特許 5965482 作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5965482

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】作業車両

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20160721BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/20 N

   E02F9/20 H

【請求項の数】3

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-519982(P2014-519982)

(86)(22)【出願日】2013年6月3日

(86)【国際出願番号】JP2013065383

(87)【国際公開番号】WO2013183595

(87)【国際公開日】20131212

【審査請求日】2014年11月28日

(31)【優先権主張番号】特願2012-127442(P2012-127442)

(32)【優先日】2012年6月4日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森木 秀一

(72)【発明者】

【氏名】金子 悟

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 徳孝

(72)【発明者】

【氏名】石田 一雄

(72)【発明者】

【氏名】小鷹 稔生

(72)【発明者】

【氏名】関野 聡

(72)【発明者】

【氏名】菊地 徹

(72)【発明者】

【氏名】日暮 昌輝

【審査官】 桐山 愛世

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１０６２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２２３８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２５１７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

油圧ポンプと、
リフトアーム、及び当該リフトアームに回動可能に取り付けられたバケットを有する作業装置であって、さらに、当該油圧ポンプからの圧油によって駆動される油圧アクチュエータとして、当該リフトアームを揺動するためのリフトシリンダ、及び当該バケットを回動するためのバケットシリンダを有する作業装置と、
当該作業装置を操作するための操作装置と、
車輪を駆動するための走行駆動装置と、
前記操作装置を介して前記リフトアームの上昇指示がされているにも関わらず当該リフトアームが動作せず、かつ、前記バケットが運搬対象物をすくう姿勢であるか否かを判定するために定めた設定値以下の範囲に前記バケットシリンダのストロークが含まれる場合、前記走行駆動装置の要求トルクの増加速度の制限値を、前記リフトアームが指示通りに上昇する場合または前記バケットシリンダのストロークが前記設定値を超える場合に比べて低減する制御装置とを備えることを特徴とする作業車両。

【請求項2】

請求項１に記載の作業車両において、
前記制御装置は、前記リフトアームを上昇するための操作信号が前記操作装置から出力され、かつ当該リフトアームの上昇速度が設定値より低いときを、前記操作装置を介して前記作業装置の動作指示がされているにも関わらず当該作業装置が動作しないときと判定することを特徴とする作業車両。

【請求項3】

請求項１または２に記載の作業車両において、
前記制御装置は、前記走行駆動装置の要求トルクの増加速度の制限値を低減した後に前記バケットシリンダのストロークが前記設定値を超えたとき、当該走行駆動装置の要求トルクの増加速度の制限値を元に戻すことを特徴とする作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は作業装置を備える作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

車輪を駆動するための走行駆動装置と、車両前方に取り付けられ、油圧ポンプからの圧油によって駆動される作業装置を備える作業車両には、作業装置で運搬対象物（対象物）を上昇させる際に生じる力が当該対象物からの反力として車両に作用するものがある。例えば、ホイールローダやフォークリフトがこれに該当する。

【0003】

ホイールローダは、バケット及びリフトアームを含む多関節型の作業装置を車両前方に備えており、走行駆動装置により車輪に駆動力をかけて前進することで対象物にバケットを突き刺しつつ、バケットを上昇させて掘削作業を行う。このときバケットを上昇させる力は、対象物からの掘削反力として車体に働くため、車輪の接地圧が増加する。車輪の接地圧が増加することにより、車輪と路面の間の最大摩擦力が増加するため、バケットを上昇させている場合は、バケットを上昇させていない場合と比較して車輪スリップの発生が抑制される傾向がある。

【0004】

しかし、掘削反力が小さく駆動力が大きい場合には、十分な摩擦力が得られず、車輪スリップが発生することがある。さらに、車輪スリップが発生した場合、車輪によって路面が削られることで路面に凹凸ができ、その後の作業効率が著しく低下する可能性もある。例えば、トルクコンバータ式の自動変速機を備えるホイールローダ（以下において「従来型のホイールローダ」と称することがある）では、トルクコンバータの出力トルクはエンジン回転数とともに増加するため、オペレータはエンジン回転数などから駆動力の大きさを予測し、掘削反力と駆動力をバランスさせて車輪スリップを抑制しつつ掘削作業を行う。しかしながら、掘削反力と駆動力をバランスさせるには熟練が必要である。なお、上記とは逆に駆動力が小さい場合には、バケットが対象物に深く突き刺さらないため、バケットですくうことのできる対象物の量が少なくなって単位時間当たりの作業量が低下することがある。

【0005】

上記のように作業車両を動作させる場合に発生する車輪スリップを抑制するために、公知の自動車用のトラクションコントロールを適用することが考えられるが、公知の自動車用のトラクションコントロールでは、車輪スリップが発生したことを検出してから駆動力を制限するため、初期スリップの発生を回避できない可能性がある。

【0006】

そこで、特開平６−１９３０９７号公報には、車輪スリップの発生を未然に防止することを目的とし、バケットの位置及び掘削反力（負荷）を検出し、検出された位置及び掘削反力に基づいて作業装置の回転モーメントを計算し、この回転モーメントに基づいて駆動力を制限する走行制御手段を備えたホイールローダが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平６−１９３０９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

バケットが対象物に深く突き刺さり過ぎると、掘削反力が過大になり、バケットを上昇できなくなることが知られている。しかしながら、特開平６−１９３０９７号公報に記載のホイールローダは、バケットの掘削反力が大きくなるほど車輪の接地圧が大きいと判断して、駆動力の制限値を大きくすることで駆動力を大きくする。そのため、バケットがさらに深く突き刺さり、よりバケットを上昇させ難くなる虞がある。また、駆動力を大きくするため、車輪スリップが発生する恐れがある。

