特開 2025-6459 作業車両、作業車両を含むシステムおよび作業車両の制御方法

(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】P2025006459

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】作業車両、作業車両を含むシステムおよび作業車両の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60N 2/52 20060101AFI20250109BHJP

   B60G 17/015 20060101ALI20250109BHJP

   B60N 2/54 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

B60N2/52

B60G17/015 A

B60N2/54

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023107269

(22)【出願日】2023-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(71)【出願人】

【識別番号】504160781

【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小松崎 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】廣島 浩司

(72)【発明者】

【氏名】和田 啓史

(72)【発明者】

【氏名】村本 憲一

【テーマコード（参考）】

3B087

3D301

【Ｆターム（参考）】

3B087DD11

3B087DD12

3D301DA34

3D301DA38

3D301EA04

3D301EB13

3D301EC01

(57)【要約】

【課題】走行中における乗り心地を改善できる作業車両、作業車両を含むシステムおよび作業車両の制御方法を提供する。
【解決手段】運転席５Ｓは床５Ｆの上に配置されている。シートサスペンション４０は、床５Ｆと運転席５Ｓとの間に配置され、少なくとも第１減衰力と第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素２０を有する。変位センサ４１は、床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対変位量を検出する。コントローラ５０は、変位センサ４１により検出された相対変位量に相対変位量から算出された相対速度を乗じた乗算値の正負に基づいて可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力と第２減衰力との間で切替える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機を有する作業車両であって、
床と、
前記床の上に配置された運転席と、
前記床と前記運転席との間に配置され、少なくとも第１減衰力と前記第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素を有するシートサスペンションと、
前記床に対する前記運転席の相対変位量を検出する変位センサと、
前記変位センサにより検出された前記相対変位量に前記相対変位量から算出された相対速度を乗じた乗算値の正負に基づいて前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力と前記第２減衰力との間で切替えるコントローラと、を備えた、作業車両。

【請求項2】

前記コントローラは、前記乗算値が負値であると判定した場合に前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第２減衰力とする、請求項１に記載の作業車両。

【請求項3】

前記コントローラは、前記乗算値が正値であると判定した場合に前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力とする、請求項１に記載の作業車両。

【請求項4】

前記コントローラは、前記相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満となった場合に前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力とする、請求項１に記載の作業車両。

【請求項5】

前記可変ダンパー要素は、磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に作用する磁場を形成するコイルと、を有する、請求項１に記載の作業車両。

【請求項6】

前記コントローラは、前記変位センサにより検出された前記相対変位量の波形の原点から頂点までの区間において前記第１減衰力となるように前記可変ダンパー要素を制御し、前記変位センサにより検出された前記相対変位量の波形の頂点から原点までの区間において前記第２減衰力となるように前記可変ダンパー要素を制御する、請求項１に記載の作業車両。

【請求項7】

作業機を有する作業車両を含むシステムであって、
床と、
前記床の上に配置された運転席と、
前記床と前記運転席との間に配置され、少なくとも第１減衰力と前記第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素を有するシートサスペンションと、
前記床に対する前記運転席の相対変位量を検出する変位センサと、
前記変位センサにより検出された前記相対変位量に前記相対変位量から算出された相対速度を乗じた乗算値の正負に基づいて前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力と前記第２減衰力との間で切替えるコントローラと、を備えた、作業車両を含むシステム。

【請求項8】

作業機と、床と、前記床の上に配置された運転席と、前記床と前記運転席との間に配置され少なくとも第１減衰力と前記第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素を有するシートサスペンションと、前記床に対する前記運転席の相対変位量を検出する変位センサと、を有する作業車両の制御方法であって、
前記床に対する前記運転席の前記相対変位量を取得するステップと、
前記相対変位量から相対速度を算出するステップと、
前記相対変位量と前記相対速度とを乗じた乗算値が正値か負値かを判定するステップと、
前記乗算値の正負の判定結果に基づいて前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力と前記第２減衰力とで切替えるステップと、を備えた、作業車両の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業車両、作業車両を含むシステムおよび作業車両の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベル、ホイールローダなどの作業車両では、運転室（キャブ）の床に運転席（運転シート）が固定される、いわゆるリジットシートが用いられていた。しかし乗り心地を改善し、オペレータの疲労を軽減するために、運転席と床の間にメカニカルサスペンション、エアサスペンションなどが配置された作業車両が登場するようになった。

【0003】

またオペレータの好みに合わせて、シートサスペンションに含まれるダンパーの硬さを複数段階で調整できるようにした作業車両もある。ダンパーの硬さを調整可能な作業車両は、特開２０００－８５４３５号公報（特許文献１）、特開２０００－８５４３６号公報（特許文献２）などに開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－８５４３５号公報

【特許文献2】特開２０００－８５４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

作業車両は足場の悪い作業現場を走行することが多く、走行時に段差を乗り越える機会も多い。そこで、そのような場合にも、走行中における乗り心地を改善したいとの要望がある。

