JP3740426B2 - Driving device for wheeled work vehicle - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホイールローダ等のホイール式作業用車両の駆動装置に係わり、特に、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させる油圧走行駆動装置を備えたホイール式作業用車両の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホイールローダ等のホイール式作業用車両の駆動装置としては、例えば特開平６−５８４１２号公報に記載されているような油圧駆動方式が実用化されている。また、特開平１１−１５８９３７号公報に記載のような電動駆動方式も検討されている。
【０００３】
特開平６−５８４１２号公報に記載の油圧式の駆動装置は、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させるものである。可変容量型油圧ポンプの動力源はエンジンであり、アクセルペダルの操作量を増大させるとエンジン回転数が増大し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が増大するため、可変容量型油圧モータの回転数も増大し、走行速度が速くなる。アクセルペダルの操作量を減少させるとエンジン回転数は減少し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が減少するため、可変容量型油圧モータの回転数も減少し、走行速度が遅くなる。
【０００４】
また、車両の走行中にアクセルペダルを緩め操作してエンジン回転数を低下させると、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が低下する一方、可変容量型油圧モータが慣性で回転を続けるので、可変容量型油圧モータの吐出流量が可変容量型油圧ポンプの吐出流量よりも大きくなって可変容量型油圧モータの吐出圧が上昇する。いわゆるブレーキ圧力が発生する。このブレーキ圧力によって可変容量型油圧ポンプはモータとして作用し、エンジンを駆動することになる。すなわち、エンジンブレーキが作用し、減速時に車両の運動エネルギーをエンジンの回転をアシストするという形で回収作用を行う。
【０００５】
特開平１１−１５８９３７号公報に記載の電動式の駆動装置は、エンジンの駆動によって発電機と油圧ポンプが駆動され、走行については発電機によって発電した電力により電動モータが駆動され、この電動モータの駆動により車体を走行駆動させる方式である。
【０００６】
また、このような駆動方式において用いる電動モータは、通常、交流式の電動モータであるため、インバータを必要とする。また、無走行時等の軽負荷時に余った電力を蓄え、走行時等の重負荷時に利用するため電力を蓄えるバッテリも必要となる。そのような機器を配置したシステムの一例を図７に示す。
【０００７】
図７において、エンジン２０１の駆動により発電機２０８が駆動され、電力を発生する。発電機２０８により発生した電力は、インバータ／コンバータ２８０によりバッテリ２８１に蓄えられる制御とバッテリ２８１の電力により電動モータ２８２を駆動させる制御が行われ、電動モータ２８２が駆動される。この電動モータ２８２の駆動によりミッション２８３が駆動され、車輪２５０が駆動し、車体が前・後進動作する。
【０００８】
以上の構成からなる電動モータによる駆動方式では、車両減速時において、電動モータ２８２を発電機として作動させ、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、インバータ／コンバータ２８０によりバッテリ２８１に蓄える。回収した電力は、走行駆動時に電動モータ２８２を騒動させるために使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【００１０】
特開平６−５８４１２号公報に記載の油圧式の駆動装置では、車両減速時の運動エネルギーをその車両減速時にエンジン回転をアシストするという形で回収する方式であり、車両減速時ではない通常走行時や走行・作業時には、その回収したエネルギーを利用することはできない。
【００１１】
特開平１１−１５８９３７号公報に記載の電動式の駆動装置では、それを図７に示すシステムのように構成した場合は、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、通常走行時或いは走行・作業時にその回収したエネルギーを利用することが可能である。しかし、図７に示すシステムでは、ホイールローダ等の重量の大きな作業用車両の走行を電動モータのみで行うので、高出力の電動モータが必要となり、電動モータの値段が高価となり、車両価格を高価とせざるを得なくなる。
【００１２】
