JP7038515B2 - ホイールローダ - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダに関する。

ホイールローダの走行駆動システムの一つとして、エンジンの動力をトルクコンバータを介して車輪に伝達するトルクコンバータ式の走行駆動システムが知られている。このトルクコンバータ式の走行駆動システムが搭載されたホイールローダでは、トルクコンバータの入力軸の回転速度と出力軸の回転速度の比（＝出力回転速度／入力回転速度）に基づいてエンジンの回転が変速され、変速後の回転が車輪に伝達されることにより走行する。

例えば特許文献１には、エンジンの回転をトルクコンバータ及びトランスミッションを介してタイヤに伝達する走行駆動装置と、上下方向に回動可能なリフトアームを含むフロント作業装置と、エンジンによって駆動され、フロント作業装置を駆動させるアクチュエータに圧油を供給する可変容量型の油圧ポンプと、車体の各部を制御するコントローラと、を備えたホイールローダが開示されている。

このホイールローダは、アクセルペダルの踏込量が所定の値よりも小さいときには低速度域においてエンジンの実回転速度に対する油圧ポンプの最大吸収トルクを制限し、アクセルペダルの踏込量が所定の値よりも大きいときには低速度域及び中速度域において当該最大吸収トルクを制限することにより、エンジンの実回転速度の上昇率を高め、エンジンの吹け上がり性能を向上させている。

特開２０１５－８６５７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のホイールローダでは、車体の前進走行中にリフトアームを上方向に動作させる、いわゆるライズラン操作においてもエンジンの実回転速度の上昇率が高くなる。このため、車体の走行速度の上昇が速くなり、走行速度に対してリフトアームの上げ速度が相対的に遅くなる。すると、リフトアームが上方向に上がりきるまでに時間がかかるため、ライズラン操作に必要な分の走行距離を長く設定する必要が出てきてしまう。また、走行距離が長くなることにより、ホイールローダの燃料の消費も多くなってしまう。

そこで、本発明の目的は、ライズラン操作に必要な分の走行距離を短くし、燃料の消費を抑制することが可能なホイールローダを提供することにある。

上記の目的を達成するために、車体の前部に設けられて上下方向に回動可能なリフトアームを有するフロント作業機を備え、エンジンの動力をトルクコンバータを介して車輪に伝達して走行するホイールローダであって、前記車体の走行状態を検出する走行状態検出器と、前記リフトアームが上げ動作中であることを検出する動作検出器と、前記エンジンを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記走行状態検出器で検出された走行状態、及び前記動作検出器で検出された前記リフトアームの上げ動作の状態に基づいて、前記車体の前進走行中における前記リフトアームの上方向への動作を特定する特定条件を満たすか否かを判定し、前記特定条件を満たす場合に、前記特定条件を満たさない場合の前記エンジンの最高回転速度に比べて、前記エンジンの最高回転速度を小さくして車速を制限することを特徴とするホイールローダを提供する。

本発明によれば、ライズラン操作に必要な分の走行距離を短くし、燃料の消費を抑制することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の各実施形態に係るホイールローダの外観を示す側面図である。 ホイールローダによるＶシェープローディングについて説明する説明図である。 ホイールローダのライズラン操作を説明する説明図である。 第１実施形態に係るホイールローダの油圧回路及び電気回路を示す図である。 アクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。 速度段ごとの車速と駆動力との関係を示すグラフである。 リフトアームの上げ操作量とスプールの開口面積との関係を示すグラフである。 コントローラが有する機能を示す機能ブロック図である。 コントローラで実行される処理の流れを示すフローチャートである。 リフトアームの上げ操作量とエンジンの最高回転速度との関係を示すグラフである。 エンジンの最高回転速度に制限をかけた場合におけるアクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。 ホイールローダの走行距離とリフトアームの上昇時間との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係るホイールローダの油圧回路及び電気回路を示す図である。 第２実施形態に係るコントローラが有する機能を示す機能ブロック図である。 第２実施形態に係るコントローラで実行される処理の流れを示すフローチャートである。 油圧ポンプの吐出圧とエンジンの最高回転速度との関係を示すグラフである。

本発明の各実施形態に係るホイールローダの全体構成及びその動作について、図１～３を参照して説明する。

図１は、本発明の各実施形態に係るホイールローダ１の外観を示す側面図である。

ホイールローダ１は、前フレーム１Ａ及び後フレーム１Ｂで構成される車体と、車体の前部に設けられたフロント作業機２と、を備えている。ホイールローダ１は、車体が中心付近で中折れすることにより操舵するアーティキュレート式の作業機械である。前フレーム１Ａと後フレーム１Ｂとは、センタジョイント１０によって左右方向に回動自在に連結されており、前フレーム１Ａが後フレーム１Ｂに対して左右方向に屈曲する。

前フレーム１Ａには、左右一対の前輪１１Ａ、及びフロント作業機２、が設けられている。後フレーム１Ｂには、左右一対の後輪１１Ｂ、オペレータが搭乗する運転室１２、エンジンやコントローラ、冷却器等の各機器を収容する機械室１３、及び車体が傾倒しないようにバランスを保つためのカウンタウェイト１４、を備えている。なお、図１では、左右一対の前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂのうち、左側の前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂのみを示している。

フロント作業機２は、上下方向に回動可能なリフトアーム２１と、伸縮することによりリフトアーム２１を駆動させる一対のリフトアームシリンダ２２と、リフトアーム２１の先端部に取り付けられたバケット２３と、伸縮することによりバケット２３をリフトアーム２１に対して上下方向に回動させるバケットシリンダ２４と、リフトアーム２１に回動可能に連結されてバケット２３とバケットシリンダ２４とのリンク機構を構成するベルクランク２５と、一対のリフトアームシリンダ２２やバケットシリンダ２４へ圧油を導く複数の配管（不図示）と、を有している。なお、図１では、一対のリフトアームシリンダ２２のうち、左側に配置されたリフトアームシリンダ２２のみを破線で示している。

