JPS61253263A - 作業車のパワ−ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、向き変更自在な操向車輪の実際のステアリン
グ角度を検出する手段、及び、目標ステアリング角度を
指示する手段を夫々設け、実際のステアリング角度を目
標ステアリング角度に近付けるように、前記操向車輪を
向き変更操作する操向用アクチュエータを前記両手段の
情報に基づいて自動的に作動させる操向制御手段を設け
た作業車のパワーステアリング装置に関する。

〔従来の技術〕

かかる作業車においては、目標ステアリング角度が指示
されると、車体側に設けてあるセンサにより検出された
実際のステアリング角度が、前記目標ステアリング角度
に対応する角度になるように操向用アクチュエータを作
動させるのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる作業車を傾斜地で使用するに際して、急傾斜地で
あるにも拘らず急旋回を行うと、車体に大なる遠心力が
作用する等により、車体が転倒する危険を招く虞がある
。そして、その危険は、傾斜地を下り走行させる時に急
旋回を行う際に顕著となるものである。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、傾斜地で車体を旋回させる際に生じる転倒の
危険を回避する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴構成は、車体の傾きを検出する車体傾き検
出手段を設けると共に、操作可能な最大ステアリング角
度を車体傾きが大なる時の方が車体傾きが小なる時より
も小にするように、操作可能な最大ステアリング角度を
前記車体傾き検出手段の情報に基づいて自動的に変更す
る最大ステアリング角度変更手段を設けた点にあり、そ
の作用及び効果は次の通りである。

〔作　用〕

すなわち、車体傾き検出手段による車体傾き検出情報に
基づいて、車体傾きが大なる時には車体傾きが小なる時
よりも小にするように、操作可能な最大ステアリング角
度を自動的に変更するのである。（第１図参照） つまり、急傾斜地である場合には、急旋回が行われない
ようにするのである。

〔発明の効果〕

したがって、車体の傾きに伴って、操作可能な最大ステ
アリング角度を変更することができるので、傾斜地で車
体を旋回させる際に、そして、特に傾斜地を下り走行さ
せる時に旋回させる際に、車体が転倒することを回避で
きるのであり、もって、一層良好に使用できる作業車の
パワーステアリング装置を得るに至った。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図及び第５図に示すように、車体（Ｖ）下部の機体
フレーム（１）後方側にシート（２）、ハンドル（Ｈ）
、および伝動部（Ｍ）を、且つ、前方側にはエンジン（
Ｅ）を、夫々設け、前記機体フレーム（１）下部に前後
の操向車輪（３Ｆ）　、　（３Ｒ）を設け、前記前後輪
（３Ｆ）　、　（３Ｒ）の中間部にディスク型刈刃を内
装した芝刈装置（４）を上下動自在に懸架し、もって、
四輪駆動式の芝刈作業車を構成しである。

前記芝刈装置（４）に固定されたフレーム（６）の先端
部に、未処理作業地（Ｂ）と既処理作業地（Ｃ）との境
界（Ｌ）を検出するための倣いセンサ（５）を設けてあ
り、前記作業車を後述の如く自動制御する場合に、前記
倣いセンサ（５）の検出情報に基づいて、前記芝刈装置
（４）を未処理作業地（Ｂ）と既処理作業地（Ｃ）との
境界（Ｌ）に沿って移動させるように、ステアリング制
御を行うようにしている。尚、前記倣いセンサ（５）は
車体の両横側部並びに前後両側部に夫々に設けられてお
り、それらセンサ（５）を、車体の進行方向や境界（Ｌ
）に対する車体（Ｖ）の位置によって選択使用できるよ
うに構成しである。

前記車体（Ｖ）の後部に、車体（Ｖ）の走行に伴い回転
する従動輪（７Ａ）を設けると共に、従動輪（７Ａ）が
所定角度回転する毎にパルス信号を発生する距離センサ
（７）を設けて、前記パルス信号に基づいて走行距離を
検出できるように構成しである。又、車体上部に、地磁
気の強度変化を感知することによって車体（Ｖ）の走行
方向（方位）を検出する地磁気感知型の方位センサ（８
）を設けてある。

