JP3783189B2

JP3783189B2 - ステアリング操作装置

Info

Publication number: JP3783189B2
Application number: JP14210898A
Authority: JP
Inventors: 政典碇
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2018-05-08
Also published as: KR100685698B1; KR19990087939A; JPH11321664A; US6202501B1; DE19917879A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設車両のステアリング操作装置に関し、特には小さい操作角度で安定してステアリングを操作できるステアリング操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、建設車両のステアリング方式としては、ハンドル方式とジョイスティックレバー方式がある。ハンドル方式は、オペレータが運転席に設けたハンドルを回転操作することによって回転操作角に略比例したステアリング角が得られるもので、回転操作角の最大は例えば左右にそれぞれ２〜３回転させるようになっている。このハンドル方式によれば、回転操作角に対応したステアリング角が得られるので、ステアリングの微操作が可能である。また、自動車の運転と同じ操作感覚で運転できるので、走行が容易である。
【０００３】
一方、ジョイスティックレバー方式は、オペレータが運転席に設けたジョイスティックレバーを傾倒操作することにより、その傾倒操作角に略比例したステアリング速度（ステアリング角の変化速度）が得られる。また、傾倒操作角の最大は左右にそれぞれ手首の回転最大角であり、これにより片手で操作が可能となっている。このため、作業機を操作しながら走行する場合の走行が容易である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のステアリング方式には、次のような問題がある。
まず、ハンドル方式の場合は、大きなステアリング角を得るためには大きな回転操作角を必要とするため、ステアリングの切り替えが頻繁に要求される建設車両では、オペレータの疲労の一原因となっている。また、作業中の走行時には、片手でハンドル操作を行う必要があり、操向操作が非常にやり難いという問題も有る。
【０００５】
また、ジョイスティックレバー方式では、ジョイスティックレバーの傾倒操作角に略比例したステアリング速度が得られるため、レバーを傾倒した状態ではステアリングがますます大きく切られる。このため、１回の操向操作時にステアリング角が目標ステアリング角になる毎に、ジョイスティックレバーを中立位置に戻してステアリング速度を０に復帰させる必要があり、さらにステアリング角を直進位置に戻すときに、これと同様の操作を反対方向に行う必要がある。したがって、操作回数が増加してオペレータの負担が増える。また、微少のステアリング角を操作するには、短時間の間に微少傾倒角で逆のレバー操作を連続して行わなければならないので、非常に操作が困難であり、操向が不安定になり易い。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、操作性が良く、特に微小ステアリング操作性が良いステアリング操作装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１構成に記載の発明は、建設車両のステアリング操作装置において、略水平方向に回転するステアリング操作軸６と、ステアリング操作軸６に連結バー４を介して連結され、ステアリング操作軸６から所定の水平距離だけ離れて略水平方向に旋回してステアリング操作軸６を回転させるレバー３と、ステアリング操作軸６の略下方に配置され、かつ、同軸心上に設けた入力軸とフィードバック軸とのそれぞれの回転角度の偏差角に略比例したパイロット油圧を出力して建設車両のステアリング角を制御するパイロットバルブ８とを備え、前記パイロットバルブ８の入力軸と前記ステアリング操作軸６とは、長手方向に伸縮自在で、かつ両端部の位置が長手方向に直交する方向に移動自在なユニバーサルジョイント２５からなる連結手段７により連結されている。
【０００８】
