JP2023013529A - 作業機械、及び、作業機械を制御するための方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】作業機械において、操舵角の自動制御によってオペレータへの操作負担を軽減すると共に、自動制御によるオペレータへの違和感を抑える。
【解決手段】作業機械は、車体と、走行輪と、第1ステアリング部材と、第2ステアリング部材と、アクチュエータと、コントローラとを備える。アクチュエータは、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材との操作に応じて、走行輪の操舵角を変化させる。コントローラは、第1ステアリング部材が操作されておらず、且つ、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第1ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合に、操舵角を所定の目標角度とするようにアクチュエータを制御する自動制御を実行する。コントローラは、第1ステアリング部材が操作されていなくても、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第2ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合には、自動制御を実行しない。
【選択図】図7
【解決手段】作業機械は、車体と、走行輪と、第1ステアリング部材と、第2ステアリング部材と、アクチュエータと、コントローラとを備える。アクチュエータは、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材との操作に応じて、走行輪の操舵角を変化させる。コントローラは、第1ステアリング部材が操作されておらず、且つ、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第1ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合に、操舵角を所定の目標角度とするようにアクチュエータを制御する自動制御を実行する。コントローラは、第1ステアリング部材が操作されていなくても、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第2ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合には、自動制御を実行しない。
【選択図】図7
Description
本発明は、作業機械、及び、作業機械を制御するための方法に関する。
作業機械には、走行輪を左右に操舵するための複数のステアリング部材を備えるものがある。例えば、特許文献1の作業機械は、ステアリングレバーとステアリングホイールとを備えている。作業機械のオペレータが、これらのステアリング部材を操作することで、作業機械は、走行輪の操舵角を左右に変更する。それにより、作業機械が左右に旋回する。
作業機械は、走行中に土砂による負荷、或いは路面の不均一により、目標とする進路から逸れやすい。そのため、オペレータは、ブレードなどの作業機を操作しながら、進路を維持するためにステアリング部材の操作を同時に行う必要がある。このような操作は、難易度が高く、オペレータへの操作負担が大きい。
そこで、特許文献1では、作業機械が進行方向を維持するように、操舵角を自動的に制御するステアリング自動制御が開示されている。このステアリング自動制御では、ステアリングレバーの操作が停止されたときの作業機械の向きが、進行方向として決定される。そして、作業機械が進行方向に直進するように、操舵角が自動的に制御される。
上述した作業機械では、オペレータが、ステアリングホイール(ハンドル)、又はステアリングレバーの操作を停止したときに、操舵角の自動制御が実行される。そのため、オペレータがステアリングホイールを操作した後にステアリングホイールから手を離すことによって、自動制御が実行される場合がある。その場合、オペレータにとっては、ステアリングホイールの操作後に、ステアリングホイールを操作していないのに操舵角が自動的に変化することになり、運転感覚への違和感が大きい。本発明の目的は、作業機械において、操舵角の自動制御によってオペレータへの操作負担を軽減すると共に、自動制御によるオペレータへの違和感を抑えることにある。
本発明の一態様に係る作業機械は、車体と、走行輪と、第1ステアリング部材と、第2ステアリング部材と、アクチュエータと、第1操作センサと、第2操作センサと、コントローラとを備える。走行輪は、車体に支持される。第1ステアリング部材は、オペレータによって操作可能である。第2ステアリング部材は、オペレータによって操作可能である。第2ステアリング部材は、第1ステアリング部材と別体である。アクチュエータは、第1ステアリング部材の操作に応じて走行輪の操舵角を変化させる。アクチュエータは、第2ステアリング部材の操作に応じて操舵角を変化させる。第1操作センサは、第1ステアリング部材の操作を示す第1操作信号を出力する。第2操作センサは、第2ステアリング部材の操作を示す第2操作信号を出力する。コントローラは、第1操作信号と第2操作信号とを取得する。
