CN107428366A - 作业车辆的操舵控制装置 - Google Patents

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Abstract

作业车辆的操舵控制装置(20)具备：电动马达装置(34)，其对转向柱(33)产生助力扭矩；和变流器(43)。操舵控制装置(20)具备：负荷扭矩传感器(39)，其安装于电动马达装置(34)与操舵机构部(21)的负荷部分之间，对操舵系统的负荷扭矩进行检测；操舵负荷扭矩算出单元(41)，其基于负荷扭矩传感器(39)的输出值算出操舵负荷扭矩；和助力扭矩算出单元(42)，其将从操舵负荷扭矩算出单元(41)输出的操舵负荷扭矩和从外部输入的目标操舵扭矩相加而算出向电动马达装置(34)指示的助力扭矩，并向所述变流器(43)发出指令。

Description

作业车辆的操舵控制装置
技术领域
本发明涉及例如自卸卡车所代表的作业车辆的操舵控制装置。
背景技术
一般而言，包括作业车辆在内的汽车搭载有在转向柱(steering column)或转向齿条(rack)上具备电动马达的电动动力转向装置(专利文献1)。所述电动马达辅助车辆的方向盘操作(操舵)所需要的力，减轻驾驶员的疲劳。这种现有技术的动力转向装置具备根据驾驶员的方向盘操作而使转向轮的朝向改变的手动的操舵装置。在该操舵装置中设置有：扭矩传感器，其在方向盘与操舵机构的负荷部分之间配置于转向柱的中途，对基于驾驶员的操舵扭矩进行检测；和电动马达，其产生用于对使所述转向轮的朝向改变的操舵扭矩进行助力的助力扭矩。
在此，只要方向盘未被驾驶员操作，电动马达就不会旋转，不会输出由电动马达产生的助力扭矩。另外，对于电动马达，以基于扭矩传感器的检测扭矩越大则越能够增大助力扭矩的方式对马达旋转进行控制。即，施加于操舵系统的负荷扭矩由于路面的滑动难易度等路面状态而变动。因此，在以往的电动动力转向装置中，驾驶员必须施加于方向盘的操舵扭矩变化。因而，若负荷扭矩变大，则操舵扭矩(驾驶员的作为操舵反作用力的操舵感觉)也变大。
如此，在进行一般的道路行驶的汽车等车辆中，也有时将前述的由于路面状态而操舵扭矩发生变化的特性用作知晓路面状态的一个手段。即，设为如下结构：对驾驶员来说，能够根据方向盘的操作感(作为操舵反作用力的操舵感觉)知晓路面的状态，在车辆行驶过程中，能以有感觉的操作感进行驾驶、操舵。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭50-33584号公报
专利文献2：日本特开平8-76846号公报
发明内容
不过，对于在矿山等大规模的开采场、采石场等开采出来的碎石物或沙土进行搬运的自卸卡车所代表的作业车辆，由驾驶员进行的操舵操作频繁且长时间地进行。因此，存在尽量缩小驾驶员的方向盘操作所需要的操舵扭矩(即，作为操舵反作用力的操舵感觉)这样的要求。即，即使作业现场是不平整的道路等，自卸卡车等作业车辆也仅仅是以比较慢的速度在路面状态预先确定的道路上反复行驶。因此，期望的是，操舵扭矩受到由路面状态的变化造成的影响较少，宁可能够使操舵扭矩始终较轻。
另外，对于这样的作业车辆，也如在专利文献2所记载那样，公知有具有如下模式的车辆：基于由来自外部的远程操作实现的各种指令而自律地行驶的自律模式；和通过所搭乘的驾驶员的手动操作(操舵)来行驶的手动模式。设为利用模式选择信号选择自律/手动模式中的某一模式而进行行驶动作的结构。
本发明的目的在于提供一种操舵控制装置，在例如自卸卡车所代表的大型的作业车辆中，该操舵控制装置对来自外部的远程操作或由驾驶员进行的操舵操作产生恰当的辅助操舵力而使得能够以较轻的操舵力进行操作。
为了解决上述的问题，本发明的操舵控制装置具备：电动马达装置，其对作业车辆的操舵机构的转向柱产生助力扭矩；和变流器，其基于所述助力扭矩的指令值供给用于驱动所述电动马达装置的电流，该操舵控制装置的特征在于，具备：负荷扭矩传感器，其安装于所述电动马达装置与所述操舵机构的负荷部分之间，对施加于操舵系统的负荷扭矩进行检测；操舵负荷扭矩算出单元，其基于所述负荷扭矩传感器的输出值算出操舵负荷扭矩；和助力扭矩算出单元，其将从所述操舵负荷扭矩算出单元输出的操舵负荷扭矩和从外部输入的目标操舵扭矩相加而算出向所述电动马达装置指示的所述助力扭矩，并向所述变流器发出指令。
根据本发明，在作业车辆、特别是自卸卡车等车辆中，利用负荷扭矩传感器对通过由驾驶员进行的操舵操作而产生的操舵负荷扭矩进行检测，基于检测到的扭矩的输出值算出助力扭矩而驱动电动马达装置。由此，能够产生恰当的辅助操舵力(助力扭矩)而始终以较轻的操舵力进行操作。因此，能够谋求驾驶员的疲劳减轻。另外，在设为附加由驾驶员进行的操舵操作的代替功能而能够通过自律模式进行自动操舵的作业车辆的情况下，基于来自外部控制装置的操舵扭矩指令值和所述操舵负荷扭矩算出助力扭矩而驱动电动马达装置。由此，能够以将操舵负荷扭矩抵消的方式产生该辅助操舵力，能够以顺利地追随操舵扭矩指令值的方式实现能够进行自动操舵操作的操舵控制装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的作为作业车辆的自卸卡车的主视图。
图2是表示第1实施方式的自卸卡车的操舵系统和行驶驱动系统的整体结构图。
图3是表示图2中的自律模式控制器与行驶驱动部、操舵控制器之间的关系的控制框图。
图4是表示图2中的操舵系统中的操舵控制装置的结构图。
图5是表示图2中的操舵控制器的控制框图。
图6是表示图5中的操舵负荷扭矩算出部的控制框图。
图7是表示由操舵负荷扭矩算出部进行的处理顺序的流程图。
图8是表示自卸卡车在作业现场进行右转操舵而行驶的状态的示意图。
图9是表示相对于图8中的操舵位置(时间)的目标操舵扭矩、负荷扭矩和旋转开始扭矩的关系的特性线图。
图10是表示相对于图8中的操舵位置(时间)的扭矩切换部的动作特性的特性线图。
图11是表示第2实施方式的操舵控制装置的结构图。
具体实施方式
以下，列举将本发明的实施方式的作业车辆的操舵控制装置适用于自卸卡车的情况为例，参照附图来详细地进行说明。
图1～图10表示本发明的第1实施方式的作业车辆的操舵控制装置。
在图1中，自卸卡车1是对在矿山等大规模的开采场、采石场等中开采出来的碎石物或沙土进行搬运的大型的作业车辆。自卸卡车1具备车身2、装载容器(vessel)3、驾驶室5、前轮6L、6R、后轮7L、7R等。车身2构成自卸卡车1的框架构造体。在车身2的上侧搭载有利用翻斗缸4能够以后部侧为支点倾转(起伏)的作为货斗的装载容器3。
