JP2013070519A - ホイールローダ - Google Patents

Abstract

【課題】車輪を電動機で駆動するホイールローダにおいて、後輪がスリップした場合において大きい駆動力を得ることができるようにする。
【解決手段】前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢは、前輪側アクスル２２Ｆを介して後輪側プロペラシャフト２５Ｒ２に連結され、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢは、後輪側アクスル２２Ｒを介して後輪側プロペラシャフト２５Ｒ２に連結されている。前輪側プロペラシャフト２５Ｆには前輪用電動機Ｍ_Ｆが取り付けられ、後輪側プロペラシャフト２５Ｒ２には後輪用電動機Ｍ_ＲおよびクラッチＣ_Ｌが設けられている。掘削作業中であって、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数差が所定の回転数差を超えた場合には、クラッチＣ_Ｌがオン駆動され、前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒ２とが連結される。
【選択図】図１

Description

この発明はホイールローダに関し、より詳細には、走行用電動機を有するホイールローダに関する。

アーティキュレート式のホイールローダは、前輪側プロペラシャフトと後輪側プロペラシャフトとをジョイント（連結部）部で連結し、オペレータが操作するハンドルの操舵角に対応して換向する。この種のホイールローダとして、エンジンと走行用電動機とを備えたハイブリッドホイールローダが知られている。従来から知られているハイブリッドホイールローダとして、前輪と後輪の各車輪にそれぞれ電動機を備えたものがある。

ホイールローダによる掘削作業時、リフトアームやバケットを駆動する油圧シリンダの駆動力が大きくなり、前輪に大きな負荷がかかり、後輪にかかる負荷が小さくなるため、後輪がスリップすることがある。このような状態になると、前輪用電動機の駆動力のみで掘削作業を行うことが困難となる。

例えば、特許文献１には、従来から知られているトルコン付きホイールローダにおいて、前輪側プロペラシャフトと後輪側プロペラシャフトとを連結／分離する切換装置を備えたものが知られている。このホイールローダでは、油圧ポンプを使用した切換装置により二輪駆動と四輪駆動を切換えることができ、二輪駆動時は前輪に走行駆動力が与えられる。走行時に前輪がスリップした場合、切換装置により前輪側プロペラシャフトと後輪側プロペラシャフトとを連結し、四輪駆動に切り換えるようにしている。

スリップ発生の検出は、前輪と後輪との回転速度差がタイヤの半径のばらつきに対応して予め定めた閾値を超えているか否かにより判定される。従って、このようなホイールローダでは、タイヤの摩耗を低減することが可能となる。

特開２００８−３７２８３号公報

上記特許文献に記載された発明は、トルコン付きホイールローダの二輪駆動と四輪駆動との切替制御には適している。しかしながら、前輪側プロペラシャフトに前輪用電動機から駆動力を付与し、後輪側プロペラシャフトに後輪用電動機から駆動力を付与するようにしたハイブリッドホイールローダや電動ホイールローダには適用することが難しい。すなわち、特許文献１の油圧ポンプを用いた二輪駆動と四輪駆動の切替制御で期待できる応答性では、作業時に前輪に大きな負荷がかかった場合に発生するスリップに対する対応策として不充分である。このため、上述したハイブリッドホイールローダや電動ホイールローダにおいて、掘削作業時に後輪がスリップすることに対する対応策が求められている。

この発明のホイールローダは、一対の前輪に前輪側アクスルを介して連結された前輪側プロペラシャフトと、一対の後輪に後輪側アクスルを介して連結された後輪側プロペラシャフトと、前輪を回転駆動する前輪用電動機と、後輪を回転駆動する後輪用電動機と、前輪側プロペラシャフトと後輪側プロペラシャフトを連結および分離するクラッチ装置と、掘削作業中であるか否かを判断する判断手段と、後輪と前輪の回転数差を算出し、後輪の回転数が前輪の回転数よりも所定値以上大きいことを検出する検出手段と、判断手段により掘削作業中と判断され、かつ、検出手段により後輪の回転数が前輪の回転数よりも所定値以上大きいことが検出された場合は、クラッチ装置に前輪側プロペラシャフトと前記後輪側プロペラシャフトとを連結する指令を行う制御手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、掘削作業中であり、かつ、後輪の回転数が前輪の回転数よりも所定値以上大きいことが検出されると、前輪側プロペラシャフトと後輪側プロペラシャフトとが連結されるので、前輪側の負荷が後輪用電動機に与えられ、その結果、後輪のスリップが抑制され、走行駆動力を大きくすることができる。

