JP2013052771A - 農業用トラクタ - Google Patents

Abstract

【課題】農業用トラクタにおいて、操舵トルクセンサが故障しても確実に操舵力補助制御を継続できるようにする。
【解決手段】農業用トラクタは、エンジンが搭載され且つ前後四輪にて支持された走行機体と、走行機体に設けられた操縦ハンドルと、電動モータ８４を有する電動操舵機構と、操縦ハンドルの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ８５とを備える。操舵トルクセンサ８５の検出結果に基づき電動モータ８４の出力を増減させ、電動操舵機構を介して左右両前車輪を操舵する。走行機体の前後方向の傾斜角を検出するピッチングセンサ１０４を備える。ピッチングセンサ１０４の検出結果に基づき電動モータ８４の出力を調節可能に構成する。
【選択図】図７

Description

本願発明は農業用トラクタに関するものである。

従来から、農業用トラクタにおける電動操舵機構の技術はよく知られている（例えば特許文献１等参照）。電動操舵機構は、操縦ハンドルに付与される操舵トルクに基づき電動モータの出力を増減させ、左右両前車輪の操舵力を電動モータによって補助するものである。電動操舵機構の作用によって、オペレータは操縦ハンドルを軽い力で操作できる。また、電動モータはエンジンの動力を直接利用しないため、ロータリ耕耘機といった対地作業機への動力供給にロスが生じないという利点もある。

特開平５−８７４１号公報

ところで、オペレータが操縦ハンドルに付与する操舵トルクは、操縦ハンドルのハンドル軸といった操舵系に設けられたトルクセンサによって検出される。しかし、当該トルクセンサが故障した場合、電動操舵機構に対する制御装置が操縦ハンドルの操舵状態を正確に認識できなくなるため、適切な操舵補助をできなくなるというおそれがあった。

この点、トルクセンサについて安全性確保のために冗長性を持つ二重系に構成しておけば、一方のトルクセンサが故障しても確実に操舵力補助制御を継続できる。しかし、トルクセンサの制御系を二系統設けることは、コストアップを招来することになる。

そこで、本願発明は、上記のような問題の改善を図った農業用トラクタを提供することを技術的課題とするものである。

請求項１の発明は、エンジンが搭載され且つ前後四輪にて支持された走行機体と、前記走行機体に設けられた操縦ハンドルと、電動モータを有する電動操舵機構と、前記操縦ハンドルの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサとを備えており、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を増減させ、前記電動操舵機構を介して前記左右両前車輪を操舵する農業用トラクタであって、前記走行機体の前後方向の傾斜角を検出するピッチングセンサを更に備えており、前記ピッチングセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を調節可能に構成されているというものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の農業用トラクタにおいて、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力増減は、前記ピッチングセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力調節に優先して実行されるというものである。

請求項３の発明は、エンジンが搭載され且つ前後四輪にて支持された走行機体と、前記走行機体に設けられた操縦ハンドルと、電動モータを有する電動操舵機構と、前記操縦ハンドルの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサとを備えており、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を増減させ、前記電動操舵機構を介して前記左右両前車輪を操舵する農業用トラクタであって、前記エンジンからの回転動力を多段変速する副変速機構と、前記副変速機構の変速段を検出する副変速センサとを更に備えており、前記副変速センサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を調節可能に構成されているというものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載の農業用トラクタにおいて、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力増減は、前記副変速センサの検出結果に基づく前記電動モータの出力調節に優先して実行されるというものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のうちいずれかに記載の農業用トラクタにおいて、両端部に前車輪を回転可能に支持する前車軸ケースが前記走行機体の下面前部に設けられており、前記前車軸ケースの下面より高い高さ位置に、前記電動操舵機構が配置されているというものである。

請求項１の発明によると、エンジンが搭載され且つ前後四輪にて支持された走行機体と、前記走行機体に設けられた操縦ハンドルと、電動モータを有する電動操舵機構と、前記操縦ハンドルの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサとを備えており、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を増減させ、前記電動操舵機構を介して前記左右両前車輪を操舵する農業用トラクタであって、前記走行機体の前後方向の傾斜角を検出するピッチングセンサを更に備えており、前記ピッチングセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を調節可能に構成されているから、前記農業用トラクタに元々設けられている前記ピッチングセンサを有効利用して、前記操舵トルクセンサの代替機能を担わせることになる。従って、前記操舵トルクセンサについて冗長性を持つ二重系に構成しなくても、コストの抑制を図りつつ前記二重系を構成した場合と同等に近い機能を発揮できるという効果を奏する。

請求項２の発明によると、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力増減は、前記ピッチングセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力調節に優先して実行されるから、通常は前記操舵トルクセンサを用いた操舵力補助制御が行われ、例えば前記操舵トルクセンサに故障等の障害が生じた場合に、前記ピッチングセンサを用いた操舵力補助制御が行われることになる。従って、前記二重系を採用せずに構成簡素化およびコスト抑制を図ったものでありながら、操舵力補助制御の信頼性を向上できるという効果を奏する。

