JP7223526B2 - 作業車両 - Google Patents
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Description
特許文献1に示すホイールローダでは、ジョイスティックレバーを操作して、レバー入力角度と一致した目標とするアーティキュレート角度と実際のアーティキュレート角度の差分に基づく油圧シリンダの駆動指令を出力する位置制御方式の操作系が用いられている。
本発明は、オペレータの疲労を低減することが可能な作業車両を提供することを目的とする。
(実施の形態1)
以下に、本発明にかかる実施の形態1のホイールローダ1について説明する。
<構成>
(ホイールローダ1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システム8(後述する図2参照)と、ステアリングシリンダ9a、9b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。図1では、前後方向をXで示し、前方向を示すときはXf、後方向を示すときはXbで示す。また、後述する図面において、左右方向をYで示し、右方向を示すときはYr、左方向を示すときはYlで示す。ホイールローダ1は、作業車両の一例である。ステアリングシリンダ9a、9bは、油圧アクチュエータの一例である。
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。フロントフレーム11は、前方フレームの一例であり、リアフレーム12は、後方フレームの一例である。
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。
図2(a)は、キャブ5の部分側面図である。キャブ5には、運転席19が設けられており、運転席の側方にコンソールボックス20が配置されている。コンソールボックス20の上側にはアームレスト20aが配置されている。コンソールボックス20の前先端部に、上方に向かってジョイスティックレバー41が配置されている。
ステアリングシステム8は、調整機構21と、ステアリング装置22と、コントローラ23と、車速センサ24と、を備える。コントローラ23は、制御部の一例に対応する。調整機構21は、ステアリングシリンダ9a、9bの駆動出力を調整する。ステアリング装置22は、ジョイスティックレバー41等を有し、オペレータによってホイールローダ1のステアリング角度の目標値が入力される。コントローラ23は、ステアリング装置22に入力されたステアリング角度の目標値に基づいて、調整機構21にステアリングシリンダ9a、9bの駆動出力を調整する指示を行う。車速センサ24は、ホイールローダ1の車速Vrealを検出して検出信号Vdetectとしてコントローラ23に送信する。
なお、図3では、電気に基づいた信号の伝達について点線で示し、油圧に基づいた伝達について実線で示す。また、センサによる検出については二点鎖線で示す。
調整機構21は、ステアリングシリンダ9a、9bに供給する油の流量を調整する。調整機構21は、油圧バルブ31と、メインポンプ32と、電磁パイロットバルブ33と、パイロットポンプ34と、を有する。油圧バルブ31は、制御弁の一例に対応する。
油圧バルブ31は、左ステアリング位置、中立位置、および右ステアリング位置に移動可能な弁体(図示せず)を有する。油圧バルブ31において弁体が左ステアリング位置に配置されている場合、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、車体フレーム実角度θs_realが小さくなり車体は左に曲がる。
電磁パイロットバルブ33は、コントローラ23からの指令に応じて油圧バルブ31に供給するパイロット油圧の流量を調整する流量調整弁である。パイロットポンプ34は、油圧バルブ31を作動する作動油を電磁パイロットバルブ33に供給する。電磁パイロットバルブ33は、例えばスプールバルブ等であって、コントローラ23からの指令に従って制御される。
以上のように、コントローラ23からの指令に応じて電磁パイロットバルブ33からのパイロット圧が制御されることにより、油圧バルブ31が制御されてステアリングシリンダ9a、9bが制御される。
ステアリング装置22は、操作ユニット25と、レバー角度センサ46と、車体フレーム角度センサ47と、を有する。
図4Aは、操作ユニット25の斜視図である。図4Bは、操作ユニット25の平面図である。図4Cは、操作ユニット25の側断面図であり、図4BのBB´間における矢示断面図である。図4Dは、図4BのAA´間の矢示断面図である。なお、図4Dでは、伝達機構10等の構成は省略している。
