JP4797599B2 - トロイダル無段変速式トラクタの変速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トロイダル型バリエータの回転比とその回転出力レジームの切替え動作を制御することにより、アクセルペダルの踏込み操作と対応してトラクタの走行車速を変更するトロイダル無段変速式トラクタの変速制御装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、トロイダル式バリエータのパワーローラの傾倒角により規定される回転比と高低変速クラッチによるレジーム切替えとを制御する制御部からなるトラクタの変速制御装置が知られている。

この変速制御装置は、トラクタに搭載したトロイダル型無段変速機の走行速度制御を行い、作業走行においては低速で効率良く一定速度走行を可能とするとともに、路上走行においては制御部によりアクセルペダルの踏込み位置に応じた車速設定をした上でアクセルペダルの踏込み位置に応じてパワーローラを傾倒駆動し、そのシンクロナスレシオのタイミングで高低変速クラッチを断接してレジーム切替え制御をすることにより、幅広い速度範囲でペダル操作により路上走行に合わせた変速走行をすることができる。
特開２００５−２７３７３４号公報

しかしながら、急加速を要する場合にオペレータがアクセルペダルを急速に踏込み操作するとパワーローラの傾倒動作が追い着かず、かつ、高低変速クラッチの動作遅れによって増速過程におけるレジームチェンジが遅れ、不連続な車速変動による変速ショックが発生するという問題があった。この変速ショックは運転操作を不安定にするのみならず、適切な走行速度による円滑な路上交通を乱す原因ともなる。

解決しようとする問題点は、急加速を含む幅広いペダル操作について、パワーローラの傾倒動作および高低変速クラッチの適切な動作タイミングを確保して滑らかな車速変化を可能とするトロイダル式無段変速機の変速制御装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、エンジンの回転動力を変速伝動装置に受け、この変速伝動装置の走行伝動系により適宜減速された動力を前輪と後輪とに伝達するとともに、同変速伝動装置の作業機伝動系により後部のＰＴＯ軸を介して後部連結の作業機に出力し、上記走行伝動系は、入力軸から走行伝動軸に走行系動力をギヤ伝動し、この走行伝動軸の入力回転を受けるパワーローラの傾倒動作により変速動力を出力するフルトロイダル型の変速機構によるバリエータを設け、その変速動力と走行伝動軸とを入力として高低２系統の差動動力を出力する遊星伝動部と、その高低の差動動力の伝達による回転出力レジームを切替える高低変速クラッチを介してその出力となるドライブピニオン軸までを一線上に構成し、後輪差動部から左右の後輪に走行動力を伝動し、また、ドライブピニオン軸から走行動力を前輪伝動軸に分岐し、標準伝動状態と増速伝動状態とに切替制御する前輪増速クラッチを介して前輪差動部に連結して左右の前輪に走行動力を伝動し、
上記作業機伝動系は、入力軸からＰＴＯ伝動軸にて増速ギヤ伝動し、ベベルギヤーを介して油圧ポンプに分岐伝動し、ＰＴＯ伝動軸の後段にＰＴＯクラッチと逆転クラッチを備え、伝動比切替部を介してＰＴＯ軸に伝動するように構成し、
上記パワーローラの傾倒角により規定されるトロイダル型バリエータの回転比と、その回転出力レジームを高低変速クラッチにより切替えるタイミングとを制御するとともに、アクセルペダルの踏込み操作と対応してトラクタの走行車速を変更する制御部からなるトロイダル無段変速式トラクタの変速制御装置において、
上記高低変速クラッチの制御は、操舵用のハンドルの切れ角が一定以上、ＰＴＯ軸の作動用のＰＴＯ入切スイッチが「入」、左右ブレーキの個別操作用の左右ブレーキペダルが非連結状態、旋回連動動作として前輪増速、旋回内側後輪ブレーキ、旋回時の作業機上昇を行うための旋回制御スイッチが「入」、二駆四駆切替スイッチが四駆、作業機を昇降するリフトアームの角度が下降位置、左右同速駆動用のデフロック入切スイッチが「入」、耕深制御を行うオートロータリスイッチが「入」の各条件を判別し、何れかに該当すれば高低変速クラッチの高速回転出力レジームへの切替えを規制する作動規制を行い、その何れにも該当しない場合は高低変速クラッチの作動規制解除を行い、
この作動規制解除の範囲で、アクセルペダルの急速踏込時に通常踏込時の切替え車速より低車速となるようにアクセルペダルの踏込み速度と対応して設定したタイミングで切替えるとともに、
上記アクセルペダルの踏込み速度と対応して設定した速度でパワーローラの傾倒動作を制御し、この傾倒制御は、アクセルペダルの踏込み速度が所定値より小なる範囲でパワーローラを所定の駆動速度ｒ１とし、踏込み速度が所定値以上の範囲でパワーローラを所定の駆動速度ｒ２以上でリニヤに増加する特性によることを特徴とする。
上記制御部により、アクセルペダルの踏込み速度と対応して設定した速度とタイミングでパワーローラの傾倒動作および高低変速クラッチ切替え動作が制御される。
上記駆動速度ｒ１と駆動速度ｒ２は、ｒ１＜ｒ２である。