リフトアーム２１は、各リフトアームシリンダ２２のロッド２２０が伸びることにより上方向に回動し、各ロッド２２０が縮むことにより下方向に回動する。バケット２３は、バケットシリンダ２４のロッド２４０が伸びることによりリフトアーム２１に対して上方向に回動（チルト）し、ロッド２４０が縮むことによりリフトアーム２１に対して下方向に回動（ダンプ）する。

このホイールローダ１は、例えば露天掘り鉱山等において、土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行うための作業機械である。次に、ホイールローダ１が掘削作業及び積み込み作業を行う際の方法の１つであるＶシェープローディングについて、図２及び図３を参照して説明する。

図２は、ホイールローダ１によるＶシェープローディングについて説明する説明図である。図３は、ホイールローダ１のライズラン操作を説明する説明図である。

まず、ホイールローダ１は、矢印Ｘ１で示すように、掘削対象である地山１００Ａに向かって前進し、バケット２３を地山１００Ａに突入させて掘削作業を行う。掘削作業が終わると、ホイールローダ１は、矢印Ｘ２で示すように、元の場所に一旦後退する。

次に、ホイールローダ１は、矢印Ｙ１で示すように、ダンプトラック１００Ｂに向かって前進し、ダンプトラック１００Ｂの手前で停止する。図２では、ダンプトラック１００Ｂの手前で停止している状態のホイールローダ１を破線で示している。

具体的には、図３に示すように、オペレータはアクセルペダルをいっぱいまで踏み込む（フルアクセル）と共に、リフトアーム２１の上げ操作を行う（図３において右側に示す状態）。次に、フルアクセルの状態のまま、さらにリフトアーム２１を上方向に上げる（図３において中央に示す状態）。そして、オペレータはブレーキを作動させてダンプトラック１００Ｂの手前で停止し、バケット２３をダンプさせてバケット２３内の積荷（土砂や鉱物等）をダンプトラック１００Ｂに積み込む。なお、図３に示すこの一連の操作を「ライズラン操作」という。

積み込み作業が終わると、ホイールローダ１は、図２の矢印Ｙ２で示すように、元の場所に後退する。このように、ホイールローダ１は、地山１００Ａとダンプトラック１００Ｂとの間でＶ形状に往復走行し、掘削作業及び積み込み作業を行う。

次に、ホイールローダ１の駆動システムについて、実施形態ごとに説明する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るホイールローダ１の駆動システムについて、図４～１２を参照して説明する。

（走行駆動システムについて）
まず、ホイールローダ１の走行駆動システムについて、図４～６を参照して説明する。

図４は、本実施形態に係るホイールローダ１の油圧回路及び電気回路を示す図である。図５は、アクセルペダル踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。図６は、速度段ごとの車速と駆動力との関係を示すグラフである。

本実施形態に係るホイールローダ１は、トルクコンバータ式の走行駆動システムによって車体の走行が制御されており、図４に示すように、エンジン３と、入力軸がエンジン３の出力軸に連結されたトルクコンバータ４１（以下、「トルコン４１」とする）と、トルコン４１の出力軸に連結されたトランスミッション４２と、エンジン３等の各機器を制御するコントローラ５と、を備えている。

トルコン４１は、インペラ、タービン、及びステータで構成された流体クラッチであり、入力トルクに対して出力トルクを増大させる機能、すなわちトルク比（＝出力トルク／入力トルク）を１以上とする機能を有する。このトルク比は、トルコン４１の入力軸の回転速度と出力軸の回転速度の比であるトルコン速度比（＝出力軸回転速度／入力軸回転速度）が大きくなるにつれて小さくなる。これにより、エンジン３の回転を変速した上でトランスミッション４２に伝達する。

トランスミッション４２は、最高車速を図６に示すような１～４速度段に対応した複数のソレノイド弁を有する変速機であり、トルコン４１の出力軸の回転を変速する。１～４速度段の選択は、運転室１２に設けられた速度段スイッチ６３（図４参照）により行われる。この速度段スイッチ６３は、ホイールローダ１の前進走行に対して主に使用される。

オペレータが速度段スイッチ６３で所望の速度段を選択すると、速度段スイッチ６３から選択された速度段に係る速度段信号がコントローラ５に出力される。そして、コントローラ５からトランスミッション制御部４２０に出力された当該速度段信号にしたがって、トランスミッション４２の複数のソレノイド弁がそれぞれ駆動する。

図６に示すように、１速度段では最高車速がＳ１に、２速度段では最高車速がＳ２に、３速度段では最高車速がＳ３に、４速度段では最高車速がＳ４に、それぞれ設定されている。なお、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の間の大小関係は、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４である。図６では、１速度段を実線で、２速度段を破線で、３速度段を一点鎖線で、４速度段を二点鎖線で、それぞれ示している。

また、１～４速度段のうち、１速度段及び２速度段が「低速度段」に、３速度段及び４速度段が「中～高速度段」に、それぞれ相当する。この「低速度段」は、積込作業においてホイールローダ１がダンプトラック１００Ｂに向かって走行する場合（図２において矢印Ｙ１で示す場合）、すなわちライズラン操作時に選択され、最高車速は例えば９～１５ｋｍ／時に設定されている。

ホイールローダ１の進行方向、すなわち前進又は後進の選択は、運転室１２に設けられた前後進切換スイッチ６２（図４参照）によって行う。具体的には、オペレータが前後進切換スイッチ６２で前進の位置に切り換えると、前進を示す前後進切換信号がコントローラ５に出力され、コントローラ５はトランスミッション４２の前進クラッチを係合状態とするための指令信号をトランスミッション制御部４２０に出力する。トランスミッション制御部４２０が前進に係る指令信号を受信すると、トランスミッション制御部４２０に設けられたクラッチ制御弁が作動して前進クラッチが係合状態となり、車体が前進に切り換わる。車体の後進についても、同様の仕組みによって切り換わる。