ジョイスティックレバー41は、オペレータによって操作される。支持部42は、コンソールボックス20に固定され、ジョイスティックレバー41を回動可能に支持する。ベース部材43は、支持部42に回動可能に支持されている。付勢部44は、ベース部材43に対してジョイスティックレバー41を所定位置に付勢する。
ジョイスティックレバー41は、図2に示すように、コンソールボックス20の前端部に配置されている。
ジョイスティックレバー41は、図4Cに示すように、レバー部51と、一対の連結プレート52、53と、接続部54と、キー55とを有する。
一対の連結プレート52、53の各々は、板状の主面が前後方向Xに対して略垂直になるように配置されている。一対の連結プレート52、53は、前後方向Xに沿って所定間隔を空けて対向して配置されている。
オペレータによってレバー部51が回動されると、接続部54とともに一対の連結プレート52、53も回動し、キー55を介して回動軸64が回動する。
支持部42は、ジョイスティックレバー41を回動可能に支持する。支持部42は、図2に示すコンソールボックス20の例えば内部に固定されている。支持部42は、図4Aに示すように、支持枠60と、回動軸64とを有する。
回動軸64は、軸支持部61、62に形成された貫通孔に回動可能に挿入されている。回動軸64は、略水平方向であって前後方向Xに沿って配置されている。
ベース部材43は、支持部42に回動可能に支持されている。ベース部材43は、図4Aに示すように、ベースプレート71と、一対の支持プレート72、73と、伝達ギヤ部74と、を有する。
ベースプレート71は、一対の連結プレート52、53を下方から覆うように配置された板状の部材である。ベースプレート71は、前後方向Xに沿って視た場合に下方に凸に湾曲している(図4D参照)。
支持プレート72、73の下端は図4Aおよび図4Dに示すように、下に凸に湾曲しており、支持プレート72の下端と支持プレート73の下端を繋ぐようにベースプレート71が配置されている。ベースプレート71の上面71aには、図4Dに示すように、幅方向Yに溝76が形成されている。溝76の幅方向Yにおける右方向Yr側の端が76Rで示され、左方向Yl側の端が76Lで示されている。
付勢部44は、ジョイスティックレバー41をベースプレート71に対してベース基準位置43bに付勢する。具体的には、図4Dに示すように、レバー部51が車幅方向Yにおいてベースプレート71の中央に位置するように、付勢部44はジョイスティックレバー41を付勢する。
詳しくは、ベース基準位置43bとは、ベースプレート71の溝76の右端76Rと左端76Lの中心位置P1と回動軸64の中心位置P3を結ぶ線上の位置のことである。図4Dに示す状態は、レバー部51の長手方向に沿った直線L1がベース基準位置43bに配置されており、レバー部51がベース部材43に対して回動されていない状態を示す。
付勢部44は、バネ部材80と、ダンパ84とを有する。バネ部材80はコイルバネであり、図4Aに示すように、回動軸64の周囲に配置されている。
バネ部材80には、回動軸64が挿入されている。バネ部材80は、一対の連結プレート52と連結プレート53の間に配置されている。
レバー部51が上記ベース基準位置43bに配置されている状態では、第1端部82は、接続部材56の左方向Yl側に接続部材56と接触した状態で配置されている。また、第1端部82の下端は、溝76の右端76Rに接触している。第2端部83は、接続部材57の右方向Yr側に接続部材57と接触した状態で配置されている。また、第2端部83の下端は、溝76の左端76Lに接触している。
バネ部材80によってジョイスティックレバー41に生じる反力について説明する。ベース部材43に対するジョイスティックレバー41の回動角度に応じてバネ部材80によって反力が生じる。
例えば、レバー部51を後述する図11Aに示すように、右方向に回動すると、バネ部材80の第1端部82は、接続部材56によって時計方向(左方向Yl側)に押されて移動し、第1端部82の先端は、溝76の右端76Rから左方向Yl側に離間している。また、第2端部83の先端が溝76の左端76Lに接触しているため、第2端部83は時計方向(左方向Yl側)に移動できず、接続部材57は第2端部83から左方向Yl側に離間している。これにより、バネ部材80の第1端部82は接続部材56を反時計回り方向に押すように付勢するため、バネ部材80は、ジョイスティックレバー41を、レバー部51が回動軸64の中心P3を通る鉛直線上のベース基準位置43bに戻るように付勢する。
ダンパ84は、回動軸64と軸支持部62の間に設けられている。ダンパ84によって、レバー部51の角速度に応じた抵抗を生じさせている。
