WO2017073617A1 - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a work vehicle and a work vehicle control method.
- Patent Documents 1 and 2 As an articulated work vehicle, a configuration is disclosed in which a steering angle is changed by controlling a flow rate of oil supplied to a hydraulic actuator disposed between a front frame and a rear frame (for example, Patent Documents). 1 and 2).
- the work vehicles shown in Patent Documents 1 and 2 are provided with a steering valve that adjusts the flow rate of oil supplied to the hydraulic actuator in accordance with the input pilot pressure, and a pilot valve that adjusts the pilot pressure supplied to the steering valve. ing.
- the pilot valve is provided with an operation input shaft and a feedback input shaft that are relatively rotatable.
- the operation input shaft is connected to the joystick lever and rotates according to the rotation angle of the joystick lever.
- the feedback input shaft is connected to the front frame by a link mechanism.
- the change in the steering angle is transmitted to the feedback input shaft by the link mechanism, so that the feedback input shaft rotates.
- the feedback input shaft rotates according to the steering angle.
- the pilot valve adjusts the pilot pressure input to the steering valve according to the difference between the rotation angle of the operation input shaft and the rotation angle of the feedback input shaft.
- the pilot valve operation input shaft rotates according to the rotation angle.
- the steering angle has not been changed, and the rotation angle of the feedback input shaft is zero.
- the pilot valve is opened at an opening degree corresponding to the rotation angle of the operation input shaft, and the pilot pressure is supplied to the steering valve.
- the steering valve supplies oil of a flow rate corresponding to the input pilot pressure to the hydraulic actuator. As a result, the hydraulic actuator is driven and the steering angle is changed.
- the link mechanism When the steering angle is changed following the rotation operation of the joystick lever as described above, the link mechanism is moved by the change of the steering angle, and the movement of the link mechanism is transmitted to the feedback input shaft.
- the difference between the rotation angle of the operation input shaft and the rotation angle of the feedback input shaft becomes zero.
- the pilot valve is in the neutral position and the steering valve is also in the neutral position. For this reason, the change of the steering angle is stopped, and the steering angle is maintained in a state where it matches the rotation angle of the joystick lever.
- the target steering angle is determined by rotating the joystick lever.
- the change of the actual steering angle is stopped. Is done.
- An object of the present invention is to provide a work vehicle and a work vehicle control method capable of suppressing the occurrence of vibration when a reversing operation is performed in consideration of the problems of the conventional work vehicle.
- a work vehicle is an articulated work vehicle in which a front frame and a rear frame are connected, and includes a joystick lever, a hydraulic actuator, a control valve, a displacement detector, an angle detector, And a control unit.
- the joystick lever is operated by an operator, and a target steering angle can be set.
- the hydraulic actuator is driven by hydraulic pressure, and changes the actual steering angle of the front frame relative to the rear frame in accordance with the operation of the joystick lever.
- the control valve controls the flow rate of the oil supplied to the hydraulic actuator so that there is no deviation between the target steering angle and the actual steering angle, and takes the neutral position when the target steering angle and the actual steering angle coincide.
- the force applying unit applies an assisting force or a reaction force to the operation of the joystick lever.
- the displacement detector detects the displacement of the joystick lever.
- the angle detection unit detects an actual steering angle.
- the control unit applies a reaction force to the operation of the joystick lever when it detects that the joystick lever is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame based on detection by the displacement detection unit and the angle detection unit.
- the force application unit is controlled to do so.
- a work vehicle according to a second invention is the work vehicle according to the first invention, wherein the control unit applies a reaction force to the operation of the joystick lever before reaching the neutral position.
- a reaction force is applied to the operation of the joystick lever before reaching the neutral position of the control valve. That is, a reaction force is generated against the operation of the joystick lever so as to prevent the neutral position of the control valve from being exceeded during the reversing operation. For this reason, when approaching the neutral position during the reversing operation, the feeling of operation of the joystick lever becomes heavier, abrupt switching of the left and right positions of the control valve is delayed, and the occurrence of vibration of the vehicle body can be suppressed.
- a work vehicle according to a third invention is the work vehicle according to the second invention, wherein the control unit applies a reaction force to the operation of the joystick lever within a predetermined angle range from the neutral position. Operate the force applying unit. Accordingly, when the joystick lever is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame and is positioned within a predetermined angle range from the neutral position, a reaction force is applied to the operation of the joystick lever. In other words, a reaction force is generated against the operation of the joystick lever so that the neutral position is exceeded during the reversing operation and the difference between the joystick lever and the neutral position is inhibited from increasing in the direction opposite to the frame rotation direction.
- a work vehicle according to a fourth invention is the work vehicle according to the first invention, and the control unit includes a frame angular velocity determination unit.
- the frame angular velocity determination unit determines whether or not the frame angular velocity when the front frame obtained based on the detection of the angle detection unit rotates with respect to the rear frame is greater than a first predetermined value.
- the control unit operates the force applying unit so as to generate a reaction force when the frame angular velocity determination unit determines that the frame angular velocity is greater than the first predetermined value.
- a reaction force can be generated against the operation of the joystick lever so as to prevent the control valve from exceeding the neutral position.
- the frame angular velocity is equal to or lower than a first predetermined value during the reversing operation
- the generated vibration is small even if the left and right positions of the control valve are suddenly switched to generate vibration. Therefore, the reaction force can be generated only when necessary by providing the first predetermined value.
- the work vehicle according to the fifth invention is the work vehicle according to the first or fourth invention, and the control unit further includes a deviation angle change calculation unit and a deviation angle change determination unit.
- the deviation angle change calculation unit calculates a change per unit time of the deviation angle, which is a difference between the rotation angle of the joystick lever and the actual steering angle, based on the detection of the displacement detection unit and the angle detection unit.
- the deviation angle change determination unit determines whether the absolute value of the change per unit time of the deviation angle calculated by the deviation angle change calculation unit is greater than a second predetermined value.
- the control unit controls the force applying unit to generate a reaction force when the deviation angle change determining unit determines that the absolute value of the change in the deviation angle per unit time is larger than the second predetermined value. .
- a work vehicle is the work vehicle according to the first aspect, wherein the control unit includes a deviation angle change calculation unit and a reversal operation detection unit.
- the deviation angle change calculation unit calculates a change per unit time of the deviation angle, which is a difference between the rotation angle of the joystick lever and the actual steering angle, based on the detection of the displacement detection unit and the angle detection unit.
- the reversal operation detection unit includes a frame angular velocity when the front frame calculated based on the detection of the angle detection unit rotates with respect to the rear frame, and a change per unit time of the deviation angle calculated by the deviation angle change calculation unit. Based on the above, it is detected that the joystick lever is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame. Thereby, it can be detected that the joystick lever is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame.
- a work vehicle according to a seventh aspect of the present invention is the work vehicle according to the first aspect of the present invention, wherein the control unit has a reversal operation detection unit.
- the reversal operation detection unit includes the direction of the angular velocity of the joystick lever obtained based on the detection of the displacement detection unit, and the direction of the frame angular velocity when the front frame obtained based on the detection of the angle detection unit rotates with respect to the rear frame. Is reversed, it is detected that the joystick lever is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame. Thereby, it can be detected that the joystick lever is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame.
- a work vehicle according to an eighth invention is the work vehicle according to the third invention, and the control unit further includes a deviation angle determination unit.
- the deviation angle determination unit determines whether or not the absolute value of the deviation angle, which is the difference between the rotation angle of the joystick lever and the actual steering angle, is smaller than a third predetermined value based on the detection of the displacement detection unit and the angle detection unit. To do.
- the control unit operates the force applying unit so as to generate a reaction force when the deviation angle determination unit determines that the absolute value of the deviation angle is smaller than the third predetermined value.
- the absolute value of the deviation angle is smaller than the third predetermined value, it can be determined that the joystick lever is operated at a position close to the neutral position of the control valve. Accordingly, a reaction force can be applied to the operation of the joystick lever when the vicinity of the neutral position is reached during the reversing operation.
- a work vehicle is the work vehicle according to the first aspect, further comprising a torque sensor.
- the torque sensor detects torque generated by operating the joystick lever.
- the control unit operates the force applying unit to apply a reaction force having a magnitude based on the torque detected by the torque sensor.
- a force can be applied according to the torque applied to the joystick lever by the operator. For example, when the torque applied to the joystick lever by the operator is large, the assisting force applied by the force applying unit can be increased, and when the torque is small, the magnitude of the applying force can be controlled to decrease the assisting force.
- a work vehicle according to a tenth invention is the work vehicle according to the first invention, and the control valve includes a first input member and a second input member.
- the first input member is connected to the joystick lever and is displaced according to the operation amount of the joystick lever.
- the second input member is displaced according to the actual steering angle.
- the control valve controls the flow rate of the oil supplied to the hydraulic actuator according to the difference of the displacement amount of the first input member with respect to the displacement amount of the second input member.
- the neutral position is a position where the displacement amount of the first input member matches the displacement amount of the second input member.
- a work vehicle according to an eleventh aspect of the invention is the work vehicle according to the first aspect of the invention, further comprising a steering valve.
- the steering valve adjusts the flow rate of oil supplied to the hydraulic actuator based on the pilot pressure input from the control valve.
- the control valve controls the flow rate of oil supplied from the steering valve to the hydraulic actuator by adjusting the pilot pressure.
- the pilot pressure is adjusted by the operation of the operator, the amount of oil supplied from the steering valve to the hydraulic actuator is controlled, and the steering angle of the front frame with respect to the rear frame is changed.
- a work vehicle is the work vehicle according to the first aspect of the present invention, further comprising a connecting portion.
- the connecting portion connects the joystick lever and the control valve.
- the force applying unit includes an electric motor and a transmission mechanism.
- the electric motor generates an auxiliary force or a reaction force.
- the transmission mechanism transmits an auxiliary force or a reaction force generated by the electric motor to the connecting portion. Thereby, the force of an electric motor can be transmitted to the connection part which connects a joystick lever and a control valve, and the force required for operation of a joystick lever can be changed.
- a work vehicle control method is the work vehicle according to the first aspect of the present invention, further comprising a speed detection unit.
- the speed detection unit detects the speed of the work vehicle.
- the control unit controls the force applying unit to change the reaction force applied to the operation of the joystick lever according to the speed detected by the speed detecting unit. Thereby, the reaction force generated during the reversing operation can be changed according to the speed of the work vehicle.
- a work vehicle control method is an articulate type in which a front frame and a rear frame are connected, and controls the supply of oil to a hydraulic actuator that changes the steering angle of the front frame relative to the rear frame.
- the reversal operation detection step detects that the joystick lever is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame.
- the force applying step applies a reaction force to the operation of the joystick lever when the reversing operation is detected by the reversing operation detecting step.
- FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the vehicle body-lever deviation angle and the lever reaction force in the pilot valve of FIG. 7A, and FIG.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a wheel loader 1 according to the present embodiment.
- the wheel loader 1 according to the present embodiment includes a body frame 2, a work implement 3, a pair of front tires 4, a cab 5, an engine room 6, a pair of rear tires 7, and a steering operation device 8 (see FIG. 2 described later). And.
- the wheel loader 1 performs an earth and sand loading operation using the working machine 3.
- the body frame 2 is a so-called articulate type, and includes a front frame 11, a rear frame 12, and a connecting shaft portion 13.
- the front frame 11 is disposed in front of the rear frame 12.
- the connecting shaft portion 13 is provided at the center in the vehicle width direction, and connects the front frame 11 and the rear frame 12 so as to be swingable.
- the pair of front tires 4 are attached to the left and right of the front frame 11.
- the pair of rear tires 7 are attached to the left and right of the rear frame 12.
- the work machine 3 is driven by hydraulic oil from a work machine pump (not shown).
- the work machine 3 includes a boom 14, a bucket 15, a lift cylinder 16, and a bucket cylinder 17.
- the boom 14 is attached to the front frame 11.
- the bucket 15 is attached to the tip of the boom 14.
- the lift cylinder 16 and the bucket cylinder 17 are hydraulic cylinders.
- One end of the lift cylinder 16 is attached to the front frame 11, and the other end of the lift cylinder 16 is attached to the boom 14.
- the boom 14 swings up and down by the expansion and contraction of the lift cylinder 16.
- One end of the bucket cylinder 17 is attached to the front frame 11, and the other end of the bucket cylinder 17 is attached to the bucket 15 via a bell crank 18. As the bucket cylinder 17 expands and contracts, the bucket 15 swings up and down.
- the cab 5 is placed on the rear frame 12 and includes a handle for steering operation, a joystick lever 24 (see FIG. 2 described later), a lever for operating the work machine 3, and various displays. Devices etc. are arranged.
- the engine room 6 is disposed on the rear frame 12 on the rear side of the cab 5 and houses the engine.
