JP7002634B2

JP7002634B2 - 作業車両

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Publication number: JP7002634B2
Application number: JP2020507189A
Authority: JP
Inventors: 翔太藤吉; 一雄石田; 章禄川原
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: US20210009116A1; JPWO2019180843A1; WO2019180843A1; EP3748090A4; EP3748090A1; CN111788360A

Description

本発明は、ホイールローダ等の作業車両に関し、特に、障害物との衝突被害を軽減する自動ブレーキ機能を備えた作業車両に関する。

作業車両の一例であるホイールローダは、後部車体の前側に前部車体が左右方向へ揺動可能に連結され、前部車体にはリフトアームやバケット等からなるフロント作業機が取り付けられている。また、後部車体の前部には運転室が設けられており、後部車体の後部にはエンジン室やカウンタウェイトが設けられている。運転室の内部には作業機レバーやアクセルペダル等が配設されており、運転室に搭乗したオペレータが作業機レバーやアクセルペダルを操作することにより、フロント作業機を動作させて掘削や積み込み等の各種作業を行うようになっている。

近年、作業車両の周囲で作業している作業者の安全を確保するための運転支援システムが要望されており、特許文献１には、作業車両と作業者とが近づいたことを車体に搭載した障害物検出センサが検出すると、ネガティブブレーキの作動によって車体を緊急停止させるようにしたタイヤローラが開示されている。

特開２０１６－１５３５５８号公報

特許文献１にはタイヤローラ以外の適用例としてホイールローダが挙げられているため、特許文献１に記載された技術をホイールローダに適用すれば、ホイールローダと作業者とが近づいた場合に、自動ブレーキを作動させて車体を緊急停止することは可能である。しかし、ホイールローダのようなフロント作業機を有する作業車両では、フロント作業機を上げた状態や積荷状態で走行する作業が想定されるため、このような状態で自動ブレーキが作動すると、車体姿勢が不安定になってしまうという問題が発生する。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、車体姿勢が不安定になることを防ぎつつ、障害物との衝突被害を軽減することができる作業車両を提供することにある。

上記の目的を達成するために、代表的な本発明は、車体と、前記車体の速度段を変更する速度段スイッチと、前記車体の前部に設けられたフロント作業機と、前記車体に自動で制動をかける自動ブレーキ装置と、前記車体の車速を検出する車速センサと、前記フロント作業機の高さを検出する姿勢検出センサと、前記車体の周囲に存在する障害物を検出する障害物検出センサと、前記障害物検出センサからの検出信号に基づいて前記自動ブレーキ装置の作動を制御するコントローラと、を備えた作業車両において、前記コントローラは、前記姿勢検出センサから検出された前記フロント作業機の高さが所定高さより小さく、前記車速センサにて検出された車速が所定車速より小さいときで、かつ、前記障害物検出センサにて障害物を検出した場合に、前記自動ブレーキ装置の制動力を通常ブレーキ制動力とし、前記姿勢検出センサから検出された前記フロント作業機の高さが所定高さ以上、もしくは、前記車速センサにて検出された車速が所定車速以上で、かつ、前記障害物検出センサにて障害物を検出した場合に、前記自動ブレーキ装置の制動力を第１ブレーキ制動力とし、前記第１ブレーキ制動力の最大値は、前記通常ブレーキ制動力の最大値よりも小さいことを特徴とする。

本発明に係る作業車両よれば、車体姿勢が不安定になることを防ぎつつ、障害物との衝突被害を軽減することができる。なお、前述した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るホイールローダの側面図である。ホイールローダの油圧回路及び電気回路を示す構成図である。速度段毎の車速と駆動力との関係を示す説明図である。アクセルペダルの踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示す説明図である。メインコントローラとブレーキコントローラのブロック図である。自動ブレーキ装置における制動力と時間の関係を示す説明図である。第１実施例に係るブレーキコントローラの処理手順を示すフローチャートである。第２実施例に係るブレーキコントローラの処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図１～図８を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る作業車両の一例であるホイールローダ１００の側面図である。ホイールローダ１００は、前フレーム１１０及び後フレーム１２０で構成される車体と、車体の前部に設けられたフロント作業機１０１と、を備えている。前フレーム１１０と後フレーム１２０とは、センタピン１０２によって互いに回動自在に連結されており、不図示のステアリングシリンダの伸縮により後フレーム１２０に対し前フレーム１１０が左右に屈折する。

前フレーム１１０には、左右一対のタイヤ６Ｆ、及びフロント作業機１０１が設けられている。後フレーム１２０には、左右一対のタイヤ６Ｂ、オペレータが搭乗する運転室１２１、エンジン（後述する）等が搭載されたエンジン室１２２、及び車体のバランスを保つためのカウンタウェイト１２４が設けられている。フロント作業機１０１は、アーム１１１、バケット１１２、アームシリンダ１１５、バケットシリンダ１１６等を有している。アーム１１１はアームシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット１１２はバケットシリンダ１１６の駆動により上下方向に回動（クラウドまたはダンプ）する。

