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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】5700613
(24)【登録日】2015年2月27日
(45)【発行日】2015年4月15日
(54)【発明の名称】作業車両及び作業車両の制御方法
(51)【国際特許分類】
E02F 3/43 20060101AFI20150326BHJP
F15B 11/20 20060101ALI20150326BHJP
【ＦＩ】
E02F3/43 P
F15B11/20 B
F15B11/20 E
【請求項の数】5
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2014-530447(P2014-530447)
(86)(22)【出願日】2013年7月12日
(86)【国際出願番号】JP2013069192
【審査請求日】2014年6月25日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(72)【発明者】
【氏名】今泉 雅明
(72)【発明者】
【氏名】和田 稔
【審査官】
須永 聡
(56)【参考文献】
【文献】
特許第５２２８１３２（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】
特開２０１０−２８１３２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−２７１３８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｅ０２Ｆ ３／４３
Ｆ１５Ｂ １１／２０
ＣｉＮｉｉ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車体と、
前記車体に支持されて回動するブームと、
前記ブームの前記車体側とは反対側に支持されて回動するバケットと、
前記ブームを回動させるブーム駆動部と、
前記バケットを回動させるバケット駆動部と、
前記ブーム駆動部が前記ブームから受ける力としてのリフト力を検出するリフト力検出装置と、
前記作業車両が走行する速度を検出する車速検出装置と、
所定の条件が成立したときには前記バケットのチルト動作を開始し、前記チルト動作を開始した時点から前記リフト力が上昇した量に基づいて前記チルト動作を終了させる制御装置と、
を含み、前記制御装置は、少なくとも前記リフト力検出装置の検出結果と前記車速検出装置の検出結果とに基づいて、前記チルト動作を開始させる、作業車両。
前記車体に支持されて回動するブームと、
前記ブームの前記車体側とは反対側に支持されて回動するバケットと、
前記ブームを回動させるブーム駆動部と、
前記バケットを回動させるバケット駆動部と、
前記ブーム駆動部が前記ブームから受ける力としてのリフト力を検出するリフト力検出装置と、
前記作業車両が走行する速度を検出する車速検出装置と、
所定の条件が成立したときには前記バケットのチルト動作を開始し、前記チルト動作を開始した時点から前記リフト力が上昇した量に基づいて前記チルト動作を終了させる制御装置と、
を含み、前記制御装置は、少なくとも前記リフト力検出装置の検出結果と前記車速検出装置の検出結果とに基づいて、前記チルト動作を開始させる、作業車両。
【請求項2】
前記ブーム駆動部はブーム用油圧シリンダを含み、
前記リフト力検出装置は前記ブーム用油圧シリンダに供給される作動油の圧力としてのボトム圧力を検出するブームボトム圧力検出装置である、請求項１に記載の作業車両。
前記リフト力検出装置は前記ブーム用油圧シリンダに供給される作動油の圧力としてのボトム圧力を検出するブームボトム圧力検出装置である、請求項１に記載の作業車両。
【請求項3】
前記制御装置は、前記リフト力と前記作業車両が走行する速度と前記ブームの角度とに基づいて前記ブームの上昇動作を開始させ、前記ブームの上昇動作の開始時からの前記リフト力又は前記ブームの角度の増加量に基づいて、前記上昇動作を終了させる、請求項１又は請求項２に記載の作業車両。
【請求項4】
車体と、前記車体に支持されて回動するブームと、前記ブームの前記車体側とは反対側に支持されて回動するバケットとを備えた作業車両の前記バケットの動作を制御するにあたり、
前記ブームを回動させるブーム駆動部が前記ブームから受ける力としてのリフト力と、前記作業車両が走行する速度と、に少なくとも基づいて前記バケットのチルト動作を開始させ、
前記チルト動作を開始させた後は、前記チルト動作を開始した時点からの前記リフト力が上昇した量に基づいて前記チルト動作を終了させる、作業車両の制御方法。
前記ブームを回動させるブーム駆動部が前記ブームから受ける力としてのリフト力と、前記作業車両が走行する速度と、に少なくとも基づいて前記バケットのチルト動作を開始させ、
前記チルト動作を開始させた後は、前記チルト動作を開始した時点からの前記リフト力が上昇した量に基づいて前記チルト動作を終了させる、作業車両の制御方法。
【請求項5】
前記リフト力と前記作業車両が走行する速度と前記ブームの角度とに基づいて前記ブームの上昇動作を開始させ、前記ブームの上昇動作の開始時からの前記リフト力又は前記ブームの角度の増加量に基づいて、前記上昇動作を終了させる、請求項４に記載の作業車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に掘削作業を行う作業車両及び作業車両の制御方法に関する。【背景技術】
【0002】
土砂又は砕石等をダンプトラック等に積み込む作業機を備えた作業車両がある。このような作業車両として、ホイールローダーがある。ホイールローダーは、バケットを有し、タイヤで走行して作業する車両である。ホイールローダーによる掘削作業において、オペレータの負担を軽減するため、バケットの動作を自動で制御して掘削をするものがある（例えば、特許文献１）。【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平１０−２０４９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
未熟なオペレータであっても、より熟練者に近い生産効率を発揮できるように、自動で掘削を行う機能を備えたホイールローダーに対して、その機能をさらに高度化することが望まれている。【0005】
本発明は、作業機械が自動で掘削作業を実行する場合に、オペレータの熟練度に関わらず、熟練者に近い生産効率を実現することを目的とする。【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、車体と、前記車体に支持されて回動するブームと、前記ブームの前記車体側とは反対側に支持されて回動するバケットと、前記ブームを回動させるブーム駆動部と、前記バケットを回動させるバケット駆動部と、前記ブーム駆動部が前記ブームから受ける力としてのリフト力を検出するリフト力検出装置と、所定の条件が成立したときには前記バケットのチルト動作を開始し、前記チルト動作を開始した時点から前記リフト力が上昇した量に基づいて前記チルト動作を終了させる制御装置と、を含む、作業車両である。【0007】
前記ブーム駆動部はブーム用油圧シリンダを含み、前記リフト力検出装置は前記ブーム用油圧シリンダに供給される作動油の圧力としてのボトム圧力を検出するブームボトム圧力検出装置であることが好ましい。【0008】
前記作業車両が走行する速度を検出する車速検出装置をさらに含み、前記制御装置は、少なくとも前記リフト力検出装置の検出結果と前記車速検出装置の検出結果とに基づいて、前記チルト動作を開始させることが好ましい。【0009】
前記制御装置は、前記リフト力と前記作業車両が走行する速度と前記ブームの角度とに基づいて前記ブームの上昇動作を開始させ、前記ブームの上昇動作の開始時からの前記リフト力又は前記ブームの角度の増加量に基づいて、前記上昇動作を終了させることが好ましい。【0010】
本発明は、車体と、前記車体に支持されて回動するブームと、前記ブームの前記車体側とは反対側に支持されて回動するバケットとを備えた作業車両の前記バケットの動作を制御するにあたり、所定の条件が成立したときには前記バケットのチルト動作を開始させ、前記チルト動作を開始させた後は、前記チルト動作を開始した時点からの前記リフト力が上昇した量に基づいて前記チルト動作を終了させる、作業車両の制御方法である。【0011】
