JP5059969B2

JP5059969B2 - 建設車両

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Description

本発明は、エンジンによって駆動される油圧ポンプから吐出された圧油によって走行用油圧モータを駆動することで走行するＨＳＴ式の建設車両に関する。

ホイールローダ等の建設車両では、エンジンによって油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出された圧油によって走行用油圧モータを駆動することにより走行を行う、いわゆるＨＳＴ（Hydro Static Transmission）を搭載しているものがある。
例えば、特許文献１には、１ポンプ１モータタイプのＨＳＴシステムが開示されている。また、特許文献２には、１ポンプ２モータタイプのＨＳＴシステムが開示されている。

このようなＨＳＴ式の建設車両では、アクセルペダルを最大に踏み込んだ状態で走行負荷が最も小さいときに最高車速で走行する。
また、公道を走行可能な建設車両は、最高車速が制限車速（一般的に国や地域ごとに決められている車速であり、例えば、３８ｋｍ／ｈ）を超えないように設計されている。
なお、特許文献１には、走行用油圧モータの容量の下限値を運転者が変更可能とすることにより最高車速を運転者が任意に変更可能とすることが記載されている。しかし、この場合においても、やはり最高車速が制限車速を超えないように設計されている。

ところで、このような建設車両では、平地を高速で移動する際に、運転者は生産性を上げるためにアクセルペダルを最大まで踏み込んで最高車速で走行することが多い。この場合、エンジン回転数はアクセルの最大開度に対応した最高回転数となる。
平地を最高車速で走行するときの負荷は、作業機を用いて掘削作業を行うときの負荷や坂道を登坂走行するときの負荷と比べて小さい。負荷が小さい場合においても、このようにエンジン回転数を最高回転数で用いる従来の方式では、燃費効率の面で改善の余地がある。
本発明の課題は、ＨＳＴを搭載した建設車両において、高速走行時等における燃費の向上を図ることが可能な建設車両を提供することにある。

第１の発明に係る建設車両は、エンジンと、走行用油圧ポンプと、アクセルペダルと、走行用油圧モータと、走行負荷検知部と、車速検出部と、制御装置と、を備えている。走行用油圧ポンプは、エンジンによって駆動される。アクセルペダルは、踏込み量に応じてアクセル開度を調整する。走行用油圧モータは、走行用油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される。走行負荷検知部は、走行時にかかる走行負荷の大きさを検出する。車速検出部は、車速を検出する。制御装置は、走行負荷の大きさと車速の大きさとに応じて、アクセル開度の指令値に上限値を設定するとともに、走行用油圧モータの容量の下限値としてアクセル開度が所定量まで制限された状態で最高車速が得られる値を設定する。

ここでは、ＨＳＴを搭載したホイールローダ等の建設車両において、アクセル開度の指令値の上限を走行負荷に応じて変化させる制御を行う。
具体的には、最高車速付近において、車速が最高車速に近づくほどアクセル開度の上限値を小さく設定する。また、最高車速付近において、走行負荷検知部において検知された走行負荷が大きいほど、アクセル開度の指令地の上限値を大きくし、走行負荷が小さくなるほど、アクセル開度の指令値の上限値を小さくする。モータ容量の下限値は、アクセル開度が所定量まで制限された状態で最高車速が得られる値に設定されているので、アクセル開度が制限されても最高車速が確保される。
これにより、例えば、走行負荷が小さい平地走行時等において、運転者がアクセルペダルを最大まで踏み込んだ場合でも、最高車速付近においてエンジン回転数が制限されるため、燃料消費量を抑制しつつ最高車速での走行が可能になる。

第２の発明に係る建設車両は、エンジンと、走行用油圧ポンプと、アクセルペダルと、走行用油圧モータと、車速検出部と、記憶部と、制御装置と、を備えている。走行用油圧ポンプは、エンジンによって駆動される。アクセルペダルは、踏込み量に応じてアクセル開度を調整する。走行用油圧モータは、走行用油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される。車速検出部は、車速を検出する。記憶部は、最高車速に近づくほどエンジン回転数が低くなる特性を有するエンジントルクカーブを記憶する。制御装置は、車速の大きさに応じて、エンジントルクカーブに基づいてエンジンを制御するとともに、走行用油圧モータの容量の下限値としてアクセル開度が所定量まで制限された状態で最高車速が得られる値を設定する。

ここでは、ＨＳＴを搭載したホイールローダ等の建設車両において、最高車速に近づくほどエンジン回転数が低くなる特性を有するエンジントルクカーブが予め記憶されており、車速の大きさに応じてエンジントルクカーブを変化させてエンジンを制御する。
これにより、例えば、走行負荷が小さい平地走行時等において、運転者がアクセルペダルを最大まで踏み込んだ場合でも、最適なエンジントルクカーブが選択されることで、燃料消費量を抑制しつつ最高車速での走行が可能になる。

第３の発明に係る建設車両は、走行時にかかる走行負荷の大きさを検出する走行負荷検知部を、さらに備えている。記憶部は、走行負荷が小さくなるほどエンジン回転数が低くなる特性を有するエンジントルクカーブを記憶する。制御部は、走行負荷の大きさに応じて、エンジントルクカーブに基づいてエンジンを制御するとともに、走行用油圧モータの容量の下限値としてアクセル開度が所定量まで制限された状態で最高車速が得られる値を設定する。

ここでは、ＨＳＴを搭載したホイールローダ等の建設車両において、走行負荷が小さくなるほど、かつ最高車速に近づくほどエンジン回転数が低くなる特性を有するエンジントルクカーブが予め記憶されており、走行負荷と車速の大きさとに応じてエンジントルクカーブを変化させてエンジンを制御する。
これにより、例えば、走行負荷が小さい平地走行時等において、運転者がアクセルペダルを最大まで踏み込んだ場合でも、最適なエンジントルクカーブが選択されることで、燃料消費量を抑制しつつ最高車速での走行が可能になる。一方、登坂走行時のように走行負荷が大きい場合でも、走行負荷の大きさに応じて最適なエンジントルクカーブを選択することで、高負荷時に最高車速に到達するまでの加速性が向上する。