この発明に係るホイールローダの一実施の形態を示し、ハイブリッドホイールローダの駆動システム構成図。 図１に示されたホイールローダの駆動制御装置の構成を示すブロック図。 ホイールローダが直進する状態を説明するための図。 ホイールローダの旋回動作を説明するための図。 ホイールローダの掘削作業を説明するための図。 この発明のホイールローダにおけるクラッチの切換え動作に係る処理フロー図。 この発明に係るホイールローダの実施の形態２を示し、ハイブリッドホイールローダの駆動システム構成図。 図７に示された電動機の回転数（Ｎ）―トルク（Ｔ）特性図。

以下、図面を参照して、本発明のホイールローダの実施の形態について説明する。
［実施の形態１］
（駆動システム構成）
図１は、ハイブリッドホイールローダの駆動システム構成図である。
ホイールローダ１は駆動システムとして、走行部（ホイール部分）２と、フロント油圧作業部３と、駆動源４とを備えている。

走行部２は、一対の前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと一対の後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの４輪を有する。一対の前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢは、それぞれ、ブレーキ付き最終減速機２１を介して、前輪側アクスル２２Ｆに連結されている。前輪側アクスル２２Ｆは、デファレンシャル装置２３Ｆを介して前輪側プロペラシャフト２５Ｆに連結されている。前輪側プロペラシャフト２５Ｆの軸上には、前輪用電動機（フロントモータ）Ｍ_Ｆが取り付けられている。

一対の後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢは、それぞれ、ブレーキ付き最終減速機２１を介して、後輪側アクスル２２Ｒに連結されている。後輪側アクスル２２Ｒは、デファレンシャル装置２３Ｒを介して後輪側プロペラシャフト２５Ｒに連結されている。後輪側プロペラシャフト２５Ｒの軸上には、後輪用電動機（リアモータ）Ｍ_Ｒが取り付けられている。前輪用電動機Ｍ_Ｆと後輪用電動機Ｍ_Ｒとして、例えば、誘導電動機または同期電動機が用いられる。
なお、この実施の形態では、前輪用電動機Ｍ_Ｆと後輪用電動機Ｍ_Ｒには同一種類、同一容量のモータが使用される。

前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとは、連結部２６で連結されている。また、後輪側プロペラシャフト２５Ｒの軸上には、電磁式または油圧式のクラッチＣ_Ｌが設けられている。すなわち、後輪側プロペラシャフト２５Ｒは、連結部２６とクラッチＣ_Ｌとの間の第１シャフト２５Ｒ１と、後輪側電動機Ｍ_Ｒとデファレンシャル装置２３Ｒとの間の第２シャフト２５Ｒ２により構成されている。クラッチＣ_Ｌは、後述する制御装置の指令により駆動されるクラッチ制御装置５８（図２参照）によりオン・オフ駆動され、後輪側プロペラシャフト２５Ｒの第１および第２のシャフト２５Ｒ１，２５Ｒ２を連結・分離することにより、後輪側プロペラシャフト２６Ｒを前輪側プロペラシャフト２５Ｆと連結・分離する。

フロント油圧作業部３は、コントロールバルブ３１、バケット駆動用の油圧シリンダ３２、リフトアーム駆動用の油圧シリンダ３３およびステアリング（操舵）駆動用の油圧シリンダ３４を備えている。

駆動源４は、エンジン４１、モータ／ジェネレータ４２およびメインポンプ４３を備えている。
エンジン４１の出力軸にモータ／ジェネレータ４２が連結され、モータ／ジェネレータ４２はインバータ６３により制御される。モータ／ジェネレータ４２は、発電機として動作するモードと、蓄電装置６５から電力を供給されて電動機として動作するモードとの間で切換え駆動される。また、走行部２の前輪用電動機Ｍ_Ｆはインバータ６１により、後輪用電動機Ｍ_Ｒはインバータ６２により制御される。インバータ６１〜６３は、直流電流を交流電流に、また、交流電流を直流電流に変換する。インバータ６１〜６３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４を介して蓄電装置６５に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、蓄電装置６５から供給される直流電圧を昇圧または降圧する。

