特許 6552916 ホイールローダ

(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】6552916

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】ホイールローダ

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20190722BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   E02F3/43 K

   E02F9/22 E

【請求項の数】8

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2015-164482(P2015-164482)

(22)【出願日】2015年8月24日

(65)【公開番号】特開2017-43886(P2017-43886A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2017年11月28日

(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】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】辻 英樹

【審査官】 中村 圭伸

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５７００６１３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平０２−０８５４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０３３９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５０５５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０３０２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１０７８９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２０１５／０７６４２０（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−２８４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２０１５／００４８０９（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２０−９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と、
前記車体の前方に配設され、ブームを有する作業機と、
弾性材料製のタイヤを有する前輪と、
上下方向に圧縮された前記タイヤが反発して上下方向に伸長する前記タイヤの伸長を検出し、前記タイヤの伸長の検出に基づいて前記ブームの上昇を開始する制御指令を出力する、制御部とを備える、ホイールローダ。

【請求項2】

前記作業機は、前記車体に取り付けられる一端と前記ブームに取り付けられる他端とを有するリフトシリンダをさらに有する、請求項１に記載のホイールローダ。

【請求項3】

掘削が行なわれているか否かを判定する掘削判定部をさらに備え、
前記掘削が行なわれていると判定された場合に、前記制御部は、上下方向に圧縮された前記タイヤが反発して上下方向に伸長している間に前記ブームの上昇を開始する、請求項１または２に記載のホイールローダ。

【請求項4】

前記車体の重心回りのピッチ方向の角度を検出する角度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記車体の前方が重心に対して上昇を開始したことが前記角度検出部により検出された後、前記ブームの上昇を開始する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のホイールローダ。

【請求項5】

前記車体の重心回りのピッチ方向の速度を検出する速度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記車体の前方が重心に対して上方に動く速度が閾値よりも大きい間に、前記ブームの上昇を開始する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のホイールローダ。

【請求項6】

前記作業機は、バケットをさらに有し、
前記バケットのチルト動作を検出するチルト検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記チルト動作が検出された後、前記ブームの上昇を開始する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のホイールローダ。

【請求項7】

前記作業機は、チルトシリンダをさらに有し、
前記チルトシリンダの伸縮によって前記バケットが前記ブームに対し揺動する、請求項６に記載のホイールローダ。

【請求項8】

前記車体を加速させるアクセル操作量を検出するアクセル操作検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記アクセル操作量の減少が検出された後、前記ブームの上昇を開始する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のホイールローダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホイールローダに関する。

【背景技術】

【0002】

自走式作業車両であるホイールローダは、車両を走行させるための走行装置と、掘削などの各種の作業を行なうための作業機とを備えている。走行装置と作業機とは、エンジンからの駆動力によって駆動される。

【0003】

ホイールローダは、一般的に、走行と作業とを同時に行なう場合が多い。たとえば、掘削作業においては、車両を前進させることにより作業機を土砂の山に押し込むと共に、作業機を上昇させる。これにより、土砂が作業機上に掬い取られる。そのため、エンジンの出力を走行装置と作業機とにバランス良く配分することが重要である。

【0004】

特許文献１および２では、土石などの掘削対象物に向けて車体を自動走行させ、この走行動作によってバケットを掘削対象物に突っ込ませた後にバケットおよびアームを作動させて掘削作業を行なう、自動運転式のホイールローダが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−８１８３号公報

【特許文献2】特開２００８−１３３６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

エンジンの出力を走行装置と作業機とにバランス良く配分できるようにホイールローダの操作を行うには、熟練が必要である。たとえば、不慣れなオペレータが、掘削時にアクセルを踏みすぎて作業機を土砂に押し込み過ぎると、車両が前進できずに停止した状態となる。この状態では、車両を走行させる駆動力が大きすぎるため、作業機を上昇させる駆動力が小さくなる。このため、作業機操作部材を最大に操作しても、作業機が上昇できない。このように車両が動かなくなった状態では、エンジンの出力が高い状態が続くため、燃費（燃料消費量）が増大してしまう。

【0007】

本発明の目的は、作業機を上昇させる作業に必要な燃費を改善できる、ホイールローダを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るホイールローダは、車体と、作業機と、前輪と、制御部とを備えている。作業機は、車体の前方に配設されている。作業機は、ブームを有している。前輪は、弾性材料製のタイヤを有している。制御部は、上下方向に圧縮されたタイヤが反発して上下方向に伸長している間に、ブームの上昇を開始する。

【0009】

上記のホイールローダは、掘削判定部をさらに備えている。掘削判定部は、掘削が行なわれているか否かを判定する。制御部は、掘削が行なわれていると判定された場合に、上下方向に圧縮されたタイヤが反発して上下方向に伸長している間にブームの上昇を開始する。

【0010】

上記のホイールローダは、角度検出部をさらに備えている。角度検出部は、車体の重心回りのピッチ方向の角度を検出する。制御部は、車体の前方が重心に対して上昇を開始したことが角度検出部により検出された後、ブームの上昇を開始する。

【0011】

上記のホイールローダは、速度検出部をさらに備えている。速度検出部は、車体の重心回りのピッチ方向の速度を検出する。制御部は、車体の前方が重心に対して上方に動く速度が閾値よりも大きい間に、ブームの上昇を開始する。

【0012】

上記のホイールローダにおいて、作業機は、バケットをさらに有している。ホイールローダは、バケットのチルト動作を検出するチルト検出部をさらに備えている。制御部は、チルト動作が検出された後、ブームの上昇を開始する。

【0013】

上記のホイールローダは、アクセル操作検出部をさらに備えている。アクセル操作検出部は、車体を加速させるアクセル操作量を検出する。制御部は、アクセル操作量の減少が検出された後、ブームの上昇を開始する。

【発明の効果】

【0014】

本発明のホイールローダによれば、作業機を上昇させる作業に必要な燃費を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に基づくホイールローダの外観図である。

【図2】実施形態に基づくホイールローダの構成を示す模式図である。

【図3】ブーム角およびチルト角を示す、ホイールローダの側面図である。

【図4】実施形態に基づくホイールローダの掘削作業を説明する図である。

【図5】ホイールローダの掘削作業および積込作業を構成する一連の工程の例を示す模式図である。

【図6】ホイールローダの掘削作業および積込作業を構成する一連の工程の判定方法を示すテーブルである。

【図7】ホイールローダの掘削作業および積込作業時のリフトシリンダの油圧の変化の一例を示すグラフである。

【図8】ホイールローダが掘削対象物の掘削を開始した状態を示す側面図である。

【図9】掘削開始時におけるホイールローダの傾斜を示す側面図である。

【図10】タイヤの圧縮変形を示す模式図である。

【図11】タイヤの圧縮量、ピッチ角、およびピッチ方向に車体が動く速度と、時間との関係を示すグラフである。

【図12】圧縮変形したタイヤの形状の復元を示す模式図である。

【図13】実施形態に基づくホイールローダの制御部の機能構成を説明する図である。

【図14】実施形態に基づく制御部の処理の流れの第１の例を説明するフローチャートである。

【図15】実施形態に基づく制御部の処理の流れの第２の例を説明するフローチャートである。

【図16】実施形態に基づく制御部の処理の流れの第３の例を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、実施形態について図に基づいて説明する。実施形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0017】

以下、ホイールローダについて、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。

【0018】

＜全体構成＞
図１は、実施形態に基づくホイールローダ１の外観図である。図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体２、作業機３、車輪４ａ，４ｂ、および運転室５を備えている。ホイールローダ１は、車輪４ａ，４ｂが回転駆動されることにより自走可能であると共に、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。

