JP2013091378A

JP2013091378A - ハイブリッド式作業車両

Info

Publication number: JP2013091378A
Application number: JP2011233755A
Authority: JP
Inventors: Toru Kikuchi; 徹菊地
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-05-16

Abstract

【課題】走行系の異常時にステアリング操作が可能な時間を十分に確保できるハイブリッド式作業車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド式作業車両は、キャパシタ３０から出力された直流電力を交流電力に変換する非常用インバータ２３と、非常用インバータ２３で変換された交流電力により駆動する非常用電動機１３と、非常用電動機１３により駆動される非常用ポンプ３と、メインポンプ２または非常用ポンプ３からの圧油により駆動されるステアリング装置７と、走行系の異常が検出されたとき、キャパシタ３０から非常用インバータ２３に供給される直流電力を非常用インバータ２３によって交流電力に変換し、非常用電動機１３により非常用ポンプ３を駆動する主制御部５０および非常用制御部５１とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド式作業車両に関する。

従来、シリーズハイブリッド式作業車両の電力発生源として搭載している発電機をモータリングすることで油圧ポンプ（メインポンプ）を駆動し、エンジン停止時でも油圧によるステアリングやブレーキの操作を可能としたハイブリッド式作業車両が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５−１３３３１９号公報

しかし、特許文献１に記載のハイブリッド式作業車両では、作業用油圧アクチュエータに圧油を供給するメインポンプを駆動しているため、電力の消費が大きく、ステアリング可能な時間が短いという問題があった。

請求項１に係る発明は、エンジンと、エンジンにより駆動されるメインポンプと、エンジンにより駆動されて交流電力を発生する第１回転電機と、第１回転電機で発生した交流電力を直流電力に変換する第１電力変換装置と、少なくとも第１電力変換装置で変換された直流電力を充電する蓄電装置と、第１電力変換装置で変換された直流電力、および／または、蓄電装置から出力された直流電力を交流電力に変換する第２電力変換装置と、第２電力変換装置で変換された交流電力により駆動する第２回転電機と、第２回転電機により駆動される走行装置と、少なくとも蓄電装置から出力された直流電力を交流電力に変換する非常用電力変換装置と、非常用電力変換装置で変換された交流電力により駆動する非常用電動機と、非常用電動機により駆動される非常用ポンプと、メインポンプからの圧油により駆動する作業用油圧アクチュエータと、メインポンプまたは非常用ポンプからの圧油により駆動されるステアリング装置と、走行系の異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段により走行系の異常が検出されたとき、蓄電装置から非常用電力変換装置に供給される直流電力を非常用電力変換装置によって交流電力に変換し、非常用電動機により非常用ポンプを駆動する非常用制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド式作業車両である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のハイブリッド式作業車両において、蓄電装置の充電率を所定範囲内に納めるように蓄電装置の充放電を制御する充放電制御手段を備え、非常用制御手段は、異常検出手段により走行系の異常が検出されたとき、充放電制御手段による蓄電装置の充放電制御を停止する指令を充放電制御手段に出力することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のハイブリッド式作業車両において、異常検出手段は、メインポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段により検出されたメインポンプの吐出圧が予め設定された設定圧力未満であるか否かを判定する吐出圧異常判定手段とを有し、吐出圧異常判定手段は、エンジンの起動信号が入力され、エンジンの停止信号が入力されていないときであって、メインポンプの吐出圧が設定圧力未満であると判定されたとき、走行系の異常が検出されたことを表す異常信号を出力することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のハイブリッド式作業車両において、車速センサと、車速センサにより検出された車速が予め設定された設定車速未満であるか否かを判定する車速判定手段とを備え、非常用制御手段は、異常信号が出力され、かつ、車速判定手段により車速センサで検出された車速が設定車速以上であると判定されると、第２回転電機からの回生電力により非常用電動機を駆動し、異常信号が出力され、かつ、車速判定手段により車速センサで検出された車速が設定車速未満であると判定されると、蓄電装置からの電力により非常用電動機を駆動することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のハイブリッド式作業車両において、第１および第２回転電機、第１および第２電力変換装置を含む主電気系統と、主電気系統とは別に設けられ、非常用電力変換装置と蓄電装置とを電気的に接続する非常用電気系統と、非常用電力変換装置と蓄電装置との電気的接続を主電気系統と非常用電気系統との間で切り換える電気系統切換手段と、車速センサと、車速センサにより検出された車速が予め設定された設定車速未満であるか否かを判定する車速判定手段とを備え、異常検出手段は、メインポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段により検出されたメインポンプの吐出圧が予め設定された設定圧力未満であるか否かを判定する吐出圧異常判定手段と、主電気系統の異常を検出する電気系統異常検出手段とを有し、吐出圧異常判定手段は、エンジンの起動信号が入力され、エンジンの停止信号が入力されていないときであって、メインポンプの吐出圧が設定圧力未満であると判定したとき、走行系の異常が検出されたことを表す第１異常信号を出力し、電気系統異常検出手段は、エンジンの起動信号が入力され、エンジンの停止信号が入力されていないときであって、主電気系統の異常が検出されたとき、主電気系統の異常が検出されたことを表す第２異常信号を出力し、非常用制御手段は、第１異常信号が出力され、かつ、車速判定手段により車速センサで検出された車速が設定車速以上であると判定されると、第２回転電機からの回生電力により非常用電動機を駆動し、第１異常信号が出力され、かつ、車速判定手段により車速センサで検出された車速が設定車速未満であると判定されると、蓄電装置からの電力により非常用電動機を駆動し第２異常信号が出力されると、非常用電力変換装置と蓄電装置とを非常用電気系統により電気的に接続して、蓄電装置からの電力により非常用電動機を駆動するように、電気系統切換手段を制御することを特徴とする。

