JP2016142118A - Work vehicle - Google Patents

Work vehicle Download PDF

Info

Publication number
JP2016142118A
JP2016142118A JP2015021471A JP2015021471A JP2016142118A JP 2016142118 A JP2016142118 A JP 2016142118A JP 2015021471 A JP2015021471 A JP 2015021471A JP 2015021471 A JP2015021471 A JP 2015021471A JP 2016142118 A JP2016142118 A JP 2016142118A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
regenerative braking
braking
regenerative
braking device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015021471A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
金子 悟
Satoru Kaneko
金子  悟
伊君 高志
Takashi Ikimi
高志 伊君
一雄 石田
Kazuo Ishida
一雄 石田
徳孝 伊藤
Noritaka Ito
徳孝 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP2015021471A priority Critical patent/JP2016142118A/en
Publication of JP2016142118A publication Critical patent/JP2016142118A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a work vehicle for actualizing a good brake feeling by reducing loss due to a mechanical brake during the great deceleration of the vehicle without impairing braking performance.SOLUTION: The work vehicle includes a travel part having a plurality of wheels 61 to be driven by a travel motor 9, a regenerative braking device 20 mechanically connected to a propeller shaft 8b as a driving shaft for the travel part for performing regenerative braking operation only out of power-driving operation and the regenerative braking operation, a power storage device 11 to be charged with regenerative electric power generated by the regenerative braking device, and a control device 200 for computing braking power to require the travel part to be output during the braking operation of the work vehicle, and for, when the braking power exceeds braking power to be output by the travel motor 9, giving an instruction to the regenerative braking device 20 to generate the deficient braking power.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は電動機により駆動される走行部を備える作業車両に関する。   The present invention relates to a work vehicle including a traveling unit driven by an electric motor.

回転電機の回生時に発生するトルクを回生制動力として車輪に伝達する回生式制動装置に関する背景技術として、特開2012−175893号公報(特許文献1)がある。   JP, 2012-175893, A (patent documents 1) is a background art about a regenerative braking device which transmits torque generated at the time of regeneration of a rotary electric machine to a wheel as regenerative braking power.

この文献には、「車両の前輪に回生制動力を伝達可能な第1回生制動手段、及び前記車両の後輪に回生制動力を伝達可能な第2回生制動手段の各々を制御する回生制動制御装置であって、前記第1回生制動手段及び前記第2回生制動手段の各々に要求される回生制動力の合計値である要求回生制動力を算出する要求回生制動力算出手段と、前記要求回生制動力を、前記第1回生制動手段及び前記第2回生制動手段で配分して実現する場合のエネルギ損失が、最も小さくなる配分比を算出する配分比算出手段と、前記算出された配分比で前記要求回生制動力を実現するように、前記第1回生制動手段及び前記第2回生制動手段を夫々制御する制御手段とを備える回生制動制御装置」が記載されている。   This document describes “regenerative braking control for controlling each of a first regenerative braking means capable of transmitting a regenerative braking force to a front wheel of a vehicle and a second regenerative braking means capable of transmitting a regenerative braking force to a rear wheel of the vehicle. A required regenerative braking force calculating means for calculating a required regenerative braking force which is a total value of regenerative braking forces required for each of the first regenerative braking means and the second regenerative braking means; A distribution ratio calculating means for calculating a distribution ratio that minimizes an energy loss when the braking force is distributed and realized by the first regenerative braking means and the second regenerative braking means; and the calculated distribution ratio. There is described a regenerative braking control device including control means for controlling the first regenerative braking means and the second regenerative braking means so as to realize the required regenerative braking force.

特開2012−175893号公報JP 2012-175893 A

上記文献には、第1回生制動手段として、車両の左右の前輪を駆動する第1電動機及び回生回路を備え、第2回生制動手段として、車両の左右の後輪を駆動する第2電動機及び回生回路を備えた車両、つまり、1組の前輪を駆動する第1電動機と、1組の後輪を駆動する第2電動機を備える車両が開示されている。   In the above document, the first regenerative braking means includes a first electric motor and a regenerative circuit for driving the left and right front wheels of the vehicle, and the second regenerative braking means includes a second electric motor for driving the left and right rear wheels of the vehicle and a regenerative circuit. A vehicle including a circuit, that is, a vehicle including a first motor that drives a set of front wheels and a second motor that drives a set of rear wheels is disclosed.

「走行」を主目的とする一般的な車両と異なり、「作業」を主目的とするホイールローダでは、時間あたりの作業量を最大化する観点等から、急加速とその直後の急減速をセットとした短時間の動作が繰り返し行われることがある。そして、その急減速の実行に際して、ホイールローダで必要とされる最大駆動力を超える制動力が要求されることが多く、その場合、ホイールローダでは各回転数における最大駆動力を超える最大制動力が要求される。一方、一般的に電動機が出力可能な駆動力と制動力は略等しい。そのため、ホイールローダで上記文献のように走行部の駆動源として2つの電動機(第1電動機及び第2電動機)のみを利用した場合において、ホイールローダで必要な最大駆動力を充足することを優先して当該2つの電動機の性能を決定したときには、急減速に必要な総制動力が当該2つの電動機だけで得られず、制動力不足を生じてしまい、結果的に要求される制動性能が得られない可能性が生じる。   Unlike general vehicles that are primarily intended for “running”, a wheel loader that is primarily intended for “work” has a set of rapid acceleration and rapid deceleration just after that in order to maximize the amount of work per hour. The short time operation described above may be repeated. In executing the sudden deceleration, a braking force exceeding the maximum driving force required by the wheel loader is often required. In that case, the wheel loader has a maximum braking force exceeding the maximum driving force at each rotation speed. Required. On the other hand, generally, the driving force and braking force that can be output by the electric motor are substantially equal. Therefore, when only two electric motors (the first electric motor and the second electric motor) are used as the driving source of the traveling unit in the wheel loader as described in the above document, priority is given to satisfying the maximum driving force required by the wheel loader. Thus, when the performance of the two motors is determined, the total braking force required for sudden deceleration cannot be obtained only by the two motors, resulting in insufficient braking force, resulting in the required braking performance. There is no possibility.

このような事態を回避する方策としては、油圧ブレーキ等の機械的な制動装置(機械式ブレーキ)を備え、その機械的な制動力により電動機による電気的な制動力の不足分を補うものがある。しかし、この方策では、機械的なブレーキを用いた分は摩擦損失となる。さらに、特性の異なる電気的なブレーキと機械的なブレーキを組み合わせて利用するため、車両の制動特性を最適に制御することが難しくなり、必要な車両全体の制動性能が得られない可能性がある。   As a measure for avoiding such a situation, a mechanical braking device (mechanical brake) such as a hydraulic brake is provided, and the mechanical braking force compensates for an insufficient electrical braking force by the electric motor. . However, with this measure, the amount of friction using the mechanical brake becomes a friction loss. Furthermore, since electric brakes and mechanical brakes having different characteristics are used in combination, it becomes difficult to optimally control the braking characteristics of the vehicle, and the necessary braking performance of the entire vehicle may not be obtained. .

上記の課題は、例示したホイールローダに限られず、短時間で急加速と急減速が繰り返し行われ、その急減速の実行に際して、稼働中に必要とされる最大駆動力を超える制動力が要求され得る他の作業車両にも該当するものである。   The above problem is not limited to the illustrated wheel loader, and rapid acceleration and rapid deceleration are repeatedly performed in a short time. When executing the rapid deceleration, a braking force exceeding the maximum driving force required during operation is required. This also applies to other work vehicles that can be obtained.

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の大きな減速時においても、機械式ブレーキによる損失を低減し、かつ制動性能を損なうことなく、良好なブレーキフィーリングを実現する作業車両を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to reduce the loss caused by the mechanical brake even when the vehicle is largely decelerated and to realize a good brake feeling without impairing the braking performance. The object is to provide a working vehicle.

本発明は上記目的を達成するために、電動機により駆動される走行部と、前記走行部の駆動軸に機械的に連結され、力行駆動動作と回生制動動作のうち回生制動動作のみを実施する回生制動装置と、前記回生制動装置が発生した回生電力を充電する蓄電装置と、前記作業車両の制動動作時に前記走行部に出力を要求する制動動力を演算し、その制動動力が前記電動機で出力可能な制動動力を超える場合、その不足分の制動動力を発生するように前記回生制動装置に指示する制御装置とを備えるものとする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a regenerative unit that is mechanically connected to a traveling unit driven by an electric motor and a drive shaft of the traveling unit, and performs only a regenerative braking operation among a power running drive operation and a regenerative braking operation. A braking device, a power storage device that charges the regenerative power generated by the regenerative braking device, and a braking power that requires output from the traveling unit during a braking operation of the work vehicle can be calculated, and the braking power can be output by the electric motor. And a control device that instructs the regenerative braking device to generate a shortage of braking power when the braking power exceeds a certain level.