コントローラは、第1ステアリング部材が操作されていないかを判定する。コントローラは、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第1ステアリング部材が最後に操作されたかを判定する。コントローラは、第1ステアリング部材が操作されておらず、且つ、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第1ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合に、操舵角を所定の目標角度とするようにアクチュエータを制御する自動制御を実行する。コントローラは、第1ステアリング部材が操作されていなくても、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第2ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合には、自動制御を実行しない。
本発明の他の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法である。作業機械は、車体と、走行輪と、アクチュエータとを含む。走行輪は、車体に支持される。アクチュエータは、走行輪の操舵角を変化させる。本態様に係る方法は、操舵角を変化させるために操作可能な第1ステアリング部材の操作を示す第1操作信号を取得することと、操舵角を変化させるために操作可能であり、第1ステアリング部材と別体の第2ステアリング部材の操作を示す第2操作信号を取得することと、第1ステアリング部材が操作されていないかを判定することと、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第1ステアリング部材が最後に操作されたかを判定することと、第1ステアリング部材が操作されておらず、且つ、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第1ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合に、操舵角を所定の目標角度とするようにアクチュエータを制御する自動制御を実行することと、第1ステアリング部材が操作されていなくても、第1ステアリング部材と第2ステアリング部材とのうち、第2ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合には、自動制御を実行しないこと、を備える。
本発明によれば、第1ステアリング部材が操作されておらず、且つ、第1ステアリング部材が最後に操作された場合に、自動制御が実行される。そのため、自動制御によってオペレータへの操作負担が軽減される。また、第1ステアリング部材が操作されていなくても、第2ステアリング部材が最後に操作された場合には、自動制御が実行されない。そのため、オペレータは、自動制御の介入無しで、作業機械を走行させることができる。それにより、自動制御によるオペレータへの違和感が抑えられる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、実施形態に係る作業機械1の斜視図である。図2は、作業機械1の側面図である。図1に示すように、作業機械1は、車体2と、前輪3A,3Bと、後輪4A-4Dと、作業機5とを備える。車体2は、フロントフレーム11と、リアフレーム12と、キャブ13と、動力室14とを含む。
リアフレーム12は、フロントフレーム11に接続されている。フロントフレーム11は、リアフレーム12に対して、左右にアーティキュレート可能である。なお、以下の説明において、前後左右の各方向は、アーティキュレート角が0、すなわち、フロントフレーム11とリアフレーム12とが真っすぐな状態での車体2の前後左右の各方向を意味するものとする。
キャブ13と動力室14とは、リアフレーム12上に配置されている。キャブ13には、図示しない運転席が配置されている。動力室14は、キャブ13の後方に配置されている。フロントフレーム11は、リアフレーム12から前方へ延びている。前輪3A,3Bは、フロントフレーム11に取り付けられている。後輪4A-4Dは、リアフレーム12に取り付けられている。
作業機5は、車体2に対して可動的に接続されている。作業機5は、支持部材15とブレード16とを含む。支持部材15は、車体2に可動的に接続されている。支持部材15は、ブレード16を支持している。支持部材15は、ドローバ17とサークル18とを含む。ドローバ17は、フロントフレーム11の下方に配置される。
ドローバ17は、フロントフレーム11の前部19に接続されている。ドローバ17は、フロントフレーム11の前部19から後方へ延びている。ドローバ17は、フロントフレーム11に対して、少なくとも車体2の上下方向と左右方向とに揺動可能に支持されている。例えば、前部19は、ボールジョイントを含む。ドローバ17は、ボールジョイントを介して、フロントフレーム11に対して回転可能に接続されている。
サークル18は、ドローバ17の後部に接続されている。サークル18は、ドローバ17に対して回転可能に支持される。ブレード16は、サークル18に接続される。ブレード16は、サークル18を介して、ドローバ17に支持されている。図2に示すように、ブレード16は、チルト軸21回りに回転可能にサークル18に支持されている。チルト軸21は、左右方向に延びている。
作業機械1は、作業機5の姿勢を変更するための複数のアクチュエータ22-26を備えている。複数のアクチュエータ22-26は、複数の油圧シリンダ22-25を含む。複数の油圧シリンダ22-25は、作業機5に接続されている。複数の油圧シリンダ22-25は、油圧によって伸縮する。複数の油圧シリンダ22-25は、伸縮することで、車体2に対する作業機5の姿勢を変更する。以下の説明では、油圧シリンダの伸縮を「ストローク動作」と呼ぶ。
