JP2013127187A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ライドコントロール装置や自動変速制御装置の制御閾値である作業具高さを適正に設定可能で、操作性、走行安定性及び作業効率が良好な作業車両を提供する。
【解決手段】オペレータが信号取り込みスイッチ４６を操作したときの角度センサ３９の検出値を、掘削作業時におけるバケット１３の高さ位置情報として、メインコントローラ３５の高さ位置記憶部３５ｂに記憶する。この高さ位置記憶部３５ｂには、運搬作業時におけるバケット１３の高さ位置及び積み込み作業時におけるバケット１３の高さ位置を、掘削作業時におけるバケット１３の高さ位置情報からのオフセット値として予め記憶しておく。これにより、オペレータの好みや癖によらずライドコントロール装置や自動変速制御装置を適正に制御することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ホイールローダ等の作業車両に係り、特に、バケット等の作業具の高さ位置を制御パラメータとするライドコントロール装置やトランスミッション制御装置を備えた作業車両に関する。

従来、ライドコントロール装置と呼ばれる走行振動抑制装置を備えた作業車両が知られている。ライドコントロール装置は、作業具駆動用のリフトシリンダに作動油を供給するリフトシリンダ油圧回路に制御弁を介して液圧アキュムレータを接続したもので、制御弁を開くことによりリフトシリンダと液圧アキュムレータとの間の作動油の流通を可能とし、走行中の作業車両の上下動に伴って発生するリフトシリンダのボトム圧変動を液圧アキュムレータに吸収させて、車体に作用する衝撃を軽減する装置である。制御弁の切換は基本的にはオペレータがライドコントロールスイッチを手動操作することにより行うが、作業車両の稼動状況に応じて自動的に制御弁の切り換えが行われるように、車速が予め定められた設定速度以上になったときに、自動的に制御弁を閉状態から開状態に切り換える技術も従来知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、車速のみに応じて制御弁を自動的に開閉する構成であると、オペレータが意図しない状態で制御弁の開閉が行われ得るので、オペレータに操作上の違和感や不安感を与えやすい。例えば作業具としてバケットを備え、掘削作業、運搬作業及びダンプトラック等への積み込み作業を行う場合を例にとって説明すると、車速が設定速度よりも高くなった場合には、掘削作業時にも制御弁が自動的に閉状態から開状態に切り換えられるので、液圧アキュムレータのダンパ効果によってバケットに作用する力がリフトシリンダを介して液圧アキュムレータに逃げ、オペレータに掘削開始のタイミングが遅れるような違和感を与える。また、積み込み作業時においても、車速が設定速度よりも高くなった場合には、制御弁が自動的に閉状態から開状態に切り換えられるので、液圧アキュムレータのダンパ効果によってバケットの動揺が大きくなり、オペレータに無用な不安感を与える。本願の出願人は先に、このような問題点を解決するため、掘削位置、運搬位置及び積み込み位置を予めコントローラに設定し、バケットが予め設定された掘削位置以下にある場合、及び積み込み位置以上にあるときには、車速が設定速度以上になったときにも制御弁を閉状態のまま維持するものを提案した（特願２０１１−５６６４４）。これにより、掘削作業時や積み込み作業時におけるバケットの動揺を防止でき、オペレータの違和感や不安感を取り除くことができる。

また、ホイールローダ等の作業車両には、車速が設定速度になったときにトランスミッションの速度段を自動的に変更する変速制御装置も従来搭載されている。しかし、車速のみに応じてトランスミッションの速度段を自動的に変更する構成であると、車速が設定速度よりも高い場合には、オペレータの意図に反してシフトアップが行われ作業車両が加速する場合を生じ得るので、却って作業効率が低下する場合がある。例えば、バケットに満載された土砂等をダンプトラックに積み込む際には、作業車両を掘削位置からダンプトラックの停車位置の方向に前進させ、作業車両がダンプトラックに対して所要の位置まで接近した段階でアクセルの踏み込み量を減少して車速を低下させ、作業車両を慣性力によって前進させながらバケットをダンプトラックへの積み込み高さまで上昇し、作業車両を土砂等の積み込み位置で停止させるという作業が行われる。しかしながら、車速が高い場合には、アクセルの踏み込み量が少ない場合にも、シフトアップが行われ、作業車両が加速する。この場合、オペレータは、ブレーキをかけて作業車両を土砂等の積み込み位置で停止させなければならず、作業効率が低下する。本願の出願人は先に、このような問題を解決するため、積み込み位置を予めコントローラに設定し、バケットが予め設定された積み込み位置以上にあるときには、車速が設定速度以上になったときにも変速装置によるシフトアップを禁止する変速制御装置を提案した（例えば、特許文献２参照。）。これにより、無用なブレーキ操作を回避できるので、作業車両の作業効率を改善することができる。

特開平０５−２０９４２２号公報 特開２０１１−１７１２号公報

上述のように、ライドコントロール装置を備えた作業車両においては、バケット等の作業具の高さ位置を考慮して制御弁の開閉を制御することにより、オペレータの違和感や不安感を取り除くことができる。また、自動変速制御装置を備えた作業車両においては、バケット等の作業具の高さ位置を考慮してシフトアップの禁止を制御することにより、作業効率の改善を図ることができる。このような効果を発揮するためには、ライドコントロール装置に備えられた制御弁の開閉や自動変速制御装置の制御閾値である、掘削作業時の作業具高さ、運搬作業時の作業具高さ、積み込み作業時の作業具高さを適正に設定することが求められる。

