JP2024110074A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】粒度の異なる掘削対象物を掘削する場合であっても作業効率の向上が可能な作業車両を提供する。【解決手段】作業車両は、エンジンにより駆動される油圧ポンプ及び発電機と、油圧ポンプからの作動油により動作する油圧シリンダと、油圧シリンダにより動かされる作業装置と、発電機の発電電力により駆動され走行装置を動作させる電動機と、油圧シリンダの圧力を検出する圧力センサと、エンジンの出力を作業装置と走行装置に配分するための出力配分比を演算し、演算された出力配分比に基づいて油圧ポンプ及び電動機を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、圧力センサの検出結果に基づいて、作業装置により掘削対象物の掘削を行っているときに作業装置に作用する反力の脈動の大きさを表す脈動値を演算し、演算された脈動値が大きいほど、作業装置の出力に対する走行装置の出力の比が大きくなるように、出力配分比を演算する。【選択図】図５

Description

本発明は、作業車両に関する。

車体を移動させるための走行装置と、土砂等を掘削するためのバケット及びリフトアームを有する作業装置とを備えた作業車両が知られている（特許文献１参照）。このような作業車両では、掘削した土砂等をダンプトラックなどの運搬車両へ運搬し、積み込む作業を行う。掘削、運搬、積込を含む一連の作業の効率は、作業車両の性能を示す一つの指標となる。作業車両による作業効率は、例えば、一連の作業において、単位時間当たりに運搬車両に積み込まれる運搬物（掘削物）の重量[ｔｏｎ／ｈ]に相当する。つまり、作業効率は、その値が大きいほど短時間でより多くの物量を掘削、運搬できることを意味する。

特開２０２１－９５７１０号公報

このような作業車両では、エンジンの動力（出力）を走行装置と作業装置に分配して掘削作業を行う。このとき、走行駆動力が小さく作業駆動力が大きすぎると、土砂にバケットを十分に貫入させることができなかったり、バケットに土砂が十分に入る前にバケットが持ち上げられたりするため、作業効率が低下する。一方、走行駆動力が大きく作業駆動力が小さすぎると、バケットを持ち上げるのに時間を要するため、作業効率が低下する。作業効率を向上するためには、走行駆動力と作業駆動力の動力配分（出力配分）を適切に行うことが有効である。

掘削対象物は、掘削場所によって粒度が異なる。このため、粒度の異なる掘削対象物の掘削作業において、走行駆動力と作業駆動力に対するエンジンの出力配分比を同じように設定してしまうと、作業効率が低下するおそれがある。例えば、粒度の大きい掘削対象物では、粒度の小さい掘削対象物に比べてバケットを貫入させにくく、大きな走行駆動力を要する。このため、粒度の小さい掘削対象物を掘削する場合の作業効率が良好であっても、粒度の大きい掘削物を掘削する場合の作業効率が悪化してしまうおそれがある。

本発明は、粒度の異なる掘削対象物を掘削する場合であっても作業効率の向上が可能な作業車両を提供することを目的とする。

本発明の一態様による作業車両は、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油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動油により伸縮動作する油圧シリンダと、前記油圧シリンダの伸縮動作に応じて動かされる作業装置と、前記作業装置に対し独立して駆動され前記車体を走行させる走行装置と、前記エンジンにより駆動されて発電する発電機と、前記発電機により発電された電力により駆動され前記走行装置を動作させる電動機と、前記油圧シリンダの圧力を検出する圧力センサと、前記電動機の回転速度を検出する速度センサと、前記電動機の電流を検出する電流センサと、前記エンジンの出力を前記作業装置と前記走行装置に配分するための出力配分比を演算し、演算された前記出力配分比に基づいて前記油圧ポンプ及び前記電動機を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記圧力センサ、前記速度センサ、及び前記電流センサの検出結果のうちの少なくとも一つに基づいて、前記作業装置により掘削対象物の掘削を行っているときに前記作業装置に作用する反力の脈動の大きさを表す脈動値を演算し、演算された前記脈動値が大きいほど、前記作業装置の出力に対する前記走行装置の出力の比が大きくなるように、前記出力配分比を演算する。

本発明によれば、粒度の異なる掘削対象物を掘削する場合であっても作業効率の向上が可能な作業車両を提供することができる。

図１は、ホイールローダの側面図である。 図２は、ホイールローダのシステム構成図である。 図３は、ホイールローダのＶ字掘削作業（Ｖシェープローディング）を説明するための図である。 図４は、掘削作業の動作の概要を説明する図である。 図５は、本実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 図６は、掘削動作判定部の制御ブロック線図である。 図７は、バケットシリンダ圧の時間変化について示す模式図である。 図８は、粒度レベル判定部１１２ｃの制御ブロック線図である。 図９は、モータ速度（車速）の時間変化について示す模式図である。 図１０は、掘削量レベル判定部の制御ブロック線図である。 図１１は、本実施形態に係る掘削状態判定部による掘削状態判定処理について説明する図である。 図１２は、変形例２に係る掘削状態判定部による掘削状態判定処理について説明する図である。 図１３は、変形例３に係る制御装置の機能ブロック図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る作業車両について説明する。なお、本実施形態では、作業車両が電動駆動システムを備えたホイールローダである例について説明する。

図１は、ホイールローダ１０の側面図である。図１に示すように、ホイールローダ（以下、単に車両とも記す）１０は、車体８と、車体８の前方に取り付けられた多関節型の作業装置６と、を備える。車体８には、アーティキュレート操舵式（車体屈折式）を採用している。車体８は、左右に前輪７Ａ（車輪７）を装着した前部車体（フロントフレーム）８Ａと、左右に後輪７Ｂ（車輪７）を装着した後部車体（リアフレーム）８Ｂと、前部車体８Ａと後部車体８Ｂとを連結するセンタージョイント１３と、を備える。センタージョイント１３の左右両側には、前部車体８Ａと後部車体８Ｂとを連結するように、ステアリングシリンダ９が設けられている。

作業装置６は、前部車体８Ａに取り付けられる。作業装置６は、アームシリンダ４と、アームシリンダ４の伸縮動作に応じて動かされるリフトアーム（以下、単にアームとも記す）２と、バケットシリンダ５と、バケットシリンダ５の伸縮動作に応じて動かされるバケット３と、を備えている。なお、アーム２とアームシリンダ４は前部車体８Ａの左右に１つずつ設けられる。また、バケット３を作動させるためのリンク機構には、Ｚリンク式（ベルクランク式）のリンク機構が採用されている。当該リンク機構にはバケットシリンダ５が含まれる。

後部車体８Ｂ上には、前方に運転室１２、後方にエンジン室１６が搭載されている。運転室１２内には、作業装置６のアームシリンダ４（アーム２）を操作するアーム操作装置１４４（図２参照）と、作業装置６のバケットシリンダ５（バケット３）を操作するバケット操作装置１４５（図２参照）と、車体８の前進（Ｆ）と後進（Ｒ）を切り替える前後進切替装置１４３（図２参照）と、車体８に加速を指示するためのアクセル操作装置１４１（図２参照）と、車体８に減速を指示するためのブレーキ操作装置１４２（図２参照）と、車体８の左右の進行方向を指示するためのステアリング操作装置（不図示）と、が設けられている。ステアリング操作装置が操作されると、ステアリングシリンダ９の伸縮駆動に伴って後部車体８Ｂと前部車体８Ａが、センタージョイント１３を中心にして屈折（旋回）する。

エンジン室１６には、図２に示すエンジン（ＥＮＧ）２１、油圧ポンプ（ＰＵＭＰ）２４、コントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）２５、発電機（ＧＥＮ）２２及び走行モータ（ＭＯＴ）２６等が収納されている。エンジン２１は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。

図２は、ホイールローダ１０のシステム構成図である。図２に示すように、ホイールローダ１０は、走行装置１１の駆動部を電動化したシリーズハイブリッド式の作業車両である。ホイールローダ１０の電動駆動システムは、エンジン２１により発電機２２を駆動して発電し、発電機２２により発電された電力により走行モータ２６を動作させ、走行モータ２６により発生したトルクによって走行装置１１を動作させるシステムである。

