JP5264091B2 - メカニカルスロットル車両のオートモーティブ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者によって操作される走行ペダルの動きに連動してエンジンの出力を調節するメカニカルスロットル車両のオートモーティブ制御装置の改良に関するものである。

建設現場等で用いられるホイールローダは土砂の敷きならしや積み込みに用いられるものであるが、小型のホイールローダには走行装置の無段変速機として、ハイドロスタティックトランスミッション（以下ＨＳＴ）が搭載され、その制御方法としてはエンジン回転数（エンジン回転速度）が上昇するのに伴って車速が増加する制御、いわゆるオートモーティブ制御が用いられている。

特許文献１には、エンジンのスロットル開度が指令信号に応じて制御される電子ガバナー付きエンジンを搭載したＨＳＴ車両において、ペダル操作量に応じて目標車速とエンジンの目標回転数を算出し、エンジンのスロットル開度とＨＳＴの変速比を連係してオートモーティブ制御する作業車が開示されている。
特開２００２−３７２１４８号公報

一般に、農作業等に用いられる小型のトラクタの場合、エンジンのスロットル機構が走行ペダルやアクセルレバーにスロットルワイヤを介して連動し、スロットル開度がメカニカルに調節されるようになっている。この種のメカニカルスロットル車両にあっては、運転者によって走行ペダルが踏み込まれるか、アクセルレバーが操作されることにより、スロットルワイヤが引っ張られてエンジンの出力が高められる。

しかしながら、小型のトラクタの場合、例えば草刈り作業時、運転者がアクセルレバーを操作してエンジンを高回転で運転して草刈り作業を行いながら、低い速度で車両を走行させる使い方があり、従来のオートモーティブ制御ではこのような場合に車両の速度制御が難しく、オートモーティブ制御の適用を難しくしていた。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、走行ペダルの動きに連動してエンジンの出力を調節するメカニカルスロットル車両において、エンジンの高回転時にも走行ペダルの踏み込み角度に応じて車速を自由に変えられるオートモーティブ制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、作業機を駆動可能とするエンジンの回転を車輪に伝達する変速比を可変とする変速機と、運転者によって操作されるアクセルレバーと、このアクセルレバーの動きに連動して前記エンジンの出力を調節するスロットルリンク機構と、を搭載するメカニカルスロットル車両において、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサと、検出されるエンジンの回転数に応じて第一車速指令値を算出する第一車速算出手段と、運転者によって操作される走行ペダルの踏み込み角度を検出する走行ペダル角度センサと、検出される走行ペダルの踏み込み角度に応じて第二車速指令値を算出する第二車速算出手段と、算出される第一車速指令値と第二車速指令値のうち小さい方を車速指令値として選択する車速指令値選択手段と、車速指令値選択手段によって選択された車速指令値に応じて変速機の変速作動を制御する変速制御手段と、を備えたことを特徴とするものとした。

本発明によると、エンジンの高回転時にも走行ペダルの踏み込み角度に応じて車速を自由に変えられる。例えばトラクタの場合、エンジンを高回転で運転して草刈り作業を行いながら所望の低い速度で車両を走行させることができ、長時間の連続作業が可能となる。

エンジンブレーキ時にエンジン回転数の一時的な上昇によって変速機の減速作動が遅れることなく、車両を急減速させて速やかに停止させることができる。

以下、本発明をＨＳＴ車両に適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、小型トラクタとして用いられるＨＳＴ車両は、エンジン３０の回転がＨＳＴ４０によって変速され、ＨＳＴ４０の出力回転がミッション、ディファレンシャルギヤ５０等を介して左右の車輪６０に伝えられる。

ＨＳＴ４０は例えば斜板式容量可変油圧ポンプと斜板式容量可変油圧モータを組合せたもので、サーボ機構を介して各斜板の傾転角度を変えることにより、油圧モータの出力回転速度を変え、車両の停止から前後進の最高速度まで無段変速する変速機である。