少なくとも前記リフト力と前記作業車両が走行する速度とに基づいて、前記チルト動作を開始させることが好ましい。【0012】
前記リフト力と前記作業車両が走行する速度と前記ブームの角度とに基づいて前記ブームの上昇動作を開始させ、前記ブームの上昇動作の開始時からの前記リフト力又は前記ブームの角度の増加量に基づいて、前記上昇動作を終了させることが好ましい。【発明の効果】
【0013】
本発明は、作業機械が自動で掘削作業を実行する場合に、オペレータの熟練度に関わらず、熟練者に近い生産効率を実現することができる。【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。【0016】
＜ホイールローダー＞図１は、本実施形態に係る作業車両を示す図である。本実施形態において、作業車両として、砕石又は砕石の掘削時に発生した土砂若しくは岩石等をダンプトラック等に積載するホイールローダー１を例とする。ホイールローダー１は、フロントエンドローダーであるが、本実施形態においてホイールローダー１の形式はこれに限定されるものではない。
【0017】
ホイールローダー１は、車体２と、ブーム３及びバケット４を備える作業機５と、前輪６Ｆ及び後輪６Ｒと、運転室７と、ブームシリンダ９と、バケットシリンダ１０とを備えている。車体２には、作業機５、前輪６Ｆ及び後輪６Ｒ並びに運転室７が取り付けられている。運転室７内には、運転席ＤＳ及び操作レバーＣＬが設けられている。運転席ＤＳの背もたれＤＳＢから操作レバーＣＬに向かう方向を前方といい、操作レバーＣＬから背もたれＤＳＢに向かう方向を後方という。ホイールローダー１の左右は、前方を基準とする。【0018】
前輪６Ｆ及び後輪６Ｒは、路面Ｒに接地する。前輪６Ｆ及び後輪６Ｒの接地面側を下方といい、前輪６Ｆ及び後輪６Ｒの接地面から離れる方向を上方という。前輪６Ｆ及び後輪６Ｒが回転することにより、ホイールローダー１は走行する。ホイールローダー１の操舵は、車体２が前輪６Ｆと後輪６Ｒとの間で屈曲することにより実現される。【0019】
作業機５は、車体２の前部に配置される。ブーム３は、車体２の前方側に支持されて、前方に向かって延びている。ブーム３は、車体２に支持されて回動する。バケット４は、開口部４Ｈ及び爪４Ｃを有している。バケット４は、爪４Ｃが土砂又は砕石等の積載物ＳＲをすくい取る。爪４Ｃがすくい取った積載物ＳＲは、開口部４Ｈからバケット４の内部に入る。バケット４は、ブーム３の車体２側とは反対側に支持されて回動する。【0020】
ブームシリンダ９は、車体２とブーム３との間に設けられている。ブーム３は、ブームシリンダ９が伸縮することによって、車体２側の支持部を中心として回動する。バケットシリンダ１０は、一端部が車体２に取り付けられて支持され、他端部がベルクランク１１の一端部に取り付けられている。ベルクランク１１の他端部は、バケット４に連結されている。バケット４は、バケットシリンダ１０が伸縮することによって、ブーム３に支持された部分を中心として回動する。【0021】
操作レバーＣＬは、ブームシリンダ９及びバケットシリンダ１０の伸縮を制御する。運転室７に搭乗したオペレータが、操作レバーＣＬを操作すると、ブームシリンダ９及びバケットシリンダ１０の少なくとも一方が伸縮する。すると、ブーム３及びバケット４の少なくとも一方が回動する。このように、ブーム３及びバケット４は、オペレータが、操作レバーＣＬを操作することによって動作する。【0022】
＜作業機５の制御系統＞図２は、作業機の動作を制御する制御系統を示す図である。図１に示す作業機５の動作、すなわちブーム３及びバケット４の動作を制御する制御系統ＣＳは、作業機油圧ポンプ１２と、ブーム操作弁１３と、バケット操作弁１４と、パイロットポンプ１５と、吐出回路１２Ｃと、電磁比例制御弁２０と、制御装置４０と、を含む。
【0023】
作業機油圧ポンプ１２は、ホイールローダー１に搭載される動力発生源としてのエンジン（ＥＧ）１６によって駆動される。エンジン１６の出力は、ＰＴＯ（Power Take Off）１７に入力された後、作業機油圧ポンプ１２とトランスミッション（ＴＭ）１８とに出力される。このような構造により、作業機油圧ポンプ１２は、ＰＴＯ１７を介してエンジン１６に駆動されて、作動油を吐出する。【0024】
変速装置１８は、ＰＴＯ１７から伝達されたエンジン１６の出力を、図１に示す前輪６Ｆ及び後輪６Ｒに伝達してこれらを駆動する。このように、ホイールローダー１は、エンジン１６の出力によって前輪６Ｆ及び後輪６Ｒが駆動されて、走行する。【0025】
作業機油圧ポンプ１２が作動油を吐出する吐出口には、作動油が通過する油路としての吐出回路１２Ｃが接続されている。吐出回路１２Ｃは、ブーム操作弁１３とバケット操作弁１４とに接続されている。ブーム操作弁１３及びバケット操作弁１４は、いずれも油圧パイロット式の操作弁である。ブーム操作弁１３とバケット操作弁１４とは、それぞれブームシリンダ９とバケットシリンダ１０とに接続されている。作業機油圧ポンプ１２と、ブーム操作弁１３と、バケット操作弁１４と、吐出回路１２Ｃとは、タンデム形式の油圧回路を形成している。【0026】
ブーム操作弁１３は、Ａ位置、Ｂ位置、Ｃ位置及びＤ位置を有する４位置切換弁である。ブーム操作弁１３は、Ａ位置になるとブーム３が上昇し、Ｂ位置になると中立、Ｃ位置になるとブーム３は下降し、Ｄ位置になるとブーム３はそのときの位置を保持する。バケット操作弁１４は、Ｅ位置、Ｆ位置及びＧ位置を有する３位置切換弁である。バケット操作弁１４は、Ｅ位置になるとバケット４がチルト動作し、Ｆ位置になると中立、Ｇ位置になるとバケット４がダンプ動作する。【0027】
バケット４のチルト動作は、図１に示すバケット４の開口部４Ｈ及び爪４Ｃが運転室７に向かって回動することにより傾く動作である。バケット４のダンプ動作は、チルト動作とは反対に、バケット４の開口部４Ｈ及び爪４Ｃが運転室７から遠ざかるように回動することにより傾く動作である。【0028】
ブーム操作弁１３及びバケット操作弁１４のパイロット受圧部は、それぞれ電磁比例制御弁２０を介してパイロットポンプ１５と接続されている。パイロットポンプ１５は、ＰＴＯ１７に接続されて、エンジン１６によって駆動される。パイロットポンプ１５は、電磁比例制御弁２０を介して、ブーム操作弁１３のパイロット受圧部１３Ｒ及びバケット操作弁１４のパイロット受圧部１４Ｒに所定圧力（パイロット圧力）の作動油を与える。【0029】
電磁比例制御弁２０は、ブーム下げ電磁比例制御弁２１、ブーム上げ電磁比例制御弁２２、バケットダンプ電磁比例制御弁２３及びバケットチルト電磁比例制御弁２４を有している。ブーム下げ電磁比例制御弁２１及びブーム上げ電磁比例制御弁２２は、ブーム操作弁１３の各パイロット受圧部１３Ｒ、１３Ｒに接続されている。バケットダンプ電磁比例制御弁２３及びバケットチルト電磁比例制御弁２４は、バケット操作弁１４の各パイロット受圧部１４Ｒ、１４Ｒに接続されている。ブーム下げ電磁比例制御弁２１のソレノイド指令部２１Ｓ、ブーム上げ電磁比例制御弁２２のソレノイド指令部２２Ｓ、バケットダンプ電磁比例制御弁２３のソレノイド指令部２３Ｓ及びバケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド指令部２４Ｓには、制御装置４０からのそれぞれの指令信号が入力される。【0030】
ブーム下げ電磁比例制御弁２１、ブーム上げ電磁比例制御弁２２、ブーム操作弁１３及びブームシリンダ９は、ブーム３を回動（昇降）させるブーム駆動部としての機能を有する。バケットダンプ電磁比例制御弁２３、バケットチルト電磁比例制御弁２４、バケット操作弁１４及びバケットシリンダ１０は、バケットを回動（チルト動作又はダンプ動作）させるバケット駆動部としての機能を有する。【0031】