第４の発明に係る建設車両は、第１または第３の発明に係る建設車両であって、走行負荷は、走行用油圧モータに供給される圧油の油圧である。
ここでは、走行負荷の大きさを検知する際のパラメータとして、走行用油圧モータの走行圧を検知する。
これにより、走行負荷の大きさを適切に検知して、上述したアクセル開度の上限値の設定を変更する制御を実施することができる。

第５の発明に係る建設車両は、第１または第３の発明に係る建設車両であって、走行負荷は、エンジンの出力トルクである。
ここでは、走行負荷の大きさを検知する際のパラメータとして、エンジンの出力トルクを検知する。
これにより、走行負荷の大きさを適切に検知して、上述したアクセル開度の上限値の設定を変更する制御を実施することができる。

第６の発明に係る建設車両は、第１または第３の発明に係る建設車両であって、走行負荷は、走行用油圧モータへ供給される圧油の油圧と走行用油圧モータの容量との積である。
ここでは、走行負荷の大きさを検知する際のパラメータとして、走行用油圧モータへ供給される圧油の油圧と走行用油圧モータの容量との積を用いる。

ここで、上記走行圧とモータ容量の積とは、走行負荷そのものを検知することを意味している。
これにより、走行負荷の大きさを適切に検知して、上述したアクセル開度の上限値の設定を変更する制御を実施することができる。

本発明に係る建設車両によれば、高速走行時等において燃料の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るホイールローダの構成を示す側面図。図１のホイールローダに搭載された１ポンプ１モータのＨＳＴシステムを示す油圧回路図。図１のホイールローダに搭載されたエンジンのトルク特性を示すグラフ。図１のホイールローダにおけるエンジン回転数と走行用油圧ポンプの容量との関係を示すグラフ。図１のホイールローダに搭載された車体コントローラ内における走行用油圧モータの容量の設定に関する具体的な処理内容を示す制御図。図１のホイールローダに搭載された車体コントローラが出力する指令電流と走行用油圧モータの容量との関係を示すグラフ。図１のホイールローダに搭載された制御装置における具体的な処理内容を示す制御図。図１のホイールローダに搭載されたＨＳＴシステムの牽引力特性を示すグラフ。（ａ），（ｂ）は、図１のホイールローダにおけるエンジンのトルク特性と燃料消費率との関係を示す特性線図。本発明の第２の実施形態に係る制御装置における具体的な処理内容を示す制御図。本発明の第４の実施形態に係る制御装置における具体的な処理内容を示す制御図。本発明の第５の実施形態に係る建設車両において実施される制御内容に関連するエンジントルクカーブを示すグラフ。本発明のさらに他の実施形態に係る建設車両に搭載される１ポンプ２モータのＨＳＴシステムを示す油圧回路図。

（実施形態１）
本発明の一実施形態に係る建設車両について、図１〜図９を用いて説明すれば以下の通りである。
［ホイールローダ５０の構成］
本実施形態に係るホイールローダ（建設車両）５０は、図１に示すように、車体５１と、車体の前部に装着されたリフトアーム（作業機）５２と、このリフトアーム５２の先端に取り付けられたバケット（作業機）５３と、車体５１を支持しながら回転して車体を走行させる４本のタイヤ（走行輪）５４と、車体５１の上部に搭載されたキャブ５５と、を備えている。

リフトアーム５２は、先端に取り付けられたバケット５３を持ち上げるための部材であって、併設されたリフトシリンダ１９（図２参照）によって駆動される。
バケット５３は、リフトアーム５２の先端に取り付けられており、バケットシリンダ５６によってダンプおよびチルトされる。
リフトシリンダ１９やバケットシリンダ５６は、図２に示すように、エンジン１によって駆動される作業機・ステアリング用ポンプ２から吐出される圧油によって駆動される。作業機・ステアリング用ポンプ２とリフトシリンダ１９やバケットシリンダ５６とを結ぶ作業機制御用油圧回路には、制御バルブ１８が設けられている。制御バルブ１８は、作業機レバー（図示せず）の操作に応じて作動し、リフトシリンダ１９やバケットシリンダ５６の動きを制御する。また、作業機・ステアリング用ポンプ２から吐出した圧油は、図示しないステアリング回路へ供給される。

［ＨＳＴシステムの概要］
本実施形態のホイールローダ５０は、図２に示すように、エンジン１によって駆動される走行用油圧ポンプ４から吐出された圧油を閉回路（ＨＳＴ回路２０）を介して走行用油圧モータ１０に供給し、供給された圧油によって走行用油圧モータ１０が駆動されることで走行する、ＨＳＴ式の建設車両である。以下、走行用油圧ポンプ４と走行用油圧モータ１０とを結ぶ閉回路をＨＳＴ回路２０といい、ＨＳＴ回路２０の圧力をＨＳＴ回路圧という。

本実施形態のＨＳＴシステムは、図２に示すように、１つの走行用油圧ポンプ４から吐出する圧油によって１つの走行用油圧モータ１０を駆動する、いわゆる１ポンプ１モータタイプのＨＳＴシステムである。
走行用油圧ポンプ４は、可変容量型の斜板式アキシャルピストンポンプである。走行用油圧モータ１０は、可変容量型の斜軸式アキシャルピストンモータである。

走行用油圧ポンプ４の斜板の角度や走行用油圧モータ１０の斜軸の角度は、車体コントローラ１２によって制御される。すなわち、走行用油圧ポンプ４の容量（ポンプを一回転させたときに吐出される圧油の量）や走行用油圧モータ１０の容量（モータを一回転させるのに必要な圧油の量）は、車体コントローラ１２によって制御される。なお、車体コントローラ１２による走行用油圧ポンプ４や走行用油圧モータ１０の容量の制御の内容については、後段にて詳述する。

［エンジン１の基本的な制御］
エンジン１は、ディーゼル式のエンジンであり、エンジン１で発生した出力トルクが、作業機・ステアリング用ポンプ２、チャージポンプ３、走行用油圧ポンプ４等に伝達される。エンジン１には、エンジンコントローラ１２ａと燃料噴射装置１ｂとが付設されている。また、エンジン１には、エンジン１の実回転数を検出するエンジン回転数センサ１ａが設けられており、エンジン回転数センサ１ａからの回転数信号がエンジンコントローラ１２ａに入力される。エンジンコントローラ１２ａは、燃料噴射装置１ｂによる燃料の噴射量を調整してエンジンを制御する。

