特開 2024-177697 作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024177697

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】作業車両

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20241217BHJP

   F15B 11/02 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 R

F15B11/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095975

(22)【出願日】2023-06-12

(71)【出願人】

【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】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉村 正利

(72)【発明者】

【氏名】金子 悟

(72)【発明者】

【氏名】歌代 浩志

(72)【発明者】

【氏名】関野 聡

【テーマコード（参考）】

2D003

3H089

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB05

2D003AC01

2D003BA01

2D003BA02

2D003BA05

2D003BB02

2D003CA02

2D003DA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB04

2D003FA02

3H089AA34

3H089AA35

3H089AA45

3H089AA46

3H089AA50

3H089AA81

3H089BB01

3H089BB15

3H089CC01

3H089CC12

3H089DA02

3H089DA03

3H089DA14

3H089DB12

3H089EE31

3H089EE36

3H089FF02

3H089FF03

3H089FF06

3H089FF07

3H089FF10

3H089FF12

3H089GG02

3H089JJ01

3H089JJ07

(57)【要約】

【課題】本開示は、従来技術よりも構成を簡略化することができ、掘削作業の作業効率を向上させることが可能な作業車両を提供する。
【解決手段】作業車両の制御装置は、バケットセンサから取得するバケット角θｂを含む掘削パラメータに基いて掘削作業が開始されたか否かを判定する。制御装置は、掘削作業の開始を判定した場合に油圧ポンプの吐出量の上限を最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない制限吐出量Ｑｌｉｍｅに制限するとともに、掘削パラメータに基いて認識した掘削作業の進展に伴って制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と、該車体に取り付けられて掘削作業を行う作業機と、該作業機を駆動させる作動油を吐出する油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出量を制御する制御装置と、を備える作業車両であって、
前記作業機は、前記車体に取り付けられるアームと、該アームに取り付けられるバケットと、前記作動油の供給により伸縮して前記アームを駆動させるアームシリンダと、前記作動油の供給により伸縮して前記バケットを駆動させるバケットシリンダと、前記バケットの角度であるバケット角を検出するバケット角センサと、を有し、
前記制御装置は、前記バケット角センサから取得する前記バケット角を含む掘削パラメータに基いて前記掘削作業が開始されたか否かを判定し、前記掘削作業の開始を判定した場合に前記油圧ポンプの前記吐出量の上限を最大吐出量よりも少ない制限吐出量に制限するとともに前記掘削パラメータに基いて認識した前記掘削作業の進展に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする作業車両。

【請求項2】

前記制御装置は、前記掘削作業の開始を未判定で、少なくとも前記バケット角が所定の角度範囲内の角度になった場合に、前記掘削作業の開始を判定することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項3】

前記アームシリンダのボトム側の油室の圧力であるボトム圧を検出するアームシリンダ圧センサをさらに備え、
前記制御装置は、さらに前記ボトム圧が所定の下限圧力以上である場合に、前記掘削作業の開始を判定することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

【請求項4】

前記アームおよび前記バケットのそれぞれの操作量を検出する操作装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記アームの前記操作量または前記バケットの前記操作量が所定の閾値を超える場合に、前記掘削作業の開始を判定することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

【請求項5】

前記制御装置は、前記車体を前進させる走行駆動力を取得し、前記走行駆動力が所定の閾値を超える場合に、前記掘削作業の開始を判定することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

【請求項6】

前記制御装置は、前記掘削作業の開始を判定した後、前記バケット角が所定の解除角度以上になった場合に、前記掘削作業の終了を判定することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

【請求項7】

前記制御装置は、前記バケット角の増加を前記掘削作業の進展とみなし、前記バケット角の増加に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項8】

前記アームの角度であるアーム角を検出するアーム相対角センサをさらに備え、
前記掘削パラメータは、前記アーム角を含み、
前記制御装置は、前記アーム角の増加を前記掘削作業の進展とみなし、前記アーム角の増加に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項9】

前記掘削パラメータは、前記掘削作業の開始を判定した時点からの前記車体の走行距離を含み、
前記制御装置は、前記走行距離の増加を前記掘削作業の進展とみなし、前記走行距離の増加に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項10】

前記車体の姿勢を検出する姿勢センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記姿勢センサによって検出された前記車体の姿勢が所定の許容範囲から外れている場合に、前記掘削作業の進展に伴う前記制限吐出量の増加を中止することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から掘削作業を行うホイールローダなどの作業車両に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１では、ホイールローダの作業機を駆動する油圧装置において、油圧力は必要とするが吐出量は少量でよい場合のパワーロスを低減する技術の問題点に着目し、その解決手段として以下の制御方法を開示している（同文献、第０００５段落および請求項１等を参照）。

【0003】

特許文献１に記載された制御方法は、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法である。作業車両は、作業機を作動するリフトシリンダおよびチルトシリンダと、これらリフトシリンダおよびチルトシリンダに所定の圧油を供給する油圧ポンプとを備えている。この特許文献１の制御方法では、車両の走行駆動力、および／またはリフトシリンダのボトム側の油圧力、および／またはチルトシリンダの油圧力が、所定の値を越えたときに掘削作業中であると判断する。次に、油圧ポンプの容量を最大容量以下の所定容量に低減することに定め、次に、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を行う。

【0004】

上記のような掘削作業を行う作業車両の作業機は、作業車両の車体に取り付けられるアームと、そのアームに取り付けられるバケットと、を有している。掘削作業を行う作業車両は、掘削対象物へ向けて車体を前進させ、作業機のバケットを掘削対象物へ貫入させ、アームを上昇させつつバケットを手前に回転させ、掘削対象物をバケット内に掬い込む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－１８４１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のような作業車両の掘削作業において、単位時間当たりの掘削量［ｔｏｎ／ｈ］で表される作業効率を向上させるためには、一連の作業を速やかに行いつつ、バケットに掬い込む掘削対象物の量を増加させる必要がある。しかし、作業機のアームの上昇速度やバケットの回転速度（以下、「作業機の動作速度」とも記す。）が高すぎると、掘削対象物の表層部分のみがバケットに掬い込まれる所謂「浅掘り」が発生し、掘削作業における掘削量が低下して作業効率が低下する。

【0007】

作業車両のオペレータは、上記の浅掘りを回避するために、作業車両を加速させて作業機のバケットを掘削対象物に貫入させ、アームを上昇させつつバケットを手前側に回転させるアクセルペダルおよび作業機の操作レバーの操作を、精密に調整する必要がある。このような掘削作業に伴う作業車両の精密な操作は、オペレータに対する負担が大きい。また、掘削作業時の作業車両において、車体が揺れたり、作業機や掘削対象物によってオペレータの視界が遮られたりすると、オペレータの負担はさらに増大する。

【0008】

上記特許文献１に記載された作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法を適用し、掘削作業中に油圧ポンプの容量を所定容量に低減させることで、作業機の動作速度が制限される。これにより、浅掘りを防ぐ効果を期待できるが、掘削作業の作業時間が増加して作業効率が低下するおそれがある。一方、作業効率を向上させるために、掘削作業中に制限する油圧ポンプの所定容量を増加させると、作業機の動作速度が上昇して浅掘りのリスクが高くなる。

【0009】

さらに、特許文献１に記載された作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法を適用するには、油圧ポンプの容量を調整するための傾転角を制御するレギュレータや、そのレギュレータの動作を制御する比例電磁弁および油圧パイロット回路が必要となる。そのため、油圧回路の複雑性が高くなり、コストおよび油漏れのリスクも高くなる。

【0010】

本開示は、上記従来技術よりも構成を簡略化することができ、掘削作業の作業効率を向上させることが可能な作業車両を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示の一態様は、車体と、該車体に取り付けられて掘削作業を行う作業機と、該作業機を駆動させる作動油を吐出する油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出量を制御する制御装置と、を備える作業車両であって、前記作業機は、前記車体に取り付けられるアームと、該アームに取り付けられるバケットと、前記作動油の供給により伸縮して前記アームを駆動させるアームシリンダと、前記作動油の供給により伸縮して前記バケットを駆動させるバケットシリンダと、前記バケットの角度であるバケット角を検出するバケット角センサと、を有し、前記制御装置は、前記バケット角センサから取得する前記バケット角を含む掘削パラメータに基いて前記掘削作業が開始されたか否かを判定し、前記掘削作業の開始を判定した場合に前記油圧ポンプの前記吐出量の上限を最大吐出量よりも少ない制限吐出量に制限するとともに前記掘削パラメータに基いて認識した前記掘削作業の進展に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする作業車両である。

【発明の効果】

【0012】

本開示の上記一態様によれば、上記従来技術よりも構成を簡略化することができ、掘削作業の作業効率を向上させることが可能な作業車両を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示に係る作業車両の実施形態１を示す側面図。

【図2】図１の作業車両のシステム構成図。

【図3】図２に示す作業車両の制御装置の機能ブロック図。

【図4】図１の作業車両による掘削作業の一例を説明する概略図。

【図5】図３の制御装置による油圧ポンプの吐出量制御のフロー図。

【図6】図１に示す作業機のバケット角を説明する拡大図。

【図7】図２の油圧ポンプの吐出量とバケット角の関係を示すグラフ。

【図8】図２の油圧ポンプの制御指令値に対する吐出量と吐出圧の関係を示すグラフ。

【図9】図２の油圧ポンプのバケット角に対する吐出量と吐出圧の関係を示すグラフ。

【図10】従来技術による油圧ポンプの定容量制御を説明するグラフ。

【図11】従来技術による油圧ポンプの定馬力制御を説明するグラフ。

【図12】図１の作業車両の掘削パラメータの時間変化を示すタイムチャート。

【図13】本開示に係る作業車両の実施形態２を示す制御装置の機能ブロック図。

【図14】図１３に示す制御装置の掘削時上限値演算部の機能ブロック図。

【図15】本開示に係る作業車両の実施形態３を示す制御装置の機能ブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本開示に係る作業車両の実施形態を説明する。

【0015】

［実施形態１］
図１は、本開示に係る作業車両の実施形態１を示す側面図である。本実施形態の作業車両１００は、たとえば、土砂、砕石、および鉱石などの掘削対象物を掘削して、ダンプトラックなどの運搬車両のベッセルに積載する掘削作業を行うホイールローダである。作業車両１００は、たとえば、車体１１０と、作業機１２０と、を備えている。

【0016】

車体１１０は、たとえば、前部車体１１１と後部車体１１２とがセンタージョイント１１３を介して屈曲可能に連結されたアーティキュレート操舵式または車体屈曲式のものを採用することができる。前部車体１１１には、左右の前輪１０１と、作業機１２０が取り付けられている。後部車体１１２には、左右の後輪１０２が取り付けられるとともに、前部に運転室１０３が設けられ、後部に機器収容室１０４が設けられている。

【0017】

また、車体１１０は、たとえば、幅方向において、中央に設けられたセンタージョイント１１３の両側に、一対のステアリングシリンダ１１４を有している。ステアリングシリンダ１１４は、たとえば、作動油が供給されることで伸縮する油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１４は、たとえば、ピストンロッドの先端が前部車体１１１に連結され、その反対側のシリンダの底部が後部車体１１２に連結されている。

【0018】

これにより、一対のステアリングシリンダ１１４のうちの一方が伸長して他方が収縮することで、前部車体１１１が後部車体１１２に対して左右に屈曲する。また、図１では図示を省略するが、車体１１０は、たとえば、前輪１０１および後輪１０２を制動するブレーキを作動させる油圧シリンダであるブレーキシリンダ１１５と、駐車ブレーキを作動させる油圧シリンダである駐車ブレーキシリンダ１１６とを有している（図２参照）。

【0019】

作業機１２０は、たとえば、車体１１０を構成する前部車体１１１に取り付けられて土砂などの掘削対象物の掘削作業を行う多関節型の作業装置である。作業機１２０は、たとえば、アーム１２１と、バケット１２２と、アームシリンダ１２３と、バケットシリンダ１２４と、を有している。

【0020】

アーム１２１は、たとえば、リフトアームとも呼ばれ、車体１１０の前方部分である前部車体１１１に、車体１１０の幅方向に平行な回転軸を介して取り付けられ、その回転軸を中心に上下方向に回動する。作業機１２０は、たとえば、一対のアーム１２１を備えている。一対のアーム１２１は、たとえば、車体１１０の幅方向に離隔して配置され、長手方向の中央部で作業車両１００の幅方向に延びる連結部によって連結されている。

【0021】

バケット１２２は、たとえば、車体１１０に取り付けられたアーム１２１の基端部とは反対側のアーム１２１の先端部に、車体１１０の幅方向に平行な回転軸を介して取り付けられている。バケット１２２の底部には、Ｚリンク式またはベルクランク式のリンク機構が連結されている。バケット１２２は、リンク機構を介して動力が伝達されると、アーム１２１の先端部の回転軸を中心に上下方向に回動する。

