特許 7141974 ホイールローダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-14

(45)【発行日】2022-09-26

(54)【発明の名称】ホイールローダ

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20220915BHJP

   F16H 61/02 20060101ALI20220915BHJP

   F16H 61/68 20060101ALI20220915BHJP

   B60W 10/00 20060101ALI20220915BHJP

   B60W 10/11 20120101ALI20220915BHJP

   B60W 10/30 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Q

F16H61/02

F16H61/68

B60W10/00 150

B60W10/11

B60W10/30

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019057205

(22)【出願日】2019-03-25

(65)【公開番号】P2020158991

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-07-13

(73)【特許権者】

【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】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 哲二

(72)【発明者】

【氏名】抜井 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】内藤 啓介

【審査官】坪内 優佳

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１７５０２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５３２６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０８７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第１６２４２３１（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｆ１６Ｈ ６１／０２

Ｆ１６Ｈ ６１／６８

Ｂ６０Ｗ １０／００

Ｂ６０Ｗ １０／１１

Ｂ６０Ｗ １０／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の車輪を有する車体と、前記車体に対して上下方向に回動可能に取り付けられたリフトアームを有する作業機と、前記車体に搭載されたエンジンと、前記エンジンから伝達されるトルクを増幅させるトルクコンバータと、複数の電磁制御弁により複数のギアの組合せを制御することで前記トルクコンバータから出力され増幅されたトルクを変速して前記複数の車輪に伝達するトランスミッションと、前記車体の前後進を切り換える前後進切換装置と、前記トランスミッションの速度段を選択する速度段選択装置と、前記車体の走行状態を検出する走行状態センサと、前記リフトアームの動作状態を検出する動作状態センサと、前記前後進切換装置から出力された切換信号と前記速度段選択装置で選択された速度段とに基づき、前記選択された速度段に対応したギア比となるように前記複数のギアの組合せを選択する制御信号を生成し、前記制御信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力して前記トランスミッションを変速制御するコントローラと、を備えたホイールローダにおいて、
前記コントローラは、
前記前後進切換装置から出力された切換信号、前記走行状態センサで検出された前記車体の走行状態、および前記速度段選択装置で選択された速度段に基づいて、前記トランスミッションの最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応した車速で前記車体が前進走行し、かつ前記動作状態センサで検出された前記リフトアームの動作状態が上方向への動作である場合に、前記最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応したギア比と前記最低速度段に対応したギア比との中間のギア比を前記トランスミッションのギア比とし、前記中間のギア比に対応した前記複数のギアの組合せを選択する信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力する
ことを特徴とするホイールローダ。

【請求項2】

請求項１に記載のホイールローダにおいて、
前記動作状態センサは、少なくとも前記リフトアームの操作量を検出する操作量センサおよび前記作業機を駆動する油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧センサのうちいずれかである
ことを特徴とするホイールローダ。

【請求項3】

請求項１に記載のホイールローダにおいて、
前記コントローラは、
前記前後進切換装置が前進から後進に切り換えられた場合に、前記中間のギア比から前記最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応したギア比に変更し、そのギア比に対応した前記複数のギアの組合せを選択する信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力する
ことを特徴とするホイールローダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トルクコンバータ式の走行駆動システムが搭載されたホイールローダに関する。

【背景技術】

【0002】

ホイールローダでは、積込み作業時において、リフトアームを上昇させながらダンプトラックに向かって前進走行するため、低速走行しつつも、油圧ポンプの回転数を上昇させてリフトアームに供給される作動油の流量を増加させる必要がある。したがって、オペレータは、アクセルペダルを踏み込む一方で、同時にブレーキペダルを踏むといった特殊な操作を行わなければならない。

【0003】

例えば特許文献１には、エンジンから出力された駆動力が、モジュレーションクラッチ、トルクコンバータ、トランスミッション、およびアクスルを介してタイヤに伝達されるトルクコンバータ式の走行系を備えたホイールローダが開示されている。このホイールローダでは、リフトアームを使用した積込み作業中であることをコントローラが検出すると、モジュレーションクラッチのクラッチ圧を低下させてモジュレーションクラッチを滑らせる。これにより、オペレータがブレーキペダルを踏まなくても車速を抑えることができ、ブレーキによる動力のロスを低減して作業効率を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５２０４８３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載のホイールローダでは、モジュレーションクラッチを滑らせるため、モジュレーションクラッチが摩耗しやすく、耐久性が懸念される。そこで、トランスミッションの速度段を小さくすることが考えられる。トルクコンバータ駆動式のホイールローダには、一般的に、４速度段または５速度段を有するトランスミッションが備わっており、積込み作業時は２速度段に設定され、掘削作業時や登坂時等のけん引力を必要とする作業時は２速度段よりも小さい１速度段に設定される。よって、積込み作業中に２速度段から１速度段に変速させることで、ブレーキを使用せずとも車速を抑えることは可能である。ところが、１速度段はけん引力を大きくすることを目的とした速度段であるため、車速が遅くなり過ぎてしまう。さらに、２速度段と１速度段との段間差が大きいため、変速時においてオペレータに違和感を与える可能性がある。

