JP2019209892A - 作業車両 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、減速比を高くした場合、ジョイスティックレバーを操作する際の操作反力が大きくなりすぎる場合がある。例えば、反力を発生させたくない場合、モータへの供給電流を0とすることが考えられるが、その場合であっても、モータの摩擦トルクやコギングトルクなどが減速機により増力され、ジョイスティックレバー上に反力を発生させてしまう。
本発明は、小型化を図ることができ、オペレータに作業車両に関する情報を知覚させることが可能な操作ユニットを備えた作業車両を提供することを目的とする。
(実施の形態1)
以下に、本発明にかかる実施の形態1のホイールローダ1について説明する。
<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。なお、以下の説明において、「前」、「後」、「右」、「左」、「上」、及び「下」とは運転席から前方を見た状態を基準とする方向を示す。また、「車幅方向」と「左右方向」は同義である。図1では、前後方向をXで示し、前方向を示すときはXf、後方向を示すときはXbで示す。また、後述する図面において、左右方向をYで示し、右方向を示すときはYr、左方向を示すときはYlで示す。
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。
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。
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に対する車体フレーム角度を変更し、ホイールローダ1の進行方向を変更する。ステアリングシリンダ21、22は、油圧アクチュエータの一例に対応する。
図3は、ステアリング操作装置8を示す構成図である。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、車体フレーム角度センサ24と、操作ユニット25と、レバー角度センサ26と、ベースプレート角度センサ101が設けられたベースプレート角度検出ユニット27(図4A参照)と、制御部28と、車速センサ29と、を有する。なお、図3では、電気に基づいた信号の伝達について点線で示し、油圧に基づいた伝達について実線で示す。また、センサによる検出については一点鎖線で示す。図3では、操作ユニット25は模式的に示している。車体フレーム角度センサ24は、実ステアリング角度検出部の一例に対応する。
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。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、22は、それぞれの一端がフロントフレーム11に取り付けられており、それぞれの他端が、リアフレーム12に取り付けられている。
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、油圧バルブ31と、メインポンプ32と、電磁パイロットバルブ33と、パイロットポンプ34と、を有する。
油圧バルブ31は、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。油圧バルブ31には、例えばスプール弁が用いられる。メインポンプ32は、ステアリングシリンダ21、22を作動する作動油を油圧バルブ31に供給する。油圧バルブ31は、左ステアリング位置、中立位置、および右ステアリング位置に移動可能な弁体(図示せず)を有する。油圧バルブ31において弁体が左ステアリング位置に配置されている場合、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が伸長して、実際の車体フレーム角度θs_realが小さくなり車体は左に曲がる。油圧バルブ31において弁体が右ステアリング位置に配置されている場合、ステアリングシリンダ22が収縮し、ステアリングシリンダ21が伸長して、実際の車体フレーム角度θs_realが大きくなり車体は右に曲がる。油圧バルブ31において弁体が中立位置に配置されている場合は、実際の車体フレーム角度θs_realは変化しない。
以上のように、制御部28からの指令に応じて電磁パイロットバルブ33からのパイロット圧が制御されることにより、油圧バルブ31が制御されてステアリングシリンダ21、22が制御される。
車体フレーム角度センサ24は、実際の車体フレーム角度θs_realを車体フレーム角度の検出値θs_detect(車体フレーム角ともいう)として検出する。車体フレーム角度センサ24は、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の近傍に配置されている。車体フレーム角度センサ24は、例えばポテンショメータによって構成されており、検出された車体フレーム角度の検出値θs_detectは検出信号として制御部28に送られる。
なお、ステアリングシリンダ21、22の各々に、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を設け、これらシリンダストロークセンサの検出値が制御部28に送られ、車体フレーム角度の検出値θs_detectが検出されてもよい。
図4Aは、操作ユニット25の斜視図である。図4Bは、操作ユニット25の側面図である。図4Cは、操作ユニット25の平面図である。図4Dは、図4CのCC´間の矢示断面図である。図4Eは、図4BのAA´間の矢示断面図である。図4Fは、図4BのBB´間の矢示断面図である。
レバーユニット41は、オペレータによって操作される。支持部42は、コンソールボックス20に固定され、ジョイスティックレバー51を回動可能に支持する。ベース部43は、支持部42に回動可能に支持されている。付勢部44は、ベース部43に対してレバーユニット41を所定位置に付勢する。位置調整部45は、車体フレーム角度の検出値θs_detectに基づいて、ベース部43の回動位置を調整する。
レバーユニット41は、図2に示すように、コンソールボックス20の前端部に配置されている。
