ホイールローダ
【課題】ステアリング油圧装置の小型化が可能であり、消費エネルギを低減することが可能なホイールローダを提供する。
【解決手段】操舵角検出器５５から送出される操舵角度の情報に基づいて、各電動モータＭA〜ＭDそれぞれの回転数ＮA〜ＮDを算出し、その結果に基づいて各電動モータＭA〜ＭDを駆動する。ハンドル５４の操作中における外輪側の電動モータＭAとＭCの回転数ＮＡとＮCの大小関係と内輪側の電動モータＭBとＭDの回転数ＮBとＮDの大小関係とは、逆となっている。このため、前フレーム３と後フレーム９は、ハンドル５４の操舵操作角対応した屈曲角θに屈曲する。このようにして、各電動モータＭA〜ＭDにより車体１の換向を行うことができる。
【解決手段】操舵角検出器５５から送出される操舵角度の情報に基づいて、各電動モータＭA〜ＭDそれぞれの回転数ＮA〜ＮDを算出し、その結果に基づいて各電動モータＭA〜ＭDを駆動する。ハンドル５４の操作中における外輪側の電動モータＭAとＭCの回転数ＮＡとＮCの大小関係と内輪側の電動モータＭBとＭDの回転数ＮBとＮDの大小関係とは、逆となっている。このため、前フレーム３と後フレーム９は、ハンドル５４の操舵操作角対応した屈曲角θに屈曲する。このようにして、各電動モータＭA〜ＭDにより車体１の換向を行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホイールローダに関する。
【背景技術】
【０００２】
前フレームと後フレームとが連結軸を回転軸として屈曲されるアーティキュレート式のホイールローダは、連結軸の前後に左右一対の前輪と、左右一対の後輪を備える。左右の前輪および左右の後輪は、それぞれ、デファレンシャル装置を介して車輪軸で連結されている。エンジンの駆動軸の回転がトルコン、トランスミッションを介してプロペラシャフトに伝達され、このプロペラシャフトの回転がデファレンシャル装置を介して前輪および後輪に伝達されて車両が走行する。
【０００３】
また、各車輪軸に電動モータを取付け、一対の前輪のそれぞれ、および一対の後輪のそれぞれを各電動モータにより駆動するホイールローダも知られている。
上記のホイールローダでは、エンジンに発電機を連結し、エンジンの駆動軸の回転により発電機を駆動する。そして、発電機からの電力を各電動モータに供給して、前輪および後輪を駆動する。また、ホイールローダでは、旋回走行する際に、前フレームおよび後フレームを屈曲し、車体を換向するが、この車体の換向は、操舵操作に伴って伸縮するステアリング用油圧シリンダによってなされる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００―１７７４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記先行文献に記載されたホイールローダでは、車体の換向を、ステアリング用油圧シリンダによって行うものである（特許文献1の第２４段落参照）。この方法では、車体の換向を行う際に、ステアリング用油圧シリンダに大きな駆動力が必要となり、油圧装置が大型化する。このため、ホイールローダが大型化すると共に、エネルギの消費量が大きくなり、また、これに伴って環境への悪影響も大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のホイールローダは、前フレームと後フレームとが連結部において操舵可能に連結された車体と、連結部を挟んで、前フレームに取り付けられた少なくとも一対の前輪および後フレームに取り付けられた少なくとも一対の後輪と、一対の前輪を駆動する一対の前輪用電動モータおよび一対の後輪を駆動する一対の後輪用電動モータと、操舵操作を行っている間は、前フレームと後フレームとが結合部を中心として相互に逆方向に回動するように、一対の前輪用電動モータと一対の後輪用電動モータを、内輪側同士における速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆で、かつ、操舵角度に対応する速度差で駆動して車体を屈曲する換向制御手段と、操舵操作が終了したと判断されると、一対の前輪用電動モータおよび一対の後輪用電動モータを、それぞれ、外輪側と内輪側とに、操舵角度に対応する内外輪の速度差が付くように駆動する旋回走行制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、一対の前輪と一対の後輪の内輪側同士の速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆となるように駆動して車体を換向するので、大きな油圧装置が不要となり、ホイールローダを小型化し、また、消費エネルギを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明に係るホイールローダの一実施形態としてのハイブリッドホイールの外観斜視図。
【図２】図１に図示されたハイブリッドホイールローダの上面図。
【図３】図２に図示されたハイブリッドホイールローダが屈曲された状態を示す側面図。
【図４】図１に図示されたハイブリッドホイールローダの側面図。
【図５】この発明に係るホイールローダのシステムブロック図。
【図６】この発明に係るホイールローダの電動モータとステアリング油圧シリンダの関係を示す模式図。
【図７】図６に図示されたホイールローダの換向動作を説明するための模式図。
【図８】図６に図示されたホイールローダの旋回動作を説明するための模式図。
【図９】この発明に係るホイールローダの旋回動作の処理フロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係るホイールローダを、ハイブリッドホイールローダを一実施形態として、図面を参照して詳細に説明する。
図１はハイブリッドホイールローダの外観斜視図であり、図２は、図１に図示されたハイブリッドホイールローダの上面図であり、図３は、図２に図示されたホイールローダが屈曲された状態の上面図であり、図４は図１に図示されたハイブリッドホイールローダの側面図である。但し、図２〜図４では、図１に図示された作業装置（バケット）は、図示を省略されている。
【００１０】
図１〜図４に図示されたハイブリッドホイールローダ１００は、以下に説明する如く、前部車体２と後部車体７とが、結合フレーム１８により屈曲可能に連結されたアーティキュレート式の車体１を有する作業車両である。
前部車体２は、ハイブリッドホイールローダ１００の前側に配置されており、略箱状に形成された前フレーム３と、この前フレーム３の下側に設けられた前車軸４と、この前車軸４の左、右両端に設けられた前輪５Ａ、５Ｂと、前フレーム３の前側に俯仰動可能に取付けられた作業装置６とを備えている。
【００１１】
ここで、前車軸４は、左、右の車軸管４Ａ内に収容されて回転可能に支持されている。車軸管４Ａは前フレーム３の下面に固定されている。これにより、前車軸４は、ロール軸Ｏを中心とするロール運動が不能な状態で前フレーム３に取付けられている。また、前車軸４と前フレーム３との間には、各種の緩衝用懸架装置等は設けられておらず、作業装置６に加わる大きな荷重を前フレーム３、前車軸４、前輪５Ａ、５Ｂ等によって支持する構成となっている。
【００１２】
作業装置６は、前フレーム３の左、右両側の上端側に設けられたブラケット部３Ａに俯仰動可能に取付けられたアーム６Ａと、このアーム６Ａの先端部に回動可能に取付けられたバケット６Ｂとを備えている。アーム６Ａは、アームシリンダ６Ｃにより回動動作され、バケット６Ｂはバケットシリンダ６Ｄにより回動動作される。作業装置６は、アームシリンダ６Ｃとバケットシリンダ６Ｄによる回動動作により、バケット６Ｂを上、下方向に俯仰動作させ、バケット６Ｂによって土砂等の運搬作業およびダンプトラックへの積荷作業等を行う。
【００１３】
後部車体７は前部車体２の後方に、左右方向に屈曲可能な状態で前部車体２に連結されている。この後部車体７は、駆動源８を収容する後フレーム９と、この後フレーム９の下側に設けられた後車軸１０と、後車軸１０の左、右両端に設けられた後輪５Ｃ、５Ｄと、後フレーム９上に設けられた運転室１２とを備えている。
後フレーム９は、エンジン、電動／発電機および油圧ポンプ等の駆動源８が収容された収容枠部９Ａと、この収容枠部９Ａの前側に設けられた結合部９Ｂとによって構成されている。電動／発電機および油圧ポンプについては後述する。
【００１４】
収容枠部９Ａの下側には、車体１の左右方向に沿って延びる一対の支持ブラケット１３が設けられている。一対の支持ブラケット１３は、後フレーム９の長手方向における中間部で離間して配置されている。車体１の幅方向の中心軸は、前フレーム３と後フレーム９の全長に亘り挿通するロール軸Ｏとされており、各支持ブラケット１３には、ロール軸Ｏに沿って貫通した挿通孔（図示せず）が設けられている。上記した一対の支持ブラケット１３の間には後車軸１０の支持部１４が配置されている。
【００１５】
支持部１４は、その左、右両側に後車軸１０を収容した車軸管１０Ａが固着されると共に、前、後両側にはロール軸Ｏに沿って延びる支持軸１４Ａが突出して設けられている。支持部１４の支持軸１４Ａは、支持ブラケット１３の挿通孔（図示せず）内に挿通されている。これにより、後車軸１０は、後フレーム９に対してロール軸Ｏの周りに回動可能に軸支されている。また、後車軸１０は、前車軸４と共にプロペラシャフト１５と通じて駆動源８に連結されている。
【００１６】
一方、結合部９Ｂには、ロール軸Ｏに沿って延びる円筒状の結合筒部１６が設けられると共に、該結合筒部１６内には結合軸２０と、この結合軸２０を軸支する軸受（図示せず）が設けられている。また、結合部９Ｂ上には、作業者が乗り込む運転室１２が配置されている。
【００１７】
前フレーム３と後フレーム９との間に設けられた結合フレーム１８には、左、右方向の中央に位置して上、下両端側に鉛直方向（図４の屈曲軸Ｚ方向）に延びる連結軸（ピン）１９が設けられると共に、ロール軸Ｏに沿って後フレーム９側に向けて延びる円筒状の結合軸２０が設けられている。
【００１８】
結合フレーム１８は、前フレーム３の上板３Ｂ、下板３Ｃ（図４参照）に挟まれた状態で連結軸１９を介して前フレーム３に連結されると共に、結合軸２０が結合部９Ｂの結合筒部１６内に挿通されることによって後フレーム９に連結されている。
これにより、結合フレーム１８は、屈曲軸Ｚを中心にして前フレーム３と後フレーム９とを、図３に図示されるように、左右方向に屈曲可能に連結している。また、結合フレーム１８の結合軸２０は、軸受（図示せず）によってロール軸Ｏを中心に回転可能に軸支されている。このように、結合フレーム１８は、前フレーム３と後フレーム９とを相対ロール運動可能に連結している。
【００１９】
結合フレーム１８と前フレーム３とは、ロール軸Ｏを対称軸とする一対のステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒにより連結されている。結合フレーム１８の前側には、一対の結合ブラケット２１が設けられており、この結合ブラケット２１に、各ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌ、２２Ｒの一端側が取付けられている。また、各ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌ、２２Ｒの他端側は、前フレーム３の下板３Ｃ（図４参照）に取付けられている。ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、駆動源８の油圧ポンプ（図示せず）から圧油が給、排されることによって伸縮し、前フレーム３を後フレーム９に対して左右方向に屈曲させる構成となっている。
【００２０】
また、ハイブリッドホイールローダ１００において、２３は後フレーム９と後車軸１０との間に設けられたロール振動制限用アクチュエータとしての油圧シリンダである。ロール振動制限用油圧シリンダ２３は、左右の後輪５Ｃ、５Ｄ近傍にそれぞれ位置して、上下方向に延びた状態で配置されている。ロール振動制限用油圧シリンダ２３は、そのチューブのボトム側が後フレーム９に取付けられ、ロッドの先端側が後車軸１０を収容する車軸管１０Ａに取付けられている。ロール振動制限用油圧シリンダ２３は、駆動源８内の油圧ポンプ（図示せず）に接続されている。左右のロール振動制限用油圧シリンダ２３は、ボトム側とロッド側との差圧に応じて、後フレーム９と後車軸１０との間にロール軸Ｏ周りの推力を加える。これにより、油圧シリンダ２３は、後フレーム９のロール振動（ロール軸Ｏ周りの振動）を制限する構成となっている。
【００２１】
