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JP7808530B2 - Work vehicles - Google Patents
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JP7808530B2 - Work vehicles - Google Patents

Work vehicles

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JP7808530B2
JP7808530B2 JP2022139456A JP2022139456A JP7808530B2 JP 7808530 B2 JP7808530 B2 JP 7808530B2 JP 2022139456 A JP2022139456 A JP 2022139456A JP 2022139456 A JP2022139456 A JP 2022139456A JP 7808530 B2 JP7808530 B2 JP 7808530B2
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Description

本発明は、作業車両に関する。 The present invention relates to a work vehicle.

作業車両として、例えば、車体を移動させるための走行装置と、土砂などを掘削するためのバケット及びアームを有する作業装置と、を備えたホイールローダが知られている。このような作業車両が行う作業の一つである掘削作業は、オペレータが例えばアクセルペダルを操作することで車体を前進させるための駆動力を上昇させながら、バケットを地山等の作業対象物に貫入させ、バケットを上昇させることで作業対象物を掬いとる作業である。 A well-known example of a work vehicle is a wheel loader equipped with a travel device for moving the vehicle body and a work device with a bucket and arm for digging up soil and sand. Excavation, one type of work performed by such a work vehicle, involves the operator operating, for example, the accelerator pedal to increase the driving force for moving the vehicle forward, while penetrating the bucket into the work object, such as natural ground, and then lifting the bucket to scoop up the work object.

作業車両が掘削作業中、車体を前進させるための駆動力がタイヤと地面との間の最大静止摩擦力を超えた場合に、タイヤがスリップしてしまう。掘削作業中にスリップが生じると、バケットを作業対象物に対して十分に貫入することができないため、作業効率が低下する。オペレータは、掘削作業中にスリップしない程度の駆動力を感覚で調整しなければならないため、オペレータの操作負担が大きい。 When a work vehicle is performing excavation work, if the driving force required to move the vehicle forward exceeds the maximum static friction force between the tires and the ground, the tires will slip. If slippage occurs during excavation work, the bucket cannot penetrate sufficiently into the work object, reducing work efficiency. The operator must adjust the driving force by feel to a level that prevents slippage during excavation work, which places a heavy burden on the operator.

そこで、作業車両の掘削作業時のスリップの発生を自動的に抑制する技術が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1には、「作業機が備えられ、エンジンの動力が駆動力伝達経路を介してタイヤに駆動力として伝達される作業車両の駆動力制御装置であって、駆動力伝達経路に設けられ、タイヤに伝達される駆動力が変更自在の駆動力可変手段と、タイヤスリップが発生したことを検出するタイヤスリップ検出手段と、駆動力を計測する駆動力計測手段と、駆動力がタイヤスリップ検出時点の駆動力未満になるように、駆動力可変手段を制御する駆動力制御手段とを備えたことを特徴とする作業車両の駆動力制御装置」が開示されている。 In response, technology has been proposed to automatically suppress slippage during excavation work by work vehicles (see Patent Document 1). Patent Document 1 discloses "a driving force control device for a work vehicle equipped with a work implement, in which engine power is transmitted as driving force to tires via a driving force transmission path, the device comprising: driving force variable means provided in the driving force transmission path for freely varying the driving force transmitted to the tires; tire slip detection means for detecting the occurrence of tire slip; driving force measurement means for measuring the driving force; and driving force control means for controlling the driving force variable means so that the driving force is less than the driving force at the time tire slip is detected."

WO2008/146846A1WO2008/146846A1

しかしながら、特許文献1に記載の技術のように、車輪速(タイヤの速度)に基づいてスリップを検出する技術では、車輪速が緩やかに上昇するようなスリップが発生した場合、車輪速がスリップ判定用の閾値に達するまでに時間を要し、スリップの検出に遅れが生じるおそれがある。スリップの検出に遅れが生じると、スリップが発生している時間がその分長くなるため、作業効率が低下してしまう。 However, with technology that detects slip based on wheel speed (tire speed), such as the technology described in Patent Document 1, if slip occurs in which the wheel speed increases gradually, it takes time for the wheel speed to reach the threshold value for slip detection, which can result in a delay in slip detection. If there is a delay in slip detection, the time that slip occurs will be longer, resulting in reduced work efficiency.

本発明は、車輪がスリップした場合に駆動力を自動的に制限することによりオペレータの操作負担を軽減可能な作業車両であって、より早期に車輪のスリップを検知することによりスリップの継続時間を短縮し、作業効率の向上が可能な作業車両を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a work vehicle that can reduce the burden on the operator by automatically limiting the driving force when the wheels slip, and that can improve work efficiency by detecting wheel slip more quickly and shortening the duration of the slip.

本発明の一態様による作業車両は、車輪を有する車体と、前記車体に搭載された油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される油圧アクチュエータを有する作業装置と、前記油圧アクチュエータの圧力を検出する圧力センサと、前記車輪を駆動する走行駆動装置と、前記走行駆動装置の駆動力を検出する駆動力センサと、前記走行駆動装置の駆動力を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記作業装置が作業対象物から受ける反力に応じた前記油圧アクチュエータの推力を演算し、前記走行駆動装置の駆動力が上昇中であるにもかかわらず前記油圧アクチュエータの推力が増加していないことを含むスリップ判定条件が成立した場合には、前記駆動力を制限する。 A work vehicle according to one aspect of the present invention comprises a vehicle body having wheels, a hydraulic pump mounted on the vehicle body, a work device having a hydraulic actuator driven by hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump, a pressure sensor that detects the pressure of the hydraulic actuator, a traveling drive device that drives the wheels, a driving force sensor that detects the driving force of the traveling drive device, and a control device that controls the driving force of the traveling drive device. The control device calculates the thrust of the hydraulic actuator in accordance with the reaction force that the working device receives from the work object based on the detection result of the pressure sensor, and limits the driving force when a slip determination condition is met, including the thrust of the hydraulic actuator not increasing even though the driving force of the traveling drive device is increasing.

本発明によれば、車輪がスリップした場合に駆動力を自動的に制限することによりオペレータの操作負担を軽減可能な作業車両であって、より早期に車輪のスリップを検知することによりスリップの継続時間を短縮し、作業効率の向上が可能な作業車両を提供することができる。 The present invention provides a work vehicle that can reduce the burden on the operator by automatically limiting the driving force when wheels slip, and that can improve work efficiency by detecting wheel slip more quickly and shortening the duration of slippage.

図1は、ホイールローダの側面図である。FIG. 1 is a side view of a wheel loader. 図2は、ホイールローダの制御システムの構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a control system for a wheel loader. 図3は、メインコントローラの機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram of the main controller. 図4は、スリップ時推力と摩擦係数推定値との関係を規定する相関マップの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a correlation map that defines the relationship between the thrust force during slip and the estimated friction coefficient value. 図5は、摩擦係数推定値と駆動力上限値との関係を規定する相関マップの一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a correlation map that defines the relationship between the estimated friction coefficient value and the driving force upper limit value. 図6は、メインコントローラにより実行される走行駆動力制御のメインフローの一例について示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an example of a main flow of the driving force control executed by the main controller. 図7は、図6の掘削判定フラグの設定処理の一例について示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an example of the process of setting the excavation determination flag in FIG. 図8は、図6のスリップ判定フラグの設定処理の一例について示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an example of the slip determination flag setting process of FIG. 図9は、本実施形態及び比較例に係るホイールローダの各パラメータ(バケット操作量、アーム操作量、走行駆動力、アームシリンダ推力、車輪速、及びスリップ判定フラグ)の時系列変化を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing time series changes in the parameters (bucket operation amount, arm operation amount, travel driving force, arm cylinder thrust, wheel speed, and slip determination flag) of the wheel loaders according to this embodiment and the comparative example.

以下、図面を参照して本発明に係る作業車両の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、作業車両が、電動駆動式のホイールローダである例について説明するが、本発明の作業車両はホイールローダに限定されず、ブルドーザー等であっても良い。また、本実施形態では、エンジン及び発電電動機を駆動源とするハイブリッドシステムが採用される例を挙げて説明するが、エンジンのみを駆動源として用いるシステムが採用されても良い。さらに、以下の説明では、上下、左右、前後の方向及び位置は、作業車両の通常の使用状態、すなわち4つの車輪が走行面に接地している状態を基準とする。 Embodiments of a work vehicle according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, identical elements will be assigned the same reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted. In this embodiment, an example will be described in which the work vehicle is an electrically driven wheel loader; however, the work vehicle of the present invention is not limited to wheel loaders and may be a bulldozer, etc. Furthermore, in this embodiment, an example will be described in which a hybrid system using an engine and a generator motor as a drive source is employed; however, a system using an engine alone as a drive source may also be employed. Furthermore, in the following description, the directions and positions of up/down, left/right, and front/rear will be based on the normal use state of the work vehicle, i.e., a state in which all four wheels are in contact with the traveling surface.

-ホイールローダの構成-
図1は、ホイールローダ1の側面図である。図1に示すように、ホイールローダ1は、電動式の走行駆動装置45が搭載された車体8と、車体8の前部に取り付けられた多関節型の作業装置6とを備えている。車体8は、アーティキュレート操舵式(車体屈折式)のものであり、前部車体8Aと、後部車体8Bと、前部車体8Aと後部車体8Bを連結するセンタージョイント10とを有する。
- Wheel loader configuration -
Figure 1 is a side view of a wheel loader 1. As shown in Figure 1, the wheel loader 1 comprises a vehicle body 8 on which an electric travel drive unit 45 is mounted, and an articulated working device 6 attached to the front of the vehicle body 8. The vehicle body 8 is of an articulated steering type (vehicle body articulation type) and has a front vehicle body 8A, a rear vehicle body 8B, and a center joint 10 that connects the front vehicle body 8A and the rear vehicle body 8B.

前部車体8Aには作業装置6が取り付けられている。後部車体8Bには、運転室12及びエンジン室16が配置されている。運転室12内には、オペレータが着座する座席と、オペレータによって操作される操作装置が設けられている。エンジン室16には、エンジン20(図2参照)、エンジン20により駆動される油圧ポンプ30A,30B,30C(図2参照)、及びバルブ等の油圧機器が搭載されている。 A working device 6 is attached to the front body 8A. A cab 12 and an engine compartment 16 are located in the rear body 8B. The cab 12 is equipped with a seat for the operator and operating devices operated by the operator. The engine compartment 16 is equipped with an engine 20 (see Figure 2), hydraulic pumps 30A, 30B, and 30C (see Figure 2) driven by the engine 20, and hydraulic equipment such as valves.

作業装置6は、前部車体8Aに上下方向に回動自在に取り付けられるリフトアーム(以下、単にアームと記す)2と、アーム2を駆動する油圧シリンダ(以下、アームシリンダとも記す)4と、アーム2の先端部分に前後方向に回動自在に取り付けられるバケット3と、バケット3を駆動する油圧シリンダ(以下、バケットシリンダとも記す)5とを有する。駆動対象部材であるアーム2は、アームシリンダ4の伸縮動作に応じて動かされる。駆動対象部材であるバケット3は、バケットシリンダ5の伸縮動作に応じて動かされる。なお、アーム2及びアームシリンダ4は、前部車体8Aの左右に1つずつ設けられる。また、本実施形態では、バケット3を作動させるためのリンク機構として、Zリンク式(ベルクランク式)のリンク機構が採用されている。 The working device 6 includes a lift arm (hereinafter simply referred to as the arm) 2 attached to the front vehicle body 8A so as to be freely rotatable in the vertical direction, a hydraulic cylinder (hereinafter also referred to as the arm cylinder) 4 that drives the arm 2, a bucket 3 attached to the tip of the arm 2 so as to be freely rotatable in the longitudinal direction, and a hydraulic cylinder (hereinafter also referred to as the bucket cylinder) 5 that drives the bucket 3. The arm 2, which is the driven member, is moved in response to the extension and retraction movement of the arm cylinder 4. The bucket 3, which is also the driven member, is moved in response to the extension and retraction movement of the bucket cylinder 5. One arm 2 and one arm cylinder 4 are provided on each side of the front vehicle body 8A. In this embodiment, a Z-link (bell crank) type link mechanism is used as the link mechanism for operating the bucket 3.

ホイールローダ1は、車体8に設けられた車輪7を駆動する走行駆動装置45を備える。走行駆動装置45は、走行電動機43と、走行電動機43から駆動力(以下、走行駆動力とも記す)が与えられる走行装置11とを含む。走行装置11は、前部車体8Aに取り付けられる車輪7である前輪7Aと、後部車体8Bに取り付けられる車輪7である後輪7Bと、走行電動機43からの走行駆動力(動力)を車輪7に伝達する動力伝達装置とを有する。動力伝達装置は、アクスル、デファレンシャル装置、プロペラシャフト等を含んで構成される。走行電動機43からの動力は、動力伝達装置を介して前輪7A及び後輪7Bの少なくとも一方に伝達される。 The wheel loader 1 is equipped with a travel drive device 45 that drives the wheels 7 attached to the vehicle body 8. The travel drive device 45 includes a travel motor 43 and a travel device 11 that receives driving force (hereinafter also referred to as travel drive force) from the travel motor 43. The travel device 11 has front wheels 7A that are wheels 7 attached to the front vehicle body 8A, rear wheels 7B that are wheels 7 attached to the rear vehicle body 8B, and a power transmission device that transmits the travel drive force (power) from the travel motor 43 to the wheels 7. The power transmission device is composed of an axle, a differential device, a propeller shaft, etc. Power from the travel motor 43 is transmitted to at least one of the front wheels 7A and the rear wheels 7B via the power transmission device.

走行電動機43は、走行装置11の車輪7を動作させる電動モータである。走行電動機43は、エンジン20の動力によって回転する発電電動機40(図2参照)によって発電された電力により回転駆動される。 The traveling motor 43 is an electric motor that drives the wheels 7 of the traveling device 11. The traveling motor 43 is driven and rotated by electricity generated by the generator motor 40 (see Figure 2), which is rotated by the power of the engine 20.

ホイールローダ1は、前部車体8Aと後部車体8Bとを連結するように設けられる左右一対の油圧シリンダ(以下、ステアリングシリンダとも記す)15を有するステアリング装置22(図2参照)によって転舵される。 The wheel loader 1 is steered by a steering device 22 (see Figure 2) that has a pair of left and right hydraulic cylinders (hereinafter also referred to as steering cylinders) 15 that are provided to connect the front vehicle body 8A and the rear vehicle body 8B.

-ホイールローダの制御システム-
図2は、ホイールローダ1の制御システムの構成図である。図2に示すように、ホイールローダ1は、エンジン20と、エンジン20に燃料を供給する燃料噴射装置23と、エンジン20に機械的に接続される発電電動機40と、エンジン20及び発電電動機40に機械的に接続される油圧ポンプ30A,30B,30Cと、油圧ポンプ30Aから吐出される作動油によって駆動される作業装置6と、作業装置6の動作を制御するフロント制御部31と、油圧ポンプ30Bから吐出される作動油によって駆動されるブレーキ装置21と、ブレーキ装置21の動作を制御するブレーキ制御部32と、油圧ポンプ30Cから吐出される作動油によって駆動されるステアリング装置22と、ステアリング装置22を制御するステアリング制御部33と、発電電動機40によって発電された電力によって駆動される走行駆動装置45とを備える。
- Wheel loader control system -
Figure 2 is a configuration diagram of the control system of the wheel loader 1. As shown in Figure 2, the wheel loader 1 includes an engine 20, a fuel injection device 23 that supplies fuel to the engine 20, a generator motor 40 mechanically connected to the engine 20, hydraulic pumps 30A, 30B, 30C mechanically connected to the engine 20 and the generator motor 40, a working device 6 driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30A, a front control unit 31 that controls the operation of the working device 6, a braking device 21 driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30B, a brake control unit 32 that controls the operation of the braking device 21, a steering device 22 driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30C, a steering control unit 33 that controls the steering device 22, and a traveling drive device 45 driven by electric power generated by the generator motor 40.

作業装置6及び走行駆動装置45は、エンジン20の動力によって、互いに独立して駆動される。原動機であるエンジン20は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。発電電動機40は、エンジン20から出力されるトルクによって回転し、発電する発電機として機能する。 The working device 6 and the traveling drive device 45 are driven independently of each other by the power of the engine 20. The engine 20, which serves as the prime mover, is configured as an internal combustion engine such as a diesel engine. The generator motor 40 rotates due to the torque output from the engine 20 and functions as a generator that generates electricity.

油圧ポンプ30A,30B,30Cは、エンジン20が出力するトルクによって駆動されて作動油を吐出する。なお、発電電動機40が電動機として機能する場合には、エンジン20及び発電電動機40が出力するトルクによって、油圧ポンプ30A,30B,30Cが駆動される。 Hydraulic pumps 30A, 30B, and 30C are driven by the torque output by engine 20 and discharge hydraulic oil. When generator motor 40 functions as an electric motor, hydraulic pumps 30A, 30B, and 30C are driven by the torque output by engine 20 and generator motor 40.

油圧シリンダ(油圧アクチュエータ)4,5,15,17,18は、エンジン20(図2参照)が出力するトルクによって回転する油圧ポンプ30A,30B,30Cから吐出される作動油(圧油)によって伸縮駆動される。 Hydraulic cylinders (hydraulic actuators) 4, 5, 15, 17, and 18 are driven to expand and contract by hydraulic oil (pressurized oil) discharged from hydraulic pumps 30A, 30B, and 30C, which are rotated by the torque output by the engine 20 (see Figure 2).

