JP2000299901A - ハイブリッド式ダンプトラック - Google Patents

ハイブリッド式ダンプトラック

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JP2000299901A JP11102594A JP10259499A JP2000299901A JP 2000299901 A JP2000299901 A JP 2000299901A JP 11102594 A JP11102594 A JP 11102594A JP 10259499 A JP10259499 A JP 10259499A JP 2000299901 A JP2000299901 A JP 2000299901A
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性を向上できるハイブリッド式ダンプト
ラックを提供する。 【解決手段】 駆動輪を駆動する駆動モータ９ａ，９ｂ
と、発電機２で発電するエンジン１と、発電機２の出力
交流を直流に変換する整流器４と、整流器４の直流出力
ラインに接続され、かつ駆動モータ９ａ，９ｂの回転数
を制御するインバータ８ａ，８ｂと、整流器４の直流出
力ライン及びインバータ８ａ，８ｂの入力電源ラインに
並列に接続されたバッテリ７と、アクセル量に応じて速
度指令信号をインバータ８ａ，８ｂに出力するコントロ
ーラとを備えたハイブリッド式ダンプトラックにおい
て、駆動モータ９ａ，９ｂは、エンジン１よりも大きい
最大出力を有し、コントローラ２０は、エンジン１の最
大出力時の発電電力よりも大きい電力が駆動モータ９
ａ，９ｂの駆動に必要な場合には、バッテリ７からの放
電を可能とするする指令をバッテリー開閉スイッチ５に
出力して放電電流により駆動モータ９ａ、９ｂの駆動電
力をアシストするバッテリ充放電制御手段２３を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉱山での稼動に適
合するハイブリッド式ダンプトラックに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、露天掘鉱山では鉱石及び表土を運
搬するオフロード大型ダンプトラックとしては電気駆動
式ダンプトラックが広く使用されて来ている。また、露
天掘鉱山では、谷部で採鉱された鉱石をダンプトラック
に積み込み、坂を登って頂上部の所定の排土位置で排土
した後、再び谷部に戻るというサイクルの走行路を規定
して走行する作業が一般的である。登坂時は通常は走行
距離が長く、しかも積荷状態なので、平地走行よりもさ
らに大きな牽引力が必要となり、この登坂時間の短縮化
が鉱山における生産性向上のための非常に重要な課題の
一つとなっている。このことから、電気駆動式ダンプト
ラックには、おおよそ次の２つの駆動方式が採用されて
いる。
【０００３】第１の方式では、図６に示すように、走行
経路の内、大きな牽引力を必要とする場所（例えば、登
坂路）にトロリー用の架線５１を敷設し、平地等での通
常走行時はエンジンにより発電機を回転させて発生した
電力エネルギを用いて直流電動モータを駆動して駆動輪
を制御し、登坂時はトロリー架線から受電する電力によ
り上記エンジン発電によるモータ駆動をアシストしてい
る。このようなトロリーアシストによるダンプトラック
は、降坂時及び制動時には、ダイナミックブレーキによ
り直流電動モータの回生エネルギを抵抗発熱で消費して
制動をかけるようにしている。また第２の方式では、エ
ンジンにより発電機を駆動して発生させた交流電圧を直
流に変換し、この発電電力のみにより直流電動モータを
駆動するものであり、制動時には上記第１の方式同様に
ダイナミックブレーキにより制動をかけるようにしてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電気駆動式ダンプトラックには、以下のような問題
がある。第１の電気駆動方式では、生産性を上げるため
に、登坂時にトロリーアシストにより牽引力を大きくし
て増速することはできるが、トロリー架線及びこのトロ
リー架線に高電圧の電力を供給する変電所等の地上設備
を設けなければならず、イニシャルコストが非常に高い
ので、全体として運搬コストが高価となる。また、走行
路面の凸凹を影響を受けてトロリー線とパンタグラフと
の接触及び離線が頻繁に発生し易く、このためにトロリ
ー線の摩耗が大きくてランニングコストもかかる。さら
に、登坂経路の変更及び延長に伴って新たな設備コスト
がかかり、このために谷部での採鉱が進むに連れての走
行経路の変更を自由にはできないという問題がある。
【０００５】また第２の電気駆動方式では、生産性を上
げるために登坂時の車速を増速する（例えば２倍とす
る）場合には、エンジン出力を増加する必要があり、こ
のためにさらに大出力のエンジンを搭載した大型ダンプ
トラックを導入しなければならない。ところが、大出力
が必要なのは登坂時のみであり、したがって通常の平地
走行では大出力エンジンの性能を充分に使用していると
は言えず、むしろ過剰性能となっており、この結果運搬
コストが高くなる。また、制動時には回生エネルギをダ
イナミックブレーキ抵抗で発熱させているだけなので、
