JP5887288B2 - ホイールローダ - Google Patents

Description

本発明は牽引力を利用して掘削作業を行うホイールローダに関する。

複数の車輪を有するホイール式の走行体を備え、当該車輪に原動機でトルクを加えて発生した牽引力を利用して掘削作業を行うトラクターショベル（建設機械）として、ホイールローダがある。牽引力は、ホイールローダが牽引力を利用してバケット（油圧作業装置）から掘削対象物に突っ込んで掘削作業を行うことから掘削力と称されることもあり、その大小は走行性能の優劣だけでなく掘削の可否に直接関係する重要な要素となる。

旧来から存在するホイールローダとしては、エンジンの出力を、トルクコンバータ（トルコン）およびトランスミッション（Ｔ／Ｍ）等を介して走行駆動トルクとして車輪に伝え、車両の牽引力を発生するもの（トルコン機）がある。

また、近年、車輪の原動機として電動機（走行用モータ）を備え、当該電動機によって牽引力を発生することでトルコン及びトランスミッションを省略したハイブリッド式のホイールローダが出現している。このように走行用モータによって車輪の駆動系を電動化すると、トルコン及びトランスミッション部分における動力伝達効率を電気による動力伝達効率まで向上させることが可能となる。さらに、作業中に発進・停止の走行動作を頻繁に繰り返すため、走行用モータから制動時の回生電力回収が見込める。

この種のハイブリッド式のホイールローダ（建設機械）に関する技術としては、エンジンと、蓄電装置と、エンジンによって駆動される発電機と、蓄電装置の電力によって駆動される電動機（走行用モータ）と、油圧ポンプとを備え、これら各機器間のエネルギーの流れと、そのときのエンジンの燃料消費量とを表示する表示装置を備えたものがある（特開２００５−００９３８１号公報参照）。

特開２００５−００９３８１号公報

ところで、トルコン等を介してエンジン出力を車輪に伝達する従来のホイールローダでは、牽引力はエンジン回転数に比例する。そのため、オペレータはエンジン音や車体の振動を知覚することで現在の牽引力の大きさを感覚的に把握することができた。

しかし、ハイブリッド式（その中でも、特に、エンジンと車輪の機械的接続の無いシリーズ式）のホイールローダでは、エンジンと走行用モータの個別制御が可能になるので、走行用モータの発生する牽引力とエンジン回転数の相関関係は基本的になくなる。そのため、例えば比較的大きな牽引力を出力している状況でもエンジン回転数が比較的低いという状況が発生する可能性があり、従来のホイールローダでの経験に基づいてオペレータがエンジン音から推測した牽引力の大きさが実際のものと大きく乖離することがある。そのため、従来機の操作に慣れ親しんだオペレータが操作及び動作に違和感をおぼえたり、牽引力を上げようとしてアクセルペダルを不必要に踏み込んで燃料消費量の増加を招いたりするおそれがある。

本発明の目的は、エンジン回転数と牽引力が乖離することがあるホイールローダにおいて、現在の牽引力の大きさを容易に把握できるものを提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、車輪に入力される走行駆動トルクを発生する原動機と、当該原動機の走行駆動トルクについて車両速度ごとに設定された設定値を現在の車両速度に基づいて算出し、当該設定値に対する現在の走行駆動トルクの割合を算出する制御装置と、前記走行駆動トルクの割合を表示する表示装置とを備えるものとする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御装置は、さらに、前記走行駆動トルクの割合が設定値（Ｒｏ）以上に保持される時間が所定時間（Ｔｏ）以上に達したか否かを判定する処理を実行しており、前記表示装置は、前記保持時間が前記所定時間以上に達したと前記制御装置で判定された場合、前記走行駆動トルクの割合が前記所定時間以上に達した旨をさらに表示するものとする。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記表示装置は、燃料消費量抑制の観点に基づく前記走行駆動トルクの割合の許容値をさらに表示するものとする。

本発明によれば、現在の牽引力の大きさを容易に把握できる。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド式ホイールローダの側面図。 図１に示したホイールローダのシステム構成図。 本発明の実施の形態に係るホイールローダに搭載された制御装置の構成図。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド制御装置の構成図。 本発明の実施の形態に係るハイブリッドシステムにおけるパワーフロー図。 本発明の実施の形態に係る表示制御部で実行される処理のフローチャート。 本実施の形態に係る表示制御部がステップ１２０で利用する車速Ｖと最大走行駆動トルクＴＱｖの関係図。 本実施の形態に係る表示装置におけるトルク比Ｒｔの表示の一例を示す図。 本発明の実施の形態に係る表示制御部で実行される他の処理のフローチャート。 Ｓ２２７の処理によってトルク比表示部７１の目盛りの色が変化する様子を示した説明図。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るハイブリッド式ホイールローダの側面図である。この図のホイールローダ１００は、車体１１０と、この車体１１０の前方に取り付けた油圧作業装置５０とを備えている。