フロント制御部31は、油圧ポンプ30Aからアームシリンダ4及びバケットシリンダ5へ供給される作動油の圧力、流量及び方向を制御する。これにより、アームシリンダ4及びバケットシリンダ5の伸縮動作が制御される。ブレーキ制御部32は、油圧ポンプ30Bからブレーキシリンダ17及び駐車ブレーキシリンダ18へ供給される作動油の圧力、流量及び方向を制御する。これにより、ブレーキシリンダ17及び駐車ブレーキシリンダ18の伸縮動作が制御される。ステアリング制御部33は、油圧ポンプ30Cからステアリングシリンダ15へ供給される作動油の圧力、流量及び方向を制御する。これにより、ステアリングシリンダ15の伸縮動作が制御される。 The front control unit 31 controls the pressure, flow rate, and direction of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 30A to the arm cylinder 4 and bucket cylinder 5. This controls the extension and retraction of the arm cylinder 4 and bucket cylinder 5. The brake control unit 32 controls the pressure, flow rate, and direction of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 30B to the brake cylinder 17 and parking brake cylinder 18. This controls the extension and retraction of the brake cylinder 17 and parking brake cylinder 18. The steering control unit 33 controls the pressure, flow rate, and direction of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 30C to the steering cylinder 15. This controls the extension and retraction of the steering cylinder 15.

ホイールローダ1は、車両全体の制御を行う制御装置であるメインコントローラ100と、メインコントローラ100からのエンジン回転速度指令に基づいて燃料噴射装置23を制御するエンジンコントローラ25と、エンジンコントローラ25からの燃料噴射量指令に基づいて燃料噴射量を制御する燃料噴射装置23と、メインコントローラ100から入力される発電電圧指令に基づいて発電電動機40を制御する発電電動機用のインバータ(以下、発電インバータと記す)41と、メインコントローラ100から入力される走行駆動トルク指令に基づいて走行電動機43のトルク(すなわち、走行駆動装置45により発生する走行駆動力)を制御する走行電動機用のインバータ(以下、走行インバータと記す)42と、運転室12内に設けられる各種操作装置(51~57)とを備える。 The wheel loader 1 is equipped with a main controller 100, which is a control device that controls the entire vehicle; an engine controller 25 that controls the fuel injector 23 based on an engine rotation speed command from the main controller 100; the fuel injector 23 that controls the fuel injection amount based on a fuel injection amount command from the engine controller 25; a generator-motor inverter (hereinafter referred to as the generator inverter) 41 that controls the generator-motor 40 based on a power generation voltage command input from the main controller 100; a travel motor inverter (hereinafter referred to as the travel inverter) 42 that controls the torque of the travel motor 43 (i.e., the travel driving force generated by the travel drive device 45) based on a travel drive torque command input from the main controller 100; and various operating devices (51-57) provided in the driver's cab 12.

運転室12内には、車体8の進行方向を切り替える前後進切替装置である前後進スイッチ51と、作業装置6のアームシリンダ4(アーム2)を操作するアーム操作装置52と、作業装置6のバケットシリンダ5(バケット3)を操作するバケット操作装置53と、走行駆動装置45を操作するアクセル操作装置56と、ブレーキシリンダ17を操作するブレーキ操作装置57と、駐車ブレーキシリンダ18を操作する駐車ブレーキ操作装置54と、左右一対のステアリングシリンダ15を操作するステアリング操作装置55とが設けられている。前後進スイッチ51は、操作位置として、前進位置(F)、待機位置(N)、及び後進位置(R)を有している。なお、説明の便宜上、作業装置6の操作装置52,53及び走行駆動装置45の操作装置56を総称して、操作装置50とも記す。 The cab 12 is equipped with a forward/reverse switch 51, which is a forward/reverse switching device that switches the direction of travel of the vehicle body 8; an arm operating device 52 that operates the arm cylinder 4 (arm 2) of the work implement 6; a bucket operating device 53 that operates the bucket cylinder 5 (bucket 3) of the work implement 6; an accelerator operating device 56 that operates the travel drive unit 45; a brake operating device 57 that operates the brake cylinder 17; a parking brake operating device 54 that operates the parking brake cylinder 18; and a steering operating device 55 that operates the pair of left and right steering cylinders 15. The forward/reverse switch 51 has three operating positions: a forward position (F), a standby position (N), and a reverse position (R). For ease of explanation, the operating devices 52 and 53 of the work implement 6 and the operating device 56 of the travel drive unit 45 are collectively referred to as the operating device 50.

アーム操作装置52は、アーム操作レバーと、アーム操作レバーの操作量(以下、アーム操作量とも記す)を検出するアーム操作量センサ52aとを備える。バケット操作装置53は、バケット操作レバーと、バケット操作レバーの操作量(以下、バケット操作量とも記す)を検出するバケット操作量センサ53aとを備える。アクセル操作装置56は、アクセルペダルと、アクセルペダルの操作量(以下、アクセル操作量とも記す)を検出するアクセル操作量センサ56aとを備える。ブレーキ操作装置57は、ブレーキペダルと、ブレーキペダルの操作量(以下、ブレーキ操作量とも記す)を検出するブレーキ操作量センサ57aとを備える。ステアリング操作装置55は、ステアリングホイールと、ステアリングホイールの操作量(以下、ステアリング操作量とも記す)を検出するステアリング操作量センサ55aとを備える。アーム操作量センサ52a、バケット操作量センサ53a、アクセル操作量センサ56a、ブレーキ操作量センサ57a、ステアリング操作量センサ55aは、例えば、操作部材(操作レバーまたはペダル)の操作位置に応じた電圧をメインコントローラ100に出力するポテンショメータである。 The arm operating device 52 includes an arm operating lever and an arm operation amount sensor 52a that detects the operation amount of the arm operating lever (hereinafter also referred to as the arm operation amount). The bucket operating device 53 includes a bucket operating lever and a bucket operation amount sensor 53a that detects the operation amount of the bucket operating lever (hereinafter also referred to as the bucket operation amount). The accelerator operating device 56 includes an accelerator pedal and an accelerator operation amount sensor 56a that detects the operation amount of the accelerator pedal (hereinafter also referred to as the accelerator operation amount). The brake operating device 57 includes a brake pedal and a brake operation amount sensor 57a that detects the operation amount of the brake pedal (hereinafter also referred to as the brake operation amount). The steering operating device 55 includes a steering wheel and a steering operation amount sensor 55a that detects the operation amount of the steering wheel (hereinafter also referred to as the steering operation amount). The arm operation amount sensor 52a, bucket operation amount sensor 53a, accelerator operation amount sensor 56a, brake operation amount sensor 57a, and steering operation amount sensor 55a are, for example, potentiometers that output a voltage to the main controller 100 according to the operation position of an operating member (operation lever or pedal).

メインコントローラ100は、処理装置(動作回路)としてのCPU(Central Processing Unit)101、記憶装置としてのROM(Read Only Memory)102及びRAM(Random Access Memory)103、入力インタフェース104、出力インタフェース105、並びに、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。なお、エンジンコントローラ25も、メインコントローラ100と同様、処理装置(動作回路)、記憶装置及び入出力インタフェース等を備えたマイクロコンピュータで構成される。メインコントローラ100及びエンジンコントローラ25は、それぞれ1つのマイクロコンピュータで構成してもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。 The main controller 100 is composed of a microcomputer equipped with a CPU (Central Processing Unit) 101 as a processing device (operating circuit), ROM (Read Only Memory) 102 and RAM (Random Access Memory) 103 as storage devices, an input interface 104, an output interface 105, and other peripheral circuits. Like the main controller 100, the engine controller 25 is also composed of a microcomputer equipped with a processing device (operating circuit), storage device, input/output interface, etc. The main controller 100 and engine controller 25 may each be composed of a single microcomputer, or multiple microcomputers.

メインコントローラ100のROM102は、EEPROM等の不揮発性メモリであり、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、メインコントローラ100のROM102は、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体である。RAM103は揮発性メモリであり、CPU101との間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。RAM103は、CPU101がプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。なお、メインコントローラ100は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の記憶装置をさらに備えていてもよい。 The ROM 102 of the main controller 100 is a non-volatile memory such as an EEPROM, and stores programs capable of executing various calculations. In other words, the ROM 102 of the main controller 100 is a storage medium from which the programs that realize the functions of this embodiment can be read. The RAM 103 is a volatile memory, and serves as work memory for directly inputting and outputting data to and from the CPU 101. The RAM 103 temporarily stores necessary data while the CPU 101 is executing the programs. The main controller 100 may also include a storage device such as a flash memory or a hard disk drive.

CPU101は、ROM102に記憶されたプログラムをRAM103に展開して演算実行する処理装置であって、プログラムに従って入力インタフェース104及びROM102,RAM103から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。 The CPU 101 is a processing device that loads programs stored in the ROM 102 into the RAM 103 and executes them, and performs predetermined calculations on signals received from the input interface 104, ROM 102, and RAM 103 in accordance with the programs.

入力インタフェース104には、各種操作装置(51~57)からの操作信号及び各種センサからのセンサ信号が入力される。入力インタフェース104は、入力された信号をCPU101で演算可能なデータに変換する。出力インタフェース105は、CPU101での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号をフロント制御部31、ブレーキ制御部32、ステアリング制御部33、発電インバータ41、走行インバータ42、及びエンジンコントローラ25等に出力する。 Operation signals from various operating devices (51-57) and sensor signals from various sensors are input to the input interface 104. The input interface 104 converts the input signals into data that can be calculated by the CPU 101. The output interface 105 generates output signals based on the results of calculations by the CPU 101, and outputs these signals to the front control unit 31, brake control unit 32, steering control unit 33, generator inverter 41, driving inverter 42, engine controller 25, etc.

メインコントローラ100は、各種操作装置から入力される操作信号及びその他の各種センサから入力されるセンサ信号に基づいて、フロント制御部31、ブレーキ制御部32、ステアリング制御部33、発電インバータ41、走行インバータ42、及びエンジンコントローラ25を統括的に制御する。 The main controller 100 comprehensively controls the front control unit 31, brake control unit 32, steering control unit 33, power generation inverter 41, driving inverter 42, and engine controller 25 based on operation signals input from various operating devices and sensor signals input from various other sensors.

メインコントローラ100に入力される操作信号としては、アクセル操作量センサ56aによって検出されるアクセル操作量、ブレーキ操作量センサ57aによって検出されるブレーキ操作量、アーム操作量センサ52aによって検出されるアーム操作量、バケット操作量センサ53aによって検出されるバケット操作量、ステアリング操作量センサ55aによって検出されるステアリング操作量、及び、前後進スイッチ51から出力される前後進スイッチ51の操作位置を表す信号がある。 Operation signals input to the main controller 100 include the accelerator operation amount detected by the accelerator operation amount sensor 56a, the brake operation amount detected by the brake operation amount sensor 57a, the arm operation amount detected by the arm operation amount sensor 52a, the bucket operation amount detected by the bucket operation amount sensor 53a, the steering operation amount detected by the steering operation amount sensor 55a, and a signal output from the forward/reverse switch 51 indicating the operation position of the forward/reverse switch 51.

メインコントローラ100に入力されるセンサ信号としては、車体8とアーム2とを連結する連結軸に設けられるアーム相対角センサ62で検出された角度を表す信号、及び、アーム2とバケット3とを連結する連結軸に設けられるバケット相対角センサ63で検出された角度を表す信号がある。アーム相対角センサ62は、車体8に対するアーム2の相対角(傾斜角)を検出し、検出した角度を表す信号をメインコントローラ100に出力するポテンショメータである。バケット相対角センサ63は、アーム2に対するバケット3の相対角(傾斜角)を検出し、検出した角度を表す信号をメインコントローラ100に出力するポテンショメータである。地面(走行面)に対する車体8の角度は一定であるため、アーム相対角センサ62で検出される角度は、地面に対するアーム2の相対角(傾斜角)に相当するといえる。 The sensor signals input to the main controller 100 include a signal representing the angle detected by an arm relative angle sensor 62 attached to the connecting shaft connecting the vehicle body 8 and the arm 2, and a signal representing the angle detected by a bucket relative angle sensor 63 attached to the connecting shaft connecting the arm 2 and the bucket 3. The arm relative angle sensor 62 is a potentiometer that detects the relative angle (tilt angle) of the arm 2 with respect to the vehicle body 8 and outputs a signal representing the detected angle to the main controller 100. The bucket relative angle sensor 63 is a potentiometer that detects the relative angle (tilt angle) of the bucket 3 with respect to the arm 2 and outputs a signal representing the detected angle to the main controller 100. Because the angle of the vehicle body 8 with respect to the ground (driving surface) is constant, the angle detected by the arm relative angle sensor 62 can be said to correspond to the relative angle (tilt angle) of the arm 2 with respect to the ground.

また、メインコントローラ100に入力されるセンサ信号としては、車輪速センサ61によって検出される車輪速(車輪(駆動輪)7の回転速度)を表す信号がある。車輪速センサ61により検出された車輪速は、車両の走行速度(車速)に変換可能である。車輪速センサ61は、車輪速を検出し、検出した車輪速を表す信号をメインコントローラ100に出力する。さらに、メインコントローラ100に入力されるセンサ信号としては、複数の回転速度センサによって検出されたエンジン20、発電電動機40、油圧ポンプ30A,30B,30C、及び走行電動機43の回転速度を表す信号、アームシリンダ圧センサ75によって検出されたアームシリンダ4の圧力(負荷圧)等を表す信号がある。 Sensor signals input to the main controller 100 include a signal representing the wheel speed (rotational speed of the wheels (drive wheels) 7) detected by the wheel speed sensor 61. The wheel speed detected by the wheel speed sensor 61 can be converted into the vehicle's traveling speed (vehicle speed). The wheel speed sensor 61 detects the wheel speed and outputs a signal representing the detected wheel speed to the main controller 100. Further sensor signals input to the main controller 100 include signals representing the rotational speeds of the engine 20, generator motor 40, hydraulic pumps 30A, 30B, 30C, and traveling motor 43 detected by multiple rotational speed sensors, and a signal representing the pressure (load pressure) of the arm cylinder 4 detected by the arm cylinder pressure sensor 75.

複数の回転速度センサには、エンジン20の実回転速度を検出するエンジン回転速度センサ64と、走行電動機43の回転速度(以下、モータ速度とも記す)を検出するレゾルバ等のモータ速度センサ58とが含まれる。エンジン回転速度センサ64は、例えば、エンジン20の出力軸に設けられるロータリーエンコーダであり、検出した実エンジン回転速度を表す信号をメインコントローラ100に出力する。なお、エンジン回転速度センサ64は、エンジン20の出力軸に限らず、動力伝達装置を構成するいずれかの軸の回転速度を検出するものであってもよい。この場合、メインコントローラ100が、エンジン回転速度センサ64の検出結果に基づいて、実エンジン回転速度を演算する。 The multiple rotational speed sensors include an engine rotational speed sensor 64 that detects the actual rotational speed of the engine 20, and a motor speed sensor 58 such as a resolver that detects the rotational speed of the traction motor 43 (hereinafter also referred to as motor speed). The engine rotational speed sensor 64 is, for example, a rotary encoder provided on the output shaft of the engine 20, and outputs a signal representing the detected actual engine rotational speed to the main controller 100. Note that the engine rotational speed sensor 64 is not limited to detecting the rotational speed of the output shaft of the engine 20, and may also detect the rotational speed of any shaft constituting the power transmission device. In this case, the main controller 100 calculates the actual engine rotational speed based on the detection result of the engine rotational speed sensor 64.

モータ速度センサ58は、モータ速度を検出し、検出結果を表す信号をメインコントローラ100及び後述する駆動力センサ65に出力する。モータ速度センサ58によって検出されるモータ速度は、上記車輪速と相関関係がある。つまり、モータ速度センサ58により検出されたモータ速度は、車速に変換可能である。 The motor speed sensor 58 detects the motor speed and outputs a signal representing the detection result to the main controller 100 and the driving force sensor 65 (described later). The motor speed detected by the motor speed sensor 58 is correlated with the wheel speed. In other words, the motor speed detected by the motor speed sensor 58 can be converted into vehicle speed.

なお、図示する例では、エンジン回転速度センサ64は、メインコントローラ100に接続されているが、エンジンコントローラ25に接続してもよい。この場合、メインコントローラ100は、エンジン回転速度センサ64により検出された実エンジン回転速度を、エンジンコントローラ25を介して取得する。 In the illustrated example, the engine rotation speed sensor 64 is connected to the main controller 100, but it may also be connected to the engine controller 25. In this case, the main controller 100 obtains the actual engine rotation speed detected by the engine rotation speed sensor 64 via the engine controller 25.

