CN102917932B

CN102917932B - 混合动力轮式装载机

Info

Publication number: CN102917932B
Application number: CN201180026387.2A
Authority: CN
Inventors: 伊藤德孝; 金子悟
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: EP2551163A1; EP2551163B1; WO2011149070A1; JP2011245987A; US20130071214A1; JP5312400B2; EP2551163A4; US8812197B2; KR101752520B1; KR20130073903A; CN102917932A

Abstract

混合动力轮式装载机，包括：具有输出轴的发动机；具有旋转轴的电动及发电机，该旋转轴直接安装在发动机的输出轴上；具有输入轴和输出轴的变速器，该输入轴安装在电动及发电机的旋转轴上；设置在变速器的输出侧、并通过变速器的输出轴驱动的传动轴；蓄电装置；回收电动及发电机的电能并向蓄电装置蓄电的控制装置。

Description

混合动力轮式装载机

技术领域

本发明涉及混合动力轮式装载机。

背景技术

公知将发动机以及马达作为动力源的混合动力轮式装载机。混合动力轮式装载机，在通过铲斗进行的挖掘或装载作业中，会出现与行驶时相比需要更大的驱动力的情况。因此，公知使电动机兼有作为发电机的功能(例如，参照专利文献1)。在这样的混合动力轮式装载机中，油门关闭时将由发电机发电所产生的电能充电到电容(蓄电装置)中，在进行挖掘或装载作业时通过充电的蓄电装置使电动机作为马达驱动，从而辅助发动机。

在上述现有文献记载的混合动力轮式装载机中，在发动机和液力变矩器(torqueconverter)之间具有齿轮系，上述的兼作发电机的电动机(电动及发电机)与该齿轮系的输出轴同轴地安装。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-315105号公报

发明内容

在上述现有文献记载的混合动力轮式装载机中，没有记载使电动及发电机的电能再生。但是，在这样的构造的混合动力轮式装载机中，考虑在行驶速度降低时使蓄积在电动及发电机的电能再生以提高对蓄电装置的充电能力。该情况下，在安装有液力变矩器的构造中，由于液力变矩器中产生滑动，因此基本上不能期待得到再生能量。此外，在液力变矩器与电动及发电机之间夹设有齿轮系，也会使电能的再生更加困难。

根据本发明的第1方式，混合动力轮式装载机包括：具有输出轴的发动机；具有旋转轴的电动及发电机，该旋转轴直接安装在发动机的输出轴上；具有输入轴和输出轴的变速器，该输入轴安装在电动及发电机的旋转轴上；设置在变速器的输出侧、并通过变速器的输出轴驱动的传动轴；蓄电装置；回收电动及发电机的电能并向蓄电装置蓄电的控制装置。

根据本发明的第2方式，优选的是，在第1方式的混合动力轮式装载机中，具有配置在传动轴的输出轴上的行驶电动机。

根据本发明的第3方式，优选的是，在第2方式的混合动力轮式装载机中，行驶电动机配置在前车架内。

根据本发明的第4方式，优选的是，在第2或第3方式的混合动力轮式装载机中，在发动机的牵引力不足时，控制装置通过来自蓄电装置的电力驱动行驶电动机。

根据本发明的第5方式，优选的是，在第4方式的混合动力轮式装载机中，控制装置，在行驶开始时通过来自蓄电装置的电力驱动行驶电动机。

根据本发明的第6方式，优选的是，在第4或第5方式的混合动力轮式装载机中，还具有：在上下方向上转动的铲斗；对铲斗的高度进行检测的高度检测器，控制装置，在判断由高度检测器检测出的铲斗的高度低于规定的高度时，通过来自蓄电装置的电力驱动行驶电动机。

根据本发明的第7方式，优选的是，在第6方式的混合动力轮式装载机中，还具有：使铲斗在上下方向上转动的液压缸；对液压缸的压力进行检测的压力检测器，控制装置，在判断由压力检测器检测出的液压缸的压力大于第1压力时，通过来自蓄电装置的电力驱动行驶电动机。

根据本发明的第8方式，优选的是，在第7方式的混合动力轮式装载机中，控制装置，在判断由压力检测器检测出的液压缸的压力在比第1压力大的第2压力以上时，通过来自蓄电装置的电力驱动电动及发电机。

根据本发明的第9方式，优选的是，在第7或第8方式的混合动力轮式装载机中，在通过来自蓄电装置的电力驱动行驶电动机时，若通过控制装置判断由压力检测器测出的液压缸的压力小于第1压力，控制装置使行驶电动机的驱动停止。

根据本发明的第10方式，优选的是，在第1至第9任意一种方式的混合动力轮式装载机中，在减速时蓄电装置的充电量小于规定量的情况下，控制装置将电动及发电机以及行驶电动机的电能向蓄电装置蓄电。

根据本发明的第11方式，优选的是，在第1至第10任意一种方式的混合动力轮式装载机中，构成为能够拆下安装在发动机的输出轴上的电动及发电机，而安装飞轮以及液力变矩器。

发明效果

根据本发明，由于电动及发电机直接安装在发动机的输出轴上，因此能够提高蓄积在该电动及发电机中的电能的再生能力。

附图说明

图1是作为本发明的一个实施方式的混合动力轮式装载机的外观立体图。

图2是图1所示的混合动力轮式装载机的俯视图。

图3是图1所示的混合动力轮式装载机的侧视图。

图4是表示图2所示的混合动力轮式装载机的区域A的详细的放大剖视图。

图5是表示将图4所示的电动及发电机替换成液力变矩器等装置的状态的图。

图6是为了将图4所示的区域A的构造与通常的轮式装载机的构造进行对比而作为比较例示出的、对应部位的通常构造的剖视图。

图7是本发明的混合动力轮式装载机的系统框图。

图8是用于说明本发明的自动变速的图。

图9是用于说明混合动力轮式装载机进行V型装载的图。

图10是用于说明混合动力轮式装载机进行挖掘作业的图。

图11是本发明的混合动力轮式装载机进行挖掘作业的处理流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对作为本发明的一个实施方式的混合动力轮式装载机进行详细说明。

