WO2023100930A1 - ホイールローダ - Google Patents

ホイールローダ Download PDF

Info

Publication number
WO2023100930A1
WO2023100930A1 PCT/JP2022/044184 JP2022044184W WO2023100930A1 WO 2023100930 A1 WO2023100930 A1 WO 2023100930A1 JP 2022044184 W JP2022044184 W JP 2022044184W WO 2023100930 A1 WO2023100930 A1 WO 2023100930A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bucket
lift arm
control valve
wheel loader
posture
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/044184
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
芳明 堤
秀一 森木
進也 井村
Original Assignee
日立建機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立建機株式会社 filed Critical 日立建機株式会社
Priority to EP22901362.8A priority Critical patent/EP4379145A1/en
Priority to JP2023565049A priority patent/JPWO2023100930A1/ja
Priority to KR1020247006075A priority patent/KR20240035604A/ko
Priority to CN202280058636.4A priority patent/CN117916428A/zh
Publication of WO2023100930A1 publication Critical patent/WO2023100930A1/ja

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; 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
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/431—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like
    • E02F3/434—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for bucket-arms, front-end loaders, dumpers or the like providing automatic sequences of movements, e.g. automatic dumping or loading, automatic return-to-dig
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; 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
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221—Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/415—Wheel loaders

Definitions

  • the present invention relates to a wheel loader equipped with an automatic excavation control system.
  • a controller generates a command signal based on a bucket tilt operation speed, a bucket cylinder drive amount, and a preset time, and the bucket tilts according to the command signal generated in the controller.
  • a wheel loader with start and end motion is disclosed. With this wheel loader, it is possible to excavate along the trajectory of the amount of movement of the bucket assumed in advance.
  • the controller automatically starts the bucket tilt operation (automatic tilt operation) based on the bottom pressure of the lift arm cylinder and the vehicle speed, and the bucket starts the automatic tilt operation.
  • the automatic tilt operation of the bucket is terminated based on the amount of rise from the bottom pressure of the lift arm cylinder at the time. Therefore, this wheel loader can control the working device based on the magnitude of the tractive force.
  • the ground as a work object of the wheel loader has different angles of repose, which is the angle between the slope and the horizontal plane, depending on the properties of the constituent elements such as earth and sand and minerals. Since the bucket moves along a trajectory assumed in advance from the start to the end of excavation work, there is a possibility that a sufficient amount of cargo cannot be scooped into the bucket depending on the magnitude of the angle of repose. For example, when the angle of repose is large, it is better to keep the bucket horizontal or slightly tilted forward (toward the vehicle body) from the ground (earth, sand, minerals, etc.) during excavation work.
  • the reaction force received does not become too large and the vehicle body can be moved forward while raising the work device upward, the bucket can be deeply inserted into the ground and a large amount of load can be taken into the bucket.
  • the angle of repose is small, the ground (earth, sand, minerals, etc.) during excavation work is better when the bucket angle is horizontal or when the bucket is dumped slightly forward (in the direction away from the vehicle body). Since the reaction force received from the bucket does not become too large, it is possible to move the vehicle forward while raising the working device, so the bucket can be inserted deep into the ground and a large amount of load can be taken into the bucket. .
  • the movement trajectory will also be different. Sometimes I can't.
  • the controller determines the start and end of the excavation work based on the bottom pressure of the lift arm cylinder, and the movement of the bucket according to the magnitude of the angle of repose of the ground. Since the trajectory changes, unlike the wheel loader described in Patent Document 1, it is possible to scoop a sufficient amount of load into the bucket even for rocks with different repose angles.
  • the wheel loader When scooping a load into the bucket, the wheel loader uses the reaction force from the ground against the driving force associated with the forward movement to move the load to the back side of the bucket. Therefore, it is desirable that the posture of the bucket is not greatly tilted backward before the end of the excavation work.
  • the controller determines the end of the excavation work based on the bottom pressure of the lift arm cylinder. In some cases, before the final stage of excavation work, the bottom pressure of the lift arm cylinder rises to a value close to the pressure at the end of the excavation work, causing the bucket to change to a posture that is greatly tilted backward (a posture close to full tilt). Sometimes I end up In this case, the load cannot be sufficiently moved to the back of the bucket in the final stage of the excavation work, and the load is loaded on the toe side (near the opening) of the bucket. The load may spill out of the bucket.
  • an object of the present invention is to provide a wheel loader capable of loading a sufficient amount of cargo into the bucket regardless of the size and properties of the work object and the details of the operation before the start of excavation.
  • the present invention provides a lift arm attached to a front portion of a vehicle body and rotating vertically with respect to the vehicle body; A bucket for excavating a work object by tilting upward and tilting backward toward the vehicle body, a lift arm cylinder for driving the lift arm, a bucket cylinder for driving the bucket, and the lift a lift arm electromagnetic control valve that controls an arm cylinder; a bucket electromagnetic control valve that controls the bucket cylinder; and a controller that controls the lift arm electromagnetic control valve and the bucket electromagnetic control valve, respectively.
  • the wheel loader has a pressure sensor that detects the bottom pressure of the lift arm cylinder and a bucket attitude sensor that detects the attitude of the bucket, and the controller controls the bottom pressure detected by the pressure sensor to A command signal for raising the lift arm when a first pressure threshold corresponding to a bottom pressure of the lift arm with the lift arm not moving and the bucket in contact with the work object is reached. is output to the lift arm electromagnetic control valve, and when the posture of the bucket detected by the bucket posture sensor is tilted more forward than a predetermined posture, the bucket is positioned in the predetermined posture.
  • the command signal relating to the lifting operation of the lift arm is continuously output to the lift arm electromagnetic control valve, and the command signal relating to the tilting operation of the bucket is output to the bucket electromagnetic control valve and when the attitude of the bucket detected by the bucket attitude sensor reaches the predetermined attitude, a command signal related to the full tilt operation of the bucket is output to the electromagnetic control valve for the bucket. It is characterized by
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the bucket is plunged into the natural ground in the excavation work of the wheel loader;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining how the bucket is tilted during the excavation work of the wheel loader.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating how the lift arm is lifted during excavation work of the wheel loader;
  • 1 is a system configuration diagram showing one configuration example of a driving device for a wheel loader;
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing functions of an excavation support controller;
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the bucket is plunged into the natural ground in the excavation work of the wheel loader;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining how the bucket is tilted during the excavation work of the wheel loader.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating how the lift arm is lifted during excavation work of the wheel loader;
  • 1 is a system configuration diagram showing one configuration example of a driving device for a wheel loader;
  • FIG. 4 is a functional
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the attitude of the working device when the process proceeds to YES in step S620 shown in FIG. 8;
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the attitude of the working device when the process proceeds to YES in step S625 shown in FIG. 8;
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the attitude of the working device when the process proceeds to YES in step S629 shown in FIG. 9;
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the attitude of the working device when the process proceeds to YES in step S633 shown in FIG. 9;
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the attitude of the working device when the process proceeds to YES in step S637 shown in FIG. 9;
  • FIG. 1 (Overall Configuration of Wheel Loader 1) First, the overall configuration of a wheel loader 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 (Overall Configuration of Wheel Loader 1)
  • FIG. 1 is an external side view showing one configuration example of a wheel loader 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the wheel loader 1 shown in FIG. 1 as viewed from the front left side.
  • the wheel loader 1 is an articulated working vehicle that is steered by bending the vehicle body near the center.
  • the front frame 1A is horizontally rotatably connected by a joint 10, and the front frame 1A is bent in the horizontal direction with respect to the rear frame 1B.
  • the direction to the left with respect to the forward direction will be referred to as the "left direction”
  • the direction to the right with respect to the forward direction will be referred to as the "right direction”.
  • the vehicle body is provided with four wheels 11.
  • Two wheels 11 are provided as front wheels 11A on both left and right sides of the front frame 1A, and the remaining two wheels 11 are provided as rear wheels 11B on both left and right sides of the rear frame 1B. ing.
  • the front wheel 11A and rear wheel 11B provided on the left side are shown in FIG.
  • FIG. 2 only the left and right front wheels 11A and the left rear wheel 11B are shown among the four wheels 11.
  • FIG. Note that there is no particular limitation on the specific number of the plurality of wheels 11 provided on the vehicle body.
  • a hydraulically driven working device 2 is attached to the front part of the front frame 1A for carrying out cargo handling work of excavating work objects such as earth and sand and minerals and loading them onto a loading destination such as a dump truck or hopper.
  • the rear frame 1B includes a driver's cab 12 in which an operator rides, a machine room 13 in which various devices necessary for driving the wheel loader 1 are accommodated, and a work device 2 for keeping the balance so that the vehicle body does not tilt.
  • a counterweight 14 of is provided in the rear frame 1B.
  • the operator's cab 12 is arranged at the front
  • the counterweight 14 is arranged at the rear
  • the machine room 13 is arranged between the operator's cab 12 and the counterweight 14, respectively.
  • the work device 2 includes a lift arm 21 attached to the front frame 1A so as to be vertically rotatable, two lift arm cylinders 22L and 22R (see FIG. 4) as hydraulic cylinders for driving the lift arm 21, and a lift arm.
  • a bucket 23 attached to the tip of the arm 21 so as to be rotatable in the vertical direction, a bucket cylinder 24 as a hydraulic cylinder for driving the bucket 23, and a lift arm 21 rotatably connected to the bucket 23 and the bucket cylinder. and a bell crank 25 forming a link mechanism with 24 .
  • the two lift arm cylinders 22L and 22R are arranged side by side with a predetermined interval in the left-right direction of the vehicle body, but in FIG. 2, only the left lift arm cylinder 22L is shown.
  • the lift arm 21 rotates upward with respect to the front frame 1A by extending the rods 220 of the two lift arm cylinders 22L and 22R, and by contracting the rods 220 of the two lift arm cylinders 22L and 22R. It rotates downward with respect to the front frame 1A.
  • a lift arm angle is formed between the ground surface of the wheel loader 1 (the ground surface with which the four wheels 11 are in contact) and the lift arm 21.
  • a lift arm angle sensor 31 is attached to detect ⁇ .
  • the lift arm angle sensor 31 is one aspect of a lift arm orientation sensor that detects the orientation of the lift arm 21 .
  • the bucket 23 When the rod 240 of the bucket cylinder 24 extends, the bucket 23 rotates upward with respect to the lift arm 21 and tilts rearward toward the front frame 1A (tilt operation). It rotates downward with respect to the lift arm 21 (dump operation). As a result, the bucket 23 can scoop and discharge (discharge) work objects such as sand and minerals.
  • the bucket angle ⁇ which is the angle between the ground contact surface of the wheel loader 1 and the bottom surface of the bucket 23, is calculated based on the lift arm angle ⁇ and the bellcrank angle ⁇ , which is the inclination angle of the bellcrank 25 with respect to the front frame 1A. It is possible to Therefore, the lift arm angle sensor 31 that detects the lift arm angle ⁇ and the bell crank angle sensor 32 that is attached to the bell crank 25 and detects the bell crank angle ⁇ correspond to the bucket attitude sensor that detects the attitude of the bucket 23. do.
  • the bucket attitude sensor does not necessarily have to be an angle sensor, and may be a position sensor that detects the position of the bucket 23, for example.
  • the bucket 23 can be replaced with various attachments such as blades, and the wheel loader 1 can perform various operations such as snow removal and dozing (dozing) in addition to cargo handling using the bucket 23. It is also possible to
  • FIG. 3A to 3C are explanatory diagrams for explaining the excavation work of the wheel loader 1.
  • FIG. 3A shows how the bucket 23 is plunged into the natural ground Q
  • FIG. 3B shows how the bucket 23 is tilted
  • FIG. 3C. respectively show how the lift arm 21 is lifted.
  • the wheel loader 1 advances toward the natural ground Q, which is the work target, in a state of full acceleration, and plunges the bucket 23 into the natural ground Q (the state shown in FIG. 3A).
  • the operator raises the lift arm 21 and tilts the bucket 23 so that the wheel loader 1 scoops up earth, sand, minerals, and the like that form the ground Q (state shown in FIG. 3B).
  • the bucket 23 loaded with the scooped load is further lifted upward (the state shown in FIG. 3C).
  • the operator When scooping up a load such as earth and sand and minerals and loading it into the bucket 23 (the state shown in FIG. 3B), depending on the properties of the constituent elements that make up the natural ground Q, the operator may tilt the bucket 23 once. In some cases, the cargo cannot be loaded to the back side of the bucket 23 due to the operation. In such a case, the operator may perform the tilt operation of the bucket 23 multiple times.
  • the reaction force from the ground Q against the forward traveling driving force output by the wheel loader 1 is used to load the load. is moved to the back side of the bucket 23, it is desirable that the posture of the bucket 23 is not greatly tilted rearward toward the cab 12 side.
  • the final tilting operation of the bucket 23 it is desirable to tilt the bucket 23 largely backward toward the cab 12 to impart rearward inertia to the cargo to move it to the back side of the bucket 23.
  • FIG. 4 is a system configuration diagram showing one configuration example of the driving device 400 of the wheel loader 1. As shown in FIG. 4
  • the drive device 400 of the wheel loader 1 includes a travel drive device 401 for causing the vehicle body to travel, a brake drive device 402 for applying braking force to the traveling vehicle body, and a steering drive device 403 for steering. and a working drive device 404 for operating the working device 2 .
  • An engine controller 40A controls the rotation speed of the engine 40, which serves as the drive source for the traveling drive device 401, the brake drive device 402, the steering drive device 403, and the work drive device 404.
  • the engine controller 40 ⁇ /b>A outputs to the engine 40 a control signal related to the target engine speed based on the depression amount of the accelerator pedal 121 .
  • the depression amount of the accelerator pedal 121 is detected by an accelerator pedal depression amount sensor 33 attached to the accelerator pedal 121 .
  • the travel drive device 401 employs a torque converter type. and a transmission 42 coupled thereto.
  • the output shaft of the torque converter 41 is connected to the drive shaft 15 via the transmission 42, and the driving force output from the engine 40 is transmitted to the four wheels 11 via the torque converter 41, the transmission 42, and the drive shaft 15. be done.
  • the torque converter 41 has a structure in which the driving force transmitted to the transmission 42 increases as the input rotation speed (the rotation speed of the output shaft of the engine 40) increases relative to the output rotation speed. Therefore, when the amount of depression of the accelerator pedal 121 is increased to increase the rotational speed of the engine 40, the driving force output by the torque converter 41 is increased.
  • the torque converter 41 is provided with a torque sensor 34 for detecting the output torque Tr of the torque converter 41 and a rotation speed sensor 35 for detecting the output rotation speed R of the torque converter.
  • the transmission 42 cuts off the connection between the output shaft of the torque converter 41 and the drive shaft 15 according to a control signal output from the transmission controller 42A to reduce the driving force of the four wheels 11, or change the rotational direction of the drive shaft 15. is reversed to switch the direction of the driving force of the four wheels 11 .
  • the transmission controller 42A receives a switching signal output from a forward/reverse changeover switch 122 as a forward/reverse changeover device for switching between forward and reverse movement of the vehicle body, and a depression amount SB of the brake pedal 123 detected by the brake pedal depression amount sensor 36. is entered.
  • the transmission controller 42A determines that the switching signal output from the forward/reverse selector switch 122 is a neutral signal for stopping, and that the amount of depression detected by the brake pedal depression amount sensor 36 is equal to or greater than a predetermined amount of depression. In this case, a control signal for disconnecting the output shaft of the torque converter 41 and the drive shaft 15 is output to the transmission 42 .
  • a vehicle speed sensor 37 is provided on the output side of the transmission 42 to detect the vehicle speed by detecting the number of revolutions of the drive shaft 15 .
  • the vehicle speed sensor 37 can also detect acceleration based on the vehicle speed. That is, the vehicle speed sensor 37 is one aspect of an acceleration sensor that detects acceleration of the wheel loader 1 .
  • the brake drive device 402 includes a brake pump 43 connected to the output shaft of the engine 40 , an accumulator 44 that accumulates pressure oil discharged from the brake pump 43 , and a brake control circuit 45 that controls the braking forces of the four wheels 11 . and have The brake control circuit 45 adjusts the control pressure for controlling the braking forces of the four wheels 11 based on the depression amount of the brake pedal 123 detected by the brake pedal depression amount sensor 36 .
  • the steering driving device 403 is connected to the left and right steering cylinders 10L and 10R for turning the steering wheel in the left and right direction by extending and contracting the rod 100, and is connected to the output shaft of the engine 40 to supply pressure oil to the left and right steering cylinders 10L and 10R. It has a main pump 46 and a steering control circuit 47 that controls the left and right steering cylinders 10L and 10R based on the amount and direction of operation of the steering wheel 126 .
  • the steering control circuit 47 includes a steering directional control valve for controlling the flow (direction and flow rate) of pressure oil discharged from the main pump 46 and supplied to the left and right steering cylinders 10L and 10R, respectively, and an output from the steering wheel 126. a steering electromagnetic control valve for controlling the steering directional control valve based on the received steering signal. The steering electromagnetic control valve controls the left and right steering cylinders 10L and 10R by controlling the steering directional control valve.
  • the steering control circuit 47 controls the discharge side of the main pump 46 and the bottom of the left steering cylinder 10L based on the steering signal output from the steering wheel 126 to rotate the steering wheel 126 to the right. chamber and the discharge side of the main pump 46 and the rod chamber of the right steering cylinder 10R.
  • the steering control circuit 47 controls the discharge side of the main pump 46 and the rod of the left steering cylinder 10L based on the left rotation steering signal output from the steering wheel 126 . chamber, and connects the discharge side of the main pump 46 and the bottom chamber of the right steering cylinder 10R.
  • the pressure oil discharged from the main pump 46 flows into the rod chamber of the left steering cylinder 10L and the bottom chamber of the right steering cylinder 10R. , the rod 100 of the steering cylinder 10R extends and the wheel loader 1 turns left.
  • the work drive device 404 includes two lift arm cylinders 22L, 22R, a bucket cylinder 24, a main pump 46 that supplies pressure oil to the two lift arm cylinders 22L, 22R and the bucket cylinder 24, a lift arm operation lever 124 and a work device control circuit 48 that controls the flow of pressure oil supplied from the main pump 46 to the two lift arm cylinders 22L, 22R and the bucket cylinder 24 based on the amount and direction of operation of the bucket control lever 125; have.
  • the main pump 46 Since the flow rate of the pressure oil discharged from the main pump 46 increases as the rotational speed of the output shaft of the engine 40 increases, increasing the depression amount of the accelerator pedal 121 to increase the rotational speed of the output shaft of the engine 40 , the telescopic speed of each rod 220 of the two lift arm cylinders 22L, 22R and the rod 240 of the bucket cylinder 24 increases.
  • the main pump 46 is shared by the steering drive device 403 and the work drive device 404, but it is not always necessary to use the same hydraulic pump. A separate hydraulic pump may be provided.
