JP4941928B2

JP4941928B2 - 作業車両のステアリングシステム

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Publication number: JP4941928B2
Application number: JP2006350453A
Authority: JP
Inventors: 和則中村; 剛志中村; 光男木原; 宏行東; 淳志島津
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: CN101516715A; JP2008155898A; CN101516715B

Description

本発明は、ホイールローダ等の作業車両のステアリングシステムに関する。

ホイールローダ等の作業車両のステアリングシステムは、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、油圧ポンプからステアリングシリンダ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、ステアリングホイール（ハンドル）の回転方向と回転量に応じてステアリングバルブを切り換え、ステアリングシリンダを駆動制御している。この場合、ステアリングホイール（ハンドル）の回転方向と回転量に応じたステアリングバルブの切り換えは、オービットロール（商品名）と呼ばれる油圧ステアリングユニットを用いて行っている。ここで、その油圧ステアリングユニットは、ステアリングホイールの回転操作に連動して動作する油圧バルブと油圧モータを有し、その回転量と回転方向に応じた流量の油圧を発生する構成となっている。

このような作業車両のステアリングシステムにおいては、通常、油圧ステアリングユニットをメイン回路に配置し、ステアリングホイールによりステアリングバルブを操作し、ステアリングシリンダを駆動制御している。この場合、油圧ステアリングユニットの油圧バルブがステアリングバルブとして配置され、油圧バルブユニットで発生した油圧が直接ステアリングシリンダに導かれる。

このような通常の作業車両のステアリングシステムに対し、油圧ステアリングユニットをステアリングバルブの操作系として用い、ステアリングホイールの回転操作を軽く（小さな力で）行えるようにしたものが知られている（例えば特許文献１）。この種のステアリングシステムでは、油圧源としてパイロットポンプを用い、油圧ステアリングユニットにより発生した油圧をステアリングバルブの油圧切換部（受圧部）に導き、ステアリングバルブを切り換えるようにしている。ステアリングバルブには、油圧ステアリングユニットから導かれた油圧をステアリングバルブ切り換え用の制御圧力に変換するための絞り通路が備えられている。

一方、ステアリングバルブの操作系を、コントローラと電磁弁を含む電気・油圧的なステアリングユニットにより構成し、ステアリングバルブの切り換えを電気・油圧的に行うものも知られている（例えば特許文献２）。このものでは、ステアリングホイールの回転操作角（操舵角）をポテンショメータで検出し、この検出値をコントローラに入力する。コントローラは、その検出値に応じた指令信号（電気信号）を電磁弁に出力し、電磁弁はその指令信号に応じた制御圧力を出力する。この制御圧力はステアリングバルブの油圧切換部（受圧部）に導かれ、ステアリングバルブを切り換える。

また、特許文献２記載のステアリングシステムにあっては、操舵角検出値に対する指令信号のゲイン（指令信号／操舵角）を、複数種類、コントローラに設定しておき、オペレータが切換スイッチを操作することにより、その内の１つのゲインを選択できるようにしている。これによりステアリングホイールの回転操作に対する車輪のステアリング速度（ステアリングシリンダの駆動速度）を、走行時、実作業時のいずれにも適合するように調整可能となり、走行時、実作業時のそれぞれにおいて最適のステアリング操作性が得られる。また、走行速度を検出する速度センサを設け、走行速度に応じて連続的に指令信号を変化させる変形例も提案されている。

実開平１−１５４９７４号公報特開平１０−４５０１４号公報

ホイールローダ等の作業車両が行う作業には、走行しながらフロント作業機を操作する作業がある。その一例として、ホイールローダによる地山などの掘削作業がある。この作業では、車体を前進させてバケットを地山に押し付けて掘削し、掘削後はバケット（掘削土砂）を上げながら後進し、車体の向きを変える。その後は、単独走行により車体を移動し、トラック等に放土する。

ところで、この作業は走行とフロント作業機の同時操作であるため、ステアリングホイールの回転操作に対して車輪のステアリング速度が遅いと、オペレータはステアリング操作に気を使い、疲労の原因となる。したがって、この場合は、ステアリングホイールの回転操作に対して車輪のステアリング速度を速くすることが好ましく、これによりオペレータの疲労が少なくなり、作業効率が向上する。一方、単独走行では、ステアリングホイールの回転操作に対して車輪のステアリング速度を速くしない方が、安全性が向上する。

特許文献１記載の作業車両のステアリングシステムにおいては、ステアリングホイールの回転操作に対する車輪のステアリング速度の変化割合を変更できないため、走行とフロント作業機の同時操作と単独走行のそれぞれで最適の車輪ステアリング速度を得ることができない。

特許文献２記載の作業車両のステアリングシステムにおいては、切換スイッチを操作することにより操舵角検出値に対する指令信号のゲイン（指令信号／操舵角）を変えることができるので、走行とフロント作業機の同時操作と単独走行のそれぞれで最適の車輪ステアリング速度を得ることができる。しかし、走行とフロント作業機の同時操作を行う作業（例えば掘削作業）から単独走行（例えば放土場所への移動）に移行するとき、或いは単独走行から走行とフロント作業機の同時操作を行う作業へ移行するとき、その都度、オペレータは切換スイッチを操作してゲインを変える必要があり、極めて面倒である。

