JPH10230863A

JPH10230863A - 車両用ステアリング装置

Info

Publication number: JPH10230863A
Application number: JP9052528A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Morimoto; 克之森本
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-09-02
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: JP3765441B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ステアリングハンドル４の同一操作角θに対
して、異なる操舵角δが得られると共に、ステアリング
ハンドル４のノブずれを防止する車両用ステアリング装
置を提供する。【解決手段】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、前記二つの油圧回路を切り換える切換弁５と、
第２操舵モードでは操作角センサ１６、又は角速度セン
サの検出値を入力して、第１操舵モードにおけるステア
リングハンドル操作角と同一でも大きい車体操舵角にな
るように、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を備える車両用ステアリング装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１
６、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１
８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１０
ａ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Ｓ
Ｌ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１０
ｂ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１
４の接合状態で、ステアリングハンドル４の回転が軸１
３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

【特許請求の範囲】

【請求項１】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２】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３】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４】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５】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。