請求項３の発明によると、エンジンが搭載され且つ前後四輪にて支持された走行機体と、前記走行機体に設けられた操縦ハンドルと、電動モータを有する電動操舵機構と、前記操縦ハンドルの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサとを備えており、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を増減させ、前記電動操舵機構を介して前記左右両前車輪を操舵する農業用トラクタであって、前記エンジンからの回転動力を多段変速する副変速機構と、前記副変速機構の変速段を検出する副変速センサとを更に備えており、前記副変速センサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を調節可能に構成されているから、前記農業用トラクタに元々設けられている前記副変速センサを有効利用して、前記操舵トルクセンサの代替機能を担わせることになる。従って、前記請求項１の発明の場合と同様に、前記操舵トルクセンサについて冗長性を持つ二重系に構成しなくても、コストの抑制を図りつつ前記二重系を構成した場合と同等に近い機能を発揮できるという効果を奏する。

請求項４の発明によると、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力増減は、前記副変速センサの検出結果に基づく前記電動モータの出力調節に優先して実行されるから、通常は前記操舵トルクセンサを用いた操舵力補助制御が行われ、例えば前記操舵トルクセンサに故障等の障害が生じた場合に、前記副変速センサを用いた操舵力補助制御が行われることになる。従って、この場合も前記請求項２の発明と同様に、前記二重系を採用せずに構成簡素化およびコスト抑制を図ったものでありながら、操舵力補助制御の信頼性を向上できるという効果を奏する。

請求項５の発明によると、両端部に前車輪を回転可能に支持する前車軸ケースが前記走行機体の下面前部に設けられており、前記前車軸ケースの下面より高い高さ位置に、前記電動操舵機構が配置されているから、前記電動操舵機構は、正面からの障害物に対して前記前車軸ケースにて保護されることになる。また、前記電動操舵機構は、地上からの高さを確保して配置されることになり、前記電動操舵機構が障害物や地上と接触して故障及び破損するおそれを少なくできるという効果を奏する。

トラクタの全体側面図である。 トラクタの全体平面図である。 トラクタの動力伝達系統を示すスケルトン図である。 電動操舵機構を説明する側面図である。 電動操舵機構を説明する平面図である。 電動操舵機構の模式的な説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 制御装置の機能ブロック図である。 トルク−電流マップの説明図であり、（ａ）は操舵トルクの増大に応じて出力電流が二次曲線的に増加する場合、（ｂ）は操舵トルクの増大に応じて出力電流が直線的に増加する場合の図である。 操舵力補助制御の第１例を示すフローチャートである。 操舵力補助制御の第２例を示すフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１及び図２を参照しながら、農業用のトラクタ１の概略構造について説明する。図１及び図２に示すように、トラクタ１の走行機体２は、左右一対の前車輪３と左右一対の後車輪４とで支持されている。走行機体２の前部に搭載されたエンジン５にて後車輪４及び前車輪３を駆動することにより、トラクタ１は前後進走行するように構成される。走行機体２は、前バンパ６及び前車軸ケース７を有するエンジンフレーム８と、エンジン５からの動力を継断する主クラッチ９（図３参照）を内蔵したクラッチハウジング１０と、エンジン５からの動力を適宜変速して両後車輪４及び両前車輪３に伝達するためのミッションケース１１と、クラッチハウジング１０の外側面に外向き突設された左右一対のステップフレーム１３とにより構成されている。エンジンフレーム８の後端側はエンジン５の左右外側面に連結されている。エンジン５の後面側にはクラッチハウジング１０の前面側が連結されている。クラッチハウジング１０の後面側には、ミッションケース１１の前面側が連結されている。

エンジン５はボンネット１４にて覆われている。また、クラッチハウジング１０の上面には操縦コラム１５が立設されている。操縦コラム１５の上面側には、左右両前車輪３の舵取り角を変更操作するための操縦ハンドル１６が配置されている。ミッションケース１１の上面には操縦座席１７が配置されている。左右ステップフレーム１３の上面には、これらに跨る平坦なステップ床板１８が配置されている。前車輪３は前車軸ケース７を介してエンジンフレーム８に取り付けられている。後車輪４は、ミッションケース１１の外側面に外向き突設された後車軸ケース１９を介して取り付けられている。なお、左右両後車輪４の上面側は左右一対のリヤカウル２０にて覆われている。操縦座席１７の後方には、エンジン５に供給される燃料を貯留する燃料タンク２１と、走行機体２の転倒時にオペレータを保護するためのロプスフレーム２２とが設けられている。