レバーユニット41は、図4Bに示すように、ジョイスティックレバー51と、一対の連結プレート52、53と、接続部54と、キー55(図4D参照)とを有する。
一対の連結プレート52、53の各々は、板状の主面が前後方向Xに対して略垂直になるように配置されている。一対の連結プレート52、53は、前後方向Xに沿って所定間隔を空けて対向して配置されている。
また、レバーユニット41には、当接部材58、59が設けられている。当接部材58、59は、後述するホルダ部80のホルダプレート84に当接してホルダ部80を回動させる。当接部材58、59は、連結プレート52、53を繋ぐ棒状の部材である。当接部材58、59は、接続部材56、57よりも外側に配置されている。詳細には、当接部材58は、接続部材56よりも右方向Yr側であって下方に配置されており、当接部材59は、接続部材57よりも左方向Yl側であって下方に配置されている。
支持部42は、レバーユニット41を回動可能に支持する。支持部42は、図2に示すコンソールボックス20の例えば内部に固定されている。支持部42は、図4Aに示すように、支持枠60と、回動軸64とを有する。
支持枠60は、図4Bおよび図4Dに示すように、側面視においてU字形状に形成された部材である。支持枠60は、前後方向Xに対向した一対の軸支持部61、62と、軸支持部61と軸支持部62の下端を繋ぐ連結部63と、を有する。軸支持部61と軸支持部62の各々には、前後方向Xに沿って貫通孔が形成されている。
回動軸64は、軸支持部61、62に形成された貫通孔に回動可能に挿入されている。回動軸64は、略水平方向であって前後方向Xに沿って配置されている。
ベース部43は、支持部42に回動可能に支持されている。ベース部43は、図4Aに示すように、ベースプレート71と、一対の支持プレート72、73と、伝達ギヤ部74と、検出ギヤ部75を有する。
一対の支持プレート72、73は、図4Bおよび図4Cに示すように、ベースプレート71を回動可能に回動軸64に支持する。一対の支持プレート72、73は、前後方向Xにおいて連結プレート52、53を外側から挟むような位置に配置されている。支持プレート72は、連結プレート52の前方向Xf側に配置され、支持プレート73は、連結プレート53の後方向Xb側に配置されている。
支持プレート72、73の下端は図4Aおよび図4Fに示すように、下に凸に湾曲しており、支持プレート72の下端と支持プレート73の下端を繋ぐようにベースプレート71が配置されている。ベースプレート71の上面71aには、図4Fに示すように、幅方向Yに溝76が形成されている。溝76の幅方向Yにおける右方向YR側の端が76Rで示され、左方向Yl側の端が76Lで示されている。
付勢部44は、レバーユニット41をベースプレート71に対して所定位置に付勢する。具体的には、図4Fに示すように、ジョイスティックレバー51が車幅方向Yにおいてベースプレート71の中央に位置するように、付勢部44はレバーユニット41を付勢する。所定位置とは、図4Fに示すように、正面視において、ジョイスティックレバー51の中心を通る直線L1が、ベースプレート71の溝76における溝76の右端76Rと左端76Lの中点P4を通る位置である。
付勢部44は、図4Bに示すように、ホルダ部80と、第1バネ部材81と、第2バネ部材82と、ダンパ83と、を有する。
ホルダ部80は、ホルダプレート84と、連結部85と、支持プレート86、87と、接続部材88、89とを有する。ホルダプレート84は、図4Eに示すように、下方に凸に湾曲した板状の部材であり、レバーユニット41を下方から覆うように配置されている。ホルダプレート84は、ベースプレート71の上側に配置されている。ホルダプレート84は、図4Eに示すように、上面84aに幅方向Yに沿って溝90が形成されている。溝90の幅方向Yにおける右方向YR側の端が90Rで示され、左方向Yl側の端が90Lで示されている。
支持プレート86、87は、図4Bおよび図4Cに示すように、ホルダプレート84を回動可能に回動軸64に支持する。一対の支持プレート86、87は、前後方向Xにおいて連結プレート52、53を外側から挟むように配置されている。支持プレート86は、連結プレート52の前方向Xf側であって支持プレート72の後方向Xb側に配置され、支持プレート87は、連結プレート53の後方向Xb側であって支持プレート73の前方向Xf側に配置されている。
第1バネ部材81はコイルバネであり、図4Aに示すように、回動軸64の周囲に配置されている。
第1バネ部材81には、回動軸64が挿入されている。第1バネ部材81は、一対の連結プレート52と連結プレート53の間に配置されている。
ジョイスティックレバー51が上記所定位置に配置されている状態では、第1端部811は、接続部材56の左方向Yl側に接続部材56と接触した状態で配置されている。また、第1端部811の下端は、ホルダプレート84の溝90の右端90Rに接触している。第2端部812は、接続部材57の右方向Yr側に接続部材57と接触した状態で配置されている。また、第2端部812の下端は、溝90の左端90Lに接触している。
第2バネ部材82は、コイルバネであり、回動軸64の周囲に配置されている。第2バネ部材82は、図4Aに示すように、連結プレート52(より詳しく連結部85)と支持プレート86の間に配置されている。
図4Fは、ベースプレート71が支持枠60に対して回動していない状態を示しており、ベースプレート71の溝76の端76Rと端76Lの中点P4が回動軸64を通る鉛直線L0上に配置されている。
ダンパ83は、図4Aに示すように、回動軸64と軸支持部62の間に設けられている。ダンパ83によって、ジョイスティックレバー51の角速度に応じた抵抗を生じさせている。
位置調整部45は、車体フレーム角度センサ24の検出値に基づいて、ベースプレート71の位置を調整する。位置調整部45は、図4Aおよび図4Bに示すように、連結部63の上面に配置されており、電気モータ91と、出力ギヤ92と、減速ギヤ93と、ウォームギヤ94とを有する。
このような構成により、電気モータ91の駆動によって、ベースプレート71が回動する。
