JP2007269072A

JP2007269072A - 作業車両

Info

Publication number: JP2007269072A
Application number: JP2006094514A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Ishida; 智之石田
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】ハイブリッド方式を採用した作業車両において、多様な走行モードを必要とされる作業車両であっても効率的に電動モータ駆動を可能とさせる。
【解決手段】エンジンＥの回転を変速装置（３）を介して前後輪（４，５）へ伝達するよう構成すると共に、前記エンジン（Ｅ）回転を発電機（９０）を用いて充電機（９１）を介して電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）の駆動用バッテリ（９２）に充電するようになし、該電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）によって前輪（４）と後輪（５）とを夫々駆動すべく構成する作業車両において、前輪（４）及び後輪（５）の周速を検出する手段を設け、後輪（４）のみを駆動して走行する２輪駆動のとき前記周速の差が所定値以上のときは前輪（５）を駆動する電動モータ（Ｍ２）に回転出力すべく構成してなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、農用トラクタ等の作業車両に関し、特に動力源として内燃機関と電動モータを設けたハイブリッド方式の作業車両に関する。

従来所謂ハイブリッド方式を採用した作業車両として、エンジン及びモータを搭載し、前記エンジンの駆動力は管理機本体の走行駆動と発電機の駆動に用いられ、前記モータの駆動力は作業機の駆動に用いられるように構成することにより、ミッションケース内の部品点数を削減しようとする技術がある（特許文献１）。

また、エンジンの余裕出力をバッテリに蓄電させるように改良した構成としたものがある（特許文献２）。
特開2001-161104号公報特開2004-242558号公報

ところが上記特許文献１及び特許文献２のいずれも電動モータの駆動力は作業機の駆動に用いるように構成されているが走行伝動系への配慮がなく、多様な走行モードを必要とされる作業車両の場合にはなお改良を要する。

上記課題を解決するために、本発明は次のような技術的手段を講じた。
即ち、請求項１に記載の発明は、エンジンＥの回転を変速装置（３）を介して前後輪（４，５）へ伝達するよう構成すると共に、前記エンジン（Ｅ）回転を発電機（９０）を用いて充電機（９１）を介して電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）の駆動用バッテリ（９２）に充電するようになし、該電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）によって前輪（４）と後輪（５）とを夫々駆動すべく構成する作業車両において、前輪（４）及び後輪（５）の周速を検出する手段を設け、後輪（４）のみを駆動して走行する２輪駆動のとき前記周速の差が所定値以上のときは前輪（５）を駆動する電動モータ（Ｍ２）に回転出力すべく構成してなる作業車両の構成とする。これによって、圃場間移動等の路上走行に際して２輪駆動を選択していても、後輪（４）がスリップ等によって前後輪の周速差が所定以上になると前輪（５）も駆動することでスリップ状態から脱出する。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、設定車速（Ｖｓ）と実車速（Ｖｎ）とを比較し、所定値（β）内にあるか否かを判定すると共に、所定値（β）よりも大きいときは前輪（５）を駆動する電動モータ（Ｍ２）に回転出力すべく構成してなる。これによって、動力伝達を増し、加速性能を向上する。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）の負荷電流を検出する手段を構成し、設定車速（Ｖｓ）と実車速（Ｖｎ）の差が前記所定値（β）よりも大きいときは、電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）の負荷電流を読み込み、夫々が過負荷か否か判定し、電動モータ（Ｍ１）が過負荷のときには変速装置連動に切替えエンジン駆動によって前後輪を駆動し、電動モータ（Ｍ２）が過負荷になったときは、前輪（５）のみを変速伝動に切り替えエンジン駆動によって駆動するよう構成してなる。これによって、電動モータ（Ｍ１）が過負荷に陥っているときは、前後輪（４，５）ともに変速装置（３）を介してエンジン（Ｅ）による駆動に切り替わり、電動モータ（Ｍ２）が過負荷に陥っているときは前輪（５）が変速装置（３）を介してエンジン（Ｅ）による駆動に切り替わる。

請求項１に係る発明は、圃場間移動等の路上走行に際して２輪駆動を選択していても、後輪（４）がスリップ等によって前後輪の周速差が所定以上になると前輪（５）も駆動することでスリップ状態から脱出できる。

請求項２に係る発明は、請求項１の効果に加え、動力伝達を増すことができ加速性能を向上できる。
請求項３に係る発明は、請求項２の効果に加え、電動モータ（Ｍ１）が過負荷に陥っているときは、前後輪（４，５）ともに変速装置（３）を介してエンジン（Ｅ）による駆動に切り替わり、電動モータ（Ｍ２）が過負荷に陥っているときは前輪（５）が変速装置（３）を介してエンジン（Ｅ）による駆動に切り替わるので、電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）の保護が図れる上、走行を安定できる。

