WO2020202651A1 - ホイールローダ - Google Patents

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WO2020202651A1
WO2020202651A1 PCT/JP2019/048982 JP2019048982W WO2020202651A1 WO 2020202651 A1 WO2020202651 A1 WO 2020202651A1 JP 2019048982 W JP2019048982 W JP 2019048982W WO 2020202651 A1 WO2020202651 A1 WO 2020202651A1
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WO
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bucket
vehicle body
change rate
state
time change
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/048982
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English (en)
French (fr)
Inventor
和之 伊藤
義和 瓜本
Original Assignee
日立建機株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to EP19922827.1A priority patent/EP3828349B1/en
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/439Automatic repositioning of the implement, e.g. automatic dumping, auto-return
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2285Pilot-operated systems
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/283Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a single arm pivoted directly on the chassis
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/24Safety devices, e.g. for preventing overload
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    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/264Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/267Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • E02F9/268Diagnosing or detecting failure of vehicles with failure correction follow-up actions

Definitions

  • the present invention relates to a wheel loader that excavates earth and sand, minerals, etc. and loads them onto a dump truck or the like.
  • the stability of the vehicle body is ensured by detecting that the vehicle body is in a state of tilting or falling.
  • a predetermined threshold value is determined according to the inclination angle of the hydraulic excavator, the turning position of the hydraulic excavator, and the posture of the excavation attachment, and the change of the inclination angle of the hydraulic excavator with respect to the horizontal plane ( When the tilt angular velocity) is equal to or higher than a predetermined threshold value, the fall prevention device for issuing a warning to the operator that a sign of the fall of the vehicle body has appeared is provided to prevent the vehicle body from tipping over.
  • a predetermined threshold value as a criterion for determining the rear wheel floating is the inclination angle of the vehicle body and the bucket. It will be decided according to the posture.
  • the inclination angle of the vehicle body and the bucket are the same as in the rear wheel floating work. Postural conditions may appear to be the same. Therefore, when the wheel loader travels on a slope, an erroneous determination of rear wheel floating is likely to occur.
  • an object of the present invention is to provide a wheel loader capable of reducing erroneous determination of rear wheel floating.
  • the present invention comprises a vehicle body composed of a vehicle body front portion and a vehicle body rear portion, front wheels provided on the vehicle body front portion, rear wheels provided on the vehicle body rear portion, and the vehicle body front portion.
  • a wheel loader including a work machine having a bucket attached to a portion and used for excavation work, an operation state sensor for detecting the operation state of the bucket, an inclination state sensor for detecting the inclination state of the vehicle body, and the above-mentioned
  • a controller for determining a state in which the rear wheel floats upward due to the excavation reaction force of the work machine is provided, and the controller has a time change rate of the operating state of the bucket detected by the operating state sensor.
  • the first time change rate which is the time change rate of the operating state of the bucket required for the tilting operation of the bucket in the excavation work, and the time change of the tilted state of the vehicle body detected by the tilting state sensor.
  • the rate is the second time change rate, which is the time change rate of the tilted state of the vehicle body diagonally upward with respect to the front portion of the vehicle body at the rear portion of the vehicle body, the operating state of the bucket and the tilted state of the vehicle body. It is characterized in that the state of the rear wheel floating is determined by turning on the correlation flag indicating the correlation.
  • It is a hydraulic circuit diagram concerning the drive of a work machine. It is explanatory drawing explaining the rear wheel floating work of a wheel loader. It is explanatory drawing explaining how to take a code which concerns on the operation direction of a bucket. It is explanatory drawing explaining how to take the code which concerns on the inclination direction of a vehicle body.
  • It is a functional block diagram which shows the function which a controller has.
  • It is a flowchart which shows the flow of processing executed by the controller which concerns on modification 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows the flow of the process executed by the controller which concerns on modification 2. It is a flowchart which shows the flow of the process executed by the controller which concerns on modification 3. It is a flowchart which shows the flow of the process executed by the controller which concerns on modification 4.
  • FIG. 1 is a side view showing the appearance of the wheel loader 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the wheel loader 1 is an articulated work vehicle that is steered by bending the vehicle body near the center. Specifically, the front frame 1A which is the front part of the vehicle body and the rear frame 1B which is the rear part of the vehicle body are rotatably connected in the left-right direction by the center joint 10, and the front frame 1A is connected to the rear frame 1B. Bend in the left-right direction.
  • the front frame 1A is provided with a pair of left and right front wheels 11A
  • the rear frame 1B is provided with a pair of left and right rear wheels 11B
  • the entire vehicle body is provided with four wheels.
  • FIG. 1 shows only the left front wheel 11A and the left rear wheel 11B.
  • the wheel loader 1 performs cargo handling work such as excavating earth and sand, minerals, etc. using a work machine 2 attached to the front frame 1A in an open pit mine or the like and loading them on a dump truck or the like.
  • the work machine 2 includes a lift arm 21 attached to the front frame 1A, two lift arm cylinders 22 that rotate the lift arm 21 in the vertical direction with respect to the front frame 1A by expanding and contracting, and a tip of the lift arm 21.
  • the bucket 23 attached to the portion, the bucket cylinder 24 that rotates the bucket 23 in the vertical direction with respect to the lift arm 21 by expanding and contracting, and the bucket 23 and the bucket cylinder 24 that are rotatably connected to the lift arm 21. It has a bell crank 25 that constitutes a link mechanism with the above, and a plurality of pipes (not shown) that guide pressure oil to the two lift arm cylinders 22 and the bucket cylinder 24.
  • Each of the two lift arm cylinders 22 and the bucket cylinder 24 is an aspect of a hydraulic cylinder that drives the work machine 2.
  • FIG. 1 of the two lift arm cylinders 22 arranged in the left-right direction of the vehicle body, only the lift arm cylinder 22 arranged on the left side is shown by a broken line.
  • the lift arm 21 rotates upward when the rods 220 of each of the two lift arm cylinders 22 extend, and rotates downward when the rods 220 of each of the two lift arm cylinders 22 contract.
  • the bucket 23 tilts (rotates upward with respect to the lift arm 21) when the rod 240 of the bucket cylinder 24 extends, and dumps (downward with respect to the lift arm 21) when the rod 240 of the bucket cylinder 24 contracts. (Rotate to).
  • the bucket 23 can be replaced with various attachments such as blades, and in addition to the excavation work using the bucket 23, various work such as soil pushing work and snow removal work can also be performed.
  • a driver's cab 12 on which the operator is boarded a driver's cab 12 on which the operator is boarded, a machine room 13 for accommodating various devices necessary for driving the wheel loader 1 inside, and a working machine 2 so as not to tilt the vehicle body.
  • a counter weight 14 for maintaining balance is provided.
  • the driver's cab 12 is arranged at the front
  • the counterweight 14 is arranged at the rear
  • the machine room 13 is arranged between the driver's cab 12 and the counterweight 14.
  • FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram relating to the drive of the work machine 2.
  • the wheel loader 1 is provided with a hydraulic circuit 3 for a working machine for driving the working machine 2.
  • the hydraulic pump 31 driven by the engine 30, the lift arm cylinder 22, the bucket cylinder 24, and discharged from the hydraulic pump 31 flow into the lift arm cylinder 22 and the bucket cylinder 24, respectively.
  • a control valve 32 for controlling the flow (direction and flow rate) of the hydraulic oil and a hydraulic oil tank 33 for storing the hydraulic oil are provided. Note that FIG. 2 shows only one of the two lift arm cylinders 22 for simplification of the configuration.
  • the hydraulic pump 31 supplies the hydraulic oil sucked from the hydraulic oil tank 33 to each of the lift arm cylinder 22 and the bucket cylinder 24.
  • the hydraulic pump 31 is a fixed-capacity hydraulic pump, but is not limited to this, and may be a variable-capacity hydraulic pump.
  • the discharge pressure of the hydraulic pump 31 is detected by the discharge pressure sensor 41 on the discharge pipe line 301 connected to the discharge side of the hydraulic pump 31.
  • the discharge pressure detected by the discharge pressure sensor 41 varies depending on the operating state of the work machine 2.
  • the control valve 32 is provided between the hydraulic pump 31, the lift arm cylinder 22, and the bucket cylinder 24. Specifically, the control valve 32 is connected to the hydraulic pump 31 by the discharge pipe line 301, the lift arm cylinder 22 by the pair of lift arm side connection pipe lines 302A and 302B, and the bucket by the pair of bucket side connection pipe lines 303A and 303B. Each is connected to the cylinder 24. Further, the control valve 32 is connected to the hydraulic oil tank 33 by the discharge pipe line 304.
  • the lift arm cylinder 22 is driven based on the operation of the lift arm operating lever 21A as a lift arm operating device for operating the lift arm 21.
  • the bucket cylinder 24 is driven based on the operation of the bucket operating lever 23A as a bucket operating device for operating the bucket 23.
  • the lift arm operating lever 21A and the bucket operating lever 23A are hydraulic pilot type operating levers, respectively, and are provided in the cab 12 (see FIG. 1).
  • a pilot pressure proportional to the operation amount is generated as an operation signal.
  • the generated pilot pressure is guided by the pair of pilot pipelines 305L and 305R and acts on the left and right pressure receiving chambers of the control valve 32, and the internal spool of the control valve 32 strokes according to the pilot pressure.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 31 flows into the lift arm cylinder 22 according to the direction and flow rate corresponding to the operation of the lift arm operating lever 21A.