レバー角度センサ46は、例えばポテンショメータによって構成されており、支持部42(詳細には支持枠60ともいえる)に対する回動軸64の回転角度である実際のレバー入力角度θi_realをレバー入力角度の検出値θi_detectとして検出する。レバー角度センサ46は、図4Cに示すように、支持部42の軸支持部62の外側(後方向Xb側)に配置されている。
レバー角度センサ46によって検出されたレバー入力角度の検出値θi_detectは、検出信号としてコントローラ23に送られる。
車体フレーム角度センサ47は、車体フレーム実角度θs_realを車体フレーム角度の検出値θs_detectとして検出する。車体フレーム角度センサ47は、ステアリングシリンダ9a、9bの間に配置されている連結軸部13の近傍または後述する伝達機構10に配置されている。車体フレーム角度センサ47は、例えばポテンショメータによって構成されており、検出された車体フレーム角度の検出値θs_detectは検出信号としてコントローラ23に送られる。
なお、ステアリングシリンダ9a、9bの各々に、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を設け、これらシリンダストロークセンサの検出値がコントローラ23に送られ、車体フレーム角度の検出値θs_detectが検出されてもよい。
コントローラ23は、CPU、メモリなどを有し、以下に説明する各機能を実行する。コントローラ23には、図3に示すように、レバー角度センサ46の検出値θi_detectと、車体フレーム角度センサ47の検出値θs_detectと、車速センサ24によって検出された車速Vdetctが入力され、コントローラ23は、これらの値に基づいて電磁パイロットバルブ33を制御する。
コントローラ23は、目標角度算出部191と、車体フレーム実角度算出部192と、パルス・車速換算部193と、差分算出部194と、出力算出部195と、を有する。
コントローラ23には、レバー角度センサ46からレバー入力角度の検出値θi_detectが入力され、目標角度算出部191は、マップM1を用いて車体フレーム目標角度θtargetを算出する。また、コントローラ23には、車体フレーム角度センサ47から車体フレーム角度の検出値θs_detectが入力され、車体フレーム実角度算出部192は、マップM2を用いて車体フレーム実角度θactualを算出する。コントローラ23には、車速センサ24から車速の検出値V_detectが入力される。パルス・車速換算部193は、入力されたパルスから車速へ変換し、車速信号Vを算出する。
図8Bは、マップM1の別の一例を示す図である。レバー入力角度θi_realと車体フレーム目標角度θtargetの関係性は、レバー入力角度θi_realがゼロの近傍で、傾き(増加率)が小さく、ゼロから離れると傾きが大きい曲線となっている。高速走行時は、ゼロの近傍を使用し、作業時はレバー角度全域を使用することから図8Bのような特性とすることで高速走行時の直進安定性と作業時の疲労低減を両立させることができる。
なお、図3では省略しているが、コントローラ23は、メインポンプ32およびパイロットポンプ34等の制御を行ってもよい。
なお、コントローラ23と、車体フレーム角度センサ47、レバー角度センサ46、車速センサ24、および電磁パイロットバルブ33との間の信号の送受信については、各々が無線で行われてもよいし有線で行われてもよい。
伝達機構10は、車体フレーム実角度θs_realの情報をベース部材43に伝達し、車体フレーム実角度θs_realに対応した回動位置にベース部材43を回動させる。
図9(a)は、伝達機構10の構成を示す模式図である。伝達機構10は、図に示すように、リンクを含む機構であって、伝達部材91と、第1変換部92と、ユニバーサルジョイント93と、ベベルボックス94と、ユニバーサルジョイント95と、伝達部96と、を有する。
伝達部材91は、棒状の部材であって、概ね前後方向Xに沿って配置されている。伝達部材91の前側の端91aは、フロントフレーム11に固定されているブラケット98に回動可能に接続されている。伝達部材91のブラケット98との接続部である端91aは、連結軸部13の車幅方向Y近傍に位置している。伝達部材91の後側の端91bは、リアフレーム12まで伸び、第1変換部92のレバー92aに回動可能に接続されている。
ベベルボックス94は、例えば、コンソールボックス20の内側に配置されている。ベベルボックス94は、支持ケース94aと、第1回動軸94bと、第1ベベルギヤ94cと、第2回動軸94dと、第2ベベルギヤ94eと、を有する。支持ケース94aは、コンソールボックス20に固定されている。第1回動軸94bは、支持ケース94aに回転可能に支持されている。第1回動軸94bは、概ね上下方向に沿って配置されており、第1回動軸94bの下端は、ユニバーサルジョイント93の上端93bに接続されている。
