KR20090089786A - 작업 차량의 스티어링 시스템 - Google Patents

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KR20090089786A
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가즈노리 나까무라
쯔요시 나까무라
고오지 이시까와
히로유끼 아즈마
겐따로오 이또가
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
티씨엠 가부시키가이샤
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Abstract

유압 펌프(2)와 스티어링 밸브(4) 사이에 스티어링 밸브(4)의 미터인(meter-in) 유로의 전후 차압을 목표값으로 유지하도록 제어함으로써 유압 펌프(2)로부터 토출되는 압유를 스티어링 실린더(103a, 103b)로 우선적으로 공급하는 프라이오리티 밸브(7)가 배치되어 있다. 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력을 검출하는 압력 센서(31)를 설치하고, 컨트롤러(32), 전자기 밸브(33), 파일럿 유로(29), 프라이오리티 밸브(7)의 수압부(24c)로 이루어지는 제어 수단에 의해 그 압력 검출 수단에 의해 검출한 부하 압력에 기초하여 프라이오리티 밸브(7)에 설정되는 목표값을 보정한다. 이에 의해 스티어링을 꺾기 시작할 때의 쇼크를 억제할 수 있다.
작업용 유압 회로, 컨트롤러, 원동기, 레귤레이터, 파일럿 유로

Description

작업 차량의 스티어링 시스템{STEERING SYSTEM FOR WORKING VEHICLE}
본 발명은 휠 로더 등의 작업 차량의 스티어링 시스템에 관한 것이다.
휠 로더 등의 작업 차량의 스티어링 시스템은 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 스티어링 실린더와, 유압 펌프로부터 스티어링 실린더로 공급되는 압유의 방향과 유량을 제어하는 스티어링 밸브를 구비하고, 스티어링 휠(핸들)의 회전 방향과 회전량에 따라 스티어링 밸브를 절환하여 스티어링 실린더를 구동 제어하고 있다. 이 경우, 스티어링 휠(핸들)의 회전 방향과 회전량에 따른 스티어링 밸브의 절환은 오비트 롤(상품명)이라고 불리는 유압 스티어링 유닛을 사용하여 행하고 있다. 여기서, 그 유압 스티어링 유닛은 스티어링 휠의 회전 조작에 연동하여 동작하는 유압 밸브와 유압 모터를 갖고, 그 회전량과 회전 방향에 따른 유량의 유압을 발생시키는 구성으로 되어 있다.
이러한 작업 차량의 스티어링 시스템에 있어서는, 통상 유압 스티어링 유닛을 메인 회로에 배치하고, 스티어링 휠에 의해 스티어링 밸브를 조작하여 스티어링 실린더를 구동 제어하고 있다. 이 경우, 유압 스티어링 유닛의 유압 밸브가 스티어링 밸브로서 배치되고, 유압 밸브 유닛에서 발생한 유압이 직접 스티어링 실린더로 유도된다.
이러한 통상의 작업 차량의 스티어링 시스템에 대하여, 유압 스티어링 유닛을 스티어링 밸브의 조작계로서 사용하여 스티어링 휠의 회전 조작을 간단히(작은 힘으로) 행할 수 있도록 한 것이 알려져 있다(예를 들어 특허 문헌1).
한편, 스티어링 밸브의 조작계를 컨트롤러와 전자기 밸브를 포함하는 전기·유압적인 스티어링 유닛에 의해 구성하고, 스티어링 밸브의 절환을 전기·유압적으로 행하는 것도 알려져 있다(예를 들어 특허 문헌2). 이것에서는 스티어링 휠의 회전 조작각(조타각)을 포텐시오미터로 검출하고, 이 검출값을 컨트롤러에 입력한다. 컨트롤러는 그 검출값에 따른 지령 신호(전기 신호)를 전자기 밸브에 출력하고, 전자기 밸브는 그 지령 신호에 따른 제어 압력을 출력한다. 이 제어 압력은 스티어링 밸브의 유압 절환부(수압부)로 유도되어 스티어링 밸브를 절환한다.
특허 문헌1 : 일본 실용신안 공개평1-154974호 공보
특허 문헌2 : 일본 특개평10-45014호 공보
작업 차량의 일례로서, 예를 들어 휠 로더에 있어서는 차체 전방부와 차체 후방부 사이에 한 쌍의 스티어링 실린더를 설치하고, 이 스티어링 실린더를 신축 시킴으로써 차체 후방부에 대하여 차체 전방부를 좌우 방향으로 굴곡시켜, 주행 시의 조타를 행하는 구성으로 되어 있다. 차체 전방부에는 차체 프레임으로 구성되고, 또한 그 전방부에 프론트 작업기가 설치되어 있다.
예를 들어 휠 로더 등의 작업 차량에 있어서, 스티어링 휠을 회전 조작하여 스티어링을 꺾을 때, 스티어링 실린더에 차체 전방부의 중량이 큰 부하로서 작용한다. 이 때문에 상기 특허 문헌1 및 2에 기재된 바와 같은 스티어링 시스템에 있어서는 스티어링을 꺾기 시작할 때에 스티어링 실린더의 부하 압력이 급격하게 상승하여, 갑자기 스티어링이 꺾어져 쇼크가 발생한다. 이 쇼크는 스티어링을 꺾기 시작할 때의 조작성을 악화시킨다.
또한, 휠 로더 등의 작업 차량에 의해 행하는 작업에는 주행하면서 프론트 작업기를 조작하는 작업이 있다. 이러한 작업을 행할 때에도 스티어링을 꺾기 시작할 때에 부하 압력이 상승하여 쇼크가 발생하면 작업성이 저하되어 전체적인 조작 필링이 악화된다.