詳細には、複数の油圧シリンダ22-25は、左リフトシリンダ22と、右リフトシリンダ23と、ドローバシフトシリンダ24と、ブレードチルトシリンダ25とを含む。左リフトシリンダ22と右リフトシリンダ23とは、左右方向に互いに離れて配置されている。左リフトシリンダ22と右リフトシリンダ23とは、ドローバ17に接続されている。左リフトシリンダ22と右リフトシリンダ23とは、リフタブラケット29を介して、フロントフレーム11に接続されている。左リフトシリンダ22と右リフトシリンダ23とのストローク動作により、ドローバ17は、上下に揺動する。それにより、ブレード16が上下に移動する。
ドローバシフトシリンダ24は、ドローバ17とフロントフレーム11とに接続されている。ドローバシフトシリンダ24は、リフタブラケット29を介してフロントフレーム11に接続されている。ドローバシフトシリンダ24は、フロントフレーム11からドローバ17に向かって、斜め下方に延びている。ドローバシフトシリンダ24のストローク動作により、ドローバ17は、左右に揺動する。ブレードチルトシリンダ25は、サークル18とブレード16とに接続されている。ブレードチルトシリンダ25のストローク動作により、ブレード16がチルト軸21回りに回転する。
複数のアクチュエータ22-26は、回転アクチュエータ26を含む。回転アクチュエータ26は、ドローバ17とサークル18とに接続されている。回転アクチュエータ26は、ドローバ17に対してサークル18を回転させる。それにより、ブレード16が、上下方向に延びる回転軸回りに回転する。
図3は、作業機械1の構成を示す模式図である。図3に示すように、作業機械1は、駆動源31と、第1油圧ポンプ32と、動力伝達装置33と、作業機バルブ34とを含む。駆動源31は、例えば内燃機関である。或いは、駆動源31は、電動モータ、或いは内燃機関と電動モータとのハイブリッドであってもよい。第1油圧ポンプ32は、駆動源31によって駆動されることで、作動油を吐出する。
作業機バルブ34は、油圧回路を介して、第1油圧ポンプ32と複数の油圧シリンダ22-25とに接続されている。作業機バルブ34は、複数の油圧シリンダ22-25にそれぞれ接続される複数の弁を含む。作業機バルブ34は、第1油圧ポンプ32から複数の油圧シリンダ22-25に供給される作動油の流量を制御する。作業機バルブ34は、例えば電磁比例制御弁である。或いは、作業機バルブ34は、油圧パイロット式の比例制御弁であってもよい。
本実施形態では、回転アクチュエータ26は、油圧モータである。作業機バルブ34は、油圧回路を介して第1油圧ポンプ32と回転アクチュエータ26とに接続されている。作業機バルブ34は、第1油圧ポンプ32から回転アクチュエータ26に供給される作動油の流量を制御する。なお、回転アクチュエータ26は、電動モータであってもよい。
動力伝達装置33は、駆動源31からの駆動力を後輪4A-4Dに伝達する。動力伝達装置33は、トルクコンバータ、及び/又は、複数の変速ギアを含んでもよい。或いは、動力伝達装置33は、HST(Hydraulic Static Transmission)、或いは、HMT(Hydraulic Mechanical Transmission)などのトランスミッションであってもよい。
作業機械1は、作業機操作部材35と、シフト部材53と、アクセル操作部材36と、コントローラ37とを含む。作業機操作部材35は、作業機5の姿勢を変更するためにオペレータによって操作可能である。作業機操作部材35は、例えば複数の操作レバーを含む。或いは、作業機操作部材35は、スイッチ、或いはタッチパネルなどの他の部材であってもよい。作業機操作部材35は、オペレータによる作業機操作部材35への操作を示す信号を出力する。
シフト部材53は、作業機械1の前進と後進とを切り換えるためのオペレータによって操作可能である。シフト部材53は、例えばシフトレバーを含む。或いは、シフト部材53は、スイッチ、或いはタッチパネルなどの他の部材であってもよい。シフト部材53は、オペレータによるシフト部材53への操作を示す信号を出力する。アクセル操作部材36は、作業機械1を走行させるためにオペレータによって操作可能である。アクセル操作部材36は、例えばアクセルペダルを含む。或いは、アクセル操作部材36は、スイッチ、或いはタッチパネルなどの他の部材であってもよい。アクセル操作部材36は、オペレータによるアクセル操作部材36への操作を示す信号を出力する。
コントローラ37は、シフト部材53の操作に応じて、動力伝達装置33を制御することで、作業機械1の前進と後進とを切り換える。或いは、シフト部材53は、機械的に動力伝達装置33に接続されてもよい。シフト部材53の動作が機械的に動力伝達装置33に伝達されることで、動力伝達装置33の前進と後進のギアが切り替えられてもよい。
コントローラ37は、アクセル操作部材36の操作に応じて、駆動源31及び動力伝達装置33を制御することで、作業機械1を走行させる。また、コントローラ37は、作業機操作部材35の操作に応じて、第1油圧ポンプ32と作業機バルブ34とを制御することで、作業機5を動作させる。
コントローラ37は、記憶装置38とプロセッサ39とを含む。プロセッサ39は、例えばCPUであり、作業機械1を制御するためのプログラムを実行する。記憶装置38は、RAM及びROMなどのメモリと、SSD或いはHDDなどの補助記憶装置を含む。記憶装置38は、作業機械1を制御するためのプログラムとデータとを記憶している。
作業機械1は、方向センサ52を備えている。方向センサ52は、車体2の進行方向を検出する。方向センサ52は、車体2の進行方向を示す方向信号を出力する。コントローラ37は、方向センサ52からの方向信号により、車体2の進行方向を取得する。車体2の進行方向は、例えば車体2のヨー角で示される。方向センサ52は、例えばIMU(慣性計測装置)である。コントローラ37は、車体2の加速度および角速度に基づいて、車体2の進行方向を算出する。或いは、方向センサ52は、GPS(Global Positioning System)などのGNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバであってもよい。コントローラ37は、方向センサ52が検出した作業機械1の位置の変化から、車体2の進行方向を取得してもよい。