【0019】

車体２は、前車体部２ａと後車体部２ｂとを有している。前車体部２ａと後車体部２ｂとは、互いに左右方向に揺動可能に連結されている。

【0020】

前車体部２ａと後車体部２ｂとに渡って、一対のステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが設けられている。ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂは、ステアリングポンプ１２（図２参照）からの作動油によって駆動される油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが伸縮することによって、前車体部２ａが後車体部２ｂに対して揺動する。これにより、ホイールローダ１の進行方向が変更される。

【0021】

なお、図１および後述する図２では、ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂの一方のみを図示しており、他方を省略している。

【0022】

前車体部２ａには、作業機３および一対の前輪４ａが取り付けられている。作業機３は、車体２の前方に配設されている。作業機３は、作業機ポンプ１３（図２参照）からの作動油によって駆動される。作業機３は、ブーム６と、一対のリフトシリンダ１４ａ，１４ｂと、バケット７と、ベルクランク９と、チルトシリンダ１５とを有している。

【0023】

ブーム６は、前車体部２ａに回転可能に支持されている。ブーム６の基端部が、ブームピン１６によって、前車体部２ａに揺動可能に取り付けられている。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの一端は前車体部２ａに取り付けられている。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの他端は、ブーム６に取り付けられている。前車体部２ａとブーム６とは、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂにより連結されている。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂが作業機ポンプ１３からの作動油によって伸縮することによって、ブーム６がブームピン１６を中心として上下に揺動する。

【0024】

なお、図１及び図２では、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂのうちの一方のみを図示しており、他方を省略している。

【0025】

バケット７は、ブーム６の先端に回転可能に支持されている。バケット７は、バケットピン１７によって、ブーム６の先端部に揺動可能に支持されている。チルトシリンダ１５の一端は前車体部２ａに取り付けられている。チルトシリンダ１５の他端はベルクランク９に取り付けられている。ベルクランク９とバケット７とは、図示しないリンク装置によって連結されている。前車体部２ａとバケット７とは、チルトシリンダ１５、ベルクランク９およびリンク装置により連結されている。チルトシリンダ１５が、作業機ポンプ１３からの作動油によって伸縮することによって、バケット７がバケットピン１７を中心として上下に揺動する。

【0026】

後車体部２ｂには、運転室５および一対の後輪４ｂが取り付けられている。運転室５は、車体２に搭載されている。運転室５には、オペレータが着座するシート、および後述する操作部８などが内装されている。

【0027】

前輪４ａは、ホイール部４ａｗと、タイヤ４ａｔとを有している。タイヤ４ａｔは、ホイール部４ａｗの外周に装着されている。後輪４ｂは、ホイール部４ｂｗと、タイヤ４ｂｔとを有している。タイヤ４ｂｔは、ホイール部４ｂｗの外周に装着されている。タイヤ４ａｔ，４ｂｔは、弾性材料製である。タイヤ４ａｔ，４ｂｔは、たとえばゴム製である。

【0028】

前車体部２ａには、詳細を後述する角度検出部４４と速度検出部４６とが設けられている。

【0029】

図２は、実施形態に基づくホイールローダ１の構成を示す模式図である。図２に示すように、ホイールローダ１は、駆動源としてのエンジン２１、走行装置２２、作業機ポンプ１３、ステアリングポンプ１２、操作部８、制御部１０などを備えている。

【0030】

エンジン２１は、ディーゼルエンジンである。エンジン２１は燃料噴射ポンプ２４を有している。燃料噴射ポンプ２４には、電子ガバナ２５が設けられている。シリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより、エンジン２１の出力が制御される。この調整は、電子ガバナ２５が制御部１０によって制御されることで行われる。

【0031】

ガバナ２５としては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられる。ガバナ２５は、エンジン回転数が後述するアクセル操作量に応じた目標回転数となるように、負荷に応じてエンジン回転数と燃料噴射量とを調整する。ガバナ２５は、目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように、燃料噴射量を増減する。

【0032】

エンジン回転数は、エンジン回転数センサ９１によって検出される。エンジン回転数センサ９１の検出信号は、制御部１０に入力される。

【0033】

走行装置２２は、エンジン２１からの駆動力によりホイールローダ１を走行させる装置である。走行装置２２は、トルクコンバータ装置２３、トランスミッション２６、ならびに上述した前輪４ａおよび後輪４ｂなどを有している。

【0034】

トルクコンバータ装置２３は、ロックアップクラッチ２７とトルクコンバータ２８とを有している。ロックアップクラッチ２７は、油圧作動式のクラッチである。ロックアップクラッチ２７への作動油の供給がクラッチ制御弁３１を介して制御部１０によって制御されることにより、ロックアップクラッチ２７は、連結状態と非連結状態とに切換可能である。ロックアップクラッチ２７が非連結状態である場合には、トルクコンバータ２８が、オイルを媒体としてエンジン２１からの駆動力を伝達する。ロックアップクラッチ２７が連結状態である場合には、トルクコンバータ２８の入力側と出力側とが直結される。

【0035】

トランスミッション２６は、前進走行段に対応する前進クラッチＣＦと、後進走行段に対応する後進クラッチＣＲとを有している。各クラッチＣＦ，ＣＲの連結状態・非連結状態が切り換えられることによって、車両の前進と後進とが切り換えられる。クラッチＣＦ，ＣＲが共に非連結状態のときは、車両は中立状態となる。

【0036】

トランスミッション２６は、複数の速度段に対応した複数の速度段クラッチＣ１−Ｃ４を有しており、減速比を複数段階に切り換えることができる。各速度段クラッチＣ１−Ｃ４は、油圧作動式の油圧クラッチである。図示しない油圧ポンプからクラッチ制御弁３１を介してクラッチＣ１−Ｃ４へ作動油が供給される。クラッチ制御弁３１が制御部１０によって制御されて、クラッチＣ１−Ｃ４への作動油の供給が制御されることにより、各クラッチＣ１−Ｃ４の連結状態及び非連結状態が切り換えられる。

【0037】

トランスミッション２６の出力軸には、Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２が設けられている。Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２は、トランスミッション２６の出力軸の回転数を検出する。Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２からの検出信号は、制御部１０に入力される。制御部１０は、Ｔ／Ｍ出力回転数センサ９２の検出信号に基づいて車速を算出する。

【0038】

トランスミッション２６の入力軸には、Ｔ／Ｍ入力回転数センサ９３が設けられている。Ｔ／Ｍ入力回転数センサ９３は、トランスミッション２６の入力軸の回転数を検出する。Ｔ／Ｍ入力回転数センサ９３からの検出信号は、制御部１０に入力される。

【0039】

トランスミッション２６から出力された駆動力は、シャフト３２などを介して車輪４ａ，４ｂに伝達される。これにより、ホイールローダ１が走行する。エンジン２１からの駆動力の一部が走行装置２２に伝達されて、ホイールローダ１が走行する。

【0040】

エンジン２１の駆動力の一部は、ＰＴＯ（Power Take Off）軸３３を介して、作業機ポンプ１３およびステアリングポンプ１２に伝達される。作業機ポンプ１３およびステアリングポンプ１２は、エンジン２１からの駆動力によって駆動される油圧ポンプである。作業機ポンプ１３から吐出された作動油は、作業機制御弁３４を介してリフトシリンダ１４ａ，１４ｂおよびチルトシリンダ１５に供給される。ステアリングポンプ１２から吐出された作動油は、ステアリング制御弁３５を介してステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂに供給される。作業機３は、エンジン２１からの駆動力の一部によって駆動される。

【0041】

作業機ポンプ１３から吐出された作動油の圧力は、第１油圧センサ９４によって検出される。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂに供給される作動油の圧力は、第２油圧センサ９５によって検出される。具体的には、第２油圧センサ９５は、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂを伸長させるときに作動油が供給されるシリンダボトム室の油圧を検出する。チルトシリンダ１５に供給される作動油の圧力は、第３油圧センサ９６によって検出される。具体的には、第３油圧センサ９６は、チルトシリンダ１５を伸長させるときに作動油が供給されるシリンダボトム室の油圧を検出する。ステアリングポンプ１２から吐出された作動油の圧力は、第４油圧センサ９７によって検出される。第１〜第４油圧センサ９４−９７からの検出信号は、制御部１０に入力される。

