7193288 作業車両

(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】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】作業車両

(51)【国際特許分類】

   F02D 29/00 20060101AFI20221213BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20221213BHJP

   F02D 29/04 20060101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

F02D29/00 B

E02F9/20 M

F02D29/04 H

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018183909

(22)【出願日】2018-09-28

(65)【公開番号】P2020051188

(43)【公開日】2020-04-02

【審査請求日】2021-07-12

(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】兵藤 幸次

(72)【発明者】

【氏名】田中 哲二

(72)【発明者】

【氏名】青木 勇

(72)【発明者】

【氏名】抜井 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】阿彦 優貴

【審査官】戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２９５６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７１９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１５８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２２３３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１１６８５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｆ０２Ｄ ２９／００

Ｆ０２Ｄ ２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と、
前記車体に搭載されたエンジンと、
前記エンジンにより駆動される可変容量型の走行用油圧ポンプと、
前記走行用油圧ポンプと閉回路状に接続されて前記エンジンの駆動力を車輪に伝達する可変容量型の走行用油圧モータと、
前記車体に設けられた作業機と、
を備えた作業車両において、
前記走行用油圧モータの負荷圧力を検出する圧力検出器と、
前記エンジン及び前記走行用油圧モータを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記圧力検出器で検出された圧力検出値が、前記作業車両が前記作業機の上げ動作を行っていない状態で平地を走行している時に対応する予め記憶された前記走行用油圧モータの負荷圧力よりも大きい所定の圧力範囲に含まれるか否かを判定し、
前記圧力検出器で検出された圧力検出値が前記所定の圧力範囲に含まれていると判定された場合に、前記所定の圧力範囲内において前記走行用油圧モータの押しのけ容積を最小値から最大値まで上昇させるモータ指令信号を前記走行用油圧モータに対して出力すると共に、前記所定の圧力範囲内に限り前記エンジンの最高回転速度を上昇させるエンジン指令信号を前記エンジンに対して出力する
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、
前記コントローラは、
前記所定の圧力範囲内における所定の第１負荷圧力から前記所定の第１負荷圧力よりも大きい所定の第２負荷圧力に亘って、前記走行用油圧モータの押しのけ容積を最小値から最大値まで徐々に上昇させる
ことを特徴とする作業車両。

【請求項3】

請求項１に記載の作業車両において、
前記コントローラは、
前記圧力検出器で検出された圧力検出値が前記所定の圧力範囲に含まれていると判定された時に時間の計測を開始して、前記圧力検出器で検出された圧力検出値が前記所定の圧力範囲内に含まれている間の時間を計測し、
計測された計測時間が所定の設定時間以上である場合に、前記エンジン指令信号を前記エンジンに対して出力する
ことを特徴とする作業車両。

【請求項4】

請求項３に記載の作業車両において、
前記コントローラは、
時間の計測を開始した後に前記圧力検出器で検出された圧力検出値が前記所定の圧力範囲に含まれないと判定されると、時間の計測を停止してリセットを行い、上昇させた前記エンジンの最高回転速度を元に戻す指令信号を前記エンジンに対して出力する
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、
前記作業機は、作業対象物を掘削するものであり、
前記作業車両の最大けん引力を必要とした作業時とは、前記作業機による掘削動作時である
ことを特徴とする作業車両。

【請求項6】

請求項１に記載の作業車両において、
前記所定の圧力範囲は、
前記作業車両が前記作業機の上げ動作を行っていない状態で平地を走行している時に対応する前記走行用油圧モータの負荷圧力よりも大きく、かつ、前記作業車両の最大けん引力を必要とした作業時に対応する前記走行用油圧モータの負荷圧力よりも小さい圧力範囲である
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、無段変速式の走行駆動システムを搭載した作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

ホイールローダやフォークリフト、トラクター等の作業車両には、無段変速式の走行駆動システムとして、エンジンで油圧ポンプを駆動させることによって発生した油圧を油圧モータで回転力に変換するＨＳＴ（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）式の走行駆動システムを採用したものがある。

【0003】

例えば特許文献１には、エンジンと、エンジンによって駆動される走行用油圧ポンプと、踏込み量に応じてアクセル開度を調整するアクセルペダルと、走行用油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される走行用油圧モータと、走行時にかかる走行負荷の大きさを検出する走行負荷検知部と、車速を検出する車速検出部と、エンジンを制御する制御装置と、を備えたホイールローダが開示されている。

【0004】

このホイールローダでは、制御装置が、走行負荷検知部で検出された走行負荷の大きさと、車速検出部で検出された車速の大きさと、に応じてエンジンを制御することにより燃料消費量を抑制しつつ最高車速での走行を可能にしている。具体的には、車速が最高車速に近づくほど大きく、車速が最高車速から離れるほど小さくなるように、アクセル開度の制限量が設定されると共に、走行負荷が小さいときには走行負荷が大きいときよりもアクセル開度の制限量が小さく設定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１０／１１６８５３号