しかしながら、これらの各作業具高さは、オペレータの好みや癖によって定まるものであるので、一律に決定しても全てのオペレータについて上述の効果を常に発揮させることは困難である。例えば、ライドコントロール装置の制御に関して、運搬作業時の作業具高さとしてある値を設定したとしても、その設定された作業具高さよりも低い作業具高さで作業車両を走行させる癖のあるオペレータについては、運搬作業時に制御弁を閉状態から開状態に切り換えることができず、ライドコントロール装置による車体の振動抑制効果を発揮することができない。このような不都合は、掘削作業時の作業具高さや積み込み作業時の作業具高さがオペレータの好みや癖に合わない場合にも同様に発生する。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ライドコントロール装置や自動変速制御装置の制御閾値である作業具高さを適正に設定可能で、操作性及び作業効率が良好な作業車両を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、リフトシリンダを駆動することにより所定の可動範囲内で上下動される作業具と、該作業具の高さ位置を検出するセンサと、制御対象の駆動制御に用いられ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、オペレータの手動操作により前記センサの検出信号を掘削位置の信号として取り込む信号取り込み手段と、前記制御対称の駆動制御に関し、前記作業具の特定の高さ位置が前記掘削位置からのオフセット値として記憶された高さ位置記憶手段と、前記センサの検出信号より求められる前記作業具の高さ位置が前記高さ位置記憶手段に記憶された前記作業具の高さ位置になったとき、当該高さ位置に応じた前記制御対象の制御信号を生成する信号生成手段を備えたことを特徴とする。

前記制御対象としては、車速及び前記作業具の高さ位置に応じて、前記リフトシリンダと液圧アキュムレータとの間の作動油の流通を切り換えるライドコントロール装置と、車速、エンジン回転速度及び前記作業具の高さ位置に応じてトランスミッションの速度段を切り換えるトランスミッション制御装置のうちの、少なくともいずれか一方とすることができる。

センサは、作業具の高さ位置を検出し、検出した作業具の高さ位置に応じた検出信号を出力する。信号取り込み手段は、手動式であって、オペレータが操作したときの作業具の高さ位置に応じたセンサの検出信号を掘削位置信号として取り込む。オペレータが信号取り込み手段を操作する際の作業具高さは任意であるので、オペレータは掘削位置の設定に自分の好みや癖を反映させることができる。一方、高さ位置記憶手段には、ライドコントロール装置やトランスミッション制御装置等の制御対称の駆動制御に用いられる、例えば運搬作業時における作業具高さや積み込み作業時における作業具高さ等の特定の高さ位置が、信号取り込み手段を操作することにより設定された掘削位置からのオフセット値として記憶されている。オペレータは、一般に、掘削位置からの作業具の上昇量で運搬作業時における作業具高さや積み込み作業時における作業具高さ等を調整しているので、高さ位置記憶手段に掘削位置からのオフセット値として特定の高さ位置を記憶しておくことにより、これらの特定の高さ位置にもオペレータの好みや癖を反映させることができる。よって、制御対象であるライドコントロール装置やトランスミッション制御装置等を作業具の高さ位置に応じて常時適正に駆動制御するための制御信号を信号生成手段で生成することができ、作業車両の操作性や作業効率の改善を図ることができる。

本発明は、制御対象の駆動制御に用いられるコントローラに、作業具の高さ位置を検出するセンサの検出信号をオペレータの手動操作により掘削位置の信号として取り込む信号取り込み手段と、制御対称の駆動制御に関し、作業具の特定の高さ位置が信号取り込み手段により取り込まれた掘削位置からのオフセット値として記憶された高さ位置記憶手段と、センサの検出信号より求められる作業具の高さ位置が高さ位置記憶手段に記憶された前記作業具の高さ位置になったとき、当該高さ位置に応じた制御対象の制御信号を生成する信号生成手段を備えたので、掘削位置の設定及び特定の高さ位置の設定にオペレータの好みや癖を反映させることができ、作業車両の操作性や作業効率の改善を図ることができる。

実施例１に係る作業車両の外観構成図である。 実施例１に係る走行振動抑制装置の構成図である。 実施例１に係るメインコントローラの構成図である。 実施例１に係るメインコントローラに記憶される高さ位置とフラグの説明図である。 実施例１に係る作業機械の動作を示すフローチャートである。 実施例２に係る作業機械に備えられる変速制御装置の構成図である。 実施例２に係る変速制御装置の車速と速度段との関係を示す図である。 実施例２に係る作業機械の走行性能を示す図である。 実施例２に係る作業機械を用いたＶシェープローディングの説明図である。 従来技術による土砂等の積み込み時におけるトランスミッションの速度段の変化について説明する図である。 本発明による土砂等の積み込み時におけるトランスミッションの速度段の変化について説明する図である。 実施例２に係るトランスミッションの変速制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る作業車両の実施形態を、ホイールローダを例にとり、図を参照しながら実施例ごとに説明する。

実施例１に係る作業車両は、ライドコントロール装置と呼ばれる走行振動抑制装置に本発明を適用したことを特徴とする。

図１に示すように、実施形態に係るホイールローダ１は、キャブ２を備えた後部車体３と、連結ピン４を介して後部車体３の前方側（ホイールローダ１の前進側）に連結された前部車体５と、これら後部車体３及び前部車体５に設けられた後輪６及び前輪７と、前部車体５の前方部分に取り付けられたフロント作業機８と、フロント作業機８の油圧系に付加される走行振動抑制装置９とから主に構成されている。

後輪６及び前輪７は、後部車体３に搭載されたトランスミッション３７（図２参照）に接続されており、同じく後部車体３に搭載されたエンジン３６（図２参照）により駆動される。これに対して、フロント作業機８は、エンジン３６により駆動される図示しない油圧ポンプから吐出される作動油により駆動される。この図示しない油圧ポンプ及び走行振動抑制装置９は、前部車体５に搭載される。なお、前部車体５は、後部車体３に対して左右方向に屈曲するように構成されており、運搬作業時にキャブ２内に備えられた図示しないステアリング装置を操作することにより、後部車体３に対して左方向又は右方向に屈曲して、その方向にホイールローダ１を進行させる。

