JPS62113646A - 車輌の操向制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、農用トラクタ等の各種車輌の操向制御装置に
関するものである。

〈従来の技術〉 農用トラクタ等の車輌における操向装置として、操向ハ
ンドルに連動する制御弁によって制御される操向シリン
ダを備え、この操向シリンダにより操向輪、例えば前輪
を作動させるようにしたパワーステアリング装置がある
。

しかし、これでは制御弁の構造が複雑であるため、製作
コストがアンプする欠点がある。

そこで、電磁弁を採用し、ハンドルの操作量を電気信号
に変換し、その電気信号で電磁弁を駆動するようにした
ものが考えられている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 このような電磁弁を用いて操向シリンダの制御回路を構
成した場合、電磁弁は通常一定流量で開閉動作を行なう
ため、操向シリンダの動作速度が常に一定となる。従っ
て、前輪が所定切れ角まで動作して電磁弁が閉じれば、
前輪が急激に操向動作を停止することになり、その時に
大きなショックが発生すると云う欠点があり、また前輪
が所定切れ角板上にオーバーランするということがあっ
た。

このような操向動作の停止時におけるショック等を防止
するためには、電磁弁の流量を制限すれば良いが、その
場合には、操向シリンダの動作速度が遅くなるため、操
向動作全体が遅くなり、走行速度が速い時には旋回半径
が著しく大となって実用に供し得なくなる。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、このような従来の問題点に鑑み、操向動作停
止時のショックの発生を防止しつつ、迅速かつ円滑に操
向動作を行ない得るようにしたものであって、その特徴
とする処は、電磁弁により制御される操向シリンダによ
って操向輪を作動させるようにした車輌の操向制御装置
において、操向用の指令信号を発生する指令手段；　操
向輪の切れ角を検出する検出手段；　指令手段の指令信
号と検出手段の検出信号とから操向方向を判別する方向
判別手段；　指令手段の指令信号と検出手段の検出信号
とから操向目標との偏差を求めて、その偏差信号の大小
に応じて前記方向判別手段により判別された操向方向側
の電磁弁の開度が変わるように該電磁弁を駆動する駆動
手段を備えた点にある。

〈作　用〉 操向に際してハンドル１４を操作すると、ハンドルポテ
ンショメータ１６が動作し、所定の指令信号を発生する
。一方、操向輪の現在の切れ角をポテンショメータ１７
．１８が検出し、その検出信号を発生している。そこで
、指令信号及び検出信号から基準信号と共に、操向目標
に対する偏差を求め、その偏差信号の大小に応じて、こ
れに略比例的に開度が変わるように電磁弁１９．２２を
駆動し、操向シリンダ７．１）を作動させて行く。従っ
て、操向シリンダ７．１）は指令信号と検出信号との差
が大きい時には速く動作し、操向輪が目標に近づくにつ
れてその動作速度が遅くなって行き、操向動作停止時に
ショックを発生することなく、迅速かつ円滑な操向が行
なわれる。

〈実施例〉 以下、図示の実施例について本発明を詳述すると、第２
図において、■は二軸四輪型のトラクタで、左右一対の
前輪２及び後輪３を有する。前輪２はセンター軸懸架の
前車軸４の左右両端にキングピン５廻りに回動自在に支
持され、また左右一対の前輪２はキングピン５上端のナ
ックルアーム６を介して前輪側操向シリンダ７に連動連
結されており、従って、前輪２は前輪側操向シリンダ７
によってキングピン５廻りに操向動作可能である。

後輪３はトラクタ１後部両側の後車軸８の外端にキング
ピン９廻りに回動自在に支持されており、これも前輪２
と同様、ナックルアーム１０を介して後輪側操向シリン
ダ１）によりキングピン９廻りに操向動作可能である。

なお操向シリンダ７．１）はその本体側がトラクタ１の
車体側に横移動不能に支持され、ピストンロンドの左右
両端が各ナックルアーム６，１０に連結されている。ま
た前輪２は前車軸４内等の動力伝達系を介して、後輪３
は後車軸８内等の動力伝達系を介して夫々正逆転方向に
駆動されるようになっており、従って、トラクタ１は前
後進可能である。また各動力伝達系にはクラッチが夫々
介在されており、そのクラッチの断接により二輪駆動又
は四輪駆動の何れも選択できるようになっている。

