JP6198846B2 - ホイールローダ及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダ及びその制御方法に関する。

ホイールローダには、オペレータが車両の制御モードを複数のモードから選択できるものがある。例えば、特許文献１のホイールローダは、トラクションコントロールスイッチを備えている。オペレータは、トラクションコントロールスイッチをオン状態にすることにより、トラクションコントロールモードを選択することができる。オペレータは、トラクションコントロールスイッチをオフ状態にすることにより、トラクションコントロールモードを解除して通常モードを選択することができる。

トラクションコントロールモードでは、車両の最大牽引力が通常モードにおける最大牽引力よりも低減される。従って、オペレータは、軟弱地などのタイヤが滑り易い路面上では、トラクションコントロールスイッチをオン状態とする。それにより、牽引力が低減されることで、タイヤのスリップを抑えることができる。また、オペレータは、通常時にはトラクションコントロールスイッチをオフ状態とすることで、牽引力の大きな通常モードで作業を行うことができる。

特開２００８−１４４９４２号公報

従来のホイールローダでは、車両の始動時には、トラクションコントロールスイッチの状態に応じて制御モードが選択される。すなわち、車両の始動時にトラクションコントロールスイッチがオン状態であれば、制御モードはトラクションコントロールモードとなる。しかし、車両の始動時にトラクションコントロールスイッチがオフ状態であれば、制御モードは通常モードとなる。

一般的に、多くのオペレータは、車両を始動するたびにトラクションコントロールスイッチをオン状態に切り換えることを行わない。従って、車両が作動停止したときにトラクションコントロールスイッチがオフ状態であれば、車両の始動時には通常モードにて車両の制御が開始される。そのため、トラクションコントロールモードによる燃費向上の効果は期待できないというのが現状であった。

本発明の課題は、ホイールローダにおいて燃費を向上させることにある。

第１の態様に係るホイールローダは、走行輪と、駆動系と、作業機と、モード選択部と、制御部と、を備える。駆動系は、エンジンと、動力伝達装置と、作業機ポンプと、を有する。動力伝達装置は、エンジンからの駆動力によって走行輪を回転駆動する。作業機ポンプは、エンジンによって駆動される。作業機は、作業機ポンプから吐出される作動油によって駆動される。モード選択部は、所定の第１モードと、第１モードよりも牽引力を小さく制御する第２モードとを含む複数のモードから選択された制御モードを示す操作信号を生成する。制御部は、モード選択部からの操作信号を取得し、選択された制御モードに従って駆動系を制御する。制御部は、車両の始動時には第２モードにて駆動系の制御を開始する。

本態様に係るホイールローダでは、第１モードが選択されても、次の車両の始動時には、第２モードにて駆動系の制御が開始される。第２モードの牽引力は、第１モードの牽引力よりも小さいので、第２モードでは、第１モードよりも燃費が良い。従って、車両の始動時に、オペレータが制御モードを第２モードに戻す操作を行わなくても、燃費の良い第２モードにて駆動系を制御することができる。これにより、燃費を向上させることができる。

第２の態様に係るホイールローダの制御方法は、次のステップを備える。第１ステップでは、所定の第１モードと、第１モードよりも牽引力を小さく制御する第２モードとを含む複数のモードから選択された制御モードを示す操作信号を取得する。第２ステップでは、選択された制御モードに従って駆動系を制御する。第３ステップでは、車両の始動時には、第２モードにて駆動系の制御を開始する。

本態様に係るホイールローダの制御方法では、第１モードが選択されても、次の車両の始動時には、第２モードにて駆動系の制御が開始される。第２モードの牽引力は、第１モードの牽引力よりも小さいので、第２モードでは、第１モードよりも燃費が良い。従って、車両の始動時に、オペレータが制御モードを第２モードに戻す操作を行わなくても、燃費の良い第２モードにて駆動系を制御することができる。これにより、燃費を向上させることができる。

本発明によれば、ホイールローダにおいて燃費を向上させることができる。

実施形態に係るホイールローダを示す側面図である。 ホイールローダの駆動系及び制御系の構成を示す模式図である。 エンジンの出力トルク線の一例を示す図である。 ポンプ容量−駆動回路圧特性の一例を示す図である。 モータ容量−駆動回路圧特性の一例を示す図である。 ホイールローダの車速−牽引力線図の一例を示す図である。 制御モードの遷移を示す図である。 牽引力設定部の操作画面を示す図である。 オートモードでの走行ポンプの吸収トルク線を示す図である。 Ｓモードでの走行モータの容量の変化を示す図である。 モード選択部の斜視図である。 モード選択部の動作を示す図である。 モード保持設定部の操作画面を示す図である。 車両の始動時の制御モードの切換処理を示すフローチャートである。 車両の始動後の制御モードの切換処理を示すフローチャートである。 他の実施形態に係るホイールローダの駆動系及び制御系の構成を示す模式図である。

以下、実施形態に係るホイールローダについて、図面を用いて説明する。図１は、実施形態に係るホイールローダ１の側面図である。ホイールローダ１は、車体２と、作業機３と、複数の走行輪４と、キャブ５と、を備えている。作業機３は、車体２の前部に装着されている。作業機３は、ブーム３１と、バケット３２と、リフトシリンダ３３と、バケットシリンダ３４とを有する。ブーム３１は、車体２に回転可能に取り付けられている。ブーム３１は、リフトシリンダ３３によって駆動される。バケット３２は、ブーム３１の先端に回転可能に取り付けられている。バケット３２は、バケットシリンダ３４によってダンプおよびチルトされる。キャブ５は、車体２上に載置されている。

図２は、ホイールローダ１に搭載された駆動系６と制御系７の構成を示すブロック図である。駆動系６は、主として、エンジン１１と、作業機ポンプ１２と、動力伝達装置１３とを有している。また、制御系７は、エンジンコントローラ１４と車体コントローラ１５とを有している。

動力伝達装置１３は、エンジン１１からの駆動力によって走行輪４を回転駆動する。動力伝達装置１３は、いわゆるＨＳＴ（Hydro Static Transmission）である。動力伝達装置１３は、走行ポンプ１６と、走行モータ１７と、駆動油圧回路１８とを有している。動力伝達装置１３では、走行ポンプ１６がエンジン１１によって駆動されることにより作動油を吐出する。走行モータ１７が、走行ポンプ１６から吐出された作動油によって駆動される。そして、走行モータ１７が上述した走行輪４を回転駆動することにより、ホイールローダ１が走行する。