ＨＳＴ車両（メカニカルスロットル車両）の運転席に設けられる操作手段として、走行ペダル１、アクセルレバー２８、インチングペダル２７等が設けられる。

走行ペダル１は運転者の足によって踏み込まれて操作されるものである。この走行ペダル１の動きに連動してエンジン３０の出力を調節するスロットルリンク機構として、エンジン３０の図示しないスロットルドラム（エンジン出力調節手段）と走行ペダル１とを連動させるスロットルワイヤ５及び図示しないリンク機構等が設けられ、運転者によって走行ペダル１が踏み込まれると、スロットルワイヤ５が引っ張られてエンジン３０の出力が高められる。

アクセルレバー２８は別のスロットルワイヤ２９を介してエンジン３０のスロットルドラムを駆動するものである。運転者によってアクセルレバー２８が回動されることにより、スロットルワイヤ２９が引っ張られてエンジン３０の出力が高められる。

スロットルワイヤ５とスロットルワイヤ２９の一方が引っ張られるとスロットルドラムが回動し、エンジン３０の出力が高められるようになっている。

インチングペダル２７は後述するようにＨＳＴ４０の容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータをそれぞれ中立位置に戻して車両を減速する指令をするものであり、この場合ブレーキペダルとしても用いられる。インチングペダル２７が初期位置から所定のストローク範囲内で踏み込まれると、ＨＳＴ４０の容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータをそれぞれインチングペダル２７の踏み込み角度に応じて中立位置に戻す指令をするが、図示しないブレーキ装置を作動させない。一方、インチングペダル２７が初期位置から所定のストローク範囲を超えて踏み込まれると、ＨＳＴ４０の容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータをそれぞれ中立位置に戻す指令を引き続いてするとともに、ブレーキ装置を作動させて車両を制動する。

インチングペダル２７の使用例として、例えばトラクタを微速走行させながらバケットを駆動して土砂をすくうローダ作業時に、運転者がインチングペダル２７と走行ペダル１を同時に踏み込むことにより、車速を落としながらエンジン３０の回転数が高められ、ブーム、アーム、バケット等を動かす油圧シリンダの動作が速くなる。

ＨＳＴ車両のコントロールユニット（ＥＣＵ）７０は、走行ペダル１の踏み込み角度Ｕを検出する走行ペダル角度センサ（ポテンショメータ）３２、エンジン３０の回転数Ｎｅを検出する回転センサ３３、インチングペダル２７の踏み込み角度ｉを検出するインチングペダル角度センサ（ポテンショメータ）３４、ＨＳＴ４０に設けられる容量可変油圧ポンプと容量可変油圧モータの作動位置（斜板角度）を検出するポテンショメータ４１、４２等を入力し、エンジン回転数（エンジン回転速度）が上昇するのに伴って車速を増加させるオートモーティブ制御を行う。

図２に示すように、コントロールユニット７０は、走行ペダル１の踏み込み角度Ｕに応じて第二車速指令値Ｖｕを設定したマップ７１（第二車速算出手段）と、エンジン回転数Ｎｅに応じて第一車速指令値Ｖｎｅを設定したマップ７２（第一車速算出手段）と、各マップ７１、７２に基づいて求められる第二車速指令値Ｖｕと第一車速指令値Ｖｎｅのうち小さい方を選択して車速指令値Ｖとする選択手段（最小値選択関数ｆｍｉｎ）７４と、インチングペダル２７の踏み込み角度ｉに応じてインチング係数ｋｉ（≦１）を設定したマップ７３と、車速指令値Ｖにインチング係数ｋｉを掛け合わせて最終的な車速指令値Ｖ（＝ｋｉ×Ｖ）を求める車速指令値補正手段７５と、最終的な車速指令値Ｖに応じて容量可変油圧ポンプの指令値Ｐｃｏｍを設定したマップ７６と、最終的な車速指令値Ｖに応じて容量可変油圧モータの指令値Ｍｃｏｍを設定したマップ７７とを備え、こうして求められた指令値Ｐｃｏｍ、ＭｃｏｍをＨＳＴ４０に出力する。