本発明の目的は、必要機器の価格を抑え、車両減速時の運動エネルギーを回収し、通常走行時や走行・作業時等の必要時にその回収したエネルギーを利用することができるホイール式作業用車両の駆動装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、前記アクセル操作手段の非操作時或いは操作量の減少時に前記発電機／モータを発電機として駆動しかつ発生した電力を前記蓄電装置に蓄え、前記アクセル操作手段の操作時に、その蓄電装置に蓄えた電力により前記発電機／モータをモータとして駆動し、前記原動機と前記発電機／モータの両方の動力で前記軸の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記アクセル操作手段の操作時に、前記蓄電装置の蓄電量が十分にあるときは前記モータとして駆動する発電機／モータの回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げ、かつ前記原動機の回転数が最低回転数となるよう原動機に供給される燃料噴射量を制御する制御を行うとともに、前記モータとして駆動する発電機／モータの最大回転数が前記アクセル操作手段が設定する目標回転数に足りないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし 原動機の回転数を前記目標回転数まで上げる制御を行い、前記蓄電装置の蓄電量が十分でないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行うものとする。
【００１４】
以上のように構成した本発明においては、作業用車両の走行途中にオペレータが作業用車両の減速を意図してアクセル操作手段の操作を止める或いは操作量を減少させると、慣性で回転を続けようとする可変容量型油圧モータの吐出圧が上昇し、可変容量型油圧ポンプがモータとして作用する一方、制御手段は発電機／モータを発電機として駆動し、この発電機／モータがモータとして作用する可変容量型油圧ポンプの動力により回転駆動され電力を発生し、その電力が蓄電装置に蓄えられる。つまり、車両減速時に作業用車両の運動エネルギーで発電機／モータを駆動し、発生した電力を蓄電装置に蓄えるという形で運動エネルギーの回収を行う。
【００１５】
オペレータがアクセル操作手段を操作する通常走行時或いは走行・作業時は、制御手段は発電機／モータをモータとして駆動するよう切り換え、原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸の回転数を原動機と発電機／モータの両方の動力で目標回転数となるよう制御するため、通常走行時或いは走行・作業時に、車両減速時に回収したエネルギー（蓄電装置に蓄えた電力）を有効利用することができる。また、原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するので、発電機／モータは高出力を必要とせず、必要機器の価格を抑えることができる。
【００１６】
また、アクセル操作手段の操作時（通常走行時或いは走行・作業時）に原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するとき、蓄電装置の蓄電量が十分にあるときは発電機／モータによる駆動が優先され、原動機の回転数が最低回転数となるよう燃料噴射量を制御して原動機の燃料消費を抑えるため、最大の省エネ効果が得られる。そして、発電機／モータの最大回転数が前記アクセル操作手段が設定する目標回転数に足りないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記目標回転数まで上げる制御を行うので、発電機／モータは原動機の回転をアシスト的に制御するものとなり、発電機／モータを小型化し、必要機器の価格を更に抑えることができる。
【００１７】
さらに、前記蓄電装置の蓄電量が十分でないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行うので、通常走行時或いは走行・作業時に、蓄電装置の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプの駆動方式を切り換え、蓄電装置の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１の実施の形態を図１〜図５により説明する。
【００２４】
図１において、１は原動機、例えばディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）であり、燃料噴射量制御装置１０を備え、燃料噴射量を制御することによりエンジン回転数が制御される。エンジン１は軸１１により可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に連結され、軸１１によりエンジン１の動力が可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に伝達され、それらを駆動する。
【００２５】
可変客量型油圧ポンプ２は一対の主管路２０，２１を介して可変容量型油圧モータ５に閉回路接続され、油圧ポンプ２から吐出された圧油は油圧モータ５に供給されて油圧モータ５を駆動し、油圧モータ５から排出された圧油は油圧ポンプ２に戻される。可変容量型油圧モータ５は走行モータであり、車輪５０を回転駆動する。
【００２６】
油圧ポンプ３から吐出された圧油はコントロールバルブ６を介し、ステアリングシリンダ６０、アームシリンダ６１、バケットシリンダ６２に供給され、これらを駆動する。
【００２７】
