JP2015217797A - Work vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業車両に関する。 The present invention relates to a work vehicle.
エンジンおよび電動機を備えた作業車両が知られている(特許文献1参照)。ホイールローダなどの作業車両は、掘削作業時には停止した状態あるいはごく低速域で大きな駆動力を必要とし、一方、作業をしないで走行する時には、30〜40km/h程度の車速で走行する。このため、作業車両は、広い動作範囲の走行駆動性能が要求される。 A work vehicle including an engine and an electric motor is known (see Patent Document 1). A work vehicle such as a wheel loader needs a large driving force in a stopped state or in a very low speed region during excavation work, and travels at a vehicle speed of about 30 to 40 km / h when traveling without working. For this reason, the work vehicle is required to have a traveling drive performance in a wide operation range.
この広い動作範囲の走行駆動性能を単一の走行電動機で実現させる場合、低速域で大きなトルクを発生させ、かつ、高速走行ができる特性を有する大型の走行電動機を採用する必要がある。しかしながら、大型の走行電動機を採用すると、コストが増加し、走行電動機の配置スペースを確保するために作業車両が大型化するおそれがある。 In order to realize the traveling drive performance in this wide operating range with a single traveling motor, it is necessary to employ a large traveling motor having characteristics that generate a large torque in a low speed region and can travel at a high speed. However, when a large traveling motor is employed, the cost increases, and the work vehicle may become large in order to secure a space for arranging the traveling motor.
特許文献1には、第1および第2の電動機と、これらの電動機の駆動トルクが走行体の駆動軸と作業機の駆動軸に分配されて伝達されるトルク分配伝達機構とを備えた作業車両が開示されている。特許文献1に記載の作業車両では、第1の電動機の駆動トルクと第2の電動機の駆動トルクが加算されて、走行出力軸に伝達される。 Patent Document 1 discloses a work vehicle including first and second electric motors, and a torque distribution transmission mechanism that distributes and transmits drive torque of these electric motors to a drive shaft of a traveling body and a drive shaft of a work machine. Is disclosed. In the work vehicle described in Patent Document 1, the driving torque of the first electric motor and the driving torque of the second electric motor are added and transmitted to the travel output shaft.
特許文献1に記載の作業車両のように、走行駆動力を発生させる電動機を複数備える場合、電動機に付随して、電動機を制御するためのインバータ等の補助部品を備える必要が生じる。このため、電動機の数を増やすほど、補助部品も増加し、コストが上昇してしまうという問題がある。 When a plurality of electric motors that generate travel driving force are provided as in the work vehicle described in Patent Document 1, it is necessary to provide auxiliary parts such as an inverter for controlling the electric motors accompanying the electric motors. For this reason, there is a problem that as the number of electric motors is increased, the number of auxiliary parts is increased and the cost is increased.
請求項1に記載の作業車両は、エンジンと、エンジンにより駆動されて圧油を吐出する油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動源として作業を行う作業装置と、車輪に動力を与える走行電動機と、複数の速度段を有し、走行電動機からの動力を車輪に伝達するトランスミッションと、車速および車輪の目標駆動トルクに応じて、走行電動機の損失が小さくなるようにトランスミッションの速度段を設定する変速制御装置とを備える。
請求項2に記載の作業車両は、請求項1に記載の作業車両において、変速制御装置は、目標駆動トルクが大きいほど低い車速でトランスミッションの速度段を切り替える。
請求項3に記載の作業車両は、請求項1または2に記載の作業車両において、アクセルペダルの操作量を検出する操作量検出装置と、車速を検出する車速検出装置と、操作量検出装置で検出された操作量および車速検出装置で検出された車速に応じて、目標駆動トルクを決定するトルク決定手段とを備え、変速制御装置は、トランスミッションの速度段を切り替える切替用車速を決定する切替車速決定手段と、車速検出装置で検出された車速と切替車速決定手段で決定された切替用車速とを比較して、トランスミッションの速度段を設定する速度段設定部とを備える。
請求項4に記載の作業車両は、請求項3に記載の作業車両において、基準車速が記憶された記憶装置を備え、切替車速決定手段は、目標駆動トルクが大きいほど増加する補正値を決定し、基準車速から補正値を減算して切替用車速を決定する。
請求項5に記載の作業車両は、請求項3に記載の作業車両において、目標駆動トルクが大きいほど低くなる切替用車速の特性が記憶された記憶装置を備え、切替車速決定手段は、特性に基づいて目標駆動トルクに応じた切替用車速を決定する。
請求項6に記載の作業車両は、請求項1または2に記載の作業車両において、アクセルペダルの操作量を検出する操作量検出装置と、車速を検出する車速検出装置と、操作量検出装置で検出された操作量および車速検出装置で検出された車速に応じて、目標駆動トルクを決定するトルク決定手段とを備え、変速制御装置は、車速検出装置で検出された車速に応じた走行電動機の損失を、トランスミッションの速度段ごとに決定する損失決定部と、損失決定部で決定された速度段ごとの損失のうち、最も損失が小さくなる速度段を選択し、トランスミッションの速度段を選択された速度段に設定する速度段設定部とを備える。
The work vehicle according to claim 1 includes an engine, a hydraulic pump that is driven by the engine and discharges pressure oil, a working device that operates using the hydraulic pump as a drive source, a traveling motor that provides power to the wheels, And a transmission control device for setting the speed stage of the transmission so that the loss of the traveling motor is reduced in accordance with the vehicle speed and the target driving torque of the wheel. With.
According to a second aspect of the present invention, in the work vehicle according to the first aspect, the speed change control device switches the speed stage of the transmission at a lower vehicle speed as the target drive torque increases.
A work vehicle according to a third aspect is the work vehicle according to the first or second aspect, wherein an operation amount detection device that detects an operation amount of an accelerator pedal, a vehicle speed detection device that detects a vehicle speed, and an operation amount detection device. Torque determining means for determining a target drive torque according to the detected operation amount and the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting device, and the shift control device switches the switching vehicle speed for determining the switching vehicle speed for switching the speed stage of the transmission. A speed stage setting unit configured to compare the vehicle speed detected by the vehicle speed detection device and the switching vehicle speed determined by the switching vehicle speed determination means to set a speed stage of the transmission;
According to a fourth aspect of the present invention, the work vehicle according to the third aspect includes a storage device that stores the reference vehicle speed, and the switching vehicle speed determining unit determines a correction value that increases as the target drive torque increases. Then, the vehicle speed for switching is determined by subtracting the correction value from the reference vehicle speed.
According to a fifth aspect of the present invention, in the work vehicle according to the third aspect, the work vehicle according to the third aspect includes a storage device that stores a characteristic of the switching vehicle speed that decreases as the target drive torque increases. Based on this, the vehicle speed for switching according to the target drive torque is determined.
The work vehicle according to claim 6 is the work vehicle according to claim 1 or 2, wherein an operation amount detection device that detects an operation amount of an accelerator pedal, a vehicle speed detection device that detects a vehicle speed, and an operation amount detection device. Torque determining means for determining a target drive torque in accordance with the detected operation amount and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection device, and the shift control device is provided for the travel motor according to the vehicle speed detected by the vehicle speed detection device. The loss determining unit that determines the loss for each speed stage of the transmission, and the speed stage with the smallest loss among the losses for each speed stage determined by the loss determining unit is selected, and the transmission speed stage is selected. A speed stage setting unit for setting the speed stage.
本発明によれば、燃費低減を図るとともに走行電動機の数の増加を抑えつつ、広い動作範囲の走行駆動性能を確保することができる。 According to the present invention, it is possible to ensure traveling drive performance in a wide operating range while reducing fuel consumption and suppressing an increase in the number of traveling motors.
