特許 7297167 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】2023-06-15

(45)【発行日】2023-06-23

(54)【発明の名称】作業車両

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20230616BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 E

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022551910

(86)(22)【出願日】2021-09-15

(86)【国際出願番号】 JP2021033823

(87)【国際公開番号】W WO2022065143

(87)【国際公開日】2022-03-31

【審査請求日】2022-07-19

(31)【優先権主張番号】P 2020158816

(32)【優先日】2020-09-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】下村 拓也

(72)【発明者】

【氏名】吉川 正規

(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】伊藤 和之

(72)【発明者】

【氏名】島▲崎▼ 浩司

(72)【発明者】

【氏名】内藤 啓介

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０６５５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５３５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６３２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４５４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２２７０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の車輪が設けられた車体と、
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、
前記エンジンの回転数を調整するアクセルペダルと、
前記複数の車輪に付与する制動力を調整するブレーキペダルと、
前記車体に取り付けられた荷役作業装置と、
前記荷役作業装置を駆動する油圧シリンダと、
前記エンジンにより駆動されて前記油圧シリンダに作動油を供給する荷役用油圧ポンプと、
前記エンジンを制御するコントローラと、
を備えた作業車両において、
前記コントローラは、
前記アクセルペダルの踏込量と、前記ブレーキペダルの踏込量と、前記トルクコンバータの回転速度の比であるトルコン速度比と、に基づいて、前記エンジンがストール状態となる条件である第１制限条件を満たすか否かを判定し、
前記荷役用油圧ポンプの吐出圧と、前記油圧シリンダのストローク量と、に基づいて、前記油圧シリンダのロッドがストロークエンドに近い位置まで伸びると共に、前記荷役用油圧ポンプから吐出した作動油がリリーフしそうな状態となる第２制限条件を満たすか否かを判定し、
前記第１制限条件および前記第２制限条件の両条件を満たすと判定した場合に、前記エンジンの上限回転数を制限する
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、
前記コントローラは、
前記アクセルペダルの踏込量がその上限値に基づいて設定された第１閾値以上であってかつ前記ブレーキペダルの踏込量がその上限値に基づいて設定された第２閾値以上であって、かつ前記トルコン速度比が前記エンジンのストール時における前記トルコン速度比に基づいて設定された第３閾値以下であって、かつ前記荷役用油圧ポンプの吐出圧がリリーフ圧に基づいて設定された第４閾値以上であって、かつ前記油圧シリンダのストローク量がその限界値に基づいて設定された第５閾値以上である場合に、前記エンジンの上限回転数を制限する
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、
前記荷役作業装置の角度を検出する角度センサを有し、
前記コントローラは、
前記角度センサで検出された前記荷役作業装置の角度に基づいて前記油圧シリンダのストローク量を算出する
ことを特徴とする作業車両。

【請求項4】

請求項１に記載の作業車両において、
前記コントローラにより前記エンジンの上限回転数が制限されている旨の報知を行う報知装置を備え、
前記コントローラは、
前記エンジンの上限回転数を制限している場合に、前記報知に係る報知信号を前記報知装置に対して出力する
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、土砂や鉱物といった作業対象物の掘削作業や運搬作業、積込作業などに用いられる作業装置を備えた作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

ホイールローダや油圧ショベルなどの作業車両は、車体に対して上下方向に回動可能なアーム部材と、アーム部材に対して上下方向に回動可能なバケットと、を有する作業装置を備える。アーム部材およびバケットはそれぞれ、油圧シリンダに作動油が供給されてロッドが伸縮することにより駆動する。例えば、アーム部材が上がりきった状態や、バケットが積荷を抱え込んでいる状態では、ロッドが限界まで伸縮してピストンがストロークエンドに達し、衝撃が発生する場合がある。

【0003】

そこで、特許文献１に記載の油圧ショベルでは、油圧シリンダのピストンがストロークエンドに接近したことを検出すると、油圧ポンプの吐出流量やエンジン回転数を減少させて衝撃を緩和している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平２－２７９８４１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に記載の油圧ショベルの技術をホイールローダに適用した場合、例えば、バケットがアーム部材に対して上方向に限界まで回動した状態（フルチルト状態）となり得る掘削作業や、アーム部材が車体に対して上方向に限界まで回動した状態となり得る積込み作業においても、エンジン回転数が制限されることになり、実作業が滞って作業効率が低下する虞がある。

