JP2009154769A - 作業車両の油圧式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業車両の油圧式パワーステアリング装置において、第１油圧源の圧油供給機能低下時の第２油圧源による緊急用の圧油供給機能と第２油圧源の正常作動確認機能を有し、かつそれらの両機能を製作が容易で、安価な構成で実現する。
【解決手段】主油圧ポンプ２１と電動駆動の緊急用油圧ポンプ７１の高圧側の圧油を選択するシャトル弁８の下流側に圧力センサ３１を設置し、この圧力センサ３１と、車速検出用の回転センサ３２、オルタネータ（図示せず）の発生電圧を検出する電圧センサ３３の検出信号をコントローラ３０に入力し、主油圧ポンプ２１の圧油供給機能低下時に緊急用油圧ポンプ７１を動作させ緊急用の圧油供給機能を確保し、エンジン起動時に緊急用圧力ポンプ７１を一時的に動作させ緊急用圧力ポンプ７１の正常作動確認機能を確保する。
【選択図】 図１

Description

本発明は作業車両の油圧式パワーステアリング装置に係わり、特に、主油圧ポンプとは別に緊急用の油圧ポンプである電動駆動の油圧ポンプを備え、安全性を考慮したホイールローダ等の作業車両の油圧式パワーステアリング装置に関する。

ホイールローダ等の作業車両は作業によって車体が受ける負荷や衝撃が大きい事等から構造を頑丈に作る必要がある。また鉱山や大規模造成地等の現場では作業効率向上のため作業車両の大型化が求められてきた。その結果として作業車両の自重が増えており、ステアリング動作の際に重量の重い機構を動かさなくてはならない。このような理由からホイールローダ等の作業車両には一般に全油圧式のパワーステアリング装置が採用されている。

このような全油圧式のパワーステアリング装置としては、従来例えば、特許文献１に記載のものがある。これは、ハンドルの操作に応じてステアリングバルブを切換え、主油圧ポンプ（第１油圧源）からステアリングシリンダに圧油を供給し、操舵機構を駆動することで車両の操舵を行なうようになっている。

また、特許文献１記載のパワーステアリング装置は、主油圧ポンプとは別に緊急用の油圧ポンプである電動駆動の油圧ポンプ（第２油圧源）を設けるとともに、主油圧ポンプの吐出油路に圧力センサを設置し、主油圧ポンプを駆動するエンジンの故障や主油圧ポンプの故障などによるステアリングバルブへの圧油供給機能の低下を圧力センサの検出値によって判断し、圧油供給機能低下時に緊急用の油圧ポンプを駆動して、緊急用の圧油をステアリングバルブに供給するようにしている。主油圧ポンプの吐出油路及び緊急用の油圧ポンプの吐出油路にはそれぞれ逆止め弁が配置され、緊急用の油圧ポンプからの圧油が主油圧ポンプ側に流れ込んだり、主油圧ポンプからの圧油が緊急用の油圧ポンプ側に流れ込んだりすることを防止している。

また、実機のホイールローダに搭載されたパワーステアリング装置では、緊急用の油圧ポンプの吐出油路に圧力センサを設置し、主油圧ポンプを駆動するエンジンの起動時に緊急用の油圧ポンプを一時的に作動させ、圧力センサの検出値によって緊急用の油圧ポンプが正常に作動しているかどうかを確認し、緊急用の油圧ポンプが正常に動作していないと判断された場合に警報を発することで更なる安全性を確保するようにしたものがある。

特開２００６−２９３９２号公報

しかしながら、上記の従来技術には次のような問題があった。

特許文献１記載のパワーステアリング装置では、エンジンの故障や主油圧ポンプの故障などによるステアリングバルブへの圧油供給機能が低下する事態を生じたときでも、緊急用の油圧ポンプから吐出される緊急用の圧油によってステアリングシリンダを駆動でき、操舵性を確保している。しかし、万一、緊急用の油圧ポンプやその電動駆動系に不具合が発生した場合は、緊急用の圧油を供給できなくなり、安全性確保の面では更なる改善の余地があった。

実機のホイールローダに搭載されたパワーステアリング装置では、主油圧ポンプの圧油供給機能低下時に緊急用の圧油を供給し、操舵性能を確保できるだけでなく、第２圧力センサの検出値によって緊急用の油圧ポンプが正常に作動しているかを確認できるため、高い安全性を確保することができる。しかし、正常動作時における主油圧ポンプの圧油供給機能の確保（主油圧ポンプから緊急用油圧ポンプへの圧油の逆流防止）及び主油圧ポンプの圧油供給機能低下時の緊急用油圧ポンプの圧油供給機能の確保（緊急用油圧ポンプから主油圧ポンプへの圧油の逆流防止）のため、主油圧ポンプの圧油供給機能低下の検出及び緊急用油圧ポンプの正常作動の検出のために、それぞれ、２つの逆止め弁と２つの圧力センサを必要としている。また、２つの逆止め弁や２つの圧力センサがそれぞれ別体の独立構造体であるため、それらの固定具や接続配管等が個別に必要になり、全体の部品数が多くなるばかりでなく、それら部品を設置するための作業や配管引き回し作業が必要となり、組み立て工数が増えかつ製作費が高くなりやすい。

