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(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】P2024034897
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】作業車両
(51)【国際特許分類】
E02F 9/22 20060101AFI20240306BHJP
B60L 15/20 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
E02F9/22 H
E02F9/22 L
B60L15/20 J
B60L15/20 Y
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022139456
(22)【出願日】2022-09-01
(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】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】松尾 興祐
(72)【発明者】
【氏名】金子 悟
(72)【発明者】
【氏名】吉村 正利
(72)【発明者】
【氏名】関野 聡
(72)【発明者】
【氏名】歌代 浩志
【テーマコード（参考）】
2D003
5H125
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB01
2D003AB03
2D003AB04
2D003AC01
2D003BA01
2D003BB03
2D003BB12
2D003CA02
2D003CA10
2D003DA02
2D003DA04
2D003DB01
2D003DB02
2D003DB03
2D003DC02
2D003FA02
5H125AA12
5H125BA00
5H125CA01
5H125CA15
5H125DD16
5H125EE08
5H125EE09
5H125EE41
5H125EE51
5H125EE70
(57)【要約】
【課題】車輪がスリップした場合に駆動力を制限可能な作業車両であって、より早期に車輪のスリップを検知することにより、作業効率の向上が可能な作業車両を提供する。
【解決手段】作業車両は、車輪を有する車体と、車体に搭載された油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される作動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、油圧アクチュエータの圧力を検出する圧力センサと、車輪を駆動する走行駆動装置と、走行駆動装置の駆動力を検出する駆動力センサと、走行駆動装置の駆動力を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、圧力センサの検出結果に基づいて、作業装置が作業対象物から受ける反力に応じた油圧アクチュエータの推力を演算し、走行駆動装置の駆動力が上昇中であるにもかかわらず油圧アクチュエータの推力が増加していないことを含むスリップ判定条件が成立した場合には、駆動力を制限する。
【選択図】図３
【解決手段】作業車両は、車輪を有する車体と、車体に搭載された油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出される作動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、油圧アクチュエータの圧力を検出する圧力センサと、車輪を駆動する走行駆動装置と、走行駆動装置の駆動力を検出する駆動力センサと、走行駆動装置の駆動力を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、圧力センサの検出結果に基づいて、作業装置が作業対象物から受ける反力に応じた油圧アクチュエータの推力を演算し、走行駆動装置の駆動力が上昇中であるにもかかわらず油圧アクチュエータの推力が増加していないことを含むスリップ判定条件が成立した場合には、駆動力を制限する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車輪を有する車体と、
前記車体に搭載された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動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、
前記油圧アクチュエータの圧力を検出する圧力センサと、
前記車輪を駆動する走行駆動装置と、
前記走行駆動装置の駆動力を検出する駆動力センサと、
前記走行駆動装置の駆動力を制御する制御装置と、を備えた作業車両において、
前記制御装置は、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記作業装置が作業対象物から受ける反力に応じた前記油圧アクチュエータの推力を演算し、
前記走行駆動装置の駆動力が上昇中であるにもかかわらず前記油圧アクチュエータの推力が増加していないことを含むスリップ判定条件が成立した場合には、前記駆動力を制限する
ことを特徴とする作業車両。
前記車体に搭載された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動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、
前記油圧アクチュエータの圧力を検出する圧力センサと、
前記車輪を駆動する走行駆動装置と、
前記走行駆動装置の駆動力を検出する駆動力センサと、
前記走行駆動装置の駆動力を制御する制御装置と、を備えた作業車両において、
前記制御装置は、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記作業装置が作業対象物から受ける反力に応じた前記油圧アクチュエータの推力を演算し、
前記走行駆動装置の駆動力が上昇中であるにもかかわらず前記油圧アクチュエータの推力が増加していないことを含むスリップ判定条件が成立した場合には、前記駆動力を制限する
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、
前記スリップ判定条件には、前記作業装置により前記作業対象物を掘削する作業が行われている掘削作業状態であることが含まれる
ことを特徴とする作業車両。
前記スリップ判定条件には、前記作業装置により前記作業対象物を掘削する作業が行われている掘削作業状態であることが含まれる
ことを特徴とする作業車両。
【請求項3】
請求項２に記載の作業車両において、
前記走行駆動装置に設けられる走行電動機の回転速度を検出するモータ速度センサを備え、
前記制御装置は、
前記モータ速度センサの検出結果に基づいて、前進する前記車体が減速しているか否かを判定し、
前進する前記車体が減速していること、及び、前記油圧アクチュエータの推力が所定値以上であること、を含む、掘削作業判定条件が成立した場合に、前記掘削作業状態であると判定する
ことを特徴とする作業車両。
前記走行駆動装置に設けられる走行電動機の回転速度を検出するモータ速度センサを備え、
前記制御装置は、
前記モータ速度センサの検出結果に基づいて、前進する前記車体が減速しているか否かを判定し、
前進する前記車体が減速していること、及び、前記油圧アクチュエータの推力が所定値以上であること、を含む、掘削作業判定条件が成立した場合に、前記掘削作業状態であると判定する
ことを特徴とする作業車両。
【請求項4】
請求項２に記載の作業車両において、
前記スリップ判定条件には、前記作業装置が操作されていないことが含まれる
ことを特徴とする作業車両。
前記スリップ判定条件には、前記作業装置が操作されていないことが含まれる
ことを特徴とする作業車両。
【請求項5】
請求項１に記載の作業車両において、
前記制御装置は、
前記スリップ判定条件が成立したときの前記油圧アクチュエータの推力に基づいて、摩擦係数推定値を演算し、
前記摩擦係数推定値に基づいて駆動力上限値を演算し、
前記走行駆動装置の駆動力が前記駆動力上限値を超えないように、前記駆動力を制御する
ことを特徴とする作業車両。
前記制御装置は、
前記スリップ判定条件が成立したときの前記油圧アクチュエータの推力に基づいて、摩擦係数推定値を演算し、
前記摩擦係数推定値に基づいて駆動力上限値を演算し、
前記走行駆動装置の駆動力が前記駆動力上限値を超えないように、前記駆動力を制御する
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、作業車両に関する。
【背景技術】
【0002】
作業車両として、例えば、車体を移動させるための走行装置と、土砂などを掘削するためのバケット及びアームを有する作業装置と、を備えたホイールローダが知られている。このような作業車両が行う作業の一つである掘削作業は、オペレータが例えばアクセルペダルを操作することで車体を前進させるための駆動力を上昇させながら、バケットを地山等の作業対象物に貫入させ、バケットを上昇させることで作業対象物を掬いとる作業である。
【0003】
作業車両が掘削作業中、車体を前進させるための駆動力がタイヤと地面との間の最大静止摩擦力を超えた場合に、タイヤがスリップしてしまう。掘削作業中にスリップが生じると、バケットを作業対象物に対して十分に貫入することができないため、作業効率が低下する。オペレータは、掘削作業中にスリップしない程度の駆動力を感覚で調整しなければならないため、オペレータの操作負担が大きい。
【0004】
そこで、作業車両の掘削作業時のスリップの発生を自動的に抑制する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、「作業機が備えられ、エンジンの動力が駆動力伝達経路を介してタイヤに駆動力として伝達される作業車両の駆動力制御装置であって、駆動力伝達経路に設けられ、タイヤに伝達される駆動力が変更自在の駆動力可変手段と、タイヤスリップが発生したことを検出するタイヤスリップ検出手段と、駆動力を計測する駆動力計測手段と、駆動力がタイヤスリップ検出時点の駆動力未満になるように、駆動力可変手段を制御する駆動力制御手段とを備えたことを特徴とする作業車両の駆動力制御装置」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】ＷＯ２００８／１４６８４６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、車輪速（タイヤの速度）に基づいてスリップを検出する技術では、車輪速が緩やかに上昇するようなスリップが発生した場合、車輪速がスリップ判定用の閾値に達するまでに時間を要し、スリップの検出に遅れが生じるおそれがある。スリップの検出に遅れが生じると、スリップが発生している時間がその分長くなるため、作業効率が低下してしまう。
【0007】
本発明は、車輪がスリップした場合に駆動力を自動的に制限することによりオペレータの操作負担を軽減可能な作業車両であって、より早期に車輪のスリップを検知することによりスリップの継続時間を短縮し、作業効率の向上が可能な作業車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様による作業車両は、車輪を有する車体と、前記車体に搭載された油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動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、前記油圧アクチュエータの圧力を検出する圧力センサと、前記車輪を駆動する走行駆動装置と、前記走行駆動装置の駆動力を検出する駆動力センサと、前記走行駆動装置の駆動力を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記作業装置が作業対象物から受ける反力に応じた前記油圧アクチュエータの推力を演算し、前記走行駆動装置の駆動力が上昇中であるにもかかわらず前記油圧アクチュエータの推力が増加していないことを含むスリップ判定条件が成立した場合には、前記駆動力を制限する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、車輪がスリップした場合に駆動力を自動的に制限することによりオペレータの操作負担を軽減可能な作業車両であって、より早期に車輪のスリップを検知することによりスリップの継続時間を短縮し、作業効率の向上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】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して本発明に係る作業車両の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、作業車両が、電動駆動式のホイールローダである例について説明するが、本発明の作業車両はホイールローダに限定されず、ブルドーザー等であっても良い。また、本実施形態では、エンジン及び発電電動機を駆動源とするハイブリッドシステムが採用される例を挙げて説明するが、エンジンのみを駆動源として用いるシステムが採用されても良い。さらに、以下の説明では、上下、左右、前後の方向及び位置は、作業車両の通常の使用状態、すなわち４つの車輪が走行面に接地している状態を基準とする。