図２は、ホイールローダの油圧回路及び電気回路を示す構成図である。図３は、速度段毎の車速と駆動力との関係を示す説明図である。図４は、アクセルペダルの踏込量と目標エンジン回転速度との関係を示す説明図である。

本実施形態に係るホイールローダ１００は、トルクコンバータ式の走行駆動システムによって車体の走行が制御されており、図２に示すように、エンジン１と、入力軸がエンジン１の出力軸に連結されたトルクコンバータ２（以下、トルコンと呼ぶ）と、トルコン２の出力軸に連結されたトランスミッション３と、エンジン１等の各機器を制御するメインコントローラ１０と、を備えている。

トルコン２は、周知のインペラ，タービン，ステータからなる流体クラッチであり、エンジン１の回転はトルコン２を介してトランスミッション３に伝達される。トランスミッション３は、その速度段を１速～４速に変速する液圧クラッチを有し、トルコン２の出力軸の回転はトランスミッション３で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト４、アクスル５を介してタイヤ６Ｆ，６Ｂに伝達され、ホイールローダ１００が走行する。

トランスミッション３は、最高車速を図３に示すような１～４速度段に対応した複数のソレノイド弁を有する変速機であり、トルコン２の出力軸の回転を変速する。１～４速度段の選択は、運転室１２１に設けられた速度段スイッチ８により行われる。

オペレータが速度段スイッチ８で所望の速度段を選択すると、選択された速度段に係る速度段信号が速度段スイッチ８からメインコントローラ１０に出力される。そして、メインコントローラ１０は当該速度段信号をトランスミッション制御部９に出力し、当該速度段信号にしたがってトランスミッション３の複数のソレノイド弁がそれぞれ駆動する。

図３に示すように、１速度段では最高車速がＳ１に、２速度段では最高車速がＳ２に、３速度段では最高車速がＳ３に、４速度段では最高車速がＳ４に、それぞれ設定されている。なお、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の間の大小関係は、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４である。図３では、１速度段を実線で、２速度段を破線で、３速度段を一点鎖線で、４速度段を二点鎖線で、それぞれ示している。

本実施形態では、「１速度段」は、ホイールローダ１００の掘削作業時に選択される速度段である。「２速度段」は、積込作業においてホイールローダ１００が不図示のダンプトラックに向かって走行する場合、すなわちライズラン操作時に選択される低速度段に相当し、最高車速は例えば９～１５ｋｍ／時に設定されている。「３速度段」及び「４速度段」は、ホイールローダ１００が搬送路を走行するとき等に選択される速度段である。

ホイールローダ１００の進行方向、すなわち前進又は後進の選択は、運転室１２１に設けられた前後進切換スイッチ１１によって行う。具体的には、オペレータが前後進切換スイッチ１１で前進の位置に切り換えると、前進を示す前後進切換信号がメインコントローラ１０に出力され、メインコントローラ１０はトランスミッション３の前進クラッチを係状態とするための指令信号をトランスミッション制御部９に出力する。トランスミッション制御部９が前進に係る指令信号を受信すると、トランスミッション制御部９に設けられたクラッチ制御弁が作動して前進クラッチが係合状態となり、車体の進行方向が前進に切り換わる。車体の後進についても、同様の仕組みによって切り換わる。

トルクコンバータ式の走行駆動システムでは、まず、運転室１２１に設けられたアクセルペダル１２をオペレータが踏み込むとエンジン１が回転し、エンジン１の回転に伴ってトルコン２の入力軸が回転する。そして、設定されたトルコン速度比にしたがってトルコン２の出力軸が回転し、前述したように、トルコン２からの出力トルクがトランスミッション３、プロペラシャフト４、及びアクスル５を介してタイヤ６Ｆ，６Ｂに伝達され、ホイールローダ１００が走行する。

具体的には、アクセル踏込量検出器１３によって検出されたアクセルペダル１２の踏込量がメインコントローラ１０に入力され、メインコントローラ１０からエンジン制御部７へ目標エンジン回転速度が指令信号として出力される。エンジン制御部７が目標エンジン回転速度に係る指令信号を受信すると、エンジン１は、この目標エンジン回転速度にしたがって回転数が制御される。図２に示すように、エンジン１の回転速度は、エンジン１の出力軸側に設けられたエンジン回転速度センサ１４で検出する。

