JP6473239B2 - 作業車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばダンプトラックに代表される作業車両の操舵制御装置に関する。

一般に、作業車両を含む自動車は、ステアリングコラムまたはラックに電動モータを備えた電動パワーステアリング装置が搭載されている（特許文献１）。前記電動モータは、車両のハンドル操作(操舵)に必要な力を補助し、運転者の疲労を軽減する。この種の従来技術によるパワーステアリング装置は、運転者のハンドル操作に応じて操舵輪の向きを変える手動の操舵装置を備えている。この操舵装置には、ハンドルと操舵機構の負荷部分との間でステアリングコラムの途中に配置され、運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記操舵輪の向きを変える操舵トルクを助勢するための助勢トルクを発生する電動モータとが設けられている。

ここで、電動モータは、運転者によりハンドルが操作されない限りは回転することはなく、電動モータによる助勢トルクが出力されることはない。また、電動モータは、トルクセンサによる検出トルクが大きいほど助勢トルクを大きくできるようにモータ回転が制御される。即ち、操舵系に掛かる負荷トルクは路面の滑り易さ等の路面状態により変動する。このため、従来の電動パワーステアリング装置は、運転者がハンドルに加えなければならない操舵トルクが変化する。従って、負荷トルクが大きくなると、操舵トルク（運転者の操舵反力としての操舵フィーリング）も大きくなる。

このように、一般的な道路走行を行う自動車等の車両では、前述した路面状態により操舵トルクが変化する特性が路面状態を知る一手段として用いられることもある。即ち、運転者にとっては、ハンドルの操作感（操舵反力としての操舵フィーリング）から路面の状態を知ることができ、車両走行中は手応えのある操作感をもって運転、操舵を行い得る構成としている。

特公昭５０−３３５８４号公報 特開平８−７６８４６号公報

ところで、鉱山等の大規模な採掘場、石切り場等で採掘した砕石物または土砂を運搬するダンプトラックに代表される作業車両は、運転者による舵取り操作が頻繁かつ長時間にわたり行われる。このため、運転者のハンドル操作に必要な操舵トルク（即ち、操舵反力としての操舵フィーリング）は出来る限り小さくしたいという要求がある。即ち、ダンプトラック等の作業車両は、作業現場が仮に不整地な道路等であっても、路面状態が予め定められている道路を比較的遅い速度で、走行を繰返して行うだけである。このため、操舵トルクが路面状態の変化による影響を受けることは少なく、むしろ操舵トルクを常に軽くできるようにすることが望まれている。

また、このような作業車両は、特許文献２にも記載のように、外部からの遠隔操作による各種指令に基づいて自律して走行する自律モードと、搭乗した運転者の手動操作（操舵）によって走行するマニュアルモードとを有したものが知られている。モード選択信号により自律／マニュアルモードのいずれか一方のモードを選択して走行動作する構成としている。

本発明の目的は、例えばダンプトラックに代表される大型の作業車両において、外部からの遠隔操作または運転者による舵取り操作に対して適切な補助操舵力を発生して軽い操舵力で操作できるようにした操舵制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、作業車両の操舵機構のステアリングコラムに対し助勢トルクを発生する電動モータ装置と、前記助勢トルクの指令値に基づいて前記電動モータ装置を駆動するための電流を供給するインバータとを備えた操舵制御装置において、前記電動モータ装置と前記操舵機構の負荷部分との間に装着され、操舵系に掛かる負荷トルクを検出する負荷トルクセンサと、前記負荷トルクセンサの出力値を基に操舵負荷トルクを算出する操舵負荷トルク算出手段と、前記操舵負荷トルク算出手段から出力された操舵負荷トルクと外部から入力された目標操舵トルクとを加算して前記電動モータ装置に指令する前記助勢トルクを算出し、前記インバータへと指令する助勢トルク算出手段とを備え、前記操舵負荷トルク算出手段は、外部から入力された前記目標操舵トルクがゼロからどちらの回転方向に立ち上がったかを検知する回転方向判定手段と、前記回転方向判定手段により検知された前記ステアリングコラムの回転の開始とその回転方向に基づき、前記ステアリングコラムを前記回転方向に助勢する向きで予め設定した大きさの回転開始トルクを出力する回転開始トルク算出手段と、前記回転開始トルク算出手段により前記回転開始トルクが算出されている期間、前記負荷トルクセンサの出力値に替えて前記回転開始トルクを前記操舵負荷トルクとして前記助勢トルク算出手段に出力するトルク切替手段とを備え、前記操舵負荷トルク算出手段は、前記目標操舵トルクに基づいて前記回転の開始を検知したときに、予め設定した大きさの前記回転開始トルクを前記回転方向に助勢する向きで前記助勢トルク算出手段に出力し、前記期間の後に前記負荷トルクセンサの出力値を前記操舵負荷トルクとして前記助勢トルク算出手段に出力することを特徴としている。

本発明によれば、作業車両、特にダンプトラック等の車両において、運転者による舵取り操作により発生する操舵負荷トルクを負荷トルクセンサで検出し、検出したトルクの出力値に基づき助勢トルクを算出して電動モータ装置を駆動する。これにより、適切な補助操舵力（助勢トルク）を発生して常に軽い操舵力で操作できる。このため、運転者の疲労低減を図ることができる。また、運転者による舵取り操作の代替機能を付加し、自律モードにより自動操舵が可能な作業車両とした場合、外部制御装置からの操舵トルク指令値と前記操舵負荷トルクに基づき助勢トルクを算出して電動モータ装置を駆動する。これにより、操舵負荷トルクを相殺するように補助操舵力を発生でき、操舵トルク指令値に滑らかに追従するように自動舵取り操作が可能な操舵制御装置を実現することができる。

本発明の実施の形態による作業車両としてのダンプトラックを示す正面図である。 第１の実施の形態によるダンプトラックの操舵システムおよび走行駆動系システムを示す全体構成図である。 図２中の自律モードコントローラと走行駆動部、操舵コントローラとの関係を示す制御ブロック図である。 図２中の操舵システムにおける操舵制御装置を示す構成図である。 図２中の操舵コントローラを示す制御ブロック図である。 図５中の操舵負荷トルク算出部を示す制御ブロック図である。 操舵負荷トルク算出部による処理手順を示す流れ図である。 ダンプトラックが作業現場で右回りに操舵して走行する状態を示す模式図である。 図８中の操舵位置（時間）に対する目標操舵トルク、負荷トルクおよび回転開始トルクの関係を示す特性線図である。 図８中の操舵位置（時間）に対するトルク切替部の動作特性を示す特性線図である。 第２の実施の形態による操舵制御装置を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態による作業車両の操舵制御装置を、ダンプトラックに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る作業車両の操舵制御装置を示している。

図１において、ダンプトラック１は、鉱山等の大規模な採掘場、石切り場等で採掘した砕石物または土砂を運搬する大型の作業車両である。ダンプトラック１は、車体２、ベッセル３、キャブ５、前輪６Ｌ，６Ｒ、後輪７Ｌ，７Ｒ等を備えている。車体２は、ダンプトラック１のフレーム構造体を構成している。車体２の上側には、ホイストシリンダ４によって後部側を支点として傾転（起伏）可能となった荷台としてのベッセル３が搭載されている。

車体２の前部には、ベッセル３の庇部３Ａの下側となる位置にデッキ部２Ａが設けられている。このデッキ部２Ａには、キャブ５とモータ制御装置９等とが搭載されている。キャブ５は、ベッセル３の前側に位置して車体２（デッキ部２Ａ）の上側に設けられている。キャブ５内には、後述するアクセルペダル１０、ブレーキペダル１１、操舵ハンドル３２等が設けられている。車体２内には、例えばキャブ５の下側に位置して原動機となるエンジン（図示せず）が設けられている。このエンジンは、例えば大型のディーゼルエンジンにより構成されている。

左，右の前輪６Ｌ，６Ｒは、後述の操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒによって操舵角が可変に制御される操舵輪を構成している。左，右の前輪６Ｌ，６Ｒは、ダンプトラック１の運転者が後述の操舵ハンドル３２を操作したときに、操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒの伸長動作と縮小動作とによって舵取り操作される。左，右の後輪７Ｌ，７Ｒは、左，右の走行用モータ８Ｌ，８Ｒにより独立して回転駆動され、ダンプトラック１の駆動輪を構成している。左，右の走行用モータ８Ｌ，８Ｒは、大型の電動モータにより構成され、車載の主発電機（図示せず）から後述のモータ制御装置９を介して電力供給が行われることにより回転駆動される。