【0022】

アームシリンダ１２３は、たとえば、作動油が供給されることで伸縮する油圧シリンダである。作業機１２０は、たとえば、一対のアームシリンダ１２３を備えている。一対のアームシリンダ１２３は、たとえば、ピストンロッドの先端部が一対のアーム１２１の長手方向の中央部に回動可能に連結され、その反対側のシリンダの底部が前部車体１１１の幅方向の両側に回動可能に連結されている。これにより、一対のアームシリンダ１２３が伸縮すると、一対のアーム１２１が上下に回動する。

【0023】

バケットシリンダ１２４は、たとえば、作動油が供給されることで伸縮する油圧シリンダである。バケットシリンダ１２４は、たとえば、ピストンロッドの先端部がリンク機構のベルクランクに回動可能に連結され、その反対側のシリンダの底部が前部車体１１１の幅方向の中央部に回動可能に連結されている。これにより、バケットシリンダ１２４が伸縮すると、リンク機構を介してバケット１２２に動力が伝達され、バケット１２２が上下に回動する。

【0024】

図２は、図１の作業車両１００のシステム構成図である。作業車両１００は、図１に示す各構成に加えて、たとえば、図２に示す油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃと、制御装置２００と、を備えている。また、作業車両１００は、油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃから各油圧シリンダへ供給される作動油の圧力、流量、および方向を制御する作業機制御部１３１、ブレーキ制御部１３２、およびステアリング制御部１３３を有している。

【0025】

また、作業車両１００は、たとえば、バッテリ１０６と、インバータ１０７Ａ，１０７Ｂと、モータ１０８Ａ，１０８Ｂと、バッテリコントローラ１０９とを有している。これらの機器と、前述の油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ、作業機制御部１３１、ブレーキ制御部１３２、およびステアリング制御部１３３は、たとえば、図１に示す機器収容室１０４に収容されている。

【0026】

バッテリ１０６は、たとえば、リチウムイオン二次電池等の蓄電池によって構成されている。バッテリ１０６は、たとえば、充電されて蓄えられた電力を、インバータ１０７Ａ，１０７Ｂを介してモータ１０８Ａ，１０８Ｂへ供給する。バッテリコントローラ１０９は、たとえば、制御装置２００から入力されるバッテリ動作指令に基いてバッテリ１０６を制御する。

【0027】

走行用のインバータ１０７Ａは、バッテリ１０６から直流電力の供給を受け、制御装置２００から入力される走行駆動トルク指令に基いて走行用のモータ１０８Ａに電力を供給し、走行用のモータ１０８Ａを制御する。走行用のインバータ１０７Ａと作業用のインバータ１０７Ｂとは、直流母線によって接続されている。

【0028】

作業用のインバータ１０７Ｂは、バッテリ１０６から直流電力の供給を受け、制御装置２００から入力される回転速度指令に基いて作業用のモータ１０８Ｂを制御することで、油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの回転速度を制御する。インバータ１０７Ｂは、制御装置２００から入力される回転速度指令値と、モータ１０８Ｂの回転速度とが一致するようにモータ１０８Ｂへ供給される電力を制御する。

【0029】

モータ１０８Ａ，１０８Ｂは、たとえば、図１に示す車体１１０に支持されている。走行用のモータ１０８Ａは、たとえば、バッテリ１０６からインバータ１０７Ａを介して電力の供給を受け、アクスル、デファレンシャル装置、プロペラシャフトなどを含む動力伝達装置を介して左右の前輪１０１および左右の後輪１０２を回転させる。作業用のモータ１０８Ｂは、たとえば、バッテリ１０６からインバータ１０７Ｂを介して電力の供給を受け、油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃを駆動させる。

【0030】

油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃは、たとえば、図１に示す機器収容室１０４に収容されている。油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃは、モータ１０８Ｂが出力するトルクによって駆動されて作動油を吐出する。油圧ポンプ１０５Ａは、たとえば、アームシリンダ１２３およびバケットシリンダ１２４へ供給される作動油の圧力、流量、および方向を制御する作業機制御部１３１を介して、アームシリンダ１２３およびバケットシリンダ１２４へ作動油を供給する。

【0031】

油圧ポンプ１０５Ａは、たとえば、斜板式または斜軸式の可変容量形のピストンポンプであり、レギュレータが設けられている。レギュレータは、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧が所定値を超えて上昇すると、それに応じて油圧ポンプ１０５Ａの傾転角(容量、押しのけ容積に相当)を減少させ、油圧ポンプ１０５Ａの吸収トルクが設定値（ポンプ吸収トルク上限値）を超えないように制御する。油圧ポンプ１０５Ａから吐出される作動油の流量すなわち吐出量は、レギュレータの制御によって決定される油圧ポンプ１０５Ａの容量とモータ１０８Ｂの制御によって決定される回転速度とに比例する。

【0032】

油圧ポンプ１０５Ｂは、たとえば、ブレーキシリンダ１１５および駐車ブレーキシリンダ１１６へ供給される作動油の圧力、流量、および方向を制御するブレーキ制御部１３２を介して、ブレーキシリンダ１１５および駐車ブレーキシリンダ１１６へ作動油を供給する。油圧ポンプ１０５Ｃは、たとえば、ステアリングシリンダ１１４へ供給される作動油の圧力、流量、および方向を制御するステアリング制御部１３３を介して、ステアリングシリンダ１１４へ作動油を供給する。

【0033】

また、作業車両１００は、たとえば、オペレータが着席する運転室１０３内の座席の周囲に配置され、オペレータによる操作を受け付ける操作装置１４０を備えている。操作装置１４０は、たとえば、前後進切替装置１４１と、アーム操作装置１４２と、バケット操作装置１４３と、アクセル操作装置１４４と、ブレーキ操作装置１４５と、駐車ブレーキ操作装置１４６と、ステアリング操作装置１４７と、モード切替スイッチ１４８と、吐出量調整ダイヤル１４９と、を含む。

【0034】

前後進切替装置１４１は、たとえば、オペレータが作業車両１００の前進（Ｆ）、待機（Ｎ）、または後進（Ｒ）のいずれかの状態を選択するためのスイッチまたはレバーであり、オペレータによって選択された状態を制御装置２００へ出力する。アーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３は、それぞれ、アームおよびバケットを操作するためのアームレバーおよびバケットレバーと、それらの操作量を検出して制御装置２００へ出力するセンサとを備えている。

【0035】

アクセル操作装置１４４およびブレーキ操作装置１４５は、それぞれ、アクセルペダルおよびブレーキペダルと、それらの操作量を検出して制御装置２００へ出力するセンサとを備えている。駐車ブレーキ操作装置１４６は、たとえば、オペレータが駐車ブレーキの作動と解除を切り替えるための操作スイッチを備え、駐車ブレーキの作動または解除の状態を示す信号を制御装置２００へ出力する。ステアリング操作装置１４７は、たとえば、ステアリングホイールと、その操作量を検出して制御装置２００へ出力するセンサとを備えている。

【0036】

モード切替スイッチ１４８は、たとえば、オペレータが作業車両１００の掘削作業の自動モードまたは手動モードを選択するための操作スイッチである。モード切替スイッチ１４８は、たとえば、自動モードが選択されると自動モードフラグＦｍをオン（Ｆｍ＝１）にし、手動モードが選択されると自動モードフラグＦｍをオフ（Ｆｍ＝０）にして、選択されたモードに対応する自動モードフラグＦｍを制御装置２００へ出力する。

【0037】

吐出量調整ダイヤル１４９は、たとえば、オペレータが油圧ポンプ１０５Ａの設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓを選択するための操作ダイヤルである。吐出量調整ダイヤル１４９は、オペレータによって選択された最大吐出量Ｑｍａｘ以下の設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓに対応する指示値Ｃｄ（０＜Ｃｄ≦１）を、制御装置２００へ出力する。指示値Ｃｄは、設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓが最大吐出量Ｑｍａｘと等しい場合に最大値（Ｃｄ＝１）となる。

【0038】

また、作業車両１００は、作業車両１００の各種の状態を検出する複数の状態検出センサ１５０を備えている。状態検出センサ１５０は、たとえば、車速センサ１５１と、アーム相対角センサ１５２と、バケット相対角センサ１５３と、モータ回転速度センサ１５４と、トルクセンサ１５５と、電流センサ１５６と、ポンプ回転速度センサ１５７と、を含む。また、状態検出センサ１５０は、たとえば、吐出圧センサ１５８Ａ，１５８Ｂ，１５８Ｃと、アームシリンダ圧センサ１５８Ｄと、を含む。また、状態検出センサ１５０は、たとえば、姿勢センサ１５９を含む。

【0039】

車速センサ１５１は、たとえば、作業車両１００の動力伝達装置を構成する軸の回転速度を検出するロータリーエンコーダであり、検出した軸の回転速度またはそれに応じた作業車両１００の速度を表す信号を制御装置２００へ出力する。アーム相対角センサ１５２およびバケット相対角センサ１５３は、それぞれ、作業車両１００の基準面ＲＰ（図６参照）に対するアーム１２１の角度およびアーム１２１に対するバケット１２２の角度を検出して制御装置２００へ出力する。基準面ＲＰについては、図６を参照して後述する。

【0040】

アーム相対角センサ１５２およびバケット相対角センサ１５３は、それぞれ、車体１１０とアーム１２１の連結軸およびアーム１２１とバケット１２２との連結軸に設けられたポテンショメータである。モータ回転速度センサ１５４は、たとえば、油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃを駆動するモータ１０８Ｂの回転速度を検出し、検出した回転速度に応じた信号を制御装置２００へ出力する。

【0041】

トルクセンサ１５５および電流センサ１５６は、それぞれ、作業車両１００を走行させる駆動力を発生するモータ１０８Ａのトルクおよび電流を検出し、検出したトルクおよび電流に応じた信号を制御装置２００へ出力する。ポンプ回転速度センサ１５７は、たとえば、アームシリンダ１２３およびバケットシリンダ１２４へ作動油を供給する油圧ポンプ１０５Ａの回転速度を検出して、検出した回転速度に応じた信号を制御装置２００へ出力する。

【0042】

吐出圧センサ１５８Ａ，１５８Ｂ，１５８Ｃは、それぞれ、油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの作動油の吐出圧を検出し、検出した吐出圧に応じた信号を制御装置２００へ出力する。アームシリンダ圧センサ１５８Ｄは、たとえば、アームシリンダ１２３のボトム側の油室の圧力であるボトム圧を検出し、検出したボトム圧に応じた信号を制御装置２００へ出力する。

【0043】

姿勢センサ１５９は、たとえば、３軸ジャイロセンサおよび加速度センサによって構成されている。姿勢センサ１５９は、たとえば、ロール角θｒ、ピッチ角θｐ、およびヨー角θｙを含む車体１１０の姿勢情報θｖを検出して制御装置２００へ出力する。

【0044】

制御装置２００は、たとえば、作業車両１００の全体の制御を行うメインコントローラであり、一つ以上のマイクロコンピュータによって構成されている。制御装置２００は、たとえば、動作回路としてのＣＰＵ２０１と、記憶装置としてのＲＯＭ２０２およびＲＡＭ２０３と、入力インタフェース２０４および出力インタフェース２０５と、を有している。なお、バッテリコントローラ１０９も、制御装置２００と同様に、動作回路、記憶装置、および入出力インタフェースを備えた一つ以上のマイクロコントローラによって構成することができる。

【0045】

制御装置２００は、たとえば、アーム操作装置１４２、バケット操作装置１４３、ステアリング操作装置１４７等から入力される操作量に基いて、作業用のモータ１０８Ｂの回転速度指令値を算出し、制御指令値をインバータ１０７Ｂへ出力する。具体的には、制御装置２００は、アーム操作量、バケット操作量、ステアリング操作量、および油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄに基き、作業機１２０の要求動力を算出し、その要求動力に基き、作業用のモータ１０８Ｂの回転速度指令値を算出する。

【0046】

なお、制御装置２００は、たとえば、アーム操作量およびバケット操作量にそれぞれ所定の係数を乗じて第１および第２の回転速度指令値を算出し、これらのうち大きい方を作業用のモータ１０８Ｂの回転速度指令値として採用してもよい。また、制御装置２００は、モータ回転速度センサ１５４によって検出されたモータ１０８Ｂの回転速度をインバータ１０７Ｂへ出力してもよく、その検出された回転速度に基いて回転速度指令値を算出してもよい。

【0047】

また、制御装置２００は、たとえば、アーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３から入力される操作方向および操作量に基いて、作業機制御部１３１へ作業機制御指令を出力する。また、制御装置２００は、たとえば、ブレーキ操作装置１４５および駐車ブレーキ操作装置１４６から入力される信号に基いて、ブレーキ制御部１３２へブレーキ制御指令を出力する。また、制御装置２００は、たとえば、ステアリング操作装置１４７から入力される操作方向および操作量に基いて、ステアリング制御部１３３へステアリング制御指令を出力する。