エネルギ効率が悪く、よって消費燃料が多いのでランニ
ングコストが高くなり、生産性が低いという問題もあ
る。
【０００６】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、生産性を向上できるハイブリッド式ダン
プトラックを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、本発明に係る第１発明は、駆動輪
を駆動する駆動モータと、発電機を回転駆動して発電す
るエンジンと、発電機の出力した交流を直流に変換する
整流器と、整流器の直流出力ラインに入力電源ラインが
接続され、かつ外部からの速度指令信号に応じて駆動モ
ータの回転数を制御して車速を制御するインバータと、
整流器の直流出力ライン及びインバータの入力電源ライ
ンに並列に接続されたバッテリと、アクセルペダルの踏
み込み量に応じて駆動モータの速度指令信号をインバー
タに出力して車速を制御するコントローラとを備えたハ
イブリッド式ダンプトラックにおいて、駆動モータは、
エンジンの最大出力よりも大きい最大出力を有し、バッ
テリから整流器の直流出力ライン及びインバータの入力
電源ラインまでの間に、入力指令によってバッテリから
インバータへの放電及び整流器からバッテリへの充電の
いずれかを可能とするように切り換えるバッテリー開閉
スイッチを設け、コントローラは、アクセルペダルの踏
み込み量に応じて駆動モータの回転速度を制御するとき
に、エンジンの最大出力時の発電電力よりも大きい電力
が駆動モータの駆動に必要な場合には、バッテリからイ
ンバータへの放電を可能とするする指令をバッテリー開
閉スイッチに出力して放電電流により駆動モータの駆動
電力をアシストするバッテリ充放電制御手段を有する構
成としている。
【０００８】第１発明によると、平地走行等のように小
さい牽引力で走行できる場合は、エンジン発電電力によ
るモータ駆動を行い、登坂時のように大きな牽引力を必
要とする場合は、エンジン発電電力を最大出力とすると
共に、バッテリ放電電力によりアシストするようにして
いる。これにより、従来のトロリーアシスト方式のよう
なトロリー架線及び高電圧変電所等の地上設備なしで登
坂時等の大きな牽引力が得られるので、イニシャルコス
トを低減でき、また走行路の変更に対しても柔軟に、し
かもコストがかからずに対応できる。したがって、トー
タルの生産性を向上できる。また、小型のエンジンを使
用するので、エンジンの消費燃料を低減できると共に、
排気ガス量を低減できる。
【０００９】第２発明は、第１発明において、コントロ
ーラは、走行路の路面状態に応じた車速、並びに車速及
び路面状態に応じたエンジン１による発電のための回転
数等の走行データの目標値を入力する走行データ入力手
段と、入力された走行データの所定の目標値に従って所
定の走行路を１サイクル走行したとき、その間の実際の
エンジンの発電電力量、駆動モータの駆動電力量、及び
駆動モータから回生される回生電力量をそれぞれ演算し
て、バッテリに対する電力量積算値を求める電力量積算
手段と、求められた電力量積算値に基づいて、バッテリ
の放電時の総電力量よりも充電時の総電力量が大きくな
るように、現在の走行データを更新する走行データ更新
手段とを有する構成としている。
【００１０】第２発明によると、走行路の路面状態（例
えば、登坂、降坂、平坦地及び非平坦地等）に応じた車
速及びエンジン回転数等の走行データの設定された目標
値に基づいて走行した後、この走行中のエンジンの発電
電力量、駆動モータの駆動電力量、及び駆動モータから
回生される回生電力量をそれぞれ演算してバッテリに対
する電力量積算値を求める。そして、求めた電力量積算
値に基づいて、バッテリの放電時の総電力量よりも充電
時の総電力量が大きくなるように、現在の走行データを
更新する。これにより、走行した時の充放電量により、
走行路の所定の基準位置（例えば、露天掘鉱山の現場の
低地部の所定位置等）にある時のバッテリの充電状態が
常時所定値以上になるように充電量が確保される。した
がって、エンジンによる発電電力だけではモータ駆動力
が不足するような時（例えば登坂時）に、直ちにバッテ
リでモータ駆動をアシストできるので、サイクルタイム
を短くして走行できる。また、バッテリの略満充電状態
から所定の使用可能な低充電状態までの範囲を短時間で
放電や充電を行えるので、バッテリを効率的に使用でき
る。
【００１１】第３発明は、第１発明において、コントロ
ーラのバッテリ充放電制御手段は、走行路が登坂の時の
駆動モータの駆動電力として、エンジンの発電電力をバ
ッテリからの放電電流によりアシストする指令をバッテ
リー開閉スイッチに出力する構成としている。
【００１２】第３発明によると、登坂時にはエンジンの
発電電力をバッテリの放電電力によりアシストして駆動
モータに電力供給するので、通常は小さいエンジン発電
電力のみにより小さい牽引力で走行し、登坂時にはバッ
テリアシストにより大きな牽引力で走行できる。これに
より、小出力エンジンで登坂時の大きな牽引力を出せる
ので、消費燃料を低減でき、生産性を向上できる。
【００１３】第４発明は、第１発明において、コントロ
ーラのバッテリ充放電制御手段は、エンジンの発電電力
が駆動モータが必要とする駆動電力よりも大きいとき、