制御装置４０は、例えば、コンピュータである。制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部４１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部４２と、入力部４３と、出力部４４とを含む。処理部４１は、コンピュータプログラムに記述された各種の命令を逐次実行することにより、作業機５の動作を制御する。処理部４１は、記憶部４２、入力部４３及び出力部４４と電気的に接続されている。このような構造により、処理部４１は、記憶部４２に記憶されている情報を読み出したり、記憶部４２に情報を書き込んだり、入力部４３から情報を受け取ったり、出力部４４に情報を出力したりすることができる。【0032】
記憶部４２は、作業機５の動作を制御するためのコンピュータプログラム及び作業機５の動作の制御に用いるための情報を記憶している。本実施形態において、記憶部４２は、本実施形態に係る作業車両の制御方法を実現するためのコンピュータプログラムを記憶している。処理部４１は、このコンピュータプログラムを記憶部４２から読み出して実行することにより、本実施形態に係る作業車両の制御方法を実現する。【0033】
入力部４３には、ブーム角度検出センサ４６と、バケット角度検出センサ４７と、ブームシリンダ９に充填されている作動油の圧力（ボトム圧力）を検出するブームシリンダ圧力センサ４８と、変速装置１８を制御するＴＭ（Trans Mission）制御装置４９と、車速センサ５０と、第１ポテンショメータ３１と、第２ポテンショメータ３３と、入出力装置４５とが接続されている。処理部４１は、これらの検出値又は指令値を取得して、作業機５の動作を制御する。【0034】
車速検出装置としての車速センサ５０は、ホイールローダー１が走行する速度（車速）を検出する。ＴＭ制御装置４９は、変速装置１８の変速段を切り替える。この場合、ＴＭ制御装置４９は、車速センサ５０から取得した車速及びホイールローダー１のアクセル開度等に基づいて、変速段を制御する。【0035】
出力部４４には、ブーム下げ電磁比例制御弁２１のソレノイド指令部２１Ｓと、ブーム上げ電磁比例制御弁２２のソレノイド指令部２２Ｓと、バケットダンプ電磁比例制御弁２３のソレノイド指令部２３Ｓと、バケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド指令部２４Ｓと、入出力装置４５とが接続されている。処理部４１は、ブーム下げ電磁比例制御弁２１のソレノイド指令部２１Ｓ又はブーム上げ電磁比例制御弁２２のソレノイド指令部２２Ｓにブームシリンダ９を動作させるための指令値を与えて、ブームシリンダ９を伸縮させる。ブームシリンダ９が伸縮することにより、ブーム３が昇降する。処理部４１は、バケットダンプ電磁比例制御弁２３のソレノイド指令部２３Ｓ又はバケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド指令部２４Ｓにブームシリンダ９を動作させるための指令値を与えて、バケットシリンダ１０を伸縮させる。バケットシリンダ１０が伸縮することにより、バケット４がチルト動作又はダンプ動作する。このようにして、処理部４１は、作業機５、すなわちブーム３及びバケット４の動作を制御する。【0036】
入力部４３及び出力部４４の両方に接続されている入出力装置４５は、入力装置４５Ｓと、発音装置４５Ｂと、表示装置４５Ｍとを備えている。入出力装置４５は、入力装置４５Ｓから制御装置４０に指令値を入力したり、発音装置４５Ｂから警告音を発生させたり、表示装置４５Ｍに作業機５の状態又は制御に関する情報を表示したりする。入力装置４５Ｓは、例えば、押しボタン式のスイッチである。入力装置４５Ｓが操作されることにより、表示装置４５Ｍに表示される情報が切り替えられたり、ホイールローダー１の操作モードが切り替えられたりする。【0037】
それぞれの入力装置４５Ｓには、ホイールローダー１の操作モードを切り替えたり、表示装置４５Ｍの表示を切り替えたりする機能が割り当てられる。図２に示す例では、１つの入力装置４５Ｓに、操作モードの１つとしての自動掘削スタートを開始させるための機能が割り当てられている。このため、本実施形態において、入力装置４５Ｓは、自動掘削スタートスイッチ３４となる。自動掘削スタートスイッチ３４が操作されると、入出力装置４５は、掘削スタート信号を生成する。この掘削スタート信号は、制御装置４０に入力される。【0038】
掘削スタート信号が入力されると、制御装置４０は、ホイールローダー１を自動掘削モードで制御する。同時に、制御装置４０は、表示装置４５Ｍにアイコン３４Ｉを表示する。アイコン３４Ｉは、自動掘削モードがＯＮになっていること示すものである。なお、入出力装置４５の入力装置４５Ｓをタッチパネルとして表示装置４５に組み込み、アイコン３４Ｉを自動掘削スタートスイッチ３４に割り当ててもよい。【0039】
操作レバーＣＬは、ブーム操作レバー３０とバケット操作レバー３２とを含む。ブーム操作レバー３０には、自身の操作量を検出する第１ポテンショメータ３１が取り付けられている。バケット操作レバー３２には、自身の操作量を検出する第２ポテンショメータ３３が取り付けられている。第１ポテンショメータ３１及び第２ポテンショメータ３３の検出信号は、制御装置４０の入力部４３に入力される。【0040】
ブーム操作レバー３０には、キックダウンスイッチ３５が設けられている。キックダウンスイッチ３５は、変速装置１８のセレクターレバー１８Ｌが操作されない状態で、変速装置１８の変速段を、より低速段に変更する。【0041】
キックダウンスイッチ３５は、ＴＭ制御装置４９に接続されている。キックダウンスイッチ３５から指令値を取得したＴＭ制御装置４９は、変速装置１８の変速段を、指令値を取得した時点における変速段よりも低速側に変更する。例えば、指令値を取得した時点における変速段が２段であった場合、ＴＭ制御装置４９は、変速装置１８の変速段を１段に変更する。本実施形態において、キックダウンスイッチ３５は自動掘削スタートスイッチ３４と兼用されてもよい。【0042】
図３は、作業機を示す図である。作業機５のブーム３は、第１端部側が連結ピン３Ｐによって車体２にピン結合されている。ブーム３の両端部の間には、ブームシリンダ９を取り付けるためのブラケット３ＢＲが取り付けられている。ブームシリンダ９は、第１端部が連結ピン９Ｐａによって車体２にピン結合され、第２端部が連結ピン９Ｐｂによってブラケット３ＢＲにピン結合される。このような構造により、ブーム３は、ブームシリンダ９が伸縮すると、連結ピン３Ｐの中心軸Ｚ１を中心として回動（昇降）する。【0043】
バケット４は、ブーム３の第２端部側、すなわち車体２側とは反対側における端部側に、連結ピン４Ｐａによってピン結合されている。このような構造により、バケット４は、連結ピン４Ｐａの中心軸Ｚ２を中心として回動する。バケットシリンダ１０は、第１端部が連結ピン３Ｐによって車体２にピン結合され、第２端部が連結ピン１１ａによってベルクランク１１の第１端部にピン結合される。ベルクランク１１の第２端部は、連結部材１１Ｌの第１端部と連結ピン１１ｂによってピン結合されている。連結部材１１Ｌの第２端部は、連結ピン４Ｐｂによってバケット４とピン結合されている。【0044】
ブーム３は、両方の端部の間に、ベルクランク１１を支持する支持部材８が取り付けられている。ベルクランク１１は、両端部の間が連結ピン１１ｃによって支持部材８にピン結合されている。このような構造により、ベルクランク１１は、連結ピン１１ｃの中心軸Ｚ３を中心として回動する。バケットシリンダ１０が縮むと、ベルクランク１１は第１端部が車体２側に移動する。ベルクランク１１は、連結ピン１１ｃの中心軸Ｚ３を中心として回動するため、ベルクランク１１の第２端部は車体２から遠ざかる方向に移動する。すると、バケット４は、連結部材１１Ｌを介してダンプ動作する。バケットシリンダ１０が伸びると、ベルクランク１１は第１端部が車体２側から遠ざかる。すると、ベルクランク１１の第２端部は車体２に近づくので、バケット４は連結部材１１Ｌを介してチルト動作する。【0045】
＜ブームの角度α及びバケットの角度β＞作業機５において、ブーム３の角度（以下、適宜ブーム角度という）αは、連結ピン３Ｐの中心軸Ｚ１と連結ピン４Ｐａの中心軸Ｚ２とを結ぶ直線Ｌ１と、連結ピン３Ｐを通り、かつ前輪６Ｆ及び後輪６Ｒの接地面と平行な水平線Ｌ２とのなす角度のうち小さい方である。本実施形態において、ブーム角度αは、水平線Ｌ２よりも路面Ｒ側に傾斜している場合は負になる。ブーム３が上昇するとブーム角度αは大きくなる。
【0046】
