JP2006233843A - ハイブリッド駆動式のホイール系作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ホイール系作業車両としての操作性を保ちながら、エンジンを独立して制御することを可能とすることで更なる燃費低減を実現するハイブリッド駆動式のホイール系作業車両を提供する。
【解決手段】エンジン１、油圧ポンプ２、この油圧ポンプ２の吐出油により駆動され作業を行う油圧作業装置３，４、走行装置１０、バッテリ１３、エンジンにより駆動されバッテリに対して電力授受を行う発電機１１、バッテリ及び発電機の電力により駆動され走行装置１０を駆動する電動機８、バッテリ及び発電機の電力により駆動され、油圧ポンプ３，４を駆動する電動機７、アクセルペダル２１の操作に応じて電動機７，８の駆動を制御する第１制御手段２０ａ〜２０ｈ、アクセルペダル２１の操作とは独立して、バッテリの残量に応じて発電機及びエンジンを制御する第２制御手段２０ｊ〜２０ｉを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関と電気の二種類の異なる動力源を有するハイブリッド駆動式作業車両に係わり、特にホイールローダやホイールショベルなどのホイール系作業車両に関する。

従来、ホイールローダなどのホイール系作業車両は、掘削などを行う油圧作業装置とは別に、エンジン駆動力をトルクコンバータやＨＳＴ（Hydro-Static Transmission）と呼ばれる油圧閉回路等で直接伝達し走行を行う走行装置を備えている。油圧作業装置は油圧ポンプを備え、この油圧ポンプもエンジンで駆動され圧油を吐出する。アクセルペダルを操作するとエンジン回転数が制御され、ポンプ流量と走行駆動力の両方を制御することで、作業に必要な油圧作業装置におけるポンプ流量を確保しつつ、走行装置の駆動力制御を行っている。

特開平１１−１５８９３７号公報は、このようなホイール系作業車両において、走行装置を電動化し、エンジンにより発電して得られた電力により走行装置を駆動することで、エンジン回転数と走行装置を別々に制御できるようにしたものを開示している。

一方、ホイール系作業車両以外の作業車両にいおても電動化が検討されており、例えば
特開２００４−１９０８４５号公報には、油圧ショベル等のクローラ系建設機械において、エンジンに発電機を連結し、この発電機で生成した電力を蓄えるバッテリを設け、ブーム、アーム、バケット等の作業要素毎に電動機駆動の油圧ポンプを設け、発電機或いはバッテリの電力により各電動機を駆動するようにしたハイブリッド駆動システムが記載されている。

特開平１１−１５８９３７号公報 特開２００４−１９０８４５号公報

しかし、上記従来技術には次のような問題がある。

通常のホイールローダなどのホイール系作業車両では走行や作業の負荷が直接エンジンに加わるため、エンジンの最適運転や運動エネルギーの回収が困難であり、省エネや排ガス低減、低騒昔化には限界があった。

特開平１１−１５８９３７号公報に記載のものでは、エンジンにより油圧ポンプを直接駆動するため、作業に必要な油圧作業装置へのポンプ流量を確保するためには対応したエンジン回転数にする必要があり、最適な状態にエンジンを制御することができない。

特開２００４−１９０８４５号公報に記載のものでは、エンジン制御について不明であり、エンジンを常時駆動した場合は、特開平１１−１５８９３７号公報に記載のものと同様、最適な状態にエンジンを制御することができない。また、ホイールローダのようなホイール系作業車両では、アクセルペダルを操作して走行装置と油圧ポンプを同時に駆動することで走行しながら作業を行うことが可能であるが、油圧ショベル等のクローラ系建設機械のハイブリッド駆動システムであるため、ホイール系作業車両のようにアクセルペダルを操作して走行装置と油圧ポンプを同時に駆動する場合の操作性については配慮がなされていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ペダルの操作に応じて走行装置と油圧ポンプを同時に駆動するホイール系作業車両としての操作性を保ちながら、エンジンを独立して制御することを可能とすることで燃費低減を実現するハイブリッド駆動式のホイール系作業車両を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動され作業を行う油圧作業装置と、走行装置と、蓄電手段と、前記エンジンにより駆動され前記蓄電手段に対して電力授受を行う発電機と、前記蓄電手段及び発電機の電力により駆動され前記走行装置を駆動する第１電動機とを備え、ペダルを操作して前記走行装置と油圧ポンプを同時に駆動することで走行しながら作業を行うことを可能とするハイブリッド駆動式のホイール系作業車両において、前記蓄電手段及び発電機の電力により駆動され、前記油圧ポンプを駆動する第２電動機と、前記ペダルの操作に応じて前記第１及び第２電動機の駆動を制御する第１制御手段と、前記ペダルの操作とは独立して、前記蓄電手段の残量に応じて前記発電機及びエンジンを制御する第２制御手段とを有するものとする。