本発明の目的は、走行とフロント作業機の同時操作と単独走行のそれぞれにおいて、ステアリングホイールの回転操作に対する車輪ステアリング速度を最適な値とし、作業効率と安全性を確保することができるとともに、操作性に優れた作業車両のステアリングシステム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、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダ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、オペレータにより回転操作されるステアリングホイールとを備え、前記ステアリングホイールの回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブを切り換え、前記ステアリングシリンダを駆動制御する作業車両のステアリングシステムにおいて、前記ステアリングホイールが連結され、このステアリングホイールの回転操作により動作し、パイロット油圧源の圧油に基づいて前記ステアリングホイールの回転量と回転方向に応じた第１及び第２制御圧力を発生する油圧ステアリングユニットと、前記油圧ステアリングユニットにより発生した第１及び第２制御圧力をそれぞれ検出する第１及び第２圧力センサと、前記フロント作業機の操作状態を検出するフロント操作検出手段と、前記第１及び第２圧力センサにより検出した第１及び第２制御圧力と前記フロント操作検出手段により検出した前記フロント作業機の操作状態に基づいて前記ステアリングバルブのストロークを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１及び第２圧力センサによりそれぞれ検出した第１及び第２制御圧力が増加するにしたがって前記ステアリングバルブのストロークを大きくするとともに、前記フロント操作検出手段により前記フロント作業機の操作を検出したときは、前記フロント作業機の操作を検出しないときよりも前記ステアリングバルブのストロークを大きくするように制御するものとする。

このように構成した本発明においては、油圧ステアリングユニットと第１及び第２圧力センサ及びフロント操作検出手段と制御手段とを設け、第１及び第２圧力センサにより検出した第１及び第２制御圧力とフロント操作検出手段により検出したフロント作業機の操作状態に基づいて前記ステアリングバルブのストロークを制御するので、走行とフロント作業機の同時操作を行う作業で、フロント作業機が操作されたときのステアリング操作時は、フロント作業機の操作を検出しないときよりもステアリングバルブのストロークを大きくするよう制御することにより、ステアリングバルブの通過流量が増え、ステアリングホイールの回転操作に対する車輪ステアリング速度が速くなるため、走行とフロント作業機の同時操作でステアリングを切りやすくなり、これによりオペレータの疲労が少なくなり、作業効率が向上する。

一方、フロント作業機の操作を検出しないときは、フロント作業機の操作を検出したときよりもステアリングバルブのストロークを小さくするように制御することにより、単独走行でのステアリング操作時はステアリングバルブの通過流量が減り、ステアリングホイールの回転操作に対する車輪ステアリング速度が遅くなるため、安全性が向上する。

また、フロント作業機が操作されると、自動で車輪ステアリング速度の変更が行われるので、オペレータの操作が不要であり、優れた操作性が得られる。

このように本発明は、走行とフロント作業機の同時操作と単独走行のそれぞれにおいて、ステアリングホイールの回転操作に対する車輪ステアリング速度を最適な値とし、作業効率と安全性を確保することができるとともに、優れた操作性を得ることができる。

（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダ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、オペレータにより回転操作されるステアリングホイールとを備え、前記ステアリングホイールの回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブを切り換え、前記ステアリングシリンダを駆動制御する作業車両のステアリングシステムにおいて、前記ステアリングホイールが連結され、このステアリングホイールの回転操作により動作し、パイロット油圧源の圧油に基づいて前記ステアリングホイールの回転量と回転方向に応じた第１及び第２制御圧力を発生する油圧ステアリングユニットと、前記油圧ステアリングユニットにより発生した第１及び第２制御圧力をそれぞれ検出する第１及び第２圧力センサと、前記フロント作業機の操作状態を検出するフロント操作検出手段と、前記第１及び第２圧力センサにより検出した第１及び第２制御圧力と前記フロント操作検出手段により検出した前記フロント作業機の操作状態に基づいて前記ステアリングバルブのストロークを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第１及び第２圧力センサによりそれぞれ検出した第１及び第２制御圧力が増加するにしたがって前記ステアリングバルブのストロークを大きくするとともに、前記フロント操作検出手段により前記フロント作業機の動きが比較的大きい操作を検出したときは、前記フロント作業機の動きが比較的大きい操作を検出しないときよりも前記ステアリングバルブのストロークを大きくするように制御するものとする。

これにより本発明は、上記（１）で説明したように、走行とフロント作業機の同時操作と単独走行のそれぞれにおいて、ステアリングホイールの回転操作に対する車輪ステアリング速度を最適な値とし、作業効率と安全性を確保することができるとともに、優れた操作性を得ることができる。また、走行とフロント作業機の同時操作であっても、フロント作業機の動きが比較的小さい、慎重を要する微操作作業を行うときは、ステアリングバルブのストロークを小さくするように制御するため、微操作作業を的確かつ正確に行うことができ、フロント作業機から荷がこぼれたり、車体の挙動が乱れることを防止することができる。一方、フロント作業機の動きが比較的大きい通常作業を行うときは、ステアリングバルブのストロークを大きくするように制御するため、走行とフロント作業機の同時操作でステアリングを切りやすくなり、これによりオペレータの疲労が少なくなり、作業効率が向上する。

