JP2023090396A - 作業機械、作業機械を制御するための方法、及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】アーティキュレート可能な車体を備える作業機械において、走行安定性を向上させる。【解決手段】作業機械は、車体と、走行輪と、ステアリングアクチュエータと、アーティキュレートアクチュエータと、アーティキュレート角センサと、コントローラとを備える。車体は、リアフレームとフロントフレームとを含む。フロントフレームは、リアフレームに対して左右にアーティキュレート可能に接続される。ステアリングアクチュエータは、走行輪を左右に操舵する。アーティキュレートアクチュエータは、リアフレームとフロントフレームとの間のアーティキュレート角を変更する。アーティキュレート角センサは、アーティキュレート角を検出する。コントローラは、ステアリングアクチュエータを制御することで、走行輪を自動的に操舵するオートステアリング制御を実行する。コントローラは、アーティキュレート角に応じて、車体の走行を制限する、或いは、オートステアリング制御を制限する。【選択図】図７

Description

本発明は、作業機械、作業機械を制御するための方法、及びシステムに関する。

従来、作業機械において、走行輪の操舵角を自動的に制御する技術（以下、「オートステアリング制御」と呼ぶ）が知られている。例えば、特許文献１では、制御システムが、作業機械の目標経路を生成し、作業機械が目標経路に従って移動するように、操舵角を制御する。

特許文献２では、作業機械のコントローラが、作業機械の目標進行方向を決定し、作業機械が目標進行方向に向かって走行するように、操舵角を制御する。特許文献３では、作業機械のコントローラが、進行方向の目標変化率を決定する。作業機械のコントローラは、単位走行距離当たりの進行方向の変化率が、目標変化率に維持されるように、操舵角を制御する。

米国特許第８０６０２９９号 特開２０２１－５４２６９号 特開２０２１－５４２７０号

上述した作業機械は、リアフレームと、リアフレームに対してアーティキュレート可能に接続されたフロントフレームとを備えている。フロントフレームがリアフレームに対してアーティキュレートした状態で、オートステアリング制御が実行される場合、アーティキュレート角の大きさによっては、走行安定性が低下する可能性がある。本発明の目的は、アーティキュレート可能な車体を備える作業機械において、走行安定性を向上させることにある。

本発明の第１の態様に係る作業機械は、車体と、走行輪と、ステアリングアクチュエータと、アーティキュレートアクチュエータと、アーティキュレート角センサと、コントローラとを備える。車体は、リアフレームとフロントフレームとを含む。フロントフレームは、リアフレームに対して左右にアーティキュレート可能に接続される。走行輪は、車体に支持される。ステアリングアクチュエータは、走行輪を左右に操舵する。アーティキュレートアクチュエータは、リアフレームとフロントフレームとの間のアーティキュレート角を変更する。アーティキュレート角センサは、アーティキュレート角を検出する。コントローラは、ステアリングアクチュエータを制御することで、走行輪を自動的に操舵するオートステアリング制御を実行する。コントローラは、アーティキュレート角を取得する。コントローラは、アーティキュレート角に応じて、車体の走行を制限する、或いは、オートステアリング制御を制限する。

本発明の第２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、ステアリングアクチュエータと、アーティキュレートアクチュエータとを備える。車体は、リアフレームとフロントフレームとを含む。フロントフレームは、リアフレームに対して左右にアーティキュレート可能に接続される。走行輪は、車体に支持される。ステアリングアクチュエータは、走行輪を左右に操舵する。アーティキュレートアクチュエータは、リアフレームとフロントフレームとの間のアーティキュレート角を変更する。

本態様に係る方法は、ステアリングアクチュエータを制御することで、走行輪を自動的に操舵するオートステアリング制御を実行することと、アーティキュレート角を取得することと、アーティキュレート角に応じて、車体の走行を制限する、或いは、オートステアリング制御を制限すること、を備える。

本発明の第３の態様に係るシステムは、作業機械を制御するためのシステムである。作業機械は、車体と、走行輪と、ステアリングアクチュエータと、アーティキュレートアクチュエータとを備える。車体は、リアフレームとフロントフレームとを含む。フロントフレームは、リアフレームに対して左右にアーティキュレート可能に接続される。走行輪は、車体に支持される。ステアリングアクチュエータは、走行輪を左右に操舵する。アーティキュレートアクチュエータは、リアフレームとフロントフレームとの間のアーティキュレート角を変更する。

本態様に係るシステムは、アーティキュレート角センサと、コントローラとを備える。アーティキュレート角センサは、アーティキュレート角を検出する。コントローラは、ステアリングアクチュエータを制御することで、走行輪を自動的に操舵するオートステアリング制御を実行する。コントローラは、アーティキュレート角を取得する。コントローラは、アーティキュレート角に応じて、車体の走行を制限する、或いは、オートステアリング制御を制限する。

