JP5817291B2

JP5817291B2 - 作業車両の変速制御装置

Info

Publication number: JP5817291B2
Application number: JP2011163081A
Authority: JP
Inventors: 小野　弘喜; 弘喜小野
Original assignee: Iseki and Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2031-07-26
Also published as: JP2013024403A

Description

本発明は、走行伝動系に油圧式無段変速装置（以下「ＨＳＴ」という）を設け、このＨＳＴを制御部によって変速制御して走行車速を調節する作業車両の変速制御装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、ＨＳＴをトラニオン制御によって前進側と後進側に無段階変速するＨＳＴ変速機構を走行伝動系に設けた作業車両において、その車速調節のために、幅広い変速ポジションを有する主変速レバーの操作位置に応じてＨＳＴ変速機構を制御する制御部を有する作業車両の変速制御装置が知られている。

この変速制御装置は、制御部が主変速レバーの選択ポジションに応じてトラニオン軸を駆動制御することによりＨＳＴ変速機構の出力軸回転数を調節する。
さらに詳しくは、主変速レバーの回動位置を検知する手段、前後進切換レバーの回動位置を検出する手段、油圧ポンプの可動斜板の傾倒角度を検知する手段、該可動斜板の傾倒角度を変更する手段を設けて、各手段をコントローラと接続するとともに、前後進切換レバーの操作方向と、主変速レバーで設定した速度に、ＨＳＴ変速機構の可動斜板を傾倒させるように制御する。

特開２００２−２５０４３７号公報

前記の作業車両の変速制御装置は、主変速レバーの変速位置をセンサで検出してその検出値に応じた駆動電流でアクチュエータの電磁バルブを駆動して、油圧ポンプの可動斜板の傾倒角度を変更しているが、ＨＳＴそのものやアクチュエータと可動斜板の連動機構の遊びによって、作業車両が異なると主変速レバーの変速位置が同一であっても可動斜板の傾倒角度が同じにならず、走行速度が異なってくる。

そこで、本発明では、作業車両の機体が異なっても変速操作具の変速設定位置が同一であれば一定の走行速度で走行するようにすることを課題とする。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
請求項１に記載の発明は、変速操作具１８の動きを変速位置センサ５８で検出し、該変速位置センサ５８の検出値に基づいてエンジン回転数を調整すると共にＨＳＴ２１のトラニオン軸を回動して設定走行速度となるようにする作業車両の変速制御装置において、機体毎の調整モードで駆動電流値とＨＳＴ２１の出力回転数の関係を調べて最大出力から所定割合で低下した最大出力付近検出値として検出した最大付近駆動電流値Ｅと回転数の関係と出力開始時の駆動開始電流値Ｆを制御データとして制御装置５０に記憶し、その制御データを用いて、変速操作具１８で設定する走行速度に対応するＨＳＴ２１の出力軸回転数となるようにトラニオン軸を回動する電磁バルブ６２，６３の駆動電流値を制御する構成とし、調整モードでの最大出力付近検出値の最大付近駆動電流値Ｅと回転数と出力開始時の駆動開始電流値Ｆの検出は、前進側と後進側で別々に行うことを特徴とする作業車両の変速制御装置とする。

この構成で、最大出力にばらつきが有って不安定であっても最大出力から所定割合で低下した最大出力付近検出値であれば確実に駆動電流と回転数の関係を検出して制御データ化出来、変速操作具１８からＨＳＴ２１のトラニオン軸への連動機構が機体毎に異なっていても、調整モードで記憶した出力開始時の駆動電流値と最大出力付近の駆動電流値を用いることで、変速操作具１８の所定変速位置でＨＳＴ２１が設定回転数となって設定走行速度で走行するようにトラニオン軸の電磁バルブ６２，６３を制御出来る。また、この構成で、前進側と後進側で異なる駆動電流と回転数の関係を検出して制御データ化出来て、前進側と後進側で走行速度を正確に制御出来る。

