JP4606228B2

JP4606228B2 - 作業機械のｈｓｔ走行システム

Info

Publication number: JP4606228B2
Application number: JP2005109115A
Authority: JP
Inventors: 誠菅谷; 司豊岡; 英敏佐竹; 和弘一村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: JP2006290009A; WO2006109571A1

Description

本発明は作業機械のＨＳＴ走行システムに係わり、特に、ラフテレンリフトトラック、ホイールローダ、ホイール式の油圧ショベル等、油圧ポンプと走行モータを閉回路接続したＨＳＴ（Hydro-Static Transmission）と呼ばれる油圧走行回路を備えた作業機械のＨＳＴ走行システムに関する。

従来のＨＳＴ走行システムは、例えば特開平５−３０６７６８号公報に記載のように、１つの油圧ポンプと１つの油圧モータを閉回路接続し、その１つの油圧モータにより走行装置を駆動するのが一般的である。この場合、油圧モータは変速機とプロペラシャフトを介して前後輪に接続され、プロペラシャフトを回転させることにより前後輪を同時に駆動する。

他のＨＳＴ走行システムとして、例えば特開平１１−１６６６２３号公報や特開平１１−２３０３３３号公報に記載のように、１つの油圧ポンプを２つの油圧モータに並列に閉回路接続し、２つの油圧モータで走行装置を駆動するものもある。この場合も、２つの油圧モータは減速機とプロペラシャフトを介して前後輪に接続され、プロペラシャフトを回転させることにより前後輪を同時に駆動する。また、一方の油圧モータはクラッチを介して減速機と接続され、クラッチをＯＮ／ＯＦＦ制御することで低速（高トルク）モード（クラッチＯＮ）と高速モード（クラッチＯＦＦ）とに切り換え可能とし、変速機を不要としている。

一方、他のＨＳＴ走行システムとして、１つの油圧ポンプを２つの油圧モータに並列に閉回路接続し、２つの油圧モータをそれぞれ前輪と後輪に接続し、前輪と後輪を別々の油圧モータで駆動するものが知られている。例えば特開２０００−１１２７号公報では、芝刈り機のＨＳＴ走行システムにおいて、低速時には前後輪とも高トルクとする４輪駆動とし、高速時には前輪を低トルク、後輪を高トルクとする４輪駆動とすることで、走行時は前輪にも油圧的に制動力が伝わるようにし、旋回時には後輪を駆動する２輪駆動とすることで、旋回時の前輪の引きずりを防止している。前輪油圧モータの駆動トルクを変えるため、油圧ポンプの給排油ポートに定比分流弁が設けられ、前輪側油圧モータ側の主管路間にシャトル弁が設けられ、シャトル弁の出力側に高圧リリーフ弁と低圧リリーフ弁が並列接続されている。

ＧＢ２１３６３７１Ａでは、農業機械のＨＳＴ走行システムにおいて、２つの油圧モータの一方が小容量の補助モータとして構成され、この補助モータを前輪又は後輪にクラッチと減速機を介して接続し、油圧ポンプと補助モータとの間に開閉弁を設け、クラッチと開閉弁を同時に切り換えることにより補助モータと油圧ポンプ或いは補助モータと車輪との接続・遮断を行っている。

特開平５−３０６７６８号公報特開平１１−１６６６２３号公報特開平１１−２３０３３３号公報特開２０００−１１２７号公報ＧＢ２１３６３７１Ａ

しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。

特開平５−３０６７６８号公報に記載の一般的なＨＳＴ走行システムでは、油圧モータを変速機とプロペラシャフトを介して前後輪に接続し、プロペラシャフトを回転させることで前後輪を同時に駆動する方式であるため、走行装置として変速機とプロペラシャフトが必須の構成となっている。変速機とプロペラシャフトは運転式の下側に位置し、プロペラシャフトはエンジンや運転席の下側を前後に伸び、前後輪に連結されている。このため運転席やエンジンを変速機やプロペラシャフトに干渉しない位置・高さに設置する必要があり、その分車高（運転席の高さ）が高くなって運転席から作業機部分が見にくくなり、作業性が低下するという問題がある。また、変速機とプロペラシャフトによりエンジン、運転席、その他の機器のレイアウトの自由度が制約されるという問題もある。

特開平１１−１６６６２３号公報や特開平１１−２３０３３３号公報に記載の２つの油圧モータを用いるＨＳＴ走行システムでは変速機は不要であるが、プロペラシャフトは必要であるため、プロペラシャフトによる車高やレイアウト制約の問題は解消していない。

特開２０００−１１２７号公報やＧＢ２１３６３７１Ａに記載のＨＳＴ走行システムでは前輪と後輪を別々の油圧モータで駆動するため、プロペラシャフトが不要であり、プロペラシャフトによる車高やレイアウト制約の問題はない。また、ＧＢ２１３６３７１Ａでは、スイッチ操作により２つの油圧モータを同時に駆動する４輪駆動と、一方の油圧モータのみを駆動する２輪駆動とに切り換え可能であり、変速機を用いずに低速モード高速モードに切り換え可能である。しかし、これら従来技術をラフテレンリフトトラック、ホイールローダ、ホイール式の油圧ショベル等の多目的作業機械に適用した場合は、各種作業形態に適した速度と牽引力を得ることができないという問題がある。

