JP5095252B2 - Construction machine and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン及び電動発電機を備える建設機械に関し、特にホイールローダなどの加速及び減速を繰り返す建設機械及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a construction machine including an engine and a motor generator, and more particularly to a construction machine such as a wheel loader that repeatedly accelerates and decelerates and a control method thereof.

ホイールローダなどの建設機械の場合、一定速度で継続して走行することは少なく、自動車などの一般的な移動体とは異なる走行性能が求められる。   A construction machine such as a wheel loader rarely travels at a constant speed, and requires a travel performance different from that of a general moving body such as an automobile.

図50は、ホイールローダによる総作業の大半を占めるV字作業を説明するための平面図である。図50(a)に示すように、ホイールローダ100は、土砂102をすくうために、土砂102に向かって前進する。次に、図50(b)に示すように、ホイールローダ100は、土砂102のすくいこみを行う。この場合、ゼロ速度から極低速での強大な牽引力が必要となる(ストール状態)。   FIG. 50 is a plan view for explaining the V-shaped work that occupies most of the total work by the wheel loader. As shown in FIG. 50A, the wheel loader 100 moves forward toward the earth and sand 102 in order to scoop the earth and sand 102. Next, as shown in FIG. 50 (b), the wheel loader 100 scoops the earth and sand 102. In this case, a strong traction force from zero speed to extremely low speed is required (stall state).

土砂102のすくいこみが完了した後、ホイールローダ100は、図50(c)に示すように、一旦後進した後に方向転換し、トラック101に向かって前進を始める(スイッチバック)。そして、図50(d)に示すように、ホイールローダ100がトラック101に向かって前進を続けた後、図50(e)に示すように、ホイールローダ100は、トラック101への土砂102の積み込みを行う。   After the scooping of the earth and sand 102 is completed, as shown in FIG. 50 (c), the wheel loader 100 once moves backward and then turns to start moving forward toward the track 101 (switchback). 50D, after the wheel loader 100 continues to move toward the track 101, the wheel loader 100 loads the earth and sand 102 onto the track 101 as shown in FIG. I do.

土砂102の積み込みが完了した後、ホイールローダ100は、図50(f)に示すように、一旦後進した後に方向転換し、再度土砂102に向かって前進する(スイッチバック)。   After the loading of the earth and sand 102 is completed, as shown in FIG. 50 (f), the wheel loader 100 once moves backward and then changes its direction and moves forward again toward the earth and sand 102 (switchback).

以上のようなV字作業においては、極低速域において強大な牽引力が必要になったり、低速域における加速及び減速の繰り返し並びにスイッチバックの繰り返しが強いられたりする。このような要求は、建設機械に特有のものである。   In the V-shaped work as described above, a strong traction force is required in an extremely low speed range, and repeated acceleration and deceleration in a low speed range and repeated switchback are forced. Such a requirement is unique to construction machinery.

ところで、近年では、エンジンと電動発電機とを組み合わせて構成するハイブリッド車両が注目されており、種々の関連装置が開発されている。その例として、特許文献1ではハイブリッド車両用の発進装置(以下、従来例1という)が、特許文献2ではハイブリッド車両用の駆動装置(以下、従来例2という)がそれぞれ提案されている。   Incidentally, in recent years, a hybrid vehicle configured by combining an engine and a motor generator has attracted attention, and various related devices have been developed. As an example, Patent Document 1 proposes a starter for a hybrid vehicle (hereinafter referred to as Conventional Example 1), and Patent Document 2 proposes a drive device for a hybrid vehicle (hereinafter referred to as Conventional Example 2).

従来例1は、エンジンの出力軸に連結された歯車要素の目標回転数をアクセルの操作量に基づいて設定し、電気式回転装置を駆動して制動トルクを発生させることによって、その歯車要素の回転数が設定した目標回転数になるように電動発電機を制御する。このような構成により、効率良く車両を発進させることが可能となる。   In the first conventional example, the target rotational speed of the gear element connected to the output shaft of the engine is set based on the operation amount of the accelerator, and the electric rotating device is driven to generate the braking torque. The motor generator is controlled so that the rotational speed becomes the set target rotational speed. With such a configuration, the vehicle can be started efficiently.

また、従来例2は、遊星歯車装置のリングギヤと電動発電機とを連結し、遊星歯車装置のサンギヤとエンジンとを連結し、遊星歯車装置のキャリアから駆動輪側へ出力する一方、これらのリングギヤ、キャリア及びサンギヤが互いに等しい結合回転速度となった時にそれらのうちの2つを一体的に結合し、その結合回転速度以上で一体回転させる。このような構成により、車両をスムースに発進させることが可能となる。
特許3344848号明細書 特開平9−14385号公報
Conventional example 2 connects the ring gear of the planetary gear device and the motor generator, connects the sun gear of the planetary gear device and the engine, and outputs from the carrier of the planetary gear device to the drive wheel side, while these ring gears. When the carrier and the sun gear have the same coupled rotational speed, two of them are coupled together, and the carrier and the sun gear are integrally rotated at or above the coupled rotational speed. With such a configuration, the vehicle can be started smoothly.
Japanese Patent No. 3344848 JP-A-9-14385

上述したような建設機械に特有な走行性能を得るために、中型以上のホイールローダでは、トルクコンバータを備えるのが一般的である。図51は、トルクコンバータにおける速度比に対するトルク比と効率・吸収トルク係数との関係を示すグラフである。また、図52は、トルクコンバータにおける入力トルクとエンジン回転数との関係を示すグラフである。   In order to obtain the traveling performance peculiar to the construction machine as described above, a wheel loader of a medium size or more generally includes a torque converter. FIG. 51 is a graph showing the relationship between the torque ratio to the speed ratio and the efficiency / absorption torque coefficient in the torque converter. FIG. 52 is a graph showing the relationship between the input torque in the torque converter and the engine speed.

図51を参照すると、トルクコンバータは、全体的に効率が悪く、特に低速度比での効率が極端に悪いことが確認できる(R1領域を参照)。上述したように、ホイールローダでは加速及び減速、ストールやスイッチバックの低速域での走行性能が必要とされ、トルクコンバータの低効率領域の使用頻度が高いため、効率の面で改善の余地がある。   Referring to FIG. 51, it can be confirmed that the torque converter is generally inefficient, and in particular, the efficiency at the low speed ratio is extremely bad (see the R1 region). As described above, the wheel loader requires acceleration and deceleration, travel performance in the low speed region of stall and switchback, and the frequency of use of the low efficiency region of the torque converter is high, so there is room for improvement in terms of efficiency. .

また、図52を参照すると、伝達トルクが、入力軸(エンジンの出力軸)の回転数に依存しており、したがって、エンジンの回転数が低い場合は伝達されるトルクも小さくなることが確認できる(R2領域を参照)。そのため、加速時にはエンジンの回転数が上昇するまで十分なトルクを伝達することができないこととなる。これは、短距離で加速及び減速を繰り返す建設機械にとって、デメリットである。   Referring to FIG. 52, it can be confirmed that the transmission torque depends on the rotational speed of the input shaft (the output shaft of the engine), and therefore, the transmitted torque becomes small when the rotational speed of the engine is low. (See R2 region). Therefore, at the time of acceleration, sufficient torque cannot be transmitted until the engine speed increases. This is a disadvantage for a construction machine that repeatedly accelerates and decelerates over a short distance.

ところで、ホイールローダなどの建設機械をハイブリッド車両とする場合、トルクコンバータと同等以上の走行性能を実現するためには、低速域での直結クラッチ解放状態での走行が主となり、この状態でエンジントルク、電動発電機トルク及び変速の段数の制御を行う必要がある。   By the way, when a construction machine such as a wheel loader is used as a hybrid vehicle, in order to achieve a running performance equivalent to or better than that of a torque converter, the driving is mainly performed in a state in which the direct clutch is released in a low speed range, and in this state, It is necessary to control the motor generator torque and the number of shift stages.

上述した従来例1及び2は、車両が停止している状態から直結クラッチが接続されるまでの発進時における制御は行っているものの、このようなエンジントルク、電動発電機トルク及び変速の段数の制御は行っていない。そのため、これらの従来例1及び2を適用して、ハイブリッドの建設機械を実現することは困難である。   In the conventional examples 1 and 2 described above, the engine torque, the motor generator torque, and the number of shift stages are controlled, although control is performed at the time of starting from the state where the vehicle is stopped until the direct clutch is connected. There is no control. Therefore, it is difficult to realize a hybrid construction machine by applying these conventional examples 1 and 2.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、直結クラッチの結合を行わない、すなわち直結クラッチが解放された状態での低速域で良好な走行性能を実現することできる建設機械及びその制御方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a problem, and the object thereof is to realize good running performance in a low speed range in a state where the direct coupling clutch is not coupled, that is, the direct coupling clutch is released. An object of the present invention is to provide a construction machine that can be used and a control method thereof.

本発明者等は、ホイールローダなどの建設機械をハイブリッド車両とするためには、どのような構成とすべきかについて、鋭意検討を重ねた。   The inventors of the present invention have intensively studied what kind of configuration should be adopted in order to make a construction machine such as a wheel loader a hybrid vehicle.

自動車、トラック又は鉄道などのハイブリッドシステムとしては、一般的に(1)シリーズ方式、(2)パラレル方式、(3)シリーズ・パラレル(スプリット)方式に分類されることが知られている。ここで、(2)パラレル方式の場合、トルクコンバータが必要となる。しかし、上述したように、トルクコンバータは低速域での効率が極めて低い。そのため、パラレル方式は、建設機械には不向きであるといえる。また、パラレル方式の場合、減速時の回生発電以外では、緩やかな加速又は定速走行時などのエンジン出力に余裕のあるときに発電するが、ホイールローダの場合はそのような余裕があるときはほとんどない。また減速回生で得られる発電量自体も少ない。したがって、ホイールローダにパラレル方式を採用すると、発電量が乏しくなってしまうという問題もある。   It is known that hybrid systems such as automobiles, trucks, and railways are generally classified into (1) series system, (2) parallel system, and (3) series parallel (split) system. Here, (2) in the case of a parallel system, a torque converter is required. However, as described above, the torque converter has extremely low efficiency in the low speed range. Therefore, it can be said that the parallel system is not suitable for construction machines. In addition, in the case of the parallel system, except for regenerative power generation at the time of deceleration, power is generated when there is a margin in engine output during slow acceleration or constant speed driving, etc., but in the case of a wheel loader when there is such a margin rare. Also, the amount of power generated by deceleration regeneration is small. Therefore, when the parallel system is adopted for the wheel loader, there is a problem that the amount of power generation becomes poor.

他方、(1)シリーズ方式、及び(3)シリーズ・パラレル方式による自動車などの場合、発進時のトルクは自身を加速させるだけのもので足りる。そのため、ゼロ速度から強力なトルクを発生する電動発電機を備える場合、変速機は不要となることが多い。   On the other hand, in the case of automobiles of (1) series system and (3) series / parallel system, the torque at the time of starting is only required to accelerate itself. Therefore, when a motor generator that generates a strong torque from zero speed is provided, a transmission is often unnecessary.

しかしながら、上述したように、低速域において強大な牽引力が必要となるホイールローダの場合、実用化している電動発電機を用いる限り、変速機は必須であるといえる。図53乃至図55は、ホイールローダを電動発電機で駆動する場合における車速と牽引力との関係を示す走行特性図である。変速段が1速の場合の最大牽引力を得るためには、減速比を大きくとり、電動発電機の最大トルクで必要な駆動力を得るようにするが、その反面、電動発電機の最高回転数の制限によって、最高速度が制限される(図53に示す例では1速での最高速度は7km/h程度となる)。なお、変速段が2速の場合及び3速の場合については、図54及び図55にそれぞれ示している。   However, as described above, in the case of a wheel loader that requires a strong traction force in a low speed range, it can be said that a transmission is indispensable as long as a practical motor generator is used. 53 to 55 are travel characteristic diagrams showing the relationship between the vehicle speed and the traction force when the wheel loader is driven by a motor generator. In order to obtain the maximum traction force when the gear stage is 1st gear, the reduction ratio is increased to obtain the required driving force with the maximum torque of the motor generator, but on the other hand, the maximum speed of the motor generator Due to this limitation, the maximum speed is limited (in the example shown in FIG. 53, the maximum speed at the first speed is about 7 km / h). The cases where the gear stage is the second speed and the third speed are shown in FIGS. 54 and 55, respectively.

このように、電動発電機の最大トルク及び最高回転数はトレードオフの関係にあるため、低回転で高トルクを発生し、且つ最高回転数の高い電動発電機を得ることは困難である。したがって、ホイールローダにおいては変速機が必須となる。   Thus, since the maximum torque and the maximum rotation speed of the motor generator are in a trade-off relationship, it is difficult to obtain a motor generator that generates a high torque at a low rotation speed and a high maximum rotation speed. Therefore, a transmission is essential in the wheel loader.

このように、ホイールローダの場合は変速機が必須であるため、シリーズ方式又はシリーズ・パラレル方式を採用したとしても、これらの方式における変速機が不要になるというメリットを享受することができない。また、シリーズ方式及びシリーズ・パラレル方式においては、電動発電機及びインバータが2セット必要になるため、高コスト化を招くという問題が生じる。   Thus, in the case of a wheel loader, since a transmission is essential, even if a series method or a series-parallel method is adopted, it is not possible to enjoy the advantage that the transmission in these methods is unnecessary. Further, in the series method and the series / parallel method, two sets of motor generators and inverters are required, which causes a problem of increasing the cost.

上記課題を解決するために、本発明の建設機械は、蓄電器に接続された電動発電機と、エンジンと、前記電動発電機及び前記エンジンの出力軸を結合する遊星ギヤとを備え、前記電動発電機及び/又は前記エンジンによって発生したトルクを駆動輪へ伝達することにより走行可能な建設機械であって、前記遊星ギヤと前記駆動輪との間に設けられた、複数の変速段に切替可能な変速機と、前記エンジンと前記変速機とを直結する直結クラッチと、前記直結クラッチが解放された状態において、アクセル開度及び前記蓄電器の蓄電量に基づいて、前記エンジンの回転数を制御し、アクセル開度、前記電動発電機の動作状態(力行または回生)、及び前記蓄電器の蓄電量に基づいて、前記変速機の変速段の切替を制御するとともに、アクセル開度、車速、及び前記変速機の変速段に基づいて、前記エンジン及び前記電動発電機に発生させるトルクを決定するように構成されている制御装置とを備える。   In order to solve the above problems, a construction machine of the present invention includes a motor generator connected to a capacitor, an engine, and a planetary gear that couples the motor generator and the output shaft of the engine, and the motor generator A construction machine capable of traveling by transmitting torque generated by the machine and / or the engine to drive wheels, and capable of switching to a plurality of shift stages provided between the planetary gear and the drive wheels. In a state in which the transmission, the direct coupling clutch that directly connects the engine and the transmission, and the direct coupling clutch are released, the number of revolutions of the engine is controlled based on the accelerator opening and the storage amount of the battery, Based on the accelerator opening, the operating state (powering or regeneration) of the motor generator, and the amount of electricity stored in the battery, the shift position of the transmission is controlled and the accelerator opening Comprising vehicle speed, and based on the gear position of the transmission, and a controller configured to determine the torque generated in the engine and the motor generator.

このように構成すると、エンジントルクと電動発電機トルクとがバランスを保った状態で、蓄電器の限られた蓄電容量の範囲内において充放電を繰り返しながら走行することが可能となる。   If comprised in this way, it will become possible to drive | work, repeating charging / discharging within the range of the electrical storage capacity with which the electrical storage device was limited, in the state where engine torque and motor generator torque were kept in balance.

前記発明に係る建設機械において、前記制御装置が、前記蓄電器の蓄電量が少ない場合であって、アクセルが踏み込まれているときは、前記エンジンの回転数を上昇させる一方で、前記蓄電器の蓄電量が多い場合であって、アクセルが踏み込まれているときは、前記エンジンの回転数を減少させるように構成されていてもよい。   In the construction machine according to the invention, when the control device has a small amount of electricity stored in the capacitor and the accelerator is depressed, the engine speed is increased while the amount of electricity stored in the capacitor is increased. If the accelerator is depressed, the engine speed may be reduced.

