WO2020194953A1 - ホイールローダ - Google Patents

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WO2020194953A1
WO2020194953A1 PCT/JP2019/050791 JP2019050791W WO2020194953A1 WO 2020194953 A1 WO2020194953 A1 WO 2020194953A1 JP 2019050791 W JP2019050791 W JP 2019050791W WO 2020194953 A1 WO2020194953 A1 WO 2020194953A1
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WO
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speed
speed stage
gear ratio
wheel loader
lift arm
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PCT/JP2019/050791
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English (en)
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田中　哲二
祐樹 抜井
啓介 内藤
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日立建機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wheel loader equipped with a torque converter type traveling drive system.
  • Patent Document 1 discloses a wheel loader including a torque converter type traveling system in which a driving force output from an engine is transmitted to a tire via a modulation clutch, a torque converter, a transmission, and an axle. ..
  • the controller detects that the loading operation using the lift arm is in progress, the clutch pressure of the modulation clutch is reduced to slide the modulation clutch.
  • the vehicle speed can be suppressed without the operator stepping on the brake pedal, the power loss due to the brake is reduced, and the work efficiency is improved.
  • Torque converter-driven wheel loaders are generally equipped with a transmission with 4 or 5 speed stages, which is set to 2 speed stages during loading work and towing force during excavation work or climbing a slope.
  • the 1st speed stage which is smaller than the 2nd speed stage. Therefore, it is possible to suppress the vehicle speed without using the brake by shifting from the 2nd speed stage to the 1st speed stage during the loading work.
  • the 1st speed stage is a speed stage for the purpose of increasing the traction force, the vehicle speed becomes too slow. Further, since the difference between the 2nd speed stage and the 1st speed stage is large, there is a possibility that the operator feels uncomfortable at the time of shifting.
  • an object of the present invention is to provide a wheel loader capable of automatically reducing the vehicle speed without giving a sense of discomfort to the operator during loading work.
  • a vehicle body having a plurality of wheels, a work machine having a lift arm rotatably attached to the vehicle body, an engine mounted on the vehicle body, and the above.
  • a torque converter that amplifies the torque transmitted from the engine and a plurality of electromagnetic control valves control a combination of a plurality of gears to shift the amplified torque output from the torque converter and transmit it to the plurality of wheels.
  • the transmission the forward / backward switching device for switching the forward / backward movement of the vehicle body, the speed stage selection device for selecting the speed stage of the transmission, the traveling state sensor for detecting the traveling state of the vehicle body, and the operating state of the lift arm.
  • the gear ratio corresponding to the selected speed stage is obtained.
  • the controller Based on the switching signal output from the forward / reverse switching device, the running state of the vehicle body detected by the running state sensor, and the speed stage selected by the speed stage selection device, the speed is higher than the lowest speed stage of the transmission.
  • the minimum speed when the vehicle body travels forward at a vehicle speed corresponding to a speed stage set one speed higher and the operating state of the lift arm detected by the operating state sensor is an upward operation.
  • the gear ratio between the gear ratio corresponding to the speed stage set one speed higher than the speed stage and the gear ratio corresponding to the lowest speed stage is defined as the gear ratio of the transmission, and the gear ratio corresponding to the intermediate gear ratio is used.
  • a wheel loader characterized by outputting a signal for selecting a combination of a plurality of gears to the plurality of electromagnetic control valves.
  • the vehicle speed can be automatically reduced without giving a sense of discomfort to the operator during loading work. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
  • FIG. 1 is a side view showing the appearance of the wheel loader 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the wheel loader 1 is an articulated work vehicle provided with a plurality of wheels 11 and steered by the vehicle body bending in the middle near the center.
  • the front frame 1A which is the front part of the vehicle body
  • the rear frame 1B which is the rear part of the vehicle body
  • the front frame 1A is connected to the rear frame 1B.
  • the wheel loader 1 includes four wheels 11 in the entire vehicle body, and the front frame 1A is provided with a pair of left and right front wheels 11A, and the rear frame 1B is provided with a pair of left and right rear wheels 11B. ing. Note that, of the four wheels 11, only the left front wheel 11A and the left rear wheel 11B are shown in FIG. Further, in the following description, the pair of left and right front wheels 11A and the pair of left and right rear wheels 11B may be collectively referred to as "plurality of wheels 11".
  • the wheel loader 1 is a work vehicle that performs cargo handling work such as excavating earth and sand, minerals, etc. using a work machine 2 attached to the front frame 1A in an open pit mine or the like and loading them onto a dump truck or the like.
  • the work machine 2 includes a lift arm 21 attached to the front frame 1A, two lift arm cylinders 22 that rotate the lift arm 21 in the vertical direction with respect to the front frame 1A by expanding and contracting, and a tip of the lift arm 21.
  • the bucket 23 attached to the portion, the bucket cylinder 24 that rotates the bucket 23 in the vertical direction with respect to the lift arm 21 by expanding and contracting, and the bucket 23 and the bucket cylinder 24 that are rotatably connected to the lift arm 21. It has a bell crank 25 that constitutes a link mechanism with the above, and a plurality of pipes (not shown) that guide pressure oil to the two lift arm cylinders 22 and the bucket cylinder 24.
  • Each of the two lift arm cylinders 22 and the bucket cylinder 24 is an aspect of a hydraulic actuator that drives the work machine 2.
  • FIG. 1 of the two lift arm cylinders 22 arranged in the left-right direction of the vehicle body, only the lift arm cylinder 22 arranged on the left side is shown by a broken line.
  • the lift arm 21 is supplied with hydraulic oil to the bottom chambers of the two lift arm cylinders 22 and rotates upward by extending the rod 220, and the hydraulic oil is supplied to the rod chambers of the two lift arm cylinders 22. As the rod 220 contracts, it rotates downward.
  • the bucket 23 is tilted (rotated upward with respect to the lift arm 21) by supplying hydraulic oil to the bottom chamber of the bucket cylinder 24 and extending the rod 240, and enters the rod chamber of the bucket cylinder 24.
  • the hydraulic oil is supplied and the rod 240 contracts, it dumps (rotates downward with respect to the lift arm 21).
  • the bucket 23 can be replaced with various attachments such as blades, and in addition to the excavation work using the bucket 23, various work such as soil pushing work and snow removal work can also be performed.
  • a driver's cab 12 on which the operator is boarded a driver's cab 12 on which the operator is boarded, a machine room 13 for accommodating various devices such as an engine, a controller, and a hydraulic pump, which will be described later, and a working machine 2 so as not to tilt the vehicle body.
  • a counter weight 14 for maintaining balance is provided.
  • the driver's cab 12 is arranged at the front
  • the counterweight 14 is arranged at the rear
  • the machine room 13 is arranged between the driver's cab 12 and the counterweight 14.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating V-shape loading by the wheel loader 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a rise run operation of the wheel loader 1.
  • the wheel loader 1 advances toward the ground 101 to be excavated, causes the bucket 23 to plunge into the ground 101, and performs excavation work (arrow X1 shown in FIG. 2).
  • the wheel loader 1 temporarily retracts to its original position (arrow X2 shown in FIG. 2).
  • the wheel loader 1 advances toward the dump truck 102, which is the loading destination, and stops before the dump truck 102 (arrow Y1 shown in FIG. 2).
  • the wheel loader 1 stopped in front of the dump truck 102 is shown by a broken line.