图1是混合动力轮式装载机的外观立体图，图2是图1所示的混合动力轮式装载机的俯视图，图3是图1所示的混合动力轮式装载机的侧视图。另外，在图2及图3中，图1所示的作业装置被省略图示。

如以下说明那样，图1～图3所示的混合动力轮式装载机1是铰接式的作业机：其前部车身2和后部车身7通过结合车架181以能够弯曲的方式连结。

前部车身2具有：配置在混合动力轮式装载机1的前侧、大致箱状地形成的前车架3；设置在该前车架3的下侧的前车轴4；设置在该前车轴4的左、右两端的前轮5；以能够进行俯仰运动的方式安装在前车架3的前侧的作业装置6。

在此，前车轴4被收纳在左、右的车轴管4A内并以能够旋转的方式被支承，并且该车轴管4A固定在前车架3的下表面。由此，前车轴4在不能够进行以辊轴O为中心的滚动运动的状态下安装在前车架3上。另外，在前车轴4和前车架3之间，没有设置各种缓冲用悬架装置等，使施加在作业装置6上的大载荷由前车架3、前车轴4、前轮5等来承受。

另外，作业装置6具有：以能够进行俯仰运动的方式安装在托架部3A上的动臂6A，该托架部3A设置在前车架3的左、右两侧的上端侧；以能够转动的方式安装在该动臂6A的前端部的铲斗6B。动臂6A，通过动臂液压缸6C做转动动作，且铲斗6B通过铲斗液压缸6D做转动动作。作业装置6，通过由动臂液压缸6C和铲斗液压缸6D产生的转动动作，使铲斗6B在上、下方向上进行俯仰运动，从而能够通过铲斗6B进行沙土等的搬运作业及对自卸卡车的装载作业等。在后将说明，在动臂6A的旋转支点部设置有检测动臂6A的旋转角度的旋转角检测器84，在铲斗6B的旋转支点部设置有检测铲斗6B的旋转角度的旋转角检测器85，通过计算能够求出铲斗6B的高度。

后部车身7位于前部车身2的后方，以在左右方向能够弯曲的状态连结在前部车身2的后方。该后部车身7具有：收纳驱动源8的后车架9、设置在该后车架9的下侧的后车轴10、设置在后车轴10的左、右两端的后轮11、设置在后车架9上的驾驶室12。

后车架9由收纳发动机、液压泵、液压马达等驱动源8的收纳框部9A(参照图2)、和设置在该收纳框部9A的前侧的结合部9B构成。

在收纳框部9A的下侧，设置有沿车身的长度方向延伸的一对支承托架13。一对支承托架13隔开间隔地配置在后车架9的长度方向的中间部。车身的车宽方向的中心轴为插通前车架3和后车架9的全长范围的辊轴O。在各支承托架13设置有沿辊轴O贯通的插通孔(未图示)。在所述的一对支承托架13之间配置有后车轴10的支承部14(参照图3)。

在支承部14的左、右两侧固定有收纳后车轴10的车轴管10A，并且在支承部14的前、后两侧突出地设置有沿辊轴O延伸的支承轴14A。支承部14的支承轴14A插通在支承托架13的插通孔(未图示)内。由此，后车轴10相对于后车架9以能够围绕压辊轴O转动的方式被轴支承。另外，后车轴10和前车轴4经过传动轴15连结在驱动源8上。由此，由驱动源8产生的驱动力经过传动轴15传递至前轮5和后轮11，从而能够实现四轮驱动。

另一方面，在结合部9B上设置有沿辊轴O延伸的圆筒状的结合筒部16，并且在该结合筒部16内设有结合轴20和轴支承该结合轴20的轴承(未图示)。另外，在结合部9B上配置有供作业者乘坐的驾驶室12。

结合车架181设置在前车架3和后车架9之间。结合车架181设有：位于左右方向的中央，且在上、下两端侧向铅直方向(图3的弯曲轴Z方向)延伸的连结销(未图示)、以及沿辊轴O向后车架9侧延伸的圆筒状的结合轴20。在结合轴20内插通有连结前车轴4和驱动源8的传动轴15。

结合车架181，在被前车架3的上板3B、下板3C(参照图3)夹着的状态下经由连结销与前车架3连结，并且通过结合轴20插通在结合部9B的结合筒部16内而与后车架9连结。

由此，结合车架181，以弯曲轴Z(连结销的中心轴)为中心以能够在图2中的左右方向弯曲的方式连结前车架3和后车架9。另外，结合车架181的结合轴20被轴承(未图示)以能够以辊轴O为中心旋转的方式轴支承。这样，结合车架181以能够相对滚动运动的方式连结前车架3和后车架9。

在结合车架181的前侧设置有结合托架21，在该结合托架21上安装有转向液压缸22的一端侧。另一方面，转向液压缸22的另一端侧安装在前车架3的下板3C上。转向液压缸22通过从驱动源8的液压泵(未图示)供给压力油、排出压力油而进行伸缩，使前车架3相对于后车架9在左右方向弯曲。

