JP3765441B2

JP3765441B2 - 車両用ステアリング装置

Info

Publication number: JP3765441B2
Application number: JP05252897A
Authority: JP
Inventors: 克之森本
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: JPH10230863A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行と作業を行う作業車両等、走行以外の操作を必要とする車両用ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両のステアリング装置として図６に示す「特開平８−２０７８０７」が知られている。
油圧ポンプ５１と操舵アクチュエータ５７，５８のヘッド側とロッド側の各作動室間には、油圧ポンプ５１の作動流体を各作動室のいずれか一方に選択的に導く手動操舵制御弁５２と、電気操舵制御弁５６とが並列に設置されている。
前記手動操舵制御弁５２は操舵ホイール６７により操作されるが、電気操舵制御弁５６は遮断弁６１と比例弁６２とからなり、導線６３，６４，６５の信号により操作され、遠隔操作も可能である。手動操舵制御弁５２と電気操舵制御弁５６のいずれか一方が操舵を行っている場合は、他方は中立位置にロックされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術には次のような問題がある。
（１）作業車両においては、一定の操舵角に対する操舵ホイール６７の操作角は、走行時は大きい方が走行安定性が良く、作業時は小さい方が作業効率が良いため走行時と作業時で変化させる方がよい。ステアリングハンドルの操作角に応じた車両の操舵角の適性値は図５に示すようになる。
しかし、電気操舵制御弁５６は操舵ホイール６７により操作されないため、手動操舵制御弁５２操作時と電気操舵制御弁５６操作時とで操作感覚にずれが生じステアリング操作性を損ねる。
【０００４】
（２）また、ステアリングハンドルの操作角を検出する角度センサを使用する従来例はあるが、圧油の洩れや、角度センサの電気信号から油圧信号への変換時における誤差により、ステアリングハンドルより手を離してステアリングハンドルが中立位置に戻ったとき車両の操舵角が直進状態からずれる、いわゆるノブずれが生じる。
【０００５】
本発明は、ステアリングハンドルの操作角に応じた車両の操舵角を変更可能とすると共に、ステアリングハンドルより手を離すとステアリングハンドルが中立位置に戻り車両が直進状態になる機能を有した車両用ステアリング制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の発明は、油圧源１から吐出される圧油を、ステアリングハンドル４の操作角に応じた所定油量だけ操舵アクチュエータ３に供給するステアリングバルブ２を有する車両用ステアリング装置において、前記ステアリングバルブ２と並列に油圧源1 に接続されたステアリング比例電磁弁６と、前記ステアリングバルブ２と操舵アクチュエータ３間に介設され、ステアリングバルブ２の出力油とステアリング比例電磁弁６の出力油とを、選択的に操舵アクチュエータ３に供給する切換弁５と、前記ステアリングバルブ２の出力油を操舵アクチュエータ３に供給する第１操舵モードと、ステアリング比例電磁弁６の出力油を操舵アクチュエータ３に供給する第２操舵モードとを選択する操舵モード選択手段２５と、第２操舵モードが選択されたとき、前記ステアリングハンドル４の操作角を検出する操作角センサ１６、又は操作角速度を検出する角速度センサと、この操作角センサ１６、又は角速度センサの検出値を入力して、ステアリングハンドル操作角が第１操舵モードのときと同一でも大きい車体操舵角になるように、前記ステアリング比例電磁弁６の開度を制御するコントローラ８とを備えることを特徴とする。
【０００７】
第１の発明によれば、操舵モード選択手段２５により第１操舵モードにすると、ステアリングバルブ２の出力油を操舵アクチュエータ３に供給するように切換弁５が切り換えられる。従って、従来と同様にステアリングハンドル４の操作角に応じて操作されるステアリングバルブ２の出力油により、車両をステアリング操作できる。