【0048】

作業機制御部１３１は、たとえば、制御装置２００からの作業機制御指令に基いて、油圧ポンプ１０５Ａから供給される作動油の圧力、流量、および方向を制御して、アームシリンダ１２３およびバケットシリンダ１２４を作動させる。ブレーキ制御部１３２は、たとえば、制御装置２００からのブレーキ制御指令に基いて、油圧ポンプ１０５Ｂから供給される作動油の圧力、流量、および方向を制御して、ブレーキシリンダ１１５および駐車ブレーキシリンダ１１６を作動させる。

【0049】

ステアリング制御部１３３は、たとえば、制御装置２００からのステアリング制御指令に基いて、油圧ポンプ１０５Ｃから供給される作動油の圧力、流量、および方向を制御して、ステアリングシリンダ１１４を作動させる。作業機制御部１３１、ブレーキ制御部１３２、および、ステアリング制御部１３３は、たとえば、作動油の圧力、流量、および方向を制御する方向制御弁やその方向制御弁を制御するためのパイロット圧を生成する電磁弁を有している。

【0050】

以上のような構成により、作業車両１００のオペレータがアーム操作装置１４２を操作すると、アームシリンダ１２３が伸縮してアーム１２１が上下に回動してバケット１２２を上昇および下降させる。また、オペレータがバケット操作装置１４３を操作すると、バケットシリンダ１２４が伸縮してバケット１２２が前後に回動してクラウド動作およびダンプ動作を行う。また、オペレータがアクセル操作装置１４４を操作すると、走行用のモータ１０８Ａが駆動されてトランスミッションを介して前輪１０１および後輪１０２を回転させ、作業車両１００が前進および加速する。

【0051】

また、オペレータがステアリング操作装置１４７を操作するとステアリングシリンダ１１４が伸縮して前部車体１１１が後部車体１１２に対してセンタージョイント１１３を中心に左右に枢動して作業車両１００が方向転換する。また、オペレータがブレーキ操作装置１４５または駐車ブレーキ操作装置１４６を操作すると、ブレーキシリンダ１１５または駐車ブレーキシリンダ１１６が伸縮して前輪１０１および後輪１０２を制動する。

【0052】

また、オペレータが前後進切替装置１４１を操作して後進（Ｒ）を選択した状態でアクセル操作装置１４４を操作すると、前輪１０１および後輪１０２が後進方向に回転し、作業車両１００が後進する。なお、オペレータが前後進切替装置１４１を操作して待機（Ｎ）を選択した状態では、アクセル操作装置１４４を操作しても前輪１０１および後輪１０２は回転せず、作業車両１００は走行しない。

【0053】

以上のように、本実施形態の作業車両１００には、たとえば、走行用のモータ１０８Ａを含む電動式の走行駆動装置と、作業用のモータ１０８Ｂおよび油圧ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃを含む電動油圧式の油圧駆動装置とが搭載されている。作業車両１００の走行駆動装置と油圧駆動装置とは、バッテリ１０６の電力によって互いに独立して駆動される。

【0054】

また、オペレータがモード切替スイッチ１４８を操作して自動モードを選択すると、後述するバケット角θｂを含む掘削パラメータに基いて、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量の上限が最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない制限吐出量Ｑｌｉｍｅに制限される。また、オペレータがモード切替スイッチ１４８を操作して手動モードを選択すると、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量の上限は、バケット角θｂを含む掘削パラメータによっては制限されなくなる。

【0055】

なお、オペレータは、吐出量調整ダイヤル１４９を操作して油圧ポンプ１０５Ａの吐出量の上限を、最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓに制限することができる。この場合、モード切替スイッチ１４８によって手動モードが選択されると、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量の上限が、設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓに制限される。一方、モード切替スイッチ１４８によって自動モードが選択されると、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量の上限は、掘削パラメータに基く制限吐出量Ｑｌｉｍｅと設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓのうち、少ない方に制限される。すなわち、自動モードの選択時に掘削パラメータの変動に対する１０５Ａの吐出量の上限を調節することができる。

【0056】

図３は、図２に示す作業車両１００の制御装置２００の機能ブロック図である。図３に示すように、制御装置２００は、たとえば、作業判定部２１０と、掘削時上限値演算部２２０と、通常時上限値演算部２３０と、指令値演算部２４０と、を有している。これらの制御装置２００の各部は、たとえば、ＣＰＵ２０１によってＲＯＭ２０２に記憶されたプログラムを実行することで実現される制御装置２００の各機能を表している。

【0057】

図４は、図１に示す作業車両１００によって行われる基本的な掘削作業の一例を説明する概略的な側面図である。掘削作業を行う作業車両１００は、まず、図４の（ａ）に示すように、地表面に積み上げられた土砂、砕石、または鉱石などの掘削対象物ＥＴから離れた位置で、バケット１２２の側面を地表面に概ね平行にして近接させた突入姿勢を取り、掘削対象物ＥＴへ向けて前進する。その後、図４の（ｂ）に示す掘削作業の序盤において、作業車両１００は、前進した勢いでバケット１２２を掘削対象物ＥＴに貫入させつつ、バケット１２２を上昇させ始める。

【0058】

その後、図４の（ｃ）に示す掘削作業の中盤以降において、作業車両１００は、さらに前進してバケット１２２を掘削対象物ＥＴにより深く貫入させつつ、アーム１２１およびバケット１２２を動作させ、バケット１２２で掘削対象物ＥＴを掬い取る。その後、図４の（ｄ）に示す掘削作業の終盤において、作業車両１００は、バケット１２２で掬い取った掘削対象物ＥＴがこぼれ落ちないように、バケット１２２を運転室１０３側へ回転させて開口部を上方へ向けるクラウド動作を行う。以上により、作業車両１００による一回の掘削作業が終了する。

【0059】

以上のような掘削作業の終了後、作業車両１００は、たとえば、以下のような積込作業を行う。作業車両１００は、地表面に積み上げられた掘削対象物ＥＴから離れるように後進してから、ダンプトラックなどの運搬車両に向かって前進する。このとき、作業車両１００は、たとえば、バケット１２２を上昇させつつ、運搬車両に向かって前進する。作業車両１００は、運搬車両に接近して停車すると、バケット１２２を前方側へ回動させて開口部を下方へ向けるダンプ動作を行い、バケット１２２内の掘削対象物ＥＴを落下させて運搬車両のボディまたはベッセルに積み込む。以上のような積込作業の終了後、作業車両１００は、たとえば、図４の（ａ）に示す元の位置に戻る。

【0060】

以上のような作業車両１００の掘削作業と積込作業を含む一連の作業は、作業車両１００の全作業時間の大部分を占めている。そのため、作業車両１００の作業効率を向上させるためには、この一連の作業の効率を向上させることが有効である。なお、作業車両１００の作業効率は、たとえば、掘削作業と積込作業を含む一連の作業において、単位時間あたりに運搬車両に積み込んだ掘削対象物ＥＴの重量、すなわち［ｔｏｎ／ｈ］で表すことができる。したがって、作業車両１００の作業効率［ｔｏｎ／ｈ］が高いほど、短時間でより多くの掘削対象物ＥＴを掘削することができる。

【0061】

図５は、図３の制御装置２００による油圧ポンプ１０５Ａの吐出量制御の一例を示すフロー図である。制御装置２００は、たとえば、作業車両１００の電源スイッチまたはキースイッチがオンにされると、所定の初期設定を行った上で、図５に示す処理フローを開始して所定の周期で繰り返し実行する。なお、制御装置２００は、たとえば、初期設定において、後述する掘削作業開始条件の成立時にオンになる掘削作業フラグＦＬをオフにする。

【0062】

制御装置２００は、図５に示す処理フローを開始すると、掘削作業フラグＦＬを設定する処理Ｐ１を実行する。この処理Ｐ１において、制御装置２００は、掘削作業開始条件または掘削作業終了条件が成立しているか否かを判定し、その判定結果に基いて掘削作業フラグＦＬをオンまたはオフに設定する。

【0063】

図６は、図１に示す作業車両１００のバケット角θｂを説明する拡大図である。たとえば、図５に示す処理Ｐ１において、図３に示す作業判定部２１０は、少なくとも図６に示すバケット角θｂを含む掘削パラメータに基いて、掘削作業開始条件または掘削作業終了条件が成立しているか否かを判定する。ここで、バケット角θｂは、たとえば、図６に示すように、基準面ＲＰに対するバケット１２２の前方側の側面１２２ｆの角度である。

【0064】

基準面ＲＰは、たとえば、作業車両１００の姿勢を表す基準となる仮想的な面であり、作業車両１００が水平である場合に水平になる。そのため、作業車両１００の前輪１０１および後輪１０２が接地している地面が凹凸のない平坦な平坦であれば、基準面ＲＰは地面に平行になる。したがって、アーム相対角センサ１５２が検出するアーム１２１の角度は、地面に対するアーム１２１の相対角（傾斜角）に相当するといえる。

【0065】

バケット１２２の側面１２２ｆの先端部には、バケットツース１２２ｔが取り付けられている。バケットツース１２２ｔの底面は、たとえば、バケット１２２の前方側の側面１２２ｆに平行になっている。バケット１２２の側面１２２ｆが基準面ＲＰに平行な状態において、バケット角θｂは０［°］である。

【0066】

バケット角θｂは、たとえば、バケット１２２のクラウド動作による後方側への回動に伴って増加し、バケット１２２のダンプ動作による前方側への回動に伴って減少する。制御装置２００は、たとえば、アーム相対角センサ１５２によって検出された基準面ＲＰに対するアーム１２１の角度と、バケット相対角センサ１５３によって検出されたアーム１２１に対するバケット１２２の角度とに基いてバケット角θｂを算出する。すなわち、バケット角θｂを検出するバケット角センサは、たとえば、アーム相対角センサ１５２およびバケット相対角センサ１５３を含む。

【0067】

図５に示す処理Ｐ１において、図３に示す作業判定部２１０は、たとえば、少なくとも以下の条件１Ａおよび条件２Ａが満たされた場合に、掘削作業開始条件が成立したことを判定する。また、作業判定部２１０は、条件１Ａおよび条件２Ａに加えて以下の条件３Ａおよび５Ａが満たされた場合、または、条件１Ａから条件５Ａまでのすべてが満たされた場合に、掘削作業開始条件が成立したことを判定してもよい。作業判定部２１０は、掘削作業開始条件が成立したことを判定すると、掘削作業フラグＦＬをオフ（ＦＬ＝０）からオン（ＦＬ＝１）に切り替える。

【0068】

条件１Ａ：掘削作業フラグＦＬがオフに設定されている。
条件２Ａ：アーム相対角センサ１５２およびバケット相対角センサ１５３の検出結果に基くバケット角θｂが、所定の角度範囲内（下限角度θｂｌ以上、上限角度θｂｈ以下）である。
条件３Ａ：アームシリンダ圧センサ１５８Ｄの検出結果に基くアームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａが、所定の下限圧力Ｐａｌ以上である。
条件４Ａ：トルクセンサ１５５または電流センサ１５６の検出結果に基く走行用のモータ１０８Ａの走行駆動力Ｆｃが、所定の駆動力下限値Ｆｃ０以上である。
条件５Ａ：アーム操作装置１４２に入力されたアーム１２１の上昇側の操作量Ｌａが所定の操作量下限値Ｌａ０以上であるか、または、バケット操作装置１４３に入力されたバケット１２２のクラウド動作側の操作量Ｌｂが所定の操作量下限値Ｌｂ０以上である。

【0069】

条件２Ａの下限角度θｂｌおよび上限角度θｂｈ、条件３Ａの下限圧力Ｐａｌ、条件４Ａの駆動力下限値Ｆｃ０、ならびに、条件５Ａの操作量下限値Ｌａ０，Ｌｂ０は、たとえば、掘削作業の実験を行うことなどにより求められる。より具体的には、掘削対象物ＥＴにバケット１２２が貫入し始めた時点を掘削作業の開始時点とし、その掘削作業の開始時点におけるバケット角θｂ、ボトム圧Ｐａ、および走行駆動力Ｆｃに基いて、各条件における閾値が定められてＲＯＭ２０２に記憶されている。

【0070】

より詳細には、バケット角θｂの下限角度θｂｌは、たとえば、－１０［°］以上かつ－５［°］以下の負の値（θｂｌ＜０）が採用される。また、バケット角θｂの上限角度θｂｈは、たとえば、１０［°］以上かつ２０［°］以下の正の値（θｂｈ＞０）が採用される。また、アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａの下限圧力Ｐａｌは、たとえば、ボトム圧Ｐａの最大許容値の１０［％］以上かつ３０［％］以下の値が採用される。