アクセルペダル１３ａは、運転者がエンジン１の回転数を制御するための手段であって、アクセル開度センサ１３と接続されている。アクセル開度センサ１３は、ポテンショメータなどで構成されており、アクセルペダル１３ａの操作量（アクセル開度）を示す開度信号をエンジンコントローラ１２ａへと送信する。エンジンコントローラ１２ａは、アクセル開度センサ１３から開度信号を受信して燃料噴射装置１ｂに指令信号を出力して燃料噴射量を制御する。

図３に、本実施形態に係るエンジン１のトルク特性を実線で示す。エンジン１では、アクセル開度が最大開度（１００％）のときの目標回転数はＮｍａｘである。エンジンコントローラ１２ａは、アクセル開度が、例えば、最大開度の８５％のときには、目標回転数をＮ８５（＝０．８５・Ｎｍａｘ）とする一点鎖線Ｒ８５で示すレギュレーションラインを設定する。また、エンジンコントローラ１２ａは、アクセル開度が最大開度の７０％のときには、目標回転数をＮ７０（＝０．７・Ｎｍａｘ）とする二点鎖線Ｒ７０で示すレギュレーションラインを設定する。

このように、エンジンコントローラ１２ａは、アクセル開度に応じた目標回転数を設定するが、エンジン１の実際の回転数は負荷の大きさに応じて変動する。例えば、図３に示すように、アクセル開度が１００％の場合、負荷が全くないときにはエンジン１の実際の回転数はＮｍａｘであるが、負荷となるトルクがＴｘのときには回転数はＮｘまで低下し、トルクがＴｙのときには回転数はＮｙまで低下する。

［ＨＳＴシステムの詳細］
本実施形態のＨＳＴシステムを構成する油圧駆動機構３０は、図２に示すように、主として、チャージポンプ３、走行用油圧ポンプ４、走行用油圧モータ１０、車体コントローラ（制御装置）１２を有している。
（チャージポンプ３）
チャージポンプ３は、固定容量型のポンプであって、エンジン１によって駆動され、ＨＳＴ回路２０へと圧油を供給するためのポンプである。また、チャージポンプ３は、ポンプ制御弁５がポンプ容量制御シリンダ６を制御するためのパイロット圧を発生させるための油圧源としても機能する。なお、ポンプ制御弁５やポンプ容量制御シリンダ６については、後段にて詳述する。

（走行用油圧ポンプ４）
走行用油圧ポンプ４は、可変容量型の斜板式アキシャルピストンポンプである。走行用油圧ポンプ４から吐出された圧油は、ＨＳＴ回路２０に供給される。高圧リリーフ弁７，８は、ポンプやモータ等の油圧機器の保護のために設けられており、高圧リリーフ弁７，８によってＨＳＴ回路２０の圧力（ＨＳＴ回路圧）は所定の圧力以下に保たれる。また、低圧リリーフ弁９とチャージポンプ３とによって、ＨＳＴ回路２０の最低圧力が補償される。なお、これらの構成については公知であるため、ここでは説明を省略する。

走行用油圧ポンプ４には、走行用油圧ポンプ４の斜板の角度を制御することにより走行用油圧ポンプ４の容量を制御するポンプ制御弁５とポンプ容量制御シリンダ６とが接続されている。
ポンプ制御弁５は、車体コントローラ１２からの制御信号に基づくパイロット圧を発生させ、このパイロット圧によってポンプ容量制御シリンダ６が制御されることによって、走行用油圧ポンプ４の斜板の角度が制御される。

車体コントローラ１２は、エンジン回転数が大きくなるほど走行用油圧ポンプ４の容量（ポンプ一回転当たりに吐出される圧油の量）が大きくなるような制御信号をポンプ制御弁５に対して出力する。したがって、走行用油圧ポンプ４の容量は、ＨＳＴ回路圧が一定であれば、図４に示すように、エンジン回転数が大きくなるほど大きくなる。なお、図４のＶｐｍａｘは、走行用油圧ポンプ４が取り得る最大の容量である。

以上により、走行用油圧ポンプ４が吐出する圧油の流量（単位時間当たりにＨＳＴ回路２０を流れる量）は、エンジン回転数が上昇するほど増大し、走行用油圧ポンプ４の容量が最大（Ｖｐｍａｘ）となった後は、エンジン回転数に比例して増加する。
なお、走行用油圧ポンプ４の斜板は、正逆いずれの方向にも傾けることができる。すなわち、走行用油圧ポンプ４の斜板を傾ける方向を逆にすることにより、ＨＳＴ回路２０を流れる圧油の方向を逆にすることができる。斜板の傾きの方向も、車体コントローラ１２からの制御信号に基づいて制御される。

（走行用油圧モータ１０）
走行用油圧モータ１０は、可変容量型の斜軸式アキシャルピストンモータであって、走行用油圧ポンプ４から吐出された圧油によって駆動され、走行のための駆動力を生じさせる。走行用油圧モータ１０には、走行用油圧モータ１０の斜軸の角度を制御するモータシリンダ１１ａと、モータシリンダ１１ａを制御するモータ制御用電子サーボ弁１１ｂとが設けられている。モータ制御用電子サーボ弁１１ｂは、車体コントローラ１２からの制御信号に基づいて制御される電磁制御弁であって、モータシリンダ１１ａを制御することにより、走行用油圧モータ１０の容量（モータを一回転させるのに必要な圧油の量）を任意に変えることができ、また、車体コントローラ１２による走行用油圧モータ１０の容量の制御については、後段にて詳述する。

（車体コントローラ１２）
車体コントローラ１２は、本発明の制御装置に相当し、前後進切り替えレバー１４、速度レンジ選択スイッチ１５、車速センサ（車速検出部）１６、ＨＳＴ回路圧センサ１７から各信号が入力される。
前後進切り替えレバー１４から車体コントローラ１２に入力される信号は、前後進切り替えレバー１４が前進、中立、後進のいずれの位置にあるかを示す信号である。車体コントローラ１２は、前後進切り替えレバー１４からの信号に基づいて、ポンプ制御弁５からポンプ容量制御シリンダ６の送出されるパイロット圧を制御して、走行用油圧ポンプ４の斜板が傾く方向を切り替える。これにより、車体コントローラ１２は、前進が選択されたときと後進が選択されたときとで、ＨＳＴ回路２０内の圧油の流れる方向を逆転させる。