フロント作業機８は、一端が連結ピン１０を介して前部車体５に連結されたアーム１１と、連結ピン１２を介してアーム１１の先端部に取り付けられたバケット（作業具）１３と、連結ピン１４，１５を介して両端部が前部車体５とアーム１１とに連結されたリフトシリンダ１６と、連結ピン１７を介してアーム１１に揺動可能に連結されたベルクランク１８と、一端がベルクランク１８に連結され、他端がバケット１３に連結されたリンク部材１９と、連結ピン２０，２１を介して両端部が前部車体５とベルクランク１８とに連結されたバケット傾斜シリンダ２２とからなる。なお、本例においては、アーム１１、連結ピン１２，１４，１５、リフトシリンダ１６がそれぞれ１つずつしか備えられていないが、実機においては、これらの各部材がバケット１３の左右に一組ずつ備えられる。

リフトシリンダ１６及びバケット傾斜シリンダ２２は、図示しない油圧ポンプから吐出される作動油により駆動される。リフトシリンダ１６を伸張させると、アーム１１及びバケット１３が上昇し、リフトシリンダ１６を収縮させると、アーム１１及びバケット１３が下降する。リフトシリンダ１６の伸張・収縮、つまりアーム１１及びバケット１３の上昇・下降は、キャブ２内に備えられた操作レバー等の操作機器を操作することにより行うことができる。また、バケット傾斜シリンダ２２を伸張させると、バケット１３が上向きに旋回し、バケット傾斜シリンダ２２を収縮させると、バケット１３が下向きに旋回する。バケット傾斜シリンダ２２の伸張・収縮、つまりバケット１３の上向き旋回・下向き旋回も、キャブ２内に備えられた操作レバー等の操作機器を操作することにより行うことができる。

走行振動抑制装置９は、図２に示すように、リフトシリンダ１６との間で作動油の流通を行う液圧アキュムレータ３１と、これらリフトシリンダ１６と液圧アキュムレータ３１との間の作動油の流れを切り換える制御弁３２と、該制御弁３２の開閉を切り換えるライドコントロール部３３と、該ライドコントロール部３３からの指令に応じて制御弁３２の開閉操作を行う油圧回路３４とから構成される。なお、図２においては、液圧アキュムレータ３１が１つのみ表示されているが、用いる油圧システムの大きさと容量によっては、複数の液圧アキュムレータ３１を備えることも可能である。

ライドコントロール部３３は、ホイールローダ１の制御全体を司るメインコントローラ３５と、メインコントローラ３５からの指令を受けてエンジン３６及びトランスミッション３７の駆動を制御するエンジンコントローラ３８と、オペレータが操作するライドコントロールスイッチ３９と、連結ピン１０と同心に取り付けられ、前部車体５に対するアーム１１の旋回角度を検出する角度センサ４０と、モニタユニット４１を介してメインコントローラ３５に接続されたインジケータ４２と、メインコントローラ３５内の記憶部に角度センサ４０の検出信号を取り込む手動式の信号取り込みスイッチ（信号取り込み手段）４６とから構成される。なお、図２中の符号４７は、エンジン３６とトランスミッション３７との間に介設された流体継手であるトルクコンバータ（以下、「トルコン」と略称する。）を示している。

前記実施形態においては、エンジンコントローラ３８を用いてエンジン３６及びトランスミッション３７の駆動を制御する構成としたが、かかる構成に代えて、エンジン３６及びトランスミッション３７の駆動をそれぞれ専用のコントローラを用いて制御する構成とすることもできる。また、前記実施形態においては、インジケータ４２をモニタユニット４１を介してメインコントローラ３５に接続する構成としたが、かかる構成に代えて、インジケータ４２をモニタユニット４１内に表示する構成とすることもできる。さらに、前記実施形態においては、メインコントローラ３５に手動式の信号取り込みスイッチ４６を接続する構成としたが、かかる構成に代えて、モニタユニット４１内に当該信号取り込みスイッチ４６を表示する構成とすることもできる。

ライドコントロールスイッチ３９は、オンオフスイッチをもって構成されていて、その出力信号はメインコントローラ３５に入力されており、オペレータがオン操作したときには、メインコントローラ３５から制御弁３２の切換信号を出力して制御弁３２を開状態に切り換え、リフトシリンダ１６と液圧アキュムレータ３１との間の作動油の流通を可能とする。また、オフ操作したときには、メインコントローラ３５から制御弁３２の切換信号を出力して制御弁３２を閉状態に切り換え、リフトシリンダ１６と液圧アキュムレータ３１との間の作動油の流通を遮断する。ライドコントロールスイッチ３９の操作状態は、モニタユニット４１を介してインジケータ４２に表示される。

メインコントローラ３５は、エンジンコントローラ３８を介してエンジン３６の駆動制御を行うと共に、制御弁３２及びモニタユニット４１の駆動制御を行う。エンジン３６の駆動制御及びモニタユニット４１の駆動制御に関しては、公知に属する事項であり、かつ本発明の要旨でもないので、説明を省略する。

メインコントローラ３５は、制御弁３２の駆動制御に関して、図３に示すように、角度センサ３９の検出信号及び信号取り込みスイッチ４６の出力信号を取り込む入力部３５ａと、バケット１３の高さ位置が記憶された高さ位置記憶部３５ｂと、角度センサ３９の検出信号からバケット１３の高さ位置を算出する演算部３５ｃと、演算部３５ｃで算出されたバケット１３の高さ位置が高さ位置記憶部３５ｂに記憶された特定の高さ位置に達したか否かを判定する判定部３５ｄと、演算部３５ｃで算出されたバケット１３の高さ位置が高さ位置記憶部３５ｂに記憶された特定の高さ位置に達したと判定部３５ｄが判定した場合に、当該高さ位置に応じた制御弁３２の開閉信号を生成する信号生成部３５ｅと、信号生成部３５ｅで生成された開閉信号を制御弁３２に出力する出力部３５ｆと、これらの各部３５ａ〜３５ｆを所要のプログラムに従って駆動するＣＰＵ３５ｇと、を備えている。