請求項２に記載の発明は、変速操作具１８の動きを変速位置センサ５８で検出し、該変速位置センサ５８の検出値に基づいてエンジン回転数を調整すると共にＨＳＴ２１のトラニオン軸を回動して設定走行速度となるようにする作業車両の変速制御装置において、機体毎の調整モードで駆動電流値とＨＳＴ２１の出力回転数の関係を調べて最大出力から所定割合で低下した最大出力付近検出値として検出した最大付近駆動電流値Ｅと回転数の関係と出力開始時の駆動開始電流値Ｆを制御データとして制御装置５０に記憶し、その制御データを用いて、変速操作具１８で設定する走行速度に対応するＨＳＴ２１の出力軸回転数となるようにトラニオン軸を回動する電磁バルブ６２，６３の駆動電流値を制御する構成とし、出力開始時の駆動電流値の検出は、車両が停止した状態から徐々に電流値を上昇させて車両が移動を開始した時の駆動電流値を駆動開始電流値Ｆとして記憶することを特徴とする作業車両の変速制御装置とした。

この構成で、最大出力にばらつきが有って不安定であっても最大出力から所定割合で低下した最大出力付近検出値であれば確実に駆動電流と回転数の関係を検出して制御データ化出来、変速操作具１８からＨＳＴ２１のトラニオン軸への連動機構が機体毎に異なっていても、調整モードで記憶した出力開始時の駆動電流値と最大出力付近の駆動電流値を用いることで、変速操作具１８の所定変速位置でＨＳＴ２１が設定回転数となって設定走行速度で走行するようにトラニオン軸の電磁バルブ６２，６３を制御出来る。また、車両が実際に走行を開始する駆動電流値を出力開始時の駆動電流値として制御データ化出来て、実走行速度を正確に制御出来る。

請求項１と請求項２に記載の発明で、変速操作具１８でＨＳＴ２１を変速する作業車において、機体毎に変速操作具１８での変速状態が異なることなく、どの機体でも同じ変速感覚で操縦出来るようになる。

トラクターの全体側面図である。キャビンを除いたトラクターの全体平面図である。動力伝動ブロック図である。自動制御の制御ブロック図である。駆動電流とＨＳＴ出力軸回転数の関係を表すグラフである。最高速ダイヤルの平面図である。変速操作具の操作位置と駆動電流値の関係を表すグラフである。

作業車両の一例としてトラクター１を例に以下に説明する。
なお、本明細書において作業車両の前進方向に向かって左右方向をそれぞれ左、右といい、前進方向を前、後進方向を後という。

トラクター１は、図１と図２に示す如く、機体の前後部に前輪２，２と後輪３，３を備え、機体の前部に搭載したエンジン５の回転動力をトランスミッションケース８内のＨＳＴ２１と副変速装置２２によって適宜減速して、これら前輪２，２と後輪３，３に伝えるように構成している。

機体中央であってキャビン４内のハンドルポスト６にはステアリングハンドル７が設けられ、その後方にはシート９が設けられている。ステアリングハンドル７の下方には、機体の進行方向を前後方向に切り換える前後進レバー１０が設けられている。この前後進レバー１０を前側に回動すると機体は前進し、後側へ回動すると後進する構成である。

また、ハンドルポスト６を挟んで前後進レバー１０の反対側にはエンジン回転数を調節するアクセルレバー１１が設けられ、またステップフロア１３の右コーナー部には、走行速度を調節する本発明の変速操作具すなわちアクセルペダル１８と、左右の後輪３，３にブレーキを作動させる左右のブレーキペダル１９Ｒ，１９Ｌが設けられている。

ハンドルポスト６上部のステアリングハンドル７の前側にメータパネル１６が設けられて、走行速度等の機体状況が表示される。
また、シート９の左前側部には、低速、中速、高速及び中立のいずれかの位置を選択できる副変速レバー１５を設け、その後方にＰＴＯ変速レバー１２を設けている。シート９の右側部には、最高速設定ダイヤル５４とレスポンス設定ダイヤル５５とオートクルーズセットスイッチ５６を設けている。最高速設定ダイヤル５４で設定される駆動電流値は、後述する調整モードで記憶した制御データに基づいて決定し、図６の如く、回動範囲で５０％から１００％まで９０％を真横位置にして均等に設定する。

トラクター１の機体後部には、ロータリ作業機１７を装着している。
図３は、動力伝動ブロック図で、エンジン５の出力軸の回転がトランスミッションケース８内のダンパ２０とＨＳＴ２１と副変速部２２を介してデフケース２３の後輪駆動軸２７に伝動し、後輪３を駆動する。

ＨＳＴ２１の出力軸の回転が回転センサギヤ２４の回転としてＨＳＴ出力軸センサ２５で検出され、副変速部２２の出力軸回転が後車軸回転センサ２６で検出される。ＨＳＴ出力軸センサ２５と後車軸回転センサ２６は、センサギヤの所定歯数を検出する時間で算出しているので、低速では１歯数とし高速では３歯数とすることで高速での回転数を正確に検出し停止を素早く検出出来る。