この発明の実施例を図面に基づき説明する。
図１は、作業車両の一例である農業用トラクタを示すものであり、このトラクター１の前部にエンジンＥを搭載し、このエンジンＥの回転動力をミッションケース２内の変速装置３に伝え、この変速装置３で減速された回転動力を前輪４と後輪５とに伝えるように構成している。

前記ミッションケース２の上部には油圧シリンダケース６が設けられ、この油圧シリンダケース６にリフトアーム７を回動自在に枢着している。油圧シリンダケース６内の油圧昇降シリンダ内に作動油を供給するとリフトアーム７が上昇回動し、排出するとリフトアーム７は下降するようになっている。

リフトアーム７とロアリンク９とはリフトロッド１０で連結され、そして、該ロアリンク９とトップリンク１１とからなる三点リンク機構には、作業機としてのロータリ耕耘装置１２が連結され、前記リフトアーム７の昇降駆動によって昇降動する構成である。

機体中央の操縦部に配置するステアリングハンドル１３は、左右回転操作で左右前輪４を左右に操向する構成であり、該ステアリングハンドル１３の後方には操縦席１４が配備されている。そして操縦席１４の近くには主変速レバー１５及び副変速レバー１６が配備される。

また前記ステアリングハンドル１３近くにスロットルレバー１７が設けられ、また、該ハンドル１３下方の足元近くには右側にアクセルペダル１８及び左右ブレーキペダル１９，１９、左側にクラッチペダル２０が設けられている。アクセルペダル１８は、エンジンＥのスロットルにワイヤ等を介して連動連結されてあり、該アクセルペダル１８の踏込み回動量に応じてエンジンＥの回転数を制御する構成としている。

図６はトラクタの走行系の動力伝達経路図を示すものである。エンジンＥからの回転動力は伝動軸３０を介して前記ミッションケース２内の変速装置３に伝動される。変速装置３は、多板クラッチ形態の前後進切替装置３１、同じく多板クラッチ形態の主変速装置３２、及び副変速装置３３とからなる。前記伝動軸３０からの動力は、前後進切替装置３１の前後進入力軸３４に入力し多板クラッチ３５ｆ側の接続によってギヤ群３６，３７を介して前進側伝動状態とされ、又は、多板クラッチ３５ｒの接続によってギヤ群３８，３９，４０を介して後進側伝動状態とされる構成である。なお、これら多板クラッチ３５ｆ，３５ｒは前記クラッチペダル２０の踏み込みを検出するクラッチペダルセンサ４１の切検出によって共に切りとする構成であり、主クラッチに代替する構成である。

前記主変速装置３２は、図例では変速入力軸４３に配設する４段の変速入力ギヤ４４，４５，４６，４７と、変速出力軸４８に配設する変速出力ギヤ４９，５０，５１，５２との組み合わせのいずれかを選択設定することによって４段に変速できる構成であり、前記主変速レバー１５の各段位置に配設した変速スイッチ５３，５４，５５，５６をオンすることによって各段毎に配設した変速クラッチ５７，５８，５９，６０を選択的に接続する構成で、前記変速出力軸４８に４段の変速動力を出力する構成である。

前記変速出力軸４８の延長部を副変速入力軸６１に構成し、該副変速入力軸６１に固定して設ける２段のギヤ６２，６３をドライブ軸６４上の副変速ギヤ６５，６６と噛合せて摺動クラッチ６７部材を前記副変速レバー１６操作によって高低２段の変速を得る機械的副変速装置３３を構成している。

前記ドライブ軸６４はデフ機構６８、最終減速機構６９を介して左右の後輪５，５に夫々動力を伝達できる構成である。
前記伝動軸３０の途中にはＰＴＯ伝動軸７０の始端側に設ける伝動ギヤ７１を連動する出力ギヤ７２を配設する。ＰＴＯ伝動軸７０の終端部に機体の後方に向けて突出するＰＴＯ軸７３を連動する。

前記ドライブ軸６４には、前輪伝動出力用の出力ギヤ７４を構成し、ＰＴＯ伝動軸７０を利用して介在させた中間ギヤ７５、入力ギヤ７６を介して前輪伝動軸７７を駆動する構成としている。該前輪伝動軸７７に設ける一対のクラッチ手段７８，７９の選択接続によってギヤ８０，８１組を経て標準回転とし、ギヤ８２，８３組を経て増速回転とに選択できる前輪増速装置８４を構成し、前輪ドライブ軸８５を上記標準回転又は増速回転に連動し、前輪デフ機構８６、最終減速機構８７を介して左右の前輪４，４に夫々動力を伝達できる構成である。なお、前記一対のクラッチ手段７８，７９を共に非接続状態とすることにより、前輪ドライブ軸８５を非連動状態とする２輪駆動状態とすることができる。