  • the work device control circuit 48 includes a lift arm directional control valve for controlling the flow of pressure oil discharged from the main pump 46 and supplied to the two lift arm cylinders 22L and 22R, respectively, and an output from the lift arm operation lever 124.
  • a lift arm electromagnetic control valve 481 (see FIG. 5) that controls the lift arm directional control valve based on the lift arm operation signal received, and the flow of pressure oil discharged from the main pump 46 and supplied to the bucket cylinder 24.
  • a bucket electromagnetic control valve 482 (see FIG. 5) that controls the bucket directional control valve based on a bucket operation signal output from the bucket operation lever 125. be.
  • the lift arm electromagnetic control valve 481 controls the two lift arm cylinders 22L and 22R by controlling the lift arm directional control valves.
  • the bucket electromagnetic control valve 482 controls the bucket cylinder 24 by controlling the bucket directional control valve.
  • the work device control circuit 48 controls the main pump 46 based on the lift arm raising operation signal output from the lift arm operating lever 124 . and bottom chambers 22B of the two lift arm cylinders 22L and 22R.
  • the work device control circuit 48 controls the main pump 46 and the bucket based on the tilt operation signal output from the bucket operation lever 125 . It connects with the bottom chamber 24B of the cylinder 24 .
  • One lift arm cylinder 22L of the two lift arm cylinders 22L and 22R is provided with a lift arm rod pressure sensor 38A that detects a rod pressure PLr that is the internal pressure of the rod chamber 22A and a bottom pressure PLb that is the internal pressure of the bottom chamber 22B.
  • a lift arm bottom pressure sensor 38B is attached to detect each.
  • the lift arm rod pressure sensor 38A and the lift arm bottom pressure sensor 38B are attached to the left lift arm cylinder 22L in FIG. 4, they may be attached to the right lift arm cylinder 22R.
  • the bucket cylinder 24 has a bucket rod pressure sensor 39A that detects the rod pressure PBr that is the internal pressure of the rod chamber 24A, and a bucket bottom pressure sensor 39B that detects the bottom pressure PBb that is the internal pressure of the bottom chamber 24B. installed.
  • the excavation support controller 5 controls the work device control circuit 48 (the lift arm electromagnetic control valve 481 and the bucket electromagnetic control valve 482) so that the operator can operate the lift arm operation lever 124 and the bucket operation lever 125. It is possible to automatically operate the work device 2 to perform the excavation work without the operation of .
  • the excavation support control system of the work device 2 by the excavation support controller 5 is started when the operator turns on the excavation support start switch 49 provided in the operator's cab 12 .
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing the functions of the controller 5.
  • the controller 5 is configured by connecting a CPU, RAM, ROM, HDD, input I/F, and output I/F to each other via a bus.
  • Various operating devices such as the excavation support start switch 49 and the forward/backward switching switch 122, a lift arm angle sensor 31, a bell crank angle sensor 32, an accelerator pedal depression amount sensor 33, a torque sensor 34, a rotation speed sensor 35, and a brake
  • Various sensors such as a pedal depression amount sensor 36, a vehicle speed sensor 37, a lift arm rod pressure sensor 38A, a lift arm bottom pressure sensor 38B, a bucket rod pressure sensor 39A, and a bucket bottom pressure sensor 39B are connected to the input I/F.
  • a lift arm electromagnetic control valve 481 and a bucket electromagnetic control valve 482 (working device control circuit 48) are connected to the output I/F.
  • a control program (software) stored in a recording medium such as a ROM, HDD, or optical disc is read by the CPU, expanded on the RAM, and executed by executing the expanded control program.
  • the program and hardware work together to implement the functions of the controller 5 .
  • the configuration of the controller 5 is explained by combining software and hardware, but the present invention is not limited to this, and an integrated circuit that realizes the function of the control program executed on the side of the wheel loader 1 may be used. may be configured using
  • the controller 5 includes a data acquisition section 51 , a determination section 52 , a command signal output section 53 , a processing stage counting section 54 and a storage section 55 .
  • the data acquisition unit 51 receives the ON signal output from the excavation support start switch 49, the rod pressure PLr detected by the lift arm rod pressure sensor 38A, the bottom pressure PLb detected by the lift arm bottom pressure sensor 38B, the bucket A rod pressure PBr detected by the rod pressure sensor 39A, a bottom pressure PBb detected by the bucket bottom pressure sensor 39B, a switching signal output from the forward/reverse selector switch 122, a vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 37, and a lift arm.
  • Data on the brake pedal depression amount SB detected, the output torque Tr of the torque converter 41 detected by the torque sensor 34, and the output rotation speed R of the torque converter 41 detected by the rotation speed sensor 35 are obtained.
  • the determination unit 52 includes a start determination unit 521, an excavation preparation determination unit 522, a stop request determination unit 523, an excavation start determination unit 524, a traveling direction determination unit 525, a bucket posture determination unit 526, and a lift arm posture determination.
  • a section 527 and a deceleration determination section 528 are included.
  • the activation determination unit 521 determines whether or not the excavation support control system has been activated. Specifically, when the data acquisition unit 51 acquires an ON signal from the excavation support start switch 49, the activation determination unit 521 determines that the excavation support control system has been activated.
  • the excavation preparation determination unit 522 determines whether or not excavation preparation conditions are satisfied.
  • the "excavation preparation condition” means that the work device 2 is in an excavation posture described later, that the operator intends to perform excavation work, and that the bucket 23 is empty.
  • the excavation preparation determination unit 522 determines that the bucket angle ⁇ calculated based on the lift arm angle ⁇ and the bell crank angle ⁇ acquired by the data acquisition unit 51 is a predetermined angle threshold from the ground surface of the wheel loader 1 . If it is within ⁇ th (0 ⁇ th), it is determined that the work device 2 is in the excavation posture.
  • the “predetermined angle threshold value ⁇ th” is, for example, 10°, and is set to an angle within a range in which the bucket 23 can plunge into the ground Q.
  • the range of the bucket angle ⁇ in the excavation posture is set to a range larger than 0, it is not limited to this, and can be appropriately set to a range according to the angle of repose of the ground. , may be set to a range larger than the negative angle state in which the damping operation is performed below the contact surface with the vehicle body (for example, -10° ⁇ th).
  • the excavation preparation determination section 522 determines that the operator intends to perform excavation work. judge.
  • the "predetermined depression amount threshold SAth” is set to a value corresponding to the minimum amount of depression of the accelerator pedal that allows the wheel loader 1 to travel.
  • the excavation preparation determination unit 522 determines that the bucket 23 is empty. It is determined that it is in a loaded state.
  • the “predetermined bottom pressure threshold PLbth” is set to the bottom pressure applied to the lift arm cylinders 22L and 22R when the bucket 23 has a minimum load.
  • the stop request determination unit 523 determines whether or not a request has been made to stop the excavation support control by the excavation support control system. Specifically, the stop request determination unit 523 determines whether or not the brake pedal 123 has been operated based on the brake pedal depression amount SB acquired by the data acquisition unit 51, and determines if the brake pedal 123 has been operated. , it is determined that the stop of the excavation support control is requested.
  • the excavation start determination unit 524 determines whether or not the excavation start condition is satisfied, that is, whether or not the bucket 23 has come into contact with the natural ground Q.
  • the "excavation start condition” means that the pressure PL applied to the two lift arm cylinders 22L and 22R and the pressure PB applied to the bucket cylinder 24 increase, the vehicle speed V is the speed during the excavation work, and The reason is that the wheel loader 1 receives force from the ground Q.
  • first pressure threshold Pth is applied to the two lift arm cylinders 22L and 22R in a state where the work device 2 is not operating and the work device 2 does not receive external force due to contact or the like. It is set to a value corresponding to the sum of the pressure PL and the pressure PB applied to the bucket cylinder 24 .
  • the excavation start determination unit 524 obtains the force corresponding to the pressure PL applied to the two lift arm cylinders 22L and 22R and the force corresponding to the pressure PB applied to the bucket cylinder 24, and the total value of the obtained forces is It may be determined that the pressure PL applied to the two lift arm cylinders 22L and 22R and the pressure PB applied to the bucket cylinder 24 have increased when the pressure Pth is greater than a force threshold corresponding to the first pressure threshold Pth.
  • the force applied to the two lift arm cylinders 22L and 22R is calculated from the product of the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22L and the cross-sectional area of the bottom chamber 22B acquired by the data acquisition unit 51, and the rod of the lift arm cylinder 22L It can be obtained by subtracting the product of the pressure PLr and the cross-sectional area of the rod chamber 22A and doubling the calculated subtraction value.
  • the force applied to the bucket cylinder 24 is obtained from the product of the bottom pressure PBb of the bucket cylinder 24 and the cross-sectional area of the bottom chamber 24B acquired by the data acquisition unit 51, and the rod pressure PBr of the bucket cylinder 24 and the rod chamber 24A. It is obtained by subtracting the product with the cross-sectional area.
  • an increase in the pressure PL applied to the two lift arm cylinders 22L, 22R and the pressure PB applied to the bucket cylinder 24 is set as one of the excavation start conditions. It is not necessary to condition both PL and the pressure PB applied to the bucket cylinder 24, and at least only the increase of the bottom pressure PLb of the lift arm cylinders 22L and 22R may be conditional. Therefore, the "first pressure threshold value Pth" is set to at least a value corresponding to the bottom pressure of the lift arm cylinders 22L and 22R when the lift arm 21 is not operating and the bucket 23 is in contact with the ground Q. It is good if there is
  • the pressure PL applied to the two lift arm cylinders 22L, 22R and the pressure PB applied to the bucket cylinder 24 are the bottom pressure PLb of the lift arm cylinders 22L, 22R and the pressure PB of the bucket cylinder 24 obtained by the data obtaining unit 51.
  • the bottom pressure PBb is used, the rod pressure PLr of the lift arm cylinders 22L and 22R and the rod pressure PBr of the bucket cylinder 24 may be used.
  • one of the excavation start conditions is that the pressure applied to the two lift arm cylinders 22L and 22R and the pressure applied to the bucket cylinder 24 "fall".
  • the excavation start determination unit 524 determines that the vehicle speed V is the speed during excavation work.
  • the "predetermined speed threshold Vth" is, for example, 12 km/h, which is set to a speed frequently used during excavation work.
  • the excavation start determination unit 524 determines when the applied force F externally applied to the vehicle body is equal to or greater than a predetermined applied force threshold value Fth while the vehicle body is not accelerating with respect to the output of the engine 40 ( F ⁇ Fth), it is determined that the wheel loader 1 is receiving force from the natural ground Q, that is, the bucket 23 is in contact with the natural ground Q.
  • the "predetermined applied force threshold Fth" is a value corresponding to the force applied from the natural ground Q to the vehicle body when the bucket 23 contacts the natural ground Q while the lift arm 21 is not operating. is.
  • the applied force F is stored in the storage unit 55 from the product (Tr ⁇ R) of the output torque Tr of the torque converter 41 acquired by the data acquisition unit 51 and the output rotation speed R of the torque converter 41. It is obtained by subtracting the product (W ⁇ VA) of the vehicle weight W and the acceleration VA calculated based on the vehicle speed V acquired by the data acquisition unit 51 .
  • the travel direction determination unit 525 determines the travel direction (forward, reverse, or stop) of the wheel loader 1 based on the switching signal from the forward/rear switch 122 acquired by the data acquisition unit 51 .
  • the bucket posture determination unit 526 determines what posture the bucket 23 is in based on the bucket angle ⁇ calculated based on the lift arm angle ⁇ and the bell crank angle ⁇ acquired by the data acquisition unit 51 . . Note that the bucket attitude determination unit 526 does not necessarily have to determine the attitude of the bucket 23 based on the bucket angle ⁇ . Attitude may be determined.
  • bucket posture determination unit 526 determines whether the calculated bucket angle ⁇ is greater than or equal to a first angle threshold ⁇ 1, a second angle threshold ⁇ 2 or greater, and a third angle threshold ⁇ 3. Whether or not it is above is determined respectively.
  • the "first angle threshold value ⁇ 1" is an angle at which the driving force of the vehicle body is likely to move the load to the back side of the bucket 23 in the initial state of excavation work, and is set to, for example, 10°.
  • the output that affects the operating speed of the bucket 23 is large, such as when the engine 40 has a high rotational speed, the response of the bucket 23 tends to be delayed. ).
  • the "second angle threshold ⁇ 2" is a state in which the lift arm 21 is lifted and the bucket 23 is tilted from the initial state of the start of excavation work, and the bucket angle ⁇ is slightly increased. Since the next lifting motion of the lift arm 21 and the tilting motion of the bucket 23 are the final motions of the work device 2, these final motions load the load on the far side of the bucket 23 (the load in the bucket 23 is loaded with sufficient inertia). and is set to 20°, for example. In the tilting operation of the bucket 23 in the final operation, the bucket 23 tilts to the limit and becomes the most backward tilted state (final posture) toward the cab 12 side, that is, the full tilt state. The tilt operation of 23 corresponds to the full tilt operation.
  • the second angle threshold ⁇ 2 may be set to a large angle such as 50°.
  • the second angle threshold value ⁇ 2 may be set according to the operation speed with respect to the operation amount of the bucket 23 so far.
  • the "third angle threshold value ⁇ 3" is an angle that enables the load to be loaded on the far side of the bucket 23 (to give sufficient inertia to the load in the bucket 23) with only one more tilt operation of the bucket 23. and is set to an angle between 20° and 50°, for example. That is, "one more tilt operation of the bucket 23" corresponds to a full tilt operation. Therefore, it is desirable that the "third angle threshold value ⁇ 3" be set to an angle that ensures a sufficient amount of full-tilt operation from this state to the full-tilt state of the bucket 23 .
  • the third angle threshold ⁇ 3 is assumed to be the same as the second angle threshold ⁇ 2 described above, or to change the bucket angle ⁇ with respect to the second angle threshold ⁇ 2 in step S633 (see FIG. 9), which will be described later. In some cases, the value may be added to the amount.
  • the bucket posture determination unit 526 determines that the posture of the bucket 23 will be the bucket 23 after one more tilt operation (full tilt operation). It is determined that it is in the final posture in which the load can be loaded on the back side of the .
  • first angle threshold ⁇ 1 the "second angle threshold ⁇ 2”, and the “third angle threshold ⁇ 3" are all one aspect of the "predetermined backward tilt amount threshold" of the bucket 23.
  • the lift arm attitude determination unit 527 determines that the elevation angle ⁇ r of the lift arm 21 from the later-described reference angle ⁇ s of the lift arm 21 (see FIG. 10; hereinafter simply referred to as “lift arm elevation angle ⁇ r”) is the first elevation angle threshold. It is determined whether the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22L acquired by the data acquisition unit 51 is equal to or greater than a predetermined upper limit pressure Prlim.
  • the lift arm posture determination unit 527 determines whether or not the lift arm rise angle ⁇ r from the reference angle ⁇ s of the lift arm 21 is equal to or greater than a second rise angle threshold value ⁇ r2 (for example, 10°), or determines whether the data acquisition unit 51 It is determined whether or not the acquired bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22L is equal to or higher than a predetermined upper limit pressure Prlim.
  • a second rise angle threshold value ⁇ r2 for example, 10°
  • the lift arm posture determination unit 527 determines whether or not the lift arm elevation angle ⁇ r from the reference angle ⁇ s of the lift arm 21 is equal to or greater than a third elevation angle threshold value ⁇ r3 (for example, 15°), or whether the data acquisition unit 51 It is determined whether or not the acquired bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22L is equal to or higher than a predetermined upper limit pressure Prlim.
  • first rising angle threshold value ⁇ r1 the "second rising angle threshold value ⁇ r2”, and the “third rising angle threshold value ⁇ r3" are all one aspect of the "predetermined rising amount threshold value" of the lift arm 21. .
  • the "predetermined upper limit pressure Prlim" corresponds to a second pressure threshold that is greater than the first pressure threshold Pth, and is set as a pressure that is released when the pressure in the hydraulic line in the work device control circuit 48 reaches its limit. It is desirable to set it to a value slightly smaller than the set relief pressure.
  • the lift arm posture determination unit 527 determines the posture (state) of the lift arm 21 using the elevation angle ⁇ r (lift amount) of the lift arm 21 from the reference angle ⁇ s (reference posture) of the lift arm 21 .
  • the angle formed by the ground surface of the wheel loader 1 and the bottom surface (bottom surface of the work device 2) at the tip of the lift arm 21 and the lift arm from the ground surface of the wheel loader 1 The state of the lift arm 21 may be determined based on the posture of the lift arm 21 preset using the vertical height to the tip of the lift arm 21 (bucket pin).
  • the deceleration determination unit 528 determines whether or not the deceleration condition is satisfied, specifically, whether or not the bucket 23 has plunged into the natural ground Q and the vehicle body has sufficiently decelerated due to the reaction force from the natural ground Q. judge.
  • the "deceleration condition" will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in acceleration of the wheel loader 1 over time at the start of excavation work.
  • the wheel loader 1 When performing excavation work, the wheel loader 1 travels forward toward the natural ground Q at a vehicle speed of, for example, about 10 km/h, and when approaching the natural ground Q, the vehicle speed is gradually reduced to 2 km/h or less. do. In this case, as shown from 3.0 seconds to 3.8 seconds in FIG. 6, the acceleration, which is a positive value among the differential values of the vehicle speed, decreases in the negative direction. In other words, the deceleration (negative acceleration), which is a negative value among the differential values of the vehicle speed, increases.
  • the deceleration determination unit 528 determines whether or not the bucket 23 has entered the natural ground Q and the vehicle body has sufficiently decelerated due to the reaction force from the natural ground Q. can judge.
  • the "deceleration condition" is that the vehicle speed V is equal to or lower than the vehicle speed immediately before the bucket 23 plunges into the ground Q, and the deceleration has turned from its maximum value to decrease (the acceleration has turned from its minimum value to an increase). ).
  • the deceleration determination unit 528 determines that the vehicle speed V acquired by the data acquisition unit 51 is 2 km/h or less and the maximum value of deceleration when the vehicle speed V becomes 2 km/h or less is determined by 0.00. It is determined whether or not the vehicle has changed to a deceleration of 6 times Ath (marked ⁇ in the graph of FIG. 6) or more.
  • the excavation support controller 5 records the lift arm angle ⁇ acquired by the data acquisition unit 51 when the deceleration determination unit 528 determines that the deceleration condition is satisfied as the lift arm reference angle ⁇ s in the storage unit 55 . do. That is, the attitude (state) of the work device 2 when the deceleration determination unit 528 determines that the deceleration condition is satisfied is the reference.
  • the command signal output unit 53 outputs a lift command signal as a command signal for the lifting operation of the lift arm 21 according to the determination result of the excavation start determination unit 524 and the determination result of the lift arm posture determination unit 527, and performs electromagnetic control for the lift arm. Output to valve 481 .
  • command signal output unit 53 outputs a tilt command signal as a command signal for the tilt operation (including the full tilt operation) of the bucket 23 according to the determination result of the bucket posture determination unit 526 and the determination result of the lift arm posture determination unit 527. to the electromagnetic control valve 482 for the bucket.
  • the processing stage count unit 54 sets the processing stage of the excavation support control to "1". Further, when the deceleration determination unit 528 determines that the deceleration condition is satisfied and the lift arm reference angle ⁇ s is recorded in the storage unit 55, the processing stage counting unit 54 sets the excavation support control stage processing to "2". do.
  • the processing stage counting unit 54 outputs a tilt command signal to the electromagnetic control valve 482 for the bucket and when the command signal output unit 53 outputs a tilt command signal to the electromagnetic control valve 482 for the bucket.
  • the processing stages 3 to 7 are set in order.