第３図に示すように、前記エンジン（Ｅ）の出力は、前
記伝動部（Ｍ）に設けた走行変速用の油圧式無段変速装
置（９）に伝達されている。その変速装置（９）は、手
動時には変速用ペダル（図示せず）によって、そして、
遠隔操作時や自動制御時には走行変速用アクチュエータ
としての減速機付モータ（１０）によって変速操作され
るものである。前記変速装置（９）の出力は、前記前後
輪（３Ｆ）　、　（３Ｒ）の各差動装置（３ａ）　、　
（３ｂ）に伝達されるとともに、芝刈装置（４）にも伝
達され、もって、前記前後輪（３Ｆ）　、　（３Ｒ）お
よび芝刈装置（４）を同時に駆動自在に構成しである。

前記モータ（１０）による変速操作位置を、前記変速装
置（９）の変速操作軸（１１）の回動に連動するポテン
ショメータ（Ｒ３）によって検出し、その検出情報を制
御装置（１２）にフィードバックするようにしである。

前記前輪（３Ｆ）及び後輪（３Ｒ）は、そのいずれをも
ステアリング操作可能に構成してあり、そして、前後輪
（３Ｆ）　、　（３Ｒ）を同一方向にステアリング操作
することによって車体（Ｖ）の向きを変えることなく平
行移動させる平行ステアリング形式、前後輪（３Ｆ）　
、　（３Ｒ）を相対的に逆方向にステアリング操作する
ことによって小さい旋回半径で旋回可能な旋回ステアリ
ング形式、および、自動車同様に前輪（３Ｆ）のみをス
テアリング操作する通常の二輪ステアリング形式のいず
れかを、後述の如く選択できるように構成しである。

前記前後輪（３Ｆ）　、　（３Ｒ）のステアリング操作
は、いわゆるパワーステアリング操作によって行うよう
にしである。

つまり、第３図に示すように、前後一対の複動型の油圧
シリンダ（１３Ｆ）　、　（１３Ｒ）を、車体（Ｖ）左
右方向に駆動移動自在に設けるとともに、それらシリン
ダ（１３Ｆ）　、　（１３Ｒ）夫々を、ステアリング用
タイロッド（１４）・・を介して前記前後輪（３Ｆ）。

（３Ｒ）に各別に連結しである。そして、前記油圧シリ
ンダ（１３Ｆ）　、　（１３Ｒ）の作動を各別に制御す
る一対の電磁バルブ（１５Ｆ）　、　（１５Ｒ）を設け
るとともに、前記ハンドル（Ｈ）によって指示される目
標ステアリング角度あるいは自動制御時にマイクロコン
ピュータ（１７）にて指示される目標ステアリング角度
あるいは後述の遠隔操縦に指示される目標ステアリング
角度と、前記前後輪（３Ｆ）。

（３Ｒ）のそれぞれに設けてある実際のステアリング角
度角度検出手段としてのポテンショメータ（Ｒ１）、（
Ｒ２）による検出値とが一致するように、前記電磁バル
ブ（１５Ｆ）　、　（１５Ｒ）を制御装置（１２）の指
令により駆動するように構成しである。

前記倣いセンサ（５）を構成するに、発光素子と受光素
子とが対抗する状態で配置した、いわゆるフォトインク
ラブタ式の二つの光センサ（Ｓ）　、　（Ｓ）を、車体
（Ｖ）に対して左右方向に並ぶように、前記芝刈装置（
４）にその基端部を固定したフレーム（６）先端部に固
定しである。そして、発光素子と受光素子との間を通過
する芝の有無を感知することによって、未処理作業地（
Ｂ）と既処理作業地（Ｃ）の何れの上に位置するかを検
出することになり、車体（Ｖ）外方側の光センサ（Ｓ）
が既処理作業地（Ｃ）を検出し、車体（Ｖ）内方側の光
センサ（Ｓ）が未処理作業地（Ｂ）を検出している状態
を、境界（Ｌ）に沿っている状態として、境界（Ｌ）と
車体（Ｖ）との左右方向の位置関係を判別するのである
。尚、倣いセンサ（５）の検出情報は、走行方向前方側
の左右側倣いセンサ（５）。

（５）が既処理作業地（Ｃ）を検出し、前記距離センサ
（７）による検出走行距離が予め設定した一行程の基準
距離に達すると、−行程の走行を終了したものとして次
行程に移動するための方向転換制御を起動する制御パラ
メータとしても用いるようにしである。

