JP2008201391A - 電気駆動式荷役車両の前後進切替装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気駆動式の荷役車両における前後進を短時間で切り替える。
【解決手段】走行を制御する走行コントローラ２１に設けられた前後進制御部２１ａに、前後進切替レバーにより現在の走行方向と逆方向に走行方向が切り替えられた場合に、走行速度に対応する回生ブレーキの回生制動トルクを求め、この回生制動トルクを前後進切替時の全制動トルクに割り当て、この回生制動トルクのみでは全制動トルクが不足する場合に、回生制動トルクに補充する油圧ブレーキの機械制動トルクを求める制動制御部２５と、全制動トルクまたは制動制御部２５で求められた回生制動トルクに基づいて回生ブレーキを作動させる回生制動出力部２７と、制動制御部２５で求められた機械制動トルクに基づいて油圧ブレーキを作動させる機械制動出力部２８とを具備した。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動式走行モータにより走行駆動される電気駆動式荷役車両の前後進切替装置に関する。

エンジン駆動式の荷役車両では、荷役作業中に前後進切替レバーを操作して前進⇔後進を切り換えた時に、トランスミッションのクラッチを徐々に接続して衝撃を軽減するモジュレート機構を有する前後進切替装置が設けられている。またこの前後進切替装置には、前後進の切替までの停止距離や切替に要する時間を短縮するために、油圧ブレーキを自動的に作動させるものが、たとえば特許文献１に開示されている。
特開平４−１２３９３９号公報

上記従来のモジュレート機構を有する前後進切替装置では、ディスクブレーキなどの油圧ブレーキ（機械ブレーキ）を作動してその摩擦抵抗により走行車輪を制動するが、荷役作業中に前後進の切替が多数回に及ぶと、ブレーキディスクやブレーキパッドなどブレーキ部品の磨耗も多く、また発熱も多い。

クラッチがなくモジュレート機構も不要な電気駆動式の荷役車両の場合、油圧ブレーキに頼らず、インバータ装置により回生ブレーキを作動させることが考えられる。しかし、一般的に荷役車両に搭載される走行用の電動モータおよびインバータ装置は、電気容量の関係で、高速回転（高速走行）になるほど制動トルクが小さくなる。このため、高速走行時に前後進を切り替えると、停止までの制動距離が長くなり、前後進の切替に要する時間を短縮するために、結局オペレータがブレーキペダルを踏み込み油圧ブレーキを作動させて車両を停止させるので、オペレータの操作と疲労とが増加することになる。

本発明は上記問題点を解決して、オペレータの疲労を軽減できるとともに、荷役作業時の前後進切替に要する時間を短縮することができ、かつ機械ブレーキ部品の磨耗も少ない電気駆動式荷役車両の前後進切替装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、インバータ装置により制御される電動モータを介して走行車輪を回転駆動し車両本体を走行させる走行装置と、走行車輪をそれぞれ制動可能な機械ブレーキと、インバータ装置を制御して走行車輪を制動可能な回生ブレーキと、前進モードから後進モードに、または後進モードから前進モードに走行方向を切り替える走行方向切替操作部材とを具備した電気駆動式荷役車両の前後進切替装置であって、車両本体の走行方向と走行速度とを検出する速度検出器を設け、前記走行装置を制御する走行コントローラの前後進制御部に、前記走行方向切替操作部材の操作信号に基づいて、前記速度検出器により検出された走行速度から回生ブレーキの回生制動トルクを求め、当該回生制動トルクを、予め設定された前後進切替時の全制動トルクに割り当て、回生制動トルクだけでは全制動トルクが得られない場合に、回生制動トルクに補充する機械ブレーキの機械制動トルクを求める制動制御部と、全制動トルクまたは制動制御部で求められた回生制動トルクに基づいて回生ブレーキを作動させる回生制動出力部と、前記制動制御部で求められた機械制動トルクに基づいて機械ブレーキを作動させる機械制動出力部とを設けたものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、前後進切替時の全制動トルクは、車両本体に加わる加速度が−０．３×Ｇ〜−０．４×Ｇ（Ｇは重力加速度に相当する値）の範囲でかつ一定値に設定されたものである。