また、メインコントローラ100に入力されるセンサ信号としては、駆動力センサ65によって検出される走行駆動装置45の走行駆動力を表す信号がある。駆動力センサ65は、メインコントローラ100により演算される走行駆動トルクの指令値と、モータ速度センサ58から入力されるモータ速度と、車輪7の半径と、車輪7の慣性定数と、に基づき、走行駆動装置45の走行駆動力を演算し、その演算結果を表す信号をメインコントローラ100に出力する。車輪7の半径及び慣性定数は、例えば、駆動力センサ65が備えるメモリに記憶されている。なお、駆動力センサ65のメモリに記憶されているデータ(車輪7の半径及び慣性定数等)は、メインコントローラ100から出力されるデータにより更新可能である。 Furthermore, the sensor signals input to the main controller 100 include a signal representing the driving force of the traveling drive device 45 detected by the driving force sensor 65. The driving force sensor 65 calculates the driving force of the traveling drive device 45 based on the driving torque command value calculated by the main controller 100, the motor speed input from the motor speed sensor 58, the radius of the wheel 7, and the inertia constant of the wheel 7, and outputs a signal representing the calculation result to the main controller 100. The radius and inertia constant of the wheel 7 are stored, for example, in memory provided in the driving force sensor 65. Note that the data stored in the memory of the driving force sensor 65 (such as the radius and inertia constant of the wheel 7) can be updated using data output from the main controller 100.

駆動力センサ65は、以下の式(1)により、走行駆動力Fを演算する。
=(TM_COM-M×ΔS)/R・・・(1)
ここで、TM_COMはメインコントローラ100により演算される走行駆動トルクの指令値であり、Mは車輪7の慣性定数であり、Rは車輪7の半径である。ΔSは、走行電動機43の角加速度であり、モータ速度センサ58により検出されるモータ速度に基づき算出される。
The driving force sensor 65 calculates the traveling driving force F M according to the following equation (1).
F M =(T M_COM -M×ΔS M )/R...(1)
Here, T M_COM is a command value of the traveling drive torque calculated by the main controller 100, M is the inertia constant of the wheel 7, and R is the radius of the wheel 7. ΔS M is the angular acceleration of the traveling motor 43, and is calculated based on the motor speed detected by the motor speed sensor 58.

なお、駆動力センサ65は、上記構成に限定されない。例えば、駆動力センサ65は、トルクセンサにより検出される走行電動機43の出力トルク(モータトルク)に基づき、走行駆動力を演算してもよいし、電流センサにより検出される走行電動機43に流れる電流に基づき、走行駆動力を演算してもよい。また、駆動力センサ65が有する機能は、メインコントローラ100が有していてもよい。この場合、上記駆動力センサ65が省略されるとともに、モータ速度センサ58が駆動力に関する物理量(モータ速度)を検出する駆動力センサとして機能し、メインコントローラ100が、モータ速度センサ58の検出結果に基づき、走行駆動力Fを演算する。 The driving force sensor 65 is not limited to the above configuration. For example, the driving force sensor 65 may calculate the driving force based on the output torque (motor torque) of the traveling motor 43 detected by a torque sensor, or may calculate the driving force based on the current flowing through the traveling motor 43 detected by a current sensor. The functions of the driving force sensor 65 may also be performed by the main controller 100. In this case, the driving force sensor 65 is omitted, and the motor speed sensor 58 functions as a driving force sensor that detects a physical quantity related to driving force (motor speed), and the main controller 100 calculates the driving force F M based on the detection result of the motor speed sensor 58.

メインコントローラ100は、アクセル操作量、アーム操作量及びバケット操作量等に基づいて、エンジン20の目標回転速度(以下、目標エンジン回転速度とも記す)を演算する。メインコントローラ100は、目標エンジン回転速度に基づいて、回転速度指令値を演算し、エンジンコントローラ25に出力する。また、メインコントローラ100は、エンジン回転速度センサ64によって検出された実エンジン回転速度をエンジンコントローラ25に出力する。 The main controller 100 calculates the target rotation speed of the engine 20 (hereinafter also referred to as the target engine rotation speed) based on the accelerator operation amount, arm operation amount, bucket operation amount, etc. The main controller 100 calculates a rotation speed command value based on the target engine rotation speed and outputs it to the engine controller 25. The main controller 100 also outputs the actual engine rotation speed detected by the engine rotation speed sensor 64 to the engine controller 25.

エンジンコントローラ25は、メインコントローラ100から取得した回転速度指令値と、エンジン回転速度センサ64によって検出された実エンジン回転速度とを比較して、実エンジン回転速度が回転速度指令値となるように燃料噴射装置23を制御する。燃料噴射装置23は、エンジンコントローラ25から出力される燃料噴射指令に基づいて、燃料噴射量を制御し、エンジン20を動作させる。 The engine controller 25 compares the rotation speed command value obtained from the main controller 100 with the actual engine rotation speed detected by the engine rotation speed sensor 64, and controls the fuel injector 23 so that the actual engine rotation speed matches the rotation speed command value. The fuel injector 23 controls the fuel injection amount based on the fuel injection command output from the engine controller 25, and operates the engine 20.

このように、メインコントローラ100、エンジンコントローラ25及び燃料噴射装置23は、協働してエンジン20の動作を制御するエンジン制御装置を構成している。 In this way, the main controller 100, engine controller 25, and fuel injector 23 cooperate to form an engine control device that controls the operation of the engine 20.

メインコントローラ100は、アーム操作装置52及びバケット操作装置53の操作方向及び操作量に基づいて、フロント制御指令を出力する。フロント制御部31は、メインコントローラ100からのフロント制御指令に基づき、油圧ポンプ30Aから吐出される作動油の圧力、流量及び方向を調整し、アームシリンダ4及びバケットシリンダ5を動作させる。フロント制御部31は、油圧ポンプ30Aから吐出される作動油の流れを制御する方向制御弁(流量制御弁)、及び、この方向制御弁のパイロット室に入力されるパイロット圧を生成する電磁弁等を有する。 The main controller 100 outputs a front control command based on the operation direction and operation amount of the arm operation device 52 and the bucket operation device 53. The front control unit 31 adjusts the pressure, flow rate, and direction of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30A based on the front control command from the main controller 100, and operates the arm cylinder 4 and the bucket cylinder 5. The front control unit 31 has a directional control valve (flow rate control valve) that controls the flow of hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30A, and a solenoid valve that generates pilot pressure that is input to the pilot chamber of this directional control valve, etc.

メインコントローラ100は、ブレーキ操作装置57の操作量、及び駐車ブレーキ操作装置54の操作スイッチの操作位置に基づいて、ブレーキ制御指令を出力する。ブレーキ制御部32は、メインコントローラ100からのブレーキ制御指令に基づき、油圧ポンプ30Bから吐出される作動油の圧力、流量及び方向を調整し、ブレーキシリンダ17及び駐車ブレーキシリンダ18を動作させる。ブレーキ制御部32は、油圧ポンプ30Bから吐出される作動油の流れを制御する方向制御弁(流量制御弁)、及び、この方向制御弁のパイロット室に入力されるパイロット圧を生成する電磁弁等を有する。 The main controller 100 outputs a brake control command based on the amount of operation of the brake operating device 57 and the operating position of the operating switch of the parking brake operating device 54. The brake control unit 32 adjusts the pressure, flow rate, and direction of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30B based on the brake control command from the main controller 100, and operates the brake cylinder 17 and the parking brake cylinder 18. The brake control unit 32 includes a directional control valve (flow rate control valve) that controls the flow of hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30B, and a solenoid valve that generates pilot pressure that is input to the pilot chamber of this directional control valve.

メインコントローラ100は、ステアリング操作装置55のステアリングホイールの操作方向及び操作量に基づいて、ステアリング制御指令を出力する。ステアリング制御部33は、メインコントローラ100からのステアリング制御指令に基づき、油圧ポンプ30Cから吐出される作動油の圧力、流量及び方向を調整し、ステアリングシリンダ15を動作させる。ステアリング制御部33は、油圧ポンプ30Cから吐出される作動油の流れを制御する方向制御弁(流量制御弁)、及び、この方向制御弁のパイロット室に入力されるパイロット圧を生成する電磁弁等を有する。 The main controller 100 outputs steering control commands based on the direction and amount of operation of the steering wheel of the steering operation device 55. The steering control unit 33 adjusts the pressure, flow rate, and direction of the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30C based on the steering control commands from the main controller 100, and operates the steering cylinder 15. The steering control unit 33 includes a directional control valve (flow rate control valve) that controls the flow of hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30C, and a solenoid valve that generates pilot pressure that is input to the pilot chamber of this directional control valve.

発電インバータ41及び走行インバータ42は、直流部(直流母線)44によって接続されている。発電インバータ41は、メインコントローラ100からの発電電圧指令に基づき、発電電動機40から供給される電力を利用して直流部44のバス電圧を制御する。走行インバータ42は、メインコントローラ100の走行駆動トルク指令に基づき、直流部44の電力を利用して走行電動機43を駆動させる。 The power generation inverter 41 and the traction inverter 42 are connected by a DC section (DC bus) 44. The power generation inverter 41 controls the bus voltage of the DC section 44 using the power supplied from the generator motor 40 based on a power generation voltage command from the main controller 100. The traction inverter 42 drives the traction motor 43 using the power from the DC section 44 based on a traction drive torque command from the main controller 100.

本実施形態では、エンジン20が出力するトルクによって油圧ポンプ30A,30B,30Cが駆動され、油圧ポンプ30A,30B,30Cから吐出される作動油によって、作業装置6、ブレーキ装置21及びステアリング装置22が駆動される。また、本実施形態では、エンジン20が出力するトルクによって発電電動機40が駆動され、発電電動機40で発生する電力によって走行電動機43が駆動される。 In this embodiment, hydraulic pumps 30A, 30B, and 30C are driven by the torque output by the engine 20, and the working device 6, braking device 21, and steering device 22 are driven by the hydraulic oil discharged from the hydraulic pumps 30A, 30B, and 30C. Also, in this embodiment, the generator motor 40 is driven by the torque output by the engine 20, and the traveling motor 43 is driven by the electricity generated by the generator motor 40.

アーム操作装置52のアーム操作レバーが操作されると、アームシリンダ4の伸縮動作によりアーム2が上下方向に回動(俯仰動)する。バケット操作装置53のバケット操作レバーが操作されると、バケットシリンダ5の伸縮動作によりバケット3が前後方向に回動(ダンプ動作またはクラウド動作)する。 When the arm operation lever of the arm operation device 52 is operated, the arm cylinder 4 extends and retracts, causing the arm 2 to rotate vertically (elevate and lower). When the bucket operation lever of the bucket operation device 53 is operated, the bucket cylinder 5 extends and retracts, causing the bucket 3 to rotate forward and backward (dump or crowd).

ステアリング操作装置55のステアリングホイールが操作されると、ステアリングシリンダ15の伸縮動作に伴って後部車体8Bに対し前部車体8Aがセンタージョイント10を中心にして左右に屈折(転舵)する。アクセル操作装置56のアクセルペダルが操作されると、走行電動機43の駆動により車輪7が回転し、ホイールローダ1が走行する。 When the steering wheel of the steering operation device 55 is operated, the front body 8A is turned (steered) left and right around the center joint 10 relative to the rear body 8B in response to the extension and retraction of the steering cylinder 15. When the accelerator pedal of the accelerator operation device 56 is operated, the wheels 7 are rotated by the drive of the traveling motor 43, causing the wheel loader 1 to travel.

前後進スイッチ51が前進位置(F)に操作されている状態で、アクセル操作装置56のアクセルペダルが踏み込まれると、車輪7が前進方向に回転し、車体8が前進走行する。前後進スイッチ51が後進位置(R)に操作されている状態で、アクセル操作装置56のアクセルペダルが踏み込まれると、車輪7が後進方向に回転し、車体8が後進走行する。前後進スイッチ51が待機位置(N)に操作されている状態では、アクセル操作装置56のアクセルペダルが踏み込まれても、車輪7は回転せず、車体8は走行しない。なお、前後進スイッチ51が前進位置(F)または後進位置(R)に操作されている状態では、アクセルペダルが踏み込まれていなくても、極低速で車体8が前進走行または後進走行(クリープ走行)する。 When the forward/reverse switch 51 is set to the forward position (F) and the accelerator pedal of the accelerator operating device 56 is depressed, the wheels 7 rotate in the forward direction, causing the vehicle body 8 to travel forward. When the forward/reverse switch 51 is set to the reverse position (R) and the accelerator pedal of the accelerator operating device 56 is depressed, the wheels 7 rotate in the reverse direction, causing the vehicle body 8 to travel backward. When the forward/reverse switch 51 is set to the standby position (N), the wheels 7 do not rotate and the vehicle body 8 does not travel, even if the accelerator pedal of the accelerator operating device 56 is depressed. Note that when the forward/reverse switch 51 is set to the forward position (F) or reverse position (R), the vehicle body 8 travels forward or backward (creep) at extremely low speeds, even if the accelerator pedal is not depressed.

-メインコントローラの機能-
図3は、メインコントローラ100の機能ブロック図である。メインコントローラ100は、各センサからの検出信号に基づき、走行駆動トルク指令を生成し、走行インバータ42に出力することで、走行駆動装置45により発生する走行駆動力を制御する。以下、図3を参照して、メインコントローラ100により走行駆動トルク指令を生成する際の各機能の詳細について説明する。
- Main controller functions -
3 is a functional block diagram of the main controller 100. The main controller 100 generates a traveling drive torque command based on detection signals from each sensor and outputs the command to the traveling inverter 42, thereby controlling the traveling drive force generated by the traveling drive device 45. Below, with reference to FIG. 3, details of each function when the main controller 100 generates the traveling drive torque command will be described.

図3に示すように、メインコントローラ100は、ROM102に記憶されているプログラムを実行することにより、モータ速度変化量演算部112、推力演算部110、推力変化量演算部111、駆動力変化量演算部113、掘削作業判定部114、スリップ判定部115、スリップ時推力保持部116、摩擦係数推定部117、駆動力上限値演算部118、走行要求駆動力演算部119、最小値選択部120、及びトルク指令生成部121として機能する。 As shown in FIG. 3, the main controller 100 executes the programs stored in the ROM 102 to function as a motor speed change amount calculation unit 112, a thrust force calculation unit 110, a thrust force change amount calculation unit 111, a driving force change amount calculation unit 113, an excavation operation determination unit 114, a slip determination unit 115, a thrust force retention unit during slip 116, a friction coefficient estimation unit 117, a driving force upper limit value calculation unit 118, a traveling required driving force calculation unit 119, a minimum value selection unit 120, and a torque command generation unit 121.

モータ速度変化量演算部112は、モータ速度センサ58で検出されたモータ速度Sの時間変化率(以下、速度変化率とも記す)ΔSを演算する。モータ速度Sは、車体8が前進する場合には正の値となり、車体8が後進する場合には負の値となる。モータ速度変化量演算部112は、所定の制御周期で繰り返し検出されるモータ速度Sの前回値Saと今回値Sbとの差(Sb-Sa)を前回値Saを検出した時刻taから今回値Sbを検出した時刻tbまでの時間Δt(=tb-ta)で除することにより、速度変化率ΔS(=(Sb-Sa)/(tb-ta))を算出する。したがって、速度変化率ΔSは、前進する車体8が加速しているときには正の値となり、前進する車体8が減速しているときには負の値となる。また、速度変化率ΔSは、車体8が一定速度で走行しているときには0となる。 The motor speed change amount calculation unit 112 calculates the time rate of change (hereinafter also referred to as the speed change rate) ΔS M of the motor speed S M detected by the motor speed sensor 58. The motor speed S M is a positive value when the vehicle body 8 moves forward, and a negative value when the vehicle body 8 moves backward. The motor speed change amount calculation unit 112 calculates the speed change rate ΔS M (= (S M b - S M a ) / (tb - ta)) by dividing the difference (S M b - S M a) between the previous value S M a and the current value S M b of the motor speed S M, which are repeatedly detected at a predetermined control period, by the time Δt (= tb - ta) from the time ta when the previous value S M a was detected to the time tb when the current value S M b was detected. Therefore, the speed change rate ΔS M is a positive value when the forward moving vehicle body 8 is accelerating, and a negative value when the forward moving vehicle body 8 is decelerating. Moreover, the speed change rate ΔS M is 0 when the vehicle body 8 is traveling at a constant speed.

掘削作業判定部114は、作業装置6により地山等の作業対象物を掘削する作業が行われている掘削作業状態であるか、作業装置6により作業対象物を掘削する作業が行われていない非掘削作業状態であるかを判定する。掘削作業判定部114は、掘削作業状態であると判定した場合には掘削判定フラグFLdigをオンに設定し(FLdig=1)、非掘削作業状態であると判定した場合には掘削判定フラグFLdigをオフに設定する(FLdig=0)。 The excavation operation determination unit 114 determines whether the current state is an excavation operation state in which the work device 6 is excavating a work object such as natural ground, or a non-excavation operation state in which the work device 6 is not excavating a work object. If the excavation operation determination unit 114 determines that the current state is an excavation operation state, it sets the excavation determination flag FLdig on (FLdig = 1), and if the current state is a non-excavation operation state, it sets the excavation determination flag FLdig off (FLdig = 0).

掘削判定フラグFLdigは、掘削作業状態であるか非掘削作業状態であるかを示すものである。したがって、メインコントローラ100は、掘削判定フラグFLdigの設定状態に基づき、ホイールローダ1が掘削作業状態であるか否かを判定できる。 The digging determination flag FLdig indicates whether the wheel loader 1 is in an digging operation state or a non-digging operation state. Therefore, the main controller 100 can determine whether the wheel loader 1 is in an digging operation state based on the setting state of the digging determination flag FLdig.

