JP7266383B2 - 作業機械およびその制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、作業機械およびその制御方法に関するものである。

従来、手動でのデフロックの作動／解除モードのほかに自動デフロックモードを有するモータグレーダが知られている。このようなモータグレーダは、たとえば米国特許出願公開第２００７／０２５０２３６号明細書（特許文献１）、米国特許出願公開第２００８／０１３５３２２号明細書（特許文献２）などに開示されている。

上記自動デフロックモードの制御においては、前輪ステアリング角度センサとアーティキュレート角度センサとの情報から旋回しているか否かが判断される。直進と判断された場合にはデフロックが作動し、旋回と判断された場合にはデフロックが解除される。

米国特許出願公開第２００７／０２５０２３６号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１３５３２２号明細書

しかしながら上記自動デフロックモードの制御では、旋回時に後輪がスリップした場合、デフロックが解除されたままとなる。このため前輪ステアリング角度とアーティキュレート角度とを０°（直進）にするか、または手動でデフロックを作動させないと、後輪がスリップから脱出できない。

また上記文献に記載のモータグレーダでは、前輪ステアリング角度センサは前輪の近傍に設置されるため故障しやすい。またアーティキュレート角度センサはフロントフレームとリアフレームとの連結部近傍に設置されるため故障しやすい。

本開示の目的は、旋回時に車輪がスリップした場合でもスリップからの脱出が容易で、かつセンサが故障しにくい作業機械およびその制御方法を提供することである。

本開示の作業機械は、右輪および左輪と、差動装置と、差動制御装置と、センサ部材と、制御部とを備えている。差動装置は、右輪および左輪の差動を許容する。差動制御装置は、差動装置による差動を禁止または制限する。センサ部材は、作業機械の旋回角速度を検知する。制御部は、センサ部材により検知された旋回角速度に基づいて作業機械の旋回を判定し、旋回時に差動制御装置による差動の禁止または制限の機能を制御する。

本開示の作業機械の制御方法は、右輪および左輪を有する作業機械の制御方法であって、以下の工程を備えている。

作業機械の旋回角速度が検知される。検知された作業機械の旋回角速度に基づいて作業機械の旋回が判定され、旋回時に右輪および左輪の差動の禁止または制限が制御される。

本開示によれば、旋回時に車輪がスリップした場合でもスリップからの脱出が容易で、かつセンサが故障しにくい作業機械およびその制御方法を実現することができる。

一実施形態におけるモータグレーダの構成を概略的に示す斜視図である。 一実施形態におけるモータグレーダの走行輪の駆動制御に関する構成を概略的に示す図である。 一実施形態におけるモータグレーダの制御部の機能を示す機能ブロック図である。 一実施形態におけるモータグレーダの走行の制御方法を示すフロー図である。 旋回半径を説明するための図である。 前輪の旋回半径の計算式を説明するための図である。

以下、本開示の実施形態に係る作業機械について、図に基づいて説明する。
なお明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。また図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。

＜モータグレーダの構成＞
まず、本開示の思想を適用可能な作業機械の一例であるモータグレーダの構成について説明する。

図１は、一実施形態におけるモータグレーダの構成を概略的に示す斜視図である。図１に示されるように、本実施形態のモータグレーダ１は、走行輪１１、１２と、車体フレーム２と、キャブ３と、作業機４とを主に有している。また、モータグレーダ１は、エンジン室６に配置されたエンジンなどの構成部品を備えている。作業機４は、たとえばブレード４２を含んでいる。モータグレーダ１は、ブレード４２で整地作業、掘削作業、除雪作業、材料混合などの作業を行なうことができる。

なお以下の図の説明において、モータグレーダ１が直進走行する方向を、モータグレーダ１の前後方向という。モータグレーダ１の前後方向において、作業機４に対して前輪１１が配置されている側を、前方向とする。モータグレーダ１の前後方向において、作業機４に対して後輪１２が配置されている側を、後方向とする。モータグレーダ１の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。モータグレーダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

走行輪１１、１２は、前輪１１と後輪１２とを含んでいる。前輪１１は、左右の片側において１輪ずつを有し、右前輪１１Ｒと、左前輪１１Ｌとを含んでいる。後輪１２は、左右の片側において２輪ずつを有し、２つの右輪１２Ｒと、２つの左輪１２Ｌ（図２）とを含んでいる。前輪１１および後輪１２の数および配置は、図１に示す例に限られるものではない。

車体フレーム２は、前後方向に延びている。車体フレーム２は、リアフレーム２１と、フロントフレーム２２とを含んでいる。

リアフレーム２１は、外装カバー２５と、エンジン室６に配置されたエンジンなどの構成部品とを支持している。外装カバー２５はエンジン室６を覆っている。リアフレーム２１には、上記のたとえば４つの後輪１２の各々が取り付けられている。４つの後輪１２の各々は、エンジンからの駆動力によって回転駆動可能である。

フロントフレーム２２は、リアフレーム２１の前方に取り付けられている。フロントフレーム２２は、リアフレーム２１に、回動可能に連結されている。フロントフレーム２２は、前後方向に延びている。フロントフレーム２２は、リアフレーム２１に連結されている基端部と、基端部と反対側の先端部とを有している。フロントフレーム２２の基端部は、鉛直なアーティキュレートピン２４（図２）により、リアフレーム２１の先端部と連結されている。フロントフレーム２２は、１本の梁で構成されている。