【0042】

操作部８は、オペレータによって操作される。操作部８は、アクセル操作部材８１ａ、アクセル操作検出部８１ｂ、ステアリング操作部材８２ａ、ステアリング操作検出部８２ｂ、ブーム操作部材８３ａ、ブーム操作検出部８３ｂ、バケット操作部材８４ａ、バケット操作検出部８４ｂ、変速操作部材８５ａ、変速操作検出部８５ｂ、ＦＲ操作部材８６ａ、および、ＦＲ操作検出部８６ｂなどを有している。

【0043】

アクセル操作部材８１ａは、エンジン２１の目標回転数を設定するために操作される。アクセル操作部材８１ａは、たとえばアクセルペダルである。アクセル操作部材８１ａの操作量（アクセルペダルの場合、踏み込み量）を増大すると、車体は加速する。アクセル操作部材８１ａの操作量を減少すると、車体は減速する。アクセル操作検出部８１ｂは、アクセル操作部材８１ａの操作量を検出する。アクセル操作部材８１ａの操作量を、アクセル操作量と称する。アクセル操作検出部８１ｂは、アクセル操作量を検出する。アクセル操作検出部８１ｂは、検出信号を制御部１０へ出力する。

【0044】

ステアリング操作部材８２ａは、車両の進行方向を操作するために操作される。ステアリング操作部材８２ａは、たとえばステアリングハンドルである。ステアリング操作検出部８２ｂは、ステアリング操作部材８２ａの位置を検出し、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ステアリング操作検出部８２ｂからの検出信号に基づいてステアリング制御弁３５を制御する。これにより、ステアリングシリンダ１１ａ，１１ｂが伸縮して、車両の進行方向が変更される。

【0045】

ブーム操作部材８３ａは、ブーム６を動作させるために操作される。バケット操作部材８４ａは、バケット７を動作させるために操作される。ブーム操作部材８３ａおよびバケット操作部材８４ａは、たとえば操作レバーである。ブーム操作検出部８３ｂは、ブーム操作部材８３ａの位置を検出する。バケット操作検出部８４ｂは、バケット操作部材８４ａの位置を検出する。ブーム操作検出部８３ｂ及びバケット操作検出部８４ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ブーム操作検出部８３ｂおよびバケット操作検出部８４ｂからの検出信号に基づいて、作業機制御弁３４を制御する。これにより、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂおよびチルトシリンダ１５が伸縮して、ブーム６およびバケット７が動作する。

【0046】

作業機３には、ブーム角を検出するブーム角検出部９８と、チルト角を検出するチルト角検出部９９とが設けられている。図３は、ブーム角αおよびチルト角βを示す、ホイールローダ１の側面図である。図３に示すＸ−Ｘ線は、前後の車輪４ａ，４ｂの軸中心を結ぶ線である。Ｙ−Ｙ線は、前車体部２ａとブーム６との回転支持中心であるブームピン１６と、ブーム６とバケット７との回転支持中心であるバケットピン１７とを結ぶ線である。Ｚ−Ｚ線は、バケットピン１７とバケット７の刃先７ａとを結ぶ線である。

【0047】

ブーム角αは、Ｘ−Ｘ線とＹ−Ｙ線とに挟まれた角度をいう。ブーム６はブームピン１６を中心として前車体部２ａに対して相対回転し、ブーム角αは、前車体部２ａに対するブーム６の相対的な回転角度を示す。チルト角βは、Ｙ−Ｙ線とＺ−Ｚ線とに挟まれた角度をいう。バケット７はバケットピン１７を中心としてブーム６に対して相対回転し、チルト角βは、ブーム６に対するバケット７の相対的な回転角度を示す。

【0048】

図２に戻って、ブーム角検出部９８およびチルト角検出部９９は、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ブーム角αおよびチルト角βに基づいて、バケット７の現在位置を算出する。

【0049】

変速操作部材８５ａは、トランスミッション２６の速度段を設定するために操作される。変速操作部材８５ａは、たとえばシフトレバーである。変速操作検出部８５ｂは、変速操作部材８５ａの位置を検出する。変速操作検出部８５ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、変速操作検出部８５ｂからの検出信号に基づいて、トランスミッション２６の変速を制御する。

【0050】

ＦＲ操作部材８６ａは、車両の前進と後進とを切り換えるために操作される。ＦＲ操作部材８６ａは、前進、中立および後進の各位置に切り換えられる。ＦＲ操作検出部８６ｂは、ＦＲ操作部材８６ａの位置を検出する。ＦＲ操作検出部８６ｂは、検出信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、ＦＲ操作検出部８６ｂからの検出信号に基づいてクラッチ制御弁３１を制御する。これにより、前進クラッチＣＦおよび後進クラッチＣＲが制御され、車両の前進と後進と中立状態とが切り換えられる。

【0051】

制御部１０は、一般的にＣＰＵ（Central Processing Unit）により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。

【0052】

制御部１０は、メモリ６０と接続されている。メモリ６０は、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダの機能を実現するための各種のプログラムを格納する。

【0053】

制御部１０は、アクセル操作部材８１ａの操作量に応じた目標回転数が得られるように、エンジン指令信号をガバナ２５に送る。

【0054】

制御部１０は、角度検出部４４と接続されている。角度検出部４４は、図１に示すように、前車体部２ａに設けられている。角度検出部４４は、車体２のピッチ角を検出し、検出信号を制御部１０に入力する。ここで、ホイールローダ１の重心を通り左右方向に延びる軸回りの方向を、ピッチ方向と称する。ピッチ方向は、車体２の前端が車体２の重心に対して下降または上昇する方向をいう。ピッチ角とは、ピッチ方向における車体２の傾斜角度をいう。ピッチ角は、鉛直方向または水平方向などの基準面に対する車体２の前後方向の傾斜角度である。

【0055】

制御部１０は、速度検出部４６と接続されている。速度検出部４６は、図１に示すように、前車体部２ａに設けられている。速度検出部４６は、車体２のピッチ方向の速度を検出し、検出信号を制御部１０に入力する。速度検出部４６は、車体２の前端が車体２の重心に対して下降または上昇する速度を検出する。

【0056】

制御部１０は、表示器５０とも接続される。表示器５０には、タッチパネル等の入力装置が設けられ、当該タッチパネルを操作することにより制御部１０に対してコマンドを指示することが可能である。また、表示器５０は、オペレータに操作ガイダンスを表示することが可能である。

【0057】

＜掘削作業＞
本実施形態のホイールローダ１は、土砂などの掘削対象物を掬い取る掘削作業を実行する。図４は、実施形態に基づくホイールローダ１の掘削作業を説明する図である。

【0058】

図４に示されるように、ホイールローダ１は、バケット７の刃先７ａを掘削対象物Ｐに食い込ませた後に、バケット軌跡Ｌに沿ってバケット７を上昇させる。これにより、掘削対象物Ｐを掬い取る掘削作業が実行される。

【0059】

図５は、ホイールローダ１の掘削作業および積込作業を構成する一連の工程の例を示す模式図である。ホイールローダ１は、次のような複数の工程を順次に行うことを繰り返して、掘削対象物Ｐを掘削し、ダンプトラックなどの運搬機械に掘削対象物Ｐを積み込んでいる。

【0060】

図５（ａ）に示される前進工程において、オペレータは、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂおよびチルトシリンダ１５を操作して、作業機３をブーム６が低い位置にありバケット７が水平を向いた掘削姿勢にして、ホイールローダ１を掘削対象物Ｐに向けて前進させる。