【0071】

また、アーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３の操作量下限値Ｌａ０，Ｌｂ０は、それぞれ、アーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３の最大操作量の５［％］程度の値を採用することができる。また、走行駆動力Ｆｃの駆動力下限値Ｆｃ０は、たとえば、走行駆動力Ｆｃの最大値の１０［％］以上かつ４０［％］以下の値を採用することができる。なお、走行用のモータ１０８Ａによって発生する走行駆動力Ｆｃは、たとえば、以下の式（１）によって求めることができる。

【0072】

Ｆｃ＝（Ｔｍ・λ／Ｄｔ）・ｃ ・・・（１）

【0073】

上記の式（１）において、Ｔｍは、走行用のモータ１０８Ａの出力トルク（走行駆動トルク）であり、λは、総合減速比であり、Ｄｔは、駆動輪の直径であり、ｃは、単位換算のための係数である。なお、総合減速比λは、走行用のモータ１０８Ａの回転速度と駆動輪の回転速度の比であり、たとえば、トランスミッションの変速比に減速比（デファレンシャル比）を乗じることによって算出される。また、走行駆動トルクＴｍは、トルクセンサ１５５によって検出してもよく、電流センサ１５６によって検出される電流に基いて算出してもよく、アクセル操作装置１４４の操作量から算出してもよい。

【0074】

一方、図５に示す処理Ｐ１において、図３に示す作業判定部２１０は、たとえば、少なくとも上記の条件２Ａが満たされていない場合に、掘削作業開始条件が成立していないことを判定する。作業判定部２１０は、たとえば、掘削作業フラグＦＬがオフの状態で、掘削作業開始条件が成立していないことを判定すると、掘削作業フラグＦＬをオフの状態に維持する。

【0075】

また、図５に示す処理Ｐ１において、図３に示す作業判定部２１０は、たとえば、以下の条件１Ｂおよび条件２Ｂが満たされた場合に、掘削作業終了条件が成立したことを判定し、掘削作業フラグＦＬをオンからオフへ切り替える。一方、作業判定部２１０は、たとえば、以下の条件１Ｂが満たされ、条件２Ｂが満たされない場合に、掘削作業終了条件が成立していないことを判定し、掘削作業フラグＦＬをオンに維持する。

【0076】

条件１Ｂ：掘削作業フラグＦＬがオンに設定されている。
条件２Ｂ：バケット角θｂが所定の解除角度θｂｃ以上である。

【0077】

条件２Ｂの解除角度θｂｃは、たとえば、図４の（ｄ）に示すような掘削作業の終了時点のバケット角θｂを実験などによって測定し、その測定されたバケット角θｂに基いて定められ、ＲＯＭ２０２に記憶されている。解除角度θｂｃは、たとえば、前述の掘削作業開始条件の条件２Ａにおける上限角度θｂｈよりも大きい２５［°］以上かつ４０［°］以下の角度が採用される（θｂｃ＞θｂｈ）。

【0078】

図５に示すように、処理Ｐ１が終了して掘削作業フラグＦＬが設定されると、制御装置２００は、次の処理Ｐ２を実行する。この処理Ｐ２において、掘削時上限値演算部２２０は、掘削作業中の油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅを算出する。この処理Ｐ２において、掘削時上限値演算部２２０は、たとえば、バケット角θｂを含む掘削パラメータに基いて、油圧ポンプ１０５Ａの最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない制限吐出量Ｑｌｉｍｅを算出する。

【0079】

図７は、図２の油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅとバケット角θｂとの関係の一例を示すグラフである。図５に示す処理Ｐ２において、掘削時上限値演算部２２０は、たとえば、バケット角センサからの信号に基づくバケット角θｂと、図７に示すような制限吐出量Ｑｌｉｍｅとバケット角θｂとの関係を示す相関マップＭ１に基いて、制限吐出量Ｑｌｉｍｅを算出する。このような相関マップＭ１は、たとえば、計算または実験に基いて決定され、予めＲＯＭ２０２に記憶されている。なお、図７の相関マップＭ１は、油圧ポンプ１０５Ａの回転速度が掘削作業中の目標回転速度であることを想定した吐出量の制御線図である。

【0080】

図７に示す相関マップＭ１では、バケット角θｂが初期バケット角θｂ０以上かつ最終バケット角θｂ３以下の範囲内において、バケット角θｂの増加に伴って制限吐出量Ｑｌｉｍｅが増加している。より詳細には、相関マップＭ１において、バケット角θｂが初期バケット角θｂ０以下である場合、制限吐出量Ｑｌｉｍｅは、たとえば、最大吐出量Ｑｍａｘの１０％から３０％程度の初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０に制限される。

【0081】

バケット角θｂが初期バケット角θｂ０から増加して中盤バケット角θｂ１になると、制限吐出量Ｑｌｉｍｅは、初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０よりも増加した中盤制限吐出量Ｑｌｉｍ１になる。さらに、バケット角θｂが中盤バケット角θｂ１から増加して終盤バケット角θｂ２になると、制限吐出量Ｑｌｉｍｅは、中盤制限吐出量Ｑｌｉｍ１よりも増加した終盤制限吐出量Ｑｌｉｍ２になる。さらに、バケット角θｂが終盤バケット角θｂ２から増加して最終バケット角θｂ３以上になると、制限吐出量Ｑｌｉｍｅは、たとえば、最大吐出量Ｑｍａｘと等しくなる。

【0082】

初期バケット角θｂ０は、たとえば、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、作業車両１００のバケット１２２を掘削対象物ＥＴに貫入させる姿勢に対応している。初期バケット角θｂ０は、たとえば、図６に示すように、基準面ＲＰに対して－５［°］以上かつ５［°］以下の角度を採用することができる。中盤バケット角θｂ１、終盤バケット角θｂ２、および最終バケット角θｂ３は、たとえば、図４の（ｃ）および（ｄ）に示すように、掘削作業の中盤以降のバケット１２２で掘削対象物ＥＴを掬い取る動作に対応している。最終バケット角θｂ３は、たとえば、図６に示すように、基準面ＲＰに対して３０［°］以上かつ５０［°］以下の角度を採用することができる。

【0083】

なお、図５に示す処理Ｐ２において、たとえば、作業車両１００のオペレータは、吐出量調整ダイヤル１４９を用いて油圧ポンプ１０５Ａの作動油の設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓを選択することも可能である。この場合、掘削時上限値演算部２２０は、たとえば、バケット角θｂおよび相関マップＭ１に加えて、吐出量調整ダイヤル１４９から入力される設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓに対応する指示値Ｃｄ（０＜Ｃｄ≦１）を参照する。

【0084】

指示値Ｃｄは、設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓが最大吐出量Ｑｍａｘに設定された場合に、最大値（Ｃｄ＝１）となる。掘削時上限値演算部２２０は、たとえば、最大吐出量Ｑｍａｘに指示値Ｃｄを乗じた設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓと、バケット角θｂおよび相関マップＭ１に基く制限吐出量Ｑｌｉｍｅとを比較して、小さい方を掘削作業中の油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅとして設定する。

【0085】

また、図５に示す処理Ｐ２において、図３に示す制御装置２００の通常時上限値演算部２３０は、たとえば、掘削作業中を除く通常時における油圧ポンプ１０５Ａの吐出量上限値Ｑｌｉｍｎを算出する。通常時上限値演算部２３０は、たとえば、最大吐出量Ｑｍａｘに吐出量調整ダイヤル１４９から入力される指示値Ｃｄを乗じることで、掘削作業中を除く通常時における油圧ポンプ１０５Ａの吐出量上限値Ｑｌｉｍｎを算出する。

【0086】

その後、制御装置２００は、たとえば、図５に示す処理Ｐ３を実行する。この処理Ｐ３において、図３に示す制御装置２００の指令値演算部２４０は、掘削作業フラグＦＬのオン、オフに基いて作業車両１００が掘削作業中か否かを判定するとともに、自動モードフラグＦｍのオン、オフに基いて自動モードか否かを判定する。

【0087】

具体的には、指令値演算部２４０は、掘削作業フラグＦＬがオン（ＦＬ＝１）であり、かつ、自動モードフラグＦｍがオン（Ｆｍ＝１）である条件を満たすか否かを判定する。この条件を満たす場合、作業車両１００は、掘削作業中であり、自動モードに設定されている。自動モードフラグＦｍは、前述のように、オペレータがモード切替スイッチ１４８を操作して、自動モードを選択するとオン（Ｆｍ＝１）になり、手動モードを選択するとオフ（Ｆｍ＝０）になる。

【0088】

図５に示すように、処理Ｐ３において、指令値演算部２４０により上記の条件を満たすこと（ＹＥＳ）、すなわち、掘削作業フラグＦＬと自動モードフラグＦｍの双方がオンであることが判定されると、制御装置２００は、次の処理Ｐ４を実行する。この処理Ｐ４において、指令値演算部２４０は、たとえば、掘削作業中における油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅを、油圧ポンプ１０５Ａの制御指令値を演算するための吐出量上限値Ｑｌｉｍに設定し（Ｑｌｉｍ＝Ｑｌｉｍｅ）、次の処理Ｐ６を実行する。

【0089】

一方、処理Ｐ３において、指令値演算部２４０により上記の条件を満たさないこと（ＮＯ）、すなわち、掘削作業フラグＦＬと自動モードフラグＦｍの少なくとも一方がオフであることが判定されると、制御装置２００は、次の処理Ｐ５を実行する。この処理Ｐ５において、指令値演算部２４０は、たとえば、掘削作業中を除く通常時における油圧ポンプ１０５Ａの吐出量上限値Ｑｌｉｍｎを、油圧ポンプ１０５Ａの制御指令値を演算するための吐出量上限値Ｑｌｉｍに設定し（Ｑｌｉｍ＝Ｑｌｉｍｎ）、次の処理Ｐ６を実行する。

【0090】

この処理Ｐ６において、指令値演算部２４０は、たとえば、処理Ｐ４または処理Ｐ５で設定された油圧ポンプ１０５Ａの吐出量上限値Ｑｌｉｍに基いて制御指令値Ｎｃｍｄを算出する。以下、図８および図９を参照して、図５に示す処理Ｐ６を説明する。ここでは、油圧ポンプ１０５Ａの傾転角が最大であり、掘削作業中を除く通常時の油圧ポンプ１０５Ａの吐出量上限値Ｑｌｉｍと、最大吐出量Ｑｍａｘとが、等しい場合を想定する。

【0091】

図８は、図３に示す指令値演算部２４０から出力される制御指令値Ｎｃｍｄを変化させたときの油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄと吐出圧Ｐｄとの関係を示すグラフである。図９は、自動モードフラグＦｍと掘削作業フラグＦＬが同時にオンになる自動モードでの掘削作業中にバケット角θｂを変化させたときの油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄと吐出圧Ｐｄとの関係を示すグラフである。

【0092】

図８に示すように、制御指令値Ｎｃｍｄが１００％である場合、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄは、実線で示すように、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄに応じて調整される。制御指令値Ｎｃｍｄが減少するにつれて、油圧ポンプ１０５Ａの回転速度が低減し、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄも減少する。このため、制御指令値Ｎｃｍｄが減少するにつれて、吐出圧Ｐｄに応じた吐出量Ｑｄが減少する。

【0093】

図５に示す処理Ｐ６において、指令値演算部２４０は、たとえば、前の処理Ｐ４，Ｐ５で設定した吐出量上限値Ｑｌｉｍと、吐出圧センサ１５８Ａによって検出される吐出圧Ｐｄと、図８に示す制御特性とに基いて制御指令値Ｎｃｍｄを算出する。制御指令値Ｎｃｍｄを調整することで、油圧ポンプ１０５Ａの回転速度が制御される。

【0094】

油圧ポンプ１０５Ａの回転速度を制御する制御指令値Ｎｃｍｄは、たとえば、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量上限値Ｑｌｉｍ、押しのけ容量ｑ、および容積効率ηｖに基いて、以下の式（２）によって求めることができる。なお、式（２）において、ｃｄは単位換算のための係数である。

【0095】

Ｎｃｍｄ＝｛Ｑｌｉｍ／（ｑ・ηｖ）｝・ｃｄ ・・・（２）

【0096】

指令値演算部２４０によって算出される制御指令値Ｎｃｍｄは、図２および図３に示すように、インバータ１０７Ｂに入力される。インバータ１０７Ｂは、入力された制御指令値Ｎｃｍｄに応じて作業用のモータ１０８Ａの回転数を制御する。すなわち、インバータ１０７Ｂは、モータ１０８Ａの回転数を制御することで、モータ１０８Ａの出力軸に機械的に連結された油圧ポンプ１０５Ａの回転速度を制御する。