  • the operator depresses the accelerator pedal all the way (full accelerator) and raises the lift arm 21 (the state on the right side shown in FIG. 3).
  • the operator adjusts the vehicle speed so as not to collide with the dump truck 102 by depressing the brake pedal a little at the same time while keeping the lift arm 21 in the fully accelerator state (center state shown in FIG. 3). ..
  • the operator depresses the brake pedal all the way to stop in front of the dump truck 102, dumps the bucket 23, and loads the cargo (earth and sand, minerals, etc.) in the bucket 23 onto the dump truck 102 (on the left side shown in FIG. 3).
  • the series of operations shown in FIG. 3 performed by the wheel loader 1 during the loading operation is referred to as "rise run operation”.
  • the wheel loader 1 retracts to its original position (arrow Y2 shown in FIG. 2). In this way, the wheel loader 1 reciprocates in a V shape between the ground 101 and the dump truck 102, and performs excavation work and loading work.
  • FIG. 4 is a diagram showing a drive system configuration of the wheel loader 1.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the vehicle speed S and the traction force F for each speed stage.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the accelerator pedal depression amount V and the target engine speed N.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the lifting operation amount of the lift arm 21 and the opening area of the spool.
  • the running of the vehicle body is controlled by a torque converter type running drive system, and as shown in FIG. 4, the engine 30 and the torque converter 31 connected to the output shaft of the engine 30 (hereinafter, “torque converter”). 31 ”) and a transmission 32 connected to the output shaft of the torque converter 31.
  • the engine 30, the torque converter 31, and the transmission 32 are each controlled based on a command signal from the controller 5.
  • the wheel loader 1 travels by transmitting the driving force of the engine 30 to the plurality of wheels 11 via the torque converter 31 and the transmission 32.
  • the transmission 32 is composed of a plurality of gears, and the combination of the plurality of gears is the first to the first to obtain a gear ratio corresponding to any of the 1st to 4th speed stages shown in FIG. 5 in forward traveling or reverse traveling.
  • the fifth electromagnetic control valves 32A to 32E By being controlled by the fifth electromagnetic control valves 32A to 32E, the torque, rotation speed, and rotation direction of the output shaft of the Torcon 31 are changed and transmitted to the plurality of wheels 11.
  • the traveling direction of the wheel loader 1, that is, switching between forward and reverse, is performed by the forward / backward changeover switch 41 as a forward / backward switching device, and the speed stage of the transmission 32 (1 to 4 speed stages shown in FIG. 5) is selected by the speed stage selection device.
  • Each is performed by the shift switch 42 as.
  • the forward / backward changeover switch 41 and the shift switch 42 are provided in the cab 12 (see FIG. 1), respectively.
  • the maximum vehicle speed is S1 in the first speed stage
  • S2 is the maximum vehicle speed higher than S1 in the second speed stage
  • S3 is the maximum vehicle speed higher than S2 in the third speed stage.
  • the maximum vehicle speed is set to S4, which is higher than S3 in the four speed stages (S1 ⁇ S2 ⁇ S3 ⁇ S4).
  • the traction force F of the vehicle body in each of the 1st to 4th speed stages is F1 in the 1st speed stage, F2 smaller than F1 in the 2nd speed stage, F3 smaller than F2 in the 3rd speed stage, and smaller than F3 in the 4th speed stage. It is F4 (F1> F2> F3> F4). Therefore, as the speed stage becomes smaller, the maximum vehicle speed becomes smaller, but on the other hand, the traction force F of the vehicle body becomes larger.
  • the 1st speed stage is shown by a solid line
  • the 2nd speed stage is shown by a broken line
  • the 3rd speed stage is shown by a dash-dotted line
  • the 4th speed stage is shown by a two-dot chain line.
  • the 1st speed stage is the lowest speed stage of the transmission 32, and is selected at the time of work requiring traction force such as excavation work or hill climbing work.
  • the maximum vehicle speed in the 1st speed stage is the slowest in the 1st to 4th speed stages, while the traction force F is the largest in the 1st to 4th speed stages.
  • the two speed stages are speed stages set one speed higher than the minimum speed stage of the transmission 32, and are selected, for example, during the above-mentioned loading operation (rise run operation).
  • the maximum vehicle speed in the 2nd speed stage is faster than that in the 1st speed stage (for example, 9 to 15 km / h), and the traction force F is significantly smaller than that in the 1st speed stage.
  • the torque converter type traveling drive system first, when the operator depresses the accelerator pedal 43 provided in the driver's cab 12, the engine 30 rotates, and the torque converter 31 is input as the engine 30 rotates. The shaft rotates. Then, the output shaft of the torque converter 31 rotates according to the set torque converter speed ratio, and the output torque from the torque converter 31 is transmitted to the plurality of wheels 11 via the transmission 32, the propeller shaft 15, and the axle 16, respectively. , The wheel loader 1 runs.
  • the depression amount V of the accelerator pedal 43 (hereinafter, simply referred to as “accelerator pedal depression amount V") is detected by the depression amount sensor 61 attached to the accelerator pedal 43, and the detected accelerator pedal.
  • the depression amount V is input to the controller 5.
  • a command signal related to the target engine speed N corresponding to the input accelerator pedal depression amount V is output from the controller 5 to the engine 30.
  • the engine 30 is controlled to a rotation speed according to the target engine rotation speed N.
  • the depression amount of the accelerator pedal 43 and the target engine rotation speed N are in a proportional relationship, and the target engine rotation speed N increases as the accelerator pedal depression amount V increases.
  • the target engine speed N becomes the maximum speed Nmax.
  • the target engine speed N is constant at a predetermined minimum rotation speed Nmin regardless of the accelerator pedal depression amount V. It is set as a dead zone.
  • the engine speed controlled according to the target engine speed N that is, the engine speed is changed by the torque converter 31 and the transmission 32, and then transmitted to the propeller shaft 15 as the vehicle speed S of the wheel loader 1.
  • the input shaft of the torque converter 31 has a first rotation speed sensor 31A that detects the rotation speed of the engine 30 as a rotation speed
  • the output shaft of the torque converter 31 has a second rotation speed that detects the rotation speed of the torque converter 31 after shifting.
  • Sensors 31B are provided respectively.
  • the vehicle speed S is detected by the third rotation speed sensor 31C as the rotation speed of the propeller shaft 15.
  • the stepping amount sensor 61 is an aspect of a traveling state sensor that detects the traveling state of the vehicle body.
  • the operator switches the forward / backward changeover switch 41 to the forward position, and the shift switch 42 selects the 2nd speed stage.
  • the forward changeover signal output from the forward / backward changeover switch 41 and the speed stage signal related to the two speed stages output from the shift switch 42 are input to the controller 5, respectively.
  • the controller 5 generates a control signal for selecting a combination of a plurality of gears so that the forward clutch of the transmission 32 and the two-speed stage clutch have a gear ratio in which they are engaged, and the control signals are used for the first to fifth gears.
  • the wheel loader 1 travels forward at a vehicle speed S corresponding to the second speed stage.
  • the wheel loader 1 is provided with a hydraulic circuit HC for cargo handling for driving the working machine 2.
  • a hydraulic circuit HC for cargo handling In the hydraulic circuit HC for cargo handling, the flow (direction) of hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 33, the lift arm cylinder 22, the bucket cylinder 24, and the hydraulic pump 33 and flowing into each of the lift arm cylinder 22 and the bucket cylinder 24.