図４に示すように、アクセルペダル１２の踏込量と目標エンジン回転速度とは比例関係にあり、アクセルペダル１２の踏込量が大きくなると目標エンジン回転速度は速くなる。これにより、トルコン２の出力軸の回転速度が上昇して車速が上昇する。図２に示すように、車速は、プロペラシャフト４の回転速度として車速センサ１５で検出する。

なお、図４において、アクセルペダル１２の踏込量０％～２０あるいは３０％の範囲では、目標エンジン回転速度は、アクセルペダル１２の踏込量にかかわらず最低目標エンジン回転速度Ｖｍｉｎで一定となっている。また、アクセルペダル１２の踏込量７０あるいは８０％～１００％の範囲では、目標エンジン回転速度は、アクセルペダル１２の踏込量にかかわらず最高目標エンジン回転速度Ｖｍａｘで一定となっている。

このように、アクセルペダル１２の踏込量と目標エンジン回転速度との関係において、アクセルペダル１２の踏込量が少ない所定の領域では、目標エンジン回転速度が最低目標エンジン回転速度Ｖｍｉｎに維持されるように、アクセルペダル１２の踏込量が多い所定の領域では、目標エンジン回転速度が最高目標エンジン回転速度Ｖｍａｘに維持されるように、それぞれ設定されている。なお、これらの設定は、任意に変更可能である。

プロペラシャフト４の駆動力は、不図示のデファレンシャル装置を介してアクスル５に伝達される。デファレンシャル装置は、プロペラシャフト４の駆動力をアクスル５に伝達するための歯車群と、アクスル５に取り付けられた湿式多板式のディスクブレーキ（ブレーキ装置）５０とを備えている。歯車群はデフボディに収容され、ディスクブレーキ５０はブレーキケースに収容されている。デフボディとブレーキケースとは連続的に接続され、一体のケースとなっており、ケース内部には歯車群およびディスクブレーキ５０を冷却するブレーキ冷却油が収容されている。

ディスクブレーキ５０は、ブレーキバルブ２０を介して作動油が供給されると、作動油の圧力に応じた制動力を発生させる。ブレーキバルブ２０は、作動油の油圧源２１から供給される圧油をばね２０ａの圧縮力に応じた圧力に減圧する減圧弁である。運転室１２１内に設けられたブレーキペダル２２がオペレータによって踏み込まれて、ブレーキペダル２２の踏み込み力に応じてばね２０ａが圧縮されると、ブレーキバルブ２０は、油圧源２１から供給される圧油をブレーキペダル２２の踏み込み力に応じた圧力となるように減圧する。ブレーキバルブ２０は、ばね２０ａの圧縮力が高くなるほど、すなわちブレーキペダル２２の踏み込み力が大きくなるほど、高い圧力の作動油をディスクブレーキ５０に供給するように、作動油の圧力を減圧する。

ブレーキバルブ２０は管路２３ａに設けられており、この管路２３ａと並列接続された管路２３ｂには、自動ブレーキ装置の構成部材である電磁切換弁２４と電磁比例弁２５が設けられている。管路２３ａと管路２３ｂはシャトル弁２６の２つの入力ポートにそれぞれ接続されており、シャトル弁２６の出力ポートはディスクブレーキ５０に接続されている。シャトル弁２６は、管路２３ａと管路２３ｂの圧力のうち高い方の圧力を選択する。

電磁切換弁２４は、ブレーキコントローラ２７からの切換信号によりオン／オフの２位置に切換え動作され、管路２３ｂを開閉して油圧源２１から供給される圧油の流れを制御する。具体的には、自動ブレーキ切換スイッチ２８がオフの場合（自動ブレーキ装置の非作動時）に、電磁切換弁２４は閉位置にあって管路２３ｂを遮断し、自動ブレーキ切換スイッチ２８がオンの場合（自動ブレーキ装置の作動時）に、電磁切換弁２４は開位置に切換えられて管路２３ｂを開放する。電磁比例弁２５は、ブレーキコントローラ２７からのブレーキ作動指令である制御電流（例えば４～２０ｍＡ）に応じた開度で作動され、管路２３ｂを流れる圧油の流量を制御電流の電流値に応じて連続的に制御する。

メインコントローラ１０とブレーキコントローラ２７は本発明のコントローラを構成するものであり、ブレーキコントローラ２７には、自動ブレーキ切換スイッチ２８が接続されている。オペレータが自動ブレーキ切換スイッチ２８をオン位置に操作すると、ブレーキコントローラ２７は自動ブレーキ装置を停止状態から稼働状態（スタンバイ状態）に切換える。なお、自動ブレーキ装置の作動については、後ほど詳細に説明する。

