JP2005012902A - ハイブリッド式作業車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】作業装置をエンジン直接駆動の油圧ポンプを有する油圧式（油圧作業装置）とし、走行装置を蓄電装置による電動式（電動走行装置）としたハイブリッド式作業車両において、機器の駆動に際して、発電機の発電電力をベース電力とし、蓄電装置の電力を補助電力とした電力供給を可能とすることで、蓄電装置の長寿命化、高効率化、小型化を可能とする。
【解決手段】定電圧制御部２０ｂはバッテリ１２の電圧を設定値Ｖ０に維持するように発電機８の発電出力指令値を算出し、エンジン回転数制御部２０ｃはその発電出力指令値に応じたエンジン１の目標回転数を算出しエンジン１に出力する。馬力制御部２０ｅ、減算部２０ｇ、最小値選択部２０ｈは油圧ポンプの入力馬力と発電機８の必要出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えないように発電出力指令値を制限してコンバータ１３へ出力し、バッテリ１２への電力供給を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】定電圧制御部２０ｂはバッテリ１２の電圧を設定値Ｖ０に維持するように発電機８の発電出力指令値を算出し、エンジン回転数制御部２０ｃはその発電出力指令値に応じたエンジン１の目標回転数を算出しエンジン１に出力する。馬力制御部２０ｅ、減算部２０ｇ、最小値選択部２０ｈは油圧ポンプの入力馬力と発電機８の必要出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えないように発電出力指令値を制限してコンバータ１３へ出力し、バッテリ１２への電力供給を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関と電動機の二種類の異なる動力源を有するハイブリッド式作業車両に係わり、特にホイールローダ等のハイブリッド式作業車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ホイールローダ等の作業車両として、例えば１９９２年版油空圧工業総覧（５０７〜５３３頁）に記載されるように油圧作業装置とＨＳＴ式の走行装置或いはオートマチツク式の走行装置を備えたものがある。油圧作業装置はエンジンにより油圧ポンプを駆動しその吐出油によりアクチュエータを駆動するものであり、ＨＳＴ式の走行装置はエンジンにより油圧ポンプと油圧モータとで閉回路を構成してホイールを駆動するものであり、オートマチツク式の走行装置はトルクコンバータと自動変速機を用いたものである。
【０００３】
また、特開平１１−１５８９３７号公報に記載のように、エンジンにより油圧ポンプと発電機を駆動して、作業装置は油圧で駆動し、走行装置は発電した電力により駆動する電動式としたものもある。
【０００４】
更に、特開２００３−１０２１０６号公報に記載のように、エンジンにより発電機を駆動して発電し、その電力をバッテリに蓄電し、このバッテリの電力で電動機を駆動して油圧ポンプを駆動し作業装置や走行装置を駆動したり、電動機で直接走行装置を駆動するハイブリッド式としたものもある。このハイブリッド式作業車両では、バッテリ制御方法として、バッテリの充電量（バッテリ残量ＳＯＣ）を計測し、バッテリ充電量が設定範囲内にあるときはエンジンをＯＦＦし、バッテリ充電量が設定範囲以下になるとエンジンをＯＮし、バッテリ充電量が設定範囲に維持されるようにエンジン制御をしている。
【０００５】
【特許文献１】
１９９２年版油空圧工業総覧（５０７〜５３３頁）
【特許文献２】
特開平１１−１５８９３７号公報
【特許文献３】
特開２００３−１０２１０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術には次のような問題がある。
【０００７】
１９９２年版油空圧工業総覧（５０７〜５３３頁）や特開平１１−１５８９３７号公報に記載のようなＨＳＴ式、オートマチック式、電動式の走行装置を用いたものは、いずれも、走行負荷が直接エンジンの負荷となるため、エンジンの負荷変動が大きくなると同時に、走行減速時の車体の慣性エネルギーは熱エネルギー等として外部に放出される結果、作業当りの燃料消費量や排ガス、騒音に関する性能の向上には限界があった。
【０００８】
特開２００３−１０２１０６号公報に記載のハイブリッド式の作業車両では、バッテリをエネルギーの一次貯蔵庫として用いることができ、走行負荷に直接影響されないエンジンの最適運転が可能となるとともに、減速時の電力回生を行うことで、作業当りの燃費や排ガス、騒音に関する性能を向上することができる。
【０００９】
しかし、この従来技術は、バッテリ制御方法として、バッテリの充電量（バッテリ残量ＳＯＣ）を計測し、バッテリ充電量が設定範囲に維持されるようにエンジンをＯＮ・ＯＦＦ制御するものであるため、エンジンのＯＮ・ＯＦＦ（発電機のＯＮ・ＯＦＦ）と機器の駆動・非駆動は対応せず、機器を駆動はバッテリに蓄電された電力をベース電力とし、バッテリの電力を補助的に用いるものとなる。このため、バッテリの充放電量や充放電頻度が多なりく、バッテリ寿命が短くなる。また、充放電時の損失が大きく、エネルギー効率が低下する。更に、充放電量及び充放電頻度を減らし、バッテリ寿命を長くしようとすると、バッテリ容量を大きくする必要があり、バッテリが大型化する。
【００１０】
本発明の目的は、作業装置をエンジン直接駆動の油圧ポンプを有する油圧式（油圧作業装置）とし、走行装置を蓄電装置による電動式（電動走行装置）としたハイブリッド式作業車両において、電動機の駆動に際して、発電機の発電電力をベース電力とし、蓄電装置の電力を補助電力とした電力供給を可能とすることで、蓄電装置の長寿命化、高効率化、小型化を可能とするハイブリッド式作業車両を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明のハイブリッド式作業車両は、エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動され外部に対して作業を行う油圧作業装置と、蓄電装置と、前記エンジンにより駆動され前記蓄電装置に対して電力授受を行う発電機と、前記蓄電装置との電力授受により走行駆動力を発生する電動機と、この電動機により駆動され走行を行う電動走行装置と、前記エンジン、発電機、電動機を制御する操作制御手段とを備え、前記操作制御手段は、前記蓄電装置の電圧が低下するとその電圧の低下に応じて前記エンジンの回転数が上昇するよう制御するエンジン制御手段と、前記蓄電装置の電圧が低下するとその電圧の低下に応じて発電量が増大するよう前記発電機の発電を制御し前記蓄電装置の電圧を維持する発電機制御手段とを有するものとする。
【００１２】