【0006】

本開示の目的は、走行中における乗り心地を改善できる作業車両、作業車両を含むシステムおよび作業車両の制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の作業車両および作業車両を含むシステムの各々は、作業機と、床と、運転席と、シートサスペンションと、変位センサと、コントローラとを備える。運転席は、床の上に配置されている。シートサスペンションは、床と運転席との間に配置され、少なくとも第１減衰力と第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素を有する。変位センサは、床に対する運転席の相対変位量を検出する。コントローラは、変位センサにより検出された相対変位量に相対変位量から算出された相対速度を乗じた乗算値の正負に基づいて可変ダンパー要素の減衰力を第１減衰力と第２減衰力との間で切替える。

【0008】

本開示の作業車両の制御方法は、作業機と、床と、床の上に配置された運転席と、床と運転席との間に配置され少なくとも第１減衰力と第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素を有するシートサスペンションと、床に対する運転席の相対変位量を検出する変位センサと、を有する作業車両の制御方法であって、以下のステップを有する。

【0009】

床に対する運転席の相対変位量が取得される。相対変位量から相対速度が算出される。相対変位量と相対速度とを乗じた乗算値が正値か負値かが判定される。乗算値の正負の判定結果に基づいて可変ダンパー要素の減衰力が第１減衰力と第２減衰力とで切替えられる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、走行中における乗り心地を改善できる作業車両、作業車両を含むシステムおよび作業車両の制御方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の一実施形態におけるホイールローダ（作業車両の一例）の構成を示す側面図である。

【図2】本開示の一実施形態における作業車両を含むシステムの構成を示す図である。

【図3】本開示の一実施形態における作業車両を含むシステムに採用される可変ダンパー要素の構成を示す断面図である。

【図4】本開示の一実施形態における作業車両を含むシステムに採用されるコントローラの機能ブロックを示す図である。

【図5】運転室の床と運転席との上下方向における相対変位量および相対速度の時間変化を示す図である。

【図6】作業車両の走行の様子を示す図（Ａ）、走行時における運転室の床と運転席との相対変位量の時間変化を示す図（Ｂ）、および可変ダンパー要素に与える指令電流値の時間変化を示す図（Ｃ）である。

【図7】本開示の一実施形態における作業車両の制御方法を示すフロー図である。

【図8】可変ダンパー要素に与える指令電流値の時間変化における変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

【0013】

明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。

【0014】

以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」とは、図１に示す運転室５内の運転席５Ｓに着座したオペレータを基準とした方向である。図１では、前後方向をＺで示し、前方向を示すときはＺｆ、後方向を示すときはＺｂで示す。また図２では、上下方向をＹで示す。

【0015】

＜作業車両の構成＞

【0016】

本実施形態における作業車両の一例としてホイールローダの構成について図１を用いて説明する。なお本実施形態における作業車両はホイールローダに限定されるものではない。本実施形態の作業車両は、作業機および運転席を有する作業車両であればよく、油圧ショベル、ブルドーザ、モータグレーダなどであってもよい。

【0017】

図１は、本開示の一実施形態におけるホイールローダの構成を示す側面図である。図１に示されるように、本実施形態におけるホイールローダ１は、走行体２と、作業機３とを有している。作業機３は、走行体２に配置されている。走行体２は、車体フレーム１０と、一対の前輪４と、運転室（キャブ）５と、エンジンルーム６と、一対の後輪７と、ステアリングシリンダ９とを有している。ホイールローダ１は、作業機３を用いて土砂積み込み作業などを行なう。

【0018】

車体フレーム１０は、いわゆるアーティキュレート（回動）式であり、フロントフレーム１１と、リアフレーム１２と、連結軸部１３とを有している。フロントフレーム１１は、リアフレーム１２の前方向Ｚｆに配置されている。連結軸部１３は、車体フレーム１０における左右方向（車幅方向）の中央に設けられており、フロントフレーム１１と、リアフレーム１２とを互いに回動可能に連結している。一対の前輪４は、フロントフレーム１１の左右に取り付けられている。また、一対の後輪７は、リアフレーム１２の左右に取り付けられている。

【0019】

作業機３は、図示しない作業機ポンプからの作動油によって駆動される。作業機３は、ブーム１４と、バケット１５と、リフトシリンダ１６と、バケットシリンダ１７と、ベルクランク１８とを有している。ブーム１４は、フロントフレーム１１に装着されている。バケット１５は、ブーム１４の先端に取り付けられている。

【0020】

リフトシリンダ１６およびバケットシリンダ１７は、油圧シリンダである。リフトシリンダ１６の一端はフロントフレーム１１に取り付けられており、リフトシリンダ１６の他端はブーム１４に取り付けられている。リフトシリンダ１６の伸縮により、ブーム１４が上下に回動する。バケットシリンダ１７の一端はフロントフレーム１１に取り付けられており、バケットシリンダ１７の他端はベルクランク１８を介してバケット１５に取り付けられている。バケットシリンダ１７が伸縮することによって、バケット１５が上下に回動する。

【0021】

運転室５は、リアフレーム１２上に載置されている。運転室５の内部には、オペレータが着座するための運転席５Ｓが配置されている。また運転室５の内部には、図示しないステアリング操作のためのハンドル、作業機３を操作するためのレバー、各種のスイッチ、表示装置なども配置されている。エンジンルーム６は、運転室５の後方向Ｚｂであってリアフレーム１２上に配置されており、エンジンを収納している。