余った発電電力をバッテリに充電する指令をバッテリー
開閉スイッチに出力する構成としている。
【００１４】第４発明によると、エンジンの発電電力が
モータ駆動電力に対して余裕があるとき（降坂時、排土
時、積込時及び平地走行時等）は、余った発電電力をバ
ッテリの充電に使用するので、エンジン発電により走行
しながらバッテリが可能な限り短時間で充電される。し
たがって、１サイクル走行を完了して走行路の所定の基
準位置にある時のバッテリの充電状態が常時所定値以上
になるように充電量が確保される。これにより、必要な
ときに直ちにバッテリでモータ駆動をアシストできるの
で、サイクルタイムを短くして走行できる。また、バッ
テリの略満充電状態から所定の使用可能な低充電状態ま
での範囲を短時間で放電や充電を行えるので、バッテリ
を効率的に使用できる。
【００１５】第５発明は、第１発明において、コントロ
ーラのバッテリ充放電制御手段は、走行路が降坂の時
に、エンジンによる発電電力と、駆動モータによる回生
電力とをバッテリに充電する指令をバッテリー開閉スイ
ッチに出力する構成としている。
【００１６】第５発明によると、降坂時には、エンジン
による発電電力に加えて駆動モータによる回生電力によ
ってもバッテリが充電されるので、バッテリが短時間で
充電される。したがって、１サイクル走行を完了して走
行路の所定の基準位置にある時のバッテリの充電状態が
常時所定値以上になるように充電量が確保される。これ
により、必要なときに直ちにバッテリでモータ駆動をア
シストできるので、サイクルタイムを短くして走行でき
る。また、バッテリの略満充電状態から所定の使用可能
な低充電状態までの範囲を短時間で放電や充電を行える
ので、バッテリを効率的に使用できる。さらに、降坂時
の回生エネルギを単に抵抗発熱させて無駄にすることな
くバッテリの充電電力として使用するので、充電及びモ
ータ駆動に必要なエンジンの発電電力を従来に比して低
減することができ、エンジンからの排気ガス量を低減で
きると共に、消費燃料も大きく低減（省エネ効果）でき
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る実施形態を
図を参照して詳細に説明する。図１に実施形態に係るハ
ード構成ブロック図を示し、まず同図に基づいて構成を
説明する。エンジン１の出力軸は発電機２に連結されて
おり、エンジン１の図示しないスロットルレバーにはス
ロットルレバー制御部１１が接続されている。発電機２
は３相交流を出力するものであり、その界磁コイル（図
示せず）には励磁電流を通電する図示しない励磁回路が
接続されている。発電機２の３相出力ラインには短絡防
止用のサーキットブレーカ３を介して整流器４が接続さ
れている。整流器４は３相交流を直流に整流し、平滑し
ており、直流のラインはバッテリ開閉スイッチ５及びヒ
ューズ６を介してバッテリ７に接続されると共に、２つ
のインバータ８ａ，８ｂの入力端子に接続されている。
バッテリ７の正端子側に接続され、かつバッテリ開閉ス
イッチ５とヒューズ６との間のラインには、バッテリ残
存量検出センサ２６ａが接続されている。バッテリ残存
量検出センサ２６ａは本実施形態ではバッテリ７の出力
端子電圧をバッテリ残存量信号としてモニタしており、
この残存量信号はコントローラ２０に入力されている。
２つのインバータ８ａ，８ｂは入力した速度指令信号に
基づいて駆動モータ９ａ，９ｂの回転数を制御してお
り、２つのインバータ８ａ，８ｂのモータ出力ライン
（本例では３相）は、それぞれ前輪及び後輪の内いずれ
か１方の駆動モータ９ａ，９ｂに接続されている。イン
バータ８ａ，８ｂは駆動モータ９ａ，９ｂの駆動電力値
及び回生電力値をそれぞれモニタする検出器を有してお
り、この検出値信号はコントローラ２０に入力されてい
る。また、駆動モータ９ａ，９ｂは本実施形態では３相
誘導モータにより構成されており、それぞれ左右１対の
前輪又は後輪を回転駆動する。
【００１８】コントローラ２０は、マイクロコンピュー
タ及び高速数値演算装置等の演算装置を備えており、内
部に読み書き可能な（いわゆるＲＡＭ）所定容量のメモ
リ２０ａを有している。コントローラ２０は、スロット
ルレバー制御部１１にスロットル開度制御指令を出力
し、励磁回路１２には励磁電流指令を出力する。また、
２つのインバータ８ａ，８ｂには前輪用及び後輪用の駆
動モータ９ａ，９ｂのそれぞれの速度指令が出力されて
いる。さらに、バッテリ残存量検出センサ２６ａの検出
した残存量信号、２つのインバータ８ａ，８ｂに内蔵さ
れた回生ユニットを介して回生される電力量の信号、及
び２つの駆動モータ９ａ，９ｂの回転数をそれぞれ検出
する回転数センサ１５ａ，１５ｂからの回転数信号がそ
れぞれコントローラ２０に入力されている。
【００１９】また、コントローラ２０にはアクセルペダ
ルの踏み込み量を検出するアクセル量検出器１６からの
アクセル量信号、ブレーキペダルの踏み込み量を検出す
るブレーキ量検出器１７からのブレーキ量信号、バッテ
リ７から電力をアシストして走行可能なバッテリモード
を選択するバッテリモードスイッチ１８からのバッテリ
モード信号、及び車両の前後方向傾斜角度を検出する傾
斜計１９の傾斜角度信号が入力されている。コントロー
ラ２０は、上記の入力したアクセル量信号に応じた車速
