JP2022022892A - 作業機械、および作業機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリング終端における衝撃を緩和することが可能な作業機械を提供すること。
【解決手段】作業機械１では、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂは、リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１を駆動する。方向制御弁４２は、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂへの作動油の供給量を変更する。ステアリングホイール２１は、方向制御弁４２を操作する。可変容量ポンプ２３は、方向制御弁４２に作動油を吐出する。シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂは、リアフレーム１２に対するフロントフレーム１１の回動角度を検出するために設けられている。コントローラ２７は、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂの検出値に基づいて、可変容量ポンプ２３の吐出流量を減少させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業機械および作業機械の制御方法に関する。

ホイールローダ等の屈折機構を有する作業機械は、前後の独立したフレームを有し、ステアリング操作を行う際には前後フレームを繋ぐステアリング用の油圧シリンダの伸縮によって車両が屈折する。この油圧シリンダを駆動する作動油がステアリングバルブを介して油圧ポンプによって供給される。

ステアリングの最大角度（ステアリング終端）でフロントフレームとリアフレームが接触すると大きな衝撃が発生するため、パイロット駆動式のステアリングシステム（特許文献１参照）では、ステアリングバルブを駆動するパイロット回路にストップバルブと呼ばれる油圧遮断スイッチ付きのバルブが設置される。そして、ステアリングの最大角度付近でパイロット回路を遮断することでフレームの接触による衝撃が緩和されている。

特開２００８－４４４２８号公報

しかしながら、パイロット式が用いられておらず操舵装置によって直接ステアリングバルブが駆動されるシステムでは、流量が多く圧力が大きいため、上記ストップバルブを用いることができない。この場合、ゴムクッション等をフレームに配置することが考えられるが、旋回による大きなエネルギーをゴムクッションだけで吸収することは難しく、ステアリング終端でショックが発生する。

本開示は、ステアリング終端における衝撃を緩和することが可能な作業機械および作業機械の制御方法を提供することを目的とする。

第１の態様に係る作業機械は、第１フレームと、第２フレームと、油圧シリンダと、バルブと、操作部材と、可変容量ポンプと、フレーム角度検出部と、コントローラと、を備える。第２フレームは、第１フレームに対して回動可能に接続されている。油圧シリンダは、第１フレームに対して第２フレームを駆動する。バルブは、油圧シリンダへの作動油の供給量を変更する。操作部材は、バルブを操作する。可変容量ポンプは、バルブに作動油を吐出する。フレーム角度検出部は、第１フレームに対する第２フレームの回動角度を検出するために設けられている。コントローラは、フレーム角度検出部の検出値に基づいて、可変容量ポンプの吐出流量を減少させる。

第２の態様に係る作業機械の制御方法は、以下の処理を備える。第１の処理は、第１フレームに対して回動可能に接続された第２フレームの回動角度を検出することである。第２の処理は、検出された回動角度に基づいて、第１フレームに対して第２フレームを駆動する油圧シリンダへの作動油の供給量を変更するバルブに作動油を吐出する可変容量ポンプの吐出量を減少することである。

本開示によれば、ステアリング終端における衝撃を緩和することが可能な作業機械および作業機械の制御方法を提供することができる。

本開示にかかる実施の形態の作業機械を示す側面図。 図１のステアリングシステムの構成を示す図。 リアフレームに対するフロントフレームの回動可能範囲を示す図 フロントフレームのリアフレームに対する回動角度と可変容量ポンプの斜板の角度との関係を示す図。 本開示にかかる実施の形態の作業機械の制御方法のフローを示す図。 本開示の変形例における作業機械の制御方法のフローを示す図。

本開示にかかる作業機械について図面を参照しながら以下に説明する。

＜構成＞
（作業機械の概要）
図１は、本実施の形態の作業機械１の側面図である。本実施の形態の作業機械１は、車体フレーム２と、作業機３と、一対のフロントタイヤ４、キャブ５、エンジンルーム６、一対のリアタイヤ７、ステアリングシステム８（図２参照）、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂ（油圧シリンダの一例）と、を備えている。

なお、以下の説明において、「前」、「後」、「右」、「左」、「上」、及び「下」とは運転席から前方を見た状態を基準とする方向を示す。また、「車幅方向」と「左右方向」は同義である。

作業機械１は、作業機３を用いて土砂積み込み作業などを行う。

車体フレーム２は、いわゆるアーティキュレート式であり、フロントフレーム１１とリアフレーム１２と、連結軸部１３と、を有している。フロントフレーム１１は、リアフレーム１２の前方に配置されている。フロントフレーム１１は、第２フレームの一例に対応し、リアフレーム１２は、第１フレームの一例に対応する。連結軸部１３は、車幅方向の中央に設けられており、フロントフレーム１１とリアフレーム１２を互いに揺動可能に連結する。一対のフロントタイヤ４は、フロントフレーム１１の左右に取り付けられている。また、一対のリアタイヤ７は、リアフレーム１２の左右に取り付けられている。

作業機３は、図示しない作業機ポンプからの作動油によって駆動される。作業機３は、ブーム１４と、バケット１５と、リフトシリンダ１６と、バケットシリンダ１７と、を有する。ブーム１４は、フロントフレーム１１に装着されている。バケット１５は、ブーム１４の先端に取り付けられている。

