JP3731282B2 - 作業車両の操向制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トラクタや田植機の農業用の作業車両や、フォークリフト、ブルトーザ等の運搬用、建設用の作業車両に関し、特に操向操作部の操作量に対し操向輪の作動量を変更可能な操向装置を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術、及びその課題】
従来、作業車両には、作業中の旋回や操向を容易に行うために操向操作部の操作量に対し操向輪の作動量を変更可能な操向装置を有するものがあった。例えば、特開平８−２６１２６号公報には圃場での旋回時に、ステアリングハンドルの操向量に対して前輪の切れ角量を大きくする移動農機の旋回装置が示されている。
【０００３】
上記公報に示されている旋回装置は、車体の前輪を操向するパワーステアリングシリンダへの油の流入経路を、油圧ポンプから操向ハンドルの操作方向に応じて圧油を流出する操向ユニットを介して供給する第一の経路と、同油圧ポンプからこの操向ユニットを介さないで直接前記シリンダへ供給する第二の経路とを並列して設けた構成とし、切替制御弁により前記二つの回路を択一式に選択する構成としている。そして、この切替制御弁を、前輪の切角が一定角度を超えると、前記流入経路を前記第一の回路から第二の回路へ切り替わる構成とし、ステアリングハンドルの操向量に対する前輪の切れ角量を大きく変更している。
【０００４】
しかしながら、上記旋回装置の油圧回路の構成には、旋回制御の作動時や何らかのアクシデントで切替制御弁が切り替わった状態で戻らなくなる恐れがあり、このような場合には、オペレータのハンドル操作が前輪へ伝達されないためオペレータの所望とする方向へ車両を操向できないという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以上のような課題を解消するために、次のような技術手段を講じた。
即ち、操向操作部（１）の操作量に対し操向輪（２）の作動量を変更可能な操向装置（３）を有する作業車両において、油圧ポンプ（８）から送り出される圧油を回路上手側から順に、前記操向操作部（１）の操作方向に応じて前記圧油を流出する操向ユニット（４）と、前記操向ユニット（４）から流出された圧油の一部を他の回路（５）へ分岐する状態、若しくは同圧油の全部を連通する状態に切り替えて油の流量を調整可能な切替制御弁（６）とを通じて、前記操向輪（２）を操向する油圧アクチュエータ（７）へ送り込む構成とすると共に、
前記車両には、エンジン（１２）の出力回転数を検出するエンジン回転センサ（４８）と、走行用変速位置を検出する変速スイッチ（３１）と、前記操向輪（２）の操向角を検出する操向輪切角センサ（２２）とを設け、
前記センサにより、エンジン回転数が一定値以上の状態で且つ走行用変速位置が所定の低速位置に設定された状態が検出され、更に前記操向輪（２）が中立付近で一定値以上の操作速度で操作されたときに、前記切替制御弁（６）を切り替えて操向操作部（１）の操作量に対し操向輪（２）の作動量を大きく変更する制御部（２１）を備えたことを特徴とする作業車両の操向制御装置とした。
【０００６】
【発明の作用効果】
以上のように構成した作業車両の操向制御装置では、操向ユニット４と、切替制御弁６とを油圧回路において直列に設け、切替制御弁６にて、通常時は、圧油の一部を他の回路５へ分岐する状態として油圧アクチュエータ７による操向輪２の作動量を小さくし、急旋回時等には同圧油の全部を連通する状態として油圧アクチュエータ７による操向輪２の作動量を大きく変更することができるので、操向操作に係る労力の小力化を図ることができる上、万一切替制御弁６が故障しても常時オペレータの操向操作が油圧アクチュエータ７へ伝達可能であるので作業車両を安全に操向することができる。
特にこの作業車両の操向制御装置では、操向ユニット４へ流入される圧油が一定であるため、切替制御弁６の状態に関わらずオペレータの操向操作力を補助する油圧力が一定に保たれ、操向操作部１の操作性が良い。