本発明の目的は、第１油圧源（主油圧ポンプ）の圧油供給機能低下時の第２油圧源（緊急用圧力ポンプ）による緊急用の圧油供給機能と第２油圧源の正常作動確認機能を有し、かつそれらの両機能を製作が容易で、安価な構成で実現することができる作業車両の油圧式パワーステアリング装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジンにより駆動される第１油圧源と、前記第１油圧源から供給される圧油により駆動されるステアリングシリンダ装置と、前記第１油圧源から前記ステアリングシリンダ装置に供給される圧油の方向と流量を制御するステアリングバルブとを備えた作業車両の油圧式パワーステアリング装置において、前記第１油圧源の圧油供給機能低下時に緊急用の圧油を前記ステアリングバルブに供給する電動駆動の第２油圧源と、前記第１及び第２油圧源と前記ステアリングバルブとの間に配置され、前記第１油圧源と第２油圧源の高圧側の圧油を選択して前記ステアリングバルブに送出するシャトル弁と、前記シャトル弁と前記ステアリングバルブとの間に設置され、前記シャトル弁の下流側の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出圧力に基づいて前記第１油圧源の圧油供給機能の低下を検出し、前記第２油圧源を作動させる第１制御手段と、前記エンジンの起動時に前記第２油圧源を一時的に作動させ、前記圧力センサの検出圧力に基づいて前記第２油圧源の正常作動を確認する第２制御手段とを備えるものとする。

このように構成した本発明においては、第１油圧源（主油圧ポンプ）の通常作動時は、ハンドル操作によりステアリングバルブが切換えられると、第１油圧源の圧油はシャトル弁を介してステアリングバルブへと供給され、ハンドルの操作方向と操作量に応じた圧油がステアリングバルブを介してステアリングシリンダ装置に供給され、操舵機構が駆動される。このとき、第１油圧源（主油圧ポンプ）から第２油圧源（緊急用油圧ポンプ）への圧油の流れはシャトル弁により阻止される。

また、第１制御手段は、圧力センサの検出圧力に基づいて第１油圧源の圧油供給機能の低下を検出すると第２油圧源を作動させ、緊急用の圧油をステアリングバルブに供給可能する。このときも、第２油圧源から第１油圧源への圧油の流れはシャトル弁により阻止される。これにより第１油圧源の圧油供給機能の低下時であっても、ハンドルの操作方向と操作量に応じて圧油をステアリングシリンダ装置に供給し、操舵機構を駆動することができる。

一方、エンジン起動時においては、第２制御手段は第２油圧源を一時的に作動させ、圧力センサの検出圧力に基づいて第２油圧源の正常作動を確認する。これにより万一、第２油圧源に不具合が発生した場合でも、事前に適切な措置をとることができる。

更に、従来は、正常動作時における第１油圧源の圧油供給機能の確保（第１油圧源から第２油圧源への圧油の逆流防止）及び第１油圧源の圧油供給機能低下時の第２油圧源の圧油供給機能の確保（第２油圧源から第１油圧源への圧油の逆流防止）のため、第１油圧源の圧油供給機能低下の検出及び第２油圧源の正常作動の検出のために、それぞれ、２つの逆止め弁と２つの圧力センサを必要としていたが、本発明では、１つのシャトル弁と１つの圧力センサにより従来の２つの逆止め弁と２つの圧力センサと同等の機能を果たせるため、全体の部品点数が減り、組立作業も簡単となり、製作が容易で、安価な構成とすることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１油圧源は、前記エンジンにより駆動される第１油圧ポンプと、この第１油圧ポンプの吐出圧力を第１最高圧力以下に規制する第１リリーフ弁とを有し、前記第２油圧源は、電動駆動の第２油圧ポンプと、この第２油圧ポンプの吐出圧力を前記第１最高圧力よりも高い第２最高圧力以下に規制する第２リリーフ弁とを有し、前記第１制御手段は、前記圧力センサの検出圧力が前記第１最高圧力を基準にして定めた第１判定値より低いときに前記第１油圧源の圧油供給機能が低下していると判定し、前記第２制御手段は、前記エンジンの起動時に前記圧力センサの検出圧力が前記第２最高圧力を基準にして定めた第２判定値より低いときに前記第２油圧源が正常作動にないと判定するて定めた第２判定値より低いときに前記緊急用油圧ポンプが正常作動にないと判定する。

このように第１及び第２油圧源に規制圧力（リリーフ圧力）の異なる第１及び第２リリーフ弁を設け、エンジン起動時に第２油圧源（緊急用油圧ポンプ）を作動させることにより、エンジン起動時は圧力センサにより第２最高圧力を検出し、エンジン起動時以外は同じ圧力センサにより第１最高圧力を検出することができるようになるため、１つの圧力センサによって第１油圧源の圧力と第２油圧源の圧力を区別して検出することができる。これにより第１及び第２制御手段は、１つの圧力センサの検出圧力に基づいて第１油圧源（主油圧ポンプ）の圧油供給機能の低下とエンジン起動時の第２油圧源（緊急用油圧ポンプ）の正常作動の確認を行なうことができる。

本発明によれば、第１油圧源（主油圧ポンプ）の圧油供給機能低下時の緊急用の第２油圧源（緊急用圧力ポンプ）による圧油供給機能と第２油圧源の正常作動確認機能を発揮することができるとともに、それらの両機能を製作が容易で、安価な構成で実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明が適用される作業車両の一例としてホイールローダの外観を示す図である。