例えば、ラフテレンリフトトラックが行う典型的な作業としてバケット作業があるが、ＨＳＴ走行システムにおいては、前後輪のトルク配分（牽引力配分）は１：１に設定するのが通常である。この場合、車体前部に作業機（バケット等）を持つ作業機械ではバケット作業時の車重はほとんど前輪にしかかからないため、バケット作業時の牽引力は前輪と後輪を合わせた最大牽引力の半分となり、バケット作業の牽引力としては過小である。また、ＧＢ２１３６３７１Ａに記載のＨＳＴ走行システムでは、スイッチ操作により高速走行時にメインの油圧モータ（補助モータでない油圧モータ）のみを駆動する２輪駆動に切り換え可能である。しかし、メインの油圧モータの容量は補助モータの容量より大きいため、回転速度（車速）は４輪駆動状態の２倍にもならず、高速で車両移動するための車速として不十分である。

本発明の目的は、変速機とプロペラシャフトが不要であり、かつ変速機を用いずに各種作業に適した速度と牽引力を得ることができる作業機械のＨＳＴ走行システムを提供することである。

（１）上記第１の目的を達成するために、本発明は、車体に設けられる前輪及び後輪と、前記車体の前部で動作する作業機とを備え、前記作業機による作業時に前記前輪に前記後輪よりも大きな車重が作用するように構成された作業機械に設けられ、油圧ポンプと、この油圧ポンプに閉回路接続されかつ前記油圧ポンプに対して互いに並列接続され、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される第１及び第２油圧モータと、前記第１油圧モータに第１減速機を介して接続された前輪走行装置と、前記第２油圧モータに第２減速機を介して接続された後輪走行装置と、前記前輪走行装置と後輪走行装置の両方を駆動し、前記作業機による作業時に用いられる低速４輪駆動モードと、前記後輪走行装置のみを駆動し、高速で車両移動する高速走行時に用いられる高速２輪駆動モードとに切り換える第１制御手段とを備え、前記低速４輪駆動モードにおいて、前記前輪走行装置の駆動トルクを前記後輪走行装置の駆動トルクよりも大きく設定したものとする。

以上のように構成した本発明においては、前輪走行装置と後輪走行装置を別々の油圧モータで駆動するため、プロペラシャフトが不要となる。

また、本発明のＨＳＴ走行システムをラフテレンリフトトラック等の多目的作業機械に適用し、牽引作業は低速４輪駆動モードで行う場合は、前輪と後輪の４輪駆動で得られる最大牽引力を適切に設定することにより牽引作業に必要な最大牽引力を得ることができる。

バケット作業を低速４輪駆動で行う場合は、前輪走行装置の駆動トルクを後輪走行装置の駆動トルクよりも大きく設定したため、車重はほとんどが前輪にかかるバケット作業時の牽引力は低速４輪駆動モードの最大牽引力（前後輪の合計の牽引力）の半分よりも大きくなり、バケット作業に適切な牽引力を得ることができる。

高速走行を高速２輪駆動モードで行う場合は、前輪走行装置の駆動トルクを後輪走行装置の駆動トルクよりも大きく設定したため、第２油圧モータに低速４輪駆動モード時の２倍よりもよりも多い流量が作用し、回転速度（車速）は低速４輪駆動モード時の２倍よりもより大きくなり、高速で車両移動することができる。

このように本発明は、牽引作業時に必要な最大牽引力、バケット作業時に必要な牽引力（前後輪牽引力配分）、並びに高速走行時に必要な牽引力を、変速機（例えば２速トランスミッション）を使用せずに達成することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記前輪走行装置の駆動トルクと前記後輪走行装置の駆動トルクの比を２〜３：１の範囲に設定する。

これにより車重はほとんどが前輪にかかるバケット作業時の牽引力は低速４輪駆動モードの最大牽引力（前後輪の合計の牽引力）の２／３〜３／４（６７〜７５％）となり、バケット作業に適切な牽引力を得ることができる。

また、第２油圧モータに低速４輪駆動モード時の３〜４倍の流量が作用し、回転速度（車速）は低速４輪駆動モード時の３〜４倍となり、高速で車両移動することができる。

（３）また、上記（１）において、より好ましくは、前記前輪走行装置の駆動トルクと前記後輪走行装置の駆動トルクの比を２：１に設定する。

これにより車重はほとんどが前輪にかかるバケット作業時の牽引力は低速４輪駆動モードの最大牽引力（前後輪の合計の牽引力）の２／３（約６５％）となり、バケット作業に適切な牽引力を得ることができる。

また、第２油圧モータに低速４輪駆動モード時の３倍の流量が作用し、回転速度（車速）は低速４輪駆動モード時の３倍となり、高速で車両移動することができる。

（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、車体に設けられる前輪及び後輪と、前記車体の前部で動作する作業機とを備え、前記作業機による作業時に前記前輪に前記後輪よりも大きな車重が作用するように構成された作業機械に設けられ、油圧ポンプと、この油圧ポンプに閉回路接続されかつ前記油圧ポンプに対して互いに並列接続され、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される第１及び第２油圧モータと、前記第１油圧モータに第１減速機を介して接続された前輪走行装置と、前記第２油圧モータに第２減速機を介して接続された後輪走行装置と、前記前輪走行装置と後輪走行装置の両方を駆動し、前記作業機による作業時に用いられる低速４輪駆動モードと、前記後輪走行装置のみを駆動し、高速で車両移動する高速走行時に用いられる高速２輪駆動モードとに切り換える第１制御手段とを備え、前記低速４輪駆動モードにおいて、前記第１及び第２油圧モータの容量を等しくし、かつ前記第１減速機の減速比を前記第２減速機の減速比よりも大きくすることで、前記前輪走行装置の駆動トルクを前記後輪走行装置の駆動トルクよりも大きく設定したものとする。

