特許 7417485 作業機械、および作業機械を制御するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-10

(45)【発行日】2024-01-18

(54)【発明の名称】作業機械、および作業機械を制御するための方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240111BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 H

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020118864

(22)【出願日】2020-07-10

(65)【公開番号】P2022015783

(43)【公開日】2022-01-21

【審査請求日】2023-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】平間 貴大

(72)【発明者】

【氏名】林 圭一

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０５１１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３００４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３９１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０２７７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１３７３３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のフレームと、
前記第１のフレームに対して回動可能に接続された第２のフレームと、
前記第２のフレームと前記第１のフレームとに接続され、前記第１のフレームに対して前記第２のフレームを回動させるステアリングシリンダと、
前記ステアリングシリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、
オペレータによって操作可能なステアリング操作部材と、
前記ステアリング操作部材の操作に応じたステアリング指令信号を出力するステアリング操作センサと、
前記油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサと、
前記ステアリング指令信号に応じて前記エンジンの回転速度を制御することで、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダに供給される作動油の流量を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記ステアリング指令信号に基づいて前記ステアリングシリンダの要求流量を決定し、
前記要求流量に基づいて要求エンジン回転速度を決定し、
前記吐出圧を取得し、
前記吐出圧と前記ステアリング指令信号とに基づいて、前記油圧ポンプの要求トルクを決定し、
前記要求トルクと前記要求エンジン回転速度とに基づいて、要求エンジン出力を決定し、
前記要求エンジン出力に応じて前記エンジンを制御する、
作業機械。

【請求項2】

第１のフレームと、
前記第１のフレームに対して回動可能に接続された第２のフレームと、
前記第２のフレームと前記第１のフレームとに接続され、前記第１のフレームに対して前記第２のフレームを回動させるステアリングシリンダと、
前記ステアリングシリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動するエンジンと、
オペレータによって操作可能なステアリング操作部材と、
前記ステアリング操作部材の操作に応じたステアリング指令信号を出力するステアリング操作センサと、
前記第２のフレームと前記第１のフレームとの間のアーティキュレート角度を示すアーティキュレート角度信号を出力する角度センサと、
前記ステアリング指令信号に応じて前記エンジンの回転速度を制御することで、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダに供給される作動油の流量を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記ステアリング指令信号に基づいて目標アーティキュレート角速度を決定し、
前記アーティキュレート角度信号に基づいて、実際のアーティキュレート角速度を取得し、
前記実際のアーティキュレート角速度が前記目標アーティキュレート角速度よりも遅いときには、前記エンジンの回転速度を増大させる、
作業機械。

【請求項3】

前記コントローラは、
前記ステアリング指令信号から前記ステアリング操作部材の操作速度を取得し、
前記操作速度に応じて、前記エンジンの回転速度を制御する、
請求項１又は２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記コントローラは、前記操作速度の増大に応じて前記エンジンの回転速度を増大させる、
請求項３に記載の作業機械。

【請求項5】

前記作業機械は、ホイールローダであり、
前記第２のフレームは、前記第１のフレームの前方に配置され、
前記第２のフレームに取り付けられる作業機と、
前記第１のフレームに取り付けられるリアタイヤと、
前記第２のフレームに取り付けられるフロントタイヤと、
をさらに備える、
請求項１から４のいずれかに記載の作業機械。

【請求項6】

第１のフレームと、前記第１のフレームに対して回動可能に接続された第２のフレームと、前記第２のフレームと前記第１のフレームとに接続され、前記第１のフレームに対して前記第２のフレームを回動させるステアリングシリンダと、前記ステアリングシリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するエンジンとを備える作業機械を制御するための方法であって、
オペレータによって操作可能なステアリング操作部材の操作に応じたステアリング指令信号を取得することと、
前記ステアリング指令信号に応じて前記エンジンの回転速度を制御することで、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダに供給される作動油の流量を制御することと、
前記ステアリング指令信号に基づいて前記ステアリングシリンダの要求流量を決定することと、
前記要求流量に基づいて要求エンジン回転速度を決定することと、
前記油圧ポンプの吐出圧を取得することと、
前記吐出圧と前記ステアリング指令信号とに基づいて、前記油圧ポンプの要求トルクを決定することと、
前記要求トルクと前記要求エンジン回転速度とに基づいて、要求エンジン出力を決定することと、
前記要求エンジン出力に応じて前記エンジンを制御すること、
を備える方法。