本発明によれば、走行系の異常時にステアリング操作が可能な時間を十分に確保できるハイブリッド式作業車両を提供することができる。

本発明によるハイブリッド式作業車両の一例であるホイールローダの側面図。第１の実施の形態に係るホイールローダの走行駆動装置と作業駆動装置の一例を示す図。第１の実施の形態に係るホイールローダの走行系の異常検出処理および非常用ステアリング駆動装置の動作処理の一例を示すフローチャート。第２の実施の形態に係るホイールローダの走行駆動装置と作業駆動装置の一例を示す図。第２の実施の形態に係るホイールローダの走行系の異常検出処理および非常用ステアリング駆動装置の動作処理の一例を示すフローチャート。第３の実施の形態に係るホイールローダの走行系の異常検出処理および非常用ステアリング駆動装置の動作処理の一例を示すフローチャート。

―第１の実施の形態―
以下、本発明によるハイブリッド式作業車両の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるハイブリッド式作業車両の一例であるホイールローダ１００の側面図である。ホイールローダ１００は、アーム１１１、バケット１１２、前輪１１３等を有する前部車体１１０と、運転室１２１、エンジン室１２２、後輪１２３等を有する後部車体１２０とで構成される。アーム１１１はアームシリンダ１１４の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（クラウドまたはダンプ）する。前部車体１１０と後部車体１２０とはセンタピン１０１により互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ（不図示）の伸縮により後部車体１２０に対し前部車体１１０が左右に屈折して操舵される。

図２は、ホイールローダ１００の走行駆動装置と作業駆動装置の一例を示す図である。ホイールローダ１００は、エンジン１と、動力分配機構５と、油圧作業装置２００と、電動走行装置３００と、車両制御装置４００と、非常用ステアリング駆動装置５００とを備えている。

油圧作業装置２００は、エンジン１により駆動されるメインポンプ２と、メインポンプ２からの圧油により駆動されるステアリング装置７およびフロント作業装置８と、ステアリング装置７およびフロント作業装置８とメインポンプ２との間に介装されたプライオリティバルブ４と、図示しないブレーキに圧油を供給するブレーキポンプ６とを備えている。プライオリティバルブ４は、ステアリング装置７へ優先的に圧油が供給されつつフロント作業装置８にも圧油が供給されるように、圧油の流れを制御する。

ステアリング装置７は、左側ステアリングシリンダ７２Ｌおよび右側ステアリングシリンダ７２Ｒと、運転者により操作されるハンドル７１と、ハンドル７１の操作方向と操作量に応じた圧油を左側ステアリングシリンダ７２Ｌまたは右側ステアリングシリンダ７２Ｒに供給するステアリングバルブ７４とを有している。

フロント作業装置８は、バケットシリンダ８２と、アームシリンダ８３と、バケットシリンダ８２およびアームシリンダ８３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８４とを有している。

電動走行装置３００は、発電機１１と、電動機１２と、充放電を行うキャパシタ３０と、発電機１１で発生した交流電力を直流電力に変換する発電機用インバータ２１と、直流電力を交流電力に変換して電動機１２を駆動する電動機用インバータ２２と、トランスミッション、デファレンシャルギアおよび車輪を含んで構成され電動機１２により駆動される走行装置１０とを備えている。

発電機１１は、エンジン１により駆動されて３相交流電力を発生する。発電機１１で発生した３相交流電力は、発電機用インバータ２１により直流電力に変換されてキャパシタ３０および電動機用インバータ２２に供給される。キャパシタ３０は、発電機用インバータ２１で変換された直流電力を充電する。

発電機用インバータ２１で変換された直流電力、および／または、キャパシタ３０から出力された直流電力は、電動機用インバータ２２により３相交流電力に変換される。電動機１２は、電動機用インバータ２２で変換された３相交流電力により駆動されて回転トルクを発生する。電動機１２で発生した回転トルクは、トランスミッションやデファレンシャルギアを介して車輪に伝達される。