この実施形態におけるハイブリッドホイールローダでは、結合部９Ｂおよび結合フレーム１８により、前フレーム３と後フレーム９とをロール軸Ｏの周りに相対ロール運動可能に連結している。このため、作業装置６による掘削作業等によって前フレーム３がロール軸Ｏ周りに振動するときでも、結合フレーム１８等を用いて前フレーム３に対して後フレーム９を相対的にロール運動させることができ、前フレーム３から後フレーム９に振動が伝達するのを防止することが可能となっている。また、後フレーム９と後車軸１０との間に設けたロール振動制限用油圧シリンダ２３を用いて後フレーム９と後車軸１０との間にロール軸Ｏ周りの推力を与えて、後フレーム９のロール振動を制限し、以って、後フレーム９に設けられた運転室１２の乗り心地を向上させることができる。
【００２２】
前車軸４の両端部と前輪５Ａおよび５Ｂとの間には、それぞれ、電動モータ（前輪電動モータ）ＭAおよび電動モータ（前輪電動モータ）ＭBが装着され、後車軸１０の両端部と後輪５Ｃ、５Ｄとの間には、それぞれ、電動モータ（後輪電動モータ）ＭCおよび電動モータ（後輪電動モータ）ＭDが装着されている。各電動モータＭA〜ＭDと前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄとの間には、それぞれ、ブレーキ付き減速機３１A〜３１Dが介装されている。プロペラシャフト１５と前車軸４との間にはデファレンシャル装置３２Ｆが介装され、プロペラシャフト１５と後車軸１０との間にはデファレンシャル装置３２Ｂが介装されている。
【００２３】
このハイブリッドホイールローダ１００では、駆動源８内に収容されたエンジンの駆動軸の回転に伴い、電動／発電機が発電を行い、発電された電力が直接または蓄電装置に充電された電力と共に各電動モータＭA〜ＭDに供給される。そして、各電動モータＭA〜ＭDにより前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄに走行駆動力が与えられる。また、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、所定の回転数で回転されることにより、前部車体２と後部車体７が連結軸１９を中心軸として相対的に連結角度を変化するように回動し、これにより車体１が屈曲する、すなわち、換向する。この動作の詳細は後述するが、本発明に係るホイールローダにおいては、前部車体２と後部車体７とが屈曲する際、ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、前部車体２および後部車体７の上記動作による屈曲に追随して伸縮する。この場合、ステアリング用油圧シリンダ２２の伸縮が、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によって屈曲される車体１の動作に先行することはない。
【００２４】
図５は、この発明に係るホイールローダのシステムブロック図である。
先ず、電気回路について説明する。上述した如く、前フレーム３と後フレーム９は、連結軸１９を中心として回動可能に連結されている。前フレーム３には、一対の電動モータＭAおよびＭBが前車軸４を介して取付けられている。後フレーム９には、一対の電動モータＭCおよびＭDが後車軸１０を介して取付けられている。
各電動モータＭA〜ＭDは、電源制御部５１からの制御信号によって回転駆動される。
【００２５】
上述した如く、駆動源８内には、エンジン８Ａ、電動／発電機８Ｂが収容されている。また、図示はしないが、駆動源８には、後述するステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒに圧油を給、排するステアリング油圧用ポンプ（図示せず）が収容されている。電動／発電機８Ｂは、エンジン８Ａの駆動軸が回転することにより発電する。
【００２６】
ハイブリッドホイールローダ１００は、蓄電装置５２を備えている。電源制御部５１は、エンジンブレーキが働いて車速が減速した際、各電動モータＭA〜ＭDに蓄積された電気エネルギを回生して蓄電装置５２に充電されるように制御する。また、電動／発電機８Ｂが発電した電気エネルギを蓄電装置５２に充電されるように制御する。電源制御部５１は、インバータを含んでおり、電動モータＭA〜ＭDまたは電動／発電機８Ｂから出力される電流が交流である場合には、直流に変換して蓄電装置５２に充電する。また、蓄電装置５２から取り出される直流電流を交流電流に変換して、電動／発電機８Ｂを電動機として動作する。電動／発電機８Ｂを電動機として動作することにより、エンジン８Ａによりアームシリンダ６Ｃ、バケットシリンダ６Ｄまたはロール振動制限用油圧シリンダ２３に圧油を給、排する油圧ポンプを駆動する際、エンジン８Ａをアシストすることができる。
【００２７】
エンジン８Ａを駆動すると、電動／発電機８Ｂが発電機として動作し、この電動／発電機８Ｂにより発電された電力が各電動モータＭA〜ＭDに供給され、それぞれ、電源制御部５１からの制御信号によって制御されて回転する。各電動モータＭA〜ＭDを制御して回転することにより、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄを、それぞれ、適切な回転数で回転し、四輪駆動で直進および旋回走行を行う。運転室１２内にはステアリングハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダル等の操作レバーが備えられており、これらの操作レバーを操作することで、各電動モータＭA〜ＭDにの電流を制御し、正転、逆転切換および車体の換向等が調整される。また、ブレーキペダル操作によりブレーキ付き減速機３１Ａ〜３１Ｄのブレーキを駆動して車体１を停止する。
【００２８】
制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび演算処理装置を含んで構成されている。操舵角検出器５５から送出されるハンドル５４の操舵角度の情報は制御装置５０に入力される。制御装置５０は、操舵角検出器５５から出力される操舵角度の情報に基づいて、各電動モータＭA〜ＭDを回転する回転数ＮA〜ＮDを演算し、その演算結果に基づいて各電動モータＭA〜ＭDを回転させる。また、制御装置５０は、操舵角検出器５５から送出される操舵角度の情報に基づいて、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮量を演算し、その演算結果に基づいて、電動モータ制御弁駆動用アクチュエータ５７を介して、方向制御弁６２の位置の切換および方向制御弁６２から流出される圧油の流量を制御する。
【００２９】
制御装置５０では、操舵角検出器５５から送出される操舵角度の情報に基づいて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の比を演算し、その回転数の比に、そのときの回転数（速度）を乗じて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄのそれぞれに対応する
目標回転数ＮA〜ＮDを算出する。そして、各電動モータＭA〜Ｍ Dのインバータに各目標回転数ＮA〜ＮDに応じた制御信号を出力し、各電動モータＭA〜Ｍ Dをそれぞれの回転数ＮA〜ＮDで回転させる。これにより、前フレーム３と後フレーム９とは操舵操作に対応する屈曲角に屈曲される。
【００３０】
また、制御装置５０では、ハンドル５４の操舵角度に対応した内外輪回転差、すなわち、前輪５Ａと５Ｂまたは後輪５Ｃと５Ｄの回転数の比を演算し、その回転数の比に、そのときの回転数（速度）を乗じて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄそれぞれに対応する回転数ＮA〜ＮDを算出する。そして、各電動モータＭA〜Ｍ Dのドライバ（図示せず）に各回転数ＮA〜ＮDの情報を出力する。なお、以下の説明では、前輪（動輪）５Ａ、５Ｂおよび後輪（動輪）５Ｃ、５Ｄの回転数と、各動輪に対応する各電動モータＭA〜Ｍ Dの回転数は同じとする。これにより、各ドライバによって、各電動モータＭA〜Ｍ Dが、それぞれの回転数ＮA〜ＮDで回転され、前輪５Ａと５Ｂ、および後輪５Ｃと５Ｄは、それぞれ、操舵角度に応じた内外輪回転差で旋回走行する。
【００３１】
ハイブリッドホイールローダ１００は、前輪５Ａ、５Ｂの回転数ＮA、ＮBおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数ＮC、ＮDを検出する回転数検出器５６Ａ〜５６Ｄを備えている。各回転数検出器５６Ａ〜５６Ｄからの出力信号は制御装置５０に入力され、制御装置５０において、操舵操作に応じて、予め、演算された回転数に達したか否かが判断される。
【００３２】
次に、油圧回路について説明する。なお、図５では、アームシリンダ６Ｃ、バケットシリンダ６Ｄ、ロール振動制限用油圧シリンダ２３およびこれらのシリンダに圧油を吐出する油圧ポンプ等は図示を省略されている。
ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒには、ステアリング油圧用ポンプ６１から吐出された圧油が方向制御弁６２を介して給油される。また、ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒから排出された排油は、アンチボイド付リリーフバルブ（アンチボイドバルブ）６３、６４を介してタンク６６に戻される。
【００３３】
油路６７は、分岐点６７ａにおいて分岐して、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌのボトム室とステアリング油圧シリンダ２２Ｒのロッド室に接続されている。油路６８は、分岐点６８ａにおいて分岐して、ステアリング油圧シリンダ２２Ｒのボトム室とステアリング油圧シリンダ２２Ｌのロッド室に接続されている。従って、方向制御弁６２を介してステアリング油圧用ポンプ６１からの圧油が油路７１に吐出されると、油路６７を介してステアリング油圧シリンダ２２Ｌのボトム室に圧油が流入し、これと共にステアリング油圧シリンダ２２Ｌのロッド室から排油が油路６８およびアンチボイド付リリーフバルブ６３からタンク６６に排出され、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌが伸長する。また、ステアリング油圧用ポンプ６１からの圧油が油路７１に吐出されると、ステアリング油圧シリンダ２２Ｒのロッド室に圧油が流入し、これと共にステアリング油圧シリンダ２２Ｒのボトム室から排油が油路６７およびアンチボイド付リリーフバルブ６４からタンク６６に排出され、ステアリング油圧シリンダ２２Ｒが縮退する。
【００３４】
一方、方向制御弁６２を介してステアリング油圧用ポンプ６１からの圧油が油路７２に吐出されると、油路６８を介してステアリング油圧シリンダ２２Ｒのボトム室に流入し、これと共にステアリング油圧シリンダ２２Ｒのロッド室から排油が油路６７およびアンチボイド付リリーフバルブ６４からタンク６６に排出され、ステアリング油圧シリンダ２２Ｒが伸長する。また、ステアリング油圧用ポンプ６１からの圧油が油路７２に吐出されると、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌのロッド室に圧油が流入し、これと共にステアリング油圧シリンダ２２Ｌのボトム室から排油が油路６８およびアンチボイド付リリーフバルブ６８からタンク６６に排出され、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌが縮退する。
【００３５】
ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒが、前フレーム３および後フレーム９に対して連結軸１９を対称軸として対称に取付けられ、また、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒが同一の形状・サイズである場合には、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒが伸縮する量と速度は同一である。
【００３６】
制御弁駆動用アクチュエータ５７は、上述した如く、制御装置５０からの制御信号により、方向制御弁６２を、ステアリング油圧ポンプ６１と油路７１が接続される位置とステアリング油圧ポンプ６１と油路７２が接続される位置とに切り換える。また、制御弁駆動用アクチュエータ５７は、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒのボトム室およびロッド室に流入出される圧油の量、すなわち、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを伸縮する速度をステアリングハンドルの操作速度に応じて調整する。