演算部３５ｃは、角度センサ４０の検出信号よりバケット１３の高さ位置を算出する。本実施形態において、バケット１３の高さ位置とは、アーム１１とバケット１３とを連結する連結ピン１２の高さ位置をいい、既知の値である連結ピン１２の旋回半径と角度センサ３９の検出値とから算出することができる。

高さ位置記憶部３５ｂには、オペレータにより信号取り込みスイッチ４６が操作されたときの角度センサ３９の検出値が記憶される。また、この高さ位置記憶部３５ｂには、制御弁３２の開閉制御の基準となる高さ位置情報、例えば運搬作業時におけるバケット１３の高さ位置情報や積み込み作業時におけるバケット１３の高さ位置情報等が予め記憶される。オペレータは、バケット１３を掘削位置まで下げた状態で信号取り込みスイッチ４６を操作し、そのときの角度センサ３９の検出値を高さ位置記憶部３５ｂに記憶する。したがって、この信号取り込みスイッチ４６を操作することにより高さ位置記憶部３５ｂに記憶される高さ位置情報は、オペレータの好みや癖が反映された掘削位置におけるバケット１３の高さ位置情報となる。また、高さ位置記憶部３５ｂに予め記憶されるバケット１３の高さ位置情報は、信号取り込みスイッチ４６を操作することにより高さ位置記憶部３５ｂに記憶される高さ位置からのオフセット値として記憶される。オペレータは、一般に、掘削位置からのバケット１３の上昇量で運搬作業時におけるバケット高さや積み込み作業時におけるバケット高さ等を調整するので、高さ位置記憶部３５ｂに掘削位置からのオフセット値として運搬作業時におけるバケット高さや積み込み作業時におけるバケット高さを記憶しておくことにより、これらの各高さ位置にもオペレータの好みや癖を反映させることができる。

図４に、高さ位置記憶部３５ｂの記憶フォーマットを示す。この図に示すように、本例においては、バケット１３の上下動方向に関して、可動範囲の下限位置Ｈ０及び上限位置Ｈ４と、下限位置Ｈ０と同じかこれよりも上方で、信号取り込みスイッチ４６を操作することによりオペレータによって設定される掘削位置Ｈ１と、掘削位置Ｈ１よりも上方の運搬位置Ｈ２と、上限位置Ｈ４よりも下方で運搬位置Ｈ２よりも上方の積み込み位置Ｈ３とが記憶される。なお、バケット１３の下限位置Ｈ０はバケット１３の外面が地面と接する位置であり、上限位置Ｈ４はホイールローダ１の車格（サイズ）によって定まる。また、運搬位置Ｈ２は運搬作業時におけるバケット１３の高さ位置、積み込む位置Ｈ３は積み込み作業時におけるバケット１３の高さ位置であって、それぞれ掘削位置Ｈ１からのオフセット量として記憶されている。

また、高さ位置記憶部３５ｂには、図４に示すように、バケット１３の高さ位置に応じた制御弁３２の自動切換を許容するか否かを選択するフラグが記憶される。図４の例では、バケット１３の高さ位置Ｈが、Ｈ０≦Ｈ≦（Ｈ１＋Ｈ２）の範囲にある場合、（Ｈ１＋Ｈ２）＜Ｈ＜（Ｈ１＋Ｈ３）の範囲にある場合、及び（Ｈ１＋Ｈ３）≦Ｈ≦Ｈ４の範囲にある場合の全てについて、制御弁３２の自動切換を許容することを示すレ点が記憶されており、バケット１３の全可動範囲について、バケット１３の高さ位置Ｈに応じた制御弁３２の自動切換が行われる。即ち、本例にあっては、バケット１３の高さ位置Ｈが、Ｈ０≦Ｈ≦（Ｈ１＋Ｈ２）の範囲にある場合及び（Ｈ１＋Ｈ３）≦Ｈ≦Ｈ４の範囲にある場合において、制御弁３２が閉状態に切り換えられ、（Ｈ１＋Ｈ２）＜Ｈ＜（Ｈ１＋Ｈ３）の範囲にある場合において、制御弁３２が開状態に切り換えられる。これにより、掘削作業時及び積み込み作業時においては、バケット１３の動揺を防止することができるので、これらの作業を違和感無く行うことができて、オペレータの違和感及び不安感を解消することができる。これに対して、運搬作業時には、液圧アキュムレータ３１のダンパ効果によって前部車体５に作用するバケット１３の重力変動が緩和されるので、ホイールローダ１の走行安定性を高めることができる。このメインコントローラ３５の動作については、後に図５を用いてより詳細に説明する。

油圧回路３４については、以下のように構成される。即ち、図２に示すように、リフトシリンダ１６のロッド側室１６ａは、制御弁３２を介して作動油タンク４３に接続されており、リフトシリンダ１６のボトム側室１６ｂは、制御弁３２を介して液圧アキュムレータ３１に接続されている。制御弁３２は、パイロット作動弁であり、ライドコントロール用の電磁パイロット弁４４からの油圧パイロット信号に応じて開閉される。制御弁３２が開状態にあるとき、作動油はリフトシリンダ１６のロッド側室１６ａと作動油タンク４３との間、及び、リフトシリンダ１６のボトム側室１６ｂと液圧アキュムレータ３１と間が流通可能となり、バケット１３の上下動にダンパ効果を付与することができる。これに対して、制御弁３２が閉状態にあるとき、作動油はリフトシリンダ１６のロッド側室１６ａと作動油タンク４３との間、及び、リフトシリンダ１６のボトム側室１６ｂと液圧アキュムレータ３１と間で流通不能となり、バケット１３の重量がリフトシリンダ１６を介して直接的に前部車体５に作用する。

