WO2019207947A1

WO2019207947A1 - 作業機械およびその制御方法

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Publication number: WO2019207947A1
Application number: PCT/JP2019/007334
Authority: WO
Inventors: 慎太郎小林; 優樹荒井; 健志上前
Original assignee: 株式会社小松製作所
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2019-10-31
Also published as: US20210087791A1; JP2019189084A; CN111801269B; CN111801269A; US11873623B2; JP7154814B2

Abstract

制御部（５０）は、速度センサ（３６）で測定したモータグレーダ（１）の移動速度とＩＭＵ（２６）で測定したモータグレーダ（１）の旋回角速度とに基づいて第１駆動源（３５Ｒ）および第２駆動源（３５Ｌ）を制御することにより、右前輪（１１Ｒ）および左前輪（１１Ｌ）の各々の回転速度を独立して制御する。

Description

作業機械およびその制御方法

　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。

　米国特許出願公開第２００６／００４２８３８号明細書（特許文献１）には、モータグレーダなどの作業機械において、操舵角または操舵角とアーティキュレート角度との組合せに基づいて前輪の速度を独立に調整することが記載されている。このように作業機械の旋回時に左右の前輪を独立して制御することにより、旋回中に少なくとも１つの前輪から牽引力が失われることが抑制されている。

米国特許出願公開第２００６／００４２８３８号明細書

　しかしながら上記文献に記載の作業車両では、操舵角センサが前輪の近傍に設置されるため、土砂などにより故障しやすい。

　本開示の目的は、前輪から牽引力が失われることを抑制でき、かつ測定装置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、右前輪および左前輪と、速度センサと、測定装置と、第１駆動源と、第２駆動源と、制御部とを備える。速度センサは、作業機械の移動速度を測定する。測定装置は、作業機械の移動時に作業機械に作用する旋回角速度を測定する。第１駆動源は、右前輪に駆動力を付与する。第２駆動源は、左前輪に駆動力を付与する。制御部は、速度センサで測定した作業機械の移動速度と測定装置で測定した旋回角速度とに基づいて第１駆動源および第２駆動源を制御することにより、右前輪および左前輪の各々の回転速度を独立して制御する。

　本開示の作業機械の制御方法は、右前輪および左前輪を有する作業機械の制御方法であって、以下の工程を備える。

　作業機械の移動速度が測定される。作業機械の移動時に作業機械に作用する旋回角速度が測定される。測定した移動速度と前記旋回角速度とに基づいて右前輪および左前輪の各々の回転速度が独立して制御される。

　本開示によれば、前輪から牽引力が失われることを抑制でき、かつ測定装置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における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における制御部の機能を示す機能ブロック図である。後輪の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。後輪の旋回半径とアーティキュレート角度とから、右前輪および左前輪の各々の目標前輪増速比を決定するための前輪増速比テーブルを示す図である。一実施形態におけるモータグレーダにおける走行輪の制御方法を示すフロー図である。

　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。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

　＜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、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つの右後輪１２Ｒと、２つの左後輪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、鉛直なセンタピンにより、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５１が取り付けられている。カウンタウェイト５１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５１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はたとえばフロントフレーム２２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。なお、キャブ３は、リアフレーム２１に載置されていてもよい。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。

　図２は、一実施形態におけるモータグレーダにおける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、終減速装置３３と、タンデム装置３４Ｒ、３４Ｌ、第１駆動源３５Ｒと、第２駆動源３５Ｌとを有している。

　エンジン３１は、図１に示すリアフレーム２１に支持されている。エンジン３１の一方の出力側には、変速機３２を介在して終減速装置３３が接続されている。終減速装置３３には、右タンデム装置３４Ｒおよび左タンデム装置３４Ｌが接続されている。

　右タンデム装置３４Ｒには、一対の右後輪１２Ｒが接続されている。左タンデム装置３４Ｌには、一対の左後輪１２Ｌが接続されている。エンジン３１は、変速機３２、終減速装置３３およびタンデム装置３４Ｒ、３４Ｌを介して、右後輪１２Ｒと左後輪１２Ｌとを駆動する。