速度レンジスイッチ１５は、運転者が速度レンジを選択するためのスイッチである。本実施形態のホイールローダ５０では、１速〜４速の速度レンジを有しており、作業機を用いて掘削作業等を行う場合には作業用の速度レンジである１速〜３速を、高速での移動を必要とする場合には、走行用の速度レンジである４速を選択できるようになっている。車体コントローラ１２には、速度レンジ選択スイッチ１５によっていずれの速度レンジが選択されているかを示す信号が入力される。

車速センサ（車速検出部）１６は、タイヤ駆動軸の回転数から車速を検出するセンサであって、車速信号を車体コントローラ１２に対して送信する。
ＨＳＴ回路センサ１７は、ＨＳＴ回路２０の圧力（ＨＳＴ回路圧）を検出し、ＨＳＴ回路圧を示す信号を車体コントローラ１２に送信する。なお、ＨＳＴ回路圧は、走行用油圧モータ１０の容量が一定であれば、走行負荷が大きくなるほど上昇し、走行負荷が小さくなるほど低下する。

車体コントローラ１２は、図５に示すように、指令電流演算部４１、速度レンジ制御部４２、オーバーラン防止制御部４３および最大値選択部４５を機能ブロックとして備えている。指令電流演算部４１、速度レンジ制御部４２、オーバーラン防止制御部４３は、それぞれ上述した各センサからの信号に基づいて指令電流を求め、この指令電流を最大値選択部４５に送出する。最大値選択部４５は、これらの各指令電流のうち最も大きなものを選択し、これをモータ制御用電子サーボ弁１１ｂに送信する。なお、指令電流値演算部４１、速度レンジ制御部４２、オーバーラン防止制御部４３における指令電流の求め方については後段にて詳述する。

ここで、本実施形態においては、図６に示すように、モータ制御用電子サーボ弁１１ｂに送信される指令電流が大きいほど走行用油圧モータ１０の容量は大きくなり、指令電流が小さいほど走行用油圧モータ１０の容量が小さくなるように構成されている。なお、図６において、Ｖｍｍａｘは、機械的に定まる走行用油圧モータ１０の最大の容量（機械的な容量の上限値）であり、Ｖｍｍｉｎは、機械的に定まる走行用油圧モータ１０の最小の容量（機械的な容量の下限値）である。

したがって、上記の構成により、車体コントローラ１２は、走行用油圧モータ１０の容量が、ＶｍｍｉｎからＶｍｍａｘの範囲内で指令電流演算部４１で求めた容量、速度レンジ制御部４２で求めた容量、オーバーラン防止制御部４３で求めた容量のうちの最も大きいものとなるように制御する。

＜指令電流演算部４１によるモータ容量の決定＞
指令電流演算部４１は、負荷に応じて走行用油圧モータ１０の容量を制御するために設けられている。
指令電流演算部４１は、ＨＳＴ回路センサ１７からＨＳＴ回路圧を、エンジン回転数センサ１ａからエンジン回転数を、それぞれ受信して、ＨＳＴ回路圧が目標値になるように指令電流をＰＩＤ制御する。なお、ＨＳＴ回路圧の目標値は、エンジン回転数ごとに設定されている。

したがって、指令電流演算部４１の働きによって、走行用油圧モータ１０の容量はＨＳＴ回路圧が小さくなるとＨＳＴ回路圧を上昇させるために小さくなり、ＨＳＴ回路圧が大きくなるとＨＳＴ回路圧を低下させるために大きくなる。すなわち、指令電流演算部４１の働きによって、走行負荷が小さくなると走行用油圧モータ１０の容量が小さくなって、タイヤ５４の駆動トルクが減少する一方で車速が上昇する。また、走行負荷が大きくなると、走行用油圧モータ１０の容量が大きくなって車速が減少する一方でタイヤ５４の駆動トルクが上昇する。
なお、走行用油圧モータ１０の容量は、指令電流演算部４１から出力される指令電流によって、機械的な容量の下限値（図６におけるＶｍｍｉｎ）と機械的な容量の上限値（図６におけるＶｍｍａｘ）の間で変化する。

＜速度レンジ制御部４２による最小モータ容量の決定＞
速度レンジ制御部４２は、各速度レンジにおいて到達しうる車速の上限を規定するものである。
速度レンジ制御部４２は、速度レンジ選択スイッチ１５における検出結果、つまり速度レンジ１，２，３，４の４速レンジ中のどの速度レンジが選択されているかに応じて、予め記憶された最小指令電流値Ｉ₁〜Ｉ₄のいずれかを選択して出力する。１速選択時の指令電流Ｉ₁、２速選択時の指令電流Ｉ₂、３速選択時の指令電流Ｉ₃、４速選択時の指令電流Ｉ₄の大きさは、Ｉ₁＞Ｉ₂＞Ｉ₃＞Ｉ₄の関係とされている。

したがって、走行負荷、すなわちＨＳＴ回路圧が十分に小さい状態でアクセルペダルを最大に踏み込んだ場合には、速度レンジ制御部４２および最大値選択部４５の働きにより、３速選択時に到達しうる車速は４速選択時よりも低く、２速選択時に到達しうる車速は３速選択時よりも低く、１速選択時に到達しうる車速は２速選択時よりも低くなるように制限される。

ここで、４速レンジにおいて速度レンジ制御部４２が出力する指令電流Ｉ₄は、走行用油圧モータ１０の容量が機械的な容量の下限値（図６におけるＶｍｍｉｎ）をとるときの電流値（図６におけるＩｍｉｎ）以下としてもよいし、やや大きくしてもよい。Ｉｍｉｎ以下の値として設定する場合には、走行用油圧モータ１０がとり得る容量の最小値は機械的な容量の下限値Ｖｍｍｉｎとなる。一方、Ｉｍｉｎよりもやや大きな値として設定する場合には、走行用油圧モータ１０がとり得る容量の最小値は指令電流Ｉ₄ときの容量となる。すなわち、指令電流Ｉ₄のときの容量が実質的な下限値となり、走行用油圧モータ１０の容量は機械的な容量の下限値であるＶｍｍｉｎまで低下することはない。

