特開 2024-59231 作業機械、及び、作業機械を制御するための方法

(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】P2024059231

(43)【公開日】2024-05-01

(54)【発明の名称】作業機械、及び、作業機械を制御するための方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240423BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Z

F02D29/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022166784

(22)【出願日】2022-10-18

(71)【出願人】

【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】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】中谷 光仁

【テーマコード（参考）】

2D003

3G093

【Ｆターム（参考）】

2D003AB06

2D003BA05

3G093AA08

3G093AA15

3G093BA19

3G093DB22

3G093EA01

(57)【要約】

【課題】作業機械において、作業機械への負荷に応じた適切な出力でエンジンを制御することで、燃費を向上させる。
【解決手段】作業機械は、車体と、エンジンと、走行装置と、作業機と、センサと、コントローラとを備える。センサは、走行装置と作業機の動作状態を示す状態データを検出する。コントローラは、状態データを取得する。コントローラは、走行装置と作業機の動作状態に基づいて、作業機械による作業局面を判定する。コントローラは、作業局面が、掘削以外の所定の作業であると判定した場合には、第１制御モードにてエンジンの出力を制御する。コントローラは、作業局面が、掘削であると判定した場合には、第２制御モードにてエンジンの出力を制御する。コントローラは、第２制御モードでは、第１制御モードよりもエンジンの出力の上限を低減させる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械であって、
車体と、
前記車体に搭載されるエンジンと、
前記車体に搭載され、前記エンジンからの駆動力によって駆動されることで前記車体を走行させる走行装置と、
前記車体に対して動作可能に支持され、前記エンジンからの駆動力によって動作する作業機と、
前記走行装置と前記作業機の動作状態を示す状態データを検出するセンサと、
前記エンジンと前記走行装置と前記作業機とを制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記状態データを取得し、
前記走行装置と前記作業機の動作状態に基づいて、前記作業機械による作業局面を判定し、
前記作業局面が、掘削以外の所定の作業であると判定した場合には、第１制御モードにて前記エンジンの出力を制御し、
前記作業局面が、前記掘削であると判定した場合には、第２制御モードにて前記エンジンの出力を制御し、
前記第２制御モードでは、前記第１制御モードよりも前記エンジンの出力の上限を低減させる、
作業機械。

【請求項2】

前記コントローラは、前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替える場合には、所定の低減率で徐々に、前記エンジンの出力の上限を低減させる、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記コントローラは、前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替える場合には、所定の増加率で徐々に、前記エンジンの出力の上限を増加させる、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項4】

前記コントローラは、
前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替える場合には、所定の低減率で徐々に、前記エンジンの出力の上限を低減させ、
前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替える場合には、所定の増加率で徐々に、前記エンジンの出力の上限を増加させ、
前記所定の低減率の絶対値は、前記所定の増加率の絶対値よりも小さい、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項5】

車体と、前記車体に搭載されるエンジンと、前記車体に搭載され、前記エンジンからの駆動力によって駆動されることで前記車体を走行させる走行装置と、前記車体に対して動作可能に支持され、前記エンジンからの駆動力によって動作する作業機と、を備える作業機械を制御するための方法であって、
前記走行装置と前記作業機の動作状態を示す状態データを取得することと、
前記走行装置と前記作業機の動作状態に基づいて、前記作業機械による作業局面を判定することと、
前記作業局面が、掘削以外の所定の作業であると判定した場合には、第１制御モードにて前記エンジンの出力を制御することと、
前記作業局面が、前記掘削であると判定した場合には、第２制御モードにて前記エンジンの出力を制御することと、
前記第２制御モードでは、前記第１制御モードよりも前記エンジンの出力の上限を低減させること、
を備える方法。

【請求項6】

前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替える場合には、所定の低減率で徐々に、前記エンジンの出力の上限を低減させることを備える、
請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替える場合には、所定の増加率で徐々に、前記エンジンの出力の上限を増加させることを備える、
請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替える場合には、所定の低減率で徐々に、前記エンジンの出力の上限を低減させることと、
前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り替える場合には、所定の増加率で徐々に、前記エンジンの出力の上限を増加させることと、
を備え、
前記所定の低減率の絶対値は、前記所定の増加率の絶対値よりも小さい、
請求項５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械、及び、作業機械を制御するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