（３）更に、上記目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダ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、オペレータにより回転操作されるステアリングホイールとを備え、前記ステアリングホイールの回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブを切り換え、前記ステアリングシリンダを駆動制御する作業車両のステアリングシステムにおいて、前記ステアリングホイールが連結され、このステアリングホイールの回転操作により動作し、パイロット油圧源の圧油に基づいて前記ステアリングホイールの回転量と回転方向に応じた第１及び第２制御圧力を発生する油圧ステアリングユニットと、前記油圧ステアリングユニットにより発生した第１及び第２制御圧力をそれぞれ検出する第１及び第２圧力センサと、前記フロント作業機の操作状態を検出するフロント操作検出手段と、前記第１及び第２圧力センサにより検出した第１及び第２制御圧力と前記フロント操作検出手段により検出した前記フロント作業機の操作状態に基づいて前記ステアリングバルブのストロークを制御する制御手段とを備え、前記ステアリングバルブは、弁体としてのスプールと、このスプールの両端に位置し、それぞれ駆動圧力が導かれ、この駆動圧力に応じて前記スプールを駆動し前記ストロークを変化させる第１及び第２受圧部とを有し、前記制御手段は、前記第１及び第２受圧部にそれぞれ対応して設けられ、制御電流により作動し、この制御電流に応じた駆動圧力を出力する第１及び第２電磁弁と、前記第１及び第２圧力センサ及びフロント操作検出手段の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて所定の演算を行い、前記第１及び第２電磁弁に前記制御電流を出力するコントローラとを有するものとする。
これにより本発明は、上記（１）で説明したように、走行とフロント作業機の同時操作と単独走行のそれぞれにおいて、ステアリングホイールの回転操作に対する車輪ステアリング速度を最適な値とし、作業効率と安全性を確保することができるとともに、優れた操作性を得ることができる。また、制御手段は、油圧ステアリングユニットにより発生した第１及び第２制御圧力とフロント操作検出手段により検出したフロント作業機の操作状態に基づいて、ステアリングバルブのストロークを制御することができる。
（４）上記（１）又は（２）において、前記ステアリングバルブは、弁体としてのスプールと、このスプールの両端に位置し、それぞれ駆動圧力が導かれ、この駆動圧力に応じて前記スプールを駆動し前記ストロークを変化させる第１及び第２受圧部とを有し、前記制御手段は、前記第１及び第２受圧部にそれぞれ対応して設けられ、制御電流により作動し、この制御電流に応じた駆動圧力を出力する第１及び第２電磁弁と、前記第１及び第２圧力センサ及びフロント操作検出手段の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて所定の演算を行い、前記第１及び第２電磁弁に前記制御電流を出力するコントローラとを有する。

これにより制御手段は、油圧ステアリングユニットにより発生した第１及び第２制御圧力とフロント操作検出手段により検出したフロント作業機の操作状態に基づいて、ステアリングバルブのストロークを制御することができる。

（５）また、上記（３）又は（４）において、前記コントローラは、前記第１圧力センサにより検出した制御圧力が増加するにしたがって増加する第１目標駆動圧力を演算する第１演算手段と、前記第２圧力センサにより検出した制御圧力が増加するにしたがって増加する第２目標駆動圧力を演算する第２演算手段と、前記フロント操作検出手段により前記フロント作業機の操作を検出したときは、前記フロント作業機の操作を検出しないときよりも大きな値となるよう前記第１及び第２目標駆動圧力を補正する第３演算手段とを有し、前記第３演算手段で補正した第１及び第２目標駆動圧力が得られるよう前記第１及び第２電磁弁に前記制御電流を出力する。

これにより制御手段は、第１及び第２圧力センサによりそれぞれ検出した第１及び第２制御圧力が増加するにしたがってステアリングバルブのストロークを大きくするとともに、フロント操作検出手段によりフロント作業機の操作を検出したときは、フロント作業機の操作を検出しないときよりもステアリングバルブのストロークを大きくするように制御することができる。

本発明によれば、走行とフロント作業機の同時操作と単独走行のそれぞれにおいて、ステアリングホイールの回転操作に対する車輪ステアリング速度を最適な値とし、作業効率と安全性を確保することができるとともに、優れた操作性を得ることができる。

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白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、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、本発明の第１の実施の形態に係わる作業車両のステアリングシステムを示す図である。

図２において、本実施の形態に係わるステアリングシステムは、原動機（ディーゼルエンジン）１と、この原動機により駆動される可変容量制御装置（レギュレータ）２ａを備えた油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２から吐出される圧油により駆動される上記一対のステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂと、油圧ポンプ２からステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂ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、ステアリングホイール１０９が連結され、ステアリングホイール１０９の回転操作により動作し、パイロット油圧源（ポンプ）１３の圧油に基づいてステアリングホイール１０９の回転量と回転方向に応じた制御圧力を発生する油圧ステアリングユニット５と、油圧ポンプ２とステアリングバルブ４との間に配置され、ステアリングバルブ４のメータイン油路の前後差圧を目標値（後述）に保持するよう制御することで、油圧ポンプ２から吐出される圧油をステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂに優先的に供給し、油圧ポンプ２から吐出される圧油の余剰流量を作業用油圧回路１２１に供給するプライオリティバルブ７とを備えている。

ステアリングバルブ４は、弁体としてのスプール４ｃと、このスプール４ｃの両端に位置する１対の受圧部４ａ，４ｂとを有し、受圧部４ａ，４ｂに駆動圧力が導かれると、この駆動圧力に応じてスプール４ｃを駆動し、ストロークを変化させる。ステアリングバルブ４は、スプール４ｃのストロークが増加するにしたがって開口面積を増加させるメータリング特性を有している。

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は、メータリングバルブ１１とジロータ１２とを有し、オペレータがステアリングホイール１０９を回転操作すると、メータリングバルブ１１はその回転方向に応じて回動し、図示の中立位置から左右いずれかの動作位置Ａ又はＢに切り換わる。

