JP2010195252A

JP2010195252A - 自動操舵用駆動装置

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Publication number: JP2010195252A
Application number: JP2009043621A
Authority: JP
Inventors: Eiji Makino; 英二牧野; Yasuyuki Hamada; 安之濱田; Keiji Hanawa; 圭二塙; Yoshinori Doi; 義典土居; Yutaka Kajino; 豊楫野
Original assignee: Iseki and Co Ltd; National Agriculture and Food Research Organization; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; National Agriculture and Food Research Organization; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】異なる車両に対応する汎用性が高く、さらに緊急時の手動ハンドル操作を可能にする既存ステアリングハンドル部に外付け可能な自動操舵用駆動装置を提供すること。
【解決手段】ナット付円盤体２６の締め付け度合いを調整することで中間軸駆動用モータ２０の駆動力を一対の摩擦部材２３，２４からなるクラッチ機構によりハンドル９に伝達することができ、モータ２０の駆動力を固定的に駆動スプロケット２１に伝達する場合に生じるモータ２０の逆回転時などにおける支障が無くなり、前記クラッチ機構により緊急にオペレータがハンドル９を操舵すると駆動スプロケット２１が滑って危険を回避できる。さらに人力でナット付円盤体２６により、クラッチ機構の締め付け力を調整できるので非作業中はモータ２０の駆動部がフリーになるので、操作性が従来より向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は、農業用車両等のステアリングハンドル部に装着する自動操舵用駆動装置に関する。

外部からの遠隔操舵信号の出力に基づき、ステッピングモータからの動力をベルトまたはチェンによりステアリングシャフトに伝動してステアリングハンドルを操舵する自動操舵用駆動装置を装着した走行車両が知られている（特許文献１）。

米国特許第７３４９７７９号明細書

上記特許文献１記載の自動操舵のために操舵駆動装置を設ける構成においては、自動操舵駆動装置を作動中にもオペレータによって手動でステアリングハンドルの操舵を行うことがあるが、上記特許文献１記載の自動操舵駆動装置は、ステアリングハンドルを手動操作する場合についての配慮がなく、改良の余地がある。

本発明の課題は、異なる車両に対応する汎用性の高い自動操舵駆動装置を提供するとともに、緊急時の手動ハンドル操作を可能にする既存ステアリングハンドル部に外付け可能な自動操舵駆動装置を提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するために次の構成を有する。
すなわち、請求項１記載の発明は、ステアリングハンドル（９）と、該ステアリングハンドル（９）に連動して正転と逆転をするステアリングシャフト（１５）と、該ステアリングハンドル（９）を支持するハンドルポスト（８）と、前記ステアリングシャフト（１５）に連動する操舵油圧機構（３９）と、該操舵油圧機構（３９）を介して操舵される車両の操舵輪（２）と、ステアリングシャフト（１５）の軸心周りに該ステアリングシャフト（１５）と一体的に設けた従動スプロケット（１６）と、ハンドルポスト（８）に隣接する位置にステアリングシャフト（１５）の軸方向に平行な方向に配置した中間軸（１７）と、ハンドルポスト（８）に着脱自在に支持されるプレート（１８）と、該中間軸（１７）を駆動し、かつプレート（１８）に支持される中間軸駆動用モータ（２０）と、中間軸（１７）に着脱自在に設けられる駆動スプロケット（２１）と、該駆動スプロケット（２１）と中間軸（１７）との間に配置される摩擦部材（２３，２４）と、前記摩擦部材（２３，２４）による摩擦力を駆動スプロケット（２１）に付与し又は解除するねじ込み部材（２６）と、駆動スプロケット（２１）と従動スプロケット（１６）の間に掛け渡されるチェーン（２７）とを備えたステアリングハンドル部の自動操舵用駆動装置である。
なお、前記プレート（１８）は実施例においては、（ａ）ベースプレート１８ａ又は、（ｂ）ベースプレート１８ａと接続プレート１８ｂを組み合わせたものからなる。

