JPWO2018038266A1 - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents

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Abstract

ホイールローダ(1)は、ステアリングシリンダ(21、22)、パイロット弁(42)、ジョイスティックレバー(24)、圧力検出部(29)、力付与部(27)および制御部(28)を備える。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)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。

Description

本発明は、作業車両および作業車両の制御方法に関する。
アーティキュレート式の作業車両として、フロントフレームとリアフレームに亘って配置された油圧アクチュエータに供給する油の流量を制御することによって、ステアリング角が変更される構成が開示されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
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。
パイロット弁には、相対的に回転可能に設けられた操作入力軸とフィードバック入力軸が設けられている。操作入力軸は、ジョイスティックレバーに連結されており、ジョイスティックレバーの回転角に応じて回転する。また、フィードバック入力軸は、リンク機構によってフロントフレームと連結されており、ステアリンング角の変化に応じて回転する。
このようなパイロット弁は、操作入力軸の回転角とフィードバック入力軸の回転角の差に応じてステアリング弁に入力されるパイロット圧を調整する。調整されたパイロット圧に応じてステアリング弁から油圧アクチュエータに供給される油の流量が変更され、ステアリング角が変更される。
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。
特開平11−105723号公報 特開平11−321664号公報
しかしながら、上記特許文献1、2の作業車両では、ジョイスティックレバーに生じる反力は、パイロット弁に設けられているバネ部材の力によって決まっている。そのため、ステアリング動作の際にシリンダに負荷が生じた場合であっても、その負荷をオペレータはレバーの操作力から感じ取ることが出来なかった。
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。
なお、このような課題は、アーティキュレート式の作業車両だけでなく、ステアリング動作において油圧シリンダを用いる作業車両(例えば、フォークリフト)においても発生しうる。
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。
このように、油圧アクチュエータに生じる圧力を検出することにより、作業車両のステアリング動作の際に障害物があって動作が阻害されて油圧アクチュエータに負荷が発生している場合に、その状態を検出することができる。
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。
第2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、制御弁は、操作部材と、機械的に連結される。
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。
第4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、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、操作部材の操作に対して抵抗を発生させる。
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。
第5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、油圧アクチュエータは、2つ設けられている。一方の油圧アクチュエータが収縮し、他方の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ステアリング角が変更される。他方の油圧アクチュエータが収縮し、一方の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ステアリング角が変更される。圧力検出部は、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する。制御部は、2つの圧力値に基づいて、力付与部を制御する。
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。
第6の発明に係る作業車両は、第5の発明に係る作業車両であって、フロントフレームと、リアフレームと、を備える。リアフレームは、フロントフレームに連結軸部において連結されている。2つの油圧アクチュエータは、車幅方向において連結軸部の左右に配置されており、リアフレームに対するフロントフレームの角度を変更する。
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、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。
第7の発明に係る作業車両は、第5の発明に係る作業車両であって、制御部は、2つの圧力値の差を算出し、その圧力差に基づいて、力付与部を制御する。
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。
第8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、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を更に備える。力付与部は、駆動源として電動モータを有する。制御部は、圧力値およびトルクに基づいて、力付与部を動作させる。
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。
第9の発明に係る作業車両は、第8の発明に係る作業車両であって、作業車両の速度を検出する速度検出部を更に備える。制御部は、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。
第10の発明に係る作業車両は、第8の発明に係る作業車両であって、制御部は、算出部と、動作制御部とを有する。算出部は、トルクに基づいて予め設定されている第1付与力と、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、操作部材の操作に対して付与する力を算出する。動作制御部は、算出された力を付与するように力付与部を動作させる。
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。
第11の発明に係る作業車両は、第10の発明に係る作業車両であって、速度検出部と、目標ステアリング角検出部と、実ステアリング角検出部と、を更に備える。速度検出部は、作業車両の速度を検出する。目標ステアリング角検出部は、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。実ステアリング角検出部は、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。第1付与力は、トルクに加えて、作業車両の速度に基づいて設定されている。第2付与力は、圧力値に加えて、目標ステアリング角検出部の検出値および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。
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。
第12の発明に係る作業車両は、第11の発明に係る作業車両であって、操作部材は、ジョイスティックレバーである。制御弁は、第1入力部材と、第2入力部材と、付勢部と、を有する。第1入力部材は、目標ステアリング角に応じて変位する。第2入力部材は、実ステアリング角に応じて変位する。付勢部は、第1入力部材の変位量が第2入力部材の変位量に一致するように第1入力部材を付勢する。第1入力部材の変位量と第2入力部材の変位量の差が、目標ステアリング角と実ステアリング角の偏差角度に対応する。ジョイスティックレバーは、付勢部の付勢力に対抗して操作される。
これにより、ジョイスティックレバーを操作した後、ジョイスティックレバーに追従してステアリング角が変更し、ジョイスティックレバーの操作量とステアリング角が一致すると制御弁は中立位置となる。
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。
第13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、制御弁から入力されるパイロット圧に基づいて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る。制御弁は、パイロット圧を調整することにより、ステアリング弁から油圧アクチュエータ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。
第14の発明に係る作業車両は、取得ステップと、生成ステップと、送信ステップと、を備える。取得ステップは、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。生成ステップは、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、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。送信ステップは、制御信号を、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。
このように、油圧アクチュエータに生じる圧力を検出することにより、作業車両のステアリング動作の際に障害物があって動作が阻害されて油圧アクチュエータに負荷が発生している場合に、その状態を検出することができる。
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。
