JPH0790788B2 - 全油圧型パワーステアリングユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は全油圧型パワーステアリングユニットに関し、
特に作動位置と不作動位置とに切換可能な補助センタリ
ングスプリングを設けて設定車速以上のときに操舵力を
重く出来るようにしたものに関する。

〔従来技術〕

車両のうち建設機械などでは車両の重量も大きいために
操舵力が大きくなることから、例えば第８図〜第10図に
示すように各操舵輪を油圧シリンダで操舵するステアリ
ング装置及びそのステアリング装置への油圧を制御する
全油圧式パワーステアリングユニットとが一般に用いら
れている。（例えば特開昭61−98673号公報参照） 即ち、油圧供給源100からの油圧はステアリングハンド
ル101で操作されるパワーステアリングユニット102（以
下、ステアリングユニットという）で供給方向と流量と
が制御されて左右１対の操舵用油圧シリンダ103・104へ
供給される。

上記ステアリングユニット102はハウジング105と、ステ
アリングハンドル101に連結されたスプール106と、これ
に外装されたスリーブ107とからなる方向切換弁108と、
スプール106内に装着されたシャフトを介してスプール1
06に連結されステアリングハンドル101の回転速度に比
例した流量の圧油を吐出する吐出量制御用ギヤポンプ10
9とを備えており、スプール106とスリーブ107間にステ
アリングシャフト101aからの操舵トルクをスプール106
からスリーブ107へ弾性的に伝達するセンタリングスプ
リング110（ニュートラルポジションスプリングともい
う）であって、スプール106をスリーブ107に対してセン
タリングするセンタリングスプリング110が装着されて
いる。

上記センタリングスプリング110のバネ定数が大きくな
るほど、スプール106をスリーブ107に対して相対回動さ
せて方向切換弁108を切換えるのに要するトルクが大き
くつまりハンドル操作力が重くなる。

従来の全油圧型パワーステアリングユニット102では、
１組のセンタリング110が設けられているだけなので、
そのバネ定数を可変に制御することは出来ず、車速が低
速のときにも高速のときにもセンタリングスプリング11
0のバネ定数は一定で、ハンドル操作力は一定であっ
た。

ところで、高速走行時には安定した操縦のためにハンド
ル操作力を低速走行時よりも重くすることが望ましいこ
とは知られている。上記流量制御用ギヤポンプの周辺の
油圧回路に改良を加えることにより、ステアリングハン
ドルの回転速度が比較的低い高速走行時には、ステアリ
ングハンドルの回転速度が比較的高い低速走行時よりも
ポンプの吐出特性を小さくすることも提案されつつあ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、従来の全油圧型ステアリングユニットに
おいては、１組のセンタリングスプリングしか設けられ
ていないことから、そのバネ定数を可変に制御すること
は出来ず、高速走行時のステアリングハンドルの操作力
が低速走行時のステアリングハンドルの操作力と同じで
あったので、高速走行時におけるハンドル操作の安定に
欠けるという問題があった。

ところで、ハンドル回転速度が低い時のギヤポンプの吐
出特性をハンドル回転速度が高い時のポンプの吐出特性
よりも小さくする場合、車速と正確に対応づけて吐出特
性を制御することが出来ないこと、ハンドル回転速度に
応じて吐出特性が変わるのでハンドル回動角と操舵輪の
実際の転舵角とが比例しなくなるため操縦感覚が乱れる
こと、などの問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る全油圧型パワーステアリングユニットは、
車両の各操舵輪を油圧シリンダによって操舵するステア
リング装置の為の全油圧型パワーステアリングユニット
であって、ステアリングシャフトの操舵トルクをステア
リングシャフトに連結されたスプールからセンタリング
スプリングを介してスリーブに伝達するように構成した
全油圧型パワーステアリングユニットにおいて、パワー
ステアリングユニットのハウジングのうち、スプール及
びスリーブの上端よりも上方の部分にスプールと同軸状
にダブルロッド型油圧シリンダを組込み、油圧シリンダ
のピストン部材の上部ピストンロッドにステアリングシ
ャフトをスプライン結合するとともに、ピストン部材の
下部ピストンロッドにスプールの上端部をスプライン結
合し、下部ピストンロッドに軸直交状且つ貫通状に少な
くとも１対の板バネからなる補助センタリングスプリン
グを装着し、スリーブの上端部に補助センタリングスプ
リングの両端部が上方より係脱可能な１対の係合切欠部
を形成し、上部油圧シリンダにより補助センタリングス
プリングを係合切欠部に係合した位置と係合しない位置
とに切換可能に構成し、車両の車速を検知する車速検知
手段からの信号に基いて油圧シリンダを制御して設定車
速以上のときに補助センタリングスプリングを係合切欠
部に係合させる切換手段を設けたものである。