リフトシリンダ１６およびバケットシリンダ１７は、油圧シリンダである。リフトシリンダ１６の一端はフロントフレーム１１に取り付けられており、リフトシリンダ１６の他端はブーム１４に取り付けられている。リフトシリンダ１６の伸縮により、ブーム１４が上下に揺動する。バケットシリンダ１７の一端はフロントフレーム１１に取り付けられており、バケットシリンダ１７の他端はベルクランク１８を介してバケット１５に取り付けられている。バケットシリンダ１７が伸縮することによって、バケット１５が上下に揺動する。

キャブ５は、リアフレーム１２上に載置されており、内部には、ステアリング操作のためのステアリングホイール２１（図２参照）、作業機３を操作するためのレバー、各種の表示装置等が配置されている。エンジンルーム６は、キャブ５の後側であってリアフレーム１２上に配置されており、エンジンが収納されている。

図２は、ステアリングシステム８を示す構成図である。ステアリングシステム８は、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂに供給する油の流量を変更することによって、フロントフレーム１１のリアフレーム１２に対する回動角度であるステアリング角度を変更し、作業機械１の進行方向を変更する。

一対のステアリングシリンダ９ａ、９ｂは、油圧によって駆動される。一対のステアリングシリンダ９ａ、９ｂは、連結軸部１３を挟んで車幅方向の左右側に並んで配置されている。ステアリングシリンダ９ａは、連結軸部１３の左側に配置されている。ステアリングシリンダ９ｂは、連結軸部１３の右側に配置されている。ステアリングシリンダ９ａ、９ｂは、それぞれの一端がフロントフレーム１１に取り付けられており、それぞれの他端が、リアフレーム１２に取り付けられている。

図２に示すように、ステアリングシリンダ９ａのシリンダ室は、ピストンによって伸長室９ａ１と収縮室９ａ２に分割されている。伸長室９ａ１に作動油が供給されると、ピストンが移動してステアリングシリンダ９ａは伸長し、収縮室９ａ２に作動油が供給されると、ピストンが移動してステアリングシリンダ９ａは収縮する。

ステアリングシリンダ９ｂのシリンダ室は、ピストンによって伸長室９ｂ１と収縮室９ｂ２に分割されている。伸長室９ｂ１に作動油が供給されると、ピストンが移動してステアリングシリンダ９ｂは伸長し、収縮室９ｂ２に作動油が供給されると、ピストンが移動してステアリングシリンダ９ｂは収縮する。

ステアリングシリンダ９ａが伸長し、ステアリングシリンダ９ｂが収縮すると、ステアリング角度が変化し車両は右（図２のＲ参照）に曲がる。また、ステアリングシリンダ９ａが収縮し、ステアリングシリンダ９ｂが伸長すると、ステアリング角度が変化し車両は左（図２のＬ参照）に曲がる。

（ステアリングシステム８）
ステアリングシステム８は、ステアリングホイール２１（操作部材の一例）と、ステアリングバルブ２２と、可変容量ポンプ２３と、タンク２４と、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂ（フレーム角度検出部の一例）と、ホイール角度センサ２６（操作速度検出部の一例、操作方向検出部の一例）と、コントローラ２７と、を有している。

ステアリングホイール２１は、キャブ５内に設けられており、オペレータが回転操作することによって、ステアリングバルブ２２が動作される。ステアリングホイール２１の入力軸２１ａが、ステアリングバルブ２２に接続されている。

ステアリングバルブ２２は、オービットロール（登録商標）と呼ばれ、全油圧式パワーステアリングユニットである。ステアリングバルブ２２は、ステアリングホイール２１の操作に応じてステアリングシリンダ９ａ、９ｂに作動油を供給する。ステアリングバルブ２２は、ポートＰ、Ｔ、ＬＳ、Ｒ、Ｌを有している。ステアリングバルブ２２の構成は後述する。

可変容量ポンプ２３は、ステアリングバルブ２２に作動油を吐出する。可変容量ポンプ２３とステアリングバルブ２２のポートＰは、管路３１によって接続されている。可変容量ポンプ２３から吐出された作動油は、管路３１を介してステアリングバルブ２２に供給される。可変容量ポンプ２３は、斜板２３ａを有している。可変容量ポンプ２３は、斜板２３ａの角度をコントローラ２７からの信号によって変更可能に構成されている。

可変容量ポンプ２３の斜板２３ａの角度を変更することによって、可変容量ポンプ２３の最大吐出量を変更することができる。斜板２３ａの角度を変更して最大吐出量を減少させると、圧力を上昇させたとしても可変容量ポンプ２３からの吐出量を所定量以上にすることができなくなり、吐出量を減少させることができる。

タンク２４は、作動油を貯留する。タンク２４とステアリングバルブ２２のポートＴは、管路３２によって接続されている。ステアリングシリンダ９ａ、９ｂから排出された作動油がステアリングバルブ２２のポートＴからタンク２４に排出される。

