(57)【要約】【課題】トロイダル変速機構による高効率の伝動特性および幅広い作業走行能力を生かしつつ、動力負荷と対応してエンジン出力配分を適正化することによって効率向上と燃費の低減を図ることができるトロイダル型変速機搭載作業車両の伝動制御装置を提供することにある。【解決手段】トロイダル型変速機搭載作業車両の伝動制御装置は、無段変速伝動機構の伝動比を制御することによりオペレータ設定によるエンジン回転数に応じた出力回転に制御する定トルク制御と、オペレータ操作による変速レバー位置に応じた出力回転に制御する定レシオ制御とを選択適用可能な制御部６１ａ，６１ｂを備えて構成され、上記制御部６１ａ，６１ｂは、エンジンに受ける動力負荷が所定の低負荷範囲を定レシオ制御、それを越える高負荷範囲を定トルク制御に切替制御するものである。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無段変速伝動機構の伝動比を制御することによりオペレータ設定によるエンジン回転数に応じた出力回転に制御する定トルク制御と、オペレータ操作による変速レバー位置に応じた出力回転に制御する定レシオ制御とを選択適用可能な制御部（６１ａ，６１ｂ）を備えるトロイダル型変速機搭載作業車両の伝動制御装置において、上記制御部（６１ａ，６１ｂ）は、エンジン（Ｃ）に受ける動力負荷が所定の低負荷範囲を定レシオ制御、それを越える高負荷範囲を定トルク制御に切替制御することを特徴とするトロイダル型変速機搭載作業車両の伝動制御装置。
【請求項２】
前記制御部（６１ａ，６１ｂ）は、定レシオ制御におけるエンジン回転が基準回転数より低い範囲と対応して定トルク制御に切替制御することを特徴とする請求項１記載のトロイダル型変速機搭載作業車両の伝動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスミッションケース内にトロイダル変速機構を備えたトロイダル型変速機搭載作業車両の伝動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、ＰＴＯ軸を備えて作業機動力を出力するトラクタ等の作業車両において、フルトロイダル型の変速機構をトランスミッションケース内に備えて走行動力を変速伝動制御する変速伝動装置を搭載したものが知られている。この作業車両の変速伝動装置は、トロイダル変速機構の出力ディスクから取出した変速動力を側方に並列する中間伝動軸上の遊星ギヤ機構に導き、ギヤードニュートラルによる回転出力停止を挟む正逆転の幅広い速度幅の走行動力を制御装置によって効率良く変速制御することができるとともに、伝動系から主クラッチを廃して構成の簡易化、小型化を図ることができる。
【０００３】
また、上記変速伝動装置は、無段切替が可能な変速伝動比とエンジン回転との組み合わせにより、低速から高速に及ぶ走行速度について低負荷から高負荷まで作業車両として幅広い作業走行態様を無段階に選択することができる。したがって、このような幅広い作業走行能力により、作業現場における個々の作業態様に合わせた最適な運転操作が可能となる。
【０００４】
しかし、その作業走行の自由度の広さ故に、オペレータの運転操作次第では、作業負荷に対してエンジン出力配分が不適切となり、作業効率および燃費の悪化を招き、その優れた能力を減殺する事態を引き起こすという問題を内包していた。
【特許文献１】特開２００３−７４６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、トロイダル変速機構による高効率の伝動特性および幅広い作業走行能力を生かしつつ、動力負荷と対応してエンジン出力配分を適正化することによって効率向上と燃費の低減を図ることができるトロイダル型変速機搭載作業車両の伝動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、無段変速伝動機構の伝動比を制御することによりオペレータ設定によるエンジン回転数に応じた出力回転に制御する定トルク制御と、オペレータ操作による変速レバー位置に応じた出力回転に制御する定レシオ制御とを選択適用可能な制御部を備えるトロイダル型変速機搭載作業車両の伝動制御装置において、上記制御部は、エンジンに受ける動力負荷が所定の低負荷範囲を定レシオ制御、それを越える高負荷範囲を定トルク制御に切替制御することを特徴とする。
【０００７】
上記制御部は、定レシオ制御と定トルク制御とを選択適用可能に構成され、かつ、動力負荷に応じて定レシオ制御と定トルク制御とが自動的に切替えられる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成において、前記制御部は、定レシオ制御におけるエンジン回転が基準回転数より低い範囲と対応して定トルク制御に切替制御することを特徴とする。上記制御部により、定レシオ制御において基準回転数よりエンジン回転が低下すると定トルク制御に切替えられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の作業車用変速伝動装置は、以下の効果を奏する。
