JP6976255B2 - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents
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Description
特許文献1、2に示す作業車両には、入力されるパイロット圧に応じて油圧アクチュエータに供給する油の流量を調整するステアリング弁と、ステアリング弁に供給するパイロット圧を調整するパイロット弁が設けられている。
このように油圧によってステアリング角を変更するため、オペレータは、パイロット弁のポートの開閉状態を変更するために必要な軽い操作力をジョイスティックレバーに加えるだけでステアリング角を変更できる。
すなわち、ジョイスティックレバーを操作し、アーティキュレート動作を行ったときに障害物があると、動作が阻害されて油圧アクチュエータに負荷が発生する場合があるが、オペレータは、負荷を感じ取ることができない。そのため、オペレータは、負荷が掛かっているにも関わらず、更にアーティキュレート動作を行わせるためにジョイスティックレバーを操作する等といった無理な操作を行う可能性がある。
本発明は、従来の作業車両の課題を考慮し、ステアリング動作の際に油圧アクチュエータに生じる負荷をオペレータが感じ取ることが可能な作業車両および作業車両の制御方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するために、第1の発明に係る作業車両は、油圧アクチュエータと、制御弁と、操作部材と、圧力検出部と、力付与部と、制御部と、を備える。油圧アクチュエータは、ステアリング角を変更する。制御弁は、油圧アクチュエータに供給する油の流量を制御する。操作部材は、ステアリング角を変更する際にオペレータによって操作され、制御弁を制御する。圧力検出部は、油圧アクチュエータに生じる圧力を検出する。力付与部は、操作部材の操作に対して補助力または反力を付与する。制御部は、圧力検出部で検出される圧力値に基づいて、操作部材の操作に対して抵抗を生じさせるように力付与部を制御する。
そして、検出される圧力値に基づいて、オペレータが操作部材を操作する際に、操作に対して抵抗を生じさせる。これにより、オペレータは、抵抗を感じることで油圧アクチュエータに負荷が生じていることを感じることができる。そのため、油圧アクチュエータに高い負荷が発生した場合にオペレータによる無理な操作を防止することができる。
これにより、オペレータは、制御弁の操作を直接的に感じ取ることが出来る。
第3の発明に係る作業車両は、第1の発明に係る作業車両であって、制御部は、圧力値の増加に伴って大きい抵抗力を生じさせるように、力付与部を制御する。
これにより、油圧アクチュエータに生じる圧力の増加を、操作部材に生じる抵抗から感じ取ることができる。
これにより、操作部材の操作に対して補助力または反力を付与しながら抵抗を発生することができる。
このように2つの油圧アクチュエータによって作業車両の左右のステアリング動作が行われる場合には、それぞれの油圧アクチュエータにおける圧力値に基づいて、操作部材の操作に対して抵抗が生じるよう力付与部が制御される。これにより、オペレータは、操作部材を操作する際に、ステアリング操作の際に生じる負荷を感じ取ることができる。
このようなアーティキュレート式の作業車両においても、オペレータは、操作部材を操作する際に、ステアリング操作の際に生じる負荷を感じ取ることができる。
例えば、圧力差の絶対値が大きいほど、操作部材の操作に対して生じさせる抵抗が大きくなるように力付与部を制御することができる。
これにより、オペレータが操作部材に加えたトルクに応じて力を付与できる。例えば、オペレータが操作部材に加えたトルクが大きいときには、力付与部によって付与する補助力を大きくし、トルクが小さいときには補助力を小さくするように付与する力の大きさを制御することができる。
これにより、速度に応じて抵抗を変化させることができる。例えば、速度が速いときには、生じさせる抵抗を小さくし、速度が遅くなるに従って抵抗を大きくすることができる。
これにより、操作部材の操作に対して力付与部によって補助力または反力を付与しながら、油圧アクチュエータに生じる圧力に応じて操作部材の操作に対して抵抗を発生することができる。
これにより、操作部材の操作に対して力付与部によって付与する補助力または反力を速度によって変更するとともに、偏差角度によって抵抗を生じさせることができる。
また、このように制御弁には付勢部が設けられており、オペレータは付勢部による付勢力に対抗する操作力でジョイスティックレバーを操作する。この付勢力に対抗する操作に対して、抵抗を発生するように力付与部が制御される。
このように、パイロット圧によってステアリング弁を操作するため、油圧アクチュエータにおいて生じる負荷について操作部材に伝達されないが、本発明では、操作部材の操作に対して抵抗を生じさせることにより、油圧アクチュエータの情報を感じ取ることができる。
そして、検出される圧力値に基づいて、オペレータが操作部材を操作する際に、操作に対して抵抗を生じさせる。これにより、オペレータは、抵抗を感じることで油圧アクチュエータに負荷が生じていることを感じることができる。そのため、油圧アクチュエータに高い負荷が発生した場合にオペレータによる無理な操作を防止することができる。
(発明の効果)
本発明によれば、ステアリング操作の際に油圧アクチュエータに生じる負荷をオペレータが感じ取ることが可能な作業車両および作業車両の制御方法を提供することができる。
(実施の形態1)
<1.構成>
(1−1.ホイールローダの構成の概要)
図1は、本実施の形態のホイールローダ1の構成を示す模式図である。本実施の形態のホイールローダ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、およびステアリング操作装置8(後述する図2参照)と、を備えている。
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。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。
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。
ステアリング操作装置8は、詳しくは後述するが、ステアリングシリンダ21、22を有しており、ステアリングシリンダ21、22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に対するステアリング角を変更してステアリング動作を行い、ホイールローダ1の進行方向を変更する。
図2は、ステアリング操作装置8の構成を示す油圧回路図である。本実施の形態のステアリング操作装置8は、一対のステアリングシリンダ21,22と、ステアリング油圧回路23と、ジョイスティックレバー24と、連結部25と、リンク機構26と、力付与部27と、制御部28と、圧力検出部29と、を主に有する。
一対のステアリングシリンダ21、22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21、22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21は、連結軸部13の左側に配置されている(図1参照)。ステアリングシリンダ22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21では、ピストン21dによって、シリンダチューブ21c内の空間は、ピストンロッド21e側の第1空間と、その反対側の第2空間に分けられている。伸長ポート21aは、第2空間に繋がっており、収縮ポート21bは、第1空間に繋がっている。
ステアリングシリンダ21の伸長ポート21aおよびステアリングシリンダ22の収縮ポート22bに油が供給され、ステアリングシリンダ21の収縮ポート21bおよびステアリングシリンダ22の伸長ポート22aから油が排出されると、ステアリングシリンダ21が伸長し、ステアリングシリンダ22が収縮する。これによってステアリング角θsが変化し車両は右に曲がる。また、ステアリングシリンダ21の収縮ポート21bおよびステアリングシリンダ22の伸長ポート22aに油が供給され、ステアリングシリンダ21の伸長ポート21aおよびステアリングシリンダ22の収縮ポート22bから油が排出されると、ステアリングシリンダ21が収縮し、ステアリングシリンダ22が伸長する。これによってステアリング角θsが変化し車両は左に曲がる。
また、ステアリングシリンダ21には、シリンダのストロークを検出するシリンダストロークセンサ106が設けられており、ステアリングシリンダ22には、シリンダのストロークを検出するシリンダストロークセンサ107が設けられている。これらシリンダストロークセンサ106、107の検出値が制御部28に送られ、ステアリング角θsが検出されてもよい。
ステアリング油圧回路23は、ステアリングシリンダ21、22に供給する油の流量を調整するための油圧回路である。ステアリング油圧回路23は、メイン油圧回路30と、パイロット油圧回路40と、を有する。
(a)メイン油圧経路
メイン油圧回路30は、メイン油圧源31からの油をステアリングシリンダ21、22に供給する回路であり、ステアリング弁32を有している。メイン油圧源31は、油圧ポンプおよびリリーフ弁等から構成される。