このように構成した本発明においては、ペダルの操作により第１及び第２電動機の両方を駆動するため、走行装置と油圧ポンプを同時に駆動し、走行しながら作業を行うことが可能となる。また、蓄電手段の残量に応じて発電機及びエンジンがペダルの操作とは独立して制御されるため、最適なエンジン制御が可能となる。これによりホイール系作業車両としての操作性を保ちながら燃費低減を実現することができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１制御手段は、前記ペダルが操作されていないとき、前記第１電動機は停止させ、前記第２電動機は停止させないものとする。

これにより走行停止中でも油圧作業装置の油圧ポンプは駆動し圧油を吐出するため、油圧作業装置の操作に素速く対応することができる。

（３）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、高速走行モードと低速走行モードを設定するモード設定手段を更に有し、前記第１制御手段は、前記低速走行モードが設定されているとき、前記ペダルの操作に応じて前記第１及び第２電動機の駆動を制御し、前記高速走行モードが設定されているときは、前記第１電動機を制御すると共に、前記油圧作業装置の駆動に最低限必要な回転数となるように前記第２電動機を制御する。

これにより作業を行わない高速走行モード時には、油圧ポンプを必要最低限の回転数で駆動するため、更にエネルギーの損失を抑えることができる。

本発明によれば、ペダルの操作に応じて作業用電動機及び走行用電動機を制御するとともに、ペダルの操作に独立して、バッテリ電圧に応じて発電機及びエンジンを制御するため、ホイール系作業車両としての操作性を保ちながら燃費低減を実現することができる。

また、車両が停止していても油圧ポンプ駆動用の電動機を停止させないようにするため、フロント作業装置、ステアリング装置やブレーキシリンダを含めた油圧作業装置の操作に素早く対応することができる。

また、高速走行モードが選択されたときには、油圧ポンプ用の電動機は、ペダルの状態に関わらず、最低限の油圧機器を駆動するのに必要な回転数に制限されるので、高速走行時の無駄なエネルギー損失を減少させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係わるハイブリッド駆動式作業車両のシステム構成を示す図である。

図１において、本実施の形態に係わるハイブリッド駆動式作業車両は、大きく分けて、エンジン部Ａと、電動油圧作業部Ｂと、電動走行部Ｃと、電力供給部Ｄと、操作制御部Ｅとから構成されている。

エンジン部Ａは、エンジン１と、エンジン回転数を制御する電子燃料噴射装置１ａを備えている。

電動油圧作業部Ｂは、メインの油圧を供給するローダポンプ（油圧ポンプ）２と、ステアリング装置３と、フロント作業装置４と、ステアリング装置３へ優先的に油圧を供給しながらフロント作業装置４への油圧の供給を可能にするプライオリティバルブ５と、図示しないブレーキシリンダ等の補助機器に油圧を供給するブレーキポンプ（油圧ポンプ）６と、これら複数のポンプ２，６を駆動する電動機７とを備えている。

ステアリング装置３はステアリングシリンダ３ａ，３ｂと、ハンドル３ｃと、ハンドル３ｃにより操作されハンドル３ｃの操作方向と操作量に応じた油圧流量をステアリングシリンダ３ａ又は３ｂに供給するステアリングバルブ３ｄとを有している。フロント作業装置４はバケットシリンダ４ａと、アームシリンダ４ｂと、バケットシリンダ４ａ及びアームシリンダ４ｂに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ４ｃとを有している。

電動走行部Ｃは、走行駆動を行う電動機８と、高／低速を切り換える変速機９と、走行動力を地面に伝達する走行装置１０とを備えている。

電力供給部Ｄは、エンジン１により駆動され発電を行う発電機１１と、発電機１１の制御を行うコンバータ１２と、電力を一時貯蔵するバッテリ（蓄電手段）１３と、電動機７，８の制御を行うインバータ１４，１５とを備えている。