請求項２記載の発明は、ねじ込み部材（２６）を円盤体により構成し、中間軸（１７）に一体的に鍔部（１７ｂ）を形成し、該鍔部（１７ｂ）に支持させて中間軸駆動用モータ装着部側から順に第２摩擦材（２４）、駆動スプロケット（２１）、第１摩擦材（２３）および皿バネ（２５ｂ）を着脱自在に重ねて中間軸（１７）に挿入し、さらに皿バネ装着側の中間軸（１７）に設けられた前記ねじ込み部材（２６）で駆動スプロケット（２１）を第１、第２摩擦材（２３，２４）を介して中間軸（１７）に固定する構成とした請求項１に記載のステアリングハンドル部の自動操舵用駆動装置である。

請求項１記載の発明によれば、円盤状のねじ込み部材２６を締め付け度合いを調整することで中間軸駆動用モータ２０の駆動力を一対の摩擦部材２３，２４を含む部材で構成されるクラッチ機構によりステアリングハンドル９に伝達することができ、中間軸駆動用モータ２０の駆動力を固定的に駆動スプロケット２１に伝達する場合に生じる中間軸駆動用モータ２０の逆回転時などにおける支障が無くなり、前記クラッチ機構により緊急にオペレータがハンドル９を操舵すると駆動スプロケット２１が滑って危険を回避でき、安全性が従来より向上する。

さらにオペレータがねじ込み部材２６により、前記クラッチ機構の締め付け力を調整できるので、非作業中は、中間軸駆動用モータ２０の駆動部がフリーになる構成とし、ワンタッチで手動操作が行えるので、操作性が従来より向上する。

また、従来から使用しているトラクタ等の車両のステアリングハンドル９を、該ハンドル下部のステアリングシャフト１５との連結部に従動スプロケット１６を取り付けたものに取り替え、そのほかにチェーン２７、中間軸１７、中間軸駆動用モータ２０、プレート１８を用意するだけで自動操舵用駆動装置が得られる。

請求項２記載の発明によれば、種々、径が異なる駆動スプロケット２１を用意しておき、手動で円盤状のねじ込み部材２６の締付度をコントロールして容易に取り替えることで、例えば車格の異なるトラクタに本自動操舵用駆動装置を取り付けても変速比を簡単に変更できる。

農用作業車両の一例としての農用トラクタの右側面図である。図１の農用トラクタの前部側面図である。図１のトラクタのステアリングハンドルの自動操舵用駆動装置の概略構成である。図３の矢印Ａ方向からの矢視略図である。図３のステアリングハンドルの自動操舵用駆動装置の中間軸駆動用モータの中間軸へのスプロケットの取り付け部の詳細構造図である。図１のトラクタの自動操舵用駆動装置の制御構成図である。図６の自動操舵用駆動装置の自動モード、手動モード、中立復帰モード及び通常モードへそれぞれ移行するためのモード変更のためのフローチャートである。図６の自動操舵用駆動装置の制御フローチャートである。別実施例を示すステアリングハンドルの自動操舵用駆動装置の側面図である。

この発明の一実施例を図面に基づき説明する。
図１に農用作業車両の一例としての農用トラクタの右側面図を示し、図２にはその前部側面図を示す。車両１の前後部に前輪２と後輪３とを備え、ボンネット４内に装着されるエンジン５の回転動力をミッションケース６内の変速装置で適宜減速し、減速した回転動力を当該前輪２，後輪３に伝達すべく構成している。

機体中央部の運転者席７の前方には、ハンドルポスト８を設け、ステアリングハンドル９を旋回操作可能に設けている。このステアリングハンドル９の旋回操作は操舵機構を介して左右前輪２，２を操向連動する構成としている。なお、ステアリングハンドル９の近傍にはアクセルレバー１０を、ハンドルポスト８の下部側には左右独立するブレーキペダル１１，１１を配設すると共に、上記運転者席７とこのハンドルポスト８間には走行用変速レバー（図示せず）を配設している。