エンジン１１は、ディーゼル式のエンジンであり、エンジン１１で発生した出力トルクが、作業機ポンプ１２及び走行ポンプ１６等に伝達される。駆動系６には、エンジン１１の実回転速度を検出するエンジン回転速度センサ１９が設けられている。また、エンジン１１には、燃料噴射装置２０が接続されている。エンジンコントローラ１４は、設定されたスロットル開度に応じて燃料噴射装置２０を制御することにより、エンジン１１の出力トルク（以下、「エンジントルク」と呼ぶ）と回転速度とを制御する。

走行ポンプ１６は、エンジン１１によって駆動されることにより作動油を吐出する。走行ポンプ１６は、可変容量型の油圧ポンプである。走行ポンプ１６から吐出された作動油は、駆動油圧回路１８を通って走行モータ１７へと送られる。具体的には、駆動油圧回路１８は、第１駆動回路１８ａと第２駆動回路１８ｂとを有する。作動油が、走行ポンプ１６から第１駆動回路１８ａを介して走行モータ１７に供給されることにより、走行モータ１７が一方向（例えば、前進方向）に駆動される。作動油が、走行ポンプ１６から第２駆動回路１８ｂを介して走行モータ１７に供給されることにより、走行モータ１７が他方向（例えば、後進方向）に駆動される。

駆動油圧回路１８には、駆動回路圧検出部２１が設けられている。駆動回路圧検出部２１は、第１駆動回路１８ａ又は第２駆動回路１８ｂを介して走行モータ１７に供給される作動油の圧力（以下、「駆動回路圧」）を検出する。具体的には、駆動回路圧検出部２１は、第１駆動回路圧センサ２１ａと第２駆動回路圧センサ２１ｂとを有する。第１駆動回路圧センサ２１ａは、第１駆動回路１８ａの油圧を検出する。第２駆動回路圧センサ２１ｂは、第２駆動回路１８ｂの油圧を検出する。第１駆動回路圧センサ２１ａと第２駆動回路圧センサ２１ｂとは、検出信号を車体コントローラ１５に送る。

走行ポンプ１６には、ポンプ容量制御部２２が接続されている。ポンプ容量制御部２２は、例えばサーボシリンダと、サーボシリンダに供給される作動油を制御する電磁制御弁などを有している。ポンプ容量制御部２２は、車体コントローラ１５からの制御信号に基づいて制御される。ポンプ容量制御部２２は、走行ポンプ１６の傾転角を変更することで、走行ポンプ１６の容量を変更する。また、ポンプ容量制御部２２は、走行ポンプ１６の吐出方向を変更する。

駆動油圧回路１８には、チャージ回路２３を介してチャージポンプ２４が接続されている。チャージポンプ２４は、エンジン１１によって駆動され、駆動油圧回路１８へと作動油を供給するためのポンプである。第１駆動回路１８ａの油圧がチャージ回路２３の油圧よりも低くなると、チャージポンプ２４からの作動油が、チャージ回路２３を介して第１駆動回路１８ａに供給される。第２駆動回路１８ｂの油圧がチャージ回路２３の油圧よりも低くなると、チャージポンプ２４からの作動油が、チャージ回路２３を介して第２駆動回路１８ｂに供給される。

駆動油圧回路１８の油圧が所定のリリーフ圧よりも高くなると、駆動油圧回路１８は、チャージ回路２３を介して作動油タンクに接続される。これにより、駆動油圧回路１８の油圧がリリーフ圧を越えないようにされている。

作業機ポンプ１２は、エンジン１１によって駆動される。作業機ポンプ１２から吐出された作動油は、作業機用油圧回路２５を介してリフトシリンダ３３に供給される。これにより、作業機３が駆動される。

作業機ポンプ１２には、ポンプ容量制御部２６が接続されている。ポンプ容量制御部２６は、例えばサーボシリンダと、サーボシリンダに供給される作動油を制御する電磁制御弁などを有している。ポンプ容量制御部２６は、車体コントローラ１５からの制御信号に基づいて制御される。ポンプ容量制御部２６は、作業機ポンプ１２の傾転角を変更することで、作業機ポンプ１２の容量を変更する。

作業機ポンプ１２の吐出圧は、吐出圧センサ２７によって検出される。吐出圧センサ２７は、検出信号を車体コントローラ１５に送る。作業機用油圧回路２５には、作業機制御弁２８が設けられている。作業機制御弁２８は、作業機操作部材４１の操作量に応じて駆動される。作業機制御弁２８は、パイロットポートに印加されるパイロット圧（以下、「ＰＰＣ圧」と呼ぶ）に応じて、リフトシリンダ３３に供給される作動油の流量を制御する。

作業機制御弁２８のパイロットポートに印加されるＰＰＣ圧は、作業機操作部材４１のパイロット弁４１ａによって制御される。パイロット弁４１ａは、作業機操作部材４１の操作量に応じたＰＰＣ圧を作業機制御弁２８のパイロットポートに印加する。これにより、作業機操作部材４１の操作量に応じてリフトシリンダ３３が制御される。作業機制御弁２８のパイロットポートに印加されるＰＰＣ圧は、ＰＰＣ圧センサ４２によって検出される。また、リフトシリンダ３３に供給される作動油の圧力（以下、「シリンダ圧」と呼ぶ）は、シリンダ圧センサ２９によって検出される。ＰＰＣ圧センサ４２及びシリンダ圧センサ２９は、検出信号を車体コントローラ１５に送る。

リフトシリンダ３３には、ブーム角度検出部３５が設けられている。ブーム角度検出部３５は、後述するブーム角を検出する。ブーム角度検出部３５は、ブーム３１の回転角度を検出するセンサである。ブーム角度検出部３５は、検出信号を車体コントローラ１５に送る。なお、バケットシリンダ３４も、リフトシリンダ３３と同様に、制御弁によって制御されるが、図２においては図示を省略している。