本実施例の農用トラクタ１の動力源は基本的にはエンジンＥであるが、図２に示すようにエンジンＥの他に電動モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を用いて、エンジンＥで発電機９０を作動させて、電動モータＭを充電する充電モードと電動モータＭでエンジンＥＷをアシストするアシストモードを切り替える構成としている。そしてエンジンＥの負荷が小さいとき、発電機９０を用いて充電機９１を介して電動モータＭの駆動用バッテリ９２に充電する。

エンジンＥが駆動すると発電機９０も作動し、発電機９０で発電された電力は充電機９１からバッテリ９２に蓄えられる（充電モード）。該バッテリ９２に蓄えられた電力は、インバータ９３を経由してコントローラＣから前記電動モータＭに供給される構成である。

電動モータＭのうち、電動モータＭ１は、後輪４を独立的に伝動すべく前記ドライブ軸６４を連動しうる構成である。具体的には、ドライブ軸６４上の前記出力ギヤ７４を電動モータＭ１の出力ギヤ９４を噛合せる構成とするものであって、出力ギヤ７４はスプライン嵌合によって軸６４と一体回転可能な状態で軸方向に摺動可能に構成され、前記電動モータＭ１の出力ギヤ９４又は前輪駆動用出力用の中間ギヤ７５とに択一的に噛合できる構成としている。

電動モータＭ２は、前記前輪ドライブ軸８５を直接連動するよう構成され、電動モータＭ３はＰＴＯ伝動軸７０を直接伝動するよう構成し、夫々前輪４やＰＴＯ軸７３を独立的に伝動する構成である。

前記電動モータＭへの充電モード中は、エンジンＥからの動力を主・副変速装置３１，３２をへて前・後輪４，５に伝達し、ＰＴＯ軸７３を伝動するものであるが、アシストモードに切り替えることで前記電動モータＭによって、前後輪４，５やＰＴＯ軸７３を連動する構成である。充電モードとアシストモードとのモード切り替えは、モード切替手段としてのモード切替スイッチ９５による。

前記トラクタ１では、エンジンＥの負荷が小さいときに、発電機９０で電動モータＭの駆動用バッテリ９２に充電する構成としている。エンジンＥの負荷はエンジン負荷センサ９６で検出し、エンジンＥの回転数はエンジン回転センサ９７で検出する構成である。また、充電ソレノイド９８はエンジンＥの作動中は常にオンの状態であり、電動モータＭのアシストモードに入るとモータ動力伝達ソレノイド９９がオンとなるよう構成する。なお、エンジン伝達ソレノイド１００はエンジンＥ伝達の入り、切りのために用いられ、アシストモードのみで走行する設定をした場合に作動する構成である。

次いで図４に基づきアシストモードを選択した場合の走行状態について説明する。
前記モード切替スイッチ９５でアシストモードが選択され、エンジンＥの負荷が所定以下にあるときにはアシストモードに移行し、コントローラＣは電動モータＭに回転出力する（ステップ１０２）。各種センサの検出データ読込みを実行しながら、まず車速設定ダイヤル１０１検出値を読み込み、次いでアクセルペダルセンサ１０２の検出値を読み込むことで、直進走行における車速、ひいては電動モータＭ１及び電動モータＭ２の回転数を決定できる（ステップ１０２〜ステップ１０６）。

後車軸回転センサ１０３の検出値により前記設定車速と該検出車速との比較から先ず電動モータＭ１の回転数を増減補正し（ステップ１０９）、次いでこの電動モータＭ１に対応する回転で電動モータＭ２を回転連動出力する（ステップ１１０）。

更に、装着作業機の種類を作業機設定ダイヤル１０４で設定された作業機を判定する。たとえばロータリ作業機が装着されているときはＰＴＯ回転数設定ダイヤル１０５で設定された回転数になるよう電動モータＭ３に回転出力し（ステップ１１１〜ステップ１１３）、一方プラウ作業機を装着したときは牽引負荷が大きいため、前記モード切替スイッチ９５でアシストモードを選択設定されていても、電動モータＭ１，Ｍ２による駆動からエンジンＥの伝動による前後輪伝動に強制的に切り替わり、アシストモードから充電モードに切り替わる（ステップ１１４、１１５）。

