WO2023067943A1 - 作業機械の制御システムおよび制御方法 - Google Patents

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WO2023067943A1
WO2023067943A1 PCT/JP2022/033888 JP2022033888W WO2023067943A1 WO 2023067943 A1 WO2023067943 A1 WO 2023067943A1 JP 2022033888 W JP2022033888 W JP 2022033888W WO 2023067943 A1 WO2023067943 A1 WO 2023067943A1
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WO
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bucket
flow rate
work machine
control system
front frame
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/033888
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
唯太 竹中
Original Assignee
株式会社小松製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小松製作所 filed Critical 株式会社小松製作所
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Priority to CN202280069979.0A priority patent/CN118215770A/zh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives

Definitions

  • the present disclosure relates to a work machine control system and control method.
  • Patent Document 1 discloses a working machine vibration system for a vehicle having a working machine.
  • This disclosure proposes a work machine control system and control method that enable bucket swinging and reduce the load on the vehicle body.
  • a work machine control system includes a rear frame, a front frame connected to the rear frame so as to be able to bend, a bucket operable with respect to the front frame, an actuator for driving the bucket, a rear It has a sensor that detects the relative position between the frame and the front frame, and a controller that controls the actuator.
  • the controller receives an input of the detection result of the sensor and controls the operation of the actuator based on the detection result of the sensor.
  • FIG. 1 is a side view of a wheel loader as an example of a work machine based on an embodiment
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of an entire system including a wheel loader
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the wheel loader in an articulated state
  • 3 is a block diagram showing the functional configuration of a work implement controller
  • FIG. It is a figure which shows the control of the conventional bucket swing operation. It is a figure which shows control of bucket swing operation
  • FIG. 4 is a diagram showing a rate of change in flow rate of hydraulic oil supplied to a bucket cylinder with respect to an articulate angle
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow rate of hydraulic oil supplied to a bucket cylinder during a bucket swinging operation;
  • FIG. 1 is a side view of a wheel loader as an example of a work machine based on an embodiment
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of an entire system including a wheel loader
  • FIG. 2
  • FIG. 6 is a diagram showing the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder during the operation of vibrating the bucket at low speed; It is a block diagram showing a functional configuration of a work implement controller of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing the allowable maximum flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder with respect to the articulate angle in the third embodiment;
  • FIG. 12 is a diagram showing the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder during the bucket swinging operation in the third embodiment;
  • FIG. 1 is a side view of a wheel loader 1 as an example of a work machine based on an embodiment.
  • the wheel loader 1 includes a vehicle body frame 2, a working machine 3, a travel device 7, and a cab 5.
  • a vehicle body (working machine body) of the wheel loader 1 is composed of the vehicle body frame 2, the cab 5, and the like.
  • a working machine 3 and a traveling device 7 are attached to the vehicle body of the wheel loader 1 .
  • the traveling device 7 causes the vehicle body of the wheel loader 1 to travel, and includes traveling wheels 7A and 7B.
  • the wheel loader 1 is a wheeled vehicle provided with running wheels 7A and 7B as running rotating bodies on both sides in the left-right direction of the vehicle body.
  • the wheel loader 1 can be self-propelled by rotationally driving the running wheels 7A and 7B, and can perform desired work using the working machine 3 .
  • the direction in which the wheel loader 1 travels straight is referred to as the front-rear direction of the wheel loader 1.
  • the front-rear direction of the wheel loader 1 the side on which the work implement 3 is arranged with respect to the body frame 2 is defined as the front direction, and the side opposite to the front direction is defined as the rear direction.
  • the left-right direction of the wheel loader 1 is a direction orthogonal to the front-rear direction when the wheel loader 1 on a flat ground is viewed from above.
  • the right side and the left side in the horizontal direction as viewed from the front are the right side and the left side, respectively.
  • the vertical direction of the wheel loader 1 is a direction orthogonal to a plane defined by the front-rear direction and the left-right direction. In the vertical direction, the side with the ground is the lower side, and the side with the sky is the upper side.
  • the body frame 2 includes a front frame 2A and a rear frame 2B.
  • the front frame 2A is arranged in front of the rear frame 2B.
  • the front frame 2A is flexibly connected to the rear frame 2B.
  • the front frame 2A and the rear frame 2B constitute a vehicle body frame 2 having an articulated structure.
  • the wheel loader 1 is an articulated work machine in which a front frame 2A and a rear frame 2B are connected.
  • a working machine 3 and a pair of left and right running wheels (front wheels) 7A are attached to the front frame 2A.
  • the working machine 3 is arranged in front of the vehicle body and supported by the vehicle body of the wheel loader 1 .
  • Work implement 3 includes a boom 32 and a bucket 31 .
  • Bucket 31 is arranged at the tip of work implement 3 .
  • Bucket 31 is a working tool for excavation and loading.
  • the work machine 3 includes a boom cylinder 36.
  • the front frame 2 ⁇ /b>A and boom 32 are connected by a pair of boom cylinders 36 .
  • a base end of the boom cylinder 36 is attached to the front frame 2A.
  • a tip of the boom cylinder 36 is attached to the boom 32 .
  • the boom cylinder 36 is a hydraulic actuator that vertically moves the boom 32 with respect to the front frame 2A. As the boom 32 moves up and down, the bucket 31 attached to the tip of the boom 32 also moves up and down.
  • the work implement 3 further includes a bell crank 33 , a connecting link 34 and a bucket cylinder 35 .
  • the bellcrank 33 is rotatably supported on the boom 32 substantially in the center of the boom 32 .
  • the bucket cylinder 35 connects the bell crank 33 and the front frame 2A.
  • the connecting link 34 is connected to the tip of the bellcrank 33 .
  • a connecting link 34 connects the bell crank 33 and the bucket 31 .
  • the base end of the bucket cylinder 35 is attached to the front frame 2A.
  • a tip of the bucket cylinder 35 is attached to a base end of the bell crank 33 .
  • the bucket cylinder 35 is a hydraulic actuator that vertically rotates the bucket 31 with respect to the boom 32 .
  • the bucket cylinder 35 is a work implement cylinder that drives the bucket 31 .
  • Bucket 31 is configured to be operable with respect to boom 32 .
  • Bucket 31 is configured to be operable with respect to front frame 2A.
  • a cab 5 on which an operator rides and a pair of left and right running wheels (rear wheels) 7B are attached to the rear frame 2B.
  • the box-shaped cab 5 is arranged behind the boom 32 .
  • the cab 5 is mounted on the vehicle body frame 2 . Inside the cab 5, there are arranged a seat on which an operator sits, an operation device to be described later, and the like.
  • the cab 5 may be mounted on the front frame 2A.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of the entire system including the wheel loader 1 according to the embodiment.
  • the wheel loader 1 includes a work machine controller 10 , an engine 11 , and a power take off (PTO: power take off device) 12 .
  • PTO power take off device
  • the engine 11 is a driving source that generates a driving force for driving the work implement 3, and is, for example, a diesel engine.
  • the output of engine 11 is controlled by adjusting the amount of fuel injected into the cylinders of engine 11 .
  • the PTO 12 distributes the output of the engine 11 to a traveling system that drives the traveling device 7 and a hydraulic system that drives the work implement 3 .
  • the engine 11, PTO 12 and hydraulic system are mounted behind the cab 5 on the rear frame 2B.
  • the hydraulic system is a mechanism that mainly drives the work implement 3 (for example, the boom 32 and the bucket 31).
  • the hydraulic system includes a hydraulic pump 21 for work equipment driven by the PTO 12, a hydraulic pilot type bucket operation valve 22 and a boom operation valve 23 provided in a discharge circuit of the hydraulic pump 21, and the bucket operation valve 22.
  • Electromagnetic proportional control valves 24 and 25 for buckets connected to the pilot pressure receiving portions, and electromagnetic proportional control valves 26 and 27 for booms connected to the respective pilot pressure receiving portions of the boom operation valve 23 are provided.
  • the working machine 3 is driven by hydraulic oil from the hydraulic pump 21 .
  • the hydraulic pump 21 is driven by the engine 11 and operates the work implement 3 with hydraulic oil that it discharges.
  • the boom 32 moves up and down when the boom cylinder 36 receives hydraulic fluid from the hydraulic pump 21 and expands and contracts.
  • the bucket cylinder 35 is supplied with hydraulic oil from the hydraulic pump 21 and expands and contracts, thereby rotating the bucket 31 up and down.
  • the electromagnetic proportional control valves 24 to 27 are connected to a pilot pump (not shown), and operate from the pilot pump to each pilot pressure receiving portion of the boom operation valve 23 and the bucket operation valve 22 in response to a control signal from the work machine controller 10. Control oil supply.
  • the electromagnetic proportional control valve 24 contracts the bucket cylinder 35 and switches the bucket operation valve 22 so that the bucket 31 moves in the dumping direction (the direction in which the cutting edge of the bucket 31 moves downward). Further, the electromagnetic proportional control valve 25 extends the bucket cylinder 35 and switches the bucket operation valve 22 so that the bucket 31 moves in the tilt direction (the direction in which the cutting edge of the bucket 31 rises).
  • the electromagnetic proportional control valve 26 retracts the boom cylinder 36 and switches the boom operation valve 23 so that the boom 32 is lowered. Further, the electromagnetic proportional control valve 27 extends the boom cylinder 36 and switches the boom operation valve 23 so that the boom 32 is raised.
  • An operating device, a boom angle sensor 44 , a bucket angle sensor 45 , a boom bottom pressure sensor 46 and a frame angle sensor 47 are connected to the work machine controller 10 .
  • the operating device is provided on the cab 5 .
  • the operating device includes a boom operating lever 41 and a bucket operating lever 42 .
  • the operating device also includes a steering handle, a steering lever, an accelerator pedal, etc. (not shown).
  • the boom operating lever 41 is arranged on the right side of the seat inside the cab 5, for example.
  • the boom operating lever 41 incorporates a lever angle sensor that detects the lever angle.
  • a boom operating lever 41 is manually operable by an operator to operate the boom 32 .