【0006】

そこで、本発明の目的は、油圧シリンダがストロークエンドに位置した場合であっても、作業効率を維持しながら燃費を低減す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】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明は、複数の車輪が設けられた車体と、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、前記エンジンの回転数を調整するアクセルペダルと、前記複数の車輪に付与する制動力を調整するブレーキペダルと、前記車体に取り付けられた荷役作業装置と、前記荷役作業装置を駆動する油圧シリンダと、前記エンジンにより駆動されて前記油圧シリンダに作動油を供給する荷役用油圧ポンプと、前記エンジンを制御するコントローラと、を備えた作業車両において、前記コントローラは、前記アクセルペダルの踏込量と、前記ブレーキペダルの踏込量と、前記トルクコンバータの回転速度の比であるトルコン速度比と、に基づいて、前記エンジンがストール状態となる条件である第１制限条件を満たすか否かを判定し、前記荷役用油圧ポンプの吐出圧と、前記油圧シリンダのストローク量と、に基づいて、前記油圧シリンダのロッドがストロークエンドに近い位置まで伸びると共に、前記荷役用油圧ポンプから吐出した作動油がリリーフしそうな状態となる第２制限条件を満たすか否かを判定し、前記第１制限条件および前記第２制限条件の両条件を満たすと判定した場合に、前記エンジンの上限回転数を制限することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、油圧シリンダがストロークエンドに位置した場合であっても、作業効率を維持しながら燃費を低減することができる。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】本発明の各実施形態に係るホイールローダの一構成例を示す外観側面図である。

【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3A】ホイールローダの掘削作業において、バケットを地山に突入させた場面を説明する説明図である。

【図3B】ホイールローダの掘削作業において、バケットが荷を掬い上げる場面を説明する説明図である。

【図3C】ホイールローダの掘削作業において、荷が積まれた状態のバケットを上方に持ち上げる場面を説明する説明図である。

【図4】ホイールローダのダンプアプローチ動作について説明する説明図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係るホイールローダの駆動システムの構成を示す図である。

【図6】第１実施形態に係る車体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7】第１実施形態に係る車体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8】アクセルペダル踏込量とエンジン回転数との関係を示すグラフである。

【図9】モニタの表示の一例を示す図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係るホイールローダの駆動システムの構成を示す図である。

【図11】エンジンとＨＳＴポンプとの関係について示すグラフである。

【図12】第２実施形態に係る車体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13】第２実施形態に係る車体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、本発明の各実施形態に係る作業車両の一態様として、例えば土砂や鉱物といった作業対象物を掘削してダンプトラックなどの積込み先へ積み込む荷役作業を行うホイールローダについて説明する。

【0011】

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

【0012】

図１は、本発明の各実施形態に係るホイールローダ１の一構成例を示す外観側面図である。

【0013】

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】

車体には４つの車輪１１が設けられており、２つの車輪１１が前輪１１Ａとして前フレーム１Ａの左右両側に、残り２つの車輪１１が後輪１１Ｂとして後フレーム１Ｂの左右両側に、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および後輪１１Ｂのうち、左側の前輪１１Ａおよび後輪１１Ｂのみを示している。また、車体に設けられる複数の車輪１１の具体的な数については、特に制限はない。

【0015】

前フレーム１Ａの前部には、荷役作業に用いる油圧駆動式の荷役作業装置２が取り付けられている。荷役作業装置２は、前フレーム１Ａに基端部が取り付けられたリフトアーム２１と、リフトアーム２１を駆動する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、バケット２３を駆動す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、を有している。

【0016】

なお、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はいずれも、荷役作業装置２を駆動する油圧シリンダの一態様である。また、２つのリフトアームシリンダ２２は車体の左右方向に並んで配置されているが、図１では、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。

【0017】

リフトアーム２１は、基端部が前フレーム１Ａに取り付けられており、２つのリフトアームシリンダ２２に作動油が供給されて各ロッド２２０が伸縮することにより、前フレーム１Ａに対して上下方向に回動する。より具体的には、リフトアーム２１は、２つのリフトアームシリンダ２２の各ロッド２２０が伸びることにより前フレーム１Ａに対して上方向に回動し、各ロッド２２０が縮むことにより前フレーム１Ａに対して下方向に回動する。

【0018】

リフトアーム２１における前フレーム１Ａとの連結部の近くには、前フレーム１Ａに対するリフトアーム２１の角度θ１（以下、単に「アーム角度θ１」とする）を検出する角度センサとしてのアーム角度センサ３１が取り付けられている。アーム角度センサ３１で検出されたアーム角度θ１は、後述する車体コントローラ５に入力される。

【0019】

バケット２３は、バケットシリンダ２４に作動油が供給されてロッド２４０が伸縮することにより、リフトアーム２１に対して上下方向に回動する。より具体的には、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。

【0020】

なお、バケット２３は、例えばブレードなどの各種アタッチメントに交換することが可能であり、ホイールローダ１は、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などの各種作業を行うこともできる。

【0021】

バケット２３におけるリフトアーム２１との連結部の近くには、リフトアーム２１に対するバケット２３の角度θ２（以下、単に「バケット角度θ２」とする）を検出する角度センサとしてのバケット角度センサ３２が取り付けられている。バケット角度センサ３２で検出されたバケット角度θ２は、アーム角度θ１と同様に、後述する車体コントローラ５に入力される。

【0022】

後フレーム１Ｂには、オペレータが搭乗する運転室１２と、ホイールローダ１の駆動に必要な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荷役作業装置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。