フロントフレーム２２とリアフレーム２１との間には、アーティキュレートシリンダ２３が取り付けられている。フロントフレーム２２は、アーティキュレートシリンダ２３の伸縮により、リアフレーム２１に対して回動（アーティキュレート）可能に設けられている。

フロントフレーム２２の先端部には、上記のたとえば２つの前輪１１が回転可能に取り付けられている。前輪１１は、ステアリングシリンダ７の伸縮によって、フロントフレーム２２に対して旋回可能に取り付けられている。モータグレーダ１は、ステアリングシリンダ７の伸縮によって、進行方向を変更することが可能である。

車体フレーム２の前端２Ｆには、カウンタウェイト２６が取り付けられている。カウンタウェイト２６は、フロントフレーム２２に取り付けられるアタッチメントの一種である。カウンタウェイト２６は、前輪１１に負荷される下向きの荷重を増加して、操舵を可能にするとともにブレード４２の押付荷重を増加するために、フロントフレーム２２に装着されている。

キャブ３はたとえばリアフレーム２１に載置されている。キャブ３の内部には、ハンドル、変速レバー、作業機４の操作レバー、ブレーキ、アクセルペダル、インチングペダルなどの操作部（図示せず）が設けられている。走行輪１１、１２と、車体フレーム２と、キャブ３とにより車両本体（機械本体）が構成されている。

作業機４は、たとえばドローバ４０と、旋回サークル４１と、ブレード４２とを主に有している。ドローバ４０は、フロントフレーム２２の下方に配置されている。ドローバ４０の前端部は、フロントフレーム２２の先端部に、玉軸部を用いて連結されている。ドローバ４０の前端部は、フロントフレーム２２の先端部に揺動可能に取付けられている。

ドローバ４０の後端部は、一対のリフトシリンダ４４、４５によってフロントフレーム２２（車両本体の一部）に支持されている。一対のリフトシリンダ４４、４５の伸縮によって、ドローバ４０の後端部がフロントフレーム２２に対して上下に昇降可能である。また、ドローバ４０は、一対のリフトシリンダ４４、４５の互いに異なる伸縮によって、前後方向に延びる軸を中心に揺動可能である。

旋回サークル４１は、フロントフレーム２２の下方に配置されている。旋回サークル４１は、ドローバ４０の下方に配置されている。旋回サークル４１は、ドローバ４０の後端部に旋回（回転）可能に取り付けられている。旋回サークル４１は、油圧モータ４９によって、ドローバ４０に対し、車両上方から見て時計方向と反時計方向との両方に、旋回駆動可能である。ブレード４２は、旋回サークル４１に配設されている。旋回サークル４１の旋回駆動によって、ブレード４２のブレード推進角が調整される。ブレード推進角とは、車両上方から見た視点におけるモータグレーダ１の前後方向に対するブレード４２の傾斜角度である。

ブレード４２は、前輪１１と後輪１２との間に配置されている。前輪１１は、ブレード４２よりも前方に配置されている。後輪１２は、ブレード４２よりも後方に配置されている。ブレード４２は、車体フレーム２の前端２Ｆと、車体フレーム２の後端２Ｒとの間に配置されている。ブレード４２は、旋回サークル４１に支持されている。ブレード４２は、旋回サークル４１を介して、ドローバ４０に支持されている。ブレード４２は、ドローバ４０を介して、フロントフレーム２２に支持されている。

一対のリフトシリンダ４４、４５はドローバ４０を車両本体に対してつり下げている（懸架している）。具体的には一対のリフトシリンダ４４、４５は、ドローバ４０を介して、フロントフレーム２２（車両本体の一部）の下方に位置するブレード４２を支持している。一対のリフトシリンダ４４、４５を伸縮させることにより、ドローバ４０およびブレード４２の高さを変更することができる。

以上のように、ブレード４２は、ドローバ４０と、旋回サークル４１とを介して、車両に対する上下の昇降と、前後方向に延びる軸を中心とする揺動とを行なうことが可能に構成されている。

＜モータグレーダの走行輪の駆動制御に関する構成＞
次に、上記モータグレーダ１の走行輪（後輪１２）の駆動制御に関する構成について図２を用いて説明する。

図２は、一実施形態におけるモータグレーダの走行輪の駆動制御に関する構成を概略的に示す図である。図２に示されるように、本実施形態のモータグレーダ１は、走行輪１１、１２と、エンジン３１と、変速機３２と、差動装置３３と、タンデム装置３４Ｒ、３４Ｌと、差動制御装置３５とを有している。

エンジン３１は、リアフレーム２１に支持されている。エンジン３１には、変速機３２を介在して差動装置３３が接続されている。差動装置３３には、差動制御装置３５を介在して右タンデム装置３４Ｒおよび左タンデム装置３４Ｌの各々が接続されている。

右タンデム装置３４Ｒには、後輪１２の一対の右輪１２Ｒが接続されている。左タンデム装置３４Ｌには、後輪１２の一対の左輪１２Ｌが接続されている。エンジン３１は、変速機３２、差動装置３３、差動制御装置３５およびタンデム装置３４Ｒ、３４Ｌを介して、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとを駆動する。