以下、本発明による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、本発明によるシリーズハイブリッド式の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101、バケット102、前輪103F等を有する前部車体105と、運転室107、機械室108、後輪103R等を有する後部車体106とで構成される。
Hereinafter, an embodiment of a work vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view of a
本実施の形態のホイールローダ100は、前部車体105と、後部車体106とが連結軸109を回転軸として左右に屈曲されるアーティキュレート式のホイールローダ100である。前部車体105と後部車体106とは連結軸109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105Aの伸縮により後部車体106に対し前部車体105が左右に屈折して操舵される。
The
前部車体105には、上下方向に回動可能にアーム101が連結されており、アーム101はアームシリンダ101Aの駆動により上下方向に回動(俯仰動)する。アーム101の先端にはバケット102が上下方向に回動可能に連結されており、バケット102はバケットシリンダ102A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。
An
図2は、ホイールローダ100の構成の一例を示す図である。ホイールローダ100は、制御装置150と、エンジン161と、エンジンコントローラ160と、走行電動装置120と、作業油圧装置110と、動力伝達機構130とを備えている。制御装置150およびエンジンコントローラ160は、CPUや記憶装置であるROMおよび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。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
制御装置150は、たとえば車両全体を制御する統合制御装置HCU(HybridControl Unit)である。制御装置150は、ホイールローダ100の走行系および油圧作業系を含むシステム全体の制御を行っており、システム全体が最高のパフォーマンスを発揮するように、エンジン161、発電電動機121、走行電動機124およびトランスミッション131等を統合的に制御する。制御装置150には、アクセルペダル143の操作量を検出するペダル操作量センサ143aおよび車両を起動、停止させるためのイグニッションスイッチ149がそれぞれ接続されている。制御装置150には、ペダル操作量センサ143aから操作量信号、および、イグニッションスイッチ149からの操作位置信号がそれぞれ入力される。
The
イグニッションスイッチ149がオペレータによりオン操作されると、制御装置150からエンジンコントローラ160に運転開始信号が入力され、エンジンコントローラ160はスタータ(不図示)と燃料噴射装置161aとを制御して、エンジン161を始動する。イグニッションスイッチ149がオペレータによりオフ操作されると、制御装置150からエンジンコントローラ160に運転停止信号が入力され、エンジンコントローラ160は燃料噴射装置161aを制御して、エンジン161を停止する。
When the
作業油圧装置110は、エンジン161に機械的に結合される作業用油圧ポンプ111と、アーム101およびバケット102(図1参照)と、アームシリンダ101Aおよびバケットシリンダ102Aとを含んで構成される。作業油圧装置110は、エンジン161により駆動される作業用油圧ポンプ111を駆動源として作業を行うものであり、作業用油圧ポンプ111から吐出される圧油により駆動される。
The working
作業用油圧ポンプ111から吐出される圧油は、コントロールバルブ112により方向と流量が制御されて、アームシリンダ101Aおよびバケットシリンダ102Aへと供給される。運転室107内のアーム操作レバー(不図示)およびバケット操作レバー(不図示)が操作されると、コントロールバルブ112が動作し、アームシリンダ101Aおよびバケットシリンダ102Aへ作動油が適宜分配され、アーム101およびバケット102が所定の動作を行う。オペレータは、アーム操作レバーおよびバケット操作レバーを操作することで、アームシリンダ101Aおよびバケットシリンダ102Aを伸縮させて、バケット102の高さと傾きとを制御し、掘削および荷役作業を行う。
The pressure oil discharged from the working hydraulic pump 111 is supplied to the
動力伝達機構130は、アクスル134と、デファレンシャル装置133と、プロペラシャフト135と、トランスミッション131とを含んで構成され、走行電動機124で発生した動力を車輪103に伝達する。なお、本実施の形態では、前輪103Fおよび後輪103Rのそれぞれが駆動輪とされている。
The
トランスミッション131は、1速(低速)と、1速よりも変速比の小さい2速(高速)の速度段を有し、各速度段に対応するソレノイド弁を有する自動変速機である。これらのソレノイド弁は、制御装置150からトランスミッション制御装置131cへ出力される制御信号(目標速度段信号)によって駆動され、トランスミッション131の速度段はこの制御信号(目標速度段信号)に応じて切り替えられる。トランスミッション131の設定速度段は、制御装置150で検出されている。トランスミッション131の自動変速制御については、後述する。
The
一対の前輪103F(一対の車輪103)は、それぞれアクスル134に連結されている。同様に、一対の後輪103R(一対の車輪103)は、それぞれアクスル134に連結されている。アクスル134は、デファレンシャル装置133に接続され、デファレンシャル装置133はプロペラシャフト135を介してトランスミッション131の出力軸に連結されている。トランスミッション131の入力軸は、走行電動機124のロータシャフト132に連結されている。
The pair of
走行電動装置120は、発電電動機121と、MG用インバータ122と、走行電動機124と、走行用インバータ125と、蓄電装置127と、コンバータ128とを含んで構成される。
The traveling
走行電動機124は、かご型ロータを備える誘導電動機であり、発電電動機121および蓄電装置127に電力線を介して接続され、発電電動機121および蓄電装置127の一方、または双方から供給される電力によって駆動されて、車輪103に走行駆動力を与える。
The traveling
発電電動機121は、永久磁石を有するロータを備えた同期電動機であり、エンジン161の出力軸に直接的に、あるいは、ベルトやギヤを介して連結されている。発電電動機121は、エンジン161により駆動されて三相交流電力を発生する発電機として機能する。この三相交流電力は、MG用インバータ122により直流電力に変換されて走行電動機用のインバータ(以下、走行用インバータ125と記す)に供給される。なお、充電率が所定値まで低下している場合には、MG用インバータ122により変換された直流電力はコンバータ128を介して蓄電装置127にも供給され、蓄電装置127が充電される。
The
発電電動機121は、MG用インバータ122で変換された三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としても機能し、エンジン161のトルクアシストを行う。
The
MG用インバータ122および走行用インバータ125は、それぞれ直流電力から三相交流電力への変換、または、三相交流電力から直流電力への変換をスイッチング半導体素子の作動によって制御する電力変換装置である。MG用インバータ122および走行用インバータ125は、それぞれスイッチング素子を有するパワーモジュール(不図示)、ドライバ回路(不図示)およびパワーコントローラ122c,125cを備えている。
The
各電力変換装置は、6つのスイッチング半導体素子を備えており、6つのスイッチング半導体素子のスイッチング動作(オン・オフ)によって、電力変換を行う。 Each power conversion device includes six switching semiconductor elements, and performs power conversion by switching operations (on / off) of the six switching semiconductor elements.
