JP2007045177A - 前輪増速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体の旋回時に前輪を高速回転で駆動することにより旋回時間を短縮するとともに、圃場の状態や作業状況に応じて前輪の増速比率を任意に変化できるように制御する。
【解決手段】エンジン４からの動力を変速機構１６により変速した後に出力軸４５を介して後輪３に動力を伝え、該出力軸４５から分岐した動力を変速して前輪２に伝える前輪増速制御装置において、動力の断接を切り替えるクラッチ２５と、モータ２６と、該モータ２６とエンジン４からの動力を合成して変速する遊星歯車機構２７とを、備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、トラクタや芝刈り機等の作業車両の前輪増速制御装置の構成に関する。

トラクタや田植機、芝刈り機等の作業車両では、後輪へ伝達される動力を分岐して前輪へ伝達可能に形成するとともに、ステアリングハンドルの操作量または前輪の切れ角の変化等により車体の旋回操作を検出し、車体の旋回時には後輪の周速度よりも前輪の周速度を一定の割合で増速することにより、車体の旋回速度を速くする前輪増速制御装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１８９０５６号公報

しかし、従来の前輪増速制御装置は、後輪に対する前輪の増速比率が一定であったため、圃場の状態や後輪の制動状態によっては前輪の増速比率が低かったり、或いは逆に高すぎる場合がある。
例えば、オペレータが意識的に小回り旋回したい場合は、旋回内側のブレーキペダルを踏み込んだ片ブレーキ操作にて旋回内側の後輪を制動するが、このような場合には後輪を制動しない場合よりも前輪の増速比率を増加して、急旋回させたい。また、圃場が軟弱な地盤で四駆走行しているときに車体を旋回する場合は、前輪が地中に沈んで前輪の増速比率が不足気味になる。

また、従来の前輪増速制御では、車体の旋回時に後輪の周速度に対して予め設定した増速比率（例えば後輪の二倍）で前輪を高速回転で駆動する。しかし、変速ギヤの組み合わせを変更しないかぎりこの増速比率は一定であるため、前輪の周速度を更に増速して車体の旋回時間をより短くすることはできない。また、これとは反対に、地盤の固さや作業状況によっては前輪が高速回転で駆動され過ぎ、土が掻き寄せられたり或いは草を傷つけたりすることがあった。

一方、前輪を増速させながら車体を旋回している途中で、圃場の状態によっては車体がバウンドしたり或いは片ブレーキ操作量の変化等により、前輪の回転数が急上昇したり、エンジンの回転数が低下することがある。そのようなときには、地面に前輪の旋回跡が掘られたり、エンストを起こす恐れがある。

以上の不具合を解決すべく、本発明は、車体の旋回時に前輪を高速回転で駆動することにより旋回時間を短縮するとともに、圃場の状態や作業状況に応じて前輪の増速比率を任意に変化できるように制御する前輪増速制御装置を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、エンジンからの動力を変速機構により変速した後に出力軸を介して後輪に動力を伝え、該出力軸から分岐した動力を変速して前輪に伝える前輪増速制御装置において、動力の断接を切り替えるクラッチと、モータと、該モータとエンジンからの動力を合成して変速する遊星歯車機構とを備えるものである。

請求項２においては、前記エンジンからの動力を前記クラッチを介して遊星歯車機構のリングギヤに伝え、前記モータの出力をサンギヤに伝え、プラネタリギヤより前輪に動力伝える構成としたものである。

請求項３においては、前記モータを旋回角度に比例した回転出力とするものである。

請求項４においては前記モータを発電機と兼用するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１のように構成することにより、クラッチの断接により２ＷＤと４ＷＤに切り替えることが可能となり、クラッチを接として４ＷＤに切り替えたときには、モータを駆動することにより、前輪を増速したり、走行駆動のアシストしたりすることが可能となる。また、遊星歯車機構で変速するため、変速機構をコンパクトに構成することができる。

