(57)【要約】【課題】操作性の向上を図りつつ、十分な掘削量を得ることのできるホイールローダを提供する。【解決手段】バケットと、バケットを上昇させるリフト力を検出するリフト力検出センサと、コントローラとを備え、コントローラは、バケットによる掘削作業において、リフト力検出センサにより検出されたリフト力が下限閾値未満であると判断した場合には、複数の車輪に伝達される駆動力を増加させるように動力伝達装置を制御する一方、リフト力検出センサにより検出されたリフト力が上限閾値を超えていると判断した場合には、複数の車輪に伝達される駆動力を低減させるように動力伝達装置を制御し、下限閾値は、バケットの先端を掘削対象に差し込んだ際に、複数の車輪がスリップすることなくバケットを上昇させることが可能な値に予め設定され、上限閾値は、油圧ポンプのリリーフ圧未満の値に予め設定されている。【選択図】図５
2020051131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンからの駆動力を複数の車輪に伝達する動力伝達装置と、
前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの圧油により駆動されるバケットと、
前記バケットを上昇させるリフト力を検出するリフト力検出センサと、
前記動力伝達装置および前記バケットの各動作を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、
前記バケットの角度に基づき掘削作業中であることが判定され、
前記リフト力検出センサにより検出された前記リフト力が下限閾値未満であると判断した場合には、前記複数の車輪に伝達される前記駆動力を増加させるように前記動力伝達装置を制御する一方、
前記リフト力検出センサにより検出された前記リフト力が上限閾値を超えていると判断した場合には、前記複数の車輪に伝達される前記駆動力を低減させるように前記動力伝達装置を制御し、
前記上限閾値は、前記油圧ポンプのリリーフ圧に対応付けた値に予め設定され、前記下限閾値は、前記リリーフ圧に対し所定量オフセットされた値に予め設定されていることを特徴とするホイールローダ。
【請求項２】
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、前記複数の車輪に伝達される前記駆動力が前記下限閾値と前記上限閾値との間の範囲内になるように前記動力伝達装置を制御している状態である掘削補助モード中において、前記バケットを予め定めた低速度で継続的に上昇させるよう制御することを特徴とするホイールローダ。
【請求項３】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、
前記コントローラは、前記掘削補助モード中において、前記バケットに作用する負荷を演算し、前記負荷が閾値を超えていると判断した場合には、前記駆動力を低減するとともに、前記バケットをティルト動作させることを特徴とするホイールローダ。
【請求項４】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、
前記コントローラは、前記掘削補助モード中において、前記バケットに作用する負荷を演算し、前記負荷が閾値以下であると判断した場合には、前記バケットの上昇を一時停止して、前記複数の車輪に伝達される前記駆動力を増加させるように前記動力伝達装置を制御することを特徴とするホイールローダ。
【請求項５】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、
前記バケットを操作する操作レバーを備え、前記操作レバーは、前記バケットを上げ操作した状態に保持するデテント機能を有し、
前記コントローラは、前記デテント機能が有効になった場合に、前記掘削補助モードに移行することを特徴とするホイールローダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホイールローダに関する。
【背景技術】
【０００２】
作業車両の一種であるホイールローダは、車体前方に掘削用の作業機を有している。この作業機は、掘削対象を掬い取るバケットと、バケットを上下動させるリフトアームと、バケットおよびリフトアームを駆動するための複数の油圧アクチュエータとを含んで構成されており、エンジンによって駆動される油圧ポンプから各油圧アクチュエータに圧油が供給されることで作業機が動作する。また、エンジンの出力軸は、例えばトルクコンバータを介して複数の車輪に機械的に連結されており、エンジンの駆動力が複数の車輪に伝達されることで車両が走行する。