レバー角度センサ26は、例えばポテンショメータによって構成されており、支持部42に対する回動軸64の回転角度である実際のレバー角度θi_realをレバー角度の検出値θi_detectとして検出する。レバー角度センサ26は、図4Dに示すように、支持部42の軸支持部62の外側(後方向Xb側)に配置されている。
ベースプレート角度検出ユニット27は、図4Dに示すように、ベースプレート角度センサ101と、検出軸102と、ギヤ103と、を有する。
ベースプレート角度センサ101は、例えばポテンショメータによって構成されており、支持部42に対するベースプレート71の回転角度である実際のベースプレート角度θb_realをベースプレート角度の検出値θb_detectとして検出する。ベースプレート角度センサ101は、軸支持部61の外側に固定されている。
ギヤ103は、検出軸102に固定されている。ギヤ103は、ベース部43の検出ギヤ部75の下端面75aと噛み合っている。
なお、ベースプレート角度センサ101によって検出されたベースプレート角度の検出値θb_detectは、検出信号として制御部28に送られる。実際のベースプレート角度θb_realは、支持部42に対するベースプレート71の中央位置からの回動角度を示す。また、支持部42に対するベースプレート71の中央位置とは、図4Fに示すように、ベースプレート71の溝76の右端76Rと左端76Lの中点P4と回動軸64の中心P1を通る直線が鉛直線L0上に配置されている位置である。実際のベースプレート角度θb_realは、中点P4と中心P1を通る直線の鉛直線L0からの回動角度である。ベースプレート71を中央位置から右方向に回動させた場合の角度を正の値、中央位置から左方向に回動させた場合の角度を負の値とする。図4Eおよび図4Fにおいて、向かって時計回りが左方向(矢印Rl)への回動、反時計周りが右方向(矢印Rr)への回動となる。
制御部28は、CPU、メモリなどを有し、以下に説明する各機能を実行する。制御部28は、図3に示すように、モータ駆動制御部110と、ステアリング制御部120と、を有する。車速センサ29は、車速Vを検出して検出信号として制御部28に送信する。
モータ駆動制御部110は、位置調整制御部の一例であり、車体フレーム角度センサ24によって検出された車体フレーム角度の検出値θs_detectに基づいて、位置調整部45の電気モータ91を制御し、ベースプレート71の回動角度を調整する。モータ駆動制御部110は、PID制御部112と、ドライバ113と、を有する。PID制御部112は、車体フレーム角度の検出値θs_detectと、ベースプレート角度センサ101によって検出されたベースプレート角度の検出値θb_detectの差分に基づいて、ベースプレート角度の検出値θb_detectを車体フレーム角度の検出値θs_detectにあわせるように制御パラメータを決定し、ドライバ113へ送信する。ドライバ113は、受信した制御パラメータに基づいて、電気モータ91を制御する。これによって、ベースプレート71の回動角度を、実際の車体フレーム角度θs_realにあわせることができる。
なお、制御部28は、メインポンプ32およびパイロットポンプ34等の制御を行ってもよい。
第1バネ部材81及び第2バネ部材82によってジョイスティックレバー51に生じる反力について説明する。
ここで、ホルダプレート84も支持枠60に対して回動するため、ホルダプレート角度θhを定義する。ホルダプレート角度θhは、支持部42に対するホルダプレート84の中央位置からの回動角度を示す。また、支持部42に対するホルダプレート84の中央位置とは、図4Eに示すように、ホルダプレート84の溝90の右端90Rと左端90Lの中点P3が鉛直線L0上に配置されている位置である。ホルダプレート角度θhは、中点P3と回動軸64の中心P1を通る直線の鉛直線L0からの回転角度である。また、ホルダプレート84を中央位置から右方向に回動させた場合の角度を正の値、中央位置から左方向に回動させた場合の角度を負の値とする。
図4Eおよび図4Fに示すように、支持枠60に対してジョイスティックレバー51が回動していない状態(実際のレバー角度θi_real=ゼロ)、支持枠60に対してホルダプレート84が回動していない状態(ホルダプレート角度θh=ゼロ)、および支持枠60に対してベースプレート71が回動していない状態(実際のベースプレート角度θb_real=ゼロ)の状態から図6Aおよび図6Bに示すように、ジョイスティックレバー51を左方向に角度−θ2回動させたとする。
この場合、図6Aにおいて、第1バネ部材81の第1端部811が右端90Rに当接した状態で、第2端部812がレバーユニット41の接続部材57に時計回りに押されて第1バネ部材81は撓む。一方、第2バネ部材82の撓み始める力−F2は相対角度−θ2における第1バネ部材81の反力−F3よりも絶対値が大きいため、相対角度θdがゼロから−θ2までの間では、図6Bに示すように、第2バネ部材82は撓まない。そのため、ホルダプレート角度θhとベースプレート角度θbはゼロのままである。
図7Aは、図6Aの状態から相対角度θdが−θ3になるようにジョイスティックレバー51を左方向に回動させた状態を示す断面図である。図7Bは、図6Bの状態から相対角度θdが−θ3になるようにジョイスティックレバー51を左方向に回動させた状態を示す断面図である。
以下に、本実施の形態のホイールローダ1の制御動作について説明する。図9は、ホイールローダ1の制御動作を説明するためのブロック図である。図9では、電気的な動作については実線で示し、機械的な動作については点線で示し、油圧を用いた動作について一点鎖線で示す。
はじめに、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ2よりも小さい場合について説明する。すなわち、ジョイスティックレバー51を第1バネ部材81のバネ特性S1の範囲内で使用する場合である。
図4Eに示すように、ジョイスティックレバー51が中央位置に配置されている場合(鉛直方向に沿って配置されている場合)、ジョイスティックレバー51による実際のレバー角度θi_realはゼロである。また、実際の車体フレーム角度θs_realもゼロであり、ベースプレート71の実際のベースプレート角度θb_realもゼロである。このような中央位置では、ジョイスティックレバー51が支持枠60に対して回動していない状態(実際のレバー角度θi_real=0)であり、ベースプレート71が支持枠60に対して回動していない状態(実際のベースプレート角度θb_real=0)であり、ホルダプレート84が支持枠60に対して回動していない状態(ホルダプレート角度θh=0)となっている。