【0097】

たとえば、モータ１０８Ａの出力軸と油圧ポンプ１０５Ａの入力軸とが直接的に連結されている場合には、制御指令値Ｎｃｍｄがそのまま作業用のモータ１０８Ａの回転速度指令値となる。また、モータ１０８Ａの出力軸と油圧ポンプ１０５Ａの入力軸とがギアを介して連結されている場合には、制御指令値Ｎｃｍｄにギア比を乗じた値が作業用のモータ１０８Ａの回転速度指令値となる。

【0098】

図９は、図２の油圧ポンプ１０５Ａのバケット角θｂの変化に対する吐出量Ｑｄと吐出圧Ｐｄの関係を示すグラフである。たとえば、掘削作業フラグＦＬおよび自動モードフラグＦｍがオンにされると、前述の処理Ｐ４において油圧ポンプ１０５Ａの吐出量上限値Ｑｌｉｍが制限吐出量Ｑｌｉｍｅに制限される。この場合、指令値演算部２４０は、図５に示す処理Ｐ６において、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量上限値Ｑｌｉｍが、図７の相関マップＭ１およびバケット角θｂに基いて算出された制限吐出量Ｑｌｉｍｅを超えないように、制御指令値Ｎｃｍｄを算出する。

【0099】

図４の（ｂ）に示すような掘削作業の序盤で、たとえば、図６に示すバケット角θｂが基準面ＲＰに対して－５［°］以上かつ５［°］以下の初期バケット角θｂ０である場合には、図７に示すように、制限吐出量Ｑｌｉｍｅが初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０となる。このため、指令値演算部２４０は、図５に示す処理Ｐ６において、図９に示すように、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄの増減に関わらず、吐出量Ｑｄが初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０を超えないように、制御指令値Ｎｃｍｄを算出する。

【0100】

その後、図４の（ｂ）から（ｃ）に示すような掘削作業の中盤で、たとえば、図６に示すバケット角θｂが初期バケット角θｂ０よりも大きい中盤バケット角θｂ１に増加すると、図７に示すように、制限吐出量Ｑｌｉｍｅが初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０よりも増加して中盤制限吐出量Ｑｌｉｍ１となる。このため、指令値演算部２４０は、図５に示す処理Ｐ６において、図９に示すように、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄの増減に関わらず、吐出量Ｑｄが中盤制限吐出量Ｑｌｉｍ１を超えないように、制御指令値Ｎｃｍｄを算出する。

【0101】

さらに、図４の（ｃ）から（ｄ）に示すような掘削作業の終盤で、たとえば、図６に示すバケット角θｂが中盤バケット角θｂ１よりも大きい終盤バケット角θｂ２に増加すると、図７に示すように、制限吐出量Ｑｌｉｍｅが中盤制限吐出量Ｑｌｉｍ１よりも増加して終盤制限吐出量Ｑｌｉｍ２となる。このため、指令値演算部２４０は、図５に示す処理Ｐ６において、図９に示すように、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄの増減に関わらず、吐出量Ｑｄが終盤制限吐出量Ｑｌｉｍ２を超えないように、制御指令値Ｎｃｍｄを算出する。なお、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄが一定になるように調整できる範囲は、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄが最大吐出圧Ｐｍａｘを超えない範囲である。

【0102】

処理Ｐ６が終了すると、制御装置２００は、図５に示す処理フローを終了させ、次の制御周期で処理Ｐ１から処理Ｐ６までを繰り返し実行する。走行駆動力Ｆｃ、ボトム圧Ｐａ、バケット角θｂ、指示値Ｃｄ、吐出圧Ｐｄなど、作業状態の判定や油圧ポンプ１０５Ａの制御指令値Ｎｃｍｄの演算に使用される各種のパラメータは、たとえば、制御装置２００により、操作装置１４０および状態検出センサ１５０からの信号に基いて所定の制御周期で繰り返し演算される。

【0103】

以下、従来技術との対比に基いて本実施形態の作業車両１００の作用を説明する。

【0104】

図４の（ａ）から（ｄ）に示すような作業車両１００の掘削作業において、単位時間当たりの掘削量［ｔｏｎ／ｈ］で表される作業効率を向上させるためには、一連の作業を速やかに行いつつ、バケット１２２に掬い込む掘削対象物ＥＴの量を増加させる必要がある。しかし、作業機１２０のアーム１２１の上昇速度やバケット１２２の回転速度、すなわち作業機１２０の動作速度が高すぎると、掘削対象物ＥＴの表層部分のみがバケット１２２に掬い込まれる所謂「浅掘り」が発生し、掘削作業における掘削量が低下して作業効率が低下する。

【0105】

図１０は、従来技術による油圧ポンプ１０５Ａの定容量制御における吐出圧Ｐｄと吐出量Ｑｄとの関係を示すＰ－Ｑ線図である。油圧ポンプ１０５Ａの定容量制御では図１０に示すように、掘削作業時に油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄを、たとえば、最大吐出量Ｑｍａｘの５０％など、最大吐出量Ｑｍａｘよりも低い所定値に低減する。この従来の定容量制御によれば、図４の（ａ）から（ｂ）に示すような掘削作業の序盤で作業機１２０の動作速度が低減され、浅掘りを抑制する効果が期待できる。

【0106】

しかしながら、この従来の定容量制御では、図４の（ｃ）から（ｄ）に示すようにバケット１２２が掘削対象物ＥＴに対して十分に貫入した掘削作業の中盤以降においても、作業機１２０の動作速度が低減されるため、掘削作業に要する時間が長くなる。また、バケット１２２が掘削対象物ＥＴに対して必要以上に貫入し、前輪１０１および後輪１０２の空転、作業車両１００のストール、または作業機１２０の圧力リリーフなどが発生して、掘削作業に要する時間が長くなるおそれもある。

【0107】

このような課題を解消するために、図１０に示す最大吐出量Ｑｍａｘよりも低い吐出量Ｑｄの所定値をより高い値に設定すると、図４の（ａ）から（ｂ）に示すような掘削作業の序盤で作業機１２０の動作速度が必要以上に上昇し、浅掘りのリスクが発生する。また、オペレータは、浅掘りを防止するために複雑で精密な操作を行う必要があり、オペレータに対する負担が大きく、オペレータの集中力が低下して掘削作業の作業効率が低下するおそれがある。

【0108】

図１１は、従来技術による油圧ポンプ１０５Ａの定馬力制御における吐出圧Ｐｄと吐出量Ｑｄとの関係を示すＰ－Ｑ線図である。油圧ポンプ１０５Ａの定馬力制御では、たとえば、図１１に示すように、掘削作業時に油圧ポンプ１０５Ａの吸収トルクの設定値（ポンプ吸収トルク上限値）を最大値の５０％などの所定値に低減する。すなわち、油圧ポンプ１０５Ａの出力（＝吐出量Ｑｄ×吐出圧Ｐｄ）の上限値が最大馬力の５０％などの所定値に設定される。

【0109】

しかしながら、この従来の定馬力制御は、図４の（ａ）から（ｂ）に示すような掘削作業の序盤で、掘削対象物ＥＴから作業機１２０に作用する反力が小さく油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄが低い場合、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄはほとんど低減されない。そのため、バケット１２２の上昇速度は、ほとんど低減されず、浅掘りのリスクが発生する。また、オペレータは、浅掘りを防止するために複雑で精密な操作を行う必要があり、オペレータに対する負担が大きく、オペレータの集中力が低下して掘削作業の作業効率が低下するおそれがある。

【0110】

また、この従来の定馬力制御は、図４の（ｃ）から（ｄ）に示す掘削作業の中盤以降では、掘削対象物ＥＴから作業機１２０に作用する反力が大きく、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄが高くなり、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄが必要以上に低減されてしまう。その結果、掘削作業の中盤以降で作業機１２０の動作速度が著しく低減し、作業効率が低下するおそれがある。

【0111】

以上のとおり、従来の定容量制御および定馬力制御は、いずれも作業効率の観点で改善の余地がある。本願の発明者らは、作業車両１００による掘削作業におけるオペレータの操作、油圧ポンプ１０５Ａの制御、および作業効率［ｔｏｎ／ｈ］の向上について鋭意研究を重ねた結果、従来技術の課題を解決する本実施形態の作業車両１００の以下の態様を見出した。

【0112】

本実施形態の作業車両１００は、前述のように、車体１１０と、その作業車両１００に取り付けられて掘削作業を行う作業機１２０と、その作業機１２０を駆動させる作動油を吐出する油圧ポンプ１０５Ａと、その油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄを制御する制御装置２００と、を備える。作業機１２０は、車体１１０に取り付けられるアーム１２１と、そのアーム１２１に取り付けられるバケット１２２と、を有している。また、作業機１２０は、上記作動油の供給により伸縮してアーム１２１を駆動させるアームシリンダ１２３と、上記作動油の供給により伸縮してバケット１２２を駆動させるバケットシリンダ１２４と、を有している。さらに、作業機１２０は、バケット１２２の角度であるバケット角θｂを検出するバケット角センサとしてのアーム相対角センサ１５２およびバケット相対角センサ１５３を有している。制御装置２００は、そのバケット角θｂセンサから取得するバケット角θｂを含む掘削パラメータに基いて掘削作業が開始されたか否かを判定する。また、制御装置２００は、掘削作業の開始を判定した場合に、図７に示すように、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄの上限を最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない制限吐出量Ｑｌｉｍｅに制限するとともに、掘削パラメータに基いて認識した掘削作業の進展に伴って制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させる。

【0113】

このような構成により、本実施形態の作業車両１００によれば、掘削作業中にオペレータがアーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３の操作量を一定にしていても、掘削作業の序盤で作業機１２０の動作速度を十分に低減することができる。これにより、図４の（ｂ）から（ｃ）までの掘削作業の序盤で、バケット１２２の上昇タイミングが性急になることが防止されるだけでなく、バケット１２２の上昇速度の過剰な増加が抑制され、掘削対象物ＥＴの表層部のみが掘削される浅掘りが防止される。

【0114】

これにより、本実施形態の作業車両１００のオペレータは、たとえば、バケット１２２が掘削対象物ＥＴに貫入された直後に、アーム操作装置１４２、バケット操作装置１４３、およびアクセル操作装置１４４を最大操作範囲まで操作する簡易掘削操作が可能になる。これにより、掘削作業におけるオペレータの負担を軽減し、オペレータの集中力を持続させ、掘削作業の効率を向上させることができる。なお、簡易掘削操作は、たとえば、掘削作業が所定の段階まで進展して終了したときに解除される。

【0115】

また、図４の（ｃ）から（ｄ）までの掘削作業の中盤から終盤では、掘削作業の進展に伴って作業機１２０の動作速度を上昇させ、掘削作業に要する時間を短縮することができる。また、掘削作業の序盤から終盤にかけて作業機１２０の動作速度を上昇させることで、バケット１２２が掘削対象物ＥＴに過剰に貫入することが防止され、前輪１０１と後輪１０２の空転、作業車両１００のストール、および作業機１２０の圧力リリーフが防止される。

【0116】

また、本実施形態の作業車両１００は、前述の特許文献１に記載された作業車両と比較して油圧回路を簡略化することが可能になり、コストおよび油漏れのリスクを低減することができる。したがって、本実施形態によれば、従来技術よりも構成を簡略化することができ、掘削作業の作業効率を向上させることが可能な作業車両１００を提供することができる。

【0117】

図１２は、図１の作業車両１００の掘削パラメータおよびその他のパラメータの時間変化を示すタイムチャートである。本実施形態の作業車両１００において、掘削パラメータは、少なくともバケット角θｂを含む。図１２の（ａ）は、アクセル操作装置１４４、アーム操作装置１４２、およびバケット操作装置１４３のそれぞれの操作量であるアクセル操作量Ｒａ、アーム操作量Ｌａ、およびバケット操作量Ｌｂの時系列変化を、それぞれ、実線、破線、および一点鎖線で示している。

【0118】

図１２の（ｂ）から（ｆ）は、それぞれ、本実施形態の作業車両１００の油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄ、モータ１０８Ｂの回転速度Ｎｉ、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄ、アーム１２１の角度であるアーム角θａ、およびバケット角θｂの時系列変化を実線で示している。また、図１２の（ｄ）から（ｆ）では、比較例として、それぞれ、従来の定容量制御における油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄ、アーム角θａ、およびバケット角θｂを破線で示している。

【0119】

なお、図１２に示す例では、本実施形態の作業車両１００と比較例におけるオペレータの操作は同一であり、掘削作業中の油圧ポンプ１０５Ａの傾転角は一定値であることを想定している。また、作業車両１００のオペレータは、たとえば、掘削作業を開始する前に、モード切替スイッチ１４８を操作して自動モードを選択し、掘削作業を開始時に前述の簡易掘削操作を行う。