１２はエンジン等をおおうボンネット、１３は運転用の
座席、１４は操向用のハンドルで、ボンネット１２後部
のハンドル軸１５により支持されている。１６は操向指
令手段を構成するハンドルポテンショメータで、ハンド
ル軸１５に連動すべく固定側に取付けられており、ハン
ドル１４の操作量に応じた操向用の指令信号を発生する
ようになっている。１７は前輪３の切れ角を検出するた
めの検出手段を構成する前輪ポテンショメータ、１８は
後輪３の切れ角を検出するための検出手段を構成する後
輪ポテンショメータで、これらは共にキングピン５，９
の上端部側に取付けられている。

第３図は操向シリンダ７．１）の油圧回路を示し、１９
は前輪側操向シリンダ７を制御する開閉型の前輪側電磁
弁で、左操向用の左ソレノイド２０と右操向用の右ソレ
ノイド２１とを有する。２２は後輪側操向シリンダ１）
を制御する開閉型の後輪側電磁弁で、前輪側電磁弁１９
と同様に左ソレノイド２３と右ソレノイド２４とを有す
る。２５はエンジン、２６はエンジン２５によって駆動
される油圧ポンプである。２７は優先弁であって、油圧
ポンプ２６からの作動油の一定流量を電磁弁１９．２２
側に優先的に供給し、余剰流量をトラクタ１の前後に設
けられる作業機昇降用の油圧装置２８に送るように構成
されている。２９゜３０はリリーフ弁である。

第１図は電磁弁１９．２２の制御回路を示し、前輪制御
系と後輪制御系との二系統を有する。３１は操向モード
選択手段で、前後進の別を選択する前進・後進用切換ス
イッチ３２、操向と直進とを選択する操向・直進用切換
スイッチ３３、二輪操向と四輪操向とを選択する二輪・
四輪用切換スイッチ３４、平行操向とハの字操向とを選
択する平行・ハの字用切換スイッチ３５、自動操向と手
動操向とを選択する自動・手動用切換スイッチ３６を有
する。３７は第１マルチプレクサ、３８は第２マルチプ
レクサ、３９は第３マルチプレクサで、これらは何れも
アナログ用である。第１マルチプレクサ３７は切換スイ
ッチ３３で操向くオフ）を選択した時にハンドルポテン
ショメータ１６からの指令信号を出力し、直進（オン）
を選択した時にＮ端子からの基準１８号（１／２　ｖ）
を出力するようになっている。第２マルチプレクサ３８
は切換スイッチ３５で平行操向（オフ）を選択した時に
第１マルチプレクサ３７からの信号を出力し、へ〇字操
向（オン）を選択した時に反転部４０からの信号を出力
するようになっている。第３マルチプレクサ３９は切換
スイッチ３４で二輪操向くオフ）を選択した時にＮ端子
からの基準信号（１／２　Ｖ）を出力し、四輪操向を選
択した時に第２マルチプレクサ３８からの信号を出力す
るようになっている。

反転部４０は第１マルチプレクサ３７からの指令信号又
は基準信号（１／２　Ｖ）をＮ端子の基準信号（１／２
　Ｖ）を基準に比較して反転するようになっている。

４１は前輪側の加算比較部で、反転部４０又は第３マル
チプレクサ３９からの信号と前輪ポテンショメータ１７
からの検出信号とを入力側で加算し、その加算信号をＮ
端子の基準信号と比較して前輪２の操向目標との偏差を
求めるようになっている。４２は後輪側の加算比較部で
、反転部４０又は第３マルチプレクサ３９からの信号と
後輪ポテンショメータ１８からの検出信号とを入力側で
加算し、その加算信号をＮ端子の基準信号と比較して後
輪３の操向目標との偏差を求めるようになっている。

４３〜４６は第１〜第４アナログスイツチで、切換スイ
ッチ３２で前進を選択した時に第１アナログスイツチ４
３が反転部４０の信号を加算比較部４１に、第３アナロ
グスイツチ４５が第３マルチプレクサ３９の信号を加算
比較部４２に夫々送り、また切換スイッチ３２で後進を
選択した時に第２アナログスイツチ４４が第３マルチプ
レクサ３９の信号を加算比較部４１に、第４アナログス
イツチ４６が反転部４０の信号を加算比較部４２に夫々
送るようになっている。