本实施方式的混合动力轮式装载机1，通过驱动经由传动轴15与前车轴4、后车轴10连结的驱动源8的液压马达(未图示)而行驶。由此，经由前车轴4、后车轴10旋转驱动前轮5、后轮11，因而轮式装载机1能够前进、后退。另外，使用驱动源8的液压泵(未图示)使转向液压缸22伸长、缩短，由此前车架3和后车架9以弯曲轴Z为中心向左右方向弯曲，从而能够使混合动力轮式装载机1向左右方向行进。并且，在进行沙土等的挖掘作业的情况下，使用驱动源8的液压泵(未图示)使动臂液压缸6C以及铲斗液压缸6D做伸缩动作，从而使铲斗6B俯仰运动。在该状态下，使轮式装载机1前进、后退，并进行挖掘作业等。此外，详细情况将后述，混合动力轮式装载机1在行驶以及进行挖掘作业时，根据需要从电动马达获得辅助。

在混合动力轮式装载机1中，液压缸23为设置在后车架9与后车轴10之间的限制滚动振动用的执行机构。液压缸23，分别位于左、右后轮11的附近，并在上下方向延伸的状态下配置。液压缸23，其缸筒的底侧安装在后车架9上，活塞杆的前端侧安装在收纳后车轴10的车轴管10A上。液压缸23连接在驱动源8内的液压泵(未图示)上。左、右的液压缸23根据底侧与活塞杆侧的压差而向后车架9和后车轴10之间施加绕辊轴O的推力F₀。由此，液压缸23为限制后车架9的滚动振动(绕辊轴O的振动)的结构。

在本实施方式的混合动力轮式装载机中，通过结合部9B及结合车架181将前车架3和后车架9以能够绕辊轴O相对滚动运动的方式连结。因此，即使在因作业装置6进行的挖掘作业等导致前车架3绕辊轴O振动时，能够使用结合车架181等使后车架9相对于前车架3相对地滚动运动。因此，能够防止振动从前车架3传递到后车架9。另外，使用设置在后车架9和后车轴10之间的液压缸23对后车架9和后车轴10之间施加绕辊轴O的推力F，从而限制后车架9的滚动振动。其结果为，能够提高设置在后车架9上的驾驶室12的乘坐舒适性。

在前车架3内的传动轴15上安装有行驶电动机(行驶马达)25(图2及图3)。行驶电动机25的旋转轴与传动轴15的旋转轴同轴。详细情况将后述，在发动机的牵引力不足的情况下该行驶电动机25通过来自蓄电装置供给的电力工作，从而辅助发动机。

驱动源8具有发动机50，在该发动机50的输出侧配置有电动及发电机30。电动及发电机30为具有发电功能的电动马达，在电动及发电机30的输出侧配置有变速器40。详细情况将后述，变速器40的输入轴与发动机50的驱动轴直接连结，变速器40的输出轴与传动轴15一体地构成。

图4是表示图2中双点划线包围的区域A、即发动机50～变速器40之间的构造的详细的放大剖视图。发动机50的驱动轴51在端面上具有多个安装孔51a。在发动机50的侧面侧配置有电动及发电机30。电动及发电机30具有：旋转轴31、设置在旋转轴31上的转子32、配置在转子32的外周的定子33。电动及发电机30的旋转轴31具有有底无头的中空圆筒形状：在与发动机50的驱动轴51的端面相对的一侧具有底部31a，其相反侧的端面31b开口。在该电动及发电机30的旋转轴31的底部31a，且在与设置在驱动轴51的端面上的各安装孔51a相对应的位置上形成有贯通孔31c。旋转轴31通过插通贯通孔31c并紧固在安装孔51a上的螺栓等紧固部件61而与发动机50的驱动轴51直接连结。

转子32设置在旋转轴31的外周。转子32中的发动机50侧的一端面32a与旋转轴31的底部31a的外表面大致为同一面。转子32的另一端面32b位于旋转轴31的长度方向的中间部。在位于旋转轴31的外周的转子32的另一端面32b与旋转轴31的另一端面31b之间设置有侧部轴承34。

电动及发电机30的旋转轴31的轴芯与发动机50的驱动轴51的轴芯为同一轴，并且随着发动机50的驱动轴51的旋转在驱动轴51的轴芯上旋转。侧部轴承34，设置在转子32及定子33的侧面与变速器40之间，从而在旋转轴31旋转时，从侧面支承转子32以及定子33。

附图标记62为飞轮箱，附图标记63为液力变矩器箱。飞轮箱62的侧缘部的一部分及液力变矩器箱63的侧缘部的一部分重合，并通过螺栓等紧固部件64结合。飞轮箱62和液力变矩器箱63结合在定子33上。在飞轮箱62和液力变矩器箱63的内部收纳侧部轴承34的状态下，定子33收纳并安装在飞轮箱62和液力变矩器箱63内。电动及发电机30用的箱体由飞轮箱62和液力变矩器箱63两个箱体构成的理由将参照图5后述。

在电动及发电机30的与发动机50侧相反的一侧配置有变速器40。变速器40具有：变速器轴承41、泵用齿轮42、变速器旋转轴43、未图示的多级齿轮系以及输出轴。变速器轴承41与电动及发电机30的旋转轴31的另一端面31b接触。变速器40的泵用齿轮42通过花键与电动及发电机30的旋转轴31连结，且其轴芯与电动及发电机30的旋转轴31为同一轴。因此，随着发动机50的驱动轴51的旋转，电动及发电机30的旋转轴31以及变速器40的泵用齿轮42一体地旋转。泵用齿轮42的旋转被传递到变速器回转轴43上。即，泵用齿轮42和变速器旋转轴43构成变速器40的输入轴。

变速器40的输出轴(未图示)如图3所示与传动轴15直接连结。由此，发动机50的驱动轴51的旋转经由在变速器40内选择的速度级的齿轮系而传递到传动轴15。变速器40收纳在变速器箱65内。变速器箱65的侧缘部的一部分和液力变矩器箱63的侧缘部的一部分重合，并通过螺栓等紧固部件结合。

图4所示的电动及发电机30以能够替换成图5所示的飞轮和液力变矩器的方式构成。即，能够使同一类型的混合动力轮式装载机对于电动及发电机规格及液力变矩器规格都适用，对此将在后说明。在此，仅说明其还与上述的电动及发电机30用的箱体由飞轮箱62和液力变矩器箱63这两个箱体构成相关。