また、前記発明に係る建設機械において、前記制御装置が、アクセルが踏み込まれており且つ前記電動発電機が力行状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が少ないときは、前記変速機の変速段を上げる一方で、アクセルが踏み込まれており且つ前記電動発電機が回生制動状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が多いときは、前記変速機の変速段を下げるように構成されていてもよい。   In the construction machine according to the invention, when the accelerator is depressed and the motor generator is in a power running state, and the amount of power stored in the capacitor is small, While increasing the gear position, the accelerator is depressed and the motor generator is in a regenerative braking state, and when the amount of power stored in the capacitor is large, the gear position of the transmission is decreased. May be.

また、前記発明に係る建設機械が、前記エンジンの逆回転を防止する逆回転防止手段を更に備え、前記制御装置が、前記電動発電機が回生制動状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が過剰であると判定したときに、前記エンジンを停止させるように構成されていてもよい。   The construction machine according to the invention further includes reverse rotation preventing means for preventing reverse rotation of the engine, and the control device is a case where the motor generator is in a regenerative braking state, and The engine may be configured to stop when it is determined that the amount is excessive.

また、前記発明に係る建設機械が、荷役装置を駆動する油圧ポンプを更に備え、前記油圧ポンプは、前記エンジンと直結されており、前記制御装置が、アクセル開度、車速、及び前記変速機の変速段とともに、前記油圧ポンプの動作に必要なトルクに基づいて、前記エンジン及び前記電動発電機に発生させるトルクを決定するように構成されていてもよい。   The construction machine according to the invention further includes a hydraulic pump that drives a cargo handling device, the hydraulic pump is directly connected to the engine, and the control device includes an accelerator opening, a vehicle speed, and a transmission The torque to be generated in the engine and the motor generator may be determined based on the torque required for the operation of the hydraulic pump together with the shift speed.

また、前記発明に係る建設機械が、前記エンジンと直結された油圧ポンプを更に備え、前記制御装置が、減速している場合に、前記油圧ポンプの吐出流量とリリーフ圧とを制御することにより、前記エンジンに負トルクを発生させるように構成されていてもよい。   In addition, the construction machine according to the invention further includes a hydraulic pump directly connected to the engine, and when the control device is decelerating, by controlling the discharge flow rate and the relief pressure of the hydraulic pump, The engine may be configured to generate a negative torque.

本発明の建設機械の制御方法は、蓄電器に接続された電動発電機と、エンジンと、前記電動発電機及び前記エンジンの出力軸を結合する遊星ギヤとを備え、前記電動発電機及び/又は前記エンジンによって発生したトルクを駆動輪へ伝達することにより走行可能な建設機械の制御方法であって、前記遊星ギヤと前記駆動輪との間には、複数の変速段に切替可能な変速機が設けられ、前記エンジンと前記変速機とは直結クラッチにより直結されるように構成されており、前記直結クラッチが解放された状態において、アクセル開度及び前記蓄電器の蓄電量に基づいて、前記エンジンの回転数を制御するステップと、アクセル開度、前記電動発電機の動作状態、及び前記蓄電器の蓄電量に基づいて、前記変速機の変速段の切替を制御するステップと、アクセル開度、車速、及び前記変速機の変速段に基づいて、前記エンジン及び前記電動発電機に発生させるトルクを決定するステップとを有する。   The construction machine control method of the present invention includes a motor generator connected to a capacitor, an engine, and a planetary gear that couples the motor generator and an output shaft of the engine, and the motor generator and / or the motor A method of controlling a construction machine capable of traveling by transmitting torque generated by an engine to drive wheels, wherein a transmission capable of switching to a plurality of shift stages is provided between the planetary gear and the drive wheels. The engine and the transmission are configured to be directly coupled by a direct clutch, and in a state where the direct clutch is released, the rotation of the engine is determined based on the accelerator opening and the charged amount of the battery. A step of controlling the number of gears, and a step of controlling the switching of the shift stage of the transmission based on the accelerator opening, the operating state of the motor generator, and the amount of charge stored in the battery And a step of, based on the gear position of the accelerator opening, vehicle speed, and the transmission, determining the torque generated in the engine and the motor generator.

前記発明に係る建設機械の制御方法において、前記エンジンの回転数を制御するステップが、前記蓄電器の蓄電量が少ない場合であって、アクセルが踏み込まれているときは、前記エンジンの回転数を上昇させる一方で、前記蓄電器の蓄電量が多い場合であって、アクセルが踏み込まれているときは、前記エンジンの回転数を減少させるようにしてもよい。   In the construction machine control method according to the invention, the step of controlling the engine speed increases the engine speed when the amount of power stored in the capacitor is small and the accelerator is depressed. On the other hand, when the amount of power stored in the battery is large and the accelerator is depressed, the engine speed may be decreased.

また、前記発明に係る建設機械の制御方法において、前記変速段の切替を制御するステップが、アクセルが踏み込まれており且つ前記電動発電機が力行状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が少ないときは、前記変速機の変速段を上げる一方で、アクセルが踏み込まれており且つ前記電動発電機が回生制動状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が多いときは、前記変速機の変速段を下げるようにしてもよい。   Further, in the method for controlling a construction machine according to the invention, the step of controlling the switching of the shift speed is a case where an accelerator is depressed and the motor generator is in a power running state, and the amount of power stored in the capacitor Is low, the shift stage of the transmission is raised, while the accelerator is depressed and the motor generator is in a regenerative braking state, and the amount of power stored in the capacitor is large, The gear stage of the machine may be lowered.

また、前記発明に係る建設機械の制御方法において、前記建設機械が、荷役装置を駆動する油圧ポンプを更に備え、前記油圧ポンプは、前記エンジンと直結されており、前記トルクを決定するステップが、アクセル開度、車速、及び前記変速機の変速段とともに、前記油圧ポンプの動作に必要なトルクに基づいて、前記エンジン及び前記電動発電機に発生させるトルクを決定するようにしてもよい。   In the construction machine control method according to the invention, the construction machine further includes a hydraulic pump that drives a cargo handling device, the hydraulic pump is directly connected to the engine, and the step of determining the torque includes: The torque to be generated by the engine and the motor generator may be determined based on the torque required for the operation of the hydraulic pump, together with the accelerator opening, the vehicle speed, and the gear position of the transmission.

本発明によれば、蓄電器の限られた蓄電容量の範囲内において充放電を繰り返しながら走行することができる建設機械及びその制御方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the construction machine which can drive | work while repeating charging / discharging within the range of the electrical storage capacity with which the electrical storage device was limited, and its control method can be provided.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る建設機械の主要部の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施の形態の建設機械1は、エンジン10と、電動発電機11とを備えている。エンジン10の出力軸は遊星ギヤ装置のサンギヤ16aと、電動発電機11の出力軸は遊星ギヤ装置のリングギヤ16bと接続されるギヤ17とそれぞれ接続されている。また、遊星ギヤ装置のキャリア軸18は、複数の変速段に自動的に切替可能な電子制御の変速機12と接続されている。なお、遊星ギヤ装置には、サンギヤ16a、リングギヤ16b及びキャリア軸18のうちの何れか2つを直結するクラッチが設けられている(図1ではサンギヤ16aとキャリア軸18を直結している)。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of the construction machine according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the construction machine 1 according to the present embodiment includes an engine 10 and a motor generator 11. The output shaft of the engine 10 is connected to the sun gear 16a of the planetary gear device, and the output shaft of the motor generator 11 is connected to the gear 17 connected to the ring gear 16b of the planetary gear device. Further, the carrier shaft 18 of the planetary gear device is connected to an electronically controlled transmission 12 that can be automatically switched to a plurality of shift speeds. Note that the planetary gear device is provided with a clutch that directly connects any two of the sun gear 16a, the ring gear 16b, and the carrier shaft 18 (in FIG. 1, the sun gear 16a and the carrier shaft 18 are directly connected).

変速機12は、デファレンシャルギヤ19を介して、駆動輪20と接続されている。なお、デファレンシャルギヤ19を介さずに、変速機12と駆動輪20とが直接接続されていてもよい。また、変速機12とエンジン10とは、直結クラッチ15により接続される。   The transmission 12 is connected to drive wheels 20 via a differential gear 19. In addition, the transmission 12 and the drive wheel 20 may be directly connected without using the differential gear 19. The transmission 12 and the engine 10 are connected by a direct coupling clutch 15.

電動発電機11は、インバータ13を介して蓄電器14と接続されている。この電動発電機11は、回生制動器として、また力行による動力源として機能する。   The motor generator 11 is connected to the battery 14 via the inverter 13. The motor generator 11 functions as a regenerative brake and as a power source by power running.

なお、図1には示されていないが、後述するように、建設機械1は、機械式ブレーキを電子制御するためのブレーキ回路を備えている。   Although not shown in FIG. 1, the construction machine 1 includes a brake circuit for electronically controlling the mechanical brake, as will be described later.

また、建設機械1は、エンジン10、電動発電機11及び変速機12の動作を制御するための制御装置2を備えている。この制御装置2の詳細を以下に説明する。   The construction machine 1 also includes a control device 2 for controlling operations of the engine 10, the motor generator 11, and the transmission 12. Details of the control device 2 will be described below.

図2は、本発明の実施の形態1に係る建設機械が備える制御装置の構成を示す機能ブロック図である。   FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the control device provided in the construction machine according to Embodiment 1 of the present invention.

図2に示すように、制御装置2には、蓄電器の蓄電量、アクセル及びブレーキの操作量、車速、電動発電機11の回転数及びトルク(蓄電器の充放電量に相当)、エンジン10の回転数、並びに前後進レバーのレバー位置が入力される。そして、エンジン回転数設定手段201が、蓄電量及びアクセルの操作量の入力に基づいて、エンジンの回転数の設定を行う。また、エンジン回転数制御手段202は、エンジン回転数設定手段201によって定められた設定回転数及びエンジン10の実際のエンジン回転数、並びに電動発電機11の実際の回転数の入力を受け、これらの入力からエンジン10及び電動発電機11に必要なトルクを算出し、その算出した結果を示すエンジントルク増減指令及び電動発電機トルク増減指令を出力する。   As shown in FIG. 2, the control device 2 includes a storage amount of the capacitor, an accelerator and brake operation amount, a vehicle speed, a rotation speed and torque of the motor generator 11 (corresponding to a charge / discharge amount of the capacitor), and a rotation of the engine 10. The number and the lever position of the forward / reverse lever are input. Then, the engine speed setting means 201 sets the engine speed based on the input of the charged amount and the accelerator operation amount. The engine speed control means 202 receives inputs of the set speed determined by the engine speed setting means 201, the actual engine speed of the engine 10, and the actual speed of the motor generator 11. Torque required for the engine 10 and the motor generator 11 is calculated from the input, and an engine torque increase / decrease command and a motor generator torque increase / decrease command indicating the calculated results are output.

また、計算手段203が備える走行トルク計算手段203aは、アクセル及びブレーキの操作量などから、走行に必要とされる走行トルクを計算して、その計算した結果を走行トルク指令として出力する。出力トルク制限手段204は、走行トルク計算手段203aから走行トルク指令を受け、その走行トルク指令に対し蓄電器の蓄電量が少ない場合や過剰な場合に発電電動機の出力を制限するために、出力トルクを制限して、電動発電機エンジントルク配分手段205へ出力する。なお、この出力トルク制限手段204が省略され、走行トルク計算処理手段203aから電動発電機エンジントルク配分手段205へ直接走行トルク指令が出力されるようにしてもよい。   The running torque calculating means 203a included in the calculating means 203 calculates the running torque required for running from the operation amount of the accelerator and the brake, and outputs the calculated result as a running torque command. The output torque limit means 204 receives the travel torque command from the travel torque calculation means 203a, and outputs the output torque in order to limit the output of the generator motor when the storage amount of the capacitor is small or excessive with respect to the travel torque command. The output is limited and output to the motor generator torque distribution means 205. The output torque limiting means 204 may be omitted, and the travel torque command may be directly output from the travel torque calculation processing means 203a to the motor generator engine torque distribution means 205.

この走行トルク計算手段203aでは、アクセル及びブレーキ操作量から走行に必要とされる走行トルクを計算して出力するため、ブレーキを効かした状態で駆動力をかけることによりエネルギを無駄に消費したり、ブレーキに過度な負担をかけるような動作を起こさせないようにすることができる。   In this running torque calculation means 203a, in order to calculate and output the running torque required for running from the accelerator and the brake operation amount, energy is wasted by applying driving force in a state where the brake is applied, It is possible to prevent an operation that puts an excessive load on the brake.

電動発電機エンジントルク配分手段205は、後述するようにして、走行トルク指令に基づいて、電動発電機11及びエンジン11へのトルク配分を計算し、その結果として電動発電機トルク指令及びエンジントルク指令を電動発電機11及びエンジン10へそれぞれ出力する。なお、この電動発電機トルク指令に、エンジン回転数制御手段202によって出力された電動発電機トルク増減指令が加えられた信号が、電動発電機11に入力される。他方、エンジン10には、このエンジントルク指令に、同じく出力されたエンジントルク増減指令が加えられた信号が、入力される。   The motor / generator engine torque distribution means 205 calculates torque distribution to the motor / generator 11 and the engine 11 based on the running torque command as described later, and as a result, the motor / generator torque command and the engine torque command are calculated. Are output to the motor generator 11 and the engine 10, respectively. A signal obtained by adding the motor generator torque increase / decrease command output by the engine speed control means 202 to the motor generator torque command is input to the motor generator 11. On the other hand, the engine 10 receives a signal obtained by adding the engine torque increase / decrease command that is also output to the engine torque command.

また、計算手段203が備える変速段数計算手段203bは、後述するようにして、アクセル操作量、蓄電器の蓄電量、及び電動発電機の動作状態(回生制動又は力行)から、変速段数を計算し、その計算した結果に基づいて、シフトアップ又はシフトダウンが必要であるか否かについての変速指令を、変速機12へ出力する。   Further, the shift speed calculation means 203b included in the calculation means 203 calculates the shift speed from the accelerator operation amount, the storage amount of the battery, and the operation state (regenerative braking or power running) of the motor generator, as will be described later. Based on the calculated result, a shift command as to whether or not upshifting or downshifting is necessary is output to the transmission 12.

なお、計算手段203は、減速中に変速段を切り替える場合に、クラッチが切れた状態となって減速が一旦弱まる(トルク抜け)ことに伴う操縦フィーリングの低下を防止するために、機械式ブレーキを制御する電子制御ブレーキ回路21に対して、機械式ブレーキ指令を出力する。これにより、機械式ブレーキが補助的に用いられることになり、前後進の切替の際(スイッチバック)の減速段階でのトルク抜けが発生した場合でも操縦フィーリングを良好に保つことができる。   Note that when the gear stage is switched during deceleration, the calculation means 203 uses a mechanical brake in order to prevent a decrease in steering feeling due to the clutch being disengaged and the deceleration temporarily weakening (torque loss). A mechanical brake command is output to the electronically controlled brake circuit 21 that controls As a result, the mechanical brake is used supplementarily, and the steering feeling can be maintained well even when torque loss occurs in the deceleration stage when switching between forward and reverse (switchback).

本発明における基本的な制御は、アクセル操作量及び車速から必要とする駆動力を走行トルク計算機能手段によって計算し、それに応じて、電動発電機11とエンジン10とのトルク配分(遊星ギヤのギヤ比により一意に決まる)を電動発電機エンジントルク配分手段205が行い、その結果を電動発電機11及びエンジン10に出力することにより、行われる。   In the basic control of the present invention, the required driving force is calculated from the accelerator operation amount and the vehicle speed by the traveling torque calculating function means, and accordingly, the torque distribution between the motor generator 11 and the engine 10 (the gear of the planetary gear). The motor generator / engine torque distribution means 205 performs the control (uniquely determined by the ratio) and outputs the result to the motor / generator 11 and the engine 10.