【0006】

そこで、本発明の目的は、積込み作業時においてオペレータに違和感を与えることなく自動で車速を減速させることが可能なホイールローダを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、複数の車輪を有する車体と、前記車体に対して上下方向に回動可能に取り付けられたリフトアームを有する作業機と、前記車体に搭載されたエンジンと、前記エンジンから伝達されるトルクを増幅させるトルクコンバータと、複数の電磁制御弁により複数のギアの組合せを制御することで前記トルクコンバータから出力され増幅されたトルクを変速して前記複数の車輪に伝達するトランスミッションと、前記車体の前後進を切り換える前後進切換装置と、前記トランスミッションの速度段を選択する速度段選択装置と、前記車体の走行状態を検出する走行状態センサと、前記リフトアームの動作状態を検出する動作状態センサと、前記前後進切換装置から出力された切換信号と前記速度段選択装置で選択された速度段とに基づき、前記選択された速度段に対応したギア比となるように前記複数のギアの組合せを選択する制御信号を生成し、前記制御信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力して前記トランスミッションを変速制御するコントローラと、を備えたホイールローダにおいて、前記コントローラは、前記前後進切換装置から出力された切換信号、前記走行状態センサで検出された前記車体の走行状態、および前記速度段選択装置で選択された速度段に基づいて、前記トランスミッションの最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応した車速で前記車体が前進走行し、かつ前記動作状態センサで検出された前記リフトアームの動作状態が上方向への動作である場合に、前記最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応したギア比と前記最低速度段に対応したギア比との中間のギア比を前記トランスミッションのギア比とし、前記中間のギア比に対応した前記複数のギアの組合せを選択する信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力することを特徴とするホイールローダを提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、積込み作業時においてオペレータに違和感を与えることなく自動で車速を減速させることができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係るホイールローダの外観を示す側面図である。

【図2】ホイールローダによるＶシェープローディングについて説明する説明図である。

【図3】ホイールローダのライズラン操作を説明する説明図である。

【図4】ホイールローダの駆動システム構成を示す図である。

【図5】速度段ごとの車速とけん引力との関係を示すグラフである。

【図6】アクセルペダル踏込量と目標エンジン回転数との関係を示すグラフである。

【図7】リフトアームの上げ操作量とスプールの開口面積との関係を示すグラフである。

【図8】コントローラが有する機能を示す機能ブロック図である。

【図9】コントローラで実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態に係るホイールローダの全体構成およびその動作について、図１～３を参照して説明する。

【0011】

＜ホイールローダ１の全体構成＞
まず、ホイールローダ１の全体構成について、図１を参照して説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係るホイールローダ１の外観を示す側面図である。

【0013】

ホイールローダ１は、複数の車輪１１を備え、車体が中心付近で中折れすることにより操舵されるアーティキュレート式の作業車両である。具体的には、車体の前部となる前フレーム１Ａと車体の後部となる後フレーム１Ｂとが、センタジョイント１０によって左右方向に回動自在に連結されており、前フレーム１Ａが後フレーム１Ｂに対して左右方向に屈曲する。

【0014】

本実施形態では、ホイールローダ１は、車体全体で４つの車輪１１を備えており、前フレーム１Ａには左右一対の前輪１１Ａが、後フレーム１Ｂには左右一対の後輪１１Ｂが、それぞれ設けられている。なお、図１では、４つの車輪１１のうち、左側の前輪１１Ａおよび左側の後輪１１Ｂのみを示している。また、以下の説明において、左右一対の前輪１１Ａおよび左右一対の後輪１１Ｂをまとめて「複数の車輪１１」とする場合がある。

【0015】

ホイールローダ１は、例えば露天掘り鉱山等において、前フレーム１Ａに取り付けられた作業機２を用いて土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行う作業車両である。

【0016】

作業機２は、前フレーム１Ａに取り付けられたリフトアーム２１と、伸縮することによりリフトアーム２１を前フレーム１Ａに対して上下方向に回動させる２つのリフトアームシリンダ２２と、リフトアーム２１の先端部に取り付けられたバケット２３と、伸縮することによりバケット２３をリフトアーム２１に対して上下方向に回動させるバケットシリンダ２４と、リフトアーム２１に回動可能に連結されてバケット２３とバケットシリンダ２４とのリンク機構を構成するベルクランク２５と、２つのリフトアームシリンダ２２やバケットシリンダ２４へ圧油を導く複数の配管（不図示）と、を有している。

