JP7609727B2 - 作業機械、及び、作業機械を制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械、及び、作業機械を制御するための方法に関する。

作業機械は、走行輪を左右に操舵するためのステアリングホイール、或いはステアリングレバーなどのステアリング部材を備えている。ステアリング部材は、中立位置から左右に操作可能である。作業機械のオペレータが、ステアリング部材を操作することで、作業機械は、走行輪の操舵角を中立角から左右に変更する。それにより、作業機械が左右に旋回する。

作業機械は、走行中に土砂による負荷、或いは路面の不均一により、目標とする進路から逸れやすい。そのため、オペレータは、ブレードなどの作業機を操作しながら、進路を維持するためにステアリング部材の操作を同時に行う必要がある。このような操作は、難易度が高く、オペレータへの操作負担が大きい。

そこで、特許文献１では、作業機械が進行方向を維持するように、操舵角を自動的に制御するステアリング自動制御が開示されている。このステアリング自動制御では、ステアリング操作部材の操作が停止されたときの作業機械の向きが、目標方向として決定される。そして、作業機械が目標方向に向かって直進するように、操舵角が自動的に制御される。

特開２０２１－０５４２６９号公報

しかし、特許文献１のように、ステアリング操作部材の操作が停止されたときの作業機械の向きに向かって、作業機械が直進したときには、オペレータが作業機械の挙動に違和感を覚える場合がある。本発明の目的は、操舵角の自動制御によってオペレータの操作負担を軽減すると共に、オペレータへの違和感を低減することにある。

本発明の第１の態様に係る作業機械は、車体と、走行輪と、ステアリング部材と、アクチュエータと、操作センサと、操舵角センサと、方向センサと、コントローラとを備える。走行輪は、車体に支持される。ステアリング部材は、左操舵範囲と、右操舵範囲と、中立範囲とに操作可能である。中立範囲は、左操舵範囲と右操舵範囲との間に位置する。アクチュエータは、ステアリング部材が中立範囲に位置する場合に、走行輪の操舵角を所定の中立角とする。アクチュエータは、ステアリング部材の操作に応じて、操舵角を中立角から左右に変化させる。操作センサは、ステアリング部材の操作を示す操作信号を出力する。操舵角センサは、操舵角を示す角度信号を出力する。方向センサは、車体の進行方向を検出する方向信号を出力する。

コントローラは、操作信号と角度信号と方向信号とを取得する。コントローラは、ステアリング部材が、左操舵範囲又は右操舵範囲から中立範囲に操作されたときに、操舵角が中立角に戻ったかを判定する。コントローラは、操舵角が中立角に戻ったと判定したときの進行方向を、目標方向として決定する。コントローラは、進行方向を目標方向に保持するように、アクチュエータを制御する。

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、アクチュエータとを含む。走行輪は、車体に支持される。アクチュエータは、走行輪の操舵角を所定の中立角から左右に変化させる。本態様に係る方法は、左操舵範囲と、右操舵範囲と、左操舵範囲と右操舵範囲との間の中立範囲とに操作可能なステアリング部材の操作を示す操作信号を取得することと、ステアリング部材が中立範囲に位置する場合に、操舵角を所定の中立角とするようにアクチュエータを制御することと、ステアリング部材の操作に応じて、操舵角を中立角から左右に変化させるようにアクチュエータを制御することと、操舵角を示す角度信号を取得することと、車体の進行方向を検出する方向信号を取得することと、ステアリング部材が左操舵範囲又は右操舵範囲から中立範囲に操作されたときに、操舵角が中立角に戻ったかを判定することと、操舵角が中立角に戻ったと判定したときの進行方向を、目標方向として決定することと、進行方向を目標方向に保持するように、アクチュエータを制御すること、を備える。

本発明では、車体の進行方向を目標方向に保持するように、アクチュエータが制御される。また、ステアリング部材が中立範囲に操作されたときではなく、操舵角が中立角に戻ったときの車体の進行方向が、目標方向として決定される。そのため、作業機械は、操舵角が実際に中立角に戻ったときの進行方向に向かって直進するように制御される。それにより、オペレータの操作負担が軽減されると共に、オペレータへの違和感が低減される。

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。 作業機械の構成を示す模式図である。 作業機械の前部を示す上面図である。 操舵速度データの一例を示す図である。 第１ステアリング部材の操作による作業機械の走行の一例を示す図である。 自動制御の開始を判定するための処理を示すフローチャートである。