図に示した車体１１０は、アーティキュレート操舵式（車体屈折式）を採用しており、それぞれ左右に車輪６１（前輪６１ａ、後輪６１ｂ）を装着した前部車体（フロントフレーム）１１１と後部車体（リアフレーム）１１２を、略鉛直方向の軸心を有するピン１１５で連結している。図１には示されていないが、ピン１１５の左右両側には前部車体１１１と後部車体１１２を連結するようにステアリングシリンダ５３（図２参照）が配置されている。キャブ（運転室）内に設置されたステアリングホイール（図示せず）を操作すると、ステアリングシリンダ５３の伸縮駆動に伴って後部車体１１２と前部車体１１１はピン１１５を中心にして屈折（旋回）する。

後部車体１１２上には、前方に運転室１１６、後方にエンジン室１１７が搭載されている。エンジン室１１７には、図２に示したディーゼルエンジン１、油圧ポンプ４、コントロールバルブ５５、電動発電機６、蓄電装置１１及び走行用モータ（電動機）９等が収納されている。

油圧作業装置５０は、リフトアーム１２１及びバケット１２２と、リフトアーム１２１及びバケット１２２を駆動するために伸縮駆動されるリフトシリンダ５２及びバケットシリンダ５１を備えている。なお、リフトアーム１２１とリフトシリンダ５２は前部車体１１１の左右に１つずつ装備されているが、図１で隠れている右側のリフトアーム１２１とリフトシリンダ５２は省略して説明する。

リフトアーム１２１は、リフトシリンダ５２の伸縮駆動に伴って上下方向に回動（俯仰動）する。バケット１２２は、バケットシリンダ５１の伸縮駆動に伴って上下方向に回動（ダンプ動作又はクラウド動作）する。なお、図示したホイールローダ１００は、バケット１２２を作動させるためのリンク機構として、Ｚリンク式（ベルクランク式）のものを備えている。当該リンク機構にはバケットシリンダ５１が含まれている。

図２は図１に示したホイールローダ１００のシステム構成図である。この図に示すホイールローダは、ディーゼルエンジン１と、エンジン１に機械的に連結されエンジン１によって駆動される電動発電機（モータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ））６と、電動発電機６を制御するインバータ装置７と、電動発電機６に機械的に連結され、電動発電機６及びエンジン１の少なくとも一方に駆動される油圧ポンプ４と、コントロールバルブ５５を介して油圧ポンプ４から供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータ（バケットシリンダ５１、リフトシリンダ５２及びステアリングシリンダ５３）と、ディファレンシャルギア（Ｄｉｆ）及びギア（Ｇ）を介してプロペラシャフト８に取り付けられ４つの車輪６１を駆動する走行用モータ（電動機）９と、走行用モータ９を制御するインバータ装置１０と、ＤＣＤＣコンバータ１２を介してインバータ７，１０（電動発電機６，走行用モータ９）と電気的に接続されインバータ７，１０との間で直流電力の受け渡しを行う蓄電装置１１と、油圧アクチュエータ５１，５２，５３を駆動するための操作信号を操作量に応じて出力する操作装置（操作レバー５６及びステアリングホイール（図示せず））と、車両に関する各種制御処理が実行される制御装置２００と、制御装置２００から出力される信号に基づいて車速等の車両に関する情報が表示される表示装置６５を備えている。表示装置６５は、キャブ内のステアリングホイール（図示せず）の上方など、オペレータが見やすい位置に設置されている。

図２に示したホイールローダ１００は、シリーズ方式のハイブリッドシステムによって構成されており、エンジン１の出力軸と電動発電機６の入力軸は直列に接続されている。走行用モータ９は、電動発電機６で発電した電力及び／又は蓄電装置１１に充電された電力によって駆動され、走行用モータ９の出力軸に機械的に連結されたプロペラシャフト８を回転させる。

プロペラシャフト８の屈折点には自在継手であるセンタージョイント（ＣＪ）が設けられており、後部車体１１２に対して前部車体１１１を屈折させた場合にもプロペラシャフト８による動力の伝達が可能となっている。走行用モータ９が発生する駆動トルク（走行用駆動トルク）は、プロペラシャフト８の両端に位置するディファレンシャルギア（Ｄｉｆ）と、各ディファレンシャルギア（Ｄｉｆ）に接続される車軸（アクスル）の端部に位置するギア（Ｇ）とを介して後輪６１ｂ及び前輪６１ａに入力（伝達）され、牽引力を発生する。