上記機体１の後部には耕耘作業機１２が装着されており、該耕耘作業機１２はトップリンク１３とロアリンク１４，１４とからなる３点リンク機構を介して上下昇降可能に装着している。油圧シリンダ機構（図示せず）はポジションレバー（図示せず）の回動操作によって伸縮してリフトアームを上下回動しロアリンク１４，１４を上下動させることにより作業機１２を昇降連動する構成である。前記エンジン５から出力された回転動力は、図示しない主クラッチ、前後進切替機構を経由し主変速機構、副変速機構で適宜変速されて後輪デフ機構へ伝達される構成である。また、副変速機構からの回転動力は前輪駆動軸３２へ伝達可能の構成である。

前輪駆動軸３２は前輪デフ機構３３に連動連結される。この前輪デフ機構３３はアクスルブラケット３５に前後軸心回りに左右揺動自在に支承されるものである。ステアリングハンドル９に連動する伝動軸３７は自在継手３６を介して前輪２、２の操舵機構（パワステユニット）３９（図６）に連結している。

図３にステアリングハンドル９の自動操舵用駆動装置の概略構成図を示し、図４に図３の矢印Ａ方向からの矢視図を示す。また、図５には図３の自動操舵用駆動装置の中間軸駆動用モータ２０の中間軸１７へのスプロケット２１の取り付け部の詳細構造図を示す。
ステアリングハンドル９のシャフト１５の軸心周りに該シャフト１５と一体的に従動スプロケット１６を設ける。またステアリングシャフト１５を支持するハンドルポスト８に隣接する位置にステアリングシャフト１５の軸方向に平行する方向に配置した中間軸１７を配置する。

またステアリングシャフト１５と中間軸１７の軸心に直交する方向に配置される上面とステアリングシャフト１５と中間軸１７の間に配置され、前記ステアリングシャフト１５と中間軸１７に平行な側面とからなる縦断面が逆Ｌ字状のベースプレート１８ａを設け、該ベースプレート１８ａはハンドルポスト８に固定ボルト８ａを介して着脱自在に支持されている。また該ベースプレート１８ａの上面の下側には正逆回転可能な中間軸駆動用モータ２０及びギヤケース２２が装着されている。

該中間軸駆動用モータ２０の回転軸（図示せず）の回転はギヤケース２２内で縦軸回転に変換されて駆動軸２２ａに伝達される。この駆動軸２２ａの上端が中間軸１７の下端部の円筒部１７ａに差し込まれ、該円筒部１７ａとモータ駆動軸２２ａの先端部に挿入されるピン（図示せず）で円筒部１７ａとモータ駆動軸２２ａが一体回転可能に接続されている。

前記ベースプレート１８ａの上面側において、前記中間軸１７には上側から小径部１７ｃ、大径部１７ｄ及び鍔部１７ｂが形成され、大径部１７ｄに駆動スプロケット２１が遊嵌されている。また、鍔部１７ｂにより中間軸１７に挿入される駆動スプロケット２１の中心部の下端を支持することができる。

なお中間軸１７の大径部１７ｄに遊嵌された駆動スプロケット２１の上端と下端は中間軸１７に挿入されるゴムなどの弾性部材で出来た一対の摩擦部材２３、２４（第１摩擦部材２３と第２摩擦部材２４）でそれぞれ挟み込まれ、さらに、中間軸１７に挿入された第１摩擦部材２３の上側にはスプリング状の皿バネ２５ｂと座金２５ａが挿入される。

中間軸１７の上端小径部１７ｃの外周には雄ネジ部が設けられていて、該雄ネジ部にはねじ込み部材としてのナット付円盤体２６の中心部の開口部に設けた雌ネジ部を螺合させており、このナット付円盤体２６の回転により座金２５ａ、皿バネ２５ｂ、第１摩擦部材２３及び第２摩擦部材２４を介して駆動スプロケット２１を鍔部１７ｂに圧縮することにより中間軸１７に固定する。