　エンジン３１の他方の出力側には、第１駆動源３５Ｒおよび第２駆動源３５Ｌが接続されている。第１駆動源３５Ｒおよび第２駆動源３５Ｌの各々は、油圧システムである。第１駆動源３５Ｒは、右前輪１１Ｒを駆動する。第２駆動源３５Ｌは、左前輪１１Ｌを駆動する。

　第１駆動源３５Ｒは、右油圧ポンプ３５ＰＲと、右油圧モータ３５ＭＲ（第１モータ）とを有している。第２駆動源３５Ｌは、左油圧ポンプ３５ＰＬと、左油圧モータ３５ＭＬ（第２モータ）とを有している。右油圧ポンプ３５ＰＲおよび左油圧ポンプ３５ＰＬの各々は、エンジン３１の出力が伝達されて駆動される。右油圧ポンプ３５ＰＲおよび左油圧ポンプ３５ＰＬの各々は、たとえば斜板式アキシャル形のポンプである。

　右油圧モータ３５ＭＲは、右油圧ポンプ３５ＰＲから吐出する作動油で駆動されて、右前輪１１Ｒに駆動力を付与する。左油圧モータ３５ＭＬは、左油圧ポンプ３５ＰＬから吐出する作動油で駆動されて、左前輪１１Ｌに駆動力を付与する。油圧モータ３５ＭＲ、３５ＭＬの各々は、たとえば斜板式アキシャル形のモータである。なお油圧モータ３５ＭＲ、３５ＭＬの各々は、ラジアルピストン式のモータであってもよい。

　本実施形態のモータグレーダ１は、ＩＭＵ（Inertial　Measurement　Unit）２６と、速度センサ３６と、ソレノイド３７Ｒ、３７Ｌ、３８Ｒ、３８Ｌと、アーティキュレートセンサ３９と、制御部５０とをさらに有している。

　速度センサ３６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。速度センサ３６で発生した移動速度の信号は制御部５０へ出力される。

　速度センサ３６は、たとえば変速機３２の出力軸の回転速度を測定する。また速度センサ３６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。

　ＩＭＵ２６（測定装置）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を検出し、その旋回角速度の信号を発生する。ＩＭＵ２６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ＩＭＵ２６が取り付けられた場合、ＩＭＵ２６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ＩＭＵ２６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。

　ＩＭＵ２６が土砂などの影響を受けにくくするためには、ＩＭＵ２６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。ＩＭＵ２６が土砂などの影響を受けにくいという観点からは、ＩＭＵ２６は、たとえば図１に示されるようにフロントフレーム２２に取り付けられることが好ましい。ＩＭＵ２６がフロントフレーム２２の上面に取り付けられることが特に好ましい。

　右ポンプソレノイド３７Ｒは、右油圧ポンプ３５ＰＲにおけるポンプ斜板の角度を変えることにより右油圧ポンプ３５ＰＲから右油圧モータ３５ＭＲへ吐出される作動油の量を制御する。左ポンプソレノイド３７Ｌは、左油圧ポンプ３５ＰＬにおけるポンプ斜板の角度を変えることにより左油圧ポンプ３５ＰＬから左油圧モータ３５ＭＬへ吐出される作動油の量を制御する。各ソレノイド３７Ｒ、３７Ｌは、制御部５０から与えられる制御信号に基づいて油圧ポンプ３５ＰＲ、３５ＰＬのそれぞれを制御する。

　右モータソレノイド３８Ｒは、右油圧モータ３５ＭＲにおけるモータ斜板の角度を変えることにより右前輪１１Ｒの回転速度を制御する。左モータソレノイド３８Ｌは、左油圧モータ３５ＭＬにおけるモータ斜板の角度を変えることにより左前輪１１Ｌの回転速度を制御する。各ソレノイド３８Ｒ、３８Ｌは、制御部５０から与えられる制御信号に基づいて油圧モータ３５ＭＲ、３５ＭＬのそれぞれを制御する。

