CN117177898A - 作业机械以及用于控制作业机械的方法 - Google Patents

Abstract

第一转向部件能够在左转向范围、右转向范围和中立范围操作。中立范围位于左转向范围与右转向范围之间。在第一转向部件位于左转向范围内的情况下，控制器控制致动器，以使以与第一转向部件的操作量相应的速度使行驶轮的转向角向左侧变化。在第一转向部件位于右转向范围内的情况下，控制器控制致动器，以使以与第一转向部件的操作量相应的速度使行驶轮的转向角向右方变化。在第一转向部件位于中立范围内的情况下，控制器控制致动器，以使转向角返回中立角。

Description

作业机械以及用于控制作业机械的方法

技术领域

本发明涉及作业机械以及用于控制作业机械的方法。

背景技术

作业机械具备使行驶轮左右转向的方向盘或者转向杆等转向部件。通过操作转向部件，作业机械的操作人员能够使作业机械的行驶轮的转向角向左右变更。由此，作业机械能够向左右回转。

通过转向部件的操作来进行的转向角的控制包括位置控制型与速度控制型。在位置控制型中，转向角被设定为与转向部件的操作量相应的角度。另一方面，在速度控制型中，如专利文献1所示，转向角以与转向部件的操作量相应的速度变化。例如，在转向部件从中立位置向左侧操作预定的操作量的情况下，转向角以与预定的操作量相应的速度发生变化。因此，即使操作人员将转向部件保持在预定的操作量，转向角也会持续向左侧变化，直到到达最大转向角。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021-054270号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在上述位置控制型中，通过将转向部件返回中立位置，操作人员能够使作业机械直行。但是，想要顺畅地进行微小的转向角操作并不容易。另一方面，在速度控制型中，具有能够顺畅地进行微小的转向角操作这一优点。但是，为了在向左右方向的某一个方向回转之后使作业机械直行，操作人员有必要向相反方向操作转向部件，以使转向角返回直行方向。因此，作业机械的回转与直行的操作并不容易，需要熟练掌握。本发明的目的在于提供一种作业机械，其能够顺畅地进行微小的转向角操作，并且易于进行回转与直行操作。

用于解决问题的手段

本发明的第一方式中的作业机械具备车身、行驶轮、致动器、第一转向部件和控制器。行驶轮支承于车身。致动器使行驶轮的转向角从预定的中立角向左右变化。第一转向部件能够在左转向范围、右转向范围和中立范围操作。中立范围位于左转向范围与右转向范围之间。在第一转向部件位于左转向范围内的情况下，控制器控制致动器，以使以与第一转向部件的操作量相应的速度使行驶轮的转向角向左侧变化。在第一转向部件位于右转向范围内的情况下，控制器控制致动器，以使以与第一转向部件的操作量相应的速度使行驶轮的转向角向右侧变化。在第一转向部件位于中立范围内的情况下，控制器控制致动器，以使转向角返回中立角。

本发明的第二方式中的方法是用于控制作业机械的方法。作业机械具备车身、行驶轮和致动器。行驶轮支承于车身。致动器使行驶轮的转向角从预定的中立角向左右变化。本方式中的方法具备：取得表示能够在左转向范围、右转向范围和左转向范围与右转向范围之间的中立范围操作的第一转向部件的操作量的信号；在第一转向部件位于左转向范围内的情况下，控制致动器，以使以与第一转向部件的操作量相应的速度使行驶轮的转向角向左侧变化，在第一转向部件位于右转向范围内的情况下，控制致动器，以使以与第一转向部件的操作量相应的速度使行驶轮的转向角向右侧变化，在第一转向部件位于中立范围内的情况下，控制致动器，以使转向角返回中立角。

发明效果

根据本发明，当第一转向部件在左操作范围或右操作范围内操作的情况下，以速度控制型控制转向角。由此，能够顺畅地进行微小的转向角操作。另外，在第一转向部件位于中立范围内的情况下，转向角返回中立角。因此，在回转作业机械之后，通过使第一转向部件返回中立范围，操作人员能够使作业机械容易地直行。