＜オーバーラン防止制御部４３によるモータ容量の決定＞
オーバーラン防止制御部４３は、急な下り坂等でのオーバーランを防止するために設けられている。
オーバーラン防止制御部４３は、車速センサ１６において検出された車速が所定のオーバーラン車速以上になった場合に指定電流が上昇していくグラフ（図５のＩＩＩ参照）に基づいて、車速に応じた指令電流を出力する。すなわち、オーバーラン防止制御部４３は、車速が所定のオーバーラン車速以上になった場合には走行用油圧モータ１０の容量を増大させることにより、車速がそれ以上増大することを防止する。

ここで、オーバーラン防止制御部４３が出力する指令電流の最小値（図６におけるＩｍｍｉｎ‘）は、少なくとも４速レンジのときに速度レンジ制御部４２が出力する指令電流Ｉ₄よりも小さい値として設定されている。したがって、車速がオーバーラン車速以下である場合には、オーバーラン防止制御部４３が出力する指令電流は最大値選択部４５において選択されることはない。すなわち、オーバーラン防止制御部４３は、車速がオーバーラン車速以下である場合には、実質的に走行用油圧モータ１０の容量の制御は行わない。

＜アクセル開度の上限値設定＞
車体コントローラ１２は、さらにアクセル開度上限設定部４７を備えている。
アクセル開度上限設定部４７は、図７に示すように、ＨＳＴ回路センサ１７から入力されるＨＳＴ回路圧を示す信号と、車速センサ１６から入力される車速を示す信号によって、アクセル開度上限値を求め、これをエンジンコントローラ１２ａに出力する。

エンジンコントローラ１２ａは、図７に示すように、アクセル開度センサ１３から出力される開度信号と車体コントローラ１２から出力されるアクセル開度上限値信号のうちの小さい方を選択し、これを最終的なアクセル開度として燃焼噴射量を決定する。すなわち、エンジンコントローラ１２ａは、アクセル開度上限値設定部４７が指令するアクセル開度上限値を超えない範囲内で、エンジン１の回転数をアクセルペダル１３ａの踏込み量（アクセル開度）に応じた回転数に調節する。
本実施形態においては、エンジンコントローラ１２ａも本発明の制御装置の一部を構成している。

ここで、アクセル開度上限設定部４７によって行われるアクセル開度の制限は、図７に示すように、ホイールローダ５０が最高車速（３８ｋｍ／ｈ）付近において走行する際に行われる。アクセル開度に対してかける制限の大きさは、車速が最高車速（３８ｋｍ／ｈ）に近づくほど大きく、車速が小さいほど小さくなるように設定されている。さらに、アクセル開度の制限量は、走行負荷（ＨＳＴ回路圧）に応じて変化させ、走行負荷が小さいときには走行負荷が大きいときよりもアクセル開度の上限値が小さくなるように設定されている。

図７における一点鎖線は、平地走行時の制限量を示している。この場合において、車速が最高車速である３８ｋｍ／ｈに到達したときには、アクセル開度は最大開度の８０％に制限される。すなわち、アクセルペダル１３ａを最大まで踏み込んだ状態で車速が最高車速である３８ｋｍ／ｈに達したときには、エンジン回転数は最大回転数の８０％に制限される。
なお、下り坂等にさしかかり、平地走行時よりもさらに走行負荷が低下した場合には、図７の二点鎖線に示すように、エンジン回転数はさらに小さい値（ｐ％、ただし、ｐ＜８０）に制限される。

＜制限車速に基づくモータ容量の下限値の設計＞
ところで、ホイールローダ等の公道を走行可能な建設車両を設計する際には、最高車速が制限車速（一般的に国や地域ごとに決められている車速であり、例えば、３８ｋｍ／ｈ）を超えないように設計される必要がある。

ここで、走行用油圧モータ１０に流入する圧油の流量が最大で、走行用油圧モータ１０の容量が最小のときに、走行用油圧モータ１０は最も早い速度で回転し、ホイールローダ５０の車速は最高車速となる。平地走行時における負荷において、アクセルペダルを最大まで踏み込んだときのエンジン回転数と、そのときの走行用油圧ポンプ４からＨＳＴ回路２０に供給される圧油の流量は設計的に求めることができる。よって、最高車速が決まれば走行用油圧モータ１０がとるべき容量の下限値は計算によって求めることができる。換言すれば、走行用油圧モータ１０がとり得る容量の下限値は、制限車速に応じて設計的に適宜決定することができる。

なお、本実施形態では、上述したように、ホイールローダ５０の最高車速を３８ｋｍ／ｈとしている。また、エンジン回転数が最大回転数の８０％のときの流量に基づいて走行用油圧モータ１０がとるべき容量の下限値（機械的な容量の下限値Ｖｍｍｉｎまたは指令電流Ｉ₄のときの容量）を設定している。

＜ＨＳＴシステムの牽引力特性＞
ＨＳＴシステムの牽引力特性は、エンジン１や走行用油圧ポンプ４、走行用油圧モータ１０等の個々の装置の仕様によって決まる。
本実施形態のＨＳＴシステムの牽引力特性を図８に示す。
図８において、実線Ｆ１００は、エンジン回転数が最大（１００％）のときに本ＨＳＴシステムが出力しうる最大の牽引力を示すカーブである。また、一点鎖線Ｆ８０は、エンジン回転数が最大回転数の８０％のときに出しうる牽引力を示し、二点鎖線Ｆｐは、エンジン回転数が最大回転数のｐ％（ｐ＜８０）のときに出しうる牽引力を示す。なお、牽引力と車速の積は馬力（仕事率）であり、図８からも明らかなように、エンジン回転数が小さいほど馬力も小さくなる。また、Ｆ１００、Ｆ８０，Ｆｐはいずれも等馬力曲線（等仕事率曲線）である。

