CN101959741A - 转向操纵装置 - Google Patents

Abstract

一种转向操纵装置，不论车体形状如何，其操纵性能都很好。在转向操纵装置中，由液压驱动液压缸(2，3)，以改变车辆转向角。转向阀(42)根据先导压力调节供给到液压缸(2，3)的油的流量。先导阀(52)根据操纵输入轴(54)的旋转角与反馈输入轴(55)的旋转角之差调节输入到转向阀(42)的先导压力。操纵杆(5)与操纵输入轴(54)连接并根据倾斜角使操纵输入轴(54)旋转。驱动装置(6)使反馈输入轴(55)旋转。转向角检测部(7)检测转向角并作为检测信号输出。控制部(8)向驱动装置(6)发送指令信号以使驱动装置(6)根据检测到的转向角使反馈输入轴(55)旋转。

Description

转向操纵装置

技术领域

本发明涉及一种转向操纵装置。

背景技术

作为用于控制车辆转向角的转向操纵装置，已知有所谓操纵杆式转向操纵装置。该操纵杆式转向控制装置能够通过操作人员操作设置于驾驶席的操纵杆倾斜来改变车辆的转向角。

例如，专利文献1中所公开的转向操纵装置具有一对液压缸、转向阀、先导阀。

液压缸横跨前侧车体和后侧车体而设置。通过这些液压缸的伸缩来改变前侧车体与后侧车体的角度即转向角。

转向阀根据所输入的先导压力调节供给到液压缸的油的流量。

先导阀具有相对可旋转地设置的操纵输入轴及反馈输入轴。操纵输入轴连接于操纵杆(ジヨイステツクレバ一)，根据操纵杆的倾斜角进行旋转。反馈输入轴通过连接部件连接于前侧车体。通过使转向角的变化经由连接部件传递到反馈输入轴，反馈输入轴进行旋转。由此，反馈输入轴根据转向角进行旋转。另外，先导阀根据操纵输入轴的旋转角与反馈输入轴的旋转角之差调节输入到转向阀的先导压力。如果对操纵杆进行操纵，则该转向操纵装置将如下动作。

首先，如果使操纵杆向一侧倾斜，则先导阀的操纵输入轴根据操纵杆的倾斜角进行旋转。此时，转向角还没有被变更，反馈输入轴的旋转角为0。因此，先导阀以对应于操纵输入轴的旋转角的开度打开并向转向阀供给先导压力。转向阀向液压缸供给对应于先导压力的油的流量。由此，液压缸被驱动，转向角被改变。

如上所述，若转向角紧随操纵杆的倾斜操纵而改变，则连接部件根据该转向角的变更而移动，该连接部件的移动传递到反馈输入轴。这里，如果转向角与操纵杆的倾斜角一致，则操纵输入轴的旋转角和反馈输入轴的旋转角之差为0。由此，先导阀被关闭，转向阀也被关闭。因而，转向角停止变更，以与操纵杆的倾斜角一致的状态被固定。

这样，在所述转向操纵装置中，能够得到与操纵杆的倾斜角相对应的转向角，并且提高操纵性能。

专利文献1：日本特开平11-105723号公报

但是，在如上所述的转向操纵装置中，由于先导阀通过连接部件与操纵杆连接，因此必须配置于操纵杆附近。因此，根据车体的形状，从先导阀到前侧车体的距离长，则需要相当长的连接部件。这种情况下，连接部件的设置变得困难。

发明内容

本发明的课题旨在提供一种转向操纵装置，不论车体形状如何，其操纵性能都很好。

第一发明提供一种转向操纵装置，其具有：液压执行机构、转向阀、先导阀、操纵杆、驱动装置、转向角检测部及控制部。液压执行机构由液压驱动，改变车辆的转向角。转向阀根据所输入的先导压力调节供给到液压执行机构的油的流量。先导阀具有可动地设置的操纵输入部件及反馈输入部件，根据操纵输入部件的位移量与反馈输入部件的位移量之差调节输入到转向阀的先导压力。操纵杆被设置为经操作人员的操纵能够倾斜，且与操纵输入部件连接，根据倾斜角使操纵输入部件发生位移。驱动装置根据所输入的指令信号使反馈输入部件发生位移。转向角检测部检测转向角并作为检测信号输出。控制部接收来自转向角检测部的检测信号。然后，控制部向驱动装置发送指令信号以使驱动装置根据所输入的转向角使反馈输入部件发生位移。