【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に記載のホイールローダにおけるエンジンの制御では、走行負荷が高く、かつ車速が微速である場合にはエンジンの回転数が高くなってしまう。走行負荷が高く、かつ車速が微速である場合としては、例えば、掘削動作時や前後進切り換え時が考えられる。掘削時はけん引力が最大値で一定となるため、エンジンの回転数を上昇させても走行性能はあがらず、また他方で、走行性能を高くする必要性もないため、エンジンの回転数を上昇させてしまうと燃費が悪化する。また、前後進切り換え時にエンジンの回転数を上昇させると、車速が急激に減速してしまい滑らかな運転になりにくい。

【0007】

そこで、本発明の目的は、燃費を低減しながらも、高い走行性能が必要な時だけ走行性能を向上させることが可能な作業車両を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明は、車体と、前記車体に搭載されたエンジンと、前記エンジンにより駆動される可変容量型の走行用油圧ポンプと、前記走行用油圧ポンプと閉回路状に接続されて前記エンジンの駆動力を車輪に伝達する可変容量型の走行用油圧モータと、前記車体に設けられた作業機と、を備えた作業車両において、前記走行用油圧モータの負荷圧力を検出する圧力検出器と、前記エンジン及び前記走行用油圧モータを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記圧力検出器で検出された圧力検出値が、前記作業車両が前記作業機の上げ動作を行っていない状態で平地を走行している時に対応する予め記憶された前記走行用油圧モータの負荷圧力よりも大きい所定の圧力範囲に含まれるか否かを判定し、前記圧力検出器で検出された圧力検出値が前記所定の圧力範囲に含まれていると判定された場合に、前記所定の圧力範囲内において前記走行用油圧モータの押しのけ容積を最小値から最大値まで上昇させるモータ指令信号を前記走行用油圧モータに対して出力すると共に、前記所定の圧力範囲内に限り前記エンジンの最高回転速度を上昇させるエンジン指令信号を前記エンジンに対して出力することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、燃費を低減しながらも、高い走行性能が必要な時だけ走行性能を向上させることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、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】

【0010】

【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】車速とけん引力との関係を示すグラフである。

【図4】ホイールローダの油圧回路及び電気回路を示す図である。

【図5】アクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。

【図6】（ａ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプの押し退け容積との関係を示すグラフ、（ｂ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプの入力トルクとの関係を示すグラフ、（ｃ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプの吐出流量との関係を示すグラフである。

【図7】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8】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。

【図9】ＨＳＴモータ負荷圧力とＨＳＴモータの押しのけ容積との関係を示すグラフである。

【図10】ＨＳＴモータ負荷圧力とけん引力との関係を示すグラフである。

【図11】コントローラによる制御が実行された場合におけるアクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。

【図12】コントローラによる制御が実行された場合における車速とけん引力との関係を示すグラフである。

【図13】変形例におけるＨＳＴモータ負荷圧力とＨＳＴモータの押しのけ容積との関係を示すグラフである。

【図14】変形例におけるＨＳＴモータ負荷圧力とけん引力との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態に係る作業車両の一態様として、ホイールローダについて説明する。

【0012】

（ホイールローダ１の構成）
まず、本発明の実施形態に係るホイールローダ１の全体構成について、図１を参照して説明する。

【0013】

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。

【0014】

ホイールローダ１は、前フレーム１Ａ及び後フレーム１Ｂで構成される車体と、車体の前部に設けられて作業対象物を掘削する作業機２と、を備えている。ホイールローダ１は、車体が中心付近で中折れすることにより操舵するアーティキュレート式の作業車両である。前フレーム１Ａと後フレーム１Ｂとは、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。

【0015】

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、左右一対の前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂのうち、左側の前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂのみを示している。

【0016】

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、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。

【0017】

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一対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、一対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。なお、図１では、一対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、各リフトアームシリンダ２２のロッド２２０が伸びることにより上方向に回動し、各ロッド２２０が縮むことにより下方向に回動する。バケット２３は、バケットシリンダ２４のロッド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、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。

【0019】

このホイールローダ１は、例えば露天掘り鉱山等において、作業対象物である土砂や鉱物等を作業機２により掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行うための荷役作業車両である。

【0020】

次に、ホイールローダ１が掘削作業及び積み込み作業を行う際の方法の１つであるＶシェープローディングについて、図２を参照して説明する。

【0021】

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。

【0022】

まず、ホイールローダ１は、作業対象物である地山１００Ａに向かって前進し（図２に示す矢印Ｘ１）、バケット２３を地山１００Ａに突入させた状態でチルトさせることにより掘削作業を行う。掘削作業が終わると、ホイールローダ１は、掘削した土砂や鉱物等の荷をバケット２３に積んだ状態で元の場所に一旦後退する（図２に示す矢印Ｘ２）。