このように蓄電装置の電圧が下がるとその電圧の低下に応じてエンジンの回転数が上昇するよう制御するとともに、その電圧の低下に応じて発電量が増大するよう発電機の発電を制御し蓄電装置の電圧を維持することにより、電動機の駆動に際して、発電機の発電電力をベース電力とし、蓄電装置の電力を補助電力として電力供給が可能となり、蓄電装置の充放電量や充放電頻度が減り、蓄電装置の長寿命化、高効率化、小型化が可能となる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記発電機制御手段は、前記油圧ポンプの入力馬力と前記発電機の発電出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えないように前記発電機の発電を制限制御する。
【００１４】
これにより油圧作業装置の負荷が増大して油圧ポンプの入力馬力が増大したときのエンジンの過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００１５】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記発電機制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて前記発電機の発電出力指令値を演算する手段と、前記エンジンのそのときの回転数に応じた最大出力を演算する手段と、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出し、そのときのエンジン回転数と前記油圧ポンプの吐出圧力とから前記油圧ポンプの入力馬力を演算する手段と、前記エンジンの最大出力から前記油圧ポンプの入力馬力を減じ前記発電機の許容出力を演算する手段と、前記発電機の発電出力指令値と前記発電機の許容出力とを比較し、両者の小さい方を前記発電機の発電出力指令値とする手段とを有する。
【００１６】
これにより油圧作業装置の負荷が増大して油圧ポンプの入力馬力が増大するとき、油圧ポンプの入力馬力と発電機の発電出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えように発電機の発電が制限制御されるため、エンジンの過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００１７】
（４）更に、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記エンジン制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて求めた前記エンジンの目標回転数と予め設定した所望の目標回転数の一方を選択し、その選択した目標回転数に基づいて前記エンジンの回転数を制御する。
【００１８】
これにより所望の目標回転数を選択した場合は、エンジンは蓄電装置の電圧に係わらずその所望の目標回転数となるよう制御されるため、発電状態によらず所望の回転数でエンジンを駆動し、油圧作業装置の作業に大出力を要求される場合に油圧作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【００１９】
（５）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記発電機制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて前記発電機の発電出力指令値を演算する手段を有し、前記エンジン制御手段は、前記発電機の発電出力指令値に基づいて前記エンジンの目標回転数を演算する手段と、スイッチ手段と、このスイッチ手段の操作により前記目標回転数と予め設定した所望の目標回転数の一方を選択する手段とを有し、その選択した目標回転数に基づいて前記エンジンの回転数を制御する。
【００２０】
これにより所望の目標回転数を選択した場合は、エンジンは蓄電装置の電圧に係わらずその所望の目標回転数となるよう制御されるため、発電状態によらず所望の回転数でエンジンを駆動し、油圧作業装置の作業に大出力を要求される場合に油圧作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態に係わるハイブリッド式作業車両のシステム構成を示す図である。
【００２３】
図１において、本実施の形態に係わるハイブリッド式作業車両は、大きく分けて、エンジン部Ａと、油圧作業部Ｂと、電動走行部Ｃと、操作制御部Ｄから構成されている。
【００２４】
エンジン部Ａはエンジン１と、エンジン回転数を制御する電子燃料噴射装置１ａを備えている。
【００２５】
油圧作業部Ｂは、エンジン１により直接駆動されメインの油圧を供給するローダポンプ２と、ステアリング装置３と、フロント作業装置４と、ステアリング装置３へ優先的に油圧を供給しながらフロント作業装置４への油圧の供給を可能にするプライオリティバルブ５と、図示しないブレーキ等の補助機器に油圧を供給するブレーキポンプ６とを備えている。ステアリング装置３はステアリングシリンダ３ａ，３ｂと、ハンドル３ｃと、ハンドル３ｃにより操作されハンドル３ｃの操作方向と操作量に応じた油圧流量をステアリングシリンダ３ａ又は３ｂに供給するステアリングバルブ３ｄとを有している。フロント作業装置４はバケットシリンダ４ａと、アームシリンダ４ｂと、バケットシリンダ４ａ及びアームシリンダ４ｂに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ４ｃとを有している。
【００２６】
電動走行部Ｃは、充電用の発電機８と、エンジン１の軸出力を増速して発電機８を駆動する増速機７と、走行用の電動機９と、高／低速を切換える変速機１０と、実際に走行動力を地面に伝達する車輪１１ａを備えた走行装置１１と、蓄電を行うバッテリ１２と、バッテリ１２との電力の授受を行い発電機８を制御するコンバータ（発電機制御装置）１３と、バッテリ１２との電力の授受を行い電動機９を制御するインバータ（電動機制御装置）１４とを備えている。
【００２７】
操作制御部Ｄは、電動機９の駆動指令を入力するアクセルペダル１６と、フロント作業装置４の操作レバー１７上に設けられたパワースイッチ１７ａと、ローダポンプ２の吐出圧を検出する圧力センサ１８と、エンジン１の回転数を検出する回転センサ２５と、全体の制御を行うコントローラ２０とを備えている。
【００２８】
図２に本発明が適用されるハイブリッド式作業車両の一例としてホイールローダを示す。
【００２９】
図２において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、車体前部１０１と車体後部１０２とで構成され、車体前部１０１と車体後部１０２は、ステアリングシリンダ３ａ，３ｂにより車体後部１０２に対して車体前部１０１の向きが変わるように相対回動白在に連結されている。車体前部１０１にはフロント作業装置４と車輸１０３が設けられ、車体後部１０２には運転席１０４と上記の車輸１１ａとが設けられ、運転席１０４にはハンドル３ｃとアクセルペダル１６（図示せず）と操作レバー１７が設けられている。また、車体後部１０２には、上述したエンジン１、ローダポンプ２、ステアリングバルブ３ｄ、コントロールバルブ４ｃ、プライオリティバルブ５、ブレーキポンプ６、発電機８、増速機７、電動機９、変速機１０、バッテリ１２、コンバータ１３、インバータ１４、コントローラ２０が搭載されている。フロント作業装置４はバケット１０５とリフトアーム１０６からなり、バケット１０５はバケットシリンダ４ａの伸縮によりチルト・ダンプ動作し、リフトアーム１０６はアームシリンダ４ｂの伸縮により上下に動作する。