  • the lever angle sensor detects the lever angle corresponding to the amount of operation and outputs it to the work implement controller 10 as a boom lever signal.
  • the bucket operating lever 42 is arranged on the right side of the seat inside the cab 5, for example.
  • the bucket operating lever 42 incorporates a lever angle sensor that detects the lever angle.
  • Bucket operating lever 42 is manually operable by an operator to operate bucket 31 .
  • the lever angle sensor detects the lever angle corresponding to the amount of operation and outputs it to the work machine controller 10 as a bucket lever signal.
  • the boom operating lever 41 and the bucket operating lever 42 may be composed of separate levers. Alternatively, one lever may have the functions of both the boom operating lever 41 and the bucket operating lever 42 .
  • the operation of the lever in the front-rear direction may be set to move the boom 32 up and down
  • the operation of the lever in the left-right direction may be set to the operation to rotate the bucket 31 .
  • the boom angle sensor 44 is composed of, for example, a rotary encoder or the like provided at the attachment portion (support shaft) of the boom 32 to the vehicle body frame 2, and detects the boom angle between the center line of the boom 32 and the horizontal line. Output a signal.
  • the center line of the boom 32 is the YY line in FIG. is the line connecting When line YY in FIG. 2 is along the horizontal line, boom angle sensor 44 outputs a boom angle of 0 degrees.
  • the boom angle sensor 44 outputs a positive value when the tip of the boom 32 is raised from the state of the boom angle of 0 degrees, and outputs a negative value when the tip of the boom 32 is lowered.
  • Bucket angle sensor 45 is composed of, for example, a rotary encoder provided on the rotating shaft of bellcrank 33, and outputs 0 degrees when bucket 31 is grounded and the cutting edge of bucket 31 is horizontal on the ground.
  • a positive value is output
  • a negative value is output.
  • the boom bottom pressure sensor 46 detects the pressure on the bottom side of the boom cylinder 36 (boom bottom pressure). The boom bottom pressure is high when the bucket 31 is loaded and low when it is empty.
  • the frame angle sensor 47 is provided in a bending mechanism that bends the front frame 2A with respect to the rear frame 2B.
  • a frame angle sensor 47 detects the relative position between the rear frame 2B and the front frame 2A.
  • the bending of the front frame 2A with respect to the rear frame 2B is performed by expanding and contracting an articulated cylinder connected to the front frame 2A and the rear frame 2B.
  • the articulated cylinder is a hydraulic actuator that is hydraulically driven to change the bending angle of the front frame 2A with respect to the rear frame 2B.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the wheel loader 1 in an articulated state.
  • Frame angle sensor 47 detects the articulated angle shown in FIG. 3, which is the angle at which front frame 2A bends with respect to rear frame 2B, and outputs a detection signal to work implement controller 10 .
  • the frame angle sensor 47 outputs an articulate angle of 0 degrees.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the functional configuration of the work implement controller 10.
  • the work machine controller 10 mainly includes a bucket cylinder target flow rate calculator 51, a bucket swing frequency limiter 52, a bending angle reader 53, and an EPC current determiner 54. .
  • the bucket cylinder target flow rate calculation unit 51 receives an input of a bucket lever signal indicating the detection result of the operation amount of the bucket operation lever 42 from the lever angle sensor of the bucket operation lever 42 . Bucket cylinder target flow rate calculation unit 51 calculates a target flow rate of hydraulic oil to be supplied to bucket cylinder 35 for driving bucket 31 based on the bucket lever signal. The bucket cylinder target flow rate calculator 51 outputs the calculated target flow rate of hydraulic oil to the bucket swing frequency limiter 52 .
  • the bending angle reading unit 53 receives a signal from the frame angle sensor 47 indicating the detection result of the articulate angle, which is the bending angle of the front frame 2A with respect to the rear frame 2B.
  • the bending angle reading section 53 reads the articulate angle based on the signal input from the frame angle sensor 47 .
  • the bending angle reading section 53 outputs the detection result of the articulate angle to the bucket swing frequency limiting section 52 .
  • the bucket swing frequency limiter 52 controls the operation of the bucket cylinder 35 in response to the operation details of the bucket control lever 42 based on the detection result of the articulate angle. Specifically, the bucket swing frequency limiter 52 changes the movement limit value of the bucket 31 according to the magnitude of the articulate angle. More specifically, the bucket-swing frequency limiter 52 reduces the permissible number of times per unit time of the bucket-swing motion for rapidly vibrating the bucket 31 as the articulate angle increases. Bucket-swing frequency limiter 52 changes the highest frequency at which the operator can operate bucket control lever 42 to swing the bucket, according to the articulate angle. Bucket swing frequency limiter 52 determines a command flow rate of hydraulic oil to be supplied to bucket cylinder 35 according to the magnitude of the articulate angle, and outputs it to EPC current determiner 54 .
  • the EPC current determination unit 54 determines a control signal (EPC current) according to the commanded flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 .
  • the EPC current determining unit 54 outputs the EPC current to the bucket electromagnetic proportional control valves 24 and 25 connected to the bucket operation valve 22 .
  • FIG. 5 is a diagram showing control of a conventional bucket swing operation.
  • the horizontal axis of FIG. 5 indicates the articulate angle, and the vertical axis of FIG. 5 indicates the frequency (number of operations per second) at which the operator operates the bucket operating lever 42 .
  • the dashed line in FIG. 5 indicates the limit frequency at which the vehicle body of the wheel loader 1 resonates in the roll direction by swinging the bucket.
  • a reaction force in the roll direction is applied to the rear frame 2B from the bucket 31 through the boom 32, the bucket cylinder 35, and the front frame 2A. 2B swings in the roll direction.
  • the natural frequency for shaking is higher in the roll direction than in the pitch direction. Since the vibration of the vehicle body of the wheel loader 1 in the roll direction is close to the vibration frequency of the bucket 31 , the vehicle body is likely to resonate with the vibration of the bucket 31 . As a result, the sway of the vehicle body of the wheel loader 1 in the roll direction tends to be larger than in the pitch direction. As shown in FIG. 5, the larger the articulate angle, the smaller the limit frequency at which the vehicle body of the wheel loader 1 resonates in the roll direction with respect to the swing of the bucket.
  • the solid line in FIG. 5 indicates the conventional limit value of the frequency at which the operator operates the bucket control lever 42.
  • the permissible number of bucket vibrating operations per unit time is set constant. Since the movement of the bucket 31 is restricted even when the articulate angle is sufficiently small and the possibility of resonance is small, it is difficult to remove deposits from the bucket 31 by swinging the bucket, resulting in reduced workability. rice field.
  • the articulate angle is large, there is a possibility that the vehicle body will vibrate greatly in the roll direction because operation at a frequency higher than the limit frequency at which resonance occurs is permitted.
  • FIG. 6 is a diagram showing control of the bucket swing operation of the embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 6 indicates the articulate angle
  • the vertical axis in FIG. 6 indicates the frequency (number of operations per second) at which the operator operates the bucket operating lever 42 .
  • the dashed line in FIG. 6 indicates the limit frequency at which the vehicle body of the wheel loader 1 resonates in the roll direction by swinging the bucket, similar to FIG.
  • the solid line in FIG. 6 indicates the limit value of the frequency at which the operator operates the bucket control lever 42 in this embodiment.
  • the movement limit value of the bucket 31 is changed according to the magnitude of the articulate angle.
  • the maximum frequency at which the bucket operating lever 42 can be operated for swinging the bucket is changed according to the articulate angle. Specifically, the larger the articulate angle, the smaller the allowable number of bucket swings per unit time. In order to avoid resonance, the allowable number of swings of the bucket is set to be smaller than the resonance frequency indicated by the dashed line in FIG.
  • the rear frame 2B may resonate in the roll direction at a lower frequency. lower the By restricting the movement of the bucket 31 when the articulate angle is large, the occurrence of resonance of the vehicle body can be suppressed, so the load applied to the vehicle body can be reduced.
  • Bending angle reading unit 53 receives an input of the detection result of frame angle sensor 47 from frame angle sensor 47 .
  • the bucket cylinder target flow rate calculation unit 51 receives an input of the detection result of the operation amount of the bucket operating lever 42 from the bucket operating lever 42 .
  • Bucket-swing frequency limiter 52 reads out the allowable number of bucket-swings per unit time based on the articulate angle from the relationship diagram shown in FIG. 6, which is stored in advance.
  • Bucket-swing frequency limiter 52 limits the operation of bucket cylinder 35 when the number of bucket swings per unit time according to the operation of bucket operating lever 42 is greater than the allowable number of times based on the articulate angle.
  • the amplitude of vibration of the bucket 31 is made smaller than the content of operation of the lever 42. ⁇
  • FIG. 7 is a diagram showing the rate of change in the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 with respect to the articulate angle. Changing the upper limit value of the oscillation frequency of the bucket 31 according to the articulate angle can be achieved by, for example, limiting the rate of change in the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 .
  • the table is stored in the work machine controller 10 in advance.
  • the allowable bucket swing frequency is set to a relatively large “large” value, and the permissible value for the rate of change in hydraulic oil flow rate is also set to a relatively large “large” value.
  • the allowable bucket swing frequency is set to an intermediate "medium” value, and the permissible value for the rate of change of the hydraulic oil flow rate is also set to an intermediate “medium” value.
  • the allowable bucket swing frequency is set to a relatively small “small” value, and the permissible value for the rate of change in hydraulic oil flow rate is also set to a relatively small "small” value.
  • the work implement controller 10 stores in advance specific numerical values of the bucket-swingable frequency and the allowable flow rate of change for articulate angles of 0, 20, and 40 degrees.
  • the articulate angle is greater than 0 degrees and less than 20 degrees and greater than 20 degrees and less than 40 degrees
  • linear interpolation is used to determine specific numerical values of the bucket swingable frequency and the allowable flow rate of change.
  • the bucket-swingable frequency is a set value related to the operation of the bucket control lever 42 by the operator, it is set to a value of about several hertz.
  • FIG. 8 is a diagram showing the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 during the bucket swinging operation.
  • the horizontal axis in FIG. 8 indicates time, and the vertical axis in FIG. 8 indicates the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35.
