JP5036824B2 - 作業車両の原動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダ等の作業車両の原動機制御装置に関する。

従来より、作業量モードと省燃費モードのモード選択に応じてエンジン出力トルク特性を変更するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、省燃費モード選択時に作業量モード選択時よりも高回転領域におけるエンジン出力トルクを小さめに設定するとともに、その分最大ポンプ吸収トルクも小さめに設定する。これによりモード選択に拘わらず、大きな走行駆動力を得ることができる。

特開２００５−６１３２２号公報

しかしながら、例えばホイールローダにより掘削作業を行う場合、走行駆動力が大きいと、バケットを地山に突っ込んだ際にリフトアームに作用する反力が大きくなり、リフトアームの持ち上げ力が減少して、作業性の悪化を伴うおそれがある。

本発明による作業車両の原動機制御装置は、アクセルペダルの操作量に応じて原動機の回転速度を制御する回転速度制御部と、原動機により駆動され、走行駆動力に応じた反力が作用する作業用アクチュエータに対し駆動圧を供給する油圧ポンプと、原動機の回転をトルクコンバータを介して車輪に伝達する走行駆動装置とを備えた作業車両の原動機制御装置において、アクセルペダルの操作量を検出するペダル操作量検出部と、トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を検出する速度比検出部と、油圧ポンプの負荷圧を検出する負荷圧検出部と、低速度段と高速度段とに速度段を変更可能なトランスミッションの低速度段を検出する速度段検出部と、少なくともペダル操作量検出部により検出されたペダル操作量が所定値以上、かつ、速度比検出部により検出された速度比が所定値以下、かつ、負荷圧検出部により検出された負荷圧が所定値以上、かつ、速度段検出部によりトランスミッションの低速度段が検出された状態である速度制限条件が所定時間継続して成立すると、原動機の最高回転速度を低速側に制限する速度制限部とを備え、速度制限部は、時間経過に伴い原動機の最高回転速度の制限値を小さくする。
また、本発明による作業車両の原動機制御装置は、アクセルペダルの操作量に応じて原動機の回転速度を制御する回転速度制御部と、原動機により駆動され、走行駆動力に応じた反力が作用する作業用アクチュエータに対し駆動圧を供給する油圧ポンプと、原動機の回転をトルクコンバータを介して車輪に伝達する走行駆動装置とを備えた作業車両の原動機制御装置において、アクセルペダルの操作量を検出するペダル操作量検出部と、トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を検出する速度比検出部と、作業用アクチュエータの操作を検出する操作検出部と、低速度段と高速度段とに速度段を変更可能なトランスミッションの低速度段を検出する速度段検出部と、少なくとも操作検出部により作業用アクチュエータの操作が検出され、かつ、ペダル操作量検出部により検出されたペダル操作量が所定値以上、かつ、速度比検出部により検出された速度比が所定値以下、かつ速度段検出部によりトランスミッションの低速度段が検出された状態である速度制限条件が所定時間継続して成立すると、原動機の最高回転速度を低速側に制限する速度制限部とを備え、速度制限部は、時間経過に伴い原動機の最高回転速度の制限値を小さくする。

本発明によれば、少なくともペダル操作量が所定値以上、かつ、トルクコンバータの速度比が所定値以下、かつ、ポンプ負荷圧が所定値以上、かつ、トランスミッションの速度段が低速度段であるとき、あるいは少なくとも作業用アクチュエータの操作が検出され、かつ、ペダル操作量が所定値以上、かつ、トルクコンバータの速度比が所定値以下、かつ、トランスミッションの速度段が低速度段であるときに、原動機の最高回転速度を低速側に制限するようにしたので、作業時の走行駆動力を抑えることができ、作業性を向上できる。

本発明の実施の形態に係るホイールローダの側面図。 本発明の第１の実施の形態に係る原動機制御装置の概略構成を示す図。 第１の実施の形態に係るモード選択スイッチを示す図。 各速度段毎の車速と駆動力との関係を示す図。 トルコン速度比基準制御による変速のタイミングを示す図。 通常モードにおいてアクセルペダルを最大に踏み込んだときのトルク特性を示す図。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本実施の形態に係る原動機制御装置によるＰモード、Ｎモード、Ｌモードにおけるトルク特性を示す図。 第１の実施の形態に係る原動機制御装置によるエンジン最高回転速度の特性を示す図。 第１の実施の形態に係るコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。 第１の実施の形態に係る速度制限領域を示す図。 掘削作業の一例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る原動機制御装置の概略構成を示す図。 第２の実施の形態に係る速度制限領域を示す図。 第３の実施の形態に係るモード選択スイッチを示す図。 第３の実施の形態に係る原動機制御装置によるエンジン最高回転速度の変化を示す図。 第３の実施の形態に係るコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図９を参照して本発明の第１の実施の形態に係る作業車両の原動機制御装置について説明する。
図１は、本実施の形態に係る原動機制御装置が適用される作業車両の一例であるホイールローダの側面図である。ホイールローダ１００は、アーム１１１，バケット１１２，タイヤ１１３等を有する前部車体１１０と、運転室１２１，エンジン室１２２，タイヤ１２３等を有する後部車体１２０とで構成される。アーム１１１はアームシリンダ１１４の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（ダンプまたはクラウド）する。前部車体１１０と後部車体１２０はセンタピン１０１により互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ（不図示）の伸縮により後部車体１２０に対し前部車体１１０が左右に屈折する。