ブレーキコントローラ２７には、障害物検出センサ２９と、表示装置３０と、警報装置３１とがそれぞれ接続されている。障害物検出センサ２９は、車体後部の所定位置、例えば、カウンタウェイト１２４の近傍に設置されたステレオカメラであり、ステレオカメラの代わりに単眼カメラ、ミリ波レーダやレーザ光（三次元レーザ）等を用いることも可能である。障害物検出センサ２９は、車体の後方に存在する障害物の有無を検出するセンサであり、障害物とは、他の作業車両、作業現場に出入りする作業員や関係者、作業現場の構造物等である。

表示装置３０は運転室１２１に設置されたモニタであり、表示装置３０の表示画面には自動ブレーキ装置の稼働状態やエンジンの回転数、車速等が表示される。警報装置３１は、運転室１２１に設置されたスピーカやブザーであり、車体と障害物との相対距離が近い場合や自動ブレーキ装置の作動時に警告音を発してオペレータに注意喚起する。

また、ホイールローダ１００は、図２に示すように、エンジン１により駆動され、フロント作業機１０１に作動油を供給する油圧ポンプ３２と、当該作動油を貯蔵する作動油タンク３３と、アーム１１１を操作するためのアーム操作レバー３４と、バケット１１２を操作するためのバケット操作レバー３５と、油圧ポンプ３２からアームシリンダ１１５及びバケットシリンダ１１６にそれぞれ供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ（方向制御弁）３６と、を備えている。

オペレータが、例えばアーム１１１を上げる方向にアーム操作レバー３４を操作すると、その操作量に応じたパイロット圧が生成される。そして、生成されたパイロット圧はコントロールバルブ３６に作用し、コントロールバルブ３６内のスプールが当該パイロット圧に応じてストロークする。油圧ポンプ３２から吐出された作動油はコントロールバルブ３６を介してアームシリンダ１１５に流入し、これによりアームシリンダ１１５のロッドが伸長する。

バケット１１２の操作についても、アーム１１１の操作と同様に、バケット操作レバー３５の操作量に応じて生成されたパイロット圧がコントロールバルブ３６に作用することによってコントロールバルブ３６のスプールの開口面積が制御され、バケットシリンダ１１６へ流出入する作動油量が調整される。

メインコントローラ１０には、前述した速度段スイッチ８と、前後進切換スイッチ１１と、アクセル踏込量検出器１３と、エンジン回転速度センサ１４と、車速センサ１５の他に、角度センサ３７と、操舵角センサ３８が接続されている。角度センサ３７は、フロント作業機１０１の姿勢（高さ）を検出する姿勢検出センサであり、アーム１１１の基端側（バケット１１２と反対側の端部）に設けられている。操舵角センサ３８は、運転室１２１に設けられた不図示のステアリングの操舵角を検出するものであり、ステアリングの操舵角に応じてホイールローダ１００の進行方向が変化する。

次に、メインコントローラ１０とブレーキコントローラ２７の構成及び機能について、図５～図８を参照して説明する。

図５は、メインコントローラ１０およびブレーキコントローラ２７が有する機能を示すブロック図である。図６は、自動ブレーキ装置における制動力と時間の関係を示す説明図である。図７は、第１実施例に係るブレーキコントローラ２７の処理手順を示すフローチャートである。図８は、第２実施例に係るブレーキコントローラ２７の処理内容を示すフローチャートである。メインコントローラ１０およびブレーキコントローラ２７は、それぞれハード構成として、ＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路等を有する演算処理装置を含んで構成される。

図５に示すように、メインコントローラ１０は、入力部４０と、演算部４１と、出力部４２と、を有する。メインコントローラ１０による各種処理は、ＨＤＤ等の記憶装置などに記憶されたプログラムを、図示しないＣＰＵがメモリにロードして実行することにより実現される。

入力部４０は、前後進切換スイッチ１１から出力される車体の進行方向と、車速センサ１５から出力される車速と、角度センサ（姿勢検出センサ）３７から出力されるフロント作業機１０１の高さと、操舵角センサ３８から出力されるステアリング角度とに関するデータをそれぞれ取得する。

演算部４１は、車体の進行方向が後進の場合に、上記各センサ１５，３７，３８の検出データに基づいて、車体の車速ｖと、フロント作業機１０１の高さｈと、ステアリング角度θとを計算する。出力部４２は、演算部４１で求められた車体の車速ｖと、フロント作業機１０１の高さｈと、ステアリング角度θとをブレーキコントローラ２７に出力する。

ブレーキコントローラ２７は、判定部４３と、記憶部４４と、指令信号出力部４５と、を有する。ブレーキコントローラ２７による各種処理は、ＨＤＤ等の記憶装置などに記憶されたプログラムを、図示しないＣＰＵがメモリにロードして実行することにより実現される。