建設機械が停止している状態において、アクセルが離されたされた場合、通常エンジン回転数はアイドリング回転数となる。しかしながら、本発明では基本的にエンジン回転数はアクセル操作量とは独立しており、主に蓄電量により設定される。これは次の理由による。まず、エンジン回転数が低い場合は同一ギヤでの電動発電機11の回生制動(発電)による上限速度(すなわち回生制動から力行への移行時の速度)が低くなり、エンジン回転数が高い場合はそれに応じて上限速度が高くなる。そして、車速が回生制動(発電)による上限速度を上回る場合は電動発電機11が力行状態となるが、蓄電量の制限があるため、力行を長時間継続することは不可能である。そこで、後述するように、エンジン回転数を蓄電量により設定することによって、電動発電機11の回生制動領域及び力行領域において蓄電量が最適となるような制御を行うことが可能となる。   When the accelerator is released while the construction machine is stopped, the normal engine speed becomes the idling speed. However, in the present invention, the engine speed is basically independent of the accelerator operation amount and is mainly set by the charged amount. This is due to the following reason. First, when the engine speed is low, the upper limit speed (that is, the speed at the time of transition from regenerative braking to power running) due to regenerative braking (power generation) of the motor generator 11 with the same gear is low, and when the engine speed is high. Accordingly, the upper limit speed increases. When the vehicle speed exceeds the upper limit speed due to regenerative braking (power generation), the motor generator 11 is in a power running state, but it is impossible to continue power running for a long time because there is a limit in the amount of power storage. Therefore, as will be described later, by setting the engine speed based on the storage amount, it is possible to perform control such that the storage amount is optimal in the regenerative braking region and the powering region of the motor generator 11.

エンジン回転数に関する制御は、操縦フィーリングに影響を与えることがないように、エンジン回転数のみを変化させる必要がある。すなわち、アクセル操作量に対応した駆動力を、電動発電機11及びエンジン10により発生した状態で、エンジン回数のみを変化させる必要がある。そのために、本発明においては、後述するように、遊星ギヤの出力軸であるキャリア軸のトルクを一定に保ったままで、電動発電機11とエンジン10とのトルク配分を変えることによって、エンジン回転数の増速及び減速を行う。   The control related to the engine speed needs to change only the engine speed so as not to affect the steering feeling. That is, it is necessary to change only the number of times of the engine in a state where the driving force corresponding to the accelerator operation amount is generated by the motor generator 11 and the engine 10. Therefore, in the present invention, as will be described later, the engine speed is changed by changing the torque distribution between the motor generator 11 and the engine 10 while keeping the torque of the carrier shaft, which is the output shaft of the planetary gear, constant. Increase and decrease the speed.

なお、上述した回生制動による上限速度はエンジン回転数により変化するが、さらに加速する場合は変速段数を上げる(シフトアップ)ことにより、回生制動の上限速度は高くなる。本発明においては、このように加速により車速を上げる場合、蓄電器の蓄電量が最適となるように、エンジン回転数及び変速段数を制御する。   The upper limit speed due to the regenerative braking described above varies depending on the engine speed. However, when further accelerating, the upper limit speed of the regenerative braking is increased by increasing the number of shift stages (shifting up). In the present invention, when the vehicle speed is increased by acceleration as described above, the engine speed and the number of shift stages are controlled so that the amount of power stored in the battery is optimized.

次に、フローチャート等を参照しながら、エンジン回数設定手段201、電動発電機エンジントルク配分手段205、及び変速段数計算手段203bにおけるより具体的な処理について、説明する。なお、以下の処理は、直結クラッチが解放された低速域での走行、すなわち例えば加速及び減速を繰り返したりスイッチバックを繰り返したりするV字作業における走行中の処理である。   Next, more specific processing in the engine number setting means 201, the motor / generator engine torque distribution means 205, and the gear position number calculation means 203b will be described with reference to a flowchart and the like. The following process is a process in a low-speed range in which the direct clutch is released, that is, a process during a V-shaped operation in which acceleration and deceleration are repeated or switchback is repeated, for example.

図3は、エンジン回数設定手段201におけるエンジン設定回転数計算の処理手順を示すフローチャートである。図3に示すように、まず、エンジン回数設定手段201は、蓄電器の蓄電量が、予め設定された蓄電量の下限値(設定下限値)より少ないか否かを判定する(S101)。ここで、蓄電量が設定下限値よりも少ないと判定した場合(S101でYES)、すなわち蓄電量が不足していると判定した場合、エンジン回数設定手段201は、アクセルが踏み込まれている(アクセルがオンされている)か否かを判定する(S102)。アクセルが踏み込まれていないと判定した場合(S102でNO)は処理を終了し、アクセルが踏み込まれていると判定した場合(S102でYES)は、エンジン設定回転数を増加する(S103)。   FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure for calculating the engine speed setting in the engine number setting means 201. As shown in FIG. 3, first, the engine number setting means 201 determines whether or not the amount of electricity stored in the battery is smaller than a preset lower limit value (set lower limit value) of the stored electricity amount (S101). Here, when it is determined that the storage amount is smaller than the set lower limit value (YES in S101), that is, when it is determined that the storage amount is insufficient, the engine number setting means 201 is depressing the accelerator (accelerator). (S102). If it is determined that the accelerator is not depressed (NO in S102), the process is terminated, and if it is determined that the accelerator is depressed (YES in S102), the engine set speed is increased (S103).

他方、ステップS101で蓄電量が設定下限値以上であると判定した場合(S101でNO)、すなわち蓄電量が十分であると判定した場合、エンジン回数設定手段201は、蓄電器の蓄電量が、予め設定された蓄電量の上限値(設定上限値)より多いか否かを判定する(S104)。ここで、蓄電量が設定上限値以下であると判定した場合(S104でNO)、すなわち蓄電量は適切であると判定した場合は処理を終了し、蓄電量が設定上限値より多いと判定した場合(S104でYES)、アクセルが踏み込まれているか否かを判定する(S105)。そして、アクセルが踏み込まれていないと判定した場合(S105でNO)は処理を終了し、アクセルが踏み込まれていると判定した場合(S105でYES)は、エンジン設定回転数を減少する(S103)。   On the other hand, when it is determined in step S101 that the charged amount is equal to or greater than the set lower limit (NO in S101), that is, when it is determined that the charged amount is sufficient, the engine number setting means 201 determines that the charged amount of the battery is in advance. It is determined whether or not it is larger than the set upper limit value (set upper limit value) (S104). If it is determined that the charged amount is equal to or less than the set upper limit value (NO in S104), that is, if it is determined that the charged amount is appropriate, the process is terminated and it is determined that the charged amount is greater than the set upper limit value. In the case (YES in S104), it is determined whether or not the accelerator is depressed (S105). If it is determined that the accelerator is not depressed (NO in S105), the process is terminated. If it is determined that the accelerator is depressed (YES in S105), the engine set speed is decreased (S103). .

このような処理を行うことによって蓄電量に応じた適切なエンジン回転数の設定を行うことが可能となる。   By performing such a process, it is possible to set an appropriate engine speed according to the amount of stored electricity.

図4は、電動発電機エンジントルク配分手段205における電動発電機トルク指令及びエンジントルク指令の算出処理の一例の手順を示す説明図である。なお、以下では、図2における出力トルク制限手段204が省略されており、走行トルク計算手段203aと電動発電機エンジントルク配分手段205とが直接接続されている場合を例にとって説明する。   FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a procedure of an example of a calculation process of the motor generator torque command and the engine torque command in the motor generator engine torque distribution unit 205. In the following description, the case where the output torque limiting means 204 in FIG. 2 is omitted and the running torque calculation means 203a and the motor generator engine torque distribution means 205 are directly connected will be described as an example.

まず、この電動発電機トルク指令及びエンジントルク指令の算出処理の前提となる遊星ギヤの基本式を以下に示す。   First, the basic equation of the planetary gear, which is a precondition for the calculation processing of the motor generator torque command and the engine torque command, is shown below.

・ω+a・ω+aout・ωout=0 …(1式:回転数の関係)
/a=T/a=Tout/aout …(2式:トルクの関係)
+a+aout=0 …(3式:係数の関係)
以上の式において、ω,ω,ωoutはエンジン(サンギヤ),電動発電機(リングギヤ)、出力軸(キャリア軸)の回転数をそれぞれ表しており、T,T,Toutは、エンジン(サンギヤ),電動発電機(リングギヤ)、出力軸(キャリア軸)のトルクをそれぞれ表している。また、a,a,aoutは、遊星ギヤパラメータを表している。
a E · ω E + a M · ω M + a out · ω out = 0 (1 formula: relationship of rotation speed)
T E / a E = T M / a M = T out / a out (2 formulas: torque relationship)
a E + a M + a out = 0 (3 formulas: relationship of coefficients)
In the above equations, ω E , ω M , and ω out represent the rotation speeds of the engine (sun gear), the motor generator (ring gear), and the output shaft (carrier shaft), respectively, and T E , T M , and T out are , The torque of the engine (sun gear), motor generator (ring gear), and output shaft (carrier shaft), respectively. Further, a E , a M , and a out represent planetary gear parameters.

図4に示すとおり、走行トルク計算手段203aは、アクセル開度、車速、及び変速段数に基づいて、走行に必要なトルクを算出し、その算出した結果として走行トルク指令(Tout)を電動発電機エンジントルク配分手段205へ出力する。 As shown in FIG. 4, the traveling torque calculation means 203a calculates a torque required for traveling based on the accelerator opening, the vehicle speed, and the number of shift stages, and outputs a traveling torque command (T out ) as a result of the calculation. Output to the engine torque distribution means 205.

電動発電機エンジントルク配分手段205は、走行トルク指令(Tout)の入力を受けて、T=Tout・a/aout及びT=Tout・a/aoutを計算して、その計算結果として電動発電機トルク指令(T)及びエンジントルク指令(T)を電動発電機11及びエンジン10へそれぞれ出力する。 The motor / generator engine torque distribution means 205 receives the travel torque command (T out ) and calculates T M = T out · a M / a out and T E = T out · a M / a out. The motor generator torque command (T M ) and the engine torque command (T E ) are output to the motor generator 11 and the engine 10 as the calculation results.

なお、自車が走行するのに必要な牽引力以外の牽引力を必要としない通常の走行の場合、走行トルクは、アクセル開度及び車速(車速の変化率も含む)により一意に決定される。この走行トルクの計算においては、変速段によらず同じ加速となるように、変速段の段数も考慮される。これにより、蓄電量により変速段が異なっている場合であっても、同じ速度で同じアクセル開度であれば同じ走行トルク指令が出力されることになり、同じ加速力が得られる。したがって、操縦者はその時点での変速段数を意識する必要はない。   In the case of normal traveling that does not require a traction force other than the traction force required for the vehicle to travel, the traveling torque is uniquely determined by the accelerator opening and the vehicle speed (including the rate of change of the vehicle speed). In calculating the running torque, the number of shift stages is also taken into consideration so that the same acceleration is obtained regardless of the shift stage. As a result, even if the gear position differs depending on the amount of stored electricity, the same running torque command is output at the same speed and the same accelerator opening, and the same acceleration force is obtained. Therefore, the operator does not need to be aware of the number of gears at that time.

また、重量物の牽引及び土砂のすくいこみなどの牽引力が必要な走行状況においては、走行トルク指令を出力しても車速が上昇しないため、必要に応じて走行トルク指令を増加する必要が生じる。この場合は、走行トルク計算処理に組み込まれた積分制御の積分器上限をアクセル開度で設定するようにすればよい。この機能により、重量物の牽引や土砂のすくいこみ時に、アクセルを踏み込んでも車速が上昇しない場合は牽引力を増加させていき、その上限値がアクセル開度で設定されることにより、必要な牽引力がアクセル操作で得られることとなる。
このような牽引力が必要とされる走行状況においては、回生制動による走行が多くなり、発電状態が持続することになるため、後述する変速段数計算手段203bにおける処理の結果シフトダウンが行われ、その結果牽引力も増すことになる。また、土砂のすくいこみ作業などの際に操縦者が事前に牽引力の増加が必要であると判断した場合は、手動でシフトダウンを行うことによって、円滑に作業を行うようにすることができる。
Further, in a traveling situation where traction force such as heavy material traction and earth and sand scooping is required, the vehicle speed does not increase even if the traveling torque command is output, so that it is necessary to increase the traveling torque command as necessary. In this case, the integrator upper limit of the integral control incorporated in the running torque calculation process may be set by the accelerator opening. This function increases the traction force if the vehicle speed does not increase even when the accelerator is stepped on when towing heavy objects or scooping earth and sand. It will be obtained by the accelerator operation.
In such a driving situation where traction force is required, driving by regenerative braking increases, and the power generation state is sustained. Therefore, a shift down is performed as a result of the processing in the shift speed calculation means 203b described later. As a result, the traction force will also increase. Further, when the operator determines that the traction force needs to be increased in advance during the earth and sand scooping work, the work can be smoothly performed by performing the downshift manually.

図5は、変速段数計算手段203bにおける変速段数計算の処理手順を示すフローチャートである。図5に示すように、変速段数計算手段203bは、アクセルが踏み込まれている(アクセルがオンされている)か否かを判定する(Sか否かを判定する(S201)。ここで、アクセルが踏み込まれていると判定した場合(S201でYES)、すなわち加速されていると判定した場合、変速段数計算手段203bは、電動発電機11が回生制動状態にあるか力行状態にあるかを判定する(S202)。   FIG. 5 is a flowchart showing the processing steps of the shift speed calculation in the shift speed calculation means 203b. 5, the gear position number calculation means 203b determines whether or not the accelerator is depressed (the accelerator is turned on) (S or not) (S201). Is determined to be depressed (YES in S201), that is, when it is determined that the vehicle is accelerating, the shift speed calculation unit 203b determines whether the motor generator 11 is in a regenerative braking state or a power running state. (S202).

ステップS202において、電動発電機11が力行状態にある(電動発電機11が正転している)と判定した場合(S202で「力行」)、変速段数計算手段203bは、蓄電量が設定下限値より少ないか否かを判定し(S203)、蓄電量が設定下限値以上である、すなわち蓄電量が十分であると判定した場合(S203でNO)は処理を終了する。他方、蓄電量が設定下限値より少ない、すなわち蓄電量が不足していると判定した場合(S203でYES)、変速段数計算手段203bは、シフトアップするように変速指令を変速機12へ出力する(S204)。   In step S202, when it is determined that the motor generator 11 is in a power running state (the motor generator 11 is rotating forward) (“power running” in S202), the shift stage number calculation means 203b determines that the storage amount is the set lower limit value. It is determined whether or not it is smaller (S203), and when it is determined that the charged amount is equal to or greater than the set lower limit value, that is, the charged amount is sufficient (NO in S203), the process ends. On the other hand, when it is determined that the charged amount is smaller than the set lower limit value, that is, the charged amount is insufficient (YES in S203), the gear position number calculating means 203b outputs a shift command to the transmission 12 so as to shift up. (S204).

また、ステップS202において、電動発電機11が回生制動状態にある(電動発電機11が逆転している)と判定した場合(S202で「回生制動」)、変速段数計算手段203bは、蓄電量が設定上限値より多いか否かを判定し(S205)、蓄電量が設定上限値以下である、すなわち蓄電量が適切であると判定した場合(S205でNO)は処理を終了する。他方、蓄電量が設定上限値より多い、すなわち蓄電量が過剰であると判定した場合(S205でYES)、変速段数計算手段203bは、シフトダウンするように変速指令を変速機12へ出力する(S206)。   Further, when it is determined in step S202 that the motor generator 11 is in the regenerative braking state (the motor generator 11 is reversely rotated) (“regenerative braking” in S202), the gear position number calculating means 203b has a stored amount of electricity. It is determined whether or not it is larger than the set upper limit value (S205), and when it is determined that the charged amount is equal to or less than the set upper limit value, that is, the charged amount is appropriate (NO in S205), the process is terminated. On the other hand, when it is determined that the charged amount is larger than the set upper limit value, that is, the charged amount is excessive (YES in S205), the gear position number calculating means 203b outputs a shift command to the transmission 12 so as to shift down ( S206).