ミッションケース１１の上面後部には、走行機体２の後部に連結されるロータリ耕耘機等の対地作業機（図示省略）を昇降動させる油圧式の対地作業機昇降機構２３が着脱可能に取り付けられている。この場合、対地作業機は、一対の左右ロワーリンク２５及びトップリンク２６からなる３点リンク機構２４を介して、ミッションケース１１の後部に連結される。対地作業機昇降機構２３における左右のリフトアーム２７がリフトリンク２８を介して左右のロワーリンク２５に連結される。対地作業機昇降機構２３による左右のリフトアーム２７の上下回動によって、対地作業機が昇降動するように構成されている。ミッションケース１１の後側面には、対地作業機にＰＴＯ駆動力を伝達するためのＰＴＯ軸２９が後ろ向きに突設されている。

次に、図１及び図２を参照しながら、操縦座席１７周辺における各種操作部材の配置構造について説明する。図１及び図２に示すように、操縦座席１７の前方に操縦コラム１５が配置されており、操縦コラム１５の上面側に操向操作用の操縦ハンドル１６が配置されている。操縦コラム１５の上面側には操作表示盤３１が設けられている。操縦コラム１５の一側方には、走行機体２の進行方向を前進と後進とに切換操作するための前後進切換レバー３２と、主クラッチ９を切り作動させるためのクラッチペダル３３とが配置されている。操縦コラム１５の他側方には、エンジン５の回転速度を調節するアクセルレバー３４と、走行機体２を制動操作する左右一対のブレーキペダル３５とが設けられている。操縦コラム１５側から見てブレーキペダル３５より更に外側には、アクセルペダル３６が配置されている。アクセルペダル３６は、アクセルレバー３４にて設定されたエンジン５の回転速度を下限として、これ以上の範囲にて回転速度を増減速させるものである。なお、図示は省略するが、操縦コラム１５の背面側には、ブレーキペダル３３を踏み込み位置に保持する駐車ブレーキレバーが設けられている。

操縦座席１７の左右前部にはサイドコラム３７が設けられている。一方のサイドコラム３７上には、ミッションケース１１内にある副変速機構５３（図３参照）の変速出力を所定範囲に設定保持する副変速レバー３８と、走行機体２の駆動方式を二駆と四駆とに切換操作するための駆動切換レバー３９と、対地作業機へのＰＴＯ駆動力を変速操作するためのＰＴＯ変速レバー４０とが配置されている。図２から明らかなように、駆動切換レバー３９及びＰＴＯ変速レバー４０は、操縦座席１７の下方で且つ操縦座席１７より左右外側に、前向きに突出する姿勢で配置されている。

他方のサイドコラム３７上には、走行機体２の車速を変更操作するための主変速レバー４１と、対地作業機の高さ位置を手動で変更調節するポジションレバー４２と、対地作業機昇降制御のオンオフ切換や制御感度設定を行うドラフトレバー４３とが配置されている。他方のサイドコラム３７寄りにあるリヤカウル２０には、ミッションケース１７の上部後部に設けられた油圧外部取出バルブ（図示省略）を切換操作するための複数の油圧操作レバー４４が配置されている。油圧外部取出バルブは、トラクタ１に後付けされるフロントローダといった別の作業機に作動油を供給制御するものである。他方のサイドコラム３７の前方には、左右両後車輪４の差動駆動をオンオフするためのデフロックペダル４５が配置されている。なお、実施形態の左右サイドコラム３７は、それぞれ対応するリヤカウル２０と一体形成されている。

次に、図３を参照しながら、トラクタ１の動力伝達系統について説明する。前述の通り、クラッチハウジング１０には動力継断用のメインクラッチ９が内蔵されている。ミッションケース１１内は、エンジン５の動力を正転又は逆転方向に切り換える前後進切換機構５１と、前後進切換機構５１を経由した回転動力を変速する機械式の主変速機構５２及び副変速機構５３と、エンジン５の動力を適宜変速してＰＴＯ軸２９に伝達するＰＴＯ変速機構５４と、副変速機構５３を経由した回転動力を左右の後車輪４に伝達する差動ギヤ機構５５とが配置されている。ミッションケース１１の下面側に設けられたカバーケース５６内には、走行機体２の駆動方式を二駆と四駆とに切り換える二駆四駆切換機構５７が配置されている。

エンジン５から後ろ向きに突出したエンジン出力軸５８には、フライホイル５９が直結するように取り付けられている。フライホイル５９とこれから後ろ向きに延びる主動軸６０は、クラッチハウジング１０内の主クラッチ９を介して連結される。また、フライホイル５９と主動軸６０に回転可能に被嵌された入力筒軸６１とに関しても、同様に主クラッチ９を介して連結される。