図１において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、車体前部１０１と車体後部１０２とを有し、車体前部１０１と車体後部１０２は、一対のステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂ（図２参照）により車体後部１０２に対して車体前部１０１の向きが変わるように相対回動自在に連結されている。車体前部１０１にはフロント作業機１０４と前輪１０５が設けられ、車体後部１０２には運転室１０６と後輪１０７が設けられている。運転室１０６には、運転席１０８、ハンドル（ステアリングホイール）１０９、操作レバー装置１１０や、アクセルペダル、インチングペダル（図示せず）等の操作手段が設けられている。フロント作業機１０４はバケット１１１とリフトアーム１１２からなり、バケット１１１はバケットシリンダ１１４の伸縮によりチルト・ダンプ動作し、リフトアーム１１２はアームシリンダ１１３の伸縮により上下に動作する。

図２は、以上のような作業車両（ホイールローダ）に搭載される本発明の一実施の形態に係わる作業車両の油圧式パワーステアリング装置を制御系とともに示すシステム構成図である。

図２において、本実施の形態に係わる油圧式パワーステアリング装置は、その基本構成として、ディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）１と、このエンジン１により駆動される第１油圧源２と、第１油圧源２から供給される圧油により駆動される上述した一対のステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂを含むステアリングシリンダ装置１０３と、第１油圧源２からステアリングシリンダ装置１０３に供給される圧油の方向と流量を制御するステアリングバルブ４と、ハンドル１０９の操作に応じてステアリングバルブ４を切り換える油圧ステアリングユニット５と、第１油圧源２とステアリングバルブ４との間に配置されたプライオリティバルブ６とを備えている。

第１油圧源２は、エンジン１により駆動され主油圧ポンプ２１と、主油圧ポンプ２１の吐出油路１１に接続され、主油圧ポンプ２１の吐出圧力を第１最高圧力Ｐａ以下に規制する第１メインリリーフ弁２２とを有している。

油圧ステアリングユニット５は、ハンドル１０９に連結され、パイロット油圧ポンプ５８の吐出油に基づいてハンドル１０９の回転量と回転方向に応じた制御圧力を発生し、その制御圧力をステアリングバルブ４のバルブ本体（スプール）両端に設けられた受圧部４ａ，４ｂに選択的に供給することにより、ステアリングバルブ４を切り換え操作する。パイロット油圧ポンプ５８の吐出油路５７にはパイロットリリーフ弁５９が接続され、このパイロットリリーフ弁５９によりパイロット油圧ポンプ５８の吐出圧力が一定に保持される。

プライオリティバルブ６は、主油圧ポンプ２１の吐出油をステアリング装置１０３に優先的に供給し、余剰流量を作業用油圧回路１２１に供給するためのものであり、作業用油圧回路１２１は、例えば上記フロント作業機１０４のバケットシリンダ１１４及びアームシリンダ１１３に圧油を供給し、バケット１１１及びリフトアーム１１２を動作させるものであり、公知のコントロールバルブ装置を備えている。

油圧ステアリングユニット５とプライオリティバルブ６について更に説明する。

油圧ステアリングユニット５は、ステアリングパイロットバルブ５１とジロータ５２とを有し、オペレータがハンドル１０９を回転操作すると、ステアリングパイロットバルブ５１はその回転方向に応じて回動し、図示の中立位置Ｄから左右いずれかの動作位置Ｅ又はＦに切り換わり、ステアリングバルブ４の受圧部４ａ又は４ｂにパイロット圧を供給し、ステアリングバルブ４を切り換える。

すなわち、ハンドル１０９を右回転させると、ステアリングパイロットバルブ５１は図示の中立位置Ｄから動作位置Ｅに切り換わり、パイロットポンプ５８からの圧油がステアリングパイロットバルブ５１の動作位置Ｅの内部通路、油路５３を経由してジロータ５２に供給され、ジロータ５２はその圧油の供給により回転動作する。ジロータ５２はハンドル１０９の操作量に応じた流量の圧油を吐出し、吐出圧油は油路５４、動作位置Ｅの内部通路、油路５６を経由してステアリングバルブ４の受圧部４ａにパイロット圧として導かれる。これによりステアリングバルブ４は中立位置Ａから動作位置Ｂに切り換わる。

一方、ジロータ５２の回転動作はステアリングパイロットバルブ５１にフィードバックされ、ジロータ５２がハンドル１０９の回転操作量（ステアリングパイロットバルブ５１の変位量）に応じた圧油の流量を計量して所定量回転すると、ステアリングパイロットバルブ５１は中立位置Ｄに復帰し、パイロットポンプ５８からの圧油の供給を遮断する。これによりステアリングパイロットバルブ５１の中立位置Ｄの内部通路を介してステアリングバルブ４の受圧部４ａはタンクTと接続し、ステアリングバルブ４の受圧部４ａに作用するパイロット圧もタンク圧となる。これによりステアリングバルブ４は図示の中立位置Ａに復帰する。