図８に示すように、本実施形態においては、エンジン回転数が最大回転数の８０％であるときの等馬力曲線Ｆ８０が、平地走行負荷相当の牽引力を示す線と交わるときの車速が３８ｋｍ／ｈである。本実施形態において、車速３８ｋｍ／ｈのときのアクセル開度上限設定部４７によるアクセル開度の制限量を最大開度の８０％に設定したのは、この理由によるものである。

＜制御の具体例＞
本実施形態のＨＳＴシステムによって行われる制御について、以下で具体例を挙げて説明する。
（平地を最高車速で走行する場合）
平地走行時において、運転者が４速を選択してアクセルペダル１３ａを最大まで踏込み、最高車速である３８ｋｍ／ｈ付近を維持しながら安定的に走行する場合の制御について説明する。

このとき、平地での安定的な走行であるから、走行負荷は十分に小さい。したがって、ＨＳＴ回路圧も十分に小さいため、車体コントローラ１２は、走行用油圧モータ１０の容量を最も小さくする（容量の下限値まで小さくする。）。
また、ＨＳＴ回路圧は十分に小さく、車速は３８ｋｍ／ｈに達しているため、制御装置（車体コントローラ１２、エンジンコントローラ１２ａ）の働きによって、エンジン１の回転数は８０％に制限される（図７参照）。すなわち、制御装置は、図９（ａ）に示すレギュレーションラインＲ８０を設定する。このとき、ＨＳＴシステムが必要とするトルクとエンジン１のトルクカーブとがマッチングする点Ｇとすると、エンジン１はトルクＴｇを発生しながら回転数Ｎｇで回転する。

ここで、本実施形態では、点Ｇにおける回転数Ｎｇでエンジン１が回転したときに最高車速が制限車速（３８ｋｍ／ｈ）となるように、走行用油圧モータ１０の容量の下限値が決められている。よって、この条件下において、ホイールローダ５０は制限車速である３８ｋｍ／ｈを維持しながら走行する。
ここで、図９（ａ）を用いて、本実施形態のＨＳＴシステムによる制御と従来の制御とにおける燃費消費率の違いについて説明する。なお、図９（ａ）において、Ｆｍは燃費効率を示し、中心部に近づくほど燃費消費率が小さい。

点Ｇから一点鎖線で示す等馬力曲線（等仕事率曲線）を引き、この線がアクセル開度１００％のときのトルクカーブと交わる点Ｈが、従来の制御による最高車速（３８ｋｍ／ｈ）でのマッチング点である。すなわち、従来は、点Ｈにおける回転数でエンジンが回転したときに最高車速が制限車速（３８ｋｍ／ｈ）になるように、走行用油圧モータの容量の下限値が設定されていた。
図９（ａ）から明らかなように、点Ｇは点Ｈよりも燃費消費率が低い位置にあることから、本実施形態のＨＳＴシステムによる制御を実施することによって、従来よりも燃費消費率を低下させることができる。

（最高車速で登坂路にさしかかった場合）
次に、運転者が４速を選択してアクセルペダル１３ａを最大まで踏み込んで、最高車速（３８ｋｍ／ｈ）付近で走行中に、登坂路にさしかかって走行負荷が増大した場合の制御について説明する。

このとき、ＨＳＴ回路圧が増大するため、車体コントローラ１２の指令電流演算部４１の働きにより、走行用油圧モータ１０の容量は増大し、車速は低下する。
また、ＨＳＴ回路圧および車速が低下するため、制御装置はアクセル開度の上限に制限を加えることはなく、最終のアクセル開度は１００％となる。
ここで、図９（ｂ）に示すように、このときのＨＳＴシステムが必要とするトルクとエンジン１のトルクカーブとがマッチングする点Ｊとすると、エンジン１はトルクＴｊを発生させながら回転数Ｎｊで回転する。

なお、従来の制御においても、同じ条件では点Ｊでマッチングすることになる。このため、この条件下では、本実施形態のＨＳＴシステムによる制御と従来の制御との間で、燃費消費率に差はほとんどない。

（平地で最高車速まで加速する場合）
ここでは、４速で平地を比較的高速で走行している際に、アクセルペダル１３ａを最大まで踏み込んで、最高車速（３８ｋｍ／ｈ）まで加速する場合の制御について説明する。
この場合、まず、ホイールローダ５０を加速させるために走行負荷が上昇する。例えば、加速の初期段階において、図９（ｂ）の点Ｊでマッチングしているものとする。
上述したように、最高車速に到達した後は、最終的に図９（ａ）に示す点Ｇでマッチングすることになる。このため、マッチング点は図９（ｂ）の点Ｊから図９（ａ）の点Ｇに向けて徐々に移動していく。

一方、従来の制御では、マッチング点は、図９（ｂ）の点Ｊから図９（ａ）の点Ｈに向けて徐々に移動していく。
本実施形態においては、走行負荷が高い場合には、たとえ車速が制限車速（３８ｋｍ／ｈ）に近づいても、アクセル開度の上限値をあまり下げることはない。よって、走行負荷に応じてアクセル開度の指令値の上限値を変化させるため、高負荷時に最高車速に到達するまでの加速性を向上させることができる。

（実施形態２）
本発明の他の実施形態に係る建設車両について、図１０を用いて説明すれば以下の通りである。
上記実施形態１では、エンジンコントローラ１２ａにおいて、エンジン１が現在発生させているエンジン出力トルクを演算によって求めている。このため、走行負荷としては、上記実施形態１で採用したＨＳＴ回路圧の代わりに、エンジンコントローラ１２ａが求めたエンジン出力トルクを用いることもできる。

具体的には、図１０に示すように、エンジンコントローラ１２ａからアクセル開度上限設定部１４７にエンジン出力トルクを示す信号を入力するように構成し、エンジン出力トルク（走行負荷）が大きいほどアクセル開度上限値を小さくし、エンジン出力トルク（走行負荷）が小さいほど、アクセル開度上限値を大きくするような制御を行う。
なお、その他の構成については、上記実施形態１と同様であるから、ここではその説明を省略する。
以上のことから、本実施形態においても、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施形態３）
また、走行負荷としては、上記実施形態１のようなＨＳＴ回路圧だけでなく、ＨＳＴ回路圧と走行用油圧モータ１０の容量とを積を用いてもよい。