ホイールローダ１０は、エンジン２１と、車両の各部を制御する制御装置１００と、エンジン２１と機械的に接続された発電機２２と、エンジン２１に機械的に接続された油圧ポンプ２４と、油圧ポンプ２４から吐出される作動油によって駆動される油圧シリンダ（アームシリンダ４、バケットシリンダ５、及びステアリングシリンダ９）と、制御装置１００から入力される発電電圧指令に基づいて発電機２２の発電出力（発電パワー）を制御する発電インバータ（発電機用インバータ）２３と、発電機２２から供給される電力によって車体８を駆動する走行モータ２６と、制御装置１００から入力される走行駆動トルク指令に基づいて走行モータ２６のトルクを制御する走行インバータ（走行モータ用インバータ）２７と、走行モータ２６によって駆動され車体８を走行させる走行装置１１と、を備えている。作業装置６及び走行装置１１は、エンジン２１の出力トルク（動力）によって、互いに独立して駆動される。

前後進切替装置１４３は、前進（Ｆ）位置、ニュートラル（Ｎ）位置、後進（Ｒ）位置のいずれかに選択的に操作される前後進スイッチと、前後進スイッチの操作位置を検出する操作位置センサ１４３ａと、を有する。操作位置センサ１４３ａは、選択された操作位置に応じた前後進信号（ＦＮＲ信号）を制御装置１００に出力する。アクセル操作装置１４１は、アクセルペダルと、アクセルペダルの操作量（以下、アクセル操作量とも記す）を検出するアクセル操作量センサ１４１ａと、を備えている。アクセル操作量センサ１４１ａは、アクセルペダルの操作量（踏込量）を表すアクセル信号を制御装置１００に出力する。ブレーキ操作装置１４２は、ブレーキペダルと、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキ操作量センサ１４２ａと、を備えている。ブレーキ操作量センサ１４２ａは、ブレーキペダルの操作量（踏込量）を表すブレーキ信号を制御装置１００に出力する。

アーム操作装置１４４は、アーム操作レバーと、アーム操作レバーの操作量（以下、アーム操作量とも記す）を検出するアーム操作量センサ１４４ａとを備える。バケット操作装置１４５は、バケット操作レバーと、バケット操作レバーの操作量（以下、バケット操作量とも記す）を検出するバケット操作量センサ１４５ａとを備える。アーム操作量センサ１４４ａ、バケット操作量センサ１４５ａ、アクセル操作量センサ１４１ａ、及びブレーキ操作量センサ１４２ａは、例えば、操作部材（操作レバーまたはペダル）の操作位置に応じた電圧を制御装置１００に出力するポテンショメータである。

ホイールローダ１０は、モータ速度センサ１４６を備えている。モータ速度センサ１４６は、例えばレゾルバであり、走行モータ２６の回転速度（以下、モータ速度とも記す）を検出し、その検出結果を表すモータ速度信号を制御装置１００に出力する。なお、モータ速度センサ１４６により検出されるモータ速度は、車速と一定の関係がある。このため、モータ速度センサ１４６により検出されたモータ速度は、車両の走行速度（車速）に変換可能である。つまり、モータ速度センサ１４６は、車速を検出する車速センサともいえる。

走行装置１１は、４つの車輪７と、走行モータ２６からの動力を車輪７に伝達する動力伝達装置と、を有する。動力伝達装置は、アクスル、デファレンシャル装置、プロペラシャフト等を含んで構成される。走行モータ２６は、エンジン２１が出力するトルクによって回転する発電機２２で発電された電力により回転駆動され走行装置１１を動作させる電動機である。

発電インバータ２３及び走行インバータ２７は、直流部（電力線）２８によって接続されている。制御装置１００は、直流部２８のＤＣ電圧を制御しながら、エンジン２１で発電機２２を駆動し、発電された電力により走行モータ２６を駆動させる。発電インバータ２３は、制御装置１００からの発電電圧指令に基づき、発電機２２から供給される電力を利用して直流部２８のバス電圧を制御する。走行インバータ２７は、制御装置１００の走行駆動トルク指令に基づき、直流部２８の電力を利用して走行モータ２６を駆動させる。走行モータ２６が駆動され、走行モータ２６の動力が動力伝達装置を介して車輪７に伝達されると、ホイールローダ１０が走行する。

油圧ポンプ２４は、エンジン２１及び発電機２２と機械的に接続されており、エンジン２１によって駆動されて作動流体としての作動油を吐出する。油圧ポンプ２４は、斜板あるいは斜軸の傾転角を制御することにより、吐出容量を変更可能な可変容量型の油圧ポンプである。油圧ポンプ２４の吐出容量は、図示しないレギュレータによって制御される。油圧ポンプ２４から吐出される作動油は、コントロールバルブ２５によって流量及び流通方向が制御される。コントロールバルブ２５は、アーム操作装置１４４、バケット操作装置１４５及びステアリング操作装置の操作方向と操作量に基づいて制御される。コントロールバルブ２５が制御されることにより、操作されている操作装置に対応する油圧シリンダ（アームシリンダ４、バケットシリンダ５、ステアリングシリンダ９）に作動油が供給され、油圧シリンダが駆動される。油圧シリンダ４，５，９は、エンジン２１が出力するトルクによって回転する油圧ポンプ２４から吐出される作動油（圧油）によって伸縮動作する。

アーム操作装置１４４が操作されると、アームシリンダ４の伸縮動作に応じてアーム２が上下方向に回動する。バケット操作装置１４５が操作されると、バケットシリンダ５の伸縮動作に応じてバケット３が上下方向に回動する。ステアリング操作装置が操作されると、ステアリングシリンダ９の伸縮駆動に伴って後部車体８Ｂと前部車体８Ａが、センタージョイント１３を中心にして屈折（旋回）する。

このように、本実施形態に係る電動駆動システムでは、エンジン２１が出力するトルクによって発電機２２が駆動され、発電機２２で発生する電力によって走行モータ２６が駆動される。このため、エンジン２１の回転速度とは独立してトルク制御が可能である。すなわち、制御装置１００は、走行装置１１と作業装置６とを独立して制御することが可能である。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の処理装置１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性メモリ１０２、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ１０３、入力インタフェース１０４、出力インタフェース１０５、及び、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。なお、制御装置１００は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。

不揮発性メモリ１０２には、各種演算が実行可能なプログラム、及び各種演算に用いられる閾値等のデータが格納されている。すなわち、不揮発性メモリ１０２は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶装置（記憶媒体）である。処理装置１０１は、不揮発性メモリ１０２に記憶されたプログラムを揮発性メモリ１０３に展開して演算処理を実行する演算処理装置である。処理装置１０１は、プログラムに従って入力インタフェース１０４、不揮発性メモリ１０２及び揮発性メモリ１０３から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。

入力インタフェース１０４は、操作装置から入力された操作信号及びセンサから入力されたセンサ信号を処理装置１０１で演算可能なデータに変換する。制御装置１００に入力される操作信号としては、アクセル操作量センサ１４１ａによって検出されるアクセル操作量を表す信号、ブレーキ操作量センサ１４２ａによって検出されるブレーキ操作量を表す信号、アーム操作量センサ１４４ａによって検出されるアーム操作量を表す信号、バケット操作量センサ１４５ａによって検出されるバケット操作量を表す信号、及び、操作位置センサ１４３ａによって検出される前後進スイッチの操作位置を表す信号がある。

制御装置１００に入力されるセンサ信号としては、車体８とアーム２とを連結する連結軸に設けられるアーム相対角センサ１５１によって検出される角度を表す信号、及び、アーム２とバケット３とを連結する連結軸に設けられるバケット相対角センサ１５２によって検出される角度を表す信号がある。アーム相対角センサ１５１は、車体８に対するアーム２の相対角（傾斜角）を検出し、検出結果を表す信号を制御装置１００に出力するポテンショメータである。バケット相対角センサ１５２は、アーム２に対するバケット３の相対角を検出し、検出結果を表す信号を制御装置１００に出力するポテンショメータである。地面（走行面）に対する車体８の角度は一定であるため、アーム相対角センサ１５１で検出される角度は、地面に対するアーム２の相対角（傾斜角）に相当する。アーム相対角センサ１５１及びバケット相対角センサ１５２は、作業装置６の姿勢を検出する姿勢センサとして機能する。

また、制御装置１００に入力されるセンサ信号としては、モータ速度センサ１４６によって検出されるモータ速度を表す信号、バケットシリンダ圧センサ（圧力センサ）１５３によって検出されたバケットシリンダ５の圧力を表す信号、吐出圧センサ１５４によって検出される油圧ポンプ２４の吐出圧を表す信号、及び電流センサ１５５によって検出された走行モータ２６に流れる電流を表す信号がある。

出力インタフェース１０５は、処理装置１０１での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を制御対象の機器に出力する。制御対象の機器には、例えば、発電インバータ２３、走行インバータ２７、エンジン２１を制御するエンジンコントローラ（不図示）、コントロールバルブ２５を制御する電磁弁（不図示）、油圧ポンプ２４の容量を制御するポンプコントローラ（不図示）等がある。