【0009】

また、近年では、エンジンと、エンジンの出力軸に機械的に連結された発電電動機と、発電電動機から供給される電力によって動作する電動機と、発電電動機および電動機と電力の供受を行う蓄電装置を備えるハイブリッド式のホイールローダ（以下において「ハイブリッドホイールローダ」と称することがある）が提案されている。このようなハイブリッドホイールローダでは、従来型のホイールローダと異なり、エンジン回転数と駆動力が直接的に連動しない。また、蓄電装置の蓄電残量によって、出力し得る最大駆動力が異なる場合がある。そのため、オペレータが手動で掘削反力と駆動力をバランスできない恐れがある。

【0010】

本発明の目的は、運搬対象物上昇時の車輪スリップの発生を抑制できる作業車両を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため、本発明の作業車両は、油圧ポンプと、当該油圧ポンプからの圧油によって駆動される油圧アクチュエータを有する作業装置と、当該作業装置を操作するための操作装置と、車輪を駆動するための走行駆動装置と、前記操作装置を介して前記油圧アクチュエータの動作指示がされているにも関わらず当該油圧アクチュエータが動作しないとき、前記走行駆動装置の要求トルクの増加速度の制限値を低減する制御手段とを備えるものとする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、運搬対象物上昇時の車輪スリップの発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る作業車両の構成図。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る電動駆動式作業車両の側面図。

【図3】本発明の第１の実施の形態に係るメインコントローラ１００の構成図。

【図4】本発明の実施の形態に係る充放電パワー制限マップの一例。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係る走行要求演算部１２０の構成図。

【図6】本発明の第１の実施の形態に係るバケットロック判定のフローチャート。

【図7】本発明の実施の形態に係る電動機最大トルクマップの一例。

【図8】本発明の第１の実施の形態に係るトルク増加レート制限マップの一例。

【図9】本発明の第１の実施の形態に係るトルク増加レート制限マップの他の例。

【図10】アクセルペダルの操作量、車輪速度、走行電動機の駆動力、リフトシリンダのストローク長さ、及びバケットシリンダのストローク長さの時間変化を示す図。

【図11】本発明の第２の実施の形態に係る作業車両の構成図。

【図12】第２の実施の形態に係るメインコントローラ２００の構成図。

【図13】第２の実施の形態に係るトルコントルクマップの一例。

【図14】本発明の第３の実施の形態に係る掘削動作判定のフローチャート。

【図15】本発明の第３の実施の形態に係るトルク増加レート制限マップの一例。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる作業車両の構成図である。本実施の形態は、本発明をハイブリッド式の作業車両（ホイールローダ）に適用したものである。本実施の形態にかかる作業車両は、メインコントローラ（主制御装置）１００と、エンジン１と、エンジン１を制御するためのエンジンコントローラ（エンジン制御装置）２と、蓄電装置としてキャパシタ３と、キャパシタ３の充放電を制御するためのコンバータ４と、トルクの伝達が可能なようにエンジン１に機械的に接続された発電電動機５と、発電電動機５を駆動するための発電インバータ６と、発電電動機５およびキャパシタ３から供給される電力によって力行する走行電動機７、７ｂと、走行電動機７、７ｂをそれぞれ駆動するための走行インバータ８、８ｂを備えている。

【0015】

ここで、コンバータ４、発電インバータ６および走行インバータ８、８ｂは同一の電力線に接続されており、相互に電力を供給可能である。また、コンバータ４は電力線に取り付けられた図示しない平滑コンデンサの電圧を監視しており、平滑コンデンサの電圧を一定に保つようにキャパシタ３を充放電する。

【0016】

また、本実施の形態にかかる作業車両は、エンジン１および発電電動機５と機械的に接続されたメインポンプ（油圧ポンプ）９と、メインポンプ９へ作動油を供給するオイルタンク１０と、メインポンプ９が吐出した作動油を分配するコントロールバルブ１１と、コントロールバルブ１１が分配した作動油により伸縮するステアシリンダ（油圧シリンダ）１２、リフトシリンダ（油圧シリンダ）１３及びバケットシリンダ（油圧シリンダ）１４を備える。

【0017】

なお、メインポンプ９は可変容量型のポンプであり、図示しない傾転角制御弁によって傾転角を調整することで、必要に応じて容量を変えることができ、同一回転数に対する吐出流量を制御できる。

【0018】

また、本実施の形態にかかる作業車両は、リフトシリンダ１３及びバケットシリンダ１４を含む作業装置１０７（図２参照）を操作するための操作装置としてリフトレバー１０４およびバケットレバー１０５を備えている。リフトレバー１０４およびバケットレバー１０５は、図示しない油圧回路でそれぞれコントロールバルブ１１に接続されており、それぞれのレバー操作に応じてそれぞれのコントロールバルブ１１が動作する。リフトシリンダ１３及びバケットシリンダ１４は、それぞれのコントロールバルブ１１の動作に応じてそれぞれ動作する。

【0019】

メインコントローラ１００には、アクセルペダル１０１、ブレーキペダル１０２及び前後進スイッチ１０３が接続されており、それぞれ、アクセル信号、ブレーキ信号及び方向操作信号をメインコントローラ１００へ送る。

【0020】

また、メインコントローラ１００には、メインポンプ９の吐出側油圧回路に取り付けられたポンプ圧力センサ９ｓが接続されており、ポンプ圧力センサ９ｓからメインポンプ圧力信号を受信する。

【0021】

また、メインコントローラ１００には、リフトレバー１０４に取り付けられたリフトポテンショメータ１０４ｓ（バケット上昇指示取得手段）と、バケットレバー１０５に取り付けられたバケットポテンショメータ１０５ｓが接続されており、リフトポテンショメータ１０４ｓからリフトレバー操作信号、バケットポテンショメータ１０５ｓからバケットレバー操作信号を受信する。本実施の形態ではポテンショメータ１０４ｓ，１０５ｓで各レバー１０４，１０５の操作量を検出したが、レバー１０４，１０５の操作に応じて出力されるパイロット圧（油圧信号）を圧力センサで検出することで各レバー１０４，１０５の操作量を検出する等、その他の方法を利用しても良い。