これにより上記（１）で述べたように、変速機とプロペラシャフトが不要となり、かつ変速機を用いずに各種作業形態に適した速度と牽引力を達成することができる。

また、第１及び第２油圧モータを同じ容量とすることで、部品の共通化、原価低減が可能となる。

（５）上記（４）において、好ましくは、前記第１減速機の減速比と前記第２減速機の減速比の比を２〜３：１の範囲に設定する。

（６）また、上記（４）において、より好ましくは、前記第１減速機の減速比と前記第２減速機の減速比の比を２：１に設定する。

（７）更に、上記（１）又は（４）において、好ましくは、前記油圧ポンプと前記第１及び第２油圧モータを接続する閉回路中に配置された切換弁と、前記前輪走行装置と前記後輪走行装置との速度差を検知し、この速度差が所定値を超えると前記切換弁を切り換えて前記第１油圧モータと第２油圧モータのうち回転速度が大なる側の油圧モータへの圧油の供給を遮断する第２制御手段とを更に備える。

これにより低速４輪駆動モードで走行時、作業中の路面状況や前後輪の軸重配分の変化によって、前後いずれかの車軸が空転状態になった場合、空転の発生していない前輪又は後輪側の油圧モータにのみ圧油を供給することが可能となり、低速４輪駆動モードでの車輪空転時のオープンデフの状態を回避し、悪路走破性を向上することができる。

（８）また、上記（１）又は（４）において、好ましくは、前記第１制御手段は、前記前輪走行装置のみを駆動する中速２輪駆動モードを更に有し、前記低速４輪駆動モードと高速２輪駆動モードと中速２輪駆動モードのいずれかに切り換え可能である。

これにより中速２輪駆動モードでは低速４輪駆動モードと高速２輪駆動モードのほぼ中間の速度と牽引力が得られるため、フォーク等の作業機を用いて行う荷役作業等では、適切な走行速度と牽引力が得られ、作業効率が向上するだけでなく、エンジンが高回転で稼動することもないのでオペレータの疲労（騒音、振動）も軽減できる。また、フォーク等の作業機は車体前部にあるため、荷役作業時には主に前輪に車重が作用し、作業性を損なうこともない。

本発明によれば、変速機とプロペラシャフトが不要であり、かつ変速機を用いずに各種作業に適した速度と牽引力を得ることができる。

また、本発明によれば、第１及び第２油圧モータを同じ容量とすることで、部品の共通化、原価低減が可能となる。

また、本発明によれば、低速４輪駆動モードでの車輪空転時のオープンデフの状態を回避し、悪路走破性を向上することができる。

更に、本発明によれば、中速２輪駆動モードで低速４輪駆動モードと高速２輪駆動モードのほぼ中間の速度と牽引力が得られるため、荷役作業等では適切な走行速度と牽引力が得られ、作業効率が向上する。

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係わる作業機械のＨＳＴ走行システムを示す油圧構成図である。

図１において、本実施の形態のＨＳＴ走行システはＨＳＴ変速装置３０と前輪走行装置１２と後輪走行装置２２とを備えている。

ＨＳＴ変速装置３０は、エンジン２により駆動されるメインの油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１から吐出された圧油により駆動される２個の走行用油圧モータ１０，２０とを有し、油圧ポンプ２と油圧モータ１０は主管路３，４，５，６を介して閉回路接続され、油圧ポンプ２と油圧モータ２０は主管路３，４，７，８を介して閉回路接続され、２個の油圧モータ１０，２０は油圧ポンプ１に対して互いに並列接続されている。主管路７，８にはチェック弁３４，３５を介して補給用のチャージポンプ３３が接続され、主管路７又は８の圧力がチャージポンプ３３の吐出路に設けられたリリーフ弁３７の設定圧力よりも低くなるとチャージポンプ３３の吐出油が主管路７又は８に補給される。

走行用油圧モータ１０，２０はそれぞれ走行装置１２，２２に連結されている。前輪走行装置１２は、走行用油圧モータ１０が連結される減速機１１と、この減速機１１に連結された車軸１３及び前輪（車輪）１４とを備え、後輪走行装置２２は、走行用油圧モータ２０が連結される減速機２１と、この減速機２１に連結された車軸２３及び後輪（車輪）２４とを備え、それぞれ車輪１４，２４により駆動力を路面に伝え、双方の駆動力にて車体を駆動する構成となっている。

ＨＳＴ変速装置３０において、２個の油圧モータ１０，２０の容量は等しく設定されている。また、走行装置１２，２２において、前輪側の減速機１１の減速比は後輪側の減速機２１より大きく設定されており、具体的には、前輪側の減速機１１は後輪側の減速機２１の２倍の減速比を持ち、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比の割合は２：１となっている。

なお、減速比割合の２：１は一例（最適例）であり、前輪側の減速機１１の減速比が後輪側の減速機２１の減速比より大きければ（好ましくは、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比の割合が２〜３の範囲であれば）、それ以外の割合であってもよい。

ＨＳＴ変速装置３０は、また、走行装置１２，２２の両方を駆動する低速４輪駆動モードと、後輪走行装置２２のみを駆動する高速２輪駆動モードとに切り換える制御手段として、主管路５，６に設置された２位置切換弁（以下単に切換弁という）４１と、オペレータにより操作される切換スイッチ４２と、コントローラ４３とを有している。

切換弁４１は一端にソレノイド４１ａを有する電磁切換弁であり、ソレノイド４１ａに与えられる電気信号がＯＦＦのときは図示の連通位置にあり、電気信号がＯＮになると図示の位置から遮断位置に切り換わる。切換弁４１が図示の連通位置にあるときの回路状態を低速４輪駆動モードといい、切換弁４１が遮断位置に切り換わったときの回路状態を高速２輪駆動モードという。

切換スイッチ４２は低速、高速の２位置に切り換え可能であり、切換スイッチ４２が低速位置にあるとき、コントローラ４３は電気信号をＯＦＦとし、切換スイッチ４２が高速位置に切り換わると、コントローラ４３は電気信号をＯＮとし、切換弁４１に出力する。