インバータ６１〜６３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４を介して蓄電装置６５から供給される電力により、それぞれ、モータ／ジェネレータ４２、前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒの駆動を制御する。また、インバータ６１，６２は、それぞれ、前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒの回生エネルギである交流電流を直流電流に変換してＤＣ／ＤＣコンバータ６４を介して蓄電装置６５に供給する。また、インバータ６３は、エンジン４１で駆動されるモータ・ジェネレータ４２で発電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ６４を介して蓄電装置６５に蓄電する。

蓄電装置６５は、二次電池などの容量の大きいものでも適用可能であるが、搭載スペース、コスト、充放電の応答速度等を考慮して、この実施の形態では大容量の電気二重層キャパシタを使用する。電気二重層キャパシタは、ある程度の電気的仕事（例えば数１０ｋＷ、数秒程度の仕事）で発生する電力を蓄電し、所望の時期に蓄電された電荷を放電することが可能である。

メインポンプ４３は、エンジン４１により駆動されて圧油を吐出し、コントロールバルブ３１を介して、バケット駆動用の油圧シリンダ３２、リフトアーム駆動用の油圧シリンダ３３およびステアリング駆動用の油圧シリンダ３４に圧油を供給して各油圧シリンダ３２〜３４を伸縮させる。

図２は、図１に示されたホイールローダの駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
制御装置５０は、図１に示した駆動システム全体の制御を行う。制御装置５０は、コントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）制御装置５１と、メインポンプ制御装置５２と、エンジン制御装置５３と、前輪用のインバータ制御装置５４と、後輪用のインバータ制御装置５５と、Ｍ／Ｇ用のインバータ制御装置５６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御装置５７と、クラッチ制御装置５８の各制御装置の上位に位置し、システム全体の制御を行っており、システム全体が最高のパフォーマンスを発揮するように各制御装置５１〜５８に具体的動作の指令を与える。

コントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）制御装置５１は、図１に示したコントロールバルブ（Ｃ
／Ｖ）３１を制御する。メインポンプ制御装置５２は、図１に示したメインポンプ４３を
制御する。エンジン制御装置５３は、図１に示したエンジン４１を制御する。前輪用のインバータ制御装置５４は、図１に示したインバータ６１を、後輪用のインバータ制御装置５５は、図１に示したインバータ６２を、また、Ｍ／Ｇ用のインバータ制御装置５６は、図１に示したインバータ６３を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ（チョッパ）制御装置５７は、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ６４を制御して、直流と交流との変換を制御する。クラッチ制御装置５８は、図１に示したクラッチＣ_Ｌのオン・オフを制御する。

なお、インバータ制御装置５４〜５６およびＤＣ／ＤＣコンバータ制御装置５７は別体としているが一体に構成してもよい。
駆動制御装置５０と各制御装置５１〜５８間は、一般的にＣＡＮを用いて通信が行われる。

（走行時の動作）
図３および図４、ホイールローダ１の走行動作を説明するための図である。
図３は、ハンドル（図示せず）を操作する前の状態を示す模式的な平面図である。ハンドルが操作されない状態では、ステアリング（操舵）駆動用の右側と左側の油圧シリンダ３４Ｒ、３４Ｌのロッドは、同一の長さに引き出されており、前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとは、連結部２６を介して直線状に連結されている。この状態では、前輪用電動機Ｍ_Ｆにより駆動される前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒにより駆動される後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢは、すべて、同一の回転数で回転する。この実施の形態では、連結部２６と前輪側アクスル２２Ｆとの距離Ｌ_Ｆと、連結部２６と後輪側アクスル２２Ｒとの距離Ｌ_Ｒとは等しく設定されている。
なお、この距離Ｌ_ＦとＬ_Ｆが異なる場合は、換向時の前輪側の内外輪回転数と後輪側の内外輪回転数がそれぞれ異なるので、スリップ判定の閾値を上記距離に応じて設定する。

図４は、前輪側アクスル２２Ｆと後輪側アクスル２２Ｒとがハンドル操作に対応した屈曲角に達し、換向動作が完了した後の、ホイールローダ１の旋回動作の状態を示す。
換向が完了すると、図４に図示されるように、外周側の前輪Ｗ_ＦＡと外周側の後輪Ｗ_ＲＡとは外側の半径Ｒoutの軌道上を、また、内周側の前輪Ｗ_ＦＢと内周側の後輪Ｗ_ＲＢとは内側の半径Ｒ_ｉｎの軌道上を旋回走行するように、内外輪回転差が付く回転数で回転される。

