JP3759990B2

JP3759990B2 - 関節式機械の操縦システム

Info

Publication number: JP3759990B2
Application number: JP07448796A
Authority: JP
Inventors: デビッド・イー・ネルソン; ディーン・エー・ウィークマン
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: EP0737612B1; DE69617787D1; JPH08282517A; EP0737612A2; US5579863A; EP0737612A3; DE69617787T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に関節式機械の操縦システム（かじ取りシステム）に関し、特に、かじ取りハンドルへの機械的フィードバックを提供する操縦システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
関節式機械を操縦するよく知られた方法は、関節点の両側で前部フレーム及び後部フレームの間に連結された一対の油圧シリンダを利用する。
【０００３】
一方の油圧シリンダが伸長し他方の油圧シリンダが引っ込むようにこれらの油圧シリンダは選択的に作動されて、機械の前部フレームを後部フレームに対して旋回し、かじ取りを提供する。
【０００４】
加圧流体はかじ取りコラムのベースに位置付けされている手動計量ユニット（ＨＭＵ）として知られているポンプにより通常油圧シリンダに差し向けられる。かじ取りハンドルをいずれかの方向に回転すると、流体はＨＭＵからかじ取りシリンダに供給され、望ましいかじ取り機能が得られる。
【０００５】
かじ取りハンドルがより多く回転されると、より大きなかじ取りの修正が得られる。このシステムは長年の間いくつかの関節式機械においてよく作動したことで知られている。
【０００６】
建設産業の分野においては、建設車両のオペレータの要求を満たし乗り心地を改善することが最近の傾向である。即ち、オペレータを取り巻く環境を人間工学的に考慮し、オペレータの疲労を軽減するようにすることが望ましい。
【０００７】
例えばホイールローダのような機械においては、機械の操縦方法がオペレータの疲労の主な原因である。例えばトラックへの積載等の通常の操作モードにおいては、オペレータは物質の山とこの物質を積み込むべきトラックとの間に機械を移動させなければならない。
【０００８】
機械が物質とトラックとの間で行き来する時間を減少させるために、この操縦は通常非常に狭い領域で行われる。この操作の間、機械の最大の関節運転を達成するためにオペレータは絶えずかじ取りハンドルを回転する必要がある。
【０００９】
この問題に対する１つの解決方法は、かじ取りシリンダへの加圧流体の流れを制御する電子的制御を採用することである。これにより、ポンピング作用を達成するためにオペレータがかじ取りハンドルを回転する必要性が除去される。
【００１０】
ある場合においては、電子制御装置を備えたかじ取りアクチュエータが設けられている。この型のかじ取りアクチュエータにおいては、かじ取りアクチュエータを少量移動すると機械の大きな関節旋回運動が得られる。
【００１１】
これはオペレータに要求される運動量を減少させ、オペレータの疲労を軽減させる。この方法は非常に効果的であるが、この方法は機械が物質を移動するために道路上を長距離走行する他の走行モードには効果がないものである。
【００１２】
この操作モードは一般的に“積載及び運搬”として知られている。このモードにおいては、かじ取りアクチュエータに大きな移動量を許容して高速で移動する機械に小さな量の修正を提供する、より自動車的な感覚をオペレータに与えることが望ましい。
【００１３】
電子制御操縦システムは繰り返し時間を減少するために素早い反応を提供するように設計されているので、道路上で走行するとそのかじ取りがぶれやすくなり、乗り心地が悪くオペレータが疲労しやすくなる。