【0012】
－ホイールローダの構成－
図１は、ホイールローダ１の側面図である。図１に示すように、ホイールローダ１は、電動式の走行駆動装置４５が搭載された車体８と、車体８の前部に取り付けられた多関節型の作業装置６とを備えている。車体８は、アーティキュレート操舵式（車体屈折式）のものであり、前部車体８Ａと、後部車体８Ｂと、前部車体８Ａと後部車体８Ｂを連結するセンタージョイント１０とを有する。
図１は、ホイールローダ１の側面図である。図１に示すように、ホイールローダ１は、電動式の走行駆動装置４５が搭載された車体８と、車体８の前部に取り付けられた多関節型の作業装置６とを備えている。車体８は、アーティキュレート操舵式（車体屈折式）のものであり、前部車体８Ａと、後部車体８Ｂと、前部車体８Ａと後部車体８Ｂを連結するセンタージョイント１０とを有する。
【0013】
前部車体８Ａには作業装置６が取り付けられている。後部車体８Ｂには、運転室１２及びエンジン室１６が配置されている。運転室１２内には、オペレータが着座する座席と、オペレータによって操作される操作装置が設けられている。エンジン室１６には、エンジン２０（図２参照）、エンジン２０により駆動される油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ（図２参照）、及びバルブ等の油圧機器が搭載されている。
【0014】
作業装置６は、前部車体８Ａに上下方向に回動自在に取り付けられるリフトアーム（以下、単にアームと記す）２と、アーム２を駆動する油圧シリンダ（以下、アームシリンダとも記す）４と、アーム２の先端部分に前後方向に回動自在に取り付けられるバケット３と、バケット３を駆動する油圧シリンダ（以下、バケットシリンダとも記す）５とを有する。駆動対象部材であるアーム２は、アームシリンダ４の伸縮動作に応じて動かされる。駆動対象部材であるバケット３は、バケットシリンダ５の伸縮動作に応じて動かされる。なお、アーム２及びアームシリンダ４は、前部車体８Ａの左右に１つずつ設けられる。また、本実施形態では、バケット３を作動させるためのリンク機構として、Ｚリンク式（ベルクランク式）のリンク機構が採用されている。
【0015】
ホイールローダ１は、車体８に設けられた車輪７を駆動する走行駆動装置４５を備える。走行駆動装置４５は、走行電動機４３と、走行電動機４３から駆動力（以下、走行駆動力とも記す）が与えられる走行装置１１とを含む。走行装置１１は、前部車体８Ａに取り付けられる車輪７である前輪７Ａと、後部車体８Ｂに取り付けられる車輪７である後輪７Ｂと、走行電動機４３からの走行駆動力（動力）を車輪７に伝達する動力伝達装置とを有する。動力伝達装置は、アクスル、デファレンシャル装置、プロペラシャフト等を含んで構成される。走行電動機４３からの動力は、動力伝達装置を介して前輪７Ａ及び後輪７Ｂの少なくとも一方に伝達される。
【0016】
走行電動機４３は、走行装置１１の車輪７を動作させる電動モータである。走行電動機４３は、エンジン２０の動力によって回転する発電電動機４０（図２参照）によって発電された電力により回転駆動される。
【0017】
ホイールローダ１は、前部車体８Ａと後部車体８Ｂとを連結するように設けられる左右一対の油圧シリンダ（以下、ステアリングシリンダとも記す）１５を有するステアリング装置２２（図２参照）によって転舵される。
【0018】
－ホイールローダの制御システム－
図２は、ホイールローダ１の制御システムの構成図である。図２に示すように、ホイールローダ１は、エンジン２０と、エンジン２０に燃料を供給する燃料噴射装置２３と、エンジン２０に機械的に接続される発電電動機４０と、エンジン２０及び発電電動機４０に機械的に接続される油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと、油圧ポンプ３０Ａから吐出される作動油によって駆動される作業装置６と、作業装置６の動作を制御するフロント制御部３１と、油圧ポンプ３０Ｂから吐出される作動油によって駆動されるブレーキ装置２１と、ブレーキ装置２１の動作を制御するブレーキ制御部３２と、油圧ポンプ３０Ｃから吐出される作動油によって駆動されるステアリング装置２２と、ステアリング装置２２を制御するステアリング制御部３３と、発電電動機４０によって発電された電力によって駆動される走行駆動装置４５とを備える。
図２は、ホイールローダ１の制御システムの構成図である。図２に示すように、ホイールローダ１は、エンジン２０と、エンジン２０に燃料を供給する燃料噴射装置２３と、エンジン２０に機械的に接続される発電電動機４０と、エンジン２０及び発電電動機４０に機械的に接続される油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと、油圧ポンプ３０Ａから吐出される作動油によって駆動される作業装置６と、作業装置６の動作を制御するフロント制御部３１と、油圧ポンプ３０Ｂから吐出される作動油によって駆動されるブレーキ装置２１と、ブレーキ装置２１の動作を制御するブレーキ制御部３２と、油圧ポンプ３０Ｃから吐出される作動油によって駆動されるステアリング装置２２と、ステアリング装置２２を制御するステアリング制御部３３と、発電電動機４０によって発電された電力によって駆動される走行駆動装置４５とを備える。
【0019】
作業装置６及び走行駆動装置４５は、エンジン２０の動力によって、互いに独立して駆動される。原動機であるエンジン２０は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。発電電動機４０は、エンジン２０から出力されるトルクによって回転し、発電する発電機として機能する。
【0020】
油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃは、エンジン２０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。なお、発電電動機４０が電動機として機能する場合には、エンジン２０及び発電電動機４０が出力するトルクによって、油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが駆動される。
【0021】
油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）４，５，１５，１７，１８は、エンジン２０（図２参照）が出力するトルクによって回転する油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃから吐出される作動油（圧油）によって伸縮駆動される。
【0022】
フロント制御部３１は、油圧ポンプ３０Ａからアームシリンダ４及びバケットシリンダ５へ供給される作動油の圧力、流量及び方向を制御する。これにより、アームシリンダ４及びバケットシリンダ５の伸縮動作が制御される。ブレーキ制御部３２は、油圧ポンプ３０Ｂからブレーキシリンダ１７及び駐車ブレーキシリンダ１８へ供給される作動油の圧力、流量及び方向を制御する。これにより、ブレーキシリンダ１７及び駐車ブレーキシリンダ１８の伸縮動作が制御される。ステアリング制御部３３は、油圧ポンプ３０Ｃからステアリングシリンダ１５へ供給される作動油の圧力、流量及び方向を制御する。これにより、ステアリングシリンダ１５の伸縮動作が制御される。
【0023】
ホイールローダ１は、車両全体の制御を行う制御装置であるメインコントローラ１００と、メインコントローラ１００からのエンジン回転速度指令に基づいて燃料噴射装置２３を制御するエンジンコントローラ２５と、エンジンコントローラ２５からの燃料噴射量指令に基づいて燃料噴射量を制御する燃料噴射装置２３と、メインコントローラ１００から入力される発電電圧指令に基づいて発電電動機４０を制御する発電電動機用のインバータ（以下、発電インバータと記す）４１と、メインコントローラ１００から入力される走行駆動トルク指令に基づいて走行電動機４３のトルク（すなわち、走行駆動装置４５により発生する走行駆動力）を制御する走行電動機用のインバータ（以下、走行インバータと記す）４２と、運転室１２内に設けられる各種操作装置（５１～５７）とを備える。
【0024】
運転室１２内には、車体８の進行方向を切り替える前後進切替装置である前後進スイッチ５１と、作業装置６のアームシリンダ４（アーム２）を操作するアーム操作装置５２と、作業装置６のバケットシリンダ５（バケット３）を操作するバケット操作装置５３と、走行駆動装置４５を操作するアクセル操作装置５６と、ブレーキシリンダ１７を操作するブレーキ操作装置５７と、駐車ブレーキシリンダ１８を操作する駐車ブレーキ操作装置５４と、左右一対のステアリングシリンダ１５を操作するステアリング操作装置５５とが設けられている。前後進スイッチ５１は、操作位置として、前進位置（Ｆ）、待機位置（Ｎ）、及び後進位置（Ｒ）を有している。なお、説明の便宜上、作業装置６の操作装置５２，５３及び走行駆動装置４５の操作装置５６を総称して、操作装置５０とも記す。
【0025】
アーム操作装置５２は、アーム操作レバーと、アーム操作レバーの操作量（以下、アーム操作量とも記す）を検出するアーム操作量センサ５２ａとを備える。バケット操作装置５３は、バケット操作レバーと、バケット操作レバーの操作量（以下、バケット操作量とも記す）を検出するバケット操作量センサ５３ａとを備える。アクセル操作装置５６は、アクセルペダルと、アクセルペダルの操作量（以下、アクセル操作量とも記す）を検出するアクセル操作量センサ５６ａとを備える。ブレーキ操作装置５７は、ブレーキペダルと、ブレーキペダルの操作量（以下、ブレーキ操作量とも記す）を検出するブレーキ操作量センサ５７ａとを備える。ステアリング操作装置５５は、ステアリングホイールと、ステアリングホイールの操作量（以下、ステアリング操作量とも記す）を検出するステアリング操作量センサ５５ａとを備える。アーム操作量センサ５２ａ、バケット操作量センサ５３ａ、アクセル操作量センサ５６ａ、ブレーキ操作量センサ５７ａ、ステアリング操作量センサ５５ａは、例えば、操作部材（操作レバーまたはペダル）の操作位置に応じた電圧をメインコントローラ１００に出力するポテンショメータである。
【0026】
メインコントローラ１００は、処理装置（動作回路）としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）１０２及びＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、入力インタフェース１０４、出力インタフェース１０５、並びに、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。なお、エンジンコントローラ２５も、メインコントローラ１００と同様、処理装置（動作回路）、記憶装置及び入出力インタフェース等を備えたマイクロコンピュータで構成される。メインコントローラ１００及びエンジンコントローラ２５は、それぞれ１つのマイクロコンピュータで構成してもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
【0027】
メインコントローラ１００のＲＯＭ１０２は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリであり、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、メインコントローラ１００のＲＯＭ１０２は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。ＲＡＭ１０３は揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１との間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１がプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。なお、メインコントローラ１００は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の記憶装置をさらに備えていてもよい。