  • "0%" in FIG. 8 indicates a state in which the bucket control lever 42 is neutral, the bucket 31 is stopped, and the supply of hydraulic oil to the bucket cylinder 35 is stopped.
  • the positive direction of the vertical axis in FIG. 8 indicates the flow rate of hydraulic oil that is supplied to the bottom-side oil chamber of the bucket cylinder 35 and moves the bucket 31 in the tilt direction.
  • “+100%” in FIG. 8 is the maximum value of the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 so as to move the bucket 31 in the tilt direction.
  • the negative direction of the vertical axis in FIG. 8 indicates the flow rate of hydraulic oil supplied to the head-side oil chamber of the bucket cylinder 35 to move the bucket 31 in the dumping direction.
  • “ ⁇ 100%” in FIG. 8 is the maximum flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 so as to move the bucket 31 in the dumping direction.
  • the dashed line in FIG. 8 indicates the target flow rate of hydraulic oil determined by the operation of the bucket control lever 42 by the operator.
  • the target flow rate of hydraulic oil indicated by the dashed line in FIG. 8 is the flow rate of hydraulic oil calculated by the bucket cylinder target flow rate calculator 51 and input from the bucket cylinder target flow rate calculator 51 to the bucket swing frequency limiter 52. .
  • the solid line in FIG. 8 indicates the command flow rate of the hydraulic oil after limiting the rate of change of the flow rate of the hydraulic oil.
  • a command flow rate of hydraulic oil indicated by a solid line in FIG. A control signal based on the command flow rate shown in FIG.
  • the operator When swinging the bucket, the operator usually repeats the maximum amount of operation of the bucket control lever 42 that moves the bucket 31 in the tilt direction and the maximum amount of operation of the bucket control lever 42 that moves the bucket 31 in the dump direction.
  • the operator starts operating the bucket control lever 42 in the neutral position in the tilt direction at time T1.
  • the operator When the operator reaches the maximum amount of operation in the tilt direction at time T2, the operator immediately reduces the amount of operation in the tilt direction.
  • the amount of operation in the tilt direction becomes zero at time T3 and the bucket control lever 42 is placed in the neutral state, the operator immediately starts the operation in the dump direction.
  • the operator When the operator reaches the maximum amount of operation in the dumping direction at time T4, the operator immediately decreases the amount of operation in the dumping direction.
  • the command flow rate of the hydraulic oil indicated by the solid line in FIG. 8 is controlled so as to approach the target flow rate indicated by the broken line.
  • the change rate of the flow rate of the hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 is restricted, and the gradient of the command flow rate graph indicated by the solid line in FIG. 8 is restricted.
  • the operation of the bucket control lever 42 is started, and the command flow rate of hydraulic oil also starts to increase, but the command flow rate is smaller than the target flow rate. Even if the operation amount of the bucket control lever 42 starts decreasing at time T2, the command flow rate is still smaller than the target flow rate, so the command flow rate continues to increase.
  • the command flow rate continues to increase until the target flow rate and the command flow rate match at time T5. After time T5, the target flow rate becomes smaller than the command flow rate, so the command flow rate decreases so as to approach the target flow rate.
  • the operator's operation amount in the tilt direction becomes zero, and the command flow rate continues to decrease after time T3.
  • the bucket control lever 42 is operated in the dump direction and the target flow rate in the dump direction is calculated, so the command flow rate of the hydraulic oil is also dumped. direction will start to increase. Even if the operation amount of the bucket control lever 42 starts decreasing at time T4, the command flow rate is still smaller than the target flow rate, so the command flow rate continues to increase. The command flow rate continues to increase until the target flow rate and the command flow rate match at time T7. After time T7, the target flow rate becomes smaller than the command flow rate, so the command flow rate decreases so as to approach the target flow rate.
  • the amplitude A of the command flow rate shown in FIG. 8 is smaller than the amplitude of the target flow rate calculated based on the operation of the bucket control lever 42 by the operator. Therefore, the amount by which the bucket 31 moves is small. The operator notices that the amplitude of the movement of the bucket 31 is small and can recognize that the operation of the bucket control lever 42 is too early.
  • FIG. 9 is a diagram showing the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 during the operation of vibrating the bucket at low speed. As in FIG. 8, the horizontal axis of FIG. 9 indicates time, and the vertical axis of FIG. The dashed line in FIG. 9 indicates the target flow rate of the hydraulic oil determined by the operation of the bucket control lever 42 by the operator, and the solid line in FIG. Indicates flow rate.
  • the operator operates the bucket control lever 42 at a low speed, and the rate of change in the target flow rate of hydraulic oil calculated based on the details of the operation of the bucket control lever 42 is greater than the rate of change in the command flow rate. Less than limit.
  • the command flow rate after the flow rate change rate limitation is equal to the target flow rate.
  • the command flow amplitude A0 shown in FIG. 9 is equal to the target flow amplitude.
  • the work implement controller 10 receives input of the detection result of the frame angle sensor 47 that detects the relative position between the rear frame 2B and the front frame 2A.
  • Work implement controller 10 controls the operation of bucket cylinder 35 based on the detection result of the relative position between rear frame 2B and front frame 2A.
  • Work implement controller 10 limits the operation of bucket cylinder 35 based on the detection result of the relative position between rear frame 2B and front frame 2A.
  • the cab 5 is mounted on the rear frame 2B, and the operator gets on the cab 5 and operates the wheel loader 1. Since the shaking of the rear frame 2B in the roll direction can be reduced, it is possible to avoid the operator's body in the cab 5 from being shaken from side to side, thereby reducing fatigue of the operator.
  • the operating device includes a steering lever for bending the front frame 2A with respect to the rear frame 2B
  • the operator tilts the steering lever left and right to bend the front frame 2A
  • the rear frame 2B swings left and right, causing the steering lever to bend. Acceleration in the horizontal direction is also applied.
  • the bending of the front frame 2A with respect to the rear frame 2B may change unintentionally.
  • the lever left and right to move the bucket 31
  • the rear frame 2B swings left and right
  • the lever is also accelerated in the left and right direction, and the bucket 31 vibrates against the operator's intention. may continue.
  • By reducing the rocking of the rear frame 2B in the roll direction it is possible to suppress the rocking of the lever in the left-right direction.
  • work implement controller 10 limits the allowable number of operations per unit time for vibrating bucket 31 as the articulate angle at which front frame 2A bends relative to rear frame 2B increases. Therefore, the allowable number of times per unit time may be reduced. As a result, when the articulate angle is small and the vehicle is traveling straight, the bucket can be swung to quickly remove deposits from the bucket 31 . By changing the maximum frequency at which the bucket operation lever 42 can be operated for swinging the bucket according to the articulate angle and restricting the swinging of the bucket when the articulate angle is large, the vibration in the roll direction of the vehicle body is reduced. Therefore, the load applied to the vehicle body can be reduced.
  • work implement controller 10 limits the rate of change in the flow rate of hydraulic oil supplied to bucket cylinder 35 as a method of limiting the allowable number of times per unit time that bucket 31 is vibrated. may Since the acceleration of the bucket 31 can be restricted by restricting the rate of change in the flow rate of the hydraulic oil for extending and retracting the bucket cylinder 35, the swinging of the bucket can be reliably restricted.
  • the work implement controller 10 may reduce the change rate of the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 as the articulate angle increases. By doing so, when the articulate angle is large, the swinging motion of the bucket can be restricted, and the shaking of the vehicle body in the roll direction can be reliably reduced.
  • the work implement controller 10 receives an input of operation details of the bucket operating lever 42 by the operator for operating the bucket 31 .
  • work implement controller 10 may limit the operation of bucket cylinder 35 with respect to the operation of bucket operating lever 42 .
  • the amplitude of the bucket 31 can be reduced by restricting the swinging of the bucket.
  • the work implement controller 10 controls the amount of hydraulic fluid actually supplied to the bucket cylinder 35 to be higher than the target flow rate of hydraulic oil to the bucket cylinder 35 calculated based on the operation of the bucket control lever 42 .
  • the command flow rate of oil may be reduced.
  • the work implement controller 10 limits the rate of change in the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35.
  • a low-pass filter for the operation of the bucket operating lever 42 may be applied.
  • the operation cycle of the bucket operation lever 42 may be measured, and the control may be such that the bucket 31 is stopped when operation at a frequency above a certain level is detected.
  • the frequency of operation of the bucket control lever 42 which is the threshold for stopping the bucket 31, may be changed according to the articulate angle.
  • Working machines to which the concept of the present disclosure can be applied are not limited to wheel loaders, and other types of hydraulic excavators such as offset boom or swing boom hydraulic excavators in which the bucket can move left and right with respect to the swing frame. It may be a working machine.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the functional configuration of the work implement controller 10 of the second embodiment.
  • the work machine controller 10 of the second embodiment includes an automatic bucket swing frequency determining section 152, a bucket cylinder command flow rate determining section 153, a bending angle reading section 53, and an EPC current determining section .
  • the automatic bucket swing input unit 142 shown in FIG. 10 is composed of, for example, a switch or a touch panel. The operator operates the automatic bucket-swinging input unit 142 to input an operation for executing the automatic bucket-swinging motion.
  • the bending angle reading unit 53 receives a signal indicating the detection result of the articulate angle from the frame angle sensor 47 .
  • the bending angle reading unit 53 outputs the detection result of the articulate angle to the automatic bucket swing frequency determining unit 152 .
  • the automatic bucket-swinging frequency determining unit 152 determines the bucket frequency when performing the automatic bucket-swinging motion based on the detection result of the articulate angle. Determine the frequency of vibration of 31. Specifically, the automatic bucket swing frequency determination unit 152 changes the movement limit value of the bucket 31 according to the magnitude of the articulate angle. More specifically, the automatic bucket swing frequency determining unit 152 reduces the number of times the bucket 31 vibrates per unit time as the articulate angle increases.
  • a plurality of combinations of articulate angles and automatic bucket swing frequency values corresponding to the articulate angles are stored in the work implement controller 10 in advance as a table.