差動装置３３は、後輪１２の右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの差動を許容する機能を有する。差動装置３３は、ドライブピニオンギア３３ａと、ベベルギア３３ｂと、デフケース３３ｃと、ピニオンギア３３ｄと、サイドギア３３ｅＲ、３３ｅＬとを有している。

ドライブピニオンギア３３ａは、変速機３２から延びるシャフトに接続されており、このシャフトとともに回転する。ベベルギア３３ｂは、ドライブピニオンギア３３ａに噛み合っており、ドライブピニオンギア３３ａの回転にともなって回転する。デフケース３３ｃは、ベベルギア３３ｂに固定されており、ベベルギア３３ｂとともに回転する。

ピニオンギア３３ｄは、デフケース３３ｃに回転可能に支持されている。サイドギア３３ｅＲ、３３ｅＬの各々は、ピニオンギア３３ｄに噛み合っている。サイドギア３３ｅＲは、右輪１２Ｒに接続された駆動軸に接続されている。サイドギア３３ｅＬは、左輪１２Ｌに接続された駆動軸に接続されている。

ピニオンギア３３ｄがデフケース３３ｃに対して相対的に回転することなく動力をサイドギア３３ｅＲ、３３ｅＬの各々に伝達する場合、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとは差動せず、互いに同じ回転数で回転する。一方、ピニオンギア３３ｄがデフケース３３ｃに対して相対的に回転しながら動力をサイドギア３３ｅＲ、３３ｅＬの各々に伝達する場合、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとは差動し、互いに異なる回転数で回転する。このように差動装置３３は、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの差動を許容する機能を有する。

差動制御装置３５は、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの差動を禁止または制限する機能を有する。差動制御装置３５は、差動固定装置（デフロック）および差動制限装置（ＬＳＤ）のいずれであってもよい。差動制御装置３５が差動固定装置である場合、差動制御装置３５は右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの差動を禁止する機能を有する。また差動制御装置３５が差動制限装置である場合、差動制御装置３５は右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの差動を制限する機能を有する。

差動制御装置３５は、たとえばバルブ３５ａと、クラッチ３５ｂとを有している。バルブ３５ａは、制御部５０からの電気的な制御信号（ＥＰＣ（Electric Pressure Control）電流）に基づいてパイロット油の流れを制御する。クラッチ３５ｂは、バルブ３５ａに制御されたパイロット油の油量（圧力）により駆動制御される。このクラッチ３５ｂの動作により右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの差動が禁止または制限される。

クラッチ３５ｂの動作により右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの差動が禁止される場合、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの双方に駆動力が与えられて、右輪１２Ｒの回転数と左輪１２Ｌの回転数とは同じとなる。またクラッチ３５ｂの動作により右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの差動が制限される場合、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの双方に駆動力が与えられて、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの回転数の差は、制限前の回転数の差よりも小さくなる。

本実施形態のモータグレーダ１は、センサ部材３０と、差動制御モードセレクタ６２と、制御部５０とをさらに有している。センサ部材３０は、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）３０ａと、車速センサ３０ｂとを含んでいる。

ＩＭＵ３０ａは、モータグレーダ１の移動時（走行時）にモータグレーダ１に作用する旋回角速度（車体上下軸周りの回転（ヨー）角速度）を検出し、その旋回角速度の信号を発生する。ＩＭＵ３０ａで発生した旋回角速度の信号は制御部５０へ出力される。

作業機４、タンデム装置３４Ｒ、３４Ｌなどの車体フレーム２に対して相対的に作動する部分にＩＭＵ３０ａが取り付けられた場合、ＩＭＵ３０ａによりモータグレーダ１の旋回角速度の測定を行うことは不可能である。このためＩＭＵ３０ａは、モータグレーダ１の車体フレーム２、または車体フレーム２に対して相対的に作動しない部分に取り付けられている。

ＩＭＵ３０ａが土砂などの影響を受けにくくするためには、ＩＭＵ３０ａを走行輪１１、１２および作業機４から離れた位置に配置することが好ましい。ＩＭＵ３０ａが土砂などの影響を受けにくいという観点からは、ＩＭＵ３０ａは、たとえば図１に示されるようにキャブ３の内部に取り付けられることが好ましい。ＩＭＵ３０ａはフロントフレーム２２側ではなく、リアフレーム２１側に取り付けられることが好ましい。

車速センサ３０ｂは、モータグレーダ１の移動時（走行時）の移動速度（走行速度）を検出し、その移動速度の信号を発生する。車速センサ３０ｂで発生した移動速度の信号は制御部５０へ出力される。

車速センサ３０ｂは、たとえば変速機３２の出力軸の回転速度を測定する。また車速センサ３０ｂは、たとえばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用してモータグレーダ１の移動速度を検出してもよい。

差動制御モードセレクタ６２は、図１に示すキャブ３の内部に配置されている。差動制御モードセレクタ６２は、スイッチ操作部材６２ａと、スイッチ操作検出部６２ｂとを有している。スイッチ操作部材６２ａは、作動モードと、解除モードと、自動差動制御モードとのいずれか１つのモードを設定するためにオペレータによって操作される。スイッチ操作検出部６２ｂは、スイッチ操作部材６２ａにおいて設定されたモードが作動モード、解除モードおよび自動差動制御モードのいずれのモードであるかを検知する。スイッチ操作検出部６２ｂは、上記いずれかのモードを示す検知信号を制御部５０に出力する。