【0023】

続いて、ホイールローダ１は、バケット２３内の荷の積込先であるダンプトラック１００Ｂに向かって前進し（図２に示す矢印Ｙ１）、ダンプトラック１００Ｂの手前で停止する。図２では、ダンプトラック１００Ｂ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。

【0024】

ホイールローダ１は、ダンプトラック１００Ｂへの積み込み作業が終わると、バケット２３内に荷が積まれていない状態で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１００Ａとダンプトラック１００Ｂとの間でＶ字形状に往復走行し、掘削作業及び積み込み作業を行う。

【0025】

また、ホイールローダ１は、作業現場の環境によっては、急な斜面を走行したり、作業機２を用いて作業面を均すドージング作業を行ったりすることがある。これらホイールローダ１における各種の動作では、車速を出す必要がある場合やけん引力が必要となる場合、あるいはその両方を必要とする場合がある。

【0026】

次に、ホイールローダ１における車速とけん引力との関係、すなわちホイールローダ１の走行性能について、図３を参照して説明する。

【0027】

図３は、車速とけん引力との関係を示すグラフである。

【0028】

図３に示す領域αでは、車体のけん引力Ｆは比較的小さくてよい一方で車速は最高車速となる動作であり、例えば作業機２が上げ動作を行わない状態で平地を走行している時が相当する。なお、図３に示すけん引力Ｆ１が、ホイールローダ１が最高車速で平地を走行する際に必要なけん引力である。

【0029】

図３に示す領域γでは、車速は０あるいは微速である一方で車体のけん引力Ｆは最大けん引力が必要となる動作であり、例えば作業機２による掘削動作時が相当する。

【0030】

そして、図３に示す領域βは領域γと領域αとの間の領域に該当し、この領域では、車体のけん引力及び車速の両方が必要となる動作であり、例えばホイールローダ１が斜面を登る時（登坂走行時）やドージング作業時が相当する。なお、領域βにおける車体のけん引力Ｆは、最高車速での平地走行時のけん引力Ｆ１よりも大きいけん引力Ｆ２から最大けん引力よりも小さいけん引力Ｆ３までの間で変化し（Ｆ２≦Ｆ≦Ｆ３）、領域βにおける車速は、０あるいは微速から最高車速までの間で変化する。

【0031】

（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４～６を参照して説明する。

【0032】

図４は、ホイールローダ１の油圧回路及び電気回路を示す図である。図５は、アクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。図６（ａ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプ４１の押し退け容積との関係を示すグラフ、図６（ｂ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプ４１の入力トルクとの関係を示すグラフ、図６（ｃ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプ４１の吐出流量との関係を示すグラフである。

【0033】

ホイールローダ１は、閉回路の油圧回路を有したＨＳＴ式走行駆動装置を備え、このＨＳＴ式走行駆動装置は、図４に示すように、エンジン３と、エンジン３により駆動される走行用油圧ポンプとしてのＨＳＴポンプ４１と、ＨＳＴポンプ４１を制御するための圧油を補給するＨＳＴチャージポンプ４１Ａと、一対の管路４００Ａ，４００Ｂを介してＨＳＴポンプ４１と閉回路状に接続された走行用油圧モータとしてのＨＳＴモータ４２と、エンジン３やＨＳＴポンプ４１及びＨＳＴモータ４２等の各機器を制御するコントローラ５と、を有して構成されている。

【0034】

ＨＳＴポンプ４１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の油圧ポンプである。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ポンプ用レギュレータ４１０により調整される。

【0035】

ＨＳＴモータ４２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の油圧モータであり、エンジン３の駆動力を車輪（前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂ）に伝達する。傾転角は、ＨＳＴポンプ４１の場合と同様に、コントローラ５から出力された指令信号にしたがってモータ用レギュレータ４２０により調整される。

【0036】

ＨＳＴ式走行駆動装置では、まず、運転室１２内に設けられたアクセルペダル６１をオペレータが踏み込むとエンジン３が回転し、エンジン３の駆動力によりＨＳＴポンプ４１が駆動する。そして、ＨＳＴポンプ４１から吐出した圧油によりＨＳＴモータ４２が回転し、ＨＳＴモータ４２からの出力トルクがアクスル１５を介して前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂに伝達されることにより、ホイールローダ１が走行する。