電磁パイロット弁４４は、メインコントローラ３５から出力される切換信号により切換操作される。即ち、メインコントローラ３５から制御弁３２を開状態に切り換える信号が出力されると、電磁パイロット弁４４は、パイロットポンプ４５から吐出されるパイロット圧を制御弁３２のパイロットポートに導く油路を開き、制御弁３２を開状態に切り換える。これに対して、メインコントローラ３５から制御弁３２を閉状態に切り換える信号が出力されると、電磁パイロット弁４４は、パイロット圧を作動油タンク４３に落とす油路を開き、内蔵された戻しばねの弾性力によって制御弁３２を閉状態に切り換える。

以下、図５を用いて、実施形態に係る作業車両の動作について説明する。エンジン３６を始動（スタート）すると、メインコントローラ３５はライドコントロールスイッチ３９の出力信号を読み取り（ステップＳ１）、ライドコントロールスイッチ３９の出力信号がＯＮ信号であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２でライドコントロールスイッチ３９の出力信号はＯＦＦ信号であると判定した場合には、ステップＳ７に移行して、システムを終了（エンド）する。

ステップＳ２で、ライドコントロールスイッチ３９の出力信号はＯＮ信号であると判定した場合には、メインコントローラ３５にて算出されたバケット１３の高さ位置の読み取り（ステップＳ３）と、メインコントローラ３５に記憶されたフラグの読み取り（ステップＳ４）とを行い、しかる後に、読み取られたバケット１３の高さ位置ＨがＨ０≦Ｈ≦（Ｈ１＋Ｈ２）の範囲にあるか否かの判定（ステップＳ５）と、Ｈ０≦Ｈ≦（Ｈ１＋Ｈ２）の範囲についてオペレータにより制御弁３２の自動切換が許容されているか否かの判定（ステップＳ６）をこの順に行う。ステップＳ５でバケット１３の高さ位置ＨがＨ０≦Ｈ≦（Ｈ１＋Ｈ２）の範囲にあると判定され、ステップＳ６でＨ０≦Ｈ≦（Ｈ１＋Ｈ２）の範囲について制御弁３２の自動切換が許容されていると判定した場合には、ステップＳ８に移行して、電磁パイロット弁４４に制御弁３２を閉状態に切り換える信号を出力する。なお、ステップＳ６でＨ０≦Ｈ≦（Ｈ１＋Ｈ２）の範囲について制御弁３２の自動切換が許容されていないと判定した場合には、ステップＳ７に移行して、電磁パイロット弁４４に制御弁３２を開状態に切り換える信号を出力する。

ステップＳ５で、バケット１３の高さ位置ＨがＨ０≦Ｈ≦（Ｈ１＋Ｈ２）の範囲にないと判定した場合は、ステップＳ９に移行して、バケット１３の高さ位置Ｈが（Ｈ１＋Ｈ２）＜Ｈ＜（Ｈ１＋Ｈ３）の範囲にあるか否かの判定を行う。ステップＳ９でバケット１３の高さ位置Ｈが（Ｈ１＋Ｈ２）＜Ｈ＜（Ｈ１＋Ｈ３）の範囲にあると判定した場合には、ステップＳ７に移行して、電磁パイロット弁４４に制御弁３２を開状態に切り換える信号を出力する。

さらに、ステップＳ９で、バケット１３の高さ位置Ｈが（Ｈ１＋Ｈ２）＜Ｈ＜（Ｈ１＋Ｈ３）の範囲にないと判定した場合は、バケット１３の高さ位置Ｈが（Ｈ１＋Ｈ３）≦Ｈ≦Ｈ４の範囲にあるか否かの判定（ステップＳ１０）と、（Ｈ１＋Ｈ３）≦Ｈ≦Ｈ４の範囲についてオペレータにより制御弁３２の自動切換が許容されているか否かの判定（ステップＳ１１）とをこの順に行う。ステップＳ１０でバケット１３の高さ位置Ｈが（Ｈ１＋Ｈ３）≦Ｈ≦Ｈ４の範囲にあると判定され、ステップＳ１１で（Ｈ１＋Ｈ３）≦Ｈ≦Ｈ４の範囲について制御弁３２の自動切換が許容されていると判定した場合、メインコントローラ３５は電磁パイロット弁４４に制御弁３２を閉状態に切り換える信号を出力する。なお、ステップＳ１０で（Ｈ１＋Ｈ３）≦Ｈ≦Ｈ４の範囲について制御弁３２の自動切換が許容されていないと判定した場合には、ステップＳ７に移行して、電磁パイロット弁４４に制御弁３２を開状態に切り換える信号を出力する。

このように、実施例１に係る作業車両は、走行振動抑制装置に備えられた制御弁３２の開閉制御に関与する掘削作業時、運搬作業時及び積み込み作業時におけるバケット１３の高さ位置にオペレータの好みや癖を反映させることができるので、オペレータが意図しない状態での制御弁３２の開閉を防止することができ、ホイールローダ１の走行安定性及び作業性の改善を図ることができる。

次に、本発明に係る作業車両の実施例２について説明する。実施例２に係る作業車両は、ホイールローダに搭載されるトランスミッション制御装置に本発明を適用したことを特徴とする。ホイールローダの外観構成については、図１に示した実施例１に係るホイールローダ１と同じである。