  • the storage unit 55 is a memory that stores a predetermined angle threshold ⁇ th, a first angle threshold ⁇ 1, a second angle threshold ⁇ 2, a third angle threshold ⁇ 3, a lift arm reference angle ⁇ s, a first elevation angle threshold ⁇ r1, a second elevation An angle threshold ⁇ r2, a third rising angle threshold ⁇ r3, a predetermined depression amount threshold SAth, a predetermined bottom pressure threshold PLbth, a predetermined first pressure threshold Pth, a predetermined speed threshold Vth, and a predetermined upper limit pressure Prlim are stored.
  • FIG. 7 is a flow chart showing the flow of processing executed by the excavation support controller 5.
  • FIG. FIG. 8 is flow X showing a continuation of the flow chart shown in FIG.
  • FIG. 9 is flow Y showing a continuation of the flow chart shown in FIG. 10 to 16 are state explanatory diagrams showing changes in the posture of the work device 2 when the excavation support controller 5 executes the flow charts shown in FIGS. 7 to 9.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the initial posture of the working device when the excavation support controller 5 executes the processes shown in FIGS. 7 to 9.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the attitude of the work device 2 when the process proceeds to YES in step S616 shown in FIG. FIG.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing the attitude of the work device 2 when the process proceeds to YES in step S620 shown in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing the attitude of the work device 2 when the process proceeds to YES in step S625 shown in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the attitude of the work device 2 when the process proceeds to YES in step S629 shown in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing the attitude of the work device 2 when the process proceeds to YES in step S633 shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing the attitude of the work device 2 when the process proceeds to YES in step S637 shown in FIG.
  • the activation determination unit 521 first determines whether or not the excavation support control system has been activated (step S601). Specifically, in step S601, the activation determination unit 521 determines whether or not the data acquisition unit 51 has acquired an ON signal from the excavation support start switch. At this time, the work device 2 is in the initial posture as shown in FIG.
  • step S601 When it is determined in step S601 that the excavation support control system has been activated (step S601/YES), the excavation preparation determination unit 522 determines whether or not excavation preparation conditions are satisfied (step S602).
  • step S601 determines whether the excavation support control system has been activated (step S601/NO) or not been activated (step S601/NO). If it is determined in step S601 that the excavation support control system has not been activated (step S601/NO), that is, if the data acquisition unit 51 has not acquired an ON signal from the excavation support start switch, the data The process does not proceed to the next step S602 until the acquisition unit 51 acquires an ON signal from the excavation support start switch and the excavation support control system is activated.
  • step S602 the excavation preparation determination unit 522 determines that the bucket angle ⁇ calculated based on the lift arm angle ⁇ and the bell crank angle ⁇ acquired by the data acquisition unit 51 is equal to the predetermined angle threshold value ⁇ th from the ground plane of the wheel loader 1. (whether or not the work device 2 is in the excavation posture), and whether or not the accelerator pedal depression amount SA acquired by the data acquisition unit 51 is equal to or greater than a predetermined depression amount threshold value SAth (whether the operator is in the excavation posture). and whether the bottom pressure PLb of the lift arm cylinders 22L and 22R acquired by the data acquisition unit 51 is smaller than a predetermined bottom pressure threshold PLbth (whether or not the bucket 23 is empty). state).
  • step S602 If it is determined in step S602 that the conditions for preparation for excavation are satisfied (0 ⁇ th, SA ⁇ SAth, and PLb ⁇ PLbth) (step S602/YES), the stop request determination unit 523 determines that the data acquisition unit 51 acquires the data acquired by the data acquisition unit 51. Based on the brake pedal depression amount SB obtained, it is determined whether or not there is a request to stop the excavation support control (step S603).
  • step S602 determines whether the excavation preparation conditions are not satisfied ( ⁇ > ⁇ th, SA ⁇ SAth, or PLb ⁇ PLbth) (step S602/NO). If it is determined in step S602 that the excavation preparation conditions are not satisfied ( ⁇ > ⁇ th, SA ⁇ SAth, or PLb ⁇ PLbth) (step S602/NO), the process does not proceed to the next step S603 until the excavation preparation conditions are satisfied. .
  • step S603 When it is determined in step S603 that the brake pedal 123 has not been operated and the request to stop the excavation support control has not been issued (step S603/YES), the excavation start determination unit 524 determines whether or not the excavation start condition is satisfied. is determined (step S604).
  • step S603 if it is determined in step S603 that the brake pedal 123 has been operated and the stop of the excavation support control has been requested (step S603/NO), the process returns to step S601 to repeat the process.
  • step S604 the excavation start determination unit 524 determines whether the total value P of the pressure PL applied to the two lift arm cylinders 22L and 22R and the pressure PB applied to the bucket cylinder 24 is greater than a predetermined first pressure threshold value Pth. , whether or not the vehicle speed V acquired by the data acquisition unit 51 is equal to or less than a predetermined speed threshold value Vth, and whether or not the applied force F applied to the vehicle body from the outside is equal to or greater than a predetermined applied force threshold value Fth. .
  • step S604 If it is determined in step S604 that the excavation start condition (P>Pth, V ⁇ Vth, and F ⁇ Fth) is satisfied (step S604/YES), the processing stage counting unit 54 sets processing stage 1 of the excavation support control. (step S605). Subsequently, the command signal output unit 53 outputs a lift command signal to the lift arm electromagnetic control valve 481 (step S606). As a result, the lift arm 21 starts to move upward.
  • the work device 2 After the bucket 23 comes into contact with the natural ground Q, the work device 2 advances deeper into the natural ground Q with the passage of time. You may adjust so that a slip can be prevented more.
  • the lift arm 21 is raised in inverse proportion to the change speed of the lift arm angle ⁇ . The amount of movement may be reduced.
  • the stop request determination unit 523 determines again whether there is a request to stop the excavation support control based on the brake pedal depression amount SB acquired by the data acquisition unit 51 (step S607).
  • step S607 If it is determined in step S607 that there is no operation of the brake pedal 123 and no request to stop the excavation support control (step S607/YES), the traveling direction determination unit 525 receives the switching signal acquired by the data acquisition unit 51. , it is determined whether or not the wheel loader 1 is traveling forward (step S608).
  • step S607 determines whether there is an operation of the brake pedal 123 and the stop of the excavation support control is requested (step S607/NO).
  • step S638 shown in FIG. stops the output of the lift command signal to the lift arm electromagnetic control valve 481 and the output of the tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 (step S638). As a result, the operation of the working device 2 is stopped.
  • step S638 only the output of the lift command signal to the electromagnetic control valve 481 for the lift arm is stopped.
  • step S608 When it is determined in step S608 that the wheel loader 1 is traveling forward (step S608/YES), the bucket attitude determination unit 526 determines that the bucket angle ⁇ acquired by the data acquisition unit 51 is greater than the third angle threshold value ⁇ 3. It is determined whether or not it is smaller (step S609).
  • step S608 determines whether the wheel loader 1 is traveling forward, that is, that the wheel loader 1 is traveling backward or stopped (step S608/NO). If it is determined in step S608 that the wheel loader 1 is not traveling forward, that is, that the wheel loader 1 is traveling backward or stopped (step S608/NO), the process proceeds to step S634 shown in FIG.
  • the command signal output unit 53 outputs a full tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 (step S634).
  • the excavation support controller 5 causes the bucket 23 to be fully tilted regardless of the attitude of the bucket 23 . control to the state
  • step S609 When it is determined in step S609 that the bucket angle ⁇ is smaller than the third angle threshold value ⁇ 3 ( ⁇ 3) (step S609/YES), the processing stage counting unit 54 determines that the processing stage of the excavation support control is "1". It is determined whether or not there is (step S610).
  • step S609 determines whether or not the bucket angle ⁇ is greater than or equal to the third angle threshold value ⁇ 3 ( ⁇ 3) (step S609/NO). That is, in step S609, it is determined whether or not the bucket 23 is in the final posture. If it is determined in step S609 that the bucket 23 is in the final posture, the bucket 23 is adjusted to the full tilt state. Control.
  • step S610 When it is determined in step S610 that the processing stage of the excavation support control is "1" (step S610/YES), the deceleration determining unit 528 determines whether or not the deceleration condition is satisfied (step S611). ).
  • step S610 determines whether the processing stage of the excavation support control is not "1" (step S610/NO). If it is determined in step S610 that the processing stage of the excavation support control is not "1" (step S610/NO), the process proceeds to step S615 shown in FIG. is "2" (step S615).
  • step S611 the deceleration determination unit 528 determines that the vehicle speed V acquired by the data acquisition unit 51 is equal to or lower than the vehicle speed immediately before the bucket 23 plunges into the natural ground Q, and the acceleration based on the vehicle speed V is from the minimum value. It is determined whether or not the deceleration has turned to increase, that is, whether or not the deceleration has turned to decrease from the maximum value.
  • step S611 When it is determined in step S611 that the deceleration condition is satisfied (step S611/YES), the excavation support controller 5 sets the lift arm angle ⁇ acquired by the data acquisition unit 51 at that time as the lift arm reference angle ⁇ s to the storage unit. 55 (step S612). Subsequently, the processing stage counting section 54 sets the processing stage 2 of the excavation support control (step S613).
  • step S611 determines whether the deceleration condition is not satisfied (step S611/NO) or not satisfied (step S611/NO). If it is determined in step S611 that the deceleration condition is not satisfied (step S611/NO), it can be said that the bucket 23 has not sufficiently plunged into the natural ground Q. Therefore, the command signal output unit 53 A rise command signal is continuously output to the lift arm electromagnetic control valve 481 (step S614), and then the process returns to step S607 to repeat the process.
  • step S615/YES when processing stage 2 is set in the processing stage counting unit 54 (step S615/YES), the lift arm posture determining unit 527 determines that the lift arm rising angle ⁇ r is equal to or greater than the first rising angle threshold value. It is determined whether ⁇ r1 or more or the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22 is a predetermined upper limit pressure Prlim or more (step S616). It should be noted that if the processing stage counting unit 54 does not set the processing stage 2 (step S615/NO), the process advances to step S619 to determine whether or not the processing stage 3 is set.
  • step S616 as shown in FIG. 11, the lift arm rising angle ⁇ r is equal to or greater than the first rising angle threshold value ⁇ r1 ( ⁇ r ⁇ r1) or the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22 is equal to or greater than the predetermined upper limit pressure Prlim (PLb ⁇ Prlim ) (step S616/YES), the command signal output unit 53 outputs a tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 (step S617). Subsequently, the processing stage counting section 54 sets the processing stage 3 of the excavation support control (step S618).
  • step S616 it is determined that the lift arm rise angle ⁇ r is less than the first rise angle threshold value ⁇ r1 ( ⁇ r ⁇ r1) and the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22 is less than the predetermined upper limit pressure Prlim (PLb ⁇ Prlim). If so (step S616/NO), the process returns to step S614 to repeat the process.
  • step S619/YES when processing stage 3 is set in the processing stage counting unit 54 (step S619/YES), it is determined whether or not the bucket angle ⁇ is greater than or equal to the first angle threshold value ⁇ 1 (step S620). If the processing stage count unit 54 does not set the processing stage 3 (step S619/NO), the process advances to step S622 to determine whether or not the processing stage 4 is set (step S624).
  • step S620 If it is determined in step S620 that the bucket angle ⁇ is greater than or equal to the first angle threshold value ⁇ 1 ( ⁇ 1) as shown in FIG.
  • the output of the tilt command signal to the valve 482 is stopped (step S621).
  • the processing stage counting section 54 sets the processing stage 4 of the excavation support control (step S622).
  • step S620 determines whether the bucket angle ⁇ is less than the first angle threshold value ⁇ 1 ( ⁇ 1) (step S620/NO), that is, the posture of the bucket 23 is tilted forward from the final posture. If it is determined that there is, the command signal output unit 53 continues to output the tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 (step S623), and then returns to step S607 to repeat the process. At this time, the command signal output unit 53 also continues to output the lift command signal to the lift arm electromagnetic control valve 481 .
  • the lift arm posture determination unit 527 determines that the lift arm rising angle ⁇ r is equal to or greater than the second rising angle threshold value ⁇ r2 or the lift arm cylinder 22 is bottomed. It is determined whether or not the pressure PLb is equal to or higher than a predetermined upper limit pressure Prlim (step S625).
  • step S624/NO the process proceeds to step S628 shown in FIG. 9 to determine whether or not the processing stage 5 is set.
  • step S625 the lift arm ascending angle ⁇ r is equal to or greater than the second ascending angle threshold value ⁇ r2 ( ⁇ r ⁇ r2) or the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22 is equal to or greater than the predetermined upper limit pressure Prlim (PLb ⁇ Prlim ) (step S625/YES), the command signal output unit 53 outputs the tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 again (step S626). Subsequently, the processing stage counting section 54 sets the processing stage 5 of the excavation support control (step S627).
  • step S625 it is determined that the lift arm rise angle ⁇ r is less than the second rise angle threshold value ⁇ r2 ( ⁇ r ⁇ r2) and the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22 is less than the predetermined upper limit pressure Prlim (PLb ⁇ Prlim). If so (step S625/NO), the process returns to step S614 to repeat the process.
  • step S628/YES when processing stage 5 is set in the processing stage counting unit 54 (step S628/YES), it is determined whether or not the bucket angle ⁇ is equal to or greater than the second angle threshold ⁇ 2 (step S629). It should be noted that if the processing stage count unit 54 does not set the processing stage 5 (step S628/NO), the process proceeds to step S632 to determine whether or not the processing stage 6 is set.
  • step S629 If it is determined in step S629 that the bucket angle ⁇ is greater than or equal to the second angle threshold value ⁇ 2 ( ⁇ 2) as shown in FIG.
  • the output of the tilt command signal to the valve 482 is stopped (step S630).
  • the processing stage counting section 54 sets the processing stage 6 of the excavation support control (step S631).
  • step S629 determines whether the bucket angle ⁇ is less than the second angle threshold value ⁇ 2 ( ⁇ 2) (step S629/NO).
  • step S632/YES when processing stage 6 is set in the processing stage counting unit 54 (step S632/YES), the lift arm posture determining unit 527 determines that the lift arm rising angle ⁇ r is equal to or greater than the third rising angle threshold value ⁇ r3 or It is determined whether or not the bottom pressure PLb of the arm cylinder 22 is equal to or higher than a predetermined upper limit pressure Prlim (step S633). It should be noted that if the processing stage counting unit 54 does not set the processing stage 6 (step S632/NO), the process proceeds to step S636 to determine whether or not the processing stage 7 is set.
  • step S633 as shown in FIG. 15, the lift arm ascending angle ⁇ r is equal to or greater than the third ascending angle threshold value ⁇ r3 ( ⁇ r ⁇ r3) or the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22 is equal to or greater than the predetermined upper limit pressure Prlim (PLb ⁇ Prlim ) (step S633/YES), the command signal output unit 53 outputs a full tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 (step S634). Subsequently, the processing stage count unit 54 sets the processing stage 7 (step S635).
  • step S633 it is determined that the lift arm rise angle ⁇ r is less than the third rise angle threshold value ⁇ r3 ( ⁇ r ⁇ r3) and the bottom pressure PLb of the lift arm cylinder 22 is less than the predetermined upper limit pressure Prlim (PLb ⁇ Prlim). If so (step S633/YES), the process returns to step S614 to repeat the process.
  • step S636/YES when processing stage 7 is set in the processing stage counting unit 54 (step S636/YES), the bucket posture determination unit 526 determines the lift arm angle ⁇ and the bell crank angle acquired by the data acquisition unit 51. Based on the bucket angle ⁇ calculated based on ⁇ , it is determined whether or not the bucket 23 is in the full tilt state (step S637).
  • step S636/NO If processing stage 7 is not set in the processing stage counting unit 54 (step S636/NO), the process proceeds to step S638, and the command signal output unit 53 outputs a tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482. The output and the output of the lift command signal to the electromagnetic control valve 481 for the lift arm are stopped.
  • step S637/YES When it is determined in step S637 that the bucket 23 is in the full tilt state as shown in FIG. 16 (step S637/YES), the command signal output unit 53 outputs a tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 and lifts the The outputs of the lift command signals to the arm electromagnetic control valves 481 are stopped (step S638), and the excavation support control process ends.
  • step S637 determines whether the bucket 23 is in the full tilt state (step S637/NO). If it is determined in step S637 that the bucket 23 is not in the full tilt state (step S637/NO), the process returns to step S623 to repeat the process.
  • the rising angle ⁇ r of the lift arm 21 is equal to or greater than a predetermined rising angle threshold value (first rising angle threshold value ⁇ r1, second rising angle threshold value ⁇ r2, or third rising angle threshold value ⁇ r3).
  • a predetermined rising angle threshold value first rising angle threshold value ⁇ r1, second rising angle threshold value ⁇ r2, or third rising angle threshold value ⁇ r3
  • output of the tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 is “started”.
  • a tilt command signal is output to the bucket electromagnetic control valve 482.
  • the tilt command signal for the bucket electromagnetic control valve 482 is started and stopped based on these start conditions and stop conditions. repeat.
  • the operation of the lift arm 21 and the bucket 23 is controlled according to the determination result of the start condition and the determination result of the stop condition so that the bucket angle ⁇ becomes a preset target angle.
  • the wheel loader 1 can sufficiently load the load in the bucket 23 regardless of the size and properties of the natural ground Q as the object to be worked and the operation contents of the wheel loader 1 before the start of excavation. ing.
  • the bucket angle ⁇ is held at the first angle threshold value ⁇ 1 and the second angle threshold value ⁇ 2, respectively, so that the bucket 23 is not raised more than necessary.
  • the load can be stored in the bucket 23 by the force of the load pressed against the bottom surface of the bucket 23, and the final full tilt operation can leave enough room for the bucket 23 to move.
  • inertia is applied to the load near the opening (front) of the bucket 23 to move it to the back side of the bucket 23, so that the load does not fall from the bucket 23 during the transportation work after the excavation work. It is possible to improve the work efficiency by suppressing the storage.
  • step S609 if the bucket angle ⁇ has reached the third angle threshold value ⁇ 3, that is, if the attitude of the bucket 23 is the final attitude, the excavation support controller 5 moves the bucket 23 further.
  • the bucket electromagnetic control valve 482 In order to output a full tilt command signal to the bucket electromagnetic control valve 482 without tilting the bucket 23 to fully tilt the bucket 23, sufficient inertia is given to the cargo in the bucket 23 to move it to the back side of the bucket 23. can be done.
  • step S604 it is determined whether or not the applied force F externally applied to the vehicle body is equal to or greater than a predetermined applied force threshold value Fth while the vehicle body is not accelerating with respect to the output of the engine 40.
  • the present invention has been described above.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and includes various other modifications.
  • the above-described embodiments and modifications have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • part of the configuration of this embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of this embodiment.
  • the bucket 23 is fully tilted by three tilt operations.
  • the present invention can be applied even when 23 is in a full tilt state.
  • the travel drive device 401 is of the torque converter type, but it is not limited to this and may be of the HST type.
  • Wheel loader 5 Excavation support controller (controller) 21: Lift arm 22: Lift arm cylinder 23: Bucket 24: Bucket cylinder 31: Lift arm angle sensor (lift arm attitude sensor/bucket attitude sensor) 32: Bell crank angle sensor (bucket attitude sensor) 38B: Bottom pressure sensor for lift arm (pressure sensor) 40: Engine 41: Torque converter 100: Ground (object to be worked) 122: Forward/reverse switching switch (forward/reverse switching device) 401: Travel drive device 481: Electromagnetic control valve for lift arm 482: Electromagnetic control valve for bucket