本発明によれば、作業車両の大きな減速時において、ブレーキによる損失を低減し、かつ制動性能を損なうことなく良好なブレーキフィーリングを実現することができる。   According to the present invention, when the work vehicle is greatly decelerated, it is possible to reduce the loss due to the brake and realize a good brake feeling without impairing the braking performance.

本発明の実施の形態に係るハイブリッド式ホイールローダの側面図。The side view of the hybrid type wheel loader which concerns on embodiment of this invention. 図1に示したホイールローダ100のシステム構成を示す図。The figure which shows the system configuration | structure of the wheel loader 100 shown in FIG. 界磁巻線型発電機の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of a field winding type generator. トルコンを用いたホイールローダの駆動システム構成を示す図。The figure which shows the drive system structure of the wheel loader using a torque converter. ホイールローダの作業パターンの一例であるV字掘削動作を示す図。The figure which shows V-shaped excavation operation | movement which is an example of the work pattern of a wheel loader. 回生制動装置20に関連する動力制御を行うために制御装置200が備える機能を示した機能ブロック図Functional block diagram showing functions of the control device 200 for performing power control related to the regenerative braking device 20 回生制動装置20の動作範囲を所定の車両速度範囲に設定した場合の出力特性。Output characteristics when the operating range of the regenerative braking device 20 is set to a predetermined vehicle speed range. 車両速度と回生制動装置20の界磁電流の時間的関係を示す図。The figure which shows the temporal relationship of the vehicle speed and the field current of the regenerative braking device 20. ハイブリッド式ホイールローダに変速機30を介して回生制動装置20を搭載した構成例を示す図。The figure which shows the structural example which mounts the regenerative braking device 20 via the transmission 30 in the hybrid type wheel loader. 変速機30を介して搭載した回生制動装置20の動作領域を示す図。The figure which shows the operation | movement area | region of the regenerative braking device 20 mounted via the transmission 30. FIG. 回生制動装置20の他の配置例を示す図。The figure which shows the other example of arrangement | positioning of the regenerative braking device 20. FIG. 連続降坂時の回生制動装置20の動作領域を示す図。The figure which shows the operation area | region of the regenerative braking device 20 at the time of continuous descent.

以下、本発明をハイブリッド式のホイールローダに適用した場合の実施の形態について説明する。ハイブリッド式のホイールローダは、一般にエンジンの出力と蓄電装置(二次電池やキャパシタ)の電力を主動力源としており、その主な駆動対象部として、走行部(ホイール部分)と油圧作業部(フロントの油圧作業装置を含む油圧アクチュエータ部分)を有しており、電動機で走行部の4つの車輪を駆動して走行しながら、エンジン又は電動機で駆動される油圧ポンプで油圧作業部の油圧アクチュエータを動作することで土砂等を掘削・運搬する作業車両である。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a hybrid wheel loader will be described. A hybrid wheel loader generally uses the output of an engine and the power of a power storage device (secondary battery or capacitor) as a main power source, and the main drive target part is a traveling part (wheel part) and a hydraulic working part (front). The hydraulic actuator of the hydraulic working unit is operated by a hydraulic pump driven by an engine or electric motor while driving by driving four wheels of the traveling unit by an electric motor. This is a work vehicle that excavates and transports earth and sand.

図1は本発明の実施の形態に係るハイブリッド式ホイールローダの側面図である。なお、各図において同じ部分には同じ符号を付しており、当該同じ部分の説明は省略することがある。   FIG. 1 is a side view of a hybrid wheel loader according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part in each figure, The description of the said same part may be abbreviate | omitted.

図1のホイールローダ100は、車体110と、この車体110の前方に取り付けた油圧作業装置50とを備えている。車体110は、アーティキュレート操舵式(車体屈折式)を採用しており、それぞれ左右に車輪61(前輪61a、後輪61b)を装着した前部車体(フロントフレーム)111と後部車体(リアフレーム)112を、センタージョイント64で連結している。図1には示されていないが、センタージョイント64の左右両側には前部車体111と後部車体112を連結するようにステアリングシリンダ53(図2参照)が配置されている。運転室(キャブ)116内に設置されたステアリングホイール(図示せず)を操作すると、ステアリングシリンダ53の伸縮駆動に伴って後部車体112と前部車体111はセンタージョイント64を中心にして屈折(旋回)する。   The wheel loader 100 in FIG. 1 includes a vehicle body 110 and a hydraulic working device 50 attached to the front of the vehicle body 110. The vehicle body 110 employs an articulated steering system (a vehicle body refraction system), and a front vehicle body (front frame) 111 and a rear vehicle body (rear frame) with wheels 61 (front wheels 61a and rear wheels 61b) mounted on the left and right, respectively. 112 are connected by a center joint 64. Although not shown in FIG. 1, steering cylinders 53 (see FIG. 2) are arranged on the left and right sides of the center joint 64 so as to connect the front vehicle body 111 and the rear vehicle body 112. When a steering wheel (not shown) installed in the cab 116 is operated, the rear vehicle body 112 and the front vehicle body 111 are refracted (turned) around the center joint 64 as the steering cylinder 53 extends and contracts. )

後部車体112上には、前方に運転室116、後方にエンジン室117が搭載されている。エンジン室117には、図2に示したディーゼルエンジン1、油圧ポンプ4、コントロールバルブ55、電動発電機6、蓄電装置11及び走行電動機(走行用モータ)9等が収納されている。   On the rear vehicle body 112, a driver's cab 116 is mounted in the front and an engine chamber 117 is mounted in the rear. The engine room 117 houses the diesel engine 1, the hydraulic pump 4, the control valve 55, the motor generator 6, the power storage device 11, the traveling motor (traveling motor) 9, and the like shown in FIG.

油圧作業装置50は、リフトアーム121及びバケット122と、リフトアーム121及びバケット122を駆動するために伸縮駆動されるリフトシリンダ52及びバケットシリンダ51を備えている。なお、リフトアーム121とリフトシリンダ52は前部車体111の左右に1つずつ装備されているが、図1で隠れている右側のリフトアーム121とリフトシリンダ52は省略して説明する。   The hydraulic working device 50 includes a lift arm 121 and a bucket 122, and a lift cylinder 52 and a bucket cylinder 51 that are extended and contracted to drive the lift arm 121 and the bucket 122. One lift arm 121 and one lift cylinder 52 are provided on each of the left and right sides of the front vehicle body 111, but the right lift arm 121 and the lift cylinder 52 hidden in FIG.

リフトアーム121は、リフトシリンダ52の伸縮駆動に伴って上下方向に回動(俯仰動)する。バケット122は、バケットシリンダ51の伸縮駆動に伴って上下方向に回動(ダンプ動作又はクラウド動作)する。なお、図示したホイールローダ100は、バケット122を作動させるためのリンク機構として、Zリンク式(ベルクランク式)のものを採用している。当該リンク機構にはバケットシリンダ51が含まれている。   The lift arm 121 rotates in the up and down direction (ie, up and down) as the lift cylinder 52 extends and contracts. The bucket 122 rotates in the vertical direction (dump operation or cloud operation) as the bucket cylinder 51 extends and contracts. The illustrated wheel loader 100 employs a Z link type (bell crank type) as a link mechanism for operating the bucket 122. The link mechanism includes a bucket cylinder 51.