油圧ポンプ１は図示しない公知の傾転量制御手段を備え、エンジン２の回転数の上昇に応じて油圧ポンプ１の傾転量（容量）を増大させ、ポンプ吐出流量を滑らかに増大させる。このポンプ吐出流量の増大により走行モータ１０，２０の回転速度が上昇し、車速が増加する。エンジン２の回転数は図示しないアクセルペダルを操作することにより調整される。

走行モータ１０，２０は図示しない公知の傾転量制御手段を備え、負荷圧力が設定圧力よりも低いときは小傾転（小容量）にあり、設定圧力よりも高くなると大傾転（大容量）に自動で切り換わる。設定圧力は２つの走行モータ１０，２０で同じ値である。

図２は本実施の形態のＨＳＴ走行システムが搭載される作業機械の一例として、多目的作業機械の代表例であるラフテレンリフトトラック（テレスコピックハンドラーともいう）の外観を示す図である。

図２において、ラフテレンリフトトラックは、車体４１と、車体４１上に位置する運転室４２と、車体４１に運転室４２の側部を起伏可能に取り付けられた伸縮可能なブーム４３と、ブーム４３の先端に回動可能に取り付けられたアタッチメント取付部４４と、そのアタッチメント取付部４４に取り付けられたアタッチメントの１種である、荷役作業に用いるフォーク４５とを備えており、ブーム４３とアタッチメント取付部４４とフォーク４５は作業装置を構成している。また、本図では図示を省略しているが、ブーム４３、アタッチメント取付部４４及びフォーク４５にはそれぞれ油圧アクチュエータが取り付けられ、各作業部材はそれぞれの油圧アクチュエータにより駆動される。車体４１には前輪１４及び後輪２４が取り付けられている。

図２の想像線はブーム４３を上げた状態と、ブーム４３を上げかつ伸長した状態を示している。この場合、ブーム４３を上げた状態にしても、アタッチメント取付部４４のリンク作用によりフォーク４５の姿勢は変わらない。

次に、以上のように構成した本実施の形態の作用効果について説明する。

切換スイッチ４２が低速位置にあり、切換弁４１は図示の連通位置にあるときは低速４輪駆動モードであり、油圧ポンプ１から２つの油圧モータ１０，２０に圧油が供給される状態となる。この状態では、２つの油圧モータ１０，２０には等しい駆動圧力が発生しており、２つの油圧モータ１０，２０の容量は等しく、油圧モータ１０，２０の駆動トルクは容量と駆動圧力との積で表されるため、油圧モータ１０，２０が発生する駆動トルクは同じである。しかし、輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比の割合は２：１であるため、車両を駆動するトルクは前輪１４（前輪走行装置１２）が後輪２４（後輪走行装置２２）の２倍となる。このとき、前後輪１４，２４の回転速度は同じであるから、前輪側の油圧モータ１０には後輪側の油圧モータ２０の２倍の流量が作用し、結果として前後２：１の牽引力分配状態で走行が可能となる。

切換スイッチ４２を高速位置に操作し、切換弁４１を図示の位置から遮断位置に切り換えると、高速２輪駆動モードとなって、後輪側の油圧モータ２０のみに油圧ポンプ１からの圧油が供給される。この状態では、油圧ポンプ１の全ての圧油が後輪側の油圧モータ２０に流入するため、低速４輪駆動モードの３倍の回転速度（車速）が得られる。つまり、トランスミッションを用いることなく、低速４輪駆動モードの３倍の速度差を実現している。

なお、このとき、前輪側の油圧モータ１０の主管路５，６は連通するため、前輪側の油圧モータ１０は前輪１４の回転とともに回転する。また、このときの走行駆動トルクは後輪側の油圧モータ２０のみで与えられるため、低速４輪駆動モードにおける駆動トルクの１／３となる。つまり、高速２輪駆動モードにおける牽引力は低速４輪駆動モードで得られる牽引力（最大牽引力）の１／３となる。

ラフテレンリフトトラックは多目的作業機械であり、牽引作業、バケット作業、荷役作業等、種々の作業を行うことができる。牽引作業とは車体後部にトレーラ等の被牽引物を連結し、牽引移動させる作業である。バケット作業とは、アタッチメントをバケットに交換し、走行力（牽引力）でバケットを地山等の被掘削物に押し付けて掘削する作業である。掘削後はバケットを上げて車体を移動し、トラック等に放土する。荷役作業とは図示のフォーク４５に荷を載せて移動する作業である。また、車両移動時は高速で走行する必要がある。

本実施の形態において、牽引作業は低速４輪駆動モードで行い、高速での車両移動は高速２輪駆動モードで行う。荷役作業は、そのときの状況に応じて、低速４輪駆動モードか高速２輪駆動モードのいずれかで行う。

ここで、ラフテレンリフトトラック等の作業機械では、一般的に、牽引時の最大牽引力は車体車重比で９０〜１００％に設定され、最高速度時の牽引力は車体車重比で２０〜３０％に設定されている。従来のＨＳＴ走行システムは、トランスミッション（変速機）とプロペラシャフトを用い、１つ又は２つの油圧モータで前後輪を同時に駆動している。このようなＨＳＴ走行システムでは、牽引時の最大牽引力と最高速度時の牽引力を両立させるため、段間比（高速と低速の減速比の比率）で３〜４となる２速のトランスミッションを使用していた。牽引作業やバケット作業を行う場合は、トランスミッションを低速ギアに切り換え、車両移動（走行）ではトランスミッションを高速ギアに切り換える。