上記作動モードにおいては、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させた作動状態が維持される。このため作動モードにおいては、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの回転数の差は同じとなるか、または差動制限前の回転数の差よりも小さくなる。

また上記解除モードにおいては、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除させた解除状態が維持される。このため解除モードにおいては、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとは差動し、右輪１２Ｒの回転数と左輪１２Ｌの回転数とは、右輪１２Ｒおよび左輪１２Ｌの各々にかかる抵抗に応じて変化する。

上記自動差動制御モードにおいては、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能が自動的に制御される。自動差動制御モードにおける、上記差動の禁止または制限機能の制御の仕方に関しては後述する。

＜制御部５０の構成＞
次に、一実施形態における制御部５０の構成について図３を用いて説明する。

図３は、一実施形態におけるモータグレーダ１の制御部５０の機能を示す機能ブロック図である。図３に示される制御部５０は、センサ部材３０により検知された旋回角速度に基づいてモータグレーダ１の旋回を判定し、旋回時に差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を制御する。

また制御部５０は、センサ部材３０により検知されたモータグレーダ１の旋回角速度と移動速度とに基づいてモータグレーダ１の旋回半径を算出し、算出された旋回半径に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を制御する。

また制御部５０は、算出された旋回半径と記憶部５２に記憶された閾値との比較により旋回を判定し、その比較に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を制御する。

制御部５０は、算出された旋回半径が第１の閾値以下であるとの判定に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除する。第１の閾値は、たとえばモータグレーダ１におけるステアリング角βがステアリング角の最大値の１／２であるときの旋回半径である。

制御部５０は、算出された旋回半径が第２の閾値以下であるとの判定に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除する。第２の閾値は、たとえばモータグレーダ１におけるアーティキュレート角αがアーティキュレート角の最大値の１／２であるときの旋回半径である。

制御部５０は、算出された旋回半径が第３の閾値未満であるとの判定に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させる。第３の閾値は、たとえばモータグレーダ１の最小旋回半径である。

制御部５０は、差動制御モードセレクタ６２が作動モード、解除モードおよび自動差動制御モードのいずれの状態にある場合においてもモータグレーダ１の旋回半径を算出する。

上記制御部５０の具体的な構成は以下のとおりである。
図３に示されるように、制御部５０は、旋回半径算出部５１と、記憶部５２と、差動制御モード識別部５３と、差動制御装置の作動・解除判定部５４と、差動制御装置指令部５５とを有している。

旋回半径算出部５１は、ＩＭＵ３０ａで測定した旋回角速度ωと車速センサ３０ｂで測定したモータグレーダ１の移動速度ｖとに基づいて後輪１２の中心の旋回半径Ｒ（＝ｖ／ω）を算出する。旋回半径算出部５１は、算出した旋回半径Ｒを作動・解除判定部５４または記憶部５２へ出力する。

ここで後輪１２の中心の旋回半径とは、図５に示されるように、後輪１２の右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとの中心（後輪中心）Ｃ１の旋回半径を意味する。

図３に示されるように、記憶部５２は、旋回半径算出部５１から記憶部５２へ旋回半径Ｒが出力された場合には、その旋回半径Ｒを記憶する。また記憶部５２は、後述する差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させるか解除させるかを判定するための閾値を記憶している。その閾値として、記憶部５２は、たとえばモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径と、最小旋回半径（第３の閾値）とを記憶している。

モータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径として、たとえばステアリング角β（図６）がその最大値の１／２であるときの旋回半径（第１の閾値）、またはアーティキュレート角α（図６）がその最大値の１／２であるときの旋回半径（第２の閾値）が記憶部５２に記憶されている。またモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径として、たとえばステアリング角βがその最大値の１／２であって、かつアーティキュレート角αがその最大値の１／２であるときの旋回半径が記憶部５２に記憶されていてもよい。またモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径として、たとえば１５ｍの旋回半径が記憶部５２に記憶されていてもよい。

またモータグレーダ１の最小旋回半径として、たとえばステアリング角βが最大値であり、かつアーティキュレート角αが最大値であるときの旋回半径が記憶部５２に記憶されている。またモータグレーダ１の最小旋回半径として、たとえば４．５ｍの旋回半径が記憶部５２に記憶されていてもよい。

上記におけるステアリング角βの最大値とは、図６に示されるように前輪１１を直進状態から最大限回転させた時の最大ステアリング角を意味する。また上記におけるアーティキュレート角αの最大値とは、図６に示されるようにフロントフレーム２２を直進状態からリアフレーム２１に対して最大限回転させた時の最大アーティキュレート角を意味する。

上記におけるモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径と最小旋回半径との各々は以下の式に基づいて算出される。

図６に示されるように、上式におけるＲは旋回半径（単位ｍ）であり、Ａはアーティキュレートピン２４と後輪１２の駆動軸中心との距離（単位ｍ）であり、Ｌはホイールベース（単位ｍ）である。αはアーティキュレート角度（単位ｒａｄ）であり、βはステアリング切り角度（単位ｒａｄ）であり、Ｔ_Fは前輪１１のトレッド（単位ｍ）である。上記Ａ、ＬおよびＴ_Fの各々は、記憶部５２に記憶されている。