バケット４の角度（以下、適宜バケット角度という）βは、路面Ｒ（図３では水平線Ｌ２が対応する）と、連結ピン４Ｐａの中心軸Ｚ２を通りバケット４の底面４Ｂに平行な直線Ｌ３とのなす角度である。本実施形態において、バケット角度βは、連結ピン４Ｐａの中心軸Ｚ２に対して直線Ｌ３の前方が下向きとなる場合は負になる。バケット４がチルト動作するとバケット角度βは大きくなる。【0047】
ブーム角度αを検出するブーム角度検出センサ４６は、ブーム３を車体２にピン結合する連結ピン３Ｐの部分に取り付けられている。バケット角度βを検出するバケット角度検出センサ４７は、連結ピン１１ｃの部分に取り付けられて、ベルクランク１１を介して間接的にバケット４の角度を検出する。バケット角度検出センサ４７は、ブーム３とバケット４とを連結する連結ピン４Ｐａの部分に取り付けられてもよい。本実施形態において、ブーム角度検出センサ４６及びバケット角度検出センサ４７は、例えば、ポテンショメータが用いられるが、これには限定されない。【0048】
ブーム角度検出センサ４６が検出するブーム角度αは、ブーム３の姿勢を示す指標になる。このため、ブーム角度検出センサ４６は、ブーム３の姿勢を検出するブーム姿勢検出装置として機能する。バケット角度検出センサ４７が検出するバケット角度βは、バケット４の姿勢示す指標になる。このため、バケット角度検出センサ４７は、バケット４の姿勢を検出するバケット姿勢検出装置として機能する。【0049】
ホイールローダー１のオペレータが、ブーム操作レバー３０又はバケット操作レバー３２を操作すると、制御装置４０は第１ポテンショメータ３１又は第２ポテンショメータ３３からブーム操作レバー３０又はバケット操作レバー３２の操作量の信号を取得する。そして、制御装置４０は、この操作量の信号に対応する作業機速度制御指令を、ブーム下げ電磁比例制御弁２１、ブーム上げ電磁比例制御弁２２、バケットダンプ電磁比例制御弁２３又はバケットチルト電磁比例制御弁２４に出力する。【0050】
ブーム下げ電磁比例制御弁２１、ブーム上げ電磁比例制御弁２２、バケットダンプ電磁比例制御弁２３又はバケットチルト電磁比例制御弁２４は、この作業機速度制御指令の大きさに応じたパイロット圧力を、対応するブーム操作弁１３又はバケット操作弁１４のパイロット受圧部に出力する。すると、ブームシリンダ９又はバケットシリンダ１０はそれぞれのパイロット油圧に応じた速度で、対応する方向に作動する。【0051】
＜自動掘削＞ホイールローダー１は、オペレータがブーム操作レバー３０及びバケット操作レバー３２の少なくとも一方を操作することにより、作業機５が掘削対象を掘削する。この他にも、ホイールローダー１は、自動で掘削対象を掘削することもできる。ホイールローダー１が自動掘削を実行するにあたり、制御装置４０は、自動掘削スタートスイッチ３４からの掘削スタート信号を入力すると自動掘削を開始する。自動掘削において、制御装置４０は、ブーム角度検出センサ４６、バケット角度検出センサ４７の検出値、ブームシリンダ圧力センサ４８の検出値を取得する。そして、制御装置４０は、取得した検出値に基づき、作業機速度制御指令を電磁比例制御弁２０の各ソレノイド指令部２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ、２４Ｓに出力する。このようにして、制御装置４０は、ブーム角度αとバケット角度βとを制御し、作業機５を自動で動作させて掘削する。このように、ホイールローダー１が自動掘削を実行する場合、制御装置４０は、少なくともブーム角度検出センサ４６の検出値とブームシリンダ圧力センサ４８の検出値とに基づき、バケット駆動部とブーム駆動部とに指令信号を出力してブーム３及びバケット４の少なくとも一方の姿勢を自動で制御する。
【0052】
自動掘削において、オペレータがキックダウンスイッチ３５を操作すると、ＴＭ制御装置４９は、変速装置１８の変速段をより変速比の大きい変速段に変更する。その結果、ホイールローダー１の駆動力は大きくなるので、掘削効率が向上する。前述したように、自動掘削スタートスイッチ３４とキックダウンスイッチ３５とを兼用すると、自動掘削の開始と同時に変速装置１８の変速段がより変速比の大きい変速段に変更されるので、掘削作業が容易かつ効率的に実現できる。【0053】
自動掘削機能を有するホイールローダー１は、ホイールローダー１による掘削作業において、オペレータの負担を軽減することができる。未熟なオペレータでも熟練者に近い作業を可能とするために、ホイールローダー１の自動掘削機能をさらに高度化することが望まれている。【0054】
ホイールローダー１は、牽引力によって掘削対象を掘削する。掘削作業は、例えば、作業機５を掘削対象に進入させた後、ホイールローダー１のオペレータが、バケット４及びブーム３を操作することによってホイールローダー１の牽引力を適切に調整しながらバケット４に土砂類を積み込む作業である。ホイールローダー１の掘削作業において、熟練したオペレータは、ホイールローダー１の操作及び挙動を通じて掘削の状態を把握し、適切なタイミングでバケット４及びブーム３を操作することにより、掘削状態に応じた適切な牽引力をホイールローダー１に発揮させていると考えられる。【0055】
本発明者らは、掘削時におけるホイールローダー１の動作及び各部の状態等を詳細に検討した。その結果、本発明者らは、ブーム３のリフト力は、ホイールローダー１の牽引力と相関が高いことを見出した。そして、本発明者らは、ホイールローダー１の生産効率の向上には、ブーム３のリフト力に基づいて、バケット４のチルト動作のタイミング及びブーム３のリフトのタイミングを決定すること、特にチルト動作を終了させるタイミングが重要であることが有効であることを見出した。本実施形態において、リフト力は、ブーム駆動部、具体的にはブームシリンダ９がブーム３から受ける力である。生産効率は、単位時間あたりにおけるホイールローダー１の掘削量である。【0056】
本実施形態において、ホイールローダー１は、自動掘削において、リフト力に基づいてバケット４のチルト動作を終了させる。具体的には、ホイールローダー１が自動掘削を実行するにあたり、制御装置４０は、所定の条件が成立したときにはバケット４のチルト動作を開始し、チルト動作を開始した時点からリフト力が上昇した量に基づいて、チルト動作を終了させる。このようにすると、ホイールローダー１は、自動掘削において、適切なタイミングでバケット４のチルト動作を終了させることができるので、オペレータの熟練度に関わらず、ホイールローダー１の生産効率を向上させて、熟練者に近い生産効率を実現することができる。【0057】
＜作業車両の制御方法＞図４、図５及び図６は、本実施形態に係る作業車両の制御方法における処理の一例を示すフローチャートである。図７は、本実施形態に係る作業車両の制御方法におけるタイミングチャートである。図８は、自動掘削時にバケットチルト電磁比例制御弁を開く時間（ＯＮ時間）と閉じる時間（ＯＦＦ時間）とを説明するための図である。図７中、上段のタイミングチャートの縦軸はブーム角度α及び自動リフト指令ＯＰａであり、横軸は時間ｔである。図７中、下段のタイミングチャートの縦軸は、バケット角度β、自動チルト指令ＯＰｂ、ボトム圧力Ｐｂ及び車速Ｖｃであり、横軸は時間ｔである。図７において、自動リフト指令ＯＰａ及び自動チルト指令ＯＰｂは、いずれもＯＮ状態とＯＦＦ状態とが示される。本実施形態に係る作業車両の制御方法は、自動で掘削作業を行うときにおけるホイールローダー１の制御方法、特に作業機５の制御方法である。
【0058】
本実施形態の自動掘削制御は、処理の状態をステージという概念で区別する。本実施形態において、ステージは、０から６まで存在する。ステージ０は自動掘削制御の終了の状態、ステージ１は自動掘削制御の開始条件を判定する状態、ステージ２は自動リフト中に自動リフトの終了判定中の状態、ステージ３は自動チルト待機中の状態、ステージ４は自動チルト開始条件判定中の状態、ステージ５は自動チルト動作中の状態、ステージ６は自動チルト動作終了条件判定中の状態である。【0059】
