转向操纵装置 【技术领域】
本发明涉及一种转向操纵装置。背景技术 作为用于控制车辆转向角的转向操纵装置， 已知有所谓操纵杆式转向操纵装置。 该操纵杆式转向控制装置能够通过操作人员操作设置于驾驶席的操纵杆倾斜来改变车辆 的转向角。
例如， 专利文献 1 中所公开的转向操纵装置具有一对液压缸、 转向阀、 先导阀。
液压缸横跨前侧车体和后侧车体而设置。 通过这些液压缸的伸缩来改变前侧车体 与后侧车体的角度即转向角。
转向阀根据所输入的先导压力调节供给到液压缸的油的流量。
先导阀具有相对可旋转地设置的操纵输入轴及反馈输入轴。 操纵输入轴连接于操 纵杆 ( ジヨイステツクレバ一 )， 根据操纵杆的倾斜角进行旋转。 反馈输入轴通过连接部件 连接于前侧车体。通过使转向角的变化经由连接部件传递到反馈输入轴， 反馈输入轴进行 旋转。由此， 反馈输入轴根据转向角进行旋转。另外， 先导阀根据操纵输入轴的旋转角与反 馈输入轴的旋转角之差调节输入到转向阀的先导压力。如果对操纵杆进行操纵， 则该转向 操纵装置将如下动作。
首先， 如果使操纵杆向一侧倾斜， 则先导阀的操纵输入轴根据操纵杆的倾斜角进 行旋转。 此时， 转向角还没有被变更， 反馈输入轴的旋转角为 0。 因此， 先导阀以对应于操纵 输入轴的旋转角的开度打开并向转向阀供给先导压力。 转向阀向液压缸供给对应于先导压 力的油的流量。由此， 液压缸被驱动， 转向角被改变。
如上所述， 若转向角紧随操纵杆的倾斜操纵而改变， 则连接部件根据该转向角的 变更而移动， 该连接部件的移动传递到反馈输入轴。 这里， 如果转向角与操纵杆的倾斜角一 致， 则操纵输入轴的旋转角和反馈输入轴的旋转角之差为 0。 由此， 先导阀被关闭， 转向阀也 被关闭。因而， 转向角停止变更， 以与操纵杆的倾斜角一致的状态被固定。
这样， 在所述转向操纵装置中， 能够得到与操纵杆的倾斜角相对应的转向角， 并且 提高操纵性能。
专利文献 1 ： 日本特开平 11-105723 号公报
但是， 在如上所述的转向操纵装置中， 由于先导阀通过连接部件与操纵杆连接， 因 此必须配置于操纵杆附近。因此， 根据车体的形状， 从先导阀到前侧车体的距离长， 则需要 相当长的连接部件。这种情况下， 连接部件的设置变得困难。
发明内容
本发明的课题旨在提供一种转向操纵装置， 不论车体形状如何， 其操纵性能都很 好。
第一发明提供一种转向操纵装置， 其具有 ： 液压执行机构、 转向阀、 先导阀、 操纵杆、 驱动装置、 转向角检测部及控制部。液压执行机构由液压驱动， 改变车辆的转向角。转 向阀根据所输入的先导压力调节供给到液压执行机构的油的流量。 先导阀具有可动地设置 的操纵输入部件及反馈输入部件， 根据操纵输入部件的位移量与反馈输入部件的位移量之 差调节输入到转向阀的先导压力。操纵杆被设置为经操作人员的操纵能够倾斜， 且与操纵 输入部件连接， 根据倾斜角使操纵输入部件发生位移。驱动装置根据所输入的指令信号使 反馈输入部件发生位移。转向角检测部检测转向角并作为检测信号输出。控制部接收来自 转向角检测部的检测信号。然后， 控制部向驱动装置发送指令信号以使驱动装置根据所输 入的转向角使反馈输入部件发生位移。
在该转向操纵装置中， 转向角的变化被作为来自转向角检测部的检测信号输入到 控制部。 然后， 控制部通过向驱动装置发送指令信号， 能够以对应于转向角的位移量使反馈 输入部件发生位移。从而， 无需设置连接部件， 也能够反馈转向角。因此， 在该转向操纵装 置中， 不论车体形状如何， 都能够提高操纵性能。