又、前記構成になる光センサ（Ｓ）から得られる作業地
状況検出信号は、芝が断続的に通過することにより、非
連続なパルス状の信号となるため、第２図に示すように
、波形処理回路（１６）によって積分処理を行った後に
、制御装置（１２）に入力すべく構成しである。そして
、前記波形処理回路（１６）の積分時定数は、走行速度
に対応して自動的に最適値となるように、前記距離セン
サ（７）からの出力パルス信号によって設定されるよう
にしてあり、その処理を全てデジタル的に行うことによ
って、デジタルフィルタとして機能するように構成しで
ある。

以下、制御装置（１２）の構成を、第２図に示す回路図
に基づいて説明する。

前記距離センサ（７）からの出力パルス信号はＣＴＣを
介してマイクロコンピュータ（１７）　（以下、ＣＰ　
Ｕ　（１７）と略す）に入力され、単位走行距離毎に割
り込み信号を発生することによって、前記波形処理回路
（１６）を介して出力される光センサ（Ｓ）・・からの
作業地状況判別信号をＩ１０ポート（１８）　（以下、
入力用ＰＩＯ（１８）と略す）から取り込んで演算処理
し、境界（Ｌ）に対する車体（Ｖ）のずれを判別して、
前記前後輪（３Ｆ）　。

（３Ｒ）をステアリング操作する制御信号を出力側のＰ
　Ｉ　Ｏ（２４）より出力するようにしである。

手動操作によって操縦する手動モード、自動走行制御を
行う前に予め手動操縦により作業予定範囲の外周を走行
することによって、周囲を処理済作業地（Ｃ）とすると
ともに、その間の走行距離および前記方位センサ（８）
による検出方位をサンプリングすることによって作業範
囲をティーチングするティーチングモード、および、前
記ティーチングモードによって設定された所定範囲の作
業地を自動走行する再生モード、のいずれのモードで制
御装置（１２）を動作させるかを選択する動作モード選
択スイッチ（ＳＷ３）からの信号、および再生モードの
動作開始を指示するスタートスイッチ（ＳＷ、）からの
信号夫々も、前記入力側Ｐ　Ｉ　０（１８）を介してＣ
Ｐ　Ｕ　（１７）に入力するようにしである。

前記方位センサ（８）の出力信号は帯域フィルタ（１９
）およびバッファ（八〇）を介して、前記各ポテンショ
メータ（Ｒｏ）〜（Ｒ３）　　からの信号とともにマル
チプレクサ（２０）に入力され、Ａ／Ｄ変換器（２１）
によってデジタル化されて、前記ＣＰＵ（１７）に入力
される。

操縦者が車体に搭乗して操作する手動操作モードと操縦
者が機外より遠隔操作する遠隔操縦（ラジコン）モード
とを選択する操縦形式選択スイッチ（ＳＷｚ）を設け、
そして、手動操作モード時に、前記平行ステアリング、
旋回ステアリング、および、二輪ステアリング、のいず
れのステアリング形式でステアリング操作するかを選択
するステアリング形式選択スイッチ（ＳＷＩ）を設ける
とともに、遠隔操縦用の送信器（２２ａ）及び受信器（
２２ｂ）の夫々を設けてある。

前記受信器（２２ｂ）は、ステアリング形式選択用第１
チヤネル（ＣＵｔ）　、ステアリング操作用第２チヤネ
ル（ＣＨ□）、変速操作用チャネル（ＣＨ３）夫々を備
え、それらチャネル（Ｃ１，乃至Ｃｌ１ｉ）からの各信
号は、Ｆ／Ｖコンバータ（２３）によって、夫々電圧信
号に変換され、そして、その変換された信号夫々は、前
記遠隔操縦スイッチ（ＳＷＺ）がＯＮされた場合にのみ
アナログスイッチ（ＧＯ）を介して入力されるようにな
っている。又、前記ＣＰ　Ｕ　（１７）からの信号は、
Ｉ１０ボート　（以下、出力用ＰＩＯと略す）を介して
３ステイトバツフア（ＣＩ）に出力される。

尚、前記３ステイトバツフア（Ｇ１）は、前後輪用電磁
バルブ駆動回路（２６Ｆ）　、　（２６Ｒ）や変速用モ
ータ（１０）の駆動回路（２７）に対して、手動モード
や遠隔操縦モード時における制御信号を出力する状態と
自動制御を行う際の再生モード時において制御信号を出
力する状態とに切換えるためのものである。又、１第２
図中（２５）は、後輪用差動装置（３６）の作動を阻止
させたデフロツタ状態へ切換えるためのアクチュエータ
（図示せず）に対する制御用電磁弁である。

