(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイール（３４）の操作に対して操向輪（７）の操向作動量を変更可能な操向装置（４８）を有する作業車両の操向制御装置に於いて、機体（２）の操舵角を検出する検出手段（３７）と、この検出に基づいて操舵角の変化速度を演算する制御手段（５０）を設け、操舵角の変化速度が予め設定された変化速度になったときに前記操向装置（４８）を作動するとともに、この設定された変化速度をステアリングホイール（３４）或いは操向輪（７）の操作位置に応じて異なる値に設定したことを特徴とする作業車両の操向制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は作業車両の操向制御装置に関するものであり、特に、ステアリングホイールの操作に対して操向輪の作動を変更可能な操向装置を有する作業車両の操向制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トラクタや田植機或いはブルドーザ等の作業車両には全油圧式パワーステアリング装置が備えられており、ステアリングホイールの回転操作で油圧コントローラが作動し、該油圧コントローラを介して操向シリンダへ圧力油が供給されることにより、軽快にステアリング操作を行えるようにしている。
【０００３】
前記全油圧式パワーステアリング装置では、標準的と思われるステアリング操作感度に合わせてステアリングホイールの回転数（ロック・トゥ・ロック）が設定されており、通常ではステアリング操作に対する操向輪の切れ角を変更することはできない。例えばトラクタが圃場の端部でＵターンする際に、ステアリングホイールを左右何れかのロック位置まで操作するのに時間を要すれば、これに比例して操向輪の切れ角変化が遅くなる。然るときは、機体の旋回半径が大きくなるとともに、旋回時間も長くなって作業効率が低下する。
【０００４】
この不具合を解消するために、前記油圧コントローラとは別に補助制御弁を設け、該補助制御弁を介して操向シリンダへ圧力油を供給する操向装置を備えたトラクタが知られている（例えば特開平７−３２９８０１号公報や特開平８−１５６８１２号公報）。この操向装置を作動させることにより、ステアリングホイールの操作に対して或いはステアリングホイールを操作せずに、操向輪の作動を変更して切れ角を大きくし、機体の急旋回を可能にしている。
【０００５】
また、ステアリング操作速度を検出する手段を設け、ステアリング操作速度が予め定められた速度になったときに、補助制御弁を切り換えて操向シリンダへ圧力油を供給するようにした操向装置を本願出願人は提案している（特願平９−１５１５５号）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した特開平７−３２９８０１号公報記載の操向装置は、操向シリンダの作動速度を変えるときには、その都度操向レバーを手動操作しなければならず、操作性が良好ではない。また、特開平８−１５６８１２号公報記載の操向装置は、操縦ハンドルの操作量に比例して操向シリンダの作動速度を早くできるが、操向シリンダへの給排量を変更する場合は、モード切換スイッチを手動操作しなければならない。
【０００７】
一方、特願平９−１５１５５号の操向装置は、ステアリング操作速度が早くなったときは、自動的に操向装置を作動させて操向輪の切れ角を大きくできるが、該操向装置が不慮作動すると、機体が大きくふらついて却って操作しずらい。例えば、圃場端部でトラクタを旋回した後に条合わせする場合、不慣れな作業者は機体を蛇行させることがあり、蛇行を止めようとしてステアリングホイールの中立域付近で急速な回転操作をすれば、このときにステアリング操作速度を検出して操向装置が作動し、機体は更に大きく蛇行することになる。
【０００８】
また、トラクタの作業中に、畝と畝の間に後輪を落として走行したり、或いは、傾斜して滑りやすい砂地を横切って走行するとき等は、操向輪（前輪）を直進位置とはやや違った方向へ向けながら機体を直進させることがある。このように、機体が傾斜してステアリングホイールを傾けたまま把持した状態では、ステアリングホイールを急峻に操作することは困難であり、前述とは逆にステアリング操作速度が定められた速度に達しないため操向装置が作動しない。
【０００９】