図４は、トラクター各部の作動を制御する自動制御の制御ブロック図で、エンジンＥの出力を制御するエンジンＥＣＵ２９と作業機１７の昇降を制御する作業機昇降系ＥＣＵ４０と前輪２と後輪３の回転を制御して走行速度を制御する走行系ＥＣＵ５０とで構成し、ＣＡＮ通信で制御信号の交信を行っている。

エンジンＥＣＵ２９への制御データの入力は、ブースト圧力センサ３０からのブースト圧力と、ブースト圧補正制御スイッチ３６からの補正信号と、エンジン排気温度センサ３１からの排気温度と、エンジン回転センサ３２からのエンジン出力軸の回転数と、エンジンオイル圧力センサ３３からのオイル圧力と、エンジン水温センサ３４からのラジエータ水温と、レール圧センサ３５からのコモンレールの燃料圧力と、アクセルセンサ２８のアクセルペダル１８の踏込み角度等で、エンジンＥＣＵ２９からの制御出力は、燃料高圧ポンプ３７へのレール圧と、高圧インジェクタ３８への噴射信号である。

なお、ブースト圧補正制御スイッチ３６は、ブースト圧が低い場合にアクセルレバー１１の回動があると燃料噴射量を徐々に増加する制御をオン・オフする。
作業機昇降系ＥＣＵ４０への制御データの入力は、作業機１７の昇降を行うポジションコントロールレバー４１の操作位置信号と、リフトアームセンサ４２からのリフト位置信号と、上げ位置規制ダイヤル４３と下げ速度調整ダイヤル４４の調整信号等で、作業機昇降系ＥＣＵ４０からの制御出力は、油圧シリンダーのメイン上昇ｓｏｌ４５とメイン下降ｓｏｌ４６への上昇或いは下降信号である。

さらに、作業機昇降系ＥＣＵ４０は、作業機コントローラ４７とＧＰＳ付通信ユニット４８と交信する。
走行系ＥＣＵ５０への制御データの入力は、ＨＳＴ出力軸センサ２５のＨＳＴ２１の出力軸回転数と、後車軸回転センサ２６の副変速部２２の出力軸回転数と、車速センサ５３の後輪３の回転数と、最高速設定ダイヤル５４の設定最高速と、レスポンス設定ダイヤル５５の設定レスポンスと、オートクルーズセットスイッチ５６のセット信号と、前後進レバー１０の前後進レバー操作位置センサ６４の操作位置と、副変速レバー１５の副変速レバー操作位置センサ５７の操作位置と、アクセルペダル１８の踏込み位置を検出する本発明の変速位置センサすなわちアクセルペダルセンサ５８の踏込み信号と、アクセルレバー１１に設けるアクセルセンサ５９のエンジン回転設定信号と、油温センサ６０のトランスミッションケース８内オイル温度と、ブレーキペダル操作検出センサ６１のブレーキペダル踏み込み信号と、加速度検出センサ５２の走行加速度、エンジン５のエンジン回転センサ６６のエンジン回転数等で、走行系ＥＣＵ５０からの制御出力は、ＨＳＴ前進比例圧力ｓｏｌ６２への前進出力信号と、ＨＳＴ後進比例圧力ｓｏｌ６３への後進出力信号等である。

走行速度や変速位置やエンジン水温その他のデータがステアリングハンドル７の前に設けるメータパネル１６と操作パネル６５に表示される。
図５は、ＨＳＴ２１のトラニオン軸を回転する油圧シリンダーを制御するＨＳＴ前進比例圧力ｓｏｌ６２とＨＳＴ後進比例圧力ｓｏｌ６３に付与する駆動電流値とＨＳＴ出力軸センサ２５が検出するＨＳＴ出力軸回転数の関係を測定した駆動電流値とＨＳＴ出力軸回転数の測定データで、設計では実線で示す設計変化線Ａを変動する想定であるが、ＨＳＴ２１や機体毎の特性によって実際の測定データは変速幅Ｂと最大回転数幅Ｃの変動が有る。この機体毎に異なる駆動電流値とＨＳＴ出力軸回転数の測定データを制御データとして走行系ＥＣＵ５０に記憶するのである。