【0022】

＜作業車両を含むシステムの構成＞

【0023】

次に、本実施形態における作業車両を含むシステムの構成について図２～図４を用いて説明する。

【0024】

図２は、本開示の一実施形態における作業車両を含むシステムの構成を示す図である。図３は、本開示の一実施形態における作業車両を含むシステムに採用される可変ダンパー要素の構成を示す断面図である。図４は、本開示の一実施形態における作業車両を含むシステムに採用されるコントローラの機能ブロックを示す図である。

【0025】

図２に示されるように、作業車両を含むシステムは、シートサスペンション４０と、変位センサ４１と、電流調整装置４２と、コントローラ５０とを有している。

【0026】

運転室５は床５Ｆを有している。運転室５の床５Ｆの上には運転席５Ｓが配置されている。床５Ｆと運転席５Ｓとの間には、シートサスペンション４０が配置されている。

【0027】

シートサスペンション４０は、可変ダンパー要素２０と、弾性部材３０とを有している。可変ダンパー要素２０は、運転席５Ｓの上下方向Ｙの振動を吸収する。可変ダンパー要素２０は、運転席５Ｓの上下方向Ｙにおける振動の減衰力を変更できるように構成されている。可変ダンパー要素２０は、少なくとも第１減衰力と、第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能である。可変ダンパー要素２０の一端（たとえば下端）は床５Ｆに固定され、他端（たとえば上端）は運転席５Ｓに固定されている。

【0028】

弾性部材３０は、可変ダンパー要素２０では吸収しきれない運転席５Ｓの上下方向Ｙの振動を吸収する。弾性部材３０は、たとえばバネ（スプリング）よりなっている。弾性部材３０の一端（たとえば下端）は床５Ｆに固定され、他端（たとえば上端）は運転席５Ｓに固定されている。

【0029】

可変ダンパー要素２０および弾性部材３０の各々の一端は、床５Ｆに直接的に固定されていてもよく、またブラケットなどを介在して間接的に固定されていてもよい。また可変ダンパー要素２０および弾性部材３０の各々の他端は、運転席５Ｓに直接的に固定されていてもよく、またブラケットなどを介在して間接的に固定されていてもよい。

【0030】

変位センサ４１は、床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対的な変位量を検出する。変位センサ４１は、たとえば床５Ｆに固定されている。変位センサ４１は、床５Ｆに直接的に固定されていてもよく、またブラケットなどを介在して間接的に固定されていてもよい。また変位センサ４１は、たとえば運転席５Ｓに固定されていてもよい。この場合、変位センサ４１は、運転席５Ｓに直接的に固定されていてもよく、またブラケットなどを介在して間接的に固定されていてもよい。

【0031】

電流調整装置４２は、可変ダンパー要素２０のコイル２５（図３）に電気的に接続されている。電流調整装置４２は、可変ダンパー要素２０のコイル２５に供給する電流量を調整する。電流調整装置４２は、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５に電流を供給する状態と、電流供給を遮断する状態とを切替えることができる。

【0032】

コントローラ５０は、プロセッサと、メインメモリと、ストレージとを含む。プロセッサはたとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）などである。メインメモリは、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリおよびＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含む。コントローラ５０は、ストレージに記憶されているプログラムを読み出してメインメモリに展開し、プログラムに従って所定の処理を実行する。

【0033】

コントローラ５０は、変位センサ４１および電流調整装置４２に電気的に接続されている。コントローラ５０は、変位センサ４１により検出された変位データを取得する。コントローラ５０は、変位センサ４１により検出された変位データに基づいて電流調整装置４２を制御する。コントローラ５０は、電流調整装置４２を制御することにより可変ダンパー要素２０のコイル２５に供給される電流量を調整する。これによりコントローラ５０は、可変ダンパー要素２０の減衰力を少なくとも第１減衰力と第２減衰力との間で調整する。

【0034】

第１減衰力は、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５への電流供給を遮断した状態での可変ダンパー要素２０の減衰力である。第２減衰力は、たとえば可変ダンパー要素２０のコイルに電流を供給した状態での可変ダンパー要素２０の減衰力である。

【0035】

ただし第１減衰力は、第２減衰力よりも小さい減衰力であればよく、可変ダンパー要素２０のコイル２５に電流を供給した状態での減衰力であってもよい。この場合、第１減衰力は、第２減衰力を得るために可変ダンパー要素２０のコイル２５に流す電流量よりも小さい電流量を供給した状態での減衰力である。

【0036】

床５Ｆは、走行体２に支持されたベースであればよく、シートサスペンション４０を介在して運転席５Ｓを支持する部材であればよい。

【0037】

なおコントローラ５０は、ホイールローダ１に搭載されていてもよく、ホイールローダ１の外部に離れて配置されていてもよい。コントローラ５０がホイールローダ１の外部に離れて配置されている場合、コントローラ５０は、変位センサ４１、電流調整装置４２などと無線により接続されていてもよい。コントローラ５０は、ホイールローダ１から離れたサーバに格納されていてもよい。