在该转向操纵装置中，转向角的变化被作为来自转向角检测部的检测信号输入到控制部。然后，控制部通过向驱动装置发送指令信号，能够以对应于转向角的位移量使反馈输入部件发生位移。从而，无需设置连接部件，也能够反馈转向角。因此，在该转向操纵装置中，不论车体形状如何，都能够提高操纵性能。

另外，在该转向操纵装置中，虽然对驱动装置进行电控制，但是，由于操纵杆与操纵输入部件连接在一起，因此，通过操纵操纵杆，能够对先导阀进行非电控制。因此，即使电气系统发生了故障，虽然不能反馈转向角，但也能够变更转向角。因此，能够避免车体完全不能转弯的危险情况，提高安全性能。

附图说明

图1是机动平地机的外观立体图；

图2是表示转向操纵装置结构的液压回路图。

附图标记说明

1：转向操纵装置

2，3：转向用液压缸(液压执行机构)

5：操纵杆

6：驱动装置

7：转向角检测部

8：控制部

42：转向阀

52：先导阀

54：操纵输入轴(操纵输入部件)

55：反馈输入轴(反馈输入部件)

具体实施方式

1.结构

1-1.整体结构

图1表示具有本发明一实施方式的转向操纵装置1的机动平地机100。图1是机动平地机100的外观立体图。该机动平地机100具有由一对左右前轮11和每侧各2个后轮12所构成的6个行驶轮。该机动平地机100通过设置于前轮11与后轮12之间的刮板19能够进行平整地面作业和除雪作业。另外，图1中只示出4个后轮12中的位于左侧的部分。该机动平地机100具有车架13、驾驶室14、工作装置15。

如图1所示，车架13由后部车架16及前部车架17所构成。

后部车架16收容有未图示的发动机、液压源41，53(参考图2)等。另外，在后部车架16上设有所述4个后轮12，这些后轮12由来自发动机的驱动力旋转驱动，从而能够使车辆行驶。

前部车架17安装于后部车架16的前方，具有沿前后方向长的形状。在前部车架17的前端部通过前轮支撑架18安装有前轮11。

驾驶室14安装在后部车架16上。在驾驶室14内配置有方向盘、变速杆等各种操纵部件。并且，后述的操纵杆5也配置于驾驶室14内。

工作装置15具有刮板19、液压马达(未图示)、各种液压缸21～23。刮板19经由牵引杆24及环形杆25安装于前部车架17。通过液压马达和液压缸21～23的驱动，工作装置15能够对刮板19进行上下升降的升降操作和改变刮板19的倾斜的倾斜操作。

1-2.转向操纵装置1的结构

下面，基于图2说明机动平地机100所具有的转向操纵装置1的结构。转向操纵装置1具有：一对转向用液压缸2，3、转向液压回路4、操纵杆5、驱动装置6、转向角检测部7及控制部8。

一对转向用液压缸2，3由液压来驱动。转向用液压缸2，3安装于前轮支撑架18的转动部18a，18b上，改变一对前轮11的角度。另外，转动部18a，18b是安装前轮11的部件，可转动地设置于前轮支撑架18的左右两侧。这些转动部18a，18b通过转向横拉杆29互相连接，能够一体地变更角度。由此，变更前轮11相对机动平地机100的车体前后方向的角度即转向角θs。

在以下的说明中，将左侧的转向用液压缸2简称为“左缸2”，右侧的转向用液压缸3简称为“右缸3”。

在各转向用液压缸2，3上分别设有伸长口21，31和收缩口22，32。如果向左缸2的伸长口21及右缸3的收缩口32供油并且从左缸2的收缩口22及右缸3的伸长口31排油，则左缸2伸长并且右缸3收缩。由此，变更转向角θs，车辆向右转。如果向左缸2的收缩口22及右缸3的伸长口31供油并且从左缸2的伸长口21及右缸3的收缩口32排油，则左缸2收缩并且右缸3伸长。由此，转向角θs向右转时的反方向变更，车辆向左转。

转向液压回路4是用于调节供给到转向用液压缸2，3的油的流量的回路。转向液压回路4具有主液压回路40和先导液压回路50。

主液压回路40是用于将来自主液压源41的油供给到转向用液压缸2，3的回路，设有转向阀42。另外，主液压源41例如由液压泵、流溢阀等构成。

转向阀42是根据所输入的先导压力来调节供给到转向用液压缸2，3的油的流量的流量控制阀。转向阀42具有主进油口P1、主排油口P2、第一转向口P3、第二转向口P4。主进油口P1连接于主液压源41。主排油口P2连接于回收油的罐T。第一转向口P3连接于左缸2的收缩口22及右缸3的伸长口31。第二转向口P4连接于左缸2的伸长口21及右缸3的收缩口32。