本発明に係る実施の形態1のホイールローダの側面図。 図1のホイールローダのステアリング操作装置の構成を示す油圧回路図。 図2のパイロット弁を示す断面構成図。 (a)(b)図3のAA´間の矢示断面図、(c)(d)図3のBB´間の矢示断面図。 図2の連結部およびリンク機構を示す側面図。 図5のジョイスティックレバーを上面から見た図。 (a)図3のパイロット弁の模式図、(b)図7(a)のパイロット弁における車体−レバー偏差角度とレバー反力の関係を示す図、(c)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、(d)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、(e)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。 図2の力付与部の構成を示す斜視図。 図2の制御部の構成を示すブロック図。 図9の制御部に記憶されている圧力差ごとに設けられたアシストトルク情報(レバー入力トルクに対して付与するアシストトルク)を示す図。 本発明にかかる実施の形態1におけるホイールローダの制御方法を示すフロー図。 図10のアシストトルク情報に基づいてアシストトルクを付与した場合と付与していない場合の車体−レバー偏差角度に対するレバー反力を示す図。 図1のホイールローダの操舵の際にステアリングシリンダに負荷が発生する場合の一例を示す図。 本発明にかかる実施の形態2におけるホイールローダの制御部の構成を示すブロック図。 本発明にかかる実施の形態2のホイールローダの制御方法を示すフロー図。 (a)車両速度が低速の場合において図15の制御部で決定されたアシストトルクを付与したときと付与していないときの車体−レバー偏差角度に対するレバー反力を示す図、(b)車両速度が高速の場合において図15の制御部で決定されたアシストトルクを付与したときと付与していないときの車体−レバー偏差角度に対するレバー反力を示す図、 本発明にかかる実施の形態3におけるホイールローダの制御部の構成を示すブロック図。 (a)図17の制御部に記憶されている速度ごとに設けられたアシストトルク情報(レバー入力トルクに対して付与するアシストトルク)を示す図、(b)図17の制御部に記憶されている圧力差ごとに設けられたアシストトルク情報(偏差角度に対して付与するアシストトルク)を示す図。 本発明にかかる実施の形態3のホイールローダの制御方法を示すフロー図。 車両速度が低速の場合において図17の制御部で決定されたアシストトルクを付与したときと付与していないときの車体−レバー偏差角度に対するレバー反力を示す図。 車両速度が高速の場合において図17の制御部で決定されたアシストトルクを付与したときと付与していないときの車体−レバー偏差角度に対するレバー反力を示す図。 本発明にかかる実施の形態3の変形例において車両速度が高速の場合におけるアシストトルクを付与したときと付与していないときの車体−レバー偏差角度に対するレバー反力を示す図。 本発明にかかる実施の形態3の変形例において車両速度が高速の場合におけるアシストトルクを付与したときと付与していないときの車体−レバー偏差角度に対するレバー反力を示す図。 本発明にかかる実施の形態の変形例であるフォークリフトの外観を示す図。 図24のフォークリフトのステアリング操作装置の一例を示す図。 図24のフォークリフトのステアリング操作装置の一例を示す図。 本発明にかかる実施の形態の変形例におけるステアリング操作装置を示す構成図。 本発明にかかる実施の形態の変形例における力付与部を示す構成図。
本発明にかかる実施の形態のホイールローダについて図面を参照しながら以下に説明する。
(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。
ホイールローダ1は、作業機3を用いて土砂積み込み作業などを行う。
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。
作業機3は、図示しない作業機ポンプからの作動油によって駆動される。作業機3は、ブーム14と、バケット15と、リフトシリンダ16と、バケットシリンダ17と、を有する。ブーム14は、フロントフレーム11に装着されている。バケット15は、ブーム14の先端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。
キャブ5は、リアフレーム12上に載置されており、内部には、ステアリング操作のためのハンドルやジョイスティックレバー24(後述する図2参照)、作業機3を操作するためのレバー、各種の表示装置等が配置されている。エンジンルーム6は、キャブ5の後側であってリアフレーム12上に配置されており、エンジンが収納されている。
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。
(1−2.ステアリング操作装置)
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。
(1−2−1.ステアリングシリンダ)
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は、シリンダチューブ21cと、ピストン21dと、ピストンロッド21eとを有している。シリンダチューブ21cは、フロントフレーム11に連結されている。ピストン21dは、シリンダチューブ21c内を摺動可能に設けられている。ピストンロッド21eは、ピストン21dに固定されており、リアフレーム12に連結されている。
ステアリングシリンダ22は、シリンダチューブ22cと、ピストン22dと、ピストンロッド22eとを有している。シリンダチューブ22cは、フロントフレーム11に連結されている。ピストン22dは、シリンダチューブ22c内を摺動可能に設けられている。ピストンロッド22eは、ピストン22dに固定されており、リアフレーム12に連結されている。
ステアリングシリンダ21には、伸長ポート21aと収縮ポート21bが設けられており、ステアリングシリンダ22には、伸長ポート22aと収縮ポート22bが設けられている。
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。
また、ステアリングシリンダ22では、ピストン22dによって、シリンダチューブ22c内の空間は、ピストンロッド22e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22aは、第2空間に繋がっており、収縮ポート22b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。
なお、ステアリングシリンダ21、22の間に配置されている連結軸部13の近傍には、ステアリング角θsを検出するステアリング角検出部104が設けられている。ステアリング角検出部104は、例えばポテンショメータによって構成されており、検出されたステアリング角θsは検出信号として制御部28に送られる。
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。
(1−2−2.ステアリング油圧回路)
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。
ステアリング弁32は、スプール式の弁であり、入力されるパイロット圧に応じ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流量調整弁である。ステアリング弁32は、メインポンプポートP1、メインドレインポートP2、第1ステアリングポートP3、および第2ステアリングポートP4を有している。メインポンプポートP1は、メイン油圧管路36を介してメイン油圧源31と接続されている。メインドレインポートP2は、メインドレイン管路37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ステアリングポートP3は、第1ステアリング管路38を介して、ステアリングシリンダ21の収縮ポート21bとステアリングシリンダ22の伸長ポート22aに接続されている。第2ステアリングポートP4は、第2ステアリング管路39を介して、ステアリングシリンダ21の伸長ポート21aとステアリングシリンダ22の収縮ポート22bに接続されている。
また、ステアリング弁32は、中立位置Ns、左ステアリング位置Ls、右ステアリング位置Rsに移動可能な弁体33を有している。弁体33が中立位置Nsに配置されている場合は、メインポンプポートP1とメインドレインポートP2が連通する。この場合、第1ステアリングポートP3と第2ステアリングポートP4は、それぞれいずれのポートとも連通していない。弁体33が、左ステアリング位置Lsに配置されている場合は、メインポンプポートP1と第1ステアリングポートP3が連通し、メインドレインポートP2と第2ステアリングポートP4が連通する。弁体33が右ステアリング位置Rsに配置されている場合は、メインポンプポートP1と第2ステアリングポートP4が連通し、メインドレインポートP2と第1ステアリングポートP3が連通する。
ステアリング弁32は、第1パイロット室34と第2パイロット室35とを有する。第1パイロット室34並びに第2パイロット室35にパイロット圧が供給されていない場合および第1パイロット室34並びに第2パイロット室35に同じパイロット圧が供給されている状態では、弁体33は中立位置Nsに位置する。第1パイロット室34のみにパイロット圧が供給されている状態では、弁体33は左ステアリング位置Lsに位置する。第2パイロット室35のみにパイロット圧が供給されている状態では、弁体33が右ステアリング位置Rsに位置する。弁体33が左ステアリング位置Lsおよび右ステアリング位置Rsに位置している場合には、ステアリング弁32は、供給されるパイロット圧に応じてメイン油圧源31からの油が通行する開口面積を変化させる。これにより、ステアリング弁32は、パイロット圧に応じてステアリングシリンダ21またはステアリングシリンダ22に供給する油の流量を制御する。
(b)パイロット油圧回路
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。
(ii)パイロット弁
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。
パイロット弁42は、操作スプール71と操作スリーブ72を含む弁体部60を有しており、操作スリーブ72を基準として、操作スプール71は、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に移動可能である。
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。
図3は、パイロット弁42の断面構成図である。
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)
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)
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)
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。
操作スリーブ72は略円筒状であって、操作スプール71の外側であってハウジング63の内側に、操作スプール71およびハウジング63に対して回転可能に配置されている。
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)
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。
図4(a)のように、孔71cと溝72cの周方向の位置が略一致し、孔71dと溝72dの周方向の位置が略一致した状態が、弁体部60が中立位置Npに位置した状態である。
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。
(フィードバック部)
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。
ドライブシャフト75は、操作入力軸61とフィードバック入力軸62の間であって、操作入力軸61とフィードバック入力軸62と同軸上(中心軸O)に配置されている。ドライブシャフト75は、操作スプール71の内側に配置されている。ドライブシャフト75の操作入力軸61側の端には、第1センタピン76が中心軸Oに対して垂直に配置されている。第1センタピン76の両端は、スリット71a、71bを通過して操作スリーブ72に固定されている。詳しくは後述するが、第1センタピン76とスリット71a、71bによって操作スプール71の操作スリーブ72に対する回転角は所定範囲内の角度に規制される。また、第1センタピン76が操作スリーブ72とドライブシャフト75に固定されているため、ドライブシャフト75が回転するとドライブシャフト75と一体化された操作スリーブ72も回転する。