第１構成に記載の発明によれば、ステアリング操作軸から水平方向に所定距離離れたレバーでステアリング操作軸を水平方向に回転させるので、水平回転角の大きさがオペレータにとってステアリング操作量として感じとられ易い。したがって、わずかなレバーの動きにより操作量の微調整が可能となる。また、ステアリング操作軸がパイロットバルブの入力軸に対して水平方向及び上下方向に移動自在となるように、ステアリング操作軸とパイロットバルブの入力軸とが、長手方向に伸縮自在で、かつ両端部の位置が長手方向に直交する方向に移動自在なユニバーサルジョイントからなる連結手段により連結されており、したがって、オペレータの体格等に合わせてレバー及びステアリング操作軸を移動してもこの連結手段によってパイロットバルブの入力軸にステアリング操作軸の回転角度を伝達できる。これにより、オペレータの操作が楽な位置にオペシート及びステアリング操作軸を移動させることができるので、ステアリングの操作性が向上する。
【０００９】
また、第２構成に記載の発明は、第１構成記載のステアリング操作装置において、
前記ステアリング操作軸６が、オペレータが前記レバー３を握った際に手首の略下方に位置するようにしている。
【００１０】
第２構成に記載の発明によれば、オペレータがレバーを握った際に手首の略下方にステアリング操作軸が位置しているので、レバーが手首を中心に回転する。これにより、ステアリングの操作性、特に微少操作時の操作性が向上する。
【００１１】
また、第３構成に記載の発明は、第１構成記載のステアリング操作装置において、オペレータが前記レバー３を握る際に肘又は腕を固定するアームレスト９を備えている。
【００１２】
第３構成に記載の発明によれば、アームレストにより肘又は腕を固定して安定した状態でステアリング操作を行なえるので、操向の操作性が向上する。
【００１３】
また、第４構成に記載の発明は、第３構成記載のステアリング操作装置において、前記レバー３とアームレスト９の位置が、オペレータの着座するオペシート１に対して略水平方向及び上下方向の少なくともいずれか一方に調整可能とされている。
【００１４】
第４構成に記載の発明によれば、前記レバーとアームレストの位置が、オペレータの着座するオペシートに対して略水平方向及び上下方向の少なくともいずれか一方に調整可能とされているので、オペレータの体格に合わせてレバーとアームレストとを調整することができる。よって、オペレータが自然な状態で操向を行なえるので、操向の操作性が向上する。
【００１７】
また、第５構成に記載の発明は、第１構成記載のステアリング操作装置において、前記パイロットバルブ８の入力軸８Ａと前記ステアリング操作軸６の回転軸６Ａとが、略平行に配置されている。
【００１８】
第５構成に記載の発明によれば、パイロットバルブの回転軸と、ステアリング操作軸の回転軸とが略平行なので、ステアリング操作軸の回転をパイロットバルブに伝える前記連結手段の構造が簡単化され、またステアリング操作軸の回転を効率的に伝達することができる。
【００１９】
また、第６構成に記載の発明は、第１〜５構成のいずれかに記載のステアリング操作装置において、建設車両のステアリング角が、前記ステアリング操作軸６の回転角度に略比例するようにしている。
【００２０】
第６構成に記載の発明によれば、ステアリング操作軸の回転角度（すなわちレバーの操作角度）に略比例したステアリング角度となるように制御されるので、ステアリング角が目標ステアリング角になった時にレバーを中央位置に戻す必要がなくなる。よって操作回数が少なくなるので、オペレータの疲労度が低減する。また、レバーの操作角度に対してステアリング速度が変化することがなく、ステアリングを安定に操作可能である。さらに、ステアリング操作軸の回転角度及び回転方向とステアリング角及びステアリング旋回方向とを容易に対応づけられる。これにより、オペレータはステアリングの操作感覚が直感的でわかりやすく、ステアリング操作が容易となる。
【００２１】
また、第７構成に記載の発明は、第１〜６構成のいずれかに記載のステアリング操作装置において、建設車両の速度に応じてステアリング角の変化速度を変更するようにしている。
【００２２】
第７構成に記載の発明によれば、建設車両の速度に応じて、ステアリング角が変化する速度を変更している。例えば高速走行時には、ステアリング角が大き過ぎたり、あるいはステアリングを速く切り過ぎたりすると、急ハンドルによる横滑り等の走行不安定な状態が発生する。したがって、この時にはステアリング角の変化速度を遅くすることによって、これを防ぐことができ、安定な走行が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４に基づいて、実施形態を詳細に説明する。