ハンドル１０９を左回転させると、これと逆の動作が行なわれる。すなわち、ステアリングパイロットバルブ５１は図示の中立位置Ｄから動作位置Ｆに切り換わり、パイロットポンプ５８からの圧油がステアリングパイロットバルブ５１の動作位置Ｆの内部通路、油路５４を経由してジロータ５２に供給され、ジロータ５２はその圧油の供給により回転動作する。ジロータ５２はハンドル１０９の操作量に応じた流量の圧油を吐出し、吐出圧油は油路５３、動作位置Ｆの内部通路、油路５５を経由してステアリングバルブ４の受圧部４ｂにパイロット圧として導かれる。これによりステアリングバルブ４は中立位置Ａから動作位置Ｃに切り換わる。

ジロータ５２がハンドル１０９の回転操作量（ステアリングパイロットバルブ５１の変位量）に応じた圧油の流量を計量して所定量回転すると、ステアリングパイロットバルブ５１は中立位置Ｄに復帰し、パイロットポンプ５８からの圧油の供給を遮断する。これによりステアリングパイロットバルブ５１の中立位置Ｄの内部通路を介してステアリングバルブ４の受圧部４ｂはタンクTと接続し、ステアリングバルブ４の受圧部４ｂに作用するパイロット圧もタンク圧となる。これによりステアリングバルブ４は図示の中立位置Ａに復帰する。

プライオリティバルブ６は、入口ポート６ａと、第１出口ポート６ｂと、第２出口ポート６ｃとを有しており、入口ポート６ａは主油圧ポンプ２１に接続され、第１出口ポート６ｂはステアリングバルブ４に接続され、出口ポート６ｃは作業用油圧回路１２１に接続されている。またプライオリティバルブ６は、プライオリティバルブ６のスプールを図示左側の位置Ｇに向けて付勢する受圧部６１ａと、プライオリティバルブ６のスプールを図示右側の位置Ｈに向けて付勢する受圧部６１ｂ及びバネ６２とを有し、受圧部６１ａにはステアリングバルブ４の入側の圧力が油路６３を経由して導かれ、受圧部６１ｂにはステアリングバルブ４の出側の圧力が油路６４を経由して導かれている。

このような構成によりプライオリティバルブ６は、ステアリングバルブ４の入側の圧力と出側の圧力の差圧（前後差圧）がバネ６２の設定値と等しくなるように通過流量（主油圧ポンプ２１からステアリングバルブ４に供給される圧油の流量）を制御する。すなわち、ステアリングバルブ４の前後差圧がバネ６２の設定値より小さくなると、プライオリティバルブ６のスプールは切り換え位置Ｈ側に移動し、ステアリングバルブ４への供給流量を増加させ、逆にステアリングバルブ４の前後差圧がバネ６２の設定値より大きくなると、プライオリティバルブ６のスプールは切り換え位置Ｇ側に移動し、ステアリングバルブ４への供給流量を減少させる。これによりプライオリティバルブ６は、主油圧ポンプ２１の吐出油をステアリング装置１０３側に優先的に供給し、余剰流量を作業用油圧回路１２１に供給するよう作動する。

本実施の形態に係わる油圧式パワーステアリング装置は、上記のような基本構成に加えて、第１油圧源（主油圧ポンプ２１）の圧油供給機能低下時に緊急用の圧油をステアリングバルブ４に供給する電動駆動の第２油圧源７と、プライオリティバルブ６の下流側において第１及び第２油圧源２，７とステアリングバルブ４との間に配置され、第１油圧源２と第２油圧源７の高圧側の圧油を選択してステアリングバルブ４に送出するシャトル弁８を含む高圧選択弁装置９と、シャトル弁８とステアリングバルブ４との間に配置され、シャトル弁８の下流側の圧油の圧力を検出する圧力センサ３１と、作業車両の車速を検出するための回転センサ３２と、エンジン１により駆動されるオルタネータ（図示せず）の発生電圧を検出する電圧センサ３３と、コントローラ３０とを備えている。

第２油圧源７は、緊急用油圧ポンプ７１と、緊急用油圧ポンプ７１を駆動する電動モータ７２と、電動モータ７２を駆動するための電動モータ駆動回路７３と、電動モータ駆動回路７３に設けられ、電動モータ７２の駆動（ＯＮ）、非駆動（ＯＦＦ）を切り換えるスイッチ７４と、緊急用油圧ポンプ７１の吐出油路１４に接続され、緊急用油圧ポンプ７１の吐出圧力を、第１メインリリーフ弁２２により規制される第１最高圧力Ｐａより高い第２最高圧力Ｐｂ以下に規制する第２メインリリーフ弁７５とを備えている。

シャトル弁８は高圧選択弁装置９のハウジング９ａに形成された第１入口ポート８ａ及び第２入口ポート８ｂと出口ポート８ｃを有し、第１入口ポート８ａは吐出油路１２、プライオリティバルブ６及び吐出油路１１を介して主油圧ポンプ２１に接続され、第２入口ポート８ｂは吐出油路１４を介して緊急用油圧ポンプ７１に接続され、出口ポート８ｃは油路１５を介してステアリングバルブ４に接続されている。圧力センサ３１は、ハウジング９ａ内においてシャトル弁８の出口ポート８ｃに接続されている。すなわち、圧力センサ３１とシャトル弁８とは一つのハウジング９ａ内に収められている。

