JP7152496B2 - 荷役作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、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荷役作業車両に関する。

ホイールローダに代表されるように、走行用の油圧回路と、掘削等を行う荷役作業機用の油圧回路と、を備えた荷役作業車両では、けん引力（走行駆動力）と荷役作業機の掘り起し力とのバランスが重要になる。荷役作業機の掘り起し力に対してけん引力が大き過ぎる場合、バケットを掘削対象物に突っ込んだ後、リフトアームを動作させてバケットを上方向に持ち上げる際に、車輪がスリップしてしまい、かえってけん引力が小さくなって土砂等の荷がバケットに入りづらくなってしまう。また、この場合、掘削対象物にバケットを突っ込んだ際に、リフトアームに作用する反力が大きくなり、当該反力が抵抗となってバケットやリフトアームが上方向に持ち上がらないことがある。

例えば特許文献１には、走行用の油圧回路として、エンジンによって駆動される可変容量形の走行用油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油により駆動する可変容量形の走行用油圧モータと、を有し、走行用油圧ポンプと走行用油圧モータとを一対の主管路によって閉回路接続したＨＳＴ回路を用い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では、掘削対象物である地山に向けて突進してバケット内に荷を取り込む際には、ＨＳＴモータの最大傾転を上限値に設定することにより、最大けん引力をその上限まで発揮させてバケット内に十分な荷を取り込むことを可能としている。また、リフトアームを上げ操作してバケットを上方向に持ち上げる際には、ＨＳＴモータの最大傾転を上限値の５０～７０％程度に制限することにより、けん引力が大きくなり過ぎることを抑制してリフトアームの上げ操作力（荷役作業機の掘り起し力）とけん引力とのバランスを良好に維持し、荷が入ったバケットの持ち上げ動作を容易にしている。

特許第５１２９４９３号公報

作業現場において、車輪が滑りやすい路面、すなわち車輪と路面との間の静摩擦係数が小さい場所では、ホイールローダは、設定された最大けん引力よりも低いけん引力で車輪がスリップしてしまう。したがって、特許文献１に記載のホイールローダが滑りやすい路面を走行しながら地山に突入する場合、車輪がスリップを起こしやすくなる。車輪がスリップすると、けん引力が一気に低下すると共に、路面が掘られて凹んだ状態になり、ホイールローダの作業効率が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、滑りやすい路面での作業であっても作業効率を向上させることが可能な荷役作業車両を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、複数の車輪と、エンジンと、前記エンジンにより駆動される可変容量型の走行用油圧ポンプと、前記走行用油圧ポンプと閉回路状に接続されて前記エンジンの駆動力を前記車輪に伝達する可変容量型の走行用油圧モータと、車体の前部に設けられて上下方向に回動可能な荷役作業機と、を備えた荷役作業車両において、前記荷役作業車両の走行状態を検出する走行状態検出器と、前記荷役作業機の動作を検出する動作検出器と、前記荷役作業車両の最大けん引力を制限する制限モードと、前記荷役作業車両の最大けん引力を制限しない通常モードと、を切り替えるモード切替装置と、前記走行用油圧ポンプ及び前記走行用油圧モータを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記モード切替装置からのモード切替信号に基づいて、前記制限モードが選択されているか否かを判定し、前記制限モードが選択されていると判定された場合に、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荷役作業機の動作に基づいて、前記荷役作業車両の動作状態を特定し、前記荷役作業機の上げ動作が行われていない状態で前記車体が走行していると特定された場合に、路面と前記車輪との間の静摩擦係数及び前記車体の重量に基づいて設定された第１設定値に前記荷役作業車両の最大けん引力を制限し、前記荷役作業機による掘削対象物の掘削の開始が特定された場合に、前記荷役作業機の上げ動作に応じて、前記荷役作業車両の最大けん引力を前記第１設定値から当該第１設定値よりも大きい第２設定値まで上昇させ、前記荷役作業機による前記掘削対象物の掘削の開始が特定され、かつ、前記荷役作業機が水平姿勢をとった場合に、前記荷役作業車両の最大けん引力を前記第２設定値で一定とすることを特徴とする。

本発明によれば、滑りやすい路面での作業であっても作業効率を向上させることができる。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。 ホイールローダの掘削作業について説明する説明図である。 ホイールローダの走行駆動に係る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。 （ａ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプの押しのけ容積との関係を示すグラフ、（ｂ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプの入力トルクとの関係を示すグラフ、（ｃ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプの吐出流量との関係を示すグラフである。 荷役作業機の駆動に係る油圧回路を示す図である。 荷役用油圧ポンプの吐出圧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。 荷役用油圧ポンプの吐出圧とＨＳＴモータの最大押しのけ容積との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る荷役作業車両の一態様として、ホイールローダについて説明する。

（ホイールローダ１の全体構成）
まず、本発明の実施形態に係るホイールローダ１の全体構成について、図１及び図２を参照して説明する。

図１は、本発明の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。図２は、ホイールローダ１の掘削作業について説明する説明図である。

