JP4724620B2 - 車両のステアリング制御装置 - Google Patents

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を含む車両に関し、特に車両のステアリング機構を制御する装置に関するものである。

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、レバー等のステアリング用操作子の操作に応じて車両のステアリング機構が操舵角が変化されて、車両の走行方向（旋回半径）が変化される。

図１は、ホイールローダ１００のステアリング機構９０を一例として示している。

すなわち、図１に示すホイールローダ１００は、車体屈折式（アーティキュレート式）の作業車両であり、ステアリング用操作子としてのステアリングハンドル１が操作されることにより、センタヒンジ９１を回動支点として、車体の後部１００Ｒに対して車体の前部１００Ｆが相対的に左右に回動するように構成されている。これにより車体の後部１００Ｒに対する車体の前部１００Ｆの折れ曲がり角（アーティキュレート角）αが変化し、このアーティキュレート角αに応じた旋回半径で車両１００を旋回させることができる。

（従来技術１）
アーティキュレート角αとステアリングハンドル１の操作角度βとの間には一定の関係が設定されている。ステアリングハンドル１の操作角度βが小さければアーティキュレート角αは小さく、ステアリングハンドル１の操作角度βが大きければアーティキュレート角αは大きくなるという一定の関係に設定されている。ホイールローダなどの作業車両においては、このステアリングハンドル１の操作角度βとアーティキュレート角αの関係は、車速Ｖによらずに一義的な関係に設定されることが多い。

（特許文献に見られる従来技術２）
一般乗用車の分野では、電子部品で構成された車速感応型のステアリング制御装置が既に車両に搭載されている。ここで、車速感応型のステアリング制御とは、ステアリングハンドルの操作角度βと、車輪の操舵角（アーティキュレート角αに相当する）の関係を一義的な関係に設定するのではなく、車速Ｖが大きくなるに伴い、ステアリングハンドルの単位操作角度当りの車輪の操陀角の変化量を小さくする技術のことである。一般乗用車の分野では、油圧機器を搭載することが一般的ではないため、電子部品でこの技術を実現することが多い。たとえば後掲する特許文献１では、ステアリングハンドルの操作角度と車輪の操舵角と車速をそれぞれセンサにて検出してコントローラでセンサ検出結果を演算処理して駆動制御指令を生成してこれをステッピングモータに対して出力して、車輪を操舵するようにしている。

（特許文献に見られる従来技術３）
ホイールローダなどの作業車両の分野でも、ステアリングハンドルの操作角度βと、アーティキュレート角α等の操舵角の関係を一義的な一定の関係とするのではなく、何らかのパラメータによってその関係を変化させることで作業性などを向上させる試みがなされている。その場合、電子部品で装置を構成するのではなく、作業車両に既に備えられている油圧回路を利用できるように油圧機器を中心として装置を構成してステアリング制御を行なうようにしている。たとえば後掲する特許文献２には、油圧回路に切換バルブを追加して、ステアリングハンドルの操作速度が速いか遅いかに応じて、ステアリングハンドルの単位操作角度当りの車輪の操舵角変化量を２段階に切り換える技術が開示されている。この場合、車輪を操舵するための操向用油圧シリンダに供給する圧油の一部をタンクに排出することで、上記操舵角変化量の調整が行なわれる。
特開２００１-１９１８号公報 特開２００１-１８８１５号公報

上記従来技術１には、作業車両にとってつぎのような問題がある。

すなわち、作業車両が高速走行する場合にわずかなステアリングハンドル操作角度βで大きくアーティキュレート角αが変化すると、高速走行の安定性が損なわれたり転倒するなどのおそれがあることから、ステアリングハンドル操作角度βが微小であっても車両が大きく旋回しないように、たとえばステアリングハンドルを３回転半回したときにアーティキュレート角αが最大値に達しステアリング機構がフルロックする設定がなされている。

しかし、ホイールローダでは、掘削した積み荷をダンプトラックに積み込む作業を行う際には、低速走行で最大限に車両を旋回させる動作が繰り返される。つまり低速走行でステアリング機構をフルロックさせる動作が繰り返し行なわれる。

しかしながら、高速走行を想定して設定されたステアリングハンドル操作角度βとアーティキュレート角αの関係によれば、ステアリングハンドルを３回転半回転させなければステアリング機構がフルロックしないため、作業性が悪く、オペレータが疲労するという問題がある。このため作業性向上、オペレータの疲労軽減のために、低速走行している場合には、より小回転量のハンドル操作でステアリング機構をフルロックさせたいとの要請がある。もちろん高速走行時には、転倒等回避のために、小回転量のハンドル操作でアーティキュレート角αが大きく変化しないことが必要である。このように、作業車両の分野では、車速の増加に応じてステアリングハンドル操作角度βとアーティキュレート角αの関係を変えること、つまりステアリングハンドル単位回転量当りのアーティキュレート角変化量を変化させることの必要性は高い。

ここで、作業車両に従来技術２を適用することが考えられる。

しかし、車速感応型のステアリング制御装置を、電子部品で構成すると、ステッピングモータばかりでなく多数のセンサが必要になるとともに、多数のセンサの検出結果を演算処理するためのコントローラが必要となり、車両のコストが大幅に増加することになる。

