JP6242919B2 - 作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両に関する。

土砂又は砕石等をダンプトラック等に積み込む作業機を備えた作業車両がある。このような作業車両として、ホイールローダがある。ホイールローダは、バケットを有し、タイヤで走行して作業する車両である。ホイールローダによる掘削作業において、オペレータの負担を軽減するため、バケットの動作を自動で制御して掘削をするものがある（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、自動掘削制御において、ブーム用油圧シリンダに供給される作動油の圧力としてのボトム圧と、作業車両の走行速度と、ブーム角度とが自動リフトの開始条件に該当した場合に、ブームの自動リフトの制御を開始していた。また、前記ブーム用油圧シリンダのボトム圧と、作業車両の走行速度とが自動チルトの開始条件に該当した場合に、バケットの自動チルトの制御を開始していた。

特許第５７００６１３号公報

ところで、前記ホイールローダでは、掘削作業の他に、整地などのグレーディング作業を行うことがあり、この場合もボトム圧が高くなる。このため、グレーディング作業によってボトム圧が上昇しても、自動掘削制御が実行されないように設定する必要がある。
そこで、自動掘削作業を行った場合のみ、自動リフトや自動チルトの制御を開始するように、前記ボトム圧と比較する閾値を高い値に設定していた。

しかし、前記閾値を高い値に設定すると、ボトム圧が高い値に高まるまで自動リフトや自動チルトの制御を開始できず、制御の開始タイミングが遅くなった。このため、土砂等の対象物へバケットが貫入する距離が大きくなるまで制御を開始できず、自動リフトや自動チルトの制御を最適なタイミングで開始できず、自動掘削制御時の作業効率を十分に高めることができなかった。

本発明の目的は、自動掘削制御時の作業効率を向上できる作業車両を提供することにある。

本発明の作業車両は、車体と、前記車体に支持されて回動するブームと、前記ブームに支持されて回動するバケットと、前記ブームを回動させ、ブーム用油圧シリンダを有するブーム駆動部と、前記バケットを回動させるバケット駆動部と、前記ブーム用油圧シリンダのボトム圧を検出するブームボトム圧検出装置と、前記ブームのリフト動作または前記バケットのチルト動作の少なくとも一方を制御する制御装置とを備え、前記バケットは底板部を有し、前記底板部は、底面を水平に配置した際に、前記バケット奥側に向かって上向に傾斜した傾斜部を有し、前記制御装置は、前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度に応じて設定される閾値と前記ボトム圧とを比較して、前記リフト動作または前記チルト動作を制御することを特徴とする。

本発明によれば、バケットの底板部に傾斜部を形成したため、バケットを土砂等の掘削対象物に貫入した際に、掘削対象物からバケットを介してブームに加わる水平方向の反力が大きくなり、ブーム用油圧シリンダのボトム圧の上昇割合も大きくなる。このため、ボトム圧と比較する閾値をグレーディング作業と区別できるように高い値に設定した場合でも、ボトム圧が閾値を超えるまでの時間が短くなり、制御装置によるブームのリフト動作またはバケットのチルト動作の自動制御を、早いタイミングで開始できる。このため、自動制御によるリフト動作やチルト動作を、掘削対象物へのバケットの貫入距離が最適な距離になったタイミングで実行しやすくなり、自動掘削制御時の作業効率を向上できる。特に、前記閾値を前記傾斜部の傾斜角度に応じて設定しているので、傾斜角度によってボトム圧の変化割合が変わっても、その変化割合に応じて最適なタイミングでリフト動作やチルト動作を実行でき、自動掘削制御時の作業効率を向上できる。
また、前記水平方向の反力が大きくなるため、作業車両の速度も低速になり、オペレーターは操作タイミングを取りやすくなり、操作性も向上でき、この点でも、自動掘削制御時の作業効率を向上できる。

本発明の作業車両において、前記底板部は、前記傾斜部の前端側に連続して延出した直線部を有することが好ましい。

本発明の作業車両において、前記傾斜角度は４度以上、８度以下であることが好ましい。

本発明の作業車両において、前記制御装置は、前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度に応じて設定される第１閾値と前記ボトム圧とを比較して前記ブームのリフト動作を制御し、前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度に応じて設定される第２閾値と前記ボトム圧とを比較して前記バケットのチルト動作を制御することが好ましい。

本発明の作業車両は、車体と、前記車体に支持されて回動するブームと、前記ブームに支持されて回動するバケットと、前記ブームを回動させるブーム駆動部と、前記バケットを回動させるバケット駆動部と、前記バケットに積み込む対象物に対してバケットを貫入した際の水平方向反力を検出する水平方向反力検出装置と、前記ブームのリフト動作または前記バケットのチルト動作を少なくとも一方を制御する制御装置とを備え、前記バケットは底板部を有し、前記底板部は、底面を水平に配置した際に、前記バケット奥側に向かって上向に傾斜した傾斜部を有し、前記制御装置は、前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度に応じて設定される閾値と前記水平方向反力とを比較して、前記リフト動作または前記チルト動作を制御することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る作業車両を示す側面図。 作業車両に搭載されたバケットを示す全体斜視図。 バケットを示す断面図。 走行姿勢状態でのバケットとブームとの位置関係を示す断面図。 作業機の駆動機構を模式的に示す説明図。 作業機コントローラの構成を示すブロック図。 自動掘削作業工程を模式的に説明する説明図。 自動掘削作業工程を示すフローチャート。 ブームボトム圧と貫入距離との関係を示すグラフ。 ブームボトム圧と貫入距離との関係を示すグラフ。 車速と貫入距離との関係を示すグラフ。 減速度と貫入距離との関係を示すグラフ。 速度比と貫入距離との関係を示すグラフ。 バケットの変形例を示す断面図