図3に示すように、作業機械1は、操舵角センサ40と、ステアリングアクチュエータ41と、ステアリングバルブ42とを備えている。ステアリングアクチュエータ41は、油圧シリンダである。ステアリングアクチュエータ41は、第1油圧ポンプ32からの作動油によって伸縮する。ステアリングアクチュエータ41は、伸縮することで、前輪3A,3Bを操舵する。
図4は、作業機械1の前部を示す上面図である。図4に示すように、前輪3A,3Bは、第1前輪3Aと第2前輪3Bとを含む。第1前輪3Aと第2前輪3Bとは、左右方向に離れて配置されている。第1前輪3Aは、第1ステアリング軸43回りに回動可能にフロントフレーム11に支持されている。第2前輪3Bは、第2ステアリング軸44回りに回動可能にフロントフレーム11に支持されている。第1ステアリング軸43と第2ステアリング軸44とは、上下方向に延びている。
ステアリングアクチュエータ41は、前輪3A,3Bとフロントフレーム11とに接続されている。ステアリングアクチュエータ41は、前輪3A,3Bの操舵角θ1を所定の中立角から左右に変化させる。図4に示すように、操舵角θ1は、作業機械1の前後方向に対する前輪3A,3Bの向きの角度である。作業機械1の前後方向は、フロントフレーム11の前後方向を意味するものとする。ただし、作業機械1の前後方向は、リアフレーム12の前後方向を意味してもよい。
中立角は、0度の操舵角θ1である。従って、操舵角θ1が中立角であることは、前輪3A,3Bが作業機械1の真正面を向いていることを意味する。なお、図4において、3A’は、中立角から左方に操舵角θ1だけ操舵された第1前輪3Aを示している。3B’は、中立角から左方に操舵角θ1だけ操舵された第2前輪3Bを示している。
ステアリングバルブ42は、油圧回路を介して、第1油圧ポンプ32とステアリングアクチュエータ41とに接続されている。ステアリングバルブ42は、第1油圧ポンプ32からステアリングアクチュエータ41に供給される作動油の流量を制御する。ステアリングバルブ42は、油圧パイロット式の制御弁である。
操舵角センサ40は、操舵角θ1を検出する。操舵角センサ40は、操舵角θ1を示す角度信号を出力する。コントローラ37は、操舵角センサ40からの角度信号により現在の操舵角θ1を取得する。操舵角センサ40は、例えば、ステアリングアクチュエータ41のストローク量を検出する。操舵角θ1は、ステアリングアクチュエータ41のストローク量から算出される。或いは、操舵角センサ40は、操舵角θ1を直接的に検出してもよい。
作業機械1は、第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46とを含む。第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46とは、前輪3A,3Bの操舵角θ1を左右に変化させるために、オペレータによって操作可能である。第1ステアリング部材45は、ジョイスティックなどのレバーである。或いは、第1ステアリング部材45は、レバー以外の部材であってもよい。第1ステアリング部材45は、中立位置N1から左右に傾倒可能である。第1ステアリング部材45は、第1操作センサ51に接続されている。第1操作センサ51は、オペレータによる第1ステアリング部材45への操作を示す第1操作信号を出力する。コントローラ37は、第1操作センサ51からの第1操作信号により、第1ステアリング部材45の操作量を取得する。
第2ステアリング部材46は、ステアリングホイールである。或いは、第2ステアリング部材46は、ステアリングホイール以外の部材であってもよい。第2ステアリング部材46は、回転軸Ax1回りに回転可能である。第2ステアリング部材46には、第2操作センサ47が取り付けられている。第2操作センサ47は、オペレータによる第2ステアリング部材46への操作を示す第2操作信号を出力する。例えば、第2操作センサ47は、第2ステアリング部材46の回転軸Ax1回りの角度変位を検出する。コントローラ37は、第2操作センサ47からの第2操作信号により、第2ステアリング部材46の操作量を取得する。なお、第2ステアリング部材46は、オペレータによって操作されていない場合には、最後に操作された位置に保持される。
作業機械1は、第2油圧ポンプ48と、第1パイロットバルブ49と、第2パイロットバルブ50とを含む。第2油圧ポンプ48は、駆動源31によって駆動されることで、作動油を吐出する。第1パイロットバルブ49は、油圧回路を介して、第2油圧ポンプ48とステアリングバルブ42とに接続されている。第1パイロットバルブ49は、第2油圧ポンプ48からステアリングバルブ42のパイロットポートに供給される作動油の圧力を制御する。第1パイロットバルブ49は、電磁比例制御弁である。
第1パイロットバルブ49は、コントローラ37からの信号によって制御される。コントローラ37は、第1操作センサ51からの第1操作信号に応じて、第1パイロットバルブ49を制御することで、ステアリングアクチュエータ41を伸縮させる。それにより、コントローラ37は、第1ステアリング部材45の操作に応じて、前輪3A,3Bの操舵角θ1を変更するように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。第1ステアリング部材45による操舵角θ1の制御については、後に詳細に説明する。