パイロット油圧回路40は、パイロット油圧源43からの油をステアリング弁32の第1パイロット室34と第2パイロット室35に供給するための回路である。
パイロット油圧回路40は、可変減圧部41と、パイロット弁42とを有する。
(i)可変減圧部
可変減圧部41は、パイロット油圧源43からパイロット弁42に送られる油圧を減圧して調整する。可変減圧部41は、電磁式減圧弁を内蔵し、制御部28からの指令信号を受けて油圧の制御を行う。
パイロット弁42は、パイロット油圧源43からステアリング弁32に入力されるパイロット圧を調整するロータリー式の弁である。
(パイロット弁の構成概要)
ロータリー式のパイロット弁42は、パイロットポンプポートP5、パイロットドレンポートP6、第1パイロットポートP7、第2パイロットポートP8を有する。パイロットポンプポートP5は、パイロット油圧管路44を介して可変減圧部41と繋がっており、可変減圧部41がパイロット油圧源43に繋がっている。パイロットドレンポートP6は、パイロットドレン管路45を介して油を回収するドレンタンクDTに接続されている。第1パイロットポートP7は、第1パイロット管路46を介して、ステアリング弁32の第1パイロット室34に接続されている。第2パイロットポートP8は、第2パイロット管路47を介して、ステアリング弁32の第2パイロット室35に接続されている。
操作スプール71が操作スリーブ72に対して中立位置Npにある場合は、パイロットポンプポートP5、パイロットドレンポートP6、第1パイロットポートP7、および第2パイロットポートP8がそれぞれ連通する。操作スプール71が操作スリーブ72に対して左パイロット位置Lpに配置されている場合には、パイロットポンプポートP5と第1パイロットポートP7が連通し、パイロットドレンポートP6と第2パイロットポートP8が連通する。また、操作スプール71が操作スリーブ72に対して右パイロット位置Rpに配置されている場合には、パイロットポンプポートP5と第2パイロットポートP8が連通し、パイロットドレンポートP6と第1パイロットポートP7が連通する。
パイロット弁42は、弁体部60と、操作入力軸61と、フィードバック入力軸62と、ハウジング63と、第1スプリング64と、第2スプリング65と、フィードバック部66と、を主に有する。
(操作入力軸)
操作入力軸61は、その中心軸O周りに回転可能に設けられており、ハウジング63に挿入されている。操作入力軸61は、後述するジョイスティックレバー24と連結部25を介して連結されている。操作入力軸61は、ジョイスティックレバー24の左右への回転角θinと同じ回転角で回転する。
フィードバック入力軸62は、操作入力軸61と同軸上に配置されており、中心軸O周りに回転可能に設けられている。フィードバック入力軸62は、操作入力軸61と対向するようにハウジング63に挿入されている。フィードバック入力軸62は、後述するリンク機構26を介してフロントフレーム11と連結されており、フロントフレーム11のリアフレーム12に対するステアリング角θsと同じ回転角で回転する。
ハウジング63には、略円筒状の空間が形成されており、上述したように操作入力軸61およびフィードバック入力軸62が挿入されている。ハウジング63には、弁体部60およびフィードバック部66が収納されており、パイロットポンプポートP5、パイロットドレンポートP6、第1パイロットポートP7、および第2パイロットポートP8が形成されている。
弁体部60は、操作スプール71と、操作スリーブ72とを有し、操作スプール71が操作スリーブ72に対して回転することにより、中立位置Np、左パイロット位置Lp、および右パイロット位置Rpをとる。
操作スプール71は、略円筒状であって操作入力軸61と同軸上に配置されており、操作入力軸61と接続されている。ジョイスティックレバー24は、後述する連結部25を介して操作入力軸61と繋がっており、オペレータがジョイスティックレバー24を回転角θin右側に操作すると、操作入力軸61および操作スプール71も中心軸Oを中心に回転角θin右回転する。また、操作スプール71の操作入力軸61寄りには、中心軸Oを挟むように対向する2か所の位置に周方向に沿ってスリット71a、71bが形成されている。
なお、本明細書において右回転および左回転とは、上方から見た場合の回転方向を示す。
第1スプリング64は、互いに回転可能な操作スプール71と操作スリーブ72の間に挿入されており、互いの回転角の差に応じた反力を発生させる。
図4(a)は、中心軸Oに対して垂直なAA´間の矢示断面図である。図4(a)に示すように、操作スプール71には、方形状の孔71c、71dが、直径方向の対向壁のそれぞれに設けられている。また、操作スリーブ72の操作入力軸61側の端には、直径方向の対向壁のそれぞれに矩形状の溝72c、72dが形成されている。第1スプリング64は、複数枚の凸形状の板バネを重ね合わせた2組の板バネ部64aから形成される。2組の板バネ部64aは、図4(a)においてX型になるように、凸同士を対向させるように配置されている。2組の板バネ部64aは、操作スプール71の孔71c、71dを貫通して、両端が操作スリーブ72の溝72c、72dに貫入されている。このように第1スプリング64によって操作スプール71と操作スリーブ72は連結されている。
また、ジョイスティックレバー24を操作することによって、図4(b)に示すように操作スプール71が操作スリーブ72に対して回転し、操作スプール71は操作スリーブ72に対して左パイロット位置Lpまたは右パイロット位置Rpに移動する。ジョイスティックレバー24を右側に回転操作すると、操作スプール71は操作スリーブ72に対して右側に回転し右パイロット位置Rpに移動する。また、ジョイスティックレバー24を左側に回転操作すると、操作スプール71は操作スリーブ72に対して左側に回転し左パイロット位置Lpに移動する。
なお、この移動の際には、オペレータは第1スプリング64のバネ力に逆らってジョイスティックレバー24を移動させるため、ジョイスティックレバー24にはレバー反力が生じる。いいかえると、第1スプリング64は、操作スリーブ72に対して中立位置Npに位置するように操作スプール71を付勢する。
一方、フィードバック部66は、リアフレーム12に対するフロントフレーム11のステアリング角θsを弁体部60にフィードバックする。フィードバック部66は、フィードバックスプール73と、フィードバックスリーブ74と、ドライブシャフト75と、第1センタピン76と、規制部78と、を主に有する。
規制部78は、フィードバックスリーブ74のフィードバックスプール73に対する回転を所定範囲内の角度に規制する。規制部78は、第2センタピン77と、スリット73a、73bの周方向の両端の壁部73ae、73be(後述する図7参照)によって構成される。
第2スプリング65は、互いに回転可能なフィードバックスプール73とフィードバックスリーブ74の間に挿入されており、互いの回転差に応じた反力を発生させる。図4(c)は、図23のBB´間の矢示断面図である。
図4(c)に示すように、フィードバックスプール73には、方形状の孔73c、73dが、直径方向の対向壁のそれぞれに設けられている。
詳しくは図7を用いて後述するが、操作スプール71が操作スリーブ72に対して規制される角度まで回転し、更に、ジョイスティックレバー24を操作した場合に、図4(d)に示すように、第2スプリング65が撓んでフィードバックスリーブ74はフィードバックスプール73に対して回転する。尚、図4(d)は、図3のBB´間の矢示断面図であり、下方から視ているため、図4(b)と比較して回転方向の矢印が逆向きになっている。
上記フィードバック部66の構成によって、ステアリング角の変化に応じてフィードバック入力軸62が回転するとフィードバックスプール73が回転し、フィードバックスプール73と第2スプリング65を介して連結しているフィードバックスリーブ74も回転する。そして、フィードバックスリーブ74と、第2センタピン77、ドライブシャフト75および第1センタピン76を介して固定されている操作スリーブ72が回転し、操作スプール71と操作スリーブ72の回転角の差に変化が生じパイロット圧が変更される。
上述したように、ステアリング角検出部104によって、連結軸部13においてもステアリング角θsの検出を行っているが、フィードバック入力軸62の回転角θfbは、ステアリング角θsと一致するため、ステアリング角検出部104が設けられていなくてもよい。
図5は、キャブ5内の構成を示す側面図である。キャブ5内には、オペレータが着座する運転席5aが設けられている。運転席5aの車幅方向左側にはステアリングボックス80が配置されている。
連結部25は、ジョイスティックレバー24とパイロット弁42とを連結する。連結部25は、ステアリング操作軸81と、連結バー82と、ユニバーサルジョイント部83と、を主に有している。
ステアリング操作軸81は、詳細には、レバー側軸部81aと、入力軸部81bと、弁側軸部81cが順に繋がって構成されている(後述の図8参照)。すなわち、レバー側軸部81aの一端は連結バー82に連結されており、レバー側軸部81aの他端は入力軸部81bの一端に繋がっている。また、入力軸部81bの他端は、弁側軸部81cの一端に繋がっており、弁側軸部81cの他端は、ユニバーサルジョイント部83に繋がっている。入力軸部81bには、後述する力付与部27からの補助力または反力が入力される。
