JP2005170178A - 車両のステアリング制御装置 - Google Patents

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    • B62D5/065Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by specially adapted means for varying pressurised fluid supply based on need, e.g. on-demand, variable assist

Abstract

【課題】
エネルギーロスを低減する同時に、ステアリング制御系の応答性を向上させる。
【解決手段】
ステアリング用操作子が急操作されると、ステアリング用流量制御弁4の開口面積が急増しステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が急激に小さくなる。ステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が急激に小さくなると、フローコントロール弁6は、前後差圧(Pp′−PL)を大きくして設定圧に一致させるべく、バネ6fのバネ力によって付勢されて弁位置6b側に迅速に移動する。このため排出用油路7にそれまで流れていた余裕分の流量αの圧油は、フローコントロール弁6からステアリング用流量制御弁4を経てステアリング用油圧シリンダ5に迅速に供給される。このため入力Stに対して出力Q′が迅速に立ち上がることになる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ホイールローダ、フォークリフト等の作業用車両に関し、特に車両のステアリングを制御する装置に関する。
ホイールローダ、フォークリフトなどの作業用車両では、ステアリングハンドル、レバー等の操作子の操作に応じて車両のステアリング機構が駆動制御され、車両の走行方向が変化される。
(従来技術1)
図6は、従来の作業用車両に採用されているステアリング駆動制御用の油圧回路を示している。この油圧回路では、固定容量型油圧ポンプ22から一定の吐出容量の圧油が吐出される。
すなわち、固定容量型油圧ポンプ22は、たとえばエンジン1によって駆動される。固定容量型油圧ポンプ22の吐出口には油路23aが接続している。この油路23aはフローコントロール弁36の入力ポートに連通している。フローコントロール弁36の出力ポートは油路23bに連通している。油路23bはステアリング用流量制御弁24の油圧ポンプ22からみて上流側の入力ポートに連通している。ステアリング用流量制御弁24は、各弁位置24a、24b、24cを有している。弁位置24aは、ステアリング用油圧シリンダ5の一方の油室5aに圧油を供給し他方の油室5bの圧油をタンク9に排出させる弁位置であり、弁位置24bは、ステアリング用油圧シリンダ5の一方の油室5bに圧油を供給し他方の油室5aの圧油をタンク9に排出させる弁位置であり、弁位置24cは、ステアリング用油圧シリンダ5への圧油の供給を遮断させる中立の弁位置である。ステアリング用流量制御弁24は、パイロットポート24d、24eを備えており、パイロットポート24d、24eにはそれぞれ、ステアリング駆動指令信号に応じた油圧信号S1、S2が加えられる。パイロットポート24dに油圧信号S1が加えられると、ステアリング用流量制御弁24は、弁位置24a側に位置され、パイロットポート24eに油圧信号S2が加えられると、ステアリング用流量制御弁24は、弁位置24b側に位置される。
ステアリング用流量制御弁24の油圧ポンプ22からみて下流側の入出力ポートは、油路23c、23bを介してステアリング用油圧シリンダ5の各油室5a、5bにそれぞれ連通している。ステアリング用流量制御弁24のタンクポートは油路23dを介してタンク9に連通している。
ステアリング用油圧シリンダ5のロッドはステアリング機構に接続されており、ステアリング用油圧シリンダ5のロッドの伸縮に応じてステアリング機構が動作し、車両の旋回半径が変化する。
図6のステアリング駆動制御用油圧回路の動作について説明する。
ステアリングハンドル、ステアリング用操作レバー等のステアリング用操作子が操作され、ステアリング駆動指令信号が生成されたとする。ここで、ステアリング駆動指令信号とは、車両の向きを変化させるというオペレータの意思を示す信号であり、車両の向きを直進状態から旋回状態に変化させるための操作がなされた場合、あるいは定常旋回状態から更に旋回を強めたり弱めたりするための操作がなされた場合に、生成される。
ステアリング駆動指令信号が生成されると、そのステアリング駆動指令信号に応じた油圧信号S1またはS2は、ステアリング用流量制御弁24のパイロットポート24dまたは24eに加えられる。
ステアリング用流量制御弁24のパイロットポート24dに油圧信号S1が加えられると、ステアリング用流量制御弁24は、弁位置24a側に位置される。このため固定容量型油圧ポンプ22から吐出された圧油は、ステアリング用流量制御弁24で要求された圧油として、油路23a、フローコントロール弁36、油路23b、ステアリング用流量制御弁24、油路23cを介してステアリング用油圧シリンダ5の油室5aに供給される。またフローコントロール弁36で不要となった圧油は、油路23pを介してタンク9に排出される。またステアリング用油圧シリンダ5の油室5bの戻り圧油は、油路23d、ステアリング用流量制御弁24、油路23eを介してタンク9に排出される。これにより車両の例えば左回りの旋回半径が変化する。
またステアリング用流量制御弁24のパイロットポート24eに油圧信号S2が加えられると、ステアリング用流量制御弁24は、弁位置24b側に位置される。このため固定容量型油圧ポンプ22から吐出された圧油は、ステアリング用流量制御弁24で要求された圧油として、油路23a、フローコントロール弁36、油路23b、ステアリング用流量制御弁24、油路23dを介してステアリング用油圧シリンダ5の油室5bに供給される。またフローコントロール弁36で不要となった圧油は、油路23pを介してタンク9に排出される。またステアリング用油圧シリンダ5の油室5aの戻り圧油は、油路23c、ステアリング用流量制御弁24、油路23eを介してタンク9に排出される。これにより車両の例えば右回りの旋回半径が変化する。
(従来技術2)
また図7に示すように、固定容量型油圧ポンプ22の代わりに可変容量型油圧ポンプ2を用いて容量制御を行うステアリング駆動制御用油圧回路も公知となっている。
