JP2009040409A5 - - Google Patents

Description

作業車両

この発明は、作業車両に関し、特に無段変速装置の変速操制御装置の農業用、運搬、建築用等の作業車両に応用するものである。

従来、農業用トラクタや芝刈り機等の作業車両では、エンジンの回転動力を無段式変速装置を介して走行装置へ伝達するものが知られている。このような作業車両にあっては、通常エンジン出力回転を設定保持可能なアクセル（スロットル）レバーやアクセルペダルを備えると共に、車両の速度を設定する変速レバーを有し、作業負荷の変動に対して作業状態が大きく変化しないように、アクセル（スロットル）レバーやアクセルペダル或いは変速レバーを操作するものである。
特開２００８−５７７７５号公報

しかしながら、前記作業車両において作業場への移動や作業場間の移動で路上を走行する場合、前記アクセル（スロットル）レバーやアクセルペダルによりエンジン出力回転を設定保持したまま走行すると、目的とする車速へ到達するのに時間がかかったり、燃料を過剰に消費し燃費が悪いという課題が有った。また、不本意な操作による車速の急激な上昇を防止することを課題とする。

この発明は上記課題に鑑みて、無段式変速装置の変速制御装置を以下のように構成した。即ち請求項１の発明では、エンジン（１）の回転動力を走行装置（３ａ，３ｂ）へ伝達する無段式変速装置（２）を設けた作業車両において、
操作位置を保持可能な操作手段（４）及び同操作手段（４）操作位置を検出する手段（３０）と、
前記操作手段（４）の操作位置を基準として前記エンジン出力回転を調整するエンジン回転調整用アクチュエータ（５）と、
前記無段式変速装置（２）の出力回転を調整する変速用アクチュエータ（６）とを設けると共に、
車両の適所に同車両の状態が「作業」状態であるか若しくは「走行」状態であるかを設定する設定手段（７）を設け、
前記操作手段（４）が操作されたときに、前記設定手段（７）が「作業」状態に設定されている場合は、前記操作手段（４）の最大操作量に対する最高速度を変更する手段
を備えたことを特徴とする作業車両とする。
（作用）
前記設定手段（７）が「作業」状態に設定されている場合は、操作手段（４）の最大操作量に対する最高速度を変更する。

また請求項２の発明では、前記設定手段（７）が「作業」状態に設定されている場合は、「走行」状態に設定されている場合よりも最高車速を低速に規制するよう前記アクチュエータ（５，６）を制御するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業車両とする。
（作用）
そして、前記設定手段（７）が「作業」状態に設定されている場合は、「走行」状態に設定されている場合よりも最高車速を低速に規制するよう前記アクチュエータ（５，６）を制御する。

以上のように構成した請求項１の発明では、不本意な操作による走行を防止できる。
また請求項２の発明では、作業時の最高速度を規制することより、不本意な操作により車速が急激に上昇して作業状態にむらを生じたり、エンストを防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を作業車両であるトロイダル型無段変速機を備えた農業用トラクタ（以下、トラクタ１０）について説明する。
最初にトラクタ１０の構成に付いて説明する。

トラクタ１０は、図２に示すように、ボンネット１１内部にディーゼルエンジン１を備え、このエンジン１下方に左右前輪３ａ，３ａを支持するフロントアクスルケースを設けると共に、エンジン１後部に、後述する前後進切替装置１３や無段式変速装置となるトロイダル型速装機２等を内装するミッションケース１４を接続し、更にこのケース１４後部左右に後輪３ｂ，３ｂを支持するリヤアクスルケース１５を接続して設けている。

また前記ディーゼルエンジン１には、ガバナ装置近傍に出力回転を調整するアクチュエータとなるコントロールラック位置調整用電動モータ５と、前記コントロールラック位置を検出するコントロールラック位置センサ２０を設け、アクセルペダル４の踏込み位置に応じた位置となるよう、コントロールラック位置を変更する構成となっている。尚、実際のエンジン１の出力回転は、エンジン出力軸２２に設けたエンジン回転センサ２３により検出する構成となっている。