【0061】

図５（ｂ）および（ｃ）に示される掘削工程において、オペレータは、ホイールローダ１を更に前進させ、バケット７の刃先７ａを掘削対象物に突っ込む（図５（ｂ）に示される突込みサブ工程）。その後オペレータは、チルトシリンダ１５を操作してバケット７をチルトバックさせ、バケット７内に掘削対象物Ｐを掬い込む（図５（ｃ）に示される掬込みサブ工程）。掘削対象物Ｐの種類によって、バケット７を１回チルトバックさせるだけで掬込みサブ工程が完了する場合がある。または、掬込みサブ工程において、バケット７をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合もある。

【0062】

バケット７に掘削対象物Ｐをすくい込んだ後、図５（ｄ）に示される後進・ブーム上昇工程において、オペレータは、ホイールローダ１を後進させつつ、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂを伸張させて、ブーム６を上昇させる。

【0063】

図５（ｅ）に示される前進・ブーム上昇工程において、オペレータは、ホイールローダ１を前進させてダンプトラックに接近しつつ、バケット７の高さが積込高さになるまで、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂをさらに伸張させて、ブーム６を上昇させる。

【0064】

図５（ｆ）に示される排土工程において、オペレータは、所定位置でバケット７をダンプして、掘削対象物Ｐをダンプトラックの荷台上に積み込む。この工程は、その前の前進・ブーム上昇工程から連続的に前進しつつ行われることも多い。

【0065】

図５（ｇ）に示される後進・ブーム下げ工程において、オペレータは、車両を後進させながらブーム６を下げ、バケット７を掘削姿勢に戻す。

【0066】

以上が、掘削積込作業の１サイクルをなす典型的な工程である。
さらに、図５（ｈ）には、ホイールローダ１が単純に走行する単純走行工程が示されている。この工程では、オペレータはブーム６を低い位置にしてホイールローダ１を前進させる。バケット７に荷を積んで荷を運搬する場合もあるし、バケット７に荷を積まずに走行する場合もある。

【0067】

図６は、ホイールローダ１の掘削作業および積込作業を構成する一連の工程の判定方法を示すテーブルである。

【0068】

図６に示したテーブルにおいて、一番上の「作業工程」の行には、図５（ａ）〜図５（ｈ）に示した作業工程の名称が示されている。その下の「速度段」、「作業機操作」及び「作業機シリンダ圧力」の行には、現在の工程がどの工程であるかを判定するために制御部１０が使用する、各種の判断条件が示されている。

【0069】

より詳細には、「速度段」の行には、トランスミッション２６の速度段についての判定条件が丸印で示されている。ここでは、トランスミッション２６が前進４速度段Ｆ１〜Ｆ４および後進２速度段Ｒ１、Ｒ２を有する場合を想定している。

【0070】

「作業機操作」の行には、作業機３に対するオペレータの操作についての判定条件が丸印で示されている。より詳細には、「ブーム」の行にはブーム６に対する操作に関する判定条件が示されており、「バケット」の行にはバケット７に対する操作に関する判定条件が示されている。

【0071】

「作業機シリンダ圧力」の行には、作業機３のシリンダの現在の油圧、たとえばリフトシリンダ１４ａ，１４ｂのシリンダボトム室の油圧、についての判定条件が示されている。ここで、油圧に関して、４つの基準値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｐが予め設定され、これら基準値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｐにより複数の圧力範囲（基準値Ｐ未満の範囲、基準値ＡからＣの範囲、基準値ＢからＰの範囲、基準値Ｃ未満の範囲）が定義され、これらの圧力範囲が上記判断条件として設定されている。４つの基準値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｐの大きさは、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｐとなっている。

【0072】

以上のような各工程ごとの「速度段」、「ブーム」、「バケット」「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせを用いることにより、制御部１０は、現在行われている工程がどの工程なのかを判別する。

【0073】

図６に示した制御を行う場合の制御部１０の具体的動作を以下に説明する。
図６に示した各工程に対応する「速度段」、「ブーム」、「バケット」および「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせが、予めメモリ６０に格納されている。制御部１０は、図２に示した変速操作検出部８５ｂおよびＦＲ操作検出部８６ｂからの信号に基づいて、トランスミッション２６の現在選択されている速度段（Ｆ１〜Ｆ４、Ｒ１またはＲ２）を把握する。制御部１０は、ブーム操作検出部８３ｂからの信号に基づいて、ブーム６に対する現在の操作の種類（フロート、下げ、中立または上げ）を把握する。制御部１０は、バケット操作検出部８４ｂからの信号に基づいて、バケット７に対する現在の操作の種類（ダンプ、中立またはチルト）を把握する。さらに、制御部１０は、図２に示した第２油圧センサ９５からの信号に基づいて、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂのシリンダボトム室の現在の油圧を把握する。

【0074】

制御部１０は、把握された現在の速度段、ブーム操作種類、バケット操作種類およびリフトシリンダ油圧の組み合わせ（つまり現在の作業状態）を、予め記憶してある各工程に対応する「速度段」、「ブーム」、「バケット」および「作業機シリンダ圧力」の判定条件の組み合わせと対照する。この対照する処理の結果として、制御部１０は、現在の作業状態に最も良く一致する判定条件の組み合わせがどの工程に対応するのかを判定する。

【0075】

ここで、図６に示す掘削工程に対応する判定条件の組み合わせは、具体的には次のとおりである。

【0076】

掘削工程（突込みサブ工程）においては、速度段がＦ１またはＦ２、ブーム操作とバケット操作とが共に中立、作業機シリンダ圧力が基準値ＡからＣの範囲である。

【0077】

掘削工程（掬込みサブ工程）においては、速度段がＦ１またはＦ２、ブーム操作が上げまたは中立、バケット操作がチルト、作業機シリンダ圧力が基準値ＡからＣの範囲である。バケット操作については、チルトと中立とが交互に繰り返される判定条件をさらに追加してもよい。掘削対象物Ｐの状態によっては、バケット７をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合があるからである。

【0078】

図７は、ホイールローダ１の掘削作業および積込作業時のリフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧の変化の一例を示すグラフである。図７において、縦軸はリフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧を示し、横軸は時間を示す。図７には、図５および図６に示した各工程における、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂのシリンダボトム室の油圧が示されている。

【0079】

図７に示すように、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧は、前進工程では低く、掘削工程が開始すると急峻に大幅に上昇し、掘削工程の全区間にわたり継続して高く、掘削工程が終了すると急激に大幅に低下する。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧は、前進工程では全区間にわたり基準値Ｐより低く、掘削工程では全区間にわたり基準値Ｐより大幅に高く、その差は明瞭である。

【0080】

前進工程の時間は、通常数秒間（たとえば５秒）程度ある。したがって、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧が、所定の時間（たとえば１秒）にわたって所定の基準値Ｐより低く、その後、上昇して基準値Ｐを超えた時点を検出すると、その時点が掘削工程の開始時点であると検知できる。

【0081】

図６に示したトランスミッション２６の速度段の変化に基づいて、掘削工程が開始した後に速度段が前進から中立または後進へ切り替えられることにより、掘削工程が終了したことを判定できる。または、図７に示したリフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧の変化に基づいて、掘削工程が開始した後にリフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧が基準値Ｂよりも下がり、所定の時間（たとえば１秒）にわたって基準値Ｂより低い状態を保つことを検出することにより、掘削工程が終了したことを判定できる。

【0082】

以上説明したように、制御部１０は、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧の状態に主に基づいて、現在の工程が掘削工程であるか否かを判断できる。なお、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの油圧に替えてまたは併用して、チルトシリンダ１５のシリンダボトム室の油圧を、掘削工程であるか否かの判断に用いてもよい。また、トランスミッション２６の速度段、作業機３の位置、および車両走行速度のいずれかまたは組合せを、掘削工程であるか否かの判断に用いてもよい。

