JP7164294B2 - 作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両及び作業車両の制御方法に関する。

従来、ホイールローダ及びブルドーザなどの作業車両では、簡便かつ正確にアタッチメントを所定の下降位置まで繰り返し下降させることを目的として、アタッチメントを所定位置まで自動的に下降させる下げ自動制御が行われている（特許文献１参照）。

特開平０９－１３３１０５号公報

ところで、オペレータは、自重で接地させた状態（いわゆる、浮き状態）のアタッチメントを用いて、地面の均し作業を行いたい場合がある。

この場合、ある高さから地面までアタッチメントを自重で下降させると、アタッチメントが接地する際に大きな衝撃が発生する。

また、特許文献１に記載の下げ自動制御によってアタッチメントを所定位置まで下降させた後に、アタッチメントを地面まで自重で下降させると、アタッチメントが接地する際の衝撃は若干抑制されるものの、下げ自動制御の実行後にアタッチメントを手動で浮き状態にする必要があるため操作が煩雑である。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、アタッチメントを簡便に接地可能な作業車両及び作業車両の制御方法の提供を目的とする。

本発明に係る作業車両は、車体と、作業機と、第１アクチュエータと、コントローラとを備える。作業機は、車体に取り付けられるブームと、ブームの先端部に取り付けられるアタッチメントとを含む。第１アクチュエータは、ブームを上下揺動させる。コントローラは、ブームを自動的に揺動下降させる下げ自動制御を実行する。コントローラは、下げ自動制御の実行中、アタッチメントが所定位置に達したことを検出したとき、第１アクチュエータを浮き状態にする。

本発明によれば、アタッチメントを簡便に接地可能な作業車両及び作業車両の制御方法を提供することができる。

ホイールローダを示す側面図 ホイールローダの制御系統を示すブロック図 下げ自動制御を説明するためのフロー図

以下、本発明に係る「下げ自動制御」が適用された「作業車両」の一例について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。例えば、以下の説明では、アタッチメントとしてバケットを備えるホイールローダを例に挙げて説明するが、本発明に係る「下げ自動制御」は、作業車両に広く適用可能である。作業車両としては、ホイールローダのほか、油圧ショベルなどが挙げられる。アタッチメントとしては、バケットのほか、フォーク、グラップルなどが挙げられる。

本明細書において、「前」は、作業車両の前進方向を示す用語であり、「後」は作業車両の後退方向を示す用語である。また、「左」「右」は作業車両が前進しているときの進行方向を基準とする用語である。

（ホイールローダ１）
図１は、本実施形態に係るホイールローダ１を示す側面図である。

ホイールローダ１は、車体２、作業機５、前輪６Ｆ、後輪６Ｒ、運転室７、ブームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０を備える。ブームシリンダ９は、第１アクチュエータの一例であり、バケットシリンダ１０は、第２アクチュエータの一例である。

車体２には、作業機５、前輪６Ｆ、後輪６Ｒ、及び運転室７が取り付けられる。運転室７内には、オペレータが着座する運転席ＤＳと、作業機５を操作するための操作レバーＣＬとが配置される。操作レバーＣＬは、操作装置の一例である。

作業機５は、車体２の前方に取り付けられる。作業機５は、ブーム３とバケット４とを有する。ブーム３は、車体２に取り付けられ、車体２から前方に向かって延びる。ブーム３は、上下揺動（昇降）可能に車体２によって支持される。ブーム３の基端部には、ブーム角検出センサ３ａが配置される。ブーム角検出センサ３ａは、水平方向に対するブーム３の角度を検出する。本実施形態では、ブーム３を自動的に揺動下降させる下げ自動制御が実行される。下げ自動制御については後述する。

バケット４は、開口部４Ｈと爪４Ｃとを有する。バケット４は、爪４Ｃが土砂又は砕石等の積載物をすくい取る。爪４Ｃがすくい取った積載物は、開口部４Ｈからバケット４の内部に入る。バケット４は、ブーム３の先端部に取り付けられる。バケット４は、前後揺動可能にブーム３によって支持される。本明細書では、バケット４が後方に揺動されることを「チルト」と称し、バケット４が前方に揺動されることを「ダンプ」と称する。

前輪６Ｆと後輪６Ｒは、路面Ｒに接地する。前輪６Ｆと後輪６Ｒとが路面Ｒ上で回転することにより、ホイールローダ１は走行する。前輪６Ｆと後輪６Ｒとの間で車体２が屈曲することによって、ホイールローダ１は操舵される。