本発明によれば、アーティキュレート角に応じて、車体の走行を制限する、或いは、オートステアリング制御が制限される。そのため、アーティキュレート角が、走行安定性が低下するような大きさである場合に、車体の走行を制限する、或いは、オートステアリング制御を制限することができる。それにより、走行安定性が向上する。

実施形態に係る作業機械の斜視図である。 作業機械の側面図である。 作業機械の前部の上面図である。 作業機械の前部の正面図である。 作業機械の制御システムの構成を示す模式図である。 オートステアリング制御の一例である方向維持制御を示す図である。 コントローラによって実行される制限制御の処理を示すフローチャートである。 オートステアリング制御の他の例である自動経路追従制御を示す図である。

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、走行輪３Ａ，３Ｂ，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に対して回動可能にリアフレーム１２に連結されている。後述するように、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、リアフレーム１２に対するフロントフレーム１１のアーティキュレート角がゼロである状態、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、車体２の前後左右の各方向が定義される。

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。

走行輪３Ａ，３Ｂ，４Ａ－４Ｄは、車体２に回転可能に支持されている。走行輪３Ａ，３Ｂ，４Ａ－４Ｄは、前輪３Ａ，３Ｂと、後輪４Ａ－４Ｄとを含む。前輪３Ａ，３Ｂは、互いに左右方向に離れて配置されている。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。

図３は、作業機械１の前部の上面図である。図３に示すように、作業機械１は、第１ステアリング軸４３Ａと第２ステアリング軸４３Ｂとを備えている。第１ステアリング軸４３Ａと第２ステアリング軸４３Ｂとは、フロントフレーム１１に設けられる。第１ステアリング軸４３Ａと第２ステアリング軸４３Ｂとは、上下方向に延びている。前輪３Ａは、第１ステアリング軸４３Ａ回りに回転可能に支持される。前輪３Ｂは、第２ステアリング軸４３Ｂ回りに回転可能に支持される。

作業機械１は、前輪３Ａ，３Ｂを操舵するための複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂを備えている。複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂは、前輪３Ａ，３Ｂを操舵するために用いられる。例えば、複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂは、油圧シリンダである。複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂは、前輪３Ａ，３Ｂに、それぞれ接続されている。複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂは、油圧によって伸縮する。以下の説明では、複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂの伸縮、例えば油圧シリンダの伸縮が、「ストローク動作」と記される。

複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂは、左ステアリングシリンダ４１Ａと、右ステアリングシリンダ４１Ｂと、を含む。左ステアリングシリンダ４１Ａと右ステアリングシリンダ４１Ｂとは、左右方向に互いに離れて配置されている。

左ステアリングシリンダ４１Ａは、フロントフレーム１１と前輪３Ａとに接続されている。右ステアリングシリンダ４１Ｂは、フロントフレーム１１と前輪３Ｂに接続されている。左ステアリングシリンダ４１Ａと右ステアリングシリンダ４１Ｂとのストローク動作により、前輪３Ａ，３Ｂが操舵される。

作業機械１は、アーティキュレート軸４４を含む。アーティキュレート軸４４は、フロントフレーム１１とリアフレーム１２とに設けられる。アーティキュレート軸４４は、上下方向に延びている。フロントフレーム１１とリアフレーム１２とは、アーティキュレート軸４４回りに回動可能に互いに接続されている。

作業機械１は、複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８を備えている。複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８は、リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１を回動させるために用いられる。例えば、複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８は、油圧シリンダである。複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８は、フロントフレーム１１とリアフレーム１２とに接続されている。複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８は、油圧によって伸縮する。

複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８は、左アーティキュレートシリンダ２７と右アーティキュレートシリンダ２８と、を含む。左アーティキュレートシリンダ２７と右アーティキュレートシリンダ２８とは、左右方向に互いに離れて配置されている。

左アーティキュレートシリンダ２７は、車体２の左側において、フロントフレーム１１とリアフレーム１２とに接続されている。右アーティキュレートシリンダ２８とは、車体２の右側において、フロントフレーム１１とリアフレーム１２とに接続されている。左アーティキュレートシリンダ２７と右アーティキュレートシリンダ２８とのストローク動作により、フロントフレーム１１はリアフレーム１２に対して左右に回動する。