そして、オペレータがジョイスティックレバー51を中央位置から左方向Yl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バネ部材81の初期反力−F1(図5参照)を越えると、図6Aに示すように、ジョイスティックレバー51が左方向に回転して実際のレバー角度θi_realが減少する。なお、左方向に移動させるに従って、第1バネ部材81によって付与される反力は大きくなる。以下の例では、レバー角度θi=−θ2まで左方向Ylに回動させた場合について説明する。すなわち、第1バネ部材81のバネ特性S1内においてジョイスティックレバー51を操作しているものとする。例えば、レバー回動角度θ2=−12.5°に操作されているとする。図9に示すように、車体フレーム角とベースプレート角の偏差に基づき、ベースプレートをフィードバック制御する。
オペレータがジョイスティックレバー51を実際のレバー角度θi_realが所定の値−θ2(i=1)で停止させると、実際の車体フレーム角度θs_realは除々に減少しているため、実際のレバー角度θi_realの値−θ2と実際の車体フレーム角度θs_realとの回転角の差分(偏差角度)は小さくなる。そして、実際の車体フレーム角度θs_realが実際のレバー角度θi_realの値θ2に追いつくと、差分(偏差角度)がゼロになる。このとき、電磁パイロットバルブ33は中立位置をとり、油圧バルブ31も中立位置となる。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、実際の車体フレーム角度θs_realは回転角−θ2に維持される。また、図10Aおよび図10Bに示すように、ベースプレート71も実際のベースプレート角度θb_realの値−θ2分、時計回りに回動し、ジョイスティックレバー51の中心を通る直線L1が、ホルダプレート84およびベースプレート71の中央に位置する。詳しくは、ベースプレート71は、その溝76の右端76Rと左端76Lの中点P4が直線L1上に位置するように配置される。ホルダプレート84は、その溝90の右端90Rと左端90Lの中点P3が直線L1上に位置するように配置される。ベースプレート71とホルダプレート84とジョイスティックレバー51の位置関係は、図4Eおよび図4Fの状態と同様の位置関係になっている。
以下では、実際の車体フレーム角度θs_realが右側に最大回動された状態(車体右フルアーティキュレート)から左方向にアーティキュレート操作を行った場合について説明する。
図11Aは、実際のレバー角度θi_real=25°、ホルダプレート角度θh=25°、および実際のベースプレート角度θb_real=25度の場合における操作ユニット25を示す断面図であり、図4Bに示す位置AA´間の矢示断面図である。図11Bは、実際のレバー角度θi_real=25°、ホルダプレート角度θh=25°、および実際のベースプレート角度θb_real=25度の場合における操作ユニット25を示す断面図であり、図4Bに示す位置BB´間の矢示断面図である。
そのため、オペレータは、レバー相対角度θd=12.5°の状態から更にジョイスティックレバー51を動かすためには抵抗を知覚する。そして、オペレータは、F2以上の操作力でジョイスティックレバー51を回動操作することによって、レバー相対角度θdを12.5以上の値にする。
一方、図13Bに示すようにホルダプレート84の接続部材89によって第2バネ部材82の第2端部822が右方向Yr側に押されるが、第1端部821は、溝76の右端76Rに当接しているため、第2バネ部材82は撓んでいる。
このようにジョイスティックレバー51の操作によって入力された実際のレバー角度θi_realが、検出され、ベースプレート71は、実際のベースプレート角度θb_realが−25°に達するまで支持枠60に対して回動する。
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1について説明する。本実施の形態2のホイールローダは、実施の形態1のホイールローダ1とレバーユニットの構成が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明し、他の同様の構成については説明を省略する。
図14Aは、本実施の形態の操作ユニット425を示す斜視図である。図14Bは、図14Aの側面図である。図14Cは、図14Aの平面図である。図14Dは、図14CのEE´間の矢示断面図である。図14Eは、図14BのFF´間の矢示断面図である。
本実施の形態のレバーユニット441は、ジョイスティックレバー51と、ジョイスティックレバー51を回動軸64に連結する連結部452とを有する。
連結部452には、ジョイスティックレバー51が固定されている。連結部452は、前後方向Xに厚みを有し、図14Eに示すように断面視において上部が半円形状であり、下方が三角形状の部材である。連結部452には、前後方向Xに沿って貫通孔が形成されており、回動軸64が貫通孔に挿入されている。図14Dに示すように、連結部452と回動軸64の各々に凹部が形成され、これらの凹部にキー453が嵌合している。キー453によってジョイスティックレバー51の回転が連結部452を介して回動軸64に伝達される。
図14Eに示すように、連結部452の三角形状の先端である下端454は、ジョイスティックレバー51の長手方向に沿った線L1上に位置している。連結部452の下端454には、線L2に沿った孔455が形成されている。なお、孔455は、図14Dに示すように、前後方向Xに3つ並んで形成されている。