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

作業対象物の大きさや性状、掘削開始前の動作内容によらず、バケット内に荷を十分に積載することが可能なホイールローダを提供する。　作業装置２を自動で制御する掘削支援用コントローラ５を備えたホイールローダ１において、掘削支援用コントローラ５は、バケット２３が所定の姿勢よりも前傾した姿勢である場合には、バケット２３が所定の姿勢となるまでリフトアーム用電磁制御弁４８１に対して継続して上昇動作に係る指令信号を出力すると共に、バケット用電磁制御弁４８２に対してチルト動作に係る指令信号を出力し、バケット２３の姿勢が所定の姿勢に達した場合には、バケット用電磁制御弁４８２に対してフルチルト動作に係る指令信号を出力する。

Description

ホイールローダ
　本発明は、自動掘削制御システムが搭載されたホイールローダに関する。
　近年、作業効率を向上させるなどの目的で、作業装置の動作をコントローラが制御することにより掘削作業を行うホイールローダが登場している。コントローラは、ホイールローダが掘削作業を開始する状態であることを判定し、オペレータが操作装置を操作する代わりに、リフトアームの上げ操作に係る指令信号やバケットの起こし操作（チルト操作またはクラウド操作ともいう）に係る指令信号を作業装置の駆動回路に出力して作業装置を動作させる。
　例えば、特許文献１には、バケットのチルト動作速度、バケットシリンダの駆動量、および予め設定された時間に基づいてコントローラが指令信号を生成し、コントローラ内で生成された指令信号にしたがってバケットのチルト動作が開始および終了するホイールローダが開示されている。このホイールローダでは、事前に想定されたバケット動作量の軌跡で掘削を行うことを可能としている。
　また、特許文献２に記載されたホイールローダでは、コントローラは、リフトアームシリンダのボトム圧および車速に基づいて自動でバケットのチルト動作（自動チルト動作）を開始させ、バケットが自動チルト動作を開始した時点におけるリフトアームシリンダのボトム圧からの上昇量に基づいてバケットの自動チルト動作を終了させる。したがって、このホイールローダは、牽引力の大きさに基づいて作業装置を制御することが可能である。
米国特許出願公開第２００６／０２４５８９６号明細書 国際公開第２０１５／００４８０９号
　ホイールローダの作業対象物としての地山は、土砂や鉱物などの構成要素の性状によって、斜面と水平面とのなす角度である安息角が異なってくるが、特許文献１に記載のホイールローダの場合、掘削作業の開始から終了まで事前に想定された軌跡でバケットが動作することになるため、安息角の大きさによっては十分な量の荷をバケット内に掬い入れることができない可能性がある。例えば、安息角が大きい場合には、バケットの角度が水平状態または水平状態よりも手前（車体の側）に若干チルト動作された状態の方が、掘削作業において地山（土砂や鉱物など）から受ける反力が大きくなり過ぎず、作業装置を上方に上げながら車体を前進させることができるため、バケットを地山に対して深くまで差し込んで多くの量の荷をバケット内に取り込むことができる。他方、安息角が小さい場合には、バケットの角度が水平状態または水平状態よりも前方（車体から離れる方向）に若干ダンプ動作された状態の方が、掘削作業において地山（土砂や鉱物など）から受ける反力が大きくなり過ぎず、作業装置を上方に上げながら車体を前進させることができるため、バケットを地山に対して深くまで差し込んで多くの量の荷をバケット内に取り込むことができる。また、同じ大きさの安息角の地山を掘削する場合であっても、作業装置の初期姿勢が異なると動作軌跡も異なるため、この場合においても、十分な量の荷をバケット内に掬い入れることができないことがある。
　他方、特許文献２に記載のホイールローダでは、コントローラは、リフトアームシリンダのボトム圧に基づいて掘削作業の開始および終了を判定しており、地山の安息角の大きさに応じてバケットの動作軌跡が変化するため、特許文献１に記載のホイールローダとは異なり、安息角の大きさが異なる地山に対しても十分な量の荷をバケット内に掬い入れることが可能である。
　ホイールローダは、バケット内に荷を掬い入れる際には、前進に係る駆動力に対する地山からの反力を利用して荷をバケットの奥側に移動させる。したがって、掘削作業の終了より前の段階では、バケットの姿勢が大きく後傾していないことが望ましい。しかしながら、特許文献２に記載のホイールローダの場合、コントローラはリフトアームシリンダのボトム圧に基づいて掘削作業の終了を判定しているため、例えば、掘削開始前の車速の大きさや地山の硬さによっては、掘削作業の最終段階より前の段階において、リフトアームシリンダのボトム圧が終了時の圧力に近い値まで上昇してしまい、バケットが大きく後傾した姿勢（フルチルトに近い姿勢）に変化してしまうことがある。この場合、掘削作業の最終段階のバケット動作で荷をバケットの奥側まで十分に移動させることができず、バケットの爪先側（開口付近）に荷が積載されて、掘削作業後の運搬作業時にバケットから荷がこぼれ落ちてしまう可能性がある。
　そこで、本発明の目的は、作業対象物の大きさや性状、掘削開始前の動作内容によらず、バケット内に荷を十分に積載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、車体の前部に取り付けられて前記車体に対し上下方向に回動するリフトアームと、前記リフトアームの先端部に取り付けられて、前記リフトアームに対して上方向に回動して前記車体側に後傾するチルト動作により作業対象物を掘削するバケットと、前記リフトアームを駆動するリフトアームシリンダと、前記バケットを駆動するバケットシリンダと、前記リフトアームシリンダを制御するリフトアーム用電磁制御弁と、前記バケットシリンダを制御するバケット用電磁制御弁と、前記リフトアーム用電磁制御弁および前記バケット用電磁制御弁をそれぞれ制御するコントローラと、を備えたホイールローダにおいて、前記リフトアームシリンダのボトム圧を検出する圧力センサと、前記バケットの姿勢を検出するバケット姿勢センサと、を有し、前記コントローラは、前記圧力センサで検出されたボトム圧が、前記リフトアームが動作していない状態かつ前記バケットが前記作業対象物に接触した状態の前記リフトアームのボトム圧に相当する第１圧力閾値に達した場合に、前記リフトアームの上昇動作に係る指令信号を前記リフトアーム用電磁制御弁に対して出力し、前記バケット姿勢センサで検出された前記バケットの姿勢が、所定の姿勢よりも前傾した姿勢である場合には、前記バケットが前記所定の姿勢となるまで、前記リフトアームの上昇動作に係る指令信号を前記リフトアーム用電磁制御弁に対して継続して出力すると共に、前記バケットのチルト動作に係る指令信号を前記バケット用電磁制御弁に対して出力し、前記バケット姿勢センサで検出された前記バケットの姿勢が、前記所定の姿勢に達した場合には、前記バケットのフルチルト動作に係る指令信号を前記バケット用電磁制御弁に対して出力することを特徴とする。
　本発明によれば、作業対象物の大きさや性状、掘削開始前の動作内容によらず、バケット内に荷を十分に積載することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、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一構成例を示す外観側面図である。 図１に示すホイールローダを前方左側から見た斜視図である。 ホイールローダの掘削作業において、バケットを地山に突入させた様子を説明する図である。 ホイールローダの掘削作業において、バケットをチルト動作させている様子を説明する図である。 ホイールローダの掘削作業において、リフトアームを上昇させた様子を説明する図である。 ホイールローダの駆動装置の一構成例を示すシステム構成図である。 掘削支援用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。 掘削作業の開始時におけるホイールローダの加速度の時間変化を示すグラフである。 掘削支援用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。 図７に示すフローチャートの続きを示すフローＸである。 図８に示すフローチャートの続きを示すフローＹである。 掘削支援用コントローラが図７～図９に示す処理を実行する場合における作業装置の初期姿勢を模式的に示す図である。 図８に示すステップＳ６１６においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置の姿勢を模式的に示す図である。 図８に示すステップＳ６２０においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置の姿勢を模式的に示す図である。 図８に示すステップＳ６２５においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置の姿勢を模式的に示す図である。 図９に示すステップＳ６２９においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置の姿勢を模式的に示す図である。 図９に示すステップＳ６３３においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置の姿勢を模式的に示す図である。 図９に示すステップＳ６３７においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置の姿勢を模式的に示す図である。
（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および図２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の一構成例を示す外観側面図である。図２は、図１に示すホイールローダ１を前方左側から見た斜視図である。
　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って、車体の前部となる前フレーム１Ａと車体の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。なお、以下の説明において、車体の左右方向のうち、前進方向に対する左側の方向を「左方向」とし、前進方向に対する右側の方向を「右方向」とする。
　車体には４つの車輪１１が設けられており、２つの車輪１１が前輪１１Ａとして前フレーム１Ａの左右両側に、残り２つの車輪１１が後輪１１Ｂとして後フレーム１Ｂの左右両側に、それぞれ設けられている。図１では、４つの車輪１１のうち、左側に設けられた前輪１１Ａおよび後輪１１Ｂのみが示されている。また、図２では、４つの車輪１１のうち、左右の前輪１１Ａおよび左側の後輪１１Ｂのみが示されている。なお、車体に設けられる複数の車輪１１の具体的な数については、特に制限はない。
　前フレーム１Ａの前部には、土砂や鉱物といった作業対象物を掘削してダンプトラックやホッパーなどの積込み先へ積み込む荷役作業を行うための油圧駆動式の作業装置２が取り付けられている。
　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の駆動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装置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。
　作業装置２は、前フレーム１Ａに上下方向に回動可能に取り付けられたリフトアーム２１と、リフトアーム２１を駆動する油圧シリンダとしての２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒ（図４参照）と、リフトアーム２１の先端部に上下方向に回動可能に取り付けられたバケット２３と、バケット２３を駆動する油圧シリンダとしてのバケットシリンダ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、を有している。
　なお、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒは車体の左右方向に所定の間隔を空けて並んで配置されているが、図１では左側に設けられた前輪１１Ａに隠れる位置に配置されているため不図示であり、図２では左側のリフトアームシリンダ２２Ｌのみが示されている。
　リフトアーム２１は、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒの各ロッド２２０が伸びることにより前フレーム１Ａに対して上方向に回動し、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒの各ロッド２２０が縮むことにより前フレーム１Ａに対して下方向に回動する。リフトアーム２１の基端部（前フレーム１Ａとの取り付け部）には、ホイールローダ１の接地面（４つの車輪１１が接触している地面）とリフトアーム２１とがなす角度であるリフトアーム角度αを検出するリフトアーム角度センサ３１が取り付けられている。なお、リフトアーム角度センサ３１は、リフトアーム２１の姿勢を検出するリフトアーム姿勢センサの一態様である。
　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リフトアーム２１に対して上方向に回動して前フレーム１Ａ側に後傾し（チルト動作）、バケットシリンダ２４のロッド２４０が縮むことによりリフトアーム２１に対して下方向に回動する（ダンプ動作）。これにより、バケット２３は、土砂や鉱物などの作業対象物を掬って排出（放土）することができる。
　ホイールローダ１の接地面とバケット２３の底面とがなす角度であるバケット角度βは、リフトアーム角度αと、前フレーム１Ａに対するベルクランク２５の傾斜角度であるベルクランク角度γと、に基づいて算出することが可能である。したがって、リフトアーム角度αを検出するリフトアーム角度センサ３１と、ベルクランク２５に取り付けられてベルクランク角度γを検出するベルクランク角度センサ３２とは、バケット２３の姿勢を検出するバケット姿勢センサに相当する。なお、バケット姿勢センサは、必ずしも角度センサである必要はなく、例えばバケット２３の位置を検出する位置センサなどであってもよい。
　バケット２３は、例えばブレードなどの各種アタッチメントに交換することが可能であり、ホイールローダ１は、バケット２３を用いた荷役作業の他に、除雪作業や押土作業（ドージング作業）などの各種作業を行うことも可能である。
（掘削作業について）
　次に、ホイールローダ１の掘削作業について、図３Ａ～Ｃを参照して説明する。
　図３Ａ～Ｃは、ホイールローダ１の掘削作業について説明する説明図であり、図３Ａはバケット２３を地山Ｑに突入させた様子、図３Ｂはバケット２３をチルト動作させている様子、図３Ｃはリフトアーム２１を上昇させた様子をそれぞれ示している。
　掘削作業では、まず、ホイールローダ１は、作業対象物である地山Ｑに向かってフルアクセルの状態で前進し、バケット２３を地山Ｑに突入させる（図３Ａに示す状態）。次に、オペレータがリフトアーム２１の上げ操作およびバケット２３のチルト操作を行うことにより、ホイールローダ１は地山Ｑを構成する土砂や鉱物などを掬い上げる（図３Ｂに示す状態）。そして、オペレータがリフトアーム２１の上げ操作を継続して行うことにより、掬い上げた荷が積まれた状態のバケット２３がさらに上方に持ち上がる（図３Ｃに示す状態）。
　なお、土砂や鉱物などの荷を掬い上げてバケット２３内に積み込む際（図３Ｂに示す状態）において、地山Ｑを構成する構成要素の性状などによっては、オペレータによる１回のバケット２３のチルト操作で、荷をバケット２３の奥側まで積み込むことができない場合がある。このような場合には、オペレータは、バケット２３のチルト操作を複数回に亘って行うことがある。
　バケット２３のチルト操作が複数回に亘って行われる場合、初期の段階（例えば、１回目および２回目）では、ホイールローダ１が出力する前進の走行駆動力に対する地山Ｑからの反力で荷をバケット２３の奥側に移動させるため、バケット２３の姿勢が運転室１２側に向かって大きく後傾していないことが望ましい。他方、バケット２３のチルト操作の最終回では、バケット２３を運転室１２側に向けて大きく後傾させることによって、荷に後方への慣性を与えてバケット２３の奥側に移動させることが望ましい。
　このホイールローダ１では、オペレータによる手動操作によって作業装置２を動作させて掘削作業を行うことの他、後述する掘削支援用コントローラ５（図４および図５参照）による作業装置２の自動制御を用いて掘削作業を行うことも可能である。
（ホイールローダ１の駆動装置４００）
　次に、ホイールローダ１の駆動装置４００について、図４を参照して説明する。
　図４は、ホイールローダ１の駆動装置４００の一構成例を示すシステム構成図である。
　ホイールローダ１の駆動装置４００は、車体を走行させるための走行駆動装置４０１と、走行中の車体に対してブレーキ力を付与するためのブレーキ駆動装置４０２と、ステアリングを切るためのステアリング駆動装置４０３と、作業装置２を動作させるための作業駆動装置４０４と、を含んで構成される。
　これら走行駆動装置４０１、ブレーキ駆動装置４０２、ステアリング駆動装置４０３、および作業駆動装置４０４の駆動源となるエンジン４０は、エンジンコントローラ４０Ａによって回転数が制御されている。エンジンコントローラ４０Ａは、アクセルペダル１２１の踏込量に基づいた目標エンジン回転数に係る制御信号をエンジン４０に対して出力する。アクセルペダル１２１の踏込量は、アクセルペダル１２１に取り付けられたアクセルペダル踏込量センサ３３で検出される。
　走行駆動装置４０１は、本実施形態ではトルクコンバータ式が用いられており、エンジン４０の出力軸に連結されてエンジン４０から伝達されるトルクを増幅させるトルクコンバータ４１と、トルクコンバータ４１の出力軸に連結されたトランスミッション４２と、を有する。トルクコンバータ４１の出力軸はトランスミッション４２を介してドライブシャフト１５に接続されており、エンジン４０から出力された駆動力がトルクコンバータ４１、トランスミッション４２、およびドライブシャフト１５を介して４つの車輪１１に伝達される。
　トルクコンバータ４１は、出力回転数に対して入力回転数（エンジン４０の出力軸の回転数）が大きいほどトランスミッション４２に伝達される駆動力が増大する構造を有している。したがって、アクセルペダル１２１の踏込量を増やしてエンジン４０の回転数を上げると、トルクコンバータ４１が出力する駆動力は大きくなる。トルクコンバータ４１には、トルクコンバータ４１の出力トルクＴｒを検出するトルクセンサ３４と、トルクコンバータの出力回転数Ｒを検出する回転数センサ３５と、が設けられている。