【0017】

２つのリフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４はそれぞれ、作業機２を駆動する油圧アクチュエータの一態様である。なお、図１では、車体の左右方向に並ぶ２つのリフトアームシリンダ２２のうち、左側に配置されたリフトアームシリンダ２２のみを破線で示している。

【0018】

リフトアーム２１は、２つのリフトアームシリンダ２２それぞれのボトム室に作動油が供給されてロッド２２０が伸びることにより上方向に回動し、２つのリフトアームシリンダ２２それぞれのロッド室に作動油が供給されてロッド２２０が縮むことにより下方向に回動する。

【0019】

同様にして、バケット２３は、バケットシリンダ２４のボトム室に作動油が供給されてロッド２４０が伸びることによりチルト（リフトアーム２１に対して上方向に回動）し、バケットシリンダ２４のロッド室に作動油が供給されてロッド２４０が縮むことによりダンプ（リフトアーム２１に対して下方向に回動）する。なお、バケット２３は、例えばブレード等の各種アタッチメントに交換することが可能であり、バケット２３を用いた掘削作業の他に、押土作業や除雪作業等の各種作業を行うこともできる。

【0020】

また、後フレーム１Ｂには、オペレータが搭乗する運転室１２と、後述するエンジンやコントローラ、油圧ポンプ等の各機器を内部に収容する機械室１３と、車体が傾倒しないように作業機２とのバランスを保つためのカウンタウェイト１４と、が設けられている。後フレーム１Ｂにおいて、運転室１２は前部に、カウンタウェイト１４は後部に、機械室１３は運転室１２とカウンタウェイト１４との間に、それぞれ配置されている。

【0021】

＜荷役作業時におけるホイールローダ１の動作＞
次に、荷役作業時のホイールローダ１の動作について、図２および図３を参照して説明する。ホイールローダ１では、「Ｖシェープローディング」という方法で掘削作業および積込み作業を行う。

【0022】

図２は、ホイールローダ１によるＶシェープローディングについて説明する説明図である。図３は、ホイールローダ１のライズラン操作を説明する説明図である。

【0023】

まず、ホイールローダ１は、掘削対象である地山１０１に向かって前進し、バケット２３を地山１０１に突入させて掘削作業を行う（図２に示す矢印Ｘ１）。掘削作業が終わると、ホイールローダ１は、元の場所に一旦後退する（図２に示す矢印Ｘ２）。

【0024】

次に、ホイールローダ１は、積込み先であるダンプトラック１０２に向かって前進し、ダンプトラック１０２の手前で停止する（図２に示す矢印Ｙ１）。なお、図２では、ダンプトラック１０２の手前で停止している状態のホイールローダ１を破線で示している。

【0025】

具体的には、図３に示すように、オペレータはアクセルペダルをいっぱいまで踏み込む（フルアクセル）と共に、リフトアーム２１の上げ操作を行う（図３に示す右側の状態）。次に、オペレータは、フルアクセルの状態のままにしてリフトアーム２１をさらに上昇させながら、同時にブレーキペダルを少し踏み込んでダンプトラック１０２に衝突しないよう車速を調整する（図３に示す中央の状態）。そして、オペレータはブレーキペダルをいっぱいまで踏み込んでダンプトラック１０２の手前で停止し、バケット２３をダンプさせてバケット２３内の積荷（土砂や鉱物等）をダンプトラック１０２へ積み込む（図３に示す左側の状態）。このように、積込み作業時においてホイールローダ１で行われる図３に示す一連の操作を「ライズラン操作」という。

【0026】

図２に示すように、積込み作業が終わると、ホイールローダ１は、元の場所に後退する（図２に示す矢印Ｙ２）。このように、ホイールローダ１は、地山１０１とダンプトラック１０２との間でＶ字状に往復走行し、掘削作業および積込み作業を行う。

【0027】

＜ホイールローダ１の駆動システム＞
次に、ホイールローダ１の駆動システムについて、図４～７を参照して説明する。

【0028】

図４は、ホイールローダ１の駆動システム構成を示す図である。図５は、速度段ごとの車速Ｓとけん引力Ｆとの関係を示すグラフである。図６は、アクセルペダル踏込量Ｖと目標エンジン回転数Ｎとの関係を示すグラフである。図７は、リフトアーム２１の上げ操作量とスプールの開口面積との関係を示すグラフである。