본 발명의 목적은 스티어링을 꺾기 시작할 때의 쇼크를 억제할 수 있는 작업 차량의 스티어링 시스템을 제공하는 것이다．
(1) 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 스티어링 실린더와, 상기 유압 펌프로부터 상기 스티어링 실린더로 공급되는 압유의 방향과 유량을 제어하는 스티어링 밸브와, 오퍼레이터에 의해 회전 조작되는 스티어링 휠을 구비하고, 상기 스티어링 휠의 회전 방향과 회전량에 따라 상기 스티어링 밸브를 절환하여 상기 스티어링 실린더를 구동 제어하는 작업 차량의 스티어링 시스템에 있어서, 상기 유압 펌프와 상기 스티어링 밸브 사이에 배치되어, 상기 스티어링 밸브의 전후 차압의 목표값을 설정하는 설정 수단을 갖고, 상기 스티어링 밸브의 전후 차압을 상기 목표값으로 유지하도록 제어함으로써 상기 유압 펌프로부터 토출되는 압유를 상기 스티어링 실린더로 우선적으로 공급하고, 잉여 유량을 작업기를 구동하는 작업용 액추에이터로 공급하는 프라이오리티(priority) 밸브와, 상기 스티어링 실린더의 부하 압력을 검출하는 압력 검출 수단과, 상기 압력 검출 수단에 의해 검출한 부하 압력에 기초하여 상기 프라이오리티 밸브의 설정 수단에 설정되는 목표값을 보정하는 제어 수단을 구비하는 것으로 한다.
이렇게 구성한 본 발명에 있어서는, 스티어링을 꺾기 시작할 때에, 스티어링 실린더의 부하 압력이 급격하게 상승하려고 할 때 그 부하 압력을 압력 검출 수단에 의해 검출하여 제어 수단이 프라이오리티 밸브의 설정 수단에 설정되는 목표값을 보정하기 때문에 부하 압력의 상승에 따라 그 목표값이 작아지도록 보정하여 스티어링 밸브의 전후 차압을 마찬가지로 보정하는 것이 가능해지며, 이에 의해 스티어링 밸브의 통과 유량을 줄여 스티어링 실린더의 부하 압력의 상승을 억제하여 스티어링을 꺾기 시작할 때의 쇼크를 억제할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 제어 수단은, 상기 부하 압력이 미리 정한 값보다 낮을 때는 상기 목표값이 일정한 값이며, 상기 부하 압력이 미리 정한 값을 초과하면 상기 목표값이 상기 일정한 값보다 작아지도록 상기 목표값을 보정한다.
이에 의해 제어 수단은 스티어링을 꺾기 시작할 때에 스티어링 실린더의 부하 압력이 급격하게 상승하려고 할 때 그 부하 압력의 상승에 따라 그 목표값이 작아지도록 보정할 수 있다.
(3) 또한, 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 제어 수단은 제어 전류에 의해 작동하고, 이 제어 전류에 따른 제어 압력을 출력하는 전자기 밸브와, 상기 프라이오리티 밸브의 설정 수단에 설치되고, 상기 제어 압력에 따라 상기 설정 수단에 설정되는 목표값을 변경하는 수압부와, 상기 부하 압력에 기초하여 상기 프라이오리티 밸브의 설정 수단에 설정되는 목표값을 연산하여 상기 설정 수단에 이 목표값이 설정되도록 상기 전자기 밸브에 상기 제어 전류를 출력하는 컨트롤러를 갖는다.
이에 의해 제어 수단은 압력 검출 수단에 의해 검출한 부하 압력에 기초하여 프라이오리티 밸브의 설정 수단에 설정되는 목표값을 보정할 수 있다.
(4) 또한, 상기 (3)에 있어서, 바람직하게는 상기 컨트롤러는 상기 프라이오리티 밸브의 설정 수단에 설정되는 목표값의 보정값을 연산하고 이 보정값을 미리 설정한 값에 가산하여 상기 목표값을 연산한다.
이에 의해 제어 수단은 스티어링을 꺾기 시작할 때에 스티어링 실린더의 부하 압력이 급격하게 상승하려고 할 때 그 부하 압력의 상승에 따라 그 목표값이 작아지도록 보정할 수 있다.
(5) 또한, 상기 (3)에 있어서, 바람직하게는 상기 컨트롤러는 상기 프라이오리티 밸브의 설정 수단에 설정되는 목표값의 보정 계수를 연산하고 이 보정 계수를 미리 설정한 값에 승산하여 상기 목표값을 연산한다.
이에 의해서도 제어 수단은 스티어링을 꺾기 시작할 때에 스티어링 실린더의 부하 압력이 급격하게 상승하려고 할 때 그 부하 압력의 상승에 따라 그 목표값이 작아지도록 보정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스티어링을 꺾기 시작할 때의 쇼크를 억제하여 스티어링을 꺾기 시작할 때의 조작성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 주행하면서 프론트 작업기를 조작하는 작업에 의한 작업성을 향상시키고, 또한 전체적인 조작 필링도 좋게 할 수 있다.
도1은 본 발명이 적용되는 작업 차량의 일례로서 휠 로더의 외관을 도시하는 도면이다.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 작업 차량의 스티어링 시스템을 도시하는 도면이다.
도3은 컨트롤러의 처리 내용을 도시하는 기능 블럭도이다.