掘削作業判定部114は、掘削作業条件が成立した場合に掘削作業状態であると判定する。ホイールローダ1が地山等の作業対象物に向かって前進し、その後、作業装置6が作業対象物に突入すると、車体8が減速するとともに作業装置6が作業対象物から受ける反力が増加する。反力の増加に応じてアームシリンダ4の推力も増加する。このため、本実施形態では、掘削作業条件は、以下の(条件I)及び(条件II)を含む。
(条件I) 前進する車体8が減速していること。
(条件II) アームシリンダ4の推力が所定値以上であること。
The excavation operation determination unit 114 determines that the excavation operation is in progress when the excavation operation conditions are met. When the wheel loader 1 moves forward toward a work object such as a mound of natural ground and then the working implement 6 enters the work object, the vehicle body 8 decelerates and the reaction force that the working implement 6 receives from the work object increases. As the reaction force increases, the thrust of the arm cylinder 4 also increases. For this reason, in this embodiment, the excavation operation conditions include the following (Condition I) and (Condition II).
(Condition I) The forward moving vehicle body 8 is decelerating.
(Condition II) The thrust of the arm cylinder 4 is equal to or greater than a predetermined value.

前進する車体8が減速しているか否かは、モータ速度変化量演算部112で演算された速度変化率ΔSに基づき判定できる。掘削作業判定部114は、速度変化率ΔSが予め定められた速度変化率閾値S1以下である場合には、(条件I)が満たされていると判定する。掘削作業判定部114は、速度変化率ΔSが速度変化率閾値S1よりも大きい場合には、(条件I)は満たされていないと判定する。速度変化率閾値S1は、予めROM102に記憶されている。速度変化率閾値S1は、ホイールローダ1が作業対象物に突入することにより、前進する車体8が減速しているか否かを判定するための閾値であり、0から余裕値(>0)を減算した値である。つまり、速度変化率閾値S1は0よりも小さい(S1<0)。この余裕値は、車体8の振動による走行電動機43の速度の変化やモータ速度センサ58の検出誤差などに起因する誤判定を防止するために、計算もしくは実験により予め定められる。 Whether the advancing vehicle body 8 is decelerating can be determined based on the speed change rate ΔS M calculated by the motor speed change amount calculation unit 112. The excavation operation determination unit 114 determines that (Condition I) is met when the speed change rate ΔS M is equal to or less than a predetermined speed change rate threshold S1. The excavation operation determination unit 114 determines that (Condition I) is not met when the speed change rate ΔS M is greater than the speed change rate threshold S1. The speed change rate threshold S1 is stored in advance in the ROM 102. The speed change rate threshold S1 is a threshold for determining whether the advancing vehicle body 8 is decelerating due to the wheel loader 1 entering a work object, and is a value obtained by subtracting a margin value (>0) from 0. In other words, the speed change rate threshold S1 is less than 0 (S1<0). This margin value is determined in advance by calculation or experiment in order to prevent erroneous determinations due to changes in the speed of the traveling motor 43 caused by vibrations of the vehicle body 8 or detection errors of the motor speed sensor 58 .

作業装置6が作業対象物から反力を受けることによって増加するアームシリンダ4の推力は、アームシリンダ4のボトム側油室(不図示)内の作動油の圧力と比例関係にある。このため、本実施形態では、アームシリンダ圧センサ75で検出されたアームシリンダ圧Pに基づき、(条件II)が満たされているか否かを判定する。 The thrust of the arm cylinder 4, which increases when the working device 6 receives a reaction force from the work object, is proportional to the pressure of the hydraulic oil in the bottom-side oil chamber (not shown) of the arm cylinder 4. For this reason, in this embodiment, it is determined whether or not (Condition II) is satisfied based on the arm cylinder pressure PA detected by the arm cylinder pressure sensor 75.

アームシリンダ圧センサ75は、図2に示すように、アームシリンダ4のボトム側油室(不図示)とフロント制御部31とを接続する油路に設けられる圧力センサであって、アームシリンダ4のボトム側油室内の作動油の圧力(アームシリンダ圧)Pを検出し、検出結果を表す信号をメインコントローラ100に出力する。図3に示す掘削作業判定部114は、アームシリンダ圧Pがシリンダ圧閾値P1以上である場合には、(条件II)が満たされていると判定する。掘削作業判定部114は、アームシリンダ圧Pがシリンダ圧閾値P1未満である場合には、(条件II)は満たされていないと判定する。シリンダ圧閾値P1は、計算もしくは実験において掘削作業が開始されたときに検出されたアームシリンダ圧に相当し、予めROM102に記憶されている。 As shown in FIG. 2 , the arm cylinder pressure sensor 75 is a pressure sensor provided in an oil passage connecting a bottom-side oil chamber (not shown) of the arm cylinder 4 and the front control unit 31, and detects the pressure of hydraulic oil (arm cylinder pressure) PA in the bottom-side oil chamber of the arm cylinder 4 and outputs a signal representing the detection result to the main controller 100. The excavation operation determination unit 114 shown in FIG. 3 determines that (Condition II) is satisfied when the arm cylinder pressure PA is equal to or greater than the cylinder pressure threshold P1. The excavation operation determination unit 114 determines that (Condition II) is not satisfied when the arm cylinder pressure PA is less than the cylinder pressure threshold P1. The cylinder pressure threshold P1 corresponds to the arm cylinder pressure detected when excavation operation is started by calculation or experiment, and is stored in advance in the ROM 102.

掘削作業判定部114は、掘削判定フラグFLdigがオフに設定されている場合であって、(条件I)及び(条件II)の全てが満たされた場合、掘削作業条件が成立したと判定する。すなわち、掘削作業判定部114は、ホイールローダ1の状態が非掘削作業状態から掘削作業状態に移行したと判定し、掘削判定フラグFLdigをオフからオンに切り替える(FLdig=1)。なお、掘削作業判定部114は、掘削判定フラグFLdigがオフに設定されている場合であって、(条件I)及び(条件II)のいずれかが満たされていない場合、掘削作業条件は成立していないと判定する。すなわち、掘削作業判定部114は、非掘削作業状態が継続されていると判定する。つまり、掘削判定フラグFLdigはオフ状態を維持する。 When the digging determination flag FLdig is set to off and both (Condition I) and (Condition II) are satisfied, the digging operation determination unit 114 determines that the digging operation conditions are met. That is, the digging operation determination unit 114 determines that the state of the wheel loader 1 has transitioned from a non-digging operation state to an digging operation state, and switches the digging determination flag FLdig from off to on (FLdig = 1). Note that when the digging determination flag FLdig is set to off and either (Condition I) or (Condition II) is not satisfied, the digging operation determination unit 114 determines that the digging operation conditions are not met. That is, the digging operation determination unit 114 determines that the non-digging operation state is continuing. That is, the digging determination flag FLdig remains off.

ホイールローダ1は、掘削作業を終了すると、後進走行を行って作業対象物から離れる。このため、本実施形態に係る掘削作業判定部114は、前後進スイッチ51の操作位置に基づき、掘削作業終了条件が成立したか否か、すなわちホイールローダ1が作業状態から非作業状態に移行したか否かを判定する。掘削作業終了条件には、前後進スイッチ51が後進位置(R)に操作されていることを含む。 When the wheel loader 1 finishes excavation work, it travels in reverse and moves away from the work object. Therefore, the excavation work determination unit 114 in this embodiment determines whether the excavation work end condition has been met, i.e., whether the wheel loader 1 has transitioned from a working state to a non-working state, based on the operating position of the forward/reverse switch 51. The excavation work end condition includes the forward/reverse switch 51 being operated to the reverse position (R).

掘削作業判定部114は、掘削判定フラグFLdigがオンに設定されている場合であって、前後進スイッチ51が後進位置(R)に操作されたときには、掘削作業終了条件が成立したと判定する。すなわち、掘削作業判定部114は、ホイールローダ1が作業状態から非作業状態に移行したと判定し、掘削判定フラグFLdigをオンからオフに切り替える(FLdig=0)。掘削作業判定部114は、掘削判定フラグFLdigがオンに設定されている場合であって、前後進スイッチ51が後進位置(R)に操作されていないときには、掘削作業終了条件は成立していないと判定する。すなわち、掘削作業判定部114は、掘削作業状態が継続されていると判定する。つまり、掘削判定フラグFLdigはオン状態を維持する。 When the digging determination flag FLdig is set to on and the forward/reverse switch 51 is operated to the reverse position (R), the digging operation determination unit 114 determines that the digging operation end condition is met. That is, the digging operation determination unit 114 determines that the wheel loader 1 has transitioned from a working state to a non-working state, and switches the digging determination flag FLdig from on to off (FLdig = 0). When the digging determination flag FLdig is set to on and the forward/reverse switch 51 is not operated to the reverse position (R), the digging operation determination unit 114 determines that the digging operation end condition is not met. That is, the digging operation determination unit 114 determines that the digging operation state is continuing. That is, the digging determination flag FLdig remains on.

推力演算部110は、以下の式(2)により、アームシリンダ推力Fを演算する。
=P×S・・・(2)
ここで、Pはアームシリンダ圧センサ75で検出されたアームシリンダ圧であり、Sは予めROM102に記憶されているアームシリンダ4の受圧面積(断面積)である。アームシリンダ推力Fは、掘削作業状態において、作業装置6が作業対象物から受ける反力の増加に応じて増加する。
The thrust calculation unit 110 calculates the arm cylinder thrust F A by the following equation (2).
F A = P A × S A ... (2)
Here, P A is the arm cylinder pressure detected by the arm cylinder pressure sensor 75, and S A is the pressure-receiving area (cross-sectional area) of the arm cylinder 4 stored in advance in ROM 102. In an excavation work state, the arm cylinder thrust F A increases in accordance with an increase in the reaction force that the work implement 6 receives from the work object.

推力変化量演算部111は、推力演算部110で演算されたアームシリンダ推力Fの時間変化率(以下、推力変化率とも記す)ΔFを演算する。推力変化量演算部111は、所定の制御周期で繰り返し演算されるアームシリンダ推力Fの前回値Faと今回値Fbとの差(Fb-Fa)を前回値Faを検出した時刻taから今回値Fbを検出した時刻tbまでの時間Δt(=tb-ta)で除することにより、推力変化率ΔF(=(Fb-Fa)/(tb-ta))を算出する。したがって、推力変化率ΔFは、アームシリンダ推力Fが増加しているときには正の値となり、アームシリンダ推力Fが減少しているときには負の値となる。また、推力変化率ΔFは、アームシリンダ推力Fが一定である場合には0となる。 The thrust change amount calculation unit 111 calculates the time rate of change ΔF A (hereinafter also referred to as thrust change rate) of the arm cylinder thrust F A calculated by the thrust calculation unit 110. The thrust change amount calculation unit 111 calculates the thrust change rate ΔF A (= (F A b - F A a) / (tb - ta)) by dividing the difference (F A b - F A a) between the previous value F A a and the current value F A b of the arm cylinder thrust F A, which are repeatedly calculated at a predetermined control cycle, by the time Δt (= tb - ta) from the time ta when the previous value F A a is detected to the time tb when the current value F A b is detected. Therefore, the thrust change rate ΔF A is a positive value when the arm cylinder thrust F A is increasing, and is a negative value when the arm cylinder thrust F A is decreasing. Furthermore, the thrust change rate ΔF A is 0 when the arm cylinder thrust F A is constant.

駆動力変化量演算部113は、駆動力センサ65で検出された走行駆動力Fの時間変化率(以下、駆動力変化率とも記す)ΔFを演算する。駆動力変化量演算部113は、所定の制御周期で繰り返し検出される走行駆動力Fの前回値Faと今回値Fbとの差(Fb-Fa)を前回値Faを検出した時刻taから今回値Fbを検出した時刻tbまでの時間Δt(=tb-ta)で除することにより、駆動力変化率ΔF(=(Fb-Fa)/(tb-ta))を算出する。したがって、駆動力変化率ΔFは、走行駆動力Fが増加しているときには正の値となり、走行駆動力Fが減少しているときには負の値となる。また、駆動力変化率ΔFは、走行駆動力Fが一定である場合には0となる。 The driving force change amount calculation unit 113 calculates the time rate of change ΔF M of the driving force F M detected by the driving force sensor 65 (hereinafter also referred to as the driving force change rate). The driving force change amount calculation unit 113 calculates the driving force change rate ΔF M (= (F M b - F M a) / (tb - ta)) by dividing the difference ( F M b - F M a) between the previous value F M a and the current value F M b of the driving force F M , which are repeatedly detected at a predetermined control cycle, by the time Δt (= tb - ta) from the time ta when the previous value F M a was detected to the time tb when the current value F M b was detected. Therefore, the driving force change rate ΔF M is positive when the driving force F M is increasing and negative when the driving force F M is decreasing. Furthermore, the driving force change rate ΔF M is zero when the driving force F M is constant.

スリップ判定部115は、スリップ判定条件が成立した場合には、車輪7がスリップしていると判定し、スリップ判定条件が成立していない場合には、車輪7がスリップしていないと判定する。スリップ判定条件には、以下の(条件1)~(条件5)が含まれる。スリップ判定部115は、(条件1)~(条件5)の全てが満たされた場合に、スリップ判定条件が成立していると判定し、スリップ判定フラグFLslipをオンに設定する(FLslip=1)。なお、スリップ判定部115は、(条件1)~(条件5)のいずれかが満たされていない場合には、スリップ判定条件は成立していないと判定し、スリップ判定フラグFLslipをオフに設定する(FLslip=0)。
(条件1) 掘削作業状態であること。
(条件2) アームシリンダ推力が増加していないこと。
(条件3) 走行駆動力が上昇中であること。
(条件4) アーム操作装置が操作されていないこと。
(条件5) バケット操作装置が操作されていないこと。
The slip determination unit 115 determines that the wheel 7 is slipping if the slip determination conditions are met, and determines that the wheel 7 is not slipping if the slip determination conditions are not met. The slip determination conditions include the following (Condition 1) to (Condition 5). If all of (Condition 1) to (Condition 5) are met, the slip determination unit 115 determines that the slip determination conditions are met and sets the slip determination flag FLslip to on (FLslip = 1). Note that if any of (Condition 1) to (Condition 5) are not met, the slip determination unit 115 determines that the slip determination conditions are not met and sets the slip determination flag FLslip to off (FLslip = 0).
(Condition 1) Excavation work must be in progress.
(Condition 2) The arm cylinder thrust is not increasing.
(Condition 3) The driving force is increasing.
(Condition 4) The arm operating device is not being operated.
(Condition 5) The bucket operating device is not being operated.

スリップ判定部115は、掘削判定フラグFLdigの設定状態に基づき、(条件1)が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部115は、掘削判定フラグFLdigがオンに設定されている場合(FLdig=1)には(条件1)が満たされていると判定し、掘削判定フラグFLdigがオフに設定されている場合(FLdig=0)には(条件1)は満たされていないと判定する。 The slip determination unit 115 determines whether (Condition 1) is satisfied based on the setting state of the digging determination flag FLdig. If the digging determination flag FLdig is set to on (FLdig = 1), the slip determination unit 115 determines that (Condition 1) is satisfied, and if the digging determination flag FLdig is set to off (FLdig = 0), the slip determination unit 115 determines that (Condition 1) is not satisfied.

スリップ判定部115は、推力変化率ΔFに基づき、(条件2)が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部115は、推力変化率ΔFが推力変化率閾値F1以下である場合には(条件2)が満たされていると判定し、推力変化率ΔFが推力変化率閾値F1よりも大きい場合には(条件2)は満たされていないと判定する。推力変化率閾値F1は、スリップ開始時のアームシリンダ推力の急減(抜け)が発生したか否かを判定するための閾値であり、計算もしくは実験により定められる。推力変化率閾値F1は0以下の値であり、ROM102に記憶されている。 The slip determination unit 115 determines whether or not (Condition 2) is satisfied based on the thrust change rate ΔF A. If the thrust change rate ΔF A is equal to or less than the thrust change rate threshold F A1 , the slip determination unit 115 determines that (Condition 2) is satisfied, and if the thrust change rate ΔF A is greater than the thrust change rate threshold F A1 , the slip determination unit 115 determines that (Condition 2) is not satisfied. The thrust change rate threshold F A1 is a threshold for determining whether or not a sudden decrease (loss) in arm cylinder thrust has occurred at the start of slippage, and is determined by calculation or experiment. The thrust change rate threshold F A1 is a value equal to or less than 0, and is stored in ROM 102.

スリップ判定部115は、駆動力変化率ΔFに基づき、(条件3)が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部115は、駆動力変化率ΔFが0よりも大きい場合には(条件3)が満たされていると判定し、駆動力変化率ΔFが0以下の場合には(条件3)は満たされていないと判定する。 The slip determination unit 115 determines whether or not (Condition 3) is satisfied based on the driving force change rate ΔF M. If the driving force change rate ΔF M is greater than 0, the slip determination unit 115 determines that (Condition 3) is satisfied, and if the driving force change rate ΔF M is 0 or less, the slip determination unit 115 determines that (Condition 3) is not satisfied.