并且，转向阀42具有能够移动到中立位置Ns、左转向位置Ls、右转向位置Rs的阀体43。当阀体43在中立位置Ns时，主进油口P1与主排油口P2连通。第一转向口P3、第二转向口P4分别不与任何口相连。当阀体43在左换向位置Ls时，主进油口P1与第一转向口P3连通、主排油口P2与第二转向口P4连通。另外，当阀体43在右换向位置Rs时，主进油口P1与第二转向口P4连通、主排油口P2与第一转向口P3连通。

并且，转向阀42具有第一先导室44和第二先导室45。在没有向第一先导室44和第二先导室45供给先导压力以及向第一先导室44和第二先导室45供给相同的先导压力的状态下，阀体43位于中立Ns位置。在只向第一先导室44供给先导压力的状态下，阀体43位于左转向位置Ls。在只向第二先导室45供油的状态下，阀体43位于右转向位置Rs。另外，当阀体43位于左转向位置Ls或右转向位置Rs时，转向阀42根据所供给的先导压力来改变来自主液压源41的油所通过的面积。由此，转向阀42根据先导压力来调节供给到右缸3或左缸2的油的流量。

先导液压回路50是用于向转向阀42的第一先导室44和第二先导室45供给来自先导液压源53的油的回路。在先导液压回路50设有可变减压阀51和先导阀52。另外，先导液压源53能够提供压力比可变减压阀51的最大输出液压高的油，例如，由先导用液压泵、流溢阀等构成。

可变减压阀51对从先导液压源53输送到先导阀52的油进行减压调节。并且，可变减压阀51能够补偿输送到先导阀52的液压的最低压力。可变减压阀51为电磁式减压阀，接受来自控制部8的指令信号并对液压进行控制。

先导阀52是对从先导液压源53输送到转向阀42的先导压力进行调节的阀。先导阀52具有先导进油口P5、先导排油口P6、第一先导口P7、第二先导口P8。先导进油口P5经由可变减压阀51连接于先导液压源53。先导排油口P6连接于回收油的罐T。第一先导口P7连接于转向阀42的第一先导室44。第二先导口P8连接于转向阀42的第二先导室45。

并且，先导阀52具有能够移动到中立位置Np、左先导位置Lp、右先导位置Rp的阀体56。当阀体56在中立位置Np时，先导进油口P5、先导排油口P6、第一先导口P7、第二先导口P8相互连通。当阀体56在左先导位置Lp时，先导进油口P5与第一先导口P7连通、先导排油口P6与第二先导口P8连通。另外，当阀体56在右先导位置Rp时，先导进油口P5与第二先导口P8连通、先导排油口P6与第一先导口P7连通。

另外，先导阀52具有操纵输入轴54及反馈输入轴55。操纵输入轴54设为能够绕中心轴旋转。反馈输入轴55与操纵输入轴54同轴配置，能够绕中心轴旋转。在该先导阀52中，阀体56根据操纵输入轴54的旋转角θin与反馈输入轴55的旋转角θfb之差Δθ而移动到中立位置Np、左先导位置Lp、右先导位置Rp。当旋转角之差Δθ为0时，阀体56位于中立位置Np。当阀体56在左先导位置Lp或右先导位置Rp时，先导阀52根据旋转角之差Δθ来改变来自先导液压源53的油所通过的开口面积。由此，能够根据旋转角之差Δθ来调节从先导阀52输送到转向阀42的先导压力。另外，先导阀52设置于后部车架16并配置于操纵杆5的附近。并且，在操纵输入轴54上设有第一旋转角检测部61，检测操纵输入轴54的旋转角θin。在反馈输入轴55上设有第二旋转角检测部62，检测反馈输入轴55的旋转角θfb。由第一旋转角检测部61及第二旋转角检测部62所检测到的旋转角θin、θfb作为检测信号被传送到控制部8。