図４は、作業機械１の前部の正面図である。図４に示すように、作業機械１は、リーン機構６を備えている。リーン機構６は、前輪３Ａ，３Ｂを左右に傾倒させる。リーン機構６は、アクスルビーム５６と、リーニングロッド５７と、リーニングアクチュエータ６１とを含む。アクスルビーム５６は、フロントフレーム１１から左右に延びている。アクスルビーム５６は、ピボット軸５８回りに回転可能にフロントフレーム１１に支持されている。

アクスルビーム５６は、ホイールブラケット５９Ａを介して、前輪３Ａに接続されている。アクスルビーム５６は、前輪３Ａをリーニング軸５４Ａ回りに回転可能に支持する。アクスルビーム５６は、ホイールブラケット５９Ｂを介して、前輪３Ｂに接続されている。アクスルビーム５６は、前輪３Ｂをリーニング軸５４Ｂ回りに回転可能に支持する。リーニング軸５４Ａ，５４Ｂは、前後方向に延びている。

リーニングロッド５７は、フロントフレーム１１を通って左右に延びている。リーニングロッド５７は、前輪３Ａ，３Ｂを互いに連結している。リーニングロッド５７は、ホイールブラケット５９Ａを介して、前輪３Ａに接続されている。リーニングロッド５７は、ホイールブラケット５９Ｂを介して、前輪３Ｂに接続されている。

リーニングアクチュエータ６１は、前輪３Ａ，３Ｂを傾倒するために用いられる。例えば、リーニングアクチュエータ６１は、油圧シリンダである。リーニングアクチュエータ６１は、フロントフレーム１１と前輪３Ａ，３Ｂとに接続されている。リーニングアクチュエータ６１は、油圧によって伸縮する。すなわち、リーニングアクチュエータ６１を伸縮させることによって、前輪３Ａ，３Ｂがリーニング軸５４Ａ，５４Ｂ回りに回転する。それにより、前輪３Ａ，３Ｂが左右に傾倒する。

図２に示すように、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。例えば、複数のアクチュエータ２２－２５は、油圧シリンダである。アクチュエータ２６は、回転アクチュエータである。本実施形態では、アクチュエータ２６は油圧モータである。アクチュエータ２６は、電動モータであってもよい。

複数のアクチュエータ２２－２５は、作業機５に接続されている。複数のアクチュエータ２２－２５は、油圧によって伸縮する。複数のアクチュエータ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。

詳細には、複数のアクチュエータ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。

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。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５は、作業機械１の制御システムの構成を示す模式図である。図５に示すように、作業機械１は、駆動源３１と、油圧ポンプ３２と、動力伝達装置３３とを含む。作業機械１は、ステアリングバルブ４２Ａと、アーティキュレートバルブ４２Ｂと、リーニングバルブ４２Ｃ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。

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。油圧ポンプ３２は、ステアリングバルブ４２Ａと、アーティキュレートバルブ４２Ｂと、リーニングバルブ４２Ｃと、作業機バルブ３４とに、作動油を供給する。これにより、複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂと、複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８と、リーニングアクチュエータ６１と、複数のアクチュエータ２２－２６とが、作動する。なお、図５では、１つの油圧ポンプ３２のみが図示されているが、複数の油圧ポンプが備えられてもよい。

ステアリングバルブ４２Ａは、油圧回路を介して、油圧ポンプ３２と複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂとに接続されている。ステアリングバルブ４２Ａは、油圧ポンプ３２から複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂに供給される作動油の流量を、制御する。油圧ポンプ３２の作動油がステアリングバルブ４２Ａに供給されることによって、複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂはストローク動作を行う。

アーティキュレートバルブ４２Ｂは、油圧回路を介して、油圧ポンプ３２と複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８とに接続されている。アーティキュレートバルブ４２Ｂは、油圧ポンプ３２から複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８に供給される作動油の流量を制御する。油圧ポンプ３２の作動油がアーティキュレートバルブ４２Ｂに供給されることによって、複数のアーティキュレートアクチュエータ２７，２８はストローク動作を行う。

リーニングバルブ４２Ｃは、油圧回路を介して、油圧ポンプ３２とリーニングアクチュエータ６１とに接続されている。リーニングバルブ４２Ｃは、油圧ポンプ３２からリーニングアクチュエータ６１に供給される作動油の流量を制御する。油圧ポンプ３２の作動油がリーニングバルブ４２Ｃに供給されることによって、リーニングアクチュエータ６１はストローク動作を行う。

作業機バルブ３４は、油圧回路を介して、油圧ポンプ３２と複数のアクチュエータ２２－２６とに接続されている。作業機バルブ３４は、複数のアクチュエータ２２－２６それぞれに接続される複数の弁を、含む。作業機バルブ３４は、油圧ポンプ３２から複数のアクチュエータ２２－２６に供給される作動油の流量を、制御する。