請求項２のように構成することにより、変速機構の出力軸から遊星歯車機構の外側のリングギヤに伝えて動力伝達構成を簡単にすることができ、また、モータ軸を前輪動力伝達軸の延長上に配置することができ、動力伝動構成を簡単にすることができる。

請求項３のように構成することにより、旋回角度に比例して前輪を増速することができて、従来の倍速ターンのような急激な速度変化を伴わず、圃場を荒らすことなくスムースに旋回ができるようになる。

請求項４のように構成することにより、負荷が小さい時には発電機として、エネルギーを回生することが可能となり、発電した電力をバッテリに充電してエネルギーを無駄に使うことなく、負荷がかかったときにはモータに電力を供給してアシスト可能となる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
以下、作業車両の一例として農用トラクタ（以下、トラクタ１）について説明する。
図１は本発明の一実施例に係るトラクタの全体的な構成を示した側面図、図２は制御系のブロック図、図３は走行系の動力伝達ブロック図、図４はトラクタの伝動機構図、図５は各モードによるモータの駆動とクラッチの作動の関係説明図である。

図１を用いて、本発明の一実施例に係るトラクタ１の全体的な構成について説明する。
トラクタ１の車体の前後には、前輪２・２および後輪３・３をそれぞれ配置し、車体の前部にエンジン４を内蔵するボンネット８が配置され、車体の後部に操縦部５が配置される。
操縦部５には、ステアリングハンドル６を設けて、該ステアリングハンドル６の後方には運転座席７を配設している。該操縦部５にはモード切換スイッチ３５を配置して、後述するモータ２６の駆動とクラッチ２５の作動をモードにより切り替えられるようにしている。該モード切換スイッチ３５はコントローラ１９と接続されている。
エンジン４の後方にはクラッチハウジングを配置し、該クラッチハウジングの後方にトランスミッションケース（以下ミッションケース）１０を連結し、エンジン４からの動力を後輪３に伝達して駆動している。
また、エンジン４の駆動力は、ミッションケース１０後端から突出したＰＴＯ軸（動力取出し軸）１１に伝達されるように構成されており、該ＰＴＯ軸１１の回転により、機体後端にユニバーサルジョイントや伝動軸などを介して接続した作業機１２を駆動するように構成している。但し、ＰＴＯ軸１１は機体前方に突出したり、前輪２と後輪３との間に突出したりすることも可能であり、ＰＴＯ軸１１の配設位置は限定するものではない。
ミッションケース１０に入力された回転動力は、前輪２・２及び後輪３・３を駆動する走行駆動力と外部動力取出のＰＴＯ駆動力の二系統に伝動分岐される。

次に、前輪増速制御装置を有する作業車両の動力伝達機構について、図３に基づいて説明する。

エンジン４の動力は主クラッチ１５により入切りされ、前後進切換装置４１、ギヤ式の主変速装置４２、副変速装置４３等よりなる変速機構１６により順次切換あるいは変速された後に、後デフ装置１７を経て左右の後輪３・３へ伝達される。但し、主変速装置４２はギヤ式に限定するものではなく、油圧式無段変速装置等により構成することも可能である。

また、前記変速機構１６の出力側から分岐された動力は、前輪増速制御装置１８へ入力され、前輪動力伝達軸２０を介して前デフ装置２１に伝えられ前輪２・２を駆動する構成としている。

車体の後部には作業機１２が連結されており、エンジン４からの動力をＰＴＯ変速装置４４を介してＰＴＯ軸１１に伝え作業機１２を駆動する構成としている。

次に、本発明の前輪増速装置の構成を、図２、図４を用いて説明する。
前記変速機構１６の出力軸４５上に設けた歯車４６より中間歯車機構４７を介して前輪増速制御装置１８の遊星歯車機構２７に動力が伝達される。前輪増速制御装置１８は遊星歯車機構２７、クラッチ２５、モータ２６等を備える。該遊星歯車機構２７はモータ２６の出力軸と連設される第二出力軸４８上に固設したサンギヤ５０と、該サンギヤ５０の外周に噛合する複数のプラネタリギヤ５１と、該プラネタリギヤ５１の外側に噛合するリングギヤ５２からなり、前記複数のプラネタリギヤ５１はキャリア５３に回転自在に支持され、該キャリア５３の中心が前記前輪動力伝達軸２０に連結されている。該前輪動力伝達軸２０には回転数センサ３１が配置されて回転数が検知され、該回転数センサ３１はコントローラ１９と接続されている。