【００１４】
ＨＭＵを利用する操縦システムの他の欠点は、トランスミッションの制御とかじ取り制御とを分離する必要のあることである。大きな旋回角度を達成するためにはかじ取りハンドルを複数回回転しなければならないため、一方の手でかじ取りを行っている間に他方の手でトランスミッション制御装置を操作できるように、トランスミッション制御装置はかじ取りハンドルに近接して配置されなければならない。これはオペレータをますます多忙にし、オペレータの疲労を増加させる。
【００１５】
本発明は上述した問題の１つ或いは複数を解決せんとするものである。
【００１６】
【発明の開示】
本発明の１つの側面においては、互いに枢軸旋回運動可能に取り付けられた第１及び第２フレーム部材を有する関節式機械に使用する操縦システム（かじ取りシステム）が提供される。
【００１７】
第１及び第２フレーム部材の間に連結された流体アクチュエータの作動に応じて、第１フレーム部材が第２フレーム部材に対して枢軸旋回運動をする。流体アクチュエータへの加圧流体の連通を制御する手段が第１フレーム部材又は第２フレーム部材の一方に設けられている。
【００１８】
制御手段を作動する手段が第１及び第２フレーム部材の他方に取り付けられている。連結手段が作動手段と制御手段との間に伸長しており、この連結手段は第１Ｕ継手により作動手段に取り付けられ、第２Ｕ継手により制御手段に取り付けられている。
【００１９】
本発明の他の側面においては、操縦システムは相対運動可能なように枢軸連結された第１及び第２フレーム部材を有する関節式機械に使用するのに適合している。
【００２０】
少なくとも１つの油圧シリンダが第１及び第２フレーム部材の間に連結されており、油圧シリンダが作動されると一方のフレーム部材を他方のフレーム部材に対して移動して機械のかじ取りを提供する。
【００２１】
かじ取りアクチュエータが第１フレーム部材上に回転可能に取り付けられており、制御弁が第２フレーム部材上に取り付けられている。油圧シリンダの移動を選択的に制御するために、制御弁は制御弁に対して回転可能な回転アクチュエータを有している。
【００２２】
連結手段の第１端部部分はかじ取りアクチュエータに連結され、第２端部部分は制御弁の回転アクチュエータに連結されている。連結手段は、かじ取りアクチュエータの回転運動を回転アクチュエータの回転入力に変換する第１モードと、第２フレーム部材と共に第１フレーム部材に対して移動する制御弁の移動がかじ取りアクチュエータにより与えられた回転アクチュエータの回転入力に対向する方向の回転アクチュエータの回転に変換される第２モードで操作される。
【００２３】
本発明の他の実施態様は、第１フレーム部材とこの第１フレーム部材に枢軸回動可能に取り付けられた第２フレーム部材とを含んだ関節式機械の操縦システムを提供する。
【００２４】
少なくとも１つの流体アクチュエータが第１及び第２フレーム部材の間に連結されており、流体アクチュエータが作動されるとこれらのフレーム部材の間に相対運動を引き起こし、機械のかじ取りを提供する。
【００２５】
かじ取りアクチュエータが第１フレーム部材上に回転可能に取り付けられており、制御弁が第２フレーム部材上に取り付けられている。制御弁は流体アクチュエータの移動を制御するために制御弁に対して回転可能な回転アクチュエータを画成している。
【００２６】
連結手段は第１Ｕ継手によりかじ取りアクチュエータに連結された第１端部部分と、第２Ｕ継手により回転アクチュエータに連結された第２端部部分とを有している。
【００２７】
連結手段は第１及び第２フレーム部材が機械の縦方向中心線に実質上整列したときかじ取りアクチュエータの回転量が回転アクチュエータの回転量に実質上等しい第１モードと、第１及び第２フレーム部材が互いに角度付けられたときの回転アクチュエータの回転量がかじ取りアクチュエータの回転量よりも大きい第２モードで作動される。
【００２８】