請求項１に係る発明は、トラクタの走行車速を変更するためのパワーローラの傾倒動作およびレジーム切替えの高低変速クラッチ動作が、アクセルペダルの踏込み速度と対応して別途設定した速度とタイミングで制御されることから、上記構成の変速制御装置は、作業走行において低速で一定速度を維持しつつ効率の良い作業走行を可能とするとともに、路上走行における幅広い速度範囲について急加速を含むペダル操作により、パワーローラの傾倒動作および高低変速クラッチの適切な動作タイミングを確保することができるので、変速ショックを受けることのない滑らかな車速変化により、路上交通を乱すことなく、安定した運転操作が可能となる。また、高速の小回り旋回が防止されるので、高速回転を要しない圃場における機体旋回の際の安全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説明する。
本発明に係るトラクタ走行制御装置を搭載した作業車両１は、その１例である農用トラクタの側面図を図１に示すように、前輪Ａと後輪Ｂとを備えた機体前部にエンジンＣを搭載し、このエンジンＣの回転動力を変速伝動装置２に伝達し、この変速伝動装置２で適宜減速された動力を前輪Ａと後輪Ｂとに伝達するとともに、後部のＰＴＯ軸Ｅを介して後部連結の作業機Ｆに出力するように構成している。この作業機Ｆを作業機昇降シリンダ５４によって傾動される昇降アーム５４ａによって昇降可能に支持するとともに、ローリング調整シリンダ５３を介設して作業機Ｆの左右高さが調節可能に構成される。

また、オペレータによる操作のために、ステアリングハンドルＨの前側に運転状態を表示するモニタＪ、下側に前後進切換の前後進切換レバーＫと一定速度を設定するアクセルレバーＬ、基部にアクセルペダルＭとブレーキペダルＮ、変速伝動装置２のトランスミッションケース２ａの上部に設けた操縦席Ｐの脇に変速レバーＱ等が配置され、制御装置６１により自動変速可能に構成される。

上記変速伝動装置２の構成は、その伝動系統展開図を図２に示すように、エンジンＣから動力を受ける入力軸１１を前段に備え、この入力軸１１から走行伝動軸１２に走行系動力をギヤ伝動する。この走行伝動軸１２の入力回転を受けて変速動力を出力するフルトロイダル型の変速機構によるバリエータ１３を設け、その変速動力と走行伝動軸１２とを入力として高低２系統の差動動力を出力する遊星伝動部１４と、その高低の差動動力の伝達を切替える高低変速クラッチ（以下において「Ｈｉ−Ｌｏクラッチ」と呼ぶ）１５を介してその出力となるドライブピニオン軸１５ｄまでを一線上に構成し、後輪差動部１６から左右の後輪Ｂに走行動力を伝動する。また、ドライブピニオン軸１５ｄから走行動力を前輪伝動軸１７に分岐し、標準伝動状態と増速伝動状態とに切替制御する前輪増速クラッチ１８を介して前輪差動部１９に連結し、左右の前輪Ａに走行動力を伝動する。

上記変速伝動装置２における作業機系動力は、入力軸１１からＰＴＯ伝動軸２１にて増速ギヤ伝動し、ベベルギヤー２２を介して油圧ポンプ２３に分岐伝動し、ＰＴＯ伝動軸２１の後段にＰＴＯクラッチ２４と逆転クラッチ２５を備え、伝動比切替部２６を介してＰＴＯ軸Ｅに伝動する。

上記バリエータ１３は、走行伝動軸１２の回転動力を受ける前後の入力ディスク３１、３１の中間に出力ディスク３２を配置し、それぞれの間に前後のパワーローラ３３、３３を介設して構成し、これをトランスミッションケース内の専用区画に配置する。