該駆動スプロケット２１とステアリングシャフト１５に一体的に取り付けられた従動スプロケット１６（図４）との間にチェーン２７を掛けることで中間軸駆動用モータ２０の駆動力がステアリングシャフト１５に伝達するため、中間軸駆動用モータ２０の正逆回転の駆動制御により、ステアリングハンドル９を操舵できる。

また、ステアリングハンドル９に連動するステアリングシャフト１５の正転と逆転に連動する操舵油圧機構（パワステユニット）３９（図６）を介して操舵される車両の操舵輪（前輪）２と前記ステアリングハンドル９を操舵する中間軸駆動用モータ２０の駆動を行う構成を、ここでは自動操舵用駆動装置という。

この自動操舵用駆動装置の制御構成図を図６に示す。
操舵コントローラ２８はドライバーユニット１９を経由して中間軸駆動モータ２０への出力を行い、駆動スプロケット２１、従動スプロケット１６、ステアリングシャフト１５、パワステユニット３９、前輪操舵部４０を経由して、ハンドル９の操舵角に応じて前輪２が操舵される。前輪操舵角度は操舵角センサ４１により検出され、操舵コントローラ２８にフィードバックされる。
また、車両の直進支援コントローラ２９を操舵コントローラ２８とは別に設けておき、カメラからの撮像信号に基づき、またはナビゲーションコントローラ３０からの情報に基づき操舵コントローラ２８により車両の操舵を行うこともできる。

操舵コントローラ２８には操作パネル３８上に配置した前記自動操舵用駆動装置の制御を開始させるための自動制御開始スイッチ、オペレータによるハンドル操作量をステアリングシャフト１５に連動させるために、ハンドル操作量を可変抵抗器の抵抗値として出力して、ステアリングハンドル９の中立位置の調整を前記自動操舵中でも行うことができるトリムスイッチ、ステアリングハンドル９を中立位置（操舵角θ０）に戻すための中立復帰スイッチ、左側又は右側に傾倒自在に設けられたステアリング手動制御スイッチ等を接続し、さらに作業車両の各種作業などの操作指令、走行速度の制御指令などを発信するための操作パネル３８と通信が出来る構成になっている。

また、図７には自動モード、手動モード、中立復帰モード及び通常モードへそれぞれ移行するためのモード変更のためのフローチャートを示す。なお、自動モードは、圃場の端部に設置した点滅ＬＥＤからなる遠目標を農用トラクタ等の車両に設置した撮像カメラで受信しながら、この遠目標に向けて車体を前進させる構成の直進自動走行モードとする直進支援コントローラ２９を搭載する場合について説明する。

車両のエンジン５を始動させるキースイッチがオンされると、各操作パネルやコントローラ２８，２９へ通電される。カメラ受信信号があり、さらに自動操舵用の自動制御開始スイッチがオンとなると自動モードへ移行し、前記遠目標のカメラによる撮像信号を基に直進支援コントローラ２９により車両が直進すべき方向を求めて車両を直進させる。即ち、常に遠目標が進行方向の中心になるように車両が操向制御されるもので、撮像画面における遠目標の位置が左右にずれるとこれを修正すべく操舵コントローラ２８は左右修正操舵角を演算して求め、該修正操舵角に相当するモータ２０の回転数に換算し、前輪操舵部４０を作動することにより、自動的に方向を修正しながら車両を前進させる。

またカメラによる撮像信号が無い場合であって、手動操舵左スイッチまたは手動操舵右スイッチがオンであると手動で操舵させる手動モードに移行する。また手動操舵左スイッチまたは手動操舵右スイッチがオフであり、中立復帰スイッチがオンであると、中立復帰モードへ移行し、中立復帰スイッチがオフであると、ステアリングハンドル操作に基づく通常の走行モードへ移行する。

前記のモードのうち、中立復帰スイッチによる中立復帰モードのときには、操舵角センサ４１の検出値θ０が左右操舵角０度の位置に前輪操舵部４０は制御されるので、遠目標に対する自動モード開始直前の車両の操舵方向設定に有効である。

