(57)【要約】【課題】後輪駆動状態で坂道を下る時で、例えばトラクタ後部に重量物を搭載する荷車を牽引する場合には、荷車の重量によって被駆動側負荷がかかって後輪に加速がつき、エンジンブレーキがかからない状態となって走行安定性が安定しなかった。【解決手段】エンジンの駆動を２輪駆動と４輪駆動に、自動で切り換え可能とした走行装置において、エンジンブレーキが掛かり、被駆動側負荷であるマイナストルクが発生している状態を検出した場合に、２輪駆動より４輪駆動に切り換えるものである。【選択図】図８
2004306956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの駆動を２輪駆動と４輪駆動に、自動で切り換え可能とした走行装置において、エンジンブレーキが掛かり、被駆動側負荷であるマイナストルクが発生している状態を検出した場合に、２輪駆動より４輪駆動に自動的に切り換えることを特徴とする走行装置制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農作業用トラクタ等の作業用走行車輌において、エンジンの被駆動側負荷を検出することにより、２輪駆動より４輪駆動に切り換える制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の作業車においては、後輪駆動状態と、前後輪駆動状態に切り換えるために左右前輪への動力伝達を断接する動力断接手段が設けられている。
該動力断接手段の切換操作を、手動若しくは自動操作によって切り換える構成は、特開平２−２７９４６７によって公知となっている。
【特許文献１】特開平２−２７９４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特開平２−２７９４６７のように動力断接手段を自動により切り換え操作を可能としているが、ブレーキ操作に連動して前後輪駆動状態へ切り換える構成となっていた。
このブレーキ操作に連動させる構成にすると、ブレーキの操作の度に、後輪駆動より前後輪駆動への切り換える衝撃が頻繁に生じて、作業者にとって不安感を抱かせるものとなっていた。
また、特に後輪駆動状態で坂道を下る時で、例えばトラクタ後部に重量物を搭載する荷車を牽引する場合には、荷車の重量によって被駆動側負荷がかかって後輪に加速がつき、エンジンブレーキがかからない状態となって走行安定性が悪いものとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はこのような問題点を解消するために、次のような手段を用いる。
エンジンの駆動を２輪駆動と４輪駆動に、自動で切り換え可能とした走行装置において、エンジンブレーキが掛かり、被駆動側負荷であるマイナストルクが発生している状態を検出した場合に、２輪駆動より４輪駆動に自動的に切り換えることを特徴とする走行装置制御機構である。
【発明の効果】
【０００５】
このように構成したことによって、次のような効果を奏するのである。
２輪・４輪駆動切換型の走行車輌であって、例えば、牽引型の走行車輌（トラクタ）では、重量物を搭載する荷車を牽引して坂道を降りる場合等に、２輪駆動時に荷車の重量によって、駆動輪が加速されて、被駆動側負荷が生じ、エンジンブレーキが効かなくなるおそれがあるが、本発明では、被駆動側負荷を検出し、２輪駆動より４輪駆動に自動で切り換わるようにしたことで、前輪駆動が被駆動側負荷による加速をくい止め、安定した下り走行を可能にしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の実施の形態を、添付の図面を基に説明する。
図１はロータリ作業機Ｒを装着するトラクタＴの平面図、
図２はトラクタＴの駆動力伝達構成を示す平面図、
図３は電子ガバナ付きエンジンの制御構造を示すブロック図、
図４はエンジンの負荷変動を検出して電子ガバナを制御するフローチャート図、
図５は一定作業条件の下でのエンジン回転数と負荷率との相関図、
図６はエンジンの出力特性マップを示す図。
図７は、燃料噴射ポンプのラック位置とエンジン回転数との関係を示す表。