图7表示本发明的混合动力轮式装载机的系统框图的一个例子。

如上所述，电动及发电机30的旋转轴31与发动机50的驱动轴51直接连结。电动及发电机30具有：安装在该旋转轴31上的转子32、配置在转子32的外周的定子33。变速器40的输入轴通过花键与电动及发电机30的旋转轴31结合。变速器40的输出轴(未图示)与传动轴15一体地构成。

在传动轴15的轴上安装有行驶电动机25。在传动轴15与前车轴4的长度方向的中央部之间安装有差速器18。在传动轴15与后车轴10的长度方向的中央部之间安装有差速器19。

如前所述，行驶电动机25配置在前车架3内。在传动轴15的轴上安装行驶电动机25的构造是本发明的混合动力轮式装载机1的实施方式的特征之一。轮式装载机的前车架3内通常为没有配置液压泵、液压马达、电动机等执行机构和附属装置等的空白空间。因此，即使在前车架3内安装行驶电动机25也不需要扩大混合动力轮式装载机1的尺寸。另外，配置在前车架3内的行驶电动机25通过前车架3而免受在作业时等沙土等掉落物的侵害，因而起到了能够简化构造并确保安全性的效果。

混合动力轮式装载机1具有蓄电装置26。在电动及发电机30作为电动机工作而使混合动力轮式装载机1行驶时，若油门踏板松开则再生制动启动，前轮5及后轮11的转速降低。前轮5及后轮11的转速降低由后述的车速检测器83检测出后，通过控制装置75控制成：电动及发电机30切换到作为发电机的动作，电动及发电机30的发电能回收到蓄电装置26。行驶电动机25也同样地，通过控制装置75的控制能够将再生制动中由行驶电动机25发电所产生的再生能量回收到蓄电装置26中。

电源控制部71包含逆变器电路，电动及发电机30由发动机50驱动，以将电动及发电机30作为发电机工作时的电能充电到蓄电装置26的方式进行控制。另外，电源控制部71以将蓄积在电动及发电机30以及行驶电动机25中的电能充电到蓄电装置26的方式进行控制。电源控制部71包含对充电到蓄电装置26的充电量进行检测的充电量检测电路。

如图7可知，电动及发电机30不经由液力变矩器而只经由变速器40与传动轴15连结。因此，在经由传动轴15及差速器18、19驱动前轮5及后轮11的行驶中，通过再生制动减速时，能够提高将电动及发电机30发电的电能再生的回收效率。

另外，行驶电动机25不经由齿轮系而直接安装在传动轴15的轴上。因此，前轮5及后轮11的驱动力经由传动轴15及差速器18、19传递，能够提高由行驶电动机25的发电所得到的电能的回收效率。

在发动机50的驱动轴51上连结有液压泵72的旋转轴。液压泵72的排出油经由控制阀73供给到动臂液压缸6C及铲斗液压缸6D。但是，图7中省略了铲斗液压缸6D以及铲斗用的液压泵、控制阀的图示。控制阀73通过由连接在控制装置75上的电磁阀(未图示)控制的先导阀(未图示)进行切换动作。

控制装置75包含CPU、ROM、RAM以及运算处理装置。在控制装置75上连接有对液压泵72的底侧的压力p进行检测的压力检测器81。发动机50中具有发动机转速检测器82，将发动机的转速信息传送到控制装置75。在变速器40的输出侧安装有检测车速的车速检测器83。变速器控制装置76含有电磁阀，根据车速将用于自动选择各速度级的离合器压供给变速器40。车速检测器83及变速器控制装置76与控制装置75连接。

在控制装置75上连接有操作角检测器87，其用于检测安装在驾驶室12(图1)内的操作杆77的操作量。另外，在控制装置75上连接有油门开度检测器86、旋转角度检测器84和旋转角度检测器85。油门开度检测器86用于检测油门踏板77的操作量。旋转角度检测器84设置在动臂6A的旋转支点部，用于检测动臂6A的旋转角度。旋转角度检测器85设置在铲斗6B的旋转支点部，用于检测铲斗6B的旋转角度。

图8是表示车速v与速度级的关系的图。控制装置75根据车速v向变速器控制装置76输出控制信号，变速器控制装置76如图8所示根据车速v使变速器40变速。即，当车速v上升至变速许可车速v12时，变速器控制装置76从1速加档至2速；当车速v从变速许可车速v12上升至变速许可车速v23时，从2速加档至3速；当车速v从变速许可车速v23上升至变速许可车速v34时，从3速加档至4速。另一方面，当车速v低于变速许可车速v43时，变速器控制装置76从4速减档至3速；当车速v低于变速许可车速v32时，从3速减档至2速；当车速v低于变速许可车速v21时，从2速减档至1速。

此外，为了使变档能够稳定地进行，变速许可车速v12、v23、v34分别设定得大于变速许可车速v21、v32、v43。这些各变速许可车速为许可加档或减档的阈值，预先设定在控制装置75中。变速器控制装置76具有切换速度级的电磁阀，根据来自控制装置75的控制信号而被驱动。在图8中，示出了从1速至4速自动变速的情况，但也可以使1速为手动选择，使从2速到4速的变速为自动变速。

图9是表示关于通过混合动力轮式装载机1对自卸卡车装载沙土等M的方法之一的V型装载的图。V型装载中，首先，如箭头a所示，使混合动力轮式装载机1前进并铲起沙土等M。其后，如箭头b所示，使混合动力轮式装载机1暂且后退。然后，如箭头c所示，使混合动力轮式装载机1向自卸卡车前进，并将铲起的沙土等M装载到自卸卡车中。其后，如箭头d所示，使混合动力轮式装载机1后退至原来的位置。