  • the pilot pressure proportional to the amount of operation is guided to the pair of pilot pipelines 306L and 306R and acts on the left and right pressure receiving chambers of the control valve 32, so that the control valve 32 The internal spool strokes according to the pilot pressure.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 31 flows into the bucket cylinder 24 according to the direction and flow rate corresponding to the operation of the bucket operating lever 23A.
  • the bucket 23 is thrust into the excavation object and then tilted.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 31 and passing through the discharge pipe line 301 is guided to one bucket side connection line line 303B via the control valve 32, and the bucket. It flows into the bottom chamber 24B of the cylinder 24.
  • the hydraulic oil in the rod chamber 24A of the bucket cylinder 24 flows out to the other bucket side connecting pipe line 303A, is guided to the discharge pipe line 304 via the control valve 32, and is discharged to the hydraulic oil tank 33. ..
  • the rod 240 of the bucket cylinder 24 is extended and the bucket 23 is tilted.
  • the pilot pressure sensor 42 as the operation amount sensor for detecting the operation amount of the bucket operation lever 23A is provided on the pair of pilot pipelines 306L and 306R.
  • the pilot pressure sensor 42 is also an aspect of an operating state sensor that detects the operating state of the bucket 23.
  • the bucket operating lever 23A is a hydraulic pilot type operating lever
  • the pilot pressure sensor 42 detects the operating amount of the bucket operating lever 23A, but the bucket operating lever 23A is an electric operating lever.
  • a lever may be used, and in that case, the operation amount of the bucket operation lever 23A can be detected from the current value output from the bucket operation lever 23A.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the rear wheel floating work of the wheel loader 1.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating how to take a code related to the operation direction of the bucket 23.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating how to take a reference numeral related to the inclination direction of the vehicle body.
  • the rear wheel 11B floats upward due to the reaction force of the excavation force (driving force for tilting) of the bucket 23. There is.
  • the wheel loader 1 first thrusts the bucket 23 into the ground X formed of earth and sand, minerals, etc., which are the objects to be excavated.
  • the wheel loader 1 tilts the bucket 23 in a state of being thrust into the ground X.
  • the excavation force of the bucket 23 is increased in accordance with the hardness and weight of the ground X.
  • the rear wheel 11B is separated from the ground Y by the excavation reaction force of the bucket 23.
  • the reaction force also increases according to the excavation force of the bucket 23, and as shown in FIG. 3C, the rear wheel 11B rises above the ground Y and the front side of the vehicle body.
  • the rear side (rear part of the vehicle body) is inclined diagonally upward with respect to the (front part of the vehicle body).
  • FIG. 3C shows a state in which not only the rear wheels 11B but also the front wheels 11A are lifted from the ground Y, but in the rear wheel floating, at least the rear wheels 11B are lifted upward by the excavation reaction force of the bucket 23. Point to that. Therefore, the states of FIGS. 3 (b) and 3 (c) are rear wheel floating states. Excavation by the wheel loader 1 in such a state where the rear wheels are floating is called "rear wheel floating work".
  • the rear wheel floating work is performed in a state where the vehicle body is unstable, and when the rear wheel 11B that has floated above the ground Y returns to its original position, the rear wheel 11B collides with the ground Y, so that the vehicle body is affected. A large impact may be applied, which may adversely affect the life of the vehicle body. Therefore, in the wheel loader 1, the state of the rear wheel floating is accurately determined by the controller 5 (see FIG. 6) described later.
  • the rear wheel float is a state in which the bucket 23 is operating upward and the rear side of the vehicle body is inclined diagonally upward with respect to the front side.
  • the rear end portion of the vehicle body is based on the state where the vehicle body is installed on a flat surface (zero).
  • the front end is inclined upward with respect to the center, that is, when the front of the vehicle is inclined diagonally upward with respect to the rear of the vehicle, the positive direction is obtained, and the front end is downward with the rear end of the vehicle as the center.
  • the negative direction is when the vehicle is tilted, that is, when the rear portion of the vehicle body is tilted diagonally upward with respect to the front portion of the vehicle body.
  • the operating direction of the bucket 23 is in the positive direction
  • the tilting direction of the vehicle body is in the negative direction
  • the operating direction of the bucket 23 and the tilting direction of the vehicle body are opposite in sign.
  • the method of taking a code between the operating direction of the bucket 23 and the tilting direction of the vehicle body is not limited to that shown in FIGS. 4 and 5.
  • the operating state of the bucket 23 is detected by the bucket IMU43 as a bucket angle sensor that detects the operating angle ⁇ of the bucket 23 (hereinafter, simply referred to as “bucket operating angle ⁇ ”). That is, the bucket IMU 43 is one aspect of the operation state sensor that detects the operation state of the bucket 23.
  • the bucket IMU43 is an inertial measurement unit (Inertial Measurement Unit) that obtains a three-dimensional angular velocity and acceleration using a three-axis gyro and a three-direction accelerometer, and the bucket operating angle ⁇ is based on the angular velocity and acceleration of the bucket 23.
  • the bucket angle sensor a mechanical angle sensor that directly measures the bucket operating angle ⁇ may be used.
  • the operating state sensor is not limited to the bucket angle sensor such as the bucket IMU43 and the pilot pressure sensor 42 described above, but also a sensor for detecting the cylinder length of the bucket cylinder 24 (expansion and contraction length of the rod 240) and the bucket cylinder 24. It may be a sensor or the like that detects the applied pressure, or a combination of these sensors may be used to detect the operating state of the bucket 23.
  • the bucket operating angle ⁇ detected by the bucket IMU43 is a positive value
  • the bucket operating angle ⁇ detected by the bucket IMU43 is a negative value. ..
  • the tilted state of the vehicle body with respect to the horizontal direction is the IMU angular velocity and IMU acceleration detected by the vehicle body IMU44 as the tilt angle ⁇ of the vehicle body with respect to the horizontal direction (hereinafter, simply referred to as “vehicle body tilt angle ⁇ ”).
  • vehicle body tilt angle ⁇ Based on the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 45, it is estimated at any time by the controller 5 described later. That is, the vehicle body IMU 44 and the vehicle speed sensor 45 are inclination angle sensors that detect the vehicle body inclination angle ⁇ , and are one aspect of the inclination state sensor that detects the inclination state of the vehicle body with respect to the horizontal direction.
  • the vehicle body IMU44 is an inertial measurement unit (Inertial Measurement Unit) like the bucket IMU43.
  • the vehicle speed sensor 45 detects the vehicle speed V by measuring the rotation speeds of the wheels 11A and 11B.
  • the tilt state sensor does not necessarily have to be a tilt angle sensor using the vehicle body IMU44 and the vehicle speed sensor 45.
  • the tilt state sensor tilts the vehicle body with respect to the horizontal direction based on the load (pressure) applied to the front wheels 11A and the rear wheels 11B. The condition may be detected.
  • the vehicle body tilt angle ⁇ estimated based on the vehicle body IMU 44 and the vehicle speed sensor 45 is a positive value
  • the rear side of the vehicle body is tilted diagonally with respect to the horizontal direction.
  • the vehicle body tilt angle ⁇ estimated based on the vehicle body IMU 44 and the vehicle speed sensor 45 is a negative value.
  • FIG. 6 is a functional block diagram showing the functions of the controller 5.
  • the controller 5 is configured by connecting the CPU, RAM, ROM, HDD, input I / F, and output I / F to each other via a bus. Then, various sensors such as a discharge pressure sensor 41, a pilot pressure sensor 42, a bucket IMU 43, a vehicle body IMU 44, and a vehicle speed sensor 45 for detecting vehicle speed are connected to the input I / F and are connected to the cab 12 (see FIG. 1).
  • the provided monitor 12A or the like is connected to the output I / F.
  • the monitor 12A is an aspect of a notification device for notifying the operator of the state of rear wheel floating determined by the controller 5.
  • the CPU reads the arithmetic program (software) stored in a recording medium such as a ROM, HDD, or optical disk, expands it on the RAM, and executes the expanded arithmetic program to perform arithmetic.
  • arithmetic program software stored in a recording medium such as a ROM, HDD, or optical disk
  • the program and hardware work together to realize the functions of the controller 5.
  • the controller 5 is described as a computer configured by a combination of software and hardware, but the present invention is not limited to this, and for example, as an example of the configuration of another computer, the wheel loader 1 side.
  • An integrated circuit that realizes the function of the arithmetic program to be executed may be used.
  • the controller 5 includes a data acquisition unit 50, a vehicle body tilt angle estimation unit 51, a rate of change calculation unit 52, a correlation determination unit 53, a rear wheel float determination unit 54, a signal output unit 55, and a count unit 56.
  • the storage unit 57 and the like are included.
  • the data acquisition unit 50 acquires data on the bucket operating angle ⁇ detected by the bucket IMU 43, the IMU angular velocity and IMU acceleration detected by the vehicle body IMU 44, and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 45, respectively.
  • the vehicle body tilt angle estimation unit 51 estimates the vehicle body tilt angle ⁇ at any time based on the IMU angular velocity, IMU acceleration, and vehicle speed V acquired by the data acquisition unit 50.
  • the change rate calculation unit 52 calculates the time change rate ⁇ of the bucket operation angle based on the bucket operation angle ⁇ acquired by the data acquisition unit 50, and is based on the vehicle body inclination angle ⁇ estimated by the vehicle body inclination angle estimation unit 51. The time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is calculated.