バケットシリンダ５１及びリフトシリンダ５２は、キャブ内に設置された操作レバー５６の操作量に応じて出力される操作信号（油圧信号）に基づいて駆動される。リフトシリンダ５２は、操作レバー５６からの操作信号に基づいて伸縮してリフトアーム１２１を上下に回動させる。バケットシリンダ５１は、操作レバー５６からの操作信号に基づいて伸縮してバケット１２２を上下に回動させる。ステアリングシリンダ５３は、キャブ内に設置されたステアリングホイール（図示せず）の操舵量に応じて出力される操作信号（油圧信号）に基づいて駆動される。ステアリングシリンダ５３は、各車輪６１に連結されており、ステアリングホイールからの操作信号に基づいて伸縮して車輪６１の舵角を変更する。

また、図２のホイールローダは、前後進切替スイッチ（前後進切替装置）６３を備えている。前後進切替スイッチ６３は、作業車両の進行方向を前進（Ｆ）、後進（Ｒ）及びニュートラル（Ｎ）のいずれかに切り替えるためのスイッチ（Ｆ／Ｒスイッチ）であり、当該スイッチ６３の切替位置は前後進信号（スイッチ信号）としてハイブリッド制御装置２０に出力される。スイッチ形式以外の前後進切替装置６３の例としては、例えば、前進位置、後進位置、ニュートラル位置のいずれかに切り換えられるレバー方式のものがある。

蓄電装置１１は、特に種類を限定されるものではなく、例えば、大容量電気２重層キャパシタや、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池及び鉛電池等の２次電池が利用可能である。本実施の形態では、蓄電装置１１としてリチウムイオン電池を利用しているものとする。本実施の形態における蓄電装置１１は、ＤＣＤＣコンバータ１２によって電池電圧の昇降圧制御を行い、インバータ７，１０（すなわち、電動発電機６及び走行用モータ９）との間で直流電力の受け渡しを行っている。

なお、ここでは、ＤＣバス１３と蓄電装置１１の間に設置したＤＣＤＣコンバータ１２を用いて電力の収受を行う場合について説明したが、蓄電装置１１の電圧がハイブリッドシステムのシステム電圧相当である場合には、ＤＣＤＣコンバータ１２を省略することも可能であり、その場合にはＤＣバス１３と蓄電装置１１を直接接続しても良い。

上記のように構成されるハイブリッド式のホイールローダでは、土砂などの掘削作業を行うための作業装置５０に油圧ポンプ４によって各油圧アクチュエータに適宜作動油を供給することで目的に応じた作業を実施する。また、車体１１０の走行動作は、主にエンジン１の動力により電動発電機６で発電した電力を利用し、走行用モータ９を駆動することにより行う。その際、蓄電装置１１では、車両制動時に走行用モータ９が発生する回生電力を吸収したり、電動発電機６又は走行用モータ９に蓄電電力を供給することでエンジン１に対する出力アシストを行ったりすることで、車両の消費エネルギー低減に寄与する。

図３は本発明の実施の形態に係るホイールローダに搭載された制御装置２００の構成図である。この図に示すように、本実施の形態に係るホイールローダ（車両）には、制御装置２００として、図２に示したシステム全体のエネルギーフローやパワーフロー等の制御を行うコントローラであるハイブリッド制御装置２０と、コントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）５５や油圧ポンプ４を制御する油圧制御装置２１と、エンジン１の制御を行うエンジン制御装置２２と、インバータ７，１０を制御するインバータ制御装置２３と、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御するコンバータ制御装置２４と、蓄電装置１１の充電状態（ＳＯＣ）を検出・管理する蓄電制御装置２５と、表示装置６５を制御する表示制御装置２６が搭載されている。

各制御装置２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６は、ハードウェア構成として、後述する制御をはじめとして各種の制御プログラムを実行するための演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）（図示せず）と、当該制御プログラムをはじめとして各種データを記憶するための記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）（図示せず）と、各種データが入出力される入出力装置（図示せず）を備えている。また、各制御装置２０〜２６は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して互いに接続されており、相互に各機器の指令値及び状態量を送受信している。ハイブリッド制御装置２０は、図２に示すように、油圧制御装置２１、エンジン制御装置２２、インバータ制御装置２３、コンバータ制御装置２４、蓄電制御装置２５及び表示制御装置２６の各コントローラの上位に位置し、システム全体の制御を行っており、システム全体が最高の作業性能を発揮するように他の各制御装置２１〜２６に具体的動作の指令を与える。