リンク機構26は、フォローアップレバー91と、フォローアップリンク92と、ブラケット93とを有する。
フォローアップレバー91は、パイロット弁42のフィードバック入力軸62に固定されている。ブラケット93は、フロントフレーム11に固定されている。フォローアップリンク92は、フォローアップレバー91とブラケット93とを連結している。
リンク機構26によってリアフレーム12に対するフロントフレーム11のステアリング角θsと、フィードバック入力軸62の回転角θfbは、同じ角度となる。
すなわち、フロントフレーム11がリアフレーム12に対して連結軸部13を中心にしてステアリング角θs右側に回転した場合には、リンク機構26を介してフィードバック入力軸62も回転角θs右回転し、ステアリング角θs左側に回転した場合には、リンク機構26を介してフィードバック入力軸62も回転角θs左回転する。
次に、ジョイスティックレバー24を操作する際に第1スプリング64および第2スプリング65によって生じるレバー反力について説明する。
図7(a)は、パイロット弁42を模式的に示した図である。図7(b)は、車体−レバー偏差角度とレバー反力の関係を示す図である。なお、車体−レバー偏差角度αは、ジョイスティックレバー24の回転角θinと、フロントフレーム11のリアフレーム12に対するステアリング角θs(=θfb)の差(θin―θfb)である。また、図7(c)は、偏差角度αがゼロのときにおける図7(a)のCC´間、DD´間、EE´間およびFF´間の矢示断面図である。図7(d)は、偏差角度αがθ2のときにおける図7(a)のCC´間、DD´間、EE´間およびFF´間の矢示断面図である。図7(e)は、偏差角度αがθ3のときにおける図7(a)のCC´間、DD´間、EE´間およびFF´間の矢示断面図である。図7(a)に示すように、CC´間、DD´間、EE´間およびFF´間の断面図は、いずれも上方から視た図である。尚、図7(b)では、説明を分かり易くするためジョイスティックレバー24の遊びは考慮していない。
すなわち、操作スプール71の回転角と操作スリーブ72の回転角の間に生じた回転角の差が、偏差角度αに対応する(図4(b)参照)。
第1スプリング64は、図7(b)に示すバネ特性S1を有している。第1スプリング64のバネ特性S1では、操作入力軸61を回転させるためには初期反力F1(第1スプリング64を撓ませ始めるために必要な力)以上の力でジョイスティックレバー24を操作する必要がある。また、第1スプリング64のバネ特性S1では、偏差角度αが大きくなるに従ってレバー反力が大きくなる。すなわち、偏差角度αが大きくなるに従って、ジョイスティックレバー24の操作に必要な力が大きくなる。
そして、ジョイスティックレバー24を例えば右側に回転操作して偏差角度αを大きくし、偏差角度αが角度θ2に達すると、図7(d)に示すように、第1センタピン76がスリット71aの周方向に形成されている壁部71aeと、スリット71bの周方向に形成されている壁部71beに当接する。このとき、第2センタピン77は、フィードバックスプール73のスリット73a、73bの中央に配置されている。これは、偏差角度αが角度θ2のときの第1スプリング64による反力をF2とすると、第2スプリング65のバネ特性S2に示すように初期反力(第2スプリング65を撓ませ始めるために必要な力)がF2に設定されているためである。なお、第2スプリング65の初期反力は、F2より大きく設定されていてもよく、F2以上であればよい。
図8は、力付与部27を示す斜視図である。
力付与部27は、ジョイスティックレバー24の操作に対して補助力または反力を付与する。力付与部27は、電動モータ111と、ウォームギア112と、を有する。ウォームギア112は、円筒ウォーム112aとウォームホイール112bを持つ。ウォームホイール112bは、上述した入力軸部81bの周囲に設けられており、円筒ウォーム112aと噛み合っている。電動モータ111の出力軸は、円筒ウォーム112aに接続されており、円筒ウォーム112aを、その中心軸周りに回転させる。電動モータ111は、制御部28に設けられている駆動回路204からの指令に基づいて駆動する。
電動モータ111が駆動されると、円筒ウォーム112aが回転し、その回転によってウォームホイール112bが回転し、ウォームホイール112bと固定されている入力軸部81bにも回転力が生じる。円筒ウォーム112aの回転方向を変えることによって、入力軸部81bに左回転および右回転のいずれの方向にも回転力を加えることができる。
圧力検出部29は、図2に示すように、第1圧力センサ108と、第2圧力センサ109とを有する。第1圧力センサ108は、第1ステアリング管路38における収縮ポート21bと伸長ポート22aへの分岐点38aよりもステアリング弁32側に配置されている。第1圧力センサ108は、ステアリングシリンダ22の伸長ポート22a側の圧力(シリンダボトム側)を検出する。伸長ポート22aに油が供給されるときに、ステアリングが左方向に操作されるため、第1圧力センサ108は、左方向へのステアリング操作の際に伸長するステアリングシリンダ22のボトム圧を計測する。
図9は、制御部28の構成を示すブロック図である。図9に示すように、制御部28は、アシストトルク決定部201と、圧力差演算部202と、駆動回路204と、を有する。
アシストトルク決定部201、および圧力差演算部202は、CPU等の演算装置によって実行される。
アシストトルク決定部201は、ジョイスティックレバー24の入力トルクに対して付与するアシストトルクの関係(アシストトルク情報)を複数の圧力差ごとに記憶している。なお、アシストトルク情報については後段にて詳述する。アシストトルク情報は、アシストトルク決定部201に設けられた記憶部に記憶されているが、別途設けられた記憶部に記憶されていてもよい。また、記憶部は、制御部28内に設けられていてもよいし、制御部28外に設けられていてもよい。記憶部は、RAM、ROM、またはHDD等によって構成されている。
アシストトルク決定部201は、決定したアシストトルクを第1アシストトルク信号(図9に示すS(T1))として出力する。
このように、制御部28は、トルクTおよび圧力差ΔPに基づいて、オペレータのジョイスティックレバー24の操作に対して補助力を付与できる。
なお、制御部28は、回転角θin、回転角θfb(=θs)、および車速Vに基づいて、図2に示すように可変減圧部41も制御する。これにより、左右のステアリングシリンダ21、22への油の流量が急減に変化しないように、パイロット弁42に送られるパイロット圧の元圧を制御できる。
また、制御部28による電動モータ111および可変減圧部41の制御は、有線で行われてもよいし、無線によって行われても良い。
以下に、本実施の形態のホイールローダ1のステアリング動作について説明する。
(2−1.ステアリング操作)
ジョイスティックレバー24が中央位置にある場合、操作入力軸61は所定の初期位置に位置しており、操作入力軸61による回転角θinはゼロである。また、ステアリング角θsもゼロであるため、フィードバック入力軸62も所定の初期位置に位置している。なお、本実施の形態では、ステアリング角θsは、図7(a)に示すように、リアフレーム12に対して前後方向に沿った状態をゼロとして、その状態からの角度を示す。また、回転角θinは、図6に示すように、ジョイスティックレバー24の中央位置からの回転角を示す。また、偏差角度を求める際には、例えば、右方向への回転をプラスの角度、左方向への回転をマイナスの角度として演算しても良い。
これにより、ステアリング弁32の弁体33が右ステアリング位置Rsに移動し、ステアリングシリンダ21の伸長ポート21aおよびステアリングシリンダ22の収縮ポート22bに油が供給されるとともに、ステアリングシリンダ21の収縮ポート21bおよびステアリングシリンダ22の伸長ポート22aから油が排出される。これにより、アーティキュレート動作が開始し、ステアリング角θsが除々に増大し、フロントフレーム11がリアフレーム12に対して右方向に向けられる(図2のR参照)。このステアリング角θsの変化は、リンク機構26によってフィードバック入力軸62へと伝達され、フィードバック入力軸62は回転角θsで回転する。
次に、オペレータがジョイスティックレバー24を右側位置から中央位置に向けて戻すと、操作入力軸61も同様に回転して操作入力軸61の回転角θinが減少する。このとき、左右のステアリングシリンダ21、22の反応の遅れのために、ステアリング角θsはまだ回転角θ1の状態である。このため、回転角の差α(=θin―θs)はゼロから減少してマイナスになる。すると、操作スプール71が操作スリーブ72に対して左回転して左パイロット位置Lpに移動し、第1パイロットポートP7にパイロット圧が供給される。これにより、ステアリング弁32の弁体33が左ステアリング位置Lsに移動し、ステアリングシリンダ21の収縮ポート21bおよびステアリングシリンダ22の伸長ポート22aに油が供給されるとともに、ステアリングシリンダ21の伸長ポート21aおよびステアリングシリンダ22の収縮ポート22bから油が排出される。これによりステアリング角θsが回転角θ1から除々に減少する。このステアリング角θsの変化は、リンク機構26によってフィードバック入力軸62へと伝達され、フィードバック入力軸62はステアリング角θsの変化と同じ回転角の変化で回転する。
なお、ジョイスティックレバー24を左側に回転させた場合は、上記と同様であるため省略する。