スリップ判定部115は、アーム操作量センサ52aによって検出されたアーム操作量Rに基づき、(条件4)が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部115は、アーム操作量Rの絶対値|R|がアーム操作量閾値R1以下である場合には(条件4)が満たされていると判定し、アーム操作量Rの絶対値|R|がアーム操作量閾値R1よりも大きい場合には(条件4)は満たされていないと判定する。アーム操作量閾値R1は、アーム操作装置52が操作されている状態であるか否かを判定するための閾値であり、ROM102に記憶されている。アーム操作量閾値R1は、例えば、アーム上げの最大操作量を100%、アーム下げ側の最大操作量を-100%としたとき、5%程度の操作量に相当する。 The slip determination unit 115 determines whether or not (Condition 4) is satisfied based on the arm operation amount R A detected by the arm operation amount sensor 52 a. The slip determination unit 115 determines that (Condition 4) is satisfied when the absolute value |R A | of the arm operation amount R A is equal to or smaller than the arm operation amount threshold R A1 , and determines that (Condition 4) is not satisfied when the absolute value |R A | of the arm operation amount R A is greater than the arm operation amount threshold R A1. The arm operation amount threshold R A1 is a threshold for determining whether or not the arm operating device 52 is being operated, and is stored in the ROM 102. For example, when the maximum operation amount for arm-raising is 100% and the maximum operation amount for arm-lowering is −100%, the arm operation amount threshold R A1 corresponds to an operation amount of about 5%.

スリップ判定部115は、バケット操作量センサ53aによって検出されたバケット操作量Rに基づき、(条件5)が満たされているか否かを判定する。スリップ判定部115は、バケット操作量Rの絶対値|R|がバケット操作量閾値R1以下である場合には(条件5)が満たされていると判定し、バケット操作量Rの絶対値|R|がバケット操作量閾値R1よりも大きい場合には(条件5)は満たされていないと判定する。バケット操作量閾値R1は、バケット操作装置53が操作されている状態であるか否かを判定するための閾値であり、ROM102に記憶されている。バケット操作量閾値R1は、例えば、バケットダンプ側の最大操作量を100%、バケットクラウド側の最大操作量を-100%としたとき、5%程度の操作量に相当する。 Slip determination unit 115 determines whether or not (Condition 5) is satisfied based on bucket manipulation amount R B detected by bucket manipulation amount sensor 53 a. Slip determination unit 115 determines that (Condition 5) is satisfied if the absolute value |R B | of the bucket manipulation amount R B is equal to or smaller than bucket manipulation amount threshold R B1 , and determines that (Condition 5 ) is not satisfied if the absolute value |R B | of the bucket manipulation amount R B is greater than bucket manipulation amount threshold R B1. Bucket manipulation amount threshold R B1 is a threshold for determining whether or not bucket manipulation device 53 is being operated, and is stored in ROM 102. Bucket manipulation amount threshold R B1 corresponds to an operation amount of about 5%, for example, when the maximum operation amount on the bucket dump side is 100% and the maximum operation amount on the bucket crowding side is −100%.

スリップ時推力保持部116は、スリップ判定フラグFLslipがオフからオンに切り替わったときのアームシリンダ推力F、すなわちスリップ判定条件が成立したときのアームシリンダ推力Fをスリップ時推力FA_slipとして保持する(FA_slip=F)。スリップ時推力FA_slipは、スリップ判定フラグFLslipが少なくともオンからオフに切り替わるまでの間、保持され続ける。また、スリップ時推力FA_slipは、スリップ判定フラグFLslipがオンからオフに切り替わった後、再度オンになるまでの間、保持され続けてもよい。 The slip thrust holding unit 116 holds the arm cylinder thrust F A when the slip determination flag FLslip is switched from off to on, i.e., the arm cylinder thrust F A when the slip determination condition is met, as the slip thrust F A_slip (F A_slip = F A ). The slip thrust F A_slip continues to be held at least until the slip determination flag FLslip is switched from on to off. Furthermore, the slip thrust F A_slip may continue to be held until the slip determination flag FLslip is switched from on to off and then turned on again.

摩擦係数推定部117は、予めROM102に記憶されている相関マップMμ(図4参照)を参照し、スリップ時推力保持部116によって保持されたスリップ時推力FA_slipに基づいて、摩擦係数推定値μを演算する。相関マップMμは、スリップ時推力FA_slipと摩擦係数推定値μとの関係を規定する規定データである。相関マップMμは、例えば、ルックアップテーブル形式で記憶されていてもよいし、関数形式(近似式)で記憶されていてもよい。 The friction coefficient estimating unit 117 refers to a correlation map M μ (see FIG. 4 ) stored in advance in the ROM 102, and calculates an estimated friction coefficient μ based on the slip thrust F A_slip stored by the slip thrust storing unit 116. The correlation map M μ is prescribed data that defines the relationship between the slip thrust F A_slip and the estimated friction coefficient μ. The correlation map M μ may be stored, for example, in the form of a look-up table or in the form of a function (approximate formula).

図4の相関マップMμに示されているように、スリップ時推力FA_slipに対する摩擦係数推定値μは、非線形の特性を有している。相関マップMμは、スリップ時推力FA_slipが0のときには摩擦係数推定値μが0となり、スリップ時推力FA_slipが0から大きくなるほど摩擦係数推定値μが大きくなる特性を規定している。この相関マップMμの特性は、予め計算もしくは実験によって決定される。相関マップMμの傾き(摩擦係数推定値の増加量/スリップ時推力の増加量)が大きいほど、あるスリップ時推力FA_slipにおける摩擦係数推定値μは大きくなる。 As shown in the correlation map M μ in FIG. 4 , the estimated coefficient of friction μ relative to the slip thrust F A_slip has a nonlinear characteristic. The correlation map M μ defines a characteristic in which the estimated coefficient of friction μ is 0 when the slip thrust F A_slip is 0, and the estimated coefficient of friction μ increases as the slip thrust F A_slip increases from 0. The characteristic of this correlation map M μ is determined in advance by calculation or experiment. The larger the slope of the correlation map M μ (increase in estimated coefficient of friction/increase in slip thrust), the larger the estimated coefficient of friction μ at a certain slip thrust F A_slip .

図3に示す駆動力上限値演算部118は、予めROM102に記憶されている相関マップM(図5参照)を参照し、摩擦係数推定部117によって演算された摩擦係数推定値μに基づいて、駆動力上限値FM_LIMを演算する。相関マップMは、摩擦係数推定値μと駆動力上限値FM_LIMとの関係を規定する規定データである。相関マップMは、例えば、ルックアップテーブル形式で記憶されていてもよいし、関数形式(近似式)で記憶されていてもよい。 Driving force upper limit calculation unit 118 shown in FIG. 3 references correlation map M L (see FIG. 5 ) stored in advance in ROM 102 and calculates driving force upper limit value F M_LIM based on the estimated friction coefficient value μ calculated by friction coefficient estimation unit 117. Correlation map M L is prescribed data that defines the relationship between the estimated friction coefficient value μ and driving force upper limit value F M_LIM . Correlation map M L may be stored in the form of a look-up table, for example, or in the form of a function (approximate equation).

図5に示すように、相関マップMは、摩擦係数推定値μが0のときには駆動力上限値FM_LIMが最小値FM_LIM_MINとなり、摩擦係数推定値μが0から所定値μpまでは大きくなるほど駆動力上限値FM_LIMが大きくなり、摩擦係数推定値μが所定値μp以上では、駆動力上限値FM_LIMが最大値FM_LIM_MAXとなる特性を規定している。駆動力上限値FM_LIMの最大値FM_LIM_MAXは、走行電動機43が出力可能な最大駆動力に相当する。駆動力上限値FM_LIMの最小値FM_LIM_MINは、ホイールローダ1を前進させることが可能な最低限の駆動力に相当する。この相関マップMの特性は、予め計算もしくは実験によって決定される。相関マップMの傾き(駆動力上限値の増加量/摩擦係数推定値の増加量)が大きいほど、ある摩擦係数推定値μにおける駆動力上限値FM_LIMは大きくなる。 As shown in Figure 5, the correlation map M_L defines characteristics such that when the estimated coefficient of friction μ is 0, the driving force upper limit value F M_LIM is at a minimum value F M_LIM_MIN , and as the estimated coefficient of friction μ increases from 0 to a predetermined value μp, the driving force upper limit value F M_LIM increases, and when the estimated coefficient of friction μ is equal to or greater than the predetermined value μp, the driving force upper limit value F M_LIM is at a maximum value F M_LIM_MAX . The maximum value F M_LIM_MAX of the driving force upper limit value F M_LIM corresponds to the maximum driving force that can be output by the traveling motor 43. The minimum value F M_LIM_MIN of the driving force upper limit value F M_LIM corresponds to the minimum driving force that can move the wheel loader 1 forward. The characteristics of this correlation map M_L are determined in advance by calculation or experiment. The greater the gradient of the correlation map M_L (increase in driving force upper limit value/increase in estimated friction coefficient value), the greater the driving force upper limit value F_M_LIM at a given estimated friction coefficient value μ.

なお、駆動力上限値FM_LIMは、スリップ判定フラグFLslipがオンに設定されている場合のみ、相関マップMの特性によって演算された結果を用いる。スリップ判定フラグFLslipがオフに設定されている場合、駆動力上限値演算部118は、駆動力上限値FM_LIMに最大値FM_LIM_MAXに設定する。したがって、スリップ判定条件が成立した場合には、相関マップMの特性によって設定された駆動力上限値FM_LIMによって走行駆動力Fが制限される。一方、スリップ判定条件が成立していない場合には、駆動力上限値FM_LIMに最大値FM_LIM_MAXが設定されるため、走行駆動力は実質的に制限されない。 Note that the driving force upper limit value FM_LIM uses the result calculated using the characteristics of the correlation map ML only when the slip determination flag FLslip is set to ON. When the slip determination flag FLslip is set to OFF, driving force upper limit value calculation unit 118 sets the driving force upper limit value FM_LIM to the maximum value FM_LIM_MAX . Therefore, when the slip determination condition is met, the traveling driving force FM is limited by the driving force upper limit value FM_LIM set using the characteristics of the correlation map ML . On the other hand, when the slip determination condition is not met, the driving force upper limit value FM_LIM is set to the maximum value FM_LIM_MAX , so the traveling driving force is not substantially limited.

図3に示す走行要求駆動力演算部119は、モータ速度センサ58により検出されたモータ速度S、及び、アクセル操作量センサ56aにより検出されたアクセル操作量に基づいて、走行要求駆動力を演算する。ROM102には、走行要求駆動力の演算に用いられる走行要求駆動力テーブルが記憶されている。走行要求駆動力テーブルは、アクセル操作量の増減に応じて走行要求駆動力が増減するように、アクセル操作量に応じた駆動力カーブが複数記憶されている。走行要求駆動力テーブルは、アクセル操作量が大きくなるほど走行要求駆動力が大きくなり、走行電動機43の回転速度(モータ速度)が速くなるほど走行要求駆動力が小さくなるように設定されている。 The traveling demand driving force calculation unit 119 shown in Figure 3 calculates the traveling demand driving force based on the motor speed S M detected by the motor speed sensor 58 and the accelerator operation amount detected by the accelerator operation amount sensor 56a. A traveling demand driving force table used to calculate the traveling demand driving force is stored in ROM 102. The traveling demand driving force table stores a plurality of driving force curves corresponding to the accelerator operation amount so that the traveling demand driving force increases or decreases according to an increase or decrease in the accelerator operation amount. The traveling demand driving force table is set so that the traveling demand driving force increases as the accelerator operation amount increases, and the traveling demand driving force decreases as the rotation speed (motor speed) of the traveling motor 43 increases.

走行要求駆動力演算部119は、アクセル操作量の大きさに対応する駆動力カーブを選択し、走行電動機43の回転速度(モータ速度)Sに基づいて走行要求駆動力FM_REQを算出する。例えば、走行要求駆動力演算部119は、アクセル操作装置56がフル操作されたときには、実線の駆動力カーブを選択し、選択した駆動力カーブを参照し、走行電動機43の回転速度に基づいて走行要求駆動力FM_REQを算出する。 The traveling required driving force calculation unit 119 selects a driving force curve that corresponds to the magnitude of the accelerator operation amount, and calculates the traveling required driving force F M_REQ based on the rotation speed (motor speed) S M of the traveling electric motor 43. For example, when the accelerator operation device 56 is fully operated, the traveling required driving force calculation unit 119 selects the driving force curve indicated by the solid line, and calculates the traveling required driving force F M_REQ based on the rotation speed of the traveling electric motor 43 by referring to the selected driving force curve.

最小値選択部120は、駆動力上限値演算部118によって演算された駆動力上限値FM_LIM、及び、走行要求駆動力演算部119によって演算された走行要求駆動力FM_REQのうちで最小のものを選択し、選択した値を走行目標駆動力FM_TGTとして決定する。 The minimum value selection unit 120 selects the smallest one of the driving force upper limit value F M_LIM calculated by the driving force upper limit value calculation unit 118 and the traveling required driving force F M_REQ calculated by the traveling required driving force calculation unit 119, and determines the selected value as the traveling target driving force F M_TGT .

トルク指令生成部121は、最小値選択部120で選択された走行目標駆動力FM_TGTに基づき、走行駆動トルク指令TM_COMを生成する。トルク指令生成部121により生成された走行駆動トルク指令TM_COMは、走行インバータ42及び駆動力センサ65に出力され、駆動力センサ65により検出される走行駆動力が走行目標駆動力となるように走行電動機43が制御される。 The torque command generation unit 121 generates a traveling drive torque command T M_COM based on the traveling target drive force F M_TGT selected by the minimum value selection unit 120. The traveling drive torque command T M_COM generated by the torque command generation unit 121 is output to the traveling inverter 42 and the drive force sensor 65, and the traveling electric motor 43 is controlled so that the traveling drive force detected by the drive force sensor 65 becomes the traveling target drive force.

-走行駆動力制御のフロー-
図6~図8を参照して、スリップを抑制するために、メインコントローラ100により実行される制御の内容について説明する。図6は、メインコントローラ100により実行される走行駆動力制御のメインフローの一例について示すフローチャートであり、図7は、図6の掘削判定フラグの設定処理の一例について示すフローチャートであり、図8は、図6のスリップ判定フラグの設定処理の一例について示すフローチャートである。
- Flow of driving force control -
The contents of the control executed by the main controller 100 to suppress slipping will be described with reference to Figures 6 to 8. Figure 6 is a flowchart showing an example of a main flow of the travel driving force control executed by the main controller 100, Figure 7 is a flowchart showing an example of the process of setting the excavation determination flag in Figure 6, and Figure 8 is a flowchart showing an example of the process of setting the slip determination flag in Figure 6.

図6のフローチャートに示す処理は、例えばイグニッションスイッチ(エンジンキースイッチ)がオンされることにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、所定の制御周期で繰り返し実行される。なお、初期設定において、スリップ判定フラグFLslip及び掘削判定フラグFLdigはオフに設定される。また、図6~図8のフローチャートに示す処理は、所定の制御周期で繰り返し取得される各センサでの検出結果(例えば、アームシリンダ圧P、アーム操作量R、バケット操作量R)、各演算部の演算結果(例えば、アームシリンダ推力F、推力変化率ΔF、速度変化率ΔS、駆動力変化率ΔF)、及び、前後進スイッチ51からの操作位置を表す信号等に基づき実行される。 The processing shown in the flowchart of Fig. 6 is started, for example, when an ignition switch (engine key switch) is turned on, and after initial setting (not shown) is performed, is repeatedly executed at a predetermined control period. Note that in the initial setting, the slip determination flag FLslip and the excavation determination flag FLdig are set to off. Furthermore, the processing shown in the flowcharts of Figs. 6 to 8 is executed based on the detection results of each sensor (e.g., arm cylinder pressure PA , arm operation amount RA , bucket operation amount RB ) repeatedly acquired at a predetermined control period, the calculation results of each calculation unit (e.g., arm cylinder thrust F A , thrust force change rate ΔF A , speed change rate ΔS M , driving force change rate ΔF M ), and a signal indicating the operation position from the forward/reverse switch 51, etc.

図6に示すように、ステップS100において、掘削作業判定部114は、掘削判定フラグFLdigの設定処理を実行する。図7に示すように、掘削判定フラグの設定処理が開始されると、ステップS110において、掘削作業判定部114は、現在設定されている掘削判定フラグFLdigがオンであるか否かを判定する。現在設定されている掘削判定フラグFLdigがオフであると判定された場合には、処理がステップS120へ進む。現在設定されている掘削判定フラグFLdigがオンであると判定された場合には、処理がステップS150へ進む。 As shown in FIG. 6, in step S100, the excavation operation determination unit 114 executes the process of setting the excavation determination flag FLdig. As shown in FIG. 7, when the process of setting the excavation determination flag begins, in step S110, the excavation operation determination unit 114 determines whether the currently set excavation determination flag FLdig is on. If it is determined that the currently set excavation determination flag FLdig is off, the process proceeds to step S120. If it is determined that the currently set excavation determination flag FLdig is on, the process proceeds to step S150.

ステップS120において、掘削作業判定部114は、モータ速度変化量演算部112によって演算されたモータ速度の時間変化率である速度変化率ΔSが速度変化率閾値S1以下であるか否かを判定する。速度変化率ΔSが速度変化率閾値S1以下であると判定された場合には、処理がステップS130へ進む。速度変化率ΔSが速度変化率閾値S1よりも大きいと判定された場合には、図7に示す掘削判定フラグの設定処理が終了する。 In step S120, the excavation operation determination unit 114 determines whether the speed change rate ΔS M , which is the time change rate of the motor speed calculated by the motor speed change amount calculation unit 112, is equal to or less than the speed change rate threshold S1. If it is determined that the speed change rate ΔS M is equal to or less than the speed change rate threshold S1, the process proceeds to step S130. If it is determined that the speed change rate ΔS M is greater than the speed change rate threshold S1, the excavation determination flag setting process shown in FIG. 7 ends.