操作制御部Ｅは、走行速度やローダポンプ２の吐出流量を制御するためのアクセルペダル２１と、走行速度の調整行うためのインチングペダル２２と、前後進を切り換える前後進切換レバー２３と、低速／高速走行モードを切り換えるモード切換スイッチ２４と、ローダポンプ２の吐出圧力を検出する圧力センサ２５と、エンジン部Ａ、電動油圧作業部Ｂ、電動走行部Ｃ、電力供給部Ｄを含めた全体の制御を行うコントローラ２０とを備えている。

図２に本発明が適用されるハイブリッド駆動式作業車両の一例としてホイールローダを示す。

図２において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、車体前部１０１と車体後部１０２とで構成され、車体前部１０１と車体後部１０２は、ステアリングシリンダ３ａ，３ｂにより車体後部１０２に対して車体前部１０１の向きが変わるように相対回動白在に連結されている。車体前部１０１にはフロント作業装置４と車輸（前輪）１０３ａが設けられ、車体後部１０２には運転席１０４と車輸（後輪）１０３ｂとが設けられ、運転席１０４にはハンドル３ｃとアクセルペダル１６及びインチングペダル１７（図示せず）と前後進切換レバー１８とモニタ１９とが設けられている。車輪１０３ａ，１０３ｂは走行装置１０を構成する。また、車体後部１０２には、上述したエンジン１、ローダポンプ２等の油圧機器、電動機７，８、変速機９、発電機１１、コンバータ１２、バッテリ１３、インバータ１４，１５、コントローラ２０が搭載されている。フロント作業装置４はバケット１０５とリフトアーム１０６からなり、バケット１０５はバケットシリンダ４ａの伸縮によりチルト・ダンプ動作し、リフトアーム１０６はアームシリンダ４ｂの伸縮により上下に動作する。

図３にコントローラ２０の制御内容を機能ブロック図で示す。

コントローラ２０は、モータ回転数指令部２０ａ、信号切換部２０ｂ、モータトルク指令部２０ｃ、インチング指令部２０ｄ、乗算部２０ｅ、最小値選択部２０ｆ、カットオフ指令部２０ｇ、モータ出力制限部２０ｈ、発電機制御部２０ｉ、発電機出力制限部２０ｊ、最小値選択部２０ｋ、エンジン制御部２０ｌの各機能を有している。

モータ回転数指令部２０ａは、アクセルペダル２１の指令信号（アクセル信号）に応じた電動機７の回転数指令値を算出し、インバータ１４へ出力することで電動機７を駆動し、ローダポンプ（以下、適宜油圧ポンプという）２を駆動する。モータ回転数指令部２０ａには、アクセル信号が最小値ｍｉｎにあるときは回転数指令値は最低回転数Ｎｍｉｎであり、アクセル信号が増大するとその増加量に比例して回転数指令値は増大し、アクセル信号が最大値ｍａｘに近い値まで増加すると回転数指令値が最大の一定値Ｎｍａｘとなるようアクセル信号と回転数指令値との関係が設定されている。アクセル信号と回転数指令値との関係は直線比例ではなく、二次曲線的な比例関係であってもよいし、段階的に増大する関係であってもよい。

信号切換部２０ｂは、モード切換スイッチ２４で高速走行モードが選択されたときには最小の回転数指令値を選択し、モード切換スイッチ２４で低速走行モードが選択されたときには、モータ回転数指令部２０ａで演算された回転数指令値を選択する。信号切換部２０ｂ出選択された回転数指令値はローダポンプ（以下、適宜油圧ポンプという）２を駆動する電動機１７のインバータ１４に出力され、電動機７が駆動される。これにより高速走行モードが選択されたときには、ローダポンプ２を駆動する電動機７は、アクセルペダル２１の状態に関わらず、必要最低限の油圧機器を駆動するのに十分な回転数に制限されるため、高速走行時の無駄なエネルギー損失を減少させる。