- the steering operation device 8 has steering cylinders 21 and 22, and the steering angle of the front frame 11 with respect to the rear frame 12 is changed by changing the flow rate of oil supplied to the steering cylinders 21 and 22. And the traveling direction of the wheel loader 1 is changed.
- FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram showing the configuration of the steering operation device 8.
- the steering operation device 8 includes a pair of steering cylinders 21 and 22, a steering hydraulic circuit 23, a joystick lever 24, a connecting portion 25, a link mechanism 26, a force applying portion 27, and a control portion 28. And mainly.
- the pair of steering cylinders 21 and 22 are driven by hydraulic pressure.
- the pair of steering cylinders 21 and 22 are arranged side by side on the left and right sides in the vehicle width direction with the connecting shaft portion 13 interposed therebetween.
- the steering cylinder 21 is disposed on the left side of the connecting shaft portion 13 (see FIG. 1).
- the steering cylinder 22 is disposed on the right side of the connecting shaft portion 13.
- One end of each of the steering cylinders 21 and 22 is attached to the front frame 11, and the other end is attached to the rear frame 12.
- the steering cylinder 21 is provided with an extension port 21a and a contraction port 21b
- the steering cylinder 22 is provided with an extension port 22a and a contraction port 22b.
- the steering cylinder 21 when oil is supplied to the contraction port 21b of the steering cylinder 21 and the extension port 22a of the steering cylinder 22, and the oil is discharged from the extension port 21a of the steering cylinder 21 and the contraction port 22b of the steering cylinder 22, the steering cylinder 21 is The steering cylinder 22 expands and contracts. As a result, the steering angle ⁇ s changes and the vehicle turns to the left.
- a steering angle detector 104 that detects the steering angle ⁇ s is provided in the vicinity of the connecting shaft portion 13 disposed between the steering cylinders 21 and 22.
- the steering angle detection unit 104 is configured by, for example, a potentiometer, and the detected steering angle ⁇ s is sent to the control unit 28 as a detection signal.
- the steering cylinder 21 is provided with a cylinder stroke sensor 106 for detecting the cylinder stroke
- the steering cylinder 22 is provided with a cylinder stroke sensor 107 for detecting the cylinder stroke.
- the detection values of the cylinder stroke sensors 106 and 107 may be sent to the control unit 28 to detect the steering angle ⁇ s.
- the steering hydraulic circuit 23 is a hydraulic circuit for adjusting the flow rate of oil supplied to the steering cylinders 21 and 22.
- the steering hydraulic circuit 23 includes a main hydraulic circuit 30 and a pilot hydraulic circuit 40.
- the main hydraulic circuit 30 is a circuit that supplies oil from the main hydraulic source 31 to the steering cylinders 21 and 22 and includes a steering valve 32.
- the main hydraulic power source 31 includes a hydraulic pump and a relief valve.
- the steering valve 32 is a flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of oil supplied to the steering cylinders 21 and 22 in accordance with the input pilot pressure.
- the steering valve 32 has a main pump port P1, a main drain port P2, a first steering port P3, and a second steering port P4.
- the main pump port P1 is connected to the main hydraulic pressure source 31 via the main hydraulic line 36.
- the main drain port P ⁇ b> 2 is connected to a drain tank DT that collects oil via a main drain pipe line 37.
- the first steering port P3 is connected to the contraction port 21b of the steering cylinder 21 and the extension port 22a of the steering cylinder 22 via the first steering pipe line 38.
- the second steering port P4 is connected to the extension port 21a of the steering cylinder 21 and the contraction port 22b of the steering cylinder 22 via the second steering conduit 39.
- the steering valve 32 has a valve body 33 that can move to a neutral position Ns, a left steering position Ls, and a right steering position Rs.
- the valve element 33 When the valve element 33 is disposed at the neutral position Ns, the main pump port P1 and the main drain port P2 communicate with each other. In this case, the first steering port P3 and the second steering port P4 are not in communication with either port.
- the valve element 33 When the valve element 33 is disposed at the left steering position Ls, the main pump port P1 and the first steering port P3 communicate with each other, and the main drain port P2 and the second steering port P4 communicate with each other.
- the valve element 33 When the valve element 33 is disposed at the right steering position Rs, the main pump port P1 and the second steering port P4 communicate with each other, and the main drain port P2 and the first steering port P3 communicate with each other.
- the steering valve 32 has a first pilot chamber 34 and a second pilot chamber 35.
- the valve element 33 When the pilot pressure is not supplied to the first pilot chamber 34 and the second pilot chamber 35 and when the same pilot pressure is supplied to the first pilot chamber 34 and the second pilot chamber 35, the valve element 33 is in the neutral position. Located in Ns. In a state where the pilot pressure is supplied only to the first pilot chamber 34, the valve element 33 is positioned at the left steering position Ls. In a state where the pilot pressure is supplied only to the second pilot chamber 35, the valve element 33 is positioned at the right steering position Rs. When the valve body 33 is located at the left steering position Ls and the right steering position Rs, the steering valve 32 changes the opening area through which oil from the main hydraulic power source 31 passes according to the supplied pilot pressure. . Thereby, the steering valve 32 controls the flow rate of the oil supplied to the steering cylinder 21 or the steering cylinder 22 according to the pilot pressure.
- the pilot hydraulic circuit 40 is a circuit for supplying oil from the pilot hydraulic power source 43 to the first pilot chamber 34 and the second pilot chamber 35 of the steering valve 32.
- the pilot hydraulic circuit 40 includes a variable pressure reducing unit 41 and a pilot valve 42.
- (I) Variable decompression unit The variable decompression unit 41 reduces and adjusts the hydraulic pressure sent from the pilot hydraulic source 43 to the pilot valve 42.
- the variable pressure reducing unit 41 incorporates an electromagnetic pressure reducing valve, and controls the hydraulic pressure in response to a command signal from the control unit 28.
- the pilot valve 42 is a rotary valve that adjusts the pilot pressure input from the pilot hydraulic power source 43 to the steering valve 32.
- the rotary pilot valve 42 has a pilot pump port P5, a pilot drain port P6, a first pilot port P7, and a second pilot port P8.
- the pilot pump port P ⁇ b> 5 is connected to the variable pressure reducing unit 41 through the pilot hydraulic line 44, and the variable pressure reducing unit 41 is connected to the pilot hydraulic pressure source 43.
- the pilot drain port P6 is connected to a drain tank DT that collects oil via a pilot drain pipe line 45.
- the first pilot port P ⁇ b> 7 is connected to the first pilot chamber 34 of the steering valve 32 via the first pilot pipeline 46.
- the second pilot port P8 is connected to the second pilot chamber 35 of the steering valve 32 via the second pilot pipe line 47.
- the pilot valve 42 has a valve body 60 including an operation spool 71 and an operation sleeve 72. With the operation sleeve 72 as a reference, the operation spool 71 has a neutral position Np, a left pilot position Lp, and a right pilot position Rp. Can be moved to. When the operation spool 71 is in the neutral position Np with respect to the operation sleeve 72, the pilot pump port P5, the pilot drain port P6, the first pilot port P7, and the second pilot port P8 communicate with each other.
- the pilot pump port P5 and the first pilot port P7 communicate with each other, and the pilot drain port P6 and the second pilot port P8 communicate with each other.
- the pilot pump port P5 and the second pilot port P8 are communicated, and the pilot drain port P6 and the first pilot port P7 are connected. Communicate.
- FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of the pilot valve 42.
- the pilot valve 42 mainly includes a valve body portion 60, an operation input shaft 61, a feedback input shaft 62, a housing 63, a first spring 64, a second spring 65, and a feedback portion 66.
- the operation input shaft 61 is rotatably provided around the central axis O and is inserted into the housing 63.
- the operation input shaft 61 is connected to a joystick lever 24 (described later) via a connecting portion 25.
- the operation input shaft 61 rotates at the same rotation angle as the left / right rotation angle ⁇ in of the joystick lever 24.
- the feedback input shaft 62 is arranged coaxially with the operation input shaft 61 and is provided to be rotatable around the central axis O.
- the feedback input shaft 62 is inserted into the housing 63 so as to face the operation input shaft 61.
- the feedback input shaft 62 is connected to the front frame 11 via a link mechanism 26 described later, and rotates at the same rotation angle as the steering angle ⁇ s of the front frame 11 with respect to the rear frame 12.
- the housing 63 accommodates a valve body 60 and a feedback unit 66, and a pilot pump port P5, a pilot drain port P6, a first pilot port P7, and a second pilot port P8 are formed.
- the valve body 60 has an operation spool 71 and an operation sleeve 72, and when the operation spool 71 rotates with respect to the operation sleeve 72, the neutral position Np, the left pilot position Lp, and the right pilot position Rp are obtained.
- the operation spool 71 has a substantially cylindrical shape, is disposed coaxially with the operation input shaft 61, and is connected to the operation input shaft 61.
- the joystick lever 24 is connected to the operation input shaft 61 via a connecting portion 25 described later. When the operator operates the joystick lever 24 to the right of the rotation angle ⁇ in, the operation input shaft 61 and the operation spool 71 are also centered on the central axis O.
- slits 71a and 71b are formed along the circumferential direction at two positions opposed so as to sandwich the central axis O therebetween.
- the operation sleeve 72 is substantially cylindrical, and is disposed outside the operation spool 71 and inside the housing 63 so as to be rotatable with respect to the operation spool 71 and the housing 63.
- right rotation and left rotation indicate rotation directions when viewed from above.
- FIG. 4A is an arrow cross-sectional view taken along AA ′ perpendicular to the central axis O.
- FIG. 4 (a) the operation spool 71 is provided with square holes 71c and 71d on the opposing walls in the diameter direction.
- rectangular grooves 72c and 72d are formed in the diametrically opposed walls at the end of the operation sleeve 72 on the operation input shaft 61 side.
- the first spring 64 is formed of two sets of leaf spring portions 64a in which a plurality of convex leaf springs are overlapped.
- the two sets of leaf spring portions 64a are arranged so that the protrusions face each other so as to be X-shaped in FIG.
- the two sets of leaf spring portions 64 a pass through the holes 71 c and 71 d of the operation spool 71, and both ends are inserted into the grooves 72 c and 72 d of the operation sleeve 72.
- the operation spool 71 and the operation sleeve 72 are connected by the first spring 64.
- the positions in the circumferential direction of the hole 71c and the groove 72c substantially coincide with each other, and the positions in the circumferential direction of the hole 71d and the groove 72d substantially coincide with each other. It is in a position.
- the operation spool 71 rotates with respect to the operation sleeve 72, and the operation spool 71 moves with respect to the operation sleeve 72 in the left pilot position Lp or the right pilot. Move to position Rp.
- the operation spool 71 rotates to the right with respect to the operation sleeve 72 and moves to the right pilot position Rp.
- the operation spool 71 rotates to the left with respect to the operation sleeve 72 and moves to the left pilot position Lp.
- the operator moves the joystick lever 24 against the spring force of the first spring 64, so that a lever reaction force is generated in the joystick lever 24.
- the first spring 64 biases the operation spool 71 so as to be positioned at the neutral position Np with respect to the operation sleeve 72.
- the feedback unit 66 feeds back the steering angle ⁇ s of the front frame 11 with respect to the rear frame 12 to the valve body 60.
- the feedback portion 66 mainly includes a feedback spool 73, a feedback sleeve 74, a drive shaft 75, a first center pin 76, and a restriction portion 78.
- the drive shaft 75 is arranged between the operation input shaft 61 and the feedback input shaft 62 and coaxially with the operation input shaft 61 and the feedback input shaft 62 (center axis O).
- the drive shaft 75 is disposed inside the operation spool 71.
- a first center pin 76 is disposed perpendicular to the center axis O at the end of the drive shaft 75 on the operation input shaft 61 side.
- Both ends of the first center pin 76 pass through the slits 71 a and 71 b and are fixed to the operation sleeve 72.
- the rotation angle of the operation spool 71 with respect to the operation sleeve 72 is restricted to an angle within a predetermined range by the first center pin 76 and the slits 71a and 71b.
- the operation sleeve 72 integrated with the drive shaft 75 also rotates.
- the feedback spool 73 has a substantially cylindrical shape, is disposed coaxially with the feedback input shaft 62, and is connected to the feedback input shaft 62. Near the feedback input shaft 62 of the feedback spool 73, slits 73a and 73b are formed along the circumferential direction at two positions facing each other so as to sandwich the central axis O therebetween. A drive shaft 75 is disposed inside the feedback spool 73.
- the feedback input shaft 62 is connected to the front frame 11 via a link mechanism 26 described later. When the front frame 11 rotates to the right of the steering angle ⁇ s with respect to the rear frame 12, the feedback input shaft 62 and the feedback spool 73 are also It rotates to the right of the same rotation angle ⁇ s as the steering angle ⁇ s.