ブームシリンダ９は、車体２とブーム３とに連結される。ブーム３は、ブームシリンダ９が伸縮することによって上下揺動する。バケットシリンダ１０は、車体２とベルクランク１１の上端部とに連結される。ベルクランク１１は、ブーム３に固定された支持部材１２の先端部に回動可能に支持される。ベルクランク１１の下端部は、連結部材１３を介してバケット４に連結される。バケット４は、バケットシリンダ１０が伸縮することによって、ブーム３に支持された部分を中心として前後にチルト及びダンプする。支持部材１２の先端部には、バケット角検出センサ４ａが配置される。バケット角検出センサ４ａは、水平方向に対するバケット４の底面の角度を検出する。

操作レバーＣＬは、ブームシリンダ９の伸縮によってブーム３を昇降操作するために用いられる。本実施形態では、ニュートラル領域を基準として操作レバーＣＬを下降側（本実施形態では、前方）に操作すると、ブーム３は下降する。ニュートラル領域を基準として操作レバーＣＬを上昇側（本実施形態では、後方）に操作（傾動）すると、ブーム３は上昇する。なお、操作レバーＣＬが上昇側と下降側の間のニュートラル領域に位置する場合、ブーム３は停止する。

操作レバーＣＬは、バケットシリンダ１０の伸縮によってバケット４をチルト又はダンプさせるために用いられる。本実施形態では、ニュートラル領域を基準として操作レバーＣＬをチルト側（本実施形態では、左方）に操作（傾動）すると、バケット４はチルトする。また、ニュートラル領域を基準として、操作レバーＣＬをダンプ側（本実施形態では、右方）に操作（傾動）すると、バケット４はダンプする。なお、操作レバーＣＬがチルト側とダンプ側の間のニュートラル領域に位置する場合、バケット４は停止する。

（ホイールローダ１の制御系統）
図２は、ホイールローダ１の動作を制御する制御系統１ａを示すブロック図である。

ホイールローダ１の制御系統１ａは、作業機ポンプ２０、ブーム操作弁２１、バケット操作弁２２、パイロットポンプ２３、作業機電子制御弁２４、及びコントローラ２５を備える。

作業機ポンプ２０は、ホイールローダ１に搭載される動力発生源としてのエンジン２６によって駆動される。作業機ポンプ２０は、ブーム操作弁２１及びバケット操作弁２２のそれぞれに作動油を吐出する。

ブーム操作弁２１及びバケット操作弁２２は、それぞれ油圧パイロット式の操作弁である。ブーム操作弁２１はブームシリンダ９に接続され、バケット操作弁２２はバケットシリンダ１０に接続される。

ブーム操作弁２１は、ブームシリンダ９のヘッド側ポート及びブームシリンダ９のボトム側ポートそれぞれの流路を切換える切換弁である。本実施形態において、ブーム操作弁２１は、ブームシリンダ９のヘッド側とボトム側とを連通させる浮きポジションを有する。ブーム操作弁２１が浮きポジションに位置する場合、ブームシリンダ９のヘッド側とボトム側のそれぞれが作動油タンク３０に接続した状態になる。バケット操作弁２２は、バケットシリンダ１０のヘッド側ポート及びバケットシリンダ１０のボトム側ポートそれぞれの流路を切換える切換弁である。

ブーム操作弁２１及びバケット操作弁２２それぞれのパイロット受圧部は、作業機電子制御弁２４を介してパイロットポンプ２３に接続される。パイロットポンプ２３は、エンジン２６によって駆動される。パイロットポンプ２３は、作業機電子制御弁２４を介してブーム操作弁２１及びバケット操作弁２２それぞれのパイロット受圧部に対して、パイロット圧力の作動油を供給する。

作業機電子制御弁２４は、ブーム下降制御弁２４ａ、ブーム上昇制御弁２４ｂ、バケットダンプ制御弁２４ｃ、及びバケットチルト制御弁２４ｄを有する。ブーム下降制御弁２４ａ及びブーム上昇制御弁２４ｂは、ブーム操作弁２１の一対のパイロット受圧部それぞれに接続される。バケットダンプ制御弁２４ｃ及びバケットチルト制御弁２４ｄは、バケット操作弁２２の一対のパイロット受圧部それぞれに接続される。ブーム下降制御弁２４ａのソレノイド指令部２４ｅ、ブーム上昇制御弁２４ｂのソレノイド指令部２４ｆ、バケットダンプ制御弁２４ｃのソレノイド指令部２４ｇ、及びバケットチルト制御弁２４ｄのソレノイド指令部２４ｈのそれぞれには、コントローラ２５からの指令信号が入力される。