しかし、ラフテレンリフトトラック等の作業機械においては、牽引作業では低速ギアで得られる最大牽引力は必須であるが、バケット作業ではその最大牽引力は過剰である。また、高速走行は作業現場間の移動時に使用するため、悪路走破性向上を目的としたセンターデフなしの４輪駆動方式は効率が悪かった。

また、特開２０００−１１２７号公報やＧＢ２１３６３７１Ａに記載のＨＳＴ走行システムをラフテレンリフトトラック等の作業機械に適用した場合は、前後輪のトルク配分（牽引力配分）についての考慮がなされていないため、バケット作業時に十分な牽引力を得ることができない。つまり、前後輪のトルク配分（牽引力配分）を考慮しない場合、前後輪のトルク配分は１：１に設定するのが通常である。この場合、車体前部に作業機（バケット等）を持つ作業機械ではバケット作業時の車重はほとんど前輪にしかかからないため、バケット作業時の牽引力は最大牽引力の半分となり、バケット作業の牽引力としては過小である。

本実施の形態では、上記のように低速４輪駆動モードでは前後２：１の牽引力分配状態で走行が可能であるため、牽引作業では前後の車輪１４，２４により必要な最大牽引力が得られる。また、車体前部に作業機（バケット等）を持つ作業機械ではバケット作業時の車重はほとんど前輪にしかかからないため、前輪のみに６０％程度の駆動力が発生すれば十分である（後輪に駆動力を発生しても無駄である）。油圧モータ１０による前輪１４の駆動トルクは２つの油圧モータ１０，２０による前後輪の全体駆動トルクの２／３のであるため、車重の相当部分が前輪にかかるバケット作業時には少なくとも前輪１４により最大牽引力の２／３の６５％程度の牽引力が得られ、牽引作業、バケット作業とも適切な牽引力で作業を行うことができる。

また、高速２輪駆動モードでは、後輪２４のみで低速４輪駆動モードの３倍の速度で走行することができ、良好な走行性能が得られる。

以上のように本実施の形態によれば、前輪走行装置１２と後輪走行装置２２を別々の油圧モータ１０，２０で駆動するため、プロペラシャフトが不要となる。

また、牽引作業時に必要な最大牽引力、バケット作業時に必要な牽引力（前後輪牽引力配分）、並びに高速走行時に必要な牽引力を、変速機（例えば２速トランスミッション）を使用せずに達成することができる。

更に、前後輪の油圧モータ１０，２０を同じ容量とすることで、部品の共通化、原価低減が可能となる。

なお、前述したように、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比割合は２：１に限らず、基本的には、前輪側の減速機１１の減速比が後輪側の減速機２１の減速比より大きく設定されていればよいものであり、好ましくは、前輪側の減速機１１は後輪側の減速機２１の２〜３倍の減速比を持ち、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比の割合が２〜３：１であればよいものである。

前輪側の減速機１１の減速比を後輪側の減速機２１の減速比より大きく設定することにより、低速４輪駆動モードでバケット作業を行う場合は、前輪走行装置の駆動トルクが後輪走行装置の駆動トルクよりも大きくなるため、車重のほとんどが前輪にかかるバケット作業時の牽引力は最大牽引力の半分よりも大きくなり、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比割合が１：１である場合に比べて、バケット作業での牽引力が適切化される。また、高速走行を高速２輪駆動モードで行う場合は、後輪側の油圧モータ２０に低速４輪駆動モード時の２倍よりもよりも多い流量が作用し、回転速度（車速）は低速４輪駆動モード時の２倍よりもより大きくなり、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比割合が１：１である場合に比べて、高速で車両移動することができる。

また、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比の割合を２〜３：１に設定することにより、車重はほとんどが前輪にかかるバケット作業時の牽引力は低速４輪駆動モードの最大牽引力の２／３〜３／４（６７〜７５％）となり、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比割合が１：１である場合に比べて、バケット作業の牽引力が適切化される。また、後輪側の油圧モータ２０に低速４輪駆動モード時の３〜４倍の流量が作用し、回転速度（車速）は低速４輪駆動モード時の３〜４倍となり、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比割合が１：１である場合に比べて、高速で車両移動することができる。

以上のように牽引作業時に必要な最大牽引力、バケット作業時に必要な牽引力（前後輪牽引力配分）、並びに高速走行時に必要な牽引力を、変速機（例えば２速トランスミッション）を使用せずに達成することができる。

本発明の第２の実施の形態を図３及び図４を用いて説明する。図３中、図１と同等の部材には同じ符号を付している。

図３において、本実施の形態のＨＳＴ走行システはＨＳＴ変速装置３０Ａと前輪走行装置１２と後輪走行装置２２とを備えている。

ＨＳＴ変速装置３０Ａにおいて、２個の油圧モータ１０，２０の容量は等しく設定されている。また、走行装置１２，２２において、前輪側の減速機１１の減速比は後輪側の減速機２１より大きく設定されており、具体的には、前輪側の減速機１１は後輪側の減速機２１の２倍の減速比を持ち、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比の割合は２：１となっている。この場合も、減速比割合は、前輪側の減速機１１の減速比が後輪側の減速機２１の減速比より大きければ（好ましくは、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比の割合が２〜３：１の範囲であれば）、それ以外の割合であってもよい。

ＨＳＴ変速装置３０Ａは、図１の主管路３に代え、油圧ポンプ１側の主管路３ａと、主管路５，７側の別々の主管路３ｂ，３ｃとを備えるとともに、主管路６，８側に主管路４に対して並列に接続された主管路４ａ，４ｂを備え、かつ図１の切換弁４１に代え、主管路３ａ，４ａ，４ｂと主管路３ｂ，３ｃとの間に設置された３位置切換弁（以下単に切換弁という）４１Ａを備えている。