操纵杆5是设于驾驶室14内且由操作人员操纵的部件。操纵杆5设为能够左右倾斜。并且，操纵杆5与操纵输入轴54连接，操纵输入轴54根据操纵杆5的倾斜角而旋转位移。具体地说，操纵输入轴54只旋转与操纵杆5的倾斜角相同的角度。另外，操纵杆5与操纵输入轴54并非限于直接连接，也可通过齿轮、连杆部件等机械连接结构进行连接。

驱动装置6利用电力驱动，根据所输入的指令信号，使反馈输入轴55旋转位移。驱动装置6例如具有伺服电动机，伺服电动机的旋转轴与反馈输入轴55连接。另外，驱动装置6与反馈输入轴55并非限于直接连接，也可通过齿轮、连杆部件等机械连接结构进行连接。并且，驱动装置6配置于先导阀52附近。

转向角检测部7检测所述转向角θs并将检测到的转向角θs作为检测信号向控制部8输出。转向角检测部7配置于前轮11附近，例如，由电位计构成。

控制部8由CPU等运算装置及RAM、ROM等储存装置构成，通过有线或无线向驱动装置6和可变减压阀51发送指令信号。由此，控制部8能够控制驱动装置6和可变减压阀51。

转向角检测部7所检测到的转向角θs作为检测信号输入到控制部8。控制部8向驱动装置6发送指令信号以使驱动装置6根据转向角θs使反馈输入轴55发生位移。具体地说，控制驱动装置6使反馈输入轴55只旋转与转向角θs相同的角度。由此，转向角θs被反馈到先导阀52，能够根据操纵杆5的倾斜角变更转向角θs。

第一旋转角检测部61所检测到的操纵输入轴54的旋转角θin、第二旋转角检测部62所检测到的反馈输入轴55的旋转角θfb作为检测信号输入到控制部8。并且，图2所示的车速传感器63所检测到的车速V也作为检测信号输入到控制部8。控制部8基于车速V、旋转角θin、旋转角θfb来控制可变减压阀51。由此，能够将输送到先导阀52的先导压力的初始压力控制为使流入左缸2和右缸3的油的流量Q不发生急剧变化。

2.转向时的动作

以下，对转向时的动作进行说明。

当操纵杆5在中央位置时，操纵输入轴54位于规定的初始位置，操纵输入轴54的旋转角θin为0。并且，转向角θs也为0。因此，反馈输入轴55位于初始位置，反馈输入轴55的旋转角θfb也为0。此时，先导阀52的阀体56位于中立位置Np。此情况下，转向阀42的第一先导室44与第二先导室45的先导压力相同，转向阀42的阀体43也位于中立位置Ns。从而，不进行对左缸2和右缸3的供油和排油，转向角θs保持为0。然后，表示转向角θs为0的检测信号从转向角检测部7传送到控制部8。由于转向角θs为0，因此控制部8将驱动装置6控制为使反馈输入轴55的旋转角θfb保持为0。

接着，如果操作人员使操纵杆5从中央位置倾斜至左侧，则操纵输入轴54也同样旋转，操纵输入轴54的旋转角θin增大。此时，由于左缸2和右缸3的反应迟缓，转向角θs仍为0。因此，旋转角之差Δθ增大。于是，先导阀52的阀体56移动至左先导位置Lp，向第一先导口P7供给先导压力。其结果是，转向阀42的阀体43移动至左换向位置Ls。因此，向左缸2的收缩口22和右缸3的伸长口31供油，同时，从左缸2的伸长口21和右缸3的收缩口32排油。由此，转向角θs从0逐渐增大。因而，前轮11转向左方。该转向角θs的变化由转向角检测部7检测并传送至控制部8。控制部8将驱动装置6控制为使反馈输入轴55的旋转角θfb与转向角θs相同。

如果操作人员将操纵杆5停止在规定的倾斜角θ1的位置，则操纵输入轴54也停止在旋转角θ1的位置。另一方面，由于转向角θs逐渐增大，因此旋转角之差Δθ逐渐减小。如果转向角θs达到旋转角θ1，则旋转角之差Δθ变为0。此时，先导阀52的阀体56位于中立位置Np，供给到转向阀42的第一先导室44和第二先导室45的先导压力相同。因此，转向阀42的阀体43也位于中立位置Ns。由此，不进行对左缸2和右缸3的供油与排油，转向角θs保持为角θ1。这样，如果将操纵杆5向左停止在规定的倾斜角θ1的位置，则转向角θs也保持为相同的角θ1。因而，前轮11保持在朝左侧角度为θ1的方向。