【００３７】
この場合、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを伸縮する速度は、前フレーム３と後フレーム９が屈曲する際、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によって屈曲される車体１の屈曲の速度に先行しないようにされている。つまり、前フレーム３と後フレーム９との屈曲、換言すれば、換向は、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によってなされる。ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮量は、電動モータＭA〜ＭDの回転数の差により前フレーム３と後フレーム９が屈曲される駆動力により、各シリンダのロッドが引張りまたは圧縮されて、操舵操作の角度に対応した伸縮量に達する。
【００３８】
このように、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮は、前フレーム３と後フレーム９の屈曲に追随するものであり、前フレーム３と後フレーム９を屈曲させるように行われるものではない。従って、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、大きな駆動力が必要でなく、これを駆動する油圧装置は小さいもので済む。
【００３９】
車体１の屈曲を電動モータＭA〜ＭDにより行うにも拘わらず、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを装備する理由は、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄに外力が作用したときの信頼性の確保のためである。つまり、道路状況や運転の際の操舵により、前輪５Ａ、５Ｂあるいは後輪５Ｃ、５Ｄに外力が作用すると、電動モータＭA〜ＭDだけでは、外力に抗しきれず前輪５Ａ、５Ｂあるいは後輪５Ｃ、５Ｄの操舵角度が変化してしまい、路面との間で滑り等が起こる。ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、この滑り等を防止する。
【００４０】
上述した如く、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、前フレーム３と後フレーム９の屈曲に追随する。このことは、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの各ロッドまたは各チューブは、前フレーム３と後フレーム９が屈曲する際に、伸張する方向に引っ張られることを意味する。つまり、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒへの圧油の流入が間に合わず、ロッド室またはボトム室が負圧となる。負圧になるのは、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒにおいて、それぞれ、拡張方向に対応する室側である。
【００４１】
アンチボイド付リリーフバルブ６３および６４は、このような状態に対応するために備えられている。ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒにおけるボトム室またはロッド室のうち、負圧となった側の室に、チェックバルブを介してタンク６６に連通する油路７３から戻り油を供給して、直ちに、充足させる作用を果たすものである。
【００４２】
図６〜図８は、本発明に係るホイールローダの電動モータとステアリング油圧シリンダの関係を示す模式図であり、図６は、換向前の状態を示し、図７は換向時の過渡状態を示し、図８は換向後の旋回走行の状態を示す。
図６は、ハンドル５４を操作する前の状態を示す模式的な平面図である。この状態では、前フレーム３と後フレーム９の中心軸は一致し、連結軸１９の中心軸を通る１つの直線上に位置する。この状態では、前フレーム３に取付けられた電動モータＭA、ＭBおよび後フレーム９に取付けられた電動モータＭC、ＭDは、それぞれ、対応する各前輪５Ａ、５Ｂ、後輪５Ｃ、５Ｄを同一の回転数ＮA〜ＮDで回転している。また、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒのロッドは、同一の長さに引き出されている。
【００４３】
図７は、図６の状態でハンドル５４を操作して、例えば、運転室１２側から見て、左方向に回転した場合の過渡状態を示す。制御装置５０では、ハンドル５４の操作に伴い、操舵角検出器５５から送出される操舵角度信号に基づいて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の比を演算する。また、その結果得られた回転数の比に、そのときの回転数を乗じて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数を算出する。そして、各電動モータＭA〜Ｍ Dのインバータを介して、各電動モータＭA〜Ｍ Dをそれぞれの回転数ＮA〜ＮDで回転させる。
【００４４】
前フレーム３と後フレーム９とを連結軸１９で回動して車体１を換向する場合、前輪５Ａ、５Ｂの内輪と外輪とは異なる速度とし、後輪５Ｃ、５Ｄの内輪と外輪とは異なる速度とする。但し、前輪５Ａ、５Ｂの内輪と外輪との速度の大小の関係と、後輪５Ｃ、５Ｄの内輪と外輪の速度の大小の関係は逆となる。
【００４５】
例えば、図７において、後フレーム９からみて前フレーム３を反時計方向へ回動（左旋回）する場合、前フレーム３側においては、外輪となる電動モータＭA（前輪５Ａを駆動）の回転数ＮAは内輪となる電動モータＭB（前輪５Ｂを駆動）の回転数ＮBより大きい。一方、後フレーム９側においては、外輪となる電動モータＭC（後輪５Ｃを駆動）の回転数ＮCは内輪となる電動モータＭD（後輪５Ｄを駆動）の回転数ＮDより小さい。
【００４６】
外輪となる電動モータＭA（前輪５Ａを駆動）の回転数ＮAが内輪となる電動モータＭB（前輪５Ｂを駆動）の回転数ＮBより大きいことにより、前フレーム３は、連結軸１９を中心に反時計方向に回動する。また、外輪となる電動モータＭC（後輪５Ｃを駆動）の回転数ＮCが内輪となる電動モータＭD（後輪５Ｄを駆動）の回転数ＮDより小さいことにより、後フレーム９は、連結軸１９を中心に時計方向に回動する。この結果、前フレーム３と後フレームとが、連結軸１９を中心に合計して屈曲角θだけ回動する。そして、前フレーム３の中心軸と後フレーム９の中心軸とは、回動前の１８０度よりθだけ小さい角度となる。
【００４７】
連結軸１９の中心と前車軸４の中心軸との距離ＬFと連結軸１９の中心と後車軸１０の中心軸との距離ＬRとが等しい場合（図６参照）、電動モータＭAの回転数ＮAと電動モータＭDの回転数ＮDは等しく、電動モータＭBの回転数ＮBと電動モータＭCの回転数ＮCは等しい。つまり、電動モータＭAの回転数ＮAに対する電動モータＭBの回転数ＮBの比と、電動モータＭDの回転数ＮDに対する電動モータＭCの回転数ＮCの比は等しい。連結軸１９の中心と前車軸４の中心軸との距離ＬFと連結軸１９の中心と後車軸１０の中心軸との距離ＬRとが等しくない場合には、電動モータＭAの回転数ＮAと電動モータＭDの回転数ＮDおよび電動モータＭBの回転数ＮBと電動モータＭCの回転数ＮCとは、それぞれ、距離ＬFと距離ＬRの長さの比に対応して変化する。しかし、この場合でも、前輪５Ａ、５Ｂを駆動する電動モータＭA、ＭBの回転数ＮA、ＮBの大小関係と、後輪５Ｃ、５Ｄを駆動する電動モータＭC、ＭDの回転数ＮC、ＮDの大小関係は逆である。
【００４８】
このように、前輪側においては、外輪が内輪より大きい速度で走行し、後輪側においては、内輪が外輪より大きい速度で走行することにより、図７に図示されるように、後フレーム９側から見て前フレーム３側が相対的に反時計回り方向に回転する。これにより、車体１が屈曲角θに屈曲される。
車体１が屈曲されるに伴い、内輪側となるステアリング油圧シリンダ２２Ｌは、前フレーム３と後フレーム９との距離が小さくなるため縮退する。また、外輪側となるステアリング油圧シリンダ２２Ｒは、前フレーム３と後フレーム９との距離が大きくなるため伸張する。
【００４９】
図７に図示された車体１の換向が終了した後、図８に図示されるように、電動モータＭA、ＭCと、電動モータＭB、ＭDとは、それぞれ、外側の半径Ｒoutの軌道上および内側の半径Ｒinの軌道上を旋回走行するように、内外輪回転差が付く回転数で回転される。
連結軸１９の中心と前車軸４の中心軸との距離ＬFと連結軸１９の中心と後車軸９の中心軸との距離ＬRとが等しい場合、前輪５Ａの回転数ＮAと後輪５Ｃの回転数ＮCとは同一であり、後輪５Ｃは前輪５Ａと同一半径Ｒout上を旋回走行する。前輪５Ｂの回転数ＮBと後輪５Ｄの回転数ＮDとは同一であり、後輪５Ｄは前輪５Ｂと同一半径Ｒin上を旋回走行する。上述したように、連結軸１９の中心と前車軸４の中心軸との距離ＬFと連結軸１９の中心と後車軸９の中心軸との距離ＬRとが異なる場合は、距離ＬFと距離ＬRの長さの比に対応して、前輪５Ａ、５Ｂの回転半径と後輪５Ｃ、５Ｄの回転半径とは異なるものとなり、後輪５Ｃ、５Ｄは前輪５Ａ、５Ｂの回転半径の外側または内側を旋回走行する。
次に、本発明に係るホイールローダ１００の動作について説明する。
【００５０】
図９は、本発明に係るホイールローダ１００の旋回走行に関する処理フローの一実施形態を示す。この処理フローは制御装置５０内のＣＰＵの制御プログラムを実行して行われる。
旋回動作の処理フローは、ステップＳ１に示すように、ホイールローダ１００が、電動モータＭC〜ＭDの各回転数ＮA〜ＮDが同一で走行し、エンジン８Ａの駆動軸が回転してステアリング油圧用ポンプ６１が駆動された状態でスタートする。この場合、車体１の屈曲角度θはゼロであるものとして説明する。
【００５１】
ステップＳ２において、ハンドル５４の操舵操作がなされたか否かが判断される。この判断は制御装置５０において、操舵角検出器５５から操舵角度信号が送出されたか否かに基づいて行われる。ハンドル５４が操作され、操舵信号が検出されると、ステップＳ３において、ハンドル５４の操舵操作が継続中であるか否かが判断される。
【００５２】
ステップＳ３は、所定の時間内に操舵角検出器５５から操舵角度の情報が継続して入力されるか否かを判断する処理である。ステップＳ３において操舵角検出器５５から操舵角度の情報が所定の時間内に入力されていると判断されれば、ハンドル５４の操作中とみなしてステップＳ４の処理を行う。ステップＳ３において操舵角検出器５５から操舵角度の情報が所定の時間内に入力されない場合は、操舵操作が終了或いは中止とみなして、ステップＳ７の処理を行う。
【００５３】
操舵角検出器５５から操舵角度の情報が所定の時間内に送出されている場合は、ステップＳ４において、前フレーム３と後フレーム９とがハンドル５４の操舵角に対応する屈曲角（換向角）θとなる各電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDを、制御装置５０において演算する。上述した如く、各電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDは、操舵角に対応する屈曲角θとなる各電動モータＭA〜ＭDの回転数の比を演算し、この回転数の比にそのときの回転数を乗じて算出される。そして、ステップＳ５において、インバータへ制御信号を送出して各電動モータＭA〜ＭDを、それぞれ、算出された回転数ＮA〜ＮDで回転させる。
【００５４】
また、ステップＳ３において操舵角検出器５５から操舵角度の情報が所定の時間内に入力されていると判断されれば、ステップＳ４に併行して、ステップＳ１１において、ハンドル５４の操舵角に対応するステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮量を演算する。そして、ステップＳ１２において、制御弁駆動用アクチュエータ５７に演算結果に対応する制御信号を送出し、方向制御弁６２をハンドル５４の回転方向に対応する位置に切り換えると共に、方向制御弁６２から油路７１または７２に流出される圧油の流量を調整する。
【００５５】