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、前輪３Ａ，３Ｂと、後輪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、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、アーティキュレート角が０、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の車体２の前後左右の各方向を意味するものとする。

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。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。

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。複数のアクチュエータ２２－２６は、複数の油圧シリンダ２２－２５を含む。複数の油圧シリンダ２２－２５は、作業機５に接続されている。複数の油圧シリンダ２２－２５は、油圧によって伸縮する。複数の油圧シリンダ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。以下の説明では、油圧シリンダの伸縮を「ストローク動作」と呼ぶ。

詳細には、複数の油圧シリンダ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。

複数のアクチュエータ２２－２６は、回転アクチュエータ２６を含む。回転アクチュエータ２６は、ドローバ１７とサークル１８とに接続されている。回転アクチュエータ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３は、作業機械１の構成を示す模式図である。図３に示すように、作業機械１は、駆動源３１と、第１油圧ポンプ３２と、動力伝達装置３３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。第１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。

作業機バルブ３４は、油圧回路を介して、第１油圧ポンプ３２と複数の油圧シリンダ２２－２５とに接続されている。作業機バルブ３４は、複数の油圧シリンダ２２－２５にそれぞれ接続される複数の弁を含む。作業機バルブ３４は、第１油圧ポンプ３２から複数の油圧シリンダ２２－２５に供給される作動油の流量を制御する。作業機バルブ３４は、例えば電磁比例制御弁である。或いは、作業機バルブ３４は、油圧パイロット式の比例制御弁であってもよい。

本実施形態では、回転アクチュエータ２６は、油圧モータである。作業機バルブ３４は、油圧回路を介して第１油圧ポンプ３２と回転アクチュエータ２６とに接続されている。作業機バルブ３４は、第１油圧ポンプ３２から回転アクチュエータ２６に供給される作動油の流量を制御する。なお、回転アクチュエータ２６は、電動モータであってもよい。

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。

作業機械１は、作業機操作部材３５と、シフト部材５３と、アクセル操作部材３６と、コントローラ３７とを含む。作業機操作部材３５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３５は、例えば複数の操作レバーを含む。或いは、作業機操作部材３５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３５は、オペレータによる作業機操作部材３５への操作を示す信号を出力する。

シフト部材５３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。シフト部材５３は、例えばシフトレバーを含む。或いは、シフト部材５３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。シフト部材５３は、オペレータによるシフト部材５３への操作を示す信号を出力する。アクセル操作部材３６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３６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３６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３６は、オペレータによるアクセル操作部材３６への操作を示す信号を出力する。

コントローラ３７は、シフト部材５３の操作に応じて、動力伝達装置３３を制御することで、作業機械１の前進と後進とを切り換える。或いは、シフト部材５３は、機械的に動力伝達装置３３に接続されてもよい。シフト部材５３の動作が機械的に動力伝達装置３３に伝達されることで、動力伝達装置３３の前進と後進の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３６の操作に応じて、駆動源３１及び動力伝達装置３３を制御することで、作業機械１を走行させる。また、コントローラ３７は、作業機操作部材３５の操作に応じて、第１油圧ポンプ３２と作業機バルブ３４とを制御することで、作業機５を動作させる。

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。

作業機械１は、方向センサ５２を備えている。方向センサ５２は、車体２の進行方向を検出する。方向センサ５２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５２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５２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５２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）などのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）レシーバであってもよい。コントローラ３７は、方向センサ５２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。

図３に示すように、作業機械１は、操舵角センサ４０と、ステアリングアクチュエータ４１と、ステアリングバルブ４２とを備えている。ステアリングアクチュエータ４１は、油圧シリンダである。ステアリングアクチュエータ４１は、第１油圧ポンプ３２からの作動油によって伸縮する。ステアリングアクチュエータ４１は、伸縮することで、前輪３Ａ，３Ｂを操舵する。

図４は、作業機械１の前部を示す上面図である。図４に示すように、前輪３Ａ，３Ｂは、第１前輪３Ａと第２前輪３Ｂとを含む。第１前輪３Ａと第２前輪３Ｂとは、左右方向に離れて配置されている。第１前輪３Ａは、第１ステアリング軸４３回りに回動可能にフロントフレーム１１に支持されている。第２前輪３Ｂは、第２ステアリング軸４４回りに回動可能にフロントフレーム１１に支持されている。第１ステアリング軸４３と第２ステアリング軸４４とは、上下方向に延びている。