判定部４３は、自動ブレーキ切換スイッチ２８から出力される自動ブレーキ装置の作動状態と、障害物検出センサ２９から出力される車体と障害物との距離に関するデータをそれぞれ取得し、自動ブレーキ装置の稼働状態で障害物の存在があった場合に、メインコントローラ１０の出力部４２から出力される車体の車速ｖと、フロント作業機１０１の高さｈと、ステアリング角度θとに基づいてブレーキの制動制御モードの判定を行う。

本実施形態において、ブレーキの制動制御モードは、車速ｖと作業機高さｈ及びステアリング角度θの各要素によって２つ設定してある。1つ目の制動制御モードは、フロント作業機１０１を含めた車両姿勢が走行姿勢に近く、急制動を行っても車両姿勢に影響が少ない急制動制御モードＱである。２つ目の制動制御モードは、フロント作業機１０１を含めた車両姿勢が走行姿勢に比べてやや不安定であり、急制動を行うと車両姿勢が不安定になる虞がある第１制限制動制御モードＱ１である。

記憶部４４には、上記した急制動制御モードＱと第１制限制動制御モードＱ１における、制動力と時間の関係を示すテーブルが記憶されており、判定部４３は、それぞれの制動制御モードＱ，Ｑ１に対応する指令信号を指令信号出力部４５に出力する。また、記憶部４４には、後述する警報閾値とブレーキ作動閾値とが急制動制御モードＱと第１制限制動制御モードＱ１とに予め対応付けて記憶されている。

図６は、急制動制御モードＱと第１制限制動制御モードＱ１における制動力と時間の関係を示す説明図である。図６に示すように、急制動を行っても車両姿勢に影響が少ない急制動制御モードＱでは、通常のブレーキ制動力がかけられるように、自動ブレーキ装置の作動後にすぐに最大制動力となるように急制動を行う。また、急制動を行うと車両姿勢が不安定になる虞がある第１制限制動制御モードＱ１では、制動力が制限された第１ブレーキ制動力がかけられるように、自動ブレーキ装置の作動後に制動力が徐々に高まるように緩やかな制動を行う。

なお、図６に示すＦ０は自動ブレーキによる通常ブレーキ制動力の最大値であり、自動ブレーキを作動させてから時間Ｔ０で最大の制動力となる。また、Ｆ１は自動ブレーキを通常ブレーキ制動力に比べて制限された第１ブレーキ制動力の最大値であり、自動ブレーキを作動させてから時間Ｔ１で最大の制動力となる。自動ブレーキを作動させてから時間Ｔ１までの間において、通常ブレーキ制動力及び第１ブレーキ制動力はともに時間の経過と共に比例する関係に設定され、同じ制動力の値に設定してある。時間Ｔ１から時間Ｔ０までの間の通常ブレーキ制動力は上記した比例関係でさらに増加する関係に設定してある。ここで、Ｆ０は、自動ブレーキの作動により障害物に衝突するのを避けるために予め設定されるもので、自動ブレーキを作動させた後の車体停止時における障害物と車体との間の距離に余裕値を考慮した最大の制動力であり、Ｆ１は、Ｆ０に比べて制動力は制限されるものの障害物に衝突するのを避けるために予め設定された必要最小限の制動力である。

指令信号出力部４５は、判定部４３から指令信号を受け取ると、電磁切換弁２４に動作信号を出力すると共に、電磁比例弁２５に各制動制御モードＱ，Ｑ１に対応する制御信号を出力する。また、指令信号出力部４５は、判定部４３から指令信号を受け取ると、車体と障害物の距離が近いことをオペレータに注意喚起するために、表示装置３０の表示画面にアラーム表示を表示すると共に、警報装置３１を作動させて警告音を発生する。

次に、ブレーキコントローラ２７による制御処理について、図７と図８に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図７のＳ１～Ｓ９に示す処理は、例えばエンジン１のキースイッチがオンした場合に開始され、エンジン１のキースイッチがオフされるまでの間、所定の周期（例えば０．１秒毎）で繰り返し行われる。図８の処理についても同様に所定の周期で繰り返し行われる。

まず、図７に示す第１実施例では、処理が開始されると、入力部４０が、前後進切換スイッチ１１から出力される車体の進行方向と、車速センサ１５から出力される車速と、角度センサ（姿勢検出センサ）３７から出力されるフロント作業機１０１の高さに関するデータをそれぞれ取得する（ステップＳ１）。なお、第１実施例では操舵角センサ３８から出力されるステアリング角度に関するデータは使用されていない。

次いで、判定部４３は、自動ブレーキ切換スイッチ２８からの出力信号に基づいてオンが選択されているか否かを判定し（ステップＳ２）、自動ブレーキ切換スイッチ２８でオンが選択されている場合（ステップＳ２／Ｙｅｓ）、電磁切換弁２４を開位置に切り換えて、自動ブレーキ装置をスタンバイ状態で待機させると共に、表示装置３０の表示画面に自動ブレーキ装置が稼働状態にある旨を表示させる。なお、電磁切換弁２４は自動ブレーキ切換スイッチ２８がオンされている間、開位置に保持される。一方、自動ブレーキ切換スイッチ２８がオフの場合（ステップＳ２／Ｎｏ）、処理は終了する。