図２は、第１の実施の形態に係る原動機制御装置の概略構成を示す図である。エンジン１の出力軸にはトルクコンバータ２（以下、トルコン）の入力軸が連結され、トルコン２の出力軸はトランスミッション３に連結されている。トルコン２は周知のインペラ，タービン，ステータからなる流体クラッチであり、エンジン１の回転はトルコン２を介してトランスミッション３に伝達される。トランスミッション３は、その速度段を変速する液圧クラッチを有し、トルコン２の出力軸の回転はトランスミッション３で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト４，アクスル５を介してタイヤ１１３，１２３に伝達され、車両が走行する。

可変容量型の作業用油圧ポンプ６はエンジン１により駆動され、圧油を吐出する。油圧ポンプ６からの吐出油はコントロールバルブ７を介して作業用アクチュエータ８（例えばアームシリンダ１１４）に導かれ、アクチュエータ８が駆動される。コントロールバルブ７は不図示の操作レバーにより操作され、油圧ポンプ６からアクチュエータへ８への圧油の流れを制御する。ポンプ容量はレギュレータ９により変更される。レギュレータ９はポンプ吐出圧に応じてポンプ容量を変更し、例えば作業トルクが一定となるような定トルク制御を行う。なお、油圧ポンプ６をギヤポンプ等の固定容量型ポンプとしてもよい。

コントローラ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ１０には、アクセルペダル１１の操作量ｓを検出するアクセル操作量検出器１２と、トランスミッション３の出力軸の回転速度、つまり車速を検出する車速検出器１３と、トルコン２の入力軸の回転速度Ｎｉを検出する回転速度検出器１４と、トルコン２の出力軸の回転速度Ｎｔを検出する回転速度検出器１５と、油圧ポンプ６の吐出圧Ｐを検出する圧力検出器１６と、車両の前後進を指令する前後進切換スイッチ１７と、１速〜４速の間で速度段の上限を指令するシフトスイッチ１８と、走行モードを選択するモード選択スイッチ１９とが接続されている。モード選択スイッチ１９は例えば図３に示すダイヤルスイッチであり、スイッチ１９の操作により通常モードの他にＰモード、Ｎモード、Ｌモードを選択できる。通常モードは図示しないスイッチの操作により選択される。

トルコン２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２の入力軸と出力軸の回転速度の比であるトルコン速度比ｅ（出力回転速度Ｎｔ／入力回転速度Ｎｉ）の増加に伴い小さくなる。例えばエンジン回転速度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２の出力回転速度Ｎｔ、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。各速度段毎の車速と駆動力との関係は、図４に示す通りであり、同一速度段で比較すると、車速が遅いと駆動力は大きく（低速高トルク）、車速が速いと駆動力は小さくなる（高速低トルク）。また、速度段が小さいほど、同一車速において大きな駆動力を得ることができる。

トランスミッション３は、１速〜４速の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。これらソレノイド弁は、コントローラ１０からソレノイド制御部２１へ出力される制御信号によって駆動される。

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。本実施の形態では、トルコン速度比基準制御によりトランスミッション３の速度段を制御するものとして説明する。

図５は、トルコン速度比基準制御による変速のタイミングを示す図である。コントローラ１０には、予めシフトアップの基準となるトルコン速度比ｅ１と、シフトダウンの基準となるトルコン速度比ｅ２が記憶されている。

コントローラ１０は、回転速度検出器１４，１５からの信号によりトルコン速度比ｅを算出し、算出した速度比ｅが基準速度比ｅ１より大きくなるとシフトアップ信号を、基準速度比ｅ２より小さくなるとシフトダウン信号を、それぞれソレノイド制御部２１に出力する。これによりトランスミッション３の速度段がトルコン速度比ｅに応じて１速〜４速の間で自動的に変更される。すなわち走行負荷が低くなり、トルコン速度比ｅが増加してトルコン速度比ｅが所定値ｅ１以上になると、速度段は１段シフトアップする。反対に走行負荷が高くなり、トルコン速度比ｅが低下してトルコン速度比ｅが所定値ｅ２以下になると、速度段は１段シフトダウンする。この際、シフトスイッチ１８により選択された速度段を上限として自動変速される。例えばシフトスイッチ１８により２速が選択されたときは速度段は１速または２速となり、１速が選択されたときは速度段は１速に固定される。

