JP4072183B1

JP4072183B1 - 作業車両および作業車両の動力制御方法

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Publication number: JP4072183B1
Application number: JP2006303781A
Authority: JP
Inventors: 朋宏赤木; 謙介二橋; 隆治広江; 清光小川; 純臣岡崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2026-11-09
Also published as: US8165738B2; EP1920987A2; KR20080042697A; EP1920987B1; US20080133077A1; JP2008120158A; EP1920987A3

Abstract

【課題】ハイブリッド式作業車両において、エンジンが発生する動力と、電動機が発生する動力との間の配分制御を容易にすることができる作業車両および作業車両の動力制御方法を提供する。
【解決手段】走行部３および荷役部５の一方に動力を供給するエンジン７と、走行部３および荷役部５の一方に動力を供給する第１モータ９と、走行部３に動力を供給する第２モータ１１と、走行用動力および荷役用動力を算出する必要動力算出部４１と、エンジン７から走行部３に伝達される動力を制御するクラッチ部１７と、クラッチ部１７の制御状態に基づいて、エンジン７の動力および第１モータ９の動力の供給先を選択するとともに、算出された走行用動力および荷役用動力に基づいて、エンジン７、第１モータ９および第２モータ１１が供給する動力の配分を算出する動力配分算出部４３と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業車両および作業車両の動力制御方法に関する。

従来のエンジンフォークリフトにおいては、１台のエンジンが荷役系および走行系の駆動源となっているので、エンジン出力の高いエンジンが用いられているため、エンジンが低回転数の時には燃費の悪化や、排ガス量の増加などの問題があった。
この問題を改善するため出力の小さいエンジンを用いると、高負荷時には、走行系あるいは荷役系の一方をエンジンから切り離す必要があるなど、使用方法に制限が付けられていた。

これらを解決するものとして、エンジンと電動発電機とを複合して駆動源とする、いわゆるハイブリッド方式が提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
ハイブリッド方式には、エンジンにより発電機を回転駆動して発電し、得られた電気を電動機に供給して走行系や荷役系に動力を供給するシリーズ方式と、エンジンの動力の少なくとも一部と電動機の動力とを走行系や荷役系に供給するパラレル方式とがある。

特許文献１には、走行系にはシリーズ方式、荷役系にはパラレル方式で動力を供給するハイブリッド荷役作業用産業車両が開示され、特許文献２には、走行系および荷役系にシリーズ方式で動力を供給する荷役機能を有する走行車両が開示されている。
特開２００３−２５０２０３号公報特開２０００−３１３６００号公報

上述のパラレル方式の動力供給方法では、エンジンが発生する動力と電動機が発生する動力との合計は、走行系に供給される動力と荷役系に供給される動力との合計と等しくなる（動力バランスが満たされる）。エンジンが発生する動力と電動機が発生する動力との比率は、エンジンと電動機とのトルク配分により決定されるのが一般的である。
しかしながら、トルクによる配分では、エンジンの回転数や電動機の回転数も任意に変化し、トルクの他にエンジンや電動機の回転数も変数となるため、動力バランスを満たすようにトルクを決定するには、変数が多く制御が複雑となっていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ハイブリッド式作業車両において、エンジンが発生する動力と、電動機が発生する動力との間の配分制御を容易にすることができる作業車両および作業車両の動力制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の作業車両は、走行を行う走行部および荷役を行う荷役部の一方に動力を供給するエンジンと、前記走行部および前記荷役部の一方に動力を供給する第１モータと、前記走行部のみに動力を供給する第２モータと、前記走行部に必要とされる走行用動力、および、前記荷役部に必要とされる荷役用動力を算出する必要動力算出部と、前記エンジンから前記走行部に伝達される前記動力を制御するクラッチ部と、前記クラッチ部の制御状態に基づいて、前記エンジンの動力および前記第１モータの動力の供給先を選択するとともに、前記算出された走行用動力および荷役用動力に基づいて、前記エンジン、前記第１モータおよび前記第２モータが供給する動力の配分を算出する動力配分算出部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、動力配分算出部は、走行用動力および荷役用動力の合計動力を満たすように、エンジンが供給する動力と第１モータが供給する動力と第２モータが供給する動力の３つの変数の配分と、を算出するため、変数が多いトルク配分による配分方法と比較して変数の数が減り、配分制御が容易となる。
また、クラッチ部の制御状態に基づいて、エンジンの動力および第１モータの動力の供給先を走行部か荷役部か選択するため、動力の配分制御がより容易となる。

必要とされる走行用動力や荷役用動力に対して、エンジンが供給する動力と第１モータが供給する動力と第２モータが供給する動力の配分を決めるため、例えば、動力源としてエンジンまたはモータのみを備えた荷役に用いられる作業車両と同等の操作性が得られるように動力の配分を決めることができる。

また、エンジンの効率が高い動力の領域ではエンジンが供給する動力の配分を増やし、第１モータや第２モータの効率が高い動力の領域では第１モータや第２モータが供給する動力の配分を増やすことで、動力を無駄なく利用でき、エンジンの燃費向上やバッテリの消費量の軽減が図られる。

上記発明においては、前記動力配分算出部には、前記クラッチ部の制御状態に基づいて、前記エンジンの動力および前記第１モータの動力の供給先を選択するとともに、
前記算出された走行用動力および荷役用動力に基づいて、前記エンジンが供給する動力、前記第１モータが供給する動力、および、前記第２モータが供給する動力の配分と、が定められた複数のテーブルデータが備えられ、前記クラッチ部の制御状態に基づいて、動力の配分に用いられるテーブルデータが切り替えられることが望ましい。