附图说明

图1是关于实施方式的作业机械的立体图。

图2是作业机械的侧视图。

图3是表示作业机械的结构的示意图。

图4是表示作业机械的前部的俯视图。

图5是表示转向速度数据的一个例子的图。

图6是表示通过操作第一转向部件使作业机械行驶的一个例子的图。

图7是表示第一变形例中的转向速度数据的图。

图8是表示第二变形例中的转向速度数据的图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是实施方式的作业机械1的立体图。图2是作业机械1的侧视图。如图1所示，作业机械1具备车身2、前轮3A、3B、后轮4A-4D和作业机5。车身2包含前框架11、后框架12、驾驶部13和动力室14。

后框架12连接于前框架11。前框架11相对于后框架12能够左右接合。此外，在以下的说明中，前后左右的各方向的接合角为0，即，意味着前框架11与后框架12为笔直的状态下的车身2的前后左右的各方向。

驾驶部13与动力室14配置于后框架12。驾驶部13配置有未图示的驾驶座。动力室14配置于驾驶部13的后方。前框架11从后框架12向前方延伸。前轮3A、3B安装于前框架11。后轮4A-4D安装于后框架12。

作业机5可移动地连接于车身2。作业机5包含支承部件15与推土铲16。支承部件15可移动地连接于车身2。支承部件15支承推土铲16。支承部件15包含牵引杆17与旋转盘18。牵引杆17配置于前框架11的下方。

牵引杆17连接于前框架11的前部19。牵引杆17从前框架11的前部19向后方延伸。牵引杆17相对于前框架11，至少在车身2的上下方向与左右方向可摆动地支承。例如前部19包含球形接头。牵引杆17通过球形接头可旋转地连接于前框架11。

旋转盘18连接于牵引杆17的后部。旋转盘18能够旋转地支承于牵引杆17。推土铲16连接于旋转盘18。推土铲16通过旋转盘18支承于牵引杆17。如图2所示，推土铲16绕倾斜轴21可旋转地支承于旋转盘18。倾斜轴21沿左右方向延伸。

作业机械1具备用于变更作业机5的姿势的多个致动器22-26。多个致动器22-26包含多个液压缸22-25。多个液压缸22-25连接于作业机5。多个液压缸22-25通过液压伸缩。多个液压缸22-25通过伸缩变更作业机5相对于车身2的姿势。在以下的说明中，将液压缸的伸缩称作“行程动作”。

详细而言，多个液压缸22-25包含左提升缸22、右提升缸23、牵引杆转换缸24和推土铲倾斜液压缸25。左提升缸22与右提升缸23在左右方向上相互分开配置。左提升缸22与右提升缸23连接于牵引杆17。左提升缸22与右提升缸23通过升降器托架29连接于前框架11。牵引杆17通过左提升缸22与右提升缸23的行程动作上下摆动。由此，推土铲16上下移动。

牵引杆转换缸24连接于牵引杆17与前框架11。牵引杆转换缸24经由升降器托架29连接于前框架11。牵引杆转换缸24从前框架11朝向牵引杆17，向斜下方延伸。牵引杆17通过牵引杆转换缸24的行程动作左右摆动。推土铲倾斜液压缸25连接于旋转盘18与推土铲16。推土铲16通过推土铲倾斜液压缸25的行程动作绕倾斜轴21旋转。

多个致动器22-26包含旋转致动器26。旋转致动器26连接于牵引杆17与旋转盘18。旋转致动器26相对于牵引杆17使旋转盘18旋转。由此，推土铲16绕沿上下方向延伸的旋转轴旋转。

图3是表示作业机械1的结构的示意图。如图3所示，作业机械1包含驱动源31、第一液压泵32、动力传递装置33和作业机阀34。驱动源31例如是内燃机。或者，驱动源31也可以是电动机或者内燃机与电动机的混合型。第一液压泵32通过由驱动源31驱动而排出工作油。

作业机阀34经由液压回路连接于第一液压泵32与多个液压缸22-25。作业机阀34包含分别连接于多个液压缸22-25的多个阀。作业机阀34控制从第一液压泵32向多个液压缸22-25供给的工作油的流量。作业机阀34是例如电磁比例控制阀。或者作业机阀34也可以是液压先导式的比例控制阀。