【0022】

また、メインコントローラ１００には、リフトシリンダ１３に取り付けられたリフトストロークセンサ１３ｓ（バケット高さ取得手段（図２参照））と、バケットシリンダ１４に取り付けられたバケットストロークセンサ１４ｓ（バケット姿勢取得手段（図２参照））が接続されている。メインコントローラ１００は、リフトシリンダ１３のストローク長さを示すリフトストローク信号をリフトストロークセンサ１３ｓから受信し、バケットシリンダ１４のストローク長さを示すバケットストローク信号を受信する。

【0023】

また、メインコントローラ１００には、エンジンコントローラ２、コンバータ４、発電インバータ６、及び走行インバータ８、８ｂが接続されており、メインコントローラ１００は、エンジンコントローラ２からエンジン１のエンジン回転数を、コンバータ４からキャパシタ３の蓄電電圧を、走行インバータ８、８ｂから走行電動機７、７ｂの電動機回転数を受信し、エンジンコントローラ２へエンジン回転数指令を、発電インバータ６へ発電電動機トルク指令を、走行インバータ８、８ｂへ電動機トルク指令を送信する。

【0024】

また、メインコントローラ１００には、後述する駆動力制限処理のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるための駆動力制限スイッチ１０６が接続されており、駆動力制限処理がＯＮのときに駆動力制限スイッチ１０６から出力される駆動力制限ＯＮ信号を受信する。

【0025】

本実施の形態に係る作業車両は、車両本体に取り付けられたタイヤ（車輪）１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを駆動するための走行駆動装置として、走行電動機７を備えている。さらに、走行電動機７の出力軸に機械的に連結されるプロペラシャフト１５ｆ、１５ｒと、プロペラシャフト１５ｆ、１５ｒからの出力が入力されるディファレンシャルギア１６ｆ、１６ｒと、ディファレンシャルギア１６ｆ、１６ｒからの出力をタイヤ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに伝達するためのドライブシャフト１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを備えている。

【0026】

ここでは、走行電動機７、７ｂおよび走行インバータ８、８ｂをそれぞれ２つずつ備える構成としているが、本発明はこれに限らず、走行電動機、走行インバータをそれぞれ１つずつ、または、４つずつ備える構成であってもよく、個数に関して限定しない。以下、説明の簡略化のため、走行電動機７および走行インバータ８を１つずつ備える構成について説明を行う。

【0027】

走行加速時において、走行インバータ８は走行電動機７を力行駆動し、走行電動機７が発生した力行トルクは、プロペラシャフト１５ｆ、１５ｒ、ディファレンシャルギア１６ｆ、１６ｒ、ドライブシャフト１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを介してタイヤ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄへと伝えられ、車両を加速させる。

【0028】

走行制動時において、走行インバータ８は走行電動機７を発電機として駆動し、走行電動機７が発生した回生トルクは、力行トルクと同様にタイヤ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄへと伝えられ、車両を減速させる。走行電動機７で発生した回生電力は、通常、キャパシタ３へと充電される。また、本実施の形態にかかる作業車両は図示しない油圧ブレーキ制御弁および油圧ブレーキを備え、必要に応じて油圧ブレーキによって車両を減速させることもできる。

【0029】

本発明の第１の実施の形態にかかる電動駆動式作業車両の側面図を図２に示す。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は適宜省略することがある（後の図も同様とする。）。この図に示すように、本実施の形態に係る作業車両は、メインポンプ９から吐出される圧油によって駆動される多関節型の作業装置１０７を車両前方に備えている。作業装置１０７は、車両本体にピン（ヒンジピン）を介して揺動可能に取り付けられた１組のリフトアーム３１と、リフトアーム３１を揺動させるためにリフトアーム３１と車両本体に架け渡されたリフトシリンダ１３と、１組のリフトアーム３１の先端にピンを介して回動可能に取り付けられたバケット２０と、１組のリフトアーム３１を連結するアームに回動可能に取り付けられたベルクランク３２と、バケット２０を回動させるためにベルクランク３２と車両本体に架け渡されたバケットシリンダ１４と、ベルクランク３２とバケット２０に架け渡されたバケットリンク３３を備えている。バケットリンク３３、ベルクランク３２及びバケットシリンダ１４は、バケット２０を作動させるためのリンク機構を構成しており、バケットシリンダ１４を伸縮させるとバケット２０が回動される。

【0030】

図２に示した作業車両では、オペレータは運転室１９に搭乗し、図１に示したアクセルペダル１０１、ブレーキペダル１０２、前後進スイッチ１０３を操作することで、タイヤ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを駆動して車両を走行させることができる。また、オペレータは、図示しないステアリングホイールを操作することで、ステアシリンダ１２を伸縮させて車両の屈折角を調節し、車両を旋回させることができる。また、リフトレバー１０４、バケットレバー１０５などを操作することで、リフトシリンダ１３、バケットシリンダ１４を伸縮させて、バケット２０の高さと傾きを制御し、掘削および荷役作業を行うことができる。

【0031】

メインコントローラ１００では、車輪スリップを回避するために、リフトレバー操作信号、リフトストローク信号、バケットストローク信号を基に走行電動機７のトルク増加レート制限を設定し、駆動力を制限する。以下、メインコントローラ１００で行う演算について説明する。

【0032】

本発明の第１の実施の形態に係るメインコントローラ１００の構成を図３に示す。メインコントローラ１００は、蓄電制御部１１０と、走行要求演算部１２０と、パワー配分制御部１３０と、エンジン回転設定部１４０と、発電制御部１５０と、電動駆動制御部１６０を備えている。

【0033】

蓄電管理部１１０では、コンバータ４からキャパシタ３の蓄電電圧V_Cを受信し、充放電要求パワーP_CR、放電パワー制限P_CMax及び充電パワー制限P_CMinを演算する。蓄電管理部１１０は、蓄電目標電圧V_CTと蓄電電圧V_Cの偏差に基づいて、次式を用いて充放電要求パワーP_CRを演算する。