本発明によれば、動力配分算出部に動力の配分を定めたテーブルデータを予め記憶させておくことで、動力の配分における演算負担が軽減され、算出にかかる時間が短縮される。
また、クラッチ部の制御状態に基づいて、動力の配分に用いられるテーブルデータを切り替えることで、作業車両の運転状態に適した動力配分がされる。

例えば、クラッチ部が動力を走行部に伝達する場合には、エンジンの動力および第１モータの動力は走行部に伝達されるとともに、クラッチ部が走行部への動力の伝達を遮断する場合には、エンジンの動力および第１モータの動力は荷役部に伝達されるため、動力が無駄なく利用される。
また、必要とされる走行用動力が小さい場合にはバッテリの消費量が少ない第１モータおよび第２モータの動力の配分を高くし、必要とされる走行動力が大きい場合には燃費のよいエンジンの動力の配分を高くすることで、動力が無駄なく利用される。

上記発明においては、走行速度を検出する速度検出部が設けられ、前記複数のテーブルデータは、前記速度検出部の出力にも基づいて、前記エンジンが供給する動力、前記第１モータが供給する動力、および、前記第２モータが供給する動力の配分を定めたものであることが望ましい。

本発明によれば、速度検出部に検出された作業車両の走行速度に基づくことにより、走行状態に適した動力の配分がされるため、動力が無駄なく利用される。
例えば、中低速域では加速性の高い第１モータ、または、第１および第２モータから走行部への動力供給の配分を高め、高速域では燃費のよいエンジンから走行部３への動力供給の配分を高めることで、全ての速度域において最適な効率条件となるように動力分配が制御される。

上記発明においては、走行モータおよび荷役モータに電流を供給するバッテリと、該バッテリの電圧を検出する電圧検出部と、が設けられ、前記複数のテーブルデータは、前記電圧検出部の出力にも基づいて、前記エンジンが供給する動力、前記第１モータが供給する動力、および、前記第２モータが供給する動力の配分を定めるものであることが望ましい。

本発明によれば、電圧検出部の出力に基づくことにより、例えば、バッテリの電圧が低い場合にエンジンの動力配分を高めることで、バッテリの消費量の軽減が図られる。
さらに、走行用動力および荷役用動力の負荷が軽いときに、エンジンの動力を用いて第１または第２モータを回転駆動することで発電を行い、バッテリに充電させることでバッテリの消費量のさらなる軽減が図られる。

本発明の作業車両の動力制御方法は、運転者の操作に基づいて、走行を行う走行部に必要な走行用動力と、荷役を行う荷役部に必要な荷役用動力とを算出する必要動力算出ステップと、エンジンから前記走行部に伝達される動力の制御状態に基づいて、前記エンジンおよび第１モータの動力の供給先が前記走行部および前記荷役部から選択されるとともに、前記算出された走行用動力および荷役用動力に基づいて、前記エンジンが供給する動力、前記第１モータが供給する動力、および、第２モータが前記走行部に供給する動力の配分が算出される動力配分算出ステップと、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、動力配分算出ステップにおいて走行用動力および荷役用動力の合計動力を満たすように、エンジンが供給する動力と第１モータが供給する動力と第２モータが供給する動力の３つの変数の配分と、を算出するため、変数が多いトルク配分による配分方法と比較して変数の数が減り、配分制御が容易となる。
また、エンジンから走行部に伝達される動力の制御状態に基づいて、エンジンの動力および第１モータの動力の供給先を走行部か荷役部か選択するため、動力の配分制御がより容易となる。

本発明の作業車両および作業車両の動力制御方法によれば、走行用動力および荷役用動力の合計動力を満たすように、エンジンが供給する動力と第１モータが供給する動力と第２モータが供給する動力の３つの変数の配分とを算出するため、変数が多いトルク配分による配分方法と比較して変数の数が減り、動力の配分制御を容易にすることができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るフォークリフトについて図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るフォークリフトの動力伝達系統を示す図である。
本実施形態においては、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド式フォークリフト（以下、フォークリフトと表記する。）であって、走行および荷役にモータ動力だけでなくエンジン動力も用いるパラレル方式のフォークリフトに適用して説明する。

フォークリフト（作業車両）１には、図１に示すように、走行を行う走行部３と、荷役を行う荷役部５と、走行部３および荷役部５の一方に動力を供給するエンジン７および第１モータ９と、走行部３に動力を供給する第２モータ１１と、走行部３および荷役部５に必要な動力を求めるとともに、エンジン７、第１モータ９および第２モータ１１の動力配分を制御する制御部１３とが設けられている。

走行部３には、第１ギヤトレーン２５から伝達された動力のトルクを所定の値に変換するトルクコンバータ１５と、トルクコンバータ１５から第２ギヤトレーン１９への動力伝達を制御するＦＮＲクラッチ（クラッチ部）１７と、ＦＮＲクラッチ１７から伝達された動力および第２モータ１１の動力をデフ装置２１に伝達する第２ギヤトレーン１９と、前車輪２３に動力を伝達するデフ装置２１と、伝達された動力によりフォークリフト１を走行させる前車輪２３と、が設けられている。