次に、ダンプトラック１に搭載された走行駆動用の電動系システムについて、図２および図３を参照して説明する。

図３に示すように、アクセルペダル１０には、その操作量を検出するアクセル操作センサ１０Ａが設けられている。このアクセル操作センサ１０Ａは、例えば角度センサ、ポテンショメータ等によって構成され、アクセルペダル１０の操作量（踏込み量）に応じた加速指令を出力する。

ブレーキペダル１１は、車両の制動を操作する制動操作装置を構成している。ブレーキペダル１１には、操作量を検出するブレーキ操作センサ１１Ａが設けられている。このブレーキ操作センサ１１Ａは、例えば角度センサ、ポテンショメータ等によって構成され、ブレーキペダル１１の操作量（踏込み量）に応じた制動指令を出力する。

図２に示すように、アクセル操作センサ１０Ａおよびブレーキ操作センサ１１Ａの出力側は、いずれも走行駆動部１２に接続されている。走行駆動部１２は、例えばマイクロコンピュータ等により構成されている。走行駆動部１２は、アクセルペダル１０による加速指令とブレーキペダル１１による制動指令とに基づいて、車両（ダンプトラック１）の走行駆動を制御する制御装置である。この走行駆動部１２は、出力側がモータ制御装置９等に接続され、ダンプトラック１の走行状態等に応じた制御信号をモータ制御装置９に出力する。モータ制御装置９は、この制御信号に従ってインバータのスイッチング素子（いずれも図示せず）を切換え制御する。

走行駆動部１２の入力側には、アクセル操作センサ１０Ａおよびブレーキ操作センサ１１Ａが接続されている。走行駆動部１２の入力側には、アクセル操作センサ１０Ａから加速指令が入力されると共に、ブレーキ操作センサ１１Ａから制動指令が入力される。また、走行駆動部１２には、外部入力端子等を介して自律モードコントローラ１４が接続されている。走行駆動部１２には、自律モードコントローラ１４からの加速指令が入力されると共に、自律モードコントローラ１４からの制動指令が入力される。さらに、走行駆動部１２には、マニュアルモードおよび自律モードのうちいずれか一方を選択するモード選択スイッチ１３が接続されている。

モード選択スイッチ１３によってマニュアルモードが選択されているときに、走行駆動部１２は、アクセル操作センサ１０Ａからの信号（指令）に基づいた加速指令を算出し、ブレーキ操作センサ１１Ａからの信号（指令）に基づいた制動指令を算出する。走行駆動部１２は、これらの加速指令と制動指令とに基づいてモータ制御装置９を制御する。

一方、モード選択スイッチ１３によって自律モードが選択されているときに、走行駆動部１２は、自律モードコントローラ１４からの信号（指令）に基づいた加速指令と制動指令を算出する。走行駆動部１２は、これらの加速指令と制動指令とに基づいて、モータ制御装置９を制御する。

次に、ダンプトラック１を自律走行させるための自律モードコントローラ１４について、図２および図３を参照しつつ説明する。

図３に示すように、自律モードコントローラ１４は、管制通信部１５、自己位置算出部１６、行動判断部１７、走行制御部１８を含んで構成されている。管制通信部１５は、後述する外部の管理局１９との間で相互に双方向の通信を行う。管制通信部１５は、例えば他のダンプトラックの走行状態や車両位置のような他車情報を含めた各種の運行指令ＶI0を、管理局１９から受信する。管制通信部１５は、この運行指令ＶI0を行動判断部１７に出力する。

また、管制通信部１５には、走行駆動部１２からモード信号Ｍが入力されると共に、行動判断部１７からダンプトラック１の走行状態や車両位置Ｐ0のような自車情報ＶI1が入力される。管制通信部１５は、モード信号Ｍによってマニュアルモードおよび自律モードのうち選択されたモードを判別すると共に、選択されたモードと自車情報ＶI1とを管理局１９に向けて送信する。これにより、管理局１９は、ダンプトラック１がマニュアルモードおよび自律モードのいずれのモードで動作しているのかを把握することができる。これに加えて、管理局１９は、ダンプトラック１が走行および停止のいずれの状態となっているのかを把握することができる。このため、管理局１９は、これらに応じた運行指令ＶI0を出力することができる。

自己位置算出部１６は、自己の車両位置Ｐ0を算出する車両位置算出部を構成している。自己位置算出部１６は、例えばＧＰＳアンテナ（図示せず）に接続され、ＧＰＳ衛星から送信される信号に基づいて、車両位置Ｐ0を算出する。

行動判断部１７は、自律モードにおけるダンプトラック１の走行動作を判断する。具体的には、行動判断部１７は、自己位置算出部１６によって算出した車両位置Ｐ0と、管制通信部１５が受信した運行指令ＶI0とに基づいて、自律モード中のダンプトラック１の動作を決定する。行動判断部１７は、このように決定した動作に応じた目標車速を含む動作指令Ｃを走行制御部１８に出力する。また、行動判断部１７は、動作指令Ｃに応じたダンプトラック１の走行状態と車両位置Ｐ0とに基づく自車情報ＶI1を、管制通信部１５に出力する。

走行制御部１８は、自己位置算出部１６によって算出された車両位置Ｐ0と所定の走行軌跡とに基づいて加速指令、制動指令および操舵トルク指令（即ち、目標トルクＴａ）を算出する。この走行制御部１８は、行動判断部１７からの動作指令Ｃと、自己位置算出部１６によって算出した車両位置Ｐ0とに基づいて、ダンプトラック１の操舵コントローラ４０（電動モータ装置３４）、前記エンジン、モータ制御装置９を制御し、行動判断部１７が決定した動作を実行する。図３に示すように、走行制御部１８は、動作指令Ｃと車両位置Ｐ0とに基づいて、操舵用の目標トルクＴａ、加速指令および制動指令を演算して出力する。

操舵トルク指令値として目標トルクＴａは、目標操舵角（角度）に予め決められたゲインを掛けて求められる。具体的には、走行制御部１８は、動作指令Ｃと車両位置Ｐ0とに基づいて、予め設定された走行軌跡に従って自律モードでダンプトラック１が走行動作するように、車両の操舵方向と目標操舵角を算出する。走行制御部１８は、算出した操舵方向と目標操舵角とに応じた操舵用の目標トルクＴａを操舵コントローラ４０に出力する。

これにより、操舵コントローラ４０は、このときの操舵用の目標トルクＴａと後述の操舵負荷トルクＴｃとに基づいた助勢トルクに従って電動モータ３５の回転を制御する。電動モータ３５の回転は、操舵機構部２１のステアリングコラム３３を介して後述のステアリングバルブ３１に伝えられる。これにより、ステアリングバルブ３１が駆動され、前輪６Ｌ，６Ｒの自律モードによる操舵が行われる。

図３に示す外部の管理局１９は、複数台のダンプトラック１に対する作業現場での運行管理を行う外部制御装置を、自律モードコントローラ１４と共に構成している。管理局１９は、管制通信部１５を介してダンプトラック１の自車情報ＶI1とモード信号Ｍ等とを受信する。これにより、管理局１９は、ダンプトラック１がマニュアルモードおよび自律モードのいずれのモードで動作しているのかを把握する。さらに、管理局１９は、ダンプトラック１が走行および停止のいずれの状態となっているかを把握し、これらに応じた運行指令ＶI0を管制通信部１５に向けて出力する。管理局１９は、自律モードコントローラ１４の管制通信部１５との間で双方向の通信を行い、ダンプトラック１に対する各種の運行指令ＶI0を無線通信等で送信する。

次に、ダンプトラック１に搭載された操舵システムとしての操舵制御装置２０の構成について、図２ないし図６を参照して説明する。ここで、操舵制御装置２０（操舵システム）は、機械的な操舵機構部２１と、後述の電動モータ３５を介して電気的な操舵制御を行う操舵コントローラ４０とを含んで構成されている。操舵制御装置２０の操舵機構（即ち、操舵機構部２１）は、後述の操舵用リンク機構２２およびステアリングバルブ３１等が負荷部分となる。