４７は前輪側の方向判別手段で、比較部４８．４９、Ａ
ＮＤ回路５０．５１及び比較部４８．４９相互間の不感
帯を設定する可変抵抗５２等から成り、加算比較部４１
からの偏差信号が上基準値よりも大の時に比較部４８で
右操向を判別し、また下基準値よりも小の時に比較部４
９で左操向を判別し、切換スイッチ３６が自動（オフ）
である時に夫々の信号をＡＮＤ回路５０．５１から出力
するようになっている。５３は後幅側の方向判別手段で
、比較部５４．５５、ＡＮＤ回路５６．５７及び可変抵
抗５８等から成り、加算比較部４２からの偏差信号より
前輪側の方向判別手段４７と同様に方向の判別動作を行
なうようになっている。

５９は駆動手段で、三角波信号を発生する三角波信号発
信部６０、前輪側駆動部６１及び後輪側駆動部６２とか
ら成る。前輪側駆動部６１は前輪側電磁弁１９のソレノ
イド２０．２１を駆動するためのもので、スイッチング
素子６３．６４と比較部６５．６６とアナログスイッチ
６７、６８と反転部６９とから成る。比較部６６は三角
波信号発信部６０からの三角波信号を加算比較部４１か
らの偏差信号とを比較し、三角波信号が偏差信号よりも
小の時に出力信号を出し、アナログスイッチ６８を介し
てスイッチング素子６４を駆動する。従って、偏差信号
は操向動作中順次変化するので、その変化に応じたパル
ス幅でスイッチング素子６４がオン・オフ動作を繰返し
、一定値の励磁電流を右ソレノイド２１に流すことにな
る。アナログスイッチ６８はＡＮＤ回路５０から右操向
の信号があった時に、比較部６６からの信号をスイッチ
ング素子６４に送るようになっている。反転部６９は加
算比較部４１からの偏差信号をＮ端子の基準信号を基に
比較反転する。比較部６５、アナログスイッチ６７、ス
イッチング素子６３は、比較部６６、アナログスイッチ
６８、スイッチング素子６４と同様に構成されている。

後輪側駆動部６２は、後輪側電磁弁２２のソレノイド２
３．２４を駆動するためのもので、前輪側駆動部６１と
同様、スイッチング素子７０．７１、比較部７２゜７３
、アナログスイッチ？４．７５、反転部７６から構成さ
れている。

７７は手動制御手段で、前輪操向スイッチ７８、平行操
向スイッチ７９、ハの字操向スイッチ８０、後輪操向ス
イッチ８１、及びこれらに直列に接続された左右切換ス
イッチ８２〜８５により構成されている。

なお、各ソレノイド２０．２１．２３．２４には、スイ
ッチング素子６３．６４．７０．７１のオフ時に発生す
る逆起電力により、各ソレノイド２０．２１．２３．２
４に電流が流れるように抵抗とダイオードが並列に接続
されている。

次に上記構成における作用を説明する。操向モードには
、第４図に示すように直進モード１、前二輪操向モード
■、平行操向モード■、ハの字操向モード■、後二輪モ
ード■がある。即ち、直進モードＩは前後輪２，３が共
に真直ぐに向って直進走行する状態、前二輪操向モード
■は前輪２のみが左右に操向する状態、平行操向モード
■は前後輪２，３が共に同方向に操向動作して斜め前方
に走行できる状態、ハの字操向モード■は前後輪２，３
が互いに逆方向に操向動作する状態、後二輪操向モード
■は後輪３のみが左右に操向する状態を夫々云う。なお
、これらのモードは操向モード選択手段３１の各切換ス
イッチ３２〜３６の操作により、第５図に示すような手
順で選択される。

