JP4993575B2

JP4993575B2 - 作業車両のステアリングシステム

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Publication number: JP4993575B2
Application number: JP2006350432A
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: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP2008155897A

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量に対するステアリングシリンダの駆動量（車輪ステアリング動作量）の変化割合を、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

ホイールローダのような作業車両においては、運転状況に応じて、ステアリング操作時のステアリングホイールの回転操作量に対するステアリングシリンダの駆動量（車輪ステアリング動作量）の変化割合を変えることで、ステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度（車輪ステアリング速度）を変えたい場合がある。

例えば、走行中は、車速が早いときはステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度（車輪ステアリング速度）を遅くすると、安全性の面で有利である。一方、車速が遅いときはステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度（車輪ステアリング速度）を速くすると、応答良くステアリング操作を行うことができ、操作性が向上する。

また、走行しながらフロント作業機を操作するときは、走行とフロント作業機の同時操作であるため、車輪のステアリング速度が遅いとステアリング操作に気を使い、オペレータを疲労させる原因となる。したがって、走行しながらフロント作業機を操作するときは、ステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度（車輪のステアリング速度）を速くすると、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するステアリングシリンダの駆動速度（車輪のステアリング速度）を早くしない方が、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、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ているため、ステアリングホイールの回転操作（以下、適宜「ステアリング操作」という）を小さな力で行うことができ、ステアリング操作性が向上する。しかし、ステアリング操作時のステアリングホイールの回転操作量に対するステアリングシリンダの駆動量（車輪ステアリング動作量）の変化割合は変えることができないため、運転状況に応じて、ステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度（車輪ステアリング速度）を変えることができない。

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複数種類のゲインのうちの１つを選択することができるので、運転状況に応じてステアリングホイールの回転操作量に対するステアリングシリンダの駆動量（車輪ステアリング動作量）の変化割合を変えることができる。しかし、特許文献２では、ステアリングバルブの操作系を、コントローラと電磁弁とを用いた電気・油圧的なステアリングユニットにより構成しているため、万一、ステアリングユニットの電気系統に故障が生じた場合、ステアリングユニットが誤作動を起こし、作業車両のステアリグ動作が行えなくなることが懸念される。

本発明の目的は、ステアリングホイールの回転操作を小さな力で行うことができるとともに、運転状況に応じて、ステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度を変えることができ、かつ万一、電気系統に故障が生じても、作動車両のステアリング動作を確実に行うことができ、安全性の高い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制御圧力を前記ステアリングバルブの操作部に導いて前記ステアリングバルブを切り換えるパイロット油路と、前記油圧ポンプと前記ステアリングバルブとの間に配置され、前記ステアリングバルブの前後差圧の目標値を設定する設定手段を有し、前記ステアリングバルブの前後差圧を前記目標値に保持するよう制御することで、前記油圧ポンプから吐出される圧油を前記ステアリングシリンダに優先的に供給し、余剰流量を作業機を駆動する作業用アクチュエータに供給するプライオリティバルブと、信号生成手段と、前記信号生成手段からの信号を入力し、この信号に応じて前記プライオリティバルブの設定手段に設定される前記ステアリングバルブの前後差圧の目標値を変更する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、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ステアリングホイール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と、油圧ステアリングユニットにより発生した制御圧力をステアリングバルブの操作部に導いてステアリングバルブを切り換えるパイロット油路とを設け、前記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構成したので、ステアリングホイールの回転操作を小さな力で行うことができる。

また、信号生成手段と、この信号生成手段からの信号を入力し、この信号に応じてプライオリティバルブの設定手段に設定されるステアリングバルブの前後差圧の目標値を変更する制御手段とを設けたので、信号生成手段からの信号に応じてステアリングバルブの前後差圧を変え、ステアリングバルブの通過流量を変えることができる。これによりステアリングバルブの開口面積が一定であっても、ステアリングホイールの回転操作量に対するステアリングシリンダの駆動量（車輪ステアリング動作量）の変化割合を変えることができ、運転状況に応じて、ステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度を変えることができる。

更に、油圧ステアリングユニットではなく、プライオリティバルブによって、ステアリング操作時のステアリングホイールの回転操作量に対するステアリングシリンダの駆動量（車輪ステアリング動作量）の変化割合を変えるので、万一、制御手段の電気系統に故障が生じても、油圧ステアリングユニットには何ら影響を及ぼさず、油圧ステアリングユニットにより作動車両のステアリング動作を確実に行うことができ、高い安全性を確保することができる。