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る作業車両としてのホイールローダ１を示す側面図である。なお、各図においては、ホイールローダ１の運転姿勢にあるオペレータを基準として、車体前後方向を単に前後方向といい、車体幅方向を左右方向といい、車体上下方向を単に上下方向という。また、バケット奥側とは、バケット間口を基準として後方側をいう。

［ホイールローダの概略説明］
図１において、ホイールローダ１は、車両本体（車体）２、作業機３、キャブ４、走行装置５、および動力部６を備えている。
車両本体２は、作業機３を支持する鋼製の前部車体フレーム２１と、キャブ４および動力部６を支持する鋼製の後部車体フレームとから構成されている。作業機３は、前部車体フレーム２１の前方側に設けられている。走行装置５は、タイヤ７を備え、タイヤ７を駆動してホイールローダ１の走行を制御する。

作業機３について詳説すると、作業機３は、前部車体フレーム２１に枢軸されるブーム３１と、このブーム３１に上下に枢軸されるバケット３２と、ブーム３１の中間部分にブーム３１に枢軸されるベルクランク３３とを備えている。

ブーム３１は、左右に一対配置され、前部車体フレーム２１に対して上下に回動自在に枢軸されている。このブーム３１の中間部には、ブーム用油圧シリンダであるブームシリンダ３６（図５）が枢軸され、ブームシリンダ３６の基端部分は、前部車体フレーム２１に枢軸されている。そして、このブームシリンダ３６を油圧によって伸縮させることにより、ブーム３１が上下に回動するようになっている。

バケット３２は、掘削土等の掘削対象物（図３、７のＷ）を積み込む部分である。バケット３２は、ブーム３１との枢軸位置よりも上部にリンク３７（図５）が枢軸されており、リンク３７の他端側はベルクランク３３の下端部に枢軸されている。

ベルクランク３３は、一対のブーム３１の間に枢軸され、下端は前記リンク３７の基端部分が接続されている。ベルクランク３３の上端には、バケットシリンダ３４が枢軸され、このバケットシリンダ３４の基端部分は、前部車体フレーム２１に枢軸されている。

そして、発破後の岩塊が堆積された山や地山に、バケット３２を地表ＧＬに擦る程度に位置させた状態で突入させる（図３中の白抜き矢印は突入方向を示す）。そして、ブームシリンダ３６を伸ばすと、バケット３２内に掘削対象物（図３）が積み込まれた状態でブーム３１が上方に回動し、ブーム３１のリフト動作を行うことができる。
また、バケットシリンダ３４を油圧によって伸縮させることにより、バケット３２が回動し、バケット３２のチルト動作を行うことができる。これによって、土砂等のすくい込み作業や掘削作業を行うことができる。

さらに、バケット３２が上方に位置した状態で、バケットシリンダ３４を縮めると、ベルクランク３３の上端部分が車両本体２側に回動し、ベルクランク３３の下端部分が車両前方側に回動する。すると、リンクによってバケット３２の上部が車両前方側に押され、これによりバケット３２が回動して、バケット３２内に積み込まれた掘削対象物をダンプさせることができる。

［バケットの具体的な説明］
図２は、バケット３２を示す全体斜視図、図３は、バケット３２の側断面を示す断面図であり、底板部３２１の底面４３Ｇを水平にした状態が示されている。
図２、図３において、バケット３２は、下部前端縁４３Ｆが一直線状に設けられた平刃形状を有するバケットであって、バケット間口の下部側から上部側にかけて連続して設けられた主板部４１と、主板部４１の左右両側を覆う一対の側板部４２とを備え、側板部４２の下部側には、図示しないサイドエッジガードを取り付けることが可能である。

主板部４１は、下部前端縁４３Ｆからバケット奥側に向かって水平に延出した第１直線部４３と、第１直線部４３の後端縁４３Ｂに連続してバケット奥側に向かってさらに延出し、当該バケット奥側に向かって上向きに傾斜した平坦面からなる傾斜部４４と、傾斜部４４の後端縁４４Ｂに下端縁４５Ｌで連続し、所定のバケット半径Ｒで形成された曲面部４５と、曲面部４５の上端縁４５Ｕに連続し、バケット間口に向かって上向きに傾斜した第２直線部４６と、第２直線部４６の前端縁４６Ｆに対して折曲部４７を介してバケット間口側に折曲し、当該バケット間口に向かってさらに延出した第３直線部４８とを備える。そして、バケット３２の底板部３２１は、前記第１直線部４３および傾斜部４４で構成されている。

これらのうち、第１直線部４３は、下部前端縁４３Ｆを含んで形成された板状取付部４３１と、板状取付部４３１の後端縁４３１Ｂに連続した板状底部４３２とを備えて構成され、底面４３Ｇを有している。板状取付部４３１は、厚板鋼板で左右方向に沿って長尺に形成され、その下面にはボトムガード５１がボルト止めされている。板状底部４３２、傾斜部４４、曲面部４５、第２直線部４６、折曲部４７、および第３直線部４８は、一枚の鋼板にて形成され、板状底部４３２から曲面部４５の途中まではさらに、積層板５２があてがわれて補強されている。

傾斜部４４と第１直線部４３（本実施形態では、第１直線部４３の底面４３Ｇ）との成す角度θは４°以上、好ましくは４°以上、８°以下である。４°よりも小さいと、第１直線部４３から傾斜部４４を通って曲面部４５に押し込まれる掘削対象物が、傾斜部４４と曲面部４５との間でスムーズに滑動せず、バケット奥側に移動しにくくなる可能性がある。反対に、８°よりも大きいと、バケット３２を掘削対象物に対して突入させた際の抵抗が大きくなり、快適な作業が行えないうえ、バケット奥側に押し込まれた掘削対象物がバケット間口側に転がり出やすくなる可能性がある。

曲面部４５のバケット半径Ｒは、従来のバケット半径と比較して大きい。曲面部４５は、傾斜部４４の後側に連続していることで、従来よりも上方に位置している。また、このような曲面部４５の前側に設けられた傾斜部４４は、バケット半径Ｒによって形成される曲面部４５に対して接線方向から連続している。