フィードバックスプール73は、略円筒状であってフィードバック入力軸62と同軸上に配置されており、フィードバック入力軸62と接続されている。フィードバックスプール73のフィードバック入力軸62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73a、73bが形成されている。フィードバックスプール73の内側には、ドライブシャフト75が配置されている。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に連結されており、フロントフレーム11がリアフレーム12に対してステアリング角θs右側に回転すると、フィードバック入力軸62およびフィードバックスプール73もステアリング角θsと同じ回転角θs右側に回転する。
フィードバックスリーブ74は略円筒形状であって、フィードバックスプール73の外側であってハウジング63の内側に、フィードバックスプール73およびハウジング63に対して回転可能に配置されている。
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センタピン77は、ドライブシャフト75のフィードバック入力軸62側の端に、中心軸Oに対して垂直に配置されている。第2センタピン77の両端は、スリット73a、73bを通過してフィードバックスリーブ74に固定されている。第2センタピン77とスリット73a、73bによって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に対する回転は所定範囲内の角度に規制される。また、第2センタピン77がフィードバックスリーブ74とドライブシャフト75に固定されているため、フィードバックスリーブ74が回転すると、フィードバックスリーブ74と一体化されたドライブシャフト75も回転する。このドライブシャフト75の回転により、第1センタピン76によってドライブシャフト75と固定されている操作スリーブ72が回転する。
(第2スプリング)
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。
また、フィードバックスリーブ74のフィードバック入力軸62側の端には、直径方向の対向壁のそれぞれに矩形状の溝74c、74dが形成されている。第2スプリング65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65aから形成される。2組の板バネ部65aは、図4(c)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65aは、フィードバックスプール73の孔73c、73dを貫通して、両端がフィードバックスリーブ74の溝74c、74dに貫入されている。このように、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は第2スプリング65によって連結されている。この図4(c)の状態では、孔73cと溝74cが周方向において一致し、孔73dと溝74dが周方向において一致している。このようにフィードバックスプール73の孔73c、73dの周方向の位置に、溝74c、74dの周方向の位置が合うようにフィードバックスリーブ74は第2スプリング65によって付勢されている。
なお、第1スプリング64は操作スプール71が操作スリーブ72に対して規制されるまで撓むが、規制されるまでの第1スプリング64に生じる反力以上の力を加えることによって撓み始めるように第2スプリング65は設定されている。
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。
すなわち、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以上にジョイスティックレバー24を操作させる場合には、オペレータは、第2スプリング65の付勢力に逆らってジョイスティックレバー24を操作する必要がある。
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。
すなわち、パイロット弁42では、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fb(ステアリング角θsと一致する)との差αに応じて、操作スリーブ72に対する操作スプール71の位置が、中立位置Np、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。回転角の差αがゼロの場合は、操作スプール71は操作スリーブ72に対して中立位置Npに位置する。また、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に位置する場合には、パイロット弁42は、回転角の差αに応じてパイロット油圧源43からの油が通過する開口面積を変化させる。これにより、回転角の差αに応じてパイロット弁42からステアリング弁32に送られるパイロット圧が調整される。
なお、操作入力軸61には、例えばロータリセンサによって構成された第1回転角検出部101が設けられている。第1回転角検出部101は、操作入力軸61の回転角θinを検出する。フィードバック入力軸62には、例えばロータリセンサによって構成された第2回転角検出部102が設けられている。また、第2回転角検出部102は、フィードバック入力軸62の回転角θfb(=θs)を検出する。第1回転角検出部101および第2回転角検出部102によって検出された回転角θin、θfbは、検出信号として制御部28に送られる。
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。
(1−2−3.ジョイスティックレバー、連結部)
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。
ジョイスティックレバー24は、ステアリングボックス80から前に向かって斜め上方に突出して配置されている。
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、鉛直方向に配置されており、その中心軸Eを中心に回転可能にステアリングボックス80に支持されている。連結バー82は、ステアリングボックス80内に配置されており、ジョイスティックレバー24とステアリング操作軸81を連結している。
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。
ユニバーサルジョイント部83は、ステアリング操作軸81と、運転席5aの近傍に配置されているパイロット弁42の操作入力軸61とを連結している。ユニバーサルジョイント部83は、伸縮自在な中央部83aと、中央部83aの両端に配置されたジョイント部83b、83cを有している。ジョイント部83bは、ステアリング操作軸81に連結されている。ジョイント部83cは、操作入力軸61に連結されている。
図6は、ジョイスティックレバー24近傍を上方から視た平面図である。図6に示すように、ジョイスティックレバー24は、ステアリングボックス80の上面に形成された円弧状の孔84から斜め上方に突出して形成されている。ジョイスティックレバー24は、ステアリング操作軸81(詳細には中心軸E)を中心にして水平方向に旋回可能となっている。また、ステアリングボックス80の孔84の右端の縁にはRマークが形成されており、左端の縁にはLマークが形成されている。
例えば、図6に示すように、オペレータがジョイスティックレバー24を中央位置から右側に回転角θin回転操作すると、ステアリング操作軸81も回転角θin右回転する。このステアリング操作軸81の回転角θinの回転が、ユニバーサルジョイント部83を介して操作入力軸61に伝達されて、操作入力軸61も回転角θin右回転する。ジョイスティックレバー24を左回転させたときも同様である。
(1−2−4.リンク機構)
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。
このリンク機構26によって、リアフレーム12に配置されているパイロット弁42とフロントフレーム11がリンクされている。
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。
(1−2−5.レバー反力)
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。
オペレータがジョイスティックレバー24を中央位置から回転角θinで回転操作した場合、操作入力軸61も回転角θinで回転する。一方、ステアリングシリンダ21、22の応答が遅れるため、回転角θinに追従してステアリング角θsも除々に大きくなる。このジョイスティックレバー24の回転角θinが目標とするステアリング角を示し、ステアリング角θsが実際の実ステアリング角を示す。ステアリング角θsの変化に対応して、フィードバック入力軸62もステアリング角θsと同じ回転角θsで回転する。そして、フィードバック入力軸62とともにフィードバックスプール73も回転し、その回転によって第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。
ここで、フィードバックスリーブ74と操作スリーブ72は、第1センタピン76、第2センタピン77およびドライブシャフト75によって一体化されているため、フィードバックスリーブ74の回転によって操作スリーブ72も回転する。
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、操作スプール71を操作スリーブ72に対して中立位置Npになるように付勢しているため、偏差角度αを大きくするためには、第1スプリング64の付勢力に逆らってジョイスティックレバー24を操作する必要がある。
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。
図7(c)に示すように、偏差角度αがゼロの中立位置Npでは、第1センタピン76は、操作スプール71のスリット71a、71bの中央に配置されている。また、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。
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。
更に、オペレータがジョイスティックレバー24を右側に回転操作するためには、第2スプリング65の反力に逆らって操作する必要がある。すなわち、ジョイスティックレバー24を更に右側に回転操作する場合、第1センタピン76が壁部71beと壁部71aeに当接しているため、操作スプール71を回転させようとすると操作スリーブ72ごと回転させる必要がある。また、上述したように操作スリーブ72は、フィードバックスリーブ74と一体化されており、フィードバックスプール73はフィードバック入力軸62と接続されている。このため、ジョイスティックレバー24を更に右側に回転操作する場合には、図4(d)に示すように、第2スプリング65の反力に逆らって操作することになる。
そして、偏差角度αがθ3に達すると、図7(e)に示すように第2センタピン77がスリット73aの周方向に形成されている壁部73aeと、スリット73bの周方向に形成されている壁部73beに当接する。このように、第2センタピン77は、角度(θ3−θ2)回転可能となっている。すなわち、角度θ3よりも偏差角度αが大きく出来ないようにパイロット弁42は構成されている。このため、図7(b)に示すように角度θ3でレバー反力が直線的に立ち上がっている。この第2センタピン77の壁部73ae、73beへの当接が勢い良く行われた場合、急減な反動が発生してオペレータの手首に負担が生じる。この角度θ3は、キャッチアップ角とも呼ばれる。