도4는 가산부의 연산 결과인 부하 압력과 제어 목표값의 관계를 나타내는 도면이다.
도5는 종래의 스티어링 시스템에 있어서의 스티어링을 꺾기 시작할 때의 부하 압력의 변화를 나타내는 타임차트이다.
도6은 본 실시 형태의 스티어링 시스템에 있어서의 스티어링을 꺾기 시작할 때의 부하 압력의 변화를 나타내는 타임차트이다.
도7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 작업 차량의 스티어링 시스템에 있어서의 컨트롤러의 처리 내용을 도시하는 기능 블럭도이다.
도8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 작업 차량의 스티어링 시스템을 도시하는 도면이다.
<부호의 설명>
1 : 엔진
2 : 유압 펌프
2a : 가변 용량 제어 장치
4 : 스티어링 밸브
5 : 스티어링 유닛
6a, 6b : 파일럿 유로
7 : 프라이오리티 밸브
7a : 입구 포트
7b : 제1 출구 포트
7c : 제2 출구 포트
11 : 미터링 밸브
12 : 지로터
17a, 17b : 유로
18a, 18b : 스로틀
24a, 24b, 24c : 수압부
25 : 스프링
26a, 26b : 액추에이터
27, 28, 29 : 파일럿 유로
31 : 압력 센서
32 : 컨트롤러
32a : 프라이오리티 밸브 목표값 설정부
32b : 보정값 연산부
32c : 가산부(프라이오리티 밸브 제어 목표값 연산부)
32d : 전자기 밸브 출력 압력 연산부
32e : 전자기 밸브 제어 전류 연산부
33 : 전자기 밸브
100 : 휠 로더
101 : 차체 전방부
102 : 차체 후방부
103a, 103b : 스티어링 실린더
104 : 프론트 작업기
106 : 운전실
107 : 후륜
108 : 운전석
109 : 스티어링 휠
110 : 조작 레버 장치
111 : 버킷
112 : 리프트 아암
113 : 버킷 실린더
114 : 아암 실린더
121 : 작업용 유압 회로
이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면을 사용하여 설명한다.
도1은 본 발명이 적용되는 작업 차량의 일례로서 휠 로더의 외관을 도시하는 도면이다.
도1에 있어서, 참조 부호 100은 휠 로더이며, 휠 로더(100)는 차체 전방부(101)와 차체 후방부(102)를 갖고, 차체 전방부(101)와 차체 후방부(102)는 한 쌍의 스티어링 실린더(103a, 103b)(도2 참조)에 의해 차체 후방부(102)에 대하여 차체 전방부(101)의 방향이 바뀌도록 상대 회전 가능하게 연결되어 있다. 차체 전방부(101)에는 프론트 작업기(104)와 전륜(105)이 설치되고, 차체 후방부(102)에는 운전실(106)과 후륜(107)이 설치되어 있다. 운전실(106)에는 운전석(108), 스티어링 휠(109), 조작 레버 장치(110)나, 액셀러레이터 페달, 인칭 페달(도시하지 않음) 등의 조작 수단이 마련되어 있다. 프론트 작업기(104)는 버킷(111)과 리프트 아암(112)으로 이루어지고, 버킷(111)은 버킷 실린더(114)의 신축에 의해 틸트 덤프 동작하고, 리프트 아암(112)은 아암 실린더(113)의 신축에 의해 상하로 동작한다.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 작업 차량의 스티어링 시스템을 도시하는 도면이다.
도2에 있어서, 본 실시 형태에 따른 스티어링 시스템은 원동기(디젤 엔진)(1)와, 이 원동기에 의해 구동되는 가변 용량 제어 장치(레귤레이터)(2a)를 구비 한 유압 펌프(2)와, 이 유압 펌프(2)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 상기 한 쌍의 스티어링 실린더(103a, 103b)와, 유압 펌프(2)로부터 스티어링 실린더(103a, 103b)로 공급되는 압유의 방향과 유량을 제어하는 스티어링 밸브(4)와, 스티어링 휠(109)이 연결되어 스티어링 휠(109)의 회전 조작에 의해 동작하고, 파일럿 유압원인 파일럿 펌프(13)의 압유에 기초하여 스티어링 휠(109)의 회전량과 회전 방향에 따른 제어 압력을 발생시키는 유압 스티어링 유닛(5)과, 유압 스티어링 유닛(5)에서 발생한 제어 압력을 스티어링 밸브(4)의 수압부(4a, 4b)로 유도하는 파일럿 유로(6a, 6b)와, 유압 펌프(2)와 스티어링 밸브(4) 사이에 배치되고, 스티어링 밸브(4)의 미터인(meter-in) 유로의 전후 차압을 목표값(후술)으로 유지하도록 제어함으로써 유압 펌프(2)로부터 토출되는 압유를 스티어링 실린더(103a, 103b)로 우선적으로 공급하고, 유압 펌프(2)로부터 토출되는 압유의 잉여 유량을 작업용 유압 회로(121)로 공급하는 프라이오리티 밸브(7)를 구비하고 있다.
작업용 유압 회로(121)는, 예를 들어 상기 프론트 작업기(104)의 버킷 실린더(114) 및 아암 실린더(113)로 압유를 공급하여 버킷(111) 및 리프트 아암(112)을 동작시키는 것이며, 공지의 컨트롤 밸브 장치를 구비하고 있다.
유압 스티어링 유닛(5)은 미터링 밸브(11)와 지로터(12)를 갖고, 오퍼레이터가 스티어링 휠(109)을 회전 조작하면 미터링 밸브(11)는 그 회전 방향에 따라 회전하여 도시한 중립 위치로부터 좌우 어느 한 쪽의 동작 위치(A 또는 B)로 절환된다.