メータリングバルブ１１がＡ位置に切り換わると、パイロット油圧源１３からの圧油が油路１４、メータリングバルブ１１のＡ位置の内部通路、油路１５を経由してジロータ１２に供給され、ジロータ１２はその圧油の供給により回転動作する。ジロータ１２を経由した圧油は油路１６、メータリングバルブ１１のＡ位置の内部通路、油路１７ａを経由して、この油路１７ａに設けられた絞り１８ａを介してタンクに戻される。このとき油路１７ａには絞り１８ａにより圧油の流量に応じた圧力（制御圧力）が発生する。ステアリングバルブ４は、後述する如く、この絞り１８ａにより発生した圧力（制御圧力）に基づいて図示の中立位置から図示左側のＣ位置に切り換えられる。

一方、ジロータ１２の回転動作はメータリングバルブ１１にフィードバックされ、ジロータ１２がステアリングホイール１０９の回転操作量（メータリングバルブ１１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、メータリングバルブ１１は中立位置に復帰し、油路１４から油路１５への圧油の供給を遮断する。これにより油路１７ａの圧油はタンク圧となり、ステアリングバルブ４は図示の中立位置に復帰する。

メータリングバルブ１１がＢ位置に切り換わった場合は、上記と逆の動作が行われる。すなわち、パイロット油圧源（ポンプ）１３からの圧油が油路１４、メータリングバルブ１１のＢ位置の内部通路、油路１６を経由してジロータ１２に供給され、ジロータ１２はその圧油の供給により回転動作する。ジロータ１２を経由した圧油は油路１５、メータリングバルブ１１のＢ位置の内部通路、油路１７ｂを経由して、この油路１７ｂに設けられた絞り１８ｂを介してタンクに戻される。このとき油路１７ｂには絞り１８ｂにより圧油の流量に応じた圧力（制御圧力）が発生し、ステアリングバルブ４は図示の中立位置から図示右側のＤ位置に切り換えられる。

ジロータ１２がステアリングホイール１０９の回転操作量（メータリングバルブ１１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、メータリングバルブ１１は中立位置に復帰し、油路１４から油路１６への圧油の供給を遮断する。これにより油路１７ｂの圧油はタンク圧となり、ステアリングバルブ４は図示の中立位置に復帰する。

プライオリティバルブ７は入口ポート７ａと第１及び第２の２つの出口ポート７ｂ，７ｃを有し、入口ポート７ａは油路２１を介して油圧ポンプ２に接続され、第１出口ポート７ｂは油路２２を介してステアリングバルブ４に接続され、第２出口ポート７ｃは油路２３を介して作業用油圧回路１２１に接続されている。また、プライオリティバルブ７は図示右側の切り換え位置Ｅと、図示左側の切り換え位置Ｆとの間を移動可能なスプール弁であり、プライオリティバルブ７のスプールが図示右側の位置Ｅにあるときは、入口ポート７ａと第１出口ポート７ｂ間の連通路を全開し、入口ポート７ａと第２出口ポート７ｃ間の連通路を全閉し、図示左側の位置Fにあるときは、入口ポート７ａと第１出口ポート７ｂ間の連通路を全閉し、入口ポート７ａと第２出口ポート７ｃ間の連通路を全開する。また、プライオリティバルブ７のスプールが図示右側の位置Ｅから図示左側の位置Ｆに移動するにしたがい（すなわち、図示右方向に移動するにしたがい）、入口ポート７ａと第１出口ポート７ｂ間の連通路の開口面積を徐々に絞り（小さくし）、入口ポート７ａと第２出口ポート７ｃ間の連通路の開口面積をを徐々に開け（大きくし）、プライオリティバルブ７のスプールが図示左側の位置Ｆから図示右側の位置Ｅに移動するにしたがい（すなわち、図示左方向に移動するにしたがい）、入口ポート７ａと第２出口ポート７ｃ間の連通路の開口面積を徐々に絞り（小さくし）、入口ポート７ａと第１出口ポート７ｂ間の連通路の開口面積をを徐々に開ける（大きくする）。

また、プライオリティバルブ７は、プライオリティバルブ７のスプールを図示右側の位置Ｅに向けて付勢する受圧部２４ａ及びバネ２５と、プライオリティバルブ７のスプールを図示左側の位置Ｆに向けて付勢する受圧部２４ｂとを有し、受圧部２４ａにはステアリングバルブ４の出側の圧力（ステアリングバルブ４とステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの間のアクチュエータ油路２６ａ，２６ｂの圧力、或いはステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力）がパイロット油路２７を経由して導かれ、受圧部２４ｂにはステアリングバルブ４の入側の圧力（プライオリティバルブ７とステアリングバルブ４の間の油路２２の圧力）がパイロット油路２８を経由して導かれている。

受圧部２４ａ，２４ｂは互いに反対方向にプライオリティバルブ７のスプールを付勢しているので、受圧部２４ａにステアリングバルブ４の出側の圧力が導かれ、受圧部２４ｂにステアリングバルブ４の入側の圧力が導かれていることは、プライオリティバルブ７のスプールを図示右方向に付勢するようステアリングバルブ４のメータイン油路の前後差圧（以下、適宜単に「ステアリングバルブ４の前後差圧」という）が作用していることを意味する。