【0028】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶されたプログラムをＲＡＭ１０３に展開して演算実行する処理装置であって、プログラムに従って入力インタフェース１０４及びＲＯＭ１０２，ＲＡＭ１０３から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。
【0029】
入力インタフェース１０４には、各種操作装置（５１～５７）からの操作信号及び各種センサからのセンサ信号が入力される。入力インタフェース１０４は、入力された信号をＣＰＵ１０１で演算可能なデータに変換する。出力インタフェース１０５は、ＣＰＵ１０１での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号をフロント制御部３１、ブレーキ制御部３２、ステアリング制御部３３、発電インバータ４１、走行インバータ４２、及びエンジンコントローラ２５等に出力する。
【0030】
メインコントローラ１００は、各種操作装置から入力される操作信号及びその他の各種センサから入力されるセンサ信号に基づいて、フロント制御部３１、ブレーキ制御部３２、ステアリング制御部３３、発電インバータ４１、走行インバータ４２、及びエンジンコントローラ２５を統括的に制御する。
【0031】
メインコントローラ１００に入力される操作信号としては、アクセル操作量センサ５６ａによって検出されるアクセル操作量、ブレーキ操作量センサ５７ａによって検出されるブレーキ操作量、アーム操作量センサ５２ａによって検出されるアーム操作量、バケット操作量センサ５３ａによって検出されるバケット操作量、ステアリング操作量センサ５５ａによって検出されるステアリング操作量、及び、前後進スイッチ５１から出力される前後進スイッチ５１の操作位置を表す信号がある。
【0032】
メインコントローラ１００に入力されるセンサ信号としては、車体８とアーム２とを連結する連結軸に設けられるアーム相対角センサ６２で検出された角度を表す信号、及び、アーム２とバケット３とを連結する連結軸に設けられるバケット相対角センサ６３で検出された角度を表す信号がある。アーム相対角センサ６２は、車体８に対するアーム２の相対角（傾斜角）を検出し、検出した角度を表す信号をメインコントローラ１００に出力するポテンショメータである。バケット相対角センサ６３は、アーム２に対するバケット３の相対角（傾斜角）を検出し、検出した角度を表す信号をメインコントローラ１００に出力するポテンショメータである。地面（走行面）に対する車体８の角度は一定であるため、アーム相対角センサ６２で検出される角度は、地面に対するアーム２の相対角（傾斜角）に相当するといえる。
【0033】
また、メインコントローラ１００に入力されるセンサ信号としては、車輪速センサ６１によって検出される車輪速（車輪（駆動輪）７の回転速度）を表す信号がある。車輪速センサ６１により検出された車輪速は、車両の走行速度（車速）に変換可能である。車輪速センサ６１は、車輪速を検出し、検出した車輪速を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。さらに、メインコントローラ１００に入力されるセンサ信号としては、複数の回転速度センサによって検出されたエンジン２０、発電電動機４０、油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ、及び走行電動機４３の回転速度を表す信号、アームシリンダ圧センサ７５によって検出されたアームシリンダ４の圧力（負荷圧）等を表す信号がある。
【0034】
複数の回転速度センサには、エンジン２０の実回転速度を検出するエンジン回転速度センサ６４と、走行電動機４３の回転速度（以下、モータ速度とも記す）を検出するレゾルバ等のモータ速度センサ５８とが含まれる。エンジン回転速度センサ６４は、例えば、エンジン２０の出力軸に設けられるロータリーエンコーダであり、検出した実エンジン回転速度を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。なお、エンジン回転速度センサ６４は、エンジン２０の出力軸に限らず、動力伝達装置を構成するいずれかの軸の回転速度を検出するものであってもよい。この場合、メインコントローラ１００が、エンジン回転速度センサ６４の検出結果に基づいて、実エンジン回転速度を演算する。
【0035】
モータ速度センサ５８は、モータ速度を検出し、検出結果を表す信号をメインコントローラ１００及び後述する駆動力センサ６５に出力する。モータ速度センサ５８によって検出されるモータ速度は、上記車輪速と相関関係がある。つまり、モータ速度センサ５８により検出されたモータ速度は、車速に変換可能である。
【0036】
なお、図示する例では、エンジン回転速度センサ６４は、メインコントローラ１００に接続されているが、エンジンコントローラ２５に接続してもよい。この場合、メインコントローラ１００は、エンジン回転速度センサ６４により検出された実エンジン回転速度を、エンジンコントローラ２５を介して取得する。
【0037】
また、メインコントローラ１００に入力されるセンサ信号としては、駆動力センサ６５によって検出される走行駆動装置４５の走行駆動力を表す信号がある。駆動力センサ６５は、メインコントローラ１００により演算される走行駆動トルクの指令値と、モータ速度センサ５８から入力されるモータ速度と、車輪７の半径と、車輪７の慣性定数と、に基づき、走行駆動装置４５の走行駆動力を演算し、その演算結果を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。車輪７の半径及び慣性定数は、例えば、駆動力センサ６５が備えるメモリに記憶されている。なお、駆動力センサ６５のメモリに記憶されているデータ（車輪７の半径及び慣性定数等）は、メインコントローラ１００から出力されるデータにより更新可能である。
【0038】
駆動力センサ６５は、以下の式（１）により、走行駆動力ＦＭを演算する。
ＦＭ＝(ＴＭ＿ＣＯＭ－Ｍ×ΔＳＭ)／Ｒ・・・（１）
ここで、ＴＭ＿ＣＯＭはメインコントローラ１００により演算される走行駆動トルクの指令値であり、Ｍは車輪７の慣性定数であり、Ｒは車輪７の半径である。ΔＳＭは、走行電動機４３の角加速度であり、モータ速度センサ５８により検出されるモータ速度に基づき算出される。
ＦＭ＝(ＴＭ＿ＣＯＭ－Ｍ×ΔＳＭ)／Ｒ・・・（１）
ここで、ＴＭ＿ＣＯＭはメインコントローラ１００により演算される走行駆動トルクの指令値であり、Ｍは車輪７の慣性定数であり、Ｒは車輪７の半径である。ΔＳＭは、走行電動機４３の角加速度であり、モータ速度センサ５８により検出されるモータ速度に基づき算出される。
【0039】
なお、駆動力センサ６５は、上記構成に限定されない。例えば、駆動力センサ６５は、トルクセンサにより検出される走行電動機４３の出力トルク（モータトルク）に基づき、走行駆動力を演算してもよいし、電流センサにより検出される走行電動機４３に流れる電流に基づき、走行駆動力を演算してもよい。また、駆動力センサ６５が有する機能は、メインコントローラ１００が有していてもよい。この場合、上記駆動力センサ６５が省略されるとともに、モータ速度センサ５８が駆動力に関する物理量（モータ速度）を検出する駆動力センサとして機能し、メインコントローラ１００が、モータ速度センサ５８の検出結果に基づき、走行駆動力ＦＭを演算する。
【0040】
メインコントローラ１００は、アクセル操作量、アーム操作量及びバケット操作量等に基づいて、エンジン２０の目標回転速度（以下、目標エンジン回転速度とも記す）を演算する。メインコントローラ１００は、目標エンジン回転速度に基づいて、回転速度指令値を演算し、エンジンコントローラ２５に出力する。また、メインコントローラ１００は、エンジン回転速度センサ６４によって検出された実エンジン回転速度をエンジンコントローラ２５に出力する。
【0041】
エンジンコントローラ２５は、メインコントローラ１００から取得した回転速度指令値と、エンジン回転速度センサ６４によって検出された実エンジン回転速度とを比較して、実エンジン回転速度が回転速度指令値となるように燃料噴射装置２３を制御する。燃料噴射装置２３は、エンジンコントローラ２５から出力される燃料噴射指令に基づいて、燃料噴射量を制御し、エンジン２０を動作させる。
【0042】
このように、メインコントローラ１００、エンジンコントローラ２５及び燃料噴射装置２３は、協働してエンジン２０の動作を制御するエンジン制御装置を構成している。
【0043】
メインコントローラ１００は、アーム操作装置５２及びバケット操作装置５３の操作方向及び操作量に基づいて、フロント制御指令を出力する。フロント制御部３１は、メインコントローラ１００からのフロント制御指令に基づき、油圧ポンプ３０Ａから吐出される作動油の圧力、流量及び方向を調整し、アームシリンダ４及びバケットシリンダ５を動作させる。フロント制御部３１は、油圧ポンプ３０Ａから吐出される作動油の流れを制御する方向制御弁（流量制御弁）、及び、この方向制御弁のパイロット室に入力されるパイロット圧を生成する電磁弁等を有する。
【0044】
メインコントローラ１００は、ブレーキ操作装置５７の操作量、及び駐車ブレーキ操作装置５４の操作スイッチの操作位置に基づいて、ブレーキ制御指令を出力する。ブレーキ制御部３２は、メインコントローラ１００からのブレーキ制御指令に基づき、油圧ポンプ３０Ｂから吐出される作動油の圧力、流量及び方向を調整し、ブレーキシリンダ１７及び駐車ブレーキシリンダ１８を動作させる。ブレーキ制御部３２は、油圧ポンプ３０Ｂから吐出される作動油の流れを制御する方向制御弁（流量制御弁）、及び、この方向制御弁のパイロット室に入力されるパイロット圧を生成する電磁弁等を有する。
【0045】
メインコントローラ１００は、ステアリング操作装置５５のステアリングホイールの操作方向及び操作量に基づいて、ステアリング制御指令を出力する。ステアリング制御部３３は、メインコントローラ１００からのステアリング制御指令に基づき、油圧ポンプ３０Ｃから吐出される作動油の圧力、流量及び方向を調整し、ステアリングシリンダ１５を動作させる。ステアリング制御部３３は、油圧ポンプ３０Ｃから吐出される作動油の流れを制御する方向制御弁（流量制御弁）、及び、この方向制御弁のパイロット室に入力されるパイロット圧を生成する電磁弁等を有する。
【0046】
発電インバータ４１及び走行インバータ４２は、直流部（直流母線）４４によって接続されている。発電インバータ４１は、メインコントローラ１００からの発電電圧指令に基づき、発電電動機４０から供給される電力を利用して直流部４４のバス電圧を制御する。走行インバータ４２は、メインコントローラ１００の走行駆動トルク指令に基づき、直流部４４の電力を利用して走行電動機４３を駆動させる。
【0047】
本実施形態では、エンジン２０が出力するトルクによって油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが駆動され、油圧ポンプ３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃから吐出される作動油によって、作業装置６、ブレーキ装置２１及びステアリング装置２２が駆動される。また、本実施形態では、エンジン２０が出力するトルクによって発電電動機４０が駆動され、発電電動機４０で発生する電力によって走行電動機４３が駆動される。
【0048】
アーム操作装置５２のアーム操作レバーが操作されると、アームシリンダ４の伸縮動作によりアーム２が上下方向に回動（俯仰動）する。バケット操作装置５３のバケット操作レバーが操作されると、バケットシリンダ５の伸縮動作によりバケット３が前後方向に回動（ダンプ動作またはクラウド動作）する。
【0049】
ステアリング操作装置５５のステアリングホイールが操作されると、ステアリングシリンダ１５の伸縮動作に伴って後部車体８Ｂに対し前部車体８Ａがセンタージョイント１０を中心にして左右に屈折（転舵）する。アクセル操作装置５６のアクセルペダルが操作されると、走行電動機４３の駆動により車輪７が回転し、ホイールローダ１が走行する。
【0050】
前後進スイッチ５１が前進位置（Ｆ）に操作されている状態で、アクセル操作装置５６のアクセルペダルが踏み込まれると、車輪７が前進方向に回転し、車体８が前進走行する。前後進スイッチ５１が後進位置（Ｒ）に操作されている状態で、アクセル操作装置５６のアクセルペダルが踏み込まれると、車輪７が後進方向に回転し、車体８が後進走行する。前後進スイッチ５１が待機位置（Ｎ）に操作されている状態では、アクセル操作装置５６のアクセルペダルが踏み込まれても、車輪７は回転せず、車体８は走行しない。なお、前後進スイッチ５１が前進位置（Ｆ）または後進位置（Ｒ）に操作されている状態では、アクセルペダルが踏み込まれていなくても、極低速で車体８が前進走行または後進走行（クリープ走行）する。
【0051】
－メインコントローラの機能－