图10是图9的V型装载中、箭头a所示的、使混合动力轮式装载机1前进并至铲起沙土等M的铲起作业的侧面观察图。

以下，详细说明该铲起作业中的处理的一例。

图11是混合动力轮式装载机1的处理流程图。

在开始时刻，发动机50被驱动，从而发动机的驱动轴51处于旋转状态。

在该状态下，在步骤S1中，控制装置75判断是否有油门踏板77(图7)的踏入。如果油门踏板没有踏入，则电源控制部71判断充电至蓄电装置26的充电量C是否为满电量C_FULL(步骤S2)。如果不为满电量C_FULL，则电源控制部71将由电动及发电机30发电的电能充电至蓄电装置26(步骤S3)。如前所述，电源控制部71包含逆变器，通过逆变器将由电动及发电机30发电产生的交流电转换成直流电并充电至蓄电装置26。

充电开始后，在电源控制部71的充电量检测电路中，以规定的时间间隔测定充电至蓄电装置26中的充电量C，并且判断蓄电装置26的充电量C是否达到满电量C_FULL(步骤S4)。如果充电量C达到满电量C_FULL，则电源控制部71停止电动及发电机30的发电(步骤S5)。如果充电量未达到满电量C_FULL则返回S1。

在步骤S2中充电至蓄电装置26的充电量C被判断为满电量C_FULL的情况下，以及步骤S5中充电至蓄电装置26的充电量C达到满电量C_FULL的情况下，返回步骤S1，成为油门踏板踏入信号的待机状态。

从油门开度检测器86输出油门踏板踏入信号，若判断为油门踏板77正被踏入，则发动机50的驱动轴51的旋转经由变速器40、传动轴15传递到前轮5以及后轮11，从而使混合动力轮式装载机1行驶。然后，在步骤S6中，通过控制装置75判断车速是否正在减速。车速信息从安装在变速器40的输出侧的车速检测器83(图7)传送到控制装置75。

在控制装置75中，将当前的车速与前一次的车速进行比较，判断车速是否减小。若判断为车速减速，则电源控制部71使再生制动工作。即，在步骤S7中，通过电源控制部71判断蓄电装置26的充电量C是否为满电量C_FULL。在步骤S7中，若判断为蓄电装置26的充电量不为满电量C_FULL，则电源控制部71使将行驶电动机25以及电动及发电机30作为发电模式进行发电控制而得到的电能再生，并充电到蓄电装置26中(步骤S8)。

向蓄电装置26的充电开始后，在电源控制部71的充电量检测电路中，以规定的时间间隔测定充电到蓄电装置26的充电量C，并判断蓄电装置26的充电量C是否达到规定的充电量C_Eff(步骤S9)。在步骤S9中，如果蓄电装置26的充电量C没有达到规定的充电量C_Eff，则返回步骤S8，电源控制部71通过行驶电动机25以及电动及发电机30继续电能的再生。

规定的充电量C_Eff是比满电量C_FULL小的值。即使充电到蓄电装置26的充电量C没有达到满电量C_FULL，电源控制部71也能够使行驶电动机25或电动及发电机30工作。规定的充电量C_Eff，作为能够使行驶电动机25或电动及发电机30工作的界限充电量而预先设定在控制装置75中。

在步骤S7中判断为充电到蓄电装置26的充电量C达到满电量C_FULL的情况下、以及在步骤S9中判断为充电到蓄电装置26的充电量C达到规定的充电量C_Eff的情况下，控制装置75进行步骤S10的处理。

在步骤S10中，通过控制装置75判断铲斗6B的高度HB是否在规定的高度HB_high以上。铲斗6B的高度HB基于来自动臂6A的旋转角检测器84以及铲斗6B的旋转角检测器85的输出信号由控制装置75运算并求出。

在步骤S10中，若判断为铲斗高度HB在规定的高度HB_high以上，则从控制装置75向变速器控制装置76供给加档禁止信号，从而通过变速器控制装置76禁止变速器的自动变速(步骤S11)。如前所述，虽然在变速器40中与来自车速检测器83的输出信号得到的车速对应地自动进行从1速至4速或者从2速至4速的加档，但是通过变速器控制装置76禁止该自动变速。并且，混合动力轮式装载机1以2速以下的低速度行驶(步骤S12)。以低速度行驶的同时，控制装置75监视铲斗6B的高度信息，如果步骤S13中铲斗6B的高度HB在规定的高度HB_high以上则返回步骤S10，且混合动力轮式装载机1继续2速以下的行驶。在步骤S13中，若通过控制装置75判断为铲斗高度HB在规定的高度HB_high以下则解除加档禁止(步骤S14)，且返回到步骤S10的处理。若在将铲斗6B保持在较高位置的状态下使混合动力轮式装载机1高速行驶，则翻倒等的可能性增大。步骤S11～步骤S14的处理就是用于防止翻倒等的处理。

在步骤S10中，若通过控制装置75判断为铲斗6B的高度HB不在规定的高度HB_high以上，则在步骤S15中，控制装置75判断从油门踏板77的踏入开始是否在规定的时间t₁以内。若判断为在规定的时间t₁以内，则电源控制部71使行驶电动机25工作(步骤S16)。即，控制装置75向电源控制部71发出行驶电动机25的工作的指令，从而电源控制部71从蓄电装置26向行驶电动机25供给电力并驱动行驶电动机25。该情况下，从蓄电装置26输出的直流电在电源控制部71的逆变器中转换成交流电。

通过行驶电动机25的工作，行驶电动机25的转矩被加到传动轴15上，从而使混合动力轮式装载机1的牵引力增大，车速急剧增加。也就是说，如果步骤S15为Yes，则行驶电动机25工作并辅助发动机50(步骤S16)。并且，发动机50的驱动轴51成为与油门踏板77的踏入对应的转速。其结果为，在步骤S17中，如图8中的说明，根据当时的车速v进行加档。