【０００３】
作業現場において、ホイールローダのオペレータは、車両を前進させてバケット先端を砕石や土砂等の掘削対象に差し込んだ後、バケットを上昇させて掘削対象をバケット内に掬い取ることで、掘削を行う。掘削作業を効率良く行うためには、エンジンの出力を走行側と作業機側とに対していかにバランスよく配分するかが重要である。すなわち、車両を走行させる牽引力と、バケットを上昇させるリフト力とのバランスが重要である。
【０００４】
しかし、このバランスをうまくとれるように車両の操作を行うには、熟練が必要であり、不慣れなオペレータにとっては牽引力とリフト力のバランスを取りながら掘削作業を行うことは難しい。そこで、特許文献１では、「牽引力検出部により車両の牽引力を検出し、リフト力検出部により作業機を上昇させるリフト力を検出する。制御部は、リフト力に対する牽引力の比と、所定の閾値とを比較して、この比が所定の閾値より大きいときに牽引力を低減する牽引力低減制御を実行する。」という技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２６１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１ではリフト力と牽引力の比を用いているため、バケット内に掬い取られた掘削対象の重量を判断することが出来ず、十分な掘削量が得られない場合がある。そこで、本発明は、操作性の向上を図りつつ、十分な掘削量を得ることのできるホイールローダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、代表的な本発明は、エンジンと、前記エンジンからの駆動力を複数の車輪に伝達する動力伝達装置と、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの圧油により駆動されるバケットと、前記バケットを上昇させるリフト力を検出するリフト力検出センサと、前記動力伝達装置および前記バケットの各動作を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、前記バケットによる掘削作業において、前記リフト力検出センサにより検出された前記リフト力が下限閾値未満であると判断した場合には、前記複数の車輪に伝達される前記駆動力を増加させるように前記動力伝達装置を制御する一方、前記リフト力検出センサにより検出された前記リフト力が上限閾値を超えていると判断した場合には、前記複数の車輪に伝達される前記駆動力を低減させるように前記動力伝達装置を制御し、前記下限閾値は、前記バケットの先端を掘削対象に差し込んだ際に、前記複数の車輪がスリップすることなく前記バケットを上昇させることが可能な値に予め設定され、前記上限閾値は、前記油圧ポンプのリリーフ圧未満の値に予め設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作性の向上を図りつつ、十分な掘削量を得ることのできるホイールローダを提供することができる。なお、これ以外の課題、構成および効果は、以下に記載する実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るホイールローダ１００の側面図。
【図２】図１に示すホイールローダ１００のシステム構成図。
【図３】コントローラ２４０のハードウェア構成を示す図。
【図４】コントローラ２４０の制御処理の手順を示すフローチャート。
【図５】コントローラ２４０の制御処理の手順を示すフローチャート。
【図６】コントローラ２４０の制御処理の手順を示すフローチャート。
【図７】垂直負荷Ｂの演算モデルを示す図。
【図８Ａ】掘削補助モード中の掘削作業の一連の動作を示す図。
【図８Ｂ】掘削補助モード中の掘削作業の一連の動作を示す図。
【図８Ｃ】掘削補助モード中の掘削作業の一連の動作を示す図。
【図８Ｄ】掘削補助モード中の掘削作業の一連の動作を示す図。
【図８Ｅ】掘削補助モード中の掘削作業の一連の動作を示す図。
【図９】掘削作業におけるホイールローダの状態を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１１】
[ホイールローダ１００の構成]
図１は、本発明の一実施の形態に係るホイールローダ１００の側面図である。図１に示すホイールローダ１００は、車体１１０と、車体１１０の前方に取り付けられた多関節型の作業機１５０から構成される。
【００１２】