【0120】

時刻ｔ０までは、オペレータはアクセル操作装置１４４を操作せず、アクセル操作量Ｒａはゼロのままであり、作業車両１００は停止または微速前進している。時刻ｔ０において、オペレータがアクセル操作装置１４４を操作することで、アクセル操作量Ｒａが増加して走行駆動力Ｆｃが増加し、作業車両１００が掘削対象物ＥＴへ向けた前進および加速を開始する。この段階では、作業機１２０のバケット１２２が掘削対象物ＥＴに貫入していないため、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄは低い状態を維持している。

【0121】

また、この段階では、オペレータはアーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３を操作せず、アーム操作量Ｌａおよび操作量Ｌｂはゼロであり、作業機１２０はアーム１２１が下降してバケット１２２のツースが掘削対象物ＥＴを向く突入姿勢を維持している。この突入姿勢で、アーム角θａおよびバケット角θｂは小さく、図６に示すように、バケット１２２の前方側の側面１２２ｆは、地表面の近傍に位置して地表面とおおむね平行になっている。

【0122】

時刻ｔ１において、突入姿勢を維持した作業機１２０のバケット１２２が掘削対象物ＥＴに貫入すると、アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａおよび油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄが上昇する。さらに、時刻ｔ２において、オペレータがアーム操作装置１４２を操作することで、アーム操作量Ｌａが急増し、アーム１２１が上方に回動してバケット１２２が上昇を開始し、掘削作業フラグＦＬがオフからオンに切り替わる。この時刻ｔ２までオペレータはバケット操作装置１４３を操作せず、操作量Ｌｂはゼロのままである。

【0123】

また、本実施形態の作業車両１００は、図１２の（ｄ）に示すように、時刻ｔ２において、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄが、掘削作業の序盤の制限吐出量Ｑｌｉｍｅである初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０に制限されている。また、図１２の（ｃ）に示すように、作業用のモータ１０８Ｂの回転速度Ｎｉも、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄに応じて初期上限値Ｎｌｉｍ０まで上昇している。この初期上限値Ｎｌｉｍ０は、たとえば、最大回転速度Ｎｍａｘの半分程度の中間回転速度Ｎｍｉｄよりも低い。

【0124】

その後、時刻ｔ３において、オペレータがバケット操作装置１４３をクラウド側へ操作することで、バケット１２２の操作量Ｌｂが急増する。その結果、モータ１０８Ｂの回転速度Ｎｉが増加して、油圧ポンプ１０５Ａの吐出圧Ｐｄおよび吐出量Ｑｄが増加し、バケットシリンダ１２４に作動油が供給され、バケット１２２が回動してバケット角θｂが増加する。その後、バケット角θｂが徐々に増加して掘削対象物ＥＴがバケット１２２内に掬い込まれ、バケット角θｂの増加に伴って油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅが増加することで、モータ１０８Ｂの回転速度Ｎｉおよび吐出量Ｑｄが増加していく。

【0125】

その後、時刻ｔ５よりも前に、バケット角θｂが最終バケット角θｂ３に達し、油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅが最大吐出量Ｑｍａｘと等しくなる。その後、モータ１０８Ｂの回転速度Ｎｉが最大回転速度Ｎｍａｘに達すると、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄは、最大吐出量Ｑｍａｘまで上昇する。その後、時刻ｔ５において、オペレータは、アーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３を操作してアーム操作量Ｌａおよび操作量Ｌｂがゼロにすることで、掘削作業を終了させる。

【0126】

一方、図１２の（ｄ）に破線で示す比較例の定容量制御では、時刻ｔ２において、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄは、初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０よりも多く、最大吐出量Ｑｍａｘの半分程度である所定の吐出量Ｑｍｉｄまで増加している。その後、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄは、時刻ｔ５まで所定の吐出量Ｑｍｉｄに維持され、アーム角θａおよびバケット角θｂがほぼ一定の時間変化率で上昇していく。

【0127】

そのため、本実施形態の作業車両１００は、時刻ｔ２から時刻ｔ４まで、図１２の（ｄ）に実線で示す油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄが、破線で示す比較例の油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄよりも少なくなっている。また、本実施形態の作業車両１００は、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで、図１２の（ｄ）に実線で示す油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄが、破線で示す比較例の油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄよりも多くなっている。

【0128】

また、本実施形態の作業車両１００は、時刻ｔ４まで、図１２の（ｅ）および（ｆ）に実線で示すアーム角θａおよびバケット角θｂの上昇速度（時間変化率）が、破線で示す比較例のアーム角θａおよびバケット角θｂの上昇速度よりも低い。また、本実施形態の作業車両１００は、時刻ｔ４以降の掘削作業の中盤から終盤にかけて、実線で示すアーム角θａおよびバケット角θｂの上昇速度が時間の経過とともに増加し、破線で示す比較例のアーム角θａおよびバケット角θｂの上昇速度よりも高くなっている。

【0129】

したがって、本実施形態の作業車両１００によれば、オペレータによる簡易掘削操作に対し、掘削作業の序盤で作業機１２０の動作速度を十分に低減させて浅掘りを抑制することができる。また、本実施形態の作業車両１００によれば、掘削作業の序盤で油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄが比較例よりも減少することで、作業機１２０で消費する動力を必要最小限に抑制し、その分、走行駆動力Ｆｃを増加させて掘削作業の効率を向上させることができる。

【0130】

これに対し、比較例の従来の定容量制御では、掘削作業の序盤で作業機１２０の動作速度を十分に低減させることができず、浅掘りのリスクが発生し、それを回避する操作を行うオペレータの負担が増大する。その結果、比較例の従来の定容量制御では、本実施形態の作業車両１００と比較して、掘削作業の効率が低下するおそれがある。

【0131】

また、本実施形態の作業車両１００によれば、オペレータによる簡易掘削操作に対し、掘削作業の中盤から終盤にかけて作業機１２０の動作速度を十分に増加させて作業時間を短縮するとともに、バケット１２２の掘削対象物ＥＴに対する過剰な貫入を抑制できる。したがって、本実施形態の作業車両１００によれば、オペレータの負担を軽減しつつ、掘削作業の効率向上と燃費向上を実現させることができ、未熟なオペレータでも熟練したオペレータに近い作業効率を実現することができる。

【0132】

一方、比較例の従来の定容量制御では、掘削作業の中盤から終盤にかけて作業機１２０の動作速度を十分に上昇させることができない。そのため、掘削作業にかかる時間が長くなるだけでなく、バケット１２２が掘削対象物ＥＴに過剰に貫入するおそれがある。その結果、従来の定容量制御では、作業車両の車輪の空転、ストール、作業機の圧力リリーフなどが発生して、掘削作業の作業効率が低下するおそれがある。また、掘削対象物ＥＴに対するバケット１２２の過剰な貫入を回避する操作を行うオペレータの負担が増大する。

【0133】

さらに、本実施形態の作業車両１００によれば、オペレータの簡易掘削操作により掘削作業時の操作装置１４０の操作回数が減少することで、操作装置１４０、作業機１２０、走行用のモータ１０８Ａ、およびトランスミッションなどの物理的な負荷が減少する。したがって、これらの装置の耐用期間を延長することできる。

【0134】

また、本実施形態の作業車両１００によれば、油圧ポンプ１０５Ａの容量を制御するための電磁比例弁、レギュレータ、ならびに、これらを動作させる電気回路および油圧回路が不要になる。そのため、従来の油圧ポンプ１０５Ａの容量を制御する技術と比較して、油圧回路の部品点数が削減されて構成が簡素化され、油圧回路のコスト低減と、環境負荷の原因となる油漏れのリスクを低減することが可能になる。

【0135】

また、本実施形態の作業車両１００において、制御装置２００は、前述の条件１Ａおよび条件２Ａのように、掘削作業の開始を未判定で、少なくともバケット角θｂが下限角度θｂｌ以上、上限角度θｂｈ以下の所定の角度範囲内の角度になった場合に、掘削作業の開始を判定する。このように、制御装置２００が掘削作業の開始を判定する条件に、バケット角θｂが所定の角度範囲内であることを含めることで、作業機１２０が掘削対象物ＥＴにバケット１２２を貫入させる姿勢になっていることを判定できる。

【0136】

また、本実施形態の作業車両１００は、前述のように、アームシリンダ１２３のボトム側の油室の圧力であるボトム圧Ｐａを検出するアームシリンダ圧センサ１５８Ｄをさらに備えている。また、制御装置２００は、前述の条件１Ａおよび条件２Ａに加えて、前述の条件３Ａのように、ボトム圧Ｐａが所定の下限圧力Ｐａｌ以上である場合に、掘削作業の開始を判定する。このように、制御装置２００が掘削作業の開始を判定する条件にボトム圧Ｐａが所定の下限圧力Ｐａｌ以上であることを含めることで、バケット１２２が掘削対象物ＥＴに貫入されて掘削作業が開始されたことを、より正確に判定することができる。

【0137】

また、本実施形態の作業車両１００は、前述のように、アーム１２１およびバケット１２２のそれぞれの操作量Ｌａ，Ｌｂを検出する操作装置１４０をさらに備えている。また、制御装置２００は、前述の条件１Ａおよび条件２Ａに加えて、前述の条件５Ａのように、アーム１２１の操作量Ｌａまたはバケット１２２の操作量Ｌｂが所定の閾値を超える場合に、掘削作業の開始を判定する。このように、制御装置２００が掘削作業の開始を判定する条件に操作量Ｌａまたは操作量Ｌｂが所定の閾値を超えることを含めることで、オペレータの操作装置１４０の操作に基いて、掘削作業が開始されたことをより正確に判定することができる。

【0138】

また、本実施形態の作業車両１００において、制御装置２００は、車体１１０を前進させる走行駆動力Ｆｃを取得し、前述の条件１Ａおよび条件２Ａに加えて、前述の条件４Ａのように、走行駆動力Ｆｃが所定の閾値を超える場合に、掘削作業の開始を判定する。このように、制御装置２００が掘削作業の開始を判定する条件に走行駆動力Ｆｃが所定の閾値を超えることを含めることで、作業車両１００が掘削対象物ＥＴに向けて前進する掘削作業の開始をより正確に判定することができる。

【0139】

なお、作業車両１００は、たとえば、登坂走行または地面を平坦にならす整地作業において、バケット角θｂが条件２Ａの所定の角度範囲内となり、走行駆動力Ｆｃが条件４Ａの所定の閾値を超える場合がある。しかし、登坂走行および整地作業では、アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａが条件３Ａの下限圧力Ｐａｌを超えることはなく、アーム１２１およびバケット１２２のそれぞれの操作量Ｌａ，Ｌｂが条件５Ａのしきい値を超えることもない。したがって、ボトム圧Ｐａの条件３Ａまたは操作量Ｌａ，Ｌｂの条件５Ａを掘削作業の開始を判定する条件に含めることで、登坂走行および整地作業における掘削作業開始の誤判定を防止することができる。

【0140】

また、作業車両１００は、たとえば、ダンプトラックなどの運搬車両に掘削対象物ＥＴを積み込む積込作業において、バケット角θｂが条件２Ａの所定の角度範囲内となり、アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａが条件３Ａの下限圧力Ｐａｌを超える可能性がある。しかし、積込作業のような定置作業では、作業車両１００の走行駆動力Ｆｃが条件４Ａの所定の閾値を超えることはない。したがって、走行駆動力Ｆｃの条件４Ａを掘削作業の開始を判定する条件に含めることで、積込作業などの定置作業における掘削作業開始の誤判定を防止することができる。

【0141】

また、本実施形態の作業車両１００において、制御装置２００は、前述のように掘削作業の開始を判定した後、バケット角θｂが所定の解除角度θｂｃ以上になった場合に、掘削作業の終了を判定する。これにより、制御装置２００は、作業機１２０が掘削対象物ＥＴを運搬する運搬姿勢になったことを判定し、掘削作業の終了を判定することができる。掘削作業中を除く通常の状態において、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄは、制限吐出量Ｑｌｉｍｅに制限されない。

【0142】

したがって、掘削作業の終了後に、作業車両１００を運搬車両へ向かって走行させる際に、バケット１２２を十分な速度で上昇させることができる。また、作業車両１００がバケット１２２内の掘削対象物ＥＴを運搬車両に積み込む際に、バケット１２２を十分な速度で前方へ回動させてダンプ動作を行うことができる。これにより、作業車両１００の掘削作業終了後の作業効率を向上させることができる。

【0143】

また、本実施形態の作業車両１００において、制御装置２００は、バケット角θｂの増加を掘削作業の進展とみなし、バケット角θｂの増加に伴って制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させる。バケット角θｂは、その他の掘削パラメータと比較して、最も掘削作業の進展との相関が良好である。したがって、バケット角θｂの増加を掘削作業の進展とみなすことで、より正確に掘削作業の進展度合を把握することができる。