一方、回生制動の運転時には、車輪から伝達される回転トルクにより走行用の電動機１２が回転して、３相交流電力が発生する。電動機１２で発生した３相交流電力は、電動機用インバータ２２により直流電力に変換されてキャパシタ３０に供給される。キャパシタ３０は、電動機用インバータ２２で変換された直流電力を充電する。

動力分配機構５は、エンジン１の軸出力を油圧作業装置２００のメインポンプ２およびブレーキポンプ６と、電動走行装置３００の発電機１１とに分配する。動力分配機構５は、エンジン１の出力軸に連結された歯車５ａと、この歯車５ａに噛み合う歯車５ｂ，５ｃとを有し、歯車５ｂは油圧作業装置２００のメインポンプ２およびブレーキポンプ６に連結され、歯車５ｃは電動走行装置３００の発電機１１に連結されている。

非常用ステアリング駆動装置５００は、キャパシタ３０から出力された直流電力を３相交流電力に変換する非常用インバータ２３と、非常用インバータ２３で変換された３相交流電力により駆動される非常用電動機１３と、非常用電動機１３により駆動されてステアリング装置７を駆動するための圧油を供給する非常用ポンプ３とを備えている。非常用電動機１３および非常用ポンプ３は、後述する非常時にステアリング装置７を駆動させるためのものであり、発電機１１およびメインポンプ２に比べて容量が小さい。たとえば、発電機１１の容量は数十ｋＷ程度であるのに対し、非常用電動機１３の容量は数ｋＷ程度である。

車両制御装置４００は、車両の制御を行う主制御部５０および非常用制御部５１と、操作信号を出力するイグニッションスイッチ６４、前後進切換レバー６０、アクセルペダル６１およびインチングペダル６２と、車両の状態を表示するモニタ６３と、回転センサ６５および車速センサ６６とを備えている。主制御部５０および非常用制御部５１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。

イグニッションスイッチ６４はエンジン１の起動信号および停止信号を出力し、前後進切換レバー６０は前後進の切り換え信号を出力する。アクセルペダル６１はトルク指令信号を出力し、インチングペダル６２は電動機１２の駆動指令を調整する調整信号を出力する。

モニタ６３は主制御部５０からの画像情報に基づいて燃料消費量等を表示する。回転センサ６５はエンジン１の回転数を検出し、圧力センサ２Ｐはメインポンプ２の吐出圧を検出し、車速センサ６６は車両の車速を検出する。

回転センサ６５から出力されるエンジン１の回転数を表す回転数信号、圧力センサ２Ｐから出力されるポンプ吐出圧を表す吐出圧信号、および、車速センサ６６から出力される車両の車速を表す車速信号は主制御部５０に入力される。さらに、各信号は、主制御部５０を介して非常用制御部５１にも入力される。

主制御部５０は、前後進切換レバー６０、アクセルペダル６１、インチングペダル６２の操作に応じて走行系、すなわちエンジン１と電動走行装置３００を制御する。主制御部５０は、たとえば、アクセルペダル６１の踏み込み量が増加すると、それに応じて電動機１２の出力トルクを増やして走行速度を上げるとともに電動機１２を目標回転数まで増加させるのに必要な電力を発生させるためにエンジン１の回転数を増やす。さらに、主制御部５０は、インチングペダル６２の踏み込み量が増加すると、それに応じて電動機１２の回転数を減らし、走行速度を下げる。

主制御部５０は、キャパシタ３０の充電率（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を所定範囲内に納めるように、トルク指令信号や車速信号、充電率等に応じて、キャパシタ３０の充放電制御を行う。この充放電制御を以下、ＳＯＣ制御と称する。

このように主制御部５０は、車両の走行状況に応じて、発電機１１を駆動してキャパシタ３０を充電し、キャパシタ３０および／または発電機用インバータ２１から出力される直流電力を用いて電動機１２を駆動し、減速時にはエネルギー回生を行うことにより、エンジン１の負荷変動を抑え、燃費や排出ガス、騒音を低減することができる。

非常用制御部５１は、非常時に主制御部５０と信号の授受を行って主制御部５０を介して電動走行装置３００および非常用ステアリング駆動装置５００を制御する。非常用制御部５１は、走行系の異常が検出されたときに、キャパシタ３０から非常用インバータ２３に供給される直流電力を非常用インバータ２３によって３相交流電力に変換して非常用電動機１３を回転させることにより非常用ポンプ３を駆動する。

非常用制御部５１には、メインポンプ２の設定圧力Ｐ０および車両の設定車速Ｖ０が予め記憶されている。非常用制御部５１は、主制御部５０から入力されるメインポンプ２の吐出圧信号と設定圧力Ｐ０とを比較して、走行系が異常であるか否かを判定する。非常用制御部５１は、主制御部５０から入力される車速信号と設定車速Ｖ０とを比較して、走行系異常時に回生電力により非常用ステアリング駆動装置５００を制御するか、キャパシタ３０からの電力により非常用ステアリング駆動装置５００を制御するかを決定する。