作業機１５０は、少なくとも１つのアクチュエータにより駆動される作業装置である。図１に示した作業機１５０は、リフトアーム１５５およびバケット１５１から構成される。作業機１５０と車体１１０の間には、リフトアーム１５５およびバケット１５１をそれぞれ駆動する油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）として、リフトアームシリンダ１５２およびバケットシリンダ１５３が取り付けられている。なお、リフトアーム１５５とリフトアームシリンダ１５２は、車体１１０の左右にそれぞれ１つずつ装備されているが、図１では車体１１０の右側にあるリフトアーム１５５とリフトアームシリンダ１５２は隠れている。
【００１３】
リフトアーム１５５は、車体１１０にリフトアームピン１５５ａ（図７参照）を介して連結されており、リフトアームシリンダ１５２の伸縮駆動に伴って上下方向に回動（俯仰動）する。バケット１５１は、バケットシリンダ１５３の伸縮駆動に伴って回動（ダンプ動作またはクラウド動作）する。なお、図１に示したホイールローダ１００のバケット１５１を作動させるリンク機構は、ベルクランク１５４を用いたＺリンク式（ベルクランク式）のものである。
【００１４】
リフトアームシリンダ１５２は、一端がリフトアーム１５５に接続され、他端が車体１１０に接続されている。以下では、リフトアームシリンダ１５２のリフトアーム１５５と接続する側（一端側）をロッド側と称し、車体１１０と接続する側（他端側）をボトム側と称する。リフトアームシリンダ１５２のボトム側に後述する油圧ポンプから圧油が供給されることにより、リフトアームシリンダ１５２のシリンダロッドが伸長され、リフトアーム１５５は上昇する。また、リフトアームシリンダ１５２のロッド側に油圧ポンプから圧油が供給されることにより、リフトアームシリンダ１５２のシリンダロッドが縮退され、リフトアーム１５５は降下する。
【００１５】
バケットシリンダ１５３は、一端がベルクランク１５４に接続され、他端が車体１１０に接続されている。以下では、バケットシリンダ１５３のベルクランク１５４と接続する側（一端側）をロッド側と称し、車体１１０と接続する側（他端側）をボトム側と称する。バケットシリンダ１５３のボトム側に油圧ポンプから圧油が供給されることにより、バケットシリンダ１５３のシリンダロッドが伸長され、バケット１５１は開口部が上方を向くように回動する。また、バケットシリンダ１５３のロッド側に油圧ポンプから油が供給されることにより、バケットシリンダ１５３のシリンダロッドが縮退され、バケット１５１は開口部が下方を向くように回動する。
【００１６】
バケットシリンダ１５３には、バケット１５１の底面が地面に対して水平であるかを判断するために、バケットシリンダストローク、すなわちバケットシリンダ１５３のストローク量を検知するバケットシリンダストロークセンサ２５０が取り付けられている。また、リフトアーム１５５の車体１１０との接続部近傍には、リフトアーム１５５の高さを判断するために、リフトアーム角、すなわちリフトアーム１５５の角度を検知するリフトアーム角センサ２５１が取り付けられている。
【００１７】
掘削開始時にオペレータは、バケット１５１の底面を地面に対して水平にし、バケット１５１が地面に接触する程度までリフトアーム１５５を下げた姿勢（掘削姿勢）で、掘削対象である砕石や土砂に向かってホイールローダ１００を前進させる。掘削対象に作業機１５０の先端、すなわちバケット１５１の先端が当たると、掘削対象からの抵抗力がリフトアームシリンダ１５２を縮めるように働き、リフトアームシリンダ１５２のボトム側の圧力が大きくなる。そのため、リフトアームシリンダ１５２には、作業機１５０が受ける掘削対象からの抵抗力（リフト力）を検知するために、リフトアームシリンダ１５２のボトム圧を検知するリフトアームシリンダボトム圧センサ（リフト力検出センサ）２５２が取り付けられている。なお、掘削対象からの抵抗力はバケットシリンダ１５３にも作用するが、このときのバケットシリンダ１５３の圧力変化の大きさは、地面に対するバケット１５１の底面の角度によって大きく変わる。また、掘削対象からの抵抗力によるリフトアームシリンダ１５２のロッド側の圧力変化は、ボトム側の圧力変化に比べて小さい。したがって、掘削対象からの抵抗力を検知するためには、リフトアームシリンダ１５２のボトム圧を検知するのが適している。
【００１８】
車体１１０には、４つの車輪１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが設けられている。なお、図１では車体１１０の右側にある車輪１ａ、１ｂは隠れている。以下では、車輪１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを「車輪１」と総称することもある。各車輪１は、エンジン２０１（後述）を動力源とする動力伝達装置２１０（後述）によって駆動される。各車輪１を介して駆動力が地面に伝えられることで、ホイールローダ１００は前進または後退する。