　なお油圧モータ３５ＭＲ、３５ＭＬの各々がラジアルピストン式のモータである場合、周方向に沿って複数個配置された放射状に延びるピストンのうち作動油を供給されるピストンの個数を変えることにより、前輪１１Ｒ、１１Ｌの回転速度が制御される。

　アーティキュレートセンサ３９は、フロントフレーム２２とリアフレーム２１とのアーティキュレート角度（連結角度）を検出し、アーティキュレート角度信号を発生する。アーティキュレートセンサ３９で発生したアーティキュレート角度信号は制御部５０へ出力される。

　＜制御部５０の構成＞
　図３は、一実施形態におけるモータグレーダにおける制御部５０の機能を示す機能ブロック図である。図３に示されるように、制御部５０は、後輪旋回半径算出部５０ａと、前輪旋回半径算出部５０ｂと、目標前輪回転速度算出部５０ｃと、右前輪回転速度指令部５０ｄＲと、左前輪回転速度指令部５０ｄＬと、記憶部５０ｅとを有している。

　後輪旋回半径算出部５０ａは、速度センサ３６で測定したモータグレーダ１の移動速度とＩＭＵ２６で測定した旋回角速度とに基づいて右後輪１２Ｒと左後輪１２Ｌとを含む後輪１２の旋回半径を算出する。後輪旋回半径算出部５０ａは、算出した後輪１２の旋回半径を前輪旋回半径算出部５０ｂへ出力する。

　前輪旋回半径算出部５０ｂは、後輪旋回半径算出部５０ａにより算出された後輪１２の旋回半径と、アーティキュレートセンサ３９により検知されたアーティキュレート角度とに基づいて右前輪１１Ｒの旋回半径と左前輪１１Ｌの旋回半径とを算出する。前輪旋回半径算出部５０ｂは、算出した右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の旋回半径と、後輪旋回半径算出部５０ａにより算出された後輪１２の旋回半径と、アーティキュレートセンサ３９により検知されたアーティキュレート角度とに基づいて前輪増速比テーブル（図６）を作成する。前輪旋回半径算出部５０ｂは、作成した前輪増速比テーブルを記憶部５０ｅへ出力する。

　記憶部５０ｅは、上記前輪増速比テーブルを格納（記憶）している。前輪増速比テーブルは、たとえば図６に示されるように、後輪旋回半径とアーティキュレート角度とに対応した前輪増速比を規定するものである。この前輪増速比テーブルの詳細については後述する。また前輪増速比とは、前輪旋回半径を後輪旋回半径で除した値（前輪旋回半径／後輪旋回半径）である。この記憶部５０ｅは、制御部５０の外部にあってもよい。

　目標前輪回転速度算出部５０ｃは、右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の目標前輪回転速度を算出する。具体的には以下のとおりである。

　目標前輪回転速度算出部５０ｃは、決定された目標前輪増速比と後輪旋回半径とから右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の目標となる旋回半径（目標前輪旋回半径）を算出する。

　目標前輪回転速度算出部５０ｃは、速度センサ３６の速度と上記により算出された右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の目標前輪増速比とに基づいて、右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の目標となる回転速度（目標前輪回転速度）を算出する。

　目標前輪回転速度算出部５０ｃは、算出した右前輪１１Ｒの目標前輪回転速度を右前輪回転速度指令部５０ｄＲへ出力する。また目標前輪回転速度算出部５０ｃは、算出した左前輪１１Ｌの目標前輪回転速度を左前輪回転速度指令部５０ｄＬへ出力する。

　右前輪回転速度指令部５０ｄＲは、目標前輪回転速度算出部５０ｃから出力された右前輪１１Ｒの目標前輪回転速度信号に基づいて右前輪１１Ｒの第１駆動源３５Ｒを制御する。また左前輪回転速度指令部５０ｄＬは、目標前輪回転速度算出部５０ｃから出力された左前輪１１Ｌの目標前輪回転速度信号に基づいて左前輪１１Ｌの第２駆動源３５Ｌを制御する。

