JPWO2008075568A1

JPWO2008075568A1 - 作業車両のステアリングシステム

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Publication number: JPWO2008075568A1
Application number: JP2008550099A
Authority: JP
Inventors: 中村　和則; 和則中村; 剛志中村; 石川　広二; 広二石川; 宏行東; 健太郎糸賀
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: EP2123541A4; JP5135228B2; EP2123541B1; CN101489853A; KR101382957B1; EP2123541A1; KR20090089786A; CN101489853B; US20090255750A1; US7891458B2; WO2008075568A1

Abstract

油圧ポンプ２とステアリングバルブ４との間に、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に優先的に供給するプライオリティバルブ７が配置されている。ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力を検出する圧力センサ３１を設け、コントローラ３２、電磁弁３３、パイロット油路２９、プライオリティバルブ７の受圧部２４ｃからなる制御手段により、その圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づいてプライオリティバルブ７に設定される目標値を補正する。これによりステアリング切り始めのショックを抑えることができる。

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）。

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。

実開平１−１５４９７４号公報特開平１０−４５０１４号公報

作業車両の一例として、例えばホイールローダにおいては、車体前部と車体後部の間に一対のステアリングシリンダを設け、このステアリングシリンダを伸縮させることによって車体後部に対して車体前部を左右方向に屈曲させ、走行時の操舵を行う構成となっている。車体前部には車体フレームで構成され、かつその前部にフロント作業機が設けられている。

例えばホイールローダ等の作業車両において、ステアリングホイールを回転操作してステアリングを切るとき、ステアリングシリンダに車体前部の重量が大きな負荷として作用する。このため上記特許文献１及び２に記載されるようなステアリングシステムにおいては、ステアリングの切り始めにステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がり、急にステアリングが切られてショックが発生する。このショックはステアリング切り始めの操作性を悪化させる。

また、ホイールローダなどの作業車両により行う作業には、走行しながらフロント作業機を操作する作業がある。このような作業を行うときにも、ステアリングの切り始めに負荷圧力が立ち上がり、ショックが発生すると、作業性が低下し、全体の操作フィーリングが悪化する。

本発明の目的は、ステアリング切り始めのショックを抑えることができる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、前記ステアリングシリンダの負荷圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づい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補正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、ステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、その負荷圧力を圧力検出手段により検出し、制御手段が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補正するため、負荷圧力の立ち上がりに応じてその目標値が小さくなるよう補正し、ステアリングバルブの前後差圧を同様に補正することが可能となり、これによりステアリングバルブの通過流量を減らし、ステアリングシリンダの負荷圧力の上昇を抑え、テアリング切り始めのショックを抑えることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記負荷圧力が予め定めた値より低いときは前記目標値が一定の値であり、前記負荷圧力が予め定めた値を超えると前記目標値が前記一定の値より小さくなるよう前記目標値を補正する。

これにより制御手段は、ステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、その負荷圧力の立ち上がりに応じてその目標値が小さくなるよう補正することができる。

（３）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、前記負荷圧力に基づい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演算し、前記設定手段にこの目標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、圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づいて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補正することができる。

（４）また、上記（３）において、好ましくは、前記コントローラは、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の補正値を演算し、この補正値を予め設定した値に加算し、前記目標値を演算する。

（５）更に、上記（３）において、好ましくは、前記コントローラは、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の補正係数を演算し、この補正係数を予め設定した値に掛け合わせ、前記目標値を演算する。

これによっても制御手段は、ステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、その負荷圧力の立ち上がりに応じてその目標値が小さくなるよう補正することができる。

本発明によれば、ステアリング切り始めのショックを抑え、ステアリング切り始めの操作性を良好にすることができる。

また、本発明によれば、走行しながらフロント作業機を操作する作業での作業性を向上し、かつ全体の操作フィーリングも良くすることができる。

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３はコントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。図４は加算部の演算結果である負荷圧力と制御目標値との関係を示す図である。図５は従来のステアリングシステムにおけるステアリング切り始めの負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。図６は本実施の形態のステアリングシステムにおけるステアリング切り始めの負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。図７は本発明の第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におけ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。図８は本発明の第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。

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圧力センサ
３２コントローラ
３２ａプライオリティバルブ目標値設定部
３２ｂ補正値演算部
３２ｃ加算部（プライオリティバルブ制御目標値演算部）
３２ｄ電磁弁出力圧力演算部
３２ｅ電磁弁制御電流演算部
３３電磁弁
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