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荷役作業機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車両である。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が、後フレーム１Ｂには左右一対の後輪１１Ｂが、それぞれ設けられている。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。以下の説明において、「前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂ」を単に「車輪１１Ａ，１１Ｂ」とする場合がある。

また、後フレーム１Ｂには、オペレータが搭乗する運転室１２と、エンジンやコントローラ、油圧ポンプ等の各機器を内部に収容する機械室１３と、車体が傾倒しないように荷役作業機２とのバランスを保つためのカウンタウェイト１４と、が設けられている。後フレーム１Ｂにおいて、運転室１２は前部に、カウンタウェイト１４は後部に、機械室１３は運転室１２とカウンタウェイト１４との間に、それぞれ配置されている。

荷役作業機２は、前フレーム１Ａに取り付けられたリフトアーム２１と、伸縮することによりリフトアーム２１を前フレーム１Ａに対して上下方向に回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チルト（リフトアーム２１に対して上方向に回動）し、ロッド２４０が縮むことによりダンプ（リフトアーム２１に対して下方向に回動）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荷役作業車両である。なお、ホイールローダ１では、バケット２３をブレード等の各種アタッチメントに交換可能であり、荷役作業の他に押土作業や除雪作業等の各種作業を行うことができる。

次に、ホイールローダ１の掘削作業について、図２（ａ）～（ｃ）を参照して説明する。

まず、ホイールローダ１は、掘削対象物である地山１００に向かってフルアクセルの状態で前進し、バケット２３を地山１００に突入させる（図２（ａ）に示す状態）。次に、オペレータがバケット２３をチルトさせながらリフトアーム２１を上げ操作することにより、又はバケット２３をチルトさせた後にリフトアーム２１を上げ操作することにより、ホイールローダ１は土砂や鉱物等の荷を掬い上げる（図２（ｂ）に示す状態）。そして、オペレータによるリフトアーム２１の上げ操作により、荷が積まれた状態のバケット２３はさらに上方に持ち上がる（図２（ｃ）に示す状態）。

図２（ａ）～（ｃ）に示すこの一連の作業を「掘削作業」とし、このうち図２（ａ）に示すホイールローダ１の動作を「突入」とし、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すホイールローダ１の動作において、オペレータの操作によってリフトアーム２１の上げ動作が行われている間を「掘削」とする。したがって、荷を掬い上げる際、バケット２３をチルトさせた後にリフトアーム２１の上げ操作を行う場合は、リフトアーム２１の上げ操作を開始した時点からを「掘削」とする。

（走行駆動システムについて）
次に、ホイールローダ１の走行駆動システムについて、図３～５を参照して説明する。

図３は、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４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５（ａ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプ４１の押しのけ容積との関係を示すグラフ、図５（ｂ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプ４１の入力トルクとの関係を示すグラフ、図５（ｃ）はエンジン回転速度とＨＳＴポンプ４１の吐出流量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、閉回路の油圧回路を有したＨＳＴ式走行駆動装置を備え、このＨＳＴ式走行駆動装置は、図３に示すように、エンジン３と、作動油を貯蔵する作動油タンク４０と、エンジン３により駆動される走行用油圧ポンプとしてのＨＳＴポンプ４１と、ＨＳＴポンプ４１を制御するための圧油を補給するＨＳＴチャージポンプ４１Ａと、一対の管路４００Ｌ，４００Ｒを介してＨＳＴポンプ４１と閉回路状に接続された走行用油圧モータとしてのＨＳＴモータ４２と、車体の前後進を切り換える前後進切換弁４３と、ＨＳＴポンプ４１やＨＳＴモータ４２等の各機器を制御するコントローラ５と、を有して構成されている。

ＨＳＴポンプ４１は、傾転角に応じて押しの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の油圧ポンプである。傾転角は、ＨＳＴチャージポンプ４１Ａから吐出された圧油が作用することで駆動される傾転シリンダ４４により調整される。

ＨＳＴモータ４２は、傾転角に応じて押しの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の油圧モータであり、エンジン３の駆動力を車輪１１Ａ，１１Ｂに伝達する。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４２０により調整される。

ＨＳＴ式走行駆動装置では、まず、運転室１２内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の駆動力によりＨＳＴポンプ４１が駆動する。また、エンジン３の駆動力によりＨＳＴチャージポンプ４１Ａも駆動されて、ＨＳＴチャージポンプ４１Ａから吐出された圧油が前後進切換弁４３を介して傾転シリンダ４４に導かれる。

前後進切換弁４３は、チャージポンプ４１Ａと傾転シリンダ４４との間に設けられている。前後進切換弁４３は、一対の主管路８００Ａ，８００ＢによりＨＳＴチャージポンプ４１Ａの吐出側に接続された吐出管路８００と接続されている。さらに、前後進切換弁４３は、一対のパイロット管路８００Ｌ，８００Ｒにより傾転シリンダ４４の左右の油室４４Ｌ，４４Ｒと接続されている。

