JP2015112895A - ハイブリッド式作業車両 - Google Patents
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Abstract
Description
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載のハイブリッド式作業車両において、制御手段は、要求制動力が回生制動力上限値より大きいときは、要求制動力と回生制動力上限値との差分を演算し、差分の制動力に相当するブレーキ圧をブレーキ圧発生装置で発生させて油圧ブレーキ装置を動作させることを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項1に記載のハイブリッド式作業車両において、ブレーキ圧発生装置は、ブレーキペダルの踏み込みによる機械式操作力と制御圧による油圧式操作力とに応じた出力特性によりブレーキ圧を出力するブレーキバルブと、制御圧を発生する圧力制御弁とを備え、制御手段は、要求制動力が回生制動力上限値より大きい制動条件において、要求制動力と回生制動力上限値との間の偏差に相当する制動力を得るために必要なブレーキ圧を演算し、ブレーキ圧を出力するために必要な制御圧を演算することを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のハイブリッド式作業車両において、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルペダル踏み込み量検出手段をさらに備え、制御手段は、要求制動力が回生制動力上限値以下である制動条件において、ブレーキペダルとアクセルペダルの操作がともに検出された場合には、制御手段は、ブレーキペダルの踏込量による要求制動トルクとアクセルペダルの踏込量による要求走行トルクとを比較して、要求制動トルクが大きいときは単独回生制動制御による制御または回生協調制動による制御により走行電動機を回生運転させ、要求走行トルクが大きいときは走行電動機を力行運転させることを特徴とする。
(5)請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のハイブリッド式作業車両において、ブレーキペダルとアクセルペダルの同時踏込時に走行駆動力を遮断するインチング条件を設定する設定手段を有し、制御手段は、設定手段で設定されたインチング条件に基づいて、回生協調制動時に走行電動機の駆動力を遮断することを特徴とする。
(6)請求項6の発明は、請求項5に記載のハイブリッド式作業車両において、インチング条件は、アクセルペダルとブレーキペダルが同時操作されたときに走行駆動力をカットする第1条件と、アクセルペダルとブレーキペダルが同時操作されたときに要求制動力が第1の制動力のときに走行駆動力を遮断する第2条件と、アクセルペダルとブレーキペダルが同時操作されたときに要求制動力が第1の制動力よりも小さい第2の制動力のときに走行駆動力を遮断する第3条件とを少なくとも含むことを特徴とする。
以下、本発明によるハイブリッド式作業車両の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明によるシリーズ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。本実施の形態のホイールローダ100は、走行電動装置100E(図2参照)の回生制動力と、油圧ブレーキ装置30による制動力とにより減速するように構成されている。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140、後輪123等を有する後部車体120とで構成される。
なお、走行モータ回転数センサ59および車速センサ53のうち、いずれかを省略してもよい。たとえば、車速センサ53を省略し、走行モータ回転数センサ59により検出されたモータ回転数に基づいて車速を演算してもよい。
また、エンジン1とモータ/ジェネレータ5は機械的に連結されているから、エンジン回転数はモータ/ジェネレータ5の回転数で代替してもよい。
例えば、フロントモータ3およびリアモータ4で発電される回生電力を利用して、蓄電素子7を充電したり、モータ/ジェネレータ5を駆動する。これにより、回生電力を消費して回生制動力を得る。
T1=T2−K・Sbr …(1)
なお、T1は走行要求トルク、T2はアクセル要求トルク、Sbrはブレーキペダルセンサ54から出力されたブレーキ信号、Kはブレーキ信号を制動トルクに変換する比例定数を表す。比例定数Kは、ブレーキペダル22の操作によって過不足のない減速が得られるように予め設定されている。
掘削制御装置の要求油圧出力があれば、エンジンコントローラ21は、この要求油圧出力も加味してエンジン目標回転数Ntを演算する。
図4は油圧ブレーキ装置30を含むブレーキ圧発生装置300の構成を説明する図である。油圧ブレーキ装置30は、ブレーキ圧発生装置300からの圧油により駆動されるブレーキシリンダ31と、ブレーキシリンダ31により駆動され、ブレーキディスクを加圧して機械式制動力を得るブレーキパッド32と、ブレーキパッド戻しばね33とを備えている。
圧力制御弁303は、メインコントローラ20による指示に従って、油圧ポンプ301からの圧油の圧力を制御し、制御圧としてブレーキバルブ302に出力する比例電磁式圧力制御弁である。ブレーキバルブ302は、ブレーキペダル22により機械的に操作されるとともに、圧力制御弁303からの制御圧および電磁弁304によっても操作される。