図2は図1に示したホイールローダ100のシステム構成図である。この図に示すホイールローダは、ディーゼルエンジン1と、エンジン1の出力軸に機械的に連結されエンジン1によって駆動される電動発電機(モータ/ジェネレータ(M/G))6と、電動発電機6を制御するインバータ装置7と、電動発電機6に機械的に連結され、電動発電機6及びエンジン1の少なくとも一方に駆動される油圧ポンプ4と、コントロールバルブ55を介して油圧ポンプ4から供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータ(バケットシリンダ51、リフトシリンダ52及びステアリングシリンダ53)と、出力軸の両端に機械的に連結されたプロペラシャフト(駆動軸)8a,8bを介して4つの車輪61を駆動する走行電動機9と、走行電動機9を制御するインバータ装置10と、DCDCコンバータ12を介してインバータ7,10(電動発電機6,走行電動機9)と電気的に接続されインバータ7,10との間で直流電力の受け渡しを行う蓄電装置11と、油圧アクチュエータ51,52,53を駆動するための操作信号を操作量に応じて出力する操作装置(操作レバー56及びステアリングホイール(図示せず))と、ホイールローダ100に必要な性能を発揮するための各種制御処理を実行してハイブリッドシステムを統括的に制御する制御装置200とを備えている。   FIG. 2 is a system configuration diagram of the wheel loader 100 shown in FIG. The wheel loader shown in this figure includes a diesel engine 1, a motor generator (motor / generator (M / G)) 6 mechanically connected to the output shaft of the engine 1 and driven by the engine 1, and a motor generator 6. Is supplied from the hydraulic pump 4 through a control valve 55 and a hydraulic pump 4 that is mechanically connected to the motor generator 6 and driven by at least one of the motor generator 6 and the engine 1. Four wheels via hydraulic actuators (bucket cylinder 51, lift cylinder 52 and steering cylinder 53) driven by pressure oil and propeller shafts (drive shafts) 8a, 8b mechanically connected to both ends of the output shaft The traveling motor 9 that drives 61, the inverter device 10 that controls the traveling motor 9, and the DCDC converter 12 Power storage device 11 that is electrically connected to inverters 7 and 10 (motor generator 6 and traveling motor 9) and transfers DC power between inverters 7 and 10, and hydraulic actuators 51, 52, and 53. An operation device (operation lever 56 and a steering wheel (not shown)) that outputs an operation signal according to the operation amount, and a hybrid by executing various control processes for exhibiting the performance required for the wheel loader 100 And a control device 200 that comprehensively controls the system.

さらにホイールローダ100は、ホイールローダ100の速度(車両速度)を算出するために利用される各車輪61の回転量・回転角度・回転位置を検出するロータリエンコーダ62を備えている。   Furthermore, the wheel loader 100 includes a rotary encoder 62 that detects the rotation amount, rotation angle, and rotation position of each wheel 61 that is used to calculate the speed (vehicle speed) of the wheel loader 100.

走行電動機9の出力軸の一端(車両前方側の出力軸)は、1組の前輪61aに駆動力を伝達するプロペラシャフト8aに機械的に連結されており、その出力軸の他端は、1組の後輪61bに駆動力を伝達するプロペラシャフト8bに機械的に連結されている。   One end of the output shaft of the traveling motor 9 (the output shaft on the front side of the vehicle) is mechanically connected to a propeller shaft 8a that transmits driving force to a set of front wheels 61a. The other end of the output shaft is 1 It is mechanically connected to a propeller shaft 8b that transmits driving force to the rear wheels 61b of the set.

プロペラシャフト8aに入力された駆動力は、ディファレンシャルギア(Dif)、ドライブシャフト及びギア(G)を介して1組の前輪61aに伝達され、同様に、プロペラシャフト8bに入力された駆動力は、ディファレンシャルギア(Dif)、ドライブシャフト及びギア(G)を介して1組の後輪61bに伝達される。   The driving force input to the propeller shaft 8a is transmitted to the pair of front wheels 61a via the differential gear (Dif), the drive shaft and the gear (G). Similarly, the driving force input to the propeller shaft 8b is It is transmitted to a set of rear wheels 61b via a differential gear (Dif), a drive shaft and a gear (G).

プロペラシャフト8bには回生制動装置20が機械的に連結されている。回生制動装置20は、プロペラシャフト8bからの回転動力の入力で電気的な制動力を発生する装置、すなわち発電機であり、力行駆動動作と回生制動動作のうち回生制動動作のみを実施する。回生制動装置20の出力軸は、車両後方側のディファレンシャルと走行電動機9を接続するプロペラシャフト8bの一部を構成しているとみなすことができる。回生制動装置20が電気的な制動力を発生した場合(すなわち回生制動動作を行った場合)に生じた回生電力は蓄電装置11で回収(充電)される。   A regenerative braking device 20 is mechanically connected to the propeller shaft 8b. The regenerative braking device 20 is a device that generates an electrical braking force by input of rotational power from the propeller shaft 8b, that is, a generator, and performs only the regenerative braking operation among the power running drive operation and the regenerative braking operation. The output shaft of the regenerative braking device 20 can be regarded as constituting a part of the propeller shaft 8b that connects the differential on the vehicle rear side and the traveling motor 9. Regenerative electric power generated when the regenerative braking device 20 generates an electric braking force (that is, when a regenerative braking operation is performed) is collected (charged) by the power storage device 11.

回生制動装置20としては、図3に示した界磁巻線型発電機を利用することが好ましい。界磁巻線型発電機は、界磁電流により発生する磁界を利用して発電する。界磁巻線型発電機における変換器は図示のようにダイオード整流器71となるため、インバータを搭載するタイプの発電機に対してより安価となる。また、界磁巻線型発電機(回生制動装置20)による制動力の発生の有無及び大きさは、界磁巻線型発電機に入力する界磁電流で制御することができる。例えば、或る条件で回生制動装置20が動作するようにする場合には、当該条件が満たされている間に界磁電流を流すように制御すれば良く、その界磁電流により磁界が発生して制動力および回生電力を得ることができる。   As the regenerative braking device 20, it is preferable to use the field winding generator shown in FIG. A field winding generator generates power using a magnetic field generated by a field current. Since the converter in the field winding generator is a diode rectifier 71 as shown in the figure, it is cheaper than a generator equipped with an inverter. Moreover, the presence or absence and magnitude | size of generation | occurrence | production of the braking force by a field winding type generator (regenerative braking device 20) can be controlled by the field current input into a field winding type generator. For example, when the regenerative braking device 20 is operated under a certain condition, the field current may be controlled to flow while the condition is satisfied, and a magnetic field is generated by the field current. Braking force and regenerative power can be obtained.

なお、上記では4輪61a,61a、61b,61bを1つの走行電動機9が駆動する場合について説明したが、プロペラシャフト8a,8bを分離独立させ、各プロペラシャフト8a,8bに異なる電動機を連結する構成(すなわち走行電動機は合計2つとなる)を採用しても良い。   In the above description, the case where one traveling motor 9 drives the four wheels 61a, 61a, 61b, 61b has been described. However, the propeller shafts 8a, 8b are separated and independent, and different motors are connected to the propeller shafts 8a, 8b. A configuration (that is, a total of two traveling motors) may be employed.

蓄電装置11としては、比較的大きな電気容量を有するものが好ましく、例えば、リチウム電池などの2次電池あるいは電気2重層キャパシタなどがこれに該当する。DCDCコンバータ12は、蓄電装置11の電圧の昇降圧制御を行い、これによりインバータ7、10と蓄電装置11の間で直流電力の受け渡しが行われる。   The power storage device 11 preferably has a relatively large electric capacity. For example, a secondary battery such as a lithium battery or an electric double layer capacitor corresponds to this. The DC-DC converter 12 performs voltage step-up / step-down control of the voltage of the power storage device 11, whereby DC power is transferred between the inverters 7, 10 and the power storage device 11.

図1及び2に示すハイブリッドホイールローダは、フロント部については、油圧ポンプ4で油圧作業装置50に油圧を供給し、その油圧を元に目的に応じた作業を実施する。この点については、エンジンの動力をトルクコンバータ(トルコン)、トランスミッション(TM)及びプロペラシャフトを介して車輪に伝えて走行を行いながら、フロント部の油圧作業装置のバケットで土砂等を掘削・運搬する従来からのホイールローダ(以下では「トルコン機」と称することがあり、その概略構成を図4に示す)と同様である。しかし、走行部については、トルコン機と異なり、主にエンジン1の動力により電動発電機6で発電した電力を利用し、走行電動機9を駆動することにより行う。その際、蓄電装置11では車両制動時の回生電力の吸収やエンジン1に対する出力アシストを行い、車両の消費エネルギーの低減に寄与する。   The hybrid wheel loader shown in FIGS. 1 and 2 supplies the hydraulic pressure to the hydraulic working device 50 by the hydraulic pump 4 at the front portion, and performs work according to the purpose based on the hydraulic pressure. Regarding this point, excavating and transporting sand and sand with the bucket of the hydraulic working device in the front part while traveling by transmitting the engine power to the wheels via the torque converter (torque converter), transmission (TM) and propeller shaft This is the same as a conventional wheel loader (hereinafter sometimes referred to as a “torque machine”, the schematic configuration of which is shown in FIG. 4). However, unlike the torque converter, the traveling unit is mainly performed by driving the traveling motor 9 using the power generated by the motor generator 6 by the power of the engine 1. At this time, the power storage device 11 absorbs regenerative power during vehicle braking and assists the output of the engine 1, thereby contributing to reduction of vehicle energy consumption.