エンジン１の出力軸は動力分配機３７を介して図示しない走行駆動系と上記の主油圧ポンプ２１及びパイロット油圧ポンプ５８とに接続されており、回転センサ３２はその走行駆動系に設けられている。

コントローラ３０は、圧力センサ３１、回転センサ３２及び電圧センサ３３からのそれぞれの検出信号を入力し、所定の演算処理を行い、電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４に制御信号（ＯＮ信号又はＯＦＦ信号）を出力する。

図３はコントローラ３０の処理内容を示すフローチャートである。図３において、コントローラ３０は、まず電圧センサ３３から検出信号を入力し（ステップＳ１）、この電圧センサ３３からの検出信号に基づいてエンジン１の起動時であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。この場合、例えばオルタネータの発生電圧が所定レベル以下にあり電圧上昇割合が所定レベル以上にあるとエンジン１の起動時であると判定する。

ステップＳ２において、エンジン１の起動時でないと判定した場合は、圧力センサ３１から検出信号と回転センサ３２から検出信号と入力し（ステップＳ３）、まず、回転センサ３２からの検出信号に基づいて作業車両の車速が５Ｋｍ／ｈ以上であるか判定し（ステップＳ４）、車速が５Ｋｍ／ｈ以上である場合は作業車両の走行時であると判定して、更に、圧力センサ３１の検出圧力（シャトル弁８下流側の圧力）が第１判定値Ｐａ１以上かどうかを判定する（ステップＳ５）。ここで、第１判定値Ｐａ１は、主油圧ポンプ２１が正常に動作しているかどうか（主油圧ポンプ２１の圧油供給機能が低下していないかどうか）を判定するためのものであり、第１メインリリーフ弁２２により規制される主油圧ポンプ２１の第１最大圧力Ｐａを基準にし、圧力変動や製作誤差に基づく許容値ΔＰａを考慮して、例えばＰａ１＝Ｐａ−ΔＰａとして定められている。ステップＳ５において圧力センサ３１の検出圧力が第１判定値Ｐａ１以上の場合は、主油圧ポンプ２１が正常に動作している場合であり、コントローラ３０は緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４に出力する制御信号をＯＦＦのままとし、ステップＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返す。一方、圧力センサ３１の検出圧力が第１判定値Ｐａ１より小さい場合は、その状態が所定時間（例えば３秒）経過したかを判断し（ステップＳ６）、所定時間経過した場合は、主油圧ポンプ２１の圧油供給機能が低下していると判定し、図示しない表示装置に警告信号を出力する（ステップＳ７）とともに、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４にOＮ信号を出力する（ステップＳ８）。

ステップＳ２においてエンジン１の起動時であると判定した場合は、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４にＯＮ信号を出力し（ステップＳ１１）、エンジン１及び緊急用油圧ポンプ７１の駆動状態が安定するまでの時間に相当する所定時間（例えば１〜２秒）経過したかを判断し（ステップＳ１２）、所定時間経過した場合は、圧力センサ３１から検出信号を入力し（ステップＳ１３）、圧力センサ３１の検出圧力（シャトル弁８下流側の圧力）が第２判定値Ｐｂ１以上かどうかを判定する（ステップＳ１４）。ここで、第２判定値Ｐｂ１は、緊急用油圧ポンプ７１が正常に動作しているかどうかを判定するためのものであり、第２メインリリーフ弁７５により規制される緊急用油圧ポンプ７１の第２最大圧力Ｐｂを基準にし、圧力変動や製作誤差に基づく許容値ΔＰｂを考慮して、例えばＰｂ１＝Ｐｂ−ΔＰｂとして定められている。ステップＳ１４において、圧力センサ３１の検出圧力が第２判定値Ｐｂ１以上の場合は、緊急用油圧ポンプ７１が正常作動にある場合であり、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４に出力していた制御信号（ＯＮ信号）をＯＦＦにする（ＯＦＦ信号を出力する）（ステップＳ１５）。一方、圧力センサ３１の検出圧力が第２判定値Ｐｂ１より小さい場合は、その状態が所定時間（例えば３秒）経過したか判断し（ステップＳ１６）、所定時間経過した場合は、緊急用油圧ポンプ７１が正常作動にないと判定し、図示しない表示装置に警告信号を出力する（ステップＳ１７）とともに、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４に出力していた制御信号（ＯＮ信号）をＯＦＦ信号に切り換える（ＯＦＦ信号を出力する）（ステップＳ１５）。

以上において、コントローラ３０の図３に示すステップＳ３〜Ｓ８の処理機能と回転センサ３２は、圧力センサ３１の検出圧力に基づいて第１油圧源２（主油圧ポンプ２１）の圧油供給機能の低下を検出し、第２油圧源７を作動させる第１制御手段を構成し、ステップＳ１、Ｓ２及びステップＳ１１〜Ｓ１７の処理機能と電圧センサ３３は、エンジン１の起動時に第２油圧源７を一時的に作動させ、圧力センサ３１の検出圧力に基づいて第２油圧源７の正常作動を確認する第２制御手段を構成する。