ステアリングバルブ２２のポートＲには、第１供給路３３の一端が接続されている。第１供給路３３の他端側は、２つに分岐している。分岐した２つの端の一方は、ステアリングシリンダ９ａの伸長室９ａ１に接続され、他方は、ステアリングシリンダ９ｂの収縮室９ｂ２に接続されている。ステアリングバルブ２２のポートＲから第１供給路３３に作動油が供給されると、ステアリングシリンダ９ａが伸長し、ステアリングシリンダ９ｂが収縮して、フロントフレーム１１はリアフレーム１２に対して右側に回動する。

ステアリングバルブ２２のポートＬには、第２供給路３４の一端が接続されている。第２供給路３４の他端側は、２つに分岐している。分岐した２つの端の一方は、ステアリングシリンダ９ａの収縮室９ａ２に接続され、他方は、ステアリングシリンダ９ｂの伸長室９ｂ１に接続されている。ステアリングバルブ２２のポートＬから第２供給路３４に作動油が供給されると、ステアリングシリンダ９ａが収縮し、ステアリングシリンダ９ｂが伸長して、フロントフレーム１１はリアフレーム１２に対して左側に回動する。

ステアリングバルブ２２は、ジロータ４１と、方向制御弁４２（バルブの一例）と、を有している。

ジロータ４１は、メータリング機構を有している。ジロータ４１は、スターと、スターが内側に配置されたリングと、を有している。スターは、スターに固定されたスリーブ（図示せず）と、スリーブにバネ部材によって連結されたスプール４２ａとを介して、ステアリングホイール２１の入力軸２１ａに連結されている。ジロータ４１は、リング内でスターが偏芯回転することにより、作動油を計量しながら押し出すポンプとして作用する。

方向制御弁４２は、ステアリングホイール２１およびジロータ４１と連動して切り替わる３位置回転型の弁である。方向制御弁４２は、入力軸２１ａが停止している状態では、スリーブに対してスプール４２ａが位置Ｐ１に配置されているが、ステアリングホイール２１を右方向に回転させると、スプール４２ａがスリーブに対して位置Ｐ２に切り替わり、ステアリングホイール２１を左方向に回転させると、スプール４２ａがスリーブに対して位置Ｐ３に切り替わる。スプール４２ａがスリーブに対して位置Ｐ２に配置されている状態が、第１状態の一例である。スプール４２ａがスリーブに対して位置Ｐ３に配置されている状態が、第２状態の一例である。

ステアリングバルブ２２は、管路４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０を有している。管路４３は、一端がポートＰに接続され、他端が方向制御弁４２のポートに接続されている。管路４３には、逆止弁５１が設けられている。管路４４は、一端がポートＴに接続され、他端が方向制御弁４２のポートに接続されている。管路４５は、一端がジロータ４１に接続され、他端が方向制御弁４２のポートに接続されている。管路４６は、一端がジロータ４１に接続され、他端が方向制御弁４２のポートに接続されている。管路４７は、一端がポートＲに接続され、他端が方向制御弁４２のポートに接続されている。管路４８は、一端がポートＬに接続され、他端が方向制御弁４２のポートに接続されている。点線で示す管路４９は、一端がＬＳポートに接続され、他端が方向制御弁４２のポートに接続されている。管路４９には、逆止弁５２が設けられている。管路５０は、管路４３と管路４４を接続しており、管路５０には、逆止弁５３が設けられている。

ＬＳポートと管路３２を接続する管路３５が設けられており、管路３５には、リリーフバルブ２８が設けられている。

ステアリングホイール２１が右回転されると、入力軸２１ａに接続されているスプール４２ａがスリーブに対して回転して位置Ｐ２に移動する。そして、可変容量ポンプ２３から管路３１および管路４３を通って供給される作動油が、ジロータ４１に接続されているスリーブに対するスプール４２ａの相対的な回転角度に基づいて、管路４６を通ってジロータ４１に供給される。スターの偏心回転によってジロータ４１から送り出された作動油は、管路４５を介して方向制御弁４２に戻って管路４７を通ってポートＲから第１供給路３３に供給される。第１供給路３３に作動油が供給されると、伸長室９ａ１および収縮室９ｂ２に作動油が供給されてフロントフレーム１１は連結軸部１３を中心にしてリアフレーム１２に対して右側に回動する。また、収縮室９ａ２および伸長室９ｂ１からは第２供給路３４を通って作動油が排出される。排出された作動油は、ポートＬから方向制御弁４２の管路４８および管路４４、ならびに管路３２を通ってタンク２４に排出される。

スターの回転によってスリーブが回転してスリーブに対するスプール４２ａの相対的な回転角度がゼロになると、スプール４２ａがスリーブに対して位置Ｐ１に配置され、第１供給路３３への作動油の吐出が停止される。これによって、フロントフレーム１１はリアフレーム１２に対して、ステアリングホイール２１の操作角度に対応した位置に保たれる。