前後進切換弁４３は、車体を前進させる前進位置４３Ａと、車体を後進させる後進位置４３Ｂと、車体を停止させる中立位置４３Ｎと、を有し、運転室１２内に設けられた前後進切換レバー６２により操作される。

図３に示すように、前後進切換弁４３が中立位置４３Ｎのとき、ＨＳＴチャージポンプ４１Ａから吐出された圧油は、一方の主管路８００Ｂ上に設けられた絞り４０１を介して傾転シリンダ４４の左右の油室４４Ｌ，４４Ｒにそれぞれ等しく作用する。これにより、傾転シリンダ４４のロッドは中立に位置するため、ＨＳＴポンプ４１の押しのけ容積は０となり、ＨＳＴポンプ４１の吐出量は０となる。したがって、車体は停止状態となる。

一方、前後進切換弁４３が前進位置４３Ａに切り換わると、傾転シリンダ４４の左側の油室４４Ｌには絞り４０１の上流側圧力が作用し、右側の油室４４Ｒには絞り４０１の下流側圧力が作用する。そして、左右の油室４４Ｌ，４４Ｒの間に生じた圧力差により、傾転シリンダ４４のロッドが図３における右方向に作動する。これにより、ＨＳＴポンプ４１の傾転角が大きくなり、ＨＳＴポンプ４１からの作動油が管路４００Ｌを通ってＨＳＴモータ４２に導かれ、ＨＳＴモータ４２が正転して車体が前進する。

他方、前後進切換弁４３が後進位置４３Ｂに切り換わると、傾転シリンダ４４の左側の油室４４Ｌには絞り４０１の下流側圧力が作用し、右側の油室４４Ｒには絞り４０１の上流側圧力が作用する。そして、左右の油室４４Ｌ，４４Ｒの間に生じた圧力差により、傾転シリンダ４４のロッドが図３における左方向に作動する。これにより、ＨＳＴポンプ４１の傾転角が大きくなり、ＨＳＴポンプ４１からの作動油が管路４００Ｒを通ってＨＳＴモータ４２に導かれ、ＨＳＴモータ４２が反転して車体が後進する。

このように、ＨＳＴポンプ４１から導かれた作動油でＨＳＴモータ４２が回転することにより、ＨＳＴモータ４２からの出力トルクがアクスル１５を介して前輪１１Ａ及び後輪１１Ｂに伝達されてホイールローダ１が走行する。したがって、ＨＳＴモータ４２の出力トルクは、ホイールローダ１の走行駆動力、すなわち車体のけん引力となる。

ＨＳＴモータ４２の出力トルクは、ＨＳＴモータ４２の押しのけ容積（傾転角）と走行負荷圧力（＝管路４００Ｌの圧力－管路４００Ｒの圧力）との積で表されることから、ＨＳＴモータ４２の押しのけ容積を制御することで車体のけん引力を制御することができる。

エンジン３の回転数はアクセルペダル６１の踏込量により調整され、エンジン３に接続されたＨＳＴチャージポンプ４１Ａの吐出量はエンジン３の回転数に比例する。したがって、絞り４０１の前後差圧はエンジン３の回転数に比例し、ＨＳＴポンプ４１の傾転角もエンジン３の回転数に比例する。

アクセルペダル６１の踏込量は、アクセルペダル６１に取り付けられた踏込量センサ６１０で検出される。エンジン３は、踏込量センサ６１０で検出された踏込量に応じた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。

図４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。そして、アクセルペダル６１の踏込量がＳ２になった時に目標エンジン回転速度が最高回転速度Ｎｍａｘ１となる。

図４において、アクセルペダル６１の踏込量０～Ｓ１の範囲（例えば０％～２０あるいは３０％の範囲）は、アクセルペダル６１の踏込量にかかわらず目標エンジン回転速度が所定の最低回転速度Ｎｍｉｎで一定となる不感帯として設定されている。また、アクセルペダル６１の踏込量Ｓ２～１００の範囲（例えば７０あるいは８０％～１００％の範囲）は、目標エンジン回転速度がアクセルペダル６１の踏込量にかかわらず最高目標エンジン回転速度Ｎｍａｘに維持されるように設定されている。なお、これらの範囲は、任意に設定変更可能である。

次に、エンジン３とＨＳＴポンプ４１との関係は、図５（ａ）～（ｃ）に示す通りである。

図５（ａ）に示すように、エンジン回転速度がＮ１からＮ２までの間では、エンジン３の回転速度ＮとＨＳＴポンプ４１の押し退け容積ｑとは比例関係にあり、エンジン３の回転速度がＮ１からＮ２になるまで速くなるにつれて（Ｎ１＜Ｎ２）、押しのけ容積は０から所定の値ｑｃまで大きくなる。エンジン回転速度がＮ２以上では、ＨＳＴポンプ４１の押しのけ容積は、エンジン回転速度にかかわらず所定の値ｑｃで一定となる。