モータトルク指令部２０ｃは、アクセルペダル２１の指令信号（アクセル信号）に応じて電動機８のモータトルク指令値を算出し、インバータ２５へ出力することで電動機８を駆動し走行装置１０（車輪１０３ａ，１０３ｂ）を駆動する。モータトルク指令部２０ｃにおいて、モータトルク指令値はアクセルペダル２１のアクセル信号に応じた最大出力割合（％）であり、アクセル信号が最小値ｍｉｎにあるときはモータトルク指令値は０％であり、アクセル信号が増大するとその増加量に比例してモータトルク指令値は増大し、アクセル信号が最大値ｍａｘに近い値まで増加するとモータトルク指令値が最大の１００％となるようアクセル信号とモータトルク指令値との関係が設定されている。アクセル信号とモータトルク指令値との関係も直線比例ではなく、二次曲線的な比例関係であってもよいし、段階的に増大する関係であってもよい。ただし、その関係はアクセル信号とエンジン目標回転数の関係に対応していることが好ましい。

インチング指令部２０ｄは、インチングペダル２２の指令信号（インチング信号）が大きくなるとそれに比例して小さくなるようなモータ出力制限値（割合％）を求め、乗算部２０ｅはそのモータ出力制限値をモータトルク指令値と乗ずることで、モータトルク指令値を減じる。インチング指令部２０ｄには、インチング信号が最小値ｍｉｎにあるときはモータ出力制限値は電動機８の出力トルクに影響を与えない１００％（制限無し）であり、インチング信号が増大するとその増加量に比例してモータ出力制限値は減少（制限は増大）し、インチング信号が最大値ｍａｘに近い値まで増加するとモータ出力制限値は最小の０％（制限は最大）となるようインチング信号とモータ出力制限値との関係が設定されている。これによりアクセルペダル２１をフル操作したときでも、インチングペダル２２を操作すると、その操作量（インチング信号）に応じてモータトルク指令値は減じられるため、ローダポンプ２を駆動する電動機７の回転数を最大としたまま走行装置１０の電動機８の駆動トルクのみ減じることができる。

カットオフ指令部２０ｇ、モータ出力制限部２０ｈ、最小値選択部２０ｆは、フロント作業装置４の負荷が増大し、ローダポンプ２の吐出圧（ポンプ圧力）が上昇すると電動機８の出力トルクを制限することで、走行駆動力と作業負荷（フロント駆動力）のバランスをとり、作業性を向上させるためのものであり、それぞれ次のように構成されている。

カットオフ指令部２０ｇは、ローダポンプ２の吐出圧（ポンプ圧力）に応じて電動機８の出力を制限するモータ出力制限値（割合％）を算出する。カットオフ指令部２０ｇには、ローダポンプ２の吐出圧（ポンプ圧力）が低いときはモータ出力制限値は電動機８の出力トルクに影響を与えない１００％（制限は最小）であり、ローダポンプ２の吐出圧（ポンプ圧力）がある値Ｐａより高くなるとそれに比例してモータ出力制限値が低減（制限は増大）し電動機８の出力トルクが小さくなるようポンプ圧力とモータ出力制限値との関係が設定されている。カットオフ指令部２０ｇで用いられるローダポンプ２の吐出圧（ポンプ圧力）として圧力センサ２５の検出値が用いられる。

モータ出力制限部２０ｈは、カットオフ指令部２０ｇで演算されたモータ出力制限値と電動機８の回転数（モータ回転数）とから電動機８に対する駆動トルクの制限値（モータトルク制限値）を算出し、最小値選択部２０ｆは、乗算部２０ｅで計算したモータトルク指令値とモータ出力制限部２０ｈで計算したモータトルク制限値の小さい方を選択することで、インバータ１５により電動機８に与えられるモータ駆動トルクがモータ出力制限部２０ｈで計算したモータトルク制限値を超えないように制限する。

モータ出力制限部２０ｈには、カットオフ指令部２０ｇで計算されたモータ出力制限値の増減に応じて電動機８の最大出力が増減するようモータ出力制限値と電動機８の最大出力との関係が設定されており、モータ出力制限値に応じた最大出力を決定し、その最大出力にそのときの電動機８の回転数を参照し、モータトルク制限値を算出する。