操舵制御装置２０の操舵機構部２１は、運転者の操舵ハンドル３２の操作に応じて操舵輪（即ち、前輪６Ｌ，６Ｒ）の向きを、例えば電動モータ３５の駆動力と油圧力とを利用して変えるパワーステアリング機構により構成されている。ここで、操舵機構部２１は、操舵用リンク機構２２と、後述の操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒを油圧駆動する油圧回路（即ち、油圧ポンプ２９、作動油タンク３０およびステアリングバルブ３１）と、操舵ハンドル３２、ステアリングコラム３３、電動モータ装置３４および負荷トルクセンサ３９等とを備えている。

操舵用リンク機構２２は、左，右の前輪６Ｌ，６Ｒ間で車体２に連結されたリンク部材２３と、該リンク部材２３の左，右両端に取付けられ、前輪６Ｌ，６Ｒを回転可能に支持する左，右一対のスピンドル２３Ｌ，２３Ｒと、後述の操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒ等とを含んで構成されている。一対のスピンドル２３Ｌ，２３Ｒのうち、左側のスピンドル２３Ｌには、上，下方向に延びるキングピン２４が一体的に設けられている。このスピンドル２３Ｌと前輪６Ｌとは、キングピン２４を中心として水平方向（即ち、前，後方向）に回動可能に支持されている。スピンドル２３Ｌには、後方に向けて延びるナックルアーム２５Ｌが一体的に設けられている。

右側のスピンドル２３Ｒは、左側のスピンドル２３Ｌと左，右対称な形状に形成されている。このため、右側のスピンドル２３Ｒも、左側のスピンドル２３Ｌと同様に、上，下方向に延びるキングピン２４が一体的に設けられている。このスピンドル２３Ｒと前輪６Ｒとは、キングピン２４を中心として水平方向（前，後方向）に回動可能に支持されている。スピンドル２３Ｒには、後方に向けて延びるナックルアーム２５Ｒが一体的に設けられている。ナックルアーム２５Ｌ，２５Ｒの先端部は、左，右方向に延びた棒状のタイロッド２６によって連結されている。リンク部材２３、ナックルアーム２５Ｌ，２５Ｒおよびタイロッド２６は、略四角形のリンク機構を構成している。このリンク機構によって、スピンドル２３Ｌ，２３Ｒは、前輪６Ｌ，６Ｒが左，右方向のうち互いに同じ方向に傾いて操舵されるように回動変位する。

操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒは、油圧シリンダにより構成され、後述の油圧ポンプ２９からの圧油が供給または排出されることによって伸長または縮小する。左側の操舵シリンダ２７Ｌは、基端部がリンク部材２３のシリンダ用ブラケット（図示せず）に回動可能に取付けられ、先端部がナックルアーム２５Ｌの長さ方向の途中位置に回動可能に連結されている。同様に、右側の操舵シリンダ２７Ｒは、基端部がリンク部材２３のシリンダ用ブラケット（図示せず）に回動可能に取付けられ、先端部がナックルアーム２５Ｒの長さ方向の途中位置に回動可能に連結されている。

操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒは、それぞれロッド側油室とボトム側油室（いずれも図示せず）を有している。一方の操舵シリンダ２７Ｌは、ロッド側油室が他方の操舵シリンダ２７Ｒのボトム側油室に油圧管路２８Ａを介して接続され、ボトム側油室が他方の操舵シリンダ２７Ｒのロッド側油室に油圧管路２８Ｂを介して接続されている。このため、操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒは、ステアリングバルブ３１を介して油圧源（油圧ポンプ２９と作動油タンク３０）からの圧油が給排されることにより、一方のシリンダが伸長動作するときに、他方のシリンダが縮小動作する。これにより、左，右の前輪６Ｌ，６Ｒは、操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒの伸縮に従って任意の方向に舵取り操作され、車両の操舵が行われる。

油圧ポンプ２９は、前記エンジンによって回転駆動され、作動油タンク３０から吸込んだ作動油を高圧の圧油としてステアリングバルブ３１に向け吐出する。作動油タンク３０は、図１に示すように車体２の側面に取付けられている。図２および図４に示すように、ステアリングバルブ３１は、一方で油圧源となる油圧ポンプ２９、作動油タンク３０に対して接続されている。ステアリングバルブ３１の出力側は、一対の油圧管路２８Ａ，２８Ｂを介して操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒの前記各油室に接続されている。

ステアリングバルブ３１は、操舵ハンドル３２の操作に応じて操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒへの圧油の供給と排出を切換え制御する。このステアリングバルブ３１は、例えばロータリ弁またはスプール弁等を用いて構成されている。ステアリングバルブ３１は、ステアリングコラム３３等を介して操舵ハンドル３２に連結されている。ステアリングコラム３３の途中には、電動モータ装置３４と負荷トルクセンサ３９とが設けられている。電動モータ装置３４は、操舵ハンドル３２と負荷トルクセンサ３９との間に位置してステアリングコラム３３に回転力を付与できるように配設されている。

ステアリングホイールとしての操舵ハンドル３２は、キャブ５内に設けられ、運転者によって舵取り操作される。この操舵ハンドル３２は、運転者が把持してステアリングコラム３３を左，右に回動させることにより、車両のステアリング操作を行う。操舵ハンドル３２は、マニュアルモード時に車両の進行方向を操作する舵取り操作装置を構成している。なお、舵取り操作装置は、運転者によって回転操作される操舵ハンドル３２に限らず、例えば操舵方向に傾転操作されるレバー等によって構成してもよい。また、ダンプトラック１が自律モードで運転されるときには、電動モータ装置３４が舵取り操作装置を構成することになる。

ダンプトラック１がマニュアルモードで運転されるとき、ステアリングバルブ３１は、操舵ハンドル３２および電動モータ装置３４（従動ギヤ３７）の回動方向に応じて圧油の供給と排出を切換える。また、ステアリングバルブ３１は、油圧ポンプ２９から操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒへと流れる圧油の流量を、操舵ハンドル３２（即ち、従動ギヤ３７）の回転角に応じて制御する。一方、ダンプトラック１が自律モードで運転されるときには、電動モータ装置３４（即ち、従動ギヤ３７）からの回転力によりステアリングバルブ３１が操作される。ステアリングバルブ３１は、電動モータ装置３４（従動ギヤ３７）の回動方向に応じて圧油の供給と排出を切換えると共に、従動ギヤ３７の回転角に応じて圧油の流量を制御する。

電動モータ装置３４は、図４に示すように、電動モータ３５と、該電動モータ３５の出力軸３５Ａに設けられた駆動ギヤ３６と、前記ステアリングコラム３３の途中に固定して設けられ駆動ギヤ３６と噛合した従動ギヤ３７とにより構成されている。駆動ギヤ３６と従動ギヤ３７とは、電動モータ３５の回転を減速してステアリングコラム３３に伝達する減速機構を構成している。図４中に点線で示すように、電動モータ装置３４は、電動モータ３５、駆動ギヤ３６および従動ギヤ３７を収納する筒状のケース３８を有している。このケース３８内で、電動モータ３５の出力軸３５Ａはステアリングコラム３３と平行に延びるように配設されている。

このため、電動モータ３５および駆動ギヤ３６をケース３８内から取外すことも可能であり、例えば自律モードを用いないマニュアルモード専用の操舵制御装置（操舵システム）への機種変更、組換え作業を容易に行うことができる。また、マニュアルモードと自律モードとをモード選択スイッチ１３の操作により選択的に用いる機種の場合には、図４に示すように電動モータ装置３４を構成すればよい。

ここで、駆動ギヤ３６と従動ギヤ３７とは、平歯車を用いて構成されている。このため、電動モータ３５の出力軸３５Ａはステアリングコラム３３と平行に延びるように配設される。しかし、駆動ギヤと従動ギヤとは、傘歯車等を用いて構成することができる。この場合には、電動モータ３５の出力軸３５Ａをステアリングコラム３３に対し斜め傾けて配設することも可能である。また、駆動ギヤ３６と従動ギヤ３７に替えて、例えばプーリとベルト、チェーン等を用いた減速機構を採用してもよい。さらに、電動モータの回転子をステアリングコラムと同軸に配設して電動モータ装置を構成することも可能である。