上述した本発明の関節式機械の操縦システムによると、機械のオペレータはかじ取りハンドルを介しての機械的フィードバックを感じることになる。この操縦システムはオペレータに自動車的感覚を提供するばかりでなく、操縦システムが２つの異なるモードで作動することを許容する“可変利得”特徴を提供する。
【００２９】
車両の２つのフレームが車両の長手方向中心線に沿って概略整列しているときには、道路上を走行するときの小さなかじ取り修正を得るためにかじ取りハンドルは非常に大きな量回転される。
【００３０】
反対に、２つのフレーム部材の間の角度が増加すると、非常に大きな関節旋回を得るためにかじ取りハンドルを少量回転するだけでよい。これは従来の関節式機械の運転で経験した疲労を除去する非常に融通性のある操縦システムを提供する。
【００３１】
【発明を実施するための最良の態様】
図面を参照すると、実質上垂直軸線１５回りに互いに枢軸回動可能に取り付けられた第１及び第２フレーム部材１２，１４を有する機械１０が示されている。
【００３２】
第１又は後部フレーム部材１２は機械の両側に配置された一対の車輪１６（図１では１つのみ示されている）の支持を提供し、エンジンエンクロージャ１８が車輪１６に動力を提供するエンジン（図示せず）を収容している。
【００３３】
オペレータステーション２０が後部フレーム１２上に取り付けられて、機械を操作するのに利用される複数の制御装置を収容している。これらの制御装置のうちのかじ取りハンドルアセンブリ２２は通常コンソール（図示せず）により支持されており、このコンソールはオペレータステーション２０により支持されている。
【００３４】
第２又は前部フレーム部材１４も機械の両側に位置している一対の車輪２４（図１では１つのみ示されている）を支持している。図面には特に示されていないが、通常図１に示されているホイールローダのような機械はエンジンにより前輪２４も駆動する。
【００３５】
バケット２６のような作業器具が機械の前部フレーム１４上に取り付けられており、よく知られた方法で物質を積み込むためにバケット２６が移動可能である。作業器具を操作する制御装置もオペレータステーション２０の内部に設けられている。
【００３６】
一対の流体作動かじ取りシリンダ２８（１つのみ図示されている）が機械の縦方向中心線２９（図７及び図８参照）の両側でフレーム部材１２と１４の間に取り付けられている。
【００３７】
かじ取りシリンダ２８が作動されると、前部フレーム部材１４を後部フレーム部材１２に対して縦方向中心線２９のいずれかの側に枢軸回動し、機械のかじ取りが提供される。
【００３８】
図２に示されているように、かじ取りシリンダ２８の第１端部部分３０は後部フレーム部材１２に連結されており、第２端部部分３２は前部フレーム部材１４に連結されている。図示されてはいないが、もう１つのかじ取りシリンダが機械の反対側に同様な方法で取り付けられている。
【００３９】
かじ取りシリンダ２８の一方が伸び他方が縮むように、符号３４で示されている流体制御手段がかじ取りシリンダ２８への加圧流体の流れを逐次的に制御するために設けられている。
【００４０】
流体制御手段３４は縦方向中心線２９上に実質上位置付けされて前部フレーム部材１４に取り付けられた制御弁３６を含んでいる。制御弁３６はエンジンにより駆動されるポンプ（図示せず）と直接連通するか、或いはエンジンにより駆動されるポンプと連通している主制御弁を作動するパイロット制御弁である。
【００４１】
図示された実施形態では、制御弁はエンジンにより駆動されるポンプと直接連通している態様で示されているが、本発明の精神を逸脱せずしていずれの実施形態をも採用可能である。
【００４２】
どちらの場合にも、制御弁の加圧流体の流れ（パイロット圧又はシステム圧）は制御弁３６内に回転可能に取り付けられているアクチュエータ３８（図９参照）により指図される。
【００４３】
図９を参照すると、回転アクチュエータ３８は弁本体４２の中心線４３に交差する軸線回りに回転可能な弁本体４２中に伸長するシャフト４０を有している。一対のラグ４４及び４６が中心線４３の両側でシャフト４０から伸長しており、これらのラグは互いに約１４０度離間して位置付けられている。