建設機械などの作業機械には、現在行っている作業局面を検出して自動的にエンジンの出力を制御するものがある。例えば、特許文献１の作業機械では、コントローラが、作業機械が掘削又は登坂走行を行っているかを判定する。作業機械が掘削又は登坂走行を行っているときには、高出力でエンジンが運転され、それ以外の作業を行っているときには、低出力でエンジンが運転される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開公報ＷＯ２００５／０２４２０８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した作業機械では、掘削、或いは登坂走行などの作業機械への負荷が大きい作業局面において、エンジン出力が大きくされる。一方、作業機械への負荷が小さい作業局面では、エンジン出力が制限される。

【0005】

近年、作業機械の低燃費化を図るために、エンジンを高出力化した作業機械が現れている。高出力化されたエンジンは、従来のエンジンと同等の出力を、低いエンジン回転速度で発生させる。それにより、作業機械の燃費を向上させることができる。しかし、エンジンを高出力化した作業機械では、作業機械への負荷に対して過剰に高い出力でエンジンが運転されることで、むしろ燃費が悪化してしまう可能性がある。本開示の目的は、作業機械において、作業機械への負荷に応じた適切な出力でエンジンを制御することで、燃費を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る作業機械は、車体と、エンジンと、走行装置と、作業機と、センサと、コントローラとを備える。エンジンは、車体に搭載される。走行装置は、車体に搭載される。走行装置は、エンジンからの駆動力によって駆動されることで車体を走行させる。作業機は、車体に対して動作可能に支持される。作業機は、エンジンからの駆動力によって動作する。センサは、走行装置と作業機の動作状態を示す状態データを検出する。コントローラは、エンジンと走行装置と作業機とを制御する。

【0007】

コントローラは、状態データを取得する。コントローラは、走行装置と作業機の動作状態に基づいて、作業機械による作業局面を判定する。コントローラは、作業局面が、掘削以外の所定の作業であると判定した場合には、第１制御モードにてエンジンの出力を制御する。コントローラは、作業局面が、掘削であると判定した場合には、第２制御モードにてエンジンの出力を制御する。コントローラは、第２制御モードでは、第１制御モードよりもエンジンの出力の上限を低減させる。

【0008】

本開示の他の態様に係る方法は、作業機械を制御するための方法である。作業機械は、車体と、エンジンと、走行装置と、作業機とを備える。エンジンは、車体に搭載される。走行装置は、車体に搭載される。走行装置は、エンジンからの駆動力によって駆動されることで車体を走行させる。作業機は、車体に対して動作可能に支持される。作業機は、エンジンからの駆動力によって動作する。当該方法は、走行装置と作業機の動作状態を示す状態データを取得することと、走行装置と作業機の動作状態に基づいて、作業機械による作業局面を判定することと、作業局面が、掘削以外の所定の作業であると判定した場合には、第１制御モードにてエンジンの出力を制御することと、作業局面が、掘削であると判定した場合には、第２制御モードにてエンジンの出力を制御することと、第２制御モードでは、第１制御モードよりもエンジンの出力の上限を低減させること、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、作業局面が掘削であると判定された場合には、第２制御モードにてエンジンの出力が制御される。第２制御モードでは、第１制御モードよりもエンジンの出力の上限が低減される。それにより、掘削作業時に、作業機械への負荷に応じた適切な出力でエンジンが制御されることで、燃費が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る作業機械の側面図である。

【図2】作業機械の構成を示すブロック図である。

【図3】エンジンの目標出力トルクを決定するための処理を示すブロック図である。

【図4】作業機の要求トルクとトランスミッションの要求トルクとへのトルク分配を示す図である。

【図5】エンジンの出力制限制御の処理を示すフローチャートである。

【図6】エンジンの目標出力トルクの第１トルク上限と第２トルク上限とを示す図である。

【図7】作業局面に応じて変更されるエンジンの出力の上限を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１の側面図である。本実施形態において、作業機械１は、ホイールローダである。図１に示すように、作業機械１は、車体２と作業機３とを備えている。