図３は、メインコントローラ１００の機能ブロック図である。メインコントローラ１００は、各センサからの検出信号に基づき、走行駆動トルク指令を生成し、走行インバータ４２に出力することで、走行駆動装置４５により発生する走行駆動力を制御する。以下、図３を参照して、メインコントローラ１００により走行駆動トルク指令を生成する際の各機能の詳細について説明する。
図３は、メインコントローラ１００の機能ブロック図である。メインコントローラ１００は、各センサからの検出信号に基づき、走行駆動トルク指令を生成し、走行インバータ４２に出力することで、走行駆動装置４５により発生する走行駆動力を制御する。以下、図３を参照して、メインコントローラ１００により走行駆動トルク指令を生成する際の各機能の詳細について説明する。
【0052】
図３に示すように、メインコントローラ１００は、ＲＯＭ１０２に記憶されているプログラムを実行することにより、モータ速度変化量演算部１１２、推力演算部１１０、推力変化量演算部１１１、駆動力変化量演算部１１３、掘削作業判定部１１４、スリップ判定部１１５、スリップ時推力保持部１１６、摩擦係数推定部１１７、駆動力上限値演算部１１８、走行要求駆動力演算部１１９、最小値選択部１２０、及びトルク指令生成部１２１として機能する。
【0053】
モータ速度変化量演算部１１２は、モータ速度センサ５８で検出されたモータ速度ＳＭの時間変化率（以下、速度変化率とも記す）ΔＳＭを演算する。モータ速度ＳＭは、車体８が前進する場合には正の値となり、車体８が後進する場合には負の値となる。モータ速度変化量演算部１１２は、所定の制御周期で繰り返し検出されるモータ速度ＳＭの前回値ＳＭａと今回値ＳＭｂとの差（ＳＭｂ－ＳＭａ）を前回値ＳＭａを検出した時刻ｔａから今回値ＳＭｂを検出した時刻ｔｂまでの時間Δｔ（＝ｔｂ－ｔａ）で除することにより、速度変化率ΔＳＭ（＝（ＳＭｂ－ＳＭａ）／（ｔｂ－ｔａ））を算出する。したがって、速度変化率ΔＳＭは、前進する車体８が加速しているときには正の値となり、前進する車体８が減速しているときには負の値となる。また、速度変化率ΔＳＭは、車体８が一定速度で走行しているときには０となる。
【0054】
掘削作業判定部１１４は、作業装置６により地山等の作業対象物を掘削する作業が行われている掘削作業状態であるか、作業装置６により作業対象物を掘削する作業が行われていない非掘削作業状態であるかを判定する。掘削作業判定部１１４は、掘削作業状態であると判定した場合には掘削判定フラグＦＬｄｉｇをオンに設定し（ＦＬｄｉｇ＝１）、非掘削作業状態であると判定した場合には掘削判定フラグＦＬｄｉｇをオフに設定する（ＦＬｄｉｇ＝０）。
【0055】
掘削判定フラグＦＬｄｉｇは、掘削作業状態であるか非掘削作業状態であるかを示すものである。したがって、メインコントローラ１００は、掘削判定フラグＦＬｄｉｇの設定状態に基づき、ホイールローダ１が掘削作業状態であるか否かを判定できる。
【0056】
掘削作業判定部１１４は、掘削作業条件が成立した場合に掘削作業状態であると判定する。ホイールローダ１が地山等の作業対象物に向かって前進し、その後、作業装置６が作業対象物に突入すると、車体８が減速するとともに作業装置６が作業対象物から受ける反力が増加する。反力の増加に応じてアームシリンダ４の推力も増加する。このため、本実施形態では、掘削作業条件は、以下の（条件Ｉ）及び（条件ＩＩ）を含む。
（条件Ｉ） 前進する車体８が減速していること。
（条件ＩＩ） アームシリンダ４の推力が所定値以上であること。
（条件Ｉ） 前進する車体８が減速していること。
（条件ＩＩ） アームシリンダ４の推力が所定値以上であること。
【0057】
前進する車体８が減速しているか否かは、モータ速度変化量演算部１１２で演算された速度変化率ΔＳＭに基づき判定できる。掘削作業判定部１１４は、速度変化率ΔＳＭが予め定められた速度変化率閾値Ｓ１以下である場合には、（条件Ｉ）が満たされていると判定する。掘削作業判定部１１４は、速度変化率ΔＳＭが速度変化率閾値Ｓ１よりも大きい場合には、（条件Ｉ）は満たされていないと判定する。速度変化率閾値Ｓ１は、予めＲＯＭ１０２に記憶されている。速度変化率閾値Ｓ１は、ホイールローダ１が作業対象物に突入することにより、前進する車体８が減速しているか否かを判定するための閾値であり、０から余裕値（＞０）を減算した値である。つまり、速度変化率閾値Ｓ１は０よりも小さい（Ｓ１＜０）。この余裕値は、車体８の振動による走行電動機４３の速度の変化やモータ速度センサ５８の検出誤差などに起因する誤判定を防止するために、計算もしくは実験により予め定められる。
【0058】
作業装置６が作業対象物から反力を受けることによって増加するアームシリンダ４の推力は、アームシリンダ４のボトム側油室（不図示）内の作動油の圧力と比例関係にある。このため、本実施形態では、アームシリンダ圧センサ７５で検出されたアームシリンダ圧ＰＡに基づき、（条件ＩＩ）が満たされているか否かを判定する。
【0059】
アームシリンダ圧センサ７５は、図２に示すように、アームシリンダ４のボトム側油室（不図示）とフロント制御部３１とを接続する油路に設けられる圧力センサであって、アームシリンダ４のボトム側油室内の作動油の圧力（アームシリンダ圧）ＰＡを検出し、検出結果を表す信号をメインコントローラ１００に出力する。図３に示す掘削作業判定部１１４は、アームシリンダ圧ＰＡがシリンダ圧閾値Ｐ１以上である場合には、（条件ＩＩ）が満たされていると判定する。掘削作業判定部１１４は、アームシリンダ圧ＰＡがシリンダ圧閾値Ｐ１未満である場合には、（条件ＩＩ）は満たされていないと判定する。シリンダ圧閾値Ｐ１は、計算もしくは実験において掘削作業が開始されたときに検出されたアームシリンダ圧に相当し、予めＲＯＭ１０２に記憶されている。
【0060】
掘削作業判定部１１４は、掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオフに設定されている場合であって、（条件Ｉ）及び（条件ＩＩ）の全てが満たされた場合、掘削作業条件が成立したと判定する。すなわち、掘削作業判定部１１４は、ホイールローダ１の状態が非掘削作業状態から掘削作業状態に移行したと判定し、掘削判定フラグＦＬｄｉｇをオフからオンに切り替える（ＦＬｄｉｇ＝１）。なお、掘削作業判定部１１４は、掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオフに設定されている場合であって、（条件Ｉ）及び（条件ＩＩ）のいずれかが満たされていない場合、掘削作業条件は成立していないと判定する。すなわち、掘削作業判定部１１４は、非掘削作業状態が継続されていると判定する。つまり、掘削判定フラグＦＬｄｉｇはオフ状態を維持する。
【0061】
ホイールローダ１は、掘削作業を終了すると、後進走行を行って作業対象物から離れる。このため、本実施形態に係る掘削作業判定部１１４は、前後進スイッチ５１の操作位置に基づき、掘削作業終了条件が成立したか否か、すなわちホイールローダ１が作業状態から非作業状態に移行したか否かを判定する。掘削作業終了条件には、前後進スイッチ５１が後進位置（Ｒ）に操作されていることを含む。
【0062】
掘削作業判定部１１４は、掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオンに設定されている場合であって、前後進スイッチ５１が後進位置（Ｒ）に操作されたときには、掘削作業終了条件が成立したと判定する。すなわち、掘削作業判定部１１４は、ホイールローダ１が作業状態から非作業状態に移行したと判定し、掘削判定フラグＦＬｄｉｇをオンからオフに切り替える（ＦＬｄｉｇ＝０）。掘削作業判定部１１４は、掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオンに設定されている場合であって、前後進スイッチ５１が後進位置（Ｒ）に操作されていないときには、掘削作業終了条件は成立していないと判定する。すなわち、掘削作業判定部１１４は、掘削作業状態が継続されていると判定する。つまり、掘削判定フラグＦＬｄｉｇはオン状態を維持する。
【0063】
推力演算部１１０は、以下の式（２）により、アームシリンダ推力ＦＡを演算する。
ＦＡ＝ＰＡ×ＳＡ・・・（２）
ここで、ＰＡはアームシリンダ圧センサ７５で検出されたアームシリンダ圧であり、ＳＡは予めＲＯＭ１０２に記憶されているアームシリンダ４の受圧面積（断面積）である。アームシリンダ推力ＦＡは、掘削作業状態において、作業装置６が作業対象物から受ける反力の増加に応じて増加する。
ＦＡ＝ＰＡ×ＳＡ・・・（２）
ここで、ＰＡはアームシリンダ圧センサ７５で検出されたアームシリンダ圧であり、ＳＡは予めＲＯＭ１０２に記憶されているアームシリンダ４の受圧面積（断面積）である。アームシリンダ推力ＦＡは、掘削作業状態において、作業装置６が作業対象物から受ける反力の増加に応じて増加する。
【0064】
推力変化量演算部１１１は、推力演算部１１０で演算されたアームシリンダ推力ＦＡの時間変化率（以下、推力変化率とも記す）ΔＦＡを演算する。推力変化量演算部１１１は、所定の制御周期で繰り返し演算されるアームシリンダ推力ＦＡの前回値ＦＡａと今回値ＦＡｂとの差（ＦＡｂ－ＦＡａ）を前回値ＦＡａを検出した時刻ｔａから今回値ＦＡｂを検出した時刻ｔｂまでの時間Δｔ（＝ｔｂ－ｔａ）で除することにより、推力変化率ΔＦＡ（＝（ＦＡｂ－ＦＡａ）／（ｔｂ－ｔａ））を算出する。したがって、推力変化率ΔＦＡは、アームシリンダ推力ＦＡが増加しているときには正の値となり、アームシリンダ推力ＦＡが減少しているときには負の値となる。また、推力変化率ΔＦＡは、アームシリンダ推力ＦＡが一定である場合には０となる。
【0065】
駆動力変化量演算部１１３は、駆動力センサ６５で検出された走行駆動力ＦＭの時間変化率（以下、駆動力変化率とも記す）ΔＦＭを演算する。駆動力変化量演算部１１３は、所定の制御周期で繰り返し検出される走行駆動力ＦＭの前回値ＦＭａと今回値ＦＭｂとの差（ＦＭｂ－ＦＭａ）を前回値ＦＭａを検出した時刻ｔａから今回値ＦＭｂを検出した時刻ｔｂまでの時間Δｔ（＝ｔｂ－ｔａ）で除することにより、駆動力変化率ΔＦＭ（＝（ＦＭｂ－ＦＭａ）／（ｔｂ－ｔａ））を算出する。したがって、駆動力変化率ΔＦＭは、走行駆動力ＦＭが増加しているときには正の値となり、走行駆動力ＦＭが減少しているときには負の値となる。また、駆動力変化率ΔＦＭは、走行駆動力ＦＭが一定である場合には０となる。
【0066】
スリップ判定部１１５は、スリップ判定条件が成立した場合には、車輪７がスリップしていると判定し、スリップ判定条件が成立していない場合には、車輪７がスリップしていないと判定する。スリップ判定条件には、以下の（条件１）～（条件５）が含まれる。スリップ判定部１１５は、（条件１）～（条件５）の全てが満たされた場合に、スリップ判定条件が成立していると判定し、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐをオンに設定する（ＦＬｓｌｉｐ＝１）。なお、スリップ判定部１１５は、（条件１）～（条件５）のいずれかが満たされていない場合には、スリップ判定条件は成立していないと判定し、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐをオフに設定する（ＦＬｓｌｉｐ＝０）。
（条件１） 掘削作業状態であること。
（条件２） アームシリンダ推力が増加していないこと。
（条件３） 走行駆動力が上昇中であること。
（条件４） アーム操作装置が操作されていないこと。
（条件５） バケット操作装置が操作されていないこと。
（条件１） 掘削作業状態であること。
（条件２） アームシリンダ推力が増加していないこと。
（条件３） 走行駆動力が上昇中であること。
（条件４） アーム操作装置が操作されていないこと。
（条件５） バケット操作装置が操作されていないこと。
【0067】
スリップ判定部１１５は、掘削判定フラグＦＬｄｉｇの設定状態に基づき、（条件１）が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部１１５は、掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオンに設定されている場合（ＦＬｄｉｇ＝１）には（条件１）が満たされていると判定し、掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオフに設定されている場合（ＦＬｄｉｇ＝０）には（条件１）は満たされていないと判定する。
【0068】
スリップ判定部１１５は、推力変化率ΔＦＡに基づき、（条件２）が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部１１５は、推力変化率ΔＦＡが推力変化率閾値ＦＡ１以下である場合には（条件２）が満たされていると判定し、推力変化率ΔＦＡが推力変化率閾値ＦＡ１よりも大きい場合には（条件２）は満たされていないと判定する。推力変化率閾値ＦＡ１は、スリップ開始時のアームシリンダ推力の急減（抜け）が発生したか否かを判定するための閾値であり、計算もしくは実験により定められる。推力変化率閾値ＦＡ１は０以下の値であり、ＲＯＭ１０２に記憶されている。