  • a control valve 34 for controlling the flow rate are provided. Note that FIG. 4 shows only one of the two lift arm cylinders 22 for simplification of the configuration.
  • the hydraulic pump 33 supplies the hydraulic oil sucked from the hydraulic oil tank 35 to each of the lift arm cylinder 22 and the bucket cylinder 24.
  • the hydraulic pump 33 is a swash plate type or sloping shaft type variable displacement hydraulic pump whose retraction volume is controlled according to the tilt angle. The tilt angle is adjusted by the regulator 330 according to the command signal output from the controller 5.
  • the hydraulic pump 33 does not necessarily have to be a variable capacity type hydraulic pump, and a fixed capacity type hydraulic pump may be used.
  • the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 33 is detected by the discharge pressure sensor 62 provided on the pipeline connected to the discharge side of the hydraulic pump 33.
  • the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 33 varies depending on the operating state of the lift arm 21 and the bucket 23 (working machine 2). Therefore, the discharge pressure sensor 62 is an aspect of the operating state sensor that detects the operating state of the lift arm 21.
  • the lift arm cylinder 22 and the bucket cylinder 24 are driven according to the operations of the lift arm operating lever 121 and the bucket operating lever 122 provided in the cab 12 (see FIG. 1), respectively.
  • a pilot pressure Pi proportional to the operation amount is generated as an operation signal.
  • the generated pilot pressure Pi acts on the left and right pressure receiving chambers of the control valve 34, and the spool in the control valve 34 strokes according to the pilot pressure Pi.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 33 flows into the lift arm cylinder 22 according to the direction and flow rate corresponding to the operation of the lift arm operating lever 121.
  • the pilot pressure Pi generated by the operation of the lift arm operating lever 121 is detected by the pilot pressure sensor 63 provided on the pilot pipeline connecting the lift arm operating lever 121 and the control valve 34.
  • the pilot pressure sensor 63 corresponds to an operation amount sensor that detects the operation amount of the lift arm 21, and is one aspect of the operation state sensor that detects the operation state of the lift arm 21 like the discharge pressure sensor 62.
  • the lifting operation amount of the lift arm 21 and the spool opening area of the control valve 34 are in a proportional relationship, and as the lifting operation amount of the lift arm 21 increases, the spool opening area also increases. Therefore, if the lift arm operating lever 210 is largely operated in the direction of raising the lift arm 21, the amount of hydraulic oil flowing into the lift arm cylinder 22 increases, and the rod 220 extends quickly.
  • the spool opening area is 0% (the spool does not open) regardless of the lifting operation amount of the lift arm 21, which is a constant dead zone. It is set. Further, in the range of the lifting operation amount of the lift arm 21 of 85 to 100%, the opening area of the spool is constant at 100%, and the full lever operating state is maintained.
  • the spool of the control valve 34 is controlled by the pilot pressure Pi generated according to the operation amount of the bucket operation lever 122 acting on the control valve 34.
  • the direction and flow rate of the hydraulic oil flowing in and out of the bucket cylinder 24 are adjusted.
  • the lift arm 21 is raised while traveling forward toward the dump truck 102 (see FIG. 3) at a vehicle speed corresponding to the second speed stage, so that the vehicle speed is suppressed while the engine speed is rotated. It is necessary to increase the number to increase the discharge flow rate of the hydraulic pump 33 and increase the flow rate of the hydraulic oil supplied to the lift arm 21. Therefore, in the wheel loader 1, the vehicle speed is limited without operating the brake by controlling the speed change of the transmission 32 by the controller 5.
  • FIG. 8 is a functional block diagram showing the functions of the controller 5.
  • the controller 5 is configured by connecting the CPU, RAM, ROM, HDD, input I / F, and output I / F to each other via a bus. Then, various operating devices such as the forward / backward changeover switch 41 and the shift switch 42, and various sensors such as the depression amount sensor 61, the discharge pressure sensor 62, and the pilot pressure sensor 63 are connected to the input I / F, and the first to first steps are taken.
  • the fifth electromagnetic control valves 32A to 32E and the like are connected to the output I / F.
  • the CPU reads a control program (software) stored in a recording medium such as a ROM, HDD, or optical disk, expands it on the RAM, and executes the expanded control program for control.
  • a control program software stored in a recording medium such as a ROM, HDD, or optical disk
  • the program and the hardware work together to realize the function of the controller 5.
  • the controller 5 is described as a computer configured by a combination of software and hardware, but the present invention is not limited to this, and for example, as an example of the configuration of another computer, the wheel loader 1 side.
  • An integrated circuit that realizes the function of the controller to be executed may be used.
  • the controller 5 includes a data acquisition unit 51, a determination unit 52, a gear ratio setting unit 53, a storage unit 54, and a command signal output unit 55.
  • the data acquisition unit 51 is detected by the changeover signal output from the forward / backward changeover switch 41, the speed stage signal output from the shift switch 42, the accelerator pedal depression amount V detected by the depression amount sensor 61, and the discharge pressure sensor 62. Data on the discharge pressure Pa and the pilot pressure Pi detected by the pilot pressure sensor 63 are acquired.
  • the determination unit 52 includes a progress determination unit 52A, a speed stage determination unit 52B, and an operation determination unit 52C.
  • the progress determination unit 52A determines the direction of travel of the vehicle body, that is, whether the forward / backward changeover switch 41 is switched to forward or reverse, and acquires data. It is determined whether or not the vehicle body is running based on the accelerator pedal depression amount V acquired by the unit 51.
  • the speed stage determination unit 52B serves as the speed stage of the transmission 32 in the shift switch 42 based on the speed stage signal acquired by the data acquisition unit 51 when the progress determination unit 52A determines that the vehicle body is traveling forward. 2 Determine whether or not the speed stage is selected.
  • the operation determination unit 52C determines whether or not the lift arm 21 is operating upward based on the discharge pressure Pa and the pilot pressure Pi acquired by the data acquisition unit 51.
  • the raising operation of the lift arm 21 is accurately determined based on both the discharge pressure Pa and the pilot pressure Pi, but the determination is made based on at least one of the detected values of the discharge pressure Pa and the pilot pressure Pi. do it. That is, the operating state sensor may be at least one of the discharge pressure sensor 62 and the pilot pressure sensor 63.
  • the gear ratio setting unit 53 When the determination unit 52 determines that the vehicle body is traveling forward in the second speed stage and the lift arm 21 is being raised, the gear ratio setting unit 53 has a gear ratio corresponding to the first speed stage and two. A gear ratio intermediate to the gear ratio corresponding to the speed stage is set as the gear ratio of the transmission 32. Further, when the progress determination unit 52A determines that the forward / backward changeover switch 41 has been switched from forward to reverse after the vehicle speed limiting process is executed, the gear ratio setting unit 53 is a gear corresponding to the second speed stage. The ratio is set as the gear ratio of the transmission 32.
  • the storage unit 54 is a memory, and the discharge pressure threshold value Path and the pilot pressure threshold value Pith related to the determination of the raising operation of the lift arm 21 are stored in this memory, respectively.
  • the discharge pressure threshold value Path and the pilot pressure threshold value Pith are threshold values for specifying the start of the raising operation of the lift arm 21, respectively.