【００４４】
各ラグ４４，４６は一対の弁スプール５２及び５４によりそれぞれ画成されているプランジャー４８及び５０にそれぞれ当接している。弁スプール５２，５４は中心線４３の両側で弁本体４２中に取り付けられている。図９に示された状態は、加圧流体がかじ取りシリンダに差し向けられていないシャフト４０及びラグ４４，４６が中立位置状態を示している。
【００４５】
制御弁３６は、かじ取りハンドルアセンブリ２２と、かじ取りハンドルアセンブリ２２と制御弁の回転アクチュエータ３８のシャフトとの間に伸長している連結手段５８を含んだ、一般的に符号５６で示されている手段により作動される。
【００４６】
上述したように、かじ取りハンドルアセンブリ２２は後部フレーム１２上に取り付けられており、かじ取りコラム６４の第１端部部分６２上に取り付けられたかじ取りハンドル６０の形のかじ取りアクチュエータを含んでいる。
【００４７】
かじ取りコラム６４は床プレート６６から通常上方に伸長するコンソール（図示せず）中に回転可能に取り付けられている。かじ取りコラム６４の第２端部部分６８は床プレート６６に画成されたボア７０を通してオペレータステーションの下方に伸長している。
【００４８】
かじ取りコラム６４の支持を提供しかじ取りコラム６４と床プレート６６との間の相対回転を許容するために、ボア７０中に軸受（図示せず）が設けられている。
【００４９】
かじ取りハンドル６０は実質上半円形状をしており、その上端部分にはまっすぐな或いは平らな部分７４を有している。図７及び図８に最もよく示されるように、かじ取り修正の前後を通じてかじ取りハンドル６０の平らな部分７４は前部フレーム部材１４の旋回角度と実質上同じ角度になっている。
【００５０】
連結手段５８は第１シャフト部材７８と第１シャフト部材７８中に入れ子式に挿入された第２シャフト部材８２を有する駆動シャフト７６を含んでいる。駆動シャフト７６の第１端部部分８４は第１Ｕ継手８６によりかじ取りコラム６４の第２端部部分６８に連結されており、第２端部部分８８は第２Ｕ継手９０により回転アクチュエータ３８のシャフト４０に連結されている。
【００５１】
図２を参照すると、第１Ｕ継手８６はかじ取りコラム６４の第２端部部分６８上に形成された第１ヨーク部材９２と、第１シャフト部材７８上に形成された第２ヨーク部材９４とを画成している。
【００５２】
同様に、第２Ｕ継手９０は第２シャフト部材８２上に形成された第１ヨーク部材９６と、回転アクチュエータ３８のシャフト４０上に形成された第２ヨーク部材を画成している。
【００５３】
第１Ｕ継手８６の第１ヨーク部材９２の角度配置は第２Ｕ継手９０の第１ヨーク部材９６の角度配置と同じであることが重要である。本実施態様においては、図２及び図７に示されているように各フレーム部材１２及び１４が縦方向中心線２９に沿って概略中心付けられているとき、第１ヨーク部材９２及び９６が図２に示されているように実質上水平に配置されている。
【００５４】
これに対して、各フレーム部材１２及び１４が中心付けられているときには、第２ヨーク部材９４及び９８の各々は実質上垂直に展開している。第１Ｕ継手８６はかじ取りコラムの第２端部部分６８に連結されているので、垂直旋回軸線１５に対する第１Ｕ継手８６の位置は固定されている。
【００５５】
しかし、第２Ｕ継手９０は前部フレーム部材１４に取り付けられている制御弁３６の回転アクチュエータ３８に連結されている。第１Ｕ継手８６は制御弁と旋回軸線１５との間で縦方向中心線２９上に位置付けされているので、前部フレーム部材１４が旋回軸線１５回りに旋回すると第１及び第２Ｕ継手８６，９０の間の距離は変化する。図８に示されているように、駆動シャフト７６の入れ子式の運動がこの変化を吸収する。
【００５６】
【産業上の利用可能性】
本発明の操縦システムの作用は図２乃至図５に示した一連の動きの中によく示されている。これらの図において、フレーム部材１２，１４の間の異なった角度関係が、かじ取りシークエンスの間にフレーム部材１２及び１４が互いに枢軸回動したものとして示されている。