請求項１の発明により、作業車用変速伝動装置の制御部は、動力負荷に応じて定レシオ制御と定トルク制御とが切替えられる。したがって、動力負荷と対応してエンジン出力配分が適正化されるので、効率向上と燃費の低減を図ることができる。
【００１０】
請求項２の発明の制御部により、定レシオ制御において基準回転数よりエンジン回転が低下すると定トルク制御に切替えられることから、出力低下を回避して走行に必要なトルクを確保することができるので、低負荷範囲における安定走行が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について、以下に図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る変速伝動装置を搭載した作業車両の１例を示す農用トラクタの側面図である。
農用トラクタ１は、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。
【００１２】
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とアクセルレバーＬ、基部にブレーキペダルＭとアクセルペダル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。
【００１３】
上記変速伝動装置２の構成は、その伝動系統線図を図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のバリエータ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Ｈｉ−Ｌｏ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１線上に構成し、後輪差動部１６から左右の後輪Ｂ，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、増速伝動制御する前輪増速クラッチ１８を介して前輪差動部１９と連結し、左右の前輪Ａに走行動力を伝動する。
【００１４】
作業機系動力は、入力軸１１からＰＴＯ伝動軸２１に増速ギヤ伝動し、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。
【００１５】
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。
【００１６】
遊星伝動部１４の差動出力は、バリエータ１３の入力側回転を受けるプラネタリキャリヤと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により、停止速を含む正逆の回転速をバリエータ１３の変速比に応じて出力する。機体の走行を停止する際は、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を進退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。
【００１７】
バリエータ１３の油圧制御系は、その系統図を図３に示すように、油圧ポンプ２３からパワーローラ３３の進退動作をシリンダ３３ｃのＳ１側とＳ２側について電磁比例減圧弁４１および可変レデュースバルブ４２をそれぞれ介設して油圧制御する。制御油圧は、所定の絞り４３，４３を通して複数のシリンダ３３ｃに供給し、その筆頭をマスターシリンダ、他をスレーブシリンダとしてエンドストップ制御する。
【００１８】
このエンドストップ制御は、ピストンの後退側ストロークエンド位置で閉じられる油孔をマスターシリンダのライナー側壁に形成してスレーブシリンダの油流を制御することにより、メカストップによることなく、油圧による緩やかなエンドストップが実現され、急激な外乱変動によるトラクション欠落を防止することができる。この場合において、少なくとも１つのパワーローラ３３のシリンダ３３ｃの押し引きを他と逆方向とし、エンドストップをヘッド側に構成することにより、Ｓ１側およびＳ２側についての確実な油圧エンドストップを得ることができる。
【００１９】
また、上記絞り４３，４３の上流側のＳ１側とＳ２側の間に第一のシャトルバルブ４４を設け、その高圧側をパイロットとして受けるメインリリーフ４５でパワーローラ３３の潤滑を行う。マスターシリンダの下流側に設けた第二のシャトルバルブ４６によってその高圧側を入力ディスク３１のエンドロードに供給することにより、エンドロード圧の追従性を向上することができる。この場合、油圧ポンプ２３および第二のシャトルバルブ４６の出力側にそれぞれリリーフバルブ４７，４８を設けることにより、過大負荷時の安全を確保することができる。