【0037】

具体的には、アクセルペダル６１の踏込量がアクセルペダル６１に取り付けられた踏込量センサ６１０で検出され、検出された踏込量がコントローラ５に入力される。そして、入力された踏込量に応じた目標エンジン回転速度が指令信号としてコントローラ５からエンジン３に対して出力される。エンジン３は、この目標エンジン回転速度にしたがって回転数が制御される。エンジン３の回転速度は、図４に示すように、エンジン３の出力軸に設けられたエンジン回転速度センサ７１で検出する。

【0038】

図５に示すように、アクセルペダル６１の踏込量と目標エンジン回転速度とは比例関係にあり、アクセルペダル６１の踏込量が大きくなると目標エンジン回転速度は速くなる。そして、アクセルペダル６１の踏込量がＳ２になった時に目標エンジン回転速度が最高回転速度Ｎｍａｘ１となる。このエンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘ１（以下、「第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１」とする）は、作業機２が上げ動作を行っていない状態（非動作状態）でホイールローダ１が平地を走行している時（図３に示す領域α）や、作業機２による掘削動作時（図３に示す領域γ）に対応した設定値であり、エンジン３の燃費効率が良好となる値である。

【0039】

図５において、アクセルペダル６１の踏込量０～Ｓ１の範囲（例えば０％～２０あるいは３０％の範囲）は、アクセルペダル６１の踏込量にかかわらず、目標エンジン回転速度が所定の最低回転速度Ｎｍｉｎで一定となる不感帯として設定されている。なお、この不感帯の範囲は、任意に設定変更可能である。

【0040】

次に、エンジン３とＨＳＴポンプ４１との関係は、図６（ａ）～（ｃ）に示す通りである。

【0041】

図６（ａ）に示すように、エンジン回転速度がＮ１からＮ２までの間では、エンジン３の回転速度ＮとＨＳＴポンプ４１の押し退け容積ｑとは比例関係にあり、エンジン３の回転速度がＮ１からＮ２になるまで速くなるにつれて（Ｎ１＜Ｎ２）、押し退け容積は０から所定の値ｑｃまで大きくなる。エンジン回転速度がＮ２以上では、ＨＳＴポンプ４１の押し退け容積は、エンジン回転速度にかかわらず所定の値ｑｃで一定となる。

【0042】

ＨＳＴポンプ４１の入力トルクは、押し退け容積に吐出圧力を積算したもの（入力トルク＝押し退け容積×吐出圧力）である。図６（ｂ）に示すように、エンジン回転速度がＮ１からＮ２までの間では、エンジン３の回転速度ＮとＨＳＴポンプ４１の入力トルクＴとは比例関係にあり、エンジン３の回転速度がＮ１からＮ２になるまで速くなるにつれて、入力トルクは０から所定の値Ｔｃまで大きくなる。エンジン回転速度がＮ２以上では、ＨＳＴポンプ４１の入力トルクは、エンジン回転速度にかかわらず所定の値Ｔｃで一定となる。

【0043】

図６（ｃ）に示すように、エンジン回転速度がＮ１からＮ２までの間では、ＨＳＴポンプ４１の吐出流量Ｑとエンジン３の回転速度Ｎとは二次の比例関係にあり、エンジン３の回転速度がＮ１からＮ２になるまで速くなるにつれて、ＨＳＴポンプ４１の吐出流量は０からＱ１まで増加する。エンジン回転速度がＮ２以上では、エンジン３の回転速度ＮとＨＳＴポンプ４１の吐出流量Ｑとは一次の比例関係にある。

【0044】

したがって、エンジン３の回転速度Ｎが速くなるとＨＳＴポンプ４１の吐出流量Ｑが増え、ＨＳＴポンプ４１からＨＳＴモータ４２に流入する圧油の流量が増えるため、ＨＳＴモータ４２の回転数が増大し、車速が速くなる。

【0045】

ＨＳＴモータ４２にかかる負荷圧力は、ホイールローダ１の前進時は一方の管路４００Ａ上に設けられた第１圧力センサ７２Ａで、ホイールローダ１の後進時は他方の管路４００Ｂ上に設けられた第２圧力センサ７２Ｂで、それぞれ検出する（図４参照）。これら第１圧力センサ７２Ａ及び第２圧力センサ７２Ｂは、走行用油圧モータであるＨＳＴモータ４２の負荷圧力を検出する圧力検出器の一態様である。なお、以下の説明において、「第１圧力センサ７２Ａ及び第２圧力センサ７２Ｂ」を単に「圧力センサ７２Ａ，７２Ｂ」とする場合がある。

【0046】

このように、ＨＳＴ式走行駆動装置では、ＨＳＴポンプ４１の吐出流量を連続的に増減させることにより車速を制御（変速）するため、ホイールローダ１は滑らかな発進、及び衝撃の少ない停止が可能となる。なお、車速を制御する際には、必ずしもＨＳＴポンプ４１の吐出流量を調整する必要はなく、ＨＳＴモータ４２の押し退け容積を調整してもよく、以下では、ＨＳＴモータ４２の押し退け容積を調整する場合について説明する。