図３を参照して、ホイールローダ１０により行われる作業の一例について説明する。図３は、ホイールローダ１０のＶ字掘削作業（Ｖシェープローディング）を説明するための図である。図３に示すように、ホイールローダ１０は、（第１動作）地山等の掘削対象物９１に向かって前進し、（第２動作）掘削対象物９１にバケット３を突入させ、バケット３及びアーム２を動作させることにより、掘削対象物９１を掘削する掘削作業を行う。掘削作業の完了後、ホイールローダ１０は、（第３動作）所定の位置まで後進して停止する。その後、ホイールローダ１０は、（第４動作）バケット３を上昇させながら、ダンプトラック９２に向かって前進し（ライズラン）、ダンプトラック９２の手前の積込位置で停止する。そして、（第５動作）バケット３内の積荷（掘削物）をダンプトラック９２の荷台に放土する積込作業を行う。積込作業が完了した後、ホイールローダ１０は、（第６動作）所定の位置まで後進する。ホイールローダ１０は、以上の説明のようにＶ字軌跡を描きながら（第１動作）～（第６動作）の一連の動作を繰り返し行う。なお、本明細書では、（第１動作）～（第６動作）の一連の動作をローダ作業とも記す。

ローダ作業は、ホイールローダ１０の全作業時間の大部分を占める。そのため、ホイールローダ１０の作業効率を向上させるためには、ローダ作業の効率を向上させることが有効である。なお、作業効率は、例えば、ローダ作業において、単位時間当たりに運搬車両に積み込まれる運搬物（掘削物）の重量[ｔｏｎ／ｈ]に相当する。つまり、作業効率は、その値が大きいほど短時間でより多くの物量を掘削、運搬できることを意味する。

したがって、ローダ作業の作業効率を向上させるためには、バケット３に積み込む土砂等の量を増やすこと、あるいは、作業時の走行性能を向上させて、作業時間を短縮することが考えられる。ここで、掘削対象物９１へバケット３を貫入させるための走行装置１１の出力（牽引力、あるいは走行駆動力とも記す）と、掘削対象物９１を掘り上げる力である作業装置６の出力（掘起力、あるいは作業駆動力とも記す）のバランスが悪いと、掘削作業の効率が低下してしまう。

図４は、掘削作業の動作の概要を説明する図である。図４に示すように、走行駆動力（牽引力）と作業駆動力（掘起力）の作用方向は、ほぼ９０度の位相関係にあり、それぞれの力を制御することで掘削作業の性能が変化する。例えば、水平方向の牽引力が不足し、鉛直方向の掘起力が過剰である場合、掘削対象物９１にバケット３を十分に貫入させることができなかったり、バケット３内に土砂が十分に入る前にバケット３が掘削対象物９１の上まで持ち上げられたりするため、作業効率が低下する。一方、鉛直方向の掘起力が不足し、水平方向の牽引力が過剰である場合、バケット３を持ち上げるのに時間がかかってしまうため、作業効率が低下する。したがって、作業効率を向上するためには、エンジン２１の出力（動力）を作業装置６と走行装置１１に配分するための出力配分比を適切に設定する必要がある。

しかしながら、掘削対象物９１の粒度は、掘削場所によって異なる。このため、ある粒度の掘削対象物９１を想定してエンジン２１の出力配分比を設定した場合、異なる粒度の掘削対象物９１を掘削したときに、作業効率が低下してしまうことがある。そこで、本実施形態に係る制御装置１００は、掘削対象物９１の粒度に応じてエンジン２１の出力配分比を設定する。具体的には、掘削対象物９１の粒度が比較的大きく掘りにくい場合には、制御装置１００は走行装置１１への出力配分を大きくする。これにより、牽引力が大きくなり、バケット３を掘削対象物９１に十分に食い込ませることができる。一方、掘削対象物９１の粒度が比較的小さく掘りやすい場合には、制御装置１００は作業装置６への出力配分を大きくする。これにより、掘起力が大きくなり、掘削速度を向上させることができる。

また、制御装置１００は、バケット３により掘削され、バケット３に積み込まれた土砂等の掘削物の重量（以下、掘削量とも記す）も加味してエンジン２１の出力配分比を設定する。具体的には、掘削量が大きい場合には、制御装置１００は走行装置１１の出力配分を大きくする。これにより、牽引力が大きくなり、大量の掘削物をバケット３に積み込む作業を良好に行うことができる。一方、掘削量が小さい場合には、制御装置１００は作業装置６への出力配分を大きくする。これにより、掘起力が大きくなり、少量の掘削物を素早く掘り上げることができる。

以下、本実施形態に係る制御装置１００によって実行される制御の主な内容について説明する。なお、本実施形態では、カメラなど新規にセンサ類を追加することなく、標準的なホイールローダ１０が備えている各種センサの検出結果に基づき、掘削物の粒度及び掘削量に応じたエンジン２１の出力配分制御が実行される。

図５は、制御装置１００の機能ブロック図である。図５に示すように、制御装置１００は、不揮発性メモリ１０２に記憶されているプログラムを実行することにより、掘削動作判定部１１１、粒度演算部１１２、掘削量演算部１１３、掘削状態判定部１１４、出力配分演算部１１５、及び動力制御部１１６として機能する。

掘削動作判定部１１１は、アーム相対角センサ（姿勢センサ）１５１、バケット相対角センサ（姿勢センサ）１５２、バケットシリンダ圧センサ（圧力センサ）１５３、及びモータ速度センサ１４６の検出結果に基づいて、掘削対象物９１に対して作業装置６による掘削動作が開始されたか否かを判定する。以下、図６を参照して、掘削動作判定部１１１により実行される掘削動作判定処理の内容について詳しく説明する。図６は、掘削動作判定部１１１の制御ブロック線図である。

掘削動作判定部１１１は、バケット角θが突入姿勢の角度範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０１）。バケット角θは、基準面９０（図１参照）からのバケット３の傾斜角度である。本実施形態では、基準面９０は地面（走行面）と平行に設定される面である。バケット３の底面が基準面９０に平行な状態では、バケット角（対地角）θは０[°]である。クラウド動作によりバケット３が回動すると、その回動に伴ってバケット角θは増加する。換言すれば、ダンプ動作によりバケット３が回動すると、その回動に伴ってバケット角θは減少する。バケット角θは、アーム相対角センサ１５１で検出された基準面９０に対するアーム２の相対角及びバケット相対角センサ１５２で検出されたアーム２に対するバケット３の相対角に基づいて、制御装置１００によって算出される。

突入姿勢の角度範囲は、例えば、バケット３の底面の対地角が、略水平であることを判定するために設定される。突入姿勢の角度範囲は、第１角度閾値θｔ１度以上第２角度閾値θｔ２度以下の角度範囲である。バケット３の底面が水平であるときの角度を０度としたとき、第１角度閾値θｔ１には０度以下の値が設定され、第２角度閾値θｔ２には０度以上の値が設定される。バケット角θの閾値判定処理（Ｓ１０１）は、作業装置６が、掘削対象物９１への突入姿勢となっているか否かを判定する処理に相当する。

掘削動作判定部１１１は、バケットシリンダ圧センサ１５３により検出されるバケットシリンダ圧Ｐｂが圧力閾値Ｐｂｔ以上であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。本実施形態では、バケット３を作動させるためのリンク機構として、Ｚリンク式のリンク機構が採用されている。このため、ホイールローダ１０が掘削対象物９１に突入すると、バケットシリンダ５のロッド側油室内の作動油の圧力（以下、ロッド圧とも記す）が上昇する。このため、バケットシリンダ圧の閾値判定処理（Ｓ１０２）では、ロッド圧をバケットシリンダ圧Ｐｂとして、圧力閾値Ｐｂｔと比較する。シリンダ圧の閾値判定処理（Ｓ１０２）は、バケット３が掘削対象物９１に貫入されることにより、掘削対象物９１から作業装置６に反力が作用しているか否かを判定する処理に相当する。

掘削動作判定部１１１は、モータ速度センサ１４６により検出されたモータ速度Ｖｍが、速度閾値Ｖｍｔ以上であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。速度閾値Ｖｍｔは、０よりも大きい値である。モータ速度Ｖｍの閾値判定処理（Ｓ１０３）は、ホイールローダ１０が前進しているか否かを判定する処理に相当する。