上述した如く、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを伸縮する速度は、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によって屈曲される車体１の屈曲の速度に先行しない。換言すれば、車体１の屈曲は、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によってなされる動作が先行する。つまり、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮は、前フレーム３と後フレーム９の屈曲に追随する速度でなされる。ステップＳ１１おける制御装置５０の演算は、このような条件に適合するように行われる。
【００５６】
なお、図９では、ステップＳ４とステップＳ１１とを併行に処理するように示されているが、これは説明の都合上であって、実際には、ステップＳ４とステップＳ１１とはシリアルに処理される。その場合、どちらのステップが先行しても差し支えない。
【００５７】
ステップＳ５およびステップＳ１２の処理に引き続いて、ステップＳ６において、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDに達したか否かが判断される。すなわち、制御装置５０において、回転数検出器５６Ａ〜５６Ｄから送出される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの実際の回転数と、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDとが対比される。輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの実際の回転数が、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDに達していない場合には、ステップＳ３に戻り、引き続き、各電動モータＭA〜ＭDを駆動する。前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDに達したと判断された場合は、ステップＳ７の処理を行う。
【００５８】
ステップＳ７は、前フレーム３と後フレーム９との屈曲角θが、図７に図示されるように、ハンドル５４の操舵操作角度に対応する屈曲角θに達し、図８に図示されるように、その屈曲角θに対応した半径の軌道上を旋回する走行に移行する状態である。従って、ステップＳ７においては、制御装置５０において、ハンドル５４の操舵角度に対応する内外輪回転差が付く各電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDの比を演算し、その演算結果にそのときの回転数を乗じて各電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDを算出する。そして、ステップＳ８において、算出されたＮA〜ＮDで各電動モータＭA〜ＭDを回転させる。
【００５９】
この後は、ステップＳ９において、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、回転数ＮA〜ＮDに達したか否かが判断される。この場合においても、ステップＳ６における処理と同様に、制御装置５０において、回転数検出器５６Ａ〜５６Ｄから送出される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの実際の回転数と、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDとが対比される。前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、回転数ＮA〜ＮDに達していない場合には、ステップＳ３に戻り、引き続き、各電動モータＭA〜ＭDを駆動する。前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、回転数ＮA〜ＮDに達したと判断された場合は、ステップＳ２に戻る。
【００６０】
ステップＳ９において、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、回転数ＮA〜ＮDに達したと判断された状態は、図８に図示されるように、ホイールローダ１００がハンドル５４の操作に対応した半径の軌道上を旋回走行している状態である。ステップＳ２〜ステップＳ９が繰り返されることにより、ホイールローダ１００は、任意に方向を変えながら走行をすることができる。
【００６１】
本発明の実施形態として示すハイブリッドホイールローダ１００によれば、以下に示す効果を奏する。
（１）車体１の換向は、前輪５Ａ、５Ｂ、後輪５Ｃ、５Ｄの各動輪に対応して装着した走行用電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDを制御して行われる。このため、車体の換向を油圧シリンダで行う場合に必要とされる大きな油圧装置は不要となりホイールローダのサイズを小型化することができる。また、消費電力が小さくなり、環境に対しても望ましいものとなる。
（２）上記（１）に記載した通り、車体１の換向は、走行用電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDを制御して行われるため、極めて高速に遂行される。従来の油圧駆動のみによる換向では油圧操作弁のスプールの応答遅れが蓄積されることにより、ハンドルに設けられた回転角度の目安とするためのノブの位置にズレ（ノブズレ）が生じ、ハンドル操作に支障が生じることがあるが、本発明の実施形態では、このようなノブズレを防止することが可能となる。
（３）加えて、車体の換向を行う際の換向動作の速度は、走行速度に関連付けてプログラミングにより調整をすることが可能となる。このため、高速走行時においても、緩やかに換向するように速度指令値を抑えた制御とすることができ、ホイールローダの横転を防ぐようにすることが容易となる。
【００６２】
（４）電動モータＭA〜ＭDの回転数制御による換向操作とは別に前フレーム３および後フレーム９の間に、換向のサポートとしてステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを設けた。このため、走行中に前輪５Ａ、５Ｂ、後輪５Ｃ、５Ｄに外力が作用しても、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒによって車体１の滑り等を防止または緩和することができる。
（５）上記（４）に記載した如く、本発明のホイールローダにおける実施形態では、換向用としてのステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを備えている。このため、万が一、走行用電動モータＭA〜ＭDの制御に異常が生じたとしても、車体１の換向は完遂される。よって、従来技術では得ることができない、高い信頼性と安全性を得ることができる。
【００６３】
（６）ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒのボトム室およびロッド室に対してステアリング油圧ポンプ６１からの圧油を給、排する油路７１、７２とタンク６６との間にアンチボイド付リリーフバルブ６３、６４を介装した。このため、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮が前フレーム３および後フレーム９の屈曲に追随する構造であっても、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒが負圧になった場合には、直ちに、シリンダのチューブ内に戻り油を充足することが可能となる。
【００６４】
本発明に係るホイールローダの一実施形態として示したハイブリッドホイールローダは以下のように変形しまたは適用を図ることができる。
（１）上記実施形態では、信頼性を確保するために、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを備えたホイールローダとした。しかし、必ずしも、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを備える必要はない。
（２）作業装置をバケットとしたが、除雪装置等、他の作業装置を装備することができる。
（３）ホイールローダをハイブリッド式で説明したが、全電動式とすることも可能である。
（４）前輪および後輪をそれぞれ左右一対としたが、いずれか、または両方を複数対とすることも可能であり、車体が屈曲するホイールローダのすべてに適用することができる。
（５）車体１を換向する際の屈曲角θの制御を、前輪５Ａ、５Ｂと後輪５Ｃ、５Ｄの回転数に基づいて行う方法に代えて、前フレーム３と後フレーム９の屈曲角θを検出する検出器を装着し、屈曲角θの検出信号に基づいて行うようにしてもよい。
【００６５】
その他、本発明に係るホイールローダは、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、前フレームと後フレームとが連結部において操舵可能に連結された車体と、連結部を挟んで、前フレームに取り付けられた少なくとも一対の前輪および後フレームに取り付けられた少なくとも一対の後輪と、一対の前輪を駆動する一対の前輪用電動モータおよび一対の後輪を駆動する一対の後輪用電動モータと、操操舵操作を行っている間は、前記前フレームと前記後フレームとが前記結合部を中心として相互に逆方向に回動するように、一対の前輪用電動モータと一対の後輪用電動モータを、内輪側同士における速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆で、かつ、操舵角度に対応する速度差で駆動して車体を屈曲する換向制御手段と、操舵操作が終了したと判断されると、前記一対の前輪用電動モータおよび前記一対の後輪用電動モータを、それぞれ、外輪側と内輪側とに、操舵角度に対応する内外輪の速度差が付くように駆動する旋回走行制御手段と、を備えるものであればよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 車体
２ 前部車体
３ 前フレーム
４ 前車軸
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ 前輪
７ 後部車体
８ 駆動源
８Ａ エンジン
８Ｂ 電動／発電機
９ 後フレーム
１０ 後車軸
１５ プロペラシャフト
１９ 連結軸
２２Ｌ、２２Ｒ ステアリング油圧シリンダ
３２Ｂ、３２Ｆ デファレンシャル装置
５０ 制御装置
５１ 電源制御部
５４ ハンドル
５５ 操舵角検出器
５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ 回転数検出器
６３、６４ アンチボイド付リリーフバルブ（アンチボイドバルブ）
ＭA、ＭB、ＭC、ＭD 電動モータ
ＮA、ＮB、ＮC、ＮD 電動モータ（前輪、後輪）の回転数
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホイールローダに関する。
【背景技術】
【０００２】
前フレームと後フレームとが連結軸を回転軸として屈曲されるアーティキュレート式のホイールローダは、連結軸の前後に左右一対の前輪と、左右一対の後輪を備える。左右の前輪および左右の後輪は、それぞれ、デファレンシャル装置を介して車輪軸で連結されている。エンジンの駆動軸の回転がトルコン、トランスミッションを介してプロペラシャフトに伝達され、このプロペラシャフトの回転がデファレンシャル装置を介して前輪および後輪に伝達されて車両が走行する。
【０００３】
また、各車輪軸に電動モータを取付け、一対の前輪のそれぞれ、および一対の後輪のそれぞれを各電動モータにより駆動するホイールローダも知られている。