  • the correlation determination unit 53 determines whether or not the time change rate ⁇ of the bucket operation angle calculated by the change rate calculation unit 52 is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th.
  • This "first rate of change threshold value ⁇ th" is the rate of time change of the tilt angle of the bucket 23 required at the start of the excavation work.
  • the first rate of change threshold ⁇ th is a positive value ( ⁇ th> 0).
  • the correlation determination unit 53 determines whether or not the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle calculated by the change rate calculation unit 52 is equal to or less than the second change rate threshold value ⁇ th.
  • This "second rate of change threshold ⁇ th" is the time change rate of the vehicle body tilt angle required at the start of tilting diagonally upward with respect to the vehicle body front portion of the vehicle body rear portion.
  • the second rate of change threshold ⁇ th is a negative value ( ⁇ th ⁇ 0). That is, the sign (minus) of the second rate of change threshold ⁇ th is different from the sign (plus) of the first rate of change threshold ⁇ th.
  • the correlation determination unit 53 sets a correlation flag indicating the correlation between the operating state of the bucket 23 and the tilting state of the vehicle body according to the determination results of the time change rate ⁇ of the bucket operating angle and the time changing rate ⁇ of the vehicle body tilt angle. Turn on or off.
  • the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th), and the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is the second change rate.
  • the time change rate ⁇ of the bucket operation angle calculated by the change rate calculation unit 52 becomes the time change rate (first time change rate) of the bucket operation angle required for the tilt operation of the bucket 23 in the excavation work, and changes.
  • the case where the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is equal to or higher than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th) corresponds to the first time change rate. It will be. Since the rear part of the vehicle body is inclined diagonally upward with respect to the front part of the vehicle body, the time change rate ⁇ of the vehicle body inclination angle may be equal to or less than the second change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th). It corresponds to the second time change rate.
  • the tilt direction of the bucket 23 is set to the minus direction and the rear part of the vehicle body.
  • the direction of inclination diagonally upward with respect to the front part of the vehicle body is the positive direction
  • the case where the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is equal to or less than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th) corresponds to the first time change rate. Therefore, the case where the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is equal to or higher than the second change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th) corresponds to the second time change rate.
  • the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ).
  • ⁇ th the first time change rate
  • the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle becomes the second change rate threshold ⁇ th or more ( ⁇ ⁇ ⁇ th)
  • the magnitude relationship between the time change rate ⁇ of the bucket operating angle and the first change rate threshold value ⁇ th and the magnitude relationship between the time change rate ⁇ of the bucket operating angle and the first change rate threshold value ⁇ th depend on how the bucket 23 is tilted and the rear portion of the vehicle body is inclined diagonally upward with respect to the front portion of the vehicle body. Since the magnitude relationship between the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle and the second change rate threshold ⁇ th changes, the relationship is not limited to the magnitude relationship shown in the present embodiment.
  • the condition indicating the rear wheel floating is satisfied in the work other than the rear wheel floating work, for example, when the wheel loader 1 approaches the downhill and the bucket 23 is tilted at the same time, the rear wheel floating is erroneous. Judgment can be prevented.
  • the rear wheel floating determination unit 54 is used in the correlation determination unit 53 to float the rear wheels last time.
  • the "tilting angle threshold value ⁇ th" is a vehicle body tilt angle required at the start of tilting diagonally upward with respect to the vehicle body front portion of the vehicle body rear portion, and is a negative value in the present embodiment.
  • the signal output unit 55 When the rear wheel floating determination unit 54 determines the rear wheel floating state, the signal output unit 55 outputs a command signal for notifying the rear wheel floating state to the monitor 12A. By notifying the operator by the monitor 12A that the wheel loader 1 is in the rear wheel floating state, it is possible to call attention to stop the rear wheel floating work.
  • the counting unit 56 counts the number of times the rear wheel floating state is determined by the rear wheel floating determination unit 54 and causes the storage unit 57 to record the number of determinations. In this way, by leaving a log of the number of times the rear wheel floating state is determined in the controller 5, it is possible to manage the wheel loader 1 so that it is used appropriately.
  • the storage unit 57 is a memory, and the first change rate threshold value ⁇ th, the second change rate threshold value ⁇ th, the predetermined set time T, and the inclination angle threshold value ⁇ th are stored in this memory, respectively.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing executed by the controller 5.
  • the vehicle body tilt angle estimation unit 51 estimates the vehicle body tilt angle ⁇ at any time based on the IMU angular velocity, IMU acceleration, and vehicle speed V acquired by the data acquisition unit 50 (step S500).
  • the data acquisition unit 50 acquires the bucket operating angle ⁇ detected by the bucket IMU43 (step S501).
  • the change rate calculation unit 52 calculates the time change rate ⁇ of the bucket operation angle based on the bucket operation angle ⁇ acquired in step S501, and the vehicle body tilt angle ⁇ estimated in step S500.
  • the time change rate ⁇ of the tilt angle is calculated (step S502).
  • the correlation determination unit 53 determines that the time change rate ⁇ of the bucket operating angle calculated in step S502 is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th, and the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle calculated in step S502. Is not more than or equal to the second rate of change threshold ⁇ th (step S503).
  • step S503 the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th), and the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is equal to or less than the second change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ).
  • step S503 the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is less than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ th), and the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is larger than the second change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ > ⁇ th).
  • step S508 the signal output unit 55 outputs a command signal for notifying the rear wheel floating state to the monitor 12A (step S508).
  • the counting unit 56 counts the number of determinations of the rear wheel floating state and stores it in the storage unit 57 (step S509).
  • the controller 5 returns to step S501 and repeats the process.
  • step S509 may be executed first, or steps S508 and S509 may be executed at the same time.
  • the controller 5 determines the rear wheel floating state based on the time change rate of the operating state of the bucket 23 and the time change rate of the tilted state of the vehicle body, the operating state of the bucket 23 and the vehicle body The rear wheel floating state can be determined more accurately than the case where the rear wheel floating state is determined based on the inclined state.
  • the bucket operating angle ⁇ is equal to or greater than the tilt angle threshold ⁇ th required at the start of excavation work ( ⁇ ⁇ ⁇ th), and the vehicle body tilt angle ⁇ is equal to or less than the tilt angle threshold ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th).
  • the angle condition may be satisfied, and an erroneous determination of rear wheel floating is likely to occur.
  • the bucket operating angle ⁇ changes and the vehicle body tilt angle ⁇ changes. Since it is a condition for determining the rear wheel floating, it is possible to reduce the erroneous determination of the rear wheel floating when the wheel loader 1 is traveling on a slope.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing executed by the controller 5 according to the first modification.
  • the data acquisition unit 50 acquires the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 31 detected by the discharge pressure sensor 41 in addition to the bucket operating angle ⁇ detected by the bucket IMU 43 (step S501A). ).
  • the time change rate ⁇ of the bucket operation angle calculated in step S502 is equal to or higher than the first change rate threshold value ⁇ th
  • the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle calculated in step S502 is It is determined whether or not the discharge pressure Pa acquired in step S501A is equal to or greater than the discharge pressure threshold value ⁇ th as well as the second rate of change threshold ⁇ th or less (step S503A).
  • the “discharge pressure threshold Path” is the discharge pressure required for the tilt operation of the bucket 23 at the start of the excavation work.
  • step S503A the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th), and the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is equal to or less than the second change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ).
  • the discharge pressure Pa detected by the discharge pressure sensor 41 is the bucket in the excavation work. It is necessary to obtain the discharge pressure required for the tilt operation of 23.
  • the bucket is subjected to the excavation work which is a premise that the rear wheel floats. Since it is possible to specify the state in which the load is applied to the 23, it is possible to determine the state of the rear wheel floating more accurately.
  • the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 31 was used as a condition for specifying the state in which the bucket 23 is loaded by the excavation work, but the present invention is not limited to this, and for example, the bottom pressure of the bucket cylinder 24 may be used. However, since the bottom pressure of the bucket cylinder 24 is likely to fluctuate due to vibration of the vehicle body or the like, it is desirable to use the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 31.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing executed by the controller 5 according to the second modification.
  • the data acquisition unit 50 acquires the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 45 in addition to the bucket operating angle ⁇ detected by the bucket IMU43 (step S501B).
  • the time change rate ⁇ of the bucket operation angle calculated in step S502 is equal to or higher than the first change rate threshold value ⁇ th
  • the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle calculated in step S502 is It is determined whether or not the vehicle speed V acquired in step S501B is equal to or less than the low speed threshold value Vth as well as being equal to or less than the second rate of change threshold ⁇ th (step S503B).
  • the "low speed threshold value Vth" is the vehicle speed corresponding to the excavation work, and is the vehicle speed when the 1st speed stage or the 2nd speed stage is selected as the speed stage.
  • step S503B the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th), and the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is equal to or less than the second change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ).
  • FIG. 10 is a flowchart showing a flow of processing executed by the controller 5 according to the modification 3.
  • the correlation is determined by using the operation amount of the bucket operation lever 23A, which is proportional to the time change rate ⁇ of the bucket operation angle, instead of the time change rate ⁇ of the bucket operation angle.
  • the pilot pressure related to the operation of the bucket 23 is used as one aspect of the bucket operation amount.
  • the data acquisition unit 50 acquires the pilot pressure Pi related to the operation of the bucket 23 detected by the pilot pressure sensor 42 (step S501C).