次に、上述したようなジョイスティックレバー24の操作が行われた際の力付与部27の制御について説明する。
はじめに、アシストトルク情報について説明する。
図10は、複数の異なる圧力差においてレバー入力トルクに対して付与するアシストトルク(アシストトルク情報)を示す図である。図10において、一点鎖線L1、点線L2、実線L3は、それぞれ、回転方向に対応する圧力差(回転方向を考慮した圧力差ともいえる)が小、中、大のときのアシストトルク情報を示す。
図10に示すグラフでは、正のレバー入力トルクが右方向側へのジョイスティックレバー24の回転によって生じるトルクを示し、負のレバー入力トルクが左方向側へのジョイスティックレバー24の回転によって生じるトルクを示す。また、正のアシストトルクが入力軸部81bに右回転に力を加える場合を示し、負のアシストトルクが入力軸部81bに左回転に力を加える場合を示す。
ここで、ジョイスティックレバー24を右側に回転させたときでも、PV2からPV1を引いた圧力差ΔPが瞬間的に負の値になることがあるため、L1aは、圧力差が0MPa以下に設定されている。また、ジョイスティックレバー24を左側に回転させたときでも、PV2からPV1を引いた圧力差ΔPが瞬間的に正の値になることがあるため、L1bは、圧力差が0MPa以上に設定されている。
図10に示すアシストトルク情報では、回転方向に対応する圧力差が大きいほど、ジョイスティックレバー24を補助する力が小さくなるように設定されている。すなわち、圧力差が大きくなると補助する力が減少するため、オペレータはジョイスティックレバー24の操作に抵抗を感じ、ステアリングシリンダ21、22に負荷が発生していることを感じ取ることができる。
図11は、力付与部27の制御動作を示すフロー図である。
ジョイスティックレバー24を操作すると、ステップS110において、制御部28のアシストトルク決定部201はトルクセンサ103から操舵トルク信号(図9に示すS(T0))を受信する。操舵トルク信号には、トルクの大きさと回転方向に関する情報が含まれている。例えば、プラスのトルク値の場合、入力軸部81bの右回転によって生じるトルクとし、マイナスのトルク値の場合、入力軸部81bの左回転によって生じるトルクとすることによって、トルク値に、トルクの大きさと回転方向に関する情報を含ませることができる。
次にステップS130において、制御部28の圧力差演算部202は、第1圧力センサ108から第1の圧力値信号S(PV1)を取得し、第2圧力センサ109から第2の圧力値信号S(PV2)を取得する。
つぎに、ステップS150において、アシストトルク決定部201は、記憶している図10に示すアシスト情報に基づいて、圧力差演算部202から取得した圧力差情報とトルクセンサ103から取得した操舵トルク信号とからアシストトルクを決定する。そして、アシストトルク決定部201は、ステップS160において、決定したアシストトルクを目標アシストトルク信号(図9に示すS(T1))として駆動回路204に出力する。
圧力差演算部202からの検出値が3つの圧力差の間の場合、その圧力差におけるアシストトルクを補間計算によって算出する。例えば、ジョイスティックレバー24を右側に回転操作したときの圧力差が+5MPaの場合、操舵トルク信号から取得したレバー入力トルクにおける0MPa以下(L1a)、+10MPa(L2a)、+20MPa(L3a)におけるアシストトルクの値から補間計算により+5MPaにおけるアシストトルクを求める。このとき、L1aのグラフは、0MPaにおけるアシストトルクの値を示しているものとして補間計算が行われる。
また、ジョイスティックレバー24を左側に回転操作したときの圧力差が−5MPaの場合、操舵トルク信号から取得したレバー入力トルクにおける0MPa以上(L1b)、−10MPa(L2b)、−20MPa(L3b)におけるアシストトルクの値から補間計算により−5MPaにおけるアシストトルクを求める。なお、補間計算としては、例えば、線形補間を挙げることができる。このとき、L1bのグラフは、0MPaにおけるアシストトルクの値を示しているものとして補間計算が行われる。また、ジョイスティックレバー24を左側に回転操作したときの圧力差が0MPa以上の値のときは、補間計算は行われず、L1bのグラフからアシストトルクの値が決定される。
図12は、決定されたアシストトルクをジョイスティックレバー24の操作に対して付与した場合の偏差角度に対するレバー反力を示す図である。図12では、実線L4は回転方向に対応する圧力差が大(例えば、右側回転において+20MPa、左側回転において−20MPa)の場合における偏差角度に対するレバー反力を示し、点線L5は、回転方向に対応する圧力差が中(例えば、右側回転において+10MPa、左側回転において−10MPa)の場合における偏差角度に対するレバー反力を示し、一点鎖線L6は回転方向に対応する圧力差が小(例えば右側回転において0MPa以下、左側回転において0MPa以上)の場合における偏差角度に対するレバー反力を示す。また、図12には、アシストトルクを付与しない場合が二点鎖線L30で示されている。この図12のL30は、図7(b)と同じ状態を示す。
また、回転方向に対応する圧力差が大きくなるに応じて、レバー反力が大きくなるように設定されている。
以上により、ステアリングシリンダ21、22における圧力値に基づいてジョイスティックレバー24の操作に対して抵抗を発生させることができる。
図13は、ステアリングシリンダ21に負荷が発生する場合の一例を示す平面模式図である。ステアリングシリンダ21のシリンダチューブ21c内のピストン21dによって分けられる空間のうち、ピストンロッド21e側の第1空間が21fとして示され、その反対側の第2空間が21gとして示されている。第2空間21gは、ステアリングシリンダ21のボトム側の空間ともいえる。
右方向にアーティキュレート動作(ステアリング動作ともいえる)が行われたときに、図13に示すようにバケット15の右側に障害物Q(図13では岩であるが、雪等も考えられる)が存在する場合を例に挙げて説明する。
次に、本発明にかかる実施の形態2におけるホイールローダについて説明する。上記実施の形態1では、車両の速度については考慮せずにアシストトルクを決定しているが、本実施の形態では、車両の速度も考慮してアシストトルクの決定を行う。本実施の形態2では、実施の形態1の相違点を中心に説明を行う。なお、実施の形態1と同様の構成については同一番号を付する。
図14は、本実施の形態2のホイールローダ1の制御部228を示す図である。本実施の形態2では、制御部228は、アシストトルク決定部201と、圧力差演算部202と、トルク調整決定部203と、調整演算部205と、駆動回路204とを主に有する。アシストトルク決定部201と、圧力差演算部202と、駆動回路204とは、実施の形態1と同様である。
次に、本実施の形態2のホイールローダ1の力付与部27の制御動作について説明する。図15は、本実施の形態2の力付与部27の制御動作を示すフロー図である。
ステップS110〜S140の動作は、実施の形態1と同様である。ステップS140の次に、ステップS141において、制御部228のトルク調整決定部203が、車速センサ105から車両速度信号S(V)を受信する。
次に、ステップS150において、実施の形態1で説明したように、アシストトルク決定部201が、操舵トルク信号S(T0)および圧力差情報から、アシストトルク情報に基づいてアシストトルクを決定する。
次に、ステップS152において、調整演算部205が、ステップS150で決定したアシストトルクにステップS151で決定した調整倍率を掛けて目標アシストトルクを演算する。
図16(a)は、車速が低速(5km/時)の場合に決定されたアシストトルクをジョイスティックレバー24の操作に対して付与したときの偏差角度に対するレバー反力を示す図である。図16(b)は、車速が高速(20km/時)の場合に決定されたアシストトルクをジョイスティックレバー24の操作に対して付与したときの偏差角度に対するレバー反力を示す図である。
また、L7とL8の間のレバー反力の差と、L9とL10の間のレバー反力の差とからわかるように、車速が高速の場合には、低速の場合よりもステアリングシリンダ21、22のいずれかの圧力が大きくなった場合にジョイスティックレバー24の操作に対して生じさせる抵抗力が小さく設定されている。
これによって、高速移動の場合に急激な抵抗の増加を抑制し高速における安定性を確保できる。
次に、本発明にかかる実施の形態3におけるホイールローダ1について説明する。上記実施の形態2では、操舵トルク、圧力差、および車速に基づいてアシストトルクを決定しているが、本実施の形態3では、更に偏差角度にも基づいてアシストトルクを決定する。本実施の形態3では、実施の形態1、2の相違点を中心に説明を行う。なお、実施の形態1、2と同様の構成については同一番号を付する。
図17は、本実施の形態3のホイールローダ1の制御部328の構成を示す図である。本実施の形態3では、制御部328は、第1アシストトルク決定部301と、第2アシストトルク決定部302と、偏差角演算部303と、圧力差演算部202と、合算部304と、駆動回路204とを備える。
次に、本実施の形態3のホイールローダ1の力付与部27の制御動作について説明する。
本実施の形態のホイールローダ1は、第1アシストトルク情報に基づいて、トルクおよび速度に応じてジョイスティックレバー24の操作に対して付与するアシストトルクを変更する。