〔作用〕

本発明に係る全油圧型パワーステアリングユニットにお
いては、車速が設定車速未満のときには、切換手段が油
圧シリンダを介して補助センタリングスプリングの両端
部をスリーブの上端の係合切欠部に係合させないので、
ステアリングシャフトからの操舵トルクはピストン部材
とスプールと１組のセンタリングスプリングとを介して
スリーブに伝達される。この場合、ステアリングハンド
ルの操作力は１組のセンタリングスプリングで比較的軽
く設定される。

車速が設定車速以上になると、切換手段が油圧シリンダ
を切換えるように制御してピストン部材を下降させ、補
助センタリングスプリングの両端部をスリーブの上端の
係合切欠部に上方より係合させるので、ステアリングシ
ャフトからの操舵トルクの一部はピストン部材とスプー
ルとセンタリングスプリングを介してスリーブへ伝達さ
れ、また操舵トルクの残りの部分はピストン部材と補助
センタリングスプリングを介してスリーブへ伝達され
る。この場合、ステアリングハンドルの操作力は１組の
センタリングスプリングと１組の補助センタリングスプ
リングで比較的重く設定される。

〔発明の効果〕

本発明に係る全油圧型パワーステアリングユニットによ
れば、以上説明したように、設定車速以上のときにはセ
ンタリングスプリングに加えて補助センタリングスプリ
ングが効くようになるので、設定車速未満のときよりも
バネ定数が大きく切換えられてステアリングハンドルの
操作力が大きくなる。これにより、設定車速以上のとき
の操縦の安定性を高めることが出来る。

加えて、ステアリングハンドルの回転速度に対するステ
アリングユニットの油圧吐出特性は車速の大小によらず
一定なので、ステアリングハンドルの回動角と操舵輪の
転舵角との対応関係が一定の関係に維持されるため、常
に一定の操縦感覚で操縦を行なうことが出来る。

しかも、ダブルロッド型油圧シリンダと補助センタリン
グスプリングとスリーブの係合切欠部と切換手段などか
らなる簡単な構成であり、容易かつ安価に実施出来、信
頼性にも優れている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基いて説明する。

本実施例は、建設機械のステアリング装置に本発明を適
用した場合の実施例である。

第１図により、操舵輪を操舵するステアリング装置の概
要について説明すると、左右の各ナックル部材３のスピ
ンドル部に操舵輪１が軸支され、各ナックル部材３の内
端部からナックルアーム４が後方に穿設され、左右のナ
ックル部材３はフレーム２の端部に回動自在に枢着さ
れ、左右のナックルアーム４の後端部同士がタイロッド
５で連結され、左側の操舵用油圧シリンダ６の基端部は
フレーム２に回動自在に装着され、またこの油圧シリン
ダ６のピストンロッド6aの先端部が左側のナックルアー
ム４の後端近傍に回動自在に枢着され、右側の操舵用油
圧シリンダ７の基端部はフレーム２に回動自在に枢着さ
れ、またこの油圧シリンダ７のピストンロッド7aの先端
部が右側のナックルアーム４に回動自在に連結され、油
圧シリンダ６のピストンロッド6aを伸長させまた油圧シ
リンダ７のピストンロッド7aを退入させると左右の操舵
輪１は右方向へ転舵され、上記と反対にすると左方向へ
転舵されるようになっている。

上記油圧シリンダ６・７へステアリングハンドル８（以
下、ハンドルという）の回転速度に比例する吐出量特性
で油圧を供給するパワーステアリング装置はステアリン
グシャフト９の下端部に連結されたパワーステアリング
ユニット110と油圧供給ユニット40とからなり、第２図
に示すように構成されている。