（２）上記（１）において、前記信号生成手段は、例えば車速検出手段であり、この場合、前記制御手段は、前記車速検出手段の検出値を入力し、車速が増加するにしたがって前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値が小さくなるよう前記目標値を変更する。

これにより走行中、車速が早いときはステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度（車輪ステアリング速度）が遅くなり、安全性が向上する。一方、車速が遅いときはステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度（車輪ステアリング速度）が速くなり、応答良くステアリング操作を行うことができ、操作性が向上する。

（３）上記（１）において、前記信号生成手段は、前記フロント作業機が操作されたかどうかを検出するフロント操作検出手段であってもよく、この場合、前記制御手段は、前記フロント操作検出手段の検出値を入力し、前記フロント作業機が操作されたときは、前記フロント作業機が操作されないときよりも前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値が大きくなるよう前記目標値を変更する。

これにより走行しながらフロント作業機を操作するときは、ステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度（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の同時操作における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するステアリングシリンダの駆動速度（車輪のステアリング速度）が速くならないので、安全性が向上する。

（４）また、上記（１）において、前記信号生成手段は、オペレータにより操作され、その操作量に応じた大きさの操作信号を出力するメータリング選択操作装置であってもよく、この場合は、前記制御手段は、前記メータリング選択操作装置の操作信号を入力し、その操作信号の値に応じて前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値を変更する。

これによりメータリング選択操作装置をオペレータが操作することで、プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値を変更することができ、運転状況に応じてステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度を変えることができる。

（５）また、上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、制御電流により作動し、この制御電流に応じた制御圧力を出力する電磁弁と、前記プライオリティバルブの設定手段に設けられ、前記制御圧力に応じて前記設定手段に設定される目標値を変更する受圧部と、前記信号生成手段からの信号を入力し、この信号に応じた値を演算し、前記設定手段に前記目標値としてその値が設定されるよう前記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、信号生成手段からの信号に応じてプライオリティバルブの設定手段に設定されるステアリングバルブの前後差圧の目標値を変更することができる。

本発明によれば、ステアリングホイールの回転操作を小さな力で行うことができ、良好な操作性を得ることができる。

また、運転状況に応じてステアリングホイールの回転操作に対するステアリングシリンダの駆動速度を変えることができ、安全性、操作性、作業効率の向上等の効果を得ることができる。

更に、万一、電気系統に故障が生じても、作動車両のステアリング動作を確実に行うことができ、高い安全性を確保することができる。

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、油圧ステアリングユニット５で発生した制御圧力をステアリングバルブ４の受圧部４ａ，４ｂに導くパイロット油路６ａ，６ｂ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。

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が発生し、この圧力が制御圧力としてパイロット油路６ａに取り出され、ステアリングバルブ４の受圧部４ａに導かれる。ステアリングバルブ４は、受圧部４ａに制御圧力が導かれると、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、パイロット油路６ａを介してステアリングバルブ４の受圧部４ａに導かれる制御圧力もタンク圧となる。これによりステアリングバルブ４は図示の中立位置に復帰する。

メータリングバルブが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が発生し、この圧力が制御圧力としてパイロット油路６ｂに取り出され、ステアリングバルブ４の受圧部４ｂに導かれる。ステアリングバルブ４は、受圧部４ｂに制御圧力が導かれると、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、パイロット油路６ａを介してステアリングバルブ４の受圧部４ａに導かれる制御圧力もタンク圧となる。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２つの受圧部２４ｂ，２４ｃ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、受圧室２４ｃには制御圧力（後述）がパイロット油路２９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と受圧部２４ｃ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と受圧部２４ｃ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と受圧部２４ｃ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と受圧部２４ｃとからなる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。

ここで、バネ２５は上記目標値の基本値（一定値）を設定し、受圧部２４ｃは制御圧力によりその基本値を調整することで目標値を可変値として設定する。受圧部２４ｃに導かれる制御圧力は、バネ２５と受圧部２４ｃの付勢力の和が図示左方向に作用するよう、バネ２５の付勢力の圧力換算値よりも小さな値に設定されている。