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。動力伝達装置３３は、複数の速度段に切り換え可能である。複数の速度段は、例えば前進の第１速～第４速を含む。複数の速度段は、例えば後進の第１速～第４速を含む。ただし、速度段の数は、これらに限らず、変更されてもよい。

作業機械１は、ステアリング操作部材４５と、アーティキュレート操作部材４６と、リーニング操作部材４７と、作業機操作部材４８と、シフト操作部材４９と、アクセル操作部材５０とを含む。

ステアリング操作部材４５は、前輪３Ａ，３Ｂを操舵するためにオペレータによって操作可能である。ステアリング操作部材４５は、ジョイスティックなどのレバーである。或いは、ステアリング操作部材４５は、レバー以外の部材であってもよい。例えば、ステアリング操作部材４５は、ステアリングホイールであってもよい。ステアリング操作部材４５は、オペレータによるステアリング操作部材４５への操作を示すステアリング操作信号を出力する。

アーティキュレート操作部材４６は、リアフレーム１２に対してフロントフレーム１１を回動させるためにオペレータによって操作可能である。アーティキュレート操作部材４６は、ジョイスティックなどのレバーである。或いは、アーティキュレート操作部材４６は、レバー以外の部材であってもよい。アーティキュレート操作部材４６は、オペレータによるアーティキュレート操作部材４６への操作を示すアーティキュレート操作信号を出力する。

リーニング操作部材４７は、前輪３Ａ，３Ｂを傾倒させるためにオペレータによって操作可能である。リーニング操作部材４７は、ジョイスティックなどのレバーである。或いは、リーニング操作部材４７は、レバー以外の部材であってもよい。リーニング操作部材４７は、オペレータによるリーニング操作部材４７の操作を示すリーニング操作信号を出力する。

作業機操作部材４８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４８は、例えば複数の作業機レバーを含む。或いは、作業機操作部材４８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４８は、オペレータによる作業機操作部材４８への操作を示す信号を出力する。

シフト操作部材４９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。シフト操作部材４９は、例えばシフトレバーを含む。或いは、シフト操作部材４９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。シフト操作部材４９は、オペレータによるシフト操作部材４９への操作を示す信号を出力する。

アクセル操作部材５０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５０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５０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５０は、オペレータによるアクセル操作部材５０への操作を示す信号を出力する。

作業機械１は、操舵角センサ５１と、アーティキュレート角センサ５２と、リーニング角センサ５３と、を備えている。操舵角センサ５１は、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を検出するために用いられる。操舵角センサ５１は、操舵角θ１を示す操舵角信号を出力する。操舵角信号は、例えば、複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂのストローク量である。なお、操舵角センサ５１は、操舵角θ１を直接的に検出してもよい。

図３に示すように、操舵角θ１は、第１ステアリング軸４３Ａ及び第２ステアリング軸４３Ｂを中心としてフロントフレーム１１に対して前輪３Ａ，３Ｂが回動する角度である。詳細には、操舵角θ１は、フロントフレーム１１の第１中心線Ｌ１に対する前輪３Ａ，３Ｂの回転角度である。第１中心線Ｌ１は、フロントフレーム１１の前後方向に延びる。

操舵角θ１は、複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂのストローク動作によって中立位置から左右に変化する。中立位置の操舵角θ１は、ゼロ度である。前輪３Ａ，３Ｂは、中立位置において、フロントフレーム１１の第１中心線Ｌ１と平行に配置される。なお、図３において、３Ａ’及び３Ｂ’は、中立位置から右方へ操舵角θ１だけ操舵された状態の前輪を示している。

アーティキュレート角センサ５２は、リアフレーム１２に対するフロントフレーム１１のアーティキュレート角を検出するために用いられる。アーティキュレート角センサ５２は、アーティキュレート角θ２を示すアーティキュレート角信号を出力する。アーティキュレート角信号は、例えば、左アーティキュレートシリンダ２７と右アーティキュレートシリンダ２８とのストローク量である。なお、アーティキュレート角センサ５２は、アーティキュレート角θ２を直接的に検出してもよい。

図３に示すように、アーティキュレート角θ２は、アーティキュレート軸４４を中心としてリアフレーム１２に対してフロントフレーム１１が回動する角度である。詳細には、アーティキュレート角θ２は、フロントフレーム１１の第１中心線Ｌ１とリアフレーム１２の第２中心線Ｌ２がなす角度である。

第２中心線Ｌ２は、リアフレーム１２の前後方向に延びる。第２中心線Ｌ２は、作業機械１の上面視でアーティキュレート軸４４を通過する。アーティキュレート角θ２は、中立位置から左右に変化する。中立位置のアーティキュレート角θ２は、ゼロである。アーティキュレート角θ２がゼロである場合、第２中心線Ｌ２の方向は、第１中心線Ｌ１の方向と一致する。なお、図３では、フロントフレーム１１が、アーティキュレート軸４４回りに、アーティキュレート角θ２だけ回動した状態が示されている。