ブーム操作弁２１、ブーム下降制御弁２４ａ、ブーム上昇制御弁２４ｂ、及びブームシリンダ９は、ブーム３を昇降させるブーム駆動部として機能する。バケット操作弁２２、バケットダンプ制御弁２４ｃ、バケットチルト制御弁２４ｄ、及びバケットシリンダ１０は、バケット４をチルト及びダンプさせるバケット駆動部として機能する。

コントローラ２５は、例えば、コンピュータである。コントローラ２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部と、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部とを含む。コントローラ２５は、コンピュータプログラムに記述された各種の命令を逐次実行することにより、作業機５の動作を制御する。

コントローラ２５は、ブームレバーポテンショメータ２７、バケットレバーポテンショメータ２８、ディスプレイ２９、ブーム角検出センサ３ａ、及びバケット角検出センサ４ａに接続される。

ブームレバーポテンショメータ２７は、操作レバーＣＬに設けられる。ブームレバーポテンショメータ２７は、操作レバーＣＬの前後方向における操作量を検出する。バケットレバーポテンショメータ２８は、操作レバーＣＬに設けられる。バケットレバーポテンショメータ２８は、操作レバーＣＬの左右方向における操作量を検出する。

コントローラ２５は、操作レバーＣＬが上昇側に操作された場合、ブーム操作弁２１を切り換えることによって、ブームシリンダ９のヘッド側を作動油タンク３０に連通させ、かつ、ブームシリンダ９のボトム側を作業機ポンプ２０に連通させる。これによって、ブーム３は揺動上昇する。コントローラ２５は、操作レバーＣＬが下降側に操作された場合、ブーム操作弁２１を切り換えることによって、ブームシリンダ９のボトム側を作動油タンク３０に連通させ、かつ、ブームシリンダ９のヘッド側を作業機ポンプ２０に連通させる。これによって、ブーム３は揺動下降する。これらの場合、コントローラ２５は、操作レバーＣＬの操作量に応じた駆動速度でブーム３を駆動させる。

コントローラ２５は、操作レバーＣＬがチルト側に操作された場合、バケット操作弁２２を切り換えることによって、バケットシリンダ１０のヘッド側を作動油タンク３０に連通させ、かつ、バケットシリンダ１０のボトム側を作業機ポンプ２０に連通させる。これによって、バケット４は前方にチルトする。コントローラ２５は、操作レバーＣＬがダンプ側に操作された場合、バケット操作弁２２を切り換えることによって、バケットシリンダ１０のボトム側を作動油タンク３０に連通させ、かつ、バケットシリンダ１０のヘッド側を作業機ポンプ２０に連通させる。これによって、バケット４は後方にダンプする。これらの場合、コントローラ２５は、操作レバーＣＬの操作量に応じた駆動速度でバケット４を駆動させる。

本実施形態において、コントローラ２５は、操作レバーＣＬが下降側に所定の操作量以上操作された場合、ブーム３を自動的に揺動下降させる下げ自動制御を実行開始する。下げ自動制御におけるブーム３の下降速度は、ディスプレイ２９に表示される設定画面においてオペレータが入力することができる。ディスプレイ２９には、例えばタッチパネル式モニタを用いることができる。コントローラ２５は、ディスプレイ２９に入力された速度を、下げ自動制御における下降速度に設定する。コントローラ２５は、下げ自動制御の実行中、ブーム３が設定された下降速度に維持されるようにブーム駆動部を制御する。

ここで、コントローラ２５は、下げ自動制御の実行中、バケット４が接地する位置に達したことを検出したとき、ブームシリンダ９を浮き状態にする。浮き状態とは、ブームシリンダ９のヘッド側とボトム側とタンクとが連通した状態である。コントローラ２５は、ブーム操作弁２１を浮きポジションに切り換えることによって、ブームシリンダ９を浮き状態にする。浮き状態のブームシリンダ９は伸縮自在であるため、バケット４はブームシリンダ９によって保持されない。そのため、バケット４は自重で地面に置かれた状態になる。この状態でホイールローダ１を後進させると、バケット４による地面の均し作業を効率的に行うことができる。

コントローラ２５は、ブーム角検出センサ３ａ及びバケット角検出センサ４ａそれぞれの角度に基づいて、バケット４が接地したことを検出する。具体的には、コントローラ２５は、ブーム角検出センサ３ａの出力値に基づいてブームシリンダ９の姿勢を検知し、かつ、バケット角検出センサ４ａの出力値に基づいてバケット４の姿勢を検知することによって、バケット４のいずれかの部位が接地する位置に達したか否かを判定する。