在本实施方式中，旋转致动器26是液压马达。作业机阀34经由液压回路连接于第一液压泵32与旋转致动器26。作业机阀34控制从第一液压泵32向旋转致动器26供给的工作油的流量。此外，旋转致动器26也可以是电动机。

动力传递装置33将来自驱动源31的驱动力向后轮4A-4D传递。动力传递装置33也可以包含变矩器以及/或多个变速齿轮。或者，动力传递装置33也可以是HST(HydraulicStatic Transmission)或者HMT(Hydraulic Mechanical Transmission)等变速器。

作业机械1包含作业机操作部件35、加速器操作部件36和控制器37。作业机操作部件35可以由操作人员操作，以使作业机5的姿势发生改变。作业机操作部件35包含例如多个操作杆。或者，作业机操作部件35也可以是开关或者触摸面板等其他部件。作业机操作部件35输出表示操作人员对作业机操作部件35的操作的信号。

后退加速器操作部件36可以由操作人员操作，以使作业机械1行驶。加速器操作部件36包含例如加速踏板。或者，加速器操作部件36也可以是开关或者触摸面板等其他部件。加速器操作部件36输出表示操作人员对加速器操作部件36的操作的信号。

控制器37根据加速器操作部件36的操作控制驱动源31以及动力传递装置33，由此使作业机械1行驶。另外，控制器37根据作业机操作部件35的操作控制第一液压泵32与作业机阀34，由此使作业机5动作。

控制器37包含存储装置38与处理器39。处理器39是例如CPU，执行用于控制作业机械1的程序。存储装置38包含RAM以及ROM等存储器和SSD或者HDD等辅助存储装置。存储装置38存储用于控制作业机械1的程序与数据。

如图3所示，作业机械1具备转向角传感器40、转向致动器41、转向阀42。转向致动器41是液压缸。转向致动器41通过来自第一液压泵32的工作油伸缩。转向致动器41通过伸缩使前轮3A、3B转向。

图4是表示作业机械1的前部的俯视图。如图4所示，前轮3A、3B包含第一前轮3A与第二前轮3B。第一前轮3A与第二前轮3B在左右方向上分开配置。第一前轮3A绕第一转向轴43可转动地支承于前框架11。第二前轮3B绕第二转向轴44可转动地支承于前框架11。第一转向轴43与第二转向轴44沿上下方向延伸。

转向致动器41连接于前轮3A、3B与前框架11。转向致动器41使前轮3A、3B的转向角θ1从预定的中立角向左右变化。如图4所示，转向角θ1是前轮3A、3B相对于作业机械1的前后方向的朝向的角度。作业机械1的前后方向表示前框架11的前后方向。但是，作业机械1的前后方向也可以表示后框架12的前后方向。

中立角是0度的转向角θ1。因此，转向角θ1是中立角意味着前轮3A、3B朝向作业机械1的正前方。此外，在图4中，3A’示出了从中立角向左侧以转向角θ1转向的第一前轮3A。3B’示出了从中立角向左侧以转向角θ1转向的第二前轮3B。

转向阀42经由液压回路连接于第一液压泵32与转向致动器41。转向阀42控制从第一液压泵32向转向致动器41供给的工作油的流量。转向阀42是液压先导式的控制阀。

转向角传感器40检测转向角θ1。转向角传感器40输出表示转向角θ1的角度信号。转向角传感器40检测例如转向致动器41的行程量。根据转向致动器41的行程量计算出转向角θ1。或者，转向角传感器40也可以直接地检测转向角θ1。

作业机械1包含第一转向部件45与第二转向部件46。操作人员能够操作第一转向部件45与第二转向部件46，以使前轮3A、3B的转向角θ1向左右变化。第一转向部件45是操纵杆等杆。或者，第一转向部件45也可以是杆以外的部件。第一转向部件45能够从中立位置N1向左右倾倒。第一转向部件45输出操作人员对第一转向部件45的操作的第一操作信号。

第二转向部件46是方向盘。或者，第二转向部件46也可以是方向盘以外的部件。第二转向部件46能够绕旋转轴Ax1旋转。第二转向部件46安装有操作传感器47。操作传感器47输出表示操作人员对第二转向部件46的操作的第二操作信号。操作传感器47例如检测绕第二转向部件46的旋转轴Ax1的角度移位。