なお、図３に示した各制御装置２０〜２６は、図１に示すハイブリッドシステムの各駆動部分を制御するために必要なコントローラのみを示している。実際車両を成立させる上では、その他の情報系のコントローラが必要となってくるが、それらは本発明と直接的な関係が無いため図示していない。また、各制御装置２０〜２６は、図３に示すように他の制御装置と別体である必要はなく、ある１つの制御装置に２つ以上の制御機能を実装しても構わない。図中のインバータ装置２３は、単体で２基のモータ６，９を制御するように表記している。

図４は本発明の実施の形態に係るハイブリッド制御装置２０の構成図である。この図に示すハイブリッド制御装置２０は、システム制御部３０と、動力配分部３１と、エンジン制御部３２と、Ｍ／Ｇ制御部３３と、油圧制御部３４と、走行制御部３５と、表示制御部３６と、タイマ３７を備えている。

システム制御部３０では、ハイブリッドシステム全体の制御が行われる。動力配分部３１では、エンジン１の出力を各駆動部（油圧ポンプ４、電動発電機６）に、蓄電装置１１の電力を各駆動部（電動発電機６、走行用モータ９）に、電動発電機６の電力を各駆動部（走行用モータ９）と蓄電装置１１に配分する処理が行われる。エンジン制御部３２では、油圧ポンプ４（作業装置５０）が要求する動力値（油圧要求動力値Ｐｆ）と走行用モータ９が要求する動力値（走行要求動力値Ｐｒｕｎ）を合計した車両全体における要求動力値（合計要求動力値）に応じて、エンジン１の回転数指令が決定される。Ｍ／Ｇ制御部３３では、発電要求値に応じて電動発電機６のトルク指令が決定される。油圧制御部３４では、Ｍ／Ｇ制御部３３と操作レバー５６の操作量等から演算される油圧ポンプ４の要求動力値Ｐｆに基づいて油圧ポンプ４の傾転角指令値が演算される。

走行制御部３５では、走行用モータ９が発生すべき駆動トルク（走行駆動トルク）の目標値が演算され、当該目標値はトルク指令としてインバータ制御装置２３に出力される。走行駆動トルクは、アクセル／ブレーキペダルの踏み込み量及び現在の車速から演算される走行要求動力値Ｐｒｕｎに基づいて演算される。

表示制御部３６では、車両速度（車速Ｖ）ごとに設定される走行駆動トルクの最大値ＴＱｖに対する現在の走行駆動トルクＴＱｃの割合によって規定されるトルク比Ｒｔ（Ｒｔ＝ＴＱｃ／ＴＱｖ）が演算され（トルク比Ｒｔの演算プロセスについては後述の図６及びその説明も参照）、さらに、当該トルク比Ｒｔ及びこれに関連する情報を表示装置６５に表示するための表示指令が演算される。

表示制御部３６がトルク比Ｒｔの演算時に利用する各値の取得について、本実施の形態では、「車速Ｖ」はハイブリッド制御装置２０に入力されるものを利用している。「車速Ｖごとの最大走行駆動トルクＴＱｖ」は、ハイブリッド制御装置２０の内部又は外部の記憶装置に記憶されており、現在の車速Ｖに応じて適宜算出した値を利用している。現在の走行駆動トルクＴＱｃは、インバータ装置１０から出力されるトルク値や、走行制御部３５で演算されるトルク指令を利用すれば良い。

なお、ここでは、「車速Ｖごとの最大走行駆動トルクＴＱｖ」を基準にしてトルク比Ｒｔを算出したが、車速Ｖごとに決定される値であって最大走行駆動トルクＴＱｖ以下の設定値（トルク設定値）であれば代替可能であり、例えば、エンジン１の燃料消費量やシステム全体のエネルギー効率の向上を考慮して選択した車速Ｖごとの値を採用する等しても良い。

タイマ３７では、表示制御部３６からの指令に基づいてトルク比Ｒｔが所定の値Ｒｏ（トルク比設定値Ｒｏ）以上の値に保持されている時間（継続時間）Ｔが測定される。継続時間Ｔは表示制御部３６に出力されて後述する処理に利用されることがある。設定値Ｒｏの大きさは、１未満の値であれば特に限定は無いが、燃料消費量と作業効率のバランスを考慮すると０．７〜０．９の範囲に含まれる値に設定することが好ましい。