バネ２５はステアリングバルブ４の前後差圧の目標値を設定する設定手段を構成し、プライオリティバルブ７の受圧部２４ａ，２４ｂに作用するステアリングバルブ４の前後差圧が、バネ２５により設定される目標値よりも大きくなると、プライオリティバルブ７のスプールを図示右方向に移動させ、入口ポート７ａと第１出口ポート７ｂ間の連通路の開口面積を徐々に絞ってステアリングバルブ４への供給流量を減らし、ステアリングバルブ４の前後差圧を減少させる。このとき、油圧ポンプ２からの余剰流量は作業用油圧回路１２１に供給される。プライオリティバルブ７の受圧部２４ａ，２４ｂに作用するステアリングバルブ４の前後差圧が、バネ２５により設定される目標値よりも小さくなると、逆に、プライオリティバルブ７のスプールを図示左方向に移動し、入口ポート７ａと第１出口ポート７ｂ間の連通路の開口面積を徐々に開けてステアリングバルブ４への供給流量を増やし、ステアリングバルブ４の前後差圧を増大させる。これによりプライオリティバルブ７は、ステアリングバルブ４のメータイン油路の前後差圧をバネ２５（設定手段）により設定される目標値に保持するよう制御する。

そして、本実施の形態に係わるステアリングシステムは、更に、油路１７ａに設けられた絞り１８ａにより発生した圧力（制御圧力）を検出する圧力センサ６ａと、油路１７ｂに設けられた絞り１８ｂにより発生した圧力（制御圧力）を検出する圧力センサ６ｂと、フロント操作検出装置３１と、コントローラ３２と、電磁弁３３ａ，３３ｂとを備えている。圧力センサ６ａ，６ｂの検出信号及びフロント操作検出装置３１の検出信号はコントローラ３２に入力され、コントローラ３２はその入力値に応じて所定の演算処理を行い、電磁弁３３ａ，３３ｂに所定の制御電流を出力する。電磁弁３３ａ，３３ｂはその制御電流により作動し、制御電流に応じた駆動圧力を出力する。この駆動圧力はステアリングバルブ４の受圧部４ａ，４ｂに導かれる。

図３は、フロント操作検出装置の一例を示す図である。前述したように、ホイールローダの運転室１０６には操作レバー装置１１０が設けられている。この操作レバー装置１１０はユニバーサルに操作可能な操作レバー１１０ｃを有し、この操作レバー１１０ｃを十字の一方向（例えば前後方向）に操作したときは、フロント作業機１０４のバケット１１１用の操作レバー装置１１０ａとして機能し、操作レバー１１０ｃを十字の他方向（例えば左右方向）に操作したときは、フロント作業機１０４のリフトアーム１１２用の操作レバー装置１１０ｂとして機能する。また、操作レバー装置１１０ａ，１１０ｂは油圧パイロット式であり、それぞれ、操作レバー１１０ｃのそれぞれの操作方向における操作量と中立位置を境とした操作方向に応じた操作パイロット圧を生成する。この操作パイロット圧は、パイロット油路４３ａ又は４３ｂ及びパイロット油路４４ａ又は４４ｂを介して図示しないバケット用コントロールバルブ及びリフトアーム用コントロールバルブに導かれ、これらコントロールバルブを切り換え操作することで、バケットシリンダ１１４及びアームシリンダ１１３を駆動制御する。バケット用コントロールバルブ及びリフトアーム用コントロールバルブは作業用油圧回路１２１に備えられたコントロールバルブ装置の一部として構成されている。

パイロット油路４３ａ，４３ｂにはシャトル弁４５が接続され、パイロット油路４４ａ，４４ｂにはシャトル弁４６が接続され、これらシャトル弁４５，４６の出力側には更にシャトル弁４７が接続され、パイロット油路４３ａ，４３ｂ及びパイロット油路４４ａ，４４ｂに生成された操作パイロット圧の最も高い圧力がシャトル弁４７により取り出される。このシャトル弁４７の出力側には圧力センサ４８が接続され、シャトル弁４７により取り出された圧力が圧力センサ４８により検出される。圧力センサ４８の検出信号はフロント操作信号としてコントローラ３２に入力される。シャトル弁４５〜４７及び圧力センサ４８はフロント操作検出装置３１を構成する。

図４はコントローラ３２の処理内容を示す機能ブロック図である。コントローラ３２は、第１基本駆動圧力演算部３２ａと、第２基本駆動圧力演算部３２ｂと、補正係数演算部３２ｃと、第１目標駆動圧力演算部３２ｄと、第２目標駆動圧力演算部３２ｅと、第１制御電流演算部３２ｆと、第２制御電流演算部３２ｇとを有している。

第１基本駆動圧力演算部３２ａは、ステアリングバルブ４の受圧部４ａに導かれ、ステアリングバルブ４の図示右方のストロークを制御するため電磁弁３３ａの出力圧力（第１駆動圧力）の基本値を演算するものであり、圧力センサ６ａから圧力の検出信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの圧力に対応する第１基本駆動圧力を演算する。メモリのテーブルには、入力圧力が増大するにしたがって第１基本駆動圧力が大きくなるよう、入力圧力と第１基本駆動圧力との関係が設定されている。

第２基本駆動圧力演算部３２ｂは、ステアリングバルブ４の受圧部４ｂに導かれ、ステアリングバルブ４の図示左方のストロークを制御するため電磁弁３３ｂの出力圧力（第２駆動圧力）の基本値を演算するものであり、圧力センサ６ｂから圧力の検出信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの圧力に対応する第２基本駆動圧力を演算する。メモリのテーブルには、入力圧力が増大するにしたがって第２基本駆動圧力が大きくなるよう、入力圧力と第２基本駆動圧力との関係が設定されている。