另外， 在该转向操纵装置中， 虽然对驱动装置进行电控制， 但是， 由于操纵杆与操 纵输入部件连接在一起， 因此， 通过操纵操纵杆， 能够对先导阀进行非电控制。 因此， 即使电 气系统发生了故障， 虽然不能反馈转向角， 但也能够变更转向角。因此， 能够避免车体完全 不能转弯的危险情况， 提高安全性能。 附图说明
图 1 是机动平地机的外观立体图 ； 图 2 是表示转向操纵装置结构的液压回路图。 附图标记说明 1： 转向操纵装置 2， 3： 转向用液压缸 ( 液压执行机构 ) 5： 操纵杆 6： 驱动装置 7： 转向角检测部 8： 控制部 42 ： 转向阀 52 ： 先导阀 54 ： 操纵输入轴 ( 操纵输入部件 ) 55 ： 反馈输入轴 ( 反馈输入部件 )具体实施方式
1. 结构
1-1. 整体结构
图 1 表示具有本发明一实施方式的转向操纵装置 1 的机动平地机 100。图 1 是机 动平地机 100 的外观立体图。该机动平地机 100 具有由一对左右前轮 11 和每侧各 2 个后 轮 12 所构成的 6 个行驶轮。该机动平地机 100 通过设置于前轮 11 与后轮 12 之间的刮板 19 能够进行平整地面作业和除雪作业。另外， 图 1 中只示出 4 个后轮 12 中的位于左侧的部分。该机动平地机 100 具有车架 13、 驾驶室 14、 工作装置 15。
如图 1 所示， 车架 13 由后部车架 16 及前部车架 17 所构成。
后部车架 16 收容有未图示的发动机、 液压源 41， 53( 参考图 2) 等。另外， 在后部 车架 16 上设有所述 4 个后轮 12， 这些后轮 12 由来自发动机的驱动力旋转驱动， 从而能够使 车辆行驶。
前部车架 17 安装于后部车架 16 的前方， 具有沿前后方向长的形状。在前部车架 17 的前端部通过前轮支撑架 18 安装有前轮 11。
驾驶室 14 安装在后部车架 16 上。在驾驶室 14 内配置有方向盘、 变速杆等各种操 纵部件。并且， 后述的操纵杆 5 也配置于驾驶室 14 内。
工作装置 15 具有刮板 19、 液压马达 ( 未图示 )、 各种液压缸 21 ～ 23。刮板 19 经 由牵引杆 24 及环形杆 25 安装于前部车架 17。通过液压马达和液压缸 21 ～ 23 的驱动， 工 作装置 15 能够对刮板 19 进行上下升降的升降操作和改变刮板 19 的倾斜的倾斜操作。
1-2. 转向操纵装置 1 的结构
下面， 基于图 2 说明机动平地机 100 所具有的转向操纵装置 1 的结构。转向操纵 装置 1 具有 ： 一对转向用液压缸 2， 3、 转向液压回路 4、 操纵杆 5、 驱动装置 6、 转向角检测部 7 及控制部 8。
一对转向用液压缸 2， 3 由液压来驱动。转向用液压缸 2， 3 安装于前轮支撑架 18 的转动部 18a， 18b 上， 改变一对前轮 11 的角度。另外， 转动部 18a， 18b 是安装前轮 11 的部 件， 可转动地设置于前轮支撑架 18 的左右两侧。这些转动部 18a， 18b 通过转向横拉杆 29 互相连接， 能够一体地变更角度。由此， 变更前轮 11 相对机动平地机 100 的车体前后方向 的角度即转向角 θs。
在以下的说明中， 将左侧的转向用液压缸 2 简称为 “左缸 2” ， 右侧的转向用液压缸 3 简称为 “右缸 3” 。