  • the automatic bucket-swing frequency determining section 152 determines the automatic bucket-swinging frequency according to the articulate angle read by the bending angle reading section 53 . If the articulate angle differs from the values defined in the table, linear interpolation is used to determine the specific value of the automatic bucket swing frequency.
  • the bucket cylinder command flow rate determination unit 153 determines the command flow rate of hydraulic oil to be supplied to the bucket cylinder 35 according to the magnitude of the articulate angle, and outputs it to the EPC current determination unit 54 .
  • the EPC current determination unit 54 determines a control signal (EPC current) according to the commanded flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35, and outputs the EPC current to the electromagnetic proportional control valves 24, 25 for buckets.
  • FIG. 11 is a diagram showing the allowable maximum flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 with respect to the articulate angle in the third embodiment.
  • a table of the allowable maximum flow rate of hydraulic oil supplied to bucket cylinder 35 when the articulate angle is 0 degrees, 20 degrees and 40 degrees, shown in FIG. 11, is stored in work implement controller 10 in advance. The larger the articulate angle, the smaller the allowable maximum flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 .
  • the allowable maximum flow rate of hydraulic oil is set to a relatively large value of "large”.
  • the allowable maximum flow rate of hydraulic fluid is taken as the intermediate "medium” value.
  • the articulate angle is 40 degrees, which is the maximum, the allowable maximum flow rate of hydraulic fluid is set to a relatively small "small” value.
  • the work implement controller 10 stores in advance specific numerical values of the allowable maximum flow rate of hydraulic oil for articulate angles of 0 degrees, 20 degrees, and 40 degrees. For articulate angles greater than 0 degrees and less than 20 degrees and greater than 20 degrees and less than 40 degrees, linear interpolation is used to determine specific values for maximum allowable fluid flow.
  • FIG. 12 is a diagram showing the flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 during the bucket swing operation in the third embodiment. 8 described in the first embodiment, the horizontal axis in FIG. 11 indicates time, and the vertical axis in FIG. "0%" in FIG. 11 indicates a state in which the supply of hydraulic oil to the bucket cylinder 35 is stopped.
  • the positive direction of the vertical axis in FIG. 11 indicates the flow rate of hydraulic oil that moves the bucket 31 in the tilt direction.
  • the negative direction of the vertical axis in FIG. 11 indicates the flow rate of hydraulic fluid that moves the bucket 31 in the dumping direction.
  • the dashed line in FIG. 11 indicates the target flow rate of hydraulic oil determined by the operation of the bucket control lever 42 by the operator.
  • the solid line in FIG. 11 indicates the command flow rate of the hydraulic oil after limiting the flow rate of the hydraulic oil.
  • the operator starts to operate the bucket control lever 42 in the neutral position in the tilt direction.
  • the operator reaches the maximum amount of operation in the tilt direction at time T2
  • the operator immediately reduces the amount of operation in the tilt direction.
  • the amount of operation in the tilt direction becomes zero at time T3 and the bucket control lever 42 is placed in the neutral state
  • the operator immediately starts the operation in the dump direction.
  • the operator reaches the maximum amount of operation in the dumping direction at time T4
  • the operator immediately decreases the amount of operation in the dumping direction.
  • the allowable maximum flow rate of hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 35 is restricted.
  • the target flow rate of hydraulic oil determined by the input of the bucket control lever 42 increases to the maximum allowable flow rate in the tilt direction.
  • the target flow rate becomes larger than the maximum permissible flow rate, but even in that case, the command flow rate is limited to the maximum permissible flow rate.
  • the command flow rate is made equal to the target flow rate after time T12.
  • the target flow rate increases to the maximum allowable flow rate in the dump direction. From time T13 to time T14, the target flow rate is greater than the maximum permissible flow rate, but even in that case the command flow rate is limited to the maximum permissible flow rate.
  • the amplitude A of the command flow rate shown in FIG. 11 is smaller than the amplitude of the target flow rate calculated based on the operation of the bucket control lever 42 by the operator.
  • the maximum speed of the bucket 31 can be reduced by restricting the maximum allowable flow rate of the hydraulic oil and limiting the amplitude of the operation that vibrates the bucket 31 . This makes it possible to limit the swinging motion of the bucket at a high speed.

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Abstract

バケット振り動作を可能にし、かつ車体にかかる負荷を低減できる、作業機械の制御システムおよび制御方法を提供する。作業機械の制御システムは、リアフレームと、リアフレームに対し屈曲動作可能に接続するフロントフレームと、フロントフレームに対し動作可能なバケットと、バケットを駆動するアクチュエータと、リアフレームとフロントフレームとの相対位置を検出するセンサと、アクチュエータを制御する作業機コントローラ（１０）とを備えている。作業機コントローラ（１０）は、センサの検出結果の入力を受け付け、センサの検出結果に基づいてアクチュエータの動作を制御する。