【0023】

＜荷役作業時におけるホイールローダ１の動作＞
次に、荷役作業時におけるホイールローダ１の動作について、図２～４を参照して説明する。

【0024】

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３Ａ～Ｃは、ホイールローダの掘削作業について説明する説明図であり、図３Ａは、バケット２３を地山１０１に突入させた場面を、図３Ｂは、バケット２３が荷を掬い上げる場面を、図３Ｃは、荷が積まれた状態のバケット２３を上方に持ち上げる場面を、それぞれ示している。図４は、ホイールローダ１のダンプアプローチ動作について説明する説明図である。

【0025】

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（図２に示す矢印Ｘ１）、図３Ａに示すように、バケット２３を地山１０１に突入させる。次に、図３Ｂに示すように、オペレータがバケット２３をチルトさせながらリフトアーム２１を上げ操作することにより、又はバケット２３をチルトさせた後にリフトアーム２１を上げ操作することにより、ホイールローダ１は土砂や鉱物などの荷を掬い上げる。そして、図３Ｃに示すように、オペレータがリフトアーム２１を上げ操作することにより、荷が積まれた状態のバケット２３はさらに上方に持ち上がる。

【0026】

図３Ａ～Ｃに示す一連の作業が掘削作業に相当し、図３Ｂおよび図３Ｃに示す状態では、バケット２３は、内部に積まれた荷がこぼれ落ちないよう、リフトアーム２１に対して上方向に限界まで回動している（フルチルト状態）ことがある。その場合、バケットシリンダ２４のロッド２４０は上限まで伸びており、バケットシリンダ２４のストローク量は予め設定された限界値に達している。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）。

【0027】

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の手前で停止するダンプアプローチ動作を行う（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。

【0028】

ダンプアプローチ動作では、図４に示すように、具体的には、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４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４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さらに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内の荷をダンプトラック１０２へ排出する（図４に示す左側の状態）。

【0029】

図４に示す左側の状態では、ダンプトラック１０２の荷台の高さに応じて、リフトアーム２１は前フレーム１Ａに対して上方向に限界まで回動していることがある。その場合、２つのリフトアームシリンダ２２の各ロッド２２０は上限まで伸びており、２つのリフトアームシリンダ２２のストローク量は予め設定された限界値に達している。また、バケット２３のダンプ動作についても、リフトアーム２１に対して下方向に限界まで回動している（フルダンプ状態）ことがある。その場合、バケットシリンダ２４のロッド２４０は下限まで縮んでおり、バケットシリンダ２４のストローク量は予め設定された限界値に達している。

【0030】

ダンプトラック１０２への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字状に往復走行する「Ｖシェープローディング」という方法により掘削作業および積込み作業を行う。

【0031】

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るホイールローダ１の駆動システムについて、図５～９を参照して説明する。

【0032】

（駆動システムの全体構成）
まず、第１実施形態に係るホイールローダ１の駆動システムの全体構成について、図５を参照して説明する。

【0033】

図５は、第１実施形態に係るホイールローダ１の駆動システムの構成を示す図である。

【0034】

本実施形態に係るホイールローダ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、エンジン４１と、エンジン４１を制御するエンジンコントローラ４１Ａと、エンジン４１の出力軸に連結されたトルクコンバータ４２（以下、「トルコン４２」とする）と、トルコン４２の出力軸に連結されたトランスミッション４３と、エンジンコントローラ４１Ａ、トルコン４２、およびトランスミッション４３を含む各機器を制御する車体コントローラ５と、を備えている。

【0035】

エンジンコントローラ４１Ａは、ＣＡＮを介して車体コントローラ５に接続されており、車体コントローラ５から出力される信号に基づいてエンジン４１を制御する。なお、必ずしも、エンジンコントローラ４１Ａと車体コントローラ５とが別々で設けられている必要はなく、エンジンコントローラ４１Ａと車体コントローラ５とで１つのコントローラが構成されていてもよい。

【0036】

トルコン４２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４１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。

【0037】

このトルク比は、トルコン４２の入力軸の回転数でもあるエンジン４１の回転数ＮＥ（以下、「エンジン回転数ＮＥ」とする）とトルコン４２の出力軸の回転数ＮＴ（以下、「トルコン出力回転数ＮＴ」とする）との比、すなわちトルコン４２の回転速度の比であるトルコン速度比ｅ（＝出力軸の回転数ＮＴ／入力軸の回転数ＮＥ）が大きくなるにつれて小さくなる。このようにして、トルコン４２は、エンジン４１の回転数を変えた上でトランスミッション４３に伝達する。

【0038】

エンジン回転数ＮＥはエンジン４１の出力軸に設けられた第１回転数センサ３３で、トルコン出力回転数ＮＴはトルコン４２の出力軸に設けられた第２回転数センサ３４で、それぞれ検出されて車体コントローラ５に入力される。

【0039】

トランスミッション４３は、複数のクラッチを有するクラッチ機構と、複数段の変速ギアを有するギア機構とによって構成されており、車体の進行方向および速度段を切り替える。すなわち、トランスミッション４３は、トルコン４２の出力軸のトルクや回転数、回転方向を変えた上で４つの車輪１１へ伝達する。