上式からモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径を算出する場合には、βにステアリング角の最大値の１／２の値が代入され、かつαに０が代入される。また上式からモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径を算出する場合には、αにアーティキュレート角の最大値の１／２の値が代入され、かつβに０が代入されてもよい。

また上式からモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径を算出する場合には、βにステアリング角の最大値の１／２の値が代入され、かつαにアーティキュレート角の最大値の１／２の値が代入されてもよい。

上式からモータグレーダ１の最小旋回半径を算出する場合には、βにステアリング角の最大値が代入され、かつαにアーティキュレート角の最大値が代入される。

上記閾値などは、モータグレーダ１の出荷時に記憶部５２に予め記憶されていてもよく、また出荷後に記憶部５２に外部から記憶されてもよい。また上記閾値は、外部との無線通信および有線通信のいずれかの通信手段により記憶部５２に記憶されてもよい。また上記閾値は、他の記憶媒体を記憶部５２に直接接続することにより記憶部５２に記憶されてもよい。

差動制御モード識別部５３は、差動制御モードセレクタ６２のスイッチ操作検出部６２ｂから出力された検知信号を受けて、差動制御モードセレクタ６２で設定されたモードを識別する。具体的には差動制御モード識別部５３は、差動制御モードセレクタ６２において作動モード、解除モードおよび自動差動制御モードのいずれが設定されたのかを識別する。

差動制御モード識別部５３は、差動制御モードセレクタ６２において設定されたモード（作動モード、解除モード、自動差動制御モード）を識別した後、その識別したモードの信号を差動制御装置指令部５５および作動・解除判定部５４へ出力する。

差動制御モード識別部５３が作動モードを識別した場合、その識別した信号を差動制御装置指令部５５へ出力する。差動制御装置指令部５５は、作動モードの識別信号を受けると、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させる制御信号を差動制御装置３５へ出力する。

また差動制御モード識別部５３が解除モードを識別した場合、その識別した信号を差動制御装置指令部５５へ出力する。差動制御装置指令部５５は、解除モードの識別信号を受けると、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除させる制御信号を差動制御装置３５へ出力する。

また差動制御モード識別部５３が自動差動制御モードを識別した場合、その識別した信号を作動・解除判定部５４へ出力する。作動・解除判定部５４は、自動差動制御モードの識別信号を受けると、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させるか解除するかを判定し、その判定結果を示す信号を差動制御装置指令部５５へ出力する。

作動・解除判定部５４は、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させるか解除させるかを判定する際に、モータグレーダ１が旋回しているか否かを判定する。このため作動・解除判定部５４は、旋回判定部５４ａを有している。

旋回判定部５４ａは、差動制御モード識別部５３から自動差動制御モードの識別信号を受けて、モータグレーダ１が旋回状態か否かを判定する。なお旋回判定部５４ａは、差動制御モードセレクタ６２において設定されたモードが作動モード、解除モード、自動差動制御モードのいずれのモードであっても、旋回半径を算出する。

旋回判定部５４ａは、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、たとえばモータグレーダ１の最小旋回半径以上であってハーフステアリングでの旋回半径以下であるか否かに基づいて旋回状態か否かの判定を行う。

本開示において、旋回半径がたとえばモータグレーダ１の最小旋回半径以上であってハーフステアリングでの旋回半径以下である場合には、その状態は定常旋回状態である。また旋回半径がモータグレーダ１の最小旋回半径未満である場合には、その状態はスピンまたはオーバーステアリングの状態である。

旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下であるか否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、たとえばステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径以下か否かに基づいて行われる。この場合、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径がステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径以下であるときには、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下であると判定される。

また旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、たとえばアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径以下か否かに基づいて行われてもよい。この場合、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径がアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径以下であるときには、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下であると判定される。

また旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、たとえばステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径以下であって、かつアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径以下か否かに基づいて行われてもよい。この場合、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径がステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径以下であって、かつアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径以下であるときには、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下であると判定される。

また旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径がたとえば１５ｍ以下であるか否かに基づいて行われてもよい。この場合、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が１５ｍ以下であるときには、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下であると判定される。

なお旋回判定部５４ａは、上記判定を行う際には、記憶部５２に記憶されたハーフステアリングでの旋回半径を参照する。また旋回判定部５４ａは、上記判定を行う際には、記憶部５２に記憶されたステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径およびアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径の少なくとも一方の旋回半径を参照する。また旋回判定部５４ａは、上記判定を行う際には、記憶部５２に記憶されたたとえば１５ｍの旋回半径を参照する。

旋回判定部５４ａは、上記において旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下である状態が所定時間（たとえば０．５秒）継続されていないと判定したときには、その判定信号を差動制御装置指令部５５へ出力する。

差動制御装置指令部５５は、上記判定信号を受けたときには、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させる制御信号を差動制御装置３５へ出力する。

旋回判定部５４ａは、上記において旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下である状態が所定時間（たとえば０．５秒）継続されたと判定したときには、次にその旋回半径がモータグレーダ１の最小旋回半径未満か否かの判定を行う。

旋回半径がモータグレーダ１の最小旋回半径未満か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、たとえばステアリング角βとアーティキュレート角αとの双方が最大値となったときの旋回半径未満であるか否かに基づいて行われる。