上記のホイールローダでは、エンジンに発電機を連結し、エンジンの駆動軸の回転により発電機を駆動する。そして、発電機からの電力を各電動モータに供給して、前輪および後輪を駆動する。また、ホイールローダでは、旋回走行する際に、前フレームおよび後フレームを屈曲し、車体を換向するが、この車体の換向は、操舵操作に伴って伸縮するステアリング用油圧シリンダによってなされる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００―１７７４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記先行文献に記載されたホイールローダでは、車体の換向を、ステアリング用油圧シリンダによって行うものである（特許文献1の第２４段落参照）。この方法では、車体の換向を行う際に、ステアリング用油圧シリンダに大きな駆動力が必要となり、油圧装置が大型化する。このため、ホイールローダが大型化すると共に、エネルギの消費量が大きくなり、また、これに伴って環境への悪影響も大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のホイールローダは、前フレームと後フレームとが連結部において操舵可能に連結された車体と、連結部を挟んで、前フレームに取り付けられた少なくとも一対の前輪および後フレームに取り付けられた少なくとも一対の後輪と、一対の前輪を駆動する一対の前輪用電動モータおよび一対の後輪を駆動する一対の後輪用電動モータと、操舵操作を行っている間は、前フレームと後フレームとが結合部を中心として相互に逆方向に回動するように、一対の前輪用電動モータと一対の後輪用電動モータを、内輪側同士における速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆で、かつ、操舵角度に対応する速度差で駆動して車体を屈曲する換向制御手段と、操舵操作が終了したと判断されると、一対の前輪用電動モータおよび一対の後輪用電動モータを、それぞれ、外輪側と内輪側とに、操舵角度に対応する内外輪の速度差が付くように駆動する旋回走行制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、一対の前輪と一対の後輪の内輪側同士の速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆となるように駆動して車体を換向するので、大きな油圧装置が不要となり、ホイールローダを小型化し、また、消費エネルギを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明に係るホイールローダの一実施形態としてのハイブリッドホイールの外観斜視図。
【図２】図１に図示されたハイブリッドホイールローダの上面図。
【図３】図２に図示されたハイブリッドホイールローダが屈曲された状態を示す側面図。
【図４】図１に図示されたハイブリッドホイールローダの側面図。
【図５】この発明に係るホイールローダのシステムブロック図。
【図６】この発明に係るホイールローダの電動モータとステアリング油圧シリンダの関係を示す模式図。
【図７】図６に図示されたホイールローダの換向動作を説明するための模式図。
【図８】図６に図示されたホイールローダの旋回動作を説明するための模式図。
【図９】この発明に係るホイールローダの旋回動作の処理フロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係るホイールローダを、ハイブリッドホイールローダを一実施形態として、図面を参照して詳細に説明する。
図１はハイブリッドホイールローダの外観斜視図であり、図２は、図１に図示されたハイブリッドホイールローダの上面図であり、図３は、図２に図示されたホイールローダが屈曲された状態の上面図であり、図４は図１に図示されたハイブリッドホイールローダの側面図である。但し、図２〜図４では、図１に図示された作業装置（バケット）は、図示を省略されている。
【００１０】
図１〜図４に図示されたハイブリッドホイールローダ１００は、以下に説明する如く、前部車体２と後部車体７とが、結合フレーム１８により屈曲可能に連結されたアーティキュレート式の車体１を有する作業車両である。
前部車体２は、ハイブリッドホイールローダ１００の前側に配置されており、略箱状に形成された前フレーム３と、この前フレーム３の下側に設けられた前車軸４と、この前車軸４の左、右両端に設けられた前輪５Ａ、５Ｂと、前フレーム３の前側に俯仰動可能に取付けられた作業装置６とを備えている。
【００１１】
ここで、前車軸４は、左、右の車軸管４Ａ内に収容されて回転可能に支持されている。車軸管４Ａは前フレーム３の下面に固定されている。これにより、前車軸４は、ロール軸Ｏを中心とするロール運動が不能な状態で前フレーム３に取付けられている。また、前車軸４と前フレーム３との間には、各種の緩衝用懸架装置等は設けられておらず、作業装置６に加わる大きな荷重を前フレーム３、前車軸４、前輪５Ａ、５Ｂ等によって支持する構成となっている。
【００１２】
作業装置６は、前フレーム３の左、右両側の上端側に設けられたブラケット部３Ａに俯仰動可能に取付けられたアーム６Ａと、このアーム６Ａの先端部に回動可能に取付けられたバケット６Ｂとを備えている。アーム６Ａは、アームシリンダ６Ｃにより回動動作され、バケット６Ｂはバケットシリンダ６Ｄにより回動動作される。作業装置６は、アームシリンダ６Ｃとバケットシリンダ６Ｄによる回動動作により、バケット６Ｂを上、下方向に俯仰動作させ、バケット６Ｂによって土砂等の運搬作業およびダンプトラックへの積荷作業等を行う。
【００１３】
後部車体７は前部車体２の後方に、左右方向に屈曲可能な状態で前部車体２に連結されている。この後部車体７は、駆動源８を収容する後フレーム９と、この後フレーム９の下側に設けられた後車軸１０と、後車軸１０の左、右両端に設けられた後輪５Ｃ、５Ｄと、後フレーム９上に設けられた運転室１２とを備えている。
後フレーム９は、エンジン、電動／発電機および油圧ポンプ等の駆動源８が収容された収容枠部９Ａと、この収容枠部９Ａの前側に設けられた結合部９Ｂとによって構成されている。電動／発電機および油圧ポンプについては後述する。
【００１４】
収容枠部９Ａの下側には、車体１の左右方向に沿って延びる一対の支持ブラケット１３が設けられている。一対の支持ブラケット１３は、後フレーム９の長手方向における中間部で離間して配置されている。車体１の幅方向の中心軸は、前フレーム３と後フレーム９の全長に亘り挿通するロール軸Ｏとされており、各支持ブラケット１３には、ロール軸Ｏに沿って貫通した挿通孔（図示せず）が設けられている。上記した一対の支持ブラケット１３の間には後車軸１０の支持部１４が配置されている。
【００１５】
支持部１４は、その左、右両側に後車軸１０を収容した車軸管１０Ａが固着されると共に、前、後両側にはロール軸Ｏに沿って延びる支持軸１４Ａが突出して設けられている。支持部１４の支持軸１４Ａは、支持ブラケット１３の挿通孔（図示せず）内に挿通されている。これにより、後車軸１０は、後フレーム９に対してロール軸Ｏの周りに回動可能に軸支されている。また、後車軸１０は、前車軸４と共にプロペラシャフト１５と通じて駆動源８に連結されている。
【００１６】
一方、結合部９Ｂには、ロール軸Ｏに沿って延びる円筒状の結合筒部１６が設けられると共に、該結合筒部１６内には結合軸２０と、この結合軸２０を軸支する軸受（図示せず）が設けられている。また、結合部９Ｂ上には、作業者が乗り込む運転室１２が配置されている。
【００１７】
前フレーム３と後フレーム９との間に設けられた結合フレーム１８には、左、右方向の中央に位置して上、下両端側に鉛直方向（図４の屈曲軸Ｚ方向）に延びる連結軸（ピン）１９が設けられると共に、ロール軸Ｏに沿って後フレーム９側に向けて延びる円筒状の結合軸２０が設けられている。
【００１８】
結合フレーム１８は、前フレーム３の上板３Ｂ、下板３Ｃ（図４参照）に挟まれた状態で連結軸１９を介して前フレーム３に連結されると共に、結合軸２０が結合部９Ｂの結合筒部１６内に挿通されることによって後フレーム９に連結されている。
これにより、結合フレーム１８は、屈曲軸Ｚを中心にして前フレーム３と後フレーム９とを、図３に図示されるように、左右方向に屈曲可能に連結している。また、結合フレーム１８の結合軸２０は、軸受（図示せず）によってロール軸Ｏを中心に回転可能に軸支されている。このように、結合フレーム１８は、前フレーム３と後フレーム９とを相対ロール運動可能に連結している。
【００１９】
結合フレーム１８と前フレーム３とは、ロール軸Ｏを対称軸とする一対のステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒにより連結されている。結合フレーム１８の前側には、一対の結合ブラケット２１が設けられており、この結合ブラケット２１に、各ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌ、２２Ｒの一端側が取付けられている。また、各ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌ、２２Ｒの他端側は、前フレーム３の下板３Ｃ（図４参照）に取付けられている。ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、駆動源８の油圧ポンプ（図示せず）から圧油が給、排されることによって伸縮し、前フレーム３を後フレーム９に対して左右方向に屈曲させる構成となっている。
【００２０】
また、ハイブリッドホイールローダ１００において、２３は後フレーム９と後車軸１０との間に設けられたロール振動制限用アクチュエータとしての油圧シリンダである。ロール振動制限用油圧シリンダ２３は、左右の後輪５Ｃ、５Ｄ近傍にそれぞれ位置して、上下方向に延びた状態で配置されている。ロール振動制限用油圧シリンダ２３は、そのチューブのボトム側が後フレーム９に取付けられ、ロッドの先端側が後車軸１０を収容する車軸管１０Ａに取付けられている。ロール振動制限用油圧シリンダ２３は、駆動源８内の油圧ポンプ（図示せず）に接続されている。左右のロール振動制限用油圧シリンダ２３は、ボトム側とロッド側との差圧に応じて、後フレーム９と後車軸１０との間にロール軸Ｏ周りの推力を加える。これにより、油圧シリンダ２３は、後フレーム９のロール振動（ロール軸Ｏ周りの振動）を制限する構成となっている。
【００２１】
この実施形態におけるハイブリッドホイールローダでは、結合部９Ｂおよび結合フレーム１８により、前フレーム３と後フレーム９とをロール軸Ｏの周りに相対ロール運動可能に連結している。このため、作業装置６による掘削作業等によって前フレーム３がロール軸Ｏ周りに振動するときでも、結合フレーム１８等を用いて前フレーム３に対して後フレーム９を相対的にロール運動させることができ、前フレーム３から後フレーム９に振動が伝達するのを防止することが可能となっている。また、後フレーム９と後車軸１０との間に設けたロール振動制限用油圧シリンダ２３を用いて後フレーム９と後車軸１０との間にロール軸Ｏ周りの推力を与えて、後フレーム９のロール振動を制限し、以って、後フレーム９に設けられた運転室１２の乗り心地を向上させることができる。
【００２２】
前車軸４の両端部と前輪５Ａおよび５Ｂとの間には、それぞれ、電動モータ（前輪電動モータ）ＭAおよび電動モータ（前輪電動モータ）ＭBが装着され、後車軸１０の両端部と後輪５Ｃ、５Ｄとの間には、それぞれ、電動モータ（後輪電動モータ）ＭCおよび電動モータ（後輪電動モータ）ＭDが装着されている。各電動モータＭA〜ＭDと前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄとの間には、それぞれ、ブレーキ付き減速機３１A〜３１Dが介装されている。プロペラシャフト１５と前車軸４との間にはデファレンシャル装置３２Ｆが介装され、プロペラシャフト１５と後車軸１０との間にはデファレンシャル装置３２Ｂが介装されている。
【００２３】
このハイブリッドホイールローダ１００では、駆動源８内に収容されたエンジンの駆動軸の回転に伴い、電動／発電機が発電を行い、発電された電力が直接または蓄電装置に充電された電力と共に各電動モータＭA〜ＭDに供給される。そして、各電動モータＭA〜ＭDにより前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄに走行駆動力が与えられる。また、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、所定の回転数で回転されることにより、前部車体２と後部車体７が連結軸１９を中心軸として相対的に連結角度を変化するように回動し、これにより車体１が屈曲する、すなわち、換向する。この動作の詳細は後述するが、本発明に係るホイールローダにおいては、前部車体２と後部車体７とが屈曲する際、ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、前部車体２および後部車体７の上記動作による屈曲に追随して伸縮する。この場合、ステアリング用油圧シリンダ２２の伸縮が、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によって屈曲される車体１の動作に先行することはない。
【００２４】
図５は、この発明に係るホイールローダのシステムブロック図である。