一方、ステアリングホイール２１が左回転されると、入力軸２１ａに接続されているスプール４２ａがスリーブに対して回転して位置Ｐ３に移動する。そして、可変容量ポンプ２３から供給される作動油が、ジロータ４１に接続されているスリーブに対するスプール４２ａの相対的な回転角度に基づいて、管路４５を通ってジロータ４１に供給される。スターの偏心回転によってジロータ４１から送り出された作動油は、管路４６を介して方向制御弁４２に戻って管路４８を通ってポートＬから第２供給路３４に供給される。第２供給路３４に作動油が供給されると、収縮室９ａ２および伸長室９ｂ１に作動油が供給されてフロントフレーム１１は連結軸部１３を中心にしてリアフレーム１２に対して左側に回動する。また、伸長室９ａ１および収縮室９ｂ２からは第１供給路３３を通って作動油が排出される。排出された作動油は、ポートＲから方向制御弁４２の管路４７および管路４４、ならびに管路３２を通ってタンク２４に排出される。

スターの回転によってスリーブが回転してスリーブに対するスプール４２ａの相対的な回転角度がゼロになると、スプール４２ａがスリーブに対して位置Ｐ１に配置され、第２供給路３４への作動油の吐出が停止される。これによって、フロントフレーム１１はリアフレーム１２に対して、ステアリングホイール２１の操作角度に対応した位置に保たれる。

なお、上述したように方向制御弁４２からジロータ４１に作動油が供給されるが、作動油の量が少ない場合には、ステアリングホイール２１の操作をアシストする力が弱くなり、ステアリングホイール２１の操作が重くなる。

シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂは、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂのストロークを検出する。シリンダストロークセンサ２５ａは、ステアリングシリンダ９ａのストロークに関する検出値をコントローラ２７に送信する。シリンダストロークセンサ２５ｂは、ステアリングシリンダ９ｂのストロークに関する検出値をコントローラ２７に送信する。

ホイール角度センサ２６は、例えば、ポテンショメータを用いることができる。ホイール角度センサ２６は、ステアリングホイール２１の操作方向と操作速度に関する検出値を検出し、コントローラ２７に送信する。操作方向に関する検出値は、ステアリングホイール２１が右方向または左方向のいずれの方向に回転されたかを示す。操作速度に関する検出値は、ステアリングホイール２１の回転速度を示す。

コントローラ２７は、プロセッサと、記憶装置を含む。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。或いは、プロセッサは、ＣＰＵと異なるプロセッサであってもよい。プロセッサは、プログラムに従って作業機械１の制御のための処理を実行する。記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリおよびＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含む。記憶装置は、ハードディスク、あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含んでいてもよい。記憶装置は、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置は、作業機械１を制御するためのプログラムおよびデータを記憶している。記憶装置は、例えば、後述する終端範囲や、操作速度の所定閾値のデータを記憶している。

コントローラ２７には、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂの検出値およびホイール角度センサ２６の検出値が入力される。コントローラ２７は、これらの検出値に基づいて、可変容量ポンプ２３の斜板２３ａの角度を制御して吐出量を減少させる。

詳細には、コントローラ２７は、シリンダストロークセンサ２５ａの検出値とシリンダストロークセンサ２５ｂの検出値とから、ステアリング角度θを算出する。

コントローラ２７は、算出したステアリング角度が、ステアリング可能範囲のうち終端範囲に含まれているか否かを判定する。以下に、ステアリング可能範囲と終端範囲について説明する。

図３は、リアフレーム１２に対するフロントフレーム１１のステアリング可能範囲Ｒａを示すための模式図である。図３では、フロントフレーム１１、リアフレーム１２およびバケット１５が模式的に示されている。

フロントフレーム１１はリアフレーム１２に連結軸部１３を中心にして回動可能に接続されているが、フレーム同士が物理的に接触するため、リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１はステアリング可能範囲Ｒａ内において回動することができる。

図３の実線で示すフロントフレーム１１に示すように、リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１が前後方向に沿って配置されている場合のステアリング角度θをゼロとする。図３では、詳細には、リアフレーム１２の幅方向における中心線がフロントフレーム１１の幅方向における中心線と一致している状態が、ステアリング角度θがゼロとなっている。ステアリング角度θは、リアフレーム１２の幅方向の中心線に対するフロントフレーム１１の幅方向の中心線の成す角度である。リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１が右方向に回動した場合のステアリング角度θをプラスの値とし、リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１が左方向に回動した場合のステアリング角度θをマイナスの値とする。

これにより、ステアリング可能範囲Ｒａは、ステアリング角度θが＋θｅ度～－θｅ度に設定される。すなわち、フロントフレーム１１がリアフレーム１２に対して右側にθｅ度回動すると、リアフレーム１２に対して接触し、それ以上右側に回動できない。また、フロントフレーム１１がリアフレーム１２に対して左側にθｅ度回動すると、リアフレーム１２に対して接触し、それ以上左側に回動できない。

ステアリング角度θが＋θｅのときがステアリング可能範囲Ｒａの右側の終端であり、ステアリング角度θが－θｅのときが、ステアリング可能範囲Ｒａの左側の終端である。図３では、ステアリング可能範囲Ｒａの右側の終端まで回動した状態のフロントフレーム１１およびバケット１５が二点鎖線で示されている。