　以上により制御部５０は、速度センサ３６で測定した移動速度とＩＭＵ２６で測定した旋回角速度とに基づいて第１駆動源３５Ｒおよび第２駆動源３５Ｌを制御することにより、右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の回転速度を独立して制御する。

　＜後輪の旋回半径と前輪の旋回半径とを算出する方法＞
　次に、後輪の旋回半径と前輪の旋回半径とを算出する方法について図４および図５を用いて説明する。

　図４は、後輪の旋回半径を説明するための図である。図５は、前輪の旋回半径の計算式を説明するための図である。

　後輪の旋回半径として、後輪中心の旋回半径が求められる。ここで後輪中心の旋回半径とは、図４に示されるように、右後輪１２Ｒと左後輪１２Ｌとの中心（後輪中心）Ｃ１の旋回半径Ｒを意味する。なお図４には、右後輪１２Ｒの回転速度ｖ_rが、左後輪１２Ｌの回転速度ｖ_lよりも小さく、モータグレーダ１が右旋回している状態が示されている。

　上記状態において後輪中心Ｃ１の旋回半径Ｒは、速度センサ３６で測定したモータグレーダ１の移動速度をＩＭＵ２６で測定した旋回角速度で除すことにより算出される。つまり後輪中心Ｃ１の旋回半径Ｒは、以下の式により算出される。

　後輪中心Ｃ１の旋回半径Ｒ＝（速度センサ３６で測定した移動速度）／（ＩＭＵ２６で測定した旋回角速度）　・・・式（Ａ）
　なお上記においてはモータグレーダ１が右旋回している状態について説明したが、左旋回している時においても同様に後輪中心の旋回半径が求められる。

　また上記後輪中心Ｃ１の旋回半径Ｒを以下の数１式に代入することにより、右前輪１１Ｒの旋回半径Ｒ_rが算出される。また上記後輪中心Ｃ１の旋回半径Ｒを以下の数２式に代入することにより、左前輪１１Ｌの旋回半径Ｒ_lが算出される。

　また上記数１式および数２式に示されるｘ_r、ｙ_r、ｘ_lおよびｙ_lのそれぞれは、以下の数３式、数４式、数５式および数６式で表わされる。

　上記数３式、数４式、数５式および数６式におけるＬ₁は、図５に示されるように、後輪中心Ｃ１とアーティキュレート中心２４との距離である。Ｌ₂は、アーティキュレート中心２４とフロントアクセルセンタピンとの距離である。Ｌ₃は、右前輪１１Ｒと左前輪１１Ｌとのトレッド幅である。θ_aは、アーティキュレート角度である。Ｌ₁、Ｌ₂およびＬ₃の各々は、作業機械１の機種によって決まる数値である。

　以上より、上記式（Ａ）を用いることによって後輪中心Ｃ１の旋回半径Ｒが算出される。また上記数１式を用いることによって右前輪１１Ｒの旋回半径Ｒ_rが算出される。また上記数２式を用いることによって左前輪１１Ｌの旋回半径Ｒ_lが算出される。

　＜前輪増速比テーブル＞
　次に、前輪増速比テーブルについて図６を用いて説明する。

　図６は、後輪の旋回半径とアーティキュレート角度とから、左右前輪の各前輪増速比を求めるための前輪増速比テーブルを示す図である。図６に示される前輪増速比テーブルには、後輪の旋回半径、アーティキュレート角度および前輪増速比の関係が規定されている。

　前輪増速比テーブルにおける「後輪旋回半径」の項目は、「右旋回」、「中立（直進）」および「左旋回」の項目に分けられている。「右旋回」の項目は、たとえば「小」、「↑」、「↓」、「大」の４つの項目に分かれている。「右旋回」の「大」の項目には右旋回時の比較的大きい旋回半径の数値が規定され、「小」の項目には右旋回時の比較的小さい旋回半径の数値が規定される。また「右旋回」の「↑」および「↓」の各々には「大」の旋回半径よりも小さく、かつ「小」の旋回半径よりも大きい数値が規定される。また「右旋回」の「↑」は「右旋回」の「↓」よりも「右旋回」の「小」に近い数値が規定される。