ステップS201において、アクセルが踏み込まれていないと判定した場合(S201でNO)、すなわちエンジンブレーキが作動中であると判定した場合、変速段数計算手段203bは、電動発電機11が回生制動状態にあるか力行状態にあるかを判定する(S207)。   If it is determined in step S201 that the accelerator is not depressed (NO in S201), that is, if it is determined that the engine brake is operating, the gear position number calculation means 203b indicates that the motor generator 11 is in the regenerative braking state. It is determined whether the power running state is present (S207).

ステップS207において、電動発電機11が力行状態にあると判定した場合(S207で「力行」)、変速段数計算手段203bは、蓄電量が設定下限値より少ないか否かを判定し(S208)、蓄電量が設定下限値以上である、すなわち蓄電量が十分であると判定した場合(S208でNO)は処理を終了する。他方、蓄電量が設定下限値より少ない、すなわち蓄電量が不足していると判定した場合(S208でYES)、変速段数計算手段203bは、シフトダウンするように変速指令を変速機12へ出力する(S209)。   When it is determined in step S207 that the motor generator 11 is in the power running state (“power running” in S207), the gear position number calculation unit 203b determines whether or not the storage amount is less than the set lower limit value (S208). If it is determined that the amount of power storage is equal to or greater than the set lower limit value, that is, the amount of power storage is sufficient (NO in S208), the process ends. On the other hand, when it is determined that the charged amount is smaller than the set lower limit value, that is, the charged amount is insufficient (YES in S208), gear stage number calculating means 203b outputs a shift command to transmission 12 so as to shift down. (S209).

また、ステップS207において、電動発電機11が回生制動状態にあると判定した場合(S207で「回生制動」)、変速段数計算手段203bは、蓄電量が設定上限値より多いか否かを判定し(S210)、蓄電量が設定上限値以下である、すなわち蓄電量が適切であると判定した場合(S210でNO)は処理を終了する。他方、蓄電量が設定上限値より多い、すなわち蓄電量が過剰であると判定した場合(S210でYES)、変速段数計算手段203bは、シフトアップするように変速指令を変速機12へ出力する(S211)。   Further, when it is determined in step S207 that the motor generator 11 is in the regenerative braking state (“regenerative braking” in S207), the gear position number calculation means 203b determines whether or not the charged amount is greater than the set upper limit value. (S210) When it is determined that the charged amount is equal to or less than the set upper limit value, that is, the charged amount is appropriate (NO in S210), the process ends. On the other hand, when it is determined that the charged amount is larger than the set upper limit value, that is, the charged amount is excessive (YES in S210), the gear position number calculating means 203b outputs a shift command to the transmission 12 to shift up ( S211).

このように処理することにより、電動発電機の状態及び蓄電量に応じた適切な変速段の切替を行うことが可能となる。   By performing the processing in this manner, it is possible to perform appropriate gear shift switching according to the state of the motor generator and the amount of stored electricity.

次に、上述した制御を行った場合における本実施の形態の建設機械の走行動作について、遊星ギヤの速度線図を参照しながら説明する。   Next, the traveling operation of the construction machine of the present embodiment when the above-described control is performed will be described with reference to the speed diagram of the planetary gear.

図6は、アイドリング状態における遊星ギヤの速度線図である。建設機械1が停止して1速に入れた状態で、エンジン10がアイドリングで回転している場合は、図6に示すように、エンジン10にはトルクが発生しておらず、車体が停止しているため、ゼロ速度である。この場合、電動発電機11は無負荷状態であり、逆回転させられている。ただし、厳密には、エンジン10がアイドリング回転数を保つため、エンジン10の機械摩擦及び電動発電機11の機械摩擦分のトルクが発生している。   FIG. 6 is a velocity diagram of the planetary gear in the idling state. When the construction machine 1 is stopped and put in the first speed and the engine 10 is rotating at idling, as shown in FIG. 6, no torque is generated in the engine 10, and the vehicle body stops. Therefore, it is zero speed. In this case, the motor generator 11 is in a no-load state and is rotated in the reverse direction. However, strictly speaking, in order for the engine 10 to maintain the idling speed, torque corresponding to the mechanical friction of the engine 10 and the mechanical friction of the motor generator 11 is generated.

この状態で、操縦者がアクセルを踏み込むと、電動発電機エンジントルク配分手段205によって、トルクの配分がなされ、図7に示すように、電動発電機11及びエンジン10に必要なトルクが発生し、それにより、アクセル操作量に応じたトルクが遊星ギヤの出力軸に発生する。図7を参照すると分かるように、出力軸の回転数が低い場合、電動発電機11は制動方向にトルクを発生することとなり、回生制動により発電が行われることになる。ここで発電された電力は、蓄電器に蓄電される。なお、エンジン10の発生トルクと電動発電機11の発生トルクとのバランスを変えることにより、エンジン回転数及び電動発電機回転数を制御することができる。この点については、図13乃至図15を参照しながら後述する。   In this state, when the operator depresses the accelerator, the motor generator torque distribution means 205 distributes the torque, and as shown in FIG. 7, the necessary torque is generated in the motor generator 11 and the engine 10, Thereby, torque according to the accelerator operation amount is generated on the output shaft of the planetary gear. As can be seen from FIG. 7, when the rotational speed of the output shaft is low, the motor generator 11 generates torque in the braking direction, and power is generated by regenerative braking. The electric power generated here is stored in a capacitor. Note that the engine speed and the motor generator speed can be controlled by changing the balance between the torque generated by the engine 10 and the torque generated by the motor generator 11. This point will be described later with reference to FIGS.

車体速度が上昇するに従い出力軸の回転数が上昇し、これに伴って、図8に示すように、電動発電機11の回転数はゼロに近くなる。このまま加速を続けると、さらに速度が上昇し、その結果図9に示すように、電動発電機11の回転数はゼロとなる。そして、さらに速度が上昇すると、図10に示すように、電動発電機11の状態が回生制動から力行へ移行する。ここで、電動発電機11は、蓄電器14に蓄電された電力(回生制動による加速によって蓄電された電力+それまでに蓄電されていた電力)を用いて力行を行うことになる。   As the vehicle body speed increases, the rotation speed of the output shaft increases. As a result, the rotation speed of the motor generator 11 approaches zero as shown in FIG. If acceleration is continued as it is, the speed further increases. As a result, as shown in FIG. 9, the rotational speed of the motor generator 11 becomes zero. When the speed further increases, as shown in FIG. 10, the state of the motor generator 11 shifts from regenerative braking to power running. Here, the motor generator 11 performs power running using the electric power stored in the electric storage device 14 (electric power stored by acceleration by regenerative braking + electric power stored so far).

電動発電機11が力行状態にある場合において、蓄電量が少ない状態で加速を続けると、上述したように、変速段数計算手段203bから変速機12に対してシフトアップするための変速指令が出力される。その結果、ギヤ比が変更され、出力軸の回転数は低くなるため、電動発電機11は再び逆回転となり回生制動状態となり、発電しながら加速を継続することになる(図11)。その後、加速が継続すると、図12に示すように、電動発電機11は再び力行状態となる。   When the motor generator 11 is in a power running state, if acceleration is continued with a small amount of stored power, a shift command for shifting up to the transmission 12 is output from the shift stage number calculation means 203b as described above. The As a result, the gear ratio is changed and the rotational speed of the output shaft is lowered, so that the motor generator 11 is reversely rotated again to enter a regenerative braking state, and acceleration is continued while generating power (FIG. 11). Then, if acceleration continues, as shown in FIG. 12, the motor generator 11 will be in a power running state again.

このようにして変速段数計算手段203bによる変速段数の制御が行われることによって、蓄電器の限られた蓄電容量の範囲内において充放電を繰り返しながら走行を続けることができる。   Thus, by controlling the number of shift steps by the shift step number calculation means 203b, it is possible to continue traveling while repeating charge and discharge within the limited storage capacity of the capacitor.

次に、上述したエンジン10及び電動発電機11の発生トルクのバランスを変えることにより、エンジン回転数及び電動発電機回転数を制御する点について、説明する。   Next, the point of controlling the engine speed and the motor generator speed by changing the balance of the torque generated by the engine 10 and the motor generator 11 will be described.

遊星ギヤにおいては、上述した遊星ギヤの基本式の2式に示すように、各軸のトルクバランスが一致する。そのため、エンジン10と電動発電機11とのトルクがバランスしていると、エンジン10及び電動発電機11はともに回転数を上げながら車体を加速させる(出力軸の回転数を上昇させる)。ここで、エンジン10及び電動発電機11のトルクバランスを変えて、例えばエンジントルクを大きくすると、エンジン回転数が上昇する一方で、電動発電機回転数は低下することになる。このように、エンジン10及び電動発電機11のトルクバランスを変えてエンジン10及び電動発電機11の回転数を制御することにより、充放電を繰り返しながら走行を続けることが可能になる。以下、図13乃至図15を参照しながら具体的に説明する。   In the planetary gear, the torque balances of the respective axes coincide with each other as shown in the two basic equations of the planetary gear described above. Therefore, when the torques of the engine 10 and the motor generator 11 are balanced, the engine 10 and the motor generator 11 both accelerate the vehicle body while increasing the rotation speed (increase the rotation speed of the output shaft). Here, when the torque balance between the engine 10 and the motor generator 11 is changed to increase the engine torque, for example, the engine speed increases while the motor generator speed decreases. Thus, by changing the torque balance between the engine 10 and the motor generator 11 and controlling the rotational speeds of the engine 10 and the motor generator 11, it is possible to continue traveling while repeating charge and discharge. Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIGS.

図13乃至図15は、2速での加速状態における遊星ギヤの速度線図である。図13乃至図15に示す何れの場合においても、遊星ギヤの出力軸の回転数は同一となっている。図14に示すように、電動発電機11が回生制動と力行の遷移点にある場合、電力の充放電は行われない。ここで、エンジン10及び電動発電機11のトルクバランスを変えて、エンジントルクを小さくすると、エンジン回転数が低下する一方で、電動発電機回転数は上昇することになる。その結果、電動発電機11は、図13に示すように、力行状態となり、蓄電器14に蓄電された電力を消費する。これに対して、エンジントルクを大きくすると、エンジン回転数が上昇する一方で、電動発電機回転数は低下することになる。その結果、電動発電機11は、図15に示すように、回生制動状態となり、蓄電器14に電力が蓄えられることになる。   FIGS. 13 to 15 are velocity diagrams of the planetary gear in the acceleration state at the second speed. In any of the cases shown in FIGS. 13 to 15, the rotational speed of the output shaft of the planetary gear is the same. As shown in FIG. 14, when the motor generator 11 is at a transition point between regenerative braking and power running, charging / discharging of electric power is not performed. Here, when the torque balance between the engine 10 and the motor generator 11 is changed to reduce the engine torque, the engine speed decreases while the motor generator speed increases. As a result, the motor generator 11 enters a power running state as shown in FIG. 13 and consumes the electric power stored in the battery 14. On the other hand, when the engine torque is increased, the engine speed increases while the motor generator speed decreases. As a result, as shown in FIG. 15, the motor generator 11 enters a regenerative braking state, and electric power is stored in the capacitor 14.

このように、同一の車速であっても、エンジン10の回転数によって、電動発電機11は力行及び回生制動の何れかの状態をとりうるため、電動発電機11による充放電をエンジン回転数で制御することが可能となる。   Thus, even if the vehicle speed is the same, the motor generator 11 can take either power running or regenerative braking depending on the number of revolutions of the engine 10. Therefore, charging / discharging by the motor generator 11 is performed at the engine speed. It becomes possible to control.

次に、上述した走行動作について、速度と牽引力との関係を示す走行特性図を参照しながら説明する。なお、この走行特性図を作成するために必要となるエンジン特性及び電動発電機特性について、図16及び図17にそれぞれ示す。エンジンは、アイドリング回転数(又は有効トルクを発生する最低の回転数)以下では回転せず、また、トルクは、図16に示す網掛け領域(エンジン回転数によらずトルクが一定の領域)内で発生するものとする。なお、実際には、図16に示すエンジン発生トルクのラインで示すような特性となるが、後述する走行特性図の作成の便宜上、上記のとおりとしている。   Next, the travel operation described above will be described with reference to a travel characteristic diagram showing the relationship between speed and traction force. FIG. 16 and FIG. 17 show the engine characteristics and the motor generator characteristics necessary for creating this travel characteristic diagram. The engine does not rotate below the idling rotational speed (or the lowest rotational speed that generates effective torque), and the torque is within the shaded area shown in FIG. 16 (the torque is constant regardless of the engine rotational speed). Shall occur. In practice, the characteristics shown by the engine-generated torque line shown in FIG. 16 are obtained, but for the convenience of creating a running characteristic chart described later, it is as described above.

また、図17に示すように、電動発電機においては、正転している場合であって正トルクを発生しているとき、及び逆転している場合であって逆トルクを発生しているときが力行領域となり、他方、正転している場合であって逆トルクを発生しているとき、及び逆転している場合であって正トルクを発生しているときが回生制動領域となる。   Moreover, as shown in FIG. 17, in the motor generator, when it is rotating forward and generating a normal torque, and when it is rotating reversely and generating a reverse torque Is a power running region, and on the other hand, a regenerative braking region is when the vehicle is rotating forward and generating reverse torque, and when it is rotating in reverse and generating positive torque.

図18及び図19は、本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。ここで、図18はエンジン回転数が低い場合、図19はエンジン回転数が高い場合をそれぞれ示している。また、図20は、従来のトルクコンバータ搭載車(トルクコンバータ、3段の変速機、及びトルクコンバータをロックアップする機構を有したホイールローダ)における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。   18 and 19 are travel characteristic diagrams showing the relationship between speed and tractive force in the construction machine according to Embodiment 1 of the present invention. Here, FIG. 18 shows a case where the engine speed is low, and FIG. 19 shows a case where the engine speed is high. FIG. 20 is a running characteristic diagram showing the relationship between the speed and traction force in a conventional torque converter-equipped vehicle (torque converter, three-stage transmission, and wheel loader having a mechanism for locking up the torque converter). .

なお、図18、図19、図20の点線は搭載している電動発電器の出力を示しており、図20で示すように、この出力ラインは従来のトルクコンバータ搭載車の1速から3速までの牽引力と同等に設定している。   18, 19, and 20 indicate the output of the mounted motor generator, and as shown in FIG. 20, this output line is the first to third speeds of the conventional torque converter-equipped vehicle. It is set equal to the tractive force up to.

まず、図20を参照しながら、従来のトルクコンバータ搭載車の走行特性について説明する。変速段が1速の場合の最大牽引力と車速との関係は、図中の「1速+T/Cの牽引力」が示すラインで表されている。車速がゼロの場合、図51に示したように、トルク比(出力トルク/入力トルク)は大きく、また、図52に示したように、エンジン回転数が最大のときに伝達トルクが最大となるため、エンジン回転数が最大のときに最大牽引力が発生する。車速が上昇するにしたがって速度比が大きくなってトルク比が小さくなるため、牽引力は小さくなる。そして、速度比が1のときにトルク比がゼロとなるため、牽引力もゼロとなる。このことは、2速及び3速の場合についても同様である。   First, the running characteristics of a conventional torque converter-equipped vehicle will be described with reference to FIG. The relationship between the maximum traction force and the vehicle speed when the shift speed is the first speed is represented by a line indicated by “first speed + T / C traction force” in the figure. When the vehicle speed is zero, as shown in FIG. 51, the torque ratio (output torque / input torque) is large, and as shown in FIG. 52, the transmission torque becomes maximum when the engine speed is maximum. Therefore, the maximum traction force is generated when the engine speed is maximum. As the vehicle speed increases, the speed ratio increases and the torque ratio decreases, so the traction force decreases. Since the torque ratio is zero when the speed ratio is 1, the traction force is also zero. The same applies to the cases of the second speed and the third speed.