終端範囲は、ステアリング可能範囲Ｒａのうち右側の終端近傍の所定範囲と左側の終端近傍の所定範囲である。

ステアリング可能範囲Ｒａのうち右側の終端近傍の所定の範囲を終端範囲Ｒｒｅとし、左側の終端近傍の所定範囲を終端範囲Ｒｌｅとする。終端範囲Ｒｒｅは、ステアリング角度が＋θ１～＋θｅの間に設定することができる。＋θ１は、右側の終端範囲Ｒｒｅの閾値である。なお、終端範囲Ｒｒｅは、最大５度程度に設定することができる。終端範囲Ｒｌｅは、ステアリング角度が－θ１～－θｅの範囲に設定することができる。－θ１は、左側の終端範囲Ｒｌｅの閾値である。また、終端範囲Ｒｌｅは、最大５度程度に設定することができる。

すなわち、コントローラ２７は、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂの検出値から算出したステアリング角度θが、＋θ１～＋θｅまたは－θ１～－θｅの範囲内であるかを判定する。

ステアリング角度θが、終端範囲Ｒｒｅまたは終端範囲Ｒｌｅに含まれている場合には、フロントフレーム１１とリアフレーム１２が接触して衝撃が発生する可能性があると判定できる。

また、コントローラ２７は、ホイール角度センサ２６の検出値に基づいて、ステアリングホイール２１の操作方向が、フロントフレーム１１が配置されている終端範囲の終端に向かう方向であるか否かを判定する。例えばステアリング角度θが終端範囲Ｒｒｅに含まれている場合には、ステアリング角度θが＋θｅとなる位置（右側）に向かってステアリングホイール２１が操作されているか否かを判定する。また、ステアリング角度θが終端範囲Ｒｌｅに含まれている場合には、ステアリング角度θが－θｅとなる位置（左側）に向かってステアリングホイール２１が操作されているか否かを判定する。

これによって、フロントフレーム１１が終端範囲に配置され、その終端範囲の終端に向かってフロントフレーム１１が操作されていることを判定できるため、この状態で回動した場合にフロントフレーム１１がリアフレーム１２に接触して衝撃が発生することを検出できる。

また、コントローラ２７は、ホイール角度センサ２６の操作速度に関する検出値に基づいて、ステアリングホイール２１の操作速度が所定閾値以上であるか否かを判定する。

ステアリングホイール２１の操作速度に応じてフロントフレーム１１の回動速度が変わるため、操作速度が大きい場合には接触時の振動も大きくなる。そのため、例えば、オペレータが許容可能な振動の大きさに応じて所定閾値を設定することができる。

以上のように、コントローラ２７は、ステアリング角度が終端範囲であり、その終端範囲の終端に向かってステアリングホイール２１が操作されており、ステアリングホイール２１の操作速度が所定閾値以上の場合には、可変容量ポンプ２３からの吐出量を減少させるように可変容量ポンプ２３の斜板２３ａを制御する。

図４は、ステアリング角度と、可変容量ポンプ２３の斜板２３ａの角度との関係を示す図である。図４には、可変容量ポンプ２３からの吐出量を回転可能角度の終端範囲で減少させた場合のグラフを太線で示し、減少させていない場合のグラフを細線で示す。本実施の形態では、例えば１秒間に所定量（ｃｃ／ｒｅｖ）の割合で斜板２３ａの角度を減少させることによって、可変容量ポンプ２３からの吐出量を減少させることができる。

図４では、ステアリング角度θが＋θ１～＋θｅの範囲の終端範囲Ｒｒｅおよび－θ１～－θｅの範囲の終端範囲Ｒｌｅにドットが付されている。本実施の形態では、図４に示すように、終端範囲Ｒｒｅ、Ｒｌｅにおいて斜板２３ａの角度を急減に変化させており、可変容量ポンプ２３からの吐出量が急減に減少するように設定されている。

＜動作＞
以下に、本実施の形態の作業機械１の制御動作について説明する。図５は、作業機械１の制御方法の一例と示すフロー図である。

はじめに、ステップＳ１０において、コントローラ２７は、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂのストロークに関する検出値を取得して、ステアリング角度θを算出する。

次に、ステップＳ２０において、コントローラ２７は、算出したステアリング角度が、終端範囲Ｒｒｅ若しくは終端範囲Ｒｌｅに含まれているか否かを判定する。ステアリング角度θが終端範囲Ｒｒｅまたは終端範囲Ｒｌｅに含まれていないと判定した場合は、制御はステップＳ１０に戻り、コントローラ２７は、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂのストロークに関する検出値の取得を繰り返す。一方、ステアリング角度θが終端範囲Ｒｒｅまたは終端範囲Ｒｌｅに含まれていると判定した場合には、制御はステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０において、コントローラ２７は、ホイール角度センサ２６の操作方向に関する検出値に基づいてステアリングホイール２１の操作方向を取得する。

次に、ステップＳ４０において、コントローラ２７は、操作方向に基づいて、終端範囲Ｒｒｅと終端範囲Ｒｌｅのうちフロントフレーム１１が位置している終端範囲の終端に向かってステアリングホイール２１が操作されているか否かを判定する。

詳細には、コントローラ２７は、ステップＳ２０においてステアリング角度θが終端範囲Ｒｒｅに含まれていると判定した場合には、終端範囲Ｒｒｅの終端であるステアリング角度＋θｅに向かってステアリングホイール２１が操作されているか否かを判定する。また、コントローラ２７は、ステップＳ２０においてステアリング角度θが終端範囲Ｒｌｅに配置されていると判定した場合には、終端範囲Ｒｌｅの終端であるステアリング角度－θｅに向かってステアリングホイール２１が操作されているか否かを判定する。