第2パイロットバルブ50は、油圧回路を介して、第2油圧ポンプ48とステアリングバルブ42とに接続されている。第2パイロットバルブ50は、第2ステアリング部材46に接続されている。第2パイロットバルブ50は、第2ステアリング部材46の操作に応じて、第2油圧ポンプ48からステアリングバルブ42のパイロットポートに供給される作動油の圧力を制御する。それにより、ステアリングアクチュエータ41は、前輪3A,3Bの操舵角θ1が、第2ステアリング部材46の操作量に応じた角度となるように、前輪3A,3Bの操舵角θ1を変化させる。
第2ステアリング部材46の操作量が一定に保持されている場合には、ステアリングアクチュエータ41は、前輪3A,3Bの操舵角θ1を、第2ステアリング部材46の操作量に応じた角度に保持する。なお、第2パイロットバルブ50は、第1パイロットバルブ49と同様に、電磁比例制御弁であってもよい。その場合、コントローラ37は、第2ステアリング部材46の操作に応じて、第2パイロットバルブ50を制御してもよい。
次に、第1ステアリング部材45による操舵角θ1の制御について説明する。コントローラ37は、操舵速度データを参照して、第1ステアリング部材45の操作量から、目標操舵速度を決定する。コントローラ37は、操舵角θ1が目標操舵速度で変化するように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。操舵速度データは、第1ステアリング部材45の操作量に対する目標操舵速度を規定する。
図5は、操舵速度データの一例を示す図である。図5に示すように、第1ステアリング部材45は、中立範囲と、左操舵範囲と、右操舵範囲とに操作可能である。中立範囲は、第1ステアリング部材45の操作量0の位置、すなわち中立位置N1を含む範囲である。中立範囲は、左操舵範囲と右操舵範囲との間に位置する。左操舵範囲は、中立範囲の左方に位置する。右操舵範囲は、中立範囲の右方に位置する。
操舵速度データは、左操舵範囲において、第1ステアリング部材45の左方への操作量の増大に応じて、0から左方への最大速度VLまでの間で増大する左方への目標操舵速度を規定する。従って、コントローラ37は、第1ステアリング部材45が、左操舵範囲内に位置している場合には、前輪3A,3Bの操舵角θ1を、第1ステアリング部材45の操作量に応じた速度で、左方に変化させるように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。
例えば、コントローラ37は、第1ステアリング部材45が、左方への操作量A1で操作された場合には、操作量A1に応じた操舵速度V1を、目標操舵速度として決定する。そして、コントローラ37は、前輪3A,3Bの操舵角θ1を、操舵速度V1で、左方に変化させるように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。また、第1ステアリング部材45が、左方への操作量A1に保持されている間、前輪3A,3Bの操舵角θ1は、左方への最大操舵角に到達するまで、操舵速度V1で、左方に変化し続ける。
操舵速度データは、右操舵範囲において、第1ステアリング部材45の右方への操作量の増大に応じて、0から右方方への最大速度VRまでの間で増大する右方への目標操舵速度を規定する。従って、コントローラ37は、第1ステアリング部材45が、右操舵範囲内に位置している場合には、前輪3A,3Bの操舵角θ1を、第1ステアリング部材45の操作量に応じた速度で、右方に変化させるように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。
例えば、コントローラ37は、第1ステアリング部材45が、右方への操作量A2で操作された場合には、操作量A2に応じた操舵速度V2を、目標操舵速度として決定する。そして、コントローラ37は、前輪3A,3Bの操舵角θ1を、操舵速度V2で、右方に変化させるように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。また、第1ステアリング部材45が、右方への操作量A2に保持されている間、前輪3A,3Bの操舵角θ1は、右方への最大操舵角に到達するまで、操舵速度V2で、右方に変化し続ける。
コントローラ37は、第1ステアリング部材45が、中立範囲内に位置している場合には、操舵角θ1を中立角に保持するように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。例えば、操舵角θ1が中立角であるときに第1ステアリング部材45が、中立範囲内に位置している場合には、操舵角θ1は変化せず、中立角に保持される。
なお、第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46とが同時に操作されている場合には、コントローラ37は、第2ステアリング部材46の操作を優先する。従って、第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46とが同時に操作されている場合には、コントローラ37は、上述した第1ステアリング部材45による操舵角θ1の制御を行わない。そのため、操舵角θ1は、第2ステアリング部材46の操作に応じて変化する。
次に、操舵角θ1の自動制御について説明する。コントローラ37は、操舵角θ1を所定の目標角度とするように、ステアリングアクチュエータ41を制御する自動制御を実行する。自動制御は、センターリターンモードとステアリングスタビライザモードとを含む。
センターリターンモードでは、コントローラ37は、第1ステアリング部材45が左操舵範囲、又は、右操舵範囲から中立範囲に戻されたときに、操舵角θ1を自動的に中立角に戻すように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。