掘削動作判定部１１１は、モータ速度センサ１４６により検出されたモータ速度Ｖｍの時間変化率を演算する（Ｓ１０４）。掘削動作判定部１１１は、モータ速度Ｖｍの時間変化率Ｖｒが変化率閾値Ｖｒｔ以下であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。変化率閾値Ｖｒｔは、負の値である。つまり、モータ速度Ｖｍの時間変化率Ｖｒの閾値判定処理（Ｓ１０５）は、ホイールローダ１０が減速しているか否かを判定する処理に相当する。

角度閾値θｔ１，θｔ２、圧力閾値Ｐｂｔ、速度閾値Ｖｍｔ、及び変化率閾値Ｖｒｔは、実験等により予め定められ、不揮発性メモリ１０２に記憶されている。

掘削動作判定部１１１は、ホイールローダ１０による掘削動作が開始されたか否かを判定する（Ｓ１０６）。掘削動作判定部１１１は、以下の（条件１）～（条件４）の全てが満たされた場合には、掘削動作が開始された（すなわち、ホイールローダ１０が掘削対象物９１に突入した）と判定し、掘削動作フラグをオンにする。掘削動作判定部１１１は、以下の（条件１）～（条件４）のうちの少なくとも一つが満たされていない場合には、掘削動作は開始されていない（すなわち、ホイールローダ１０は掘削対象物９１に突入していない）と判定し、掘削動作フラグを初期値であるオフのままとする。
（条件１）バケット角θが、第１角度閾値θｔ１以上第２角度閾値θｔ２以下である。
（条件２）バケットシリンダ圧Ｐｂが、圧力閾値Ｐｂｔ以上である。
（条件３）モータ速度Ｖｍが速度閾値Ｖｍｔ以上である。
（条件４）モータ速度Ｖｍの時間変化率Ｖｒが変化率閾値Ｖｒｔ以下である。

掘削動作判定部１１１は、閾値判定処理（Ｓ１０１）～（Ｓ１０３），（Ｓ１０５）の結果に基づき、（条件１）～（条件４）のそれぞれが満たされているか否かを判定する。なお、図示しないが、掘削動作判定部１１１は、掘削動作フラグがオンにされた後、バケット角θが第２角度閾値θ２よりも大きい第３角度閾値θｔ３以上となった場合に、掘削動作は終了したと判定し、掘削動作フラグをオフにする。

図５、図７及び図８を参照して、粒度演算部１１２により実行される処理の内容について詳しく説明する。図５に示す粒度演算部１１２は、掘削動作判定部１１１により掘削動作が開始されたと判定された場合に、掘削対象物９１の粒度の演算を行う。掘削対象物９１の粒度は、作業装置６により掘削対象物９１の掘削を行っているときに作業装置６に作用する反力の脈動（振動）の大きさと一定の関係がある。本実施形態に係る粒度演算部１１２は、作業装置６に作用する振動を、掘削対象物９１にバケット３が当たる際の掘削反力として生じるバケットシリンダ圧Ｐｂの脈動（変動）として検出し、その脈動（変動）に基づいて、掘削対象物９１の粒度の演算を行う。

図７はバケットシリンダ圧Ｐｂの時間変化について示す模式図である。図７に示すように、ホイールローダ１０による掘削動作が開始されると、バケットシリンダ圧Ｐｂが上昇する。掘削対象物９１の粒度が小さい場合、粒度が大きい場合に比べて、ホイールローダ１０は小さい抵抗で掘削対象物９１を掘り込める。このため、図７の上図に示すように、バケットシリンダ圧Ｐｂに脈動（変動）はほとんど生じない。一方、掘削対象物９１の粒度が大きい場合、粒度が小さい場合に比べてバケットシリンダ５への反力がばらつく。このため、図７の下図に示すように、バケットシリンダ圧Ｐｂに脈動（変動）が生じる。

本実施形態では、掘削動作中のバケットシリンダ圧Ｐｂの脈動成分の含有量によって、掘削対象物９１の粒度を判定する。バケットシリンダ圧Ｐｂの脈動成分を抽出する際、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）などの周波数分析を実施することが考えられる。

しかしながら、本実施形態では、掘削動作が開始されたと判定されてから掘上動作が開始されるまでの短い時間（例えば、数秒程度）内で、粒度の判定を行う必要がある。このため、図５に示すように、本実施形態に係る粒度演算部１１２は、比較的短時間で処理可能なハイパスフィルタ１１２ａを有している。なお、掘上動作の開始は、アーム２の上げ動作の開始に相当する。

ハイパスフィルタ１１２ａは、カットオフ周波数よりも低い周波数成分を除去する。掘削動作中のバケットシリンダ圧Ｐｂの脈動成分は、通常、数Ｈｚ程度である。このため、カットオフ周波数には、数Ｈｚの脈動成分が通過する程度の値が採用される。

粒度演算部１１２は、作業装置６に作用する反力の脈動（変動）の大きさを表す脈動値Ｐｉとして、バケットシリンダ圧Ｐｂの脈動成分の積分値を演算する積分処理部１１２ｂを有している。積分処理部１１２ｂは、ハイパスフィルタ１１２ａによって抽出された脈動成分の積分値を脈動値Ｐｉとして演算する。積分処理部１１２ｂは、掘削動作の開始時点と掘上動作の開始時点との間の所定時間ｔ０内において、ハイパスフィルタ１１２ａにより抽出された脈動成分を積分する。本実施形態に係る積分処理部１１２ｂは、掘削動作が開始されたと判定された時点から予め定めた積分処理時間ｔｐ（ｔｐ≦ｔ０）だけ、脈動成分を積分する。つまり、積分処理部１１２ｂは、掘削動作の初期段階（掘削対象物９１への突入直後）において、脈動値Ｐｉを演算する。なお、この脈動成分は符号が負側になることがあるため、脈動成分の大きさを検知するためには、この抽出量を絶対値化するなどの処理が必要となる場合もある。

粒度演算部１１２は、掘削対象物９１の粒度の大きさを表す粒度レベルを判定する粒度レベル判定部１１２ｃを有している。図８は、粒度レベル判定部１１２ｃの制御ブロック線図である。図８に示すように、粒度レベル判定部１１２ｃは、積分処理部１１２ｂにより演算された脈動値Ｐｉと、予め定められた脈動閾値Ｐｉｔとに基づいて、現在掘削している掘削対象物９１の粒度レベルを演算する。粒度レベル判定部１１２ｃは、積分処理部１１２ｂにより演算された脈動値Ｐｉが、脈動閾値Ｐｉｔ以上であるか否かを判定する。脈動閾値Ｐｉｔは、掘削対象物９１の粒度の大きさを表す複数の粒度レベルと脈動値Ｐｉとの関係を規定する規定データであり、実験等により予め定められ、不揮発性メモリ１０２に記憶されている。

粒度レベル判定部１１２ｃは、脈動値Ｐｉが脈動閾値Ｐｉｔ未満である場合には、掘削対象物９１の粒度レベルは「小（第１粒度レベル）」と判定する。粒度レベル判定部１１２ｃは、脈動値Ｐｉが脈動閾値Ｐｉｔ以上である場合には、掘削対象物９１の粒度レベルは「大（第１粒度レベルよりも大きい第２粒度レベル）」と判定する。

図５、図９及び図１０を参照して、掘削量演算部１１３により実行される処理の内容について詳しく説明する。図５に示す掘削量演算部１１３は、掘削動作判定部１１１により掘削動作が開始されたと判定された場合に、掘削量の演算を行う。掘削量は、掘削対象物９１に車両が突入したときの車速の減速度と一定の関係がある。本実施形態に係る掘削量演算部１１３は、掘削動作の開始からの車速の減速度に基づいて、掘削量の演算を行う。なお、判定に利用する車速は、可能な限り正確な情報を得ることが好ましい。このため、本実施形態では、車輪７を回転駆動している走行モータ２６の回転速度（モータ速度）を活用する。

図９は、モータ速度（車速）の時間変化について示す模式図である。図９に示すように、ホイールローダ１０が掘削対象物９１に突入して掘削動作が開始されると、モータ速度Ｖｍが減速する。掘削量が小さい場合、掘削量が大きい場合に比べて、モータ速度Ｖｍの変化が小さい。一方、掘削量が大きい場合、掘削量が小さい場合に比べて、モータ速度Ｖｍの変化が大きい。本実施形態では、この特性を活用して、掘削動作の初期段階（掘削対象物９１への突入直後）のモータ速度の減速度に基づいて、掘削量を判定する。

