JP5208986B2 - 作業機を備えた建設車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業機を備えた建設車両に関する。

建設車両の一例としてのホイールローダを説明する。図９に示すように、ホイールローダ１００は、走行駆動輪１０４を有する本体１０２と、その本体１０２に取り付けられた作業機１０６とを備える。作業機１０６は、ブーム１０８、バケット１１０、ブームシリンダ１３６及びバケットシリンダ１１２等を有する。

ホイールローダ１００は、堀削作業及び整地作業等を行う。堀削作業とは、発破後の砕石や土砂の山に、前方に向けたバケット１１０を車体を前進させながら押し込んで、バケット１１０内に砕石や土砂をすくい込む作業である。整地作業とは、バケット１１０を地面に接触させながら走行して、整地する作業である。

堀削作業時に、走行駆動輪のスリップの兆候を検出して、モジュレーションクラッチの係合度を調整する技術、或いは、エンジンの燃料噴射量を調整することでスリップを防止する技術が知られている（特許文献１，２）。

特開２００１−１４６９２８号公報 特開２００５−１４６８８６号公報

図２（ａ）に示すように、オペレータが、バケット１１０を地面に接触させた状態でホイールローダ１００を前進させることにより、地面を整地したり、地面を浅く掘り起こしたりする等の作業を行うことができる。図２（ａ）のように、バケット１１０がダンプエンド位置ではない場合、つまり、バケット１１０の刃先１１０Ａが地面となす角度θが小さい場合には、バケット１１０に過大な反力は作用しにくい。仮に、その状態で、バケット１１０に強い反力が加わった場合でも、バケットシリンダ１１２はストロークエンド位置ではないため、バケットシリンダ１１２内の油圧で衝撃を受け止めることができる。

これに対し、図２（ｂ）のように、オペレータが、ダンプエンド位置のバケット１１０を接地させたままで、ホイールローダ１００を前進させると、過大な反力１２５がバケットシリンダ１１２に加わる。この場合、バケットシリンダ１１２はストロークエンド位置であり、作動油の圧縮による緩衝作用を期待することはできない。従って、バケットシリンダ１１２の定格値以上の力がバケットシリンダ１１２に加わる可能性がある。

従って、本発明の目的は、建設車両において、バケットがダンプエンド位置にあり、かつ、バケットが地面に接触している場合において、走行駆動力に基づく作業対象物からの大きな反力が、作業機に加わって作業機に過大な負荷がかかることを防止することにある。

本発明の一つの観点に従う建設車両は、走行駆動力を出力する走行駆動装置と、その姿勢が可変な、バケットを有する作業機と、走行駆動装置を制御するコントローラとを備えた建設車両において、コントローラが、作業機の姿勢が、バケットがダンプエンド位置にあり、かつ、バケットが地面に接触している所定の姿勢に、該当するか否か判別する姿勢判別を行い、走行駆動装置から出力される走行駆動力が、その走行駆動力に基づく反力が作業機に所定値以上の負荷を与える所定の大きさに該当するか否かを判別する駆動力判別を行ない、姿勢判別及び駆動力判別のすべての結果が肯定的である状態下で、走行駆動装置から出力される走行駆動力を低下させる。

上記構成によれば、コントローラは、建設車両の動作状態が、バケットを有する作業機に過大な負荷を与える状態にあるか否かを判定することができ、また、作業機に過大な負荷を与える状態にある場合に、反力の基となる走行駆動力を低下させるように制御するため、作業機の負荷を軽減することができる。

本発明に係る好適な実施例では、所定値は、作業機を構成する複数の機械要素のうち所定の機械要素が耐えうる最大負荷値以下になるように設定されている。コントローラは、走行駆動力が所定の大きさに到達した場合、走行駆動装置から出力される走行駆動力を連続的または段階的に低下させる。

本発明に係る好適な実施例では、コントローラは、建設車両の傾斜角度が、作業機で建設作業が行われる可能性のない所定の角度に該当するか否かを判別する傾斜判別をさらに行ってもよい。姿勢判別及び駆動力判別のすべての結果が肯定的であり、かつ、傾斜判別の結果が否定的である状態下で、走行駆動装置から出力される走行駆動力を低下させてもよい。

本発明に係る好適な実施形態では、走行駆動装置は、その係合度が可変調整可能なモジュレーションクラッチを有してもよい。モジュレーションクラッチは、その係合度が低下するほど、モジュレーションクラッチ以降の走行駆動装置に伝達される走行駆動力が低下するようになっている。コントローラは、走行駆動装置から出力される走行駆動力を低下させる場合に、走行駆動力に応じてモジュレーションクラッチの目標係合度を決定し、モジュレーションクラッチの係合度を、目標係合度へ向かって低下させてもよい。

本発明に係る好適な実施形態では、コントローラは、走行駆動力が大きいほど目標係合度が低くなるように、目標係合度を決定してもよい。

本発明に係る好適な実施形態では、コントローラは、走行駆動力を低下させる場合から走行駆動力を低下させない場合に戻すときは、モジュレーションクラッチの係合度を、低下させる前の元の係合度へ向かって上昇させてもよい。

本発明に係る好適な実施形態では、コントローラがモジュレーションクラッチの係合度を低下させるときの低下率の方が、コントローラがモジュレーションクラッチの係合度を上昇させるときの上昇率より高くされてもよい。