ＨＳＴポンプ４１の入力トルクは、押しのけ容積に吐出圧力を積算したもの（入力トルク＝押しのけ容積×吐出圧力）である。図５（ｂ）に示すように、エンジン回転速度がＮ１からＮ２までの間では、エンジン３の回転速度ＮとＨＳＴポンプ４１の入力トルクＴとは比例関係にあり、エンジン３の回転速度がＮ１からＮ２になるまで速くなるにつれて、入力トルクは０から所定の値Ｔｃまで大きくなる。エンジン回転速度がＮ２以上では、ＨＳＴポンプ４１の入力トルクは、エンジン回転速度にかかわらず所定の値Ｔｃで一定となる。

図５（ｃ）に示すように、エンジン回転速度がＮ１からＮ２までの間では、ＨＳＴポンプ４１の吐出流量Ｑとエンジン３の回転速度Ｎとは二次の比例関係にあり、エンジン３の回転速度がＮ１からＮ２になるまで速くなるにつれて、ＨＳＴポンプ４１の吐出流量は０からＱ１まで増加する。エンジン回転速度がＮ２以上では、エンジン３の回転速度ＮとＨＳＴポンプ４１の吐出流量Ｑとは一次の比例関係にある。

したがって、エンジン３の回転速度Ｎが速くなるとＨＳＴポンプ４１の吐出流量Ｑが増え、ＨＳＴポンプ４１からＨＳＴモータ４２に流入する圧油の流量が増えるため、ＨＳＴモータ４２の回転数が増大し、車速が速くなる。なお、車速は、ＨＳＴモータ４２の回転速度としてモータ回転速度センサ７２で検出する（図３参照）。

このように、ＨＳＴ式走行駆動装置では、ＨＳＴポンプ４１の吐出流量を連続的に増減させることにより車速を制御（変速）するため、ホイールローダ１は滑らかな発進、及び衝撃の少ない停止が可能となる。

なお、図３に示すように、ＨＳＴチャージポンプ４１Ａから吐出された圧油は、絞り４０１及びチェック弁４０２Ａ，４０２Ｂを通って管路４００Ｌ，４００Ｒにも導かれる。絞り４０１の下流側圧力は、前後進切換弁４３と作動油タンク４０とを接続する管路上に設けられたチャージリリーフ弁４０３により制限され、管路４００Ｌ，４００Ｒの最高圧力はリリーフ弁４０４により制限される。

本実施形態におけるＨＳＴ式走行駆動装置には、ＨＳＴポンプ４１からの作動油をＨＳＴモータ４２に導く管路４００Ｌ，４００Ｒの管路圧力のうち高い方の圧力を選択する高圧選択弁４０５が備えられており、高圧選択弁４０５で選択された圧力がコントローラ５に入力される。

また、ホイールローダ１は、ホイールローダ１の最大けん引力（走行駆動力）を制限する制限モードと、ホイールローダ１の最大けん引力を制限しない通常モードと、を切り替えるモード切替装置６０を運転室１２内に備えており、モード切替装置６０からの切替信号がコントローラ５に入力される。

（荷役作業機２の駆動システムについて）
次に、荷役作業機２の駆動システムについて、図３、図６、及び図７を参照して説明する。

図６は、荷役作業機２の駆動に係る油圧回路を示す図である。図７は、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧とスプールの開口面積との関係を示すグラフである。

図３及び図６に示すように、ホイールローダ１は、エンジン３により駆動されて荷役作業機２に作動油を供給する荷役用油圧ポンプ４５と、リフトアームシリンダ２２及びバケットシリンダ２４のそれぞれと荷役用油圧ポンプ４５との間に設けられて荷役用油圧ポンプ４５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４６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、を備える。

荷役用油圧ポンプ４５は、本実施形態では、固定式の油圧ポンプが用いられ、図６に示すように、第１管路８０１によりコントロールバルブ４６に接続されている。荷役用油圧ポンプ４５からの吐出圧は第１管路８０１上に設けられた吐出圧センサ７５で検出され、検出された吐出圧に係る信号がコントローラ５に入力される。吐出圧センサ７５は、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧を検出する吐出圧検出器の一態様である。

リフトアーム操作レバー２１０及びバケット操作レバー２３０はいずれも、荷役作業機２を操作するための操作装置の一態様であり、運転室１２（図１参照）内に設けられている。例えば、オペレータがリフトアーム操作レバー２１０を操作すると、その操作量に比例したパイロット圧が操作信号として生成される。

図６に示すように、生成されたパイロット圧は、コントロールバルブ４６の一対の受圧室に接続された一対のパイロット管路６４Ｌ，６４Ｒに導かれて、コントロールバルブ４６に作用する。これにより、コントロールバルブ４６内のスプールが当該パイロット圧に応じてストロークし、作動油が流れる方向及び流量が決まる。コントロールバルブ４６は、第２管路８０２によりリフトアームシリンダ２２のボトム室に接続され、第３管路８０３によりリフトアームシリンダ２２のロッド室に接続されている。