【0034】

【数1】

【0035】

上記式（１）において、sはラプラス演算子で、K_P、K_Iはそれぞれ公知のＰＩ制御の比例ゲイン、積分ゲインである。なお、ここでは蓄電目標電圧V_CTを一定値とするが、例えば電動機回転数すなわち走行速度に応じて可変にしてもよい。

【0036】

次に、蓄電管理部１１０は、蓄電電圧V_Cに基づいて充放電パワー制限マップを用いて放電パワー制限P_CMax、充電パワー制限P_CMinを演算する。充放電パワー制限マップの一例を図４に示す。図４に示すマップの横軸は蓄電電圧V_Cを示し、図中の点線V_CMax、V_CMinはキャパシタ３のそれぞれ電圧上限、電圧下限である。キャパシタ３の蓄電電圧V_Cが大きくなるほど放電パワー制限P_CMaxが正側に大きく、蓄電電圧V_Cが小さくなるほど充電パワー制限P_CMinが負側に大きくなる。また、蓄電電圧V_Cが電圧下限V_CMinに近付くと放電パワー制限P_CMaxが負（充電側）、蓄電電圧V_Cが電圧上限V_CMaxに近付くと充電パワー制限P_CMinが正（放電側）になるようにしておく。この理由については後述のパワー配分制御部１３０で説明する。

【0037】

走行要求演算部１２０では、駆動力制限ＯＮ信号、リフトレバー操作信号、リフトストローク信号、バケットストローク信号、方向操作信号、アクセル信号、ブレーキ信号、及び電動機回転数を基に、走行要求トルク及び走行要求パワーを演算する。

【0038】

走行要求演算部１２０の構成を図５に示す。この図に示すように、走行要求演算部１２０は、バケットロック判定部１２１（バケットロック判定手段）と、走行基準トルク演算部１２２と、走行要求トルク演算部１２３（走行要求トルク演算手段）と、走行要求パワー演算部１２４を備えている。

【0039】

バケットロック判定部１２１では、リフトレバー操作信号、リフトストローク信号、及びバケットストローク信号を基に、バケットロック中であるかどうかを判定する。ここで、「バケットロック」とは、「オペレータによってリフトレバー１０４（操作装置）を介してリフトアーム３１の上昇指示がされているにも関わらずリフトアーム３１が上昇動作しないとき」を示すものとし、例えば、ホイールローダによる掘削作業時において、前進走行してバケット２０を対象物に突き刺した後にリフトアーム３１の上昇操作をしたが、バケット２０を深く突き刺し過ぎて対象物の重量が予想以上に重くなった等の理由でリフトアーム３１及びバケット２０を上昇できない場合がこれに該当する。

【0040】

バケットロック判定部１２１で行うバケットロック判定のフローチャートを図６に示す。

【0041】

まず、ステップＳ１２１１では、リフトストロークセンサ１３ｓから出力されるリフトストローク信号を基に、リフトシリンダ１３のストロークが所定の閾値（第１ストローク閾値）以下であるかどうかを判定し、真である場合はステップＳ１２１２へ、偽である場合はステップＳ１２１６へ進む。ここで、第１ストローク閾値は、バケット２０が掘削時の高さ（基本的には地面と同程度の比較的低い高さ）にあるかどうかを判定するための値であり、掘削終了時のリフトシリンダストローク以上に設定する。

【0042】

ステップＳ１２１２では、バケットストロークセンサ１４ｓから出力されるバケットストローク信号を基に、バケットシリンダ１４のストロークが所定の閾値（第２ストローク閾値）以下であるかどうかを判定し、真である場合はステップＳ１２１３へ、偽である場合はステップＳ１２１６へ進む。ここで、第２ストローク閾値は、バケット２０が運搬対象物をすくう姿勢（バケット２０がある程度チルトした姿勢）であるかどうかを判定するための値であり、リフトアーム３１の先端（バケット２０の付け根）からバケット２０の地面側の先端へ向かう直線が路面に対して成す角度をθ（図２参照）としたとき、θが例えば30deg以上になるようにバケット２０が上向きとなるときのバケットシリンダストロークとする。なお、バケット姿勢がある程度上向き状態で駆動力をかけると、バケット底面を作業対象物に押し当てる形となり、バケット２０を押し上げる力が発生するため、バケットロックが発生しにくい。

【0043】

ステップＳ１２１３では、リフトポテンショメータ１０４ｓから出力されるリフトレバー操作信号を基に、オペレータによってバケット上昇指示がなされたかどうかを判定し、真である場合はステップＳ１２１４へ、偽である場合はステップＳ１２１６へ進む。このステップＳ１２１３における判定は、リフトレバー操作信号により、リフトアーム３１を上昇するための操作信号がリフトレバー１０４（操作装置）から出力されていることを確認するためのものである。

【0044】

ステップＳ１２１４では、リフトストロークセンサ１３ｓから出力されるリフトストローク信号を基に、リフトシリンダ１３が伸長する速度（リフトシリンダ速度）を公知の微分演算などによって演算し、当該リフトシリンダ速度が所定の閾値（リフト速度閾値）以下であるかどうかを判定し、真である場合はステップＳ１２１５へ、偽である場合はステップＳ１２１６へ進む。ここで、リフト速度閾値は、メインポンプ９の最小吐出流量時のリフトシリンダ速度以下に設定するものとする。なお、リフトシリンダ速度はリフトアーム３１又はバケット２０の上昇速度に略比例する。そのため、リフトアーム上昇速度やバケット上昇速度に基づいてＳ１２１４に係る判定を行っても良い。

【0045】

ステップＳ１２１５では、バケットロック判定を真とする。ステップＳ１２１６では、バケットロック判定を偽とする。

【0046】

なお、図６の例では、ステップＳ１２１５に進むとすぐにバケットロック判定を真としたが、誤判定防止のために、数回連続してステップＳ１２１５を通過した場合にバケットロック判定を真としてもよい。また、バケットロック判定が真のときは後述のように駆動力が増加しないことになるが、この駆動力低減制御がオペレータのストレスになることを回避する観点から、バケットロック判定が真である状態が一定時間以上継続し、かつ、バケット上昇指示が真である状態が一定時間以上継続していると判定できた場合には、バケットロック判定を偽に変更してもよい。なお、バケットロック判定が偽となると、後述のように駆動力が復帰する。