【0047】

ホイールローダ１の進行方向、すなわち前進又は後進の選択は、運転室１２に設けられた前後進切換スイッチ６２（図４参照）によって行う。具体的には、オペレータが前後進切換スイッチ６２で前進の位置に切り換えると、前進を示す前後進切換信号がコントローラ５に入力され、コントローラ５は、ＨＳＴポンプ４１から吐出された圧油によって車体が前進方向となるように、ポンプ傾転を前進側にさせる指令信号をＨＳＴポンプ４１に対して出力する。そして、ＨＳＴポンプ４１から吐出された圧油がＨＳＴモータ４２に導かれ、ＨＳＴモータ４２が前進に対応する方向に回転して車体が前進する。車体の後進についても、同様の仕組みによって切り換わる。

【0048】

また、ホイールローダ１は、図４に示すように、エンジン３により駆動されて作業機２に作動油を供給する荷役用油圧ポンプ４３と、当該作動油を貯蔵する作動油タンク４４と、リフトアーム２１を操作するためのリフトアーム操作レバー２１０と、バケット２３を操作するためのバケット操作レバー２３０と、リフトアームシリンダ２２及びバケットシリンダ２４のそれぞれと荷役用油圧ポンプ４３との間に設けられて荷役用油圧ポンプ４３からリフトアームシリンダ２２及びバケットシリンダ２４にそれぞれ供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ６４と、を備える。

【0049】

荷役用油圧ポンプ４３は、本実施形態では、固定式の油圧ポンプが用いられ、第１管路４０１によりコントロールバルブ６４に接続されている。リフトアーム操作レバー２１０及びバケット操作レバー２３０はいずれも、運転室１２（図１参照）内に設けられている。例えば、オペレータがリフトアーム操作レバー２１０を操作すると、その操作量に比例したパイロット圧が操作信号として生成される。

【0050】

図４に示すように、生成されたパイロット圧は、コントロールバルブ６４の一対の受圧室に接続された一対のパイロット管路６４Ｌ，６４Ｒに導かれて、コントロールバルブ６４に作用する。これにより、コントロールバルブ６４内のスプールが当該パイロット圧に応じてストロークし、作動油が流れる方向及び流量が決まる。コントロールバルブ６４は、第２管路４０２によりリフトアームシリンダ２２のボトム室に接続され、第３管路４０３によりリフトアームシリンダ２２のロッド室に接続されている。

【0051】

荷役用油圧ポンプ４３から吐出された作動油は、第１管路４０１に導かれ、コントロールバルブ６４を介して第２管路４０２又は第３管路４０３に導かれる。作動油が第２管路４０２に導かれると、リフトアームシリンダ２２のボトム室に流入し、これによりリフトアームシリンダ２２のロッド２２０が伸長してリフトアーム２１が上昇する。一方、作動油が第３管路４０３に導かれると、リフトアームシリンダ２２のロッド室に流入し、リフトアームシリンダ２２のロッド２２０が縮んでリフトアーム２１が下降する。

【0052】

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２３０の操作量に応じて生成されたパイロット圧がコントロールバルブ６４に作用することによってコントロールバルブ６４のスプールの開口面積が制御され、バケットシリンダ２４へ流出入する作動油量が調整される。なお、図４では図示を省略しているが、リフトアーム２１やバケット２３の操作状態を検出するためのセンサ等が、油圧回路の各管路上に設けられている。

【0053】

（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７を参照して説明する。

【0054】

図７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。

【0055】

コントローラ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、入力Ｉ／Ｆ、及び出力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、リフトアーム操作レバー２１０やバケット操作レバー２３０、前後進切換スイッチ６２といった各種の操作装置、及び圧力センサ７２Ａ，７２Ｂや踏込量センサ６１０といった各種のセンサ等が入力Ｉ／Ｆに接続され、ＨＳＴポンプ４１のポンプ用レギュレータ４１０やＨＳＴモータ４２のモータ用レギュレータ４２０、エンジン３等が出力Ｉ／Ｆに接続されている。

【0056】

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演算プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵが読み出してＲＡＭ上に展開し、展開された演算プログラムを実行することにより、演算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。

【0057】

なお、本実施形態では、コントローラ５の構成をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにより説明しているが、これに限らず、ホイールローダ１の側で実行される演算プログラムの機能を実現する集積回路を用いて構成してもよい。

【0058】

図７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、記憶部５３と、時間計測部５４と、モータ指令部５５と、エンジン指令部５６と、を含む。