トルクコンバータ式の走行駆動システムでは、まず、運転室１２に設けられたアクセルペダル６１をオペレータが踏み込むとエンジン３が回転し、エンジン３の回転に伴ってトルコン４１の入力軸が回転する。そして、設定されたトルコン速度比にしたがってトルコン４１の出力軸が回転し、トルコン４１からの出力トルクがトランスミッション４２、プロペラシャフト１６、及びアクスル１５を介して前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂに伝達されることにより、ホイールローダ１が走行する。

具体的には、図４に示すように、踏込量検出器６１０によって検出されたアクセルペダル６１の踏込量がコントローラ５に入力され、コントローラ５からエンジン３へ目標エンジン回転速度が指令信号として入力される。エンジン３は、この目標エンジン回転速度にしたがって回転数が制御される。エンジン３の回転速度は、エンジン３の出力軸側に設けられた第１回転速度センサ７１で検出する。

図５に示すように、アクセルペダル６１の踏込量と目標エンジン回転速度とは比例関係にあり、アクセルペダル６１の踏込量が大きくなると目標エンジン回転速度は速くなる。これにより、トルコン４１の出力軸の回転速度が上昇して車速が上昇する。図４に示すように、車速は、プロペラシャフト１６の回転速度として第２回転速度センサ７２で検出する。

なお、図５において、アクセルペダル６１の踏込量０％～２０あるいは３０％の範囲では、目標エンジン回転速度は、アクセルペダル６１の踏込量にかかわらず最低目標エンジン回転速度Ｖｍｉｎで一定となっている。また、アクセルペダル６１の踏込量７０あるいは８０％～１００％の範囲では、目標エンジン回転速度は、アクセルペダル６１の踏込量にかかわらず最高目標エンジン回転速度Ｖｍａｘで一定となっている。

このように、アクセルペダル６１の踏込量と目標エンジン回転速度との関係において、アクセルペダル６１の踏込量が少ない所定の領域では、目標エンジン回転速度が最低目標エンジン回転速度Ｖｍｉｎに維持されるように、アクセルペダル６１の踏込量が多い所定の領域では、目標エンジン回転速度が最高目標エンジン回転速度Ｖｍａｘに維持されるように、それぞれ設定されている。なお、これらの設定は、任意に変更可能である。

（フロント作業機２の駆動システムについて）
次に、フロント作業機２の駆動システムについて、図４及び図７を参照して説明する。

図７は、リフトアーム２１の上げ操作量とスプールの開口面積との関係を示すグラフである。

図４に示すように、ホイールローダ１は、エンジン３により駆動され、フロント作業機２に作動油を供給する油圧ポンプ４３と、当該作動油を貯蔵する作動油タンク４４と、リフトアーム２１を操作するためのリフトアーム操作レバー２１０と、バケット２３を操作するためのバケット操作レバー２３０と、油圧ポンプ４３からリフトアームシリンダ２２及びバケットシリンダ２４にそれぞれ供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ６４と、を備える。

本実施形態では、油圧ポンプ４３は、傾転角に応じて押し退け容積が制御される斜板式あるいは斜軸式の可変容量型油圧ポンプである。傾転角は、コントローラ５から出力された指令信号にしたがって、レギュレータ４３０により調整される。なお、油圧ポンプ４３は必ずしも可変容量型の油圧ポンプでなくてもよく、固定容量型の油圧ポンプを用いても良い。

オペレータが、例えばリフトアーム２１を上げる方向にリフトアーム操作レバー２１０を操作すると、その操作量に応じたパイロット圧が生成される。このパイロット圧は、リフトアーム操作レバー２１０によるリフトアーム２１の上げ操作量に相当し、操作量検出器７３で検出される。

そして、生成されたパイロット圧がコントロールバルブ６４に作用し、コントロールバルブ６４内のスプールが当該パイロット圧に応じてストロークする。油圧ポンプ４３から吐出された作動油はコントロールバルブ６４を介してリフトアームシリンダ２２に流入し、これによりリフトアームシリンダ２２のロッド２２０が伸長する。

図７に示すように、リフトアーム２１の上げ操作量［％］とコントロールバルブ６４のスプールの開口面積［％］とは比例関係にあり、リフトアーム２１の上げ操作量が増えるとスプールの開口面積も大きくなる。したがって、リフトアーム２１を上げる方向にリフトアーム操作レバー２１０を大きく操作すると、リフトアームシリンダ２２へ流入する作動油量が多くなり、ロッド２２０が速く伸長する。

なお、図７において、リフトアーム２１の上げ操作量０～２０％の範囲では、スプールは開口せず、開口面積は０％である（不感帯）。また、リフトアーム２１の上げ操作量８５～１００％の範囲では、スプールの開口面積は１００％で一定となっており、フルレバー操作状態が維持されている。

バケット２３の操作についても、リフトアーム２１の操作と同様に、バケット操作レバー２３０の操作量に応じて生成されたパイロット圧がコントロールバルブ６４に作用することによってコントロールバルブ６４のスプールの開口面積が制御され、バケットシリンダ２４へ流出入する作動油量が調整される。

なお、図４では図示を省略しているが、リフトアーム２１の下げ操作量やバケット２３のチルト及びダンプ操作量をそれぞれ検出するための操作量（パイロット圧）検出器についても、油圧回路の各管路上に設けられている。