図８は２輪駆動から４輪駆動へ切り換え制御を行うフローチャート図である。
【０００７】
図１、図２において、トラクタＴの動力伝達構成について説明する。トラクタＴ前部のボンネット２の内部にエンジンＥが配置されており、該エンジンＥの側面に電子ガバナＧが付設されている。前記エンジンＥの後面にクラッチハウジングの部分には、走行クラッチ２３を配置し、その後部に多段クラッチ式の変速走行装置ＴＭを配している。
【０００８】
該変速走行装置ＴＭ後部には、リアアクスルケースを配置し、動力伝達軸４を介して動力が伝達される。該リアアクスルケース内部にギア式副変速装置とデフギア装置５が内装されており、該デフギア装置５を介して後輪７・７を駆動し、デフギア装置７後面から図示せぬＰＴＯ軸を突設し、トラクタＴ後部に昇降リンク１２に昇降自在に装着されるロータリ耕耘機Ｒ等の作業機の入力軸にユニバーサルジョイントを介して動力を伝達している。
【０００９】
また、前記動力伝達軸４の途中部にはギア機構１５を介して前輪動力伝達軸１６を駆動し、前輪用デフギア装置１７を介して前輪６・６に動力を伝達するように構成している。前記前輪動力伝達軸１６の途中部には動力断接手段１８が介装されている。この動力断接手段１８は例えば油圧クラッチにより構成し、前記運転部に設けた切換レバーでその油圧クラッチへの圧油供給路途中の電磁バルブをＯＮ−ＯＦＦにすることで、前後輪駆動状態（４輪駆動）と後輪駆動状態（２輪駆動）とに切り換えている。
【００１０】
また、前記ロータリ耕耘機Ｒを装着する昇降リンク１２には、耕耘深さを調整する油圧シリンダを配置しており、耕深設定レバー２１の設定に合わせて、電磁バルブを操作し、設定した耕耘深さ位置にロータリ耕耘機Ｒを降駆動している。更に、ステアリングハンドルの傍らにアクセルレバーＡＬとアクセルレバーセンサＳ１が配置されている。また、前記エンジンＥには負荷を検知する図示せぬトルクセンサＳ８を配置しており、エンジンＥの出力軸にかかる負荷を検出している。
【００１１】
次に、電子ガバナＧ付きエンジンＥの制御方法を説明する。
該エンジンＥは電子ガバナＧにて燃料噴射量が制御される。電子ガバナＧには制御部（コントローラー）Ｃが接続されていて、各種の検出値を基に、燃料噴射量調整用のラックアクチュエーターＲＡの出力値が演算される。また、前記電子ガバナＧの、制御構造は、図３に示す様に、燃料噴射ポンプＰに、燃料噴射量調整用のラックアクチュエーターＲＡを制御する電子ガバナＧが連接され、制御部Ｃには、各種センサ及び各種スイッチの入力値を基に、電子ガバナＧに対して、出力信号が発せられる。
【００１２】
前記制御部Ｃには、エンジン回転数に対する出力制御マップを記憶するＲＯＭや後記のアクセル設定回転数の補正値書き込み用のＲＡＭ、演算手段としてのマイクロコンピューターＣＰＵが内蔵され、入力ポートＩＰと出力ポートＯＰが設けられている。
【００１３】
制御部Ｃの入力手段としても各種センサとして、アクセルレバーＡＬには、アクセル設定回転数を検出するアクセルセンサＳ１、電子ガバナＧには、燃料噴射量調整用ラックの位置を検出するラック位置センサＳ２、エンジン回転数を検出する回転センサＳ３、エンジンＥにおける潤滑油や水等の冷却系の温度を検出する温度センサＳ４が設けられており、これらのセンサの検出信号が、制御部Ｃの入力ポートＩＰに送信され、ＲＯＭ等に記憶される制御マップと照合して、マイクロコンピューターＣＰＵが、ラックアクチュエーターＲＡの出力値、或いは走行変速装置ＴＭへの出力値が演算され、ラックアクチュエーターＲＡまたは走行変装装置ＴＭに出力信号が発進される。
【００１４】
そして、本発明において、作業機の作業位置であること、機体が走行中であること、ＰＴＯ駆動軸が駆動していることを確認により作業状態であることを判断すると、ロータリ耕耘機Ｒを用いた作業時にエンジン回転数の急激な変動を防止するように、図４に示すフローチャートに沿って制御するようにしている。即ち、制御部Ｃによって作業状態であることを判断すると、電子制御部ＧによってエンジンＥの負荷を検出する。エンジン負荷を検出する手段としては、ラック位置センサＳ２を主とし、他に回転センサＳ３や温度センサＳ４等も用いる。