在各转向用液压缸 2， 3 上分别设有伸长口 21， 31 和收缩口 22， 32。如果向左缸 2 的伸长口 21 及右缸 3 的收缩口 32 供油并且从左缸 2 的收缩口 22 及右缸 3 的伸长口 31 排 油， 则左缸 2 伸长并且右缸 3 收缩。由此， 变更转向角 θs， 车辆向右转。如果向左缸 2 的收 缩口 22 及右缸 3 的伸长口 31 供油并且从左缸 2 的伸长口 21 及右缸 3 的收缩口 32 排油， 则左缸 2 收缩并且右缸 3 伸长。由此， 转向角 θs 向右转时的反方向变更， 车辆向左转。
转向液压回路 4 是用于调节供给到转向用液压缸 2， 3 的油的流量的回路。转向液 压回路 4 具有主液压回路 40 和先导液压回路 50。
主液压回路 40 是用于将来自主液压源 41 的油供给到转向用液压缸 2， 3 的回路， 设有转向阀 42。另外， 主液压源 41 例如由液压泵、 流溢阀等构成。
转向阀 42 是根据所输入的先导压力来调节供给到转向用液压缸 2， 3 的油的流量 的流量控制阀。转向阀 42 具有主进油口 P1、 主排油口 P2、 第一转向口 P3、 第二转向口 P4。 主进油口 P1 连接于主液压源 41。主排油口 P2 连接于回收油的罐 T。第一转向口 P3 连接 于左缸 2 的收缩口 22 及右缸 3 的伸长口 31。第二转向口 P4 连接于左缸 2 的伸长口 21 及 右缸 3 的收缩口 32。
并且， 转向阀 42 具有能够移动到中立位置 Ns、 左转向位置 Ls、 右转向位置 Rs 的阀 体 43。当阀体 43 在中立位置 Ns 时， 主进油口 P1 与主排油口 P2 连通。第一转向口 P3、 第二转向口 P4 分别不与任何口相连。当阀体 43 在左换向位置 Ls 时， 主进油口 P1 与第一转 向口 P3 连通、 主排油口 P2 与第二转向口 P4 连通。另外， 当阀体 43 在右换向位置 Rs 时， 主 进油口 P1 与第二转向口 P4 连通、 主排油口 P2 与第一转向口 P3 连通。
并且， 转向阀 42 具有第一先导室 44 和第二先导室 45。在没有向第一先导室 44 和 第二先导室 45 供给先导压力以及向第一先导室 44 和第二先导室 45 供给相同的先导压力 的状态下， 阀体 43 位于中立 Ns 位置。在只向第一先导室 44 供给先导压力的状态下， 阀体 43 位于左转向位置 Ls。在只向第二先导室 45 供油的状态下， 阀体 43 位于右转向位置 Rs。 另外， 当阀体 43 位于左转向位置 Ls 或右转向位置 Rs 时， 转向阀 42 根据所供给的先导压力 来改变来自主液压源 41 的油所通过的面积。由此， 转向阀 42 根据先导压力来调节供给到 右缸 3 或左缸 2 的油的流量。
先导液压回路 50 是用于向转向阀 42 的第一先导室 44 和第二先导室 45 供给来自 先导液压源 53 的油的回路。在先导液压回路 50 设有可变减压阀 51 和先导阀 52。另外， 先导液压源 53 能够提供压力比可变减压阀 51 的最大输出液压高的油， 例如， 由先导用液压 泵、 流溢阀等构成。
可变减压阀 51 对从先导液压源 53 输送到先导阀 52 的油进行减压调节。并且， 可 变减压阀 51 能够补偿输送到先导阀 52 的液压的最低压力。可变减压阀 51 为电磁式减压 阀， 接受来自控制部 8 的指令信号并对液压进行控制。 先导阀 52 是对从先导液压源 53 输送到转向阀 42 的先导压力进行调节的阀。先 导阀 52 具有先导进油口 P5、 先导排油口 P6、 第一先导口 P7、 第二先导口 P8。先导进油口 P5 经由可变减压阀 51 连接于先导液压源 53。先导排油口 P6 连接于回收油的罐 T。第一先导 口 P7 连接于转向阀 42 的第一先导室 44。第二先导口 P8 连接于转向阀 42 的第二先导室 45。