- the feedback sleeve 74 has a substantially cylindrical shape, and is disposed outside the feedback spool 73 and inside the housing 63 so as to be rotatable with respect to the feedback spool 73 and the housing 63.
- the restricting portion 78 restricts the rotation of the feedback sleeve 74 with respect to the feedback spool 73 to an angle within a predetermined range.
- the restricting portion 78 includes a second center pin 77 and wall portions 73ae and 73be (see FIG. 7 described later) at both ends in the circumferential direction of the slits 73a and 73b.
- the second center pin 77 is arranged perpendicular to the center axis O at the end of the drive shaft 75 on the feedback input shaft 62 side. Both ends of the second center pin 77 are fixed to the feedback sleeve 74 through the slits 73a and 73b. The rotation of the feedback sleeve 74 relative to the feedback spool 73 is restricted to an angle within a predetermined range by the second center pin 77 and the slits 73a and 73b. Further, since the second center pin 77 is fixed to the feedback sleeve 74 and the drive shaft 75, when the feedback sleeve 74 rotates, the drive shaft 75 integrated with the feedback sleeve 74 also rotates. With the rotation of the drive shaft 75, the operation sleeve 72 fixed to the drive shaft 75 by the first center pin 76 rotates.
- FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG.
- the feedback spool 73 is provided with square holes 73c and 73d in each of the opposing walls in the diameter direction.
- the second spring 65 is formed of two sets of leaf spring portions 65a obtained by superimposing a plurality of convex leaf springs.
- the two sets of leaf spring portions 65a are arranged so that the protrusions face each other so as to be X-shaped in FIG.
- the two sets of leaf spring portions 65 a pass through the holes 73 c and 73 d of the feedback spool 73, and both ends are inserted into the grooves 74 c and 74 d of the feedback sleeve 74.
- the feedback spool 73 and the feedback sleeve 74 are connected by the second spring 65.
- the hole 73c and the groove 74c are aligned in the circumferential direction
- the hole 73d and the groove 74d are aligned in the circumferential direction.
- the feedback sleeve 74 is urged by the second spring 65 so that the circumferential positions of the grooves 74 c and 74 d are aligned with the circumferential positions of the holes 73 c and 73 d of the feedback spool 73.
- the first spring 64 bends until the operation spool 71 is restricted with respect to the operation sleeve 72, but the first spring 64 starts to bend by applying a force greater than the reaction force generated in the first spring 64 until the operation spool 71 is restricted.
- Two springs 65 are set. Although details will be described later with reference to FIG. 7, when the operation spool 71 rotates to an angle regulated with respect to the operation sleeve 72 and further the joystick lever 24 is operated, as shown in FIG.
- the second spring 65 is bent and the feedback sleeve 74 rotates with respect to the feedback spool 73.
- FIG. 4D is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 3 and is viewed from below, so that the arrow in the rotation direction is opposite to that in FIG. 4B. .
- the operation sleeve 72 fixed via the feedback sleeve 74, the second center pin 77, the drive shaft 75, and the first center pin 76 rotates, and a change occurs in the difference between the rotation angles of the operation spool 71 and the operation sleeve 72.
- the pilot pressure is changed.
- the position of the operation spool 71 with respect to the operation sleeve 72 depends on the difference ⁇ between the rotation angle ⁇ in of the operation input shaft 61 and the rotation angle fb of the feedback input shaft 62 (which coincides with the steering angle ⁇ s). , Move to the neutral position Np, the left pilot position Lp, or the right pilot position Rp. When the rotation angle difference ⁇ is zero, the operation spool 71 is positioned at the neutral position Np with respect to the operation sleeve 72.
- the pilot valve 42 passes oil from the pilot hydraulic power source 43 according to the rotation angle difference ⁇ .
- the opening area to be changed is changed.
- the pilot pressure sent from the pilot valve 42 to the steering valve 32 is adjusted according to the rotation angle difference ⁇ .
- the operation input shaft 61 is provided with a first rotation angle detection unit 101 configured by, for example, a rotary sensor.
- the first rotation angle detection unit 101 detects the rotation angle ⁇ in of the operation input shaft 61.
- the feedback input shaft 62 is provided with a second rotation angle detection unit 102 configured by, for example, a rotary sensor.
- the rotation angles ⁇ in and ⁇ fb detected by the first rotation angle detection unit 101 and the second rotation angle detection unit 102 are sent to the control unit 28 as detection signals.
- the steering angle detection unit 104 detects the steering angle ⁇ s in the connecting shaft unit 13 as well, but the rotation angle ⁇ fb of the feedback input shaft 62 coincides with the steering angle ⁇ s.
- the portion 104 may not be provided.
- FIG. 5 is a side view showing the configuration inside the cab 5.
- a driver's seat 5a on which an operator is seated is provided in the cab 5.
- a steering box 80 is disposed on the left side of the driver seat 5a in the vehicle width direction.
- the joystick lever 24 is disposed to project obliquely upward from the steering box 80 toward the front.
- the connecting portion 25 connects the joystick lever 24 and the pilot valve 42.
- the connecting portion 25 mainly has a steering operation shaft 81, a connecting bar 82, and a universal joint portion 83.
- the steering operation shaft 81 is disposed in the vertical direction, and is supported by the steering box 80 so as to be rotatable about its central axis E.
- the connection bar 82 is disposed in the steering box 80 and connects the joystick lever 24 and the steering operation shaft 81.
- the steering operation shaft 81 is configured by sequentially connecting a lever side shaft portion 81a, an input shaft portion 81b, and a valve side shaft portion 81c (see FIG. 8 described later). That is, one end of the lever side shaft portion 81a is connected to the connecting bar 82, and the other end of the lever side shaft portion 81a is connected to one end of the input shaft portion 81b.
- the other end of the input shaft portion 81 b is connected to one end of the valve side shaft portion 81 c, and the other end of the valve side shaft portion 81 c is connected to the universal joint portion 83.
- Auxiliary force or reaction force from a force applying unit 27 described later is input to the input shaft portion 81b.
- the universal joint 83 connects the steering operation shaft 81 and the operation input shaft 61 of the pilot valve 42 disposed in the vicinity of the driver's seat 5a.
- the universal joint part 83 has a center part 83a that can be expanded and contracted, and joint parts 83b and 83c that are arranged at both ends of the center part 83a.
- the joint portion 83 b is connected to the steering operation shaft 81.
- the joint portion 83 c is connected to the operation input shaft 61.
- FIG. 6 is a plan view of the vicinity of the joystick lever 24 as viewed from above.
- the joystick lever 24 is formed to project obliquely upward from an arc-shaped hole 84 formed on the upper surface of the steering box 80.
- the joystick lever 24 can turn in the horizontal direction about the steering operation shaft 81 (specifically, the central axis E). Further, an R mark is formed on the right edge of the hole 84 of the steering box 80, and an L mark is formed on the left edge.
- the steering operation shaft 81 when the operator rotates the joystick lever 24 from the center position to the right by the rotation angle ⁇ in, the steering operation shaft 81 also rotates to the right by the rotation angle ⁇ in.
- the rotation of the rotation angle ⁇ in of the steering operation shaft 81 is transmitted to the operation input shaft 61 via the universal joint portion 83, and the operation input shaft 61 also rotates clockwise to the rotation angle ⁇ in.
- the joystick lever 24 is rotated counterclockwise.
- the link mechanism 26 includes a follow-up lever 91, a follow-up link 92, and a bracket 93.
- the follow-up link 92 is fixed to the feedback input shaft 62 of the pilot valve 42.
- the bracket 93 is fixed to the front frame 11.
- the follow-up link 92 connects the follow-up lever 91 and the bracket 93.
- the pilot valve 42 arranged in the rear frame 12 and the front frame 11 are linked.
- the link mechanism 26 the steering angle ⁇ s of the front frame 11 with respect to the rear frame 12 and the rotation angle ⁇ fb of the feedback input shaft 62 become the same angle. That is, when the front frame 11 rotates to the right of the steering angle ⁇ s about the connecting shaft portion 13 with respect to the rear frame 12, the feedback input shaft 62 also rotates to the right of the rotation angle ⁇ s via the link mechanism 26, and the steering When the angle ⁇ s rotates to the left, the feedback input shaft 62 also rotates counterclockwise by the rotation angle ⁇ s via the link mechanism 26.
- FIG. 7A schematically shows the pilot valve 42.
- FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the vehicle body-lever deviation angle and the lever reaction force.
- FIG. 7C is a cross-sectional view taken along arrows CC ′, DD ′, EE ′, and FF ′ of FIG. 7A when the deviation angle ⁇ is zero.
- FIG. 7D is a cross-sectional view taken along arrows CC ′, DD ′, EE ′, and FF ′ in FIG. 7A when the deviation angle ⁇ is ⁇ 2.
- FIG. 7E is an arrow cross-sectional view between CC ′, DD ′, EE ′, and FF ′ in FIG. 7A when the deviation angle ⁇ is ⁇ 3.
- the cross-sectional views between CC ′, DD ′, EE ′, and FF ′ are all viewed from above.
- play of the joystick lever 24 is not taken into consideration for easy understanding of the explanation.
- the operation input shaft 61 When the operator rotates the joystick lever 24 from the center position at the rotation angle ⁇ in, the operation input shaft 61 also rotates at the rotation angle ⁇ in.
- the steering angle ⁇ s gradually increases following the rotation angle ⁇ in.
- the rotation angle ⁇ in of the joystick lever 24 indicates a target steering angle, and the steering angle ⁇ s indicates an actual actual steering angle.
- the feedback input shaft 62 In response to the change in the steering angle ⁇ s, the feedback input shaft 62 also rotates at the same rotation angle ⁇ s as the steering angle ⁇ s. Then, the feedback spool 73 is rotated together with the feedback input shaft 62, and the feedback sleeve 74 connected through the second spring 65 is also rotated by the rotation.
- the operation sleeve 72 is also rotated by the rotation of the feedback sleeve 74. That is, the difference between the rotation angles of the operation spool 71 and the operation sleeve 72 corresponds to the deviation angle ⁇ (see FIG. 4B).
- the first spring 64 urges the operation spool 71 to the neutral position Np with respect to the operation sleeve 72, in order to increase the deviation angle ⁇ , the first spring 64 is against the urging force of the first spring 64. It is necessary to operate the joystick lever 24.
- the first spring 64 has a spring characteristic S1 shown in FIG. In the spring characteristic S1 of the first spring 64, in order to rotate the operation input shaft 61, it is necessary to operate the joystick lever 24 with a force equal to or greater than the initial reaction force F1 (force required to start bending the first spring 64). There is. In the spring characteristic S1 of the first spring 64, the lever reaction force increases as the deviation angle ⁇ increases. That is, as the deviation angle ⁇ increases, the force required to operate the joystick lever 24 increases.
- the first center pin 76 is disposed at the center of the slits 71a and 71b of the operation spool 71 at the neutral position Np where the deviation angle ⁇ is zero.
- the second center pin 77 is disposed at the center of the slits 73 a and 73 b of the feedback spool 73. Then, the deviation angle ⁇ is increased by rotating the joystick lever 24 to the right side, for example, and when the deviation angle ⁇ reaches the angle ⁇ 2, the first center pin 76 moves in the circumferential direction of the slit 71a as shown in FIG.
- the second center pin 77 is disposed at the center of the slits 73 a and 73 b of the feedback spool 73. If the reaction force by the first spring 64 when the deviation angle ⁇ is the angle ⁇ 2 is F2, the initial reaction force (because the second spring 65 starts to bend as shown in the spring characteristic S2 of the second spring 65). This is because the necessary force is set to F2. Note that the initial reaction force of the second spring 65 may be set to be larger than F2, or may be F2 or more.
- the second center pin 77 When the deviation angle ⁇ reaches ⁇ 3, the second center pin 77 is formed in the circumferential direction of the slit 73b and the wall portion 73ae formed in the circumferential direction of the slit 73a as shown in FIG. It contacts the wall portion 73be. As described above, the second center pin 77 is rotatable by an angle ( ⁇ 3- ⁇ 2). That is, the pilot valve 42 is configured so that the deviation angle ⁇ cannot be larger than the angle ⁇ 3. For this reason, as shown in FIG. 7B, the lever reaction force rises linearly at an angle ⁇ 3. When the second center pin 77 abuts against the wall portions 73ae and 73be vigorously, a sudden recoil occurs, causing a burden on the operator's wrist. This angle ⁇ 3 is also called a catch-up angle.
- the deviation angle ⁇ is a negative value.
- the first center pin 76 contacts the wall portions 71ae and 71be at - ⁇ 2
- the second center pin 77 contacts the wall portions 73ae and 73be at - ⁇ 3.
- the pilot valve 42 is configured so that the absolute value of the deviation angle ⁇ does not become larger than the angle ⁇ 3.