第2回動軸94dは、支持ケース94aに回動可能に支持されている。第2回動軸94dは、概ね水平方向に沿って配置されている。第2回動軸94dの前側の端には、ユニバーサルジョイント95が接続されている。
ユニバーサルジョイント95は、伸縮可能であり、コンソールボックス20の内部に配置されている。ユニバーサルジョイント95の後端95aが、第2回動軸94dに接続されている。ユニバーサルジョイント95の前端95bは、伝達部96の伝達軸96bに接続されている。
フロントフレーム11が二点鎖線に示すように、例えば右方向(図8(b)の裏面図の矢印Yr)に回動すると、ブラケット98も回動するため、伝達部材91も前方に移動する(矢印C1)。すると、レバー92aも上方から見て右回転(矢印C2)し、ユニバーサルジョイント93も右回転する。このユニバーサルジョイント93の回転がベベルボックス94によって後方から見て左回り(矢印C3)の回転に変換され、ユニバーサルジョイント95を介して伝達軸96bおよび伝達ギヤ96cも後方から見て左回りに回動する。これによって、伝達ギヤ部74が後方から見て右回り(矢印C4)に回動するため、ベース部材43も右方向に回動する。
なお、図8Bのように、マップM1が曲線の場合には、不等ピッチギヤを用いて同様の関係性を実現する。
なお、上述したベース部材43、付勢部44、および伝達機構10等によって、レバー部51の操作に対して反力を付与する反力付与機構26が構成される。
以下に、本実施の形態のホイールローダ1の制御動作について説明する。図10は、本実施の形態のホイールローダ1の制御動作を示すフロー図である。図11A~図11Cは、本実施の形態のホイールローダ1の制御動作を説明するための断面図である。
このとき、電磁パイロットバルブ33は中立位置の状態となっている。この場合、油圧バルブ31も中立位置となっている。このため、左右のステアリングシリンダ9a、9bの油の供給または排出が行われておらず、車体フレーム実角度θs_realはゼロに維持される。このように、車体フレーム実角度θs_realもゼロであるため、ベース部材43も初期位置に位置している。
次に、ステップS20において、コントローラ23は、図7に示すように、マップM1を用いてレバー入力角度の検出値θi_detectから車体フレーム目標角度θtargetを算出する。
このとき、左右のステアリングシリンダ9a、9bの反応の遅れのために、車体フレーム実角度θs_realはゼロの状態である。このため、車体フレーム角度センサ47による検出値である車体フレーム角度の検出値θs_detectはゼロとなっている。車体フレーム実角度θs_realがほぼゼロであるため、ベース部材43も回動していない。そのため、図11Aに示すように、レバー部51を右方向に回転した状態では、レバー部51の長手方向の沿った直線L1は、ベース基準位置43bから回動した状態となっている。
次に、ステップS50において、コントローラ23は、演算した差分角度θdiffと、車速センサ24から算出した車速信号Vとを用いて、記憶している図8Dに示すマップM3から電磁パイロットバルブ制御電流出力iを決定し、電磁パイロットバルブ33に指令を行う。
この車体フレーム実角度θs_realの変化は、伝達機構10を介してベースプレート71の角度に反映される。これによって、ベースプレート71は、回動軸64の中心P3を中心として図11Aにおいて時計回り(矢印H方向)に回転する。なお、ベースプレート71がレバー部51の回動位置に向かって回動すると、実際のレバー入力角度θi_realと実際のベース角度θb_realとの偏差角度が小さくなるため、バネ部材80による付勢力は小さくなる。
なお、レバー部51を支持基準位置42bに戻す前(図11Bに示す状態)は、ジョイスティックレバー41とベース部材43の位置関係は、図4Dと同様の位置関係となっている。そのため、レバー部51を動かす際には、動き出しの反力は初期位置からの動き出しと同じ反力となっている。すなわち、本実施の形態では、ベース部材43が車体フレーム実角度θs_realに対応した位置に回動するため、レバー部51の位置にかかわらず電磁パイロットバルブ33の状態(中間位置、右パイロット位置、左パイロット位置)に対応して、操作に対して付与される反力が決められる。