図１は、本実施形態の全体概要を示す説明図である。 図２は、バケットを地面に接触させる作業を示す模式図であり、図２（ａ）はバケットが地面に平行な場合を示し、図２（ｂ）はバケットがダンプエンド位置にある場合を示す。 図３は、本実施形態に係るホイールローダの全体構成の概略を示すブロック図である。 図４は、駆動力制御を示すフローチャートである。 図５は、バケットシリンダに加わる力を求めるための特性図である。 図６は、走行駆動力を減少させる制御に使用する特性図である。 図７は、第２実施例に係り、駆動力値とクラッチ圧目標値の対応関係の一例を示す図である。 図８は、図７の対応関係をグラフ化したものである。 図９は、クラッチ制御の内容を示すフローチャートである。 図１０は、第３実施例に係る駆動力制御を示すフローチャートである。 図１１は、電動モータを用いて走行する建設車両を示す模式図である。 図１２は、電動モータを用いて走行する他の建設車両を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を、建設車両としてのホイールローダに適用した場合を例に挙げて説明する。但し、本実施形態は、ホイールローダ以外の他の建設車両であっても、バケットを有する建設車両に適用することができる。

図１は、本実施形態の概要を示す。ホイールローダ１００は、後述のように、本体１０２と、走行駆動輪（以下、ホイール）１０４と、作業機１０６とを備える。作業機１０６は、ブーム１０８と、バケット１１０と、バケットシリンダ１１２等を備える。

ホイールローダ１００に搭載されるコントローラ１６０は、姿勢判別部１６５と、走行判別部１６６と、駆動力判別部１６７と、駆動力制御部１６４と、傾斜判別部１６８と、を備えることができる。さらに、コントローラ１６０は、「所定の機械要素」としての所定の油圧機器の最大負荷を記憶する油圧機器最大負荷記憶部３と、記録及び警告部４と、エンジン回転数制御部５と、ブレーキ制御部６と、クラッチ圧制御部１６１と、Ｔ／Ｍ制御部１６２（図３参照）とを備える。

姿勢判別部１６５は、作業機１０６の姿勢が「所定の姿勢」であるかを判別する。所定の姿勢とは、バケット１１０がダンプエンド位置にあり、かつ、バケットが地面に接触している姿勢である。または、所定の姿勢は、バケット１１０がダンプエンド位置にあり、かつ、バケット１１０の高さ位置が所定高さよりも低い姿勢であってもよい。さらに、所定の姿勢は、バケット１１０がバケットダンプ位置にあり、かつ、ブーム角度が所定値以下である姿勢でもよい。なお、バケット１１０が地面に接触しているとは、バケット１１０の刃先が地面に接触している場合を含む。

走行判別部１６５は、ホイールローダ１００の走行動作が所定の走行動作であるか否かを判別する。所定の走行動作としては、トランスミッション１４４（図３参照）の速度段が１速等の低速前進段であり、かつ、ホイールローダ１００の前進速度が所定の低速度である状態を挙げることができる。

駆動力判別部１６７は、走行駆動装置１３８（図３参照）から出力される走行駆動力が所定の大きさであるか否かを判別する。所定の大きさとは、走行駆動力に基づく反力１２６（図２参照）が作業機１０６に所定値以上の負荷を与える値として、定義することができる。

所定値は、油圧機器最大負荷記憶部３に記憶されている最大負荷値に基づいて決定することができる。例えば、所定値を最大負荷値に設定してもよいし（所定値＝最大負荷値）、または、所定値を最大負荷値よりも所定量αだけ小さく設定してもよい（所定値＝最大負荷値−α）。さらには、最大負荷値に係数β（β＜１）を乗じた値を所定値として用いてもよい（所定値＝最大負荷値×β）。なお、最大負荷値は、後述の図６において「ＭＡＸ」として示されている。

駆動力制御部１６４は、姿勢判別結果及び駆動力判別結果に基づいて、走行駆動装置１３８から出力される走行駆動力を低下させる。なお、場合によっては、さらに、走行判別結果も考慮して、走行駆動力を低下させてもよい。

本実施形態では、バケット１１０がダンプエンド位置になる所定の姿勢の場合、駆動力判別結果に基づいて、走行駆動力が制御される。本実施形態では、作業機１０６の姿勢に応じて、駆動力制御の開始条件を変えている。

走行駆動力を低下させるための手段として、例えば、クラッチ圧制御、エンジン回転数制御、ブレーキ制御、トランスミッション制御を挙げることができる。これらの制御のうちいずれか一つまたは複数を用いて、走行駆動力を調整することができる。

クラッチ圧制御部１６１は、駆動力制御部１６４からの指示に基づいて、クラッチ１４０（図３参照）の係合度を制御する。エンジン回転数制御部５は、駆動力制御部１６４からの指示に基づいて、エンジン１３０（図３参照）の出力回転数を制御する。ブレーキ制御部６は、駆動力制御部１６４からの指示に基づいて、ブレーキ装置（不図示）の作動量を制御する。以下の説明では、クラッチ圧を制御することにより走行駆動力を調整する場合を主に説明する。

傾斜判別部１６８は、ホイールローダ１００の水平面に対する角度を判別する。ホイールローダ１００の角度（車体角度とも呼ぶ）を判別することにより、ホイールローダ１００が登坂中であるか否か等を判定することができる。

記録及び警告部４は、作業機１０６（詳しくはバケットシリンダ１１２）に過大な負荷が加わる場合、または、加わる可能性が高い場合に、その事実を記録すると共に、ホイールローダ１００を操作するオペレータに警告する。なお、記録及び警告部４に記録されたデータは、図外の管理サーバに送信して管理させることもできる。

図２−図６を参照して第１実施例を説明する。本実施例では、作業機１０６が所定の姿勢になった場合に、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないようにした構成を説明する。図２（ａ）に示すように、バケット１１０を地面に対し、比較的小さい角度で接触させた状態で、ホイールローダ１００を前進させることにより、地面を整地することができる。図２（ｂ）は、作業機１０６が所定の姿勢である場合の問題点を模式的に示す図である。図３は、本実施形態に係るホイールローダ１００の全体構成の概略を示すブロック図である。