次に本実施の形態の動作を説明する。

〜動作１（作業車両の走行時）〜
まず、本実施の形態に係わる作業車両の油圧式パワーステアリング装置の作業車両の走行時の動作を説明する。
＜主油圧ポンプ２１の正常動作時＞
主油圧ポンプ２１が正常動作している場合は、圧力センサ３１は主油圧ポンプ２１の吐出圧力として第１メインリリーフ弁２２によって規制される第１最高圧力Ｐａを検出し、この圧力センサ３１の検出圧力（第１最高圧力Ｐａ）は第１判定値Ｐａ１以上のため、コントローラ３０は図３のステップＳ５において判定を肯定し、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４に出力する制御信号をＯＦＦ信号のままとする（ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ５）。すなわち、このときは緊急用圧力ポンプ７１は駆動されない。

また、主油圧ポンプ２１からの吐出油は油路１１、プライオリティバルブ６、油路１２を経由してシャトル弁８の第１入口ポート８ａに導かれ、シャトル弁８により高圧側の圧油である主油圧ポンプ２１からの圧油が選択され、その圧油がシャトル弁２１の出口ポート８ｃから油路１５を経由してステアリングバルブ４に送出される。また、このとき、主油圧ポンプ２１から緊急用油圧ポンプ７１への圧油の逆流はシャトル弁８により防止される。

このような状態でオペレータがハンドル１０９を回転操作すると、ステアリングパイロットバルブ５１はその回転方向に応じて中立位置Ｄから左右いずれかの動作位置Ｅ又はＦに切り換わり、パイロットポンプ５８からの圧油がジロータ５２に供給され、ジロータ５２はその圧油の供給により回転動作する。ジロータ５２からの吐出圧油はステアリングバルブ４の受圧部４ａ又は４ｂにパイロット圧として導かれる。これによりステアリングバルブ４は中立位置Ａから動作位置Ｂ又はＣに切り換わる。これにより主油圧ポンプ２１からの圧油は、ステアリングバルブ４、油路１６又は油路１７を経由してステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂに供給され、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂが駆動されることで、車体後部１０２に対して車体前部１０１の向きが変わり、ハンドル１０９の操作に応じて操舵機構を駆動することができる。
＜主油圧ポンプ２１の圧油供給機能の低下時＞
一方、何らかの原因で、万一、作業車両の走行時に主油圧ポンプ２１の圧油供給機能が低下した場合は、圧力センサ３１は主油圧ポンプ２１の吐出圧力として第１最高圧力Ｐａより低い圧力を検出する。この圧力センサ３１の検出圧力が第１判定値Ｐａ１より低い場合、コントローラ３０はステップＳ５の判定を否定し、その状態が所定時間（例えば３秒）継続すると、表示装置に警告信号を出力し、かつ緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４にＯＮ信号を出力する（ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８）。これにより緊急用油圧ポンプ７１が駆動され、緊急用油圧ポンプ７１からの吐出油は油路１４を経由してシャトル弁８の第２入口ポート８ｂに導かれ、シャトル弁８により高圧側の圧油である緊急用油圧ポンプ７１からの圧油が選択され、その圧油がシャトル弁２１の出口ポート８ｃから油路１５を経由してステアリングバルブ４に送出される。このとき、圧力センサ３１は緊急用油圧ポンプ７１の吐出圧力として第２メインリリーフ弁７５によって規制される第２最高圧力Ｐｂを検出し、この圧力センサ３１の検出圧力（第２最高圧力Ｐｂ）は第１判定値Ｐａ１以上のため、コントローラ３０は図３のステップＳ５において判定を再び肯定し、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４に出力する制御信号をＯＮ信号のままとする（ステップＳ３→Ｓ４→Ｓ５）。すなわち、緊急用圧力ポンプ７１は駆動され続ける。また、このとき、緊急用油圧ポンプ７１から主油圧ポンプ２１への圧油の逆流はシャトル弁８により防止される。

これにより主油圧ポンプ２１の圧油供給機能が低下した場合であっても、オペレータがハンドル１０９を回転操作しステアリングバルブ４を動作位置Ｂ又はＣに切り換えると、緊急用油圧ポンプ７１からの吐出油により操舵機構を駆動することができる（主油圧ポンプ２１の圧油供給機能低下時の緊急用圧力ポンプ７１による緊急用の圧油供給機能）。また、表示装置に警告信号が出力されるので、オペレータは警告信号に基づき点検や修理等の適切な措置をとることができる。