ここで、第１直線部４３の水平方向の長さＡと、下部前端縁４３Ｆから曲面部４５のバケット奥側に向かって最も膨出した位置までの水平方向の長さＢとの比（Ａ／Ｂ）は、０．３以上、０．５以下である。

例えば、０．３よりも小さいと、相対的に傾斜部４４の上下方向の高さが高くなり、バケットの突入時の抵抗が増して、快適な操作を実現できなかったり、バケット奥側がより上方に位置することになって、ブーム３１等との干渉により現実的には、バケットを搭載できなかったりする可能性がある。また、０．３よりも小さいと、相対的に第１直線部４３の水平方向の長さＡが短くなり、突入時の安定性を確保できない可能性もある。

反対に、０．５よりも大きいと、相対的に曲面部４５の水平方向の長さが短くなり、大きなバケット半径Ｒを採用できない可能性があるうえ、掘削対象物の押込がスムーズに行えないなど、この点でも快適な操作が望めない可能性がある。また、０．５よりも大きいと、相対的に長さＡが大きくなることで、バケットの突入時の抵抗が増す。

第２直線部４６の背面には、ストッパ５３が設けられている。ストッパ５３は、後述する走行姿勢にて、ブーム３１に意図的に当接させる部材である。こうすることで、走行中におけるバケット３２のがたつきや、ブーム３１、ベルクランク３３、その他のリンクの連結部分でのがたつきを抑制し、騒音が少なく、かつ安定した走行を実現している。

折曲部４７は、バケット３２の上側表面部分であって、第３直線部４８の背面を補強する補強部材５４よりもバケット奥側、つまり後側に設けられている。この場合、折曲部４７の存在により、バケット３２の上側表面部分を補強可能であるのに加え、補強部材５４によっても補強可能であるから、当該上側表面部分を広範囲で補強できる。折曲部４７としては、所定の曲げ半径を有して折曲された形状の他、左右に亘る折曲線が生じる程にシャープに折曲された形状であってもよく、その実施にあたって適宜な形状を採用できる。

第３直線部４８の背面には、前出の補強部材５４が設けられている。補強部材５４の前端縁５４Ｆには、バケット間口を上方から覆うようにスピルガード部５５が連続して延設されている。なお、スピルガード部５５は、本実施形態において、バケット３２の主板部４１には含まれない。

第２直線部４６、折曲部４７、および第３直線部４８により本実施形態では、バケット３２の外方側に膨出した膨出部５６が左右方向に連続して形成されている。このような膨出部５６の内部空間は、バケット容量の一部として算定される。すなわち傾斜部４４の後側に設けられた曲面部４５が従来よりも上方に位置することで、バケット３２の下部側でのバケット容量が減少するが、この減少分を補うかたちで膨出部５６が設けられている。

［走行姿勢の説明］
図４には、走行姿勢状態でのバケット３２とブーム３１との位置関係が示されている。
図４において、走行姿勢でのバケット３２は、バケット間口が上方を向くように最大にチルトされ、側板部４２の前端縁４２Ｆが略水平となっている。このような走行姿勢において、バケット３２とブーム３１の先端とが枢軸された連結部５７は、車両本体２の地上高さを越えた位置まで上昇している。そして、走行姿勢では、バケット３２の中でも、折曲部４７を含む第２直線部４６の大部分がブーム３１と最も近接しており、両者間の距離Ｓは最小となる。

そして、このような位置にストッパ５３が配置されている。ストッパ５３の配置位置は、当該ストッパ５３を介してバケット３２を支持するブーム３１でのモーメントを勘案し、適正に決定される。本実施形態では、ストッパ５３の適正な配置位置での距離Ｓが最小となるまで、バケット半径Ｒを可能な限り大きくしている。

また、バケット３２とベルクランク３３とは、第３直線部４８に対応した位置で互いに最も近接する。従って、そのような狭小な空間内に収まるよう、補強部材５４の形状や大きさが決定されている。
なお、図中のバケット３２の曲面部４５の後側に付された符号５７は、前述したようにバケット３２とブーム３１との連結部を示し、符号５８は、ベルクランク３３の下部側とバケット３２とを連結する図示略のチルト用のリンク部材の連結部を示す。

以上に説明するバケット３２において、主板部４１の底面４３Ｇを有する部分で本発明の底板部３２１が構成される。すなわち、本実施形態のバケット３２の主板部４１は、バケット３２の底板部３２１となる第１直線部４３および傾斜部４４と、バケット３２の奥側の背面部となる曲面部４５、第２直線部４６、第３直線部４８とを有する。

［作業機の駆動機構］
図５は、作業機３の駆動機構を模式的に示す説明図である。ホイールローダ１は、本発明の制御装置である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。ＰＴＯ１２は、エンジン１１の出力を、タイヤ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。

［走行系の構成］
走行系は、ホイールローダ１を走行させるための機構（走行装置５）であり、トルクコンバータ（Ｔ／Ｃ）１５や、図示しないトランスミッション、アクスル等を備えている。エンジン１１から出力された動力は、ＰＴＯ１２、トルクコンバータ１５、トランスミッション及びアクスルを介して、タイヤ７に伝達される。

［油圧装置系の構成］
油圧装置系は、主に作業機３(例えばブーム３１やバケット３２)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１６と、油圧ポンプ１６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。

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前記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３４を縮めて、バケット３２がダンプ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３４を伸ばして、バケット３２がチルト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３１が回動して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３１が回動して上がるようにブーム操作弁２３を切り換える。
したがって、バケット３２を回動させるバケット駆動部は、電磁比例制御弁２４，２５と、バケット操作弁２２と、バケットシリンダ３４とを備えて構成される。
また、ブーム３１を回動させるブーム駆動部は、電磁比例制御弁２６，２７と、ブーム操作弁２３と、ブームシリンダ３６とを備えて構成される。