また、ＨＳＴ変速装置３０Ａは、図１の切換スイッチ４２及びコントローラ４３に代えて切換スイッチ４２Ａ及びコントローラ４３Ａを備え、かつ走行装置１２，２２の車軸１３，２３の回転速度（車軸速度）を検出する回転速度センサー５１，５２を有し、回転速度センサー５１，５２の検出信号はコントローラ４３Ａに入力される。

切換弁４１Ａは両端にソレノイド４１Ａａ，４１Ａｂを有する電磁切換弁であり、ソレノイド４１Ａａ，４１Ａｂに与えられる電気信号がいずれもＯＦＦのときは図示の第１位置Ａにあり、図示右側のソレノイド４１Ａａに与えられる電気信号がＯＮになると図示の位置から図示右側の第２位置Ｂに切り換わり、図示左側のソレノイド４１Ａｂに与えられる電気信号がＯＮになると図示の位置から図示左側の第３位置Ｃに切り換わる。切換弁４１Ａが第１位置Ａにあるときは、主管路３ａと主管路３ｂ，３ｃが連通し、油圧ポンプ１からの吐出油は２つの油圧モータ１０，２０に供給され、２つの油圧モータ１０，１０が回転して前輪１４と後輪２４の両方が駆動される。つまり、低速４輪駆動モードとなる。切換弁４１Ａが第２位置Ｂに切り換わると、主管路３ａと主管路３ｃとが連通しかつ主管路４ａと主管路３ｂとが連通し、後輪側の油圧モータ２０のみに油圧ポンプ１からの圧油が供給され、後輪２４のみが駆動されるとともに、前輪側の油圧モータ１０は、主管路５，６が連通するため、前輪１４の回転とともに回転する。つまり、高速２輪駆動モードとなる。切換弁４１Ａが第３位置Ｃに切り換わると、主管路３ａと主管路３ｂとが連通しかつ主管路４ｂと主管路３ｃとが連通し、前輪側の油圧モータ１０のみに油圧ポンプ１からの圧油が供給され、前輪１４のみが駆動されるとともに、後輪側の油圧モータ２０は、主管路７，８が連通するため、後輪２４の回転とともに回転する。この状態を中速２輪駆動モードという。

切換スイッチ４２Ａは低速、高速、中速の３位置に切り換え可能であり、コントローラ４３Ａは、切換スイッチ４２Ａの信号と回転速度センサー５１，５２の検出信号に基づいて切換弁４１Ａの切り換えを制御する。

図４は、コントローラ４３Ａの処理内容を示すフローチャートである。

コントローラ４３Ａは、切換スイッチ４２Ａからの信号に基づいて切換スイッチ４２Ａがどの位置にあるかを判断し（ステップＳ１０）、切換スイッチ４２Ａが低速位置にあるときは低速制御処理をし（ステップＳ２０）、切換スイッチ４２Ａが高速位置に切り換わると、切換弁４１Ａのソレノイド４１Ａａに与える電気信号をＯＮとして切換弁４１Ａを第２位置Ｂに切り換え（ステップＳ３０）、切換スイッチ４２Ａが中速位置に切り換わると、切換弁４１Ａのソレノイド４１Ａｂに与える電気信号をＯＮとして切換弁４１Ａを第３位置Ｃに切り換える（ステップＳ４０）。切換スイッチ４２Ａが低速位置にあるときの低速制御処理では、回転速度センサー５１，５２からの信号に基づき前輪走行装置１２の車軸１３と後輪走行装置２２の車軸２３との速度差を検知し、この速度差が所定値以下であるときは、切換弁４１Ａのソレノイド４１Ａａ，４１ｂに与える電気信号をいずれもＯＦＦとし、速度差が所定値を超えるとソレノイド４１Ａａ，４１ｂのいずれかに与える電気信号をＯＮとし、油圧モータ１０，２０のうち回転速度が大なる側の油圧モータへの圧油の供給を遮断するよう切換弁４１Ａを第２位置Ｂ、第３位置Ｃのいずれかに切り換える。

図５は低速制御処理の詳細を示すフローチャートである。

コントローラ４３Ａは、回転速度センサー５１，５２からの信号に基づいて前輪走行装置１２の車軸１３の回転速度と後輪走行装置２２の車軸２３の回転速度との速度差ΔＳ（ΔＳ＝前輪車軸速度−後輪車軸速度）を計算し（ステップＳ１００）、この速度差ΔＳが所定値以下であれば処理を終了し（ステップＳ１２０）、切換弁４１Ａのソレノイド４１Ａａ，４１ｂに与える電気信号をいずれもＯＦＦとする。速度差ΔＳが所定値を超えると、更に、その速度差ΔＳが負の値かどうか（つまり前輪車軸速度より後輪車軸速度の方が大きいかどうか）を判定し（ステップＳ１３０）、Ｙｅｓであれば（つまり前輪車軸速度より後輪車軸速度の方が大きければ）切換弁４１Ａのソレノイド４１Ａｂに与える電気信号をＯＮとして切換弁４１Ａを第３位置Ｃに切り換（ステップＳ１４０）、Ｎｏであれば（つまり後輪車軸速度より前輪車軸速度の方が大きければ）切換弁４１Ａのソレノイド４１Ａａに与える電気信号をＯＮとして切換弁４１Ａを第２位置Ｂに切り換える（ステップＳ１５０）。ステップＳ１１０において、所定値としては、通常走行時の前後輪の速度変動を考慮し、０に近い適当な値を設定する。

以上のように構成した本実施の形態では、オペレータが切換スイッチ４２Ａを中速位置に操作することにより、低速４輪駆動モードと高速２輪駆動モードに加えて中速２輪駆動モードを選択可能である。