在车身2的前部，在处于装载容器3的檐部3A下侧的位置设置有台面部2A。在该台面部2A搭载有驾驶室5和马达控制装置9等。驾驶室5位于装载容器3的前侧且设置于车身2(台面部2A)的上侧。在驾驶室5内设置有随后论述的加速踏板10、制动踏板11、操舵盘32等。在车身2内设置有位于例如驾驶室5的下侧且作为原动机的发动机(未图示)。该发动机由例如大型的柴油发动机构成。
左、右的前轮6L、6R构成通过随后论述的操舵缸27L、27R而操舵角可变地被控制的转向轮。左、右的前轮6L、6R在自卸卡车1的驾驶员对随后论述的操舵盘32进行了操作时，通过操舵缸27L、27R的伸长动作和缩小动作而被操舵操作。左、右的后轮7L、7R由左、右的行驶用马达8L、8R独立地旋转驱动，构成自卸卡车1的驱动轮。左、右的行驶用马达8L、8R由大型的电动马达构成，通过从车载的主发电机(未图示)经由随后论述的马达控制装置9进行供电，从而被旋转驱动。
接着，参照图2和图3对搭载于自卸卡车1的行驶驱动用的电动系统进行说明。
如图3所示，在加速踏板10上设置有对其操作量进行检测的加速操作传感器10A。该加速操作传感器10A由例如角度传感器、电位计等构成，输出与加速踏板10的操作量(踩踏量)相应的加速指令。
制动踏板11构成对车辆的制动进行操作的制动操作装置。在制动踏板11上设置有对操作量进行检测的制动操作传感器11A。该制动操作传感器11A由例如角度传感器、电位计等构成，输出与制动踏板11的操作量(踩踏量)相应的制动指令。
如图2所示，加速操作传感器10A和制动操作传感器11A的输出侧均与行驶驱动部12连接。行驶驱动部12由例如微型计算机等构成。行驶驱动部12是基于加速踏板10的加速指令和制动踏板11的制动指令对车辆(自卸卡车1)的行驶驱动进行控制的控制装置。该行驶驱动部12的输出侧与马达控制装置9等连接，将与自卸卡车1的行驶状态等相应的控制信号向马达控制装置9输出。马达控制装置9按照该控制信号对变流器的开关元件(均未图示)进行切换控制。
在行驶驱动部12的输入侧连接有加速操作传感器10A和制动操作传感器11A。加速指令从加速操作传感器10A向行驶驱动部12的输入侧输入，并且，制动指令从制动操作传感器11A向行驶驱动部12的输入侧输入。另外，自律模式控制器14经由外部输入端子等与行驶驱动部12连接。向行驶驱动部12输入来自自律模式控制器14的加速指令，并且输入来自自律模式控制器14的制动指令。而且，在行驶驱动部12连接有对手动模式和自律模式中的任一者进行选择的模式选择开关13。
在通过模式选择开关13选择了手动模式时，行驶驱动部12算出基于来自加速操作传感器10A的信号(指令)的加速指令，并算出基于来自制动操作传感器11A的信号(指令)的制动指令。行驶驱动部12基于这些加速指令和制动指令对马达控制装置9进行控制。
另一方面，在通过模式选择开关13选择了自律模式时，行驶驱动部12算出基于来自自律模式控制器14的信号(指令)的加速指令和制动指令。行驶驱动部12基于这些加速指令和制动指令对马达控制装置9进行控制。
接着，参照图2和图3对用于使自卸卡车1自律行驶的自律模式控制器14进行说明。
如图3所示，自律模式控制器14构成为包括管制通信部15、自身位置算出部16、行动判断部17、行驶控制部18。管制通信部15在其与随后论述的外部的管理局19之间相互地进行双向的通信。管制通信部15从管理局19接收包括例如其他自卸卡车的行驶状态、车辆位置那样的他车信息在内的各种运行指令VI0。管制通信部15将该运行指令VI0向行动判断部17输出。
另外，模式信号M从行驶驱动部12向管制通信部15输入，并且，自卸卡车1的行驶状态、车辆位置P0那样的本车信息VI1从行动判断部17向管制通信部15输入。管制通信部15利用模式信号M对手动模式和自律模式中的被选择的模式进行判别，并且，将被选择的模式和本车信息VI1朝向管理局19发送。由此，管理局19能够掌握自卸卡车1是以手动模式和自律模式中的哪个模式动作。此外，管理局19能够掌握自卸卡车1成为了行驶和停止中的哪一状态。因此，管理局19能够输出与这些相应的运行指令VI0。
自身位置算出部16构成算出自身的车辆位置P0的车辆位置算出部。自身位置算出部16与例如GPS天线(未图示)连接，基于从GPS卫星发送的信号算出车辆位置P0。
行动判断部17对自律模式下的自卸卡车1的行驶动作进行判断。具体而言，行动判断部17基于由自身位置算出部16算出的车辆位置P0和管制通信部15接收到的运行指令VI0，决定自律模式中的自卸卡车1的动作。行动判断部17将与如此决定的动作相应的包括目标车速在内的动作指令C向行驶控制部18输出。另外，行动判断部17将基于与动作指令C相应的自卸卡车1的行驶状态和车辆位置P0的本车信息VI1向管制通信部15输出。
行驶控制部18基于由自身位置算出部16算出的车辆位置P0和规定的行驶轨迹算出加速指令、制动指令和操舵扭矩指令(即，目标扭矩Ta)。该行驶控制部18基于来自行动判断部17的动作指令C和由自身位置算出部16算出的车辆位置P0，对自卸卡车1的操舵控制器40(电动马达装置34)、所述发动机、马达控制装置9进行控制，执行行动判断部17所决定的动作。如图3所示，行驶控制部18基于动作指令C和车辆位置P0对操舵用的目标扭矩Ta、加速指令和制动指令进行运算并输出。
作为操舵扭矩指令值，目标扭矩Ta通过使目标操舵角(角度)乘以预先决定的增益而求出。具体而言，行驶控制部18基于动作指令C和车辆位置P0，以使自卸卡车1在自律模式下按照预先设定的行驶轨迹进行行驶动作的方式算出车辆的操舵方向和目标操舵角。行驶控制部18将与算出的操舵方向和目标操舵角相应的操舵用的目标扭矩Ta向操舵控制器40输出。
由此，操舵控制器40按照基于此时的操舵用的目标扭矩Ta和随后论述的操舵负荷扭矩Tc的、助力扭矩，对电动马达35的旋转进行控制。电动马达35的旋转经由操舵机构部21的转向柱33向随后论述的转向阀31传递。由此，转向阀31被驱动，进行前轮6L、6R的基于自律模式的操舵。
图3所示的外部的管理局19与自律模式控制器14一起构成针对多台自卸卡车1进行作业现场中的运行管理的外部控制装置。管理局19经由管制通信部15接收自卸卡车1的本车信息VI1和模式信号M等。由此，管理局19掌握自卸卡车1是以手动模式和自律模式中的哪一模式动作。而且，管理局19掌握自卸卡车1成为了行驶和停止中的哪一状态，并将与这些相应的运行指令VI0朝向管制通信部15输出。管理局19在与自律模式控制器14的管制通信部15之间进行双向的通信，将针对自卸卡车1的各种运行指令VI0以无线通信等方式发送。
接着，参照图2至图6对搭载于自卸卡车1的作为操舵系统的操舵控制装置20的结构进行说明。在此，操舵控制装置20(操舵系统)构成为包括机械式的操舵机构部21和经由随后论述的电动马达35进行电气式的操舵控制的操舵控制器40。操舵控制装置20的操舵机构(即，操舵机构部21)的随后论述的操舵用连杆机构22和转向阀31等成为负荷部分。