【0083】

＜掘削作業時の制御概念＞
以下、掘削工程におけるホイールローダ１の挙動、および掘削工程においてブーム６を上昇させる制御について説明する。図８は、ホイールローダ１が掘削対象物Ｐの掘削を開始した状態を示す側面図である。

【0084】

図８に示すように、ホイールローダ１が矢印Ａの方向に前進し、バケット７の刃先７ａを掘削対象物Ｐに突き刺す。このときバケット７には、矢印Ａの向く方向と逆方向の、矢印Ｂの方向に反力が作用する。加えて、バケット７内に掘削対象物Ｐが入り込むことにより、その掘削対象物Ｐに作用する重力の影響で、バケット７には、矢印Ｃの方向にも力が加えられる。

【0085】

図９は、掘削開始時におけるホイールローダ１の傾斜を示す側面図である。図９中に示す黒丸は、ホイールローダ１の車体２の重心Ｇを示す。図９中に示す一点鎖線は、重心Ｇを通り、地面と平行な直線を示す。ホイールローダ１が水平な地面を走行している場合、図９中に示す一点鎖線は、水平面を示す。図９中にはまた、図８を参照して説明した、バケット７に作用する力の方向を示す矢印Ｂおよび矢印Ｃが図示されている。

【0086】

バケット７に矢印Ｂおよび矢印Ｃ方向の力が作用することにより、図９中に白抜き矢印で示す、車体２の重心Ｇ回りのモーメントＭが発生する。このモーメントＭによって、ホイールローダ１の車体２の前端に、下向きの力が作用する。これにより、車体２が前傾する。車体２は、上述したピッチ方向に沿って傾斜する。車体２の前端は、重心Ｇに対して下向きに動く。この車体２の傾斜によって、図９中に示すピッチ角θが発生する。

【0087】

このとき、前輪４ａのタイヤ４ａｔは弾性材料製であるので、タイヤ４ａｔは上下方向に圧縮されて弾性変形する。前輪４ａが圧縮され縮むことにより、車体２は、重心Ｇに対してピッチ角θを形成して傾斜する。図９に示すホイールローダ１の左側面図において、車体２は、重心Ｇの回りに反時計回り方向に変位している。

【0088】

図１０は、タイヤ４ａｔの圧縮変形を示す模式図である。図１０において、（ａ）は、圧縮されておらず変形していない状態の前輪４ａを模式的に示す図であり、（ｂ）は、上下方向に圧縮されて変形している状態の前輪４ａを模式的に示す図である。

【0089】

図１０（ａ）では、前輪４ａのホイール部４ａｗとタイヤ４ａｔとを、模式的に同心円で示している。ホイール部４ａｗは金属材料製であるため、車体２がピッチ方向に傾斜しても変形しない。そのため、図１０（ｂ）では、ホイール部４ａｗは、図１０（ａ）と同じ円形で示されている。一方、タイヤ４ａｔはゴムなどの弾性材料製であるため、車体２が前傾した結果、弾性変形する。図１０（ｂ）では、タイヤ４ａｔは、上下方向に圧縮されて撓んでいる。図１０（ａ）と比較して、図１０（ｂ）に示すタイヤ４ａｔは、地表面と直交する上下方向の寸法を、図中に示す寸法Δ１分だけ、減少させている。

【0090】

図１１は、タイヤ４ａｔの圧縮量、ピッチ角θ、およびピッチ方向に車体２が動く速度と、時間との関係を示すグラフである。図１１（ａ）の横軸は時間を示し、縦軸は上下方向のタイヤ４ａｔの圧縮量を示す。図１１（ａ）の縦軸のプラス方向は、上下方向にタイヤ４ａｔが圧縮されている状態を示し、マイナス方向は、上下方向にタイヤ４ａｔが伸長している状態を示す。

【0091】

図１１（ｂ）の横軸は時間を示し、縦軸はピッチ角θを示す。図１１（ｂ）の縦軸のプラス方向は、車体２の前端が重心Ｇに対して上方に変位している状態を示し、マイナス方向は、車体２の前端が重心Ｇに対して下方に変位している状態を示す。図１１（ｂ）の縦軸のプラス方向は仰角を示し、マイナス方向は俯角を示す。

【0092】

図１１（ｃ）の横軸は時間を示し、縦軸はピッチ方向に車体２が動く速度を示す。図１１（ｃ）の縦軸のプラス方向は、車体２の前端の上向きの動きを示し、マイナス方向は、車体２の前端の下向きの動きを示す。

【0093】

図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ）の時間軸に示す時刻ｔ０は、タイヤ４ａｔが圧縮され始めた時刻であり、重心Ｇに対して下向きのピッチ角θが発生するとともにピッチ方向の下向きの速度が発生し始めた時刻を示す。時刻ｔ１は、タイヤ４ａｔの圧縮量が増加している最中の時刻であり、重心Ｇに対して下向きのピッチ角θが増大している最中の時刻を示す。時刻ｔ２は、タイヤ４ａｔの圧縮量が最大となる時刻であり、重心Ｇに対して下向きのピッチ角θが最大となる時刻を示す。

【0094】

本実施形態では、タイヤ圧縮量およびピッチ角の単位時間当たりの増加量は一定であるものとする。そのため、タイヤ４ａｔが圧縮している間（時刻ｔ０から時刻ｔ２まで）、ピッチ方向の下向きの速度は一定である。なお、これに限られず、時刻ｔ０から時刻ｔ２まで時間が経過するにつれてピッチ方向の速度が徐々に減少する場合もある。

【0095】

時刻ｔ２において、バケット７をチルトバックさせるチルト動作（図５（ｃ）参照）が開始する。または、時刻ｔ２において、ホイールローダ１を図８に示す矢印Ａの方向に加速させるアクセル操作量が減少する。その結果、バケット７に作用する図８に示す矢印Ｂの方向の力成分が減少するために、図９に示す車体２の重心Ｇ回りのモーメントＭが減少する。これにより、前輪４ａのタイヤ４ａｔの上下方向の圧縮が開放される。圧縮が開放されたタイヤ４ａｔは、反発して、上下方向に伸長する。

【0096】

したがって、図１１（ａ）に示すタイヤ４ａｔの圧縮量は、時刻ｔ０から時刻ｔ２まで直線的に増加し、時刻ｔ２において増加を停止して減少し始める。

【0097】

図１１（ｂ）に示すように、重心Ｇに対して下向きのピッチ角θは、時刻ｔ０から時刻ｔ２まで直線的に増加し、時刻ｔ２において増加を停止して減少し始める。図９に示す左側面図において、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは車体２の重心Ｇ回りの反時計回り方向の変位が増加し、時刻ｔ２において増加を停止して、車体２は重心Ｇ回りに時計回り方向に動き始める。時刻ｔ０から時刻ｔ２まで、車体２の前方が重心に対して下方へ移動する。時刻ｔ２において、車体２の前方が上昇を開始する。

【0098】

図１１（ｃ）に示すように、タイヤ４ａｔが圧縮している間（時刻ｔ０から時刻ｔ２まで）、車体２の前端は、下向きの速度が一定でピッチ方向に動いている。時刻ｔ２を境として、車体２の前端の動く方向が下向きから上向きへと変化する。

【0099】

図１１（ａ），図１１（ｂ），図１１（ｃ）の時間軸に示す時刻ｔ３は、タイヤ４ａｔの圧縮量が減少している最中の時刻であり、車体２の前端がピッチ方向の上向きに動いており、重心Ｇに対して下向きのピッチ角θが減少している最中の時刻である。