- FIG. 8 is a perspective view showing the force applying unit 27.
- the force applying unit 27 applies an assisting force or a reaction force to the operation of the joystick lever 24.
- the force applying unit 27 includes an electric motor 111 and a worm gear 112.
- the worm gear 112 has a cylindrical worm 112a and a worm wheel 112b.
- the worm wheel 112b is provided around the input shaft portion 81b described above, and meshes with the cylindrical worm 112a.
- the output shaft of the electric motor 111 is connected to the cylindrical worm 112a, and rotates the cylindrical worm 112a around its central axis.
- the electric motor 111 is driven based on a command from the drive circuit 204 provided in the control unit 28.
- the first end 81b1 of the input shaft portion 81b is connected to the lever side shaft portion 81a, and the second end 81b2 is connected to the valve side shaft portion 81c.
- the electric motor 111 is driven, the cylindrical worm 112a is rotated, the worm wheel 112b is rotated by the rotation, and a rotational force is also generated in the input shaft portion 81b fixed to the worm wheel 112b.
- a rotational force is also generated in the input shaft portion 81b fixed to the worm wheel 112b.
- an auxiliary force is applied to the operation of the joystick lever 24 by applying a force in the clockwise direction to the input shaft portion 81b.
- a reaction force is applied to the operation of the joystick lever 24 by applying a force in the left rotation direction to the input shaft portion 81b.
- the torque sensor 103 is provided in the input shaft portion 81b.
- the torque sensor 103 detects torque generated in the input shaft portion 81b when the operator applies the joystick lever 24.
- the torque sensor 103 according to the present embodiment detects, for example, the rotation direction of the input shaft portion 81b and the torque generated in the input shaft portion 81b by detecting torsion of the torsion bar with a coil. The detected rotation direction and torque T are output to the control unit 28 as a steering torque signal.
- FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the control unit 28.
- the control unit 28 includes a storage unit 200, a motor torque determination unit 201, a reverse reaction force determination unit 202, a torque summation unit 203, and a drive circuit 204.
- the motor torque determination unit 201, the reverse reaction force determination unit 202, and the torque summation unit 203 are executed by an arithmetic device such as a CPU.
- the storage unit 200 stores an assist torque relationship (first assist torque information) applied to the lever input torque and an assist torque relationship (second assist torque information) applied to the deviation angle. .
- the storage unit 200 also stores a predetermined value of the frame angular velocity, a predetermined value of change of the deviation angle per unit time, and a predetermined value of the deviation angle, which are used in the reverse reaction force determination unit 202.
- the storage unit 200 may be provided in the control unit 28 or may be provided outside the control unit 28.
- the storage unit 200 is configured by a RAM, a ROM, an HDD, or the like.
- the motor torque determination unit 201 determines the motor torque (Tm) based on the first assist torque information and the second assist torque information stored in the storage unit 200.
- the reverse reaction force determination unit 202 detects that the operator has performed the reverse operation by operating the joystick lever 24 based on the detection signals from the first rotation angle detection unit 101 and the second rotation angle detection unit 102. , Determine the reaction force to be applied.
- the torque summing unit 203 calculates the sum of the motor torque (Tm) determined by the motor torque determining unit 201 and the reversal inhibition force (Th) determined by the reversal reaction force determining unit 202, and the input shaft unit 81b A target assist torque (Tm) to be applied is calculated.
- the drive circuit 204 drives the electric motor 111 based on the calculated target assist torque (Tm).
- the reverse reaction force determination unit 202 includes a reverse operation detection unit 221, a neutral position vicinity detection unit 222, a frame angular velocity calculation unit 211, a frame angular velocity determination unit 212, a deviation angle change calculation unit 213, and a deviation angle change determination.
- the frame angular velocity determination unit 212 determines whether or not the absolute value (
- the deviation angle change determination unit 214 is a unit of deviation angle in which the absolute value (
- the reverse operation detection unit 221 detects that the operator has operated the joystick lever 24 to perform the reverse operation.
- the reversal operation means that the joystick lever 24 is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame.
- the reversal operation detection unit 221 is based on the frame angular velocity (d ⁇ s / dt) calculated by the frame angular velocity calculation unit 211 and the deviation angle change (d ⁇ / dt) calculated by the deviation angle change calculation unit 213. Then, it is detected that the joystick lever 24 is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame 11. Specifically, when the value of (d ⁇ s / dt) / (d ⁇ / dt) is negative, it is detected that the joystick lever 24 is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame 11.
- the neutral position vicinity detection unit 222 detects that the operation spool 71 of the pilot valve 42 is located within a predetermined angle range (for example, ⁇ 5 °) from the neutral position Np with respect to the operation sleeve 72 by operating the joystick lever 24. To do. Specifically, the neutral position vicinity detection unit 222 detects the first rotation angle detection unit 101 when the reversal operation detection unit 221 detects that the joystick lever 24 is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame 11. The deviation angle ⁇ is calculated based on the detected value of the second rotation angle detection unit 102, and it is determined whether or not the absolute value
- the neutral position vicinity detection unit 222 determines that the absolute value of the deviation angle is smaller than a predetermined value, the position of the operation spool 71 relative to the operation sleeve 72 is located within a predetermined angle range of the neutral position Np. Detect that
- the reversal operation detection unit 221 detects that reversal is being performed, and the neutral position vicinity detection unit 222 determines that the joystick lever 24 is located within a predetermined angular range from the neutral position Np of the pilot valve 42. Is detected.
- the calculation of the deviation angle ⁇ may be performed by the neutral position vicinity detection unit 222, the value calculated by the deviation angle change calculation unit 213 or the motor torque determination unit 201 may be acquired, or another deviation angle may be obtained.
- a calculation unit may be provided.
- the frame angular velocity determination unit 212 determines that the absolute value (
- the reverse inhibition force calculating unit 215 calculates the rotational angular velocity (d ⁇ in / dt) of the joystick lever 24, and the reverse inhibition force based on the calculated value. (Th) is calculated.
- the control of the electric motor 111 and the variable pressure reducing unit 41 by the control unit 28 may be performed by wire or may be performed by radio.
- the operation input shaft 61 is positioned at a predetermined initial position, and the rotation angle ⁇ in by the operation input shaft 61 is zero. Further, since the steering angle ⁇ s is also zero, the feedback input shaft 62 is also located at a predetermined initial position.
- the steering angle ⁇ s is an angle from the state where the state along the front-rear direction with respect to the rear frame 12 is zero.
- the rotation angle ⁇ in indicates the rotation angle from the center position of the joystick lever 24 as shown in FIG. Further, when obtaining the deviation angle, for example, the rotation in the right direction may be calculated as a positive angle, and the rotation in the left direction may be calculated as a negative angle.
- the operation spool 71 is located at the neutral position Np shown in FIG.
- the pilot pressures of the first pilot chamber 34 and the second pilot chamber 35 of the steering valve 32 are the same, and the valve body 33 of the steering valve 32 is also in the neutral position Ns.
- the operator applies an operating force Fin to rotate the joystick lever 24 from the center position to the right as shown in FIG.
- the operating force Fin exceeds F1 of the first spring 64
- the operation input shaft 61 rotates to the right in the same manner as the joystick lever 24, and the rotation angle ⁇ in of the operation input shaft 61 increases.
- the operation spool 71 rotates clockwise with respect to the operation sleeve 72 as the operation input shaft 61 rotates.
- the operation sleeve 72 is integrated with the feedback sleeve 74, and the feedback sleeve 74 is connected to the feedback spool 73 by the second spring 65.
- the initial reaction force F2 of the 2nd spring 65 is more than the reaction force of the spring characteristic S1 of the 1st spring 64 shown in FIG. Therefore, the operation sleeve 72 does not rotate with the operation spool 71, and the operation spool 71 rotates clockwise with respect to the operation sleeve 72.
- the operation spool 71 rotates clockwise with respect to the operation sleeve 72 and moves to the right pilot position Rp, where pilot pressure is supplied to the second pilot port P8 and pilot pressure is supplied to the second pilot chamber 35. .
- the valve element 33 of the steering valve 32 moves to the right steering position Rs, oil is supplied to the extension port 21a of the steering cylinder 21 and the contraction port 22b of the steering cylinder 22, and the contraction port 21b of the steering cylinder 21 and Oil is discharged from the extension port 22 a of the steering cylinder 22.
- the steering angle ⁇ s gradually increases, and the front frame 11 is directed to the right with respect to the rear frame 12 (see R in FIG. 2).
- the change in the steering angle ⁇ s is transmitted to the feedback input shaft 62 by the link mechanism 26, and the feedback input shaft 62 rotates at the rotation angle ⁇ s.
- the operation input shaft 61 When the operator stops the joystick lever 24 at a predetermined rotation angle ⁇ 1, the operation input shaft 61 also stops at the rotation angle ⁇ 1. On the other hand, since the steering angle ⁇ s gradually increases, the rotation angle ⁇ s of the feedback input shaft 62 also increases.
- the feedback spool 73 rotates together with the feedback input shaft 62, and the feedback sleeve 74 connected to the feedback spool 73 via the second spring 65 also rotates. Since the feedback sleeve 74 is integrated with the operation sleeve 72 via the first center pin 76, the second center pin 77, and the drive shaft 75, the operation sleeve 72 rotates as the feedback sleeve 74 rotates.
- the rotation angle of the operation sleeve 72 and the operation spool 71 (deviation angle ⁇ ) is reduced by the rotation of the operation sleeve 72.
- the deviation angle ⁇ becomes zero.
- the operation spool 71 of the pilot valve 42 is located at the neutral position Np with respect to the operation sleeve 72.
- the pilot pressure in the first pilot chamber 34 and the second pilot chamber 35 of the steering valve 32 is the same, and the steering valve 32 is also in the neutral position Ns. For this reason, oil is not supplied to or discharged from the left and right steering cylinders 21 and 22, and the steering angle ⁇ s is maintained at the rotation angle ⁇ 1.
- the steering angle ⁇ s is also maintained at the same rotation angle ⁇ 1.
- the front frame 11 is maintained to the right with respect to the rear frame 12 in the direction of the rotation angle ⁇ 1.
- the operation input shaft 61 rotates in the same manner, and the rotation angle ⁇ in of the operation input shaft 61 decreases.
- the operation spool 71 rotates left with respect to the operation sleeve 72 and moves to the left pilot position Lp, and the pilot pressure is supplied to the first pilot port P7.
- the valve element 33 of the steering valve 32 moves to the left steering position Ls, and oil is supplied to the contraction port 21b of the steering cylinder 21 and the extension port 21a of the steering cylinder 22, and the extension port 21a of the steering cylinder 21 and Oil is discharged from the contraction port 21 b of the steering cylinder 22.
- the steering angle ⁇ s gradually decreases from the rotation angle ⁇ 1.
- the change in the steering angle ⁇ s is transmitted to the feedback input shaft 62 by the link mechanism 26, and the feedback input shaft 62 rotates with the same change in the rotation angle as the change in the steering angle ⁇ s.
- the pilot pressures of the first pilot chamber 34 and the second pilot chamber 35 of the steering valve 32 are the same, and the steering valve 32 is also in the neutral position Ns.
- oil is not supplied to or discharged from the left and right steering cylinders 21 and 22, and the steering angle ⁇ s is also returned to zero and maintained.
- the front frame 11 is returned to the direction along the front-rear direction with respect to the rear frame 12. Note that the case where the joystick lever 24 is rotated to the left is the same as described above, and is therefore omitted.
- FIGS. 10A to 10D are schematic diagrams for explaining the reversing operation by the operator.
- 10A to 10D shows the rotation of the front frame 11 with respect to the rear frame 12, and the lower side shows the rotation of the joystick lever 24.
- FIG. 10A to 10D shows the rotation of the front frame 11 with respect to the rear frame 12, and the lower side shows the rotation of the joystick lever 24.
- the joystick is rotated until the rotation angle ⁇ in reaches the angle ⁇ 5 by the operator.
- the lever 24 is rotated to the right and stopped.
- This rotation angle ⁇ 5 corresponds to an example of a target steering angle.
- the pilot valve 42 becomes the right pilot position Rp.
- the front frame 11 also rotates right following the rotation of the joystick lever 24, but as shown in FIG. 10B, the angle ⁇ 6 before the steering angle ⁇ s of the front frame 11 with respect to the rear frame 12 reaches the angle ⁇ 5.
- the joystick lever 24 is suddenly rotated counterclockwise. Since the joystick lever 24 is suddenly operated, the joystick lever 24 is rotated to the left while the front frame 11 is rotated to the right with respect to the rear frame 12. Therefore, the steering angle ⁇ s and the rotation angle ⁇ in coincide with each other at an angle ⁇ 7 between the angles ⁇ 5 and ⁇ 6, and the pilot valve 42 is in the neutral position Np. Since the joystick lever 24 is suddenly rotated counterclockwise, the angle ⁇ 7 is almost the same value as the angle ⁇ 6.