【0059】

データ取得部５１は、圧力センサ７２Ａ，７２Ｂからそれぞれ出力された負荷圧力検出値Ｐに関するデータを取得する。判定部５２は、圧力判定部５２Ａと、時間判定部５２Ｂと、を含む。

【0060】

圧力判定部５２Ａは、データ取得部５１で取得された負荷圧力検出値Ｐが、ホイールローダ１の平地走行時に対応する負荷圧力Ｐαよりも大きく、かつ作業機２による掘削動作時（車体の最大けん引力を必要とした作業時）に対応する負荷圧力Ｐγよりも小さい所定の圧力範囲（Ｐα＜Ｐ＜Ｐγ）に含まれているか否かを判定する。したがって、この「所定の圧力範囲」とは、前述した図３に示す領域βにおける負荷圧力の範囲に相当する。

【0061】

時間判定部５２Ｂは、後述する時間計測部５４にて計測された計測時間ｔが所定の設定時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判定する。ここで、「所定の設定時間Ｔｔｈ」とは、領域βに該当する動作、すなわちホイールローダ１の登坂走行やドージング作業を行っていることを判断することが可能な時間であり、例えば各動作の切り替え時やオペレータが誤ってアクセルペダル６１を踏み込んでしまった場合等、ＨＳＴモータ４２の負荷圧力が一瞬高くなるような場合の誤判定を排除するために設定された時間である。これにより、判定部５２における誤判定が低減し、判定がより安定して精度が高くなる。

【0062】

記憶部５３は、ホイールローダ１の平地走行時に対応する負荷圧力Ｐα、及び作業機２による掘削動作時に対応する負荷圧力Ｐγ、ならびに所定の設定時間Ｔｔｈをそれぞれ記憶している。

【0063】

時間計測部５４は、圧力判定部５２Ａにて負荷圧力検出値Ｐが所定の第２圧力範囲に含まれている（Ｐα＜Ｐ＜Ｐγ）と判定された時に時間の計測を開始し、負荷圧力検出値Ｐが所定の第２圧力範囲内に含まれている間の時間ｔを計測する。そして、時間計測部５４は、圧力判定部５２Ａにて負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれない（Ｐ≦Ｐα又はＰ≧Ｐγ）と判定されると、時間ｔの計測を停止してリセットを行う。

【0064】

モータ指令部５５は、圧力判定部５２Ａにて負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれている（Ｐα＜Ｐ＜Ｐγ）と判定された場合に、所定の圧力範囲内においてＨＳＴモータ４２の押しのけ容積ｑを最小値ｑｍｉｎから最大値ｑｍａｘまで上昇させるモータ指令信号をＨＳＴモータ４２のモータ用レギュレータ４２０に対して出力する。

【0065】

本実施形態では、モータ指令部５５は、圧力判定部５２Ａにて負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれている（Ｐα＜Ｐ＜Ｐγ）と判定され、かつ時間判定部５２Ｂにて計測時間ｔが所定の設定時間Ｔｔｈ以上である（ｔ≧Ｔｔｈ）と判定された場合に、モータ指令信号をＨＳＴモータ４２のモータ用レギュレータ４２０に対して出力する。

【0066】

エンジン指令部５６は、圧力判定部５２Ａにて負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれている（Ｐα＜Ｐ＜Ｐγ）と判定された場合に、所定の圧力範囲内に限りエンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘを第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１から第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１よりも大きい第２エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ２（＞Ｎｍａｘ１）に上昇させるエンジン指令信号をエンジン３に対して出力する。

【0067】

本実施形態では、エンジン指令部５６は、圧力判定部５２Ａにて負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれている（Ｐα＜Ｐ＜Ｐγ）と判定され、かつ時間判定部５２Ｂにて計測時間ｔが所定の設定時間Ｔｔｈ以上である（ｔ≧Ｔｔｈ）と判定された場合に、エンジン指令信号をエンジン３に対して出力する。

【0068】

また、本実施形態では、エンジン指令部５６は、圧力判定部５２Ａにて負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれない（Ｐ≦Ｐα又はＰ≧Ｐγ）と判定されると、第２エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ２に上昇させたエンジン３の最高回転速度を第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１まで戻す指令信号をエンジン３に対して出力する。

【0069】

（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８を参照して説明する。

【0070】

図８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。

【0071】

まず、データ取得部５１は、圧力センサ７２Ａ，７２Ｂから出力された負荷圧力検出値Ｐを取得する（ステップＳ５０１）。

【0072】

次に、圧力判定部５２Ａは、ステップＳ５０１において取得した負荷圧力検出値Ｐに基づいて、当該負荷圧力検出値Ｐが、ホイールローダ１の平地走行時に対応する負荷圧力Ｐαよりも大きく、かつ作業機２による掘削動作時に対応する負荷圧力Ｐγよりも小さいか否か、すなわち所定の圧力範囲に含まれているか否かを判定する（ステップＳ５０２）。