図１は、実施形態に係わるステアリング操作装置の図を示している。同図において、図示しない運転室の床面上に配設されたオペシート１の側方には、ステアリングボックス２がスライドレール１Ａを介して車両の前後方向（図中左右方向）に移動自在に設置されており、このステアリングボックス２は、その外側に設けられたレバー１Ｂの回動操作によってオペシート１に対して前後方向に移動可能あるいは固定可能とされなっている。ステアリングボックス２の後部上面２Ａにはアームレスト９が上下方向に移動自在に取着されている。なお、本実施形態では、オペシート１と反対側のステアリングボックス２の側面を前記後部上面２Ａより上方に突出して設けた側板２１に所定個数の上下方向の長孔２２をあけ、この長孔２２の位置に略一致させてアームレスト９の側面にネジ孔をあけ、側板２１の外側から長孔２２を介して上記ネジ孔にスクリュー２３を挿入することにより、アームレスト９を上下方向に移動自在としている。
【００２６】
また、ステアリングボックス２の前部内には、ステアリング操作軸６が回転軸６Ａの回りに略水平方向に回転自在に配設されており、このステアリング操作軸６にステアリング操作用のレバー３の下端部がステアリングボックス２内の連結バー４を介して連結されている。レバー３の上部は、ステアリングボックス２の上面に設けられた円弧状の孔１８（詳細は後述する）を経由して上向きに突出している。オペレータがレバー３を握った状態で、ステアリング操作軸６がオペレータの手首の略下方に位置するように構成されている。このとき、レバー３がステアリング操作軸６を中心にして回転する範囲の略中央位置（すなわち車両の略前方向に一致している位置）から回転した角度を回転角θとする。
【００２７】
また、ステアリング操作軸６の略下方で、かつ運転室床面の下方の車体には、パイロットバルブ８が配設されている。このパイロットバルブ８は同軸心８Ｃ上に入力軸８Ａ及びフィードバック軸８Ｂを有しており、入力軸８Ａの回転角とフィードバック軸８Ｂの回転角との偏差角に応じたパイロット油圧を発生させる。ステアリング操作軸６の回転軸６Ａとこのパイロットバルブ８の軸心８Ｃとは、略平行に設けられている。
【００２８】
また、ステアリング操作軸６とパイロットバルブ８の入力軸８Ａとは、上下方向に伸縮自在で、かつ両端部の位置が互いに水平方向に移動自在な連結手段７を介して連結されており、ステアリング操作軸６の回転角θをパイロットバルブ８に伝達している。尚、本実施形態では、連結手段７は中央部７Ｃが長手方向（図中矢視Ｘ方向）に伸縮自在なユニバーサルジョイント２５により構成されている。オペシート１は、オペレータがその体格に合わせてオペシート１の位置を調整できるように、シートスライド機構１Ｃ及びシート上下機構１Ｄによってそれぞれ上下方向及び前後方向に移動可能とされている。このシートスライド機構１Ｃ及びシート上下機構１Ｄによってステアリング操作軸６の位置が移動しても、上記連結手段７により回転角θが伝達される。
【００２９】
また、前記ユニバーサルジョイント２５は、前記伸縮自在な中央部７Ｃを有すると共に、その両端部にジョイント部７Ａ，７Ｂを有しており、このジョイント部７Ａ，７Ｂと中央部７Ｃとはそれぞれの長手方向が互いに所定角度以内で交差しているときに回転自在に連結されている。これにより、ジョイント部７Ａ，７Ｂの位置が互いに水平方向及び／又は上下方向に移動しても、ジョイント部７Ａの回転角θをジョイント部７Ｂに伝達することが可能とされている。そして、ジョイント部７Ａ，７Ｂはそれぞれステアリング操作軸６及びパイロットバルブ８の入力軸８Ａに接続されているので、ステアリング操作軸６とパイロットバルブ８の入力軸８Ａとの位置関係が変化しても、ステアリング操作軸６の回転角θをパイロットバルブ８の入力軸８Ａに伝達することができる。
【００３０】
次に、パイロットバルブ８を含むステアリング角度制御手段の一例について説明する。図２に、ステアリング角度制御手段のブロック図を示す。尚、ここでは、操向手段としてアーティキュレート式を例に挙げて説明する。また、２重線で記載された矢印は、油圧の伝達を示している。
このステアリング角度制御手段は、パイロットバルブ８と、パイロットバルブ８にパイロット圧油を供給するパイロット油圧源１１と、パイロットバルブ８から出力されたパイロット油圧を所定の演算（後述）により変換する制御器１２と、制御器１２を介して変換されたパイロット油圧信号に応じてステアリング角を制御する左右の油圧シリンダ１６Ａ、１６Ｂを駆動するステアリングバルブ１３と、ステアリングバルブ１３にメインの圧油を供給するステアリング油圧源１４と、ステアリングバルブ１３から出力された圧油の流量に応じてアーティキュレート式ステアリングを操作する左右の油圧シリンダ１６Ａ，１６Ｂと、建設車両の走行速度を検出し、車速信号を制御器１２に出力する車速検出器１７を備えている。また、左右の油圧シリンダ１６Ａ，１６Ｂの作用によりアーティキュレートした量（ステアリング角に比例する）は、機械的なリンク機構（図示せず）によりパイロットバルブ８のフィードバック軸８Ｂにフィードバックされ、前記入力軸８Ａとフィードバック軸８Ｂとの偏差角が小さくなるようにしている。