距離Ｌ_Ｆと距離Ｌ_Ｒ（図３参照）とが等しい場合、外周側の前輪Ｗ_ＦＡの回転数Ｎ_Aと外周側の後輪Ｗ_ＲＡの回転数Ｎ_Cとは同一であり、内周側の前輪Ｗ_ＦＢの回転数Ｎ_Ｂと内周側の後輪Ｗ_ＲＢの回転数Ｎ_Ｄとは同一である。

ホイールローダ１は、このように、換向および旋回を繰り返しながら走行する。
ここで、土砂等を運搬する運搬走行時においては、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢにかかる負荷の大きさの差異に起因して、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢとのタイヤ沈み量に差異が生じ、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢとの間に転がり半径差が生じる。

図１に図示されるクラッチＣ_Ｌがオフのとき、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢは前輪用電動機Ｍ_Ｆにより駆動され、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢは後輪用電動機Ｍ_Ｒにより駆動される。クラッチＣ_Ｌがオフのときに走行する場合、転がり半径が異なると、前輪用電動機Ｍ_Ｆの回転数Ｎ_Ｆと後輪用電動機Ｍ_Ｒの回転数Ｎ_Ｒとが相違して前輪Ｗ_Ｆまたは後輪Ｗ_Ｒにスリップが生じる。掘削作業中は前輪アクスルの軸重が後輪アクスルに比べて大きいので、後輪がスリップする。そのため、ホイールローダ１の駆動力が低下するとともに、タイヤが不所望に摩耗する。
そこでこの実施の形態では、後輪Ｗ_Ｒのスリップを検出してクラッチＣ_Ｌをオンすることにより、前輪側プロペラシャフト２５Ｆを後輪側プロペラシャフト２５Ｒに連結する。このとき、後輪プロペラシャフト２５Ｒには前輪側プロペラシャフト２５Ｆに作用している負荷が付与されるので、後輪用電動機Ｍ_Ｒの負荷が大きくなり、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢのスリップを抑制できる。

また、本実施の形態では、走行時にはクラッチＣＬをオフして前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとを分離した上で、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢまたは後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢのスリップの発生を検出し、スリップ発生側のアクスルに与える駆動トルクを低減する。
なお、走行中の転がり半径差は、通常、走行速度（車輪の回転数）の１０％程度が最大である。

（掘削作業時の動作）
図５は、ホイールローダ１の掘削作業を説明するための図である。
ホイールローダ１では、Ｖシェープローディングといわれる積み込み作業を行うことが多い。Ｖシェープローディングは、図５に点線で図示された位置からホイールローダ１を前進させ、図５に実線で図示される位置で、リフトアーム、バケットを駆動して土砂Ｍ等をすくい込むすくい込み作業を行う。その後、ホイールローダ１を一旦後退させ、図示はしないが、ダンプトラックに向けてホイールローダ１を前進させて、すくい込んだ土砂Ｍ等をダンプトラックに積み込む。

クラッチＣ_Ｌをオフして前輪用電動機Ｍ_Ｆと後輪用電動機Ｍ_Ｒをそれぞれ駆動した状態で土砂Ｍ等をすくい込む際、リフトアーム駆動用の油圧シリンダ３３の駆動力により前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢに大きな負荷がかかる。このため、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢがスリップして、後輪用電動機Ｍ_Ｒの駆動力を有効に発揮することができないことがある。

そこで、本実施の形態では、ホイールローダ１が掘削等の作業中であって、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢがスリップしているときはクラッチＣ_Ｌをオンし、前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとを連結する。これにより、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢの負荷が後輪側プロペラシャフト２５Ｒを介して後輪用電動機Ｍ_Ｒに作用して後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢのスリップが抑制される。その結果、後輪用電動機Ｍ_ＲＭの走行駆動力を有効活用できる。

走行中における転がり半径差は、すなわち、後輪Ｗ_Ｒと前輪Ｗ_Ｆとの回転数の差は、前輪Ｗ_Ｆの回転数の１０％程度であり、掘削作業中における転がり半径差、すなわち、後輪Ｗ_Ｒと前輪Ｗ_Ｆとの回転数の差は、前輪Ｗ_Ｆの回転数の１５％以上である。従って、掘削作業中であって、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数差ΔＮが所定の回転数差ΔＮ_Ｒｅｆ（例えば前輪回転数の１５％以上）を超えた場合には、クラッチＣ_Ｌをオンする。これにより、すくい込み作業後における後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢのスリップを抑制して駆動力を大きくすることが可能となる。
なお、所定回転数差ΔＮ_Ｒｅｆは、走行中の後輪のスリップと掘削作業中の後輪のスリップを識別できる程度の値を予め実験で設定する。上記１５％は一例である。すなわち、回転数差は、走行時における前輪と後輪の回転数差の最大値よりも大きい値に設定されている。