このように、本実施の形態に係るホイールローダ１００は、非常用ステアリング駆動装置５００および非常用制御部５１を備えている。これにより、エンジン１を含む走行系やメインポンプ２自体に異常が生じ、メインポンプ２によって必要な圧油を供給できない状況になった場合に、回生電力やキャパシタ３０に蓄電された電力により非常用電動機１３を駆動して、非常用ポンプ３からステアリング装置７に圧油を供給することができる。

図３は、主制御部５０および非常用制御部５１による走行系の異常検出処理および非常用ステアリング駆動装置５００の動作処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、イグニッションオンにより開始されるものであり、主制御部５０と非常用制御部５１で実行される。

なお、イグニッションスイッチ６４は、スタート、ＯＮ、ＡＣＣ、ＯＦＦの４つの操作位置を有し、スタート位置で発電機１１がモータリングされてイグニッションキーの操作を止めるとＯＮ位置に維持される。この明細書では、イグニッションキーをスタート、ＯＮ位置に操作することをイグニッションオンと呼び、ＯＦＦ位置に操作することをイグニッションオフと呼ぶ。

ステップＳ１００では、主制御部５０はエンジン１の起動信号が入力されたか否かを判定する。運転者によりイグニッションスイッチ６４がオンされるとエンジン１の起動信号が主制御部５０に入力されるので、ステップＳ１００で肯定判定されてステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５において、主制御部５０はエンジン１を起動するべく制御信号を発電機用インバータ２１に出力する。発電機用インバータ２１は、キャパシタ３０からの直流電力を３相交流電力に変換して発電機１１に印加する。発電機１１はモータリングしてエンジン１を起動する。発電機１１は、スタータモータでありエンジン１が起動するまでキャパシタ３０の電力により短時間駆動される。

ステップＳ１１０では、主制御部５０はキャパシタ３０のＳＯＣ制御を開始する。主制御部５０は、キャパシタ３０の充電率が所定の下限値を下回らないように、かつ、所定の上限値を上回らないように、車両の運転状況、すなわち車速情報やアクセルペダルの踏込み量、充電率等に応じて、エンジン１、発電機用インバータ２１および電動機用インバータ２２等を制御する。

ステップＳ１２０では、非常用制御部５１は主制御部５０から入力されるメインポンプ２の吐出圧信号に基づき、メインポンプ２の吐出圧Ｐが予め設定された設定圧力Ｐ０未満であるか否かを判定する。

ステップＳ１２０において、非常用制御部５１により吐出圧Ｐが設定圧力Ｐ０以上である（Ｐ≧Ｐ０）と判定されたときには、ステップＳ１３０に進み、主制御部５０による通常の運転制御が実行される。この通常運転制御（ステップＳ１３０）は、運転者によりイグニッションスイッチ６４がオフされてエンジン１の停止信号が主制御部５０に入力されるか、ステップＳ１２０で吐出圧Ｐが設定圧力Ｐ０未満であると判定されるまで継続される。

具体的には、ステップＳ１４０では、主制御部５０はエンジン１の停止信号が入力されたか否かを判定する。運転者によりイグニッションスイッチ６４がオフされてエンジン１の停止信号が主制御部５０に入力されると、ステップＳ１４０で肯定判定されて主制御部５０および非常用制御部５１は車両の制御を終了する。ステップＳ１４０において、主制御部５０によりエンジン１の停止信号が入力されていないと判定されると、ステップＳ１２０に戻る。

ステップＳ１２０において、非常用制御部５１によりメインポンプ２の吐出圧Ｐが設定圧力Ｐ０未満である（Ｐ＜Ｐ０）と判定されたときには、ステップＳ１４５において、非常用制御部５１は主制御部５０に走行系の異常が検出されたことを表す吐出圧異常信号を出力して、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０では、吐出圧異常信号を受けた主制御部５０がＳＯＣ制御を停止してステップＳ１６０へ進む。これにより、キャパシタ３０の充電率が下限値を下回った状態でも、キャパシタ３０から電力の供給が可能となる。

ステップＳ１６０では、非常用制御部５１は主制御部５０から入力される車速信号に基づき、車両の車速Ｖが予め設定された設定車速Ｖ０未満であるか否かを判定する。

ステップＳ１６０において、非常用制御部５１により車速Ｖが設定車速Ｖ０以上である（Ｖ≧Ｖ０）と判定されたときには、ステップＳ１７０に進み、車速Ｖが設定車速Ｖ０未満である（Ｖ＜Ｖ０）と判定されたときには、ステップＳ１８０に進む。

