JPH1045014A - ステアリングホイール操作角可変のステアリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業車両の走行時、実作業時のいずれにも適
合するようにステアリングホイール操作角を調整可能と
し、ステアリング操作性を向上させる。 【解決手段】 ステアリングホイール８の操作角をポテ
ンショメータ９が検出し、検出値Ｖi をコントローラ１
１に入力する。コントローラ１１はソレノイドバルブ７
に指令信号Ｖo を出力し、ソレノイドバルブ７を介して
ステアリングバルブ４に導かれるパイロット圧によりス
テアリングバルブ４が作動して、ステアリングシリンダ
１、２を駆動する。Ｖo ／Ｖi のゲインを複数種類設定
し、切換スイッチ１０のＯＮ−ＯＦＦ操作により前記ゲ
インを選択可能とする。これにより、高速走行時はＶo
／Ｖi の比が小さくて安全な走行ができ、実作業時はＶ
o ／Ｖi の比を大きくし、ステアリングホイール操作角
が小さくても大きな転舵角が得られるようにして運転者
の疲労を軽減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両のステアリン
グ装置に係り、特に装輪式作業車両におけるステアリン
グホイール操作角可変のステアリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バケット、フォーク等の作業機を有し、
ダンプトラック、ホッパ等に荷を積み込むことが可能な
装輪式作業車両は多々あるが、例えば、ホイールローダ
は、揺動自在のブーム先端に装着したバケットを用いて
地山を掘削したり、掘削した土砂等をダンプトラック等
に積み込む作業、あるいは土砂等を作業現場内の所定の
場所に運搬するロードアンドキャリー作業等に使用され
ている。積み込み作業において、バケットに土砂等をす
くい込み、後進しつつステアリング操作を行い、バケッ
トを上昇させつつ前進してダンプトラックに土砂等を積
み込んだ後、後進しつつステアリング操作を行い、バケ
ットを下降させつつ前進して土砂等をすくい込むような
場合は、比較的狭い特定の作業区域内で頻繁にステアリ
ング操作が行われる。

【０００３】機械的な操向手段を用いた装輪式作業車両
の場合、一般的に、ステアリングホイールを取着したス
テアリングシャフトの先端に、直接、回転式油圧バルブ
またはギヤボックスが取り付けられている。ステアリン
グホイールを回転させると、回転式油圧バルブまたはギ
ヤボックス内のギヤが作動し、操向車輪を転舵させる。
一方、電気信号による操向手段の場合は、ステアリング
ホイールの回転角をポテンショメータ等の検出手段で検
出し、その検出信号がコントローラに入力されると、コ
ントローラはソレノイドバルブを制御し、転舵手段を駆
動するアクチュエータに圧油を供給する油圧バルブがソ
レノイドバルブによって作動する。そして、ステアリン
グホイールの回転角に比例した転舵角が得られるように
なっている。アーティキュレートタイプの作業車両の場
合は、アクチュエータの作動により車体フレームが屈曲
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、作業車両の
ステアリング操作は、実作業時と高速走行時とで大きく
異なる。例えば、ホイールローダの場合には、掘削作
業、積み込み作業等は特定の作業区域の中でステアリン
グ操作を繰り返しながら行われることが多く、低速で走
行する。一方、作業現場内の移動や道路走行の場合は、
実作業時に比べてステアリング操作頻度が少なく、ステ
アリングホイールの操作角も小さい。また、高速で走行
することが多い。

【０００５】しかしながら、上記従来の作業車両におい
ては、操向車輪の操向角（アーティキュレートタイプの
車両においては前後のフレームの屈曲角）、すなわち転
舵角と、ステアリングホイールの操作角、すなわち操舵
角との比は、操舵角の大小にかかわらず一定である。こ
のため、次のような問題がある。 （１）転舵角／操舵角の比率を大きく設定すると、小さ
な操舵角で大きな転舵角が得られるため、ステアリング
操作頻度の高い実作業においては運転者の疲労が少な
く、有利であるが、実作業時と同一の運転感覚で高速走
行をすると車両が急激に旋回するため、極めて危険であ
る。 （２）高速走行時を基準として転舵角／操舵角の比率を
小さく設定すると、実作業時に大きな操舵角を必要とす
るため、操作性が悪くなり作業がやりにくくなるととも
に、オペレータの疲労が多くなる。

