原因をエンジンＥ側および芝刈り機構１０側の両方の情報の中から判断することができる。その結果、エンジンＥの異常の内容によって適切な対応をとることが可能となり、不必要なエンジンＥの停止、再起動を回避できる。具体的には、図３の状態２〜５，７の場合に、エンジンＥを停止させる必要がなくなる。

エンジンＥが、燃料噴射装置を備えたＦＩエンジンであるので、エンジンの運転制御および停止制御が容易である。また、図２に示す第１動力伝達機構１４は、オイルポンプ１５と油圧モータ１７とを有しているので、第１制御ユニット２４により、電気的に第１動力伝達機構１４の制御を容易に行うことができる。

図２に示す第２動力伝達機構１６が電磁クラッチ１９を有しており、第２制御ユニット２６は、第１制御ユニット２４からエンジン異常を示す指令を受信したとき、電磁クラッチ１９を切断する。具体的には、図３の状態２〜５，７の場合に、エンジンＥを停止させることなく、電磁クラッチ１９を切断する。これにより、第２制御ユニット２６を介して、第１制御ユニット２４からの指令により、第２動力伝達機構１６の電気的な制御を容易に行うことができる。

図４は、本発明の第２実施形態に係るエンジンの制御系統を示すブロック図である。第２実施形態では、芝刈り機に、第２動力伝達機構１６を制御する電子コントロールユニット（ＥＣＵ）が設けられていない。そこで、芝刈り機に、第２動力伝達機構１６を制御するリレーボックス２６Ａを設け、このリレーボックス２６Ａと第１制御ユニット２４とが電線（ワイヤ）２８Ａにより接続され、制御信号の伝達が可能となっている。つまり、リレーボックス２６Ａが第２制御ユニットを構成し、電線（ワイヤ）２８Ａが信号伝達手段を構成する。その他の構成は、第１実施形態と同じである。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態では、グランド整備車両として、乗用型の芝刈り機が説明されていたが、グランド整備車両はこれに限定されず、例えば、乗用型の農業機械や雪かき機、または手押し型の芝刈り機、雪かき機、農業機械も含む。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 芝刈り機（グランド整備車両）
４ 後輪（駆動輪）
１０ 芝刈り機構（作業機構）
１４ 第１動力伝達機構
１５ オイルポンプ
１６ 第２動力伝達機構
１７ 油圧モータ
１９ 電磁クラッチ（第２動力伝達機構）
２４ 第１制御ユニット
２６ 第２制御ユニット（ＥＣＵ）
２６Ａ 第２制御ユニット（リレーボックス）
２８ 信号伝達手段（ＣＡＮ）
２８Ａ 信号伝達手段（電線）
Ｅ エンジン（動力源）
ＳＹ 駆動システム

Claims (6)

1. 駆動輪および作業機構の動力源であるエンジンと、
   前記エンジンの正常および異常を検出する１つ以上のセンサと、
   前記エンジンの運転および停止を制御する第１制御ユニットと、
   前記エンジンと前記駆動輪との間の動力の伝達を行う第１動力伝達機構と、
   前記エンジンと前記作業機構との間の動力の伝達を行う第２動力伝達機構と、
   前記第２動力伝達機構を制御する第２制御ユニットと、を備え、
   前記第１制御ユニットは、前記第１動力伝達機構を制御し、
   さらに、前記第１制御ユニットと前記第２制御ユニットとの間で制御信号を伝達する信号伝達手段が設けられ、
   前記第１制御ユニットは、検出された前記エンジンの正常および異常に応じて以下の（ａ）〜（ｅ）の操作を行うグランド整備車両の駆動システム：
   （ａ）第１動力伝達機構：接続、第２動力伝達機構：接続、エンジン回転数：任意の値に設定；
   （ｂ）第１動力伝達機構：接続、第２動力伝達機構：切断、エンジン回転数：任意の値に設定；
   （ｃ）第１動力伝達機構：接続、第２動力伝達機構：切断、エンジン回転数：１／２速度以下に設定；
   （ｄ）第１動力伝達機構：切断、第２動力伝達機構：切断、エンジン回転数：アイドリング；
   （ｅ）第１動力伝達機構：切断、第２動力伝達機構：切断、エンジン回転数：停止。
2. 請求項１に記載の駆動システムにおいて、前記エンジンは燃料噴射装置を有するグランド整備車両の駆動システム。
3. 請求項１または２に記載の駆動システムにおいて、前記第２動力伝達機構は、電磁クラッチを有しているグランド整備車両の駆動システム。
4. 請求項３に記載の駆動システムにおいて、前記第２制御ユニットは、前記第１制御ユニットからエンジン異常を示す指令を受信したとき、前記電磁クラッチを切断するグランド整備車両の駆動システム。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の駆動システムにおいて、前記第１動力伝達機構は、オイルポンプと油圧モータとを有しているグランド整備車両の駆動システム。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動システムにおいて、前記作業機構は芝刈り機構であり、
   前記グランド整備車両は、乗用型の車両であるグランド整備車両の駆動システム。

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