荷役用油圧ポンプ４５から吐出された作動油は、第１管路８０１に導かれ、コントロールバルブ４６を介して第２管路８０２又は第３管路８０３に導かれる。作動油が第２管路８０２に導かれると、リフトアームシリンダ２２のボトム室に流入し、これによりリフトアームシリンダ２２のロッド２２０が伸長してリフトアーム２１が上昇する。一方、作動油が第３管路８０３に導かれると、リフトアームシリンダ２２のロッド室に流入し、リフトアームシリンダ２２のロッド２２０が縮んでリフトアーム２１が下降する。

図６に示すように、リフトアーム操作レバー２１０の上げ操作量はリフトアーム操作レバー２１０に取り付けられた操作量センサ７６で検出される。この操作量センサ７６は、操作装置であるリフトアーム操作レバー２１０の操作量を検出する操作量検出器の一態様である。

本実施形態では、リフトアーム操作レバー２１０及びバケット操作レバー２３０はそれぞれ油圧式レバーであるが、電気式レバーを用いてもよく、この場合には、操作量に応じた電流値が操作信号として生成される。

図７に示すように、リフトアーム操作レバー２１０の上げ操作量とコントロールバルブ４６のスプールの開口面積とは比例関係にあり、リフトアーム操作レバー２１０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のボトム室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。すなわち、リフトアーム操作レバー２１０の操作量が増大するにつれて、リフトアーム２１の動作速度が速くなる。

図７において、リフトアーム操作レバー２１０の上げ操作量０～１０％の範囲は、リフトアーム操作レバー２１０を操作してもスプールは開口せず開口面積が０％となる不感帯として設定されている。また、リフトアーム操作レバー２１０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。なお、これらの設定範囲は、任意に変更可能である。

ここで、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧及びリフトアーム操作レバー２１０の操作量はそれぞれリフトアーム２１の動作を示す指標であり、吐出圧センサ７５及び操作量センサ７６はいずれも、リフトアーム操作レバー２１０によるリフトアーム２１の動作を検出する動作検出器の一態様である。

リフトアーム２１の動作を精度よく検出するためには、吐出圧センサ７５及び操作量センサ７６のそれぞれで検出された値の両方を用いることが望ましいが、動作検出器としては、吐出圧センサ７５及び操作量センサ７６のうちの少なくともいずれかを用いればよい。

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４６に作用することによってコントロールバルブ４６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６では図示を省略しているが、バケット２３の動作を検出するためのセンサ等についても、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）
次に、コントローラ５の構成について、図８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。

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、モード切替装置６０や前後進切換レバー６２等の各種の操作装置、及び吐出圧センサ７５等の各種のセンサが入力Ｉ／Ｆに接続され、ＨＳＴモータ４２のレギュレータ４２０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、モード判定部５２と、動作状態特定部５３と、モータ容量算出部５４と、記憶部５５と、けん引力制御部５６と、を含む。

データ取得部５１は、モード切替装置６０から出力されたモード切替信号、前後進切換レバー６２の操作方向、及び吐出圧センサ７５で検出された荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧Ｐａに関するデータをそれぞれ取得する。

モード判定部５２は、データ取得部５１で取得されたモード切替信号に基づいて、制限モードが選択されているか否かを判定する。

動作状態特定部５３は、モード判定部５２にて制限モードが選択されていると判定された場合に、データ取得部５１で取得された前後進切換レバー６２の操作方向及び荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧に基づいて、ホイールローダ１の動作状態を特定する。具体的には、前後進切換レバー６２の操作方向に基づいてホイールローダ１の走行状態を特定し、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧に基づいて荷役作業機２の動作状態を特定することにより、ホイールローダ１全体としての動作状態を特定する。

本実施形態では、前後進切換レバー６２の操作方向に基づいてホイールローダ１の走行状態を検出しているが、例えば、前後進切換レバー６２から出力される操作方向に対応した前後進切換信号を検出したり、プロペラシャフトの回転方向から車体の進行方向が前進又は後進のいずれであるかを検出したりすることで、前後進切換レバー６２の操作方向を検出することができる。なお、これらの前後進切換レバー６２の操作方向を検出するセンサ等はホイールローダ１の走行状態を検出する走行状態検出器の一態様であって、これに限らず、車体に搭載された他の走行状態検出器で検出されたデータ（例えば踏込量センサ６１０で検出されたアクセルペダル６１の踏込量等）を用いてホイールローダ１の走行状態を特定してもよい。

モータ容量算出部５４は、動作状態特定部５３にて荷役作業機２の上げ動作が行われていない状態で車体が走行していると特定された場合に、ホイールローダ１の最大けん引力が第１設定値となるＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑ１（以下、「第１最大押しのけ容積ｑ１」とする）を算出する。また、モータ容量算出部５４は、動作状態特定部５３にて荷役作業機２による地山１００の掘削の開始が特定された場合に、ホイールローダ１の最大けん引力が第２設定値となるＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑ２（以下、「第２最大押しのけ容積ｑ２」とする）を算出する。

ここで、「荷役作業機２の上げ動作が行われていない状態で車体が走行していると特定された場合」とは、具体的には、バケット２３を地山１００へ突入させている場合や、荷役作業機２（バケット２３）を使って路面を押しながら均すドージング作業（押土作業）を行っている場合に相当する。