【００３１】
上記ステアリング角度制御手段の作動を、以下に説明する。
まず、最初中立位置にあったパイロットバルブ８では、ステアリングボックス２のステアリング操作軸６から伝達された回転角θに応じて入力軸８Ａが回転し、このときのフィードバック軸８Ｂとの偏差角に略比例したパイロット油圧が発生して、制御器１２に入力される。制御器１２はこの入力したパイロット油圧を所定の演算により変換し、ステアリングバルブ１３の操作部に左右の油圧シリンダ１６Ａ，１６Ｂを伸縮させるパイロット油圧信号として出力する。ステアリングバルブ１３はこのパイロット油圧信号に基づいて、ステアリング油圧源１４から吐出された圧油の流量及び方向を制御し、左右の油圧シリンダ１６Ａ，１６Ｂを伸縮させる。これにより、建設車両がアーティキュレートによって操向される。そして、この左右の油圧シリンダ１６Ａ，１６Ｂの伸縮量（即ちステアリング角に相当する）は図示しないリンク機構によってパイロットバルブ８のフィードバック軸８Ｂにフィードバックされ、ステアリング角が前記回転角θに対応する角度になったときにパイロットバルブ８の出力は停止され、操向制御を終了する。
【００３２】
このとき、車速検出器１７は建設車両の走行速度を検出しており、その車速信号を制御器１２に出力している。制御器１２は、所定の関係式又は演算テーブルに基づいて、車速に応じてパイロットバルブ８から出力される前記パイロット油圧信号の大きさを変換する。即ち、例えば図３に示すように、車速が高い時にはパイロット油圧信号の大きさを減らすことによって、ステアリング角の変化量を小さくしている。これは、高速走行時にステアリングを速く変化させると、あるいはステアリング角を大きくすると、急旋回状態となって走行が不安定となりやすいので、これを防ぐためである。尚、図３に示すカーブ形状は上記所定の関係式又は演算テーブルの一例であって、本発明はこのようなカーブ形状に限定されるものではない。
【００３３】
図４に、レバー３近傍の平面図を示す。同図に示すように、レバー３はステアリングボックス２の上面に設けられた円弧状の孔１８から斜め上方に突出しており、ステアリング操作軸６を中心として水平方向に旋回可能とされている。
【００３４】
このとき、円弧状の孔１８はステアリング操作量を分かりやすいように表わしている。即ち、孔１８のどの位置にレバー３が位置しているかによって、建設車両のステアリング角が現在どの程度となっているかがオペレータに直感的に理解できる。また、右いっぱいにステアリングを切ったときには、レバー３が孔１８の右端位置に、左いっぱいにステアリングを切ったときには、レバー３が孔１８の左端位置に達するようにしている。また、孔１８の中央には直進を表す可視マーク（例えば矢印）がつけられており、孔１８の左右端部横にはそれぞれ左折と右折を表す可視マークＬ，Ｒがつけられている。これらによって実際に車両のステアリング角を見なくてもステアリング角の大きさが分かるので、操向の操作性が向上する。また、ステアリングボックス２が孔１８を有しない構造（例えばステアリングボックス２の外にステアリング操作軸６があるような構造）であっても、レバー３が旋回する円弧状の軌跡の周囲に可視マークをつけることで、操向の操作性が向上することは言うまでもない。
【００３５】
以上説明したように、本発明によると、オペシート１に着座したオペレータは、アームレスト９に肘や腕を固定しながら手でレバー３を掴んでステアリング操作が行えるので、手首及び指の操作が非常に楽になる。このときアームレスト９に肘や腕を固定することにより、車体のロールやピッチングに対して手首を固定できるので、ステアリング操作が非常に安定する。また、ステアリング操作軸６の回転軸６Ａが略上下方向を向いており、かつ、レバー３を握ったオペレータの手首の略下方に前記回転軸６Ａが位置しているので、オペレータは手首を中心としてレバー３を水平方向に旋回させてステアリング操作が行える。したがって、手首の回転によりステアリング操作が可能となり、微小操作量ですむのでオペレータの負荷が軽減する。また、ステアリング操作軸６を中心にレバー３を水平方向に旋回させて操作するので、ステアリングの旋回の感覚にマッチする。さらに、このステアリング操作軸６の回転角θに応じてステアリング角が制御されるので、従来のステアリング速度を制御するレバー操作に比べて操作回数が減少すると共に、微小ステアリング角を操作するときでも操向の安定性が良い。