（クラッチ切換え処理フロー）
以下、図６に示す処理フローを参照して、ホイールローダにおけるクラッチの切換え動作を説明する。
図６に図示された各ステップの処理は、制御装置５０内のＣＰＵの制御プログラムを実行して行われる。
クラッチの切換え処理では、先ず、ステップＳ１において、制御装置５０からの指令によりクラッチ制御装置５８を駆動し、クラッチＣ_Ｌをオフにする。これにより、前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとは分離され、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢは前輪用電動機Ｍ_Ｆにより、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢは後輪用電動機Ｍ_Ｒにより独立して駆動される。

ステップＳ２では、制御装置５０は、アクセル開度や車速などに基づいて、インバータ６１、６２に前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒを駆動するトルク指令値を演算する。ステップＳ３では、トルク指令値に基づいて、インバータ６１、６２を駆動する。これにより、前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒが、それぞれ、指令値によるトルク出力で駆動され、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢおよび後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢが回転する。

ステップＳ４では、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢの回転数Ｎ_Ｆおよび後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数Ｎ_Ｒが回転検出器（図示せず）からの回転数信号に基づいて演算される。ステップＳ５で、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢの回転数Ｎ_Ｆおよび後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数Ｎ_Ｒの回転数差ΔＮ（＝回転数Ｎ_Ｒー回転数Ｎ_Ｆ）が演算される。

次に、ステップＳ６において、ホイールローダ１が掘削作業中であるか走行中であるか判断される。たとえば、リフトアーム駆動用の油圧シリンダ３３の伸長量とリフトアームシリンダ圧力とがそれぞれ所定値を超えていれば掘削作業中と判断される。リフトアームアーム回動軸に取り付けた角度センサ（図示せず）の角度信号により制御装置５０がバケット高さを判断するとともに、リフトアームシリンダ圧力センサからの圧力信号によりリフトアーム駆動力を判断して、これらの判断結果に基づいて掘削作業かを判定する。制御装置５０はまた、掘削作業条件が成立せず、かつ、前輪ＷＦＡ、ＷＦＢまたは後輪ＷＲＡ、ＷＲＢが閾値以上の回転数で回転していれば走行中と判断する。

ステップＳ６で走行中と判断された場合は、ステップＳ７においてクラッチＣ_Ｌをオフし、次に、ステップＳ８において前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数差ΔＮ（＝回転数Ｎ_Ｒー回転数Ｎ_Ｆ）の正負が判定される。

ステップＳ８において、回転数差ΔＮが負の場合は、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢの回転数Ｎ_Ｆが後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数Ｎ_Ｒよりも大きい場合であり、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢがスリップしている状態である。従って、ステップＳ８において、回転数差ΔＮが負と判定されれば、ステップＳ１０において、制御装置５０からインバータ６１に前輪用電動機Ｍ_Ｆのトルク指令値を低減する指令が出力される。

ステップＳ８において、回転数差ΔＮが正の場合は、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数Ｎ_Ｒが前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢの回転数Ｎ_Ｆよりも大きい場合であり、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢがスリップしている状態である。従って、ステップＳ８において、回転数差ΔＮが正と判定されれば、ステップＳ９において、制御装置５０からインバータ６２に後輪用電動機Ｍ_Ｒのトルク指令値を低減する指令が出力される。
ステップＳ９またはステップＳ１０の後は、ステップＳ６にリターンする。

ステップＳ６で掘削作業中と判断されると、ステップＳ１１において、回転数差ΔＮ（＝回転数Ｎ_Ｒー回転数Ｎ_Ｆ）が予め定められた所定の回転数差ΔＮ_Ｒｅｆを超えているか否か判断される。所定の回転数差ΔＮ_Ｒｅｆは、上述した如く、掘削作業時においてホイールローダ１にかかる負荷により後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢがスリップを生じたときに、掘削作業に悪影響を与える大きさに設定される。この実施の形態１では、上述したように、後輪回転数が前輪回転数の１５％以上大きい回転数で回転した場合は掘削時の走行駆動力に悪影響が出るものと見なし、ΔＮ_Ｒｅｆの値を規定している。