そこで、ステアリングホイールの操作に対して操向輪の作動を変更可能な操向装置を有する作業車両に於いて、ステアリング操作速度が早くなったときは、自動的に操向装置を作動させて操向輪の切れ角を大きくするとともに、ステアリングホイールの操作位置に応じて操向装置の作動開始を制御するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、ステアリングホイール（３４）の操作に対して操向輪（７）の操向作動量を変更可能な操向装置（４８）を有する作業車両の操向制御装置に於いて、機体（２）の操舵角を検出する検出手段（３７）と、この検出に基づいて操舵角の変化速度を演算する制御手段（５０）を設け、操舵角の変化速度が予め設定された変化速度になったときに前記操向装置（４８）を作動するとともに、この設定された変化速度をステアリングホイール（３４）或いは操向輪（７）の操作位置に応じて異なる値に設定した作業車両の操向制御装置を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳述する。図１はトラクタ１を示し、機体２の前部にエンジン３を搭載し、エンジン３の動力はミッションケース５内に設けられた変速装置により減速され、後輪６へ伝達して二輪駆動にするか、或いは後輪６と前輪７へ伝達して四輪駆動にする。また、ミッションケース５内で走行系動力からＰＴＯ系動力を分岐してＰＴＯ軸８に伝達する。エンジン３の回転数はエンジン回転数センサ９にて検出する。
【００１２】
一方、機体２の後部にリンク機構１５を介して耕耘用の作業機１６を連結する。このリンク機構１５はトップリンク１７と左右のロワーリンク１８からなる３点リンク方式であり、左右のリフトアーム１９の先端と左右のロワーリンク１８とを夫々リフトロッド２０にて連結してある。
【００１３】
そして、ミッションケース５の上部に設けられたリフトシリンダ２１の作動によりリフトアーム１９を回動すれば、前記ロワーリンク１８が上下動して作業機１６が昇降する。リフトアーム１９の回動角はリフトアームセンサ２２にて検出する。また、作業機１６のメインカバー２３の後端にリヤカバー２４を回動自在に取り付け、デプスセンサ２５によりリヤカバー２４の回動角を検出する。
【００１４】
ここで、運転席２８の側部にはコンソールボックス２９が設置されており、このコンソールボックス２９にポジションレバー３０を取り付けるとともに、耕深設定ダイヤルをはじめとして四駆切換スイッチやＰＴＯスイッチ等各種スイッチが設けられている。運転席２８の下部には車速センサ３３を設け、トラクタ１の走行速度を検出する。
【００１５】
また、ステアリングホイール３４の近傍位置に前後進切換レバー３５を設けるとともに、操舵角を検出する手段としてステアリングシャフト３６に操舵角センサ３７を装着し、ステアリングシャフト３６の回転操作を検出する。尚、図示は省略するが、ピットマンアームの近傍に操舵角センサを設置し、ピットマンアームの回動角を読み取って操舵角を検出するように形成してもよい。更に、運転フロアに設けられたブレーキペダル３８の回動基部にブレーキスイッチ３９を設け、ブレーキペダル３８の踏み込み操作を検出する。
【００１６】
図２は本発明の操向制御装置の回路を示し、ステアリングホイール３４の操作に対して操向輪である前輪７の操向作動量を変更可能にする操向装置として、油圧ポンプ４５、油圧コントローラ４６、操向シリンダ４７等からなる全油圧式パワーステアリング装置４８が設けられている。また、ステアリングシャフト３６には前述した操舵角を検出する手段として操舵角センサ３７が設けられており、該操舵角センサ３７の検出信号は制御手段であるコントローラ５０へ入力される。
【００１７】
前記油圧コントローラ４６と操向シリンダ４７との間には、油圧コントローラ４６とは別に補助制御弁５１が介装されている。該補助制御弁５１は６ポート２位置の電磁弁であり、油圧コントローラ４６と操向シリンダ４７とを接続している油路５２，５３へ通じる各ポートのほかに、タンク５４へ連通する油路５５のポートが設けられている。尚、油圧コントローラ４６からの戻り油及び油路５５の油はタンク５４へ戻されるが、その一部は主クラッチ５６の潤滑油として使用される。
【００１８】
いま、前記補助制御弁５１がノーマル位置イにある状態で、例えば、ステアリングホイール３４を左旋回操作した場合は、油圧コントローラ４６から油路５２を経て送られる圧力油が、補助制御弁５１のノーマル位置イを通過して一方のパイロット操作逆止弁５７を押し開き、操向シリンダ４７の左ポートＰ1 へ供給される。このとき、油路５２側から導出されるパイロット圧の作用で、他方のパイロット操作逆止弁５８のポペットも押し開かれるので、操向シリンダ４７内の油が右ポートＰ2 から油路５３へ排出される。
【００１９】
従って、操向シリンダ４７のピストンロッド５９が図中右へ移動し、左右のナックルアーム６０を介して前輪７が左側へ操向される。油路５３へ排出された圧力油は、補助制御弁５１のノーマル位置イを通過して、油圧コントローラ４６からタンク５４に戻される。一方、ステアリングホイール３４を右旋回操作した場合は、上記作用とは逆に、操向シリンダ４７の右ポートＰ2 へ圧力油が供給され、操向シリンダ４７のピストンロッド５９が図中左へ移動して前輪７が右側へ操向される。
【００２０】
前記補助制御弁５１がノーマル位置イにある状態では、ステアリングホイール３４を左右どちらへ旋回操作した場合でも、補助制御弁５１を通過する圧力油の一部が油路５５から分岐してタンク５４へ戻されるので、操向シリンダ４７への給排量が減少する。これに対して、コントローラ５０からの信号によって補助制御弁５１がオフセット位置ロに切り換わった状態では、油圧コントローラ４６から送られた圧力油が、補助制御弁５１を全量通過して操向シリンダ４７への給排が行われる。