そこで、操向に際しては、操向モード選択手段３１の各
切換スイッチ３２〜３６より所定の操向モードを選択し
ておき、然る後にハンドル１４を所定方向に操作する。

合板りに前進走行において前二輪操向モード■とし、前
輪２が左方向を向いている状態から、ハンドル１４を右
方向に操作する場合の動作を説明する。前輪２が左方向
を向いているので、前輪ポテンショメータ１７がその切
れ角を検出し、検出信号として第６図Ａの■の如＜１／
２Ｖよりも小の信号を出力している。そこで、ハンドル
１４を右方向に所定角度だけ操作すると、ハンドルポテ
ンショメータ１６が動作して第６図Ｂの■のように１／
２■よりも大なる指令信号を出力する。この指令信号は
第１マルチプレクサ３７を介して反転部４０に入力され
、そのＮ端子の基準信号（１／２　Ｖ）と比較して第６
図Ｃの■の如く反転された後、第１アナログスイツチ４
３を介して加算比較部４１へと送られる。

そして、この加算比較部４１の入力側で前輪２の現在の
切れ角を示す検出信号と反転された指令信号とが加算さ
れ、その加算信号が加算比較部４１でＮ端子の基準信号
と比較して第６図りの如く反転され、その比較結果であ
る操向目標との偏差信号が出力される。そして、偏差信
号が方向判別手段４７に入力され、比較部４８．４９で
方向判別がなされる。

この場合は、ハンドル１４を右方向に操作しているので
、比較部４８より信号が出力され、ＡＮＤ回路５０を介
して駆動手段５９の右側のアナログスイッチ６８に信号
が送られる。

一方、４角波発信部６０が第７図に示すような三角波信
号Ｅを発信し、その三角波信号が比較部６６に人力され
ると共に、加算比較部４１からの偏差信号Ｆが比較部６
６に入力されており、これら信号を比較部６６で比較し
ているので、三角波信号が偏差信号よりも小の時に比較
部６６から信号が出力され、アナログスイッチ６８を介
してスイッチング素子６４がオンし、右ソレノイド２１
が励磁して、前輪側電磁弁１９が右方向に切換ねる。従
って、前輪側操向シリンダ１）が右操向方向に作動し、
前輪２が右方向に操向動作を開始する。すると前輪２の
操向動作に連動して前輪ポテンショメータ１７の検出信
号が次第に大きくなって行くので、加算比較部４１から
の偏差信号Ｆが第７図に示すように操向動作に伴なって
順次小さくなって行く。このため比較部６６で偏差信号
Ｆと三角波信号Ｅとを比較して出力される信号の幅が次
第に小さくなり、パルス幅変調によってスイッチング素
子６４がオンする期間、即ち右ソレノイド２１を駆動す
る励磁電流のパルス幅が第７図のＧのように小さくなっ
て行く。つまり、ハンドルポテンショメータ１６の指令
信号と前輪ポテンショメータ１７の検出信号の差が大き
い程、偏差信号が大であるため、パルス幅が広く、右ソ
レノイド２１の励磁電流の流れる時間が大であるので、
前輪側電磁弁１９の開度が大であり、前輪側操向シリン
ダ７が速く動作して前輪２の切れ速度が速くなる。そし
て、前輪２が目標値に近づくにつれてパルス幅が小さく
なり、右ソレノイド２１の励磁電流の流れる時間が小に
なって行くので、前輪側電磁弁１９の開度が次第に小さ
くなり、前輪側操向シリンダ７の動作速度が遅くなり、
前輪２が目標位置まで達した時点で前輪２の操向動作が
停止する。従って、操向動作の停止時におけるショック
の発生を防止できると共に、オーバーランもなく、所定
の切れ角まで迅速かつ円滑に操向できる。

操向動作中は、スイッチング素子６４のオフ期間でもソ
レノイド２１の逆起電力により電流が流れ続けるので、
右ソレノイド２１には常に電流が流れることになり、電
力消費の点でも有効である。

平行操向モード■の時には、前輪系統が前述のように動
作する他、ハンドルポテンショメータ１６からの指令信
号が反転部４０を介さずに第１〜第３マルチプレクサ３
７．３８．３９を経て加算比較部４２に送られると共に
、後輪ポテンショメータ１８からの後輪３の切れ角を検
出した検出信号が加算比較部４２に送られ、加算比較部
４２、方向判別手段５３、駆動手段５９が同様に動作し
、後輪側操向シリンダ１工により後輪３を前輪２と同方
向に操向して行く。