上記遊星伝動部１４の差動出力は、バリエータ１３の入力側回転の一部動力を受けるプラネタリキャリヤと同バリエータ１３の出力側回転を受けるサンギヤーとの間で差動するプラネタリギヤー軸から高低の回転比による２系統のレジーム、すなわち、バリエータ１３の変速比に応じて停止速を跨ぐ正逆の回転速を含む低速系および定方向回転の高速系を形成する２体系により出力する。

（制御構成）
本発明のトラクタ走行制御装置は、その制御構成図を図３に示すように、制御部７１の入力側には、路上走行モードと定速モードとを切替えるモード切替スイッチ７３、前後進切換レバーＫによる前後進スイッチ、ポテンショメータ等によるアクセルペダルＭのペダルセンサ、前後輪回転センサによる車速センサ８４、旋回連動動作を付帯する旋回制御入切スイッチ７９，ステアリング操作検出用の前輪切角センサＨ等を接続し、出力側にパワーローラ３３の傾倒角を調節する制御弁ソレノイド９１、Ｈｉ−Ｌｏクラッチ用制御弁のソレノイド９２の他、前輪増速用制御弁ソレノイド９３、左右の後輪ブレーキ用制御弁のソレノイド９４、リフトアーム昇降用制御弁のソレノイド９５等を接続して駆動制御する。

上記構成の制御部７１により、機体の走行を停止する際は、低速系レジームにより停止速と対応する変速比となるギヤードニュートラル位置にバリエータ１３のパワーローラ３３を傾動制御する。このように制御することにより、主クラッチを要することなく、変速伝動装置を構成することができる。また、エンジン始動時においては、ギヤードニュートラル位置への進退制御を含む始動制御を行う。

路上走行の際は、アクセルペダルＭの踏込み位置と対応してパワーローラ３３の傾倒角により規定されるトロイダル型バリエータ１３の回転比と、その回転出力レジームをＨｉＬｏクラッチ１５の切替えにより、アクセルペダルＭの踏込み操作と対応してトラクタの走行車速を変更するとともに、上記アクセルペダルＭの踏込み速度が所定値以上となると、パワーローラ３３の傾倒駆動速度を変更し、かつ、レジームチェンジ開始のバリエータレシオを変更してＨｉＬｏクラッチ１５の切替えタイミングを変更する。

パワーローラ３３の傾倒制御は、例えば、図４のパワーローラの制御特性図に示すように、アクセルペダルＭの踏込み速度が所定値ｆ１より小なる範囲でパワーローラ３３を所定の駆動速度ｒ１とし、踏込み速度が所定値ｆ１以上の範囲でパワーローラ３３を所定の駆動速度ｒ２以上でリニヤに増加する特性とし、また、アクセルペダルＭが踏まれているほどシンクロナスレシオに入るハイクラッチ接続のタイミングを早く、すなわち、アクセルペダルＭの急速踏込時は、通常踏込時の切替え車速より低車速でＨｉＬｏクラッチ１５を切替え制御する。

上記制御部７１による具体的な変速制御処理は、図５のフローチャートに示すように、各種の設定およびセンサの読込み処理のステップ１（Ｓ１と表記、以下同様。）の後、アクセルペダルＭの踏込位置センサにより踏込み速度の算出処理（Ｓ２）をする。その算出結果により、スロットル位置に応じて設定されている車速に該当しない場合に限りＨｉＬｏクラッチ１５の切替位置の当否の判定処理（Ｓ３，Ｓ４）をし、切替位置でない時はパワーローラ３３の駆動制御弁９１の通電処理（Ｓ５ａ）により設定車速となるようにアクセルペダルＭの踏込み速度に応じた速度でパワーローラ３３の傾倒角度を変更し、また、切替位置であれば切替用の制御弁９２の通電処理（Ｓ５ｂ）によりＨｉＬｏクラッチ１５を切替える。

上述のように走行制御装置を構成することにより、トラクタの走行車速を変更するためのパワーローラ３３の傾倒動作およびＨｉＬｏクラッチ１５の切替え動作が、アクセルペダルＭの踏込み速度と対応して別途設定した速度とタイミングで制御される。このような制御構成とすることにより、従来のようなスロットル位置と車速を検知してパワーローラをフィードバック制御する構成と較べ、作業走行において低速で一定速度を維持しつつ効率の良い作業走行を可能とするとともに、路上走行における急加速を含む幅広いペダル操作について、パワーローラ３３の傾倒動作およびＨｉＬｏクラッチ１５の適切な動作タイミングを確保することができる。したがって、上記構成のトロイダル無段変速式トラクタの変速制御装置は、変速ショックを受けることのない滑らかな変速動作により、路上交通を乱すことなく、安定した運転操作が可能となる。