ステアリングアクチュエータ４１は、前輪３Ａ，３Ｂとフロントフレーム１１とに接続されている。ステアリングアクチュエータ４１は、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を所定の中立角から左右に変化させる。図４に示すように、操舵角θ１は、作業機械１の前後方向に対する前輪３Ａ，３Ｂの向きの角度である。作業機械１の前後方向は、フロントフレーム１１の前後方向を意味するものとする。ただし、作業機械１の前後方向は、リアフレーム１２の前後方向を意味してもよい。

中立角は、０度の操舵角θ１である。従って、操舵角θ１が中立角であることは、前輪３Ａ，３Ｂが作業機械１の真正面を向いていることを意味する。なお、図４において、３Ａ’は、中立角から左方に操舵角θ１だけ操舵された第１前輪３Ａを示している。３Ｂ’は、中立角から左方に操舵角θ１だけ操舵された第２前輪３Ｂを示している。

ステアリングバルブ４２は、油圧回路を介して、第１油圧ポンプ３２とステアリングアクチュエータ４１とに接続されている。ステアリングバルブ４２は、第１油圧ポンプ３２からステアリングアクチュエータ４１に供給される作動油の流量を制御する。ステアリングバルブ４２は、油圧パイロット式の制御弁である。

操舵角センサ４０は、操舵角θ１を検出する。操舵角センサ４０は、操舵角θ１を示す角度信号を出力する。コントローラ３７は、操舵角センサ４０からの角度信号により現在の操舵角θ１を取得する。操舵角センサ４０は、例えば、ステアリングアクチュエータ４１のストローク量を検出する。操舵角θ１は、ステアリングアクチュエータ４１のストローク量から算出される。或いは、操舵角センサ４０は、操舵角θ１を直接的に検出してもよい。

作業機械１は、第１ステアリング部材４５と第２ステアリング部材４６とを含む。第１ステアリング部材４５と第２ステアリング部材４６とは、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を左右に変化させるために、オペレータによって操作可能である。第１ステアリング部材４５は、ジョイスティックなどのレバーである。或いは、第１ステアリング部材４５は、レバー以外の部材であってもよい。第１ステアリング部材４５は、中立位置Ｎ１から左右に傾倒可能である。第１ステアリング部材４５は、第１操作センサ５１に接続されている。第１操作センサ５１は、オペレータによる第１ステアリング部材４５への操作を示す第１操作信号を出力する。コントローラ３７は、第１操作センサ５１からの第１操作信号により、第１ステアリング部材４５の操作量を取得する。

第２ステアリング部材４６は、ステアリングホイールである。或いは、第２ステアリング部材４６は、ステアリングホイール以外の部材であってもよい。第２ステアリング部材４６は、回転軸Ａｘ１回りに回転可能である。第２ステアリング部材４６には、第２操作センサ４７が取り付けられている。第２操作センサ４７は、オペレータによる第２ステアリング部材４６への操作を示す第２操作信号を出力する。例えば、第２操作センサ４７は、第２ステアリング部材４６の回転軸Ａｘ１回りの角度変位を検出する。コントローラ３７は、第２操作センサ４７からの第２操作信号により、第２ステアリング部材４６の操作量を取得する。なお、第２ステアリング部材４６は、オペレータによって操作されていない場合には、最後に操作された位置に保持される。

作業機械１は、第２油圧ポンプ４８と、第１パイロットバルブ４９と、第２パイロットバルブ５０とを含む。第２油圧ポンプ４８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。第１パイロットバルブ４９は、油圧回路を介して、第２油圧ポンプ４８とステアリングバルブ４２とに接続されている。第１パイロットバルブ４９は、第２油圧ポンプ４８からステアリングバルブ４２のパイロットポートに供給される作動油の圧力を制御する。第１パイロットバルブ４９は、電磁比例制御弁である。

第１パイロットバルブ４９は、コントローラ３７からの信号によって制御される。コントローラ３７は、第１操作センサ５１からの第１操作信号に応じて、第１パイロットバルブ４９を制御することで、ステアリングアクチュエータ４１を伸縮させる。それにより、コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５の操作に応じて、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を変更するように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。第１ステアリング部材４５による操舵角θ１の制御については、後に詳細に説明する。

