JP2017217944A - ハイブリッド作業車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の悪化を招くことなく架装装置を作動することができるハイブリッド作業車両及びその制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置７０は、架装装置５１の作動時に、過去の期間内において高電圧バッテリー２４が出力した電力の平均値を求め、現在の高電圧バッテリー２４が出力する電力値を求め、電力の平均値と電力値との平均値を求め、モータージェネレーター２１が、過去の回生制動において発電した電力の平均値を求め、電力の平均値が電力の平均値Ｗｆ超である場合は、それらの平均値の差分の電力を、高電圧バッテリー２４から電動機器５５又はモータージェネレーター２１に供給し、電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ以下である場合は、それらの平均値の差分の電力を、高電圧バッテリー２４から架装装置５１に供給することを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃費の悪化を招くことなく架装装置を作動することができるハイブリッド作業車両及びその制御方法に関する。

一般に、ハイブリッド作業車両は、車両走行用のエンジンの回転動力の少なくとも一部をＰＴＯを通じて取り出して、架装装置（塵芥収集、ボディダンプ、ウインチ、ミキサや消防ポンプなど）の作動源である油圧ポンプを駆動している。しかし、近年では、架装装置のレイアウトを組みやすいなどの理由から、車両の動力源であるモータージェネレーターに電気的に接続する高電圧バッテリーを用いて架装装置を作動させるハイブリッド作業車両が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

具体的には、モータージェネレーターの、又は高電圧バッテリーから電力を供給される電動モーターの回転動力の少なくとも一部をＰＴＯを通じて取り出して、油圧ポンプの駆動源とする。

特開２００１−２６３３０３号公報

上記の特許文献１のように電動化されたハイブリッド作業車両においては、架装装置の駆動に必要な電力量が予め高電圧バッテリーに充電されていないと、エンジンによりモータージェネレーターを回転駆動することで発電させる必要があるため、車両の燃費の悪化を招くという問題があった。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、燃費の悪化を招くことなく架装装置を作動することができるハイブリッド作業車両及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド作業車両は、エンジンクラッチを介して接続されたエンジン及びモータージェネレーターと、前記モータージェネレーターにモータークラッチを介して接続されたトランスミッションと、前記モータージェネレーターに電気的に接続する高電圧バッテリーと、前記モータージェネレーター及びバッテリーを有するハイブリッドシステムと、架装装置を作動させる油圧ポンプと、前記モータージェネレーターの回転動力を取り出して前記油圧ポンプを駆動するＰＴＯと、電動機器と、制御装置と、を備えたハイブリッド作業車両において、前記制御装置は、前記架装装置の作動時に、予め設定された現在から過去に至る期間内において前記バッテリーが出力した電力の平均値Ｗｐを求める第１ステップと、現在の前記バッテリーが出力する電力値Ｗｎを求める第２ステップと、前記電力の平均値Ｗｐと前記電力値Ｗｎとの平均値Ｗｆを求める第３ステップと、前記モータージェネレーターが、予め設定された過去の回生制動の回数において発電した電力の平均値Ｗｒを求める第４ステップと、前記電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ超である場合は、それらの平均値の差分の電力（Ｗｒ−Ｗｆ）を、前記バッテリーから前記電動機器又は前記モータージェネレーターに供給する第５ステップと、前記電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ以下である場合は、それらの平均値の差分の電力（Ｗｆ−Ｗｒ）を、前記バッテリーから前記架装装置に供給する第６ステップと、を行うように構成されていることを特徴とするものである。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド作業車両の制御方法は、クラッチを介して接続されたエンジン及びモータージェネレーターと、前記モータージェネレーターに直列に接続されたトランスミッションと、前記モータージェネレーターに電気的に接続するバッテリーと、前記モータージェネレーター及びバッテリーを有するハイブリッドシステムと、前記バッテリーに電気的に接続するモータージェネレーター又は電動モーターと、架装装置を作動させる油圧ポンプと、前記モータージェネレーター又は電動モーターの回転動力を取り出して前記油圧ポンプを駆動するＰＴＯと、電動機器と、を備えたハイブリッド作業車両の制御方法であって、前記架装装置の作動時に、予め設定された現在から過去に至る期間内において前記バッテリーが出力した電力の平均値Ｗｐを求める第１ステップと、現在の前記バッテリーが出力する電力値Ｗｎを求める第２ステップと、前記電力の平均値Ｗｐと前記電力値Ｗｎとの平均値Ｗｆを求める第３ステップと、前記モータージェネレーターが、予め設定された過去の回生制動の回数において発電した電力の平均値Ｗｒを求める第４ステップと、前記電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ超である場合は、それらの平均値の差分の電力（Ｗｒ−Ｗｆ）を、前記バッテリーから前記電動機器又は前記モータージェネレーターに供給する第５ステップと、前記電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ以下である場合は、それらの平均値の差分の電力（Ｗｆ−Ｗｒ）を、前記バッテリーから前記架装装置に供給する第６ステップと、を行うことを特徴とするものである。