請求項１記載の発明によれば、前後進の切替時に、車両本体を一旦停止させる全制動トルクに、回生ブレーキの回生制動トルクを割り当て、さらに回生制動トルクだけでは全制動トルクが得られない場合には、不足分を機械ブレーキの機械制動トルクにより補充するので、高速走行時であっても、回生ブレーキに加えて機械ブレーキを自動的に作動させて、短い制動距離で車両を停止させて短時間で走行方向を切り替えることができ、また機械ブレーキのブレーキ部品の磨耗を最小限に抑制することができる。

請求項２記載の構成によれば、全制動トルクを、車両本体に加わる加速度が−０．３×Ｇ〜−０．４×Ｇの範囲でかつ一定値に設定することにより、前後進切替時にオペレータが感じる減速感を、疲労が感じられない範囲に保持することができる。また走行速度が異なっていても、同一の全制動トルクで制動するので、同じ減速感で停止され、走行と停止を多く繰り返す荷役作業の疲労を大幅に軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
本発明に係る電気駆動式荷役車両であるホイールローダの実施の形態１を図面を参照して説明する。

図２，図３に示すように、バケット２ａなどの作業具を作業ブーム２ｂを介して回動および昇降駆動する荷役装置２を具備したホイールローダの車両本体１には、エンジン１１により駆動される発電機１２と油圧ポンプ１３とが搭載されている。そして発電機１２の電力により電動式走行モータ１５を介して前後の走行車輪１４を回転駆動する走行装置９が設けられるとともに、油圧ポンプ１３の油圧により荷役装置２や油圧ブレーキ（機械ブレーキ）１６などが駆動される。

前記走行装置９は、各走行モータ１５により減速機を介して走行車輪１４がそれぞれ回転駆動され、走行コントローラ２１によりインバータ装置２２を介して各走行モータ１５が制御される。また各走行車輪１４には、アクスルにブレーキディスクやブレーキパッドなどのブレーキ部品を作動して制動する油圧ブレーキ１６が設けられており、操縦席３に設けられたブレーキペダル４により油圧ブレーキ１６が操作される。また各走行車輪１４を制動する別の制動装置として、走行コントローラ２１によりインバータ装置２２を介して走行モータ１５を回生制動する回生ブレーキが設けられており、油圧ブレーキ１６と回生ブレーキとにより各走行車輪１４がそれぞれ制動される。また各走行車輪１４には、それぞれ回転方向（走行方向）と回転速度（走行速度）とを検出するたとえばパルスエンコーダからなる回転センサ（速度検出器）１７が設けられ、回転センサ１７の検出パルスを走行コントローラ２１に入力するように構成されている。

図６に示すように、発電機１２から走行モータ１５に電力を供給するインバータ装置２２は、サイリスタコンバータを２組用いた可逆コンバータにより構成されており、コンバータ部４１、平滑回路部４２およびインバータ部４３と、サイリスタとコイルからなる整流回路４４を介して回生電力を蓄電するキャパシタ（蓄電器）４５と、キャパシタ４５が過充電された時に回生電力を消費するための放熱用の冷却ファン付制動用抵抗器４６とを具備し、回生制動時の回生電力をキャパシタ４５に蓄電して走行時に有効利用するように構成されている。もちろん、キャパシタ４５を取り外し自在としてオプション化し、キャパシタ４５を取り外した状態で回生制動時に回収された電力を制動用抵抗器４６からすべて放熱するように構成してもよい。そして、走行コントローラ２１からインバータ部４３に走行モータ１５を走行制御および回生制御する制御信号が出力される。

図２に示すように、前記操縦席３には、ブレーキペダル４の他、ステアリングハンドル５、アクセルペダル６、走行速度モード切換スイッチ７および前後進切替レバー（走行方向切替操作部材）８が設けられている。