先ず、電気回路について説明する。上述した如く、前フレーム３と後フレーム９は、連結軸１９を中心として回動可能に連結されている。前フレーム３には、一対の電動モータＭAおよびＭBが前車軸４を介して取付けられている。後フレーム９には、一対の電動モータＭCおよびＭDが後車軸１０を介して取付けられている。
各電動モータＭA〜ＭDは、電源制御部５１からの制御信号によって回転駆動される。
【００２５】
上述した如く、駆動源８内には、エンジン８Ａ、電動／発電機８Ｂが収容されている。また、図示はしないが、駆動源８には、後述するステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒに圧油を給、排するステアリング油圧用ポンプ（図示せず）が収容されている。電動／発電機８Ｂは、エンジン８Ａの駆動軸が回転することにより発電する。
【００２６】
ハイブリッドホイールローダ１００は、蓄電装置５２を備えている。電源制御部５１は、エンジンブレーキが働いて車速が減速した際、各電動モータＭA〜ＭDに蓄積された電気エネルギを回生して蓄電装置５２に充電されるように制御する。また、電動／発電機８Ｂが発電した電気エネルギを蓄電装置５２に充電されるように制御する。電源制御部５１は、インバータを含んでおり、電動モータＭA〜ＭDまたは電動／発電機８Ｂから出力される電流が交流である場合には、直流に変換して蓄電装置５２に充電する。また、蓄電装置５２から取り出される直流電流を交流電流に変換して、電動／発電機８Ｂを電動機として動作する。電動／発電機８Ｂを電動機として動作することにより、エンジン８Ａによりアームシリンダ６Ｃ、バケットシリンダ６Ｄまたはロール振動制限用油圧シリンダ２３に圧油を給、排する油圧ポンプを駆動する際、エンジン８Ａをアシストすることができる。
【００２７】
エンジン８Ａを駆動すると、電動／発電機８Ｂが発電機として動作し、この電動／発電機８Ｂにより発電された電力が各電動モータＭA〜ＭDに供給され、それぞれ、電源制御部５１からの制御信号によって制御されて回転する。各電動モータＭA〜ＭDを制御して回転することにより、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄを、それぞれ、適切な回転数で回転し、四輪駆動で直進および旋回走行を行う。運転室１２内にはステアリングハンドル、アクセルペダル、ブレーキペダル等の操作レバーが備えられており、これらの操作レバーを操作することで、各電動モータＭA〜ＭDにの電流を制御し、正転、逆転切換および車体の換向等が調整される。また、ブレーキペダル操作によりブレーキ付き減速機３１Ａ〜３１Ｄのブレーキを駆動して車体１を停止する。
【００２８】
制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび演算処理装置を含んで構成されている。操舵角検出器５５から送出されるハンドル５４の操舵角度の情報は制御装置５０に入力される。制御装置５０は、操舵角検出器５５から出力される操舵角度の情報に基づいて、各電動モータＭA〜ＭDを回転する回転数ＮA〜ＮDを演算し、その演算結果に基づいて各電動モータＭA〜ＭDを回転させる。また、制御装置５０は、操舵角検出器５５から送出される操舵角度の情報に基づいて、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮量を演算し、その演算結果に基づいて、電動モータ制御弁駆動用アクチュエータ５７を介して、方向制御弁６２の位置の切換および方向制御弁６２から流出される圧油の流量を制御する。
【００２９】
制御装置５０では、操舵角検出器５５から送出される操舵角度の情報に基づいて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の比を演算し、その回転数の比に、そのときの回転数（速度）を乗じて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄのそれぞれに対応する
目標回転数ＮA〜ＮDを算出する。そして、各電動モータＭA〜Ｍ Dのインバータに各目標回転数ＮA〜ＮDに応じた制御信号を出力し、各電動モータＭA〜Ｍ Dをそれぞれの回転数ＮA〜ＮDで回転させる。これにより、前フレーム３と後フレーム９とは操舵操作に対応する屈曲角に屈曲される。
【００３０】
また、制御装置５０では、ハンドル５４の操舵角度に対応した内外輪回転差、すなわち、前輪５Ａと５Ｂまたは後輪５Ｃと５Ｄの回転数の比を演算し、その回転数の比に、そのときの回転数（速度）を乗じて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄそれぞれに対応する回転数ＮA〜ＮDを算出する。そして、各電動モータＭA〜Ｍ Dのドライバ（図示せず）に各回転数ＮA〜ＮDの情報を出力する。なお、以下の説明では、前輪（動輪）５Ａ、５Ｂおよび後輪（動輪）５Ｃ、５Ｄの回転数と、各動輪に対応する各電動モータＭA〜Ｍ Dの回転数は同じとする。これにより、各ドライバによって、各電動モータＭA〜Ｍ Dが、それぞれの回転数ＮA〜ＮDで回転され、前輪５Ａと５Ｂ、および後輪５Ｃと５Ｄは、それぞれ、操舵角度に応じた内外輪回転差で旋回走行する。
【００３１】
ハイブリッドホイールローダ１００は、前輪５Ａ、５Ｂの回転数ＮA、ＮBおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数ＮC、ＮDを検出する回転数検出器５６Ａ〜５６Ｄを備えている。各回転数検出器５６Ａ〜５６Ｄからの出力信号は制御装置５０に入力され、制御装置５０において、操舵操作に応じて、予め、演算された回転数に達したか否かが判断される。
【００３２】
次に、油圧回路について説明する。なお、図５では、アームシリンダ６Ｃ、バケットシリンダ６Ｄ、ロール振動制限用油圧シリンダ２３およびこれらのシリンダに圧油を吐出する油圧ポンプ等は図示を省略されている。
ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒには、ステアリング油圧用ポンプ６１から吐出された圧油が方向制御弁６２を介して給油される。また、ステアリング用油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒから排出された排油は、アンチボイド付リリーフバルブ（アンチボイドバルブ）６３、６４を介してタンク６６に戻される。
【００３３】
油路６７は、分岐点６７ａにおいて分岐して、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌのボトム室とステアリング油圧シリンダ２２Ｒのロッド室に接続されている。油路６８は、分岐点６８ａにおいて分岐して、ステアリング油圧シリンダ２２Ｒのボトム室とステアリング油圧シリンダ２２Ｌのロッド室に接続されている。従って、方向制御弁６２を介してステアリング油圧用ポンプ６１からの圧油が油路７１に吐出されると、油路６７を介してステアリング油圧シリンダ２２Ｌのボトム室に圧油が流入し、これと共にステアリング油圧シリンダ２２Ｌのロッド室から排油が油路６８およびアンチボイド付リリーフバルブ６３からタンク６６に排出され、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌが伸長する。また、ステアリング油圧用ポンプ６１からの圧油が油路７１に吐出されると、ステアリング油圧シリンダ２２Ｒのロッド室に圧油が流入し、これと共にステアリング油圧シリンダ２２Ｒのボトム室から排油が油路６７およびアンチボイド付リリーフバルブ６４からタンク６６に排出され、ステアリング油圧シリンダ２２Ｒが縮退する。
【００３４】
一方、方向制御弁６２を介してステアリング油圧用ポンプ６１からの圧油が油路７２に吐出されると、油路６８を介してステアリング油圧シリンダ２２Ｒのボトム室に流入し、これと共にステアリング油圧シリンダ２２Ｒのロッド室から排油が油路６７およびアンチボイド付リリーフバルブ６４からタンク６６に排出され、ステアリング油圧シリンダ２２Ｒが伸長する。また、ステアリング油圧用ポンプ６１からの圧油が油路７２に吐出されると、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌのロッド室に圧油が流入し、これと共にステアリング油圧シリンダ２２Ｌのボトム室から排油が油路６８およびアンチボイド付リリーフバルブ６８からタンク６６に排出され、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌが縮退する。
【００３５】
ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒが、前フレーム３および後フレーム９に対して連結軸１９を対称軸として対称に取付けられ、また、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒが同一の形状・サイズである場合には、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒが伸縮する量と速度は同一である。
【００３６】
制御弁駆動用アクチュエータ５７は、上述した如く、制御装置５０からの制御信号により、方向制御弁６２を、ステアリング油圧ポンプ６１と油路７１が接続される位置とステアリング油圧ポンプ６１と油路７２が接続される位置とに切り換える。また、制御弁駆動用アクチュエータ５７は、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒのボトム室およびロッド室に流入出される圧油の量、すなわち、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを伸縮する速度をステアリングハンドルの操作速度に応じて調整する。
【００３７】
この場合、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを伸縮する速度は、前フレーム３と後フレーム９が屈曲する際、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によって屈曲される車体１の屈曲の速度に先行しないようにされている。つまり、前フレーム３と後フレーム９との屈曲、換言すれば、換向は、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によってなされる。ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮量は、電動モータＭA〜ＭDの回転数の差により前フレーム３と後フレーム９が屈曲される駆動力により、各シリンダのロッドが引張りまたは圧縮されて、操舵操作の角度に対応した伸縮量に達する。
【００３８】
このように、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮は、前フレーム３と後フレーム９の屈曲に追随するものであり、前フレーム３と後フレーム９を屈曲させるように行われるものではない。従って、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、大きな駆動力が必要でなく、これを駆動する油圧装置は小さいもので済む。
【００３９】
車体１の屈曲を電動モータＭA〜ＭDにより行うにも拘わらず、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを装備する理由は、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄに外力が作用したときの信頼性の確保のためである。つまり、道路状況や運転の際の操舵により、前輪５Ａ、５Ｂあるいは後輪５Ｃ、５Ｄに外力が作用すると、電動モータＭA〜ＭDだけでは、外力に抗しきれず前輪５Ａ、５Ｂあるいは後輪５Ｃ、５Ｄの操舵角度が変化してしまい、路面との間で滑り等が起こる。ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、この滑り等を防止する。
【００４０】
上述した如く、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒは、前フレーム３と後フレーム９の屈曲に追随する。このことは、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの各ロッドまたは各チューブは、前フレーム３と後フレーム９が屈曲する際に、伸張する方向に引っ張られることを意味する。つまり、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒへの圧油の流入が間に合わず、ロッド室またはボトム室が負圧となる。負圧になるのは、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒにおいて、それぞれ、拡張方向に対応する室側である。