［作業機コントローラに接続される機器］
作業機コントローラ１０には、図６にも示すように、キャブ４に設けられたブームレバー４１０およびバケットレバー４２０と、ブーム角度センサ４４０と、バケット角度センサ４５０と、ブームボトム圧検出装置であるブームボトム圧センサ４６０と、エンジンコントローラ４７０と、トランスミッションコントローラ４８０とが接続されている。
作業機コントローラ１０には、さらに、キャブ４に設けられたモニタ４３０に設けられた自動掘削モード入力手段５３１およびバケット設定手段５３２も接続されている。

ブームレバー４１０は、レバー角度を検出するレバー角度センサを内蔵する。オペレータがブームレバー４１０を操作すると、前記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。
バケットレバー４２０は、レバー角度を検出するレバー角度センサを内蔵する。オペレータがバケットレバー４２０を操作すると、前記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。

ブームレバー４１０には、キックダウンスイッチ４１１が設けられている。キックダウンスイッチ４１１は、トランスミッションコントローラ４８０に接続されている。そして、キックダウンスイッチ４１１を操作すると、トランスミッションコントローラ４８０は、トランスミッションの速度段を、低速側に変更する。例えば、速度段が２段の場合に、キックダウンスイッチ４１１が操作されると、トランスミッションコントローラ４８０は、速度段を１段に変更する。

自動掘削モード入力手段５３１は、モニタ４３０に自動掘削スタートボタンを表示し、オペレータの操作によって自動掘削スタートボタンが操作された場合は、自動掘削スタート信号を作業機コントローラ１０に出力する。

バケット設定手段５３２は、ホイールローダ１に取り付けられるバケット３２の種類を設定するものである。バケット３２は、ホイールローダ１の使用用途などで交換されることがある。そして、バケット３２によって、第１直線部４３の底面４３Ｇに対する傾斜部４４の傾斜角度θが異なる場合がある。そこで、バケット設定手段５３２には、初期値として出荷時に取り付けられているバケット３２の種類が設定され、バケット３２を交換した場合に、オペレータや整備担当者などがバケット３２の種類、例えば型番などを入力する。このバケット設定手段５３２で設定された情報は、作業機コントローラ１０に出力される。このバケット設定情報は、後述する閾値設定手段１２０において、傾斜角度θに応じた閾値を設定するために用いられる。

ブーム角度センサ４４０は、例えば、図５で示すブーム３１の車両本体２に対する連結部（支持軸）に設けられたロータリーエンコーダーなどで構成され、ブーム３１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。したがって、ブーム角度センサ４４０によってブーム位置検出手段が構成される。ここで、ブーム３１の中心線とは、図５のＹ−Ｙ線であり、ブーム３１の車両本体２に対する連結部（支持軸の中心）とバケット３２の連結部（バケット支持軸の中心）とを結ぶ線である。したがって、図５のＹ−Ｙ線が水平線に沿っている場合、ブーム角度センサ４４０はブーム角度０度を出力する。また、ブーム角度０度の状態から、ブーム３１の先端が上げられるとブーム角度センサ４４０はプラスの値を出力し、ブーム３１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４５０は、例えば、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ーなどで構成され、バケット３２を接地した状態でバケット３２の第１直線部４３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３２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３２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４６０は、ブームシリンダ３６のボトム側の圧力を検出する。ブームボトム圧は、バケット３２に荷が積まれた場合に高くなり、空荷の場合に低くなる。また、土砂等の掘削対象物にバケット３２を貫入する掘削作業時にも、ブームボトム圧は上昇する。

エンジンコントローラ４７０は、Controller Area Network（ＣＡＮ）を介して作業機コントローラ１０と通信し、エンジン１１の回転数等のエンジン稼働情報を作業機コントローラ１０に出力する。
トランスミッションコントローラ４８０は、ＣＡＮを介して作業機コントローラ１０と通信し、ＦＲレバー４９０によるホイールローダ１の前後進の選択状態および速度段を示すＦＲ情報と、車速センサ５００から出力される車速情報とを作業機コントローラ１０に出力する。なお、車速センサ５００は、タイヤ７の駆動軸の回転数等から車速を検出するセンサであり、車速センサ５００で検出した車速情報はトランスミッションコントローラ４８０を介して作業機コントローラ１０に出力される。

［作業機コントローラの構成］
作業機コントローラ１０は、作業状態検出手段１１０と、閾値設定手段１２０と、作業機制御手段１４０と、記憶手段１５０とを備えている。

［作業状態検出手段］
作業状態検出手段１１０は、作業機コントローラ１０に入力される各種信号を用いて作業状態を判定して検出する。具体的には、作業状態検出手段１１０は、ホイールローダ１が、自動掘削制御の開始状態、オートリフトの開始状態、オートリフトの終了状態、オートチルトの開始状態、オートチルトの停止状態、オートチルトの終了状態のいずれの状態であるかを判定する。

［閾値設定手段］
閾値設定手段１２０は、ブームボトム圧の検出値と比較する閾値を、バケット３２の傾斜部４４の傾斜角度θに基づいて設定する。この閾値は、作業状態検出手段１１０で作業状態を検出する際に用いられる。
閾値設定手段１２０は、記憶手段１５０に記憶された傾斜角度と閾値との対応テーブルを用いて、閾値を設定する。
対応テーブルは、表１に示すように、バケット３２の種類（型番）と、そのバケット３２の傾斜部４４の傾斜角度θと、第１閾値および第２閾値が関連付けられて記憶されている。
バケット３２としては、バケットの容量や、平刃や山刃などのバケット３２の刃の種類によって種類が分けられており、傾斜部４４の傾斜角度もバケットの種類によって設定されている。また、第１閾値は、主にオートリフト開始状態を判定する際に用いられる閾値であり、第２閾値は、主にオートチルト開始状態を判定する際に用いられる閾値である。
このため、閾値設定手段１２０は、バケット設定手段５３２からバケット３２の種類が入力されると、対応テーブルからそのバケット３２の傾斜角度θを検出し、第１閾値、第２閾値を設定する。
ただし、バケット３２の傾斜部４４の傾斜角度θが固定値で予め分かっている場合には、閾値も固定値となるため、閾値設定手段１２０や、記憶手段１５０に記憶される対応テーブル等を設けずに、オートリフト開始状態やオートチルト開始状態を判定するプログラムに、第１閾値および第２閾値を直接書き込んでおいてもよい。