  • the change rate calculation unit 52 calculates only the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle (step S502C).
  • the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle calculated in step S502C is equal to or less than the second change rate threshold ⁇ th
  • the pilot pressure Pi acquired in step S501C is the operation amount threshold value Pith. It is determined whether or not it is the above (step S503C).
  • the “operation amount threshold value Pith” is the tilt operation amount of the bucket 23 required for the tilt operation of the bucket 23 at the start of the excavation work, and is stored in the storage unit 57.
  • the correlation determination unit 53 determines the correlation between the operating state of the bucket 23 and the tilting state of the vehicle body based on the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle and the pilot pressure Pi related to the operation of the bucket 23. You may. Also in this modified example, the same action and effect as those in the embodiment can be obtained.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the flow of processing executed by the controller 5 according to the modified example 4.
  • the data acquisition unit 50 includes the discharge pressure Pa of the hydraulic pump 31 detected by the discharge pressure sensor 41, the pilot pressure Pi detected by the pilot pressure sensor 42, and the bucket detected by the bucket IMU43.
  • the operating angle ⁇ and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 45 are acquired (step S501D).
  • the time change rate ⁇ of the bucket operating angle calculated in step S502D is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th
  • the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle calculated in step S502D is the second.
  • the rate of change threshold ⁇ th or less, the pilot pressure Pi acquired in S501D is equal to or greater than the operation amount threshold Pith, and the discharge pressure Pa acquired in step S501D is equal to or greater than the discharge pressure threshold Path, and the step. It is determined whether or not the vehicle speed V acquired in S501D is equal to or lower than the low speed threshold value Vth (step S503D).
  • step S503D the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is equal to or greater than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ ⁇ th), and the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is equal to or less than the second change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ).
  • ⁇ ⁇ th) the pilot pressure Pi is equal to or higher than the operation amount threshold Pith (Pi ⁇ Pith)
  • the discharge pressure Pa is equal to or higher than the discharge pressure threshold Path (Pa ⁇ Path)
  • the vehicle speed V is the low speed threshold value.
  • step S503D the time change rate ⁇ of the bucket operating angle is less than the first change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ ⁇ th), or the time change rate ⁇ of the vehicle body tilt angle is larger than the second change rate threshold value ⁇ th ( ⁇ > ⁇ th).
  • the controller 5 can determine the state of the rear wheel floating with higher accuracy.
  • Wheel loader 1A Front frame (front part of vehicle body) 1B: Rear frame (rear part of vehicle body) 2: Working machine 5: Controller 11A: Front wheel 11B: Rear wheel 12A: Monitor 23: Bucket 23A: Bucket operating lever (bucket operating device) 24: Bucket cylinder (hydraulic cylinder) 31: Hydraulic pump 41: Discharge pressure sensor 42: Pilot pressure sensor (operation amount sensor, operating state sensor) 43: Bucket IMU (bucket angle sensor, operating state sensor) 44: Body IMU (t angle sensor, tilt state sensor) 45: Vehicle speed sensor (tilt angle sensor, tilt state sensor)

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Abstract

後輪浮の誤判定を低減することが可能なホイールローダを提供する。 ホイールローダ1は、作業機2の掘削反力により後輪11Bが上方に浮き上がる後輪浮の状態を判定するコントローラ5を備え、コントローラ5は、バケットIMU43で検出されるバケット動作角度の時間変化率αが、掘削作業におけるバケット23のチルト動作に必要なバケット動作角度の時間変化率となり、かつコントローラ5で推定される車体傾斜角度の時間変化率βが、車体後部の車体前部に対する斜め上方への車体の傾斜状態の時間変化率となる場合に、バケット23の動作状態と車体の傾斜状態との相関を示す相関フラグをオンにして後輪浮の状態を判定する。

Description

ホイールローダ
 本発明は、土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行うホイールローダに関する。
 ホイールローダや油圧ショベル等の作業車両では、車体の前部に取り付けられた作業機で土砂や鉱物等の掘削対象物を掘削する場合に、作業機の掘削反力によって車体が傾倒したり転倒したりする可能性がある。
 特に、ホイールローダでは、掘削対象物が頑強あるいは重いと、作業機の掘削反力により後輪が上方に浮き上がってしまう後輪浮となることがある。このような後輪浮の状態での作業(以下、「後輪浮作業」とする)は、車体の安定性が損なわれる。また、上方に浮き上がった後輪が元の位置に戻る際には、後輪と地面との衝突により車体に大きな衝撃が加わるため、車体の寿命にも悪影響を及ぼすことになる。
 そこで、作業車両では、車体が傾倒あるいは転倒しそうな状態であることを検知することにより、車体の安定性を確保している。例えば、特許文献1に記載された油圧ショベルでは、油圧ショベルの傾斜角、油圧ショベルの旋回位置、および掘削アタッチメントの姿勢に応じて所定の閾値を決定し、水平面に対する油圧ショベルの傾斜角の変化(傾斜角速度)が所定の閾値以上である場合に、操作者に対して車体の転倒の兆候が現れた旨の警告を発する転倒防止装置を備えることにより、車体の転倒を未然に防止している。
特開2013-238097号公報
 特許文献1に記載の転倒防止装置をホイールローダに適用して後輪浮を判定することが考えられるが、その場合、後輪浮の判定基準となる所定の閾値が車体の傾斜角およびバケットの姿勢に応じて決定されることになる。ホイールローダでは、坂道を走行しながら作業機を動作させる作業の際、例えば、ホイールローダが下り坂に差し掛かった際にバケットをチルトすると、後輪浮作業時と同様の車体の傾斜角およびバケットの姿勢の条件が見かけ上揃う場合がある。したがって、ホイールローダが坂道を走行する際に、後輪浮との誤判定が発生しやすくなる。
 そこで、本発明の目的は、後輪浮の誤判定を低減することが可能なホイールローダを提供することにある。