本発明の適用対象となるホイールローダにはいくつかの特徴的な動作パターンがある。このうち最も典型的な作業形態は図5に示すようなV字掘削作業である。この作業の際、ホイールローダはまず、砂利山などの掘削対象物に対して前進し、その掘削対象物に突っ込むような形でバケット122に砂利等の運搬物を積み込む(第1前進動作31)。その後、後進して元の位置に戻り(第1後退動作32)、ステアリングを操作しながら、かつバケット122を上昇させながらダンプ等の運搬車両に向かって前進する(第2前進動作33)。そして、バケット122をダンプさせて運搬車両に運搬物を積み込んだ(バケット122から放土した)後は再び後進し、元の位置に戻る(第2後退動作34)。車両は以上の説明のようにV字軌跡を描くように前進・後退して掘削作業を繰り返し行う。   The wheel loader to which the present invention is applied has several characteristic operation patterns. Among these, the most typical work form is a V-shaped excavation work as shown in FIG. In this operation, the wheel loader first moves forward with respect to the object to be excavated such as a gravel mountain, and loads a transported object such as gravel into the bucket 122 so as to thrust into the object to be excavated (first advance operation 31). . Thereafter, the vehicle moves backward and returns to the original position (first backward movement 32), and moves forward toward a transport vehicle such as a dump truck while operating the steering wheel and raising the bucket 122 (second forward movement 33). Then, after the bucket 122 is dumped and the transported material is loaded on the transport vehicle (discharged from the bucket 122), the vehicle travels backward again and returns to the original position (second retracting operation 34). As described above, the vehicle moves forward and backward to draw a V-shaped trajectory and repeats excavation work.

V字掘削作業では、上記の一連の動作31,32,33,34からなる動作パターンは基本的に変わらないものの、この動作パターンに要する時間(サイクルタイムと称することがある)はその時々の状況により長短がある。V字掘削作業時の移動距離を一定とすれば、サイクルタイムが短い場合には、それに応じて各動作31,32,33,34における車両の加減速度が大きくなる。そして、この場合の車両の加速度と減速度は同一ではなく、異なった特性となる。   In the V-shaped excavation work, the operation pattern composed of the series of operations 31, 32, 33, and 34 is basically the same, but the time required for this operation pattern (sometimes referred to as cycle time) is the situation at the time. There are longer and shorter. If the moving distance during the V-shaped excavation work is constant, when the cycle time is short, the acceleration / deceleration of the vehicle in each operation 31, 32, 33, 34 increases accordingly. In this case, the acceleration and deceleration of the vehicle are not the same but have different characteristics.

特に短い(速い)サイクルタイムでのV字掘削作業では、後進して元の位置に戻る後退動作32,34における車両の挙動が特に速くなり(さらに、後退動作32,34に続く前進動作33,31を見越して、後退が完全に完了する前にオペレータが前後進レバーを「前進」に入れることが多いため)、非常に大きな減速度が発生する。例えば、上記のV字掘削作業においては、作業中の最高速度(例えば車速10km/h程度)から数km/h程度までの速度範囲で減速を行うときの減速度が特に大きな値となり、その減速度の大きさは駆動時の加速度の大きさに対して2倍程度となる。なお、先述のトルコン機では、トルコン自体が車輪から与えられる回転力によって非常に大きな制動力を出すことができるため、上記のような場合(後退動作32,34のとき)にも特に制動力に不足分を生じることなく動作することができる。   In the V-shaped excavation work with a particularly short (fast) cycle time, the behavior of the vehicle in the backward movements 32 and 34 that move backward and return to the original position becomes particularly fast (in addition, the forward movements 33 and 34 that follow the backward movements 32 and 34). In anticipation of 31, since the operator often puts the forward / reverse lever “forward” before the reverse is completely completed, a very large deceleration occurs. For example, in the above-described V-shaped excavation work, the deceleration when performing deceleration in the speed range from the maximum speed during the work (for example, about 10 km / h) to about several km / h becomes a particularly large value. The magnitude of the speed is about twice the magnitude of the acceleration during driving. In the above-described torque converter, the torque converter itself can produce a very large braking force by the rotational force applied from the wheels. Therefore, even in the above case (reverse operation 32, 34), the braking force is particularly effective. It is possible to operate without causing a shortage.

本実施の形態を含むハイブリッド式のホイールローダでは、減速が必要な場合には、まず走行電動機により制動動力を発生させ、車両を停止させる方向に動力を働かせる。しかし、前述のようにサイクルタイムが短く、加速後の減速に際して特に大きな制動動力が必要となる場合には、その際に必要となる制動動力(制動動力要求値)は走行電動機9で発生可能な制動動力を上回ることがある。   In the hybrid type wheel loader including the present embodiment, when deceleration is necessary, first, braking power is generated by the traveling motor, and the power is applied in a direction to stop the vehicle. However, as described above, when the cycle time is short and particularly large braking power is required for deceleration after acceleration, the braking power (required braking power value) required at that time can be generated by the traveling motor 9. May exceed braking power.

この場合、車輪61に伴って回転する円盤に対して油圧を利用してブレーキパッドを接触させ、車輪61の運動エネルギーを熱エネルギーに変換することにより制動する油圧ブレーキ(機械式ブレーキ)を走行電動機9と併用すれば、不足分の制動動力を補うことができる。しかし、この方法では運動エネルギーは熱エネルギーに変換されるため損失となり、ブレーキパッドも磨耗する。さらに走行電動機9の電気的な制動動力と、油圧ブレーキの機械的な制動動力の特性の違いにより、この2つのブレーキを併用した際には、スムーズな制動動作を実施することができず、最終的には作業性の低下に繋がる可能性もある。   In this case, a hydraulic brake (mechanical brake) that brakes by bringing the brake pad into contact with the disk rotating with the wheel 61 using hydraulic pressure and converting the kinetic energy of the wheel 61 into thermal energy is used as the traveling motor. If used together with 9, the deficient braking power can be supplemented. However, in this method, kinetic energy is converted into heat energy, which is lost, and the brake pads are also worn. Furthermore, due to the difference in the characteristics of the electrical braking power of the traveling motor 9 and the mechanical braking power of the hydraulic brake, when these two brakes are used together, a smooth braking operation cannot be performed. In some cases, this may lead to a decrease in workability.

そこで、上記のように構成した本実施の形態に係るホイールローダ100では、プロペラシャフト8bの軸上に回生制動装置20を設置することとした。このように回生制動装置20を備えれば、ホイールローダ100の制動動作時に必要となる制動動力(制動動力要求値)が走行電動機9の発生可能な制動動力を超えても、その超過分の制動動力を回生制動装置20で発生して補うことで、制動動力要求値通りの制動動力を発生できる。また、回生制動装置20により制動動力を発生すると、車輪61の運動エネルギーは電気エネルギー(回生電力)に変換され、その回生電力は蓄電装置11に蓄えられる。すなわち、機械式ブレーキの場合と比較して制動に伴うエネルギー損失は低減できる。さらに、回生制動装置20による制動動力は、走行電動機9と同じ電気的な制動動力であるため、走行電動機9によるブレーキと併用しても車両の制動特性の最適制御が容易であり、機械式ブレーキを併用した場合のように制動性能を損なうことが無く、良好なブレーキフィーリングを実現できる。   Therefore, in the wheel loader 100 according to the present embodiment configured as described above, the regenerative braking device 20 is installed on the axis of the propeller shaft 8b. If the regenerative braking device 20 is provided in this manner, even if the braking power (required braking power value) required during the braking operation of the wheel loader 100 exceeds the braking power that can be generated by the traveling motor 9, the excess braking is performed. By generating and supplementing the power with the regenerative braking device 20, it is possible to generate the braking power as required by the braking power request value. When braking power is generated by the regenerative braking device 20, the kinetic energy of the wheels 61 is converted into electric energy (regenerative power), and the regenerative power is stored in the power storage device 11. That is, the energy loss accompanying braking can be reduced as compared with the mechanical brake. Further, since the braking power by the regenerative braking device 20 is the same electrical braking power as that of the traveling motor 9, optimum control of the braking characteristics of the vehicle is easy even when used together with the braking by the traveling motor 9, and the mechanical brake The brake performance is not impaired as in the case of using together, and a good brake feeling can be realized.