操舵控制装置20的操舵机构部21由动力转向机构构成，该动力转向机构根据驾驶员对操舵盘32的操作而利用例如电动马达35的驱动力和液压力来改变转向轮(即，前轮6L、6R)的朝向。在此，操舵机构部21具备：操舵用连杆机构22；对随后论述的操舵缸27L、27R进行液压驱动的液压回路(即，液压泵29、工作油箱30和转向阀31)；和操舵盘32、转向柱33、电动马达装置34以及负荷扭矩传感器39等。
操舵用连杆机构22构成为包括：连杆部件23，其在左、右的前轮6L、6R之间与车身2连结；左、右一对的主轴(spindle)23L、23R，其安装于该连杆部件23的左、右两端，将前轮6L、6R以能够旋转的方式支承；和随后论述的操舵缸27L、27R等。在一对主轴23L、23R中的、左侧的主轴23L上一体地设置有沿上、下方向延伸的转向销(king pin)24。该主轴23L和前轮6L以转向销24为中心能够在水平方向(即，前、后方向)上转动地被支承。在主轴23L上一体地设置有朝向后方延伸的转向节臂(knuckle arm)25L。
右侧的主轴23R与左侧的主轴23L形成为左、右对称的形状。因此，右侧的主轴23R也与左侧的主轴23L同样地一体地设置有沿上、下方向延伸的转向销24。该主轴23R和前轮6R以转向销24为中心而能够在水平方向(前、后方向)上转动地被支承。在主轴23R上一体地设置有朝向后方延伸的转向节臂25R。转向节臂25L、25R的前端部由沿左、右方向延伸的棒状的转向横拉杆(tie rod)26连结。连杆部件23、转向节臂25L、25R和转向横拉杆26构成大致四边形的连杆机构。利用该连杆机构，主轴23L、23R以前轮6L、6R向左、右方向中的彼此相同的方向倾斜而被操舵的方式转动位移。
操舵缸27L、27R由液压缸构成，通过被供给或排出来自随后论述的液压泵29的压力油而伸长或缩小。左侧的操舵缸27L的基端部能够转动地安装于连杆部件23的缸用托架(未图示)，前端部能够转动地连结于转向节臂25L的长度方向的中途位置。同样地，右侧的操舵缸27R的基端部能够转动地安装于连杆部件23的缸用托架(未图示)，前端部能够转动地连结于转向节臂25R的长度方向的中途位置。
操舵缸27L、27R分别具有杆侧油室和缸底侧油室(均未图示)。一方的操舵缸27L的杆侧油室经由液压管路28A与另一方的操舵缸27R的缸底侧油室连接，一方的操舵缸27L的缸底侧油室经由液压管路28B与另一方的操舵缸27R的杆侧油室连接。因此，操舵缸27L、27R通过经由转向阀31对来自液压源(液压泵29和工作油箱30)的压力油进行给排，在一方的缸进行伸长动作时，另一方的缸进行缩小动作。由此，左、右的前轮6L、6R按照操舵缸27L、27R的伸缩而被向任意的方向操舵操作，进行车辆的操舵。
液压泵29由所述发动机进行旋转驱动，将从工作油箱30吸入的工作油作为高压的压力油朝向转向阀31喷出。工作油箱30如图1所示那样安装于车身2的侧面。如图2和图4所示，转向阀31在一方与作为液压源的液压泵29、工作油箱30连接。转向阀31的输出侧经由一对液压管路28A、28B与操舵缸27L、27R的所述各油室连接。
转向阀31根据操舵盘32的操作对压力油相对于操舵缸27L、27R的供给和排出进行切换控制。该转向阀31使用例如旋转阀(rotary valve)或滑阀等而构成。转向阀31经由转向柱33等与操舵盘32连结。在转向柱33的中途设置有电动马达装置34和负荷扭矩传感器39。电动马达装置34位于操舵盘32与负荷扭矩传感器39之间并以能够对转向柱33赋予旋转力的方式配设。
作为方向盘的操舵盘32设置于驾驶室5内，由驾驶员进行操舵操作。通过由驾驶员握持该操舵盘32并使转向柱33向左、右转动，而进行车辆的转向操作。操舵盘32构成在手动模式时对车辆的行进方向进行操作的操舵操作装置。此外，操舵操作装置并不限于由驾驶员进行旋转操作的操舵盘32，也可以由例如被向操舵方向倾转操作的杆等构成。另外，在自卸卡车1以自律模式运转时，电动马达装置34构成操舵操作装置。
在自卸卡车1以手动模式运转时，转向阀31根据操舵盘32和电动马达装置34(从动齿轮37)的转动方向而对压力油的供给和排出进行切换。另外，转向阀31根据操舵盘32(即，从动齿轮37)的旋转角对从液压泵29向操舵缸27L、27R流动的压力油的流量进行控制。另一方面，在自卸卡车1以自律模式运转时，利用来自电动马达装置34(即，从动齿轮37)的旋转力，转向阀31被操作。转向阀31根据电动马达装置34(从动齿轮37)的转动方向对压力油的供给和排出进行切换，并且根据从动齿轮37的旋转角对压力油的流量进行控制。
如图4所示，电动马达装置34由以下部件构成：电动马达35；驱动齿轮36，其设置于该电动马达35的输出轴35A；和从动齿轮37，其固定地设置于所述转向柱33的中途，并与驱动齿轮36啮合。驱动齿轮36和从动齿轮37构成对电动马达35的旋转进行减速而向转向柱33传递的减速机构。如图4中以虚线所示，电动马达装置34具有将电动马达35、驱动齿轮36和从动齿轮37收纳的筒状的壳体38。在该壳体38内，电动马达35的输出轴35A以与转向柱33平行地延伸的方式配设。
因此，也能够将电动马达35和驱动齿轮36从壳体38内取出，能够容易地进行向例如不使用自律模式的手动模式专用的操舵控制装置(操舵系统)的机种变更、重组作业。另外，在通过模式选择开关13的操作选择性地使用手动模式和自律模式的机种的情况下，如图4所示那样构成电动马达装置34即可。
在此，驱动齿轮36和从动齿轮37使用正齿轮而构成。因此，电动马达35的输出轴35A以与转向柱33平行地延伸的方式配设。不过，驱动齿轮和从动齿轮能够使用伞齿轮等来构成。在该情况下，也能够将电动马达35的输出轴35A相对于转向柱33斜着倾斜地配设。另外，也可以采用例如使用了带轮和带、链条等的减速机构来替代驱动齿轮36和从动齿轮37。而且，也能够将电动马达的转子与转向柱同轴地配设而构成电动马达装置。
负荷扭矩传感器39在转向阀31(负荷部分)与电动马达装置34之间配设于转向柱33的中途位置。负荷扭矩传感器39将在两者之间产生于转向柱33的扭转力矩(扭矩)检测为操舵负荷扭矩传感器输出值Tb，并将其向操舵控制器40输出。在此，操舵负荷扭矩是例如由于因对左、右的前轮6L、6R进行操舵(转向转动)而在与路面之间产生的摩擦扭矩、通过行驶中的操舵操作而前轮6L、6R所受到的自动回正扭矩(self-alignment torque)等施加于操舵系统的负荷扭矩等而施加于转向柱33的扭矩。这样的操舵负荷扭矩沿着与向前轮6L、6R(路面)侧的传递路径相反的路径而对驾驶员作为操舵时的负荷传递。因而，在这些施加于操舵系统的负荷扭矩大的状况下，需要大的操舵扭矩，这对驾驶员也成为较大的负担。