つまり、切換スイッチ４２Ａが低速位置にあり、切換弁４１Ａは図示の第１位置Ａにあるときは低速４輪駆動モードとなり、切換スイッチ４２Ａを高速位置に操作し、切換弁４１Ａを図示の位置から第２位置Ｂに切り換えると、高速２輪駆動モードとなり、切換スイッチ４２Ａを中速位置に操作し、切換弁４１Ａを図示の位置から第３位置Ｃに切り換えると、中速２輪駆動モードとなる。

低速４輪駆動モードでは、前述したように、前輪側の減速機１１と後輪側の減速機２１の減速比の割合は２：１であるため、前輪側の油圧モータ１０には後輪側の油圧モータ２０の２倍の流量が作用し、結果として前後２：１の牽引力分配状態で走行が可能となる。高速２輪駆動モードでは、油圧ポンプ１の全ての圧油が後輪側の油圧モータ２０に流入するため、低速４輪駆動モードの４輪駆動状態に対して３倍の回転速度（車速）が得られる。

中速２輪駆動モードでは、油圧ポンプ１の全ての圧油が前輪側の油圧モータ１０に流入するため、低速４輪駆動モードの１．５（３／２）倍、高速２輪駆動モードの１／２の回転速度（車速）を得ることができる。また、このときの走行駆動トルクは前輪側の油圧モータ１０のみで与えられるため、低速４輪駆動モードにおける駆動トルクの２／３となる。つまり、中速２輪駆動モードにおける牽引力は低速４輪駆動モードで得られる牽引力（最大牽引力）の２／３となる。

ラフテレンリフトトラックには前述したように牽引作業、バケット作業、荷役作業などの各種作業がある。本実施の形態のＨＳＴ走行システムをラフテレンリフトトラックに適用するとき、牽引作業は低速４輪駆動モードで行い、高速での車両移動は高速２輪駆動モードで行い、荷役作業は中速２輪駆動モードで行う。この場合、牽引作業、バケット作業、高速での車両移動では、第１の実施の形態で説明したのと同様に適切な牽引力と車速が得られる。

また、２速のトランスミッション（変速機）を使用する従来のＨＳＴ走行システムでは、荷役作業を行う場合は、トランスミッションを低速ギアから高速ギアのいずれかを選択して行わざるを得なかった。しかし、低速ギアを選択した場合は、重牽引作業向けに牽引力重視のギア比であったため速度が足りず、エンジンが高回転で稼動するため効率が悪かった。また、高速ギアを選択した場合は、最高速度重視で逆に牽引力が足りないため、効率良く機械を駆動する速度と牽引力を得ることができなかった。

本実施の形態においては、前輪１４のみを駆動する中速２輪駆動モードでは低速４輪駆動モードと高速２輪駆動モードのほぼ中間の速度と牽引力（低速４輪駆動モードの３／２倍、高速２輪駆動モードの１／２の回転速度（車速）と低速４輪駆動モードの２／３、高速２輪駆動モードの２倍の牽引力）が得られるため、作業効率が向上するだけでなく、オペレータの疲労（騒音、振動）も軽減できる。また、フォーク等の作業機は車体前部にあるため、荷役作業時には主に前輪に車重が作用し、作業性を損なうこともない。

また、本実施の形態では、低速４輪駆動モードで走行時、作業中の路面状況や前後輪の軸重配分の変化によって、前後いずれかの車軸が空転状態になった場合、回転速度センサー５１，５２からの情報をコントローラ４３が受信し、その差動状態を判断して切換弁４１Ａを駆動し、空転の発生していない前輪又は後輪側の油圧モータにのみ圧油を供給する。このような切換弁４１Ａの切り換え制御により、低速４輪駆動モードでの車輪空転時のオープンデフの状態を回避し、悪路走破性を向上することができる。

以上のように本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同じ効果が得られるとともに、中速２輪駆動モードで低速４輪駆動モードと高速２輪駆動モードのほぼ中間の速度と牽引力が得られるため、荷役作業等では適切な走行速度と牽引力が得られ、作業効率が向上する等の効果が得られる。

また、低速４輪駆動モードでの車輪空転時のオープンデフの状態を回避し、悪路走破性を向上することができる。

なお、以上の実施の形態では、２つの油圧モータ１０，２０の容量を等しくし、前輪側の減速機１１の減速比を後輪側の減速機２１の減速比より大きく（好ましくは２〜３：１、より好ましくは２：１に）設定したが、その目的は、油圧モータと減速機により前後輪の適切な牽引力配分を得るためであるので、前輪走行装置の駆動トルクを後輪走行装置の駆動トルクよりも大きく設定できれば、他の構成を採用してもよい。例えば、前輪側の減速機１１の減速比と後輪側の減速機２１の減速比を同じ（減速比割合を１：１）とし、前輪側の油圧モータ１０の容量を後輪側の油圧モータ２０の容量より大きく（或いは減速比割合を好ましくは２〜３：１、より好ましくは２：１に設定）してもよいし、減速比の選択と容量の選択を組み合わせて、結果的に、前輪走行装置の駆動トルクが後輪走行装置の駆動トルクよりも大きくなるようにしていもよい。

また、第２の実施の形態では、切換スイッチ４２Ａが低速、高速、中速の３位置を有する場合に切換弁４１Ａを設け、低速４輪駆動モードでの車輪空転時のオープンデフの状態を回避したが、第１の実施の形態においてそのような制御を適用しても良い。この場合、第１の実施の形態の図１における切換弁４１とコントローラ４３を図３の切換弁４１Ａとコントローラ４３Ａに変え、コントローラ４３Ａで切換スイッチ４２が低速位置にあるとき図５に示し低速制御処理を行えばよい。