回生制動装置20は、ホイールローダ100に搭載されている他の電気機器と同様に制御装置200によって制御される。ここで、回生制動装置20の制御に関連して制御装置200で実施される動力制御の一例を述べる。なお、駆動動力(駆動パワー)はホイールローダ100の駆動動作時に出力される符号が正の動力とし、制動動力(制動パワー)は制動動作時に出力される符号が負の動力とする。   The regenerative braking device 20 is controlled by the control device 200 in the same manner as other electric devices mounted on the wheel loader 100. Here, an example of power control performed by the control device 200 in relation to the control of the regenerative braking device 20 will be described. The driving power (driving power) has a sign that is positive when the wheel loader 100 is driven, and the braking power (braking power) is a sign that has a negative sign that is output during the braking operation.

図6に回生制動装置20に関連する動力制御を行うために制御装置200が備える機能を示した機能ブロック図を示す。この図に示すように制御装置200は、要求走行動力演算部25と、指令走行動力演算部26と、走行電動機動力演算部27として機能する。まず、要求走行動力演算部25は、ホイールローダ100のオペレータが走行部(走行電動機9及び回生制動装置20を含むホイールローダ100の走行に必要な全ての電動アクチュエータ)に要求する動力(要求走行動力)を演算する部分である。要求走行動力は、アクセルペダル及びブレーキペダルの踏み込み量を示す信号と、前進又は後退を選択するための前後進レバーのレバー位置を示す信号と、ロータリエンコーダ62の出力から取得される車速データを入力として演算される。要求走行動力の符号が正のときは車輪61の駆動が要求されていることを、負のときは車輪61の制動が要求されていることを示す。   FIG. 6 is a functional block diagram showing functions provided in the control device 200 for performing power control related to the regenerative braking device 20. As shown in this figure, the control device 200 functions as a required travel power calculation unit 25, a command travel power calculation unit 26, and a travel motor power calculation unit 27. First, the required travel power calculation unit 25 is a power (required travel power) requested by an operator of the wheel loader 100 for a travel unit (all electric actuators necessary for travel of the wheel loader 100 including the travel motor 9 and the regenerative braking device 20). ). The requested travel power is input with a signal indicating the depression amount of the accelerator pedal and the brake pedal, a signal indicating the lever position of the forward / reverse lever for selecting forward or reverse, and vehicle speed data acquired from the output of the rotary encoder 62 Is calculated as When the sign of the required traveling power is positive, it indicates that driving of the wheel 61 is required, and when it is negative, it indicates that braking of the wheel 61 is required.

要求走行動力演算部25による処理において、前後進レバーの信号は、例えば、レバー位置(「前進」と「後進」がある)が示す方向が実際の車両進行方向と一致するか否かを判別するために用いられる。これは、他の信号が同じ場合でも、レバー位置が示す方向が実際の車両進行方向と一致するか否かで必要とされる要求走行動力値が異なるためである。また、両者の方向の不一致と、アクセル信号を検出することで、近い将来オペレータから急加速または急減速が要求されることが予測でき、例えばそれを見越した各種制御を開始・準備することもできる。   In the processing by the requested traveling power calculation unit 25, the forward / reverse lever signal determines, for example, whether or not the direction indicated by the lever position (“forward” and “reverse”) matches the actual vehicle traveling direction. Used for. This is because even when other signals are the same, the required travel power value required differs depending on whether or not the direction indicated by the lever position matches the actual vehicle traveling direction. In addition, by detecting the inconsistency between the two directions and the accelerator signal, it is possible to predict that the operator will demand sudden acceleration or deceleration in the near future. For example, various controls can be started and prepared in anticipation of this. .

指令走行動力演算部26は、制御装置200からの指令として実際に走行部に出力を要求する動力(指令走行動力)を演算する部分である。指令走行動力演算部26は、演算部25で演算した要求走行動力と、エンジン1の状態(例えば図示の回転数及びトルク)と、蓄電装置11の状態(例えば図示の電圧)と、オペレータが油圧作業部(バケットシリンダ51、リフトシリンダ52、ステアリングシリンダ53等を含むホイールローダ100に搭載された全ての油圧アクチュエータ)に要求する動力(つまりオペレータが油圧ポンプ4に要求する動力であり、以下では「要求油圧動力」と称することがある)を基に、要求走行動力及び/又は要求油圧動力に制限を加える処理を必要に応じて行い、それを指令走行動力値として演算する。   The command travel power calculation unit 26 is a part that calculates power (command travel power) that actually requests an output from the travel unit as a command from the control device 200. The command travel power calculation unit 26 includes the required travel power calculated by the calculation unit 25, the state of the engine 1 (for example, the rotation speed and torque illustrated), the state of the power storage device 11 (for example, the illustrated voltage), and the operator hydraulically The power required for the working unit (all hydraulic actuators mounted on the wheel loader 100 including the bucket cylinder 51, the lift cylinder 52, the steering cylinder 53, etc.) (that is, the power required by the operator for the hydraulic pump 4). On the basis of the demand hydraulic power), a process for limiting the required travel power and / or the required hydraulic power is performed as necessary, and is calculated as a command travel power value.

エンジン1の状態からはエンジン1が出力可能な動力を算出でき、蓄電装置11の状態からは蓄電装置11の電力により出力可能な動力を算出でき、この2つの動力からは、走行部と油圧部に割り当て可能な動力の合計値(出力可能動力合計値)を算出できる。一方、要求走行動力値と要求油圧動力値からは、走行部と油圧部が要求する動力の合計値(要求動力合計値)を算出できる。要求動力合計値が出力可能動力合計値を超える場合には、要求動力合計値を制限する処理(出力制限処理)を行う必要があり、その結果、実際に走行部に出力を指示する動力(指令走行動力値)が要求走行動力値を下回ることも出てくる。このように指令走行動力演算部26は、要求動力合計値が出力可能動力合計値以下に収まるように指令走行動力を演算している。   The power that can be output from the engine 1 can be calculated from the state of the engine 1, and the power that can be output from the power of the power storage device 11 can be calculated from the state of the power storage device 11. It is possible to calculate the total value of power that can be assigned to the power (total power that can be output). On the other hand, from the required travel power value and the required hydraulic power value, the total value of power required by the travel unit and the hydraulic unit (required power total value) can be calculated. When the total required power exceeds the total power that can be output, it is necessary to perform a process that limits the total required power (output limiting process). As a result, the power that actually instructs the traveling unit to output (command The travel power value may be lower than the required travel power value. In this way, the command travel power calculation unit 26 calculates the command travel power so that the required power total value falls below the total power that can be output.

走行電動機出力演算部27は、走行電動機9の動力(図中の「走行電動機動力」であり、実際に走行電動機9が出力する動力となる)を決定する処理を行う。走行電動機動力の最大値は、走行電動機9の性能や蓄電装置11の電力に依存するため、指令走行動力が走行電動機動力を超えて、走行電動機9だけでは指令走行動力を出力できないことがある。そこで、制御装置200は、指令走行動力から走行電動機動力を減じる演算を走行電動機動力算出と並列して行い、その算出値を不足分動力とする。   The travel motor output calculation unit 27 performs a process of determining the power of the travel motor 9 (“travel motor power” in the figure, which is actually the power output from the travel motor 9). Since the maximum value of the travel motor power depends on the performance of the travel motor 9 and the power of the power storage device 11, the command travel power exceeds the travel motor power, and the travel motor 9 alone cannot output the command travel power. Therefore, the control device 200 performs a calculation for subtracting the travel motor power from the command travel power in parallel with the travel motor power calculation, and sets the calculated value as the insufficient power.

本実施の形態では、制動動作時に不足分動力が生じた場合には、その不足分の制動動力を発生するように回生制動装置20に指示をする。これにより回生制動装置20により不足分の制動動力が出力されるので、指令走行動力通りの制動性能を確保することができる。回生制動装置20は電気的な出力制御が可能なので、走行電動機9と同等のフィーリングで制御可能である。また、機械式ブレーキを併用した場合に摩擦熱となって失われるパワー分を回生電力として蓄電装置11に回収し、電動アクチュエータ(電動発電機6及び走行電動機9)の駆動に再利用することができるため、最終的に燃料消費量の削減に繋がる。   In the present embodiment, when insufficient power is generated during the braking operation, the regenerative braking device 20 is instructed to generate the insufficient braking power. As a result, the insufficient braking power is output by the regenerative braking device 20, so that the braking performance according to the command traveling power can be ensured. Since the regenerative braking device 20 can control electric output, it can be controlled with the same feeling as the traveling motor 9. Further, when the mechanical brake is used together, the power lost as frictional heat can be collected as regenerative power in the power storage device 11 and reused for driving the electric actuators (the motor generator 6 and the traveling motor 9). This can ultimately lead to a reduction in fuel consumption.