また前記ボンネット１１後部でミッションケース１４の上方には、操縦席を取り囲むキャビン１２を設け、この内部にパイロットランプや液晶モニタ等、各種計器や警報ブザーを有するメータパネル１６を設け、更にその後方にステアリングハンドル１７を突設するハンドルポスト１８を設けている。

また、前記ハンドルポスト１８の一側面には、車両の進行方向を前後に切替える操作手段となる前後進切替レバー１９を設け、この回動基部に前進設定操作を検出する前進スイッチ２５ｆと、後進設定操作を検出する後進スイッチ２５ｒを設けている。

また、ハンドルポスト１８の下方で且つフロア上には、左右後輪３ｂ，３ｂを独立して制動する左右ブレーキペダル２７ｌ，２７ｒやクラッチペダル、そして踏み込み操作位置を保持可能なエンジン回転数を設定保持するアクセルペダル７等を設け、前記左右夫れ夫れのブレーキペダル２７ｒ，２７ｌとアクセルペダル７の回動基部に夫れ夫れペダル踏込操作量（位置）を検出する手段としてポテンショメータ式の踏込量センサ２９ｒ，２９ｌ、３０を設けている。

また、操縦席１２側方には、図３に示すように、車両の状態が「作業」状態であるか若しくは路上走行を想定した「走行」状態であるかを選択する設定手段である変速モード選択レバー７を設けている。

前記変速モード選択レバー７は、前後進切替装置１３の前後進用クラッチ６１，６２を共に切とする「Ｎ（ニュートラル）」位置と、路上走行或いは移動速を想定する「Ｄ（ドライブ）」モード位置と、例えばトレンチャー作業や高密散布作業等、所謂クリープ速作業を目的として最高速が２ｋｍ／ｈに規制される「作業１」モード位置と、例えばロータリ耕耘作業や芝刈作業を目的として最高速が５ｋｍ／ｈに規制される「作業２」モード位置と、例えばローダ作業や代掻き、プラウ作業を目的として最高速が８ｋｍ／ｈに規制される「作業３」モード位置を有する構成となっている。そして、このレバー回動基部に各モード位置に位置決めするディテント機構やレバー位置検出センサ３５を設けている。またレバー把持部には、前記ディテント機構を解除するロック位置解除スイッチ３６と後述するオートクルーズ機構を入切するオートクルーズ入切スイッチ３７を有する構成となっている。

また走行モード選択レバー７の近傍には、ロータリ耕耘時の作業機３８の作業高さを設定する耕深設定器３９、ＰＴＯ軸４１の回転を入切するＰＴＯ入切スイッチ４２、作業機昇降用レバー４３等を設け、この作業機昇降用レバー４３の回動基部には操作位置を検出するポテンショメータ４４を設けている。

そして、上記各種設定器やセンサは、操縦席１２下方の各種コントローラ８ａ，８ｂ…に接続する構成となっている。
またトラクタ１０の車体後部には、作業機昇降用油圧シリンダを内装するシリンダケース４６を備え、前記シリンダのピストン伸縮によりケース左右に支持するリフトアーム４７を上下回動する構成となっている。また、車体後部には、トップリンクと左右のロワーリンクからなる３点リンク機構を設け、同リンク機構に各種作業機を連結する構成となっている。尚、図例ではロータリ作業機３８を連結した構成となっている。そして前記リフトアーム４７の片側には、この回動基部にリフトアーム角センサ４８を設けている。

これにより、後述する作業機用コントローラ８ａは、作業機昇降用レバー４３の操作角度とリフトアーム４７の設定角度を一致させるように作業機上昇用の比例圧力制御弁のソレノイド４９、或いは作業機下降用比例圧力制御弁のソレノイド５０へ通電し作業機３８を昇降するポジション制御を行う構成となっている。

次に、トラクタ１０の動力伝達機構について図４に基づき説明する。
前記エンジン１の後部には、エンジン出力軸２２を突設し、同軸上に動力上手側から順にＰＴＯ動力伝達ギヤ５５、逆転用出力ギヤ５６、正転用出力ギヤ５７を設けている。そしてＰＴＯ動力伝達ギヤ５５は、ＰＴＯ動力伝達軸５８上の被駆動ギヤ５９に噛合い、同ギヤ組５５，５９から伝達された回転動力は、ＰＴＯ動力伝達軸５８上のＰＴＯクラッチ６０を介して、前記ミッションケース１４後部に設けたＰＴＯ用変速装置へ伝達され、更に車体後部に突出軸架されたＰＴＯ軸４１へ伝達される構成となっている。