なお、図7(b)では、ジョイスティックレバー24を右側に回転操作した場合を例に挙げて説明したが、左側に回転操作した場合も同様であり、その場合、偏差角度αはマイナスの値となり、後述する図12の二点鎖線L30に示すように左右対称となる。すなわち、−θ2で第1センタピン76が壁部71ae、71beに当接し、−θ3で第2センタピン77が壁部73ae、73beに当接する。このように、偏差角度αの絶対値が角度θ3より大きくならないようにパイロット弁42は構成されている。
なお、偏差角度αがθ2に達するまでは、操作スプール71の回転角と操作スリーブ72の回転角に差が生じるが、角度θ2を越えると操作スプール71と操作スリーブ72の間には回転角に差が生じないため、パイロット弁42の開度は一定である。また、偏差角度αが角度θ2〜θ3の間は、パイロット弁42の開度は一定であるが、可変減圧部41を制御し偏差角度に応じてパイロット圧を変化させればよい。
(1−2−6.力付与部)
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。
なお、入力軸部81bの第1端81b1がレバー側軸部81aと繋がっており、第2端81b2が弁側軸部81cと繋がっている。
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。
例えば、ジョイスティックレバー24を右回転させる際に、入力軸部81bに右回転方向に力を加えることによって、ジョイスティックレバー24の操作に対して補助力を付与することになる。また、ジョイスティックレバー24を右回転させる際に、入力軸部81bに左回転方向に力を加えることによって、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ことなる。
なお、入力軸部81bには、トルクセンサ103が設けられている。トルクセンサ103は、オペレータがジョイスティックレバー24に加えることによって入力軸部81bに生じるトルクを検出する。本実施の形態のトルクセンサ103は、例えば、トーションバーのねじれをコイルによって検出することにより、入力軸部81bの回転方向と入力軸部81bに生じるトルクを検出する。検出された回転方向およびトルクTは、操舵トルク信号として制御部28へ出力される。
(1−2−7.圧力検出部)
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。
第2圧力センサ109は、第2ステアリング管路39における収縮ポート22bと伸長ポート21aへの分岐点39aよりもステアリング弁32側に配置されている。第2圧力センサ109は、ステアリングシリンダ21における伸長ポート21a側の圧力(シリンダボトム側)を検出する。伸長ポート21aに油が供給されるときに、ステアリングが右方向に操作されるため、第2圧力センサ109は、右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21のボトム圧を計測する。
(1−2−8.制御部)
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。
圧力差演算部202は、第1圧力センサ108から第1圧力値の信号S(PV1)を受信し、第2圧力センサ109から第2圧力値の信号S(PV2)を受信する。圧力差演算部202は、第2圧力値PV2から第1圧力値PV1を引き、圧力差ΔPを算出する。
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、トルクセンサ103からの操舵トルク信号(図9に示すS(T0))および圧力差演算部202からの圧力差情報を受け取る。そして、アシストトルク決定部201は、操舵トルク信号および圧力差情報からアシストトルクを決定する。
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。
駆動回路204は、算出された目標アシストトルクに基づいて電動モータ111を駆動する。
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。
<2.動作>
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。
このとき、操作スプール71は、操作スリーブ72に対して図4(a)に示す中立位置Npに位置する。この場合、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のパイロット圧は同じであり、ステアリング弁32の弁体33も中立位置Nsとなっている。このため、左右のステアリングシリンダ21、22への油の供給または排出が行われておらず、ステアリング角θsはゼロに維持され、フィードバック入力軸62の回転角θfb(=θs)もゼロに維持される。
次に、オペレータがジョイスティックレバー24を図6に示すように中央位置から右側に回転させるために操作力Finを加える。操作力Finが第1スプリング64のF1を越えると操作入力軸61がジョイスティックレバー24と同様に右方向に回転して操作入力軸61の回転角θinが増大する。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はまだゼロの状態であり、フィードバック入力軸62の回転角θfb(=θs)もゼロである。このため、回転角θinとステアリング角θsの偏差角度(α=θin―θs)は増大する。
上記操作入力軸61の回転とともに操作スプール71が操作スリーブ72に対して右回転する。ここで、操作スリーブ72は、フィードバックスリーブ74と一体化されており、フィードバックスリーブ74は、第2スプリング65によってフィードバックスプール73と連結されている。そして、第2スプリング65の初期反力F2は、図7(b)に示す第1スプリング64のバネ特性S1の反力以上である。そのため、操作スリーブ72は、操作スプール71に連れられて回転せず、操作スプール71は操作スリーブ72に対して右回転する。
このように、操作スプール71は操作スリーブ72に対して右回転して右パイロット位置Rpに移動し、第2パイロットポートP8にパイロット圧が供給され、第2パイロット室35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。
オペレータがジョイスティックレバー24を所定の回転角θ1で停止させると、操作入力軸61も回転角θ1で停止する。一方、ステアリング角θsは除々に増大しているため、フィードバック入力軸62の回転角θsも増大する。フィードバック入力軸62とともにフィードバックスプール73も回転し、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。フィードバックスリーブ74は、第1センタピン76、第2センタピン77、およびドライブシャフト75を介して操作スリーブ72と一体化されているため、フィードバックスリーブ74の回転とともに操作スリーブ72も回転する。操作スリーブ72の回転によって操作スリーブ72と操作スプール71の回転角の差(偏差角度α)は小さくなる。そして、ステアリング角θs(フィードバック入力軸62の回転角θs)が回転角θ1(操作入力軸61の回転角θin)に追いつくと、偏差角度αがゼロになる。このとき、パイロット弁42の操作スプール71は操作スリーブ72に対して中立位置Npに位置している。この場合、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のパイロット圧は同じであり、ステアリング弁32も中立位置Nsとなる。このため、左右のステアリングシリンダ21、22への油の供給または排出が行われておらず、ステアリング角θsは回転角θ1に維持される。
このように、ジョイスティックレバー24を右側へ回転させ所定の回転角θ1で停止させると、ステアリング角θsも同じ回転角θ1に維持される。これにより、フロントフレーム11がリアフレーム12に対して右側へ回転角θ1の方向に向けて維持される。
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。
オペレータがジョイスティックレバー24を中央位置で停止させると、操作入力軸61も初期位置すなわち回転角θinがゼロの位置で停止する。一方、ステアリング角θsも回転角θ1から除々に減少しているため、回転角の差(偏差角度)αは除々に小さくなる。そして、ステアリング角θsがゼロになると、フィードバック入力軸62の回転角θfb(=θs)もゼロとなり、回転角の差αはゼロとなる。このとき、操作スプール71は操作スリーブ72に対して中立位置Npに配置されている。この場合、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のパイロット圧は同じであり、ステアリング弁32も中立位置Nsとなっている。このため、左右のステアリングシリンダ21、22への油の供給または排出が行われておらず、ステアリング角θs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。
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。
(2−2.力付与部の制御)
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。
本実施の形態のホイールローダ1では、アシストトルク情報に基づいて、トルクおよび圧力差から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。そして、ステアリングシリンダ21、22における圧力が増加したときには、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て、オペレータにステアリングシリンダ21、22の状態を感じ取らせる。
はじめに、アシストトルク情報について説明する。
(2−2−1.アシストトルク情報)
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。
回転方向に対応する圧力差が大とは、例えば、ジョイスティックレバー24を右側に回転させた際に圧力差ΔPが+20MPaとなる場合、およびジョイスティックレバー24を左側に回転させた際に圧力差ΔPが−20MPaとなる場合を示す。また、回転方向に対応する圧力差が中とは、例えば、ジョイスティックレバー24を右側に回転させた際に圧力差が+10MPaとなる場合、およびジョイスティックレバー24を左側に回転させた際に圧力差が−10MPaとなる場合を示す。また、回転方向に対応する圧力差が小とは、例えば、ジョイスティックレバー24を右側に回転させた際に圧力差が0MPa以下となる場合、およびジョイスティックレバー24を左側に回転させた際に圧力差が0MPa以上となる場合を示す。
すなわち、ジョイスティックレバー24を右側に回転させたときには、回転方向に対応する圧力差は、0MPa以下から+20MPaへと大きくなる。一方、ジョイスティックレバー24を左側に回転させたときには、回転方向に対応する圧力差は0MPa以上から−20MPaへと大きくなる。
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。
L1のうちレバー入力トルクが正の値であるL1a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0MPa以下のときのアシストトルクを示す。L1のうちレバー入力トルクが負の値であるL1b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0MPa以上のときのアシストトルクを示す。