この場合には、図７に示すアクセル開度上限設定部４７に、ＨＳＴ回路圧を示す信号と車速を示す信号だけでなく、最大値選択部４５（図５参照）が出力する指令電流（モータ容量の信号）を入力するように構成し、ＨＳＴ回路圧とモータ容量との積（走行負荷）が大きいほどアクセル開度の上限値の制限量を大きくし、ＨＳＴ回路圧とモータ容量との積（走行負荷）が小さいほどアクセル開度の制限量を小さくするようにしてもよい。
以上のことから、本実施形態においても、上記実施形態１，２と同様の効果を得ることができる。

（実施形態４）
本発明のさらに他の実施形態に係る建設車両について、図１１を用いて説明すれば以下の通りである。

上記実施形態１〜３では、車速と走行負荷の大きさに基づいて、アクセル開度上限値に制限をかける制御の例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、車速だけに基づいて、アクセル開度上限値に制限をかける制御を行ってもよい。以下、本実施形態の制御内容について説明する。

本実施形態では、図１１に示すように、アクセル開度上限設定部２４７に、車速を示す信号のみを入力している。アクセル開度上限設定部２４７は、車速とアクセル開度上限値との対応関係を記憶している。アクセル開度上限設定部２４７によって制限されるアクセル開度の制限量は、車速が最高車速（３８ｋｍ／ｈ）に近づくほど大きく、車速が小さいほど小さくなる。車速が最高車速（３８ｋｍ／ｈ）に到達した際には、アクセル開度は最大開度の８０％に制限される。すなわち、アクセルペダル１３ａを最大まで踏み込んだ状態で車速が最高車速である３８ｋｍ／ｈに到達した際には、エンジン回転数は最大回転数の８０％に制限される。

なお、本実施形態におけるその他の構成については、上記実施形態１と同様であるから、ここではその説明を省略する。
次に、本実施形態に係る制御装置が行う制御について、図９（ａ）および図９（ｂ）を用いて以下で説明する。
まず、上記実施形態１で説明したように、平地を最高車速で走行する場合、すなわち平地走行時において、運転者が４速を選択してアクセルペダル１３ａを最大まで踏み込んで最高車速（３８ｋｍ／ｈ）付近を維持しながら安定的に走行する場合について説明する。

このとき、平地での安定的な走行であるから、走行負荷は十分に小さい。よって、ＨＳＴ回路圧も十分に小さくなり、車体コントローラ１２は走行用油圧モータ１０の容量を最も小さくする（容量の下限値まで小さくする。）。
また、車速は３８ｋｍ／ｈに到達しているため、制御装置（車体コントローラ１２、エンジンコントローラ１２ａ）の働きによって、エンジン１の回転数は８０％に制限される（図１１参照）。すなわち、制御装置は、図９（ａ）のレギュレーションラインＲ８０を設定する。このときの走行負荷とマッチングする点Ｇとすると、エンジン１はトルクＴｇを発生させながら回転数Ｎｇで回転する。

図９（ａ）から明らかなように、本実施形態においても、従来と比較して、燃料消費率が改善していることが分かる。
次に、平地で最高車速まで加速する場合、すなわち運転者が４速を選択してアクセルペダル１３ａを最大まで踏み込んで、最高車速である３８ｋｍ／ｈ付近で走行中に登坂路にさしかかって走行負荷が増大する場合について説明する。

このとき、ＨＳＴ回路圧が増大するため、車体コントローラ１２の指令電流演算部４１の働きによって、走行用油圧モータ１０の容量は増大して車速は低下する。
このため、制御装置は、アクセル開度の上限に制限を加えることはなく、最終のアクセル開度は１００％となる。
ここで、図９（ｂ）に示すように、このときのエンジン出力が走行負荷とマッチングする点Ｊとすると、エンジン１はトルクＴｊを発生させながら回転数Ｎｊで回転する。

なお、最高車速での走行中に登坂路にさしかかった場合については、上記実施形態１と同様の制御を行うため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、以上のように、車速が制限車速（３８ｋｍ／ｈ）に近づくと、走行負荷に関わらず、アクセル開度の上限に制限を加える。よって、高負荷時に最高車速に到達するまでの加速性は、上記実施形態１の制御よりもやや劣るものの、その他の効果については上記実施形態１と同様である。

（実施形態５）
本発明のさらに他の実施形態に係る建設車両について、図１２を用いて説明すれば以下の通りである。
上記実施形態１〜４では、ある１つのエンジントルクカーブ（図９（ａ）および図９（ｂ）参照）に対して、アクセル開度上限値制限部によって、レギュレーションラインカーブを変更することで、エンジン回転数を変更する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、アクセル開度上限設定部を設けることなく、車速や走行負荷の大きさによってトルクカーブそのものを変更する方法も採用可能である。以下、この方法に関する実施形態について説明する。
本実施形態では、図１２に示すようなエンジントルクカーブがエンジンコントローラ１２ａに記憶される。このトルクカーブは、最高車速付近で、走行負荷が小さいほどエンジンの最大回転数が小さくなるような特性を有している。また、走行負荷によってエンジンの最大回転数が小さくなる度合いは、車速が最高車速から小さくなるにつれて小さくなるような特性となっている。

エンジンコントローラ１２ａは、アクセルペダルにより指令されたアクセル開度と、走行負荷と、車速とによって、図１２に示すエンジントルクカーブに基づいて燃料噴射量を決定し、エンジンを制御する。
本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、走行用油圧モータ１０の容量の下限値は、エンジン回転数が最大回転数の８０％まで減少されたときに最高車速が得られるような値に設定されている。
本実施形態によっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記各実施形態では、エンジンコントローラ１２ａと車体コントローラ１２とが別々に設けられている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、エンジンコントローラと車体コントローラとが１つのコントローラとしてまとめられていてもよい。

（Ｂ）
上記各実施形態では、１つの油圧ポンプと走行用油圧モータ１０を含む１ポンプ１モータのＨＳＴシステムを搭載したホイールローダ５０を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図１３に示すように、２つの走行用油圧モータ１１０ａ，１１０ｂ、第１・第２モータ制御弁１１１ａ，１１１ｂ、第１・第２モータシリンダ１１２ａ，１１２ｂ、クラッチ１１３、クラッチ制御弁１１４、駆動軸１１５およびＨＳＴ回路１２０を含む、１ポンプ２モータのＨＳＴシステムを搭載した建設車両に対して、本発明を適用してもよい。