すなわち可変容量型油圧ポンプ2は、たとえばエンジン1によって駆動される。可変容量型油圧ポンプ2の吐出口には油路33aが接続している。この油路33aはステアリング用流量制御弁4の油圧ポンプ2からみて上流側の入力ポートに連通している。ステアリング用流量制御弁4は、各弁位置4a、4b、4cを有している。弁位置4aは、ステアリング用油圧シリンダ5の一方の油室5aに圧油を供給し他方の油室5bの圧油をタンク9に排出させる弁位置であり、弁位置4bは、ステアリング用油圧シリンダ5の一方の油室5bに圧油を供給し他方の油室5aの圧油をタンク9に排出させる弁位置であり、弁位置4cは、ステアリング用油圧シリンダ5への圧油の供給を遮断させる中立の弁位置である。ステアリング用流量制御弁4は、パイロットポート4d、4eを備えており、パイロットポート4d、4eにはそれぞれ、ステアリング駆動指令信号に応じた油圧信号S1、S2が加えられる。パイロットポート4dに油圧信号S1が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4a側に位置され、パイロットポート4eに油圧信号S2が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4b側に位置される。
ステアリング用流量制御弁4の油圧ポンプ2からみて下流側の入出力ポートは、油路33c、33bを介してステアリング用油圧シリンダ5の各油室5a、5bにそれぞれ連通している。ステアリング用流量制御弁4のタンクポートは油路33dを介してタンク9に連通している。
ステアリング用油圧シリンダ5のロッドはステアリング機構に接続されており、ステアリング用油圧シリンダ5のロッドの伸縮に応じてステアリング機構が動作し、車両の旋回半径が変化する。
可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、容量制御弁10の動きに連動して作動する。容量制御弁10の弁位置が図中左側に移動すると、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、最小傾転角MIN側に移動し、容量制御弁10の弁位置が図中右側に移動すると、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、最大傾転角MAX側に移動する。
容量制御弁10には、設定圧を与えるバネ10aが付与されている。 ステアリング用流量制御弁4の下流側の圧つまりステアリング用油圧シリンダ5の負荷圧PLは、ステアリング用流量制御弁4の油圧ポンプ2からみて下流側の出口ポート4fの圧として検出することができる。ステアリング用流量制御弁4の出口ポート4fは、パイロット油路12を介して、容量制御弁10のバネ10aと同じ側のパイロットポートに連通している。
ステアリング用流量制御弁4の上流側の圧つまり油圧ポンプ2の吐出圧Ppは油路33a内の圧として検出することができる。油路33aはパイロット油路11を介して、容量制御弁10のバネ10aとは反対側のパイロットポートに連通している。
図7のステアリング駆動制御用油圧回路の動作について説明する。
ステアリング駆動指令信号が生成されると、そのステアリング駆動指令信号に応じた油圧信号S1またはS2は、ステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4dまたは4eに加えられる。
ステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4dに油圧信号S1が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4a側に位置される。このため可変容量型油圧ポンプ2から吐出された圧油は、油路33a、ステアリング用流量制御弁4、油路33cを介してステアリング用油圧シリンダ5の油室5aに供給される。またステアリング用油圧シリンダ5の油室5bの戻り圧油は、油路33b、ステアリング用流量制御弁4、油路33dを介してタンク9に排出される。これにより車両の例えば左回りの旋回半径が変化する。
またステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4eに油圧信号S2が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4b側に位置される。このため可変容量型油圧ポンプ2から吐出された圧油は、油路33a、ステアリング用流量制御弁4、油路33bを介してステアリング用油圧シリンダ5の油室5bに供給される。またステアリング用油圧シリンダ5の油室5aの戻り圧油は、油路33c、ステアリング用流量制御弁4、油路33dを介してタンク9に排出される。これにより車両の例えば右回りの旋回半径が変化する。
容量制御弁10は、パイロット油路11を介して作用するポンプ吐出圧Ppとパイロット油路12を介して作用するステアリング用油圧シリンダ5の負荷圧PLとの差圧(Pp−PL)がバネ10aのバネ力に応じた設定圧に一致するように、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aの傾転角つまり容量を制御する。これによりステアリング用油圧シリンダ5の負荷にかかわりなく、ステアリング用流量制御弁4の開口面積に応じた流量がステアリング用油圧シリンダ5に供給される。
上記従来技術2に関する一般技術水準を示す文献として以下に掲げるものがある。
特許文献1には、図7に示すステアリング用流量制御弁4とは別に、作業機用の流量制御弁を設け、この作業機用流量制御弁のスプールストローク(操作ストローク)に応じて(ステアリング用)可変容量型油圧ポンプ2の吐出容量を増加させ、その増加させた分を作業機用流量制御弁に供給するという発明が記載されている。
また特許文献2には、エンジン回転数に応じて可変容量型油圧ポンプの最大吐出量を設定することで、油圧アクチュエータの負荷によらずに操作レバーの操作フィーリングを向上させるという発明が記載されている。
特開平11−115780号公報 特開平6−117402号公報
図3は、上述した従来技術1、従来技術2におけるステアリング用流量制御弁のスプールストロークdとポンプ吐出流量Qとの関係を示している。なおエンジン1の回転数は一定である場合の関係を示すものとする。
また図4は、ステアリング駆動指令信号Stを入力とし、ステアリング用流量制御弁の通過流量(ステアリング用油圧シリンダ5への供給流量)Q′を出力としたとき、入力に対する出力の応答を、時間(t)軸上で示している。
