(57)【要約】【課題】作業現場ごとに異なる積み込み作業の態様に適するように、エンジン出力を作業機及び走行装置に分配する。【解決手段】エンジン２１の出力を作業機のシリンダ１３，１５へ伝達する可変容量型油圧ポンプ２７と、エンジン２１の出力を走行装置のトルクコンバータ２３へ伝達する可変クラッチ２２と、ホイールローダの運転者が操作可能であって、作業機が作業を行っているときの走行装置の走行距離を調節するための作業設定ダイヤル６０と、作業設定ダイヤル６０が受け付けた入力に基づいて可変容量型油圧ポンプ２７及び可変クラッチ２２の可変度合いを制御するコントローラ２００とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（２１）によって駆動される作業機（１０）及び走行装置（４０）を備えた作業車両（１）であって、
前記エンジンの出力を前記作業機へ伝達する伝達手段であって、前記作業機へ伝達される出力が可変である第１の伝達手段（２７）と、
前記エンジンの出力を走行装置へ伝達する伝達手段であって、前記走行装置へ伝達される出力が可変である第２の伝達手段（２２）と、
前記作業車両の運転者が操作可能な入力装置であって、前記走行装置の走行速度と前記作業機の動作速度とを調節するための入力装置（６０）と、
前記入力装置が受け付けた入力に基づいて、前記第１及び第２の伝達手段による出力の伝達度合いを制御する制御装置（２００）と、を備えた作業車両。
【請求項２】
前記入力装置は、前記作業機が作業を行っているときの前記走行装置の走行距離を調節するための入力を無段階で受け付けることを特徴とする請求項１記載の作業車両。
【請求項３】
前記第１の伝達手段は、可変容量型油圧ポンプであり、前記可変容量型油圧ポンプが吐出する圧油の吐出量を変動させることによって前記作業機へ伝達される出力を可変とすることを特徴とする請求項１記載の作業車両。
【請求項４】
前記第２の伝達手段は、可変クラッチであり、前記可変クラッチの係合率を変動させることによって前記走行装置へ伝達される出力を可変とすることを特徴とする請求項１記載の作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機と走行装置とを備えた作業車両において、作業現場ごとに異なる積み込み作業の態様に応じてエンジンの出力を作業機及び走行装置へ分配する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１，２には、作業機と走行装置とを備えた作業車両において、エンジンによって駆動される油圧ポンプを可変容量型油圧ポンプとし、作業用車両が掘削作業中であるか否かによって作業機への出力を可変とし、パワーロスを低減する技術が記載されている。また、特許文献３には、同様に可変容量型油圧ポンプを備え、作業車両の作動状態を自動的に判定して、作業機に対する出力とエンジンの回転数を調整する技術が記載されている。
【０００３】
さらに、作業機と走行装置とを備えた作業車両において、エンジンの出力を走行装置へ伝達するクラッチを可変クラッチとして、走行装置への出力を抑制して、作業機により大きな出力をする技術がある。
【特許文献１】特開２００４−２５１４４１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４８７４２号公報
【特許文献３】特開２００６−１６９９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２、３では、いずれも、可変容量型油圧ポンプにより作業機への出力を抑制することはできるが、走行装置に対する出力を調整できない。逆に、可変クラッチを備えた作業車両では、走行装置への出力を抑制することはできるが、作業機に対する出力を調整できない。つまり、従来の技術では、いずれか一方を制御するだけであり、双方を積極的に制御することない。
【０００５】
ところで、作業車両で掘削を行って削り取った対象物をダンプトラックなどに積み込む作業には、作業現場の状況に応じて作業車両とダンプトラックをどのように配置するかなどの制約が生じる。そのため、両者の位置関係によっていくつかの作業態様がある。各作業態様に応じて、エンジン出力の作業機及び走行装置への分配を行うことができれば、燃費向上及び作業時間の短縮の双方を実現できるが、従来の技術ではそのような制御を行っていない。
【０００６】