  • the gear corresponding to the 1st speed stage A command value corresponding to a clutch pressure adjusted so as to shift gears at an intermediate gear ratio between the ratio and the gear ratio corresponding to the two speed stages is stored.
  • the gear ratio in the middle is a gear ratio set so as to obtain a predetermined output torque corresponding to the loading work of the wheel loader 1 and a vehicle speed corresponding to the output torque.
  • the command signal output unit 55 outputs a command signal for selecting a combination of a plurality of gears corresponding to the gear ratio set by the gear ratio setting unit 53 to each of the first to fifth electromagnetic control valves 32A to 32E. .. As a result, the wheel loader 1 has a vehicle speed corresponding to the speed stage controlled by the controller 5.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing executed by the controller 5.
  • the data acquisition unit 51 acquires the changeover signal output from the forward / backward changeover switch 41, the accelerator pedal depression amount V detected by the depression amount sensor 61, and the speed stage signal output from the shift switch 42 ( Step S501).
  • the progress determination unit 52A determines whether or not the vehicle body is traveling forward based on the switching signal and the accelerator pedal depression amount V acquired in step S501, and the speed stage determination unit 52B determines in step S501. It is determined whether or not the two speed stages are selected in the shift switch 42 based on the speed stage signal acquired in step S502 (step S502). That is, in step S502, it is determined whether or not the vehicle body is traveling forward at the second speed stage.
  • step S502 When it is determined in step S502 that the vehicle body is traveling forward in the second speed stage (step S502 / YES), the data acquisition unit 51 is detected by the discharge pressure Pa and the pilot pressure sensor 63 detected by the discharge pressure sensor 62. The pilot pressure Pi is acquired (step S503). If it is determined in step S502 that the vehicle body is not traveling forward in the second speed stage (step S502 / NO), the controller 5 ends the process.
  • the operation determination unit 52C determines whether or not the discharge pressure Pa acquired in step S503 is equal to or higher than the discharge pressure threshold value Path, and the pilot pressure Pi acquired in step S503 is equal to or higher than the pilot pressure threshold value Pith. (Step S504). That is, in step S504, it is determined whether or not the lift arm 21 is raising.
  • step S504 When it is determined in step S504 that the discharge pressure Pa is equal to or higher than the discharge pressure threshold Path (Pa ⁇ Path) and the pilot pressure Pi is equal to or higher than the pilot pressure threshold ratio (Pi ⁇ Pith), that is, the lift arm 21 is raised.
  • the gear ratio setting unit 53 sets the gear ratio between the gear ratio corresponding to the first speed stage and the gear ratio corresponding to the second speed stage of the transmission 32. It is set as a gear ratio (step S505).
  • step S504 When it is determined in step S504 that the discharge pressure Pa is smaller than the discharge pressure threshold value Path (Pa ⁇ Path) and the pilot pressure Pi is smaller than the pilot pressure threshold value Pith (Pi ⁇ Pith), that is, the lift arm 21 is If it is determined that the lifting operation is not performed (step S504 / NO), the process returns to step S503 and the process is repeated until the lifting operation of the lift arm 21 is started.
  • the command signal output unit 55 outputs a command signal for selecting a combination of a plurality of gears corresponding to the gear ratio set in step S505 to each of the first to fifth electromagnetic control valves 32A to 32E (step). S506).
  • the wheel loader 1 is limited from the vehicle speed corresponding to the second speed stage to the vehicle speed corresponding to the intermediate speed stage between the first speed stage and the second speed stage.
  • the wheel loader 1 is slower than the vehicle speed corresponding to the second speed stage in the rise run operation during the loading work, but is decelerated to a vehicle speed faster than the vehicle speed corresponding to the first speed stage, so that the vehicle speed becomes slower. It is possible to avoid a situation where the speed is too high, and since the difference between the stages is smaller than when the speed is reduced from the 2nd speed stage to the 1st speed stage, the operator does not feel uncomfortable when shifting.
  • the shift switch 42 still has the 2nd speed stage selected, so that the operator should be traveling forward at the vehicle speed corresponding to the 2nd speed stage.
  • the loader 1 can automatically give a feeling that the vehicle speed is limited.
  • the monitor in the driver's cab 12 may automatically display that the vehicle speed is limited.
  • the data acquisition unit 51 acquires the changeover signal output from the forward / backward changeover switch 41 again (step S507). Subsequently, the progress determination unit 52A determines whether or not the forward / backward changeover switch 41 has been switched from forward to reverse based on the changeover signal acquired in step S507 (step S508).
  • step S508 When it is determined in step S508 that the forward / backward changeover switch 41 has been switched from forward to reverse (step S508 / YES), the gear ratio setting unit 53 sets the gear ratio corresponding to the second speed stage as the gear ratio of the transmission 32. (Step S509).
  • step S508 If it is not determined in step S508 that the forward / backward changeover switch 41 has been switched from forward to reverse (step S508 / NO), the process returns to step S507 until the forward / backward changeover switch 41 switches from forward to reverse. repeat.
  • the command signal output unit 55 outputs a command signal for selecting a combination of a plurality of gears corresponding to the gear ratio set in step S509 to each of the first to fifth electromagnetic control valves 32A to 32E ( Step S510), the process in the controller 5 is terminated.
  • the controller 5 has a gear ratio that is intermediate between the gear ratio corresponding to the first speed stage and the gear ratio corresponding to the second speed stage to the second speed.
  • the gear ratio By changing the gear ratio to correspond to the stage, the vehicle speed limitation by the controller 5 is released, and the wheel loader 1 changes from the vehicle speed corresponding to the intermediate speed stage between the 1st speed stage and the 2nd speed stage to the 2nd speed stage. Return to the corresponding vehicle speed.
  • the vehicle speed automatically returns to the vehicle speed corresponding to the two speed stages before the limit, so that the controller 5 does not give a sense of discomfort to the operator.
  • the vehicle speed limit can be lifted.
  • the embodiment of the present invention has been described above.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
  • it is possible to replace a part of the configuration of the present embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of the present embodiment.
  • the traveling state of the vehicle body is determined based on the accelerator pedal depression amount V detected by the depression amount sensor 61, but the present invention is not limited to this, and for example, the traveling state of the vehicle body is determined by using the vehicle speed sensor. You may judge.