【0073】

ステップＳ５０２において負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれている（Ｐα＜Ｐ＜Ｐγ）と判定された場合（ステップＳ５０２／ＹＥＳ）、時間計測部５４は、時間ｔの計測を開始する（ステップＳ５０３）。続いて、時間判定部５２Ｂは、ステップＳ５０３で計測された計測時間ｔが所定の設定時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。

【0074】

ステップＳ５０４において計測時間ｔが所定の設定時間Ｔｔｈ以上である（ｔ≧Ｔｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０４／ＹＥＳ）、モータ指令部５５は、ＨＳＴモータ４２の押しのけ容積ｑを最小値ｑｍｉｎから最大値ｑｍａｘまで上昇させるモータ指令信号をモータ用レギュレータ４２０に対して出力する（ステップＳ５０５）。

【0075】

また、ステップＳ５０４において計測時間ｔが所定の設定時間Ｔｔｈ以上である（ｔ≧Ｔｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０４／ＹＥＳ）、エンジン指令部５６は、エンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘを第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１から第２エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ２（＞Ｎｍａｘ１）まで上昇させるエンジン指令信号をエンジン３に対して出力する（ステップＳ５０６）。

【0076】

次に、データ取得部５１は、圧力センサ７２Ａ，７２Ｂから出力された負荷圧力検出値Ｐを再度取得する（ステップＳ５０７）。

【0077】

続いて、圧力判定部５２Ａは、ステップＳ５０７において再取得した負荷圧力検出値Ｐに基づいて、当該負荷圧力検出値Ｐが、所定の圧力範囲から外れたか否か、具体的には、ホイールローダ１の平地走行時に対応する負荷圧力Ｐα以下、又は作業機２による掘削動作時に対応する負荷圧力Ｐγ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０８）。

【0078】

ステップＳ５０８において負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれない（Ｐ≦Ｐα又はＰ≧Ｐγ）と判定された場合（ステップＳ５０８／ＹＥＳ）、時間計測部５４は、時間ｔの計測を停止してリセットを行う（ステップＳ５０９）。

【0079】

そして、エンジン指令部５６は、エンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘを第２エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ２から第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１に戻す指令信号をエンジン３に対して出力し（ステップＳ５１０）、コントローラ５における処理が終了する。

【0080】

ステップＳ５０２において負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれない（Ｐ≦Ｐα又はＰ≧Ｐγ）と判定された場合（ステップＳ５０２／ＮＯ）、ステップＳ５０４において計測時間ｔが所定の設定時間Ｔｔｈ未満である（ｔ＜Ｔｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０４／ＮＯ）、及びステップＳ５０８において再取得した負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲に含まれる（Ｐα＜Ｐ＜Ｐγ）と判定された場合（ステップＳ５０８／ＮＯ）、いずれもコントローラ５における処理が終了する。

【0081】

（コントローラ５による制御に伴う作用について）
次に、コントローラ５による制御に伴う作用について、図９～１２を参照して説明する。

【0082】

図９は、本実施形態におけるＨＳＴモータ４２の負荷圧力ＰとＨＳＴモータ４２の押しのけ容積ｑとの関係を示すグラフである。図１０は、本実施形態におけるＨＳＴモータ４２の負荷圧力Ｐとけん引力Ｆとの関係を示すグラフである。図１１は、コントローラ５による制御が実行された場合におけるアクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。図１２は、コントローラ５による制御が実行された場合における車速とけん引力との関係を示すグラフである。

【0083】

図９及び図１０に示すように、ＨＳＴモータ４２の負荷圧力Ｐが、ホイールローダ１の平地走行時に対応する負荷圧力Ｐαよりも大きく、かつ作業機２による掘削動作時に対応する負荷圧力Ｐγよりも小さい場合、すなわち圧力判定部５２Ａにおいて負荷圧力検出値Ｐが所定の圧力範囲内に含まれると判定されると（図８に示すステップＳ５０２／ＹＥＳ）、ＨＳＴモータ４２の押しのけ容積ｑを最小値ｑｍｉｎから最大値ｑｍａｘまで一気に上昇させ、これに伴って車体のけん引力Ｆ（＝ＨＳＴモータ４２の負荷圧力Ｐ×ＨＳＴモータ４２の押しのけ容積ｑ）が一気に上昇する。