ハの字操向モード■の時には、後輪系統では反転部４０
で反転された指令信号が第２、第３マルチプレクサ３８
．３９を経て加算比較部４２に送られるので、平行操向
モード■の時とは逆に後輪側操向シリンダ１）が動作し
、従って、前輪２が右方向に操向動作すると共に、後輪
３が左方向に操向動作することになる。

直進走行モード１の時には、第１マルチプレクサ３７で
ハンドルポテンショメータ１６からの指令信号がカット
され、Ｎ端子から中立の基準信号が入力されるので、前
後輪２．３が真直ぐに向くまでは各部が動作し、前後輪
２．３を真直ぐに向けて行く。

自動制御系が故障した場合等には、手動制御手段７７の
各スイッチを操作すれば、電磁弁１９．２２が切換わり
、所定の操向をすることができる。

なお、実施例では、電磁弁１９．２２として簡単な開閉
型のものを例示したが、加算比較部４１．４２の偏差信
号により比例動作型の電磁弁を駆動するようにしても良
い。

また実施例はアナログ制御方式であるが、ディジタル制
御方式でも同様に実施できる。

また操向形式は、前二輪操向モード■、平行操向モード
■、への字操向モード■、後二輪操向モード■の何れか
一つのみのものであっても良く、実施例のように各モー
ドに切換可能なものに限定されない。

指令手段、検出手段としてはポテンショメータ１６、１
７．１８が最も簡単であるが、機械的な動きを電気信号
に変換できるものであれば、その他のものを使用するこ
とができる。

また単に前後輪２，３の何れか一方の操向のみの場合に
は、指令信号と検出信号とを単に比較して偏差を求める
ようにしても良い。

ポテンショメータ１６は直接オペレータが手で操゛作す
るようにしても良く、ハンドル１４に必ずしも連動させ
る必要はない。

〈発明の効果〉 本発明によれば、指令信号と検出信号とから操向目標の
偏差を求めて、その偏差信号の大小に応じて電磁弁の開
度を制御するのようにしているので、操向動作の停止時
に従来発生したショックを防止しつつ迅速かつ円滑に操
向動作を行なうことができ、またオーバーランの発生も
なく、その実用的価値は掻めて大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は電気回路図、
第２図はトラクタの平面図、第３図は油圧回路図、第４
図は操向モードの説明図、第５図は操向モード選択の流
れ図、第６図は動作説明図、第７図は信号波形図である
。 １・・・トラクタ、２・・・前輪、３・・・後輪、７・
・・前輪側操向シリンダ、１）・・・後輪側操向シリン
ダ、１６・・・ハンドルポテンショメータ（指令手段）
、１７・・・前輪ポテンショメータ（検出手段）、１８
・・・後輪ポテンショメータ（検出手段）　、１９．２
２・・・電磁弁、４１゜４２・・・加算比較部、４７．
５３・・・方向判別手段、５９・・・駆動手段、６０・
・・三角波発信部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電磁弁により制御される操向シリンダによって操
   向輪を作動させるようにした車輌の操向制御装置におい
   て、操向用の指令信号を発生する指令手段；操向輪の切
   れ角を検出する検出手段；指令手段の指令信号と検出手
   段の検出信号とから操向方向を判別する方向判別手段；
   指令手段の指令信号と検出手段の検出信号とから操向目
   標との偏差を求めて、その偏差信号の大小に応じて前記
   方向判別手段により判別された操向方向側の電磁弁の開
   度が変わるように該電磁弁を駆動する駆動手段を備えた
   ことを特徴とする車輌の操向制御装置。
2. （２）電磁弁がソレノイドに所定値の励磁電流を流した
   ときに作動する開閉型であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の車輌の操向制御装置。
3. （３）駆動手段が、三角波信号を発信する三角波信号発
   信部、偏差信号と三角波信号とを比較する比較部、この
   比較部からの比較信号により駆動されるスイッチング素
   子を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の車輌の操向制御装置。
4. （４）指令手段がポテンショメータであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の車輌の操向制御装置。
5. （５）検出手段がポテンショメータであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の車輌の操向制御装置。