（コントローラ５の構成及び機能）
次に、コントローラ５の構成及び機能について、図８～１２を参照して説明する。

図８は、コントローラ５が有する機能を示す機能ブロック図である。図９は、コントローラ５で実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１０は、リフトアーム２１の上げ操作量とエンジンの最高回転速度との関係を示すグラフである。図１１は、エンジン３の最高回転速度に制限をかけた場合におけるアクセルペダル６１の踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示すグラフである。図１２は、ホイールローダ１の走行距離とリフトアーム２１の上昇時間との関係を示すグラフである。

コントローラ５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、入力Ｉ／Ｆ、及び出力Ｉ／Ｆがバスを介して互いに接続されて構成される。そして、前後進切換スイッチ６２や速度段スイッチ６３といった各種の操作装置、及び踏込量検出器６１０や操作量検出器７３といった各種の検出器等（図４参照）が入力Ｉ／Ｆに接続され、エンジン３やトランスミッション４２のトランスミッション制御部４２０、油圧ポンプ４３のレギュレータ４３０等が出力Ｉ／Ｆに接続されている。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭやＨＤＤ若しくは光学ディスク等の記録媒体に格納された演算プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵが読み出してＲＡＭ上に展開し、展開された演算プログラムを実行することにより、演算プログラムとハードウェアとが協働して、コントローラ５の機能を実現する。

なお、本実施形態では、コントローラ５の構成をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにより説明しているが、これに限らず、ホイールローダ１の側で実行される演算プログラムの機能を実現する集積回路を用いて構成してもよい。

図８に示すように、コントローラ５は、データ取得部５１と、記憶部５２と、判定部５３と、演算部５４と、指令信号出力部５５と、を含む。

データ取得部５１は、前後進切換スイッチ６２から出力された前進あるいは後進の前後進切換信号、踏込量検出器６１０で検出されたアクセルペダル６１の踏込量、操作量検出器７３で検出されたリフトアーム２１の上げ操作量としてのパイロット圧Ｔｉ（以下、単に「パイロット圧Ｔｉ」とする）、及び速度段スイッチ６３から出力された速度段信号に関するデータをそれぞれ取得する。

記憶部５２は、リフトアーム２１の上げ操作に係るパイロット圧に関する第１パイロット閾値Ｔ１、第２パイロット閾値Ｔ２、及び第３パイロット閾値Ｔ３を記憶している。第１パイロット閾値Ｔ１及び第２パイロット閾値Ｔ２はそれぞれ、リフトアーム２１が水平姿勢よりも上方向に上がっている状態のパイロット圧であり、第２パイロット閾値Ｔ２は第１パイロット閾値Ｔ１よりも大きい値に設定されている（Ｔ１＜Ｔ２）。例えば、本実施形態では、第１パイロット閾値Ｔ１は７０％（Ｔ１＝７０％）、第２パイロット閾値Ｔ２は８５％（Ｔ２＝８５％）である。なお、第１パイロット閾値Ｔ１は、リフトアーム２１が上げ操作を行っている状況において、少なくともリフトアーム２１が水平姿勢をとった時のパイロット圧であればよい。第３パイロット閾値Ｔ３は、リフトアーム２１が上方向に上がりきった時のパイロット圧、すなわち１００％である（Ｔ３＝１００％）。

判定部５３は、データ取得部５１で取得された前後進切換信号及びアクセルペダル６１の踏込量に基づいて、ホイールローダ１が前進走行中であるか否かを判定すると共に、データ取得部５１で取得されたパイロット圧Ｔｉに基づいて、リフトアーム２１が上げ動作中であるか否かを判定する。以下、ホイールローダ１の前進走行中におけるリフトアーム２１の上方向への動作を特定するための条件を「特定条件」とし、この「特定条件」を満たす場合とは、前述したライズラン操作を行っている場合である。

ここで、前後進切換スイッチ６２及び踏込量検出器６１０はそれぞれ、ホイールローダ１の車体の走行状態を検出する走行状態検出器の一態様であり、操作量検出器７３は、リフトアーム２１の上げ動作を検出する動作検出器の一態様である。

なお、本実施形態では、前後進切換スイッチ６２から出力された前進を示す前後進切換信号、及び踏込量検出器６１０で検出されたアクセルペダル６１の踏込量によって車体の前進走行を判定しているが、これに限らず、車体に搭載された他の複数の走行状態検出器で検出された各走行状態を踏まえて総合的に車体の前進走行を判定してもよい。

本実施形態では、判定部５３は、特定条件を満たすと判定された場合（ライズラン操作中）に、データ取得部５１で取得されたパイロット圧Ｔｉ、及び記憶部５２から読み出した第１～第３パイロット閾値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に基づいて、パイロット圧Ｔｉと第１～第３パイロット閾値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３との大小関係を判定する。また、判定部５３は、データ取得部５１で取得された速度段信号に基づいて、低速度段が選択されているか否かを判定する。

演算部５４は、判定部５３で特定条件を満たすと判定された場合（ライズラン操作中）に、エンジン３の最高回転速度Ｖｉを演算する。指令信号出力部５５は、演算部５４で演算されたエンジン３の最高回転速度Ｖｉに係る指令信号をエンジン３に出力する。

次に、コントローラ５内で実行される具体的な処理の流れについて説明する。

図９に示すように、まず、データ取得部５１は、前後進切換スイッチ６２からの前後進切換信号、踏込量検出器６１０からのアクセルペダル６１の踏込量、及び操作量検出器７３からのパイロット圧Ｔｉをそれぞれ取得する（ステップＳ５０１）。

次に、判定部５３は、ステップＳ５０１において取得した各データに基づいて、ホイールローダ１が前進走行をしているか否かを判定すると共に、リフトアーム２１が上げ動作を行っているか否かを判定する（ステップＳ５０２）。すなわち、ステップ５０２において、特定条件を満たすか否かを判定する。