ステップＳ４０において、フロントフレーム１１が位置している終端範囲の終端に向かってステアリングホイール２１が操作されていないと判定された場合には、制御はステップＳ１０に戻る。一方、フロントフレーム１１が位置している終端範囲の終端に向かってステアリングホイール２１が操作されていると判定された場合には、制御はステップＳ５０に進む。

次に、ステップＳ５０において、コントローラ２７は、ホイール角度センサ２６の操作速度に関する検出値に基づいてステアリングホイール２１の操作速度を取得する。

次に、ステップＳ６０において、コントローラ２７は、ステアリングホイール２１の操作速度が所定閾値以上であるかを判定する。ステップＳ６０において、操作速度が所定閾値未満であると判定された場合には、制御はステップＳ１０に戻る。

一方、ステップＳ６０において、操作速度が所定閾値以上であると判定された場合には、制御はステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０において、コントローラ２７は、ポンプ吐出量減少指令信号を可変容量ポンプ２３に向けて送信する。可変容量ポンプ２３は、ポンプ吐出量減少指令信号を受信すると、吐出量を減少させるように、斜板２３ａの角度を変更する。

このように可変容量ポンプ２３からの吐出量を減少させることによって、フロントフレーム１１の回動速度が遅くなるため、フロントフレーム１１がリアフレーム１２に接触する際の衝撃を緩和することができる。

また、可変容量ポンプ２３からの吐出量が減少するため、ジロータ４１に流入する作動油の量も減少するので、ステアリングホイール２１の操作が重くなる。これにより、オペレータは、フロントフレーム１１がステアリング可能範囲Ｒａのうち終端範囲Ｒｒｅ、Ｒｌｅに配置されていることを感じ取ることが可能となる。

＜特徴等＞
（１）
本実施の形態の作業機械１は、リアフレーム１２と、フロントフレーム１１と、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂと、方向制御弁４２と、ステアリングホイール２１と、可変容量ポンプ２３と、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂと、コントローラ２７と、を備える。リアフレーム１２は、フロントフレーム１１に対して回動可能に接続されている。ステアリングシリンダ９ａ、９ｂは、リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１を駆動する。方向制御弁４２は、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂへの作動油の供給量を変更する。ステアリングホイール２１は、方向制御弁４２を操作する。可変容量ポンプ２３は、方向制御弁４２に作動油を吐出する。シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂは、リアフレーム１２に対するフロントフレーム１１の回動角度を検出するために設けられている。コントローラ２７は、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂの検出値に基づいて、可変容量ポンプ２３の吐出流量を減少させる。

このように、可変容量ポンプ２３からの作動油の吐出量を減少させることで、フロントフレーム１１の回動速度（ステアリング速度）が減少する。このため、リアフレーム１２とフロントフレーム１１が接触した場合であっても衝撃を緩和することができる。

（２）
本実施の形態の作業機械１では、コントローラ２７は、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂの検出値に基づいて、フロントフレーム１１がリアフレーム１２に対して回動可能なステアリング可能範囲Ｒａのうち終端範囲Ｒｒｅ、Ｒｌｅ（終端から所定範囲の一例）に位置すると判定した場合、可変容量ポンプ２３の吐出流量を減少させる。

このように、ステアリング可能範囲Ｒａのうち終端範囲Ｒｒｅ、Ｒｌｅにフロントフレーム１１が配置されている場合に、可変容量ポンプ２３からの作動油の吐出量を減少させることで、フロントフレーム１１の回動速度（ステアリング速度）が減少する。このため、リアフレーム１２とフロントフレーム１１が接触した場合であっても衝撃を緩和することができる。

（３）
本実施の形態の作業機械１は、ホイール角度センサ２６を更に備える。ホイール角度センサ２６は、ステアリングホイール２１の操作方向を検出する。コントローラ２７は、ホイール角度センサ２６の検出値に基づいて、ステアリングホイール２１が配置されている終端範囲Ｒｒｅの回動角度＋θｅまたは終端範囲Ｒｌｅの回動角度－θｅに向かって操作されていると判定した場合、可変容量ポンプ２３の吐出流量を減少させる。

終端範囲Ｒｒｅまたは終端範囲Ｒｌｅにフロントフレーム１１が配置されていても、配置されている終端範囲の終端と反対方向に操作された場合には、ステアリング速度を減少させる必要がない。そのため、終端に向かってステアリング操作されている場合に可変容量ポンプ２３からの作動油の吐出量を減少させることにより、必要な場合にのみステアリング速度を減少させることができる。

（４）
本実施の形態の作業機械１は、ホイール角度センサ２６を更に備える。コントローラ２７は、ホイール角度センサ２６の検出値に基づいて、ステアリングホイール２１が所定閾値以上の速度で操作されていると判定した場合、可変容量ポンプ２３の吐出流量を減少させる。