ハイブリッド制御装置２０には、操作レバー（フロント部レバー）５６から出力された操作信号（操作量を含む）と、キャブ内に設置されたアクセルペダル及びブレーキペダルの踏み込み量と、Ｆ／Ｒスイッチ６３のスイッチ信号（前後進信号）と、速度センサ（車輪速度検出手段）６２によって検出された車輪６１の回転速度から演算される車両速度（車速）と、インバータ１０から出力される走行用モータ９の回転数と、エンジン１の回転数（エンジン回転数）と、蓄電制御装置２５で算出される蓄電装置１１の現在のＳＯＣが入力されている。なお、ホイールローダの車速は、速度センサ６２の検出値を入力することで、ハイブリッド制御装置２０で算出しても良い。

動力配分部３１では、油圧要求動力値Ｐｆと走行要求動力値Ｐｒｕｎの和に相当する合計要求動力値に対して、その時のエンジン回転数で出力可能な範囲から効率を加味して最終的なエンジン出力（エンジン出力値Ｐｅ）が決定される。このとき蓄電装置１１の出力（蓄電装置出力値Ｐｃ）は、ＳＯＣも鑑みながら、合計要求動力値に対してエンジン出力の不足分を補うように決定される。以上のように、ハイブリッドシステムは、その時々の合計要求動力値（Ｐｆ＋Ｐｒｕｎ）に応じて、システム全体の効率が最適となるようにエンジン１と蓄電装置１１の各出力を決定し、各制御装置に指令を与え、車両の動作を行う。

図５は本発明の実施の形態に係るハイブリッドシステムにおけるパワーフローを示す図である。本実施の形態に係るハイブリッドシステムは、車両を駆動するための動力源としてエンジン１及び蓄電装置１１を有している。動力配分部３１は、この図に示したように、下記式（１）及び（２）にしたがって、エンジン出力Ｐｅと蓄電装置出力Ｐｃを作業装置５０の出力Ｐｆと走行用モータ９の出力Ｐｒｕｎに分配する処理を行う。下記式（１）及び（２）におけるＰｍｇ_ｉｎ、Ｐｍｇ_ｏｕｔは、それぞれ電動発電機６の入力パワー及び出力パワーを示している。

Pf ＝ Pe − Pmg_in …式（１）
Prun ＝ Pmg_out ＋ Pc …式（２）
ハイブリッド制御装置２０は、出力上限値Ｐｅ，Ｐｃの和（ハイブリッド出力可能上限値）に対して、作業装置５０の動力要求値（油圧要求動力値Ｐｆ）と走行用モータ９の動力要求値（走行動力要求値Ｐｒｕｎ）の和（合計要求動力値）が小さい場合には、システム制御部３０において最も燃費が高くなる出力の仕方を判断し、それに応じて動力配分部３１で作業装置５０および走行用モータ９にそれぞれの動力要求値に沿った指令値を与える。これにより車輪６１には走行用モータ９から走行駆動トルクＴＱｃが入力され、車両に牽引力が発生する。

ところで、上記式（２）で示したように、走行用モータ９の出力Ｐｒｕｎは、主として電動発電機６の出力パワーＰｍｇ_ｏｕｔと蓄電装置出力Ｐｃとに依存する。そのため、従来型のホイールローダとは異なり、電動発電機６の出力パワーＰｍｇ_ｏｕｔは、基本的にエンジン出力Ｐｅには直接的には依存しない。したがって、本稿の冒頭で指摘したように、本実施の形態のようなハイブリッド式のホイールローダでは、走行用モータの出力Ｐｒｕｎ（または、走行駆動力や牽引力）の大小とエンジン回転数の高低との乖離が発生し易い。

次に、上記のように構成される本実施の形態に係るホイールローダにおいて、表示制御部３６で実行されるトルク比Ｒｔの算出処理について説明する。図６は表示制御部３６で実行される処理のフローチャートである。この図に示すように、表示制御部３６は、まず、車速Ｖを入力し（Ｓ１１０）、当該車速Ｖと図７の関係図に基づいて車速Ｖごとの最大走行駆動トルクＴＱｖを算出する処理を実行する（Ｓ１２０）。

図７は、本実施の形態に係る表示制御部３６がステップ１２０で利用する車速Ｖと最大走行駆動トルクＴＱｖの関係図である。本実施の形態では、図７に示したように、最大走行駆動トルクＴＱｖは、車速Ｖの増加とともに単調に減少しており、低速になるほどトルクが大きくなっている。例えば、車速がＶ１のときには、最大走行駆動トルクは図７に示すようにＴＱｖ１となる。算出された最大走行駆動トルクＴＱｖは、表示制御部３６によって記憶装置に格納される。