 上記の目的を達成するために、本発明は、車体前部および車体後部で構成される車体と、前記車体前部に設けられた前輪および前記車体後部に設けられた後輪と、前記車体前部に取り付けられ、掘削作業に用いられるバケットを有する作業機と、を備えるホイールローダにおいて、前記バケットの動作状態を検出する動作状態センサと、前記車体の傾斜状態を検出する傾斜状態センサと、前記作業機の掘削反力により前記後輪が上方に浮き上がる後輪浮の状態を判定するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記動作状態センサで検出される前記バケットの動作状態の時間変化率が、前記掘削作業における前記バケットのチルト動作に必要な前記バケットの動作状態の時間変化率となる第1時間変化率であって、かつ前記傾斜状態センサで検出される前記車体の傾斜状態の時間変化率が、前記車体後部の前記車体前部に対する斜め上方への前記車体の傾斜状態の時間変化率となる第2時間変化率である場合に、前記バケットの動作状態と前記車体の傾斜状態との相関を示す相関フラグをオンにして前記後輪浮の状態を判定することを特徴とする。
 本発明によれば、後輪浮の誤判定を低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態に係るホイールローダの外観を示す側面図である。 作業機の駆動に係る油圧回路図である。 ホイールローダの後輪浮作業について説明する説明図である。 バケットの動作方向に係る符号の取り方について説明する説明図である。 車体の傾斜方向に係る符号の取り方について説明する説明図である。 コントローラが有する機能を示す機能ブロック図である。 コントローラで実行される処理の流れを示すフローチャートである。 変形例1に係るコントローラで実行される処理の流れを示すフローチャートである。 変形例2に係るコントローラで実行される処理の流れを示すフローチャートである。 変形例3に係るコントローラで実行される処理の流れを示すフローチャートである。 変形例4に係るコントローラで実行される処理の流れを示すフローチャートである。
 以下、本発明の実施形態に係るホイールローダの構成について、図1~7を参照して説明する。
<ホイールローダ1の全体構成>
 まず、本発明の実施形態に係るホイールローダ1の全体構成について、図1を参照して説明する。
 図1は、本発明の実施形態に係るホイールローダ1の外観を示す側面図である。
 ホイールローダ1は、車体が中心付近で中折れすることにより操舵されるアーティキュレート式の作業車両である。具体的には、車体前部となる前フレーム1Aと車体後部となる後フレーム1Bとが、センタジョイント10によって左右方向に回動自在に連結されており、前フレーム1Aが後フレーム1Bに対して左右方向に屈曲する。
 前フレーム1Aには左右一対の前輪11Aが、後フレーム1Bには左右一対の後輪11Bが、それぞれ設けられており、車体全体では4つの車輪を備えている。なお、図1では、4つの車輪のうち、左側の前輪11Aおよび左側の後輪11Bのみを示している。
 ホイールローダ1は、例えば露天掘り鉱山等において、前フレーム1Aに取り付けられた作業機2を用いて土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行う。
 作業機2は、前フレーム1Aに取り付けられたリフトアーム21と、伸縮することによりリフトアーム21を前フレーム1Aに対して上下方向に回動させる2つのリフトアームシリンダ22と、リフトアーム21の先端部に取り付けられたバケット23と、伸縮することによりバケット23をリフトアーム21に対して上下方向に回動させるバケットシリンダ24と、リフトアーム21に回動可能に連結されてバケット23とバケットシリンダ24とのリンク機構を構成するベルクランク25と、2つのリフトアームシリンダ22やバケットシリンダ24へ圧油を導く複数の配管(不図示)と、を有している。
 2つのリフトアームシリンダ22およびバケットシリンダ24はそれぞれ、作業機2を駆動する油圧シリンダの一態様である。なお、図1では、車体の左右方向に並ぶ2つのリフトアームシリンダ22のうち、左側に配置されたリフトアームシリンダ22のみを破線で示している。
 リフトアーム21は、2つのリフトアームシリンダ22それぞれのロッド220が伸びることにより上方向に回動し、2つのリフトアームシリンダ22それぞれのロッド220が縮むことにより下方向に回動する。
 バケット23は、バケットシリンダ24のロッド240が伸びることによりチルト(リフトアーム21に対して上方向に回動)し、バケットシリンダ24のロッド240が縮むことによりダンプ(リフトアーム21に対して下方向に回動)する。なお、バケット23は、例えばブレード等の各種アタッチメントに交換することが可能であり、バケット23を用いた掘削作業の他に、押土作業や除雪作業等の各種作業を行うこともできる。
 また、後フレーム1Bには、オペレータが搭乗する運転室12と、ホイールローダ1を駆動するために必要な各機器を内部に収容する機械室13と、車体が傾倒しないように作業機2とのバランスを保つためのカウンタウェイト14と、が設けられている。後フレーム1Bにおいて、運転室12は前部に、カウンタウェイト14は後部に、機械室13は運転室12とカウンタウェイト14との間に、それぞれ配置されている。
<作業機2の駆動システムについて>
 次に、作業機2の駆動システムについて、図2を参照して説明する。
 図2は、作業機2の駆動に係る油圧回路図である。
 ホイールローダ1は、作業機2を駆動させるための作業機用油圧回路3を備えている。作業機用油圧回路3には、エンジン30により駆動される油圧ポンプ31と、リフトアームシリンダ22と、バケットシリンダ24と、油圧ポンプ31から吐出されてリフトアームシリンダ22およびバケットシリンダ24のそれぞれに流入する作動油の流れ(方向および流量)を制御するコントロールバルブ32と、作動油を貯蔵する作動油タンク33と、が設けられている。なお、図2では、構成を簡略化するため、2つのリフトアームシリンダ22のうち一方のリフトアームシリンダ22のみを示している。
 油圧ポンプ31は、作動油タンク33から吸入した作動油をリフトアームシリンダ22およびバケットシリンダ24のそれぞれに供給する。図2では、油圧ポンプ31は、固定容量型の油圧ポンプであるが、これに限らず、可変容量型の油圧ポンプであってもよい。 
 油圧ポンプ31の吐出圧は、油圧ポンプ31の吐出側に接続された吐出管路301上の吐出圧センサ41により検出される。吐出圧センサ41で検出される吐出圧は、作業機2の動作状態により変動する。
 コントロールバルブ32は、油圧ポンプ31とリフトアームシリンダ22およびバケットシリンダ24との間に設けられている。具体的には、コントロールバルブ32は、吐出管路301により油圧ポンプ31に、一対のリフトアーム側接続管路302A,302Bによりリフトアームシリンダ22に、一対のバケット側接続管路303A,303Bによりバケットシリンダ24に、それぞれ接続されている。また、コントロールバルブ32は、排出管路304により作動油タンク33に接続されている。
 リフトアームシリンダ22は、リフトアーム21を操作するためのリフトアーム操作装置としてのリフトアーム操作レバー21Aの操作に基づいて駆動する。バケットシリンダ24は、バケット23を操作するためのバケット操作装置としてのバケット操作レバー23Aの操作に基づいて駆動する。リフトアーム操作レバー21Aおよびバケット操作レバー23Aはそれぞれ、油圧パイロット式の操作レバーであり、運転室12(図1参照)内に設けられている。
 オペレータがリフトアーム操作レバー21Aを操作すると、その操作量に比例したパイロット圧が操作信号として生成される。生成されたパイロット圧は、一対のパイロット管路305L,305Rに導かれてコントロールバルブ32の左右の受圧室に作用し、コントロールバルブ32の内部スプールが当該パイロット圧に応じてストロークする。これにより、油圧ポンプ31から吐出された作動油は、リフトアーム操作レバー21Aの操作に応じた方向および流量にしたがってリフトアームシリンダ22に流入する。
 同様に、オペレータがバケット操作レバー23Aを操作すると、その操作量に比例したパイロット圧が一対のパイロット管路306L,306Rに導かれてコントロールバルブ32の左右の受圧室に作用し、コントロールバルブ32の内部スプールが当該パイロット圧に応じてストロークする。これにより、油圧ポンプ31から吐出された作動油は、バケット操作レバー23Aの操作に応じた方向および流量にしたがってバケットシリンダ24に流入する。
 例えば、ホイールローダ1が掘削作業を行う場合には、掘削対象物にバケット23を突っ込んだ上でチルトさせる。オペレータがバケット操作レバー23Aをチルト方向に操作すると、油圧ポンプ31から吐出されて吐出管路301を通った作動油は、コントロールバルブ32を介して一方のバケット側接続管路303Bに導かれ、バケットシリンダ24のボトム室24Bに流入する。一方で、バケットシリンダ24のロッド室24A内の作動油は、他方のバケット側接続管路303Aに流出し、コントロールバルブ32を介して排出管路304に導かれ、作動油タンク33に排出される。これにより、バケットシリンダ24のロッド240が伸長してバケット23がチルトする。
 本実施形態では、バケット操作レバー23Aの操作量を検出する操作量センサとしてのパイロット圧センサ42が、一対のパイロット管路306L,306R上に設けられている。このパイロット圧センサ42は、バケット23の動作状態を検出する動作状態センサの一態様でもある。なお、本実施形態では、バケット操作レバー23Aが油圧パイロット式の操作レバーであったため、パイロット圧センサ42によりバケット操作レバー23Aの操作量を検出しているが、バケット操作レバー23Aは電気式の操作レバーでもよく、その場合にはバケット操作レバー23Aから出力された電流値によりバケット操作レバー23Aの操作量を検出することができる。
<後輪浮作業について>
 次に、ホイールローダ1の後輪浮作業について、図3~5を参照して説明する。
 図3は、ホイールローダ1の後輪浮作業について説明する説明図である。図4は、バケット23の動作方向に係る符号の取り方について説明する説明図である。図5は、車体の傾斜方向に係る符号の取り方について説明する説明図である。
 ホイールローダ1が掘削作業を行う場合において、掘削対象物が頑強あるいは重いと、バケット23の掘削力(チルトするための駆動力)の反力によって後輪11Bが上方に浮き上がる後輪浮となることがある。
 具体的には、図3(a)に示すように、ホイールローダ1は、まず、掘削対象物である土砂や鉱物等で形成された地山Xにバケット23を突っ込む。次に、図3(b)に示すように、ホイールローダ1は、地山Xに突っ込んだ状態のバケット23をチルトさせる。このとき、地山Xの硬さや重さに対応させて、バケット23の掘削力を大きくしていく。すると、バケット23の掘削反力によって後輪11Bが地面Yから離れる。そして、バケット23をさらにチルトさせていくとバケット23の掘削力に応じて反力も大きくなっていき、図3(c)に示すように、後輪11Bが地面Yの上方に浮き上がり、車体の前側(車体前部)に対して後側(車体後部)が斜め上方に傾斜した状態となる。
 なお、図3(c)では、後輪11Bだけでなく前輪11Aも地面Yから浮き上がった状態を示しているが、後輪浮は、少なくとも後輪11Bがバケット23の掘削反力によって上方に浮き上がることを指す。したがって、図3(b)および図3(c)の状態が、後輪浮の状態となる。ホイールローダ1がこのような後輪浮の状態で掘削を行うことを「後輪浮作業」という。
 後輪浮作業は、車体が不安定な状態での作業となり、また、地面Yの上方に浮き上がった後輪11Bが元の位置に戻る際に後輪11Bが地面Yに衝突することで車体に大きな衝撃が加わり、車体の寿命に悪影響を及ぼしかねない。そこで、ホイールローダ1では、後述するコントローラ5(図6参照)により、後輪浮の状態を精度よく判定している。