在第1实施方式中采用的操舵控制装置20在例如手动模式时也利用电动马达35的助力扭矩对驾驶员施加于操舵盘32的操舵扭矩的一部分或全部进行辅助或驱动。由此，能够对驾驶员进行方向盘操作所需要的力进行动力辅助而减小且降低驾驶员的负担、疲劳。另外，以如下方式构成操舵控制装置20：在自律模式时，无需由驾驶员进行的方向盘操作，能够进行基于电动马达装置34实现的自动操舵。
操舵控制装置20的操舵机构部21构成为除了基于电动马达35的机械式的操舵系统之外、还具备基于液压的操舵系统。这样的操舵机构部31除了利用操舵盘32以电动马达装置34的驱动力使转向柱33转动而机械地对转向车轮进行转向之外，还经由转向阀31等的液压对转向车轮进行转向。操舵机构部21具有以下优点：通过借助液压而能够产生较大的操舵力，无需机械式的连杆结合从而搭载位置变得自由。由此，操舵控制装置20的操舵机构部21是并不限于矿山用自卸卡车(刚性自卸卡车、铰接式自卸卡车)、还能够在例如轮式装载机、叉车、农业用机械等大型的作业车辆中广泛应用的构造。
接着，对进行操舵控制装置20的电气控制的操舵控制器40进行说明。
如图2所示，操舵控制器40配设于自律模式控制器14与电动马达装置34之间。操舵控制器40作为对电动马达35的旋转进行控制的操舵控制机构，由例如微型计算机等构成。操舵控制器40的输入侧与行驶驱动部12、自律模式控制器14、负荷扭矩传感器39和随后论述的操舵角传感器48等连接，输出侧与电动马达35连接。
操舵控制器40通过外部输入端子等与自律模式控制器14连接，从自律模式控制器14输入用于进行自律操舵的目标扭矩Ta(操舵扭矩指令值)。此外，在操舵控制器40上连接有行驶驱动部12，与手动模式和自律模式中的被选择的模式相对应的模式信号M从行驶驱动部12输入至操舵控制器40。在输入了选择手动模式的模式信号M时，操舵控制器40将来自自律模式控制器14的操舵用的目标扭矩Ta设为无效(即，使目标扭矩Ta为零)进行处理。
另一方面，在输入了选择自律模式的模式信号M时，操舵控制器40件将从自律模式控制器14向操舵控制器40输出的目标扭矩Ta设为有效，并基于该目标扭矩Ta如随后论述那样算出助力扭矩。作为操舵扭矩指令值的目标扭矩Ta通过对前述的目标操舵角(角度)乘以预先决定的增益而求出。并且，操舵控制器40基于来自自律模式控制器14的操舵用的目标扭矩Ta和基于负荷扭矩传感器39得到的负荷扭矩传感器输出值Tb，利用随后论述的助力扭矩算出部42算出助力扭矩，将为了产生该助力扭矩而所需的驱动电流从变流器43向电动马达35输出。
在此，如图5所示，操舵控制器40由作为操舵负荷扭矩算出单元的操舵负荷扭矩算出部41、作为助力扭矩算出单元的助力扭矩算出部42、以及变流器43构成。变流器43以通过电动马达装置34产生由助力扭矩算出部42算出的助力扭矩的方式向电动马达35供给(输出)驱动电流。
操舵负荷扭矩算出部41基于负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器输出值Tb)算出操舵负荷扭矩Tc。如图5所示，助力扭矩算出部42将从操舵负荷扭矩算出部41输出的操舵负荷扭矩Tc和从外部(例如自律模式控制器14)输入的目标扭矩Ta(操舵扭矩指令值)相加而算出向电动马达装置34的电动马达35指示的助力扭矩，并将该助力扭矩作为对变流器43的指令信号而输出。
在本实施方式中，例如，如图6所示，操舵负荷扭矩算出部41构成为包括模式切换部44、作为旋转方向判定单元的旋转方向判定部45、作为旋转开始扭矩算出单元的旋转开始扭矩算出部46以及作为扭矩切换单元的扭矩切换部47。
在此，旋转开始扭矩是由操舵系统的机构、所述转向阀31的静摩擦产生的负荷扭矩。静摩擦力比动摩擦力大，因此，在转向柱33开始旋转的瞬间，需要比旋转过程中的扭矩大的扭矩。如此在转向柱33开始旋转的瞬间，在旋转开始扭矩算出部46中产生的扭矩是旋转开始扭矩。作为旋转开始扭矩，能够使用预先计量而决定的值、或参照使用车辆的状态量等进行映射化而得到的表格来决定所需要的扭矩值。
操舵负荷扭矩算出部41的模式切换部44具有例如手动模式触点44A、自律模式触点44B以及可动触点44C，在手动模式时，可动触点44C与手动模式触点44A连接。另一方面，在自律模式时，可动触点44C从手动模式触点44A断开，而与自律模式触点44B连接。在自卸卡车1以手动模式运转时，操舵用的目标扭矩Ta不从自律模式控制器14向操舵控制器40(操舵负荷扭矩算出部41)输入，该情况下的目标扭矩Ta设为零来处理。
因此，手动模式时的操舵负荷扭矩算出部41利用旋转方向判定部45检测负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器输出值Tb)从零的状态向左、右哪一操舵(旋转)方向增大。与旋转方向判定部45的下级(输出侧)连接的旋转开始扭矩算出部46基于由旋转方向判定部45检测到的旋转的开始及其旋转方向，以对转向柱33向所述旋转方向进行助力的朝向输出预先设定了大小的旋转开始扭矩。
与旋转开始扭矩算出部46的下级连接的扭矩切换部47具有例如传感器侧触点47A、旋转开始侧触点47B以及可动触点47C。平时，可动触点47C与传感器侧触点47A连接。另一方面，若从旋转开始扭矩算出部46输出了旋转开始扭矩，则可动触点47C从传感器侧触点47A切换到旋转开始侧触点47B，在规定的短时间内，可动触点47C与旋转开始侧触点47B连接。因此，扭矩切换部47在从旋转开始扭矩算出部46输出旋转开始扭矩的短时间(参照图10中的切换信号55、56)内，替代来自负荷扭矩传感器39的输出值而将所述旋转开始扭矩作为操舵负荷扭矩Tc输出。
如此，操舵负荷扭矩算出部41在手动模式时在利用负荷扭矩传感器39的输出值检测到旋转的开始时，将预先设定了大小的旋转开始扭矩以向所述旋转方向进行助力的朝向作为操舵负荷扭矩Tc输出。操舵负荷扭矩算出部41构成为在之后经过了规定的短时间时，将负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器输出值Tb)作为操舵负荷扭矩Tc输出。
另一方面，在自卸卡车1以自律模式运转时，模式切换部44的可动触点44C切换到与自律模式触点44B连接。因此，操舵负荷扭矩算出部41利用旋转方向判定部45检测从外部(例如自律模式控制器14)输入的操舵用的目标扭矩Ta从零的状态向左、右哪一操舵(旋转)方向增大。接着，旋转开始扭矩算出部46基于由旋转方向判定部45检测到的旋转的开始及其旋转方向，以对转向柱33向所述旋转方向进行助力的朝向输出预先设定了大小的旋转开始扭矩。该旋转开始扭矩在自律模式时和手动模式时都设定成相同大小的扭矩值。