（レジーム切替え規制）
次に、ＨｉＬｏクラッチの制御によるレジーム切替え規制について説明する。
ＨｉＬｏクラッチの制御は、前述の切替え処理に拘わらず、図６のフローチャートに示すように、所定の条件に該当する場合に限ってレジーム切替え規制を行うものである。
すなわち、ハンドル切れ角が一定以上についての条件判別（Ｓ１１）により、該当すればＨｉクラッチの作動規制（Ｓ１８ａ）を行う。同様に、ＰＴＯ入切スイッチが「オン」（Ｓ１２）、左右ブレーキペダルが非連結状態（Ｓ１３）、旋回制御スイッチが「入」（Ｓ１４）、二駆四駆切替スイッチが「四駆」（Ｓ１５）、リフトアームの角度が下降位置（Ｓ１６）、デフロック入切スイッチが「入」（Ｓ１７）の各条件判別により、何れかに該当すればＨｉクラッチの作動規制（Ｓ１８ａ）を行い、その何れにも該当しない場合はＨｉクラッチの作動規制解除（Ｓ１８ｂ）を行う。

このような制御処理により、ステアリングハンドルＨの切れ角が一定以上の場合は上記条件判別（Ｓ１１）によってハイレジームを規制し、また、ハイレジームの状態で旋回モードに入るとローレジームに戻すことにより、高速の小回り旋回が防止されるので、高速回転を要しない圃場における機体旋回の際の安全性を確保することができる。

また、ＰＴＯ回転中は作業機に動力を受ける圃場作業と対応していることから、ＰＴＯ入切スイッチが「オン」の場合は上記条件判別（Ｓ１２）によってハイレジームを規制することにより、ローレジームでフルスロットルによる速度範囲、すなわち、後退〜プラウ作業速度（例えば、７ｋｍ／ｈ）に限定される。したがって、圃場での作業中における高速走行が防止されて安全性を確保することができる。

また、左右ブレーキペダルＮについては、左右の一方を使用する片ブレーキによる小回り旋回のために圃場では非連結で使用され、このような圃場での作業の際は高速走行は危険なので、上記条件判別（Ｓ１３）により左右ブレーキペダルが非連結であればハイレジームを規制することにより安全性を確保することができる。

また、旋回制御スイッチ７９は前輪増速９３、旋回内側後輪ブレーキ９４、旋回時の作業機上昇９５を一括設定し、この旋回制御スイッチ７９が「入」の場合は圃場作業ゆえに、上記条件判別（Ｓ１４）によってハイレジームを規制することにより、高速走行を防止して安全性を確保することができる。

また、二駆四駆切替スイッチが「四駆」の場合は圃場作業と対応していることから、上記条件判別（Ｓ１５）によってハイレジームを規制することにより、高速走行を防止して安全性を確保することができる。

また、リフトアームの角度が下降位置の場合は作業機を稼働する圃場作業であり、また、デフロック入切スイッチが「入」の場合についても圃場作業であることから、上記条件判別（Ｓ１６、Ｓ１７）によってハイレジームを規制することにより、高速走行を防止して圃場における安全性を確保することができる。

以上のほかに、ステアリングＨの操舵角が前輪増速制御がきく角度以上の場合は圃場での旋回時に高速回転できないように、ハイレジーム規制をする構成とすることによって安全性を確保する。また、操作性の向上となるとともに、前輪増速制御との併用ゆえに旋回半径を小さくすることができる。また、前輪増速制御、旋回内側後輪ブレーキ及び旋回時の作業機上昇制御を行わせるターンスイッチ「入」の場合や、耕深制御を行うオートロータリスイッチ「入」の場合は圃場における高速走行が危険なので、その何れかに該当する場合にハイレジームを規制することにより安全性が確保できる。

農用トラクタの側面図である。 変速伝動装置の伝動系統展開図である。 トラクタ走行制御装置の制御構成図である。 パワーローラの制御特性図である。 変速制御処理のフローチャートである。 レジーム切替え規制のフローチャートである。