付勢部444は、図14Dに示すように、バネ部材480と、カム481と、カムフォロア482と、ダンパ83と、を有する。バネ部材480は、上記3つの孔455のうち真ん中を除いた前と後の孔455の内側に配置されている。カム481は、3つの棒状部483と、カムフォロア支持部484と、を有する。3つの棒状部483は、下方から3つの孔455に挿入されている。真ん中の孔455は棒状部483と概ね同径に形成されており、ガイドとして機能する。前後方向Xの真ん中を除く2つの棒状部483の下端近傍には当接部485が形成されており、バネ部材480の下端が当接している。カムフォロア支持部484は、3つの棒状部483の下側に設けられており、3つの棒状部483の下端が固定されている。カムフォロア支持部484の前後方向には、貫通孔が形成されており、カムフォロア482の軸部482aが配置されている。
カムフォロア482は、軸部482aと、その両端に配置された回転部482bとを有する。これにより、カムフォロア482は、カムフォロア支持部484に対して回転可能に構成されている。
また、本実施の形態2のベース部443は、実施の形態1のベース部43と比較して、ベースプレート71と形状が異なるベースプレート471を有する。ベースプレート471は、図14Eに示すように、下方に向かって凸状に湾曲した溝部476を有する。溝部476は、車幅方向Yの中央476Mに向かうように湾曲している。
このような付勢部444の構成により、レバーユニット441は、ベースプレート471に対して、直線L2が溝部476の中央476Mを通る位置になるように付勢される。
例えば、図14Fに示すように、ジョイスティックレバー51が左方向に回動し、まだベースプレート471が回動していない状態では、バネ部材480の付勢力によって、カムフォロア482は溝部476の底面に押しつけられ、カムフォロア482に中央476Mに向かうように回転する力が働く(矢印J参照)。
また、溝部476からベースプレート471の上面471aにカムフォロア482が乗越える際は、溝部476内をカムフォロア482が移動しているときと比較して、反力の増加率が大きくなる。すなわち、図14Eに示す溝部476の右端476Rと左端476Lの位置は、レバー相対角度θdが+θ2、−θ2のときに対応する。このように、右端476Rおよび左端476Lは変曲点を形成されている。なお、右端476Rおよび左端476Lは、角を形成しているともいえる。
これによって、レバー相対角度θdが±θ2に達したことをオペレータに知覚させることができる。
(1)
本実施の形態のホイールローダ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、車体フレーム角度センサ24(実ステアリング角度検出部の一例)と、操作ユニット25または操作ユニット425と、モータ駆動制御部110(位置調整制御部の一例)と、ステアリング制御部120とを、備える。ステアリングシリンダ21、22は、実際の車体フレーム角度θs_real(実ステアリング角度の一例)を変更する。車体フレーム角度センサ24は、実際の車体フレーム角度θs_realを車体フレーム角度の検出値θs_detectとして検出する。操作ユニット25、425は、支持部42と、ベースプレート71、471(回動部の一例)と、ジョイスティックレバー51(操作部の一例)と、付勢部44、444と、位置調整部45と、を有し、ステアリング操作を行う。ベースプレート71、471(回動部の一例)は、支持部42に回動可能に支持されている。ジョイスティックレバー51は、支持部42に回動可能に支持され、オペレータにより回動操作される。付勢部44、444は、ベースプレート71に対してジョイスティックレバー51を第1所定位置に付勢する。位置調整部45は、支持部42に対するベースプレート71の回動角度を調整する。モータ駆動制御部110(位置調整制御部の一例)は、車体フレーム角度の検出値θs_detectに基づいて、位置調整部45を制御する。ステアリング制御部120は、ジョイスティックレバー51の回動操作に基づいて、ステアリングシリンダ21、22を制御する。付勢部44、444は、ベースプレート71、471に対してジョイスティックレバー51が右または左方向(所定方向の一例)に回動操作された場合に、ベースプレート71、471に対するジョイスティックレバー51のレバー相対角度θdの絶対値が角度θ2(第1所定角度の一例)より小さいとき、レバー相対角度θdの絶対値に対応した反力を発生させ、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ2において、反力をF2(所定反力の一例)まで増加させ、角度θ2における反力がF2に達した後は、レバー相対角度θdに対応した反力を発生させる。
また、相対角度に対する反力の増加率を上昇させることによって、操作部の回動操作中に相対角度が第1所定角度に達するとオペレータは抵抗の急な増加を感じることになり、オペレータに作業車両に関する情報を知覚させることができる。
また、第1所定位置とは、例えばベースプレート71の中点P4を直線L1が通るジョイスティックレバー51の位置である。
また、角度θ2において、オペレータに抵抗の急な増加を感じさせることができる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、角度θ2(第1所定角度の絶対値の一例)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)の動作速度が最大に達する角度θ5(相対角度の絶対値の一例)より大きい。
これにより、オペレータに抵抗の急な増加を感じさせることによって、オペレータにステアリングシリンダ21、22の動作速度が最大に達したことを知らせることができる。このため、オペレータは、さらに動作速度を上げることを意図してジョイスティックレバー51をさらに回動させるという無駄な動作を行わず、操作性が向上する。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、油圧バルブ31(ステアリング弁の一例)を更に備える。油圧バルブ31は、ジョイスティックレバー51(操作部の一例)の回動操作に基づいて、ステアリングシリンダ21、22(油圧アクチュエータの一例)に供給される油の流量を制御する。ステアリングシリンダ21、22の動作速度が最大に達する相対角度の絶対値とは、油圧バルブ31から供給される流量が最大に達する角度θ5(相対角度の絶対値の一例)である。