【００３０】
図３にコントローラ２０の制御内容を機能ブロック図で示す。
【００３１】
コントローラ２０は、電動機指令部２０ａ、定電圧制御部２０ｂ、エンジン回転数制御部２０ｃ、エンジン指令切換部２０ｄ、馬力制御部２０ｅ、乗算部２０ｆ、減算部２０ｇ、最小値選択部２０ｈの各機能を有している。
【００３２】
電動機指令部２０ａは、アクセルペダル１６の指令（アクセル信号）に応じてモータトルク指令を算出し、インバータ１４へ出力することで電動機９を駆動し走行装置１１を駆動する。インバータ１４は、図４に示すような電動機９の駆動特性を有し、これによりそのときの最大出力特性と電動機９の回転数とから回転数毎のモータトルクを求め、そのモータトルクとなるよう電動機９の出力トルクを制御する。ここで、電動機指令部２０ａは、アクセルペダル１６の指令に応じた最大出力割合（％）をモータトルク指令として計算するものであり、インバータ１４はその最大出力割合に応じて最大出力特性１４を増減させる。つまり、アクセルペダル１６がフル操作されたときは、電動機指令部２０ａは１００％のモータトルク指令を計算し、インバータ１４はそのモータトルク指令に基づいて最大出力特性を図４に符号１４ａで示す１００％の特性とし、この１００％の最大出力特性１４ａとそのときの電動機９の回転数とからその回転数に対応したモータトルクを求め、そのモータトルクとなるよう電動機９の出力トルクを制御する。アクセルペダル１６の踏み込み量が減ると、電動機指令部２０ａは１００％より小さい例えば６０％のモータトルク指令を計算し、インバータ１４はそのモータトルク指令に基づいて最大出力特性を例えば図４に符号１４ｂで示す６０％の特性とし、この６０％の最大出力特性１４ｂとそのときの電動機９の回転数とからその回転数に対応したモータトルクを求め、そのモータトルクとなるよう電動機９の出力トルクを制御する。インバータ１４は電動機９の回転数を内部パラメータとして把握しており、モータトルクの算出に当たってはその値が用いられる。
【００３３】
定電圧制御部２０ｂはバッテリ１２の電圧（出力電圧）を設定値Ｖ０に維持するように発電機８の発電出力指令値を算出し、エンジン回転数制御部２０ｃはその発電出力指令値に応じたエンジン１の目標回転数を算出する。
【００３４】
ここで、定電圧制御部２０ｂには、バッテリ１２の電圧が設定値Ｖ０以上では発電出力指令値は０であり、バッテリ１２の電圧がＶ０より低下するとその低下量に比例して発電出力指令値が増大し、バッテリ１２の電圧がＶａまで低下すると、発電出力指令値は最大の一定値となるようにバッテリ１２の電圧と発電出力指令値との関係が設定されている。このようにバッテリ１２の電圧Ｖ０とＶａの間で発電機出力の比例制御をすることにより電動機９を駆動するのに必要な分だけ発電し、効率的なバッテリ制御が可能となる。バッテリ１２はバッテリ１２の電圧を検出する電圧検出部を備えたバッテリコントローラを内蔵しており、発電出力指令値の算出に当たってはその検出値が用いられる。
【００３５】
エンジン回転数制御部２０ｃには、発電出力指令値がある中間値Ａ以下ではエンジン目標回転数は一定の最低回転数Ｎｍｉｎであり、発電出力指令値がその値Ａより大きくなるとその増加量に比例してエンジン目標回転数が増大し、発電出力指令値が最大ｍａｘ或いはその付近まで増加すると、エンジン目標回転数が最高回転数、例えば定格回転数Ｎｍａｘとなるよう発電出力指令値とエンジン目標回転数の関係が設定されている。このように発電出力指令値Ａとｍａｘとの間でエンジン回転数の比例制御をすることにより、発電に必要な分だけエンジン回転数を上げ、効率的なエンジン及びバッテリ制御が可能となる。なお、発電出力指令値Ａとｍａｘとの間の発電出力指令値とエンジン目標回転数との関係は直線比例ではなく、二次曲線的な比例関係であってもよいし、段階的に増大する関係であっても良い
エンジン指令切換部２０ｄは、フロント作業装置４の操作レバー１７上に設けられたパワースイッチ１７ａがＯＦＦの場合は、エンジン回転数制御部１５ｃからの目標回転数を選択し、パワースイッチ１７ａがＯＮになると予め設定した目標回転数、例えば最高回転数Ｎｍａｘを選択する。選択した目標回転数は目標燃料噴射量信号に変換された後、エンジン１の電子燃料噴射装置１ａに出力される。これによりパワースイッチ１７ａをＯＮにしたときは、エンジン１はバッテリ１２の電圧に係わらず最高回転数Ｎｍａｘとなるよう制御されるため、発電状態によらず最高回転数Ｎｍａｘでエンジン１を駆動し、フロント作業装置の作業に大出力を要求される場合にフロント作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【００３６】
馬力制御部２０ｅは、そのときのエンジン回転数に応じたエンジン最大出力（馬力）を算出する。馬力制御部２０ｅには、エンジン回転数が最低回転数Ｎｍｉｎから最高回転数Ｎｍａｘに増大するとそれに応じてエンジン最大出力も増大するようにエンジン回転数とエンジン最大出力との関係が設定されている。エンジン回転数としては回転センサ２５の検出値（実回転数）が用いられる。なお、回転センサ２５の検出値に代え、エンジン指令切換部２０ｄの出力値である目標回転数を用いてもよい。
【００３７】
乗算部２０ｆはエンジン回転数とローダポンプ２の吐出圧（ポンプ圧力）を乗算して油圧作業部Ｂで消費されるポンプ馬力（ローダポンプ２の入力馬力）を演算し、減算部２０ｇは馬力制御部２０ｅで演算されたエンジン最大出力から乗算部２０ｆで演算されたポンプ馬力を減ずることで発電許容値（許容出力）を算出する。乗算部２０ｆで用いるエンジン回転数としては回転センサ２５の検出値（実回転数）又はエンジン指令切換部２０ｄの出力値である目標回転数が用いられ、ポンプ吐出圧としては圧力センサ１８の検出値が用いられる。そして、最小値選択部２０ｈは定電圧制御部２０ｂで演算された発電機８の発電出力指令値と減算部２０ｇで演算された発電許容値の小さい方を最終的な発電出力指令値として選択することで、発電出力指令値が発電許容値を超えないように発電出力指令値を制限してコンバータ１３へ出力し、バッテリ１２への電力供給を行う。これによりフロント作業装置４の負荷が増大してローダポンプ２の入力馬力が増大し、ローダポンプ２の入力馬力と発電機８の発電出力指令値が示す発電出力の和がそのとき馬力制御部２０ｅで計算されたエンジン最大出力を超えようとすると、最小値選択部２０ｈではその発電許容値が選択され、ローダポンプ２の入力馬力と発電機８の発電出力の和がそのときのエンジン最大出力を超えないよう発電機８の発電が制限制御されるため、エンジン１の過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００３８】
以上のように構成した本実施の形態によれば、油圧作業部Ｂに関しては、従来通りエンジン１により油圧ポンプ２，６を直接駆動しているため構成が簡単であり、また、電動走行部Ｃに関しては、バッテリ１２を電力の一時保管庫としているためエンジン１の最適運転や電動機９による電力回生が行えるので、作業当りの燃費や排ガス、騒音に関する性能を向上できる。