走行モータ１７は、可変容量型の油圧モータである。走行モータ１７は、走行ポンプ１６から吐出された作動油によって駆動され、走行のための駆動力を生じさせる。走行モータ１７には、モータ容量制御部３６が設けられている。モータ容量制御部３６は、例えばサーボシリンダと、サーボシリンダに供給される作動油を制御する電磁制御弁とを有する。モータ容量制御部３６は、車体コントローラ１５からの制御信号に基づいて制御される。モータ容量制御部３６は、走行モータ１７の傾転角を変更することで、走行モータ１７の容量を変更する。

駆動系６には、車速センサ３７が設けられている。車速センサ３７は、車速を検出する。車速センサ３７は、車速信号を車体コントローラ１５に送る。車速センサ３７は、例えば、走行輪４の駆動軸の回転速度を検出することにより、車速を検出する。

ホイールローダ１は、始動スイッチ４３と、アクセル操作部材４４と、前後進切換操作部材４５と、モード選択部４６と、入力装置４７と、表示装置４８と、を有する。始動スイッチ４３と、アクセル操作部材４４と、前後進切換操作部材４５と、モード選択部４６と、入力装置４７とは、キャブ５内に配置されている。

始動スイッチ４３は、エンジン１１を始動するためのスイッチである。始動スイッチ４３は、例えばキースイッチである。オペレータが始動スイッチ４３をオン状態とすることで、エンジン１１が始動される。また、オペレータが始動スイッチ４３をオン状態とすることで、ホイールローダ１の制御系７が起動される。オペレータが始動スイッチ４３をオフ状態とすることで、エンジン１１が停止される。また、オペレータが始動スイッチ４３をオフ状態とすることで、ホイールローダ１の制御系７がシャットダウンされる。始動スイッチ４３は、始動スイッチ４３の操作を示す操作信号を生成して、車体コントローラ１５へ送る。

アクセル操作部材４４は、オペレータがスロットル開度を設定するための部材である。アクセル操作部材４４は、例えばアクセルペダルであり、オペレータによって操作される。アクセル操作部材４４は、アクセル操作量センサ４４ａと接続されている。アクセル操作量センサ４４ａは、ポテンショメータなどで構成されている。アクセル操作量センサ４４ａは、アクセル操作部材４４のアクセル操作量を示す開度信号を生成してエンジンコントローラ１４へと送る。オペレータは、アクセル操作量を調整することによって、エンジン１１の回転速度を制御することができる。

前後進切換操作部材４５は、オペレータによって操作され、前進位置と後進位置と中立位置とに切り換えられる。前後進切換操作部材４５は、前後進切換操作部材４５の位置を示す操作信号を車体コントローラ１５に送る。オペレータは、前後進切換操作部材４５を操作することによって、ホイールローダ１の前進と後進とを切り換えることができる。

モード選択部４６は、オペレータによって操作され、後述するトラクションコントロールによる制御モードを選択するために操作される。モード選択部４６は、モード選択部４６の選択位置を示す操作信号を生成して車体コントローラ１５へ送る。

入力装置４７は、オペレータによって操作され、後述するトラクションコントロールにおける各種の設定を行うために操作される。入力装置４７は、例えばタッチパネル装置である。入力装置４７は、設定された内容を示す操作信号を生成して車体コントローラ１５へ送る。

表示装置４８は、ホイールローダ１に関する情報を表示する。表示装置４８は、例えば、エンジン回転速度、燃料の残量、及び油温などを表示する。なお、入力装置４７と表示装置４８とは一体的に設けられてもよい。

エンジンコントローラ１４は、ＣＰＵなどの演算装置や各種のメモリなどを有する電子制御部である。エンジンコントローラ１４は、エンジン１１を制御するようにプログラムされている。エンジンコントローラ１４は、設定されたスロットル開度に応じた目標回転速度が得られるように、エンジン１１を制御する。

図３にエンジントルク線を示す。エンジントルク線は、エンジン１１の回転速度と、各回転速度においてエンジン１１が出力できる最大のエンジントルクの大きさとの関係を示す。図３において、実線Ｌ１００は、後述するスロットル開度の上限を設定する制御が行われていない状態（以下、「通常状態」と呼ぶ）において、アクセル操作量が１００％であるときのエンジントルク線を示している。

エンジントルク線Ｌ１００は、例えばエンジン１１の定格又は最大のパワー出力に相当する。なお、アクセル操作量が１００％とは、アクセル操作部材４４が最大に操作されている状態を意味する。また、破線Ｌ７５は、通常状態においてアクセル操作量が７５％であるときのエンジントルク線を示している。エンジンコントローラ１４は、エンジントルクがエンジントルク線以下となるようにエンジン１１の出力を制御する。このエンジン１１の出力の制御は、例えば、エンジン１１への燃料噴射量の上限値を制御することにより行われる。

車体コントローラ１５は、ＣＰＵなどの演算装置や各種のメモリなどを有する電子制御部である。車体コントローラ１５は、エンジンコントローラ１４と通信を行うことで、エンジン回転速度などの情報を取得する。車体コントローラ１５は、作業機ポンプ１２の容量を制御するようにプログラムされている。車体コントローラ１５は、作業機操作部材４１の操作量等に基づいて、作業機ポンプ１２の容量を制御する。

車体コントローラ１５は、走行ポンプ１６の容量と走行モータ１７の容量とを制御するように、プログラムされている。車体コントローラ１５は、各検出部からの出力信号に基づいてポンプ容量制御部２２とモータ容量制御部３６とを電子制御することにより、走行ポンプ１６の容量と走行モータ１７の容量とを制御する。

具体的には、車体コントローラ１５は、エンジン回転速度センサ１９が検出したエンジン回転速度に基づいて指令信号をポンプ容量制御部２２に出力する。これにより、ポンプ容量と駆動回路圧との関係が規定される。図４に、ポンプ容量−駆動回路圧特性の一例を示す。ポンプ容量−駆動回路圧特性は、ポンプ容量と駆動回路圧との関係を示す。