  • Wheel loader 2 Working machine 5: Controllers 11, 11A: Front wheels (wheels) 11,11B: Rear wheels (wheels) 21: Lift arm 22: Lift arm cylinder (hydraulic actuator) 24: Bucket cylinder (hydraulic actuator) 30: Engine 31: Torque converter 32: Transmissions 32A to 32E: 1st to 5th electromagnetic control valves 33: Hydraulic pump 41: Forward / backward changeover switch (forward / backward changeover device) 42: Shift switch (speed stage selection device) 61: Depressed amount sensor (running state sensor) 62: Discharge pressure sensor (operating state sensor) 63: Pilot pressure sensor (operation amount sensor, operating state sensor)

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Abstract

積込み作業時においてオペレータに違和感を与えることなく自動で車速を減速させることが可能なホイールローダを提供する。　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１において、トランスミッション３２を変速制御するコントローラ５を備え、コントローラ５は、トランスミッション３２の最低速度段よりも１速度段大きく設定された２速度段に対応した車速で車体が前進走行しながらリフトアーム２１が上方向へ動作している場合に、２速度段に対応したギア比と１速度段に対応したギア比との中間のギア比をトランスミッション３２のギア比として設定し、設定されたギア比に対応した複数のギアの組合せを選択する信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに対して出力する。

Description

ホイールローダ
　本発明は、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に関する。
　ホイールローダでは、積込み作業時において、リフトアームを上昇させながらダンプトラックに向かって前進走行するため、低速走行しつつも、油圧ポンプの回転数を上昇させてリフトアームに供給される作動油の流量を増加させる必要がある。したがって、オペレータは、アクセルペダルを踏み込む一方で、同時にブレーキペダルを踏むといった特殊な操作を行わなければならない。
　例えば特許文献１には、エンジンから出力された駆動力が、モジュレーションクラッチ、トルクコンバータ、トランスミッション、およびアクスルを介してタイヤに伝達されるトルクコンバータ式の走行系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では、リフトアームを使用した積込み作業中であることをコントローラが検出すると、モジュレーションクラッチのクラッチ圧を低下させてモジュレーションクラッチを滑らせる。これにより、オペレータがブレーキペダルを踏まなくても車速を抑えることができ、ブレーキによる動力のロスを低減して作業効率を向上させている。
特許第５２０４８３７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、モジュレーションクラッチを滑らせるため、モジュレーションクラッチが摩耗しやすく、耐久性が懸念される。そこで、トランスミッションの速度段を小さくすることが考えられる。トルクコンバータ駆動式のホイールローダには、一般的に、４速度段または５速度段を有するトランスミッションが備わっており、積込み作業時は２速度段に設定され、掘削作業時や登坂時等のけん引力を必要とする作業時は２速度段よりも小さい１速度段に設定される。よって、積込み作業中に２速度段から１速度段に変速させることで、ブレーキを使用せずとも車速を抑えることは可能である。ところが、１速度段はけん引力を大きくすることを目的とした速度段であるため、車速が遅くなり過ぎてしまう。さらに、２速度段と１速度段との段間差が大きいため、変速時においてオペレータに違和感を与える可能性がある。
　そこで、本発明の目的は、積込み作業時においてオペレータに違和感を与えることなく自動で車速を減速させ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、複数の車輪を有する車体と、前記車体に対して上下方向に回動可能に取り付けられたリフトアームを有する作業機と、前記車体に搭載されたエンジンと、前記エンジンから伝達されるトルクを増幅させるトルクコンバータと、複数の電磁制御弁により複数のギアの組合せを制御することで前記トルクコンバータから出力され増幅されたトルクを変速して前記複数の車輪に伝達するトランスミッションと、前記車体の前後進を切り換える前後進切換装置と、前記トランスミッションの速度段を選択する速度段選択装置と、前記車体の走行状態を検出する走行状態センサと、前記リフトアームの動作状態を検出する動作状態センサと、前記前後進切換装置から出力された切換信号と前記速度段選択装置で選択された速度段とに基づき、前記選択された速度段に対応したギア比となるように前記複数のギアの組合せを選択する制御信号を生成し、前記制御信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力して前記トランスミッションを変速制御するコントローラと、を備えたホイールローダにおいて、前記コントローラは、前記前後進切換装置から出力された切換信号、前記走行状態センサで検出された前記車体の走行状態、および前記速度段選択装置で選択された速度段に基づいて、前記トランスミッションの最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応した車速で前記車体が前進走行し、かつ前記動作状態センサで検出された前記リフトアームの動作状態が上方向への動作である場合に、前記最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応したギア比と前記最低速度段に対応したギア比との中間のギア比を前記トランスミッションのギア比とし、前記中間のギア比に対応した前記複数のギアの組合せを選択する信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力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、積込み作業時においてオペレータに違和感を与えることなく自動で車速を減速させることができる。上記した以外の課題、構成および効果は、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。 ホイールローダの駆動システム構成を示す図である。 速度段ごとの車速とけん引力との関係を示すグラフである。 アクセルペダル踏込量と目標エンジン回転数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。
　以下、本発明の実施形態に係るホイールローダの全体構成およびその動作について、図１～３を参照して説明する。
＜ホイールローダ１の全体構成＞
　まず、ホイールローダ１の全体構成について、図１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。
　ホイールローダ１は、複数の車輪１１を備え、車体が中心付近で中折れすることにより操舵されるアーティキュレート式の作業車両である。具体的には、車体の前部となる前フレーム１Ａと車体の後部となる後フレーム１Ｂとが、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。
　本実施形態では、ホイールローダ１は、車体全体で４つの車輪１１を備えており、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、４つの車輪１１のうち、左側の前輪１１Ａおよび左側の後輪１１Ｂのみを示している。また、以下の説明において、左右一対の前輪１１Ａおよび左右一対の後輪１１Ｂをまとめて「複数の車輪１１」とする場合がある。
　ホイールローダ１は、例えば露天掘り鉱山等において、前フレーム１Ａに取り付けられた作業機２を用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作業車両である。
　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２つ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、２つ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。
　２つのリフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４はそれぞれ、作業機２を駆動する油圧アクチュエータの一態様である。なお、図１では、車体の左右方向に並ぶ２つ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、２つのリフトアームシリンダ２２それぞれのボトム室に作動油が供給されてロッド２２０が伸びることにより上方向に回動し、２つのリフトアームシリンダ２２それぞれのロッド室に作動油が供給されてロッド２２０が縮むことにより下方向に回動する。