補正係数演算部３２ｃは、フロント作業機１０４の操作（以下、フロント操作という）の有無に応じて駆動圧力の補正係数を演算するものであり、フロント操作検出装置３１からフロント操作信号（圧力センサ４８により検出した操作パイロット圧）を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときのフロント操作信号に対応する補正係数を演算する。メモリのテーブルには、例えば、オペレータが操作レバー装置１１０の操作レバー１１０ｃを操作したとみなせる操作パイロット圧の値を閾値とし、圧力センサ４８により検出した操作パイロット圧がその閾値よりも小さいときは、補正係数は小さめの第１の値（例えば０．５）となり、操作パイロット圧がその閾値以上になると、補正係数は第１の値より大きな第２の値（例えば１．０）となるように、操作パイロット圧と補正係数との関係が設定されている。

第１目標駆動圧力演算部３２ｄは乗算部であり、第１基本駆動圧力演算部３２ａで演算した第１基本駆動圧力と補正係数演算部３２ｃで演算した補正係数とを掛け合わせ、第１目標駆動圧力を算出する。

第２目標駆動圧力演算部３２ｅは乗算部であり、第２基本駆動圧力演算部３２ｂで演算した第２基本駆動圧力と補正係数演算部３２ｃで演算した補正係数とを掛け合わせ、第２目標駆動圧力を算出する。

第１制御電流演算部３２ｆは、第１目標駆動圧力演算部３２ｄで演算した第１目標駆動圧力をメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、その第１目標駆動圧力に対応する電磁弁３３ａの制御電流を演算する。メモリのテーブルには、第１目標駆動圧力が増大するにしたがって制御電流が増大するよう、第１目標駆動圧力と制御電流との関係が設定されている。この制御電流は図示しないアンプにより増幅され、電磁弁３３ａに出力される。

第２制御電流演算部３２ｇは、第２目標駆動圧力演算部３２ｅで演算した第２目標駆動圧力をメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、その第２目標駆動圧力に対応する電磁弁３３ｂの制御電流を演算する。メモリのテーブルには、第２目標駆動圧力が増大するにしたがって制御電流が増大するよう、第２目標駆動圧力と制御電流との関係が設定されている。この制御電流は図示しないアンプにより増幅され、電磁弁３３ｂに出力される。

以上において、コントローラ３２と、電磁弁３３ａ，３３ｂは、圧力センサ６ａ，６ｂ（第１及び第２圧力センサ）により検出したそれぞれの制御圧力（第１及び第２制御圧力）とフロント操作検出装置（フロント操作検出手段）３１により検出したフロント作業機１０１の操作状態に基づいてステアリングバルブ４のストロークを制御する制御手段であって、圧力センサ６ａ，６ｂによりそれぞれ検出したそれぞれの制御圧力が増加するにしたがってステアリングバルブ４のストロークを大きくするとともに、フロント操作検出装置３１によりフロント作業機１０１の操作を検出したときは、フロント作業機１０１の操作を検出しないときよりもステアリングバルブ４のストロークを大きくするように制御する制御手段を構成する。

次に、以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。

まず、走行とフロント作業機１０１の同時操作を行う作業で、フロント作業機１０１が操作されたときは、フロント操作検出装置３１からのフロント操作信号（圧力センサ４８により検出した操作パイロット圧）がコントローラ３２の補正係数演算部３２ｃに設定された閾値以上となるため、補正係数演算部３２ｃにおいて補正係数として大きめの第２の値（例えば１．０）が演算される。

また、この走行とフロント作業機１０１の同時操作を行う作業で、例えばオペレータがステアリングホイール１０９を回転操作してメータリングバルブ１１をＡ位置側に切り換えた場合は、油路１７ａに圧力が発生し、この圧力が圧力センサ６ａにより検出され、コントローラ３２は、第１基本駆動圧力演算部３２ａにおいて、その圧力に対応する第１基本駆動圧力を演算する。第１目標駆動圧力演算部３２ｄにおいては、その第１基本駆動圧力と上記の大きめの第２の値を第１及び第２基本駆動圧力と掛け合わせ、第１目標駆動圧力を算出する。そして、第１制御電流演算部３２ｆではその第１目標駆動圧力に応じた制御電流を演算し、電磁弁３３ａに対応する制御電流を出力する。電磁弁３３ａはその制御電流により作動して、第１目標駆動圧力に応じた駆動圧力を生成し、この駆動圧力がステアリングバルブ４の受圧部４ａに導かれる。その結果、ステアリングバルブ４は、その駆動圧力に応じてスプール４ｃをＣ位置側に駆動してストロークを変化させ、そのストロークに応じた開口面積を設定する。この場合、ステアリングバルブ４の開口面積は補正係数の第２の値に応じた大きめの開口面積となる。これによりステアリングバルブ４の通過流量が増え、ステアリングホイール１０９の回転操作に対してステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの駆動速度（車輪のステアリング速度）が速くなり、走行とフロント作業機１０１の同時操作を行う作業でのステアリング操作時のオペレータの疲労が少なくなり、作業効率が向上する。

一方、単独走行では、フロント操作検出装置３１からのフロント操作信号（圧力センサ４８により検出した操作パイロット圧）は補正係数演算部３２ｃに設定された閾値より小さいため、補正係数演算部３２ｃにおいては、補正係数として小さめの第１の値（例えば０．５）が演算される。