【0038】

図３に示されるように、可変ダンパー要素２０は、シリンダ２１と、ピストン２２と、ピストンロッド２３と、ダイヤフラム２４と、コイル２５と、配線２６と、磁気粘性流体２７と、シールベアリング２８とを有している。

【0039】

シリンダ２１は、筒形状（たとえば円筒形状）を有している。シリンダ２１の筒形状の内部空間には、ピストン２２と、ダイヤフラム２４とが配置されている。ピストン２２は、シリンダ２１の内周面に接しながら、シリンダ２１の軸線方向ＡＸに沿って摺動可能である。

【0040】

ピストンロッド２３は、軸線方向ＡＸにて互いに対向する第１端部と第２端部とを有している。ピストンロッド２３の第１端部は、ピストン２２に接続され、シリンダ２１の内部空間に位置している。ピストンロッド２３の第２端部は、シリンダ２１の外部に位置している。ピストンロッド２３は、シールベアリング２８によりシリンダ２１に対して軸線方向ＡＸに摺動可能に支持されている。

【0041】

シリンダ２１の内部空間は、ピストン２２により第１流体室２１Ａと、第２流体室２１Ｂとに区分けされている。ピストン２２は、第１流体室２１Ａと第２流体室２１Ｂとを繋ぐ環状オリフィス２２ａを有している。環状オリフィス２２ａは、ピストン２２を軸線方向ＡＸに貫通している。

【0042】

磁気粘性流体２７は、第１流体室２１Ａと第２流体室２１Ｂと環状オリフィス２２ａとの各々の内部を満たしている。磁気粘性流体２７は、磁気粘性流体２７に作用する磁場の強さに応じて粘度を変化させる。磁気粘性流体２７は、たとえば磁場が作用しない状態では粘度の低い液体状態にあるが、磁場が作用すると粘度が増加して半固体のように振る舞う。磁気粘性流体２７は、たとえば油、水などの液体に、直径１μｍ～１０μｍの強磁性体の微粒子を均一に分散させたものである。

【0043】

ダイヤフラム２４は、シリンダ２１の内部空間を第２流体室２１Ｂとガス室２１Ｃとに区分けする。ガス室２１Ｃは、アキュムレータとして機能する。ダイヤフラムに代えて、フリーピストンが用いられてもよい。

【0044】

コイル２５は、ピストン２２の内部に設けられている。コイル２５は、通電されることにより磁場を発生させ、磁気粘性流体２７に磁場を作用させる。コイル２５には配線２６が電気的に接続されている。コイル２５は、配線２６を通じて電流調整装置４２に電気的に接続されている。これにより電流調整装置４２は、配線２６を通じてコイル２５に供給する電流量を調整することができる。

【0045】

図４に示されるように、コントローラ５０は、変位情報取得部５１と、速度算出部５２と、乗算値算出部５３と、乗算値判定部５４と、減衰力制御部５５と、変位情報判定部５６と、メモリ５７とを有している。変位情報取得部５１は、変位センサ４１が検出した床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対変位量を示す信号を取得する。

【0046】

速度算出部５２は、変位情報取得部５１によって取得された変位量を微分することにより床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対速度を算出する。乗算値算出部５３は、変位情報取得部５１が取得した相対変位量と速度算出部５２が算出した相対速度とを乗じて乗算値を算出する。

【0047】

乗算値判定部５４は、乗算値算出部５３が算出した乗算値が正の値か負の値かを判定する。減衰力制御部５５は、乗算値判定部５４が判定した乗算値が正の値であるか、または負の値であるかの判定結果に基づいて電流調整装置４２を制御する指令電流を出力する。

【0048】

減衰力制御部５５は、上記乗算値が正の値であるとの判定結果を乗算値判定部５４から取得した場合、可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力とする指令電流を電流調整装置４２へ出力する。このようにコントローラ５０は、上記乗算値が正値であると判定した場合に可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力とする。

【0049】

また減衰力制御部５５は、上記乗算値が負の値であるとの判定結果を乗算値判定部５４から取得した場合、可変ダンパー要素２０の減衰力を第２減衰力とする指令電流を電流調整装置４２へ出力する。このようにコントローラ５０は、上記乗算値が負値であると判定した場合に可変ダンパー要素２０の減衰力を第２減衰力とする。

【0050】

変位情報判定部５６は、変位情報取得部５１により取得された相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満であるか否かを判定する。変位情報判定部５６は、この判定をする際にメモリ５７に記憶された所定値を参照する。

【0051】

減衰力制御部５５は、変位情報判定部５６の判定結果に基づいて電流調整装置４２を制御する指令電流を出力する。減衰力制御部５５は、相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満であるとの判定結果を変位情報判定部５６から取得した場合、可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力とする指令電流を電流調整装置４２へ出力する。このようにコントローラ５０は、相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満であると判定した場合に可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力とする。

【0052】

電流調整装置４２は、減衰力制御部５５から取得した指令電流に基づいて可変ダンパー要素２０のコイル２５に供給する電流値を調整する。電流調整装置４２は、可変ダンパー要素２０を第１減衰力とする指令電流を減衰力制御部５５から取得した場合、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５に電流を供給しない（電流の供給を遮断する）。一方、電流調整装置４２は、可変ダンパー要素２０を第２減衰力とする指令電流を減衰力制御部５５から取得した場合、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５に電流を供給する。このように電流調整装置４２は、可変ダンパー要素２０のコイル２５へ電流を供給または遮断するオン・オフ制御により可変ダンパー要素２０の減衰力を調整する。