パワーコントローラ122c,125cは、6つのスイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御するための電子回路装置である。パワーコントローラ122c,125cには、CAN(Controller Area Network)140を介して制御装置150からのトルク指令が入力される。
The
MG用インバータ122のパワーコントローラ122cには、発電電動機121とMG用インバータ122との間を流れる交流電流の電流値を検出するMG用電流センサ141、および、発電電動機121の回転速度を検出するMG用速度センサ142からの信号がそれぞれ入力される。なお、MG用速度センサ142で検出された回転速度信号は、パワーコントローラ122cを介して制御装置150にも入力される。
The
走行用インバータ125のパワーコントローラ125cには、走行電動機124と走行用インバータ125との間を流れる交流電流の電流値を検出する走行電動機用の電流センサ(以下、走行用電流センサ144と記す)からの信号が入力される。また、走行用インバータ125のパワーコントローラ125cには、走行電動機124の回転速度を検出する走行電動機用の速度センサ(以下、モータ速度センサ145と記す)からの信号が入力される。なお、モータ速度センサ145で検出された回転速度信号は、パワーコントローラ125cを介して制御装置150にも入力される。
The
MG用インバータ122は、MG用電流センサ141およびMG用速度センサ142からの情報、ならびに、制御装置150から出力されたトルク指令に基づき、所望の電動機トルクが発生するように発電電動機121の電圧を制御する。走行用インバータ125は、走行用電流センサ144およびモータ速度センサ145からの情報、ならびに、制御装置150から出力されたトルク指令に基づき、所望の電動機トルクが発生するように走行電動機124の電圧を制御する。
Based on the information from the MG
パワーコントローラ122c,125cは、スイッチング半導体素子に対するスイッチング動作指令信号(たとえばPWM(パルス幅変調)信号)を生成する。この生成された指令信号はドライバ回路(不図示)に出力される。
The
ドライバ回路(不図示)は、パワーコントローラ122c,125cから出力されたスイッチング動作指令信号に基づいて、6つのスイッチング半導体素子に対する駆動信号を生成する。この駆動信号は、6つのスイッチング半導体素子のゲート電極に出力される。6つのスイッチング半導体素子は、ドライバ回路(不図示)から出力された駆動信号に基づいてスイッチング(オン・オフ)が制御される。
The driver circuit (not shown) generates drive signals for the six switching semiconductor elements based on the switching operation command signals output from the
MG用インバータ122および走行用インバータ125はコンバータ128を介して蓄電装置127に接続されており、コンバータ128はMG用インバータ122および走行用インバータ125と蓄電装置127との電力の授受を行っている。蓄電装置127の充放電電圧は、コンバータ128に内蔵されるパワーコントローラ128cにより制御される。パワーコントローラ128cは、制御装置150からの電圧指令をCAN140を介して受け取り、蓄電装置127の充放電電圧を昇圧または降圧する。
The
蓄電装置127は、ある程度の電気的仕事(たとえば数10kW、数秒程度の仕事)で発生する電力を蓄電し、所望の時期に蓄電された電荷を放電することが可能な電気二重層キャパシタや二次電池等の蓄電素子を複数備えている。
The
蓄電装置127は、発電電動機121の発電電力や、走行電動機124の回生電力によって充電される。発電電動機121で発生した三相交流電力は、MG用インバータ122で直流電力に変換され、コンバータ128を介して蓄電装置127に供給され、蓄電装置127が充電される。走行電動機124で発生した三相交流電力は、走行用インバータ125で直流電力に変換され、コンバータ128を介して蓄電装置127に供給され、蓄電装置127が充電される。
The
力行運転時には、発電電動機121で発生し、MG用インバータ122で交流電力から直流電力へと変換された電力、および、蓄電装置127から出力された直流電力の一方、または双方が走行用インバータ125に供給され、走行用インバータ125により三相交流電力に変換される。走行電動機124は、走行用インバータ125で変換された三相交流電力により駆動されて回転トルクを発生する。
During powering operation, one or both of the power generated by the
走行電動機124で発生した回転トルクは、走行電動機124のロータシャフト132に連結されるトランスミッション131に伝達される。ロータシャフト132の回転は、トランスミッション131で変速され、変速後の回転がプロペラシャフト135、アクスル134を介して、車輪103に伝達される。
The rotational torque generated by the traveling
回生運転時には、車輪103から伝達される回転トルクにより走行電動機124が回転して、三相交流電力が発生する。走行電動機124で発生した三相交流電力は、走行用インバータ125により直流電力に変換され、コンバータ128を介して蓄電装置127に供給され、蓄電装置127は走行用インバータ125で変換された直流電力により充電される。
During the regenerative operation, the traveling
掘削作業時には、必要に応じて、蓄電装置127からMG用インバータ122を介して発電電動機121に電力が供給され、発電電動機121が電動機として機能し、エンジン161のトルクアシストが行われる。
At the time of excavation work, electric power is supplied from the
制御装置150は、アクセルペダル143の操作量(踏み込み量)を含む車両情報に応じた要求トルクを走行電動機124が出力するように、エンジン161および発電電動機121、走行電動機124を制御する。制御装置150は、走行電動機124に必要な電力を発電電動機121で発生させるためにエンジン161の目標回転速度を設定し、エンジンコントローラ160に目標回転速度指令を出力する。また、制御装置150は、発電電動機121を発電機として動作させるためのトルク指令をMG用インバータ122のパワーコントローラ122cに出力するとともに、走行電動機124を電動機として動作させるためのトルク指令を走行用インバータ125のパワーコントローラ125cに出力する。
The
エンジンコントローラ160には、エンジン161の実回転速度を検出するエンジン回転速度センサ146からの信号が入力される。エンジンコントローラ160は、エンジン回転速度センサ146で検出されたエンジン161の実回転速度と、制御装置150からのエンジン161の目標回転速度とを比較して、実回転速度を目標回転速度に近づけるための制御信号を燃料噴射装置161aに出力して、燃料噴射装置161aを制御する。
The
以下、力行運転時における自動変速制御処理について詳細に説明する。図3は、自動変速制御処理を説明するための制御装置150の機能ブロック図である。制御装置150は、トルク演算部151と、損失演算部152L,152Hと、トランスミッション131の速度段を設定する速度段設定部153と、車速Vを演算する車速演算部154とを機能的に備えている。
Hereinafter, the automatic shift control process during the power running operation will be described in detail. FIG. 3 is a functional block diagram of the
車速演算部154は、現在設定されているトランスミッション131の速度段の変速比と、モータ速度センサ145で検出され、パワーコントローラ125cを介して入力される走行電動機124の回転速度とに基づいて、車両の走行速度(以下、車速Vと記す)を演算する。
The vehicle
トルク演算部151は、走行電動機124の走行駆動力が与えられる車輪(駆動輪)の目標トルク(以下、目標駆動トルクTdと記す)を演算する。トルク演算部151は、ペダル操作量センサ143aで検出されたアクセルペダル143の操作量Sと、車速演算部154で演算された車速Vに基づいて、目標駆動トルクTdを演算する。図4は、車速V(横軸)と目標駆動トルクTd(縦軸)の関係を示す図である。図4には、3本のトルクカーブが図示されている。図中、太い実線は、アクセルペダル143の操作量Sが100%、すなわち最大踏込操作時の目標駆動トルクTdの特性Ct100を示している。図中、破線は操作量Sが50%のときの目標駆動トルクTdの特性Ct50を示し、細い実線は操作量Sが20%のときの目標駆動トルクTdの特性Ct20を示している。
The
制御装置150の記憶装置には、図4に示す車速Vに対する目標駆動トルクTdの特性Ct100,Ct50,Ct20のテーブル(トルクカーブ)が操作量Sごと(100%,50%,20%)に記憶されている。各特性Ct100,Ct50,Ct20は、目標駆動トルクTdが、車速Vに反比例するように設定されている。なお、図4では、説明の便宜上、3本のトルクカーブを示しているが、記憶装置には3本以上のトルクカーブを記憶させてもよい。
The storage device of the
トルク演算部151は、ペダル操作量センサ143aで検出された操作量Sに対応するトルクカーブを参照し、車速演算部154で演算された車速Vに対応する目標駆動トルクTdを読み出す。なお、トルク演算部151は、検出された操作量Sに対応するテーブルが存在しない場合には、検出された操作量S(たとえば60%)の前後の操作量に対応する2つのテーブル(たとえば、50%のテーブルと100%のテーブル)を参照し、周知の補間演算により目標駆動トルクTdを演算する。トルク演算部151は、演算された駆動輪の目標駆動トルクTdと、現在設定されているトランスミッション131の速度段に基づいて、駆動輪のトルクを目標駆動トルクとするために必要な走行電動機124のトルクに応じたトルク指令を走行用インバータ125のパワーコントローラ125cに出力する。
The
本実施の形態では、走行電動機124の回転速度とトルクは、トランスミッション131により変換される。図5は、1速度段および2速度段のそれぞれにおける車速V(横軸)と目標駆動トルクTd(縦軸)の関係を示す図である。図中、破線は、アクセルペダル143の操作量Sが100%のときの特性Ct100(図4参照)を示している。
In the present embodiment, the rotational speed and torque of the traveling
本実施の形態では、車速Vが最低速度Vmin(=0)から最高速度Vmaxまでの全速度範囲において、1速度段および2速度段のうちの少なくとも一つの速度段により、特性Ct100に相当する目標駆動トルクTdを出力できるように、走行電動機124のモータ特性およびトランスミッション131の変速比が定められている。
In the present embodiment, in the entire speed range from the lowest speed Vmin (= 0) to the highest speed Vmax, the vehicle speed V is a target corresponding to the characteristic Ct100 by at least one of the first speed stage and the second speed stage. The motor characteristics of the traveling
図5においてハッチングで示す領域A内の目標駆動トルクTdは、1速度段および2速度段のいずれでも出力することができる。しかしながら、2つの速度段の中から任意に速度段を設定してしまうと、走行電動機124の損失が大きくなり、燃費が悪くなるおそれがある。そこで、本実施の形態では、走行電動機124の損失が小さくなるように、トランスミッション131の速度段を設定するようにした。
The target drive torque Td in the area A indicated by hatching in FIG. 5 can be output at either the first speed stage or the second speed stage. However, if the speed stage is arbitrarily set from the two speed stages, the loss of the traveling
図3に示すように、損失演算部152L,152Hは、車速演算部154で演算された車速V、および、トルク演算部151で演算された目標駆動トルクTdに応じて、走行電動機124の損失Lmを決定する。損失Lmは、電動機の銅損および鉄損の和を表している。銅損は、ジュール損失であり、電動機のトルクが大きくなるにしたがって増加する。鉄損は、電動機の鉄心で磁気ヒステリシスと渦電流によって電力が熱となって消費されるエネルギー損失(ヒステリシス損および渦電流損)であり、電動機の回転速度が高くなるにしたがって増加する。このため、損失Lmは、電動機の回転速度が低速であるときにはトルクの影響により銅損が支配的になり、電動機の回転速度が高速であるときには回転速度の影響により鉄損が支配的になる。
As shown in FIG. 3, the
本実施の形態のように、電動機を作業車両の走行駆動力源として使用する場合には、普通自動車などの一般的な走行用車両よりも車速が低速のときにおけるトルクが重要とされる。特にホイールローダのような作業車両は、掘削時に土や土砂からの反力を駆動綸で受け止めながら進むため、低速時において、一般的な走行用車両に比べて非常に高いトルクが必要とされる。このトルクを通常の電動機制御で実現しようとすると、電動機の体格やコストが膨大となってしまう。そこで、作業車両用の走行電動機では、定格よりも多くの電流を流すことで(すなわち、過負荷運転により)低速時の高トルクを実現している。このため、低速、高トルク時には、定格電流により運転される通常時よりも銅損が増えることになる。 When the electric motor is used as the driving force source of the work vehicle as in the present embodiment, the torque when the vehicle speed is lower than that of a general driving vehicle such as an ordinary automobile is important. In particular, a work vehicle such as a wheel loader travels while receiving a reaction force from soil or earth and sand with a driving rod during excavation, and therefore requires a much higher torque than a general traveling vehicle at low speeds. . If this torque is to be realized by normal motor control, the size and cost of the motor become enormous. Therefore, in a traveling motor for a work vehicle, a high torque at a low speed is realized by flowing a current larger than the rated value (that is, by overload operation). For this reason, at a low speed and a high torque, the copper loss is increased as compared with the normal time when the motor is operated with the rated current.