図3の(1)に示すように、従来技術1の場合には、固定容量型油圧ポンプ22を採用しているため、ステアリング用流量制御弁24のスプールストロークdに関係なく一定の最大量のポンプ吐出流量が吐出される。しかしこの一定の最大量のポンプ吐出流量のうちステアリング駆動に必要な量以外はタンク9に排出されるなどしてステアリング駆動に使用されないため、エネルギーロスが大きい。
これに対して図3の(2)に示すように、従来技術2の場合には、容量制御弁を採用し、ステアリング用流量制御弁4のスプールストロークdの増大に応じて可変容量型油圧ポンプ2の吐出流量Qが増大し、油圧ポンプ2からステアリング駆動に必要な流量が吐出されてステアリング用油圧シリンダ5に供給されるため、エネルギーロスは極めて小さいものとなる。
つぎに図4を参照してステアリング操作に対する油圧ポンプの応答性について説明する。
従来技術1の場合には、図4の(1)に示すように、固定容量型油圧ポンプ22からはスプールストロークdに関係なく常時最大流量が吐出されている。このためステアリングハンドル等のステアリング用操作子を時刻t1で急に動かしたとすると、ステアリング駆動指令信号Stの生成に伴いステアリング用流量制御弁24が作動して、ステアリング用油圧シリンダ5に供給される流量Q′が迅速に立ち上がる。つまり従来技術1の場合には、入力Stに対する出力Q′の応答、つまりステアリング制御系の応答性は良い。
これに対して従来技術2の場合には、容量制御弁を採用している。容量制御弁を採用した場合には、ステアリング駆動指令信号Stの生成に伴いステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp−PL)が変化する。そしてステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp−PL)に応じて、油圧ポンプ2の吐出容量(斜板2aの傾転角)が変化する。そして油圧ポンプ2の吐出容量(斜板2aの傾転角)の変化に応じてポンプ吐出量が変化しステアリング用油圧シリンダ5への供給量が変化する。このようにステアリング駆動指令信号Stに応じてステアリング用流量制御弁4が動き、その動きに応じて可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aの傾転角が変化し、その斜板傾転角変化に応じてステアリング用油圧シリンダ5への供給量が変化する。したがってステアリング制御系の応答性は、可変容量型油圧ポンプ2の吐出容量変化(斜板傾転角変化)の応答性に支配される。
ここでバルブ類の応答性に比べて可変容量型油圧ポンプの応答性は良くない。特に可変容量型油圧ポンプの動き始めのタイムラグが大きい。このため図4の(2)に示すように、ステアリング駆動指令信号Stを生成してから可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aが動き始めるまで遅れが生じ、それに応じてステアリング用油圧シリンダ5への供給流量Q′の立ち上がりが遅れることになり、ステアリング制御系の応答性は、従来技術1に比べて悪化することになる。
上記の内容をまとめると、図5のようになる。
すなわち従来技術1の場合は、エネルギーロスは大きいが、ステアリング制御系の応答性はよい。一方、従来技術2の場合は、エネルギーロスが小さいが、ステアリング制御系の応答性は良くない。
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、エネルギーロスを低減できると同時に、ステアリング制御系の応答性を向上させることを解決課題とするものである。
第1発明は、
ステアリング駆動指令信号に応じて、可変容量型油圧ポンプ(2)から圧油供給油路(3a、3b、3c、3d)を介してステアリング用油圧アクチュエータ(5)に対して圧油を供給して車両のステアリングを駆動するようにした車両のステアリング制御装置において、
前記圧油供給油路(3a、3b、3c、3d)上に設けられ、前記ステアリング駆動指令信号に応じた流量の圧油が前記ステアリング用油圧アクチュエータ(5)に供給されるように動作するステアリング用流量制御弁(4)と、
前記圧油供給油路(3a、3b)上であって前記可変容量型油圧ポンプ(2)と前記ステアリング用流量制御弁(4)との間に設けられ、前記ステアリング用流量制御弁(4)の前後差圧が設定値になるように前記可変容量型油圧ポンプ(2)の吐出圧油を排出用油路(7)を介してタンク(9)に排出するフローコントロール弁(6)と、
前記排出用油路(7)に設けられた絞り(8)と、
前記絞り(8)の前後差圧が設定値になるように前記可変容量型油圧ポンプ(2)の容量を制御する容量制御手段(10)と
を備えたことを特徴とする。
第2発明は、
ステアリング駆動指令信号に応じて、可変容量型油圧ポンプ(2)から圧油供給油路(3a、3b、3c、3d)を介してステアリング用油圧アクチュエータ(5)に対して圧油を供給して車両のステアリングを駆動するようにした車両のステアリング制御装置において、
前記圧油供給油路(3a、3b、3c、3d)上に設けられ、前記ステアリング駆動指令信号に応じた流量の圧油が前記ステアリング用油圧アクチュエータ(5)に供給されるように動作するステアリング用流量制御弁(4)と、
前記圧油供給油路(3a、3b)上であって前記可変容量型油圧ポンプ(2)と前記ステアリング用流量制御弁(4)との間に設けられ、前記ステアリング用流量制御弁(4)の前後差圧が設定値になるように前記可変容量型油圧ポンプ(2)の吐出圧油を排出用油路(7)を介してタンク(9)に排出するフローコントロール弁(26)と、
前記排出用油路(7)に設けられた絞り(8)と、
前記絞り(8)の前後差圧が設定値になるように前記可変容量型油圧ポンプ(2)の容量を制御するとともに、前記ステアリング駆動指令信号の大きさに応じて前記可変容量型油圧ポンプ(2)の容量を大きくする制御を行う容量制御手段(20)と
を備えたことを特徴とする。
第1発明によれば、図1に示すように、ステアリング用操作子が急操作されると、ステアリング用流量制御弁4の開口面積が急増しステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が急激に小さくなる。ステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が急激に小さくなると、フローコントロール弁6は、前後差圧(Pp′−PL)を大きくして設定圧に一致させるべく、バネ6fのバネ力によって付勢されて弁位置6b側に迅速に移動する。このため排出用油路7にそれまで流れていた余裕分の流量αの圧油は、フローコントロール弁6からステアリング用流量制御弁4を経てステアリング用油圧シリンダ5に迅速に供給される。