ところで、傾斜面の走行中またはプラウ作業しながらの走行中には、ステアリングハンドル９が操舵角センサ４１の検出値θ０が中立位置にあっても、車輪の横滑り作用や左右に偏った負荷作用を受けることによって直進性が損なわれる。そこで中立位置を確認するために前記中立復帰スイッチがオンすることがある。この場合には中立復帰モードへ移行して、車両の直進状態を確認するが、右ないし左方向への偏りを感じるときには、図８のフローチャートの手順で調整を行なう。

例えば左側（又は右側）への偏り走行を認識したときには、手動スイッチを右側（又は左側）傾倒することによって操舵方向を右側向き（又は左側向き）に微調整し、所定の操舵角を得られた時点でトリムスイッチを押してオンする。このトリムスイッチのオンの際の操舵角センサθ０’を新たな中立位置として操舵コントローラ２８は認識し記憶する。

その後の自動モードにおける中立位置はそれまでのθ０からθ０’に変更して制御されるものとなる。したがって、傾斜地で車両がずり落ちるように走行する場合であっても、中立位置で前輪操舵部４０は傾斜地の高い側に向くため該ずり落ちをカバーでき方向修正の頻度を少なくできる。
従って、上記トリムスイッチにより、車両に耕耘装置などの作業機を連結する場合、車両が圃場面の傾斜面を走行する場合、操舵装置のガタ等により、直進性が損なわれた時に自動操舵制御を中止することなく補正することが可能になる。

上記構成からなる自動操舵用駆動装置において、中間軸１７部分はナット付円盤体２６を締め付けることで駆動スプロケット２１が中間軸１７に固定支持され、中間軸駆動用モータ２０の駆動力が中間軸１７を経由して駆動スプロケット２１に伝わる。またナット付円盤体２６の締め付け度合いを緩くすることで中間軸駆動用モータ２０の駆動力は一対の摩擦部材２３，２４の摺べりを可能としながら駆動スプロケット２１に伝達される。

そのため中間軸駆動用モータ２０の駆動力を前記一対の摩擦部材２３，２４と座金２５ａ、皿バネ２５ｂからなるクラッチ機構によりステアリングハンドル９に伝達することができ、中間軸駆動用モータ２０の駆動力を固定的に駆動スプロケット２１に伝達する場合に生じる中間軸駆動用モータ２０の逆回転時などにおける支障が無くなる。

上記クラッチ機構を設けたため緊急にオペレータがハンドル９を操舵すると駆動スプロケット２１が滑って危険を回避でき、安全性が従来より向上する。
さらにオペレータがナット付円盤体２６により、クラッチ機構の締め付け力を調整できるので、非作業中は、中間軸駆動用モータ２０の駆動部がフリーになる構成とし、ワンタッチで手動操作が行えるので、操作性が従来より向上する。

また、種々、径が異なる駆動スプロケット２１を用意しておき、手動でナット付円盤体２６の締付度をコントロールして容易に取り替えることで、例えば車格の異なるトラクタに取り付けても変速比を簡単に変更できる。

上記中間軸駆動用モータ２０を用いる駆動機構によりステアリングハンドル９を操舵させる機構は、現在使用中の作業車両、例えば既存のトラクタのハンドル９のシャフト１５に従動スプロケット１６を取り付けて、更にハンドルポスト８に駆動スプロケット２１を有する中間軸１７及び該中間軸駆動用モータ２０を取り付けることで自動操舵装置に改良することができる。

なお、前記の実施例では、ベースプレート１８ａを側面視で逆Ｌ型に構成したが、ハンドルポスト８とハンドル９の間にハンドルポスト８の上面を覆い、ステアリングシャフト１５と中間軸１７をそれぞれ貫通する接続プレート１８ｂをベースプレート１８ａに加えて構成すると（図９）、駆動モータ２０とステアリングシャフト１５とはハンドルポスト８に固定された接続プレート１８ｂに支持されているので操舵時に生じるトルクを接続プレート１８ｂで支えることができるので、チェーン２７からの負荷を接続プレート１８ｂが受け止めることができ、ベースプレート１８ａへの駆動モータ２０の取り付けが比較的簡単になる。