この場合、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径がステアリング角βとアーティキュレート角αとの双方が最大値となったときの旋回半径未満であるときには、その旋回半径はモータグレーダ１の最小旋回半径未満であると判定される。

また旋回半径がモータグレーダ１の最小旋回半径未満か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径がたとえば４．５ｍ未満であるか否かに基づいて行われてもよい。

この場合、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が４．５ｍ未満であるときには、その旋回半径はモータグレーダ１の最小旋回半径未満であると判定される。

なお旋回判定部５４ａは、上記判定を行う際には、記憶部５２に記憶されたモータグレーダ１の最小旋回半径を参照する。また旋回判定部５４ａは、上記判定を行う際には、記憶部５２に記憶されたたとえば４．５ｍの旋回半径を参照する。

旋回判定部５４ａは、上記において旋回半径がモータグレーダ１の最小旋回半径未満である状態が所定時間（たとえば０．５秒）継続されたと判定したときには、その判定信号を差動制御装置指令部５５へ出力する。

差動制御装置指令部５５は、上記判定信号を受けたときには、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させる制御信号を差動制御装置３５へ出力する。

旋回判定部５４ａは、上記において旋回半径がモータグレーダ１の最小旋回半径未満である状態が所定時間（たとえば０．５秒）継続されていないと判定したときには、その判定信号を差動制御装置指令部５５へ出力する。

差動制御装置指令部５５は、上記判定信号を受けたときには、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除する制御信号（解除信号）を差動制御装置３５へ出力する。

差動制御装置３５は、上記作動信号を差動制御装置指令部５５から受け取ると、バルブ３５ａがクラッチ３５ｂの動作を制御することにより、差動制御ＯＮの状態となる。差動制御ＯＮの状態とは、差動制御装置３５による差動の制限または禁止の機能が作動している状態をいう。この状態においては、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとにおける差動は、差動制御装置３５により制限または禁止されている。

また差動制御装置３５は、上記解除信号を差動制御装置指令部５５から受け取ると、バルブ３５ａがクラッチ３５ｂの動作を制御することにより、差動制御ＯＦＦの状態となる。差動制御ＯＦＦの状態とは、差動制御装置３５による差動の制限または禁止の機能が解除されている状態をいう。この状態においては、右輪１２Ｒと左輪１２Ｌとにおける差動は、差動制御装置３５により制限または禁止されていない。

以上のように制御部５０は、センサ部材３０により検知された旋回角速度に基づいてモータグレーダ１の旋回を判定し、旋回時に差動制御装置３５による差動の禁止または制限を制御する。

＜走行の制御方法＞
次に、一実施形態における走行の制御方法について図３および図４を用いて説明する。

図４は、一実施形態におけるモータグレーダの走行輪の制御方法を示すフロー図である。図３および図４に示されるように、モータグレーダ１の旋回角速度ωがセンサ部材３０（ＩＭＵ３０ａ）によって検知される（ステップＳ１ａ：図４）。モータグレーダ１の移動速度ｖがセンサ部材３０（車速センサ３０ｂ）により検知される（ステップＳ１ｂ：図４）。モータグレーダ１の移動速度ｖは、ＩＭＵ３０ａにより検知されてもよい。

制御部５０の旋回半径算出部５１により、検知された旋回角速度ωおよび移動速度ｖから旋回半径Ｒが算出される（ステップＳ２：図４）。旋回半径Ｒは、移動速度ｖを旋回角速度ωで除することにより算出される。

差動制御モードセレクタ６２により設定されたモードがいずれのモードかが差動制御モード識別部５３により識別される（ステップＳ３：図４）。差動制御モード識別部５３により、作動モード、解除モードおよび自動差動制御モードのいずれかのモードが識別される。

差動制御モード識別部５３が作動モードを識別した場合、差動制御装置３５は上記の差動制御ＯＮの状態とされる。また差動制御モード識別部５３が解除モードを識別した場合、差動制御装置３５は上記の差動制御ＯＦＦの状態とされる。

また差動制御モード識別部５３が自動差動制御モードを識別した場合、その自動差動制御モードの識別信号を受けた作動・解除判定部５４は、上記にて検知された旋回角速度に基づいてモータグレーダ１の旋回を判定し、旋回時に右輪１２Ｒおよび左輪１２Ｌの差動の禁止または制限を制御する（ステップＳ４：図４）。

作動・解除判定部５４は、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させるか解除させるかを判定する際に、モータグレーダ１が旋回しているか否かを判定する（ステップＳ４：図４）。

上記旋回状態の判定においては、まずハーフステアリングでの旋回半径以下の旋回半径が所定時間（たとえば０．５秒）継続したか否かの判定が作動・解除判定部５４により行われる（ステップＳ４ａ：図４）。

旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、たとえばステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径以下か否かに基づいて行われる。この判定において、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径Ｒがステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径以下である場合、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下と判定される。また上記判定において、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径Ｒがステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径より大きい場合、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下ではないと判定される。

また旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、たとえばアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径以下か否かに基づいて行われてもよい。この判定において、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径Ｒがアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径以下である場合、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下と判定される。また上記判定において、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径Ｒがアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径より大きい場合、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下ではないと判定される。

また旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、たとえばステアリング角βの最大値の１／２のときの旋回半径以下であって、かつアーティキュレート角αの最大値の１／２のときの旋回半径以下か否かに基づいて行われてもよい。