在图10中，混合动力轮式装载机1处于远离要挖掘的沙土等M的位置即虚线位置时，通过使混合动力轮式装载机1急速行驶并接近沙土等M来提高作业效率。步骤S15～S17是与该作业对应的处理。但是，若总是使行驶电动机25作为发动机50的辅助而工作，则在不必要时成为急速，可能会给驾驶带来障碍。再有，白白耗尽能量也不利于保护环境。因此，在本发明的混合动力轮式装载机1中，只在踏入油门踏板77起的规定时间t₁以内，使行驶电动机25工作以辅助发动机50。

在步骤S15中，在通过控制装置75判断为不在踏入油门踏板77后的规定时间t₁以内的情况下，加档控制装置76不进行加档，直接进行步骤S18的处理。在步骤S18中，控制装置75判断是否被从操作角检测器87(图7)供给了操作操作杆88的操作信号。如果没有表示操作了铲斗6B的操作信号，则返回步骤S15。返回步骤S15后，依然为，如果不在踏入油门踏板77后的t₁以内，则电源控制部71使行驶电动机25工作并继续高速行驶的动作。

在步骤S18中，在铲斗操作信号被供给到控制装置75的情况下，在步骤19中通过变速器控制装置76判断变速器40是否为1速或2速。变速器40为1速或2速的情况下，控制装置75进行步骤S20的处理；否则电源控制部71进行步骤S27的处理。在步骤S20中，通过控制装置75判断液压缸6c的压力p是否大于第1压力p_a。在步骤S20中，若判断为液压缸6c的压力p大于第1压力p_a，则通过电源控制部71驱动行驶电动机25(步骤S21)。由此，由行驶电动机25辅助发动机50的牵引力，并在液压系统中分配发动机马力。

接下来，在步骤S22中，通过控制装置75判断液压缸6c的压力p是否大于第2压力p_b。第2压力p_b是比第1压力p_a大的值。在步骤S22中，若判断为液压缸6c的压力p大于第2压力p_b，则在步骤S23中，电源控制部71将电动及发电机30作为电动机驱动。行驶电动机25以及电动及发电机30的驱动均根据控制装置75的指令被电源控制部71控制，通过从蓄电装置26向行驶电动机25以及/或电动及发电机30供给电力来进行。在步骤S20中，如果液压缸6c的压力p不大于第1压力p_a，则电源控制部71进行步骤S27的处理。另外，在步骤S22中，如果液压缸6c的压力p不大于第2压力p_b，则返回步骤S19，重复步骤S19～S22的处理。

将步骤S19～S23的处理与通过混合动力轮式装载机1进行的作业相关联地进行说明。

在图10中，混合动力轮式装载机1在与沙土等M接近并开始挖掘作业时，车速减速至1速或2速，并通过操作杆88操作铲斗6B。因此，在步骤S19中，变速器40为1速或2速。不降低车速进行挖掘的情况为沙土等M的重量为轻量的情况。

在沙土等M的重量大的情况下，液压缸6c的底侧的压力p变大。液压缸6c的压力p的信息从压力检测器81传送至控制装置75。使与能够通过发动机50的牵引力进行作业的沙土等M的重量对应的压力p的值作为第1压力p_a而预先设定在控制装置75的存储部中。并且，如果从压力检测器81传送的压力p在第1压力p_a以上，则电源控制部71驱动行驶电动机25。由此，用于驱动前轮5以及后轮11的牵引力得到辅助，并且能够使发动机50的马力运用到相对于液压缸6c、铲斗液压缸6d供油、排油的液压泵72等。再有，如果从压力检测器81传送的压力p在比第1压力p_a大的第2压力p_b以上，则电源控制部71将电动及发电机30作为电动机驱动。电动及发电机30的驱动转矩能够传送到包括传动轴15及液压泵72等在内的、混合动力轮式装载机1的各部分的装置的驱动。步骤S19～S23的处理与这样的动作对应。此外，第2压力p_b的值也预先设定在控制装置75中。

在步骤S23中，使电动及发电机30工作后，在步骤S24中，控制装置75判断液压缸6c的压力p是否为在第1压力p_a以上且未满第2压力p_b。如果液压缸6c的压力p在第1压力p_a以上且未满第2压力p_b，则电源控制部71停止电动及发电机30的工作(步骤S25)。然后，返回步骤S1。

另外，如果液压缸6c的压力p不为在第1压力p_a以上且未满第2压力p_b，则在步骤S26中，控制装置75判断液压缸6c的压力p是否未满第1压力p_a。如果液压缸6c的压力p已满第1压力p_a，则返回步骤S1。

如果液压缸6c的压力p未满第1压力p_a，则在步骤S27中，电源控制部71停止行驶电动机25的工作。然后，返回步骤S1。在步骤S19中判断为变速器40不在1速或2速的情况下，以及在步骤S20中判断为液压缸6c的压力p不在第1压力p_a以上的情况下，也返回步骤S1。

根据作为本发明的实施方式所示混合动力轮式装载机1，起到下述所示的效果。

(1)是不使用液力变矩器，在发动机50和变速器40之间安装电动及发电机30的构造，因此能够提高再生制动时产生的再生能量的回收效率。

(2)是行驶电动机25安装在传动轴15的轴上的构造，因此能够提高再生能量的回收效率。

(3)是行驶电动机25配置在前车架3内的构造，因此即使安装行驶电动机25也不用增大混合动力轮式装载机1的尺寸。

(4)是行驶电动机25配置在前车架3内的构造，因此能够通过前车架3保护行驶电动机25免受在作业时等沙土等M的掉落物的侵害，并且能够简化构造并确保安全性。

(5)混合动力轮式装载机1行驶开始时，使行驶电动机25工作并辅助发动机50，因此能够提高行驶开始时的行驶速度，并提高作业效率。

(6)混合动力轮式装载机1行驶开始时，由于只在规定时间t₁内使行驶电动机25工作，因此能够抑制行驶电动机25的无用驱动，从而能够进行有益于环境的作业。

(7)通过混合动力轮式装载机1对重量大的沙土等M进行挖掘时，只在规定重量以上的情况下，使行驶电动机25工作并辅助发动机50。因此，能够进行没有效率低下且有益于环境的作业。