【請求項7】

第１のフレームと、前記第１のフレームに対して回動可能に接続された第２のフレームと、前記第２のフレームと前記第１のフレームとに接続され、前記第１のフレームに対して前記第２のフレームを回動させるステアリングシリンダと、前記ステアリングシリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動するエンジンとを備える作業機械を制御するための方法であって、
オペレータによって操作可能なステアリング操作部材の操作に応じたステアリング指令信号を取得することと、
前記ステアリング指令信号に応じて前記エンジンの回転速度を制御することで、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダに供給される作動油の流量を制御することと、
前記第２のフレームと前記第１のフレームとの間のアーティキュレート角度を示すアーティキュレート角度信号を取得すること、
前記ステアリング指令信号に基づいて目標アーティキュレート角速度を決定することと、
前記アーティキュレート角度信号に基づいて、実際のアーティキュレート角速度を取得することと、
前記実際のアーティキュレート角速度が前記目標アーティキュレート角速度よりも遅いときには、前記エンジンの回転速度を増大させること、
を備える方法。

【請求項8】

前記ステアリング指令信号から前記ステアリング操作部材の操作速度を取得することと、
前記操作速度に応じて、前記エンジンの回転速度を制御すること、
をさらに備える請求項６又は７に記載の方法。

【請求項9】

前記操作速度の増大に応じて前記エンジンの回転速度を増大させることをさらに備える、
請求項８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械、および作業機械を制御するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械には、特許文献１に示されているように、フロントフレームとリアフレームとが互いに回動可能に接続された、所謂アーティキュレート型車両がある。そのような作業機械は、ステアリングシリンダと、油圧ポンプと、エンジンとを備えている。ステアリングシリンダは、フロントフレームとリアフレームとに接続される。油圧ポンプは、エンジンによって駆動されることで、作動油を吐出する。油圧ポンプから吐出された作動油は、ステアリングシリンダに供給される。ステアリングシリンダが伸縮することで、フロントフレームがリアフレームに対して回動する。それにより、フロントフレームがリアフレームに対して屈曲することで、作業機械が旋回する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第１０，２１５，１１９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した従来の作業機械では、オペレータがアクセルペダルを操作することで、エンジンの回転速度が制御される。一方、油圧ポンプから、ステアリングシリンダに供給される作動油の流量は、エンジンの回転速度に応じて変化する。なお、ステアリングシリンダに供給される作動油の流量とは、単位時間当たりにステアリングシリンダに供給される作動油の体積を意味する。

【0005】

エンジンの回転速度が低いときには、ステアリングシリンダに供給される作動油の流量が少なくなる。そのため、作業機械の旋回に最低限必要な作動油の流量を確保するために、油圧ポンプの容量は、エンジンの回転速度が最低の場合を考慮して設計される。従って、油圧ポンプのサイズは、余裕をもって大きめに設定される。しかし、その場合、エンジンの回転速度が高いときには、油圧ポンプは、必要以上の流量で作動油を吐出してしまう。そのため、燃費が悪化するという課題がある。

【0006】

また、エンジン回転速度が低いときには、オペレータによるステアリング操作に対して、作業機械の屈曲動作の追従性が低いという問題もある。例えば、オペレータがすばやくステアリング操作を行ったときに、油圧ポンプの吐出流量が不足しているために、オペレータの操作感に対して屈曲動作が遅いという現象が生じる。

【0007】

本発明の目的は、ステアリング操作に対する作業機械の屈曲動作の追従性を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の態様に係る作業機械は、第１のフレームと、第２のフレームと、ステアリングシリンダと、油圧ポンプと、エンジンと、ステアリング操作部材と、ステアリング操作センサと、コントローラとを備える。第２のフレームは、第１のフレームに対して回動可能に接続される。ステアリングシリンダは、第２のフレームと第１のフレームとに接続される。ステアリングシリンダは、第１のフレームに対して第２のフレームを回動させる。油圧ポンプは、ステアリングシリンダに作動油を供給する。エンジンは、油圧ポンプを駆動する。ステアリング操作部材は、オペレータによって操作可能である。ステアリング操作センサは、ステアリング操作部材の操作に応じたステアリング指令信号を出力する。コントローラは、ステアリング指令信号に応じてエンジンの回転速度を制御することで、油圧ポンプからステアリングシリンダに供給される作動油の流量を制御する。