なお、「荷役作業機２の上げ動作が行われていない状態」とは、本実施形態では、リフトアーム２１の上げ動作が行われていない状態を示しており、バケット２３の動作の有無を含まないこととする。例えば、実際のドージング作業では、オペレータはバケット操作レバー２３０を操作してバケット２３の角度を少し変えているが、本バケット２３の動作は、動作状態特定部５３では「荷役作業機２の上げ動作が行われていない状態」として特定される。

「第１設定値」とは、路面と車輪１１Ａ，１１Ｂとの間の静摩擦係数μ及び車体の重量（以下、「車重」とする）に基づいて設定された値である。また、「第２設定値」とは、路面と車輪１１Ａ，１１Ｂとの間の静摩擦係数μ、車重、及び荷役作業機２（リフトアーム２１）の掘り起し力に基づいて設定された値であって、第１設定値よりも大きい値である（第２設定値＞第１設定値）。

例えば、路面と車輪１１Ａ，１１Ｂとの間の静摩擦係数μが０．４～０．５（μ＝０．４～０．５）の滑りやすい路面でホイールローダ１が作業を行う場合において、地山１００へのバケット２３の突入時やドージング作業時は、ホイールローダ１の最大けん引力は第１設定値として車重の４０～５０％の大きさに設定される。

一方、掘削作業時は、荷役作業機２の掘り起し力を車重の７０％としたとき、ホイールローダ１の最大けん引力は第２設定値として車重の５０～７０％の大きさに設定される。すなわち、掘削作業時におけるホイールローダ１の最大けん引力は、地山１００へのバケット２３の突入時やドージング作業時におけるホイールローダ１の最大けん引力と比べて大きく設定される。これは、掘削時にリフトアーム２１の上げ操作をすることで、自重（車重）に加えてリフトアーム２１の掘り起こし力が車輪１１Ａ，１１Ｂに対して作用するため、最大けん引力を地山１００へのバケット２３の突入時やドージング作業時よりも上昇させても車輪１１Ａ，１１Ｂがスリップしづらく、掘削効率を低下させることなく作業が可能となるからである。

記憶部５５は、リフトアーム２１の上げ動作に必要な操作量（荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧）に関する第１閾値Ｐ１及び第２閾値Ｐ２をそれぞれ記憶している。第１閾値Ｐ１は、ホイールローダ１が荷役作業機２により掘削を開始する時の荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧である。第２閾値Ｐ２は、掘削においてリフトアーム２１が水平姿勢をとった時の荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧である。また、記憶部５５は、前述の第１設定値及び第２設定値をそれぞれ記憶している。

けん引力制御部５６は、動作状態特定部５３にて荷役作業機２の上げ動作が行われていない状態で車体が走行していると特定された場合には、モータ容量算出部５４で算出された第１最大押しのけ容積ｑ１に基づく指令信号をＨＳＴモータ４２のレギュレータ４２０に出力し、ＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを第１最大押しのけ容積ｑ１に制限する。

一方、けん引力制御部５６は、動作状態特定部５３にて荷役作業機２による地山１００の掘削の開始が特定された場合には、モータ容量算出部５４で算出された第２最大押しのけ容積ｑ２に基づく指令信号をＨＳＴモータ４２のレギュレータ４２０に出力し、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧Ｐａの増加につれてＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを第２最大押しのけ容積ｑ２まで上昇させる。

なお、動作状態特定部５３にて荷役作業機２による地山１００の掘削中が特定されている場合であって、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧Ｐａが第２閾値Ｐ２以上であるときには、けん引力制御部５６は、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧Ｐａの増加にかかわらず、ＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを第２最大押しのけ容積ｑ２に維持する（一定値とする）。

（コントローラ５内での処理及びホイールローダ１の動作）
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、及びコントローラ５の制御に伴うホイールローダ１の動作について、図９及び図１０を参照して説明する。

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、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧ＰａとＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘとの関係を示すグラフである。

まず、データ取得部５１は、モード切替装置６０から出力されたモード切替信号を取得する（ステップＳ５０１）。次に、モード判定部５２は、ステップＳ５０１で取得されたモード切替信号に基づいて、制限モードが選択されているか否かを判定する（ステップＳ５０２）。

ステップＳ５０２において制限モードが選択されていると判定された場合（ステップＳ５０２／ＹＥＳ）、データ取得部５１は、前後進切換レバー６２の操作方向、及び吐出圧センサ７５から出力された荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧Ｐａをそれぞれ取得する（ステップＳ５０３）。

次に、動作状態特定部５３は、ステップＳ５０３で取得された前後進切換レバー６２の操作方向に基づいて車体が走行状態にあるか否かを判定すると共に、ステップＳ５０３で取得された吐出圧Ｐａに基づいて吐出圧Ｐａが第１閾値Ｐ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５０４）。