図４におけるステップ１０５では旋回モードであるか否かが判定され、ここで旋回状態と判定されると、図５のような手順で走行伝動される。即ち、ステアリングハンドル１３操作があると、ステアリングセンサ１０４が所定角度以上を検出すると旋回モードと判定され、２ＷＤ旋回か４ＷＤ旋回かあるいは前輪増速旋回かを判定し、夫々電動モータＭ１，Ｍ２の回転出力がなされる（ステップ２０１〜ステップ２０４）。例えば、前輪増速旋回では前後輪回転比設定ダイヤル１０５で設定された回転比となるよう後輪用電動モータＭ１の回転数と前輪用電動モータＭ２の回転数との比が制御される（ステップ２０５〜ステップ２０７）。このように構成すると、前輪増速による前輪と後輪の比率が予め設定できるのでオペレータの熟練度や圃場の湿田条件等に応じて適正な比率で旋回できる。

また、上記ステップ２０５で４ＷＤ旋回が選択されると、前後輪回転比は１：１に設定される。あるいは前輪がやや速い設定としてもよい。このように４ＷＤ旋回を選択することで電動モータＭ１，Ｍ２の回転比率が予め設定された回転比に制御されるので電動モータＭ１，Ｍ２の個別の設定から開放され旋回も容易である。

さらに、ステップ２０５で２ＷＤ旋回が選択されると、電動モータＭ２の回転出力はオフで前輪への駆動はカットされる（ステップ２１０）。
なお、機体が直進状態で（ステップ２０４）、アクセルペダル１８が非操作状態にあるとき、かつブレーキ操作があると、電動モータＭ１，Ｍ２でバッテリ充電を行い、ブレーキ操作のないことを検出すると電動モータＭ１でバッテリ充電を実行する構成としている（ステップ２１１〜ステップ２１４）。

アシストモードにおけるクラッチペダル２０操作の機能について図６に基づき説明する。クラッチペダル２０の操作はクラッチペダルセンサ４１にて検出され、クラッチ入り位置または切位置、あるいはクラッチ踏み込み量を検出できる構成としている。充電モードでは、クラッチペダルセンサ４１の読込み後、切入り検出か否か検出され、切位置にあるときは前後進クラッチ３５を切り、そうでないときは当該クラッチ３５を継続して接続状態に置くものである（ステップ３０２〜ステップ３０５）。一方、アシストモードでは、クラッチペダルセンサ４１にて検出され、切り位置にあるときは電動モータＭ１，Ｍ２はオフして回転連動せず（ステップ３０６〜ステップ３０８）、そうでないときはクラッチペダルセンサ４１値による車速を呼出して電動モータＭ１，Ｍ２の回転数を制御するものである（ステップ３０９，３１０）。このように構成すると、通常のクラッチペダル操作感覚と同じくクラッチペダル２０を踏み込み位置から徐々に入り位置に移行させるに従い車速を徐々に上昇させることとなり、違和感なく操作できる。なお、所定速度まで上昇させた後は一定の回転数となり、以降はアクセルペダル１８の踏み込み量検出結果とエンジン回転数検出結果とで算出される車速となるよう回転数制御される。

次いで、ＰＴＯ回転制御について図８（イ）（ロ）に基づき説明する。
先ず、ＰＴＯ設定回転数を読み込み、電動モータＭ３に所定回転数出力する。そして、前記クラッチペダル２０の踏み込みによるクラッチペダルセンサ４１の検出値が切り位置あるいは切り位置＋α（α＞０）の位置で電動モータＭ３は出力オフされる（ステップ４０１〜ステップ４０６）。一方、図８（ロ）に示すように、電動モータＭ３が所定回転数で回転するとき作業機上昇指令信号が出力され、リフトアーム７が上昇回動しその回動量をリフトアーム角センサ１０６が検出し、作業機上昇位置であることを検出すると、電動モータＭ３を停止出力する（ステップ４０７〜ステップ４０９）。