図５に示すように、掘削量演算部１１３は、減速度演算部１１３ａ及び掘削量レベル判定部１１３ｂを有している。本実施形態に係る減速度演算部１１３ａは、掘削動作が開始されたと判定された時点から予め定めた減速度処理時間ｔｄ（ｔｄ≦ｔ０）経過後までのモータ速度Ｖｍの低下量ΔＶｍ（＞０）を減速度処理時間ｔｄで除することにより、走行モータ２６の減速度Ｄを算出する（Ｄ＝ΔＶｍ／ｔｄ，Ｄ＞０）。なお、本実施形態において、減速度処理時間ｔｄは、積分処理時間ｔｐと同じである（ｔｄ＝ｔｐ）。

図１０は、掘削量レベル判定部１１３ｂの制御ブロック線図である。図１０に示すように、掘削量レベル判定部１１３ｂは、減速度演算部１１３ａにより演算された減速度Ｄと、予め定められた減速度閾値Ｄｔとに基づいて、掘削量レベルを演算する。掘削量レベル判定部１１３ｂは、減速度Ｄが、減速度閾値Ｄｔ以上であるか否かを判定する。減速度閾値Ｄｔは、作業装置６により掘削される掘削物の重量である掘削量の大きさを表す複数の掘削量レベルと減速度Ｄとの関係を規定する規定データであり、実験等により予め定められ、不揮発性メモリ１０２に記憶されている。

掘削量レベル判定部１１３ｂは、減速度Ｄが減速度閾値Ｄｔ未満である場合には、掘削量レベルは「小（第１掘削量レベル）」と判定する。掘削量レベル判定部１１３ｂは、減速度Ｄが減速度閾値Ｄｔ以上である場合には、掘削量レベルは「大（第１掘削量レベルよりも大きい第２掘削量レベル」と判定する。

図５及び図１１を参照して、掘削状態判定部１１４による掘削状態判定処理について説明する。図１１は、掘削状態判定部１１４による掘削状態判定処理について説明する図である。図５及び図１１に示すように、掘削状態判定部１１４は、粒度レベル判定部１１２ｃで判定された粒度レベルと、掘削量レベル判定部１１３ｂで判定された掘削量レベルとに基づいて、ホイールローダ１０による掘削状態が、軽掘削状態であるか、あるいは重掘削状態であるかを判定する。掘削状態判定部１１４は、粒度レベルが「小」であり、かつ、掘削量レベルが「小」である場合には、掘削状態が軽掘削状態であると判定する。掘削状態判定部１１４は、粒度レベルが「大」である場合、あるいは、掘削量レベルが「大」である場合には、掘削状態が重掘削状態であると判定する。重掘削状態とは、軽掘削状態よりも大きな走行駆動力を必要とする掘削状態である。

図５に示す出力配分演算部１１５は、掘削状態判定部１１４の判定結果に基づいて、エンジン２１の出力を作業装置６と走行装置１１に配分するための出力配分比を演算する。なお、本実施形態において、エンジン２１の出力配分比は、走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比（割合）に相当する。

出力配分演算部１１５は、粒度レベル判定部１１２ｃにより演算された粒度レベル、及び掘削量レベル判定部１１３ｂにより演算された掘削量レベルの双方に基づいて、エンジン２１の出力配分比を演算する。

出力配分演算部１１５は、掘削状態が重掘削状態と判定された場合（粒度レベルが「大」と判定された場合、あるいは、掘削量レベルが「大」と判定された場合）には、作業装置６の出力に対する走行装置１１の出力の比が１よりも大きくなるように、出力配分比を演算する。出力配分演算部１１５は、掘削状態が軽掘削状態と判定された場合（粒度レベルが「小」と判定され、かつ、掘削量レベルが「小」と判定された場合）には、作業装置６の出力に対する走行装置１１の出力の比が１以下になるように、出力配分比を演算する。

本実施形態では、出力配分演算部１１５は、掘削状態が重掘削状態であると判定された場合には、走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比（割合）を７：３に設定する。具体的には、出力配分演算部１１５は、走行駆動力の上限値の配分比率（百分率）ηｃを７０％に設定し、作業駆動力の上限値の配分比率（百分率）ηｉを３０％に設定する。なお、配分比率の数値は一例である。出力配分演算部１１５は、例えば、走行駆動力の上限値の配分比率ηｃを６０％に設定し、作業駆動力の上限値の配分比率ηｉを４０％に設定してもよい。このように、走行駆動力の上限値を作業駆動力の上限値よりも大きくすることにより、掘削対象物９１の粒度が比較的大きい場合に、掘削対象物９１に対してバケット３を深く貫入させることができる。また、大量の掘削物を効率的に掘削することができる。

また、出力配分演算部１１５は、掘削状態が軽掘削状態であると判定された場合には、走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比（割合）を５：５に設定する。具体的には、出力配分演算部１１５は、走行駆動力の上限値の配分比率ηｃ及び作業駆動力の上限値の配分比率ηｉをそれぞれ５０％に設定する。なお、配分比率の数値は一例である。出力配分演算部１１５は、例えば、走行駆動力の上限値の配分比率ηｃを４０％に設定し、作業駆動力の上限値の配分比率ηｉを６０％に設定してもよい。このように、作業駆動力の上限値を走行駆動力の上限値以上とすることにより、掘削対象物９１の粒度が比較的小さく、かつ、掘削量が比較的小さい場合に、掘削速度を向上することができる。

出力配分演算部１１５により演算された走行駆動力の上限値の配分比率ηｃ及び作業駆動力の上限値の配分比率ηｉは、掘削動作フラグがオフになるまで保持される。掘削動作フラグがオフになると、出力配分演算部１１５は、走行駆動力の上限値の配分比率ηｃ及び作業駆動力の上限値の配分比率ηｉを予め定めた基準値に設定する。

エンジン２１の出力トルクは、作業装置６、走行装置１１及び補機（不図示）によって消費される。作業装置６により消費されるトルクは、油圧ポンプ２４の入力トルクに相当する。走行装置１１によって消費されるトルクは、走行モータ２６の出力トルクに相当する。

動力制御部１１６は、出力配分演算部１１５によって演算された配分比率ηｃ，ηｉ、エンジン出力トルクＴｅ、作業要求トルクＴｉ、走行要求トルクＴｃ及び補機要求トルクＴａに基づいて、作業駆動トルク指令及び走行駆動トルク指令を演算する。エンジン出力トルクＴｅ、作業要求トルクＴｉ、走行要求トルクＴｃ、及び補機要求トルクＴａは、制御装置１００によって算出される。

エンジン出力トルクＴｅは、現在のエンジン回転速度において出力可能な最大トルクである。制御装置１００は、不揮発性メモリ１０２に記憶されているエンジン出力トルクカーブを参照し、エンジン回転速度センサ１４７（図２参照）で検出されたエンジン回転速度に基づいてエンジン出力トルクＴｅを算出する。補機要求トルクＴａは、発電機２２によって発生した電力によって動作する複数の補機の動作状態に応じて算出される。

制御装置１００は、アーム操作量、バケット操作量、アクセル操作量等に基づいて、エンジン回転速度の目標値（以下、目標速度とも記す）を設定する。制御装置１００で設定された目標速度は、図示しないエンジンコントローラに出力される。エンジンコントローラは、エンジン回転速度センサ１４７で検出されるエンジン回転速度が、目標速度となるように燃料噴射装置（不図示）を制御する。なお、エンジン回転速度センサ１４７は、エンジンコントローラに接続されていてもよい。

制御装置１００は、レバー操作量（アーム操作量、及びバケット操作量）に基づいて、作業要求トルクＴｉを算出する。不揮発性メモリ１０２には、ポンプ要求流量マップが記憶されている。制御装置１００は、ポンプ要求流量マップを参照し、レバー操作量（レバー信号）に基づいて、ポンプ要求流量を決定する。ポンプ要求流量マップは、レバー操作量にポンプ要求流量が略比例するように設定されている。ポンプ要求流量は、レバー操作量が大きくなるほど大きくなる。なお、ポンプ要求流量マップは、アーム操作量に基づくマップと、バケット操作量に基づくマップとがあり、それぞれのマップで決定された流量のうち、大きい方がポンプ要求流量として決定される。

制御装置１００は、ポンプ要求流量と吐出圧センサ１５４で検出された油圧ポンプ２４の吐出圧に基づいて油圧要求動力を演算し、油圧要求動力とエンジン回転速度センサ１４７で検出されたエンジン２１の回転速度に基づいて作業要求トルクＴｉを算出する。作業要求トルクＴｉは、レバー操作量が大きくなるほど大きくなる。