図３に示すように、ホイールローダ１００は、例えば、エンジン１３０と、ホイールローダ１００を走行させるための走行駆動装置１３８と、作業機１０６と、主に作業機１０６を駆動するための油圧回路１３４と、エンジン１３０の出力を走行駆動装置１３８及び油圧回路１３４に分配する出力分配器（PTO：Power Take Off）１３２とを備えている。

走行駆動装置１３８は、例えば、モジュレーションクラッチ（以下、単に「クラッチ」という）１４０と、トルクコンバータ（Ｔ／Ｃ）１４２と、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）１４４と、アクスル１４６と、ホイール１４８とを備えている。エンジン１３０から出力された動力は、クラッチ１４０、トルクコンバータ１４２、トランスミッション１４４及びアクスル１４６を介して、ホイール１４８に伝達される。

本実施形態に係るクラッチ１４０は、単なる直結（係合度１００％）と切り離し（係合度０％）だけでなく、滑らせることも考慮されたクラッチ（即ち、その係合度を１００％から０％の間の中間的な値に調整することができ、それによりエンジン出力の伝達量を調整することができるクラッチ）である。クラッチ１４０の係合度が低下するほど、エンジン出力のトランスミッション１４４へ伝達されるトルクの最大値が低下する。つまり、同じエンジン出力の場合、ホイール１４８から出力される走行駆動力（以下、単に「駆動力」という）が低下するようになっている。クラッチ１４０の係合度を制御する方法には、いくつかのやり方があるが、本実施形態では、クラッチ１４０の係合度は、クラッチ１４０に加えられる制御油圧によって決定される。以下、クラッチ１４０に加えられる制御油圧を、「クラッチ圧」と呼ぶ。

作業機１０６は、ブーム１０８、バケット１１０、ブームシリンダ１３６及びバケットシリンダ１１２等を有する。油圧回路１３４は、エンジン１３０で駆動された図示されていない油圧ポンプを用いて、ブームシリンダ１３６及びバケットシリンダ１１２に作動油を供給し、それぞれのシリンダ１３６，１１２を伸縮させることにより、ブーム１０８及びバケット１１０をそれぞれ駆動する。

図３に示すように、ホイールローダ１００には、主にクラッチ１４０及びトランスミッション１４４の制御を行うコントローラ１６０が備えられている。コントローラ１６０は、例えば、マイクロプロセッサ（不図示）及びメモリ１７０を備えたコンピュータを含む電子回路として構成される。クラッチ１４０及びトランスミッション１４４等の制御は、コントローラ１６０のマイクロプロセッサが、メモリ１７０に記憶されている所定のプログラムを実行することにより行われる。

コントローラ１６０は、図１でも述べた通り、例えば、クラッチ圧制御部１６１と、Ｔ／Ｍ制御部１６２と、クラッチ圧目標値決定部１６３と、駆動力制御部１６４と、姿勢判別部１６５と、走行判別部１６６と、駆動力判別部１６７と、傾斜判別部１６８とを備える。メモリ１７０には、例えば、速度段記憶部１７２と、クラッチ圧記憶部１７４とが備えられる。

なお、図１に示す油圧機器最大負荷記憶部３は、メモリ１７０内に設けることができる。さらに、図１に示す記録及び警告部４のうち、過大な負荷の発生を記録する部分もメモリ１７０内に設けることができる。走行判別を制御に使用しない場合は、走行判別部１６５をコントローラ１６０から取り除いてもよい。

Ｔ／Ｍ制御部１６２は、トランスミッション１４４に対して速度段を指示する信号を送信することにより、トランスミッション１４４における速度段の切り替えを制御する処理部である。例えば、Ｔ／Ｍ制御部１６２は、トランスミッション１４４の現在の速度段を速度段記憶部１７２に記憶させておくことができる。

クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ１４０に対してクラッチ圧を指示する信号（以下、「クラッチ圧指示信号」）を送信することにより、クラッチ圧を制御し、それによりクラッチ１４０の係合度を調整する処理部である。以下、クラッチ圧指示信号において、クラッチ圧制御部１６１が指示したクラッチ圧を、「クラッチ圧指令値」と呼ぶ。クラッチ１６０は、そのクラッチ圧がクラッチ圧指令値に制御され、それによりその係合度がクラッチ圧指令値に対応した係合度となる。

姿勢判別部１６５は、作業機１０６の現在の姿勢が、図２（ｂ）に示されるような所定の姿勢に該当するか否か判別するための処理部である。走行判別部１６６は、走行駆動装置１３８の現在の走行動作が、作業機１０６に過大な負荷を与える作業を行う場合の走行動作に該当するか否かを判別する処理部である。

駆動力判別部１６７は、現在の走行駆動力の大きさが、作業機１０６に過大な負荷を与える所定の大きさに該当するか否かを判別する処理部である。傾斜判別部１６８は、車体の前後方向軸の傾斜角度が、作業機１０６に過大な負荷を与える作業が行われる可能性のない所定の角度範囲に該当しているか否かを判別する処理部である。

駆動力制御判定部１６４は、姿勢判別部１６５及び駆動力判別部１６７のそれぞれの判別結果に基づいて、駆動力を制御するか否かを判定する処理部である。クラッチ圧目標値決定部１６３は、現在の駆動力値に対応したクラッチ圧の目標値を決定する処理部である。

コントローラ１６０は、駆動力１２０に対応した反力１２６によって、作業機１０６に過大な負荷がかかることを防止する。そのために、コントローラ１６０は、走行駆動装置１３８から出力される駆動力１２０を作業機１０６に過大な負荷がかからない大きさに調節する、という制御を行う。以下、この制御を「駆動力制御」と呼ぶ。