【0012】

車体２は、前車体２ａと後車体２ｂとを含む。後車体２ｂは、前車体２ａに対して左右に旋回可能に接続されている。前車体２ａと後車体２ｂとには、油圧シリンダ１５が連結されている。油圧シリンダ１５が伸縮することで、前車体２ａが、後車体２ｂに対して、左右に旋回する。

【0013】

作業機３は、掘削、運搬、或いは排土等の作業に用いられる。作業機３は、前車体２ａに対して動作可能に、取り付けられている。作業機３は、ブーム１１と、バケット１２と、油圧シリンダ１３，１４とを含む。油圧シリンダ１３，１４が伸縮することによって、ブーム１１及びバケット１２が動作する。

【0014】

図２は、作業機械１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、作業機械１は、エンジン２１と、第１駆動系２２と、第２駆動系２３とを含む。エンジン２１は、例えばディーゼルエンジンである。エンジン２１には、燃料噴射装置３０が設けられている。燃料噴射装置３０は、エンジン２１のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することで、エンジン２１の出力を制御する。

【0015】

第１駆動系２２は、トランスミッション２４と走行装置２５とを含む。トランスミッション２４は、エンジン２１に接続される。トランスミッション２４は、エンジン２１からの駆動力を走行装置２５に伝達する。例えば、トランスミッション２４は、ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）である。ＨＭＴは、遊星歯車機構と油圧ポンプ／モータとを含む。ＨＭＴは、油圧ポンプ／モータの容量を制御することで、変速比を無段階に変更可能である。

【0016】

ただし、トランスミッション２４は、ＥＭＴ（Electric Mechanical Transmission）、或いはＨＳＴ（Hydro-Static Transmission）などの他の種類のトランスミッションであってもよい。或いは、トランスミッション２４は、トルクコンバータ及び複数の変速ギアを含むトランスミッションであってもよい。

【0017】

走行装置２５は、車体２に搭載され、エンジン２１からの駆動力によって駆動されることで車体２を走行させる。走行装置２５は、アクスル２６，２７と、前輪２８と、後輪２９とを含む。アクスル２６，２７は、トランスミッション２４に接続される。前輪２８は、前車体２ａに設けられる。後輪２９は、後車体２ｂに設けられる。アクスル２６は、トランスミッション２４からの駆動力を前輪２８に伝達する。アクスル２７は、トランスミッション２４からの駆動力を後輪２９に伝達する。

【0018】

第２駆動系２３は、ＰＴＯ（Power Take Off）３１と、油圧ポンプ３２と、制御弁３３とを含む。ＰＴＯ３１は、トランスミッション２４と油圧ポンプ３２とに、エンジン２１の駆動力を分配する。なお、図２では、１つの油圧ポンプ３２のみが図示されている。しかし、２つ以上の油圧ポンプが、ＰＴＯ３１を介してエンジン２１に接続されてもよい。

【0019】

油圧ポンプ３２は、ＰＴＯ３１を介してエンジン２１に接続される。油圧ポンプ３２は、エンジン２１によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ３２から吐出された作動油は、上述した油圧シリンダ１３－１５に供給される。なお、図２においては、油圧シリンダ１３のみが図示されており、他の油圧シリンダ１４，１５は省略されている。

【0020】

制御弁３３は、油圧ポンプ３２から油圧シリンダ１３－１５に供給される作動油の流量を制御する。制御弁３３は、例えば、電磁比例制御弁であり、入力される電気信号に応じて、制御される。或いは、制御弁３３は、圧力比例制御弁であり、入力されるパイロット圧に応じて制御されてもよい。

【0021】

作業機械１は、エンジンセンサ３４と車速センサ３５とを含む。エンジンセンサ３４は、エンジン回転速度を検出する。車速センサ３５は、走行装置２５の出力回転速度を検出する。走行装置２５の出力回転速度は、作業機械１の車速に相当する。走行装置２５の出力回転速度は、例えば、トランスミッション２４の出力軸の回転速度である。ただし、出力回転速度は、トランスミッション２４内、或いはトランスミッション２４の下流に位置する他の回転要素の回転速度であってもよい。