【００１９】
図２は、図１に示すホイールローダ１００のシステム構成図である。
【００２０】
エンジン２０１は、動力伝達装置２１０および油圧ポンプ２２０に動力を供給する。エンジン２０１は、燃料噴射量を制御する電子制御ガバナ２０２を有している。電子制御ガバナ２０２は、アクセル操作量センサ２５６により検知されたアクセルペダル２６４の操作量に基づいて、エンジン２０１の燃料噴射量を制御する。
【００２１】
動力伝達装置２１０は、エンジン２０１から出力される動力の一部を車輪１へ伝達する動力伝達機構である。動力伝達装置２１０の方式には、たとえばトルクコンバータ式、ＨＳＴ(Hydro Static Transmission)式、ＨＭＴ(Hydro Mechanical Transmission)式、ハイブリッド式などを採用することができ、本実施形態では図２に示すようにハイブリッド式の動力伝達装置２１０が採用されている。
【００２２】
動力伝達装置２１０は、エンジン２０１に機械的に連結されてエンジン２０１により駆動される電動発電機（モータ／ジェネレータ）２１６と、電動発電機２１６を制御するインバータ２１８と、ディファレンシャルギアＤｉｆおよびギアＧを介して４つの車輪１（１ａ〜１ｄ）と接続されるプロペラシャフト２３０と、走行電動機２１７と、走行電動機２１７の出力軸とクラッチ２１２ａを介して接続され、走行電動機２１７の回転駆動力をプロペラシャフト２３０に伝達させるトランスミッション２１２と、走行電動機２１７を制御するインバータ２１９と、ＤＣＤＣコンバータ２９１を介してインバータ２１８およびインバータ２１９と電気的に接続された蓄電装置２９０とを備えている。蓄電装置２９０は、たとえば二次電池やコンデンサにより構成され、インバータ２１８とインバータ２１９との間で直流電力の受け渡しを行う。なお、図２のシステム構成図では、いわゆるシリーズ型のハイブリッドシステムの構成例を示したが、パラレル型のハイブリッドシステムも利用可能である。
【００２３】
油圧ポンプ２２０は、前述のリフトアームシリンダ１５２およびバケットシリンダ１５３を含む、作業機１５０に係る複数の油圧アクチュエータ対して、制御弁２２１を介して油を供給することにより、各油圧アクチュエータを適宜駆動させる。油圧ポンプ２２０は、例えば斜板式の可変容量型油圧ポンプであり、コントローラ２４０（後述）からの電気信号によって電磁比例弁２６２が作動し、斜板にパイロット圧が作用することで、ポンプ傾転角が変化して油圧ポンプ２２０の吐出流量が調整される。勿論、油圧ポンプ２２０は斜軸式であっても良い。なお、油圧ポンプ２２０の動力源はエンジン２０１である。そのため、油圧ポンプ２２０を駆動源とする各油圧アクチュエータについても、車輪１と同様にエンジン２０１が動力源となる。
【００２４】
制御弁２２１は、パイロット圧に応じて、油圧ポンプ２２０から油圧アクチュエータ（リフトアームシリンダ１５２、バケットシリンダ１５３）へ供給される圧油の流れ方向と流量を制御する。パイロット圧は、作業機１５０を操作するための作業機操作レバー２６１をオペレータが操作することにより出力される。なお、後述する掘削補助モードでは、コントローラ２４０からの制御信号に応じたパイロット圧が制御弁２２１に出力される。
【００２５】
作業機操作レバー２６１は、デテント機能を備えている。デテント機能とは、作業機操作レバー２６１を所定の操作位置（上げ操作端位置および下げ操作端位置）に操作すると、その操作位置に作業機操作レバー２６１を保持する機能である。このようなデテント機能を備えることで、例えば、リフトアーム１５５を上げた状態で走行する場合に、上げ操作端位置にデテントさせる（保持させる）ことで、必ずしもリフトアーム１５５の上げ操作と走行操作とを両方同時に行う必要がなく、走行操作に専念することができる。
【００２６】
そして、作業機操作レバー２６１を上げ操作端位置にデテントさせた場合、リフトアーム１５５の角度が所定の上限角度を超えると自動的にデテント機能が解除される。作業機操作レバー２６１には、作業機操作レバー２６１を中立位置に保持するためのバネ等が設けられており、上げ操作端位置のデテントが解除されると、作業機操作レバー２６１がバネ等の力によって中立位置方向に戻される。
【００２７】