図中のＬ１１〜Ｌ１６は、エンジン回転速度に応じて変更されるポンプ容量−駆動回路圧特性を示すラインである。車体コントローラ１５が、エンジン回転速度に基づいてポンプ容量制御部２２を制御することにより、ポンプ容量−駆動回路圧特性がＬ１１〜Ｌ１６に変更される。これにより、ポンプ容量がエンジン回転速度及び駆動回路圧に対応したものに制御される。

車体コントローラ１５は、エンジン回転速度センサ１９および駆動回路圧検出部２１からの出力信号を処理して、モータ容量の指令信号をモータ容量制御部３６に出力する。ここでは、車体コントローラ１５は、車体コントローラ１５に記憶されているモータ容量−駆動回路圧特性を参照して、エンジン回転速度の値と駆動回路圧の値とからモータ容量を設定する。車体コントローラ１５は、この設定したモータ容量に対応する傾転角の変更指令をモータ容量制御部３６に出力する。

図５に、モータ容量−駆動回路圧特性の一例を示す。図中の実線Ｌ２１は、エンジン回転速度がある値の状態における、駆動回路圧に対するモータ容量を定めたラインである。ここでのモータ容量は、走行モータ１７の傾転角に対応している。

駆動回路圧がある一定の値以下の場合まではモータ容量は最小（Ｍｉｎ）である。その後、駆動回路圧の上昇に伴ってモータ容量は次第に大きくなる（実線の傾斜部分Ｌ２２）。そして、モータ容量が最大（Ｍａｘ）となった後は、駆動回路圧が上昇してもモータ容量は最大容量Ｍａｘを維持する。傾斜部分Ｌ２２は、駆動回路圧の目標圧力を規定している。すなわち、車体コントローラ１５は、駆動回路圧が目標圧力よりも大きくなると走行用油圧モータの容量を増大させる。また、駆動回路圧が、目標圧力よりも小さくなると走行用油圧モータの容量を低減させる。

目標圧力は、エンジン回転速度に応じて定められる。すなわち、図５に示す傾斜部分Ｌ２２は、エンジン回転速度の増減に応じて上下するように設定される。具体的には、傾斜部分Ｌ２２は、エンジン回転速度が低ければ、駆動回路圧がより低い状態からモータ容量が大きくなり、駆動回路圧がより低い状態で最大容量に達するように制御される（図５における下側の破線の傾斜部分Ｌ２３参照）。反対にエンジン回転速度が高ければ、駆動回路圧がより高くなるまで最小容量Ｍｉｎを維持し、駆動回路圧がより高い状態で最大容量Ｍａｘに達するように制御される（図５における上側の破線の傾斜部分Ｌ２４参照）。

これにより、図６に示すように、ホイールローダ１は、牽引力と車速とが無段階に変化して、車速ゼロから最高速度まで変速操作なく自動的に変速することができる。なお、図６に示す車速−牽引力特性Ｌｍａｘ，Ｌ１〜Ｌ５，Ｌｓはいずれもアクセル操作量が全開の状態における車速−牽引力特性である。

本実施形態に係るホイールローダ１では、オペレータは、モード選択部４６によって、牽引力の制御に関する制御モードを選択することができる。図７は、モード選択部４６によって選択可能な制御モードを示している。図７に示すように、オペレータは、モード選択部４６によって、ＭＡＸモード（第１モード）と、トラクションコントロールモード（第２モード）と、Ｓモード（第３モード）とを選択することができる。上述した表示装置４８には、モード選択部４６によって選択された制御モードを示す情報が表示される。

ＭＡＸモードでは、図６に示す車速−牽引力特性Ｌｍａｘに従うように、車両の牽引力が制御される。ＭＡＸモードでの最大牽引力は、全ての制御モードのなかで最も大きい。すなわち、ＭＡＸモードでの最大牽引力は、車両において用いることができる最大の牽引力である。従って、ＭＡＸモードでは、他の制御モードと比べて燃費は劣るが、高出力での作業が可能となる。

トラクションコントロールモードでは、最大牽引力Ｌｍａｘが、ＭＡＸモードでの最大牽引力よりも小さくなる。これにより、走行輪４のスリップの発生を抑制することができる。所定の低速領域において、トラクションコントロールモードにおける牽引力は、ＭＡＸモードにおける牽引力よりも小さい。所定の低速領域は、車速が０以上、速度ＶＰｔｈ未満の領域である。所定の低速領域は、例えば掘削、或いは、積み込み等の作業時に利用される速度領域である。なお、速度ＶＰｔｈは、牽引力のレベルに応じて異なってもよい。

速度ＶＰｔｈ以上の中高速領域では、トラクションコントロールモードにおける牽引力は、ＭＡＸモードにおける牽引力と同じである。ただし、速度ＶＰｔｈ以上の中高速領域において、トラクションコントロールモードにおける牽引力は、ＭＡＸモードにおける牽引力と完全に同じでなくてもよく、僅かに異なっていてもよい。

また、図５に示すように、トラクションコントロールモードでは、モータ容量の上限が、ＭＡＸモードよりも小さく設定される。従って、同じ車速に対して、トラクションコントロールモードでのポンプの吐出量は、ＭＡＸモードでのポンプの吐出量よりも少なくてもよい。従って、同じ車速に対してトラクションコントロールモードでのエンジン回転速度は、ＭＡＸモードのエンジン回転速度よりも小さくなる。それにより、トラクションコントロールモードでは、ＭＡＸモードと比べて、燃費を向上させることができる。また、後述するように、走行ポンプ１６の容量が制御されることによっても、燃費を向上させることができる。

トラクションコントロールモードは、レベル選択モードとオートモードとを有する。図２に示すように、入力装置４７は、トラクションコントロール設定部５１（以下、「ＴＣ設定部５１」と呼ぶ）を有する。ＴＣ設定部５１は、レベル選択モードとオートモードとのうちのいずれかをトラクションコントロールモードでの制御モードとして設定する。すなわち、オペレータは、モード選択部４６によってトラクションコントロールモードが選択されたときに実行される制御モードを、レベル選択モードとオートモードとのいずれかに設定しておくことができる。

レベル選択モードでは、最大牽引力が、複数レベルの最大牽引力の中から予め設定された大きさとなるように制御される。図２に示すように、入力装置４７は、最大牽引力の大きさを設定する牽引力設定部５２を有している。レベル選択モードでは、車体コントローラ１５は、最大牽引力を、牽引力設定部５２によって設定された大きさとする。図８は、入力装置４７に表示される牽引力設定部５２の操作画面である。例えば、牽引力設定部５２によって最大牽引力の大きさを第１レベルから第５レベルの５段階に設定することができる。