【0029】

ホイールローダ１は、トルクコンバータ式の走行駆動システムによって車体の走行が制御されており、図４に示すように、エンジン３０と、エンジン３０の出力軸に連結されたトルクコンバータ３１（以下、「トルコン３１」とする）と、トルコン３１の出力軸に連結されたトランスミッション３２と、を備えている。そして、これらエンジン３０、トルコン３１、およびトランスミッション３２はそれぞれ、コントローラ５からの指令信号に基づいて制御されている。ホイールローダ１は、エンジン３０の駆動力をトルコン３１およびトランスミッション３２を介して複数の車輪１１に伝達して走行する。

【0030】

トルコン３１は、インペラ、タービン、およびステータで構成された流体クラッチであり、入力トルク（エンジン３０から伝達されるトルク）に対して出力トルクを増幅させる機能、すなわちトルク比（＝出力トルク／入力トルク）を１以上とする機能を有する。このトルク比は、トルコン３１の入力軸の回転速度と出力軸の回転速度の比であるトルコン速度比（＝出力軸回転速度／入力軸回転速度）が大きくなるにつれて小さくなる。これにより、エンジン３０の回転速度を変速した上でトランスミッション３２に伝達する。

【0031】

トランスミッション３２は、複数のギアで構成されており、前進走行または後進走行において図５に示す１～４速度段のいずれかに対応したギア比となるように、複数のギアの組合せが第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅによって制御されることで、トルコン３１の出力軸のトルクや回転速度、回転方向を変えて複数の車輪１１へ伝達する。

【0032】

ホイールローダ１の進行方向、すなわち前進または後進の切り換えは前後進切換装置としての前後進切換スイッチ４１により、トランスミッション３２の速度段（図５に示す１～４速度段）の選択は速度段選択装置としてのシフトスイッチ４２により、それぞれ行われる。前後進切換スイッチ４１およびシフトスイッチ４２はそれぞれ、運転室１２（図１参照）に設けられている。

【0033】

図５に示すように、トランスミッション３２の速度段は、１速度段で最高車速がＳ１に、２速度段で最高車速がＳ１よりも大きいＳ２に、３速度段で最高車速がＳ２よりも大きいＳ３に、４速度段で最高車速がＳ３よりも大きいＳ４に、それぞれ設定されている（Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４）。

【0034】

そして、１～４速度段それぞれにおける車体のけん引力Ｆは、１速度段ではＦ１、２速度段ではＦ１よりも小さいＦ２、３速度段ではＦ２よりも小さいＦ３、４速度段ではＦ３よりも小さいＦ４となっている（Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ３＞Ｆ４）。したがって、速度段が小さくなると最高車速は小さくなるが、他方で車体のけん引力Ｆは大きくなる。なお、図５では、１速度段を実線で、２速度段を破線で、３速度段を一点鎖線で、４速度段を二点鎖線で、それぞれ示している。

【0035】

１速度段は、トランスミッション３２の最低速度段であり、例えば、掘削作業や登坂作業等のけん引力を必要とする作業時に選択される。図５に示すように、１速度段における最高車速は１～４速度段の中で最も低速であり、他方でけん引力Ｆは１～４速度段の中で最も大きい。２速度段は、トランスミッション３２の最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段であり、例えば、前述した積込み作業時（ライズラン操作時）に選択される。図５に示すように、２速度段における最高車速は１速度段のときよりも速く（例えば９～１５ｋｍ／ｈ）、けん引力Ｆは１速度段のときよりも大幅に小さい。

【0036】

図４に示すように、トルクコンバータ式の走行駆動システムでは、まず、運転室１２に設けられたアクセルペダル４３をオペレータが踏み込むとエンジン３０が回転し、エンジン３０の回転に伴ってトルコン３１の入力軸が回転する。そして、設定されたトルコン速度比にしたがってトルコン３１の出力軸が回転し、トルコン３１からの出力トルクがトランスミッション３２、プロペラシャフト１５、およびアクスル１６を介して複数の車輪１１にそれぞれ伝達されることにより、ホイールローダ１が走行する。

【0037】

より具体的には、まず、アクセルペダル４３に取り付けられた踏込量センサ６１によりアクセルペダル４３の踏込量Ｖ（以下、単に「アクセルペダル踏込量Ｖ」とする）が検出され、検出されたアクセルペダル踏込量Ｖがコントローラ５に入力される。次に、入力されたアクセルペダル踏込量Ｖに応じた目標エンジン回転数Ｎに係る指令信号が、コントローラ５からエンジン３０に対して出力される。そして、エンジン３０は、この目標エンジン回転数Ｎにしたがった回転数に制御される。