リーニング角センサ５３は、前輪３Ａ，３Ｂのリーニング角θ３を検出するために用いられる。リーニング角センサ５３は、リーニング角θ３を示すリーニング角信号を出力する。リーニング角信号は、例えば、リーニングアクチュエータ６１のストローク量である。なお、リーニング角センサ５３は、リーニング角θ３を直接的に検出してもよい。

図４に示すように、リーニング角θ３は、車体２を前方から見て、前輪３Ａ、３Ｂの左右方向への傾倒角度である。例えば、リーニング角θ３は、車体２を前方から見て、前輪３Ａ，３Ｂがリーニング軸５４Ａ，５４Ｂまわりに傾倒する傾倒角度である。以下の説明において、前輪３Ａ，３Ｂが水平面に対して直立した状態（実線で示す３Ａ、３Ｂ）を、前輪３Ａ，３Ｂの中立位置と呼ぶものとする。前輪３Ａ，３Ｂが中立位置で、リーニング角θ３は、ゼロ度である。なお、図４において、３Ａ’，３Ｂ’は、中立位置から左方にリーニング角θ３だけ傾倒した前輪を示している。

図５に示すように、作業機械１は、コントローラ３７を含む。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。

コントローラ３７は、シフト操作部材４９の操作に応じて、動力伝達装置３３を制御する。これにより、作業機械１の進行方向が、前進と後進とに切り換えられる。また、動力伝達装置３３の速度段が切り換えられる。或いは、シフト操作部材４９は、機械的に動力伝達装置３３に接続されてもよい。シフト操作部材４９の動作を機械的に動力伝達装置３３に伝達することで、動力伝達装置３３の前進と後進のギア、或いは変速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５０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。これにより、作業機械１が走行する。また、コントローラ３７は、作業機操作部材４８の操作に応じて、油圧ポンプ３２と作業機バルブ３４とを制御する。これにより、作業機５が動作する。

コントローラ３７は、ステアリング操作部材４５からのステアリング操作信号により、ステアリング操作部材４５の操作量を取得する。コントローラ３７は、ステアリング操作信号に応じてステアリングバルブ４２Ａを制御することで、複数のステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂを伸縮させる。これにより、コントローラ３７は、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を変化させる。コントローラ３７は、操舵角信号を操舵角センサ５１から取得する。コントローラ３７は、操舵角信号に基づいて前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を算出する。

コントローラ３７は、アーティキュレート操作部材４６からのアーティキュレート操作信号により、アーティキュレート操作部材４６の操作量を取得する。コントローラ３７は、アーティキュレートバルブ４２Ｂを制御する。例えば、コントローラ３７は、アーティキュレート操作信号に応じてアーティキュレートバルブ４２Ｂを制御することによって、左アーティキュレートシリンダ２７と右アーティキュレートシリンダ２８を伸縮させる。これにより、コントローラ３７は、アーティキュレート角を変化させる。コントローラ３７は、アーティキュレート角信号をアーティキュレート角センサ５２から取得する。コントローラ３７は、アーティキュレート角信号に基づいてアーティキュレート角θ２を算出する。

コントローラ３７は、リーニング操作部材４７からのリーニング操作信号により、リーニング操作部材４７の操作量を取得する。コントローラ３７は、リーニングバルブ４２Ｃを制御する。例えば、コントローラ３７は、リーニング操作信号に応じてリーニングバルブ４２Ｃを制御することによって、リーニングアクチュエータ６１を伸縮させる。これにより、コントローラ３７は、オペレータによるリーニング操作部材４７の操作に応じて、リーニング角θ３を変化させる。コントローラ３７は、リーニング角信号をリーニング角センサ５３から取得する。コントローラ３７は、リーニング角信号に基づいてリーニング角θ３を算出する。

作業機械１は、方向センサ６２を備えている。方向センサ６２は、車体２の進行方向を検出する。方向センサ６２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６２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６２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６２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）などのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の位置センサであってもよい。コントローラ３７は、方向センサ６２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。

作業機械１は、入力装置６３を備えている。入力装置６３は、オートステアリング制御のオン・オフを設定するために、オペレータによって操作可能である。オートステアリング制御では、コントローラ３７が、ステアリングアクチュエータ４１Ａ，４１Ｂを制御されることで、前輪３ａ，３Ｂを自動的に操舵する。入力装置６３は、例えばスイッチである。或いは、入力装置６３は、タッチスクリーンなどのオペレータによって操作可能な他の装置であってもよい。入力装置６３によってオートステアリング制御がオンに設定されている場合には、コントローラ３７は、オートステアリング制御を実行する。