チャージポンプ４から吐出された圧油は可変容量型油圧ポンプ２の吐出容量を制御するのに用いられる。すなわち、チャージポンプ４の吐出油は、その一部が絞り４０を介して前後進切換弁４２に導かれる一方で、残りが絞り４０を通過することなく前後進切換弁４２に直接導かれ、さらにこれら吐出油は前後進切換弁４２の切り換え位置に応じて管路４３ａ，４３ｂを介し、傾転シリンダ４４の油室に案内される。チャージポンプ４の吐出流量に応じて絞り４０の上流側と下流側との間の差圧（絞り４０の前後差圧）が変化し、この差圧によって傾転シリンダ４４が駆動されて可変容量型油圧ポンプ２の傾転角が変化し、吐出容量が増減する。
【００２８】
前後進切換弁４２がＦ位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ｃの位置となり、主管路２０に圧油が吐出されて車両が前進し、前後進切換弁４２がＲ位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ａの位置となり、管路２１に圧油が吐出されて車両が後進する。前後進切換弁４２が中立位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ｂの位置となり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出容量が零となる。
【００２９】
また、絞り４０の前後差圧は、前後進切換弁４２を介して管路４３ａ，４３ｂに導かれ、３位置形の圧力選択弁４５を切り換え制御する。前後進切換弁４２がＦ位置のときには圧力選択弁４５が４５ａの位置に切り換わり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧が主管路２０から圧力選択弁４５を介して管路４６に導かれる。また、前後進切換弁４２がＲ位置のときには圧力選択弁４５が４５ｃの位置に切り換わり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧が主管路２１から圧力選択弁４５を介して管路４６に導かれる。さらに、管路４６の圧油は、サーボシリンダ４８及び切換弁４７に導かれる。
【００３０】
サーボシリンダ４８及び切換弁４７は可変容量型油圧モータ５の吐出容量を制御するもので、圧力選択弁４５を介し管路４６により導かれた圧油の圧力が切換弁４７の設定圧力以下のときは切換弁４７が４７ａの位置に保持され、サーボシリンダ４８のピストンの小径側側面のみに管路４６により導かれた圧油の圧力が作用して、可変容量型油圧モータ５の吐出容量が最小値に設定される。圧力選択弁４５を介し管路４６により導かれた圧油の圧力が切換弁４７の設定圧力以上のときは切換弁４７が４７ｂの位置に切り換えられ、サーボシリンダ４８のピストンの大径側側面にも管路４６により導かれた圧油の圧力が作用して、ピストンが左方向に移動し、可変容量型油圧モータ５の吐出容量が最大値に設定される。
【００３１】
エンジン１を可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に連結する軸１１上には発電機／モータ８が配置されている。発電機／モータ８はインバータ／コンバータ８０により発電機と電動モータのいずれかに切り換え制御される。
【００３２】
発電機／モータ８が発電機として駆動する場合は、軸１１のエンジン１と発電機／モータ８との間の軸部分１１ａによってエンジン１の動力（トルク）が発電機／モータ８に伝達され発電機／モータ８を回転駆動し、電力を発生する。また、可変容量型油圧ポンプ２がモータ駆動するときは、軸１１の発電機／モータ８と可変容量型油圧ポンプ２との間の軸部分１１ｂによって可変容量型油圧ポンプ２の動力（トルク）が発電機／モータ８に伝達され、発電機／モータ８はエンジンと発電機／モータ８の両方の動力によって回転駆動され、電力を発生する。
【００３３】
発電機／モータ８が電動モータとして駆動する場合は、軸１１の軸部分１１ｂに動力（トルク）を伝達し、可変容量型油圧ポンプ２、油圧ポンプ３、チャージポンプ４を駆動する。つまり、この場合は、発電機／モータ８はエンジン１の動力（トルク）をアシストする動力補助手段として機能し、可変容量型油圧ポンプ２、油圧ポンプ３、チャージポンプ４はエンジン１と発電機／モータ８の両方の動力（トルク）で駆動される。
【００３４】
発電機／モータ８が発電機として駆動する場合、発生した電力はインバータ／コンバータ８０によりバッテリ８１に蓄えられる。また、発電機／モータ８を電動モータとして駆動する場合は、バッテリ８１の電力により駆動するようインバータ／コンバータ８０により制御される。
【００３５】
作業用車両の前進、後進を切り換える操作手段として走行指示切換装置７０が設けられ、軸１１の目標回転数を設定する操作手段としてアクセルペダル７２が設けられている。走行指示切換装置７０のレバー７１の位置信号及びアクセルペダル７２の操作量信号はコントローラ７に入力される。
【００３６】
オペレータは、作業用車両を後進させる場合は、走行指示切換装置７０のレバー７１の位置を初期位置”Ｎ”の位置から”Ｒ”の位置に切り換え、作業用車両を前進させる場合は同レバー７１の位置を”Ｆ”の位置に切り換える。コントローラ７は、走行指示切換装置７０からの位置信号に基づき、レバー７１の位置が”Ｆ”の位置の場合は、前後進切換弁４２をＦ位置、レバー７１の位置が”Ｒ”の位置の場合は、前後進切換弁４２をＲ位置に切り換える。
【００３７】