ここで、作業車両に元々搭載されている油圧回路に油圧機器を付加することで、車速感応型のステアリング制御を実現することが考えられる。しかし、従来技術３を適用することにすると、この従来技術３は前述のように、車輪を操舵するための操向用油圧シリンダに供給する圧油の一部をタンクに排出することで、操舵角変化量の調整を行なうものであるため、エネルギーロスを伴うという問題がある。また、ステアリングハンドルの操作速度が速いか遅いかに応じて、ステアリングハンドルの単位操作角度当りの車輪の操舵角変化量を２段階に切り換えるものであり、２段階よりもきめ細かな制御を行なうことができない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、作業車両の作業性と高速安定性を両立させるべく、電子部品を利用することなく車両に既に搭載されている油圧回路に油圧機器等を僅かに追加するだけで容易に組み込み可能としコスト増加を抑制するとともに、車速に応じてきめ細かく操舵角変化量を変化させるようにすることを、解決課題とするものである。

第１発明は、
ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）の操作回動量に応じた流量の圧油をステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）に対して供給して当該ステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）の作動量に応じて車両（１００）のステアリング機構（９０）の操舵角を変化させるようにした車両のステアリング制御装置において、
ステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）に供給するための圧油を吐出する油圧ポンプ（３）と、
油圧ポンプ（３）から吐出された圧油が流入されて、入力回動軸（３１）の入力回動量に応じて開口量が変化し開口量に応じた流量の圧油を出口ポート（３０Ａ、３０Ｂ）を介してステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）に供給するステアリング用バルブ（３０）と、
ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）が入力軸（４０Ａ）に連結されるとともに、出力軸（４０Ｂ）がステアリング用バルブ（３０）の入力回動軸（３１）に連結されて、減速用軸（４０Ｃ）の回動量に応じて、ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）の操作回動量に対するステアリング用バルブ（３０）の入力回動軸（３１）の入力回動量の減速比を変化させる遊星歯車機構（４０）と、
遊星歯車機構（４０）の減速用軸（４０Ｃ）に、駆動軸（５１）が連結された可変容量型油圧モータ（５０）と、
可変容量型油圧油圧モータ（５０）の流入ポート（５０Ａ、５０Ｂ）に対してステアリング機構（９０）の操舵角に応じた流量の圧油を供給する圧油供給手段（６０）と、
車両（１００）の速度を検出する車速検出手段（４）と、
車速検出手段（４）で検出された車両（１００）の速度に応じて可変容量型油圧モータ（５０）の容量が変化するように当該可変容量型油圧モータ（５０）の容量を制御する制御手段（７０、５）と
を備えたことを特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
ステアリング用バルブ（３０）の出口ポート（３０Ａ、３０Ｂ）から出力された圧油が流入ポート（８０Ａ、８０Ｂ）に流入されるとともに、圧油を流出ポート（８０Ｂ、８０Ａ）を介してステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）に供給し、駆動軸（８１）の回動量に応じてステアリング用バルブ（３０）の開口量を変化させるステアリング用油圧モータ（８０）
が更に備えられていることを特徴とする。

第３発明は、第１発明において、
ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）が遊星歯車機構（４０）の遊星ギア（４１）に連結される入力軸（４０Ａ）に連結されるとともに、遊星歯車機構（４０）のリングギア（４２）に連結される出力軸（４０Ｂ）がステアリング用バルブ（３０）の入力回動軸（３１）に連結されており、
遊星歯車機構（４０）のサンギア（４３）に連結される減速用軸（４０Ｃ）に、可変容量型油圧モータ（５０）の駆動軸（５１）が連結されていることを特徴とする。

第４発明は、第１発明において、
ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）が遊星歯車機構（４０）の遊星ギア（４１）に連結される入力軸（４０Ａ）に連結されるとともに、遊星歯車機構（４０）のサンギア（４３）に連結される出力軸（４０Ｂ）がステアリング用バルブ（３０）の入力回動軸（３１）に連結されており、
遊星歯車機構（４０）のリングギア（４２）に連結される減速用軸（４０Ｃ）に、可変容量型油圧モータ（５０）の駆動軸（５１）が連結されていることを特徴とする。

第５発明は、第１発明において、
車両（１００）は、車体後部（１００Ｒ）に対して車体前部（１００Ｆ）が相対的に左右に回動することで、操舵角が変化するアーティキュレート式の車両であって、
圧油供給手段（６０）は、油圧シリンダ（６１）を含んで構成され、油圧シリンダ（６１）のシリンダ本体は、車体後部（１００Ｒ）に連結され、油圧シリンダ（６１）のロッドは、車体前部（１００Ｆ）に連結されていること
を特徴とする。

第６発明は、第１発明において、
車両（１００）は、車軸（１０２）が車体（１０６）に対して左右に移動し、車体（１０６）に対する車輪（１０４、１０５）の向きが変化することで、操舵角が変化する車軸式の車両であって、
圧油供給手段（６０）は、油圧シリンダ（６１）を含んで構成され、油圧シリンダ（６１）のシリンダ本体は、車体（１０６）に連結され、油圧シリンダ（６１）のロッドは、車軸（１０２）に連結されていること
を特徴とする。

第１発明を図２を用いて説明すると、この車両のステアリング制御装置は、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａの操作回動量βに応じた流量の圧油をステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに対して供給して当該ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌの作動量に応じて車両１００のステアリング機構９０の操舵角αを変化させることを前提とする装置である。

油圧ポンプ３の吐出口３ａからは、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに供給するための圧油が吐出される。

ステアリング用バルブ３０には、油圧ポンプ３から吐出された圧油が流入されて、入力回動軸３１の入力回動量に応じて（ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａの操作回動量βに応じて）開口量が変化し開口量に応じた流量の圧油を出口ポート３０Ａ、３０Ｂを介してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに供給する。