第２パイロットバルブ５０は、油圧回路を介して、第２油圧ポンプ４８とステアリングバルブ４２とに接続されている。第２パイロットバルブ５０は、第２ステアリング部材４６に接続されている。第２パイロットバルブ５０は、第２ステアリング部材４６の操作に応じて、第２油圧ポンプ４８からステアリングバルブ４２のパイロットポートに供給される作動油の圧力を制御する。それにより、ステアリングアクチュエータ４１は、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１が、第２ステアリング部材４６の操作量に応じた角度となるように、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を変化させる。

第２ステアリング部材４６の操作量が一定に保持されている場合には、ステアリングアクチュエータ４１は、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を、第２ステアリング部材４６の操作量に応じた角度に保持する。なお、第２パイロットバルブ５０は、第１パイロットバルブ４９と同様に、電磁比例制御弁であってもよい。その場合、コントローラ３７は、第２ステアリング部材４６の操作に応じて、第２パイロットバルブ５０を制御してもよい。

次に、第１ステアリング部材４５による操舵角θ１の制御について説明する。コントローラ３７は、操舵速度データを参照して、第１ステアリング部材４５の操作量から、目標操舵速度を決定する。コントローラ３７は、操舵角θ１が目標操舵速度で変化するように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。操舵速度データは、第１ステアリング部材４５の操作量に対する目標操舵速度を規定する。

図５は、操舵速度データの一例を示す図である。図５に示すように、第１ステアリング部材４５は、中立範囲と、左操舵範囲と、右操舵範囲とに操作可能である。中立範囲は、第１ステアリング部材４５の操作量０の位置、すなわち中立位置Ｎ１を含む範囲である。中立範囲は、左操舵範囲と右操舵範囲との間に位置する。左操舵範囲は、中立範囲の左方に位置する。右操舵範囲は、中立範囲の右方に位置する。

操舵速度データは、左操舵範囲において、第１ステアリング部材４５の左方への操作量の増大に応じて、０から左方への最大速度ＶＬまでの間で増大する左方への目標操舵速度を規定する。従って、コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５が、左操舵範囲内に位置している場合には、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を、第１ステアリング部材４５の操作量に応じた速度で、左方に変化させるように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。

例えば、コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５が、左方への操作量Ａ１で操作された場合には、操作量Ａ１に応じた操舵速度Ｖ１を、目標操舵速度として決定する。そして、コントローラ３７は、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を、操舵速度Ｖ１で、左方に変化させるように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。また、第１ステアリング部材４５が、左方への操作量Ａ１に保持されている間、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１は、左方への最大操舵角に到達するまで、操舵速度Ｖ１で、左方に変化し続ける。

操舵速度データは、右操舵範囲において、第１ステアリング部材４５の右方への操作量の増大に応じて、０から右方方への最大速度ＶＲまでの間で増大する右方への目標操舵速度を規定する。従って、コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５が、右操舵範囲内に位置している場合には、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を、第１ステアリング部材４５の操作量に応じた速度で、右方に変化させるように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。

例えば、コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５が、右方への操作量Ａ２で操作された場合には、操作量Ａ２に応じた操舵速度Ｖ２を、目標操舵速度として決定する。そして、コントローラ３７は、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１を、操舵速度Ｖ２で、右方に変化させるように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。また、第１ステアリング部材４５が、右方への操作量Ａ２に保持されている間、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１は、右方への最大操舵角に到達するまで、操舵速度Ｖ２で、右方に変化し続ける。

コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５が、中立範囲内に位置している場合には、操舵角θ１を中立角に保持するように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。例えば、操舵角θ１が中立角であるときに第１ステアリング部材４５が、中立範囲内に位置している場合には、操舵角θ１は変化せず、中立角に保持される。

なお、第１ステアリング部材４５と第２ステアリング部材４６とが同時に操作されている場合には、コントローラ３７は、第２ステアリング部材４６の操作を優先する。従って、第１ステアリング部材４５と第２ステアリング部材４６とが同時に操作されている場合には、コントローラ３７は、上述した第１ステアリング部材４５による操舵角θ１の制御を行わない。そのため、操舵角θ１は、第２ステアリング部材４６の操作に応じて変化する。

次に、操舵角θ１の自動制御について説明する。コントローラ３７は、操舵角θ１を所定の目標角度とするように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する自動制御を実行する。自動制御は、センターリターンモードとステアリングスタビライザモードとを含む。

センターリターンモードでは、コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５が左操舵範囲、又は、右操舵範囲から中立範囲に戻されたときに、操舵角θ１を自動的に中立角に戻すように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。