また、作業車両がどのような作業を行うのかは、実際に作業車両を動かしている運転者が最もよく知っており、運転者が何らかの指令を与えるようにすれば、センサなどでエンジンの状態を監視する必要がない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、作業現場ごとに異なる積み込み作業の態様に適するように、エンジン出力を作業機及び走行装置に分配することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施態様に従う作業車両は、エンジン（２１）によって駆動される作業機（１０）及び走行装置（４０）を備えた作業車両（１）であって、前記エンジンの出力を前記作業機へ伝達する伝達手段であって、前記作業機へ伝達される出力が可変である第１の伝達手段（２７）と、前記エンジンの出力を走行装置へ伝達する伝達手段であって、前記走行装置へ伝達される出力が可変である第２の伝達手段（２２）と、前記作業車両の運転者が操作可能な入力装置であって、前記走行装置の走行速度に対する前記作業機の動作速度を調節するための入力装置（６０）と、前記入力装置が受け付けた入力に基づいて、前記第１及び第２の伝達手段による出力の伝達度合いを制御する制御装置（２００）と、を備える。
【０００９】
好適な実施形態では、前記入力装置は、前記作業機が作業を行っているときの前記走行装置の走行距離を調節するための入力を無段階で受け付けるようにしてもよい。
【００１０】
好適な実施形態では、前記第１の伝達手段は可変容量型油圧ポンプであり、前記可変容量型油圧ポンプが吐出する圧油の吐出量を変動させることによって前記作業機へ伝達される出力を可変とするようにしてもよい。
【００１１】
好適な実施形態では、前記第２の伝達手段は可変クラッチであり、前記可変クラッチの係合率を変動させることによって前記走行装置へ伝達される出力を可変とするようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る作業車両について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、走行装置と作業機とを備えた作業車両の一例であるホイールローダ１の側面図を示し、図２はその平面図を示す。
【００１４】
図１及び図２に示すホイールローダ１は、作業機１０と走行装置４０とを備え、走行装置４０の上に運転室２及び動力装置２０を収容したエンジンルーム３が設けられている。走行装置４０は、後輪４，４を備えた後部車体５と、前輪６，６を備えた前部フレーム７とを備える。前部フレーム７の前方には作業機１０が取り付けられている。後部車体５と前部フレーム７とは、センタピン８により左右に揺動自在に取付けられ、アーティキュレート構造を構成している。また、図２において、後部車体５と前部フレーム７とは左右一対のステアリングシリンダ９，９により連結され、左右のステアリングシリンダ９，９を伸縮することにより後部車体５と前部フレーム７とはセンタピン８を中心として左右に揺動し、操向するようになっている。
【００１５】
作業機１０は、前部フレーム７に基端部を揺動自在に取付けられたブーム１１と、ブーム１１の先端部に揺動自在に取り付けられたバケット１２とを備える。前部フレーム７とブーム１１とは一対のブームシリンダ１３，１３により連結され、ブームシリンダ１３，１３を伸縮することによりブーム１１は揺動する。また、作業機１０は、そのほぼ中央部においてブーム１１に揺動自在に支持されているチルトアーム１４と、チルトアーム１４の基端部と前部フレーム７とを連結するバケットシリンダ１５と、チルトアーム１４の先端部とバケット１２とを連結するチルトロッド１６とを備える。バケットシリンダ１５を伸縮することにより、バケット１２が揺動する。
【００１６】
図１において、エンジンルーム３には動力装置２０が搭載されている。動力装置２０は、エンジン２１、走行動力を変更自在に伝達する可変クラッチ２２、トルクコンバータ２３、前後進切り換え、複数段の変速段切り換えが可能な変速機２４、分配機２５および後輪４および前輪６を駆動する減速機２６，２６等から構成されている。
【００１７】
また、ホイールローダ１は、エンジン２１が駆動し、ブームシリンダ１３及びバケットシリンダ１５に圧油を供給する可変容量型油圧ポンプ２７を備える。可変容量型油圧ポンプ２７が供給する油量は変更自在である。この油量を変動することにより、ブームシリンダ１３及びバケットシリンダ１５に伝達されるパワーが変動する。