미터링 밸브(11)가 A 위치로 절환되면 파일럿 펌프(13)로부터의 압유가 유 로(14), 미터링 밸브(11)의 A 위치의 내부 통로, 유로(15)를 경유하여 지로터(12)로 공급되어 지로터(12)는 그 압유의 공급에 의해 회전 동작한다. 지로터(12)를 경유한 압유는 유로(16), 미터링 밸브(11)의 A 위치의 내부 통로, 유로(17a)를 경유하여 이 유로(17a)에 설치된 스로틀(18a)을 통하여 탱크로 복귀된다. 이때 유로(17a)에는 스로틀(18a)에 의해 압유의 유량에 따른 압력이 발생하고, 이 압력이 제어 압력으로서 파일럿 유로(6a)로 취출되어 스티어링 밸브(4)의 수압부(4a)로 유도된다. 스티어링 밸브(4)는 수압부(4a)로 제어 압력이 유도되면 도시한 중립 위치로부터 도시 좌측의 C 위치로 절환된다.
한편, 지로터(12)의 회전 동작은 미터링 밸브(11)로 피드백되어, 지로터(12)가 스티어링 휠(109)의 회전 조작량[미터링 밸브(11)의 변위량]에 따른 압유의 유량을 계량하여 소정량 회전하면 미터링 밸브(11)는 중립 위치로 복귀되어 유로(14)로부터 유로(15)로의 압유의 공급을 차단한다. 이에 의해 유로(17a)의 압유는 탱크압이 되어, 파일럿 유로(6a)를 통하여 스티어링 밸브(4)의 수압부(4a)로 유도되는 제어 압력도 탱크압이 된다. 이에 의해 스티어링 밸브(4)는 도시한 중립 위치로 복귀된다.
미터링 밸브가 B 위치로 절환된 경우에는 상기와 역동작이 행해진다. 즉, 파일럿 펌프(13)로부터의 압유가 유로(14), 미터링 밸브(11)의 B 위치의 내부 통로, 유로(16)를 경유하여 지로터(12)로 공급되고 지로터(12)는 그 압유의 공급에 의해 회전 동작한다. 지로터(12)를 경유한 압유는 유로(15), 미터링 밸브(11)의 B 위치의 내부 통로, 유로(17b)를 경유하여 이 유로(17b)에 설치된 스로틀(18b)을 통 하여 탱크로 복귀된다. 이때 유로(17b)에는 스로틀(18b)에 의해 압유의 유량에 따른 압력이 발생하고, 이 압력이 제어 압력으로서 파일럿 유로(6b)로 취출되어 스티어링 밸브(4)의 수압부(4b)로 유도된다. 스티어링 밸브(4)는 수압부(4b)로 제어 압력이 유도되면 도시한 중립 위치로부터 도시 우측의 D 위치로 절환된다.
지로터(12)가 스티어링 휠(109)의 회전 조작량[미터링 밸브(11)의 변위량]에 따른 압유의 유량을 계량하여 소정량 회전하면 미터링 밸브(11)는 중립 위치로 복귀되어 유로(14)로부터 유로(16)로의 압유의 공급을 차단한다. 이에 의해 유로(17b)의 압유는 탱크압이 되고, 파일럿 유로(6a)를 통하여 스티어링 밸브(4)의 수압부(4a)로 유도되는 제어 압력도 탱크압이 된다. 이에 의해 스티어링 밸브(4)는 도시의 중립 위치로 복귀된다.
프라이오리티 밸브(7)는 입구 포트(7a)와 제1 및 제2의 2개의 출구 포트(7b, 7c)를 갖고, 입구 포트(7a)는 유로(21)를 통하여 유압 펌프(2)에 접속되고, 제1 출구 포트(7b)는 유로(22)를 통하여 스티어링 밸브(4)에 접속되고, 제2 출구 포트(7c)는 유로(23)를 통하여 작업용 유압 회로(121)에 접속되어 있다. 또한, 프라이오리티 밸브(7)는 도시 우측의 절환 위치(E)와, 도시 좌측의 절환 위치(F) 사이를 이동 가능한 스풀 밸브로서, 프라이오리티 밸브(7)의 스풀이 도시 우측의 위치(E)에 있을 때는 입구 포트(7a)와 제1 출구 포트(7b) 사이의 연통로를 완전 개방하고, 입구 포트(7a)와 제2 출구 포트(7c) 사이의 연통로를 완전 폐쇄하며, 도시 좌측의 위치(F)에 있을 때는 입구 포트(7a)와 제1 출구 포트(7b) 사이의 연통로를 완전 폐쇄하고, 입구 포트(7a)와 제2 출구 포트(7c) 사이의 연통로를 완전 개방한 다. 또한, 프라이오리티 밸브(7)의 스풀이 도시 우측의 위치(E)로부터 도시 좌측의 위치(F)로 이동함에 따라(즉, 도시 우측 방향으로 이동함에 따라), 입구 포트(7a)와 제1 출구 포트(7b) 사이의 연통로의 개구 면적을 서서히 조이고(작게 하고), 입구 포트(7a)와 제2 출구 포트(7c) 사이의 연통로의 개구 면적을 서서히 개방하며(크게 하며), 프라이오리티 밸브(7)의 스풀이 도시 좌측의 위치(F)로부터 도시 우측의 위치(E)로 이동함에 따라(즉, 도시 좌방향으로 이동함에 따라), 입구 포트(7a)와 제2 출구 포트(7c) 사이의 연통로의 개구 면적을 서서히 조이고(작게 하고), 입구 포트(7a)와 제1 출구 포트(7b) 사이의 연통로의 개구 면적을 서서히 개방한다(크게 한다).