【００１５】
本実施例のトラクタにおいては、数秒間隔において、エンジン負荷（負荷率）の平均値を演算し、この平均値を最適な状態にするように、アクセル設定回転数を変更する制御を行うことができる。
なお、負荷率とは、制御部Ｃにて記憶される出力制御マップに基づき、エンジン設定回転数毎に設定される最大出力に対する実際の出力値の割合を示すものであり、アイドリング状態で負荷率０とする。
【００１６】
また、この負荷は、ラック位置（燃料噴射量）により割り出すものであって、エンジン設定回転数にて設定されるラック最大位置に対する実際のラック位置の割合を示している。なお、ラック最大位置及び実際のラック位置は、そのエンジン回転数におけるアイドリングラック位置を基準とする。
【００１７】
まず、アクセル設定回転数の変更とそれに伴う負荷率の変動について、図５より説明する。図５のグラフは、一定の作業条件（例えば、ロータリ耕耘機Ｒを一定の耕深に保持し、主変速レバーＭＬ・副変速レバーＳＬ、及びＰＴＯ変速レバーＰＬを走行状態に保持している。）の下、エンジン回転数Ｎを変更することにより、負荷率Ｌがどのように変動するかを図示している。
なお、負荷率は、同一エンジン回転数下でも作業中に変動する（例えばＬ1 〜Ｌ2 の範囲内で変動する）ので、一定のエンジン回転数Ｎ下での一定期間の作業による平均負荷率を算出しており、図中のＬA は、この平均負荷率の各エンジン設定回転数毎の変動を示すものである。このグラフで判るように、同一作業条件での負荷率（平均負荷率ＬA ）は、エンジン設定回転数を上げるほど上昇することが判る。
【００１８】
トラクタＴにて最大効率の作業を行うには、アクセルレバーＡＬにて、負荷率１００％となる回転数Ｎ0 を設定すればよい。しかし、負荷変動が大きい場合（例えば土壌が不均質な場合）には、前記のように負荷率１００％前後の高負荷の状態においては、トルク制御にて対処する（即ち、電子ガバナＧにおけるラック位置を最大位置で保持したままとするので、エンジン回転数が低減する。）ので、実際のエンジン回転数が頻繁に、かなりの変動幅で変動し、車速が不安定となる。
【００１９】
本実施例では、このような不具合を回避するために、一定期間作業中の平均負荷率を基に、アクセル設定回転数を等速制御可能な範囲に補正する制御を行っている。図４のフローチャートに示すように、制御部Ｃによって、エンジン負荷の平均値である平均負荷率を演算する。
この制御では、適切な平均負荷率を８５％〜９５％の間としており、もしも検出した平均負荷率がこの範囲である場合には若干出力は低いものの、等速制御が行われるので車速が安定し、作業効率もさほど悪くない。従って、この場合には、アクセル設定回転数を現時点の状態（例えば、図５に示す平均負荷率９０％となる設定回転数Ｎ1 ）を保持させる。
【００２０】
該平均負荷率値が高いと判断すると、例えば、負荷率９５％以上である場合にはアクセル設定回転数（例えば、図５の平均負荷率１００％となる設定回転数Ｎ0 ）を、現時点での回転数より低い値（現時点の回転数の９５％）に補正する。こうして設定回転数を補正した上で、ガバナ制御を行うと、平均負荷率が適正範囲（８５％〜９５％）になり、車速が安定するようになるのである。
なお、このアクセル設定回転数の補正制御とともに、或いはそれに代わって、従来の制御である走行変速装置ＴＭの減速比を大きくしてトルクを確保すべく、減速操作することも可能である。また、それとともに、或いはそれに代わって、ＰＴＯ駆動の減速比を大きくすべく、これを減速することも可能である。
【００２１】
また、あまりに平均負荷率が低いと、作業効率が悪化するので、平均負荷が低いと判断すると、アクセル設定回転数（例えば、図５の負荷率８５％以下となる設定回転数Ｎ2 ）を現時点での回転数より高い値（現時点の回転数の１０５％）へ設定回転数を変更する。これにより、平均負荷率は適正範囲（８５％〜９５％）になり、等速制御による車速安定性を保持したまま、作業効率を高めるものである。また、この制御とともに、或いはこれに代わって、従来の制御である走行変速装置ＴＭの減速比を下げるべく、増速側に操作することも可能であり、更に、ＰＴＯ駆動の減速比を下げるべく、これを増速することも可能である。