【0038】

図６に示すように、アクセルペダル４３の踏込量と目標エンジン回転数Ｎとは比例関係にあり、アクセルペダル踏込量Ｖが大きくなると目標エンジン回転数Ｎは増加する。アクセルペダル踏込量がＶ２に達すると目標エンジン回転数Ｎが最高回転数Ｎｍａｘとなる。また、アクセルペダル踏込量Ｖが０～Ｖ１の範囲（例えば０％～２０あるいは３０％の範囲）は、アクセルペダル踏込量Ｖにかかわらず、目標エンジン回転数Ｎが所定の最低回転数Ｎｍｉｎで一定となる不感帯として設定されている。

【0039】

そして、目標エンジン回転数Ｎにしたがって制御されたエンジン回転数、すなわちエンジン回転速度は、トルコン３１およびトランスミッション３２により変速された上で、ホイールローダ１の車速Ｓとしてプロペラシャフト１５に伝達される。トルコン３１の入力軸には、エンジン３０の回転数を回転速度として検出する第１回転速度センサ３１Ａが、トルコン３１の出力軸には、トルコン３１における変速後の回転速度を検出する第２回転速度センサ３１Ｂが、それぞれ設けられている。車速Ｓは、プロペラシャフト１５の回転速度として第３回転速度センサ３１Ｃで検出される。また、踏込量センサ６１は、車体の走行状態を検出する走行状態センサの一態様である。

【0040】

例えば、ライズラン操作を行う際には、オペレータは、前後進切換スイッチ４１を前進の位置に切り換え、シフトスイッチ４２で２速度段を選択する。前後進切換スイッチ４１から出力された前進に係る切換信号、およびシフトスイッチ４２から出力された２速度段に係る速度段信号はそれぞれ、コントローラ５に入力される。コントローラ５は、トランスミッション３２の前進クラッチと２速度段クラッチとが係合状態となるギア比となるように複数のギアの組合せを選択する制御信号を生成し、当該制御信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに対して出力する。したがって、アクセルペダル踏込量Ｖに応じたエンジン回転速度は、トランスミッション３２を介して２速度段に対応した回転速度に変速される。これにより、ホイールローダ１は、２速度段に対応した車速Ｓで前進走行する。

【0041】

また、ホイールローダ１は、図４に示すように、作業機２を駆動させるための荷役用油圧回路ＨＣを備えている。荷役用油圧回路ＨＣには、油圧ポンプ３３と、リフトアームシリンダ２２と、バケットシリンダ２４と、油圧ポンプ３３から吐出されてリフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４のそれぞれに流入する作動油の流れ（方向および流量）を制御するコントロールバルブ３４と、が設けられている。なお、図４では、構成を簡略化するため、２つのリフトアームシリンダ２２のうち一方のリフトアームシリンダ２２のみを示している。

【0042】

油圧ポンプ３３は、作動油タンク３５から吸入した作動油をリフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４のそれぞれに供給する。本実施形態では、油圧ポンプ３３は、傾転角に応じて押し退け容積が制御される斜板式あるいは斜軸式の可変容量型油圧ポンプである。傾転角は、コントローラ５から出力された指令信号にしたがって、レギュレータ３３０により調整される。なお、油圧ポンプ３３は必ずしも可変容量型の油圧ポンプでなくてもよく、固定容量型の油圧ポンプを用いても良い。

【0043】

油圧ポンプ３３の吐出圧Ｐａは、油圧ポンプ３３の吐出側に接続された管路上に設けられた吐出圧センサ６２により検出される。油圧ポンプ３３の吐出圧Ｐａは、リフトアーム２１およびバケット２３（作業機２）の動作状態により変動する。したがって、吐出圧センサ６２は、リフトアーム２１の動作状態を検出する動作状態センサの一態様である。

【0044】

リフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４はそれぞれ、運転室１２（図１参照）内に設けられたリフトアーム操作レバー１２１およびバケット操作レバー１２２の操作にしたがって駆動する。

【0045】

例えば、オペレータがリフトアーム操作レバー１２１を操作すると、その操作量に比例したパイロット圧Ｐｉが操作信号として生成される。生成されたパイロット圧Ｐｉは、コントロールバルブ３４の左右の受圧室に作用し、コントロールバルブ３４内のスプールが当該パイロット圧Ｐｉに応じてストロークする。これにより、油圧ポンプ３３から吐出された作動油は、リフトアーム操作レバー１２１の操作に応じた方向および流量にしたがってリフトアームシリンダ２２に流入する。