操舵モード選択手段２５により第２操舵モードにすると、ステアリングハンドル操作角が第１操舵モードと同一でも第１操舵モードより大きい車体操舵角になるように、ステアリングハンドル４の操作角センサ１６、又は角速度センサの検出信号に応じて制御されるステアリング比例電磁弁６の出力油により、車両をステアリング操作することができる。
このように、従来の車両用ステアリング装置を改造するだけで、第２操舵モードでは、第１操舵モードとステアリングハンドル操作角が同一でも、車両の操舵角を大きくすることができる。従って、走行だけのときには第１操舵モードを選択して通常のステアリング操作ができ、作業しながら走行するときには第２操舵モードを選択すれば、ステアリングハンドル操作角が第１操舵モードと同一でも車両の操舵角が大きくなるため、車両の運転条件に適したステアリング操作が可能となり、車両の操作性を大幅に向上することができると共に、製造コストも低減できる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記操舵モード選択手段２０が第１操舵モードを選択すると、コントローラ８からステアリング比例電磁弁６へ出力する制御信号を遮断すると共に、ステアリング比例電磁弁６のポンプポートを遮断し、前記操舵モード選択手段２５が第２操舵モードを選択すると、前記ステアリングバルブ２はステアリングハンドル４で操作されないことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明によれば、第１の発明において、第１操舵モードを選択すると、ステアリング比例電磁弁６への制御信号が遮断されると共に、ステアリング比例電磁弁６のポンプポートを遮断するため、従来と同様にステアリングハンドル４の操作角に応じて操作されるステアリングバルブ２の出力油により、車両をステアリング操作できる。
また、第２操舵モードを選択すると、ステアリングバルブ２はステアリングハンドル４で操作されなくなると共に、ステアリングハンドル４の操作角に応じて操作されるステアリング比例電磁弁６の出力油により、第１操舵モードより小さい車体操舵角となるように車両をステアリング操作できる。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、前記操作角センサ１６、又は角速度センサは、ステアリングハンドル４に固定されたステアリングバルブ２の回転軸４ａに設置されることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明によれば、操作角センサ１６、又は角速度センサをステアリングハンドル４に固定されたステアリングバルブ２の回転軸に設置したので、操作角センサ１６、又は角速度センサを容易に設置でき、車両用ステアリング装置のコンパクト化と、低コスト化を図ることができる。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、前記作業モード選択手段２５から第２作業モード信号が出力されるときには、前記ステアリングバルブ2 の出力油はアンロードされることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明によれば、第３の発明において、第２の作業モード時にステアリングハンドル４を回転すると、ステアリングバルブ２から圧油が吐出されるので、この圧油をアンロードすることにより、ステアリングバルブ２の作動に関係なくステアリング比例電磁弁６により、第２の作業モードで車両をステアリング操作できる。
【００１４】
第５の発明は、第１〜４の発明において、前記ステアリングハンドル４はステアリングハンドル４より手を離すと自動的に中立位置に戻る中立復帰機構１８を備えると共に、前記車両用ステアリング装置は車両の操舵角検出センサ２０を備え、前記ステアリングハンドルの中立復帰時に、操舵角検出センサ２０が検出する操舵角信号と操作角センサ１６が検出する操作角信号とを比較して、車両が直進状態に戻るまで操舵アクチュエータ３に圧油を供給するように、ステアリング比例電磁弁６を制御するコントローラ８を備えることを特徴とする。
【００１５】