【0053】

また電流調整装置４２は、上記オン・オフ制御以外で可変ダンパー要素２０の減衰力を調整してもよい。電流調整装置４２は、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５へ供給する電流量を変更（増減）することにより可変ダンパー要素２０の減衰力を調整してもよい。具体的には、可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力に調整する際にはコイル２５へ供給される電流量は小さく、可変ダンパー要素２０の減衰力を第２減衰力に調整する際にはコイル２５へ供給される電流量は大きくなるように制御されてもよい。

【0054】

＜減衰力制御の原理＞

【0055】

図２に示されるコントローラ５０は、スカイフック理論に基づいて、運転席５Ｓと床５Ｆとの上下方向Ｙの相対変位量が変位の頂点（ピーク）から変位の原点（０）へ移行する時に可変ダンパー要素２０の減衰力を他の状態よりも大きくするように制御する。以下、そのことを説明する。

【0056】

スカイフック理論では、物体がダンパーによって架空の線に宙づりとなるモデルが想定される。スカイフック理論によって達成させたい状態は、物体が地面とはバネで、架空の線とはダンパーで接続された状態である。

【0057】

このモデルにおいてダンパーの減衰力Ｆｄは、単純化すると、以下の式（１）で表わされる。

【0058】

Ｆｄ＝ＣｓＶｓ ・・・（１）

【0059】

式（１）におけるＣｓはダンパーの減衰係数であり、Ｖｓは物体の上下方向Ｙの変位速度である。

【0060】

ただし実際には架空の線は存在しない。このため上記モデルは、図２に示されるように、物体（運転席５Ｓ）とベース（床５Ｆ）とが可変ダンパー要素２０および弾性部材３０により接続された状態に置換される。

【0061】

この状態での減衰力Ｆｄは、式（１）に基づいて以下の式（２）で表わされる。

【0062】

Ｆｄ＝Ｃｖａｒ（ｔ）（Ｖｓ－Ｖｂ） ・・・（２）

【0063】

式（２）においてＶｓは物体（運転席５Ｓ）の上下方向Ｙの変位速度であり、Ｖｂはベース（床５Ｆ）の上下方向Ｙの変位速度である。

【0064】

本実施形態においては、式（２）におけるＣｖａｒ（ｔ）の判別式が以下の式（３）、（４）とされる。

【0065】

Ｃｖａｒ（ｔ）＝Ｃｍａｘ（（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）＜０） ・・・（３）

【0066】

Ｃｖａｒ（ｔ）＝Ｃｍｉｎ（（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）≧０） ・・・（４）

【0067】

式（３）、（４）においてＸｓは物体（運転席５Ｓ）の上下方向Ｙの変位であり、Ｘｂはベース（床５Ｆ）の上下方向Ｙの変位である。このため（Ｘｓ－Ｘｂ）はベース（床５Ｆ）に対する物体（運転席５Ｓ）の上下方向Ｙの相対変位量である。また（Ｖｓ－Ｖｂ）はベース（床５Ｆ）に対する物体（運転席５Ｓ）の上下方向Ｙの相対速度である。

【0068】

上記の式（３）、（４）を用いることにより、床５Ｆに対する運転席５Ｓの上下方向Ｙの相対変位量が変位の頂点から変位の原点へ移行する状態を判別することができる。そのことを図５を用いて説明する。

【0069】

図５は、運転室の床と運転席との上下方向Ｙにおける相対変位量および相対速度の時間変化を示す図である。図５において、実線の曲線は床５Ｆと運転席５Ｓとの相対変位量を示している。破線の曲線は床５Ｆと運転席５Ｓとの相対速度を示している。

【0070】

図５に示されるように、床５Ｆに対する運転席５Ｓの上下方向Ｙの相対変位量がｓｉｎカーブのように変化すると想定する。この場合、相対速度は相対変位量の微分により得られるため、床５Ｆに対する運転席５Ｓの上下方向Ｙの相対速度はｃｏｓカーブのように変化する。

【0071】

なお相対変位量における波形の原点（波形が０と交差する点）は、静止状態における床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対位置を意味する。また相対速度の原点（波形が０と交差する点）は、静止状態における床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対速度を意味する。

【0072】

ここで床５Ｆに対する運転席５Ｓの上下方向Ｙの相対変位量（Ｘｓ－Ｘｂ）に、床５Ｆに対する運転席５Ｓの上下方向Ｙの相対速度（Ｖｓ－Ｖｂ）を乗した乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）が負となる場合が図５中において領域ＲＡで示されている。また乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）が正となる場合が図５中において領域ＲＢで示されている。

【0073】

領域ＲＡは、上下方向Ｙの相対変位量（Ｘｓ－Ｘｂ）が時間の経過に伴って変位の頂点から変位の原点に移行する領域であることが分かる。また領域ＲＢは、上下方向Ｙの相対変位量（Ｘｓ－Ｘｂ）が時間の経過に伴って変位の原点から変位の頂点に移行する領域であることが分かる。