Description

作業機械の制御システムおよび制御方法
　本開示は、作業機械の制御システムおよび制御方法に関する。
　車体の前方にバケットを含む作業機を備える作業機械では、バケットを使用した作業時に、バケットに泥などが付着することがある。作業機械は、バケットから付着物を落とすために、バケットを素早く振動させる（以下、本明細書では「バケット振り」と称する）操作がされることがある。米国特許第１０５９７８４５号公報（特許文献１）には、作業機を有する車両用の作業機振動システムが開示されている。
米国特許第１０５９７８４５号公報
　作業機械では、車体が不安定な状態でバケット振りをすると、車体にかかる負荷が高くなることがある。
　本開示では、バケット振り動作を可能にし、かつ車体にかかる負荷を低減できる、作業機械の制御システムおよび制御方法が提案される。
　本開示のある局面に係る作業機械の制御システムは、リアフレームと、リアフレームに対し屈曲動作可能に接続するフロントフレームと、フロントフレームに対し動作可能なバケットと、バケットを駆動するアクチュエータと、リアフレームとフロントフレームとの相対位置を検出するセンサと、アクチュエータを制御するコントローラとを備えている。コントローラは、センサの検出結果の入力を受け付け、センサの検出結果に基づいてアクチュエータの動作を制御する。
　本開示の作業機械の制御システムおよび制御方法によると、バケット振り動作を可能にし、かつ車体にかかる負荷を低減することができる。
実施形態に基づく作業機械の一例としてのホイールローダの側面図である。 ホイールローダを含む全体システムの構成を示す概略ブロック図である。 アーティキュレート状態のホイールローダを平面視した模式図である。 作業機コントローラの機能構成を示すブロック図である。 従来のバケット振り動作の制御を示す図である。 実施形態のバケット振り動作の制御を示す図である。 アーティキュレート角度に対する、バケットシリンダへ供給される作動油の流量の変化率を示す図である。 バケット振り動作中にバケットシリンダへ供給される作動油の流量を示す図である。 バケットを低速で振動させる動作中にバケットシリンダへ供給される作動油の流量を示す図である。 第２実施形態の作業機コントローラの機能構成を示すブロック図である。 第３実施形態における、アーティキュレート角度に対する、バケットシリンダへ供給される作動油の許容最大流量を示す図である。 第３実施形態における、バケット振り動作中にバケットシリンダへ供給される作動油の流量を示す図である。
　以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
　［第１実施形態］
　＜ホイールローダ１の全体構成＞
　実施形態においては、作業機械の一例としてホイールローダ１について説明する。図１は、実施形態に基づく作業機械の一例としてのホイールローダ１の側面図である。
　図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行装置７と、キャブ５とを備えている。車体フレーム２、キャブ５などからホイールローダ１の車体（作業機械本体）が構成されている。ホイールローダ１の車体には、作業機３および走行装置７が取り付けられている。
　走行装置７は、ホイールローダ１の車体を走行させるものであり、走行輪７Ａ，７Ｂを含んでいる。ホイールローダ１は、車体の左右方向の両側に走行用回転体として走行輪７Ａ，７Ｂを備える装輪車両である。ホイールローダ１は、走行輪７Ａ，７Ｂが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。
　本明細書中において、ホイールローダ１が直進走行する方向を、ホイールローダ１の前後方向という。ホイールローダ１の前後方向において、車体フレーム２に対して作業機３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ１の左右方向とは、平坦な地面上にあるホイールローダ１を平面視したときに前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。
　車体フレーム２は、フロントフレーム２Ａとリアフレーム２Ｂとを含んでいる。フロントフレーム２Ａは、リアフレーム２Ｂの前方に配置されている。フロントフレーム２Ａは、リアフレーム２Ｂに対し屈曲動作可能に接続されている。フロントフレーム２Ａとリアフレーム２Ｂとにより、アーティキュレート構造の車体フレーム２が構成されている。ホイールローダ１は、フロントフレーム２Ａとリアフレーム２Ｂとが連結されたアーティキュレート式の作業機械である。
　フロントフレーム２Ａには、作業機３および左右一対の走行輪（前輪）７Ａが取り付けられている。作業機３は、車体の前方に配設されており、ホイールローダ１の車体によって支持されている。作業機３は、ブーム３２と、バケット３１とを含んでいる。バケット３１は、作業機３の先端に配置されている。バケット３１は、掘削・積込用の作業具である。
　作業機３は、ブームシリンダ３６を含んでいる。フロントフレーム２Ａとブーム３２とは、一対のブームシリンダ３６により連結されている。ブームシリンダ３６の基端は、フロントフレーム２Ａに取り付けられている。ブームシリンダ３６の先端は、ブーム３２に取り付けられている。ブームシリンダ３６は、ブーム３２をフロントフレーム２Ａに対し上下に動作させる油圧アクチュエータである。ブーム３２の昇降に伴って、ブーム３２の先端に取り付けられたバケット３１も昇降する。
　作業機３は、ベルクランク３３と、連結リンク３４と、バケットシリンダ３５をさらに含んでいる。ベルクランク３３は、ブーム３２のほぼ中央に、ブーム３２に回転自在に支持されている。バケットシリンダ３５は、ベルクランク３３とフロントフレーム２Ａとを連結している。連結リンク３４は、ベルクランク３３の先端部に連結されている。連結リンク３４は、ベルクランク３３とバケット３１とを連結している。
　バケットシリンダ３５の基端は、フロントフレーム２Ａに取り付けられている。バケットシリンダ３５の先端は、ベルクランク３３の基端部に取り付けられている。バケットシリンダ３５は、バケット３１をブーム３２に対し上下に回動させる油圧アクチュエータである。バケットシリンダ３５は、バケット３１を駆動する作業具シリンダである。バケット３１は、ブーム３２に対し動作可能に構成されている。バケット３１は、フロントフレーム２Ａに対し動作可能に構成されている。
　リアフレーム２Ｂには、オペレータが搭乗するキャブ５、および左右一対の走行輪（後輪）７Ｂが取り付けられている。箱状のキャブ５は、ブーム３２の後方に配置されている。キャブ５は、車体フレーム２上に載置されている。キャブ５内には、オペレータが着座するシートおよび後述する操作装置などが配置されている。キャブ５は、フロントフレーム２Ａに搭載されていてもよい。
　＜システム構成＞
　図２は、実施形態に従うホイールローダ１を含む全体システムの構成を示す概略ブロック図である。ホイールローダ１は、作業機コントローラ１０と、エンジン１１と、Power　Take　Off（ＰＴＯ：動力取出装置）１２とを備えている。
　エンジン１１は、作業機３を駆動するための駆動力を発生する駆動源であり、たとえばディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力は、エンジン１１のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより制御される。ＰＴＯ１２は、エンジン１１の出力を、走行装置７を駆動する走行系と、作業機３を駆動する油圧装置系に分配する。エンジン１１、ＰＴＯ１２および油圧装置系は、リアフレーム２Ｂの、キャブ５の後方に搭載されている。
　油圧装置系は、主に作業機３（たとえばブーム３２およびバケット３１）を駆動するための機構である。油圧装置系は、ＰＴＯ１２で駆動される作業機用の油圧ポンプ２１と、油圧ポンプ２１の吐出回路に設けられた油圧パイロット式のバケット操作弁２２およびブーム操作弁２３と、バケット操作弁２２の各パイロット受圧部に接続されたバケット用の電磁比例制御弁２４，２５と、ブーム操作弁２３の各パイロット受圧部に接続されたブーム用の電磁比例制御弁２６，２７と、を備えている。
　作業機３は、油圧ポンプ２１からの作動油によって駆動される。油圧ポンプ２１は、エンジン１１により駆動され、吐出する作動油によって作業機３を作動させる。ブームシリンダ３６が油圧ポンプ２１からの作動油の供給を受けて伸縮することによって、ブーム３２が昇降する。バケットシリンダ３５が油圧ポンプ２１からの作動油の供給を受けて伸縮することによって、バケット３１が上下に回動する。
　電磁比例制御弁２４～２７は、図示略のパイロットポンプに接続され、作業機コントローラ１０からの制御信号に応じて、パイロットポンプからブーム操作弁２３およびバケット操作弁２２の各パイロット受圧部への作動油の供給を制御する。
　具体的には、電磁比例制御弁２４は、バケットシリンダ３５を縮めて、バケット３１がダンプ方向（バケット３１の刃先が下がる方向）に移動するように、バケット操作弁２２を切り換える。また、電磁比例制御弁２５は、バケットシリンダ３５を伸ばして、バケット３１がチルト方向（バケット３１の刃先が上がる方向）に移動するように、バケット操作弁２２を切り換える。
　電磁比例制御弁２６は、ブームシリンダ３６を縮めて、ブーム３２が下がるようにブーム操作弁２３を切り換える。また、電磁比例制御弁２７は、ブームシリンダ３６を伸ばして、ブーム３２が上がるようにブーム操作弁２３を切り換える。
　作業機コントローラ１０には、操作装置と、ブーム角度センサ４４と、バケット角度センサ４５と、ブームボトム圧センサ４６と、フレーム角度センサ４７が接続されている。操作装置は、キャブ５に設けられている。操作装置は、ブーム操作レバー４１およびバケット操作レバー４２を含んでいる。操作装置はまた、図示しないステアリングハンドル、ステアリングレバー、アクセルペダルなどを含んでいる。
　ブーム操作レバー４１は、たとえばキャブ５内のシートの右側に配置されている。ブーム操作レバー４１は、レバー角度を検出するレバー角度センサを内蔵する。ブーム操作レバー４１は、ブーム３２を動作させるために、オペレータが手動で操作可能である。オペレータがブーム操作レバー４１を操作すると、レバー角度センサは、操作量に応じたレバー角度を検出し、ブームレバー信号として作業機コントローラ１０に出力する。
　バケット操作レバー４２は、たとえばキャブ５内のシートの右側に配置されている。バケット操作レバー４２は、レバー角度を検出するレバー角度センサを内蔵する。バケット操作レバー４２は、バケット３１を動作させるために、オペレータが手動で操作可能である。オペレータがバケット操作レバー４２を操作すると、レバー角度センサは、操作量に応じたレバー角度を検出し、バケットレバー信号として作業機コントローラ１０に出力する。
　ブーム操作レバー４１とバケット操作レバー４２とは、別々のレバーで構成されてもよい。または、１つのレバーがブーム操作レバー４１とバケット操作レバー４２との両方の機能を備えてもよい。たとえば、レバーの前後方向への操作がブーム３２を上下動するための操作に設定され、レバーの左右方向への操作がバケット３１を回動させるための操作に設定されてもよい。
　ブーム角度センサ４４は、たとえば、ブーム３２の車体フレーム２に対する取付部（支持軸）に設けられたロータリーエンコーダなどで構成され、ブーム３２の中心線と水平線との間のブーム角度を検出し、検出信号を出力する。ここで、ブーム３２の中心線とは、図２のＹ－Ｙ線であり、ブーム３２の車体フレーム２に対する取付部（支持軸の中心）とバケット３１の取付部（バケット支持軸の中心）とを結ぶ線である。図２のＹ－Ｙ線が水平線に沿っている場合、ブーム角度センサ４４はブーム角度０度を出力する。ブーム角度０度の状態から、ブーム３２の先端が上げられるとブーム角度センサ４４はプラスの値を出力し、ブーム３２の先端が下げられるとマイナスの値を出力する。
　バケット角度センサ４５は、たとえば、ベルクランク３３の回転軸に設けられたロータリーエンコーダなどで構成され、バケット３１を接地した状態でバケット３１の刃先が地上において水平となる位置であれば０度を出力し、バケット３１をチルト方向（上向き）に移動するとプラスの値を出力し、バケット３１をダンプ方向（下向き）に移動するとマイナスの値を出力する。