になるように、回転数センサ１５ａ，１５ｂからの回転
数信号をフィードバック信号に基づいてインバータ８
ａ，８ｂに速度指令信号を出力して駆動モータ９ａ，９
ｂの回転数を制御し、またブレーキ量信号に応じた所定
の減速カーブで車速が減速されるようにインバータ８
ａ，８ｂを介して駆動モータ９ａ，９ｂの回転数を制御
すると共に、図示しない油圧式ブレーキ装置に制動指令
を出力して機械的に制動をかける。また、バッテリモー
ドスイッチ１８からバッテリモード信号を入力したとき
は、コントローラ２０は後述するような所定の処理を行
い、バッテリ７からの放電電力による駆動モータ９ａ，
９ｂの駆動のアシスト、及びエンジン１による発電電力
でのバッテリ充電及び駆動モータ９ａ，９ｂの駆動等を
所定のタイミングで行う。バッテリモード信号を入力し
てないときは、バッテリ７からの放電電力による駆動モ
ータ９ａ，９ｂの駆動は行わず、エンジン１による発電
電力のみによる駆動を行う。
【００２０】さらに、コントローラ２０にはバッテリモ
ードでの車速やエンジン回転数等の走行データの目標値
を入力する走行データ設定スイッチ２１ａが接続されて
いる。そしてまた、コントローラ２０には、コントロー
ラ２０からの表示指令に従って走行データの設定値及び
演算値を表示してオペレータに知らせるデータ表示器２
８が接続されている。コントローラ２０はバッテリモー
ドのとき、詳細は後述するように、設定された走行デー
タに基づいて所定の走行路を１サイクル走行の度に、所
定の処理によって、バッテリ７に対する充放電の電力量
積算値を演算し、この演算結果に基づいて次回の走行デ
ータを求めて更新して行き、常時バッテリ残存量が略満
充電状態となるように充放電電力量を制御している。
【００２１】図２は、本発明に係るハイブリッド式ダン
プトラックのバッテリ充放電ルールを表している。本発
明では、モータ駆動用として車載したバッテリを効率的
に使用することによりダンプトラックの登坂時の車速を
高速にして生産性を向上するようにしている。このた
め、バッテリの残存容量（残存量）を、満充電状態（１
００％）に略近い所定の上限値（例えば９５％）から、
空状態（０％）に略近い所定の下限値（例えば５％）ま
での間で短時間に充放電を繰り返すようにしている。
【００２２】すなわち、登坂時は、エンジン発電電力と
バッテリ７からの放電電力とにより、駆動モータ９ａ，
９ｂを駆動する。このとき、走行路の頂上（例えば、露
天掘鉱山の排土位置である所定位置）でバッテリ７が略
空近傍（図示の所定の下限値Ｐｄ）となるように、車速
を設定し、バッテリ７の放電量を設定する。また、降坂
時は、制動の際の回生電力とエンジン発電電力とによ
り、バッテリ７を充電する。このとき、走行路の底部
（例えば露天掘鉱山の採鉱現場位置）でバッテリ７が満
充電（所定の上限値Ｐｕ以上）となるように、車速及び
エンジン回転数の目標値を設定する。降坂時、エンジン
１を定格回転数で回転させても満充電に満たない場合に
は、登坂時のバッテリ放電量（つまりアシスト量）の見
直しをしたり、あるいは排土時、積込み時又は平地走行
時等にもエンジン発電電力によりバッテリ７を充電する
ようにしている。そして、これらの走行条件は、サイク
ルタイム及びバッテリ満充電量等から総合的に判断して
設定される。
【００２３】次に、図３に示す機能構成ブロック図によ
り、本発明に係るハイブリッド式ダンプトラックのバッ
テリ充放電制御機能を説明する。走行データ入力手段２
１は、ダンプトラックが所定の走行路に沿って走行する
とき、予め前記バッテリ充放電ルールに従って走行デー
タの初期値を設定するものである。入力されたデータ
は、走行データ記憶手段２２に出力される。本実施形態
では、走行データ入力手段２１は走行データ設定スイッ
チ２１ａにより構成されているが、本発明はこれに限定
されず、例えば予め所定の初期データが設定してあるＩ
Ｃメモリカード及びフロッピー等のデータ入力手段でも
よい。走行データ記憶手段２２は走行データ入力手段２
１から入力された走行データをコントローラ２０のメモ
リ２０ａ内に記憶する。
【００２４】バッテリ残存量検出手段２６はバッテリ残
存量を検出し、残存量信号をバッテリ充放電制御手段２
３に出力する。本実施形態では、バッテリ残存量検出手
段２６はバッテリ残存量検出センサ２６ａにより構成さ
れているが、これに限定されず、例えば走行データに基
づいて充電量及び放電量をそれぞれ演算により求め、満
充電状態からのこれらの充電量及び放電量の積算値によ
り算出するようにしてもよい。バッテリ充放電制御手段
２３は走行データ記憶手段２２に記憶された走行データ
とバッテリ残存量検出手段２６により検出されたバッテ
リ残存量とに基づいて、実際の走行時の、バッテリ７の
放電、スロットルレバー制御部１１を介するエンジン回
転数の制御による発電電力量、及び回生電力及びエンジ
ン１からの電力によるバッテリ７への充電等を制御す
る。
【００２５】電力量積算手段２４は、このバッテリ充放
電制御手段２３の制御中にバッテリ７の放電量、エンジ
ン１（すなわち発電機２）による発電量、駆動モータ９
ａ，９ｂの駆動電力量、及び回生電力量等をモニタす
る。そして、所定の走行路を１サイクル走行した後、バ
ッテリ７への充放電の総電力量を積算する。走行データ