負荷トルクセンサ３９は、ステアリングバルブ３１（負荷部分）と電動モータ装置３４との間でステアリングコラム３３の途中位置に配設されている。負荷トルクセンサ３９は、両者間でステアリングコラム３３に発生する捩りトルクを操舵負荷トルクセンサ出力値Ｔｂとして検出し、これを操舵コントローラ４０に出力する。ここで、操舵負荷トルクは、例えば左，右の前輪６Ｌ，６Ｒを操舵（操向回動）するために路面との間に生じる摩擦トルク、走行中の舵取り操作によって前輪６Ｌ，６Ｒが受けるセルフアライニングトルク等の操舵系に掛かる負荷トルク等によりステアリングコラム３３に付加されるトルクである。このような操舵負荷トルクは、前輪６Ｌ，６Ｒ（路面）側への伝達経路とは逆の経路を辿って運転者に操舵時の負荷として伝達される。よって、これら操舵系に掛かる負荷トルクが大きい状況では大きな操舵トルクが必要となり、それは運転者にとっても大きな負担となる。

第１の実施の形態で採用した操舵制御装置２０は、例えばマニュアルモード時でも運転者が操舵ハンドル３２に加える操舵トルクの一部または全部を電動モータ３５の助勢トルクにより補助または駆動する。これにより、運転者がハンドル操作に必要な力を動力補助して、運転者の負担、疲労を小さく低減できるようにしている。また、自律モード時には、運転者によるハンドル操作を不要にし、電動モータ装置３４による自動操舵が可能となるように、操舵制御装置２０は構成されている。

操舵制御装置２０の操舵機構部２１は、電動モータ３５によるメカニカルな操舵系に加えて油圧による操舵系を備えた構成としている。このような操舵機構部２１は、操舵ハンドル３２により電動モータ装置３４の駆動力でステアリングコラム３３を回動してメカニカルに操舵車輪を操向するに加えて、ステアリングバルブ３１等の油圧を介して操舵車輪を操向するものである。操舵機構部２１は、油圧を介することにより大きな操舵力を発生することが可能であり、メカニカルなリンク結合が不要になって搭載位置が自由になるという利点がある。これにより、操舵制御装置２０の操舵機構部２１は、鉱山用ダンプトラック（リジッドダンプトラック、アーティキュレートダンプトラック）に限らず、例えばホイールローダ、フォークリフト、農業用機械等の大型の作業車両においても広く用いることができる構造である。

次に、操舵制御装置２０の電気的な制御を行う操舵コントローラ４０について述べる。

図２に示すように、操舵コントローラ４０は、自律モードコントローラ１４と電動モータ装置３４との間に配設されている。操舵コントローラ４０は、電動モータ３５の回転を制御する操舵制御手段として、例えばマイクロコンピュータ等により構成されている。操舵コントローラ４０は、その入力側が走行駆動部１２、自律モードコントローラ１４、負荷トルクセンサ３９および後述の操舵角センサ４８等に接続され、出力側は電動モータ３５に接続されている。

操舵コントローラ４０には、外部入力端子等を通じて自律モードコントローラ１４が接続され、自律モードコントローラ１４から自律操舵を行うための目標トルクＴａ（操舵トルク指令値）が入力される。これに加えて、操舵コントローラ４０には、走行駆動部１２が接続され、マニュアルモードおよび自律モードのうち選択されたモードに対応したモード信号Ｍが走行駆動部１２から入力される。マニュアルモードを選択するモード信号Ｍが入力されているとき、操舵コントローラ４０は、自律モードコントローラ１４からの操舵用の目標トルクＴａを無効（即ち、目標トルクＴａを零）として処理する。

一方、自律モードを選択するモード信号Ｍが入力されているとき、操舵コントローラ４０は、自律モードコントローラ１４から操舵コントローラ４０に出力される目標トルクＴａを有効とし、これに基づいて後述の如く助勢トルクを算出する。操舵トルク指令値としての目標トルクＴａは、前述の目標操舵角（角度）に対し予め決められたゲインを掛けて求められる。そして、操舵コントローラ４０は、自律モードコントローラ１４からの操舵用の目標トルクＴａと負荷トルクセンサ３９による負荷トルクセンサ出力値Ｔｂとに基づいて、後述の助勢トルク算出部４２により助勢トルクを算出し、この助勢トルクを発生させるために必要な駆動電流をインバータ４３から電動モータ３５へと出力する。

ここで、操舵コントローラ４０は、図５に示すように、操舵負荷トルク算出手段としての操舵負荷トルク算出部４１と、助勢トルク算出手段としての助勢トルク算出部４２と、インバータ４３とによって構成されている。インバータ４３は、助勢トルク算出部４２で算出した助勢トルクを電動モータ装置３４で発生させるように、電動モータ３５に駆動電流を供給（出力）する。

操舵負荷トルク算出部４１は、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ出力値Ｔｂ）を基に操舵負荷トルクＴｃを算出するものである。図５に示すように、助勢トルク算出部４２は、操舵負荷トルク算出部４１から出力された操舵負荷トルクＴｃと、外部（例えば、自律モードコントローラ１４）から入力された目標トルクＴａ（操舵トルク指令値）とを加算して電動モータ装置３４の電動モータ３５に指令する助勢トルクを算出し、これをインバータ４３への指令信号として出力する。

本実施の形態において、操舵負荷トルク算出部４１は、例えば図６に示すように、モード切替部４４、回転方向判定手段としての回転方向判定部４５、回転開始トルク算出手段としての回転開始トルク算出部４６およびトルク切替手段としてのトルク切替部４７を含んで構成されている。

ここで、回転開始トルクとは、操舵系の機構や前記ステアリングバルブ３１の静止摩擦による負荷トルクである。静止摩擦力は動摩擦力に比べて大きいため、ステアリングコラム３３が回転し始める瞬間は、回転中よりも大きなトルクを要する。このように、ステアリングコラム３３が回り始める瞬間に、回転開始トルク算出部４６で発生させるトルクが回転開始トルクである。回転開始トルクとしては、予め計測して決めておいた値を用いたり、車両の状態量等を用いてマップ化したテーブルを参照して必要なトルク値を決定したりすることが可能である。

操舵負荷トルク算出部４１のモード切替部４４は、例えばマニュアルモード接点４４Ａ、自律モード接点４４Ｂと可動接点４４Ｃとを有し、マニュアルモード時には、可動接点４４Ｃがマニュアルモード接点４４Ａに接続される。一方、自律モード時には、可動接点４４Ｃがマニュアルモード接点４４Ａから遮断され、自律モード接点４４Ｂに接続される。ダンプトラック１がマニュアルモードで運転されるときには、自律モードコントローラ１４から操舵コントローラ４０（操舵負荷トルク算出部４１）に操舵用の目標トルクＴａが入力されることはなく、この場合の目標トルクＴａは零として処理される。

このため、マニュアルモード時の操舵負荷トルク算出部４１は、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ出力値Ｔｂ）が零の状態から左，右のどちらの操舵（回転）方向に立ち上がったかを回転方向判定部４５により検知する。回転方向判定部４５の次段（出力側）に接続された回転開始トルク算出部４６は、回転方向判定部４５により検知された回転の開始とその回転方向に基づき、ステアリングコラム３３を前記回転方向に助勢する向きで予め設定した大きさの回転開始トルクを出力する。

回転開始トルク算出部４６の次段に接続されたトルク切替部４７は、例えばセンサ側接点４７Ａ、回転開始側接点４７Ｂと可動接点４７Ｃとを有している。常時は、可動接点４７Ｃがセンサ側接点４７Ａに接続される。一方、回転開始トルク算出部４６から回転開始トルクが出力されると、可動接点４７Ｃがセンサ側接点４７Ａから回転開始側接点４７Ｂに切替わり、所定の短い時間にわたって可動接点４７Ｃが回転開始側接点４７Ｂに接続される。このため、トルク切替部４７は、回転開始トルク算出部４６から回転開始トルクが出力されている短い時間（図１０中の切替信号５５，５６参照）にわたって、負荷トルクセンサ３９からの出力値に替えて前記回転開始トルクを操舵負荷トルクＴｃとして出力する。

このように、操舵負荷トルク算出部４１は、マニュアルモード時に負荷トルクセンサ３９の出力値により回転の開始を検知したときに、予め設定した大きさの回転開始トルクを前記回転方向に助勢する向きで操舵負荷トルクＴｃとして出力する。操舵負荷トルク算出部４１は、その後に所定の短い時間が経過したときに、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ出力値Ｔｂ）を操舵負荷トルクＴｃとして出力する構成となっている。