【0040】

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内に設けられたアクセルペダル７１をオペレータが踏み込むとその踏込量に応じてエンジン４１が回転し、エンジン４１の回転に伴ってエンジン４１の出力軸に連結されたトルコン４２の入力軸が回転する。すなわち、エンジン回転数ＮＥはアクセルペダル７１を操作することで調整される。

【0041】

アクセルペダル７１の踏込量α（以下、「アクセルペダル踏込量α」とする）とエンジン回転数ＮＥとは比例関係にあり、アクセルペダル踏込量αが大きくなるとエンジン回転数ＮＥは増加する。なお、アクセルペダル踏込量αは、アクセルペダル７１に取り付けられた第１踏込量センサ３５によりペダル開度として検出されて車体コントローラ５に入力される。

【0042】

トルコン４２の入力軸が回転すると、トルコン４２の内部の油を介してトルコン４２の出力軸が回転し、トルコン４２からの出力トルクがトランスミッション４３で変速された上で４つの車輪１１にそれぞれ伝達される。これにより、ホイールローダ１が走行する。

【0043】

他方、ホイールローダ１を停止させる場合あるいは減速させる場合、オペレータは運転室１２内に設けられたブレーキペダル７２を踏み込む。そして、ブレーキペダル７２の踏込量β（以下、「ブレーキペダル踏込量β」とする）に応じてトランスミッション４３のクラッチ機構が制御され、４つの車輪１１への駆動力の伝達が遮断される。すなわち、４つの車輪１１に付与する制動力は、ブレーキペダル７２を操作することで調整される。なお、ブレーキペダル踏込量βは、第２踏込量センサ３６によりブレーキ二次圧として検出されて車体コントローラ５に入力される。

【0044】

また、ホイールローダ１には、車体の走行駆動システムに加えて、荷役作業装置２を駆動するための荷役駆動システムが搭載されている。荷役駆動システムは、エンジン４１により駆動されて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のそれぞれに作動油を供給する荷役用油圧ポンプ４４と、荷役用油圧ポンプ４４と２つのリフトアームシリンダ２２との間に設けられた第１方向制御弁４５と、荷役用油圧ポンプ４４とバケットシリンダ２４との間に設けられた第２方向制御弁４６と、を含んで構成される。

【0045】

第１方向制御弁４５は、荷役用油圧ポンプ４４から吐出されて２つのリフトアームシリンダ２２に供給される作動油の流れ（流量および方向）を制御する。同様にして、第２方向制御弁４６は、荷役用油圧ポンプ４４から吐出されてバケットシリンダ２４に供給される作動油の流れを制御する。荷役用油圧ポンプ４４の吐出圧Ｐ１（以下、単位「吐出圧Ｐ１」とする）は、吐出圧センサ３７で検出されて車体コントローラ５に入力される。

【0046】

第１方向制御弁４５および第２方向制御弁４６はそれぞれ、車体コントローラ５から出力された指令信号に基づいて制御される。運転室１２内には、荷役作業装置２（リフトアーム２１およびバケット２３）を操作するための操作装置７３が設けられており、操作装置７３の操作量に応じた操作信号が車体コントローラ５に入力される。そして、車体コントローラ５は、操作装置７３から出力された操作信号に基づいた指令信号を出力する。

【0047】

また、本実施形態では、運転室１２内にはモニタ１２Ａが設けられており、モニタ１２Ａには、車体コントローラ５から出力された表示信号（報知信号）に基づいて、例えばエンジン４１の状態など、ホイールローダ１の動作に必要な各機器の状態が表示される。

【0048】

（車体コントローラ５の構成）
次に、車体コントローラ５の構成について、図６を参照して説明する。

【0049】

図６は、車体コントローラ５が有する機能を示す機能ブロック図である。

【0050】

車体コントローラ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、アーム角度センサ３１、バケット角度センサ３２、第１回転数センサ３３、第２回転数センサ３４、第１踏込量センサ３５、および第２踏込量センサ３６といった各種のセンサなどが入力Ｉ／Ｆに接続され、エンジンコントローラ４１Ａやモニタ１２Ａなどが出力Ｉ／Ｆに接続されている。

【0051】

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、車体コントローラ５の機能を実現する。

【0052】

なお、本実施形態では、車体コントローラ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。

【0053】

車体コントローラ５は、データ取得部５１と、トルコン速度比算出部５２と、ストローク量算出部５３と、制限条件判定部５４と、記憶部５５と、信号出力部５６と、を含む。

【0054】

データ取得部５１は、第１踏込量センサ３５で検出されたアクセルペダル踏込量α、第２踏込量センサ３６で検出されたブレーキペダル踏込量β、第１回転数センサ３３で検出されたエンジン回転数ＮＥ、第２回転数センサ３４で検出されたトルコン出力回転数ＮＴ、吐出圧センサ３７で検出された吐出圧Ｐ１、アーム角度センサ３１で検出されたアーム角度θ１、およびバケット角度センサ３２で検出されたバケット角度θ２に関するデータをそれぞれ取得する。