【００３９】
また、バッテリ制御に関して、定電圧制御部２０ｂ及びエンジン回転数制御部２０ｃにより、バッテリ１２の電圧が下がるとその電圧の低下に応じてエンジン１の回転数が上昇するよう制御するとともに、バッテリ１２の電圧が下がるとその電圧の低下に応じて発電量が増大するよう発電機８の発電を制御しバッテリ１２の電圧を設定値Ｖ０に維持するようにしているので、電動機９の駆動時に、発電機８の発電電力をベース電力とし、バッテリ１２の電力を補助電力として電力供給が可能となり、バッテリ１２の充放電量や充放電頻度が減り、バッテリ１２の長寿命化、高効率化、小型化が可能となる。
【００４０】
つまり、特開２００３−１０２１０６号公報に記載されているようにバッテリの充電量（バッテリ残量ＳＯＣ）を計測し、バッテリ充電量が設定範囲に維持されるようにエンジンをＯＮ・ＯＦＦ制御する場合は、エンジンのＯＮ・ＯＦＦ（発電機のＯＮ・ＯＦＦ）と機器の駆動・非駆動は対応しないので、機器の駆動はバッテリ電力をベース電力とし、発電機の発電電力を補助電力としたものものとなる。これに対し、本実施の形態では、バッテリ１２の充電量ではなく電圧を検出し、バッテリ１２の電圧が下がるとその電圧の低下に応じてエンジン１の回転数と発電機８の発電量の両方を制御している。ここで、バッテリを電力の一時保管庫として用いる場合、機器（電動機９）の駆動時に電流が流れると、バッテリの蓄電量はほとんど変化しないが、バッテリの電圧はバッテリの内部抵抗による電圧降下により低下し、しかもその電圧の低下度合い（電圧降下量）は流れる電流が大きくなればなるほど大きくなるため、バッテリの電圧の低下を検出することにより機器（電動機９）の駆動・非駆動や駆動時の電力の大小を知ることができる。本発明は、この知見に基づくものであり、バッテリ１２の電圧が下がるとその電圧の低下に応じて（好ましくは電圧の低下に比例して）エンジン１の回転数と発電機８の発電量の両方を制御することにより、機器（電動機９）の駆動・非駆動と発電機８のＯＮ・ＯＦＦ及び機器（電動機９）駆動の必要電力と発電機８の発電量とが対応するものとなり、機器（電動機９）の駆動に際して発電機８の発電電力をベース電力とし、バッテリ１２の電力を補助電力とした電力供給が可能となる。その結果、上記従来技術に比べ、バッテリ１２の充放電量や充放電頻度が減り、バッテリ１２の長寿命化、高効率化、小型化が可能となる。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、パワースイッチ１７ａをＯＮにしたときは、エンジン１はバッテリ１２の電圧に係わらず最高回転数Ｎｍａｘとなるよう制御されるため、発電状態によらず最高回転数Ｎｍａｘでエンジン１を駆動し、フロント作業装置の作業に大出力を要求される場合にフロント作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【００４２】
更に、フロント作業装置４の負荷が増大してローダポンプ２の入力馬力が増大すると、ローダポンプ２の入力馬力と発電機８の発電出力の和がそのとき馬力制御部２０ｅで計算されたエンジン最大出力を超えないように発電機８の発電が制限制御されるため、エンジン１の過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態において、エンジン回転数制御部２０ｃでは、定電圧制御部２０ｂで計算された発電出力指令値を用いてエンジン目標回転数を計算したが、発電出力指令値とバッテリ１２の電圧とは相関関係にあるため、バッテリ１２の電圧を直接用いてエンジン目標回転数を計算してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧作業装置に関しては、従来通りエンジンにより油圧ポンプを直接駆動しているので構成が簡単であり、また走行装置に関しては、蓄電装置を電力の一時保管庫とすることでエンジンの最適運転や電力回生が行える。したがって、簡単な構成で作業当りの燃費や排ガス、騒音に関する性能を向上できる。
【００４５】
また、蓄電装置の制御に関して、蓄電装置の電圧が下がるとその電圧の低下に応じてエンジンの回転数が上昇するよう制御するとともに、その電圧の低下に応じて発電量が増大するよう発電機の発電を制御し蓄電装置の電圧を維持するようにしたので、電動機の駆動に際して、発電機の発電電力をベース電力とし、蓄電装置の電力を補助電力とした電力供給が可能となり、蓄電装置の充放電量や充放電頻度が減り、蓄電装置の長寿命化、高効率化、小型化が可能となる。
【００４６】
また、本発明によれば、油圧作業装置の負荷が増大して油圧ポンプの入力馬力が増大するとき、油圧ポンプの入力馬力と発電機の発電出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えないよう発電機の発電が制限制御されるため、エンジンの過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００４７】
更に、本発明によれば、所望の目標回転数を選択した場合は、エンジンは蓄電装置の電圧に係わらずその所望の目標回転数となるよう制御されるため、発電状態によらず所望の回転数でエンジンを駆動し、油圧作業装置の作業に大出力を要求される場合に油圧作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わるハイブリッド式作業車両のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明が適用されるハイブリッド式作業車両の一例としてホイールローダを示す図である。
【図３】コントローラの制御内容を示す機能ブロック図である。
【図４】インバータにおける電動機の駆動特性を示す図である。
【符号の説明】
Ａ エンジン部
Ｂ 油圧作業部
Ｃ 電動走行部
Ｄ 操作制御部
１ エンジン
２ ローダポンプ
３ ステアリング装置
４ フロント作業装置
５ プライオリティバルブ
６ ブレーキバルブ
７ 増速機
８ 発電機
９ 電動機
１０ 変速機
１１ 走行装置
１２ バッテリ
１３ コンバータ
１４ インバータ
１６ アクセルペダル
１７ 操作レバー
１７ａ パワースイッチ
１８ 圧力センサ
２０ コントローラ
２０ａ 電動機指令部
２０ｂ 定電圧制御部
２０ｃ エンジン回転数制御部
２０ｄ エンジン指令切換部
２０ｅ 馬力制御部
２０ｆ 乗算部
２０ｇ 減算部
２０ｈ 最小値選択部
２５ 回転センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関と電動機の二種類の異なる動力源を有するハイブリッド式作業車両に係わり、特にホイールローダ等のハイブリッド式作業車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ホイールローダ等の作業車両として、例えば１９９２年版油空圧工業総覧（５０７〜５３３頁）に記載されるように油圧作業装置とＨＳＴ式の走行装置或いはオートマチツク式の走行装置を備えたものがある。油圧作業装置はエンジンにより油圧ポンプを駆動しその吐出油によりアクチュエータを駆動するものであり、ＨＳＴ式の走行装置はエンジンにより油圧ポンプと油圧モータとで閉回路を構成してホイールを駆動するものであり、オートマチツク式の走行装置はトルクコンバータと自動変速機を用いたものである。