ステップＳ１１が肯定されれば、すなわち、掘削作業中と判断されれば、ステップＳ１２に進み、否定されればステップＳ６に戻る。ステップＳ１２では、制御装置５０からの指令により、クラッチ制御装置５８によりクラッチＣ_Ｌがオンし、前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとが連結される。これにより、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢの負荷が後輪側プロペラシャフト２５Ｒを介して後輪用電動機Ｍ_Ｒに伝達され、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢのスリップが抑制される。すなわち、ホイールローダ１のすくい込み作業の駆動力が増大する。

次に、ステップＳ１３において、掘削作業が終了したか否かが判断される。掘削作業の終了は、ステップＳ６の判定で使用した条件が所定時間以上継続して否定されることで判定してもよい。あるいは、前進から後進に切換えられたことで判定してもよい。ステップＳ１３が否定された場合は、ステップＳ６に戻り、肯定された場合は、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、クラッチＣ_Ｌをオフし、この後は、ステップＳ６に戻る。

以上のように、本発明に係るホイールローダの実施の形態１は次のような作用効果を奏することができる。
（１）掘削作業中であって、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数差ΔＮ（＝回転数Ｎ_Ｒー回転数Ｎ_Ｆ）が所定の回転数差ΔＮ_Ｒｅｆを超えた場合には、クラッチＣ_Ｌをオンし、前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとを連結する。クラッチＣ_Ｌをオンすることにより、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢの負荷が後輪側プロペラシャフト２５Ｒを介して後輪用電動機Ｍ_Ｆに伝達されるため、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢにおけるスリップの発生を抑えることができる。その結果、すくい込み作業の駆動力を大きくすることができる。

（２）クラッチＣ_Ｌで前後輪プロペラシャフト２５Ｆ、２５Ｒを連結して前輪側の負荷を後輪側プロペラシャフト２５Ｒに伝達することによって、ホイールローダ１の作業時における走行駆動力を増大するようにしたので、走行部３を大型化することがなく、また、製造コストを大幅にアップすることなく、掘削作業中の後輪スリップを防止できる。

（３）クラッチ装置Ｃ_Ｌを後輪側プロペラシャフト２５Ｒの軸上に設けたので次のような利点がある。通常の走行時の前後輪の回転数差が少なく、クラッチオフからオンする時の回転数差が少ないので、接続時のつなぎショックを抑制できる。
（４）走行中も前輪と後輪の回転数を検出し、前輪がスリップしているときは前輪用電動機Ｍ_Ｆに対するトルク指令値を低減し、後輪がスリップしているときは後輪用電動機Ｍ_Ｒに対するトルク指令値を低減するようにした。したがって、掘削作業中だけでなく、走行時のスリップも抑制され、車輪（タイヤ）の摩耗も抑制される。
（５）前輪側アクスル２２Ｆと連結部２６との距離ＬＦと、後輪側アクスル２２Ｒと連結部２６との距離ＬＲを等しく設定したので、旋回走行時に前後輪回転数差が等しくなり（コロガリ半径が等しくなり）、制御時の演算処理が簡易となるという利点がある。

［実施の形態２］
図７は、実施の形態２におけるホイールローダの駆動システム構成図を示す。
図７に図示されたホイールローダ１の駆動システムが図１に図示されたホイールローダの駆動システムと相違する点は、前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒとして、トルク（Ｔ）−回転数（Ｎ）特性(以下、Ｔ−Ｎ特性)が異なるものを搭載した点である。
以下は、この相違点について説明することとし、実施の形態１と同一の構成について、対応する部材に同一の図面参照番号を付し、その説明は省略する。

図８は、前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_ＲのＴ−Ｎ特性を示す図である。
前輪用電動機Ｍ_Ｆとしては、図８に実線で示すように、低速域でのトルクは小さいが、高速駆動が可能で、かつ、低速域から高速域までの広範囲にわたりある程度のトルク出力が得られるＮ―Ｔ特性を有するものを用いる。このような前輪用電動機Ｍ_Ｆでは、比較的高速の領域において、ある程度のトルク出力が得られる領域が高効率領域である。