例えば、ポンプ圧力が低く（作業負荷が小さく）、カットオフ指令部２０ｇで演算されたモータ出力制限値が１００％である場合は、モータ出力制限部２０ｈは電動機８の最大出力を図３のモータ出力制限部２０ｈのブロック内に破線で示す特性とし、この最大出力特性とそのときの電動機８の回転数とからその回転数に対応したモータトルク制限値を求め、最小値選択部２０ｆに出力する。これによりインバータ１５は電動機８の出力が破線の特性に制限されるよう電動機８の駆動トルクを制御する。作業負荷が増えてポンプ圧力がｍａｘ近くまで上昇し、カットオフ指令部２０ｇで演算されたモータ出力制限値が１００％より小さい例えば７０％に減ると、モータ出力制限部２０ｈは電動機８の最大出力を破線の特性より出力の小さい実線で示す特性とし、この最大出力特性とそのときの電動機８の回転数とからその回転数に対応したモータトルク制限値を求め、最小値選択部２０ｆに出力する。これによりインバータ１５は電動機８の出力が実線の特性に制限されるように電動機８の駆動トルクを制限制御する。電動機８の回転数としては、インバータ１５に備えられる電動機８の回転数検出部の検出値を用いる。

また、モータ出力制限部２０ｈは、電動機８の最大出力特性として、モータ回転数が低いときはモータ出力制限値の減少によるモータトルク制限値の減少割合が大きく、モータ回転数が高くなるとモータ回転数が低いときに比べモータ出力制限値の減少によるモータトルク制限値の減少割合が小さくなるように最大出力特性を設定しており、これによりポンプ圧力が高く（作業負荷が大で）モータ回転数の低い低速走行時にはフロント作業（例えば掘削作業）主体とした運転を可能とし、モータ回転数が高い高速走行時には走行主体としかつエンジン１が過負荷とならない運転が可能となる。

発電機制御部２０ｉは、システム全体を安全で高効率な状態に保つためバッテリ１３の電圧をほぼ一定の最適値に保つよう発電機１１の制御を行うものであり、発電機制御部２０ｉには、バッテリ１３の電圧が設定値Ｖ１以下となると発電出力指令値が０から所定値（最大）まで順次増大し、発電出力指令値が所定値に達するとその値を保ち、バッテリ１３の電圧が設定値Ｖ０（＞Ｖ１）近くまで増大すると発電出力指令値が所定値（最大）から順次減少し、設定値Ｖ０以上となると発電出力指令値が０となるとともに、バッテリ１３の電圧が設定値Ｖ２以上となったときにはモータリング出力指令値が０から所定値まで順次増大し、モータリング出力指令値が所定値に達するとその値を保つようバッテリ１３の電圧と発電出力指令値及びモータリング出力指令値との関係が設定されている。これによりバッテリ電圧が設定値Ｖ１以下となったときに発電を行い、設定値Ｖ０以上になったときは発電を停止するように発電機の出力制御を行うとともに、バッテリ電圧が設定値Ｖ２以上となったときには逆にモータリングを行うことで電力を放出するように発電機の出力制御を行う。

発電機出力制限部２０ｊ及び最小値選択部２０ｋは、発電機１１の回転数（エンジン１の回転数）によって発電機１１が出力できる電力は制限されるため、エンジン１の回転数に応じて発電機１１の出力を制限するためのものであり、発電機出力制限部２０ｊはそのときのエンジン回転数に応じた発電機出力制限値を算出し、最小値選択部２０ｋは、発電機制御部２０ｉで計算した発電出力指令値とその発電機出力制限値との小さい方を選択することで、コンバータ１２に与えられる発電出力指令値が発電機出力制限値を超えないように制限する。

発電機出力制限部２０ｊには、エンジン回転数が最低回転数Ｎｍｉｎから最高回転数Ｎｍａｘ付近の回転数まで増大するに従って発電機出力制限値も増大するようにエンジン回転数と発電機出力制限値との関係が設定されている。エンジン回転数としてはエンジン制御部２０ｌで計算された内部目標値が用いられる。なお、エンジン１の回転数を検出する回転センサを設け、その検出値を用いてもよい。

エンジン制御部２０ｌは、発電機制御部２０ｉによる発電制御に必要な発電機１１の回転の起動・停止を行わせるためのエンジン１の回転数指令値を算出するためのものであり、エンジン制御部２０ｌには、バッテリ１３の電圧が設定値Ｖ１以下となるとエンジン１の回転数指令値（目標回転数）が０から所定値（最大）まで順次増大し、回転数指令値が所定値に達するとその値を保ち、バッテリ１３の電圧が設定値Ｖ０（＞Ｖ１）近くまで増大すると回転数指令値が所定値（最大）から順次減少し、設定値Ｖ０以上となると回転数指令値が０となるようにバッテリ１３の電圧と回転数指令値との関係が設定されている。エンジン制御部２０ｌで算出した回転数指令値はエンジン１の電子燃料噴射装置１ａに出力され、その回転数が得られるよう燃料噴射量が制御される。これによりバッテリ電圧が設定値Ｖ１以下となったときにエンジン１を起動して回転させ、設定値Ｖ０以上になったときはエンジン１を停止するようにエンジン１の回転数制御を行う。