図６に示すように、ホイールローダ１に搭載されたエンジン３６の出力軸には、トルクコンバータ４７の図示しない入力軸が連結され、トルコン４７の図示しない出力軸はトランスミッション３７に連結されている。トルコン４７は、周知のインペラ、タービン及びステータからなる流体クラッチであり、エンジン３６の回転はトルコン４７を介してトランスミッション３７に伝達される。トランスミッション３７は、その速度段を１速〜４速に変速する液圧クラッチを有し、トルコン４７の出力軸の回転はトランスミッション３７で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト５１及びアクスル５２を介して前輪７及び後輪６に伝達され、ホイールローダ１が走行する。エンジン３６の回転数は、エンジン回転数センサ５３で検出される。

また、エンジン３６は、作業用油圧ポンプ５７を駆動する。作業用油圧ポンプ５７から吐出された作動油は、方向制御弁５４を介してリフトシリンダ１６及びバケット傾斜シリンダ２２に導かれる。方向制御弁５４は操作レバー５５を操作することにより駆動され、操作レバー５５の操作量に応じてリフトシリンダ１６及びバケット傾斜シリンダ２２を駆動する。

トルコン４７は、入力トルクに対し出力トルクを増大させる機能、つまりトルク比を１以上とする機能を有する。トルク比は、トルコン４７の入力軸の回転数Ｎｉと出力軸の回転数Ｎｔの比であるトルコン速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｉ）の増加に伴い小さくなる。たとえばエンジン回転数が一定状態で走行中に走行負荷が大きくなると、トルコン４７の出力軸の回転数、つまり車速が減少し、トルコン速度比ｅが小さくなる。このとき、トルク比は増加するため、より大きな駆動力（牽引力）で車両走行可能となる。

トランスミッション３７は、各速度段に対応したソレノイド弁を有する自動変速機である。これらのソレノイド弁は、メインコントローラ３５からトランスミッション制御装置５６へ出力される制御信号によって駆動され、これにより１速〜４速の間で速度段が自動的に変更される。本実施の形態では、トランスミッション３７の速度段は、たとえば１速度段から４速度段まで設けられている。

自動変速制御には、トルコン速度比ｅが所定値に達すると変速するトルコン速度比基準制御と、車速が所定値に達すると変速する車速基準制御の２つの方式がある。本実施例では、車速基準制御によりトランスミッション３７の速度段を制御する。

図７は、車速ｖと速度段の関係を示す図である。本実施例では、メインコントローラ３５が車速ｖに応じてトランスミッション制御装置５６に制御信号を出力し、図７に示すように車速ｖに応じてトランスミッション３７を変速する。即ち、車速ｖが変速許可車速ｖ１２に上昇すると、１速から２速にシフトアップし、車速ｖが変速許可車速ｖ１２から変速許可車速ｖ２３に上昇すると、２速から３速にシフトアップし、車速ｖが変速許可車速ｖ２３から変速許可車速ｖ３４に上昇すると、３速から４速にシフトアップする。一方、車速ｖが変速許可車速ｖ４３に低下すると、４速から３速にシフトダウンし、車速ｖが変速許可車速ｖ３２に低下すると、３速から２速にシフトダウンし、車速ｖが変速許可車速ｖ２１に低下すると、２速から１速にシフトダウンする。なお、シフトチェンジを安定して行うように、変速許可車速ｖ１２，ｖ２３，ｖ３４はそれぞれ変速許可車速ｖ２１，ｖ３２，ｖ４３よりも大きく設定されている。これらの各変速許可車速はシフトアップ又はシフトダウンを許可する閾値であり、予めメインコントローラ３５に設定されている。トランスミッション制御装置５６は、各速度段に対応したソレノイド弁で構成されており、メインコントローラ３５からの制御信号によって駆動される。

本実施例では、メインコントローラ３５は、エンジン３６の回転数が低ければ各変速許可車速を低下させ、エンジン３６の回転数が高ければ各変速許可車速を上昇させる。このように、メインコントローラ３５がエンジン３６の回転数に応じて各変速許可車速を変更することで、燃料消費量低減に効果がある。

図８は、本実施の形態のホイールローダ１の走行性能を示す図である。説明の便宜上、図８では、シフトアップ時の変速許可速度（シフトアップ許可速度）のみを記載しているが、シフトダウン時の変速許可速度（シフトダウン許可速度）につても同様である。各速度段における走行性能を示す曲線の交点ｘ１，ｘ２，ｘ３はエンジン３６の回転数が下がると矢印ａ１，ａ２，ａ３で示すように移動する。各変速許可速度は、概ねこの交点ｘ１，ｘ２，ｘ３に設定されている。図８において、Ａ，Ｂ，Ｃで示す車速の範囲は、エンジン３６の回転数に応じて変速許可速度ｖ１２，ｖ２３，ｖ３４が変化する範囲をそれぞれ示している。

本実施例では、バケット１３の高さとして予め第１設定高さ及び第２設定高さを定めている。そして、バケット１３の高さが第１設定高さを超えると、メインコントローラ３５はエンジン３６の回転数にかかわらず変速許可速度ｖ２３，ｖ３４を図８に示す変速許可速度ｖ２３ａ，ｖ３４ａのように上昇させて（引き上げて）、２速から３速へ、及び、３速から４速へのシフトアップが起こり難くなるようにしている。また、バケット１３の高さが第１設定高さよりも高い第２設定高さを超えると、メインコントローラ３５は２速から３速へのシフトアップ、及び、３速から４速へのシフトアップを禁止する。ここで、変速許可速度ｖ２３ａ，ｖ３４ａは、エンジン３６の回転数に応じて変化する変速許可速度ｖ２３，ｖ３４の最大値に対して、たとえばそれぞれ１０％程度高い値になるように設定されている。なお、バケット１３の高さが第２設定高さを超えても、シフトダウンは禁止されない。