さらに、本実施の形態のホイールローダ1は、第2アシストトルク情報に基づいて、ジョイスティックレバー24を操作するときに、圧力差に応じてジョイスティックレバー24の操作に対して抵抗を生じさせる。
はじめに、第1アシストトルク情報および第2アシストトルク情報について説明する。
図18(a)は、入力トルクに対して付与する車速ごとのアシストトルク(第1アシストトルク情報)を示す図である。図18(a)において、実線L11は、車両速度が0km/hにおけるアシストトルク情報を示し、点線L12は車両速度が25km/hにおけるアシストトルク情報を示し、一点鎖線L13は車両速度が40km/hにおけるアシストトルク情報を示す。
また、L11aとL11bは原点に対して対称になっており、L12aとL12bは原点に対して対称になっており、L13aとL13bは原点に対して対称になっている。そのため、入力トルクの絶対値に対するアシスト力は左右対称となる。
図18(b)は、第2アシストトルク情報を示す図である。第2アシストトルク情報は、ステアリングシリンダ21、22のいずれかに負荷が生じたときに、ジョイスティックレバー24を操作に対して抵抗を発生させるために付与するアシストトルクを示す。図18(b)は、車体−レバー偏差角度(α)に対するアシストトルク(第2アシストトルク情報)を示す図である。
また、L20のうちレバー入力トルクが正の値であるL20aは、ジョイスティックレバー24を右側に回転させた場合における圧力差が+20MPaのときのアシストトルクを示す。L20のうちレバー入力トルクが負の値であるL20bは、ジョイスティックレバー24を左側に回転させた場合における圧力差が−20MPaのときのアシストトルクを示す。
図19は、力付与部27の制御動作を示すフロー図である。
ジョイスティックレバー24を操作すると、ステップS100において、制御部28の第2アシストトルク決定部302は、第1回転角検出部101から第1回転角信号(図17に示すS(θin))を受信し、第2回転角検出部102から第2回転角信号(図17に示すS(θs)を受信する。これにより、第2アシストトルク決定部302は、第1回転角検出部101から操作入力軸61の回転角θinを取得し、第2回転角検出部102からフィードバック入力軸62の回転角θfb(=θs)を取得する。そして、第2アシストトルク決定部302は、偏差角度α(=θin―θs)を算出する。
次に、ステップS130において、制御部28の圧力差演算部202は、第1圧力センサ108から第1の圧力値信号S(PV1)を取得し、第2圧力センサ109から第2の圧力値信号S(P2)を取得する。
次に、ステップS141において、制御部28の第1アシストトルク決定部301は、車速センサ105から速度信号S(V)を受信する。
つぎに、ステップS150において、第1アシストトルク決定部301は、記憶している図18(a)に示す第1アシストトルク情報に基づいて、操舵トルク信号および速度信号から第1アシストトルクを決定する。
図21は、高速の場合において合算部304によって合成されたアシストトルクをジョイスティックレバー24の操作に対して付与したときの偏差角度に対するレバー反力を示す図である。図21では、実線L26が、高速の場合における圧力差ΔPが20MPaのときのレバー反力を示し、一点鎖線L27が、高速の場合における圧力差ΔPが0MPaのときのレバー反力を示す。また図21には、アシストトルクを付与しない状態のレバー反力が二点鎖線L30で示されている。
また、図20に示す低速の場合と比較して、高速の場合には、同じ圧力差において補助力が小さく設定されている。これによって、高速のときの安定性と低速のときの操作性を両立させている。
(1)
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)は、ステアリングシリンダ21、22(油圧アクチュエータの一例)と、パイロット弁42(制御弁の一例)と、ジョイスティックレバー24(操作部材の一例)と、圧力検出部29と、力付与部27と、制御部28、228、328と、を備える。ステアリングシリンダ21、22は、ステアリング角θsを変更する。パイロット弁42は、ステアリングシリンダ21、22に供給する油の流量を制御する。ジョイスティックレバー24は、ステアリング角θsを変更する際にオペレータによって操作され、パイロット弁42を制御する。圧力検出部29は、ステアリングシリンダ21、22に生じる圧力を検出する。力付与部27は、ジョイスティックレバー24の操作に対して補助力または反力を付与する。制御部28、228、328は、圧力検出部29で検出される圧力値に基づいて、ジョイスティックレバー24の操作に対して抵抗を生じさせるように力付与部27を制御する。
そして、検出される圧力値に基づいて、オペレータがジョイスティックレバー24を操作する際に、操作に対して抵抗を生じさせる。これにより、オペレータは、抵抗を感じることでステアリングシリンダ21、22に負荷が生じていることを感じることができる。そのため、ステアリングシリンダ21、22に高い負荷が発生した場合にオペレータによる無理な操作を防止することができる。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、パイロット弁42(御弁の一例)は、ジョイスティックレバー24(操作部材の一例)と、機械的に連結される。
これにより、オペレータは、パイロット弁42の操作を直接的に感じ取ることが出来る。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部28、228、328は、圧力値の増加に伴って大きい抵抗力を生じさせるように、力付与部27を制御する。
これにより、ステアリングシリンダ21、22に生じる圧力の増加を、ジョイスティックレバー24に生じる抵抗から感じ取ることができる。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部28、228、328は、力付与部27による補助力を減少または反力を増加させることにより、ジョイスティックレバー24の操作に対して抵抗を発生させる。
これにより、ジョイスティックレバー24の操作に対して補助力または反力を付与しながら抵抗を発生することができる。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、ステアリングシリンダ21、22は、2つ設けられている。一方のステアリングシリンダ21が収縮し、他方のステアリングシリンダ22が伸長することによって、左右のうち一方の側に向かってステアリング角θsが変更される。他方のステアリングシリンダ22が収縮し、一方のステアリングシリンダ21が伸長することによって、左右のうち他方の側に向かってステアリング角θsが変更される。圧力検出部29は、2つのステアリングシリンダ21、22の各々における圧力値PV1、PV2を検出する。制御部28、228、328は、2つの圧力値PV1、PV2に基づいて、力付与部27を制御する。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、フロントフレーム11と、リアフレーム12と、を備える。リアフレーム12は、フロントフレーム11に連結軸部13において連結されている。2つのステアリングシリンダ21、22は、車幅方向において連結軸部13の左右に配置されており、リアフレーム12に対するフロントフレーム11の角度を変更する。
このようなアーティキュレート式の作業車両においても、オペレータは、ジョイスティックレバー24を操作する際に、ステアリング操作の際に生じる負荷を感じ取ることができる。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部28、228、328は、2つの圧力値PV1、PV2の差ΔPを算出し、その圧力差ΔPに基づいて、力付与部27を制御する。
例えば、圧力差の絶対値が大きいほど、ジョイスティックレバー24の操作に対して生じさせる抵抗が大きくなるように力付与部27を制御することができる。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)は、ジョイスティックレバー24の操作によって生じるトルクを検出するトルクセンサ103(トルク検出部の一例)を更に備える。力付与部27は、駆動源として電動モータ111を有する。制御部28、228、328は、圧力値およびトルクに基づいて、力付与部27を動作させる。
これにより、オペレータがジョイスティックレバー24に加えたトルクに応じて力を付与できる。例えば、オペレータがジョイスティックレバー24に加えたトルクが大きいときには、力付与部27によって付与する補助力を大きくし、トルクが小さいときには補助力を小さくするように付与する力の大きさを制御することができる。
本実施の形態2、3のホイールローダ1(作業車両の一例)は、ホイールローダ1の速度を検出する車速センサ105(速度検出部の一例)を更に備える。制御部228、328は、圧力値およびトルクに加えて、速度に基づいて力付与部27を動作させる。
これにより、速度に応じて抵抗を変化させることができる。例えば、速度が速いときには、生じさせる抵抗を小さくし、速度が遅くなるに従って抵抗を大きくすることができる。