【0100】

時刻ｔ４は、タイヤ４ａｔの圧縮量がゼロとなる瞬間の時刻である。時刻ｔ４において、車体２のピッチ角θもゼロになる。時刻ｔ４において、車体２の前端が上向きに移動する速度は最大になる。

【0101】

タイヤ４ａｔは弾性材料製であるため、振動する。タイヤ４ａｔは、時刻ｔ４で上下方向の圧縮量がゼロになった後に直ちに停止するのではなく、時刻ｔ４後に上下方向に伸長する。時刻ｔ５は、タイヤ４ａｔの伸長量が最大となる時刻であり、重心Ｇに対して上向きのピッチ角θが最大となる時刻を示す。時刻ｔ５を境として、車体２の前端の動く方向が、上向きから下向きへと変化する。

【0102】

したがって、図１１（ａ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ４までタイヤ４ａｔの上下方向の圧縮量が減少し、時刻ｔ４から時刻ｔ５までタイヤ４ａｔは上下方向に伸長している。時刻ｔ０から時刻ｔ２まで上下方向に圧縮されたタイヤ４ａｔは、圧縮力を開放されることにより反発して、時刻ｔ２から時刻ｔ５まで上下方向に伸長する。

【0103】

図１１（ｂ）に示すように、車体２は、時刻ｔ０から時刻ｔ４まで重心に対して下向きのピッチ角θを形成して傾斜する。時刻ｔ４の後のタイヤ４ａｔの伸長によって、車体２は重心Ｇに対して上向きのピッチ角θを形成して傾斜する。

【0104】

図１１（ｃ）に示すように、タイヤ４ａｔが伸長している間（時刻ｔ２から時刻ｔ５まで）、車体２の前端は、上向きの速度を有してピッチ方向に動いている。

【0105】

図１１（ｃ）の縦軸に、車体２のピッチ方向の速度に係る所定の閾値Ｔｖが示されている。図１１（ｃ）の横軸に示す時刻ｔ６は、車体２のピッチ方向上向きの速度が増加して閾値Ｔｖ以上となる瞬間の時刻である。時刻ｔ７は、車体２のピッチ方向上向きの速度が減少して閾値Ｔｖ以下となる瞬間の時刻である。時刻ｔ６から時刻ｔ７まで、車体２のピッチ方向上向きの速度が、閾値Ｔｖ以上である。時刻ｔ６の後、時刻ｔ７に至るまでの時間内、車体２の前方が重心Ｇに対して上方に移動する速度が、閾値Ｔｖよりも大きい。

【0106】

図１０に戻って、図１０（ａ）は、時刻ｔ０以前のタイヤ４ａｔの状態を示している。図１０（ｂ）は、時刻ｔ１におけるタイヤ４ａｔの状態を示している。

【0107】

図１２は、圧縮変形したタイヤ４ａｔの形状の復元を示す模式図である。図１２において、（ａ）は、上下方向の圧縮量が最大の状態の前輪４ａを模式的に示す図であり、（ｂ）は、圧縮が開放されて上下方向の撓み量が減少している状態の前輪４ａを模式的に示す図である。図１２（ａ）と比較して、図１２（ｂ）に示すタイヤ４ａｔは、地表面と直交する上下方向の寸法を、図中に示す寸法Δ２分だけ、増加させている。図１２（ａ）は、時刻ｔ２におけるタイヤ４ａｔの状態を示している。図１２（ｂ）は、時刻ｔ３におけるタイヤ４ａｔの状態を示している。

【0108】

本実施形態に基づくホイールローダ１においては、時刻ｔ０から時刻ｔ２まで上下方向に圧縮された前輪４ａのタイヤ４ａｔが、その後反発して、時刻ｔ２から時刻ｔ５まで上下方向に伸長する。このタイヤ４ａｔの伸長に伴って、車体２の前方が上方へ移動する。本実施形態のホイールローダ１の制御においては、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの車体２の前端の上昇を、ブーム６を上昇させる作業に利用する。

【0109】

車体２の前方が上向きに動くと、ブームピン１６によって車体２に取り付けられたブーム６もまた、上向きに動く。ブーム６が車体２と共に上方に動いている時間中に、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの駆動によるブーム６の上昇を開始する。リフトシリンダ１４ａ，１４ｂの動作で発生するブーム６のリフト力が、タイヤ４ａｔの反発によるブーム６の上昇によって補助される。このようにすれば、ブーム６を所望の高さにまで上げる動作のために必要なリフトシリンダ１４ａ，１４ｂの駆動力を低減することができる。したがって、ブーム６を上昇させる作業に必要な燃費を改善することができる。

【0110】

＜制御システムの構成＞
図１３は、実施形態に基づくホイールローダ１の制御部１０の機能構成を説明する図である。図１３に示されるように、制御部１０は、掘削判定部１０１と、角度判定部１０２と、速度判定部１０３と、チルト角判定部１０４と、アクセル操作判定部１０５と、作業機制御部１１０とを有している。

【0111】

掘削判定部１０１は、掘削が行なわれているか否かを判定する。たとえば、掘削判定部１０１は、図２に示す変速操作検出部８５ｂから変速操作部材８５ａの位置に係る検出信号を取得し、ＦＲ操作検出部８６ｂからＦＲ操作部材８６ａの位置に係る検出信号を取得する。掘削判定部１０１は、これらの検出信号に基づいて、トランスミッション２６の現在選択されている速度段が、図６に示す前進４速度段Ｆ１〜Ｆ４および後進２速度段Ｒ１、Ｒ２のいずれであるかを判定する。

【0112】

また掘削判定部１０１は、図２に示すブーム操作検出部８３ｂから、ブーム操作部材８３ａの位置に係る検出信号を取得する。掘削判定部１０１は、この検出信号に基づいて、ブーム６に対する現在の操作の種類（フロート、下げ、中立または上げ）を判定する。

【0113】

また掘削判定部１０１は、図２に示すバケット操作検出部８４ｂから、バケット操作部材８４ａの位置に係る検出信号を取得する。掘削判定部１０１は、この検出信号に基づいて、バケット７に対する現在の操作の種類（ダンプ、中立またはチルト）を判定する。

【0114】

また掘削判定部１０１は、図２に示す第２油圧センサ９５から、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂに供給される作動油の圧力に係る検出信号を取得する。掘削判定部１０１は、この検出信号に基づいて、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂのシリンダボトム室の現在の油圧を判定する。

【0115】

図６を参照して上述したように、掘削判定部１０１は、現在の速度段、ブーム操作種類、バケット操作種類およびリフトシリンダ油圧の組み合わせに基づいて、現在行われている工程が掘削工程であるか否かを判定する。

【0116】

角度判定部１０２は、図１，２に示す角度検出部４４から、車体２の重心Ｇ回りのピッチ方向の角度に係る検出信号を取得する。角度判定部１０２は、この検出信号に基づいて、車体２の現在のピッチ角の重心Ｇに対する向きを判定し、ピッチ角の増減を判定する。

【0117】

速度判定部１０３は、図１，２に示す速度検出部４６から、車体２の重心Ｇ回りのピッチ方向の速度に係る検出信号を取得する。速度判定部１０３は、この検出信号に基づいて、車体２の前端が車体２の重心Ｇに対して動く向きを判定し、上方に動く速度と所定の閾値Ｔｖ（図１１（ｃ）参照）との大小の比較を判定する。

【0118】

チルト角判定部１０４は、図２に示すチルト角検出部９９から、チルト角β（図３参照）に係る検出信号を取得する。チルト角判定部１０４は、この検出信号に基づいて、チルト角βの増減を判定し、バケット７がチルト動作を行なっているか否かを判定する。

【0119】

アクセル操作判定部１０５は、図２に示すアクセル操作検出部８１ｂから、アクセル操作量に係る検出信号を取得する。アクセル操作判定部１０５は、この検出信号に基づいて、アクセル操作量の増減を判定し、車体２を前進させる走行駆動力の増減を判定する。