ステップＳ５０２において特定条件を満たすと判定された場合（ステップＳ５０２／ＹＥＳ）、データ取得部５１は、速度段スイッチ６３から速度段信号を取得する（ステップＳ５０３）。一方、ステップＳ５０２において特定条件を満たさないと判定された場合（ステップＳ５０２／ＮＯ）、コントローラ５における処理が終了する。

判定部５３は、ステップＳ５０３で取得した速度段信号に基づいて、速度段が低速度段であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。ステップＳ５０４において速度段が低速度段であると判定された場合（ステップＳ５０４／ＹＥＳ）、ステップＳ５０１で取得したパイロット圧Ｔｉと、記憶部５２から読み出した第１パイロット閾値Ｔ１及び第２パイロット閾値Ｔ２との大小関係を判定する。具体的には、判定部５３は、パイロット圧Ｔｉが第１パイロット閾値Ｔ１以上であり、かつ第２パイロット閾値Ｔ２よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５０６）。

ステップＳ５０６においてパイロット圧Ｔｉが第１パイロット閾値Ｔ１以上であり、かつ第２パイロット閾値Ｔ２よりも小さい（Ｔ１≦Ｔｉ＜Ｔ２）と判定された場合（ステップＳ５０６／ＹＥＳ）、演算部５４は、Ｖｉ＝ｋ１×Ｔｉ（ｋ１＜０：比例定数）にしたがってエンジン３の最高回転速度Ｖｉを演算する（ステップＳ５０７）。指令信号出力部５５は、ステップＳ５０７で演算されたエンジン３の最高回転速度Ｖｉに係る指令信号をエンジン３に出力する（ステップＳ５１０）。

すなわち、図１０に示すように、検出されたパイロット圧Ｔｉが第１パイロット閾値Ｔ１から第２パイロット閾値Ｔ２までの間の値である場合には（Ｔ１≦Ｔｉ＜Ｔ２）、パイロット圧Ｔｉとエンジン３の最高回転速度Ｖｉとが反比例の関係を満たすように、コントローラ５は、エンジン３の最高回転速度Ｖｉを所定の値Ｖｔｈまで徐々に小さくし、車速を制限（減速）する。したがって、本実施形態では、コントローラ５は、検出されたパイロット圧Ｔｉが第１パイロット閾値Ｔ１になって初めて、車速を制限するための処理を実行する。

図１０では、パイロット圧Ｔｉが７０％（第１パイロット閾値Ｔ１）のとき、エンジン３の最高回転速度Ｖｉは定格（＝１００％）の２１００［ｒｐｍ］であり、パイロット圧Ｔｉが８５％（第２パイロット閾値Ｔ２）のとき、エンジン３の最高回転速度Ｖｉは定格の８５％の１７８５［ｒｐｍ］である。したがって、パイロット圧Ｔｉが７０％から８５％まで大きくなるにつれて、エンジン３の最高回転速度Ｖｉは１００％（定格）から８５％（所定の値Ｖｔｈ）まで徐々に制限される。

一方、ステップＳ５０６においてパイロット圧Ｔｉが第１パイロット閾値Ｔ１以上であり、かつ第２パイロット閾値Ｔ２よりも小さい（Ｔ１≦Ｔｉ＜Ｔ２）と判定されなかった場合（ステップＳ５０６／ＮＯ）、判定部５３は、さらにパイロット圧Ｔｉが第２パイロット閾値Ｔ２以上であり、かつ第３パイロット閾値Ｔ３よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５０８）。

ステップＳ５０８においてパイロット圧Ｔｉが第２パイロット閾値Ｔ２以上であり、かつ第３パイロット閾値Ｔ３よりも小さい（Ｔ２≦Ｔｉ＜Ｔ３）と判定された場合（ステップＳ５０８／ＹＥＳ）、演算部５４は、パイロット圧Ｔｉの増加に関係なく、エンジン３の最高回転速度Ｖｉを所定の値Ｖｔｈとして（Ｖｉ＝Ｖｔｈ）演算する（ステップＳ５０９）。指令信号出力部５５は、ステップＳ５０９で演算されたエンジン３の最高回転速度Ｖｉ（＝Ｖｔｈ）に係る指令信号をエンジン３に出力する（ステップＳ５１０）。

すなわち、図１０に示すように、検出されたパイロット圧Ｔｉが第２パイロット閾値Ｔ２（＝８５％）から第３パイロット閾値Ｔ３（＝１００％）までの間の値である場合には（Ｔ２≦Ｔｉ＜Ｔ３）、コントローラ５は、パイロット圧Ｔｉの増加に関係なく、エンジン３の最高回転速度Ｖｉを所定の値Ｖｔｈ（＝１７８５ｒｐｍ）に維持するように車速を制限（減速）する。

以上のように、ステップＳ５０２において特定条件を満たす（ライズラン操作中）と判定された場合に（ステップＳ５０２／ＹＥＳ）エンジン３の最高回転速度Ｖｉを制限することで、図１１に示すように、アクセルペダル６１の踏込量に対する目標エンジン最高回転速度がＶｍａｘ１からＶｍａｘ２に制限される（Ｖｍａｘ１→Ｖｍａｘ２、Ｖｍａｘ２＜Ｖｍａｘ１）。

これにより、図１２に示すように、ライズラン操作中において、エンジン３により駆動される油圧ポンプ４３の吐出量が減少し、リフトアーム２１が上方向に上がりきるまでの時間（上昇時間）はｔ１からｔ２に延び（ｔ１→ｔ２、ｔ２＞ｔ１）、車速に制限をかけない場合と比べて長くなる。

一方で、ホイールローダ１からダンプトラック１００Ｂまでの走行距離（図２において実線で示したホイールローダ１から破線で示したホイールローダ１までの距離）、すなわちライズラン操作に必要な分の走行距離はＬ１からＬ２と短くなり（Ｌ１→Ｌ２、Ｌ２＜Ｌ１）、車速に制限をかけない場合と比べて短くなる。