Ｓ１２０が終了したら、表示制御部３６は、現在の走行駆動トルクＴＱｃを入力し（Ｓ１３０）、Ｓ１２０で算出した最大走行駆動トルクＴＱｖで当該走行駆動トルクＴＱｃを除してトルク比Ｒｔを算出する処理を実行する（Ｓ１４０）。例えば、図７に示すように、現在（車速がＶ１のとき）の走行駆動トルクがＴＱｃ１のときには、トルク比Ｒｔ１はＴＱｃ１／ＴＱｖ１となる。

Ｓ１４０が終了したら、表示制御部３６は、Ｓ１４０で算出したトルク比Ｒｔを表示装置６５に表示するための表示指令を生成して表示制御装置２６に出力し（Ｓ１５０）、Ｓ１１０に戻って上記の処理を繰り返す。次に、表示装置６５におけるトルク比Ｒｔの表示の具体例について説明する。

図８は、本実施の形態に係る表示装置６５におけるトルク比Ｒｔの表示の一例を示す図である。この図は表示装置６５の表示画面を示しており、図示した表示画面には、図６のＳ１４０で算出したトルク比Ｒｔが表示されるトルク比表示部７１と、現在の車速Ｖ［km/h］の値が表示される車速表示部７３と、前後進切替スイッチ６３の切替位置（Ｆ／Ｎ／Ｒ）が表示される切替位置表示部７４と、現在選択されている速度段の段数が表示される速度段表示部７５が設けられている。

この図に示すトルク比表示部７１は、縦方向に延びるバーを複数に分割して形成した目盛り状のインジケータでトルク比Ｒｔを表示している。バーの下端はゼロ（すなわち、現在の走行駆動トルクＴＱｃがゼロ）であり、バーの上端は１（すなわち、ＴＱｖ＝ＴＱｃ）である。Ｓ１４０で算出されるトルク比Ｒｔに応じて、対応するバーが点灯し、オペレータに現在のトルク比Ｒｔが報知される。図示した状態では、トルク比Ｒｔは０．６を示している。

また、図８に示したトルク比表示部７１には、燃料消費量抑制の観点に基づくトルク比Ｒｔの許容値（設定値）を示すシンボル７２が付されており、シンボル７２を超える領域（レッドゾーン）での操作をできるだけ回避するようにオペレータに省燃費運転を促す効果を有している。図示した例では、シンボル７２（許容値）はトルク比Ｒｔが０．８の位置に付されているが、許容値は車両や仕様等に応じて適宜決定すれば良い。なお、許容値にシンボル７２を付す代わりに、当該許容値を超える領域とそれ以外の領域との色や明るさなどを異ならせる表示形態を採用しても良い。

なお、トルク比Ｒｔの表示方法は図示した縦方向のバーインジケータに限定されない。例えば、車速Ｖと同様に数値で表示しても良いし、その場合には百分率［％］で表示しても良い。また、横方向に延びるバーを複数に分割した横方向のインジケータとしても良い。さらに、指針式（アナログ式）のメータ表示を利用したり、トルク比Ｒｔの値の大小に応じてバー（目盛り）の色や明るさを変化させたりしても良い。

上記のように構成された本実施の形態に係るホイールローダでは、車速Ｖごとの最大走行駆動トルクＴＱｖに対する現在の走行駆動トルクＴＱｃをトルク比Ｒｔと定義し、当該トルク比Ｒｔを表示装置６５に表示することで、現在のホイールローダに係る走行駆動力（牽引力）の出力状態や、現在の走行駆動力（牽引力）が最大値に対してどの程度の猶予をもっているかということに関して、オペレータの把握を容易にしている。

ところで、ホイールローダの主な動作としては、バケットを地面まで下ろした状態で砂利山等の掘削対象物に対して前進し、当該掘削対象物に突っ込むようなかたちで運搬物をバケット内に積み込む掘削動作が行われるが、掘削対象物によっては牽引力が不足して前進やバケットの操作が不可能になることがある。このような場合、トルコン式の従来型のホイールローダであれば、まずオペレータはアクセルペダルを踏み込んで牽引力を増加することを試み、エンジン音や車体の振動を知覚することで牽引力の猶予の有無を間接的に判断することで余計な燃料消費を避けることができた。しかし、ハイブリッド式のホイールローダでは、エンジン回転数と牽引力がしばしば乖離することがあるので、オペレータが操作及び動作に違和感をおぼえたり、牽引力を上げようとしてアクセルペダルを不必要に踏み込んで燃料消費量の増加を招いたりするおそれがあった。