接着，扭矩切换部47在从旋转开始扭矩算出部46输出了旋转开始扭矩时，与手动模式时同样地，将可动触点47C从传感器侧触点47A切换到旋转开始侧触点47B。由此，在规定的短时间内可动触点47C与旋转开始侧触点47B连接。因此，扭矩切换部47在从旋转开始扭矩算出部46输出旋转开始扭矩的短时间(参照图10中的切换信号55、56)内，替代来自负荷扭矩传感器39的输出值而将所述旋转开始扭矩作为操舵负荷扭矩Tc输出。
如此，操舵负荷扭矩算出部41如果在自律模式时利用从自律模式控制器14输入的操舵用的目标扭矩Ta检测到旋转的开始，则将预先设定了大小的旋转开始扭矩以向所述旋转方向进行助力的朝向作为操舵负荷扭矩Tc输出。之后，在经过了规定的短时间时，扭矩切换部47的可动触点47C从旋转开始侧触点47B切换到传感器侧触点47A。由此，操舵负荷扭矩算出部41构成为将负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器输出值Tb)作为操舵负荷扭矩Tc输出。
图3所示的操舵角传感器48是例如检测左、右的前轮6L、6R中的任一车轮的实操舵角的角度检测器。操舵角传感器48通过例如由霍尔元件和磁体构成的电磁拾取式旋转角检测器、或由发光体和受光体构成的光学式的旋转角检测器等而构成。在例如前轮6L、6R朝向车辆直行的方向时，即在前轮6L、6R成为与前、后方向平行的直行状态时，操舵角被检测为零。在前轮6L、6R向车辆左拐的方向倾斜时，例如操舵角被作为正(或负)的检测值输出。在前轮6L、6R向车辆右拐的方向倾斜时，例如操舵角被作为负(或正)的检测值输出。
如此，操舵角传感器48将与前轮6L、6R的操舵角相应的操舵角检测信号向操舵控制器40输出。在自律模式运转时，转向柱33的操舵角度(即，电动马达35的旋转角)由操舵控制器40基于所述操舵角检测信号进行反馈控制。此外，操舵角传感器48并不需要一定是检测转向轮(前轮6L、6R)的操舵角的检测器。也可以构成为，使用例如检测电动马达35的旋转的旋转变压器等旋转传感器，并利用操舵控制器40对电动马达35的旋转进行反馈控制。
第1实施方式的自卸卡车1具有上述那样的结构，接着，说明其动作。
自卸卡车1以通过驾驶员的手动操作而行驶的手动模式和通过来自管理局19的运行指令VI0而行驶的自律模式中任一个模式运转。
因此，首先，对手动模式下的自卸卡车1的行驶动作进行说明。
如图3～图5所示，在手动模式下，若驾驶员对操舵盘32进行旋转操作，则操舵控制器40基于与驾驶员的操舵相应的由负荷扭矩传感器39输出的负荷扭矩传感器输出值Tb，利用助力扭矩算出部42算出助力扭矩，并将为了使该助力扭矩产生而所需的驱动电流从变流器43向电动马达35输出。
由此，在减轻了驾驶员对方向盘操作的操舵扭矩的状态下，操舵机构部21的转向柱33利用来自电动马达装置34的旋转力(即，助力扭矩)而旋转。转向阀31利用与该旋转相应的液压力来驱动操舵缸27L、27R，前轮6R、6L的操舵角被调整。
接着，对自律模式下的自卸卡车1的行驶动作进行说明。
若对自卸卡车1的模式选择开关13进行了切换操作，则自卸卡车1从手动模式切换成自律模式。如图3所示，自律模式控制器14在自律模式时将操舵用的目标扭矩Ta向操舵控制器40输出，并且，将用于使车辆加速的加速指令和/或用于使车辆减速的制动指令向行驶驱动部12输出。
如图5所示，操舵控制器40基于来自自律模式控制器14的操舵用的目标扭矩Ta和由负荷扭矩传感器39输出的负荷扭矩传感器输出值Tb(以下称为负荷扭矩传感器值Tb)，利用助力扭矩算出部42算出助力扭矩，并将为了使该助力扭矩产生而所需的驱动电流从变流器43向电动马达35输出。由此，操舵机构部21的转向柱33利用来自电动马达装置34的旋转力(即，将目标扭矩Ta和负荷扭矩传感器值Tb合计而得到的助力扭矩)而旋转。转向阀31利用与该旋转相应的液压力来驱动操舵缸27L、27R，前轮6R、6L的操舵角被调整。由此，自卸卡车1基于来自自律模式控制器14的操舵用的目标扭矩Ta进行自律行驶。
不过，对于自卸卡车1所代表的大型的作业车辆，在开始作为重物的车辆的操舵操作时，受到比所谓动摩擦力大的静摩擦力的影响等。因此，在操舵操作的开始时，要求使车辆产生大的操舵力(旋转扭矩)。即，在使左、右的前轮6L、6R开始转向转动时，由于操舵系统中产生的摩擦阻力、转向阀31开始转动时的摩擦阻力等，要求在操舵开始时产生大的操舵力(旋转扭矩)。
因此，在第1实施方式中，例如，如图6所示，操舵控制器40的操舵负荷扭矩算出部41由模式切换部44、旋转方向判定部45、旋转开始扭矩算出部46以及扭矩切换部47构成。该操舵负荷扭矩算出部41按照图7所示的下述那样的处理顺序算出操舵负荷扭矩Tc。
首先，说明手动模式下的操舵处理。
即，若图7所示的处理动作开始，则在步骤1中对是否存在扭矩输入的增大进行判定。当在步骤1中判定为“是”时，在下一步骤2中对是否输入了目标扭矩进行判定。当在步骤2中判定为“否”时，是如下情况：操舵用的目标扭矩Ta不从自律模式控制器14向操舵控制器40(操舵负荷扭矩算出部41)输入，目标扭矩Ta设为零来处理。
如此，在步骤2中判定为“否”的情况下，自卸卡车1以手动模式运转，与负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器值Tb)从零的状态向左、右的某一操舵(旋转)方向增大的情况相对应。因此，在下一步骤3中，设为保持将模式切换部44的可动触点44C与手动模式触点44A(负荷扭矩传感器39侧)连接的状态，在下一步骤4中对操舵方向进行判定。
即，在步骤4中，利用旋转方向判定部45检测在手动模式时负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器值Tb)从零的状态向左、右的哪一操舵(旋转)方向增大。在下一步骤5中，基于由旋转方向判定部45检测到的旋转的开始及其旋转方向，由旋转开始扭矩算出部46算出预先设定了大小的旋转开始扭矩。
在下一步骤6中，将扭矩切换部47的可动触点47C从传感器侧触点47A切换到旋转开始侧触点47B，使所述旋转开始扭矩从旋转开始扭矩算出部46输出。在下一步骤7中，对转向柱33是否利用来自旋转开始扭矩算出部46的旋转开始扭矩开始了旋转进行判定。该判定处理通过是否将可动触点47C从传感器侧触点47A切换到旋转开始侧触点47B且经过了规定的短时间(参照图10中的切换信号55、56)来进行判定即可。
于在步骤7中判定为“否”的期间内，反复进行步骤7的判定处理，当在步骤7中判定为“是”时，在下一步骤8中将扭矩切换部47的可动触点47C从旋转开始侧触点47B切换到传感器侧触点47A。由此，在步骤8中，将负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器值Tb)作为操舵负荷扭矩Tc输出。