駆動力制御において、コントローラ１６０は、ホイールローダ１００の動作状態が、作業機１０６に過大な負荷がかかる状態にあるか否かを判定する。コントローラ１６０は、作業機１０６に過大な負荷がかかる状態にある場合に、駆動力１２０の調整を行う。

再び図３を参照する。ホイールローダ１００には、クラッチ１４０の出力軸回転数を検出するクラッチ出力軸回転数センサ１５４と、トランスミッション１４４の出力軸回転数を検出するＴ／Ｍ出力軸回転数センサ１５６と、車体の前後方向軸の傾斜角度（つまり、ピッチ角度）を検出する傾斜計１５８とが設けられている。

クラッチ出力軸回転数センサ１５４、Ｔ／Ｍ出力軸回転数センサ１５６及び傾斜計１５８から出力される信号は、矢印（３）〜（５）に示されるように、コントローラ１６０に入力される。具体的には、クラッチ出力軸回転数センサ１５４から出力される信号（クラッチ１４０の出力軸回転数を示す信号）が、駆動力判別部１６７に入力される（図３（３））。また、Ｔ／Ｍ出力軸回転数センサ１５６から出力される信号（トランスミッション１４４の出力軸回転数を示す信号）が、走行判別部１６６及び駆動力判別部１６７に入力される（図３（４））。更に、傾斜計１５８から出力される信号（車体の前後方向軸の傾斜角度を示す信号）が、傾斜判別部１６８に入力される。また、上述したように、ブーム角度センサ１５２からの信号及びストロークエンドセンサ１５０からの信号（ＯＮかＯＦＦか）も、矢印（１）及び（２）に示されるように、コントローラ１６０（具体的には、姿勢判別部１６５）に入力される。コントローラ１６０は、これらのセンサ信号（（１）〜（５））に基づいて、後述の駆動力制御を行う。

ここで、図２を参照する。図２（ｂ）に示すように、バケット１００がダンプエンド位置になり、バケット１１０の刃先１１０Ａが地面に接触する状態では、バケット１１０と地面とがなす角度θが大きくなり、ホイールローダ１００の走行駆動力１２０に基づく反力１２５が、作業機１０６に作用する。この場合、バケットシリンダ１１２は、ダンプ側のストロークエンド位置にある。反力１２５と走行駆動力１２０とは、ほぼ等しい値であるとして扱うことができる。

作業機１０６に加わる反力１２５の一部は、力（負荷）１２６として、バケットシリンダ１１２に作用する。バケットシリンダ１１２に加わる力１２６は、バケット１１０と地面との角度θ及び走行駆動力等により、幾何学的に求めることができる。または、図５で後述するように、予め用意されたテーブル（特性図）から求めることもできる。

バケットシリンダ１１２に加わる力１２６が、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないようにする必要がある。バケットシリンダ１１２の最大負荷とは、バケット１１０がダンプエンド位置にある場合において、バケットシリンダ１１２に外力１２６が作用した場合の耐久力を示す。

図４は、本実施例による駆動力制御を示すフローチャートである。以下、動作の主体をコントローラ１６０として述べる。

コントローラ１６０は、作業機１０６が所定の姿勢であるか否かを判別するための信号を、各センサ１５０，１５２から取得する（Ｓ１０１）。上述の通り、所定の姿勢とは、バケット１１０がダンプエンド位置にあり、かつ、バケット１１０が地面に接触している姿勢である。

コントローラ１６０は、走行駆動力ｆｄを算出する（Ｓ１０２）。走行駆動力ｆｄは、図２に示す走行駆動力１２０と同一である。便宜上、走行駆動力に符号ｆｄを付して説明する。走行駆動力ｆｄの算出方法は、次の段落で述べる。または、より簡易に、ホイールローダ１００の車速から走行駆動力を決定する方法でもよいし、あるいは、速度段とスロット開度とから走行駆動力を決定する方法でもよい。

ここで、走行駆動力の値（以下、駆動力値）の計算手順について簡単に説明する。駆動力値の計算は、駆動力判別部１６７によって行われる。まず、駆動力判別部１６７は、クラッチ出力軸回転数センサ１５４によって検出されたクラッチ１４０の出力軸回転数（トルクコンバータ１４２の入力軸回転数に相当する）と、Ｔ／Ｍ出力軸回転数センサ１５６により検出されたトランスミッション１４４の出力軸回転数（トランスミッション１４４の出力軸回転数にトランスミッション１４４の現在の減速比を用いて、トランスミッション１４４の入力軸回転数を求める。トランスミッション１４４の入力軸回転数はトルクコンバータ１４２の出力軸回転数に相当する）とに基づいて、トルクコンバータ１４２の速度比を計算する。

次に、駆動力判別部１６７は、所定のマップを参照して、上記計算されたトルクコンバータ１４２の速度比に対応したプライマリトルク係数を取得する。次に、駆動力判別部１６７は、上記検出されたクラッチ１４０の出力軸回転数（トルクコンバータ１４２の入力軸回転数）と、上記取得されたプライマリトルク係数とに基づいて、トルクコンバータ１４２の入力トルクを計算する。そして、駆動力判別部１６７は、トルクの伝達効率、トランスミッション１４４の減速比、アクスル１４６の減速比及びホイール（タイヤ）１４８の有効半径を考慮して、上記計算されたトルクコンバータ１４２の入力トルクから、駆動力値を計算する。

図４に戻る。コントローラ１６０は、Ｓ１０１で取得した信号に基づいて、作業機１０６の姿勢が所定の姿勢であるか否かを判断する（Ｓ１０３）。作業機１０６の姿勢が所定の姿勢ではない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、本処理は終了する。そして、予め設定される所定のサイクル時間が経過すると、再び本処理が開始される。

作業機１０６の姿勢が所定の姿勢である場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃ（図２に示す力１２６である。ここでは便宜上、符号ｆｃとして説明する）を算出する（Ｓ１０４）。