上記油圧供給ユニット40は、タンク41とレギュレータ42
とフィルター43とチェック弁44などからなる。

上記パワーステアリングユニット10（以下、ステアリン
グユニットという）は、ステアリングシャフト９に連結
されたロータリ式の方向切換弁11と、方向切換弁11のス
プール21を介してステアリングシャフト９に連結される
とともに油圧供給ユニット40から方向切換弁11を介して
供給された油圧を受けてハンドル８の回転速度に比例す
る吐出量にて油圧シリンダ６・７に供給する吐出量を制
御するギヤポンプ12と、方向切換弁11のスプール21とス
リーブ22間に介装された一組のセンタリングスプリング
13と、１組の補助センタリングスプリング14と、補助セ
ンタリングスプリング14を作動位置と不作動位置とに切
換えるダブルロッド型油圧シリンダ15と、この切換用油
圧シリンダ15へ供給される油圧を制御する切換機構16と
を備えている。

次に、上記方向切換弁11とセンタリングスプリング13と
補助センタリングスプリング14と切換用油圧シリンダ15
について第３図〜第５図により説明すると、ステアリン
グユニット10のハウジング20内の下部にはギヤポンプ12
が組込まれ、ハウジング20内の中段部にはスリーブ22と
スリーブ22内に装着されたスプール21とスプール21内に
組込まれスプール21の回転をギヤポンプ12の入力軸に伝
達するシャフト（図示略）とが組込まれ、ハウジング20
の上部には切換用油圧シリンダ15が組込まれている。

上記スプール21の外周面には複数の縦溝が形成され、ス
リーブ22にはスプール21の縦溝と協働して油路を切換え
る為の複数の小孔が形成され、スリーブ22の外周面には
ハウジング20との間に複数のポートが形成され、スリー
ブ22に対するスプール21の相対回動方向に応じて油路が
切換えられ、油圧供給ユニット40からの油圧がギヤポン
プ12を経て上記相対回動方向に応じて決まるポートへ供
給され、また上記相対回動方向によって決まるポートか
らの油圧が油圧供給ユニット40のタンクへ排出されるよ
うになっているが、スプール21とスリーブ22とシャフト
とギヤポンプ12とこれらの外周側のハウジング20の部分
の構造については既存周知のものと同様の構成なので詳
しい説明については省略する。

上記スプール21の上端部にはスプライン軸21aが設けら
れ、スプライン軸21aの下端付近でスプール21には断面
長円形のバネ収容孔23が軸直交方向に透設され、このバ
ネ収容孔23に対応する位置でスリーブ22には１対の断面
長円形のバネ受孔22aが形成され、このバネ収容孔23と
バネ受孔22aとに亙って第４図に示すように４枚の板バ
ネ13aからなる１組のセンタリングスプリング13が装着
されている。このセンタリングスプリング13は２枚重ね
合せた円弧状の板バネ13aを１対対称に背中合せに配設
したものであり、左右何れの回転方向についてもスプー
ル21からのトルクがセンタリングスプリング13を介して
スリーブ22に伝達されるようになっている。尚、上記セ
ンタリングスプリング13は既存周知のものと同様であ
る。

次に、補助センタリングスプリング14及び切換用油圧シ
リンダ15等について説明すると、ハウジング20の上部内
にはダブルロッド型の切換用油圧シリンダ15がスプール
21と同軸状に設けられ、そのピストン部材24の下部ピス
トンロッド24bはハウジング20のスリーブ22等を収容し
ている収容孔25内へ突出し、下部ピストンロッド24bの
スプライン軸穴26にスプール21のスプライン軸21aがス
プライン結合されている。上記ピストン部材24の上部ピ
ストンロッド24aはハウジング20の上端外へ突出し、ス
テアリングシャフト９の下端のスプライン軸9aが上部ピ
ストンロッド24aのスプライン軸穴27にスプライン結合
され、これによりステアリングシャフト９とピストン部
材24とスプール21とは一体的に回転するように連結され
ている。

上記油圧シリンダ15のピストン部材24のピストン24cの
上側には作動油室15aが形成され、ピストン24cの下側に
はバネ収容室15bが形成され、バネ収容室15bには圧縮コ
イルバネ28が装着され、作動油室15aに油圧を供給しな
いときにはピストン部材24は第３図に実線で図示のよう
に上限の不作動位置を保持し、作動油室15aに油圧が供
給されるとピストン部材24は仮想線で図示のように下限
の作動位置に切換えられる。