また、前記サンギヤ５０を固設した第二出力軸４８とリングギヤ５２との間には、電磁クラッチからなるクラッチ２５が配置され、該クラッチ２５はコントローラ１９と接続されている。更に、前記第二出力軸４８の他端にはモータ２６の出力軸と接続され、該第二出力軸４８の回転数は回転数センサ３２により検知され、該回転数センサ３２はコントローラ１９と接続されている。前記モータ２６は本実施例では電動モータにより構成しているが、油圧モータ等で構成することも可能である。該モータ２６は発電機と電動機が兼用できる構成としており、コントローラ１９と接続されている。なお、遊星歯車機構２７において、サンギヤ５０とプラネタリギヤ５１とリングギヤ５２のうち、いずれか一つのギヤにエンジン４からの動力を伝え、何れか一つのギヤにモータ２６からの動力を伝え、残りのギヤから前輪２に出力する構成であればよいが、エンジン４から中間歯車機構４７に伝えた動力をサンギヤ５０に伝え、モータ２６の出力軸をリングギヤ５２に伝える構成とすると、モータ２６のトルクは小さくて済み、小型化ができる。

また、前記エンジン４には発電機３３が付設され、該発電機３３にはコントローラ１９が接続され、該コントローラ１９にはバッテリ３４と接続されている。このような構成において、エンジン４が作動しているときには、発電機３３で発電した電力をバッテリ３４に充電する。また、バッテリ３４からの電力によりモータ２６が駆動可能とされている。また、モータ２６を作動しない直進走行時には発電機として作用して、バッテリ３４に充電してエネルギーを回生するようにしている。

また、旋回時において、設定角度以上ステアリングハンドル６を回動すると、前輪２を増速することによって、圃場の荒れを最小限に抑えることができるようにしている。つまり、ステアリングハンドル６の操舵角を検出する手段として角度センサ２９をステアリングハンドル６のハンドル軸基部に設けている。該角度センサ２９はコントローラ１９と接続されている。なお、旋回角度を検出する手段としては、前記前輪２の切れ角を検出するように構成することもできる。また、パワーステアリング装置の油圧シリンダのピストン伸縮量を検出する方法等でも可能である。

このような構成において、旋回時の動力伝達、及び、制御を図４、図５を用いて説明する。
まず、前記モード切換スイッチ３５はコントローラ１９と接続され、二輪駆動（２ＷＤ）モードと４駆（４ＷＤ）モードとパワーアシストモードとエネルギー回生モードに切り替えられるようにしている。
後輪のみ駆動される二輪駆動モードに操縦部５に設けたモード切換スイッチ３５で設定すると、クラッチ２５がＯＦＦ（断）となって、モータ２６もＯＦＦでサンギヤ５０が回転自在とされ、変速機構１６の出力軸４５からの動力は前輪動力伝達軸２０に伝えられず、直進走行及び旋回時において、後輪３のみ駆動され、前輪２は回転自在となっている。

モード切換スイッチ３５を４ＷＤモードに設定すると、直進ではクラッチ２５がＯＮ（接）され、サンギヤ５０とリングギヤ５２が一体的に回転することになり、前輪２と後輪３の周速が同速で駆動されるようになる。そして、直進走行からステアリングハンドル６を回動して旋回状態となると、クラッチ２５はＯＦＦ（断）とされ、その操作角が角度センサ２９により検知され、その角度に応じてモータ２６を駆動してサンギヤ５０の回転数が増加される。このサンギヤ５０の回転数の増加により前輪動力伝達軸２０の回転数も増加され、旋回角度の増加に比例して前輪の回転数も増加される。即ち、切れ角に比例して前輪２・２の増速比率を大きくしている。この前輪動力伝達軸２０の回転数は回転数センサ３１により検知されてコントローラ１９に入力され、予めコントローラ１９のＲＯＭに記憶されたマップから、旋回角に対応する回転数と比較して、モータ２６がその回転数となるように駆動される。