【0009】

第２の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法であって、作業機械は、第１のフレームと、第２のフレームと、ステアリングシリンダと、油圧ポンプと、エンジンとを備える。第２のフレームは、第１のフレームに対して回動可能に接続される。ステアリングシリンダは、第２のフレームと第１のフレームとに接続される。ステアリングシリンダは、第１のフレームに対して第２のフレームを回動させる。油圧ポンプは、ステアリングシリンダに作動油を供給する。エンジンは、油圧ポンプを駆動する。本態様に係る方法は、以下の処理を備える。第１の処理は、オペレータによって操作可能なステアリング操作部材の操作に応じたステアリング指令信号を取得することである。第２の処理は、ステアリング指令信号に応じてエンジンの回転速度を制御することで、油圧ポンプからステアリングシリンダに供給される作動油の流量を制御することである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ステアリング操作部材の操作に応じたステアリング指令信号に応じてエンジンの回転速度が制御される。そのため、ステアリング操作部材の操作に応じて、油圧ポンプからステアリングシリンダに供給される作動油の流量が制御される。それにより、ステアリング操作に対する作業機械の屈曲動作の追従性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る作業機械の側面図である。

【図2】作業機械の制御システムを示す模式図である。

【図3】作業機械のアーティキュレート角度を示す図である。

【図4】コントローラによって実行される処理を示すフローチャートである。

【図5】目標アーティキュレートデータの一例を示す図である。

【図6】要求流量データの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、実施形態に係る作業機械について説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１の側面図である。本実施形態において、作業機械１は、ホイールローダである。作業機械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と、キャブ５と、エンジンルーム６と、一対のリアタイヤ７とを備えている。なお、以下の説明において、「前」、「後」、「右」、「左」、「上」、及び「下」とは、キャブ５内の運転席から前方を見た状態を基準とする方向を示す。

【0013】

車体フレーム２は、フロントフレーム１１と、リアフレーム１２と、ピボットジョイント１３とを含む。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。ピボットジョイント１３は、作業機械１において、左右方向における中央に配置されている。ピボットジョイント１３は、フロントフレーム１１とリアフレーム１２を互いに回動可能に連結している。一対のフロントタイヤ４は、フロントフレーム１１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に取り付けられている。

【0014】

作業機３は、ブーム１４と、バケット１５と、リフトシリンダ１６と、バケットシリンダ１７とを含む。ブーム１４は、フロントフレーム１１に装着されている。バケット１５は、ブーム１４の先端に取り付けられている。

【0015】

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。

【0016】

キャブ５は、リアフレーム１２上に配置されている。エンジンルーム６は、キャブ５の後方に配置されている。エンジンルーム６は、リアフレーム１２上に配置されている。

【0017】

図２は、作業機械１の制御システムを示す模式図である。図２に示すように、作業機械１は、エンジン２０と、トランスミッション２１と、作業機ポンプ２２とを備える。エンジン２０は、内燃エンジンである。エンジン２０は、エンジンルーム６内に配置されている。

【0018】

トランスミッション２１は、エンジン２０に接続されている。トランスミッション２１は、エンジン２０の駆動力によってタイヤ４，７を回転させる。トランスミッション２１は、例えば、複数の変速ギアを含む機械式のトランスミッションであってもよい。或いは、トランスミッション２１は、ＨＳＴ（静油圧式変速装置）、ＨＭＴ（油圧機械式変速装置）、或いはＥＭＴ（電気機械式変速装置）などの他の種類のトランスミッションであってもよい。

【0019】

作業機ポンプ２２は、エンジン２０に接続されている。作業機ポンプ２２は、エンジン２０によって駆動されることで、作動油を吐出する。作業機ポンプ２２は、可変容量型の油圧ポンプである。作業機ポンプ２２は、斜板２２ａを有している。斜板２２ａの角度が変更されることによって、作業機ポンプ２２の容量が変更される。なお、ポンプの容量とは、ポンプの１回転あたりの作動油の最大吐出量である。作業機ポンプ２２は、容量制御装置２２ｂに接続されている。容量制御装置２２ｂは、斜板２２ａの角度を変更することで、作業機ポンプ２２の容量を変更する。

【0020】

作業機ポンプ２２は、油圧回路２３を介して、リフトシリンダ１６及びバケットシリンダ１７に接続されている。作業機ポンプ２２から吐出された作動油は、リフトシリンダ１６及びバケットシリンダ１７に供給される。それにより、作業機３が動作する。油圧回路２３には、制御弁２４が配置されている。制御弁２４は、作業機ポンプ２２からリフトシリンダ１６及びバケットシリンダ１７に供給される作動油の流量を制御する。