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。
また、L2のうちレバー入力トルクが正の値であるL2a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+10MPaのときのアシストトルクを示す。L2のうちレバー入力トルクが負の値であるL2bが、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−10MPaのときのアシストトルクを示す。また、L3のうちレバー入力トルクが正の値であるL3aが、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。L3のうちレバー入力トルクが負の値であるL3bが、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。
L1a、L2a、L3aは、ジョイスティックレバー24を右側に回転させる場合を示し、このときアシストトルクが正の値であるため、入力軸部81bに右回転に力が加えられる。また、L1b、L2b、L3bは、ジョイスティックレバー24を左側に回転させる場合を示し、アシストトルクが負の値であるため、入力軸部81bに左回転に力が加えられる。このように、ジョイスティックレバー24の操作に対して補助力が付加される。
また、L1aとL1bは原点に対して対称になっており、L2aとL2bは原点に対して対称になっており、L3aとL3b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。
(2−2−2.制御動作)
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S120において、制御部28は、操舵トルク信号に基づいて、ジョイスティックレバー24の操舵方向を判定する。この操舵方向によって、力を付与する際における電動モータ111の回転方向が決まる。
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。
そして、ステップS140において、圧力差演算部202は、第2圧力値PV2から第1圧力値PV1を引いて圧力差を演算する。
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。
アシストトルク決定部201は、圧力差演算部202による圧力差の値に基づいて、記憶している複数の圧力差のアシストトルク情報(図10のL1、L2、L3)から第1アシストトルクを決定する。また、ステップS120における操舵方向の判定によって、ジョイスティックレバー24の操作が右回転であるか左回転であるかが判定されている。
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。
なお、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0MPa以下の値のときは、補間計算は行われず、L1aのグラフからアシストトルクの値が決定される。
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。
このように、補間計算によりアシストトルクを算出することにより、圧力差の値に応じて連続的にアシストトルクを変化できる。
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、図12では、正の偏差角度αがジョイスティックレバー24を右側に移動した場合を示し、負の偏差角度αがジョイスティックレバー24を左側に移動した場合を示す。すなわち、角度θ3は、図7(e)に示すように、ジョイスティックレバー24を右回転させたときに操作が規制される角度を示し、角度−θ3は、ジョイスティックレバー24を左回転させたときに操作が規制される角度を示す。また、角度θ2は、図7(d)に示すように、ジョイスティックレバー24を右回転させたときに第1センタピン76が壁部71ae、71beに当接する角度を示し、角度−θ2は、ジョイスティックレバー24を左回転させたときに第1センタピン76が壁部71ae、71beに当接する角度を示す。
図12に示すように、L4〜6、L30は、それぞれ縦軸に対して線対称になっている。L4〜L6では、左右の操作に対して対称にアシスト力(補助力)が付与され、アシストトルクを付与しない場合(L30)に比べてレバー反力が小さくなっている。
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。
(2−2−3.負荷発生の一例)
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。
同様に、ステアリングシリンダ22のシリンダチューブ22c内のピストン22dによって分けられる空間のうち、ピストンロッド22e側の第1空間が22fとして示され、その反対側の第2空間が22gとして示されている。第2空間22gは、ステアリングシリンダ22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。
ジョイスティックレバー24が、例えば右方向に回転角θ1操作されることにより、右方向にアーティキュレート動作が行われるが、バケット15が障害物Qに干渉するまでは、ステアリング角θsは回転角θ1に向かって変化する。また、ステアリングシリンダ21の第2空間21gとステアリングシリンダ22の第1空間22fに油が供給されるとともに、ステアリングシリンダ21の第1空間21fとステアリングシリンダ22の第2空間22gからは油が排出されるため、第1圧力センサ108による第1圧力値と第2圧力センサ109による第2圧力値の差は例えば10MPaである。このため、ジョイスティックレバー24の操作に対する反力は、図12に示すL5となっている。
そして、ステアリング角θsが、回転角θ1に達する前に障害物Qが存在する場合、アーティキュレート動作は障害物Qによって阻害される。このときの偏差角度αをθ10とする。このとき、ステアリング角θsが回転角θ1に到達していないため、ステアリング角θsを回転角θ1に近づけるように、ステアリングシリンダ21の第2空間21gとステアリングシリンダ22の第1空間22fに油が供給され続ける。そのため、ステアリングシリンダ21の第2空間21gとステアリングシリンダ22の第1空間22fの圧力が徐々に高くなる。この圧力は、図2に示す第2圧力センサ109によって第2圧力値として検知される。
一方、ステアリングシリンダ21の第1空間21fとステアリングシリンダ22の第2空間22gからは油が排出されるだけであるため、第1圧力センサ108によって検出される第1圧力値は高くならない。そのため、圧力差演算部202で演算される圧力差(第2圧力値−第1圧力値)は大きくなる。例えば、ジョイスティックレバー24の位置を維持した状態(偏差角θsがθ10の状態)において圧力差が上昇すると、例えば点線L5(通常のステアリング操作時の圧力差10MPa)から図12に示す実線L4(圧力差20MPa)に近づくように徐々にレバー反力が大きくなる(矢印F参照)。すなわち、偏差角度θ10において、レバー反力がL5のレバー反力から上昇する。
また、オペレータが、障害物Qに気付かず、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24を更に右方向に操作すると、偏差角度が大きくなるためレバー反力が上昇するとともに、圧力差ΔPも上昇し、レバー反力が更に上昇する(矢印G参照)。例えば、矢印Gに示すように、レバー反力は、点線L5から偏差角度が大きくなりながら実線L4に近づく。そのため、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取ることができる。これにより、オペレータは、ステアリングシリンダ21、22に負荷が発生していることに気付くことができる。
(実施の形態2)
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。
<1.構成>
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。
トルク調整決定部203は、車速センサ105から車両速度信号S(V)を受信し、ホイールローダ1の速度に基づいてアシストトルク決定部201で決定したアシストトルクを調整する。具体的には、トルク調整決定部203は、トルク調整情報に基づいて、取得した車速からアシストトルクの倍率を決定する。トルク調整情報は、トルク調整決定部203に記憶されているが、別途記憶部に記憶されていてよい。図14に示すように、トルク調整情報は、車速がゼロのときの倍率を1として、車速が速くなるに従って倍率が低くなるように設定されている。トルク調整決定部203は、決定した調整倍率の情報を調整演算部205へと出力する。
調整演算部205は、アシストトルク決定部201で決定したアシストトルクに調整倍率を掛けて目標アシストトルクを演算する。調整演算部205は、目標アシストトルクに関する情報を含む目標アシストトルク信号S(T1)を生成し、駆動回路204に出力する。
<2.動作>
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S151において、トルク調整決定部203が、トルク調整情報に基づいて、車速信号S(V)から調整倍率を決定する。
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。
次に、ステップS160において、調整演算部205は、目標アシストトルク(指令トルクともいえる)に関する情報を含む目標アシストトルク信号S(T1)を生成し、駆動回路204を介して電動モータ111へと出力する。
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。
図16(a)に示す実線L7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、一点鎖線L8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、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。
図16(b)に示す実線L9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、一点鎖線L10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、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。
L7とL9を比較するとわかるように、同じ圧力差(20MPa)において車速が高速の場合の方が低速の場合よりもジョイスティックレバー24の操作に対して加える補助力が小さく設定されている。また、L8とL10の場合も同様に、同じ圧力差(0MPa)において車速が高速の場合の方が低速の場合よりもジョイスティックレバー24の操作に対して加える補助力が小さく設定されている。
このように高速の場合における補助力を低速の場合よりも小さくすることで、高速のときの走行安定性を確保できる。また、低速の場合の補助力を高速の場合よりも大きくすることにより、低速のときの操作性を確保できる。
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。
(実施の形態3)
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。
<1.構成>