車速Ｖが設定車速Ｖ０以上である場合（Ｖ≧Ｖ０）、ステップＳ１７０において、非常用制御部５１は、車輪から伝達される回転トルクにより走行用の電動機１２で発生する３相交流電力を電動機用インバータ２２により直流電力に変換し、この直流電力を非常用インバータ２３により３相交流電力に変換して非常用電動機１３を回転させる。つまり、非常用制御部５１は、電動機１２の回生電力により非常用電動機１３を駆動する。

非常用電動機１３が回転すると、非常用ポンプ３が駆動されて圧油がステアリング装置７に供給されるため、ステアリング操作が可能となる。非常用制御部５１は、回生電力によりステアリング操作がなされている状態において、車速Ｖと設定車速Ｖ０との比較を継続する。車速が設定車速より低下すると、ステップＳ１６０において、非常用制御部５１は、車速Ｖが設定車速Ｖ０未満である（Ｖ＜Ｖ０）と判定してステップＳ１８０に進む。

車速Ｖが設定車速Ｖ０未満である場合（Ｖ＜Ｖ０）、ステップＳ１８０において、非常用制御部５１は、キャパシタ３０から出力される直流電力を非常用インバータ２３により３相交流電力に変換して非常用電動機１３を回転させる。ここで、キャパシタ３０の充電率がＳＯＣ制御に用いられていた下限値を下回ってもキャパシタ３０から非常用インバータ２３に電力が供給され続ける。すなわち、主制御部５０によるＳＯＣ制御は行われない。

運転者によりイグニッションスイッチ６４がオフされると、ステップＳ１９０においてエンジン１の停止信号入力の肯定判定がなされ、これにより、主制御部５０および非常用制御部５１は車両の制御を終了する。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）第１の実施の形態に係るホイールローダ１００では、運転者がイグニッションオンするとエンジン１が起動され、メインポンプ２の吐出圧Ｐが設定圧力Ｐ０未満になるまでホイールローダ１００は通常運転で制御される。たとえば、走行中にエンジン１やメインポンプ２の不具合が生じてメインポンプ２の吐出圧Ｐが設定圧力Ｐ０未満になると、非常用電動機１３が回生電力またはキャパシタ３０の電力により駆動されて非常用ポンプ３が回転する。これにより、走行中に不測のエンジン異常があった場合でも、ステアリング装置７の操作が可能となり、運転者は安全な場所まで車両を導くことができる。

（２）フロント作業装置８を駆動するメインポンプ２とは別に非常用ポンプ３を設け、非常用電動機１３を非常時にのみ回転させて非常用ポンプ３からステアリング装置７に圧油を供給する構成とした。非常用ポンプ３は、ステアリング装置７だけを駆動できる容量が確保されていればよいため、メインポンプ２に比べて容量の小さいポンプを採用できる。非常用電動機１３は、この非常用ポンプ３を駆動するものであるため、発電機１１や電動機１２に比べて容量が小さい。一方、キャパシタ３０には、電動機１２により走行装置１０を駆動させるために必要な電荷が蓄電されている。したがって、キャパシタ３０の電力により小容量の非常用電動機１３を回転させることで、安全な場所まで車両を導くのに十分なステアリング操作時間を確保できる。

従来例では発電機をモータリングしてメインポンプを駆動させることでステアリング装置を駆動可能としていた。これに対して、本発明によるハイブリッド式作業車両では、非常用電動機１３を駆動すればよいため、キャパシタ３０を効率よく利用して、従来例に比べてステアリング操作可能な時間を長くすることができる。

（３）エンジン１の異常が判定されたとき、所定範囲内で充電率を推移させるＳＯＣ制御を停止する構成とした。非常用電動機１３は、容量が比較的小さいため、充電率がＳＯＣ制御に用いられる下限値を下回った状態でも十分に長時間の駆動が可能である。したがって、充電率がＳＯＣ制御における下限値近傍にあるときに不測のエンジン異常があったとしても、ステアリング操作により、安全な場所まで車両を導くことができる。

（４）車両を所定の場所に停止させてイグニッションオフした後、牽引車により牽引されるために再びステアリング操作が必要になった場合は、運転者がイグニッションオンにすれば、メインポンプ２の吐出圧Ｐが設定圧力Ｐ０未満であることが検出され（ステップＳ１２０参照）、キャパシタ３０からの電力により非常用電動機１３が駆動されて（ステップＳ１８０）、ステアリング装置７の操作が可能となるため、所定の場所までホイールローダ１００を牽引することができる。

（５）ポンプ吐出圧の低下により走行系の異常が検出されたときに、設定車速Ｖ０以上の車速Ｖが確保されていれば、電動機１２の回生電力により非常用電動機１３を回転させて、ステアリング装置７を駆動することができるため、走行系の異常が検出された後のステアリング操作可能な時間をより長くすることができる。