并且， 先导阀 52 具有能够移动到中立位置 Np、 左先导位置 Lp、 右先导位置 Rp 的阀 体 56。当阀体 56 在中立位置 Np 时， 先导进油口 P5、 先导排油口 P6、 第一先导口 P7、 第二先 导口 P8 相互连通。当阀体 56 在左先导位置 Lp 时， 先导进油口 P5 与第一先导口 P7 连通、 先导排油口 P6 与第二先导口 P8 连通。另外， 当阀体 56 在右先导位置 Rp 时， 先导进油口 P5 与第二先导口 P8 连通、 先导排油口 P6 与第一先导口 P7 连通。
另外， 先导阀 52 具有操纵输入轴 54 及反馈输入轴 55。操纵输入轴 54 设为能够 绕中心轴旋转。反馈输入轴 55 与操纵输入轴 54 同轴配置， 能够绕中心轴旋转。在该先导 阀 52 中， 阀体 56 根据操纵输入轴 54 的旋转角 θin 与反馈输入轴 55 的旋转角 θfb 之差 Δθ 而移动到中立位置 Np、 左先导位置 Lp、 右先导位置 Rp。当旋转角之差 Δθ 为 0 时， 阀 体 56 位于中立位置 Np。当阀体 56 在左先导位置 Lp 或右先导位置 Rp 时， 先导阀 52 根据旋 转角之差 Δθ 来改变来自先导液压源 53 的油所通过的开口面积。由此， 能够根据旋转角 之差 Δθ 来调节从先导阀 52 输送到转向阀 42 的先导压力。另外， 先导阀 52 设置于后部 车架 16 并配置于操纵杆 5 的附近。并且， 在操纵输入轴 54 上设有第一旋转角检测部 61， 检 测操纵输入轴 54 的旋转角 θin。在反馈输入轴 55 上设有第二旋转角检测部 62， 检测反馈 输入轴 55 的旋转角 θfb。由第一旋转角检测部 61 及第二旋转角检测部 62 所检测到的旋 转角 θin、 θfb 作为检测信号被传送到控制部 8。
操纵杆 5 是设于驾驶室 14 内且由操作人员操纵的部件。操纵杆 5 设为能够左右
倾斜。并且， 操纵杆 5 与操纵输入轴 54 连接， 操纵输入轴 54 根据操纵杆 5 的倾斜角而旋转 位移。具体地说， 操纵输入轴 54 只旋转与操纵杆 5 的倾斜角相同的角度。另外， 操纵杆 5 与操纵输入轴 54 并非限于直接连接， 也可通过齿轮、 连杆部件等机械连接结构进行连接。
驱动装置 6 利用电力驱动， 根据所输入的指令信号， 使反馈输入轴 55 旋转位移。 驱 动装置 6 例如具有伺服电动机， 伺服电动机的旋转轴与反馈输入轴 55 连接。另外， 驱动装 置 6 与反馈输入轴 55 并非限于直接连接， 也可通过齿轮、 连杆部件等机械连接结构进行连 接。并且， 驱动装置 6 配置于先导阀 52 附近。
转向角检测部 7 检测所述转向角 θs 并将检测到的转向角 θs 作为检测信号向控 制部 8 输出。转向角检测部 7 配置于前轮 11 附近， 例如， 由电位计构成。
控制部 8 由 CPU 等运算装置及 RAM、 ROM 等储存装置构成， 通过有线或无线向驱动 装置 6 和可变减压阀 51 发送指令信号。由此， 控制部 8 能够控制驱动装置 6 和可变减压阀 51。