ステップS130において、掘削作業判定部114は、アームシリンダ圧センサ75で検出されたアームシリンダ圧Pがシリンダ圧閾値P1以上であるか否かを判定する。アームシリンダ圧Pがシリンダ圧閾値P1以上であると判定された場合には、処理がステップS140へ進む。アームシリンダ圧Pがシリンダ圧閾値P1未満であると判定された場合には、図7に示す掘削判定フラグの設定処理が終了する。 In step S130, the excavation operation determination unit 114 determines whether the arm cylinder pressure PA detected by the arm cylinder pressure sensor 75 is equal to or greater than the cylinder pressure threshold value P1. If it is determined that the arm cylinder pressure PA is equal to or greater than the cylinder pressure threshold value P1, the process proceeds to step S140. If it is determined that the arm cylinder pressure PA is less than the cylinder pressure threshold value P1, the excavation determination flag setting process shown in Figure 7 ends.

ステップS140において、掘削作業判定部114は、掘削判定フラグをオンに設定し(FLdig=1)、図7に示す掘削判定フラグの設定処理を終了する。 In step S140, the excavation operation determination unit 114 sets the excavation determination flag to on (FLdig = 1) and terminates the excavation determination flag setting process shown in Figure 7.

ステップS150において、掘削作業判定部114は、前後進スイッチ51からの操作位置信号に基づいて、前後進スイッチ51が後進位置(R)に操作されているか否かを判定する。前後進スイッチ51が後進位置(R)に操作されていると判定された場合には、処理がステップS160へ進む。前後進スイッチ51が後進位置(R)に操作されていないと判定された場合には、図7に示す掘削判定フラグの設定処理が終了する。 In step S150, the excavation operation determination unit 114 determines whether the forward/reverse switch 51 is operated to the reverse position (R) based on the operation position signal from the forward/reverse switch 51. If it is determined that the forward/reverse switch 51 is operated to the reverse position (R), processing proceeds to step S160. If it is determined that the forward/reverse switch 51 is not operated to the reverse position (R), the excavation determination flag setting process shown in Figure 7 ends.

ステップS160において、掘削作業判定部114は、掘削判定フラグをオフに設定し(FLdig=0)、図7に示す掘削判定フラグの設定処理を終了する。 In step S160, the excavation operation determination unit 114 sets the excavation determination flag to off (FLdig = 0) and terminates the excavation determination flag setting process shown in Figure 7.

掘削判定フラグの設定処理が終了すると、処理が図6のステップS200に進む。図6に示すように、ステップS200において、スリップ判定部115は、スリップ判定フラグFLslipの設定処理を実行する。図8に示すように、スリップ判定フラグの設定処理が開始されると、ステップS210において、スリップ判定部115は、上記ステップS110と同様、現在設定されている掘削判定フラグFLdigがオンであるか否かを判定する。現在設定されている掘削判定フラグFLdigがオンであると判定された場合には、処理がステップS220へ進む。現在設定されている掘削判定フラグFLdigがオフであると判定された場合には、処理がステップS270へ進む。 When the excavation determination flag setting process is completed, processing proceeds to step S200 in Figure 6. As shown in Figure 6, in step S200, the slip determination unit 115 executes the process of setting the slip determination flag FLslip. As shown in Figure 8, when the slip determination flag setting process is started, in step S210, the slip determination unit 115 determines whether the currently set excavation determination flag FLdig is on, similar to step S110 above. If it is determined that the currently set excavation determination flag FLdig is on, processing proceeds to step S220. If it is determined that the currently set excavation determination flag FLdig is off, processing proceeds to step S270.

ステップS220において、スリップ判定部115は、駆動力変化量演算部113によって演算された走行駆動力Fの時間変化率である駆動力変化率ΔFが0よりも大きいか否かを判定する。駆動力変化率ΔFが0よりも大きいと判定された場合には、処理がステップS230へ進む。駆動力変化率ΔFが0以下であると判定された場合には、処理がステップS270へ進む。 In step S220, slip determination unit 115 determines whether the driving force change rate ΔF M , which is the time change rate of traveling driving force F M calculated by driving force change amount calculation unit 113, is greater than 0. If it is determined that the driving force change rate ΔF M is greater than 0, processing proceeds to step S230. If it is determined that the driving force change rate ΔF M is equal to or less than 0, processing proceeds to step S270.

ステップS230において、スリップ判定部115は、推力変化量演算部111によって演算されたアームシリンダ推力Fの時間変化率である推力変化率ΔFが推力変化率閾値F1以下であるか否かを判定する。推力変化率ΔFが推力変化率閾値F1以下であると判定された場合には、処理がステップS240へ進む。推力変化率ΔFが推力変化率閾値F1よりも大きいと判定された場合には、処理がステップS270へ進む。 In step S230, the slip determination unit 115 determines whether the thrust change rate ΔF A , which is the time change rate of the arm cylinder thrust F A calculated by the thrust change amount calculation unit 111, is equal to or less than the thrust change rate threshold F A 1. If it is determined that the thrust change rate ΔF A is equal to or less than the thrust change rate threshold F A 1, the process proceeds to step S240. If it is determined that the thrust change rate ΔF A is greater than the thrust change rate threshold F A 1, the process proceeds to step S270.

ステップS240において、スリップ判定部115は、アーム操作量センサ52aによって検出されたアーム操作量Rがアーム操作量閾値R1以下であるか否かを判定する。アーム操作量Rがアーム操作量閾値R1以下であると判定された場合には、処理がステップS250へ進む。アーム操作量Rがアーム操作量閾値R1よりも大きいと判定された場合には、処理がステップS270へ進む。 In step S240, the slip determination unit 115 determines whether the arm operation amount R A detected by the arm operation amount sensor 52 a is equal to or less than the arm operation amount threshold R A 1. If it is determined that the arm operation amount R A is equal to or less than the arm operation amount threshold R A 1, the process proceeds to step S250. If it is determined that the arm operation amount R A is greater than the arm operation amount threshold R A 1, the process proceeds to step S270.

ステップS250において、スリップ判定部115は、バケット操作量センサ53aによって検出されたバケット操作量Rがバケット操作量閾値R1以下であるか否かを判定する。バケット操作量Rがバケット操作量閾値R1以下であると判定された場合には、処理がステップS260へ進む。バケット操作量Rがバケット操作量閾値R1よりも大きいと判定された場合には、処理がステップS270へ進む。 In step S250, slip determination unit 115 determines whether bucket operation amount R B detected by bucket operation amount sensor 53 a is equal to or less than bucket operation amount threshold R B 1. If it is determined that bucket operation amount R B is equal to or less than bucket operation amount threshold R B 1, the process proceeds to step S260. If it is determined that bucket operation amount R B is greater than bucket operation amount threshold R B 1, the process proceeds to step S270.

ステップS260において、スリップ判定部115は、スリップ判定フラグをオンに設定し(FLslip=1)、図8に示すスリップ判定フラグの設定処理を終了する。ステップS270において、スリップ判定部115は、スリップ判定フラグをオフに設定し(FLslip=0)、図8に示すスリップ判定フラグの設定処理を終了する。スリップ判定フラグの設定処理が終了すると、処理が図6のステップS310に進む。 In step S260, the slip determination unit 115 sets the slip determination flag to on (FLslip = 1) and ends the slip determination flag setting process shown in Figure 8. In step S270, the slip determination unit 115 sets the slip determination flag to off (FLslip = 0) and ends the slip determination flag setting process shown in Figure 8. Once the slip determination flag setting process is completed, the process proceeds to step S310 in Figure 6.

図6に示すように、ステップS310において、スリップ時推力保持部116及び駆動力上限値演算部118は、現在設定されているスリップ判定フラグFLslipがオンであるか否かを判定する。現在設定されているスリップ判定フラグFLslipがオンであると判定された場合には、処理がステップS320へ進む。現在設定されているスリップ判定フラグFLslipがオフである場合には、処理がステップS350へ進む。 As shown in FIG. 6, in step S310, the slip thrust holding unit 116 and the driving force upper limit calculation unit 118 determine whether the currently set slip determination flag FLslip is on. If it is determined that the currently set slip determination flag FLslip is on, processing proceeds to step S320. If the currently set slip determination flag FLslip is off, processing proceeds to step S350.

ステップS320において、スリップ時推力保持部116は、推力演算部110によって演算されたアームシリンダ推力Fをスリップ時推力FA_slipとして保持する。つまり、スリップ時推力保持部116は、スリップ判定フラグFLslipがオフからオンに切り替わったときのアームシリンダ推力Fをスリップ時推力FA_slipとして保持する。ステップS320の処理が終了すると、処理がステップS330に進む。 In step S320, the slip-time thrust holding unit 116 holds the arm cylinder thrust F A calculated by the thrust calculation unit 110 as the slip-time thrust F A_slip . In other words, the slip-time thrust holding unit 116 holds the arm cylinder thrust F A when the slip determination flag FLslip switches from off to on as the slip-time thrust F A_slip . When the processing of step S320 ends, the processing proceeds to step S330.

ステップS330において、摩擦係数推定部117は、ステップS320で保持されたスリップ時推力FA_slipに基づいて、相関マップMμ(図4参照)の特性によって摩擦係数推定値μを演算して、ステップS340へ進む。 In step S330, the friction coefficient estimating unit 117 calculates the estimated friction coefficient μ using the characteristics of the correlation map M μ (see FIG. 4) based on the slip thrust F A — slip held in step S320, and then the process proceeds to step S340.

ステップS340において、駆動力上限値演算部118は、ステップS330で演算された摩擦係数推定値μに基づいて、相関マップM(図5参照)の特性によって駆動力上限値FM_LIMを演算する。 In step S340, driving force upper limit calculation unit 118 calculates driving force upper limit F M_LIM based on the estimated friction coefficient μ calculated in step S330 and the characteristics of correlation map M L (see FIG. 5).

ステップS350において、駆動力上限値演算部118は、駆動力上限値FM_LIMを最大値FM_LIM_MAXに設定する。ステップS340またはステップS350の処理が完了すると、本制御周期における図6に示すフローチャートの処理を終了し、次の制御周期において、ステップS100の処理からステップS340またはステップ350までの処理を再び実行する。 In step S350, driving force upper limit calculation unit 118 sets driving force upper limit value FM_LIM to maximum value FM_LIM_MAX . When the processing of step S340 or step S350 is completed, the processing of the flowchart shown in Figure 6 for this control cycle ends, and in the next control cycle, the processing of step S100 to step S340 or step S350 is executed again.

このように、スリップ判定フラグがオフからオンに切り替わることによりスリップが検知されると、スリップが検知されたときの推力FA_slipに基づいて駆動力上限値FM_LIMが設定される。このため、走行駆動力FがFM_LIM_MIN以上FM_LIM_MAX以下の範囲内で定められた駆動力上限値FM_LIMを超えないように制限される。一方、スリップが検知されない場合には、駆動力上限値は常に最大値FM_LIM_MAXに設定されるため、走行駆動力が制限されることがない。つまり、走行駆動力Fは、アクセル操作量センサ56a及びモータ速度センサ58の検出結果に応じて演算された走行要求駆動力FM_REQとなるように制御される。 In this way, when slip is detected by switching the slip determination flag from off to on, the driving force upper limit value FM_LIM is set based on the thrust force FA_slip at the time the slip was detected. Therefore, the traveling driving force FM is limited so as not to exceed the driving force upper limit value FM_LIM, which is set within the range from FM_LIM_MIN to FM_LIM_MAX . On the other hand, when slip is not detected, the driving force upper limit value is always set to the maximum value FM_LIM_MAX , so the traveling driving force is not limited. In other words, the traveling driving force FM is controlled to become the required traveling driving force FM_REQ , which is calculated based on the detection results of the accelerator depression amount sensor 56a and the motor speed sensor 58.

-動作-
以下、図9を参照して、本実施形態に係るホイールローダ1の掘削作業中の動作の一例と作用効果について説明する。図9は、本実施形態に係るホイールローダ1の各パラメータ(バケット操作量R、アーム操作量R、走行駆動力F、アームシリンダ推力F、車輪速V、及びスリップ判定フラグFLslip)の時系列変化を示す図である。
-Operation-
An example of the operation and effects of the wheel loader 1 according to this embodiment during excavation work will now be described with reference to Figure 9. Figure 9 is a diagram showing time series changes in the parameters of the wheel loader 1 according to this embodiment (bucket operation amount R B , arm operation amount R A , travel drive force F M , arm cylinder thrust F A , wheel speed V W , and slip determination flag FLslip).

また、本実施形態の作用効果を明確にするため、車輪速センサ61により検出される車輪速Vに基づきスリップ判定フラグの設定処理を実行する比較例と比べながら説明する。なお、本実施形態に係るホイールローダ1と本実施形態の比較例に係るホイールローダとでは、オペレータの操作手順及び操作量は同じであるものとする。 Furthermore, in order to clarify the effects of this embodiment, the description will be made in comparison with a comparative example in which processing for setting a slip determination flag is executed based on the wheel speed VW detected by the wheel speed sensor 61. It should be noted that the wheel loader 1 according to this embodiment and the wheel loader according to the comparative example of this embodiment have the same operation procedures and operation amounts by the operator.

比較例に係るホイールローダのメインコントローラは、上記(条件2)に代えて、以下の(条件2’)を用いて、スリップが発生しているか否かを判定する。つまり、比較例に係るホイールローダのメインコントローラは、(条件1)、(条件2’)、(条件3)~(条件5)の全てが満たされた場合に、スリップ判定条件が成立していると判定し、スリップ判定フラグFLslipをオフからオンに切り替える。
(条件2’)車輪速Vが車輪速閾値V0以上であること(V≧V0)
ここで、車輪速閾値V0は、予めROM102に記憶されている。車輪速閾値V0は、実験等によりスリップが発生したときの車輪速に基づき定められる。なお、車輪速閾値V0は、車体8の振動による車輪速の変化や車輪速センサ61の検出誤差などに起因するスリップの誤検知を防止するために、実験等においてスリップが発生したときの車輪速に余裕値(>0)を加算した値が採用される。
The main controller of the wheel loader according to the comparative example determines whether or not slipping is occurring using the following (Condition 2') instead of the above (Condition 2). In other words, when all of (Condition 1), (Condition 2'), and (Condition 3) to (Condition 5) are met, the main controller of the wheel loader according to the comparative example determines that the slip determination condition is met and switches the slip determination flag FLslip from off to on.
(Condition 2') The wheel speed VW is equal to or greater than the wheel speed threshold VW0 ( VWVW0 ).
The wheel speed threshold Vw0 is stored in advance in the ROM 102. The wheel speed threshold Vw0 is determined based on the wheel speed when slippage occurs through experiments or the like. Note that the wheel speed threshold Vw0 is a value obtained by adding a margin value (>0) to the wheel speed when slippage occurs in experiments or the like in order to prevent erroneous detection of slippage due to changes in wheel speed caused by vibrations of the vehicle body 8 or detection errors of the wheel speed sensor 61.

図9において、本実施形態の各パラメータの時系列変化は実線で示し、比較例の各パラメータの時系列変化は破線で示す。図9(a)~(g)の横軸は、時刻(経過時間)を示す。図9(a)の縦軸はバケット操作量センサ53aで検出されたバケット操作量Rを示し、図9(b)の縦軸はアーム操作量センサ52aで検出されたアーム操作量Rを示している。図9(c)の縦軸は比較例における駆動力センサ65で検出された走行駆動力F’を示し、図9(d)の縦軸は本実施形態における駆動力センサ65で検出された走行駆動力Fを示している。図9(e)の縦軸は推力演算部110で演算されたアームシリンダ推力Fを示し、図9(f)の縦軸は車輪速センサ61で検出された車輪速Vを示し、図9(g)の縦軸はスリップ判定フラグFLslipを示している。 In Figure 9, the time series changes of each parameter in this embodiment are shown by solid lines, and the time series changes of each parameter in the comparative example are shown by dashed lines. The horizontal axes of Figures 9(a) to 9(g) represent time (elapsed time). The vertical axes of Figure 9(a) represent bucket operation amount R B detected by bucket operation amount sensor 53a, and the vertical axis of Figure 9(b) represents arm operation amount R A detected by arm operation amount sensor 52a. The vertical axis of Figure 9(c) represents traveling drive force F M ' detected by drive force sensor 65 in the comparative example, and the vertical axis of Figure 9(d) represents traveling drive force F M detected by drive force sensor 65 in this embodiment. The vertical axis of Figure 9(e) represents arm cylinder thrust F A calculated by thrust calculation unit 110, the vertical axis of Figure 9(f) represents wheel speed V W detected by wheel speed sensor 61, and the vertical axis of Figure 9(g) represents slip determination flag FLslip.