ステップＳ２で自動ブレーキ切換スイッチ２８がオンの場合、判定部４３は、障害物検出センサ２９からの検出信号に基づいて、後フレーム１２０の後方に存在する障害物の有無と、車体と障害物との相対距離についての情報を取得する（ステップＳ３）。具体的には、ステップＳ１で取得した前後進切換スイッチ１１の出力情報から、車体の後進が選択されている場合に、判定部４３は、障害物検出センサ２９を動作させて後フレーム１２０の後方に存在する障害物の有無を検出し、障害物を検出した場合には併せて車体と障害物との相対距離の情報も障害物検出センサ２９から取得する。

ステップＳ３において、障害物検出センサ２９が障害物を検出しない場合（ステップＳ３／Ｎｏ）、処理は終了する。この場合には、判定部４３から指令信号出力部４５に対して指令信号は出力されず、電磁比例弁２５は閉位置にあって管路２３ｂを遮断している。これによりシャトル弁２６は、ブレーキバルブ２０が設けられた管路２３ａの圧力を選択するため、オペレータのブレーキペダル２２の踏み込み量に応じて、ブレーキバルブ２０からディスクブレーキ５０に作動油が供給されて車両が減速する。

一方、ステップＳ３において、障害物検出センサ２９が障害物を検出した場合（ステップＳ３／Ｙｅｓ）、判定部４３は、メインコントローラ１０の出力部４２から出力された車体の車速ｖと、フロント作業機１０１の高さｈとに基づいてブレーキの制動制御モードの判定を行う。

具体的には、判定部４３は、フロント作業機１０１の高さｈが所定高さｈ１未満であるか否かを判定し（ステップＳ４）、フロント作業機１０１の姿勢が走行姿勢に近くてｈ＜ｈ１の場合（ステップＳ４／Ｙｅｓ）、車体の車速ｖが所定速度ｖ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ５）。

ここで、フロント作業機１０１高さの閾値である所定高さｈ１と、車速の閾値である所定速度ｖ１とは、ホイールローダ１００全体の重量バランスや安全性等を考慮して適宜設定することが好ましい。本実施例の場合、所定高さｈ１は、アーム１１１の姿勢が水平よりも前傾で運搬姿勢を超えない高さに設定してあり、所定速度ｖ１は、速度段スイッチ８が２速度段を選択しているときの最高車速（例えば９～１５ｋｍ／時）に設定してある。

ステップＳ５において車体の車速ｖが遅くてｖ＜ｖ１の場合（ステップＳ５／Ｙｅｓ）、判定部４３は、ブレーキの制動制御モードを急制動制御モードＱに設定する（ステップＳ６）。すなわち、フロント作業機１０１の高さが低く、かつ車速が遅い場合、急制動を行っても車両姿勢に影響が少ないため急制動制御モードＱに設定する。

一方、ステップＳ４でフロント作業機１０１の高さｈが所定高さｈ１以上（ｈ≧ｈ１）の場合（ステップＳ４／Ｎｏ）、もしくは、ステップＳ５で車速ｖが所定速度ｖ１以上（ｖ≧ｖ１）の場合（ステップＳ５／Ｎｏ）、判定部４３は、ブレーキの制動制御モードを第１制限制動制御モードＱ１に設定する（ステップＳ７）。すなわち、フロント作業機１０１の高さが高い場合、もしくは車速が速い場合、急制動を行うと車両姿勢が不安定になる虞があるため第１制限制動制御モードＱ１に設定する。

次いで、ステップＳ８に進み、判定部４３は、ステップＳ１で取得した車速ｖとステップＳ３で取得した車体と障害物との相対距離とに基づいて、警報処理を実行する。具体的には、判定部４３は、車体と障害物との相対距離がステップＳ６またはステップＳ７で設定された制動制御モードに対応する警報閾値を下回った場合に、指令信号出力部４５に警報指令を出力し、警報装置３１を介してオペレータに警報を発する。

ここで、警報閾値は、制動制御モード毎に異なる設定となっている。急制動制御モードＱでは、例えば警報閾値を「車速１０ｋｍ／時で障害物までの距離６ｍ」とし、車体と障害物との相対距離がこの閾値（６ｍ）を下回った場合に、警報装置３１から警報を発するようにする。一方、第１制限制動制御モードＱ１では、例えば警報閾値を「車速１０ｋｍ／時で障害物までの距離８ｍ」とし、車体と障害物との相対距離がこの閾値（８ｍ）を下回った場合に、警報装置３１から警報を発するようにする。こうして、第１制限制動制御モードＱ１の方が急制動制御モードＱよりも早めにオペレータに警報を発してブレーキ操作を促すようにしている。勿論、車体と障害物との相対距離が警報閾値を下回っていない場合には、警報を発することなくステップＳ９に進む。