ところで、回生制動装置20の動作が必要となる場面(すなわち、指令走行動力が走行電動機動力を超える場合)は、前述のように車両速度と密接な関係性があり、予め設定した車両速度範囲で動作するように回生制動装置20に制御装置200から指示することが好ましい。当該速度範囲の下限値の決定に関しては、或る車両速度で制動動作を行うことを想定したとき、走行電動機9が出力可能な制動力と回生制動装置20が出力可能な制動力が略一致する車両速度を当該速度範囲の下限値として設定することが好ましい。そして、当該速度範囲の上限値に関しては、作業車両の作業中の最高速度を上限値に設定することが好ましい。例えば、ホイールローダの当該速度範囲は、V字掘削作業中の最高速度である10km/h付近から数km/h付近までの範囲となる。   By the way, the scene where the operation of the regenerative braking device 20 is necessary (that is, when the command traveling power exceeds the traveling motor power) has a close relationship with the vehicle speed as described above, and is within a preset vehicle speed range. It is preferable to instruct the regenerative braking device 20 from the control device 200 to operate. Regarding the determination of the lower limit value of the speed range, when it is assumed that a braking operation is performed at a certain vehicle speed, the braking force that can be output by the traveling motor 9 and the braking force that can be output by the regenerative braking device 20 are substantially the same. It is preferable to set the vehicle speed as the lower limit value of the speed range. And about the upper limit of the said speed range, it is preferable to set the maximum speed during work of a work vehicle to an upper limit. For example, the speed range of the wheel loader is a range from about 10 km / h to about several km / h, which is the maximum speed during V-shaped excavation work.

このように回生制動装置20が動作する速度範囲を予め設定しておくと、回生制動装置20の仕様や性能をホイールローダでの利用に最適化でき、例えば回生制動装置20の小型化を図ることができる。   If the speed range in which the regenerative braking device 20 operates in this way is set in advance, the specifications and performance of the regenerative braking device 20 can be optimized for use with a wheel loader. For example, the regenerative braking device 20 can be downsized. Can do.

回生制動装置20の動作範囲を前述の車両速度範囲に設定した場合の出力特性を図7のN−T線図に示す。この図において、横軸(N)は走行電動機9及び回生制動装置20の回転数を示し、縦軸(T)は走行電動機9及び回生制動装置20のトルク(制動力)を示す。図7の横軸上では、便宜上、回転数を車両速度に変換し、前述の速度範囲(下限値がAkm/h(数km/hに相当)で上限値がBkm/h(10km/hに相当))を横軸上に示している。各回転数において走行電動機9が出力可能な制動力の最大値は図中の破線で示しており、各回転数において走行電動機9と回生制動装置20が出力可能な制動力の合計の最大値は図中の実線で示している。これにより或る回転数における実線上の点から破線上の点を減じた値が当該回転数において回生制動装置20が出力可能な制動力の最大値となる。図中のハッチングは、回生制動装置20が制動力を出力するA〜Bkm/hの範囲において、回生制動装置20が出力可能な制動力の範囲を示している。この図に示すように、所定の速度範囲(A〜Bkm/h)では、走行電動機9の制動力が不足しても、その不足分を回生制動装置20の制動力で補うことができる。   The output characteristic when the operating range of the regenerative braking device 20 is set to the aforementioned vehicle speed range is shown in the NT diagram of FIG. In this figure, the horizontal axis (N) indicates the rotational speeds of the traveling motor 9 and the regenerative braking device 20, and the vertical axis (T) indicates the torque (braking force) of the traveling motor 9 and the regenerative braking device 20. On the horizontal axis of FIG. 7, for the sake of convenience, the rotational speed is converted into the vehicle speed, and the upper limit value is Bkm / h (10 km / h in the above speed range (lower limit value is Akm / h (corresponding to several km / h)). Equivalent)) is shown on the horizontal axis. The maximum value of the braking force that can be output by the traveling motor 9 at each rotational speed is indicated by a broken line in the figure. The maximum value of the total braking force that can be output by the traveling motor 9 and the regenerative braking device 20 at each rotational speed is This is indicated by the solid line in the figure. As a result, a value obtained by subtracting the point on the broken line from the point on the solid line at a certain rotational speed becomes the maximum value of the braking force that can be output by the regenerative braking device 20 at the rotational speed. The hatching in the figure indicates the range of braking force that can be output by the regenerative braking device 20 in the range of A to B km / h where the regenerative braking device 20 outputs the braking force. As shown in this figure, in the predetermined speed range (A to Bkm / h), even if the braking force of the traveling motor 9 is insufficient, the insufficient amount can be supplemented by the braking force of the regenerative braking device 20.

回生制動装置20を図3に示した界磁巻線型発電機とした場合には、回生制動装置20の制動力は界磁電流で制御できるが、界磁電流の電流値を目標値まで変化させる指示をした時刻(指示タイミング)と当該界磁電流が実際に当該目標値に達する時刻(到達タイミング)には時間的遅れが生じる。そこで、上述のように回生制動装置20を予め設定した速度範囲で動作させる場合には、車両速度がその速度範囲に入ったときに界磁電流の電流値が目標値に達しているように、界磁電流の時定数、車両速度、及びそのときの加速度を考慮して界磁電流制御の指示タイミングを決定することが好ましい。この場合の界磁電流の制御例(波形)を図8に示す。   When the regenerative braking device 20 is the field winding generator shown in FIG. 3, the braking force of the regenerative braking device 20 can be controlled by the field current, but the current value of the field current is changed to the target value. There is a time delay between the time when the instruction is given (instruction timing) and the time when the field current actually reaches the target value (arrival timing). Therefore, when the regenerative braking device 20 is operated in the preset speed range as described above, the current value of the field current reaches the target value when the vehicle speed enters the speed range. It is preferable to determine the instruction timing of the field current control in consideration of the time constant of the field current, the vehicle speed, and the acceleration at that time. A control example (waveform) of the field current in this case is shown in FIG.

図8に示すように、回生制動装置20(界磁巻線型発電機)の界磁電流が予め設定された速度範囲(A〜Bkm/h)で立ち上がっておくように制御を行う。通常、界磁巻線型発電機の界磁電流の時定数は数10ms〜数秒単位程度であり、そのときの車両速度、および加速度を演算し、動作させる車両速度までの所要時間を算出し、界磁電流の時定数と同様の所要時間となる車両速度で界磁電流制御を開始することとなる。図8の例では、車両速度が速度範囲の上限値(Bkm/h)を超えている状態から当該速度範囲に入るため、車両速度が速度Bに達するタイミングで界磁電流の電流値が速度Bでの目標値に達するように指示タイミングを決定している。   As shown in FIG. 8, control is performed so that the field current of the regenerative braking device 20 (field winding generator) rises within a preset speed range (A to Bkm / h). Normally, the time constant of the field current of the field winding generator is about several tens of milliseconds to several seconds, the vehicle speed and acceleration at that time are calculated, and the time required to operate the vehicle is calculated. The field current control is started at a vehicle speed having a required time similar to the time constant of the magnetic current. In the example of FIG. 8, since the vehicle speed enters the speed range from a state where the vehicle speed exceeds the upper limit value (Bkm / h) of the speed range, the current value of the field current is the speed B at the timing when the vehicle speed reaches the speed B. The instruction timing is determined so as to reach the target value at.

以上のように、本実施の形態では、その時々の車両速度に応じて回生制動装置20(界磁巻線型発電機)の界磁電流を制御するだけで、予め設定された速度範囲内での制動力制御が実施可能となる。   As described above, in the present embodiment, the field current of the regenerative braking device 20 (field winding generator) is controlled only in accordance with the vehicle speed at that time, and within a preset speed range. The braking force control can be performed.