例えば、操舵角θ１が、左方への所定角度であるときに、第１ステアリング部材４５が、中立範囲に戻されると、コントローラ３７は、操舵角θ１が、左方への所定角度から中立角に戻るように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。操舵角θ１が、右方への所定角度であるときに、第１ステアリング部材４５が、中立範囲に戻されると、コントローラ３７は、操舵角θ１が、右方への所定角度から中立角に戻るように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。

図６は、第１ステアリング部材４５の操作による作業機械１の走行の一例を示す図である。図６に示すように、作業機械１が地点Ｐ１では、第１ステアリング部材４５は中立位置Ｎ１に位置している。操舵角θ１は中立角であり、作業機械１は直進している。地点Ｐ２において、オペレータが第１ステアリング部材４５を左操作範囲内の操作量Ａ１に操作すると、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１が中立角から左方へ変化し始める。それにより、作業機械１は左方へ旋回する。

地点Ｐ２から地点Ｐ３までの間、オペレータが第１ステアリング部材４５を操作量Ａ１に保持すると、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１は、左方への最大操舵角θｍａｘまで増大し続ける。それにより、作業機械１は、左方へ旋回し続ける。

そして、地点Ｐ３において、オペレータが第１ステアリング部材４５を中立範囲に戻すと、センターリターンモードにより、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１は、最大操舵角θｍａｘから中立角へ向かって減少する。そして、地点Ｐ５において、前輪３Ａ，３Ｂの操舵角θ１が中立角に戻る。

ステアリングスタビライザモードでは、コントローラ３７は、車体２の進行方向を目標方向に保持するように、操舵角θ１を制御する。図６に示すように、地点Ｐ３において、オペレータが第１ステアリング部材４５を中立範囲に戻した後、コントローラ３７は、操舵角θ１が中立角に戻ったかを判定する。コントローラ３７は、地点Ｐ５において、操舵角θ１が中立角に戻ったと判定する。コントローラ３７は、操舵角θ１が中立角に戻ったと判定したときの車体２の進行方向Ｈ１を、目標方向として決定する。その後、コントローラ３７は、車体２の進行方向を目標方向（Ｈ１）に保持するように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。それにより、作業機械１は、目標方向（Ｈ１）に向かって直進する。

詳細には、コントローラ３７は、車体２の現在の進行方向と目標方向との差に基づいて、操舵角θ１の目標角度を決定する。コントローラ３７は、操舵角θ１が目標角度となるように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。例えば、コントローラ３７は、車体２の現在の進行方向と目標方向との差に、所定のゲインを乗じることで、操舵角θ１の目標角度を決定する。コントローラ３７は、車速が大きいほどゲインを小さくする。それにより、車速が大きいほど、目標角度が小さくなる。コントローラ３７は、操舵角θ１が目標角度に保持されるように、フィードバック制御により、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。

なお、コントローラ３７は、上述したＧＮＳＳレシーバによって検出された作業機械１の位置の変化から、車速を算出してもよい。或いは、動力伝達装置３３の出力回転速度を検出する回転センサが作業機械１に設けられてもよい。コントローラ３７は、動力伝達装置３３の出力回転速度から、車速を算出してもよい。

図７は、自動制御の開始を判定するため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Ｓ１０１では、コントローラ３７は、ステアリング操作がなされているかを判定する。コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５と第２ステアリング部材４６との少なくとも一方が操作されているときに、ステアリング操作がなされていると判定する。

コントローラ３７は、第１操作信号により、第１ステアリング部材４５が、左操舵範囲、または、右操舵範囲内に位置している場合に、第１ステアリング部材４５が操作されていると判定する。コントローラ３７は、第１操作信号により、第１ステアリング部材４５が、中立範囲内に位置している場合に、第１ステアリング部材４５が操作されていないと判定する。

コントローラ３７は、第２操作信号により、第２ステアリング部材４６の操作速度を取得する。コントローラ３７は、操作速度が閾値より大きいあるときに、第２ステアリング部材４６が操作されていると判定する。コントローラ３７は、操作速度が閾値以下であるときに、第２ステアリング部材４６が操作されていないと判定する。例えば、コントローラ３７は、第２ステアリング部材４６の角速度を算出する。コントローラ３７は、第２ステアリング部材４６の角速度が閾値以下であるときに、第２ステアリング部材４６が操作されていないと判定する。