このため入力Stに対して出力Q′が迅速に立ち上がることになる(図4の(3):本発明1)。
排出用油路7内の圧油がステアリング用油圧シリンダ5に回された結果、排出用油路7内の圧油の流量が減少する。このため絞り8の前後差圧(PR−PT)が小さくなる。絞り8の前後差圧(PR−PT)が小さくなると、容量制御弁10は、絞り8の前後差圧(PR−PT)を大きくして設定圧ΔPに一致させるべく、バネ10aのバネ力によって付勢されて弁位置が図中右側に移動し、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、最大傾転角MAX側に移動する。これにより可変容量型油圧ポンプ2の吐出容量が大きくなり吐出流量Qが増大し、ステアリング駆動指令信号Stに見合った流量Q′がステアリング用油圧シリンダ5に供給される(図4の(3):本発明1)。なおステアリング用流量制御弁4の通過流量Q′の増加に伴いステアリング制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が増加するため、フローコントロール弁6は、前後差圧(Pp′−PL)が設定圧に一致する弁位置でバランスし、再びフローコントロール弁6から排出用油路7に余裕分の流量αが排出されるようになる。上述した効果は、直進状態からステアリング操作子を急操作した場合であっても、あるいは旋回操作中にステアリング操作子の操作速度を急に増速させるような操作を行った場合でも、同様にして得られる。
第2発明によれば、第1発明と同様に作用するが、つぎの点が第1発明と異なる。
すなわち図2の油圧回路では、ステアリング駆動指令信号Stに応じた信号圧Psが容量制御弁20に作用して可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aが最大傾転角MAX側に移動する。すなわち、排出用油路7内の圧油の流量が実際に減少し絞り8の前後差圧(PR−PT)が実際に減少に転じる前から油圧ポンプ2の斜板2aを立ち上げる制御が開始されることになり、ステアリング系の応答性は、第1発明と比較して更に向上している(図4の(4):本発明2、(3):本発明1)。
第1発明(本発明1)、第2発明(本発明2)によれば、図5に示すように従来技術1、従来技術2と比較したとき、エネルギーロスを従来技術2のように低減でき、ステアリング制御系の応答性を従来技術1のように、向上させることができる。
更に第2発明は、第1発明よりもステアリング制御系の応答性を更に向上させることができる。
すなわち第1発明では、絞り8の前後差圧(PR−PT)が実際に減少に転じてから油圧ポンプ2の斜板2aを立ち上げる制御が開始されているのに対して、第2発明では、ステアリング駆動指令信号Stの生成に伴い油圧ポンプ2の斜板2aを立ち上げる制御が既に開始されており、絞り8の前後差圧(PR−PT)が実際に減少に転じてから油圧ポンプ2の斜板2aが立ち上がるという遅れが生じないため、第1発明と比較してステアリング制御系の応答性が向上する。また応答性が更に向上する分、排出用油路7を通じてタンク9に排出される油量を小さくすることができるため、エネルギーロスを更に低減させることができる。
以下図面を参照して本発明に係る車両のステアリング制御装置の実施の形態について説明する。
図1は第1の実施形態のステアリング駆動制御用油圧回路を示している。図1の油圧回路は、たとえばホイールローダ、フォークリフトなどの作業車両に搭載される。
すなわち図1に示すように、可変容量型油圧ポンプ2は、たとえばエンジン1などの駆動源によって駆動される。可変容量型油圧ポンプ2の吐出口には油路3aが接続している。この油路3aはフローコントロール弁6の油圧ポンプ2からみて上流側の入力ポートに連通している。フローコントロール弁6の油圧ポンプ2からみて下流側の第1の出口ポート6gは、油路3bに連通し、第2の出口ポート6hは、排出用油路7に連通している。油路3bは、ステアリング用流量制御弁4の油圧ポンプ2からみて上流側の入力ポートに連通している。また排出用油路7はタンク9に連通している。排出用油路7上には絞り8が設けられている。
フローコントロール弁6は、ステアリング用流量制御弁4に供給される圧油の流量を制御するために設けられており、弁位置6a、6b、6cを有している。弁位置6aは、出口ポート6h、排出用油路7を介してタンク9のみに圧油を排出させる弁位置であり、弁位置6bは、出口ポート6g、油路3bを介してステアリング用流量制御弁4のみに圧油を供給させる弁位置であり、弁位置6cは、出口ポート6g、油路3bを介してステアリング用流量制御弁4に圧油を供給させるとともに出口ポート6h、排出用油路7を介してタンク9に圧油を排出させる弁位置である。
フローコントロール弁6には、設定圧を与えるバネ6fが付与されている。 ステアリング用流量制御弁4の下流側の圧つまりステアリング用油圧シリンダ5の負荷圧PLは、ステアリング用流量制御弁4の油圧ポンプ2からみて下流側の出口ポート4fの圧として検出することができる。ステアリング用流量制御弁4の出口ポート4fは、パイロット油路12を介して、フローコントロール弁6のバネ6fと同じ側のパイロットポート6eに連通している。
ステアリング用流量制御弁4の上流側の圧つまりフローコントロール弁6の下流側の圧Pp′は油路3b内の圧として検出することができる。油路3bはパイロット油路11を介して、フローコントロール弁6のバネ6fとは反対側のパイロットポート6dに連通している。
ステアリング用流量制御弁4は、各弁位置4a、4b、4cを有している。弁位置4aは、ステアリング用油圧シリンダ5の一方の油室5aに圧油を供給し他方の油室5bの圧油をタンク9に排出させる弁位置であり、弁位置4bは、ステアリング用油圧シリンダ5の一方の油室5bに圧油を供給し他方の油室5aの圧油をタンク9に排出させる弁位置であり、弁位置4cは、ステアリング用油圧シリンダ5への圧油の供給を遮断させる中立の弁位置である。ステアリング用流量制御弁4は、パイロットポート4d、4eを備えており、パイロットポート4d、4eにはそれぞれ、ステアリング駆動指令信号Stに応じた油圧信号S1、S2が加えられる。