ステップＳ１０１において、図２に示す制御装置４０の処理部４１は、ホイールローダー１が自動掘削制御中であるか否かを判定する。ステージが０よりも大きい場合、処理部４１は、自動掘削制御中であると判定する。ステージが０である場合、処理部４１は、自動掘削制御中ではないと判定する。ステージが０である場合、すなわち自動掘削制御中でない場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、処理部４１は、自動掘削モードがＯＮ、すなわち起動しているか否かを判定する。処理部４１は、例えば、図２に示す自動掘削スタートスイッチ３４が操作されたことを検出した場合、自動掘削モードがＯＮになっていると判定する。【0060】
自動掘削モードがＯＮになっている場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、処理部４１は、例えば、図２に示す入出力装置４５の表示装置４５Ｍに、自動掘削モードがＯＮになっていることを表示する。次に、ステップＳ１０４に進み、処理部４１は、条件１が成立したか否かを判定する。条件１は、ホイールローダー１が前進かつバケット４が接地している場合である。処理部４１は、例えば、図２に示すセレクターレバー１８Ｌ又はＴＭ制御装置４９から前進信号を検出した場合、ホイールローダー１が前進していると判定する。また、処理部４１は、図２に示すブーム角度検出センサ４６の検出値が判定値ａよりも小さい場合、バケット４が接地していると判定する。判定値ａは限定されるものではないが、本実施形態では−３０度としている。【0061】
条件１が成立した場合（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５において、処理部４１はキックダウン条件が成立したか否かを判定する。キックダウン条件は、図２に示す変速装置１８の変速モードが自動変速モードかつＴＭ制御装置４９にキックダウン指令があった場合又は変速装置１８の変速段が１段かつ示すキックダウンスイッチ３５がＯＮになった場合に成立する。キックダウン条件が成立した場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の条件がすべて満たされたことになるので、自動掘削制御が開始される。図７のタイミングチャートでは、時間ｔが０で自動掘削制御が開始される。【0062】
ステップＳ１０６において、処理部４１は、ステージの書き換え処理を実行する。ステップＳ１０６以降において自動掘削制御が実行されることになるので、ステップＳ１０６において、処理部４１は、ステージを１に書き換えて、自動掘削制御の状態を、自動リフト条件の判定中に遷移させる。図７のタイミングチャートでは、時間ｔ＝０で自動掘削制御が開始する。図７中の矢印ＡＤＣで示す期間に、自動掘削制御が行われる。【0063】
次に、処理部４１は、ステップＳ１０７に進み、自動掘削制御の終了条件が成立しているか否かを判定する。本実施形態において、次に示す（１）から（８）のうちのいずれか１つが成立した場合、自動掘削制御の終了条件が成立する。（１）自動掘削モードがＯＦＦ（自動掘削モードの起動停止）である場合
（２）前進信号以外が検出された場合
（３）バケット４のチルトエンドが検出されてから所定時間（本実施形態では０．５秒）経過した後である場合
（４）ブーム角度αが所定角度以上（本実施形態では０度以上）である場合
（５）作業機５がロックされている場合
（６）センサ又は作業機５の制御系統ＣＳに不具合が発生した場合
（７）ブーム操作レバー３０の操作量が、ブーム３を下降させる方向において所定量よりも大きい場合
（８）バケット操作レバー３２の操作量が、バケット４をダンプ動作させる方向において所定量よりも大きい場合
【0064】
自動掘削制御の終了条件が成立していない場合（ステップＳ１０７、Ｎｏ）、ステップＳ１０８において、処理部４１は、ステージが１であるか否かを判定する。ステージが１である場合（ステップＳ１０８、Ｙｅｓ）、処理部４１は、ステップＳ１０９において条件２が成立するか否かを判定する。条件２は、ブーム３の自動リフト（上昇）を開始させるための条件である。本実施形態において、条件２は、ボトム圧力Ｐｂが判定値ｂよりも大きい状態が所定時間ｔａ以上継続し、かつブーム角度αが判定値ｃよりも小さく、かつ車速Ｖｃが判定値ｄよりも小さい状態が所定時間ｔｂ以上継続したときに成立する。【0065】
このように、処理部４１は、リフト力、すなわちボトム圧力Ｐｂと車速Ｖｃとブーム角度αとに基づいて、ブーム３の上昇動作を開始させる。このように、本実施形態は、ボトム圧力Ｐｂを用いてブーム３の自動リフトの開始条件を判定するため、ホイールローダー１が牽引力を発揮できるタイミングを適切に判定することができる。【0066】
本実施形態において、判定値ｂは６ＭＰａ、判定値ｃは−１０度であるが、これらの値には限定されない。所定時間ｔａ、ｔｂは限定されるものではないが、本実施形態ではいずれも０．１秒である。本実施形態において、所定時間ｔａ、ｔｂは同一であるが、両者は異なっていてもよい。【0067】
条件２が成立した場合（ステップＳ１０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１０で、処理部４１は、ブーム３の自動リフトを実行し、ステージの書き換え処理を実行する。図７のタイミングチャートでは、時間ｔ＝Ｔ１で自動リフトが開始される。自動リフトを実行するにあたって、処理部４１は、図２に示すブーム上げ電磁比例制御弁２２のソレノイド指令部２２Ｓに自動リフト指令を与える。すると、ブームシリンダ９が伸びることにより、ブーム３が上昇する。自動リフト指令は、ブーム上げ電磁比例制御弁２２の全閉を０％、全開を１００％とした百分率で指令するものである。図７中の符号ＯＰａは、自動リフト指令に対応する。条件２が成立すると、処理部４１は、ステージを２に書き換えて、自動掘削制御の状態を、自動リフト中における自動リフトの終了判定中に遷移させる。次に、ステップＳ１１１において、処理部４１は、ステージが２であるか否かを判定する。【0068】
ステージが２である場合（ステップＳ１１１、Ｙｅｓ）、処理部４１は、ステップＳ１１２において条件３が成立するか否かを判定する。条件３は、ブーム３の自動リフトを終了させるための条件である。本実施形態において、条件３は、ブーム３が自動リフトを開始した時点からブーム角度αが増加した量が判定値ｆよりも大きい場合又はボトム圧力Ｐｂが判定値ｇよりも大きい状態が所定時間ｔｃ以上継続した場合に成立する。本実施形態において、判定値ｆは３度、判定値ｇは３０ＭＰａであるが、これらの値には限定されない。所定時間ｔｃは限定されるものではないが、本実施形態では０．１秒である。【0069】
本実施形態は、ブーム３の上昇動作の開始時からのリフト力、すなわちボトム圧力Ｐｂ又はブームの角度αの増加量に基づいて、前記上昇動作を終了させる。このように、処理部４１は、ボトム圧力Ｐｂ又はブーム角度αの増加量を用いてブーム３の自動リフトの終了条件を判定するため、ホイールローダー１が発生する牽引力が適切な大きさになった時点で自動リフトを終了させ、自動チルト動作に移行させることができる。【0070】
条件３が成立した場合（ステップＳ１１２、Ｙｅｓ）、処理部４１は、ステップＳ１１３で、ブーム３の自動リフトを終了し、ステージの書き換え処理を実行する。図７のタイミングチャートでは、ｔ＝ｔ２で自動リフトが終了している。図７から分かるように、自動リフトの終了後は、自動リフトの開始前と比較してブーム角度αは増加している。また、図７から分かるように、自動リフト中にボトム圧力Ｐｂは上昇している。条件３が成立すると、処理部４１は、ステージを３に書き換えて、自動掘削制御の状態を、自動チルト動作の待機中に遷移させる。次に、図５に示すステップＳ１１４において、処理部４１は、ステージが３であるか否かを判定する。なお、図４のｖは、図５のｖに対応する。【0071】
ステージが３である場合（ステップＳ１１４、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１５で、処理部４１は、自動チルト指令を０％に設定して、バケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド指令部２４Ｓに出力する。自動チルト指令は、バケットチルト電磁比例制御弁２４を所定の開度で開弁させるための指令である。自動チルト指令は、バケットチルト電磁比例制御弁２４の全閉を０％、全開を１００％とした百分率で指令するものである。【0072】