　ブームボトム圧センサ４６は、ブームシリンダ３６のボトム側の圧力（ブームボトム圧）を検出する。ブームボトム圧は、バケット３１に荷が積まれた場合に高くなり、空荷の場合に低くなる。
　フレーム角度センサ４７は、フロントフレーム２Ａをリアフレーム２Ｂに対し屈曲させる屈曲機構に設けられている。フレーム角度センサ４７は、リアフレーム２Ｂとフロントフレーム２Ａとの相対位置を検出する。リアフレーム２Ｂに対するフロントフレーム２Ａの屈曲は、フロントフレーム２Ａとリアフレーム２Ｂとに連結されたアーティキュレートシリンダを伸縮させることで行われる。アーティキュレートシリンダは、油圧によって駆動され、フロントフレーム２Ａのリアフレーム２Ｂに対する屈曲の角度を変更する油圧アクチュエータである。
　図３は、アーティキュレート状態のホイールローダ１を平面視した模式図である。フレーム角度センサ４７は、リアフレーム２Ｂに対してフロントフレーム２Ａが屈曲する角度である図３に示されるアーティキュレート角度を検出し、検出信号を作業機コントローラ１０に出力する。ホイールローダ１が直進状態のとき、フレーム角度センサ４７はアーティキュレート角度０度を出力する。
　＜作業機コントローラ１０の構成＞
　図４は、作業機コントローラ１０の機能構成を示すブロック図である。図４に示されるように、作業機コントローラ１０は、バケットシリンダ目標流量計算部５１と、バケット振り周波数制限部５２と、屈曲角度読取り部５３と、ＥＰＣ電流決定部５４とを主に備えている。
　バケットシリンダ目標流量計算部５１は、バケット操作レバー４２のレバー角度センサから、バケット操作レバー４２の操作量の検出結果を示すバケットレバー信号の入力を受ける。バケットシリンダ目標流量計算部５１は、バケットレバー信号に基づいて、バケット３１を駆動するためのバケットシリンダ３５に供給される作動油の目標流量を計算する。バケットシリンダ目標流量計算部５１は、計算した作動油の目標流量を、バケット振り周波数制限部５２へ出力する。
　屈曲角度読取り部５３は、フレーム角度センサ４７から、リアフレーム２Ｂに対してフロントフレーム２Ａが屈曲する角度であるアーティキュレート角度の検出結果を示す信号の入力を受ける。屈曲角度読取り部５３は、フレーム角度センサ４７から入力された信号に基づいて、アーティキュレート角度を読み取る。屈曲角度読取り部５３は、アーティキュレート角度の検出結果を、バケット振り周波数制限部５２に出力する。
　バケット振り周波数制限部５２は、アーティキュレート角度の検出結果に基づいて、バケット操作レバー４２の操作内容に対するバケットシリンダ３５の動作を制御する。具体的に、バケット振り周波数制限部５２は、アーティキュレート角度の大きさに応じて、バケット３１の動きの制限値を変更する。より詳細には、バケット振り周波数制限部５２は、アーティキュレート角度が大きいほど、バケット３１を素早く振動させるバケット振り動作の単位時間あたりの許容回数を小さくする。バケット振り周波数制限部５２は、バケット振り動作をさせるためにオペレータがバケット操作レバー４２を操作可能な最高周波数を、アーティキュレート角度に応じて変更する。バケット振り周波数制限部５２は、アーティキュレート角度の大きさに応じた、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の指令流量を決定し、ＥＰＣ電流決定部５４に出力する。
　ＥＰＣ電流決定部５４は、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の指令流量に応じた制御信号（ＥＰＣ電流）を決定する。ＥＰＣ電流決定部５４は、バケット操作弁２２に接続されたバケット用の電磁比例制御弁２４，２５に、ＥＰＣ電流を出力する。
　＜バケット振り動作の制御＞
　図５は、従来のバケット振り動作の制御を示す図である。図５の横軸はアーティキュレート角度を示し、図５の縦軸はオペレータがバケット操作レバー４２を操作する周波数（１秒あたりの操作回数）を示す。
　図５中の破線は、バケット振りをすることでホイールローダ１の車体がロール方向に共振する限界の周波数を示す。フロントフレーム２Ａがリアフレーム２Ｂに対し屈曲した状態でバケット振りをすると、バケット３１からブーム３２およびバケットシリンダ３５とフロントフレーム２Ａとを通して、リアフレーム２Ｂに対してロール方向の反力が加わり、リアフレーム２Ｂがロール方向に揺れる。
　ホイールローダ１では、車体が前後方向に長いのでピッチ方向の揺れの影響は小さく、車体の左右方向の幅が短いのでロール方向の揺れの影響が大きくなる。そのためホイールローダ１では一般に、ロール方向はピッチ方向よりも揺れに対する固有周波数が高くなる。ホイールローダ１の車体のロール方向の揺れがバケット３１の振動の周波数と近いことで、バケット３１の振動に対して車体が共振しやすくなる。その結果、ホイールローダ１の車体のロール方向の揺れが、ピッチ方向よりも大きくなりやすい。図５に示されるように、アーティキュレート角度が大きいほど、バケット振りに対してホイールローダ１の車体がロール方向に共振する限界の周波数は小さい。
　図５中の実線は、オペレータがバケット操作レバー４２を操作する周波数の、従来の制限値を示す。従来は、アーティキュレート角度の大きさに関わらず、バケットを振動させる動作の単位時間あたりの許容回数が一定に設定されている。アーティキュレート角度が十分に小さく共振が起こる可能性の小さい場合でもバケット３１の動きが制限されるため、バケット振りによるバケット３１から付着物を除去する作業が実施しずらく、作業性が低下していた。また、アーティキュレート角度が大きい状態では、共振が発生する限界の周波数よりも大きい周波数での操作が許容されていたため、車体がロール方向に大きく振動する可能性があった。
　図６は、実施形態のバケット振り動作の制御を示す図である。図５と同様、図６の横軸はアーティキュレート角度を示し、図６の縦軸はオペレータがバケット操作レバー４２を操作する周波数（１秒あたりの操作回数）を示す。図６中の破線は、図５と同様の、バケット振りをすることでホイールローダ１の車体がロール方向に共振する限界の周波数を示す。
　図６中の実線は、本実施形態における、オペレータがバケット操作レバー４２を操作する周波数の制限値を示す。図６に示されるように、本実施形態では、アーティキュレート角度の大きさに応じて、バケット３１の動きの制限値が変更されている。バケット振りのためにバケット操作レバー４２を操作可能な最大周波数が、アーティキュレート角度に応じて変更されている。具体的に、アーティキュレート角度が大きいほど、バケット振りの単位時間あたりの許容回数が小さくされている。バケット振りの許容回数は、共振を回避するため、図６の破線で示される共振する周波数に対して余裕をみて、共振する周波数よりも小さく設定されている。
　ホイールローダ１が直進状態では、共振が発生しにくいので、高い周波数のバケット振りが許容される。これにより、バケット３１から付着物を効率的に除去することが可能になる。フロントフレーム２Ａがリアフレーム２Ｂに対して屈曲した状態でバケット振りをするとより低い周波数でリアフレーム２Ｂがロール方向に共振する可能性があるため、車体フレームの角度に応じてバケット振りが可能な周波数を下げてゆく。アーティキュレート角度が大きいときにバケット３１の動きを制限することにより、車体の共振の発生を抑制できるので、車体にかかる負荷を低減することができる。
　図６に示される、アーティキュレート角度とバケット振り周波数との関係図は、作業機コントローラ１０（図２，４）に予め記憶されている。屈曲角度読取り部５３は、フレーム角度センサ４７から、フレーム角度センサ４７の検出結果の入力を受け付ける。バケットシリンダ目標流量計算部５１は、バケット操作レバー４２から、バケット操作レバー４２の操作量の検出結果の入力を受け付ける。バケット振り周波数制限部５２は、予め記憶されている図６に示される関係図から、アーティキュレート角度に基づく、バケット振りの単位時間あたりの許容回数を読み出す。バケット振り周波数制限部５２は、バケット操作レバー４２の操作内容に従うバケット振りの単位時間あたりの回数が、アーティキュレート角度に基づく許容回数よりも大きいときには、バケットシリンダ３５の動作を制限して、バケット操作レバー４２の操作内容よりもバケット３１の振動の振幅が小さくなるようにする。
　図７は、アーティキュレート角度に対する、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率を示す図である。アーティキュレート角度に従ってバケット３１の揺動の周波数の上限値を変更することは、たとえば、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率を制限することで、実現することができる。
　たとえば、図７に示される、アーティキュレート角度が０度、２０度および４０度のときの、バケット振り可能周波数と、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率の許容値と、のテーブルを、作業機コントローラ１０に予め記憶させておく。
　アーティキュレート角度が大きいほど、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率を小さくする。アーティキュレート角度が０度の直進状態のとき、バケット振り可能周波数を相対的に大きい「大」の値とし、作動油の流量の変化率の許容値も相対的に大きい「大」の値とする。アーティキュレート角度が中間の２０度のとき、バケット振り可能周波数を中間の「中」の値とし、作動油の流量の変化率の許容値も中間の「中」の値とする。アーティキュレート角度が最大の４０度のとき、バケット振り可能周波数を相対的に小さい「小」の値とし、作動油の流量の変化率の許容値も相対的に小さい「小」の値とする。
　実際には、０度、２０度および４０度のアーティキュレート角度に対する、バケット振り可能周波数および許容流量変化率の具体的な数値を、作業機コントローラ１０に予め記憶させておく。アーティキュレート角度が０度超２０度未満および２０度超４０度未満の場合は、線形補間することにより、バケット振り可能周波数および許容流量変化率の具体的な数値を決定する。なお、バケット振り可能周波数は、オペレータによるバケット操作レバー４２の操作に関する設定値であるので、数ヘルツ程度の値とされる。
　図８は、バケット振り動作中にバケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量を示す図である。図８の横軸は時間を示し、図８の縦軸はバケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量を示す。図８中の「０％」とは、バケット操作レバー４２が中立であってバケット３１が停止しており、バケットシリンダ３５への作動油の供給が停止している状態を示す。
　図８の縦軸のプラス方向が、バケットシリンダ３５のボトム側油室に供給されバケット３１をチルト方向に移動させる作動油の流量を示す。図８中の「＋１００％」は、バケット３１をチルト方向に移動させるようにバケットシリンダ３５に供給される作動油の流量の最大値である。図８の縦軸のマイナス方向が、バケットシリンダ３５のヘッド側油室に供給されバケット３１をダンプ方向に移動させる作動油の流量を示す。図８中の「－１００％」」は、バケット３１をダンプ方向に移動させるようにバケットシリンダ３５に供給される作動油の流量の最大値である。
　図８中の破線は、オペレータによるバケット操作レバー４２の操作で決定される作動油の目標流量を示す。図８中の破線で示される作動油の目標流量は、バケットシリンダ目標流量計算部５１で計算されバケットシリンダ目標流量計算部５１からバケット振り周波数制限部５２へ入力される、作動油の流量である。
　図８中の実線は、作動油の流量の変化率を制限した後の作動油の指令流量を示す。図８中の実線で示される作動油の指令流量は、バケット振り周波数制限部５２で制限をかけられバケット振り周波数制限部５２からＥＰＣ電流決定部５４へ入力される、作動油の流量である。図８に示される指令流量に基づく制御信号が、ＥＰＣ電流決定部５４から、電磁比例制御弁２４，２５に出力される。