図5は車速に応じた回生制動力の上限値の特性を示す図である。図5において、実線は回生制動力の上限値であり、上限値は車速の増加に伴って減少する。回生制動力の上限値は、回生電力を消費可能な電力で規定される。
ここで、車速、すなわちモータ回転数をNm、制動トルクをTk、回生電力をPkで示すとき、回生電力Pkは以下の(2)式で表すことができる。
Pk=Tk×Nm …(2)
したがって、車速、すなわちモータ回転数Nmが大きいほど、回生電力Pkは大きくなる。この回生電力Pkを消費して回生制動トルク、すなわち回生制動力が得られる。
Fbr=Frq−Fklimit …(3)
ここで、Fbrは油圧ブレーキによる機械式制動力、Frqはブレーキペダル22の踏込み量に応じた要求制動力である。ブレーキペダル22が半分踏み込まれたときの要求制動力をFhalf、車速が中速Vmdのときの回生制動力上限値をFklimit_md、油圧ブレーキによる機械式制動力をFbr_mdとすると、油圧ブレーキによる機械式制動力Fbr_mdは、(4)式のように示すことができる。
Fbr_md=Fhalf−Fklimit_md …(4)
同様に、高速域である車速Vhにおいてブレーキペダル22が半分程度踏み込まれたときの要求制動力をFhalf、車速が高速Vhのときの回生制動力上限値をFklimit_h、油圧ブレーキによる機械式制動力をFbr_hとすると、(5)式のように示すことができる。
Fbr_h=Fhalf−Fklimit_h …(5)
要求制動トルクK・Sbrは要求制動力Frqと比例関係にある物理量であり以下の式で示すことができる。
Frq=K・Sbr・α …(6)
ここで、αは、要求制動トルクK・Sbrを要求制動力Frqに変換する係数である。
メインコントローラ20は、車速と、ブレーキ踏み込み量と、回生制動力上限値を読み込み、(3)式に基づいて、必要な機械式制動力Fbrを算出する。メインコントローラ20は、算出された必要な機械式制動力Fbrを得るためのブレーキ圧(必要ブレーキ圧)を算出し、このブレーキ圧を出力するようにブレーキバルブ302を制御する。このとき、ブレーキペダル踏込量はメインコントローラ20が認識しており、ブレーキペダル踏込によるバルブスプール位置によって出力されているブレーキ圧と、必要ブレーキ圧との差を算出し、この圧力差を解消するためのスプール変位を算出する。そして、このスプール変位を与えるための制御圧を演算する。メインコントローラ20は、算出された制御圧が圧力制御弁303から出力されるよう、圧力制御弁303のソレノイドに駆動信号を出力する。この駆動信号により圧力制御弁303は油圧ポンプ301の吐出圧を減圧して所定の制御圧をブレーキバルブ302のパイロットポートに供給する。
このため、図6(a)、(b)の一点鎖線L2のように、ブレーキ圧に応じた機械式制動力はブレーキペダル22のペダル操作量に比例して増加する。
本発明によれば、制動特性は、L1からL2のように一直線となり、制動力操作性が改善される。
(1)メインコントローラ20は、ブレーキペダル22の踏込量によって算出される要求制動力が車速に応じた回生制動力上限値以下の場合には、フロントモータ3、リアモータ4による回生制動力をブレーキペダル踏込量に応じて発生させる。すなわち、単独回生制動制御を行う。要求制動力が車速に応じた回生制動力上限値を超える場合は、油圧ブレーキ装置30による機械式制動力も発生させる。すなわち、回生協調制動制御を行う。この結果、図6(a)、(b)に示すペダル操作量がP1〜P3の範囲において、ブレーキペダル22のペダル操作量に比例して増加する制動力を得ることができ、ブレーキ操作の操作感覚に違和感が生じることを防ぐことができる。
図7を参照して、本発明によるホイールローダの第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。第1の実施の形態の作業車両は、ブレーキペダル踏込による要求制動力が車速に応じて決定される回生制動力上限値より大きいときに回生協調制動制御を行う。第2の実施の形態は、このような第1の実施の形態の作業車両に設けるインチング制御を改良したものである。
1.ペダル操作量が単独回生ブレーキ領域R1の場合
ブレーキペダル22のペダル操作量がP1未満の場合には、ブレーキペダル22のペダル操作量による要求制動トルクとアクセルペダル55の操作量による要求走行トルクとの大小に応じて駆動力を発生させるか、回生制動を行わせるかを切り替える。
換言すると、この単独回生制動領域R1においてはインチング条件に拘わらず、インチング制御は行われない。
ブレーキペダル22のペダル操作量がP1以上の場合には、インチングダイヤル60による設定に応じたブレーキペダル22のペダル操作量になった場合に、走行駆動力をカットする。
インチングダイヤル60がインチングONに設定されている場合には、ブレーキペダル22のペダル操作量がP1以上となると、メインコントローラ20は、フロントモータ3およびリアモータ4の駆動トルクをカットして、モータ/ジェネレータ5を電動機モードで駆動する。したがって、フロントモータ3およびリアモータ4の回生による制動力と、油圧ブレーキ装置30による機械式制動力の和である要求制動力で制動を行う。すなわち、ブレーキペダル22のペダル操作量がP1以上となると、油圧ブレーキ装置30が作動するタイミングでフロントモータ3およびリアモータ4の駆動トルクがカットされることにより、油圧ブレーキ装置30によるブレーキパッドの引き摺りを最小限に抑制することができる。