なお、ここではトルコン速度比ｅが所定値に達すると変速するようにしたが、車速が所定値に達すると変速するようにしてもよい。その場合、車速検出器１３からの信号に応じてソレノイド制御部２１にシフトアップ信号またはシフトダウン信号を出力すればよい。

コントローラ１０は、アクセルペダル１２の操作量に応じた目標エンジン速度にエンジン回転速度を制御する。すなわちアクセルペダル１２の踏み込み量が大きくなると目標エンジン速度が大きくなり、コントローラ１０はこの目標エンジン速度に対応した制御信号をエンジン制御部２２に出力し、エンジン回転速度を制御する。

図６は、通常モードにおいてアクセルペダル１２を最大に踏み込んだときのエンジン回転速度とトルクの関係を示す走行性能線図（トルク線図）である。図中、特性Ａ０はエンジン１の出力トルク（エンジン出力トルク）であり、特性Ａ０と特性Ｂ０の差は油圧ポンプ６の最大吸収トルク（ポンプ入力トルク）に相当する。特性Ｂ０は、特性Ａ０をポンプ入力トルク分だけ下側にシフトした特性であり、走行に使用可能な走行用エンジントルクを表す。なお、ポンプ入力トルクは作業内容に応じて変化し、それによって走行に使用可能なトルクも変化するが、図では掘削作業時の代表的なポンプ入力トルクに対応した走行用エンジントルクの特性Ｂ０を示している。

図６の特性Ｃ０は、エンジン１によりトランスミッション３が駆動されるときのトランスミッション３の入力トルク（トランスミッショントルク）であり、エンジン回転速度Ｎが上昇するに従ってトランスミッショントルクは増大している。この特性Ｃ０は、トルコン速度比ｅが０のときの特性であり、トルコン速度比ｅが大きくなるに従いトランスミッショントルクは小さくなる（図７の特性Ｃ１参照）。

特性Ｂ０と特性Ｃ０の交点Ｐｂは掘削作業時のマッチング点であり、エンジン回転速度はこのマッチング点の値Ｎｂとなる。なお、特性Ａ０と特性Ｃ０の交点Ｐａは、ポンプ入力トルクが０のとき、つまりポンプ６が無負荷状態におけるマッチング点であり、そのときのエンジン回転速度はＮａである。エンジン回転速度Ｎは、ポンプ入力トルクの大きさに応じてＮｂ≦Ｎ≦Ｎａの範囲で変化する。なお、ポンプ無負荷状態におけるエンジン１の最高回転速度はＮｃである。

エンジン回転速度Ｎがマッチング点にあるとき、走行駆動力はこのエンジン回転速度Ｎの２乗に比例する。掘削作業時にバケット１１２を土砂等の地山に突っ込んだ際には、土砂等からリフトアーム１１１に反力が作用するが、この際、走行駆動力が大きすぎると、反力も大きくなり、リフトアーム１１１の持ち上げ力が減少して作業性が悪化する。これを防止するためにはエンジン回転速度を下げて走行駆動力を小さくする必要があるが、これをオペレータ自身がアクセルペダル１２の操作量を調整することで行ったのでは煩雑である。そこで、本実施の形態では、所定条件が成立したときに、エンジン１の最高回転速度を通常モードよりも低めに制限し、エンジン回転速度のマッチング点を自動的に下げて、走行駆動力を減少させる。

エンジン最高回転速度の制限値は走行モードにより異なる。すなわちＰモード、Ｎモード、Ｌモードの順に制限量が大きく（最高回転速度が小さく）なり、走行駆動力は小さくなる。図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれＰモード、Ｎモード、Ｌモードに対応したトルク線図を示す。このトルク特性Ａ１〜Ａ３は、アクセルペダル１１を最大に踏み込んだ時の高回転域のエンジン出力トルク特性Ａ０（図６）を、それぞれ低回転側にシフトした特性であり、アクセルペダル１１を戻し操作したときのトルク特性に相当する。