本発明のハイブリッド作業車両及びその制御方法によれば、架装装置を用いた１回の作業に必要な電力の平均値と、過去の回生発電により得られた電力の平均値とに基づいて、今回の架装装置の作業に必要な電力量を予め確保するようにしたので、エンジンの駆動によるモータージェネレーターの発電を抑制できるため、燃費の悪化を招くことなく架装装置を作動することができる。

本発明の実施形態からなるハイブリッド作業車両の構成図である。 本発明の実施形態からなるハイブリッド作業車両の別の例の構成図である。 本発明の実施形態からなる架装装置の制御方法を説明するフロー図である。 本発明の実施形態からなる架装装置の制御方法の別の例を説明するフロー図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態からなるハイブリッド作業車両を示す。

このハイブリッド作業車両は、エンジン１０、モータージェネレーター２１及びトランスミッション３０と、運転状態に応じて車両を複合的に制御するハイブリッドシステム２０と、油圧ポンプ５２を作動源とする架装装置５１と、電動機器５５とを主に備えている。

エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このエンジン１０には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。クランクシャフト１３の一端は、エンジンクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を介してモータージェネレーター２１の回転軸２２の一端に接続されている。

モータージェネレーター２１には、発電運転が可能な永久磁石式の交流同期モーターが用いられている。このモータージェネレーター２１の回転軸２２の他端は、モータークラッチ１５（例えば、湿式多板クラッチなど）を通じて、トランスミッション３０のインプットシャフト３１に接続されている。

トランスミッション３０には、ハイブリッド作業車両の運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて決定された目標変速段へ自動的に変速するＡＭＴ又はＡＴが用いられている。なお、トランスミッション３０は、ＡＭＴのような自動変速式に限るものではなく、ドライバーが手動で変速するマニュアル式であってもよい。

トランスミッション３０で変速された回転動力は、アウトプットシャフト３２に接続されたプロペラシャフト３３を通じてデファレンシャル３４に伝達され、後輪である一対の駆動輪３５にそれぞれ駆動力として分配される。

ハイブリッドシステム２０は、モータージェネレーター２１と、そのモータージェネレーター２１に電気的に接続するインバーター２３、高電圧バッテリー２４、ＤＣ／ＤＣコンバーター２５及び低電圧バッテリー２６とを有している。

高電圧バッテリー２４としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー２６には鉛バッテリーが用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバーター２５は、高電圧バッテリー２４と低電圧バッテリー２６との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー２６は、各種の車両電装品２７に電力を供給する。

このハイブリッドシステム２０における種々のパラメータ、例えば、高電圧バッテリー２４のＳＯＣ値や出力電力値などは、ＢＭＳ２８により検出される。

これらのエンジン１０及びハイブリッドシステム２０は、ＨＣＵなどの制御装置７０により制御される。具体的には、ハイブリッド作業車両の発進時や加速時には、ハイブリッドシステム２０は高電圧バッテリー２４から電力を供給されたモータージェネレーター２１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター２１による回生発電を行い、プロペラシャフト３３等に発生する余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー２４を充電する。