　トランスミッション４２は、トランスミッションコントローラ４２Ａから出力される制御信号にしたがって、トルクコンバータ４１の出力軸とドライブシャフト１５との接続を遮断して４つの車輪１１の駆動力を落としたり、ドライブシャフト１５の回転方向を反転させて４つの車輪１１の駆動力の方向を切り換えたりする。トランスミッションコントローラ４２Ａには、車体の前後進を切り換えるための前後進切換装置としての前後進切換スイッチ１２２から出力された切換信号およびブレーキペダル踏込量センサ３６で検出されたブレーキペダル１２３の踏込量ＳＢが入力される。
　例えば、トランスミッションコントローラ４２Ａは、前後進切換スイッチ１２２から出力された切換信号が停止に係るニュートラル信号であって、かつ、ブレーキペダル踏込量センサ３６で検出された踏込量が所定の踏込量以上であった場合、トルクコンバータ４１の出力軸とドライブシャフト１５との接続を遮断する制御信号をトランスミッション４２に対して出力する。
　トランスミッション４２の出力側には、ドライブシャフト１５の回転数を検出することで車速を検出する車速センサ３７が設けられている。なお、この車速センサ３７は、車速に基づいて加速度を検出することも可能である。すなわち、車速センサ３７は、ホイールローダ１の加速度を検出する加速度センサの一態様である。
　ブレーキ駆動装置４０２は、エンジン４０の出力軸に連結されたブレーキポンプ４３と、ブレーキポンプ４３から吐出された圧油を蓄圧するアキュムレータ４４と、４つの車輪１１のブレーキ力を制御するブレーキ制御回路４５と、を有する。ブレーキ制御回路４５では、ブレーキペダル踏込量センサ３６で検出されたブレーキペダル１２３の踏込量に基づいて、４つの車輪１１のブレーキ力を制御するための制御圧が調整されている。
　ステアリング駆動装置４０３は、ロッド１００が伸縮することにより左右方向にステアリングを切る左右のステアリングシリンダ１０Ｌ，１０Ｒと、エンジン４０の出力軸に連結されて左右のステアリングシリンダ１０Ｌ，１０Ｒに圧油を供給するメインポンプ４６と、ステアリングホイール１２６の操作量および操作方向に基づいて左右のステアリングシリンダ１０Ｌ，１０Ｒを制御するステアリング制御回路４７と、を有する。
　ステアリング制御回路４７は、メインポンプ４６から吐出されて左右のステアリングシリンダ１０Ｌ，１０Ｒのそれぞれに供給される圧油の流れ（方向および流量）を制御するステアリング用方向制御弁と、ステアリングホイール１２６から出力された操舵信号に基づいてステアリング用方向制御弁を制御するステアリング用電磁制御弁と、を含んで構成される。ステアリング用電磁制御弁は、ステアリング用方向制御弁を制御することで、左右のステアリングシリンダ１０Ｌ，１０Ｒを制御する。
　例えば、オペレータがステアリングホイール１２６を右回転させた場合、ステアリング制御回路４７は、ステアリングホイール１２６から出力された右回転の操舵信号に基づいて、メインポンプ４６の吐出側と左のステアリングシリンダ１０Ｌのボトム室とを接続すると共に、メインポンプ４６の吐出側と右のステアリングシリンダ１０Ｒのロッド室とを接続する。
　これにより、メインポンプ４６から吐出された圧油が左のステアリングシリンダ１０Ｌのボトム室および右のステアリングシリンダ１０Ｒのロッド室のそれぞれに流入するため、左のステアリングシリンダ１０Ｌのロッド１００が伸長すると共に右のステアリングシリンダ１０Ｒのロッド１００が収縮してホイールローダ１が右折する。
　他方、オペレータがステアリングホイール１２６を左回転させた場合、ステアリング制御回路４７は、ステアリングホイール１２６から出力された左回転の操舵信号に基づいて、メインポンプ４６の吐出側と左のステアリングシリンダ１０Ｌのロッド室とを接続すると共に、メインポンプ４６の吐出側と右のステアリングシリンダ１０Ｒのボトム室とを接続する。
　これにより、メインポンプ４６から吐出された圧油が左のステアリングシリンダ１０Ｌのロッド室および右のステアリングシリンダ１０Ｒのボトム室のそれぞれに流入するため、左のステアリングシリンダ１０Ｌのロッド１００が収縮すると共に右のステアリングシリンダ１０Ｒのロッド１００が伸長してホイールローダ１が左折する。
　作業駆動装置４０４は、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒと、バケットシリンダ２４と、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒおよびバケットシリンダ２４に圧油を供給するメインポンプ４６と、リフトアーム操作レバー１２４およびバケット操作レバー１２５の操作量および操作方向に基づいてメインポンプ４６から２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒおよびバケットシリンダ２４のそれぞれに供給される圧油の流れを制御する作業装置制御回路４８と、を有する。
　メインポンプ４６から吐出される圧油の流量は、エンジン４０の出力軸の回転数が大きいほど増加するため、アクセルペダル１２１の踏込量を増大させてエンジン４０の出力軸の回転数を上げることにより、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒの各ロッド２２０およびバケットシリンダ２４のロッド２４０の伸縮速度は速くなる。なお、図４では、ステアリング駆動装置４０３と作業駆動装置４０４とにおいてメインポンプ４６を共用しているが、必ずしも同じ油圧ポンプを使用する必要はなく、ステアリング駆動装置４０３および作業駆動装置４０４のそれぞれにおいて個別の油圧ポンプが備わっていてもよい。
　作業装置制御回路４８は、メインポンプ４６から吐出されて２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒのそれぞれに供給される圧油の流れを制御するリフトアーム用方向制御弁と、リフトアーム操作レバー１２４から出力されたリフトアーム操作信号に基づいてリフトアーム用方向制御弁を制御するリフトアーム用電磁制御弁４８１（図５参照）と、メインポンプ４６から吐出されてバケットシリンダ２４に供給される圧油の流れを制御するバケット用方向制御弁と、バケット操作レバー１２５から出力されたバケット操作信号に基づいてバケット用方向制御弁を制御するバケット用電磁制御弁４８２（図５参照）と、を含んで構成される。
　リフトアーム用電磁制御弁４８１は、リフトアーム用方向制御弁を制御することで、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒを制御する。同様に、バケット用電磁制御弁４８２は、バケット用方向制御弁を制御することで、バケットシリンダ２４を制御する。
　例えば、オペレータがリフトアーム２１を上昇させるようにリフトアーム操作レバー１２４を操作した場合、作業装置制御回路４８は、リフトアーム操作レバー１２４から出力されたリフトアーム上げ操作信号に基づいて、メインポンプ４６と２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒの各ボトム室２２Ｂとを接続する。
　これにより、メインポンプ４６から吐出された圧油は２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒの各ボトム室２２Ｂに流入するため、各ロッド２２０が伸長してリフトアーム２１が上方向に動作する。
　また、例えば、オペレータがバケット２３をチルト動作させるようにバケット操作レバー１２５を操作した場合、作業装置制御回路４８は、バケット操作レバー１２５から出力されたチルト操作信号に基づいて、メインポンプ４６とバケットシリンダ２４のボトム室２４Ｂとを接続する。
　これにより、メインポンプ４６から吐出された圧油はバケットシリンダ２４のボトム室２４Ｂに流入するため、ロッド２４０が伸長してバケット２３がチルト動作（起こし動作）する。
　２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒのうち一方のリフトアームシリンダ２２Ｌには、ロッド室２２Ａの内圧であるロッド圧ＰＬｒを検出するリフトアーム用ロッド圧センサ３８Ａおよびボトム室２２Ｂの内圧であるボトム圧ＰＬｂを検出するリフトアーム用ボトム圧センサ３８Ｂがそれぞれ取り付けられている。なお、図４では、リフトアーム用ロッド圧センサ３８Ａおよびリフトアーム用ボトム圧センサ３８Ｂは、左側のリフトアームシリンダ２２Ｌに取り付けられているが、右側のリフトアームシリンダ２２Ｒに取り付けられていてもよい。
　同様に、バケットシリンダ２４には、ロッド室２４Ａの内圧であるロッド圧ＰＢｒを検出するバケット用ロッド圧センサ３９Ａおよびボトム室２４Ｂの内圧であるボトム圧ＰＢｂを検出するバケット用ボトム圧センサ３９Ｂがそれぞれ取り付けられている。
　ホイールローダ１では、掘削支援用コントローラ５により作業装置制御回路４８（リフトアーム用電磁制御弁４８１およびバケット用電磁制御弁４８２）を制御することで、オペレータによるリフトアーム操作レバー１２４およびバケット操作レバー１２５の操作がなくとも、作業装置２を自動で動作させて掘削作業を行うことが可能となっている。掘削支援用コントローラ５による作業装置２の掘削支援制御システムは、運転室１２内に設けられた掘削支援開始スイッチ４９をオペレータがＯＮ操作することにより起動する。
（掘削支援用コントローラ５の構成）
　次に、掘削支援用コントローラ５の構成について、図５および図６を参照して説明する。なお、以下の説明では、掘削支援用コントローラ５を単に「コントローラ５」とする。
　図５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、掘削支援開始スイッチ４９や前後進切換スイッチ１２２などの各種の操作装置、およびリフトアーム角度センサ３１、ベルクランク角度センサ３２、アクセルペダル踏込量センサ３３、トルクセンサ３４、回転数センサ３５、ブレーキペダル踏込量センサ３６、車速センサ３７、リフトアーム用ロッド圧センサ３８Ａ、リフトアーム用ボトム圧センサ３８Ｂ、バケット用ロッド圧センサ３９Ａ、およびバケット用ボトム圧センサ３９Ｂといった各種のセンサが入力Ｉ／Ｆに接続され、リフトアーム用電磁制御弁４８１およびバケット用電磁制御弁４８２（作業装置制御回路４８）が出力Ｉ／Ｆに接続されている。
　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などの記録媒体に格納された制御プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵが読み出してＲＡＭ上に展開し、展開された制御プログラムを実行することにより、制御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の構成をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにより説明しているが、これに限らず、ホイールローダ１の側で実行される制御プログラムの機能を実現する集積回路を用いて構成してもよい。
　コントローラ５は、データ取得部５１と、判定部５２と、指令信号出力部５３と、処理段階カウント部５４と、記憶部５５と、を含む。
　データ取得部５１は、掘削支援開始スイッチ４９から出力されたＯＮ信号、リフトアーム用ロッド圧センサ３８Ａで検出されたロッド圧ＰＬｒ、リフトアーム用ボトム圧センサ３８Ｂで検出されたボトム圧ＰＬｂ、バケット用ロッド圧センサ３９Ａで検出されたロッド圧ＰＢｒ、バケット用ボトム圧センサ３９Ｂで検出されたボトム圧ＰＢｂ、前後進切換スイッチ１２２から出力された切換信号、車速センサ３７で検出された車速Ｖ、リフトアーム角度センサ３１で検出されたリフトアーム角度α、ベルクランク角度センサ３２で検出されたベルクランク角度γ、アクセルペダル踏込量センサ３３で検出されたアクセルペダル踏込量ＳＡ、ブレーキペダル踏込量センサ３６で検出されたブレーキペダル踏込量ＳＢ、トルクセンサ３４で検出されたトルクコンバータ４１の出力トルクＴｒ、および回転数センサ３５で検出されたトルクコンバータ４１の出力回転数Ｒに関するデータをそれぞれ取得する。
　判定部５２は、起動判定部５２１と、掘削準備判定部５２２と、停止要求判定部５２３と、掘削開始判定部５２４と、進行方向判定部５２５と、バケット姿勢判定部５２６と、リフトアーム姿勢判定部５２７と、減速度判定部５２８と、を含む。
　起動判定部５２１は、掘削支援制御システムが起動されているか否かを判定する。具体的には、起動判定部５２１は、データ取得部５１において掘削支援開始スイッチ４９からのＯＮ信号が取得された場合に、掘削支援制御システムが起動されたと判定する。
　掘削準備判定部５２２は、掘削準備条件を満たすか否かを判定する。ここで、「掘削準備条件」とは、作業装置２が後述の掘削姿勢であって、オペレータが掘削作業を行う意思があり、かつ、バケット２３内が空荷の状態であることである。
　具体的には、掘削準備判定部５２２は、データ取得部５１において取得されたリフトアーム角度αおよびベルクランク角度γに基づいて算出されたバケット角度βがホイールローダ１の接地面から所定の角度閾値βｔｈ以内である場合に（０＜β≦βｔｈ）、作業装置２が掘削姿勢であると判定する。なお、「所定の角度閾値βｔｈ」は、例えば１０°であって、バケット２３が地山Ｑに突入可能な範囲の角度に設定されている。なお、掘削姿勢におけるバケット角度βの範囲は、０よりも大きい範囲に設定されているが、これに限られず、地山の安息角などに応じた範囲に適宜設定することが可能であり、例えば、車体との接地面よりも下方にダンプ動作されたマイナスの角度の状態よりも大きい範囲（例えば、－１０°＜β≦βｔｈ）に設定してもよい。
　また、掘削準備判定部５２２は、データ取得部５１において取得されたアクセルペダル踏込量ＳＡが所定の踏込量閾値ＳＡｔｈ以上である場合に（ＳＡ≧ＳＡｔｈ）、オペレータが掘削作業を行う意思があると判定する。なお、「所定の踏込量閾値ＳＡｔｈ」は、ホイールローダ１が走行可能な最低限のアクセルペダル踏込量に相当する値に設定されている。
　そして、掘削準備判定部５２２は、データ取得部５１において取得されたリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒのボトム圧ＰＬｂが所定のボトム圧閾値ＰＬｂｔｈよりも小さい場合に（ＰＬｂ＜ＰＬｂｔｈ）、バケット２３内が空荷の状態であると判定する。なお、「所定のボトム圧閾値ＰＬｂｔｈ」とは、バケット２３内に最低限の荷がある状態においてリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒにかかるボトム圧に設定されている。
　停止要求判定部５２３は、掘削支援制御システムによる掘削支援制御の停止が要求されたか否かを判定する。具体的には、停止要求判定部５２３は、データ取得部５１において取得されたブレーキペダル踏込量ＳＢに基づいて、ブレーキペダル１２３の操作があったか否かを判定し、ブレーキペダル１２３の操作あった場合には、掘削支援制御の停止が要求されたと判定する。
　掘削開始判定部５２４は、掘削開始条件を満たすか否か、すなわちバケット２３が地山Ｑに接触したか否かを判定する。ここで、「掘削開始条件」とは、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬとバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢとが上昇し、車速Ｖが掘削作業時の速度であって、かつ、ホイールローダ１が地山Ｑから力を受けていることである。
　具体的には、掘削開始判定部５２４は、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬとバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢとの合計値Ｐ（＝ＰＬ＋ＰＢ）が所定の第１圧力閾値Ｐｔｈよりも大きい場合に（Ｐ＞Ｐｔｈ）、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬとバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢとが上昇したと判定する。
　なお、「第１圧力閾値Ｐｔｈ」は、作業装置２が動作しておらず、かつ、作業装置２が接触などによって外部から力を受けていない状態において、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬとバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢとの合計値に相当する値に設定されている。
　掘削開始判定部５２４は、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬに相当する力と、バケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢに相当する力と、をそれぞれ取得し、取得した力の合計値が第１圧力閾値Ｐｔｈに相当する力の閾値よりも大きい場合に、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬとバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢとが上昇したと判定しても良い。
　ここで、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる力は、データ取得部５１において取得されたリフトアームシリンダ２２Ｌのボトム圧ＰＬｂとボトム室２２Ｂの断面積との積から、リフトアームシリンダ２２Ｌのロッド圧ＰＬｒとロッド室２２Ａの断面積との積を減算し、算出された減算値を２倍することにより求めることができる。
　同様に、バケットシリンダ２４に掛かる力は、データ取得部５１において取得されたバケットシリンダ２４のボトム圧ＰＢｂとボトム室２４Ｂの断面積との積から、バケットシリンダ２４のロッド圧ＰＢｒとロッド室２４Ａの断面積との積を減算することにより求められる。
　本実施形態では、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬおよびバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢの上昇を掘削開始条件の１つとしているが、必ずしも２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬおよびバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢの両方の上昇を条件とする必要はなく、少なくともリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒのボトム圧ＰＬｂの上昇のみを条件とすればよい。したがって、「第１圧力閾値Ｐｔｈ」は、少なくとも、リフトアーム２１が動作していない状態かつバケット２３が地山Ｑに接触した状態のリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒのボトム圧に相当する値に設定されていればよい。