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、車速センサ３１と、コントローラ３２と、電磁弁３３とを備えている。車速センサ３１の検出信号がコントローラ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３３に制御電流を出力する。電磁弁３３はその制御電流により作動し、制御電流に応じた制御圧力を出力する。この制御圧力はパイロット油路２９を介してプライオリティバルブ７の受圧部２４ｃに導かれる。

図３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、プライオリティバルブ設定圧力演算部３２ａと、電磁弁出力圧力演算部３２ｂと、制御電流演算部３２ｃとを有している。

プライオリティバルブ設定圧力演算部３２ａは、車速に応じたプライオリティバルブ設定圧力を演算するものであり、車速センサ３１から車速信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの車速に対応する設定圧力を演算する。メモリのテーブルには、車速が高くなるにしたがって設定圧力が小さくなるよう、車速と設定圧力との関係が設定されている。ここで、演算部３２ａで演算されるプライオリティバルブ設定圧力とは、プライオリティバルブ７のバネ２５と受圧部２４ｃからなる設定手段により設定されるステアリングバルブ４の前後差圧の目標値を意味する。例えば、ステアリングバルブ４の前後差圧の目標値を２０Ｋｇ／ｃｍ^２に設定したい場合、演算部３２ａではプライオリティバルブ設定圧力としてその２０Ｋｇ／ｃｍ^２が演算される。

電磁弁出力圧力演算部３２ｂは、プライオリティバルブ設定圧力演算部３２ａで演算した設定圧力を得るための電磁弁３３の出力圧力（制御圧力）を算出するものであり、その設定圧力をメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、その設定圧力に対応する電磁弁３３の出力圧力を演算する。メモリのテーブルには、設定圧力が増大するにしたがって出力圧力が小さくなるよう、設定圧力と出力圧力との関係が設定されている。ここで、例えばバネ２５の図示左方の付勢力の圧力換算値（基本値）が３０Ｋｇ／ｃｍ^２であるとすると、演算部３２ａで演算されたプライオリティバルブ設定圧力が２０Ｋｇ／ｃｍ^２である場合は、電磁弁出力圧力演算部３２ｂでは１０Ｋｇ／ｃｍ^２の制御圧力が演算され、演算部３２ａで演算されたプライオリティバルブ設定圧力が１５Ｋｇ／ｃｍ^２である場合は、電磁弁出力圧力演算部３２ｂでは１５Ｋｇ／ｃｍ^２の制御圧力が演算される。

制御電流演算部３２ｃは、電磁弁出力圧力演算部３２ｂで求めた電磁弁３３の出力圧力を得るための電磁弁３５の制御電流（駆動電流）を算出するものであり、電磁弁出力圧力演算部３２で求めた電磁弁３３の出力圧力をメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、その出力圧力に対応する電磁弁３３の制御電流を演算する。メモリのテーブルには、出力圧力が増大するにしたがって制御電流が増大減少するよう、出力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３３に出力される。

以上において、車速センサ３１は信号生成手段を構成し、コントローラ３２と、電磁弁３３と、パイロット油路２９と、プライオリティバルブ７の受圧部２４ｃは、前記信号生成手段からの信号を入力し、この信号に応じてプライオリティバルブ７の設定手段（バネ２５と受圧部２４ｃ）に設定されるステアリングバルブ４の前後差圧の目標値を変更する制御手段を構成する。

以上のように構成した本実施の形態においては、油圧ステアリングユニット５をステアリングバルブ４の操作系として構成したので、ステアリングホイール１０９の回転操作を小さな力で行うことができ、良好な操作性が得られる。

また、走行中、車速が速い時は、コントローラ３２のプライオリティバルブ設定圧力演算部３２ａにおいて、設定圧力として小さめの値が演算され、その値に応じた制御圧力がプライオリティバルブ７の受圧部２４ｃに導かれ、プライオリティバルブ７にステアリングバルブ４の前後差圧の目標値としてその値が設定される。プライオリティバルブ７はステアリングバルブ４の前後差圧をその目標値に保持されるよう制御する。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の回転操作に対するステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの駆動速度（車輪ステアリング速度）が遅くなり、ステアリング操作時の安全性が向上する。