車両進行方向センサ２５３は、プロペラシャフト２３０の回転方向から、車両進行方向、すなわちホイールローダ１００の進行方向が前進または後退のいずれであるかを検知し、コントローラ２４０に出力する。なお、車両進行方向センサ２５３によりプロペラシャフト２３０の回転数などを検知し、その検知結果に基づいて、コントローラ２４０はホイールローダ１００の加速度や走行速度を演算することもできる。たとえば、コントローラ２４０は、車両進行方向センサ２５３によって検知されたプロペラシャフト２３０の回転数を微分処理することで、ホイールローダ１００の加速度を求めることができる。
【００２８】
車両加速度センサ２５４は、前後方向に対する車両加速度、すなわちホイールローダ１００の加速度を検知し、コントローラ２４０に出力する。なお、上記のように車両進行方向センサ２５３の検知結果に基づいて車両加速度を演算する場合には、車両加速度センサ２５４を設けなくてもよい。
【００２９】
報知装置２６５は、コントローラ２４０から出力される指令に応じたオペレータへの報知を行う。報知装置２６５は、たとえば所定の画面表示を行うことが可能なモニタにより構成されている。
【００３０】
コントローラ２４０は、ホイールローダ１００の動作に関する各種情報処理を実行するためのコンピュータであり、たとえばマイクロコンピュータを用いて構成される。コントローラ２４０には、リフトアームシリンダボトム圧センサ２５２、車両進行方向センサ２５３、車両加速度センサ２５４、リフトアーム角センサ２５１、バケットシリンダストロークセンサ２５０等から出力される情報や信号が入力される。また、コントローラ２４０はインバータ２１９と電気的に接続されており、インバータ２１９を介して走行電動機２１７のトルクＴおよび回転数Ｎを取得することができる。
【００３１】
[コントローラ２４０の構成]
図３は、コントローラ２４０のハードウェア構成を示す図である。コントローラ２４０は、入力部９１と、プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と、記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と、出力部９５とを有している。
【００３２】
入力部９１は、リフトアームシリンダボトム圧センサ２５２、リフトアーム角センサ２５１、バケットシリンダストロークセンサ２５０、インバータ２１９等から出力される情報や信号を入力し、ＣＰＵ９２に出力する。このとき、必要に応じてＡ／Ｄ変換を行う。ＲＯＭ９３は、プログラム等が記憶された記録媒体である。ＣＰＵ９２は、ＲＯＭ９３に記憶されたプログラムに従って、入力部９１やＲＯＭ９３、ＲＡＭ９４から取り入れた情報や信号に対して所定の演算処理を行う。出力部９５は、ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を制御弁２２１に出力すると共に、報知装置２６５にも出力する。なお、図３のコントローラ２４０は、記憶装置として半導体メモリであるＲＯＭ９３やＲＡＭ９４を備えているが、これらの代わりにハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備え、これにプログラム等を記憶してもよい。
【００３３】
[コントローラ２４０の制御処理]
次に、コントローラ２４０で実行される制御処理の詳細について説明する。図４〜６は、コントローラ２４０の制御処理の手順を示すフローチャートである。図４に示すように、コントローラ２４０は、インバータ２１９を介して走行電動機２１７のトルクＴと回転数Ｎを取得する（Ｓ１）。次いで、コントローラ２４０は、リフトアーム角センサ２５１およびバケットシリンダストロークセンサ２５０とから、作業機１５０が掘削姿勢であるか否かを判定する（Ｓ２）。具体的には、コントローラ２４０は、リフトアーム１５５を下げた姿勢で、かつ、バケット１５１の底面が地面に対して水平姿勢にある場合に、作業機１５０が掘削姿勢であると判定する。なお、速度段の情報を取得可能な場合には、速度段が１速であることを掘削姿勢成立の条件に含めても良い。
【００３４】
作業機１５０が掘削姿勢であると判定された場合（Ｓ２／Ｙｅｓ）、コントローラ２４０は、走行電動機２１７のトルクＴが閾値Ｔ１以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。ここで、閾値Ｔ１には、掘削作業中であるか否かを判定できる値が予め設定される。つまり、掘削姿勢であって、掘削作業中である場合に、掘削補助モードに移行が可能である。そして、トルクＴが閾値Ｔ１以上であると判定された場合（Ｓ３／Ｙｅｓ）、コントローラ２４０は、作業機操作レバー２６１が上げ操作端位置にデテントされたか否か（デテント機能がオンになったか否か）を判定する（Ｓ４）。デテントされている場合（Ｓ４／Ｙｅｓ）、コントローラ２４０は掘削補助モード処理を実行する（Ｓ５）。つまり、オペレータがデテント機能を有効にすることが、掘削補助モード移行の契機である。一方、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の各ステップでＮｏの場合、リターンとなる。