ＦＮＲクラッチ１７は、トルクコンバータ１５から第２ギヤトレーン１９へ動力を伝達する際に、動力の回転方向を変えることなく伝達しフォークリフト１を前進（Ｆ）させるか、回転方向を反転させて後進（Ｒ）させるか、あるいは、動力の伝達を遮断（ニュートラル（Ｎ））するかを制御するものである。
ＦＮＲクラッチ１７は、フォークリフト１のオペレータがクラッチペダル（図示せず）を操作することにより制御され、ＦＮＲクラッチ１７の状態は動力配分算出部４３に入力される。

デフ装置２１は、デファレンシャルギヤなどが含まれた装置であり、第２ギヤトレーンから伝達された動力の回転方向を変換するとともに、左右の前車輪２３の回転差を吸収等するものである。

荷役部５には、エンジン７および第１モータ９の動力をトルクコンバータ１５、油圧モータ２７および油圧ポンプ２９に伝達する第１ギヤトレーン２５と、伝達された動力により油圧を発生させる油圧モータ２７および油圧ポンプ２９と、第１ギヤトレーン２５から油圧モータ２７へのみ動力を伝達するワンウェイクラッチ３１Ｌと、荷役に用いられるフォーク（爪）３３と、が設けられている。
油圧モータ２７および油圧ポンプ２９は発生させた油圧により、油圧シリンダ（図示せず）を駆動し、フォーク３３を昇降させるものである。

エンジン７は、出力軸がワンウェイクラッチ３１Ｒを介して第１ギヤトレーン２５に接続されているとともに、動力配分算出部４３からエンジンが供給する動力を制御するエンジン動力指令が入力されている。
ワンウェイクラッチ３１Ｒは、エンジン７から第１ギヤトレーン２５へのみ動力を伝達するものである。

第１モータ９は、出力軸が第１ギヤトレーン２５に接続されているとともに、第１インバータ３５を介してバッテリ３７から電流が供給されている。
第１インバータ３５は、バッテリ３７から供給された直流電流を交流電流に変換するとともに、第１モータ９が発生する動力を制御するものである。第１インバータ３５には、動力配分算出部４３から第１モータ９が供給する動力を制御する第１モータ動力指令が入力されている。

第２モータ１１は、出力軸が第２ギヤトレーン１９に接続されているとともに、第２インバータ３９を介してバッテリ３７から電流が供給されている。
第２インバータ３９は、バッテリ３７から供給された直流電流を交流電流に変換するとともに、第２モータ１１が発生する動力を制御するものである。第２インバータ３９には、動力配分算出部４３から第２モータ１１が供給する動力を制御する第２モータ動力指令が入力されている。

制御部１３は、走行部３に供給される走行動力（走行用動力）ＰＲおよび荷役部５に供給される荷役動力（荷役用動力）ＰＬを算出する必要動力算出部４１と、エンジン動力ＰＥＧ，第１モータ動力ＰＭ１および第２モータ動力ＰＭ２の配分を算出する動力配分算出部４３とを備えている。
動力配分算出部４３は、算出された動力の配分に基づいて、エンジン７に入力されるエンジン動力指令と、第１モータ９に入力される第１モータ動力指令と、第２モータ１１に入力される第２モータ動力指令とを出力するものである。

次に、上記の構成からなるフォークリフト１における動力配分について説明する。
図２は、図１の制御部における動力配分方法を説明するブロック図である。
制御部１３の必要動力算出部４１には、図２に示すように、オペレータによるアクセルペダルの操作量４５と、ブレーキペダルの操作量４７と、リフトレバーの操作量４９と、チルトレバーの操作量５１とが入力される。必要動力算出部４１は入力されたこれらの操作量に基づいて、走行に必要な走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役に必要な荷役動力Ｐ_Ｌを算出する（必要動力算出ステップ）。
例えば、走行に必要な走行動力Ｐ_Ｒはアクセルペダルの操作量４５およびブレーキペダルの操作量４７等から求められ、荷役に必要な荷役動力Ｐ_Ｌはリフトレバーの操作量４９およびチルトレバーの操作量５１等から求められる。

算出された走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌは動力配分算出部４３に入力され、動力配分算出部４３には、さらにＦＮＲクラッチ１７の状態を表すクラッチペダルスイッチ信号５３が入力される。

動力配分算出部４３は、クラッチペダルスイッチ信号５３に基づいて予め記憶された複数のテーブルデータから一つのテーブルデータを選択し、算出された走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌに基づいて、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分を下記の式（１）を満たすように算出する（動力配分算出ステップ）。
Ｐ_Ｒ＋Ｐ_Ｌ＝Ｐ_ＥＧ＋Ｐ_Ｍ１＋Ｐ_Ｍ２・・・（１）
ここで、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は、トルクと回転速度の積であるので、上記式（１）は下記の式（２）としても表すことができる。
Ｐ_Ｒ＋Ｐ_Ｌ＝Ｔ_ＥＧ×ω_ＥＧ＋Ｔ_Ｍ１×ω_Ｍ１＋Ｔ_Ｍ２×ω_Ｍ２・・・（２）
ここで、Ｔ_ＥＧはエンジントルクであり、ω_ＥＧはエンジン回転速度である。Ｔ_Ｍ１は第１モータトルクであり、ω_Ｍ１は第１モータ回転速度である。Ｔ_Ｍ２は第２モータトルクであり、ω_Ｍ２は第２モータ回転数である。

上記の式（２）に示すように、トルクによる配分では動力バランスを満たすようにトルクを決定するには、６つの変数を制御する必要があり、制御が困難となる。
そこで、本実施形態では、式（１）に示すように、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の３つの変数を制御することにより動力バランスを満たすこととする。
具体的には以下に説明する。