作业机械1包含第二液压泵48、第一先导阀49和第二先导阀50。第二液压泵48通过由驱动源31驱动排出工作油。第一先导阀49经由液压回路连接于第二液压泵48与转向阀42。第一先导阀49控制从第二液压泵48供给到转向阀42的先导端口的工作油的压力。第一先导阀49是电磁比例控制阀。

第一先导阀49由来自控制器37的信号控制。控制器37根据来自第一转向部件45的第一操作信号控制第一先导阀49，从而使转向致动器41伸缩。由此，控制器37根据第一转向部件45的操作控制转向致动器41，以变更前轮3A、3B的转向角θ1。后面将详细地说明第一转向部件45对转向角θ1的控制。

第二先导阀50经由液压回路连接于第二液压泵48与转向阀42。第二先导阀50连接于第二转向部件46。第二先导阀50根据第二转向部件46的操作，控制从第二液压泵48供给到转向阀42的先导端口的工作油的压力。由此，转向致动器41改变前轮3A、3B的转向角θ1，使得前轮3A、3B的转向角θ1成为与第二转向部件46的操作量相应的角度。

在第二转向部件46的操作量保持一定的情况下，转向致动器41将前轮3A、3B的转向角θ1保持在与第二转向部件46的操作量相应的角度。此外，与第一先导阀49同样地，第二先导阀50也可以是电磁比例控制阀。在该情况下，控制器37也可以根据第二转向部件46的操作控制第二先导阀50。

其次，对第一转向部件45对转向角θ1的控制进行说明。控制器37通过来自第一转向部件45的第一操作信号取得第一转向部件45的操作量。控制器37通过来自转向角传感器40的信号取得当前的转向角θ1。控制器37参照转向速度数据并根据第一转向部件45的操作量确定目标转向速度。控制器37控制转向致动器41，使得转向角θ1以目标转向速度变化。转向速度数据规定相对于第一转向部件45的操作量的目标转向速度。

图5是表示转向速度数据的一个例子的图。如图5所示，第一转向部件45能够在中立范围、左转向范围和右转向范围内操作。中立范围是包括第一转向部件45的操作量0的位置，即包括中立位置N1的范围。中立范围位于左转向范围与右转向范围之间。左转向范围位于中立范围的左侧。右转向范围位于中立范围的右侧。

转向速度数据在左转向范围内，根据第一转向部件45向左的操作量的增大，规定在从0到向左的最大速度VL之间增大的向左的目标转向速度。因此，在第一转向部件45位于左转向范围内的情况下，控制器37控制转向致动器41，使得前轮3A、3B的转向角θ1以与第一转向部件45的操作量相应的速度向左变化。

例如，当以向左的操作量A1操作第一转向部件45的情况下，控制器37将与操作量A1相应的转向速度V1确定为目标转向速度。而且，控制器37控制转向致动器41，使得前轮3A、3B的转向角θ1以转向速度V1向左变化。另外，在第一转向部件45保持在向左的操作量A1的期间，前轮3A、3B的转向角θ1以转向速度V1持续向左变化，直到到达向左的最大转向角。

转向速度数据在右转向范围内，根据第一转向部件45向右的操作量的增大，规定在从0到向右的最大速度VR之间增大的向右的目标转向速度。因此，在第一转向部件45位于右转向范围内的情况下，控制器37控制转向致动器41，使得前轮3A、3B的转向角θ1以与第一转向部件45的操作量相应的速度向右变化。

例如，当以向右的操作量A2操作第一转向部件45的情况下，控制器37将与操作量A2相应的转向速度V2确定为目标转向速度。而且，控制器37控制转向致动器41，使得前轮3A、3B的转向角θ1以转向速度V2向右变化。另外，第一转向部件45保持在向右的操作量A2的期间，前轮3A、3B的转向角θ1以转向速度V2持续向右变化，直到到达向右的最大转向角。

在第一转向部件45位于中立范围内的情况下，控制器37控制转向致动器41，使得转向角θ1保持为中立角。例如转向角θ1为中立角时在第一转向部件45位于中立范围内的情况下，转向角θ1不发生变化，保持为中立角。