これにより、オペレータに抵抗の急な増加を感じさせることによって、オペレータに油圧バルブ31から供給される作動油の流量が最大に達したことを知らせることができる。このため、オペレータは、さらに作動油の流量を増加させることを意図してジョイスティックレバー51をさらに回動させるという無駄な動作を行わず、操作性が向上する。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、電磁パイロットバルブ33(制御弁の一例)を更に備える。電磁パイロットバルブ33は、ジョイスティックレバー51の回動操作に基づいて、ステアリングシリンダ21、22(油圧アクチュエータの一例)に供給される油の流量を制御する。ステアリングシリンダ21、22は、ジョイスティックレバー51が第1所定位置に配置された状態において中立位置となる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、第1所定位置は、レバー相対角度θd(相対角度の一例)がゼロの位置である。
これによって、レバー相対角度θdがゼロの位置から相対角度が増加するに従って反力を増加させることができる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、付勢部44は、ホルダプレート84(中間回動部の一例)と、第1バネ部材81と、第2バネ部材82と、を有する。ホルダプレート84は、ジョイスティックレバー51(操作部の一例)とベースプレート71(回動部の一例)と支持部42に対して回動可能に支持部に支持されている。第1バネ部材81は、ホルダプレート84に対してジョイスティックレバー51を第2所定位置に付勢する。第2バネ部材82は、ベースプレート71に対してホルダプレート84を第3所定位置に付勢する。
また、第2所定位置とは、例えばホルダプレート84の中点P3を直線L1が通るジョイスティックレバー51の位置である。また、第3所定位置とは、例えばベースプレート71の中点P4を、中点P3と回動軸64の中心P1を結ぶ直線が通るホルダプレート84の位置である。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、当接部材58、59(当接部の一例)と、を備える。当接部材58、59は、ジョイスティックレバー51(操作部の一例)に接続され、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ2(第1所定角度の一例)に達するとホルダプレート84に当接する。第1バネ部材81は、レバー相対角度θdの絶対値が大きくなるに従って大きな反力を生じ、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ2(第1所定角度の一例)のときに反力F3(第1反力の一例)を生じる。第2バネ部材82は、反力F3よりも大きい反力F2(第2反力の一例)で撓み始める。
このように2つのバネ部材81、82を用いることによって、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ2以上の場合に、角度θ2より小さい場合に比べて、レバー相対角度θdに対する反力の増加率を上昇させことができる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、付勢部444は、カム481およびカムフォロア482(押圧部の一例)と、バネ部材480と、を有する。カム481およびカムフォロア482は、ジョイスティックレバー51(操作部の一例)と接続されており、ベースプレート471(回動部の一例)を押圧する。バネ部材480は、カム481およびカムフォロア482をベースプレート471に向けて付勢する。ベースプレート471は、カム481およびカムフォロア482に押圧される溝部476(被押圧部の一例)を有する。溝部476は、レバー相対角度θdの絶対値が大きくなるに従ってジョイスティックレバー51との距離が短くなるように形成されており、角度±θ2(第1所定角度の一例)に対応する位置に右端476R(段差の一例)および左端476L(段差の一例)を有する。
このようにいわゆるカム機構を用いることによって、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ2以上の場合に、角度θ2より小さい場合に比べて、レバー相対角度θdに対する反力の増加率を上昇させことができる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、付勢部44、444は、ベースプレート71、471に対してジョイスティックレバー51が右または左方向(所定方向の反対方向の一例)に回動操作された場合に、ベースプレート71、471に対するジョイスティックレバー51のレバー相対角度θdの絶対値が角度θ2(第3所定角度の一例)より小さいとき、レバー相対角度θdの絶対値に対応した反力を発生させ、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ3において、反力をF2(所定反力の一例)まで増加させ、角度θ2における反力がF2に達した後は、レバー相対角度θdに対応した反力を発生させる。
これにより、ジョイスティックレバー51を回動させた場合に角度θ2において、オペレータに抵抗の急な増加を感じさせることができる。
本実施の形態のホイールローダ1は(作業車両の一例)では、付勢部44、444は、ダンパ83を有する。
これにより、ジョイスティックレバー51の動き出しに抵抗を生じさせることができる。
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。
上記実施の形態では、図5に示すように反力の増加率が垂直に立ち上がっているが、図15に示すように、傾きが形成されていてもよい。第1所定角度の一例として角度+θ2が第3所定角度の一例として角度−θ2が設けられ、第2所定角度の一例として角度+θ4が設けられ、第4所定角度の一例として角度−θ4が設けられている。図15では、レバー相対角度θdの絶対値がゼロから角度θ2までの反力の増加率に比較して、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ2から角度θ4までの反力の増加率は大きくなっている。