本実施の形態3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部328は、合算部304(算出部の一例)と、駆動回路204(動作制御部の一例)とを有する。合算部304は、トルクに基づいて予め設定されている第1アシストトルク(第1付与力の一例)と、圧力値に基づいて予め設定されている第2アシストトルク(第2付与力の一例)とを合わせることにより、ジョイスティックレバー24の操作に対して付与する力を算出する。駆動回路204は、算出された力を付与するように力付与部27を動作させる。
これにより、ジョイスティックレバー24の操作に対して力付与部27によって補助力または反力を付与しながら、ステアリングシリンダ21、22に生じる圧力に応じてジョイスティックレバー24の操作に対して抵抗を発生することができる。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)は、車速センサ105(速度検出部の一例)と、第1回転角検出部101(目標ステアリング角検出部の一例)と、第2回転角検出部102(実ステアリング角検出部の一例)と、を更に備える。車速センサ105は、ホイールローダ1の速度を検出する。第1回転角検出部101は、ジョイスティックレバー24によって入力される回転角θin(目標ステアリング角の一例)を検出する。第2回転角検出部102は、ステアリングシリンダ21、22によって変更されるステアリング角θs(実ステアリング角の一例)を検出する。第1アシストトルクは、トルクに加えて、ホイールローダ1の速度に基づいて設定されている。第2アシストトルクは、圧力値に加えて、第1回転角検出部101の検出値および第2回転角検出部102の検出値から算出される偏差角度αに基づいて設定されている。
これにより、ジョイスティックレバー24の操作に対して力付与部27によって付与する補助力または反力を速度によって変更するとともに、偏差角度αによって抵抗を生じさせることができる。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、パイロット弁42(制御弁の一例)は、操作入力軸61(第1入力部材の一例)と、フィードバック入力軸62(第2入力部材の一例)と、第1スプリング64(付勢部の一例)および第2スプリング65(付勢部の一例)と、を有する。操作入力軸61は、回転角θin(目標ステアリング角の一例)に応じて変位する。フィードバック入力軸62は、ステアリング角θs(実ステアリング角の一例)に応じて変位する。第1スプリング64および第2スプリング65は、操作入力軸61の回転角θin(変位量の一例)がフィードバック入力軸62の回転角θfb(=θss)(変位量の一例)に一致するように操作入力軸61を付勢する。操作入力軸61の回転角θinとフィードバック入力軸62の回転角θfb(=θs)の差が、回転角θinとステアリング角θsの偏差角度αに対応する。ジョイスティックレバー24は、第1スプリング64および第2スプリング65の付勢力に対抗して操作される。
また、このようにパイロット弁42には第1スプリング64および第2スプリング65が設けられており、オペレータは第1スプリング64および第2スプリング65による付勢力に対抗する操作力でジョイスティックレバー24を操作する。この付勢力に対抗する操作に対して、抵抗を発生するように力付与部27が制御される。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)では、パイロット弁42から入力されるパイロット圧に基づいてステアリングシリンダ21、22に供給される油の流量を調整するステアリング弁32を更に備える。パイロット弁42は、パイロット圧を調整することにより、ステアリング弁32からステアリングシリンダ21、22に供給される油の流量を制御する。
このように、パイロット圧によってステアリング弁32を操作するため、ステアリングシリンダ21、22において生じる負荷についてジョイスティックレバー24に伝達されないが、本発明では、ジョイスティックレバー24の操作に対して抵抗を生じさせることにより、ステアリングシリンダ21、22の情報を感じ取ることができる。
本実施の形態1〜3のホイールローダ1(作業車両の一例)の制御方法は、ステップS130(取得ステップの一例)と、ステップS150、S153(生成ステップの一例)と、ステップS160(送信ステップの一例)と、を備える。ステップS130(取得ステップの一例)は、ステアリング角θsを変更するステアリングシリンダ21、22(油圧アクチュエータの一例)に生じる圧力を検出する圧力検出部29からの検出信号S(PV1)、S(PV2)を取得する。ステップS150、S153(生成ステップの一例)は、ステアリング角θsを変更する際のオペレータによるジョイスティックレバー24(操作部材の一例)の操作に対して、検出信号S(PV1)、S(PV2)に基づいて抵抗を発生させる目標アシストトルク信号S(T2)(制御信号の一例)を生成する。ステップS160(送信ステップの一例)は、目標アシストトルク信号S(T2)をジョイスティックレバー24の操作に対して補助力または反力を付与する力付与部27に送信する。
そして、検出される圧力値に基づいて、オペレータがジョイスティックレバー24を操作する際に、操作に対して抵抗を生じさせる。これにより、オペレータは、抵抗を感じることでステアリングシリンダ21、22に負荷が生じていることを感じることができる。そのため、ステアリングシリンダ21、22に高い負荷が発生した場合にオペレータによる無理な操作を防止することができる。
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3では、図21に示す高速の場合において、パイロット弁42の第1スプリング64および第2スプリング65のバネ力によって生じるレバー反力(L30参照)に対して補助力を与えているが、パイロット弁42のバネ力よりもレバー反力が大きくなるように反力を付与してもよい。
L28はアシストトルクを付与しない場合のレバー反力を示すL30と偏差角度±θ8および±θ9で交差している。そして、L28では、偏差角度θ8〜θ9の間および−θ9〜−θ8の間において、L30よりもジョイスティックレバー24の操作に必要な力が大きくなる。
このように、第1アシストトルク情報および第2アシストトルク情報を適宜設定することによって、ジョイスティックレバー24の操作に対して反力を付与するように設定することができる。
上記実施の形態では、作業車両の一例としてホイールローダ1を用いて説明したが、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し、更に、アーティキュレート式に限らなくてもよい。作業車両の一例として、フォークリフトを用いて以下に説明を行う。
図24は、フォークリフト400の外観を示す図である。フォークリフト400は、左右一対の前輪401と、左右一対の後輪402と、ステアリング操作装置403(図25参照)と、アクセルペダル404と、運転席405等を備えている。前輪401は駆動操舵輪である。ステアリング操作装置403は、ステアリングホイール410を有しており、オペレータによるステアリングホイール410の操作により前輪401が左右に回転しステアリング角が変化する。
ステアリングホイール410は、コラム408を介してオービットロール411に接続されている。オービットロール411は、ステアリングホイール410の回転に伴ってポンプ412から供給された油をステアリングシリンダ413、414に供給する。
このように、ステアリングシリンダ413、414に対して負荷が生じていることをオペレータは感じ取ることができる。
また、フォークリフト400のステアリング操作装置403では、2つのステアリングシリンダが設けられているが、これに限らず、いわゆるインテグラルステアリングタイプのステアリング操作装置が用いられても良い。なお、上記と同様に、駆動操舵輪は前輪401である。また、左側の前輪401を前輪401aとし、右側の前輪401を前輪401bとする。
パワーステアリングギアボックス511は、リンク機構512を作動する作動部521と、パワーシリンダ514に油を供給する油圧回路522とを有する。
なお、実施の形態2で述べたように速度に応じてアシストトルクを異ならせる構成を、上記(B−1)、(B−2)において述べたステアリング操作装置403、503に対して適用してもよい。
上記実施の形態では、制御部28は圧力差(右側回転において0MPa以下、+10MPa、+20MPa、左側回転において0MPa以上、−10MPa、−20MPa)のアシストトルク情報を記憶しているが、これらの圧力値に限られるものではない。
また、回転方向に対応する圧力差の大中小における3つのアシストトルク情報を有しているが、アシストトルク情報は3つに限られず、2つまたは4つ以上設けられていてもよい。なお、補間計算を行う上でアシストトルクを滑らかに変化させる場合には、3つ以上設けられているほうが好ましい。
上記実施の形態では、制御部28は3つの速度(0km/h、25km/h、40km/h)の第1アシストトルク情報を記憶しているが、これらの速度に限られるものではない。また、第1アシストトルク情報は3つに限られず、2つまたは4つ以上設けられていてもよい。なお、速度に応じてアシストトルクを滑らかに変化させる場合には、3つ以上設けられているほうが好ましい。