第１レベルが設定されると、車体コントローラ１５は、モータ容量の上限を図５に示すように、Ｍａｘより小さいＭ１とする。これにより、図６に示す車速−牽引力特性Ｌ１に従うように、車両の牽引力が制御される。同様に、第２〜第５レベルが設定されると、車体コントローラ１５は、モータ容量の上限を、それぞれ図５に示すＭ２〜Ｍ５とする。これにより、図６に示す車速−牽引力特性Ｌ２〜Ｌ５に従うように、車両の牽引力が制御される。

オートモードでは、車体コントローラ１５は、車両の作業局面を判定し、判定された作業局面に応じて、最大牽引力を制御する。例えば、以下の判定条件（ａ１）〜（ａ４）が全て満たされたときに、車体コントローラ１５は、掘削中にスリップが生じ易い局面であると判定して、最大牽引力を低減する。
（ａ１）駆動回路圧＞所定の圧力閾値ｐ１
（ａ２）車速＜所定の速度閾ｖ１
（ａ３）ブーム角＜所定の角度閾値ｄ１
（ａ４）シリンダ圧＞所定の圧力閾値ｐ２
条件（ａ１）は、走行モータ１７への負荷が大きいことを示している。条件（ａ２）は、車両が停止しているか或いは極低速で走行していることを示している。条件（ａ３）は、ブーム３１の位置が低いことを示している。条件（ａ４）は、作業機３に大きな負荷がかかっていることを示している。条件（ａ１）及び条件（ａ２）を満たすことは、車両が走行モータ１７を駆動して走行しようとしているが、車両がほとんど進むことができない状態を示している。また、条件（ａ３）及び条件（ａ４）を満たすことは、ブーム３１が低い位置に配置された状態で、作業機３による作業が行われていること、すなわち掘削が行われていることを示している。

車体コントローラ１５は、上記のような状況において、最大牽引力を自動的に低減するように、走行モータ１７の容量の上限を低減する。或いは、車体コントローラ１５は、スロットル開度の上限を低減してもよい。すなわち、車体コントローラ１５は、スロットル開度を、アクセル操作部材４４の操作によって設定されたスロットル開度よりも低減することによって、牽引力を低下させてもよい。

また、オートモードでは、車体コントローラ１５は、以下の判定条件（ｂ１）〜（ｂ３）が全て満たされたときに、車体コントローラ１５は、車両が作業機３を用いずに走行している局面であると判定する。
（ｂ１）ブーム角＜所定の角度閾値ｄ２
（ｂ２）シリンダ圧＜所定の圧力閾値ｐ３
（ｂ３）ＰＰＣ圧＜所定の圧力閾値ｐ４
条件（ｂ１）は、ブーム３１の位置が低いことを示している。条件（ｂ２）は、ブーム３１に掛かっている負荷が小さいことを示している。条件（ｂ３）は、作業機操作部材４１が操作されていない、或いは殆ど操作されていないことを示している。

判定条件（ｂ１）〜（ｂ３）を満たす場合、車体コントローラ１５は、図９に示すように、走行ポンプ１６の吸収トルク線がＬＰｍａｘからＬＰ１に変更されるように、走行ポンプ１６の容量を増大させる。ＬＰｍａｘは、ＭＡＸモードでの走行ポンプ１６の吸収トルクを示している。

図９に示すように、同じ吸収トルクＴＰ１であっても、吸収トルク線ＬＰ１でのエンジン回転速度ｎ１は、吸収トルク線ＬＰｍａｘでのエンジン回転速度ｎ２よりも小さい。従って、吸収トルク線ＬＰ１では、吸収トルク線ＬＰｍａｘと比べて、エンジン回転速度が低くても、同等の牽引力を得ることができる。これにより、ＭＡＸモードよりも低いエンジン回転速度で走行することができ、燃費をさらに向上させることができる。

オートモードが選択されていても、車体コントローラ１５は、作業局面が「かき上げ」であると判定したときには、ＭＡＸモードにて駆動系６を制御してもよい。「かき上げ」とは、荷物をバケット３２に積みながら、ブーム３１を上昇させて持ち上げる作業を意味する。車体コントローラ１５は、上述の掘削の条件（ａ１），（ａ２），及び（ａ４）を満たすと共に、ブーム角が所定の角度閾値より大きい場合に、作業局面が「かき上げ」であると判定する。

Ｓモードでは、図６に示す車速−牽引力特性Ｌｓに従うように、車両の牽引力が制御される。Ｓモードの車速−牽引力特性Ｌｓでは、車速が速度ＶＰ５であるときの牽引力は、トラクションコントロールモードでの最大牽引力より小さい。速度ＶＰ５は、トラクションコントロールモードでの車速−牽引力特性Ｌ５において牽引力が最大となる速度である。

Ｓモードでは、車体コントローラ１５は、車速が所定の閾値以下である低速度領域において、車速が小さいほど走行モータ１７の最大容量を増大させる制御を行う。例えば、図１０に示すように、車速が所定の閾値Ｖａ以上では走行モータ１７の最大容量はＭａで一定とされるものとする。Ｓモードでは、車速がゼロから閾値Ｖａ以下の範囲では、車速が小さいほど走行モータ１７の最大容量を増大させ、最大容量をＭａ以上とする。なお、閾値Ｖａは、上述した速度ＶＰ５のように、牽引力が最大となる速度に近似した値である。

仮に、車速がゼロから閾値Ｖａ以下の範囲においても、走行モータ１７の最大容量がＭａで一定であるとすると、図１０においてＬｓ’で示すように、車速が閾値Ｖａ以下の範囲では、車速が小さいほど、牽引力が低下する。

これに対して、車速が小さいほど走行モータ１７の最大容量を増大させると、図１０においてＬｓで示すように、車速がゼロから閾値Ｖａ以下の範囲においても、車速の小さくなるほど牽引力が増大する。従って、車速がゼロから閾値Ｖａ以下の範囲での牽引力の低下が抑えられる。このようにＳモードでは、低速走行時における牽引力の低下を抑えることができる。これにより、雪上のように走行輪４がスリップし易い状況でのスリップの発生を抑えることができる。