【００２１】
従って、前記補助制御弁５１がノーマル位置イにある状態に比べ、補助制御弁５１がオフセット位置ロにある状態では操向シリンダ４７の作動速度が早くなり、ステアリングホイール３４のロック・トゥ・ロックが小さくなるので、同じステアリング操作でも前輪７の切れ角が大きくなる。本発明の操向制御装置では、前記補助制御弁５１がノーマル位置イにある状態で、ステアリングホイール３４のロック・トゥ・ロックが標準的な通常値となるように、予め油圧コントローラ４６の流量を設定しておく。
【００２２】
而して、通常の走行や作業のときは前記補助制御弁５１をノーマル位置イにする。前述したように、この状態ではステアリングホイール３４のロック・トゥ・ロックが通常値となっているため、従来と同様のステアリング操作感度で前輪７が操向される。そして、後述するパワーステアリングの速度を早くする制御出力（以下「パワステ増幅出力」という）があったときは、コントローラ５０からの信号により補助制御弁５１をオフセット位置ロに切り換える。この状態では、ステアリングホイール３４のロック・トゥ・ロックが小さくなるので、少ないステアリング操作で前輪７の切れ角が大きくなり、ステアリング操作感度が敏感になる。
【００２３】
また、油圧コントローラ４６に対して補助制御弁５１を直列に配置してあるので、万一、補助制御弁５１が故障してスプールが切り換わったままロックした場合でも、油圧コントローラ４６から送られた圧力油が補助制御弁５１のノーマル位置イまたはオフセット位置ロを通過して操向シリンダ４７へ給排されるので、ステアリングホイール３４を操作することにより前輪７の操向が可能である。
【００２４】
尚、ステアリングホイールの操作に対して操向輪の作動を変更可能にする操向装置としては、前述した全油圧式パワーステアリング装置４８のほかに、図示は省略するが、ステアリングシャフトに変速装置を装着し、この変速装置によってスアリングシャフトの回転を変速可能に形成するとともに、アクチュエータを切り換えて前記変速装置を作動させるメカニカル式操向装置を使用することもできる。
【００２５】
次に、本発明の操向制御装置の制御手順について説明する。図３は制御の一例を示すフローチャートであり、先ず、リフトアームセンサ２２や操舵角センサ３７等の各センサの検出値、並びに、ポジションレバー３０やブレーキスイッチ３９等の各レバーやスイッチの設定位置をコントローラ５０へ読み込む（ステップ１０１）。続いて、図４に示す選択スイッチ６５の選択位置に応じて、作動領域の区分パターンをセットし（ステップ１０２）、操舵角センサ３７の検出値に基づいてステアリングホイール３４或いは前輪７の操作位置（以下「ステアリング操作位置」という）と、ステアリングホイール３４の回転操作による操舵角の変化速度を演算する（ステップ１０３）。そして、図５に示すグラフから現在の作動領域を判断し（ステップ１０４）、作動領域がＡ領域と判定されたときはステップ１０５へ進んでパワステ増幅出力オフとなり、作動領域がＢ領域と判定されたときはステップ１０６へ進んでパワステ増幅出力オンとなる。
【００２６】
ここで、図５に示すように、Ａ領域とＢ領域の区分は、ステアリング操作位置と操舵角の変化速度により決定される。ステアリング操作位置によってＡ領域の限界は異なるが、作動領域がＡ領域のときはパワステ増幅出力オフとなり、操舵角の変化速度が早くなってＡ領域の限界を超えたときは、作動領域がＢ領域になってパワステ増幅出力オンとなる。
【００２７】
Ａ領域ではパワステ増幅出力オフであるため、図２に示した補助制御弁５１に対してコントローラ５０から制御信号が出力されない。従って、補助制御弁５１がノーマル位置イに保持されて、ステアリングホイール３４のロック・トゥ・ロックは通常値となるため、従来と同様のステアリング操作感度で前輪７が操向される。これに対して、Ｂ領域ではパワステ増幅出力オンとなるため、コントローラ５０からの信号により補助制御弁５１がオフセット位置ロに切り換わり、ステアリングホイール３４のロック・トゥ・ロックが小さくなるので、ステアリング操作が少なくても前輪の切れ角が大きくなる。
【００２８】
図５に示すように、ステアリング操作位置が中立位置及びその左右近傍のα位置までの中立域では、操舵角の変化速度に拘わらずＡ領域になっており、パワステ増幅出力オフにする。例えば、条合わせ作業ではステアリングホイールの中立位置付近で急峻な回転操作を行う場合が多く、ステアリング操作に比例して前輪の切れ角が従来と同様に変化した方が操作し易いが、このようなときに前輪７の切れ角変化が敏感になりすぎると作業に支障をきたすので、ステアリング操作位置が中立域では、操舵角の変化速度に拘わらずパワステ増幅出力の制御に入らないように牽制領域が設けられている。
【００２９】