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。
第1アシストトルク決定部301は、レバー入力トルクに対して付与するアシストトルクの関係(第1アシストトルク情報)を複数の速度において記憶している。この第1アシストトルク情報は、予め設定されている。第1アシストトルク決定部301は、トルクセンサ103からの操舵トルク信号(図17に示すS(T0))および車速センサ105からの速度信号(図17に示すS(V))を受信する。そして、第1アシストトルク決定部301は、記憶している第1アシストトルク情報に基づいて、トルクセンサ103からの操舵トルク信号および車速センサ105からの速度信号から第1アシストトルクを決定する。アシストトルク決定部201は、決定した第1アシストトルクを合算部304へ送る。
偏差角演算部303は、第1回転角検出部101によって検出される回転角θinを示す第1回転角信号(図17に示すS(θin))と、第2回転角検出部102によって検出される回転角θfb(=θs)を示す第2回転角信号(図17に示すS(θs))を受信する。そして、偏差角演算部303は、回転角θinと回転角θfbの差を計算し偏差角度α(θin―θfb)を算出する。
第2アシストトルク決定部302は、偏差角度αに対して付与するアシストトルクの関係(第2アシストトルク情報)を複数の圧力差ΔPにおいて記憶している。この第2アシストトルク情報は、予め設定されている。第2アシストトルク決定部302は、記憶している第2アシストトルク情報に基づいて、偏差角度αから第2アシストトルクを決定する。第2アシストトルク決定部302は、決定した第2アシストトルクを合算部304へ送る。
第1アシストトルク情報は第1アシストトルク決定部301内の記憶部に記憶され、第2アシストトルク情報は第2アシストトルク決定部302内の記憶部に記憶されているが、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記憶する記憶部が別途設けられていても良い。また、記憶部は、RAM、ROM、またはHDD等によって構成されている。
合算部304は、第1アシストトルク決定部301によって決定された第1アシストトルクと、第2アシストトルク決定部302によって決定された第2アシストトルクの和を演算し、入力軸部81bに付与する目標アシストトルクを算出する。合算部304は、算出した目標アシストトルクを目標アシストトルク信号(図17に示すS(T1))として駆動回路204に出力する。
このように、制御部328は、トルクT、偏差角度α、速度V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または反力を付与できる。
<2.動作>
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。
(2−1.第1アシストトルク情報)
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。
図18(a)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。
すなわち、L11aが、車両速度が0km/hの場合においてジョイスティックレバー24を右側に回転させたときのアシストトルクを示し、L11bが、車両速度が0km/hの場合においてジョイスティックレバー24を左側に回転させたときのアシストトルクを示す。また、L12aが、車両速度が25km/hの場合においてジョイスティックレバー24を右側に回転させたときのアシストトルクを示し、L12bが、車両速度が25km/hの場合においてジョイスティックレバー24を左側に回転させたときのアシストトルクを示す。L13aが、車両速度が40km/hの場合においてジョイスティックレバー24を右側に回転させたときのアシストトルクを示し、L13bが、車両速度が40km/hの場合においてジョイスティックレバー24を左側に回転させたときのアシストトルクを示す。
L11a、L12a、L13aは、ジョイスティックレバー24を右側に回転させる場合を示し、このときアシストトルクが正の値であるため、入力軸部81bに右回転に力が加えられる。また、L11b、L12b、L13bは、ジョイスティックレバー24を左側に回転させる場合を示し、アシストトルクが負の値であるため、入力軸部81bに左回転に力が加えられる。このように、第1アシストトルク情報では、ジョイスティックレバー24の操作に対して補助力が付加される。
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。
(2−2.第2アシストトルク情報)
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。
図18(b)には、圧力差が異なる3つのアシストトルク情報が示されており、回転方向に対応する圧力差ΔPが大の場合のアシストトルク情報が実線L20で示されている。回転方向に対応する圧力差ΔPが中の場合のアシストトルク情報が点線L21で示されている。また、回転方向に対応する圧力差ΔPが小の場合のアシストトルク情報が一点鎖線L22で示されている。回転方向に対応する圧力差が大とは、例えば、ジョイスティックレバー24を右側に回転させた際に圧力差が+20MPaとなる場合、およびジョイスティックレバー24を左側に回転させた際に圧力差が−20MPaとなる場合を示す。また、回転方向に対応する圧力差が中とは、例えば、ジョイスティックレバー24を右側に回転させた際に圧力差が+10MPaとなる場合、およびジョイスティックレバー24を左側に回転させた際に圧力差が−10MPaとなる場合を示す。また、回転方向に対応する圧力差が小とは、例えば、ジョイスティックレバー24を右側に回転させた際に圧力差が0MPa以下となる場合、およびジョイスティックレバー24を左側に回転させた際に圧力差が0MPa以上となる場合を示す。
図18(b)では、正の車体−レバー偏差角度α(θin−θs)がジョイスティックレバー24を右側に操作する場合を示し、負の車体−レバー偏差角度αがジョイスティックレバー24を左側に操作する場合を示す。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。
L22のうちで偏差角度が正の値であるL22aは、圧力差が0MPa以下の場合においてジョイスティックレバー24を右側に回転させたときのアシストトルク(反力)を示す。L22のうち偏差角度が負の値であるL22bは、圧力差が0MPa以上の場合においてジョイスティックレバー24を左側に回転させたときのアシストトルク(反力)を示す。
また、L21のうち偏差角度が正の値であるL21a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+10MPaのときのアシストトルクを示す。L21のうち偏差角度が負の値であるL21b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−10MPaのときのアシストトルクを示す。
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18(b)に示すL20a、L21aおよびL22aでは、偏差角度αが角度+θ4に達すると反力が発生し、一定のアシストトルクが付与されるように設定されている。また、L20b、L21b、L22bでは、偏差角度αが角度−θ4に達すると反力が発生し、一定のアシストトルクが付与されるように設定されている。なお、−θ4〜+θ4までの間は、パイロット弁42の遊びに相当する。
詳細には、L20a、L21aおよびL22aでは、ジョイスティックレバー24が右側に回転操作されて偏差角度αが角度+θ4に達すると、偏差角度αが+θ3(キャッチアップ角)に達するまで入力軸部81bには左回転方向に力が加えられる。この左回転方向への力は+θ4〜+θ5まで一定の傾きで抵抗が増加するように設定されている。偏差角度が+θ5に達した以降は、入力軸部81bに加えられる左回転方向の力は一定となる。
また、L20b、L21b、L22bでは、ジョイスティックレバー24が左側に回転操作されて偏差角度αが角度−θ4に達すると、偏差角度αが−θ3(キャッチアップ角)になるまで入力軸部81bには右回転方向に力が加えられる。この右回転方向への力は、一定の傾きで抵抗が増加するように設定されている。偏差角度が−θ5に達した以降は、入力軸部81bに加えられる右回転方向の力は一定となる。
また、L20、L21およびL22に示すように、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の操作に対する抵抗力が大きくなるように設定されている。すなわち、右方向にジョイスティックレバー24を回転した場合には、図18(b)では、左回転に力が加えられるが、マイナストルクの絶対値の大きさが圧力差とともに大きくなる。また、左方向にジョイスティックレバー24を回転した場合には、図18(b)では、右回転に力が加えられるが、トルクの大きさが圧力差とともに大きくなる。一点鎖線L22に示すように、圧力差がほとんど存在しない場合には、抵抗はほとんど発生しないように設定されている。
(2−3.制御動作)
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17に示すS(T0))を受信し、ステップS120において、制御部28は、操舵トルク信号に基づいて、ジョイスティックレバー24の操舵方向を判定する。
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。
そして、ステップS140において、圧力差演算部202は、第2圧力値から第1圧力値を引いて圧力差を演算する。
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。
詳細には、第1アシストトルク決定部301は、図18(a)に示す3つの第1アシストトルク情報(車両速度が0km/hの場合と、25km/hの場合と、40km/hの場合)を記憶している。第1アシストトルク決定部301は、車速センサ105からの検出値が3つの速度の間の場合(例えば、12km/h)、その車速におけるアシストトルクを補間計算によって算出する。このように補間計算によって、制御部28は、第1アシストトルクを決定する。尚、補間計算により第1アシストトルクを算出することにより、速度変化に応じて連続的にアシストトルクを変化できる。そして、第1アシストトルク決定部301は、決定した第1アシストトルクを合算部304へ送る。
つぎに、ステップS153おいて、第2アシストトルク決定部302は、図18(b)に示す第2アシストトルク情報に基づいて、ステップS130において算出した偏差角度αおよびステップS140において演算した圧力差ΔPから第2アシストトルクを決定する。この第2アシストトルクは、反力であり、ジョイスティックレバー24の操作に対して圧力差ΔPに応じて抵抗力を生じさせるトルクである。第2アシストトルク決定部302は、決定した第2アシストトルクを合算部304へと送る。
次に、ステップS154において、合算部304は、第1アシストトルクと第2アシストトルクを合算し、目標アシストトルクを算出し、ステップS160において算出した目標アシストトルクを目標アシストトルク信号(図17に示すS(T1))として駆動回路204に出力する。ここで、目標アシストトルクは正負の値であり、回転方向の情報も含んでいる。
合算部304において、これらの値が合算され、反力の絶対値が補助力の絶対値よりも大きい場合には目標アシストトルクはマイナスの値となり、ジョイスティックレバー24を右側に操作したときに反力の絶対値から補助力の絶対値を差し引いた分の大きさの力が左回転に付与される。一方、補助力の絶対値が反力の絶対値よりも大きい場合には目標アシストトルクはプラスの値となり、ジョイスティックレバー24を右側に操作したときに補助力の絶対値から反力の絶対値を差し引いた分の大きさの力が右回転に付与される。