【0047】

走行基準トルク演算部１２２では、アクセル操作信号、電動機回転数を基に走行基準トルクT_DBを演算する。まず、走行基準トルク演算部１２２は、電動機最大トルクマップを用いて、電動機回転数から電動機最大トルクT_DMaxを演算する。電動機最大トルクマップの一例を図７に示す。なお、本マップは走行電動機７の回転数に対する最大トルクカーブと同一である。

【0048】

次に、走行基準トルク演算部１２２は、アクセル操作信号を基にアクセルペダル１０１の操作量を比率（０〜１）に変換したアクセル率r_Accと、電動機最大トルクT_DMaxから、次式を用いて走行基準トルクT_DBを演算する。

【0049】

【数2】

【0050】

なお、さらに、ブレーキ操作信号を用いて、ブレーキペダル１０２の操作量が大きくなるほど、走行基準トルクT_DBが小さくなるように補正してもよい。

【0051】

走行要求トルク演算部１２３では、駆動力制限ＯＮ信号、方向操作信号、バケットロック判定、及び走行基準トルクT_DBに基づいて走行要求トルクT_DRを演算する。

【0052】

走行要求トルク演算部１２３は、方向操作信号C_D（前進：1、停止：0、後進：-1）、走行基準トルクT_DBから、次式を用いて走行要求トルクT_DRを演算する。

【0053】

【数3】

【0054】

ただし、上記式（３）において、T_{DR_z}は、走行要求トルクT_DRの前回値（例えば、１制御周期前の値）である。また、dT_DUpは制御周期あたりのトルク増加レート制限値で、トルク増加レート制限マップを用いて演算される値である。

【0055】

トルク増加レート制限マップの一例を図８に示す。この図に示すように、駆動力制限ＯＮ信号が偽である場合（すなわち、駆動力制限スイッチ１０６がＯＦＦの場合）、または、バケットロック判定が偽の場合は、図中の実線Ａの特性に従って走行要求トルク前回値T_{DR_z}からトルク増加レート制限値dT_DUpを設定する。すなわち、走行要求トルク前回値T_{DR_z}が大きくなるほどトルク増加レート制限値dT_DUpを小さくする。一方、駆動力制限ＯＮ信号が真、かつ、バケットロック判定が真の場合は、図中の破線Ｂの特性に従う。すなわち、走行要求トルク前回値T_{DR_z}の値に関わらずトルク増加レート制限値dT_DUpを０とする。これにより、駆動力制限ＯＮ信号が真の場合を前提とすると、バケットロック判定が真のときのトルク増加レート制限値dT_DUp（すなわち、走行要求トルクの増加速度の制限値）は、バケットロック判定が偽のときよりも低減される。

【0056】

なお、本マップでは、走行加速時に必要以上の大駆動力が出力されないように、実線Ａにおいて、走行要求トルク前回値T_{DR_z}が大きくなるほどトルク増加レート制限値dT_DUpを小さくするようにしたが、実線Ａは一定値（直線）であってもよい。すなわち、駆動力制限ＯＮ信号が真、かつ、バケットロック判定が真の場合において、他の場合よりもトルク増加レート制限値が小さく設定されれば良く、実線Ａの下方に破線Ｂが存在すれば良い。

【0057】

また、駆動力制限ＯＮ信号が真、かつ、バケットロック判定が真の場合には、図９に示すトルク増加レート制限マップにおける破線Ｂ’に従ってトルク増加レート制限値dT_DUpを設定しても良い。すなわち、走行要求トルク前回値T_{DR_z}がT1より小さければ、その値が小さくなるにつれてトルク増加レート制限値dT_DUpを大きくし、走行要求トルク前回値T_{DR_z}がT2（T1＜T2）より大きければトルク増加レート制限値dT_DUpを負にしてもよい。走行要求トルク前回値T_{DR_z}がT1からT2までの間は、０よりも少し大きい値又は図８の破線Ｂと同様に０とする。こうすることにより、走行要求トルク前回値T_{DR_z}が大きくなるほど、トルク増加レート制限値dT_DUpが小さくなり、トルク増加レート制限値dT_DUpが負になると、走行要求トルクT_DRが徐々に減少するので、より確実に車輪スリップを回避できる。

【0058】

なお、図９に示すトルク増加レート制限マップを用いる場合は、バケット上昇指示（Ｓ１２１３）が偽であれば、バケットロック判定に関わらず図中の破線Ｂを用いてもよい。こうすることにより、バケット２０を上昇させていなくて車輪の接地圧が低い場合に駆動力の増加が制限されるので、車輪スリップを回避できる。

【0059】

上記式（３）では、上記のように決定されるトルク増加レート制限値dT_DUpを利用して、アクセルペダル１０１の操作量に応じて定められる走行基準トルクT_DBと、走行要求トルク前回値T_{DB_z}にトルク増加レート制限値dT_DUpを足した値とを比較し、両者の最小値を走行要求トルクT_DRの絶対値として演算する。そのため、アクセルを踏み増した場合（アクセルペダル１０１の操作量が増加した場合）には、トルク増加レート制限値dT_DUpで制限されたレートで走行要求トルクT_DRが大きくなり、アクセルを緩めた場合（アクセルペダル１０１の操作量が減少した場合）には、制限がかかることなく、走行要求トルクT_DRが小さくなる。上記式（３）において、「走行要求トルク前回値T_{DB_z}にトルク増加レート制限値dT_DUpを足した値」が走行要求トルクT_DRとして選択されるとき、トルク増加レート制限値dT_DUpは、走行要求トルクT_DR（走行駆動装置の要求トルク）の増加速度の制限値となる。