また、上記第１及び第２の実施の形態では、前輪側の油圧モータ１０と減速機１１は直結としたが、前輪側の油圧モータ１０と減速機１１との間にクラッチを設け、切換弁４１，４１Ａを油圧ポンプ１と油圧モータ１０を切り離す位置（遮断位置或いは第２位置Ｂ）に切り換えると同時にクラッチをＯＦＦにしてもよく、これにより高速２輪駆動モードで走行時の油圧モータ１０の連れ周りが無くなるため、走行負荷が減少し、エネルギ損失を低減できる。

本発明の第１の実施の形態によるＨＳＴ走行システムの油圧構成図である。本発明のＨＳＴ走行システムが搭載される作業機械の一例として、ラフテレンリフトトラックの外観を示す図である。本発明の第１の実施の形態によるＨＳＴ走行システムの油圧構成図である。コントローラの処理内容を示すフローチャートである。切換スイッチが低速位置にあるときのコントローラの処理内容（低速制御処理）を示すフローチャートである。

符号の説明

１油圧ポンプ
２エンジン
３，４，５，６，７，８主管路
３ａ，３ｂ，３ｃ，４ａ，４ｂ主管路
１０（前輪側）油圧モータ
１１減速機
１２走行装置
１３車軸
１４前輪
２０（後輪側）油圧モータ
２１減速機
２２走行装置
２３車軸
２４後輪
３０ＨＳＴ変速装置
４１切換弁
４１Ａ切換弁
４２切換スイッチ
４２Ａ切換スイッチ
４３コントローラ
４３Ａコントローラ
５１，５２回転速度センサー

Claims

車体に設けられる前輪及び後輪と、
前記車体の前部で動作する作業機とを備え、前記作業機による作業時に前記前輪に前記後輪よりも大きな車重が作用するように構成された作業機械に設けられ、
油圧ポンプと、
この油圧ポンプに閉回路接続されかつ前記油圧ポンプに対して互いに並列接続され、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される第１及び第２油圧モータと、
前記第１油圧モータに第１減速機を介して接続された前輪走行装置と、
前記第２油圧モータに第２減速機を介して接続された後輪走行装置と、
前記前輪走行装置と後輪走行装置の両方を駆動し、前記作業機による作業時に用いられる低速４輪駆動モードと、前記後輪走行装置のみを駆動し、高速で車両移動する高速走行時に用いられる高速２輪駆動モードとに切り換える第１制御手段とを備え、
前記低速４輪駆動モードにおいて、前記前輪走行装置の駆動トルクを前記後輪走行装置の駆動トルクよりも大きく設定したことを特徴とする作業機械のＨＳＴ走行システム。
請求項１記載の作業機械のＨＳＴ走行システムにおいて、
前記前輪走行装置の駆動トルクと前記後輪走行装置の駆動トルクの比を２〜３：１の範囲に設定したことを特徴とする作業機械のＨＳＴ走行システム。
請求項１記載の作業機械のＨＳＴ走行システムにおいて、
前記前輪走行装置の駆動トルクと前記後輪走行装置の駆動トルクの比を２：１に設定したことを特徴とする作業機械のＨＳＴ走行システム。
車体に設けられる前輪及び後輪と、
前記車体の前部で動作する作業機とを備え、前記作業機による作業時に前記前輪に前記後輪よりも大きな車重が作用するように構成された作業機械に設けられ、
油圧ポンプと、
この油圧ポンプに閉回路接続されかつ前記油圧ポンプに対して互いに並列接続され、前記油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される第１及び第２油圧モータと、
前記第１油圧モータに第１減速機を介して接続された前輪走行装置と、
前記第２油圧モータに第２減速機を介して接続された後輪走行装置と、
前記前輪走行装置と後輪走行装置の両方を駆動し、前記作業機による作業時に用いられる低速４輪駆動モードと、前記後輪走行装置のみを駆動し、高速で車両移動する高速走行時に用いられる高速２輪駆動モードとに切り換える第１制御手段とを備え、
前記低速４輪駆動モードにおいて、前記第１及び第２油圧モータの容量を等しくし、かつ前記第１減速機の減速比を前記第２減速機の減速比よりも大きくすることで、前記前輪走行装置の駆動トルクを前記後輪走行装置の駆動トルクよりも大きく設定したことを特徴とする作業機械のＨＳＴ走行システム。
請求項４記載の作業機械のＨＳＴ走行システムにおいて、
前記第１減速機の減速比と前記第２減速機の減速比の比を２〜３：１の範囲に設定したことを特徴とする作業機械のＨＳＴ走行システム。
請求項４記載の作業機械のＨＳＴ走行システムにおいて、
前記第１減速機の減速比と前記第２減速機の減速比の比を２：１に設定したことを特徴とする作業機械のＨＳＴ走行システム。
請求項１又は４記載の作業機械のＨＳＴ走行システムにおいて、
前記油圧ポンプと前記第１及び第２油圧モータを接続する閉回路中に配置された切換弁と、
前記前輪走行装置と前記後輪走行装置との速度差を検知し、この速度差が所定値を超えると前記切換弁を切り換えて前記第１油圧モータと第２油圧モータのうち回転速度が大なる側の油圧モータへの圧油の供給を遮断する第２制御手段とを更に備えることを特徴とする作業機械のＨＳＴ走行システム。
請求項１又は４記載の作業機械のＨＳＴ走行システムにおいて、
前記第１制御手段は、前記前輪走行装置のみを駆動する中速２輪駆動モードを更に有し、前記低速４輪駆動モードと高速２輪駆動モードと中速２輪駆動モードのいずれかに切り換え可能であることを特徴とする作業機械のＨＳＴ走行システム。