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、パイロット油圧源であるパイロットポンプ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、パイロットポンプ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、パイロット油路２７に設置され、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力を検出する圧力センサ３１と、コントローラ３２と、電磁弁３３とを備えている。圧力センサ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目標値設定部３２ａと、補正値演算部３２ｂと、加算部（プライオリティバルブ制御目標値演算部）３２ｃと、電磁弁出力圧力演算部３２ｄと、電磁弁制御電流演算部３２ｅとを有している。

プライオリティバルブ初期目標値設定部３２ａは、プライオリティバルブ７のバネ２５と受圧部２４ｃとからなる設定手段に設定されるべき、ステアリングバルブ４の前後差圧の初期目標値Ｐ０を設定するものである。ここで、例えば、その初期目標値Ｐ０として、２０Ｋｇ／ｃｍ^２が設定される。

補正値演算部３２ｂは、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力に応じたプライオリティバルブ目標値の補正値ΔＰｍを演算するものであり、圧力センサ３１から検出信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの負荷圧力に対応する補正値ΔＰｍを演算する。メモリのテーブルには、負荷圧力が予め定めた圧力値Ｐｒよりも低いときは、補正値ΔＰｍは０であり、負荷圧力がその圧力値Ｐｒを超えると、負荷圧力が上昇するにしたがって補正値ΔＰｍが小さくなるよう（補正値が負の値となり、かつ負荷圧力が上昇するにしたがって補正値の絶対値が増加するよう）、負荷圧力と補正値ΔＰｍとの関係が設定されている。ここで、圧力値Ｐｒは、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの定常作動時の負荷圧力の平均値である（図５及び図６参照）。

加算部３２ｃはプライオリティバルブ制御目標値演算部であり、プライオリティバルブ初期目標値Ｐ０と補正値ΔＰｍとを加算し、プライオリティバルブ７の設定手段に設定されるべき制御目標値Ｐ１を演算する。

図４は、加算部３２ｃの演算結果である負荷圧力と制御目標値Ｐ１との関係を示す図である。負荷圧力が予め定めた圧力値Ｐｒよりも低いときは、制御目標値Ｐ１は初期目標値Ｐ０に等しく、負荷圧力がその圧力値Ｐｒを超えると、負荷圧力が上昇するにしたがって制御目標値Ｐ１は小さくなる。

電磁弁出力圧力演算部３２ｄは、加算部３２ｃで演算した制御目標値Ｐ１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、制御目標値が増大するにしたがって出力圧力が小さくなるよう、制御目標値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）を３０Ｋｇ／ｃｍ^２とすると、加算部３２ｃで演算された制御目標値が２０Ｋｇ／ｃｍ^２である場合は、電磁弁出力圧力演算部３２ｄでは１０Ｋｇ／ｃｍ^２の制御圧力が演算され、加算部３２ｃで演算された制御目標値が１５Ｋｇ／ｃｍ^２である場合は、電磁弁出力圧力演算部３２ｄでは１５Ｋｇ／ｃｍ^２の制御圧力が演算される。

電磁弁制御電流演算部３２ｅは、電磁弁出力圧力演算部３２ｄで求めた電磁弁３３の出力圧力を得るための電磁弁３３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、圧力センサ３１はステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力を検出する圧力検出手段であり、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、その圧力検出手段により検出した負荷圧力に基づいてプライオリティバルブ７の設定手段に設定される目標値を補正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図５及び図６を用いて説明する。
＜ステアリング動作＞
オペレータがステアリングホイール１０９を回転操作し、例えばメータリングバルブ１１をＡ位置に切り換えると、上記のように油路１７ａに絞り１８ａにより制御圧力が発生し、この制御圧力が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は、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。また、このとき、ステアリングバルブ４のメータイン油路の前後差圧は、プライオリティバルブ７により、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されるよう制御される。これによりステアリングシリンダ１０３ａのロッド側とステアリングシリンダ１０３ｂのボトム側にステアリングバルブ４により計量された流量の圧油が流入し、ホイールローダ１００の車体後部１０２に対し車体前部１０１が例えば左方向に屈曲し、ホイールローダ１００は左方向にステアリングが切られる。オペレータがステアリングホイール１０９を逆方向に回転操作し、メータリングバルブ１１をＢ位置に切り換えた場合は、逆にステアリングバルブ４は図示右側のＤ位置に切り換えられ、ステアリングシリンダ１０３ａのボトム側とステアリングシリンダ１０３ｂのロッド側に圧油が流入し、ホイールローダ１００の車体後部１０２に対し車体前部１０１が右方向に屈曲し、ホイールローダ１００は右方向にステアリングが切られる。
＜従来技術の動作＞
ところで、ステアリングホイール１０９を回転操作してステアリングを切るとき、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂに車体前部１０１の重量が大きな負荷として作用する。このため従来のステアリングシステムでは、ステアリングの切り始めにステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力が急峻に立ち上がり、急にステアリングが切られてショックが発生する。図５は、そのときの負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。このショックはステアリング切り始めの操作性を悪化させる。