以上において、コントローラ２０のモータ回転数指令部２０ａ、信号切換部２０ｂ、モータトルク指令部２０ｃ、インチング指令部２０ｄ、乗算部２０ｅ、最小値選択部２０ｆ、カットオフ指令部２０ｇ、モータ出力制限部２０ｈは、アクセルペダル２１の操作に応じて電動機７，８の駆動を制御する第１制御手段を構成し、発電機制御部２０ｉ、発電機出力制限部２０ｊ、最小値選択部２０ｋ、エンジン制御部２０ｌは、アクセルペダル２１の操作とは独立して、バッテリ１３の残量に応じて発電機１１及びエンジン１を制御する第２制御手段を構成する。

以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。

モード切換スイッチ２４で低速走行モードを選択した場合、アクセルペダル２１を操作していないときは、モータ回転数指令部２０ａは電動機７の回転数指令値として最低回転数Ｎｍｉｎを算出するため、電動機７は最低回転数Ｎｍｉｎに応じた最小回転数で回転し、ローダポンプ２及びブレーキポンプ６は最小流量を吐出する。また、モータトルク指令部２０ｃは電動機８のモータトルク指令値として０％を算出するため、電動機８は回転せず、走行装置１０は停止状態にある。このように走行停止中でもローダポンプ２及びブレーキポンプ６は駆動し圧油を吐出するため、フロント作業装置４、ステアリング装置３や図示しないブレーキシリンダを含めた油圧作業装置の操作に素速く対応することができる。

この状態からオペレータがアクセルペダル２１を操作すると、アクセルペダル２１は操作量に応じた指令信号（アクセル信号）がモータ回転数指令部２０ａ及びモータトルク指令部２０ｃに出力され、モータ回転数指令部２０ａ及びモータトルク指令部２０ｃはそれぞれそのアクセル信号に応じた回転数指令値及びモータトルク指令値を算出し、電動機７，８はそれぞれの指令値に応じた速度で回転する。このためローダポンプ２と走行装置１０は共にアクセル信号に応じて駆動され、走行しながら作業を行うことができる。また、アクセルペダル２１をフル操作したときでも、インチングペダル２２を操作すると、その操作量（インチング信号）に応じてモータトルク指令値は減じられるため、ローダポンプ２を駆動する電動機７の回転数を最大としたまま走行装置１０の電動機８の駆動トルクのみ減じることができる。

以上のようにアクセルペダル２１及びインチングペダル２２の操作に応じて作業用電動機７及び走行用電動機８を制御することでホイール系作業車両としての操作性を保つことができる。

また、カットオフ指令部２０ｇ、モータ出力制限部２０ｈ、最小値選択部２０ｆによりポンプ圧力（ローダポンプ２の負荷）に応じて電動機８の出力トルクを制限するので、フロント作業装置４の駆動力と走行装置１０の走行駆動力がバランスして、掘削良好な作業性を実現することができる。

モード切換スイッチ２４で高速走行モードを選択した場合は、オペレータがアクセルペダル２１を操作すると、モータトルク指令部２０ｃはアクセル信号に応じたモータトルク指令値を算出し、電動機８はその指令値に応じて高速で回転し、高速走行が可能となる。また、このとき信号切換部２０ｂは最小の回転数指令値を選択するため、電動機７はそれに応じた最小回転数で回転し、ローダポンプ２及びブレーキポンプ６は最小流量を吐出する。このように高速走行モードが選択されたときには、アクセルペダル２１の状態に関わらずローダポンプ２及びブレーキポンプ６は最小流量を吐出するため、ステアリング装置３や図示しないブレーキシリンダ等を駆動することができる。また、電動機７の回転数は必要最低限の油圧機器を駆動するのに十分な回転数に制限されるため、高速走行時の無駄なエネルギー損失を減少させることができる。