【００２０】
他の油圧機器制御については、その油圧制御系統図を図４に示すように、エンジン本体部に取付けた油圧ポンプ５１から一般作動油を供給し、Ｈｉ−Ｌｏクラッチ１５、前輪増速クラッチ１８、ＰＴＯクラッチ２４をそれぞれのＨｉ、Ｌｏの電磁比例制御弁１５ｐ、１５ｐ、４ＷＤ電磁切替弁１８ｖ、ＰＴＯ電磁比例制御弁２４ｐによって動作制御し、また、機体に搭載した左右のブレーキシリンダ５２、５２、ローリング調整シリンダ５３、作業機昇降シリンダ５４等をそれぞれ油圧制御可能に構成する。
【００２１】
Ｈｉ−Ｌｏクラッチ１５は、ギヤー比と対応して８〜１０ｋｍ／ｈの車速で切替えるように設定する。これは、殆どの作業速が８ｋｍ／ｈ以下であり、その切替速度での作業は少ないので、変速時のショックや複雑なクラッチ制御による遅れ等をなくすことができる。また、シンクロレシオ時には、ハイとローの両クラッチを一時的に同時接続するように構成することにより、伝達不足を招くことなく、スムーズなレジームチェンジが可能となる。これは、ローレジームとハイレジームについて、加速方向が同じでもレシオ変更の方向が違うので、シンクロレシオを越えるレシオ変更の場合にシリンダ３３ｃの伸縮のＳ１Ｓ２圧の加圧方向が異なり、パワーローラ３３の制御が複雑になることによる。
【００２２】
ブレーキシリンダ５２、５２は、切替弁５２ｖと電磁比例制御弁５２ｐとにより、左右のブレーキを個別に制御可能に構成する。ローリング調整シリンダ５３は、切替弁５３ｖによって左右方向傾斜を調節する。作業機昇降シリンダ５４は、リフトアーム制御弁によるバルブブロック５４ｂを構成して昇降制御する。
【００２３】
以上の各機器動作を制御する制御装置６１は、入出力ブロック図を図５に示すように、走行用制御部６１ａと作業機制御部６１ｂとにより構成する。
走行用制御部６１ａは、スタータスイッチ６２、圧力センサ６４、出力ディスク回転センサ６６、変速レバー位置センサ６８等の信号を入力とし、パワーローラ３３の進退操作用の制御弁４１，４１、Ｈｉ−Ｌｏクラッチ１５の各制御弁１５ｐ、１５ｐ、４ＷＤ用前輪増速切替弁１８ｖ、左右のブレーキ制御弁５２ｐ、５２ｐを制御出力として構成する。
【００２４】
作業機制御部６１ｂは、制御モード設定器７１、旋回制御入切スイッチ７６等の信号を入力とし、バルブブロック５４ｂを介して作業機昇降シリンダ５４の上昇下降動作、ＰＴＯ電磁比例制御弁２４ｐによってＰＴＯクラッチ２４を操作してＰＴＯ軸Ｅの出力を制御するべく構成する。制御モード設定器７１は、トルク制御、レシオ制御、自動切替制の中から選択した設定を指令する。トルク制御は主として路上走行用、レシオ制御は主として散布作業やロータリ作業用、自動切替制御は主としてドラフト作業用に適用される。
【００２５】
次に、伝動制御装置における制御部の処理について説明する。
制御部６１ａ，６１ｂによる制御処理は、トルク制御とレシオ制御とによる２つの制御方式を条件に応じて切替えるミックス制御として構成する。
詳細には、ロータリ作業におけるミックス制御の例として、図６のフローチャートに示すように、旋回制御が「入」（Ｓ１）、リフトアームが「下げ位置」（Ｓ２）、ＰＴＯクラッチが「入」（Ｓ３）、エンジン回転が一定値以上（Ｓ４）で、かつ所定範囲外（Ｓ５）とする全条件を満たす場合にトルク制御（Ｓ６ａ）とし、その他の場合はレシオ制御（Ｓ６ｂ）に切替える。
【００２６】
この場合において、トルク制御は、図７（ａ）のフローチャートに示すように、エンジン回転６３と変速出力回転のセンサ信号６６を受け（Ｓ１１）、両者の対比（Ｓ１２）により、対応関係が一定となるようにパワーローラ３３…を進退して回転伝動比を調節するべく流量制御弁４１，４１を制御（Ｓ１３）することにより、オペレータ設定によるエンジン回転数に応じた出力回転に制御する定トルク制御を行う。
【００２７】
また、レシオ制御は、図７（ｂ）のフローチャートに示すように、変速レバー位置６８と変速出力回転のセンサ信号６６を受け（Ｓ２１）、両者の対比（Ｓ２２）により、対応関係が一定となるようにパワーローラ３３…を進退して回転伝動比を調節するべく流量制御弁４１，４１を制御（Ｓ２３）することにより、オペレータ操作による変速レバー位置に応じた出力回転に制御する定レシオ制御を行う。
【００２８】
上記のように制御部６１ａ，６１ｂを構成することにより、例えば、ＰＴＯクラッチ２４が切れた時はレシオ制御とし、ＰＴＯクラッチ２４が入った時はトルク制御としてホイルへのトルクを確保することができる。また、エンジン回転が一定の時はレシオ制御とし、それより回転が下がった時はトルク制御ととしてホイルへのトルクを確保することができる。また、オペレータが可能な限りの車速を要求した場合において、エンジン回転の変動が起こるまでレシオを増速側に変更し、その後、エンジン回転の変動によってトルク制御とし、回転数が復帰すれば、再度レシオ制御とすることにより最も効率のよい作業速度とすることができる。