当第一转向部件45位于中立范围内，但转向角θ1不是中立角时，控制器37以自动地将转向角θ1返回中立角的自动模式控制转向致动器41。

例如，当转向角θ1是向左的预定角度时，当第一转向部件45返回中立范围时，则控制器37控制转向致动器41，使得转向角θ1从向左的预定角度返回中立角。当转向角θ1是向右的预定角度时，当第一转向部件45返回中立范围时，则控制器37控制转向致动器41，使得转向角θ1从向右的预定角度返回中立角。

需要说明的是，在同时操作第一转向部件45与第二转向部件46时，控制器37优先操作第二转向部件46。因此，在同时操作第一转向部件45与第二转向部件46的情况下，控制器37不进行上述第一转向部件45对转向角θ1的控制。因此，转向角θ1根据第二转向部件46的操作变化。

图6是表示通过操作第一转向部件45使作业机械1行驶的一个例子的图。如图6所示，当作业机械1位于地点P1时，第一转向部件45位于中立位置N1。转向角θ1为中立角，作业机械1直行。在地点P2中，当操作人员将第一转向部件45操作到左操作范围内的操作量A1时，则前轮3A、3B的转向角θ1开始从中立角向左变化。由此，作业机械1向左转弯。

在从地点P2到地点P3的期间，当操作人员将第一转向部件45保持在操作量A1时，则前轮3A、3B的转向角θ1继续增大到向左的最大转向角θmax。由此，作业机械1继续向左转弯。

而且，在地点P3中，当操作人员将第一转向部件45返回中立范围时，由于自动模式，前轮3A、3B的转向角θ1从最大转向角θmax朝向中立角减少。而且，在地点P5中，前轮3A、3B的转向角θ1返回中立角。由此，作业机械1直行。

在上述本实施方式中的作业机械1中，第一转向部件45在左操作范围或右操作范围内操作的情况下，以速度控制型控制转向角θ1。由此，能够顺畅地进行微小的转向角θ1的操作。另外，在第一转向部件45位于中立范围内的情况下，转向角θ1返回中立角。因此，操作人员在使作业机械1回转后，通过使第一转向部件45返回中立范围，能够使作业机械1容易地直行。

以上，对本发明的一实施方式进行说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离发明的主旨的范围进行各种变更。

作业机械1并不局限于机动平地机，也可以是轮式装载机、自卸车辆、叉车等其他作业机械。转向致动器41的数量并不局限于一个，也可以是两个以上。转向致动器41并不局限于液压缸，也可以是液压马达或者电动机。

转向速度数据不限于上述的实施方式，也可以变更。例如图7是表示第一变形例中的转向速度数据的图。如图7所示，转向速度数据在左转向范围内与右转向范围内也可以具有变曲点B1，B2。即，在左转向范围内，向左侧的目标转向速度的增加率相对于向左侧的操作量也可以以变曲点B1为界变化。在右转向范围内，向右侧的目标转向速度的增加率相对于向右侧的操作量也可以以变曲点B2为界变化。

图8是表示第二变形例中的转向速度数据的图。如图8所示，第一转向部件45也可以在左保持范围与右保持范围内操作。左保持范围位于中立范围与左转向范围之间。右保持范围位于中立范围与右转向范围之间。

在第一转向部件45位于左保持范围内的情况下，控制器37也可以控制致动器，以使前轮3A、3B的转向角θ1保持在当前的角度。例如当前轮3A、3B的转向角θ1为向左侧的预定角度时，在操作人员将第一转向部件45从左转向范围内向左保持范围内操作的情况下，控制器37将前轮3A、3B的转向角θ1保持在向左侧的预定角度。在操作人员将第一转向部件45从左保持范围内返回中立范围内时，控制器37控制转向致动器41，以使前轮3A、3B的转向角θ1从向左侧的预定角度向中立角变化。