【0022】

作業機械１は、ポンプ圧センサ３６とシリンダ圧センサ３７とを含む。ポンプ圧センサ３６は、油圧ポンプ３２の吐出圧を検出する。シリンダ圧センサ３７は、油圧シリンダ１３のブームボトム圧を検出する。ブームボトム圧は、油圧シリンダ１３を伸長させるときに油圧シリンダ１３に供給される油圧である。

【0023】

作業機械１は、作業機姿勢センサ３８と車体姿勢センサ３９とを含む。作業機姿勢センサ３８は、作業機３の姿勢を検出する。作業機３の姿勢は、例えばブーム角度を含む。ブーム角度は、水平方向に対するブーム１１の角度である。作業機姿勢センサ３８は、例えば、ブーム１１に取り付けられた角度センサである。或いは、作業機姿勢センサ３８は、油圧シリンダ１３のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。その場合、ストロークセンサによって検出された油圧シリンダ１３のストローク量から、ブーム角度が算出されてもよい。

【0024】

車体姿勢センサ３９は、車体２の姿勢を検出する。車体２の姿勢は、例えば、車体２のピッチ角及びロール角を含む。車体姿勢センサ３９は、例えばＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）である。或いは、車体姿勢センサ３９は、ＩＭＵ以外のセンサであってもよい。

【0025】

作業機械１は、コントローラ４１を含む。コントローラ４１は、ＣＰＵ（central processing unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ及びＲＯＭなどの記憶装置とを含む。コントローラ４１は、ハードディスク、或いはＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含んでもよい。コントローラ４１は、作業機械１を制御するためのプログラム及びデータを記憶している。コントローラ４１は、記憶されているプログラム及びデータに従って、作業機械１を制御するための処理を実行する。

【0026】

コントローラ４１は、エンジンセンサ３４から、エンジン回転速度を示す信号を受信する。コントローラ４１は、車速センサ３５から、出力回転速度を示す信号を受信する。コントローラ４１は、ポンプ圧センサ３６から、油圧ポンプ３２の吐出圧を示す信号を受信する。コントローラ４１は、シリンダ圧センサ３７から、ブームボトム圧を示す信号を受信する。コントローラ４１は、作業機姿勢センサ３８から、作業機３の姿勢を示す信号を受信する。コントローラ４１は、車体姿勢センサ３９から車体２の姿勢を示す信号を受信する。

【0027】

コントローラ４１は、エンジン２１に指令信号を送信することで、エンジン２１の出力を制御する。コントローラ４１は、トランスミッション２４に指令信号を送信することで、トランスミッション２４の前進ギアと後進ギアとを切り替える。コントローラ４１は、トランスミッション２４に指令信号を送信することで、トランスミッション２４の変速比を制御する。コントローラ４１は、油圧ポンプ３２及び制御弁３３に指令信号を送信することで、作業機３を制御する。

【0028】

作業機械１は、ＦＲ操作部材４２と、アクセル操作部材４３と、作業機操作部材４４と、入力装置４５とを含む。ＦＲ操作部材４２は、作業機械１の前進と後進とを切り替えるために、オペレータによって操作可能である。ＦＲ操作部材４２は、中立位置から前進位置と後進位置とに操作可能である。ＦＲ操作部材４２は、例えばレバーである。ただし、ＦＲ操作部材４２は、スイッチ、或いはペダルなどの他の部材であってもよい。

【0029】

アクセル操作部材４３は、作業機械１の車速を制御するためにオペレータによって操作可能である。アクセル操作部材４３は、例えばペダルである。ただし、アクセル操作部材４３は、レバー、或いはスイッチなどの他の部材であってもよい。作業機操作部材４４は、作業機３を制御するためにオペレータによって操作可能である。作業機操作部材４４は、例えばレバーである。ただし、作業機操作部材４４は、スイッチ、或いはペダルなどの他の部材であってもよい。