【００２９】
このように動力負荷に応じて、レシオ制御とトルク制御とを切替えることにより、動力負荷と対応してエンジン出力配分が適正化されるので、効率向上と燃費の低減を図ることができる。同様にして、４ＷＤ走行、ブレーキ作動、リフトアームの下降等を条件として切替処理することにより、負荷増大に適切に対応することができる。
【００３０】
さらに、作業モードを切替える例として、図８のフローチャートに示すように、「切」を含む４択型の作業モード設定器を設け、設定が「切」の場合を除き、その検出結果（Ｓ３１）に応じてトルク制御（Ｓ３２ａ）、レシオ制御（Ｓ３２ｂ）、ミックス制御（Ｓ３２ｃ）に切替えることにより、オペレータが作業モードとして任意の制御方式を選択適用することができる。
【００３１】
そのほか、図９のフローチャートに示すように、路上走行、ロータリ作業、ドラフト作業の三区分から選択するための作業モード設定器７１を設け、その検出結果（Ｓ４１）に応じて処理を切替え、路上走行（Ｓ４２ａ）、ロータリ作業（Ｓ４２ｂ）、ドラフト作業（Ｓ４２ｃ）のそれぞれの条件に合わせたミックス制御の適用をオペレータが選択することができる。
【００３２】
路上走行におけるミックス制御は、坂道の登降等に適用される。ドラフト作業においては、ドラフトによる鋤起こしが効いてないときはレシオ制御とし、ドラフトが効いた時はトルク制御としてホイルへのトルクを確保することができる。
【００３３】
次に、ギヤードニュートラルに関する制御例について説明する。
作業車両が緊急停止を要する局面において、クラッチペダルとブレーキペダルを共に踏み込んだ場合に、即座にＬｏクラッチを開放しつつギヤードニュートラルとするべく制御する。この制御は、後輪軸の減速度がその回転検出によりある値以上の急激なブレーキングとなった場合で、かつ、クラッチペダルが踏まれた場合を緊急ブレーキングとしての停止処理である。この場合においては、即座にクラッチを切り離して過大なトルク変動を防止することによってバリエータの破損を回避しつつ、ギヤードニュートラル制御をすることにより停止後の再発進にも対応することができる。このように、トラクタのような過大なトルク変化のあるブレーキ操作において、バリエータのトラクション力不足に起因するバリエータの破損を防止することができる。
【００３４】
また、別の制御例として、ブレーキペダルを踏み込んだ場合において、一定時間をおいてＬｏクラッチを開放しつつギヤードニュートラルとするべく制御する。この制御は、前記同様に、後輪軸の減速度がその回転検出によりある値以上の急激なブレーキングとなった場合の停止処理である。この場合においては、クラッチ接続がある時間まで継続しても、それ以降はクラッチを切り離して過大なトルク変動が防止されるのでバリエータの破損が回避されるとともに、即座にギヤードニュートラル制御をすることにより停止後の再発進にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の変速伝動装置を搭載した作業車両の側面図である。
【図２】変速伝動装置の伝動系統線図である。
【図３】バリエータの油圧制御系統図である。
【図４】他の油圧機器の油圧制御系統図である。
【図５】機器制御の入出力ブロック図である。
【図６】ミックス制御の例を示すフローチャートである。
【図７】トルク制御（ａ）とレシオ制御（ｂ）のフローチャートである。
【図８】作業モードを切替える制御例のフローチャートである。
【図９】作業モードを切替える別の制御例のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１    農用トラクタ（トロイダル型変速機搭載作業車両）
２    変速伝動装置
１１    入力軸
１２    走行伝動軸
１３    バリエータ
１４    遊星伝動部
１５    Ｈｉ−Ｌｏクラッチ
１８    前輪増速クラッチ
２４    ＰＴＯクラッチ
３３    パワーローラ
５２    ブレーキシリンダ
５４    作業機昇降シリンダ
６１    制御装置（伝動制御装置）
６１ｂ    作業機制御部
６１ａ    走行用制御部
６６    出力ディスク回転センサ
６８    変速レバー位置センサ
７６    旋回制御入切スイッチ
Ａ    前輪
Ｂ    後輪
Ｃ    エンジン
Ｅ    ＰＴＯ軸
Ｆ    作業機
Ｌ    アクセルレバー
Ｍ    ブレーキペダル
Ｎ    アクセルペダル
【図１】
2006266417.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006266417.tif 000009
【図８】
2006266417.tif 000010
【図９】
2006266417.tif 000011