 後輪浮は、バケット23が上方向に動作している状態、かつ車体の後側が前側に対して斜め上方向に傾斜している状態となる。バケット23の動作方向について、例えば図4に示すように、バケット23を動作させていない状態を基準(ゼロ)として、バケット23の後端部を中心として前端部が上方向に回動するチルト方向をプラス方向とし、バケット23の後端部を中心として前端部が下方向に回動するダンプ方向をマイナス方向とする。 
 車体の傾斜方向についてもバケット23の動作方向と同様の符号の取り方とすると、図5に示すように、車体が平面上に設置されている状態を基準(ゼロ)として、車体の後端部を中心として前端部が上方向に傾斜する場合、すなわち車体後部に対して車体前部が斜め上方に傾斜している場合がプラス方向となり、車体の後端部を中心として前端部が下方向に傾斜する場合、すなわち車体前部に対して車体後部が斜め上方に傾斜している場合がマイナス方向となる。
 したがって、後輪浮の状態では、バケット23の動作方向はプラス方向となり、車体の傾斜方向はマイナス方向となり、バケット23の動作方向と車体の傾斜方向とは、符号が反対となる。なお、バケット23の動作方向と車体の傾斜方向との間における符号の取り方は、図4および図5に示したものに限られない。
 バケット23の動作状態は、本実施形態では、バケット23の動作角度φ(以下、単に「バケット動作角度φ」とする)を検出するバケット角センサとしてのバケットIMU43により検出される。すなわち、バケットIMU43は、バケット23の動作状態を検出する動作状態センサの一態様である。なお、バケットIMU43は、3軸のジャイロと3方向の加速度計とにより3次元の角速度および加速度を求める慣性計測装置(Inertial Measurement Unit)であり、バケット23の角速度および加速度に基づいてバケット動作角度φを検出するが、バケット角センサとしては、バケット動作角度φを直接測る機械式の角度センサを用いてもよい。
 また、動作状態センサは、バケットIMU43といったバケット角センサや前述したパイロット圧センサ42に限らず、他にも、バケットシリンダ24のシリンダ長(ロッド240の伸縮長)を検出するセンサやバケットシリンダ24に掛かる圧力を検出するセンサ等であってもよく、また、これらのセンサを組み合わせてバケット23の動作状態を検出してもよい。
 バケット23がチルトしている場合、バケットIMU43で検出されるバケット動作角度φはプラスの値となり、バケット23がダンプしている場合、バケットIMU43で検出されるバケット動作角度φはマイナスの値となる。
 水平方向に対する車体の傾斜状態は、本実施形態では、水平方向に対する車体の傾斜角度θ(以下、単に「車体傾斜角度θ」とする)として、車体IMU44で検出されるIMU角速度およびIMU加速度、ならびに車速センサ45で検出される車速Vに基づき、後述するコントローラ5にて随時推定される。すなわち、車体IMU44および車速センサ45は、車体傾斜角度θを検出する傾斜角センサであって、水平方向に対する車体の傾斜状態を検出する傾斜状態センサの一態様である。車体IMU44は、バケットIMU43と同様に、慣性計測装置(Inertial Measurement Unit)である。車速センサ45は、車輪11A,11Bの回転数を計測することにより車速Vを検出する。
 なお、傾斜状態センサは、必ずしも車体IMU44および車速センサ45を用いた傾斜角センサである必要はなく、例えば、前輪11Aと後輪11Bとに掛かる荷重(圧力)に基づいて水平方向に対する車体の傾斜状態を検出してもよい。
 水平方向に対して車体の前側が斜め上方に傾斜している場合、車体IMU44および車速センサ45に基づいて推定される車体傾斜角度θはプラスの値となり、水平方向に対して車体の後側が斜め上方に傾斜している場合、車体IMU44および車速センサ45に基づいて推定される車体傾斜角度θはマイナスの値となる。
<コントローラ5の機能構成>
 次に、コントローラ5の機能構成について、図6を参照して説明する。
 図6は、コントローラ5が有する機能を示す機能ブロック図である。
 コントローラ5は、CPU、RAM、ROM、HDD、入力I/F、および出力I/Fがバスを介して互いに接続されて構成される。そして、吐出圧センサ41、パイロット圧センサ42、バケットIMU43、車体IMU44、および車速を検出する車速センサ45といった各種のセンサ等が入力I/Fに接続され、運転室12(図1参照)内に設けられたモニタ12A等が出力I/Fに接続されている。なお、モニタ12Aは、コントローラ5によって判定された後輪浮の状態をオペレータに通知するための通知装置の一態様である。
 このようなハードウェア構成において、ROMやHDD若しくは光学ディスク等の記録媒体に格納された演算プログラム(ソフトウェア)をCPUが読み出してRAM上に展開し、展開された演算プログラムを実行することにより、演算プログラムとハードウェアとが協働して、コントローラ5の機能を実現する。
 なお、本実施形態では、コントローラ5をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成されるコンピュータとして説明しているが、これに限らず、例えば他のコンピュータの構成の一例として、ホイールローダ1の側で実行される演算プログラムの機能を実現する集積回路を用いてもよい。
 コントローラ5は、データ取得部50と、車体傾斜角度推定部51と、変化率算出部52と、相関判定部53と、後輪浮判定部54と、信号出力部55と、カウント部56と、記憶部57と、を含む。
 データ取得部50は、バケットIMU43で検出されるバケット動作角度φ、車体IMU44で検出されるIMU角速度およびIMU加速度、および車速センサ45で検出される車速Vに関するデータをそれぞれ取得する。
 車体傾斜角度推定部51は、データ取得部50で取得されるIMU角速度、IMU加速度、および車速Vに基づいて、車体傾斜角度θを随時推定する。
 変化率算出部52は、データ取得部50で取得されるバケット動作角度φに基づいてバケット動作角度の時間変化率αを算出し、車体傾斜角度推定部51で推定される車体傾斜角度θに基づいて車体傾斜角度の時間変化率βを算出する。
 相関判定部53は、変化率算出部52で算出されたバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であるか否かを判定する。この「第1変化率閾値αth」は、掘削作業の開始時に必要なバケット23のチルト角度の時間変化率である。本実施形態では、第1変化率閾値αthはプラスの値となる(αth>0)。
 また、相関判定部53は、変化率算出部52で算出された車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下であるか否かを判定する。この「第2変化率閾値βth」は、車体後部の車体前部に対する斜め上方への傾斜開始時に必要な車体傾斜角度の時間変化率である。本実施形態では、第2変化率閾値βthはマイナスの値となる(βth<0)。すなわち、第2変化率閾値βthの符号(マイナス)は、第1変化率閾値αthの符号(プラス)と異なる。
 そして、相関判定部53は、バケット動作角度の時間変化率αおよび車体傾斜角度の時間変化率βの判定結果に応じて、バケット23の動作状態と車体の傾斜状態との相関を示す相関フラグをオンまたはオフとする。
 具体的には、相関判定部53は、バケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって(α≧αth)、かつ車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下である(β≦βth)と判定した場合には、相関フラグをオンとする(相関フラグ=1)。
 すなわち、変化率算出部52で算出されたバケット動作角度の時間変化率αが、掘削作業におけるバケット23のチルト動作に必要なバケット動作角度の時間変化率(第1時間変化率)となり、かつ変化率算出部52で算出された車体傾斜角度の時間変化率βが、車体後部の車体前部に対する斜め上方への車体傾斜角度の時間変化率(第2時間変化率)となる場合に、相関フラグがオンされる。
 本実施形態では、バケット23のチルト方向をプラス方向としているため、バケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上(α≧αth)となる場合が第1時間変化率に該当することとなる。そして、車体後部が車体前部に対して斜め上方に傾斜する方向をマイナス方向しているため、車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下(β≦βth)となる場合が第2時間変化率に該当することとなる。
 なお、前述したように、バケット23のチルト方向および車体後部の車体前部に対する斜め上方への傾斜方向の符号の取り方は種々あるため、例えば、バケット23のチルト方向をマイナス方向とし、車体後部の車体前部に対する斜め上方への傾斜方向をプラス方向とすると、バケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以下(α≦αth)となる場合が第1時間変化率に該当することとなり、車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以上(β≧βth)となる場合が第2時間変化率に該当することとなる。
 また、例えば、バケット23のチルト方向および車体後部の車体前部に対する斜め上方への傾斜方向の両方をプラス方向とすると、バケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上(α≧αth)となる場合が第1時間変化率に該当することとなり、車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以上(β≧βth)となる場合が第2時間変化率に該当することとなる。
 このように、バケット23のチルト方向および車体後部の車体前部に対する斜め上方への傾斜方向の符号の取り方によって、バケット動作角度の時間変化率αと第1変化率閾値αthとの大小関係および車体傾斜角度の時間変化率βと第2変化率閾値βthとの大小関係は変わるため、本実施形態に示す大小関係に限られない。
 また、相関判定部53は、バケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth未満(α<αth)、または車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βthよりも大きい(β>βth)と判定した場合には、相関フラグをオフとする(相関フラグ=0)。 
 後輪浮判定部54は、相関判定部53において相関フラグがオンとなった場合に、後輪浮フラグをオンにして後輪浮の状態を判定する(後輪浮フラグ=1)。本実施形態では、後輪浮判定部54は、相関フラグがオンとなっている状態が所定の設定時間T以上継続した場合に、後輪浮フラグをオンにして後輪浮の状態を判定する(後輪浮フラグ=1)。これにより、例えば、ホイールローダ1が下り坂に差し掛かったと同時にバケット23がチルト動作された場合等、後輪浮作業以外の作業にて後輪浮を示す条件を満たす場合に、後輪浮の誤判定を防止することができる。
 なお、後輪浮判定部54は、相関フラグがオンとなっている状態が所定の設定時間T以上継続せずにオフとなった場合であっても、相関判定部53において前回の後輪浮フラグがオンされており(前回の後輪浮フラグ=1)、かつ車体傾斜角度θが傾斜角度閾値θth以下である(θ≦θth)場合には、後輪浮フラグをオンにして後輪浮の状態を判定する(後輪浮フラグ=1)。ここで、「傾斜角度閾値θth」とは、車体後部の車体前部に対する斜め上方への傾斜開始時に必要な車体傾斜角度であり、本実施形態ではマイナスの値となる。