なお、図8の例では、A〜Bkm/hの速度範囲で界磁電流の電流値は一定(速度Bでの目標値)としているがこれは一例に過ぎず、車両速度に合わせて電流値を変化させても良いことは言うまでも無い。また、図8の例とは反対に、車両速度が速度範囲の下限値(Bkm/h)未満の状態から当該速度範囲に入る場合には、車両速度が速度Aに達するタイミングで界磁電流の電流値が速度Aでの目標値に達するように指示タイミングを決定すれば良い。すなわち、当該速度範囲に入るときの速度(速度範囲の上限値または下限値)における界磁電流の目標値に界磁電流が達するタイミングと、車両速度が当該速度範囲に入るタイミングが一致するように(又はできるだけ近づくように)指示タイミングを決定し、その指示タイミングに基づいて界磁電流を制御すれば良い。   In the example of FIG. 8, the current value of the field current is constant (target value at the speed B) in the speed range of A to Bkm / h, but this is only an example, and the current value is matched to the vehicle speed. Needless to say, it may be changed. In contrast to the example of FIG. 8, when the vehicle speed enters the speed range from a state below the lower limit value (Bkm / h) of the speed range, the field current is The instruction timing may be determined so that the current value reaches the target value at the speed A. That is, the timing at which the field current reaches the target value of the field current at the speed when entering the speed range (the upper limit value or the lower limit value of the speed range) matches the timing at which the vehicle speed enters the speed range. The instruction timing may be determined (or as close as possible), and the field current may be controlled based on the instruction timing.

次に、回生制動装置20を変速機を介してプロペラシャフト8bに接続する実施形態について述べる。この場合のホイールローダの構成図を図9に示す。図9に示すように、回生制動装置20は、変速機(TM)30を介してプロペラシャフト8bに接続されている。変速機30は、プロペラシャフト8bから入力される動力の回転数を車両速度に応じて適宜変更して回生制動装置20に伝達する。   Next, an embodiment in which the regenerative braking device 20 is connected to the propeller shaft 8b via a transmission will be described. FIG. 9 shows a configuration diagram of the wheel loader in this case. As shown in FIG. 9, the regenerative braking device 20 is connected to the propeller shaft 8 b via a transmission (TM) 30. The transmission 30 appropriately changes the rotational speed of the power input from the propeller shaft 8b in accordance with the vehicle speed and transmits it to the regenerative braking device 20.

この構成とした場合、回生制動装置20が使用できる速度範囲は変速機30の変速比に応じて拡大させることができる。たとえば、変速機30が2速とした場合の回生制動装置20の動作範囲を図10にハッチングで示す。この場合、変速機30が1速の場合の回生制動装置20の動作範囲は図7においてハッチングで示した範囲となる。   With this configuration, the speed range in which the regenerative braking device 20 can be used can be expanded according to the gear ratio of the transmission 30. For example, the operating range of the regenerative braking device 20 when the transmission 30 is set to the second speed is shown by hatching in FIG. In this case, the operation range of the regenerative braking device 20 when the transmission 30 is at the first speed is the range indicated by hatching in FIG.

本実施の形態のように、車両速度に応じて変速機30を変速することにより、回生制動装置20の動作範囲を拡大することができる。これにより、回生制動装置20をより高回転域で動作させることができるようになるため、回生制動装置20をより小型化できるようになる。   As in the present embodiment, the operating range of the regenerative braking device 20 can be expanded by shifting the transmission 30 according to the vehicle speed. As a result, the regenerative braking device 20 can be operated in a higher rotation range, and the regenerative braking device 20 can be further downsized.

なお、以上の実施の形態では回生制動装置20の動作範囲は、主に掘削作業における制動時に大きな制動力が必要となる速度範囲として説明した。これは、短いサイクルタイムにおける掘削作業では、走行用電動機9で出力される制動力に対して、車両自体はより大きな制動力を必要とするからである。   In the above embodiment, the operation range of the regenerative braking device 20 has been described as a speed range in which a large braking force is required mainly during braking in excavation work. This is because, in excavation work in a short cycle time, the vehicle itself requires a larger braking force than the braking force output by the traveling motor 9.

ただし、回生制動装置20の使用範囲は上記掘削作業時にのみに限らない。すなわち、比較的大きな制動力を必要する走行状態では、その他の速度範囲においても回生制動装置20により良好な制動特性と、回生エネルギーの回収が可能となる。その走行状態の一つに連続降坂がある。この場合、坂道の傾斜にもよるが、車両の降坂速度が増加するのを防止するため、比較的大きな制動力が必要となる。さらに、降坂走行の時間が長くなった場合、走行用電動機9あるいは機械式ブレーキの発熱も大きくなる可能性がある。このとき、上記回生制動装置20を併用すると、車両全体として大きな制動力を得られると共に、走行用電動機9あるいは機械式ブレーキの発熱を小さくすることができる。このときの回生制動装置20の動作範囲を図12に示す。図12に示すように、本実施の形態では、車両の最高速度から制動力を発生するようにする。また、回生制動装置20の最低動作速度は例えば、先の実施の形態で示した掘削動作における最低動作速度とすればよい。(例えば、図7中で示す速度Akm/h)。このとき、動作範囲を高速側まで拡大したことになるが、回生制動装置20のパワーとしては掘削時と同様のパワーである。そのため、回生制動装置20の構造が大きく変わることは無く、また、回生制動装置20の連続使用時間に応じて増加する発熱に対しては、回生制動装置20の体格を大きくして熱容量を大きくすることで対応可能となる。このように、回生制動装置20の動作範囲は速度に制限されるのもではなく、大きな制動力が要求される場面で必要に応じて使用することが可能である。   However, the use range of the regenerative braking device 20 is not limited to the time of the excavation work. In other words, in a traveling state that requires a relatively large braking force, the regenerative braking device 20 can recover good braking characteristics and regenerative energy even in other speed ranges. One of the driving conditions is continuous downhill. In this case, although depending on the slope of the slope, a relatively large braking force is required to prevent the vehicle descending speed from increasing. Furthermore, when the downhill traveling time becomes longer, the heat generated by the traveling motor 9 or the mechanical brake may increase. At this time, when the regenerative braking device 20 is used in combination, a large braking force can be obtained as a whole vehicle, and the heat generated by the traveling motor 9 or the mechanical brake can be reduced. The operation range of the regenerative braking device 20 at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 12, in this embodiment, the braking force is generated from the maximum speed of the vehicle. Moreover, what is necessary is just to let the minimum operation speed of the regenerative braking device 20 be the minimum operation speed in the excavation operation shown in the previous embodiment, for example. (For example, the speed Akm / h shown in FIG. 7). At this time, the operating range is expanded to the high speed side, but the power of the regenerative braking device 20 is the same as that during excavation. For this reason, the structure of the regenerative braking device 20 does not change greatly, and the heat capacity that increases with the continuous use time of the regenerative braking device 20 is increased to increase the heat capacity by increasing the size of the regenerative braking device 20. This will be possible. As described above, the operation range of the regenerative braking device 20 is not limited to the speed, but can be used as needed in a scene where a large braking force is required.

以上のように、各実施の形態では、従来、油圧ブレーキなどの機械式ブレーキで行っていた制動を発電機20で行うようにしたため、回生電力の回収量が増加し、燃料消費量を削減できる。さらに、発電機20は、走行電動機9と同様に、電気的な制動が可能なため、機械式ブレーキを併用した場合と比較して制動時のフィーリングが向上する。さらに、機械式ブレーキの使用頻度が減少するため、ブレーキパッド等の消耗品の寿命を延長できる。   As described above, in each embodiment, since the generator 20 performs braking that has been conventionally performed by a mechanical brake such as a hydraulic brake, the amount of recovered regenerative power can be increased and the fuel consumption can be reduced. . Furthermore, since the generator 20 can be electrically braked similarly to the traveling motor 9, the feeling at the time of braking is improved as compared with the case where a mechanical brake is used together. Furthermore, since the frequency of use of mechanical brakes is reduced, the life of consumables such as brake pads can be extended.

なお、回生制動装置20は走行部のプロペラシャフト8a,8bからの回転動力で駆動される構成であれば、その配置位置は図2に示した位置に制限されない。例えば図11のように、ドライブシャフト8a上に存在するセンタージョイント64より車両前方の位置に回生制動装置20を配置しても構わない。   The regenerative braking device 20 is not limited to the position shown in FIG. 2 as long as the regenerative braking device 20 is driven by the rotational power from the propeller shafts 8a and 8b of the traveling unit. For example, as shown in FIG. 11, the regenerative braking device 20 may be disposed at a position ahead of the vehicle from the center joint 64 existing on the drive shaft 8a.