図では、特性Ａ１，Ａ２，Ａ３の順に低回転側へのシフト量が大きくなっており、これはアクセルペダル１２の戻し操作量を大きくしていったときのエンジン出力トルクの変化と同様である。図中の特性Ｂ１〜Ｂ３は、それぞれ特性Ａ１〜Ａ３に対応した走行用エンジントルクであり、特性Ｃ１は、トルコン速度比ｅが所定値ｅａのときのトランスミッショントルクである。所定値ｅａは、掘削作業時に想定されるトルコン速度比（例えば０．３程度）に相当する。本実施の形態では、後述の所定条件（エンジン回転速度制限条件）が成立したときに、エンジン回転速度の上限が走行モードに応じた以下の回転速度Ｎｐ，Ｎｎ，ＮＬとなるようにエンジン１が制御される。

図７（ａ）に示すように、エンジン出力トルクの特性がＡ１のときは、特性Ｃ０と特性Ｂ１の交点であるトルコン速度比ｅ＝０のマッチング点はＰｂとなり、特性Ｃ１と特性Ｂ１の交点であるトルコン速度比ｅ＝ｅａのマッチング点はＰｐとなる。このとき各マッチング点Ｐｂ，Ｐｐにおけるエンジン回転速度はＮｂ，Ｎｐであり、ポンプ入力トルクを一定とすると、掘削作業時にエンジン回転速度Ｎはこの範囲内（Ｎｂ≦Ｎ≦Ｎｐ）で変化し、Ｐモード掘削時のエンジン回転速度の最大値はＮｐなる。この場合、ポンプ無負荷時の最高回転速度はＮｄであり、通常モード時の最高回転速度Ｎｃよりも低い。

トルコン速度比ｅ＝０におけるＰモード時のマッチング点Ｐｂは、通常モード時のマッチング点Ｐｂ（図６）と等しく、ポンプ無負荷時の最高回転速度がＮｄ〜Ｎｃの範囲においてマッチング点はＰｂとなる。トルコン速度比ｅ＝ｅａにおけるＰモード時のマッチング点Ｐｐも通常モード時のマッチング点と等しい。このようにＰモード時には通常モード時と同様のマッチング点Ｐｂ，Ｐｐが得られ、かつ、ポンプ無負荷時の最高回転速度が最小Ｎｄとなるようにエンジン１が制御される。つまり、掘削作業時にエンジン回転速度がＮｐ以下となるようにエンジン回転速度の最大値が制限される。なお、アクセルペダル１１をフルに踏み込んだときのペダル操作量をｓ０とすると、特性Ａ１はアクセルペダル１１の操作量がｓ１（＜ｓ０）のときのトルク特性に相当する。

図７（ｂ）に示すように、エンジン出力トルクの特性がＡ２のときは、特性Ｃ１と特性Ｂ２の交点であるトルコン速度比ｅ＝ｅａのマッチング点はＰｎとなる。このときマッチング点Ｐｎにおけるエンジン回転速度はＮｎであり、ポンプ入力トルクを一定とすると、Ｎモード掘削時のエンジン回転速度の最大値はＮｎとなる。このようにＮモード時には掘削作業時にエンジン回転速度がＮｎ以下となるようにエンジン回転速度の最大値が制限される。

図７（ｃ）に示すように、エンジン出力トルクの特性がＡ３のときは、特性Ｃ１と特性Ｂ３の交点であるトルコン速度比ｅ＝ｅａのマッチング点はＰＬとなる。このときマッチング点ＰＬにおけるエンジン回転速度はＮＬであり、ポンプ入力トルクを一定とすると、Ｌモード掘削時のエンジン回転速度の最大値はＮＬとなる。このようにＬモード時には掘削作業時にエンジン回転速度がＮＬ以下となるようにエンジン回転速度の最大値が制限される。

コントローラ１０には、予め図８（ａ）に示すようなトルコン速度比ｅとエンジン回転速度の最大値Ｎｐ，Ｎｎ，ＮＬ（エンジン最高回転速度Ｎｌｉｍ）との関係が記憶されている。図８（ａ）では、トルコン速度比ｅが所定値ｅａ以下の範囲で、エンジン最高回転速度Ｎｌｉｍは走行モードに応じた最大値Ｎｐ，Ｎｎ，ＮＬとなり、所定値ｅａを超えると最大Ｎｍａｘとなる。なお、図８（ｂ）に示すようにトルコン速度比ｅが所定値ｅａ以下の範囲で、トルコン速度比ｅの増加に伴い最高回転速度Ｎｌｉｍが徐々に増加するようにしてもよい。コントローラ１０は、エンジン制御部２２に制御信号を出力することによって最高回転速度Ｎｌｉｍを制御する。

図９は、コントローラ１０における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジンキースイッチのオンにより開始される。ステップＳ１では、各種検出器１２〜１６およびスイッチ１７〜１９からの信号を読み込む。