【0046】

リフトアーム操作レバー１２１の操作によって生成されたパイロット圧Ｐｉは、リフトアーム操作レバー１２１とコントロールバルブ３４とを接続するパイロット管路上に設けられたパイロット圧センサ６３により検出される。パイロット圧センサ６３は、リフトアーム２１の操作量を検出する操作量センサに相当し、吐出圧センサ６２と同様に、リフトアーム２１の動作状態を検出する動作状態センサの一態様である。

【0047】

図７に示すように、リフトアーム２１の上げ操作量とコントロールバルブ３４のスプールの開口面積とは比例関係にあり、リフトアーム２１の上げ操作量が増えるとスプールの開口面積も大きくなる。したがって、リフトアーム２１を上げる方向にリフトアーム操作レバー２１０を大きく操作すると、リフトアームシリンダ２２へ流入する作動油量が多くなり、ロッド２２０が速く伸長する。

【0048】

なお、図７において、リフトアーム２１の上げ操作量０～２０％の範囲では、リフトアーム２１の上げ操作量にかかわらずスプールの開口面積は０％（スプールは開口しない）で一定となる不感帯として設定されている。また、リフトアーム２１の上げ操作量８５～１００％の範囲では、スプールの開口面積は１００％で一定となっており、フルレバー操作状態が維持されている。

【0049】

バケット２３の操作についても、リフトアーム２１の操作と同様に、バケット操作レバー１２２の操作量に応じて生成されたパイロット圧Ｐｉがコントロールバルブ３４に作用することによってコントロールバルブ３４のスプールが制御され、バケットシリンダ２４へ流出入する作動油の方向および流量が調整される。

【0050】

ここで、積込み作業時のライズラン操作では、２速度段に対応した車速でダンプトラック１０２（図３参照）に向かって前進走行しながらリフトアーム２１を上昇させるため、車速は抑える一方で、エンジン回転数を増加させて油圧ポンプ３３の吐出流量を増やし、リフトアーム２１に供給される作動油の流量を増加させる必要がある。そこで、ホイールローダ１では、コントローラ５によりトランスミッション３２を変速制御することでブレーキを作動させずに車速を制限している。

【0051】

＜コントローラ５の構成＞
次に、コントローラ５の構成について、図８を参照して説明する。

【0052】

図８は、コントローラ５が有する機能を示す機能ブロック図である。

【0053】

コントローラ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、入力Ｉ／Ｆ、および出力Ｉ／Ｆがバスを介して互いに接続されて構成される。そして、前後進切換スイッチ４１やシフトスイッチ４２といった各種の操作装置、ならびに踏込量センサ６１、吐出圧センサ６２、およびパイロット圧センサ６３といった各種のセンサ等が入力Ｉ／Ｆに接続され、第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅ等が出力Ｉ／Ｆに接続されている。

【0054】

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭやＨＤＤ若しくは光学ディスク等の記録媒体に格納された制御プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵが読み出してＲＡＭ上に展開し、展開された制御プログラムを実行することにより、制御プログラムとハードウェアとが協働して、コントローラ５の機能を実現する。

【0055】

なお、本実施形態では、コントローラ５をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成されるコンピュータとして説明しているが、これに限らず、例えば他のコンピュータの構成の一例として、ホイールローダ１の側で実行される制御プログラムの機能を実現する集積回路を用いてもよい。

【0056】

図５に示すように、コントローラ５は、データ取得部５１と、判定部５２と、ギア比設定部５３と、記憶部５４と、指令信号出力部５５と、を含む。

【0057】

データ取得部５１は、前後進切換スイッチ４１から出力された切換信号、シフトスイッチ４２から出力された速度段信号、踏込量センサ６１で検出されたアクセルペダル踏込量Ｖ、吐出圧センサ６２で検出された吐出圧Ｐａ、およびパイロット圧センサ６３で検出されたパイロット圧Ｐｉに関するデータをそれぞれ取得する。

【0058】

判定部５２は、進行判定部５２Ａと、速度段判定部５２Ｂと、動作判定部５２Ｃと、を含む。

【0059】

進行判定部５２Ａは、データ取得部５１で取得された切換信号に基づいて車体の進行方向、すなわち前後進切換スイッチ４１において前進および後進のどちらの方向に切り換えられているかを判定すると共に、データ取得部５１で取得されたアクセルペダル踏込量Ｖに基づいて車体が走行中であるか否かを判定する。

【0060】

速度段判定部５２Ｂは、進行判定部５２Ａで車体が前進走行中であると判定された場合に、データ取得部５１で取得された速度段信号に基づいてシフトスイッチ４２においてトランスミッション３２の速度段として２速度段が選択されているか否かを判定する。