【0021】

作業機械１は、ステアリングポンプ２５と、ステアリングシリンダ２６，２７と、ステアリング操作部材２８と、ステアリングバルブ２９とを備えている。ステアリングポンプ２５は、可変容量型の油圧ポンプである。ステアリングポンプ２５は、エンジン２０に接続されている。ステアリングポンプ２５は、エンジン２０によって駆動されることで、作動油を吐出する。

【0022】

ステアリングポンプ２５は、斜板２５ａを有している。斜板２５ａの角度が変更されることによって、ステアリングポンプ２５の容量が変更される。ステアリングポンプ２５は、容量制御装置２５ｂに接続されている。容量制御装置２５ｂは、斜板２５ａの角度を変更することで、ステアリングポンプ２５の容量を変更する。例えば、容量制御装置２５ｂは、ピストンとバルブとを含む。ピストンは、斜板２５ａに接続される。バルブは、ピストンへの油圧を制御する。

【0023】

ステアリングシリンダ２６，２７は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ２６，２７は、左ステアリングシリンダ２６と右ステアリングシリンダ２７とを含む。左ステアリングシリンダ２６は、ピボットジョイント１３の左方に配置されている。左ステアリングシリンダ２６の一端はフロントフレーム１１に取り付けられており、他端はリアフレーム１２に取り付けられている。右ステアリングシリンダ２７は、ピボットジョイント１３の右方に配置されている。右ステアリングシリンダ２７の一端はフロントフレーム１１に取り付けられており、他端はリアフレーム１２に取り付けられている。

【0024】

ステアリングシリンダ２６，２７が伸縮することで、作業機械１のアーティキュレート角度が変更される。図３に示すように、アーティキュレート角度θは、フロントフレーム１１とリアフレーム１２との間の角度である。アーティキュレート角度が変更されることで、作業機械１の進行方向が変更される。

【0025】

左ステアリングシリンダ２６のシリンダ室は、ピストンによって伸長室２６ａと収縮室２６ｂに分割されている。伸長室２６ａに作動油が供給されると、ピストンが移動して左ステアリングシリンダ２６は伸長し、収縮室２６ｂに作動油が供給されると、ピストンが移動して左ステアリングシリンダ２６は収縮する。

【0026】

右ステアリングシリンダ２７のシリンダ室は、ピストンによって伸長室２７ａと収縮室２７ｂに分割されている。伸長室２７ａに作動油が供給されると、ピストンが移動して右ステアリングシリンダ２７は伸長し、収縮室２７ｂに作動油が供給されると、ピストンが移動して右ステアリングシリンダ２７は収縮する。

【0027】

左ステアリングシリンダ２６が伸長し、右ステアリングシリンダ２７が収縮すると、フロントフレーム１１が、リアフレーム１２に対して右回りに屈曲して、アーティキュレート角度が変化する。それにより、作業機械１は、右（図２のＲ参照）に曲がる。また、左ステアリングシリンダ２６が収縮し、右ステアリングシリンダ２７が伸長すると、フロントフレーム１１が、リアフレーム１２に対して左回りに屈曲して、アーティキュレート角度が変化する。それにより、作業機械１は、左（図２のＬ参照）に曲がる。

【0028】

ステアリング操作部材２８は、キャブ５内に配置されている。ステアリング操作部材２８は、例えばステアリングレバーである。ただし、ステアリング操作部材２８は、ステアリングホイール、或いはスイッチなどの他の部材であってもよい。ステアリング操作部材２８は、オペレータによって操作可能である。ステアリング操作部材２８は、ステアリング操作部材２８の中心軸回りに回転可能である。ステアリング操作部材２８は、中立位置から左右に回転可能である。ステアリング操作部材２８は、入力軸２８ａに接続されている。

【0029】

入力軸２８ａは、ステアリングバルブ２９に接続されている。ステアリングバルブ２９は、ステアリング操作部材２８の操作に応じてステアリングシリンダ２６，２７に作動油を供給する。ステアリングバルブ２９は、例えば油圧パイロット式のバルブである。ステアリング操作部材２８の操作に応じてステアリングバルブ２９へのパイロット油圧が変更されることで、ステアリングバルブ２９が制御される。或いは、ステアリングバルブ２９は、電気的に制御されるソレノイドバルブであってもよい。