架装装置５１の油圧ポンプ５２の駆動源は、高電圧バッテリー２４に接続された電動モーター５３である。この電動モーター５３の回転動力の少なくとも一部をＰＴＯ５４を通じて取り出して、油圧ポンプ５２を駆動するようになっている。なお、架装装置５１を、油圧ポンプ５２、電動モーター５３及びＰＴＯ５４などを包含したシステムとして定義することも可能であり、その場合には架装装置５１の駆動エネルギーは高電圧バッテリー２４などの電力源から供給されることになる。

図２に示すように、架装装置５１の油圧ポンプ５２の駆動源を、電動モーター５３の代わりにモータージェネレーター２１とすることもできる。具体的には、モータージェネレーター２１の回転動力の少なくとも一部をＰＴＯ５４を通じて取り出して、油圧ポンプ５２を駆動する。

電動機器５５は、高電圧バッテリー２４を電源として作動する機器類であり、低圧システムや電動エアコンなどが例示される。

このようなハイブリッド作業車両の制御方法を、制御装置７０の機能として図３に基づいて以下に説明する。なお、制御装置７０は、信号線（一点鎖線で示す）を通じて、ＢＭＳ２８や架装装置５１などの各部と接続している。

まず、制御装置７０は、今回の架装装置５１の作動時に、予め設定された現在から過去へ至る期間内において、高電圧バッテリー２４が出力した電力の平均値Ｗｐを算出する（Ｓ１０）。例えば、現時点を起点とする過去の１０分間の作業を設定したケースでは、その間に高電圧バッテリー２４が出力した電力の積算値を１０で除した値となる。

次に、制御装置７０は、現時点の高電圧バッテリー２４が出力している電力値Ｗｎを、ＢＭＳ２８を通じて取得する（Ｓ２０）。

次に、制御装置７０は、電力の平均値Ｗｐと電力値Ｗｎとの平均値Ｗｆを算出する（Ｓ３０）。

一方で、制御装置７０は、モータージェネレーター２１が、予め設定された過去の回生制動の回数において発電した電力の平均値Ｗｒを求める（Ｓ４０）。例えば、現時点を起点とした過去に５回の回生制動を設定したケースでは、それぞれの発電量の合計値を５で除した値となる。

そして、制御装置７０は、電力の平均値Ｗｒと電力の平均値Ｗｆとを比較して（Ｓ５０）、平均値Ｗｒが平均値Ｗｆ超である場合には、直近のモータージェネレーター２１の回生発電により、架装装置５１の作動には余剰な電力量が得られていると判断して、それらの平均値の差分の電力（Ｗｒ−Ｗｆ）を、高電圧バッテリー２４から電動機器５５に供給する（Ｓ６０）。なお、差分の電力（Ｗｒ−Ｗｆ）は、電動機器５５の作動ではなく、ハイブリッド作業車両の走行時におけるモータージェネレーター２１によるアシストに用いることもできる。

その一方で、制御装置７０は、平均値Ｗｒが平均値Ｗｆ以下である場合には、直近のモータージェネレーター２１の回生発電では、架装装置５１の作動には不十分な電力量しか得られていないと判断して、回生発電による電力に加えて、それらの平均値の差分の電力（Ｗｆ−Ｗｒ）を高電圧バッテリー２４から架装装置５１に供給する（Ｓ７０）。

制御装置７０は、上記のステップ１０〜７０を、架装装置５１を用いる作業ごとに実施する。

このように、架装装置を用いた１回の作業に必要な電力の平均値Ｗｆと、過去の回生発電により得られた電力の平均値Ｗｒとに基づいて、今回の架装装置５１の作業に必要な電力量を予め確保するようにしたので、エンジン１０の駆動によるモータージェネレーター２１の発電を抑制できるため、燃費の悪化を招くことなく架装装置５１を作動することができるのである。

なお、図４に示すように、制御装置７０は、上記のステップ５０において、平均値Ｗｒが平均値Ｗｆ以下である場合には、更に平均値の差分の電力（Ｗｆ−Ｗｒ）としきい値Ｘとを比較して（Ｓ６３）、差分の電力（Ｗｆ−Ｗｒ）がしきい値Ｘ以下である場合には、架装装置５１の作動に不足する電力量は僅かであると判断して、回生発電による電力に加えて、不足分の電力（Ｗｆ−Ｗｒ）を、エンジン１０の短時間駆動によるモータージェネレーター２１の発電により、架装装置５１に供給することも可能である（Ｓ６７）。なお、しきい値Ｘは、ハイブリッド作業車両や架装装置５１の仕様等により予め設定される。