【0055】

トルコン速度比算出部５２は、データ取得部５１で取得されたエンジン回転数ＮＥおよびトルコン出力回転数ＮＴに基づいてトルコン速度比ｅ（＝ＮＴ／ＮＥ）を算出する。ストローク量算出部５３は、データ取得部５１で取得されたアーム角度θ１に基づいてリフトアームシリンダ２２のストローク量Ｓ１（以下、「アームストローク量Ｓ１」とする）を、データ取得部５１で取得されたバケット角度θ２に基づいてバケットシリンダ２４のストローク量Ｓ２（以下、「バケットストローク量Ｓ２」）を、それぞれ算出する。

【0056】

なお、本実施形態では、車体コントローラ５が、検出されたアーム角度θ１に基づいてアームストローク量Ｓ１を、検出されたバケット角度θ２に基づいてバケットストローク量Ｓ２を、それぞれ算出しているが、これに限らず、例えば油圧シリンダのストローク量を測定可能なストロークセンサなどを用いて直接的にストローク量を検出してもよい。ただし、ストロークセンサなどを用いる場合には、リフトアームシリンダ２２やバケットシリンダ２４に別途新たに取り付ける必要があるため、既存のアーム角度センサ３１およびバケット角度センサ３２を用いた方がコストを削減することができる。

【0057】

制限条件判定部５４は、第１制限条件および第２制限条件を満たすか否かを判定する。「第１制限条件」は、エンジン４１のストールに係る条件であり、アクセルペダル踏込量αが第１踏込量閾値αｔｈ以上であって（α≧αｔｈ）、かつブレーキペダル踏込量βが第２踏込量閾値βｔｈ以上である（β≧βｔｈ）と共に、本実施形態では、トルコン速度比ｅが速度比閾値ｅｔｈ以下である（ｅ≦ｅｔｈ）ことを含む。

【0058】

なお、トルコン速度比ｅが速度比閾値ｅｔｈ以下である（ｅ≦ｅｔｈ）ことを第１制限条件に含めることによって、制限条件判定部５４（車体コントローラ５）は、エンジン４１のストール状態を精度よく判定することができる。

【0059】

第１踏込量閾値αｔｈは、アクセルペダル踏込量の上限値に基づいて設定された第１閾値に相当し、例えば上限値の９０％程度の値に設定されている。第２踏込量閾値βｔｈは、ブレーキペダル踏込量の上限値に基づいて設定された第２閾値に相当し、例えば上限値の９０％程度の値に設定されている。速度比閾値ｅｔｈは、エンジン４１のストール時におけるトルコン速度比に基づいて設定された第３閾値に相当し、例えば０．２程度の値に設定されている。

【0060】

すなわち、第１制限条件を満たす場合、ホイールローダ１は、少なくとも、停車に近い速度まで減速すると共に、上限回転数に近い回転数でエンジン４１をふかしている状態（空ぶかし状態）となっている。

【0061】

「第２制限条件」は、荷役用油圧ポンプ４４のリリーフおよびリフトアームシリンダ２２またはバケットシリンダ２４のストロークエンドに係る条件であり、吐出圧Ｐ１が吐出圧閾値Ｐ１ｔｈ以上であって（Ｐ１≧Ｐ１ｔｈ）、かつアームストローク量Ｓ１が第１ストローク量閾値Ｓ１ｔｈ以上（Ｓ１≧Ｓ１ｔｈ）またはバケットストローク量Ｓ２が第２ストローク量閾値Ｓ２ｔｈ以上である（Ｓ２≧Ｓ２ｔｈ）ことを含む。

【0062】

吐出圧閾値Ｐ１ｔｈは、荷役作業装置２を駆動するための駆動回路のメインリリーフ圧に基づいて設定された第４閾値に相当し、例えばメインリリーフ圧の９０％程度に設定されている。第１ストローク量閾値Ｓ１ｔｈおよび第２ストローク量閾値Ｓ２ｔｈは、各ストローク量の限界値に基づいて設定された第５閾値に相当し、例えば各ストローク量の限界値の９０％程度に設定されている。

【0063】

すなわち、第２制限条件を満たす場合、ホイールローダ１は、少なくとも、２つのリフトアームシリンダ２２の各ロッド２２０およびバケットシリンダ２４のロッド２４０のうちのいずれかがストロークエンドに近い位置まで伸びるまたは縮むと共に、荷役用油圧ポンプ４４から吐出した作動油がリリーフしそうな状態となっている。

【0064】

記憶部５５はメモリであり、第１踏込量閾値αｔｈ、第２踏込量閾値βｔｈ、速度比閾値ｅｔｈ、吐出圧閾値Ｐ１ｔｈ、第１ストローク量閾値Ｓ１ｔｈ、および第２ストローク量閾値Ｓ２ｔｈがそれぞれ記憶されている。

【0065】

信号出力部５６は、制限条件判定部５４において第１制限条件および第２制限条件を満たすと判定された場合、エンジンコントローラ４１Ａに対してエンジン４１の上限回転数を制限する制限信号を出力する。なお、このエンジン４１の上限回転数は、エンジン４１の最高回転数であってもよいし、任意に定めた回転数であってもよい。