さらに、低速域において牽引力が下がるように、走行ポンプ１６の容量を制御することによって、図６に示すように、ほぼ単調減少する車速−牽引力特性Ｌｓを得ることができる。車速−牽引力特性Ｌｓにおいて、牽引力が最大となる速度は、ゼロ或いはゼロ近傍である。ゼロ近傍の速度は、例えば、１ｋｍ／ｈ程度である。このような車速−牽引力特性Ｌｓによって、動き始めた直後のスリップの発生を抑えることができる。それにより、雪上のような走行輪４がスリップし易い状況でのスリップ抑制効果をさらに向上させることができる。なお、走行ポンプ１６の容量の制御は、走行ポンプ１６の容量を電子制御することによって行われてもよい。或いは、走行ポンプ１６の容量の制御は、スロットル開度の上限を制限することによって行われてもよい。

次に、上述した各制御モードの切換制御について説明する。図１１は、モード選択部４６の斜視図である。モード選択部４６は、３つの位置に操作可能なスイッチである。詳細には、モード選択部４６は、ＭＡＸモードの選択位置（以下、「ＭＡＸ位置」と呼ぶ）と、トラクションコントロールモードの選択位置（以下、「ＴＣ位置」と呼ぶ）と、Ｓモードの選択位置（以下、「Ｓ位置」と呼ぶ）とに操作可能である。モード選択部４６は、ＴＣ位置を中心として、ＭＡＸ位置とＳ位置とに揺動可能に設けられている。

ＭＡＸ位置とＴＣ位置とにおいては、モード選択部４６は、モーメンタリ動作式のスイッチである。すなわち、図１２（Ａ）において矢印で示すように、オペレータがＭＡＸ位置を押している間は、モード選択部４６の選択位置はＭＡＸ位置に維持される。しかし、オペレータがＭＡＸ位置を押していなければ、図１２（Ｂ）に示すように、モード選択部４６の選択位置は、ＭＡＸ位置からＴＣ位置に自動的に復帰する。

Ｓ位置とＴＣ位置とにおいては、モード選択部４６は、オルタネート動作式のスイッチである。すなわち、オペレータがＳ位置を押すと、その後、Ｓ位置を押していなくても、図１２（Ｃ）に示すように、モード選択部４６の選択位置はＳ位置に保持される。また、オペレータがＴＣ位置を押すと、その後、ＴＣ位置を押していなくても、図１２（Ｂ）に示すように、モード選択部４６の選択位置はＴＣ位置に保持される。このように、モード選択部４６では、選択位置が、ＴＣ位置とＳ位置とのいずれかに選択的に保持される。

始動スイッチ４３がオンされたときにおいて、モード選択部４６の選択位置がＴＣ位置である場合には、車体コントローラ１５は、トラクションコントロールモードにて駆動系６の制御を開始する。すなわち、車体コントローラ１５は、車両の始動時にはトラクションコントロールモードにて駆動系６の制御を開始する。従って、前回、始動スイッチ４３がオフされたときの制御モードがＭＡＸモードであっても、次に始動スイッチ４３がオンされたときには、制御モードはトラクションコントロールモードに設定される。

なお、入力装置４７は、モード保持設定部５３を有する。モード保持設定部５３は、モード選択部４６によって選択された制御モードが車両の始動時に保持されるように設定する。図１３は、入力装置４７に表示されるモード保持設定部５３の操作画面である。モード保持設定部５３によって制御モードの選択保持機能のオン／オフを設定することができる。制御モードの選択保持機能がオフに設定されている場合には、前回、始動スイッチ４３がオフされたときの制御モードがＭＡＸモードであっても、次に始動スイッチ４３がオンされたときには、制御モードはトラクションコントロールモードに設定される。

制御モードの選択保持機能がオンに設定されている場合には、前回、始動スイッチ４３がオフされたときの制御モードが維持される。すなわち、前回、始動スイッチ４３がオフされたときの制御モードがＭＡＸモードである場合には、次に始動スイッチ４３がオンされたときには、制御モードはＭＡＸモードに設定される。前回、始動スイッチ４３がオフされたときの制御モードがトラクションコントロールモードである場合には、次に始動スイッチ４３がオンされたときには、制御モードはトラクションコントロールモードに設定される。なお、前回、始動スイッチ４３がオフされたときの制御モードは、車体コントローラ１５のメモリに記憶されている。

車両の始動後は、車体コントローラ１５は、モード選択部４６からの操作信号に応じて、車体コントローラ１５は、制御モードを切り換える。すなわち、車体コントローラ１５は、モード選択部４６から操作信号を取得し、モード選択部４６によって選択された制御モードに従って、駆動系６を制御する。

図７に示すように、制御モードがトラクションコントロールモードである状態で、モード選択部４６がＭＡＸ位置に操作されると、制御モードがトラクションコントロールモードからＭＡＸモードに切り換えられる。上述したようにモード選択部４６は、ＭＡＸ位置に操作された後、ＴＣ位置に自動的に復帰するが、制御モードはＭＡＸモードに維持される。

制御モードがＭＡＸモードである状態で、モード選択部４６がＭＡＸ位置に操作されると、制御モードがＭＡＸモードからトラクションコントロールモードに切り換えられる。このように、モード選択部４６の選択位置がＴＣ位置であるときには、モード選択部４６がＭＡＸ位置に操作されるたびに、制御モードがトラクションコントロールモードとＭＡＸモードとに交互に切り換えられる。

モード選択部４６がＴＣ位置からＳ位置に操作されると、車体コントローラ１５は、制御モードをＳモードに切り換える。なお、始動スイッチ４３がオンされたときにおいて、モード選択部４６の選択位置がＳ位置である場合には、車体コントローラ１５は、Ｓモードにて駆動系６の制御を開始する。また、車両の始動後に、モード選択部４６がＳ位置からＴＣ位置に操作されると、車体コントローラ１５は、制御モードをＳモードからトラクションコントロールモードに切り換える。