【0030】

入力装置４５は、作業機械１の制御の設定を行うために、オペレータによって操作可能である。例えば、入力装置４５は、オペレータの操作に応じて、作業機械１の設定を行う。入力装置４５は、例えばタッチパネルを含む。ただし、入力装置４５は、機械式のスイッチ等の他の部材を含んでもよい。

【0031】

コントローラ４１は、ＦＲ操作部材４２から、ＦＲ操作部材４２の操作位置を示す信号を受信する。コントローラ４１は、ＦＲ操作部材４２からの信号に応じて、トランスミッション２４の前進ギアと後進ギアとを切り替える。コントローラ４１は、アクセル操作部材４３から、アクセル操作量を示す信号を受信する。アクセル操作量は、アクセル操作部材４３の操作量である。コントローラ４１は、作業機操作部材４４から、作業機操作量を示す信号を受信する。作業機操作量は、作業機操作部材４４の操作量である。コントローラ４１は、入力装置４５から、作業機械１の設定を示す信号を受信する。

【0032】

次に、コントローラ４１によって実行されるエンジン２１を制御するための処理について説明する。図３は、エンジン２１を制御するための処理を示すブロック図である。図３に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ４１は、トランスミッション２４の要求トルク（以下、Ｔ／Ｍ要求トルクと呼ぶ）を決定する。Ｔ／Ｍ要求トルクは、走行装置２５によって作業機械１を走行させるために要求されるエンジン２１の出力トルクである。Ｔ／Ｍ要求トルクは、アクセル操作量に応じて増減する。コントローラ４１は、主としてアクセル操作量と出力回転速度とから、Ｔ／Ｍ要求トルクを決定する。

【0033】

例えば、コントローラ４１は、第１要求トルクデータＤ１を記憶している。第１要求トルクデータＤ１は、出力回転速度（Ｖ）及びアクセル操作量（Ａ１）に対する作業機械１の目標牽引力（Ｆｔ）の関係を規定している。コントローラ４１は、第１要求トルクデータＤ１を参照して、出力回転速度（Ｖ）及びアクセル操作量（Ａ１）から、目標牽引力（Ｆｔ）を決定する。コントローラ４１は、目標牽引力（Ｆｔ）をＴ／Ｍ要求トルクに換算する。

【0034】

ステップＳ１０２では、コントローラ４１は、作業機３の要求トルク（以下、Ｗ／Ｉ要求トルクと呼ぶ）を決定する。Ｗ／Ｉ要求トルクは、作業機３を動作させるために要求されるエンジン２１の出力トルクである。Ｗ／Ｉ要求トルクは、作業機操作量に応じて増減する。コントローラ４１は、作業機操作量と油圧ポンプ３２の吐出圧とから、Ｗ／Ｉ要求トルクを決定する。例えば、コントローラ４１は、第２要求トルクデータＤ２を記憶している。第２要求トルクデータＤ２は、作業機操作量（Ａ２）と作動油の要求流量（Ｑｍ）との関係を規定している。コントローラ４１は、作業機操作量（Ａ２）から、作動油の要求流量（Ｑｍ）を決定する。コントローラ４１は、要求流量（Ｑｍ）と、油圧ポンプ３２の吐出圧とから、Ｗ／Ｉ要求トルクを算出する。

【0035】

ステップＳ１０３では、コントローラ４１は、エンジン２１の目標出力トルクを決定する。コントローラ４１は、Ｔ／Ｍ要求トルクとＷ／Ｉ要求トルクとから、エンジン２１の目標出力トルクを決定する。例えば、コントローラ４１は、Ｗ／Ｉ要求トルクとＴ／Ｍ要求トルクとの和から、エンジン２１の目標出力トルクを決定する。

【0036】

詳細には、図４に示すように、コントローラ４１は、目標出力トルクの上限ＴＬを記憶している。目標出力トルクの上限ＴＬは、エンジン回転速度に応じて設定される。コントローラ４１は、Ｗ／Ｉ要求トルクとＴ／Ｍ要求トルクとの和が目標出力トルクの上限ＴＬ以下である場合には、Ｗ／Ｉ要求トルクとＴ／Ｍ要求トルクとの和を、目標出力トルクとして決定する。コントローラ４１は、Ｗ／Ｉ要求トルクとＴ／Ｍ要求トルクとの和が目標出力トルクの上限ＴＬより大きい場合には、目標出力トルクの上限ＴＬを、目標出力トルクとして決定する。