一方、後輪用電動機Ｍ_Ｒとしては、図８に点線で示すように、最大定格回転数は前輪用電動機Ｍ_Ｆより小さいが、低速域において大きなトルクを出力することができるＴ−Ｎ特性を有するものを用いる。このような後輪用電動機Ｍ_Ｒでは、低速の領域において、大きいトルク出力が得られる領域が高効率領域である。
後輪用電動機Ｍ_Ｒの最大定格出力トルクは前輪用電動機Ｍ_Ｆの最大定格出力トルクよりも大きく、後輪用電動機Ｍ_Ｒの最大定格回転数は前輪用電動機Ｍ_Ｆの最大定格回転数よりも小さい。

このように、異なるＴ−Ｎ特性をそれぞれが有する２つの走行用電動機Ｍ_Ｆ、Ｍ_Ｒを用いることにより、ホイールローダ１の駆動状態、すなわち、アクセル開度や車速などに基づいて、走行用電動機に要求されるトルクを演算し、前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒそれぞれに対し、最大の効率となるようにトルク分配をすることができる。

この手順の概要を下記に示す。
まず、制御装置５０において、オペレータの操作指令に対応するアクセル信号、ブレーキ信号、前後進状態信号および走行速度等に基づいて、ホイールローダ１の走行に要求される走行出力指令が演算される。さらに、走行出力指令を満足するために前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒそれぞれに対して要求するトルクを演算する。制御装置５０は、前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒそれぞれの効率データテーブルを有するトルク演算部を含んでおり、この効率データテーブルに基づいて、走行出力指令に対し適切な電動機効率となるようにトルクの分配を決定する。そして、各インバータ制御装置５４、５５にトルク指令を与え、前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒを駆動する。

たとえば、車速が低速であり、ブレーキペダルが踏み込まれており、前進信号がハイレベルのときは掘削作業に適した低速高トルク特性の後輪用電動機Ｍ_Ｒへのトルク配分を多くする。

一般的に、電動機は、低速域において出力するトルクが大きい程、サイズが大きくなり重量が増大する。掘削作業時においては、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢ側の負荷が急激に増大して後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢにスリップが生じることから、後輪用電動機Ｍ_Ｒの重量が増大すれば、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢにスリップは生じ難くなる。そこで実施の形態２では、低速高トルク特性を有するモータを後輪用電動機Ｍ_Ｒとして用いる。

前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒとして、どちらも誘導機を用いることができる。
前輪用電動機Ｍ_Ｆと後輪用電動機Ｍ_Ｒとの両方が誘導機の場合、クラッチＣ_Ｌをオンのままホイールローダ１を高速で走行すると、後輪用電動機Ｍ_Ｒは、その定格最高回転数が前輪用電動機Ｍ_Ｆの定格最高回転数よりも低いので、後輪用電動機Ｍ_Ｒは前輪用電動機Ｍ_Ｆに対し連れ回り動作となり、損失が発生する。しかし、本実施の形態では、走行時は、クラッチＣ_Ｌがオフとなっているためこのような後輪用電動機Ｍ_Ｒの損失は生じない。

前輪用電動機Ｍ_Ｆおよび後輪用電動機Ｍ_Ｒとして、どちらも永久磁石同期電動機を用いることができる。永久磁石同期電動機を用いることにより、電動機を小型化することが可能となる。しかし、前輪用電動機Ｍ_Ｆと後輪用電動機Ｍ_Ｒの両方を永久磁石同期電動機としたホイールローダ１を高速で走行する場合には、クラッチＣ_Ｌがオンのとき、永久磁石による誘起電圧の発生を抑制するために、弱め界磁電流を流す必要が生じる。しかしながら、このようにすると、高速走行時は後輪用電動機Ｍ_Ｒにより損失が発生する。しかし、本実施の形態では、走行時は、クラッチＣ_Ｌがオフとなっているためこのような損失は生じない。

前輪用電動機Ｍ_Ｆとして誘導機を用い、後輪用電動機Ｍ_Ｒとして永久磁石同期電動機を用いることができる。通常、誘導機は高速域における損失が小さく、永久磁石同期電動機は低速域における大トルクの出力の効率がよい。従って、前輪用電動機Ｍ_Ｆとして誘導機、後輪用電動機Ｍ_Ｒとして永久磁石同期電動機を用いることが望ましい。

実施の形態２においても、掘削作業中であって、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数差ΔＮ（＝Ｎ_Ｒ−Ｎ_Ｆ）が所定の回転数差ΔＮ_Ｒｅｆを超えた場合には、クラッチＣ_Ｌをオンし、前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとを連結する。
このため、実施の形態１と同様に、走行部３を大型化することなく、ホイールローダ１の掘削作業時の走行駆動力を大きくすることができる。