【0069】
スリップ判定部１１５は、駆動力変化率ΔＦＭに基づき、（条件３）が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部１１５は、駆動力変化率ΔＦＭが０よりも大きい場合には（条件３）が満たされていると判定し、駆動力変化率ΔＦＭが０以下の場合には（条件３）は満たされていないと判定する。
【0070】
スリップ判定部１１５は、アーム操作量センサ５２ａによって検出されたアーム操作量ＲＡに基づき、（条件４）が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部１１５は、アーム操作量ＲＡの絶対値｜ＲＡ｜がアーム操作量閾値ＲＡ１以下である場合には（条件４）が満たされていると判定し、アーム操作量ＲＡの絶対値｜ＲＡ｜がアーム操作量閾値ＲＡ１よりも大きい場合には（条件４）は満たされていないと判定する。アーム操作量閾値ＲＡ１は、アーム操作装置５２が操作されている状態であるか否かを判定するための閾値であり、ＲＯＭ１０２に記憶されている。アーム操作量閾値ＲＡ１は、例えば、アーム上げの最大操作量を１００％、アーム下げ側の最大操作量を－１００％としたとき、５％程度の操作量に相当する。
【0071】
スリップ判定部１１５は、バケット操作量センサ５３ａによって検出されたバケット操作量ＲＢに基づき、（条件５）が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部１１５は、バケット操作量ＲＢの絶対値｜ＲＢ｜がバケット操作量閾値ＲＢ１以下である場合には（条件５）が満たされていると判定し、バケット操作量ＲＢの絶対値｜ＲＢ｜がバケット操作量閾値ＲＢ１よりも大きい場合には（条件５）は満たされていないと判定する。バケット操作量閾値ＲＢ１は、バケット操作装置５３が操作されている状態であるか否かを判定するための閾値であり、ＲＯＭ１０２に記憶されている。バケット操作量閾値ＲＢ１は、例えば、バケットダンプ側の最大操作量を１００％、バケットクラウド側の最大操作量を－１００％としたとき、５％程度の操作量に相当する。
【0072】
スリップ時推力保持部１１６は、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフからオンに切り替わったときのアームシリンダ推力ＦＡ、すなわちスリップ判定条件が成立したときのアームシリンダ推力ＦＡをスリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐとして保持する（ＦＡ＿ｓｌｉｐ＝ＦＡ）。スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐは、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐが少なくともオンからオフに切り替わるまでの間、保持され続ける。また、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐは、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオンからオフに切り替わった後、再度オンになるまでの間、保持され続けてもよい。
【0073】
摩擦係数推定部１１７は、予めＲＯＭ１０２に記憶されている相関マップＭμ（図４参照）を参照し、スリップ時推力保持部１１６によって保持されたスリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐに基づいて、摩擦係数推定値μを演算する。相関マップＭμは、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐと摩擦係数推定値μとの関係を規定する規定データである。相関マップＭμは、例えば、ルックアップテーブル形式で記憶されていてもよいし、関数形式（近似式）で記憶されていてもよい。
【0074】
図４の相関マップＭμに示されているように、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐに対する摩擦係数推定値μは、非線形の特性を有している。相関マップＭμは、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐが０のときには摩擦係数推定値μが０となり、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐが０から大きくなるほど摩擦係数推定値μが大きくなる特性を規定している。この相関マップＭμの特性は、予め計算もしくは実験によって決定される。相関マップＭμの傾き（摩擦係数推定値の増加量／スリップ時推力の増加量）が大きいほど、あるスリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐにおける摩擦係数推定値μは大きくなる。
【0075】
図３に示す駆動力上限値演算部１１８は、予めＲＯＭ１０２に記憶されている相関マップＭＬ（図５参照）を参照し、摩擦係数推定部１１７によって演算された摩擦係数推定値μに基づいて、駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを演算する。相関マップＭＬは、摩擦係数推定値μと駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭとの関係を規定する規定データである。相関マップＭＬは、例えば、ルックアップテーブル形式で記憶されていてもよいし、関数形式（近似式）で記憶されていてもよい。
【0076】
図５に示すように、相関マップＭＬは、摩擦係数推定値μが０のときには駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭが最小値ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＩＮとなり、摩擦係数推定値μが０から所定値μｐまでは大きくなるほど駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭが大きくなり、摩擦係数推定値μが所定値μｐ以上では、駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭが最大値ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＡＸとなる特性を規定している。駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭの最大値ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＡＸは、走行電動機４３が出力可能な最大駆動力に相当する。駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭの最小値ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＩＮは、ホイールローダ１を前進させることが可能な最低限の駆動力に相当する。この相関マップＭＬの特性は、予め計算もしくは実験によって決定される。相関マップＭＬの傾き（駆動力上限値の増加量／摩擦係数推定値の増加量）が大きいほど、ある摩擦係数推定値μにおける駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭは大きくなる。
【0077】
なお、駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭは、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオンに設定されている場合のみ、相関マップＭＬの特性によって演算された結果を用いる。スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフに設定されている場合、駆動力上限値演算部１１８は、駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭに最大値ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＡＸに設定する。したがって、スリップ判定条件が成立した場合には、相関マップＭＬの特性によって設定された駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭによって走行駆動力ＦＭが制限される。一方、スリップ判定条件が成立していない場合には、駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭに最大値ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＡＸが設定されるため、走行駆動力は実質的に制限されない。
【0078】
図３に示す走行要求駆動力演算部１１９は、モータ速度センサ５８により検出されたモータ速度ＳＭ、及び、アクセル操作量センサ５６ａにより検出されたアクセル操作量に基づいて、走行要求駆動力を演算する。ＲＯＭ１０２には、走行要求駆動力の演算に用いられる走行要求駆動力テーブルが記憶されている。走行要求駆動力テーブルは、アクセル操作量の増減に応じて走行要求駆動力が増減するように、アクセル操作量に応じた駆動力カーブが複数記憶されている。走行要求駆動力テーブルは、アクセル操作量が大きくなるほど走行要求駆動力が大きくなり、走行電動機４３の回転速度（モータ速度）が速くなるほど走行要求駆動力が小さくなるように設定されている。
【0079】
走行要求駆動力演算部１１９は、アクセル操作量の大きさに対応する駆動力カーブを選択し、走行電動機４３の回転速度（モータ速度）ＳＭに基づいて走行要求駆動力ＦＭ＿ＲＥＱを算出する。例えば、走行要求駆動力演算部１１９は、アクセル操作装置５６がフル操作されたときには、実線の駆動力カーブを選択し、選択した駆動力カーブを参照し、走行電動機４３の回転速度に基づいて走行要求駆動力ＦＭ＿ＲＥＱを算出する。
【0080】
最小値選択部１２０は、駆動力上限値演算部１１８によって演算された駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭ、及び、走行要求駆動力演算部１１９によって演算された走行要求駆動力ＦＭ＿ＲＥＱのうちで最小のものを選択し、選択した値を走行目標駆動力ＦＭ＿ＴＧＴとして決定する。
【0081】
トルク指令生成部１２１は、最小値選択部１２０で選択された走行目標駆動力ＦＭ＿ＴＧＴに基づき、走行駆動トルク指令ＴＭ＿ＣＯＭを生成する。トルク指令生成部１２１により生成された走行駆動トルク指令ＴＭ＿ＣＯＭは、走行インバータ４２及び駆動力センサ６５に出力され、駆動力センサ６５により検出される走行駆動力が走行目標駆動力となるように走行電動機４３が制御される。
【0082】
－走行駆動力制御のフロー－
図６～図８を参照して、スリップを抑制するために、メインコントローラ１００により実行される制御の内容について説明する。図６は、メインコントローラ１００により実行される走行駆動力制御のメインフローの一例について示すフローチャートであり、図７は、図６の掘削判定フラグの設定処理の一例について示すフローチャートであり、図８は、図６のスリップ判定フラグの設定処理の一例について示すフローチャートである。
図６～図８を参照して、スリップを抑制するために、メインコントローラ１００により実行される制御の内容について説明する。図６は、メインコントローラ１００により実行される走行駆動力制御のメインフローの一例について示すフローチャートであり、図７は、図６の掘削判定フラグの設定処理の一例について示すフローチャートであり、図８は、図６のスリップ判定フラグの設定処理の一例について示すフローチャートである。
【0083】
図６のフローチャートに示す処理は、例えばイグニッションスイッチ（エンジンキースイッチ）がオンされることにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、所定の制御周期で繰り返し実行される。なお、初期設定において、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐ及び掘削判定フラグＦＬｄｉｇはオフに設定される。また、図６～図８のフローチャートに示す処理は、所定の制御周期で繰り返し取得される各センサでの検出結果（例えば、アームシリンダ圧ＰＡ、アーム操作量ＲＡ、バケット操作量ＲＢ）、各演算部の演算結果（例えば、アームシリンダ推力ＦＡ、推力変化率ΔＦＡ、速度変化率ΔＳＭ、駆動力変化率ΔＦＭ）、及び、前後進スイッチ５１からの操作位置を表す信号等に基づき実行される。