- FIG. 11 is a flowchart showing the control operation of the force application unit of the present embodiment.
- step S20 the motor torque determination unit 201 calculates a deviation angle ⁇ ( ⁇ in ⁇ s).
- step S30 the motor torque determination unit 201 calculates the motor torque (Tm).
- the motor torque (Tm) is calculated using the lever input torque (Tl) and the deviation angle ( ⁇ ) as variables.
- the motor torque determination unit 201 includes first assist torque information (assist torque applied to the lever input torque) and second assist torque information (assist torque applied to the deviation angle) stored in advance in the storage unit 200. Based on the above, the motor torque (Tm) is determined.
- FIG. 12A is a diagram showing the first assist torque information stored in advance in the storage unit 200.
- FIG. 12A is a diagram illustrating assist torque to be applied to the torque detected by the torque sensor 103.
- the positive lever input torque indicates the torque generated by the rotation of the joystick lever 24 to the right side
- the negative lever input torque indicates the rotation of the joystick lever 24 to the left side. Shows the torque generated by. Further, a case where a positive assist torque is applied to the right rotation by the force applying unit 27 and a case where a negative assist torque is applied to the left rotation by the force applying unit 27 are illustrated.
- Lines L1 and L2 indicate assist torque applied to the lever input torque. That is, the line L1 in FIG. 12A shows that when the joystick lever 24 is operated to the right side, a force is applied to the input shaft portion 81b in the right rotation direction. In the line L2, the joystick lever 24 is moved to the left side. Indicates that a force is applied to the input shaft portion 81b in the left rotation direction. Further, the assist torque is set such that the assist force applied increases as the absolute value of the torque detected by the torque sensor 103 increases.
- FIG. 12 (a) a dotted line L2 ′ symmetrical to the line L2 is shown with respect to the horizontal axis.
- the assist force is applied symmetrically. That is, when the absolute value of the lever input torque is equal in the left / right operation of the joystick lever 24, the same amount of assist force is applied.
- FIG. 12B is a diagram showing second assist torque information (assist torque applied to the vehicle body-lever deviation angle ( ⁇ )).
- second assist torque information assist torque applied to the vehicle body-lever deviation angle ( ⁇ )
- FIG. 12B is a diagram showing assist torque (assist torque information) with respect to the vehicle body-lever deviation angle ( ⁇ ).
- assist torque information with respect to the vehicle body-lever deviation angle ( ⁇ ).
- ⁇ vehicle body-lever deviation angle
- a reaction force is generated when the deviation angle ⁇ becomes the angle ⁇ ⁇ 4, and the assist torque is increased exponentially as the absolute value of the deviation angle increases. Is set.
- the assist torque is set so that force is applied to the input shaft portion 81b in the left rotation direction.
- the assist torque is set so that force is applied to the input shaft portion 81b in the right rotation direction.
- the angle ⁇ 4 is set between the angles ⁇ 2 to ⁇ 3 shown in FIG.
- the angle - ⁇ 4 is set between - ⁇ 2 and - ⁇ 3.
- the motor torque determination unit 201 obtains the torque from the torque Tl based on the first assist torque information shown in FIG. A torque is obtained from the angle ⁇ based on the second assist torque information shown in FIG. The motor torque determination unit 201 calculates the motor torque (Tm) by adding the obtained two torques.
- step S100 the command torque is supplied to the drive circuit 204 in step S100 based on the motor torque (Tm) obtained in step S30. Is output. Then, based on the command torque from the drive circuit 204, the electric motor 111 is driven and a force is applied to the input shaft portion 81b, and a force is applied to the operation of the joystick lever 24.
- FIG. 13 shows a deviation angle when the force is not applied by the force applying unit 27 (dotted line L3) and when the force is applied by the force applying unit 27 based on the first assist torque information and the second assist torque information (solid line L4). Indicates the lever reaction force against.
- a positive deviation angle ⁇ indicates that the operation input shaft 61 has a larger rotation angle to the right than the feedback input shaft 62
- a negative deviation angle ⁇ indicates that the operation input shaft 61 is feedback input.
- a case where the rotation angle is larger on the left rotation side than the shaft 62 is shown.
- a dotted line L3 in FIG. 13 shows a state similar to that in FIG.
- step S ⁇ b> 40 the frame angular velocity determination unit 212 determines that the absolute value (
- step S40 If it is determined in step S40 that the absolute value (
- a predetermined value for example, 5 deg / sec
- step S50 the deviation angle change determination unit 214 stores the absolute value (
- a predetermined value for example, 10 deg / sec
- step S60 the reversal operation detection unit 221 determines the change per unit time in the frame angular velocity (d ⁇ s / dt) calculated by the frame angular velocity calculation unit 211 and the deviation angle calculated by the deviation angle change calculation unit 213 ( From (d ⁇ / dt), it is determined whether or not the value of (d ⁇ s / dt) / (d ⁇ / dt) is negative. Accordingly, it is detected that the joystick lever 24 is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame 11.
- a predetermined value for example, 10 deg / sec
- step S60 If it is determined in step S60 that the value of (d ⁇ s / dt) / (d ⁇ / dt) is not negative, the control proceeds to step S100, and the motor torque (Tm) obtained by the motor torque determining unit 201 is determined. Thus, the electric motor 111 is driven. On the other hand, if it is determined in step S60 that the value of (d ⁇ s / dt) / (d ⁇ / dt) is negative, the control proceeds to step S70.
- step S70 the neutral position vicinity detection unit 222 determines whether or not the absolute value
- Tm torque
- step S70 if it is determined in step S70 that the absolute value
- step S80 the inversion inhibition force (Th) is calculated by the inversion inhibition force calculation unit 215.
- This reverse inhibition force (Th) is calculated, for example, by calculating the rotational angular velocity (d ⁇ in / dt) of the joystick lever 24 and using d ⁇ in / dt as a variable.
- the reverse inhibition force can be set to increase as the rotational angular velocity of the joystick lever 24 increases.
- FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the lever reaction force with respect to the vehicle body-lever deviation angle ⁇ when the reverse operation (arrow F) in the left direction is performed and the reverse inhibition force is applied.
- a dotted line L4 shown in FIG. 14 indicates a lever reaction force characteristic, which is the same as the solid line L4 in FIG.
- a positive value of the vehicle body-lever deviation angle ⁇ (°) indicates a case where the joystick lever 24 is rotated to the right from the neutral position Np.
- a positive lever reaction force at a positive value of the vehicle body-lever deviation angle ⁇ (°) indicates a reaction force in the left direction (force to return from the right to the neutral position Np).
- a negative lever reaction force at a positive vehicle body-lever deviation angle ⁇ (°) indicates a reaction force in the right direction.
- a negative value of the vehicle body-lever deviation angle ⁇ (°) indicates a case where the joystick lever 24 is rotated to the left from the neutral position Np.
- a positive lever reaction force at a negative vehicle body-lever deviation angle ⁇ (°) indicates a reaction force in the right direction (force to return from the left to the neutral position Np).
- a negative lever reaction force at a negative vehicle body-lever deviation angle ⁇ (°) indicates a reaction force in the left direction.
- the joystick lever 24 is suddenly operated in the left direction (see arrow F in FIG. 14) while the front frame 11 is rotated in the right direction, so that the deviation angle ⁇ is an angle.
- the control unit 28 controls the force applying unit 27 so that the lever reaction force acts in the right direction as indicated by a line L5 (see L5a). Since the reaction force is in the right direction, L5a has a shape protruding from the dotted line L4 toward the negative side. Thereby, since a lever reaction force is applied so as to prevent the neutral position Np from being exceeded, rapid switching of the left and right positions with respect to the pilot valve 42 can be suppressed, and vibration generated in the work vehicle can be suppressed.
- the force applying unit 27 applies a reaction force in the right direction (Lb reference). Since the reaction force is in the right direction, L5b has a shape protruding from the dotted line L4 toward the positive side. Accordingly, a reaction force can be generated with respect to the operation of the joystick lever 24 so as to prevent the difference between the joystick lever 24 and the neutral position Np from increasing beyond the neutral position Np in the direction opposite to the rotation direction of the frame. Further, the reaction force is applied to the angles ⁇ 8 to ⁇ 8 in this way when Steps S40, S50, and S60 are satisfied. The same applies to the case where a rightward reversal operation is performed.
- step S90 the torque summation unit 203 sums the motor torque (Tm) obtained by the motor torque determination unit 201 and the reverse inhibition force (Th) to obtain the motor torque (Tm).
- step S100 a command torque is output to the drive circuit 204 based on the summed motor torque (Tm). Then, based on the command torque from the drive circuit 204, the electric motor 111 is driven and a force is applied to the input shaft portion 81b, and a force is applied to the operation of the joystick lever 24.
- the absolute value of the angular velocity of the front frame 11 is larger than a predetermined value (for example, 5 deg / sec), and the absolute value of the change in deviation angle per unit time is larger than the predetermined value (for example, 10 deg / sec).
- the force applying unit 27 counteracts the operation of the joystick lever 24 within a predetermined angle range (for example, 5 °) from the neutral position Np. Power is granted.
- the deviation angle reaches ⁇ ⁇ 4
- the lever reaction force increases, and the reaction to the wrist at the catch-up angle is suppressed.
- a wheel loader 1 (an example of a work vehicle) according to the present embodiment is an articulated wheel loader in which a front frame 11 and a rear frame 12 are connected, and includes a joystick lever 24 and steering cylinders 21 and 22 (hydraulic actuators).
- An example a pilot valve 42 (an example of a control valve), a first rotation angle detection unit 101 (an example of a displacement detection unit), a second rotation angle detection unit 102 (an example of an angle detection unit), and a control unit 28.
- the joystick lever 24 is operated by an operator and can set a target steering angle.
- the steering cylinders 21 and 22 are driven by hydraulic pressure, and change the actual steering angle ⁇ s of the front frame 11 with respect to the rear frame 12 according to the operation of the joystick lever 24.
- the pilot valve 42 controls the flow rate of the oil supplied to the steering cylinders 21 and 22 so that the deviation between the target steering angle ⁇ in and the actual steering angle ⁇ s is eliminated, and the target steering angle ⁇ in and the actual steering angle ⁇ s are obtained.
- the neutral position Np is taken.
- the force applying unit 27 applies an assisting force or a reaction force to the operation of the joystick lever 24.
- the first rotation angle detection unit 101 detects the rotation angle (an example of displacement) of the joystick lever 24.
- the second rotation angle detector 102 detects the actual steering angle ⁇ s.
- the control unit 28 Based on the detection by the first rotation angle detection unit 101 and the second rotation angle detection unit 102, the control unit 28 detects that the joystick lever 24 is reversed in the direction opposite to the rotation direction of the front frame 11. In this case, the force applying unit 27 is controlled so as to apply a reaction force to the operation of the joystick lever 24.
- the control unit 28 controls the force applying unit 27 so as to apply a reaction force to the operation of the joystick lever 24 before reaching the neutral position Np. To do.
- a reaction force is applied to the operation of the joystick lever 24 before reaching the neutral position Np of the pilot valve 42. That is, a reaction force is generated against the operation of the joystick lever 24 so as to prevent the pilot valve 42 from exceeding the neutral position Np during the reversing operation. For this reason, when approaching the neutral position Np during the reversing operation, the feeling of operation of the joystick lever 24 becomes heavy, delaying the rapid switching of the left and right positions of the pilot valve 42, and suppressing the occurrence of vibration of the vehicle body.
- the control unit 28 applies a reaction force to the operation of the joystick lever 24 at ⁇ 5 ° (an example within a predetermined angle range) from the neutral position Np.
- the force imparting unit 27 is operated so as to be imparted.
- the joystick lever 24 is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame 11, and a reaction force is applied to the operation of the joystick lever 24 within a predetermined angle range from the neutral position Np. That is, a reaction force is generated against the operation of the joystick lever 24 so that the neutral position Np is exceeded during the reversing operation and the difference is inhibited from increasing the rotation direction of the front frame 11 in the opposite direction.
- the control unit 28 further includes a frame angular velocity determination unit 212.
- the frame angular velocity determination unit 212 calculates the absolute value (
- the control unit 28 determines that the absolute value (
- the control unit 28 further includes a deviation angle change calculation unit 213 and a deviation angle change determination unit 214.
- the deviation angle change calculation unit 213 rotates the rotation angle ⁇ in of the joystick lever 24 and the actual steering angle ⁇ in based on detection by the first rotation angle detection unit 101 and the second rotation angle detection unit 102.