1速でトルクコンバータをロックアップさせた場合、すなわち直結クラッチ結合状態とした場合の最大牽引力と車速との関係は、図20中の「1速直結クラッチ結合牽引力」が示すラインで表されている。この場合、トルク比は1となり、トルクコンバータによるトルク増幅効果はなく、牽引力は低くなる。また、エンジンが有効なトルクを発生する回転数以下(図中では約3km/h程度)では、走行することができない。このことは、2速及び3速の場合についても同様である。   The relationship between the maximum traction force and the vehicle speed when the torque converter is locked up at the first speed, that is, when the direct coupling clutch is engaged, is represented by a line indicated by “first speed direct coupling clutch coupling traction force” in FIG. . In this case, the torque ratio is 1, there is no torque amplification effect by the torque converter, and the traction force is low. In addition, the vehicle cannot travel at a speed lower than the number of revolutions at which the engine generates effective torque (about 3 km / h in the drawing). The same applies to the cases of the second speed and the third speed.

図50を参照して説明したV字作業の場合、一般的には、時速10km/h程度までの速度で前後進を繰り返すことになる。そのため、従来のトルクコンバータ搭載車(以下、従来車という)の場合、走行のときは2速のトルクコンバータによる動作のみを行い、土砂をすくうなどの作業のときには1速を用いることになる。また、20km/h以上で高速走行する場合は、トルクコンバータをロックアップさせる。   In the case of the V-shaped work described with reference to FIG. 50, generally, the forward and backward movement is repeated at a speed of up to about 10 km / h. Therefore, in the case of a vehicle equipped with a conventional torque converter (hereinafter referred to as a conventional vehicle), only the operation by the 2-speed torque converter is performed during traveling, and the first speed is used during operations such as scooping earth and sand. Further, when traveling at a high speed of 20 km / h or higher, the torque converter is locked up.

なお、図20においては、本実施の形態における電動発電機11の出力相当を示す定出力ラインが示されている。単純にこの電動発電機11のみで走行する場合を考えると、電動発電機11の最大トルク及び最大回転数が十分に大きい場合、変速機を備えなくてもトルクコンバータ搭載車と同等の走行性能が得られることになる。しかしながら、実際には、最大トルクの制限及び最大回転数の制限があるため、変速機を備えずに優れた走行性能を得ることは、現在の電動発電機では極めて困難である。そのため、本発明では、変速機を備える構成となっている。   In FIG. 20, a constant output line indicating the output equivalent of the motor generator 11 in the present embodiment is shown. Considering a case where the motor generator 11 is simply used for traveling, when the maximum torque and the maximum number of rotations of the motor generator 11 are sufficiently large, the traveling performance equivalent to that of the torque converter equipped vehicle can be obtained even without a transmission. Will be obtained. However, in practice, since there is a limit on the maximum torque and a limit on the maximum number of rotations, it is extremely difficult to obtain excellent running performance without a transmission. Therefore, in this invention, it is the structure provided with a transmission.

次に、図18及び図19を参照しながら、本実施の形態の建設機械における走行特性について説明する。なお、図18は、エンジン10が、電動発電機11の最大トルクと比べて、遊星ギヤのバランス上で高いトルクを発生することができることを想定して作成されている。また、エンジン回転数は一定で低回転である場合を想定している。   Next, traveling characteristics of the construction machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19. FIG. 18 is created on the assumption that the engine 10 can generate a higher torque on the planetary gear balance than the maximum torque of the motor generator 11. In addition, it is assumed that the engine speed is constant and low.

図18に示す1速、2速及び3速の各変速段の最大牽引力は、図17に示す電動発電機の最大トルクで決定され、最高速度は、同じく電動発電機の最高回転数で決定される。また、図18において、各変速段の特性における左半分の領域(網掛け領域)は電動発電機の回生制動領域を示し、右半分の領域は電動発電機の力行領域を示している。   18 is determined by the maximum torque of the motor generator shown in FIG. 17, and the maximum speed is also determined by the maximum number of revolutions of the motor generator. The In FIG. 18, the left half area (shaded area) in the characteristics of each gear stage indicates the regenerative braking area of the motor generator, and the right half area indicates the power running area of the motor generator.

図18に示すように、本実施の形態の建設機械において、変速段が1速のときは、従来車の場合と異なり、ある速度(図18では約3km/h)まで同じ牽引力を持続することができる。ここで変速段を上げると、最大牽引力は低くなるが回生制動領域での最大速度は上昇する。そのため、低い変速段で回生制動により発電しながら加速し、電動発電機の回転数が正転となる速度域からは蓄電された電力を消費しながら力行してさらに加速する。そして、蓄電量が少なくなると、変速段を上げて再び回生制動となり、発電して加速することになる。このようにして、本実施の形態の建設機械は、充放電を繰り返しながら加速する。   As shown in FIG. 18, in the construction machine of the present embodiment, when the shift speed is 1st, unlike the case of the conventional vehicle, the same traction force is maintained up to a certain speed (about 3 km / h in FIG. 18). Can do. Here, when the shift speed is increased, the maximum traction force decreases, but the maximum speed in the regenerative braking region increases. For this reason, acceleration is generated while generating power by regenerative braking at a low gear position, and power is further accelerated while consuming the stored electric power from a speed range where the rotational speed of the motor generator is normal. When the amount of stored power decreases, the speed is increased and regenerative braking is performed again to generate power and accelerate. In this way, the construction machine of the present embodiment accelerates while repeating charge and discharge.

なお、このまま高速の定速走行を行う場合は、直結クラッチ15を結合できる速度(直結クラッチ結合速度)になったときに直結クラッチ15を結合してエンジン10のみで走行することになる。通常、3速の直結クラッチ解放状態(電動発電機11の回生制動又は力行を利用した走行状態)から、3速のままで直結クラッチ15を結合すればよい。しかしながら、例えば直結クラッチ15による直結の前に3速の力行状態での加速及び減速を繰り返したために、蓄電器14の蓄電量が少なくなり、その結果3速の力行で3速の直結クラッチ結合速度まで加速することができないような場合は、一旦2速に変速してから、直結クラッチ15を結合するようにしてもよい。この場合は、2速の直結クラッチ結合状態で加速し、3速の直結クラッチ結合速度に達してから3速に変速することになる。この速度域(図18における10km/h程度より高速)での走行の場合、直結クラッチ15が結合している状態で変速機12の変速段の切替を行えばよく、これは通常の自動車の変速動作と同様である。   In addition, when the high-speed constant speed running is performed as it is, when the speed at which the direct coupling clutch 15 can be coupled (direct coupling clutch coupling speed) is reached, the direct coupling clutch 15 is coupled and the engine 10 travels alone. Usually, the direct coupling clutch 15 may be coupled while maintaining the third speed from the third speed direct coupling clutch released state (running state using regenerative braking or power running of the motor generator 11). However, for example, since the acceleration and deceleration in the third-speed power running state were repeated before the direct-coupled clutch 15 was directly coupled, the amount of power stored in the battery 14 decreased, and as a result, the third-speed directly-coupled clutch coupling speed was reached with the third speed If acceleration is not possible, the direct clutch 15 may be engaged after first shifting to the second speed. In this case, acceleration is performed in the state where the second-speed direct coupling clutch is engaged, and the speed is changed to the third speed after reaching the third-speed direct coupling clutch coupling speed. In the case of traveling in this speed range (higher than about 10 km / h in FIG. 18), it is only necessary to switch the shift stage of the transmission 12 while the direct clutch 15 is engaged. The operation is the same.

図19に示すように、エンジン10が高回転の場合は、その回転数が高くなった分、牽引力が高速側に平行移動する。例えば、変速段が1速の場合の最大牽引力は、ゼロ速度の場合と同じままで、回生制動と力行との遷移点である3km/h程度までカバーしている。従来車の場合、図20に示すように、最大牽引力は、車速が3km/h程度の場合ではゼロ速度の場合と比べて60%程度まで低下する。このように、本実施の形態では、従来技術では実現できない性能が得られる。   As shown in FIG. 19, when the engine 10 rotates at a high speed, the traction force moves in parallel to the high speed side as much as the rotation speed increases. For example, the maximum traction force when the shift speed is 1st is the same as that when the speed is zero, and covers about 3 km / h, which is a transition point between regenerative braking and power running. In the case of a conventional vehicle, as shown in FIG. 20, the maximum traction force is reduced to about 60% when the vehicle speed is about 3 km / h compared to the case of zero speed. As described above, in the present embodiment, performance that cannot be achieved by the prior art can be obtained.

また、図19における定出力ラインを参照すると、車速が7km/h程度になるまで、1速から3速までの回生制動領域でカバーできていることがわかる。このことは、蓄電器14に蓄電されていなくても、このエンジン回転数では、回生制動によって従来車と同等の牽引力が得られることを意味している(つまり電力を消費することなく、回生制動による発電のみでこの性能が得られる)。このため、蓄電量が不足すれば、エンジン回転数を上げることにより、回生制動でカバーする速度領域を広げて発電しながら加速して走行する。他方、蓄電量が十分であれば、エンジン回転数を下げることにより力行により加速して走行する。これにより、限られた蓄電量の範囲内で、回生制動による発電及び力行による放電を繰り返して走行することができる。   Further, referring to the constant output line in FIG. 19, it can be seen that the regenerative braking region from the first speed to the third speed can be covered until the vehicle speed reaches about 7 km / h. This means that even if the power is not stored in the capacitor 14, at this engine speed, traction force equivalent to that of the conventional vehicle can be obtained by regenerative braking (that is, by regenerative braking without consuming electric power). This performance can be obtained only by power generation). For this reason, if the amount of stored electricity is insufficient, the engine speed is increased to widen the speed region covered by regenerative braking, and the vehicle travels while accelerating power generation. On the other hand, if the amount of stored electricity is sufficient, the vehicle is accelerated by power running by lowering the engine speed. As a result, the vehicle can travel by repeatedly generating power by regenerative braking and discharging by powering within a limited range of power storage.

次に、減速する場合における本実施の形態の建設機械の走行動作について、図21乃至図23を参照しながら説明する。   Next, the traveling operation of the construction machine of the present embodiment when decelerating will be described with reference to FIGS.

図21は、変速段が2速である場合であって、電動発電機11が力行状態で加速しているとき又は一定速度での走行をしているときから減速するときの遊星ギヤの速度線図である。図21に示すように、この場合は、電動発電機11の回生制動により発電しながら減速する。   FIG. 21 shows the speed line of the planetary gear when the speed is 2nd speed and the motor generator 11 decelerates when accelerating in a power running state or running at a constant speed. FIG. As shown in FIG. 21, in this case, the motor generator 11 is decelerated while generating power by regenerative braking.

図22は、変速段が2速である場合であって、電動発電機11が回生制動状態で加速しているとき又は一定速度での走行をしているときから減速するときの遊星ギヤの速度線図である。図22に示すように、この場合は、電動発電機11の力行により放電しながら減速することになる。   FIG. 22 shows the speed of the planetary gear when the gear stage is in the second speed and the motor generator 11 decelerates when it is accelerating in a regenerative braking state or traveling at a constant speed. FIG. As shown in FIG. 22, in this case, the motor generator 11 is decelerated while being discharged by powering.

蓄電量が満充電に近い状態にあるために放電する必要があるような場合であれば、図22に示すように減速してもよい。しかしながら、減速エネルギを回生して充電するのが通常である。そのため、2速から1速へ変速段を下げることにより、図23に示すように、電動発電機11を力行状態から回生制動状態へ遷移させて減速する。   If it is a case where it is necessary to discharge because the amount of power storage is close to full charge, the speed may be reduced as shown in FIG. However, charging is usually performed by regenerating deceleration energy. Therefore, by lowering the shift speed from the second speed to the first speed, the motor generator 11 is decelerated by shifting from the power running state to the regenerative braking state as shown in FIG.

次に、スイッチバックを行う場合における本実施の形態の建設機械の走行動作について、図24乃至図33を参照しながら説明する。   Next, the traveling operation of the construction machine according to the present embodiment when performing switchback will be described with reference to FIGS.

従来車の場合、スイッチバックのときは、クラッチの摩擦とトルクコンバータの抵抗とによって制動エネルギを消費していた。これに対し、本発明では、スイッチバックのときの大きな回生エネルギを利用して発電し、蓄電器14に蓄電することによって再利用が可能となる。   In the case of a conventional vehicle, at the time of switchback, braking energy is consumed by the friction of the clutch and the resistance of the torque converter. On the other hand, in the present invention, the large regenerative energy at the time of switchback is used to generate power, and the power can be stored in the battery 14 to be reused.

スイッチバックのときの走行は、前後進における変速タイミングによって、2通りの方法に大別される。第1の方法は早い段階で前後進を切り替えるもので、第2の方法は十分に減速してから前後進を切り替えるものである。   The travel at the time of switchback is roughly divided into two methods according to the shift timing in forward and backward travel. The first method switches between forward and backward travel at an early stage, and the second method switches between forward and backward travel after sufficiently slowing down.

まず、第1の方法について説明する。図24は、変速段が2速で加速して後進している場合又は一定速度で後進している場合における遊星ギヤの速度線図である。図24に示すように、この場合、電動発電機11は力行状態にある。この状態において、操縦者が前後進レバーを前進側へ操作すると、制御装置2は、変速段を前進に切り替えるように変速機12へ指示する。これにより、遊星ギヤの出力軸(変速機12の入力軸)は、逆方向に同じ回転数で回ることになる(但し、2速の前進及び後進のギヤ比が同じである場合に限る。)。その結果、図25に示すように、電動発電機11は回生制動状態となる。図25に示す状態では、前後進の変速段が切り替わっているため、駆動トルクの方向が後進方向(図24)から前進方向(図25)へ変わることになる(図24では変速段が後進のため、上向きが後進加速方向、図25では変速段が前進のため、上向きが前進加速方向)。なお、変速段を前後進に切り替える際には、変速クラッチが解放されている間に電動発電機11の回転数を制御して、変速終了後に変速クラッチが接続されるときの回転数と一致するようにすることによって、変速ショックを抑制する。   First, the first method will be described. FIG. 24 is a speed diagram of the planetary gear when the gear stage is moving backward at the second speed or when moving backward at a constant speed. As shown in FIG. 24, in this case, the motor generator 11 is in a power running state. In this state, when the operator operates the forward / reverse lever to the forward side, the control device 2 instructs the transmission 12 to switch the gear position to forward. As a result, the output shaft of the planetary gear (the input shaft of the transmission 12) rotates in the reverse direction at the same rotational speed (provided that the gear ratios for the second-speed forward and reverse gears are the same). . As a result, as shown in FIG. 25, the motor generator 11 is in a regenerative braking state. In the state shown in FIG. 25, since the forward / reverse shift speed is switched, the direction of the drive torque changes from the reverse travel direction (FIG. 24) to the forward travel direction (FIG. 25) (in FIG. 24, the shift speed is the reverse travel speed). Therefore, upward is the reverse acceleration direction, and in FIG. 25, the shift stage is forward, and upward is the forward acceleration direction). When switching the gear position to forward and backward, the rotational speed of the motor generator 11 is controlled while the shift clutch is released, and matches the rotational speed when the shift clutch is connected after the shift is completed. By doing so, the shift shock is suppressed.

前後進の切替が完了した場合は、図25に示すように、電動発電機11は回生制動となり、充電しながら加速して前進する。そして、その後、電動発電機11の回転数が上昇し、図26、図27に示すように、力行状態へ遷移する。この間、エンジン10が、加速に必要な電動発電機11のトルクとバランスするトルクを発生するよう、制御装置2によって制御される。また、上述した場合と同様に、回生発電量及び力行による電力消費量を制御するために、エンジン回転数も制御される。   When the forward / reverse switching is completed, the motor generator 11 is regeneratively braked as shown in FIG. Then, after that, the rotational speed of the motor generator 11 increases, and as shown in FIGS. 26 and 27, a transition is made to a power running state. During this time, the engine 10 is controlled by the control device 2 so as to generate torque that balances with the torque of the motor generator 11 necessary for acceleration. Further, as in the case described above, the engine speed is also controlled in order to control the regenerative power generation amount and the power consumption due to power running.