【００３６】
前記ステアリング操作軸６と、このステアリング操作軸６の回転角θを入力するパイロットバルブ８の入力軸８Ａとは、ステアリング操作軸６が前記入力軸８Ａに対して水平方向及び上下方向に移動自在になるように連結手段７により連結されているので、オペシート１の位置が調整されるに伴ってレバー３及びステアリング操作軸６の位置がパイロットバルブ８に対して移動しても、ステアリング操作軸６の回転角θが確実にパイロットバルブ８の入力軸８Ａに伝達される。
【００３７】
なお、上記実施形態では、ステアリング操作軸６とパイロットバルブ８の入力軸８Ａとを連結し、パイロットバルブ８によりステアリングバルブ１３を介してステアリング角制御用の油圧シリンダ１６Ａ，１６Ｂを駆動する例を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。すなわち、油圧シリンダ１６Ａ，１６Ｂの制御流量が少なくても良い場合には、上記パイロットバルブ８により直接油圧シリンダ１６Ａ，１６Ｂの流量を制御し、レバー３の旋回操作量に略比例したステアリング角となるように制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わるステアリング操作装置の説明図。
【図２】ステアリング角度制御手段のブロック図。
【図３】車速とパイロット油圧信号と関係の一例を示す説明図。
【図４】レバー近傍の平面図。
【符号の説明】
１オペシート
１Ａスライドレール
２ステアリングボックス
３レバー
４連結バー
６ステアリング操作軸
６Ａ回転軸
７連結手段
８パイロットバルブ
８Ａ入力軸
８Ｂフィードバック軸
９アームレスト
１１パイロット油圧源
１２制御器
１３ステアリングバルブ
１４ステアリング油圧源
１６ステアリングシリンダ
１７車速検出器
１８孔
２５ユニバーサルジョイント

Claims

建設車両のステアリング操作装置において、
略水平方向に回転するステアリング操作軸(6) と、
ステアリング操作軸(6) に連結バー(4)を介して連結され、ステアリング操作軸(6)
から所定の水平距離だけ離れて略水平方向に旋回してステアリング操作軸(6) を回転させるレバー(3) と、
ステアリング操作軸 (6) の略下方に配置され、かつ、同軸心 (8C) 上に設けた入力軸 (8A) とフィードバック軸 (8B) とのそれぞれの回転角度の偏差角に略比例したパイロット油圧を出力して建設車両のステアリング角を制御するパイロットバルブ (8)
とを備え、
前記パイロットバルブ (8) の入力軸 (8A) と前記ステアリング操作軸 (6) とは、長手方向に伸縮自在で、かつ両端部の位置が長手方向に直交する方向に移動自在なユニバーサルジョイント (25) からなる連結手段 (7)
により連結された
ことを特徴とするステアリング操作装置。
請求項１記載のステアリング操作装置において、
前記ステアリング操作軸(6) が、オペレータが前記レバー(3) を握った際に手首の略下方に位置するようにした
ことを特徴とするステアリング操作装置。
請求項１記載のステアリング操作装置において、
オペレータが前記レバー(3) を握る際に肘又は腕を固定するアームレスト(9)を備えた
ことを特徴とするステアリング操作装置。
請求項３記載のステアリング操作装置において、
前記レバー(3) とアームレスト(9) の位置が、オペレータの着座するオペシート(1)
に対して略水平方向及び上下方向の少なくともいずれか一方に調整可能とされた
ことを特徴とするステアリング操作装置。
請求項１記載のステアリング操作装置において、
前記パイロットバルブ(8) の入力軸(8A)と前記ステアリング操作軸(6) の回転軸(6A)とが、略平行に配置された
ことを特徴とするステアリング操作装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のステアリング操作装置において、
建設車両のステアリング角が、前記ステアリング操作軸(6) の回転角度に略比例するようにした
ことを特徴とするステアリング操作装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のステアリング操作装置において、
建設車両の速度に応じてステアリング角の変化速度を変更するようにした
ことを特徴とするステアリング操作装置。