走行電動機124の損失Lm、目標駆動トルクTd、車速V、トランスミッション131の速度段の関係について、図6を参照して説明する。図6は、車速V(横軸)と走行電動機の損失Lm(縦軸)の関係を示す図である。図6には、6本の損失曲線が図示されている。図中、太い実線は、目標駆動トルクTd=Td3のときの損失Lmの特性を示している。図中、破線は、目標駆動トルクTd=Td2のときの損失Lmの特性を示している。図中、細い実線は、目標駆動トルクTd=Td1のときの損失Lmの特性を示している。Td1,Td2,Td3の大小関係は、Td1<Td2<Td3である。
The relationship among the loss Lm of the traveling
同じ目標駆動トルクTdを表す同種の線のうち、左側の線が1速度段(低速度段)を使用したときの損失Lm(以下、Lm1と記す)であり、右側の線が2速度段(高速度段)を使用したときの損失Lm(以下、Lm2と記す)を示している。図示するように、目標駆動トルクTdが大きいほど、損失Lmは大きくなる。なお、車速Vが同じ場合、アクセルペダル143の操作量Sが大きいほど、目標駆動トルクTdが大きくなるため(図4参照)、損失Lmも大きくなる。
Of the same type of lines representing the same target drive torque Td, the left line is the loss Lm (hereinafter referred to as Lm1) when the first speed stage (low speed stage) is used, and the right line is the second speed stage ( The loss Lm (hereinafter referred to as Lm2) when the high speed stage is used is shown. As shown, the loss Lm increases as the target drive torque Td increases. When the vehicle speed V is the same, the greater the operation amount S of the
いずれの損失曲線も極小点Pを有している。極小点Pから車速Vが高くなるにしたがって損失Lmが大きくなり、極小点Pから車速Vが低くなるにしたがって損失Lmが大きくなる。 Each loss curve has a minimum point P. The loss Lm increases as the vehicle speed V increases from the minimum point P, and the loss Lm increases as the vehicle speed V decreases from the minimum point P.
図示するように、車速Vが同一で、かつ、目標駆動トルクTdが同一であっても、速度段によって走行電動機の損失Lmは異なる。たとえば、車速V=Ve、目標駆動トルクTd=Td3のとき、1速度段では損失Lm=Lm1e、2速度段では損失Lm=Lm2eとなり、損失の値が異なっている(Lm1e≠Lm2e)。この理由は、同一の電動機出力であっても、走行電動機124のトルクおよび回転速度はそれぞれ速度段ごとに異なり、銅損、鉄損のバランスが1速と2速とで同じではないためである。
As shown in the figure, even when the vehicle speed V is the same and the target drive torque Td is the same, the loss Lm of the traveling motor varies depending on the speed stage. For example, when the vehicle speed V = Ve and the target drive torque Td = Td3, the loss Lm = Lm1e at the first speed stage, the loss Lm = Lm2e at the second speed stage, and the loss values are different (Lm1e ≠ Lm2e). This is because, even with the same motor output, the torque and rotational speed of the traveling
同種の線が交わる点Xは1速度段(低速度段)と2速度段(高速度段)で損失Lmの大小が入れ替わる点であり、交点Xは目標駆動トルクTdが大きくなるにしたがって低速側に変位している。 The point X where the same type of lines intersect is the point where the magnitude of the loss Lm is switched between the first speed stage (low speed stage) and the second speed stage (high speed stage), and the intersection point X becomes the lower speed side as the target drive torque Td increases. Is displaced.
制御装置150の記憶装置には、図6に示す損失特性のテーブル(損失曲線)が目標駆動トルクTdごとに記憶されている。なお、図6では、説明の便宜上、6本の損失曲線を示しているが、記憶装置には6本以上の損失曲線を記憶させてもよい。
The storage device of the
損失演算部152Lは、トルク演算部151で演算された目標駆動トルクTdに対応する1速度段使用時の損失曲線を選択し、選択された損失曲線を参照し、車速演算部154で演算された車速Vに対応する1速度段使用時の損失Lm1を読み出す。
The
損失演算部152Hは、トルク演算部151で演算された目標駆動トルクTdに対応する2速度段使用時の損失曲線を選択し、選択された損失曲線を参照し、車速演算部154で演算された車速Vに対応する2速度段使用時の損失Lm2を読み出す。
The
なお、損失演算部152L,152Hは、目標駆動トルクTd(たとえばTd=Td12,Td1<Td12<Td2)に対応するテーブル(損失曲線)が存在しない場合には、その目標駆動トルクTdの前後の目標駆動トルクTdに対応する2つのテーブル(たとえば、Td=Td1のテーブルとTd=Td2のテーブル)を参照し、周知の補間演算により損失Lmを演算する。
When there is no table (loss curve) corresponding to the target drive torque Td (for example, Td = Td12, Td1 <Td12 <Td2), the
図3に示すように、速度段設定部153は、損失演算部152Lで演算された1速度段使用時の損失Lm1(たとえば、Lm1=Lm1e)と、損失演算部152Hで演算された2速度段使用時の損失Lm2(たとえば、Lm2=Lm2e)とを比較して、損失の低い速度段(たとえば、1速)を選択する。速度段設定部153は、トランスミッション131の速度段を選択した速度段に設定するための制御信号(目標速度段信号)をトランスミッション制御装置131cへ出力する。トランスミッション制御装置131cは、入力された目標速度段信号に基づき、トランスミッション131の速度段を速度段設定部153が選択した速度段に設定する。
As shown in FIG. 3, the speed
図6に示した各損失曲線は、実験やシミュレーション等により得ることができる。なお、損失曲線のデータはVminからVmaxの全車速領域で必要とされるわけではなく、交点X付近の特性を記憶装置に記憶させておけばよい。本実施の形態では、全車速領域で速度段設定部153が損失Lm1と損失Lm2とを比較するため、損失曲線の無い車速領域での損失をLmxとして設定した。比較用に便宜上設定した値であるLmxは、各損失曲線で得られる損失Lmの値の最大値よりも大きい値であればよい。
Each loss curve shown in FIG. 6 can be obtained by experiment, simulation, or the like. The loss curve data is not required in the entire vehicle speed range from Vmin to Vmax, and the characteristics near the intersection X may be stored in the storage device. In the present embodiment, since the speed
つまり、図6に示すように、2速度段で目標駆動トルクTd=Td3の場合であって車速VがV3L以下のときの損失Lmと、1速度段で目標駆動トルクTd=Td3の場合であって車速VがV3H以上のときの損失LmのそれぞれをLmxに設定した。なお、目標駆動トルクTd=Td3の損失曲線の交点Xの車速VをV3Xとすると、V3L,V3H,V3Xの大小関係は、V3L<V3X<V3Hとなる。また、2速度段で目標駆動トルクTd=Td2の場合であって車速VがV2L以下のときの損失Lmと、1速度段で目標駆動トルクTd=Td2の場合であって車速VがV2H以上のときの損失LmのそれぞれをLmxに設定した。なお、目標駆動トルクTd=Td2の損失曲線の交点Xの車速VをV2Xとすると、V2L,V2H,V2Xの大小関係は、V2L<V2X<V2Hとなる。さらに、2速度段で目標駆動トルクTd=Td1の場合であって車速VがV1L以下のときの損失Lmと、1速度段で目標駆動トルクTd=Td1の場合であって車速VがV1H以上のときの損失LmのそれぞれをLmxに設定した。なお、目標駆動トルクTd=Td1の損失曲線の交点Xの車速VをV1Xとすると、V1L,V1H,V1Xの大小関係は、V1L<V1X<V1Hとなる。 