図３は、図２の動力配分算出部に記憶された複数のテーブルデータを説明する図である。
動力配分算出部４３に記憶された複数のテーブルデータは、図３に示すように、クラッチペダルスイッチ信号５３（Ｆ（前進），Ｎ（ニュートラル），Ｒ（後進））によって場合分けされて作成されている。動力配分算出部４３は、クラッチペダルスイッチ信号５３に基づいてＦに対応したテーブルデータ、Ｎに対応したテーブルデータ、Ｒに対応したテーブルデータを選択する。

なお、各テーブルデータは、入力される走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌに対するエンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分が定められたものであって、上記式（１）の関係を満たすものである。

その後、動力配分算出部４３は、選択したテーブルデータに基づいて、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分を算出する。
例えば、ＦまたはＲに対応したテーブルデータを選択した場合には、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は全て走行動力Ｐ_Ｒに基づいて算出される。走行動力Ｐ_Ｒが０から第１の所定動力Ｐ１までの間は、第２モータ動力Ｐ_Ｍ２のみが走行動力Ｐ_Ｒに比例して走行部３に動力を供給し、第１の所定動力Ｐ１から第２の所定動力Ｐ２までの間は、第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２が走行動力Ｐ_Ｒに比例して走行部３に動力を供給するように動力配分される。

そして、走行動力Ｐ_Ｒが第２の所定動力Ｐ２から第３の所定動力Ｐ３までの間は、第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は一定の動力を供給すると同時に、エンジン動力Ｐ_ＥＧが走行動力Ｐ_Ｒに比例して走行部３に動力を供給し、走行動力Ｐ_Ｒが第３の所定動力Ｐ３より大きくなった場合は、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は走行部３に一定の動力を供給するように動力配分される。

なお、走行動力Ｐ_Ｒが負の値である場合には、図３に示すように、エンジン７は負の動力を発生させることができないため、エンジン動力Ｐ_ＥＧへの配分は常に０となる。
また、第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２への配分は上述と同様となる。

つまり、走行動力Ｐ_Ｒが０から負の第１の所定動力−Ｐ１までの間は、第２モータ動力Ｐ_Ｍ２のみが走行動力Ｐ_Ｒに比例して走行部３に動力を供給し、負の第１の所定動力−Ｐ１から負の第２の所定動力−Ｐ２までの間は、第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２が走行動力Ｐ_Ｒに比例して走行部３に動力を供給するように動力配分される。走行動力Ｐ_Ｒが負の第２の所定動力−Ｐ２から負の第３の所定動力−Ｐ３までの間は、第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は一定の動力を供給するように動力配分される。

なお、Ｒに対応したテーブルデータにおいて、第２モータ動力ＰＭ２のみグラフの傾きが右下がりなのは、第２モータ動力ＰＭ２のみがＦＮＲクラッチを介さずに動力を前車輪２３に伝達させるためである。

また、Ｎに対応したテーブルデータを選択した場合には、エンジン動力Ｐ_ＥＧおよび第１モータ動力Ｐ_Ｍ１は荷役動力Ｐ_Ｌに基づいて算出され、第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は走行動力Ｐ_Ｒに基づいて算出される。

エンジン動力Ｐ_ＥＧおよび第１モータ動力Ｐ_Ｍ１において、荷役動力Ｐ_Ｌが０から第４の所定動力Ｐ４までの間は、第１モータ動力Ｐ_Ｍ１のみが荷役動力Ｐ_Ｌに比例して荷役部５に動力を供給し、第４の所定動力Ｐ４から第５の所定動力Ｐ５までの間は、第１モータ動力Ｐ_Ｍ１は一定の動力を供給すると同時に、エンジン動力Ｐ_ＥＧが荷役動力Ｐ_Ｌに比例して荷役部５に動力を供給するように動力配分される。荷役動力Ｐ_Ｌが第５の所定動力Ｐ５より大きくなった場合は、エンジン動力Ｐ_ＥＧおよび第１モータ動力Ｐ_Ｍ１は荷役部５に一定の動力を供給するように動力配分される。

一方、第２モータ動力ＰＭ２は、走行動力ＰＲが０から第４の所定動力Ｐ４までの間は、走行動力ＰＲに比例して走行部３に動力を供給し、第４の所定動力Ｐ４より大きくなった場合には、一定の動力を走行部３に供給するように動力配分される。

動力配分算出部４３は、上述のように算出したエンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２に基づいて、エンジン動力指令，第１モータ動力指令および第２モータ動力指令をそれぞれエンジン７，第１インバータ３５および第２インバータ３９に出力する。

なお、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分が定められたテーブルデータは、図３に示すような動力配分を行うものであってもよいし、他の動力配分を行うものであってもよく、特に限定するものではない。

次に、フォークリフトの走行および荷役時における動作について説明する。
フォークリフトが前進走行する場合（ＦＮＲクラッチ１７の選択がＦ（前進）の場合）であって、走行動力Ｐ_Ｒが第１の所定動力Ｐ１より小さい時には、図１に示すように、第２インバータ３９に第２モータ動力指令が入力され、第２モータ１１から第２モータ動力Ｐ_Ｍ２が発生される。第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は第２ギヤトレーン１９を介してデフ装置２１に入力される。デフ装置２１に入力された第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は前車輪２３に伝達されフォークリフト１の前進駆動力となる。