第１設定高さ及び第２設定高さは、実施例１に係る作業車両と同様に、オペレータが信号取り込みスイッチ４６を操作することによって高さ位置記憶部３５ｂに取り込まれる掘削位置からのオフセット値として、高さ位置記憶部３５ｂに記憶される。また、第１設定高さ及び第２設定高さとしては、実施例１に係る作業車両と同様に、運搬作業時におけるバケット１３の高さ位置（運搬位置Ｈ２）及び積み込み作業時におけるバケット１３の高さ位置（積み込み位置Ｈ３）を設定することができる。

図６に示すように、メインコントローラ３５には、アクセルペダル６１の操作量を検出するペダル操作量検出器６２と、トルコン４７の入力軸の回転数Ｎｉを検出する回転数検出器６３と、トルコン４７の出力軸の回転数Ｎｔを検出する回転数検出器６４と、トランスミッション３７の出力軸の回転速度、つまり車速ｖを検出する車速検出器６５とが接続されている。更に加えて、メインコントローラ３５には、車両の前後進を指令する前後進切換スイッチ６７と、１速〜４速の間で最大速度段を指令するシフトスイッチ６８と、上述したエンジン回転数センサ５３及び角度センサ４０と、トランスミッション３７における変速を自動で行うか手動で行うかを切り替えるマニュアル・自動変速手段切替装置７０とが接続されている。

メインコントローラ３５は、アクセルペダル６１の操作量に応じてエンジン３６の回転速度（回転数）を制御する。また、上述したように、メインコントローラ３５は、エンジン回転数センサ５３で検出したエンジン３６の回転数、及び、角度センサ４０の検出値に基づいて算出されるバケット１３の高さに応じて各変速許可車速を変更する。さらに、メインコントローラ３５は、後述するように、トランスミッション制御装置５６にシフトアップ信号を出力しないことによって、トランスミッション３７におけるシフトアップを禁止する。

図９は、土砂等をダンプトラックへ積み込む方法の１つであるＶシェープローディングの説明図である。Ｖシェープローディングでは、まず、矢印ａで示すように、ホイールローダ１を前進させて土砂等をすくい込み、その後、矢印ｂで示すように、ホイールローダ１を一旦後退させる。そして、矢印ｃで示すように、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、すくい込んだ土砂等をダンプトラックに積み込み、矢印ｄで示すように、ホイールローダ１を元の位置に後退させる。

ダンプトラックへの土砂等の積み込み作業時、従来のホイールローダ１ではトランスミッション３７の速度段がどのように変化するのかを、図１０を用いて説明する。ダンプトラックへ土砂等を積み込む際には、バケット１３を上昇させながらダンプトラックに向かってホイールローダ１を前進させる。ダンプトラックに向かって前進し始めたとき（スタート時）の速度段は、１速又は２速である。アクセルペダル６１の踏み込み量が少なくエンジン３６の回転数が低いと、上述したように変速許可車速ｖ２３が低下する。そのため、ダンプトラックへの積み込みに必要な高さまでバケット１３が上昇する前に車速が変速許可車速ｖ２３に達して、２速から３速へシフトアップする。

このシフトアップによって車速がさらに増すこととなるため、ダンプトラックへの積み込みに必要な高さまでバケット１３が上昇する前にホイールローダ１がダンプトラックに到達してしまう恐れがある。この場合、ホイールローダ１のオペレータは、ブレーキを掛けてホイールローダ１を停止させてバケット１３を上昇させなければならない。そのため、作業効率が低下するだけでなく、ホイールローダ１のオペレータに煩わしさを感じさせてしまう。

なお、従来技術として、バケット１３の高さが設定高さ以上となった場合には、その時の速度段を維持するように構成された変速装置も知られている。しかし、ホイールローダ１に当該変速装置を用いたとしても、図１０に示すように、バケット１３が設定高さに達する前に車速が変速許可車速ｖ２３に達して、２速から３速へシフトアップしてしまうと、上述した不具合を解消できない。また、設定高さを低くしてしまうと、バケット１３を低い高さ位置として行う掘削作業や高速運搬作業時に、オペレータの意図とは異なる速度段に保持されてしまうという別の不具合を招くこととなる。

これに対して、本実施例のホイールローダ１では、土砂等のダンプトラックへの積み込み時、トランスミッション３７の速度段が、図１１に示すように変化する。まず前提として、本実施例のホイールローダ１では、上述したように、バケット１３の高さが第１設定高さを超えると、変速許可速度ｖ２３，ｖ３４を図８に示す変速許可速度ｖ２３ａ，ｖ３４ａのように上昇させている。また、バケット１３の高さが第２設定高さを超えると、２速から３速へのシフトアップ、及び、３速から４速へのシフトアップを禁止している。

そして、第１設定高さ、即ち運搬作業時におけるバケット１３の高さ位置は、上述したように、通常、掘削作業時におけるバケット１３の高さ位置から若干量上昇した位置に設定されるので、ホイールローダ１がダンプトラックに向かって前進し始めると共に、バケット１３を上昇し始めると、バケット１３はすぐに第１設定高さに達する。バケット１３の高さが第１設定高さを超えると、変速許可速度ｖ２３がｖ２３ａへ上昇するので、２速から３速へのシフトアップのタイミングが従来のホイールローダ１と比べて遅延し、シフトアップに伴う車速上昇を抑制できる。つまり、ホイールローダ１がダンプトラックに向かって前進し始めてからすぐに、２速から３速へのシフトアップのタイミングが従来のホイールローダ１と比べて遅延するようになる。また、バケット１３の高さが第２設定高さを超えると２速から３速へのシフトアップが禁止されるので、ダンプトラックへの積み込みに必要な高さまでバケット１３が上昇する前にシフトアップによる増速によってホイールローダ１がダンプトラックに到達してしまう、という不具合を防止できる。