また、モード切換スイッチ２４で低速走行モードを選択した場合、高速走行モードを選択した場合のいずれも、発電機１１及びエンジン１はアクセルペダル２１の操作とは独立して、バッテリ１３の電圧に応じて制御されるため、例えば最も燃費の良いエンジン回転数を設定しエンジン制御をするなど最適なエンジン制御が可能となり、燃費低減を実現することができる。

以上のように本実施の形態によれば、アクセルペダル２１の操作に応じて作業用電動機７および走行用電動機８を制御するとともに、アクセルペダル２１の操作とは独立してバッテリ１３の電圧に応じて発電機１１及びエンジン１を制御するため、ホイール系作業車両としての操作性を保ちながら燃費低減を実現することができる。

また、車両が停止していても油圧ポンプ駆動用の電動機７を停止させないようにするため、フロント作業装置４、ステアリング装置３や図示しないブレーキシリンダを含めた油圧作業装置の操作に素早く対応することができる。

また、信号切換部２０ｂにより、高速走行モードが選択されたときには油圧ポンプ駆動用の電動機７は、アクセルペダル２１の状態に関わらず、最低限の油圧機器を駆動するのに必要な回転数に制限されるため、高速走行時の無駄なエネルギー損失を減少させることができる。

本発明の一実施の形態に係わるハイブリッド駆動式作業車両の全体構成図である。 本発明が適用されるハイブリッド駆動式作業車両の一例としてホイールローダを示す図である。 コントローラの制御内容を示す機能ブロック図である。

符号の説明

Ａ エンジン部
Ｂ 電動油圧作業部
Ｃ 電動走行部
Ｄ 電力供給部
Ｅ 操作制御部
１ エンジン
２ ローダポンプ（油圧ポンプ）
３ ステアリング装置
４ フロント作業装置
５ プライオリティバルブ
６ ブレーキポンプ
７ 電動機
８ 電動機
９ 変速機
１０ 走行装置
１１ 発電機
１２ コンバータ
１３ バッテリ
１４ インバータ
１５ インバータ
２０ コントローラ
２０ａ モータ回転数指令部
２０ｂ 信号切換部
２０ｃ モータトルク指令部
２０ｄ インチング指令部
２０ｅ 乗算部
２０ｆ 最小値選択部
２０ｇ カットオフ指令部
２０ｈ モータ出力制限部
２０ｉ 発電機制御部
２０ｊ 発電機出力制限部
２０ｋ 最小値選択部
２０ｌ エンジン制御部２０ｌ
２１ アクセルペダル
２２ インチングペダル
２３ 前後進切換レバー
２４ モード切換スイッチ
２５ 圧力センサ

Claims (3)

1. エンジンと、油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動され作業を行う油圧作業装置と、走行装置と、蓄電手段と、前記エンジンにより駆動され前記蓄電手段に対して電力授受を行う発電機と、前記蓄電手段及び発電機の電力により駆動され前記走行装置を駆動する第１電動機とを備え、ペダルを操作して前記走行装置と油圧ポンプを同時に駆動することで走行しながら作業を行うことを可能とするハイブリッド駆動式のホイール系作業車両において、
   前記蓄電手段及び発電機の電力により駆動され、前記油圧ポンプを駆動する第２電動機と、
   前記ペダルの操作に応じて前記第１及び第２電動機の駆動を制御する第１制御手段と、
   前記ペダルの操作とは独立して、前記蓄電手段の残量に応じて前記発電機及びエンジンを制御する第２制御手段とを有することを特徴とするハイブリッド駆動式のホイール系作業車両。
2. 請求項１記載のハイブリッド駆動式のホイール系作業車両において、前記第１制御手段は、前記ペダルが操作されていないとき、前記第１電動機は停止させ、前記第２電動機は停止させないことを特徴とするハイブリッド駆動式のホイール系作業車両。
3. 請求項１又は２記載のハイブリッド駆動式のホイール系作業車両において、
   高速走行モードと低速走行モードを設定するモード設定手段を更に有し、
   前記第１制御手段は、前記低速走行モードが設定されているとき、前記ペダルの操作に応じて前記第１及び第２電動機の駆動を制御し、前記高速走行モードが設定されているときは、前記第１電動機を制御すると共に、前記油圧作業装置の駆動に最低限必要な回転数となるように前記第２電動機を制御することを特徴とするハイブリッド駆動式のホイール系作業車両。

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