また、前記逆転用出力ギヤ５６と正転用出力ギヤ５７の回転は、夫れ夫れ、エンジン出力軸２２と並設した前後進切替装置１３のクラッチ駆動軸へ伝達される。前後進切替装置１３は、前進用クラッチ６１と後進用クラッチ６２を有する二連の湿式多板クラッチにて構成され、どちらか一方のクラッチディスクを圧着すると、トロイダル型無段変速機２の入力軸６３を正転若しくは逆転で駆動する構成となっている。

またトロイダル型無段変速機２は、前記入力軸６３上に前後二枚の入力ディスク６４，６４を設け、この入力ディスク間に空転軸６６が設けられ且つこの空転軸６６に前記入力ディスク６４，６４と夫れ夫れ対向する出力ディスク６５，６５を設けると共に、これら入力ディスク６４と出力ディスク６５との間に、油圧により傾倒角を変更し前記入力ディスク６４から出力ディスク６５への伝達動力を変速するアクチュエータ、以下パワーローラ６，６を介在する構成となっている。

また前記前後一対の入出力ディスク６４，６５間には、トロイダル出力ギヤ６８を設け、この出力ギヤ部６８と前記入力軸６３と平行に設けた後輪デフ入力軸６９上の伝達ギヤ部７０との間にチェーン７１を架け渡す構成となっている。

これにより、トラクタ１０では、エンジン１の回転動力を、前記前後進切替レバー１９の前後進スイッチ２５ｆ、２５ｒの検出に応じて前後進クラッチ６１，６２を圧着し動力伝達回転方向を正逆切替えることで車体を前後進切り替え、後述するアクセルペダル７の踏込み操作によりトロイダル型無段変速装置２で回転数を変更、即ち車速を変更する構成となっている。

また前記後輪デフ入力軸６９上には、前輪駆動伝達用ギヤ７２を設け、同ギヤ７２から前輪駆動伝達軸７３へ動力を伝達し、前輪増速装置７４を介して、前輪デフ機構（図示省略）、前輪３ｂへ動力を伝達する構成となっている。

尚、図中符号７９は、前記前後進切替装置１３とトロイダル変速機２を内装するユニットケースを示し、前記ミッションケース１４内部に嵌入した状態で取り付ける構成となっている。これにより、両装置１３，２への配管、制御弁、或いは取付部材等を近接配置したり共用することができ、生産時の組付やメンテナンスを容易に行うことができる。また特に前記ユニットケース７９内の作動油を専用の作動油として利用することで、作業機昇降用シリンダなど他のアクチュエータと共用して利用する構成と比較して、前後進切替装置１３及びトロイダル変速機２で使用するオイルを極力清浄に保ち作動を円滑に維持することができる。

また符号７５ｌは、左右後輪駆動軸７６の回転を検出する回転センサを示し、図示は省略するが左右対称の左右後輪駆動軸７６にも回転センサ７５ｒを設け、直進時両センサ７５ｌ，７５ｒの平均値から車速を演算したり、旋回時に車体が小回り旋回するべく予め設定された回転数となるよう、別途設けたアクチュエータにより後輪駆動軸７６のブレーキ装置７８を作動してこれを検出するものである。また前記前輪増速装置７４は、前記車体の旋回時に前輪３ａの周速を後輪３ｂの周速よりも高速に切り替えるものである。

次に、図５に基づいてトラクタ１０の制御系統について説明する。
前記トラクタ１０のコントローラ５は、前記変速に関する制御を処理する走行用コントローラ５ａと、作業機昇降に関する制御を処理する作業機昇降用コントローラ５ｂと、前記メータパネルの各種表示器を制御するメータパネル用コントローラ５ｃから構成され、夫れ夫れのコントローラは各種信号を処理するＣＰＵと、これら信号情報を一時記憶するＲＡＭ、各種制御プログラムを格納するＥＥＰＲＯＭ等を有する構成となっている。また各コントローラ５ａ，５ｂ…は夫れ夫れ個別の通信回線により接続され互いのセンサ情報や出力情報を送受信する構成となっている。