【０００３】
また、特開平１１−１５８９３７号公報に記載のように、エンジンにより油圧ポンプと発電機を駆動して、作業装置は油圧で駆動し、走行装置は発電した電力により駆動する電動式としたものもある。
【０００４】
更に、特開２００３−１０２１０６号公報に記載のように、エンジンにより発電機を駆動して発電し、その電力をバッテリに蓄電し、このバッテリの電力で電動機を駆動して油圧ポンプを駆動し作業装置や走行装置を駆動したり、電動機で直接走行装置を駆動するハイブリッド式としたものもある。このハイブリッド式作業車両では、バッテリ制御方法として、バッテリの充電量（バッテリ残量ＳＯＣ）を計測し、バッテリ充電量が設定範囲内にあるときはエンジンをＯＦＦし、バッテリ充電量が設定範囲以下になるとエンジンをＯＮし、バッテリ充電量が設定範囲に維持されるようにエンジン制御をしている。
【０００５】
【特許文献１】
１９９２年版油空圧工業総覧（５０７〜５３３頁）
【特許文献２】
特開平１１−１５８９３７号公報
【特許文献３】
特開２００３−１０２１０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術には次のような問題がある。
【０００７】
１９９２年版油空圧工業総覧（５０７〜５３３頁）や特開平１１−１５８９３７号公報に記載のようなＨＳＴ式、オートマチック式、電動式の走行装置を用いたものは、いずれも、走行負荷が直接エンジンの負荷となるため、エンジンの負荷変動が大きくなると同時に、走行減速時の車体の慣性エネルギーは熱エネルギー等として外部に放出される結果、作業当りの燃料消費量や排ガス、騒音に関する性能の向上には限界があった。
【０００８】
特開２００３−１０２１０６号公報に記載のハイブリッド式の作業車両では、バッテリをエネルギーの一次貯蔵庫として用いることができ、走行負荷に直接影響されないエンジンの最適運転が可能となるとともに、減速時の電力回生を行うことで、作業当りの燃費や排ガス、騒音に関する性能を向上することができる。
【０００９】
しかし、この従来技術は、バッテリ制御方法として、バッテリの充電量（バッテリ残量ＳＯＣ）を計測し、バッテリ充電量が設定範囲に維持されるようにエンジンをＯＮ・ＯＦＦ制御するものであるため、エンジンのＯＮ・ＯＦＦ（発電機のＯＮ・ＯＦＦ）と機器の駆動・非駆動は対応せず、機器を駆動はバッテリに蓄電された電力をベース電力とし、バッテリの電力を補助的に用いるものとなる。このため、バッテリの充放電量や充放電頻度が多なりく、バッテリ寿命が短くなる。また、充放電時の損失が大きく、エネルギー効率が低下する。更に、充放電量及び充放電頻度を減らし、バッテリ寿命を長くしようとすると、バッテリ容量を大きくする必要があり、バッテリが大型化する。
【００１０】
本発明の目的は、作業装置をエンジン直接駆動の油圧ポンプを有する油圧式（油圧作業装置）とし、走行装置を蓄電装置による電動式（電動走行装置）としたハイブリッド式作業車両において、電動機の駆動に際して、発電機の発電電力をベース電力とし、蓄電装置の電力を補助電力とした電力供給を可能とすることで、蓄電装置の長寿命化、高効率化、小型化を可能とするハイブリッド式作業車両を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明のハイブリッド式作業車両は、エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動され外部に対して作業を行う油圧作業装置と、蓄電装置と、前記エンジンにより駆動され前記蓄電装置に対して電力授受を行う発電機と、前記蓄電装置との電力授受により走行駆動力を発生する電動機と、この電動機により駆動され走行を行う電動走行装置と、前記エンジン、発電機、電動機を制御する操作制御手段とを備え、前記操作制御手段は、前記蓄電装置の電圧が低下するとその電圧の低下に応じて前記エンジンの回転数が上昇するよう制御するエンジン制御手段と、前記蓄電装置の電圧が低下するとその電圧の低下に応じて発電量が増大するよう前記発電機の発電を制御し前記蓄電装置の電圧を維持する発電機制御手段とを有するものとする。
【００１２】
このように蓄電装置の電圧が下がるとその電圧の低下に応じてエンジンの回転数が上昇するよう制御するとともに、その電圧の低下に応じて発電量が増大するよう発電機の発電を制御し蓄電装置の電圧を維持することにより、電動機の駆動に際して、発電機の発電電力をベース電力とし、蓄電装置の電力を補助電力として電力供給が可能となり、蓄電装置の充放電量や充放電頻度が減り、蓄電装置の長寿命化、高効率化、小型化が可能となる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記発電機制御手段は、前記油圧ポンプの入力馬力と前記発電機の発電出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えないように前記発電機の発電を制限制御する。
【００１４】
これにより油圧作業装置の負荷が増大して油圧ポンプの入力馬力が増大したときのエンジンの過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００１５】
（３）また、上記（１）において、好ましくは、前記発電機制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて前記発電機の発電出力指令値を演算する手段と、前記エンジンのそのときの回転数に応じた最大出力を演算する手段と、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出し、そのときのエンジン回転数と前記油圧ポンプの吐出圧力とから前記油圧ポンプの入力馬力を演算する手段と、前記エンジンの最大出力から前記油圧ポンプの入力馬力を減じ前記発電機の許容出力を演算する手段と、前記発電機の発電出力指令値と前記発電機の許容出力とを比較し、両者の小さい方を前記発電機の発電出力指令値とする手段とを有する。
【００１６】
これにより油圧作業装置の負荷が増大して油圧ポンプの入力馬力が増大するとき、油圧ポンプの入力馬力と発電機の発電出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えように発電機の発電が制限制御されるため、エンジンの過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００１７】
（４）更に、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記エンジン制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて求めた前記エンジンの目標回転数と予め設定した所望の目標回転数の一方を選択し、その選択した目標回転数に基づいて前記エンジンの回転数を制御する。