　同様にして、バケット２３は、バケットシリンダ２４のボトム室に作動油が供給されてロッド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、バケットシリンダ２４のロッド室に作動油が供給されてロッド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。なお、バケット２３は、例えばブレード等の各種アタッチメントに交換することが可能であり、バケット２３を用いた掘削作業の他に、押土作業や除雪作業等の各種作業を行うこともできる。
　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、後述する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。
＜荷役作業時におけるホイールローダ１の動作＞
　次に、荷役作業時のホイールローダ１の動作について、図２および図３を参照して説明する。ホイールローダ１では、「Ｖシェープローディング」という方法で掘削作業および積込み作業を行う。
　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、掘削対象である地山１０１に向かって前進し、バケット２３を地山１０１に突入させて掘削作業を行う（図２に示す矢印Ｘ１）。掘削作業が終わると、ホイールローダ１は、元の場所に一旦後退する（図２に示す矢印Ｘ２）。
　次に、ホイールローダ１は、積込み先であるダンプトラック１０２に向かって前進し、ダンプトラック１０２の手前で停止する（図２に示す矢印Ｙ１）。なお、図２では、ダンプトラック１０２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に示す右側の状態）。次に、オペレータは、フルアクセルの状態のままにしてリフトアーム２１をさらに上昇させながら、同時にブレーキペダルを少し踏み込んでダンプトラック１０２に衝突しないよう車速を調整する（図３に示す中央の状態）。そして、オペレータはブレーキペダルをいっぱいまで踏み込んでダンプトラック１０２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１０２へ積み込む（図３に示す左側の状態）。このように、積込み作業時においてホイールローダ１で行われる図３に示す一連の操作を「ライズラン操作」という。
　図２に示すように、積込み作業が終わると、ホイールローダ１は、元の場所に後退する（図２に示す矢印Ｙ２）。このように、ホイールローダ１は、地山１０１とダンプトラック１０２との間でＶ字状に往復走行し、掘削作業および積込み作業を行う。
＜ホイールローダ１の駆動システム＞
　次に、ホイールローダ１の駆動システムについて、図４～７を参照して説明する。
　図４は、ホイールローダ１の駆動システム構成を示す図である。図５は、速度段ごとの車速Ｓとけん引力Ｆとの関係を示すグラフである。図６は、アクセルペダル踏込量Ｖと目標エンジン回転数Ｎとの関係を示すグラフである。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。
　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３０と、エンジン３０の出力軸に連結されたトルクコンバータ３１（以下、「トルコン３１」とする）と、トルコン３１の出力軸に連結されたトランスミッション３２と、を備えている。そして、これらエンジン３０、トルコン３１、およびトランスミッション３２はそれぞれ、コントローラ５からの指令信号に基づいて制御されている。ホイールローダ１は、エンジン３０の駆動力をトルコン３１およびトランスミッション３２を介して複数の車輪１１に伝達して走行する。
　トルコン３１は、インペラ、タービン、およ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（エンジン３０から伝達されるトルク）に対して出力トルクを増幅させる機能、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３１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３０の回転速度を変速した上でトランスミッション３２に伝達する。
　トランスミッション３２は、複数のギアで構成されており、前進走行または後進走行において図５に示す１～４速度段のいずれかに対応したギア比となるように、複数のギアの組合せが第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅによって制御されることで、トルコン３１の出力軸のトルクや回転速度、回転方向を変えて複数の車輪１１へ伝達する。
　ホイールローダ１の進行方向、すなわち前進または後進の切り換えは前後進切換装置としての前後進切換スイッチ４１により、トランスミッション３２の速度段（図５に示す１～４速度段）の選択は速度段選択装置としてのシフトスイッチ４２により、それぞれ行われる。前後進切換スイッチ４１およびシフトスイッチ４２はそれぞれ、運転室１２（図１参照）に設けられている。
　図５に示すように、トランスミッション３２の速度段は、１速度段で最高車速がＳ１に、２速度段で最高車速がＳ１よりも大きいＳ２に、３速度段で最高車速がＳ２よりも大きいＳ３に、４速度段で最高車速がＳ３よりも大きいＳ４に、それぞれ設定されている（Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４）。
　そして、１～４速度段それぞれにおける車体のけん引力Ｆは、１速度段ではＦ１、２速度段ではＦ１よりも小さいＦ２、３速度段ではＦ２よりも小さいＦ３、４速度段ではＦ３よりも小さいＦ４となっている（Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ３＞Ｆ４）。したがって、速度段が小さくなると最高車速は小さくなるが、他方で車体のけん引力Ｆは大きくなる。なお、図５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。
　１速度段は、トランスミッション３２の最低速度段であり、例えば、掘削作業や登坂作業等のけん引力を必要とする作業時に選択される。図５に示すように、１速度段における最高車速は１～４速度段の中で最も低速であり、他方でけん引力Ｆは１～４速度段の中で最も大きい。２速度段は、トランスミッション３２の最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段であり、例えば、前述した積込み作業時（ライズラン操作時）に選択される。図５に示すように、２速度段における最高車速は１速度段のときよりも速く（例えば９～１５ｋｍ／ｈ）、けん引力Ｆは１速度段のときよりも大幅に小さい。
　図４に示すように、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４３をオペレータが踏み込むとエンジン３０が回転し、エンジン３０の回転に伴ってトルコン３１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３１の出力軸が回転し、トルコン３１からの出力トルクがトランスミッション３２、プロペラシャフト１５、およびアクスル１６を介して複数の車輪１１にそれぞれ伝達されることにより、ホイールローダ１が走行する。
　より具体的には、まず、アクセルペダル４３に取り付けられた踏込量センサ６１によりアクセルペダル４３の踏込量Ｖ（以下、単に「アクセルペダル踏込量Ｖ」とする）が検出され、検出されたアクセルペダル踏込量Ｖがコントローラ５に入力される。次に、入力されたアクセルペダル踏込量Ｖに応じた目標エンジン回転数Ｎに係る指令信号が、コントローラ５からエンジン３０に対して出力される。そして、エンジン３０は、この目標エンジン回転数Ｎにしたがった回転数に制御される。
　図６に示すように、アクセルペダル４３の踏込量と目標エンジン回転数Ｎとは比例関係にあり、アクセルペダル踏込量Ｖが大きくなると目標エンジン回転数Ｎは増加する。アクセルペダル踏込量がＶ２に達すると目標エンジン回転数Ｎが最高回転数Ｎｍａｘとなる。また、アクセルペダル踏込量Ｖが０～Ｖ１の範囲（例えば０％～２０あるいは３０％の範囲）は、アクセルペダル踏込量Ｖにかかわらず、目標エンジン回転数Ｎが所定の最低回転数Ｎｍｉｎで一定となる不感帯として設定されている。
　そして、目標エンジン回転数Ｎにしたがって制御されたエンジン回転数、すなわちエンジン回転速度は、トルコン３１およびトランスミッション３２により変速された上で、ホイールローダ１の車速Ｓとしてプロペラシャフト１５に伝達される。トルコン３１の入力軸には、エンジン３０の回転数を回転速度として検出する第１回転速度センサ３１Ａが、トルコン３１の出力軸には、トルコン３１における変速後の回転速度を検出する第２回転速度センサ３１Ｂが、それぞれ設けられている。車速Ｓは、プロペラシャフト１５の回転速度として第３回転速度センサ３１Ｃで検出される。また、踏込量センサ６１は、車体の走行状態を検出する走行状態センサの一態様である。
　例えば、ライズラン操作を行う際には、オペレータは、前後進切換スイッチ４１を前進の位置に切り換え、シフトスイッチ４２で２速度段を選択する。前後進切換スイッチ４１から出力された前進に係る切換信号、およびシフトスイッチ４２から出力された２速度段に係る速度段信号はそれぞれ、コントローラ５に入力される。コントローラ５は、トランスミッション３２の前進クラッチと２速度段クラッチとが係合状態となるギア比となるように複数のギアの組合せを選択する制御信号を生成し、当該制御信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに対して出力する。したがって、アクセルペダル踏込量Ｖに応じたエンジン回転速度は、トランスミッション３２を介して２速度段に対応した回転速度に変速される。これにより、ホイールローダ１は、２速度段に対応した車速Ｓで前進走行する。