エンジン５の動力は、エンジン出力軸５８から主動軸６０を経由したＰＴＯ駆動系統と、エンジン出力軸５８から入力筒軸６１を経由した走行系統との２系統に分岐して伝達される。主動軸６０に伝達された回転動力はＰＴＯ変速機構５４に伝達され、ＰＴＯ変速機構５４にて適宜変速されたＰＴＯ駆動力がＰＴＯ軸２９に伝達される。また、入力筒軸６１に伝達された回転動力は、前後進切換機構５１を経由したのち、主変速機構５２及び副変速機構５３にて適宜変速される。該変速動力が差動ギヤ機構５５を介して左右の後車輪４に伝達される。主変速機構５２及び副変速機構５３による変速動力は、二駆四駆切換機構５７及び前車軸ケース７内の差動ギヤ機構６２を介して左右の前車輪３にも伝達される。

前後進切換レバー３２の操作にて前後進切換クラッチ６３を入力筒軸６１に沿ってスライド移動させることにより、エンジン５から主変速機構５２に向かう回転動力を正転方向に伝達するか逆転方向に伝達するかが選択される。主変速機構５２は主変速レバー４１の操作によって複数段（実施形態では４段）に切換変速するように構成されている。副変速機構５３は副変速レバー３８の操作によって高低２段に切換変速するように構成されている。駆動切換レバー３９の操作によって、二駆四駆切換機構５７を構成する前車輪推進軸６４に沿って駆動切換クラッチ６５をスライド移動させることにより、副変速機構５３を経由した回転動力を前車輪３に伝達するか否かが選択される。更に、ＰＴＯ変速レバー４０の操作によって、ＰＴＯ軸２９に沿ってＰＴＯ変速クラッチ６６をスライド移動させることにより、ＰＴＯ駆動力が高低２段に切換変速される。

次に、図４〜図６を参照しながら、左右両前車輪３の操舵構造について説明する。図４及び図５に示すように、エンジンフレーム８の前側には支持板体７１が溶接にて固着されている。支持板体７１には、センターピン７２を介して前車軸ケース７の左右中間部が上下回動可能に取り付けられている。従って、前車軸ケース７は、左右中間部のセンターピン７２回りに上下回動可能な状態で、走行機体２の下面前部に位置している。左右両前車輪３の接地圧に差が生じた場合は、前車軸ケース７がセンターピン７２回りに上下回動して、左右前車輪３が互いに反対方向に昇降する。その結果、左右両前車輪３の接地圧が略等しく維持されることになる。

前車軸ケース７は左右横長で中空状の形態になっている。前車軸ケース７の内部には前車輪用の差動ギヤ機構６２（図３参照）が設けられている。前車軸ケース７の左右両端側にはそれぞれギヤケース７３が固定されている。ギヤケース７３には、内部のキングピン７４（図３参照）回りに回動可能に支持されたギヤボックス７５が連結されている。ギヤボックス７５の上部にはナックルアーム７６が固定されている。ギヤボックス７５には車軸ケース７７が固定されている。車軸ケース７７には前車輪３を回転させる前車軸７８（図３参照）が左右外向きに突設されている。前車輪３は、車軸ケース７７から突出した前車軸７８に取り外し可能に取り付けられる。

前車軸ケース７内にある差動ギヤ機構６２は、キングピン７４の上端側に動力伝達可能に連結されている。キングピン７４の下端側は車軸ケース７７内の前車軸７８に動力伝達可能に連結されている。キングピン７４の上部は軸受を介してギヤケース７３に軸支され、下部は軸受を介してギヤボックス７５に軸支されている。左ナックルアーム７６の前端側と右ナックルアーム７６の前端側とは、左右横長の伝達ロッド７９を介して連動連結されている。左ナックルアーム７６の回動によって左ギヤボックス７５、左車軸ケース７７及び左前車輪７８が回動する。伝達ロッド７９の存在によって左ナックルアーム７６の回動に連動して、右ナックルアーム７６も回動して右ギヤボックス７５、右車軸ケース７７及び右前車輪７８を回動させる。その結果、左右両前車輪３が左右に操舵される。

前車軸ケース７のナックルアーム７６（実施形態では左側）は、電動モータ８４を有する電動操舵機構８０を介して、操縦コラム１５上面側の操縦ハンドル１６に連動連結されている。この場合、操縦ハンドル１６の下部に、縦長のハンドル支軸８１の上端側が固定されている。ハンドル支軸８１の下端側は、自在継手を介して連結軸８２の上端側に連結されている。そして、連結軸８２の下端側が電動操舵機構８０に連結されている。

電動操舵機構８０は、操縦ハンドル１６の回動操作を左右両前車輪３の左右操舵運動（後述するラック８８の前後往復動）に変換するものであり、前後長手の操舵ギヤケース８３と、左右両前車輪３の操舵力を補助する電動モータ８４と、操縦ハンドル１６の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ８５とを有している。操舵ギヤケース８３から上向きに突出したステアリング軸８６の上端側が自在継手を介して連結軸８２の下端側に連結されている。図６（ａ）（ｂ）に示すように、ステアリング軸８６のうち操舵ギヤケース８３内の部分にはピニオンギヤ８７が固着されている。ピニオンギヤ８７は、操舵ギヤケース８３内に前後往復動可能に配置されたラック８８と噛み合っている。