次いで、ステップＳ９に進み、判定部４３は、ステップＳ１で取得した車速ｖとステップＳ３で取得した車体と障害物との相対距離とに基づいて、自動ブレーキ装置を作動させる処理を行う。自動ブレーキ装置を作動させるためのブレーキ作動閾値は、各制動制御モードに対して予め定められており、判定部４３は、車体と障害物との相対距離がブレーキ作動閾値を下回った場合に、ステップＳ６またはステップＳ７で設定された制動制御モードに応じて異なる特性で電磁比例弁２５を作動させる。

具体的に説明すると、急制動制御モードＱでは、例えばブレーキ作動の閾値を「車速１０ｋｍ／時で障害物までの距離２ｍ」とし、車体と障害物との相対距離がこの閾値（２ｍ）を下回った場合に、判定部４３は、指令信号出力部４５を介して、電磁比例弁２５に最大値の制御電流（例えば２０ｍＡ）を出力して電磁比例弁２５の開度を最大にし、急制動をかける。

これに対して第１制限制動制御モードＱ１では、ブレーキ作動の閾値を「車速１０ｋｍ／時で障害物までの距離４ｍ」とし、車体と障害物との相対距離がこの閾値（４ｍ）を下回った場合に、判定部４３は、指令信号出力部４５を介して、電磁比例弁２５に最大値の７０％程度の制御電流（例えば１４ｍＡ）を出力して電磁比例弁２５の開度を７０％程度とし、緩やかな制動をかける。そして、ステップＳ９の処理が行われると、今回の周期における一連の処理が終了となる。勿論、ステップＳ９において、車体と障害物との相対距離がブレーキ作動閾値を下回らない場合には、自動ブレーキを作動させることなく処理が終了する。

次に、図８を参照して第２実施例について説明するが、図７と重複する処理については説明を省略する。図８に示す第２実施例では、処理が開始されると、入力部４０が、前後進切換スイッチ１１から出力される車体の進行方向と、車速センサ１５から出力される車速と、角度センサ（姿勢検出センサ）３７から出力されるフロント作業機１０１の高さと、操舵角センサ３８から出力されるステアリング角度に関するデータをそれぞれ取得する（ステップＳ１）。

そして、第２実施例に係る処理の特徴は、ステップＳ３－１を設けた点にある。ステップＳ３－１では、ステアリング角度θが所定角度θ１未満か否かを判定し、ステアリング角度θが所定角度θ１以上と判断された場合（ステップＳ３－１でＮｏの場合）、判定部４３は、フロント作業機１０１の高さｈと車体の車速ｖとの値に拘わらず、ブレーキ制動制御モードを第１制限制動制御モードＱ１に設定している。ここで、所定角度θ１は、ホイールローダ１００全体の重量バランスや走行時の安全性等を考慮して適宜設定されるものであり、本実施例では例えば３０度程度に設定されている。なお、その後の処理は実施例１と同様である。

以上説明したように、本実施形態に係るホイールローダ１００では、車体の前部に設けられたフロント作業機１０１と、車体に自動で制動をかける自動ブレーキ装置（電磁切換弁２４及び電磁比例弁２５）と、車体の速度段を変更する速度段スイッチ８と、車体の車速を検出する車速センサ１５と、フロント作業機１０１の高さを検出する角度センサ３７（姿勢検出センサ）と、車体の周囲に存在する障害物を検出する障害物検出センサ２９と、障害物検出センサ２９からの検出信号に基づいて自動ブレーキ装置の作動を制御するコントローラ（メインコントローラ１０及びブレーキコントローラ２７）と、を備え、角度センサ３７から検出されたフロント作業機１０１の高さｈが所定高さｈ１以上、もしくは車速センサ１５にて検出された車速ｖが所定車速以上で、かつ、障害物検出センサ２９にて障害物を検出したら、コントローラが自動ブレーキ装置を制御して通常より弱い第１ブレーキ制動力で車体に制動をかけるようにしたので、車体姿勢が不安定になることを防ぎつつ、障害物との衝突被害を軽減することができる。

また、ブレーキの制動制御モードの判定要素として、図８に示す第２実施例のように、フロント作業機１０１の高さｈと車速ｖに加え、操舵角センサ３８で検出されるステアリング角度θの３つを用い、ステアリング角度θが所定角度以上、フロント作業機１０１の高さｈが所定高さｈ１以上、車速ｖが所定車速以上の条件のうち少なくとも1つの条件を満たした上で、障害物検出センサ２９にて障害物を検出した場合に、コントローラが自動ブレーキ装置を制御して通常より弱い第１ブレーキ制動力で車体に制動をかけるようにすると、不安定な作業姿勢でカーブ走行した場合でも、急制動による車両転倒を防止することができる。