【0120】

作業機制御部１１０は、ブーム制御部１１１と、バケット制御部１１２とを有している。ブーム制御部１１１は、図２に示すリフトシリンダ１４ａ，１４ｂへの制御指令を生成して、作業機制御弁３４に出力する。バケット制御部１１２は、図２に示すチルトシリンダ１５への制御指令を生成して、作業機制御弁３４に出力する。これにより、作業機制御弁３４が制御され、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂおよびチルトシリンダ１５が伸縮して、ブーム６およびバケット７が動作する。

【0121】

図１４は、実施形態に基づく制御部１０の処理の流れの第１の例を説明するフローチャートである。図１４に示されるように、制御部１０は、ステップＳ１において、掘削工程中か否かを判定する。具体的には、掘削判定部１０１は、現在の速度段、ブーム操作種類、バケット操作種類およびリフトシリンダ油圧の組み合わせに基づいて、現在行われている工程が掘削工程であるか否かを判定する。

【0122】

掘削工程中であると判断された場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、次に制御部１０は、ステップＳ２において、チルト角βを検出する。具体的には、チルト角判定部１０４は、チルト角検出部９９から取得した検出信号に基づいて、現在のチルト角βを算出する。またチルト角判定部１０４は、現在から単位時間前のチルト角βを、単位時間前にチルト角検出部９９から取得した検出信号に基づいて、同様に算出する。さらにチルト角判定部１０４は、現在のチルト角βと、単位時間前のチルト角βとを比較する。なお、単位時間の長さは、当業者であるならば適宜設計変更可能である。

【0123】

次に、制御部１０は、ステップＳ３において、バケット７がチルト動作を行なっているか否かを判定する。具体的には、チルト角判定部１０４は、現在のチルト角βが単位時間前のチルト角βと同じであれば、バケット７はブーム６に対して相対的に動いておらず、チルト動作を行なっていないと判断する。またチルト角判定部１０４は、現在のチルト角βが単位時間前のチルト角βよりも小さければ、バケット７はダンプ動作を行なっており、チルト動作を行なっていないと判断する。またチルト角判定部１０４は、現在のチルト角βが単位時間前のチルト角βよりも大きければ、バケット７がチルト動作を行なっていると判断する。

【0124】

バケット７がチルト動作を行なっていないと判断された場合（ステップＳ３においてＮＯ）、次に制御部１０は、ステップＳ４において、アクセル操作量を検出する。具体的には、アクセル操作判定部１０５は、アクセル操作検出部８１ｂから取得した検出信号に基づいて、現在のアクセル操作量を算出する。またアクセル操作判定部１０５は、現在から単位時間前のアクセル操作量を、単位時間前にアクセル操作検出部８１ｂから取得した検出信号に基づいて、同様に算出する。さらにアクセル操作判定部１０５は、現在のアクセル操作量と、単位時間前のアクセル操作量とを比較する。

【0125】

次に、制御部１０は、ステップＳ５において、アクセル操作量が減少しているか否かを判定する。具体的には、アクセル操作判定部１０５は、現在のアクセル操作量が単位時間前のアクセル操作量と同じ、または現在のアクセル操作量が単位時間前のアクセル操作量よりも大きければ、アクセル操作量が減少していないと判断する。またアクセル操作判定部１０５は、現在のアクセル操作量が単位時間前のアクセル操作よりも小さければ、アクセル操作量が減少していると判断する。

【0126】

ステップＳ３においてバケット７がチルト動作を行なっていると判断された場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、および、ステップＳ５においてアクセル操作量が減少していると判断された場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、次に制御部１０は、ステップＳ６において、ブーム６の上昇を開始する。具体的には、ブーム制御部１１１は、作業機制御弁３４に制御指令を出力して、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂのシリンダボトム室に作動油を供給させ、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂを伸長させる。これにより、ブーム６は上昇を開始する。そして、処理を終了する（エンド）。

【0127】

ステップＳ１において掘削工程中でないと判断された場合（ステップＳ１においてＮＯ）、および、ステップＳ５においてアクセル操作量が減少していないと判断された場合（ステップＳ５においてＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ６をスキップする。そのため、ブーム６の上昇は実行されない。そして、処理を終了する（エンド）。

【0128】

当該処理により、バケット７のチルト動作が検出された後、または車体２を加速させるアクセル操作量の減少が検出された後、ブーム６の上昇が開始される。バケット７のチルト動作、またはアクセル操作量の減少によって、バケット７に作用する図８に示す矢印Ｂの方向の力成分が減少し、図９に示す車体２の重心Ｇ回りのモーメントＭが減少する。これにより、前輪４ａのタイヤ４ａｔの上下方向の圧縮が開放される。圧縮が開放されたタイヤ４ａｔは、反発して、上下方向に伸長する。このタイヤ４ａｔの伸長に伴って、車体２の前方が上方へ移動する。

【0129】

したがって、ブーム６が車体２と共に上方に動いている時間中にブーム６の上昇を開始できるので、ブーム６の上げ動作のために必要なリフトシリンダ１４ａ，１４ｂの駆動力を低減することができる。よって、ブーム６を上昇させる作業に必要な燃費を改善することができる。

【0130】

図１５は、実施形態に基づく制御部１０の処理の流れの第２の例を説明するフローチャートである。図１５に示されるように、制御部１０は、ステップＳ１１において、掘削工程中か否かを判定する。具体的には、掘削判定部１０１は、現在の速度段、ブーム操作種類、バケット操作種類およびリフトシリンダ油圧の組み合わせに基づいて、現在行われている工程が掘削工程であるか否かを判定する。

【0131】

掘削工程中であると判断された場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、次に制御部１０は、ステップＳ１２において、ピッチ角θを検出する。具体的には、角度判定部１０２は、角度検出部４４から取得した検出信号に基づいて、現在のピッチ角θを算出する。また角度判定部１０２は、現在から単位時間前のピッチ角θを、単位時間前に角度検出部４４から取得した検出信号に基づいて、同様に算出する。さらに角度判定部１０２は、現在のピッチ角θと、単位時間前のピッチ角θとを比較する。

【0132】

次に、制御部１０は、ステップＳ１３において、ピッチ角θが下向きであるか否かを判定する。具体的には、角度判定部１０２は、現在のピッチ角θが、図１１（ｂ）のグラフに示す縦軸のマイナスの範囲にあれば、車体２の前端が重心Ｇに対して下方に変位しており、ピッチ角θが下向きであると判断する。また角度判定部１０２は、現在のピッチ角θが、図１１（ｂ）のグラフに示す縦軸のプラスの範囲にあるかまたはゼロであれば、ピッチ角θが下向きでないと判断する。

【0133】

ステップＳ１３においてピッチ角θが下向きであると判断された場合（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、次に制御部１０は、ステップＳ１４において、ピッチ角θが減少しているか否かを判定する。具体的には、角度判定部１０２は、現在のピッチ角θの大きさが単位時間前のピッチ角θと同じ、または単位時間前のピッチ角θよりも大きければ、ピッチ角θが減少していないと判断する。また角度判定部１０２は、現在のピッチ角θの大きさが単位時間前のピッチ角θよりも小さければ、ピッチ角θが減少していると判断する。

【0134】

なお、「ピッチ角θの大きさ」とは、車体２の傾斜の大きさをいう。車体２の傾斜角度が大きいほど、ピッチ角θの大きさは大きい。車体２の前端が重心Ｇに対して下に向く方向（図９に示す左側面図における反時計回り方向）に、車体２が傾斜している場合、車体２の前端が地面に近いほど、ピッチ角θの大きさが大きい。車体２の前端が重心Ｇに対して上に向く方向（図９に示す左側面図における時計回り方向）に、車体２が傾斜している場合、車体２の前端が地面から遠いほど、ピッチ角θの大きさが大きい。図１１（ｂ）のグラフにおいて、ピッチ角θが縦軸のゼロの値から離れているほど、ピッチ角θの大きさが大きい。