操舵ギヤケース８３の長手中途部に、電動モータ８４と操舵トルクセンサ８５とが設けられている。図６（ａ）（ｂ）に示すように、電動モータ８４の出力軸に固着されたモータ出力ギヤ９０は、操舵ギヤケース８３内において、ステアリング軸８６のうちピニオンギヤ８７よりも下方に固着された補助ギヤ８９と噛み合っている。電動モータ８４及び操舵トルクセンサ８５は、後述する制御装置１００に電気的に接続されている。制御装置１００は、操舵トルクセンサ８５にて検出された操舵トルク、すなわち、操縦ハンドル１６の回動操作にてステアリング軸８６に加わる操舵トルクに基づき、電動モータ８４の出力を増減させる。電動モータ８４の出力増減によって、左右両前車輪３の操舵力が補助される。

図６（ａ）に示すように、操舵ギヤケース８３内において、ステアリング軸８６の下端には制動ディスク９６が固定されている。制動ディスク９６には、制動アクチュエータ９８（図７参照）の作動によって制動パッド９７を押圧するように構成されている。制動ディスク９６への制動パッド９７の押圧によって、ステアリング軸８６の回転にブレーキがかかることになる。

図４〜図６に示すように、ラック８８の前端側は、ラックリンク９１を介して、前車軸ケース７と操舵ギヤケース８３との間に配置されたベルクランク９２の一方の先端部に連結されている。ベルクランク９２は平面視で略Ｌ字状に形成されている。ベルクランク９２のＬ字コーナ部が、エンジンフレーム８の前側のうち支持板体７１の後方に固定されたクランク支持板９３に、縦向きの回動軸９４を介して回動可能に軸支されている。前述の通り、ベルクランク９２の一方の先端部が、ラックリンク９１を介してラック８８の前端側に連結されている。ベルクランク９２の他方の先端部は、連動杆９５を介して左ナックルアーム７６の後端部に連結されている。

操縦座席１７に着座したオペレータが操縦ハンドル１６を回動操作すると、操縦ハンドル９の操舵角（回動操作量）に応じて、ハンドル支軸８１、連結軸８２、ステアリング軸８６ひいてはピニオンギヤ８７が回転する。このとき、操舵トルクセンサ８５がステアリング軸８６に加わる操舵トルクを検出して制御装置１００に伝達する。制御装置１００は操舵トルクに基づき、補助ギヤ８９経由でピニオンギヤ８７の回転を補助するように、電動モータ８４を回転駆動させる。このため、オペレータは軽い力で操縦ハンドル１６を操作できる。また、電動モータ８４はエンジン５の動力を直接利用しないため、対地作業機への動力供給にロスが生じないという利点もある。

ピニオンギヤ８７が回転すると、ピニオンギヤ４２と噛み合ったラック８８が前後方向に移動する。当該ラック８８の前後移動によって、ラックリンク９１、ベルクランク９２及び連動杆９５を介して左ナックルアーム７６が回動して、左ギヤボックス７５、左車軸ケース７７及び左前車輪７８を回動させる。そして、伝達ロッド７９の存在によって左ナックルアーム７６の回動に連動して、右ナックルアーム７６も回動して右ギヤボックス７５、右車軸ケース７７及び右前車輪７８を回動させる。その結果、左右両前車輪３が左右に操舵され、トラクタ１が操向操作される。

図４に示すように実施形態では、走行機体２の下面前部に設けられた前車軸ケース７の下面より高い高さ位置に、電動操舵機構８０が配置されている。換言すると、電動操舵機構８０の構成要素、例えば操舵ギヤケース８３、電動モータ８４、操舵トルクセンサ８５、ラックリンク９１、ベルクランク９２及び連動杆９５等の取付高さ位置は、前車軸ケース７の下面より高い高さ位置に設定されている。このため、電動操舵機構８０の構成要素は、正面からの障害物に対して前車軸ケース７にて保護される。また、電動操舵機構８０の構成要素は、地上からの高さを確保して配置される。従って、電動操舵機構８０が障害物や地上と接触して故障及び破損するおそれを少なくできる。

次に、図７及び図８を参照しながら、電動操舵機構８０の操舵力補助制御を実行する構成について説明する。トラクタ１の走行機体２には、操舵力補助制御を実行する制御装置１００が搭載されている。操舵力補助制御は、操縦ハンドル１６に付与される操舵トルクに基づき電動モータ８４の出力を増減させて、左右両前車輪３の操舵力を補助するというものである。