That is, as shown in FIG. 6, there is a case where the target drive torque Td = Td3 at the second speed stage and the vehicle speed V is equal to or lower than V3L, and a case where the target drive torque Td = Td3 at the first speed stage. Thus, each of the losses Lm when the vehicle speed V is V3H or higher is set to Lmx. If the vehicle speed V at the intersection X of the loss curve of the target drive torque Td = Td3 is V3X, the magnitude relationship among V3L, V3H, and V3X is V3L <V3X <V3H. Further, the loss Lm when the target drive torque Td = Td2 at the second speed stage and the vehicle speed V is V2L or less, and the loss Lm when the target drive torque Td = Td2 at the first speed stage and the vehicle speed V is V2H or more. Each loss Lm was set to Lmx. When the vehicle speed V at the intersection X of the loss curve of the target drive torque Td = Td2 is V2X, the magnitude relationship among V2L, V2H, and V2X is V2L <V2X <V2H. Further, the loss Lm when the target drive torque Td = Td1 at the second speed stage and the vehicle speed V is V1L or lower, and the loss Lm when the target drive torque Td = Td1 at the first speed stage and the vehicle speed V is V1H or higher. Each loss Lm was set to Lmx. When the vehicle speed V at the intersection X of the loss curve of the target drive torque Td = Td1 is V1X, the magnitude relationship among V1L, V1H, and V1X is V1L <V1X <V1H.
上述したように、交点Xは目標駆動トルクTdが大きくなるにしたがって低速側に変位している(図6参照)。つまり、目標駆動トルクTdが大きいほど低い車速Vでトランスミッション131の速度段が切り替えられることになる。
As described above, the intersection point X is displaced toward the low speed side as the target drive torque Td increases (see FIG. 6). That is, the speed stage of the
イグニッションスイッチ149がオン操作されると、自動変速制御プログラムが起動され、上述した車速演算部154での車速演算処理、トルク演算部151での目標駆動トルク演算処理、損失演算部152Lでの1速度段使用時の損失演算処理、損失演算部152Hでの2速度段使用時の損失演算処理、および、速度段設定部153での速度段選択処理が、制御装置150により繰り返し実行される。このような自動変速制御により、車両の走行中に損失Lmの小さい速度段が自動で設定されるため、燃費の向上を図ることができる。
When the
上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)作業車両において、走行電動機124からの動力を車輪103に伝達するトランスミッション131を備えるようにしたので、走行電動機124の数の増加を抑えつつ、広い動作範囲の走行駆動性能を確保することができる。
According to the first embodiment described above, the following operational effects are obtained.
(1) Since the work vehicle includes the
(2)車速V、および、車輪103の目標駆動トルクTdに応じて、走行電動機124の損失が小さくなるように、すなわち走行効率がよくなるように、トランスミッション131の速度段を設定するようにしたので、燃費の向上を図ることができる。
(2) The speed stage of the
(3)車速Vに応じた走行電動機124の損失Lmを、トランスミッション131の速度段ごとに決定し、決定された速度段ごとの損失Lm1,Lm2のうち、最も損失が小さくなる速度段を選択し、トランスミッション131の速度段を選択された速度段に設定するようにした。これにより、走行電動機124の損失が最も小さくなる速度段を精度よく選択できる。
(3) The loss Lm of the traveling
−第2の実施の形態−
図7および図8を参照して、第2の実施の形態に係る作業車両を説明する。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の参照番号を付し、相違点を主に説明する。第2の実施の形態に係る作業車両は、第1の実施の形態に係る作業車両と同様の構成を有している。第1の実施の形態では、1速度段使用時における走行電動機124の損失Lm1と、2速度段使用時における走行電動機124の損失Lm2とを比較して、損失の低い速度段を設定するようにした。これに対して、第2の実施の形態では、トランスミッション131の速度段を切り替える車速を表す切替用車速VC(閾値)と、車速演算部154で演算された車速V(現在の車速)とを比較して、トランスミッション131の速度段を設定する。
-Second Embodiment-
With reference to FIG. 7 and FIG. 8, the work vehicle which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. In the figure, the same reference numerals are assigned to the same or corresponding parts as those in the first embodiment, and the differences will be mainly described. The work vehicle according to the second embodiment has the same configuration as the work vehicle according to the first embodiment. In the first embodiment, the loss Lm1 of the traveling
図7は、第2の実施の形態に係る自動変速制御処理を説明するための制御装置250の機能ブロック図である。第2の実施の形態では、第1の実施の形態の制御装置150に代えて、制御装置250を備えている。図7に示すように、制御装置250は、車速演算部154と、トルク演算部151と、補正部255と、減算器256と、速度段設定部253とを機能的に備えている。
FIG. 7 is a functional block diagram of the
図8(a)は、目標駆動トルクTd(横軸)と補正速度ΔV(縦軸)との関係を示す図である。図8(b)は、目標駆動トルクTd(横軸)と切替用車速VC(縦軸)との関係を示す図である。制御装置250の記憶装置には、図8(a)に示す目標駆動トルクTdに対する補正速度ΔVの特性Cvのテーブルが記憶されている。
FIG. 8A is a diagram showing the relationship between the target drive torque Td (horizontal axis) and the correction speed ΔV (vertical axis). FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the target drive torque Td (horizontal axis) and the switching vehicle speed VC (vertical axis). The storage device of the
補正部255は、トルク演算部151で演算された目標駆動トルクTdに基づいて補正速度ΔVを決定する。具体的には、補正部255は、特性Cvのテーブルを参照し、目標駆動トルクTdに対応する補正速度ΔVを読み出す。補正速度ΔVは、目標駆動トルクTdの増加にしたがって、増加する。
The
制御装置250の記憶装置には、基準車速Vb(定数)が記憶されている。基準車速Vbは、目標駆動トルクTbが0のときに1速度段と2速度段との切り替え、すなわちシフトチェンジを行う車速である。なお、基準車速Vbは、任意の一定値とすることができる。
The storage device of the
減算器256は、記憶装置に記憶されている基準車速Vbから補正部255で演算された補正速度ΔVを減算し、切替用車速VCを決定し、速度段設定部253に出力する。閾値である切替用車速VCは、図8(b)に示すように、目標駆動トルクTdが増加するにしたがって、低下する特性となる。
The
速度段設定部253は、車速演算部154で演算された車速Vと、減算器256で演算された切替用車速VCとを比較する。速度段設定部253は、車速Vが切替用車速VC以上の場合(V≧VC)には速度段を2速に設定する制御信号(目標速度段信号)をトランスミッション制御装置131cに出力し、車速Vが切替用車速VC未満の場合(V<VC)には速度段を1速にする制御信号(目標速度段信号)をトランスミッション制御装置131cに出力する。トランスミッション制御装置131cは、入力された制御信号(目標速度段信号)に基づき、トランスミッション131を速度段設定部253が選択した速度段に設定する。
The speed
イグニッションスイッチ149がオン操作されると、自動変速制御プログラムが起動され、上述した車速演算部154での車速演算処理、トルク演算部151での目標駆動トルク演算処理、補正部255での補正速度演算処理、減算器256での切替用車速演算処理、および、速度段設定部253での速度段選択処理が、制御装置250により繰り返し実行される。
When the
図8(a)に示す補正速度ΔVの目標駆動トルクTdの増加に対する変化率は、図6の同一目標駆動トルクにおける1速度段使用時の損失曲線と2速度段使用時の損失曲線との交点Xでの車速Vが、目標駆動トルクTdの増加にしたがって低下する特性に基づいて決定される。目標駆動トルクTdが増加するにしたがって、速度段の切替用車速VC(閾値)を低下させることで、図6に示したように、走行電動機124の損失Lmが小さくなるようにトランスミッション131の速度段が自動的に設定される。