また、ホイールローダ１０９により行う作業には、走行しながらフロント作業機１０１を操作する作業がある。このような作業を行うときにも、ステアリングの切り始めに負荷圧力が立ち上がり、ショックが発生すると、作業性が低下し、かつ全体の操作フィーリングが悪かった。
＜本実施の形態の動作＞
本実施の形態では、オペレータがステアリングホイール１０９を回転操作してステアリングを切るとき、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力を圧力センサ３１により検出し、この圧力センサ３１の検出信号をコントローラ３２の補正値演算部３２ｂに入力し、この補正値演算部３２ｂで負荷圧力に応じた補正値ΔＰｍを演算する。そして、加算部３２ｃにおいて、プライオリティバルブ初期目標値Ｐ０と補正値ΔＰｍとを加算して制御目標値Ｐ１を演算し、プライオリティバルブ７のバネ２５と受圧部２４ｃにより設定される目標値が制御目標値Ｐ１となるよう電磁弁３３に制御電流を出力し、電磁弁３３が出力した制御圧力を受圧部２４ｃに導く。

ここで、加算部３２ｃで演算された制御目標値Ｐ１は、図４に示したように、負荷圧力が予め定めた圧力値Ｐｒを超えると、負荷圧力が上昇するにしたがって小さくなる値である。このためステアリングの切り始めに、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力が急峻に立ち上がろうとするとき、それに応じて制御目標値Ｐ１は初期目標値Ｐ０よりも小さくなるよう補正され、プライオリティバルブ７のバネ２５と受圧部２４ｃにより設定される目標値も同様に小さくなる。これによりステアリングバルブ４の前後差圧が、同様に、初期目標値Ｐ０よりも小さい値に調整されるため、それに応じてステアリングバルブ４の通過流量が減り、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力の上昇が抑えられる。図６は、このような本実施の形態における負荷圧力の変化を示すタイムチャートである。

これにより本実施の形態においては、ステアリング切り始めのショックを抑えることができ、ステアリング切り始めの操作性を向上することができる。

また、走行しながらフロント作業機１０１を操作する作業を行うときにも、ステアリングの切り始めのショックが抑えられるので、作業性が向上し、かつ全体の操作フィーリングも良くすることができる。

本発明の他の実施の形態を説明する。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係わるコントローラの処理内容を示す、図３と同様な機能ブロック図である。図中、図３に示した部分と同等のものには同じ符号を付している。

本実施の形態において、コントローラは、プライオリティバルブ目標値設定部３２ａと、補正係数算部３２Ａｂと、乗算部（プライオリティバルブ制御目標値演算部）３２Ａｃと、電磁弁出力圧力演算部３２ｄと、電磁弁制御電流演算部３２ｅとを有している。

補正係数演算部３２Ａｂは、ステアリングシリンダ１０３ａ，１０３ｂの負荷圧力に応じたプライオリティバルブ目標値の補正係数Ｋｍを演算するものであり、圧力センサ３１から検出信号を入力し、これをメモリに記憶してあるテーブルに参照させ、そのときの負荷圧力に対応する補正係数Ｋｍを演算する。メモリのテーブルには、負荷圧力が予め定めた圧力値Ｐｒよりも低いときは、補正係数Ｋｍは１であり、負荷圧力がその圧力値Ｐｒを超えると、負荷圧力が上昇するにしたがって補正係数Ｋｍが小さくなるよう、負荷圧力と補正係数Ｋｍとの関係が設定されている。