【００１８】
これにより所望の目標回転数を選択した場合は、エンジンは蓄電装置の電圧に係わらずその所望の目標回転数となるよう制御されるため、発電状態によらず所望の回転数でエンジンを駆動し、油圧作業装置の作業に大出力を要求される場合に油圧作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【００１９】
（５）また、上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記発電機制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて前記発電機の発電出力指令値を演算する手段を有し、前記エンジン制御手段は、前記発電機の発電出力指令値に基づいて前記エンジンの目標回転数を演算する手段と、スイッチ手段と、このスイッチ手段の操作により前記目標回転数と予め設定した所望の目標回転数の一方を選択する手段とを有し、その選択した目標回転数に基づいて前記エンジンの回転数を制御する。
【００２０】
これにより所望の目標回転数を選択した場合は、エンジンは蓄電装置の電圧に係わらずその所望の目標回転数となるよう制御されるため、発電状態によらず所望の回転数でエンジンを駆動し、油圧作業装置の作業に大出力を要求される場合に油圧作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態に係わるハイブリッド式作業車両のシステム構成を示す図である。
【００２３】
図１において、本実施の形態に係わるハイブリッド式作業車両は、大きく分けて、エンジン部Ａと、油圧作業部Ｂと、電動走行部Ｃと、操作制御部Ｄから構成されている。
【００２４】
エンジン部Ａはエンジン１と、エンジン回転数を制御する電子燃料噴射装置１ａを備えている。
【００２５】
油圧作業部Ｂは、エンジン１により直接駆動されメインの油圧を供給するローダポンプ２と、ステアリング装置３と、フロント作業装置４と、ステアリング装置３へ優先的に油圧を供給しながらフロント作業装置４への油圧の供給を可能にするプライオリティバルブ５と、図示しないブレーキ等の補助機器に油圧を供給するブレーキポンプ６とを備えている。ステアリング装置３はステアリングシリンダ３ａ，３ｂと、ハンドル３ｃと、ハンドル３ｃにより操作されハンドル３ｃの操作方向と操作量に応じた油圧流量をステアリングシリンダ３ａ又は３ｂに供給するステアリングバルブ３ｄとを有している。フロント作業装置４はバケットシリンダ４ａと、アームシリンダ４ｂと、バケットシリンダ４ａ及びアームシリンダ４ｂに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブ４ｃとを有している。
【００２６】
電動走行部Ｃは、充電用の発電機８と、エンジン１の軸出力を増速して発電機８を駆動する増速機７と、走行用の電動機９と、高／低速を切換える変速機１０と、実際に走行動力を地面に伝達する車輪１１ａを備えた走行装置１１と、蓄電を行うバッテリ１２と、バッテリ１２との電力の授受を行い発電機８を制御するコンバータ（発電機制御装置）１３と、バッテリ１２との電力の授受を行い電動機９を制御するインバータ（電動機制御装置）１４とを備えている。
【００２７】
操作制御部Ｄは、電動機９の駆動指令を入力するアクセルペダル１６と、フロント作業装置４の操作レバー１７上に設けられたパワースイッチ１７ａと、ローダポンプ２の吐出圧を検出する圧力センサ１８と、エンジン１の回転数を検出する回転センサ２５と、全体の制御を行うコントローラ２０とを備えている。
【００２８】
図２に本発明が適用されるハイブリッド式作業車両の一例としてホイールローダを示す。
【００２９】
図２において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、車体前部１０１と車体後部１０２とで構成され、車体前部１０１と車体後部１０２は、ステアリングシリンダ３ａ，３ｂにより車体後部１０２に対して車体前部１０１の向きが変わるように相対回動白在に連結されている。車体前部１０１にはフロント作業装置４と車輸１０３が設けられ、車体後部１０２には運転席１０４と上記の車輸１１ａとが設けられ、運転席１０４にはハンドル３ｃとアクセルペダル１６（図示せず）と操作レバー１７が設けられている。また、車体後部１０２には、上述したエンジン１、ローダポンプ２、ステアリングバルブ３ｄ、コントロールバルブ４ｃ、プライオリティバルブ５、ブレーキポンプ６、発電機８、増速機７、電動機９、変速機１０、バッテリ１２、コンバータ１３、インバータ１４、コントローラ２０が搭載されている。フロント作業装置４はバケット１０５とリフトアーム１０６からなり、バケット１０５はバケットシリンダ４ａの伸縮によりチルト・ダンプ動作し、リフトアーム１０６はアームシリンダ４ｂの伸縮により上下に動作する。
【００３０】
図３にコントローラ２０の制御内容を機能ブロック図で示す。
【００３１】
コントローラ２０は、電動機指令部２０ａ、定電圧制御部２０ｂ、エンジン回転数制御部２０ｃ、エンジン指令切換部２０ｄ、馬力制御部２０ｅ、乗算部２０ｆ、減算部２０ｇ、最小値選択部２０ｈの各機能を有している。
【００３２】
電動機指令部２０ａは、アクセルペダル１６の指令（アクセル信号）に応じてモータトルク指令を算出し、インバータ１４へ出力することで電動機９を駆動し走行装置１１を駆動する。インバータ１４は、図４に示すような電動機９の駆動特性を有し、これによりそのときの最大出力特性と電動機９の回転数とから回転数毎のモータトルクを求め、そのモータトルクとなるよう電動機９の出力トルクを制御する。ここで、電動機指令部２０ａは、アクセルペダル１６の指令に応じた最大出力割合（％）をモータトルク指令として計算するものであり、インバータ１４はその最大出力割合に応じて最大出力特性１４を増減させる。つまり、アクセルペダル１６がフル操作されたときは、電動機指令部２０ａは１００％のモータトルク指令を計算し、インバータ１４はそのモータトルク指令に基づいて最大出力特性を図４に符号１４ａで示す１００％の特性とし、この１００％の最大出力特性１４ａとそのときの電動機９の回転数とからその回転数に対応したモータトルクを求め、そのモータトルクとなるよう電動機９の出力トルクを制御する。アクセルペダル１６の踏み込み量が減ると、電動機指令部２０ａは１００％より小さい例えば６０％のモータトルク指令を計算し、インバータ１４はそのモータトルク指令に基づいて最大出力特性を例えば図４に符号１４ｂで示す６０％の特性とし、この６０％の最大出力特性１４ｂとそのときの電動機９の回転数とからその回転数に対応したモータトルクを求め、そのモータトルクとなるよう電動機９の出力トルクを制御する。インバータ１４は電動機９の回転数を内部パラメータとして把握しており、モータトルクの算出に当たってはその値が用いられる。
【００３３】
定電圧制御部２０ｂはバッテリ１２の電圧（出力電圧）を設定値Ｖ０に維持するように発電機８の発電出力指令値を算出し、エンジン回転数制御部２０ｃはその発電出力指令値に応じたエンジン１の目標回転数を算出する。
【００３４】