The change rate of the correction speed ΔV shown in FIG. 8A with respect to the increase in the target drive torque Td is the intersection of the loss curve when using the first speed stage and the loss curve when using the second speed stage in the same target drive torque shown in FIG. The vehicle speed V at X is determined based on a characteristic that decreases as the target drive torque Td increases. As the target drive torque Td increases, the speed stage switching vehicle speed VC (threshold value) is decreased, so that the speed L of the
このように、第2の実施の形態では、目標駆動トルクTdが大きいほど増加する補正速度ΔVを決定し、基準車速Vbから補正速度ΔVを減算して切替用車速VCを決定するようにした。このような自動変速制御を行う第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、車両の走行中に損失Lmの小さい速度段が自動で設定されるため、燃費の向上を図ることができる。さらに、第1の実施の形態に比べて、演算処理が単純であるため、制御装置250の処理能力を抑えてコストの低減を図ることができる。
As described above, in the second embodiment, the correction speed ΔV that increases as the target drive torque Td increases is determined, and the switching speed VC is determined by subtracting the correction speed ΔV from the reference vehicle speed Vb. According to the second embodiment that performs such automatic shift control, as in the first embodiment, since the speed stage with a small loss Lm is automatically set during traveling of the vehicle, the fuel efficiency is improved. Can be achieved. Furthermore, since the arithmetic processing is simple compared to the first embodiment, the processing capability of the
−第3の実施の形態−
図9を参照して、第3の実施の形態に係る作業車両を説明する。なお、図中、第2の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。第3の実施の形態に係る作業車両は、第2の実施の形態に係る作業車両と同様の構成を有している。第2の実施の形態では、基準車速Vbから補正速度ΔVを減算して、切替用車速VCを決定するようにした。これに対して、第3の実施の形態では、トランスミッション131の速度段を切り替える車速を表す切替用車速VC(閾値)の特性テーブルが予め記憶装置に記憶されており、トルク演算部151で演算された目標駆動トルクTdに基づいて切替用車速VCを決定する。
-Third embodiment-
With reference to FIG. 9, a work vehicle according to a third embodiment will be described. In the figure, the same or corresponding parts as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the differences will be mainly described. The work vehicle according to the third embodiment has the same configuration as the work vehicle according to the second embodiment. In the second embodiment, the correction vehicle speed ΔV is subtracted from the reference vehicle speed Vb to determine the switching vehicle speed VC. On the other hand, in the third embodiment, a characteristic table of the switching vehicle speed VC (threshold value) indicating the vehicle speed at which the speed stage of the
図9は、第3の実施の形態に係る自動変速制御処理を説明するための制御装置350の機能ブロック図である。第3の実施の形態では、第2の実施の形態の制御装置250に代えて、制御装置350を備えている。図9に示すように、制御装置350は、車速演算部154と、トルク演算部151と、速度段設定部353とを機能的に備えている。
FIG. 9 is a functional block diagram of a
速度段設定部353は、車速演算部154で演算された車速Vの情報と、トルク演算部151で演算された目標駆動トルクTdの情報が入力される。速度段設定部353は、記憶装置に記憶された切替用車速VCの特性テーブルを参照し、入力された目標駆動トルクTdに対応する切替用車速VCを読み出す。
The speed
速度段設定部353は、読み出した切替用車速VCと入力された車速Vとを比較する。速度段設定部353は、車速Vが切替用車速VC以上の場合(V≧VC)には速度段を2速に設定する制御信号(目標速度段信号)をトランスミッション制御装置131cに出力し、車速Vが切替用車速VC未満の場合(V<VC)には速度段を1速にする制御信号(目標速度段信号)をトランスミッション制御装置131cに出力する。トランスミッション制御装置131cは、入力された制御信号(目標速度段信号)に基づき、トランスミッション131を速度段設定部353が選択した速度段に設定する。
The speed
イグニッションスイッチ149がオン操作されると、自動変速制御プログラムが起動され、上述した車速演算部154での車速演算処理、トルク演算部151での目標駆動トルク演算処理、速度段設定部353での切替用車速演算処理および速度段選択処理が、制御装置350により繰り返し実行される。
When the
図9に示す切替用車速VCの特性は、図8(b)に示す切替用車速VCの特性と同じである。つまり、図8に示す切替用車速VCの特性テーブルは、図6に示した同一目標駆動トルクにおける1速度段使用時の損失曲線と2速度段使用時の損失曲線との交点Xでの車速Vが、目標駆動トルクTdの増加にしたがって低下する特性に基づいて決定される。目標駆動トルクTdが増加するにしたがって、速度段の切替用車速を低下させることで、図6に示したように、走行電動機124の損失Lmが小さくなるようにトランスミッション131の速度段が自動的に設定される。
The characteristics of the switching vehicle speed VC shown in FIG. 9 are the same as the characteristics of the switching vehicle speed VC shown in FIG. That is, the characteristic table of the switching vehicle speed VC shown in FIG. 8 is the vehicle speed V at the intersection X between the loss curve when using the first speed stage and the loss curve when using the second speed stage at the same target drive torque shown in FIG. Is determined based on a characteristic that decreases as the target drive torque Td increases. As the target drive torque Td increases, the speed stage of the
このように、第3の実施の形態では、目標駆動トルクTdが大きいほど低くなる切替用車速VCの特性が記憶された記憶装置を備え、この特性に基づいて目標駆動トルクTdに応じた切替用車速VCを決定するようにした。このような自動変速制御を行う第3の実施の形態によれば、第2の実施の形態と同様の作用効果を奏する。 As described above, the third embodiment includes a storage device that stores the characteristics of the switching vehicle speed VC that decreases as the target drive torque Td increases. Based on the characteristics, the switching device according to the target drive torque Td is provided. The vehicle speed VC was determined. According to the third embodiment that performs such automatic shift control, the same operational effects as those of the second embodiment can be obtained.