【0060】

パワー配分制御部１３０では、走行要求パワーP_DR、放電パワー制限P_CMax、充電パワー制限P_CMinから、次式を用いて走行パワー指令P_D^*を演算する。

【0061】

【数4】

【0062】

前述の蓄電制御部１１０で、蓄電電圧が低くなると放電パワー制限P_CMaxが負、蓄電電圧が高くなると充電パワー制限P_CMinが正となるようにしているので、上記式（４）において、蓄電電圧が低くなると走行パワー指令P_D^*は力行パワー（正値）を制限され、蓄電電圧が高くなると走行パワー指令P_D^*は回生パワー（負値）を制限される。

【0063】

また、上記式（４）の代わりに実際の発電パワーP_Gを検出／推定し、次式を用いて走行パワー指令P_D^*を演算してもよい。

【0064】

【数5】

【0065】

また、パワー配分制御部１３０は、走行要求パワーP_DR、充放電要求パワーP_CRから次式を用いて発電パワー指令P_G^*を演算する。

【0066】

【数6】

【0067】

エンジン回転設定部１４０では、エンジン回転数指令N_E^*を演算する。エンジン回転数指令N_E^*はエンジン１の最大エンジン回転数としてもよいし、コントローラ１００にモードスイッチを備えて、オペレータが手動で選択、調節できるようにしてもよい。また、エンジンコントローラ２からの情報を基にエンジンパワーを推定し、等エンジンパワーで最も効率の高い動作点でエンジンが動作するように、エンジン回転数指令N_E^*を演算してもよい。

【0068】

発電制御部１５０では、エンジン回転数指令N_E^*、発電パワー指令P_G^*を基に次式を用いて発電電動機トルク指令T_G^*を演算する。

【0069】

【数7】

【0070】

ここでは、エンジン回転数指令N_E^*を基にしたが、エンジンコントローラ２からエンジン回転数N_Eを受信して演算に用いてもよい。また、エンジンストールを防止するため、エンジン回転数N_Eがローアイドル回転数に近付くほど、発電電動機トルク指令T_G^*を小さくする（０に近付ける）ようにしてもよい。

【0071】

電動駆動制御部１６０では、走行要求トルクP_DR、走行パワー指令P_D^*、電動機回転数を基に電動機トルク指令T_D^*を演算する。まず、電動駆動制御部１６０は、電動機回転数から、例えば図７に示した電動機最大トルクマップを用いて、電動機最大トルクT_DMaxを演算する。

【0072】

次に、電動駆動制御部１６０は、走行要求トルクT_DR、電動機最大トルクT_DMax、走行パワー指令P_D^*を基に、次式を用いて電動機トルク指令T_D^*を演算する。ただし、次式におけるP_DMaxは電動機最大パワーである。

【0073】

【数8】

【0074】

また、電動駆動制御部１６０は、電動機トルク指令T_D^*から、次式を用いて駆動力表示値F_D^*を演算する。ただし、次式において、RDifはディファレンシャルギア１６ｆ、１６ｒのギア比、Rwはタイヤ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの半径である。

【0075】

【数9】

【0076】

本発明を適用した作業車両の動作を、図１０を使って説明する。なお、ここでは、本発明の効果を明確にするため、オペレータによるアクセル１０１の調節はなく、常時フルアクセル（つまり、アクセルペダル１０１の操作量は一定）で掘削作業を行ったものとして説明する。

【0077】

図１０（ａ）は本発明を適用しない場合（すなわち、バケットロック判定部１２１を備えず、図８および図９に実線Ｂ，Ｂ’で示したトルク増加レート制限値を備えない場合）におけるアクセルペダル１０１の操作量、車輪速度（回転数）、走行電動機７の駆動力、リフトシリンダ１３のストローク長さ、及びバケットシリンダ１４のストローク長さの時間変化を示す図である。

【0078】

この図に示した例では、時刻Ｔ１までは通常走行している状態であり、時刻Ｔ１でバケット２０が運搬対象に接触し、掘削作業を開始する。時刻Ｔ１から運搬対象に接触したため、車輪速度（電動機回転数）が低下し、図７の電動機最大トルクマップに従って走行電動機７の駆動力が増加する。

【0079】

そして、時刻Ｔ２からバケット２０を上昇させるために、オペレータがリフトレバー１０４を操作し、リフトシリンダ１３のストロークが増加する。また、バケット姿勢を上向きにする（バケット２０の開口部を上向きにする）のが早過ぎると、バケット２０ですくう運搬対象物の量が少なくなるため、一般にオペレータはリフトレバー１０４の操作から少し遅れて、バケットレバー１０５を操作する。そのため、リフトシリンダ１３のストローク増加から少し遅れて、バケットシリンダ１４のストロークが増加する。

【0080】

その後、時刻Ｔ３でバケットロックが発生する。バケットロックが発生すると、バケット姿勢が上向きになるまで、リフトレバー１０４を操作しているにも関わらずバケット２０（リフトアーム３１）を上昇させることができない。本発明を適用しない場合、バケットロックが発生しても駆動力を上げ続けるため、時刻Ｔ４で車輪スリップが発生して、車輪速度が上昇する。その後、時刻Ｔ５でバケットシリンダストロークが増加し、バケット姿勢が上向きになると、バケットロックが解消され、バケット２０（リフトアーム３１）が上昇する。

【0081】

図１０（ｂ）は本発明を適用した場合におけるアクセルペダル１０１の操作量等の時間変化を示す図である。ただし、トルク増加レートマップは図８に示したマップを使用した場合を説明する。時刻Ｔ３までは図１０（ａ）に示した場合と同様である。しかし、本発明を適用した場合には、時刻Ｔ３において、まず、バケットロック判定部１２１が、リフトストローク信号及び図６のフローチャートを基にバケットロック判定を行い、バケットロック判定が真であると判定する。そして、この判定結果を受けた走行要求トルク演算部１２３が、図８の破線Ｂに基づいてトルク増加レート制限値dT_DUpを０とする。すなわち、オペレータの指示通りにリフトアーム３１が上昇する場合と比較して、当該制限値dT_Dupは低減される。そのため、駆動力はＴ３以後も増加しない。これにより車輪スリップを回避できる。