【００２２】
その後は、一定期間毎に平均負荷を検出し、この制御を繰り返している。
しかし、このように、エンジン設定回転数を実際のアクセル設定回転数よりも低く設定して、負荷率８５％〜９５％に保持しても、瞬時に高負荷がかかった時に、この負荷が出力を超えてしまい、エンジン回転低下というケースがあり得る。
そこで、前記制御部Ｃにおいて、平均負荷とは別に各時点における瞬間負荷を検出し、変動する負荷の各時点における瞬時負荷と、その設定回転数における最大負荷とを比較して、瞬時負荷が最大負荷より大きくなっているか判断する。
【００２３】
瞬時負荷が大きくなっている場合（例えば、ロータリ耕耘機Ｒが石等の障害物に当たり、急激に負荷を上昇している場合）には、作業機の負荷を低減するために前述した昇降シリンダの電磁バルブを切り換えて、ロータリ耕耘機Ｒの耕耘深さを一定距離（例えば１ｃｍ）上昇させる。それに代わって、或いはそれと同時に瞬間的に図６の点線の瞬時負荷過大時の出力制限の如く、エンジン出力を一定割合で（例えば１０％）上昇するように電子ガバナＧのラックアクチュエーターＲＡに信号を送ることも考えられる。なお、もともと最大出力よりも低めの出力で等速制御しているので、出力を上昇させる余裕はあり、図６図示の瞬時負荷過大時の出力制限も、この設定回転数の最大出力以下で設定できるので、作業機に過大なエンジントルクがかかって破損に結びつくようなことはない。
【００２４】
次に、本発明のエンジントルクの変動に伴う２輪・４輪駆動の自動切換制御について説明する。
エンジンＥの負荷（トルク）に応じて、前記制御部Ｃを用いて前輪への動力伝達を断接する動力断接手段１８を操作し、２ＷＤ／４ＷＤ自動切換え制御を行うようにしている。前記制御部Ｃには、エンジンＥのトルクを検出するトルクセンサＳ８を接続している。該トルクセンサＳ８は、エンジンＥのクランク軸に配設し、エンジン出力を駆動輪に伝達するトルク（駆動側負荷）に、下り坂走行時等の駆動輪の回動によるトルクが加わっている場合に、マイナス負荷（トルク）（被駆動側負荷）がかかっていると検出し、検出値を制御部Ｃの入力ポートＩＰに入力するものである。
【００２５】
そして、この制御を作動させる条件として、２ＷＤ／４ＷＤ自動切換え状態において、２輪駆動にて走行していることを確認の上、エンジンのトルクを計測して、４輪駆動に切り換えるものなので、走行状態を確認する手段を必要としている。その手段として、まず、図２に示すように、２ＷＤ／４ＷＤ自動切換えスイッチがＯＮされていることを検出する手段として、モードセンサＳ５がある。また、現時点で２輪駆動での走行であることを確認する手段として、動力断接手段１８が断絶されていることを検出する走行センサＳ６がある。更に、走行駆動していることを確認する手段として、走行クラッチ２３が接続されていることを確認するクラッチセンサＳ７が用いられる。各センサＳ５・Ｓ６・Ｓ７を図３に示す制御部の入力ポートＩＰに接続している。
【００２６】
以上の様な確認手段に基づいて行われる、２ＷＤ／４ＷＤ自動切換えの制御について、図８のフローチャートに示すように制御している。まず、モードセンサＳ５によって２ＷＤ／４ＷＤ自動切換えスイッチが自動切換状態に作動していることを判断している。そして、走行センサＳ６を用いて２輪走行状態であるかを判断している。
次に、走行センサＳ６によっって走行クラッチ２３が接続されており、走行状態となっていることを判断すると、制御部Ｃを用いてエンジンＥの負荷を検出するようにしている。
【００２７】