そして、車体フレーム実角度θs_realがゼロになると、実際のレバー入力角度θi_real(=0)との差分がゼロとなる。このとき、電磁パイロットバルブ33は中立位置をとり、油圧バルブ31も中立位置となっている。このため、左右のステアリングシリンダ9a、9bへの油の供給または排出が行われておらず、車体フレーム実角度θs_realもゼロに戻って維持される。これによって、フロントフレーム11はリアフレーム12に対して前後方向に沿った向きに戻される。
また、ジョイスティックレバー41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、本発明にかかる実施の形態2におけるホイールローダ201について説明する。本実施の形態2のホイールローダ201は、実施の形態1のステアリングシステムと異なり、伝達機構10が設けられていない。本実施の形態2では、実施の形態1の構成と同様の構成については、実施の形態1と同じ符号を付して説明を省略する。
本実施の形態2のステアリングシステム208は、調整機構21と、ステアリング装置222と、コントローラ223と、車速センサ24と、を備える。コントローラ223は、制御部の一例に対応する。なお、図12では、電気に基づいた信号の伝達について点線で示し、油圧に基づいた伝達について実線で示す。また、センサによる検出については二点鎖線で示す。
ジョイスティックレバー241は、例えば、基端部に貫通孔を有しており、支持部242の軸242aが貫通孔を挿通している。このような構成によって、ジョイスティックレバー241は支持部242を回動可能に支持することができる。
コントローラ223は、図7に示すように、レバー角度センサ46によって検出されたレバー入力角度の検出値θi_detectから図8Aに示すマップM1を用いて車体フレーム目標角度θtargetを算出し、車体フレーム角度の検出値θs_detectからマップM2を用いて車体フレーム実角度θactualを算出し、差分角度θdiffを演算する。
また、コントローラ223は、θdiffの値に基づいて、ジョイスティックレバー241の操作に対して反力を付与する。例えば、図5の横軸のθr_realをθdiffに代えたグラフのような反力特性を付与することができる。すなわち、θdiffの絶対値が大きくなるに従って反力が大きくなり、ジョイスティックレバー241のレバー回動角度θi_realから算出される車体フレーム目標角度θtargetが車体フレーム角度θs_realと近づくと反力が小さくなるように、コントローラ223は、電動モータ210に指令を送信する。なお、コントローラ223から電動モータ210への指令は、有線または無線のいずれであってもよい。
(1)
本実施の形態1、2のホイールローダ1、201は、フロントフレーム11とリアフレーム12が連結されたアーティキュレート式の作業車両であって、ステアリングシリンダ9a、9bと、ジョイスティックレバー41、241と、油圧バルブ31と、コントローラ23、223と、を備える。ステアリングシリンダ9a、9bは、油圧によって駆動され、フロントフレーム11のリアフレーム12に対する車体フレーム角θs_realを変更する。ジョイスティックレバー41、241は、車体フレーム角θs_realを変更するために回動操作される。コントローラ23、223は、ステアリングシリンダ9a、9bに供給される油の流量を制御する。コントローラ23、223は、ジョイスティックレバー41、241の入力角度θi_realに対して車体フレーム目標角θtargetを設定し、車体フレーム目標角度θtargetに車体フレーム実角度θs_realが一致するように油圧バルブ31を制御する。図8Aおよび図8Bに示すように、レバーの入力角度θi_realの絶対値に対して、その絶対値に対応する車体フレーム目標角度θtargetの絶対値は、少なくとも部分的に大きい。
このため、ジョイスティックレバー41、241の操作角度が小さくて済み、オペレータの負担を軽減することができる。
本実施の形態1、2のホイールローダ1、201は、フロントフレーム11とリアフレーム12が連結されたアーティキュレート式の作業車両であって、ステアリングシリンダ9a、9bと、ジョイスティックレバー41、241と、油圧バルブ31と、コントローラ23、223と、を備える。ステアリングシリンダ9a、9bは、油圧によって駆動され、フロントフレーム11のリアフレーム12に対する車体フレーム角θs_realを変更する。ジョイスティックレバー41、241は、車体フレーム角θs_realを変更するために回動操作される。コントローラ23、223は、ステアリングシリンダ9a、9bに供給される油の流量を制御する。コントローラ23、223は、ジョイスティックレバー41、241の入力角度θi_realに対して車体フレーム目標角度θtargetを設定し、車体フレーム目標角度θtargetに車体フレーム実角度θs_realが一致するように油圧バルブ31を制御する。