【0037】

コントローラ４１は、上記のように決定された目標出力トルクに応じて、燃料噴射装置３０へのスロットル指令を決定する。それにより、目標出力トルクが達成されるように、エンジン２１の出力が制御される。

【0038】

なお、コントローラ４１は、Ｗ／Ｉ要求トルクとＴ／Ｍ要求トルクとの和が目標出力トルクの上限ＴＬより大きい場合には、所定の優先度に応じてＴ／Ｍ要求トルクとＷ／Ｉ要求トルクとにトルクを分配することで、Ｔ／Ｍ要求トルクとＷ／Ｉ要求トルクとを補正する。

【0039】

例えば、図４に示すように、コントローラ４１は、Ｔ／Ｍ保証トルクを記憶している。「Ｔ／Ｍ保証トルク」、「Ｗ／Ｉ要求トルク」、及びＴ／Ｍ要求トルクからＴ／Ｍ保証トルクを除いた「残りのトルク」の順に優先度が設定される。Ｔ／Ｍ保証トルクの優先度が最も高く、残りのトルクの優先度が最も低い。

【0040】

コントローラ４１は、Ｔ／Ｍ保証トルクと、Ｗ／Ｉ要求トルクと、残りのトルクとの合計が、目標出力トルクの上限ＴＬとなるように、残りのトルクを算出する。コントローラ４１は、Ｔ／Ｍ保証トルクと残りのトルクとの合計を、補正されたＴ／Ｍ要求トルクとして決定する。Ｔ／Ｍ保証トルクとＷ／Ｉ要求トルクとの合計が目標出力トルクの上限ＴＬより大きい場合には、コントローラ４１は、Ｔ／Ｍ保証トルクとＷ／Ｉ要求トルクとの合計が目標出力トルクの上限ＴＬとなるように、Ｗ／Ｉ要求トルクを補正する。コントローラ４１は、補正されたＷ／Ｉ要求トルクに基づいて、油圧ポンプ３２の容量を制御する。

【0041】

本実施形態に係る作業機械１では、コントローラ４１は、作業機械１による作業局面に応じてエンジン２１の出力を制限する出力制限制御を実行する。以下、出力制限制御について説明する。図５は、出力制限制御の処理を示すフローチャートである。

【0042】

図５に示すように、ステップＳ２０１において、コントローラ４１は、第１制御モードにてエンジン２１の出力を制御する。コントローラ４１は、掘削以外の所定の作業を行っている場合には、第１制御モードにてエンジン２１の出力を制御する。コントローラ４１は、第１制御モードでは、エンジン２１の出力の上限を第１上限出力に設定する。コントローラ４１は、エンジン２１の出力の第１上限出力を、エンジン２１の出力トルクに換算することで、上述した目標出力トルクの上限ＴＬを決定する。

【0043】

掘削以外の所定の作業は、例えば、積荷走行、空荷走行、及び排土を含む。積荷走行は、バケット１２に荷物が積まれた状態で走行する作業である。積荷走行は、バケット１２に荷物が積まれていない状態で走行する作業である。排土は、バケット１２から荷物を排出する作業である。

【0044】

ステップＳ２０２では、コントローラ４１は、状態データを取得する。状態データは、作業機械１の動作状態を示す。状態データは、例えば、上述したＦＲ操作部材４２の操作位置と、ブームボトム圧と、ブーム角度とを含む。

【0045】

ステップＳ２０３では、コントローラ４１は、作業機械１の動作状態に基づいて、作業機による作業局面を判定する。コントローラ４１は、状態データに基づいて、作業局面が掘削であるかを判定する。コントローラ４１は、状態データが掘削作業を示す条件を満たしている場合に、作業局面が掘削であるかを判定する。掘削作業を示す条件は、例えば、ＦＲ操作部材４２が前進位置にあり、ブーム角度が所定の角度閾値以下であり、且つ、ブームボトム圧が所定の圧力閾値以上であることである。作業局面が掘削以外の所定の作業である場合には、ステップＳ２０１において第１制御モードが維持される。