（下げ自動制御）
コントローラ２５による下げ自動制御について、図３に示すフロー図を参照しながら説明する。

ステップＳ１において、コントローラ２５は、下げ自動制御の実行中か否か判定する。下げ自動制御の実行中である場合、処理はステップＳ２に進み、下げ自動制御の実行中でない場合、処理はステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２において、コントローラ２５は、ブーム角検出センサ３ａ及びバケット角検出センサ４ａそれぞれの角度に基づいて、バケット４が接地する位置に達したか否か判定する。バケット４が接地する位置に達した場合、処理はステップＳ３に進み、バケット４が接地する位置に達していない場合、処理はステップＳ１に戻る。

ステップＳ３において、コントローラ２５は、ブーム操作弁２１を浮きポジションに切り換えることによって、ブームシリンダ９を浮き状態にする。これによって、バケット４は自重で地面に置かれた状態になる。以上で、コントローラ２５は、下げ自動制御を終了する。

（特徴）
（１）コントローラ２５は、ブーム３を自動的に下降させる下げ自動制御の実行中、バケット４が接地する位置に達したことを検出したとき、ブームシリンダ９を浮き状態にする。従って、下げ自動制御の実行中にバケット４が接地するタイミングでブーム３を浮き状態にできるため、バケット４を簡便に接地させられるとともに、バケット４が接地する際の衝撃を抑制することができる。

（２）コントローラ２５は、ブーム角検出センサ３ａ及びバケット角検出センサ４ａそれぞれの角度に基づいて、バケット４が接地したことを検出する。従って、バケット４が接地するタイミングを精度良く検知できるため、バケット４が接地する際の衝撃をより抑制することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態において、コントローラ２５は、ブーム角検出センサ３ａ及びバケット角検出センサ４ａそれぞれの角度に基づいて、バケット４が接地したことを検出することとしたが、バケット４が接地することは様々な方法で検出することができる。例えば、コントローラ２５は、ブーム角検出センサ３ａの角度のみに基づいて、バケット４が接地したことを検出することができる。また、コントローラ２５は、ブームシリンダ９のストローク量に基づいて、バケット４が接地したことを検出することができる。この場合、ホイールローダ１は、ブームシリンダ９のストローク量を検出するブームストロークセンサを備えていればよい。また、コントローラ２５は、ブームシリンダ９のストローク量とバケットシリンダ１０のストローク量とに基づいて、バケット４が接地したことを検出することができる。この場合、ホイールローダ１は、ブームシリンダ９のストローク量を検出するブームストロークセンサと、バケットシリンダ１０のストローク量を検出するバケットストロークセンサとを備えていればよい。さらに、コントローラ２５は、ブームシリンダ９のボトム側における油圧が所定の閾値以下になったことに基づいて、バケット４が接地したことを検出することができる。この場合、ホイールローダ１は、ブームシリンダ９のボトム側における油圧を検知する油圧センサを備えていればよい。

上記実施形態において、コントローラ２５は、操作レバーＣＬが下降側に所定操作量以上操作されたときに下げ自動制御を実行することとしたが、下げ自動制御の実行開始条件はこれに限られるものではない。例えば、コントローラ２５は、操作レバーＣＬが下降側に所定操作量以上操作された後、操作レバーＣＬがニュートラル位置に戻されたときに下げ自動制御を実行することとしてもよい。また、コントローラ２５は、操作レバーＣＬが下降側に所定操作量以上操作された後、オペレータが下げ自動制御の実行ボタンを押下したときに下げ自動制御を実行することとしてもよい。

上記実施形態において、コントローラ２５は、ディスプレイ２９に表示される設定画面に入力された速度を下げ自動制御における所定速度に設定することとしたが、これに限られるものではない。例えば、コントローラ２５は、下げ自動制御における所定速度を設定するためのダイヤルの位置に応じて、所定速度を設定してもよい。

上記実施形態において、コントローラ２５は、バケット４が接地する位置に達したことを検出したときに、ブームシリンダ９を浮き状態にすることとしたが、これに限られるものではない。コントローラ２５は、バケット４が所定位置に達したことを検出したときに、ブームシリンダ９を浮き状態にしてもよい。所定位置は、バケット４が地面に近接する位置に設定されることが好ましい。この場合においても、バケット４を簡便に接地させられるとともに、バケット４が接地する際の衝撃を抑制することができる。