１０ エンジン
２０ ハイブリッドシステム
２１ モータージェネレーター
２４ 高電圧バッテリー
５０ 作業車両
５１ 架装装置
５２ 油圧ポンプ
５３ 電動モーター
５４ ＰＴＯ
５５ 電動機器

Claims (3)

1. エンジンクラッチを介して接続されたエンジン及びモータージェネレーターと、前記モータージェネレーターにモータークラッチを介して接続されたトランスミッションと、前記モータージェネレーターに電気的に接続するバッテリーと、前記モータージェネレーター及びバッテリーを有するハイブリッドシステムと、架装装置を作動させる油圧ポンプと、前記モータージェネレーターの回転動力を取り出して前記油圧ポンプを駆動するＰＴＯと、電動機器と、制御装置と、を備えたハイブリッド作業車両において、
   前記制御装置は、
   前記架装装置の作動時に、予め設定された現在から過去に至る期間内において前記バッテリーが出力した電力の平均値Ｗｐを求める第１ステップと、
   現在の前記バッテリーが出力する電力値Ｗｎを求める第２ステップと、
   前記電力の平均値Ｗｐと前記電力値Ｗｎとの平均値Ｗｆを求める第３ステップと、
   前記モータージェネレーターが、予め設定された過去の回生制動の回数において発電した電力の平均値Ｗｒを求める第４ステップと、
   前記電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ超である場合は、それらの平均値の差分の電力（Ｗｒ−Ｗｆ）を、前記バッテリーから前記電動機器又は前記モータージェネレーターに供給する第５ステップと、
   前記電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ以下である場合は、それらの平均値の差分の電力（Ｗｆ−Ｗｒ）を、前記高電圧バッテリーから前記架装装置に供給する第６ステップと、
   を行うように構成されていることを特徴とするハイブリッド作業車両。
2. 前記高電圧バッテリーに電気的に接続された電動モーターと、前記モータージェネレーターの回転動力を取り出して前記油圧ポンプを駆動するＰＴＯに代えて、前記電動モーターの回転動力を取り出して該油圧ポンプを駆動するＰＴＯと、を備えた請求項１に記載のハイブリッド作業車両。
3. クラッチを介して接続されたエンジン及びモータージェネレーターと、前記モータージェネレーターに直列に接続されたトランスミッションと、前記モータージェネレーターに電気的に接続するバッテリーと、前記モータージェネレーター及びバッテリーを有するハイブリッドシステムと、前記バッテリーに電気的に接続するモータージェネレーター又は電動モーターと、架装装置を作動させる油圧ポンプと、前記モータージェネレーター又は電動モーターの回転動力を取り出して前記油圧ポンプを駆動するＰＴＯと、電動機器と、を備えたハイブリッド作業車両の制御方法であって、
   前記架装装置の作動時に、予め設定された現在から過去に至る期間内において前記バッテリーが出力した電力の平均値Ｗｐを求める第１ステップと、
   現在の前記バッテリーが出力する電力値Ｗｎを求める第２ステップと、
   前記電力の平均値Ｗｐと前記電力値Ｗｎとの平均値Ｗｆを求める第３ステップと、
   前記モータージェネレーターが、予め設定された過去の回生制動の回数において発電した電力の平均値Ｗｒを求める第４ステップと、
   前記電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ超である場合は、それらの平均値の差分の電力（Ｗｒ−Ｗｆ）を、前記バッテリーから前記電動機器又は前記モータージェネレーターに供給する第５ステップと、
   前記電力の平均値Ｗｒが前記電力の平均値Ｗｆ以下である場合は、それらの平均値の差分の電力（Ｗｆ−Ｗｒ）を、前記バッテリーから前記架装装置に供給する第６ステップと、
   を行うことを特徴とするハイブリッド作業車両の制御方法。

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