次に、第2の方法について説明する。図28は、変速段が2速で加速して後進している場合又は一定速度で後進している場合における遊星ギヤの速度線図である。図28に示すように、この場合、電動発電機11は力行状態にある。この状態において、操縦者が前後進レバーを前進側へ操作すると、制御装置2は、変速段は後進のままとし、エンジン回転数を低下させ、電動発電機11が回生制動により発電しながら制動をかける(図29)。そのままの状態で減速を続け、図30に示すように、十分に速度を低下させる。その後、制御装置2は、変速段を前進に切り替えるように変速機12へ指示する。その結果、図31に示すように、前進方向に加速するようになる。   Next, the second method will be described. FIG. 28 is a speed diagram of the planetary gear when the gear stage is accelerating at the second speed and moving backward or at a constant speed. As shown in FIG. 28, in this case, the motor generator 11 is in a power running state. In this state, when the operator operates the forward / reverse lever to the forward side, the control device 2 keeps the speed stage reverse, reduces the engine speed, and the motor generator 11 performs braking while generating power by regenerative braking. (Figure 29). Deceleration is continued as it is, and the speed is sufficiently reduced as shown in FIG. Thereafter, the control device 2 instructs the transmission 12 to switch the gear position to forward. As a result, as shown in FIG. 31, the vehicle accelerates in the forward direction.

なお、図32及び図33に示すように、電動発電機11が力行状態にある場合にさらに減速し、後進状態からゼロ速度になるまで又は前進速度になるまで力行してから、変速段を前進に切り替える方法もある。この方法の方が、変速機12にかかる機械的負担は少なくなる。   As shown in FIGS. 32 and 33, when the motor generator 11 is in a power running state, the motor generator 11 further decelerates, power is run from the reverse drive state to the zero speed or the forward speed, and then the shift stage is advanced. There is also a way to switch to. This method reduces the mechanical burden on the transmission 12.

次に、高速走行にある場合に操縦者が前後進レバーを切り替える場合は、次のようにすればよい。高速走行のまま前後進の切替を行うと、電動発電機の回転数が許容範囲を超えることとなる。そのため、上記の第1の方法を採用する場合であれば、電動発電機の回転数が許容範囲にある間に通常の回生減速を行い、その後に前後進の切替を実行する。他方、上記の第2の方法を採用する場合は、十分に速度が低下してから前後進の切替を行っているため、特段の問題は生じない。   Next, when the operator switches the forward / reverse lever when traveling at high speed, the following may be performed. If the forward / reverse switching is performed while traveling at a high speed, the rotational speed of the motor generator exceeds the allowable range. Therefore, if the above first method is adopted, normal regenerative deceleration is performed while the rotational speed of the motor generator is within the allowable range, and then forward / reverse switching is performed. On the other hand, when the second method is employed, no particular problem occurs because the forward / reverse switching is performed after the speed is sufficiently lowered.

なお、第1及び第2の何れの方法を採用する場合であっても、減速中に変速段を切り替えるときは、クラッチが切れた状態となって減速が一旦弱まることとなり(トルク抜け)、操縦フィーリング上好ましくない。そのために、制御装置2は、上述したようにして、電子制御ブレーキ回路21に対して、機械式ブレーキ指令を出力する。これにより、機械式ブレーキが補助的に用いられることになり、前後進の切替の際にトルク抜けが発生した場合でも操縦フィーリングを良好に保つことができる。   Even if either the first method or the second method is adopted, when the gear position is changed during deceleration, the clutch is disengaged and the deceleration is once weakened (torque loss). It is not preferable in terms of feeling. For this purpose, the control device 2 outputs a mechanical brake command to the electronic control brake circuit 21 as described above. As a result, the mechanical brake is used in an auxiliary manner, and the steering feeling can be kept good even when torque loss occurs during forward / reverse switching.

次に、スイッチバックを行う場合における本実施の形態の建設機械の走行特性について、図34乃至図38を参照しながら説明する。   Next, traveling characteristics of the construction machine of the present embodiment when performing switchback will be described with reference to FIGS. 34 to 38.

まずは、上記の第1の方法を採用する場合について説明する。図34及び図35は、第1の方法によりスイッチバックを行う場合の本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。なお、図34はスイッチバックの直前における走行特性を、図35は変速段を前進に切り替えて電動発電機による回生制動から力行へ遷移した場合における走行特性をそれぞれ示している。図34は後進している場合を示しているため、前進の場合とは回生制動領域及び力行領域が反転している。   First, a case where the above first method is employed will be described. 34 and 35 are travel characteristic diagrams showing the relationship between the speed and the traction force in the construction machine according to the first embodiment of the present invention when the switchback is performed by the first method. 34 shows the running characteristics immediately before the switchback, and FIG. 35 shows the running characteristics when the shift stage is switched to forward and the motor generator makes a transition from regenerative braking to power running. Since FIG. 34 shows a case where the vehicle is moving backward, the regenerative braking region and the power running region are reversed from the case of moving forward.

図34における丸印は、スイッチバック直前における速度及び牽引力を示している。また、図35における丸印は、スイッチバック直後における速度及び牽引力を示しており、2速の力行状態(−5km/h)から、変速段を前進に切り替えて加速する場合の速度及び牽引力の遷移の様子が表されている。   The circles in FIG. 34 indicate the speed and traction force immediately before the switchback. In addition, the circles in FIG. 35 indicate the speed and traction force immediately after the switchback, and the transition of the speed and traction force when accelerating by switching from the second speed power running state (−5 km / h) to the forward speed. Is shown.

図35からわかるように、変速段を前進に切り替えた場合、電動発電機の特性上大きな牽引力が出せないため、速度がある程度(図35では+2km/h程度)上昇するまでは牽引力が低くなる。しかしながら、変速段の前進への切替後は、2速のまま変速せずに加速することができるため、操縦フィーリングは良好となる。   As can be seen from FIG. 35, when the gear position is switched to forward, a large traction force cannot be produced due to the characteristics of the motor generator, so the traction force decreases until the speed increases to some extent (about +2 km / h in FIG. 35). However, after switching to the forward shift stage, the speed can be accelerated without shifting at the second speed, so that the steering feeling is good.

次に、上記の第2の方法を採用する場合について説明する。図36乃至図38は、第2の方法によりスイッチバックを行う場合の本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。なお、図36はスイッチバックの直前における走行特性を、図37はスイッチバック直後から電動発電機の回生制動による加速が行われるまでの走行特性を、図38は変速段を前進に切り替えて電動発電機による回生制動から力行へ遷移した場合における走行特性をそれぞれ示している。   Next, a case where the second method is employed will be described. 36 to 38 are travel characteristic diagrams showing the relationship between the speed and the traction force in the construction machine according to the first embodiment of the present invention when the switchback is performed by the second method. 36 shows the running characteristics immediately before the switchback, FIG. 37 shows the running characteristics immediately after the switchback until acceleration by regenerative braking of the motor generator, and FIG. 38 shows the motor characteristics by switching the shift stage to forward. The driving characteristics when transitioning from regenerative braking by the machine to power running are shown.

図36における丸印は、スイッチバック直前における速度及び牽引力を示している。また、図37における丸印は、スイッチバック直後における速度及び牽引力を示しており、2速の力行状態(−5km/h)から、変速段を切り替えずに加速する場合の速度及び牽引力の遷移の様子が表されている。さらに、図38においては、丸印によって、2速の回生制動状態から、変速段を前進に切り替えて加速する場合の速度及び牽引力の遷移の様子が表されている。なお、図36、図37では、変速段は変わらないものの、加速方向が異なるため、回生制動領域及び力行領域が反転している。   The circles in FIG. 36 indicate the speed and traction force immediately before the switchback. The circles in FIG. 37 indicate the speed and traction force immediately after the switchback, and the transition of the speed and traction force when accelerating without changing the gear position from the second-speed power running state (−5 km / h). The situation is shown. Furthermore, in FIG. 38, the state of the transition of the speed and traction force when switching from the second-speed regenerative braking state to the forward shift and accelerating is represented by a circle. In FIG. 36 and FIG. 37, although the gear position does not change, the regenerative braking region and the power running region are reversed because the acceleration direction is different.

この第2の方法においては、変速段が切り替えられずに電動発電機の回生制動により車速が低下し(図37)、その後変速段が前進に切り替えられ、回生制動から力行へ移行する(図38)。図34乃至図38からわかるように、第2の方法においては、第1の方法と異なり、大きな牽引力を継続して得ることができる。   In the second method, the speed is not switched but the vehicle speed is reduced by regenerative braking of the motor generator (FIG. 37), then the speed is switched to forward, and the regenerative braking is shifted to power running (FIG. 38). ). As can be seen from FIG. 34 to FIG. 38, unlike the first method, the second method can continuously obtain a large traction force.

なお、第2の方法の場合、第1の方法と比べてより大きな牽引力を得ることができるが、前方への加速の最中に変速段が後進から前進へ切り替えられることになるため(図37から図38への動き)、このときにトルク抜けが発生し、操縦フィーリングは好ましくない。この対策としては、上述したように電子制御式のブレーキを用いればよい。   In the case of the second method, it is possible to obtain a larger traction force than in the first method, but the gear position is switched from reverse to forward during the forward acceleration (FIG. 37). From FIG. 38), torque loss occurs at this time, and steering feeling is not preferable. As a countermeasure, an electronically controlled brake may be used as described above.

上述したように、本実施の形態によれば、蓄電器の限られた蓄電容量の範囲内で充放電を繰り返しながら走行することが可能となる。ホイールローダなどの巨大な建設機械の場合、電動発電機には大きな充放電電力が要求される。現状では、入出力密度が高い蓄電器は、キャパシタのようにエネルギ密度が低く、蓄電容量は限られてくる。本発明は、このようなキャパシタのように、入出力密度が高く、エネルギ密度の低い蓄電器を用いる場合に適しているといえる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to travel while repeating charging and discharging within the limited storage capacity of the storage battery. In the case of a huge construction machine such as a wheel loader, a large charge / discharge power is required for the motor generator. At present, a capacitor with a high input / output density has a low energy density like a capacitor, and its storage capacity is limited. The present invention can be said to be suitable for the case of using a capacitor having a high input / output density and a low energy density, such as a capacitor.

(実施の形態2)
実施の形態2は、実施の形態1の構成に、エンジンの出力軸が逆転するのを防止するためのワンウェイクラッチを加えたものである。
(Embodiment 2)
The second embodiment is obtained by adding a one-way clutch to the configuration of the first embodiment to prevent the output shaft of the engine from reversing.

実施の形態1の建設機械では、重量物の牽引又は急勾配の登坂など、低速で大きな牽引力が必要な状態が持続すると、変速段が1速となり、エンジン回転数は低くなり、その結果、電動発電機は回生制動状態となる。この状態で蓄電器の蓄電容量が上限となると、発電した電力を消費する機能がなければ、走行を続けることはできない。これは、通常のトルクコンバータ搭載車の場合におけるトルクコンバータオイルのオーバーヒートに相当する。この問題を解消するために、実施の形態2の建設機械は、次のようにワンウェイクラッチを備えている。   In the construction machine of the first embodiment, when a state where a large traction force is required at a low speed, such as towing a heavy object or climbing a steep slope, the gear stage becomes the first speed, and the engine speed is reduced. The generator is in a regenerative braking state. If the storage capacity of the battery reaches the upper limit in this state, it is not possible to continue traveling without a function for consuming the generated power. This corresponds to overheating of the torque converter oil in the case of a normal torque converter vehicle. In order to solve this problem, the construction machine of the second embodiment includes a one-way clutch as follows.

図39は、本発明の実施の形態2に係る建設機械の主要部の構成を示すブロック図である。図39に示すように、実施の形態2の建設機械3は、エンジン10の出力軸に、当該出力軸が逆転するのを防止するためのワンウェイクラッチ30が配設されている。この制御装置2は、上述したように蓄電器の蓄電容量が上限となった場合に、エンジン10を停止させ、電動発電機11のみによる走行を行うようにする。これにより、蓄電された電力が消費されることになる。このときに、ワンウェイクラッチ30によって、エンジン10の逆回転が防止される。これにより、電動発電機11による走行のときに、エンジン10が逆回転して駆動力が発生しないような事態を招くことがなくなる。   FIG. 39 is a block diagram showing a configuration of a main part of the construction machine according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 39, in the construction machine 3 according to the second embodiment, a one-way clutch 30 for preventing the output shaft from reversing is disposed on the output shaft of the engine 10. As described above, the control device 2 stops the engine 10 and runs only by the motor generator 11 when the storage capacity of the capacitor reaches the upper limit. As a result, the stored electric power is consumed. At this time, reverse rotation of the engine 10 is prevented by the one-way clutch 30. As a result, when traveling by the motor generator 11, a situation in which the engine 10 rotates in the reverse direction and no driving force is generated is avoided.

なお、ワンウェイクラッチ30以外の構成については、実施の形態1の場合と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。   In addition, since it is the same as that of the case of Embodiment 1 about structures other than the one-way clutch 30, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図40及び図41は、走行モードの移行を行う場合における本実施の形態における制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、エンジン及び電動発電機による走行モードを通常走行モードと呼び、電動発電機のみによる走行モードをモータ走行モードと呼ぶ。   FIGS. 40 and 41 are flowcharts showing the flow of operation of the control device in the present embodiment when the running mode is shifted. In the following, the travel mode using the engine and the motor generator is referred to as a normal travel mode, and the travel mode using only the motor generator is referred to as a motor travel mode.

まず、通常走行モードからモータ走行モードへ移行するか否かを判定する処理について説明する。図40に示すように、制御装置2は、電動発電機11が力行状態にあるか回生制動状態にあるかを判定し(S301)、回生制動状態にあると判定した場合(S301でYES)、蓄電器14の蓄電量が設定上限値より多いか否かを判定する(S302)。ここで、蓄電量が設定上限値より多いと判定した場合(S302でYES)、すなわち蓄電量が過剰であると判定した場合、制御装置2は、エンジン設定回転数が予め定められた下限値よりも低いか否かを判定する(S303)。   First, a process for determining whether or not to shift from the normal travel mode to the motor travel mode will be described. As shown in FIG. 40, the control device 2 determines whether the motor generator 11 is in a power running state or a regenerative braking state (S301), and determines that the motor generator 11 is in a regenerative braking state (YES in S301). It is determined whether or not the amount of electricity stored in the battery 14 is greater than the set upper limit value (S302). Here, when it is determined that the charged amount is greater than the set upper limit value (YES in S302), that is, when it is determined that the charged amount is excessive, the control device 2 determines that the engine set rotational speed is greater than a predetermined lower limit value. It is determined whether or not it is lower (S303).

ステップS303において、エンジン設定回転数が下限値よりも低いと判定した場合(S303でYES)、制御装置2は、変速機12の変速段が1速であるか否かを判定する(S304)。ここで、変速段が1速であると判定した場合(S304でYES)、通常走行モードからモータ走行モードへの移行を実行する(S305)。このモータ走行モードへの移行は、制御装置2が、エンジン10を停止させ、エンジントルク指令をゼロとすることによって実行される。   If it is determined in step S303 that the engine set rotational speed is lower than the lower limit value (YES in S303), the control device 2 determines whether or not the gear position of the transmission 12 is the first speed (S304). Here, when it is determined that the gear position is the first speed (YES in S304), the transition from the normal travel mode to the motor travel mode is executed (S305). The transition to the motor travel mode is executed by the control device 2 stopping the engine 10 and setting the engine torque command to zero.