【0144】

以上説明したように、本実施形態によれば、上記従来技術よりも構成を簡略化することができ、掘削作業の作業効率を向上させることが可能な作業車両１００を提供することができる。なお、本開示に係る作業車両は、前述の実施形態１に限定されない。たとえば、前述の実施形態１では、掘削作業フラグＦＬがオフからオンに切り換えられた場合に、制御装置２００がバケット角θｂを含む掘削パラメータに基く掘削作業の進展に応じて油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅを算出する例を説明した。

【0145】

しかしながら、制御装置２００は、たとえば、掘削作業フラグＦＬがオフからオンに切り換えられた場合に、バケット角θｂに関わらず、制限吐出量Ｑｌｉｍｅを初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０に設定してもよい。この場合、制御装置２００は、たとえば、掘削作業フラグＦＬがオフからオンに切り換えられた後に、バケット角θｂに変化が生じてから、バケット角θｂの増加に伴って、制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させることができる。

【0146】

［実施形態２］
以下、実施形態１の図１、図２および図４から図１２を参照し、図１３および図１４を用いて本開示に係る作業車両の実施形態２を説明する。本実施形態では、前述の実施形態１において説明した構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0147】

図１３は、本開示に係る作業車両１００の実施形態２を示す制御装置２００の機能ブロック図である。本実施形態の制御装置２００は、前述の作業判定部２１０、掘削時上限値演算部２２０、通常時上限値演算部２３０、および指令値演算部２４０に加えて、貫入距離演算部２５０を有している。

【0148】

貫入距離演算部２５０は、たとえば、前述の作業判定部２１０等と同様に、ＣＰＵ２０１によってＲＯＭ２０２に記憶されたプログラムを実行することで実現される制御装置２００の機能を表している。また、本実施形態の作業判定部２１０および掘削時上限値演算部２２０は、それぞれ、掘削作業の開始を判定する方法および制限吐出量Ｑｌｉｍｅの演算方法が、前述の実施形態１の作業判定部２１０および掘削時上限値演算部２２０と異なっている。

【0149】

作業判定部２１０は、たとえば、走行駆動力Ｆｃと、アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａと、バケット角θｂとを含む掘削パラメータに基いて、掘削作業が開始されたか否かを判定する。すなわち、本実施形態の作業判定部２１０は、たとえば、図５の処理Ｐ１において、前述の実施形態１の作業判定部２１０が用いた条件１Ａから条件５Ａのうち、条件５Ａを除く条件１Ａから条件４Ａを用いて掘削作業が開始されたか否かを判定する。

【0150】

貫入距離演算部２５０は、たとえば、作業判定部２１０から入力される掘削作業フラグＦＬと、車速センサ１５１から入力される車速Ｖとに基いて貫入距離Ｌｄを算出する。貫入距離Ｌｄは、作業車両１００が掘削対象物ＥＴへ向けて前進して作業機１２０のバケット１２２の先端のバケットツース１２２ｔが掘削対象物ＥＴに貫入した時点からの作業車両１００の走行距離である。

【0151】

貫入距離演算部２５０は、作業判定部２１０から入力された掘削作業フラグＦＬがオフ（ＦＬ＝０）の場合、貫入距離Ｌｄを初期値であるゼロ（Ｌｄ＝０）にリセットする。また、貫入距離演算部２５０は、作業判定部２１０から入力された掘削作業フラグＦＬがオン（ＦＬ＝１）の場合、たとえば、車速Ｖ［ｍ／制御周期］を制御周期ごとに積算することによって貫入距離Ｌｄを算出する。換言すると、貫入距離演算部２５０は、掘削作業の開始判定時からの作業車両１００の走行距離を貫入距離Ｌｄとして算出する。

【0152】

本実施形態の掘削時上限値演算部２２０は、たとえば、掘削作業中の油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄの上限として、油圧ポンプ１０５Ａの最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない制限吐出量Ｑｌｉｍｅを算出する。さらに、本実施形態の掘削時上限値演算部２２０は、バケット角θｂと、アーム角θａと、貫入距離Ｌｄとを含む掘削パラメータに基いて認識した掘削作業の進展に伴って、制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させる。

【0153】

図１４は、図１３に示す本実施形態の掘削時上限値演算部２２０の機能ブロック図である。本実施形態の掘削時上限値演算部２２０は、たとえば、第１上限値演算部２２１と、第２上限値演算部２２２と、第３上限値演算部２２３と、制限吐出量選択部２２４と、を有している。本実施形態の制御装置２００のＲＯＭ２０２には、掘削時上限値演算部２２０の各演算部によって使用される相関マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３が記憶されている。

【0154】

相関マップＭ１は、前述の実施形態１の相関マップＭ１と同様に、バケット角θｂと、掘削作業中の油圧ポンプ１０５Ａの第１制限吐出量Ｑｌｉｍｅ１との関係を規定している。第１制限吐出量Ｑｌｉｍｅ１は、たとえば、バケット角θｂが掘削作業の開始時の初期バケット角θｂ０以下での範囲では、最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０に設定されている。

【0155】

また、第１制限吐出量Ｑｌｉｍｅ１は、たとえば、バケット角θｂが初期バケット角θｂ０より大きく、掘削作業の終了時の最終バケット角θｂ３より小さい範囲では、バケット角θｂの増加に伴って増加している。また、第１制限吐出量Ｑｌｉｍｅ１は、たとえば、バケット角θｂが最終バケット角θｂ３以上の範囲では、油圧ポンプ１０５Ａの最大吐出量Ｑｍａｘと等しくなっている。

【0156】

相関マップＭ２は、たとえば、アーム角θａと、掘削作業中の油圧ポンプ１０５Ａの第２制限吐出量Ｑｌｉｍｅ２との関係を規定している。第２制限吐出量Ｑｌｉｍｅ２は、たとえば、アーム角θａが掘削作業の開始時の初期アーム角θａ０以下の範囲では、最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０に設定されている。

【0157】

また、第２制限吐出量Ｑｌｉｍｅ２は、たとえば、アーム角θａが初期アーム角θａ０よりも大きく、掘削作業の終了時の最終アーム角θａｘより小さい範囲では、アーム角θａの増加に伴って増加している。また、第２制限吐出量Ｑｌｉｍｅ２は、たとえば、アーム角θａが最終アーム角θａｘ以上の範囲では、油圧ポンプ１０５Ａの最大吐出量Ｑｍａｘと等しくなっている。

【0158】

相関マップＭ３は、たとえば、貫入距離Ｌｄと、掘削作業中の油圧ポンプ１０５Ａの第３制限吐出量Ｑｌｉｍｅ３との関係を規定している。第３制限吐出量Ｑｌｉｍｅ３は、たとえば、貫入距離Ｌｄが掘削作業の開始直後の初期貫入距離Ｌｄ０以下の範囲では、最大吐出量Ｑｍａｘよりも少ない初期制限吐出量Ｑｌｉｍ０に設定されている。

【0159】

また、第３制限吐出量Ｑｌｉｍｅ３は、たとえば、貫入距離Ｌｄが初期貫入距離Ｌｄ０よりも長く、掘削作業の終了時の最終貫入距離Ｌｄｘより短い範囲では、貫入距離Ｌｄの増加に伴って増加している。また、第３制限吐出量Ｑｌｉｍｅ３は、たとえば、貫入距離Ｌｄが最終貫入距離Ｌｄｘ以上の範囲では、油圧ポンプ１０５Ａの最大吐出量Ｑｍａｘと等しくなっている。

【0160】

第１上限値演算部２２１は、相関マップＭ１を参照し、バケット角θｂに基いて第１制限吐出量Ｑｌｉｍｅ１を算出する。第２上限値演算部２２２は、相関マップＭ２を参照し、アーム角θａに基いて第２制限吐出量Ｑｌｉｍｅ２を算出する。第３上限値演算部２２３は、相関マップＭ３を参照し、貫入距離Ｌｄに基いて第３制限吐出量Ｑｌｉｍｅ３を算出する。制限吐出量選択部２２４は、第１上限値演算部２２１、第２上限値演算部２２２、および第３上限値演算部２２３によって算出された第１制限吐出量Ｑｌｉｍｅ１、第２制限吐出量Ｑｌｉｍｅ２、および第３制限吐出量Ｑｌｉｍｅ３のうち、最大のものを制限吐出量Ｑｌｉｍｅとして出力する。

【0161】

以上のように、本実施形態の作業車両１００は、アーム１２１の角度であるアーム角θａを検出するアーム相対角センサ１５２を備え、掘削パラメータは、アーム角θａを含む。制御装置２００は、アーム角θａの増加を掘削作業の進展とみなし、アーム角θａの増加に伴って制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させる。これにより、掘削作業の中盤から終盤にかけて、作業機１２０の動作速度をより確実に上昇させることが可能になる。

【0162】

また、本実施形態の作業車両１００において、掘削作業の進展と相関のある掘削パラメータは、掘削作業の開始を判定した時点からの車体１１０の走行距離である貫入距離Ｌｄを含む。制御装置２００は、上記貫入距離Ｌｄの増加を掘削作業の進展とみなし、貫入距離Ｌｄの増加に伴って制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させる。これにより、たとえば、掘削作業の中盤までアーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３が操作されない場合であっても、貫入距離Ｌｄの増加に伴って制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させることができる。

【0163】

したがって、掘削作業の開始後にオペレータによるアーム操作装置１４２およびバケット操作装置１４３の操作が遅れた場合でも、掘削対象物ＥＴの浅掘りを防止しつつ、バケット１２２を十分な速度で上昇させることが可能になる。その結果、掘削作業の中盤以降でバケット１２２が掘削対象物ＥＴに過剰に貫入することが防止され、前輪１０１および後輪１０２の空転、作業車両１００のストール、ならびに作業機１２０の圧力リリーフなどを防止することができる。

【0164】

以上説明したように、本実施形態によれば、前述の実施形態１と同様に、従来技術よりも構成を簡略化することができ、掘削作業の作業効率を向上させることが可能な作業車両１００を提供することができる。なお、本開示に係る作業車両は、前述の実施形態２に限定されない。

【0165】

たとえば、前述の実施形態２では、第１制限吐出量Ｑｌｉｍｅ１、第２制限吐出量Ｑｌｉｍｅ２、および第３制限吐出量Ｑｌｉｍｅ３のうち、最大のものを制限吐出量Ｑｌｉｍｅとして決定する例を説明した。しかし、制限吐出量Ｑｌｉｍｅを決定する方法は、実施形態２の例に限定されない。たとえば、第１制限吐出量Ｑｌｉｍｅ１、第２制限吐出量Ｑｌｉｍｅ２、および第３制限吐出量Ｑｌｉｍｅ３の平均値を制限吐出量Ｑｌｉｍｅとしてもよい。

【0166】

［実施形態３］
以下、実施形態１の図１、図２および図４から図１２を参照し、図１５を用いて本開示に係る作業車両の実施形態３を説明する。本実施形態では、前述の実施形態１において説明した構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0167】

図１５は、本開示に係る作業車両１００の実施形態３を示す２００の機能ブロック図である。本実施形態の制御装置２００は、掘削時上限値演算部２２０が、バケット角θｂと吐出量調整ダイヤル１４９の指示値Ｃｄに加え、姿勢センサ１５９から入力される車体１１０の姿勢情報θｖを用いて、油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅを算出する。

【0168】

より具体的には、掘削時上限値演算部２２０は、前述の実施形態１と同様に、吐出量調整ダイヤル１４９の指示値Ｃｄに基く設定上限吐出量Ｑｌｉｍｓを超えないように、バケット角θｂと相関マップＭ１を用いて制限吐出量Ｑｌｉｍｅを算出する。さらに、本実施形態の掘削時上限値演算部２２０は、たとえば、姿勢情報θｖが所定の許容範囲から外れている場合に、掘削作業の進展に伴う制限吐出量Ｑｌｉｍｅの増加を中止する。

【0169】

より詳細には、たとえば、制御装置２００のＲＯＭ２０２に、あらかじめ姿勢情報θｖの許容範囲が記憶される。姿勢情報θｖの許容範囲は、たとえば、作業車両１００が安定して掘削作業を行うことができる範囲である。姿勢情報θｖの許容範囲は、たとえば、ロール角θｒ、ピッチ角θｐ、およびヨー角θｙのそれぞれの角度範囲を含む。掘削時上限値演算部２２０は、たとえば、姿勢情報θｖが所定の許容範囲から外れている場合に、制限吐出量Ｑｌｉｍｅの値を固定し、バケット角θｂが増加しても制限吐出量Ｑｌｉｍｅの値を増加させないようにする。