　「左旋回」の項目は、たとえば「小」、「↑」、「↓」、「大」の４つの項目に分かれている。「左旋回」の「大」の項目には比較的大きい左旋回時の旋回半径の数値が規定され、「小」の項目には比較的小さい左旋回時の旋回半径の数値が規定される。また「左旋回」の「↑」および「↓」の各々には「大」の旋回半径よりも小さく、かつ「小」の旋回半径よりも大きい数値が規定される。また「左旋回」の「↑」は「左旋回」の「↓」よりも「左旋回」の「小」に近い数値が規定される。

　また「アーティキュレート角度」の項目は、「左アーティキュレート」、「中立」および「右アーティキュレート」の項目に分けられている。「左アーティキュレート」の項目は、たとえば「小」、「中」、「大」の３つの項目に分かれている。「左アーティキュレート」の「大」の項目には左アーティキュレート時の比較的大きいアーティキュレート角度が規定される。「左アーティキュレート」の「小」の項目には左アーティキュレート時の比較的小さいアーティキュレート角度が規定される。「左アーティキュレート」の「中」の項目には「左アーティキュレート」の「大」と「小」との間のアーティキュレート角度が規定される。

　「右アーティキュレート」の項目は、たとえば「小」、「中」、「大」の３つの項目に分かれている。「右アーティキュレート」の「大」の項目には右アーティキュレート時の比較的大きいアーティキュレート角度が規定される。「右アーティキュレート」の「小」の項目には右アーティキュレート時の比較的小さいアーティキュレート角度が規定される。「右アーティキュレート」の「中」の項目には「右アーティキュレート」の「大」と「小」との間のアーティキュレート角度が規定される。

　図６に示される前輪増速比テーブル内における「１．００」の数値は目標前輪増速比である。また、Ｌ０１～Ｌ０３、Ｌ１１～Ｌ１３、Ｌ２１～Ｌ２３、Ｌ３１～Ｌ３４、Ｒ０１～Ｒ０３、Ｒ１１～ＬＲ３、Ｒ２１～Ｒ２３、およびＲ３１～Ｒ３４の各々には、各機種に対応した目標前輪増速比の数値が規定される。

　この図６に示される前輪増速比テーブルが、右前輪１１Ｒに対するものと、左前輪１１Ｌに対するものとの双方について作成され、図３に示される記憶部５０ｅに格納されている。なお図６に示される前輪増速比テーブルでは、「右旋回」および「左旋回」の各々が４つの項目に分けられているが、これらの項目は３つ以下に分けられてもよく、また５つ以上に分けられてもよい。また「左アーティキュレート」および「右アーティキュレート」の項目の各々が３つの項目分けられているが、これらの項目は２つ以下に分けられてもよく、また４つ以上に分けられてもよい。

　＜前輪増速比テーブルの作成＞
　図６に示す前輪増速比テーブルは、図３に示される後輪旋回半径算出部５０ａにより算出された後輪旋回半径と、アーティキュレートセンサ３９により測定されたアーティキュレート角度と、前輪旋回半径算出部５０ｂにより算出された前輪旋回半径とに基づいて作成される。具体的には、上記後輪旋回半径と、上記アーティキュレート角度と、上記前輪旋回半径を上記後輪旋回半径で除すことにより算出された前輪増速比とにより作成される。

　この前輪増速比テーブルは、図３に示される前輪旋回半径算出部５０ｂにおいて作成され、作成された後は前輪旋回半径算出部５０ｂから記憶部５０ｅへ出力され、記憶部５０ｅに格納される。