【０００６】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、ステアリングホイール操作角を走行時、実
作業時のいずれにも適合するように調整可能とし、ステ
アリング操作性を向上させることができるステアリング
装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るステアリングホイール操作角可変のス
テアリング装置は、ステアリングホイールを操作した操
舵角に応じて操向車輪を転舵させる転舵角をアクチュエ
ータにより出力し、車両を旋回するステアリング装置に
おいて、ステアリングホイールによる操舵角入力信号に
基づいて車両の転舵角出力信号のゲインを制御する制御
手段と、前記転舵角／操舵角のゲインの大きさを選択す
る切換スイッチとを設けた構成とする。上記構成によ
り、ステアリングホイールの操作角すなわち操舵角の検
出信号が制御手段に入力されると、制御手段は前記入力
信号に対応する転舵角が得られるように、転舵手段に対
して指令信号を出力する。そこで、前記制御手段ととも
に切換スイッチを設けておけば、制御手段に記憶させて
おいた、例えば、２種類の転舵角／操舵角ゲインを切り
換えて出力することができる。これにより、作業車両の
走行時、実作業時のそれぞれに合わせてステアリングホ
イール操作角を調整できるようにしたので、いずれの場
合においても小さなステアリング操作角で所望の旋回を
行うことが容易となる。このため、高速走行時には通常
の車両と同等のステアリング操作感覚で安全に走行する
ことができる。また、小さな旋回半径を要求される実作
業時には僅かなステアリング操作で大きな転舵角が得ら
れるため、ステアリング操作を繰り返し行っても運転者
の疲労が軽く、作業能率を向上させることができる。

【０００８】上記構成において本発明のステアリング装
置は、転舵角／操舵角のゲインの大きさを、切換スイッ
チのＯＮ−ＯＦＦ操作により選択可能としている。これ
により、実作業から高速走行への切り換え、または高速
走行から実作業への切り換え時に切換スイッチをＯＮ−
ＯＦＦ操作するだけで制御手段が出力する電圧が変わ
り、アクチュエータの作動量を変える。これにより、走
行条件に適合したステアリング操作角が得られる。

【０００９】また、切換スイッチの操作により複数の転
舵角／操舵角のゲインを選択可能としてもよい。これに
より、制御手段にたとえば３種類以上の転舵角／操舵角
ゲインを記憶させ、これに対応する切換スイッチを設け
れば、切換スイッチの操作だけで最適のステアリング操
作角が得られる。

【００１０】更に、切換スイッチの操作により複数の転
舵角／操舵角のゲインを連続的に変更可能としてもよ
い。これにより、複数種類の転舵角／操舵角のゲインを
制御手段に記憶させておき、切換スイッチを操作すれば
操舵角の検出信号の変化に応じて前記ゲインを連続的に
変えることもできる。操舵角が小さいときは転舵角／操
舵角のゲインを比較的小さく設定し、操舵角の増大に伴
って前記ゲインを増加させるように設定しておけば、運
転者は常に小さいステアリングホイール操作角で作業車
両を運転することができる。この方式は、走行条件の変
化に合わせてそのつど切換スイッチを操作する必要がな
い。

【００１１】

【発明の実施の形態および実施例】次に、本発明に係る
ステアリングホイール操作角可変のステアリング装置の
実施例について、アーティキュレートタイプのホイール
ローダを例にとり、図面を参照して説明する。図１は、
前記ホイールローダの全体の油圧回路からステアリング
装置関係の油圧回路のみを取り出し、説明用としてまと
めたものである。同図において、ステアリングシリンダ
１、２と油圧ポンプ３とを結ぶ管路上にステアリングバ
ルブ４、絞り弁５が設置され、ステアリングバルブ４の
両端とパイロットポンプ６とを結ぶパイロット管路上に
電磁比例流量制御弁（以下ソレノイドバルブという）７
が設置されている。また、ステアリングホイール８には
ポテンショメータ９が付設され、ポテンショメータ９は
ステアリングホイール８の操作角（操舵角）を検出す
る。このポテンショメータ９の出力配線と、転舵角／操
舵角のゲインの大きさを選択する切換スイッチ１０の出
力配線とはコントローラ１１に接続され、コントローラ
１１の出力配線は前記ソレノイドバルブ７の両端にそれ
ぞれ接続されている。ポテンショメータ９は、例えば、
図２に示すように、ステアリングホイールの操作角に比
例した電圧Ｖi をコントローラ１１に入力する。図２
は、横軸にステアリングホイールの操作角を、縦軸に電
圧Ｖi を取り、ステアリングホイールの操作角に応じて
実線の電圧Ｖi がコントローラ１１に入力される。