【0066】

また、本実施形態では、信号出力部５６は、制限条件判定部５４において第１制限条件および第２制限条件を満たすと判定された場合、モニタ１２Ａに対してエンジン４１の上限回転数が制限されている旨の表示に係る表示信号をモニタ１２Ａに対して出力する。モニタ１２Ａは、エンジン４１の上限回転数が制限されている旨の報知を行う報知装置の一態様である。なお、報知装置は、必ずしもモニタ１２Ａのような表示装置である必要はなく、例えば音声装置であってもよい。

【0067】

（車体コントローラ５内での処理）
次に、車体コントローラ５内で実行される具体的な処理の流れについて、図７を参照して説明する。また、車体コントローラ５内の処理によって奏する作用および効果について、図８および図９を参照して説明する。

【0068】

図７は、車体コントローラ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。図８は、アクセルペダル踏込量αとエンジン回転数ＮＥとの関係を示すグラフである。図９は、モニタ１２Ａの表示の一例を示す図である。

【0069】

まず、データ取得部５１は、第１踏込量センサ３５で検出されたアクセルペダル踏込量α、第２踏込量センサ３６で検出されたブレーキペダル踏込量β、第１回転数センサ３３で検出されたエンジン回転数ＮＥ、および第２回転数センサ３４で検出されたトルコン出力回転数ＮＴをそれぞれ取得する（ステップＳ５０１）。

【0070】

次に、トルコン速度比算出部５２は、ステップＳ５０１で取得されたエンジン回転数ＮＥおよびトルコン出力回転数ＮＴに基づいてトルコン速度比ｅ（＝ＮＴ／ＮＥ）を算出する（ステップＳ５０２）。

【0071】

次に、制限条件判定部５４は、ステップＳ５０１で取得されたアクセルペダル踏込量αが第１踏込量閾値αｔｈ以上であり、かつブレーキペダル踏込量βが第２踏込量閾値βｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。

【0072】

ステップＳ５０３において、アクセルペダル踏込量αが第１踏込量閾値αｔｈ以上であり、かつブレーキペダル踏込量βが第２踏込量閾値βｔｈ以上である（α≧αｔｈかつβ≧βｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０３／ＹＥＳ）、続いて、制限条件判定部５４は、ステップＳ５０２で算出されたトルコン速度比ｅが速度比閾値ｅｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。

【0073】

ステップＳ５０４において、トルコン速度比ｅが速度比閾値ｅｔｈ以下である（ｅ≦ｅｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０４／ＹＥＳ）、データ取得部５１は、吐出圧センサ３７で検出された吐出圧Ｐ１、アーム角度センサ３１で検出されたアーム角度θ１、およびバケット角度センサ３２で検出されたバケット角度θ２をそれぞれ取得する（ステップＳ５０５）。

【0074】

次に、ストローク量算出部５３は、ステップＳ５０５で取得されたアーム角度θ１に基づいてアームストローク量Ｓ１を、ステップＳ５０５で取得されたバケット角度θ２に基づいてバケットストローク量Ｓ２を、それぞれ算出する（ステップＳ５０６）。

【0075】

次に、制限条件判定部５４は、ステップＳ５０５で取得された吐出圧Ｐ１が吐出圧閾値Ｐ１ｔｈ以上であり、かつステップＳ５０６で算出されたアームストローク量Ｓ１が第１ストローク量閾値Ｓ１ｔｈ以上またはバケットストローク量Ｓ２が第２ストローク量閾値Ｓ２ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０７）。

【0076】

ステップＳ５０７において、吐出圧Ｐ１が吐出圧閾値Ｐ１ｔｈ以上であり、かつアームストローク量Ｓ１が第１ストローク量閾値Ｓ１ｔｈ以上またはバケットストローク量Ｓ２が第２ストローク量閾値Ｓ２ｔｈ以上である（Ｐ１≧Ｐ１ｔｈかつＳ１≧Ｓ１ｔｈ、またはＰ１≧Ｐ１ｔｈかつＳ２≧Ｓ２ｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０７／ＹＥＳ）、信号出力部５６は、エンジンコントローラ４１Ａに対して制限信号を出力すると共に（ステップＳ５０８）、モニタ１２Ａに対して表示信号を出力し（ステップＳ５０９）、車体コントローラ５内における処理が終了する。

【0077】

ステップＳ５０３においてアクセルペダル踏込量αが第１踏込量閾値αｔｈ未満、またはブレーキペダル踏込量βが第２踏込量閾値βｔｈ未満である（α＜αｔｈまたはβ＜βｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０３／ＮＯ）、ステップＳ５０４においてトルコン速度比ｅが速度比閾値ｅｔｈよりも大きい（ｅ＞ｅｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０４／ＹＥＳ）、ステップＳ５０７において吐出圧Ｐ１が吐出圧閾値Ｐ１ｔｈ以上でない、または吐出圧Ｐ１が吐出圧閾値Ｐ１ｔｈ以上であってもアームストローク量Ｓ１が第１ストローク量閾値Ｓ１ｔｈ未満であり、かつバケットストローク量Ｓ２が第２ストローク量閾値Ｓ２ｔｈ未満である（Ｐ１＜Ｐ１ｔｈ、またはＰ１≧Ｐ１ｔｈかつＳ１＜Ｓ１ｔｈかつＳ２＜Ｓ２ｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０７／ＮＯ）、車体コントローラ５における処理が終了する。