　＜目標前輪回転速度を算出する方法＞
　次に、目標前輪回転速度を算出する方法について説明する。

　目標前輪回転速度の算出は、図３に示される目標前輪回転速度算出部５０ｃにおいて行われる。この目標前輪回転速度算出部５０ｃは、記憶部５０ｅに格納された前輪増速比テーブル（図６）を参照して、後輪旋回半径算出部５０ａにより算出された後輪１２の旋回半径と、アーティキュレートセンサ３９により測定されたアーティキュレート角度とに基づいて右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の目標前輪増速比を決定する。具体的には、図４および図５に示されるモータグレーダ１のアーティキュレート角度がたとえば図６に示す「右アーティキュレート」の「大」であり、かつ後輪旋回半径がたとえば図６に示す「右旋回」の「大」である場合には、目標前輪増速比は「Ｒ３１」に規定された数値に決定される。

　上記のように決定された目標前輪増速比は、目標となる前輪旋回半径（目標前輪旋回半径）を後輪旋回半径で除した値である。

　なお上記においては前輪増速比テーブルを用いて目標前輪回転速度を算出する方法について説明したが、目標前輪回転速度は前輪増速比テーブルを用いずに計算により算出されてもよい。

　＜走行輪１１、１２の制御方法＞
　次に、一実施形態におけるモータグレーダにおける走行輪１１、１２の制御方法について図７を用いて説明する。

　図７は、一実施形態におけるモータグレーダにおける走行輪１１、１２の制御方法を示すフロー図である。図３および図７に示されるように、速度センサ３６によりモータグレーダ１の移動速度が測定される（ステップＳ１ａ：図７）。またＩＭＵ２６により移動中のモータグレーダ１における旋回角速度が測定される（ステップＳ１ｂ：図７）。またアーティキュレートセンサ３９によりアーティキュレート角度が測定される（ステップＳ１ｃ：図７）。

　この後、図３に示されるように、速度センサ３６で測定された移動速度の信号とＩＭＵ２６で測定された旋回角速度の信号とが制御部５０の後輪旋回半径算出部５０ａへ出力される。

　後輪旋回半径算出部５０ａでは、後輪の旋回半径が算出される（ステップＳ２：図７）。具体的には、上記式（Ａ）に、速度センサ３６で測定された移動速度の信号とＩＭＵ２６で測定された旋回角速度とを代入することにより、後輪中心Ｃ１の旋回半径Ｒが算出される。

　この後、図３に示されるように、後輪旋回半径算出部５０ａで算出された後輪１２の旋回半径が目標前輪回転速度算出部５０ｃへ出力される。またアーティキュレートセンサ３９により測定されたアーティキュレート角度も目標前輪回転速度算出部５０ｃへ出力される。

　目標前輪回転速度算出部５０ｃでは、記憶部５０ｅに格納された前輪増速比テーブルを参照して目標前輪回転速度が決定される（ステップＳ３：図７）。具体的には、目標前輪回転速度算出部５０ｃは、記憶部５０ｅに格納された前輪増速比テーブルを参照して、後輪旋回半径算出部５０ａにより算出された後輪１２の旋回半径と、アーティキュレートセンサ３９により検知されたアーティキュレート角度とに基づいて右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の目標前輪増速比を決定する。

　上記のように決定された目標前輪増速比は、目標前輪旋回半径を後輪旋回半径で除した値である。このため目標前輪増速比と、移動速度とに基づいて目標前輪回転速度が算出される。

　目標前輪回転速度算出部５０ｃにより算出された右前輪１１Ｒの目標前輪回転速度は右前輪回転速度指令部５０ｄＲへ出力される。また目標前輪回転速度算出部５０ｃにより算出された左前輪１１Ｌの目標前輪回転速度は左前輪回転速度指令部５０ｄＬへ出力される。

　右前輪回転速度指令部５０ｄＲは右前輪１１Ｒの目標前輪回転速度に基づいて右前輪１１Ｒの回転速度を制御し、左前輪回転速度指令部５０ｄＬは左前輪１１Ｌの目標前輪回転速度に基づいて左前輪１１Ｌの回転速度を制御する（ステップＳ４：図７）。