例えば、操舵角θ1が、左方への所定角度であるときに、第1ステアリング部材45が、中立範囲に戻されると、コントローラ37は、操舵角θ1が、左方への所定角度から中立角に戻るように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。操舵角θ1が、右方への所定角度であるときに、第1ステアリング部材45が、中立範囲に戻されると、コントローラ37は、操舵角θ1が、右方への所定角度から中立角に戻るように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。
図6は、第1ステアリング部材45の操作による作業機械1の走行の一例を示す図である。図6に示すように、作業機械1が地点P1では、第1ステアリング部材45は中立位置N1に位置している。操舵角θ1は中立角であり、作業機械1は直進している。地点P2において、オペレータが第1ステアリング部材45を左操作範囲内の操作量A1に操作すると、前輪3A,3Bの操舵角θ1が中立角から左方へ変化し始める。それにより、作業機械1は左方へ旋回する。
地点P2から地点P3までの間、オペレータが第1ステアリング部材45を操作量A1に保持すると、前輪3A,3Bの操舵角θ1は、左方への最大操舵角θmaxまで増大し続ける。それにより、作業機械1は、左方へ旋回し続ける。
そして、地点P3において、オペレータが第1ステアリング部材45を中立範囲に戻すと、センターリターンモードにより、前輪3A,3Bの操舵角θ1は、最大操舵角θmaxから中立角へ向かって減少する。そして、地点P5において、前輪3A,3Bの操舵角θ1が中立角に戻る。
ステアリングスタビライザモードでは、コントローラ37は、車体2の進行方向を目標方向に保持するように、操舵角θ1を制御する。図6に示すように、地点P3において、オペレータが第1ステアリング部材45を中立範囲に戻した後、コントローラ37は、操舵角θ1が中立角に戻ったかを判定する。コントローラ37は、地点P5において、操舵角θ1が中立角に戻ったと判定する。コントローラ37は、操舵角θ1が中立角に戻ったと判定したときの車体2の進行方向H1を、目標方向として決定する。その後、コントローラ37は、車体2の進行方向を目標方向(H1)に保持するように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。それにより、作業機械1は、目標方向(H1)に向かって直進する。
詳細には、コントローラ37は、車体2の現在の進行方向と目標方向との差に基づいて、操舵角θ1の目標角度を決定する。コントローラ37は、操舵角θ1が目標角度となるように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。例えば、コントローラ37は、車体2の現在の進行方向と目標方向との差に、所定のゲインを乗じることで、操舵角θ1の目標角度を決定する。コントローラ37は、車速が大きいほどゲインを小さくする。それにより、車速が大きいほど、目標角度が小さくなる。コントローラ37は、操舵角θ1が目標角度に保持されるように、フィードバック制御により、ステアリングアクチュエータ41を制御する。
なお、コントローラ37は、上述したGNSSレシーバによって検出された作業機械1の位置の変化から、車速を算出してもよい。或いは、動力伝達装置33の出力回転速度を検出する回転センサが作業機械1に設けられてもよい。コントローラ37は、動力伝達装置33の出力回転速度から、車速を算出してもよい。
図7は、自動制御の開始を判定するための処理を示すフローチャートである。図7に示すように、ステップS101では、コントローラ37は、ステアリング操作がなされているかを判定する。コントローラ37は、第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46との少なくとも一方が操作されているときに、ステアリング操作がなされていると判定する。
コントローラ37は、第1操作信号により、第1ステアリング部材45が、左操舵範囲、または、右操舵範囲内に位置している場合に、第1ステアリング部材45が操作されていると判定する。コントローラ37は、第1操作信号により、第1ステアリング部材45が、中立範囲内に位置している場合に、第1ステアリング部材45が操作されていないと判定する。
コントローラ37は、第2操作信号により、第2ステアリング部材46の操作速度を取得する。コントローラ37は、操作速度が閾値より大きいあるときに、第2ステアリング部材46が操作されていると判定する。コントローラ37は、操作速度が閾値以下であるときに、第2ステアリング部材46が操作されていないと判定する。例えば、コントローラ37は、第2ステアリング部材46の角速度を算出する。コントローラ37は、第2ステアリング部材46の角速度が閾値以下であるときに、第2ステアリング部材46が操作されていないと判定する。
ステップS101において、コントローラ37が、ステアリング操作がなされていると判定したときには、処理はステップS106に進む。ステップS106では、マニュアルモードにて、ステアリングアクチュエータ41が制御される。すなわち、コントローラ37は、自動制御を実行せず、上述したように、オペレータによる、第1ステアリング部材45、或いは、第2ステアリング部材46の操作に応じて、ステアリングアクチュエータ41が制御される。