自動チルト指令は、図８の開閉弁パターンに示すように、バケットチルト電磁比例制御弁２４を開弁させるＯＮ時間Δｔ１と、バケットチルト電磁比例制御弁２４を閉弁させるＯＦＦ時間Δｔ２とを組み合わせた指令である。ＯＮ時間Δｔ１とＯＦＦ時間ｔ２とは、例えば、自動チルトの回数に応じて予め設定され、自動チルト周期テーブルとして、図２に示す制御装置４０の記憶部４２に記憶されている。【0073】
ステップＳ１１６に進み、処理部４１は、これから実行される自動チルト動作の回数に対応したＯＦＦ時間Δｔ２を、前述した自動チルト周期テーブルから読み出す。そして、処理部４１は、ＯＦＦ時間Δｔ２が経過したか否かを判定する。このような処理によって、本実施形態において、処理部４１は、ブーム３の自動リフトを終了させるための条件３が成立した後、所定時間が経過するまでは自動チルト動作を実行しない。【0074】
ＯＦＦ時間Δｔ２が経過すると（ステップＳ１１６、Ｙｅｓ）、処理部４１は、ステップＳ１１７で、ステージを４に書き換えて、自動掘削制御の状態を、自動チルト動作の開始条件判定中に遷移させる。ＯＦＦ時間Δｔ２が経過しない場合（ステップＳ１１６、Ｎｏ）、処理部４１は、ＯＦＦ時間Δｔ２が経過するまで待機する。【0075】
ステップＳ１１８において、処理部４１は、ステージが４であるか否かを判定する。ステージが４である場合（ステップＳ１１８、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１９で、処理部４１は、条件４が成立したか否かを判定する。条件４は、自動チルト動作を開始するための条件である。本実施形態において、条件４は、ボトム圧力Ｐｂが判定値ｊよりも大きい状態が所定時間ｔｄ以上継続し、かつ車速Ｖｃが判定値ｋよりも小さい状態が所定時間ｔｅ以上継続した場合に成立する。本実施形態において、判定値ｊは１６ＭＰａ、判定値ｋは時速２ｋｍであるが、これらの値には限定されない。所定時間ｔｄ、ｔｅは限定されるものではないが、本実施形態ではいずれも０．１秒である。本実施形態において、所定時間ｔｄ、ｔｅは同一であるが、両者は異なっていてもよい。【0076】
条件４が成立した場合（ステップＳ１１９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２０において、処理部４１は、ステージを５に書き換えて、自動掘削制御の状態を、自動チルト動作中に遷移させる。また、ステップＳ１２０において、処理部４１は、図２に示すブームシリンダ圧力センサ４８から、ボトム圧力Ｐｂを取得する。このボトム圧力Ｐｂは、自動チルト動作を開始した時点におけるボトム圧力Ｐｂであり、自動チルト動作を開始したときのリフト力に対応する。【0077】
前述したように、処理部４１は、リフト力検出装置の検出結果、すなわちブームシリンダ圧力センサ４８の検出結果であるボトム圧力Ｐｂと、車速センサ５０の検出結果である車速Ｖｃとに基づいて、バケット４の自動チルト動作を開始させる。このように、ホイールローダー１の牽引力と相関が高いリフト力に対応するボトム圧力Ｐｂと車速Ｖｃとを用いることにより、処理部４１は、ホイールローダー１の牽引力が飽和したタイミングを比較的容易かつ確実に知ることができる。その結果、処理部４１は、適切なタイミングでバケット４を自動でチルト動作させることができるので、効率的な荷積み作業を実現できる。このため、ホイールローダー１は、生産性が向上する。【0078】
次に、ステップＳ１２１において、処理部４１は、ステージが５であるか否かを判定する。ステージが５である場合（ステップＳ１２１、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２２で、処理部４１は、自動チルト指令をｐに設定して、バケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド指令部２４Ｓに出力する。本実施形態において、ｐは１００％である。自動チルト指令がバケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド指令部２４Ｓに出力されることにより、バケット４は自動チルト動作を開始する。図７に示すタイミングチャートでは、時間ｔ＝ｔ３で自動チルト動作が開始している。図７中の符号ＯＰｂは、自動チルト指令に対応する。【0079】
次に、ステップＳ１２３に進み、処理部４１は、これから実行される自動チルト動作の回数に対応したＯＮ時間Δｔ１を、前述した自動チルト周期テーブルから読み出す。そして、処理部４１は、ＯＮ時間Δｔ１が経過したか否かを判定する。ＯＮ時間Δｔ１が経過したら（ステップＳ１２３、Ｙｅｓ）、処理部４１は、ステップＳ１２４において、処理部４１は、ステージを６に書き換えて、自動掘削制御の状態を、自動チルト動作の終了条件判定中に遷移させる。【0080】
ステップＳ１２５に進み、処理部４１は、ステージが６であるか否かを判定する。ステージが６である場合（ステップＳ１２５、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２６で、処理部４１は、条件５が成立したか否かを判定する。条件５は、自動チルト動作を終了させるための条件である。本実施形態において、条件５は、ボトム圧力Ｐｂが判定値ｊよりも大きく、かつバケット４が自動チルト動作を開始した時点におけるボトム圧力Ｐｂからのボトム圧力Ｐｂの上昇量ΔＰｂが判定値ｍよりも大きい場合又は車速Ｖｃが判定値ｎよりも大きい状態が所定時間ｔｆ以上継続した場合に成立する。本実施形態において、判定値ｍは４ＭＰａ、判定値ｋは時速２ｋｍであるが、これらの値には限定されない。所定時間ｔｆは限定されるものではないが、本実施形態では０．１秒である。【0081】
条件５が成立した場合（ステップＳ１２６、Ｙｅｓ）、図６に示すステップＳ１２７において、処理部４１は、自動チルト指令を０％に設定して、バケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド指令部２４Ｓに出力する。また、処理部４１は、ステップＳ１２８で、現在の自動チルト動作の回数に１を加算する。０％の自動チルト指令がバケットチルト電磁比例制御弁２４のソレノイド指令部２４Ｓに与えられることにより、バケットシリンダ１０の動作は停止し、バケット４の自動チルト動作は終了する。図７においては、時間ｔ＝ｔ４で自動チルト動作が終了している。ステップＳ１２８で、現在の自動チルト動作の回数に１が加算されるのは、ステップＳ１２２において、自動チルト動作が実行されているからである。なお、図４のｘは、図５のｘに対応する。【0082】
前述したように、処理部４１は、バケット４がチルト動作を開始した時点からのボトム圧力Ｐｂの上昇量ΔＰｂに基づいてチルト動作を終了させる。すなわち、処理部４１は、ホイールローダー１の牽引力と相関が高いリフト力に対応するボトム圧力Ｐｂに基づいてチルト動作を終了させて、ホイールローダー１の牽引力による掘削動作に移行させる。このため、ホイールローダー１の作業機５をチルト動作から掘削動作へ適切なタイミングで移行させることができるので、効率的な荷積み作業を実現できる。このため、ホイールローダー１は、生産性が向上する。【0083】
また、本実施形態において、処理部４１は、ボトム圧力Ｐｂの上昇量ΔＰｂに加え、車速Ｖｃを用いてチルト動作を終了させるタイミングを決定する。車速Ｖｃも、ホイールローダー１の牽引力と相関がある。このため、処理部４１は、車速Ｖｃを用いることにより、ホイールローダー１の作業機５をチルト動作から掘削動作へより適切なタイミングで移行させることができるので、さらに効率的な荷積み作業を実現できる。【0084】
次に、ステップＳ１２８に進み、処理部４１は、ステージを３に書き換えて、自動掘削制御の状態を、自動チルト動作の待機中に遷移させる。ステップＳ１２９において、処理部４１は、ステージが０であるか否かを判定する。ステージが０でない場合（ステップＳ１２９、Ｎｏ）、処理部４１は、ステップＳ１３０で、ブーム指令を現在のレバー指令に現在の自動リフト指令を加算した値に設定する。また、処理部４１は、ステップＳ１３１で、バケット指令を現在のレバー指令に現在の自動チルト指令を加算した値に設定する。本実施形態において、ステップＳ１３０とステップＳ１３１とを実行する順序は問わない。レバー指令は、ブーム操作レバー３０又はバケット操作レバー３２の操作量から求められた、ブーム操作弁１３の開度又はバケット操作弁１４の開度を決定するための指令である。【0085】