図９は、圃場間移動等の路上走行中の電動モータ制御に関する。まずモード切替スイッチの操作による選択モードがアシストモードであるか否か判定し、各種センサ検出値を読み込み、電動モータＭ１に回転出力する（ステップ５０１〜ステップ５０３）。次いで前・後車軸回転数を検出センサ１０３，１０８によって検出し（ステップ５０４）、その回転数差が所定値以上のときは制御モータＭ２に回転出力して回転数差解消を図る（ステップ５０５，５０６）。またステップ５０５で回転数差が所定範囲内のときは、設定車速Ｖｓと、上記前・後車軸回転数を検出センサ１０７，１０８の検出値から割り出された実車速Ｖｎとを比較し、所定値βにあるか否か判定する（ステップ５０７）。ここで所定値βよりも大きいときは電動モータＭ２に所定回転出力して改善を図る。そして所定値βよりも大きいときは、電動モータＭ１及びＭ２の負荷電流を読み込み、夫々が過負荷か否か判定する（ステップ５０８、５０９、５１０）。ステップ５０９で過負荷と判定されたときは、変速連動に切替えエンジン駆動によって前後輪４，５を駆動する。電動モータＭ２が過負荷になったときは、前輪のみを変速伝動に切り替えエンジン駆動によって駆動する（ステップ５１１、５１２）。

なお、後輪５は電動モータＭ１で駆動し、前輪４はエンジン駆動とするために、図２の伝動構成を次のように改良している。すなわち、ドライブ軸６４を前後の２軸６４ａ，６４ｂ構成とし、前側の軸６４ａと一体的にギヤ７４ａを設け、このギヤ７４ａから中間ギヤ７５、入力ギヤ７６を介して前輪伝動軸７７を駆動する構成とする。そして上記ギヤ７４ａの後端にクラッチ爪体７４ｂを設けると共に、後部の軸６４ｂにスプライン嵌合して軸方向に摺動可能なクラッチギヤ７４ｃを設ける。このクラッチギヤ７４ｃを上記クラッチ爪体７４ｂに噛み合わせるとエンジン動力がドライブ軸６４ａ，６４ｂを経由してデフ装置６８に伝えられる。一方クラッチギヤ７４ｃのギヤ部を電動モータＭ１の出力ギヤ９２に噛み合わせると電動モータＭ１によって後輪駆動し、前輪４は独立してエンジン駆動可能となる（図１０）。

図１１は、路上走行時の発進制御に関する。リフトアーム７に加わる作業機１２の荷重を検出しうるリフトアーム荷重センサ１０９を設け、この検出結果に基づいて作業機の装着の有無を判定し、作業機が装着されていると判断されたときは、電動モータＭ１及び電動モータＭ２の双方で駆動して４輪駆動状態とし（ステップ６０１〜ステップ６０４）、一方作業機の装着がないと判断されるときは電動モータＭ１のみを駆動して後輪２輪駆動とするようになっている。このように構成すると作業機装着時の発進が容易となって２輪駆動での過負荷状態を招き難い。

トラクタ側面図伝動機構図制御ブロック図フローチャート図フローチャート図フローチャート図クラッチペダルセンサ−速度関係グラフ（イ）（ロ）フローチャート図フローチャート別例を示す伝動機構図フローチャート図操作パネル一例を示す正面図

符号の説明

Ｅエンジン
Ｍ１電動モータ
Ｍ２電動モータ
Ｃコントローラ
３変速装置
４前輪
５後輪
９０発電機
９１充電機
９２バッテリ
９５モード切替スイッチ
１０３後車軸回転センサ
１０８前車軸回転センサ

Claims

エンジンＥの回転を変速装置（３）を介して前後輪（４，５）へ伝達するよう構成すると共に、前記エンジン（Ｅ）回転を発電機（９０）を用いて充電機（９１）を介して電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）の駆動用バッテリ（９２）に充電するようになし、該電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）によって前輪（４）と後輪（５）とを夫々駆動すべく構成する作業車両において、前輪（４）及び後輪（５）の周速を検出する手段を設け、後輪（４）のみを駆動して走行する２輪駆動のとき前記周速の差が所定値以上のときは前輪（５）を駆動する電動モータ（Ｍ２）に回転出力すべく構成してなる作業車両。
設定車速（Ｖｓ）と実車速（Ｖｎ）とを比較し、所定値（β）内にあるか否かを判定すると共に、所定値（β）よりも大きいときは前輪（５）を駆動する電動モータ（Ｍ２）に回転出力すべく構成してなる請求項１記載の作業車両。
電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）の負荷電流を検出する手段を構成し、設定車速（Ｖｓ）と実車速（Ｖｎ）の差が前記所定値（β）よりも大きいときは、電動モータ（Ｍ１，Ｍ２）の負荷電流を読み込み、夫々が過負荷か否か判定し、電動モータ（Ｍ１）が過負荷のときには変速装置連動に切替えエンジン駆動によって前後輪を駆動し、電動モータ（Ｍ２）が過負荷になったときは、前輪（５）のみを変速伝動に切り替えエンジン駆動によって駆動するよう構成してなる請求項２記載の作業車両。