終端範囲にフロントフレーム１１が配置されても、操作速度が遅い場合には、フロントフレーム１１とリアフレーム１２が接触した場合であっても衝撃が大きくならないため、ステアリング速度を減少させる必要がない。そのため、操作速度が所定閾値以上の速度の場合に、可変容量ポンプ２３からの作動油の吐出量を減少させることにより、必要な場合にのみステアリング速度を減少させることができる。

（５）
本実施の形態の作業機械１では、可変容量ポンプ２３は、斜板２３ａを有する。コントローラ２７は、斜板２３ａの角度を変更することによって可変容量ポンプ２３の吐出流量を減少させる。

可変容量ポンプ２３では、斜板２３ａの角度を変更することによって最大流量を変更することができる。本実施の形態では斜板２３ａの角度を変更して最大流量を減少させることによって、可変容量ポンプからの吐出量を減少させることができる。

（６）
本実施の形態の作業機械１は、ジロータ４１を更に備える。ジロータ４１は、ステアリングホイール２１の操作に基づいて方向制御弁４２の状態を変更する。方向制御弁４２は、スリーブに対してスプール４２ａが位置Ｐ２に配置された状態（第１状態の一例）において、ジロータ４１と可変容量ポンプ２３を接続し、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂに作動油を供給する第１供給路３３とジロータ４１とを接続してフロントフレーム１１を右方向（第１方向の一例）へ駆動させ、スリーブに対してスプール４２ａが位置Ｐ３に配置された状態（第２状態の一例）において、ジロータ４１と可変容量ポンプ２３を接続し、ステアリングシリンダ９ａ、９ｂに作動油を供給する第２供給路３４とジロータ４１とを接続してフロントフレーム１１を左方向（第２方向の一例）へ駆動させる。

これにより、可変容量ポンプ２３からの吐出量を減少させると、ジロータ４１に供給される作動油の量も減少するためステアリングホイール２１の操作が重くなり、オペレータが、フロントフレーム１１がステアリング可能範囲Ｒａのうち終端範囲Ｒｒｅ、Ｒｌｅに配置されていることを感じ取ることが可能となる。

（７）
本実施の形態の作業機械１は、ホイールローダであり、作業機３を更に備える。作業機３は、フロントフレーム１１の前側に取り付けられている。

これにより、ホイールローダにおけるリアフレーム１２とフロントフレーム１１の接触による衝撃を緩和することができる。

（８）
本実施の形態の作業機械１の制御方法は、以下の処理を備える。ステップＳ１０は、リアフレーム１２に対して回動可能に接続されたフロントフレーム１１の回動角度を検出することである。ステップＳ７０は、検出された回動角度に基づいて、リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１を駆動するステアリングシリンダ９ａ、９ｂへの作動油の供給量を変更する方向制御弁４２に作動油を吐出する可変容量ポンプ２３の吐出量を減少することである。

このように、ステアリング可能範囲Ｒａのうち終端範囲Ｒｒｅ、Ｒｌｅにフロントフレーム１１が位置する場合に、可変容量ポンプ２３からの作動油の吐出量を減少させることで、フロントフレーム１１の回動速度（ステアリング速度）が減少する。このため、リアフレーム１２とフロントフレーム１１が接触した場合であっても衝撃を緩和することができる。

［他の実施形態］
以上、本開示の一実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施の形態では、シリンダストロークセンサ２５ａ、２５の検出値を用いてリアフレーム１２に対するフロントフレーム１１の回動角度を検出しているが、これに限らなくてもよく、リアフレーム１２とフロントフレーム１１の連結軸部１３に設けられたポテンショメータ等を用いたフレーム角度センサの検出値を用いて回動角度が検出されてもよい。

（Ｂ）
上記実施の形態では、図５に示すように、フロントフレーム１１が終端範囲に配置していることを検出する位置検出、配置している終端範囲の終端に向かっていることを検出する方向検出、および操作速度が所定閾値以上であることを検出する速度検出定の順に検出を行っているが、これに限らなくてもよく、たとえば、速度検出の後に、位置検出および方向検出を行ってもよい。

また、方向検出の後に位置検出を行ってもよい。図６は、方向検出の後に位置検出を行う制御フローを示す図である。

上記実施の形態では、位置検出の後に方向検出を行っているため、方向検出の際に、配置している終端範囲の終端に向かっているか否かを判定している。しかしながら、方向検出を位置検出よりも前に行う場合には、図６に示すようにステップＳ１１０においてステアリングホイール２１の操作方向の検出だけを行い、ステップＳ１２０においてシリンダストロークセンサ２５ａ、２５ｂの検出値からステアリング角度を検出し、ステップＳ１３０において操作方向側の終端範囲に位置しているか否かが判定される。ステップＳ１３０において、フロントフレーム１１が操作方向側の終端位置に位置していないと判定された場合には、制御はステップＳ１１０に戻り、再び操作方向が取得される。また、以下のステップＳ５０、Ｓ６０、Ｓ７０は、上記実施の形態と同様であり、ステップＳ６０において操作速度が所定閾値未満の場合、制御はステップＳ１１０に戻る。