转向角检测部 7 所检测到的转向角 θs 作为检测信号输入到控制部 8。控制部 8 向驱动装置 6 发送指令信号以使驱动装置 6 根据转向角 θs 使反馈输入轴 55 发生位移。 具 体地说， 控制驱动装置 6 使反馈输入轴 55 只旋转与转向角 θs 相同的角度。由此， 转向角 θs 被反馈到先导阀 52， 能够根据操纵杆 5 的倾斜角变更转向角 θs。 第一旋转角检测部 61 所检测到的操纵输入轴 54 的旋转角 θin、 第二旋转角检测 部 62 所检测到的反馈输入轴 55 的旋转角 θfb 作为检测信号输入到控制部 8。并且， 图2 所示的车速传感器 63 所检测到的车速 V 也作为检测信号输入到控制部 8。控制部 8 基于车 速 V、 旋转角 θin、 旋转角 θfb 来控制可变减压阀 51。由此， 能够将输送到先导阀 52 的先 导压力的初始压力控制为使流入左缸 2 和右缸 3 的油的流量 Q 不发生急剧变化。
2. 转向时的动作
以下， 对转向时的动作进行说明。
当操纵杆 5 在中央位置时， 操纵输入轴 54 位于规定的初始位置， 操纵输入轴 54 的 旋转角 θin 为 0。并且， 转向角 θs 也为 0。因此， 反馈输入轴 55 位于初始位置， 反馈输入 轴 55 的旋转角 θfb 也为 0。此时， 先导阀 52 的阀体 56 位于中立位置 Np。此情况下， 转向 阀 42 的第一先导室 44 与第二先导室 45 的先导压力相同， 转向阀 42 的阀体 43 也位于中立 位置 Ns。从而， 不进行对左缸 2 和右缸 3 的供油和排油， 转向角 θs 保持为 0。然后， 表示 转向角 θs 为 0 的检测信号从转向角检测部 7 传送到控制部 8。由于转向角 θs 为 0， 因此 控制部 8 将驱动装置 6 控制为使反馈输入轴 55 的旋转角 θfb 保持为 0。
接着， 如果操作人员使操纵杆 5 从中央位置倾斜至左侧， 则操纵输入轴 54 也同样 旋转， 操纵输入轴 54 的旋转角 θin 增大。此时， 由于左缸 2 和右缸 3 的反应迟缓， 转向角 θs 仍为 0。因此， 旋转角之差 Δθ 增大。于是， 先导阀 52 的阀体 56 移动至左先导位置 Lp， 向第一先导口 P7 供给先导压力。其结果是， 转向阀 42 的阀体 43 移动至左换向位置 Ls。 因此， 向左缸 2 的收缩口 22 和右缸 3 的伸长口 31 供油， 同时， 从左缸 2 的伸长口 21 和右缸 3 的收缩口 32 排油。由此， 转向角 θs 从 0 逐渐增大。因而， 前轮 11 转向左方。该转向角 θs 的变化由转向角检测部 7 检测并传送至控制部 8。控制部 8 将驱动装置 6 控制为使反 馈输入轴 55 的旋转角 θfb 与转向角 θs 相同。
如果操作人员将操纵杆 5 停止在规定的倾斜角 θ1 的位置， 则操纵输入轴 54 也停
止在旋转角 θ1 的位置。另一方面， 由于转向角 θs 逐渐增大， 因此旋转角之差 Δθ 逐渐 减小。如果转向角 θs 达到旋转角 θ1， 则旋转角之差 Δθ 变为 0。此时， 先导阀 52 的阀 体 56 位于中立位置 Np， 供给到转向阀 42 的第一先导室 44 和第二先导室 45 的先导压力相 同。因此， 转向阀 42 的阀体 43 也位于中立位置 Ns。由此， 不进行对左缸 2 和右缸 3 的供油 与排油， 转向角 θs 保持为角 θ1。这样， 如果将操纵杆 5 向左停止在规定的倾斜角 θ1 的 位置， 则转向角 θs 也保持为相同的角 θ1。因而， 前轮 11 保持在朝左侧角度为 θ1 的方 向。