【0030】

ステアリングバルブ２９は、ポートＰ１－Ｐ４を有している。ポートＰ１は、管路３１を通って、ステアリングポンプ２５に接続されている。ステアリングポンプ２５から吐出された作動油は、管路３１を介してステアリングバルブ２９に供給される。ポートＰ２は、管路３２を通ってタンク３０に接続されている。タンク３０は、作動油を貯留する。ステアリングシリンダ２６，２７から排出された作動油は、ポートＰ２からタンク３０に排出される。

【0031】

ポートＰ３は、第１供給路３３に接続されている。第１供給路３３は、左ステアリングシリンダ２６の伸長室２６ａと右ステアリングシリンダ２７の収縮室２７ｂとに接続されている。ポートＰ４は、第２供給路３４に接続されている。第２供給路３４は、左ステアリングシリンダ２６の収縮室２６ｂと右ステアリングシリンダ２７の伸長室２７ａとに接続されている。

【0032】

ステアリングバルブ２９は、ステアリング操作部材２８の操作方向に応じて、ポートＰ１－Ｐ４の接続を切り換える。ステアリングバルブ２９は、ステアリング操作部材２８の操作量に応じて、ステアリングバルブ２９のバルブ開度を変更する。ステアリング操作部材２８の操作量は、ステアリング操作部材２８の中立位置からの操作角度である。

【0033】

ステアリング操作部材２８が中立位置に位置しているときには、ステアリングバルブ２９は、ポートＰ１－Ｐ４を閉塞する。ステアリング操作部材２８が右回りに回転操作されると、ステアリングバルブ２９は、ポートＰ１とポートＰ３とを接続し、ポートＰ２とポートＰ４とを接続する。それにより、ステアリングポンプ２５から吐出された作動油は、管路３１および第１供給路３３を通って、伸長室２６ａおよび収縮室２７ｂに供給される。また、収縮室２６ｂおよび伸長室２７ａの作動油は、第２供給路３４と管路３２とを通ってタンク３０に排出される。それにより、フロントフレーム１１は、ピボットジョイント１３を中心にしてリアフレーム１２に対して右回りに回動する。

【0034】

ステアリング操作部材２８が左回りに回転操作されると、ステアリングバルブ２９は、ポートＰ１とポートＰ４とを接続し、ポートＰ２とポートＰ３とを接続する。それにより、ステアリングポンプ２５から吐出された作動油は、管路３１と第２供給路３４とを通って、収縮室２６ｂおよび伸長室２７ａに供給される。また、伸長室２６ａおよび収縮室２７ｂの作動油は、第１供給路３３と管路３２とを通って、タンク３０に排出される。それにより、フロントフレーム１１は、ピボットジョイント１３を中心にしてリアフレーム１２に対して左回りに回動する。

【0035】

作業機械１は、コントローラ４０を備えている。コントローラ４０は、作業機械１の走行と作業機３による作業とを制御する。コントローラ４０は、プロセッサ４０ａと、記憶装置４０ｂとを含む。プロセッサ４０ａは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。或いは、プロセッサは、ＣＰＵと異なるプロセッサであってもよい。プロセッサ４０ａは、プログラムに従って作業機械１の制御のための処理を実行する。

【0036】

記憶装置４０ｂは、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリおよびＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリを含む。記憶装置４０ｂは、ハードディスク、あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含んでいてもよい。記憶装置４０ｂは、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置４０ｂは、作業機械１を制御するためのプログラムおよびデータを記憶している。

【0037】

作業機械１は、アクセル操作部材４１と、アクセル操作センサ４２と、エンジン回転速度センサ４３とを備えている。アクセル操作部材４１は、オペレータによって操作可能である。アクセル操作部材４１は、キャブ５内に配置されている。アクセル操作部材４１は、例えばペダルである。ただし、アクセル操作部材４１は、レバー、或いはスイッチなどの他の部材であってもよい。

【0038】

アクセル操作センサ４２は、アクセル操作部材４１の操作量（以下、「アクセル操作量」と呼ぶ）を検出する。アクセル操作センサ４２は、アクセル操作量を示すアクセル指令信号を出力する。アクセル指令信号は、コントローラ４０に入力される。エンジン回転速度センサ４３は、エンジン２０の回転速度を検出する。エンジン回転速度センサ４３は、エンジン２０の回転速度を示すエンジン回転速度信号を出力する。エンジン回転速度信号は、コントローラ４０に入力される。