ステップＳ２では、アクセル操作量検出器１２により検出されたアクセルペダル操作量ｓが所定値ｓ１以上（ｓ≧ｓ１）か否か、すなわちポンプ無負荷状態におけるエンジン１の最高回転速度が図７（ａ）のＮｄ以上か否かを判定する。ステップＳ２が肯定されるとステップＳ３に進み、否定されるとステップＳ１０に進む。

ステップＳ３では、回転速度検出器１４，１５からの信号によって算出されるトルコン速度比と、圧力検出器１６により検出されるポンプ負荷圧Ｐとの関係が、予め定めた図１０（ａ）の斜線領域（速度制限領域）にあるか否かを判定する。すなわちトルコン速度比ｅが所定値ｅａ以下であり、かつ、ポンプ負荷圧Ｐが掘削作業時の負荷圧である所定値Ｐａ以上（Ｐ≧Ｐａ）であるか否かを判定する。なお、図中のＰｒは油圧ポンプ６のリリーフ圧に相当する。ポンプ負荷圧Ｐの閾値を一定値Ｐａとするのではなく、図１０（ｂ）に示すようにトルコン速度比ｅが小さくなるほど閾値がＰａより小さくなるように速度制限領域を定めてもよい。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ１０に進む。

ステップＳ４では、シフトスイッチ１８が１速または２速に操作されているか否か、すなわちトランスミッション３の速度段が掘削作業を行う状態である２速以下になっているか否かを判定する。ステップＳ４が肯定されるとステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ１０に進む。

ステップＳ２〜ステップＳ４が全て肯定されると、エンジン回転速度制限条件が成立と判定される。この場合は、バケット１１２を地山に突っ込んで掘削作業を行っている状態であると判定してステップＳ５に進む。ステップＳ５では、エンジン回転速度制限条件が成立した状態が所定時間（例えば０．３秒程度）継続した否かを判定する。ステップＳ５が肯定されるとステップＳ６に進み、否定されるとステップＳ１０に進む。

ステップＳ６では、モード選択スイッチ１９からの信号により走行モードを判定する。ステップＳ６でＰモードと判定されるとステップＳ７に進み、Ｎモードと判定されるとステップＳ８に進み、Ｌモードと判定されるとステップＳ９に進む。ステップＳ７〜ステップＳ９では、それぞれエンジン最高回転速度Ｎｌｉｍが所定値Ｎｐ，Ｎｎ，ＮＬとなるようにエンジン制御部２２に制御信号を出力する。これにより掘削作業時のエンジン出力トルク特性がそれぞれ図７（ａ）〜（ｃ）のＡ１〜Ａ３となる。

一方、ステップＳ１０では、エンジン最高回転速度が最大Ｎｍａｘ（＝Ｎｃ）となるように、すなわちペダル最大踏込時のエンジン出力トルク特性が図６の特性Ａ０となるようにエンジン制御部２２に制御信号を出力する。この場合は、アクセルペダル１１の操作量に応じた目標回転速度にエンジン回転速度が制御される。

以上の実施の形態の動作をまとまると次のようになる。掘削作業時にバケット１１２を地山に突っ込む際は、大きな走行駆動力が必要となるため、シフトスイッチ１８を１速または２速に操作し、アクセルペダル１１を最大に踏み込んで車両を前進走行させる。さらに図１１に示すようにバケット１１２を地山１５０に突っ込んだ状態で、操作レバーを操作してアームシリンダ１１４を駆動する。このとき走行負荷の増加によりトルコン速度比ｅは所定値ｅａ以下となり、作業負荷の増加によりポンプ吐出圧Ｐは所定値Ｐａ以上となる。このため、エンジン回転速度制限条件が成立し、走行モードに応じてエンジン回転速度の最大値が所定値Ｎｐ，Ｎｎ，ＮＬに制限される（ステップＳ５〜ステップＳ７）。

走行駆動力はエンジン回転速度の２乗に比例する。このため、例えばＬモード時の走行駆動力はＰモード時の走行駆動力の（ＮＬ／Ｎｐ）^２倍となる。これによりＬモード時にはＰモード時よりも走行駆動力が減少し、土砂等からアーム１１１に作用する反力が減少する。その結果、アクセルペダル１１を最大に踏み込んでも走行駆動力が大きくなりすぎず、バケット１１２を容易に持ち上げることができる。

走行駆動力の制限量は走行モードに応じて異なり、オペレータは土砂等の掘削対象物の種類に応じて走行モードを選択する。例えば掘削対象物が硬い場合はＰモード、雪や砂など柔らかい場合はＬモードを選択する。これにより掘削対象物が硬い場合は大きな走行駆動力でバケット１１２を容易に地山に突っ込むことができる。一方、掘削対象物が柔らかい場合はアーム１１１に作用する反力を小さくしてバケット１１２を容易に持ち上げることができる。その結果、作業効率を高めることができる。