　具体的には右前輪回転速度指令部５０ｄＲは、図２に示される右ポンプソレノイド３７Ｒおよび右モータソレノイド３８Ｒの少なくとも１つに右前輪１１Ｒの回転制御の信号を出力する。上記信号を受けた右ポンプソレノイド３７Ｒは、右油圧ポンプ３５ＰＲのポンプ斜板の角度を変更する。また上記信号を受けた右モータソレノイド３８Ｒは、右油圧モータ３５ＭＲのモータ斜板の角度を変更する。上記の右油圧ポンプ３５ＰＲのポンプ斜板および右油圧モータ３５ＭＲのモータ斜板の少なくとも１つの角度が変更されることにより右前輪１１Ｒの回転速度が制御される。

　また左前輪回転速度指令部５０ｄＬは、図２に示される左ポンプソレノイド３７Ｌおよび左モータソレノイド３８Ｌの少なくとも１つに左前輪１１Ｌの回転制御の信号を出力する。上記信号を受けた左ポンプソレノイド３７Ｌは、左油圧ポンプ３５ＰＬのポンプ斜板の角度を変更する。また上記信号を受けた左モータソレノイド３８Ｌは、左油圧モータ３５ＭＬのモータ斜板の角度を変更する。上記の左油圧ポンプ３５ＰＬのポンプ斜板および左油圧モータ３５ＭＬのモータ斜板の少なくとも１つの角度が変更されることにより左前輪１１Ｌの回転速度が制御される。

　上記により、モータグレーダ１の移動速度と旋回角速度とに基づいて、右前輪１１Ｒの回転速度と左前輪１１Ｌの回転速度とが独立して制御される。

　＜本実施形態における効果＞
　次に、本実施形態における効果について説明する。

　本実施形態においては、図２に示されるように、モータグレーダ１の移動速度と旋回角速度とに基づいて、右前輪１１Ｒの回転速度と左前輪１１Ｌの回転速度とが独立して制御される。前輪１１から牽引力が失われることを抑制することができる。

　また本実施形態においては、図２に示されるように、モータグレーダ１の旋回角速度がＩＭＵ２６により測定される。ＩＭＵ２６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ＩＭＵ２６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から離れた位置に配置することが可能となる。これによりＩＭＵ２６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。

　また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、速度センサ３６で測定された移動速度とＩＭＵ２６で測定された旋回角速度とに基づいて右後輪１２Ｒと左後輪１２Ｌとを含む後輪１２の旋回半径を算出する。この算出された後輪１２の旋回半径に基づいて、右前輪１１Ｒと左前輪１１Ｌとの各々の目標前輪回転速度を算出することが可能となる。

　また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、目標前輪回転速度算出部５０ｃにおいて、算出された後輪１２の旋回半径と、アーティキュレートセンサ３９により検出されたアーティキュレート角度とに基づいて右前輪１１Ｒの目標前輪旋回半径と左前輪１１Ｌの目標前輪旋回半径とを決定する。この決定された右前輪１１Ｒの目標前輪旋回半径と左前輪１１Ｌの目標前輪旋回半径とに基づいて、右前輪１１Ｒと左前輪１１Ｌとの各々の目標前輪回転速度を算出することが可能となる。

　また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、右前輪回転速度指令部５０ｄＲにおいて右前輪１１Ｒの目標前輪回転速度となるように第１駆動源３５Ｒを制御し、かつ左前輪回転速度指令部５０ｄＬにおいて左前輪１１Ｌの目標前輪回転速度となるように第２駆動源３５Ｌを制御する。これにより、右前輪１１Ｒおよび左前輪１１Ｌの各々の回転速度を独立して制御することが可能となり、前輪１１から牽引力が失われることが抑制される。

　また本実施形態においては、図１に示されるように、ＩＭＵ２６はフロントフレーム２２に取り付けられている。これにより走行輪１１、１２および作業機４から離れた位置に配置することが可能となり、ＩＭＵ２６が土砂などにより故障しにくくなる。