ここで、定電圧制御部２０ｂには、バッテリ１２の電圧が設定値Ｖ０以上では発電出力指令値は０であり、バッテリ１２の電圧がＶ０より低下するとその低下量に比例して発電出力指令値が増大し、バッテリ１２の電圧がＶａまで低下すると、発電出力指令値は最大の一定値となるようにバッテリ１２の電圧と発電出力指令値との関係が設定されている。このようにバッテリ１２の電圧Ｖ０とＶａの間で発電機出力の比例制御をすることにより電動機９を駆動するのに必要な分だけ発電し、効率的なバッテリ制御が可能となる。バッテリ１２はバッテリ１２の電圧を検出する電圧検出部を備えたバッテリコントローラを内蔵しており、発電出力指令値の算出に当たってはその検出値が用いられる。
【００３５】
エンジン回転数制御部２０ｃには、発電出力指令値がある中間値Ａ以下ではエンジン目標回転数は一定の最低回転数Ｎｍｉｎであり、発電出力指令値がその値Ａより大きくなるとその増加量に比例してエンジン目標回転数が増大し、発電出力指令値が最大ｍａｘ或いはその付近まで増加すると、エンジン目標回転数が最高回転数、例えば定格回転数Ｎｍａｘとなるよう発電出力指令値とエンジン目標回転数の関係が設定されている。このように発電出力指令値Ａとｍａｘとの間でエンジン回転数の比例制御をすることにより、発電に必要な分だけエンジン回転数を上げ、効率的なエンジン及びバッテリ制御が可能となる。なお、発電出力指令値Ａとｍａｘとの間の発電出力指令値とエンジン目標回転数との関係は直線比例ではなく、二次曲線的な比例関係であってもよいし、段階的に増大する関係であっても良い
エンジン指令切換部２０ｄは、フロント作業装置４の操作レバー１７上に設けられたパワースイッチ１７ａがＯＦＦの場合は、エンジン回転数制御部１５ｃからの目標回転数を選択し、パワースイッチ１７ａがＯＮになると予め設定した目標回転数、例えば最高回転数Ｎｍａｘを選択する。選択した目標回転数は目標燃料噴射量信号に変換された後、エンジン１の電子燃料噴射装置１ａに出力される。これによりパワースイッチ１７ａをＯＮにしたときは、エンジン１はバッテリ１２の電圧に係わらず最高回転数Ｎｍａｘとなるよう制御されるため、発電状態によらず最高回転数Ｎｍａｘでエンジン１を駆動し、フロント作業装置の作業に大出力を要求される場合にフロント作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【００３６】
馬力制御部２０ｅは、そのときのエンジン回転数に応じたエンジン最大出力（馬力）を算出する。馬力制御部２０ｅには、エンジン回転数が最低回転数Ｎｍｉｎから最高回転数Ｎｍａｘに増大するとそれに応じてエンジン最大出力も増大するようにエンジン回転数とエンジン最大出力との関係が設定されている。エンジン回転数としては回転センサ２５の検出値（実回転数）が用いられる。なお、回転センサ２５の検出値に代え、エンジン指令切換部２０ｄの出力値である目標回転数を用いてもよい。
【００３７】
乗算部２０ｆはエンジン回転数とローダポンプ２の吐出圧（ポンプ圧力）を乗算して油圧作業部Ｂで消費されるポンプ馬力（ローダポンプ２の入力馬力）を演算し、減算部２０ｇは馬力制御部２０ｅで演算されたエンジン最大出力から乗算部２０ｆで演算されたポンプ馬力を減ずることで発電許容値（許容出力）を算出する。乗算部２０ｆで用いるエンジン回転数としては回転センサ２５の検出値（実回転数）又はエンジン指令切換部２０ｄの出力値である目標回転数が用いられ、ポンプ吐出圧としては圧力センサ１８の検出値が用いられる。そして、最小値選択部２０ｈは定電圧制御部２０ｂで演算された発電機８の発電出力指令値と減算部２０ｇで演算された発電許容値の小さい方を最終的な発電出力指令値として選択することで、発電出力指令値が発電許容値を超えないように発電出力指令値を制限してコンバータ１３へ出力し、バッテリ１２への電力供給を行う。これによりフロント作業装置４の負荷が増大してローダポンプ２の入力馬力が増大し、ローダポンプ２の入力馬力と発電機８の発電出力指令値が示す発電出力の和がそのとき馬力制御部２０ｅで計算されたエンジン最大出力を超えようとすると、最小値選択部２０ｈではその発電許容値が選択され、ローダポンプ２の入力馬力と発電機８の発電出力の和がそのときのエンジン最大出力を超えないよう発電機８の発電が制限制御されるため、エンジン１の過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００３８】
以上のように構成した本実施の形態によれば、油圧作業部Ｂに関しては、従来通りエンジン１により油圧ポンプ２，６を直接駆動しているため構成が簡単であり、また、電動走行部Ｃに関しては、バッテリ１２を電力の一時保管庫としているためエンジン１の最適運転や電動機９による電力回生が行えるので、作業当りの燃費や排ガス、騒音に関する性能を向上できる。
【００３９】
また、バッテリ制御に関して、定電圧制御部２０ｂ及びエンジン回転数制御部２０ｃにより、バッテリ１２の電圧が下がるとその電圧の低下に応じてエンジン１の回転数が上昇するよう制御するとともに、バッテリ１２の電圧が下がるとその電圧の低下に応じて発電量が増大するよう発電機８の発電を制御しバッテリ１２の電圧を設定値Ｖ０に維持するようにしているので、電動機９の駆動時に、発電機８の発電電力をベース電力とし、バッテリ１２の電力を補助電力として電力供給が可能となり、バッテリ１２の充放電量や充放電頻度が減り、バッテリ１２の長寿命化、高効率化、小型化が可能となる。
【００４０】
つまり、特開２００３−１０２１０６号公報に記載されているようにバッテリの充電量（バッテリ残量ＳＯＣ）を計測し、バッテリ充電量が設定範囲に維持されるようにエンジンをＯＮ・ＯＦＦ制御する場合は、エンジンのＯＮ・ＯＦＦ（発電機のＯＮ・ＯＦＦ）と機器の駆動・非駆動は対応しないので、機器の駆動はバッテリ電力をベース電力とし、発電機の発電電力を補助電力としたものものとなる。これに対し、本実施の形態では、バッテリ１２の充電量ではなく電圧を検出し、バッテリ１２の電圧が下がるとその電圧の低下に応じてエンジン１の回転数と発電機８の発電量の両方を制御している。ここで、バッテリを電力の一時保管庫として用いる場合、機器（電動機９）の駆動時に電流が流れると、バッテリの蓄電量はほとんど変化しないが、バッテリの電圧はバッテリの内部抵抗による電圧降下により低下し、しかもその電圧の低下度合い（電圧降下量）は流れる電流が大きくなればなるほど大きくなるため、バッテリの電圧の低下を検出することにより機器（電動機９）の駆動・非駆動や駆動時の電力の大小を知ることができる。本発明は、この知見に基づくものであり、バッテリ１２の電圧が下がるとその電圧の低下に応じて（好ましくは電圧の低下に比例して）エンジン１の回転数と発電機８の発電量の両方を制御することにより、機器（電動機９）の駆動・非駆動と発電機８のＯＮ・ＯＦＦ及び機器（電動機９）駆動の必要電力と発電機８の発電量とが対応するものとなり、機器（電動機９）の駆動に際して発電機８の発電電力をベース電力とし、バッテリ１２の電力を補助電力とした電力供給が可能となる。その結果、上記従来技術に比べ、バッテリ１２の充放電量や充放電頻度が減り、バッテリ１２の長寿命化、高効率化、小型化が可能となる。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、パワースイッチ１７ａをＯＮにしたときは、エンジン１はバッテリ１２の電圧に係わらず最高回転数Ｎｍａｘとなるよう制御されるため、発電状態によらず最高回転数Ｎｍａｘでエンジン１を駆動し、フロント作業装置の作業に大出力を要求される場合にフロント作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【００４２】