また、レバー相対角度θdの絶対値が角度θ4以上の反力の増加率は、レバー相対角度θdの絶対値がゼロから角度θ2までの反力の増加率よりも小さくなっている。
上記実施の形態では、反力の増加率は、図5および図14に示すように、原点に対して対称になっているが、例えば、図16に示すように、原点に対して対称でなくてもよい。図16では、ジョイスティックレバー51を左側に回動させた場合に、|θd|がθ5で反力の増加率がθ5よりも小さい場合と比較して大きくなり、更に|θd|がθ6で反力の増加率が、θ5とθ6の間の増加率よりも小さくなっている。この場合、−θ5が、第3所定角度の一例に相当し、−θ6が第4所定角度の一例に相当する。
上記実施の形態では、ベースプレート71、471を回動させるアクチュエータの一例として電気モータ91を用いているが、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。
(D)
上記実施の形態では、ウォームギヤ94を用いて電気モータ91の駆動力を伝達ギヤ部74に伝達しているが、ウォームギヤを用いずに歯車状のギヤを用いて電気モータ91の駆動力を伝達ギヤ部74に伝達しても良い。ただし、セルフロック機能を有するため、ウォームギヤを用いるほうが好ましい。
上記実施の形態では、制御弁の一例である電磁パイロットバルブ33から入力されるパイロット圧に応じて油圧バルブ31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に構成されていたが、油圧バルブ31を介さずに電磁パイロットバルブ33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。すなわち、電磁パイロットバルブ33に代えて電磁メインバルブが用いられてもよい。
上記実施の形態では、付勢部44、444にダンパ83が設けられていたが、ダンパに限らずフリクションであってもよいし、ダンパおよびフリクションであってもよいし、ダンパまたはフリクションが設けられていなくてもよい。
(G)
上記実施の形態では、ベースプレート角度およびレバー角度の範囲(角度スケール)は、車体フレーム角度の範囲(角度スケール)と同じであるが、ベースプレート角度およびレバー角度の範囲(角度スケール)は、車体フレーム角度の範囲(角度スケール)よりも狭くなっていてもよい。
上記実施の形態では、ジョイスティックレバー51は、支持部42に支持されていたが、ベースプレート71、471に回動可能に支持されていてもよい。さらに、ベースプレート71、471が設けられているベース部43、443にジョイスティックレバー51が回動可能に支持されていてもよい。
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。
(J)
上記実施の形態では、操作部の一例としてジョイスティックレバー51を操作してステアリングシリンダ21、22への流量を制御しているが、ジョイスティックレバーに限らなくてもよく、ステアリングホイールであってもよい。
図17(b)は、図17(a)のGG´間の矢示断面図である。図17(c)は、図17(a)のHH´間の矢示断面図である。付勢部544は、第1バネ部材581と、第2バネ部材582と、ホルダ部583とを有する。ホルダ部583は筒状であり、筒部572内に回転可能に嵌っている。ホルダ部583には、回動部材553が回転可能に嵌っている。第1バネ部材581は、例えば板バネであって、図17(b)に示すように回動部材553を貫通して、その両端がホルダ部583に固定されている。第2バネ部材582は、例えば、板バネであって、図17(c)に示すようにホルダ部583を貫通して、その両端が筒部572に固定されている。なお、第2バネ部材582は、回動部材553は通過していない。
このような構成により、オペレータがステアリングホイール551を回転させると、付勢部544によって反力が生じる。また、第1バネ部材581の反力に対抗してホルダ部583に対して回動部材553が所定角度回動すると、回動部材553の当接部(図示せず)がホルダ部583に当接する。この位置から更に回動部材553を回動するためには、第2バネ部材582の反力に対抗して回動させる。ここで、第1バネ部材581の反力と第2バネ部材582の反力に図5に示すように差をつけることで、オペレータに対して抵抗感を明確に知覚させることが出来る。
以上のように、ステアリング角が変更される作業車両でありさえすれば、本発明を適用できる。
上記実施の形態1のステアリング操作装置8では、ステアリング制御部120は、レバー角度センサ26によって検出されたレバー角度の検出値θi_detectと、車体フレーム角度センサ24によって検出された車体フレーム角度の検出値θs_detectを用いて、電磁パイロットバルブ33を制御しているが、これに限られるものではない。
上記実施の形態では、支持部42に対するジョイスティックレバー51の回動角を検出するレバー角度センサ26が設けられているが、ベースプレート71に対するジョイスティックレバー51の角度を算出するレバー相対角度センサが設けられていてもよい。
レバー相対角度θdは、支持部42に対するジョイスティックレバー51の回動角度と、支持部42に対するベースプレート71の回動角度の差分(偏差角度)に相当する。このため、ステアリング制御部120は、レバー相対角度θdに基づいて、電磁パイロットバルブ33を制御する。
上記実施の形態2では、溝部476の右端476Rと左端476Lが変曲点を形成しているが、図18Eのような形状に限られるものではなく、断面視において直線と直線によって角を形成されていてもよい。
21 :ステアリングシリンダ
22 :ステアリングシリンダ
23 :ステアリング油圧回路
42 :支持部
43 :ベース部
44 :付勢部
45 :位置調整部
51 :ジョイスティックレバー
71 :ベースプレート
110 :モータ駆動制御部
120 :ステアリング制御部
Claims (12)
- 実ステアリング角度を変更する油圧アクチュエータと、
前記実ステアリング角度を検出する実ステアリング角度検出部と、