第５の発明によれば、ステアリングハンドル４より手を離すとステアリングハンドル４は自動的に中立位置に戻ると同時に、車両が直進状態に戻るまで操舵アクチュエータ３に圧油を供給するように、コントローラ８によりステアリング比例電磁弁６が制御される。従って、車両も直進状態になるためステアリングハンドル４のノブずれを確実に防止できる。
【００１６】
以上のように本発明によれば、例えば図５に示すような、走行時と作業時で異なったステアリングハンドルの操作角に応じた車両の操舵角の適性値を得ることができると共に、作業時にステアリングハンドルより手を離すと車両を直進状態に戻すことができるため作業効率の改善が図れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例について、図１〜図４により説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す油圧回路図、図２は第１実施例におけるステアリングボックスの説明図、第３図は第２実施例を示す油圧回路図、第４図は第３実施例を示す油圧回路図である。
【００１８】
第１実施例を示す図１において、油圧源を構成する油圧ポンプ１から操舵アクチュエータ３までの油圧回路の中で、ステアリングバルブ２とステアリング比例電磁弁６が、切換弁５を介して並列に、操舵アクチュエータ３に接続すると共に、油圧ポンプ１に連通している。
【００１９】
ステアリングバルブ２は６ポート３位置回転型サーボ弁（商品名オービットロール）で、ステアリングハンドル４の回転軸４ａの基端に接続している。ステアリング比例電磁弁６は４ポート３位置比例電磁弁で、電線６ａと６ｂでコントーラ８に接続している。切換弁５は６ポート２位置手動弁である。切換弁５には位置に応じて信号を出すスイッチ７が装着されており、スイッチ７は電線７ａでコントーラ８に接続している。ステアリングハンドル４の回転軸４ａには、後に説明するステアリングボックス１０が装着されており、電線１０ａと１０ｂでコントーラ８に接続している。車両には、ポテンショメータ２０が装着されており電線２０ａでコントーラ８に接続している。
【００２０】
第１実施例におけるステアリングボックス１０を図２を参照して説明する。
ハウジング１１には、電磁クラッチ１４で係合された同芯の軸１２と軸１３が装着されている。軸１２には平歯車１５が固着され、ステアリングハンドル４の回転軸４ａに固着された平歯車４ｂと咬合している。軸１３は、軸１３に固着されたレバー１７とハウジング１１間に架設されたバネ１８により、中立位置に保持されていると共に、レバー１７とハウジング１１に固定したストッパー１１ａと１１ｂで規制される範囲を回動する。軸１３の先端にはポテンショメータ１６が装着されており、電線１０ａでコントローラ８に接続している。電磁クラッチ１４は電線１０ｂでコントローラ８に接続している。
【００２１】
図１と図２において、ポンプ１より吐出された圧油はステアリングバルブ２とステアリング比例電磁弁６とに至り、ステアリングハンドル４が中立の場合はリリーフ弁２６によりドレンする。
【００２２】
操舵モード選択手段２５により切換弁５のソレノイド５ａをＯＦＦにすると、切換弁５はＳ1 の位置に操作されて、ステアリングバルブ２の圧油を操舵アクチュエータ３に供給する第１操舵モードとなる。この状態からステアリングホイール４を右に切ると、ステアリングバルブ２のスプールはＳＲの位置となりポンプ１からの圧油はメータリングポンプ２ａを経由して、スプールがＳ１の位置の切換弁５を通り、操舵アクチュエータ３のボトム側に入るので、車両は右に旋回する。スアテアリングハンドル４を左に切ると、ステアリングバルブ２のスプールはＳＬの位置となりポンプ１からの圧油はメータリングポンプ２ａを経由して、スプールがＳ１の位置の切換弁５を通り、操舵アクチュエータ３のロッド側に入るので、車両は左に旋回する。操舵アクチュエータ３に、メータリングポンプ２ａで計量されたスアテアリングホイール４の操作角に応じた所定油量が送られると、車両の旋回は止まる。
【００２３】
一方、右あるいは左に切られたステアリングハンドル４により、スプールの位置がＳＲあるいはＳＬとなっているステアリングバルブ２まで来ているポンプ１からの圧油は、スプールがＳ２の位置の切換弁５を通ってドレンする。
【００２４】