【0084】
図６に示すように、ステップＳ１００において、掘削作業判定部１１４は、掘削判定フラグＦＬｄｉｇの設定処理を実行する。図７に示すように、掘削判定フラグの設定処理が開始されると、ステップＳ１１０において、掘削作業判定部１１４は、現在設定されている掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオンであるか否かを判定する。現在設定されている掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオフであると判定された場合には、処理がステップＳ１２０へ進む。現在設定されている掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオンであると判定された場合には、処理がステップＳ１５０へ進む。
【0085】
ステップＳ１２０において、掘削作業判定部１１４は、モータ速度変化量演算部１１２によって演算されたモータ速度の時間変化率である速度変化率ΔＳＭが速度変化率閾値Ｓ１以下であるか否かを判定する。速度変化率ΔＳＭが速度変化率閾値Ｓ１以下であると判定された場合には、処理がステップＳ１３０へ進む。速度変化率ΔＳＭが速度変化率閾値Ｓ１よりも大きいと判定された場合には、図７に示す掘削判定フラグの設定処理が終了する。
【0086】
ステップＳ１３０において、掘削作業判定部１１４は、アームシリンダ圧センサ７５で検出されたアームシリンダ圧ＰＡがシリンダ圧閾値Ｐ１以上であるか否かを判定する。アームシリンダ圧ＰＡがシリンダ圧閾値Ｐ１以上であると判定された場合には、処理がステップＳ１４０へ進む。アームシリンダ圧ＰＡがシリンダ圧閾値Ｐ１未満であると判定された場合には、図７に示す掘削判定フラグの設定処理が終了する。
【0087】
ステップＳ１４０において、掘削作業判定部１１４は、掘削判定フラグをオンに設定し（ＦＬｄｉｇ＝１）、図７に示す掘削判定フラグの設定処理を終了する。
【0088】
ステップＳ１５０において、掘削作業判定部１１４は、前後進スイッチ５１からの操作位置信号に基づいて、前後進スイッチ５１が後進位置（Ｒ）に操作されているか否かを判定する。前後進スイッチ５１が後進位置（Ｒ）に操作されていると判定された場合には、処理がステップＳ１６０へ進む。前後進スイッチ５１が後進位置（Ｒ）に操作されていないと判定された場合には、図７に示す掘削判定フラグの設定処理が終了する。
【0089】
ステップＳ１６０において、掘削作業判定部１１４は、掘削判定フラグをオフに設定し（ＦＬｄｉｇ＝０）、図７に示す掘削判定フラグの設定処理を終了する。
【0090】
掘削判定フラグの設定処理が終了すると、処理が図６のステップＳ２００に進む。図６に示すように、ステップＳ２００において、スリップ判定部１１５は、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐの設定処理を実行する。図８に示すように、スリップ判定フラグの設定処理が開始されると、ステップＳ２１０において、スリップ判定部１１５は、上記ステップＳ１１０と同様、現在設定されている掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオンであるか否かを判定する。現在設定されている掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオンであると判定された場合には、処理がステップＳ２２０へ進む。現在設定されている掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオフであると判定された場合には、処理がステップＳ２７０へ進む。
【0091】
ステップＳ２２０において、スリップ判定部１１５は、駆動力変化量演算部１１３によって演算された走行駆動力ＦＭの時間変化率である駆動力変化率ΔＦＭが０よりも大きいか否かを判定する。駆動力変化率ΔＦＭが０よりも大きいと判定された場合には、処理がステップＳ２３０へ進む。駆動力変化率ΔＦＭが０以下であると判定された場合には、処理がステップＳ２７０へ進む。
【0092】
ステップＳ２３０において、スリップ判定部１１５は、推力変化量演算部１１１によって演算されたアームシリンダ推力ＦＡの時間変化率である推力変化率ΔＦＡが推力変化率閾値ＦＡ１以下であるか否かを判定する。推力変化率ΔＦＡが推力変化率閾値ＦＡ１以下であると判定された場合には、処理がステップＳ２４０へ進む。推力変化率ΔＦＡが推力変化率閾値ＦＡ１よりも大きいと判定された場合には、処理がステップＳ２７０へ進む。
【0093】
ステップＳ２４０において、スリップ判定部１１５は、アーム操作量センサ５２ａによって検出されたアーム操作量ＲＡがアーム操作量閾値ＲＡ１以下であるか否かを判定する。アーム操作量ＲＡがアーム操作量閾値ＲＡ１以下であると判定された場合には、処理がステップＳ２５０へ進む。アーム操作量ＲＡがアーム操作量閾値ＲＡ１よりも大きいと判定された場合には、処理がステップＳ２７０へ進む。
【0094】
ステップＳ２５０において、スリップ判定部１１５は、バケット操作量センサ５３ａによって検出されたバケット操作量ＲＢがバケット操作量閾値ＲＢ１以下であるか否かを判定する。バケット操作量ＲＢがバケット操作量閾値ＲＢ１以下であると判定された場合には、処理がステップＳ２６０へ進む。バケット操作量ＲＢがバケット操作量閾値ＲＢ１よりも大きいと判定された場合には、処理がステップＳ２７０へ進む。
【0095】
ステップＳ２６０において、スリップ判定部１１５は、スリップ判定フラグをオンに設定し（ＦＬｓｌｉｐ＝１）、図８に示すスリップ判定フラグの設定処理を終了する。ステップＳ２７０において、スリップ判定部１１５は、スリップ判定フラグをオフに設定し（ＦＬｓｌｉｐ＝０）、図８に示すスリップ判定フラグの設定処理を終了する。スリップ判定フラグの設定処理が終了すると、処理が図６のステップＳ３１０に進む。
【0096】
図６に示すように、ステップＳ３１０において、スリップ時推力保持部１１６及び駆動力上限値演算部１１８は、現在設定されているスリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオンであるか否かを判定する。現在設定されているスリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオンであると判定された場合には、処理がステップＳ３２０へ進む。現在設定されているスリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフである場合には、処理がステップＳ３５０へ進む。
【0097】
ステップＳ３２０において、スリップ時推力保持部１１６は、推力演算部１１０によって演算されたアームシリンダ推力ＦＡをスリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐとして保持する。つまり、スリップ時推力保持部１１６は、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフからオンに切り替わったときのアームシリンダ推力ＦＡをスリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐとして保持する。ステップＳ３２０の処理が終了すると、処理がステップＳ３３０に進む。
【0098】
ステップＳ３３０において、摩擦係数推定部１１７は、ステップＳ３２０で保持されたスリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐに基づいて、相関マップＭμ（図４参照）の特性によって摩擦係数推定値μを演算して、ステップＳ３４０へ進む。
【0099】
ステップＳ３４０において、駆動力上限値演算部１１８は、ステップＳ３３０で演算された摩擦係数推定値μに基づいて、相関マップＭＬ（図５参照）の特性によって駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを演算する。
【0100】
ステップＳ３５０において、駆動力上限値演算部１１８は、駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを最大値ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＡＸに設定する。ステップＳ３４０またはステップＳ３５０の処理が完了すると、本制御周期における図６に示すフローチャートの処理を終了し、次の制御周期において、ステップＳ１００の処理からステップＳ３４０またはステップ３５０までの処理を再び実行する。
【0101】
このように、スリップ判定フラグがオフからオンに切り替わることによりスリップが検知されると、スリップが検知されたときの推力ＦＡ＿ｓｌｉｐに基づいて駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭが設定される。このため、走行駆動力ＦＭがＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＩＮ以上ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＡＸ以下の範囲内で定められた駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを超えないように制限される。一方、スリップが検知されない場合には、駆動力上限値は常に最大値ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＡＸに設定されるため、走行駆動力が制限されることがない。つまり、走行駆動力ＦＭは、アクセル操作量センサ５６ａ及びモータ速度センサ５８の検出結果に応じて演算された走行要求駆動力ＦＭ＿ＲＥＱとなるように制御される。
【0102】
－動作－
以下、図９を参照して、本実施形態に係るホイールローダ１の掘削作業中の動作の一例と作用効果について説明する。図９は、本実施形態に係るホイールローダ１の各パラメータ（バケット操作量ＲＢ、アーム操作量ＲＡ、走行駆動力ＦＭ、アームシリンダ推力ＦＡ、車輪速ＶＷ、及びスリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐ）の時系列変化を示す図である。
以下、図９を参照して、本実施形態に係るホイールローダ１の掘削作業中の動作の一例と作用効果について説明する。図９は、本実施形態に係るホイールローダ１の各パラメータ（バケット操作量ＲＢ、アーム操作量ＲＡ、走行駆動力ＦＭ、アームシリンダ推力ＦＡ、車輪速ＶＷ、及びスリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐ）の時系列変化を示す図である。
【0103】
また、本実施形態の作用効果を明確にするため、車輪速センサ６１により検出される車輪速ＶＷに基づきスリップ判定フラグの設定処理を実行する比較例と比べながら説明する。なお、本実施形態に係るホイールローダ１と本実施形態の比較例に係るホイールローダとでは、オペレータの操作手順及び操作量は同じであるものとする。
【0104】
比較例に係るホイールローダのメインコントローラは、上記（条件２）に代えて、以下の（条件２’）を用いて、スリップが発生しているか否かを判定する。つまり、比較例に係るホイールローダのメインコントローラは、（条件１）、（条件２’）、（条件３）～（条件５）の全てが満たされた場合に、スリップ判定条件が成立していると判定し、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐをオフからオンに切り替える。
（条件２’）車輪速ＶＷが車輪速閾値ＶＷ０以上であること（ＶＷ≧ＶＷ０）
ここで、車輪速閾値ＶＷ０は、予めＲＯＭ１０２に記憶されている。車輪速閾値ＶＷ０は、実験等によりスリップが発生したときの車輪速に基づき定められる。なお、車輪速閾値ＶＷ０は、車体８の振動による車輪速の変化や車輪速センサ６１の検出誤差などに起因するスリップの誤検知を防止するために、実験等においてスリップが発生したときの車輪速に余裕値（＞０）を加算した値が採用される。
（条件２’）車輪速ＶＷが車輪速閾値ＶＷ０以上であること（ＶＷ≧ＶＷ０）
ここで、車輪速閾値ＶＷ０は、予めＲＯＭ１０２に記憶されている。車輪速閾値ＶＷ０は、実験等によりスリップが発生したときの車輪速に基づき定められる。なお、車輪速閾値ＶＷ０は、車体８の振動による車輪速の変化や車輪速センサ６１の検出誤差などに起因するスリップの誤検知を防止するために、実験等においてスリップが発生したときの車輪速に余裕値（＞０）を加算した値が採用される。