一方、ダンプトラック１が自律モードで運転されるときには、モード切替部４４の可動接点４４Ｃが自律モード接点４４Ｂに切替えて接続される。このため、操舵負荷トルク算出部４１は、外部（例えば、自律モードコントローラ１４）から入力された操舵用の目標トルクＴａが零の状態から左，右のどちらの操舵（回転）方向に立ち上がったかを回転方向判定部４５により検知する。次に、回転開始トルク算出部４６は、回転方向判定部４５により検知された回転の開始とその回転方向に基づき、ステアリングコラム３３を前記回転方向に助勢する向きで予め設定した大きさの回転開始トルクを出力する。この回転開始トルクは、自律モード時でもマニュアルモード時でも同じ大きさのトルク値に設定されている。

次に、トルク切替部４７は、回転開始トルク算出部４６から回転開始トルクが出力されたときに、マニュアルモード時と同様に可動接点４７Ｃがセンサ側接点４７Ａから回転開始側接点４７Ｂに切替わる。これにより、所定の短い時間にわたって可動接点４７Ｃが回転開始側接点４７Ｂに接続される。このため、トルク切替部４７は、回転開始トルク算出部４６から回転開始トルクが出力されている短い時間（図１０中の切替信号５５，５６参照）にわたって、負荷トルクセンサ３９からの出力値に替えて前記回転開始トルクを操舵負荷トルクＴｃとして出力する。

このように、操舵負荷トルク算出部４１は、自律モード時に自律モードコントローラ１４から入力された操舵用の目標トルクＴａにより回転の開始を検知すると、予め設定した大きさの回転開始トルクを前記回転方向に助勢する向きで操舵負荷トルクＴｃとして出力する。その後、所定の短い時間が経過したときには、トルク切替部４７の可動接点４７Ｃが回転開始側接点４７Ｂからセンサ側接点４７Ａに切替わる。これにより、操舵負荷トルク算出部４１は、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ出力値Ｔｂ）を操舵負荷トルクＴｃとして出力する構成となっている。

図３に示す操舵角センサ４８は、例えば左，右の前輪６Ｌ，６Ｒのうちいずれか一方の車輪の実操舵角を検出する角度検出器である。操舵角センサ４８は、例えばホール素子とマグネットとからなる電磁ピックアップ式回転角検出器、または発光体と受光体とからなる光学式の回転角検出器等により構成されている。例えば、車両が直進する方向に前輪６Ｌ，６Ｒが向いたとき、即ち前輪６Ｌ，６Ｒが前，後方向に平行な直進状態となったときに、操舵角は零として検出される。車両が左折する方向に前輪６Ｌ，６Ｒが傾いたときには、例えば操舵角は正（または負）の検出値として出力される。車両が右折する方向に前輪６Ｌ，６Ｒが傾いたときには、例えば操舵角は負（または正）の検出値として出力される。

このように、操舵角センサ４８は、前輪６Ｌ，６Ｒの操舵角に応じた操舵角検出信号を操舵コントローラ４０に出力する。自律モード運転時には、ステアリングコラム３３の操舵角度（即ち、電動モータ３５の回転角）が操舵コントローラ４０により前記操舵角検出信号に基づいてフィードバック制御される。なお、操舵角センサ４８は、必ずしも操舵輪（前輪６Ｌ，６Ｒ）の操舵角を検出する検出器である必要はない。例えば、電動モータ３５の回転を検出するリゾルバ等の回転センサを用いて、電動モータ３５の回転を操舵コントローラ４０によりフィードバック制御する構成としてもよい。

第１の実施の形態によるダンプトラック１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。

ダンプトラック１は、運転者のマニュアル操作によって走行するマニュアルモードと、管理局１９からの運行指令ＶI0によって走行する自律モードとのいずれかで運転される。

そこで、まずマニュアルモードにおけるダンプトラック１の走行動作について説明する。

図３ないし図５に示すように、マニュアルモードでは、運転者が操舵ハンドル３２を回転操作すると、操舵コントローラ４０は、運転者の操舵に応じた負荷トルクセンサ３９による負荷トルクセンサ出力値Ｔｂに基づいて助勢トルク算出部４２により助勢トルクを算出し、この助勢トルクを発生させるために必要な駆動電流をインバータ４３から電動モータ３５へと出力する。

これにより、運転者によるハンドル操作の操舵トルクを軽くした状態で、操舵機構部２１のステアリングコラム３３は、電動モータ装置３４からの回転力（即ち、助勢トルク）により回転される。ステアリングバルブ３１は、この回転に応じた油圧力によって操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒを駆動し、前輪６Ｒ，６Ｌの操舵角が調整される。

次に、自律モードにおけるダンプトラック１の走行動作について説明する。

ダンプトラック１のモード選択スイッチ１３を切換え操作すると、ダンプトラック１は、マニュアルモードから自律モードに切換わる。図３に示すように、自律モードコントローラ１４は、自律モード時に操舵用の目標トルクＴａを操舵コントローラ４０に出力すると共に、車両を加速させるための加速指令および／または車両を減速させるための制動指令を走行駆動部１２に出力する。

図５に示すように、操舵コントローラ４０は、自律モードコントローラ１４からの操舵用の目標トルクＴａと負荷トルクセンサ３９による負荷トルクセンサ出力値Ｔｂ（以下、負荷トルクセンサ値Ｔｂという）とに基づいて助勢トルク算出部４２により助勢トルクを算出し、この助勢トルクを発生させるために必要な駆動電流をインバータ４３から電動モータ３５へと出力する。これにより、操舵機構部２１のステアリングコラム３３は、電動モータ装置３４からの回転力（即ち、目標トルクＴａと負荷トルクセンサ値Ｔｂとを合計した助勢トルク）により回転される。ステアリングバルブ３１は、この回転に応じた油圧力により操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒを駆動し、前輪６Ｒ，６Ｌの操舵角が調整される。これにより、ダンプトラック１は、自律モードコントローラ１４からの操舵用の目標トルクＴａに基づいて、自律走行する。

ところで、ダンプトラック１に代表される大型の作業車両にあっては、重量物である車両の舵取り操作を開始するときに、所謂動摩擦力に比べて大きい静止摩擦力の影響等を受ける。このため、舵取り操作の開始時には、大きな操舵力（回転トルク）を車両に発生させることが要求される。即ち、左，右の前輪６Ｌ，６Ｒを操向回動し始めるときに、操舵系に生じる摩擦抵抗、ステアリングバルブ３１が回動し始めるときの摩擦抵抗等によって、操舵開始時に大きな操舵力（回転トルク）を発生させることが要求される。

このため、第１の実施の形態では、操舵コントローラ４０の操舵負荷トルク算出部４１を、例えば図６に示すように、モード切替部４４、回転方向判定部４５、回転開始トルク算出部４６およびトルク切替部４７により構成している。この操舵負荷トルク算出部４１は、図７に示す下記のような処理手順に従って操舵負荷トルクＴｃを算出する。

まず、マニュアルモードによる操舵処理について述べる。

即ち、図７に示す処理動作がスタートすると、ステップ１でトルク入力の立上りがあるか否かを判定する。ステップ１で「ＹＥＳ」と判定するときには、次のステップ２で目標トルクが入力されたか否かを判定する。ステップ２で「ＮＯ」と判定するときには、自律モードコントローラ１４から操舵コントローラ４０（操舵負荷トルク算出部４１）に操舵用の目標トルクＴａが入力されず、目標トルクＴａは零として処理された場合である。

このように、ステップ２で「ＮＯ」と判定した場合は、ダンプトラック１がマニュアルモードで運転され、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ値Ｔｂ）が零の状態から左，右のどちらかの操舵（回転）方向に立ち上がっている場合に該当する。このため、次のステップ３では、モード切替部４４の可動接点４４Ｃをマニュアルモード接点４４Ａ（負荷トルクセンサ３９側）に接続したままの状態とし、次のステップ４で操舵方向を判定する。

即ち、ステップ４では、マニュアルモード時において負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ値Ｔｂ）が、零の状態から左，右のどちらの操舵（回転）方向に立ち上がったかを回転方向判定部４５により検知する。次のステップ５では、回転方向判定部４５により検知された回転の開始とその回転方向に基づき、回転開始トルク算出部４６により予め設定した大きさの回転開始トルクを算出する。