또한, 프라이오리티 밸브(7)는 프라이오리티 밸브(7)의 스풀을 도시 우측의 위치(E)를 향하여 압박하는 수압부(24a) 및 스프링(25)과, 프라이오리티 밸브(7)의 스풀을 도시 좌측의 위치(F)를 향하여 압박하는 2개의 수압부(24b, 24c)를 갖고, 수압부(24a)에는 스티어링 밸브(4)의 출구측의 압력[스티어링 밸브(4)와 스티어링 실린더(103a, 103b)의 사이의 액추에이터 유로(26a, 26b)의 압력, 혹은 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력]이 파일럿 유로(27)를 경유하여 유도되고, 수압부(24b)에는 스티어링 밸브(4)의 입구측의 압력[프라이오리티 밸브(7)와 스티어링 밸브(4) 사이의 유로(22)의 압력]이 파일럿 유로(28)를 경유하여 유도되고, 수압 실(24c)에는 제어 압력(후술)이 파일럿 유로(29)를 경유하여 유도되고 있다.
수압부(24a, 24b)는 서로 반대 방향으로 프라이오리티 밸브(7)의 스풀을 압박하고 있으므로 수압부(24a)에 스티어링 밸브(4)의 출구측의 압력이 유도되고, 수 압부(24b)에 스티어링 밸브(4)의 입구측의 압력이 유도되고 있는 것은 프라이오리티 밸브(7)의 스풀을 도시 우방향으로 압박하도록 스티어링 밸브(4)의 미터인 유로의 전후 차압[이하, 적절하게 단순히 「스티어링 밸브(4)의 전후 차압」이라고 말한다]이 작용하고 있는 것을 의미한다.
스프링(25)과 수압부(24c)는 스티어링 밸브(4)의 전후 차압의 목표값을 설정하는 설정 수단을 구성하고, 프라이오리티 밸브(7)의 수압부(24a, 24b)에 작용하는 스티어링 밸브(4)의 전후 차압이 스프링(25)과 수압부(24c)에 의해 설정되는 목표값보다도 커지면 프라이오리티 밸브(7)의 스풀을 도시 우측 방향으로 이동시켜, 입구 포트(7a)와 제1 출구 포트(7b) 사이의 연통로의 개구 면적을 서서히 조여 스티어링 밸브(4)로의 공급 유량을 줄여 스티어링 밸브(4)의 전후 차압을 감소시킨다. 이때, 유압 펌프(2)로부터의 잉여 유량은 작업용 유압 회로(121)로 공급된다. 프라이오리티 밸브(7)의 수압부(24a, 24b)에 작용하는 스티어링 밸브(4)의 전후 차압이 스프링(25)과 수압부(24c)에 의해 설정되는 목표값보다도 작아지면 반대로 프라이오리티 밸브(7)의 스풀을 도시 좌방향으로 이동하고, 입구 포트(7a)와 제1 출구 포트(7b) 사이의 연통로의 개구 면적을 서서히 개방하여 스티어링 밸브(4)로의 공급 유량을 늘려 스티어링 밸브(4)의 전후 차압을 증대시킨다. 이에 의해 프라이오리티 밸브(7)는 스티어링 밸브(4)의 미터인 유로의 전후 차압을 스프링(25)과 수압부(24c)로 이루어지는 설정 수단에 의해 설정되는 목표값으로 유지되도록 제어한다.
여기서, 스프링(25)은 상기 목표값의 기본값(일정값)을 설정하고, 수압 부(24c)는 제어 압력에 의해 그 기본값을 조정함으로써 목표값을 가변값으로서 설정한다. 수압부(24c)로 유도되는 제어 압력은 스프링(25)과 수압부(24c)의 압박력의 합이 도시 좌방향으로 작용하도록 스프링(25)의 압박력의 압력 환산값보다도 작은 값으로 설정되어 있다.
그리고, 본 실시 형태에 따른 스티어링 시스템은, 또한 파일럿 유로(27)에 설치되어, 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력을 검출하는 압력 센서(31)와, 컨트롤러(32)와, 전자기 밸브(33)를 구비하고 있다. 압력 센서(31)의 검출 신호는 컨트롤러(32)에 입력되고, 컨트롤러(32)는 그 입력값에 따라 소정의 연산 처리를 행하여 전자기 밸브(33)로 제어 전류를 출력한다. 전자기 밸브(33)는 그 제어 전류에 의해 작동하여 제어 전류에 따른 제어 압력을 출력한다. 이 제어 압력은 파일럿 유로(29)를 통하여 프라이오리티 밸브(7)의 수압부(24c)로 유도된다.
도3은 컨트롤러(32)의 처리 내용을 도시하는 기능 블럭도이다. 컨트롤러(32)는 프라이오리티 밸브 목표값 설정부(32a)와, 보정값 연산부(32b)와, 가산부(프라이오리티 밸브 제어 목표값 연산부)(32c)와, 전자기 밸브 출력 압력 연산부(32d)와, 전자기 밸브 제어 전류 연산부(32e)를 갖고 있다.