図６は、オートステアリング制御の一例である方向維持制御を示す図である。方向維持制御では、コントローラ３７は、作業機械１の目標進行方向を決定し、作業機械１が目標進行方向に向かって走行するように、操舵角を制御する。例えば、図６に示すように、作業機械１が位置Ｐ１で、ステアリング操作部材４５は中立位置Ｎ１であり、操舵角θ１はゼロである。

オペレータが、作業機械１を前進させながら、ステアリング操作部材４５を手動で左方に操作すると、作業機械１は、左方へ旋回しながら、位置Ｐ１から、位置Ｐ２を経て、位置Ｐ３へ移動し、操舵角θ１は左方へθｍａｘに変更される。オペレータが、位置Ｐ４においてステアリング操作部材４５を中立位置Ｎ１に戻す、或いは逆方向に操作すると、位置Ｐ５において操舵角θ１はゼロに戻り、作業機械１は直進を開始する。

例えば、コントローラ３７は、ステアリング操作部材４５が中立位置Ｎ１から操作された後、操舵角θ１がゼロに戻ったことを、方向維持制御の開始条件として記憶している。なお、方向維持制御の開始条件は、操舵角θ１がゼロに戻ったことに限られない。方向維持制御の開始条件は、例えば、オペレータによって所定の操作ボタンが押されるなど、方向維持制御の開始の指令があったことであってもよい。コントローラ３７は、開始条件が満たされたときの作業機械１の進行方向を、方向センサ６２からの方向信号によって取得する。そして、コントローラ３７は、開始条件が満たされたときの作業機械１の進行方向を、目標進行方向として設定する。すなわち、図６に示すように、コントローラ３７は、位置Ｐ５での作業機械１の進行方向Ｈ１を、目標進行方向として決定する。コントローラ３７は、作業機械１の進行方向が目標進行方向Ｈ１に維持されるように、操舵角θ１を制御する。

なお、オートステアリング制御では、作業機械１の走行速度の調整は、アクセル操作部材５０による手動操作によって行われてもよく、或いはコントローラ３７によって自動で行われてもよい。方向維持制御の開始条件は、位置Ｐ４においてステアリング操作部材４５が中立位置Ｎ１に戻ったことであってもよい。

フロントフレーム１１がリアフレーム１２に対して、中立位置から大きくアーティキュレートした状態で、上述したオートステアリング制御が実行されると、走行安定性が低下する可能性がある。また、前輪３Ａ，３Ｂが中立位置から大きくリーニングした状態で、上述したオートステアリング制御が実行されると、走行安定性が低下する可能性がある。そのため、本実施形態に係る作業機械１の制御システムでは、コントローラ３７は、アーティキュレート角θ２とリーニング角θ３とに応じて、オートステアリング制御を制限する制限制御を実行する。

図７は、コントローラ３７によって実行される制限制御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Ｓ１では、コントローラ３７は、アーティキュレート角θ２を取得する。コントローラ３７は、アーティキュレート角センサ５２からのアーティキュレート角信号に基づいて、アーティキュレート角θ２を取得する。

ステップＳ２では、コントローラ３７は、リーニング角θ３を取得する。コントローラ３７は、リーニング角センサ５３からのリーニング角信号に基づいて、リーニング角θ３を取得する。

ステップＳ３では、コントローラ３７は、アーティキュレート角θ２が第１範囲内であるかを判定する。第１範囲は、良好な走行安定性を確保できるアーティキュレート角θ２の範囲を示す。第１範囲は、中立位置を含み、アーティキュレート角θ２の左方への上限値と右方への上限値との間の範囲である。アーティキュレート角θ２が第１範囲内である場合には、処理はステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、コントローラ３７は、リーニング角θ３が第２範囲内であるかを判定する。第２範囲は、良好な走行安定性を確保できるリーニング角θ３の範囲を示す。第２範囲は、中立位置を含み、リーニング角θ３の左方への上限値と右方への上限値との間の範囲である。リーニング角θ３が第２範囲内である場合には、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、コントローラ３７は、通常制御として、上述したオートステアリング制御を実行する。