【００３５】
掘削補助モード処理とは、作業機操作レバー２６１の操作によらず、コントローラ２４０がホイールローダ１００を走行させる牽引力と、バケット１５１を上昇させるリフト力とのバランスを取るよう自動的に制御して、掘削作業を行うモードである。以下、掘削補助モード処理について、掘削作業の一連の動作を示す図８Ａ〜図８Ｅを、図５、６と併せて参照して説明する。
【００３６】
図５に示すように、掘削補助モード処理が開始されると、コントローラ２４０は、走行電動機２１７の駆動力を増加させるよう、インバータ２１９にトルク増加指令を出力し（Ｓ１１）、制御弁２２１のスプール位置を制御して、リフトアームシリンダ１５２を継続的に微速伸長動作させる（Ｓ１２）。これにより、ホイールローダ１００の牽引力によってバケット１５１が土砂等の掘削対象物ＳＥに差し込まれ、予め定めた低速度で継続的にリフトアーム１５５が上昇する（図８Ａ、Ｂ）。なお、バケット１５１を上昇させる速度は、掘削作業における経験値等に基づき、適宜決定可能である。
【００３７】
次いで、コントローラ２４０は、リフトアームシリンダボトム圧センサ２５２により検出されたリフトアームシリンダ２５２のボトム圧Ｐｂが下限閾値Ｐ１以上であるか否かを判定する。下限閾値Ｐ１は、メインリリーフ弁のリリーフ圧に対し所定量オフセットさせた値、具体的にはリリーフ圧の４０〜７０％の値に設定され、バケット１５１を上昇させることができる程度の値に予め設定されている。ボトム圧Ｐｂが下限閾値Ｐ１未満であると判定された場合（Ｓ１３／Ｎｏ）、コントローラ２４０はＳ１１の処理に戻し、走行電動機２１７の駆動力を増加させる。すなわち、ホイールローダ１００の牽引力を大きくしてバケット１５１を掘削対象物ＳＥにさらに差し込む。
【００３８】
一方、ボトム圧Ｐｂが下限閾値Ｐ１以上であると判定された場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、コントローラ２４０は、ボトム圧Ｐｂが上限閾値Ｐ２より大きいか否かを判定する（Ｓ１４）。上限閾値Ｐ２は、バケット１５１の荷上げ動作が可能な範囲で任意に設定される。例えば、通常、リフトアームシリンダ１５２やバケットシリンダ１５３に圧油を供給する油圧ポンプ２２０の吐出側には、油圧ポンプ２２０に設計値を超える負荷が掛かるのを保護するためにメインリリーフ弁が設けられている。よって、上限閾値Ｐ２をこのメインリリーフ弁のリリーフ圧（設定圧）未満の値（例えば、リリーフ圧の７５％〜９５％程度が望ましい）に予め設定しておけば、掘削作業を確実に行うことができる。
【００３９】
Ｓ１４においてボトム圧Ｐｂが上限閾値Ｐ２より大きいと判定された場合（Ｓ１４／Ｙｅｓ）、コントローラ２４０は、走行電動機２１７の駆動力を低減させるようインバータ２１９にトルク低減指令を出力する（Ｓ１５）。これにより、車輪１のスリップが防止される。一方、ボトム圧Ｐｂが上限閾値Ｐ２未満であると判定された場合（Ｓ１４／Ｎｏ）、Ｓ１５の処理を省略してＳ１６に進む。Ｓ１６において、コントローラ２４０は、バケット１５１に掛かる垂直負荷Ｂを演算する。このときのバケット１５１の姿勢を示す図が図８Ｃである。
【００４０】
ここで、Ｓ１６における垂直負荷Ｂの演算方法について説明する。図７は、垂直負荷Ｂの演算モデルを示す図である。図７に示すように、バケット１５１に作用する垂直負荷をＢ、バケット１５１の底面からリフトアームピン１５５ａまでの高さをＬａ、バケット１５１の先端とリフトアームピン１５５ａとの間の水平距離をＬｂ、リフトアームピン１５５ａとリフトアームシリンダ１５２との間の距離をＬｃ、リフトアームシリンダ１５２の推力（油圧負荷）をＦｃとすると、以下の数式（１）が成り立つ。
Ｂ×Ｌｂ＋Ｐ×Ｌａ＝Ｆｃ×Ｌｃ  ・・・（１）
この数式（１）から垂直負荷Ｂを求めることができる。
【００４１】