また、第２モータ動力Ｐ_Ｍ２はＦＮＲクラッチ１７からトルクコンバータ１５を介して第１ギヤトレーン２５に伝達されるが、ワンウェイクラッチ３１Ｒによりエンジン７への伝達は遮断される。

走行動力Ｐ_Ｒが第１の所定動力Ｐ１から第２の所定動力Ｐ２の間の場合には、さらに、第１インバータ３５に第１モータ動力指令が入力され、第１モータ９から第１モータ動力Ｐ_Ｍ１が発生される。第１モータ動力Ｐ_Ｍ１は第１ギヤトレーン２５からトルクコンバータ１５、ＦＮＲクラッチ１７、デフ装置２１、前車輪２３の順に伝達される。

走行動力Ｐ_Ｒが第３の所定動力Ｐ３より大きい場合には、さらに、エンジン７にエンジン動力指令が入力され、エンジン７からエンジン動力Ｐ_ＥＧが発生される。エンジン動力Ｐ_ＥＧは、ワンウェイクラッチ３１Ｒから第１ギヤトレーン２５、トルクコンバータ１５、ＦＮＲクラッチ１７、デフ装置２１、前車輪２３の順に伝達される。

フォークリフトが後進走行する場合（ＦＮＲクラッチ１７の選択がＲ（後進）の場合）は、走行動力Ｐ_Ｒおよび第１モータ動力Ｐ_Ｍ１の回転がＦＮＲクラッチ１７において逆転されることと、第２モータ１１から発生される第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の回転が逆であることのみが異なるだけで、他は前進走行する場合と略同様であるのでその説明を省略する。

ＦＮＲクラッチ１７の選択がＮ（ニュートラル）の場合であって、荷役動力Ｐ_Ｌが第４の所定動力Ｐ４より小さい場合は、第１インバータ３５に第１モータ動力指令が入力され、第１モータ９から第１モータ動力Ｐ_Ｍ１が発生される。第１モータ動力Ｐ_Ｍ１は、第１ギヤトレーン２５から油圧モータ２７および油圧ポンプ２９に伝達され、油圧モータ２７および油圧ポンプ２９において油圧が発生される。発生された油圧により油圧シリンダ（図示せず）が駆動され、フォーク３３が昇降される。

荷役動力Ｐ_Ｌが第４の所定動力Ｐ４から第５の所定動力Ｐ５の間の場合には、さらに、エンジン７にエンジン動力指令が入力され、エンジン７からエンジン動力Ｐ_ＥＧが発生される。エンジン動力Ｐ_ＥＧは、ワンウェイクラッチ３１Ｒから第１ギヤトレーン２５、油圧モータ２７および油圧ポンプ２９の順に伝達される。
なお、第１モータ動力Ｐ_Ｍ１およびエンジン動力Ｐ_ＥＧは、第１ギヤトレーン２５からトルクコンバータ１５に伝達されるが、ＦＮＲクラッチ１７において伝達が遮断される。

また、第２インバータ３９には、第２モータ動力指令が入力され、第２モータ１１から第２モータ動力Ｐ_Ｍ２が発生される。第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は第２ギヤトレーン１９を介してデフ装置２１に入力される。デフ装置２１に入力された第２モータ動力Ｐ_Ｍ２は前車輪２３に伝達されフォークリフト１の前進駆動力となる。
また、第２モータ動力Ｐ_Ｍ２はＦＮＲクラッチ１７からトルクコンバータ１５への伝達は遮断される。

一方回生運転時（動力回生時）には、前車輪２３の回転がデフ装置２１を介して第２モータ１１に伝達され、第２モータ１１が駆動されることにより発電機として機能して発電する。この発電された電力が第２インバータ３９を介してバッテリ３７に蓄電される。
また、荷役作業時においては、荷役装置側の回転が第１モータ９に伝達され、第１モータ９が駆動されることにより発電機として機能して発電する。この発電された電力が第１インバータ３５を介してバッテリ３７に蓄電される。

上記の構成によれば、動力配分算出部４３は、走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌの合計動力を満たすように、エンジン動力Ｐ_ＥＧと第１モータ動力Ｐ_Ｍ１と第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の３つの変数の配分と、を算出するため、変数が多いトルク配分による配分方法と比較して変数の数が減り、配分制御が容易となる。
また、ＦＮＲクラッチ１７の制御状態に基づいて、エンジン動力Ｐ_ＥＧおよび第１モータ動力Ｐ_Ｍ１の供給先を走行部３か荷役部５か選択するため、動力の配分制御がより容易となる。

必要とされる走行動力Ｐ_Ｒや荷役動力Ｐ_Ｌに対して、エンジン動力Ｐ_ＥＧと第１モータ動力Ｐ_Ｍ１と第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分を決めるため、例えば、動力源としてエンジンまたはモータのみを備えた荷役に用いられる作業車両と同等の操作性が得られるように動力の配分を決めることができる。

また、エンジン７の効率が高い動力の領域ではエンジン動力Ｐ_ＥＧの配分を増やし、第１モータ９や第２モータ１１の効率が高い動力の領域では第１モータ動力Ｐ_Ｍ１や第２モータ動力Ｐ_Ｍ２が供給する動力の配分を増やすことで、動力を無駄なく利用でき、エンジン７の燃費向上やバッテリ３７の消費量の軽減が図られる。