　また本実施形態においては、図２に示されるように、第１駆動源３５Ｒは右油圧モータ３５ＭＲを含み、かつ第２駆動源３５Ｌは左油圧モータ３５ＭＬを含む。これにより右前輪１１Ｒの回転速度が右油圧モータ３５ＭＲにより制御され、かつ左前輪１１Ｌの回転速度が左油圧モータ３５ＭＬにより制御される。よって右前輪１１Ｒの回転速度と左前輪１１Ｌの回転速度とが独立して制御可能である。

　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請求の範囲によって示され、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　左後輪、１２Ｒ　右後輪、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　アーティキュレート中心、２５　外装カバー、２６　ＩＭＵ、３１　エンジン、３２　変速機、３３　終減速装置、３４Ｌ　左タンデム装置、３４Ｒ　右タンデム装置、３５Ｌ　第２駆動源、３５ＭＬ　左油圧モータ、３５ＭＲ　右油圧モータ、３５ＰＬ　左油圧ポンプ、３５ＰＲ　右油圧ポンプ、３５Ｒ　第１駆動源、３６　速度センサ、３７Ｌ　左ポンプソレノイド、３７Ｒ　右ポンプソレノイド、３８Ｌ　左モータソレノイド、３８Ｒ　右モータソレノイド、３９　アーティキュレートセンサ、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、５０ａ　後輪旋回半径算出部、５０ｂ　前輪旋回半径算出部、５０ｃ　目標前輪回転速度算出部、５０ｄＬ　左前輪回転速度指令部、５０ｄＲ　右前輪回転速度指令部、５０ｅ　記憶部、５１　カウンタウェイト、Ｃ１　後輪中心。

Claims

　作業機械であって、
　右前輪および左前輪と、
　前記作業機械の移動速度を測定する速度センサと、
　前記作業機械の移動時に前記作業機械に作用する旋回角速度を測定する測定装置と、
　前記右前輪に駆動力を付与する第１駆動源と、
　前記左前輪に駆動力を付与する第２駆動源と、
　前記速度センサで測定した前記作業機械の移動速度と前記測定装置で測定した旋回角速度とに基づいて前記第１駆動源および前記第２駆動源を制御することにより、前記右前輪および前記左前輪の各々の回転速度を独立して制御する制御部とを備えた、作業機械。
　後輪をさらに備え、
　前記制御部は、前記速度センサで測定した前記作業機械の移動速度と前記測定装置で測定した旋回角速度とに基づいて前記後輪の旋回半径を算出する、請求項１に記載の作業機械。
　前記右前輪および前記左前輪が設けられたフロントフレームと、
　前記後輪が設けられ、かつ前記フロントフレームに連結されたリアフレームと、
　前記フロントフレームと前記リアフレームとのアーティキュレート角度を検出するアーティキュレートセンサとをさらに備え、
　前記制御部は、算出された前記後輪の旋回半径と前記アーティキュレートセンサにより検出された前記アーティキュレート角度とに基づいて前記右前輪の目標前輪回転速度と前記左前輪の目標前輪回転速度とを決定する、請求項２に記載の作業機械。
　前記制御部は、前記右前輪の前記目標前輪回転速度となるように前記第１駆動源を制御し、かつ前記左前輪の前記目標前輪回転速度となるように前記第２駆動源を制御する、請求項３に記載の作業機械。
　前記測定装置は前記フロントフレームに取り付けられている、請求項３に記載の作業機械。
　前記第１駆動源は第１モータを含み、かつ前記第２駆動源は第２モータを含む、請求項１に記載の作業機械。
　右前輪および左前輪を有する作業機械の制御方法であって、
　前記作業機械の移動速度を測定する工程と、
　前記作業機械の移動時に前記作業機械に作用する旋回角速度を測定する工程と、
　測定した前記移動速度と前記旋回角速度とに基づいて前記右前輪および前記左前輪の各々の回転速度を独立して制御する工程とを備えた、作業機械の制御方法。