【0061】

動作判定部５２Ｃは、データ取得部５１で取得された吐出圧Ｐａおよびパイロット圧Ｐｉに基づいてリフトアーム２１が上方向へ動作しているか否かを判定する。本実施形態では、吐出圧Ｐａおよびパイロット圧Ｐｉの両方に基づいてリフトアーム２１の上げ動作を精度良く判定しているが、少なくとも吐出圧Ｐａおよびパイロット圧Ｐｉのいずれかの検出値に基づいて判定すればよい。すなわち、動作状態センサとしては、少なくとも吐出圧センサ６２およびパイロット圧センサ６３のいずれかであればよい。なお、吐出圧Ｐａまたはパイロット圧Ｐｉに基づいてリフトアーム２１の上げ動作を判定することにより、例えばリフトアームシリンダ２２のボトム圧に基づく場合と比べてリフトアーム２１の上げ動作の誤判定を低減することができる。

【0062】

ギア比設定部５３は、判定部５２で車体が２速度段で前進走行し、かつリフトアーム２１の上げ動作が行われていると判定された場合に、１速度段に対応したギア比と２速度段に対応したギア比との中間のギア比をトランスミッション３２のギア比として設定する。また、ギア比設定部５３は、車速の制限処理が実行された後に、進行判定部５２Ａで前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられたと判定された場合において、２速度段に対応したギア比をトランスミッション３２のギア比として設定する。

【0063】

記憶部５４はメモリであって、このメモリにはリフトアーム２１の上げ動作の判定に係る吐出圧閾値Ｐａｔｈおよびパイロット圧閾値Ｐｉｔｈがそれぞれ記憶されている。吐出圧閾値Ｐａｔｈおよびパイロット圧閾値Ｐｉｔｈはそれぞれ、リフトアーム２１の上げ動作の開始を特定するための閾値である。また、記憶部（メモリ）５４には、１～４速度段毎に設定されたギア比で変速されるように調整されたクラッチ圧に相当する指令値に加えて、１速度段に対応したギア比と２速度段に対応したギア比との中間のギア比で変速されるように調整されたクラッチ圧に相当する指令値が記憶されている。この中間のギア比は、ホイールローダ１の積込み作業に対応づけられた所定の出力トルクとその出力トルクに対応した車速とが得られるように設定されたギア比である。

【0064】

指令信号出力部５５は、ギア比設定部５３で設定されたギア比に対応した複数のギアの組合せを選択する指令信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに対して出力する。これにより、ホイールローダ１は、コントローラ５により制御された速度段に対応した車速となる。

【0065】

＜コントローラ５内での処理＞
次に、コントローラ５内で実行される具体的な処理の流れについて、図９を参照して説明する。

【0066】

図９は、コントローラ５で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【0067】

まず、データ取得部５１は、前後進切換スイッチ４１から出力された切換信号、踏込量センサ６１で検出されたアクセルペダル踏込量Ｖ、およびシフトスイッチ４２から出力された速度段信号をそれぞれ取得する（ステップＳ５０１）。

【0068】

次に、進行判定部５２Ａは、ステップＳ５０１で取得された切換信号、アクセルペダル踏込量Ｖに基づいて車体が前進走行しているか否かを判定し、また、速度段判定部５２Ｂは、ステップＳ５０１で取得された速度段信号に基づいてシフトスイッチ４２において２速度段が選択されているか否かを判定する（ステップＳ５０２）。すなわち、ステップＳ５０２では、車体が２速度段で前進走行中であるか否かを判定する。

【0069】

ステップＳ５０２において車体が２速度段で前進走行中であると判定された場合（ステップＳ５０２／ＹＥＳ）、データ取得部５１は吐出圧センサ６２で検出された吐出圧Ｐａ及びパイロット圧センサ６３で検出されたパイロット圧Ｐｉをそれぞれ取得する（ステップＳ５０３）。なお、ステップＳ５０２において車体が２速度段で前進走行中でないと判定された場合（ステップＳ５０２／ＮＯ）、コントローラ５は処理を終了する。

【0070】

次に、動作判定部５２Ｃは、ステップＳ５０３で取得された吐出圧Ｐａが吐出圧閾値Ｐａｔｈ以上であり、かつステップＳ５０３で取得されたパイロット圧Ｐｉがパイロット圧閾値Ｐｉｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。すなわち、ステップＳ５０４では、リフトアーム２１が上げ動作を行っているか否かを判定する。