実施形態の制御装置１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ１０１のほか、制御プログラムやデータを記憶させるＲＯＭ１０２、制御プログラムやデータを一時的に記憶するＲＡＭ１０３、タイマー機能としてのクロック、センサやアクチュエータ等との間でデータのやり取りをする入出力インターフェイス等を有している。制御装置１００の入出力インターフェイスには、前述した操舵トルクセンサ８５、走行機体２の前後方向の傾斜角（以下、前後傾斜角θという）を検出するピッチングセンサ１０４、副変速機構５３の変速段を検出する副変速センサ１０５、電動モータ８４に対するモータ制御部１０６、並びに、制動パッド９７に対する制動アクチュエータ９８等が電気的に接続されている。

詳細な説明は省略するが、ピッチングセンサ１０４は、対地作業機の一例であるロータリ耕耘機の耕耘深さを調節する従来公知の耕耘深さ自動制御に用いられる振り子式のものである。実施形態のピッチングセンサ１０４は、例えば作業機用昇降機構２３の上面で且つ操縦座席１７の後方の箇所に配置される。実施形態の副変速センサ１０５は、副変速レバー３８の操作位置から副変速機構５３の変速段を検出するように構成されている。

制御装置１００のＲＯＭ１０２には、操縦ハンドル１６（より詳しくはステアリング軸８６）に加わる操舵トルクＴと電動モータ８４の出力電流ｉとの関係を示すトルク−電流マップＭ（図８参照）が予め記憶されている。当該マップＭは実験等にて求められる。図８（ａ）（ｂ）では、操舵トルクＴを横軸に、出力電流ｉを縦軸に採っている。図８（ａ）に示すトルク−電流マップＭでは、操舵トルクＴの増大に応じて出力電流ｉを二次曲線的に増加させる。図８（ｂ）に示すトルク−電流マップＭでは、操舵トルクＴの増大に応じて出力電流ｉを直線的に増加させる。図８（ａ）（ｂ）のいずれのマップＭを採用してもよい。

例えば操縦ハンドル１６の回動操作量が大きい旋回時は、左右両前車輪３ひいては操縦ハンドル１６を軽い力で操作できるように、電動モータ８４から大きい補助トルクを出力する。回動操作量が小さい直進時は、重めの回動操作フィーリングをオペレータに与えて直進安定性を得られるように、電動モータ８４から小さい補助トルクを出力するか、電動モータ８４からの出力をなくす。すなわち、トラクタ１の走行状態に適した補助トルクを電動モータ８４から発生させる。

なお、操縦ハンドル１６を回動操作していないのに、ノイズや外乱等を操舵トルクセンサ８５が操舵トルクＴとして検出して電動モータ８４の出力を増減させるのを防止するため、０（零）前後の操舵トルクＴに対して不感帯を設けてもよい。

次に、図９のフローチャートを参照しながら、操舵力補助制御の第１例について説明する。なお、以下の説明においてフローチャートで示されるアルゴリズムは、制御装置１００のＲＯＭ１０２にプログラムとして記憶されており、ＲＡＭ１０３に読み出されてからＣＰＵ１０１にて実行される。実施形態の制御装置１００は、操舵力補助制御の一環として、操舵トルクＴに基づく電動モータ８４の出力増減だけでなく、操舵トルクセンサ８５の故障時であっても、ピッチングセンサ１０４の検出結果に基づき、左右両前車輪３の操舵力を補助するように構成されている。

この場合、制御装置１００は、操舵力補助制御のスタートに続き、所定時間内に操舵トルクセンサ８５から信号入力があるか否かを判別し（Ｓ０１）、信号入力があれば（Ｓ０１：ＹＥＳ）、当該操舵トルクセンサ８５の検出値である操舵トルクＴを読み込み（Ｓ０２）、操舵トルクＴ及びトルク−電流マップＭを用いて、電動モータ８４に出力すべき出力電流ｉを演算する（Ｓ０３）。そして、ステップＳ０３で求めた出力電流ｉに基づき電動モータ８４を回転駆動させ（Ｓ０４）、左右両前車輪３の操舵力補助のための補助トルクをピニオンギヤ８７の回転に付与する。

ステップＳ０１において信号入力がない場合は（Ｓ０１：ＮＯ）、操舵トルクセンサ８５に故障等の障害が発生したことを意味するので、次いで、ピッチングセンサ１０４の検出値である前後傾斜角θを読み込み（Ｓ０５）、前後傾斜角θに基づき電動モータ８４の出力を調節する（Ｓ０６）。

ここで、前後傾斜角θから走行機体２が降坂状態と判断された場合は、出力電流ｉを増大させて電動モータ８４を回転駆動させ、補助トルクをピニオンギヤ８７の回転に付与する。その結果、操縦ハンドル１６の重い回動操作フィーリングが改善され、軽い力で操縦ハンドル１６を操舵できることになる。