 後輪浮となるまではバケット動作角度φおよび車体傾斜角度θはいずれも変化し続けるため、相関判定部53において相関フラグはオンとなるが、後輪浮の状態を維持した場合、すなわち後輪浮作業中はバケット動作角度φおよび車体傾斜角度θはいずれも変化が無くなり、相関判定部53において相関フラグがオンからオフとなってしまう。この場合に、コントローラ5は、後輪浮判定部54において後輪浮フラグをオフ(後輪浮フラグ=0)にしないようにし、後輪浮の状態が解消したとの誤判定を回避している。
 信号出力部55は、後輪浮判定部54において後輪浮の状態が判定された場合、後輪浮の状態を通知するための指令信号をモニタ12Aに対して出力する。ホイールローダ1が後輪浮の状態であることをモニタ12Aによりオペレータに通知することで、後輪浮作業を中止するよう注意を促すことができる。
 カウント部56は、後輪浮判定部54における後輪浮の状態の判定回数をカウントし、記憶部57に記録させる。このように、コントローラ5において後輪浮の状態の判定回数についてログを残すことにより、ホイールローダ1が適切に使用されるよう、管理を行うことが可能となる。
 記憶部57はメモリであって、このメモリには、第1変化率閾値αth、第2変化率閾値βth、所定の設定時間T、および傾斜角度閾値θthがそれぞれ記憶されている。
<コントローラ5内での処理>
 次に、コントローラ5で実行される具体的な処理の流れについて、図7を参照して説明する。
 図7は、コントローラ5で実行される処理の流れを示すフローチャートである。
 まず、車体傾斜角度推定部51は、データ取得部50で取得されるIMU角速度、IMU加速度、および車速Vに基づいて、車体傾斜角度θを随時推定する(ステップS500)。データ取得部50は、バケットIMU43で検出されるバケット動作角度φを取得する(ステップS501)。
 次に、変化率算出部52は、ステップS501で取得されたバケット動作角度φに基づいてバケット動作角度の時間変化率αを算出すると共に、ステップS500で推定された車体傾斜角度θに基づいて車体傾斜角度の時間変化率βを算出する(ステップS502)。
 次に、相関判定部53は、ステップS502で算出されたバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって、かつステップS502で算出された車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下であるか否かを判定する(ステップS503)。
 ステップS503においてバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって(α≧αth)、かつ車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下である(β≦βth)と判定された場合(ステップS503/YES)、相関判定部53は相関フラグをオン(相関フラグ=1)とする(ステップS504)。一方、ステップS503においてバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth未満(α<αth)、かつ車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βthより大きい(β>βth)と判定された場合(ステップS503/NO)、相関判定部53は相関フラグをオフ(相関フラグ=0)とする(ステップS505)。
 ステップS504において相関フラグがオンされると、後輪浮判定部54は、相関フラグがオンとなっている状態が所定の設定時間T以上継続したか否かを判定する(ステップS506)。ステップS506において相関フラグがオンとなっている状態が所定の設定時間T以上継続したと判定された場合(ステップS506/YES)、後輪浮判定部54は後輪浮フラグをオン(後輪浮フラグ=1)にして後輪浮の状態を判定する(ステップS507)。
 次に、信号出力部55は、後輪浮の状態を通知するための指令信号をモニタ12Aに対して出力する(ステップS508)。次に、カウント部56は、後輪浮の状態の判定回数をカウントし、記憶部57に記憶させる(ステップS509)。そして、コントローラ5は、ステップS501に戻って処理を繰り返す。なお、ステップS508とステップS509との間に順序の制約はなく、ステップS509を先に実行してもよいし、ステップS508およびステップS509を同時に実行してもよい。
 ステップS506において相関フラグがオンとなっている状態が所定の設定時間T以上継続せずにオフとなった場合(ステップS506/NO)、およびステップS505において相関フラグがオフとなった場合(相関フラグ=0)、後輪浮判定部54は、前回の後輪浮フラグがオンであったか否かを判定する(ステップS510)。
 ステップS510において前回の相関フラグがオンであった(前回の相関フラグ=1)と判定された場合(ステップS510/YES)、後輪浮判定部54は、ステップS501で取得される車体傾斜角度θが傾斜角度閾値θth以下であるか否かを判定する(ステップS511)。なお、ステップS511では、例えば車体傾斜角度θの絶対値にて判定を行ってもよく、その場合、車体傾斜角度の絶対値|θ|が傾斜角度閾値の絶対値|θth|以上であるか否かを判定する。
 ステップS511において車体傾斜角度θが傾斜角度閾値θth以下である(θ≦θth)と判定された場合(ステップS511/YES)、ステップS507に進み、後輪浮フラグをオンにする(後輪浮フラグ=1)。
 ステップS510において前回の後輪浮フラグがオフであった(前回の後輪浮フラグ=0)と判定された場合(ステップS510/NO)、およびステップS511において車体傾斜角度θが傾斜角度閾値θthよりも大きい(θ>θth)と判定された場合はいずれも、後輪浮判定部54は後輪浮フラグをオフにして(後輪浮フラグ=0)、後輪浮の状態が解消となる(ステップS512)。そして、コントローラ5は、ステップS501に戻って処理を繰り返す。
 このように、コントローラ5は、バケット23の動作状態の時間変化率と車体の傾斜状態の時間変化率とに基づいて後輪浮の状態を判定しているため、バケット23の動作状態と車体の傾斜状態とに基づいて後輪浮の状態を判定した場合と比べて、より精度良く後輪浮の状態を判定することができる。
 仮に、バケット動作角度φが掘削作業の開始時に必要なチルト角度閾値φth以上であって(φ≧φth)、かつ車体傾斜角度θが傾斜角度閾値θth以下である(θ≦θth)角度条件について判定した場合には、例えばホイールローダ1が下り坂を走行する際にバケット23をチルトさせると当該角度条件を満たすことがあり、後輪浮との誤判定が発生しやすくなる。
 しかしながら、バケット動作角度の時間変化率αと車体傾斜角度の時間変化率βとに基づいた時間変化率条件について判定した場合には、バケット動作角度φの変化および車体傾斜角度θの変化が起きていることが後輪浮の判定条件となるため、ホイールローダ1が坂道を走行している際における後輪浮の誤判定を低減することができる。
<変形例1>
 次に、変形例1に係るコントローラ5について、図8を参照して説明する。図8において、実施形態に係るコントローラ5について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。以下、変形例2~4についても同様とする。 
 図8は、変形例1に係るコントローラ5で実行される処理の流れを示すフローチャートである。
 変形例1に係るコントローラ5では、データ取得部50は、バケットIMU43で検出されるバケット動作角度φに加えて、吐出圧センサ41で検出される油圧ポンプ31の吐出圧Paを取得する(ステップS501A)。
 そして、相関判定部53は、ステップS502で算出されたバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって、かつステップS502で算出された車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下であると共に、ステップS501Aで取得された吐出圧Paが吐出圧閾値Path以上であるか否かを判定する(ステップS503A)。ここで、「吐出圧閾値Path」とは、掘削作業の開始時におけるバケット23のチルト動作に必要な吐出圧である。
 ステップS503Aにおいてバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって(α≧αth)、かつ車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下である(β≦βth)と共に、吐出圧Paが吐出圧閾値Path以上である(Pa≧Path)と判定された場合(ステップS503A/YES)、ステップS504に進んで相関判定部53は相関フラグをオンにする(相関フラグ=1)。すなわち、相関フラグをオンにする条件として、バケット動作角度の時間変化率の条件および車体傾斜角度の時間変化率の条件に加えて、吐出圧センサ41で検出される吐出圧Paが掘削作業におけるバケット23のチルト動作に必要な吐出圧となる必要がある。
 一方、ステップS503Aにおいてバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth未満(α<αth)、または車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βthよりも大きい(β>βth)、または吐出圧Paが吐出圧閾値Path未満である(Pa<Path)と判定された場合(ステップS503A/NO)、ステップS505に進んで相関判定部53は相関フラグをオフにする(相関フラグ=0)。
 このように、コントローラ5における相関判定において、油圧ポンプ31の吐出圧Paが吐出圧閾値Path以上であるか否かについても判定条件に加えることにより、後輪浮が生じる前提となる掘削作業によってバケット23に負荷が掛かっている状態を特定することができるため、より精度良く後輪浮の状態を判定することが可能となる。
 なお、掘削作業によってバケット23に負荷が掛かっている状態を特定する条件として、油圧ポンプ31の吐出圧Paを用いたが、これに限らず、例えばバケットシリンダ24のボトム圧を用いてもよい。ただし、バケットシリンダ24のボトム圧は車体の振動等により変動しやすいため、油圧ポンプ31の吐出圧Paを用いることが望ましい。
<変形例2>
 次に、変形例2に係るコントローラ5の構成について、図9を参照して説明する。
 図9は、変形例2に係るコントローラ5で実行される処理の流れを示すフローチャートである。
 変形例2に係るコントローラ5では、データ取得部50は、バケットIMU43で検出されるバケット動作角度φに加えて、車速センサ45で検出される車速Vを取得する(ステップS501B)。
 そして、相関判定部53は、ステップS502で算出されたバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって、かつステップS502で算出された車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下であると共に、ステップS501Bで取得された車速Vが低速閾値Vth以下であるか否かを判定する(ステップS503B)。ここで、「低速閾値Vth」とは、掘削作業に対応した車速であって、速度段として1速度段あるいは2速度段が選択されている場合の車速である。