如此，操舵负荷扭矩算出部41如果在手动模式时利用负荷扭矩传感器39的输出值检测到旋转的开始，则将预先设定了大小的旋转开始扭矩以向所述旋转方向进行助力的朝向作为操舵负荷扭矩Tc输出，在经过了规定的短时间时，将负荷扭矩传感器39的负荷扭矩传感器值Tb作为操舵负荷扭矩Tc输出。操舵控制器40将如此从操舵负荷扭矩算出部41输出的操舵负荷扭矩Tc利用助力扭矩算出部42作为助力扭矩算出，并将为了使该助力扭矩产生而所需的驱动电流从变流器43向电动马达35输出。
接着，说明自律模式下的操舵处理。
另一方面，在从自律模式控制器14向操舵控制器40(操舵负荷扭矩算出部41)输入操舵用的目标扭矩Ta的自律模式时，在所述步骤2中判定为“是”。因此，在下一步骤9中，将模式切换部44的可动触点44C从手动模式触点44A切换到自律模式触点44B(目标扭矩侧)，将目标扭矩Ta的信号向旋转方向判定部45输入。
在下一步骤10中，利用旋转方向判定部45对该情况下的操舵方向进行判定。即，在步骤10中，由旋转方向判定部45检测来自自律模式控制器14的目标扭矩Ta从零的状态向左、右的哪一操舵(旋转)方向增大。并且，该情况也与手动模式时同样地进行步骤5～8的处理。由此，操舵负荷扭矩算出部41如果利用自律模式时的目标扭矩Ta检测到转向柱33的旋转开始，则将预先设定了大小的旋转开始扭矩以向所述旋转方向进行助力的朝向作为操舵负荷扭矩Tc输出。
之后，在经过了规定的短时间(参照图10中的切换信号55、56)时，操舵负荷扭矩算出部41切换所述旋转开始扭矩而将负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器值Tb)作为操舵负荷扭矩Tc输出。操舵控制器40利用助力扭矩算出部42将如此从操舵负荷扭矩算出部41输出的操舵负荷扭矩Tc与来自自律模式控制器14的目标扭矩Ta相加而算出助力扭矩，并将为了使该助力扭矩产生而所需的驱动电流从变流器43向电动马达35输出。
接着，说明对以自律模式对自卸卡车进行操舵的情况的动作。
图8表示例如自卸卡车1以自律模式在作业现场向右转进行操舵而行驶的状态。自卸卡车1在作业现场的搬运路径HR上直行到时间t1～t2的位置，在时间t2～t4的位置处以进行右转的方式进行操舵。在时间t4～t6的位置处，使转向柱33向使操舵盘32反转的方向旋转，在时间t6～t7以后的位置处，以自卸卡车1再次直行的方式进行操作。
图9表示相对于与自卸卡车1的行驶位置(图8中的时间t1～t7)的目标操舵扭矩、负荷扭矩以及旋转开始扭矩的关系。以单点划线表示的特性线51表示以在时间t2的位置处进行右转的方式开始了操舵时的旋转开始扭矩的特性。以虚线表示的特性线52表示在时间t2～t6的位置处由负荷扭矩传感器39检测的负荷扭矩传感器值Tb的特性。该特性线52成为在时间t4的位置处扭矩的检测方向反转(例如描绘正弦曲线)那样的特性。
在图9中以实线表示的特性线53是操舵用的目标扭矩Ta的特性，以在时间t2～t6的位置处与转向柱33的旋转方向相对应地描绘正弦曲线的方式变化。另外，以单点划线表示的特性线54表示在例如时间t4的位置处转向柱33的旋转方向被反转、从而伴随此时的反转开始的旋转开始扭矩的特性。
图10表示相对于自卸卡车1的行驶位置(图8中的时间t1～t7)的扭矩切换部47的动作特性。即，在自卸卡车1直行的时间t1～t2的位置处，扭矩切换部47的可动触点47C与传感器侧触点47A连接，因此，负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器值Tb)作为操舵负荷扭矩Tc从操舵负荷扭矩算出部41向助力扭矩算出部42输出。
接着，若在时间t2的位置处利用目标扭矩Ta开始了操舵，则图10中所示的切换信号55仅输出规定的短时间，扭矩切换部47的可动触点47C从传感器侧触点47A切换到旋转开始侧触点47B。由此，如图9中以单点划线所示的特性线51那样，预先设定了大小的旋转开始扭矩作为向所述旋转方向进行助力的朝向的操舵负荷扭矩Tc从操舵负荷扭矩算出部41向助力扭矩算出部42输出。
之后，切换信号55的输出被停止，直到时间t4为止，扭矩切换部47的可动触点47C再次与传感器侧触点47A连接。因此，负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器值Tb)作为操舵负荷扭矩Tc从操舵负荷扭矩算出部41向助力扭矩算出部42输出。并且，若在时间t4的位置处基于目标扭矩Ta的操舵方向被反转，则图10中所示的切换信号56仅输出规定的短时间，扭矩切换部47的可动触点47C从传感器侧触点47A再次切换到旋转开始侧触点47B。
由此，如图9中以单点划线所示的特性线54那样，预先设定了大小的旋转开始扭矩作为向反转后的旋转方向进行助力的朝向的操舵负荷扭矩Tc从操舵负荷扭矩算出部41向助力扭矩算出部42输出。之后，切换信号56的输出停止，直到时间t7以后为止，扭矩切换部47的可动触点47C再次与传感器侧触点47A连接。因此，负荷扭矩传感器39的输出值(负荷扭矩传感器值Tb)作为操舵负荷扭矩Tc从操舵负荷扭矩算出部41向助力扭矩算出部42输出。
这样一来，根据第1实施方式，例如以自律模式使自卸卡车1行驶而进行操舵时，能够基于由操舵负荷扭矩算出部41的旋转方向判定部45检测到的旋转的开始及其旋转方向，利用旋转开始扭矩算出部46以对转向柱33向操舵方向(旋转方向)进行助力的朝向输出预先设定了大小的旋转开始扭矩。因而，能够在操舵开始时抑制由于所谓静摩擦力的影响而对电动马达装置34施加大的负荷。
因此，能够使用于电动马达装置34的电动马达35由小型的马达构成，能够谋求操舵控制装置20整体的小型化、轻量化。而且，操舵控制装置20的操舵机构部21构成为包括操舵用连杆机构22、以及对操舵用连杆机构22的操舵缸27L、27R进行驱动的液压回路(即，液压泵29、工作油箱30和转向阀31)。因此，能够利用电动马达35的力和液压力改变作为转向轮的前轮6L、6R的朝向，由此，也能够谋求电动马达35的小型、轻量化。
另外，在使自卸卡车1以手动模式运转时，也能够减轻由驾驶员进行的方向盘操作的操舵扭矩。即，能够针对由驾驶员进行的操舵操作产生恰当的辅助操舵力而始终以恒定的操舵力进行操作。由此，即使是由驾驶员进行的操舵操作频繁且长时间地进行的情况下，也能够减小驾驶员的方向盘操作所需要的操舵扭矩，从而减轻驾驶员的疲劳、负担。
尤其是，第1实施方式的操舵控制装置20使操舵控制器40的操舵负荷扭矩算出部41由模式切换部44、旋转方向判定部45、旋转开始扭矩算出部46和扭矩切换部47构成。由此，能够使操舵机构部21侧的操舵开始时所需要的旋转开始扭矩作为预先决定的大小的旋转开始扭矩产生而进行补偿，能够弥补开始旋转的扭矩的不足。另外，起到驾驶员开始了方向盘操作的瞬间的沉重感被减轻、能够使操舵感良好这样的效果。