さらに、従来から使用しているトラクタのステアリングハンドル９を、該ハンドル９下部のシャフト１５との連結部に従動スプロケット１６を取り付けたものに取り替え、そのほかに必要な部材、即ち、チェーン２７、中間軸１７、中間軸駆動モータ２０、ベースプレート１８ａ、接続プレート１８ｂなどを用意するだけで本実施例の自動操舵用駆動装置が得られる。

前記実施例では、自動モードにおいて、遠目標と撮像カメラを設置して直進制御を行う構成としたが、ＧＰＳを用いて走行操舵制御を行う構成でもよい。

本発明は、ＧＰＳなどを利用した汎用自動操舵用駆動装置として利用可能性が高い。

１車両２前輪
３後輪４ボンネット
５エンジン６ミッションケース
７運転者席８ハンドルポスト
８ａ固定ボルト９ステアリングハンドル
１０アクセルレバー１１ブレーキペダル
１２耕耘作業機１３トップリンク
１４ロアリンク１５ステアリングシャフト
１６従動スプロケット１７中間軸
１８ａベースプレート１８ｂ接続プレート
１９ドライバーユニット
２０中間軸駆動用モータ
２１駆動スプロケット２２ギヤケース
２２ａモータ駆動軸２３、２４摩擦部材
２５ａ座金２５ｂ皿バネ
２６ナット付円盤体（ねじ込み部材）
２７チェーン２８操舵コントローラ
２９直進支援コントローラ
３０ナビゲーションコントローラ
３２前輪駆動軸３３前輪デフ機構
３５アクスルブラケット
３６自在継手３７伝動軸
３８操作パネル３９パワステユニット
４０前輪操舵部４１操舵角センサ

Claims

ステアリングハンドル（９）と、該ステアリングハンドル（９）に連動して正転と逆転をするステアリングシャフト（１５）と、該ステアリングハンドル（９）を支持するハンドルポスト（８）と、前記ステアリングシャフト（１５）に連動する操舵油圧機構（３９）と、該操舵油圧機構（３９）を介して操舵される車両の操舵輪（２）と、
ステアリングシャフト（１５）の軸心周りに該ステアリングシャフト（１５）と一体的に設けた従動スプロケット（１６）と、
ハンドルポスト（８）に隣接する位置にステアリングシャフト（１５）の軸方向に平行な方向に配置した中間軸（１７）と、
ハンドルポスト（８）に着脱自在に支持されるプレート（１８）と、
該中間軸（１７）を駆動し、かつプレート（１８）に支持される中間軸駆動用モータ（２０）と、
中間軸（１７）に着脱自在に設けられる駆動スプロケット（２１）と、
該駆動スプロケット（２１）と中間軸（１７）との間に配置される摩擦部材（２３，２４）と、
前記摩擦部材（２３，２４）による摩擦力を駆動スプロケット（２１）に付与し又は解除するねじ込み部材（２６）と、
駆動スプロケット（２１）と従動スプロケット（１６）の間に掛け渡されるチェーン（２７）と
を備えたことを特徴とするステアリングハンドル部の自動操舵用駆動装置。
ねじ込み部材（２６）を円盤体により構成し、中間軸（１７）に一体的に鍔部（１７ｂ）を形成し、該鍔部（１７ｂ）に支持させて中間軸駆動用モータ装着部側から順に第２摩擦材（２４）、駆動スプロケット（２１）、第１摩擦材（２３）および皿バネ（２５ｂ）を着脱自在に重ねて中間軸（１７）に挿入し、さらに皿バネ装着側の中間軸（１７）に設けられた前記ねじ込み部材（２６）で駆動スプロケット（２１）を第１、第２摩擦材（２３，２４）を介して中間軸（１７）に固定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のステアリングハンドル部の自動操舵用駆動装置。