図４に示すように、油圧ブレーキ１６を操作するブレーキ用油圧回路３１は、油圧ポンプ１３により供給される圧油を溜めるブレーキ用アキュムレータ３２と、操縦席３に設けられたブレーキペダル４により操作され踏圧に比例して所定圧の圧油をブレーキ用アキュムレータ３２から油圧ブレーキ１６に供給および排出可能なブレーキバルブ（比例制御式スプール弁）３３と、ブレーキバルブ３３のパイロット部３４の油圧を制御する電磁式制御弁３５を具備している。そして油圧ブレーキ１６は、ブレーキバルブ３３から圧油が供給排出される単動形シリンダの駆動室１６ａと、駆動室１６ａからの圧油を排出する解放用ばね１６ｂが設けられ、この駆動室１６ａに圧油を供給することにより油圧ブレーキ１６を作動することができる。

したがって、ブレーキペダル４を踏むことにより、ブレーキバルブ３３をＩ位置からII位置に切換えて、ブレーキ用アキュムレータ３２の圧油を油圧ブレーキ１６の駆動室１６ａに供給し油圧ブレーキ１６を作動することができる。また走行コントローラ２１から出力される励磁信号により電磁式制御弁３５が操作されて、電磁式制御弁３５からブレーキバルブ３３のパイロット部３４にパイロット圧が出力されると、ブレーキバルブ３３がＩ位置からII位置に切換えられて、パイロット圧に応じた圧油をブレーキ用アキュムレータ３２から駆動室１６ａに供給し、油圧ブレーキ１６を作動されて走行車輪１４が制動される。

図５に示すように、走行装置９を操作する走行コントローラ２１には、前後進切替時に走行車輪１４を制動するための前後進制御部２１ａが設けられており、この前後進制御部２１ａには、回転センサ１７の検出パルスから車両本体１の走行方向と走行速度とを求めるパルス弁別部２３と、前後進切替レバー８の操作信号を出力する前後進切替判断部２４と、前後進切替判断部２４とパルス弁別部２３の信号に基づいて、予め設定された全制動トルクＢを賄うための回生制動トルクと機械制動トルクとを求める制動制御部２５と、全制動トルクＢまたは制動制御部２５で求められた回生制動トルクに基づいてインバータ装置２２に制動指令を出力する回生制動出力部２７と、制動制御部２５で求められた機械制動トルクに基づいて電磁式制御弁３５に励磁信号を出力する機械制動出力部２８とが具備されている。前記制動制御部２５では、まず前後進切替判断部２４の前進→後進または後進→前進の操作信号とパルス弁別部２３の信号とにより、現在の走行方向が前後進切替レバー８の走行指示方向と異なる時に制動すると判断する。そしてパルス弁別部２３から出力される走行速度に基づいて、制動トルク算出テーブル２６から走行速度に対応する回生ブレーキの回生制動トルクを求める。さらにこの回生制動トルクと前後進切替時の全制動トルクＢとを比較して、回生制動トルクが全制動トルクＢより大きい場合には、全制動トルクＢを回生制動出力部２７に出力する。一方、回生制動トルクが全制動トルクＢより小さい場合には、回生制動トルクより大きい全制動トルクＢのトルク分を、機械ブレーキ１６に割り当てるために必要な機械制動トルクを求め、機械制動出力部２８に出力するように構成されている。

ここで本発明に係る前後進切替装置２０は、前後進切替レバー８および回転センサ１７と、前後進制御部２１ａとで構成される。
図１に示すように、回生ブレーキによる回生制動能力は、回生制動トルク曲線Ａに示すように、主に走行モータ１５とインバータ装置２２の電気容量により制限されており、走行速度（走行モータ１５の回転数）が高くなるほど低下する。またここで、前進⇔後進の操作が繰り返される作業時の通常の速度範囲は、約１２．５ｋｍ／ｈ以下である。そして本発明では、前後進切替時の全制動トルクＢが、車両本体１（オペレータ）に加わる加速度を−０．３×Ｇ〜−０．４×Ｇ（Ｇは重力加速度に相当する値）の範囲でかつ一定となるように設定されている。なお、図１には、平坦路の走行抵抗値と１０°傾斜路の登坂抵抗値と２０°傾斜路の登坂抵抗値に対応する制動トルクがあらわされている。