制御装置１００は、モータ速度、及びアクセル操作量に基づいて、走行要求トルクＴｃを算出する。不揮発性メモリ１０２には、走行モータ２６のトルクマップが記憶されている。このトルクマップは、アクセル信号に応じた複数のトルクカーブが記憶されている。トルクマップは、アクセル信号が大きくなるほど走行要求トルクＴｃが大きくなり、モータ速度が速くなるほど走行要求トルクＴｃが小さくなるように設定されている。制御装置１００は、アクセル操作量に対応するトルクカーブを選択し、モータ速度に基づいて走行要求トルクＴｃを決定する。

動力制御部１１６は、エンジン出力トルクＴｅから補機要求トルクＴａを差し引いた値である差分値ΔＴｅを算出する（ΔＴｅ＝Ｔｅ－Ｔａ）。動力制御部１１６は、出力配分演算部１１５で演算された走行駆動トルクの配分比率ηｃに差分値ΔＴｅを乗じることにより、走行駆動トルクの上限値Ｔｃｌを算出する。動力制御部１１６は、出力配分演算部１１５で演算された作業駆動トルクの配分比率ηｉに差分値ΔＴｅを乗じることにより、作業駆動トルクの上限値Ｔｉｌを算出する。

動力制御部１１６は、走行要求トルクＴｃ及び走行駆動トルクの上限値Ｔｃｌのうち小さい方を走行駆動トルクの目標値として決定し、その目標値に基づいて走行駆動トルク指令を出力する。動力制御部１１６は、作業要求トルクＴｉ及び作業駆動トルクの上限値Ｔｉｌのうち小さい方を作業駆動トルクの目標値として決定し、その目標値に基づいて作業駆動トルク指令を出力する。

走行駆動トルク指令は、走行インバータ２７に出力される。走行インバータ２７は、走行駆動トルク指令に基づいて走行モータ２６のトルクを制御する。これにより、走行装置１１が走行モータ２６で発生する走行駆動力によって駆動される。作業駆動トルク指令は、図示しないポンプコントローラに出力される。ポンプコントローラは、作業駆動トルク指令及び油圧ポンプ２４の吐出圧に基づいて、油圧ポンプ２４の吐出容量（押しのけ容積）を制御するための制御信号を生成する。ポンプコントローラは、生成した制御信号を図示しないレギュレータに出力することにより、油圧ポンプ２４の吐出容量を制御する。これにより、作業装置６が油圧シリンダ４，５で発生する作業駆動力によって駆動される。

このように、本実施形態に係る制御装置１００は、掘削対象物９１の粒度を表すパラメータとしての作業装置６に作用する反力の脈動（振動）の大きさを表す脈動値Ｐｉ（本実施形態では、バケットシリンダ圧の脈動の所定期間での積分値）を演算し、脈動値Ｐｉが大きいほど、走行駆動トルク（走行駆動力）の上限値を大きくするとともに作業駆動トルク（作業駆動力）の上限値を小さくする。

したがって、掘削作業において、例えば、オペレータがアクセル操作装置１４１をフル操作しつつ、アーム操作装置１４４及びバケット操作装置１４５をフル操作した場合には、走行駆動力と作業駆動力とが上限値に制御され、掘削対象物９１の粒度及び掘削量に応じて走行駆動力と作業駆動力が適切に調整される。これにより、良好な掘削動作を実施することが可能となる。なお、上限値を超えるまでは、オペレータの操作量に応じた走行駆動力及び作業駆動力を発生させることができる。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）制御装置１００は、エンジン２１の出力を作業装置６と走行装置１１に配分するための出力配分比を演算し、演算された出力配分比に基づいて油圧ポンプ２４及び走行モータ（電動機）２６を制御する。制御装置１００は、バケットシリンダ圧センサ（圧力センサ）１５３の検出結果に基づいて、作業装置６により掘削対象物９１の掘削を行っているときに作業装置６に作用する反力の脈動の大きさを表す脈動値（バケットシリンダ圧Ｐｂの脈動成分の積分値）Ｐｉを演算する。制御装置１００は、演算された脈動値Ｐｉが大きいほど、作業装置６の出力（作業駆動力）に対する走行装置１１の出力（走行駆動力）の比（ηｃ／ηｉ）が大きくなるように、出力配分比（ηｃ：ηｉ）を演算する。制御装置１００は、演算された出力配分比（ηｃ：ηｉ）に基づいて油圧ポンプ２４及び走行モータ（電動機）２６を制御する。

脈動値Ｐｉは、掘削対象物９１の粒度を表すパラメータであり、粒度が大きいほど脈動値Ｐｉが大きくなる。したがって、本実施形態では、掘削対象物９１の粒度が大きくなるほど、作業装置６の出力に対する走行装置１１の出力の比が大きくなるようにエンジン２１の出力配分が制御される。これにより、粒度の異なる掘削対象物９１を掘削する場合であっても作業効率の向上が可能なホイールローダ１０を提供することができる。

（２）制御装置１００は、モータ速度センサ（速度センサ）１４６の検出結果に基づいて、走行モータ２６の減速度Ｄを演算する。制御装置１００は、演算された減速度Ｄが大きいほど、作業装置６の出力（作業駆動力）に対する走行装置１１の出力（走行駆動力）の比（ηｃ／ηｉ）が大きくなるように、出力配分比（ηｃ：ηｉ）を演算する。

減速度Ｄは、掘削量を表すパラメータであり、掘削量が大きいほど減速度Ｄが大きくなる。本実施形態では、掘削量が大きくなるほど、作業装置６の出力に対する走行装置１１の出力の比が大きくなる。このため、掘削量が大きいときには走行駆動力（牽引力）が大きくなる。その結果、大量の掘削物をバケット３に積み込む作業を良好に行うことができる。また、掘削量が小さときには作業駆動力（掘起力）が大きくなる。その結果、少量の掘削物を素早く掘り上げることができる。

（３）制御装置１００は、アーム相対角センサ（姿勢センサ）１５１、バケット相対角センサ（姿勢センサ）１５２、バケットシリンダ圧センサ（圧力センサ）１５３、及びモータ速度センサ（速度センサ）１４６の検出結果に基づいて、掘削対象物９１に対して作業装置６による掘削動作が開始されたか否かを判定する。制御装置１００は、掘削動作が開始されたと判定された場合に、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄに基づいて演算された出力配分比（ηｃ：ηｉ）に基づいて、油圧ポンプ２４及び走行モータ２６を制御する。この構成によれば、掘削動作が開始された場合に、掘削対象物９１の粒度及び掘削量に適した出力配分比に応じて油圧ポンプ２４及び走行モータ２６が制御される。一方、掘削動作が開始される前の段階では、本実施形態で説明した出力配分比とは異なる出力配分比（基準値）で油圧ポンプ２４及び走行モータ２６を制御することができる。

（４）不揮発性メモリ（記憶装置）１０２には、掘削対象物９１の粒度の大きさを表す複数の粒度レベルと脈動値Ｐｉとの関係を規定する脈動閾値Ｐｉｔと、掘削量の大きさを表す複数の掘削量レベルと減速度Ｄとの関係を規定する減速度閾値Ｄｔと、が記憶されている。制御装置１００は、脈動閾値Ｐｉｔと、演算された脈動値Ｐｉとに基づいて、粒度レベルを演算する。制御装置１００は、減速度閾値Ｄｔと、演算された減速度Ｄとに基づいて、掘削量レベルを演算する。制御装置１００は、演算された粒度レベル及び掘削量レベルの双方に基づいて、エンジン２１の出力配分比（ηｃ：ηｉ）を演算する。この構成によれば、複数に分類された粒度レベル及び掘削量レベルに応じて適切な出力配分比を演算することができる。本実施形態では、粒度レベル及び掘削量レベルは、それぞれ２段階に分類されている。これにより、制御装置１００の演算負荷を低減しつつ、粒度レベル及び掘削量レベルに応じて牽引力及び掘起力が適切に調整され、作業効率を向上できる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

＜変形例１＞
エンジン２１の出力配分比、すなわち走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比は、上述した例に限定されない。走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比は、作業車両の種類、大きさ、作業車両の稼働場所に応じて適宜定められる。

＜変形例２＞
上記実施形態では、図１１に示すように、粒度レベル及び掘削量レベルのそれぞれが２段階に分類されている例について説明したが、粒度レベル及び掘削量レベルのそれぞれは３段階以上に分類されていてもよい。

図１２を参照して、粒度レベル及び掘削量レベルのそれぞれが３段階に分類されている例について説明する。図１２は、本実施形態の変形例２に係る掘削状態判定部１１４による掘削状態判定処理について説明する図である。本変形例では、図１２に示すように、「小」「中」「大」の３段階に分類された粒度レベルと、「小」「中」「大」の３段階に分類された掘削量レベルに基づいて、掘削状態が判定される。