（６）メインポンプ２とは別に非常用ポンプ３を設けたので、メインポンプ２が故障してもステアリング操作が可能となる。

―第２の実施の形態―
図４および図５を参照して、第２の実施の形態に係るハイブリッド式ホイールローダを説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第１の実施の形態との相違点について詳しく説明する。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係るホイールローダの走行駆動装置と作業駆動装置の一例を示す図である。第２の実施の形態では、非常用インバータ２３とキャパシタ３０とを電気的に接続する非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎがさらに設けられている。非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎは、電動走行装置３００の主電気系統、すなわち発電機１１および電動機１２、発電機用インバータ２１および電動機用インバータ２２を含む主電気系統とは別に独立して設けられている。

さらに、第２の実施の形態では、非常用インバータ２３とキャパシタ３０との電気的接続を主電気系統と非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎとの間で切り換える切換スイッチ２０１Ｐ，２０１Ｎが設けられている。したがって、第２の実施の形態では、走行系の異常が検出されたときに、切換スイッチ２０１Ｐ，２０１Ｎを非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎ側に切り換えて（切換スイッチ２０１Ｐ，２０１Ｎオン）、非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎを介してキャパシタ３０からの直流電力を非常用インバータ２３に供給できる。

図５は、第２の実施の形態に係るホイールローダの走行系の異常検出処理および非常用ステアリング駆動装置５００の動作処理を示すフローチャートであり、図３のフローチャートにステップＳ１７５の処理を追加し、ステップＳ１６０，１７０を削除したものである。第２の実施の形態では、ステップＳ１２０において非常用制御部５１によりメインポンプ２の吐出圧Ｐが設定圧力Ｐ０未満である（Ｐ＜Ｐ０）と判定されると、非常用制御部５１はステップＳ１４５で主制御部５０に吐出圧異常信号を出力し、吐出圧異常信号を受けた主制御部５０はＳＯＣ制御を停止する（ステップＳ１５０）。その後、主制御部５０は、ステップＳ１７５において切換スイッチ２０１Ｐ，２０１Ｎをオンにする。

切換スイッチ２０１Ｐ，２０１Ｎがオンになると、キャパシタ３０は非常用インバータ２３にのみ電気的に接続され、キャパシタ３０からの直流電力が非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎを介して非常用インバータ２３に供給される。非常用制御部５１はキャパシタ３０から出力される直流電力を非常用インバータ２３により交流電力に変換して非常用電動機１３を回転させる。ここで、キャパシタ３０の充電率がＳＯＣ制御に用いられていた下限値を下回ってもキャパシタ３０から非常用インバータ２３に電力が供給され続ける。

運転者がイグニッションオフすると、ステップＳ１９０において、主制御部５０によりエンジン１の停止信号の入力が肯定判定されることにより、主制御部５０および非常用制御部５１は車両の制御を終了する。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果（１）〜（４）および（６）を奏する。さらに、第２の実施の形態によれば、電動走行装置３００の主電気系統とは別に設けられる非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎによりキャパシタ３０と非常用インバータ２３とを電気的に接続可能な構成としたため、電動走行装置３００の主電気系統の不具合を起因としたメインポンプ２の吐出圧減少時においても、ステアリング操作をすることができる。

―第３の実施の形態―
図６を参照して、第３の実施の形態に係るハイブリッド式ホイールローダを説明する。なお、図中、第１および第２の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第１および第２の実施の形態との相違点について詳しく説明する。

第３の実施の形態に係るハイブリッド式ホイールローダは、第２の実施の形態と同様の構成を備えている（図４参照）が、さらに、主電気系統の電流値を検知し、この電流値を表す電流値信号を主制御部５０に出力する電流センサ（不図示）を備え、主制御部５０および非常用制御部５１による走行系の異常検出処理において、主電気系統の異常も検出する。

図６は、第３の実施の形態に係るホイールローダの走行系の異常検出処理および非常用ステアリング駆動装置５００の動作処理を示すフローチャートであり、図３のフローチャートにステップＳ１５５，Ｓ１７５の処理を追加したものである。

第３の実施の形態では、ステップＳ１２０において非常用制御部５１によりメインポンプ２の吐出圧Ｐが設定圧力Ｐ０未満である（Ｐ＜Ｐ０）と判定されると、ステップＳ１４５で非常用制御部５１は主制御部５０に吐出圧異常信号を出力し、吐出圧異常信号を受けた主制御部５０はＳＯＣ制御を停止する（ステップＳ１５０）。その後、非常用制御部５１は、ステップＳ１５５において、主電気系統に異常があるか否かを判定する。

主電気系統の異常は、たとえば、電流センサ（不図示）により検知した主電気系統を流れる電流値に基づいて判定することができる。

ステップＳ１５５では、走行状況に対応して主制御部５０から非常用制御部５１に入力されるべき電流値が予め設定された下限値未満であったり、上限値以上である場合、非常用制御部５１は主制御部５０に走行系の異常が検出されたことを表す電流値異常信号を出力する。ステップＳ１５５において、非常用制御部５１により主電気系統が正常であると判定されると、ステップＳ１６０に進み、非常用制御部５１により主電気系統が異常であると判定されると、ステップＳ１７５に進む。