動力配分算出部４３に動力の配分を定めたテーブルデータを予め記憶させておくことで、動力の配分における演算負担が軽減され、算出にかかる時間が短縮される。
また、ＦＮＲクラッチ１７の制御状態に基づいて、動力の配分に用いられるテーブルデータを切り替えることで、フォークリフト１の運転状態に適した動力配分がされる。

ＦＮＲクラッチ１７が動力を走行部３に伝達する場合（ＦまたＲの場合）には、エンジン動力Ｐ_ＥＧおよび第１モータ動力Ｐ_Ｍ１は走行部３に伝達されるとともに、ＦＮＲクラッチ１７が走行部３への動力の伝達を遮断する場合（Ｎの場合）には、エンジン動力Ｐ_ＥＧおよび第１モータ動力Ｐ_Ｍ１は荷役部５に伝達されるため、動力が無駄なく利用される。

また、必要とされる走行動力Ｐ_Ｒが小さい場合にはバッテリ３７の消費量が少ない第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分を高くし、必要とされる走行動力Ｐ_Ｒが大きい場合には燃費のよいエンジン動力Ｐ_ＥＧの配分を高くすることで、動力が無駄なく利用される。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図４および図５を参照して説明する。
本実施形態のフォークリフトの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、動力配分の算出方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図４および図５を用いて動力配分の算出方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図４は、本実施形態に係るフォークリフトの制御部における動力配分方法を説明するブロック図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

フォークリフト（作業車両）１０１の制御部１１３の必要動力算出部４１には、図４に示すように、オペレータによるアクセルペダルの操作量４５と、ブレーキペダルの操作量４７と、リフトレバーの操作量４９と、チルトレバーの操作量５１とが入力される。必要動力算出部４１は入力されたこれらの操作量に基づいて、走行に必要な走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役に必要な荷役動力Ｐ_Ｌを算出する。

算出された走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌは動力配分算出部１４３に入力され、動力配分算出部１４３には、さらにＦＮＲクラッチ１７の状態を表すクラッチペダルスイッチ信号５３および第２モータ（速度検出部）１１（図１参照。）の回転数から検出されたフォークリフト１０１の走行速度Ｖが入力される。

なお、上述のように、デフ装置２１および第２ギヤトレーン１９を介して前車輪２３と接続された第２モータ１１の回転数から走行速度を検出してもよいし、フォークリフト１０１の走行速度を検出する速度センサを別途設けてもよく、特に限定するものではない。

動力配分算出部１４３は、クラッチペダルスイッチ信号５３に基づいて予め記憶された複数のテーブルデータから一つのテーブルデータを選択し、算出された走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌと走行速度Ｖとに基づいて、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分を上述の式（１）を満たすように算出する。

図５は、図４の動力配分算出部に記憶された複数のテーブルデータを説明する図である。
具体的には、動力配分算出部１４３に記憶された複数のテーブルデータは、図５に示すように、クラッチペダルスイッチ信号５３（Ｆ（前進），Ｎ（ニュートラル），Ｒ（後進））によって場合分けされて作成されている。動力配分算出部１４３は、クラッチペダルスイッチ信号５３に基づいてＦに対応したテーブルデータ、Ｎに対応したテーブルデータ、Ｒに対応したテーブルデータを選択する。

なお、各テーブルデータは、入力される走行動力Ｐ_Ｒ、荷役動力Ｐ_Ｌおよび走行速度Ｖに対してエンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分が定められたものであって、上記式（１）の関係を満たすものである。

その後、動力配分算出部１４３は、選択したテーブルデータに基づいて、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分を算出するものであって、クラッチペダルスイッチ信号５３がＦまたはＲの際に、走行速度Ｖの値に応じて動力配分を変化させるものである。
本実施形態では、走行速度Ｖの値が０の時の動力配分が第１の実施形態と同様である
の場合に適用して説明する。そのため、走行速度Ｖの値が０の時の説明を省略する。

エンジン動力Ｐ_ＥＧの動力配分は、図５のＦに対応したテーブルデータおよびＲに対応したテーブルデータに示すように、走行速度Ｖの値の増加に応じて動力配分の割合が増加される。

第１モータ動力Ｐ_Ｍ１の動力配分は、図５のＦに対応したテーブルデータおよびＲに対応したテーブルデータに示すように、要求動力（Ｐ_Ｒ）が正の場合には走行速度Ｖの値の増加に応じて動力配分の割合が減少され、要求動力（Ｐ_Ｒ）が負の場合には走行速度Ｖの値の増加に応じて動力配分の割合が増加される。

第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の動力配分は、図５のＦに対応したテーブルデータに示すように、要求動力（Ｐ_Ｌ）が正の場合には走行速度Ｖの値の増加に応じて動力配分の割合が減少され、要求動力（Ｐ_Ｌ）が負の場合には走行速度Ｖの値の増加に応じて動力配分の割合が増加される。
また、図５のＲに対応したテーブルデータに示すように、要求動力（Ｐ_Ｒ）が正の場合には走行速度Ｖの値の増加に応じて動力配分の割合が増加され、要求動力（Ｐ_Ｒ）が負の場合には走行速度Ｖの値の増加に応じて動力配分の割合が減少される。

上記の構成によれば、第２モータ１１の回転数から検出されたフォークリフト１０１の走行速度Ｖに基づくことにより、フォークリフト１０１の走行状態に適した動力の配分を行うことができ、動力を無駄なく利用することができる。
例えば、中低速域では加速性の高い第１モータ９、または、第１および第２モータ９，１１から走行部３への動力供給の配分を高め、高速域では燃費のよいエンジン７から走行部３への動力供給の配分を高めることで、全ての速度域において最適な効率条件となるように動力分配を制御することができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図６から図９を参照して説明する。
本実施形態のフォークリフトの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、動力配分の算出方法が異なっている。よって、本実施形態においては、図６から図９を用いて動力配分の算出方法のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図６は、本実施形態に係るフォークリフトの制御部における動力配分方法を説明するブロック図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