一方、走行中、車速が遅いときは、コントローラ３２のプライオリティバルブ設定圧力演算部３２ａにおいて、設定圧力として大きめの値が演算され、その値に応じた制御圧力がプライオリティバルブ７の受圧部２４ｃに導かれ、プライオリティバルブ７にステアリングバルブ４の前後差圧の目標値としてその値が設定される。プライオリティバルブ７はステアリングバルブ４の前後差圧をその目標値に保持されるよう制御する。これによりテアリングバルブ４の通過流量が増え、ステアリングホイール１０９の回転操作に対するステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの駆動速度（車輪ステアリング速度）が速くなり、応答良くステアリング操作を行うことができ、操作性が向上する。

以上のように運転状況に応じて、ステアリングホイール１０９の回転操作に対するステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの駆動速度を変えることができ、安全性と操作性を確保することができる。

また、本実施の形態では、油圧ステアリングユニット５をステアリングバルブ４の操作系として用い、かつ油圧ステアリングユニット５の特性ではなく、プライオリティバルブ７の設定手段（バネ２５と受圧部２４ｃ）の値を変えることで、ステアリングホイール１０９の回転操作時のステアリングホイール１０９の回転操作量に対するステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの駆動量（車輪ステアリング動作量）の変化割合を変えるので、万一、制御手段の電気系統である、例えば、コントローラ３２や電磁弁３３に故障が生じても、ステアリングバルブ４の操作系（油圧ステアリングユニット５）によりホイールローダのステアリング動作を確実に行うことができ、高い安全性を確保することができる。

以上のように本実施の形態によれば、ステアリングホイール１０９の回転操作を小さな力で行うことができ、良好な操作性を得ることができる。

また、車速（走行速度）に応じてステアリングホイール１０９の回転操作に対するステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの駆動速度を変えることができ、安全性と操作性を向上することができる。

更に、万一、電気系統に故障が生じても、ホイールローダのステアリング動作を確実に行うことができ、高い安全性を確保することができる。

本発明の第２の実施の形態を図４〜図６を用いて説明する。図中、図２及び図３に示したものと同等の部材には同じ符号を付している。本実施の形態は、車速に変え、フロント操作信号に応じてプライオリティバルブの設定圧力（ステアリングバルブ４のメータイン油路の前後差圧の目標値）を変更するようにしたものである。

図４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、図２に示した車速センサ３１に代え、フロント操作検出装置１３１を備え、フロント操作検出装置１３１の検出信号がコントローラ１３２に入力され、コントローラ１３２は所定の演算処理を行い、電磁弁３３に制御電流を出力する。

図５は、フロント操作検出装置の詳細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１３２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１３１を構成する。

図６はコントローラ１３２の処理内容を示す機能ブロック図である。コントローラ１３２は、プライオリティバルブ設定圧力演算部１３２ａと、電磁弁出力圧力演算部１３２ｂと、制御電流演算部１３２ｃとを有している。

プライオリティバルブ設定圧力演算部１３２ａは、フロント操作に応じたプライオリティバルブ設定圧力を演算するものであり、フロント操作検出装置１３１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設定圧力を演算する。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、設定圧力は小さめの第１の値となり、操作パイロット圧がその閾値以上になると、設定圧力は第１の値より大きな第２の値となるように、操作パイロット圧と設定圧力との関係が設定されている。ここで、演算部１３２ａで演算されるプライオリティバルブ設定圧力とは、前述したように、プライオリティバルブ７のバネ２５と受圧部２４ｃからなる設定手段により設定されるステアリングバルブ４の前後差圧の目標値を意味する。

電磁弁出力圧力演算部１３２ｂ及び制御電流演算部１３２ｃの処理機能は図３に示した第１の実施の形態の電磁弁出力圧力演算部３２ｂ及び制御電流演算部３２ｃの処理機能と同じである。

以上において、シャトル弁４５〜４７及び圧力センサ４８（フロント操作検出装置１３１）は信号生成手段を構成し、コントローラ１３２と、電磁弁３３と、パイロット油路２９と、プライオリティバルブ７の受圧部２４ｃは、前記信号生成手段からの信号を入力し、この信号に応じてプライオリティバルブ７の設定手段（バネ２５と受圧部２４ｃ）に設定されるステアリングバルブ４の前後差圧の目標値を変更する制御手段を構成する。