またこの作業車両の操向制御装置は、エンジン回転数が一定値以上の状態で且つ走行用変速位置が所定の低速位置に設定された状態が検出されたときに作動可能とする構成、即ち車両の路上走行時には同制御の作動は牽制されるので、前記同様、車両の安全性が良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を作業車両である農用トラクタ（以下、トラクタ１０）について説明する。
トラクタ１０は、機体前部のボンネット１１内部に設けたエンジン１２の回転動力を、このエンジン１２後方に設けたミッションケース１３内の変速装置（主変速１４、副変速１５）により適宜変速してその動力を前輪２，２、或いは前後輪２，２，１６，１６に伝達して走行する構成となっている。
【０００８】
前記ボンネット１１の後部には、ハンドルポスト１７を設けこの側方にアクセルレバー１８を設け、同ポスト１７の上部に操向操作部であるステアリングハンドル１を突出して設けている。そして、このステアリングハンドル１の回転操作により後述する操向装置であるパワーステアリング装置３を介して前記前輪２，２を操向する構成となっている。また、ハンドルポスト１７の下方には、左右夫々の後輪１６，１６を制動するブレーキペダル１９，１９を設けている。左右夫々のブレーキペダル１９の回動基部には、この踏み込み操作量を検出する手段であるブレーキセンサ２０を設け、この踏み込み角度を検出し、操縦席２５下方に設けた制御部であるコントローラ２１へ信号を送信する構成となっている。
【０００９】
トラクタ１０の操縦席２５の近傍について説明すると、この操縦席２５の側方には、旋回時の前輪１，１の作動量を変更する旋回制御の作動を入り切りする制御入切スイッチ２６と、走行用変速レバー２７と、作業機２８の高さを変更するポジションレバー１９を設けている。また、車体後部のＰＴＯ軸３４の回転を正逆、或いは停止を選択するＰＴＯ入切スイッチ３０を設けている。前記変速レバー２７の回動基部には、変速位置スイッチ３１を設け、同レバー２７が高速位置へ変速されるとオンする構成となっている。また、ポジションレバー１９の回動基部には、この操作角度を検出するポテンショメータ３２を設け、前記変速スイッチ３１とともにこの検出信号をコントローラ２１へ送信する構成となっている。
【００１０】
トラクタ１０の後部の構成について説明する。前記ミッションケース１３の後上部にはシリンダーケース３５を設けている。このシリンダーケース３５には作業機昇降用の油圧シリンダ３６を内蔵し、この油圧シリンダ３６のピストン伸縮によりケース３５の左右に支持したリフトアーム３７，３７を上下回動する構成となっている。そして、この片側のリフトアーム３７の回動基部には、リフトアーム角センサ３８を設け、作業機２８の昇降位置を間接的に検出する構成となっている。これにより、前記ポジションレバー２９の操作角度に応じて、リフトアーム３７の設定角度が一致するように油圧シリンダ３６のピストンを伸縮する構成となっている。また、ミッションケース１３の後部にはトップリンク３９と左右ロアリンク４０，４０とからなる３点リンク機構を設け，このリンク機構後端部に作業機２８を連結可能に構成している。図例ではロータリ作業機を連結した構成となっている。
【００１１】
トラクタ１０の動力伝導構成について、図３に基づいて説明する。
前記エンジン１２から出力された回転動力は、主クラッチ４５にて断続され、前後進切替装置４６へ入力される。また、このエンジン１２の出力軸４７には、この回転数を検出する手段としてエンジン回転センサ４８を設けている。
そして、前後進切替装置４６へ入力されたエンジン１２の回転動力は、正転或いは逆転に切り替えられて車両の進行方向を変更するようになっており、前記変速レバー２７により主変速装置１４、副変速装置１５で適宜変速されて後輪デフ機構４９へ伝達される構成となっている。また、副変速装置１５から出力された回転動力は、前輪駆動軸５０へも伝達される構成となっている。
【００１２】