【0071】

ステップＳ５０４において吐出圧Ｐａが吐出圧閾値Ｐａｔｈ以上であり（Ｐａ≧Ｐａｔｈ）、かつパイロット圧Ｐｉがパイロット圧閾値Ｐｉｔｈ以上である（Ｐｉ≧Ｐｉｔｈ）と判定された場合、すなわちリフトアーム２１が上げ動作を行っていると判定された場合（ステップＳ５０４／ＹＥＳ）、ギア比設定部５３は、１速度段に対応したギア比と２速度段に対応したギア比との中間のギア比をトランスミッション３２のギア比として設定する（ステップＳ５０５）。

【0072】

なお、ステップＳ５０４において吐出圧Ｐａが吐出圧閾値Ｐａｔｈよりも小さく（Ｐａ＜Ｐａｔｈ）、かつパイロット圧Ｐｉがパイロット圧閾値Ｐｉｔｈよりも小さい（Ｐｉ＜Ｐｉｔｈ）と判定された場合、すなわちリフトアーム２１が上げ動作を行っていないと判定された場合（ステップＳ５０４／ＮＯ）、リフトアーム２１の上げ動作が開始されるまでステップＳ５０３に戻って処理を繰り返す。

【0073】

次に、指令信号出力部５５は、ステップＳ５０５で設定されたギア比に対応した複数のギアの組合せを選択する指令信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに出力する（ステップＳ５０６）。これにより、ホイールローダ１は、２速度段に対応した車速から１速度段と２速度段との中間の速度段に対応した車速に制限される。

【0074】

このように、ホイールローダ１は、積込み作業時のライズラン操作において、２速度段に対応した車速よりは遅いが、１速度段に対応した車速よりは速い車速に減速されるため、車速が遅くなり過ぎるといった事態を回避することができると共に、２速度段から１速度段に落とす場合と比べて段間差が少ないため、変速時にオペレータへ違和感を与えることがない。

【0075】

また、コントローラ５による車速の制限時において、シフトスイッチ４２は２速度段が選択されたままであるため、オペレータに対して、２速度段に対応した車速で前進走行しているはずであるが、ホイールローダ１にて自動的に車速が制限されているとの心証を与えることができる。なお、この場合において、例えば運転室１２内のモニターに、自動で車速が制限されている旨を表示してもよい。

【0076】

次に、データ取得部５１は、前後進切換スイッチ４１から出力された切換信号を再度取得する（ステップＳ５０７）。続いて、進行判定部５２Ａは、ステップＳ５０７で取得された切換信号に基づき前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられたか否かを判定する（ステップＳ５０８）。

【0077】

ステップＳ５０８において前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられたと判定された場合（ステップＳ５０８／ＹＥＳ）、ギア比設定部５３は、２速度段に対応したギア比をトランスミッション３２のギア比として設定する（ステップＳ５０９）。

【0078】

なお、ステップＳ５０８において前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられたと判定されなかった場合（ステップＳ５０８／ＮＯ）、前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換わるまでステップＳ５０７に戻って処理を繰り返す。

【0079】

次に、指令信号出力部５５は、ステップＳ５０９で設定されたギア比に対応した複数のギアの組合せを選択する指令信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに出力して（ステップＳ５１０）、コントローラ５における処理を終了する。このように、コントローラ５は、前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられた場合に、１速度段に対応したギア比と２速度段に対応したギア比との中間のギア比から２速度段に対応したギア比に変更することにより、コントローラ５による車速の制限が解除されて、ホイールローダ１は、１速度段と２速度段との中間の速度段に対応した車速から２速度段に対応した車速に戻る。

【0080】

このように、ダンプトラック１０２への積込みが終了した後に後進する際には、車速が制限前の２速度段に対応した車速に自動的に戻るため、オペレータに対して違和感を与えることなくコントローラ５による車速の制限を解除することができる。

【0081】

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0082】

例えば、上記実施形態では、踏込量センサ６１で検出されたアクセルペダル踏込量Ｖに基づいて車体の走行状態を判定していたが、これに限らず、例えば車速センサを用いて車体の走行状態を判定してもよい。

【符号の説明】

【0083】

１：ホイールローダ
２：作業機
５：コントローラ
１１，１１Ａ：前輪（車輪）
１１，１１Ｂ：後輪（車輪）
２１：リフトアーム
２２：リフトアームシリンダ（油圧アクチュエータ）
２４：バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
３０：エンジン
３１：トルクコンバータ
３２：トランスミッション
３２Ａ～３２Ｅ：第１～第５電磁制御弁
３３：油圧ポンプ
４１：前後進切換スイッチ（前後進切換装置）
４２：シフトスイッチ（速度段選択装置）
６１：踏込量センサ（走行状態センサ）
６２：吐出圧センサ（動作状態センサ）
６３：パイロット圧センサ（操作量センサ、動作状態センサ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】