上記実施の形態では、制御部28は3つのアシストトルク情報を記憶しており、補間計算によって圧力値に応じてアシストトルクを連続的に変化させているが、段階的に変化させてもよい。
例えば、右方向に回転操作される場合において、圧力差が小のときにおけるアシストトルク情報を図10の一点鎖線L1aとし、圧力差が中のときにおけるアシストトルク情報を図10の点線L2aとし、圧力差が大のときにおけるアシストトルク情報を図10の実線L3aとする。そして、例えば、圧力差が小のときとは、0MP以下の所定値(例えば−10MPa)より大きく6.5MPa未満の値とし、圧力差が中のときとは、6.5MPa以上13.5MPa以下の値とし、圧力差が大のときとは、13.5MPaより大きく20MPa以下の値と設定できる。また、左方向に回転操作される場合において、圧力差が小のときにおけるアシストトルク情報を図10の一点鎖線L1bとし、圧力差が中のときにおけるアシストトルク情報を図10の点線L2bとし、圧力差が大のときにおけるアシストトルク情報を図10の実線L3bとする。そして、圧力差が小のときとは、0MPa以上の所定値(例えば+10MPa)より小さく−6.5MPaより大きい値とし、圧力差が中のときとは、−6.5MPa以下−13.5MPa以上の値とし、圧力差が大のときとは、−13.5MPaより小さく−20MPa以上の値と設定できる。
上記実施の形態3では、制御部328は図18(a)に示すように、3つの第1アシストトルク情報を記憶しており、補間計算によって速度に応じてアシストトルクを連続的に変化させているが、段階的に変化させてもよい。
例えば、低速における第1アシストトルク情報を図18(a)の実線L11とし、中速における第1アシストトルク情報を図18(a)の点線L12とし、高速における第1アシストトルク情報を図18(a)の一点鎖線L13とする。そして、例えば、低速は15km/時未満の速度、中速は15km/時以上25km/時未満の速度、高速は25km/時以上40km/時以下までの速度と設定される。また、例えば、15km/時を第1閾値とし、25km/時を第2閾値と設定できる。
上記実施の形態1〜3では、トルクセンサ103によってジョイスティックレバー24の操作方向を検出しているが、第1回転角検出部101と第2回転角検出部102から検出される車体−レバー偏差角度αを用いて操作方向が検出されてもよい。
また、車体−レバー偏差角度αは、第2回転角検出部102による検出値を用いず、ステアリング角検出部104によって検出されるステアリング角θsと、第1回転角検出部101によって検出される回転角θinとから算出されてもよい。
さらに、車体−レバー偏差角度αは、シリンダストロークセンサ106、107の検出値から算出されたステアリング角θsと、第1回転角検出部101によって検出される回転角θinとから算出されてもよい。
また、上記実施の形態3では、図18(b)に示すように、第2アシストトルク情報において、ジョイスティックレバー24を右側または左側に操作した際、偏差角度の絶対値がθ4〜θ5の間、反力が直線的に増加しているが、指数関数的に増加してもよい。
なお、ハンチングによる振動防止のために、抵抗の増加は、垂直に立ち上げずに幅を持たせたほうが好ましい。
また、上記実施の形態3では、偏差角度αが+θ5以上および−θ5以下において、一定の反力が付与されているが、一定の値に限らなくても良い。
上記実施の形態1〜3では、圧力差に基づいて、アシストトルクを決定しているが、差圧を算出せずに、管路ごとの油圧に基づいて、アシストトルクを決定しても良い。例えば、図2において、ステアリング弁32が中立位置Nsの状態における第2ステアリング管路39の圧力からの変化量と、ステアリング弁32が中立位置Nsの状態における第1ステアリング管路38の圧力からの変化量に基づいてアシストトルクを決定してもよい。
上記実施の形態1〜3では、第1スプリング64および第2スプリング65の2つのスプリングが設けられていたが、第2スプリング65が設けられていなくてもよい。この場合、例えば、フィードバックスプール73とフィードバックスリーブ74の間は固定されていればよい。
上記実施の形態1〜3では、制御弁の一例であるパイロット弁42から入力されるパイロット圧に応じてステアリング弁32からステアリングシリンダ21、22に供給される油の供給量が制御されるよう構成されていたが、パイロット弁42からの油が直接ステアリングシリンダ21、22に供給される構成であってもよい。
上記実施の形態では、電動モータ111によって力を発生させているが、電動モータに限らず、油圧モータなどであってもよく、要するに付与する力を発生させることができるアクチュエータ等であればよい。
(M)
上記実施の形態では、駆動回路204は制御部28に含まれているが、制御部28に含まれておらず、駆動回路204のみが単体で実装されていてもよい。さらに駆動回路204は、電動モータに実装されていてもよい
(N)
上記実施の形態では、力付与部27は、入力軸部81bに対して補助力または反力を付与しているが、これに限らなくてもよく、ジョイスティックレバー24からパイロット弁42までの間のいずれの位置に対して補助力または反力を付与しても良い。例えば、力付与部27は、操作入力軸61に対して補助力または反力を付与しても良い。
上記実施の形態では、例えば図10で説明したように、入力トルクの絶対値に対するアシストトルク力は左右対称となっているが、左右非対称であってもよい。
(P)
上記実施の形態では、ジョイスティックレバー24とパイロット弁42は連結部25によって機械的に連結されているが、機械的に連結されておらず電気的に連結されていてもよい。電気的に連結されているとは、電気信号の通信が可能なことを意味し、有線または無線のどちらの手段で通信が行われてもよい。また、ジョイスティックレバー24の操作がコントローラなどに送信され、コントローラからパイロット弁42に指令が送信されるように、電気信号の通信が直接行われず、間接的に行われてもよい。
上記実施の形態では、連結部25によってジョイスティックレバー24とパイロット弁42が機械的に連結されているが、これに限られるものではない。ジョイスティックレバー24とパイロット弁が機械的に連結されておらず、ジョイスティックレバー24の操作が電気的にパイロット弁に伝達されてパイロット弁が操作されてもよい。
制御部28は、受信した回転角θinとステアリング角θsの情報に基づいて、パイロット弁42´に指令を送信し、パイロット弁42´のスプール71´の移動を制御する。スプール71´の移動により、パイロット弁42´からステアリング弁32へと供給されるパイロット圧が変化し、ステアリング弁32からステアリングシリンダ21、22に供給される油量が変化する。これによって、ステアリング操作が行われる。このとき、制御部28が、θinとθsの差分が小さくなるように、パイロット圧を制御することにより、回転角θinとステアリング角θsが一致するように制御してもよい。
なお、上述したように、電気的な伝達は、有線または無線もどちらの手段で行われてもよい。
2 :車体フレーム
3 :作業機
4 :フロントタイヤ
5 :キャブ
5a :運転席
6 :エンジンルーム
7 :リアタイヤ
8 :ステアリング操作装置
11 :フロントフレーム
12 :リアフレーム
13 :連結軸部
14 :ブーム
15 :バケット
16 :リフトシリンダ
17 :バケットシリンダ
18 :ベルクランク
21 :ステアリングシリンダ
21a :伸長ポート
21b :収縮ポート
21c :シリンダチューブ
21d :ピストン
21e :ピストンロッド
21f :第1空間
21g :第2空間
22 :ステアリングシリンダ
22a :伸長ポート
22b :収縮ポート
22c :シリンダチューブ
22d :ピストン
22e :ピストンロッド
22f :第1空間
22g :第2空間
23 :ステアリング油圧回路
24 :ジョイスティックレバー
25 :連結部
26 :リンク機構
27 :力付与部
28 :制御部
29 :圧力検出部
30 :メイン油圧回路
31 :メイン油圧源
32 :ステアリング弁
33 :弁体
34 :第1パイロット室
35 :第2パイロット室
36 :メイン油圧管路
37 :メインドレイン管路
38 :第1ステアリング管路
38a :分岐点
39 :第2ステアリング管路
39a :分岐点
40 :パイロット油圧回路
41 :可変減圧部
42 :パイロット弁
43 :パイロット油圧源
44 :パイロット油圧管路
45 :パイロットドレン管路
46 :第1パイロット管路
47 :第2パイロット管路
60 :弁体部
61 :操作入力軸
62 :フィードバック入力軸
63 :ハウジング
64 :第1スプリング
64a :板バネ部
65 :第2スプリング
65a :板バネ部
66 :フィードバック部
71 :操作スプール
71a :スリット
71ae :壁部
71b :スリット
71be :壁部
71c :孔
71d :孔
72 :操作スリーブ
72c :溝
72d :溝
73 :フィードバックスプール
73a :スリット
73ae :壁部
73b :スリット
73be :壁部
73c :孔
73d :孔
74 :フィードバックスリーブ
74c :溝
74d :溝
75 :ドライブシャフト
76 :第1センタピン
77 :第2センタピン
78 :規制部
80 :ステアリングボックス
81 :ステアリング操作軸
81a :レバー側軸部
81b :入力軸部
81b1 :第1端
81b2 :第2端
81c :弁側軸部