また、前輪用電動機Ｍ_Ｆと後輪用電動機Ｍ_ＲのＴ−Ｎ特性が異なるので、ホイールローダ１の駆動状態に即して、最も効率のよいトルクで各電動機を駆動することができる。
さらに、後輪用電動機Ｍ_Ｒに、前輪用電動機Ｍ_Ｆよりもトルクが大きいものを用いたので、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢ側の重量が大きくなり、後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢのスリップが生じ難くなる、という効果を奏する。

また、実施の形態１のホイールローダと同様に、走行中に前輪のスリップを検出すると前輪用電動機のトルク指令値を低減し、後輪のスリップを検出すると後輪用電動機のトルク指令値を低減する。これにより、車輪の不所望の摩耗を低減することができる。

なお、上記実施の形態は、本発明のホイールローダ１の例示に過ぎず、本発明の趣旨の範囲内において適宜、変形することが可能である。要するに、掘削作業中であって、前輪Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢと後輪Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢの回転数差ΔＮ（＝Ｎ_Ｒ−Ｎ_Ｆ）が所定の回転数差ΔＮ_Ｒｅｆを超えた場合に、クラッチＣ_Ｌをオンし、前輪側プロペラシャフト２５Ｆと後輪側プロペラシャフト２５Ｒとを連結するものであればよい。
以上説明した実施の形態以外の構成を有するハイブリッドホイールローダや電動ホイールローダにも本発明を適用できる。

１ ホイールローダ
２ 走行部
３ フロント油圧作業部
４ 駆動源
２２Ｆ 前輪側アクスル
２２Ｒ 後輪側アクスル
２５Ｆ 前輪側プロペラシャフト
２５Ｒ 後輪側プロペラシャフト
２６ 連結部
４３ メインポンプ
５０ 制御装置
Ｃ_Ｌ クラッチ
Ｍ_Ｆ 前輪用電動機（フロントモータ）
Ｍ_Ｒ 後輪用電動機（リアモータ）
Ｗ_ＦＡ、Ｗ_ＦＢ 前輪
Ｗ_ＲＡ、Ｗ_ＲＢ 後輪

Claims (6)

1. 一対の前輪に前輪側アクスルを介して連結された前輪側プロペラシャフトと、
   一対の後輪に後輪側アクスルを介して連結され、連結部で前記前輪側プロペラシャフトと連結されている後輪側プロペラシャフトと、
   前記前輪を回転駆動する前輪用電動機と、
   前記後輪を回転駆動する後輪用電動機と、
   前記前輪側プロペラシャフトと前記後輪側プロペラシャフトを連結および分離するクラッチ装置と、
   掘削作業中であるか否かを判断する判断手段と、
   前記後輪と前記前輪の回転数差を算出し、前記後輪の回転数が前記前輪の回転数よりも所定値以上大きいことを検出する検出手段と、
   前記判断手段により掘削作業中と判断され、かつ、前記検出手段により前記後輪の回転数が前記前輪の回転数よりも所定値以上大きいことが検出された場合は、前記クラッチ装置に前記前輪側プロペラシャフトと前記後輪側プロペラシャフトとを連結する指令を行う制御手段とを備えることを特徴とするホイールローダ。
2. 請求項１に記載のホイールローダにおいて、
   前記検出手段における所定値は、走行時における前記前輪と前記後輪の回転数差の最大値よりも大きい値に設定されていることを特徴とするホイールローダ。
3. 請求項１または２のいずれかに記載のホイールローダにおいて、
   前記前輪用電動機と前記後輪用電動機とは回転数―トルク特性が実質的に同一であることを特徴とするホイールローダ。
4. 請求項１または２のいずれかに記載のホイールローダにおいて、
   前記後輪用電動機の最大定格出力トルクは前記前輪用電動機の最大定格出力トルクよりも大きいことを特徴とするホイールローダ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のホイールローダにおいて、
   前記クラッチ装置は前記後輪側プロペラシャフトの軸上に設けられていることを特徴とするホイールローダ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のホイールローダにおいて、
   前記前輪側アクスルと前記連結部との距離と、前記後輪側アクスルと前記連結部との距離を等しく設定したことを特徴とするホイールローダ。

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