更新手段２５は、電力量積算手段２４により求めた電力
量積算値に基づいて、１サイクル走行後のバッテリ放電
量に対する充電量の比を演算し、前記バッテリ充放電ル
ールに従った充電状態になるように、走行データを所定
のアルゴリズムで演算し直して更新する。
【００２６】図４に、走行路の１サイクル中に登坂及び
降坂の走行を所定の時間比で有する場合の、コントロー
ラ２０のバッテリ充放電及びエンジン発電の制御フロー
チャート例を示す。同図により、充放電制御方法を説明
する。以下では、各処理ステップ番号をＳを付して表
す。まず、走行データ入力手段２１により初期値の走行
データが設定されているか否か判断し（Ｓ１）、設定さ
れてなければオペレータにデータ表示器２８でアラーム
表示して走行データ入力を促し、これに従ってオペレー
タは、走行データの目標値として登坂、降坂及び平坦走
行での車速、エンジン回転数、及び積荷と空荷の荷状況
等を入力する（Ｓ２）。前記Ｓ１で走行データが設定さ
れているときは、次のＳ３の処理を行う。次に、バッテ
リモードスイッチ１８によりバッテリモードが選択され
ているか判断し（Ｓ３）、バッテリモードでないとき
は、バッテリー開閉スイッチ５を閉じてバッテリ７から
の放電を停止すると共に、エンジン発電電力のみによる
走行（以後、通常走行と言う）を行い（Ｓ４）、Ｓ３へ
戻って処理を繰り返す。バッテリモードのときは、設定
された走行データをデータ表示器２８に表示し、オペレ
ータに設定された車速で走行するように促すとともに、
登坂走行中か、又は降坂走行中かチェックする（Ｓ５、
Ｓ６）。ここで登坂走行中か、また降坂走行中かは、傾
斜計１９により検出した傾斜角度に基づいて判断するよ
うにしてもよいし、あるいはアクセル量検出器１６から
のアクセル量によりアクセルペダルが踏み込まれている
と判断したときは登坂走行中と判断し、ブレーキ量検出
器１７からのブレーキ量によりブレーキペダルが踏み込
まれていると判断したときは降坂走行中と判断してもよ
い。登坂走行中のときはＳ１１へ、降坂走行中のときは
Ｓ２１へ処理を移行し、両者以外の平地走行のときは通
常走行を行い（Ｓ７）、Ｓ５，Ｓ６処理を繰り返す。
【００２７】登坂走行中のときは、車速が設定した所定
の登坂時車速値になるようにインバータ８ａ，８ｂを介
して駆動モータ９ａ，９ｂを制御すると共に、エンジン
バッテリ残存量検出センサ２６ａにより検出したバッテ
リ残存量が所定の下限値以上かチェックし（Ｓ１１）、
下限値より小さいときはこれ以上の放電を避けるために
通常走行を行う（Ｓ１２）。この通常走行時は、設定し
た登坂時車速値に達しない場合もある。Ｓ１１で下限値
以上のときは、さらにエンジン回転数が定格回転数に達
しているかをチェックし（Ｓ１３）、定格回転数以下の
ときはそのまま通常走行を行い（Ｓ１４）、定格回転数
に達しているときは前記設定した車速で走行するにはエ
ンジン発電電力のみでは牽引力が不足している可能性が
あるので、バッテリー開閉スイッチ５を開き、エンジン
発電電力に加えてモータ駆動電力をバッテリ７からアシ
ストして走行する（Ｓ１５）。次に、登坂終了かチェッ
クし（Ｓ１６）、終了するまでＳ１１に戻って処理を繰
り返す。尚、Ｓ１２、Ｓ１４での通常走行処理の後は、
同様にＳ１６で登坂終了するまで処理を繰り返す。登坂
終了したときは、登坂時のエンジン発電量、バッテリ放
電量及びモータ駆動電力をそれぞれ積算し（Ｓ１７）、
この後通常走行を行って（Ｓ１８）、Ｓ６に処理を移行
する。
【００２８】降坂走行中のときは、バッテリ残存量検出
センサ２６ａにより検出したバッテリ残存量が所定の上
限値以下かチェックし（Ｓ２１）、上限値より大きいと
きはエンジン発電及びバッテリ７への充電を停止する
（Ｓ２２）。このとき、駆動モータ９ａ，９ｂの回生エ
ネルギは図示しないブレーキ抵抗器で発熱させるととも
に、このブレーキ抵抗器の制動能力を超えないよう図示
しないメカニカルブレーキを併用する。上限値以下のと
きは設定した回転数でエンジン発電し（Ｓ２３）、この
エンジン発電エネルギと回生エネルギとをバッテリ７に
充電する（Ｓ２４）。この後、降坂終了かチェックし
（Ｓ２５）、終了するまでＳ２１に戻って処理を繰り返
す。尚、Ｓ２２での処理の後は、同様にＳ２５で降坂終
了まで処理を繰り返す。降坂終了したときは、降坂時の
エンジン発電量、制動回生電力量及びバッテリ充電量の
それぞれの積算値を演算し（Ｓ２６）、この後通常走行
を行う（Ｓ２７）。
【００２９】次に、走行路を１サイクル走行したら、バ
ッテリモードスイッチ１８によりバッテリモードが選択
されているか判断し（Ｓ２８）、バッテリモードでない
ときはＳ４へ移行して通常走行を行い、以後前記同様の
処理を繰り返す。バッテリモードのときは、１サイクル
中のエンジン発電量、バッテリ放電量、モータ駆動電
力、制動回生電力量及びバッテリ充電量のそれぞれの積
算値に基づいて、バッテリ放電量に対する充電量の比を
演算し、充放電ルールに従ってこの比が所定の範囲内に
入るように走行データを演算する。すなわち、走行路の
谷部の所定基準位置においてバッテリ充電状態が所定の
上限値Ｐｕ（図２参照）以上となるように走行データを
学習する。この学習によって、登坂時、降坂時、排土
時、積込時及び平地走行時等のそれぞれの車速及びエン