一方、ステップＳ３において、アーティキュレート角θ２が第１範囲外である場合には、処理はステップＳ６に進む。例えば、アーティキュレート角θ２が左方への上限値より大きいときには、処理はステップＳ６へ進む。或いは、アーティキュレート角θ２が右方への上限値より大きいときには、処理はステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、コントローラ３７は、制限制御を実行する。コントローラ３７は、制限制御において、入力装置６３の操作に関わらず、オートステアリング制御を無効とする。従って、アーティキュレート角θ２が第１範囲外である場合には、入力装置６３によってオートステアリング制御がオンに設定されており、且つ、上述した開始条件が満たされても、コントローラ３７は、オートステアリング制御を開始しない。また、制限制御中においては、オートステアリング制御が無効であることをオペレータに報知する。報知の手段としては、警告ランプの表示、警告音の発生など、既知の任意の手段を採用することができる。

同様に、ステップＳ４において、リーニング角θ３が第２範囲外である場合にも、処理はステップＳ６に進み、コントローラ３７は、制限制御を実行する。例えば、リーニング角θ３が左方への上限値よりも大きいときには、コントローラ３７は、制限制御を実行する。リーニング角θ３が右方への上限値よりも大きいときには、コントローラ３７は、制限制御を実行する。

以上説明した本実施形態に係る作業機械１では、アーティキュレート角θ２が第１範囲外である場合には、制限制御によって、オートステアリング制御が制限される。そのため、アーティキュレート角θ２が、走行安定性が低下するような大きさである場合に、オートステアリング制御が制限される。それにより、走行安定性が向上する。

また、リーニング角θ３が第２範囲外である場合には、制限制御によって、オートステアリング制御が制限される。そのため、リーニング角θ３が、走行安定性が低下するような大きさである場合に、オートステアリング制御が制限される。それにより、走行安定性が向上する。

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の構成は、上記のものに限らず、変更されてもよい。例えば、作業機５の構成が変更されてもよい。作業機械１の制御システムの一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。例えば、作業機械１の各種の操作部材と入力装置６３とが作業機械１の外部に配置されてもよい。

コントローラ３７は、複数のコントローラによって構成されてもよい。上述した処理は、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。複数のコントローラの一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。

オートステアリング制御は、上述した方向維持制御に限らず、他の制御であってもよい。例えば、オートステアリング制御は、自動経路追従制御であってもよい。コントローラ３７は、自動経路追従制御において、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を制御する。

図８は、オートステアリング制御の一例である自動経路追従制御を示す図である。図８に示すように、コントローラ３７は、目標経路Ｒ１を取得する。コントローラ３７は、外部のコンピュータから目標経路Ｒ１を取得してもよい。コントローラ３７は、オペレータによって所定の操作ボタンが押されるなど、制御の開始の指令があったことを開始条件として自動経路追従制御（オートステアリング制御）を開始する。或いは、コントローラ３７は、入力装置６３の操作に応じて、目標経路Ｒ１を生成してもよい。コントローラ３７は、自動経路追従制御において、作業機械１が目標経路Ｒ１に従って移動するように、操舵角θ１を制御する。オートステアリング制御における通常制御と制限制御については、図７を用いて説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。

上記の実施形態では、コントローラ３７は、制限制御において、オートステアリング制御を無効とする。しかし、制限制御は、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、コントローラ３７は、制限制御において、車体２の走行を制限してもよい。コントローラ３７は、制限制御において、動力伝達装置３３の速度段の上限を制限してもよい。コントローラ３７は、オートステアリング制御の通常制御において、動力伝達装置３３の前進時の速度段の上限を第３速としてもよい。コントローラ３７は、制限制御において、動力伝達装置３３の前進時の速度段の上限を第２速としてもよい。コントローラ３７は、オートステアリング制御の通常制御において、動力伝達装置３３の後進時の速度段の上限を第３速としてもよい。コントローラ３７は、制限制御において、動力伝達装置３３の後進時の速度段の上限を第２速としてもよい。

コントローラ３７は、制限制御において、作業機械１の車速の上限を制限してもよい。例えば、コントローラ３７は、オートステアリング制御の通常制御において、作業機械１の車速の上限を第１上限車速としてもよい。コントローラ３７は、制限制御において、作業機械１の車速の上限を第１上限車速よりも小さい第２上限車速としてもよい。

上記の実施形態では、コントローラ３７は、リーニング角θ３が第２範囲外であるときにも制限制御を実行する。しかし、リーニング角θ３に応じた制限制御は省略されてもよい。

本発明によれば、アーティキュレート可能な車体を備える作業機械において、走行安定性が向上する。

２：車体
３ａ，３Ｂ：前輪
１１：リアフレーム
１２：フロントフレーム
２７，２８：アーティキュレートアクチュエータ
３３：動力伝達装置
３７：コントローラ
４１Ａ，４１Ｂ：ステアリングアクチュエータ
５２：アーティキュレート角センサ
６３：入力装置
θ２：アーティキュレート角