逆に、前後傾斜角θから走行機体２が登坂状態と判断されれば、電動モータ８４の出力を減少させるか０（零）にして（出力電流ｉを減少させるか０（零）にして）、更には制動ディスク９６に制動パッド９７を押圧することによって、ピニオンギヤ８７の回転に抵抗を付与する。その結果、操縦ハンドル１６の軽い回動操作フィーリングが改善され、操縦ハンドル１６が重めの感触で操舵されることになる。操縦ハンドル１６の切り過ぎによる急激な方向転換を防止できる。

なお、前後傾斜角θに基づき設定される電動モータ８４への出力電流ｉは、固定値でもよいし、前後傾斜角θに比例して変動する値でもよい。

上記の説明並びに図７〜図９から明らかなように、エンジン５が搭載され且つ前後四輪３，４にて支持された走行機体２と、前記走行機体２に設けられた操縦ハンドル１６と、電動モータ８４を有する電動操舵機構８０と、前記操縦ハンドル１６の操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ８５とを備えており、前記操舵トルクセンサ８５の検出結果に基づき前記電動モータ８４の出力を増減させ、前記電動操舵機構８０を介して前記左右両前車輪３を操舵する農業用トラクタ１であって、前記走行機体２の前後方向の傾斜角θを検出するピッチングセンサ１０４を更に備えており、前記ピッチングセンサ１０４の検出結果に基づき前記電動モータ８４の出力を調節可能に構成されているから、前記農業用トラクタ１に元々設けられている前記ピッチングセンサ１０４を有効利用して、前記操舵トルクセンサ８５の代替機能を担わせることになる。従って、前記操舵トルクセンサ８５について冗長性を持つ二重系に構成しなくても、コストの抑制を図りつつ前記二重系を構成した場合と同等に近い機能を発揮できる。

特に図９のフローチャートから明らかなように、前記操舵トルクセンサ８５の検出結果に基づく前記電動モータ８４の出力増減は、前記ピッチングセンサ１０４の検出結果に基づく前記電動モータ８４の出力調節に優先して実行されるから、通常は前記操舵トルクセンサ８５を用いた操舵力補助制御が行われ、例えば前記操舵トルクセンサ８５に故障等の障害が生じた場合に、前記ピッチングセンサ１０４を用いた操舵力補助制御が行われることになる。従って、前記二重系を採用せずに構成簡素化およびコスト抑制を図ったものでありながら、操舵力補助制御の信頼性を向上できるのである。

次に、図１０のフローチャートを参照しながら、操舵力補助制御の第２例について説明する。この場合の制御装置１００は、操舵力補助制御の一環として、操舵トルクＴに基づく電動モータ８４の出力増減だけでなく、操舵トルクセンサ８５の故障時であっても、副変速センサ１０５の検出結果に基づき、左右両前車輪３の操舵力を補助するように構成されている。

この場合、制御装置１００は、操舵力補助制御のスタートに続き、所定時間内に操舵トルクセンサ８５から信号入力があるか否かを判別し（Ｓ１１）、信号入力があれば（Ｓ１１：ＹＥＳ）、当該操舵トルクセンサ８５の検出値である操舵トルクＴを読み込み（Ｓ１２）、操舵トルクＴ及びトルク−電流マップＭを用いて、電動モータ８４に出力すべき出力電流ｉを演算する（Ｓ１３）。そして、ステップＳ１３で求めた出力電流ｉに基づき電動モータ８４を回転駆動させ（Ｓ１４）、左右両前車輪３の操舵力補助のための補助トルクをピニオンギヤ８７の回転に付与する。

ステップＳ１１において信号入力がない場合は（Ｓ１１：ＮＯ）、操舵トルクセンサ８５に故障等の障害が発生したことを意味するので、次いで、副変速センサ１０５の検出値、すなわち副変速機構５３が高速段側か低速段側かを読み込み（Ｓ１５）、副変速センサ１０５の検出値に基づき電動モータ８４の出力を調節する（Ｓ１６）。

ここで、副変速機構５３が低速段側であると判断された場合は、圃場での農作業時のように比較的低速で走行していると解されるので、出力電流ｉを増大させて電動モータ８４を回転駆動させ、補助トルクをピニオンギヤ８７の回転に付与する。その結果、操縦ハンドル１６の重い回動操作フィーリングが改善され、軽い力で操縦ハンドル１６を操舵できることになる。

逆に、副変速機構５３が高速段側であると判断された場合は、電動モータ８４の出力を減少させるか０（零）にして（出力電流ｉを減少させるか０（零）にして）、更には制動ディスク９６に制動パッド９７を押圧することによって、ピニオンギヤ８７の回転に抵抗を付与する。その結果、操縦ハンドル１６の軽い回動操作フィーリングが改善され、操縦ハンドル１６が重めの感触で操舵されることになる。操縦ハンドル１６の切り過ぎによる急激な方向転換を防止できる。

なお、この場合も副変速センサ１０５の検出値に基づき設定される電動モータ８４への出力電流ｉは、固定値でもよいし、例えば走行機体２の車速に比例して変動する値でもよい。