ステップＳ５０４において、車体が走行状態であり、かつ吐出圧Ｐａが第１閾値Ｐ１よりも小さい（Ｐａ＜Ｐ１）と判定された場合（ステップＳ５０４／ＹＥＳ）、すなわち、荷役作業機２の上げ動作が行われていない状態で車体が走行していると特定された場合、モータ容量算出部５４は、ホイールローダ１の最大けん引力が第１設定値となる第１最大押しのけ容積ｑ１を算出する（ステップＳ５０５）。

そして、けん引力制御部５６は、ステップＳ５０５において算出された第１最大押しのけ容積ｑ１に基づく指令信号をＨＳＴモータ４２のレギュレータ４２０に出力し、ＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを第１最大押しのけ容積ｑ１に制限する（ステップＳ５０６）。これにより、ホイールローダ１の最大けん引力は第１設定値に制限される。

ステップＳ５０４において、車体が走行中であり、かつ吐出圧Ｐａが第１閾値Ｐ１よりも小さいと判定されなかった場合（ステップＳ５０４／ＮＯ）、動作状態特定部５３は、ステップＳ５０３において取得された吐出圧Ｐａが第１閾値Ｐ１以上であり第２閾値Ｐ２よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５０７）。

ステップＳ５０７において、吐出圧Ｐａが第１閾値Ｐ１以上であり第２閾値Ｐ２よりも小さい（Ｐ１≦Ｐａ＜Ｐ２）と判定された場合（ステップＳ５０７／ＹＥＳ）、すなわち、荷役作業機２による地山１００の掘削の開始が特定された場合、モータ容量算出部５４は、ホイールローダ１の最大けん引力が第２設定値となる第２最大押しのけ容積ｑ２を算出する（ステップＳ５０８）。

そして、けん引力制御部５６は、ステップＳ５０８において算出された第２最大押しのけ容積ｑ２に基づく指令信号をＨＳＴモータ４２のレギュレータ４２０に出力し、吐出圧Ｐａの増加につれてＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを第２最大押しのけ容積ｑ２まで上昇させる（ステップＳ５０９）。これにより、ホイールローダ１の最大けん引力は、第１設定値から第２設定値に向かって上昇する。

ステップＳ５０７において、吐出圧Ｐａが第１閾値Ｐ１以上であり第２閾値Ｐ２よりも小さいと判定されなかった場合（ステップＳ５０７／ＮＯ）、動作状態特定部５３は、ステップＳ５０３において取得された吐出圧Ｐａが第２閾値Ｐ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ５１０）。

ステップＳ５１０において、吐出圧Ｐａが第２閾値Ｐ２以上である（Ｐａ≧Ｐ２）と判定された場合（ステップＳ５１０／ＹＥＳ）、モータ容量算出部５４は、ステップＳ５０８と同様に、ホイールローダ１の最大けん引力が第２設定値となる第２最大押しのけ容積ｑ２を算出する（ステップＳ５１１）。

そして、けん引力制御部５６は、ステップＳ５０８において算出された第２最大押しのけ容積ｑ２に基づく指令信号をＨＳＴモータ４２のレギュレータ４２０に出力し、吐出圧Ｐａの増加に関係なくＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを第２最大押しのけ容積ｑ２に上昇させる（ステップＳ５１２）。これにより、ホイールローダ１の最大けん引力は第２設定値で一定値として維持される。

ステップＳ５０６、ステップＳ５０９、及びステップＳ５１２のそれぞれの処理が実行されると、コントローラ５はステップＳ５０３に戻る。また、ステップＳ５０２において制限モードが選択されていない、すなわち通常モードが選択されていると判定された場合（ステップＳ５０２／ＮＯ）、ならびにステップＳ５１０において吐出圧Ｐａが第２閾値Ｐ２以上であると判定されなかった場合、すなわち車体及び荷役作業機２がいずれも停止状態である場合（ステップＳ５１０／ＮＯ）は共に、コントローラ５における処理が終了する。

このようにモード切替装置６０により制限モードが選択された場合、図１０に示すように、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧Ｐａが０以上Ｐ１未満（０≦Ｐａ＜Ｐ１）となるホイールローダ１の動作である地山１００へのバケット２３の突入やドージング作業では、ＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを第１最大押しのけ容積ｑ１に、すなわち最大けん引力を第１設定値に制限させることから、滑りやすい路面であっても車輪１１Ａ，１１Ｂはスリップしにくくなり、作業効率が向上する。

また、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧ＰａがＰ１以上（Ｐａ≦Ｐ１）となるホイールローダ１の動作である地山１００の掘削では、ＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを第１最大押しのけ容積ｑ１から第２最大押しのけ容積ｑ２に、すなわち最大けん引力を第１設定値から第２設定値に上昇させることから、滑りやすい路面であっても車輪１１Ａ，１１Ｂのスリップを抑制しながらけん引力を維持させることができるため、掘削がしやすくなる。

ホイールローダ１では、滑りやすい路面における作業であっても、路面と車輪１１Ａ，１１Ｂとの間の静摩擦係数μ及び動作内容に基づいた最大けん引力の制御が可能であるため、オペレータは車輪１１Ａ，１１Ｂのスリップを気にすることなく突入、掘削、あるいはドージング作業を行うことができ、オペレータの乗り心地も良好となり、オペレータの疲労低減にもつながる。