粒度レベル判定部１１２ｃは、脈動値Ｐｉが第１脈動閾値Ｐｉｔ１未満である場合には、掘削対象物９１の粒度レベルは「小」と判定する。粒度レベル判定部１１２ｃは、脈動値Ｐｉが第１脈動閾値Ｐｉｔ１以上第２脈動閾値Ｐｉｔ２未満である場合には、掘削対象物９１の粒度レベルは「中」と判定する。粒度レベル判定部１１２ｃは、脈動値Ｐｉが第２脈動閾値Ｐｉｔ２以上である場合には、掘削対象物９１の粒度レベルは「大」と判定する。なお、第２脈動閾値Ｐｉｔ２は、第１脈動閾値Ｐｉｔ１よりも大きい（Ｐｉｔ２＞Ｐｉｔ１）。

掘削量レベル判定部１１３ｂは、減速度Ｄが第１減速度閾値Ｄｔ１未満である場合には、掘削量レベルは「小」と判定する。掘削量レベル判定部１１３ｂは、減速度Ｄが第１減速度閾値Ｄｔ１以上第２減速度閾値Ｄｔ２未満である場合には、掘削量レベルは「中」と判定する。掘削量レベル判定部１１３ｂは、減速度Ｄが第２減速度閾値Ｄｔ２以上である場合には、掘削量レベルは「大」と判定する。なお、第２減速度閾値Ｄｔ２は、第１減速度閾値Ｄｔ１よりも大きい（Ｄｔ２＞Ｄｔ１）。

掘削状態判定部１１４は、粒度レベルが「小」であり、かつ掘削量レベルが「小」である場合には、掘削状態が軽掘削状態であると判定する。掘削状態判定部１１４は、粒度レベル及び掘削量レベルの一方が「小」であり、かつ他方が「中」である場合、あるいは、粒度レベル及び掘削量レベルの双方が「中」である場合には、掘削状態が中掘削状態であると判定する。掘削状態判定部１１４は、粒度レベル及び掘削量レベルの少なくとも一方が「大」である場合には、掘削状態が重掘削状態であると判定する。

出力配分演算部１１５は、掘削状態が重掘削状態であると判定された場合には、走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比（割合）を６：４に設定する。出力配分演算部１１５は、掘削状態が中掘削状態であると判定された場合には、走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比（割合）を５：５に設定する。出力配分演算部１１５は、掘削状態が軽掘削状態であると判定された場合には、走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比（割合）を４：６に設定する。

本変形例では、粒度レベル及び掘削量レベルの分類数が上記実施形態に比べて多いため、ホイールローダ１０による作業効率の向上が見込める。

なお、上記実施形態では、粒度レベル及び掘削量レベルのそれぞれが２段階に分類され、本変形例では、粒度レベル及び掘削量レベルのそれぞれが３段階に分類される例について説明した。しかしながら、粒度レベル及び掘削量レベルのそれぞれは、４段階以上に分類されていてもよい。

＜変形例３＞
図１３に示すように、ホイールローダ１０は、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄに基づいて、出力配分比を演算するＡＵＴＯモード（第１制御モード）と、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄにかかわらず、出力配分比を演算するＭＡＮＵＡＬモード（第２制御モード）と、を手動で切り替え可能なモード切替操作装置である切替スイッチ３５８をさらに備えていてもよい。

また、ホイールローダ１０は、出力配分比を任意に設定可能な操作装置である出力配分設定ダイヤル３５９を備えていてもよい。切替スイッチ３５８及び出力配分設定ダイヤル３５９は、運転室１２内に設けられている。

切替スイッチ３５８は、操作位置として、ＡＵＴＯモード位置とＭＡＮＵＡＬモード位置とを有する。切替スイッチ３５８は、ＡＵＴＯモード位置に操作されている場合、ＡＵＴＯモードが選択されていることを表す信号を制御装置３００に出力する。この場合、制御装置３００は、出力配分モードとしてＡＵＴＯモードを設定する。切替スイッチ３５８は、ＭＡＮＵＡＬモード位置に操作されている場合、ＭＡＮＵＡＬモードが選択されていることを表す信号を制御装置３００に出力する。この場合、制御装置３００は、出力配分モードとしてＭＡＮＵＡＬモードを設定する。

本変形例に係る出力配分設定ダイヤル３５９は、出力配分モードがＭＡＮＵＡＬモードに設定されているときに用いられる配分比率ηｃを設定する。制御装置３００は、出力配分設定ダイヤル３５９の操作位置に基づいて、走行駆動力の配分比率ηｃを演算する。さらに、制御装置３００は、作業駆動力の配分比率ηｉを演算する。制御装置３００は、１００[％]から走行駆動力の配分比率ηｃ[％]を減じることにより、作業駆動力の配分比率ηｉを算出する（１００－ηｃ＝ηｉ[％]）。

このように、本変形例によれば、出力配分モードがＭＡＮＵＡＬモードに設定されている場合には、オペレータにより操作される出力配分設定ダイヤル３５９の操作位置に基づいて配分比率ηｃ，ηｉが演算される。なお、出力配分モードがＡＵＴＯモードに設定されている場合には、上記実施形態で説明したように、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄに基づいて配分比率ηｃ，ηｉが演算される。

このような変形例によれば、オペレータの意思によって、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄに基づく出力配分制御の機能を無効にすることができる。つまり、オペレータは、作業条件や作業環境に応じて、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄに基づく出力配分制御の機能の有効／無効を選択できる。

なお、切替スイッチ３５８は、ＡＵＴＯモードにおいて、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄの双方に基づく出力配分制御を実行する第１ＡＵＴＯモード、脈動値Ｐｉのみに基づく出力配分制御を実行する第２ＡＵＴＯモード、及び減速度Ｄのみに基づく出力配分制御を実行する第３ＡＵＴＯモードのいずれかに切替可能に構成されていてもよい。

＜変形例４＞
掘削動作の開始判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。上記実施形態で説明した判定方法に代えて、ホイールローダ１０の前方を監視するためのカメラ（撮影装置）で撮影された画像データに基づいて、掘削動作が開始されたか否かを判定してもよい。ホイールローダ１０の前方を監視する赤外線センサで検出された情報に基づいて掘削動作が開始されたか否かを判定してもよい。しかしながら、カメラ及び赤外線センサは、オプションとして設けられることが多い。したがって、コストの低減を図るため、制御装置１００は、標準的に装備されている姿勢センサ（アーム相対角センサ１５１及びバケット相対角センサ１５２）、圧力センサ（バケットシリンダ圧センサ１５３）、及び速度センサ（モータ速度センサ１４６）の検出結果のうちの少なくとも一つに基づいて、掘削対象物９１に対して作業装置６による掘削動作が開始されたか否かを判定することが好ましい。

＜変形例５＞
上記実施形態では、掘削動作が開始されたと判定された後、バケット角θが第３角度閾値θｔ３以上となったときに、掘削動作が終了したと判定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、掘削動作が開始されたと判定されてからの時間が、予め定めた所定時間（例えば、５秒程度）を経過した場合に、掘削動作が終了したと判定してもよい。

＜変形例６＞
上記実施形態に係るホイールローダ１０は、オペレータの操作により作業装置６及び走行装置１１が動作する。このため、上記実施形態では、走行駆動力の上限値と作業駆動力の上限値の比を脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄに応じて調整していた。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、ホイールローダ１０は、自動運転制御により走行する構成であってもよい。この場合、制御装置１００は、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄに基づいて、出力配分比を演算し、演算した出力配分比に基づいて走行駆動力の目標値及び作業駆動力の目標値を演算する。つまり、本変形例において、掘削動作が開始されると、エンジン２１の出力配分比は、常に走行駆動力の目標値と作業駆動力の目標値の比（割合）に相当する。これにより、さらに作業効率の向上を図ることができる。

＜変形例７＞
上述したように、モータ速度と車速とは一定の関係がある。このため、モータ速度センサ１４６に代えて、車輪７の回転速度を検出する車輪速センサを採用してもよい。つまり、車輪速センサにより検出された車速に基づいて、掘削動作の開始判定、及び、掘削量の演算処理を行ってもよい。

＜変形例８＞
上記実施形態では、バケットシリンダ圧センサ（圧力センサ）１５３の検出結果に基づいて、脈動値Ｐｉを演算する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。作業装置６により掘削対象物９１の掘削を行っているときに作業装置６に作用する反力の脈動は、モータ速度センサ１４６の検出結果や電流センサ１５５の検出結果にも表れる。したがって、制御装置１００は、モータ速度センサ１４６、あるいは電流センサ１５５の検出結果に基づいて、脈動値Ｐｉを演算してもよい。制御装置１００は、バケットシリンダ圧センサ１５３、モータ速度センサ１４６、及び電流センサ１５５の検出結果のうちの少なくとも一つに基づいて、脈動値Ｐｉを演算する構成であればよい。