【００１２】ステアリングシリンダ１、２は、図示しな
いフロントフレームとリヤフレームとの間に架設され、
一側はフロントフレームに、他側はリヤフレームに取着
されている。ステアリングシリンダ１、２は、ステアリ
ングバルブ４、絞り弁５を介して、油圧ポンプ３からの
圧油を受け、一側のステアリングシリンダのヘッド側と
他側のステアリングシリンダのボトム側とに圧油が供給
されることにより、フロントフレームとリヤフレームと
の連結部で屈曲する。

【００１３】運転者は切換スイッチ１０を操作すること
により、作業内容に適した転舵角／操舵角のゲインの大
きさを選択することができる。図３は、切換スイッチ１
０をＯＦＦ（切り）、あるいは、ＯＮ（接続）したと
き、ポテンショメータからコントローラ１１に入力され
る電圧Ｖi と、ソレノイドバルブに対してコントローラ
１１が出力する電圧Ｖo との関係、すなわち転舵角／操
舵角のゲインの変化の一例を示す。図中において、横軸
にコントローラ１１への入力電圧Ｖi を、縦軸にコント
ローラ１１からの出力電圧Ｖo を取っている。図中、実
線は切換スイッチＯＦＦ時、点線は切換スイッチＯＮ時
を示す。例えば、入力電圧Ｖi ａ時に対して、切換スイ
ッチＯＦＦ時におけるソレノイドバルブへの出力ゲイン
Ｖｏｆは、切換スイッチＯＮ時の出力ゲインＶｏｏより
点線のように大きい電圧を出力する。

【００１４】切換スイッチ１０をＯＮにした場合には、
転舵角／操舵角のゲインの大きさは、ホイールローダが
作業現場において頻繁にステアリング操作を繰り返しつ
つ積み込み作業等を行う場合に適した値である。すなわ
ち、転舵角／操舵角の比率が大きく、僅かなステアリン
グ操作角で大きな転舵角が得られるように設定されてい
る。このようにすると、僅かなステアリング操作角で大
きな転舵角が得られるので、従来、操作角の大きなステ
アリング操作を繰り返し行っていた実作業においても、
運転者の疲労が大幅に低減される。限定された作業区域
内での繰り返し作業では旋回半径をそのつど変える必要
はなく、転舵角はほぼ一定に維持されるため、転舵角／
操舵角の比率を大きくしても危険はない。

【００１５】一方、切換スイッチ１０をＯＦＦにした場
合には、転舵角／操舵角のゲインの大きさは、バケット
に土砂等をすくい込んだ後、所定の距離を走行して運搬
するロードアンドキャリー作業や、作業現場間の移動、
一般道路の走行等に適した比率に設定されている。すな
わち、転舵角／操舵角の比率が小さく、大きなステアリ
ング操作角で小さな転舵角が得られるように設定されて
いる。

【００１６】上記切換スイッチの操作によって選択する
転舵角／操舵角のゲインは２段階であるが、これをたと
えば３段階ないし４段階に設定することも可能である。
図４は本発明の第２実施例を示すもので、ゲインの選択
は押しボタンスイッチの操作による。図４（ａ）は、転
舵角／操舵角のゲインが４段階に設定され、それぞれの
ゲインの押しボタンスイッチ２１，２２，２３，２４が
設けられている。運転者は所望のゲインに相当する押し
ボタンスイッチを選択して押せばよい。任意の押しボタ
ンスイッチを押すと、それ以前に押された押しボタンス
イッチはＯＦＦとなる。また、図４（ｂ）は、１個の押
しボタンスイッチ２５と表示窓２６とが設けられ、スイ
ッチを押した回数によって所望のゲインを選択する方式
である。例えば、押しボタンスイッチ２５を１回押せば
第１のゲイン、２回ならば第２のゲインが選択される。
運転者は表示窓２６に現れる表示を確認しながら押しボ
タンスイッチ２５を押して所望のゲインを選択すること
ができる。