図8Bに示すように、車体フレーム目標角度θtargetをジョイスティックレバー41、241の入力角度θi_realで微分した値が、1よりも大きい値と、1よりも小さい値を含む。
なお、車体フレーム目標角度θtargetをジョイスティックレバー41、241の入力角度θi_realで微分した値が、1よりも小さい値を含むとは、一例として図8CのマップM1に示されている。図8CのマップM1のゼロ近傍では、θi_real=θtargetの直線を参照すると車体フレーム目標角度θtargetをジョイスティックレバー41、241の入力角度θi_realで微分した値が、1よりも小さくなっている。また、車体フレーム目標角度θtargetをジョイスティックレバー41、241の入力角度θi_realで微分した値が、1よりも大きい値を含むとは、一例として図8CのマップM1に示されている。図8CのマップM1では、θi_real=θtargetの直線と交わる部分の近傍においてジョイスティックレバー41、241の入力角度θi_realで微分した値が、1よりも大きくなっている(θi_real=θtargetの直線参照)。
本実施の形態1、2のホイールローダ1、201では、ジョイスティックレバー41、241は、運転席19の左側に配置されており、ジョイスティックレバー41、241の左側への回動によって、車体フレーム実角度θs_realが減少し、少なくとも、車体フレーム実角度θs_realの最小値と一致する車体フレーム目標角度θtargetの値θ4が、対応するジョイスティックレバー41、241のレバー入力角度θi_realの値θ3より小さい。
また、本実施の形態では、ジョイスティックレバー41、241を左側に回動させた場合、車体フレーム実角度θs_realを減少させ、ジョイスティックレバー41、241を右側に回動させた場合、車体フレーム実角度θs_realを増加させているが、逆であってもよい。この場合、図8Aを用いると、ジョイスティックレバー41、241の左側への回動によって、車体フレーム実角度θs_realが増加し、少なくとも、車体フレーム実角度θs_realの最大値と一致する車体フレーム目標角度θtargetの値θ2が、対応するジョイスティックレバー41、241のレバー入力角度θi_realの値θ1より大きくなる。
本実施の形態1、2のホイールローダ1、201は、反力付与機構26、226を更に備える。反力付与機構26、226は、車体フレーム目標角度θtargetに対応するレバーの入力角度θi_realへ向かう反力をジョイスティックレバー41に対して付与する。
すなわち、反力付与機構26、226は、差分角度θdiffの大きさに応じてθdiffをゼロにする方向に反力を付与する。
これにより、ジョイスティックレバー41、241の操作に対して車体フレーム角度θs_realと車体フレーム目標角度θtargetの差分角度に応じた反力を付与することができる。
本実施の形態1のホイールローダ1は、支持部42を更に備える。支持部42は、リアフレーム12に設けられたキャブ5内に配置されている。反力付与機構26は、ベース部材43と、付勢部44と、伝達機構10とを有する。ベース部材43は、支持部42に回動可能に支持されている、付勢部44は、ジョイスティックレバー41をベース部材43に対して所定位置に付勢する。伝達機構10は、リンクを含み、車体フレーム角θs_realをベース部材43に伝達し、車体フレーム角θs_realに対応する角度にベース部材43を回動する。ジョイスティックレバー41は、支持部42またはベース部材43に回動可能に支持されている。
これにより、付勢部44によって、ジョイスティックレバー41の回動操作に対して反力を付与することができる。
本実施の形態1のホイールローダ1では、ジョイスティックレバー41の入力角度θi_realに対する車体フレーム角θs_realの目標値の比の値は、伝達機構10によって車体フレーム角θs_realをベース部材43に伝達する際の減速比の逆数である。
本実施の形態2のホイールローダ201では、反力付与機構226は、電動モータ210を有する。電動モータ210は、反力を発生する。
これによって、電動モータ210を用いてジョイスティックレバー241の回動操作に対して反力を付与することができる。
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1では、車体フレーム角度センサ47によって、車体フレーム角度θs_realが検出されているが、ベース部材43の支持部42に対する回動角度を検出してもよい。図13Aは、ベース部材43の回動角度を検出するベース角度検出ユニット327を備えた操作ユニット325を示す斜視図である。図13Bは、操作ユニット325の側断面図である。