また、この単独走行で、例えばオペレータがステアリングホイール１０９を回転操作してメータリングバルブ１１をＡ位置側に切り換えた場合は、油路１７ａに圧力が発生し、この圧力が圧力センサ６ａにより検出され、コントローラ３２は、第１基本駆動圧力演算部３２ａにおいて、その圧力に対応する第１基本駆動圧力を演算する。第１目標駆動圧力演算部３２ｄにおいては、その第１基本駆動圧力と上記の小さめの第１の値を第１及び第２基本駆動圧力と掛け合わせ、第１目標駆動圧力を算出する。そして、第１制御電流演算部３２ｆではその第１目標駆動圧力に応じた制御電流を演算し、電磁弁３３ａに対応する制御電流を出力する。電磁弁３３ａはその制御電流により作動して、第１目標駆動圧力に応じた駆動圧力を生成し、この駆動圧力がステアリングバルブ４の受圧部４ａに導かれる。その結果、ステアリングバルブ４は、その駆動圧力に応じてスプール４ｃをＣ位置側に駆動してストロークを変化させ、そのストロークに応じた開口面積、すなわち補正係数の第１の値に応じた小さめの開口面積を設定する。これによりステアリングバルブ４の通過流量が減り、ステアリングホイール１０９の回転操作に対してステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの駆動速度（車輪のステアリング速度）が遅くなり、単独走行でのステアリング操作時の安全性が向上する。

オペレータがステアリングホイール１０９を回転操作してメータリングバルブ１１をＢ位置側に切り換えた場合も、同様である。

このように本実施の形態においては、走行とフロント作業機１０１の同時操作と単独走行のそれぞれにおいて、ステアリングホイール１０９の回転操作に対する車輪ステアリング速度を最適な値とし、作業効率と安全性を確保することができる。

また、フロント作業機１０１が操作されると、自動で車輪ステアリング速度の変更が行われるので、オペレータの操作が不要であり、優れた操作性が得られる。

更に、油圧ステアリングユニット５により発生した制御圧力を検出し、この検出した制御圧力が増加するにしたがって大きくなるようステアリングバルブ４のストロークを制御するので、油圧ステアリングユニット５はステアリングバルブ４を直接駆動する方式に比べてステアリングホイール４の回転操作を小さな力で行うことができ、この点でも良好な操作性が得られる。

本発明の他の実施の形態を説明する。

上記第１の実施の形態では、図４の補正係数演算部３２ｃの演算に用いるテーブルにおいて、操作パイロット圧の閾値をオペレータが操作レバー装置１１０の操作レバー１１０ｃを操作したとみなせる操作パイロット圧の値に設定したが、本実施の形態では、その閾値を異なる値に設定したものである。

すなわち、本実施の形態においては、図４の補正係数演算部３２ｃのテーブルに記憶した操作パイロット圧と補正係数との関係において、横軸の操作パイロット圧を、フロント作業機の動きが比較的小さい、慎重を要する微操作作業であるとみなせる操作パイロット圧範囲と、フロント作業機の動きが比較的大きい通常操作作業であるとみなせる操作パイロット圧範囲に分け、その境界の操作パイロット圧の値を閾値として設定する。

走行とフロント作業機１０１の同時操作であっても、フロント作業機１０１のバケット１１１に積み荷がある状態、或いはバケット１１１が上方にある状態で慎重に操作しようとする場合は、ステアリングホイール１０９を回転操作したときにステアリング速度が速くなると、バケットの荷がこぼれたり、車体の挙動が乱れる可能性がある。

本実施の形態においては、走行とフロント作業機の同時操作で、フロント作業機の動きが比較的小さい、慎重を要する微操作作業を行うときは、操作パイロット圧が閾値以下であり、補正係数は小さめの第１の値（例えば０．５）となるため、ステアリングバルブ４のストロークは小さくなるよう制御され、微操作作業を的確かつ正確に行うことができ、フロント作業機１０１から荷がこぼれたり、車体の挙動が乱れるのを防止することができる。一方、フロント作業機１０１の動きが比較的大きい通常作業を行うときは、操作パイロット圧は閾値を超え、補正係数は大きめの第２の値（例えば１．０）となるため、ステアリングバルブ４のストロークは大きくなるよう制御され、走行とフロント作業機の同時操作でステアリングを切りやすくなり、オペレータの疲労が少なくなり、作業効率が向上する。

このように本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、走行とフロント作業機の同時操作で、微操作作業を的確かつ正確に行うことができる。

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。本発明の一実施の形態に係わる作業車両のステアリングシステムを示す図である。フロント操作検出装置の詳細の一例を示す図である。コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１原動機
２油圧ポンプ
２ａ可変容量制御装置
４ステアリングバルブ
４ａ，４ｂ受圧部
４ｃスプール
５ステアリングユニット
６ａ，６ｂ圧力センサ
７プライオリティバルブ
７ａ入口ポート
７ｂ第１出口ポート
７ｃ第２出口ポート
１１メータリングバルブ
１２ジロータ
１７ａ，１７ｂ油路
１８ａ，１８ｂ絞り
２４ａ，２４ｂ受圧部
２５バネ
２６ａ，２６ｂアクチュエータ油路
３２コントローラ
３２ａ第１基本駆動圧力演算部
３２ｂ第２基本駆動圧力演算部
３２ｃ補正係数演算部
３２ｄ第１目標駆動圧力演算部
３２ｅ第２目標駆動圧力演算部
３２ｆ第１制御電流演算部
３２ｇ第２制御電流演算部
３３ａ，３３ｂ電磁弁
４５，４６，４７シャトル弁
４８圧力センサ
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ステアリングホイール
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