仮に、リフトアーム２１の上げ動作速度に対して車速に制限をかけない場合にはリフトアーム２１が上方向に上がりきる前にホイールローダ１がダンプトラック１００Ｂの手前に到着してしまう可能性があり、この場合には走行距離を長くとる必要がある。しかしながら、コントローラ５でリフトアーム２１の上げ動作の速度に対して車速を制限することにより、短い走行距離でもリフトアーム２１が上がりきる。これにより、Ｖシェープローディングにおける作業のサイクルタイムが短縮して作業効率が良くなると共に、ホイールローダ１の燃料消費を低減することができる。

また、特定条件を満たすか否かを判定する際に、操作量検出器７３で検出されたパイロット圧Ｔｉを用いてリフトアーム２１の上げ動作の有無を判定しているため、例えばリフトアームシリンダ２２のボトム圧を検出する場合と比べて、リフトアーム２１の上げ動作の誤判定を低減することが可能となり、車速の急な変化が抑制される。リフトアーム操作レバー２１０の操作によって生成したパイロット圧を用いる場合は、リフトアームシリンダ２２のボトム圧を用いる場合と異なり、リフトアーム２１の上げ動作を直接的に検出することができるため、バケット２３内の荷や車体の振動等による圧力変動の影響が少ないからである。

さらに、本実施形態では、ライズラン操作の後半、少なくともリフトアーム２１が水平姿勢時から上方向に上がりきるまでの間（図１０では、パイロット圧が７０～１００％の間）に限り、コントローラ５によりエンジン３の最高回転速度（車速）に制限をかけ、リフトアーム２１の上げ動作を大きく行わない場合にはエンジン３の最高回転速度に制限をかけない。このため、リフトアーム２１の上げ動作を大きく行わない場合には、エンジン３の吹け上がりを良くして加速性能を高めることができる。

ステップＳ５０８においてパイロット圧Ｔｉが第２パイロット閾値Ｔ２以上であり、かつ第３パイロット閾値Ｔ３よりも小さい（Ｔ２≦Ｔｉ＜Ｔ３）と判定されなかった場合（ステップＳ５０８／ＮＯ）、すなわちリフトアーム２１が大きく上げ動作されなかった場合（Ｔｉ＜Ｔ１）、又はライズラン操作が終了した場合（Ｔｉ＝Ｔ３）、コントローラ５における処理が終了する。

ステップＳ５１０において指令信号出力部５５がエンジン３に指令信号を出力した後は、ステップＳ５０１に戻り、処理を繰り返す。

本実施形態では、ステップＳ５０４において速度段が低速度段でなかった場合（ステップＳ５０４／ＮＯ）、ステップＳ５０３に戻り、速度段が低速度段になるまでエンジン３の最高回転速度を制御して車速を制限する処理（ステップＳ５０６以降の処理）に進まないこととしている。ライズラン操作を行うにあたっては低速度段（特に、図６における２速度段）が適しており、低速度段が選択されている場合に限って車速に制限をかけることが望ましいからである。

なお、コントローラ５は、ステップＳ５０３及びステップＳ５０４を省略して、選択された速度段の種類に関係なくエンジン３の最高回転速度を制限してもよい。

また、本実施形態では、ホイールローダ１は、図８に示すように、調整装置６５を備えている。この調整装置６５は、パイロット圧Ｔｉに対するエンジン３の最高回転速度の変化率（比例定数ｋ１）をオペレータが任意に調整するものである。コントローラ５は、調整装置６５によって予め設定された変化率を記憶部５２に記憶しておき、記憶された変化率にしたがって演算部５４がエンジン３の最高回転速度を演算する。

例えば、車速の制限を大きくかけたい場合には、図１０に二点鎖線で示すように、パイロット圧Ｔｉに対するエンジン３の最高回転速度の変化率が大きくなるように調整装置６５で設定する。このように、ホイールローダ１に調整装置６５を設けることにより、オペレータの好みや現場の環境等に合わせて、車速の制限を任意に調整することが可能となり、利便性が向上する。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るホイールローダ１について、図１３～１６を参照して説明する。図１３～１６において、第１実施形態に係るホイールローダ１について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１３は、第２実施形態に係るホイールローダ１の油圧回路及び電気回路を示す図である。図１４は、第２実施形態に係るコントローラ５Ａが有する機能を示す機能ブロック図である。図１５は、第２実施形態に係るコントローラ５Ａで実行される処理の流れを示すフローチャートである。図１６は、油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａとエンジン３の最高回転速度Ｖｉとの関係を示すグラフである。

本実施形態に係るホイールローダ１では、コントローラ５Ａは、特定条件を満たすか否かを判定する際に、リフトアーム２１の上げ操作に係るパイロット圧Ｔｉに代わって、リフトアーム２１の上げ操作に応じた油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａに基づいて、リフトアーム２１が上げ動作中であるか否かを判定する。

したがって、本実施形態に係るホイールローダ１は、図１３に示すように、リフトアーム２１の上げ動作を検出する動作検出器の一態様として、油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａを検出する圧力検出器７４を備えている。それ以外の構成は第１実施形態と同様であり、本実施形態における走行駆動システムもトルクコンバータ式の走行駆動システムである。

図１４及び図１５に示すように、データ取得部５１Ａは、前後進切換スイッチ６２から出力された前後進切換信号、踏込量検出器６１０で検出された踏込量、圧力検出器７４で検出された油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａ、及び速度段スイッチ６３から出力された速度段信号に関するデータを取得する（ステップＳ５０１Ａ）。

次に、判定部５３Ａは、ステップＳ５０１Ａにおいて取得した前後進切換信号、及びアクセルペダル６１の踏込量に基づいて、車体が前進走行中か否かを判定する（ステップＳ５１１）。