【0039】

コントローラ４０は、アクセル指令信号に応じて、エンジン２０の出力とトランスミッション２１とを制御する。それにより、作業機械１が、アクセル操作量に応じた速度で走行する。例えば、コントローラ４０は、アクセル操作量に応じた目標エンジン回転速度を決定する。コントローラ４０は、エンジン回転速度信号が示す実際のエンジン回転速度が、目標エンジン回転速度と一致するように、エンジン２０へのスロットル指令を決定する。コントローラ４０は、スロットル指令に応じて、エンジン２０の燃料噴射量を制御する。或いは、コントローラ４０は、アクセル操作量に応じた目標牽引力を決定してもよい。コントローラ４０は、目標牽引力が得られるようにエンジン２０へのスロットル指令を決定してもよい。

【0040】

作業機械１は、作業操作部材４４と作業操作センサ４５とを備えている。作業操作部材４４は、オペレータによって操作可能である。作業操作部材４４は、キャブ５内に配置されている。作業操作部材４４は、例えばレバーである。ただし、作業操作部材４４は、スイッチなどの他の部材であってもよい。作業操作センサ４５は、作業操作部材４４の操作量（以下、「作業操作量」と呼ぶ）を検出する。作業操作センサ４５は、作業操作量を示す作業指令信号を出力する。作業指令信号は、コントローラ４０に入力される。

【0041】

コントローラ４０は、作業指令信号に応じて、制御弁２４を制御する。コントローラ４０は、制御弁２４を制御することで、リフトシリンダ１６及びバケットシリンダ１７に供給される作動油の流量を制御する。それにより、作業機３が、作業操作量に応じて動作する。なお、制御弁２４は、コントローラ４０によって電気的に制御されてもよい。或いは、制御弁２４は、作業操作部材４４からのパイロット油圧によって制御されてもよい。

【0042】

作業機械１は、ステアリングポンプ圧センサ４６と、アーティキュレート角度センサ４７，４８と、ステアリング操作センサ４９とを備えている。ステアリングポンプ圧センサ４６は、ステアリングポンプ２５の吐出圧を検出する。ステアリングポンプ圧センサ４６は、ステアリングポンプ２５の吐出圧を示すポンプ圧信号を出力する。ポンプ圧信号は、コントローラ４０に入力される。

【0043】

アーティキュレート角度センサ４７，４８は、アーティキュレート角度を検出する。アーティキュレート角度センサ４７，４８は、アーティキュレート角度を示すアーティキュレート角度信号を出力する。アーティキュレート角度信号は、コントローラ４０に入力される。例えば、アーティキュレート角度センサ４７，４８は、ポテンショメータであり、アーティキュレート角度を直接的に検出する。或いは、アーティキュレート角度センサ４７は、左ステアリングシリンダ２６のストローク長さを検出してもよい。アーティキュレート角度センサ４８は、右ステアリングシリンダ２７のストローク長さを検出してもよい。コントローラ４０は、ステアリングシリンダ２６，２７のストローク長さからアーティキュレート角度を算出してもよい。

【0044】

ステアリング操作センサ４９は、ステアリング操作部材２８の操作量（以下、「ステアリング操作量」と呼ぶ）を検出する。ステアリング操作センサ４９は、ステアリング操作量に応じたステアリング指令信号を出力する。ステアリング操作センサ４９は、例えば、ポテンショメータである。ステアリング指令信号は、コントローラ４０に入力される。コントローラ４０は、ステアリング指令信号から、ステアリング操作部材２８の操作方向とステアリング操作量とを取得する。

【0045】

容量制御装置２５ｂは、ステアリングポンプ２５への作動油の負荷圧と、ステアリングポンプ２５の吐出圧との差圧に応じて、ステアリングポンプ２５の容量を制御する。或いは、コントローラ４０は、ステアリング操作量に応じて、容量制御装置２５ｂを制御することで、ステアリングポンプ２５の容量を制御してもよい。

【0046】

コントローラ４０は、ステアリング操作時に、アーティキュレート角度信号とステアリング指令信号と応じてエンジン２０の回転速度を制御することで、ステアリングポンプ２５からステアリングシリンダ２６，２７に供給される作動油の流量を制御する。以下、ステアリング操作時におけるエンジン２０の制御について説明する。図４は、コントローラ４０によって実行される処理を示すフローチャートである。

【0047】

図４に示すようにステップＳ１０１では、コントローラ４０は、ステアリング操作速度を取得する。ステアリング操作速度は、ステアリング操作部材２８の操作速度である。ステアリング操作速度は、ステアリング操作部材２８の角速度で示される。コントローラ４０は、ステアリング指令信号からステアリング操作部材２８の角速度を算出する。