（Ｃ）
上記各実施形態では、チャージポンプ３が吐出する圧油によってＨＳＴ回路２０へ圧油を供給し、またチャージポンプ３をポンプ容量制御シリンダ６を制御するためにパイロット圧の供給源とする例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、作業機・ステアリングポンプに接続される作業機制御用油圧回路に優先弁を設けて圧油を分流させ、この圧油によってＨＳＴ回路２０へ圧油を供給したり、この圧油を利用してポンプ容量制御シリンダ６を制御するためのパイロット圧を発生させたりしてもよい。

（Ｄ）
上記実施形態５では、エンジンコントローラ１２ａに記憶されるエンジントルクカーブは、最高車速付近で最高車速に近づくほど、かつ走行負荷が小さいほどエンジンの最高回転数が小さくなる特性を有している例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、走行負荷の大小に関わらず、最高車速付近で最高車速に近づくほどエンジンの最大回転数が小さくなる特性を有していてもよい。
この場合には、上述した第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（Ｅ）
上記各実施形態では、走行用油圧モータ１０の容量の下限値が一定の値に設定されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、特許文献１（特開２００４−１４４２５４号）に開示されているように、走行用油圧モータの容量の下限値を、運転者が変更可能としてもよい。

（Ｆ）
上記各実施形態では、ホイールローダ５０の最高速度レンジである４速レンジで走行中に、上述した走行用油圧モータ１０の容量の下限値を設定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、建設車両の変速機構が３速以下、あるいは５速以上である場合には、その最高速度レンジでの走行中に、同様の制御を行うようにしてもよい。
あるいは、最高車速レンジで走行中以外にも、作業機を全く使用していない状態で走行している場合や、作業機を低負荷で使用している場合等においても、上記と同様の制御を行ってもよい。

（Ｇ）
上記各実施形態では、本発明が適用される建設車両として、ホイールローダを例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ＨＳＴを搭載した他の建設車両に対して、本発明を適用することができる。

本発明の建設車両は、走行負荷が小さい平地走行時等において燃料消費量を抑制しつつ最高車速での走行が可能になるとともに、登坂走行時のように走行負荷が大きい場合には、スムーズに最高車速に達することができるという効果を奏することから、ＨＳＴを搭載した各種建設車両に対して広く適用可能である。

１エンジン
１ａエンジン回転数センサ
１ｂ燃料噴射装置
２作業機・ステアリング用ポンプ
３チャージポンプ
４走行用油圧ポンプ
５ポンプ制御弁
６ポンプ容量制御シリンダ
７，８高圧リリーフ弁
９低圧リリーフ弁
１０走行用油圧モータ
１１ａモータシリンダ
１１ｂモータ制御用電子サーボ弁
１２車体コントローラ（制御装置）
１２ａエンジンコントローラ（制御装置）
１３アクセル開度センサ
１３ａアクセルペダル
１４前後進切換レバー
１５速度レンジ選択スイッチ
１６車速センサ
１７ＨＳＴ回路センサ
１８制御バルブ
１９リフトシリンダ
２０ＨＳＴ回路
３０油圧駆動機構
４１指令電流演算部
４２速度レンジ制御部
４３オーバーラン防止制御部
４５最大値選択部
５０ホイールローダ（建設車両）
５１車体
５２リフトアーム（作業機）
５３バケット（作業機）
５４タイヤ（走行輪）
５５キャブ
１１０ａ，１１０ｂ走行用油圧モータ
１１１ａ，１１１ｂ第１・第２モータ制御弁
１１２ａ，１１２ｂ第１・第２モータシリンダ
１１３クラッチ
１１４クラッチ制御弁
１１５駆動軸
１２０ＨＳＴ回路

特開２００４−１４４２５４号公報（平成１６年５月２０日公開）特開平１１−２３０３３３号公報（平成１１年８月２７日公開）

Claims

エンジンと、
前記エンジンによって駆動される走行用油圧ポンプと、
踏込み量に応じてアクセル開度を調整するアクセルペダルと、
前記走行用油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される走行用油圧モータと、
走行時にかかる走行負荷の大きさを検出する走行負荷検知部と、
車速を検出する車速検出部と、
前記走行負荷の大きさと前記車速の大きさとに応じて、前記アクセル開度の指令値に上限値を設定するとともに、前記走行用油圧モータの容量の下限値として前記アクセル開度が所定量まで制限された状態で最高車速が得られる値を設定する制御装置と、
を備えている建設車両。
エンジンと、
前記エンジンによって駆動される走行用油圧ポンプと、
踏込み量に応じてアクセル開度を調整するアクセルペダルと、
前記走行用油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される走行用油圧モータと、
車速を検出する車速検出部と、
最高車速に近づくほどエンジン回転数が低くなる特性を有するエンジントルクカーブを記憶する記憶部と、
前記車速の大きさに応じて、前記エンジントルクカーブに基づいて前記エンジンを制御するとともに、前記走行用油圧モータの容量の下限値として前記アクセル開度が所定量まで制限された状態で最高車速が得られる値を設定する制御装置と、
を備えている建設車両。
走行時にかかる走行負荷の大きさを検出する走行負荷検知部を、
さらに備えており、
前記記憶部は、前記走行負荷が小さくなるほどエンジン回転数が低くなる特性を有するエンジントルクカーブを記憶するとともに、
前記制御装置は、前記走行負荷の大きさに応じて、前記エンジントルクカーブに基づいて前記エンジンを制御するとともに、前記走行用油圧モータの容量の下限値として前記アクセル開度が所定量まで制限された状態で最高車速が得られる値を設定する、
請求項２に記載の建設車両。
前記走行負荷は、前記走行用油圧モータに供給される圧油の油圧である、
請求項１または３に記載の建設車両。
前記走行負荷は、前記エンジンの出力トルクである、
請求項１または３に記載の建設車両。
前記走行負荷は、前記走行用油圧モータへ供給される圧油の油圧と前記走行用油圧モータの容量との積である、
請求項１または３に記載の建設車両。