而且，通过对操舵系统的操舵开始时所需要的旋转开始扭矩进行补偿，能够弥补开始旋转的扭矩的不足。因此，能够没有迟滞地追随操舵用的目标扭矩Ta而驱动电动马达35。由此，能够缩短从操舵用的目标扭矩Ta的增大到实际上操舵系统开始操舵为止的时间，能够提高操舵时的响应性。
因而，根据第1实施方式，在自卸卡车1所代表的作业车辆中，对于通过由驾驶员进行的手动模式的操舵操作或自律模式时的基于目标扭矩的操舵操作而在操舵机构部21的负荷部分与电动马达装置34之间在转向柱33上产生的操舵负荷扭矩Tc，由负荷扭矩传感器39检测、或由操舵负荷扭矩算出部41算出。基于如此算出的扭矩值，由助力扭矩算出部42算出助力扭矩，将为了使该助力扭矩产生而所需的驱动电流从变流器43向电动马达35输出而驱动电动马达装置34。
由此，在操舵机构部21的负荷部分产生恰当的辅助操舵力(助力扭矩)而能够始终以较轻的操舵力对转向轮进行操作，因此，在例如手动模式时也能够谋求驾驶员的疲劳减轻。另外，即使是设为附加由驾驶员进行的操舵操作的代替功能、而能够利用自律模式进行自动操舵的作业车辆的情况下，也基于来自外部控制装置(即，自律模式控制器14、外部的管理局19)的操舵用的目标扭矩Ta和操舵负荷扭矩Tc算出助力扭矩并驱动电动马达装置34。由此，能够以将操舵负荷扭矩Tc抵消的方式产生辅助操舵力，能够以顺利地追随操舵用的目标扭矩Ta的方式实现能够进行自动操舵操作的操舵控制装置20。
而且，用于获得前述的两个效果的操舵机构部21和控制部件(操舵控制器40)是通用的。因此，能够将装置成本的上升抑制成最小、同时实现手动模式时的驾驶员辅助和自律模式时的自动操舵这两个功能。另外，即使是例如自律模式下的行驶过程中，通过由搭乘于车辆的驾驶员对操舵盘32进行操作，也能够进行手动模式下的运转，即使是自律行驶的中途也能够根据需要进行手动的操舵。
接着，图11表示本发明的第2实施方式。本实施方式的特征在于，利用电动马达的驱动力进行动力操舵，操舵控制装置的操舵机构部不使用液压力，而构成为动力转向机构。此外，在第2实施方式中，对与前述的第1实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记，并省略其说明。
在此，在第2实施方式中采用的操舵控制装置60(操舵系统)构成为包括机械式的操舵机构部61和与第1实施方式同样的操舵控制器40。不过，第2实施方式的操舵控制装置60的操舵机构(操舵机构部61)不使用在第1实施方式中所述的转向阀31等液压机构，而是设为利用基于随后论述的电动马达装置70的驱动力使转向轮(前轮6L、6R)的朝向改变的结构。操舵机构部61具备与第1实施方式同样的操舵盘32和负荷扭矩传感器39、随后论述的操舵用连杆机构62、转向柱69以及电动马达装置70。
操舵用连杆机构62构成为包括：连杆部件63，其在左、右的前轮6L、6R之间与车身2连结；左、右一对的主轴63L、63R，其安装于该连杆部件63的左、右两端，将前轮6L、6R以能够旋转的方式支承；左、右一对的转向销64；左、右一对的转向节臂65L、65R；左、右一对的转向横拉杆66L、66R；和随后论述的齿条67及齿轮箱68。操舵用连杆机构62除了左、右的转向横拉杆66L、66R、齿条67以及齿轮箱68等之外，与在所述第1实施方式中所述的操舵用连杆机构22大致同样地构成。
齿条67从筒状的齿轮箱68内向左、右方向的两侧延伸地形成，在其两端侧能够转动地销结合有左、右的转向横拉杆66L、66R。即，左、右的转向横拉杆66L、66R在左、右的转向节臂65L、65R与齿条67的两端之间分别能够转动地连结。在筒状的齿轮箱68内配置有与齿条67啮合的小齿轮(未图示)，该小齿轮以一体旋转的方式设置于转向柱69的前端(下端)侧。即，齿条67和小齿轮构成被称为所谓齿条-小齿轮的转向齿轮机构，机械地对操舵车轮(前轮6L、6R)进行转向。
在转向柱69的中途，与第1实施方式同样地设置有电动马达装置70和负荷扭矩传感器39。电动马达装置70位于操舵盘32与负荷扭矩传感器39之间并以能够对转向柱69赋予旋转力的方式配设。电动马达装置70由电动马达71、设置于该电动马达71的输出轴71A的驱动齿轮72、固定地设置于所述转向柱69的中途并与驱动齿轮72啮合的从动齿轮73构成。驱动齿轮72和从动齿轮73构成对电动马达71的旋转进行减速而向转向柱69传递的减速机构。
电动马达装置70如以虚线所示那样具有将电动马达71、驱动齿轮72和从动齿轮73收纳的筒状的壳体74。该壳体74内，电动马达71的输出轴71A以与转向柱69平行地延伸的方式配设。也如在第1实施方式中所述那样，也能够将电动马达71和驱动齿轮72从壳体74内取出。在此，驱动齿轮72和从动齿轮73使用正齿轮来构成。不过，驱动齿轮和从动齿轮能够使用伞齿轮等来构成。在该情况下，也能够使电动马达71的输出轴71A相对于转向柱69斜着倾斜地配设。另外，也可以采用例如使用带轮和带、链条等来替代驱动齿轮72和从动齿轮73的减速机构。而且，也能够将电动马达的转子与转向柱同轴地配设而构成电动马达装置。
在这样的自卸卡车1所代表的作业车辆中，若驾驶员对操舵盘32进行操作，则施加于操舵盘32的操舵扭矩经由转向柱69从齿轮箱68内的所述小齿轮向齿条67传递，以对旋转运动进行直动转换的方式从齿条67转换成转向横拉杆66L、66R的左、右移动。左、右的转向横拉杆66L、66R连接到以能够转动的方式安装于连杆部件63的转向节臂65L、65R，将转向横拉杆66L、66R的左、右移动转换成转向节臂65L、65R的转向旋转运动。利用这些动作，经由转向销64固定于转向节臂65L、65R的主轴63L、63R和能够旋转地安装于该主轴63L、63R的左、右的前轮6L、6R的朝向发生变化，实现转向。
这样一来，即使是如此构成的第2实施方式，也能够由负荷扭矩传感器39检测操舵负荷扭矩Tc，该操舵负荷扭矩Tc通过由驾驶员进行的手动模式的操舵操作或自律模式时的基于目标扭矩的操舵操作而在操舵机构部61的负荷部分与电动马达装置70之间在转向柱69上产生。另外，操舵负荷扭矩算出部41基于该检测值算出操舵负荷扭矩，基于算出的扭矩值由助力扭矩算出部42算出助力扭矩，将为了使该助力扭矩产生而所需的驱动电流从变流器43向电动马达71输出而驱动电动马达装置70，由此起到与所述第1实施方式的效果大致同样的效果。
尤其是，在第2实施方式中，操舵控制装置60的操舵机构部61并不像第1实施方式那样使用包括转向阀31在内的液压机构，而是设为利用基于电动马达装置70的驱动力使转向轮(前轮6L、6R)的朝向改变的结构。因此，能够简化操舵机构部61的结构，能够谋求装置的小型、轻量化。另外，无需液压配管的设置作业等，能够提高组装操作性。