上記ピストン部材24が不作動位置にあるときに、収容孔
25の上壁25aの下側付近に対応する下部ピストンロッド2
4bの部分には断面矩形状の第２バネ収容孔29が軸直交状
に透設され、この第２バネ収容孔29には補助センタリン
グスプリング14が貫通状に装着され、補助センタリング
スプリング14の両端部はスリーブ22の外周と等半径の位
置まで突出している。上記補助センタリングスプリング
14は、車速が設定車速Ｖ（例えば、20km/Hr）以上のと
きにスプール21をスリーブ22に対してセンタリングする
為の弾性部材のバネ定数を大きくする為の弾性部材で、
例えばセンタリングスプリング13と同様の対称の背中合
せに配設された２枚の板バネ14aで構成されている。但
し、センタリングスプリング13と同様に４枚の板バネ13
aで構成してもよい。

上記スリーブ22の上端は、ピストン部材24が不作動位置
にあるときに補助センタリングスプリング14の下方近傍
に位置し、補助センタリングスプリング14の両端部に対
応するスリーブ22の上端部には１対の係合切欠部29aが
上端よりＵ字状に切欠いて形成され、ピストン部材24が
下降して作動位置に切換えられると補助センタリングス
プリング14の両端部が１対の係合切欠部29aに係合し、
左右何れかの回転方向についてもピストン部材24のトル
クの一部をスリーブ22に伝達するようになっている。

上記切換用油圧シリンダ15の切換える為の切換機構16に
ついて、第２図により説明すると、油圧供給ユニット40
の吐出側油路45は油路30により電磁方向切換弁31を介し
て油圧シリンダ15のポート15cに接続され、この切換弁3
1のソレノイドへの通電回路32にはバッテリ33と常開接
点34とが接続され、建設機械の車速を検出する車速セン
サ35からの車速信号を受けて車速が設定車速Ｖ以上のと
きに常開接点34を閉成するコントロールボックス36が設
けられている。

次に、上記ステアリング装置及びステアリングユニット
10の作用について説明する。

車速が設定車速Ｖ未満のときには、常開接点34が開成
で、切換弁31は第２図の位置を保持するので、油圧シリ
ンダ15へは油圧が供給されず、ピストン部材24は不作動
位置を保持し、補助センタリングスプリング14は係合切
欠部29aに係合していない。

このとき、ハンドル８を回動操作していないときには、
センタリングスプリング13の弾性力でスプール21は中立
位置となり、方向切換弁11は中立位置Ｎを保持する。こ
のとき、油圧シリンダ６・７の油圧はブロョクされ操舵
輪の転舵角は一定となる。この状態からハンドル８を例
えば右回りに回動操作すると、センタリングスプリング
13が弾性変形してスリーブ22に対するスプール21の位相
が変化して方向切換弁11が右転位置Ｒに切換えられ、油
圧供給ユニット40からの油圧がギヤポンプ12においてス
テアリングシャフト９の回転速度に比例する吐出量に計
量されて油圧シリンダ７のロッド側油室7b及び油圧シリ
ンダ６のヘッド側油室6cへ供給され、操舵輪１が右旋回
方向へ転舵される。ハンドル８を左回りに回動操作する
と、方向切換弁11は左転位置Ｌに切換えられ、上記とは
反対に油圧シリンダ７のヘッド側油室7c及び油圧シリン
ダ６のロッド側油室6bに油圧が供給され、操舵輪１は左
旋回方向へ転舵される。

上記ハンドル８の回転操作時、センタリングスプリング
13のバネ定数が大きい程方向切換弁11の位置切換の為に
大きなトルクを要するのでハンドル８の操作力が大きく
なる。

車速が設定車Ｖ以上のときには、常開接点34が閉成され
て切換弁31が供給位置に切換えられ、油圧シリンダ15の
ピストン部材24が作動位置に切換えられるので、補助セ
ンタリングスプリング14が係合切欠部29aに係合する。