遊星歯車機構４０の入力軸４０Ａには、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａが連結されるとともに、遊星歯車機構４０の出力軸４０Ｂには、ステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１が連結される。また遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃには、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１が連結される。この遊星歯車機構４０は、減速用軸４０Ｃの回動量（可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１の回動量）に応じて、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａの操作回動量に対するステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１の入力回動量の減速比が変化する減速機である。

可変容量型油圧油圧モータ５０の流入ポート５０Ａ、５０Ｂには、圧油供給手段６０によって、ステアリング機構９０の操舵角αに応じた流量の圧油が供給される。車両１００の速度Ｖは、車速検出手段４で検出され、制御手段７０、５は、車速検出手段４で検出された車両１００の速度Ｖに応じて可変容量型油圧モータ５０の容量ｑ（ｃｃ／ｒｅｖ）が変化するように可変容量型油圧モータ５０の容量ｑを制御する。

以下、前述の従来技術１との対比において説明する。

今、オペレータがステアリング用操作子１を回転操作したとすると、可変容量型油圧油圧モータ５０の流入ポート５０Ａ、５０Ｂには、アーティキュレート角α（ステアリング機構９０の操舵角α）に応じた流量の圧油が供給されることになる。仮に、可変容量型油圧モータ５０の容量ｑを固定したとすると、遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃの回動量Ｎｃは、ステアリング機構９０の操舵角αに応じたものとなる。つまり容量ｑを変化させないことにすると、遊星歯車機構４０を入力軸４０Ａの回転量Ｎａに対する出力軸４０Ｂの回転量Ｎｂに比率（減速比）は一定となる（従来技術１）。

ここで、車速Ｖに応じて、可変容量型油圧モータ５０の容量ｑを変化させることにすると（本発明）、車速Ｖに応じて可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１の回転量が変化することになり、遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃの回動量Ｎｃが変化する。つまりステアリング機構９０の操舵角αが同じであっても車速Ｖの大きさ如何によって遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃの回動量Ｎｃが変化することになる。このため遊星歯車機構４０を入力軸４０Ａの回転量Ｎａに対する出力軸４０Ｂの回転量Ｎｂの比率（減速比）が車速Ｖに応じて変化することになる。

本発明では、遊星歯車機構４０の減速比を、車速Ｖの増加に伴い大きくするように容量ｑが制御される。このため車速Ｖが小さいときには、ステアリング用操作子１の単位操作量当りの操舵角αの変化量は、大きいものとなり、車速Ｖが大きくなるに伴って同操舵角変化量は徐々に小さなものとなる。

これにより車速感応型のステアリング制御が実現されて、高速走行時には、転倒等回避のために、小回転量のハンドル操作であっても操舵角αを大きく変化させないようにしつつも、低速走行時には、小回転量のハンドル操作だけでステアリング機構をフルロックさせることができるようになる。この結果、作業車両１００の作業性が向上しオペレータの疲労が軽減される。

また、本発明によれば、従来技術２にみられる車速感応型のステアリング制御装置のように、ステッピングモータや多数のセンサといった電子部品で構成しているのではなく、これら電子部品の代わりに、遊星歯車機構４０、可変容量型油圧モータ５０、圧油供給手段６０といった車両１００に備えられている油圧回路に容易に組み込み可能な機器を用いているため、コスト増加を抑制することができる。

さらに本発明では、可変容量型油圧モータ５０の容量ｑを変化させることで、操舵角変化量を変化させるようにしているため、従来技術３にみられるように、ステアリング制御に伴い圧油の一部がタンクに排出されるようなことがない。このためエネルギーロスを低減させることができる。また、可変容量型油圧モータ５０の容量ｑは無段階で調整可能であり、従来技術３に比べてステアリング機構９０の操舵角αをきめ細かく制御することができる。

第２発明では、第１発明の装置に対してステアリング用油圧モータ８０が付加される。このステアリング用油圧モータ８０の流入ポート８０Ａ、８０Ｂには、ステアリング用バルブ３０の出口ポート３０Ａ、３０Ｂから出力された圧油が流入されるとともに、圧油がステアリング用油圧モータ８０の流出ポート８０Ｂ、８０Ａを介してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに供給される。そして、ステアリング用油圧モータ８０の駆動軸８１の回動量に応じてステアリング用バルブ３０の開口量が変化する。

すなわち、ステアリング用油圧モータ８０は、その駆動軸８１の回転動作により、入力回動軸３１の回転方向と同じ方向にステアリング用バルブ３０を回転移動させる。そして、ステアリング用油圧モータ８０に流れ込む流量は、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに供給されている油量そのものであり、その油量に応じて駆動軸８１が回転駆動する。このためステアリング用操作子１の操作角度βに応じた油量の圧油をステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに精度よく供給することができる。

第３発明では、図２に示すように、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａが遊星歯車機構４０の遊星ギア４１に連結される入力軸４０Ａに連結されるとともに、遊星歯車機構４０のリングギア４２に連結される出力軸４０Ｂがステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１に連結される。また、遊星歯車機構４０のサンギア４３に連結される減速用軸４０Ｃに、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１が連結される。

第４発明では、図３に示すように、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａが遊星歯車機構４０の遊星ギア４１に連結される入力軸４０Ａに連結されるとともに、遊星歯車機構４０のサンギア４３に連結される出力軸４０Ｂがステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１に連結される。また、遊星歯車機構４０のリングギア４２に連結される減速用軸４０Ｃに、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１が連結される。

第５発明では、図２に示すように、車体後部１００Ｒに対して車体前部１００Ｆが相対的に左右に回動することで、操舵角αが変化するアーティキュレート式の車両１００に適用される。