【００１８】
運転室２内には、前後進レバー３０及び作業設定ダイヤル６０を備えている。前後進レバー３０は、スイッチ式など他の形式でも良い。作業設定ダイヤル６０の詳細については後述する。
【００１９】
次に、ホイールローダ１による掘削作業及び積込作業の概要について説明する。
【００２０】
掘削作業を行うときは、まず、ホイールローダ１の運転者が前後進レバー３０を「前進」にセットするとともに、ブーム１１を下げ、バケット１２を正面に向けた掘削可能位置に位置させる。これにより、ホイールローダ１は、バケット１２を掘削可能位置に保ったまま前進し、やがてバケット１２の刃先が対象物に突っ込む。ここで、バケットシリンダ１５を操作してバケット１２をチルトバックさせることにより、バケット１２内に対象物をすくいこむことができる。
【００２１】
次に、積込作業のために、ブームシリンダ１３を伸張させてブーム１１を上昇させ、運転者が前後進レバー３０を「後進」セットすると、バケット１２を上げた状態でホイールローダ１が後進する。その後、再び運転者が前後進レバー３０を「前進」にセットして、ホイールローダ１をダンプトラックの近くへ前進させて接近し、所定の位置でバケットシリンダ１５を操作してバケット１２をダンプして対象物をダンプトラックの荷台に積み込む。
【００２２】
ホイールローダ１の基本動作は上述の通りである。ところが、各作業現場の様々な条件により、ホイールローダ１に対するダンプトラック及び掘削対象物の位置関係に制約が生じることがある。そこで、ホイールローダ１に対するダンプトラック及び掘削対象物の位置関係に応じて、さらに以下に説明するような複数の作業態様がある。
【００２３】
図３に示す第１の作業態様は、「Ｖシェープ」と呼ばれる。「Ｖシェープ」は、ホイールローダ１が掘削及びダンプトラックへの積み込みを繰り返すときに移動する軌跡が「Ｖ字型」になることからついた呼称である。
【００２４】
「Ｖシェープ」では、次の（１）〜（４）が繰り返して行われる。つまり、同図Ａに示すように、（１）では、ホイールローダ１を掘削対象物に向かって前進させて、上述の基本動作によりバケット１２に対象物をすくい込む。つぎに、（２）では、バケット１２をチルトアップしたまま、ホイールローダ１を後進させつつ、ブーム１１を上昇させる。後進中にブーム１１を上昇させることにより、作業効率が向上する。つぎに、同図Ｂに示すように、（３）において、ブーム１１を上げた状態で、掘削対象物の脇に停車しているダンプトラックＤへ向かって前進し、上述の要領でダンプトラックＤの荷台に対象物を積み込む。（４）では、開始位置へ向けて後進する。
【００２５】
図４に示す第２の作業態様は、「Ｉクロス」と呼ばれる。「Ｉクロス」は、ホイールローダ１が掘削及びダンプトラックへの積み込みを繰り返すときに、ホイールローダ１及びダンプトラックが移動する軌跡が「Ｉ字型を交差させた形」になることからついた呼称である。
【００２６】
「Ｉクロス」では、次の（１）〜（６）が繰り返して行われる。つまり、同図Ａに示すように、（１）では、ホイールローダ１を掘削対象物に向かって前進させて、上述の基本動作によりバケット１２に対象物をすくい込む。つぎに、（２）では、バケット１２をチルトアップしたまま、ホイールローダ１をまっすぐ後進させつつ、ブーム１１を上昇させる。「Ｖシェープ」の場合と同様に、後進中にブーム１１を上昇させることにより、作業効率が向上する。つぎに、同図Ｂに示すように、（３）において、ダンプトラックＤが待機位置からホイールローダ１の正面へ移動してくる。（４）では、ブーム１１を上げた状態でダンプトラックＤへ向かって前進し、上述の要領でダンプトラックＤの荷台に対象物を積み込む。（５）でホイールローダ１が後進する。（６）では、ダンプトラックＤが待機位置へ戻る。
【００２７】
図５に示す第３の作業態様は、ロードアンドキャリー（Ｌｏａｄ＆Ｃａｒｒｙ：以下Ｌ＆Ｃと称する）と呼ばれる。「Ｌ＆Ｃ」は、掘削対象物の位置とすくい取った対象物をダンプする場所が離れているときの作業態様である。つまり、「Ｌ＆Ｃ」では、ホイールローダ１は対象物を積み込み（Ｌｏａｄ）、その後、前進走行で積み込んだ対象物を運んでいる（Ｃａｒｒｙ）。作業を効率的に行うために、前進走行を行っている間にブーム１１を上昇させる。
【００２８】