ジン回転数を演算して設定値を更新し（Ｓ２９）、そし
てＳ１に戻って以上の処理を繰り返す。
【００３０】つぎに、図５は上記フローチャートのＳ２
９における学習の詳細な手順を示したフローチャートで
あり、同図により学習方法を説明する。いま、直前まで
走行していたときの現在の設定値が、登坂時車速はＶ
ｕ、降坂時車速はＶｄ、エンジン回転数は最大発電量相
当の定格回転数ｒmax とする。先ず、数１より求めたバ
ッテリ７の充電量と放電量との第１の比Ｒ１を演算し、
この第１の比Ｒ１が数式「１≦Ｒ１≦１．１」を満足す
るかチェックする（Ｓ４１）。ここで、第１の比Ｒ１は
数１により演算される。
【数１】 但し、Ｐu(Vu)は車速Ｖｕでの登坂時の車両牽引に要す
る出力電力、Ｐd(Vd)は車速Ｖｄでの降坂時の制動回生
による入力電力、Ｐe(rmax)は定格回転数ｒmaxでのエン
ジン発電電力、Ｔ(Vd)は車速Ｖｄでの降坂走行時間、Ｔ
(Vu)は車速Ｖｕでの登坂走行時間とする。数式「１≦Ｒ
１≦１．１」を満足するときは、現在の設定値のままと
して本学習処理を終了する（Ｓ４２）。
【００３１】満足しないときは、次に第１の比Ｒ１が数
式「１．１＜Ｒ１」を満足するかチェックする（Ｓ４
３）。満足するときは過充電気味なので、登坂時車速Ｖ
ｕ及び降坂時車速Ｖｄは現在の設定値のままとし、第２
の比Ｒ２が数式「１≦Ｒ２≦１．１」となるような最小
のエンジン回転数ｒ１を求めて降坂時のエンジン回転数
とし（Ｓ４４）、本学習処理を終了する。ここで、第２
の比Ｒ２は数２により演算される。これにより、次回の
走行の降坂時は、エンジン回転数ｒ１でエンジン発電を
行ってバッテリ充電が行われる。
【数２】 但し、Ｐe(r1) は回転数ｒ１でのエンジン発電電力とす
る。
【００３２】Ｓ４３において満足しないときは、第１の
比Ｒ１が１以下なのでバッテリ放電気味であると判断
し、次に登坂時及び降坂時以外にエンジンを吹かして
（つまりエンジン回転数を所定回転以上に上げて）よい
か否かをチェックし（Ｓ４５）、よくないときは、降坂
時車速Ｖｄは現在のままとし、降坂時のエンジン回転数
は定格回転数ｒmax とし、登坂時車速Ｖｕは第３の比Ｒ
３が数式「１≦Ｒ３≦１．１」を満たすような最大の登
坂時車速Ｖ３（但し、初期の登坂時車速Ｖｕを上限値と
する）に設定し（Ｓ４６），本学習処理を終了する。こ
こで、第３の比Ｒ３は数３により演算される。これによ
り、登坂時車速を前回走行時よりも遅くして放電量を前
回よりも抑え、降坂時の回生電力とエンジン発電のみで
バッテリを充電するようにする。
【数３】 但し、Ｐu(V3)は車速Ｖ３での登坂時の車両牽引に要す
る出力電力、Ｔ(V3)は車速Ｖ３での降坂走行時間とす
る。
【００３３】Ｓ４５において登坂時及び降坂時以外にエ
ンジンを吹かしてよいと判断したときは、次に第４の比
Ｒ４が数式「１≦Ｒ４」を満足するかチェックする（Ｓ
４７）。満足するときは、登坂時車速Ｖｕ及び降坂時車
速Ｖｄは現在のままとし、降坂時のエンジン回転数は定
格回転数ｒmax とし、さらに排土時のエンジン回転数は
第５の比Ｒ５が数式「１≦Ｒ５≦１．１」を満たすよう
な最大のエンジン回転数ｒ３（但し、定格回転数ｒmax
を上限値とする）に設定し（Ｓ４８）、本学習処理を終
了する。ここで、第４の比Ｒ４及び第５の比Ｒ５はそれ
ぞれ数４及び数５により演算される。これにより、降坂
時以外に排土時にもエンジン発電により充電される。
【数４】
【数５】 但し、Ｔｄは排土時間、Ｐe(r3) は回転数ｒ３でのエン
ジン発電電力とする。
【００３４】Ｓ４７において「１≦Ｒ４」を満足しない
ときは、第６の比Ｒ６が数式「１≦Ｒ６」を満足するか
チェックする（Ｓ４９）。満足するときは、登坂時車速
Ｖｕ及び降坂時車速Ｖｄは現在のままとし、降坂時のエ
ンジン回転数及び排土時のエンジン回転数を定格回転数
ｒmax とし、さらに積込時のエンジン回転数は第７の比
Ｒ７が数式「１≦Ｒ７≦１．１」を満たすような最大の
エンジン回転数ｒ４（但し、定格回転数ｒmaxを上限値
とする）に設定し（Ｓ５０）、本学習処理を終了する。
ここで、第６の比Ｒ６及び第７の比Ｒ７はそれぞれ数６
及び数７により演算される。これにより、降坂時及び排
土時以外に積込時にもエンジン発電により充電される。
【数６】
【数７】 但し、ＴＬは排土時間、Ｐe(r4) は回転数ｒ４でのエン
ジン発電電力とする。
【００３５】そして、Ｓ４９において「１≦Ｒ６」を満
足しないときは、第８の比Ｒ８が数式「１≦Ｒ８」を満
足するかチェックする（Ｓ５１）。満足するときは、登
坂時車速Ｖｕ及び降坂時車速Ｖｄは現在のままとし、降
坂時、排土時及び積込時のエンジン回転数を定格回転数
ｒmax とし、さらに平地走行時のエンジン回転数（平地
走行車速Ｖ５での走行に必要な発電電力に対応する回転
数ｒ２よりも余裕ある回転数とする）は第９の比Ｒ９が
数式「１≦Ｒ９≦１．１」を満たすような最大のエンジ
ン回転数ｒ５（但し、定格回転数ｒmaxを上限値とす
る）に設定し（Ｓ５２）、本学習処理を終了する。ここ
で、第８の比Ｒ８及び第９の比Ｒ９はそれぞれ数８及び
数９により演算される。これにより、降坂時、排土時及
び積込時以外に平地走行時にもエンジン発電により充電
される。
【数８】
【数９】 但し、Ｐe(r2) 、Ｐe(r5) はそれぞれ回転数ｒ２，ｒ５