図9は、ホイールローダ1が作業対象物に突入し、掘削判定フラグFLdigがオフからオンに切り替えられた後の時系列変化を示している。図9において、時刻tは、地山等の作業対象物にバケット3が貫入している状態において、バケット3を作業対象物にさらに貫入させるためにオペレータがアクセルペダルをさらに踏み込み始めた時刻である。つまり、時刻tは、車体8を前進させる方向の走行駆動力F,F’が上昇し始める時刻である。アクセルペダルに対する踏み込み操作は、緩やかに行われる。時刻tは、アームシリンダ推力Fに基づきスリップを検知する本実施形態において、スリップ判定フラグFLslipがオフからオンに切り替わった時刻である。時刻tは、車輪速Vに基づきスリップを検知する比較例において、スリップ判定フラグFLslipがオフからオンに切り替わった時刻である。 FIG. 9 shows time series changes after the wheel loader 1 enters the work object and the excavation determination flag FLdig is switched from off to on. In FIG. 9, time t0 is the time when, with the bucket 3 having penetrated the work object, such as a mound of natural ground, the operator begins to further depress the accelerator pedal in order to cause the bucket 3 to further penetrate into the work object. In other words, time t0 is the time when the travel driving forces F M and F M ' in the direction moving the vehicle body 8 forward begin to increase. The accelerator pedal is gently depressed. Time t1 is the time when the slip determination flag FLslip is switched from off to on in this embodiment, which detects slip based on the arm cylinder thrust F A. Time t2 is the time when the slip determination flag FLslip is switched from off to on in a comparative example, which detects slip based on the wheel speed V W.

図9(a)及び図9(b)に示すように、作業対象物にバケット3が貫入している状態では、バケット操作量R及びアーム操作量Rは変化していない。つまり、作業装置6は、作業対象物への突入姿勢(図1に示す姿勢)を維持している。この姿勢では、作業対象物に対してバケット3が貫入しやすいように、バケット3の底面が地面と平行となっている。 9(a) and 9(b), when the bucket 3 has penetrated the work object, the bucket operation amount RB and the arm operation amount RA do not change. In other words, the work implement 6 maintains the attitude of penetrating into the work object (the attitude shown in FIG. 1). In this attitude, the bottom surface of the bucket 3 is parallel to the ground so that the bucket 3 can easily penetrate into the work object.

図9(c)及び図9(d)に示すように、時刻tからのアクセル操作量(不図示)の増加に伴って、走行駆動力F,F’が徐々に増加する。また、図9(e)に示すように、走行駆動力の増加に追随してアームシリンダ推力Fが徐々に増加する。走行駆動力Fが車輪7に生じる最大静止摩擦力を超えるとスリップが発生する。スリップが発生すると、車輪7に生じる摩擦力が最大静止摩擦力から動摩擦力に切り替わり、アームシリンダ推力Fが急減し始める。 As shown in Figures 9(c) and 9(d), the traveling drive forces F M and F M ' gradually increase as the accelerator operation amount (not shown) increases from time t0 . Furthermore, as shown in Figure 9(e), the arm cylinder thrust force F A gradually increases in response to the increase in the traveling drive force. When the traveling drive force F M exceeds the maximum static friction force generated in the wheel 7, slippage occurs. When slippage occurs, the friction force generated in the wheel 7 switches from the maximum static friction force to kinetic friction force, and the arm cylinder thrust force F A begins to decrease rapidly.

図9(f)及び図9(g)に示すように、比較例に係るホイールローダでは、車輪速センサ61により検出される車輪速Vがスリップを誤検知しない程度の車輪速閾値V0まで上昇した場合に、スリップ判定フラグFLslipがオフからオンに切り替えられる。図9(c)に示すように、比較例に係るホイールローダでは、時刻tでスリップ判定フラグFLslipがオフからオンに切り替わり、その後、走行駆動力F’が駆動力上限値FM_LIM’を超えないように制限される。走行駆動力F’が駆動力上限値FM_LIM’まで制限されることにより、その後のスリップの発生が防止される。 As shown in Figures 9(f) and 9(g), in the wheel loader according to the comparative example, the slip determination flag FLslip is switched from off to on when the wheel speed VW detected by the wheel speed sensor 61 rises to a wheel speed threshold VW0 at a level that does not result in erroneous detection of slip. As shown in Figure 9(c), in the wheel loader according to the comparative example, the slip determination flag FLslip is switched from off to on at time t2 , and thereafter the traveling drive force F M ' is limited so that it does not exceed the drive force upper limit value F M_LIM '. By limiting the traveling drive force F M ' to the drive force upper limit value F M_LIM ', the occurrence of subsequent slippage is prevented.

これに対して、本実施形態では、車輪速Vではなく、アームシリンダ推力Fが増加していないことをスリップ判定条件の一つとしている(条件2)。図9(e)に示すように、アームシリンダ推力Fは、スリップの発生により直ちに急減する。このため、本実施形態では、図9(g)に示すように、比較例に比べて早いタイミングである時刻tにおいて、スリップ判定フラグFLslipがオフからオンに切り替えられる。図9(d)に示すように、本実施形態に係るホイールローダ1では、時刻tでスリップ判定フラグFLslipがオフからオンに切り替わり、その後、走行駆動力Fが駆動力上限値FM_LIMまで制限されることにより、その後のスリップの発生が防止される。 In contrast to this, in this embodiment, one of the slip determination conditions is that the arm cylinder thrust F A is not increasing, rather than the wheel speed V W (condition 2). As shown in FIG. 9( e), the arm cylinder thrust F A immediately and suddenly decreases when slip occurs. For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 9( g), the slip determination flag FLslip is switched from off to on at time t1 , which is earlier than in the comparative example. As shown in FIG. 9( d), in the wheel loader 1 according to this embodiment, the slip determination flag FLslip is switched from off to on at time t1 , and thereafter the traveling drive force F M is limited to the drive force upper limit value F M_LIM , thereby preventing subsequent slip from occurring.

以上のように、比較例では、車輪速Vがスリップを誤検知しない程度の車輪速閾値V0以上となるまでスリップを検知することができない。それに対し本実施形態では、車輪速Vを用いることなく、スリップ開始直後のアームシリンダ推力の挙動に基づいて、スリップを検知することができるため、よりスムーズに掘削作業をすることができる。また、本実施形態では、スリップしている時間が比較例よりも短いため、作業現場の走行面が車輪7により削られる時間を短くすることができる。その結果、その後の走行面の補修作業等の手間を比較例に比べて軽減することができる。さらに、本実施形態では、スリップしている時間が比較例よりも短いため、タイヤの摩耗量を比較例よりも低減することができる。なお、スリップの検知による駆動力の制限は、オペレータの操作によらず、自動で行われるため、オペレータの操作負担を軽減することができる。 As described above, in the comparative example, slip cannot be detected until the wheel speed VW reaches or exceeds the wheel speed threshold VW0 , which is low enough to prevent false detection of slip. In contrast, in the present embodiment, slip can be detected based on the behavior of the arm cylinder thrust immediately after slippage begins, without using the wheel speed VW . This allows for smoother excavation work. Furthermore, in the present embodiment, the slippage time is shorter than in the comparative example, so the time during which the running surface at the work site is scraped by the wheels 7 can be shortened. As a result, the effort required for subsequent repair work on the running surface can be reduced compared to the comparative example. Furthermore, in the present embodiment, the slippage time is shorter than in the comparative example, so the amount of tire wear can be reduced compared to the comparative example. Note that the drive force is limited automatically upon detection of slippage, regardless of the operator's operation, thereby reducing the operational burden on the operator.

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。 The above-described embodiment provides the following advantages:

(1)ホイールローダ(作業車両)1は、車輪7を有する車体8と、車体8に搭載された油圧ポンプ30Aと、油圧ポンプ30Aから吐出される作動油によって駆動されるアームシリンダ(油圧アクチュエータ)4を有する作業装置6と、アームシリンダ4の圧力を検出するアームシリンダ圧センサ(圧力センサ)75と、車輪7を駆動する走行駆動装置45と、走行駆動装置45の駆動力を検出する駆動力センサ65と、走行駆動装置45の駆動力を制御するメインコントローラ(制御装置)100と、を備える。メインコントローラ100は、アームシリンダ圧センサ75の検出結果に基づいて、作業装置6が作業対象物から受ける反力に応じたアームシリンダ4の推力を演算する。メインコントローラ100は、走行駆動装置45の駆動力(走行駆動力F)が上昇中であるにもかかわらずアームシリンダ4の推力(アームシリンダ推力F)が増加していないこと(すなわち、(条件2)及び(条件3))を含むスリップ判定条件が成立した場合には、駆動力を制限する。 (1) A wheel loader (work vehicle) 1 includes a vehicle body 8 having wheels 7, a hydraulic pump 30A mounted on the vehicle body 8, a working device 6 having an arm cylinder (hydraulic actuator) 4 driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 30A, an arm cylinder pressure sensor (pressure sensor) 75 that detects the pressure of the arm cylinder 4, a traveling drive device 45 that drives the wheels 7, a driving force sensor 65 that detects the driving force of the traveling drive device 45, and a main controller (control device) 100 that controls the driving force of the traveling drive device 45. The main controller 100 calculates the thrust of the arm cylinder 4 corresponding to the reaction force that the working device 6 receives from a work object based on the detection result of the arm cylinder pressure sensor 75. The main controller 100 limits the driving force when slip determination conditions are met, including the driving force of the traveling drive device 45 (traveling driving force F M ) being increased but the thrust of the arm cylinder 4 (arm cylinder thrust force F A ) not increasing (i.e., (condition 2) and (condition 3)).

本実施形態によれば、車輪7がスリップした場合に駆動力を自動的に制限することによりスリップ状態を解消し、その後のスリップの発生を防止しつつ作業を継続できるため、オペレータの操作負担を軽減することができる。さらに、本実施形態によれば、車輪速に基づきスリップを検知する技術(例えば、上述した比較例)に比べて、より早期に車輪7のスリップを検知することによりスリップの継続時間を短縮し、掘削作業の作業効率を向上することができる。 According to this embodiment, if the wheels 7 slip, the drive force is automatically limited to eliminate the slip state, allowing work to continue while preventing further slippage, thereby reducing the burden on the operator. Furthermore, according to this embodiment, compared to technologies that detect slippage based on wheel speed (such as the comparative example described above), wheel 7 slippage can be detected earlier, shortening the duration of slippage and improving the efficiency of excavation work.

(2)スリップ判定条件には、作業装置6により作業対象物を掘削する作業が行われている掘削作業状態であること(すなわち、(条件1))が含まれる。メインコントローラ100は、掘削作業状態であるときに(条件2)~(条件5)が成立した場合には走行駆動力Fを制限する。一方、メインコントローラ100は、掘削作業状態でないときには、(条件2)~(条件5)が成立した場合であっても走行駆動力Fを制限しない。 (2) The slip determination conditions include an excavation operation state in which the work implement 6 is performing work to excavate a work object (i.e., (Condition 1)). When the excavation operation state is in effect and (Condition 2) to (Condition 5) are met, the main controller 100 limits the traveling drive force F M. On the other hand, when the excavation operation state is not in effect, the main controller 100 does not limit the traveling drive force F M even when (Condition 2) to (Condition 5) are met.

この構成によれば、掘削作業が行われているときに発生する車輪7のスリップを適切に検知することができ、掘削作業が行われていないときのスリップの誤検知を防止することができる。 This configuration allows for proper detection of wheel 7 slippage that occurs when excavation work is being performed, and prevents erroneous detection of slippage when excavation work is not being performed.

(3)ホイールローダ1は、走行駆動装置45に設けられる走行電動機43の回転速度(モータ速度)を検出するモータ速度センサ58を備えている。メインコントローラ100は、モータ速度センサ58の検出結果に基づいて、前進する車体8が減速しているか否かを判定する。メインコントローラ100は、(条件I)前進する車体8が減速していること、及び、(条件II)アームシリンダ4の推力が所定値以上であること、を含む、掘削作業判定条件が成立した場合に、掘削作業状態であると判定する。本実施形態では、メインコントローラ100は、走行電動機43の速度変化率ΔSが速度変化率閾値S1以下である場合に、(条件I)が成立したと判定し、アームシリンダ4の圧力Pがシリンダ圧閾値P1以上である場合に、(条件II)が成立したと判定する。なお、速度変化率閾値S1は0よりも小さい(S1<0)。なお、上記(条件II)の所定値は、シリンダ圧閾値P1にアームシリンダ4の受圧面積を乗じた値に相当する。 (3) The wheel loader 1 is equipped with a motor speed sensor 58 that detects the rotational speed (motor speed) of the traveling motor 43 provided in the traveling drive device 45. The main controller 100 determines whether the advancing vehicle body 8 is decelerating based on the detection result of the motor speed sensor 58. The main controller 100 determines that the vehicle is in an excavation operation state when the following conditions for determining excavation operation are met: (Condition I) that the advancing vehicle body 8 is decelerating; and (Condition II) that the thrust of the arm cylinder 4 is equal to or greater than a predetermined value. In this embodiment, the main controller 100 determines that (Condition I) is met when the speed change rate ΔS M of the traveling motor 43 is equal to or less than the speed change rate threshold S1, and determines that (Condition II) is met when the pressure PA of the arm cylinder 4 is equal to or greater than the cylinder pressure threshold P1. Note that the speed change rate threshold S1 is smaller than 0 (S1<0). Note that the predetermined value in (Condition II) above corresponds to the value obtained by multiplying the cylinder pressure threshold P1 by the pressure-receiving area of the arm cylinder 4.

この構成によれば、ホイールローダ1が作業対象物に突入すると、直ちに掘削作業状態と判定される。これにより、ホイールローダ1による掘削作業の開始時点において、適切に掘削作業状態と判定することができる。 With this configuration, when the wheel loader 1 enters the work object, it is immediately determined that the excavation work state is in progress. This makes it possible to appropriately determine that the wheel loader 1 is in an excavation work state at the start of excavation work.

(4)メインコントローラ100は、走行駆動力の時間変化率である駆動力変化率ΔFを演算し、アームシリンダ4の推力の時間変化率である推力変化率ΔFを演算する。また、スリップ判定条件には、作業装置6が操作されていないこと(すなわち、(条件4)及び(条件5))が含まれる。本実施形態に係るメインコントローラ100は、掘削作業状態であること、駆動力変化率ΔFが0よりも大きいこと、推力変化率ΔFが推力変化率閾値F1以下であること、作業装置6を構成するアーム2及びバケット3が操作されていないこと、の全てが満たされた場合に、車輪7がスリップしていると判定する。 (4) The main controller 100 calculates a driving force change rate ΔF M , which is the time rate of change of the traveling driving force, and calculates a thrust change rate ΔF A , which is the time rate of change of the thrust of the arm cylinder 4. The slip determination conditions also include the working implement 6 not being operated (i.e., (Condition 4) and (Condition 5)). The main controller 100 according to this embodiment determines that the wheels 7 are slipping when all of the following conditions are met: the excavation work is in progress; the driving force change rate ΔF M is greater than 0; the thrust change rate ΔF A is equal to or less than the thrust change rate threshold F A 1; and the arm 2 and bucket 3 that constitute the working implement 6 are not being operated.

アームシリンダ4の推力は、作業装置6が操作されることにより変化する場合がある。本実施形態では、作業装置6が操作されていないことをスリップ判定条件に含めているため、アームシリンダ4の推力の急減(抜け)が、スリップに起因するものである場合に限定することができる。したがって、本実施形態によれば、作業装置6が操作された場合におけるスリップの誤検知を防止することができる。 The thrust of the arm cylinder 4 may change when the working device 6 is operated. In this embodiment, the slip determination conditions include the working device 6 not being operated, so a sudden decrease (loss) in the thrust of the arm cylinder 4 can be limited to cases where it is caused by slip. Therefore, this embodiment can prevent erroneous detection of slip when the working device 6 is operated.

(5)メインコントローラ100は、スリップ判定条件が成立したときのアームシリンダ4の推力(スリップ時推力)に基づいて、摩擦係数推定値μを演算し、演算された摩擦係数推定値μに基づいて駆動力上限値FM_LIMを演算する。さらに、メインコントローラ100は、走行駆動装置45の駆動力Fが駆動力上限値FM_LIMを超えないように、駆動力を制御する。 (5) The main controller 100 calculates an estimated friction coefficient μ based on the thrust of the arm cylinder 4 when the slip determination condition is met (thrust during slip), and calculates a driving force upper limit value F M_LIM based on the calculated estimated friction coefficient μ. Furthermore, the main controller 100 controls the driving force F M of the traveling drive device 45 so that the driving force F M does not exceed the driving force upper limit value F M_LIM .

この構成によれば、アームシリンダ4の推力Fに応じて非線形に変化する摩擦係数推定値μを演算してから駆動力上限値FM_LIMを設定することにより、スリップしない範囲での駆動力の限界まで駆動力を増加させることができるので、掘削作業効率をさらに向上できる。 According to this configuration, by calculating the friction coefficient estimated value μ, which changes non-linearly in accordance with the thrust F A of the arm cylinder 4, and then setting the driving force upper limit value F M_LIM , it is possible to increase the driving force to the limit of the driving force within the range in which slippage does not occur, thereby further improving the efficiency of excavation work.

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and it is possible to combine the configurations shown in the modifications with the configurations described in the above embodiments, or to combine the configurations described in the different modifications below.