前記走行用コントローラ５ａは、この入力部に前後進切替レバー１９基部の前進スイッチ２５ｆと後進スイッチ２５ｒと、前記変速モード選択レバー７基部の変速モード選択レバー位置センサ３５、オートクルーズ入切スイッチ３７、左右後輪の回転センサ７５ｌ，７５ｒ、アクセルペダル踏込量センサ３０、そしてエンジン出力軸２２のエンジン回転センサ２３、コントロールラック位置センサ２０、左右のブレーキペダル踏込量センサ２９ｌ，２９ｒ等を接続して設け、更に出力部に、前記前後進クラッチ６１，６２へ圧油を送る切替制御弁の前進用ソレノイド７６、後進用ソレノイド７７、前記パワーローラ６の開度を変更するべく圧油を調整する比例圧力制御弁のソレノイド５２、コントロールラック位置調整用電動モータ５等を接続して設けている。

また、作業機昇降用コントローラ５ｂは、入力部に作業機昇降用レバー４３のポテンショメータ５１、リフトアーム角センサ４８、ＰＴＯ入切スイッチ４２等を接続して設け、出力部に前記作業機昇降用シリンダへ圧油を送る比例圧力制御弁の上昇用及び下降用ソレノイド４９，５０を接続して設けている。

またメータパネル用コントローラ５ｃは、各種制御のパイロットランプや液晶パネル、ブザー等を接続して設けている。
以上のように構成したトラクタ１０では、図６に示す変速制御プログラムの概要を示すフローチャートのように変速制御が実行される。

最初にトラクタ１０の電源を入としエンジン１を始動すると、走行用コントローラ５ａは、ＳＴＥＰ１の処理で各種センサやスイッチ類の状態を読み込み、ＳＴＥＰ２で前記変速モード選択レバー７の操作位置を判定する。

そして、前記変速モード選択レバー７がＮ（ニュートラル）位置に設定されている場合は、前記前後進用クラッチ６１，６２をＯＦＦ、即ちエンジン１から前後輪３ａ，３ｂへの動力伝達を「切」に保持すると共に、エンジン回転数を予め記憶されたアイドリング位置に設定する（ＳＴＥＰ３，４）。

また前記選択レバー７が「作業」モード位置に設定されている場合は、ＳＴＥＰ５で前記オートクルーズ入切スイッチ３７が入かどうかを判定し、これが入（ＹＥＳ）の場合は、前記スイッチ３７を入とした時点での車速を最高車速として設定し、その後ＳＴＥＰ６で、アクセルペダル４の踏込操作をキャンセルして、前記スイッチ３７を入とした時点でのエンジン回転数及び車速を維持するよう前記車速センサ７５ｌ，７５ｒとエンジン回転数センサ２３の検出値に応じて、ラック位置調整用電動モータ５とパワーローラ６を駆動する。尚、このオートクルーズ状態は、前記スイッチ３７を再度押し込み操作することで解除する他、前記ブレーキペダルや変速モード選択レバー７の操作を検出することでも解除する構成となっている。

一方、オートクルーズ入切スイッチ３７が切（ＮＯ）の場合は、ＳＴＥＰ８に進み、図１に示すように、前記選択レバー７のモード設定位置に応じた最高車速の条件下で、予め設定された規定のエンジン回転数を維持しつつアクセルペダル４の踏込み操作があると車速を変更するべくパワーローラ６により車速を調整する。尚、前記規定のエンジン回転数は別途ダイヤル式操作具を設けて各モードで変更可能に構成としても良いし、アクセルレバーを有するトラクタでは同レバーの操作位置を既定値としても良い。

また前記「作業」モードでは、トラクタ１０に連結した作業機３８が上昇位置にある場合は、作業負荷のかからない非作業時と想定し前記エンジン回転設定数から所定量だけ低下させる（ＳＴＥＰ１０，１１）。