前記前輪駆動軸５０上には、前輪駆動伝達装置５１が設けられている。この前記前輪駆動伝達装置５１は、等速クラッチ５２と倍速クラッチ５３とを有し、この両クラッチ５２，５３は、コントローラ２１の指令によって接続する構成となっている。即ち、等速クラッチ５２が接続するときには、前輪２，２の周速が後輪１６，１６の周速と略同速となり、倍速クラッチ５３が接続すると、前輪２，２の周速が後輪１６，１６の周速に対して略２倍となって小回り旋回が可能になっている。また、どちらのクラッチ５２，５３も接続していない時には、トラクタ１０は、後輪２駆状態で走行する構成となっている。そして、前輪駆動伝達装置５１の入力側ギヤ５４には後輪回転センサ５５を設け、出力側ギヤ５６には前輪回転センサ５７を設けている。そして、走行中一定時間毎に後輪１６による２駆状態として、このときの後輪１６の回転数と、地面からの突き回りにより回転する前輪２の回転数を検出して比較（前輪回転数／後輪回転数）することによりトラクタ１０のスリップ状態を検出する構成となっている。
【００１３】
また、前記後輪デフ機構４９から左右に出力される後輪駆動軸５８には、夫々ブレーキディスク５９…を設けている。このブレーキディスク５９…は、前記ブレーキペダル１９，１９とリンク機構を介して左右独立して接続され、このブレーキペダル１９，１９の踏み込み操作によりディスクが圧着してブレーキがかかる構成となっている。これにより、圃場での作業では、トラクタ１０の後輪１６を片側だけ制動可能として隣接旋回を容易にしている。
【００１４】
トラクタ１０のパワーステアリング装置３について図１に基づいて説明する。パワーステアリング装置３は、ステアリングハンドル１の回転操作をステアリング軸６０等を介して操向ユニット４に入力している。そして、ステアリング軸６０の回転に応じて操向ユニット４内のジロータ６２が回転され、油圧ポンプ８の油圧力が前記ステアリングハンドル１の操作力を補助して、操向ユニット４から流出される構成となっている。この操向ユニット４の回路下手側には、油量調整手段である切替制御弁６を設けている。
【００１５】
この切替制御弁６は、絞り６５，６５を有する油室７０と絞りを設けない油室７１とを有し、通常時にはこの絞り６５，６５を有する油室７０が前記操向ユニット４と操向用の油圧シリンダ７を連通して位置し、また、コントローラ２１からの切替指令により絞りを設けない油室７１が操向ユニット４へ接続するように構成されている。そして、通常時には、絞り６５、６５により規制された圧油は、一部を前記主クラッチ４５の潤滑油として分流回路５へ逃がされている。また、このコントローラ２１より切替指令を受けた時には同制御弁６に流入した全油量を流出する。尚、この切替制御弁６は、この切替指令が停止されると直ちに前記絞り６５，６５を有する油室７０に切り替わるようスプリング７２により付勢している。これにより、切替制御弁６やコントローラ２１の故障時しても、ステアリングハンドル１を回したときに、前輪２，２が大きく操向されることが無くトラクタ１０を安全に操向することができる。
【００１６】
また、この切替制御弁６の油圧回路下手側には、チェック弁６６を介して前輪２，２を操向する油圧アクチュエータである油圧シリンダ７を接続して設けている。そして、この油圧シリンダ７のピストンを連結ロッド等を介して前輪２，２を回動するナックルアーム６７に連結している。このナックルアーム６７には、回動角度を検出する前輪切角センサ２２を設けている。これによりコントローラ２１では、所定時間内の前輪切角度の変化を演算して操向操作速度を検出する構成となっている。尚、符号Ｔは、ミッションケース１３を兼ねる油圧タンクを示し、Ｒ…はリリーフ弁を示す。
【００１７】
このように油圧ポンプ８から送り出される圧油の伝動上手側から順に、操向ユニット４、切替制御弁６、前輪２，２を操向する油圧シリンダ７と直列して設けたので、切替制御弁６が絞り６５，６５を設けてない油室７１側に切り替わってわっているときには、通常時と比較してステアリングハンドル３の操作量に対して前輪２，２の操向量を大きく変更することができる。また、この切替制御弁６が通常時、或いは切り替わり時でも、ステアリングハンドル１の回転操作が常時前輪２，２へ伝達可能な状態となっているので、トラクタ１０が操向不能な状態に陥ることがない。また、前記切替制御弁６が故障してどちらの場合で作動しなくなっても、ステアリングハンドル１を左右どちらに回転しても前輪２の操向量が同じであるので、操向性を損なうことがない。