ステップＳ１３２において、処理部４１は、条件６が成立したか否かを判定する。条件６は、自動掘削制御中にチルトエンドが検出された後、所定時間ｔｇが経過した場合に成立する。条件６は、自動掘削制御による掘削が終了したことの条件である。所定時間ｔｇは限定されるものではないが、本実施形態では０．５秒である。チルトエンドは、バケットシリンダ１０が伸び切り、バケット４がこれ以上チルト動作できなくなった状態である。チルトエンドは、例えば、バケット角度検出センサ４７が検出する。図７のタイミングチャートでは、ｔ＝ｔ１０でバケット４がチルトエンドに到達している。【0086】
条件６が終了すると（ステップＳ１３２、Ｙｅｓ）、ステップＳ１３３で、処理部４１は、例えば、図２に示す入出力装置４５の発音装置４５Ｂから、自動掘削制御による掘削が完了したことを示す音を発音させる。この音が発音装置４５Ｂから発音されることで、ホイールローダー１のオペレータは、自動掘削制御による掘削が完了したことを知ることができる。【0087】
次に、処理部４１は、ステップＳ１３４において、自動掘削制御を終了させるか否かを判定する。例えば、ホイールローダー１のオペレータが自動掘削モードをＯＦＦ、すなわち自動掘削モードを解除した場合又はブーム操作レバー３０若しくはバケット操作レバー３２を所定量操作した場合等は、オペレータの操作を優先させて処理部４１が自動掘削制御を終了させる。【0088】
例えば、オペレータの前述したような操作がなかった場合、処理部４１は、自動掘削制御を終了させない（ステップＳ１３４、Ｎｏ）。この場合、処理部４１は、スタートに戻ってステップＳ１０１以降の処理を実行する。また、例えば、オペレータの前述したような操作があった場合、処理部４１は、自動掘削制御を終了させる（ステップＳ１３４、Ｙｅｓ）。この場合、処理部４１は、ステージがどのような状態にあっても０に書き換える。その後、処理部４１は、ステップＳ１３５において、例えば、図２に示す入出力装置４５の発音装置４５Ｂから、自動掘削制御が未完で終了したことを示す音を発音させる。この音が発音装置４５Ｂから発音されることで、ホイールローダー１のオペレータは、自身の操作等によって自動掘削制御が中途で終了したことを知ることができる。【0089】
本実施形態において、自動掘削制御による掘削が完了したときの音と、自動掘削制御が未完で終了したときの音とを異ならせる。このようにすることで、オペレータは、自動掘削制御による掘削が完了したことと、自動掘削制御が未完で終了したこととを区別することができる。ステップＳ１３５が終了したら、処理部４１は、スタートに戻ってステップＳ１０１以降の処理を実行する。【0090】
次に、ステップＳ１０１において肯定、すなわちＹｅｓの判定がされた場合を説明する。ステップＳ１０１において、ステージが０でない場合、すなわち自動掘削制御中である場合（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、処理部４１は、自動掘削制御中であるか否かの判定をする必要はない。このため、処理部４１は、ステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０７以降の処理を実行する。【0091】
次に、ステップＳ１０２において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合を説明する。ステップＳ１０２において、自動掘削モードがＯＦＦになっている場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、処理部４１は、ステップＳ１３６において、例えば、図２に示す入出力装置４５の表示装置４５Ｍから、自動掘削モードがＯＮになっていること示すインジケータとしてのアイコン３４Ｉを消去する。このようにすることで、ホイールローダー１のオペレータは、自動掘削モードがＯＦＦになっていることを認識しやすくなる。【0092】
処理部４１は、ステップＳ１３６の処理を実行したらステップＳ１３７に進む。ステップＳ１３７において、処理部４１は、自動掘削制御を終了させる。処理部４１は、自動掘削制御を終了させる場合、ステージを０に書き換える。そして、処理部４１は、自動リフト指令、自動チルト指令及び自動チルト動作を実行した回数を、いずれもリセットする。本実施形態において、処理部４１は、自動リフト指令を０％及び自動チルト指令を０％に、自動チルト動作を実行した回数を０回に設定することにより、これらをリセットする。ステップＳ１３６が終了したら、処理部４１は、ステップＳ１２９に進み、ステップＳ１２９以降の処理を実行する。なお、図４のｗは、図６のｗに対応する。【0093】
次に、ステップＳ１０４において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合について説明する。この場合は、条件１が成立しなかった場合なので（ステップＳ１０４、Ｎｏ）、自動掘削制御は実行されない。このため、処理部４１は、ステップＳ１３７以降の処理を実行する。次に、ステップＳ１０５において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合について説明する。この場合は、キックダウン条件が成立しなかった場合なので（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、自動掘削制御は実行されない。このため、処理部４１は、ステップＳ１３７以降の処理を実行する。【0094】
次に、ステップＳ１０７において肯定、すなわちＹｅｓの判定がされた場合について説明する。この場合は、自動掘削制御を終了させる条件が成立した場合なので（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）、以後は自動掘削制御が実行されない。このため、処理部４１は、ステップＳ１３７以降の処理を実行する。例えば、ステップＳ１３２における条件６が成立し、かつオペレータによる自動掘削モードの解除等が発生しない場合、処理部４１は、ステップＳ１３２以後、ステップＳ１３３を処理、ステップＳ１３４でＮｏ判定、ステップＳ１０１でＹｅｓ判定となって、ステップＳ１０７に至る。ステップS１３２で判定される条件６は、前述した自動掘削モードの終了条件の（３）が成立したことを含んでいる。このため、処理部４１は、ステップＳ１０７において自動掘削制御を終了させる条件が成立したと判定し（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）、ステップＳ１３７以降の処理を実行する。【0095】
次に、ステップＳ１０８において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、ステージは１以外である。処理部４１は、ステップＳ１１１以降の処理、すなわちブーム３の自動リフトの終了判定を実行する。次に、ステップＳ１０９において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合について説明する。この場合は、条件２が成立しなかった場合であり、ブーム３の自動リフトを開始させないことになる。処理部４１は、ステップＳ１２９以降の処理を実行する。次に、ステップＳ１１１において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合は、ステージが２以外である。この場合、処理部４１は、ステップＳ１１４以降の処理を実行する。【0096】
次に、ステップＳ１１２において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合について説明する。この場合は、条件３が成立しなかった場合であり、ブーム３の自動リフトは終了させないことが判定されている。この場合、処理部４１は、ステップＳ１３８に処理を進める。ステップＳ１３８において、処理部４１は、ブーム操作レバー３０の中立が所定時間ｔｈ継続したか否かを判定する。本実施形態において、所定時間ｔｈは０．１秒であるが、これには限定されない。【0097】