でのエンジン発電電力、Ｔ(V5)は平地走行車速Ｖ５での
走行時間とする。
【００３６】Ｓ５１において「１≦Ｒ８」を満足しない
ときは、降坂時車速Ｖｄは現在のままとし、降坂時、排
土時及び積込時のエンジン回転数を定格回転数ｒmax と
し、登坂時車速Ｖｕは第１０の比Ｒ１０が数式「１≦Ｒ
１０≦１．１」を満たすような最大の登坂時車速Ｖ４
（但し、Ｖ４＜Ｖｕ）に設定し（Ｓ５３）、本学習処理
を終了する。ここで、第１０の比Ｒ１０は数１０により
演算される。これにより、降坂時、排土時及び積込時に
エンジン発電により充電されると共に、登坂時車速Ｖ４
を前回走行時の登坂時車速Ｖｕよりも遅くして登坂時の
放電量を少なくし、バッテリ７への充電が進むようにし
ている。
【数１０】 但し、Ｐu(V4)は車速Ｖ４での登坂時の車両牽引に要す
る出力電力、Ｔ(V4)は車速Ｖ４での登坂走行時間とす
る。
【００３７】以上説明したように、本発明によると、平
地走行等のように小さい牽引力で走行できる場合は、エ
ンジン発電電力によるモータ駆動を行い、登坂時のよう
に大きな牽引力を必要とする場合は、エンジン発電電力
をバッテリ放電電力によりアシストするようにしてい
る。これにより、従来のトロリーアシスト方式のような
トロリー架線及び高電圧変電所等の地上設備なしで登坂
時等の大きな牽引力が得られるので、イニシャルコスト
を低減でき、また走行路の変更に対しても柔軟に、しか
もコストがかからずに対応できる。したがって、トータ
ルの生産性を向上できる。また、小出力のエンジンを使
用するので、エンジンの消費燃料を低減できると共に、
排気ガス量を低減できる。
【００３８】また、走行路の路面状態（例えば、登坂、
降坂、平坦地及び非平坦地等）に応じた車速及びエンジ
ン回転数等の走行データの設定された目標値に基づいて
走行した後、この走行中のエンジンの発電電力量、駆動
モータの駆動電力量、及び駆動モータから回生される回
生電力量をそれぞれ演算してバッテリに対する電力量積
算値を求めている。そして、求めた電力量積算値に基づ
いて、バッテリの放電時の総電力量よりも充電時の総電
力量が大きくなるように、現在の走行データを更新して
いる。このように学習を行って走行データを更新するの
で、走行した時の充放電量により、走行路の所定の基準
位置（例えば、露天掘鉱山の現場の低地部の所定位置
等）にある時のバッテリの充電状態が常時所定値以上に
なるように充電量が確保される。このとき、バッテリ充
電のタイミングとして、エンジンの発電電力がモータ駆
動電力に対して余裕があるとき（降坂時、排土時、積込
時及び平地走行時等）は余った発電電力をバッテリの充
電に使用する、あるいは降坂時には、エンジンによる発
電電力に加えて駆動モータによる回生電力によってバッ
テリが充電されるように走行データが更新される。この
結果、エンジン発電により走行しながら、バッテリが可
能な限り短時間で充電される。したがって、エンジンに
よる発電電力だけではモータ駆動力が不足するような時
（例えば登坂時）に、直ちにバッテリでモータ駆動をア
シストできるので、設定通りに高速走行が可能となり、
サイクルタイムを短くして走行できる。また、バッテリ
の略満充電状態から所定の使用可能な低充電状態までの
範囲を短時間で放電や充電を行えるので、バッテリを効
率的に使用できる。さらに、小出力エンジンが搭載され
ていても、登坂時の大きな牽引力を出せるので、消費燃
料を低減でき、生産性を向上できる。
【００３９】さらに、降坂時の回生エネルギを単に抵抗
発熱させて無駄にすることなくバッテリの充電電力とし
て使用するので、充電及びモータ駆動に必要なエンジン
の発電電力を従来に比して低減することができ、エンジ
ンからの排気ガス量を低減できると共に、消費燃料も大
きく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るハード構成ブロック図である。
【図２】本発明に係るバッテリ充放電ルールの説明図で
ある。
【図３】本発明に係るバッテリ充放電制御の機能構成ブ
ロック図である。
【図４】本発明に係るバッテリ充放電及びエンジン発電
の制御フローチャート例を示す。
【図５】本発明に係るバッテリ充放電制御の学習の詳細
フローチャート例である。
【図６】従来技術に係るダンプトラックの電気駆動方式
の説明図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…発電機、４…整流器、５…バッテリ
ー開閉スイッチ、７…バッテリ、８ａ，８ｂ…インバー
タ、９ａ，９ｂ…駆動モータ、１１…スロットルレバー
制御部、１５ａ，１５ｂ…回転数センサ、１６…アクセ
ル量検出器、１７…ブレーキ量検出器、１８…バッテリ
モードスイッチ、２０…コントローラ、２１…走行デー
タ入力手段、２１ａ…走行データ設定スイッチ、２２…
走行データ記憶手段、２３…バッテリ充放電制御手段、
２４…電力量積算手段、２５…走行データ更新手段、２
６…バッテリ残存量検出手段、２６ａ…バッテリ残存量