【0082】

また、時刻Ｔ４’で、バケットストローク信号を基にバケットシリンダ１４のストロークが第２ストローク閾値（図中の一点鎖線Ａ）を超えたことが検出され、バケット姿勢がある程度上向きになったことが分かると、図６のＳ１２１２に従ってバケットロック判定が偽となる。これにより、この判定結果を受けた走行要求トルク演算部１２３が、図８の実線Ａに基づいてトルク増加レート制限値dT_DUpを設定するため、駆動力は再び増加する。そのため、バケットロックが解消された後は、オペレータに駆動力不足を感じさせることなく掘削作業を行うことができる。

【0083】

したがって、上記のように構成した本実施の形態によれば、運搬対象物の上昇操作をする場合においてバケットロックが発生したときには、走行電動機７の駆動力の増加が抑制されるので、バケットロックに起因する車輪スリップの発生を抑制することができる。すなわち、バケットが作業対象物に深く突き刺さり過ぎることに起因する車輪スリップを回避することができる。

【0084】

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、トルクコンバータ式の自動変速機を備えた作業車両に本発明を適用した例である。

【0085】

図１１は本発明の第２の実施の形態にかかる作業車両の構成図である。この図に示す作業車両は、図１に示した作業車両と異なる構成として、トルクコンバータ（Ｔ／Ｃ（以下、トルコンと称す））４０と、変速機（Ｔ／Ｍ）４１と、変速機コントローラ（ＴＣＵ）４２と、メインコントローラ２００を備えている。この場合は、トルコン４０及び変速機４１がタイヤ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの走行駆動装置として機能する。

【0086】

変速機コントローラ４２は、プロペラシャフト１５ｆ，１５ｒの回転数N_Pを検出し、当該プロペラシャフト回転数N_Pに応じて変速機４１の変速比（変速ギア）R_TMを決定する。また、変速機コントローラ４２は、プロペラシャフト回転数N_P及び変速比R_TMをメインコントローラ２００へ送信する。

【0087】

メインコントローラ２００は、第１の実施の形態と同様に、エンジンコントローラ２へエンジン回転数指令を送信するが、トルクコンバータ４０の出力トルクは、エンジン回転数に応じて変化する。そのため、本実施の形態のメインコントローラ２００はエンジン回転数指令によって駆動力を制御する。

【0088】

メインコントローラ２００の構成を図１２に示す。メインコントローラ２００は、走行要求演算部２１０と、エンジン回転指令演算部２２０を備えている。

【0089】

走行要求演算部２１０は、電動機回転数がプロペラシャフト回転数N_Pに変わること、図７に示した電動機最大トルクマップの縦軸がトランスミッション最大トルクに変わること以外の点は、第１の実施の形態で説明したメインコントローラ１００の走行要求演算部１２０と同様である。すなわち、走行要求演算部２１０は、走行要求演算部１２０と同様に、バケットロック判定部１２１と、走行要求トルク演算部１２３を備えており、最終的に走行要求トルクT_DRを出力する。これにより、バケットロック判定部１２１によってバケットロック判定が真であると判定された場合（バケットロック発生時）には、走行要求トルク演算部１２３が、図８の破線Ｂに基づいてトルク増加レート制限値を低減し、エンジン回転数が低減されるので、第１の実施の形態と同様に車輪スリップは回避される。なお、エンジン回転数（エンジン回転数指令N_E^*）は駆動力に比例するため、バケットロック発生時には、駆動力が低減される。

【0090】

エンジン回転指令演算部２２０では、変速比R_TM及び走行要求トルクT_DRを基にエンジン回転数指令N_E^*を演算する。まず、エンジン回転指令演算部２２０は、変速比R_TM、走行要求トルクT_DRから、次式を用いてトルコン要求トルクT_TCRを演算する。

【0091】

【数10】

【0092】

また、エンジン回転指令演算部２２０は、変速比R_TM、プロペラシャフト回転数N_Pから、次式を用いてトルコン出力軸回転数N_TCを演算する。

【0093】

【数11】

【0094】

次に、エンジン回転指令演算部２２０は、トルコン要求トルクT_TCR、トルコン出力軸回転数N_TCから、トルコントルクマップを用いて、エンジン回転数指令N_E^*を演算する。トルコントルクマップの一例を図１３に示す。トルコントルクマップは、トルコン単体の実験等を行って作成することができる。エンジン１は、エンジン回転指令演算部２２０で演算されたエンジン回転数指令N_E^*に基づいて制御される。

【0095】

したがって、上記のように構成した本実施の形態に係る作業車両においても、運搬対象物の上昇操作をする場合においてバケットロックが発生したときには、駆動力の増加が抑制されるので、バケットロックに起因する車輪スリップの発生を抑制することができる。

【0096】

なお、上記の各実施の形態では、リフトストロークセンサ１３ｓをバケット高さ取得手段として利用する場合について説明したが、所定の基準面（例えば地面）に対するリフトシリンダ１３またはリフトアーム３１の角度を検出するセンサ（リフト角度センサ）をバケット高さ取得手段として用いてもよい。この場合は、角度から高さへの変換演算を行うことは言うまでもない。

【0097】

また、バケットストロークセンサ１４ｓをバケット姿勢取得手段として利用する場合について説明したが、所定の基準面（例えば地面）に対するバケットシリンダ１４またはベルクランク３２の角度を検出するセンサ（バケット角度センサ）をバケット姿勢取得手段として用いてもよい。

【0098】

また、リフトレバー１０４をバケット上昇指示取得手段として説明したが、これの代わりにコントロールバルブ１１をバケット上昇指示取得手段としても良い。そして、図６に示したステップＳ１２１３において、リフトシリンダ１３におけるリフトアップ側の油圧室（ボトム側油圧室）がメインポンプ９に連通された場合を真と判定し、それ以外の場合を偽として判定してもよい。