【0048】

ステップＳ１０２では、コントローラ４０は、実際のアーティキュレート角速度を取得する。コントローラ４０は、アーティキュレート角度信号から、実際のアーティキュレート角速度を算出する。

【0049】

ステップＳ１０３では、コントローラ４０は、目標アーティキュレート角速度を決定する。コントローラ４０は、目標アーティキュレートデータを参照して、ステアリング操作速度から、目標アーティキュレート角速度を決定する。図５は、目標アーティキュレートデータの一例を示す図である。目標アーティキュレートデータは、ステアリング操作速度と目標アーティキュレート角速度との関係を規定する。目標アーティキュレートデータは、記憶装置４０ｂに保存されている。

【0050】

図５に示すように、目標アーティキュレートデータは、ステアリング操作速度の増大に応じて増大する目標アーティキュレート角速度を規定している。ステアリング操作速度が所定値ｗ１以上のときの目標アーティキュレート角速度の変化率は、ステアリング操作速度が所定値ｗ１より小さいときの目標アーティキュレート角速度の変化率よりも大きい。

【0051】

コントローラ４０は、ステアリング操作速度から決定された目標アーティキュレート角速度と、実際のアーティキュレート角速度とから、フィードバック制御により、目標アーティキュレート角速度を修正する。例えば、コントローラ４０は、目標アーティキュレート角速度と比べて実際の作業機械１の屈曲動作が遅れているときには、屈曲動作の遅れを低減するように、目標アーティキュレート角速度を増大させる。

【0052】

ステップＳ１０４では、コントローラ４０は、ステアリングシリンダ２６，２７の要求流量を決定する。コントローラ４０は、要求流量データを参照して、目標アーティキュレート角速度から、ステアリングシリンダ２６，２７の要求流量を決定する。図６は、要求流量データの一例を示す図である。要求流量データは、目標アーティキュレート角速度とステアリングシリンダ２６，２７の要求流量との関係を規定する。要求流量データは、記憶装置４０ｂに保存されている。図６に示すように、要求流量データは、目標アーティキュレート角速度の増大に応じて増大するステアリングシリンダ２６，２７の要求流量を規定している。

【0053】

ステップＳ１０５では、コントローラ４０は、要求エンジン回転速度を決定する。コントローラ４０は、ステアリングシリンダ２６，２７の要求流量から、要求エンジン回転速度を算出する。例えば、コントローラ４０は、以下の式（１）により、要求エンジン回転速度を算出する。

Ndは、要求エンジン回転速度(rpm)である。Qdは、ステアリングシリンダ２６，２７の要求流量（L/min）である。Qaは、ステアリングポンプ２５の最大容量（cc/rev）である。Evは、ステアリングポンプ２５の容積効率である。

【0054】

ステップＳ１０６では、コントローラ４０は、ステアリングポンプ２５の要求トルクを決定する。コントローラ４０は、ステアリングポンプ２５の吐出圧と、ステアリングシリンダ２６，２７の要求流量とから、ステアリングポンプ２５の要求トルクを算出する。例えば、コントローラ４０は、以下の式（２）及び式（３）により、ステアリングポンプ２５の要求トルクを算出する。

Tdは、ステアリングポンプ２５の要求トルク（Nm）である。Pは、ステアリングポンプ２５の吐出圧（Mpa）である。qdは、ステアリングポンプ２５の要求容量（cc/rev）である。Naは、実際のエンジン回転速度である。

【0055】

ステップＳ１０７では、コントローラ４０は、要求エンジン出力を決定する。コントローラ４０は、ステアリングポンプ２５の要求トルクと要求エンジン回転速度とから、要求エンジン出力を算出する。コントローラ４０は、以下の式（４）により、要求エンジン出力を算出する。

Wは、要求エンジン出力（kW）である。ここでの要求エンジン出力は、ステアリングシリンダ２６，２７において上記の要求流量を実現し、且つ、ステアリングポンプ２５において上記の要求トルクを実現するために必要なエンジン２０の出力である。

【0056】

ステップＳ１０８では、コントローラ４０は、エンジン２０へのスロットル指令を決定する。コントローラ４０は、実際のエンジン回転速度と、エンジン２０の出力の余裕率と、ステップＳ１０７で決定された要求エンジン出力とに基づいて、エンジン２０へのスロットル指令を決定する。