ここで、図５を参照する。図５は、バケット角度θと走行駆動力ｆｄとから、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃを求めるための特性図（テーブル）を示す。この特性図は、シミュレーションまたは実機試験により求めることができる。

図５に示すように、バケット角度θが大きくなるほど、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃも増大する。バケット角度θが同一の場合、走行駆動力ｆｄが大きくなるほど、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃは増大する。図５では、ｆｄ１＜ｆｃ２＜ｆｃ３＜ｆｃ４の順番で、値が大きくなっている。

なお、図５に示す特性図を用いずに、幾何学的関係に基づいて、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃを算出することもできる。いずれの方法を採用してもよい。

図４に戻る。コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃが予め設定される閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃが閾値Ｔｈ１未満の場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、本処理は終了する。

バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃが閾値Ｔｈ１以上の場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、コントローラ１６０は、その事をメモリ１７０に記録し、かつ、キャビン内のオペレータに警報を発する（Ｓ１０６）。

そして、コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃが、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないように、図６の制御特性に従って、走行駆動力を制御する（Ｓ１０７）。図６では、横軸がバケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃを示し、縦軸が駆動力の出力割合を示す。駆動力の出力割合とは、走行駆動装置１３８の走行駆動力を実際に出力させる割合を示す。例えば、走行駆動力ｆｄ１が出力される場合、出力割合が６０％に設定されると、ホイール１４８に作用する実際の走行駆動力は、ｆｄ１×０．６となる。

コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃが閾値Ｔｈ１に達するまでの間は、出力割合を１００％に設定して、走行駆動力ｆｄを各ホイール１４８に作用させる。この期間を、図６では、全開領域として示す。全開領域では、駆動力制御は行われない。

バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃが閾値Ｔｈ１以上になると、コントローラ１６０は、駆動力制御を開始する。コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃが閾値Ｔｈ１から最大値ＭＡＸに至るまでの制御領域において（Ｔｈ１≦ｆｃ≦ＭＡＸ）、走行駆動力の出力割合を、力ｆｃの増加に応じて、上限値１００％から下限値０％まで連続的に（または段階的に）低下させる。

バケットシリンダ１１２に加わる力ｆｃが、バケットシリンダ１１２の耐えうる最大値ＭＡＸに達した後は（ｆｃ≧ＭＡＸ）、停止領域となる。コントローラ１６０は、各ホイール１４８に作用する走行駆動力を停止させる。

なお、走行駆動力の出力割合の上限値を１００％、下限値を０％として述べたが、これは一例であって、本発明はそれらの値に制限されない。上限値は１００％以外の他の値であってもよく、下限値は０％以外の他の値であってもよい。コントローラ１６０は、例えば、１００％から２０％までの範囲で、または、１００％から５０％までの範囲で、または、１００％から８０％までの範囲で、ホイール１４８に実際に加わる走行駆動力を制御することができる。なお、走行駆動力の制御方法は、後述のクラッチ制御でもよい。または、エンジン出力を制御することにより、走行駆動力を制御してもよい。さらに、走行駆動装置１３８に設けられるブレーキを作動させることにより、走行駆動力を制御してもよい。

このように構成される本実施例では、作業機１０６の姿勢が所定の姿勢になった場合、バケットシリンダ１１２に過大な力が加わっても、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないようにすることができる。従って、ホイールローダ１００の能力を限界まで使用することもできるため、使い勝手が向上する。さらに、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないように、走行駆動力を調整するため、ホイールローダ１００の信頼性及び寿命を高めることができる。

図７−図９を参照して第２実施例を説明する。本実施例では、クラッチ圧を制御することにより、走行駆動力の値を調整する。以下、クラッチ制御の内容について具体的に説明する。クラッチ制御では、現在の駆動力値に応じた、クラッチ１４０の係合度の目標値（以下、「目標係合度」）が決定され、クラッチ１４０の係合度が目標係合度となるように（或いは、目標係合度に近づくように）制御される。

具体的には、クラッチ圧目標値決定部１６３が、現在の駆動力値に対応したクラッチ圧の目標値（以下、「クラッチ圧目標値」）を決定し、クラッチ圧制御部１６１が、その決定されたクラッチ圧目標値に基づいて、クラッチ圧がクラッチ圧目標値となるように（或いは、現在のクラッチ圧よりもクラッチ圧目標値に近い値となるように）、クラッチ１４０を制御する。例えば、クラッチ圧目標値決定部１６３は、種々の駆動力値の各々ごとにその駆動力値に対応したクラッチ圧目標値を予め定めておき、その駆動力値とクラッチ圧目標値との対応関係に基づいて、現在のクラッチ圧に対応したクラッチ圧目標値を決定することができる。

図７は、駆動力値とクラッチ圧目標値との対応関係の一例を示す図である。図８は、図７の対応関係をグラフ化したものである。図７又は図８に示すように、本実施形態では、クラッチ圧の最大値は、２５［ｋｇ／ｃｍ２］である。クラッチ圧が最大（即ち、２５［ｋｇ／ｃｍ２］）の場合、クラッチ１４０は直結状態（係合度が１００％）となる。

図７又は図８に示すように、駆動力値が大きいほど、クラッチ圧目標値は低い値とされる。即ち、現在の駆動力値が大きいほどクラッチ圧がより低くなるように（つまり、係合度がより低くなるように）制御され、駆動力１２０が抑えられるように制御される。

図９は、本実施形態に係るクラッチ制御の内容を示すフローチャートである。

まず、クラッチ圧目標値決定部１６３は、図７又は図８に示された、駆動力値とクラッチ圧目標値との対応関係を参照して、現在の駆動力値に対応したクラッチ圧目標値を取得する（Ｓ２０１）。例えば、現在の駆動力値が４８０００［ｋｇｆ］であれば、クラッチ圧目標値は、９．５［ｋｇ／ｃｍ２］とされる。尚、駆動力値の計算手順は、上述の通りである。