【0105】
図９において、本実施形態の各パラメータの時系列変化は実線で示し、比較例の各パラメータの時系列変化は破線で示す。図９（ａ）～（ｇ）の横軸は、時刻（経過時間）を示す。図９（ａ）の縦軸はバケット操作量センサ５３ａで検出されたバケット操作量ＲＢを示し、図９（ｂ）の縦軸はアーム操作量センサ５２ａで検出されたアーム操作量ＲＡを示している。図９（ｃ）の縦軸は比較例における駆動力センサ６５で検出された走行駆動力ＦＭ’を示し、図９（ｄ）の縦軸は本実施形態における駆動力センサ６５で検出された走行駆動力ＦＭを示している。図９（ｅ）の縦軸は推力演算部１１０で演算されたアームシリンダ推力ＦＡを示し、図９（ｆ）の縦軸は車輪速センサ６１で検出された車輪速ＶＷを示し、図９（ｇ）の縦軸はスリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐを示している。
【0106】
図９は、ホイールローダ１が作業対象物に突入し、掘削判定フラグＦＬｄｉｇがオフからオンに切り替えられた後の時系列変化を示している。図９において、時刻ｔ０は、地山等の作業対象物にバケット３が貫入している状態において、バケット３を作業対象物にさらに貫入させるためにオペレータがアクセルペダルをさらに踏み込み始めた時刻である。つまり、時刻ｔ０は、車体８を前進させる方向の走行駆動力ＦＭ，ＦＭ’が上昇し始める時刻である。アクセルペダルに対する踏み込み操作は、緩やかに行われる。時刻ｔ１は、アームシリンダ推力ＦＡに基づきスリップを検知する本実施形態において、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフからオンに切り替わった時刻である。時刻ｔ２は、車輪速ＶＷに基づきスリップを検知する比較例において、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフからオンに切り替わった時刻である。
【0107】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、作業対象物にバケット３が貫入している状態では、バケット操作量ＲＢ及びアーム操作量ＲＡは変化していない。つまり、作業装置６は、作業対象物への突入姿勢（図１に示す姿勢）を維持している。この姿勢では、作業対象物に対してバケット３が貫入しやすいように、バケット３の底面が地面と平行となっている。
【0108】
図９（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように、時刻ｔ０からのアクセル操作量（不図示）の増加に伴って、走行駆動力ＦＭ，ＦＭ’が徐々に増加する。また、図９（ｅ）に示すように、走行駆動力の増加に追随してアームシリンダ推力ＦＡが徐々に増加する。走行駆動力ＦＭが車輪７に生じる最大静止摩擦力を超えるとスリップが発生する。スリップが発生すると、車輪７に生じる摩擦力が最大静止摩擦力から動摩擦力に切り替わり、アームシリンダ推力ＦＡが急減し始める。
【0109】
図９（ｆ）及び図９（ｇ）に示すように、比較例に係るホイールローダでは、車輪速センサ６１により検出される車輪速ＶＷがスリップを誤検知しない程度の車輪速閾値ＶＷ０まで上昇した場合に、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフからオンに切り替えられる。図９（ｃ）に示すように、比較例に係るホイールローダでは、時刻ｔ２でスリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフからオンに切り替わり、その後、走行駆動力ＦＭ’が駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭ’を超えないように制限される。走行駆動力ＦＭ’が駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭ’まで制限されることにより、その後のスリップの発生が防止される。
【0110】
これに対して、本実施形態では、車輪速ＶＷではなく、アームシリンダ推力ＦＡが増加していないことをスリップ判定条件の一つとしている（条件２）。図９（ｅ）に示すように、アームシリンダ推力ＦＡは、スリップの発生により直ちに急減する。このため、本実施形態では、図９（ｇ）に示すように、比較例に比べて早いタイミングである時刻ｔ１において、スリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフからオンに切り替えられる。図９（ｄ）に示すように、本実施形態に係るホイールローダ１では、時刻ｔ１でスリップ判定フラグＦＬｓｌｉｐがオフからオンに切り替わり、その後、走行駆動力ＦＭが駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭまで制限されることにより、その後のスリップの発生が防止される。
【0111】
以上のように、比較例では、車輪速ＶＷがスリップを誤検知しない程度の車輪速閾値ＶＷ０以上となるまでスリップを検知することができない。それに対し本実施形態では、車輪速ＶＷを用いることなく、スリップ開始直後のアームシリンダ推力の挙動に基づいて、スリップを検知することができるため、よりスムーズに掘削作業をすることができる。また、本実施形態では、スリップしている時間が比較例よりも短いため、作業現場の走行面が車輪７により削られる時間を短くすることができる。その結果、その後の走行面の補修作業等の手間を比較例に比べて軽減することができる。さらに、本実施形態では、スリップしている時間が比較例よりも短いため、タイヤの摩耗量を比較例よりも低減することができる。なお、スリップの検知による駆動力の制限は、オペレータの操作によらず、自動で行われるため、オペレータの操作負担を軽減することができる。
【0112】
上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。
【0113】
（１）ホイールローダ（作業車両）１は、車輪７を有する車体８と、車体８に搭載された油圧ポンプ３０Ａと、油圧ポンプ３０Ａから吐出される作動油によって駆動されるアームシリンダ（油圧アクチュエータ）４を有する作業装置６と、アームシリンダ４の圧力を検出するアームシリンダ圧センサ（圧力センサ）７５と、車輪７を駆動する走行駆動装置４５と、走行駆動装置４５の駆動力を検出する駆動力センサ６５と、走行駆動装置４５の駆動力を制御するメインコントローラ（制御装置）１００と、を備える。メインコントローラ１００は、アームシリンダ圧センサ７５の検出結果に基づいて、作業装置６が作業対象物から受ける反力に応じたアームシリンダ４の推力を演算する。メインコントローラ１００は、走行駆動装置４５の駆動力（走行駆動力ＦＭ）が上昇中であるにもかかわらずアームシリンダ４の推力（アームシリンダ推力ＦＡ）が増加していないこと（すなわち、（条件２）及び（条件３））を含むスリップ判定条件が成立した場合には、駆動力を制限する。
【0114】
本実施形態によれば、車輪７がスリップした場合に駆動力を自動的に制限することによりスリップ状態を解消し、その後のスリップの発生を防止しつつ作業を継続できるため、オペレータの操作負担を軽減することができる。さらに、本実施形態によれば、車輪速に基づきスリップを検知する技術（例えば、上述した比較例）に比べて、より早期に車輪７のスリップを検知することによりスリップの継続時間を短縮し、掘削作業の作業効率を向上することができる。
【0115】
（２）スリップ判定条件には、作業装置６により作業対象物を掘削する作業が行われている掘削作業状態であること（すなわち、（条件１））が含まれる。メインコントローラ１００は、掘削作業状態であるときに（条件２）～（条件５）が成立した場合には走行駆動力ＦＭを制限する。一方、メインコントローラ１００は、掘削作業状態でないときには、（条件２）～（条件５）が成立した場合であっても走行駆動力ＦＭを制限しない。
【0116】
この構成によれば、掘削作業が行われているときに発生する車輪７のスリップを適切に検知することができ、掘削作業が行われていないときのスリップの誤検知を防止することができる。
【0117】
（３）ホイールローダ１は、走行駆動装置４５に設けられる走行電動機４３の回転速度（モータ速度）を検出するモータ速度センサ５８を備えている。メインコントローラ１００は、モータ速度センサ５８の検出結果に基づいて、前進する車体８が減速しているか否かを判定する。メインコントローラ１００は、（条件Ｉ）前進する車体８が減速していること、及び、（条件ＩＩ）アームシリンダ４の推力が所定値以上であること、を含む、掘削作業判定条件が成立した場合に、掘削作業状態であると判定する。本実施形態では、メインコントローラ１００は、走行電動機４３の速度変化率ΔＳＭが速度変化率閾値Ｓ１以下である場合に、（条件Ｉ）が成立したと判定し、アームシリンダ４の圧力ＰＡがシリンダ圧閾値Ｐ１以上である場合に、（条件ＩＩ）が成立したと判定する。なお、速度変化率閾値Ｓ１は０よりも小さい（Ｓ１＜０）。なお、上記（条件ＩＩ）の所定値は、シリンダ圧閾値Ｐ１にアームシリンダ４の受圧面積を乗じた値に相当する。
【0118】
この構成によれば、ホイールローダ１が作業対象物に突入すると、直ちに掘削作業状態と判定される。これにより、ホイールローダ１による掘削作業の開始時点において、適切に掘削作業状態と判定することができる。
【0119】
（４）メインコントローラ１００は、走行駆動力の時間変化率である駆動力変化率ΔＦＭを演算し、アームシリンダ４の推力の時間変化率である推力変化率ΔＦＡを演算する。また、スリップ判定条件には、作業装置６が操作されていないこと（すなわち、（条件４）及び（条件５））が含まれる。本実施形態に係るメインコントローラ１００は、掘削作業状態であること、駆動力変化率ΔＦＭが０よりも大きいこと、推力変化率ΔＦＡが推力変化率閾値ＦＡ１以下であること、作業装置６を構成するアーム２及びバケット３が操作されていないこと、の全てが満たされた場合に、車輪７がスリップしていると判定する。
【0120】
アームシリンダ４の推力は、作業装置６が操作されることにより変化する場合がある。本実施形態では、作業装置６が操作されていないことをスリップ判定条件に含めているため、アームシリンダ４の推力の急減（抜け）が、スリップに起因するものである場合に限定することができる。したがって、本実施形態によれば、作業装置６が操作された場合におけるスリップの誤検知を防止することができる。
【0121】
（５）メインコントローラ１００は、スリップ判定条件が成立したときのアームシリンダ４の推力（スリップ時推力）に基づいて、摩擦係数推定値μを演算し、演算された摩擦係数推定値μに基づいて駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを演算する。さらに、メインコントローラ１００は、走行駆動装置４５の駆動力ＦＭが駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを超えないように、駆動力を制御する。
【0122】
この構成によれば、アームシリンダ４の推力ＦＡに応じて非線形に変化する摩擦係数推定値μを演算してから駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを設定することにより、スリップしない範囲での駆動力の限界まで駆動力を増加させることができるので、掘削作業効率をさらに向上できる。
【0123】
次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。
【0124】
＜変形例１＞
上記実施形態では、メインコントローラ１００が、摩擦係数推定値μを演算し、演算された摩擦係数推定値μを用いて駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを演算する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、メインコントローラ１００は、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐと駆動力上限値との関係を規定する相関マップを用いて、駆動力上限値を演算してもよい。また、メインコントローラ１００は、スリップが検知されたときの駆動力センサ６５により検出された走行駆動力ＦＭの９５％程度を駆動力上限値（固定値）として設定してもよい。