また、オペレータは、油圧モータ５の回転数を上げ走行速度を上げる場合或いはシリンダ６１，６２の駆動速度を速くし作業速度を上げる場合は、アクセルペダル７２を操作し、軸１１の目標回転数を増大させ、可変容量型油圧ポンプ２或いは油圧ポンプ３の回転数を上げる。コントローラ７は、アクセルペダル７２からの操作量信号に基づき、エンジン１の燃料噴射量制御装置１０を制御し、エンジン１の燃料噴射量を制御するとともに、インバータ／コンバータ８０を制御し、発電機／モータ８及び発電機／モータ８とバッテリ８１間の電力の授受を制御する。エンジン１の燃料噴射量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、燃料噴射量を減少させると、エンジン１の回転数は減少する。
【００３８】
アクセルペダル７２を操作したときのコントローラ７０の処理機能を図２にフローチャートで示す。コントローラ７０の処理機能は、概略的にいうと、アクセルペダル７２の非操作時或いは操作量の減少時に発電機／モータ８を発電機として駆動しかつ発生した電力をバッテリ８１に蓄え、アクセルペダル７２の操作時に、そのバッテリ８１に蓄えた電力により発電機／モータ８をモータとして駆動してその回転数をアクセルペダル７２が設定する軸１１の目標回転数まで上げかつエンジン１の回転数が低速回転数となるよう燃料噴射量制御装置１０によりエンジン１に供給される燃料噴射量を制御するというものである。
【００３９】
図２において、まず、アクセルペダル７２の開度（操作量）を読み込み、読み込んだアクセルペダル７２の開度から図３に示す特性により、軸１１の目標回転数を算出する。また、バッテリ８１の蓄電量を読み込む（ステップＳ７００）。
【００４０】
図３は、アクセルペダル７２の開度（操作量）と軸１１の目標回転数との関係を示す特性図であり、アクセルペダル７２の開度が零の時には、軸１１の目標回転数をエンジン１のアイドル回転数（最低回転数）Ｎminとし、アクセルペダル７２の開度が増えるに従って軸１１の目標回転数を上げるようにアクセルペダル７２の開度と軸１１の目標回転数との関係が設定されている。この特性はコントローラ７０の記憶装置に記憶されている。
【００４１】
図４は、バッテリ残量Ｓｏｃ（％）と電圧Ｖとの関係を示す図である。バッテリ８１の蓄電量は、例えばインバータ／コンバータ８０を通じてバッテリ８１の電圧Ｖを監視し、図４に示すようなバッテリ残量と電圧との関係に基づきバッテリ８１の電圧Ｖからそれに対応するバッテリ残量Ｖｏｃ（％）を計算することで計測することができる。図４に示すバッテリ残量と電圧との関係もコントローラ７０の記憶装置に記憶されている。
【００４２】
次に、アクセルペダル７２の開度（操作量）が零であるかどうか、或いはアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされたかどうかの判定を行う（ステップＳ７０１）。
【００４３】
ここで、アクセルペダル７２の開度が零或いは開度減の場合、すなわち、非走行時又は走行減速時には、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。また、非走行時又は走行減速時のエンジン動力を電力として蓄えたり、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、蓄えるため、発電機／モータ８を発電機として駆動させる（ステップＳ７０２）。
【００４４】
アクセルペダル７２の開度が零でない場合、或いはアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされていない場合には、発電機／モータ８をモータとして駆動させる（ステップＳ７０３）。
【００４５】
また、発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合は、バッテリ８１の蓄電量が十分にあるか判定を行う（ステップＳ７０４）。この判定は、例えば図４に示すバッテリ残量Ｖｏｃ（％）が予め設定した敷居値であるα％以上であるかどうか（バッテリ電圧ＶがＶα以上であるかどうか）を判定することにより行う。
【００４６】
ここで、例えばバッテリ８１の蓄電量が十分にある場合（バッテリ残量Ｖｏｃがα％以上である場合）は、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。また、軸１１が目標回転数となるようにモータとして作用する発電機／モータ８の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０５）。
【００４７】
また、バッテリ８１の蓄電量が十分にない場合（バッテリ残量Ｖｏｃがα％以上でない場合）は、軸１１が目標回転数となるように燃料噴射量を設定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。つまり、軸１１が目標回転数となるようエンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０６）。
【００４８】
なお、バッテリ８１の蓄電量が十分にあるかどうかの判定は、蓄電量が十分にあるとする場合の敷居値より蓄電量が十分にないとする場合の敷居値を小さくするというように、敷居値にヒステリシスを持たせて行ってもよい。
【００４９】
図５に本発明が適用される作業用車両の一例としてホイールローダの外観を示す。
【００５０】