　ただし、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬおよびバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢの両方の上昇を条件とすることで、リフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂの上昇のみを条件とした場合と比べて誤判定が抑制されて掘削開始の判定精度を向上させることが可能となる。
　本実施形態では、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬおよびバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢとして、データ取得部５１において取得されたリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒのボトム圧ＰＬｂおよびバケットシリンダ２４のボトム圧ＰＢｂを用いたが、リフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒのロッド圧ＰＬｒおよびバケットシリンダ２４のロッド圧ＰＢｒを用いても良い。この場合には、掘削開始条件の一つは、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力とバケットシリンダ２４に掛かる圧力とが「下降する」こととなる。
　また、掘削開始判定部５２４は、データ取得部５１において取得された車速Ｖが所定の速度閾値Ｖｔｈ以下である場合に（Ｖ≦Ｖｔｈ）、車速Ｖが掘削作業時の速度であると判定する。なお、「所定の速度閾値Ｖｔｈ」は、例えば１２ｋｍ／ｈであって、掘削作業時において頻繁に用いられる速度に設定されている。
　そして、掘削開始判定部５２４は、エンジン４０の出力に対して車体が加速していない状態で車体に対して外部から付与されている付与力Ｆが所定の付与力閾値Ｆｔｈ以上である場合に（Ｆ≧Ｆｔｈ）、ホイールローダ１が地山Ｑから力を受けている、すなわちバケット２３が地山Ｑに接触していると判定する。なお、「所定の付与力閾値Ｆｔｈ」は、リフトアーム２１が動作していない状態でバケット２３が地山Ｑに接触したときに車体に対して地山Ｑから付与されている力に相当する値である。
　ここで、付与力Ｆは、データ取得部５１において取得されたトルクコンバータ４１の出力トルクＴｒとトルクコンバータ４１の出力回転数Ｒとの積（Ｔｒ×Ｒ）から、記憶部５５に記憶されている車重Ｗとデータ取得部５１において取得された車速Ｖに基づいて算出された加速度ＶＡとの積（Ｗ×ＶＡ）を減算することにより求められる。
　進行方向判定部５２５は、データ取得部５１において取得された前後進切換スイッチ１２２からの切換信号に基づいて、ホイールローダ１の進行方向（前進、後進、または停止）を判定する。
　バケット姿勢判定部５２６は、データ取得部５１において取得されたリフトアーム角度αおよびベルクランク角度γに基づいて算出されたバケット角度βに基づいて、バケット２３がどのような姿勢になっているか判定する。なお、バケット姿勢判定部５２６は、必ずしもバケット角度βに基づいてバケット２３の姿勢を判定する必要はなく、例えば、バケットシリンダ２４の位置やバケット２３の動作量の出力時間などに基づいてバケット２３の姿勢を判定してもよい。
　具体的には、バケット姿勢判定部５２６は、算出されたバケット角度βが、第１角度閾値β１以上であるか否か、第２角度閾値β２以上であるか否か、および第３角度閾値β３以上であるか否かを、それぞれ判定する。
　ここで、「第１角度閾値β１」は、掘削作業の開始初期の状態において車体の駆動力で荷をバケット２３の奥側に移動させやすい角度であって、例えば１０°に設定されている。なお、エンジン４０の回転数が高い場合などバケット２３の動作速度に影響する出力が大きい場合にはバケット２３の応答が遅れやすいため、第１角度閾値β１を１０°よりも小さい角度（例えば８°）としておくことが望ましい。
　「第２角度閾値β２」は、掘削作業の開始初期の状態からリフトアーム２１の上昇動作およびバケット２３のチルト動作が行われて、バケット角度βが若干大きくなった状態であり、この状態から行う次のリフトアーム２１の上昇動作およびバケット２３のチルト動作が作業装置２における最終動作となるため、これら最終動作で荷をバケット２３の奥側に積載する（バケット２３内の荷に十分な慣性を与える）ことを可能とする角度であって、例えば２０°に設定されている。最終動作でのバケット２３のチルト動作では、バケット２３が限界までチルトして運転室１２側に向かって最も後傾した最後傾状態（最終姿勢）、すなわちフルチルト状態となるため、最終動作でのバケット２３のチルト動作はフルチルト動作に該当する。
　なお、バケット２３のフルチルト動作におけるバケット２３の動作量や動作速度が比較的大きい値に設定されている場合には、少ない動作量でバケット２３内の荷に十分な慣性を与えることが可能であるため、第２角度閾値β２は、例えば５０°などの大きい角度に設定してもよい。あるいは、これまでのバケット２３の動作量に対する動作速度に応じて第２角度閾値β２を設定してもよい。
　「第３角度閾値β３」は、あと１回のバケット２３のチルト動作のみで荷をバケット２３の奥側に積載する（バケット２３内の荷に十分な慣性を与える）ことを可能とする角度であって、例えば２０°～５０°の間の角度に設定されている。すなわち、「あと１回のバケット２３のチルト動作」は、フルチルト動作に該当する。したがって、「第３角度閾値β３」は、この状態からバケット２３をフルチルト状態にするまでのフルチルト動作の動作量が十分確保された角度に設定されていることが望ましい。なお、この第３角度閾値β３は、前述の第２角度閾値β２と同じ場合や、第２角度閾値β２に対して後述するステップＳ６３３（図９参照）で変化すると想定されるバケット角度βの変化量を加えた値とする場合もあり得る。
　バケット姿勢判定部５２６は、算出されたバケット角度βが第３角度閾値β３以上である場合には（β≧β３）、バケット２３の姿勢が、あと１回のチルト動作（フルチルト動作）でバケット２３の奥側に荷を積載可能とする最終姿勢であると判定する。
　ここで、「第１角度閾値β１」、「第２角度閾値β２」、および「第３角度閾値β３」はいずれも、バケット２３における「所定の後傾量閾値」の一態様である。
　リフトアーム姿勢判定部５２７は、後述するリフトアーム２１の基準角度αｓからのリフトアーム２１の上昇角度αｒ（図１０参照；以下、単に「リフトアーム上昇角度αｒ」とする）が第１上昇角度閾値αｒ１（例えば５°）以上であるか否か、または、データ取得部５１において取得されたリフトアームシリンダ２２Ｌのボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上であるか否かを判定する。
　また、リフトアーム姿勢判定部５２７は、リフトアーム２１の基準角度αｓからのリフトアーム上昇角度αｒが第２上昇角度閾値αｒ２（例えば１０°）以上であるか否か、または、データ取得部５１において取得されたリフトアームシリンダ２２Ｌのボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上であるか否かを判定する。
　また、リフトアーム姿勢判定部５２７は、リフトアーム２１の基準角度αｓからのリフトアーム上昇角度αｒが第３上昇角度閾値αｒ３（例えば１５°）以上であるか否か、または、データ取得部５１において取得されたリフトアームシリンダ２２Ｌのボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上であるか否かを判定する。
　ここで、「第１上昇角度閾値αｒ１」、「第２上昇角度閾値αｒ２」、および「第３上昇角度閾値αｒ３」はいずれも、リフトアーム２１における「所定の上昇量閾値」の一態様である。
　「所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ」は、第１圧力閾値Ｐｔｈよりも大きい第２圧力閾値に相当し、作業装置制御回路４８における油圧管路の圧力が限界になることにより解放される圧力として設定された設定リリーフ圧よりも少し小さい値に設定しておくことが望ましい。
　なお、本実施形態では、リフトアーム姿勢判定部５２７は、リフトアーム２１の基準角度αｓ（基準姿勢）からのリフトアーム２１の上昇角度αｒ（上昇量）を用いてリフトアーム２１の姿勢（状態）を判定しているが、これに限らず、例えば、ホイールローダ１の接地面とリフトアーム２１の先端部における底面（作業装置２の底面）とがなす角度やホイールローダ１の接地面からリフトアーム２１の先端部（バケットピン）までの鉛直高さを用いて予め設定したリフトアーム２１の姿勢により、リフトアーム２１の状態を判定してもよい。
　減速度判定部５２８は、減速度条件を満たすか否か、具体的には、バケット２３が地山Ｑに突入して車体が地山Ｑからの反力を受けて十分に減速したか否かを判定する。ここで、「減速度条件」について、図６を参照して説明する。
　図６は、掘削作業の開始時におけるホイールローダ１の加速度の時間変化を示すグラフである。
　掘削作業を行う場合、ホイールローダ１は、例えば１０ｋｍ／ｈ程度の車速で地山Ｑに向かって前進走行し、地山Ｑに近づいてくると２ｋｍ／ｈ以下の車速となるように徐々に減速する。この場合、図６における３．０秒～３．８秒あたりに示すように、車速の微分値のうちの正の値である加速度は、マイナス方向に減少していく。換言すれば、車速の微分値のうちの負の値である減速度（マイナスの加速度）は上昇していく。
　そして、バケット２３が地山Ｑに接触（突入）すると、その直後に加速度が最小値から増加へ転じる。すなわち、バケット２３が地山Ｑに接触して車体が地山Ｑから反力を受けると減速度が最大値を取り、その直後に減速度は減少へと転じる。減速度判定部５２８は、このような車速および減速度の関係に基づいて、バケット２３が地山Ｑに突入して車体が地山Ｑからの反力を受けて十分に減速したか否かを判定することができる。
　したがって、「減速度条件」は、車速Ｖが地山Ｑにバケット２３を突入させる直前の車速以下であって、かつ、減速度が最大値から減少へ転じた（加速度が最小値から増加へ転じた）ことである。例えば、減速度判定部５２８は、データ取得部５１において取得された車速Ｖが２ｋｍ／ｈ以下であって、かつ、車速Ｖが２ｋｍ／ｈ以下になったときの減速度の最大値から０．６倍の減速度Ａｔｈ（図６のグラフにおける▲印）以上に転じたか否かを判定する。
　そして、掘削支援用コントローラ５は、減速度判定部５２８において減速度条件を満たすと判定されたときにデータ取得部５１において取得されたリフトアーム角度αをリフトアーム基準角度αｓとして記憶部５５に記録する。すなわち、減速度判定部５２８において減速度条件を満たすと判定されたときの作業装置２の姿勢（状態）が基準となる。
　指令信号出力部５３は、掘削開始判定部５２４における判定結果およびリフトアーム姿勢判定部５２７における判定結果に応じて、リフトアーム２１の上昇動作に係る指令信号としての上昇指令信号をリフトアーム用電磁制御弁４８１に対して出力する。
　また、指令信号出力部５３は、バケット姿勢判定部５２６の判定結果およびリフトアーム姿勢判定部５２７の判定結果に応じて、バケット２３のチルト動作（フルチルト動作を含む）に係る指令信号としてチルト指令信号の出力あるいは出力停止をバケット用電磁制御弁４８２に対して行う。
　処理段階カウント部５４は、掘削開始判定部５２４において掘削開始条件を満たすと判定された場合に、掘削支援制御の処理段階を「１」に設定する。また、処理段階カウント部５４は、減速度判定部５２８において減速度条件を満たすと判定されてリフトアーム基準角度αｓが記憶部５５記録されると、掘削支援制御の段階処理を「２」に設定する。
　そして、処理段階カウント部５４は、指令信号出力部５３がバケット用電磁制御弁４８２に対してチルト指令信号を出力した場合、および指令信号出力部５３がバケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の出力を停止した場合にそれぞれ、処理段階３～７を順番に設定していく。
　記憶部５５は、メモリであって、所定の角度閾値βｔｈ、第１角度閾値β１、第２角度閾値β２、第３角度閾値β３、リフトアーム基準角度αｓ、第１上昇角度閾値αｒ１、第２上昇角度閾値αｒ２、第３上昇角度閾値αｒ３、所定の踏込量閾値ＳＡｔｈ、所定のボトム圧閾値ＰＬｂｔｈ、所定の第１圧力閾値Ｐｔｈ、所定の速度閾値Ｖｔｈ、および所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍがそれぞれ記憶されている。
（掘削支援用コントローラ５における処理）
　次に、掘削支援用コントローラ５内で実行される具体的な処理の流れについて、図７～１６を参照して説明する。
　図７は、掘削支援用コントローラ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。図８は、図７に示すフローチャートの続きを示すフローＸである。図９は、図８に示すフローチャートの続きを示すフローＹである。図１０～１６は、図７～９に示すフローチャートを掘削支援用コントローラ５が実行する場合における作業装置２の姿勢変化を示した状態説明図である。具体的には、図１０は、掘削支援用コントローラ５が図７～図９に示す処理を実行する場合における作業装置の初期姿勢を模式的に示す図である。図１１は、図８に示すステップＳ６１６においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置２の姿勢を模式的に示す図である。図１２は、図８に示すステップＳ６２０においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置２の姿勢を模式的に示す図である。図１３は、図８に示すステップＳ６２５においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置２の姿勢を模式的に示す図である。図１４は、図９に示すステップＳ６２９においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置２の姿勢を模式的に示す図である。図１５は、図９に示すステップＳ６３３においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置２の姿勢を模式的に示す図である。図１６は、図９に示すステップＳ６３７においてＹＥＳに進んだ場合における作業装置２の姿勢を模式的に示す図である。
　図７に示すように、掘削支援用コントローラ５では、まず、起動判定部５２１が、掘削支援制御システムが起動されたか否かを判定する（ステップＳ６０１）。ステップＳ６０１では、具体的には、起動判定部５２１は、データ取得部５１において掘削支援開始スイッチからのＯＮ信号が取得されたか否かを判定する。このとき、作業装置２は、図１０に示すような初期姿勢となっている。
　ステップＳ６０１において掘削支援制御システムが起動されたと判定された場合（ステップＳ６０１／ＹＥＳ）、掘削準備判定部５２２は、掘削準備条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ６０２）。
　一方、ステップＳ６０１において掘削支援制御システムが起動されていないと判定された場合（ステップＳ６０１／ＮＯ）、すなわちデータ取得部５１において掘削支援開始スイッチからのＯＮ信号が取得されていない場合には、データ取得部５１において掘削支援開始スイッチからのＯＮ信号が取得されて掘削支援制御システムが起動するまで次のステップＳ６０２へ進まない。
　ステップＳ６０２では、掘削準備判定部５２２は、データ取得部５１において取得されたリフトアーム角度αおよびベルクランク角度γに基づいて算出されたバケット角度βがホイールローダ１の接地面から所定の角度閾値βｔｈ以内であるか否か（作業装置２が掘削姿勢であるか否か）、データ取得部５１において取得されたアクセルペダル踏込量ＳＡが所定の踏込量閾値ＳＡｔｈ以上であるか否か（オペレータが掘削作業を行う意思があるか否か）、およびデータ取得部５１において取得されたリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒのボトム圧ＰＬｂが所定のボトム圧閾値ＰＬｂｔｈよりも小さいか否か（バケット２３内が空荷の状態であるか否か）について、それぞれ判定する。
　ステップＳ６０２において掘削準備条件を満たす（０＜β≦βｔｈ、ＳＡ≧ＳＡｔｈ、およびＰＬｂ＜ＰＬｂｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０２／ＹＥＳ）、停止要求判定部５２３は、データ取得部５１において取得されたブレーキペダル踏込量ＳＢに基づいて、掘削支援制御の停止の要求があったか否かを判定する（ステップＳ６０３）。
　一方、ステップＳ６０２において掘削準備条件を満たさない（β＞βｔｈ、ＳＡ＜ＳＡｔｈ、またはＰＬｂ≧ＰＬｂｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０２／ＮＯ）、掘削準備条件を満たすまで次のステップＳ６０３へ進まない。
　ステップＳ６０３においてブレーキペダル１２３の操作はなく掘削支援制御の停止の要求はされていないと判定された場合には（ステップＳ６０３／ＹＥＳ）、掘削開始判定部５２４は、掘削開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ６０４）。
　一方、ステップＳ６０３においてブレーキペダル１２３の操作があって掘削支援制御の停止が要求されたと判定された場合には（ステップＳ６０３／ＮＯ）、ステップＳ６０１に戻って処理を繰り返す。
　ステップＳ６０４では、掘削開始判定部５２４は、２つのリフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒに掛かる圧力ＰＬとバケットシリンダ２４に掛かる圧力ＰＢとの合計値Ｐが所定の第１圧力閾値Ｐｔｈよりも大きいか否か、データ取得部５１において取得された車速Ｖが所定の速度閾値Ｖｔｈ以下であるか否か、車体に対する外部からの付与力Ｆが所定の付与力閾値Ｆｔｈ以上であるか否かについて、それぞれ判定する。
　ステップＳ６０４において掘削開始条件を満たす（Ｐ＞Ｐｔｈ、Ｖ≦Ｖｔｈ、およびＦ≧Ｆｔｈ）と判定された場合（ステップＳ６０４／ＹＥＳ）、処理段階カウント部５４は、掘削支援制御の処理段階１を設定する（ステップＳ６０５）。続いて、指令信号出力部５３は、リフトアーム用電磁制御弁４８１に対して上昇指令信号を出力する（ステップＳ６０６）。これにより、リフトアーム２１が上昇動作を開始する。