検出センサ、２８…データ表示器。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H115 PA12 PA13 PG09 PI16 PI24 PI29 PU08 PU24 PU26 PV07 PV09 QE04 QE05 QE06 QE09 QE10 QI03 QI04 QN03 QN06 RE02 RE03 RE06 SE04 SE05 SE06 TB01 TE02 TI02 TI05 TI10 TO07 TO14 TO21 TO23 TO30 TZ07 UB05 UI13 UI23

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動輪を駆動する駆動モータ(9a,9b)
    と、発電機(2)を回転駆動して発電するエンジン(1)と、
    発電機(2)の出力した交流を直流に変換する整流器(4)
    と、整流器(4)の直流出力ラインに入力電源ラインが接
    続され、かつ外部からの速度指令信号に応じて駆動モー
    タ(9a,9b)の回転数を制御して車速を制御するインバー
    タ(8a,8b)と、整流器(4)の直流出力ライン及びインバー
    タ(8a,8b)の入力電源ラインに並列に接続されたバッテ
    リ(7)と、アクセルペダルの踏み込み量に応じて駆動モ
    ータ(9a,9b)の速度指令信号をインバータ(8a,8b)に出力
    して車速を制御するコントローラとを備えたハイブリッ
    ド式ダンプトラックにおいて、駆動モータ(9a,9b)は、
    エンジン(1)の最大出力よりも大きい最大出力を有し、
    バッテリ(7)から整流器(4)の直流出力ライン及びインバ
    ータ(8a,8b)の入力電源ラインまでの間に、入力指令に
    よってバッテリ(7)からインバータ(8a,8b)への放電及び
    整流器(4)からバッテリ(7)への充電のいずれかを可能と
    するように切り換えるバッテリー開閉スイッチ(5)を設
    け、コントローラ(20)は、アクセルペダルの踏み込み量
    に応じて駆動モータ(9a,9b)の回転速度を制御するとき
    に、エンジン(1)の最大出力時の発電電力よりも大きい
    電力が駆動モータ(9a,9b)の駆動に必要な場合には、バ
    ッテリ(7)からインバータ(8a,8b)への放電を可能とする
    する指令をバッテリー開閉スイッチ(5)に出力して放電
    電流により駆動モータ(9a,9b)の駆動電力をアシストす
    るバッテリ充放電制御手段(23)を有することを特徴とす
    るハイブリッド式ダンプトラック。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のハイブリッド式ダンプト
    ラックにおいて、コントローラ(20)は、走行路の路面状
    態に応じた車速、並びに車速及び路面状態に応じたエン
    ジン(1)による発電のための回転数等の走行データの目
    標値を入力する走行データ入力手段(21)と、入力された
    走行データの所定の目標値に従って所定の走行路を１サ
    イクル走行したとき、その間の実際のエンジン(1)の発
    電電力量、駆動モータ(9a,9b)の駆動電力量、及び駆動
    モータ(9a,9b)から回生される回生電力量をそれぞれ演
    算して、バッテリ(7)に対する電力量積算値を求める電
    力量積算手段(24)と、求められた電力量積算値に基づい
    て、バッテリ(7)の放電時の総電力量よりも充電時の総
    電力量が大きくなるように、現在の走行データを更新す
    る走行データ更新手段(25)とを有することを特徴とする
    ハイブリッド式ダンプトラック。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のハイブリッド式ダンプト
    ラックにおいて、コントローラ(20)のバッテリ充放電制
    御手段(23)は、走行路が登坂の時の駆動モータ(9a,9b)
    の駆動電力として、エンジン(1)の発電電力をバッテリ
    (7)からの放電電流によりアシストする指令をバッテリ
    ー開閉スイッチ(5)に出力することを特徴とするハイブ
    リッド式ダンプトラック。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のハイブリッド式ダンプト
    ラックにおいて、コントローラ(20)のバッテリ充放電制
    御手段(23)は、エンジン(1)の発電電力が駆動モータ(9
    a,9b)が必要とする駆動電力よりも大きいとき、余った
    発電電力をバッテリ(7)に充電する指令をバッテリー開
    閉スイッチ(5)に出力することを特徴とするハイブリッ
    ド式ダンプトラック。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のハイブリッド式ダンプト
    ラックにおいて、コントローラ(20)のバッテリ充放電制
    御手段(23)は、走行路が降坂の時に、エンジン(1)によ
    る発電電力と、駆動モータ(9a,9b)による回生電力とを
    バッテリ(7)に充電する指令をバッテリー開閉スイッチ
    (5)に出力することを特徴とするハイブリッド式ダンプ
    トラック。
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