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)
上述した第1の実施の形態の損失演算部152L,152Hが演算する損失Lm1,Lm2は、それぞれ銅損と鉄損の和である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。さらに機械損を加味してもよい。図10は、車速(横軸)と機械損(縦軸)との関係を示す図である。なお、トルクによっては2速度段使用時に出力できない可能性があるため、低速領域での2速度段使用時の機械損は破線で示してある。機械損Lgは、トランスミッション131を構成する歯車同士が噛み合ってトルクを伝達する際の噛み合いによる摩擦によって生じる損失や、動力伝達機構を構成する各軸を支持する軸受や走行電動機124のロータシャフト132を支持する軸受での摩擦によって生じる損失等が含まれる。機械損Lgは、車速Vが大きくなるにしたがって増加する。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(Modification 1)
Although the loss Lm1 and Lm2 calculated by the
同じ車速であれば、1速度段における機械損Lg(以下、機械損Lg1と記す)は、2速度段における機械損Lg(以下、機械損Lg2と記す)に比べて大きくなる。これは、1速度段のほうが変速比が大きく、同じ車速の場合、2速度段に比べて1速度段の方が走行電動機124の回転速度が高くなるためである。
If the vehicle speed is the same, the mechanical loss Lg at the first speed stage (hereinafter referred to as mechanical loss Lg1) is larger than the mechanical loss Lg at the second speed stage (hereinafter referred to as mechanical loss Lg2). This is because the speed ratio is larger at the first speed stage, and the rotational speed of the traveling
この変形例では、1速度段使用時に生じる機械損Lg1の特性Cg1のテーブルと、2速度段使用時に生じる機械損Lg2の特性Cg2のテーブルとが記憶装置に予め記憶されている。損失演算部152Lは、特性Cg1のテーブルを参照し、車速Vに対応する機械損Lg1を読み出す。損失演算部152Lは、演算された機械損Lg1を損失Lm1に加算して、速度段設定部153に出力する。損失演算部152Hは、特性Cg2のテーブルを参照し、車速Vに対応する機械損Lg2を読み出す。損失演算部152Hは、演算された機械損Lg2を損失Lm2に加算して、速度段設定部153に出力する。
In this modification, a table of the characteristic Cg1 of the mechanical loss Lg1 generated when the first speed stage is used and a table of the characteristic Cg2 of the mechanical loss Lg2 generated when the second speed stage is used are stored in the storage device in advance. The
速度段設定部153は、損失演算部152Hで演算された1速度段使用時の損失Lm1および機械損Lg1の合計値と、損失演算部152Lで演算された2速度段使用時の損失Lm2および機械損Lg2の合計値とを比較して、損失Lmおよび機械損Lgの合計値が低い速度段を選択する。速度段設定部153は、トランスミッション131の速度段を選択した速度段に設定するための制御信号(目標速度段信号)をトランスミッション制御装置131cへ出力する。
The speed
変形例1では、銅損、鉄損だけでなく、機械損を加味して、銅損、鉄損および機械損の損失合計値が小さくなるようにトランスミッション131の速度段を設定した。機械損は、銅損や鉄損に比べて小さいものの、機械損を考慮することで、さらなる燃費の向上を図ることができる。
In the first modification, the speed stage of the
(変形例2)
上述した第1の実施の形態では、全車速領域で速度段設定部153が損失Lm1とLm2とを比較するために、損失曲線の無い車速領域での損失をLmxとして設定したが、本発明はこれに限定されない。車速が第1所定値未満では1速度段に設定し、車速が第1所定値よりも大きい第2所定値以上では2速度段に設定し、車速が第1所定値以上、かつ、第2所定値未満の範囲では、損失曲線により演算された損失Lm1と損失Lm2との比較により速度段を設定するようにしてもよい。この場合、第1所定値以上、かつ、第2所定値未満の範囲では、速度段ごとに複数の目標駆動トルクTdに対応する損失曲線を記憶装置に記憶させておく。
(Modification 2)
In the first embodiment described above, the loss in the vehicle speed region without the loss curve is set as Lmx so that the speed
(変形例3)
上述した第1の実施の形態では、損失演算部152L,152Hが走行電動機124の損失Lm1,Lm2を演算し、速度段設定部153が1速度段使用時の損失Lm1と、2速度段使用時の損失Lm2とを比較して、損失の低い速度段を選択する例について説明したが本発明はこれに限定されない。損失演算部152L,152Hが演算する損失とは、走行電動機124の損失と相関関係のある物理量であればよい。たとえば、損失演算部152L,152Hは、走行効率を演算し、速度段設定部153は、1速度段使用時の走行効率と、2速度段使用時の走行効率とを比較して、走行効率の高い速度段を選択することで、走行電動機124の損失が小さくなるようにトランスミッション131の速度段が設定されることになる。
(Modification 3)
In the first embodiment described above, the
(変形例4)
上述した第1の実施の形態では、損失演算部152L,152Hは、走行電動機124の温度にかかわらず、所定の損失曲線を参照して、車速Vに対応する損失Lmを求めるようにしたが、本発明はこれに限定されない。損失の演算の際に、走行電動機124の温度を加味してもよい。この場合、温度ごとの損失曲線の特性を記憶装置に記憶させておき、センサ等で検出した走行電動機124の温度に対応する損失曲線を参照し、車速Vに対応する損失Lmを読み出す。
(Modification 4)
In the first embodiment described above, the
なお、走行電動機124の温度ごとに、補正速度ΔVの特性および切替用車速VCの特性を記憶させておけば、第2および第3の実施の形態においても、走行電動機124の温度の影響を考慮した自動変速制御を実現できる。
If the characteristics of the correction speed ΔV and the characteristics of the switching vehicle speed VC are stored for each temperature of the traveling
(変形例5)
上述した実施の形態では、走行電動機124の回転速度を検出するモータ速度センサ145からの情報と、トランスミッション131の設定速度段の情報に基づいて、車速Vを決定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。車輪103の回転速度を検出するセンサからの情報から車速Vを求めてもよい。車速の検出方法は、種々の方法を採用できる。
(Modification 5)
In the above-described embodiment, the example in which the vehicle speed V is determined based on the information from the
(変形例6)
上述した実施の形態では、車速Vを用いてトルク演算処理や損失演算処理、速度段選択処理を実行する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。本明細書において、車速とは、車速と相関関係のある物理量であればよい。たとえば、トランスミッション131の出力軸の回転速度や、アクスル134の回転速度を用いて、トルク演算処理や損失演算処理、速度段選択処理を実行することができる。トランスミッション131の出力軸の回転速度や、アクスル134の回転速度は、センサで検出してもよいし、走行電動機124の回転速度信号と設定速度段の情報に基づいて、制御装置150で演算してもよい。
(Modification 6)
In the above-described embodiment, the example in which the torque calculation process, the loss calculation process, and the speed stage selection process are executed using the vehicle speed V has been described, but the present invention is not limited to this. In the present specification, the vehicle speed may be a physical quantity having a correlation with the vehicle speed. For example, torque calculation processing, loss calculation processing, and speed stage selection processing can be executed using the rotation speed of the output shaft of the
(変形例7)
上述した第1の実施の形態では、1速度段と2速度段を有するトランスミッション131を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。3つ以上の速度段を有するトランスミッション131に本発明を適用してもよい。なお、3つ以上の速度段を有するトランスミッション131に本発明を適用する場合、複数のシフトチェンジのうちの一部または全部において、本発明を適用することができる。たとえば、1〜3速度段を有するトランスミッション131において、1速と2速との間のシフトチェンジ、および、2速と3速との間のシフトチェンジの一方または双方で、走行電動機124の損失Lmが小さくなるようにトランスミッション131の速度段を設定することができる。
(Modification 7)
In the above-described first embodiment, the
(変形例8)
上述した実施の形態では、トルクカーブの特性(図4参照)や損失曲線の特性(図6参照)、補正速度の特性(図8(a)参照)、切替用車速の特性(図9参照)が記憶装置にテーブルで記憶されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。各特性を関数で記憶装置に記憶させておき、この関数を用いて、目標駆動トルクTdや損失Lm、補正速度ΔV、切替用車速VCを演算するようにしてもよい。
(Modification 8)
In the embodiment described above, torque curve characteristics (see FIG. 4), loss curve characteristics (see FIG. 6), correction speed characteristics (see FIG. 8A), and switching vehicle speed characteristics (see FIG. 9). However, the present invention is not limited to this. Each characteristic may be stored in a storage device as a function, and the target drive torque Td, loss Lm, correction speed ΔV, and switching vehicle speed VC may be calculated using this function.