此外，在所述第1实施方式中，列举操舵控制器40的操舵负荷扭矩算出部41由模式切换部44、旋转方向判定部45、旋转开始扭矩算出部46以及扭矩切换部47构成的情况为例进行了说明。不过，本发明并不限于此，也可以设为如下的操舵负荷扭矩算出单元，该操舵负荷扭矩算出单元构成为，利用由负荷扭矩传感器39检测到的扭矩值算出操舵负荷扭矩，该操舵负荷扭矩通过例如由驾驶员进行的手动模式的操舵操作或自律模式时的基于目标扭矩的操舵操作而在操舵机构部21的负荷部分与电动马达装置70之间在转向柱69上产生。这点对于第2实施方式也是同样的。
在所述各实施方式中，列举具备自律模式控制器14的自卸卡车1为例进行了说明。不过，本发明并不限于此，也可以省略例如自律模式控制器14而构成仅能够进行手动运转的自卸卡车等作业车辆。即使是该情况下，也能够通过使自律模式控制器14与行驶驱动部12连接，而随后追加自律模式的功能。
而且，在所述各实施方式中，作为车辆列举作为大型的作业车辆的自卸卡车1为例进行了说明。不过，本发明并不限于此，也能够适用于例如中型或小型的作业车辆的操舵控制装置。
如以上所述那样，根据本发明的实施方式，所述操舵负荷扭矩算出单元具备：旋转方向判定单元，其检测所述负荷扭矩传感器的输出值从零向哪一旋转方向增大；旋转开始扭矩算出单元，其基于由所述旋转方向判定单元检测到的所述转向柱的旋转的开始及其旋转方向，以对所述转向柱向所述旋转方向进行助力的朝向算出预先设定了大小的旋转开始扭矩；和扭矩切换单元，其在由所述旋转开始扭矩算出单元算出所述旋转开始扭矩的期间，替代所述负荷扭矩传感器的输出值而将所述旋转开始扭矩作为操舵负荷扭矩向所述助力扭矩算出单元输出，所述操舵负荷扭矩算出单元设为构成为，在基于所述负荷扭矩传感器的输出值检测到所述旋转的开始时，将预先设定了大小的所述旋转开始扭矩以向所述旋转方向进行助力的朝向向所述助力扭矩算出单元输出，在所述期间之后将所述负荷扭矩传感器的输出值作为所述操舵负荷扭矩向所述助力扭矩算出单元输出。
另外，所述操舵负荷扭矩算出单元具备：旋转方向判定单元，其检测从外部输入的目标操舵扭矩从零向哪一旋转方向增大；旋转开始扭矩算出单元，其基于由所述旋转方向判定单元检测到的所述转向柱的旋转的开始及其旋转方向，以对所述转向柱向所述旋转方向进行助力的朝向算出预先设定了大小的旋转开始扭矩；和扭矩切换单元，其在所述旋转开始扭矩被算出的期间，替代所述负荷扭矩传感器的输出值而将所述旋转开始扭矩作为操舵负荷扭矩向所述助力扭矩算出单元输出，所述操舵负荷扭矩算出单元构成为，在基于所述目标操舵扭矩检测到所述旋转的开始时，将预先设定了大小的所述旋转开始扭矩以向所述旋转方向进行助力的朝向向所述助力扭矩算出单元输出，在所述期间之后将所述负荷扭矩传感器的输出值作为所述操舵负荷扭矩向所述助力扭矩算出单元输出。
由此，在以例如自律模式使作业车辆行驶而进行操舵时，能够基于由操舵负荷扭矩算出单元的旋转方向判定单元检测到的旋转的开始及其旋转方向，由旋转开始扭矩算出单元以对转向柱向操舵方向(旋转方向)进行助力的朝向输出预先设定了大小的旋转开始扭矩。由此，能够在操舵开始时抑制由于所谓静摩擦力等的影响而对电动马达装置施加大的负荷。
附图标记说明
1 自卸卡车(作业车辆)
2 车身
6L、6R 前轮
7L、7R 后轮
8L、8R 行驶用马达
12 行驶驱动部
13 模式选择开关
14 自律模式控制器(外部控制装置)
19 管理局(外部控制装置)
20、60 操舵控制装置
21、61 操舵机构部(操舵机构)
22、62 操舵用连杆机构
27L、27R 操舵缸
31 转向阀
32 操舵盘
33、69 转向柱
34、70 电动马达装置
35、71 电动马达
39 负荷扭矩传感器
40 操舵控制器(操舵控制单元)
41 操舵负荷扭矩算出部(操舵负荷扭矩算出单元)
42 助力扭矩算出部(助力扭矩算出单元)
43 变流器
44 模式切换部
45 旋转方向判定部(旋转方向判定单元)
46 旋转开始扭矩算出部(旋转开始扭矩算出单元)
47 扭矩切换部(扭矩切换单元)

Claims (3)

1.一种作业车辆的操舵控制装置，具备：电动马达装置，其对作业车辆的操舵机构的转向柱产生助力扭矩；和变流器，其基于所述助力扭矩的指令值供给用于驱动所述电动马达装置的电流，所述操舵控制装置的特征在于，具备：
负荷扭矩传感器，其安装于所述电动马达装置与所述操舵机构的负荷部分之间，对施加于操舵系统的负荷扭矩进行检测；
操舵负荷扭矩算出单元，其基于所述负荷扭矩传感器的输出值算出操舵负荷扭矩；和
助力扭矩算出单元，其将从所述操舵负荷扭矩算出单元输出的操舵负荷扭矩和从外部输入的目标操舵扭矩相加而算出向所述电动马达装置指示的所述助力扭矩，并向所述变流器发出指令。
2.根据权利要求1所述的作业车辆的操舵控制装置，其特征在于，
所述操舵负荷扭矩算出单元具备：
旋转方向判定单元，其检测所述负荷扭矩传感器的输出值从零向哪一旋转方向增大；
旋转开始扭矩算出单元，其基于由所述旋转方向判定单元检测到的所述转向柱的旋转的开始及其旋转方向，以对所述转向柱向所述旋转方向进行助力的朝向算出预先设定了大小的旋转开始扭矩；和
扭矩切换单元，其在由所述旋转开始扭矩算出单元算出所述旋转开始扭矩的期间，替代所述负荷扭矩传感器的输出值而将所述旋转开始扭矩作为所述操舵负荷扭矩向所述助力扭矩算出单元输出，
所述操舵负荷扭矩算出单元在基于所述负荷扭矩传感器的输出值检测到所述旋转的开始时，将预先设定了大小的所述旋转开始扭矩以向所述旋转方向进行助力的朝向向所述助力扭矩算出单元输出，在所述期间之后将所述负荷扭矩传感器的输出值作为所述操舵负荷扭矩向所述助力扭矩算出单元输出。
3.根据权利要求1所述的作业车辆的操舵控制装置，其特征在于，
所述操舵负荷扭矩算出单元具备：
旋转方向判定单元，其检测从外部输入的所述目标操舵扭矩从零向哪一旋转方向增大；
旋转开始扭矩算出单元，其基于由所述旋转方向判定单元检测到的所述转向柱的旋转的开始及其旋转方向，以对所述转向柱向所述旋转方向进行助力的朝向算出预先设定了大小的旋转开始扭矩；和
扭矩切换单元，其在由所述旋转开始扭矩算出单元算出所述旋转开始扭矩的期间，替代所述负荷扭矩传感器的输出值而将所述旋转开始扭矩作为所述操舵负荷扭矩向所述助力扭矩算出单元输出，
所述操舵负荷扭矩算出单元在基于所述目标操舵扭矩检测到所述旋转的开始时，将预先设定了大小的所述旋转开始扭矩以向所述旋转方向进行助力的朝向向所述助力扭矩算出单元输出，在所述期间之后将所述负荷扭矩传感器的输出值作为所述操舵负荷扭矩向所述助力扭矩算出单元输出。
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