図３のフローチャートは上記した制御ルーチンを示しており、コントロールユニット７０において一定周期毎に実行される。以下、これについて説明する。

まず、ステップ１にてエンジン回転数Ｎｅを入力し、続くステップ２にて前記マップ７２に基づきエンジン回転数Ｎｅに応じて第一車速指令値Ｖｎｅを算出する。

なお、ステップ１、２の処理がエンジン３０の回転数Ｎｅに応じて第一車速指令値Ｖｎｅを算出する第一車速算出手段に相当する。

続くステップ３にて走行ペダル１の踏み込み角度Ｕを入力し、続くステップ４にて前記マップ７１に基づき踏み込み角度Ｕに応じて車速指令値Ｖｕを算出する。

なお、ステップ３、４の処理が走行ペダル１の踏み込み角度Ｕに応じて第二車速指令値Ｖｕを算出する第二車速算出手段に相当する。

続くステップ５にて求められて第一車速指令値Ｖｎｅと第二車速指令値Ｖｕのうち小さい方を選択し、Ｖｎｅ＜Ｖｕと判定した場合ステップ６に進んで車速指令値ＶをＶ＝Ｖｎｅとする一方、Ｖｎｅ＞Ｖｕと判定した場合ステップ７に進んで車速指令値ＶをＶ＝Ｖｕとする。

なお、ステップ５、６、７の処理が第一車速指令値Ｖｎｅと第二車速指令値Ｖｕのうち小さい方を選択する車速指令値選択手段に相当する。

続くステップ８にて前記マップ７６に基づいて車速指令値Ｖに応じてＨＳＴ４０のポンプ指令値Ｐｃｏｍを算出する。

続くステップ９にて前記マップ７７に基づいて車速指令値Ｖに応じてＨＳＴ４０のモータ指令値Ｍｃｏｍを算出する。

続くステップ１０にて求められたポンプ指令値ＰｃｏｍをＨＳＴ４０に出力する。

続くステップ１１にて求められたモータ指令値ＭｃｏｍをＨＳＴ４０に出力する。

なお、ステップ８〜１１の処理が車速指令値Ｖに応じてＨＳＴ４０の変速作動を制御する変速制御手段に相当する。

また、上記した制御ルーチンにてインチングペダル２７の踏み込み角度ｉに応じて車速指令値Ｖを補正する処理を省略しているが、実際にはインチングペダル２７が踏み込まれた場合にインチングペダル２７の踏み込み角度ｉに応じて車速指令値Ｖが補正される。

以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。

トラクタの通常走行時、運転者が走行ペダル１を踏み込み、スロットルワイヤ５を介してエンジン３０の出力が調節されることにより、コントロールユニット７０はエンジン回転数Ｎｅに応じた第一車速指令値Ｖｎｅと走行ペダル１の踏み込み角度Ｕに応じた第二車速指令値Ｖｕの小さい方を選択してＨＳＴ４０の変速比をオートモーティブ制御する。走行ペダル１の踏み込み角度Ｕに応じてエンジン回転数ＮｅとＨＳＴ４０の変速比が連係するようにオートモーティブ制御されることにより、燃費の低減、騒音の低減がはかれる。

従来のオートモーティブ制御では、例えば、トラクタの走行時に車速を高める場合、運転者が走行ペダルを踏込むと、エンジン出力を高める指令とＨＳＴの変速比を高める指令を同時に出力する制御が行われていた。

これに対して、本オートモティブ制御装置は、トラクタの車速を高める場合、運転者が走行ペダルを踏み込むと、スロットルワイヤ５を介してエンジン３０の出力が高められるととともに、コントロールユニット７０はエンジン回転数Ｎｅに応じた第一車速指令値Ｖｎｅと走行ペダル１の踏込み角度Ｕに応じた第二車速指令値Ｖｕの小さいほうを選択してＨＳＴ４０の変速比を高める制御をする。