＜変形例９＞
上記実施形態に係る制御装置１００は、脈動値Ｐｉ及び減速度Ｄの双方に基づいて、エンジン２１の出力配分比を演算する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。制御装置１００は、脈動値Ｐｉが大きいほど、作業装置６の出力に対する走行装置１１の出力の比が大きくなるように、出力配分比を演算する構成であればよい。なお、上記実施形態のように、減速度が大きいほど、作業装置６の出力に対する走行装置１１の出力の比が大きくなるように、出力配分比を演算する機能を制御装置１００が備えていることが好ましい。この機能をさらに備えていることにより、掘削量に応じた適切な出力配分で走行装置１１及び作業装置６を動作させることができる。

＜変形例１０＞
上記実施形態に係る制御装置１００は、減速度Ｄに基づいて、掘削量レベルを判定する方法について説明した。しかしながら、掘削量レベルの判定方法は、これに限定されない。例えば、カメラ（撮影装置）で撮影されたバケット３に積み込まれた掘削物の画像データに基づいて、掘削量レベルを判定してもよい。

＜変形例１１＞
上記実施形態で説明した発電機２２は、図示しない蓄電装置からの電力によって電動機として動作する発電電動機であってもよい。

＜変形例１２＞
制御装置１００は、作業効率を演算し、直前の掘削作業において設定された出力配分比と、作業効率とを表示装置に表示させてもよい。

＜変形例１３＞
上記実施形態で説明した制御装置１００の機能は、それらの一部または全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上述した実施形態及び変形例は本発明を理解し易く説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。なお、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

２…アーム、３…バケット、４…アームシリンダ（油圧シリンダ）、５…バケットシリンダ（油圧シリンダ）、６…作業装置、８…車体、１０…ホイールローダ（作業車両）、１１…走行装置、２１…エンジン、２２…発電機、２３…発電インバータ、２４…油圧ポンプ、２５…コントロールバルブ、２６…走行モータ（電動機）、２７…走行インバータ、９１…掘削対象物、１００…制御装置、１０１…処理装置、１０２…不揮発性メモリ（記憶装置）、１０３…揮発性メモリ（記憶装置）、１１１…掘削動作判定部、１１２…粒度演算部、１１２ａ…ハイパスフィルタ、１１２ｂ…積分処理部、１１２ｃ…粒度レベル判定部、１１３…掘削量演算部、１１３ａ…減速度演算部、１１３ｂ…掘削量レベル判定部、１１４…掘削状態判定部、１１５…出力配分演算部、１１６…動力制御部、１４４…アーム操作装置、１４４ａ…アーム操作量センサ、１４５…バケット操作装置、１４５ａ…バケット操作量センサ、１４６…モータ速度センサ（速度センサ）、１５１…アーム相対角センサ（姿勢センサ）、１５２…バケット相対角センサ（姿勢センサ）、１５３…バケットシリンダ圧センサ（圧力センサ）、１５５…電流センサ、３００…制御装置、３５８…切替スイッチ（モード切替操作装置）、３５９…出力配分設定ダイヤル、Ｄ…減速度、Ｄｔ…減速度閾値、Ｄｔ１…第１減速度閾値、Ｄｔ２…第２減速度閾値、Ｐｂ…バケットシリンダ圧、Ｐｂｔ…圧力閾値、Ｐｉ…脈動値、Ｐｉｔ…脈動閾値、Ｐｉｔ…第１脈動閾値、Ｐｉｔ２…第２脈動閾値、Ｖｍ…モータ速度、Ｖｍｔ…速度閾値、θ…バケット角、θｔ１…第１角度閾値、θｔ２…第２角度閾値、θｔ３…第３角度閾値

Claims (9)

1. 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油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出される作動油により伸縮動作する油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダの伸縮動作に応じて動かされる作業装置と、
   前記作業装置に対し独立して駆動され前記車体を走行させる走行装置と、
   前記エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
   前記発電機により発電された電力により駆動され前記走行装置を動作させる電動機と、
   前記油圧シリンダの圧力を検出する圧力センサと、
   前記電動機の回転速度を検出する速度センサと、
   前記電動機の電流を検出する電流センサと、
   前記エンジンの出力を前記作業装置と前記走行装置に配分するための出力配分比を演算し、演算された前記出力配分比に基づいて前記油圧ポンプ及び前記電動機を制御する制御装置と、を備えた作業車両において、
   前記制御装置は、
   前記圧力センサ、前記速度センサ、及び前記電流センサの検出結果のうちの少なくとも一つに基づいて、前記作業装置により掘削対象物の掘削を行っているときに前記作業装置に作用する反力の脈動の大きさを表す脈動値を演算し、
   演算された前記脈動値が大きいほど、前記作業装置の出力に対する前記走行装置の出力の比が大きくなるように、前記出力配分比を演算する
   ことを特徴とする作業車両。
2. 請求項１に記載の作業車両において、
   前記制御装置は、
   前記速度センサの検出結果に基づいて、前記電動機の減速度を演算し、
   演算された前記減速度が大きいほど、前記作業装置の出力に対する前記走行装置の出力の比が大きくなるように、前記出力配分比を演算する
   ことを特徴とする作業車両。
3. 請求項２に記載の作業車両において、
   前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサを備え、
   前記制御装置は、
   前記姿勢センサ、前記圧力センサ、及び前記速度センサの検出結果のうちの少なくとも一つに基づいて、前記掘削対象物に対して前記作業装置による掘削動作が開始されたか否かを判定し、
   前記掘削動作が開始されたと判定された場合に、前記脈動値及び前記減速度に基づいて演算された前記出力配分比に基づいて、前記油圧ポンプ及び前記電動機を制御する
   ことを特徴とする作業車両。
4. 請求項１に記載の作業車両において、
   前記掘削対象物の粒度の大きさを表す複数の粒度レベルと前記脈動値との関係を規定する脈動閾値が記憶される記憶装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記脈動閾値と、演算された前記脈動値とに基づいて、前記粒度レベルを演算し、
   演算された前記粒度レベルに基づいて前記出力配分比を演算する
   ことを特徴とする作業車両。
5. 請求項１に記載の作業車両において、
   前記制御装置は、
   前記脈動値が予め定められた脈動閾値以上である場合には、前記作業装置の出力に対する前記走行装置の出力の比が１よりも大きくなるように、前記出力配分比を演算し、
   前記脈動値が前記脈動閾値未満である場合には、前記作業装置の出力に対する前記走行装置の出力の比が１以下になるように、前記出力配分比を演算する
   ことを特徴とする作業車両。
6. 請求項２に記載の作業車両において、
   前記制御装置は、
   掘削量の大きさを表す複数の掘削量レベルと前記減速度との関係を規定する減速度閾値が記憶される記憶装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記減速度閾値と、演算された前記減速度とに基づいて、前記掘削量レベルを演算し、
   演算された前記掘削量レベルに基づいて前記出力配分比を演算する
   ことを特徴とする作業車両。
7. 請求項２に記載の作業車両において、
   前記制御装置は、
   前記減速度が予め定められた減速度閾値以上である場合には、前記作業装置の出力に対する前記走行装置の出力の比が１よりも大きくなるように、前記出力配分比を演算し、
   前記減速度が前記減速度閾値未満である場合には、前記作業装置の出力に対する前記走行装置の出力の比が１以下になるように、前記出力配分比を演算する
   ことを特徴とする作業車両。
8. 請求項２に記載の作業車両において、
   前記掘削対象物の粒度の大きさを表す複数の粒度レベルと前記脈動値との関係を規定する脈動閾値と、掘削量の大きさを表す複数の掘削量レベルと前記減速度との関係を規定する減速度閾値と、が記憶される記憶装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記脈動閾値と、演算された前記脈動値とに基づいて、前記粒度レベルを演算し、
   前記減速度閾値と、演算された前記減速度とに基づいて、前記掘削量レベルを演算し、
   演算された前記粒度レベル及び前記掘削量レベルの双方に基づいて、前記出力配分比を演算する
   ことを特徴とする作業車両。
9. 請求項１に記載の作業車両において、
   前記脈動値に基づいて、前記出力配分比を演算する第１制御モードと、前記脈動値にかかわらず、前記出力配分比を演算する第２制御モードと、を手動で切り替え可能なモード切替操作装置をさらに備える
   ことを特徴とする作業車両。

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