次に、クラッチ圧制御部１６１は、現在のクラッチ圧指令値（クラッチ圧指示信号（クラッチ圧を指示する信号）によって、クラッチ圧制御部１６１が指示したクラッチ圧）が、ステップＳ２０１で取得されたクラッチ圧目標値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２０２）。

ここで、現在のクラッチ圧指令値とは、現在クラッチ１４０に対して指示されているクラッチ圧指令値のこと、即ち、前回送信されたクラッチ圧指示信号において指示したクラッチ圧指令値のことである。後述するが、クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ圧指示信号を送信した際、そのクラッチ圧指示信号において指示したクラッチ圧指令値を、クラッチ圧記憶部１７４に記憶しておく。従って、クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ圧記憶部１７４に記憶されているクラッチ圧指令値を、現在のクラッチ圧指令値として参照することができる。尚、クラッチ制御の開始直後であって未だクラッチ圧指示信号が一度も送信されていない場合は、クラッチ圧記憶部１７４には現在のクラッチ圧指令値が記憶されていないことになる。この場合、クラッチ圧制御部１６１は、例えば、クラッチ１４０が直結（係合度１００％）の状態にある場合のクラッチ圧（即ち、２５［ｋｇ／ｃｍ２］）を、現在のクラッチ圧指令値とすることができる。

現在のクラッチ圧指令値がクラッチ圧目標値よりも大きい場合は（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ圧目標値を、実際に指示するクラッチ圧指令値（以下、「実指令値」）とし、実指令値を指示するクラッチ圧指示信号をクラッチ１４０へ送信する（Ｓ２０４）。これにより、クラッチ圧は、実指令値（クラッチ圧目標値）に制御され、クラッチ１４０の係合度は、実指令値（クラッチ圧目標値）に対応した係合度となる。

このように、現在のクラッチ圧指令値がクラッチ圧目標値よりも大きい場合は、クラッチ圧目標値が直接実指令値とされ、クラッチ圧がクラッチ圧目標値となるように制御される。つまり、クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ圧目標値に向ってクラッチ圧を一気に低下させるように、クラッチ１４０を制御する。その結果、実際に出力される駆動力１２０が強制的に抑制されるので、作業機１０６に過大な負荷がかかるおそれが減少する。その後、クラッチ圧制御部１６１は、ステップＳ２０４において送信されたクラッチ圧指示信号におけるクラッチ圧指令値（即ち、クラッチ圧目標値）を、クラッチ圧記憶部１７４に記憶する（Ｓ２０５）。

一方、現在のクラッチ圧指令値がクラッチ圧目標値以下の場合は（Ｓ２０２：ＮＯ）、クラッチ圧制御部１６１は、現在のクラッチ圧指令値が、クラッチ圧目標値から所定のオフセット値だけ差し引いた値（以下、「オフセット減算値」）よりも小さいか否かを判定する（Ｓ２０３）。

現在のクラッチ圧指令値がオフセット減算値よりも小さい場合は（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、クラッチ圧制御部１６１は、現在のクラッチ圧指令値に所定の増分（以下、「第一の増分」）を加えた値（以下、「増分加算値」）を実指令値とし、実指令値を指示するクラッチ圧指示信号をクラッチ１４０へ送信する（Ｓ２０６）。これにより、クラッチ圧は、実指令値（増分加算値）に制御され、クラッチ１４０の係合度は、実指令値（増分加算値）に対応した係合度となる。

ここで、第一の増分は、クラッチ圧（係合度）を上昇させる際の上げ幅であり、比較的小さい値に設定される。具体的には、本実施形態では、図７に示されるように、クラッチ圧目標値は、５［ｋｇ／ｃｍ２］〜２５［ｋｇ／ｃｍ２］の範囲で、０．５［ｋｇ／ｃｍ２］刻みの値とされている。例えば、第一の増分は、この刻み幅（０．５［ｋｇ／ｃｍ２］）よりも小さい値（例えば、０．２［ｋｇ／ｃｍ２］）に設定される。このように、第一の増分が比較的小さい値に設定されることにより、クラッチ圧は、現在のクラッチ圧から比較的小さい上げ幅で大きくなるように制御される。つまり、クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ圧（係合度）をクラッチ圧目標値に向って緩やかに上昇させるように、クラッチ１４０を制御する。

その後、クラッチ圧制御部１６１は、ステップＳ２０６において送信されたクラッチ圧指示信号におけるクラッチ圧指令値（即ち、増分加算値）を、クラッチ圧記憶部１７４に記憶する（Ｓ２０７）。

一方、現在のクラッチ圧指令値がオフセット減算値以上である場合は（Ｓ２０３：ＮＯ）、クラッチ圧指示信号は、送信されない。即ち、現在のクラッチ圧指令値が、オフセット減算値からクラッチ圧目標値までの範囲内にある場合は、クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ圧を変化させずに、現在のクラッチ圧を維持する。

このように、クラッチ圧を変化させない範囲である不感帯（オフセット減算値からクラッチ圧目標値までの範囲）が設けられている理由は、現在のクラッチ圧指令値がクラッチ圧目標値付近の値となった場合にクラッチ圧の上昇と低下とが交互に繰り返されて動作が不安定になるといった問題（所謂チャタリングの問題）の発生を防止するためである。そして、この不感帯がクラッチ圧目標値よりも小さい領域に設けられている理由は、クラッチ圧を低下させる場合は応答性よく一気に低下させ、クラッチ圧を上昇させる場合は緩やかに上昇させるといった、本実施形態に係るクラッチ制御の制御方針に合致させるためである。