上述したいずれの態様でも、作業時間短縮のため、バケット１２に対象物をすくった後、ホイールローダ１が走行装置４０によって水平に移動している間にブーム１１を上昇させる。このときに、「Ｖシェープ」及び「Ｉクロス」と、「Ｌ＆Ｃ」とでは、移動距離が異なる。つまり、「Ｖシェープ」及び「Ｉクロス」では、ホイールローダ１の水平方向の移動距離は短い方が効率的である。「Ｌ＆Ｃ」では、掘削場所とすくい取った対象物をダンプする場所との距離により移動距離が決まる。
【００２９】
いずれの作業態様でも、水平方向への移動が終わったときに、すぐにバケット１２をダンプできるようにブーム１１が必要な高さまで上昇していれば、作業効率が向上する。一方で、水平方向への移動途中にブーム１１が上昇しきってしまう必要もなく、移動が終わった時点でブーム１１が必要な高さまであればそれで十分である。従って、「Ｖシェープ」及び「Ｉクロス」では、短い水平方向の移動距離に対して、ブーム１１を高速で上昇させる必要があり、「Ｌ＆Ｃ」では長い水平方向の移動距離を移動している間に、ブーム１１をゆっくり上昇させればよい。
【００３０】
ところで、本実施形態に係るホイールローダ１は、１台のエンジン２１の出力に基づいて、作業機１０および走行装置４０が駆動される。そして、後述するように、作業機１０に対して伝達するパワーおよび走行装置４０に対して伝達する走行動力の双方の伝達率を変更することができる。双方の伝達率を変更することによって、同じエンジン回転数であっても、出力の配分を変えることで、走行速度と作業機が動作する速度（作業機速度）を変化させることができる。そこで、本実施形態では、作業態様ごとに適切な比率で、エンジン２１の出力を作業機１０及び走行装置４０へ分配する。
【００３１】
本実施形態では、この分配比率の調整は、運転室２内に設けた作業設定ダイヤル６０を運転者自らが調節することにより行う。
【００３２】
図６は、本実施形態に係る作業設定ダイヤル６０の一例を示す。同図に示す作業設定ダイヤル６０は、運転者がつまみ６１を持って回転させる無段階回転式ダイヤルである。ダイヤルの周囲には、ダイヤル位置を設定するための目安として、可動範囲の中心に「通常」、左側に「Ｖシェープ」、右側に「Ｌ＆Ｃ」と作業態様表示６２が記載されている。運転者は、作業態様に応じてダイヤル６０を設定することにより、それぞれの作業態様に適したトルクの分配となる。つまり、ダイヤルのつまみ６１を左に回すほど「Ｖシェープ」に適した分配となり、右へ回すほど「Ｌ＆Ｃ」に適した分配となる。
【００３３】
なお、作業設定ダイヤル６０の周囲には、本実施形態の作業態様表示６２のほかに、つまみ６１の位置設定の目安となる他の記載をしてもよい。この記載は、例えば、マッチング距離であってもよいし、単なる分配レベルを示す数字であってもよい。ここで、マッチング距離とは、ブームが上昇する間にホイールローダが移動する距離である。上記した分配率を変動することによって、マッチング距離も変動する。
【００３４】
さらに、本実施形態では、分配率を決定するために運転者が設定を行う手段として、ダイヤルを用いているが、これに限定されず、他の設定手段を用いてもよい。例えば、無段階で連続的に分配率を設定するスライド式の入力手段でもよいし、ダイヤル式、スライド式、あるいは押しボタン式の入力手段で、離散値の設定を行うようにしてもよい。
【００３５】
図７は、本実施形態に係るホイールローダ１の制御機構に関する機能ブロック図である。
【００３６】
ホイールローダ１は、エンジンの出力の分配比率を決定するコントローラ２００を備える。
【００３７】
コントローラ２００は、作業設定ダイヤル６０のつまみ位置を検出する。そして、コントローラ２００は、検出した作業設定ダイヤル６０のつまみ位置に応じて、可変容量型油圧ポンプ２７の吐出流量及び可変クラッチ２２の係合率を定める。さらに、コントローラ２００は、ここで定めた吐出流量及び係合率になるように、可変容量型油圧ポンプ２７及び可変クラッチ２２を制御する。
【００３８】
可変容量型油圧ポンプ２７は、コントローラ２００の制御によって定まる吐出流量の圧油を吐出して、ブームシリンダ１３及びバケットシリンダ１５へ送り出す。
【００３９】
可変クラッチ２２は、コントローラ２００の制御によって定まる係合率で、走行動力をトルクコンバータ２３へ伝達する。
【００４０】
ここで、コントローラ２００が、可変容量型油圧ポンプ２７の吐出流量及び可変クラッチ２２の係合率を定めるときの手法について説明する。
【００４１】