【００１７】本発明の第３実施例は、例えば、切換スイ
ッチを１回操作することにより、転舵角／操舵角のゲイ
ンを操舵角の増大に伴って自動的に変えられるようにし
たものである。図５に実線で示した方式は２種類のゲイ
ンが組み合わされ、コントローラ１１への入力電圧Ｖi
が小さいときはコントローラ１１の出力電圧Ｖo も小さ
いが、操舵角すなわち入力電圧Ｖi が設定値を超えると
出力電圧Ｖo は急速に大きくなる。また、図５に点線で
示した方式は３種類以上のゲインを組み合わせて設定
し、ステアリングホイール操作角の増大につれてＶo ／
Ｖi のゲインを連続的に漸増させる方式である。この場
合、コントローラ１１への入力電圧Ｖi に対するソレノ
イドバルブへの出力電圧Ｖo の増加は、放物線に近似す
る曲線となる。前記いずれの方式においても、切換スイ
ッチをＯＦＦにするとＶo ／Ｖi のゲインが小さくな
り、高速走行に適したステアリングホイール操作角が得
られる。

【００１８】第３実施例の方式では、ステアリングホイ
ールの操作角が小さいうちは高速走行に適したステアリ
ング感覚が得られる。図５に実線で示した方式ではステ
アリングホイール操作角が設定値を超えると転舵角／操
舵角の比率が増大し、点線で示した方式ではステアリン
グホイール操作角の増大に伴って転舵角／操舵角の比率
が漸増するので、ステアリングホイールの操作角を僅か
に大きくするだけで旋回半径を十分に小さくすることが
できる。このため、旋回半径の異なる実作業を連続して
行う場合、そのつどケイン変更のための操作を必要とせ
ず、ステアリングホイールの操作角を僅かに変えればよ
いため、極めて便利である。

【００１９】上記実施例はいずれも切換スイッチによっ
てゲインを切り換えていたが、車両の走行速度により、
ゲインを切り換えても良い。第４実施例の方式では走行
速度により切り換える例を示す。例えば、車両の走行装
置３１に走行速度を検出する速度センサ３２を装着し、
その信号をコントローラ１１に入力する。コントローラ
は、その走行速度に応じて、図５の点線に示すように連
続的出力電圧を変化させても良い。

【００２０】上記の各実施例はステアリングホイールの
操作角を可変にするものであるが、近年普及しているジ
ョイスティックステアリングシステムに対して本発明を
適用してもよい。ジョイスティックステアリングシステ
ムは、ステアリングホイールとは別にジョイスティック
によるレバー操作でもステアリング操作が可能なシステ
ムで、ステアリングホイールよりも操作角および操作力
が小さいため、ステアリング操作による運転者の疲労を
軽減させる。ただし、通常はジョイスティックに対する
転舵角／操舵角のゲインが１種類に限られているので、
これを複数種類とし、切換スイッチ操作によりゲインを
変更するか、または自動的に変更することにより、更に
操作性の良いジョイスティックステアリングシステムと
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステアリング装置関係の油圧回路図である。

【図２】ステアリングホイール操作角とポテンショメー
タ出力電圧との関係を示す図である。

【図３】本発明の第１実施例におけるコントローラ入力
電圧と出力電圧との関係を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例におけるゲイン選択手段を
示す図である。

【図５】本発明の第３実施例におけるコントローラ入力
電圧と出力電圧との関係を示す図である。

【符号の説明】

１，２ ステアリングシリンダ ４ ステアリングバルブ ７ 電磁比例流量制御弁（ソレノイドバルブ） ８ ステアリングホイール ９ ポテンショメータ １０ 切換スイッチ １１ コントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールを操作した操舵角
   に応じて操向車輪を転舵させる転舵角をアクチュエータ
   により出力し、車両を旋回するステアリング装置におい
   て、 ステアリングホイールによる操舵角入力信号に基づいて
   車両の転舵角出力信号のゲインを制御する制御手段と、
   前記転舵角／操舵角のゲインの大きさを選択する切換ス
   イッチとを設けたことを特徴とするステアリングホイー
   ル操作角可変のステアリング装置。
2. 【請求項２】 転舵角／操舵角のゲインの大きさを、切
   換スイッチのＯＮ−ＯＦＦ操作により選択可能としたこ
   とを特徴とする請求項１記載のステアリングホイール操
   作角可変のステアリング装置。
3. 【請求項３】 切換スイッチの操作により複数の転舵角
   ／操舵角のゲインを選択可能としたことを特徴とする請
   求項１記載のステアリングホイール操作角可変のステア
   リング装置。
4. 【請求項４】 切換スイッチの操作により複数の転舵角
   ／操舵角のゲインを連続的に変更可能としたことを特徴
   とする請求項１記載のステアリングホイール操作角可変
   のステアリング装置。