【0074】

以上より上記の判別式（３）、（４）を用いることにより、運転席５Ｓと床５Ｆとの上下方向Ｙの相対変位量が変位の頂点から変位の原点へ移行する状態を判別することができる。つまり上記乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）の正負により、運転席５Ｓと床５Ｆとの上下方向Ｙの相対変位量が変位の頂点から変位の原点へ移行する状態を判別することができる。

【0075】

また本実施形態においてコントローラ５０は、上記乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）の正負に基づいて可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力と第２減衰力との間で切替える。コントローラ５０は、上記乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）の正負に基づいて、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５への電流の供給と遮断を切替える。

【0076】

コントローラ５０は、乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）が負値であると判定した場合（つまり乗算値が図５の領域ＲＡにあると判定した場合）、可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力よりも大きい第２減衰力とする。コントローラ５０は、乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）が負値であると判定した場合、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５へ電流を供給しオン状態とする。

【0077】

コントローラ５０は、乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）が正値であると判定した場合（つまり乗算値が図５の領域ＲＢにあると判定した場合）、可変ダンパー要素２０の減衰力を第２減衰力よりも小さい第１減衰力とする。コントローラ５０は、乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）が正値であると判定した場合、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５への電流の供給を遮断しオフ状態とする。

【0078】

＜作業車両の制御方法＞

【0079】

次に、本実施形態における作業車両の制御方法について、ホイールローダ１が走行時に段差を乗り越える状態を例に挙げて、図６および図７を用いて説明する。

【0080】

図６は、作業車両の走行の様子を示す図（Ａ）、走行時における運転室の床と運転席との相対変位量の時間変化を示す図（Ｂ）、および可変ダンパー要素に与える指令電流値の時間変化を示す図（Ｃ）である。図７は、本開示の一実施形態における作業車両の制御方法を示すフロー図である。

【0081】

図６（Ａ）に示されるように、ホイールローダ１が前進走行中に、ホイールローダ１の前輪４が段差ＳＴに乗り上げ、続いて後輪７が段差ＳＴに乗り上げる場合がある。この場合、運転室５の床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対変位量は、たとえば図６（Ｂ）に示すように変化する。

【0082】

なお図６（Ｂ）に示された矢印ＡＲ１はホイールローダ１の前輪４が段差ＳＴに乗り上げた時点を示している。また図６（Ｂ）の矢印ＡＲ２はホイールローダ１の後輪７が段差ＳＴに乗り上げた時点を示している。

【0083】

図６（Ｂ）に示されるように、ホイールローダ１の前輪４が段差ＳＴに乗り上げると、その衝撃により運転室５の床５Ｆが突き上げられる。これにより床５Ｆはシートサスペンション４０を介在して運転席５Ｓに近付き、床５Ｆに対して運転席５Ｓは負の方向に相対変位する。この後、弾性部材３０（図２）の復元力により運転席５Ｓは床５Ｆから離れ、床５Ｆに対して正の方向に相対変位する。この後、床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対変位量は、負の方向の変位と正の方向の変位とを繰り返しながら徐々に減衰していく。

【0084】

この後、ホイールローダ１の後輪７が段差ＳＴに乗り上げると、その衝撃により運転室５の床５Ｆが再度突き上げられる。これにより床５Ｆはシートサスペンション４０を介在して運転席５Ｓに近付き、床５Ｆに対して運転席５Ｓは負の方向に相対変位する。この後、弾性部材３０（図２）の復元力により運転席５Ｓは床５Ｆから離れ、床５Ｆに対して正の方向に相対変位する。この後、床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対変位量は、負の方向の変位と正の方向の変位とを繰り返しながら徐々に減衰していく。

【0085】

本実施形態においては床５Ｆに対する運転席５Ｓの上下方向Ｙの相対変位量（Ｘｓ－Ｘｂ）が変位センサ４１により検出される。変位センサ４１は、検出した相対変位量を示す信号をコントローラ５０へ出力する。

【0086】

コントローラ５０の変位情報取得部５１は、変位センサ４１から出力された運転席５Ｓの相対変位量を示す信号を取得する（ステップＳ１：図７）。変位情報取得部５１は、相対変位量を示す信号を速度算出部５２へ出力する。

【0087】

速度算出部５２は、相対変位量を微分することにより床５Ｆに対する運転席５Ｓの上下方向Ｙの相対速度（Ｖｓ－Ｖｂ）を算出する（ステップＳ２：図７）。速度算出部５２は、算出した相対速度を示す信号を乗算値算出部５３へ出力する。

【0088】

乗算値算出部５３は、変位情報取得部５１が取得した相対変位量（Ｘｓ－Ｘｂ）と速度算出部５２が算出した相対速度（Ｖｓ－Ｖｂ）とを乗じて乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）を算出する（ステップＳ３：図７）。乗算値算出部５３は、算出した乗算値を示す信号を乗算値判定部５４へ出力する。

【0089】

乗算値判定部５４は、乗算値算出部５３が算出した乗算値（Ｘｓ－Ｘｂ）（Ｖｓ－Ｖｂ）が０または正の値か否かを判定する（ステップＳ４：図７）。乗算値判定部５４は、判定結果を示す信号を減衰力制御部５５へ出力する。