上記の説明並びに図７、図８及び図１０から明らかなように、エンジン５が搭載され且つ前後四輪３，４にて支持された走行機体２と、前記走行機体２に設けられた操縦ハンドル１６と、電動モータ８４を有する電動操舵機構８０と、前記操縦ハンドル１６の操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ８５とを備えており、前記操舵トルクセンサ８５の検出結果に基づき前記電動モータ８４の出力を増減させ、前記電動操舵機構８０を介して前記左右両前車輪３を操舵する農業用トラクタ１であって、前記エンジン５からの回転動力を多段変速する副変速機構５３と、前記副変速機構５３の変速段を検出する副変速センサ１０５とを更に備えており、前記副変速センサ１０５の検出結果に基づき前記電動モータ８４の出力を調節可能に構成されているから、前記農業用トラクタ１に元々設けられている前記副変速センサ１０５を有効利用して、前記操舵トルクセンサ８５の代替機能を担わせることになる。従って、前記第１例の場合と同様に、前記操舵トルクセンサ８５について冗長性を持つ二重系に構成しなくても、コストの抑制を図りつつ前記二重系を構成した場合と同等に近い機能を発揮できる。

特に図１０のフローチャートから明らかなように、前記操舵トルクセンサ８５の検出結果に基づく前記電動モータ８４の出力増減は、前記副変速センサ１０５の検出結果に基づく前記電動モータ８４の出力調節に優先して実行されるから、通常は前記操舵トルクセンサ８５を用いた操舵力補助制御が行われ、例えば前記操舵トルクセンサ８５に故障等の障害が生じた場合に、前記副変速センサ１０５を用いた操舵力補助制御が行われることになる。従って、この場合も前記第１例と同様に、前記二重系を採用せずに構成簡素化およびコスト抑制を図ったものでありながら、操舵力補助制御の信頼性を向上できるのである。

本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。ピッチングセンサ１０４や副変速センサ１０５を用いての操舵力補助制御は、操舵トルクセンサ８５の障害発生時に実行するに限らず、例えば操舵トルクセンサ８５とピッチングセンサ１０４、操舵トルクセンサ８５と副変速センサ１０５、又は、操舵トルクセンサ８５とピッチングセンサ１０４と副変速センサ１０５というように、各センサ８５，１０４，１０５を組み合わせて操舵力補助制御を行うようにしてもよい。その他各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１ 農業用トラクタ
２ 走行機体
３ 前車輪
４ 後車輪
５ エンジン
７ 前車軸ケース
１６ 操縦ハンドル
３８ 副変速レバー
５３ 副変速機構
６２ 前車輪用の差動ギヤ機構
８０ 電動操舵機構
８３ 操舵ギヤケース
８４ 電動モータ
８５ 操舵トルクセンサ
９１ ラックリンク
９２ ベルクランク
９５ 連動杆
９６ 制動ディスク
９７ 制動パッド
１００ 制御装置
１０４ ピッチングセンサ
１０５ 副変速センサ

Claims (5)

1. エンジンが搭載され且つ前後四輪にて支持された走行機体と、前記走行機体に設けられた操縦ハンドルと、電動モータを有する電動操舵機構と、前記操縦ハンドルの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサとを備えており、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を増減させ、前記電動操舵機構を介して前記左右両前車輪を操舵する農業用トラクタであって、
   前記走行機体の前後方向の傾斜角を検出するピッチングセンサを更に備えており、前記ピッチングセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を調節可能に構成されている、
   農業用トラクタ。
2. 前記操舵トルクセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力増減は、前記ピッチングセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力調節に優先して実行される、
   請求項１に記載の農業用トラクタ。
3. エンジンが搭載され且つ前後四輪にて支持された走行機体と、前記走行機体に設けられた操縦ハンドルと、電動モータを有する電動操舵機構と、前記操縦ハンドルの操舵トルクを検出する操舵トルクセンサとを備えており、前記操舵トルクセンサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を増減させ、前記電動操舵機構を介して前記左右両前車輪を操舵する農業用トラクタであって、
   前記エンジンからの回転動力を多段変速する副変速機構と、前記副変速機構の変速段を検出する副変速センサとを更に備えており、前記副変速センサの検出結果に基づき前記電動モータの出力を調節可能に構成されている、
   農業用トラクタ。
4. 前記操舵トルクセンサの検出結果に基づく前記電動モータの出力増減は、前記副変速センサの検出結果に基づく前記電動モータの出力調節に優先して実行される、
   請求項３に記載の農業用トラクタ。
5. 両端部に前車輪を回転可能に支持する前車軸ケースが前記走行機体の下面前部に設けられており、前記前車軸ケースの下面より高い高さ位置に、前記電動操舵機構が配置されている、
   請求項１〜４のうちいずれかに記載の農業用トラクタ。

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