なお、第１閾値や第２閾値の設定は、表１のテーブルを用いたものに限定されず、例えば、傾斜部４４の傾斜角度θと、第１閾値や第２閾値との関係を示す数式を設定し、バケット３２の容量および傾斜角度θを数式に代入して第１閾値、第２閾値を求めてもよい。

［作業機制御手段］
作業機制御手段１４０は、入力される各種情報や作業状態検出手段１１０での検出結果に基づいて、電磁比例制御弁２４〜２７に対する制御信号を出力し、バケット３２やブーム３１を作動する。
また、作業機コントローラ１０は、モニタ４３０に対してインジケータ指令やブザー指令を出力する。モニタ４３０は、インジケータ指令を受信すると、モニタ４３０に設けられたインジケータ５３５の表示を制御してオペレータに情報を通知する。
また、モニタ４３０は、警告音を鳴らすブザー５３６を備え、ブザー指令を受信すると、前記ブザー５３６によって警告音を鳴らしてオペレータに警告する。

記憶手段１５０は、前記対応テーブルの他、作業機コントローラ１０に入力される各種データなどが記憶されるとともに、作業機３の制御に必要な各種パラメータなどが記憶される。

［自動掘削作業工程］
次に、自動掘削モード入力手段５３１によって自動掘削モードに移行した場合の動作について、図７を参照して説明する。ホイールローダ１による自動掘削作業は、図７に示すように、以下に説明する複数の作業工程によって行われる。

［１．キックダウン］
オペレータの操作で、バケット３２の底面４３Ｇが水平な状態でバケット３２が地上に接地し、掘削対象物に貫入し、ブームボトム圧が所定条件になると、トランスミッションコントローラ４８０は、トランスミッションの速度段を自動的に１段に変更するオートキックダウンを行う。キックダウンは、オペレーターがボタンにより任意に実施することもできる。

［２．オートリフト］
バケット３２が掘削対象物に貫入し、ブームボトム圧および車速がオートリフト条件に該当すると、作業機コントローラ１０は、ブーム３１を自動的に上昇するオートリフトを行う。

［３．オートチルト］
ブームボトム圧および車速がオートチルト条件に該当すると、作業機コントローラ１０は、ブーム３１を停止した状態で、バケット３２を回動するオートチルトを行う。
そして、バケット３２のチルト角度により、チルトエンドが検出された場合や、オペレータの運転によって前進以外つまり後進や中立が選択された場合には、作業機コントローラ１０は自動掘削作業を終了する。

［自動掘削制御］
以上のような自動掘削モードにおける作業機コントローラ１０の処理について、図８のフローチャートに基づいて説明する。
作業機コントローラ１０は、自動掘削モード入力手段５３１から自動掘削スタート信号が入力されたか、すなわち、自動掘削モードが「ＯＮ」に設定されたか否かを判定する（ステップＳ１）。作業機コントローラ１０は、自動掘削モードが「ＯＦＦ」の場合、ステップＳ１で「ＮＯ」と判定する。この場合、作業機コントローラ１０はモニタ４３０にインジケータ指令を出力し、モニタ４３０に自動掘削モードが動作中のインジケータが表示されている場合にはインジケータを消去する（ステップＳ２）。作業機コントローラ１０は、自動掘削モードが「ＯＮ」となるまで、ステップＳ１〜Ｓ２を繰り返す。

作業機コントローラ１０は、自動掘削モードが「ＯＮ」の場合、ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判定し、モニタ４３０にインジケータ指令を出力し、モニタ４３０に自動掘削モードが動作中であることを示すインジケータを表示する（ステップＳ３）。

作業機コントローラ１０は、キックダウン操作またはオートキックダウンにより、トランスミッションコントローラ４８０にキックダウン指令を出力し、トランスミッションの速度段を１段に維持するキックダウンを行う（ステップＳ４）。これにより、ホイールローダ１の車速は低下するが、索引力が上昇する。そして、図７に示すように、ホイールローダ１は、索引力によってバケット３２が水平状態で掘削対象物に貫入し、掘削対象物を掘削する。

作業機コントローラ１０は、キックダウンにより速度段が１速になった場合には、オートリフト開始条件が成立したかを判定する（ステップＳ５）。
ここで、作業機コントローラ１０の作業状態検出手段１１０は、ブームボトム圧センサ４６０から入力されるブームボトム圧が第１閾値以上で、かつ、トランスミッションコントローラ４８０から入力される車速情報が判定値未満であれば、オートリフト開始条件が成立したと判定する。
すなわち、バケット３２が掘削対象物に貫入することで、ホイールローダ１の車速は低下し、判定値未満となる。また、バケット３２内に掘削対象物の土砂等が流れ込むことでブームボトム圧が上昇する。したがって、ブームボトム圧が第１閾値以上であり、かつ、車速が判定値未満であれば、バケット３２が掘削対象物に貫入したことを検出できる。

作業機コントローラ１０は、ステップＳ５で「ＮＯ」と判定すると、ステップＳ５の判定処理を繰り返す。
作業機コントローラ１０は、ステップＳ５で「ＹＥＳ」と判定すると、作業機制御手段１４０から電磁比例制御弁２４〜２７に制御信号を出力し、ブーム３１のリフトを開始し、バケット３２の底面４３Ｇが水平状態を維持するように制御する（ステップＳ６）。