【００１８】
尚、ここでは操向ユニット４の油圧回路下手側に切替制御弁６を設ける構成としたが、この切替制御弁６を操向ユニット４の上手側に設けてもよい。この実施例のように切替制御弁６を下手側に設ける方が、操向ユニット４へ流入される圧油が一定であるため、切替制御弁６の状態に関わらずオペレータの操向操作力を補助する油圧力が一定に保たれトラクタ１０の操作性の面からは好ましい。
【００１９】
前記旋回制御について説明する。前記コントローラ７は、図４に示されるように各種センサやスイッチの情報を処理するＣＰＵや、この情報を一時記憶するＲＡＭや、この旋回制御プログラム等を設定しているＲＯＭ等を有する構成となっている。
そして、入力部には、前記制御スイッチ２６と、ブレーキセンサ２０，２０、ＰＴＯ入切スイッチ３０，変速位置スイッチ３１，ポジションレバー２９のポテンショメータ３２，リフトアーム角センサ３８、エンジン回転センサ４８、前輪回転センサ５７，後輪回転センサ５５、前輪切角センサ２２を接続して設けている。
【００２０】
また、出力部には、前記ＰＴＯ入切スイッチ３０のオンオフによって励磁するＰＴＯを正転、及び逆転に切り替える切替制御弁のソレノイド３３Ｆ，３３Ｒと、作業機昇降用の油圧シリンダ３６のピストンを伸長、短縮する比例圧力制御弁のソレノイド４１，４２と、等速、倍速クラッチを圧着する切替制御弁のソレノイド６８，６９と、操向ユニット４の圧油量を調整する切替制御弁のソレノイド９を接続して設けている。
【００２１】
以上のように、構成されたトラクタ１０の旋回制御の作用ついて、図５のフローチャートに基づいて説明する。
最初に、トラクタ１０の電源系統を「入」にしてエンジン１２を始動すると、コントローラ７は、各種スイッチやセンサの設定状態、接続状態、或いは検出状態信号を読み込む（ＳＴＥＰ１）。そして、前記前輪切角センサ２２によりトラクタ１０の操向速度が急旋回と想定される速度以上かどうかを判定する(ＳＴＥＰ２)。ここでＹＥＳの場合は、次に、制御スイッチ２６が入であるか（ＳＴＥＰ３）、そして変速位置スイッチ３１がオフである、即ち「低速」であるか（ＳＴＥＰ４）、エンジン回転センサ４８の検出値が一定以上で安定しているか（ＳＴＥＰ５）、またスリップの判定が一定範囲以内か（ＳＴＥＰ６）を判定する。さらに、前記ブレーキセンサ２０の検出を判定して、一方だけの検出値が一定以上か（ＳＴＥＰ７）を判定し、これらの判定がすべてＹＥＳときに切替制御弁６のソレノイド９へ通電か行われる。そしてこの切替出力は、ＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ７の判定がＮＯになるとオフされ、周期的にこれらの処理が繰り返される。
【００２２】
尚、ＳＴＥＰ５では、エンジン回転数の変動を検出することで、圃場の凹凸が激しい場所や、路上走行時にこの制御の作動を牽制している。また、ＳＴＥＰ６でスリップ状態を検出することで、圃場が極めてぬかるんでいる状態や凍っている状態等で、前輪２，２が急速に切れてトラクタ１０が大きくふらつかないように制御の作動を牽制している。
【００２３】
図６は、この旋回制御のステアリングハンドル１の切角度（横軸）と前輪切角度（縦軸）の関係を示す図である。ここでは、前輪中立付近の不感帯の位置で前輪操向速度を検出し、前輪操向速度が一定以下の場合は、ステアリングハンドル約±２回転で前輪２，２を左右ロック位置（中立位置から約±６０度）まで操向する構成となっている。また、前輪操向速度が一定以上で、且つ切替制御弁６が切り替わる条件が満たされた場合には、ステアリングハンドル約１回転で前輪２，２をロック位置まで操向する構成となっている。