第５図に示すように、車体（ｖ）の傾斜を検出する車体
傾き検出手段としての傾き検出センサ（Ｄ）を設けてあ
る。つまり、おもり（２８）を車体前後方向軸芯周りで
揺動自在に吊下げ支持すると共に、おもり（２８）の揺
動位置を検出するポテンショメータ（Ｒ４）を設けて、
車体の左右方向での傾きを検出させるように構成しであ
る。

そして、前記傾き検出センサ（Ｄ）の検出情報に基づい
て、操作可能な最大ステアリング角度を次の如く、自動
的に変更するようにしである。

以下、前記最大ステアリング角度変更手段を第２図に基
づいて説明する。尚、以下において、目標ステアリング
角度（θ）の右最大値が＋４０゜で、且つ、左最大値が
一４０°であり、そして、Ｆ／Ｖコンバータ（２３）か
らの出力電圧（Ｅ）が、目標ステアリング角度（θ）に
応じてθ〜１２Ｖに変化する場合を例に挙げて説明する
（第６図参照）。

前記傾き検出センサ（Ｄ）におけるポテンショメータ（
Ｒ４）による車体（Ｖ）の左右方向での傾き検出値が設
定値よりも大か小かを判別する一対の第１コンパレータ
（２９ａ）　、　（２９ｂ）を設け、送信器（ｌｌａ）
より指示された目標ステアリング角度（θ）、すなわち
Ｆ／Ｖコンバータ（２３）より出力されるステアリング
角度指示電圧（Ｅ）が設定電圧（例えば９Ｖあるいは３
Ｖ）よりも大か小かを判別する一対の第２コンパレータ
（３１ａ）　、　（３１ｂ）を設け、前記指示電圧（Ｅ
）と前記設定電圧（例えば９■あるいは３Ｖ）との差を
演算して出力する一対の第１演算増幅器（３０ａ）　、
　（３０ｂ）を設け、前記第２コンパレータ（３１ａ）
　、　（３１ｂ）からの出力信号と前記第１コンパレー
タ（２９ａ）　、　（２９ｂ）に接続されるＯＲ回路（
３５）から出力される信号とを、２個のＡＮＤ回路（３
４ａ）　、　（３４ｂ）に人力しである。

そして、常時アース側に復帰されているアナログスイッ
チ（３３ａ）　、　（３３ｂ）を、前記両ＡＮＤ回路（
３４ａ）　、　（３４ｂ）の出力により、前記両箱１演
算増幅器（３０ａ）　、　（３０ｂ）夫々からの出力信
号を第２演算増幅器（３２）の反転入力端子あるいは非
反転入力端子に入力する状態に切換わるように設け、も
って、車体（Ｖ）の左右いずれかの方向で車体傾きが設
定値以上で、且つ、目標ステアリング角度（θ）が設定
角度（２０°）以上である場合に、第１演算増幅器（３
０ａ）　、　（３０ｂ）からの出力電圧を第２演算増幅
器（３２）に出力して、目標ステアリング角度（θ）に
対応する電圧（Ｅ）に、前記出力電圧を加算あるいは減
算することにより、最大ステアリング角度を変更するよ
うに構成しである。

つまり、第６図に示すように、送信器（２２ａ）により
指示された目標ステアリング角度（θ）が所定角度範囲
（例えば−２０”＜θ＜２０°）を超える範囲で、且つ
、傾斜センサ（Ｄ）におけるポテンショメータ（Ｒ４）
による検出角度が設定角度を超える角度である場合にの
み、目標ステアリング角度（θ）、に対応する電圧（ｔ
りを、２点鎖線で示す如く漸次増減させるようにして、
操作可能な最大ステアリング角度を制限するようにして
いる。尚、図中（Ｎ）は直進に対応するニュートラル角
度である。

尚、第２図中、（Ａ３）は、差動増幅器であり、（ＡＩ
）は、前記差動増幅器（Ａ３）からの出力電圧を基準電
圧と比較するためのコンパレータである。

又、図中（Ｆ）は、ステアリング形式が平行ステアリン
グ形式である場合、あるいは、旋回ステアリング形式及
び２輪ステアリング形式時に前輪（３Ｆ）がニュートラ
ル位置（Ｎ）付近である場合においてデフロック制御用
電磁弁（２５）をＯＮ状態にするように作動させるため
の回路である。