【0057】

例えば、現在のスロットル指令によるエンジン２０の出力では、ステップＳ１０７で決定された要求エンジン出力に対して不足する場合には、コントローラ４０は、ステップＳ１０７で決定された要求エンジン出力を考慮して、現在のスロットル指令よりもエンジン２０へのスロットル指令を増大させる。現在のスロットル指令は、例えばアクセル操作量に応じて決定される。或いは、現在のスロットル指令は、アクセル操作量と作業機３操作量とに応じて決定されたものであってもよい。現在スロットル指令によるエンジン２０の出力が、ステップＳ１０７で決定された要求エンジン出力を十分にまかなえる場合には、コントローラ４０は、現在のスロットル指令を維持する。

【0058】

以上説明した実施形態に係る作業機械１では、ステアリング操作部材２８の操作に応じたステアリング指令信号に応じてエンジン２０の回転速度が制御される。そのため、ステアリング操作部材２８の操作に応じて、ステアリングポンプ２５からステアリングシリンダ２６，２７に供給される作動油の流量が制御される。それにより、ステアリング操作に対する作業機械１の屈曲動作の追従性を向上させることができる。また、ステアリング操作に応じた必要な流量で作動油をステアリングシリンダ２６，２７に供給できるため、燃費を向上させることができる。

【0059】

コントローラ４０は、ステアリング操作速度に応じて、エンジン２０の回転速度を制御する。ステアリング操作速度が速いときには、ステリングシリンダの要求流量が増大され、要求エンジン回転速度も増大される。それにより、ステアリング操作に対する作業機械１の屈曲動作の追従性を向上させることができる。

【0060】

コントローラ４０は、ステアリングポンプ２５の吐出圧とステアリングシリンダ２６，２７の要求流量とに基づいて、ステアリングポンプ２５の要求トルクを決定する。そして、コントローラ４０は、要求トルクと要求エンジン回転速度とに基づいて、要求エンジン出力を決定する。それにより、ステアリング操作部材２８の操作に応じた屈曲動作に必要なステアリングポンプ２５の駆動トルクを確保することができる。

【0061】

コントローラ４０は、実際のアーティキュレート角速度が目標アーティキュレート角速度よりも遅いときには、エンジン２０の回転速度を増大させる。それにより、ステアリング操作に対する作業機械１の屈曲動作の追従性を向上させることができる。

【0062】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0063】

作業機械１は、ホイールローダに限らず、アーティキュレート式のダンプトラック、モータグレーダ等の他の機械であってもよい。作業機械１の構成は、上記の実施形態にものに限らず、変更されてもよい。例えば、作業機械１は、タイヤに限らず、履帯などの他の走行装置によって走行してもよい。作業機３の構造は、上記の実施形態にものに限らず、変更されてもよい。

【0064】

ピボットジョイント１３及びステアリングシリンダ２６，２７などの作業機械１の屈曲動作のための構造が変更されてもよい。作業機械１は、遠隔から操作可能であってもよい。その場合、アクセル操作部材４１、作業操作部材４４、及びステアリング操作部材２８は、作業機械１の外部に配置されてもよい。コントローラ４０は、複数のコントローラによって構成されてもよい。

【0065】

上述したコントローラ４０によって実行される処理は、複数のコントローラ４０によって分散して実行されてもよい。コントローラ４０によって実行される処理は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、コントローラ４０は、ステアリング操作部材２８の操作に応じた要求エンジン出力と、アクセル操作部材４１の操作に応じた要求エンジン出力と、作業操作部材４４の操作に応じた要求エンジン出力との合計から、エンジン２０へのスロットル指令を決定してもよい。

【0066】

上記の実施形態では、ステアリングバルブ２９は、ステアリング操作部材２８の操作量に応じて、ステアリングバルブ２９のバルブ開度を変更している。しかし、目標アーティキュレート角と実際のアーティキュレート角の偏差に基づいてバルブ開度が決定されてもよい。その場合、目標アーティキュレート角と実際のアーティキュレート角とが一致するときに、ポートＰ１－Ｐ４が閉塞されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明によれば、ステアリング操作に対する作業機械の屈曲動作の追従性を向上させると共に、燃費を向上させることができる。

【符号の説明】

【0068】

１１ フロントフレーム
１２ リアフレーム
２０ エンジン
２６ ステアリングシリンダ
２８ ステアリング操作部材
２５ ステアリングポンプ
４０ コントローラ
４６ ステアリングポンプ圧センサ
４７ アーティキュレート角度センサ
４９ ステアリング操作センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】