【００５７】
図２はかじ取りを始める前の、制御弁３６及びかじ取りハンドル６０がそれぞれの中立位置にあるときのフレーム部材１２及び１４の位置を示している。この位置においては、後部フレーム部材１２及び前部フレーム部材１４は縦方向中心線２９に沿って実質上中心付けられている。
【００５８】
この同じ位置が図７によりはっきりと示されている。この位置においては更に、回転アクチュエータ３８のシャフト４０も縦方向中心線２９に沿って概略位置付けされている。
【００５９】
第２Ｕ継手９０の第２ヨーク部材９８は基準平面Ｘを画成する実質上垂直方向に位置付けされている。図２に示されている中立位置においては、基準平面Ｘは回転アクチュエータ３８の中心を通過する概略垂直方向に伸長する平面に沿って伸長する第２基準平面Ｙと実質上整列している。
【００６０】
図３を参照すると、かじ取りハンドル６０が平らな部分７４が実質上水平な中立位置から反時計回り方向に回転された状態が示されている。図面上ではこの角度が図３において“ａ”として示されている。
【００６１】
よって、第１及び第２Ｕ継手８６及び９０を介して、連結手段５８がかじ取りハンドル６０の回転を制御弁３６に対する回転アクチュエータ３８の反時計回り方向の回転に変換する。
【００６２】
回転アクチュエータ３８の回転量は図４において基準平面ＸとＹの間の距離を示す角度“ｂ”で示される。図３に示されているように回転アクチュエータを反時計回り方向に回転すると、ラグ４６がプランジャー５０に係合し、図９で見てプランジャー５０を左方向に移動させる。
【００６３】
スプール５２中の付勢力により弁スプール５２及びプランジャー４８は右方向に移動する。弁スプール５２，５４のこの調和した運動が加圧流体を制御弁の本体４２、複数の油圧ホース或いは管路（図示せず）を介して、一方のかじ取りシリンダ２８のヘッド側に他方のかじ取りシリンダのロッド側に差し向ける。
【００６４】
各かじ取りシリンダ２８の非加圧端の流体は排出され、調和の取れたかじ取りシリンダ２８の伸長及び収縮を提供する。これにより、前部フレーム部材１４が垂直軸線１５回りに左方向に回動する。前部フレーム部材１４が移動すると、制御弁３６が前部フレーム部材１４と共に軸線１５に中心を有する円弧に沿って移動する。
【００６５】
かじ取りコラムの第２端部部分６８は後部フレーム部材１２に固定されて制御弁３６と共には移動しないので、前部フレーム部材１４が旋回すると制御弁３６とかじ取りコラムの第２端部部分６８との間の距離は変化する。第１及び第２駆動シャフト部材７８及び８２は入れ子式に配置されているので、この距離の変化を吸収するために駆動シャフト７６が伸縮する。
【００６６】
更に、制御弁３６と垂直軸線１５との間の距離は制御弁３６とかじ取りコラムの第２端部部分６８との間の距離よりも大きいので、前部フレーム部材１４が旋回すると第１及び第２Ｕ継手８６，９０の角度関係も変化する。
【００６７】
回転アクチュエータ３８が、その角度位置がかじ取りハンドル６０により指示される一対のＵ継手８６，９０により、かじ取りコラム６４の第２端部部分６８に連結されているので、前部フレーム部材１４の旋回運動が継続している間制御弁３６と回転アクチュエータ３８のシャフト４０の間の相対回転が通常発生する。
【００６８】
かじ取りコラム６４と固定されていない制御弁３６との間のただ１つの連結は回転アクチュエータ３８と制御弁３６との間の界面である。故に、前部フレーム部材１４が旋回するとこれらの部品間の相対回転が発生する。
【００６９】
この相対回転はかじ取りハンドル６０の回転方向により指示される元の回転入力方向と反対方向に発生する。故に前部フレーム部材１４の旋回運動が発生すると、回転アクチュエータ３８のシャフト４０は図面に示されているように時計回り方向に回転する。
【００７０】
これにより、プランジャー４８及び５０が中心方向即ち中立位置方向に移動し、加圧流体のかじ取りシリンダ２８への流れを遮断する。図６に示されているように、フレーム部材１２，１４が互いに旋回して角度付けられていても基準平面Ｘは基準平面Ｙに整列される。