なお、上記の説明において、トラクションコントロールモードは、レベル選択モードとオートモードとのいずれかである。すなわち、ＴＣ設定部５１によってオートモードが設定されている場合には、トラクションコントロールモードとしてオートモードが実行される。ＴＣ設定部５１によってレベル選択モードが設定されている場合には、トラクションコントロールモードとしてレベル選択モードが実行される。

トラクションコントロールモードとしてレベル選択モードが設定されているときには、制御モードの選択保持機能は使用不可能となる。すなわち、前回、始動スイッチ４３がオフされたときに、制御モードがレベル選択モードであった場合には、次に始動スイッチ４３がオンされたときは、レベル選択モードにて駆動系６の制御が開始される。

図１４は、車両の始動時の制御モードの切換における処理を示すフローチャートである。以下の説明では、トラクションコントロールモードとしてオートモードが選択されているものとする。

図１４に示すように、ステップＳ１０１では、車体コントローラ１５は、モード選択部４６から操作信号を取得する。ステップＳ１０２では、車体コントローラ１５は、モード選択部４６の選択位置がＴＣ位置であるか否かを判定する。モード選択部４６の選択位置がＴＣ位置であるときには、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、車体コントローラ１５は、制御モードの選択保持機能がオフであるか否かを判定する。制御モードの選択保持機能がオフであるときには、ステップＳ１０４において、車体コントローラ１５は、制御モードをトラクションコントロールモードに設定する。

ステップＳ１０３において制御モードの選択保持機能がオンであるときには、ステップＳ１０５において、車体コントローラ１５は、制御モードを、前回、車両が作動停止されたときの制御モードに設定する。すなわち、車体コントローラ１５は、制御モードを、始動スイッチ４３がオフされたときの制御モードに設定する。

ステップＳ１０２において、モード選択部４６の選択位置がＴＣ位置ではないとき、すなわちモード選択部４６の選択位置がＳ位置であるときには、ステップＳ１０６において、車体コントローラ１５は、制御モードをＳモードに設定する。

図１５は、車両の始動後の制御モードの切換における処理を示すフローチャートである。ここでは、トラクションコントロールモードで駆動系６の制御が開始されたものとする。

ステップＳ２０１では、車体コントローラ１５は、モード選択部４６から操作信号を取得する。ステップＳ２０２では、車体コントローラ１５は、モード選択部４６の選択位置がＴＣ位置であるか否かを判定する。モード選択部４６の選択位置がＴＣ位置であるときには、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、車体コントローラ１５は、モード選択部４６がＭＡＸ位置に操作されたか否かを判定する。モード選択部４６がＭＡＸ位置に操作されたときには、ステップＳ２０４において、制御モードを切り換える。ここでは、トラクションコントロールモードとＭＡＸモードとの間で制御モードが交互に切り換えられる。

ステップＳ２０２において、モード選択部４６の選択位置がＴＣ位置ではないとき、すなわちモード選択部４６の選択位置がＳ位置であるときには、ステップＳ２０５において、車体コントローラ１５は、制御モードをＳモードに切り換える。

以上説明した本実施形態に係るホイールローダ１では、制御モードがＭＡＸモードに設定されていても、車両が作動停止された後、次の車両の始動時には、トラクションコントロールモードにて駆動系６の制御が開始される。すなわち、車両の始動時の制御モードとしてトラクションコントロールモードがデフォルトとして設定されている。従って、車両の始動時に、オペレータがモード選択部４６を操作しなくても、燃費の良いトラクションコントロールモードにて駆動系６を制御することができる。これにより、燃費を向上させることができる。

オペレータがトラクションコントロールモードのデフォルト化を望まない場合には、制御モードの選択保持機能をオンにすることで、前回始動スイッチ４３をオフにしたときの制御モードにて車両の操作を開始することができる。従って、例えば、オペレータが、常時ＭＡＸモードを使用したい場合には、制御モードの選択保持機能をオンにするとよい。これにより、車両の始動時にモード選択部４６を操作することなく、ＭＡＸモードにて車両の操作を開始することができる。

オートモードでは、作業局面に応じて最大牽引力が調整される。また、「かき上げ」のように高出力を必要とする作業時には、最大牽引力が、自動的にＭＡＸモードと同等の大きさに増大される。これにより、大きな出力を必要としない作業時には、燃費を向上させることができると共に、必要な場合には大きな出力を容易に得ることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、動力伝達装置１３の一例としてＨＳＴが挙げられている。ただし、動力伝達装置は、ＨＳＴに限らず、異なるものであってもよい。例えば、図１６のように、動力伝達装置１３は、エンジン１１からの駆動力を走行輪４に伝達するトルクコンバータ６１と変速機６２とを有してもよい。変速機６２は、複数の油圧クラッチと複数の変速ギアを有してもよい。複数の油圧クラッチが車体コントローラ１５によって制御されることで、動力伝達装置１３の速度段が制御されてもよい。この場合、最大牽引力の調整は、エンジン１１の制御によって行ってもよい。例えば、エンジントルク特性の変更、エンジン回転速度の制御、或いはスロットル最大開度の制御によって、最大牽引力の調整が行われてもよい。

ＨＳＴの構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、ＨＳＴは、２つの走行モータを有してもよい。

上記の実施形態では、車両の始動時は、始動スイッチ４３がオンされたときを意味している。しかし、車両の始動時は、エンジン１１の始動時であってもよい。或いは、車両の始動時は、ホイールローダ１の制御系７の起動時であってもよい。

車両の作動停止は、始動スイッチ４３がオフされていることを意味してもよい。或いは、車両の作動停止は、エンジン１１が停止していることを意味してもよい。或いは、車両の作動停止は、ホイールローダ１の制御系７がシャットダウンされていることを意味してもよい。

上記の実施形態では、第１モードとしてＭＡＸモードが例示され、第２モードとしてトラクションコントロールモードが例示されている。しかし、第１モードと第２モードとは、これらの制御モードに限らず、変更されてもよい。例えば、第１モードは、最大牽引力が最大よりも小さい制御モードであってもよい。

上記の実施形態では、第３モードとしてＳモードが例示されているが、異なるモードであってもよい。或いは、Ｓモードは省略されてもよい。

上記の実施形態では、トラクションコントロールモードは、オートモードとレベル選択モードとを有しているが、いずれか一方のみであってもよい。モード保持設定部５３は省略されてもよい。