<変形例1>
上記実施形態では、メインコントローラ100が、摩擦係数推定値μを演算し、演算された摩擦係数推定値μを用いて駆動力上限値FM_LIMを演算する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、メインコントローラ100は、スリップ時推力FA_slipと駆動力上限値との関係を規定する相関マップを用いて、駆動力上限値を演算してもよい。また、メインコントローラ100は、スリップが検知されたときの駆動力センサ65により検出された走行駆動力Fの95%程度を駆動力上限値(固定値)として設定してもよい。
<Modification 1>
In the above embodiment, the main controller 100 calculates the estimated friction coefficient μ and calculates the driving force upper limit F M_LIM using the calculated estimated friction coefficient μ. However, the present invention is not limited to this. For example, the main controller 100 may calculate the driving force upper limit using a correlation map that defines the relationship between the slip thrust F A_slip and the driving force upper limit. Furthermore, the main controller 100 may set the driving force upper limit (fixed value) to approximately 95% of the traveling driving force F M detected by the driving force sensor 65 when slippage is detected.

<変形例2>
駆動力の制限方法は、駆動力上限値を超えないように走行駆動力を制御する例に限定されることもない。例えば、メインコントローラ100は、スリップを検知した場合、スリップ時推力FA_slipに応じた補正係数cを演算し、走行要求駆動力FM_REQに補正係数cを乗じることにより走行目標駆動力FM_TGTを演算してもよい。なお、補正係数cは、0よりも大きく1よりも小さい値である(0<c<1)。また、補正係数cは、スリップ時推力FA_slipが大きいほど、大きい値となる。
<Modification 2>
The method of limiting the driving force is not limited to controlling the driving force so as not to exceed the driving force upper limit. For example, when slippage is detected, the main controller 100 may calculate a correction coefficient c according to the slip thrust F A_slip and calculate the target driving force F M_TGT by multiplying the required driving force F M_REQ by the correction coefficient c. The correction coefficient c is a value greater than 0 and less than 1 (0<c<1). The larger the slip thrust F A_slip , the larger the correction coefficient c.

<変形例3>
非掘削作業状態から掘削作業状態へ移行したか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。つまり、掘削作業条件は、上記実施形態で説明した例に限定されない。例えば、掘削作業判定部114は、アクセル操作装置56のアクセル操作量が所定値以上であり、かつ、速度変化率ΔSが速度変化率閾値S1以下である場合に、掘削作業条件が成立したと判定してもよい。本変形例によれば、アクセルペダルが踏み込まれている状態でホイールローダ1が作業対象物に突入した際に、掘削作業状態と判定される。なお、(条件I)が満たされているか否かを速度変化率ΔSに基づき判定する例について説明したが、車輪速センサ61により検出される車輪(駆動輪)の速度の時間変化率に基づき、(条件I)が満たされているか否かを判定してもよい。
<Modification 3>
The method of determining whether a transition from a non-excavation work state to an excavation work state has occurred is not limited to the method described in the above embodiment. In other words, the excavation work conditions are not limited to the examples described in the above embodiment. For example, the excavation work determination unit 114 may determine that the excavation work conditions are met when the accelerator operation amount of the accelerator operation device 56 is equal to or greater than a predetermined value and the speed change rate ΔS M is equal to or less than the speed change rate threshold S1. According to this modification, the excavation work state is determined when the wheel loader 1 enters a work object with the accelerator pedal depressed. While the example of determining whether (Condition I) is satisfied based on the speed change rate ΔS M has been described, whether (Condition I) is satisfied may also be determined based on the time change rate of the wheel (drive wheel) speed detected by the wheel speed sensor 61.

<変形例4>
また、掘削作業状態から非掘削作業状態へ移行したか否かの判定方法は、上記実施形態で説明した方法に限定されない。つまり、掘削作業終了条件は、上記実施形態で説明した例に限定されない。例えば、作業装置6の姿勢が、バケット3の底面が地面に対して平行となっている突入姿勢からバケット3のクラウド動作によりバケット3の底面の延長線と地面とのなす角度が所定値以上となっている運搬姿勢となった場合に、掘削作業終了条件が成立したと判定してもよい。なお、作業装置6の姿勢は、アーム相対角センサ62及びバケット相対角センサ63により検出することができる。
<Modification 4>
Furthermore, the method of determining whether or not an excavation operation state has been transitioned to a non-excavation operation state is not limited to the method described in the above embodiment. In other words, the excavation operation end condition is not limited to the example described in the above embodiment. For example, it may be determined that the excavation operation end condition has been met when the attitude of the working implement 6 changes from a plunge attitude, in which the bottom surface of the bucket 3 is parallel to the ground, to a transport attitude, in which the angle between the extension of the bottom surface of the bucket 3 and the ground is equal to or greater than a predetermined value due to the crowding operation of the bucket 3. The attitude of the working implement 6 can be detected by the arm relative angle sensor 62 and the bucket relative angle sensor 63.

<変形例5>
上記実施形態において、メインコントローラ100は、外乱及びノイズの影響を避けるため、各種判定及び計算に用いる値に対して移動平均処理またはローパスフィルタ処理を施してもよい。移動平均処理またはローパスフィルタ処理することで、摩擦係数推定値μや駆動力上限値FM_LIMの急激な変動を抑制することができる。その結果、掘削作業における駆動力制限時の安定性及び操作性の向上を図ることができる。
<Modification 5>
In the above embodiment, the main controller 100 may perform moving average processing or low-pass filtering on values used in various determinations and calculations to avoid the effects of disturbances and noise. By performing moving average processing or low-pass filtering, it is possible to suppress sudden fluctuations in the estimated friction coefficient μ and the driving force upper limit value F M_LIM . As a result, it is possible to improve stability and operability when the driving force is limited during excavation work.

<変形例6>
上記実施形態では、走行装置11に動力を供給する単一の走行電動機43が、ホイールローダ1に搭載される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。複数の走行電動機43を備えたホイールローダ1に本発明を適用してもよい。本発明は、例えば、左側の前輪7Aを駆動する走行電動機43と、右側の前輪7Aを駆動する走行電動機43とを備えたホイールローダ1に適用することができる。また、本発明は、例えば、左右一対の前輪7A及び左右一対の後輪7Bのそれぞれを駆動する4つの走行電動機43を備えたホイールローダ1に適用することもできる。なお、走行電動機43は、変速機を介して車輪7と接続されていてもよいし、車輪7に一体化する構成としてもよい。
<Modification 6>
In the above embodiment, an example has been described in which the wheel loader 1 is equipped with a single travel motor 43 that supplies power to the traveling device 11, but the present invention is not limited to this. The present invention may also be applied to a wheel loader 1 that is equipped with a plurality of travel motors 43. For example, the present invention can be applied to a wheel loader 1 that is equipped with a travel motor 43 that drives the left front wheel 7A and a travel motor 43 that drives the right front wheel 7A. The present invention can also be applied to a wheel loader 1 that is equipped with four travel motors 43 that drive each of a pair of left and right front wheels 7A and a pair of left and right rear wheels 7B. The travel motor 43 may be connected to the wheels 7 via a transmission, or may be configured to be integrated into the wheels 7.

<変形例7>
上記実施形態では、作業車両が電動駆動式のホイールローダ1である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、例えば、トルクコンバータ駆動式のホイールローダ、エンジン20の動力を油圧に変換して車輪7に伝達するHST(Hydraulic Static Transmission)駆動式のホイールローダに適用してもよい。また、左右の車輪7の速度差を制限する差動制限装置を備えたホイールローダに本発明を適用してもよい。
<Modification 7>
In the above embodiment, an example has been described in which the work vehicle is an electrically driven wheel loader 1, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to a torque converter driven wheel loader or a hydraulic static transmission (HST) driven wheel loader that converts the power of the engine 20 into hydraulic power and transmits it to the wheels 7. The present invention may also be applied to a wheel loader equipped with a differential limiting device that limits the speed difference between the left and right wheels 7.

<変形例8>
上記実施形態で説明したメインコントローラ100の機能は、それらの一部または全部をハードウェア(例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等)で実現してもよい。
<Modification 8>
Some or all of the functions of the main controller 100 described in the above embodiment may be realized by hardware (for example, by designing logic for executing each function as an integrated circuit).

<変形例9>
上記実施形態では、作業車両が、ホイールローダ1である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ブルドーザー等の作業装置を備えた種々の作業車両に本発明を適用することができる。
<Modification 9>
In the above embodiment, an example has been described in which the work vehicle is a wheel loader 1, but the present invention is not limited to this. The present invention can be applied to various work vehicles equipped with work implements such as a bulldozer.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上述した実施形態及び変形例は本発明を理解し易く説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。なお、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 The above describes embodiments of the present invention, but the above embodiments merely illustrate some of the application examples of the present invention, and are not intended to limit the technical scope of the present invention to the specific configurations of the above embodiments. The above-mentioned embodiments and variations are provided as examples to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those that include all of the configurations described. Note that the control lines and information lines shown in the figures indicate those that are considered necessary for explanation, and do not necessarily represent all control lines and information lines required in the product. In reality, it can be assumed that almost all configurations are interconnected.

1…ホイールローダ(作業車両)、2…アーム、3…バケット、4…アームシリンダ(油圧シリンダ、油圧アクチュエータ)、5…バケットシリンダ(油圧シリンダ、油圧アクチュエータ)、6…作業装置、7…車輪、8…車体、8A…前部車体、8B…後部車体、10…センタージョイント、11…走行装置、20…エンジン、25…エンジンコントローラ、30A,30B,30C…油圧ポンプ、31…フロント制御部、32…ブレーキ制御部、33…ステアリング制御部、40…発電電動機、41…発電インバータ、42…走行インバータ、43…走行電動機、45…走行駆動装置、50…操作装置、51…前後進スイッチ、52…アーム操作装置、52a…アーム操作量センサ、53…バケット操作装置、53a…バケット操作量センサ、56…アクセル操作装置、56a…アクセル操作量センサ、58…モータ速度センサ、61…車輪速センサ、62…アーム相対角センサ、63…バケット相対角センサ、65…駆動力センサ、75…アームシリンダ圧センサ(圧力センサ)、100…メインコントローラ(制御装置)、110…推力演算部、111…推力変化量演算部、112…モータ速度変化量演算部、113…駆動力変化量演算部、114…掘削作業判定部、115…スリップ判定部、116…スリップ時推力保持部、117…摩擦係数推定部、118…駆動力上限値演算部、119…走行要求駆動力演算部、120…最小値選択部、121…トルク指令生成部、F…アームシリンダ推力、FA_slip…スリップ時推力、F1…推力変化率閾値、FLdig…掘削判定フラグ、F…走行駆動力(駆動力)、FM_LIM…駆動力上限値、FM_LIM_MAX…駆動力上限値の最大値、FM_LIM_MIN…駆動力上限値の最小値、FM_REQ…走行要求駆動力、FM_TGT…走行目標駆動力、M,Mμ…相関マップ、P1…シリンダ圧閾値、P…アームシリンダ圧、R…アーム操作量、R1…アーム操作量閾値、R…バケット操作量、R1…バケット操作量閾値、S1…速度変化率閾値、S…モータ速度、TM_COM…走行駆動トルク指令、V…車輪速、V0…車輪速閾値、ΔF…推力変化率(油圧アクチュエータの推力の時間変化率)、ΔF…駆動力変化率(駆動力の時間変化率)、ΔS…速度変化率(走行電動機の回転速度の時間変化率)、μ…摩擦係数推定値 1...wheel loader (work vehicle), 2...arm, 3...bucket, 4...arm cylinder (hydraulic cylinder, hydraulic actuator), 5...bucket cylinder (hydraulic cylinder, hydraulic actuator), 6...working device, 7...wheel, 8...vehicle body, 8A...front vehicle body, 8B...rear vehicle body, 10...center joint, 11...traveling device, 20...engine, 25...engine controller, 30A, 30B, 30C...hydraulic pump, 31...front control unit, 32...brake control unit, 33...steering control unit, 40...generator motor, 41...generator inverter, 42...traveling inverter, 43...traveling motor, 45...traveling drive device, 50...operation device, 51...forward/reverse switch, 52...arm operation device, 52a...arm operation amount sensor, 53 ...Bucket operation device, 53a...Bucket operation amount sensor, 56...Accelerator operation device, 56a...Accelerator operation amount sensor, 58...Motor speed sensor, 61...Wheel speed sensor, 62...Arm relative angle sensor, 63...Bucket relative angle sensor, 65...Driving force sensor, 75...Arm cylinder pressure sensor (pressure sensor), 100...Main controller (control device), 110...Thrust calculation unit, 111...Thrust force change amount calculation unit, 112...Motor speed change amount calculation unit, 113...Driving force change amount calculation unit, 114...Excavation operation determination unit, 115...Slip determination unit, 116...Thrust force holding unit during slip, 117...Friction coefficient estimating unit, 118...Driving force upper limit value calculation unit, 119...Traveling required driving force calculation unit, 120...Minimum value selecting unit, 121...Torque command generating unit, F A ...arm cylinder thrust, F A_slip ...thrust force during slip, F A1 ...thrust force change rate threshold, FLdig...digging determination flag, F M ...traveling drive force (drive force), F M_LIM ...drive force upper limit value, F M_LIM_MAX ...maximum drive force upper limit value, F M_LIM_MIN ...minimum drive force upper limit value, F M_REQ ...traveling required drive force, F M_TGT ...traveling target drive force, M L , M μ ...correlation map, P1...cylinder pressure threshold, P A ...arm cylinder pressure, R A ...arm operation amount, R A1 ...arm operation amount threshold, R B ...bucket operation amount, R B1 ...bucket operation amount threshold, S1...speed change rate threshold, S M ...motor speed, T M_COM ...traveling drive torque command, V W ...wheel speed, V W 0...wheel speed threshold, ΔF A ...thrust force change rate (time rate of change of thrust of hydraulic actuator), ΔF M ...driving force change rate (time rate of change of driving force), ΔS M ...speed change rate (time rate of change of rotation speed of traveling motor), μ...estimated friction coefficient

Claims (5)

車輪を有する車体と、
前記車体に搭載された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される油圧アクチュエータを有する作業装置と、
前記油圧アクチュエータの圧力を検出する圧力センサと、
前記車輪を駆動する走行駆動装置と、
前記走行駆動装置の駆動力を検出する駆動力センサと、
前記走行駆動装置の駆動力を制御する制御装置と、を備えた作業車両において、
前記制御装置は、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記作業装置が作業対象物から受ける反力に応じた前記油圧アクチュエータの推力を演算し、
前記走行駆動装置の駆動力が上昇中であるにもかかわらず前記油圧アクチュエータの推力が増加していないことを含むスリップ判定条件が成立した場合には、前記駆動力を制限する
ことを特徴とする作業車両。
a vehicle body having wheels;
a hydraulic pump mounted on the vehicle body;
a working device having a hydraulic actuator driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump;
a pressure sensor for detecting the pressure of the hydraulic actuator;
a travel drive device that drives the wheels;
a driving force sensor that detects the driving force of the traveling drive device;
a control device for controlling the driving force of the traveling drive device,
The control device
calculating a thrust of the hydraulic actuator corresponding to a reaction force that the working device receives from a work object based on the detection result of the pressure sensor;
a limiting unit for limiting the driving force when a slip determination condition is met, the limiting unit including a condition that the driving force of the travel drive device is increasing but the thrust of the hydraulic actuator is not increasing.
請求項1に記載の作業車両において、
前記スリップ判定条件には、前記作業装置により前記作業対象物を掘削する作業が行われている掘削作業状態であることが含まれる
ことを特徴とする作業車両。
The work vehicle according to claim 1,
The work vehicle, wherein the slip determination conditions include a state in which the work vehicle is in an excavation operation state in which the work implement is performing an excavation operation on the work object.
請求項2に記載の作業車両において、
前記走行駆動装置に設けられる走行電動機の回転速度を検出するモータ速度センサを備え、
前記制御装置は、
前記モータ速度センサの検出結果に基づいて、前進する前記車体が減速しているか否かを判定し、
前進する前記車体が減速していること、及び、前記油圧アクチュエータの推力が所定値以上であること、を含む、掘削作業判定条件が成立した場合に、前記掘削作業状態であると判定する
ことを特徴とする作業車両。
The work vehicle according to claim 2,
a motor speed sensor for detecting a rotation speed of a traveling motor provided in the traveling drive device;
The control device
determining whether the forward moving vehicle body is decelerating based on the detection result of the motor speed sensor;
a work vehicle that determines that the work vehicle is in the excavation work state when excavation work determination conditions are met, including that the forward moving vehicle body is decelerating and that the thrust of the hydraulic actuator is equal to or greater than a predetermined value.
請求項2に記載の作業車両において、
前記スリップ判定条件には、前記作業装置が操作されていないことが含まれる
ことを特徴とする作業車両。
The work vehicle according to claim 2,
The work vehicle, wherein the slip determination conditions include a condition in which the work implement is not being operated.
請求項1に記載の作業車両において、
前記制御装置は、
前記スリップ判定条件が成立したときの前記油圧アクチュエータの推力に基づいて、摩擦係数推定値を演算し、
前記摩擦係数推定値に基づいて駆動力上限値を演算し、
前記走行駆動装置の駆動力が前記駆動力上限値を超えないように、前記駆動力を制御する
ことを特徴とする作業車両。
The work vehicle according to claim 1,
The control device
calculating a friction coefficient estimate value based on the thrust of the hydraulic actuator when the slip determination condition is met;
calculating a driving force upper limit value based on the estimated friction coefficient value;
A work vehicle, characterized in that the driving force of the travel drive device is controlled so as not to exceed the driving force upper limit value.
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