圧油供給手段６０は、油圧シリンダ６１を含んで構成されている。油圧シリンダ６１のシリンダ本体は、車体後部１００Ｒに連結され、油圧シリンダ６１のロッドは、車体前部１００Ｆに連結されている。このため、油圧シリンダ６１の各シリンダ室６１Ａ、６１Ｂから、操舵角に応じた流量の圧油が、可変容量型油圧油圧モータ５０の流入ポート５０Ａ、５０Ｂに対して、供給される。

第６発明では、図４に示すように、車軸１０２が車体１０６に対して左右に移動し、車体１０６に対する車輪１０４、１０５の向きが変化することで、操舵角が変化する車軸式の車両１００に適用される。

圧油供給手段６０は、油圧シリンダ６１を含んで構成されている。油圧シリンダ６１のシリンダ本体は、車体１０６に連結され、油圧シリンダ６１のロッドは、車軸１０２に連結されている。このため、油圧シリンダ６１の各シリンダ室６１Ａ、６１Ｂから、操舵角に応じた流量の圧油が、可変容量型油圧油圧モータ５０の流入ポート５０Ａ、５０Ｂに対して、供給される。

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。なお、実施例では、ホイールローダ、フォークリフトなどの作業車両を想定して説明するが、本発明は、作業車両以外の一般自動車にも適用することができる。

図１は、作業車両１００として代表的なホイールローダ１００のステアリング機構９０を一例として示している。

すなわち、図１に示すホイールローダ１００は、車体屈折式（アーティキュレート式）の作業車両であり、センタヒンジ９１を回動支点として、車体の後部１００Ｒに対して車体の前部１００Ｆが相対的に左右に回動自在に連結されている。車体の左側には、右操向のためのステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒが設けられているとともに、車体の右側には、左操向のためのステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌが設けられている。ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌとしては油圧シリンダを用いている。ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌのシリンダボディは、車体後部１００Ｒに連結されているとともに、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌのロッドは、車体前部１００Ｆに連結されている。これらセンタヒンジ９１、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌは、ステアリング機構９０を構成している。ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのロッドが伸張するとともにステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのロッドが縮退することで、車体後部１００Ｒに対して車体前部１００Ｆが相対的に右向きに回動する。また、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのロッドが伸張するとともにステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのロッドが縮退することで、車体後部１００Ｒに対して車体前部１００Ｆが相対的に左向きに回動する（図１の状態）。

ステアリング用操作子１が操作されることにより、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに圧油が供給され、センタヒンジ９１を回動支点として、車体の後部１００Ｒに対して車体の前部１００Ｆが相対的に左右に回動する。これにより車体の後部１００Ｒに対する車体の前部１００Ｆの折れ曲がり角（アーティキュレート角）αが変化し、このアーティキュレート角αに応じた旋回半径で車両１を旋回させることができる。なお、本実施例では、ステアリング用操作子１として、回転操作でステアリング機構９０を作動させるステアリングハンドルを想定しているが、本発明としては、回転操作に限ることなくボタン押動操作、レバー操作によってステアリング機構９０を作動させるステアリング用操作子に適用してもよい。
図２は、実施形態のステアリング駆動制御用の油圧回路を示している。図２の油圧回路は、図１に示す作業車両（ホイールローダ）１００に搭載されている。

この車両１００のステアリング制御装置は、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａの操作回動量βに応じた流量の圧油をステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに対して供給してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌの作動量に応じて車両１００のステアリング機構９０の操舵角（アーティキュレート角）αを変化させるように構成されている。

油圧ポンプ３は、エンジン１０によって駆動される。油圧ポンプ３の吐出口３ａからは、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに供給するための圧油が吐出される。

油圧ポンプ３の吐出口３ａは、ポンプ吐出油路６に連通している。ポンプ吐出油路６は、プライオリティバルブ７の入口ポート７ａに連通している。プライオリティバルブ７の出口ポート７ｂは、ポンプ吐出油路８に連通している。ポンプ吐出油路８は、ステアリング用バルブ３０のポンプポート３０Ｐに連通している。なお、プライオリティバルブ７は、作業機用回路１１と、ステアリング用回路９（ステアリング用バルブ３０側）のうち、ステアリング用回路９に優先的に圧油を供給するように作動する。作業機用回路１１に圧油を供給するための駆動源（油圧ポンプ）と、ステアリング用回路９に圧油を供給するための駆動源（油圧ポンプ３）を別々とする実施も可能である。この場合には、図２において、圧油を分配するための油圧機器、つまりプライオリティバルブ７等の配設を省略することができる。

ステアリング用バルブ３０は、油圧ポンプ３から吐出された圧油が流入されて、入力回動軸３１の入力回動量に応じて（ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａの操作回動量βに応じて）開口量が変化し開口量に応じた流量の圧油を出口ポート３０Ａ、３０Ｂを介してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに供給するように構成されている。

本実施例では、ステアリング用バルブ３０に加え更にステアリング用油圧モータ８０を設け、ステアリング用バルブ３０、ステアリング用油圧モータ８０を介してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに圧油を供給するように構成している。

すなわち、ステアリング用バルブ３０は、スリーブ３３に対してスプール３２が相対的に回転移動することで開口量が変化するロータリバルブで構成されている。

ステアリング用バルブ３０は、３位置の切換弁であり、左旋回位置３０Ｌ、右旋回位置３０Ｒ、中立位置３０Ｃを有している。

ステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１は、後述するように、遊星歯車機構４０を介してステアリング操作子１の回転操作に応じて回動される。ステアリング用バルブ３０には、ステアリング操作子１が左方向、右方向にも回転操作されていないときに、中立位置３０Ｃに保持するためのセンタースプリング３４が設けられている。