 ステップS503Bにおいてバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって(α≧αth)、かつ車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下である(β≦βth)と共に、車速Vが低速閾値Vth以下である(V≦Vth)と判定された場合(ステップS503B/YES)、ステップS504に進んで相関判定部53は相関フラグをオンにする(相関フラグ=1)。
 一方、ステップS503Bにおいてバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth未満(α<αth)、または車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βthよりも大きい(β>βth)、または車速Vが低速閾値Vthよりも大きい(V>Vth)と判定された場合(ステップS503B/NO)、ステップS505に進んで相関判定部53は相関フラグをオフにする(相関フラグ=0)。
 このように、コントローラ5における相関判定において、車速Vが低速閾値Vth以下であるか否かについても判定条件に加えることにより、後輪浮が生じる前提となる掘削作業中であることを特定することができるため、より精度良く後輪浮の状態を判定することが可能となる。
<変形例3>
 次に、変形例3に係るコントローラ5の構成について、図10を参照して説明する。
 図10は、変形例3に係るコントローラ5で実行される処理の流れを示すフローチャートである。
 変形例3に係るコントローラ5では、バケット動作角度の時間変化率αに代わって、バケット動作角度の時間変化率αに比例するバケット操作レバー23Aの操作量を用いて相関判定を行う。なお、本変形例では、バケット操作量の一態様として、バケット23の操作に係るパイロット圧を用いる。
 まず、データ取得部50は、パイロット圧センサ42で検出されるバケット23の操作に係るパイロット圧Piを取得する(ステップS501C)。次に、変化率算出部52では、車体傾斜角度の時間変化率βのみを算出する(ステップS502C)。
 次に、相関判定部53は、ステップS502Cで算出された車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下であって、かつステップS501Cで取得されたパイロット圧Piが操作量閾値Pith以上であるか否かを判定する(ステップS503C)。ここで、「操作量閾値Pith」とは、掘削作業の開始時におけるバケット23のチルト動作に必要なバケット23のチルト操作量であって、記憶部57に記憶されている。
 ステップS503Cにおいて車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下であって(β≦βth)、かつパイロット圧Piが操作量閾値Pith以上である(Pi≧Pith)と判定された場合(ステップS503C/YES)、ステップS504に進んで相関判定部53は相関フラグをオンにする(相関フラグ=1)。
 一方、ステップS503Cにおいて車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βthよりも大きい(β>βth)、またはパイロット圧Piが操作量閾値Pith未満である(Pi<Pith)と判定された場合(ステップS503C/NO)、ステップS505に進んで相関判定部53は相関フラグをオフにする(相関フラグ=0)。
 このように、相関判定部53は、車体傾斜角度の時間変化率βとバケット23の操作に係るパイロット圧Piとに基づいて、バケット23の動作状態と車体の傾斜状態との相関関係について判定してもよい。本変形例においても、実施形態における作用効果と同様の作用効果が得られる。
<変形例4>
 次に、変形例4に係るコントローラ5の構成について、図11を参照して説明する。
 図11は、変形例4に係るコントローラ5で実行される処理の流れを示すフローチャートである。
 変形例4に係るコントローラ5では、データ取得部50は、吐出圧センサ41で検出される油圧ポンプ31の吐出圧Pa、パイロット圧センサ42で検出されるパイロット圧Pi、バケットIMU43で検出されるバケット動作角度φ、および車速センサ45で検出される車速Vをそれぞれ取得する(ステップS501D)。
 相関判定部53は、ステップS502Dで算出されたバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって、かつステップS502Dで算出された車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下であって、かつS501Dで取得されたパイロット圧Piが操作量閾値Pith以上であって、かつステップS501Dで取得された吐出圧Paが吐出圧閾値Path以上であって、かつステップS501Dで取得された車速Vが低速閾値Vth以下であるか否かを判定する(ステップS503D)。
 ステップS503Dにおいてバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth以上であって(α≧αth)、かつ車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βth以下であって(β≦βth)、かつパイロット圧Piが操作量閾値Pith以上である(Pi≧Pith)であって、かつ吐出圧Paが吐出圧閾値Path以上であって(Pa≧Path)、かつ車速Vが低速閾値Vth以下である(V≦Vth)と判定された場合(ステップS503D/YES)、ステップS504に進んで相関判定部53は相関フラグをオンにする(相関フラグ=1)。
 一方、ステップS503Dにおいてバケット動作角度の時間変化率αが第1変化率閾値αth未満(α<αth)、または車体傾斜角度の時間変化率βが第2変化率閾値βthよりも大きい(β>βth)、またはパイロット圧Piが操作量閾値Pith未満(Pi<Pith)、または吐出圧Paが吐出圧閾値Path未満(Pa<Path)、または車速Vが低速閾値Vthよりも大きい(V>Vth)と判定された場合(ステップS503D/NO)、ステップS505に進んで相関判定部53は相関フラグをオフにする(相関フラグ=0)。
 すなわち、本変形例では、実施形態および変形例1~3における相関判定の条件のすべてを満たした場合に相関判定部53は相関フラグをオンにする(相関フラグ=1)。これにより、コントローラ5は、より精度の高い後輪浮の状態の判定を行うことができる。
 以上、本発明の実施形態および変形例について説明した。なお、本発明は上記した実施形態および変形例に限定されるものではなく、様々な他の変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
1:ホイールローダ
1A:前フレーム(車体前部)
1B:後フレーム(車体後部)
2:作業機
5:コントローラ
11A:前輪
11B:後輪
12A:モニタ
23:バケット
23A:バケット操作レバー(バケット操作装置)
24:バケットシリンダ(油圧シリンダ)
31:油圧ポンプ
41:吐出圧センサ
42:パイロット圧センサ(操作量センサ、動作状態センサ)
43:バケットIMU(バケット角センサ、動作状態センサ)
44:車体IMU(傾斜角センサ、傾斜状態センサ)
45:車速センサ(傾斜角センサ、傾斜状態センサ)

Claims (7)

  1.  車体前部および車体後部で構成される車体と、前記車体前部に設けられた前輪および前記車体後部に設けられた後輪と、前記車体前部に取り付けられ、掘削作業に用いられるバケットを有する作業機と、を備えるホイールローダにおいて、
     前記バケットの動作状態を検出する動作状態センサと、
     前記車体の傾斜状態を検出する傾斜状態センサと、
     前記作業機の掘削反力により前記後輪が上方に浮き上がる後輪浮の状態を判定するコントローラと、を備え、
     前記コントローラは、
     前記動作状態センサで検出される前記バケットの動作状態の時間変化率が、前記掘削作業における前記バケットのチルト動作に必要な前記バケットの動作状態の時間変化率となる第1時間変化率であって、かつ前記傾斜状態センサで検出される前記車体の傾斜状態の時間変化率が、前記車体後部の前記車体前部に対する斜め上方への前記車体の傾斜状態の時間変化率となる第2時間変化率である場合に、前記バケットの動作状態と前記車体の傾斜状態との相関を示す相関フラグをオンにして前記後輪浮の状態を判定する
    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、
     前記コントローラは、
     前記相関フラグがオンとなっている状態が所定の設定時間以上継続した場合に、前記後輪浮の状態を判定する
    ことを特徴とするホイールローダ。
  3.  請求項1に記載のホイールローダにおいて、
     前記動作状態センサは、前記バケットの動作角度を検出するバケット角センサであり、 前記傾斜状態センサは、水平方向に対する前記車体の傾斜角度を検出する傾斜角センサであり、
     前記コントローラは、
     前記バケット角センサで検出される前記バケットの動作角度の時間変化率と、前記傾斜角センサで検出される前記車体の傾斜角度の時間変化率と、に基づいて、前記後輪浮の状態を判定する
    ことを特徴とするホイールローダ。
  4.  請求項1に記載のホイールローダにおいて、
     前記バケットを駆動する油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、
     前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧センサと、を備え、
     前記コントローラは、
     前記動作状態センサで検出される前記バケットの動作状態の時間変化率が前記第1時間変化率であって、かつ前記傾斜状態センサで検出される前記車体の傾斜状態の時間変化率が前記第2時間変化率であると共に、前記吐出圧センサで検出される前記油圧ポンプの吐出圧が前記掘削作業における前記バケットのチルト動作に必要な吐出圧となる場合に、前記後輪浮の状態を判定する
    ことを特徴とするホイールローダ。
  5.  請求項1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ためのバケット操作装置を備え、
     前記動作状態センサは、前記バケットの動作状態の時間変化率に比例する前記バケット操作装置の操作量を検出する操作量センサであり、
     前記傾斜状態センサは、水平方向に対する前記車体の傾斜角度を検出する傾斜角センサであり、
     前記コントローラは、
     前記操作量センサで検出される前記バケット操作装置の操作量と、前記傾斜角センサで検出される前記車体の傾斜角度の時間変化率と、に基づいて、前記後輪浮の状態を判定する
    ことを特徴とするホイールローダ。
  6.  請求項1に記載のホイールローダにおいて、
     車速を検出する車速センサを備え、
     前記コントローラは、
     前記動作状態センサで検出される前記バケットの動作状態の時間変化率が前記第1時間変化率であって、かつ前記傾斜状態センサで検出される前記車体の傾斜状態の時間変化率が前記第2時間変化率であると共に、前記車速センサで検出される車速が前記掘削作業に対応した車速である場合に、前記後輪浮の状態を判定する
    ことを特徴とするホイールローダ。
  7.  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、
     前記後輪浮の状態を判定した場合、前記車体が前記後輪浮の状態にあることをモニタに出力する
    ことを特徴とするホイールローダ。
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