次いで、コントローラ２４０は、垂直負荷Ｂが閾値Ｂ１より大きいか否かを判定し（Ｓ１７）、垂直負荷Ｂが閾値Ｂ１より大きい場合（Ｓ１７／Ｙｅｓ）には、図６に示すように走行電動機２１７の駆動力を低減させるよう、インバータ２１９にトルク低減指令を出力し（Ｓ１９）、バケットシリンダ１５３を伸長動作させてバケット１５１が上に向くように傾ける（バケットティルト／Ｓ２０）。そして、コントローラ２４０はリフトアームシリンダ１５２の動作を停止させる（Ｓ２１）。このときのバケット１５１の姿勢を示す図が図８Ｄ、図８Ｅである。一方、垂直負荷Ｂが閾値Ｂ１以下の場合（Ｓ１７／Ｎｏ）、コントローラ２４０は、リフトアームシリンダ１５２の動作を一時停止させ（Ｓ１８）、Ｓ１１の処理に戻す。
【００４２】
ここで、閾値Ｂ１はバケット１５１に十分な量の掘削対象物を収容した状態であるとみなせる値に予め設定されている。これにより、バケット１５１に確実に所定量の掘削対象物を掬うことができる。別言すれば、バケット１５１に掘削対象物があまり入っていない状態でバケットティルト動作をすることがなくなる。そのため、掘削作業の効率が向上する。
【００４３】
図９は掘削作業におけるホイールローダの状態を示すタイムチャートである。図９では、掘削作業中の走行速度のタイムチャート７１０、リフトアームシリンダボトム圧Ｐｂのタイムチャート７２０、車両駆動力Ｐのタイムチャート７３０、バケット荷重(垂直負荷)Ｂのタイムチャート７４０、バケットリフト量Ｈのタイムチャート７５０、掘削開始判断のタイムチャート７６０、およびリフトアームシリンダボトム側への油供給量のタイムチャート７７０を示している。
【００４４】
図９に示すように、ホイールローダ１００が前進してバケット１５１が掘削対象物ＳＥに差し込まれると（時刻Ｔ１）、走行速度が徐々に低下し（時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２）、時刻Ｔ２以降は停止に近い状態となる。このとき、バケット１５１には牽引力が作用して掘削対象物ＳＥがバケット１５１内に収容される。そして、バケット荷重（垂直負荷）Ｂが荷重閾値（Ｂ１）になると、バケット１５１に十分な量の掘削対象物ＳＥが収容されたとみなして、時刻Ｔ７のタイミングでバケットティルト動作を行って掘削作業が終了となる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、掘削補助モードを設けているため、ホイールローダ１００を走行させる牽引力と、作業機１５０を上昇させるリフト力とのバランスをうまく取りながら、掘削作業を効率良く行うことができる。すなわち、不慣れなオペレータであっても、掘削時にアクセルを踏み過ぎてバケット１５１に土砂等を押し込み過ぎることがないため、バケット１５１を上昇させるために必要なリフト力を確保できる。
【００４６】
また、バケット１５１に作用する垂直負荷を演算して、バケット１５１およびリフトアーム１５５の動作を制御しているため、バケット１５１内に土砂等が殆ど入っていない状態でバケット１５１を上昇させるような非効率な掘削作業を防止することができる。また、コントローラ２４０がリフトアームシリンダ１５２のボトム圧Ｐｂが上限閾値Ｐ２以上にならないように制御しているため、エンジン出力を抑えることでき、車両が前進できずに停止した状態となる。この状態では、車両の牽引力が大きすぎるため、燃費（燃料消費量）の低減が見込める。つまり、本実施形態に係るホイールローダ１００は、操作性の向上を図りつつ、十分な掘削量を得ることができる。
【００４７】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。たとえば本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加または置換することが可能である。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１  車輪
１００  ホイールローダ
１５０  作業機
１５１  バケット
１５２  リフトアームシリンダ
１５３  バケットシリンダ
１５５  リフトアーム
２０１  エンジン
２１０  動力伝達装置
２１２  トランスミッション
２１２ａ  クラッチ
２１６  電動発電機
２１７  走行電動機
２１８  インバータ
２１９  インバータ
２２０  油圧ポンプ
２２１  制御弁
２４０  コントローラ
２５０  報知装置
２５１  リフトアーム角センサ
２５２  リフトアームシリンダボトム圧センサ（リフト力検出センサ）
２６１  作業機操作レバー（操作レバー）
２９０  蓄電装置
２９１  ＤＣＤＣコンバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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