調整モードは、トラクター１の組み立てが終って最終調整時に、副変速レバー１５を中立にしてＨＳＴ２１以降の駆動を断って走行負荷の加わらない状態で行われる。
まず、前進側の測定で、増速時のデータとして、駆動電流をＨＳＴ２１が回転しない程度のゼロ付近から最大回転数Ｊを得るに充分な最大駆動電流値Ｄまで変化させてＨＳＴ２１の出力軸回転数を測定して回転開始の駆動開始電流値Ｆと最大駆動電流Ｄの９０％の最大付近駆動電流値Ｅでの増速最大付近回転数Ｈを制御データとして走行系ＥＣＵ５０に記憶する。

また、減速時のデータとして、駆動電流を最大駆動電流値Ｄからゼロ付近まで変化させて減速最大付近回転数Ｉと駆動停止電流値Ｇを制御データとして走行系ＥＣＵ５０に記憶する。この駆動停止電流値Ｇは、実際にトラクター１を走行させて計測することで、正確な値を検出出来る。

後進側も前記と同様にして、減速側の制御データが走行系ＥＣＵ５０に記憶される。
なお、駆動電流を付与してＨＳＴ２１の回転が出るには僅かのタイムラグがあるために、前記駆動電流の付与から所定時間経過後の回転数を制御データとする。

アクセルペダル１８の踏込み深さによるＨＳＴ２１の回転数は、前記増速側の駆動開始電流値Ｆと増速最大付近回転数Ｈ及び減速側の減速最大付近回転数Ｉと駆動停止電流値Ｇを用いて演算した制御変化率から算出する駆動電流値をＨＳＴ前進比例圧力ｓｏｌ６２とＨＳＴ後進比例圧力ｓｏｌ６３に付与することで行う。

図７に示す如く、アクセルペダル１８の踏込み開始範囲に出力を禁止する中立ゾーンを設け、この中立ゾーン終端の増速開始位置で前記の駆動開始電流値Ｆを出力するように走行系ＥＣＵ５０で制御する。アクセルペダル１８を増速開始位置から踏み込むと駆動電流をＨＳＴ２１の回転ゼロから増速最大付近回転数Ｈまで直線的に変化（比例変化）するように駆動電流値を急激に増加させる。また、アクセルペダル１８の最大踏込み位置には最大出力ゾーンを設けて、最大駆動電流値で最大回転数Ｊを出力するようにする。

最大回転数Ｊは、エンジン回転数規制で決まるが、油温センサ６０が所定温度以上を検出した場合には、最大駆動電流値Ｄを最高速設定ダイヤル５４で設定した電流値の範囲と最大付近駆動電流値Ｅの低い方の規制駆動電流値まで低くすることでさらなるオイル温度の上昇を抑える。駆動電流の復帰は所定温度よりも低くしてハンチンの発生を防ぐ。

規制駆動電流値は、前記制御変化率から算出する駆動電流値によって決定する。
アクセルペダル１８の踏込みを止めてＨＳＴ２１の駆動を中止した場合には、駆動していた前進或いは後進の駆動電流を停止して所定時間経過後に、逆方向の駆動開始電流値Ｆよりやや大きな駆動電流を短時間（数１０ｍｓｅｃ）付与して、トラニオン軸が正規位置に戻るのを待って中立位置に戻すようにする。

アクセルペダル１８の所定高速位置或いは所定高速位置以上への踏込みでは、踏込み速度の変化率を算出し、該変化率に応じて、エンジン負荷に無理がかからない一定変化率まで、ペダル位置対応速度までの速度の増速率を変化させる。また、アクセルペダル１８の所定高速位置以上への踏込みでは、所定の速度増速率が一定時間経過すると速度増速率を低下させ、目標速度となると速度増速率を解除する。

そして、前記で検出した最大付近駆動電流値Ｅと駆動開始電流値Ｆと駆動停止電流値Ｇの制御データを使用してアクセルペダル１８の踏込み位置で設定走行速度が出るように、走行系ＥＣＵ５０からＨＳＴ前進比例圧力ｓｏｌ６２とＨＳＴ後進比例圧力ｓｏｌ６３に駆動電流が出力されて、ＨＳＴ２１のトラニオン軸の回動を制御する。

アクセルペダル１８を最も踏み込んだ場合には、制御データに基づく駆動電流値ではなく、所定の大駆動電流値をＨＳＴ前進比例圧力ｓｏｌ６２とＨＳＴ後進比例圧力ｓｏｌ６３に出力することで、機体毎に最高速が異ならないようにする。