ステアリング用バルブ３０の一方の出口ポート３０Ａは、ステアリング用油圧モータ８０の一方の流入出ポート８０Ａに連通している。ステアリング用バルブ３０の他方の出口ポート３０Ｂは、ステアリング用油圧モータ８０の他方の流入出ポート８０Ｂに連通している。また、ステアリング用バルブ３０のタンクポートＴは、タンク１２に連通している。

ステアリング用油圧モータ８０の駆動軸８１は、その回転動作により、入力回動軸３１の回転方向と同じ方向にステアリング用バルブ３０を回転移動させることができるように、ステアリング用バルブ３０に連結されている。

ステアリング用バルブ３０の一方の供給・戻りポート３０Ｄは、油路１３を介してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのボトム室２Ｒｂ、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのヘッド室２Ｌｔにそれぞれ連通している。また、ステアリング用バルブ３０の他方の供給・戻りポート３０Ｅは、油路１４を介してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのボトム室２Ｌｂ、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのヘッド室２Ｒｔにそれぞれ連通している。

ステアリング用操作子１が右方向に回転操作されると、ステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１が同じ右方向に回動されて、それに応じて、ステアリング用バルブ３０は、右旋回位置３０Ｒに切り換えられる。このため油圧ポンプ３の吐出圧油は、ステアリング用バルブ３０のポンプポート３０Ｐ、出口ポート３０Ａを介してステアリング用油圧モータ８０の流入出ポート８０Ａに流入される。ステアリング用油圧モータ８０は回転作動しステアリング用油圧モータ８０の他方の流入出ポート８０Ｂから圧油を流出してステアリング用バルブ３０のポート３０Ｂに流入される。ステアリング用バルブ３０のポート３０Ｂに流入された圧油は、供給・戻りポート３０Ｄから、油路１３を介してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのボトム室２Ｒｂ、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのヘッド室２Ｌｔにそれぞれ供給される。一方、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのボトム室２Ｌｂ、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのヘッド室２Ｒｔの圧油は、油路１４を介してステアリング用バルブ３０の供給・戻りポート３０Ｅに戻され、タンクポート３０Ｔを介してタンク１２に排出される。このためステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのロッドが伸張するとともにステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのロッドが縮退して、車体後部１００Ｒに対して車体前部１００Ｆが相対的に右向きに回動し、車両１００は右旋回する。

ステアリング用操作子１が左方向に回転操作されると、ステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１が同じ左方向に回動されて、それに応じて、ステアリング用バルブ３０は、左旋回位置３０Ｌに切り換えられる。このため油圧ポンプ３の吐出圧油は、ステアリング用バルブ３０のポンプポート３０Ｐ、出口ポート３０Ｂを介してステアリング用油圧モータ８０の流入出ポート８０Ｂに流入される。ステアリング用油圧モータ８０は回転作動しステアリング用油圧モータ８０の他方の流入出ポート８０Ａから圧油を流出してステアリング用バルブ３０のポート３０Ａに流入される。ステアリング用バルブ３０のポート３０Ａに流入された圧油は、供給・戻りポート３０Ｅから、油路１４を介してステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのボトム室２Ｌｂ、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのヘッド室２Ｒｔにそれぞれ供給される。一方、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのボトム室２Ｒｂ、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのヘッド室２Ｌｔの圧油は、油路１３を介してステアリング用バルブ３０の供給・戻りポート３０Ｄに戻され、タンクポート３０Ｔを介してタンク１２に排出される。このためステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌのロッドが伸張するとともにステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒのロッドが縮退して、車体後部１００Ｒに対して車体前部１００Ｆが相対的に左向きに回動し、車両１００は左旋回する（図１の状態）。

ここでステアリング用油圧モータ８０は、その駆動軸８１の回転動作により、入力回動軸３１の回転方向と同じ方向にステアリング用バルブ３０を回転移動させている。そして、ステアリング用油圧モータ８０に流れ込む流量は、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに供給されている油量そのものであり、その油量に応じて駆動軸８１が回転駆動する。このためステアリング用操作子１の操作角度βに応じた油量の圧油をステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに精度よく供給することができる。

また、圧油の駆動源となるエンジン１０や油圧ポンプ３が故障した際には、ステアリング用油圧モータ８０の吸込ポートからタンクの圧油を吸い込ませることにより、ステアリング操作子１の操作に応じて、直接ステアリング用油圧モータ８０を駆動させて、つまりハンドポンプとして機能させて、ステアリング用油圧アクチュエータ２Ｒ、２Ｌに圧油を送り込ませ、ステアリング機構９０を作動させることもできる。

本実施例では、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａの操作回動量β（後述の遊星歯車機構入力軸回転量Ｎａ）と、ステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１の回動量（後述の遊星歯車機構出力軸回転量Ｎｂ）の比率（減速比）を、車両１００の速度Ｖに応じて変化させるために、上述の油圧回路に対して、遊星歯車機構４０、可変容量型油圧モータ５０、圧油供給手段６０、車速検出手段４、制御手段７０、５（コントローラ７０、斜板駆動部５）を追加し油圧回路に組み込むようにしている。

すなわち、遊星歯車機構４０の遊星ギア４１には、入力軸４０Ａが連結されており、遊星歯車機構４０のリングギア４２には出力軸４０Ｂが連結されており、遊星歯車機構４０のサンギア４３には減速用軸４０Ｃが連結されている。