ステップＳ１０１において、コントローラ３７が、ステアリング操作がなされていると判定したときには、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、マニュアルモードにて、ステアリングアクチュエータ４１が制御される。すなわち、コントローラ３７は、自動制御を実行せず、上述したように、オペレータによる、第１ステアリング部材４５、或いは、第２ステアリング部材４６の操作に応じて、ステアリングアクチュエータ４１が制御される。

ステップＳ１０１において、コントローラ３７が、ステアリング操作がなされていないと判定したときには、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５と第２ステアリング部材４６とのうち、第１ステアリング部材４５が最後に操作されたかを判定する。ステップＳ１０２において、第１ステアリング部材４５と第２ステアリング部材４６とのうち、第１ステアリング部材４５が最後に操作されていないと、コントローラ３７が判定したときには、処理はステップＳ１０６に進む。すなわち、最後に操作されたのが第２ステアリング部材４６であるときには、コントローラ３７は自動制御を実行せず、マニュアルモードにてステアリングアクチュエータ４１が制御される。

ステップＳ１０２において、第１ステアリング部材４５が最後に操作されたとコントローラ３７が判定したときには、処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、コントローラ３７は、マニュアルモードから自動制御に遷移後、一度でも操舵角θ１が中立角に戻ったかを判定する。マニュアルモードから自動制御に遷移後、一度も操舵角θ１が中立角に戻っていないとコントローラ３７が判定したときには、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において、コントローラ３７は、センターリターンモードにて、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。すなわち、コントローラ３７は、図６の地点Ｐ３から地点Ｐ５に示すように、操舵角θ１を中立角に戻すように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。

ステップＳ１０３において、マニュアルモードから自動制御に遷移後、一度でも操舵角θ１が中立角に戻ったとコントローラ３７が判定したときには、処理はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５において、コントローラ３７は、ステアリングスタビライザモードにて、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。図６の地点Ｐ５に示すように、ステアリングスタビライザモードでは、コントローラ３７は、車体２の進行方向を目標方向（Ｈ１）に保持するように、操舵角θ１を制御する。

以上説明した本実施形態に係る作業機械１では、車体２の進行方向を目標方向に保持するように、ステアリングアクチュエータ４１が制御される。また、第１ステアリング部材４５が中立範囲に操作されたときではなく、操舵角θ１が中立角に戻ったときの車体２の進行方向が、目標方向として決定される。

例えば、図６の地点Ｐ３に示すように、第１ステアリング部材４５が中立範囲に操作されたときの車体２の進行方向Ｈ２は、操舵角θ１が中立角に戻ったときの車体２の進行方向Ｈ１と異なる。本実施形態に係る作業機械１では、操舵角θ１が中立角に戻ったときの車体２の進行方向Ｈ１が、目標方向として決定される。そのため、作業機械１は、操舵角θ１が実際に中立角に戻ったときの進行方向Ｈ１に向かって直進するように制御される。それにより、オペレータへの操作負担が軽減されると共に、オペレータへの違和感が低減される。

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は、モータグレーダに限らず、ホイールローダ、ダンプトラック、フォークリフトなどの他の作業機械であってもよい。ステアリングアクチュエータ４１の数は１つに限らず、２つ以上であってもよい。ステアリングアクチュエータ４１は、油圧シリンダに限らず、油圧モータ、或いは電動モータであってもよい。

操舵速度データは、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。或いは、センターリターンモードは、省略されてもよい。上記の実施形態では、コントローラ３７は、第１ステアリング部材４５の操作量に応じた速度で、操舵角θ１を変化させるように、ステアリングアクチュエータ４１を制御する。しかし、コントローラ３７は、操舵角θ１が、第１ステアリング部材４５の操作量に応じた角度となるように、ステアリングアクチュエータ４１を制御してもよい。すなわち、第１ステアリング部材４５による操舵角θ１の制御は、速度制御型に限らず、位置制御型であってもよい。

コントローラ３７は、車体２が後進しているときには、車体２が前進しているときに対して操舵角θ１の目標角度を左右逆にしてもよい。例えば、前進での目標方向が作業機械１の左方である場合には、コントローラ３７は、目標角度を中立角よりも左方の角度に決定する。後進での目標方向が作業機械１の左方である場合には、コントローラ３７は、目標角度を中立角よりも右方の角度に決定する。前進での目標方向が作業機械１の右方である場合には、コントローラ３７は、目標角度を中立角よりも右方の角度に決定する。後進での目標方向が作業機械１の右方である場合には、コントローラ３７は、目標角度を中立角よりも左方の角度に決定する。