Claims

油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、
前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダ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、
オペレータにより回転操作されるステアリングホイールとを備え、
前記ステアリングホイールの回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブを切り換え、前記ステアリングシリンダを駆動制御する作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記ステアリングホイールが連結され、このステアリングホイールの回転操作により動作し、パイロット油圧源の圧油に基づいて前記ステアリングホイールの回転量と回転方向に応じた第１及び第２制御圧力を発生する油圧ステアリングユニットと、
前記油圧ステアリングユニットにより発生した第１及び第２制御圧力をそれぞれ検出する第１及び第２圧力センサと、
前記フロント作業機の操作状態を検出するフロント操作検出手段と、
前記第１及び第２圧力センサにより検出した第１及び第２制御圧力と前記フロント操作検出手段により検出した前記フロント作業機の操作状態に基づいて前記ステアリングバルブのストロークを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１及び第２圧力センサによりそれぞれ検出した第１及び第２制御圧力が増加するにしたがって前記ステアリングバルブのストロークを大きくするとともに、前記フロント操作検出手段により前記フロント作業機の操作を検出したときは、前記フロント作業機の操作を検出しないときよりも前記ステアリングバルブのストロークを大きくするように制御することを特徴とする作業車両の油圧ステアリングシステム。
油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、
前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダ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、
オペレータにより回転操作されるステアリングホイールとを備え、
前記ステアリングホイールの回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブを切り換え、前記ステアリングシリンダを駆動制御する作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記ステアリングホイールが連結され、このステアリングホイールの回転操作により動作し、パイロット油圧源の圧油に基づいて前記ステアリングホイールの回転量と回転方向に応じた第１及び第２制御圧力を発生する油圧ステアリングユニットと、
前記油圧ステアリングユニットにより発生した第１及び第２制御圧力をそれぞれ検出する第１及び第２圧力センサと、
前記フロント作業機の操作状態を検出するフロント操作検出手段と、
前記第１及び第２圧力センサにより検出した第１及び第２制御圧力と前記フロント操作検出手段により検出した前記フロント作業機の操作状態に基づいて前記ステアリングバルブのストロークを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１及び第２圧力センサによりそれぞれ検出した第１及び第２制御圧力が増加するにしたがって前記ステアリングバルブのストロークを大きくするとともに、前記フロント操作検出手段により前記フロント作業機の動きが比較的大きい操作を検出したときは、前記フロント作業機の動きが比較的大きい操作を検出しないときよりも前記ステアリングバルブのストロークを大きくするように制御することを特徴とする作業車両の油圧ステアリングシステム。
油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油により駆動されるステアリングシリンダと、
前記油圧ポンプから前記ステアリングシリンダ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、
オペレータにより回転操作されるステアリングホイールとを備え、
前記ステアリングホイールの回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブを切り換え、前記ステアリングシリンダを駆動制御する作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記ステアリングホイールが連結され、このステアリングホイールの回転操作により動作し、パイロット油圧源の圧油に基づいて前記ステアリングホイールの回転量と回転方向に応じた第１及び第２制御圧力を発生する油圧ステアリングユニットと、
前記油圧ステアリングユニットにより発生した第１及び第２制御圧力をそれぞれ検出する第１及び第２圧力センサと、
前記フロント作業機の操作状態を検出するフロント操作検出手段と、
前記第１及び第２圧力センサにより検出した第１及び第２制御圧力と前記フロント操作検出手段により検出した前記フロント作業機の操作状態に基づいて前記ステアリングバルブのストロークを制御する制御手段とを備え、
前記ステアリングバルブは、弁体としてのスプールと、このスプールの両端に位置し、それぞれ駆動圧力が導かれ、この駆動圧力に応じて前記スプールを駆動し前記ストロークを変化させる第１及び第２受圧部とを有し、
前記制御手段は、
前記第１及び第２受圧部にそれぞれ対応して設けられ、制御電流により作動し、この制御電流に応じた駆動圧力を出力する第１及び第２電磁弁と、
前記第１及び第２圧力センサ及びフロント操作検出手段の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて所定の演算を行い、前記第１及び第２電磁弁に前記制御電流を出力するコントローラとを有することを特徴とする作業車両のステアリングシステム。
請求項１又は２記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記ステアリングバルブは、弁体としてのスプールと、このスプールの両端に位置し、それぞれ駆動圧力が導かれ、この駆動圧力に応じて前記スプールを駆動し前記ストロークを変化させる第１及び第２受圧部とを有し、
前記制御手段は、
前記第１及び第２受圧部にそれぞれ対応して設けられ、制御電流により作動し、この制御電流に応じた駆動圧力を出力する第１及び第２電磁弁と、
前記第１及び第２圧力センサ及びフロント操作検出手段の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて所定の演算を行い、前記第１及び第２電磁弁に前記制御電流を出力するコントローラとを有することを特徴とする作業車両のステアリングシステム。
請求項３又は４記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記コントローラは、
前記第１圧力センサにより検出した制御圧力が増加するにしたがって増加する第１目標駆動圧力を演算する第１演算手段と、
前記第２圧力センサにより検出した制御圧力が増加するにしたがって増加する第２目標駆動圧力を演算する第２演算手段と、
前記フロント操作検出手段により前記フロント作業機の操作を検出したときは、前記フロント作業機の操作を検出しないときよりも大きな値となるよう前記第１及び第２目標駆動圧力を補正する第３演算手段とを有し、
前記第３演算手段で補正した第１及び第２目標駆動圧力が得られるよう前記第１及び第２電磁弁に前記制御電流を出力することを特徴とする作業車両のステアリングシステム。