図１２は、本実施の形態のホイールローダ１におけるトランスミッション３７の変速制御処理の動作を示したフローチャートである。ホイールローダ１のイグニッションスイッチがオンされると、図１２に示す処理を行うプログラムが起動され、メインコントローラ３５で繰り返し実行される。ステップＳ１において、エンジン回転数センサ５３で検出したエンジン３６の回転数を読み込んでステップＳ３へ進む。ステップＳ３において、ステップＳ１で読み込んだエンジン３６の回転数に応じて、図８で示すように各変速許可速度を変更して設定し、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５において、角度センサ４０の検出値に基づいてバケット１３の高さを算出してステップＳ７へ進む。ステップＳ７において、ステップＳ５で算出したバケット１３の高さが第１設定高さ（より厳密には、掘削位置Ｈ１＋運搬位置Ｈ２）を超えたか否かを判断する。ステップＳ７が肯定判断されるとステップ９へ進み、変速許可速度ｖ２３，ｖ３４を上述した変速許可速度ｖ２３ａ，ｖ３４ａに変更して設定し、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１において、ステップＳ５で算出したバケット１３の高さが第２設定高さ（より厳密には、掘削位置Ｈ１＋積み込み位置Ｈ３）を超えたか否かを判断する。ステップＳ１１が肯定判断されるとステップ１３へ進み、トランスミッション制御装置５６から出力される速度段の選択状態の情報に基づいて、現在トランスミッション３７で選択されている速度段が２速又は３速であるか否かを判断する。

ステップＳ１３が肯定判断されると、つまりトランスミッション３７の速度段が２速又は３速である場合には、シフトアップを禁止するように設定してステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７において、ステップＳ３で設定された各変速許可速度に基づいて、周知の変速制御演算を行い、変速の必要があればシフトアップ又はシフトダウンを指示する制御信号をトランスミッション制御装置５６に出力してリターンする。なお、ステップＳ１７では、ステップＳ９が実行されていれば、その実行結果を反映した変速制御演算を行う。これにより、上述したように、２速から３速へ、及び、３速から４速へのシフトアップが起こり難くなる。また、ステップＳ１７では、ステップＳ１５が実行されていれば、その実行結果を反映した変速制御演算を行う。これにより、２速から３速へのシフトアップ、及び、３速から４速へのシフトアップが禁止される。

ステップＳ７，Ｓ１１，Ｓ１３のいずれかが否定判断されるとステップＳ１７へ進む。

このように、実施例２に係る作業車両は、トランスミッション制御装置５６によるシフトアップの遅延に関与する運搬作業時におけるバケット１３の高さ位置、及び、トランスミッション制御装置５６によるシフトアップの禁止に関与する積み込み作業時におけるバケット１３の高さ位置にオペレータの好みや癖を反映させることができるので、オペレータが意図しない状態でのシフトアップ遅延解除やシフトアップ禁止解除を防止でき、ホイールローダ１の操作性、走行安定性及び作業性の改善を図ることができる。

本発明は、ホイールローダ及びフォークリフト等の作業車両における操作性及び走行安定性の改善に利用できる。

１ ホイールローダ
２ キャブ
３ 後部車体
４，１０，１２，１４，１５，１７，２０，２１ 連結ピン
５ 前部車体
６ 後輪
７ 前輪
８ フロント作業機
９ 走行振動抑制装置
１１ アーム
１３ バケット（作業具）
１６ リフトシリンダ
１６ａ ロッド側室
１６ｂ ボトム側室
１８ ベルクランク
１９ リンク部材
２２ バケット傾斜シリンダ
３１ 液圧アキュムレータ
３２ 制御弁
３３ ライドコントロール部
３４ 油圧回路
３５ メインコントローラ
３６ エンジン
３７ トランスミッション
３８ エンジンコントローラ
３９ ライドコントロールスイッチ
４０ 角度センサ
４１ モニタユニット
４２ インジケータ
４３ 作動油タンク
４４ 電磁パイロット弁
４５ パイロットポンプ
４６ 信号取り込みスイッチ
４７ トルクコンバータ（トルコン）
５１ プロペラシャフト
５２ アクスル
５３ エンジン回転数センサ
５４ 方向制御弁
５５ 操作レバー
５６ トランスミッション制御装置
５７ 作業用油圧ポンプ
６１ アクセルペダル
６２ ペダル操作量検出器
６３ 回転数検出器
６４ 回転数検出器
６５ 車速検出器
６７ 前後進切換スイッチ
６８ シフトスイッチ
７０ マニュアル・自動変速手段切替装置

Claims (4)

1. リフトシリンダを駆動することにより所定の可動範囲内で上下動される作業具と、該作業具の高さ位置を検出するセンサと、制御対象の駆動制御に用いられ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、オペレータの手動操作により前記センサの検出信号を掘削位置の信号として取り込む信号取り込み手段と、前記制御対象の駆動制御に関し、前記作業具の特定の高さ位置が前記掘削位置からのオフセット値として記憶された高さ位置記憶手段と、前記センサの検出信号より求められる前記作業具の高さ位置が前記高さ位置記憶手段に記憶された前記作業具の高さ位置になったとき、当該高さ位置に応じた前記制御対象の制御信号を生成する信号生成手段を備えたことを特徴とする作業車両。
2. 前記制御対象が、車速及び前記作業具の高さ位置に応じて、前記リフトシリンダと液圧アキュムレータとの間の作動油の流通を切り換える振動抑制装置であることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
3. 前記制御対象が、車速、エンジン回転速度及び前記作業具の高さ位置に応じて、トランスミッションの速度段を切り換えるトランスミッション制御装置であることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
4. 前記制御対象が、車速及び前記作業具の高さ位置に応じて、前記リフトシリンダと液圧アキュムレータをつなぐ油圧回路に設けられた制御弁の開閉を切り換える振動抑制装置と、車速、エンジン回転速度及び前記作業具の高さ位置に応じて、トランスミッションの速度段を切り換えるトランスミッション制御装置の双方であることを特徴とする請求項１に記載の作業車両。

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