在第一转向部件45位于右保持范围内的情况下，控制器37也可以控制致动器，以使前轮3A、3B的转向角θ1保持在当前的角度。例如前轮3A、3B的转向角θ1为向右侧的预定角度时，在操作人员将第一转向部件45从右转向范围内向右保持范围内操作的情况下，控制器37将前轮3A、3B的转向角θ1保持在向右侧的预定角度。在操作人员将第一转向部件45从右保持范围内返回中立范围内时，控制器37控制转向致动器41，以使前轮3A、3B的转向角θ1从向右方的预定角度向中立角变化。

工业上的可利用性

根据本发明，提供一种作业机械，其能够顺畅地进行微小的转向角操作，并且易于进行回转与直行的操作。

附图标记说明

2：车身

3A、3B：前轮

37：控制器

41：转向致动器

45：第一转向部件

46：第二转向部件

Claims (10)

1.一种作业机械，其特征在于，具备：

车身；

支承于所述车身的行驶轮；

将所述行驶轮的转向角从预定的中立角向左右变化的致动器；

能够在左转向范围、右转向范围、所述左转向范围与所述右转向范围之间的中立范围操作的第一转向部件；

控制器；

所述控制器在所述第一转向部件位于所述左转向范围内的情况下，控制所述致动器，以使以与所述第一转向部件的操作量相应的速度使所述行驶轮的转向角向左侧变化，

在所述第一转向部件位于所述右转向范围内的情况下，控制所述致动器，以使以与所述第一转向部件的操作量相应的速度使所述行驶轮的转向角向右侧变化，

在所述第一转向部件位于所述中立范围内的情况下，控制所述致动器，以使所述转向角返回所述中立角。

2.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述第一转向部件能够在所述中立范围与所述左转向范围之间的左保持范围操作，

在所述第一转向部件位于所述左保持范围内的情况下，所述控制器控制所述致动器，以使所述行驶轮的转向角维持在当前的角度。

3.如权利要求1或2所述的作业机械，其特征在于，

所述第一转向部件能够在所述中立范围与所述右转向范围之间的右保持范围操作，

在所述第一转向部件位于所述右保持范围内的情况下，所述控制器控制所述致动器，以使所述行驶轮的转向角维持在当前的角度。

4.如权利要求1至3中任一项所述的作业机械，其特征在于，还具备：

能够从中立位置向左右操作的第二转向部件，

所述致动器使所述行驶轮的转向角变化，以使所述行驶轮的转向角成为与所述第二转向部件的操作量相应的角度。

5.如权利要求4所述的作业机械，其特征在于，

与所述第一转向部件的操作相比，所述控制器使所述第二转向部件的操作优先地使所述行驶轮的转向角发生变化。

6.一种方法，用于控制作业机械，所述作业机械包括车身；支承于所述车身的行驶轮；使所述行驶轮的转向角从预定的中立角向左右变化的致动器，其特征在于，包括：

取得信号，所述信号表示能够在左转向范围、右转向范围和所述左转向范围与所述右转向范围之间的中立范围操作的第一转向部件的操作量；

在所述第一转向部件位于所述左转向范围内的情况下，控制所述致动器，以使以与所述第一转向部件的操作量相应的速度使所述行驶轮的转向角向左侧变化；

在所述第一转向部件位于所述右转向范围内的情况下，控制所述致动器，以使以与所述第一转向部件的操作量相应的速度使所述行驶轮的转向角向右方变化；

在所述第一转向部件位于所述中立范围内的情况下，控制所述致动器，以使所述转向角返回所述中立角。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还具备：

所述第一转向部件能够在所述中立范围与所述左转向范围之间的左保持范围操作；

在所述第一转向部件位于所述左保持范围内的情况下，控制所述致动器，以使所述行驶轮的转向角维持在当前的角度。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，还具备：

所述第一转向部件能够在所述中立范围与所述右转向范围之间的右保持范围操作；

在所述第一转向部件位于所述右保持范围内的情况下，控制所述致动器，以使所述行驶轮的转向角维持在当前的角度。

9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，还具备：

接收信号，该信号是表示能够从中立位置向左右操作的第二转向部件的操作量，

所述致动器使所述行驶轮的转向角变化，以使所述行驶轮的转向角成为与所述第二转向部件的操作量相应的角度。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还具备：

与所述第一转向部件的操作相比，使所述第二转向部件的操作优先地使所述行驶轮的转向角发生变化。