〔別実施例〕

前記実施例では、最大ステアリング角度を変更するに、
送信器（ｌｌａ）の操作による目標ステアリング角度（
θ）を変更するようにしたが、ポテンショメータ（Ｒ１
）、（ｌｌｈ）による検出ステアリング角度を変更する
ようにしてもよい。

又、前記実施例では、遠隔操縦モード時にのみ目標ステ
アリング角度（θ）を変更するようにしたが、手動操作
モード時あるいは自動制御時においても同様に行っても
よい。

さらに、前記実施例では、最大ステアリング角度を変更
するに、設定値以上になると、目標ステアリング角度（
θ）を漸次増減させるようにしたが、第７図に示すよう
に設定値以上になるとその設定値での目標ステアリング
角度（θ）に対する電圧（Ｅ）を一定に保つようにして
、目標ステアリング角度（θ）の変更を停止するように
してもよい。尚、図中においては、設定角度を一３０’
及び３０°に設定しである。

前記実施例の車体傾き検出手段（Ｄ）としては、車体（
Ｖ）の左右方向の傾きを検出する他、車体（Ｖ）の前後
と左右方向のいずれをも検出させて、どちらか大きい方
の傾きを車体（Ｖ）の傾きとしてもよい。そのために−
例について説明すると、第８図に示すように、おもり（
４１）を車体前後及び左右に揺動自在に吊下げ支持し、
そのおもり（４１）を支持する支持棒（４２）に挿通ず
る長孔を備えたＵ字状板体（４３ａ）　、　（４３ｂ）
夫々を、直行する軸芯周りで揺動する状態で設け、その
板体（４３ａ）　。

（４３ｂ）の回動角を検出するためのポテンショメータ
（４０ａ）　、　（４０ｂ）を設け、もって、おもりの
揺動に伴って板体（４３ａ）　、　（４３ｂ）が回動し
、その回動角を夫々のポテンショメータ（４０ａ）　、
　（４０ｂ）により検出して、その検出値のうちの大き
い方の検出値を車体（Ｖ）の傾きとするのである。

本発明のパワーステアリング装置は、芝刈作業車の他、
運搬車等の各種作業車に適用できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る作業車のパワーステアリング装置の
実施例を示し、第１図は本発明の構成を示すブロック図
、第２図は制御装置の構成を示す回路図、第３図は制御
システムの全体構成を示すブロック図、第４図は芝刈作
業車の平面図、第５図はその側面図、第６図は目標ステ
アリング角度と電圧との関係を示すグラフである。第７
図は目標ステアリング角度と電圧との関係の別実施例を
示すグラフ、第８図は車体傾き検出センサの別実施例を
示す斜視図である。 （３Ｆ）　、　（３Ｒ）・・・・・・操向車輪、（１３
Ｆ）　、　（１３Ｒ）・・・・・・操向用アクチュエー
タ、（Ｄ）・・・・・・車体傾き検出手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）向き変更自在な操向車輪（３Ｆ）、（３Ｒ）の実
   際のステアリング角度を検出する手段、及び、目標ステ
   アリング角度を指示する手段を夫々設け、実際のステア
   リング角度を目標ステアリング角度に近付けるように、
   前記操向車輪（３Ｆ）、（３Ｒ）を向き変更操作する操
   向用アクチュエータ（１３Ｆ）、（１３Ｒ）を前記両手
   段の情報に基づいて自動的に作動させる操向制御手段を
   設けた作業車のパワーステアリング装置であつて、車体
   の傾きを検出する車体傾き検出手段（Ｄ）を設けると共
   に、操作可能な最大ステアリング角度を車体傾きが大な
   る時の方が車体傾きが小なる時よりも小にするように、
   操作可能な最大ステアリング角度を前記車体傾き検出手
   段（Ｄ）の情報に基づいて自動的に変更する最大ステア
   リング角度変更手段を設けてある作業車のパワーステア
   リング装置。
2. （２）最大ステアリング角度変更手段が、目標ステアリ
   ング角度を車体傾き検出情報に基づいて変更する手段で
   ある特許請求の範囲第（１）項に記載の作業車のパワー
   ステアリング装置。
3. （３）車体傾き検出手段（Ｄ）を、車体の前後方向での
   傾きを検出する手段である特許請求の範囲第（１）項又
   は第（２）項に記載の作業車のパワーステアリング装置
   。