【００４１】
アンチボイド付リリーフバルブ６３および６４は、このような状態に対応するために備えられている。ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒにおけるボトム室またはロッド室のうち、負圧となった側の室に、チェックバルブを介してタンク６６に連通する油路７３から戻り油を供給して、直ちに、充足させる作用を果たすものである。
【００４２】
図６〜図８は、本発明に係るホイールローダの電動モータとステアリング油圧シリンダの関係を示す模式図であり、図６は、換向前の状態を示し、図７は換向時の過渡状態を示し、図８は換向後の旋回走行の状態を示す。
図６は、ハンドル５４を操作する前の状態を示す模式的な平面図である。この状態では、前フレーム３と後フレーム９の中心軸は一致し、連結軸１９の中心軸を通る１つの直線上に位置する。この状態では、前フレーム３に取付けられた電動モータＭA、ＭBおよび後フレーム９に取付けられた電動モータＭC、ＭDは、それぞれ、対応する各前輪５Ａ、５Ｂ、後輪５Ｃ、５Ｄを同一の回転数ＮA〜ＮDで回転している。また、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒのロッドは、同一の長さに引き出されている。
【００４３】
図７は、図６の状態でハンドル５４を操作して、例えば、運転室１２側から見て、左方向に回転した場合の過渡状態を示す。制御装置５０では、ハンドル５４の操作に伴い、操舵角検出器５５から送出される操舵角度信号に基づいて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の比を演算する。また、その結果得られた回転数の比に、そのときの回転数を乗じて、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数を算出する。そして、各電動モータＭA〜Ｍ Dのインバータを介して、各電動モータＭA〜Ｍ Dをそれぞれの回転数ＮA〜ＮDで回転させる。
【００４４】
前フレーム３と後フレーム９とを連結軸１９で回動して車体１を換向する場合、前輪５Ａ、５Ｂの内輪と外輪とは異なる速度とし、後輪５Ｃ、５Ｄの内輪と外輪とは異なる速度とする。但し、前輪５Ａ、５Ｂの内輪と外輪との速度の大小の関係と、後輪５Ｃ、５Ｄの内輪と外輪の速度の大小の関係は逆となる。
【００４５】
例えば、図７において、後フレーム９からみて前フレーム３を反時計方向へ回動（左旋回）する場合、前フレーム３側においては、外輪となる電動モータＭA（前輪５Ａを駆動）の回転数ＮAは内輪となる電動モータＭB（前輪５Ｂを駆動）の回転数ＮBより大きい。一方、後フレーム９側においては、外輪となる電動モータＭC（後輪５Ｃを駆動）の回転数ＮCは内輪となる電動モータＭD（後輪５Ｄを駆動）の回転数ＮDより小さい。
【００４６】
外輪となる電動モータＭA（前輪５Ａを駆動）の回転数ＮAが内輪となる電動モータＭB（前輪５Ｂを駆動）の回転数ＮBより大きいことにより、前フレーム３は、連結軸１９を中心に反時計方向に回動する。また、外輪となる電動モータＭC（後輪５Ｃを駆動）の回転数ＮCが内輪となる電動モータＭD（後輪５Ｄを駆動）の回転数ＮDより小さいことにより、後フレーム９は、連結軸１９を中心に時計方向に回動する。この結果、前フレーム３と後フレームとが、連結軸１９を中心に合計して屈曲角θだけ回動する。そして、前フレーム３の中心軸と後フレーム９の中心軸とは、回動前の１８０度よりθだけ小さい角度となる。
【００４７】
連結軸１９の中心と前車軸４の中心軸との距離ＬFと連結軸１９の中心と後車軸１０の中心軸との距離ＬRとが等しい場合（図６参照）、電動モータＭAの回転数ＮAと電動モータＭDの回転数ＮDは等しく、電動モータＭBの回転数ＮBと電動モータＭCの回転数ＮCは等しい。つまり、電動モータＭAの回転数ＮAに対する電動モータＭBの回転数ＮBの比と、電動モータＭDの回転数ＮDに対する電動モータＭCの回転数ＮCの比は等しい。連結軸１９の中心と前車軸４の中心軸との距離ＬFと連結軸１９の中心と後車軸１０の中心軸との距離ＬRとが等しくない場合には、電動モータＭAの回転数ＮAと電動モータＭDの回転数ＮDおよび電動モータＭBの回転数ＮBと電動モータＭCの回転数ＮCとは、それぞれ、距離ＬFと距離ＬRの長さの比に対応して変化する。しかし、この場合でも、前輪５Ａ、５Ｂを駆動する電動モータＭA、ＭBの回転数ＮA、ＮBの大小関係と、後輪５Ｃ、５Ｄを駆動する電動モータＭC、ＭDの回転数ＮC、ＮDの大小関係は逆である。
【００４８】
このように、前輪側においては、外輪が内輪より大きい速度で走行し、後輪側においては、内輪が外輪より大きい速度で走行することにより、図７に図示されるように、後フレーム９側から見て前フレーム３側が相対的に反時計回り方向に回転する。これにより、車体１が屈曲角θに屈曲される。
車体１が屈曲されるに伴い、内輪側となるステアリング油圧シリンダ２２Ｌは、前フレーム３と後フレーム９との距離が小さくなるため縮退する。また、外輪側となるステアリング油圧シリンダ２２Ｒは、前フレーム３と後フレーム９との距離が大きくなるため伸張する。
【００４９】
図７に図示された車体１の換向が終了した後、図８に図示されるように、電動モータＭA、ＭCと、電動モータＭB、ＭDとは、それぞれ、外側の半径Ｒoutの軌道上および内側の半径Ｒinの軌道上を旋回走行するように、内外輪回転差が付く回転数で回転される。
連結軸１９の中心と前車軸４の中心軸との距離ＬFと連結軸１９の中心と後車軸９の中心軸との距離ＬRとが等しい場合、前輪５Ａの回転数ＮAと後輪５Ｃの回転数ＮCとは同一であり、後輪５Ｃは前輪５Ａと同一半径Ｒout上を旋回走行する。前輪５Ｂの回転数ＮBと後輪５Ｄの回転数ＮDとは同一であり、後輪５Ｄは前輪５Ｂと同一半径Ｒin上を旋回走行する。上述したように、連結軸１９の中心と前車軸４の中心軸との距離ＬFと連結軸１９の中心と後車軸９の中心軸との距離ＬRとが異なる場合は、距離ＬFと距離ＬRの長さの比に対応して、前輪５Ａ、５Ｂの回転半径と後輪５Ｃ、５Ｄの回転半径とは異なるものとなり、後輪５Ｃ、５Ｄは前輪５Ａ、５Ｂの回転半径の外側または内側を旋回走行する。
次に、本発明に係るホイールローダ１００の動作について説明する。
【００５０】
図９は、本発明に係るホイールローダ１００の旋回走行に関する処理フローの一実施形態を示す。この処理フローは制御装置５０内のＣＰＵの制御プログラムを実行して行われる。
旋回動作の処理フローは、ステップＳ１に示すように、ホイールローダ１００が、電動モータＭC〜ＭDの各回転数ＮA〜ＮDが同一で走行し、エンジン８Ａの駆動軸が回転してステアリング油圧用ポンプ６１が駆動された状態でスタートする。この場合、車体１の屈曲角度θはゼロであるものとして説明する。
【００５１】
ステップＳ２において、ハンドル５４の操舵操作がなされたか否かが判断される。この判断は制御装置５０において、操舵角検出器５５から操舵角度信号が送出されたか否かに基づいて行われる。ハンドル５４が操作され、操舵信号が検出されると、ステップＳ３において、ハンドル５４の操舵操作が継続中であるか否かが判断される。
【００５２】
ステップＳ３は、所定の時間内に操舵角検出器５５から操舵角度の情報が継続して入力されるか否かを判断する処理である。ステップＳ３において操舵角検出器５５から操舵角度の情報が所定の時間内に入力されていると判断されれば、ハンドル５４の操作中とみなしてステップＳ４の処理を行う。ステップＳ３において操舵角検出器５５から操舵角度の情報が所定の時間内に入力されない場合は、操舵操作が終了或いは中止とみなして、ステップＳ７の処理を行う。
【００５３】
操舵角検出器５５から操舵角度の情報が所定の時間内に送出されている場合は、ステップＳ４において、前フレーム３と後フレーム９とがハンドル５４の操舵角に対応する屈曲角（換向角）θとなる各電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDを、制御装置５０において演算する。上述した如く、各電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDは、操舵角に対応する屈曲角θとなる各電動モータＭA〜ＭDの回転数の比を演算し、この回転数の比にそのときの回転数を乗じて算出される。そして、ステップＳ５において、インバータへ制御信号を送出して各電動モータＭA〜ＭDを、それぞれ、算出された回転数ＮA〜ＮDで回転させる。
【００５４】
また、ステップＳ３において操舵角検出器５５から操舵角度の情報が所定の時間内に入力されていると判断されれば、ステップＳ４に併行して、ステップＳ１１において、ハンドル５４の操舵角に対応するステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮量を演算する。そして、ステップＳ１２において、制御弁駆動用アクチュエータ５７に演算結果に対応する制御信号を送出し、方向制御弁６２をハンドル５４の回転方向に対応する位置に切り換えると共に、方向制御弁６２から油路７１または７２に流出される圧油の流量を調整する。
【００５５】
上述した如く、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを伸縮する速度は、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によって屈曲される車体１の屈曲の速度に先行しない。換言すれば、車体１の屈曲は、電動モータＭA〜ＭDに駆動される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの回転数の差によってなされる動作が先行する。つまり、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮は、前フレーム３と後フレーム９の屈曲に追随する速度でなされる。ステップＳ１１おける制御装置５０の演算は、このような条件に適合するように行われる。
【００５６】
なお、図９では、ステップＳ４とステップＳ１１とを併行に処理するように示されているが、これは説明の都合上であって、実際には、ステップＳ４とステップＳ１１とはシリアルに処理される。その場合、どちらのステップが先行しても差し支えない。
【００５７】
ステップＳ５およびステップＳ１２の処理に引き続いて、ステップＳ６において、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDに達したか否かが判断される。すなわち、制御装置５０において、回転数検出器５６Ａ〜５６Ｄから送出される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの実際の回転数と、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDとが対比される。輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの実際の回転数が、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDに達していない場合には、ステップＳ３に戻り、引き続き、各電動モータＭA〜ＭDを駆動する。前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDに達したと判断された場合は、ステップＳ７の処理を行う。
【００５８】
ステップＳ７は、前フレーム３と後フレーム９との屈曲角θが、図７に図示されるように、ハンドル５４の操舵操作角度に対応する屈曲角θに達し、図８に図示されるように、その屈曲角θに対応した半径の軌道上を旋回する走行に移行する状態である。従って、ステップＳ７においては、制御装置５０において、ハンドル５４の操舵角度に対応する内外輪回転差が付く各電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDの比を演算し、その演算結果にそのときの回転数を乗じて各電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDを算出する。そして、ステップＳ８において、算出されたＮA〜ＮDで各電動モータＭA〜ＭDを回転させる。
【００５９】