なお、図１０に示すように、滑りやすい路面では、荷役用油圧ポンプ４５の吐出圧Ｐａがリリーフ圧Ｐｒとなった場合であっても、ＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積を通常モードにおける最大押しのけ容積の定格値（１００％）とすると車輪１１Ａ，１１Ｂがスリップしてしまうため、第２最大押しのけ容積ｑ２以下にしておくことが望ましい。

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や変形例に限定されるものではなく、様々な他の変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態及び変形例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、上記実施形態では、荷役用油圧ポンプ４５は固定容量型の油圧ポンプを用いたが、これに限らず、可変容量型の油圧ポンプを用いても良い。

また、上記実施形態では、ＨＳＴモータ４２の最大押しのけ容積ｑｍａｘを調整することによりホイールローダ１の最大けん引力を制御していたが、これに限らず、例えばＨＳＴポンプ４１の押しのけ容積を調整することによりホイールローダ１の最大けん引力を制御してもよい。

１：ホイールローダ（荷役作業車両）
２：荷役作業機
３：エンジン
５：コントローラ
１１Ａ：前輪（車輪）
１１Ｂ：後輪（車輪）
２１：リフトアーム
２３：バケット（アタッチメント）
４１：ＨＳＴポンプ（走行用油圧ポンプ）
４２：ＨＳＴモータ（走行用油圧モータ）
４５：荷役用油圧ポンプ
６０：モード切替装置
６２：前後進切換レバー（走行状態検出器）
７５：吐出圧センサ（吐出圧検出器、動作検出器）
７６：操作量センサ（操作量検出器、動作検出器）
１００：地山（掘削対象物）
２１０：リフトアーム操作レバー（操作装置）
２３０：バケット操作レバー（操作装置）
６１０：踏込量センサ（走行状態検出器）
μ：静摩擦係数

Claims (5)

1. 複数の車輪と、
   エンジンと、
   前記エンジンにより駆動される可変容量型の走行用油圧ポンプと、
   前記走行用油圧ポンプと閉回路状に接続されて前記エンジンの駆動力を前記車輪に伝達する可変容量型の走行用油圧モータと、
   車体の前部に設けられて上下方向に回動可能な荷役作業機と、
   を備えた荷役作業車両において、
   前記荷役作業車両の走行状態を検出する走行状態検出器と、
   前記荷役作業機の動作を検出する動作検出器と、
   前記荷役作業車両の最大けん引力を制限する制限モードと、前記荷役作業車両の最大けん引力を制限しない通常モードと、を切り替えるモード切替装置と、
   前記走行用油圧ポンプ及び前記走行用油圧モータを制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記モード切替装置からのモード切替信号に基づいて、前記制限モードが選択されているか否かを判定し、
   前記制限モードが選択されていると判定された場合に、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荷役作業機の動作に基づいて、前記荷役作業車両の動作状態を特定し、
   前記荷役作業機の上げ動作が行われていない状態で前記車体が走行していると特定された場合に、路面と前記車輪との間の静摩擦係数及び前記車体の重量に基づいて設定された第１設定値に前記荷役作業車両の最大けん引力を制限し、
   前記荷役作業機による掘削対象物の掘削の開始が特定された場合に、前記荷役作業機の上げ動作に応じて、前記荷役作業車両の最大けん引力を前記第１設定値から当該第１設定値よりも大きい第２設定値まで上昇させ、
   前記荷役作業機による前記掘削対象物の掘削の開始が特定され、かつ、前記荷役作業機が水平姿勢をとった場合に、前記荷役作業車両の最大けん引力を前記第２設定値で一定とする
   ことを特徴とする荷役作業車両。
2. 請求項１に記載の荷役作業車両において、
   前記第２設定値は、路面と前記車輪との間の静止摩擦係数、前記車体の重量、及び前記荷役作業機の掘り起こし力に基づいて設定される
   ことを特徴とする荷役作業車両。
3. 請求項１に記載の荷役作業車両において、
   前記コントローラは、
   前記走行用油圧モータの最大押しのけ容積を調整することにより前記荷役作業車両の最大けん引力を制御する
   ことを特徴とする荷役作業車両。
4. 請求項１に記載の荷役作業車両において、
   前記エンジンにより駆動されて前記荷役作業機に作動油を供給する荷役用油圧ポンプと、
   前記荷役作業機を操作するための操作装置と、
   を備え、
   前記動作検出器は、
   前記荷役用油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出器、及び前記操作装置の操作量を検出する操作量検出器のうちの少なくともいずれかである
   ことを特徴とする荷役作業車両。
5. 請求項１に記載の荷役作業車両において、
   前記荷役作業機は、
   先端部にアタッチメントが回動可能に取り付けられたリフトアームを有し、
   前記コントローラは、
   前記リフトアームの上げ操作が開始されたことを判定することにより前記荷役作業機による前記掘削対象物の掘削の開始を特定する
   ことを特徴とする荷役作業車両。

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