ブーム操作レバー３０の中立が所定時間ｔｈ継続した場合（ステップＳ１３８、Ｙｅｓ）、処理部４１は、ステップＳ１３９において、自動リフトの指令をｈに設定する。本実施形態においてｈは６０％であるが、これに限定されない。ブーム操作レバー３０の中立が所定時間ｔｈ継続しなかった場合（ステップＳ１３８、Ｎｏ）、ホイールローダー１のオペレータがブーム操作レバー３０を操作したことになる。この場合は、オペレータの操作を優先させるため、処理部４１は、ステップＳ１４０において、自動リフトの指令を０％に設定する。処理部４１は、ステップＳ１３９又はステップＳ１４０で自動リフトの指令を設定したら、ステップＳ１２９以降の処理を実行する。【0098】
次に、ステップＳ１１４において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、処理部４１は、バケット４の自動チルト動作の待機中か否かを判定する必要はない。この場合、処理部４１は、ステップＳ１１８以降の処理を実行する。ステップＳ１１６において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、ＯＦＦ時間Δｔ２は経過していない。この場合も、処理部４１は、ステップＳ１１８以降の処理を実行する。【0099】
ステップＳ１１８において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、処理部４１は、バケット４の自動チルト動作の開始を判定する必要はない。この場合、処理部４１は、ステップＳ１２１以降の処理を実行する。ステップＳ１１９において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、バケット４の自動チルト動作の開始条件は成立しないと判定されている。この場合、処理部４１は、ステップＳ１２１以降の処理を実行する。【0100】
ステップＳ１２１において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、自動チルト動作中ではない。この場合、処理部４１は、ステップＳ１２５以降の処理を実行する。ステップＳ１２３において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、ＯＮ時間Δｔ１が経過していない。この場合も、処理部４１は、ステップＳ１２５以降の処理を実行する。【0101】
ステップＳ１２５において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、自動チルト動作の終了条件判定中ではない。この場合、処理部４１は、条件５を判定せずに、ステップＳ１２９以降の処理を実行する。ステップＳ１２６において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、自動チルト動作を終了させる条件は成立していない。この場合も、処理部４１は、ステップＳ１２９以降の処理を実行する。【0102】
ステップＳ１２９において肯定、すなわちＹｅｓの判定がされた場合、ステージは０である。すなわち、自動掘削制御は終了している。また、ステップＳ１３２において否定、すなわちＮｏの判定がされた場合、自動掘削制御による掘削が終了していない。これらの場合、処理部４１は、ステップＳ１３４以降の処理を実行する。【0103】
本実施形態では、ボトム圧力Ｐｂ及び車速に基づいてバケット４のチルト動作が開始され、ボトム圧力Ｐｂの上昇量ΔＰｂに基づいて自動チルト動作が終了する。このチルト動作の開始と停止とは、バケット４がチルトエンドに到達するまで繰り返される。図７のタイミングチャートでは、時間ｔ＝ｔ５、ｔ７、ｔ９でバケット４のチルト動作が開始し、時間ｔ＝ｔ６、ｔ８、ｔ１０でバケット４のチルト動作が終了する。このように、処理部４１は、自動掘削制御において、バケット４のチルト動作とその停止とを繰り返すことができるので、オペレータによるホイールローダー１の掘削作業を模擬できる。【0104】
本実施形態は、ブーム３が受ける力としてのリフト力に基づいて自動掘削時におけるバケット４及びブーム３の動作を自動で制御する。リフト力は、ホイールローダー１の牽引力と相関が高いため、自動掘削制御にリフト力を利用すれば、ホイールローダー１の牽引力を有効に掘削に利用できる。その結果、本実施形態は、ホイールローダー１のオペレータの熟練度に関わらず、掘削作業時の生産性を高い水準に維持することができる。【0105】
特に、本実施形態は、自動掘削制御を実行しているときにバケット４を自動でチルト動作させる場合、ブーム３のリフト力に基づいてチルト動作を終了させる。このような処理によって、本実施形態は、牽引力が有効に利用できるタイミングにおいてもバケット４のチルト動作を継続させるような無駄な動作を低減できるので、オペレータの熟練度に関わらず、掘削作業時の生産効率を熟練者に近い高い水準に維持することができる。【0106】
また、本実施形態は、ブーム３が受ける力としてのリフト力に基づいて自動掘削時におけるバケット４及びブーム３の動作を自動で制御するため、現場毎にそれぞれ異なる堆積物の種類若しくは質又は形状に対して柔軟に対応することができる。このため、本実施形態は、自動掘削において、掘削作業時の生産効率を向上させることができる。また、本実施形態は、現場毎に熟練したオペレータの掘削作業を記憶装置に記憶させる必要はないので、掘削作業を効率よく行うことができる。【0107】
熟練者、中堅者、初心者をオペレータとして、ホイールローダー１の自動掘削による生産性と、ホイールローダー１をマニュアル操作することによる掘削の生産性とを比較した。砕石の場合、マニュアル操作による生産性は、熟練者が２ｔｏｎ／秒、中堅者が１．７５ｔｏｎ／秒、初心者が１．４ｔｏｎ／秒であった。これに対し、ホイールローダー１の自動掘削による生産性は、熟練者が１．６ｔｏｎ／秒、中堅者が１．９ｔｏｎ／秒、初心者が１．８ｔｏｎ／秒であった。この結果から分かるように、ホイールローダー１の自動掘削を用いることにより、中堅者及び初心者であっても、熟練者のマニュアル操作並の生産性を実現できた。【0108】
爆砕石の場合、マニュアル操作による生産性は、熟練者が３．２ｔｏｎ／秒、中堅者が２ｔｏｎ／秒、初心者が１．９ｔｏｎ／秒であった。これに対し、ホイールローダー１の自動掘削による生産性は、熟練者が２．３ｔｏｎ／秒、中堅者が２．５ｔｏｎ／秒、初心者が２．３ｔｏｎ／秒であった。この結果から分かるように、ホイールローダー１の自動掘削を用いることにより、オペレータの熟練度に関わらず、同程度の生産性を実現できた。また、中堅者及び初心者は、熟練者のマニュアル操作に近い生産性を実現できた。【0109】
以上、本実施形態を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。【符号の説明】
【0110】
１ ホイールローダー２ 車体
３ ブーム
４ バケット
４Ｂ 底面
５ 作業機
６Ｆ 前輪
６Ｒ 後輪
９ ブームシリンダ
１０ バケットシリンダ
１１ ベルクランク
１２ 作業機油圧ポンプ
１３ ブーム操作弁
１４ バケット操作弁
１５ パイロットポンプ
１６ エンジン
１８ 変速装置
１８Ｌ セレクターレバー
２０ 電磁比例制御弁
２１ ブーム下げ電磁比例制御弁
２２ ブーム上げ電磁比例制御弁
２３ バケットダンプ電磁比例制御弁
２４ バケットチルト電磁比例制御弁
３０ ブーム操作レバー
３２ バケット操作レバー
３４ 自動掘削スタートスイッチ
３５ キックダウンスイッチ
４０ 制御装置
４１ 処理部
４２ 記憶部
４３ 入力部
４４ 出力部
４５ 入出力装置
４６ ブーム角度検出センサ
４７ バケット角度検出センサ
４８ ブームシリンダ圧力センサ
ＣＬ 操作レバー
ＣＳ 制御系統
【要約】
ホイールローダー１は、車体２と、ブーム３と、バケット４と、ブームシリンダ９と、バケットシリンダ１０と、ブーム角度検出センサ４６と、バケット角度検出センサ４７と、ブームが受ける力としてのリフト力を検出するブームシリンダ圧力センサと、を備える。ホイールローダー１は、所定の条件が成立したときにはバケット４のチルト動作を開始し、チルト動作を開始した時点からリフト力が上昇した量に基づいてチルト動作を終了させる。