　また、ホイールローダ１は、図４に示すように、作業機２を駆動させるための荷役用油圧回路ＨＣを備えている。荷役用油圧回路ＨＣには、油圧ポンプ３３と、リフトアームシリンダ２２と、バケットシリンダ２４と、油圧ポンプ３３から吐出されてリフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４のそれぞれに流入する作動油の流れ（方向および流量）を制御するコントロールバルブ３４と、が設けられている。なお、図４では、構成を簡略化するため、２つのリフトアームシリンダ２２のうち一方のリフトアームシリンダ２２のみを示している。
　油圧ポンプ３３は、作動油タンク３５から吸入した作動油をリフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４のそれぞれに供給する。本実施形態では、油圧ポンプ３３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３３０により調整される。なお、油圧ポンプ３３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。
　油圧ポンプ３３の吐出圧Ｐａは、油圧ポンプ３３の吐出側に接続された管路上に設けられた吐出圧センサ６２により検出される。油圧ポンプ３３の吐出圧Ｐａは、リフトアーム２１およびバケット２３（作業機２）の動作状態により変動する。したがって、吐出圧センサ６２は、リフトアーム２１の動作状態を検出する動作状態センサの一態様である。
　リフトアームシリンダ２２およびバケットシリンダ２４はそれぞれ、運転室１２（図１参照）内に設けられたリフトアーム操作レバー１２１およびバケット操作レバー１２２の操作にしたがって駆動する。
　例えば、オペレータがリフトアーム操作レバー１２１を操作すると、その操作量に比例したパイロット圧Ｐｉが操作信号として生成される。生成されたパイロット圧Ｐｉは、コントロールバルブ３４の左右の受圧室に作用し、コントロールバルブ３４内のスプールが当該パイロット圧Ｐｉに応じてストロークする。これにより、油圧ポンプ３３から吐出された作動油は、リフトアーム操作レバー１２１の操作に応じた方向および流量にしたがってリフトアームシリンダ２２に流入する。
　リフトアーム操作レバー１２１の操作によって生成されたパイロット圧Ｐｉは、リフトアーム操作レバー１２１とコントロールバルブ３４とを接続するパイロット管路上に設けられたパイロット圧センサ６３により検出される。パイロット圧センサ６３は、リフトアーム２１の操作量を検出する操作量センサに相当し、吐出圧センサ６２と同様に、リフトアーム２１の動作状態を検出する動作状態センサの一態様である。
　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３４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、リフトアーム２１の上げ操作量にかかわらずスプールの開口面積は０％（スプールは開口しない）で一定となる不感帯として設定されている。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１２２の操作量に応じて生成されたパイロット圧Ｐｉがコントロールバルブ３４に作用することによってコントロールバルブ３４のスプールが制御され、バケットシリンダ２４へ流出入する作動油の方向および流量が調整される。
　ここで、積込み作業時のライズラン操作では、２速度段に対応した車速でダンプトラック１０２（図３参照）に向かって前進走行しながらリフトアーム２１を上昇させるため、車速は抑える一方で、エンジン回転数を増加させて油圧ポンプ３３の吐出流量を増やし、リフトアーム２１に供給される作動油の流量を増加させる必要がある。そこで、ホイールローダ１では、コントローラ５によりトランスミッション３２を変速制御することでブレーキを作動させずに車速を制限している。
＜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、および出力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４１やシフトスイッチ４２といった各種の操作装置、ならびに踏込量センサ６１、吐出圧センサ６２、およびパイロット圧センサ６３といった各種のセンサ等が入力Ｉ／Ｆに接続され、第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅ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制御プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵが読み出してＲＡＭ上に展開し、展開された制御プログラムを実行することにより、制御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をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成されるコンピュータとして説明しているが、これに限らず、例えば他のコンピュータの構成の一例として、ホイールローダ１の側で実行される制御プログラムの機能を実現する集積回路を用いてもよい。
　図５に示すように、コントローラ５は、データ取得部５１と、判定部５２と、ギア比設定部５３と、記憶部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４１から出力された切換信号、シフトスイッチ４２から出力された速度段信号、踏込量センサ６１で検出されたアクセルペダル踏込量Ｖ、吐出圧センサ６２で検出された吐出圧Ｐａ、およびパイロット圧センサ６３で検出されたパイロット圧Ｐｉに関するデータをそれぞれ取得する。
　判定部５２は、進行判定部５２Ａと、速度段判定部５２Ｂと、動作判定部５２Ｃと、を含む。
　進行判定部５２Ａは、データ取得部５１で取得された切換信号に基づいて車体の進行方向、すなわち前後進切換スイッチ４１において前進および後進のどちらの方向に切り換えられているかを判定すると共に、データ取得部５１で取得されたアクセルペダル踏込量Ｖに基づいて車体が走行中であるか否かを判定する。
　速度段判定部５２Ｂは、進行判定部５２Ａで車体が前進走行中であると判定された場合に、データ取得部５１で取得された速度段信号に基づいてシフトスイッチ４２においてトランスミッション３２の速度段として２速度段が選択されているか否かを判定する。
　動作判定部５２Ｃは、データ取得部５１で取得された吐出圧Ｐａおよびパイロット圧Ｐｉに基づいてリフトアーム２１が上方向へ動作しているか否かを判定する。本実施形態では、吐出圧Ｐａおよびパイロット圧Ｐｉの両方に基づいてリフトアーム２１の上げ動作を精度良く判定しているが、少なくとも吐出圧Ｐａおよびパイロット圧Ｐｉのいずれかの検出値に基づいて判定すればよい。すなわち、動作状態センサとしては、少なくとも吐出圧センサ６２およびパイロット圧センサ６３のいずれかであればよい。なお、吐出圧Ｐａまたはパイロット圧Ｐｉに基づいてリフトアーム２１の上げ動作を判定することにより、例えばリフトアームシリンダ２２のボトム圧に基づく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できる。
　ギア比設定部５３は、判定部５２で車体が２速度段で前進走行し、かつリフトアーム２１の上げ動作が行われていると判定された場合に、１速度段に対応したギア比と２速度段に対応したギア比との中間のギア比をトランスミッション３２のギア比として設定する。また、ギア比設定部５３は、車速の制限処理が実行された後に、進行判定部５２Ａで前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられたと判定された場合において、２速度段に対応したギア比をトランスミッション３２のギア比として設定する。
　記憶部５４はメモリであって、このメモリにはリフトアーム２１の上げ動作の判定に係る吐出圧閾値Ｐａｔｈおよびパイロット圧閾値Ｐｉｔｈがそれぞれ記憶されている。吐出圧閾値Ｐａｔｈおよびパイロット圧閾値Ｐｉｔｈはそれぞれ、リフトアーム２１の上げ動作の開始を特定するための閾値である。また、記憶部（メモリ）５４には、１～４速度段毎に設定されたギア比で変速されるように調整されたクラッチ圧に相当する指令値に加えて、１速度段に対応したギア比と２速度段に対応したギア比との中間のギア比で変速されるように調整されたクラッチ圧に相当する指令値が記憶されている。この中間のギア比は、ホイールローダ１の積込み作業に対応づけられた所定の出力トルクとその出力トルクに対応した車速とが得られるように設定されたギア比である。
　指令信号出力部５５は、ギア比設定部５３で設定されたギア比に対応した複数のギアの組合せを選択する指令信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに対して出力する。これにより、ホイールローダ１は、コントローラ５により制御された速度段に対応した車速となる。
＜コントローラ５内での処理＞
　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、図９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。
　まず、データ取得部５１は、前後進切換スイッチ４１から出力された切換信号、踏込量センサ６１で検出されたアクセルペダル踏込量Ｖ、およびシフトスイッチ４２から出力された速度段信号をそれぞれ取得する（ステップＳ５０１）。