なお、ステップS301において電動発電機11は力行状態であると判定された場合(S301でNO)、ステップS302において蓄電量が設定上限値以下であると判定された場合(S302でNO)、ステップS303においてエンジン設定回転数が下限値以上であると判定された場合(S303でNO)、及びステップS304において変速段が1速ではないと判定された場合(S304でNO)は何れも、モータ走行モードへの移行は行われない。   If it is determined in step S301 that the motor generator 11 is in a power running state (NO in S301), or if it is determined in step S302 that the charged amount is equal to or less than the set upper limit value (NO in S302), step S303 is performed. When it is determined that the engine set rotational speed is equal to or greater than the lower limit value (NO in S303) and when the gear position is determined not to be the first speed in Step S304 (NO in S304), the motor travel mode There is no transition to.

次に、モータ走行モードから通常走行モードへ復帰するか否かを判定する処理について説明する。図41に示すように、制御装置2は、蓄電器14の蓄電量が設定下限値より少ないか否かを判定する(S401)。ここで、蓄電量が設定下限値より少ないと判定した場合(S401でYES)、すなわち蓄電量が不足している判定した場合、制御装置2は、モータ走行モードから通常走行モードへの移行を実行する(S402)。この通常走行モードへの復帰は、一旦停止した後に、制御装置2が、変速機12をニュートラルにし、エンジン10を始動した後、変速機12を変速することによって実行される。   Next, processing for determining whether to return from the motor travel mode to the normal travel mode will be described. As shown in FIG. 41, the control device 2 determines whether or not the amount of electricity stored in the battery 14 is less than the set lower limit value (S401). Here, when it is determined that the charged amount is less than the set lower limit value (YES in S401), that is, when it is determined that the charged amount is insufficient, the control device 2 executes the transition from the motor travel mode to the normal travel mode. (S402). The return to the normal travel mode is executed by temporarily stopping the control device 2 and then shifting the transmission 12 after the transmission 12 is neutralized and the engine 10 is started.

図42は、電動発電機エンジントルク配分手段205における電動発電機トルク指令及びエンジントルク指令の算出処理の一例の手順を示す説明図である。図42に示すとおり、走行トルク計算手段203aは、アクセル開度、車速、及び変速段数に基づいて、走行に必要なトルクを算出し、その算出した結果として走行トルク指令(Tout)を電動発電機エンジントルク配分手段205へ出力する。 FIG. 42 is an explanatory diagram illustrating a procedure of an example of a calculation process of the motor generator torque command and the engine torque command in the motor generator engine torque distribution unit 205. As shown in FIG. 42, the traveling torque calculation means 203a calculates the torque required for traveling based on the accelerator opening, the vehicle speed, and the number of shift stages, and generates a traveling torque command (T out ) as the calculated result. Output to the engine torque distribution means 205.

電動発電機エンジントルク配分手段205は、走行トルク指令(Tout)の入力を受けて、T=Tout・a/aout及びT=0を計算して、その計算結果として電動発電機トルク指令(T)及びエンジントルク指令(T)を電動発電機11及びエンジン10へそれぞれ出力する。 The motor generator torque distribution means 205 receives the input of the running torque command (T out ), calculates T M = T out · a M / a out and T E = 0, and uses the motor generation as the calculation result. The machine torque command (T M ) and the engine torque command (T E ) are output to the motor generator 11 and the engine 10, respectively.

なお、モータ走行モードの場合、すなわちエンジン10を停止して電動発電機11のみで力行する場合の速度及び牽引力の関係は、図43に示すとおりである。これは電動発電機11そのものの走行特性である。ただし、変速段が前進の場合は前進方向にのみ力行可能であり、変速段が後進の場合は後進方向にのみ力行可能である。   Note that the relationship between the speed and the traction force in the motor travel mode, that is, when the engine 10 is stopped and powering only with the motor generator 11 is as shown in FIG. This is a running characteristic of the motor generator 11 itself. However, when the shift speed is forward, it can be powered only in the forward direction, and when the shift speed is reverse, it can be powered only in the reverse direction.

(実施の形態3)
図44は、本発明の実施の形態3に係る建設機械の主要部の構成を示すブロック図である。図44に示すように、本実施の形態の建設機械4は、バケット及びアームなどの荷役装置駆動用の油圧ポンプ41と、その油圧ポンプ41を作動させるための荷役・操舵油圧回路43とを備えている。油圧ポンプ41及びエンジン10は、ギヤ42及び44により直結されている。なお、その他の構成については、実施の形態1の場合と同様であるので、同一符合を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 44 is a block diagram showing a configuration of a main part of the construction machine according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 44, the construction machine 4 of this embodiment includes a hydraulic pump 41 for driving a cargo handling device such as a bucket and an arm, and a cargo handling / steering hydraulic circuit 43 for operating the hydraulic pump 41. ing. The hydraulic pump 41 and the engine 10 are directly connected by gears 42 and 44. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図45は、本発明の実施の形態3に係る建設機械が備える制御装置2の構成を示す機能ブロック図である。図45に示すとおり、計算手段203は、荷役必要トルク計算手段203cを備えている。この荷役必要トルク計算手段203cは、油圧ポンプ41が必要とするトルクを計算し、その計算した結果を示す荷役エンジントルク指令を出力する。このようにして、出力された荷役エンジントルク指令は、電動発電機エンジントルク配分手段205によって出力されるエンジントルク指令に足されて、エンジン10へ出力される。なお、制御装置2のその他の構成については、実施の形態1の場合と同様であるので、同一符合を付して説明を省略する。   FIG. 45 is a functional block diagram showing the configuration of the control device 2 provided in the construction machine according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 45, the calculation means 203 includes cargo handling required torque calculation means 203c. The required cargo handling torque calculation means 203c calculates the torque required by the hydraulic pump 41 and outputs a cargo handling engine torque command indicating the calculated result. The cargo handling engine torque command thus output is added to the engine torque command output by the motor generator engine torque distribution means 205 and output to the engine 10. Since the other configuration of the control device 2 is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図46は、電動発電機エンジントルク配分手段205における電動発電機トルク指令及びエンジントルク指令の算出処理の一例の手順を示す説明図である。図46に示すとおり、走行トルク計算手段203aは、アクセル開度、車速、及び変速段数に基づいて、走行に必要なトルクを算出し、その算出した結果として走行トルク指令(Tout)を電動発電機エンジントルク配分手段205へ出力する。 FIG. 46 is an explanatory diagram showing a procedure of an example of a calculation process of the motor generator torque command and the engine torque command in the motor generator engine torque distribution unit 205. As shown in FIG. 46, the traveling torque calculation means 203a calculates the torque required for traveling based on the accelerator opening, the vehicle speed, and the number of shift stages, and generates a traveling torque command (T out ) as the calculated result. Output to the engine torque distribution means 205.

電動発電機エンジントルク配分手段205は、走行トルク指令(Tout)の入力を受けて、T=Tout・a/aout及びT=Tout・aE/aoutを計算して、その計算結果として電動発電機トルク指令(T)及びエンジントルク指令(T)を電動発電機11及びエンジン10へそれぞれ出力する。 The motor generator torque distribution means 205 receives the travel torque command (T out ) and calculates T M = T out · a M / a out and T E = T out · a E / a out The motor generator torque command (T M ) and the engine torque command (T E ) are output to the motor generator 11 and the engine 10 as the calculation results.

また、荷役エンジントルク計算手段203cは、油圧ポンプ41が必要とするトルクTE2を算出し、その算出した結果として荷役エンジントルク指令(TE2)を出力する。この荷役エンジントルク指令(TE2)は、エンジントルク指令(T)に加算され、その加算後のエンジントルク指令(T+TE2)がエンジン10へ出力される。図中に示していないが、必要とするポンプ吐出量も計算し、油圧ポンプへ出力するとともに、油圧ポンプが必要とするトルクの計算にその吐出量を使用する。 The cargo handling engine torque calculation means 203c calculates a torque T E2 required by the hydraulic pump 41 and outputs a cargo handling engine torque command (T E2 ) as a result of the calculation. The cargo handling engine torque command (T E2 ) is added to the engine torque command (T E ), and the engine torque command (T E + T E2 ) after the addition is output to the engine 10. Although not shown in the figure, the required pump discharge amount is also calculated and output to the hydraulic pump, and the discharge amount is used to calculate the torque required by the hydraulic pump.

本発明の場合、エンジントルクと電動発電機トルクとがバランスを保った状態で走行する。そのため、エンジン軸に直結された油圧ポンプ41に負荷をかける場合は、上述したように、走行系が必要とするエンジントルク(T)と、荷役系が必要とする荷役エンジントルク(TE2)とを加算して全体のエンジントルク(T+TE2)を決定する必要がある。 In the case of the present invention, the vehicle travels in a state where the engine torque and the motor generator torque are balanced. Therefore, when a load is applied to the hydraulic pump 41 directly connected to the engine shaft, as described above, the engine torque (T E ) required by the traveling system and the cargo handling engine torque (T E2 ) required by the cargo handling system are used. Must be added to determine the overall engine torque (T E + T E2 ).

また、全体のエンジントルク(T+TE2)が、エンジン10で発生可能なトルクを超える場合は、制御装置2が、予め定められた走行系及び荷役系の優先度にしたがってエンジントルク(T)及び荷役エンジントルク(TE2)を設定し、その設定値から走行トルク指令(Tout)を逆算して電動発電機トルク指令も修正する。これにより、走行系と荷役系との間の干渉を防止することができる。なお、この優先度は、操縦者がレバーなどによって設定できるようにすればよい。 When the overall engine torque (T E + T E2 ) exceeds the torque that can be generated by the engine 10, the control device 2 determines the engine torque (T E according to the predetermined priority of the traveling system and the cargo handling system. ) And the cargo handling engine torque (T E2 ), the running torque command (T out ) is calculated backward from the set value, and the motor generator torque command is also corrected. Thereby, the interference between the traveling system and the cargo handling system can be prevented. This priority may be set by the operator using a lever or the like.

(実施の形態4)
図47は、本発明の実施の形態4に係る建設機械の主要部の構成を示すブロック図である。図47に示すように、本実施の形態の建設機械5は、油圧ポンプ41と荷役・操舵油圧回路43との間に、抵抗制御装置51を備えている。この抵抗制御装置51は、後述するように、油圧ポンプ41を抵抗器として機能させるためのものである。なお、その他の構成については、実施の形態3の場合と同様であるので、同一符合を付して説明を省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 47 is a block diagram showing a configuration of a main part of the construction machine according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 47, the construction machine 5 of the present embodiment includes a resistance control device 51 between the hydraulic pump 41 and the cargo handling / steering hydraulic circuit 43. As will be described later, the resistance control device 51 is for causing the hydraulic pump 41 to function as a resistor. Since other configurations are the same as those in the third embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図48は、本発明の実施の形態4に係る建設機械が備える制御装置2の構成を示す機能ブロック図である。図48に示すとおり、計算手段203は、エンブレ増強値計算手段203dを備えている。このエンブレ増強値計算手段203dは、必要となるエンジンブレーキ値を計算し、その計算した結果を示すエンブレ増強指令を抵抗制御装置51へ出力する。ここで、抵抗制御装置51が、入力されたエンブレ増強指令に基づいて、油圧ポンプ41の吐出流量と電制制御されたリリーフ弁などを組み合わせ、油圧ポンプ41を抵抗器(エンブレ増強装置)として機能させる。なお、制御装置2のその他の構成については、実施の形態1の場合と同様であるので、同一符合を付して説明を省略する。   FIG. 48 is a functional block diagram showing a configuration of the control device 2 included in the construction machine according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 48, the calculation means 203 includes an emblem enhancement value calculation means 203d. The emblem enhancement value calculation means 203d calculates a required engine brake value and outputs an emblem increase command indicating the calculated result to the resistance control device 51. Here, the resistance control device 51 combines the discharge flow rate of the hydraulic pump 41 and a relief valve that is electronically controlled based on the input emblem enhancement command, and the hydraulic pump 41 functions as a resistor (emblem enhancement device). Let Since the other configuration of the control device 2 is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図49は、エンブレ増強値計算手段203dにおけるエンブレ増強指令の算出処理の一例の手順を示す説明図である。図49に示すとおり、走行トルク計算手段203aは、アクセル開度、車速、及び変速段数に基づいて、走行に必要なトルクを算出し、その算出した結果として走行トルク指令(Tout)を電動発電機エンジントルク配分手段205へ出力する。 FIG. 49 is an explanatory diagram showing an example of a procedure for calculating an emblem enhancement command in the emblem enhancement value calculation means 203d. As shown in FIG. 49, the traveling torque calculation means 203a calculates the torque required for traveling based on the accelerator opening, the vehicle speed, and the number of shift stages, and generates a traveling torque command (T out ) as the calculated result. Output to the engine torque distribution means 205.

電動発電機エンジントルク配分手段205は、走行トルク指令(Tout)の入力を受けて、T=Tout・a/aout及びT=Tout・aE/aoutを計算して、その計算結果として電動発電機トルク指令(T)及びエンジントルク指令(T)を電動発電機11及びエンジン10へそれぞれ出力する。 The motor generator torque distribution means 205 receives the travel torque command (T out ) and calculates T M = T out · a M / a out and T E = T out · a E / a out The motor generator torque command (T M ) and the engine torque command (T E ) are output to the motor generator 11 and the engine 10 as the calculation results.

また、エンブレ増強値計算手段203dは、減速している場合に、エンジン10の回転数からエンブレ値(TEB)を計算し、電動発電機エンジントルク配分手段205から出力されたエンジントルク(T)からそのエンブレ値(TEB)を減算することにより、エンブレ増強値(TEBcmd)を算出する。これにより、エンジン自身の抵抗、すなわちエンブレ値(TEB)と、抵抗制御装置51により発生させられる抵抗(TEBcmd)とがエンジン出力軸に発生する負トルクとなる。その結果、エンジン出力軸に、TEB−TEBcmd=TEの負トルクを発生させることができる。 Further, the emblem enhancement value calculation means 203d calculates an emblem value (T EB ) from the rotational speed of the engine 10 when decelerating, and outputs the engine torque (T E ) output from the motor generator engine torque distribution means 205. ) Is subtracted from the emblem value (T EB ) to calculate the emblem enhancement value (T EBcmd ). Thereby, the resistance of the engine itself, that is, the emblem value (T EB ) and the resistance (T EBcmd ) generated by the resistance control device 51 become the negative torque generated in the engine output shaft. As a result, a negative torque of T EB −T EBcmd = T E can be generated on the engine output shaft.

本発明において、減速する場合に従来車と同様にエンジンブレーキを得るためには、エンジン10及び電動発電機11に負トルクを与える。この場合、エンジン10は実際に負トルクを発生させることはできないので、エンジン自身の抵抗(エンジンブレーキ)の範囲内で減速することになるが、より強い減速力を得る必要があるとき(急勾配な坂を下る場合またはスイッチバックを行う場合等)は、上述したようにして抵抗制御装置51により油圧ポンプ41を抵抗器として機能させて、エンジンの出力軸に負トルクが発生するようにする。これにより、減速する場合のエネルギを電動発電機11の発電により回収することができ、また機械ブレーキの負担を減らすことができる。   In the present invention, a negative torque is applied to the engine 10 and the motor generator 11 in order to obtain the engine brake as in the conventional vehicle when decelerating. In this case, since the engine 10 cannot actually generate negative torque, the engine 10 decelerates within the range of the resistance of the engine itself (engine brake), but when it is necessary to obtain a stronger deceleration force (steep slope) When going down a hill or when performing switchback, etc.), the resistance control device 51 causes the hydraulic pump 41 to function as a resistor as described above so that negative torque is generated on the output shaft of the engine. Thereby, the energy in the case of decelerating can be collect | recovered by the electric power generation of the motor generator 11, and the burden of a mechanical brake can be reduced.