１ 作業車両
２ 変速伝動装置
１３ トロイダル型バリエータ
１４ 遊星伝動部
１５ ＨｉＬｏクラッチ
３１ 入力ディスク
３２ 出力ディスク
３３ パワーローラ
６１ 制御装置
７１ 制御部
７３ モード切替スイッチ
９１ 駆動制御弁
９２ ＨｉＬｏクラッチ制御弁
Ｍ アクセルペダル（アクセルペダルセンサ）

Claims (1)

1. エンジン（Ｃ）の回転動力を変速伝動装置（２）に受け、この変速伝動装置（２）の走行伝動系により適宜減速された動力を前輪（Ａ）と後輪（Ｂ）とに伝達するとともに、同変速伝動装置（２）の作業機伝動系により後部のＰＴＯ軸（Ｅ）を介して後部連結の作業機（Ｆ）に出力し、
   上記走行伝動系は、入力軸（１１）から走行伝動軸（１２）に走行系動力をギヤ伝動し、この走行伝動軸（１２）の入力回転を受けるパワーローラ（３３）の傾倒動作により変速動力を出力するフルトロイダル型の変速機構によるバリエータ（１３）を設け、その変速動力と走行伝動軸（１２）とを入力として高低２系統の差動動力を出力する遊星伝動部（１４）と、その高低の差動動力の伝達による回転出力レジームを切替える高低変速クラッチ（１５）を介してその出力となるドライブピニオン軸（１５ｄ）までを一線上に構成し、後輪差動部（１６）から左右の後輪（Ｂ）に走行動力を伝動し、また、ドライブピニオン軸（１５ｄ）から走行動力を前輪伝動軸（１７）に分岐し、標準伝動状態と増速伝動状態とに切替制御する前輪増速クラッチ（１８）を介して前輪差動部（１９）に連結して左右の前輪（Ａ）に走行動力を伝動し、
   上記作業機伝動系は、入力軸（１１）からＰＴＯ伝動軸（２１）にて増速ギヤ伝動し、ベベルギヤー（２２）を介して油圧ポンプ（２３）に分岐伝動し、ＰＴＯ伝動軸（２１）の後段にＰＴＯクラッチ（２４）と逆転クラッチ（２５）を備え、伝動比切替部（２６）を介してＰＴＯ軸（Ｅ）に伝動するように構成し、
   上記パワーローラ（３３）の傾倒角により規定されるトロイダル型バリエータ（１３）の回転比と、その回転出力レジームを高低変速クラッチ（１５）により切替えるタイミングとを制御するとともに、アクセルペダル（Ｍ）の踏込み操作と対応してトラクタの走行車速を変更する制御部（７１）からなるトロイダル無段変速式トラクタの変速制御装置において、
   上記高低変速クラッチ（１５）の制御は、操舵用のハンドル（Ｈ）の切れ角が一定以上、ＰＴＯ軸（Ｅ）の作動用のＰＴＯ入切スイッチが「入」、左右ブレーキの個別操作用の左右ブレーキペダルが非連結状態、旋回連動動作として前輪増速（９３）、旋回内側後輪ブレーキ（９４）、旋回時の作業機上昇（９５）を行うための旋回制御スイッチが「入」、二駆四駆切替スイッチが四駆、作業機を昇降するリフトアームの角度が下降位置、左右同速駆動用のデフロック入切スイッチが「入」、耕深制御を行うオートロータリスイッチが「入」の各条件を判別し、何れかに該当すれば高低変速クラッチ（１５）の高速回転出力レジームへの切替えを規制する作動規制を行い、その何れにも該当しない場合は高低変速クラッチ（１５）の作動規制解除を行い、
   この作動規制解除の範囲で、アクセルペダル（Ｍ）の急速踏込時に通常踏込時の切替え車速より低車速となるようにアクセルペダル（Ｍ）の踏込み速度と対応して設定したタイミングで切替えるとともに、
   上記アクセルペダル（Ｍ）の踏込み速度と対応して設定した速度でパワーローラ（３３）の傾倒動作を制御し、この傾倒制御は、アクセルペダル（Ｍ）の踏込み速度が所定値より小なる範囲でパワーローラ（３３）を所定の駆動速度ｒ１とし、踏込み速度が所定値以上の範囲でパワーローラ（３３）を所定の駆動速度ｒ２以上でリニヤに増加する特性によることを特徴とするトロイダル無段変速式トラクタの変速制御装置。

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