第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）アクセルペダル操作量ｓが所定値ｓ１以上、かつ、トルコン速度比ｅが所定値ｅａ以下、かつ、ポンプ負荷圧が所定値Ｐａ以上、かつトランスミッション３の速度段が２速以下のときに、エンジン回転速度制限条件が成立として、エンジン１の最高回転速度を低めに制限するようにした。これにより掘削作業時の走行駆動力の増加を抑えることができ、バケット１１２の持ち上げが容易になり、作業性を高めることができる。すなわち走行駆動力が大きすぎてバケット１１２が持ち上がらない場合、オペレータがアクセルペダル１１を戻し操作して走行駆動力を下げたり、バケット１１２のチルト操作を何度か繰り返すことで、アーム１１１を持ち上げるようにしていたが、このような煩わしい操作が不要になる。

（２）ポンプ入力トルクの特性Ｂ０を下方にシフトさせるのではなく、エンジン最高回転速度を減少させるので、ポンプ入力トルクを無駄に大きくしてマッチング点をずらす必要がなく、燃費も向上できる。エンジン最高回転速度自体を減少させるので、制御構成も簡単である。
（３）エンジン回転速度制限条件が所定時間継続して成立したときにエンジン最高回転速度を制限するようにしたので、車両が掘削状態にあることを精度よく判定して速度制限することができ、制御動作が安定する。
（４）走行モードに応じて最高回転速度の設定値を切換可能としたので、掘削対象物に応じた値に最高回転速度を変更することができ、掘削作業を適切に行うことができる。
（５）トランスミッション３の速度段が２速以下であることを条件としてエンジン最高回転速度を制限するので、掘削作業時以外にエンジン１の最高回転速度が制限されることを防止できる。
（６）アクセルペダル操作量ｓが所定値ｓ１以上であることを条件としてエンジン最高回転速度を制限するので、最高回転速度が高い場合にのみエンジン回転速度が制限され、エンジン回転速度を有効に制限できる。

−第２の実施の形態の変形例−
図１２，図１３を参照して本発明の第２の実施の形態に係る作業車両の原動機制御装置について説明する。
第１の実施の形態では、ポンプ負荷圧Ｐが所定値Ｐａ以上であることを条件としてエンジン最高回転速度を制限するようにしたが、第２の実施の形態では、この代わりにアーム１１１を上げ操作したことを条件としてエンジン最高回転速度を制限する。以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図１２は、第２の実施の形態に係る原動機制御装置の概略構成を示す図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付す。図１２では、アームシリンダ駆動用操作レバー２３の操作量Ｘを検出するストロークセンサ等の操作量検出器２４が設けられ、操作量検出器２４からの信号はコントローラ１０に入力される。コントロールバルブ７に作用するパイロット圧を検出する油圧センサ等を、操作量検出器２４として用いてもよい。

第２の実施の形態では、図１３に示すようにトルコン速度比ｅとレバー操作量Ｘとの関係により定まる速度制限領域（斜線領域）が予め記憶されている。コントローラ１０では、図９と同様の処理が行われる。この際、ステップＳ３では、トルコン速度比ｅとレバー操作量Ｘが図１３（ａ）の速度制限領域にあるか否かを判定する。すなわちトルコン速度比ｅが所定値ｅａ以下であり、かつ、レバー操作量Ｘが予め定めた所定値Ｘａ以上（Ｘ≧Ｘａ）か否かを判定する。所定値Ｘａは、バケット１１２を地山に突っ込んだ後、アーム１１１を上昇させるときのレバー操作量に相当する。なお、レバー操作量Ｘの閾値を一定値Ｘａとするのではなく、図１３（ｂ）に示すようにトルコン速度比ｅが小さくなるほど閾値がＸａより小さくなるように速度制限領域を定めてもよい。

第２の実施の形態では、アクセルペダル操作量ｓが所定値ｓ１以上（ステップＳ２）、かつ、トルコン速度比ｅが所定値ｅａ以下、かつ、レバー操作量Ｘが所定値Ｘａ以上（ステップＳ３）、かつトランスミッション３の速度段が２速以下（ステップＳ４）のときに、エンジン回転速度制限条件が成立する。この状態が所定時間継続すると、走行モードに応じてエンジン１の最高回転速度を低めに制限する（ステップＳ７〜ステップＳ９）。これにより第１の実施の形態と同様、掘削作業時の走行駆動力の増加を抑えることができ、バケット１１２の持ち上げが容易になり、作業性を高めることができる。