上記実施形態では、メインコントローラ１００が、摩擦係数推定値μを演算し、演算された摩擦係数推定値μを用いて駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭを演算する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、メインコントローラ１００は、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐと駆動力上限値との関係を規定する相関マップを用いて、駆動力上限値を演算してもよい。また、メインコントローラ１００は、スリップが検知されたときの駆動力センサ６５により検出された走行駆動力ＦＭの９５％程度を駆動力上限値（固定値）として設定してもよい。
【0125】
＜変形例２＞
駆動力の制限方法は、駆動力上限値を超えないように走行駆動力を制御する例に限定されることもない。例えば、メインコントローラ１００は、スリップを検知した場合、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐに応じた補正係数ｃを演算し、走行要求駆動力ＦＭ＿ＲＥＱに補正係数ｃを乗じることにより走行目標駆動力ＦＭ＿ＴＧＴを演算してもよい。なお、補正係数ｃは、０よりも大きく１よりも小さい値である（０＜ｃ＜１）。また、補正係数ｃは、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐが大きいほど、大きい値となる。
駆動力の制限方法は、駆動力上限値を超えないように走行駆動力を制御する例に限定されることもない。例えば、メインコントローラ１００は、スリップを検知した場合、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐに応じた補正係数ｃを演算し、走行要求駆動力ＦＭ＿ＲＥＱに補正係数ｃを乗じることにより走行目標駆動力ＦＭ＿ＴＧＴを演算してもよい。なお、補正係数ｃは、０よりも大きく１よりも小さい値である（０＜ｃ＜１）。また、補正係数ｃは、スリップ時推力ＦＡ＿ｓｌｉｐが大きいほど、大きい値となる。
【0126】
＜変形例３＞
非掘削作業状態から掘削作業状態へ移行したか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。つまり、掘削作業条件は、上記実施形態で説明した例に限定されない。例えば、掘削作業判定部１１４は、アクセル操作装置５６のアクセル操作量が所定値以上であり、かつ、速度変化率ΔＳＭが速度変化率閾値Ｓ１以下である場合に、掘削作業条件が成立したと判定してもよい。本変形例によれば、アクセルペダルが踏み込まれている状態でホイールローダ１が作業対象物に突入した際に、掘削作業状態と判定される。なお、（条件Ｉ）が満たされているか否かを速度変化率ΔＳＭに基づき判定する例について説明したが、車輪速センサ６１により検出される車輪（駆動輪）の速度の時間変化率に基づき、（条件Ｉ）が満たされているか否かを判定してもよい。
非掘削作業状態から掘削作業状態へ移行したか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。つまり、掘削作業条件は、上記実施形態で説明した例に限定されない。例えば、掘削作業判定部１１４は、アクセル操作装置５６のアクセル操作量が所定値以上であり、かつ、速度変化率ΔＳＭが速度変化率閾値Ｓ１以下である場合に、掘削作業条件が成立したと判定してもよい。本変形例によれば、アクセルペダルが踏み込まれている状態でホイールローダ１が作業対象物に突入した際に、掘削作業状態と判定される。なお、（条件Ｉ）が満たされているか否かを速度変化率ΔＳＭに基づき判定する例について説明したが、車輪速センサ６１により検出される車輪（駆動輪）の速度の時間変化率に基づき、（条件Ｉ）が満たされているか否かを判定してもよい。
【0127】
＜変形例４＞
また、掘削作業状態から非掘削作業状態へ移行したか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。つまり、掘削作業終了条件は、上記実施形態で説明した例に限定されない。例えば、作業装置６の姿勢が、バケット３の底面が地面に対して平行となっている突入姿勢からバケット３のクラウド動作によりバケット３の底面の延長線と地面とのなす角度が所定値以上となっている運搬姿勢となった場合に、掘削作業終了条件が成立したと判定してもよい。なお、作業装置６の姿勢は、アーム相対角センサ６２及びバケット相対角センサ６３により検出することができる。
また、掘削作業状態から非掘削作業状態へ移行したか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。つまり、掘削作業終了条件は、上記実施形態で説明した例に限定されない。例えば、作業装置６の姿勢が、バケット３の底面が地面に対して平行となっている突入姿勢からバケット３のクラウド動作によりバケット３の底面の延長線と地面とのなす角度が所定値以上となっている運搬姿勢となった場合に、掘削作業終了条件が成立したと判定してもよい。なお、作業装置６の姿勢は、アーム相対角センサ６２及びバケット相対角センサ６３により検出することができる。
【0128】
＜変形例５＞
上記実施形態において、メインコントローラ１００は、外乱及びノイズの影響を避けるため、各種判定及び計算に用いる値に対して移動平均処理またはローパスフィルタ処理を施してもよい。移動平均処理またはローパスフィルタ処理することで、摩擦係数推定値μや駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭの急激な変動を抑制することができる。その結果、掘削作業における駆動力制限時の安定性及び操作性の向上を図ることができる。
上記実施形態において、メインコントローラ１００は、外乱及びノイズの影響を避けるため、各種判定及び計算に用いる値に対して移動平均処理またはローパスフィルタ処理を施してもよい。移動平均処理またはローパスフィルタ処理することで、摩擦係数推定値μや駆動力上限値ＦＭ＿ＬＩＭの急激な変動を抑制することができる。その結果、掘削作業における駆動力制限時の安定性及び操作性の向上を図ることができる。
【0129】
＜変形例６＞
上記実施形態では、走行装置１１に動力を供給する単一の走行電動機４３が、ホイールローダ１に搭載される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。複数の走行電動機４３を備えたホイールローダ１に本発明を適用してもよい。本発明は、例えば、左側の前輪７Ａを駆動する走行電動機４３と、右側の前輪７Ａを駆動する走行電動機４３とを備えたホイールローダ１に適用することができる。また、本発明は、例えば、左右一対の前輪７Ａ及び左右一対の後輪７Ｂのそれぞれを駆動する４つの走行電動機４３を備えたホイールローダ１に適用することもできる。なお、走行電動機４３は、変速機を介して車輪７と接続されていてもよいし、車輪７に一体化する構成としてもよい。
上記実施形態では、走行装置１１に動力を供給する単一の走行電動機４３が、ホイールローダ１に搭載される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。複数の走行電動機４３を備えたホイールローダ１に本発明を適用してもよい。本発明は、例えば、左側の前輪７Ａを駆動する走行電動機４３と、右側の前輪７Ａを駆動する走行電動機４３とを備えたホイールローダ１に適用することができる。また、本発明は、例えば、左右一対の前輪７Ａ及び左右一対の後輪７Ｂのそれぞれを駆動する４つの走行電動機４３を備えたホイールローダ１に適用することもできる。なお、走行電動機４３は、変速機を介して車輪７と接続されていてもよいし、車輪７に一体化する構成としてもよい。
【0130】
＜変形例７＞
上記実施形態では、作業車両が電動駆動式のホイールローダ１である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば、トルクコンバータ駆動式のホイールローダ、エンジン２０の動力を油圧に変換して車輪７に伝達するＨＳＴ（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）駆動式のホイールローダに適用してもよい。また、左右の車輪７の速度差を制限する差動制限装置を備えたホイールローダに本発明を適用してもよい。
上記実施形態では、作業車両が電動駆動式のホイールローダ１である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば、トルクコンバータ駆動式のホイールローダ、エンジン２０の動力を油圧に変換して車輪７に伝達するＨＳＴ（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）駆動式のホイールローダに適用してもよい。また、左右の車輪７の速度差を制限する差動制限装置を備えたホイールローダに本発明を適用してもよい。
【0131】
＜変形例８＞
上記実施形態で説明したメインコントローラ１００の機能は、それらの一部または全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現してもよい。
上記実施形態で説明したメインコントローラ１００の機能は、それらの一部または全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現してもよい。
【0132】
＜変形例９＞
上記実施形態では、作業車両が、ホイールローダ１である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ブルドーザー等の作業装置を備えた種々の作業車両に本発明を適用することができる。
上記実施形態では、作業車両が、ホイールローダ１である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ブルドーザー等の作業装置を備えた種々の作業車両に本発明を適用することができる。
【0133】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上述した実施形態及び変形例は本発明を理解し易く説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。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、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【0134】
１…ホイールローダ（作業車両）、２…アーム、３…バケット、４…アームシリンダ（油圧シリンダ、油圧アクチュエータ）、５…バケットシリンダ（油圧シリンダ、油圧アクチュエータ）、６…作業装置、７…車輪、８…車体、８Ａ…前部車体、８Ｂ…後部車体、１０…センタージョイント、１１…走行装置、２０…エンジン、２５…エンジンコントローラ、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…油圧ポンプ、３１…フロント制御部、３２…ブレーキ制御部、３３…ステアリング制御部、４０…発電電動機、４１…発電インバータ、４２…走行インバータ、４３…走行電動機、４５…走行駆動装置、５０…操作装置、５１…前後進スイッチ、５２…アーム操作装置、５２ａ…アーム操作量センサ、５３…バケット操作装置、５３ａ…バケット操作量センサ、５６…アクセル操作装置、５６ａ…アクセル操作量センサ、５８…モータ速度センサ、６１…車輪速センサ、６２…アーム相対角センサ、６３…バケット相対角センサ、６５…駆動力センサ、７５…アームシリンダ圧センサ（圧力センサ）、１００…メインコントローラ（制御装置）、１１０…推力演算部、１１１…推力変化量演算部、１１２…モータ速度変化量演算部、１１３…駆動力変化量演算部、１１４…掘削作業判定部、１１５…スリップ判定部、１１６…スリップ時推力保持部、１１７…摩擦係数推定部、１１８…駆動力上限値演算部、１１９…走行要求駆動力演算部、１２０…最小値選択部、１２１…トルク指令生成部、ＦＡ…アームシリンダ推力、ＦＡ＿ｓｌｉｐ…スリップ時推力、ＦＡ１…推力変化率閾値、ＦＬｄｉｇ…掘削判定フラグ、ＦＭ…走行駆動力（駆動力）、ＦＭ＿ＬＩＭ…駆動力上限値、ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＡＸ…駆動力上限値の最大値、ＦＭ＿ＬＩＭ＿ＭＩＮ…駆動力上限値の最小値、ＦＭ＿ＲＥＱ…走行要求駆動力、ＦＭ＿ＴＧＴ…走行目標駆動力、ＭＬ，Ｍμ…相関マップ、Ｐ１…シリンダ圧閾値、ＰＡ…アームシリンダ圧、ＲＡ…アーム操作量、ＲＡ１…アーム操作量閾値、ＲＢ…バケット操作量、ＲＢ１…バケット操作量閾値、Ｓ１…速度変化率閾値、ＳＭ…モータ速度、ＴＭ＿ＣＯＭ…走行駆動トルク指令、ＶＷ…車輪速、ＶＷ０…車輪速閾値、ΔＦＡ…推力変化率（油圧アクチュエータの推力の時間変化率）、ΔＦＭ…駆動力変化率（駆動力の時間変化率）、ΔＳＭ…速度変化率（走行電動機の回転速度の時間変化率）、μ…摩擦係数推定値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】