具体的には、ステアリングホイール２１が右方向に回転操作されていることを検出した場合には、フロントフレーム１１が右側の終端範囲Ｒｒｅに配置しており、更に操作速度が所定閾値以上のときに、可変容量ポンプ２３からの吐出量が減少される。一方、ステアリングホイール２１を右方向に回転操作されていることを検出した場合であっても、フロントフレーム１１が右側の終端範囲Ｒｒｅに配置していないときには制御はステップＳ１１０に戻る。

また、ステアリングホイール２１が左方向に回転操作されていることを検出した場合には、フロントフレーム１１が左側の終端範囲Ｒｌｅに配置しており、更に操作速度が所定閾値以上のときに、可変容量ポンプ２３からの吐出量を減少する。一方、ステアリングホイール２１が左方向に回転操作されていることを検出した場合であっても、フロントフレーム１１が左側の終端範囲Ｒｌｅに配置していないときには制御はステップＳ１１０に戻る。

（Ｃ）
上記実施の形態では、操作速度が所定閾値以上の場合に、可変容量ポンプ２３からの吐出量を減少させるように制御が行われているが、これに限らなくてもよく、操作速度に基づいて斜板角度の変化割合を変化させてもよい。たとえば、操作速度が速くなるに従って斜板角度の変化割合を大きくして吐出量の減少割合を大きくするように制御してもよい。

（Ｄ）
上記実施の形態では、右方向における終端範囲Ｒｒｅ（＋θ１～＋θｅ）と、左方向における終端範囲Ｒｌｅ（－θ１～－θｅ）は同じ角度範囲に設定されているが、異なっていてもよい。例えば、ステアリング可能範囲Ｒａの右方向における終端のステアリング角度の絶対値と、左方向における終端のステアリング角度の絶対値が異なっていてもよい。また、右側の終端範囲を決める閾値の絶対値（上記実施の形態では|＋θ１|）と左側の終端範囲を決める閾値の絶対値（上記実施の形態では|－θ１|）が異なっていてもよい。

（Ｅ）
上記実施の形態では、作業機械１としてホイールローダを用いて説明したが、ホイールローダに限られるものではなく、アーティキュレート式のダンプトラック、モータグレーダ等であってもよい。

本発明の作業機械および作業機械の制御方法は、ステアリング終端における衝撃を緩和することが可能な効果を有し、ホイールローダ等として有用である。

１ ：作業機械
９ａ ：ステアリングシリンダ
９ｂ ：ステアリングシリンダ
２１ ：ステアリングホイール
２３ ：可変容量ポンプ
４２ ：方向制御弁

Claims (8)

1. 第１フレームと、
   前記第１フレームに対して回動可能に接続された第２フレームと、
   前記第１フレームに対して前記第２フレームを駆動する油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダへの作動油の供給量を変更するバルブと、
   前記バルブを操作する操作部材と、
   前記バルブに前記作動油を吐出する可変容量ポンプと、
   前記第１フレームの回動角度を検出するためのフレーム角度検出部と、
   前記フレーム角度検出部の検出値に基づいて、前記可変容量ポンプの吐出流量を減少させるコントローラと、を備えた、
   作業機械。
2. 前記コントローラは、前記フレーム角度検出部の検出値に基づいて、前記第２フレームが回動可能な範囲のうち終端から所定範囲に位置すると判定した場合、前記可変容量ポンプの吐出流量を減少させる、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 前記操作部材の操作方向を検出する操作方向検出部を更に備え、
   前記コントローラは、前記操作方向検出部の検出値に基づいて、前記操作部材が配置されている前記所定範囲の前記終端に向かって操作されていると判定した場合、前記可変容量ポンプの吐出流量を減少させる、
   請求項２に記載の作業機械。
4. 前記操作部材の操作速度を検出する操作速度検出部を更に備え、
   前記コントローラは、前記操作速度検出部の検出値に基づいて、前記操作部材が所定閾値以上の速度で操作されていると判定した場合、前記可変容量ポンプの吐出流量を減少させる、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械。
5. 前記可変容量ポンプは、斜板を有し、
   前記コントローラは、前記斜板の角度を変更することによって前記可変容量ポンプの吐出流量を減少させる、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機械。
6. 前記操作部材の操作に基づいて前記バルブの状態を変更するジロータを更に備え、
   前記バルブは、
   第１状態において、前記ジロータと前記可変容量ポンプを接続し、前記油圧シリンダに作動油を供給する第１供給路と前記ジロータとを接続して前記第２フレームを第１方向へ駆動させ、
   第２状態において、前記ジロータと前記可変容量ポンプを接続し、前記油圧シリンダへの作動油の第２供給路と前記ジロータとを接続して前記第２フレームを第２方向へ駆動させる、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の作業機械。
7. 前記作業機械は、ホイールローダであって、
   前記第１フレームは、リアフレームであり、
   前記第２フレームは、フロントフレームであり、
   前記フロントフレームの前側に取り付けられた作業機を更に備えた、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の作業機械。
8. 第１フレームに対して回動可能に接続された第２フレームの回動角度を検出することと、
   検出された前記回動角度に基づいて、前記第１フレームに対して前記第２フレームを駆動する油圧シリンダへの作動油の供給量を変更するバルブに前記作動油を吐出する可変容量ポンプの吐出量を減少すること、
   を備える作業機械の制御方法。

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