すなわちステアリングハンドル、ステアリング用操作レバーなどのステアリング用操作子の操作に応じてステアリング駆動指令信号Stが生成される。ここで、ステアリング駆動指令信号Stとは、車両の向きを変化させるというオペレータの意思を示す信号であり、車両の向きを直進状態から旋回状態に変化させるための操作がなされた場合、あるいは定常旋回状態から更に旋回を強めたり弱めたりするための操作がなされた場合に、生成される。
ステアリング駆動指令信号Stの指令内容に応じた油圧信号S1またはS2が、ステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4dまたは4eに加えられる。
パイロットポート4dに油圧信号S1が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4a側に位置され、パイロットポート4eに油圧信号S2が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4b側に位置される。
ステアリング用流量制御弁4の油圧ポンプ2からみて下流側の入出力ポートは、油路3d、3cを介してステアリング用油圧シリンダ5の各油室5a、5bにそれぞれ連通している。ステアリング用流量制御弁4のタンクポートは油路3eを介してタンク9に連通している。
ステアリング用油圧シリンダ5のロッドはステアリング機構に接続されており、ステアリング用油圧シリンダ5のロッドの伸縮に応じてステアリング機構が動作し、車両の旋回半径が変化する。
可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、容量制御弁10の動きに連動して作動する。容量制御弁10の弁位置が図中左側に移動すると、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、最小傾転角MIN側に移動し、容量制御弁10の弁位置が図中右側に移動すると、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、最大傾転角MAX側に移動する。
容量制御弁10には、設定圧ΔPを与えるバネ10aが付与されている。
排出用油路7を流れる排出圧油の流量は、絞り8の前後差圧つまり絞り8の上流側の圧PR(フローコントロール弁6の出口ポート6hの圧)と絞り8の下流側の圧PT(タンク9の圧)との差圧(PR−PT)として検出することができる。容量制御弁10は、絞り8の前後差圧(PR−PT)がバネ10aのバネ力に応じた設定圧ΔPとなるように、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2a(容量)を制御する。
すなわち排出用油路7上であって絞り8の上流側は、油路17に分岐している。油路17は、容量制御弁10のバネ10aとは反対側のパイロットポートに連通している。
タンク9は油路18に連通している。油路18は、容量制御弁10のバネ10aと同じ側のパイロットポートに連通している。
ここで可変容量型油圧ポンプ2の吐出流量Qと、容量制御弁10の設定圧ΔPと、絞り8の開口面積Aとの関係について説明する。
図3の(3)(本発明1)は、本第1の実施形態の油圧ポンプ2の吐出流量Qを示している。
本第1の実施形態の油圧ポンプ2の吐出流量Qは、従来技術2の場合の吐出流量よりも余裕分の流量αだけ多くなるように設定されている。すなわち油圧ポンプ2からは、ステアリング駆動に必要な流量に、余裕分の流量αを加えた流量が吐出されることになる。
そして容量制御弁10が、絞り8の前後差圧(PR−PT)が設定圧ΔPに一致するようにバランスしているときに、排出用油路7に、上記余裕分の流量αが流れるように、油圧ポンプ2の吐出流量Q(余裕分流量α)、容量制御制御弁10の設定圧ΔP、絞り8の開口面積Aが設定されている。
図1のステアリング駆動制御用油圧回路の動作について説明する。
ステアリングハンドル、ステアリング用操作レバー等のステアリング用操作子が操作され、ステアリング駆動指令信号Stが生成されると、そのステアリング駆動指令信号Stに応じた油圧信号S1またはS2が、ステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4dまたは4eに加えられる。
ステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4dに油圧信号S1が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4a側に位置される。このため可変容量型油圧ポンプ2から吐出された圧油は、油路3a、フローコントロール弁6、油路3b、ステアリング用流量制御弁4、油路3dを介してステアリング用油圧シリンダ5の油室5aに供給される。またステアリング用油圧シリンダ5の油室5bの戻り圧油は、油路3c、ステアリング用流量制御弁4、油路3eを介してタンク9に排出される。これにより車両の例えば左回りの旋回半径が変化する。
またステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4eに油圧信号S2が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4b側に位置される。このため可変容量型油圧ポンプ2から吐出された圧油は、油路3a、フローコントロール弁6、油路3b、ステアリング用流量制御弁4、油路3cを介してステアリング用油圧シリンダ5の油室5bに供給される。またステアリング用油圧シリンダ5の油室5aの戻り圧油は、油路3d、ステアリング用流量制御弁4、油路3eを介してタンク9に排出される。これにより車両の例えば右回りの旋回半径が変化する。
フローコントロール弁6では、パイロット油路11を介して作用するステアリング用流量制御弁4の上流側圧Pp′とパイロット油路12を介して作用するステアリング用流量制御弁4の下流側圧PL(ステアリング用油圧シリンダ5の負荷圧PL)との差圧(Pp′−PL)がバネ6fのバネ力に応じた設定圧に一致するように、弁位置が調整される。これによりステアリング用油圧シリンダ5の負荷にかかわりなく、ステアリング用流量制御弁4の開口面積に応じた流量がステアリング用油圧シリンダ5に供給される。
いまステアリング用操作子が通常の操作速度で操作されているものとすると、フローコントロール弁6で、ステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)は設定圧にほぼ一致するように調整されており、排出用油路7には、上記余裕分の流量αが流れている。