【0090】

減衰力制御部５５は、乗算値判定部５４の判定結果に基づいて電流調整装置４２を制御する指令電流を出力する。

【0091】

減衰力制御部５５は、乗算値が０または正の値である場合には、可変ダンパー要素２０の減衰力が小さい第１減衰力となるような指令電流値を電流調整装置４２へ出力する（ステップＳ５：図７）。減衰力制御部５５は、乗算値が０または正の値である場合には、図６（Ｃ）に示されるように、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５への電流の供給を遮断するように電流調整装置４２を制御する。

【0092】

一方、減衰力制御部５５は、乗算値が負の値である場合には、可変ダンパー要素２０の減衰力が大きい第２減衰力となるような指令電流値を電流調整装置４２へ出力する（ステップＳ６：図７）。減衰力制御部５５は、乗算値が負の値である場合には、図６（Ｃ）に示されるように、たとえば可変ダンパー要素２０のコイル２５へ電流を供給するように電流調整装置４２を制御する。

【0093】

上記のように可変ダンパー要素２０のコイル２５への通電がオン・オフ制御される。これにより、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、相対変位量における波形の頂点から原点へ移行するときのみにコイル２５へ電流を供給するように電流調整装置４２を制御することができる。また相対変位量における波形の原点から頂点へ移行するときにはコイル２５への電流を遮断するように電流調整装置４２を制御することができる。

【0094】

上記の制御において図４に示される変位情報取得部５１は、取得した相対変位量を示す信号を変位情報判定部５６へ出力する。変位情報判定部５６は、変位情報取得部５１によって取得された相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満か否かを判定する。変位情報判定部５６は、この判定を行なう際、メモリ５７に記憶された所定値を参照する。

【0095】

変位情報判定部５６が相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満であると判定した場合、変位情報判定部５６は判定結果を示す信号を減衰力制御部５５へ出力する。減衰力制御部５５は、相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満である場合には、可変ダンパー要素２０の減衰力が小さい第１減衰力となるような指令電流値を電流調整装置４２へ出力する。これにより床５Ｆに対する運転席５Ｓの振動が収束してきた場合には、たとえばコイル２５への電流の供給を遮断することにより、可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力に維持することができる。

【0096】

なお上記においては２回目の段差ＳＴの乗り上げとして後輪７が段差ＳＴに乗り上げた場合について説明したが、２回目の段差の乗り上げは前輪４が２つ目の段差に乗り上げた場合であってもよい。また３回目以降の段差の乗り上げについても同様の制御が実行されてもよい。
また図８に示されるように、可変ダンパー要素に与える指令電流値の時間変化における上側ピーク部（Ｓ１）および下側ピーク部（Ｓ２）の各々の波形は滑らかな曲線を描いてピークへ移行してもよく、滑らかな曲線を描いてピークから移行してもよい。また矢印Ｓ３に示されるように、指令電流値のオン状態におけるピーク値は他のオン状態におけるピーク値とオフ状態との間の中間の電流値であってもよい。また矢印Ｓ４に示されるように、オフ状態からオン状態への立上がりにおいて指令電流値の波形が傾斜していてもよい。

【0097】

＜効果＞

【0098】

次に、本実施形態の効果について説明する。

【0099】

本実施形態においては、変位センサ４１により検出された相対変位量にその相対変位量から算出された相対速度を乗じた乗算値の正負に基づいて可変ダンパー要素２０の減衰力が第１減衰力と第２減衰力との間で切替えられる。上記乗算値の正負により、床５Ｆに対する運転席５Ｓの相対変位が、図５に示される領域ＲＡにあるのか、または領域ＲＢにあるのかを判別することができる。これにより領域ＲＡと領域ＲＢとにおいて可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力と第２減衰力とで切替えることができるため、衝撃の吸収と振動の素早い収束とが可能となる。このためホイールローダ１の走行中における段差乗り越しの際の乗り心地が改善される。

【0100】

また変位センサ４１により相対変位量を検出することにより上記の制御が可能となり、上記の制御において他のセンサが不要となるため構成を簡易にすることができる。

【0101】

また本実施形態においては図４に示されるように、コントローラ５０は、上記乗算値が負値であると判定した場合に可変ダンパー要素２０の減衰力を第１減衰力よりも大きい第２減衰力とする。これにより図５に示されるように相対変位量における波形の頂点から原点へ移行する領域ＲＡにて可変ダンパー要素２０の減衰力を大きくできるため、運転席５Ｓの振動を素早く収束させることができる。

【0102】

また本実施形態においては図４に示されるように、コントローラ５０は、上記乗算値が正値であると判定した場合に可変ダンパー要素２０の減衰力を第２減衰力よりも小さい第１減衰力とする。これにより図５に示されるように相対変位量における波形の原点から頂点へ移行する領域ＲＢにて可変ダンパー要素２０の減衰力を小さくできるため衝撃を吸収することが容易となる。