尚、ＳＴＥＰ５のエンジン回転数が安定しているかどうかを検出する手段としては、アクセルレバーの回動基部にこの操作角度を検出するアングルセンサを設け、この検出値が一定時間、一定に保たれているかどうかを検出する構成としても良い。
【００２４】
また、図７に示されたフローチャートは、前記油量調整手段を常時油路の一部を開放する比例圧力制御弁で構成した場合の例である。ここでは、ＳＴＥＰ５にてリフトアーム角度が一定以上かどうかを検出して、作業機２８の上昇を検出している。これにより、作業機２８が下降したままで制御か作動しこれを大きく横方向へ引きずって破損することを防止している。また、ＳＴＥＰ６で前記ブレーキセンサ２０，２０の角度検出によりブレーキペダル１９の踏み込み量を検出してこれに応じて比例圧力制御弁の開放度を制御する構成としている。即ち、オペレータが急速に旋回したいときにはその分片側後輪１６のブレーキペダル１９を大きく踏み込むのでこの操作量に応じて比例圧力制御弁が油路を開放し、前輪２，２が大きく操向できる状態としている。また、左右両方のブレーキ踏み込みを検出しているときには、路上走行中のブレーキ操作と判定し制御の作動を牽制している。
また、ＳＴＥＰ８では、前記操向操作速度に変えて、前輪２，２の切れ角度を検出して、この角度が一定以上になるとステアリングハンドル３の操作量に対し前輪２，２の操向量を増大可能としている。これにより、急速なステアリングハンドル操作が苦手な高齢、或いは女性のオペレータに対してもこの制御が作動して、作業の省力化を図ることができる。
【００２５】
尚、ＳＴＥＰ４での前記作業機２８の上昇操作を検出する手段としては、エンジン回転数を常時検出しこの回転が急激に上昇したとき、即ち作業負荷が無くなったときを検出して作業機２８の上昇を間接的に検出してもよい。
尚、特許請求の範囲に実施の形態の構成に対応する部材の符号を付すが、この符号により、この発明をこの実施の形態に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラクタの油圧回路の一部。
【図２】トラクタの全体側面図。
【図３】トラクタの動力伝達を示す図。
【図４】コントローラの接続を示すブロック図。
【図５】旋回制御のフローチャート（１）。
【図６】ハンドル切角度と前輪切角度の関係を示すグラフ。
【図７】旋回制御のフローチャート（２）。
【符号の簡単な説明】
１ ステアリングハンドル（操向操作部）
２ 前輪（操向輪）
３ パワーステアリング装置（操向装置）
４ 操向ユニット
５ 分流回路
６ 切替制御弁
７ 油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
８ 油圧ポンプ
１２ エンジン
２１ コントローラ（制御部）
２２ 前輪切角センサ
４８ エンジン回転センサ

Claims (1)

1. 操向操作部（１）の操作量に対し操向輪（２）の作動量を変更可能な操向装置（３）を有する作業車両において、油圧ポンプ（８）から送り出される圧油を回路上手側から順に、前記操向操作部（１）の操作方向に応じて前記圧油を流出する操向ユニット（４）と、前記操向ユニット（４）から流出された圧油の一部を他の回路（５）へ分岐する状態、若しくは同圧油の全部を連通する状態に切り替えて油の流量を調整可能な切替制御弁（６）とを通じて、前記操向輪（２）を操向する油圧アクチュエータ（７）へ送り込む構成とすると共に、
   前記車両には、エンジン（１２）の出力回転数を検出するエンジン回転センサ（４８）と、走行用変速位置を検出する変速スイッチ（３１）と、前記操向輪（２）の操向角を検出する操向輪切角センサ（２２）とを設け、
   前記センサにより、エンジン回転数が一定値以上の状態で且つ走行用変速位置が所定の低速位置に設定された状態が検出され、更に前記操向輪（２）が中立付近で一定値以上の操作速度で操作されたときに、前記切替制御弁（６）を切り替えて操向操作部（１）の操作量に対し操向輪（２）の作動量を大きく変更する制御部（２１）を備えたことを特徴とする作業車両の操向制御装置。

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