また旋回半径がモータグレーダ１のハーフステアリングでの旋回半径以下か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径がたとえば１５ｍ以下であるか否かに基づいて行われてもよい。この判定において、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が１５ｍ以下である場合、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下と判定される。また上記判定において、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が１５ｍより大きい場合、その旋回半径はハーフステアリングでの旋回半径以下ではないと判定される。

上記においてハーフステアリングでの旋回半径以下の旋回半径が所定時間（たとえば０．５秒）継続していないと判定された場合、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能はＯＮ状態（差動制御ＯＮ状態）とされる。

また上記においてハーフステアリングでの旋回半径以下の旋回半径が所定時間継続したと判定された場合、次に、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が最小旋回半径未満の状態で所定時間（たとえば０．５秒）継続したか否かの判定が行われる（ステップＳ４ｂ：図４）。

旋回半径がモータグレーダ１の最小旋回半径未満か否かの判定は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が、ステアリング角βとアーティキュレート角αとの双方が最大値となったときの旋回半径未満であるか否かに基づいて行われる。この判定において、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径がステアリング角βとアーティキュレート角αとの双方が最大値となったときの旋回半径未満である場合、その旋回半径は最小旋回半径未満と判定される。また上記判定において、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径Ｒがステアリング角βとアーティキュレート角αとの双方が最大値となったときの旋回半径以上である場合、その旋回半径は最小旋回半径未満ではないと判定される。

上記において最小旋回半径未満の旋回半径が所定時間（たとえば０．５秒）継続していると判定された場合、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能はＯＮ状態（差動制御ＯＮ状態）とされる。

また上記において最小旋回半径未満の旋回半径が所定時間継続していないと判定された場合、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能はＯＦＦ状態（差動制御ＯＦＦ状態）とされる。これにより旋回時のスリップ状態から容易に抜け出すことが可能となる。

＜本実施形態における効果＞
本実施形態においては、図３に示されるように、制御部５０は、センサ部材３０により検知された旋回角速度に基づいてモータグレーダ１の旋回を判定し、旋回時に差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を制御する。このため旋回時にたとえば後輪１２の右輪１２Ｒおよび左輪１２Ｌのいずれかがスリップしたと制御部５０が判定した場合、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を作動させることができる。よって右輪１２Ｒおよび左輪１２Ｌのいずれか一方の車輪がスリップにより空転しても、接地している他方の車輪に駆動力を伝えることが可能となり、スリップからの脱出が容易となる。

また旋回時において後輪１２がスリップしない定常旋回状態の場合には、制御部５０は、差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除する（作動させない）ことができる。これにより通常の旋回時には、差動装置３３により、旋回における外側の車輪の回転数を内側の車輪の回転数よりも大きくすることができる。このため車輪のすり減り、ドライブシャフトへの負担などを軽減することができる。

モータグレーダ１の旋回角速度は、センサ部材３０のたとえばＩＭＵ３０ａにより測定される。ＩＭＵ３０ａは、基本的にはモータグレーダ１の如何なる部分に取り付けられた場合でもモータグレーダ１の旋回角速度を測定可能である。このためＩＭＵ３０ａを土砂などの影響を受けにくい、たとえば走行輪１１、１２および作業機４から離れた位置（たとえばキャブ３の内部）に配置することが可能となる。これによりＩＭＵ３０ａが故障しにくくなる。

上記の実施の形態においては、図３に示されるように、制御部５０は、センサ部材３０により検知された旋回角速度と移動速度とに基づいて旋回半径を算出し、算出された旋回半径に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を制御する。このように旋回角速度に基づいて旋回半径を算出することができる。

上記の実施の形態においては、図３に示されるように、制御部５０は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径と記憶部５２に記憶された閾値との比較により旋回を判定し、その比較に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を制御する。これにより旋回の判定が可能となる。

上記の実施の形態においては、図３に示されるように、記憶部５２に記憶された上記閾値は第１の閾値を含む。第１の閾値は、モータグレーダ１におけるステアリング角βがステアリング角の最大値の１／２であるときのモータグレーダ１の旋回半径である。制御部５０は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が上記第１の閾値以下であるとの判定に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除する。これにより旋回と判定された場合に差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除でき、旋回における外側の車輪の回転数を内側の車輪の回転数よりも大きくすることができる。このため車輪のすり減り、ドライブシャフトへの負担などを軽減することができる。

上記の実施の形態においては、図３に示されるように、記憶部５２に記憶された上記閾値は第２の閾値を含む。第２の閾値は、モータグレーダ１におけるアーティキュレート角αがアーティキュレート角の最大値の１／２であるときのモータグレーダ１の旋回半径である。制御部５０は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が上記第２の閾値以下であるとの判定に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除する。これにより旋回と判定された場合に差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除でき、旋回における外側の車輪の回転数を内側の車輪の回転数よりも大きくすることができる。このため車輪のすり減り、ドライブシャフトへの負担などを軽減することができる。

上記の実施の形態においては、図３に示されるように、記憶部５２に記憶された閾値は第３の閾値を含む。第３の閾値は、モータグレーダ１の最小旋回半径である。制御部５０は、旋回半径算出部５１により算出された旋回半径が上記第３の閾値以上であるとの判定に基づいて差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除する。これにより旋回と判定された場合に差動制御装置３５による差動の禁止または制限の機能を解除でき、旋回における外側の車輪の回転数を内側の車輪の回転数よりも大きくすることができる。このため車輪のすり減り、ドライブシャフトへの負担などを軽減することができる。