【0084】

このとき、図１１に示すように、エンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘを第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１から第２エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ２まで一気に上昇させるため、図１２に示す領域βでは、ホイールローダ１の車速も大きくなる。なお、図１１に示すように、第２エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ２のときのアクセルペダル６１の踏込量は、第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１に対応する踏込量Ｓ２よりも大きいＳ３となる（Ｓ３＞Ｓ２）。また、図１２では、エンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘを上昇させる前（＝第１エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ１）の走行性能線を一点鎖線で、エンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘを上昇させた後（＝第２エンジン最高回転速度Ｎｍａｘ２）の走行性能線を実線で、それぞれ示している。

【0085】

このように、ホイールローダ１が登坂走行やドージング作業を行う場合、すなわち領域βに該当する動作を行う場合には、けん引力Ｆを上昇させると共にエンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘも上昇させるため、走行に使える馬力が増大し、走行性能を向上させることができる。他方、ホイールローダ１の平地走行や掘削動作を行う場合、すなわち領域α及び領域γのそれぞれに該当する動作を行う場合には、エンジン３の最高回転速度Ｎｍａｘは上昇させないため、燃費の低減を図ることができる。したがって、コントローラ５の制御により、ホイールローダ１では、燃費を低減しながらも、高い走行性能が必要な時だけ走行性能を向上させることが可能である。

【0086】

（変形例）
次に、本発明の変形例に係るホイールローダ１について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３及び図１４において、実施形態に係るホイールローダ１について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

【0087】

図１３は、変形例におけるＨＳＴモータ４２の負荷圧力ＰとＨＳＴモータ４２の押しのけ容積ｑとの関係を示すグラフである。図１４は、変形例におけるＨＳＴモータ４２の負荷圧力Ｐとけん引力Ｆとの関係を示すグラフである。

【0088】

前述した実施形態では、モータ指令部５５は、所定の圧力範囲内に含まれる任意の圧力値においてＨＳＴモータ４２の押しのけ容積ｑを最小値ｑｍｉｎから最大値ｑｍａｘまで一気に上昇させたが、本変形例では、図１３に示すように、モータ指令部５５は、所定の圧力範囲内における第１負荷圧力Ｐ１から第２負荷圧力Ｐ２に亘って、すなわち所定の幅を持たせてＨＳＴモータ４２の押しのけ容積ｑを最小値ｑｍｉｎから最大値ｑｍａｘまで上昇させる。

【0089】

これにより、図１４に示すように、車体のけん引力Ｆも所定の幅（第１負荷圧力Ｐ１から第２負荷圧力Ｐ２まで）を持って上昇する。

【0090】

本変形例の場合であっても、実施形態で説明した作用及び効果と同様の作用及び効果を奏することができる。

【0091】

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明した。なお、本発明は上記した実施形態や変形例に限定されるものではなく、様々な他の変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態及び変形例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。

【0092】

例えば、上記実施形態及び変形例では、作業車両の一態様としてホイールローダについて説明したが、これに限らず、例えばフォークリフトやトラクターといった作業機を備える作業車両や、作業機を備えていない道路作業用の車両等についても本発明を適用することが可能である。

【0093】

また、上記実施形態及び変形例では、荷役用油圧ポンプ４３は固定容量型の油圧ポンプを用いたが、これに限らず、可変容量型の油圧ポンプを用いても良い。

【0094】

また、上記実施形態及び変形例では、コントローラ５は、圧力判定部５２Ａにおいて、領域βにおける負荷圧力の範囲、すなわちホイールローダ１の平地走行時に対応する負荷圧力Ｐαよりも大きく、かつホイールローダ１の最大けん引力を必要とした作業時に対応する負荷圧力Ｐγよりも小さい所定の圧力範囲（所定の第２圧力範囲）を判定の基準としていたが、これに限らず、領域β及び領域γを足し合わせた領域（領域β＋領域γ）における負荷圧力の範囲、すなわちホイールローダ１の平地走行時に対応する負荷圧力Ｐαよりも大きい所定の第１圧力範囲（Ｐ＞Ｐα）を判定の基準としてもよい。したがって、圧力判定部５２Ａは、圧力センサ７２Ａ，７２Ｂで検出された負荷圧力検出値Ｐが所定の第１圧力範囲又は所定の第２圧力範囲に含まれているか否かを判定する。なお、この場合、コントローラ５では、図８に示すステップＳ５０８においてＰ≦Ｐαであると判定された場合にのみステップＳ５０９へ進む。

【符号の説明】

【0095】

１：ホイールローダ（作業車両）
２：作業機
３：エンジン
５：コントローラ
１１Ａ：前輪
１１Ｂ：後輪
４１：ＨＳＴポンプ（走行用油圧ポンプ）
４２：ＨＳＴモータ（走行用油圧モータ）
７２Ａ：第１圧力センサ（圧力検出器）
７２Ｂ：第２圧力センサ（圧力検出器）
１００Ａ：地山（作業対象物）

【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】