【0078】

このように、車体コントローラ５において、第１制限条件（少なくともステップＳ５０３）および第２制限条件（ステップＳ５０７）を満たす場合に、図８に示すように、エンジン４１の上限回転数をＮＥ１からＮＥ２（図８において一点鎖線で示す）に制限することにより、エンジン４１のストール状態を解消して燃費を低減することができる。そして、この場合、荷役作業装置２は、少なくともリフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４のいずれかがストロークエンドに近い状態であって、かつ荷役用油圧ポンプ４４の作動油がリリーフ直前の状態であるため、エンジン４１の上限回転数を制限しても作業に支障が出ない。したがって、ホイールローダ１では、作業効率を維持しながら燃費を低減することが可能となっている。

【0079】

また、本実施形態では、図９に示すように、車体コントローラ５がエンジン４１の上限回転数を制限している間その旨がモニタ１２Ａに表示されるため、オペレータに注意喚起を行うことができる。

【0080】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るホイールローダ１の駆動システムについて、図１０～１３を参照して説明する。なお、図１０～１３において、第１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。

【0081】

（駆動システムの全体構成）
まず、第２実施形態に係るホイールローダ１の駆動システムの全体構成について、図１０および図１１を参照して説明する。

【0082】

図１０は、本発明の第２実施形態に係るホイールローダ１の駆動システムの構成を示す図である。図１１は、エンジン４１とＨＳＴポンプ６１との関係について示すグラフである。

【0083】

本実施形態に係るホイールローダ１は、滑らかな発進および衝撃の少ない停止が可能であるＨＳＴ式の走行駆動システムにより走行が制御されている。このＨＳＴ式の走行駆動システムは、図１０に示すように、エンジン４１により駆動される走行用油圧ポンプとしてのＨＳＴポンプ６１と、ＨＳＴポンプ６１を制御するための圧油を補給するＨＳＴチャージポンプ６１Ａと、一対の管路６００Ａ，６００Ｂを介してＨＳＴポンプ６１と閉回路接続された走行用油圧モータとしてのＨＳＴモータ６２と、を含んで構成される。

【0084】

ＨＳＴポンプ６１は、傾転角（傾転量）に応じて押しのけ容積が制御される斜板式の可変容量型の油圧ポンプである。傾転角は、車体コントローラ５Ａ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により調整される。また、ＨＳＴポンプ６１の傾転角θ３（以下、単に「傾転角θ３」とする）は、傾転角センサ３８により検出されて車体コントローラ５Ａに入力される。

【0085】

ＨＳＴモータ６２は、傾転角（傾転量）に応じて押しのけ容積が制御される斜板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４つの車輪１１に伝達する。傾転角は、ＨＳＴポンプ６１の場合と同様に、車体コントローラ５Ａ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により調整される。なお、ＨＳＴモータ６２の負荷圧力Ｐ２（以下、単に「負荷圧力Ｐ２」とする）は、一方の管路６００Ａ側に設けられた圧力センサ３９で検出されて車体コントローラ５Ａに入力される。

【0086】

ＨＳＴ式の走行駆動システムでは、まず、オペレータがアクセルペダル７１を踏み込むとエンジン４１が回転し、エンジン４１の駆動力によりＨＳＴポンプ６１が駆動する。次に、ＨＳＴポンプ６１から吐出した圧油がＨＳＴモータ６２に流入してＨＳＴモータ６２が回転する。そして、ＨＳＴモータ６２から出力された出力トルクがアクスルを介して４つの車輪１１に伝達されて車体が走行する。

【0087】

図１１の上側および真ん中に示すように、アクセルペダル踏込量αが大きくなってエンジン回転数ＮＥが増えていくと、ＨＳＴポンプ６１の傾転角θ３および入力トルクＴも比例して大きくなる。これにより、ＨＳＴポンプ６１の吐出流量Ｑが増え、ＨＳＴポンプ６１からＨＳＴモータ６２に流入する圧油の流量が増えるため、ＨＳＴモータ６２の回転数が増加して車速が速くなる。

【0088】

（車体コントローラ５Ａの構成）
次に、車体コントローラ５Ａの構成について、図１２および図１３を参照して説明する。

【0089】

図１２は、第２実施形態に係る車体コントローラ５Ａが有する機能を示す機能ブロック図である。図１３は、第２実施形態に係る車体コントローラ５Ａで実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【0090】

図１２に示すように、本実施形態に係る車体コントローラ５Ａは、データ取得部５１Ａと、ストローク量算出部５３と、制限条件判定部５４Ａと、記憶部５５Ａと、信号出力部５６と、を含む。すなわち、本実施形態に係る車体コントローラ５Ａには、第１実施形態に係る車体コントローラ５に含まれていたトルコン速度比算出部５２は含まれない。