この後は、ステップＳ９において、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、回転数ＮA〜ＮDに達したか否かが判断される。この場合においても、ステップＳ６における処理と同様に、制御装置５０において、回転数検出器５６Ａ〜５６Ｄから送出される前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄの実際の回転数と、演算によって算出された回転数ＮA〜ＮDとが対比される。前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、回転数ＮA〜ＮDに達していない場合には、ステップＳ３に戻り、引き続き、各電動モータＭA〜ＭDを駆動する。前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、回転数ＮA〜ＮDに達したと判断された場合は、ステップＳ２に戻る。
【００６０】
ステップＳ９において、前輪５Ａ、５Ｂおよび後輪５Ｃ、５Ｄが、それぞれ、回転数ＮA〜ＮDに達したと判断された状態は、図８に図示されるように、ホイールローダ１００がハンドル５４の操作に対応した半径の軌道上を旋回走行している状態である。ステップＳ２〜ステップＳ９が繰り返されることにより、ホイールローダ１００は、任意に方向を変えながら走行をすることができる。
【００６１】
本発明の実施形態として示すハイブリッドホイールローダ１００によれば、以下に示す効果を奏する。
（１）車体１の換向は、前輪５Ａ、５Ｂ、後輪５Ｃ、５Ｄの各動輪に対応して装着した走行用電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDを制御して行われる。このため、車体の換向を油圧シリンダで行う場合に必要とされる大きな油圧装置は不要となりホイールローダのサイズを小型化することができる。また、消費電力が小さくなり、環境に対しても望ましいものとなる。
（２）上記（１）に記載した通り、車体１の換向は、走行用電動モータＭA〜ＭDの回転数ＮA〜ＮDを制御して行われるため、極めて高速に遂行される。従来の油圧駆動のみによる換向では油圧操作弁のスプールの応答遅れが蓄積されることにより、ハンドルに設けられた回転角度の目安とするためのノブの位置にズレ（ノブズレ）が生じ、ハンドル操作に支障が生じることがあるが、本発明の実施形態では、このようなノブズレを防止することが可能となる。
（３）加えて、車体の換向を行う際の換向動作の速度は、走行速度に関連付けてプログラミングにより調整をすることが可能となる。このため、高速走行時においても、緩やかに換向するように速度指令値を抑えた制御とすることができ、ホイールローダの横転を防ぐようにすることが容易となる。
【００６２】
（４）電動モータＭA〜ＭDの回転数制御による換向操作とは別に前フレーム３および後フレーム９の間に、換向のサポートとしてステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを設けた。このため、走行中に前輪５Ａ、５Ｂ、後輪５Ｃ、５Ｄに外力が作用しても、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒによって車体１の滑り等を防止または緩和することができる。
（５）上記（４）に記載した如く、本発明のホイールローダにおける実施形態では、換向用としてのステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを備えている。このため、万が一、走行用電動モータＭA〜ＭDの制御に異常が生じたとしても、車体１の換向は完遂される。よって、従来技術では得ることができない、高い信頼性と安全性を得ることができる。
【００６３】
（６）ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒのボトム室およびロッド室に対してステアリング油圧ポンプ６１からの圧油を給、排する油路７１、７２とタンク６６との間にアンチボイド付リリーフバルブ６３、６４を介装した。このため、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒの伸縮が前フレーム３および後フレーム９の屈曲に追随する構造であっても、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒが負圧になった場合には、直ちに、シリンダのチューブ内に戻り油を充足することが可能となる。
【００６４】
本発明に係るホイールローダの一実施形態として示したハイブリッドホイールローダは以下のように変形しまたは適用を図ることができる。
（１）上記実施形態では、信頼性を確保するために、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを備えたホイールローダとした。しかし、必ずしも、ステアリング油圧シリンダ２２Ｌおよび２２Ｒを備える必要はない。
（２）作業装置をバケットとしたが、除雪装置等、他の作業装置を装備することができる。
（３）ホイールローダをハイブリッド式で説明したが、全電動式とすることも可能である。
（４）前輪および後輪をそれぞれ左右一対としたが、いずれか、または両方を複数対とすることも可能であり、車体が屈曲するホイールローダのすべてに適用することができる。
（５）車体１を換向する際の屈曲角θの制御を、前輪５Ａ、５Ｂと後輪５Ｃ、５Ｄの回転数に基づいて行う方法に代えて、前フレーム３と後フレーム９の屈曲角θを検出する検出器を装着し、屈曲角θの検出信号に基づいて行うようにしてもよい。
【００６５】
その他、本発明に係るホイールローダは、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、前フレームと後フレームとが連結部において操舵可能に連結された車体と、連結部を挟んで、前フレームに取り付けられた少なくとも一対の前輪および後フレームに取り付けられた少なくとも一対の後輪と、一対の前輪を駆動する一対の前輪用電動モータおよび一対の後輪を駆動する一対の後輪用電動モータと、操操舵操作を行っている間は、前記前フレームと前記後フレームとが前記結合部を中心として相互に逆方向に回動するように、一対の前輪用電動モータと一対の後輪用電動モータを、内輪側同士における速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆で、かつ、操舵角度に対応する速度差で駆動して車体を屈曲する換向制御手段と、操舵操作が終了したと判断されると、前記一対の前輪用電動モータおよび前記一対の後輪用電動モータを、それぞれ、外輪側と内輪側とに、操舵角度に対応する内外輪の速度差が付くように駆動する旋回走行制御手段と、を備えるものであればよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 車体
２ 前部車体
３ 前フレーム
４ 前車軸
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ 前輪
７ 後部車体
８ 駆動源
８Ａ エンジン
８Ｂ 電動／発電機
９ 後フレーム
１０ 後車軸
１５ プロペラシャフト
１９ 連結軸
２２Ｌ、２２Ｒ ステアリング油圧シリンダ
３２Ｂ、３２Ｆ デファレンシャル装置
５０ 制御装置
５１ 電源制御部
５４ ハンドル
５５ 操舵角検出器
５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ 回転数検出器
６３、６４ アンチボイド付リリーフバルブ（アンチボイドバルブ）
ＭA、ＭB、ＭC、ＭD 電動モータ
ＮA、ＮB、ＮC、ＮD 電動モータ（前輪、後輪）の回転数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前フレームと後フレームとが連結部において操舵可能に連結された車体と、
前記連結部を挟んで、前記前フレームに取り付けられた少なくとも一対の前輪および前記後フレームに取り付けられた少なくとも一対の後輪と、
前記一対の前輪を駆動する一対の前輪用電動モータおよび前記一対の後輪を駆動する一対の後輪用電動モータと、
操舵操作を行っている間は、前記前フレームと前記後フレームとが前記結合部を中心として相互に逆方向に回動するように、前記一対の前輪用電動モータと前記一対の後輪用電動モータを、内輪側同士における速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆で、かつ、操舵角度に対応する速度差で駆動して前記車体を屈曲する換向制御手段と、
操舵操作が終了したと判断されると、前記一対の前輪用電動モータおよび前記一対の後輪用電動モータを、それぞれ、外輪側と内輪側とに、操舵角度に対応する内外輪の速度差が付くように駆動する旋回走行制御手段と、
を備えることを特徴とするホイールローダ。
【請求項２】
請求項１に記載のホイールローダにおいて、さらに、それぞれ、前記前フレームと前記後フレームとに連結され、操舵操作に連動する伸縮動作により前記車体を屈曲する一対のステアリング油圧シリンダを有するホイールローダ。
【請求項３】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、前記一対のステアリング油圧シリンダは、前記換向制御手段により駆動される前記電動モータの速度差によって屈曲される前記車体の換向動作に追随して伸縮動作することを特徴とするホイールローダ。
【請求項４】
請求項３に記載のホイールローダにおいて、さらに、前記一対のステアリング油圧シリンダの各々のボトム室およびロッド室に接続されたアンチボイドバルブを有することを特徴とするホイールローダ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のホイールローダにおいて、前記連結部は、前記一対の前輪が取り付けられた前車軸と前記一対の後輪が取り付けられた後車軸との距離が等しい中間位置に位置していることを特徴とするホイールローダ。
【請求項１】
前フレームと後フレームとが連結部において操舵可能に連結された車体と、
前記連結部を挟んで、前記前フレームに取り付けられた少なくとも一対の前輪および前記後フレームに取り付けられた少なくとも一対の後輪と、
前記一対の前輪を駆動する一対の前輪用電動モータおよび前記一対の後輪を駆動する一対の後輪用電動モータと、
操舵操作を行っている間は、前記前フレームと前記後フレームとが前記結合部を中心として相互に逆方向に回動するように、前記一対の前輪用電動モータと前記一対の後輪用電動モータを、内輪側同士における速度の大小関係と外輪側同士の速度の大小関係が逆で、かつ、操舵角度に対応する速度差で駆動して前記車体を屈曲する換向制御手段と、
操舵操作が終了したと判断されると、前記一対の前輪用電動モータおよび前記一対の後輪用電動モータを、それぞれ、外輪側と内輪側とに、操舵角度に対応する内外輪の速度差が付くように駆動する旋回走行制御手段と、
を備えることを特徴とするホイールローダ。
【請求項２】
請求項１に記載のホイールローダにおいて、さらに、それぞれ、前記前フレームと前記後フレームとに連結され、操舵操作に連動する伸縮動作により前記車体を屈曲する一対のステアリング油圧シリンダを有するホイールローダ。
【請求項３】
請求項２に記載のホイールローダにおいて、前記一対のステアリング油圧シリンダは、前記換向制御手段により駆動される前記電動モータの速度差によって屈曲される前記車体の換向動作に追随して伸縮動作することを特徴とするホイールローダ。
【請求項４】
請求項３に記載のホイールローダにおいて、さらに、前記一対のステアリング油圧シリンダの各々のボトム室およびロッド室に接続されたアンチボイドバルブを有することを特徴とするホイールローダ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のホイールローダにおいて、前記連結部は、前記一対の前輪が取り付けられた前車軸と前記一対の後輪が取り付けられた後車軸との距離が等しい中間位置に位置していることを特徴とするホイールローダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２４５９８８（Ｐ２０１１−２４５９８８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１３９０（Ｐ２０１０−１２１３９０）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
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