非常用電動機１３が回転すると、非常用ポンプ３が駆動して圧油がステアリング装置７に供給されるため、ステアリング操作が可能となる。非常用制御部５１は、回生電力によりステアリング操作がなされている状態において、車速Ｖと設定車速Ｖ０との比較を継続する。車速が設定車速より低下すると、ステップＳ１６０において、非常用制御部５１は、車速Ｖが設定車速Ｖ０未満である（Ｖ＜Ｖ０）と判定してステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０において、非常用制御部５１は、正常な主電気系統によってキャパシタ３０から出力される直流電力を非常用インバータ２３により３相交流電力に変換して非常用電動機１３を回転させる。

ステップＳ１５５において主電気系統の異常が検出されると、ステップＳ１７５において、非常用制御部５１は主制御部５０を介して切換スイッチ２０１Ｐ，２０１Ｎをオンにする。

切換スイッチ２０１Ｐ，２０１Ｎがオンになると、キャパシタ３０は非常用インバータ２３にのみ電気的に接続され、キャパシタ３０からの直流電力が非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎを介して非常用インバータ２３に供給される。ステップＳ１８０において、非常用制御部５１は非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎによってキャパシタ３０から出力される直流電力を非常用インバータ２３により３相交流電力に変換して非常用電動機１３を回転させる。

第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果（１）〜（６）を奏する。さらに、第３の実施の形態によれば、電動走行装置３００の主電気系統とは別に設けられる非常用電気系統２０２Ｐ，２０２Ｎによりキャパシタ３０と非常用インバータ２３とを電気的に接続可能な構成としたため、電動走行装置３００の主電気系統の不具合を起因としたメインポンプ２の吐出圧減少時においても、ステアリング操作をすることができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
［変形例］
（１）走行系の異常判定方法は、上記実施の形態に限定されることなく種々の方法を採用できる。たとえば、アクセルペダル６１の踏み込み量に応じて主制御部５０で計算されるエンジン１の目標回転数と、回転センサ６５で検出されたエンジン１の実回転数を比較して、目標回転数と実回転数の偏差が所定値を超えたときに走行系のエンジン１に異常が生じていることを判定してもよい。エンジン冷却水の水温を温度センサ（不図示）で検出し、水温が所定値を超えたときに走行系のエンジン１に異常が生じていることを判定してもよい。

（２）エンジン１の始動時に発電機１１をモータリングする制御を実行したが、本発明はこれに限定されない。セルモータ（不図示）を設けて、このセルモータによりエンジン１を起動するようにしてもよい。

（３）電動機１２によりエネルギー回生を行う場合に限定されない、電動機１２はモータとしてのみ機能させて、キャパシタ３０は発電機１１で発生する電力のみを充電する構成としてもよい。

（４）作業車両としてホイールローダ１００を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、フォークリフト、テレハンドラー、リフトトラック等、他の作業車両であってもよい。
（５）本発明は蓄電装置としてキャパシタ３０を採用する場合に限定されない。繰り返し充放電が可能なニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を含んで構成される蓄電装置を採用してもよい。

（６）第３の実施の形態では、主電気系統の異常判定に電流値を用いたが、本発明はこれに限定されず、種々の電気系統異常判定方法を採用できる。たとえば、主電気系統の電圧値に基づいて主電気系統の異常判定を行ってもよい。

（７）第１〜第３の実施の形態では、主制御部５０と非常用制御部５１とを個別に設けたが、本発明はこれに限定されず、たとえば、１つのマイクロコンピュータに上記した主制御部５０と非常用制御部５１とが実行する処理を行わせてもよい。
（８）ホイールローダのシステム構成も第１〜第３の実施の形態に限定されない。たとえば、非常用制御部５１は、主制御部５０を介さずに各センサや各インバータとの間で信号の授受を行って、走行系の異常検出等の処理を行ってもよい。

（９）牽引用スイッチを設け、牽引用スイッチがオンされることで、キャパシタ３０からの電力により非常用ステアリング駆動装置５００を駆動させることとしてもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

１エンジン、２メインポンプ、２Ｐ圧力センサ、３非常用ポンプ、７ステアリング装置、１０走行装置、１１発電機、１２電動機、１３非常用電動機、２１発電機用インバータ、２２電動機用インバータ、２３非常用インバータ、３０キャパシタ、５０主制御部、５１非常用制御部、６４イグニッションスイッチ、６６車速センサ、１００ホイールローダ、２００油圧作業装置、２０１Ｐ，２０１Ｎ切換スイッチ、２０２Ｐ，２０２Ｎ非常用電気系統、３００電動走行装置、４００車両制御装置、５００非常用ステアリング駆動装置