(その他の実施の形態)
以上では、直結クラッチ15が解放されている状態での走行動作について説明したが、直結クラッチ15が結合した状態における電動発電機11の動作について説明する。直結クラッチ15が結合した場合、駆動軸に電動発電機が接続されたことと同じ状態になる。そのため、減速の場合には、電動発電機の回生制動により発電して蓄電器14に電力が蓄えられ、また機械ブレーキの負担を減らすことができる。また、加速の場合には、蓄電器14に蓄電されている余剰電力を利用して、電動発電機11の力行によりエンジン10をアシストすることができる。
(Other embodiments)
Although the traveling operation in the state where the direct coupling clutch 15 is released has been described above, the operation of the motor generator 11 in the state where the direct coupling clutch 15 is coupled will be described. When the direct coupling clutch 15 is coupled, the motor generator is connected to the drive shaft. Therefore, in the case of deceleration, electric power is generated by regenerative braking of the motor generator and electric power is stored in the capacitor 14, and the load on the mechanical brake can be reduced. In the case of acceleration, the engine 10 can be assisted by the power running of the motor generator 11 using the surplus power stored in the battery 14.

また、直結クラッチ15の結合を行い、変速機12の変速段をニュートラルにすることによって、エンジン10と電動発電機11とが直結されることになる。電動発電機11は、通常のスタータと比べると十分に強力なものであるため、このようにエンジン10と電動発電機11とを直結することによって、電動発電機11をスタータの代わりとして使用することができる。この場合、ニュートラルから前進段への切り替えは、操縦者からのレバー操作信号を受けた制御装置2が変速機12に対して指令を出力することによりなされる。ここで、制御装置2は、前進段に切り替える前に、スタータの代わりとなる電動発電機11によってエンジン10を始動し、その後変速段を前進に切り替えるように変速機12に指令を出力すればよい。   Further, the engine 10 and the motor generator 11 are directly connected by coupling the direct coupling clutch 15 and setting the gear position of the transmission 12 to neutral. Since the motor generator 11 is sufficiently powerful compared to a normal starter, the motor generator 11 can be used in place of the starter by directly connecting the engine 10 and the motor generator 11 in this way. Can do. In this case, switching from the neutral to the forward gear is performed by the controller 2 receiving a lever operation signal from the driver outputting a command to the transmission 12. Here, before switching to the forward gear, the control device 2 may start the engine 10 by the motor generator 11 serving as a starter, and then output a command to the transmission 12 to switch the gear to forward. .

本発明の建設機械及びその制御方法は、直結クラッチを解放した状態での低速域で良好な走行性能を実現することできるため、ホイールローダなどの建設機械及びその制御方法として有用である。   The construction machine and the control method thereof according to the present invention can realize good traveling performance in a low speed range with the direct clutch released, and thus are useful as a construction machine such as a wheel loader and the control method thereof.

本発明の実施の形態1に係る建設機械の主要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る建設機械が備える制御装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the control apparatus with which the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention is provided. エンジン回数設定手段におけるエンジン設定回転数計算の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the engine setting rotation speed calculation in an engine frequency setting means. 電動発電機エンジントルク配分手段における電動発電機トルク指令及びエンジントルク指令の算出処理の一例の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of an example of the calculation process of a motor generator torque command and an engine torque command in a motor generator engine torque distribution means. 変速段数計算手段における変速段数計算の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the gear stage number calculation in a gear stage number calculation means. アイドリング状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the idling state. 1速発進(又は牽引状態)における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the first speed start (or towing state). 1速加速状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the first speed acceleration state. 1速加速状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the first speed acceleration state. 1速加速状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the first speed acceleration state. 2速加速状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the second speed acceleration state. 2速加速状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the second speed acceleration state. 2速加速状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the second speed acceleration state. 2速加速状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the second speed acceleration state. 2速加速状態における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the second speed acceleration state. エンジン回転数とトルクとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an engine speed and a torque. 電動発電機回転数とトルクとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a motor generator rotation speed and a torque. 本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a driving | running | working characteristic figure which shows the relationship between the speed and tractive force in the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a driving | running | working characteristic figure which shows the relationship between the speed and tractive force in the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 従来のトルクコンバータ搭載車における速度と件林力との関係を示す走行特性図である。It is a driving characteristic figure which shows the relationship between the speed and the forest power in the conventional torque converter loading vehicle. 減速する場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear when decelerating. 減速する場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear when decelerating. 減速する場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear when decelerating. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. スイッチバックを行う場合における遊星ギヤの速度線図である。It is a speed diagram of the planetary gear in the case of performing switchback. 第1の方法によりスイッチバックを行う場合の本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a running characteristic figure which shows the relationship between the speed and tractive force in the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention when performing switchback by a 1st method. 第1の方法によりスイッチバックを行う場合の本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a running characteristic figure which shows the relationship between the speed and tractive force in the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention when performing switchback by a 1st method. 第2の方法によりスイッチバックを行う場合の本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a running characteristic figure which shows the relationship between the speed and tractive force in the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention when performing switchback by a 2nd method. 第2の方法によりスイッチバックを行う場合の本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a running characteristic figure which shows the relationship between the speed and tractive force in the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention when performing switchback by a 2nd method. 第2の方法によりスイッチバックを行う場合の本発明の実施の形態1に係る建設機械における速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a running characteristic figure which shows the relationship between the speed and tractive force in the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention when performing switchback by a 2nd method. 本発明の実施の形態2に係る建設機械の主要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the construction machine which concerns on Embodiment 2 of this invention. 走行モードの移行を行う場合における実施の形態2における制御装置の動作の流れを示すフローチャートであるIt is a flowchart which shows the flow of operation | movement of the control apparatus in Embodiment 2 in the case of performing driving mode transfer. 走行モードの移行を行う場合における実施の形態2における制御装置の動作の流れを示すフローチャートであるIt is a flowchart which shows the flow of operation | movement of the control apparatus in Embodiment 2 in the case of performing driving | running | working mode transfer. 電動発電機エンジントルク配分手段における電動発電機トルク指令及びエンジントルク指令の算出処理の一例の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of an example of the calculation process of a motor generator torque command and an engine torque command in a motor generator engine torque distribution means. モータ走行モードにおける本発明の実施の形態1に係る建設機械の速度と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a running characteristic figure which shows the relationship between the speed and traction force of the construction machine which concerns on Embodiment 1 of this invention in motor running mode. 本発明の実施の形態3に係る建設機械の主要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the construction machine which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る建設機械が備える制御装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the control apparatus with which the construction machine which concerns on Embodiment 3 of this invention is provided. 電動発電機エンジントルク配分手段における電動発電機トルク指令及びエンジントルク指令の算出処理の一例の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of an example of the calculation process of a motor generator torque command and an engine torque command in a motor generator engine torque distribution means. 本発明の実施の形態4に係る建設機械の主要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the construction machine which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る建設機械が備える制御装置2の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the control apparatus 2 with which the construction machine which concerns on Embodiment 4 of this invention is provided. エンブレ増強値計算手段におけるエンブレ増強指令の算出処理の一例の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of an example of the calculation process of the emblem enhancement command in an emblem enhancement value calculation means. V字作業を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating V character work. トルクコンバータにおける速度比に対するトルク比と効率・吸収トルク係数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the torque ratio with respect to the speed ratio in a torque converter, and an efficiency and an absorption torque coefficient. トルクコンバータにおける入力トルクとエンジン回転数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the input torque in a torque converter, and an engine speed. ホイールローダを電動発電機で駆動する場合における車速と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a driving | running | working characteristic figure which shows the relationship between the vehicle speed and tractive force in the case of driving a wheel loader with a motor generator. ホイールローダを電動発電機で駆動する場合における車速と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a driving | running | working characteristic figure which shows the relationship between the vehicle speed and tractive force in the case of driving a wheel loader with a motor generator. ホイールローダを電動発電機で駆動する場合における車速と牽引力との関係を示す走行特性図である。It is a driving | running | working characteristic figure which shows the relationship between the vehicle speed and tractive force in the case of driving a wheel loader with a motor generator.

符号の説明Explanation of symbols

1、3,4,5 建設機械
2 制御装置
10 エンジン
11 電動発電機
12 変速機
13 インバータ
14 蓄電器
15 直結クラッチ
16a サンギヤ
16b リングギヤ
17 ギヤ
18 キャリア軸
19 デファレンシャルギヤ
20 駆動輪
30 ワンウェイクラッチ
41 油圧ポンプ
42,44 ギヤ
43 荷役・操舵油圧回路
51 抵抗制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 3, 4, 5 Construction machine 2 Control apparatus 10 Engine 11 Motor generator 12 Transmission 13 Inverter 14 Accumulator 15 Direct coupling clutch 16a Sun gear 16b Ring gear 17 Gear 18 Carrier shaft 19 Differential gear 20 Drive wheel 30 One-way clutch 41 Hydraulic pump 42 , 44 Gear 43 Cargo handling / steering hydraulic circuit 51 Resistance control device

Claims (6)

蓄電器に接続された電動発電機と、エンジンと、出力側が駆動輪に接続され、複数の変速段に切替可能な変速機と、前記電動発電機及び前記エンジンの出力軸を結合し、前記電動発電機及び/又は前記エンジンによって発生したトルクを前記変速機へ伝達する遊星ギヤと、前記エンジンと前記変速機とを直結する直結クラッチと、前記電動発電機、前記エンジン、及び前記変速機の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、アクセル開度、車速、及び前記変速機の変速段に基づいて、前記エンジン及び前記電動発電機に発生させるトルクを決定し、
前記直結クラッチが解放された状態において、
前記蓄電器の蓄電量が設定下限値より少ない場合であって、アクセルが踏み込まれているときは、前記エンジン回転数を上昇させる一方で、前記蓄電器の蓄電量が設定上限値より多い場合であって、アクセルが踏み込まれているときは、前記エンジン回転数を減少させ、且つ、
アクセルが踏み込まれており且つ前記電動発電機が力行状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が前記設定下限値より少ないときは、前記変速機の変速段を上げる一方で、アクセルが踏み込まれており且つ前記電動発電機が回生制動状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が前記設定上限値より多いときは、前記変速機の変速段を下げる
よう構成されていることを特徴とする、建設機械。
A motor generator connected to a capacitor; an engine; an output side connected to drive wheels; a transmission capable of switching to a plurality of shift speeds; and the motor generator and the output shaft of the engine, A planetary gear for transmitting torque generated by the motor and / or the engine to the transmission, a direct coupling clutch for directly connecting the engine and the transmission, and operations of the motor generator, the engine, and the transmission. A control device for controlling,
The control device determines a torque to be generated by the engine and the motor generator based on an accelerator opening, a vehicle speed, and a gear position of the transmission,
In the state where the direct clutch is released,
Even when the storage amount of the capacitor is less than the set lower limit value, when the accelerator is depressed, while increasing the rotational speed of the front SL engine, when the storage amount of the capacitor is larger than the set upper limit value there are, when the accelerator is depressed, to reduce the rotational speed of the front SL engine, and,
In a case where and which the accelerator is depressed the motor generator is in force line state, when the storage amount of the capacitor is less than the set lower limit value, while increasing the shift speed before Symbol transmission, the accelerator in a case where and which is depressed the motor generator is in a regenerative braking state, when the storage amount of the capacitor is larger than the set upper limit value, lower the gear position of the transmission,
A construction machine characterized by being configured as follows.
前記エンジンの逆回転を防止する逆回転防止手段を更に備え、
前記制御装置は、前記電動発電機が前記回生制動状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が過剰であると判定したときに、前記エンジンを停止させるように構成されている、請求項1に記載の建設機械。
A reverse rotation preventing means for preventing reverse rotation of the engine;
The said control apparatus is a case where the said motor generator is in the said regenerative braking state, Comprising: When it determines with the electrical storage amount of the said capacitor | condenser being excessive, it is comprised so that the said engine may be stopped. The construction machine according to 1.
荷役装置を駆動する油圧ポンプを更に備え、
前記油圧ポンプは、前記エンジンと直結されており、
前記制御装置は、アクセル開度、車速、及び前記変速機の変速段とともに、前記油圧ポンプの動作に必要なトルクに基づいて、前記エンジン及び前記電動発電機に発生させるトルクを決定するように構成されている、請求項1又は2に記載の建設機械。
A hydraulic pump for driving the cargo handling device;
The hydraulic pump is directly connected to the engine,
The controller is configured to determine a torque to be generated by the engine and the motor generator based on an accelerator opening, a vehicle speed, and a gear stage of the transmission, and a torque necessary for the operation of the hydraulic pump. The construction machine according to claim 1 or 2, wherein
前記エンジンと直結された油圧ポンプを更に備え、
前記制御装置は、減速している場合に、前記油圧ポンプの吐出流量とリリーフ圧とを制御することにより、前記エンジンに負トルクを発生させるように構成されている、請求項1又は2に記載の建設機械。
A hydraulic pump directly connected to the engine;
3. The control device according to claim 1, wherein the control device is configured to generate a negative torque in the engine by controlling a discharge flow rate and a relief pressure of the hydraulic pump when decelerating. 4. Construction machinery.
蓄電器に接続された電動発電機と、エンジンと、出力側が駆動輪に接続され、複数の変速段に切替可能な変速機と、前記電動発電機及び前記エンジンの出力軸を結合し、前記電動発電機及び/又は前記エンジンによって発生したトルクを前記変速機へ伝達する遊星ギヤと、前記エンジンと前記変速機とを直結する直結クラッチと、を備えた建設機械の制御方法であって、
アクセル開度、車速、及び前記変速機の変速段に基づいて、前記エンジン及び前記電動発電機に発生させるトルクを決定し、
前記直結クラッチが解放された状態において、
前記蓄電器の蓄電量が設定下限値より少ない場合であって、アクセルが踏み込まれているときは、前記エンジン回転数を上昇させる一方で、前記蓄電器の蓄電量が設定上限値より多い場合であって、アクセルが踏み込まれているときは、前記エンジン回転数を減少させ、且つ、
アクセルが踏み込まれており且つ前記電動発電機が力行状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が前記設定下限値より少ないときは、前記変速機の変速段を上げる一方で、アクセルが踏み込まれており且つ前記電動発電機が回生制動状態にある場合であって、前記蓄電器の蓄電量が前記設定上限値より多いときは、前記変速機の変速段を下げる、ことを特徴とする、建設機械の制御方法。
A motor generator connected to a capacitor; an engine; an output side connected to drive wheels; a transmission capable of switching to a plurality of shift speeds; and the motor generator and the output shaft of the engine, A construction machine control method comprising: a planetary gear for transmitting a torque generated by the machine and / or the engine to the transmission; and a direct coupling clutch for directly coupling the engine and the transmission,
Based on the accelerator opening, the vehicle speed, and the gear position of the transmission, the torque to be generated in the engine and the motor generator is determined,
In the state where the direct clutch is released,
Even when the storage amount of the capacitor is less than the set lower limit value, when the accelerator is depressed, while increasing the rotational speed of the front SL engine, when the storage amount of the capacitor is larger than the set upper limit value there are, when the accelerator is depressed, to reduce the rotational speed of the front SL engine, and,
In a case where and which the accelerator is depressed the motor generator is in force line state, when the storage amount of the capacitor is less than the set lower limit value, while increasing the shift speed before Symbol transmission, the accelerator in a case where and which is depressed the motor generator is in a regenerative braking state, when the storage amount of the capacitor is larger than the set upper limit value, lower the gear position of the transmission, and wherein the To control the construction machine.
前記建設機械は、荷役装置を駆動する油圧ポンプを更に備え、前記油圧ポンプは、前記エンジンと直結されており、
アクセル開度、車速、及び前記変速機の変速段とともに、前記油圧ポンプの動作に必要なトルクに基づいて、前記エンジン及び前記電動発電機に発生させるトルクを決定する、請求項5に記載の建設機械の制御方法。
The construction machine further includes a hydraulic pump that drives a cargo handling device, and the hydraulic pump is directly connected to the engine,
6. The construction according to claim 5, wherein a torque to be generated in the engine and the motor generator is determined based on a torque required for an operation of the hydraulic pump together with an accelerator opening, a vehicle speed, and a gear position of the transmission. How to control the machine.
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