【0170】

以上のように、本実施形態の作業車両１００は、車体１１０の姿勢を検出する姿勢センサ１５９を備えている。制御装置２００は、姿勢センサ１５９によって検出された車体１１０の姿勢である姿勢情報θｖが所定の許容範囲から外れている場合に、掘削作業の進展に伴う制限吐出量Ｑｌｉｍｅの増加を中止する。

【0171】

このような構成により、本実施形態の作業車両１００によれば、掘削作業中に車体１１０が不安定な状態で作業機１２０の動作速度が上昇することが防止され、安全性が向上する。より詳細には、たとえば、バケット１２２が掘削対象物ＥＴに貫入し、制御装置２００によって掘削作業の開始が判定された後に、車体１１０が傾いたり回転したりして姿勢が所定の許容範囲から外れると、掘削作業が進展しても制限吐出量Ｑｌｉｍｅが増加しない。

【0172】

したがって、車体１１０が不安定な状態で作業機１２０の動作速度が上昇することが防止され、オペレータは、車体１１０の姿勢およびバケット１２２に掬い込まれる掘削対象物ＥＴの量に応じて、余裕を持って掘削作業を行うことができる。その結果、車体１１０の姿勢が所定の許容範囲を外れた場合でも浅掘りを防止するとともに、作業車両１００の安定性を向上させることができる。

【0173】

以上、図面を用いて本開示に係る作業車両の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。上述した実施形態およびその変形例は、本開示を理解し易く説明するために例示したものであり、本開示に係る作業車両は、必ずしも上述したすべての構成を備えるものに限定されない。

【0174】

また、ある実施形態または変形例の構成の一部を他の実施形態または変形例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態または変形例の構成に他の実施形態または変形例の構成を加えることも可能である。なお、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要なすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【0175】

以下、前述の実施形態に係る作業車両１００のいくつかの変形例を説明する。

【0176】

・変形例１
掘削作業開始条件は、前述の条件１Ａから条件５Ａに限定されない。
・・変形例１－１
たとえば、条件５Ａおよび条件３Ａは、いずれも登坂走行や整地作業において、掘削作業開始の誤判定を防止するための条件である。そのため、前述の実施形態１または実施形態２において、条件３Ａに代えて条件５Ａを採用してもよい。これにより、掘削作業フラグＦＬがオンになるタイミングの遅延を防止できる。具体的には、バケット１２２が掘削対象物ＥＴに貫入したときにバケット１２２の底面が地面に接していると、アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａが直ちに上昇せず、バケット操作装置１４３を操作した時点から条件３Ａを満たすまでに所定の時間を要する場合がある。このような場合でも、条件３Ａに代えて条件５Ａを採用することで、掘削作業フラグＦＬがオンになるタイミングの遅延を防止できる。
・・変形例１－２
アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａを用いた条件３Ａに代えて、以下の条件３Ａａが採用されてもよい。
条件３Ａａ：車体１１０に作用する反力Ｆｒが閾値Ｆｒ０以上である。
反力Ｆｒは、たとえば、走行駆動力Ｆｃと車速Ｖに基いて、以下の運動量と力積の関係式（３）を用いて算出される。
Ｆｒ＝Ｆｃ－（ｍ・Ｖｂ－ｍ・Ｖａ）／（ｔｂ－ｔａ） ・・・（３）
ここで、ｍは作業車両１００の質量であり、ｔａは基準時刻であり、ｔｂは基準時刻ｔａから所定時間経過後の時刻であり、Ｖａは時刻ｔａにおける作業車両１００の車速Ｖであり、Ｖｂは時刻ｔｂにおける作業車両１００の車速Ｖである。本変形例においても、変形例１－１と同様の効果を奏することができる。
・・変形例１－３
前述の条件４Ａは、作業車両１００が前進していることを判定するための条件であり、積込作業などの定置作業における掘削作業の開始の誤判定を回避するための条件である。そのため、条件４Ａに代えて、以下の条件４Ａａ又は条件４Ａｂを採用することも可能である。
条件４Ａａ：アクセル操作量Ｒａが所定の閾値以上である。
条件４Ａｂ：走行駆動トルクＴｍが所定の閾値以上である。
上記の条件４Ａａを採用することで、アクセル操作量Ｒａ以外にセンサを用いて状態量を検出する必要がないため、信頼性が向上する。また、前述の式（１）による演算が不要になり、演算処理を高速化することができる。
上記の条件４Ａｂを採用することで、トランスミッションの変速比の影響が回避され、変速中であっても正確に条件の成立を判定することができる。
・・変形例１－４
前述の条件１Ａから条件５Ａならびに条件１Ｂおよび条件２Ｂは、それぞれ、所定時間にわたって条件が満たされた場合に、条件を満たしたことを判定してもよい。たとえば、条件３Ａは、アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａが下限圧力Ｐａｌ以上である状態を所定時間にわたって維持されたこと、としてもよい。
また、制御装置２００は、たとえば、述の条件１Ａから条件５Ａが成立している状態が所定時間継続した場合に、掘削作業フラグＦＬをオフからオンに切り替えてもよく、条件１Ｂおよび条件２Ｂが成立している状態が所定時間継続した場合に、掘削作業フラグＦＬをオンからオフに切り替えてもよい。
これにより、掘削パラメータに脈動があったり、掘削パラメータの検出値にノイズが含まれていたり、掘削作業フラグＦＬが切り替わる前後でオペレータによる操作が変更になったりした場合に、掘削作業フラグＦＬが想定していないタイミングで切り替わることが防止される。

【0177】

・変形例２
掘削作業終了条件は、前述の条件１Ｂおよび条件２Ｂに限定されない。たとえば、掘削作業終了条件が成立してからの時間が、所定の時間閾値（たとえば、５秒程度）を経過した場合に、掘削作業終了条件が成立したことを判定してもよい。時間閾値は、あらかじめＲＯＭ２０２に記憶されている。時間閾値は、たとえば、実験等により定められる。本変形例によれば、前述の実施形態で想定した通常の掘削作業とは異なる態様の掘削作業においても、確実に掘削作業終了条件を成立させ、作業効率の低下を防止することができる。

【0178】

・変形例３
前述の実施形態では、作業機１２０を駆動する作業駆動装置と車体１１０を走行させる走行駆動装置に電力を供給する電力源がバッテリ１０６である例を説明した。しかしながら、電力源はバッテリ１０６以外であってもよい。たとえば、電力源は燃料電池を用いてもよい。また、エンジンと機械的に接続された発電電動機を用いてもよい。また、電力源の後段にコンバータを介して作業駆動装置および走行駆動装置に電力を供給する構成としてもよい。

【0179】

・変形例４
前述の実施形態では、操作装置１４０がオペレータによって操作されて、掘削作業、積込作業等が行われる作業車両１００について説明した。しかしながら、掘削作業状態において、バケット角θｂの増加に応じて油圧ポンプ１０５Ａの制限吐出量Ｑｌｉｍｅを増加させる制御は、自動運転の作業車両にも適用することができる。この場合、吐出量の上限値は、吐出量の目標値に相当する。

【0180】

・変形例５
前述の実施形態において、各種判定および計算に用いる値は、外乱およびノイズの影響を避けるため、移動平均処理やローパスフィルタ処理をしてもよい。たとえば、走行駆動力Ｆｃ、アームシリンダ１２３のボトム圧Ｐａ、およびバケット角θｂのそれぞれに移動平均処理やローパスフィルタ処理をすることで、作業判定部２１０の誤判定を抑制することができる。また、バケット角θｂに移動平均処理やローパスフィルタ処理をすることで、制限吐出量Ｑｌｉｍｅの脈動を抑制することができるので、作業機１２０の動作速度の安定性の向上を図ることができる。

【0181】

・変形例６
前述の実施形態における制御装置２００の機能を表す各部は、それらの一部または全部を集積回路などのハードウェアによって実現してもよい。

【符号の説明】

【0182】

１００ 作業車両
１０５Ａ 油圧ポンプ
１１０ 車体
１２０ 作業機
１２１ アーム
１２２ バケット
１２３ アームシリンダ
１２４ バケットシリンダ
１４０ 操作装置
１５２ アーム相対角センサ（バケット角センサ）
１５３ バケット相対角センサ（バケット角センサ）
１５８Ｄ アームシリンダ圧センサ
１５９ 姿勢センサ
２００ 制御装置
Ｆｃ 走行駆動力
Ｌａ 操作量
Ｌｂ 操作量
Ｌｄ 貫入距離（走行距離、掘削パラメータ）
Ｑｄ 吐出量
Ｑｌｉｍｅ 制限吐出量
θａ アーム角（掘削パラメータ）
θｂ バケット角（掘削パラメータ）
θｖ 姿勢情報（車体の姿勢）

【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】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-20

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と、該車体に取り付けられて掘削作業を行う作業機と、該作業機を駆動させる作動油を吐出する油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出量を制御する制御装置と、を備える作業車両であって、
前記作業機は、前記車体に取り付けられるアームと、該アームに取り付けられるバケットと、前記作動油の供給により伸縮して前記アームを駆動させるアームシリンダと、前記作動油の供給により伸縮して前記バケットを駆動させるバケットシリンダと、前記バケットの角度であるバケット角を検出するバケット角センサと、を有し、
前記制御装置は、前記バケット角センサから取得する前記バケット角を含む掘削パラメータに基いて前記掘削作業が開始されたか否かを判定し、前記掘削作業の開始を判定した場合に前記油圧ポンプの前記吐出量の上限を最大吐出量よりも少ない制限吐出量に制限するとともに前記掘削パラメータに基いて認識した前記掘削作業の進展に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする作業車両。

【請求項2】

前記制御装置は、前記掘削作業の開始を未判定で、少なくとも前記バケット角が所定の角度範囲内の角度になった場合に、前記掘削作業の開始を判定することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項3】

前記アームシリンダのボトム側の油室の圧力であるボトム圧を検出するアームシリンダ圧センサをさらに備え、
前記制御装置は、さらに前記ボトム圧が所定の下限圧力以上である場合に、前記掘削作業の開始を判定することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

【請求項4】

前記アームおよび前記バケットのそれぞれの操作量を検出する操作装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記アームの前記操作量または前記バケットの前記操作量が所定の閾値を超える場合に、前記掘削作業の開始を判定することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

【請求項5】

前記制御装置は、前記車体を前進させる走行駆動力を取得し、前記走行駆動力が所定の閾値を超える場合に、前記掘削作業の開始を判定することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

【請求項6】

前記制御装置は、前記掘削作業の開始を判定した後、前記バケット角が所定の解除角度以上になった場合に、前記掘削作業の終了を判定し、前記油圧ポンプの前記制限吐出量への制限を解除することを特徴とする請求項２に記載の作業車両。

【請求項7】

前記制御装置は、前記バケット角の増加を前記掘削作業の進展とみなし、前記バケット角の増加に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項8】

前記アームの角度であるアーム角を検出するアーム相対角センサをさらに備え、
前記掘削パラメータは、前記アーム角を含み、
前記制御装置は、前記アーム角の増加を前記掘削作業の進展とみなし、前記アーム角の増加に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項9】

前記掘削パラメータは、前記掘削作業の開始を判定した時点からの前記車体の走行距離を含み、
前記制御装置は、前記走行距離の増加を前記掘削作業の進展とみなし、前記走行距離の増加に伴って前記制限吐出量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【請求項10】

前記車体の姿勢を検出する姿勢センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記姿勢センサによって検出された前記車体の姿勢が所定の許容範囲から外れている場合に、前記掘削作業の進展に伴う前記制限吐出量の増加を中止することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0003】

特許文献１に記載された制御方法は、作業車両の作業機用油圧ポンプの制御方法である。作業車両は、作業機を作動するリフトシリンダおよびチルトシリンダと、これらリフトシリンダおよびチルトシリンダに所定の圧油を供給する油圧ポンプとを備えている。この特許文献１の制御方法では、車両の走行駆動力、および／またはリフトシリンダのボトム側の油圧力、および／またはチルトシリンダの油圧力が、所定の値を越えたときに掘削作業中であると判断する。次に、油圧ポンプの容量を最大容量以下の所定容量に低減するように定め、次に、油圧ポンプの容量を所定容量に低減させる制御を行う。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0141】

また、本実施形態の作業車両１００において、制御装置２００は、前述のように掘削作業の開始を判定した後、バケット角θｂが所定の解除角度θｂｃ以上になった場合に、掘削作業の終了を判定する。これにより、制御装置２００は、作業機１２０が掘削対象物ＥＴを運搬する運搬姿勢になったことを判定し、掘削作業の終了を判定することができる。掘削作業中を除く通常の状態において、油圧ポンプ１０５Ａの吐出量Ｑｄは、制限吐出量Ｑｌｉｍｅに制限されず、掘削作業中に実行された制限吐出量Ｑｌｉｍｅへの制限は解除される。