ステップＳ５１１において前進走行中であると判定された場合（ステップＳ５１１／ＹＥＳ）、判定部５３Ａは、ステップＳ５０１Ａにおいて取得した油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａと、記憶部５２Ａから読み出した第１ポンプ閾値Ｐ１との大小関係を判定する（ステップＳ５１２）。すなわち、ステップＳ５１２では、リフトアーム２１が上げ動作を行っているか否かを判定する。

このように、リフトアーム２１の上げ動作の有無の判定に圧力検出器７４で検出された吐出圧Ｐａを用いた場合も、リフトアームシリンダ２２のボトム圧を用いる場合と異なり、バケット２３内の荷や車体の振動等による圧力変動の影響が少ないため、リフトアーム２１の上げ操作の誤判定を低減することが可能となり、リフトアーム２１の上昇速度や車速の急な変化が抑制される。

記憶部５２Ａは、積荷が入った状態のバケット２３をリフトアーム２１が持ち上げる際に必要となる油圧ポンプ４３の吐出圧に関する第１ポンプ閾値Ｐ１、第２ポンプ閾値Ｐ２、及び第３ポンプ閾値Ｐ３を記憶している。第１ポンプ閾値Ｐ１は、リフトアーム２１が荷の入った状態のバケット２３を上方向に持ち上げる操作を開始する時の油圧ポンプ４３の吐出圧である。第２ポンプ閾値Ｐ２は、当該リフトアーム２１が水平姿勢をとった時の油圧ポンプ４３の吐出圧である。第３ポンプ閾値Ｐ３は、当該リフトアーム２１が上方向に上がりきった時の油圧ポンプ４３の吐出圧、すなわちリリーフ圧である。

ステップＳ５１２において吐出圧Ｐａが第１ポンプ閾値Ｐ１以上であると判定された場合（Ｐａ≧Ｐ１）、すなわちリフトアーム２１が上げ動作を行っていると判定された場合（ステップＳ５１２／ＹＥＳ）、ステップＳ５０３の処理へ進む。

一方、ステップＳ５１１において前進走行中でない（停止中又は後進走行中である）と判定された場合（ステップＳ５１１／ＮＯ）、及びステップＳ５１２において吐出圧Ｐａが第１ポンプ閾値Ｐ１よりも小さいと判定された場合（Ｐａ＜Ｐ１）、すなわちリフトアーム２１が上げ動作を行っていないと判定された場合（ステップＳ５１２／ＮＯ）、コントローラ５Ａにおける処理が終了する。これらの場合、特定条件を満たさないからである。換言すれば、本実施形態において「特定条件を満たす場合」とは、少なくともステップＳ５１１においてＹＥＳであり、かつステップＳ５１２においてＹＥＳとなる場合である。

そして、判定部５３Ａは、ステップＳ５０６Ａにおいて、ステップＳ５０１Ａで取得した吐出圧Ｐａと、記憶部５２Ａから読み出した第１ポンプ閾値Ｐ１及び第２ポンプ閾値Ｐ２との大小関係を判定する。具体的には、判定部５３Ａは、吐出圧Ｐａが第１ポンプ閾値Ｐ１以上であり、かつ第２ポンプ閾値Ｐ２よりも小さいか否かを判定する。

ステップＳ５０６Ａにおいて吐出圧Ｐａが第１ポンプ閾値Ｐ１以上であり、かつ第２ポンプ閾値Ｐ２よりも小さい（Ｐ１≦Ｐａ＜Ｐ２）と判定された場合（ステップＳ５０６Ａ／ＹＥＳ）、演算部５４Ａは、Ｖｉ＝ｋ２×Ｐａ（ｋ２＜０：比例定数）にしたがってエンジン３の最高回転速度Ｖｉを演算する（ステップＳ５０７Ａ）。指令信号出力部５５Ａは、ステップＳ５０７Ａで演算されたエンジン３の最高回転速度Ｖｉに係る指令信号をエンジン３に出力する（ステップＳ５１０Ａ）。

すなわち、図１６に示すように、検出された吐出圧Ｐａが第１ポンプ閾値Ｐ１から第２ポンプ閾値Ｐ２までの間の値である場合には（Ｐ１≦Ｐａ＜Ｐ２）、吐出圧Ｐａとエンジン３の最高回転速度Ｖｉとが反比例の関係を満たすように、コントローラ５Ａは、エンジン３の最高回転速度Ｖｉを所定の値Ｖｔｈ（＝１７８５ｒｐｍ）まで徐々に小さくし、車速を制限（減速）する。

一方、ステップＳ５０６Ａにおいて吐出圧Ｐａが第１ポンプ閾値Ｐ１以上であり、かつ第２ポンプ閾値Ｐ２よりも小さい（Ｐ１≦Ｐａ＜Ｐ２）と判定されなかった場合（ステップＳ５０６Ａ／ＮＯ）、判定部５３Ａは、さらに吐出圧Ｐａが第２ポンプ閾値Ｐ２以上であり、かつ第３ポンプ閾値Ｐ３よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５０８Ａ）。

ステップＳ５０８Ａにおいて吐出圧Ｐａが第２ポンプ閾値Ｐ２以上であり、かつ第３ポンプ閾値Ｐ３よりも小さい（Ｐ２≦Ｐａ＜Ｐ３）と判定された場合（ステップＳ５０８Ａ／ＹＥＳ）、演算部５４Ａは、吐出圧Ｐａの増加に関係なく、エンジン３の最高回転速度Ｖｉを所定の値Ｖｔｈとして（Ｖｉ＝Ｖｔｈ）演算する（ステップＳ５０９Ａ）。指令信号出力部５５Ａは、ステップＳ５０９Ａで演算されたエンジン３の最高回転速度Ｖｉ（＝Ｖｔｈ）に係る指令信号をエンジン３に出力する（ステップＳ５１０Ａ）。