프라이오리티 밸브 초기 목표값 설정부(32a)는 프라이오리티 밸브(7)의 스프링(25)과 수압부(24c)로 이루어지는 설정 수단에 설정되어야 할 스티어링 밸브(4)의 전후 차압의 초기 목표값(P0)을 설정하는 것이다. 여기서, 예를 들어 그 초기 목표값(P0)으로서 20㎏/㎠가 설정된다.
보정값 연산부(32b)는 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력에 따른 프 라이오리티 밸브 목표값의 보정값(ΔPm)을 연산하는 것이며, 압력 센서(31)로부터 검출 신호를 입력하고, 이것을 메모리에 기억되어 있는 테이블에 참조시켜, 그때의 부하 압력에 대응하는 보정값(ΔPm)을 연산한다. 메모리의 테이블에는 부하 압력이 미리 정한 압력값(Pr)보다도 낮을 때는 보정값(ΔPm)은 0이며, 부하 압력이 그 압력값(Pr)을 초과하면 부하 압력이 상승함에 따라 보정값(ΔPm)이 작아지도록(보정값이 마이너스의 값이 되고, 또한 부하 압력이 상승함에 따라 보정값의 절대값이 증가되도록) 부하 압력과 보정값(ΔPm)의 관계가 설정되어 있다. 여기서, 압력값(Pr)은 스티어링 실린더(103a, 103b)의 정상 작동 시의 부하 압력의 평균값이다(도5 및 도6 참조).
가산부(32c)는 프라이오리티 밸브 제어 목표값 연산부이며, 프라이오리티 밸브 초기 목표값(P0)과 보정값(ΔPm)을 가산하여 프라이오리티 밸브(7)의 설정 수단에 설정되어야 할 제어 목표값(P1)을 연산한다.
도4는 가산부(32c)의 연산 결과인 부하 압력과 제어 목표값(P1)의 관계를 나타내는 도면이다. 부하 압력이 미리 정한 압력값(Pr)보다도 낮을 때는 제어 목표값(P1)은 초기 목표값(P0)과 동일하며, 부하 압력이 그 압력값(Pr)을 초과하면 부하 압력이 상승함에 따라 제어 목표값(P1)은 작아진다.
전자기 밸브 출력 압력 연산부(32d)는 가산부(32c)에서 연산한 제어 목표값(P1)을 얻기 위한 전자기 밸브(33)의 출력 압력(제어 압력)을 산출하는 것이며, 그 설정 압력을 메모리에 기억되어 있는 테이블에 참조시켜 그 설정 압력에 대응하는 전자기 밸브(33)의 출력 압력을 연산한다. 메모리의 테이블에는 제어 목표값이 증대함에 따라 출력 압력이 작아지도록 제어 목표값과 출력 압력의 관계가 설정되어 있다. 여기서, 예를 들어 스프링(25)의 도시 좌측 방향의 압박력의 압력 환산값(기본값)을 30㎏/㎠로 하면 가산부(32c)에서 연산된 제어 목표값이 20㎏/㎠인 경우에는 전자기 밸브 출력 압력 연산부(32d)에서는 10㎏/㎠의 제어 압력이 연산되고, 가산부(32c)에서 연산된 제어 목표값이 15㎏/㎠인 경우에는 전자기 밸브 출력 압력 연산부(32d)에서는 15㎏/㎠의 제어 압력이 연산된다.
전자기 밸브 제어 전류 연산부(32e)는 전자기 밸브 출력 압력 연산부(32d)에서 구한 전자기 밸브(33)의 출력 압력을 얻기 위한 전자기 밸브(33)의 제어 전류(구동 전류)를 산출하는 것이며, 전자기 밸브 출력 압력 연산부(32)에서 구한 전자기 밸브(33)의 출력 압력을 메모리에 기억되어 있는 테이블에 참조시켜 그 출력 압력에 대응하는 전자기 밸브(33)의 제어 전류를 연산한다. 메모리의 테이블에는 출력 압력이 증대함에 따라 제어 전류가 증대하도록 출력 압력과 제어 전류의 관계가 설정되어 있다. 이 제어 전류는 도시하지 않은 앰프에 의해 증폭되어 전자기 밸브(33)로 출력된다.
이상에 있어서, 압력 센서(31)는 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력을 검출하는 압력 검출 수단이며, 컨트롤러(32)와, 전자기 밸브(33)와, 파일럿 유로(29)와, 프라이오리티 밸브(7)의 수압부(24c)는 그 압력 검출 수단에 의해 검출한 부하 압력에 기초하여 프라이오리티 밸브(7)의 설정 수단에 설정되는 목표값을 보정하는 제어 수단을 구성한다.
다음에, 이상과 같이 구성한 본 실시 형태의 동작을 도5 및 도6를 사용하여 설명한다.
<스티어링 동작>
오퍼레이터가 스티어링 휠(109)을 회전 조작하여, 예를 들어 미터링 밸브(11)를 A 위치로 절환하면 상기와 같이 유로(17a)에 스로틀(18a)에 의해 제어 압력이 발생하고, 이 제어 압력이 스티어링 밸브(4)의 수압부(4a)로 유도되어 스티어링 밸브(4)는 도시한 중립 위치로부터 도시 좌측의 C 위치로 절환된다. 또한, 이때, 스티어링 밸브(4)의 미터인 유로의 전후 차압은 프라이오리티 밸브(7)에 의해 스프링(25)과 수압부(24c)로 이루어지는 설정 수단에 의해 설정되는 목표값으로 유지되도록 제어된다. 이에 의해 스티어링 실린더(103a)의 로드측과 스티어링 실린더(103b)의 보텀측으로 스티어링 밸브(4)에 의해 계량된 유량의 압유가 유입되어, 휠 로더(100)의 차체 후방부(102)에 대하여 차체 전방부(101)가, 예를 들어 좌방향으로 굴곡되어 휠 로더(100)는 좌방향으로 스티어링이 꺾여진다. 오퍼레이터가 스티어링 휠(109)을 역방향으로 회전 조작하여 미터링 밸브(11)를 B 위치로 절환한 경우에는 반대로 스티어링 밸브(4)는 도시 우측의 D 위치로 절환되어, 스티어링 실린더(103a)의 보텀측과 스티어링 실린더(103b)의 로드측으로 압유가 유입되고, 휠 로더(100)의 차체 후방부(102)에 대하여 차체 전방부(101)가 우방향으로 굴곡되어 휠 로더(100)는 우방향으로 스티어링이 꺾인다.