そして、遊星歯車機構４０の入力軸４０Ａには、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａが連結されるとともに、遊星歯車機構４０の出力軸４０Ｂには、ステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１が連結されている。また、遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃには、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１が連結されている。

可変容量型油圧モータ５０は、両振り型の油圧モータであり、両流入出ポート５０Ａ、５０Ｂを有し、駆動軸５１は左右いずれの方向にも回転可能であって、左右いずれの方向に回転された場合であっても、そのときの容量ｑ（ｃｃ／ｒｅｖ）を変化させることができる。

斜板駆動部５は、サーボ弁等で構成され、コントローラ７０から出力される駆動制御信号に応じて可変容量型油圧モータ５０の斜板の傾転角を変化させるものである。

圧油供給手段６０は、両ロッド型の油圧シリンダ６１と、この油圧シリンダ６１の各油室６１Ａ、６１Ｂ内の圧油を油路６２、６３を介して可変容量型油圧モータ５０の各流入出ポート５０Ａ、５０Ｂに供給するための油路６２、６３で構成されている。

油圧シリンダ６１のロッドは、車体前部１００Ｆに連結されているとともに、油圧シリンダ６１のボディは、車体後部１００Ｒに連結されている。油圧シリンダ６１の油室６１Ａが車体前部１００Ｆ側に位置され、油圧シリンダ６１の油室６１Ｂが車体後部１００Ｒ側に位置されるように、油圧シリンダ６１が車体に連結されている。なお、油圧シリンダ６１のロッドを車体後部１００Ｒに連結し、油圧シリンダ６１のボディを車体前部１００Ｆに連結してもよい。

油圧シリンダ６１の油室６１Ａは油路６２に連通しており、この油路６２は、可変容量型油圧モータ５０の流入出ポート５０Ａに連通している。油圧シリンダ６１の油室６１Ｂは油路６３に連通しており、この油路６３は、可変容量型油圧モータ５０の流入出ポート５０Ｂに連通している。

車両１００が右旋回しているときには、油圧シリンダ６１の油室６１Ａが縮退し、油室６１Ａ内の圧油が油路６２を介して可変容量型油圧モータ５０の流入出ポート５０Ａに流入されて可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１が同右方向に回転する。可変容量型油圧油圧モータ５０の他方の流入出ポート５０Ｂからは圧油が流出され油路６３を介して油圧シリンダ６１の油室６１Ｂに供給されて同油室６１Ｂが伸張する。

また、車両１００が左旋回しているときには、油圧シリンダ６１の油室６１Ｂが縮退し、油室６１Ｂ内の圧油が油路６３を介して可変容量型油圧モータ５０の流入出ポート５０Ｂに流入されて可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１が同左方向に回転する。可変容量型油圧油圧モータ５０の他方の流入出ポート５０Ａからは圧油が流出され油路６２を介して油圧シリンダ６１の油室６１Ａに供給されて同油室６１Ａが伸張する。

なお、油圧シリンダ６１は両ロッド型であるため、油圧シリンダ６１の一方の油室から可変容量型油圧モータ５０の一方の流入出ポートに流入されている油量と、可変容量型油圧モータ５０の他方の流入出ポートから油圧シリンダ６１の他方の油室に流入されている油量を、同一の流量にすることができる。

このように、可変容量型油圧油圧モータ５０の流入出ポート５０Ａ、５０Ｂには、圧油供給手段６０によって、現在の旋回方向に応じた方向であって、現在のアーティキュレート角α（ステアリング機構９０の操舵角α）に応じた流量の圧油が供給されて、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１は、現在の旋回方向に応じた方向に、かつ現在のアーティキュレート角α（ステアリング機構９０の操舵角α）に応じた回転量で回転することになる。

車両１００の速度Ｖは、車速検出手段４で検出される。車速検出手段４としては、車両１００に既に備えられ他の制御に用いられている車速センサを使用することができる。

コントローラ７０は、車速検出手段４で検出された車速Ｖを示す信号を入力して、車速Ｖに応じて可変容量型油圧モータ５０の容量ｑを変化させる駆動制御信号を生成して、この駆動制御信号を斜板駆動部５に出力する。本実施例では、車速Ｖが大きくなるに伴い遊星歯車機構４０の減速比を大きくするために、車速Ｖが大きくなるに伴い容量ｑを大きくする駆動制御信号がコントローラ７０で生成、出力される。

以下、前述の従来技術１との対比においてコントローラ７０で行なわれる処理について説明する。

今、オペレータがステアリング用操作子１を回転操作したとすると、可変容量型油圧油圧モータ５０の流入出ポート５０Ａ、５０Ｂには、アーティキュレート角α（ステアリング機構９０の操舵角α）に応じた流量の圧油が供給されることになる。仮に、可変容量型油圧モータ５０の容量ｑを固定したとすると、遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃの回動量Ｎｃは、アーティキュレート角α（ステアリング機構９０の操舵角α）に応じたものとなる。つまり容量ｑを変化させないことにすると、遊星歯車機構４０の入力軸４０Ａの回転量Ｎａに対する出力軸４０Ｂの回転量Ｎｂの比率（減速比）は一定となる（従来技術１）。