ただし、制動制御モードの判定要素は、フロント作業機１０１の高さｈと車速ｖの２つ、あるいはフロント作業機１０１の高さｈと車速ｖとステアリング角度θの３つに限定されず、例えば、ステアリング角度θの代わりにバケット１１２の積載量を用い、フロント作業機１０１の高さｈと車速ｖと積載量の３つを基に制御モードを設定しても良い。

なお、上記した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

また、上記実施形態では、車体の後進時に障害物検出センサ２９が障害物のセンシングを行うようにしているが、障害物のセンシングを実行する期間は車体の後進時のみに限定されず、例えば、車体の前進時のみや前後進共にセンシングを行うようにしても良い。また、第１ブレーキ制動力よりさらに弱い第２ブレーキ制動力で自動ブレーキ装置を作動させる第２制限制動制御モードを設けておき、フロント作業機の高さ、車速、ステアリング角度など各種パラメータの条件次第で、第１制限制動制御モードよりさらにブレーキ制動に制限を掛けた第２制限制動制御モードにより自動ブレーキ装置を作動させる構成としても良い。

１エンジン
２トルクコンバータ（トルコン）
３トランスミッション
８速度段スイッチ
１０メインコントローラ（コントローラ）
１１前後進切換スイッチ
１２アクセルペダル
１３アクセル踏込量検出器
１４エンジン回転速度センサ
１５車速センサ
２０ブレーキバルブ
２１油圧源
２２ブレーキペダル
２３ａ，２３ｂ管路
２４電磁切換弁（自動ブレーキ装置）
２５電磁比例弁（自動ブレーキ装置）
２６シャトル弁
ブレーキコントローラ（コントローラ）
２８自動ブレーキ切換スイッチ
２９障害物検出センサ
３０表示装置
３１警報装置
３２油圧ポンプ
３４アーム操作レバー
３５バケット操作レバー
３６コントロールバルブ（方向制御弁）
３７角度センサ（姿勢検出センサ）
３８操舵角センサ
４０入力部
４１演算部
４２出力部
４３判定部
４４記憶部
４５指令信号出力部
５０ディスクブレーキ
１００ホイールローダ（作業車両）
１０１フロント作業機
１１０前フレーム（車体）
１１１アーム
１１２バケット
１１５アームシリンダ
１１６バケットシリンダ
１２０後フレーム（車体）
１２１運転室

Claims

車体と、前記車体の速度段を変更する速度段スイッチと、前記車体の前部に設けられたフロント作業機と、前記車体に自動で制動をかける自動ブレーキ装置と、前記車体の車速を検出する車速センサと、前記フロント作業機の高さを検出する姿勢検出センサと、前記車体の周囲に存在する障害物を検出する障害物検出センサと、前記障害物検出センサからの検出信号に基づいて前記自動ブレーキ装置の作動を制御するコントローラと、を備えた作業車両において、
前記コントローラは、
前記姿勢検出センサから検出された前記フロント作業機の高さが所定高さより小さく、前記車速センサにて検出された車速が所定車速より小さいときで、かつ、前記障害物検出センサにて障害物を検出した場合に、前記自動ブレーキ装置の制動力を通常ブレーキ制動力とし、
前記姿勢検出センサから検出された前記フロント作業機の高さが所定高さ以上、もしくは、前記車速センサにて検出された車速が所定車速以上で、かつ、前記障害物検出センサにて障害物を検出した場合に、前記自動ブレーキ装置の制動力を第１ブレーキ制動力とし、前記第１ブレーキ制動力の最大値は、前記通常ブレーキ制動力の最大値よりも小さいことを特徴とする作業車両。
請求項１に記載の作業車両において、
ステアリング角度を検出する操舵角センサをさらに備え、
前記コントローラは、
前記操舵角センサで検出されたステアリング角度が所定角度以上、前記フロント作業機の高さが前記所定高さ以上、前記車速が前記所定車速以上の条件のうち少なくとも１つの条件を満たした上で、前記障害物検出センサにて障害物を検出した場合に、前記自動ブレーキ装置の制動力を前記第１ブレーキ制動力にすることを特徴とする作業車両。
請求項１または２に記載の作業車両において、
前記コントローラは、前記自動ブレーキが作動してから所定時間まで、前記通常ブレーキ制動力と前記第１ブレーキ制動力とを時間とともに比例しかつ同じ制動力の値に設定し、前記第１ブレーキ制動力は前記所定時間で前記第１ブレーキ制動力の最大値にすることを特徴とする作業車両。