〜動作２（エンジンの起動時）〜
エンジン１の起動時の動作について説明する。

エンジン１を起すると、エンジン１により主油圧ポンプ２１が駆動され、主油圧ポンプ２１からの圧油がシャトル弁８の第１入口ポート８ａに導かれる。一方、電圧センサ３３はエンジン１により駆動されるオルタネータの発生電圧を検出し、コントローラ３０はその検出信号に基づいてエンジンが起動時であると判定し、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４にＯＮ信号を出力する（ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ１１）。これにより電動モータ７２が駆動して緊急用油圧ポンプ７１が駆動され、緊急用油圧ポンプ７１からの圧油がシャトル弁８の第２入口ポート８ｂに導かれる。ここで緊急用油圧ポンプ７１の吐出圧力は第２メインリリーフ弁７５によって第２最高圧力Ｐｂに規制され、この第２最高圧力Ｐｂは主油圧ポンプ２の吐出圧力の上限値である第１最高圧力Ｐａより高く設定されている。したがって、緊急用油圧ポンプ７１が正常に作動する場合は、シャトル弁８により高圧側の圧油である緊急用油圧ポンプ７１からの圧油が選択され、その圧油が出口ポート８ｃから油路１５を経由してステアリングバルブ４に送出される。このとき、シャトル弁８の下流側に設置された圧力センサ３１は、緊急用油圧ポンプ７１の吐出圧力として第２メインリリーフ弁７５によって規制される第２最高圧力Ｐｂを検出し、この圧力センサ３１の検出圧力（第２最高圧力Ｐｂ）は第２判定値Ｐｂ１以上のため、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４にＯＮ信号を出力した後、所定時間経過すると、コントローラ３０は図３のステップＳ１４において判定を肯定し、緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４に出力したＯＮ信号をＯＦＦ信号に切り換え、緊急用油圧ポンプ７１を停止させる（ステップＳ１２→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ１５）。これによりその後は主油圧ポンプ２１のみが駆動して、ステアリング動作や作業用油圧回路の駆動を可能とする。

一方、緊急用油圧ポンプ７１が正常に作動せず、緊急用油圧ポンプ７１の吐出圧力が主油圧ポンプ２１の吐出圧力の上限値である第１最高圧力Ｐａより低下した場合は、シャトル弁８により高圧側の圧油である主油圧ポンプ２１からの圧油が選択され、この圧油が出口ポート８ｃから油路１５を経由してステアリングバルブ４に送出され、圧力センサ３１はその圧油の圧力を検出する。このとき、圧力センサ３１の検出圧力（第１最高圧力Ｐａ）は第２判定値Ｐｂ１より低いため、コントローラ３０は図３のステップＳ１４の判定を否定し、その状態が所定時間（例えば３秒）経過すると、表示装置に警告信号を出力し、かつ緊急用圧力ポンプ７１の電動モータ駆動回路７３のスイッチ７４に出力したＯＮ信号をＯＦＦ信号に切り換え、緊急用油圧ポンプ７１を停止させる（ステップＳ１２→Ｓ１３→Ｓ１４→Ｓ１６→Ｓ１７→Ｓ１５）。

これにより緊急用油圧ポンプ７１が正常に作動しない場合は、表示装置に警告信号が出力されるので、オペレータは警告信号に基づき点検や修理等の適切な措置をとることができる（緊急用油圧ポンプ７１の正常作動確認機能）。

次に、本実施の形態の効果を説明する。

図４は、比較例として、実機のホイールローダに搭載された作業車両の油圧式パワーステアリング装置を示すシステム構成図である。この比較例の本実施の形態との相違点は、本実施の形態におけるシャトル弁８及び圧力センサ３１を内蔵した高圧選択弁装置９の代わりに２つの逆止め弁１８１，１８２と２つの圧力センサ３１１，３１２が設けられ、第２メインリリーフ弁７５の代わりに第１メインリリーフ弁２２と設定圧力を同じとした第２メインリリーフ弁１７５が設けられ、かつコントローラ１３０の処理内容がコントローラ３０と異なる点である。

コントローラ１３０は、図３のステップＳ３において、圧力センサ３１の検出信号を入力する代わりに圧力センサ３１１の検出信号を入力し、図３のステップＳ１４において、圧力センサ３１の検出信号を入力する代わりに圧力センサ３１２の検出信号を入力する。また、ステップＳ１４の判定で用いられる第２判定値Ｐｂ１はステップＳ５の判定で用いられる第１判定値Ｐａ１と同じ値である。コントローラ１３０のそれ以外の処理内容はコントローラ３０の処理内容と同じである。

以上のように構成した比較例においても、作業車両の走行時において、主油圧ポンプ２１の正常動作時は、主油圧ポンプ２の吐出油によりハンドル１０９の操作に応じて操舵機構を駆動することができるとともに、主油圧ポンプ２１の圧油供給機能の低下時は、緊急用油圧ポンプ７１を動作させ、その吐出油により操舵機構を駆動することができ、かつ表示装置に出力された警告信号によりオペレータは点検や修理等の適切な措置をとることができる。また、エンジン１の起動時に緊急用油圧ポンプ７１が正常に作動するかどうかを点検し、緊急用油圧ポンプ７１が正常に作動しない場合は、表示装置に警告信号を出力することにより、オペレータは点検や修理等の適切な措置をとることができる。すなわち、主油圧ポンプ２１の圧油供給機能低下時の緊急用油圧ポンプ７１による緊急用の圧油供給機能と緊急用圧力ポンプ７１の正常作動確認機能を発揮することができる。

しかしながら、比較例のパワーステアリング装置では、正常動作時における主油圧ポンプ２１の圧油供給機能の確保（主油圧ポンプ２１から緊急用油圧ポンプ７１への圧油の逆流防止）及び主油圧ポンプ２１の圧油供給機能低下時の緊急用油圧ポンプ７１の圧油供給機能の確保（緊急用油圧ポンプ７１から主油圧ポンプ２１への圧油の逆流防止）のため、主油圧ポンプ２１の圧油供給機能低下の検出及び緊急用油圧ポンプ７１の正常作動の検出のために、それぞれ、２つの逆止め弁１８１，１８２と２つの圧力センサ３１１，３１２を必要としている。また、２つの逆止め弁１８１，１８２や２つの圧力センサ３１１，３１２がそれぞれ別体の独立構造体であるため、それらの固定具や接続配管等が個別に必要になり、全体の部品数が多くなるばかりでなく、それら部品を設置するための作業や配管引き回し作業が必要となり、組み立て工数が増えかつ製作費が高くなりやすい。