ベース部材角度センサ101は、例えばポテンショメータによって構成されており、支持部42(詳細には支持枠60ともいえる)に対するベース部材43の回転角度である実際のベース角度θb_realをベース部材角度の検出値θb_detectとして検出する。ベース部材角度センサ101は、軸支持部61の外側に固定されている。
ギヤ103は、検出軸102に固定されている。ギヤ103は、ベース部材43の検出ギヤ部375の下端面375aと噛み合っている。
なお、ベース部材角度センサ101によって検出されたベースプレート角度の検出値θb_detectは、検出信号としてコントローラ23に送られる。コントローラ23は、図7の車体フレーム角度の検出値θs_detectをベース角度の検出値θb_detectで置き換えたブロック図を用いて制御を行う。ベース角度の検出値θb_detectを、マップM2を用いて変換し、車体フレーム実角度θactualを演算する。ここで、ベース部材43の実際のベース角度θb_realは、伝達機構10によって車体フレーム実角度θs_realに対応しているため、伝達機構10や検出ギヤ部375の減速比と対応したマップM2を用いることで車体フレーム実角度θactualを算出できる。この車体フレーム実角度θactualに基づいて、実施の形態1と同様にステアリングシリンダ9a、9bの制御を行うことができる。
上記実施の形態1では、支持部42に対するジョイスティックレバー41のレバー回動角を検出するレバー角度センサ46と車体フレーム角度センサ47が設けられ、偏差角度θd_detectが算出されているが、これに限らなくても良い。例えば、ベース部材43に対するジョイスティックレバー41の角度を検出する角度センサが設けられていてもよい。この場合、検出値を車体フレーム角度の角度スケールに変換することにより、差分角度θdiffを算出することができ、差分角度θdiffを用いて実施の形態1と同様にステアリングシリンダ9a、9bの制御を行うことができる。
上記実施の形態2では、ジョイスティックレバー241に反力を付与する反力付与機構226に電動モータ210が用いられているが、電動モータに限らず、油圧モータなどであってもよく、要するに反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。
(D)
上記実施の形態1、2では、電磁パイロットバルブ33から入力されるパイロット圧に応じて油圧バルブ31からステアリングシリンダ9a、9bに供給される油の供給量が制御されるように構成されていたが、油圧バルブ31を介さずに電磁パイロットバルブ33からの油が直接ステアリングシリンダ9a、9bに供給される構成であってもよい。すなわち、電磁パイロットバルブ33に代えて電磁メインバルブが用いられてもよい。
上記実施の形態1では、付勢部44にバネ部材80に加えてダンパ84が設けられていたが、ダンパに限らずフリクションブレーキであってもよいし、ダンパまたはフリクションブレーキが設けられていなくてもよい。
(F)
上記実施の形態1では、コントローラ23、231は、θi_detect=0.5×θtargetを用いて演算しており、傾きは0.5に限らなくても良いが、1未満であるほうが、オペレータは少ない回動角度で車体フレーム角度を大きく変化させることが可能となるため好ましい。要するに、コントローラ23、231は、ジョイスティックレバー41の入力角度θi_realに対して車体フレーム目標角度θtargetが大きくなるように油圧バルブ31を制御すればよい。
なお、上記実施の形態1、2において、ジョイスティックレバー41の回動角度が70度未満に電気的または機械的に制限されていてもよい。実施の形態1の場合、例えば、ジョイスティックレバー41を左側に35度回動したとき、および右側に35度回動したときにジョイスティックレバー41が当接する部分が支持部42に設けられていればよい。また、実施の形態2の場合、電動モータ210の駆動を制限することにより、ジョイスティックレバー41の回動を所定範囲で規制することができる。
上記実施の形態では、ジョイスティックレバー41は、支持部42に支持されていたが、ベース部材43、343に回動可能に支持されていてもよい。
(I)
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。
9a :ステアリングシリンダ
9b :ステアリングシリンダ
11 :フロントフレーム
12 :リアフレーム
23 :コントローラ
31 :油圧バルブ
41 :ジョイスティックレバー
Claims (8)