図５において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、運転席１０１と車体前部１０２と車体後部１０３とで構成されており、車体後部１０３は車体前部１０２とステアリングシリンダ６０により相対回動白在に連結されている。車体前部１０２には、土砂の掘削、積み込み作業を行うことができるフロント１０４と車輸４９が設けられ、車体後部１０３には車輸５０と図１に示したエンジン１、可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４、コントローラ７、発電機／モータ８、インバータ／コンバータ８０、バッテリ８１が搭載されている。
【００５１】
フロント１０４は、リフトアーム１０５とバケット１０６から構成されている。リフトアーム１０５はアームシリンダ６１の伸縮により上下に動作し、バケット１０６はバケットシリンダ６２の伸縮によりチルト・ダンプ動作する。
【００５２】
以上のように構成した本実施の形態の動作の概略は次のようである。
【００５３】
作業用車両（ホイールローダ１００）の非走行時は、エンジン１はＮminで回転しかつ発電機／モータ８は発電機として駆動するので（ステップＳ７０２）、発電機／モータ８はエンジン１により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５４】
前後進切換弁４２をＦ位置に切り換えて車両を前進させている途中でオペレータが作業用車両（ホイールローダ１００）の減速を意図してアクセルペダル７２の操作を止めるかアクセルペダル７２を緩め操作し、軸１１の回転数を低下させた場合は、可変容量型油圧ポンプ２の吐出流量が低下する一方、可変容量型油圧モータ５が慣性で回転を続けるので、可変容量型油圧モータ５の吐出流量が可変容量型油圧ポンプ２の吐出流量よりも大きくなって可変容量型油圧モータ５の吐出圧が上昇する。いわゆるブレーキ圧力が発生する。このブレーキ圧力によって可変容量型油圧ポンプ２はモータとして作用する。このときも、エンジン１はＮminで回転しかつ発電機／モータ８は発電機として駆動するので（ステップＳ７０２）、発電機／モータ８はエンジン１とモータとして作用する可変容量型油圧ポンプ２の両方の動力により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５５】
前後進切換弁４２をＲ位置に切り換えて車両を後進させている途中でオペレータが作業用車両（ホイールローダ１００）の減速を意図してアクセルペダル７２の操作を止めるかアクセルペダル７２を緩め操作し、軸１１の回転数を低下させた場合も同様であり、発電機／モータ８はエンジン１とモータとして作用する可変容量型油圧ポンプ２の両方の動力により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５６】
以上のように車両減速時は、作業用車両（ホイールローダ１００）の運動エネルギーで発電機／モータ８を駆動し、発生した電力をバッテリに蓄えるという形で運動エネルギーの回収を行う。
【００５７】
通常走行時或いは走行・作業時は、発電機／モータ８はモータとして駆動するよう切り換えられ（ステップＳ７０３）、バッテリ８１の蓄電量が十分にある場合は、エンジン１はＮminで回転しかつモータとして作用する発電機／モータ８により軸１１の回転数が目標回転数となるよう制御する（ステップＳ７０４，Ｓ７０５）。バッテリ８１の蓄電量が十分にない場合は、エンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げ、エンジン１１だけで軸１１を駆動する（ステップＳ７０４，Ｓ７０６）。これにより通常走行時及び走行・作業時に、車両減速時に回収したエネルギー（バッテリ８１に蓄えた電力）を有効利用することができる。
【００５８】
以上のように本実施の形態によれば、作業用車両（ホイールローダ１００）の非走行時（非走行・作業時を含む）のエンジン１の動力を電力として蓄え、かつ車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、発生した電力をバッテリ８１に蓄えることにより、通常走行時或いは走行・作業時等の必要時に、回収したエネルギーを有効利用することができ、従ってエンジン１の燃費を低減させる効果が得られる。
【００５９】
また、通常走行時或いは走行・作業時は、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力でエンジン１と可変容量型油圧ポンプ２とを連結する軸１１を回転駆動するので、発電機／モータ８は高出力を必要とせず、必要機器の価格を抑えることができる。
【００６０】
また、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力で軸１１を回転駆動するとき、エンジン１はＮminの低速で回転し、発電機／モータ８による回転駆動を優先するので、エンジン１の燃料消費が抑えられ、最大の省エネ効果が得られる。
【００６１】
更に、通常走行時或いは走行・作業時に、バッテリ８１の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプ２の駆動方式を切り換えるので、バッテリ８１の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【００６２】