【0046】

作業局面が掘削である場合には、処理はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、コントローラ４１は、第２制御モードにてエンジン２１の出力を制御する。コントローラ４１は、第２制御モードでは、第１制御モードよりもエンジン２１の出力の上限を低減させる。コントローラ４１は、第２制御モードでは、エンジン２１の出力の上限を第２上限出力に設定する。第２上限出力は、第１上限出力よりも小さい。

【0047】

第２上限出力は、作業機械１によって掘削を行う場合に十分なエンジン２１の出力に設定されている。第２上限出力は、一定値であってもよい。或いは、第２上限出力は、可変であってもよい。第２上限出力は、入力装置４５を用いて、オペレータによって手動で設定可能であってもよい。コントローラ４１は、エンジン２１の出力の第２上限出力を、エンジン２１の出力トルクに換算することで、上述した目標出力トルクの上限ＴＬを決定する。

【0048】

図６は、目標出力トルクの第１トルク上限ＴＬ１と第２トルク上限ＴＬ２とを示す図である。第１トルク上限ＴＬ１は、第１制御モードにおいて第１上限出力から算出された目標出力トルクの上限ＴＬを示す。第２トルク上限ＴＬ２は、第２制御モードにおいて第２上限出力から算出された目標出力トルクの上限ＴＬを示す。図６に示すように、第２トルク上限ＴＬ２は、第１トルク上限ＴＬ１よりも小さい。従って、コントローラ４１は、第２制御モードでは、目標出力トルクの上限ＴＬを、第１トルク上限ＴＬ１から第２トルク上限ＴＬ２に低減する。

【0049】

ステップＳ２０５では、コントローラ４１は、掘削が終了したかを判定する。コントローラ４１は、例えば、上述した掘削作業を示す条件が満たされない場合に、掘削が終了したと判定する。掘削が終了した場合には、ステップＳ２０１において、コントローラ４１は、第１制御モードにてエンジン２１の出力を制御する。すなわち、コントローラ４１は、エンジン２１の出力の上限を、第１上限出力から第２上限出力に増加させる。掘削が終了していない場合には、ステップＳ２０４にて第２制御モードを維持する。

【0050】

図７は、作業局面に応じて変更されるエンジン２１の出力の上限を示すタイミングチャートである。図７において「非掘削」は、掘削以外の所定の作業を意味する。図７に示すように、作業機械１は、時間Ｔ１－Ｔ２において、非掘削作業を行っている。この場合、コントローラ４１は、第１制御モードにてエンジン２１の出力を制御しており、エンジン２１の出力の上限は、第１上限出力Ｐ１に設定されている。

【0051】

時間Ｔ２において、作業が非掘削から掘削に切り替えられると、コントローラ４１は、エンジン２１の制御モードを、第１制御モードから第２制御モードに切り替える。それにより、コントローラ４１は、エンジン２１の出力の上限を、第１上限出力Ｐ１から第２上限出力Ｐ２に低減させる。その際、コントローラ４１は、所定の低減率でエンジン２１の出力の上限を低減させる。所定の低減率は、単位時間あたりの上限出力の低減量を意味する。それにより、エンジン２１の出力の上限が、第１上限出力Ｐ１から第２上限出力Ｐ２まで、時間Ｔ２から徐々に低減される。

【0052】

時間Ｔ３において、作業が掘削から非掘削に切り替えられると、コントローラ４１は、エンジン２１の制御モードを第２制御モードから第１制御モードに切り替える。それにより、コントローラ４１は、エンジン２１の出力の上限を、第２上限出力Ｐ２から第１上限出力Ｐ１に増加させる。その際、コントローラ４１は、所定の増加率でエンジン２１の出力の上限を増加させる。所定の増加率は、単位時間あたりの上限出力の増加量を意味する。それにより、エンジン２１の出力の上限が、第２上限出力Ｐ２から第１上限出力Ｐ１まで、時間Ｔ３から徐々に低減される。