- フロントフレームとリアフレームが連結されたアーティキュレート式の作業車両であって、
油圧によって駆動され、前記フロントフレームの前記リアフレームに対する車体フレーム角を変更する油圧アクチュエータと、
前記車体フレーム角を変更するために回動操作されるレバーと、
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制御弁と、
前記レバーの入力角度に対して前記車体フレーム角の目標角を設定し、前記車体フレーム角の目標角に前記車体フレーム角の実際角が一致するように前記制御弁を制御する制御部と、
前記車体フレーム角の目標角に対応する前記レバーの入力角度へ向かう反力を前記レバ ーに対して付与する反力付与機構と、
前記リアフレームに設けられたキャブ内において、運転席の側方に配置されたコンソー ルボックスと、
前記コンソールボックスに固定された支持部と、を備え、
前記レバーの入力角度の絶対値に対して、前記絶対値に対応する前記車体フレーム角の目標値の絶対値は、少なくとも部分的に大きく
前記反力付与機構は、
前記支持部に回動可能に支持されたベース部材と、
前記レバーを前記ベース部材に対して所定位置に付勢する付勢部と、
前記車体フレーム角を前記ベース部材に伝達し、前記車体フレーム角に対応する角度に 前記ベース部材を回動する、リンクを含む伝達機構と、を有し、
前記レバーは、前記支持部または前記ベース部材に回動可能に支持されている、
作業車両。 - フロントフレームとリアフレームが連結されたアーティキュレート式の作業車両であって、
油圧によって駆動され、前記フロントフレームの前記リアフレームに対する車体フレーム角を変更する油圧アクチュエータと、
前記車体フレーム角を変更するために回動操作されるレバーと、
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制御弁と、
前記レバーの入力角度に対して前記車体フレーム角の目標角を設定し、前記車体フレーム角の目標角に前記車体フレーム角の実際角が一致するように前記制御弁を制御する制御部と、
前記車体フレーム角の目標角に対応する前記レバーの入力角度へ向かう反力を前記レバ ーに対して付与する反力付与機構と、
前記リアフレームに設けられたキャブ内において、運転席の側方に配置されたコンソー ルボックスと、
前記コンソールボックスに固定された支持部と、を備え、
前記車体フレーム角の目標角を前記レバーの入力角度で微分した値が、1よりも大きい値と、1よりも小さい値を含み、
前記反力付与機構は、
前記支持部に回動可能に支持されたベース部材と、
前記レバーを前記ベース部材に対して所定位置に付勢する付勢部と、
前記車体フレーム角を前記ベース部材に伝達し、前記車体フレーム角に対応する角度に 前記ベース部材を回動する、リンクを含む伝達機構と、を有し、
前記レバーは、前記支持部または前記ベース部材に回動可能に支持されている、
作業車両。 - 前記車体フレーム角の実際角の最大値と一致する前記車体フレーム角の目標角が、対応する前記レバーの入力角度より大、または前記車体フレーム角の実際角の最小値と一致する前記車体フレーム角の目標角が、対応する前記レバーの入力角度より小である、
請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記レバーは、前記運転席の左側に配置されており、
前記レバーの右側への回動によって、前記車体フレーム角の実際角が増大する場合、少なくとも、前記車体フレーム角の実際角の最大値と一致する前記車体フレーム角の目標角が、対応する前記レバーの入力角度より大きく、
前記レバーの左側への回動によって、前記車体フレーム角の実際角が減少する場合、少なくとも、前記車体フレーム角の実際角の最小値と一致する前記車体フレーム角の目標角が、対応する前記レバーの入力角度より小さい、
請求項3に記載の作業車両。 - 前記レバーの入力角度に対する前記車体フレーム角の目標値の比の値は、前記伝達機構によって前記車体フレーム角を前記ベース部材に伝達する際の減速比の逆数である、
請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記反力付与機構は、
前記反力を発生させるための電動モータ、を有する、
請求項1~5のいずれか1項に記載の作業車両。 - 前記レバーの回動角度が70度未満に電気的または機械的に制限される、請求項1~6のいずれか1項に記載の作業車両。
- 前記作業車両は、ホイールローダである、
請求項1~7のいずれか1項に記載の作業車両。
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