これにより、作業時の中断或いは作業負荷がかからない状態での燃料消費を抑え、またエンジンの騒音を減少することができる。
また更にＳＴＥＰ１２では、左右ブレーキペダル２７ｌ，２７ｒが同時に踏込まれたかどうが検出し、これがＹＥＳの場合は、ＳＴＥＰ１３にて前記前後進用クラッチ６１，５２をＯＦＦとして伝達動力を切り、車体を停止させ易くする。

また前記変速モード選択レバー７がＤ（ドライブ）モード位置に設定されている場合は、ＳＴＥＰ１４で、エンジン回転数と、車速と、コントロールラック位置から予想されるエンジン回転数と実際のエンジン回転数から求められるエンジン負荷率と、アクセルペダル踏込量に応じて、前記ラック位置調整用電動モータ５とパワーローラ６を駆動してエンジン回転数と変速位置を調整する。詳しくは、予め設定されたアクセル操作量に応じた車速ラインに対し、エンジン負荷率が大きいほどエンジン回転高めた状態で車速を維持し、エンジン負荷率が少ないほどエンジン回転数を下げた状態で変速位置を高速或いは低速側に移行するようラック位置調整用電動モータ５とパワーローラ６の作動を連係し、この変速位置が最高速位置ではエンジン回転数を増加する。

次にこの発明の別形態について説明する。
図７に示すトラクタの動力伝達機構図は、前記トラクタ１０の走行装置をクローラ型走行装置に変更した例を示す。ここでは、前記エンジン出力軸２２の伝動下手側に設ける前後進切替装置１３及びトロイダル変速機２を左右個別に設け、夫れ夫れの回転動力を左右クローラ８０，８０へ伝達する構成となっている。尚、主な部材、制御方法は前記トラクタ１０の構成と同様であるため説明を省略する。

以上のように構成したトラクタ１０では、作業時にはエンジン馬力が不足することなく、オートクルーズ入切スイッチ３７を入とした時点の状態、或いはアクセルペダル４を保持している状態で、エンジン回転数が維持され、負荷変動があっても変動の少ない作業を行うことができ、走行時には迅速に目的の車速に到達し移動して自動車と同じ操作感で操作することができる。また前記のようなディーゼルエンジン１を備えた車両では、騒音が抑えられて特に街中で走行する場合に好適である。

また作業時の最高速度を走行時の最高速度よりも低速に規制し、特に上記実施の形態では作業モード毎に選択して規制することより、不本意な操作により車速が急激に上昇して作業状態にむらを生じたり、エンストを防止することができる。

各変速モードでの最高車速を示すグラフ。 トラクタの全体側面図。 変速モード選択レバー。 トラクタの伝動機構線図。 コントローラの接続状態を示す図。 変速制御の概要を示すフローチャート。 トラクタをクローラ型に構成したときの伝動機構線図。

１ エンジン
２ トロイダル型無段変速機
３ａ 前輪
３ｂ 後輪
４ アクセルペダル
５ コントロールラック位置調整用電動モータ
６ パワーローラ
７ 変速モード選択レバー
８ 制御手段（各種コントローラ）
１０ トラクタ
３０ 操作位置を保持可能な操作手段の操作位置を検出する手段

Claims (2)

1. エンジン（１）の回転動力を走行装置（３ａ，３ｂ）へ伝達する無段式変速装置（２）を設けた作業車両において、
   操作位置を保持可能な操作手段（４）及び同操作手段（４）操作位置を検出する手段（３０）と、
   前記操作手段（４）の操作位置を基準として前記エンジン出力回転を調整するエンジン回転調整用アクチュエータ（５）と、
   前記無段式変速装置（２）の出力回転を調整する変速用アクチュエータ（６）とを設けると共に、
   車両の適所に同車両の状態が「作業」状態であるか若しくは「走行」状態であるかを設定する設定手段（７）を設け、
   前記操作手段（４）が操作されたときに、前記設定手段（７）が「作業」状態に設定されている場合は、前記操作手段（４）の最大操作量に対する最高速度を変更する手段
   を備えたことを特徴とする作業車両。
2. 前記設定手段（７）が「作業」状態に設定されている場合は、「走行」状態に設定されている場合よりも最高車速を低速に規制するよう前記アクチュエータ（５，６）を制御するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業車両。