以上のように構成することにより、トラクタ１を旋回したとき、旋回半径が大きい（旋回角が小さい）場合には、前輪２の周速は後輪３の周速よりも若干速くなり、旋回半径が小さくなる（旋回角が大きくなる）と、前輪２の周速は後輪３の周速よりもその旋回半径に応じて速くなる。このように、前輪２の周速が無段階に変速されることにより、従来のように、設定角度から急に前輪２の周速が速くなり、その前後において地面が荒らされるようなことがなくなり、枕地を傷めることなくスムースに旋回できるようになるのである。

また、モード切換スイッチ３５をパワーアシストモードに設定すると、クラッチ２５がＯＮされ、モータ２６も駆動される。即ち、ぬかるみ等を走行したり、作業中に負荷が増加した場合等には、エンジン４の回転数等を制御するエンジンコントローラ３７が負荷を検知する。負荷が大きいと走行速度が低下して作業性が悪くなるので、アクセルレバーや変速レバー等で設定した速度となるように、モータ２６を駆動してエンジン４とともに前輪２及び後輪３に駆動力を伝達してアシストする構成としている。つまり、負荷が増加して走行速度が低下すると、モータ２６を駆動して、第二出力軸４８からクラッチ２５、中間歯車機構４７、出力軸４５、後デフ装置１７を介して後輪３に動力を伝えてアシストする。そして同時に、クラッチ２５から遊星歯車機構２７、前輪動力伝達軸２０、前デフ装置２１を介して前輪２を駆動してアシストする。

また、モード切換スイッチ３５をエネルギー回生モードに設定すると、クラッチ２５がＯＮされ、モータ２６は発電機として作動させる。即ち、負荷が小さい非作業時や路上走行等の場合にはエネルギー回生モードに設定して、変速機構１６の出力軸４５からの動力を第二出力軸４８に伝えて、モータ２６で発電して、バッテリ３４を充電するようにしている。但し、パワーアシストモードとエネルギー回生モードの場合には、負荷を検知して、その負荷の値により、設定負荷より増加すると自動的にエネルギー回生モードからパワーアシストモードに切り替えるように構成することもできる。

本発明の一実施例に係るトラクタの全体的な構成を示した側面図。 制御系のブロック図。 走行系の動力伝達ブロック図。 トラクタの伝動機構図。 各モードによるモータの駆動とクラッチの作動の関係説明図。

符号の説明

２ 前輪
３ 後輪
６ ステアリングハンドル
１６ 変速機構
１８ 前輪増速制御装置
１９ コントローラ
２０ 前輪動力伝達軸
２５ クラッチ
２６ モータ
２７ 遊星歯車機構
２９ 角度センサ
３３ 発電機
３５ モード切換スイッチ
５０ サンギヤ
５１ プラネタリギヤ
５２ リングギヤ

Claims (4)

1. エンジンからの動力を変速機構により変速した後に出力軸を介して後輪に動力を伝え、該出力軸から分岐した動力を変速して前輪に伝える前輪増速制御装置において、
   動力の断接を切り替えるクラッチと、モータと、該モータとエンジンからの動力を合成して変速する遊星歯車機構とを、備えることを特徴とする前輪増速制御装置。
2. 前記エンジンからの動力を前記クラッチを介して遊星歯車機構のリングギヤに伝え、前記モータの出力をサンギヤに伝え、プラネタリギヤより前輪に動力伝える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の前輪増速制御装置。
3. 前記モータを旋回角度に比例した回転出力とすることを特徴とする請求項２に記載の前輪増速制御装置。
4. 前記モータを発電機と兼用することを特徴とする請求項２に記載の前輪増速制御装置。

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