これに対し、本実施の形態では、上述したように、１つのシャトル弁８と１つの圧力センサ３１により従来の２つの逆止め弁１８１，１８２と２つの圧力センサ３１１，３１２と同等の機能を果たせることができ、これにより全体の部品点数が減り、組立作業も簡単となり、製作が容易で、安価な構成とすることができる。

以上のように本実施の形態では、主油圧ポンプ２１の圧油供給機能低下時の緊急用圧力ポンプ７１による緊急用の圧油供給機能と緊急用油圧ポンプ７１の正常作動確認機能を発揮することができるとともに、それらの両機能を製作が容易で、安価な構成で実現することができる。

本発明が適用される作業車両の一例としてホイールローダの外観を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる作業車両の油圧式パワーステアリング装置を油圧回路とともに示すシステム構成図である。 コントローラ３０の処理内容を示すフローチャートである。 従来の作業車両の油圧式パワーステアリング装置を油圧回路とともに示すシステム構成図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 第１油圧源
４ ステアリングバルブ
４ａ，４ｂ 受圧部
５ ステアリングユニット
６ プライオリティバルブ
６ａ 入口ポート
６ｂ 出口ポート
６ｃ 出口ポート
７ 第２油圧源
８ シャトル弁
８ａ 第１入口ポート
８ｂ 第２入口ポート
８ｃ 出口ポート
９ 高圧選択弁装置
９ａ ハウジング
１１ 吐出油路
１２，１３ 油路
１４ 吐出油路
１５，１６，１７，１８ 油路
２１ 主油圧ポンプ
２２ 第１リリーフ弁
３０ コントローラ
３１ 圧力センサ
３２ 回転センサ
３３ 電圧センサ
５１ ステアリングパイロットバルブ
５２ ジロータ
５３，５４ 油路
５７ 吐出油路
５８ パイロットポンプ
５９ リリーフ弁
６１ａ，６１ｂ 受圧部
６２ バネ
６３，６４ 油路
７１ 緊急用油圧ポンプ
７２ 電動モータ
７４ スイッチ
７５ 第２リリーフ弁
１００ ホイールローダ
１０１ 車体全部
１０２ 車体後部
１０３ａ，１０３ｂ ステアリングシリンダ
１０４ フロント作業機
１０６ 運転室
１０７ 後輪
１０８ 運転席
１０９ ハンドル
１１０ 操作レバー装置
１１１ バケット
１１２ リフトアーム
１１３ バケットシリンダ
１１４ アームシリンダ
１２１ 作業用油圧回路
１３０ コントローラ
１７５ 第２メインリリーフ弁
１８１ 第１逆止め弁
１８２ 第１逆止め弁
３１１ 第１圧力センサ
３１２ 第２圧力センサ

Claims (2)

1. エンジンと、このエンジンにより駆動される第１油圧源と、前記第１油圧源から供給される圧油により駆動されるステアリングシリンダ装置と、前記第１油圧源から前記ステアリングシリンダ装置に供給される圧油の方向と流量を制御するステアリングバルブとを備えた作業車両の油圧式パワーステアリング装置において、
   前記第１油圧源の圧油供給機能低下時に緊急用の圧油を前記ステアリングバルブに供給する電動駆動の第２油圧源と、
   前記第１及び第２油圧源と前記ステアリングバルブとの間に配置され、前記第１油圧源と第２油圧源の高圧側の圧油を選択して前記ステアリングバルブに送出するシャトル弁と、
   前記シャトル弁と前記ステアリングバルブとの間に設置され、前記シャトル弁の下流側の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサの検出圧力に基づいて前記第１油圧源の圧油供給機能の低下を検出し、前記第２油圧源を作動させる第１制御手段と、
   前記エンジンの起動時に前記第２油圧源を一時的に作動させ、前記圧力センサの検出圧力に基づいて前記第２油圧源の正常作動を確認する第２制御手段とを備えることを特徴とする作業車両の油圧式パワーステアリング装置。
2. 請求項１記載の作業車両の油圧式パワーステアリング装置において、
   前記第１油圧源は、前記エンジンにより駆動される第１油圧ポンプと、この第１油圧ポンプの吐出圧力を第１最高圧力以下に規制する第１リリーフ弁とを有し、
   前記第２油圧源は、電動駆動の第２油圧ポンプと、この第２油圧ポンプの吐出圧力を前記第１最高圧力よりも高い第２最高圧力以下に規制する第２リリーフ弁とを有し、
   前記第１制御手段は、前記圧力センサの検出圧力が前記第１最高圧力を基準にして定めた第１判定値より低いときに前記第１油圧源の圧油供給機能が低下していると判定し、
   前記第２制御手段は、前記エンジンの起動時に前記圧力センサの検出圧力が前記第２最高圧力を基準にして定めた第２判定値より低いときに前記第２油圧源が正常作動にないと判定することを特徴とする作業車両の油圧式パワーステアリング装置。

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