【００７１】
図８に示されているように、角度“ｃ”で示されている旋回角度はかじ取りハンドル６０の回転量を示す角度“ａ”と概略同一である。これはかじ取りハンドル６０の平らな部分７４を、車輪２４の間に伸長する車軸のように縦方向中心線２９を横切って伸長する前部フレーム部材１４上に取り付けられた部品と実質上平行に位置付ける。
【００７２】
これにより、フレーム部材１２と１４の間の旋回角度量がかじ取りハンドル６０の回転量に実質上比例するので、オペレータはかじ取りシステム（操縦システム）に自動車型感覚を提供する機械的フィードバックを得ることになる。
【００７３】
本発明の他の重要な特徴は、駆動シャフト７６をかじ取りコラム６４と回転アクチュエータ３８に連結するのに一対のＵ継手８６，９０を使用していることと、Ｕ継手８６，９０の部品の相対的位置関係である。
【００７４】
万能継手とも呼ばれるＵ継手を介して伝達される回転は、ある角度を持って作用しているときには一様な角速度を発生しないことはよく知られた原理である。駆動シャフトの１回転の間、被駆動シャフトは駆動シャフトよりも速く回転するフェイズ（相）と遅く回転するフェイズを繰り返す。これらのフェイズは１回転の９０度毎に発生し、交互に繰り返しながら駆動シャフト及び被駆動シャフトとも１回転する。
【００７５】
換言すると、９０度の回転の間被駆動シャフトが駆動シャフトよりも速く回転し、即ち被駆動シャフトがある量駆動シャフトをリードし、次の９０度の回転の間被駆動シャフトが駆動シャフトよりも遅く回転し、即ち、被駆動シャフトが駆動シャフトよりも上述した量と同じ量遅れて回転する。
【００７６】
これらのフェイズを次の１８０度の回転の間繰り返し、１回転完全に回転すると駆動シャフト及び被駆動シャフトとも同一量回転する。これらのシャフトの間の角度が増加すると遅れ及び進みの量も増加する。この原理は数多くの教科書に非常に詳細に記載されている。
【００７７】
教科書の１つとしては、R. A. Kepner, Roy Bainer及びE. L. Bargerにより著され、１９７８年AVI 出版社により発行された「農業機械の原理」と題する第３版が挙げられる。
【００７８】
本発明においては、かじ取りコラム６４の回転は一対のＵ継手８６及び９０を介して回転アクチュエータ３８に伝達される。Ｕ継手８６，９０の各ヨークは上述した万能継手の原理の利点を有するように配置されている。
【００７９】
通常の使用方法によると、各Ｕ継手８６，９０の第１ヨーク９２及び９６に対応する駆動ヨークは被駆動ヨーク部材９４及び９８と同様に互いに垂直となるように配置されている。
【００８０】
このように配置されると、かじ取りコラム６４は駆動シャフトに対して進みフェイズで作動していることになり、駆動シャフトは回転アクチュエータ３８に対して遅れフェイズで作動していることになる。
【００８１】
Ｕ継手８６，９０の各部品をこのような方法で配置すると、各Ｕ継手８６，９０が作動するフェイズが互いに反対になり、よって相殺し合うことになる。しかし本発明では、各駆動ヨーク、即ち第１ヨーク部材９２及び９６を互いに平行なフェイズに位置付けする。
【００８２】
図面特に図２に示されているように、第１Ｕ継手８６の第１ヨーク部材９２は第２Ｕ継手９０の第１ヨーク部材９６とを同様に実質上水平面内に位置付けされている。反対に、第１及び第２Ｕ継手８６，９０の第２ヨーク部材９４及び９８は実質上垂直面内で第１ヨーク部材に概略垂直となるように配置されている。
【００８３】
本実施態様においては、かじ取りハンドル６０及びかじ取りコラム６４が、駆動シャフト７６に対して進みフェイズで原則的に位置付け作動されるように、第１Ｕ継手８６が構成されている。
【００８４】
同様に、第２Ｕ継手９０の第１ヨーク部材９６は第１Ｕ継手８６の第１ヨーク部材９２と平行なフェイズにあるので、駆動シャフト７６はアクチュエータシャフト４０に対しても進みフェイズで作動することになる。
【００８５】