　バケット振りをするとき、オペレータは通常、バケット３１をチルト方向に移動させるバケット操作レバー４２の最大量の操作と、バケット３１をダンプ方向に移動させるバケット操作レバー４２の最大量の操作とを繰り返す。図８では、オペレータは、中立位置にあるバケット操作レバー４２のチルト方向への操作を時刻Ｔ１で開始する。オペレータは、時刻Ｔ２でチルト方向への最大の操作量に到達すると、直ちにチルト方向への操作量を減少させる。時刻Ｔ３でチルト方向への操作量がゼロになりバケット操作レバー４２が中立状態になると、オペレータはそのままダンプ方向への操作を開始する。オペレータは、時刻Ｔ４でダンプ方向への最大の操作量に到達すると、直ちにダンプ方向への操作量を減少させる。
　図８に実線で示される作動油の指令流量は、破線で示される目標流量に近づくように制御される。バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率が制限されており、図８に実線で示される指令流量のグラフの傾きが制限されている。時刻Ｔ１でバケット操作レバー４２の操作が開始され、作動油の指令流量も増加し始めるが、指令流量は目標流量よりも小さい。時刻Ｔ２でバケット操作レバー４２の操作量が減少を開始しても、依然として指令流量が目標流量よりも小さいので、指令流量は増加を続ける。時刻Ｔ５で目標流量と指令流量とが一致するまで、指令流量は増加し続ける。時刻Ｔ５以降、目標流量が指令流量よりも小さくなるので、指令流量は目標流量に近づくように減少する。
　時刻Ｔ３でオペレータによるチルト方向への操作量がゼロになり、時刻Ｔ３以降も指令流量は減少を続ける。時刻Ｔ６でチルト方向への指令流量がゼロになった時点で、ダンプ方向へのバケット操作レバー４２の操作がされておりダンプ方向の目標流量が計算されているので、作動油の指令流量もダンプ方向に増加し始める。時刻Ｔ４でバケット操作レバー４２の操作量が減少を開始しても、依然として指令流量が目標流量よりも小さいので、指令流量は増加を続ける。時刻Ｔ７で目標流量と指令流量が一致するまで、指令流量は増加し続ける。時刻Ｔ７以降、目標流量が指令流量よりも小さくなるので、指令流量は目標流量に近づくように減少する。
　このように指令流量を制御することで、図８に示される指令流量の振幅Ａは、オペレータによるバケット操作レバー４２の操作内容に基づいて計算される目標流量の振幅よりも小さくなっている。そのため、バケット３１が動く量が小さくなっている。オペレータは、バケット３１の動作の振幅が小さいことに気付いて、バケット操作レバー４２の操作が早すぎることを認識できる。
　図９は、バケットを低速で振動させる動作中にバケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量を示す図である。図８と同様に、図９の横軸は時間を示し、図９の縦軸はバケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量を示す。図９中の破線は、オペレータによるバケット操作レバー４２の操作で決定される作動油の目標流量を示し、図８中の実線は、作動油の流量の変化率を制限した後の作動油の指令流量を示す。
　図８に示される例では、作動油の流量変化率の制限のために、作動油の目標流量と指令流量とに乖離が生じ、指令流量の振幅が減少したが、必ずしも目標流量と指令流量とに乖離が生じるとは限らない。作動油の流量変化率の制限は、変化率の上限を定めるものであるので、制限よりも小さい変化率にすることは許容される。
　図９に示される例では、オペレータによるバケット操作レバー４２の操作が低速であり、バケット操作レバー４２の操作内容に基づいて計算される作動油の目標流量の変化率が、指令流量の変化率の制限よりも小さい。この場合、流量変化率制限後の指令流量は、目標流量と等しくなる。図９に示される指令流量の振幅Ａ０は、目標流量の振幅と等しくなる。このように、オペレータのバケット操作レバー４２の操作が低速であれば、オペレータの操作の通りにバケット３１を往復移動させることが可能である。これにより、作動油の流量変化率を制限する制御が、掘削作業の妨げとならないようにされている。
　＜作用および効果＞
　上述した実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて説明すると、以下の通りである。
　図４に示されるように、作業機コントローラ１０は、リアフレーム２Ｂとフロントフレーム２Ａとの相対位置を検出するフレーム角度センサ４７の検出結果の入力を受け付ける。作業機コントローラ１０は、リアフレーム２Ｂとフロントフレーム２Ａとの相対位置の検出結果に基づいて、バケットシリンダ３５の動作を制御する。作業機コントローラ１０は、リアフレーム２Ｂとフロントフレーム２Ａとの相対位置の検出結果に基づいて、バケットシリンダ３５の動作に制限を設ける。
　リアフレーム２Ｂに対してフロントフレーム２Ａが屈曲するアーティキュレート状態では、バケット３１の動作に制限を加える。アーティキュレート角度の大きさに応じて、バケット３１の動きの制限値を変更して、バケット３１の振幅をより小さくする。これにより、リアフレーム２Ｂに作用する反力を小さくできるので、リアフレーム２Ｂのロール方向の揺れを小さくでき、バケット３１の振動とリアフレーム２Ｂの揺れとが共振することを抑制できる。したがって、車体フレームおよび外装を含む構造物にかかる負荷を低減でき、構造物を長寿命化することができる。
　キャブ５はリアフレーム２Ｂに搭載されており、オペレータはキャブ５に搭乗してホイールローダ１の操作を行う。リアフレーム２Ｂのロール方向の揺れを軽減できることで、キャブ５内のオペレータの身体が左右に揺さぶられることを回避でき、オペレータの疲労を軽減することができる。
　一方、オペレータがホイールローダ１を遠隔操作する場合には、オペレータはキャブ５に搭乗していないので、車体がどれだけ揺れているかを体感しにくい。遠隔操作仕様の作業機械の場合でも、車体の構造物に負荷がかかるような早いバケット振りが実施されないように制限することができるので、構造物の寿命向上が可能となる。
　操作装置がフロントフレーム２Ａをリアフレーム２Ｂに対して屈曲させるためのステアリングレバーを含み、オペレータがステアリングレバーを左右に傾けてフロントフレーム２Ａを屈曲させる場合、リアフレーム２Ｂが左右に揺れるとステアリングレバーにも左右方向の加速度が加わる。このとき、リアフレーム２Ｂに対するフロントフレーム２Ａの屈曲が意図せず変動することがある。また、バケット３１の動作のためにオペレータがレバーを左右に傾ける操作をする場合、リアフレーム２Ｂが左右に揺れると当該レバーにも左右方向の加速度が加わり、オペレータの意図に反してバケット３１の振動が継続してしまう可能性がある。リアフレーム２Ｂのロール方向の揺れを軽減できることで、レバーの左右方向の揺れを抑制できるので、オペレータの意図と異なるホイールローダ１の動作が発生することを抑制することができる。
　図６に示されるように、作業機コントローラ１０は、リアフレーム２Ｂに対してフロントフレーム２Ａが屈曲するアーティキュレート角度が大きいほど、バケット３１を振動させる動作の単位時間あたりの許容回数に制限を設けて、単位時間あたりの許容回数を小さくしてもよい。これにより、アーティキュレート角度が小さい直進状態のときには、バケット振りを可能にしてバケット３１から付着物を迅速に除去することができる。バケット振りのためにバケット操作レバー４２の操作が可能な最大の周波数をアーティキュレート角度に応じて変更し、アーティキュレート角度が大きいときにバケット振りを制限することで、車体のロール方向の揺れを小さくして車体にかかる負荷を低減することができる。
　図７に示されるように、バケット３１を振動させる動作の単位時間あたりの許容回数を制限する手法として、作業機コントローラ１０は、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率を制限してもよい。バケットシリンダ３５を伸縮させるための作動油の流量の変化率を制限することで、バケット３１の加速度を制限できるので、バケット振りを確実に制限することができる。
　図７に示されるように、作業機コントローラ１０は、アーティキュレート角度が大きいほど、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率を小さくしてもよい。このようにすることで、アーティキュレート角度が大きいときにバケット振り動作を制限でき、車体のロール方向の揺れを確実に小さくすることができる。
　図２に示されるように、作業機コントローラ１０は、バケット３１を動作させるためのオペレータによるバケット操作レバー４２の操作内容の入力を受け付ける。図８に示されるように、作業機コントローラ１０は、バケット操作レバー４２の操作内容に対するバケットシリンダ３５の動作に制限を設けてもよい。アーティキュレート状態で、オペレータによるバケット３１を振動させようとする操作が急なときには、バケット操作レバー４２の操作の通りにバケット３１を動作させなくする。これにより、バケット振りを制限してバケット３１の振幅を小さくすることができる。
　図８に示されるように、作業機コントローラ１０は、バケット操作レバー４２の操作内容に基づいて計算されるバケットシリンダ３５への作動油の目標流量よりも、実際にバケットシリンダ３５に供給される作動油の指令流量を小さくしてもよい。作動油の目標流量に追従するように指令流量を制御し、指令流量の変化率に制限を設けることで、バケット振りのときのバケット３１の振幅を小さくすることができる。
　＜その他の変形例＞
　実施形態の説明では、チルト方向の作動油の流量増加および流量減少、ならびに、ダンプ方向の作動油の流量増加および流量減少、の４通りの場合に、流量の変化率を等しく制限する例を示したが、流量の変化率の制限を異ならせてもよい。たとえば、チルト方向およびダンプ方向に作動油の流量が増加するときの流量の変化率の許容値を、チルト方向およびダンプ方向に作動油の流量が減少するときの流量の変化率の許容値よりも、小さくしてもよい。チルト方向およびダンプ方向の作動油の流量増加のときには流量の変化率を制限し、一方、チルト方向およびダンプ方向の作動油の流量減少のときには流量の変化率に制限を設けずにオペレータによるバケット操作レバー４２の操作通りに作動油の流量を減少させてもよい。
　実施形態の説明では、バケット３１を振動させる動作の単位時間あたりの許容回数を制限する手法として、作業機コントローラ１０は、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率を制限する例を示したが、この例に限られるものではない。図４に示されるバケット振り周波数制限部５２に替えて、バケット操作レバー４２の操作に対するローパスフィルタを適用してもよい。ローパスフィルタのカットオフ周波数をアーティキュレート角度に応じて変化させる、より具体的にはアーティキュレート角度が大きいほどカットオフ周波数を低くすることで、アーティキュレート角度が大きいときにバケット振り動作を制限でき、車体のロール方向の揺れを確実に小さくすることができる。
　または、バケット操作レバー４２の操作の周期を計測し、一定以上の周波数での操作を検知したときにはバケット３１を停止させる制御としてもよい。このバケット３１を停止させるための閾値となるバケット操作レバー４２の操作の周波数を、アーティキュレート角度に応じて変化させてもよい。アーティキュレート角度が大きいときにバケット３１の操作可能な最大の周波数を制限することで、車体のロール方向の揺れを確実に小さくすることができる。
　本開示の思想を適用可能な作業機械は、ホイールローダに限られず、たとえば、旋回フレームに対してバケットが左右に移動可能なオフセットブーム仕様またはスイング式ブーム仕様の油圧ショベルなどの、他の種類の作業機械であってもよい。
　［第２実施形態］
　第１実施形態では、オペレータがバケット操作レバー４２を操作してバケット振り動作をする例について説明した。バケット振り動作によるバケット３１からの付着物の除去を容易にするため、自動的にバケット振り動作をする制御がある。オペレータの、自動バケット振りを実行する操作が入力されると、作業機コントローラ１０は、「予め決められた自動バケット振り周波数」でバケット振り動作が実現するようにバケットシリンダ３５に対する指令流量を決定し、指令流量に基づきＥＰＣ電流を決定する。これにより作業機コントローラ１０は、オペレータによるバケット操作レバー４２の操作なしに、自動的にバケット振り動作を実現する。