次のステップ６では、トルク切替部４７の可動接点４７Ｃをセンサ側接点４７Ａから回転開始側接点４７Ｂに切替えて、回転開始トルク算出部４６から前記回転開始トルクを出力させる。次のステップ７では、回転開始トルク算出部４６からの回転開始トルクによりステアリングコラム３３が回転開始したか否かを判定する。この判定処理は、可動接点４７Ｃをセンサ側接点４７Ａから回転開始側接点４７Ｂに切替えて所定の短い時間（図１０中の切替信号５５，５６参照）が経過したか否かにより判定すればよい。

ステップ７で「ＮＯ」と判定する間は、ステップ７の判定処理を繰返し、ステップ７で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ８でトルク切替部４７の可動接点４７Ｃを回転開始側接点４７Ｂからセンサ側接点４７Ａへと切替える。これにより、ステップ８では、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ値Ｔｂ）を操舵負荷トルクＴｃとして出力する。

このように、操舵負荷トルク算出部４１は、マニュアルモード時に負荷トルクセンサ３９の出力値により回転の開始を検知すると、予め設定した大きさの回転開始トルクを前記回転方向に助勢する向きで操舵負荷トルクＴｃとして出力し、所定の短い時間が経過したときには負荷トルクセンサ３９の負荷トルクセンサ値Ｔｂを操舵負荷トルクＴｃとして出力する。操舵コントローラ４０は、このように操舵負荷トルク算出部４１から出力される操舵負荷トルクＴｃを、助勢トルク算出部４２により助勢トルクとして算出し、この助勢トルクを発生させるために必要な駆動電流をインバータ４３から電動モータ３５へと出力する。

次に、自律モードによる操舵処理について述べる。

一方、自律モードコントローラ１４から操舵コントローラ４０（操舵負荷トルク算出部４１）に操舵用の目標トルクＴａが入力される自律モード時には、前記ステップ２で「ＹＥＳ」と判定される。このため、次のステップ９では、モード切替部４４の可動接点４４Ｃをマニュアルモード接点４４Ａから自律モード接点４４Ｂ（目標トルク側）に切替え、目標トルクＴａの信号を回転方向判定部４５に入力させる。

次のステップ１０では、この場合の操舵方向を回転方向判定部４５により判定する。即ち、ステップ１０では、自律モードコントローラ１４からの目標トルクＴａが、零の状態から左，右のどちらの操舵（回転）方向に立ち上がったかを回転方向判定部４５により検知する。そして、この場合もステップ５〜８にわたる処理を、マニュアルモード時と同様に行う。これにより、操舵負荷トルク算出部４１は、自律モード時の目標トルクＴａによりステアリングコラム３３の回転開始を検知すると、予め設定した大きさの回転開始トルクを前記回転方向に助勢する向きで操舵負荷トルクＴｃとして出力する。

その後に、所定の短い時間（図１０中の切替信号５５，５６参照）が経過したときに、操舵負荷トルク算出部４１は、前記回転開始トルクに切替えて負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ値Ｔｂ）を操舵負荷トルクＴｃとして出力する。操舵コントローラ４０は、このように操舵負荷トルク算出部４１から出力される操舵負荷トルクＴｃを、助勢トルク算出部４２により自律モードコントローラ１４からの目標トルクＴａに加算して助勢トルクを算出し、この助勢トルクを発生させるために必要な駆動電流をインバータ４３から電動モータ３５へと出力する。

次に、自律モードでダンプトラックを操舵する場合の動作について説明する。

図８は、例えば自律モードでダンプトラック１が作業現場で右回りに操舵して走行する状態を示している。ダンプトラック１は、作業現場の運搬路ＨＲを時間ｔ１〜ｔ２の位置まで直進しているが、時間ｔ２〜ｔ４の位置では右旋回するように操舵が行われている。時間ｔ４〜ｔ６の位置では、操舵ハンドル３２を切り返す方向にステアリングコラム３３を回転させ、時間ｔ６〜ｔ７以降の位置では、ダンプトラック１が再び直進するように操作されている。

図９は、ダンプトラック１の走行位置（図８中の時間ｔ１〜ｔ７）に対する目標操舵トルク、負荷トルクおよび回転開始トルクの関係を示している。一点鎖線で示す特性線５１は、時間ｔ２の位置で右旋回するように操舵が開始されたときの回転開始トルクの特性を示している。点線で示す特性線５２は、時間ｔ２〜ｔ６にわたる位置で負荷トルクセンサ３９により検出される負荷トルクセンサ値Ｔｂの特性を示している。この特性線５２は、時間ｔ４の位置でトルクの検出方向が反転する（例えば、サインカーブを描く）ような特性となっている。

図９中に実線で示す特性線５３は、操舵用の目標トルクＴａの特性であり、時間ｔ２〜ｔ６にわたる位置でステアリングコラム３３の回転方向に対応してサインカーブを描くように変化している。また、一点鎖線で示す特性線５４は、例えば時間ｔ４の位置でステアリングコラム３３の回転方向が反転されるため、このときの反転開始に伴う回転開始トルクの特性を示している。

図１０は、ダンプトラック１の走行位置（図８中の時間ｔ１〜ｔ７）に対するトルク切替部４７の動作特性を示している。即ち、ダンプトラック１が直進している時間ｔ１〜ｔ２の位置では、トルク切替部４７の可動接点４７Ｃがセンサ側接点４７Ａに接続されるため、操舵負荷トルク算出部４１から助勢トルク算出部４２に、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ値Ｔｂ）が操舵負荷トルクＴｃとして出力される。

次に、時間ｔ２の位置で目標トルクＴａにより操舵が開始されると、図１０中に示す切替信号５５が所定の短い時間だけ出力され、トルク切替部４７の可動接点４７Ｃはセンサ側接点４７Ａから回転開始側接点４７Ｂに切替えられる。これにより、操舵負荷トルク算出部４１から助勢トルク算出部４２には、図９中に一点鎖線で示す特性線５１のように、予め設定した大きさの回転開始トルクが前記回転方向に助勢する向きの操舵負荷トルクＴｃとして出力される。

その後に、切替信号５５の出力が停止され時間ｔ４までは、トルク切替部４７の可動接点４７Ｃが再びセンサ側接点４７Ａに接続される。このため、操舵負荷トルク算出部４１から助勢トルク算出部４２には、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ値Ｔｂ）が操舵負荷トルクＴｃとして出力される。そして、時間ｔ４の位置で目標トルクＴａによる操舵方向が反転されると、図１０中に示す切替信号５６が所定の短い時間だけ出力され、トルク切替部４７の可動接点４７Ｃはセンサ側接点４７Ａから再び回転開始側接点４７Ｂに切替えられる。

これによって、操舵負荷トルク算出部４１から助勢トルク算出部４２には、図９中に一点鎖線で示す特性線５４のように、予め設定した大きさの回転開始トルクが反転された回転方向に助勢する向きの操舵負荷トルクＴｃとして出力される。その後、切替信号５６の出力が停止され時間ｔ７以降までは、トルク切替部４７の可動接点４７Ｃが再びセンサ側接点４７Ａに接続される。このため、操舵負荷トルク算出部４１から助勢トルク算出部４２に、負荷トルクセンサ３９の出力値（負荷トルクセンサ値Ｔｂ）が操舵負荷トルクＴｃとして出力される。

かくして、第１の実施の形態によれば、例えば自律モードでダンプトラック１を走行させて操舵を行うときに、操舵負荷トルク算出部４１の回転方向判定部４５により検知された回転の開始とその回転方向に基づき、回転開始トルク算出部４６によりステアリングコラム３３を操舵方向（回転方向）に助勢する向きで予め設定した大きさの回転開始トルクを出力することができる。従って、操舵開始時に所謂静止摩擦力の影響で電動モータ装置３４に大きな負荷が加えられるのを抑制することができる。

このため、電動モータ装置３４に用いる電動モータ３５を、小型のモータで構成することが可能となり、操舵制御装置２０全体の小型化、軽量化を図ることができる。しかも、操舵制御装置２０の操舵機構部２１は、操舵用リンク機構２２と、操舵用リンク機構２２の操舵シリンダ２７Ｌ，２７Ｒを駆動する油圧回路（即ち、油圧ポンプ２９、作動油タンク３０およびステアリングバルブ３１）とを含んで構成されている。このため、操舵輪である前輪６Ｌ，６Ｒの向きを電動モータ３５の力と油圧力とを利用して変えることができ、これによっても、電動モータ３５の小型、軽量化を図ることができる。