したがって、制動制御部２５では、まず走行速度に対応した回生ブレーキの回生制動トルクを求めて、その一部または全部を全制動トルクＢに割り当てる。そして回生ブレーキの回生制動トルクにより全制動トルクＢが得られる場合には、全制動トルクＢに基づいて回生制動出力部２７からインバータ装置２２に制動指令を出力し、回生ブレーキのみで走行車輪１４を制動する。また回生制動トルクだけでは全制動トルクＢが得られない場合には、回生制動トルクに補充する油圧ブレーキ１６の機械制動トルクを求める。そして制動制御部２５で求められた回生制動トルクに基づいて回生制動出力部２７からインバータ装置２２に制動指令を出力し、回生ブレーキにより走行車輪１４を制動すると同時に、制動制御部２５で求められた機械制動トルクに基づいて機械制動出力部２８から電磁式制御弁３５に励磁信号を出力し、油圧ブレーキ１６を自動的に作動させて走行車輪１４を制動する。

ここで、前後進切替時の全制動トルクＢの設定値を、車両本体１に加わる加速度を−０．３×Ｇ〜−０．４×Ｇの範囲としたが、車両本体１に加わる加速度が−０．３×Ｇより小さいと、制動距離が長くなって前後進の切替に時間がかかり過ぎるためであり、車両本体１に係る加速度が−０．４×Ｇより大きいと、オペレータが体感する減速感が大き過ぎて疲労が大きくなるからである。また前後進切替時の全制動トルクＢを一定とすることで、走行速度が異なる前後進であっても体感する減速感が一定となり、オペレータの疲労を少なくすることができる。

上記構成において、作業走行時に操縦席３でオペレータが前後進切替レバー８を操作して、前進モードから後進モードに、または後進モードから前進モードに切り替えると、走行コントローラ２１の前後進切替判断部２４で検出される。そしてパルス弁別部２３で、回転センサ１７からの検出パルスにより車両本体１の走行方向と走行速度とが検出され、制動制御部２５では、現在の走行方向が前後進切替レバー８の操作指示方向と反対の場合に、制動トルク算出テーブル２６に基づいて、走行速度に対応する回生ブレーキの回生制動トルクを求め、この回生制動トルクを走行方向切替時の全制動トルクＢに割り当てる。そしてこの回生制動トルクだけでは全制動トルクＢが得られない場合に、不足分を油圧ブレーキ１６により補充するために、必要な機械制動トルクを求める。

たとえば図１において、回生制動トルク曲線Ａと全制動トルクＢの交点Ｐとなる走行速度４．５ｋｍ／ｈ以下では、走行方向切替時の全制動トルクＢのすべてを回生ブレーキにより賄い、全制動トルクＢに基づいて回生制動出力部２７から回生制動指令をインバータ装置２２に出力し走行車輪１４を制動する。また走行速度が４．５ｋｍ／ｈを越えると、油圧ブレーキ１６によって補充する機械制動トルクを求める。

そして、全制動トルクＢまたは制動制御部２５で求められた回生制動トルクに基づいて回生制動出力部２７から回生制動指令をインバータ装置２２に出力すると同時に、制動制御部２５で求められた機械制動トルクに基づいて機械制動出力部２８から電磁式制御弁３５に励磁信号を出力して油圧ブレーキ１６を作動させる。これにより、電磁式制御弁３５から所定のパイロット圧がパイロット部３４に送られてブレーキバルブ３３が作動され、ブレーキ用アキュムレータ３２の圧油が自動的に油圧ブレーキ１６に送られて走行車輪１４を制動する。