モード選択部４６の構成は上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、ＭＡＸ位置とＴＣ位置とにおいて、モード選択部４６は、オルタネート動作式のスイッチであってもよい。或いは、モード選択部４６は、複数のスイッチによって構成されてもよい。例えば、ＭＡＸ位置とＴＣ位置とに操作可能なスイッチと、Ｓ位置のオン／オフの可能なスイッチとが別々に設けられてもよい。

第２モードにて駆動系の制御が開始される車両の始動時は、車両の始動と完全に同時でなくてもよく、時間差があってもよい。例えば、車両の始動直後は制御モードは第１モードであり、所定時間経過後に第２モードに切り換えられてもよい。

或いは、第２モードにて駆動系の制御が開始される車両の始動時は、車両の走行開始時であってもよい。或いは、第２モードにて駆動系の制御が開始される車両の始動時は、作業機３の動作開始時であってもよい。

本発明によれば、ホイールローダにおいて燃費を向上させることができる。

Claims (12)

1. 走行輪と、
   エンジンと、前記エンジンからの駆動力によって前記走行輪を回転駆動する動力伝達装置と、前記エンジンによって駆動される作業機ポンプと、を有する駆動系と、
   前記作業機ポンプから吐出される作動油によって駆動される作業機と、
   所定の第１モードと、前記第１モードよりも牽引力を小さく制御する第２モードと、第３モードとを含む複数のモードから選択された制御モードを示す操作信号を生成するモード選択部と、
   前記モード選択部からの前記操作信号を取得し、選択された前記制御モードに従って前記駆動系を制御し、前回の車両の作動停止時に前記モード選択部によって前記第１モードが選択されていても車両の始動時には前記第２モードにて前記駆動系の制御を開始し、前記モード選択部によって前記第３モードが選択されているときには、前記車両の始動時に前記第３モードにて前記駆動系の制御を開始する制御部と、
   を備え、
   前記第２モードでは、車速が所定の第１速度であるときに牽引力が最大となり、
   車速が前記第１速度であるときの前記第３モードでの牽引力は、前記第２モードでの最大牽引力より小さく、
   前記第２モードでは、前記第１速度以下の速度範囲では、車速が小さくなるほど牽引力が小さくなり、
   前記第３モードでは、前記第１速度以下の速度範囲では、車速が小さくなるほど牽引力が大きくなる、
   ホイールローダ。
2. 前記第１モードでの最大牽引力は、全ての前記制御モードのなかで最も大きい、
   請求項１に記載のホイールローダ。
3. 前記制御部は、前記車両の作業局面を判定し、
   前記制御モードが前記第２モードである場合、前記制御部は、掘削中にスリップが生じ易い局面であると判定したときには、前記第２モードでの前記最大牽引力を低減する、
   請求項１又は２に記載のホイールローダ。
4. 最大牽引力の大きさを設定する牽引力設定部をさらに備え、
   前記制御モードが前記第２モードである場合、前記制御部は、前記第２モードでの最大牽引力を、前記牽引力設定部によって設定された大きさとする、
   請求項１又は２に記載のホイールローダ。
5. 前記エンジンを始動するための始動スイッチをさらに備え、
   前記制御部は、前記始動スイッチがオンされたときに、前記第２モードにて前記駆動系の制御を開始する、
   請求項１から４のいずれかに記載のホイールローダ。
6. 前記モード選択部によって選択された前記制御モードが前記車両の始動時に保持されるように設定するモード保持設定部をさらに備える、
   請求項１から５のいずれかに記載のホイールローダ。
7. 前記モード選択部は、前記第１モードの選択位置と前記第２モードの選択位置と前記第３モードの選択位置とに切り換え可能なスイッチであり、前記第１モードの選択位置から前記第２モードの選択位置に自動的に復帰し、前記第２モードの選択位置と前記第３モードの選択位置とのいずれかに選択的に保持される、
   請求項１から６のいずれかに記載のホイールローダ。
8. 前記モード選択部は、前記第１モードの選択位置と前記第２モードの選択位置とに切り換え可能なスイッチであり、前記第１モードの選択位置から前記第２モードの選択位置に自動的に復帰する、
   請求項１から７のいずれかに記載のホイールローダ。
9. 前記動力伝達装置は、
   前記エンジンによって駆動される走行ポンプと、
   前記走行ポンプから吐出された作動油によって駆動され、前記走行輪を回転駆動する油圧モータと、
   を有する、
   請求項１から８のいずれかに記載のホイールローダ。
10. 前記動力伝達装置は、前記エンジンからの駆動力を前記走行輪に伝達するトルクコンバータ及び変速機を有する、
    請求項１から８のいずれかに記載のホイールローダ。
11. 所定の車速未満の速度領域において、前記第２モードの牽引力は、前記第１モードの牽引力よりも小さく、
    前記所定の車速以上の速度領域において、前記第２モードの牽引力は、前記第１モードの牽引力と同じである、
    請求項１から１０のいずれかに記載のホイールローダ。
12. 所定の第１モードと、前記第１モードよりも牽引力を小さく制御する第２モードと、第３モードとを含む複数のモードからモード選択部によって選択された制御モードを示す操作信号を取得するステップと、
    選択された前記制御モードに従って、駆動系を制御するステップと、
    前回の車両の作動停止時に前記モード選択部によって前記第１モードが選択されていても車両の始動時には前記第２モードにて前記駆動系の制御を開始するステップと、
    前記モード選択部によって前記第３モードが選択されているときには、前記車両の始動時に前記第３モードにて前記駆動系の制御を開始するステップと、
    を備え、
    前記第２モードでは、車速が所定の第１速度であるときに牽引力が最大となり、
    車速が前記第１速度であるときの前記第３モードでの牽引力は、前記第２モードでの最大牽引力より小さく、
    前記第２モードでは、前記第１速度以下の速度範囲では、車速が小さくなるほど牽引力が小さくなり、
    前記第３モードでは、前記第１速度以下の速度範囲では、車速が小さくなるほど牽引力が大きくなる、
    ホイールローダの制御方法。

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