82 :連結バー
83 :ユニバーサルジョイント部
83a :中央部
83b :ジョイント部
83c :ジョイント部
84 :孔
91 :フォローアップレバー
92 :フォローアップリンク
93 :ブラケット
101 :第1回転角検出部
102 :第2回転角検出部
103 :トルクセンサ
104 :ステアリング角検出部
105 :車速センサ
106 :シリンダストロークセンサ
107 :シリンダストロークセンサ
108 :第1圧力センサ
109 :第2圧力センサ
111 :電動モータ
112 :ウォームギア
112a :円筒ウォーム
112b :ウォームホイール
201 :アシストトルク決定部
202 :圧力差演算部
203 :トルク調整決定部
204 :駆動回路
205 :調整演算部
228 :制御部
301 :第1アシストトルク決定部
302 :第2アシストトルク決定部
303 :偏差角演算部
304 :合算部
328 :制御部
400 :フォークリフト
401、401a、401b :前輪
402、402a、402b :後輪
403 :ステアリング操作装置
404 :アクセルペダル
405 :運転席
406 :フレーム
408 :コラム
410 :ステアリングホイール
411 :オービットロール
412 :ポンプ
413 :ステアリングシリンダ
413a :シリンダチューブ
413b :ピストンロッド
413c :伸長ポート
413d :収縮ポート
414 :ステアリングシリンダ
414a :シリンダチューブ
414b :ピストンロッド
414c :伸長ポート
414d :収縮ポート
415 :リンク機構
416 :アーム
417 :アーム
418 :回転軸部
419 :回転軸部
421 :アーム
422 :アーム
423 :リンク
431 :第1油流路
432 :第2油流路
441 :第1圧力センサ
442 :第2圧力センサ
503 :ステアリング操作装置
510 :ステアリングホイール
511 :パワーステアリングギアボックス
512 :リンク機構
513 :アスクル
514 :パワーシリンダ
514a :第1ポート
514b :第2ポート
514s :ロッド
515 :圧力検出部
521 :作動部
522 :油圧回路
531 :ピットマンアーム
532 :ドラグリンク
541 :ベルクランク
542 :アスクルビーム
543 :平行リンク
544 :平行リンク
545 :タイロッド
546 :ナックル
547 :ナックル
551 :第1圧力センサ
552 :第2圧力センサ
Claims (14)
- ステアリング角を変更する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに供給する油の流量を制御する制御弁と、
前記ステアリング角を変更する際にオペレータによって操作され、前記制御弁を制御する操作部材と、
前記油圧アクチュエータに生じる圧力を検出する圧力検出部と、
前記操作部材の操作に対して補助力または反力を付与する力付与部と、
前記圧力検出部で検出される圧力値に基づいて、前記操作部材の操作に対して抵抗を生じさせるように前記力付与部を制御する制御部と、を備え、
前記油圧アクチュエータは、2つ設けられており、
一方の前記油圧アクチュエータが収縮し、他方の前記油圧アクチュエータが伸長することによって、左右のうち一方の側に向かって前記ステアリング角が変更され、
他方の前記油圧アクチュエータが収縮し、一方の前記油圧アクチュエータが伸長することによって、左右のうち他方の側に向かって前記ステアリング角が変更され、
前記圧力検出部は、前記2つの油圧アクチュエータの各々における圧力値を検出し、
前記制御部は、2つの前記圧力値の差を算出し、その圧力差に基づいて、前記力付与部を制御する、
作業車両。 - ステアリング角を変更する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに供給する油の流量を制御する制御弁と、
前記ステアリング角を変更する際にオペレータによって操作され、前記制御弁を制御する操作部材と、
前記油圧アクチュエータに生じる圧力を検出する圧力検出部と、
前記操作部材の操作に対して補助力または反力を付与する力付与部と、
前記圧力検出部で検出される圧力値に基づいて、前記操作部材の操作に対して抵抗を生じさせるように前記力付与部を制御する制御部と、
前記操作部材の操作によって生じるトルクを検出するトルク検出部と、備え、
前記制御部は、前記圧力値および前記トルクに基づいて、前記力付与部を動作させる、
作業車両。 - 前記制御弁は、前記操作部材と、機械的に連結される、
請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記制御部は、前記圧力値の増加に伴って大きい抵抗力を生じさせるように、前記力付与部を制御する、
請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記制御部は、前記力付与部による補助力を減少または反力を増加させることにより、前記操作部材の操作に対して抵抗を発生させる、
請求項1または2に記載の作業車両。 - フロントフレームと、
前記フロントフレームに連結軸部において連結されたリアフレームと、を備え、
前記2つの油圧アクチュエータは、車幅方向において前記連結軸部の左右に配置されており、前記リアフレームに対する前記フロントフレームの角度を変更する、請求項1に記載の作業車両。 - 前記力付与部は、駆動源として電動モータを有する、
請求項2に記載の作業車両。 - 前記作業車両の速度を検出する速度検出部を更に備え、
前記制御部は、前記圧力値および前記トルクに加えて、前記速度に基づいて前記力付与部を動作させる、
請求項2に記載の作業車両。 - 前記制御部は、
前記トルクに基づいて予め設定されている第1付与力と、前記圧力値に基づいて予め設定されている第2付与力とを合わせることにより、前記操作部材の操作に対して付与する力を算出する算出部と、
前記算出された力を付与するように前記力付与部を動作させる動作制御部と、を有する、
請求項2に記載の作業車両。 - 前記作業車両の速度を検出する速度検出部と、
前記操作部材によって入力される目標ステアリング角を検出する目標ステアリング角検出部と、
前記油圧アクチュエータによって変更される実ステアリング角を検出する実ステアリング角検出部と、を更に備え、
前記第1付与力は、前記トルクに加えて、前記作業車両の速度に基づいて設定されており、
前記第2付与力は、前記圧力値に加えて、前記目標ステアリング角検出部の検出値および前記実ステアリング角検出部の検出値から算出される偏差角度に基づいて設定されている、
請求項9に記載の作業車両。 - 前記操作部材は、ジョイスティックレバーであり、
前記制御弁は、
前記目標ステアリング角に応じて変位する第1入力部材と、
前記実ステアリング角に応じて変位する第2入力部材と、
前記第1入力部材の変位量が前記第2入力部材の変位量に一致するように前記第1入力部材を付勢する付勢部と、を有し、
前記第1入力部材の変位量と前記第2入力部材の変位量の差が、前記目標ステアリング角と前記実ステアリング角の偏差角度に対応し、
前記ジョイスティックレバーは、前記付勢部の付勢力に対抗して操作される、
請求項10に記載の作業車両。 - 前記制御弁から入力されるパイロット圧に基づいて前記油圧アクチュエータに供給される油の流量を調整するステアリング弁を更に備え、
前記制御弁は、前記パイロット圧を調整することにより、前記ステアリング弁から前記油圧アクチュエータに供給される油の流量を制御する、
請求項1または2に記載の作業車両。 - ステアリング角を変更する油圧アクチュエータに生じる圧力を検出する圧力検出部からの検出信号を取得する取得ステップと、
前記ステアリング角を変更する際のオペレータによる操作部材の操作に対して、前記検出信号に基づいて抵抗を発生させる制御信号を生成する生成ステップと、
前記制御信号を、前記操作部材の操作に対して補助力または反力を付与する力付与部に送信する送信ステップと、を備え、
前記油圧アクチュエータは、2つ設けられており、
一方の前記油圧アクチュエータが収縮し、他方の前記油圧アクチュエータが伸長することによって、左右のうち一方の側に向かって前記ステアリング角が変更され、
他方の前記油圧アクチュエータが収縮し、一方の前記油圧アクチュエータが伸長することによって、左右のうち他方の側に向かって前記ステアリング角が変更され、
前記圧力検出部は、前記2つの油圧アクチュエータの各々における圧力値を検出し、
前記生成ステップは、前記2つの前記圧力値の差を算出し、その圧力差に基づいて、前記制御信号を生成する、
作業車両の制御方法。 - ステアリング角を変更する油圧アクチュエータに生じる圧力を検出する圧力検出部からの第1検出信号を取得する第1取得ステップと、
前記ステアリング角を変更する際のオペレータによる操作部材の操作によって生じるトルクについての第2検出信号を取得する第2取得ステップと、
前記ステアリング角を変更する際のオペレータによる操作部材の操作に対して、前記第1検出信号および前記第2検出信号に基づいて抵抗を発生させる制御信号を生成する生成ステップと、
前記制御信号を、前記操作部材の操作に対して補助力または反力を付与する力付与部に、送信する送信ステップと、を備えた、
作業車両の制御方法。
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