−第３の実施の形態−
図１４〜図１６を参照して本発明の第３の実施の形態に係る作業車両の原動機制御装置について説明する。
上記第１および第２の実施の形態では、走行モードに応じてエンジン最高回転速度Ｎｌｉｍを設定したが（図８）、第３の実施の形態では、時間経過に伴いエンジン最高回転速度を変化させる。なお、以下では第１および第２の実施の形態との相違点を主に説明する。

第３の実施の形態では、図１４に示すモード切換スイッチ１９０の操作により、走行モードをＰモードとＬモードに切換可能となっている。図１５（ａ），（ｂ）は、それぞれＰモード、Ｌモードにおけるエンジン最高回転速度Ｎｌｉｍの変化を示す図である。図１５（ａ）に示すようにＰモード選択時には、エンジン最高回転速度Ｎｌｉｍは所定時間Ｔ１以下の範囲（Ｔ≦Ｔ１）でＮｐであり、所定時間Ｔ１より長くかつ所定時間Ｔ２以下の範囲（Ｔ１＜Ｔ≦Ｔ２）でＮｐからＮＬまで徐々に減少し、所定時間Ｔ２を超えた範囲（Ｔ２＜Ｔ）でＮＬとなる。一方、Ｌモード選択時には、エンジン最高回転速度Ｎｌｉｍは時間経過に拘わらず一定値ＮＬとなる。

図１６は、第３の実施の形態に係るコントローラ１０における処理の一例を示すフローチャートである。なお、図９と同一の箇所には同一の符号を付す。コントローラ１０には予め図１５（ａ）の特性が記憶されている。図１６において、ステップＳ５で、エンジン回転速度制限条件が所定時間継続して成立と判定されるとステップＳ６に進み、走行モードを判定する。ステップＳ６でＰモードと判定されるとステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、図１５（ａ）の特性に従いエンジン最高回転速度Ｎｌｉｍが変化するようにエンジン制御部２２に制御信号を出力する。一方、ステップＳ６でＬモードと判定されるとステップＳ９に進み、エンジン最高回転速度Ｎｌｉｍが所定値ＮＬとなるようにエンジン制御部２２に制御信号を出力する。

第３の実施の形態では、モード選択スイッチ１９０によりＰモードが選択されると、エンジン回転速度制限条件が所定時間継続して成立した後、さらに所定時間Ｔ１が経過するまではエンジン最高回転速度ＮｌｉｍはＮｐとなる。このため走行駆動力が大きくなり、掘削対象物にバケット１１２を十分に突入することができる。所定時間Ｔ１経過後は、時間経過に伴いエンジン最高回転速度Ｎｌｉｍは徐々に減少し、所定時間Ｔ２以上になるとエンジン最高回転速度はＮＬとなる。その結果、バケット１１２の突入後、走行駆動力を自動的に低減することができ、バケット１１２を容易に持ち上げることができる。

このように第３の実施の形態では、時間経過に伴いエンジン最高回転速度Ｎｌｉｍを小さくするようにしたので、バケット１１２を地山に貫入した後、バケット１１２を持ち上げる際に走行駆動力を自動的に減少させることができ、掘削作業を容易に行うことができる。エンジン最高回転速度Ｎｌｉｍを徐々に減少させるので、エンジン回転速度の変化によるショックも小さい。

なお、上記実施の形態では、トランスミッション３を１速〜４速に変速可能なものとしたが、トランスミッション３の速度段は少なくとも低速度段と高速度段とに変更可能であればよい。トランスミッション３を１速〜４速に変速可能なものとした場合、速度段が２速以下であるときに低速度段となる。したがって、少なくともペダル操作量ｓが所定値ｓ１以上、かつ、トルコン速度比ｅが所定値ｅａ以下、かつ、ポンプ負荷圧Ｐが所定値Ｐａ以上、かつ、トランスミッション３の速度段が低速度段であるとき、あるいは少なくとも作業用アクチュエータ８の操作が検出され、かつ、ペダル操作量ｓが所定値ｓ１以上、かつ、トルコン速度比ｅが所定値ｅａ以下、かつ、トランスミッション３の速度段が低速度段であるときに、エンジン最高回転速度を低速側に制限するのであれば、速度制限部としてのコントローラ１０の構成はいかなるものでもよい。

アクセルペダル１１の操作量に応じてエンジン回転速度Ｎを制御するのであれば、すなわちアクセルペダル１１の操作量の増加に伴い目標エンジン回転速度を大きくし、この目標エンジン回転速度にエンジン回転速度を制御するのであれば、回転速度制御部としてのコントローラ１０とエンジン制御部２２の構成はいかなるものでもよい。エンジン１の回転をトルコン２、トランスミッション３、プロペラシャフト４，アクスル５を介してタイヤ１１３，１２３に伝達するようにしたが、走行駆動装置の構成はいかなるものでもよい。