上記実施の形態によれば、前後進切替レバー８により、前進→後進または後進→前進に切り替えられると、前後進制御部２５ａでは、走行速度に対応する回生ブレーキの回生制動トルクを求めてこれを前後進切替時の全制動トルクＢに割り当て、全制動トルクＢが得られる場合には、回生ブレーキのみでインバータ装置２２を介して走行車輪１４を制動する。回生ブレーキのみで全制動トルクＢが得られない場合には、回生ブレーキに加えて油圧ブレーキ１６を自動的に作動させ、回生制動トルクに機械制動トルクを補充して全制動トルクＢを得る。このように低速時には回生ブレーキのみを使用して制動し、高速時に回生ブレーキに加えて油圧ブレーキ１６を自動的に作動させて制動するように構成したので、前後進切替時に高速走行している時であっても、全制動トルクＢにより走行車輪１４を制動することができ、停車距離も短くかつ短時間で走行方向を切り替えることができる。また前後進切替時には、油圧ブレーキ１６を補助的に使用するので、油圧ブレーキ１６のブレーキ部品の磨耗を大幅に低減することができ、また発熱も少なくすることができる。

さらに前後進切替時の全制動トルクＢを、オペレータに加わる加速度が−０．３×Ｇ〜−０．４×Ｇの範囲に設定したので、疲労が大きくなるような過大な減速感をオペレータに与えることがない制動制動力で車両本体１を停止させて、前後進の切替に時間がかかり過ぎることがない。また前後進切替時の全制動トルクＢを一定としたので、前後進ごとに走行速度が異なっていても、オペレータが感じる減速感を一定とすることができ、オペレータの疲労を軽減することができる。

本発明に係る電気駆動式荷役車両の前後進切替装置の実施の形態を示し、車両の走行速度と回生制動トルク、全制動トルクの関係を示すグラフである。 電気駆動式荷役車両の構成図である。 電気駆動式荷役車両の概略側面図である。 油圧ブレーキの配管構成図である。 走行コントローラの前後進制御部を示す構成図である。 インバータ装置を示す構成図である。

符号の説明

１ 車両本体
２ 荷役装置
３ 操縦席
４ ブレーキペダル
８ 前後進切替レバー（走行方向切替操作部材）
９ 走行装置
１１ エンジン
１２ 発電機
１３ 油圧ポンプ
１４ 走行車輪
１５ 走行モータ
１６ 油圧ブレーキ
１７ 回転センサ
２０ 前後進切替装置
２１ 走行コントローラ
２１ａ 前後進制御部
２２ インバータ装置
２３ パルス弁別部
２４ 前後進切替判断部
２５ 制動制御部
２６ 制動トルク算出テーブル
２７ 回生制動出力部
２８ 機械制動出力部
３１ ブレーキ用油圧回路
３２ ブレーキ用アキュムレータ
３３ ブレーキバルブ
３４ パイロット部
３５ 電磁式制御弁

Claims (2)

1. インバータ装置により制御される電動モータを介して走行車輪を回転駆動し車両本体を走行させる走行装置と、走行車輪をそれぞれ制動可能な機械ブレーキと、インバータ装置を制御して走行車輪を制動可能な回生ブレーキと、前進モードから後進モードに、または後進モードから前進モードに走行方向を切り替え可能な走行方向切替操作部材とを具備した電気駆動式荷役車両の前後進切替装置であって、
   車両本体の走行方向と走行速度とを検出する速度検出器を設け、
   前記走行装置を制御する走行コントローラの前後進制御部に、
   前記走行方向切替操作部材の操作信号に基づいて、前記速度検出器により検出された走行速度から回生ブレーキの回生制動トルクを求め、当該回生制動トルクを、予め設定された前後進切替時の全制動トルクに割り当て、回生制動トルクだけでは全制動トルクが得られない場合に、回生制動トルクに補充する機械ブレーキの機械制動トルクを求める制動制御部と、
   全制動トルクまたは制動制御部で求められた回生制動トルクに基づいて回生ブレーキを作動させる回生制動出力部と、
   前記制動制御部で求められた機械制動トルクに基づいて機械ブレーキを作動させる機械制動出力部とを設けた
   電気駆動式荷役車両の前後進切替装置。
2. 前後進切替時の全制動トルクは、車両本体に加わる加速度が−０．３×Ｇ〜−０．４×Ｇ（Ｇは重力加速度に相当する値）の範囲でかつ一定値に設定された
   請求項１記載の電気駆動式荷役車両の前後進切替装置。

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