<종래 기술의 동작>
그런데, 스티어링 휠(109)을 회전 조작하여 스티어링을 꺾을 때 스티어링 실린더(103a, 103b)에 차체 전방부(101)의 중량이 큰 부하로서 작용한다. 이 때문에 종래의 스티어링 시스템에서는 스티어링을 꺾기 시작할 때에 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력이 급격하게 상승하여, 갑자기 스티어링이 꺾여져 쇼크가 발생한다. 도5는 그때의 부하 압력의 변화를 나타내는 타임차트이다. 이 쇼크는 스티어링을 꺾기 시작할 때의 조작성을 악화시킨다.
또한, 휠 로더(109)에 의해 행하는 작업에는 주행하면서 프론트 작업기(101)를 조작하는 작업이 있다. 이러한 작업을 행할 때에도 스티어링을 꺾기 시작할 때에 부하 압력이 상승하여 쇼크가 발생하면 작업성이 저하되고, 또한 전체적인 조작 필링이 나빴다.
<본 실시 형태의 동작>
본 실시 형태에서는 오퍼레이터가 스티어링 휠(109)을 회전 조작하여 스티어링을 꺾을 때 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력을 압력 센서(31)에 의해 검출하여, 이 압력 센서(31)의 검출 신호를 컨트롤러(32)의 보정값 연산부(32b)에 입력하고, 이 보정값 연산부(32b)에서 부하 압력에 따른 보정값(ΔPm)을 연산한다. 그리고, 가산부(32c)에 있어서 프라이오리티 밸브 초기 목표값(P0)과 보정값(ΔPm)을 가산하여 제어 목표값(P1)을 연산하고, 프라이오리티 밸브(7)의 스프링(25)과 수압부(24c)에 의해 설정되는 목표값이 제어 목표값(P1)이 되도록 전자기 밸브(33)로 제어 전류를 출력하여 전자기 밸브(33)가 출력한 제어 압력을 수압부(24c)로 유도한다.
여기서, 가산부(32c)에서 연산된 제어 목표값(P1)은 도4에 도시한 바와 같이 부하 압력이 미리 정한 압력값(Pr)을 초과하면 부하 압력이 상승함에 따라 작아지 는 값이다. 이 때문에 스티어링을 꺾기 시작할 때에 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력이 급격하게 상승하려고 할 때 그에 따라 제어 목표값(P1)은 초기 목표값(P0)보다도 작아지도록 보정되어, 프라이오리티 밸브(7)의 스프링(25)과 수압부(24c)에 의해 설정되는 목표값도 마찬가지로 작아진다. 이에 의해 스티어링 밸브(4)의 전후 차압이, 마찬가지로 초기 목표값(P0)보다도 작은 값으로 조정되기 때문에 그에 따라 스티어링 밸브(4)의 통과 유량이 감소되어 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력의 상승이 억제된다. 도6은 이러한 본 실시 형태에 있어서의 부하 압력의 변화를 나타내는 타임차트이다.
이에 의해 본 실시 형태에 있어서는 스티어링을 꺾기 시작할 때의 쇼크를 억제할 수 있어 스티어링을 꺾기 시작할 때의 조작성을 향상시킬 수 있다.
또한, 주행하면서 프론트 작업기(101)를 조작하는 작업을 행할 때에도 스티어링을 꺾기 시작할 때의 쇼크가 억제되므로 작업성이 향상되고, 또한 전체의 조작 필링도 좋게 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다.
도7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 컨트롤러의 처리 내용을 도시하는, 도3과 마찬가지의 기능 블럭도이다. 도면에서, 도3에 도시한 부분과 동등한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
본 실시 형태에 있어서, 컨트롤러는 프라이오리티 밸브 목표값 설정부(32a)와, 보정 계수 산부(32Ab)와, 승산부(프라이오리티 밸브 제어 목표값 연산부)(32Ac)와, 전자기 밸브 출력 압력 연산부(32d)와, 전자기 밸브 제어 전류 연산 부(32e)를 갖고 있다.
보정 계수 연산부(32Ab)는 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력에 따른 프라이오리티 밸브 목표값의 보정 계수(Km)를 연산하는 것이며, 압력 센서(31)로부터 검출 신호를 입력하고, 이것을 메모리에 기억되어 있는 테이블에 참조시켜 그때의 부하 압력에 대응하는 보정 계수(Km)를 연산한다. 메모리의 테이블에는 부하 압력이 미리 정한 압력값(Pr)보다도 낮을 때는 보정 계수(Km)는 1이며, 부하 압력이 그 압력값(Pr)을 초과하면 부하 압력이 상승함에 따라 보정 계수(Km)가 작아지도록 부하 압력과 보정 계수(Km)의 관계가 설정되어 있다.