図20は、低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20では、実線L24が、低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L25が、低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20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。
低速の場合には、図18(a)および図20に示すように、ジョイスティックレバー24の操作に対する補助力を増加させているが、圧力差ΔPが大きくなると、L24およびL25に示すように、補助力が減少する。これによって、オペレータは、ステアリングシリンダ21、22における負荷の発生を感じ取ることができる。
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。
高速の場合には、図18(a)および図21に示すように、ジョイスティックレバー24の操作に対する補助力を増加させているが、圧力差ΔPが大きくなった場合、L25およびL26に示すように、偏差角−θ4〜+θ4の範囲を超えると補助力が減少する。これによって、オペレータは、ステアリングシリンダ21、22における負荷の発生を感じ取ることができる。
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。
<特徴等>
(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。
このように、ステアリングシリンダ21、22に生じる圧力を検出することにより、ホイールローダ1のステアリング動作の際に障害物があって動作が阻害されステアリングシリンダ21、22に負荷が発生している場合、その状態を検出することができる。
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。
(2)
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。
(3)
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。
(4)
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。
(5)
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。
このように2つのステアリングシリンダ21、22によってホイールローダ1の左右のステアリング動作が行われる場合には、それぞれのステアリングシリンダ21、22における圧力値PV1、PV2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が生じるよう力付与部27が制御される。これにより、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。
(6)
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。
(7)
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。
(8)
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。
(9)
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。
(10)
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。
(11)
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。
(12)
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。
これにより、ジョイスティックレバー24を操作した後、ジョイスティックレバー24に追従してステアリング角θsが変更し、ジョイスティックレバー24の回転角θinとステアリング角θsが一致するとパイロット弁42は中立位置Npとなる。
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。
(13)
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。
(14)
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。
このように、ステアリングシリンダ21、22に生じる圧力を検出することにより、ホイールローダ1のステアリング動作の際に障害物があって動作が阻害されてステアリングシリンダ21、22に負荷が発生している場合、その状態を検出することができる。
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。
[他の実施形態]
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。
図22は、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場合を説明するための図であり、高速の場合において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22に示す実線L28は、高速の場合における回転方向に対応する圧力差ΔPが大(例えば、右側回転において+20MPa、左側回転において−20MPa)のときのレバー反力を示し、一点鎖線L29が、高速の場合における回転方向に対応する圧力差ΔP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)のときのレバー反力を示す。
L29のように、圧力差ΔPが小のときは、第2アシストトルク情報によって付与される反力がほぼゼロであるため、第1アシストトルク情報によって補助力が付与される。
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。
すなわち、ジョイスティックレバー24を右方向に操作すると、偏差角度αがθ8〜θ9の間において、力付与部27は入力軸部81bに左回転方向に力を付与する。
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。
また、図23に示すように、圧力差ΔPが20MPaの場合(実線L28´)および圧力差ΔPが0MPaの場合(一点鎖線L29´)が、偏差角度の全ての領域(−θ3〜+θ3)において、L30よりもレバー反力が大きくなるように設定されていてもよい。この場合、圧力差ΔPが大きくなると、反力を大きくするように力付与部27を制御することによってジョイスティックレバー24の操作に対して抵抗を生じさせる。
(B)
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。
(B−1)
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。
図25は、ステアリング操作装置403の構成を示す模式図である。ステアリング操作装置403は、ステアリングホイール410と、オービットロール(登録商標)411と、ポンプ412と、ステアリングシリンダ413、414と、リンク機構415と、アーム416、417と、回転軸部418、419とを主に有する。
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。
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。回転軸部418、419は、フォークリフト400のフレーム406に回転可能に取り付けられている。前輪401aは、アーム416を介して回転軸部418に連結されている。前輪401bは、アーム417を介して回転軸部419に連結されている。リンク機構415は、回転軸部418から前方に突出したアーム421と、回転軸部419から前方に突出したアーム422と、アーム421とアーム422の先端を連結するリンク423によって構成されている。
ステアリングシリンダ413は、そのシリンダチューブ413aの先端がフレーム406に連結されている。また、ステアリングシリンダ413のピストンロッド413bの先端が、アーム421に連結されている。ステアリングシリンダ414は、そのシリンダチューブ414aの先端がフレーム406に連結されている。また、ステアリングシリンダ414のピストンロッド414bの先端が、アーム422に連結されている。
オービットロール411からステアリングシリンダ413の伸長ポート413cとステアリングシリンダ414の収縮ポート414dを繋ぐ第1油流路431が設けられている。オービットロール411からステアリングシリンダ413の収縮ポート413dとステアリングシリンダ414の伸長ポート414cを繋ぐ第2油流路432が設けられている。また、第1油流路431には、第1圧力センサ441が設けられ、ステアリングシリンダ413の伸長ポート413c側の空間とステアリングシリンダ414の収縮ポート414d側の空間の圧力を検出する。第2油流路432には、第2圧力センサ442が設けられ、ステアリングシリンダ413の収縮ポート413d側の空間とステアリングシリンダ414の伸長ポート414c側の空間の圧力を検出する。
ステアリングホイール410を右回転させると、オービットロール411から第2油流路432を通じて、ステアリングシリンダ414の伸長ポート414cとステアリングシリンダ413の収縮ポート413dに供給される油量が増加する。これによって、ステアリングシリンダ413は収縮し、ステアリングシリンダ414は伸長し、アーム421、422が右方向に回転する。このため、回転軸部418、419に固定されているアーム416、417も右回転し、前輪401a、401bも右回転する。
ステアリングホイール410を左回転させると、オービットロール411から第1油流路431を通じて、ステアリングシリンダ413の伸長ポート413cとステアリングシリンダ414の収縮ポート414dに供給される油量が増加する。これによって、ステアリングシリンダ413は伸長し、ステアリングシリンダ414は収縮し、前輪401a、401bは左回転する。
右方向にステアリングを曲がる際に障害物が存在し、ステアリングシリンダ413の収縮ポート413d側の空間と、ステアリングシリンダ414の伸長ポート414c側の空間の圧力が上昇すると、第2圧力センサ442の値が第1圧力センサ441の値よりも大きくなる。ここで、図9を用いて説明すると、図9に示す第1圧力センサ108を第1圧力センサ441とし、第2圧力センサ109を第2圧力センサ442とすると、第2圧力センサ442の圧力値から第1圧力センサ441の圧力値を引いた圧力差が算出される。第2圧力センサ442による検出値のほうが第1圧力センサ441による検出値よりも大きいため圧力差はプラスの値となる。そのため、L1aおよびL3aに示すように、ステアリングホイール410の右方向の回転に対する補助力が小さくなり、オペレータがステアリングホイール410の回転の際に操作に抵抗を感じる(操作が重くなるともいえる)。
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。
(B−2)