１ ホイールローダ
１ａ 制御系統
２ 車体
３ ブーム
４ バケット
５ 作業機
９ ブームシリンダ
１０ バケットシリンダ
２０ 作業機ポンプ
２１ ブーム操作弁
２２ バケット操作弁
２３ パイロットポンプ
２４ 作業機電子制御弁
２５ コントローラ
２６ エンジン
２９ ディスプレイ
３０ 作動油タンク
ＣＬ 操作レバー

Claims (17)

1. 車体と、
   前記車体に取り付けられるブームと、前記ブームの先端部に取り付けられるアタッチメントとを含む作業機と、
   前記ブームを上下揺動させるための第１アクチュエータと、
   前記ブームを自動的に揺動下降させる下げ自動制御を実行するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記下げ自動制御の実行中、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出したとき、前記第１アクチュエータのボトム側とトップ側とを連通させることで前記第１アクチュエータを伸縮自在な状態にすることによって、前記第１アクチュエータを前記下げ自動制御から浮き状態に切り換える、
   作業車両。
2. 前記コントローラは、前記第１アクチュエータの角度に基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
   請求項１記載の作業車両。
3. 前記アタッチメントを前後揺動させるための第２アクチュエータをさらに備え、
   前記コントローラは、前記第１アクチュエータの角度と前記第２アクチュエータの角度とに基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
   請求項１に記載の作業車両。
4. 前記コントローラは、前記第１アクチュエータのストローク量に基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
   請求項１に記載の作業車両。
5. 前記アタッチメントを前後揺動させるための第２アクチュエータをさらに備え、
   前記コントローラは、前記第１アクチュエータのストローク量と前記第２アクチュエータのストローク量とに基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
   請求項１に記載の作業車両。
6. 前記第１アクチュエータのボトム側における油圧を検知する油圧センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記油圧センサによって検知される前記油圧が所定の閾値以下になったことに基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
   請求項１に記載の作業車両。
7. 前記ブームを昇降操作するための操作装置をさらに備え、
   前記コントローラは、前記操作装置が下降側に所定の操作量以上操作された場合、前記下げ自動制御を実行開始する、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の作業車両。
8. 前記下げ自動制御における前記ブームの下降速度の設定画面を表示するディスプレイをさらに備え、
   前記コントローラは、前記ディスプレイに入力された速度を前記下降速度に設定する、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の作業車両。
9. 前記下げ自動制御における前記ブームの下降速度を設定するためのダイヤルをさらに備え、
   前記コントローラは、前記ダイヤルの位置に応じた速度を前記下降速度に設定する、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の作業車両。
10. 車体に取り付けられるブームを自動的に揺動下降させる下げ自動制御を実行する下げ自動制御工程と、
    前記ブームの先端部に取り付けられるアタッチメントが接地する位置に達したことを検出する検出工程と、
    前記アタッチメントが接地する位置に達した時に、前記ブームを上下揺動させるための第１アクチュエータのボトム側とトップ側とを連通させることで前記第１アクチュエータを伸縮自在な状態にすることによって、前記第１アクチュエータを前記下げ自動制御から浮き状態に切り換える浮き工程と、
    を備える作業車両の制御方法。
11. 前記検出工程では、前記第１アクチュエータの角度に基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
    請求項１０に記載の作業車両の制御方法。
12. 前記検出工程では、前記第１アクチュエータの角度と、前記アタッチメントを前後揺動させるための第２アクチュエータの角度とに基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
    請求項１０に記載の作業車両の制御方法。
13. 前記検出工程では、前記第１アクチュエータのストローク量に基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
    請求項１０に記載の作業車両の制御方法。
14. 前記検出工程では、前記第１アクチュエータのストローク量と、前記アタッチメントを前後揺動させるための第２アクチュエータのストローク量とに基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
    請求項１０に記載の作業車両の制御方法。
15. 前記検出工程では、前記第１アクチュエータのボトム側における油圧が所定の閾値以下になったことに基づいて、前記アタッチメントが接地する位置に達したことを検出する、
    請求項１０に記載の作業車両の制御方法。
16. 前記下げ自動制御工程では、前記ブームを昇降操作するための操作装置が下降側に所定の操作量以上操作された場合、前記下げ自動制御を実行開始する、
    請求項１０乃至１５のいずれかに記載の作業車両の制御方法。
17. 前記下げ自動制御工程では、前記下げ自動制御における前記ブームの下降速度の設定画面を表示するディスプレイに入力された速度を前記下降速度に設定する、
    請求項１０乃至１６のいずれかに記載の作業車両の制御方法。

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