Claims (15)

1. リアフレームと、前記リアフレームに対して左右にアーティキュレート可能に接続されるフロントフレームとを含む車体と、
   前記車体に支持される走行輪と、
   前記走行輪を左右に操舵するステアリングアクチュエータと、
   前記リアフレームと前記フロントフレームとの間のアーティキュレート角を変更するアーティキュレートアクチュエータと、
   前記アーティキュレート角を検出するアーティキュレート角センサと、
   前記ステアリングアクチュエータを制御することで、前記走行輪を自動的に操舵するオートステアリング制御を実行するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   前記アーティキュレート角を取得し、
   前記アーティキュレート角に応じて、前記車体の走行を制限する、或いは、前記オートステアリング制御を制限する、
   作業機械。
2. 前記コントローラは、前記アーティキュレート角が所定範囲外であるときに、前記車体の走行を制限する、或いは、前記オートステアリング制御を制限する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 複数の速度段に切り換え可能な動力伝達装置をさらに備え、
   前記コントローラは、前記アーティキュレート角に応じて、前記複数の速度段の上限を制限する、
   請求項１又は２に記載の作業機械。
4. 前記コントローラは、前記アーティキュレート角に応じて、前記作業機械の車速の上限を制限する、
   請求項１又は２に記載の作業機械。
5. 前記コントローラは、前記アーティキュレート角に応じて、前記オートステアリング制御を無効とする、
   請求項１又は２に記載の作業機械。
6. 前記オートステアリング制御のオン・オフを設定するために操作可能な入力装置をさらに備え、
   前記コントローラは、前記入力装置の操作に関わらず、前記アーティキュレート角に応じて、前記オートステアリング制御を無効とする、
   請求項５に記載の作業機械。
7. 作業機械を制御するための方法であって、前記作業機械は、リアフレームと、前記リアフレームに対して左右にアーティキュレート可能に接続されるフロントフレームとを含む車体と、前記車体に支持される走行輪と、前記走行輪を左右に操舵するステアリングアクチュエータと、前記リアフレームと前記フロントフレームとの間のアーティキュレート角を変更するアーティキュレートアクチュエータと、を備え、
   前記方法は、
   前記ステアリングアクチュエータを制御することで、前記走行輪を自動的に操舵するオートステアリング制御を実行することと、
   前記アーティキュレート角を取得することと、
   前記アーティキュレート角に応じて、前記車体の走行を制限する、或いは、前記オートステアリング制御を制限すること、
   を備える方法。
8. 前記アーティキュレート角が所定範囲外であるときに、前記車体の走行を制限する、或いは、前記オートステアリング制御を制限することをさらに備える、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記作業機械は、複数の速度段に切り換え可能な動力伝達装置をさらに備え、
   前記アーティキュレート角に応じて、前記複数の速度段の上限を制限することをさらに備える、
   請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記アーティキュレート角に応じて、前記作業機械の車速の上限を制限することをさらに備える、
    請求項７又は８に記載の方法。
11. 前記アーティキュレート角に応じて、前記オートステアリング制御を無効とすることをさらに備える、
    請求項７又は８に記載の方法。
12. 入力装置への操作に応じて、前記オートステアリング制御のオン・オフを設定することと、
    前記入力装置の操作に関わらず、前記アーティキュレート角に応じて、前記オートステアリング制御を無効とすること、
    をさらに備える、
    請求項１１に記載の方法。
13. 作業機械を制御するためのシステムであって、前記作業機械は、リアフレームと、前記リアフレームに対して左右にアーティキュレート可能に接続されるフロントフレームとを含む車体と、前記車体に支持される走行輪と、前記走行輪を左右に操舵するステアリングアクチュエータと、前記リアフレームと前記フロントフレームとの間のアーティキュレート角を変更するアーティキュレートアクチュエータと、を備え、
    前記システムは、
    前記アーティキュレート角を検出するアーティキュレート角センサと、
    前記ステアリングアクチュエータを制御することで、前記走行輪を自動的に操舵するオートステアリング制御を実行するコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、
    前記アーティキュレート角を取得し、
    前記アーティキュレート角に応じて、前記車体の走行を制限する、或いは、前記オートステアリング制御を制限する、
    システム。
14. 前記コントローラは、前記アーティキュレート角が所定範囲外であるときに、前記車体の走行を制限する、或いは、前記オートステアリング制御を制限する、
    請求項１３に記載のシステム。
15. 前記作業機械は、複数の速度段に切り換え可能な動力伝達装置をさらに備え、
    前記コントローラは、前記アーティキュレート角に応じて、前記複数の速度段の上限を制限する、
    請求項１３又は１４に記載のシステム。

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