接着，如果操作人员将操纵杆5操作返回到中央位置，则操纵输入轴54也同样旋转，操纵输入轴54的旋转轴θin减小。此时，由于左缸2和右缸3的反应迟缓，因此旋转角θs仍为角θ1。因此，旋转角之差Δθ从0减小为负值。如此，先导阀52的阀体56移动至右先导位置Rp，向第二先导口P8供给先导压力。其结果是，转向阀42的阀体43移动至右换向位置Rs。由此，向左缸2的伸长口21和右缸3的收缩口32供油，同时，从左缸2的收缩口22和右缸3的伸长口31排油。因此，转向角θs从角θ1逐渐减小。该转向角θs的变化由转向角检测部7检测并传送至控制部8。控制部8将驱动装置6控制为使反馈输入轴55的旋转角θfb与转向角θs相同。

如果操作人员将操纵杆5停止在中央位置，则操纵输入轴54也停止在初始位置即旋转角θin为0的位置。另一方面，由于转向角θs从角度θ1逐渐减小，因此旋转角之差Δθ逐渐减小。如果转向角检测部7检测到旋转角θs变为0，则控制部8将驱动装置6控制为使反馈输入轴55的旋转角θfb与转向角θs同样为0。由此，旋转角之差Δθ变为0。此时，先导阀52的阀体56位于中立位置Np，转向阀42的阀体43也位于中立位置Ns。因此，不进行对左缸2和右缸3的供油与排油，转向角θs保持为0。这样，如果将操纵杆5从规定的倾斜角θ1操作返回到中央位置并停止，则转向角θs也返回并维持为0。因而，前轮11返回朝前后方向。

另外，由于操作人员将操纵杆5从中央位置向右侧倾斜时的动作与上述相同，因此省略其说明。

3.特征

在该转向操纵装置1中，无需设置连接部件，也能够向先导阀52反馈转向角θs。因此，即使是像上述机动平地机100那样从前轮11到驾驶室14的距离长的车辆，在该转向装操纵置1中也能够提高操纵性能。

并且，在该转向操纵装置1中，虽然对驱动装置6进行电控制，但是，由于操纵杆5与操纵输入轴54机械地连接在一起，因此，通过操纵操纵杆5，能够对先导阀52进行非电控制。因此，即使电气系统发生了故障，也能够改变转向角θs。从而，能够避免车体完全不能转弯的危险状况，提高安全性能。

4.其他实施方式

在所述实施方式中，虽然本发明的操纵装置1适用于机动平地机100，但只要是产生转向角θs的机构与先导阀52的距离长的车辆，本发明均可适用。例如，也可将本发明的转向操纵装置1适用于轮式装载机。

在所述实施方式中，作为使转向角θs发生变化的液压执行机构，使用了左缸2和右缸3，但是并非限定于此，也可使用其他的液压执行机构。

在所述实施方式中，虽然先导阀52根据操纵输入轴54与反馈输入轴55的旋转角之差来调节先导压力，但也可以通过不是旋转角而是其他的基于动作产生的位移差来调节先导压力。

在所述实施方式中，将操纵杆5的倾斜角与转向角θs控制为相同，但并非限定于操纵杆5的倾斜角与转向角θs严格一致，只要操纵杆5的倾斜角与转向角θs以特定关系增减即可。

在所述实施方式中，作为转向角检测部7例举了电位计，但除电位计外，也可以是附设于转向用液压缸2，3的行程传感器。

工业实用性

本发明具有不论车体形状如何都能够提高操纵性的效果，作为转向操纵装置是有用的。

Claims (1)

1.一种转向操纵装置，其特征在于，具有：

液压执行机构，其由液压驱动，改变车辆的转向角；

转向阀，其根据所输入的先导压力调节供给到所述液压执行机构的油的流量；

先导阀，其具有可动地设置的操纵输入部件及反馈输入部件，根据所述操纵输入部件的位移量与所述反馈输入部件的位移量之差调节输入到所述转向阀的先导压力；

操纵杆，其被设置为经操作人员的操纵能够倾斜，且与所述操纵输入部件连接，根据倾斜角使所述操纵输入部件发生位移；

驱动装置，其根据所输入的指令信号使所述反馈输入部件发生位移；

转向角检测部，其检测所述转向角并作为检测信号输出；以及

控制部，其接收来自所述转向角检测部的所述检测信号，向所述驱动装置发送所述指令信号以使所述驱动装置根据所述转向角使所述反馈输入部件发生位移。

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