作業機コントローラ１０は、ステップＳ６のブーム上げを開始後、オートリフト終了条件が成立したかを判定する（ステップＳ７）。
ここで、作業機コントローラ１０の作業状態検出手段１１０は、ブームボトム圧が第２閾値以上になった場合、または、ブーム３１のブーム角度が判定値以上になった場合に、
オートリフト終了条件が成立したと判定する。
すなわち、オートリフトは、掘削時にタイヤ７のグリップ力を高めるために行われ、ブーム３１を所定高さまで上昇したことを、ブーム角度が判定値以上となったことで検出すれば終了する。また、ブーム３１が所定高さまで上昇しない場合でも、ブームボトム圧がオートチルト開始条件である第２閾値以上になった場合には、オートリフトを終了する。
作業機コントローラ１０は、ステップＳ７で「ＮＯ」と判定すると、ステップＳ７の判定処理を繰り返す。

作業機コントローラ１０は、ステップＳ７で「ＹＥＳ」と判定すると、作業機制御手段１４０から電磁比例制御弁２４〜２７に制御信号を出力し、ブーム３１のリフト（ブーム上げ）を停止する（ステップＳ８）。

作業機コントローラ１０は、ステップＳ８のブーム上げ停止を行った後、オートチルト開始条件が成立したかを判定する（ステップＳ９）。
ここで、作業機コントローラ１０の作業状態検出手段１１０は、ブームボトム圧が第２閾値以上で、かつ、車速情報が判定値未満であれば、オートチルト開始条件が成立したと判定する。
作業機コントローラ１０は、ステップＳ９で「ＮＯ」と判定すると、ステップＳ９の判定処理を繰り返す。

作業機コントローラ１０は、ステップＳ９で「ＹＥＳ」と判定すると、作業機制御手段１４０から電磁比例制御弁２５に制御信号を出力し、バケット３２のチルトを開始する（ステップＳ１０）。
作業機コントローラ１０は、ステップＳ１０のバケット３２のチルトを開始後、バケットチルト停止条件が成立したかを判定する（ステップＳ１１）。
ここで、作業機コントローラ１０の作業状態検出手段１１０は、バケット３２のチルト開始時点からのブームボトム圧の上昇値が予め設定された判定値以上となった場合、または、車速が判定値以上になった場合にバケットチルト停止条件が成立したと判定する。

作業機コントローラ１０は、ステップＳ１１で「ＮＯ」と判定すると、オートチルト終了条件が成立したかを判定する（ステップＳ１２）。
ここで、作業機コントローラ１０の作業状態検出手段１１０は、チルトエンドが検出された場合、または、ホイールローダ１が後進あるいは中立、すなわち前進状態でなくなった場合に、オートチルト終了条件が成立したと判定する。ここで、チルトエンドは、バケットシリンダ３４が伸び切り、バケット３２がそれ以上チルト動作できなくなった状態である。したがって、チルトエンドは、例えば、バケット角度センサ４５０が検出する。
したがって、オートチルト動作を継続している場合（ステップＳ１１でＮＯ）に、チルトエンドが検出されると、ステップＳ１２で「ＹＥＳ」と判定され、作業機コントローラ１０は、自動掘削モードによる制御を終了する。
この際、作業機コントローラ１０は、モニタ４３０のインジケータ５３５や、ブザー５３６によって、オペレータに自動掘削モードが終了したことを通知する。
作業機コントローラ１０は、ステップＳ１２で「ＮＯ」と判定した場合は、ステップＳ１１の判定処理に戻る。

作業機コントローラ１０は、ステップＳ１１で「ＹＥＳ」と判定すると、バケット３２のチルトを停止する（ステップＳ１３）。
作業機コントローラ１０は、ステップＳ１３のバケットチルト停止を行った後、オートチルト終了条件が成立したかを判定する（ステップＳ１４）。
作業機コントローラ１０は、ステップＳ１４で「ＮＯ」と判定すると、ステップＳ９のオートチルト開始条件が成立したかの判定処理に戻り、制御を継続する。このため、再度、オートチルト開始条件が成立してステップＳ９で「ＹＥＳ」と判定された場合には、作業機コントローラ１０は、ステップＳ１０〜Ｓ１４の処理を繰り返す。このため、通常は、チルト動作は２〜３回程度行われる。
作業機コントローラ１０は、ステップＳ１４で「ＹＥＳ」と判定すると、ステップＳ１２で「ＹＥＳ」と判定した場合と同じく自動掘削モードによる制御を終了する。

［ブームボトム圧と貫入距離］
図９は、傾斜部４４の傾斜角度θが６°のバケット３２を用いた場合のブームボトム圧と貫入距離との実測値を、傾斜角度θが０°つまり傾斜部を備えていないバケットを用いた場合の実測値と比較したグラフである。ここで、バケット３２の種類はＡ５０であり、第１閾値Ｔ１１が１６ＭＰａ、第２閾値Ｔ２１が２７ＭＰａである。
図９のグラフから分かるように、傾斜部４４を備えたバケット３２を用いると、ブームボトム圧の上昇割合が増加し、オートリフトの開始条件である第１閾値Ｔ１１をブームボトム圧が超えるタイミング（貫入距離Ｌ１）が、本実施形態のバケット３２を用いたほうが傾斜部を備えないバケットを用いる場合（貫入距離Ｌ２）よりも早い。すなわち、本実施形態では、貫入距離Ｌ１が１５００ｍｍに到達する前に、オートリフト開始条件になる。
傾斜部４４を備えていないバケットを用いた場合に、同じ貫入距離Ｌ１でオートリフト開始条件に該当するには、第１閾値Ｔ０１を約１２ＭＰａに設定しなければならない。
したがって、傾斜部を備えていないバケットを用いた場合、オートリフト開始条件を低い閾値Ｔ０１に設定すると、グレーディング作業と区別できない可能性がある。一方、高い閾値Ｔ１１に設定すると、オートリフト開始条件になるのが遅れて、貫入距離Ｌ２が長くなり、ホイールローダ１が走行を停止してから制御開始となる可能性があり、制御効率が低下する。