ここでステアリング用操作子が急操作されたものとする。ステアリング用操作子が急操作されると、ステアリング用流量制御弁4の開口面積が急増しステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が急激に小さくなる。ステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が急激に小さくなると、フローコントロール弁6は、前後差圧(Pp′−PL)を大きくして設定圧に一致させるべく、バネ6fのバネ力によって付勢されて弁位置6b側に迅速に移動する。このため排出用油路7にそれまで流れていた余裕分の流量αの圧油は、フローコントロール弁6からステアリング用流量制御弁4を経てステアリング用油圧シリンダ5に迅速に供給される。
このため図4の(3)に示すように入力Stに対して出力Q′が迅速に立ち上がることになる。
排出用油路7内の圧油がステアリング用油圧シリンダ5に回された結果、排出用油路7内の圧油の流量が減少する。このため絞り8の前後差圧(PR−PT)が小さくなる。絞り8の前後差圧(PR−PT)が小さくなると、容量制御弁10は、絞り8の前後差圧(PR−PT)を大きくして設定圧ΔPに一致させるべく、バネ10aのバネ力によって付勢されて弁位置が図中右側に移動し、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、最大傾転角MAX側に移動する。これにより可変容量型油圧ポンプ2の吐出容量が大きくなり吐出流量Qが増大し、ステアリング駆動指令信号Stに見合った流量Q′がステアリング用油圧シリンダ5に供給される(図4の(3))。なおステアリング用流量制御弁4の通過流量Q′の増加に伴いステアリング制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が増加するため、フローコントロール弁6は、前後差圧(Pp′−PL)が設定圧に一致する弁位置でバランスし、再びフローコントロール弁6から排出用油路7に余裕分の流量αが排出されるようになる。
つぎに図3、図4を併せ参照して本第1の実施形態と従来技術1、2とを比較する。
上述したように第1の実施形態では、図3の(3)(本発明1)に示すように、油圧ポンプ2の吐出流量Qは従来技術2の場合の吐出流量よりも余裕分の流量αだけ多くなるように設定されているため、従来技術2と対比すれば多少エネルギーロスは悪化するものの、従来技術1と対比すればエネルギーロスは格段に低下している。
また上述したように第1の実施形態では、図4の(3)(本発明1)に示すように、ステアリング用操作子が急操作され、ステアリング駆動指令信号St(入力)が急激に立ち上がったとしても、この急激な立ち上がりに応じて、排出用油路7に流れていた余裕分の流量αの圧油を迅速にステアリング用油圧シリンダ5に回すように、フローコントロール弁6が動作するため、ステアリング用油圧シリンダ5への供給流量Q′(出力)が遅れなく追随する。このためステアリング制御系の応答性が、従来技術2と比較して格段に向上し従来技術1と同等なものとなる。ただし排出用油路7内の圧油がステアリング用油圧シリンダ5に回され排出用油路7内の流量が実際に減少してから容量制御弁10が動作し可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aの傾転角が立ち上がるため、その後の応答は、斜板2aの応答性の影響を受け、従来技術1と比較して多少悪化する(図4の(3)、(1))。
上記の内容をまとめると、図5のようになる。
すなわち第1の実施形態(本発明1)の場合は、従来技術1、従来技術2と比較したとき、エネルギーロスを従来技術2と同等に低減でき、ステアリング制御系の応答性を従来技術1と同等に向上させることができる。
つぎにステアリング制御系の応答性を、上述した第1の実施形態よりも更に向上させることができる第2の実施形態について、図2を参照して説明する。なお以下の説明では図1の油圧回路と同様の構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
図2は第2の実施形態のステアリング駆動制御用油圧回路を示している。
図2の油圧回路では、図1と同様なフローコントロール弁26が設けられている。
すなわちフローコントロール弁26の油圧ポンプ2からみて下流側の第1の出口ポート26gは、油路3bに連通し、第2の出口ポート26hは、排出用油路7に連通している。
フローコントロール弁26は、弁位置26a、26bを有している。弁位置26aは、出口ポート26g、油路3bを介してステアリング用流量制御弁4に圧油を供給させるとともに出口ポート26h、排出用油路7を介してタンク9に圧油を排出させる弁位置であり、弁位置26bは、弁位置26aと同様な機能を持つ弁位置であるが弁内に設けられた絞りによって排出用油路7への排出量が減らされる弁位置である。フローコントロール弁26に、排出用油路7への供給が無く、ステアリング用流量制御弁4のみに圧油を供給できる弁位置を追加してもよい。
フローコントロール弁26には、設定圧を与えるバネ26fが付与されている。ステアリング用流量制御弁4の出口ポート4fは、パイロット油路12を介して、フローコントロール弁26のバネ26fと同じ側のパイロットポート26eに連通している。油路3bはパイロット油路11を介して、フローコントロール弁26のバネ26fとは反対側のパイロットポート26dに連通している。
油路15は油路15aに分岐しており、この油路15aはシャトル弁19の一方の入口に連通している。同様に油路16は油路16aに分岐しており、この油路16aはシャトル弁19の他方の入口に連通している。シャトル弁19の出口は油路19aに連通している。
このため油路15内の油圧信号S1、油路16内の油圧信号S2のうち圧力の大きい方の圧(最大信号圧Ps)がシャトル弁19から油路19aに出力される。
図2の油圧回路では、図1と同様な容量制御弁20が設けられている。
すなわち容量制御弁20には、設定圧ΔPを与えるバネ20aが付与されている。排出用油路7を流れる排出圧油の流量は、絞り8の前後差圧つまり絞り8の上流側の圧PR(フローコントロール弁26の出口ポート26hの圧)と絞り8の下流側の圧PT(タンク9の圧)との差圧(PR−PT)として検出することができる。