- ) of the change per unit time of the deviation angle calculated by the deviation angle change calculation unit 213 is 10 deg / sec (an example of a second predetermined value). It is determined whether it is larger.
- the control unit 28 determines that the absolute value (
- the force applying unit 27 is operated.
- ) of the change per unit time of the difference between the rotation angles of the front frame 11 and the joystick lever 24 during the reversing operation is 10 deg / sec as an example of the second predetermined value.
- a reaction force can be generated against the operation of the joystick lever 24.
- ) of the change per unit time of the difference between the rotation angle ⁇ in of the front frame 11 and the rotation angle of the joystick lever 24 is 10 deg / sec or less during the reversing operation. Even if the left and right positions of the pilot valve 42 are suddenly switched to generate vibration, the generated vibration is small. Therefore, a reaction force can be generated only when necessary by providing 10 deg / sec as an example of the second predetermined value.
- the control unit 28 includes a deviation angle change calculation unit 213 and a reversal operation detection unit 221.
- the deviation angle change calculation unit 213 detects the rotation angle ⁇ in of the joystick lever 24 based on detection by the first rotation angle detection unit 101 (an example of a displacement detection unit) and the second rotation angle detection unit 102 (an example of an angle detection unit). And the change per unit time (d ⁇ / dt), which is the difference between the rotation angle and the actual steering angle ⁇ s.
- the reversal operation detection unit 221 includes a frame angular velocity (d ⁇ s / dt) obtained when the front frame 11 rotates with respect to the rear frame 12 and a deviation angle change calculation unit 213, which are obtained based on detection by the second rotation angle detection unit 102. Based on the deviation angle calculated per unit time (d ⁇ / dt), it is detected that the joystick lever 24 is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame 11. Thereby, it can be detected that the joystick lever is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame.
- the control unit 28 includes a neutral position vicinity detection unit 222 (an example of a deviation angle determination unit). As shown in FIG. 11, the neutral position vicinity detection unit 222 rotates the rotation angle ⁇ in of the joystick lever 24 and the actual steering angle ⁇ s based on detection by the first rotation angle detection unit 101 and the second rotation angle detection unit 102. It is determined whether or not the absolute value of the deviation angle ⁇ , which is the angle difference, is smaller than 5 ° (an example of a third predetermined value). When the neutral position vicinity detection unit 222 determines that the absolute value of the deviation angle ⁇ is smaller than 5 °, the control unit 28 operates the force applying unit 27 so as to generate a reaction force.
- a neutral position vicinity detection unit 222 an example of a deviation angle determination unit.
- the position close to the neutral position Np of the pilot valve 42 (within a predetermined angle range ( ⁇ 5 °)). It can be determined that the joystick lever 24 is operated. Accordingly, a reaction force can be applied to the operation of the joystick lever 24 when the vicinity of the neutral position Np is reached during the reversing operation.
- the wheel loader 1 (an example of a work vehicle) according to the present embodiment further includes a torque sensor 103.
- the torque sensor 103 detects torque (Tl) generated by operating the joystick lever 24.
- the control unit 28 operates the force applying unit 27 so as to apply a reaction force having a magnitude based on the torque (Tl) detected by the torque sensor 103.
- a force can be applied according to the torque (Tl) applied to the joystick lever 24 by the operator.
- the torque applied to the joystick lever 24 by the operator is large, the assisting force applied by the force applying unit 27 is increased, and when the torque is small, the magnitude of the applying force is controlled so as to decrease the assisting force. it can.
- the pilot valve 42 (an example of a control valve) includes an operation input shaft 61 (an example of a first input member) and a feedback input shaft 62 (a second input member).
- the operation input shaft 61 is connected to the joystick lever 24 and is displaced according to the rotation angle ⁇ in of the joystick lever 24 (an example of an operation amount).
- the feedback input shaft 62 is displaced according to the actual steering angle ⁇ s.
- the wheel loader 1 (an example of a work vehicle) according to the present embodiment further includes a steering valve 32.
- the steering valve 32 adjusts the flow rate of oil supplied to the steering cylinders 21 and 22 based on the pilot pressure input from the pilot valve 42 (an example of a control valve).
- the pilot valve 42 controls the flow rate of oil supplied from the steering valve 32 to the steering cylinders 21 and 22 by adjusting the pilot pressure.
- the pilot pressure is adjusted by the operation of the operator, the amount of oil supplied from the steering valve 32 to the steering cylinders 21 and 22 is controlled, and the steering angle ⁇ s of the front frame 11 with respect to the rear frame 12 is changed.
- the wheel loader 1 (an example of a work vehicle) according to the present embodiment further includes a connecting portion 25.
- the connecting portion 25 connects the joystick lever 24 and the pilot valve 42.
- the force applying unit 27 includes an electric motor 111 and a worm gear 112 (an example of a transmission mechanism).
- the electric motor 111 generates an auxiliary force or a reaction force.
- the worm gear 112 (an example of a transmission mechanism) transmits the assisting force or reaction force from the electric motor 111 to the connecting portion.
- the force of the electric motor 111 can be transmitted to the connecting portion 25 that connects the joystick lever 24 and the pilot valve 42, and the force required to operate the joystick lever 24 can be changed.
- the control method of the wheel loader 1 (an example of a work vehicle) according to the present embodiment is an articulated type in which the front frame 11 and the rear frame 12 are connected, and the steering angle ⁇ s of the front frame 11 with respect to the rear frame 12 is changed.
- a pilot valve 42 an example of a control valve
- a force application step (step S100).
- Step S60 detects that the joystick lever 24 is operated in the direction opposite to the rotation direction of the front frame 11.
- Step S100 (an example of a force application step) applies a reaction force to the operation of the joystick lever 24 when a reverse operation is detected in Step S60 (an example of a reverse operation detection step).
- the motor torque determination unit 201 adds the reverse inhibition force (Th) calculated by the reverse inhibition force calculation unit 215 to the motor torque (Tm) determined by the motor torque determination unit 201.
- the electric motor 111 may apply only the reverse inhibition force (Th) to the input shaft portion 81b without being provided.
- the motor torque determination unit 201 calculates the assist torque based on the first assist torque information shown in FIG. 12A and the second assist torque information shown in FIG. Although the torque is the motor torque (Tm), the assist torque may be changed based on the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 105.
- step S ⁇ b> 10 the control unit 28 reads the torque Tl, the rotation angle ⁇ in, and the rotation angle ⁇ fb and also reads the vehicle speed (V) from the vehicle speed sensor 105.
- the reversal inhibition power is calculated in consideration of the above.
- the function g may be set so that the reverse inhibition force increases as the vehicle speed increases. As a result, it is possible to suppress the occurrence of vibration when the reversing operation is performed during high-speed operation, and the high-speed stability can be improved.
- the reversal operation detection unit 221 detects the reversal operation using the frame angular velocity (d ⁇ s / dt) and the change per unit time of the deviation angle (d ⁇ / dt) in step S60.
- the reversal operation may be detected based on the direction of the angular velocity (d ⁇ in / dt) of the joystick lever 24 and the direction of the frame angular velocity (d ⁇ s / dt).
- the reversing operation detection unit 221 has the opposite direction of the angular velocity (d ⁇ in / dt) of the joystick lever 24 and the frame angular velocity (d ⁇ s / dt) obtained based on the detection value by the first rotation angle detection unit 101. In some cases ((d ⁇ in / dt) / (d ⁇ s / dt) ⁇ 0), it is detected that the reversal operation is being performed.
- the steering angle ⁇ s may be read, or the detection values of the cylinder stroke sensors 106 and 107 may be read to calculate the steering angle ⁇ s.
- the joystick lever 24 and the pilot valve 42 are mechanically connected by the connecting portion 25, but the present invention is not limited to this.
- the joystick lever 24 and the pilot valve may not be mechanically connected, and the operation of the joystick lever 24 may be electrically transmitted to the pilot valve to operate the pilot valve.
- FIG. 16 is a diagram showing a steering operation device 8 ′ as an example of a configuration for electrically transmitting the operation of the joystick lever 24 to the pilot valve 42 ′.
- the pilot valve 42 'shown in FIG. 16 is not a rotary type as in the above embodiment, but a spool type.
- the pilot valve 42 ′ has a valve body portion 60 including a spool 71 ′ and a sleeve (not shown), and the spool 71 ′ is in a neutral position Np, left pilot by a signal from the control unit 28 with the sleeve as a reference. The position can be moved to the position Lp and the right pilot position Rp.
- the universal joint portion 83 as shown in FIG. 5 is not provided.
- the joystick lever 24 is connected to the steering operation shaft 81.
- the steering operation shaft 81 is not connected to the pilot valve.
- the force applying unit 27 applies an assisting force or a reaction force to the steering operation shaft 81.
- the first rotation angle detection unit 101 detects the rotation angle ⁇ in of the steering operation shaft 81 and transmits it to the control unit 28.
- the pilot valve 42 ′ is a spool type.
- a link mechanism 26 for linking the pilot valve and the front frame 11 as shown in FIG. 5 is not provided.
- the steering angle detection unit 104 detects the steering angle ⁇ s of the front frame 11 with respect to the rear frame 12, and transmits it to the control unit 28. Based on the received information on the rotation angle ⁇ in and the steering angle ⁇ s, the control unit 28 transmits a command to the pilot valve 42 ′ and controls the movement of the spool 71 ′ of the pilot valve 42 ′.
- the control unit 28 may control the pilot angle so that the difference between ⁇ in and ⁇ s becomes small, so that the rotation angle ⁇ in and the steering angle ⁇ s coincide with each other.
- the force of the electric motor 111 is transmitted to the steering operation shaft 81 by the worm gear 112.
- the rotating shaft of the electric motor 111 may be directly connected to the steering operation shaft 81.
- the joystick lever 24 itself can be rotated inward or outward of the driver's seat around the vertical axis.
- the joystick lever 24 itself of the steering operation device 8 ′ shown in FIG. 16 may be configured to be rotatable inward or outward of the driver's seat around a horizontal axis.
- any configuration may be employed as long as the pilot valve 42 ′ operates based on the operation of the joystick lever 24 and the force from the force applying unit 27 can be transmitted to the joystick lever 24. Electrical transmission may be performed by either wired or wireless means.
- the two springs of the first spring 64 and the second spring 65 are provided, but the second spring 65 may not be provided.
- the feedback spool 73 and the feedback sleeve 74 may be fixed.
- the supply amount of oil supplied from the steering valve 32 to the steering cylinders 21 and 22 is controlled according to the pilot pressure input from the pilot valve 42 which is an example of the control valve.
- the pilot valve 42 which is an example of the control valve.
- a configuration in which oil from the pilot valve 42 is directly supplied to the steering cylinders 21 and 22 may be employed.
- the force is generated by the electric motor 111.
- the present invention is not limited to the electric motor, and may be a hydraulic motor or the like as long as it is an actuator that can generate the force to be applied.
- the drive circuit 204 is included in the control unit 28, but it is not included in the control unit 28, and only the drive circuit 204 may be mounted alone. Furthermore, the drive circuit 204 may be mounted on an electric motor.
- the wheel loader 1 is described as an example of a work vehicle. However, the wheel loader 1 is not limited to the wheel loader, and may be an articulated dump truck, a motor grader, or the like. Any work vehicle may be used.
- the work vehicle and the work vehicle control method of the present invention have an effect of suppressing the occurrence of vibration when a reversing operation is performed, and are useful as a wheel loader or the like.