(8)对重量更大的沙土等M进行挖掘时，采用在行驶电动机25的工作的基础上，使电动及发电机30工作，即根据载荷的大小增加工作的电动机的数量的阶段式辅助方式。其结果为，更能够进行没有效率低下且有益于环境的作业。

在本发明的混合动力轮式装载机1的实施方式中，拆下上述的电动及发电机30，作为替代，能够安装飞轮和液力变矩器。这样做的理由在于，能够使同一类型的混合动力轮式装载机1适用于电动及发电机30规格或液力变矩器规格中的任意一个，从而降低机种数量、并实现了降低成本和提高生产率。

以下，就其方法和构造进行说明。

图5是图2的区域A的放大剖视图，表示在图4中的安装有电动及发电机30的发动机50与变速器40之间，安装了飞轮91和液力变矩器95的状态的剖视图。

飞轮91在与发动机50对应的一侧具有贯通孔91a。贯通孔91a，设置在与设置于发动机50的驱动轴51上的安装孔51a对应的位置。飞轮91通过插通贯穿孔91a并紧固在安装孔51a上的螺栓等紧固部件61而与发动机50的驱动轴51连结。在飞轮91的与发动机50侧相反的一侧形成有安装孔91b。飞轮91的轴芯与发动机50的驱动轴51的轴芯为同一轴，并与发动机50的驱动轴51的旋转一起在发动机50的驱动轴51的同一轴芯上旋转。

液力变矩器95具有：连结在发动机50的驱动轴51上，即，连结在飞轮91上的泵叶轮；经由压力油将驱动轴51的转矩传递到变速器40的涡轮(turbinerunner)；设置在泵叶轮和涡轮之间的定子。在泵叶轮上，在与飞轮91对应的一侧形成有贯通孔95a。液力变矩器95通过插通贯通孔95a并紧固在飞轮91的安装孔91b上的螺栓等紧固部件67而安装在飞轮91上。液力变矩器95的旋转轴96表示泵叶轮以及涡轮的旋转轴，与发动机50的驱动轴51的轴芯同轴。

如图4中的说明，变速器40具有变速器轴承41、泵用齿轮42、变速器旋转轴43、未图示的多级齿轮系以及输出轴。变速器40的泵用齿轮42和液力变矩器95的涡轮通过花键连结。

飞轮91收纳在飞轮箱62内。液力变矩器95收纳在液力变矩器箱63内。另外，变速器40收纳在变速器箱65内。如图4中的说明，飞轮箱62的侧缘部的一部分和液力变矩器箱63的侧缘部的一部分重合，并通过螺栓等紧固部件64结合。变速器箱65的侧缘部的一部分和液力变矩器箱63的侧缘部的一部分重合，并通过螺栓等紧固部件66结合。

飞轮91的沿传动轴15的长度方向的长度L_F与液力变矩器95的沿传动轴15的长度方向的长度L_T的合计长度，与图4中电动及发电机30的沿着传动轴15的长度方向的长度L_M/G相同。

因此，替代图4中的电动及发电机30，能够安装图5所示的飞轮91和液力变矩器95。

为了将电动及发电机30替换成飞轮91和液力变矩器95，如下进行。拆下紧固部件61，移动与发动机50的驱动轴51连结的电动及发电机30的旋转轴31，由此拆下电动及发电机30(此前，事先拆下变速器40)。有如上述，飞轮91的贯通孔91a和电动及发电机30的贯通孔31c形成在同一位置。因此，使飞轮91的贯通孔91a与形成在发动机50的驱动轴51上的安装孔51a位置相合，通过紧固部件61的紧固，使飞轮91与发动机50连结。而且，使液力变矩器95的泵叶轮的贯通孔95a与飞轮91的安装孔91b位置相合，通过紧固部件67的紧固使液力变矩器95的泵叶轮安装在飞轮91上。

由于变速器40的泵用齿轮42和液力变矩器95的涡轮通过花键连结，因此在此之后，将变速器40与发动机50的驱动轴51连结。由此，将电动及发电机30替换成飞轮91和液力变矩器95的作业完成。

飞轮91的长度L_F与液力变矩器95的长度L_T的合计长度，与电动及发电机30的长度L_M/G相同。因此，将电动及发电机30替换成飞轮91和液力变矩器95后，变速器40等其它构成部件在传动轴15的长度方向的位置也不会变化。

图6是表示在普通的轮式装载机的飞轮91上设置有电动及发电机30’的情况下的发动机～变速器之间的构造的剖视图，并且是用于与本发明的混合动力轮式装载机1的发动机～变速器之间的构造作对比的比较用的图。

图6所图示的构造中，发动机50和变速器40之间安装有飞轮91’和电动及发电机30’。电动及发电机30’的旋转轴31’不同于图4中的电动及发电机30的旋转轴31，没有底部31a。换句话说，为无底无头的圆筒体。电动及发电机30’在使其旋转轴31’的一端面与飞轮91’的侧面接触的状态下通过紧固部件67固定在飞轮91’上。