(1)回生協調制動領域R2における駆動力を遮断するための、走行駆動力を遮断開始するブレーキペダル22の操作量、すなわちインチング条件を選択するためのインチングダイヤル60を備えるようにした。したがって、低速で間欠的に停止と前進または後進を繰り返すような場合に、油圧ブレーキ装置30による制動力に対して駆動力を遮断する位置を運転状況等に応じてオペレータが任意に設定することができるので、利便性の向上に寄与する。
(1)実施の形態の作業車両200では、一対のフロントモータ3とリアモータ4を使用しているが、一つの走行電動機を使用した作業車両でもよい。
(2)エンジン1により駆動されたモータ/ジェネレータ5によって車輪18を駆動するシリーズハイブリッド式を用いるものに代えて、エンジン1と、エンジン1により駆動されたモータ/ジェネレータ5との少なくとも一方によって車輪18を駆動するパラレルハイブリッド式を用いてもよい。
7…蓄電素子、10…作業用油圧ポンプ、20…メインコントローラ、
22…ブレーキペダル、30…油圧ブレーキ装置、52…アクセルペダルセンサ、
53…車速センサ、54…ブレーキペダルセンサ、55…アクセルペダル、
60…インチングダイヤル、100…ホイールローダ、
300…ブレーキ圧発生装置、301…油圧ポンプ、302…ブレーキバルブ、
303…圧力制御弁
Claims (6)
- 蓄電装置と、
エンジンによって駆動される発電電動機と、
前記蓄電装置および前記発電電動機と電気的に接続され、前記蓄電装置および前記発電電動機からの電力で駆動されて車輪に走行駆動力を与える走行電動機と、
ブレーキペダルと、
前記ブレーキペダルの踏込量に応じてブレーキ圧を発生させるブレーキ圧発生装置と、
前記ブレーキ圧で駆動されて車輪を制動する油圧ブレーキ装置と、
前記ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキペダル踏み込み量検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記ブレーキペダル踏み込み量検出手段により検出されたブレーキペダル踏込量に基づいて演算された要求制動力と、前記車速検出手段で検出された車速に基づいて決定された回生制動力上限値との大小関係により、前記走行電動機の回生電力による回生制動力で車両を減速する単独回生制動制御と、前記油圧ブレーキ装置による機械式制動力および前記回生制動力により車両を減速する回生協調制動制御のいずれか一方により車両を減速させる制御手段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、
前記制御手段は、前記要求制動力が前記回生制動力上限値より大きいときは、前記要求制動力と前記回生制動力上限値との差分を演算し、前記差分の制動力に相当するブレーキ圧を前記ブレーキ圧発生装置で発生させて前記油圧ブレーキ装置を動作させ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、
前記ブレーキ圧発生装置は、
前記ブレーキペダルの踏み込みによる機械式操作力と制御圧による油圧式操作力とに応じた出力特性により前記ブレーキ圧を出力するブレーキバルブと、
前記制御圧を発生する圧力制御弁とを備え、
前記制御手段は、前記要求制動力が前記回生制動力上限値より大きい制動条件において、前記要求制動力と前記回生制動力上限値との間の偏差に相当する制動力を得るために必要なブレーキ圧を演算し、前記ブレーキ圧を出力するために必要な前記制御圧を演算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乃至3のいずれか一項に記載のハイブリッド式作業車両において、
アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルペダル踏み込み量検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記要求制動力が前記回生制動力上限値以下である制動条件において、前記ブレーキペダルと前記アクセルペダルの操作がともに検出された場合には、前記制御手段は、前記ブレーキペダルの踏込量による要求制動トルクと前記アクセルペダルの踏込量による要求走行トルクとを比較して、前記要求制動トルクが大きいときは前記単独回生制動制御による制御または回生協調制動による制御により前記走行電動機を回生運転させ、前記要求走行トルクが大きいときは前記走行電動機を力行運転させることを特徴とするハイブリッド式作業車両。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記ブレーキペダルと前記アクセルペダルの同時踏込時に前記走行駆動力を遮断するインチング条件を設定する設定手段を有し、前記制御手段は、前記設定手段で設定されたインチング条件に基づいて、前記回生協調制動時に前記走行電動機の駆動力を遮断することを特徴とするハイブリッド式作業車両。 - 請求項5に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記インチング条件は、前記アクセルペダルと前記ブレーキペダルが同時操作されたときに前記走行駆動力をカットする第1条件と、前記アクセルペダルと前記ブレーキペダルが同時操作されたときに前記要求制動力が第1の制動力のときに前記走行駆動力を遮断する第2条件と、前記アクセルペダルと前記ブレーキペダルが同時操作されたときに前記要求制動力が前記第1の制動力よりも小さい第2の制動力のときに前記走行駆動力を遮断する第3条件とを少なくとも含むことを特徴とするハイブリッド式作業車両。
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