【0091】

図１３に示すように、まず、データ取得部５１Ａは、第１踏込量センサ３５で検出されたアクセルペダル踏込量α、第２踏込量センサ３６で検出されたブレーキペダル踏込量β、圧力センサ３９で検出された負荷圧力Ｐ２、および傾転角センサ３８で検出された傾転角θ３をそれぞれ検出する（ステップＳ５０１Ａ）。

【0092】

次に、ステップＳ５０３に進み、制限条件判定部５４Ａは、ステップＳ５０１Ａで取得されたアクセルペダル踏込量αが第１踏込量閾値αｔｈ以上であり、かつブレーキペダル踏込量βが第２踏込量閾値βｔｈ以上であるか否かを判定する。

【0093】

ステップＳ５０３において、アクセルペダル踏込量αが第１踏込量閾値αｔｈ以上であり、かつブレーキペダル踏込量βが第２踏込量閾値βｔｈ以上である（α≧αｔｈかつβ≧βｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０３／ＹＥＳ）、続いて、制限条件判定部５４Ａは、ステップＳ５０１Ａで取得された負荷圧力Ｐ２が圧力閾値Ｐ２ｔｈ以上であり、かつ傾転角θ３が傾転角閾値θ３ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０４Ａ）。

【0094】

ここで、圧力閾値Ｐ２ｔｈは、ＨＳＴ駆動回路のリリーフ圧に基づいて設定された第６閾値に相当し、例えばリリーフ圧の９０％程度に設定されている。傾転角閾値θ３ｔｈは、ＨＳＴポンプ６１の傾転角の上限値（傾転上限量）に基づいて設定された第７閾値に相当し、例えば上限角度の９０％程度に設定されている。

【0095】

すなわち、本実施形態では、第１制限条件は、アクセルペダル踏込量αが第１踏込量閾値αｔｈ以上であって（α≧αｔｈ）、かつブレーキペダル踏込量βが第２踏込量閾値βｔｈ以上である（β≧βｔｈ）と共に、負荷圧力Ｐ２が圧力閾値Ｐ２ｔｈ以上であり（Ｐ２≧Ｐ２ｔｈ）、かつ傾転角θ３が傾転角閾値θ３ｔｈ以上である（θ３≧θ３ｔｈ）ことを含む。

【0096】

ステップＳ５０４Ａにおいて、負荷圧力Ｐ２が圧力閾値Ｐ２ｔｈ以上であり、かつ傾転角θ３が傾転角閾値θ３ｔｈ以上である（Ｐ２≧Ｐ２ｔｈかつθ３≧θ３ｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０４Ａ／ＹＥＳ）、ステップＳ５０５以降へ進む。一方、ステップＳ５０４Ａにおいて、負荷圧力Ｐ２が圧力閾値Ｐ２ｔｈ未満、または傾転角θ３が傾転角閾値θ３ｔｈ未満である（Ｐ２＜Ｐ２ｔｈまたはθ３＜θ３ｔｈ）と判定された場合（ステップＳ５０４Ａ／ＮＯ）、車体コントローラ５Ａにおける処理が終了する。

【0097】

このように、ホイールローダ１の走行駆動システムがＨＳＴ式の走行駆動システムの場合であっても、トルコン式の走行駆動システムの場合と同様に、車体コントローラ５Ａが、第１制限条件および第２制限条件を満たす場合にエンジン４１の上限回転数を制限することで、作業効率を維持しながら燃費を低減することが可能となっている。

【0098】

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。

【0099】

例えば、上記実施形態では、作業車両の一態様としてホイールローダ１を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えばフォークリフト等の他の作業車両にも本発明を適用することが可能である。

【0100】

また、上記実施形態において示したように、ホイールローダ１の走行に関する駆動方式については特に制限はなく、トルコン式であってもＨＳＴ式であっても本発明を適用することが可能である。

【符号の説明】

【0101】

１：ホイールローダ（作業車両）
２：荷役作業装置
５，５Ａ：車体コントローラ（コントローラ）
１１，１１Ａ：前輪（車輪）
１１，１１Ｂ：後輪（車輪）
１２Ａ：モニタ（報知装置）
２２：リフトアームシリンダ（油圧シリンダ）
２４：バケットシリンダ（油圧シリンダ）
４１：エンジン
４２：トルコン（トルクコンバータ）
４４：荷役用油圧ポンプ
５１：アクセルペダル
５２：ブレーキペダル
α：アクセルペダル踏込量
αｔｈ：第１踏込量閾値（第１閾値）
β：ブレーキペダル踏込量
βｔｈ：第２踏込量閾値（第２閾値）
ｅ：トルコン速度比
ｅｔｈ：速度比閾値（第３閾値）
Ｐ１：吐出圧
Ｐ１ｔｈ：吐出圧閾値（第４閾値）
Ｓ１，Ｓ２：ストローク量
Ｓ１ｔｈ，Ｓ２ｔｈ：ストローク量閾値（第５閾値）

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】