そして、ステアリングホイールがα領域を超えてロック位置方向へ操作されるのに伴ってＡ領域が狭くなり、左右のロック位置になったときに最もＡ領域が狭くなっている。従って、ステアリングホイールを左右どちらかへ回転して操作量が増加した状態では、操舵角の変化速度が少し早くなればＢ領域になり、パワステ増幅出力オンとなってステアリング操作感度が敏感になる。即ち、作業者が機体を急旋回したいときにステアリングホイールを早く回転させれば、パワステ増幅出力の制御が開始されることになる。
【００３０】
ここで、作動領域の区分パターンを予め数種類設定しておき、トラクタの出荷時或いはメンテナンス時に、その中から最適な区分パターンを選択するように構成することもできる。図４は作動領域の区分パターンの選択スイッチ６５を示し、該選択スイッチ６５を回転しながら目盛りを合わせることにより、数種類の区分パターンの一つを選択できるように形成してある。更に、選択スイッチ６５の目盛りを「切」位置にセットすれば、操舵角の変化速度を早くしてもパワステ増幅出力の制御が行われなくなる。
【００３１】
該選択スイッチ６５は機体の何れかの場所に設置されるが、作業中に該選択スイッチ６５が操作されるとステアリング操作感度が急変するため、通常では該選択スイッチ６５を簡単に操作できない状態に設置するのが好ましい。また、選択スイッチによって作動領域の区分パターンを選択するのではなく、出荷時にフラッシュメモリへ作動領域の標準的な区分パターンを書き込んでおき、必要に応じてメンテナンス時に、マイコンチェッカの使用により他の区分パターンに書き換えるように構成してもよい。
【００３２】
図６はステアリングホイールの右方向への操作位置に於ける作動領域の一例を示し、Ａ領域とＢ領域の区分パターンを▲１▼から▲４▼までの４種類設定してある。予め、前記選択スイッチ６５或いはマイコンチェッカ等により、▲１▼の区分パターンを選択している場合は、他の区分パターンに比して操舵角の変化速度がかなり早くなってからＢ領域になる。これに対して、▲４▼の区分パターンを選択している場合は、操舵角の変化速度が少し早くなるとＢ領域になる。
【００３３】
而して、▲１▼の区分パターンの場合は、ステアリング操作位置が中立域のα位置を過ぎてからもパワステ増幅出力の制御開始のタイミングが遅く、ステアリングホイールを比較的早く回転しても、操向輪の切れ角変化は通常と同様になる。区分パターンが▲２▼、▲３▼、▲４▼となるのに従ってパワステ増幅出力の制御開始のタイミングが順次早くなり、ステアリングホイールの回転を少し早くするだけで、操向輪の切れ角変化が大きくなる。即ち、ステアリング操作感度は▲１▼が最も鈍く、▲４▼が最も敏感になり、作業内容や作業者に応じて最適な操向制御を行うことができる。
【００３４】
尚、図示は省略するが、ステアリングホイールの左方向への操作位置に於ける作動領域は、右方向への操作位置に於ける作動領域と対称的に設定される。また、Ａ領域とＢ領域の境界線は必ずしも直線で表されるとは限られず、中立位置からロック位置方向へ操作されるのに従い、Ａ領域がステップ状に段階的に減少したり、或いは曲線的に減少するように設定することも可能である。
【００３５】
而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では操舵角の変化速度が予め設定した変化速度になったときに、上記操向装置によって操向輪（７）の操向作動量を変更し、少ないステアリング操作で前記操向輪の切れ角を大きくすることができる。そして、この設定された変化速度をステアリング操作位置に応じて異なる値に設定したことにより、操向制御の開始タイミングを変えることができる。
【００３８】
斯くして、作業状況並びに作業者の技量や操作感覚等に合わせて最適な操向制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施の形態を示すものである。
【図１】トラクタの側面図。
【図２】操向制御装置の回路図。
【図３】制御手順を示すフローチャート。
【図４】作動領域の区分パターンを選択する選択スイッチの正面図。
【図５】作動領域の区分を示すグラフ。
【図６】作動領域の区分パターンを数種類設定した一例を示すグラフ。
【符号の説明】
１        トラクタ（作業車両）
２ 機体
７        前輪（操向輪）
３４        ステアリングホイール
３７        操舵角センサ（操舵角を検出する検出手段）
４６        油圧コントローラ
４７        操向シリンダ
４８        全油圧式パワーステアリング装置（操向装置）
５０        コントローラ（制御装置）
５１        補助制御弁
６５        選択スイッチ
【図１】
0003867337.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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