支持部と、前記支持部に回動可能に支持された回動部と、前記支持部または前記回動部に回動可能に支持され、オペレータにより回動操作される操作部と、前記回動部に対して前記操作部を所定位置に付勢する付勢部と、前記支持部に対する前記回動部の回動角度を調整する位置調整部と、を有し、ステアリング操作を行う操作ユニットと、
前記実ステアリング角度に基づいて、前記位置調整部を制御する位置調整制御部と、
前記操作部の回動操作に基づいて、前記油圧アクチュエータを制御するステアリング制御部と、を備え、
前記付勢部は、
前記回動部に対して前記操作部が所定方向に回動操作された場合に、
前記回動部に対する前記操作部の相対角度の絶対値が第1所定角度以上のとき、前記相対角度の絶対値が前記第1所定角度より小さいときに比べて、前記相対角度に対する反力の増加率を上昇させ、
前記相対角度の絶対値が前記第1所定角度以上の角度である第2所定角度以上のとき、前記相対角度の絶対値が前記第2所定角度より小さく、かつ前記相対角度の絶対値が前記第1所定角度以上であるときと比べて、前記相対角度に対する反力の増加率を減少させる、
作業車両。 - 実ステアリング角度を変更する油圧アクチュエータと、
前記実ステアリング角度を検出する実ステアリング角度検出部と、
支持部と、前記支持部に回動可能に支持された回動部と、前記支持部または前記回動部に回動可能に支持され、オペレータにより回動操作される操作部と、前記回動部に対して前記操作部を所定位置に付勢する付勢部と、前記支持部に対する前記回動部の回動角度を調整する位置調整部と、を有し、ステアリング操作を行う操作ユニットと、
前記実ステアリング角度に基づいて、前記位置調整部を制御する位置調整制御部と、
前記操作部の回動操作に基づいて、前記油圧アクチュエータを制御するステアリング制御部と、を備え、
前記付勢部は、
前記回動部に対して前記操作部が所定方向に回動操作された場合に、
前記回動部に対する前記操作部の相対角度の絶対値が第1所定角度より小さいとき、前記相対角度の絶対値に対応した反力を発生させ、
前記相対角度の絶対値が前記第1所定角度において、反力を所定反力まで増加させ、
前記第1所定角度における反力が前記所定反力に達した後は、前記相対角度に対応した反力を発生させる、
作業車両。 - 前記第1所定角度の絶対値は、前記油圧アクチュエータの動作速度が最大に達する前記相対角度の絶対値より大きい、
請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記操作部の回動操作に基づいて、前記油圧アクチュエータに供給される油の流量を制御するステアリング弁を更に備え、
前記油圧アクチュエータの動作速度が最大に達する前記相対角度の絶対値とは、前記ステアリング弁から供給される流量が最大に達する前記相対角度の絶対値である、
請求項3に記載の作業車両。 - 前記操作部の回動操作に基づいて、前記油圧アクチュエータに供給される油の流量を制御する制御弁を更に備え、
前記制御弁は、前記操作部が前記所定位置に配置された状態において中立位置となる、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の作業車両。 - 前記所定位置は、前記相対角度がゼロの位置である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の作業車両。 - 前記付勢部は、
前記操作部と前記回動部と前記支持部に対して回動可能に前記支持部に支持された中間回動部と、
前記中間回動部に対して前記操作部を第2所定位置に付勢する第1バネ部材と、
前記回動部に対して前記中間回動部を第3所定位置に付勢する第2バネ部材と、を有する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の作業車両。 - 前記付勢部は、
前記操作部に接続され、前記相対角度の絶対値が前記第1所定角度に達すると前記中間回動部に当接する当接部を有し、
前記第1バネ部材は、前記相対角度の絶対値が大きくなるに従って大きな反力を生じ、前記相対角度の絶対値が前記第1所定角度のときに第1反力を生じ、
前記第2バネ部材は、前記第1反力よりも大きい第2反力で撓み始める、
請求項7に記載の作業車両。 - 前記付勢部は、
前記操作部に接続されており、前記回動部を押圧する押圧部と、
前記押圧部を前記回動部に向けて付勢するバネ部材と、を有し、
前記回動部は、前記押圧部に押圧される被押圧部を有し、
前記被押圧部は、前記相対角度の絶対値が大きくなるに従って前記操作部との距離が短くなるように形成されており、前記第1所定角度に対応する位置に段差を有する、
請求項1〜6のいずれかに1項に記載の作業車両。 - 前記付勢部は、
前記回動部に対して前記操作部が前記所定方向の反対方向に回動操作された場合に、
前記回動部に対する前記操作部の相対角度の絶対値が第3所定角度以上のとき、前記相対角度の絶対値が前記第3所定角度より小さいときに比べて、前記相対角度に対する反力の増加率を上昇させ、
前記相対角度の絶対値が前記第3所定角度以上の角度である第4所定角度以上のとき、前記相対角度の絶対値が前記第4所定角度より小さく、かつ前記相対角度の絶対値が前記第3所定角度以上であるときと比べて、前記相対角度に対する反力の増加率を減少させる、
請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記付勢部は、
前記回動部に対して前記操作部が前記所定方向の反対方向に回動操作された場合に、
前記回動部に対する前記操作部の相対角度の絶対値が第3所定角度より小さいとき、前記相対角度の絶対値に対応した反力を発生させ、
前記相対角度の絶対値が前記第3所定角度において、反力を所定反力まで増加させ、
前記第3所定角度における反力が前記所定反力に達した後は、前記相対角度に対応した反力を発生させる、
請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記付勢部は、
バネ部材と、
ダンパおよびフリクションブレーキの少なくとも一方と、を含む、
請求項1または2に記載の作業車両。
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