その後、クラッチ圧目標値決定部１６３は、所定時間（例えば、１０［ｍｓ］）待機した後、再度、Ｓ２０１の処理を行う。つまり、所定時間間隔で、ステップＳ２０１〜Ｓ２０８の処理が繰り返して行われる。

なお、クラッチ制御が解除された場合、クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ１４０を直結の状態（即ち、クラッチ圧が２５［ｋｇ／ｃｍ２］の状態）に戻すために、クラッチ圧を上昇させる制御を行う。

具体的には、例えば、クラッチ圧制御部１６１は、クラッチ圧が２５［ｋｇ／ｃｍ２］になるまで、１０［ｍｓ］毎に、現在のクラッチ圧指令値に所定の増分（以下、「第二の増分」）を加えた値をクラッチ圧として指示するクラッチ圧指示信号を、クラッチ１４０へ繰り返して送信する。ここで、第二の増分は、例えば、第一の増分（０．２［ｋｇ／ｃｍ２］）よりも大きい値（例えば、０．５［ｋｇ／ｃｍ２］）とされる。つまり、クラッチ制御が実行されている間のクラッチ圧の上げ幅よりも大きい上げ幅で、クラッチ圧の上昇が行われる。

図１０−図１２を参照して第３実施例を説明する。本実施例では、電動モータ１８１（図１１参照）を用いるホイールローダに、本発明の駆動力制御を適用する場合を説明する。

図１０は、本実施例による駆動力制御を示すフローチャートである。本フローチャートは、図４のフローチャートに示されるＳ１０１−Ｓ１０６を備える。本フローチャートは、図４に示されるＳ１０７に代えて、Ｓ１０８を備えている。本実施例のコントローラ１６０は、走行駆動力ｆｄを制御するために、電動モータ１８１の出力を制御するようになっている（Ｓ１０８）。

なお、電動モータ１８１の出力を単独で制御する構成でもよいし、または、トランスミッション１４４の速度段をニュートラルにする制御、あるいは、ブレーキ量の制御のような他の制御と組み合わせる構成でもよい。

図１１は、電動モータ１８１を利用するホイールローダの走行系構成の要部を模式的に示す。図１１（ｂ），（ｃ）に示す構成では、便宜上、クラッチ及びバッテリ等を省いている。発電機１８０から出力される電気エネルギのうち余分のエネルギはバッテリ等の充放電装置１８２に蓄電され、電動モータ１８１の減速時の逆起電力も充放電装置１８２に保存される。充放電装置１８２は、バッテリに限らず、コンデンサ等であってもよい。

図１１（ａ）に示すタイプは、エンジン１３０の出力により発電機１８０を駆動させ、発電された電気エネルギによって電動モータ１８１を回転させる。電動モータ１８１の回転力は、トランスミッション１４４から出力される回転力に加えられる。

ホイール１４８に作用する回転力のうち、例えば、８０％程度をエンジン出力でまかない、残りの２０％を電動モータ１８１によってまかなう構成が考えられる。コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないようにするために、電動モータ１８１の回転力を制御する。

図１１（ｂ）に示すタイプは、電動モータ１８１の回転力のみでホイール１４８を回転させる。発電機１８０は、エンジン出力によって発電する。電動モータ１８１は、発電機１８０から供給される電気エネルギを回転力に変換し、トランスミッション１４４を介して、各ホイール１４８に伝達する。コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないようにするために、電動モータ１８１の回転力を制御する。

図１１（ｃ）に示すタイプでは、駆動輪となる複数のホイール１４８にそれぞれ電動モータ１８１を設ける。後輪駆動の場合、後輪となる各ホイール１４８に電動モータ１８１が設けられ、前輪駆動の場合、前輪となる各ホイール１４８に電動モータ１８１が設けられる。４輪駆動の場合、全てのホイール１４８に電動モータ１８１が設けられる。

各電動モータ１８１の回転力は、各ファイナルギア１４５を介して各ホイール１４８に伝達される。コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないようにするために、各電動モータ１８１の回転力を個別に制御する。

図１２に示すタイプでは、エンジン１３０の回転力は、遊星歯車機構１４３を介して各ホイール１４８に伝達される。発電機１８０はエンジン出力を利用して発電し、電動モータ１８１に電気エネルギを供給する。電動モータ１８１の回転力は、遊星歯車機構１４３を介して、エンジン１３０からの回転力に加えられる。コントローラ１６０は、バケットシリンダ１１２の最大負荷を超えないようにするために、電動モータ１８１の回転力を制御する。

このように、電動モータ１８１を用いるホイールローダにも本発明を適用して、信頼性及び寿命を高めることができる。

上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。例えば、第３実施例は、第１実施例または第２実施例の両方に適用できる。また、第１実施例と第２実施例とを一つの建設車両に同時に適用することもできる。

１００…ホイールローダ、１０２…本体、１０４…走行駆動輪、１０６…作業機、１０８…ブーム、１０８Ａ…バケットストッパ、１１０…バケット、１１２…バケットシリンダ、１３０…エンジン、１３２…ＰＴＯ、１３４…油圧回路、１３６…ブームシリンダ、１３８…走行駆動装置、１４０…クラッチ、１４２…トルクコンバータ、１４３…遊星歯車機構、１４４…トランスミッション、１４５…ファイナルギア、１４６…アクスル、１４８…ホイール、１５０…ストロークエンドセンサ、１５２…ブーム角度センサ、１５４…クラッチ出力軸回転数センサ、１５６…Ｔ／Ｍ出力軸回転数センサ、１５８…傾斜計、１６０…コントローラ、１６１…クラッチ圧制御部、１６２…Ｔ／Ｍ制御部、１６３…クラッチ圧目標値決定部、１６４…駆動力制御判定部、１６５…姿勢判別部、１６６…走行判別部、１６７…駆動力判別部、１６８…傾斜判別部、１７０…メモリ、１７２…速度段記憶部、１７４…クラッチ圧記憶部、１８０…発電機、１８１…電動モータ。