上記の実施の形態においては、図３に示されるように、差動制御モードセレクタ６２が作動モード、解除モードおよび自動差動制御モードのいずれの状態にある場合においても、制御部５０は旋回半径を算出する。これによりいずれの状態においても旋回半径を知ることができる。

上記実施の形態においては、後輪１２の右輪１２Ｒおよび左輪１２Ｌの制御について説明したが、本開示は駆動輪であれば、右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌに適用されてもよい。

上記実施の形態においては、作業機械としてモータグレーダ１について説明したが、本開示はアーティキュレートダンプ、リジッドダンプ、ホイールローダにも適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータグレーダ、２ 車体フレーム、２Ｆ 前端、２Ｒ 後端、３ キャブ、４ 作業機、６ エンジン室、７ ステアリングシリンダ、１１ 前輪、１１Ｌ 左前輪、１１Ｒ 右前輪、１２ 後輪、１２Ｌ 左輪、１２Ｒ 右輪、２１ リアフレーム、２２ フロントフレーム、２３ アーティキュレートシリンダ、２４ センタピン、２５ 外装カバー、２６ カウンタウェイト、３０ センサ部材、３０ｂ 車速センサ、３１ エンジン、３２ 変速機、３３ 差動装置、３３ａ ドライブピニオンギア、３３ｂ ベベルギア、３３ｃ デフケース、３３ｄ ピニオンギア、３３ｅＬ，３３ｅＲ サイドギア、３４Ｌ 左タンデム装置、３４Ｒ 右タンデム装置、３５ 差動制御装置、３５ａ バルブ、３５ｂ クラッチ、４０ ドローバ、４１ 旋回サークル、４２ ブレード、４４ リフトシリンダ、４９ 油圧モータ、５０ 制御部、５１ 旋回半径算出部、５２ 記憶部、５３ 差動制御モード識別部、５４ 作動・解除判定部、５４ａ 旋回判定部、５４ｂ スリップ判定部、５５ 差動制御装置指令部、６２ 差動制御モードセレクタ、６２ａ スイッチ操作部材、６２ｂ スイッチ操作検出部。

Claims (7)

1. 作業機械であって、
   差動装置と、
   前記差動装置による差動を禁止または制限する差動制御装置と、
   前記作業機械の旋回角速度を検知するセンサ部材と、
   前記センサ部材により検知された旋回角速度に基づいて前記作業機械の旋回半径を算出し、算出された旋回半径と閾値との比較により旋回を判定し、前記差動制御装置による差動の禁止または制限を制御する制御部とを備え、
   前記閾値は第３の閾値を含み、
   前記第３の閾値は、前記作業機械の最小旋回半径であり、
   前記制御部は、算出された旋回半径が前記最小旋回半径未満で所定時間継続したとの判定に基づいて前記差動制御装置による差動を禁止または制限する、作業機械。
2. 前記センサ部材は、前記作業機械の移動速度を検知し、
   前記制御部は、前記センサ部材により検知された旋回角速度と移動速度とに基づいて旋回半径を算出し、算出された旋回半径に基づいて前記差動制御装置による差動の禁止または制限を制御する、請求項１に記載の作業機械。
3. 前記閾値は第１の閾値を含み、
   前記第１の閾値は、前記作業機械におけるステアリング角がステアリング角の最大値の１／２であるときの前記作業機械の旋回半径であり、
   前記制御部は、算出された旋回半径が前記第１の閾値以下であるとの判定に基づいて前記差動制御装置による差動の禁止または制限を解除する、請求項１に記載の作業機械。
4. 前記閾値は第２の閾値を含み、
   前記第２の閾値は、前記作業機械におけるアーティキュレート角がアーティキュレート角の最大値の１／２であるときの前記作業機械の旋回半径であり、
   前記制御部は、算出された旋回半径が前記第２の閾値以下であるとの判定に基づいて前記差動制御装置による差動の禁止または制限を解除する、請求項１または請求項３に記載の作業機械。
5. 前記差動制御装置による差動の禁止または制限の機能を作動させた作動状態を維持する作動モードと、前記差動制御装置による差動の禁止または制限の機能を解除させた解除状態を維持する解除モードと、前記差動制御装置による差動の禁止または制限の機能を自動的に制御する自動差動制御モードとを切り換え可能なセレクタをさらに備え、
   前記制御部は、前記セレクタが前記作動モード、前記解除モードおよび前記自動差動制御モードのいずれの状態にある場合においても前記旋回半径を算出する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械。
6. 右輪および左輪を有する作業機械の制御方法であって、
   前記作業機械の旋回角速度を検知する工程と、
   検知された前記作業機械の旋回角速度に基づいて前記作業機械の旋回半径を算出する工程と、
   算出された旋回半径が最小旋回半径未満で所定時間継続したか否かの判定結果に基づいて前記右輪および前記左輪の差動を禁止または制限する工程とを備えた、作業機械の制御方法。
7. 前記作業機械の移動速度を検知する工程をさらに備え、
   前記旋回半径は、検知された旋回角速度と移動速度とに基づいて算出される、請求項６に記載の作業機械の制御方法。

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