ところで、上記の各実施の形態では、指令走行動力が走行電動機動力を超えた不足分は回生制動装置20で出力する場合について説明したが、当該不足分が回生制動装置20で発生可能な制動動力を超える場合には、その超過分の制動動力を油圧ブレーキで発生し、走行電動機9、回生制動装置20および油圧ブレーキの併用で指令走行動力を出力するように構成しても良い。また、回生制動装置20を複数搭載しても良い。   By the way, although each said embodiment demonstrated the case where the shortage in which command driving power exceeded driving motor power was output with the regenerative braking device 20, the braking power which the said shortage can generate | occur | produce with the regenerative braking device 20 was demonstrated. In the case of exceeding, the excess braking power may be generated by the hydraulic brake, and the command traveling power may be output by using the traveling motor 9, the regenerative braking device 20 and the hydraulic brake in combination. A plurality of regenerative braking devices 20 may be mounted.

また、上記では、ロータリエンコーダ62の出力に基づいて算出した車両速度に基づいて回生制動装置20の制御を行ったが、車輪速度を検出可能なセンサであればロータリエンコーダ62と代替可能である。また、車両速度に代えて、プロペラシャフト8a,8bの回転速度、走行電動機9の回転速度、または走行電動機9への電流値などに基づいて回生制動装置20の制御を行っても良い。   In the above description, the regenerative braking device 20 is controlled based on the vehicle speed calculated based on the output of the rotary encoder 62. However, any sensor capable of detecting the wheel speed can be substituted for the rotary encoder 62. Further, instead of the vehicle speed, the regenerative braking device 20 may be controlled based on the rotational speed of the propeller shafts 8a and 8b, the rotational speed of the traveling motor 9, or the current value to the traveling motor 9.

また、上記で説明したハイブリッドシステムは一般にシリーズ型といわれる構成であるが、本発明は図2の構成に限定されることなく、システムに少なくとも上記シリーズ型の構成が含まれていれば適用可能である。   In addition, the hybrid system described above has a configuration generally referred to as a series type. However, the present invention is not limited to the configuration of FIG. 2 and can be applied if the system includes at least the series type configuration. is there.

また、エンジン1と蓄電装置11を出力源とするハイブリッド式のホイールローダを例に挙げて説明してきたが、エンジンを備えない電動式のホイールローダについても本発明は適用可能である。さらに、上記で例示したホイールローダに限らず、加速後の急減速が使用態様に頻繁にみられる車両(例えば、フォークリフト)であれば、本発明は適用可能である。   In addition, the hybrid wheel loader using the engine 1 and the power storage device 11 as output sources has been described as an example. However, the present invention can also be applied to an electric wheel loader that does not include an engine. Furthermore, the present invention is not limited to the wheel loader exemplified above, but can be applied to any vehicle (for example, forklift) in which rapid deceleration after acceleration is frequently seen in the usage mode.

また、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の各実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications within the scope not departing from the gist thereof. For example, the present invention is not limited to the one having all the configurations described in the above embodiments, and includes a configuration in which a part of the configuration is deleted. In addition, part of the configuration according to one embodiment can be added to or replaced with the configuration according to another embodiment.

1…エンジン、2…トルクコンバータ、3…トランスミッション(TM)、4…油圧ポンプ、50…フロント油圧作業装置、6…モータジェネレータ(MG)、7…インバータ、8a,8b…プロペラシャフト、9…走行電動機、10…インバータ、11…蓄電装置、12…DCDCコンバータ、200…制御装置、20…回生制動装置、25…要求走行動力演算部、26…指令走行動力演算部、27…走行電動機動力演算部、30…トランスミッション(TM)、64…センタージョイント   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Torque converter, 3 ... Transmission (TM), 4 ... Hydraulic pump, 50 ... Front hydraulic working device, 6 ... Motor generator (MG), 7 ... Inverter, 8a, 8b ... Propeller shaft, 9 ... Running Electric motor, 10 ... inverter, 11 ... power storage device, 12 ... DCDC converter, 200 ... control device, 20 ... regenerative braking device, 25 ... required travel power calculation unit, 26 ... command travel power calculation unit, 27 ... travel motor power calculation unit , 30 ... Transmission (TM), 64 ... Center joint

Claims (4)

電動機により駆動される走行部と、
前記走行部の駆動軸に機械的に連結され、力行駆動動作と回生制動動作のうち回生制動動作のみを実施する回生制動装置と、
前記回生制動装置が発生した回生電力を充電する蓄電装置と、
前記作業車両の制動動作時に前記走行部に出力を要求する制動動力を演算し、その制動動力が前記電動機で出力可能な制動動力を超える場合、その不足分の制動動力を発生するように前記回生制動装置に指示する制御装置とを備えることを特徴とする作業車両。
A traveling unit driven by an electric motor;
A regenerative braking device that is mechanically coupled to the drive shaft of the traveling unit and performs only a regenerative braking operation among a power running drive operation and a regenerative braking operation;
A power storage device for charging the regenerative power generated by the regenerative braking device;
When the braking power of the work vehicle is calculated, a braking power that requests output from the traveling unit is calculated, and when the braking power exceeds the braking power that can be output by the electric motor, the regeneration power is generated so that the insufficient braking power is generated. A work vehicle comprising: a control device that instructs a braking device.
請求項1に記載の作業車両において、
前記制御装置は、予め設定された車両速度範囲で動作するように前記回生制動装置に指示することを特徴とする作業車両。
The work vehicle according to claim 1,
The work vehicle, wherein the control device instructs the regenerative braking device to operate within a preset vehicle speed range.
請求項2に記載の作業車両において、
前記回生制動装置は、界磁電流により発生する磁界を利用して発電する界磁巻線型発電機であり、
前記制御装置は、前記車両速度が前記車両速度範囲に入るタイミングと、前記車両速度が前記車両速度に入る速度における前記界磁電流の目標値に前記界磁電流が達するタイミングとに基づいて、前記界磁電流の制御を実施することを特徴とする作業車両。
The work vehicle according to claim 2,
The regenerative braking device is a field winding generator that generates power using a magnetic field generated by a field current,
The control device, based on the timing at which the vehicle speed enters the vehicle speed range and the timing at which the field current reaches the target value of the field current at the speed at which the vehicle speed enters the vehicle speed, A work vehicle that controls field current.
請求項1に記載の作業車両において、
前記回生制動装置は、変速機を介して前記駆動軸に機械的に連結されていることを特徴とする作業車両。
The work vehicle according to claim 1,
The work vehicle, wherein the regenerative braking device is mechanically connected to the drive shaft via a transmission.
JP2015021471A 2015-02-05 2015-02-05 Work vehicle Pending JP2016142118A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015021471A JP2016142118A (en) 2015-02-05 2015-02-05 Work vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015021471A JP2016142118A (en) 2015-02-05 2015-02-05 Work vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016142118A true JP2016142118A (en) 2016-08-08

Family

ID=56570054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015021471A Pending JP2016142118A (en) 2015-02-05 2015-02-05 Work vehicle

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016142118A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190114504A (en) * 2018-03-30 2019-10-10 현대로템 주식회사 Brake device for rail vehicle and method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190114504A (en) * 2018-03-30 2019-10-10 현대로템 주식회사 Brake device for rail vehicle and method thereof
KR102074142B1 (en) * 2018-03-30 2020-03-02 현대로템 주식회사 Brake device for rail vehicle and method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3303047B1 (en) Systems, methods, and apparatuses for storing energy in a mining machine
JP6324072B2 (en) Hybrid wheel loader
US6705030B2 (en) Wheel loader
KR101199244B1 (en) Hybrid construction machine
JP5356543B2 (en) Drive control device for work vehicle
JP5855487B2 (en) Electric drive work vehicle
KR101229330B1 (en) Swivel drive controller and construction machine including the same
JP5676739B2 (en) Wheel loader
JP6450761B2 (en) System and method for controlling a vehicle
JP6434128B2 (en) Hybrid work vehicle
JP6592470B2 (en) Electric drive dump truck
JP5095252B2 (en) Construction machine and control method thereof
US10100493B2 (en) Shovel
JP6433687B2 (en) Hybrid wheel loader
US20160101700A1 (en) Control system and method for a vehicle
JP6247516B2 (en) Hybrid work vehicle
JP6366981B2 (en) Excavator
JP2016142118A (en) Work vehicle
JP5160359B2 (en) Hybrid construction machine
KR20160133765A (en) Brake system and braking method for working machine
JP2015063271A (en) Hybrid work vehicle
CN112384424A (en) Working vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170220