容量制御弁20には、スプール20bが設けられている。このスプール20bの一端にはバネ20aが作用している。スプール20bにはバネ20aのバネ力に対向する向きに、絞り8の上流側の圧PRが作用するように、油路17が容量制御弁20に接続されている。またスプール20bにはバネ20aのバネ力が作用する向きと同じ向きに、最大信号圧Psが作用するように、油路19aが容量制御弁20に接続されている。同様にスプール20bにはバネ20aのバネ力が作用する向きと同じ向きに、絞り8の下流側の圧PTが作用するように、油路18が容量制御弁20に接続されている。
これにより容量制御弁20では、絞り8の上流側の圧PRと、絞り8の下流側の圧PTに最大信号圧PSを加えた圧PT+PSとの差圧(PR−(PT+PS))が設定圧ΔPになるように、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2a(容量)が制御される。
図2のステアリング駆動制御用油圧回路の動作について説明する。
ステアリングハンドル、ステアリング用操作レバー等のステアリング用操作子が操作され、ステアリング駆動指令信号Stが生成されると、そのステアリング駆動指令信号Stに応じた油圧信号S1またはS2が、ステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4dまたは4eに加えられる。
ステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4dに油圧信号S1が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4a側に位置される。このため可変容量型油圧ポンプ2から吐出された圧油は、油路3a、フローコントロール弁26、油路3b、ステアリング用流量制御弁4、油路3dを介してステアリング用油圧シリンダ5の油室5aに供給される。またステアリング用油圧シリンダ5の油室5bの戻り圧油は、油路3c、ステアリング用流量制御弁4、油路3eを介してタンク9に排出される。これにより車両の例えば左回りの旋回半径が変化する。
またステアリング用流量制御弁4のパイロットポート4eに油圧信号S2が加えられると、ステアリング用流量制御弁4は、弁位置4b側に位置される。このため可変容量型油圧ポンプ2から吐出された圧油は、油路3a、フローコントロール弁26、油路3b、ステアリング用流量制御弁4、油路3cを介してステアリング用油圧シリンダ5の油室5bに供給される。またステアリング用油圧シリンダ5の油室5aの戻り圧油は、油路3d、ステアリング用流量制御弁4、油路3eを介してタンク9に排出される。これにより車両の例えば右回りの旋回半径が変化する。
フローコントロール弁6では、パイロット油路11を介して作用するステアリング用流量制御弁4の上流側圧Pp′とパイロット油路12を介して作用するステアリング用流量制御弁4の下流側圧PL(ステアリング用油圧シリンダ5の負荷圧PL)との差圧(Pp′−PL)がバネ6fのバネ力に応じた設定圧に一致するように、弁位置が調整される。これによりステアリング用油圧シリンダ5の負荷にかかわりなく、ステアリング用流量制御弁4の開口面積に応じた流量がステアリング用油圧シリンダ5に供給される。
いまステアリング用操作子が通常の操作速度で操作されているものとすると、ステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)は設定圧にほぼ一致するように調整されており、排出用油路7には、余裕分の流量αが流れている。
ここでステアリング用操作子が急操作されたものとする。ステアリング用操作子が急操作されると、ステアリング用流量制御弁4の開口面積が急増しステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が急激に小さくなる。ステアリング用流量制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が急激に小さくなると、フローコントロール弁6は、前後差圧(Pp′−PL)を大きくして設定圧に一致させるべく、バネ6fのバネ力によって付勢されて弁位置6b側に迅速に移動する。このため排出用油路7にそれまで流れていた余裕分の流量αの圧油は、フローコントロール弁6からステアリング用流量制御弁4を経てステアリング用油圧シリンダ5に迅速に供給される。
このため入力Stに対して出力Q′が迅速に立ち上がることになる(図4の(4))。
排出用油路7内の圧油がステアリング用油圧シリンダ5に回された結果、排出用油路7内の圧油の流量が減少する。このため絞り8の前後差圧(PR−PT)が小さくなる。絞り8の前後差圧(PR−PT)が小さくなると、容量制御弁20は、絞り8の前後差圧(PR−PT)を大きくすべく、バネ20aのバネ力によって付勢されてスプール20bが図中右側に移動し、可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aは、最大傾転角MAX側に移動する。これにより可変容量型油圧ポンプ2の吐出容量が大きくなり吐出流量Qが増大し、ステアリング駆動指令信号Stに見合った流量Q′がステアリング用油圧シリンダ5に供給される(図4の(4))。なおステアリング用流量制御弁4の通過流量Q′の増加に伴いステアリング制御弁4の前後差圧(Pp′−PL)が増加するため、フローコントロール弁26は、前後差圧(Pp′−PL)が設定圧に一致する弁位置でバランスし、再びフローコントロール弁26から排出用油路7に余裕分の流量αが排出されるようになる。
ここで図2の油圧回路では、ステアリング駆動指令信号Stの生成に伴い最大信号圧Psが容量制御弁20に作用して可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aを最大傾転角MAX側に移動させている。すなわち排出用油路7内の圧油の流量が実際に減少し絞り8の前後差圧(PR−PT)が実際に減少に転じる前から油圧ポンプ2の斜板2aを立ち上げる制御が開始されていることになる。
上述した説明では、ステアリング駆動指令信号Stに応じた信号Psを容量制御弁23のスプール20bに作用させて、ステアリング駆動指令信号Stの大きさに応じて可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aを最大傾転角MAX側に移動させて容量を大きくする制御を行っている。
しかしステアリング駆動指令信号Stに応じた信号Psを容量制御弁23のバネ20aに作用させてバネ力を変化させることによって、ステアリング駆動指令信号Stの大きさに応じて可変容量型油圧ポンプ2の斜板2aを最大傾転角MAX側に移動させて容量を大きくする制御を行ってもよい。