フォークリフト（作業車両）２０１の制御部２１３の必要動力算出部４１には、図６に示すように、オペレータによるアクセルペダルの操作量４５と、ブレーキペダルの操作量４７と、リフトレバーの操作量４９と、チルトレバーの操作量５１とが入力される。必要動力算出部４１は入力されたこれらの操作量に基づいて、走行に必要な走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役に必要な荷役動力Ｐ_Ｌを算出する。

算出された走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌは動力配分算出部２４３に入力され、動力配分算出部２４３には、さらにＦＮＲクラッチ１７の状態を表すクラッチペダルスイッチ信号５３および第２モータ１１（図１参照。）の回転数から検出されたフォークリフト２０１の走行速度Ｖが入力される。さらに、動力配分算出部２４３には、バッテリ３７からバッテリ電圧Ｅｂも入力され、動力配分算出部２４３は電圧検出部としても機能する。

なお、上述のように、動力配分算出部２４３がバッテリ電圧Ｅｂを直接検出してもよいし、バッテリ電圧Ｅｂを検出する電圧検出センサを別途設けてもよく、特に限定するものではない。

動力配分算出部２４３は、クラッチペダルスイッチ信号５３に基づいて予め記憶された複数のテーブルデータから一つのテーブルデータを選択し、算出された走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌと走行速度Ｖとバッテリ電圧Ｅｂとに基づいて、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分を上述の式（１）を満たすように算出する。

図７から図９は、図６の動力配分算出部に記憶された複数のテーブルデータであって、バッテリ電圧によって場合分けされたテーブルデータの一つを説明する図である。
具体的には、動力配分算出部２４３に記憶された複数のテーブルデータは、図６から図９に示すように、バッテリ電圧Ｅｂが第１の所定電圧Ｅ１から第２の所定電圧Ｅ２以下の間（図７），第２の所定電圧Ｅ２から第３の所定電圧Ｅ３以下の間（図８），第３の所定電圧Ｅ３から第４の所定電圧Ｅ４以下の間（図９）かによって場合分けされて作成され、さらに、クラッチペダルスイッチ信号５３（Ｆ（前進），Ｎ（ニュートラル），Ｒ（後進））によって場合分けされて作成されている（図７から図９）。

動力配分算出部２４３は、バッテリ電圧Ｅｂの値に基づいてテーブルデータを選択し、さらに、クラッチペダルスイッチ信号５３に基づいてＦに対応したテーブルデータ、Ｎに対応したテーブルデータ、Ｒに対応したテーブルデータを選択する。
なお、各テーブルデータは、入力される走行動力Ｐ_Ｒ、荷役動力Ｐ_Ｌおよび走行速度Ｖに対してエンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分が定められたものであって、上記式（１）の関係を満たすものである。

バッテリ電圧ＥｂがＥ１＜Ｅｂ≦Ｅ２の関係にある場合には、動力配分算出部２４３は、図７に示すテーブルデータを選択する。このテーブルデータでは、エンジン動力Ｐ_ＥＧの配分方法が第１および第２の実施形態と異なっている。
つまり、ＦまたはＲに対応したテーブルデータを選択した場合、エンジン動力Ｐ_ＥＧは走行動力Ｐ_Ｒが０から第２の所定動力Ｐ２までの間、走行動力Ｐ_Ｒに比例して走行部３に動力を供給し、走行動力Ｐ_Ｒが第２の所定動力Ｐ２以上では一定の動力を供給するように動力配分される。
また、Ｎに対応したテーブルデータを選択した場合、エンジン動力Ｐ_ＥＧは荷役動力Ｐ_Ｌが０から第５の所定動力Ｐ５ｂまでの間、荷役動力Ｐ_Ｌに比例して荷役部５に動力を供給し、荷役動力Ｐ_Ｌが第５の所定動力Ｐ５ｂ以上では一定の動力を供給するように動力配分される。

バッテリ電圧ＥｂがＥ２＜Ｅｂ≦Ｅ３の関係にある場合には、動力配分算出部２４３は、図８に示すテーブルデータを選択する。
ここで、ＦまたはＲに対応したテーブルデータを選択した場合、エンジン動力Ｐ_ＥＧは、走行動力Ｐ_Ｒが０から第１の所定動力Ｐ１までの間は動力を供給しない。そして、走行動力Ｐ_Ｒが第１の所定動力Ｐ１から第２の所定動力Ｐ２までの間、エンジン動力Ｐ_ＥＧは走行動力Ｐ_Ｒに比例して走行部３に動力を供給し、走行動力Ｐ_Ｒが第２の所定動力Ｐ２以上では一定の動力を供給するように動力配分される。
また、Ｎに対応したテーブルデータを選択した場合、エンジン動力Ｐ_ＥＧは、荷役動力Ｐ_Ｌが０から第４の所定動力Ｐ４ａまでの間は動力を供給しない。そして、荷役動力Ｐ_Ｌが第４の所定動力Ｐ４ａから第５の所定動力Ｐ５ａまでの間、エンジン動力Ｐ_ＥＧは荷役動力Ｐ_Ｌに比例して荷役部５に動力を供給し、荷役動力Ｐ_Ｌが第５の所定動力Ｐ５ａ以上では一定の動力を供給するように動力配分される。