操舵モード選択手段２５により切換弁５のソレノイド５ａをＯＮにすると、切換弁５はＳ2 の位置に操作されてステアリング比例電磁弁６の圧油を操舵アクチュエータ３に供給する第２操舵モードとなる。スイッチ７が電線７ａを通してコントローラ８に信号を伝え、コントローラ８は、電磁クラッチ１４を接続しスアテアリングハンドル４の回転が軸１３に伝達される状態にする。また、コントローラ８は、電線１０ｂを通して送られて来るポテンショメータ１６からのステアリングハンドル操作角信号と電線２０ａを通して送られて来るポテンショメータ２０からの車両の操舵角信号と比較演算して、前記操舵角を操作角に近づけるように電線６ａ及び６ｂを通して、ステアリング比例電磁弁６を制御する状態となる。即ち、コントローラ８は、車両がスアテアリングハンドルの操作角に対応した操舵角になるために必要な油量だけを操舵アクチュエータ３へ流すようステアリング比例電磁弁６のスプールを動かすことができる。
【００２５】
この状態で、スアテアリングハンドル４を右に切ると、ポテンショメータ１６は電線１０ｂを通してコントローラ８に右旋回信号を出し、ステアリング比例電磁弁６はスプールがＳＲ２の位置となるようコントローラ８にて制御される。するとポンプ１からステアリング比例電磁弁６まで来ている圧油は、スプールがＳ２の位置の切換弁５を通り操舵アクチュエータ３のボトム側に入るので、車両は右に旋回する。ステアリングハンドル４を左に切ると、ポテンショメータ１６は電線１０ｂを通してコントローラ８に左旋回信号を出し、ステアリング比例電磁弁６はスプールがＳＬ２の位置となるようコントローラ８にて制御される。するとポンプ１からステアリング比例電磁弁６まで来ている圧油は、スプールがＳ２の位置の切換弁５を通り操舵アクチュエータ３のロッド側に入るので、車両は左に旋回する。
【００２６】
車両がステアリングハンドル操作角に応じた操舵角まで旋回すると、ポテンショメータ２０の検出した信号を電線２ａを介して入力したコントローラ８は、ステアリング比例電磁弁６のスプールをＳ０２の位置に戻し、操舵アクチュエータ３への油の流れを止めるので、車両の旋回は止まる。
【００２７】
このように、操舵モード選択手段２５により第２操舵モードを選択すれば、ステアリングハンドル4 操作角が第１操舵モードと同一でも、車両の操舵角を大きくすることができる。従って、ホイールローダのような作業車両において、走行だけのときには第１操舵モードにより通常のステアリング操作を行い、掘削、積荷作業しながら走行するときには第２操舵モードにより、ステアリングハンドル4 操作角が第１操舵モードと同一でも車両の操舵角を大きくすることにより、掘削、積荷作業しながらでも容易にステアリング操作できる。
【００２８】
ステアリングボックス１０ではクラッチ１４の接合状態で、ステアリングハンドル４の回転が軸１３に伝達される状態となっており、ステアリングハンドル４は軸１３の動きに規制される。即ち、ステアリングハンドル４より手を離すとステアリングハンドル４は図２（Ｂ）に示す構成により中立位置に戻る。そのため、車両の操舵角もステアリングハンドル４の操作角に追従するので、車両は中立位置に戻る。
【００２９】
図３に示される第２実施例では、第１実施例の切換弁５の代わりに６ポート２位置電磁弁である切換弁５’としたものである。切換弁５’には下流の操舵アクチュエータ３が接続していると共に、下流のステアリングバルブ２とステアリング比例電磁弁６が並列に接続している。一方、切換弁５’は電線５’ａで、また第１実施例の操舵モード選択手段２５に相当するスイッチ９が電線９ａでコントローラ８に接続している。
【００３０】
図３の作用について説明する。
スイッチ９で電線９ａ、コントローラ８及び電線５’ａを介して切換弁５’のソレノイド５’ａを励磁して、スプールの位置をＳ’１からＳ’２に切り換えて第２操舵モードにすると、スイッチ７が電線７ａを通してコントローラ８に信号を伝え、以下第１実施例と同じになる。
また、スイッチ９により切換弁５’のソレノイド５’ａを消磁して、スプールの位置をＳ’２からＳ’１に切り換えれば第１実施例と同様に第１操舵モードとなる。
【００３１】
図４に示される第３実施例では、第１実施例のステアリングボックス１０を使用せず、代わりにポテンショメータ３０をステアリングハンドル４に装着し、電線３０ａでコントローラ８と接続したものである。
第３実施例では、ステアリングハンドル４から手を離すとステアリングハンドル４が中立に戻り、車両も中立に戻る機能以外、第１実施例と同じ機能が得られが、第１実施例と同じ部分については説明を省略する。