すなわち、図１６に示すように、検出されたリフトアーム２１の上げ操作に係る吐出圧Ｐａが第２ポンプ閾値Ｐ２から第３ポンプ閾値Ｐ３までの間の値である場合には（Ｐ２≦Ｐａ＜Ｐ３）、コントローラ５Ａは、吐出圧Ｐａの増加に関係なく、エンジン３の最高回転速度Ｖｉを所定の値Ｖｔｈ（＝１７８５ｒｐｍ）に維持するように車速を制限（減速）する。

このように、コントローラ５Ａは、特定条件を満たす場合に、油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａの増加に応じてエンジン３の最高回転速度を小さくして車速を制限してもよい。このとき、リフトアーム２１の上げ操作に係る油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａに限らず、リフトアーム２１の上げ操作に係る油圧ポンプ４３の入力トルクの増加に応じて車速を制限してもよい。

また、コントローラ５Ａは、圧力検出器７４で検出した油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａ（入力トルク）に基づいて車速を制限していたが、これに限らず、所定の設定時間内の平均吐出圧Ｐａｖ（平均入力トルク）に基づいて車速を制限してもよい。この場合、車体に瞬間的に大きな振動や衝突等が発生して検出値が変動しても、平均値を用いることにより安定した車速制限を行うことが可能となる。

図１６に示すように、本実施形態では、ライズラン操作の前半、すなわちリフトアーム２１の上げ操作開始時からリフトアーム２１が水平姿勢をとるまでの間において、油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａが大きくなるにつれて、エンジン３の最高回転速度Ｖｉを所定の値Ｖｔｈまで徐々に小さくしている。これにより、滑らかに車速が制限され、急な減速に伴う車体やオペレータへの振動や衝撃を抑制することができる。

また、図１４に示すように、本実施形態に係るホイールローダ１は、第１実施形態と同様に、リフトアーム２１の上げ操作に係る油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａに対するエンジン３の最高回転速度Ｖｉの変化率（比例定数ｋ２）を調整することが可能な調整装置６５Ａを備えていてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、第１実施形態では操作量検出器７３で検出したパイロット圧Ｔｉに基づいて、第２実施形態では圧力検出器７４で検出した油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａに基づいて、それぞれリフトアーム２１が上げ動作中であるか否かを判定していたが、これらに限らず、操作量検出器７３で検出したパイロット圧Ｔｉ及び圧力検出器７４で検出した油圧ポンプ４３の吐出圧Ｐａの両方に基づいてリフトアーム２１が上げ動作中であるか否かを判定してもよい。この場合、いずれか一方のみを用いてリフトアーム２１の上げ動作の判定を行う場合と比べて、リフトアーム２１の上げ動作の誤判定をより低減することが可能となる。

１：ホイールローダ
２：フロント作業機
３：エンジン
５，５Ａ：コントローラ
１１Ａ：前輪
１１Ｂ：後輪
２１：リフトアーム
４１：トルクコンバータ
４３：油圧ポンプ
６２：前後進切換スイッチ（走行状態検出器）
６３：速度段スイッチ
６５，６５Ａ：調整装置
７３：操作量検出器（動作検出器）
７４：圧力検出器（動作検出器）
１００Ｂ：ダンプトラック
６１０：踏込量検出器（走行状態検出器）

Claims (6)

1. 車体の前部に設けられて上下方向に回動可能なリフトアームを有するフロント作業機を備え、エンジンの動力をトルクコンバータを介して車輪に伝達して走行するホイールローダであって、
   前記車体の走行状態を検出する走行状態検出器と、
   前記リフトアームが上げ動作中であることを検出する動作検出器と、
   前記エンジンを制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記走行状態検出器で検出された走行状態、及び前記動作検出器で検出された前記リフトアームの上げ動作の状態に基づいて、前記車体の前進走行中における前記リフトアームの上方向への動作を特定する特定条件を満たすか否かを判定し、
   前記特定条件を満たす場合に、前記特定条件を満たさない場合の前記エンジンの最高回転速度に比べて、前記エンジンの最高回転速度を小さくして車速を制限する
   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であって、
   前記動作検出器は、前記リフトアームの上げ操作量を検出する操作量検出器であり、
   前記コントローラは、
   前記リフトアームの上げ操作量の増加に応じて、前記エンジンの最高回転速度を小さくして車速を制限する
   ことを特徴とするホイールローダ。
3. 請求項１に記載のホイールローダであって、
   前記動作検出器は、前記フロント作業機に作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出器であり、
   前記コントローラは、
   前記リフトアームの上げ操作に係る前記油圧ポンプの吐出圧又は入力トルクの増加に応じて、前記エンジンの最高回転速度を小さくして車速を制限する
   ことを特徴とするホイールローダ。
4. 請求項１に記載のホイールローダであって、
   前記コントローラは、
   前記リフトアームが水平姿勢時から上方向に上がりきるまでの間に限り、前記特定条件を満たさない場合の前記エンジンの最高回転速度に比べて、前記エンジンの最高回転速度を小さくして車速を制限する
   ことを特徴とするホイールローダ。
5. 請求項１に記載のホイールローダであって、
   前記コントローラは、
   積込作業においてダンプトラックに向かって走行する際に選択される低速度段の場合に限り、前記特定条件を満たさない場合の前記エンジンの最高回転速度に比べて、前記エンジンの最高回転速度を小さくして車速を制限する
   ことを特徴とするホイールローダ。
6. 請求項１に記載のホイールローダであって、
   前記リフトアームの上げ動作の状態に対する前記エンジンの最高回転速度の変化率を調整する調整装置をさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記調整装置で設定された変化率にしたがって、前記エンジンの最高回転速度を小さくして車速を制限する
   ことを特徴とするホイールローダ。

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