また、オートチルトの開始条件である第２閾値Ｔ２１をブームボトム圧が超えるタイミング（貫入距離）も、本実施形態のバケット３２を用いたほうが、傾斜部を備えないバケットを用いる場合よりも早いタイミングでオートチルト動作を開始できる。

［実施形態の効果］
以上に説明した本実施形態によれば、バケット３２に傾斜部４４を形成したため、バケット３２を土砂等の掘削対象物に貫入した際に、掘削対象物からバケット３２を介してブーム３１に加わる水平方向の反力を大きくでき、ブームシリンダ３６のブームボトム圧の上昇割合を大きくできる。このため、第１閾値をグレーディング作業と区別できるように高い値に設定できる。
また、傾斜部を備えないバケットを用いた場合に比べて、ブームボトム圧が第１閾値や第２閾値を超えるまでの距離が短くなり、作業機コントローラ１０によるブーム３１のオートリフト動作や、バケット３２のオートチルト動作を早いタイミングで開始できる。このため、自動制御によるリフト動作やチルト動作を、掘削対象物へのバケット３２の貫入距離が最適な距離になったタイミングで実行しやすくなり、自動掘削制御時の作業効率を向上できる。
特に、前記第１閾値、第２閾値を傾斜部４４の傾斜角度θに応じて設定しているので、傾斜角度θによってブームボトム圧の変化割合が変わっても、その変化割合に応じて最適なタイミングでリフト動作やチルト動作を実行でき、自動掘削制御時の作業効率を向上できる。

また、バケット３２に傾斜部４４を備えていれば、前記水平方向の反力が大きくなるため、ホイールローダ１の速度も低速になり、オペレータは操作タイミングを取りやすくなり、操作性も向上できる。この点でも、自動掘削制御時の作業効率を向上できる。

バケット３２の曲面部４５を形成するバケット半径として、従来よりも大きいものが採用され、その曲面部４５よりもバケット間口側に傾斜部４４が設けられているため、すくい込み作業時や掘削作業時には、バケット３２を突入させるに従って、図３中に２点鎖線および２点鎖線矢印Ｃで示すように、バケット３２内に押し込まれて傾斜部４４から曲面部４５に至る掘削対象物をさらに滑らせて、当該曲面部４５をせり上がるようにバケット奥側で巻き上げることができる。このため、さらなる掘削対象物が押し込まれても、その押込が阻害されるのを抑制できる。

また、バケット奥側に位置する曲面部４５は、その前側に傾斜部４４を設けることで上方に位置することになるから、大きなバケット半径Ｒを採用したにもかかわらず、バケット下部側でのバケット容量が犠牲になるのであるが、本実施形態では、その分を第２、第３直線部４６，４８および折曲部４７で形成される膨出部５６、すなわちバケット３２の上部側で補うことができる。従って、大きなバケット半径Ｒを採用して膨出部５６を形成することで、２点鎖線矢印Ｄで示すように、バケット間口の上部側からバケット内への掘削対象物の流れ込みをも促進できる。

これらのことから、大きなバケット半径Ｒによってバケット容量を増やすのではなく、掘削対象物をバケット奥側に押し込みやすくすることで、本来有するバケット容量を確実に活かし、作業量を十分に確保できるという効果がある。

さらに、バケット間口側に第１直線部４３を設けることにより、すくい込み作業あるいは掘削作業時にバケット３２を突入させた際、バケット３２を水平に真っ直ぐ突入させることができ、安定した作業を実現できるという効果もある。

そして、本実施形態のバケット３２は、傾斜部４４を滑り落ちたり、転がり落ちたりしにくく、スムーズに曲面部４５に押し込まれるような粒径の掘削対象物、例えば、粒径４０mm程度に破砕された掘削対象物に好適に用いることができる。
また、掘削対象物の粒径が大きくなると、掘削対象物がバケット３２内で押し込まれにくくなり、ホイールローダ１での突入が妨げられるが、バケット３２に傾斜部４４が設けられていることで、バケット３２に下向きの力が発生するため、ホイールローダ１の前輪に荷重がかかって牽引力が上がり、作業をより容易にできる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、バケット３２の傾斜部４４の傾斜角度θは６°に限定されない。ただし、傾斜角度θは４°以上、８°以下が好ましい。図１０では、傾斜部４４の傾斜角度θが８°の場合のブームボトム圧の予測値を点線で示し、４°の場合の予測値を二点鎖線で示す。
したがって、傾斜部４４の傾斜角度θが４°未満の場合には、傾斜部が無い場合（傾斜角度θが０°の場合）と同様に、オートリフトやオートチルトの制御開始が遅くなり、ホイールローダ１の走行が停止してからの制御となる可能性が高く、制御効率が低下する。
一方、傾斜部４４の傾斜角度θが８°より大きい場合には、傾斜部４４による負荷が高くなり、ブームボトム圧の上昇割合が増加して、十分な貫入状態ではないタイミングで制御を開始してしまう可能性がある。したがって、傾斜部４４の傾斜角度は４°以上、８°以下が好ましい。

また、前記実施形態の作業機コントローラ１０は、ブームボトム圧に基づいてオートリフトやオートチルトの制御開始を判断していたが、バケット３２を掘削対象物に貫入した際にホイールローダ１に加わる水平方向反力を水平方向反力検出装置で検出し、この水平方向反力を、傾斜部４４の傾斜角度θに応じて設定される閾値と比較して、制御開始を判断してもよい。
ここで、水平方向反力検出装置としては、車速を検出する車速センサ５００を用いてもよいし、減速度（加速度）を検出するものでもよいし、速度比（車速／エンジン回転数）を検出するものでもよい。さらには、アクセル開度と車速との関係や、牽引力（トルクコンバータのストール比）などを用いてもよい。要するに、バケット３２を掘削対象物に貫入した際の貫入抵抗つまり水平方向反力を検出するものであれば利用できる。