アクセル操作量検出器１２によりペダル操作を検出したが、ペダル操作量検出部の構成はいかなるものでもよい。回転速度検出器１４，１５によりトルコン速度比ｅを検出したが、速度比検出部の構成はいかなるものでもよい。圧力検出器１６によりポンプ負荷圧を検出したが、負荷圧検出部の構成はいかなるものでもよい。操作量検出器２４によりレバー操作量Ｘを検出することでアームシリンダ１１４の操作を検出したが、操作検出部の構成はいかなるものでもよい。シフトスイッチ１８により２速以下の速度段を検出したが、低速度段と高速度段とに変更可能なトランスミッション３の低速度段を検出するのであれば、速度段検出部の構成はいかなるものでもよい。モード選択部としてのモード選択スイッチ１９により走行モードを選択したが、走行モードの種類は上述したものに限らない。

以上では、本発明をホイールローダに適用する例について説明したが、走行駆動力に応じた反力が作用する作業機を有する他の作業車両にも本発明は同様に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の原動機制御装置に限定されない。

本出願は日本国特許出願２００７−２７６０７５号（２００７年１０月２４日出願）を基礎として、その内容は引用文としてここに組み込まれる。

Claims (5)

1. アクセルペダルの操作量に応じて原動機の回転速度を制御する回転速度制御部と、
   前記原動機により駆動され、走行駆動力に応じた反力が作用する作業用アクチュエータに対し駆動圧を供給する油圧ポンプと、
   前記原動機の回転をトルクコンバータを介して車輪に伝達する走行駆動装置とを備えた作業車両の原動機制御装置において、
   前記アクセルペダルの操作量を検出するペダル操作量検出部と、
   前記トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を検出する速度比検出部と、
   前記油圧ポンプの負荷圧を検出する負荷圧検出部と、
   低速度段と高速度段とに速度段を変更可能なトランスミッションの低速度段を検出する速度段検出部と、
   少なくとも前記ペダル操作量検出部により検出されたペダル操作量が所定値以上、かつ、前記速度比検出部により検出された速度比が所定値以下、かつ、前記負荷圧検出部により検出された負荷圧が所定値以上、かつ、前記速度段検出部によりトランスミッションの低速度段が検出された状態である速度制限条件が所定時間継続して成立すると、前記原動機の最高回転速度を低速側に制限する速度制限部とを備え、
   前記速度制限部は、時間経過に伴い前記原動機の最高回転速度の制限値を小さくすることを特徴とする作業車両の原動機制御装置。
2. アクセルペダルの操作量に応じて原動機の回転速度を制御する回転速度制御部と、
   前記原動機により駆動され、走行駆動力に応じた反力が作用する作業用アクチュエータに対し駆動圧を供給する油圧ポンプと、
   前記原動機の回転をトルクコンバータを介して車輪に伝達する走行駆動装置とを備えた作業車両の原動機制御装置において、
   前記アクセルペダルの操作量を検出するペダル操作量検出部と、
   前記トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を検出する速度比検出部と、
   前記作業用アクチュエータの操作を検出する操作検出部と、
   低速度段と高速度段とに速度段を変更可能なトランスミッションの低速度段を検出する速度段検出部と、
   少なくとも前記操作検出部により作業用アクチュエータの操作が検出され、かつ、前記ペダル操作量検出部により検出されたペダル操作量が所定値以上、かつ、前記速度比検出部により検出された速度比が所定値以下、かつ前記速度段検出部によりトランスミッションの低速度段が検出された状態である速度制限条件が所定時間継続して成立すると、前記原動機の最高回転速度を低速側に制限する速度制限部とを備え、
   前記速度制限部は、時間経過に伴い前記原動機の最高回転速度の制限値を小さくすることを特徴とする作業車両の原動機制御装置。
3. 請求項１または２に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   前記トランスミッションは少なくとも３速以上に変速可能であり、
   前記速度段検出部は、速度段が２速以下のときに前記低速度段を検出する作業車両の原動機制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   走行モードを選択するモード選択部を有し、
   前記速度制限部は、前記モード選択部により選択された走行モードに応じて前記原動機の最高回転速度の制限値を変更する作業車両の原動機制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   前記速度制限部は、前記速度制限条件が前記所定時間継続して成立すると前記最高回転速度を所定値に制限し、その後、予め設定した時間が経過すると前記最高回転速度の制限値を前記所定値から徐々に低下させる作業車両の原動機制御装置。

Images