【0099】

また、上記の説明では、図６に示したバケットロック判定におけるステップＳ１２１４において、リフトシリンダ速度がリフト速度閾値以下であることに基づいてバケットロック判定を行ったが、これに代えて、リフトシリンダ１３におけるボトム側の圧力又はメインポンプ９の吐出圧が所定の閾値（リフト圧力閾値）以上であることに基づいてバケットロック判定を行ってもよい。すなわち、リフトシリンダ１３又はメインポンプ９の圧力が、リフト圧力閾値以上のときは真と判定し、リフト圧力閾値未満のときは偽と判定する。なお、リフト圧力閾値は、リフトシリンダ１３及びメインポンプ９に係る油圧回路のリリーフ圧以下（例えば、リリーフ圧から１ＭＰａだけ低い圧力）に設定することが望ましい。また、メインポンプ９の吐出圧はポンプ圧力センサ９ｓで検出すれば良く、リフトシリンダ１３のボトム側圧力はメインポンプ９から当該ボトム側油圧室までの油圧回路に設置した圧力センサで検出すれば良い。

【0100】

ところで、上記の各実施の形態では、図６に示したように、リフトシリンダストローク、バケットシリンダストローク、バケット上昇指示及びリフトシリンダ速度（Ｓ１２１１〜Ｓ１２１４）を考慮してバケットロック判定を行い、その結果に基づいて走行要求トルクの増加速度の制限を行った。しかし、次に説明するように、掘削動作判定を行い、走行要求トルクの増加速度をメインポンプ９の吐出圧（又はリフトシリンダ１３のボトム側圧力）に応じて制限しても良い。次にこの場合を本発明の第３の実施の形態として説明する。

【0101】

図１４は、本発明の第３の実施の形態に係るバケットロック判定部１２１で行われる掘削動作判定のフローチャートである。本実施の形態におけるバケットロック判定部１２１では、バケットロック判定に代えて掘削動作判定を行う。この図に示すフローチャートは、図６のフローチャートからＳ１２１４を省略したものに相当し、バケットロック判定部１２１は、Ｓ１２１１からＳ１２１３までの処理を通じて掘削動作判定を行っている。なお、以下の説明では、説明を簡略化するため、駆動力制限スイッチ１０６は常にＯＮとする。

【0102】

図１５は、本発明の第３の実施の形態に係るトルク増加レート制限マップの一例を示す図である。本実施の形態に係る走行要求トルク演算部１２３は、この図に示したマップに基づいてトルク増加レート制限を設定する。図中の実線Ａは、掘削動作判定が偽の場合に走行要求トルク演算部１２３がトルク増加レート制限の算出に利用するものであり、図８，９に示したものと同じである。図中の破線Ｃは、掘削動作判定が真の場合に走行要求トルク演算部１２３がトルク増加レート制限の算出に利用するものである。破線Ｃの場合、トルク増加レート制限値は、メインポンプ９の吐出圧又はリフトシリンダ１３のボトム側圧力（すなわち、メインポンプ９又はリフトシリンダ１３に作用する負荷）が上昇するにつれて小さく設定される。なお、メインポンプ９の吐出圧はポンプ圧力センサ９ｓで検出すれば良く、リフトシリンダ１３のボトム側圧力はメインポンプ９から当該ボトム側油圧室までの油圧回路に設置した圧力センサで検出すれば良い。

【0103】

このように構成される本実施の形態において、図１４のフローチャートによって行われるバケットロック判定部１２１の掘削動作判定が偽の場合（Ｓ１２１６Ｂ）、走行要求トルク演算部１２３は、第１の実施の形態と同様に図１５の実線Ａに基づいて走行要求トルク前回値T_{DR_z}からトルク増加レート制限値dT_DUpを設定する。一方、掘削動作判定が真の場合（Ｓ１２１５Ｂ）は、図１５の破線Ｃに基づいてトルク増加レート制限値dT_DUpを設定する。すなわち、走行要求トルク演算部１２３は、メインポンプ９の吐出圧（又はリフトシリンダ１３のボトム側圧力）が上昇するにつれてトルク増加レート制限値dT_DUpを小さく設定する。これにより、掘削動作判定が真のときのトルク増加レート制限値dT_DUpは、メインポンプ９の吐出圧又はリフトシリンダ１３のボトム側圧力の上昇に応じて低減される。このようにメインポンプ９の吐出圧又はリフトシリンダ１３のボトム側圧力の増加をバケットロックと擬制しても、先の実施の形態と同様に車輪スリップの発生を抑制することができる。

【0104】

なお、以上の各実施の形態では、ホイールローダを作業車両の例に挙げて説明したが、本発明は例えばフォークリフトにも適用可能である。フォークリフトでは、フォークの上昇指示をしたにも関わらず、運搬対象物の重さでフォークが持ち上がらない場合があるが、本発明によればこのような場合の車輪スリップを抑制することができる。

【符号の説明】

【0105】

１…エンジン、２…エンジンコントローラ、３…キャパシタ、４…コンバータ、５…発電電動機、６…発電インバータ、７…走行電動機、８…走行インバータ、９…メインポンプ、１３…リフトシリンダ、１３ｓ…リフトストロークセンサ、１４…バケットシリンダ、１４ｓ…バケットストロークセンサ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…タイヤ、１９…運転室、２０…バケット、３１…リフトアーム、４０…トルクコンバータ、４１…変速機、１００，２００…メインコントローラ、１０４…操作装置（リフトレバー）、１０５…操作装置（バケットレバー）、１０４ｓ…リフトポテンショメータ、１０５ｓ…バケットポテンショメータ、１０６…駆動力制限スイッチ、１０７…作業装置、１２０，２１０…走行要求演算部、１２１…バケットロック判定部、１２３…走行要求トルク演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】