【００３２】
前記各実施例では、ポテンショメータ１６からのステアリングハンドル操作角信号により、ステアリング比例電磁弁６を制御したが、コントローラ８に入力するステアリングハンドル操作角信号を時間で微分して角速度を求めて、この角速度信号によりステアリング比例電磁弁６を制御してもよい。
このように、ステアリングハンドル４の角速度信号により、ステアリング比例電磁弁６を制御すれば、ステアリングハンドル４を早く回転するとステアリング比例電磁弁６の出力油量も多くなり、車体の操舵角も大きくなるため、オペレータの操作感覚に合ったステアリング操作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の油圧回路図である。
【図２】第１実施例におけるステアリングボックスの説明図で、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ・Ａ断面図である。
【図３】第２実施例の油圧回路図である。
【図４】第３実施例の油圧回路図である。
【図５】ステアリングハンドルの操作角に対応する車体操舵角の特性図である。
【図６】従来技術の油圧回路図である。
【符号の説明】
１…油圧ポンプ、２…ステアリングバルブ、２ａ…メータリングポンプ、３…操舵アクチュエータ、４…ステアリングハンドル、４ａ…回転軸、４ｂ、１５…平歯車、５、５’…切換弁、５’ａ、６ａ、６ｂ、７ａ、９ａ、１０ａ、１０ｂ、２０ａ、３０ａ…電線、６…ステアリング比例電磁弁、７、９…スイッチ、８…コントローラ、１０…ステアリングボックス、１１…ハウジング、１１ａ、１１ｂ…ストッパー、１２、１３…軸、１４…電磁クラッチ、１６、２０、３０…ポテンショメータ、１７…レバー、１８…バネ、２５…操舵モード選択手段、２６…リリーフ弁。

Claims

油圧源から吐出される圧油を、ステアリングハンドルの操作角に応じた所定油量だけ操舵アクチュエータに供給するステアリングバルブを有する車両用ステアリング装置において、前記ステアリングバルブと並列に油圧源に接続されたステアリング比例電磁弁と、前記ステアリングバルブと操舵アクチュエータ間に介設され、ステアリングバルブの出力油とステアリング比例電磁弁の出力油とを、選択的に操舵アクチュエータに供給する切換弁と、前記ステアリングバルブの出力油を操舵アクチュエータに供給する第１操舵モードと、ステアリング比例電磁弁の出力油を操舵アクチュエータに供給する第２操舵モードとを選択する操舵モード選択手段と、第２操舵モードが選択されたとき、前記ステアリングハンドルの操作角を検出する操作角センサ、又は操作角速度を検出する角速度センサと、この操作角センサ、又は角速度センサの検出値を入力して、ステアリングハンドル操作角が第１操舵モードのときと同一でも大きい車体操舵角になるように、前記ステアリング比例電磁弁の開度を制御するコントローラとを備えることを特徴とする車両用ステアリング装置。
請求項１において、前記操舵モード選択手段が第１操舵モードを選択すると、コントローラからステアリング比例電磁弁へ出力する制御信号を遮断すると共に、ステアリング比例電磁弁のポンプポートを遮断し、前記操舵モード選択手段が第２操舵モードを選択すると、前記ステアリングバルブはステアリングハンドルで操作されないことを特徴とする車両用ステアリング装置。
請求項１において、前記操作角、又は角速度センサは、ステアリングハンドルに固定されたステアリングバルブの操作軸に設置することを特徴とする車両用ステアリング装置。
請求項３において、前記作業モード選択手段から第２作業モード信号が出力されるときには、前記ステアリングバルブの出力油はアンロードされることを特徴とする車両用ステアリング装置。
請求項１〜４において、前記ステアリングハンドルはステアリングハンドルより手を離すと自動的に中立位置に戻る中立復帰機構を備えると共に、前記車両用ステアリング装置は車両の操舵角検出センサを備え、前記ステアリングハンドルの中立復帰時に、操舵角検出センサが検出する操舵角信号と操作角センサが検出する操作角信号とを比較して、車両が直進状態に戻るまで操舵アクチュエータに圧油を供給するように、ステアリング比例電磁弁を制御するコントローラを備えることを特徴とする車両用ステアリング装置。