승산부(32Ac)는 프라이오리티 밸브 제어 목표값 연산부이며, 프라이오리티 밸브 초기 목표값(P0)과 보정 계수(Km)를 승산하여 프라이오리티 밸브(7)의 설정 수단에 설정되어야 할 제어 목표값(P1)을 연산한다.
본 실시 형태의 동작은 제1 실시 형태와 실질적으로 동일하며, 본 실시 형태에 의해서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
도8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 작업 차량의 스티어링 시스템을 도시하는 도면이다. 도면 중, 도1에 도시한 부분과 동등한 것에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
본 실시 형태에 따른 스티어링 시스템은 유로(17a)에 스로틀(18a)에 의해 발생한 압력(제어 압력)을 검출하는 압력 센서(6a)와, 유로(17b)에 스로틀(18b)에 의해 발생한 압력(제어 압력)을 검출하는 압력 센서(6b)와, 전자기 밸브(33a, 33b)를 더 구비하고 있다. 압력 센서(6a, 6b)의 검출 신호는 컨트롤러(32A)에 입력되고, 컨트롤러(32A)는 그 입력값에 따라 소정의 연산 처리를 행하여 전자기 밸브(33a, 33b)로 소정의 제어 전류를 출력한다. 전자기 밸브(33a, 33b)는 그 제어 전류에 의해 작동하여 제어 전류에 따른 구동 압력을 출력한다. 이 구동 압력은 스티어링 밸브(4)의 수압부(4a, 4b)로 유도된다. 또한, 컨트롤러(32A)는 압력 센서(31)의 검출 신호를 입력하고, 그 입력값에 따라 소정의 연산 처리를 행하여 전자기 밸브(33)로 제어 전류를 출력한다. 그 때의 처리 내용은, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 도3 및 도7에 도시하는 컨트롤러(32)의 처리 내용과 동일하여, 상세한 설명은 생략한다.
그리고 본 실시 형태의 동작은 제1 실시 형태와 실질적으로 동일하며, 본 실시 형태에 의해서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 유압 펌프(2)와,
    이 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 스티어링 실린더(103a, 103b)와,
    상기 유압 펌프로부터 상기 스티어링 실린더로 공급되는 압유의 방향과 유량을 제어하는 스티어링 밸브(4)와,
    오퍼레이터에 의해 회전 조작되는 스티어링 휠(109)을 구비하고,
    상기 스티어링 휠(109)의 회전 방향과 회전량에 따라 상기 스티어링 밸브(4)를 절환하여 상기 스티어링 실린더(103a, 103b)를 구동 제어하는 작업 차량의 스티어링 시스템에 있어서,
    상기 유압 펌프(2)와 상기 스티어링 밸브(4) 사이에 배치되어, 상기 스티어링 밸브(4)의 전후 차압의 목표값을 설정하는 설정 수단(24c, 25)을 갖고, 상기 스티어링 밸브(4)의 전후 차압을 상기 목표값으로 유지하도록 제어함으로써 상기 유압 펌프(2)로부터 토출되는 압유를 상기 스티어링 실린더(103a, 103b)로 우선적으로 공급하고 잉여 유량을 작업기를 구동하는 작업용 액추에이터(113, 114)로 공급하는 프라이오리티 밸브(7)와,
    상기 스티어링 실린더(103a, 103b)의 부하 압력을 검출하는 압력 검출 수단(31)과,
    상기 압력 검출 수단(31)에 의해 검출한 부하 압력에 기초하여 상기 프라이 오리티 밸브(7)의 설정 수단에 설정되는 목표값을 보정하는 제어 수단(32, 32A, 33, 29, 24c)을 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 스티어링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단(32, 32A, 33, 29, 24c)은 상기 부하 압력이 미리 정한 값(Pr)보다 낮을 때는 상기 목표값(P1)이 일정한 값(P0)이며, 상기 부하 압력이 미리 정한 값(Pr)을 초과하면 상기 목표값(P1)이 상기 일정한 값(P0)보다 작아지도록 상기 목표값(P1)을 보정하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 스티어링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단(32, 32A, 33, 29, 24c)은,
    제어 전류에 의해 작동하고, 이 제어 전류에 따른 제어 압력을 출력하는 전자기 밸브(33)와,
    상기 프라이오리티 밸브(7)의 설정 수단에 설치되어, 상기 제어 압력에 따라 상기 설정 수단에 설정되는 목표값을 변경하는 수압부(24c)와,
    상기 부하 압력에 기초하여 상기 프라이오리티 밸브의 설정 수단에 설정되는 목표값을 연산하여 상기 설정 수단에 이 목표값이 설정되도록 상기 전자기 밸브에 상기 제어 전류를 출력하는 컨트롤러(32, 32A)를 갖는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 스티어링 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러(32, 32A, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e)는 상기 프라이오리티 밸브(7)의 설정 수단에 설정되는 목표값의 보정값(ΔPm)을 연산하고, 이 보정값(ΔPm)을 미리 설정한 값(P0)에 가산하여 상기 목표값(P1)을 연산하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 스티어링 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러(32, 32A, 32a, 32Ab, 32Ac, 32d, 32e)는 상기 프라이오리티 밸브(7)의 설정 수단에 설정되는 목표값의 보정 계수(Km)를 연산하고 이 보정 계수(Km)를 미리 설정한 값(P0)에 승산하여 상기 목표값(P1)을 연산하는 것을 특징으로 하는 작업 차량의 스티어링 시스템.
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