また、ダンプトラック１をマニュアルモードで運転するときでも、運転者によるハンドル操作の操舵トルクを軽くすることができる。即ち、運転者による舵取り操作に対して適切な補助操舵力を発生して常に一定の操舵力で操作することができる。これにより、運転者による舵取り操作が頻繁かつ長時間にわたり行われる場合でも、運転者のハンドル操作に必要な操舵トルクを小さくして、運転者の疲労、負担を軽減することができる。

特に、第１の実施の形態による操舵制御装置２０は、操舵コントローラ４０の操舵負荷トルク算出部４１を、モード切替部４４、回転方向判定部４５、回転開始トルク算出部４６およびトルク切替部４７により構成されている。これにより、操舵機構部２１側での操舵開始時に必要な回転開始トルクを、予め決められた大きさの回転開始トルクとして発生させ、補償することができ、回り始めのトルクの不足を補うことが可能となる。また、運転者がハンドル操作を開始した瞬間の重さが軽減され、操舵感を良好に出来るという効果を奏する。

しかも、操舵系の操舵開始時に必要な回転開始トルクを補償することによって回り始めのトルクの不足を補うことが可能となる。このため、操舵用の目標トルクＴａに遅滞なく追従させて、電動モータ３５を駆動することができる。これにより、操舵用の目標トルクＴａの立ち上がりから実際に操舵系が操舵を開始するまでの時間を短縮することができ、操舵時の応答性を高めることができる。

従って、第１の実施の形態によれば、ダンプトラック１に代表される作業車両において、運転者によるマニュアルモードの舵取り操作または自律モード時の目標トルクによる舵取り操作により、操舵機構部２１の負荷部分と電動モータ装置３４との間でステアリングコラム３３に発生する操舵負荷トルクＴｃを負荷トルクセンサ３９で検出、または、操舵負荷トルク算出部４１で算出する。このように算出したトルク値に基づいて、助勢トルク算出部４２では助勢トルクを算出し、この助勢トルクを発生させるために必要な駆動電流をインバータ４３から電動モータ３５へと出力して電動モータ装置３４を駆動する。

これにより、操舵機構部２１の負荷部分には、適切な補助操舵力（助勢トルク）を発生して常に軽い操舵力で操舵輪を操作できるため、例えばマニュアルモード時でも運転者の疲労低減を図ることができる。また、運転者による舵取り操作の代替機能を付加し、自律モードにより自動操舵が可能な作業車両とした場合でも、外部制御装置（即ち、自律モードコントローラ１４、外部の管理局１９）からの操舵用の目標トルクＴａと操舵負荷トルクＴｃとに基づき助勢トルクを算出して電動モータ装置３４を駆動する。これにより、操舵負荷トルクＴｃを相殺するように補助操舵力を発生でき、操舵用の目標トルクＴａに滑らかに追従するように自動舵取り操作が可能な操舵制御装置２０を実現することができる。

しかも、前述の２つの効果を得るための操舵機構部２１および制御手段（操舵コントローラ４０）は共通である。このため、装置コストの上昇を最小に抑えつつ、マニュアルモード時の運転者補助と自律モード時の自動操舵の２つの機能を実現することができる。また、例えば自律モードによる走行中であっても、車両に搭乗した運転者が操舵ハンドル３２を操作することによって、マニュアルモードによる運転を行うことも可能であり、自律走行の途中でも必要に応じて手動の操舵を行うことができる。

次に、図１１は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、電動モータの駆動力によって動力操舵を行うようにし、操舵制御装置の操舵機構部に油圧力を用いることなく、パワーステアリング機構として構成したことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

ここで、第２の実施の形態で採用した操舵制御装置６０（操舵システム）は、機械的な操舵機構部６１と、第１の実施の形態と同様な操舵コントローラ４０とを含んで構成されている。しかし、第２の実施の形態による操舵制御装置６０の操舵機構（操舵機構部６１）は、第１の実施の形態で述べたステアリングバルブ３１等の油圧機構を用いることなく、後述の電動モータ装置７０による駆動力で操舵輪（前輪６Ｌ，６Ｒ）の向きを変える構成としている。操舵機構部６１は、第１の実施の形態と同様な操舵ハンドル３２および負荷トルクセンサ３９と、後述の操舵用リンク機構６２、ステアリングコラム６９および電動モータ装置７０とを備えている。

操舵用リンク機構６２は、左，右の前輪６Ｌ，６Ｒ間で車体２に連結されたリンク部材６３と、該リンク部材６３の左，右両端に取付けられ、前輪６Ｌ，６Ｒを回転可能に支持する左，右一対のスピンドル６３Ｌ，６３Ｒと、左，右一対のキングピン６４と、左，右一対のナックルアーム６５Ｌ，６５Ｒと、左，右一対のタイロッド６６Ｌ，６６Ｒと、後述のラック６７、ギヤケース６８とを含んで構成されている。操舵用リンク機構６２は、左，右のタイロッド６６Ｌ，６６Ｒ、ラック６７およびギヤケース６８等を除けば、前記第１の実施の形態で述べた操舵用リンク機構２２とほぼ同様に構成されている。

ラック６７は、筒状のギヤケース６８内から左，右方向の両側に延びて形成され、その両端側には左，右のタイロッド６６Ｌ，６６Ｒが回動可能にピン結合されている。即ち、左，右のタイロッド６６Ｌ，６６Ｒは、左，右のナックルアーム６５Ｌ，６５Ｒとラック６７の両端との間にそれぞれ回動可能に連結されている。筒状のギヤケース６８内には、ラック６７に噛合するピニオン（図示せず）が配置され、このピニオンは、ステアリングコラム６９の先端（下端）側に一体回転するように設けられている。即ち、ラック６７とピニオンとは、所謂ラック−ピニオンと呼称されるステアリングギヤ機構を構成し、メカニカルに操舵車輪（前輪６Ｌ，６Ｒ）を操向するものである。

ステアリングコラム６９の途中には、第１の実施の形態と同様に電動モータ装置７０と負荷トルクセンサ３９とが設けられている。電動モータ装置７０は、操舵ハンドル３２と負荷トルクセンサ３９との間に位置してステアリングコラム６９に回転力を付与できるように配設されている。電動モータ装置７０は、電動モータ７１と、該電動モータ７１の出力軸７１Ａに設けられた駆動ギヤ７２と、前記ステアリングコラム６９の途中に固定して設けられ駆動ギヤ７２と噛合した従動ギヤ７３とにより構成されている。駆動ギヤ７２と従動ギヤ７３とは、電動モータ７１の回転を減速してステアリングコラム６９に伝達する減速機構を構成している。

電動モータ装置７０は、点線で示すように、電動モータ７１、駆動ギヤ７２および従動ギヤ７３を収納する筒状のケース７４を有している。このケース７４内で、電動モータ７１の出力軸７１Ａはステアリングコラム６９と平行に延びるように配設されている。第１の実施の形態でも述べたように、電動モータ７１および駆動ギヤ７２をケース７４内から取外すことも可能である。ここで、駆動ギヤ７２と従動ギヤ７３とは、平歯車を用いて構成されている。しかし、駆動ギヤと従動ギヤとは、傘歯車等を用いて構成することができる。この場合には、電動モータ７１の出力軸７１Ａをステアリングコラム６９に対し斜め傾けて配設することも可能である。また、駆動ギヤ７２と従動ギヤ７３に替えて、例えばプーリとベルト、チェーン等を用いた減速機構を採用してもよい。さらに、電動モータの回転子をステアリングコラムと同軸に配設して電動モータ装置を構成することも可能である。

このようなダンプトラック１に代表される作業車両において、運転者が操舵ハンドル３２を操作すると、操舵ハンドル３２に加えられた操舵トルクはステアリングコラム６９を介してギヤケース６８内の前記ピニオンからラック６７に伝達され、回転運動を直動変換するようにラック６７からタイロッド６６Ｌ，６６Ｒの左，右移動に変換される。左，右のタイロッド６６Ｌ，６６Ｒは、リンク部材６３に回動可能なように取付けられたナックルアーム６５Ｌ，６５Ｒへと接続され、タイロッド６６Ｌ，６６Ｒの左，右移動をナックルアーム６５Ｌ，６５Ｒの操向回転運動へと変換する。これらの働きによりナックルアーム６５Ｌ，６５Ｒにキングピン６４を介して固定されたスピンドル６３Ｌ，６３Ｒと該スピンドル６３Ｌ，６３Ｒに回転可能に取付けられた左，右の前輪６Ｌ，６Ｒの向きが変化し、操舵が実現される。