ホイールローダ（作業機械）の走行駆動力（牽引力）の出力状態を示す客観的に示す情報としては、本実施の形態が利用したトルク比Ｒｔの他にも、例えば、（１）すべての車速を通しての最大走行駆動トルクに対する走行駆動トルクの割合や、（２）原動機の構成から決まる最大仕事率に対する、走行駆動トルクと車速により算出できる仕事率がある。

前者（１）の場合、一般には図７にも示したように最大走行駆動トルクはゼロ速時が最大であり、車速の増加に反比例して最大走行駆動トルクは減少する。これは、原動機の構成から最大仕事率は決まってしまうためである。そのため、ゼロ速近傍では最大走行駆動トルクに対する走行駆動トルクの割合を用いることで、作業機の出力状態および猶予を適切に表すことができる。しかし、車速が高い場合は、その車速で発生し得る最大駆動トルクを出力していたとしても、ゼロ速時の最大駆動トルクに対する割合は小さなものとなる。そのため、特にホイールローダの出力の猶予を適切に表すことができないといった問題がある。

一方、後者（２）の場合、ある程度の車速を超えていれば適切に作業機械の出力の状態および猶予を表すことができるが、特に、ホイールローダのような走行駆動力（牽引力）によって掘削を行う形態を採る作業機械の場合には、特に重要視されるゼロ速付近の出力状態を適切に表示することができない。これは、仕事率と回転数の関係は「仕事率＝トルク×回転数」と示すことができ、車速ゼロ、すなわち回転数ゼロのときは、駆動トルクをいくら出力していたとしても仕事率はゼロになってしまうためである。

これに対して、上記のように構成した本実施の形態によれば、たとえエンジン回転数と牽引力の乖離が生じても、表示装置６５上のトルク比Ｒｔを参照することで現在の牽引力の出力状態が容易に把握でき、当該出力状況を操作にフィードバックできる。これにより、オペレータが操作及び動作に違和感をおぼえたり、牽引力を上げようとしてアクセルペダルを不必要に踏み込んで燃料消費量の増加を招いたりすることが抑制できる。

次に、本実施の形態に係る表示制御部３６において、図６に示した処理とともに実行される他の処理について説明する。

図９は表示制御部３６で実行される他の処理のフローチャートである。この図に示すように、表示制御部３６は、まず、図６のＳ１４０で算出されたトルク比Ｒｔを入力し（Ｓ２１０）、当該トルク比Ｒｔが設定値Ｒｏ未満であるか否かを判定する処理を実行する（Ｓ２２０）。なお、ここでは「設定値Ｒｏ＝０．９」とし、トルク比ＲｔがＲｏ以上の場合とは、トルク比表示部７１に係る全ての目盛り（すなわち、最上部に位置する目盛りまで）が点灯する状態（後述する図１０の（ｂ），（ｃ），（ｄ）参照）を示すものとする。

Ｓ２２０でトルク比ＲｔがＲｏ未満であると判定された場合には、タイマ３７の測定時間Ｔをゼロに設定する処理を実行し（Ｓ２３０）、Ｓ２１０に戻って以後の処理を繰り返す。

一方、Ｓ２２０でトルク比ＲｔがＲｏ以上であると判定された場合には、タイマ３７を起動して時間（継続時間）Ｔの測定を開始する（Ｓ２２１）。時間Ｔの測定を開始したら、トルク比ＲｔがＲｏ以上であるか否かを確認する処理を実行する（Ｓ２２３）。ここでトルク比ＲｔがＲｏ未満であると判定された場合にはＳ２３０に進み、これとは反対にトルク比ＲｔがＲｏ以上であると判定された場合にはＳ２２５に進む。

Ｓ２２５では、表示制御部３６は、継続時間Ｔが設定時間Ｔｏ以上であるか否かを判定する処理を実行する。なお、設定時間Ｔｏに特に限定は無いが、燃料消費量の抑制を促す観点からは数秒（２，３秒）程度が好ましい。Ｓ２２５で継続時間ＴがＴｏ未満であると判定された場合にはＳ２２３に戻る。一方、Ｓ２２５で継続時間ＴがＴｏ以上であると判定された場合には、ＴとＴｏの偏差（ΔＴ＝Ｔ−Ｔｏ≧０）を算出し、当該偏差ΔＴの大きさに応じてトルク比表示部７１で点灯した目盛りの色を変化させるための表示指令を生成し、当該表示指令を表示制御装置２６に出力する（Ｓ２２７）。

図１０はＳ２２７の処理によってトルク比表示部７１のインジケータ（目盛り）の色が変化する様子を示した説明図である。この図において、（ａ）は「Ｒｔ≦Ｒｏ」の場合であり、Ｓ２３０を通過する状態を示している。また、（ｂ）は「Ｒｔ≧Ｒｏ」かつ「Ｔ≦Ｔｏ」の場合を示す。すなわち、（ａ）及び（ｂ）はＳ２２７の処理が行われていない状態を示す。