　リフトアーム２１が上昇動作を開始すると、バケット２３も地面から離れて上昇し、バケット角度βも大きくなっていくことから、バケット２３内に入り始めた荷の重力によってバケット２３は地面の方向（下方向）へ押し下げられる。これにより、リフトアームシリンダ２２Ｌ，２２Ｒも地面の方向（下方向）へ押し下げられるため、特に、前輪１１Ａが地面と接触する力が増大し、車輪１１のスリップを防ぐことができる。
　なお、バケット２３が地山Ｑに接触した後は、時間の経過と共に作業装置２がより深く地山Ｑの内部へと進むので、リフトアーム２１の上げ動作量も時間の経過と共に増加させて、よりスリップを防止することができるように調整してもよい。一方で、作業装置２が地山Ｑの内部に十分深く進む前にリフトアーム２１の上昇動作を行ってしまうことを防ぐために、リフトアーム角度αの変化速度に反比例させるようにリフトアーム２１の上げ動作量を減少させてもよい。
　次に、停止要求判定部５２３は、データ取得部５１において取得されたブレーキペダル踏込量ＳＢに基づいて、掘削支援制御の停止の要求があったか否かを再度判定する（ステップＳ６０７）。
　ステップＳ６０７においてブレーキペダル１２３の操作がなく掘削支援制御の停止の要求がないと判定された場合には（ステップＳ６０７／ＹＥＳ）、進行方向判定部５２５は、データ取得部５１において取得された切換信号に基づいて、ホイールローダ１が前進走行をしているか否かを判定する（ステップＳ６０８）。
　一方、ステップＳ６０７においてブレーキペダル１２３の操作があって掘削支援制御の停止が要求されたと判定された場合には（ステップＳ６０７／ＮＯ）、図９に示すステップＳ６３８に進んで、指令信号出力部５３は、リフトアーム用電磁制御弁４８１に対する上昇指令信号の出力およびバケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の出力をそれぞれ停止する（ステップＳ６３８）。これにより、作業装置２の動作が停止する。
　なお、図７～９に示す掘削支援用コントローラ５のフローを初めて回す場合、ステップＳ６０７より前の処理では、リフトアーム用電磁制御弁４８１に対して上昇指令信号を出力しているのみであるため、ステップＳ６３８ではリフトアーム用電磁制御弁４８１に対する上昇指令信号の出力の停止のみが行われる。
　ステップＳ６０８においてホイールローダ１が前進走行中であると判定された場合（ステップＳ６０８／ＹＥＳ）、バケット姿勢判定部５２６は、データ取得部５１において取得されたバケット角度βが第３角度閾値β３よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６０９）。
　一方、ステップＳ６０８においてホイールローダ１が前進走行中ではない、すなわちホイールローダ１が後進走行中あるいは停止中であると判定された場合（ステップＳ６０８／ＮＯ）、図９に示すステップＳ６３４に進んで、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対してフルチルト指令信号を出力する（ステップＳ６３４）。
　すなわち、掘削支援用コントローラ５は、掘削支援制御中にデータ取得部５１において後進に係る切換信号または停止に係る切換信号が取得された場合には、バケット２３の姿勢にかかわらず、バケット２３がフルチルト状態となるように制御する。
　ステップＳ６０９においてバケット角度βが第３角度閾値β３よりも小さい（β＜β３）と判定された場合（ステップＳ６０９／ＹＥＳ）、処理段階カウント部５４は、掘削支援制御の処理段階が「１」であるか否かを判定する（ステップＳ６１０）。
　一方、ステップＳ６０９においてバケット角度βが第３角度閾値β３以上である（β≧β３）と判定された場合には（ステップＳ６０９／ＮＯ）、図９に示すステップＳ６３４に進んで、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対してフルチルト指令信号を出力する（ステップＳ６３４）。すなわち、ステップＳ６０９では、バケット２３が最終姿勢となっているか否かを判定しており、ステップＳ６０９においてバケット２３が最終姿勢であると判定された場合には、バケット２３がフルチルト状態となるように制御する。
　ステップＳ６１０において掘削支援制御の処理段階が「１」であると判定された場合には（ステップＳ６１０／ＹＥＳ）、減速度判定部５２８は、減速度条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ６１１）。
　一方、ステップＳ６１０において掘削支援制御の処理段階が「１」でないと判定された場合には（ステップＳ６１０／ＮＯ）、図８に示すステップＳ６１５に進んで、処理段階カウント部５４は、掘削支援制御の処理段階が「２」であるか否かを判定する（ステップＳ６１５）。
　ステップＳ６１１では、減速度判定部５２８は、データ取得部５１において取得された車速Ｖが地山Ｑにバケット２３を突入させる直前の車速以下であって、かつ、車速Ｖに基づく加速度が最小値から増加へ転じたか否か、すなわち減速度が最大値から減少へ転じたか否かを判定する。
　ステップＳ６１１において減速度条件を満たすと判定された場合（ステップS６１１／ＹＥＳ）、掘削支援用コントローラ５は、その時にデータ取得部５１において取得されたリフトアーム角度αをリフトアーム基準角度αｓとして記憶部５５に記録する（ステップＳ６１２）。続いて、処理段階カウント部５４は、掘削支援制御の処理段階２を設定する（ステップＳ６１３）。
　一方、ステップＳ６１１において減速度条件を満たしていないと判定された場合には（ステップＳ６１１／ＮＯ）、バケット２３が地山Ｑに十分に突入できていないといえるため、指令信号出力部５３は、リフトアーム用電磁制御弁４８１に対して継続して上昇指令信号を出力し（ステップＳ６１４）、その後、ステップＳ６０７に戻って処理を繰り返す。
　図８に示すように、処理段階カウント部５４において処理段階２が設定されている場合には（ステップＳ６１５／ＹＥＳ）、リフトアーム姿勢判定部５２７は、リフトアーム上昇角度αｒが第１上昇角度閾値αｒ１以上またはリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上であるか否かを判定する（ステップＳ６１６）。なお、処理段階カウント部５４において処理段階２が設定されていない場合には（ステップＳ６１５／ＮＯ）、ステップＳ６１９に進んで、処理段階３が設定されているか否かを判定する。
　ステップＳ６１６において、図１１に示すようにリフトアーム上昇角度αｒが第１上昇角度閾値αｒ１以上（αｒ≧αｒ１）またはリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上である（ＰＬｂ≧Ｐｒｌｉｍ）と判定された場合（ステップＳ６１６／ＹＥＳ）、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対してチルト指令信号を出力する（ステップＳ６１７）。続いて、処理段階カウント部５４は、掘削支援制御の処理段階３を設定する（ステップＳ６１８）。
　一方、ステップＳ６１６において、リフトアーム上昇角度αｒが第１上昇角度閾値αｒ１未満（αｒ＜αｒ１）かつリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ未満である（ＰＬｂ＜Ｐｒｌｉｍ）と判定された場合には（ステップＳ６１６／ＮＯ）、ステップＳ６１４に戻って処理を繰り返す。
　次に、処理段階カウント部５４において処理段階３が設定されている場合には（ステップＳ６１９／ＹＥＳ）、バケット角度βが第１角度閾値β１以上であるか否かを判定する（ステップＳ６２０）。なお、処理段階カウント部５４において処理段階３が設定されていない場合には（ステップＳ６１９／ＮＯ）、ステップＳ６２２に進んで処理段階４が設定されているか否かを判定する（ステップＳ６２４）。
　ステップＳ６２０において、図１２に示すようにバケット角度βが第１角度閾値β１以上である（β≧β１）と判定された場合（ステップＳ６２０／ＹＥＳ）、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の出力を停止する（ステップＳ６２１）。続いて、処理段階カウント部５４は、掘削支援制御の処理段階４を設定する（ステップＳ６２２）。
　一方、ステップＳ６２０において、バケット角度βが第１角度閾値β１未満である（β＜β１）と判定された場合（ステップＳ６２０／ＮＯ）、すなわちバケット２３の姿勢が最終姿勢よりも前傾した姿勢であると判定された場合、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対して継続してチルト指令信号を出力し（ステップＳ６２３）、その後、ステップＳ６０７に戻って処理を繰り返す。なお、このとき、指令信号出力部５３は、リフトアーム用電磁制御弁４８１に対しても継続して上昇指令信号を出力している。
　処理段階カウント部５４において処理段階４が設定されている場合（ステップＳ６２４／ＹＥＳ）、リフトアーム姿勢判定部５２７は、リフトアーム上昇角度αｒが第２上昇角度閾値αｒ２以上またはリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上であるか否かを判定する（ステップＳ６２５）。
　なお、処理段階カウント部５４において処理段階４が設定されていない場合には（ステップＳ６２４／ＮＯ）、図９に示すステップＳ６２８に進んで、処理段階５が設定されているか否かを判定する。
　ステップＳ６２５において、図１３に示すようにリフトアーム上昇角度αｒが第２上昇角度閾値αｒ２以上（αｒ≧αｒ２）またはリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上である（ＰＬｂ≧Ｐｒｌｉｍ）と判定された場合（ステップＳ６２５／ＹＥＳ）、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対して再びバケット用電磁制御弁４８２に対してチルト指令信号を出力する（ステップＳ６２６）。続いて、処理段階カウント部５４は、掘削支援制御の処理段階５を設定する（ステップＳ６２７）。
　一方、ステップＳ６２５において、リフトアーム上昇角度αｒが第２上昇角度閾値αｒ２未満（αｒ＜αｒ２）かつリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ未満である（ＰＬｂ＜Ｐｒｌｉｍ）と判定された場合には（ステップＳ６２５／ＮＯ）、ステップＳ６１４に戻って処理を繰り返す。
　図９に示すように、処理段階カウント部５４において処理段階５が設定されている場合には（ステップＳ６２８／ＹＥＳ）、バケット角度βが第２角度閾値β２以上であるか否かを判定する（ステップＳ６２９）。なお、処理段階カウント部５４において処理段階５が設定されていない場合には（ステップＳ６２８／ＮＯ）、ステップＳ６３２に進んで、処理段階６が設定されているか否かを判定する。
　ステップＳ６２９において、図１４に示すようにバケット角度βが第２角度閾値β２以上である（β≧β２）と判定された場合（ステップＳ６２９／ＹＥＳ）、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の出力を停止する（ステップＳ６３０）。続いて、処理段階カウント部５４は、掘削支援制御の処理段階６を設定する（ステップＳ６３１）。
　一方、ステップＳ６２９において、バケット角度βが第２角度閾値β２未満である（β＜β２）と判定された場合には（ステップＳ６２９／ＮＯ）、ステップＳ６２３に戻って処理を繰り返す。
　次に、処理段階カウント部５４において処理段階６が設定されている場合には（ステップＳ６３２／ＹＥＳ）、リフトアーム姿勢判定部５２７は、リフトアーム上昇角度αｒが第３上昇角度閾値αｒ３以上またはリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上であるか否かを判定する（ステップＳ６３３）。なお、処理段階カウント部５４において処理段階６が設定されていない場合には（ステップＳ６３２／ＮＯ）、ステップＳ６３６に進んで、処理段階７が設定されているか否かを判定する。
　ステップＳ６３３において、図１５に示すようにリフトアーム上昇角度αｒが第３上昇角度閾値αｒ３以上（αｒ≧αｒ３）またはリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上である（ＰＬｂ≧Ｐｒｌｉｍ）と判定された場合（ステップＳ６３３／ＹＥＳ）、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対してフルチルト指令信号を出力する（ステップＳ６３４）。続いて、処理段階カウント部５４において処理段階７を設定する（ステップＳ６３５）。
　一方、ステップＳ６３３において、リフトアーム上昇角度αｒが第３上昇角度閾値αｒ３未満（αｒ＜αｒ３）かつリフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが所定の上限圧力Ｐｒｌｉｍ未満である（ＰＬｂ＜Ｐｒｌｉｍ）と判定された場合には（ステップＳ６３３／ＹＥＳ）、ステップＳ６１４に戻って処理を繰り返す。
　次に、処理段階カウント部５４において処理段階７が設定されている場合には（ステップＳ６３６／ＹＥＳ）、バケット姿勢判定部５２６は、データ取得部５１において取得されたリフトアーム角度αおよびベルクランク角度γに基づいて算出されたバケット角度βから、バケット２３がフルチルト状態であるか否かを判定する（ステップＳ６３７）。
　なお、処理段階カウント部５４において処理段階７が設定されていない場合には（ステップＳ６３６／ＮＯ）、ステップＳ６３８に進んで、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の出力およびリフトアーム用電磁制御弁４８１に対する上昇指令信号の出力をそれぞれ停止する。
　ステップＳ６３７において、図１６に示すようにバケット２３がフルチルト状態であると判定された場合（ステップＳ６３７／ＹＥＳ）、指令信号出力部５３は、バケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の出力およびリフトアーム用電磁制御弁４８１に対する上昇指令信号の出力を、それぞれ停止して（ステップＳ６３８）、掘削支援制御の処理が終わる。
　一方、ステップＳ６３７において、バケット２３がフルチルト状態でないと判定された場合には（ステップＳ６３７／ＮＯ）、ステップＳ６２３に戻って処理を繰り返す。
　このように、掘削支援用コントローラ５では、リフトアーム２１の上昇角度αｒが所定の上昇角度閾値（第１上昇角度閾値αｒ１、第２上昇角度閾値αｒ２、または第３上昇角度閾値αｒ３）以上である、または、リフトアームシリンダ２２のボトム圧ＰＬｂが上限圧力Ｐｒｌｉｍ以上である「開始条件」を満たす場合に、バケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の出力を「開始」する。また、バケット２３のバケット角度βが所定の角度閾値（第１角度閾値β１または第２角度閾値β２）以上となる「停止条件」を満たす場合に、バケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の出力を「停止」する。
　そして、バケット２３が所定の姿勢（上述の「最終姿勢」に相当）となるまでの間、これら開始条件と停止条件とに基づいて、バケット用電磁制御弁４８２に対するチルト指令信号の開始と停止とを繰り返す。換言すれば、バケット角度βが予め設定された目標角度となるように、開始条件の判定結果および停止条件の判定結果に応じたリフトアーム２１およびバケット２３の動作制御を行う。これにより、ホイールローダ１では、作業対象物としての地山Ｑの大きさや性状、掘削開始前のホイールローダ１の動作内容によらず、バケット２３内に荷を十分に積載することが可能となっている。
　具体的には、ステップＳ６２０およびステップＳ６２９の段階ではバケット角度βが第１角度閾値β１および第２角度閾値β２でそれぞれ保持され、必要以上にバケット２３を起こし過ぎてしまうことがないため、バケット２３の底面に荷が押し当てられてその力で荷をバケット２３内に格納させることができると共に、最後のフルチルト動作にてバケット２３が十分に動作する余地を残すことが可能となっている。そして、最後のフルチルト動作にてバケット２３の開口（前方）寄りにあった荷に慣性を与えてバケット２３の奥側に移動させることで、掘削作業後の運搬作業時にバケット２３から荷がこぼれ落ちてしまうことを抑制して作業効率を向上させることができる。
　また、ステップＳ６０９において、バケット角度βが第３角度閾値β３に達している場合、すなわち、バケット２３の姿勢が最終姿勢となっている場合には、掘削支援用コントローラ５は、それ以上バケット２３をチルト動作させず、バケット用電磁制御弁４８２に対してフルチルト指令信号を出力してバケット２３をフルチルト動作させるため、バケット２３内の荷に十分な慣性を与えてバケット２３の奥側に移動させることができる。
　また、本実施形態では、ステップＳ６０４において、エンジン４０の出力に対して車体が加速していない状態で車体に対して外部から付与される付与力Ｆが所定の付与力閾値Ｆｔｈ以上であるか否かを判定することにより、ホイールローダ１が地山Ｑから力を受けている、すなわちバケット２３が地山Ｑに接触（突入）しているか否かを判定している。これにより、ホイールローダ１が掘削作業を開始することを精度よく判定することができ、例えば地面を均すドージング作業との誤判定を抑制することが可能である。
　以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態や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、上記した実施形態および変形例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。
　例えば、上記実施形態では、３回のチルト動作でバケット２３をフルチルト状態としていたが、これに限らず、１回のチルト動作でバケット２３をフルチルト状態とする場合や４回以上のチルト動作でバケット２３をフルチルト状態とする場合であっても本発明を適用することができる。
　また、上記実施形態では、走行駆動装置４０１は、トルクコンバータ式であったが、これに限らず、ＨＳＴ式であってもよい。
１：ホイールローダ
５：掘削支援用コントローラ（コントローラ）
２１：リフトアーム
２２：リフトアームシリンダ
２３：バケット
２４：バケットシリンダ
３１：リフトアーム角度センサ（リフトアーム姿勢センサ・バケット姿勢センサ）
３２：ベルクランク角度センサ（バケット姿勢センサ）
３８Ｂ：リフトアーム用ボトム圧センサ（圧力センサ）
４０：エンジン
４１：トルクコンバータ
１００：地山（作業対象物）
１２２：前後進切換スイッチ（前後進切換装置）
４０１：走行駆動装置
４８１：リフトアーム用電磁制御弁
４８２：バケット用電磁制御弁