故に、図７に示されているようにフレーム部材１２，１４が概略縦方向中心線に沿って位置付けされているときには、かじ取りハンドル６０とアクチュエータシャフト４０との間に起こるかじ取りハンドル６０の進み量は第１及び第２Ｕ継手８６，９０のフェイズの累積効果により実際上増加されることになる。
【００８６】
Ｕ継手８６，９０の角度関係の変更につれて進み量も変わることが知られているので、回転アクチュエータ３８のシャフト４０とかじ取りハンドル６０との間の進み量も変化することになる。
【００８７】
これは機械の操作に非常に大きな利益をもたらす。前部及び後部フレーム部材１４，１２が縦方向中心線２９に沿って概略整列しているときには、２つのＵ継手８６，９０の合成された角度は比較的大きいので、かじ取りコラム６４と回転アクチュエータ３８との間の進み量も比較的大きくなる。
【００８８】
図１０を参照すると、かじ取りハンドル６０の最初の半分の回転、即ち概略２５度の回転までは、フレーム部材１２，１４の相対的な旋回角は約１０度以下であることが観察される。これは機械が道路上を比較的高速で走行しているときに非常に望ましいことである。
【００８９】
道路上の走行モードのような非常に小さなかじ取りの修正が必要なときには、回転アクチュエータ３８の回転量に対するかじ取りハンドル６０の回転量の増加が、スムーズなかじ取りの修正を提供する。これは自動車型のかじ取りに非常に類似している。
【００９０】
これとは逆に、フレーム部材１２，１４の後の３０度の関節旋回、即ち全関節旋回量の概略３／４は、かじ取りハンドル６０の後の半分の回転の間に起こることが図１０から理解される。
【００９１】
この変化は、上述したように前部フレーム部材１４と後部フレーム部材１２との間の関節角度の変化につれて各Ｕ継手８６，９０との間の角度が変化することにより生成される。これが図７及び図８に図示されている。
【００９２】
関節角度が増加すると、第１Ｕ継手８６と制御弁３６との間の距離の変化を吸収するために駆動シャフトが伸長しなければならないことが理解される。これが発生すると、第２Ｕ継手９０の第１ヨーク９６と第２ヨーク９８との間の角度が減少する。
【００９３】
角度が減少すると、駆動シャフト７６とアクチュエータシャフト４０との間の進み量も減少する。これが発生するのと同時に、第１Ｕ継手８６の第２ヨーク９４が第１ヨーク部材９２に対して概略水平面内で左方向に移動する。
【００９４】
この変化が発生すると、関節角度が増加するにつれて第１Ｕ継手８６が作動している進みフェイズが徐々に減少し、非常にわずかな程度遅れフェイズの作動と交差する。
【００９５】
第１Ｕ継手８６が遅れフェイズで作動すると、第２Ｕ継手９０が作動している進み量が更に減少される。その結果、両方のＵ継手８６，９０の作動の合成が非常に減少されたかじ取りハンドル６０とアクチュエータシャフト４０との間の進み状態となる。
【００９６】
故に、この状態では、アクチュエータシャフト４０はかじ取りハンドル６０の回転よりも多く回転する。これは機械がトラックへの積載作業をしており、高度な操縦性を要求される非常に短いサイクルの作業に特に適している。
【００９７】
かじ取りハンドル６０を少量回転するとアクチュエータシャフト４０が大量回転されることにより、フレーム部材１２，１４の大きな関節角度でのかじ取り修正に制御弁３６がより反応しやすくなる。
【００９８】
機械がまっすぐな状態と関節旋回している状態との間のこの操作の変化が、「可変利得」と称される。ここで「利得」という用語は回転シャフトの回転とかじ取りコラムとの間の進み量を表している。
【００９９】
よって、上述した本発明の操縦システムによると、かじ取りハンドルを複数回回転する必要なしに、オペレータは関節式機械を自動車的感覚で運転することができる。
【０１００】
かじ取りハンドルを両側に最大約５０度回転するだけでよいので、かじ取りハンドル自身に電子制御装置を配置するのに非常に適している。これらの電子制御装置は速度制御装置と、トランスミッションの方向及びギヤ選択装置を含んでいる。
【０１０１】