このような制御をすることの利点は、例えばトラクタを坂道や牽引作業など、負荷が掛った状態で発進させる場合、エンジン回転は負荷に負けて、なかなか上昇できない。

このような時、運転者は走行ペダルを更に踏込む動作をする。

然るに、従来の制御の場合、走行ペダルの踏込みはスロットル開度を増すとともに、変速比を高める指示でもあるため、エンジン回転が増えないうちから、更に増速しようとして、エンジンは益々苦しくなる。

一方、本発明の制御方式の場合、走行ペダル１を踏込んでも、エンジン回転が上昇しない間は、変速比を高める指示は採用されないため、スロットル開度のみが増す。この結果、負荷が掛った状態でもエンジン回転を速やかに上昇させることができる。

また、次の利点はトラクタ特有の使い方であるエンジンで草刈り機やロータリ作業機を直に駆動するＰ．Ｔ．Ｏ（Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ Ｏｆｆ）軸を使った作業の際に発揮される。

草刈り機の駆動は通常、エンジン回転を一定にして行われるため、トラクタに手動のアクセルレバー２８が設けられている。アクセルレバー２８は通常、フリクション等で操作した位置に固定される構造を持つ。

トラクタはエンジン回転を高回転で一定に保ったまま、走行速度をコントロールしなければならない。

従来のような走行速度をエンジン回転速度のみで制御する方式では、このような時はインチングペダルの踏込み量をコントロールして車両の速度を調整しなければならない。

しかし、草刈りやロータリの作業は一般に長時間続くことが多いため、マニュアル変速の乗用車のクラッチ操作にも似た、インチングペダルによる速度調整を長時間行うことは、運転者に大きな負担を掛ける。

一方、本方式によれば、草刈り作業を行うとき、運転者がアクセルレバー２８を操作し、スロットルワイヤ２９を介してエンジン３０の出力が調整されるとともに、運転者が走行ペダル１を低速走行が得られるように所定角度だけ踏込むと、第二車速指令値Ｖｕが第一車速指令値Ｖｎｅより小さくなるため、最終的な車速指令値としては値の小さいほうのＶｕに基づいてＨＳＴ４０の変速比が制御される。

これにより、トラクタは走行ペダル１に踏込み角度Ｕに応じた第二車速指令値Ｖｕに基づいてＨＳＴ４０の変速比がオートモーティブ制御され、エンジン３０を高回転で運転して草刈作業を行いながら、所望の低い速度で車両を走行させることができる。そのため、運転者は通常の運転操作でよく、これらの作業時にも余分な労力が不要になる。

トラクタをエンジンブレーキを用いて減速し、停止させる場合、運転者が走行ペダル１から足を放すと、車両の慣性のため発生する車輪からの回転力によってエンジン３０の回転数が一時的に高まるが、第二車速指令値Ｖｕが第一車速指令値Ｖｎｅより小さくなるため、最終的な車速指令値として値が小さい方の第二車速指令値Ｖｕに基づいてＨＳＴ４０の変速比が制御される。これにより、トラクタは従来のようにエンジンブレーキ時にエンジン回転数の一時的な上昇によってＨＳＴ４０が中立位置に復帰することが遅れることなく、走行ペダル１の操作に応じてＨＳＴ４０が中立位置に復帰し、車両を急減速させて速やかに停止させることができる。

以上のように、エンジン３０の回転を車輪６０に伝達する変速比を可変とするＨＳＴ４０と、運転者によって操作されるアクセルレバー２８と、このアクセルレバー２８の動きに連動してエンジン３０の出力を調節するスロットルリンク機構とを搭載するメカニカルスロットル車両において、エンジン３０の回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ３３と、検出されるエンジン３０の回転数Ｎｅに応じて第一車速指令値Ｖｎｅを算出する第一車速算出手段と、走行ペダル１の踏み込み角度Ｕを検出する走行ペダル角度センサ３２と、検出される走行ペダル１の踏み込み角度Ｕに応じて第二車速指令値Ｖｕを算出する第二車速算出手段と、算出される第一車速指令値Ｖｎｅと第二車速指令値Ｖｕのうち小さい方を車速指令値Ｖとして選択する車速指令値選択手段と、この車速指令値Ｖに応じてＨＳＴ４０の変速作動を制御する変速制御手段とを備えたため、例えばトラクタの場合にエンジン３０を高回転で運転して草刈り作業を行いながら所望の低い速度で車両を走行させることができ、長時間の連続作業が可能となる。さらに、エンジンブレーキ時にエンジン回転数の一時的な上昇によってＨＳＴ４０が中立位置に復帰することが遅れることなく、車両を急減速させて速やかに停止させることができる。