バッテリ電圧ＥｂがＥ３＜Ｅｂ≦Ｅ４の関係にある場合には、動力配分算出部２４３は、図９に示すテーブルデータを選択する。図９に示すテーブルデータは第２の実施形態で説明したテーブルデータと同様なテーブルデータであるのでその説明を省略する。

その後、動力配分算出部２４３は、選択したテーブルデータに基づいて、エンジン動力Ｐ_ＥＧ，第１モータ動力Ｐ_Ｍ１および第２モータ動力Ｐ_Ｍ２の配分を算出する。
図７から図９に示すテーブルデータは、クラッチペダルスイッチ信号５３がＦまたはＲの際に、走行速度Ｖの値に応じて動力配分を変化させるテーブルデータであって、具体的な動力の配分は第２の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

上記の構成によれば、バッテリ電圧Ｅｂが低い場合にエンジン動力Ｐ_ＥＧの配分を高めることで、バッテリ３７の消費量の軽減を図ることができる。
さらに、走行動力Ｐ_Ｒおよび荷役動力Ｐ_Ｌの負荷が軽いときに、エンジン動力Ｐ_ＥＧの一部を用いて第１または第２モータ９，１１を回転駆動することで発電を行い、バッテリ３７に充電させることでバッテリ３７の消費量のさらなる軽減を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係るフォークリフトの動力伝達系統を示す図である。図１の制御部における動力配分方法を説明するブロック図である。図２の動力配分算出部に記憶された複数のテーブルデータを説明する図である。本発明の第２の実施形態に係るフォークリフトの制御部における動力配分方法を説明するブロック図である。図４の動力配分算出部に記憶された複数のテーブルデータを説明する図である。本発明の第３の実施形態に係るフォークリフトの制御部における動力配分方法を説明するブロック図である。図６の動力配分算出部に記憶された複数のテーブルデータであって、バッテリ電圧によって場合分けされたテーブルデータの一つを説明する図である。図６の動力配分算出部に記憶された複数のテーブルデータであって、バッテリ電圧によって場合分けされたテーブルデータの一つを説明する図である。図６の動力配分算出部に記憶された複数のテーブルデータであって、バッテリ電圧によって場合分けされたテーブルデータの一つを説明する図である。

符号の説明

１，１０１，２０１フォークリフト（作業車両）
３走行部
５荷役部
７エンジン
９第１モータ
１１第２モータ（速度検出部）
１７ＦＮＲクラッチ（クラッチ部）
３７バッテリ
４１必要動力算出部
４３，１４３，２４３動力配分算出部
Ｐ_Ｒ走行動力（走行用動力）
Ｐ_Ｌ荷役動力（荷役用動力）

Claims

走行を行う走行部および荷役を行う荷役部の一方に動力を供給するエンジンと、
前記走行部および前記荷役部の一方に動力を供給する第１モータと、
前記走行部のみに動力を供給する第２モータと、
前記走行部に必要とされる走行用動力、および、前記荷役部に必要とされる荷役用動力を算出する必要動力算出部と、
前記エンジンから前記走行部に伝達される前記動力を制御するクラッチ部と、
前記クラッチ部の制御状態に基づいて、前記エンジンの動力および前記第１モータの動力の供給先を選択するとともに、
前記算出された走行用動力および荷役用動力に基づいて、前記エンジン、前記第１モータおよび前記第２モータが供給する動力の配分を算出する動力配分算出部と、
が設けられていることを特徴とする作業車両。
前記動力配分算出部には、前記クラッチ部の制御状態に基づいて、前記エンジンの動力および前記第１モータの動力の供給先を選択するとともに、
前記算出された走行用動力および荷役用動力に基づいて、前記エンジンが供給する動力、前記第１モータが供給する動力、および、前記第２モータが供給する動力の配分と、が定められた複数のテーブルデータが備えられ、
前記クラッチ部の制御状態に基づいて、動力の配分に用いられるテーブルデータが切り替えられることを特徴とする請求項１記載の作業車両。
走行速度を検出する速度検出部が設けられ、
前記複数のテーブルデータは、前記速度検出部の出力にも基づいて、前記エンジンが供給する動力、前記第１モータが供給する動力、および、前記第２モータが供給する動力の配分を定めたものであることを特徴とする請求項２記載の作業車両。
走行モータおよび荷役モータに電流を供給するバッテリと、
該バッテリの電圧を検出する電圧検出部と、が設けられ、
前記複数のテーブルデータは、前記電圧検出部の出力にも基づいて、前記エンジンが供給する動力、前記第１モータが供給する動力、および、前記第２モータが供給する動力の配分を定めるものであることを特徴とする請求項２または３に記載の作業車両。
運転者の操作に基づいて、走行を行う走行部に必要な走行用動力と、荷役を行う荷役部に必要な荷役用動力とを算出する必要動力算出ステップと、
エンジンから前記走行部に伝達される動力の制御状態に基づいて、前記エンジンおよび第１モータの動力の供給先が前記走行部および前記荷役部から選択されるとともに、
前記算出された走行用動力および荷役用動力に基づいて、前記エンジンが供給する動力、前記第１モータが供給する動力、および、第２モータが前記走行部に供給する動力の配分が算出される動力配分算出ステップと、
が設けられていることを特徴とする作業車両の動力制御方法。