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Abstract
Description
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。
本発明は、上記従来の作業車両の課題を考慮し、反転操作を行った場合に振動の発生を抑制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。
第1の発明に係る作業車両は、フロントフレームとリアフレームが連結されたアーティキュレート式の作業車両であって、ジョイスティックレバーと、油圧アクチュエータと、制御弁と、変位検出部と、角度検出部と、制御部とを備える。ジョイスティックレバーは、オペレータによって操作され、目標ステアリング角を設定可能である。油圧アクチュエータは、油圧によって駆動され、ジョイスティックレバーの操作に応じてリアフレームに対するフロントフレームの実ステアリング角を変更する。制御弁は、目標ステアリング角と実ステアリング角の偏差がなくなるように油圧アクチュエータに供給される油の流量を制御し、目標ステアリング角と実ステアリング角が一致した状態において中立位置をとる。力付与部は、ジョイスティックレバーの操作に対して補助力または反力を付与する。変位検出部は、ジョイスティックレバーの変位を検出する。角度検出部は、実ステアリング角を検出する。制御部は、変位検出部および角度検出部による検出に基づいて、ジョイスティックレバーがフロントフレームの回転方向の反対方向に操作されていることを検出した場合、ジョイスティックレバーの操作に対して反力を付与するように力付与部を制御する。
このため、反転操作の際のジョイスティックレバーの操作感が重くなり、制御弁の左右位置の急な切り替わりを遅らせ、車体の振動の発生を抑制できる。
このように反転操作が検出された場合、制御弁の中立位置に達する前にジョイスティックレバーの操作に対して反力が付与される。すなわち、反転操作の際に制御弁の中立位置を越えるのを阻害するようにジョイスティックレバーの操作に対して反力が発生させる。
このため、反転操作の際に中立位置に近づくとジョイスティックレバーの操作感が重くなり、制御弁の左右位置の急な切り替わりを遅らせ、車体の振動の発生を抑制できる。
これにより、ジョイスティックレバーがフロントフレームの回転方向の反対方向に操作され、中立位置から所定の角度範囲内に位置するとき、ジョイスティックレバーの操作に対して反力が付与される。すなわち、反転操作の際に中立位置を越え、ジョイスティックレバーと中立位置の差がフレームの回転方向と反対方向に増加するのを阻害するようにジョイスティックレバーの操作に対して反力を発生させる。
これにより、ジョイスティックレバーがフロントフレームの回転方向の反対方向に操作されたことを検出することが出来る。
これにより、ジョイスティックレバーがフロントフレームの回転方向の反対方向に操作されたことを検出することが出来る。
このように、偏差角の絶対値が第3の所定値よりも小さい場合には、制御弁の中立位置に近い位置にジョイスティックレバーが操作されていると判断できる。これによって、反転操作の際に中立位置近傍に達したときにジョイスティックレバーの操作に対して反力を付与できる。
これにより、オペレータがジョイスティックレバー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。
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。
これにより、オペレータの操作によってパイロット圧を調整し、ステアリング弁から油圧アクチュエータへの油の供給量が制御され、フロントフレームのリアフレームに対するステアリング角が変更される。
これにより、ジョイスティックレバーと制御弁を連結する連結部に電動モータの力を伝達でき、ジョイスティックレバーの操作に必要な力を変更できる。
これにより、反転操作の際に発生させる反力を作業車両の速度に応じて変化できる。
このため、反転操作の際にジョイスティックレバーの操作感が重くなり、制御弁の左右位置の急な切り替わりを遅らせ、車体の振動の発生を抑制できる。
(発明の効果)
本発明によれば、反転操作を行った場合に振動の発生を抑制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。
(実施の形態)
<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。
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に対するステアリング角を変更し、ホイールローダ1の進行方向を変更する。
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、を主に有する。
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(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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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、
フォローアップリンク92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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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、記憶部200と、モータトルク決定部201と、反転時反力決定部202と、トルク合算部203と、駆動回路204とを有している。
モータトルク決定部201、反転時反力決定部202、およびトルク合算部203は、CPU等の演算装置によって実行される。
反転時反力決定部202は、第1回転角検出部101および第2回転角検出部102からの検出信号に基づいて、オペレータがジョイスティックレバー24を操作して反転操作を行ったことを検出し、その際に付与する反力を決定する。
駆動回路204は、算出された目標アシストトルク(Tm)に基づいて電動モータ111を駆動する。
反転時反力決定部202は、反転操作検出部221と、中立位置近傍検出部222と、フレーム角速度算出部211と、フレーム角速度判定部212と、偏差角変化算出部213と、偏差角変化判定部214と、反転阻害力演算部215と、を有する。
フレーム角速度算出部211は、第2回転角検出部102の検出値θfb(=θs)に基づいて、フロントフレーム11がリアフレーム12に対して回転する際のフロントフレーム11の角速度(dθs/dt)を算出する。
偏差角変化算出部213は、車体―レバー偏差角度α(θin―θfb(=θs))の単位時間当たりの変化を算出することによって、偏差角の単位時間当たりの変化(dα/dt)を算出する。
反転操作検出部221は、オペレータがジョイスティックレバー24を操作して反転操作を行ったことを検出する。ここで、反転操作とは、ジョイスティックレバー24がフロントフレームの回転方向の反対方向に向かって操作されることである。
具体的には、(dθs/dt)/(dα/dt)の値が負である場合に、ジョイスティックレバー24がフロントフレーム11の回転方向と反対方向に操作されたことが検出される。
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。
以下に、本実施の形態のホイールローダ1の動作について説明する。
はじめに、一般的なステアリング操作について説明を行った後に反転操作について説明する。その後、ステアリング操作および反転操作時における力付与部27の制御について説明を行う。
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。
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21a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21b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。
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。
次に、反転操作について説明する。
図10(a)~(d)は、オペレータによる反転操作を説明するための模式図である。図10(a)~(d)の上側には、リアフレーム12に対するフロントフレーム11の回転を示しており、下側にはジョイスティックレバー24の回転を示している。
ジョイスティックレバー24が急に操作されるため、フロントフレーム11はリアフレーム12に対して右側に回転している状態で、ジョイスティックレバー24は左側に回転される。そのため、角度θ5と角度θ6の間の角度θ7でステアリング角θsと回転角θinが一致し、パイロット弁42が中立位置Npとなる。なお、ジョイスティックレバー24が急に左回転操作されるため、角度θ7は角度θ6とほぼ同じ値である。
以上のように、フロントフレーム11が右回転しているにもかかわらず、パイロット弁42が右パイロット位置Rpから左パイロット位置Lpに急に切り替わるため、車体に振動が生じる場合がある。
次に、この車体の振動を抑制するための力付与部の制御について説明する。
次に、上述した一般的なステアリング操作および反転操作における力付与部27の制御について説明する。
図11は、本実施の形態の力付与部の制御動作を示すフロー図である。
次に、ステップS20において、モータトルク決定部201によって偏差角度α(θin―θs)が演算される。
モータトルク決定部201は、記憶部200に予め記憶されている第1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)および第2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)に基づいて、モータトルク(Tm)を決定する。
図12(a)は、記憶部200に予め記憶されている第1アシストトルク情報を示す図である。図12(a)は、トルクセンサ103によって検出されたトルクに対して付与するアシストトルクを示す図である。図12(a)に示すアシストトルク情報では、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力付与部27によって右回転に力が加えられる場合を示し、負のアシストトルクが力付与部27によって左回転に力が加えられる場合を示す。
すなわち、図12(a)の線L1では、ジョイスティックレバー24を右側に操作した場合に、入力軸部81bに右回転方向に力が付与されることを示し、線L2では、ジョイスティックレバー24を左側に操作した場合に、入力軸部81bに左回転方向に力が付与されることを示す。また、トルクセンサ103によって検出されるトルクの絶対値が大きい程、付加されるアシスト力も大きくなるようアシストトルクが設定されている。
上述したように、ジョイスティックレバー24を左右に操作する際、偏差角度αが±θ3(キャッチアップ角ともいう)に達すると、第2センタピン77が壁部73ae、73beに当接する。このときジョイスティックレバー24を勢い良く操作すると、当接によって手首に急激に反動が生じる。
オペレータがジョイスティックレバー24を操作して入力軸部81bにトルクが生じると、モータトルク決定部201は、そのトルクTlから図12(a)に示す第1アシストトルク情報に基づいてトルクを求め、偏差角度αから図12(b)に示す第2アシストトルク情報に基づいてトルクを求める。そして、モータトルク決定部201は、求めた2つのトルクを合算して、モータトルク(Tm)を算出する。
再びフロー図の説明に戻る。次に、ステップS40において、フレーム角速度判定部212は、フレーム角速度算出部211によって算出された角速度の絶対値(|dθs/dt|)が、記憶部200に記憶されているフレーム角速度の所定値(例えば、5deg/sec)よりも大きいか否かを判定する。
一方、角速度の絶対値(|dθs/dt|)が、フレーム角速度の所定値(例えば、5deg/sec)よりも大きいと判定された場合には、制御は、ステップS50に進む。
ステップS50において、偏差角の単位時間当たりの変化の絶対値(|dα/dt|)が、偏差角の単位時間当たりの変化の所定値(例えば、10deg/sec)以下と判定された場合には、制御はステップS100へと進み、モータトルク決定部201で求められたモータトルク(Tm)で電動モータ111が駆動される。
そして、ステップS60において、反転操作検出部221は、フレーム角速度算出部211によって算出されたフレーム角速度(dθs/dt)と、偏差角変化算出部213によって算出された偏差角の単位時間当たりの変化(dα/dt)から、(dθs/dt)/(dα/dt)の値が負であるか否かを判定する。これによって、ジョイスティックレバー24がフロントフレーム11の回転方向の反対方向に操作されることが検出される。
一方、ステップS60において、(dθs/dt)/(dα/dt)の値が負であると判定された場合には、制御はステップS70へと進む。
ステップS70において、偏差角度の絶対値|α|が、偏差角度の所定値(例えば、5°)以上と判定された場合、制御はステップS100へと進み、モータトルク決定部201で求められたモータトルク(Tm)で電動モータ111が駆動される。
そして、ステップS80において、反転阻害力演算部215によって反転阻害力(Th)が算出される。この反転阻害力(Th)は、例えば、ジョイスティックレバー24の回転角速度(dθin/dt)を算出し、dθin/dtを変数として演算される。例えば、ジョイスティックレバー24の回転角速度が速い場合ほど、反転阻害力を大きするように設定することができる。
図14において、正の値の車体―レバー偏差角度α(°)は、ジョイスティックレバー24が中立位置Npから右側に回転操作される場合を示す。正の値の車体―レバー偏差角度α(°)における正のレバー反力は、左方向の反力(右から中立位置Npに戻ろうとする力)を示す。正の値の車体―レバー偏差角度α(°)における負のレバー反力は、右方向の反力を示す。
そして、ステップS100において、合算されたモータトルク(Tm)に基づいて駆動回路204に指令トルクが出力される。そして、駆動回路204からの指令トルクに基づいて、電動モータ111が駆動して入力軸部81bに力が付与され、ジョイスティックレバー24の操作に対して力が付与される。
また、偏差角度が±θ4に達すると、レバー反力が大きくなり、キャッチアップ角における手首への反動が抑制される。
(1)
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)は、フロントフレーム11とリアフレーム12が連結されたアーティキュレート式のホイールローダであって、ジョイスティックレバー24と、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、第1回転角検出部101(変位検出部の一例)と、第2回転角検出部102(角度検出部の一例)と、制御部28とを備える。ジョイスティックレバー24は、オペレータによって操作され、目標ステアリング角を設定可能である。ステアリングシリンダ21、22は、油圧によって駆動され、ジョイスティックレバー24の操作に応じてリアフレーム12に対するフロントフレーム11の実ステアリング角θsを変更する。パイロット弁42は、目標とするステアリング角θinと実ステアリング角θsの偏差がなくなるように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し、目標とするステアリング角θinと実ステアリング角θsが一致した状態において中立位置Npをとる。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。第1回転角検出部101は、ジョイスティックレバー24の回転角(変位の一例)を検出する。第2回転角検出部102は、実ステアリング角θsを検出する。制御部28は、第1回転角検出部101および第2回転角検出部102による検出に基づいて、ジョイスティックレバー24がフロントフレーム11の回転方向の反対方向に向かって反転操作されていることを検出した場合、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力付与部27を制御する。
このため、反転操作の際にジョイスティックレバー24の操作感が重くなり、パイロット弁42の左右位置の急な切り替わりを遅らせ、車体の振動の発生を抑制できる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部28は、中立位置Npに達する前に、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力付与部27を制御する。
このように反転操作が検出された場合、パイロット弁42の中立位置Npに達する前にジョイスティックレバー24の操作に対して反力が付与される。すなわち、反転操作の際にパイロット弁42の中立位置Npを越えるのを阻害するようにジョイスティックレバー24の操作に対して反力が発生させる。