【0053】

同様に、時間Ｔ４において、作業が非掘削から掘削に切り替えられると、コントローラ４１は、エンジン２１の制御モードを第１制御モードから第２制御モードに切り替える。それにより、コントローラ４１は、エンジン２１の出力の上限を、第１上限出力Ｐ１から低減させる。時間Ｔ５において、作業が掘削から非掘削に切り替えられると、コントローラ４１は、エンジン２１の制御モードを第２制御モードから第１制御モードに切り替える。それにより、コントローラ４１は、エンジン２１の出力の上限を、第１上限出力Ｐ１に向けて増加させる。

【0054】

所定の低減率の絶対値は、所定の増加率の絶対値よりも小さい。従って、エンジン２１の出力の上限を減少させる場合には、エンジン２１の出力の上限を増加させる場合よりも、エンジン２１の出力の上限がゆっくりと変化する。言い換えれば、エンジン２１の出力の上限を増加させる場合には、エンジン２１の出力の上限を減少させる場合よりも、エンジン２１の出力の上限が迅速に変化する。

【0055】

以上説明した本実施形態に係る作業機械１では、作業局面が掘削であると判定された場合には、第２制御モードにてエンジン２１の出力が制御される。第２制御モードでは、第１制御モードよりもエンジン２１の出力の上限が低減される。第１制御モードでの第１上限出力は、掘削のために必要なエンジン２１の出力よりも大きく、第２制御モードでの第２上限出力は、掘削のために十分なエンジン２１の出力である。そのため、掘削中には第２制御モードによって作業機械１への負荷に応じた適切な出力でエンジン２１が制御されることで、燃費が向上する。

【0056】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0057】

作業機械１は、ホイールローダに限らず、ブルドーザ、或いはモータグレーダなどの他の機械であってもよい。作業機械１は、遠隔から操作可能であってもよい。その場合、ＦＲ操作部材４２、アクセル操作部材４３、作業機操作部材４４、及び入力装置４５は、作業機械１の外部に配置されてもよい。

【0058】

コントローラ４１は、複数のコントローラによって構成されてもよい。上述した作業機械１の制御の処理は、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。エンジン２１の制御方法は、上述した実施形態のものに限らず、変更されてもよい。上述したＷ／Ｉ要求トルクの補正、及び、Ｔ／Ｍ要求トルクの補正は省略されてもよい。

【0059】

エンジン２１の出力制限制御は、上述した実施形態のものに限らず、変更されてもよい。作業局面が掘削であるかを判定する方法は、上述した実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、カメラによって撮影された画像によって、作業局面が判定されてもよい。

【0060】

例えば、コントローラ４１は、掘削以外の作業中において、第２制御モードにてエンジン２１の出力を制御してもよい。例えば、作業機械１が登坂走行中には、コントローラ４１は、第２制御モードにてエンジン２１の出力を制御してもよい。コントローラ４１は、出力回転速度と車体２の姿勢とから、作業局面が登坂走行であるかを判定してもよい。或いは、作業機械１が登坂走行中であっても、コントローラ４１は、第１制御モードにてエンジン２１の出力を制御してもよい。

【0061】

作業機械１の最大牽引力の制御モードが手動設定可能であってもよい。例えば、最大牽引力の制御モードは、ＨｉモードとＬｏモードとを含んでもよい。コントローラ４１は、Ｌｏモードでは、Ｈｉモードよりも作業機械１の最大牽引力が小さくなるように、エンジン２１を制御してもよい。上述した出力制限制御は、Ｈｉモードが選択されている場合にのみに実行されてもよい。或いは、出力制限制御は、ＨｉモードとＬｏモードとのいずれが選択されている場合にも、実行されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本開示によれば、作業機械において、作業機械への負荷に応じた適切な出力でエンジンを制御することで、燃費を向上させることができる。

【符号の説明】

【0063】

２：車体
３：作業機
２１：エンジン
２５：走行装置
３８：作業機姿勢センサ
４１：コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】