以上のように構成した本実施の形態においては、フロント作業機１０１が操作されたときは、コントローラ１３２のプライオリティバルブ設定圧力演算部１３２ａにおいて、設定圧力として大きめの値が演算され、その値に応じた制御圧力がプライオリティバルブ７の受圧部２４ｃに導かれ、プライオリティバルブ７にステアリングバルブ４の前後差圧の目標値としてその値が設定される。プライオリティバルブ７はステアリングバルブ４の前後差圧をその目標値に保持されるよう制御する。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の回転操作に対する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、コントローラ１３２のプライオリティバルブ設定圧力演算部１３２ａにおいて、設定圧力として小さめの値が演算され、その値に応じた制御圧力がプライオリティバルブ７の受圧部２４ｃに導かれ、プライオリティバルブ７にステアリングバルブ４の前後差圧の目標値としてその値が設定される。プライオリティバルブ７はステアリングバルブ４の前後差圧をその目標値に保持されるよう制御する。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の回転操作に対する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）が速くならないので、単独走行でのステアリング操作時の安全性が向上する。

また、第１の実施の形態と同様、ステアリングホイール１０９の回転操作を小さな力で行うことができ、良好な操作性が得られるとともに、万一、コントローラ１３２、電磁弁３３等の電気系統に故障が生じても、ホイールローダのステアリング動作を確実に行うことができ、高い安全性を確保することができる。

なお、上記第２の実施の形態では、図６の補正係数演算部１３２ｃ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、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の境界の値を閾値として設定してもよい。これにより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、設定圧力は小さめの第１の値となるため、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、設定圧力は大きめの第２の値となるため、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。

本発明の第３の実施の形態を図７及び図８を用いて説明する。図中、図２及び図３に示したものと同等の部材には同じ符号を付している。本実施の形態は、車速に変え、オペレータの選択操作の入力値に応じてプライオリティバルブの設定圧力（ステアリングバルブ４のメータイン油路の前後差圧の目標値）を変更するようにしたものである。

図７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、図２に示した車速センサ３１に代え、メータリング選択操作装置２３１を備え、メータリング選択操作装置２３１の入力値に応じた操作信号がコントローラ２３２に入力され、コントローラ２３２は所定の演算処理を行い、電磁弁３３に制御電流を出力する。メータリング選択操作装置２３１は、例えばオペレータが操作するダイヤル２３１ａを備えており、このダイヤル２３１ａを回転させることにより、その回転量に比例した大きさの操作信号を出力する。

図８はコントローラ２３２の処理内容を示す機能ブロック図である。コントローラ２３２は、プライオリティバルブ設定圧力演算部２３２ａと、電磁弁出力圧力演算部２３２ｂと、制御電流演算部２３２ｃとを有している。

プライオリティバルブ設定圧力演算部２３２ａは、オペレータの選択操作に応じたプライオリティバルブ設定圧力を演算するものであり、メータリング選択操作装置２３１から操作信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの操作信号に対応する設定圧力を演算する。メモリのテーブルには、操作信号の値（操作量）が大きくなるにしたがって設定圧力が比例的に大きくなるよう、操作信号の値と設定圧力との関係が設定されている。ここで、演算部２３２ａで演算されるプライオリティバルブ設定圧力とは、上述したように、プライオリティバルブ７のバネ２５と受圧部２４ｃからなる設定手段に設定されるステアリングバルブ４の前後差圧の目標値を意味する。

電磁弁出力圧力演算部２３２ｂ及び制御電流演算部２３２ｃの処理機能は図３に示した第１の実施の形態の電磁弁出力圧力演算部３２ｂ及び制御電流演算部３２ｃの処理機能と同じである。

以上において、メータリング選択操作装置２３１は信号生成手段を構成し、コントローラ２３２と、電磁弁３３と、パイロット油路２９と、プライオリティバルブ７の受圧部２４ｃは、前記信号生成手段からの信号を入力し、この信号に応じてプライオリティバルブ７の設定手段（バネ２５と受圧部２４ｃ）に設定されるステアリングバルブ４の前後差圧の目標値を変更する制御手段を構成する。

以上のように構成した本実施の形態においては、高速走行するときは、メータリング選択操作装置２３１を小さめに操作すると、コントローラ２３２のプライオリティバルブ設定圧力演算部１３２ａにおいて、設定圧力として小さめの値が演算され、その値に応じた制御圧力がプライオリティバルブ７の受圧部２４ｃに導かれ、プライオリティバルブ７にステアリングバルブ４の前後差圧の目標値としてその値が設定される。プライオリティバルブ７はステアリングバルブ４の前後差圧をその目標値に保持されるよう制御する。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の回転操作に対する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、高速走行でのステアリング操作時の安全性が向上する。