更に、フロント作業装置４の負荷が増大してローダポンプ２の入力馬力が増大すると、ローダポンプ２の入力馬力と発電機８の発電出力の和がそのとき馬力制御部２０ｅで計算されたエンジン最大出力を超えないように発電機８の発電が制限制御されるため、エンジン１の過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態において、エンジン回転数制御部２０ｃでは、定電圧制御部２０ｂで計算された発電出力指令値を用いてエンジン目標回転数を計算したが、発電出力指令値とバッテリ１２の電圧とは相関関係にあるため、バッテリ１２の電圧を直接用いてエンジン目標回転数を計算してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧作業装置に関しては、従来通りエンジンにより油圧ポンプを直接駆動しているので構成が簡単であり、また走行装置に関しては、蓄電装置を電力の一時保管庫とすることでエンジンの最適運転や電力回生が行える。したがって、簡単な構成で作業当りの燃費や排ガス、騒音に関する性能を向上できる。
【００４５】
また、蓄電装置の制御に関して、蓄電装置の電圧が下がるとその電圧の低下に応じてエンジンの回転数が上昇するよう制御するとともに、その電圧の低下に応じて発電量が増大するよう発電機の発電を制御し蓄電装置の電圧を維持するようにしたので、電動機の駆動に際して、発電機の発電電力をベース電力とし、蓄電装置の電力を補助電力とした電力供給が可能となり、蓄電装置の充放電量や充放電頻度が減り、蓄電装置の長寿命化、高効率化、小型化が可能となる。
【００４６】
また、本発明によれば、油圧作業装置の負荷が増大して油圧ポンプの入力馬力が増大するとき、油圧ポンプの入力馬力と発電機の発電出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えないよう発電機の発電が制限制御されるため、エンジンの過負荷を防止し、エンジンストールを防止することができる。
【００４７】
更に、本発明によれば、所望の目標回転数を選択した場合は、エンジンは蓄電装置の電圧に係わらずその所望の目標回転数となるよう制御されるため、発電状態によらず所望の回転数でエンジンを駆動し、油圧作業装置の作業に大出力を要求される場合に油圧作業装置の作業を優先した制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わるハイブリッド式作業車両のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明が適用されるハイブリッド式作業車両の一例としてホイールローダを示す図である。
【図３】コントローラの制御内容を示す機能ブロック図である。
【図４】インバータにおける電動機の駆動特性を示す図である。
【符号の説明】
Ａ エンジン部
Ｂ 油圧作業部
Ｃ 電動走行部
Ｄ 操作制御部
１ エンジン
２ ローダポンプ
３ ステアリング装置
４ フロント作業装置
５ プライオリティバルブ
６ ブレーキバルブ
７ 増速機
８ 発電機
９ 電動機
１０ 変速機
１１ 走行装置
１２ バッテリ
１３ コンバータ
１４ インバータ
１６ アクセルペダル
１７ 操作レバー
１７ａ パワースイッチ
１８ 圧力センサ
２０ コントローラ
２０ａ 電動機指令部
２０ｂ 定電圧制御部
２０ｃ エンジン回転数制御部
２０ｄ エンジン指令切換部
２０ｅ 馬力制御部
２０ｆ 乗算部
２０ｇ 減算部
２０ｈ 最小値選択部
２５ 回転センサ
Claims (5)
- エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出油により駆動され外部に対して作業を行う油圧作業装置と、蓄電装置と、前記エンジンにより駆動され前記蓄電装置に対して電力授受を行う発電機と、前記蓄電装置との電力授受により走行駆動力を発生する電動機と、この電動機により駆動され走行を行う電動走行装置と、前記エンジン、発電機、電動機を制御する操作制御手段とを備え、
前記操作制御手段は、前記蓄電装置の電圧が低下するとその電圧の低下に応じて前記エンジンの回転数が上昇するよう制御するエンジン制御手段と、前記蓄電装置の電圧が低下するとその電圧の低下に応じて発電量が増大するよう前記発電機の発電を制御し前記蓄電装置の電圧を維持する発電機制御手段とを有することを特徴とするハイブリッド式作業車両。 - 請求項１記載のハイブリッド式作業車両において、
前記発電機制御手段は、前記油圧ポンプの入力馬力と前記発電機の発電出力の和がそのときのエンジンの最大出力を超えないように前記発電機の発電を制限制御することを特徴とするハイブリッド式作業車両。 - 請求項１記載のハイブリッド式作業車両において、
前記発電機制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて前記発電機の発電出力指令値を演算する手段と、前記エンジンのそのときの回転数に応じた最大出力を演算する手段と、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出し、そのときのエンジン回転数と前記油圧ポンプの吐出圧力とから前記油圧ポンプの入力馬力を演算する手段と、前記エンジンの最大出力から前記油圧ポンプの入力馬力を減じ前記発電機の許容出力を演算する手段と、前記発電機の発電出力指令値と前記発電機の許容出力とを比較し、両者の小さい方を前記発電機の発電出力指令値とする手段とを有することを特徴とするハイブリッド式作業車両。 - 請求項１又は２記載のハイブリッド式作業車両において、
前記エンジン制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて求めた前記エンジンの目標回転数と予め設定した所望の目標回転数の一方を選択し、その選択した目標回転数に基づいて前記エンジンの回転数を制御することを特徴とするハイブリッド式作業車両。 - 請求項１又は２項記載のハイブリッド式作業車両において、
前記発電機制御手段は、前記蓄電装置の電圧に基づいて前記発電機の発電出力指令値を演算する手段を有し、
前記エンジン制御手段は、前記発電機の発電出力指令値に基づいて前記エンジンの目標回転数を演算する手段と、スイッチ手段と、このスイッチ手段の操作により前記目標回転数と予め設定した所望の目標回転数の一方を選択する手段とを有し、その選択した目標回転数に基づいて前記エンジンの回転数を制御することを特徴とするハイブリッド式作業車両。
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