ステップS101において、コントローラ37が、ステアリング操作がなされていないと判定したときには、処理はステップS102に進む。ステップS102では、コントローラ37は、第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46とのうち、第1ステアリング部材45が最後に操作されたかを判定する。ステップS102において、第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46とのうち、第1ステアリング部材45が最後に操作されていないと、コントローラ37が判定したときには、処理はステップS106に進む。すなわち、最後に操作されたのが第2ステアリング部材46であるときには、コントローラ37は自動制御を実行せず、マニュアルモードにてステアリングアクチュエータ41が制御される。
ステップS102において、第1ステアリング部材45が最後に操作されたとコントローラ37が判定したときには、処理はステップS103に進む。ステップS103では、コントローラ37は、マニュアルモードから自動制御に遷移後、一度でも操舵角θ1が中立角に戻ったかを判定する。マニュアルモードから自動制御に遷移後、一度も操舵角θ1が中立角に戻っていないとコントローラ37が判定したときには、処理はステップS104に進む。
ステップS104において、コントローラ37は、センターリターンモードにて、ステアリングアクチュエータ41を制御する。すなわち、コントローラ37は、図6の地点P3から地点P5に示すように、操舵角θ1を中立角に戻すように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。
ステップS103において、マニュアルモードから自動制御に遷移後、一度でも操舵角θ1が中立角に戻ったとコントローラ37が判定したときには、処理はステップS105に進む。ステップS105において、コントローラ37は、ステアリングスタビライザモードにて、ステアリングアクチュエータ41を制御する。図6の地点P5に示すように、ステアリングスタビライザモードでは、コントローラ37は、車体2の進行方向を目標方向(H1)に保持するように、操舵角θ1を制御する。
以上説明した本実施形態に係る作業機械1では、コントローラ37は、第1ステアリング部材45が操作されておらず、且つ、第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46とのうち、第1ステアリング部材45が最後に操作されたと判定した場合に、自動制御を実行する。また、コントローラ37は、第1ステアリング部材45が操作されていなくても、第1ステアリング部材45と第2ステアリング部材46とのうち、第2ステアリング部材46が最後に操作されたと判定した場合には、自動制御を実行しない。
そのため、オペレータは、第2ステアリング部材46による操作時には、自動制御の介入無しで、自然な運転感覚で、作業機械1を走行させることができる。それにより、意図しない自動運転の介入が防止されることで、オペレータへの違和感が軽減される。また、オペレータは、第1ステアリング部材45による操作時には、第1ステアリング部材45の操作を停止することで、別途のスイッチ等の操作無しで、円滑に自動制御を開始させることができる。それにより、オペレータへの操作負担が、自動運転によって、さらに軽減される。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
作業機械1は、モータグレーダに限らず、ホイールローダ、ダンプトラック、フォークリフトなどの他の作業機械であってもよい。ステアリングアクチュエータ41の数は1つに限らず、2つ以上であってもよい。ステアリングアクチュエータ41は、油圧シリンダに限らず、油圧モータ、或いは電動モータであってもよい。
操舵速度データは、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。或いは、センターリターンモードは、省略されてもよい。上記の実施形態では、コントローラ37は、第1ステアリング部材45の操作量に応じた速度で、操舵角θ1を変化させるように、ステアリングアクチュエータ41を制御する。しかし、コントローラ37は、操舵角θ1が、第1ステアリング部材45の操作量に応じた角度となるように、ステアリングアクチュエータ41を制御してもよい。すなわち、第1ステアリング部材45による操舵角θ1の制御は、速度制御型に限らず、位置制御型であってもよい。
ステアリングスタビライザモードでのコントローラ37による処理は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、図6の地点P3に示すように、コントローラ37は、オペレータが第1ステアリング部材45を中立範囲に戻したときの車体2の進行方向H2を、目標方向として決定してもよい。
操舵角の自動制御は、上述したセンターリターンモードとステアリングスタビライザモードに限らず、変更されてもよい。例えば、自動制御は、作業機械1を所定の目標経路に従って走行させる自動ステアリングモードを含んでもよい。自動ステアリングモードにおいて、コントローラ37は、作業機械1が目標経路に従って移動するように、操舵角θ1の目標角度を決定してもよい。目標経路は、オペレータによってコントローラ37に入力されてもよい。目標経路は、外部のコンピュータからコントローラ37に入力されてもよい。或いは、コントローラ37は、目標経路を自動的に生成してもよい。
本発明によれば、作業機械において、操舵角の自動制御によってオペレータへの操作負担を軽減すると共に、自動制御によるオペレータへの違和感を抑えることができる。
2:車体
3A,3B:前輪
37:コントローラ
41:ステアリングアクチュエータ
45:第1ステアリング部材
46:第2ステアリング部材