【0135】

ステップＳ１４においてピッチ角θが減少していないと判断された場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、ステップＳ１４の判断が繰り返される。下向きのピッチ角θが減少していない（一定の値を維持、または増加している）間は、図９に示す車体２の重心Ｇ回りのモーメントＭによって、車体２の前方が重心に対して下向きに動いており、車体２が前傾する角度が単調増加している。この時間内には、ブーム６の上昇は実行されない。

【0136】

ステップＳ１３においてピッチ角θが下向きでないと判断された場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、次に制御部１０は、ステップＳ１５において、ピッチ角θが増加しているか否かを判定する。具体的には、角度判定部１０２は、現在のピッチ角θの大きさが単位時間前のピッチ角θと同じ、または単位時間前のピッチ角θよりも小さければ、ピッチ角θが増加していないと判断する。また角度判定部１０２は、現在のピッチ角θの大きさが単位時間前のピッチ角θよりも大きければ、ピッチ角θが増加していると判断する。

【0137】

ステップＳ１４においてピッチ角θが減少していると判断された場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、および、ステップＳ１５においてピッチ角θが増加していると判断された場合（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、次に制御部１０は、ステップＳ１６において、ブーム６の上昇を開始する。具体的には、ブーム制御部１１１は、作業機制御弁３４に制御指令を出力して、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂのシリンダボトム室に作動油を供給させ、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂを伸長させる。これにより、ブーム６は上昇を開始する。そして、処理を終了する（エンド）。

【0138】

ステップＳ１１において掘削工程中でないと判断された場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、および、ステップＳ１５においてピッチ角θが増加していないと判断された場合（ステップＳ１５においてＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ１６をスキップする。そのため、ブーム６の上昇は実行されない。そして、処理を終了する（エンド）。

【0139】

当該処理により、車体２の前方が重心Ｇに対して上昇を開始したことが角度検出部４４から取得した検出信号に基づいて判定された後、ブーム６の上昇が開始される。上下方向に圧縮された前輪４ａのタイヤ４ａｔが反発して上下方向に伸長することによって、車体２の前方が重心Ｇに対して上昇する。ブーム６が車体２と共に上方に動いている時間中に、ブーム６の上昇が開始される。したがって、ブーム６の上げ動作のために必要なリフトシリンダ１４ａ，１４ｂの駆動力を低減することができ、ブーム６を上昇させる作業に必要な燃費を改善することができる。

【0140】

図１６は、実施形態に基づく制御部１０の処理の流れの第３の例を説明するフローチャートである。図１６に示されるように、制御部１０は、ステップＳ２１において、掘削工程中か否かを判定する。具体的には、掘削判定部１０１は、現在の速度段、ブーム操作種類、バケット操作種類およびリフトシリンダ油圧の組み合わせに基づいて、現在行われている工程が掘削工程であるか否かを判定する。

【0141】

掘削工程中であると判断された場合（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、次に制御部１０は、ステップＳ２２において、車体２の重心回りのピッチ方向の速度を検出する。具体的には、速度判定部１０３は、速度検出部４６から取得した検出信号に基づいて、車体２の前端が車体２の重心Ｇに対して動く向きが上向きか下向きかを判別し、その車体２の動きの速度を算出する。

【0142】

次に、制御部１０は、ステップＳ２３において、車体２の重心回りのピッチ方向の速度が上向きか否かを判定する。

【0143】

ステップＳ２３において車体２のピッチ方向の速度が上向きであると判断された場合（ステップＳ２３においてＹＥＳ）、次に制御部は、ステップＳ２４において、車体２のピッチ方向の速度が所定の閾値Ｔｖ（図１１（ｃ）参照）よりも大きいか否かを判定する。

【0144】

ステップＳ２４において車体２のピッチ方向の速度が閾値Ｔｖよりも大きいと判断された場合（ステップＳ２４においてＹＥＳ）、次に制御部１０は、ステップＳ２５において、ブーム６の上昇を開始する。具体的には、ブーム制御部１１１は、作業機制御弁３４に制御指令を出力して、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂのシリンダボトム室に作動油を供給させ、リフトシリンダ１４ａ，１４ｂを伸長させる。これにより、ブーム６は上昇を開始する。そして、処理を終了する（エンド）。

【0145】

ステップＳ２１において掘削工程中でないと判断された場合（ステップＳ２１においてＮＯ）、ステップＳ２３において車体２の重心回りのピッチ方向の速度が上向きでないと判断された場合（ステップＳ２３においてＮＯ）、および、ステップＳ２４において車体２のピッチ方向の速度が閾値Ｔｖ以下と判断された場合（ステップＳ２４においてＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ２５をスキップする。そのため、ブーム６の上昇は実行されない。そして、処理を終了する（エンド）。

【0146】

当該処理により、車体２の前方が重心Ｇに対して上方に動く速度が閾値Ｔｖよりも大きい時間内に、ブーム６の上昇が開始される。上下方向に圧縮された前輪４ａのタイヤ４ａｔが反発して上下方向に伸長することによって、車体２の前方が重心Ｇに対して上昇する。ブーム６が車体２と共に上方に動いており、その動きの速度が所定の閾値Ｔｖよりも大きい時間中に、ブーム６の上昇が開始される。したがって、ブーム６の上げ動作のために必要なリフトシリンダ１４ａ，１４ｂの駆動力を低減することができ、ブーム６を上昇させる作業に必要な燃費を改善することができる。

【0147】

なお、本例においては、閾値Ｔｖよりも速度が大きい時間中にブーム６の上昇を開始する例について説明した。車体２のピッチ方向の速度が最大となるとき（図１１（ｃ）に示す時刻ｔ４）にブーム６の上昇が開始されているようにしてもよく、たとえば図１１（ｃ）に示す時刻ｔ２と時刻ｔ４との間にブーム６の上昇を開始してもよい。

【0148】

なお、上記の実施形態においては、上下方向に圧縮されたタイヤ４ａｔが反発して上下方向に伸長している間にブーム６の上昇を開始する制御について説明した。この例に限られず、掘削工程中においてブーム６の上昇を開始するためにオペレータがブーム操作部材８３ａを操作する適切なタイミングを、表示器５０に表示してもよい。このようにすれば、表示器５０に表示された操作ガイダンスに従ってオペレータが作業機３を操作できるので、経験の浅いオペレータが熟練オペレータの操作を効率的に学習することが可能になる。

【0149】

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0150】

１ ホイールローダ、２ 車体、２ａ 前車体部、２ｂ 後車体部、３ 作業機、４ａ 前輪、４ａｔ，４ｂｔ タイヤ、４ａｗ，４ｂｗ ホイール部、４ｂ 後輪、５ 運転室、６ ブーム、７ バケット、７ａ 刃先、１０ 制御部、１４ａ，１４ｂ リフトシリンダ、１５ チルトシリンダ、１６ ブームピン、１７ バケットピン、２１ エンジン、４４ 角度検出部、４６ 速度検出部、５０ 表示器、８１ａ アクセル操作部材、８１ｂ アクセル操作検出部、８３ａ ブーム操作部材、８３ｂ ブーム操作検出部、８４ａ バケット操作部材、８４ｂ バケット操作検出部、９８ ブーム角検出部、９９ チルト角検出部、１０１ 掘削判定部、１０２ 角度判定部、１０３ 速度判定部、１０４ チルト角判定部、１０５ アクセル操作判定部、１１０ 作業機制御部、１１１ ブーム制御部、１１２ バケット制御部。

【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】

【図16】