除此之外的结构，与图4以及图5所示的结构基本上相同，对相同的结构标记相同的附图标记并省略说明。

图6中的电动及发电机30’对应于图4中图示的电动及发电机30。因此，电动及发电机30’的沿传动轴15的长度方向的长度L_M/G’基本上与图4中图示的电动及发电机30的长度L_M/G相同。因此，图6中图示的构造显然长出飞轮91’的沿传动轴15的长度方向的长度L_F’。

因此，能够使传动轴15的长度缩短该飞轮的长度L_F’的量，随此，能够谋求缩短混合动力轮式装载机1的全长并实现小型化。

为此，本发明的混合动力轮式装载机1的实施方式中，在前述的效果的基础上还能够实现下述的效果。

i)能够替代电动及发电机30安装飞轮91和液力变矩器95，从而能够伴随电动及发电机规格车和液力变矩器规格车的共用化而谋求成本降低和生产率的提高。

ii)通过将行驶电动机25安装在传动轴15的轴上，能够谋求混合动力轮式装载机1小型化与飞轮的长度L_F’的量。

此外，在上述实施方式中，对液压缸压力p达到阈值时使行驶电动机25以及电动及发电机30工作的情况进行了说明。然而，在相对于发动机50的最大旋转转矩，沙土等M为过大负载的情况下，由于发动机50的转速降低，因此可以检测发动机50的转速并根据其检测值使行驶电动机25或者电动及发电机30工作。然而，在基于发动机50的转速控制各电动机工作的情况下，有必要检测发动机50的转速一度超过阈值后降低到阈值以下的情况。

为了辅助发动机50而使行驶电动机25以及电动及发电机30工作的条件，不限于油门踏入开始后的规定时间t₁以内，或沙土等M相对于发动机的最大旋转转矩为过大负载的情况。例如，在发动机50的牵引力不足的情况下，也可以随时运行。

另外，上述的实施方式中，电源控制部71在图11的步骤S2、S4、S7中判断蓄电装置26的充电量是否为满电量C_FULL，但也可以不判断蓄电量为满电量C_FULL。例如，只要电源控制部71判断蓄电装置26的充电量C为预先设定的、足够驱动行驶电动机25和电动及发电机30的充电量C即可。另外，电源控制部71替代蓄电装置26的充电量C，可以使用蓄电装置26的SOC(StateofCharge)。该情况下，只要电源控制部71基于通过电压传感器检测出的蓄电装置26的总电压、通过电流传感器检测出的充电电流或发电电流算出SOC即可。

此外，本发明的混合动力轮式装载机在发明的主旨范围内能够进行各种变形，重要的是，包括以下即可：发动机；具有旋转轴的电动及发电机，该旋转轴直接安装在发动机的输出轴上；具有输入轴的变速器，该输入轴安装在电动及发电机的旋转轴上；设置在变速器的输出侧、并通过变速器的输出轴驱动的传动轴；蓄电装置；回收电动及发电机的电能并向蓄电装置蓄电的控制装置。

上述中，虽然说明了各种实施方式以及变形例，但是本发明不限于这些内容。在本发明的技术思想范围内考虑到的其他方式也包含在本发明的范围内。

下面的优先权基础申请的公开内容作为引用文献组合进本申请中。

日本国专利申请2010年第121389号(2010年5月27日申请)。

Claims

1.一种混合动力轮式装载机，包括：

具有输出轴的发动机；

具有旋转轴的电动及发电机，该旋转轴直接安装在所述发动机的输出轴上；

具有输入轴、多级齿轮系和输出轴的变速器，该输入轴安装在所述电动及发电机的旋转轴上；

设置在所述变速器的输出侧、并通过所述变速器的输出轴驱动的传动轴；

蓄电装置；

回收所述电动及发电机的电能并向所述蓄电装置蓄电的控制装置；

配置在所述传动轴的输出轴上的行驶电动机，

在所述发动机的牵引力不足时，所述控制装置通过来自所述蓄电装置的电力驱动所述行驶电动机。

2.如权利要求1所述的混合动力轮式装载机，

所述行驶电动机配置在前车架内。

3.如权利要求1所述的混合动力轮式装载机，

所述控制装置在行驶开始时通过来自所述蓄电装置的电力驱动所述行驶电动机。

4.如权利要求1至3中任一项所述的混合动力轮式装载机，

还具有：在上下方向上转动的铲斗；

对所述铲斗的高度进行检测的高度检测器，

所述控制装置，在判断由所述高度检测器检测出的所述铲斗的高度低于规定的高度时，通过来自所述蓄电装置的电力驱动所述行驶电动机。

5.如权利要求4所述的混合动力轮式装载机，

还具有：使所述铲斗在上下方向上转动的液压缸；

对所述液压缸的压力进行检测的压力检测器，

所述控制装置，在判断由所述压力检测器检测出的所述液压缸的压力大于第1压力时，通过来自所述蓄电装置的电力驱动所述行驶电动机。

6.如权利要求5所述的混合动力轮式装载机，

所述控制装置，在判断由所述压力检测器检测出的所述液压缸的压力在比所述第1压力大的第2压力以上时，通过来自所述蓄电装置的电力驱动所述电动及发电机。

7.如权利要求5所述的混合动力轮式装载机，

在通过来自所述蓄电装置的电力驱动所述行驶电动机时，若通过所述控制装置判断由所述压力检测器测出的所述液压缸的压力小于所述第1压力，所述控制装置使所述行驶电动机的驱动停止。

8.如权利要求6所述的混合动力轮式装载机，

9.如权利要求1至3中的任意一项所述的混合动力轮式装载机，

在减速时所述蓄电装置的充电量小于规定量的情况下，所述控制装置将所述电动及发电机以及所述行驶电动机的电能向所述蓄电装置蓄电。

10.如权利要求1至3中的任意一项所述的混合动力轮式装载机，

构成为能够拆下安装在所述发动机的输出轴上的所述电动及发电机，而安装飞轮以及液力变矩器。