Claims (9)

1. 走行駆動力を出力する走行駆動装置（１３８）と、
   その姿勢が可変な、バケットを有する作業機（１０６）と、
   前記走行駆動装置を制御するコントローラ（１６０）と
   を備えた建設車両において、
   前記コントローラが、
   前記作業機の姿勢が、前記バケットがダンプエンド位置にあり、かつ、前記バケットが地面に接触している所定の姿勢に、該当するか否か判別する姿勢判別を行い、
   前記走行駆動装置から出力される走行駆動力が、その走行駆動力に基づく反力が前記作業機に所定値以上の負荷を与える所定の大きさに該当するか否かを判別する駆動力判別を行ない、
   前記姿勢判別及び前記駆動力判別のすべての結果が肯定的である状態下で、前記走行駆動装置から出力される前記走行駆動力を低下させる、
   建設車両。
   
2. 請求項１記載の建設車両において、
   前記所定値は、前記作業機を構成する複数の機械要素のうち所定の機械要素が耐えうる最大負荷値以下になるように設定されており、
   前記コントローラは、前記走行駆動力が前記所定の大きさに到達した場合、前記走行駆動装置から出力される前記走行駆動力を連続的または段階的に低下させる、
   建設車両。
   
3. 請求項１記載の建設車両において、
   前記走行駆動装置は、その係合度が可変調整可能なモジュレーションクラッチを有し、前記モジュレーションクラッチの前記係合度が低下するほど前記走行駆動力が低下するようになっており、
   前記コントローラは、
   前記走行駆動装置から出力される前記走行駆動力を低下させる場合に、
   前記走行駆動力に応じて前記モジュレーションクラッチの目標係合度を決定し、
   前記モジュレーションクラッチの係合度を前記目標係合度へ向かって低下させる、
   建設車両。
   
4. 請求項３記載の建設車両において、
   前記コントローラは、前記走行駆動力が大きいほど前記目標係合度が低くなるように、前記目標係合度を決定する、
   建設車両。
   
5. 請求項３又は４のいずれか一項記載の建設車両において、
   前記コントローラは、
   前記走行駆動力を低下させる場合から前記走行駆動力を低下させない場合に戻すときは、前記モジュレーションクラッチの係合度を、低下させる前の元の係合度へ向かって上昇させる、
   建設車両。
   
6. 請求項５記載の建設車両において、
   前記コントローラが前記モジュレーションクラッチの係合度を低下させるときの低下率の方が、前記コントローラが前記モジュレーションクラッチの係合度を上昇させるときの上昇率より高い、
   建設車両。
   
7. 走行駆動力を出力する走行駆動装置を制御する制御装置であって、
   前記走行駆動装置は、入力された入力値に基づいて前記出力する走行駆動力を調節可能な調節装置を有し、
   前記制御装置は、
   前記調節装置に入力された入力値を記憶する記憶手段（１７４）と、
   その姿勢が可変な、バケットを有する作業機の現在の姿勢が、前記バケットがダンプエンド位置にあり、かつ、前記バケットが地面に接触している所定の姿勢に、該当するか否かの姿勢判別を行う姿勢判別手段（１６５）と、
   前記走行駆動装置から出力される現在の走行駆動力の大きさが、それより大きい走行駆動力に基づく反力が作業対象物から作業機に加わったならば作業機に過大な負荷を与える所定の大きさに該当するか否かの駆動力判別を行う駆動力判別手段（１６７）と、
   前記姿勢判別及び前記駆動力判別の結果に基づいて、前記走行駆動装置から出力される前記走行駆動力を低下させるか否かを判定する駆動力制御判定手段（１６４）と、
   前記駆動力判定手段の判定結果が肯定的である場合、前記入力値の目標値を決定する目標値決定手段（１６３）と、
   前記目標値決定手段により決定された目標値と、前記記憶手段に記憶されている入力値とに基づいて、前記調節装置に入力する入力値を決定し、前記決定した入力値を前記調節装置に入力することにより、前記走行駆動装置から出力される前記走行駆動力を制御する駆動力制御手段（１６１）と、
   を備える制御装置。
   
8. 前記調節装置は、入力されたクラッチ圧値に基づいて前記出力する走行駆動力を調節可能なクラッチであり、
   前記作業機は、ブームと、前記バケットと、バケットシリンダとを有する、
   請求項７記載の制御装置。
   
9. 走行駆動力を出力する走行駆動装置を制御する制御方法であって、
   前記走行駆動装置は、入力された入力値に基づいて前記出力する走行駆動力を調節可能な調節装置を有し、
   前記調節装置に入力された入力値を記憶しており、
   その姿勢が可変な、バケットを有する作業機の現在の姿勢が、前記バケットがダンプエンド位置にあり、かつ、前記バケットが地面に接触している所定の姿勢に、該当するか否かの姿勢判別を行い、
   前記走行駆動装置から出力される現在の走行駆動力の大きさが、それより大きい走行駆動力に基づく反力が作業対象物から作業機に加わったならば作業機に過大な負荷を与える所定の大きさに該当するか否かの駆動力判別を行い、
   前記姿勢判別及び前記駆動力判別の結果に基づいて、前記走行駆動装置から出力される前記走行駆動力を低下させるか否かを判定し、
   前記判定結果が肯定的である場合、前記入力値の目標値を決定し、
   前記決定された目標値と、前記記憶されている入力値とに基づいて、前記調節装置に入力する入力値を決定し、前記決定した入力値を前記調節装置に入力することにより、前記走行駆動装置から出力される前記走行駆動力を制御する、
   制御方法。

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