【0103】

また本実施形態においては図４に示されるように、コントローラ５０は、相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満となった場合に可変ダンパー要素２０の減衰力を小さい第１減衰力とする。これにより運転席５Ｓの振動が微弱な場合には、可変ダンパー要素２０への通電をオフにすることができる。

【0104】

また本実施形態においては図３に示されるように、可変ダンパー要素２０は、磁気粘性流体２７と、磁気粘性流体２７に磁気を加えるコイル２５とを有している。これによりコイル２５に通電することにより可変ダンパー要素２０の減衰力を容易に調整することが可能となる。

【0105】

また本実施形態においては図６（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、コントローラ５０は、変位センサ４１により検出された相対変位量の波形の原点から頂点までの区間において第１減衰力となるように可変ダンパー要素２０を制御し、相対変位量の波形の頂点から原点までの区間において第２減衰力となるように可変ダンパー要素２０を制御する。これにより衝撃の吸収と振動の素早い収束とが可能となり、ホイールローダ１の走行中における段差乗り越しの際の乗り心地が改善される。

【0106】

＜付記＞

【0107】

上述したような実施形態は、以下のような技術思想を含む。

【0108】

（付記１）
作業機を有する作業車両であって、
床と、
前記床の上に配置された運転席と、
前記床と前記運転席との間に配置され、少なくとも第１減衰力と前記第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素を有するシートサスペンションと、
前記床に対する前記運転席の相対変位量を検出する変位センサと、
前記変位センサにより検出された前記相対変位量に前記相対変位量から算出された相対速度を乗じた乗算値の正負に基づいて前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力と前記第２減衰力との間で切替えるコントローラと、を備えた、作業車両。

【0109】

（付記２）
前記コントローラは、前記乗算値が負値であると判定した場合に前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第２減衰力とする、付記１に記載の作業車両。

【0110】

（付記３）
前記コントローラは、前記乗算値が正値であると判定した場合に前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力とする、付記１または付記２に記載の作業車両。

【0111】

（付記４）
前記コントローラは、前記相対変位量におけるピークの絶対値が所定値未満となった場合に前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力とする、付記１から付記３のいずれか１つに記載の作業車両。

【0112】

（付記５）
前記可変ダンパー要素は、磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体に作用する磁場を形成するコイルと、を有する、付記１から付記４のいずれか１つに記載の作業車両。

【0113】

（付記６）
前記コントローラは、前記変位センサにより検出された前記相対変位量の波形の原点から頂点までの区間において前記第１減衰力となるように前記可変ダンパー要素を制御し、前記変位センサにより検出された前記相対変位量の波形の頂点から原点までの区間において前記第２減衰力となるように前記可変ダンパー要素を制御する、付記１から付記５のいずれか１つに記載の作業車両。

【0114】

（付記７）
作業機を有する作業車両を含むシステムであって、
床と、
前記床の上に配置された運転席と、
前記床と前記運転席との間に配置され、少なくとも第１減衰力と前記第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素を有するシートサスペンションと、
前記床に対する前記運転席の相対変位量を検出する変位センサと、
前記変位センサにより検出された前記相対変位量に前記相対変位量から算出された相対速度を乗じた乗算値の正負に基づいて前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力と前記第２減衰力との間で切替えるコントローラと、を備えた、作業車両を含むシステム。

【0115】

（付記８）
作業機と、床と、前記床の上に配置された運転席と、前記床と前記運転席との間に配置され少なくとも第１減衰力と前記第１減衰力よりも大きい第２減衰力との間で減衰力を切替え可能な可変ダンパー要素を有するシートサスペンションと、前記床に対する前記運転席の相対変位量を検出する変位センサと、を有する作業車両の制御方法であって、
前記床に対する前記運転席の前記相対変位量を取得するステップと、
前記相対変位量から相対速度を算出するステップと、
前記相対変位量と前記相対速度とを乗じた乗算値が正値か負値かを判定するステップと、
前記乗算値の正負の判定結果に基づいて前記可変ダンパー要素の減衰力を前記第１減衰力と前記第２減衰力とで切替えるステップと、を備えた、作業車両の制御方法。

【0116】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0117】

１ ホイールローダ、２ 走行体、３ 作業機、４ 前輪、５ 運転室、５Ｆ 床、５Ｓ 運転席、６ エンジンルーム、７ 後輪、９ ステアリングシリンダ、１０ 車体フレーム、１１ フロントフレーム、１２ リアフレーム、１３ 連結軸部、１４ ブーム、１５ バケット、１６ リフトシリンダ、１７ バケットシリンダ、１８ ベルクランク、２０ 可変ダンパー要素、２１ シリンダ、２１Ａ 第１流体室、２１Ｂ 第２流体室、２１Ｃ ガス室、２２ ピストン、２２ａ 環状オリフィス、２３ ピストンロッド、２４ ダイヤフラム、２５ コイル、２６ 配線、２７ 磁気粘性流体、２８ シールベアリング、３０ 弾性部材、４０ シートサスペンション、４１ 変位センサ、４２ 電流調整装置、５０ コントローラ、５１ 変位情報取得部、５２ 速度算出部、５３ 乗算値算出部、５４ 乗算値判定部、５５ 減衰力制御部、５６ 変位情報判定部、５７ メモリ、ＳＴ 段差。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】