(変形例9)
シフトチェンジのための条件(設定値)にヒステリシスを持たせてもよい。たとえば、第1の実施の形態では、現在の設定速度段が1速である場合、速度段設定部153は、Lm1≧Lm2+αとなったときに2速にシフトアップする。現在の設定速度段が2速である場合、速度段設定部153は、Lm1≦Lm2となったときに1速にシフトダウンする。これにより、シフトチェンジの煩雑さを抑制することができる。
(Modification 9)
Hysteresis may be added to the condition (set value) for shift change. For example, in the first embodiment, when the currently set speed stage is the first speed, the speed
たとえば、第2および第3の実施の形態では、現在の設定速度段が1速である場合、速度段設定部253,353は、V≧VC+βとなったときに2速にシフトアップする。現在の設定速度段が2速である場合、速度段設定部253,353は、V≦VCとなったときに1速にシフトダウンする。これにより、シフトチェンジの煩雑さを抑制することができる。
For example, in the second and third embodiments, when the currently set speed stage is the first speed, speed
(変形例10)
上述した実施の形態では、目標駆動トルクTdが大きいほど、トランスミッション131の速度段の切り替え(シフトチェンジ)が行われる車速(第1の実施の形態では、交点Xでの車速(図6参照)、第2および第3の実施の形態では切替用車速VC(図8(b)、図9参照))が、低くなる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。シフトチェンジが行われる車速Vと目標駆動トルクTdとの関係は、走行電動機124の損失特性によって決まる。このため、目標駆動トルクTdが増加するほど、シフトチェンジが行われる車速が高くなる場合もある。
(Modification 10)
In the above-described embodiment, as the target drive torque Td increases, the vehicle speed at which the speed stage of the
(変形例11)
上述した実施の形態では、力行運転時での変速制御処理を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。回生運転時における走行電動機124の損失Lmが小さくなるようにトランスミッション131の速度段を設定する場合にも本発明を適用して、燃費の向上を図ることができる。この場合、回生時には演算された目標駆動トルクTdが負の値となる。このため、第1の実施の形態では、目標駆動トルクTdの絶対値に基づいて走行電動機124の損失Lmを演算する(図6参照)。なお、力行時と回生時とで損失曲線の特性に違いがある場合は、力行時および回生時のそれぞれの損失曲線を記憶装置に記憶させておき、運転状態が力行運転であるのか回生運転であるのかの判断を行った上で損失Lmを演算する。第2の実施の形態では、目標駆動トルクTdの絶対値に基づいて補正速度ΔVを演算する(図8参照)。第3の実施の形態では、目標駆動トルクTdの絶対値に基づいて切替用車速VCを演算する(図9参照)。
(Modification 11)
In the above-described embodiment, the shift control process during the power running operation has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Even when the speed stage of the
(変形例12)
上述した実施の形態では、エンジン161により駆動されて発電する発電電動機121により発電された電力により駆動される走行電動機124を備えたシリーズハイブリッド式の作業車両を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。パラレルハイブリッド式の作業車両や、蓄電装置からの電力のみで走行電動機を駆動する全電動式の作業車両にも本発明を適用できる。
(Modification 12)
In the above-described embodiment, the series hybrid work vehicle including the traveling
(変形例13)
上述した実施の形態では、ホイールローダに本発明を適用した例について説明したが、これに限定されることなく、ホイールショベルやフォークリフト等の種々のホイール式の作業車両に本発明を適用することができる。
(Modification 13)
In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the wheel loader has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can be applied to various wheel-type work vehicles such as a wheel excavator and a forklift. it can.
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the characteristics of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .
100 ホイールローダ、101 アーム、101A アームシリンダ、102 バケット、102A バケットシリンダ、103 車輪、103F 前輪、103R 後輪、105 前部車体、105A ステアリングシリンダ、106 後部車体、107 運転室、108 機械室、109 連結軸、110 作業油圧装置、111 作業用油圧ポンプ、112 コントロールバルブ、120 走行電動装置、121 発電電動機、122 MG用インバータ、122c パワーコントローラ、124 走行電動機、125 走行用インバータ、125c パワーコントローラ、127 蓄電装置、128 コンバータ、128c パワーコントローラ、130 動力伝達機構、131 トランスミッション、131c トランスミッション制御装置、132 ロータシャフト、133 デファレンシャル装置、134 アクスル、135 プロペラシャフト、141 MG用電流センサ、142 MG用速度センサ、143 アクセルペダル、143a ペダル操作量センサ、144 走行用電流センサ、145 モータ速度センサ、146 エンジン回転速度センサ、149 イグニッションスイッチ、150 制御装置、151 トルク演算部、152H 損失演算部、152L 損失演算部、153 速度段設定部、154 車速演算部、160 エンジンコントローラ、161 エンジン、161a 燃料噴射装置、250 制御装置、253 速度段設定部、255 補正部、256 減算器、350 制御装置、353 速度段設定部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記エンジンにより駆動されて圧油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動源として作業を行う作業装置と、
車輪に動力を与える走行電動機と、
複数の速度段を有し、前記走行電動機からの動力を前記車輪に伝達するトランスミッションと、
車速および前記車輪の目標駆動トルクに応じて、前記走行電動機の損失が小さくなるように前記トランスミッションの速度段を設定する変速制御装置とを備える作業車両。 Engine,
A hydraulic pump driven by the engine to discharge pressure oil;
A working device for working with the hydraulic pump as a drive source;
A running motor that powers the wheels;
A transmission having a plurality of speed stages and transmitting power from the traveling motor to the wheels;
A work vehicle comprising: a shift control device that sets a speed stage of the transmission so that a loss of the traveling motor is reduced according to a vehicle speed and a target drive torque of the wheels.
前記変速制御装置は、前記目標駆動トルクが大きいほど低い車速で前記トランスミッションの速度段を切り替える作業車両。 The work vehicle according to claim 1,
The shift control device is a work vehicle that switches a speed stage of the transmission at a lower vehicle speed as the target drive torque is larger.
アクセルペダルの操作量を検出する操作量検出装置と、
車速を検出する車速検出装置と、
前記操作量検出装置で検出された操作量および前記車速検出装置で検出された車速に応じて、前記目標駆動トルクを決定するトルク決定手段とを備え、
前記変速制御装置は、
前記トランスミッションの速度段を切り替える切替用車速を決定する切替車速決定手段と、
前記車速検出装置で検出された車速と前記切替車速決定手段で決定された切替用車速とを比較して、前記トランスミッションの速度段を設定する速度段設定部とを備える作業車両。 In the work vehicle according to claim 1 or 2,
An operation amount detection device for detecting an operation amount of an accelerator pedal;
A vehicle speed detection device for detecting the vehicle speed;
Torque determining means for determining the target drive torque according to the operation amount detected by the operation amount detection device and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection device;
The shift control device includes:
Switching vehicle speed determining means for determining a switching vehicle speed for switching the speed stage of the transmission;
A work vehicle comprising: a speed stage setting unit configured to set a speed stage of the transmission by comparing a vehicle speed detected by the vehicle speed detection device with a switching vehicle speed determined by the switching vehicle speed determination unit.
基準車速が記憶された記憶装置を備え、
前記切替車速決定手段は、前記目標駆動トルクが大きいほど増加する補正値を決定し、前記基準車速から前記補正値を減算して前記切替用車速を決定する作業車両。 In the work vehicle according to claim 3,
A storage device storing the reference vehicle speed;
The switching vehicle speed determining means determines a correction value that increases as the target drive torque increases, and subtracts the correction value from the reference vehicle speed to determine the switching vehicle speed.
前記目標駆動トルクが大きいほど低くなる前記切替用車速の特性が記憶された記憶装置を備え、
前記切替車速決定手段は、前記特性に基づいて前記目標駆動トルクに応じた前記切替用車速を決定する作業車両。 In the work vehicle according to claim 3,
A storage device storing the characteristics of the switching vehicle speed that decreases as the target drive torque increases;
The switching vehicle speed determining means is a work vehicle that determines the switching vehicle speed according to the target drive torque based on the characteristics.
アクセルペダルの操作量を検出する操作量検出装置と、
車速を検出する車速検出装置と、
前記操作量検出装置で検出された操作量および前記車速検出装置で検出された車速に応じて、前記目標駆動トルクを決定するトルク決定手段とを備え、
前記変速制御装置は、
前記車速検出装置で検出された車速に応じた前記走行電動機の損失を、前記トランスミッションの速度段ごとに決定する損失決定部と、
前記損失決定部で決定された速度段ごとの損失のうち、最も損失が小さくなる速度段を選択し、前記トランスミッションの速度段を前記選択された速度段に設定する速度段設定部とを備える作業車両。 In the work vehicle according to claim 1 or 2,
An operation amount detection device for detecting an operation amount of an accelerator pedal;
A vehicle speed detection device for detecting the vehicle speed;
Torque determining means for determining the target drive torque according to the operation amount detected by the operation amount detection device and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection device;
The shift control device includes:
A loss determination unit that determines the loss of the traveling motor according to the vehicle speed detected by the vehicle speed detection device for each speed stage of the transmission;
An operation comprising: a speed stage setting unit that selects a speed stage with the smallest loss among the losses for each speed stage determined by the loss determination unit, and sets the speed stage of the transmission to the selected speed stage vehicle.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2014102511A JP2015217797A (en) | 2014-05-16 | 2014-05-16 | Work vehicle |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10639983B2 (en) | 2017-03-16 | 2020-05-05 | Kubota Corporation | Work vehicle |
-
2014
- 2014-05-16 JP JP2014102511A patent/JP2015217797A/en active Pending
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