このため、反転操作の際に中立位置Npに近づくとジョイスティックレバー24の操作感が重くなり、パイロット弁42の左右位置の急な切り替わりを遅らせ、車体の振動の発生を抑制できる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部28は、中立位置Npから±5°(所定の角度範囲内の一例)において、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がフロントフレーム11の回転方向の反対方向に操作され、中立位置Npから所定の角度範囲内において、ジョイスティックレバー24の操作に対して反力が付与される。すなわち、反転操作の際に中立位置Npを越え、その差をフロントフレーム11の回転方向を反対方向に増加するのを阻害するようにジョイスティックレバー24の操作に対して反力を発生させる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)は、制御部28は、フレーム角速度判定部212を更に有する。フレーム角速度判定部212は、図11に示すように、第2回転角検出部102の検出に基づいて求められるフロントフレーム11がリアフレーム12に対して回転する際のフレーム角速度の絶対値(|dθ/dt|)が、5deg/sec(第1の所定値の一例)よりも大きいか否か判定する。制御部28は、フレーム角速度判定部212によってフレーム角速度の絶対値(|dθ/dt|)が5deg/secよりも大きい判定された場合に、反力を発生するように力付与部27を動作させる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部28は、偏差角変化算出部213と、偏差角変化判定部214と、を更に有する。偏差角変化算出部213は、図11に示すように、第1回転角検出部101および第2回転角検出部102の検出に基づいて、ジョイスティックレバー24の回転角θinと実ステアリング角θinの回転角の差である偏差角の単位時間当たりの変化(dα/dt)を算出する。偏差角変化判定部214は、偏差角変化算出部213によって算出された偏差角の単位時間当たりの変化の絶対値(|dα/dt|)が、10deg/sec(第2の所定値の一例)よりも大きいか判別する。制御部28は、偏差角変化判定部214によって偏差角の単位時間当たりの変化の絶対値(|dα/dt|)が10deg/secよりも大きいと判定された場合に、反力を発生するように力付与部27を動作させる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部28は、偏差角変化算出部213と、反転操作検出部221と、を有する。偏差角変化算出部213は、第1回転角検出部101(変位検出部の一例)および第2回転角検出部102(角度検出部の一例)の検出に基づいて、ジョイスティックレバー24の回転角θinと実ステアリング角θsの回転角の差である偏差角の単位時間当たりの変化(dα/dt)を算出する。反転操作検出部221は、第2回転角検出部102の検出に基づいて求められるフロントフレーム11がリアフレーム12に対して回転する際のフレーム角速度(dθs/dt)と、偏差角変化算出部213によって算出された偏差角の単位時間当たりの変化(dα/dt)とに基づいて、ジョイスティックレバー24がフロントフレーム11の回転方向の反対方向に操作されたことを検出する。
これにより、ジョイスティックレバーがフロントフレームの回転方向の反対方向に操作されたことを検出することが出来る。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)では、制御部28は、中立位置近傍検出部222(偏差角度判定部の一例)を有する。中立位置近傍検出部222は、図11に示すように、第1回転角検出部101および第2回転角検出部102の検出に基づいて、ジョイスティックレバー24の回転角θinと実ステアリング角θsの回転角の差である偏差角αの絶対値が5°(第3の所定値の一例)よりも小さいか否か判定する。制御部28は、中立位置近傍検出部222によって偏差角αの絶対値が5°よりも小さいと判定された場合に、反力を発生するように力付与部27を動作させる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)は、トルクセンサ103を更に備える。トルクセンサ103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(Tl)を検出する。制御部28は、トルクセンサ103によって検出されたトルク(Tl)に基づいた大きさの反力を付与するよう力付与部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(Tl)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。
本実施の形態のホイールローダ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、を有する。操作入力軸61は、ジョイスティックレバー24に連結されジョイスティックレバー24の回転角θin(操作量の一例)に応じて変位する。フィードバック入力軸62は、実ステアリング角θsに応じて変位する。パイロット弁42は、フィードバック入力軸62の回転角θfb(=θs)変位量に対する操作入力軸61の回転角の差α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制御する。中立位置Npは、操作入力軸61の回転角θinがフィードバック入力軸62の回転角θfb(=θs)と一致する位置である。
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。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)は、ステアリング弁32を更に備える。ステアリング弁32は、パイロット弁42(制御弁の一例)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。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。
これにより、オペレータの操作によってパイロット圧を調整し、ステアリング弁32からステアリングシリンダ21,22への油の供給量が制御され、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が変更される。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)は、連結部25を更に備える。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を連結する。力付与部27は、電動モータ111と、ウォームギア112(伝達機構の一例)とを有する。電動モータ111は、補助力または反力を発生する。ウォームギア112(伝達機構の一例)は、電動モータ111による補助力または反力を連結部に伝達する。
これにより、ジョイスティックレバー24とパイロット弁42を連結する連結部25に電動モータ111の力を伝達でき、ジョイスティックレバー24の操作に必要な力を変更できる。
本実施の形態のホイールローダ1(作業車両の一例)の制御方法は、フロントフレーム11とリアフレーム12が連結されたアーティキュレート式であって、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)への油の供給を制御するパイロット弁42(制御弁の一例)に連結されたジョイスティックレバー24を有するホイールローダ1の制御方法であって、ステップS60(反転操作検出ステップの一例)と、力付与ステップ(ステップS100)と、を備える。ステップS60(反転操作検出ステップの一例)は、ジョイスティックレバー24がフロントフレーム11の回転方向の反対方向に操作されていることを検出する。ステップS100(力付与ステップの一例)は、ステップS60(反転操作検出ステップの一例)によって反転操作が検出された場合、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。
このため、反転操作の際にジョイスティックレバー24の操作感が重くなり、パイロット弁42の左右位置の急な切り替わりを遅らせ、車体の振動の発生を抑制できる。
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。
(A)
上記実施の形態では、モータトルク決定部201で決定されたモータトルク(Tm)に反転阻害力演算部215によって演算された反転阻害力(Th)を合算しているが、モータトルク決定部201が設けられておらず、反転阻害力(Th)のみを電動モータ111が入力軸部81bに付与してもよい。
上記実施の形態では、モータトルク決定部201は、図12(a)に示す第1アシストトルク情報および図12(b)に示す第2アシストトルク情報に基づいて、アシストトルクを算出し、そのアシストトルクをモータトルク(Tm)としているが、更に、車速センサ105によって検出される車両速度に基づいて、アシストトルクを変更するようにしてもよい。
そして、ステップS80において、反転阻害力演算部215が反転阻害力(Th)を算出する際に、図15の式(Th=g(dθin/dt、 V)*K)に示すように、車速Vも考慮して反転阻害力を算出する。例えば、車速が大きい程、反転阻害力を大きくするように関数gを設定すればよい。これによって、高速運転中において反転操作を行った場合の振動の発生を抑制でき、高速安定性を向上できる。
上記実施の形態では、反転操作検出部221は、ステップS60において、フレーム角速度(dθs/dt)と偏差角の単位時間当たりの変化(dα/dt)を用いて反転操作の検出を行っているが、ジョイスティックレバー24の角速度(dθin/dt)の方向と、フレーム角速度(dθs/dt)の方向に基づいて反転操作の検出を行っても良い。この場合、反転操作検出部221は、第1回転角検出部101による検出値に基づいて求められたジョイスティックレバー24の角速度(dθin/dt)と、フレーム角速度(dθs/dt)の方向が逆である場合((dθin/dt)/(dθs/dt)<0)に、反転操作が行われていることを検出する。
上記実施の形態では、ステップS10において、制御部28は、第2回転角検出部102から回転角θfb(=θs)を読み込んでいるが、これに限らず、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を読み込んでもよいし、シリンダストロークセンサ106、107の検出値を読み込んでステアリング角θsを算出してもよい。
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。
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。
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16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、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。
上記実施の形態では、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。
上記実施の形態では、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。
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。
(I)
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
(J)
上記実施の形態では、ホイールローダ1を作業車両の一例として記載しているが、ホイールローダに限らなくてもよく、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く、アーティキュレート式の作業車両であればよい。
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
22 :ステアリングシリンダ
22a :伸長ポート
22b :収縮ポート
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
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
39 :第2ステアリング管路
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
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
200 :記憶部
201 :モータトルク決定部
202 :反転時反力決定部
203 :トルク合算部
204 :駆動回路
211 :フレーム角速度算出部
212 :フレーム角速度判定部
213 :偏差角変化算出部
214 :偏差角変化判定部
215 :反転阻害力演算部
221 :反転操作検出部
222 :中立位置近傍検出部
Claims (14)
- フロントフレームとリアフレームが連結されたアーティキュレート式の作業車両であって、
オペレータによって操作され、目標ステアリング角を設定可能なジョイスティックレバーと、
油圧によって駆動され、前記ジョイスティックレバーの操作に応じて前記リアフレームに対する前記フロントフレームの実ステアリング角を変更する油圧アクチュエータと、
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がなくなるように前記油圧アクチュエータに供給される油の流量を制御し、前記目標ステアリング角と前記実ステアリング角が一致した状態において中立位置をとる制御弁と、
前記ジョイスティックレバー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、
前記ジョイスティックレバーの変位を検出する変位検出部と、
前記実ステアリング角を検出する角度検出部と、
前記変位検出部および前記角度検出部による検出に基づいて、前記ジョイスティックレバーが前記フロントフレームの回転方向の反対方向に操作されていることを検出した場合、前記ジョイスティックレバーの操作に対して反力を付与す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。 - 前記制御部は、前記中立位置に達する前に、前記ジョイスティックレバーの操作に対して反力を付与す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。 - 前記制御部は、前記中立位置から所定の角度範囲内において、前記ジョイスティックレバーの操作に対して反力を付与するように前記力付与部を動作させる、
請求項2に記載の作業車両。 - 前記制御部は、
前記角度検出部の検出に基づいて求められる前記フロントフレームが前記リアフレームに対して回転する際のフレーム角速度が、第1の所定値よりも大きいか否か判定するフレーム角速度判定部を有し、
前記フレーム角速度判定部によって前記フレーム角速度が前記第1の所定値よりも大きいと判定された場合に、前記反力を発生するように前記力付与部を動作させる、
請求項1に記載の作業車両。 - 前記制御部は、
前記変位検出部および前記角度検出部の検出に基づいて、前記ジョイスティックレバーと前記実ステアリング角の回転角の差である偏差角の単位時間当たりの変化を算出する偏差角変化算出部と、
前記偏差角変化算出部によって算出された前記偏差角の単位時間当たりの変化の絶対値が、第2の所定値よりも大きいか判別する偏差角変化判定部と、を更に有し、
前記偏差角変化判定部によって前記偏差角の単位時間当たりの変化の絶対値が前記第2の所定値よりも大きいと判定された場合に、前記反力を発生するように前記力付与部を制御する、
請求項1又は4に記載の作業車両。 - 前記制御部は、
前記変位検出部および前記角度検出部の検出に基づいて、前記ジョイスティックレバーと前記実ステアリング角の回転角の差である偏差角の単位時間当たりの変化を算出する偏差角変化算出部と、
前記角度検出部の検出に基づいて求められる前記フロントフレームが前記リアフレームに対して回転する際のフレーム角速度と、前記偏差角変化算出部によって算出された前記偏差角の単位時間当たりの変化とに基づいて、前記ジョイスティックレバーが前記フロントフレームの回転方向の反対方向に操作されたことを検出する反転操作検出部とを有する、
請求項1に記載の作業車両。 - 前記制御部は、
前記変位検出部の検出に基づいて求められる前記ジョイスティックレバーの角速度の方向と、前記角度検出部の検出に基づいて求められる前記フロントフレームが前記リアフレームに対して回転する際のフレーム角速度の方向が逆であることにより、前記ジョイスティックレバーが前記フロントフレームの回転方向の反対方向に操作されていることを検出する反転操作検出部を有する、
請求項1に記載の作業車両。 - 前記制御部は、
前記変位検出部および前記角度検出部の検出に基づいて、前記ジョイスティックレバーと前記実ステアリング角の回転角の差である偏差角の絶対値が第3の所定値よりも小さいか否か判定する偏差角度判定部を、有し、
前記制御部は、前記偏差角度判定部によって前記偏差角の絶対値が前記第3の所定値よりも小さいと判定された場合に、前記反力を発生するように前記力付与部を動作させる、
請求項3に記載の作業車両。 - 前記ジョイスティックレバーの操作によって生じるトルクを検出するトルクセンサを更に備え、
前記制御部は、
前記トルクセンサによって検出されたトルクに基づいた大きさの前記反力を付与するよう前記力付与部を動作させる、請求項1に記載の作業車両。 - 前記制御弁は、
前記ジョイスティックレバーに連結され前記ジョイスティックレバーの操作量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、を有し、
前記第2入力部材の変位量に対する前記第1入力部材の変位量の差に応じて、前記油圧アクチュエータに供給される油の流量を制御し、
前記中立位置は、前記第1入力部材の変位量が前記第2入力部材の変位量と一致する位置である、
請求項1に記載の作業車両。 - 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。 - 前記ジョイスティックレバーと前記制御弁を連結する連結部を更に備え、
前記力付与部は、
前記補助力または前記反力を発生する電動モータと、
前記電動モータによる前記補助力または前記反力を前記連結部に伝達する伝達機構と、を有する、
請求項1に記載の作業車両。 - 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、前記速度検出部によって検出される速度に応じて、前記ジョイスティックレバーの操作に対して付与する反力を変更す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。 - フロントフレームとリアフレームが連結されたアーティキュレート式であって、前記リアフレームに対する前記フロントフレームのステアリング角を変更する油圧アクチュエータへの油の供給を制御する制御弁に連結されたジョイスティックレバーを有する作業車両の制御方法であって、
前記ジョイスティックレバーが前記フロントフレームの回転方向の反対方向に操作されていることを検出する反転操作検出ステップと、
前記反転操作検出ステップによって反転操作が検出された場合、前記ジョイスティックレバーの操作に対して反力を付与する力付与ステップと、を備えた、作業車両の制御方法。
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