　次に、進行判定部５２Ａは、ステップＳ５０１で取得された切換信号、アクセルペダル踏込量Ｖに基づいて車体が前進走行しているか否かを判定し、また、速度段判定部５２Ｂは、ステップＳ５０１で取得された速度段信号に基づいてシフトスイッチ４２において２速度段が選択されているか否かを判定する（ステップＳ５０２）。すなわち、ステップＳ５０２では、車体が２速度段で前進走行中であるか否かを判定する。
　ステップＳ５０２において車体が２速度段で前進走行中であると判定された場合（ステップＳ５０２／ＹＥＳ）、データ取得部５１は吐出圧センサ６２で検出された吐出圧Ｐａ及びパイロット圧センサ６３で検出されたパイロット圧Ｐｉをそれぞれ取得する（ステップＳ５０３）。なお、ステップＳ５０２において車体が２速度段で前進走行中でないと判定された場合（ステップＳ５０２／ＮＯ）、コントローラ５は処理を終了する。
　次に、動作判定部５２Ｃは、ステップＳ５０３で取得された吐出圧Ｐａが吐出圧閾値Ｐａｔｈ以上であり、かつステップＳ５０３で取得されたパイロット圧Ｐｉがパイロット圧閾値Ｐｉｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。すなわち、ステップＳ５０４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。
　ステップＳ５０４において吐出圧Ｐａが吐出圧閾値Ｐａｔｈ以上であり（Ｐａ≧Ｐａｔｈ）、かつパイロット圧Ｐｉがパイロット圧閾値Ｐｉｔｈ以上である（Ｐｉ≧Ｐｉｔｈ）と判定された場合、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Ｓ５０４／ＹＥＳ）、ギア比設定部５３は、１速度段に対応したギア比と２速度段に対応したギア比との中間のギア比をトランスミッション３２のギア比として設定する（ステップＳ５０５）。
　なお、ステップＳ５０４において吐出圧Ｐａが吐出圧閾値Ｐａｔｈよりも小さく（Ｐａ＜Ｐａｔｈ）、かつパイロット圧Ｐｉがパイロット圧閾値Ｐｉｔｈよりも小さい（Ｐｉ＜Ｐｉｔｈ）と判定された場合、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Ｓ５０４／ＮＯ）、リフトアーム２１の上げ動作が開始されるまでステップＳ５０３に戻って処理を繰り返す。
　次に、指令信号出力部５５は、ステップＳ５０５で設定されたギア比に対応した複数のギアの組合せを選択する指令信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに出力する（ステップＳ５０６）。これにより、ホイールローダ１は、２速度段に対応した車速から１速度段と２速度段との中間の速度段に対応した車速に制限される。
　このように、ホイールローダ１は、積込み作業時のライズラン操作において、２速度段に対応した車速よりは遅いが、１速度段に対応した車速よりは速い車速に減速されるため、車速が遅くなり過ぎるといった事態を回避することができると共に、２速度段から１速度段に落とす場合と比べて段間差が少ないため、変速時にオペレータへ違和感を与えることがない。
　また、コントローラ５による車速の制限時において、シフトスイッチ４２は２速度段が選択されたままであるため、オペレータに対して、２速度段に対応した車速で前進走行しているはずであるが、ホイールローダ１にて自動的に車速が制限されているとの心証を与えることができる。なお、この場合において、例えば運転室１２内のモニターに、自動で車速が制限されている旨を表示してもよい。
　次に、データ取得部５１は、前後進切換スイッチ４１から出力された切換信号を再度取得する（ステップＳ５０７）。続いて、進行判定部５２Ａは、ステップＳ５０７で取得された切換信号に基づき前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられたか否かを判定する（ステップＳ５０８）。
　ステップＳ５０８において前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられたと判定された場合（ステップＳ５０８／ＹＥＳ）、ギア比設定部５３は、２速度段に対応したギア比をトランスミッション３２のギア比として設定する（ステップＳ５０９）。
　なお、ステップＳ５０８において前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられたと判定されなかった場合（ステップＳ５０８／ＮＯ）、前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換わるまでステップＳ５０７に戻って処理を繰り返す。
　次に、指令信号出力部５５は、ステップＳ５０９で設定されたギア比に対応した複数のギアの組合せを選択する指令信号を第１～第５電磁制御弁３２Ａ～３２Ｅのそれぞれに出力して（ステップＳ５１０）、コントローラ５における処理を終了する。このように、コントローラ５は、前後進切換スイッチ４１が前進から後進に切り換えられた場合に、１速度段に対応したギア比と２速度段に対応したギア比との中間のギア比から２速度段に対応したギア比に変更することにより、コントローラ５による車速の制限が解除されて、ホイールローダ１は、１速度段と２速度段との中間の速度段に対応した車速から２速度段に対応した車速に戻る。
　このように、ダンプトラック１０２への積込みが終了した後に後進する際には、車速が制限前の２速度段に対応した車速に自動的に戻るため、オペレータに対して違和感を与えることなくコントローラ５による車速の制限を解除することができる。
　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、上記実施形態では、踏込量センサ６１で検出されたアクセルペダル踏込量Ｖに基づいて車体の走行状態を判定していたが、これに限らず、例えば車速センサを用いて車体の走行状態を判定してもよい。
１：ホイールローダ
２：作業機
５：コントローラ
１１，１１Ａ：前輪（車輪）
１１，１１Ｂ：後輪（車輪）
２１：リフトアーム
２２：リフトアームシリンダ（油圧アクチュエータ）
２４：バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）
３０：エンジン
３１：トルクコンバータ
３２：トランスミッション
３２Ａ～３２Ｅ：第１～第５電磁制御弁
３３：油圧ポンプ
４１：前後進切換スイッチ（前後進切換装置）
４２：シフトスイッチ（速度段選択装置）
６１：踏込量センサ（走行状態センサ）
６２：吐出圧センサ（動作状態センサ）
６３：パイロット圧センサ（操作量センサ、動作状態センサ）

Claims (3)

  1. 　複数の車輪を有する車体と、前記車体に対して上下方向に回動可能に取り付けられたリフトアームを有する作業機と、前記車体に搭載されたエンジンと、前記エンジンから伝達されるトルクを増幅させるトルクコンバータと、複数の電磁制御弁により複数のギアの組合せを制御することで前記トルクコンバータから出力され増幅されたトルクを変速して前記複数の車輪に伝達するトランスミッションと、前記車体の前後進を切り換える前後進切換装置と、前記トランスミッションの速度段を選択する速度段選択装置と、前記車体の走行状態を検出する走行状態センサと、前記リフトアームの動作状態を検出する動作状態センサと、前記前後進切換装置から出力された切換信号と前記速度段選択装置で選択された速度段とに基づき、前記選択された速度段に対応したギア比となるように前記複数のギアの組合せを選択する制御信号を生成し、前記制御信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力して前記トランスミッションを変速制御するコントローラと、を備えたホイールローダにおいて、
    　前記コントローラは、
    　前記前後進切換装置から出力された切換信号、前記走行状態センサで検出された前記車体の走行状態、および前記速度段選択装置で選択された速度段に基づいて、前記トランスミッションの最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応した車速で前記車体が前進走行し、かつ前記動作状態センサで検出された前記リフトアームの動作状態が上方向への動作である場合に、前記最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応したギア比と前記最低速度段に対応したギア比との中間のギア比を前記トランスミッションのギア比とし、前記中間のギア比に対応した前記複数のギアの組合せを選択する信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力する
    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において、
    　前記動作状態センサは、少なくとも前記リフトアームの操作量を検出する操作量センサおよび前記作業機を駆動する油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧センサのうちいずれかである
    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において、
    　前記コントローラは、
    　前記前後進切換装置が前進から後進に切り換えられた場合に、前記中間のギア比から前記最低速度段よりも１速度段大きく設定された速度段に対応したギア比に変更し、そのギア比に対応した前記複数のギアの組合せを選択する信号を前記複数の電磁制御弁に対して出力する
    ことを特徴とするホイールローダ。
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