ここで、車速Ｖに応じて、可変容量型油圧モータ５０の容量ｑを変化させることにすると（本実施例）、車速Ｖに応じて可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１の回転量が変化することになり、遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃの回動量Ｎｃが変化する。つまりアーティキュレート角α（ステアリング機構９０の操舵角α）が同じであっても車速Ｖの大きさ如何によって遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃの回動量Ｎｃが変化することになる。このため遊星歯車機構４０を入力軸４０Ａの回転量Ｎａに対する出力軸４０Ｂの回転量Ｎｂの比率（減速比）が車速Ｖに応じて変化することになる。

本実施例では、車速Ｖが大きくなるに伴い容量ｑを大きくして、遊星歯車機構４０の減速比を、車速Ｖの増加に伴い大きくするように容量ｑが制御される。このため車速Ｖが小さいときには、ステアリング用操作子１の単位操作量当りのアーティキュレート角αの変化量は、大きいものとなり、車速Ｖが大きくなるに伴って同変化量は徐々に小さなものとなる。

これにより車速感応型のステアリング制御が実現されて、高速走行時には、転倒等回避のために、小回転量のハンドル操作であってもアーティキュレート角αを大きく変化させないようにしつつも、低速走行時には、小回転量のハンドル操作だけでステアリング機構をフルロックさせることができるようになる。この結果、作業車両１００の作業性が向上しオペレータの疲労が軽減される。

また、本実施例によれば、従来技術２にみられる車速感応型のステアリング制御装置のように、ステッピングモータや多数のセンサといった電子部品で構成しているのではなく、これら電子部品の代わりに、遊星歯車機構４０、可変容量型油圧モータ５０、圧油供給手段６０といった車両に備えられている油圧回路に容易に組み込み可能な機器を用いているため、コスト増加を抑制することができる。

さらに本実施例では、可変容量型油圧モータ５０の容量ｑを変化させることで、操舵角変化量を変化させるようにしているため、従来技術３にみられるように、ステアリング制御に伴い圧油の一部がタンクに排出されるようなことがない。このためエネルギーロスを低減させることができる。また、可変容量型油圧モータ５０の容量ｑは無段階で調整可能であり、従来技術３に比べてステアリング機構の操舵角αをきめ細かく制御することができる。

上述の実施例では、ステアリング用操作子１の回転操作方向（遊星歯車機構４０の入力軸４０Ａの回転方向）と、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１の回転方向（遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃの回転方向）とが同一の方向になるように構成した場合を想定して説明したが、ステアリング用操作子１の回転操作方向（遊星歯車機構４０の入力軸４０Ａの回転方向）と、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１の回転方向（遊星歯車機構４０の減速用軸４０Ｃの回転方向）とが逆方向になるように構成した場合であっても、車速Ｖに応じて遊星歯車機構４０の減速比を変化させることができる。なお、このように構成した場合には、車速Ｖが大きくなるに伴い容量ｑを小さくして、遊星歯車機構４０の減速比を、車速Ｖの増加に伴い大きくするように容量ｑを制御することになる。

また、遊星歯車機構４０の遊星ギア４１、リングギア４２、サンギア４３と、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａ、ステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１との連結関係を上述の実施例（図１）のものとは異なる連結関係とした場合であっても、同様に遊星歯車機構４０の減速比を、車速Ｖに応じて変化させることができる。

たとえば、図１に示す連結関係の代わりに、図３に示すように、ステアリング用操作子１の操作回動軸１ａが遊星歯車機構４０の遊星ギア４１に連結される入力軸４０Ａに連結され、遊星歯車機構４０のサンギア４３に連結される出力軸４０Ｂがステアリング用バルブ３０の入力回動軸３１に連結され、遊星歯車機構４０のリングギア４２に連結される減速用軸４０Ｃに、可変容量型油圧モータ５０の駆動軸５１が連結されるような連結関係であってもよい。

また、実施例では、車体が折れ曲がることで操舵されるアーティキュレート式の車両を想定して説明したが、車体に対する車輪の向きが変わることで操舵される車軸式の車両に対しても本発明を適用することができる。

図４は、図２に対応する図であり、車軸式の車両１００に適用した場合の油圧回路を示している。図２と異なる部分のみ説明する。

同図４に示すように、車両１００は、車軸１０２が車体１０６に対して左右に移動し、車体１０６に対する車輪１０４、１０５の向きが変化することで、操舵角が変化する車軸式の車両である。

両ロッド型の油圧シリンダ１０１は、図２におけるステアリング用油圧アクチュエータ２Ｌ、２Ｒに相当する。両ロッドシリンダ１０１のロッドには、車軸１０２が連結されている。車軸１０２には、左右の車輪１０４、１０５が連結されている。両ロッドシリンダ１０１の各油室はそれぞれ、油路１３、１４に連通している。

図２と同様に、圧油供給手段６０は、両ロッド型の油圧シリンダ６１を含んで構成されている。油圧シリンダ６１のシリンダ本体は、車体１０６に連結されている。油圧シリンダ６１のロッドは、リンク１０３を介して車軸１０２に連結されている。リンク１０３によって、車軸１０２と平行に油圧シリンダ６１のロッドが移動する。なお、油圧シリンダ６１のシリンダ本体をリンク１０３を介して車軸１０２に連結し、油圧シリンダ６１のロッドを車体１０６に連結してもよい。

このため、油路１３、１４を介して両ロッドシリンダ１０１の各油室に圧油が供給されると、車軸１０２が車体１０６に対して左右に移動し、車体１０６に対する車輪１０４、１０５の向きが変化し、操舵角が変化する。

また、図２と同様に、油圧シリンダ６１の各シリンダ室６１Ａ、６１Ｂから、操舵角に応じた流量の圧油が、可変容量型油圧油圧モータ５０の流入ポート５０Ａ、５０Ｂに対して、供給される。