一方、（ｃ）及び（ｄ）はＳ２２７の処理が行われている状態を示す。（ｃ）は、「Ｒｔ≧Ｒｏ」かつ「０≦ΔＴ<ｔ１」の場合を示し、（ｄ）は、（ｃ）よりさらに時間Ｔが経過した状態、すなわち、「Ｒｔ≧Ｒｏ」かつ「ｔ１≦ΔＴ」の場合を示す。なお、ｔ１は任意の値（例えば、２秒）とする。（ｃ）での目盛りの色は（ｂ）の状態から黒に近づいており、（ｄ）での目盛りの色は（ｃ）の状態からさらに黒に近づいている。このように、本実施の形態では、「Ｒｔ≧Ｒｏ」の状態が保持された時間Ｔ（ΔＴ）の増加に応じて、目盛りの色をグレーから黒に近づける処理を実行している。

上記のように継続時間Ｔ（偏差ΔＴ）に応じてインジケータの色を変化させると、走行用モータ９が出力している走行駆動トルクＴＱｃが最大値ＴＱｖに近い値に保持された状態が継続していることをオペレータに容易に報知できるので、単色で目盛りを表示する場合よりもさらに容易に燃料消費量の抑制（省エネ）を促すことができる。

なお、上記ではΔＴの増加に応じて表示部７１に係る目盛りの色をグレーから黒に近づける方法を説明したが、その他の方法として、寒色（例えば、青）から暖色（例えば、赤）に近づけるもの、目盛りを点滅させるとともにΔＴの増加に応じて当該点滅速度を変化させるもの、ΔＴの数値を表示部７１に表示するもの、ΔＴが所定の値に達したらその旨を表示装置６５の画面上に表示するもの等がある。すなわち、トルク比Ｒｔが設定値Ｒｏ以上に保持されている状態が継続していることをオペレータに報知可能な方法であれば代用可能である。

ところで、上記ではハイブリッド式のホイールローダを例に挙げて説明したが、本発明が課題とするエンジン回転数と牽引力との乖離は、ハイブリッド式のホイールローダのみに限らず、ホイールローダに無段変速機（Continuously Variable Transmission：CVT）を搭載した場合にも同様に生じる。したがって、無段変速機を備えたホイールローダにも本発明は適用可能である。

また、上記では、蓄電装置１１を備えるハイブリッド式ホイールローダを例に挙げて説明したが、蓄電装置１１を備えないもの（電動発電機６の電力だけで走行用モータ９を駆動するものや、外部電源から供給される電力で走行用モータ９を駆動するもの）でも本発明は適用可能である。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

また、上記の制御装置に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又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）で実現しても良い。また、上記の制御装置に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御装置の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。

また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１…エンジン、４…油圧ポンプ、６…電動発電機、９…走行用モータ、２６…表示制御装置、３５…走行制御部、３６…表示制御部、３７…タイマ、５０…油圧作業装置、６１…車輪、６５…表示装置、７１…トルク比表示部、７２…シンボル、Ｒｏ…トルク比設定値、Ｒｔ…トルク比、ＴＱｃ…走行駆動トルク、Ｔ…継続時間、Ｔｏ…設定時間、ＴＱｖ…最大走行駆動トルク、Ｖ…車両速度、ΔＴ…時間偏差

Claims (3)

1. 車輪に入力される走行駆動トルクを発生する原動機と、
   当該原動機の走行駆動トルクについて車両速度ごとに設定された設定値を現在の車両速度に基づいて算出し、当該設定値に対する現在の走行駆動トルクの割合を算出する制御装置と、
   前記走行駆動トルクの割合を表示する表示装置とを備えることを特徴とするホイールローダ。
2. 請求項１に記載のホイールローダにおいて、
   前記制御装置は、さらに、前記走行駆動トルクの割合が設定値（Ｒｏ）以上に保持される時間が所定時間（Ｔｏ）以上に達したか否かを判定する処理を実行しており、
   前記表示装置は、前記保持される時間が前記所定時間以上に達したと前記制御装置で判定された場合、前記走行駆動トルクの割合が前記所定時間以上に達した旨をさらに表示することを特徴とするホイールローダ。
3. 請求項１又は２に記載のホイールローダにおいて、
   前記表示装置は、燃料消費量抑制の観点に基づく前記走行駆動トルクの割合の許容値をさらに表示することを特徴とするホイールローダ。

Images