かくして、このように構成される第２の実施の形態でも、運転者によるマニュアルモードの舵取り操作または自律モード時の目標トルクによる舵取り操作により、操舵機構部６１の負荷部分と電動モータ装置７０との間でステアリングコラム６９に発生する操舵負荷トルクＴｃを負荷トルクセンサ３９で検出する。また、操舵負荷トルク算出部４１は、この検出値を基に操舵負荷トルクを算出し、算出したトルク値に基づいて助勢トルク算出部４２では助勢トルクを算出し、この助勢トルクを発生させるために必要な駆動電流をインバータ４３から電動モータ７１へと出力して電動モータ装置７０を駆動することにより、前記第１の実施の形態とほぼ同様な効果を奏する。

特に、第２の実施の形態では、操舵制御装置６０の操舵機構部６１に、第１の実施の形態のようにステアリングバルブ３１を含んだ油圧機構を用いることなく、電動モータ装置７０による駆動力で操舵輪（前輪６Ｌ，６Ｒ）の向きを変える構成としている。このため、操舵機構部６１の構成を簡素化することができ、装置の小型、軽量化を図ることができる。また、油圧配管の設置作業等が不要となり、組立作業性を向上することができる。

なお、前記第１の実施の形態では、操舵コントローラ４０の操舵負荷トルク算出部４１を、モード切替部４４、回転方向判定部４５、回転開始トルク算出部４６およびトルク切替部４７により構成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば運転者によるマニュアルモードの舵取り操作または自律モード時の目標トルクによる舵取り操作により、操舵機構部２１の負荷部分と電動モータ装置７０との間でステアリングコラム６９に発生する操舵負荷トルクを、負荷トルクセンサ３９で検出したトルク値により算出する構成とした操舵負荷トルク算出手段としてもよい。この点は、第２の実施の形態についても同様である。

前記各実施の形態では、自律モードコントローラ１４を備えるダンプトラック１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば自律モードコントローラ１４を省いて、マニュアル運転だけが可能なダンプトラック等の作業車両を構成してもよい。この場合でも、自律モードコントローラ１４を走行駆動部１２に接続することによって、自律モードの機能を後から追加することができる。

さらに、前記各実施の形態では、車両として大型の作業車両であるダンプトラック１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば中型または小型の作業車両の操舵制御装置にも適用することができる。

以上述べたように、本発明の実施の形態によると、前記操舵負荷トルク算出手段は、前記負荷トルクセンサの出力値がゼロからどちらの回転方向に立ち上がったかを検知する回転方向判定手段と、前記回転方向判定手段により検知された前記ステアリングコラムの回転の開始とその回転方向に基づき、前記ステアリングコラムを前記回転方向に助勢する向きで予め設定した大きさの回転開始トルクを算出する回転開始トルク算出手段と、前記回転開始トルク算出手段により前記回転開始トルクが算出されている期間、前記負荷トルクセンサの出力値に替えて前記回転開始トルクを操舵負荷トルクとして前記助勢トルク算出手段に出力するトルク切替手段とを備え、前記操舵負荷トルク算出手段は、前記負荷トルクセンサの出力値に基づいて前記回転の開始を検知したときに、予め設定した大きさの前記回転開始トルクを前記回転方向に助勢する向きで前記助勢トルク算出手段に出力し、前記期間の後に前記負荷トルクセンサの出力値を前記操舵負荷トルクとして前記助勢トルク算出手段に出力する構成としている。

また、前記操舵負荷トルク算出手段は、外部から入力された目標操舵トルクがゼロからどちらの回転方向に立ち上がったかを検知する回転方向判定手段と、前記回転方向判定手段により検知された前記ステアリングコラムの回転の開始とその回転方向に基づき、前記ステアリングコラムを前記回転方向に助勢する向きで予め設定した大きさの回転開始トルクを算出する回転開始トルク算出手段と、前記回転開始トルクが算出されている期間、前記負荷トルクセンサの出力値に替えて前記回転開始トルクを操舵負荷トルクとして前記助勢トルク算出手段に出力するトルク切替手段とを備え、前記操舵負荷トルク算出手段は、前記目標操舵トルクに基づいて前記回転の開始を検知したときに、予め設定した大きさの前記回転開始トルクを前記回転方向に助勢する向きで前記助勢トルク算出手段に出力し、前記期間の後に前記負荷トルクセンサの出力値を前記操舵負荷トルクとして前記助勢トルク算出手段に出力する構成としている。

これにより、例えば自律モードで作業車両を走行させて操舵を行うときに、操舵負荷トルク算出手段の回転方向判定手段により検知された回転の開始とその回転方向に基づき、回転開始トルク算出手段によりステアリングコラムを操舵方向（回転方向）に助勢する向きで予め設定した大きさの回転開始トルクを出力することができる。これにより、操舵開始時に所謂静止摩擦力等の影響で電動モータ装置に大きな負荷が加えられるのを抑制することができる。

１ ダンプトラック（作業車両）
２ 車体
６Ｌ，６Ｒ 前輪
７Ｌ，７Ｒ 後輪
８Ｌ，８Ｒ 走行用モータ
１２ 走行駆動部
１３ モード選択スイッチ
１４ 自律モードコントローラ（外部制御装置）
１９ 管理局（外部制御装置）
２０，６０ 操舵制御装置
２１，６１ 操舵機構部（操舵機構）
２２，６２ 操舵用リンク機構
２７Ｌ，２７Ｒ 操舵シリンダ
３１ ステアリングバルブ
３２ 操舵ハンドル
３３，６９ ステアリングコラム
３４，７０ 電動モータ装置
３５，７１ 電動モータ
３９ 負荷トルクセンサ
４０ 操舵コントローラ（操舵制御手段）
４１ 操舵負荷トルク算出部（操舵負荷トルク算出手段）
４２ 助勢トルク算出部（助勢トルク算出手段）
４３ インバータ
４４ モード切替部
４５ 回転方向判定部（回転方向判定手段）
４６ 回転開始トルク算出部（回転開始トルク算出手段）
４７ トルク切替部（トルク切替手段）

Claims (1)

1. 作業車両の操舵機構のステアリングコラムに対し助勢トルクを発生する電動モータ装置と、前記助勢トルクの指令値に基づいて前記電動モータ装置を駆動するための電流を供給するインバータとを備えた操舵制御装置において、
   前記電動モータ装置と前記操舵機構の負荷部分との間に装着され、操舵系に掛かる負荷トルクを検出する負荷トルクセンサと、
   前記負荷トルクセンサの出力値を基に操舵負荷トルクを算出する操舵負荷トルク算出手段と、
   前記操舵負荷トルク算出手段から出力された操舵負荷トルクと外部から入力された目標操舵トルクとを加算して前記電動モータ装置に指令する前記助勢トルクを算出し、前記インバータへと指令する助勢トルク算出手段とを備え、
   前記操舵負荷トルク算出手段は、
   外部から入力された前記目標操舵トルクがゼロからどちらの回転方向に立ち上がったかを検知する回転方向判定手段と、
   前記回転方向判定手段により検知された前記ステアリングコラムの回転の開始とその回転方向に基づき、前記ステアリングコラムを前記回転方向に助勢する向きで予め設定した大きさの回転開始トルクを出力する回転開始トルク算出手段と、
   前記回転開始トルク算出手段により前記回転開始トルクが算出されている期間、前記負荷トルクセンサの出力値に替えて前記回転開始トルクを前記操舵負荷トルクとして前記助勢トルク算出手段に出力するトルク切替手段とを備え、
   前記操舵負荷トルク算出手段は、前記目標操舵トルクに基づいて前記回転の開始を検知したときに、予め設定した大きさの前記回転開始トルクを前記回転方向に助勢する向きで前記助勢トルク算出手段に出力し、前記期間の後に前記負荷トルクセンサの出力値を前記操舵負荷トルクとして前記助勢トルク算出手段に出力することを特徴とする作業車両の操舵制御装置。

Images