一方、走行しながらフロント作業機１０１を操作するときは、メータリング選択操作装置２３１を大きめに操作すると、コントローラ２３２のプライオリティバルブ設定圧力演算部１３２ａにおいて、設定圧力として大きめの値が演算され、その値に応じた制御圧力がプライオリティバルブ７の受圧部２４ｃに導かれ、プライオリティバルブ７にステアリングバルブ４の前後差圧の目標値としてその値が設定される。プライオリティバルブ７はステアリングバルブ４の前後差圧をその目標値に保持されるよう制御する。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の回転操作に対する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。

また、第１の実施の形態と同様、ステアリングホイール１０９の回転操作を小さな力で行うことができ、良好な操作性が得られるとともに、万一、コントローラ２３２、電磁弁３３等の電気系統に故障が生じても、ホイールローダのステアリング動作を確実に行うことができ、高い安全性を確保することができる。

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。コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。本発明の第２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。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。本発明の第３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。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エンジン
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
５ステアリングユニット
６ａ，６ｂパイロット油路
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，２４ｃ受圧部
２５バネ
２６ａ，２６ｂアクチュエータ油路
２７，２８，２９パイロット油路
３１車速センサ（車速検出手段）（信号生成手段）
３２コントローラ
３２ａプライオリティバルブ設定圧力演算部
３２ｂ電磁弁出力圧力演算部
３２ｃ制御電流演算部
３３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
１３１フロント操作検出装置（フロント操作検出手段）（信号生成手段）
１３２コントローラ
１３２ａプライオリティバルブ設定圧力演算部
１３２ｂ電磁弁出力圧力演算部
１３２ｃ制御電流演算部
２３１メータリング選択操作装置（メータリング選択操作手段）（信号生成手段）
２３１ａダイヤル
２３２コントローラ
２３２ａプライオリティバルブ設定圧力演算部
２３２ｂ電磁弁出力圧力演算部
２３２ｃ制御電流演算部
３３２コントローラ
３３２ａ最大値選択部
３３２ｂ電磁弁出力圧力演算部
３３２ｃ制御電流演算部

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制御圧力を前記ステアリングバルブの操作部に導いて前記ステアリングバルブを切り換えるパイロット油路と、
前記油圧ポンプと前記ステアリングバルブとの間に配置され、前記ステアリングバルブの前後差圧の目標値を設定する設定手段を有し、前記ステアリングバルブの前後差圧を前記目標値に保持するよう制御することで、前記油圧ポンプから吐出される圧油を前記ステアリングシリンダに優先的に供給し、余剰流量を作業機を駆動する作業用アクチュエータに供給するプライオリティバルブと、
信号生成手段と、
前記信号生成手段からの信号を入力し、この信号に応じて前記プライオリティバルブの設定手段に設定される前記ステアリングバルブの前後差圧の目標値を変更する制御手段とを備え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記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記信号生成手段は車速検出手段であり、
前記制御手段は、前記車速検出手段の検出値を入力し、車速が増加するにしたがって前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値が小さくなるよう前記目標値を変更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記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記信号生成手段は、前記フロント作業機が操作されたかどうかを検出するフロント操作検出手段であり、
前記制御手段は、前記フロント操作検出手段の検出値を入力し、前記フロント作業機が操作されたときは、前記フロント作業機が操作されないときよりも前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値が大きくなるようを大きくするよう前記目標値を変更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記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記信号生成手段は、オペレータにより操作され、その操作量に応じた大きさの操作信号を出力するメータリング選択操作装置であり、
前記制御手段は、前記メータリング選択操作装置の操作信号を入力し、その操作信号の値に応じて前記プライオリティバルブの設定手段に設定される目標値を変更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記載の作業車両のステアリングシステムにおいて、
前記制御手段は、
制御電流により作動し、この制御電流に応じた制御圧力を出力する電磁弁と、
前記プライオリティバルブの設定手段に設けられ、前記制御圧力に応じて前記設定手段に設定される目標値を変更する受圧部と、
前記信号生成手段からの信号を入力し、この信号に応じた値を演算し、前記設定手段に前記目標値としてその値が設定されるよう前記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。