また、駆動電流値（率）を増加しても走行速度増加量（率）が所定より低い場合は、走行負荷が大きいので、駆動電流値の増加を中断してエンストになるのを防ぐ。さらに、エンジン回転数低下が所定率より大きい場合には、駆動電流を減少させてエンストになるのを防ぎ、エンジン回転数がアイドリング回転数近くであれば駆動電流を断ってＨＳＴ２１をニュートラルにする。そして、その後エンジン回転数が設定回転数まで復帰する時には、所定の駆動電流まで所定の変化率でゆっくりと復帰させる。

なお、駆動電流値とＨＳＴ出力軸回転数の測定データを用いた制御の他に、レスポンス設定ダイヤル５５で増減速加速度を設定し、加速度検出センサ５２が検出する機体の加速度が設定加速度になるように制御することも可能である。この加速度を用いた制御は、低速状態では加速度検出に時間がかかりすぎるために行わず、直前の加減速率で制御する。

また、この加速度を用いた制御は、低速で加速度の変化が検出し難いので、別に設定する変化率ラインの駆動電流変化率で加減速を制御する。
なお、レスポンス設定ダイヤル５５は、加速度制御を行うことなく、ダイヤル位置に応じた所定の駆動電流変化率で加減速を制御するようにして、減速開始時には、電流変化ご一定時間経過後の速度変化を加速度検出センサ５２で検出した加速度で駆動電流を補正する。前後進切換直後の逆方向への切換（前進→後進或いは後進→前進）時の補正は、減速側での補正増減量と同等比率の増減量補正を所定の駆動電流変化率に対して行う。

また、エンジン５の回転速度は、エンジン回転センサ６６が検出する回転数が所定回転数以上にならないように規制するが、前記最高速設定ダイヤル５４での規制回転数を用いてそれより僅かに高い回転数に設定する。

Ｅ最大付近駆動電流値
Ｆ駆動開始電流値
１８変速操作具（アクセルペダル）
２１ＨＳＴ
５８変速位置センサ（アクセルペダルセンサ）
５０制御装置（走行系ＥＣＵ）

Claims

変速操作具（１８）の動きを変速位置センサ（５８）で検出し、該変速位置センサ（５８）の検出値に基づいてエンジン回転数を調整すると共にＨＳＴ（２１）のトラニオン軸を回動して設定走行速度となるようにする作業車両の変速制御装置において、機体毎の調整モードで駆動電流値とＨＳＴ（２１）の出力回転数の関係を調べて最大出力から所定割合で低下した最大出力付近検出値として検出した最大付近駆動電流値（Ｅ）と回転数の関係と出力開始時の駆動開始電流値（Ｆ）を制御データとして制御装置（５０）に記憶し、その制御データを用いて、変速操作具（１８）で設定する走行速度に対応するＨＳＴ（２１）の出力軸回転数となるようにトラニオン軸を回動する電磁バルブ（６２），（６３）の駆動電流値を制御する構成とし、調整モードでの最大出力付近検出値の最大付近駆動電流値（Ｅ）と回転数と出力開始時の駆動開始電流値Ｆの検出は、前進側と後進側で別々に行うことを特徴とする作業車両の変速制御装置。
変速操作具（１８）の動きを変速位置センサ（５８）で検出し、該変速位置センサ（５８）の検出値に基づいてエンジン回転数を調整すると共にＨＳＴ（２１）のトラニオン軸を回動して設定走行速度となるようにする作業車両の変速制御装置において、機体毎の調整モードで駆動電流値とＨＳＴ（２１）の出力回転数の関係を調べて最大出力から所定割合で低下した最大出力付近検出値として検出した最大付近駆動電流値（Ｅ）と回転数の関係と出力開始時の駆動開始電流値（Ｆ）を制御データとして制御装置（５０）に記憶し、その制御データを用いて、変速操作具（１８）で設定する走行速度に対応するＨＳＴ（２１）の出力軸回転数となるようにトラニオン軸を回動する電磁バルブ（６２），（６３）の駆動電流値を制御する構成とし、出力開始時の駆動電流値の検出は、車両が停止した状態から徐々に電流値を上昇させて車両が移動を開始した時の駆動電流値を駆動開始電流値（Ｆ）として記憶することを特徴とする作業車両の変速制御装置。