47:第2操作センサ
51:第1操作センサ
3A,3B:前輪
37:コントローラ
41:ステアリングアクチュエータ
45:第1ステアリング部材
46:第2ステアリング部材
47:第2操作センサ
51:第1操作センサ
Claims (14)
- 車体と、
前記車体に支持される走行輪と、
オペレータによって操作可能な第1ステアリング部材と、
オペレータによって操作可能であり、前記第1ステアリング部材と別体の第2ステアリング部材と、
前記第1ステアリング部材の操作に応じて前記走行輪の操舵角を変化させ、前記第2ステアリング部材の操作に応じて前記操舵角を変化させるアクチュエータと、
前記第1ステアリング部材の操作を示す第1操作信号を出力する第1操作センサと、
前記第2ステアリング部材の操作を示す第2操作信号を出力する第2操作センサと、
前記第1操作信号と前記第2操作信号とを取得するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記第1ステアリング部材が操作されていないかを判定し、
前記第1ステアリング部材と前記第2ステアリング部材とのうち、前記第1ステアリング部材が最後に操作されたかを判定し、
前記第1ステアリング部材が操作されておらず、且つ、前記第1ステアリング部材と前記第2ステアリング部材とのうち、前記第1ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合に、前記操舵角を所定の目標角度とするように前記アクチュエータを制御する自動制御を実行し、
前記第1ステアリング部材が操作されていなくても、前記第1ステアリング部材と前記第2ステアリング部材とのうち、前記第2ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合には、前記自動制御を実行しない、
作業機械。 - 前記第1ステアリング部材は、レバーである、
請求項1に記載の作業機械。 - 前記第2ステアリング部材は、ステアリングホイールである、
請求項1又は2に記載の作業機械。 - 前記コントローラは、前記自動制御において、
前記車体の進行方向の目標方向を決定し、
前記車体の進行方向を前記目標方向に保持するように、前記目標角度を決定する、
請求項1から3のいずれかに記載の作業機械。 - 前記第1ステアリング部材は、左操舵範囲と、右操舵範囲と、前記左操舵範囲と前記右操舵範囲との間の中立範囲とに操作可能であり、
前記コントローラは、前記第1ステアリング部材の操作位置が前記中立範囲内であるときに、前記第1ステアリング部材が操作されていないと判定する、
請求項1から4のいずれかに記載の作業機械。 - 前記コントローラは、
前記第2ステアリング部材が操作されているかを判定し、
前記第2ステアリング部材が操作されていると判定したときには、前記自動制御を実行しない、
請求項1から5のいずれかに記載の作業機械。 - 前記コントローラは、
前記第2ステアリング部材の操作速度を検出し、
前記操作速度が閾値以下であるときに、前記第2ステアリング部材が操作されていないと判定する、
請求項6に記載の作業機械。 - 車体と、前記車体に支持される走行輪と、前記走行輪の操舵角を変化させるアクチュエータとを含む作業機械を制御するための方法であって、
前記操舵角を変化させるために操作可能な第1ステアリング部材の操作を示す第1操作信号を取得することと、
前記操舵角を変化させるために操作可能であり、前記第1ステアリング部材と別体の第2ステアリング部材の操作を示す第2操作信号を取得することと、
前記第1ステアリング部材が操作されていないかを判定することと、
前記第1ステアリング部材と前記第2ステアリング部材とのうち、前記第1ステアリング部材が最後に操作されたかを判定することと、
前記第1ステアリング部材が操作されておらず、且つ、前記第1ステアリング部材と前記第2ステアリング部材とのうち、前記第1ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合に、前記操舵角を所定の目標角度とするように前記アクチュエータを制御する自動制御を実行することと、
前記第1ステアリング部材が操作されていなくても、前記第1ステアリング部材と前記第2ステアリング部材とのうち、前記第2ステアリング部材が最後に操作されたと判定した場合には、前記自動制御を実行しないこと、
を備える方法。 - 前記第1ステアリング部材は、レバーである、
請求項8に記載の方法。 - 前記第2ステアリング部材は、ステアリングホイールである、
請求項8又は9に記載の方法。 - 前記自動制御において、前記車体の進行方向の目標方向を決定し、前記車体の進行方向を前記目標方向に保持するように、前記目標角度を決定すること、
をさらに備える請求項8から10のいずれかに記載の方法。 - 前記第1ステアリング部材は、左操舵範囲と、右操舵範囲と、前記左操舵範囲と前記右操舵範囲との間の中立範囲とに操作可能であり、
前記第1ステアリング部材の操作位置が前記中立範囲内であるときに、前記第1ステアリング部材が操作されていないと判定することをさらに備える、
請求項8から11のいずれかに記載の方法。 - 前記第2ステアリング部材が操作されているかを判定することと、
前記第2ステアリング部材が操作されていると判定したときには、前記自動制御を実行しないこと、
をさらに備える請求項8から12のいずれかに記載の方法。 - 前記第2ステアリング部材の操作速度を検出することと、
前記操作速度が閾値以下であるときに、前記第2ステアリング部材が操作されていないと判定すること、
をさらに備える請求項13に記載の方法。
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