なお、コントローラ３７は、シフト部材５３から信号により、車体２が前進しているか後進しているかを判定してもよい。或いは、コントローラ３７は、ＧＮＳＳレシーバが検出した作業機械１の位置の変化により、車体２が前進しているか後進しているかを判定してもよい。或いは、コントローラ３７は、動力伝達装置３３の出力軸の回転方向から、車体２が前進しているか後進しているかを判定してもよい。

本発明によれば、操舵角の自動制御によってオペレータの操作負担を軽減すると共に、オペレータへの違和感を低減することができる。

２：車体
３Ａ，３Ｂ：前輪
３７：コントローラ
４０：操舵角センサ
４１：ステアリングアクチュエータ
４５：第１ステアリング部材
５１：第１操作センサ
５２：方向センサ

Claims (8)

1. 車体と、
   前記車体に支持される走行輪と、
   左操舵範囲と、右操舵範囲と、前記左操舵範囲と前記右操舵範囲との間の中立範囲とに操作可能なステアリング部材と、
   前記ステアリング部材が前記中立範囲に位置する場合に、前記走行輪の操舵角を所定の中立角として、前記ステアリング部材の操作に応じて、前記操舵角を前記中立角から左右に変化させるアクチュエータと、
   前記ステアリング部材の操作を示す操作信号を出力する操作センサと、
   前記操舵角を示す角度信号を出力する操舵角センサと、
   前記車体の進行方向を示す方向信号を出力する方向センサと、
   前記操作信号と前記角度信号と前記方向信号とを取得するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   前記ステアリング部材が、前記左操舵範囲又は前記右操舵範囲から、前記中立範囲に操作されたときに、前記操舵角が前記中立角に戻ったかを判定し、
   前記操舵角が前記中立角に戻ったと判定したときの前記進行方向を、目標方向として決定し、
   前記進行方向を前記目標方向に保持するように、前記アクチュエータを制御する、
   作業機械。
2. 前記コントローラは、
   前記進行方向と前記目標方向との差に基づいて、前記操舵角の目標角度を決定し、
   前記操舵角が前記目標角度となるように、前記アクチュエータを制御する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 前記コントローラは、
   前記車体の車速を取得し、
   前記車速が大きいほど前記目標角度を小さくする、
   請求項２に記載の作業機械。
4. 前記コントローラは、
   前記車体が前進しているか後進しているかを判定し、
   前記車体が後進しているときには、前記車体が前進しているときに対して前記目標角度を左右逆にする、
   請求項２又は３に記載の作業機械。
5. 車体と、前記車体に支持される走行輪と、前記走行輪の操舵角を所定の中立角から左右に変化させるアクチュエータとを含む作業機械を制御するための方法であって、
   左操舵範囲と、右操舵範囲と、前記左操舵範囲と前記右操舵範囲との間の中立範囲とに操作可能なステアリング部材の操作を示す操作信号を取得することと、
   前記ステアリング部材が前記中立範囲に位置する場合に、前記操舵角を所定の中立角とするように、前記アクチュエータを制御することと、
   前記ステアリング部材の操作に応じて、前記操舵角を前記中立角から左右に変化させるように、前記アクチュエータを制御することと、
   前記操舵角を示す角度信号を取得することと、
   前記車体の進行方向を検出する方向信号を取得することと、
   前記ステアリング部材が、前記左操舵範囲又は前記右操舵範囲から、前記中立範囲に操作されたときに、前記操舵角が前記中立角に戻ったかを判定することと、
   前記操舵角が前記中立角に戻ったと判定したときの前記進行方向を、目標方向として決定することと、
   前記進行方向を前記目標方向に保持するように、前記アクチュエータを制御すること、
   を備える方法。
6. 前記進行方向と前記目標方向との差に基づいて、前記操舵角の目標角度を決定することと、
   前記操舵角が前記目標角度となるように、前記アクチュエータを制御すること、
   をさらに備える請求項５に記載の方法。
7. 前記車体の車速を取得することと、
   前記車速が大きいほど前記目標角度を小さくすること、
   をさらに備える請求項６に記載の方法。
8. 前記車体が前進しているか後進しているかを判定することと、
   前記車体が後進しているときには、前記車体が前進しているときに対して前記目標角度を左右逆にすること、
   をさらに備える請求項６又は７に記載の方法。

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