なお、走行ペダル１は運転者に踏み込まれるものに限らず、運転者の手によって操作されるようにしても良い。

また、変速機としてエンジン３０に駆動される油圧ポンプとこの油圧ポンプから送られる作動油圧によって車輪を駆動する油圧モータとを有するＨＳＴ４０を設け、運転者によって操作されるインチングペダル２７と、このインチングペダル２７の踏み込み角度ｉを検出するインチングペダル角度センサ３４と、検出されるインチングペダル２７の踏み込み角度ｉに応じて車速指令値Ｖを補正する車速指令値補正手段７５とを備えたため、インチングペダル２７を踏み込むことにより、オートモーティブ制御を解除して車両を減速することが可能となる。

また、インチングペダル２７をブレーキペダルと共用し、インチングペダル２７が初期位置から所定のストローク範囲内で踏み込まれるとＨＳＴ４０を中立位置に戻し、インチングペダル２７が初期位置から所定のストローク範囲を超えて踏み込まれるとブレーキ装置を作動させて車両を制動するため、車両をスムーズに減速させることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施の形態を示すＨＳＴ車両の構成図。 同じくオートモーティブ制御装置の構成図。 同じく制御内容を示すフローチャート。

符号の説明

１ 走行ペダル
２８ アクセルレバー
３０ エンジン
３２ 走行ペダル角度センサ
３３ エンジン回転数センサ
４０ ＨＳＴ（変速機）
６０ 車輪
７０ コントロールユニット

Claims (3)

1. 作業機を駆動可能とするエンジンの回転を車輪に伝達する変速比を可変とする変速機と、運転者によって操作されるアクセルレバーと、このアクセルレバーの動きに連動して前記エンジンの出力を調節するスロットルリンク機構と、を搭載するメカニカルスロットル車両において、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサと、検出される前記エンジンの回転数に応じて第一車速指令値を算出する第一車速算出手段と、運転者によって操作される走行ペダルの踏み込み角度を検出する走行ペダル角度センサと、検出される前記走行ペダルの踏み込み角度に応じて第二車速指令値を算出する第二車速算出手段と、算出される第一車速指令値と第二車速指令値のうち小さい方を車速指令値として選択する車速指令値選択手段と、前記車速指令値選択手段によって選択された車速指令値に応じて前記変速機の変速作動を制御する変速制御手段と、を備えたことを特徴とするメカニカルスロットル車両のオートモーティブ制御装置。
2. 前記変速機として前記エンジンに駆動される油圧ポンプとこの油圧ポンプから送られる作動油圧によって前記車輪を駆動する油圧モータとを有するＨＳＴを設け、運転者によって操作されるインチングペダルと、このインチングペダルの踏み込み角度を検出するインチングペダル角度センサと、検出されるインチングペダルの踏み込み角度に応じて前記車速指令値を補正する車速指令値補正手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のメカニカルスロットル車両のオートモーティブ制御装置。
3. 前記インチングペダルをブレーキペダルと共用し、前記インチングペダルが初期位置から所定のストローク範囲内で踏み込まれると前記ＨＳＴを中立位置に戻し、インチングペダルが初期位置から所定のストローク範囲を超えて踏み込まれるとブレーキ装置を作動させて車両を制動することを特徴とする請求項２に記載のメカニカルスロットル車両のオートモーティブ制御装置。