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。
図26は、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503の構成を示す図である。ステアリング操作装置503は、ステアリングホイール510と、パワーステアリングギアボックス511と、リンク機構512と、アスクル513と、パワーシリンダ514と、圧力検出部515とを主に備える。
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。
リンク機構512は、その一端が作動部521に連結されており、他端がアスクル513に連結されている。リンク機構512は、互いに連結されたピットマンアーム531およびドラグリンク532から主に構成されている。ピットマンアーム531は作動部521に連結されており、ドラグリンク532は、アスクル513のベルクランク541に接続されている。
アスクル513は、ベルクランク541と、ベルクランク541が回転可能に配置されたアスクルビーム542と、左右の平行リンク543、544と、平行リンク543、544のいずれかとベルクランク541を連結するタイロッド545と、平行リンク543、544のそれぞれが連結するナックル546、547とを有する。アスクル513の左右のナックル546、547のそれぞれが前輪401a、401bに連結されている。
また、パワーシリンダ514は、左右方向に沿って配置されており、左右方向の両方にロッドを有する。パワーシリンダ514のそれぞれのロッド514sは、左右の平行リンク543、544のそれぞれに連結されている。パワーシリンダ514は、パワーステアリングギアボックス511の油圧回路522から油を供給されて左右の平行リンク543、544を作動することで操舵の補助力を発生させる。
圧力検出部515は、第2圧力センサ551と、第1圧力センサ552とを有する。第2圧力センサ551は、パワーシリンダ514のロッド514sを左方向(矢印L参照)に移動させる第1ポート514a側の空間の圧力を検出する。第1圧力センサ552は、パワーシリンダ514のロッド514sを右方向(矢印R参照)に移動させる第2ポート514b側の空間の圧力を検出する。ロッド514sが左方向に移動すると、ナックル546、547が右回転し、前輪401a、401bが右方向に回転し、ステアリングが右方向に操舵される。またロッド514sが右方向に移動すると、ナックル546、547が左回転し、前輪402a、402bが左方向に回転し、ステアリングが左方向に操舵される。
例えば、右方向にステアリングを操舵する際に障害物が存在し、パワーシリンダ514の第1ポート514a側の空間の圧力が上昇すると、第2圧力センサ551の値が第1圧力センサ552の値よりも大きくなる。ここで、図9を用いて説明すると、図9に示す第1圧力センサ108を第1圧力センサ552とし、第2圧力センサ109を第2圧力センサ551とすると、第2圧力センサ551の圧力値から第1圧力センサ552の圧力値を引いた圧力差が算出される。第2圧力センサ551による検出値のほうが第1圧力センサ552による検出値より大きいため圧力差はプラスの値となる。そのため、L1aおよびL3aに示すように、ステアリングホイール410の右方向の回転に対する補助力が小さくなり、オペレータがステアリングホイール410の回転の際に操作に抵抗を感じる(操作が重くなるともいえる)。
このように、パワーシリンダ514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。
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。
(C)
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。
(D)
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。
(E)
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。
このような場合において、ジョイスティックレバー24が操作されると、制御部28は、圧力差演算部202によって演算された圧力差が、上記、大、中、小のいずれに該当するかを判断する。そして、判断した圧力差のアシストトルク情報を用いて、操舵トルク信号からアシストトルクを決定する。なお、3段階に限らず、2段階だけに分けられていてもよいし、3段階より細かく分けられていてもよい。
(F)
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。
このような場合において、ジョイスティックレバー24が操作されると、制御部28は、車速センサ105によって検出された速度と、第1閾値並びに第2閾値を比較し、車両速度が低速、中速、高速のいずれに該当するかを判断する。そして、判断した速度の第1アシストトルク情報を用いて、操舵トルク信号から第1アシストトルクを決定する。なお、3段階に限らず、2段階だけに分けられていてもよいし、3段階より細かく分けられていてもよい。
(G)
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。
(H)
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。
(I)
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。
(J)
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。
(K)
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。
(L)
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。
(O)
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。
以下に、実施の形態1の変形例を用いて詳しく説明する。なお、実施の形態2、3においても同様に適用できる。
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。
図27は、ジョイスティックレバー24の操作を電気的にパイロット弁42´に伝達する構成の一例としてのステアリング操作装置8´を示す図である。図27に示すパイロット弁42´は、上記実施の形態のようなロータリー式ではなく、スプール式である。パイロット弁42´は、スプール71´とスリーブ(図示せず)を含む弁体部60を有しており、スリーブを基準として、制御部28からの信号によりスプール71´は中立位置Np、左パイロット位置Lp、および右パイロット位置Rpに移動可能である。
図27に示す構成では、例えば、図5に示すようなユニバーサルジョイント部83が設けられていない。ジョイスティックレバー24は、ステアリング操作軸81に接続されている。ステアリング操作軸81はパイロット弁に連結されていない。上記実施の形態と同様に、力付与部27は、ステアリング操作軸81に補助力または反力を付与する。また、第1回転角検出部101は、ステアリング操作軸81の回転角θinを検出して制御部28へと送信する。
また、図5に示すようなパイロット弁とフロントフレーム11をリンクするリンク機構26が設けられていない。ステアリング角検出部104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が検出され、制御部28へと送信される。
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。
ステアリング操作装置8´では、電動モータ111の力がウォームギア112によってステアリング操作軸81に伝達されているが、図28に示す力付与部27´のように、ウォームギア112等の減速装置を介さずに電動モータ111の回転軸が直接ステアリング操作軸81に接続されていてもよい。
図5に示すステアリング操作装置8は、ジョイスティックレバー24自体が上下方向の軸を中心に、運転席の内側または外側に回動可能である。図27に示すステアリング操作装置8´のジョイスティックレバー24自体が水平方向の軸を中心に、運転席の内側または外側に回動可能な構成であってもよい。要するに、ジョイスティックレバー24の操作に基づいてパイロット弁42´が動作し、力付与部27からの力がジョイスティックレバー24に伝達可能な構成であればよい。
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。
本発明の作業車両および作業車両の制御方法は、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効果を有し、ホイールローダ、フォークリフト等として有用である。
1 :ホイールローダ
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)

  1. 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、を備えた作業車両。
  2. 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に記載の作業車両。
  3. 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に記載の作業車両。
  4. 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に記載の作業車両。
  5. 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つの前記圧力値に基づいて、前記力付与部を制御する、
    請求項1に記載の作業車両。
  6. 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5に記載の作業車両。
  7. 前記制御部は、前記2つの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、
    請求項5に記載の作業車両。
  8. 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を更に備え、
    前記力付与部は、駆動源として電動モータを有し、
    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、
    請求項1に記載の作業車両。
  9. 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8に記載の作業車両。
  10. 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8に記載の作業車両。
  11. 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10に記載の作業車両。
  12. 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11に記載の作業車両。
  13. 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に記載の作業車両。
  14. 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、
    を備えた、作業車両の制御方法。
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