そして、トルクセンサＳ８による検出値がマイナスであるか判断している。トルクがマイナス（エンジンに駆動輪側より動力が伝達されている。所謂エンジンブレーキが作動している状態）と判断すると、次にエンジン回転数の変動を検出する。回転数が上昇中（即ち、下り坂を走行中）と判断すると、制御部Ｃによって動力断接手段１８により動力を接続するように出力信号を送信している。更に、回転数が上昇していないと判断した場合にも、回転数の下降する割合を判断し、下降する割合が少ない（即ち、エンジンブレーキが充分に働かず、減速が不十分である）と判断すると、動力断接手段１８により動力を接続するように出力信号を送信している。また、前記トルクセンサＳ８には、自己診断機能を内蔵しており、トルクセンサＳ８による検出値が、マイナスとなっていないと判断した場合にも、センサＳ８の故障と診断されると、動力断接手段１８により動力を接続するように制御信号を送信し、４輪駆動に切り換えて走行するようにし、後部に牽引する荷車の重量のかからない前輪の駆動によって、被駆動側負荷による加速をくい止めることができる。
【００２８】
また、エンジンＥの負荷（トルク）に応じて、２ＷＤ／４ＷＤ自動切換え制御する為に、トルクセンサＳ８を用いてマイナストルクを検知する構成としていたが、ラック位置センサＳ２と回転センサＳ３を用いて、マイナストルクを検知する構成にすることもできる。その構成について図７を用いて説明する。
図７はエンジンの回転数Ｎにおけるラック位置Ｒのマップを示したものである。図中のＲMAX は、出力特性マップに対応する各回転数Ｎにおける最大ラック位置である。
ＲIDL はエンジン負荷を無負荷にするラック位置（アイドリングラック位置）であり、ＲMIN は、各回転数Ｎにおける最小ラック位置であり、燃料噴射量は０となっている。そして、このＲIDL とＲMIN とにより囲まれる領域Ｚは、アイドリング回転にてエンジンブレーキをかける範囲であると同時に、駆動輪からの駆動力によりエンジンＥが回されてマイナストルクが発生する領域Ｚともなっているのである。（なお、この領域Ｚは、エンジンが冷えている場合に、無負荷でも噴射量が多く必要なので、アイドリング回転ＲIDL を上方補正するのに伴って変動する。）従って、トラクタＴにて坂道を下る場合には、マップｉに沿ってラック位置を小側にする（アクセルレバーＡＬを緩めて、減速する。）と、通常では、アイドリング回転によって、図中Ｘ位置よりエンジンブレーキがかかる。しかし、この範囲でマイナストルクが発生している場合には、ラック位置を最小位置、即ち、燃料噴射量０となる位置まで落とした場合にも、マップｊに示すように、エンジン回転数が上昇してしまうのである。
【００２９】
よって、ラック位置が燃料噴射量０となる最小位置になっているにもかかわらず、回転数が上昇する場合や、回転数が下降していても、その下降量が少ない場合には、マイナストルクが発生すると判断することができ、マイナス負荷（トルク）を検出する高価なトルクセンサＳ８をエンジンに配置することなく、エンジンＥの負荷（トルク）に応じて、２ＷＤ／４ＷＤ自動切換え制御する構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ロータリ作業機Ｒを装着するトラクタＴの平面図である。
【図２】トラクタＴの駆動力伝達構成を示す平面図である。
【図３】電子ガバナ付きエンジンの制御構造を示すブロック図である。
【図４】エンジンの負荷変動を検出して電子ガバナを制御するフローチャート図である。
【図５】一定作業条件の下でのエンジン回転数と負荷率との相関図である。
【図６】図６はエンジンの出力特性マップを示す図である。
【図７】燃料噴射ポンプのラック位置とエンジン回転数との関係を示す表である。
【図８】２輪駆動から４輪駆動へ切り換え制御を行うフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｃ      制御部
Ｅ      エンジン
Ｇ      電子ガバナ
Ｌ      負荷率
Ｒ      作業機
Ｔ      トラクタ
【図１】
2004306956.tif 000003
【図２】
2004306956.tif 000004
【図３】
2004306956.tif 000005
【図４】
2004306956.tif 000006
【図５】
2004306956.tif 000007
【図６】
2004306956.tif 000008
【図７】
2004306956.tif 000009
【図８】
2004306956.tif 000010