Claims

エンジンと、
前記エンジンにより駆動されるメインポンプと、
前記エンジンにより駆動されて交流電力を発生する第１回転電機と、
前記第１回転電機で発生した交流電力を直流電力に変換する第１電力変換装置と、
少なくとも前記第１電力変換装置で変換された直流電力を充電する蓄電装置と、
前記第１電力変換装置で変換された直流電力、および／または、前記蓄電装置から出力された直流電力を交流電力に変換する第２電力変換装置と、
前記第２電力変換装置で変換された交流電力により駆動する第２回転電機と、
前記第２回転電機により駆動される走行装置と、
少なくとも前記蓄電装置から出力された直流電力を交流電力に変換する非常用電力変換装置と、
前記非常用電力変換装置で変換された交流電力により駆動する非常用電動機と、
前記非常用電動機により駆動される非常用ポンプと、
前記メインポンプからの圧油により駆動する作業用油圧アクチュエータと、
前記メインポンプまたは前記非常用ポンプからの圧油により駆動されるステアリング装置と、
走行系の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により前記走行系の異常が検出されたとき、前記蓄電装置から前記非常用電力変換装置に供給される直流電力を前記非常用電力変換装置によって交流電力に変換し、前記非常用電動機により前記非常用ポンプを駆動する非常用制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド式作業車両。
請求項１に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記蓄電装置の充電率を所定範囲内に納めるように前記蓄電装置の充放電を制御する充放電制御手段を備え、
前記非常用制御手段は、前記異常検出手段により前記走行系の異常が検出されたとき、前記充放電制御手段による前記蓄電装置の充放電制御を停止する指令を前記充放電制御手段に出力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または請求項２に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記異常検出手段は、前記メインポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された前記メインポンプの吐出圧が予め設定された設定圧力未満であるか否かを判定する吐出圧異常判定手段とを有し、
前記吐出圧異常判定手段は、前記エンジンの起動信号が入力され、前記エンジンの停止信号が入力されていないときであって、前記メインポンプの吐出圧が前記設定圧力未満であると判定されたとき、前記走行系の異常が検出されたことを表す異常信号を出力することを特徴とするハイブリッド式作業車両。
請求項３に記載のハイブリッド式作業車両において、
車速センサと、
前記車速センサにより検出された車速が予め設定された設定車速未満であるか否かを判定する車速判定手段とを備え、
前記非常用制御手段は、
前記異常信号が出力され、かつ、前記車速判定手段により前記車速センサで検出された車速が前記設定車速以上であると判定されると、前記第２回転電機からの回生電力により前記非常用電動機を駆動し、
前記異常信号が出力され、かつ、前記車速判定手段により前記車速センサで検出された車速が前記設定車速未満であると判定されると、前記蓄電装置からの電力により前記非常用電動機を駆動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または請求項２に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記第１および第２回転電機、前記第１および第２電力変換装置を含む主電気系統と、
前記主電気系統とは別に設けられ、前記非常用電力変換装置と前記蓄電装置とを電気的に接続する非常用電気系統と、
前記非常用電力変換装置と前記蓄電装置との電気的接続を前記主電気系統と前記非常用電気系統との間で切り換える電気系統切換手段と、
車速センサと、
前記車速センサにより検出された車速が予め設定された設定車速未満であるか否かを判定する車速判定手段とを備え、
前記異常検出手段は、前記メインポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により検出された前記メインポンプの吐出圧が予め設定された設定圧力未満であるか否かを判定する吐出圧異常判定手段と、前記主電気系統の異常を検出する電気系統異常検出手段とを有し、
前記吐出圧異常判定手段は、前記エンジンの起動信号が入力され、前記エンジンの停止信号が入力されていないときであって、前記メインポンプの吐出圧が前記設定圧力未満であると判定したとき、前記走行系の異常が検出されたことを表す第１異常信号を出力し、
前記電気系統異常検出手段は、前記エンジンの起動信号が入力され、前記エンジンの停止信号が入力されていないときであって、前記主電気系統の異常が検出されたとき、前記主電気系統の異常が検出されたことを表す第２異常信号を出力し、
前記非常用制御手段は、
前記第１異常信号が出力され、かつ、前記車速判定手段により前記車速センサで検出された車速が前記設定車速以上であると判定されると、前記第２回転電機からの回生電力により前記非常用電動機を駆動し、
前記第１異常信号が出力され、かつ、前記車速判定手段により前記車速センサで検出された車速が前記設定車速未満であると判定されると、前記蓄電装置からの電力により前記非常用電動機を駆動し
前記第２異常信号が出力されると、前記非常用電力変換装置と前記蓄電装置とを非常用電気系統により電気的に接続して、前記蓄電装置からの電力により前記非常用電動機を駆動するように、前記電気系統切換手段を制御することを特徴とするハイブリッド式作業車両。