例えば、図１１に示すように、傾斜部４４を有するバケット３２は、バケット３２を掘削対象物に貫入した際の水平方向反力が大きくなる。そのため、車速の低下割合が、傾斜部を備えないバケットを用いた場合に比べて大きくなる。このため、例えば、車速が５ｋｍ／ｈを第１閾値に設定した場合、バケット３２を用いたホイールローダ１の車速が第１閾値以下に低下する貫入距離Ｌ３は、傾斜部を備えないバケットを用いた場合の貫入距離Ｌ４よりも短くなり、早いタイミングでオートリフトやオートチルトの制御を開始できる。

また、図１２に示すように、傾斜部４４を有するバケット３２は、傾斜部を備えないバケットに対して、減速度（加速度）が早く変化する。このため、例えば、減速度が１０ｍ／ｓ^２を第１閾値に設定した場合、バケット３２を用いたホイールローダ１の減速度が第１閾値以上に高まる貫入距離Ｌ５は、傾斜部を備えないバケットを用いた場合の貫入距離Ｌ６よりも短くなり、早いタイミングでオートリフトやオートチルトの制御を開始できる。

さらに、図１３に示すように、傾斜部４４を有するバケット３２は、傾斜部を備えないバケットに対して、速度比（車速／エンジン回転数）が早く変化する。このため、例えば、速度比が２．８を第１閾値に設定した場合、バケット３２を用いたホイールローダ１の速度比が第１閾値以下に低下する貫入距離Ｌ７は、傾斜部を備えないバケットを用いた場合の貫入距離Ｌ８よりも短くなり、早いタイミングでオートリフトやオートチルトの制御を開始できる。

また、前記実施形態では、第１直線部４３は、下部前端縁４３Ｆを有する板状取付部４３１とその後側に連続する板状底部４３２とで構成されていたが、図１４に示すように、板状底部４３２に相当する部分を含んで、第１直線部４３全体を同一の厚板鋼板からなる板状取付部４３３のみによって構成してもよい。さらに、バケット３２としては、平刃のものに限定されず、山刃を用いたものでもよい。

前記実施形態では、傾斜部４４が平坦面にて形成されていたが、平坦面に近い曲面にて形成されている場合でも、本発明に含まれる。

本発明は、ホイールローダに利用できる他、バックホーローダやスキッドステアローダ等にも利用することができる。

１…ホイールローダ（作業車両）、２…車両本体（車体）、３…作業機、１０…作業機コントローラ、２２…バケット操作弁、２３…ブーム操作弁、２４〜２７…電磁比例制御弁、３１…ブーム、３２…バケット、３４…バケットシリンダ、３２１…底板部、３６…ブームシリンダ、４１…主板部、４３…第１直線部、４３Ｇ…底面、４４…傾斜部、１１０…作業状態検出手段、１２０…閾値設定手段、１４０…作業機制御手段、１５０…記憶手段、４３０…モニタ、４６０…ブームボトム圧センサ（ブームボトム圧検出装置）、５００…車速センサ、５３１…自動掘削モード入力手段、５３２…バケット設定手段、θ…傾斜角度。

Claims (7)

1. 車体と、
   前記車体に支持されて回動するブームと、
   前記ブームに支持されるとともにベルクランクを介して回動するバケットと、
   前記ブームを回動させ、ブーム用油圧シリンダを有するブーム駆動部と、
   前記ベルクランクを介して前記バケットを回動させるバケット駆動部と、
   前記ブーム用油圧シリンダのボトム圧を検出するブームボトム圧検出装置と、
   前記ブームのリフト動作または前記バケットのチルト動作の少なくとも一方を制御する制御装置とを備え、
   前記バケットは底板部を有し、
   前記底板部は、底面を地面に対して水平に配置した際に、前記バケット奥側に向かって上向に傾斜した傾斜部を有し、
   前記制御装置は、前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度に応じて設定される閾値と前記ボトム圧とを比較して、前記リフト動作または前記チルト動作を制御することを特徴とするホイールローダ。
2. 請求項１に記載のホイールローダにおいて、
   前記底板部は、前記傾斜部の前端側に連続して延出した直線部を有することを特徴とするホイールローダ。
3. 請求項１または請求項２に記載のホイールローダにおいて、
   前記傾斜角度は４度以上、８度以下であることを特徴とするホイールローダ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のホイールローダにおいて、
   前記制御装置は、
   前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度に応じて設定される第１閾値と前記ボトム圧とを比較して前記ブームのリフト動作を制御し、
   前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度に応じて設定される第２閾値と前記ボトム圧とを比較して前記バケットのチルト動作を制御することを特徴とするホイールローダ。
5. 請求項４に記載のホイールローダにおいて、
   前記第２閾値は、前記第１閾値より大きな値に設定されることを特徴とするホイールローダ。
6. 車体と、
   前記車体に支持されて回動するブームと、
   前記ブームに支持されるとともにベルクランクを介して回動するバケットと、
   前記ブームを回動させるブーム駆動部と、
   前記ベルクランクを介して前記バケットを回動させるバケット駆動部と、
   前記バケットに積み込む対象物に対してバケットを貫入した際の水平方向反力を検出する水平方向反力検出装置と、
   前記ブームのリフト動作または前記バケットのチルト動作を少なくとも一方を制御する制御装置とを備え、
   前記バケットは底板部を有し、
   前記底板部は、底面を地面に対して水平に配置した際に、前記バケット奥側に向かって上向に傾斜した傾斜部を有し、
   前記制御装置は、前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度に応じて設定される閾値と前記水平方向反力とを比較して、前記リフト動作または前記チルト動作を制御することを特徴とするホイールローダ。
7. 請求項１または請求項６に記載のホイールローダにおいて、
   前記閾値は、前記傾斜部の前記底面に対する傾斜角度が大きくなるにしたがって高い値に設定されることを特徴とするホイールローダ。

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