これにより、スプール21はセンタリングスプリング13と
補助センタリングスプリング14とを介してスリーブ22に
対してセンタリングされるようになる。従って、ハンド
ル８を回動操作してスプール21をスリーブ22に対して相
対回動させて方向切換弁11の位置を切換えるのに要する
トルクが大きくなるのでハンドル８の操作力が大きくな
る。これ以外の作用については設定車速Ｖ未満の場合と
同様である。

第６図は、上記ステアリングユニット10におけるハンド
ル８の回転速度とギヤポンプ12の吐出流量との関係を示
しており、ギヤポンプ12であるが故に吐出流量が回転速
度に比例している。第７図は上記ステアリングユニット
10における車速とハンドル操作力（操舵トルク）との関
係を示したもので、既述の如く設定車速Ｖ未満のときに
比較して、設定車速Ｖ以上になるとハンドル操作力が大
きく切換えられ、操縦の安定性を高めることが出来る。

上記実施例の全油圧型パワーステアリングユニット10に
おいては、第６図のようにハンドル回転速度と吐出流量
とは一定の比例関係となっているので、ハンドル８の回
動角と操舵輪１の転舵角との対応関係が車速の大小によ
らず一定に維持されるので、常に一定の操縦感覚で操縦
できる。

尚、上記設定車速Ｖは車種に応じて異なった値に設定さ
れるし、同一の車種の場合でも操縦者の好みなどに応じ
て複数の値から選択して設定し得るようにすることも考
えられる。

【図面の簡単な説明】

図面のうち第１図〜第７図は本発明の実施例を示すもの
で、第１図は建設機械のステアリング装置及びパワース
テアリング装置の構成図、第２図はパワーステアリング
装置の構成図、第３図は全油圧型パワーステアリングユ
ニットの部分縦断面図、第４図は第３図IV−IV線断面
図、第５図は第３図Ｖ−Ｖ線断面図、第６図はパワース
テアリングユニットの吐出特性図、第７図は同ユニット
の操作力特性図である。第８図〜第10図は従来技術に係
るもので第８図は第２図相当図、第９図は第３図相当
図、第10図は第９図Ｘ−Ｘ線断面図である。 １……操舵輪、６・７……油圧シリンダ、10……全油圧
型パワーステアリングユニット、13……センタリングス
プリング、14……補助センタリングスプリング、14a…
…板バネ、15……ダブルロッド型油圧シリンダ、16……
切換機構、21……スプール、22……スリーブ、24……ピ
ストン部材、24a……上部ピストンロッド、24b……下部
ピストンロッド、29a……係合切欠部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 千晴 兵庫県加古郡稲美町岡2680番地 川崎重工 業株式会社播州工場内 (56)参考文献 特開 昭62−61877（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−100541（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−18566（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−15387（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−169676（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−177974（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−87766（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−48872（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−167065（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭59−167064（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭62−22833（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−39530（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の各操舵輪を油圧シリンダによって操
   舵するステアリング装置の為の全油圧型パワーステアリ
   ングユニットであって、ステアリングシャフトの操舵ト
   ルクをステアリングシャフトに連結されたスプールから
   センタリングスプリングを介してスリーブに伝達するよ
   うに構成した全油圧型パワーステアリングユニットにお
   いて、 パワーステアリングユニットのハウジングのうち、スプ
   ール及びスリーブの上端よりも上方の部分にスプールと
   同軸状にダブルロッド型油圧シリンダを組込み、油圧シ
   リンダのピストン部材の上部ピストンロッドにステアリ
   ングシャフトをスプライン結合するとともに、ピストン
   部材の下部ピストンロッドにスプールの上端部をスプラ
   イン結合し、下部ピストンロッドに軸直交状且つ貫通状
   に少なくとも１対の板バネからなる補助センタリングス
   プリングを装着し、スリーブの上端部に補助センタリン
   グスプリングの両端部が上方より係脱可能な一対の係合
   切欠部を形成し、上部油圧シリンダにより補助センタリ
   ングスプリングを係合切欠部に係合した位置と係合しな
   い位置とに切換可能に構成し、車両の車速を検知する車
   速検知手段からの信号に基いて油圧シリンダを制御して
   設定車速以上のときに補助センタリングスプリングを係
   合切欠部に係合させる切換手段を設けたことを特徴とす
   る全油圧型パワーステアリングユニット。