接着， 如果操作人员将操纵杆 5 操作返回到中央位置， 则操纵输入轴 54 也同样旋 转， 操纵输入轴 54 的旋转轴 θin 减小。此时， 由于左缸 2 和右缸 3 的反应迟缓， 因此旋转 角 θs 仍为角 θ1。因此， 旋转角之差 Δθ 从 0 减小为负值。如此， 先导阀 52 的阀体 56 移 动至右先导位置 Rp， 向第二先导口 P8 供给先导压力。其结果是， 转向阀 42 的阀体 43 移动 至右换向位置 Rs。由此， 向左缸 2 的伸长口 21 和右缸 3 的收缩口 32 供油， 同时， 从左缸 2 的收缩口 22 和右缸 3 的伸长口 31 排油。因此， 转向角 θs 从角 θ1 逐渐减小。该转向角 θs 的变化由转向角检测部 7 检测并传送至控制部 8。控制部 8 将驱动装置 6 控制为使反 馈输入轴 55 的旋转角 θfb 与转向角 θs 相同。 如果操作人员将操纵杆 5 停止在中央位置， 则操纵输入轴 54 也停止在初始位置即 旋转角 θin 为 0 的位置。另一方面， 由于转向角 θs 从角度 θ1 逐渐减小， 因此旋转角之 差 Δθ 逐渐减小。如果转向角检测部 7 检测到旋转角 θs 变为 0， 则控制部 8 将驱动装置 6 控制为使反馈输入轴 55 的旋转角 θfb 与转向角 θs 同样为 0。由此， 旋转角之差 Δθ 变为 0。此时， 先导阀 52 的阀体 56 位于中立位置 Np， 转向阀 42 的阀体 43 也位于中立位置 Ns。因此， 不进行对左缸 2 和右缸 3 的供油与排油， 转向角 θs 保持为 0。这样， 如果将操 纵杆 5 从规定的倾斜角 θ1 操作返回到中央位置并停止， 则转向角 θs 也返回并维持为 0。 因而， 前轮 11 返回朝前后方向。
另外， 由于操作人员将操纵杆 5 从中央位置向右侧倾斜时的动作与上述相同， 因 此省略其说明。
3. 特征
在该转向操纵装置 1 中， 无需设置连接部件， 也能够向先导阀 52 反馈转向角 θs。 因此， 即使是像上述机动平地机 100 那样从前轮 11 到驾驶室 14 的距离长的车辆， 在该转向 装操纵置 1 中也能够提高操纵性能。
并且， 在该转向操纵装置 1 中， 虽然对驱动装置 6 进行电控制， 但是， 由于操纵杆 5 与操纵输入轴 54 机械地连接在一起， 因此， 通过操纵操纵杆 5， 能够对先导阀 52 进行非电控 制。 因此， 即使电气系统发生了故障， 也能够改变转向角 θs。 从而， 能够避免车体完全不能 转弯的危险状况， 提高安全性能。
4. 其他实施方式
在所述实施方式中， 虽然本发明的操纵装置 1 适用于机动平地机 100， 但只要是产 生转向角 θs 的机构与先导阀 52 的距离长的车辆， 本发明均可适用。例如， 也可将本发明 的转向操纵装置 1 适用于轮式装载机。
在所述实施方式中， 作为使转向角 θs 发生变化的液压执行机构， 使用了左缸 2 和 右缸 3， 但是并非限定于此， 也可使用其他的液压执行机构。
在所述实施方式中， 虽然先导阀 52 根据操纵输入轴 54 与反馈输入轴 55 的旋转角 之差来调节先导压力， 但也可以通过不是旋转角而是其他的基于动作产生的位移差来调节 先导压力。
在所述实施方式中， 将操纵杆 5 的倾斜角与转向角 θs 控制为相同， 但并非限定于 操纵杆 5 的倾斜角与转向角 θs 严格一致， 只要操纵杆 5 的倾斜角与转向角 θs 以特定关 系增减即可。
在所述实施方式中， 作为转向角检测部 7 例举了电位计， 但除电位计外， 也可以是 附设于转向用液压缸 2， 3 的行程传感器。
工业实用性
本发明具有不论车体形状如何都能够提高操纵性的效果， 作为转向操纵装置是有 用的。