図１は、作業車両のステアリング機構を説明する上面図である。 図２は、図１に示す作業車両に搭載される油圧回路を示した図で、実施例のステアリング制御装置の油圧回路図である。 図３は、遊星歯車機構の各軸との連結関係の他の構成例を示した図である。 図４は、図２に対応する油圧回路図で、車軸式の車両に適用される実施例を説明する図である。

符号の説明

１ ステアリング用操作子、１ａ 操作回動軸、２Ｒ、２Ｌ ステアリング用油圧アクチュエータ、１００ 車両、９０ ステアリング機構、３ 油圧ポンプ、３０ ステアリング用バルブ、４０ 遊星歯車機構、４０Ａ 入力軸、４０Ｂ 出力軸、４０Ｃ 減速用軸、４１ 遊星ギア、４２ リングギア、４３ サンギア、５０ 可変容量型油圧モータ
５０Ａ、５０Ｂ 流入ポート、６０ 圧油供給手段、７０ コントローラ、 ５ 斜板駆動部

Claims (6)

1. ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）の操作回動量に応じた流量の圧油をステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）に対して供給して当該ステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）の作動量に応じて車両（１００）のステアリング機構（９０）の操舵角を変化させるようにした車両のステアリング制御装置において、
   ステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）に供給するための圧油を吐出する油圧ポンプ（３）と、
   油圧ポンプ（３）から吐出された圧油が流入されて、入力回動軸（３１）の入力回動量に応じて開口量が変化し開口量に応じた流量の圧油を出口ポート（３０Ａ、３０Ｂ）を介してステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）に供給するステアリング用バルブ（３０）と、
   ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）が入力軸（４０Ａ）に連結されるとともに、出力軸（４０Ｂ）がステアリング用バルブ（３０）の入力回動軸（３１）に連結されて、減速用軸（４０Ｃ）の回動量に応じて、ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）の操作回動量に対するステアリング用バルブ（３０）の入力回動軸（３１）の入力回動量の減速比を変化させる遊星歯車機構（４０）と、
   遊星歯車機構（４０）の減速用軸（４０Ｃ）に、駆動軸（５１）が連結された可変容量型油圧モータ（５０）と、
   可変容量型油圧油圧モータ（５０）の流入ポート（５０Ａ、５０Ｂ）に対してステアリング機構（９０）の操舵角に応じた流量の圧油を供給する圧油供給手段（６０）と、
   車両（１００）の速度を検出する車速検出手段（４）と、
   車速検出手段（４）で検出された車両（１００）の速度に応じて可変容量型油圧モータ（５０）の容量が変化するように当該可変容量型油圧モータ（５０）の容量を制御する制御手段（７０、５）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. ステアリング用バルブ（３０）の出口ポート（３０Ａ、３０Ｂ）から出力された圧油が流入ポート（８０Ａ、８０Ｂ）に流入されるとともに、圧油を流出ポート（８０Ｂ、８０Ａ）を介してステアリング用油圧アクチュエータ（２Ｒ、２Ｌ）に供給し、駆動軸（８１）の回動量に応じてステアリング用バルブ（３０）の開口量を変化させるステアリング用油圧モータ（８０）
   が更に備えられていることを特徴とする請求項１記載の車両のステアリング制御装置。
3. ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）が遊星歯車機構（４０）の遊星ギア（４１）に連結される入力軸（４０Ａ）に連結されるとともに、遊星歯車機構（４０）のリングギア（４２）に連結される出力軸（４０Ｂ）がステアリング用バルブ（３０）の入力回動軸（３１）に連結されており、
   遊星歯車機構（４０）のサンギア（４３）に連結される減速用軸（４０Ｃ）に、可変容量型油圧モータ（５０）の駆動軸（５１）が連結されていることを特徴とする請求項１記載の車両のステアリング制御装置。
4. ステアリング用操作子（１）の操作回動軸（１ａ）が遊星歯車機構（４０）の遊星ギア（４１）に連結される入力軸（４０Ａ）に連結されるとともに、遊星歯車機構（４０）のサンギア（４３）に連結される出力軸（４０Ｂ）がステアリング用バルブ（３０）の入力回動軸（３１）に連結されており、
   遊星歯車機構（４０）のリングギア（４２）に連結される減速用軸（４０Ｃ）に、可変容量型油圧モータ（５０）の駆動軸（５１）が連結されていることを特徴とする請求項１記載の車両のステアリング制御装置。
5. 車両（１００）は、車体後部（１００Ｒ）に対して車体前部（１００Ｆ）が相対的に左右に回動することで、操舵角が変化するアーティキュレート式の車両であって、
   圧油供給手段（６０）は、油圧シリンダ（６１）を含んで構成され、油圧シリンダ（６１）のシリンダ本体は、車体後部（１００Ｒ）に連結され、油圧シリンダ（６１）のロッドは、車体前部（１００Ｆ）に連結されていること
   を特徴とする請求項１記載の車両のステアリング制御装置。
6. 車両（１００）は、車軸（１０２）が車体（１０６）に対して左右に移動し、車体（１０６）に対する車輪（１０４、１０５）の向きが変化することで、操舵角が変化する車軸式の車両であって、
   圧油供給手段（６０）は、油圧シリンダ（６１）を含んで構成され、油圧シリンダ（６１）のシリンダ本体は、車体（１０６）に連結され、油圧シリンダ（６１）のロッドは、車軸（１０２）に連結されていること
   を特徴とする請求項１記載の車両のステアリング制御装置。

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