要は、絞り8の前後差圧(PR−PL)が設定圧になるように可変容量型油圧ポンプ2の容量を制御するとともに、ステアリング駆動指令信号Stの大きさに応じて可変容量型油圧ポンプ2の容量を大きくする制御を行う構成であれば、よい。
また図1に示す第1の実施形態、図2に示す第2の実施形態では、ステアリング駆動指令信号Stを油圧信号S1、S2に変換した上でステアリング用流量制御弁4に加えるようにしているが、ステアリング用流量制御弁4を電磁制御弁として構成し、電気信号のステアリング駆動指令信号Stを直接、ステアリング用流量制御弁4に加えるように構成してもよい。
要は、ステアリング駆動指令信号Stが油圧信号であるか電気信号であるかは不問であり、ステアリング駆動指令信号に応じてステアリング用流量制御弁4を動作させる構成であればよい。
また図2に示す第2の実施形態では、油圧信号としてのステアリング駆動指令信号St(信号圧Ps)を容量制御弁20に作用させる構成を想定して説明したが、電気信号としてのステアリング駆動指令信号Stを容量制御弁20に作用させて、ステアリング駆動指令信号Stの大きさに応じて可変容量型油圧ポンプ2の容量を大きくする制御を行わせる構成であってもよい。
つぎに図3、図4を併せ参照して本第2の実施形態と従来技術1、2、第1の実施形態とを比較する。
上述したように第2の実施形態では、図3の(4)(本発明2)に示すように、油圧ポンプ2の吐出流量Qは従来技術2の場合の吐出流量よりも余裕分の流量αだけ多くなるように設定されているため、従来技術2と対比すれば多少エネルギーロスは悪化するものの、従来技術1と対比すればエネルギーロスは格段に低下している。
また上述したように第2の実施形態では、図4の(4)(本発明2)に示すように、ステアリング用操作子が急操作され、ステアリング駆動指令信号St(入力)が急激に立ち上がったとしても、この急激な立ち上がりに応じて、排出用油路7に流れていた余裕分の流量αの圧油を迅速にステアリング用油圧シリンダ5に回すように、フローコントロール弁26が動作するため、ステアリング用油圧シリンダ5への供給流量Q′(出力)が遅れなく追随する。このためステアリング制御系の応答性が、従来技術2と比較して格段に向上し従来技術1と同等なものとなる。
しかも上述したように第1の実施形態では、絞り8の前後差圧(PR−PT)が実際に減少に転じてから油圧ポンプ2の斜板2aを立ち上げる制御が開始されているのに対して、本第2の実施形態では、ステアリング駆動指令信号Stの生成に伴い油圧ポンプ2の斜板2aを立ち上げる制御が既に開始されており、絞り8の前後差圧(PR−PT)が実際に減少に転じてから油圧ポンプ2の斜板2aが立ち上がるという遅れが生じないため、第1の実施形態と比較してもステアリング制御系の応答性が向上している。
すなわち第2の実施形態(本発明2)の場合は、従来技術1、従来技術2と比較したとき、エネルギーロスを従来技術2と同等に低減でき、ステアリング制御系の応答性を従来技術1と同等に、しかも第1の実施形態(本発明1)よりも更に向上させることができる。
本発明は、作業用車両に適用すれば、エネルギーロスの低減を図りつつステアリングの急操作に対する応答性を格段に向上させることができる。本発明の技術は、作業用車両に限定されることなく、一般自動車等に適用しても有用である。
図1は第1の実施形態の油圧回路図である。 図2は第2の実施形態の油圧回路図である。 図3は本発明と従来技術のエネルギーロスの差を比較して示した図である。 図4は本発明と従来技術のステアリング制御系の応答性の差を比較して示した図である。 図5は本発明と従来技術の効果上の差を示した表である。 図6は従来技術1を説明するために用いた油圧回路図である。 図7は従来技術2を説明するために用いた油圧回路図である。
符号の説明
2 可変容量型油圧ポンプ
4 ステアリング用流量制御弁
5 ステアリング用油圧シリンダ
6、26 フローコントロール弁
7 排出用油路
8 絞り
10、20 容量制御弁

Claims (2)

  1. ステアリング駆動指令信号に応じて、可変容量型油圧ポンプ(2)から圧油供給油路(3a、3b、3c、3d)を介してステアリング用油圧アクチュエータ(5)に対して圧油を供給して車両のステアリングを駆動するようにした車両のステアリング制御装置において、
    前記圧油供給油路(3a、3b、3c、3d)上に設けられ、前記ステアリング駆動指令信号に応じた流量の圧油が前記ステアリング用油圧アクチュエータ(5)に供給されるように動作するステアリング用流量制御弁(4)と、
    前記圧油供給油路(3a、3b)上であって前記可変容量型油圧ポンプ(2)と前記ステアリング用流量制御弁(4)との間に設けられ、前記ステアリング用流量制御弁(4)の前後差圧が設定値になるように前記可変容量型油圧ポンプ(2)の吐出圧油を排出用油路(7)を介してタンク(9)に排出するフローコントロール弁(6)と、
    前記排出用油路(7)に設けられた絞り(8)と、
    前記絞り(8)の前後差圧が設定値になるように前記可変容量型油圧ポンプ(2)の容量を制御する容量制御手段(10)と
    を備えたことを特徴とする車両のステアリング制御装置。
  2. ステアリング駆動指令信号に応じて、可変容量型油圧ポンプ(2)から圧油供給油路(3a、3b、3c、3d)を介してステアリング用油圧アクチュエータ(5)に対して圧油を供給して車両のステアリングを駆動するようにした車両のステアリング制御装置において、
    前記圧油供給油路(3a、3b、3c、3d)上に設けられ、前記ステアリング駆動指令信号に応じた流量の圧油が前記ステアリング用油圧アクチュエータ(5)に供給されるように動作するステアリング用流量制御弁(4)と、
    前記圧油供給油路(3a、3b)上であって前記可変容量型油圧ポンプ(2)と前記ステアリング用流量制御弁(4)との間に設けられ、前記ステアリング用流量制御弁(4)の前後差圧が設定値になるように前記可変容量型油圧ポンプ(2)の吐出圧油を排出用油路(7)を介してタンク(9)に排出するフローコントロール弁(26)と、
    前記排出用油路(7)に設けられた絞り(8)と、
    前記絞り(8)の前後差圧が設定値になるように前記可変容量型油圧ポンプ(2)の容量を制御するとともに、前記ステアリング駆動指令信号の大きさに応じて前記可変容量型油圧ポンプ(2)の容量を大きくする制御を行う容量制御手段(20)と
    を備えたことを特徴とする車両のステアリング制御装置。
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