Claims (5)

  1. 　車体の前部に取り付けられて前記車体に対し上下方向に回動するリフトアームと、
    　前記リフトアームの先端部に取り付けられて、前記リフトアームに対して上方向に回動して前記車体側に後傾するチルト動作により作業対象物を掘削するバケットと、
    　前記リフトアームを駆動するリフトアームシリンダと、
    　前記バケットを駆動するバケットシリンダと、
    　前記リフトアームシリンダを制御するリフトアーム用電磁制御弁と、
    　前記バケットシリンダを制御するバケット用電磁制御弁と、
    　前記リフトアーム用電磁制御弁および前記バケット用電磁制御弁をそれぞれ制御するコントローラと、を備えたホイールローダにおいて、
    　前記リフトアームシリンダのボトム圧を検出する圧力センサと、
    　前記バケットの姿勢を検出するバケット姿勢センサと、を有し、
    　前記コントローラは、
    　前記圧力センサで検出されたボトム圧が、前記リフトアームが動作していない状態かつ前記バケットが前記作業対象物に接触した状態の前記リフトアームシリンダのボトム圧に相当する第１圧力閾値に達した場合に、前記リフトアームの上昇動作に係る指令信号を前記リフトアーム用電磁制御弁に対して出力し、
    　前記バケット姿勢センサで検出された前記バケットの姿勢が、所定の姿勢よりも前傾した姿勢である場合には、前記バケットが前記所定の姿勢となるまで、前記リフトアームの上昇動作に係る指令信号を前記リフトアーム用電磁制御弁に対して継続して出力すると共に、前記バケットのチルト動作に係る指令信号を前記バケット用電磁制御弁に対して出力し、
    　前記バケット姿勢センサで検出された前記バケットの姿勢が、前記所定の姿勢に達した場合には、前記バケットのフルチルト動作に係る指令信号を前記バケット用電磁制御弁に対して出力する
    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、
    　前記リフトアームの姿勢を検出するリフトアーム姿勢センサを有し、
    　前記コントローラは、
    　前記リフトアーム姿勢センサで検出された前記リフトアームの姿勢に基づく前記リフトアームの上昇量が所定の上昇量閾値以上となる、または、前記圧力センサで検出された前記リフトアームシリンダのボトム圧が前記第１圧力閾値よりも大きい第２圧力閾値以上となる開始条件を満たす場合、前記バケット用電磁制御弁に対する前記バケットのチルト動作に係る指令信号の出力を開始し、
    　前記バケット姿勢センサで検出された前記バケットの姿勢に基づく前記バケットの後傾量が所定の後傾量閾値以上となる停止条件を満たす場合、前記バケット用電磁制御弁に対する前記バケットのチルト動作に係る指令信号の出力を停止し、
    　前記バケットが前記所定の姿勢となるまでの間、前記開始条件と前記停止条件とに基づいて、前記バケット用電磁制御弁に対する前記バケットのチルト動作に係る指令信号の出力の開始と停止とを繰り返す
    ことを特徴とするホイールローダ。
  3. 　請求項２に記載のホイールローダにおいて、
    　前記車体の加速度を検出する加速度センサを有し、
    　前記コントローラは、
    　前記加速度センサで検出される前記車体の加速度が最小値から増加へ転じたときに前記リフトアーム姿勢センサで検出された前記リフトアームの姿勢を基準姿勢として記憶し、
    　記憶された前記基準姿勢に基づいて前記リフトアームの上昇量を判定する
    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、
    　前記車体に搭載されたエンジンと、前記エンジンから伝達されるトルクを増幅させるトルクコンバータと、を含むトルクコンバータ式の走行駆動装置を備え、
    　前記コントローラは、
    　前記トルクコンバータの出力トルクと、前記トルクコンバータの回転数と、前記車体の車重と、前記車体の加速度と、に基づいて、加速していない状態の前記車体に外部から付与される付与力を算出し、
    　算出された付与力が前記作業対象物に前記バケットが接触したときに前記車体に対して前記作業対象物から付与される付与力に相当する付与力閾値に達すると共に、前記圧力センサで検出されたボトム圧が前記第１圧力閾値に達した場合に、前記リフトアームの上昇動作に係る指令信号を前記リフトアーム用電磁制御弁に対して出力する
    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、
    　前記車体の前後進を切り替えるための前後進切換装置を有し、
    　前記コントローラは、
    　前記リフトアームの上昇動作に係る指令信号を前記リフトアーム用電磁制御弁に対して出力している状態で、前記前後進切換装置から後進に係る信号または停止に係る信号を取得した場合には、前記バケットのフルチルト動作に係る指令信号を前記バケット用電磁制御弁に対して出力する
    ことを特徴とするホイールローダ。
PCT/JP2022/044184 2021-12-01 2022-11-30 ホイールローダ WO2023100930A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22901362.8A EP4379145A1 (en) 2021-12-01 2022-11-30 Wheel loader
JP2023565049A JPWO2023100930A1 (ja) 2021-12-01 2022-11-30
KR1020247006075A KR20240035604A (ko) 2021-12-01 2022-11-30 휠 로더
CN202280058636.4A CN117916428A (zh) 2021-12-01 2022-11-30 轮式装载机

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021195418 2021-12-01
JP2021-195418 2021-12-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023100930A1 true WO2023100930A1 (ja) 2023-06-08

Family

ID=86612303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/044184 WO2023100930A1 (ja) 2021-12-01 2022-11-30 ホイールローダ

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4379145A1 (ja)
JP (1) JPWO2023100930A1 (ja)
KR (1) KR20240035604A (ja)
CN (1) CN117916428A (ja)
WO (1) WO2023100930A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62185928A (ja) * 1986-02-13 1987-08-14 Komatsu Ltd 積込機械の自動掘削方法および装置
JPH05139544A (ja) * 1991-10-08 1993-06-08 Nippon Hodo Co Ltd 材料移載システムの作業車両制御装置
US20060245896A1 (en) 2005-03-31 2006-11-02 Caterpillar Inc. Automatic digging and loading system for a work machine
WO2015004809A1 (ja) 2013-07-12 2015-01-15 株式会社小松製作所 作業車両及び作業車両の制御方法
WO2016006716A1 (ja) * 2015-08-07 2016-01-14 株式会社小松製作所 作業車両
JP2020051131A (ja) * 2018-09-27 2020-04-02 日立建機株式会社 ホイールローダ
WO2020204123A1 (ja) * 2019-04-04 2020-10-08 株式会社小松製作所 作業機制御装置、作業車両、および作業機の制御方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62185928A (ja) * 1986-02-13 1987-08-14 Komatsu Ltd 積込機械の自動掘削方法および装置
JPH05139544A (ja) * 1991-10-08 1993-06-08 Nippon Hodo Co Ltd 材料移載システムの作業車両制御装置
US20060245896A1 (en) 2005-03-31 2006-11-02 Caterpillar Inc. Automatic digging and loading system for a work machine
WO2015004809A1 (ja) 2013-07-12 2015-01-15 株式会社小松製作所 作業車両及び作業車両の制御方法
WO2016006716A1 (ja) * 2015-08-07 2016-01-14 株式会社小松製作所 作業車両
JP2020051131A (ja) * 2018-09-27 2020-04-02 日立建機株式会社 ホイールローダ
WO2020204123A1 (ja) * 2019-04-04 2020-10-08 株式会社小松製作所 作業機制御装置、作業車両、および作業機の制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN117916428A (zh) 2024-04-19
EP4379145A1 (en) 2024-06-05
JPWO2023100930A1 (ja) 2023-06-08
KR20240035604A (ko) 2024-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3333325B1 (en) Wheel loader with automatic control of operations
CN111801490B (zh) 作业车辆
CN111247295B (zh) 装卸作业车辆
JP7481565B2 (ja) ホイールローダ、方法およびシステム
KR102649042B1 (ko) 작업 차량
JPWO2020065914A1 (ja) 荷役作業車両
WO2021044967A1 (ja) 作業機械
WO2023100930A1 (ja) ホイールローダ
JP7450526B2 (ja) 作業車両
WO2022158168A1 (ja) 作業車両
WO2022034825A1 (ja) 作業車両
WO2024127947A1 (ja) 作業機械を含むシステム、作業機械の制御方法、および作業機械のコントローラ
WO2024157649A1 (ja) ホイールローダ
WO2024127946A1 (ja) 作業機械を含むシステム、作業機械の制御方法、および作業機械のコントローラ
WO2024127948A1 (ja) 作業機械を含むシステム、作業機械の制御方法、および作業機械のコントローラ
WO2021182421A1 (ja) 作業車両
WO2023182284A1 (ja) 作業機械
US20230085666A1 (en) Work vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22901362

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023565049

Country of ref document: JP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20247006075

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020247006075

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280058636.4

Country of ref document: CN

Ref document number: 2022901362

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022901362

Country of ref document: EP

Effective date: 20240228