乗算部３２Ａｃはプライオリティバルブ制御目標値演算部であり、プライオリティバルブ初期目標値Ｐ０と補正係数Ｋｍとを掛け合わせ、プライオリティバルブ７の設定手段に設定されるべき制御目標値Ｐ１を演算する。

本実施の形態の動作は第１の実施の形態と実質的に同じであり、本実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

図８は、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。図中、図１に示した部分と同等のものには同じ符号を付している。

本実施の形態に係わるステアリングシステムは、油路１７ａに絞り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、電磁弁３３ａ，３３ｂとを更に備えている。圧力センサ６ａ，６ｂの検出信号はコントローラ３２Ａに入力され、コントローラ３２Ａ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。また、コントローラ３２Ａは、圧力センサ３１の検出信号を入力し、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。その際の処理内容は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の図３及び図７に示すコントローラ３２の処理内容と同じであり、詳細な説明は省略する。

そして本実施の形態の動作は第１の実施の形態と実質的に同じであり、本実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

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圧力センサ
３２コントローラ
３２ａプライオリティバルブ目標値設定部
３２ｂ補正値演算部
３２ｃ加算部（プライオリティバルブ制御目標値演算部）
３２ｄ電磁弁出力圧力演算部
３２ｅ電磁弁制御電流演算部
３３電磁弁
３６ａ，３６ｂ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

本実施の形態に係わるステアリングシステムは、油路１７ａに絞り１８ａにより発生した圧力（制御圧力）を検出する圧力センサ３６ａと、油路１７ｂに絞り１８ｂにより発生した圧力（制御圧力）を検出する圧力センサ３６ｂと、電磁弁３３ａ，３３ｂとを更に備えている。圧力センサ３６ａ，３６ｂの検出信号はコントローラ３２Ａに入力され、コントローラ３２Ａ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。また、コントローラ３２Ａは、圧力センサ３１の検出信号を入力し、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。その際の処理内容は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の図３及び図７に示すコントローラ３２の処理内容と同じであり、詳細な説明は省略する。

Claims

油圧ポンプ（２）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（１０３ａ，１０３ｂ）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（４）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（１０９）とを備え、
前記ステアリングホイール（１０９）の回転方向と回転量に応じて前記ステアリングバルブ（４）を切り換え、前記ステアリングシリンダ（１０３ａ，１０３ｂ）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、
前記油圧ポンプ（２）と前記ステアリングバルブ（４）との間に配置され、前記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（２４ｃ，２５）を有し、前記ステアリングバルブ（４）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（２）から吐出される圧油を前記ステアリングシリンダ（１０３ａ，１０３ｂ）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（１１３，１１４）に供給するプライオリティバルブ（７）と、
前記ステアリングシリンダ（１０３ａ，１０３ｂ）の負荷圧力を検出する圧力検出手段（３１）と、
前記圧力検出手段（３１）により検出した負荷圧力に基づいて前記プライオリティバルブ（７）の設定手段に設定される目標値を補正する制御手段（３２，３２Ａ，３３，２９，２４ｃ）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、
前記制御手段（３２，３２Ａ，３３，２９，２４ｃ）は、前記負荷圧力が予め定めた値（Ｐｒ）より低いときは前記目標値（Ｐ１）が一定の値（Ｐ０）であり、前記負荷圧力が予め定めた値（Ｐｒ）を超えると前記目標値（Ｐ１）が前記一定の値（Ｐ０）より小さくなるよう前記目標値（Ｐ１）を補正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（３２，３２Ａ，３３，２９，２４ｃ）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（３３）と、
前記プライオリティバルブ（７）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（２４ｃ）と、
前記負荷圧力に基づい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演算し、前記設定手段にこの目標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（３２，３２Ａ）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（３２，３２Ａ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ）は、前記プライオリティバルブ（７）の設定手段に設定される目標値の補正値（ΔＰｍ）を演算し、この補正値（ΔＰｍ）を予め設定した値（Ｐ０）に加算し、前記目標値（Ｐ１）を演算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（３２，３２Ａ，３２ａ，３２Ａｂ，３２Ａｃ，３２ｄ，３２ｅ）は、前記プライオリティバルブ（７）の設定手段に設定される目標値の補正係数（Ｋｍ）を演算し、この補正係数（Ｋｍ）を予め設定した値（Ｐ０）に掛け合わせ、前記目標値（Ｐ１）を演算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。