　第２実施形態では、この「予め決められた自動バケット振り周波数」をアーティキュレート角度に応じて決定する制御について説明する。図１０は、第２実施形態の作業機コントローラ１０の機能構成を示すブロック図である。第２実施形態の作業機コントローラ１０は、自動バケット振り周波数決定部１５２と、バケットシリンダ指令流量決定部１５３と、屈曲角度読取り部５３と、ＥＰＣ電流決定部５４とを備えている。
　図１０に示される自動バケット振り入力部１４２は、たとえばスイッチまたはタッチパネルなどで構成される。オペレータは、自動バケット振り入力部１４２を操作することにより、自動バケット振り動作を実行する操作を入力する。
　屈曲角度読取り部５３は、第１実施形態と同様に、フレーム角度センサ４７からアーティキュレート角度の検出結果を示す信号の入力を受ける。屈曲角度読取り部５３は、アーティキュレート角度の検出結果を、自動バケット振り周波数決定部１５２に出力する。
　自動バケット振り周波数決定部１５２は、自動バケット振り入力部１４２から、自動バケット振り動作を実行する操作の入力を受けると、アーティキュレート角度の検出結果に基づいて、自動バケット振り動作をするときのバケット３１の振動の周波数を決定する。具体的に、自動バケット振り周波数決定部１５２は、アーティキュレート角度の大きさに応じて、バケット３１の動きの制限値を変更する。より詳細には、自動バケット振り周波数決定部１５２は、アーティキュレート角度が大きいほど、バケット３１が単位時間あたりに振動する回数を小さくする。
　たとえば、アーティキュレート角度と、そのアーティキュレート角度に応じた自動バケット振り周波数の値との複数の組み合わせを、テーブルとして作業機コントローラ１０に予め記憶させておく。そのテーブルに基づいて、自動バケット振り周波数決定部１５２は、屈曲角度読取り部５３で読み取られたアーティキュレート角度に応じた自動バケット振り周波数を決定する。アーティキュレート角度がテーブルで定義している値と異なる場合には、線形補間することにより、自動バケット振り周波数の具体的な数値を決定する。
　バケットシリンダ指令流量決定部１５３は、アーティキュレート角度の大きさに応じた、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の指令流量を決定し、ＥＰＣ電流決定部５４に出力する。ＥＰＣ電流決定部５４は、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の指令流量に応じた制御信号（ＥＰＣ電流）を決定し、バケット用の電磁比例制御弁２４，２５にＥＰＣ電流を出力する。
　［第３実施形態］
　第１実施形態では、アーティキュレート角度が大きいときに早いバケット振り動作を実質的にできなくする制御の一例として、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量の変化率を制限する例を説明した。第３実施形態では、別の形態として、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の最大流量を制限する例について説明する。
　図１１は、第３実施形態における、アーティキュレート角度に対する、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の許容最大流量を示す図である。図１１に示される、アーティキュレート角度が０度、２０度および４０度のときの、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の許容最大流量のテーブルを、作業機コントローラ１０に予め記憶させておく。アーティキュレート角度が大きいほど、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の許容最大流量を小さくする。アーティキュレート角度が０度の直進状態のとき、作動油の許容最大流量を相対的に大きい「大」の値とする。アーティキュレート角度が中間の２０度のとき、作動油の許容最大流量を中間の「中」の値とする。アーティキュレート角度が最大の４０度のとき、作動油の許容最大流量を相対的に小さい「小」の値とする。
　実際には、０度、２０度および４０度のアーティキュレート角度に対する、作動油の許容最大流量の具体的な数値を、作業機コントローラ１０に予め記憶させておく。アーティキュレート角度が０度超２０度未満および２０度超４０度未満の場合は、線形補間することにより、作動油の許容最大流量の具体的な数値を決定する。
　図１２は、第３実施形態における、バケット振り動作中にバケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量を示す図である。第１実施形態で説明した図８と同様に、図１１の横軸は時間を示し、図１１の縦軸はバケットシリンダ３５へ供給される作動油の流量を示す。図１１中の「０％」とはバケットシリンダ３５への作動油の供給が停止している状態を示す。図１１の縦軸のプラス方向が、バケット３１をチルト方向に移動させる作動油の流量を示す。図１１の縦軸のマイナス方向が、バケット３１をダンプ方向に移動させる作動油の流量を示す。
　図１１中の破線は、オペレータによるバケット操作レバー４２の操作で決定される作動油の目標流量を示す。図１１中の実線は、作動油の流量を制限した後の作動油の指令流量を示す。図１１に示される指令流量に基づく制御信号が、ＥＰＣ電流決定部５４から、電磁比例制御弁２４，２５に出力される。
　オペレータは、中立位置にあるバケット操作レバー４２のチルト方向への操作を時刻Ｔ１で開始する。オペレータは、時刻Ｔ２でチルト方向への最大の操作量に到達すると、直ちにチルト方向への操作量を減少させる。時刻Ｔ３でチルト方向への操作量がゼロになりバケット操作レバー４２が中立状態になると、オペレータはそのままダンプ方向への操作を開始する。オペレータは、時刻Ｔ４でダンプ方向への最大の操作量に到達すると、直ちにダンプ方向への操作量を減少させる。
　第３実施形態では、バケットシリンダ３５へ供給される作動油の許容最大流量が制限されている。時刻Ｔ１１で、バケット操作レバー４２の入力により決定される作動油の目標流量が、チルト方向への許容最大流量まで増加する。時刻Ｔ１１以降、目標流量が許容最大流量よりも大きくなるが、その場合でも指令流量は許容最大流量に制限される。時刻Ｔ１２で目標流量が許容最大流量まで減少するので、時刻Ｔ１２以降、指令流量は目標流量と等しくされる。時刻Ｔ１３で、目標流量がダンプ方向への許容最大流量まで増加する。時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４までの間は目標流量が許容最大流量よりも大きくなるが、その場合でも指令流量は許容最大流量に制限される。
　このように指令流量を制御することで、図１１に示される指令流量の振幅Ａは、オペレータによるバケット操作レバー４２の操作内容に基づいて計算される目標流量の振幅よりも小さくなっている。
　アーティキュレート角度が大きいときに、作動油の許容最大流量を制限してバケット３１を振動させる動作の振幅に制限を設けることで、バケット３１の最大速度を小さくできる。これにより、早い速度でのバケット振り動作を制限することができる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　ホイールローダ、２　車体フレーム、２Ａ　フロントフレーム、２Ｂ　リアフレーム、３　作業機、５　キャブ、７　走行装置、７Ａ，７Ｂ　走行輪、１０　作業機コントローラ、１１　エンジン、２１　油圧ポンプ、２２　バケット操作弁、２３　ブーム操作弁、２４，２５，２６，２７　電磁比例制御弁、３１　バケット、３２　ブーム、３３　ベルクランク、３４　連結リンク、３５　バケットシリンダ、３６　ブームシリンダ、４１　ブーム操作レバー、４２　バケット操作レバー、４４　ブーム角度センサ、４５　バケット角度センサ、４６　ブームボトム圧センサ、４７　フレーム角度センサ、５１　バケットシリンダ目標流量計算部、５２　バケット振り周波数制限部、５３　屈曲角度読取り部、５４　ＥＰＣ電流決定部、１４２　自動バケット振り入力部、１５２　自動バケット振り周波数決定部、１５３　バケットシリンダ指令流量決定部。

Claims (12)

  1. 　リアフレームと、
    　前記リアフレームに対し屈曲動作可能に接続するフロントフレームと、
    　前記フロントフレームに対し動作可能なバケットと、
    　前記バケットを駆動するアクチュエータと、
    　前記リアフレームと前記フロントフレームとの相対位置を検出するセンサと、
    　前記アクチュエ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、前記センサの検出結果の入力を受け付け、前記検出結果に基づいて前記アクチュエータの動作を制御する、作業機械の制御システム。
  2. 　前記コントローラは、前記検出結果に基づいて、前記アクチュエータの動作に制限を設ける、請求項１に記載の作業機械の制御システム。
  3. 　前記コントローラは、前記バケットを振動させる動作の単位時間あたりの許容回数に制限を設ける、請求項２に記載の作業機械の制御システム。
  4. 　前記コントローラは、前記リアフレームに対して前記フロントフレームが屈曲する角度が大きいほど、前記バケットを振動させる動作の単位時間あたりの許容回数を小さくする、請求項３に記載の作業機械の制御システム。
  5. 　前記アクチュエータは、作動油の供給を受けて前記バケットを駆動するバケットシリンダを含み、
    　前記コントローラは、前記バケットシリンダへ供給される作動油の流量の変化率を制限する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
  6. 　前記コントローラは、前記リアフレームに対して前記フロントフレームが屈曲する角度が大きいほど、前記バケットシリンダへ供給される作動油の流量の変化率を小さくする、請求項５に記載の作業機械の制御システム。
  7. 　前記コントローラは、前記バケットを振動させる動作の振幅に制限を設ける、請求項２に記載の作業機械の制御システム。
  8. 　前記バケットを動作させるために手動で操作可能な操作装置をさらに備え、
    　前記コントローラは、前記操作装置の操作内容に対する前記アクチュエータの動作に制限を設ける、請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
  9. 　前記アクチュエータは、作動油の供給を受けて前記バケットを駆動するバケットシリンダを含み、
    　前記コントローラは、前記操作内容に基づいて計算される作動油の流量よりも、前記バケットシリンダへ供給される作動油の流量を小さくする、請求項８に記載の作業機械の制御システム。
  10. 　前記作業機械は、前記リアフレームまたは前記フロントフレームに搭載され、オペレータが搭乗するキャブを備え、
    　前記操作装置は前記キャブ内に配置される、請求項８または請求項９に記載の作業機械の制御システム。
  11. 　前記作業機械は、前記リアフレームに取り付けられた後輪と、前記フロントフレームに取り付けられた前輪とを有する、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の作業機械の制御システム。
  12. 　リアフレームと、前記リアフレームに対し屈曲動作可能に接続するフロントフレームと、前記フロントフレームに対し動作可能なバケットと、前記バケットを駆動するアクチュエータと、前記リアフレームと前記フロントフレームとの相対位置を検出するセンサと、を備える作業機械の制御方法であって、
    　前記センサの検出結果の入力を受け付けることと、
    　前記検出結果に基づいて前記アクチュエータの動作を制御することと、を備える、作業機械の制御方法。
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