図８は、作業設定ダイヤル６０のつまみ位置に対する可変容量型油圧ポンプ２７の吐出流量及び可変クラッチ２２の係合率を示すグラフである。コントローラ２００は、このグラフに従って可変容量型油圧ポンプ２７の吐出流量及び可変クラッチ２２の係合率を決定する。
【００４２】
例えば、作業設定ダイヤル６０のつまみ位置が「通常」であれば、コントローラ２００は、可変容量型油圧ポンプ２７の吐出流量及び可変クラッチ２２の係合率が、いずれも最大になるように制御する。
【００４３】
これに対し、作業設定ダイヤル６０のつまみ位置が左の「Ｖシェープ」側であれば、コントローラ２００は、可変容量型油圧ポンプ２７の吐出流量を最大の状態のままで維持し、つまみ位置が左へ行くほど係合率が小さくなるように、可変クラッチ２２を制御する。
【００４４】
一方、これとは反対に、作業設定ダイヤル６０のつまみ位置が右の「Ｌ＆Ｃ」側であれば、コントローラ２００は、可変クラッチ２２の係合率を最大の状態のままで維持し、つまみ位置が右へ行くほど吐出流量が小さくなるように可変容量型油圧ポンプ２７を制御する。
【００４５】
これにより、運転者が作業設定ダイヤル６０を調節することにより、作業機及び走行装置の両方に対する出力の伝達率を制御することができ、作業機及び走行装置に対する最適な分配を実現することができる。この結果、一つのダイヤル操作によって、様々な作業現場の様々な作業環境に適した作業機及び走行装置への出力分配を実現できる。さらに、ダイヤル６０が無段階になっていることから、分配率の微妙な調整も可能となる。
【００４６】
上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
【００４７】
例えば、可変クラッチを使用せずに、メカニカルトランスミッションの速度段等のクラッチ係合率を制御することもできる。又ＨＳＴ（Ｈｙｄｒｏ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を用いることもできる。ここで用いるＨＳＴは、例えば、エンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプ又は油圧ポンプからの圧油により駆動され、走行装置を駆動させる可変容量型油圧モータを備えている。そして、作業設定ダイヤルを調整することによって、可変容量型油圧ポンプ又は可変容量型油圧モータにおける圧油の流量が調整される。従って、可変クラッチにおけるクラッチ係合率が、この場合には圧油の吐出流量に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】ホイールローダ１の側面図である。
【図２】ホイールローダ１の平面図である。
【図３】掘削及び積み込み作業の第１の作業態様（Ｖシェープ）を示す。
【図４】掘削及び積み込み作業の第２の作業態様（Ｉクロス）を示す。
【図５】掘削及び積み込み作業の第３の作業態様（Ｌ＆Ｃ）を示す。
【図６】作業設定ダイヤル６０の一例を示す。
【図７】ホイールローダ１の制御機構に関する機能ブロック図を示す。
【図８】作業設定ダイヤル６０の位置に対する可変容量型油圧ポンプ２７の吐出流量及び可変クラッチ２２の係合率を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１           ホイールローダ
１０       作業機
１１       ブーム
１２       バケット
１３       ブームシリンダ
１５       バケットシリンダ
２０       動力装置
２１       エンジン
２２       可変クラッチ
２３       トルクコンバータ
２４       変速機
２５       分配機
２６       減速機
２７       可変容量型油圧ポンプ
３０       前後進レバー
６０       作業設定ダイヤル
６１       つまみ
６２       作業態様表示
【図１】
2008248523.tif 000003
【図２】
2008248523.tif 000004
【図３】
2008248523.tif 000005
【図４】
2008248523.tif 000006
【図５】
2008248523.tif 000007
【図６】
2008248523.tif 000008
【図７】
2008248523.tif 000009
【図８】
2008248523.tif 000010