これは効率及びオペレータの疲労に関する限り機械の操作性を非常に改良する。加うるに、Ｕ継手部品の配置構造により提供される可変利得は、機械のすべての操作モードにおいて非常に望ましいかじ取り特性を提供する。
【０１０２】
本発明の他の側面、目的及び利益は添付図面、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲を研究することにより得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を組み込んだ機械の概略側面図である。
【図２】本発明をより良く示すためにフレーム部材が部分的に破断された、図１に示された機械の前部及び後部フレーム部材の斜視図である。
【図３】図２に示されたフレーム部材の概略斜視図である。
【図４】図３の４−４線に沿った制御弁の概略図である。
【図５】フレーム部材が最大位置に関節旋回したときの図２及び図３に類似した概略斜視図である。
【図６】図５の６−６線に沿った制御弁の概略正面図である。
【図７】非関節旋回状態のかじ取りアセンブリの数多くの部品の位置を示す前部及び後部フレーム部材の概略的平面図である。
【図８】最大関節旋回状態におけるかじ取りアセンブリの数多くの部品の位置を示す図７に類似した前部及び後部フレーム部材の概略的平面図である。
【図９】図２の９−９線に沿った制御弁の概略的断面図である。
【図１０】かじ取りハンドルの回転とフレーム部材の枢軸旋回との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１２後部フレーム部材
１４前部フレーム部材
２８かじ取りシリンダ
２９縦方向中心線
３６制御弁
３８回転アクチュエータ
６０かじ取りハンドル
６４かじ取りコラム
７６駆動シャフト
８６第１Ｕ継手
９０第２Ｕ継手

Claims

互いに枢軸旋回可能に取り付けられた第１及び第２フレーム部材を有し、第１及び第２フレーム部材の間に取り付けられた少なくとも１つの流体アクチュエータの作動に応じて枢軸旋回運動をする関節式機械の操縦システムであって、
前記第１及び第２フレーム部材の一方に取り付けられた、前記流体アクチュエータへの加圧流体の連通を制御する手段と；
前記第１及び第２フレーム部材の他方に取り付けられた、前記制御手段を作動する手段と；
前記作動手段を前記制御手段に連結する手段とを具備し；
前記連結手段は第１Ｕ継手により作動手段に取り付けられ、第２Ｕ継手により制御手段に取り付けられており、
前記連結手段はかじ取りハンドルの回転量が直進状態から所定角度以下のときには、第１及び第２フレーム部材間の関節施回角度の変化量がかじ取りハンドルの回転角度の変化量に実質上比例する第１モードで作動し、かじ取りハンドルの回転量が前記所定角度より大きいときには、かじ取りハンドルの回転角度が大きくなるのに連れて第１及び第２フレーム部材間の関節施回角度の変化量が大きくなる第２モードで作動することを特徴とする関節式機械の操縦システム。
前記流体連通制御手段は流体アクチュエータへの加圧流体の流れを制御し、第１及び第２フレーム部材を互いに枢軸旋回運動させる回転作動式油圧制御弁を含んでおり、前記油圧制御弁は第２フレーム部材上に取り付けられている請求項１記載の関節式機械の操縦システム。
前記作動手段は回転可能に取り付けられたかじ取りハンドルを有するかじ取りハンドルアセンブリを含んでおり、かじ取りハンドルを回転すると回転アクチュエータが、加圧流体が流体アクチュエータに差し向けられない油圧制御弁中の第１の選択された中立位置から加圧流体が流体アクチュエータに差し向けられて第２フレーム部材を第１フレーム部材に対して移動させる油圧制御弁中の第２の選択された位置に回転され、前記かじ取りハンドルが更に回転されないときには、第１フレーム部材に対する第２フレーム部材の前記移動が回転アクチュエータを第１の選択された中立位置方向に復帰するように回転させ、前記流体アクチュエータへの流体の流れを徐々に減少させて最終的に流体の流れを遮断する請求項２記載の関節式機械の操縦システム。