本発明の第２の実施の形態を図６により説明する。図中、図２に示した手順と同様のものには同じ符号を付している。本実施の形態は、通常走行時及び走行・作業時等に回収したエネルギーを利用場合の軸１１の制御方式を変えたを変えたものである。
【００６３】
すなわち、図６において、アクセルペダル７２の開度が零でないかアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされておらず、発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合であって、バッテリ８１の蓄電量が十分にある場合は、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力しかつ軸１１が目標回転数となるようにモータとして作用する発電機／モータ８の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行うとともに、目標回転数に足りない場合は、更にエンジン１の燃料供給量を増やし、軸１１が目標回転数となるようエンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０５Ａ）。
【００６４】
本実施の形態によれば、通常走行時或いは走行・作業時に発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合は、モータとして作用する発電機／モータ８の制御では軸１１の回転数（発電機／モータ８の回転数）が目標回転数に足りない場合は、エンジン１により軸１１の回転数を制御するので、発電機／モータ８はエンジン回転をアシスト的に制御することとなり、発電機／モータ８を小型化することが可能となる。
【００６５】
したがって、本実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、しかも必要機器の価格を一層抑えることができる。
【００６６】
なお、以上の実施の形態では、本発明をホイール式作業用車両としてホイールローダに適用したが、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させるものであれば、リフト・トラック等のそれ以外の作業用車両にも本発明は適用可能である。
【００６７】
また、以上の実施の形態では、蓄電装置としてバッテリ８１を使用したが、キャパシタであってもよい。
【００６８】
更に、上記実施の形態では、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力で軸１１を回転駆動するとき、エンジン１はＮmin（アイドル回転数）の低速で回転するよう駆動したが、バッテリ８１の容量に限りがある場合は、エンジン１をＮminよりも高い速度で回転させてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、必要機器の価格を抑え、車両減速時の運動エネルギーを回収し、通常走行時や走行・作業時等の必要時にその回収したエネルギーを利用することができる。
【００７０】
また、原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するとき、発電機／モータによる駆動が優先されるため、原動機の燃料消費を抑え、最大の省エネ効果が得られる。
【００７１】
また、通常走行時或いはモータとして駆動する走行・作業時に発電機／モータは原動機の回転をアシスト的に制御するので、発電機／モータを小型化し、必要機器の価格を更に抑えることができる。
【００７２】
更に、通常走行時或いは走行・作業時に、蓄電装置の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプの駆動方式を切り換え、蓄電装置の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるホイール式作業用車両の駆動装置を示す図である。
【図２】図１に示したコントローラの処理機能を示すフローチャートである。
【図３】図１に示したコントローラに設定されるアクセルペダルの開度と軸の目標回転数との関係を示す図である。
【図４】図１に示したバッテリのバッテリ残量と電圧との関係を示す図である。
【図５】本発明が適用される作業用車両の一例としてホイールローダの外観を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係わるホイール式作業用車両の駆動装置を示す図である。
【図７】従来技術における電動モータを使用した場合の走行駆動装置の説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 可変容量型油圧ボンプ
３ 油圧ボンプ
４ 可変容量型油圧モータ
６ コントロールバルブ
７ コントローラ
８ 発電機／モータ
１０ 燃料噴射量制御装置
１１ 軸
２０，２１ 主管路
４０ 絞り
４１ リリーフ弁
４２ 前後進切換弁
４３ａ，４３ｂ，４６ 管路
４４ 傾転シリンダ
４５ 圧力選択弁
４７ 切換弁
４８ サーボシリンダ
５０ 車輪
６０ ステアリングシリンダ
６１ アームシリンダ
６２ バケットシリンダ
７０ 走行指示切換装置
７１ レバー
７２ アクセルペダル
８０ インバータ／コンバータ
８１ バッテリ
１００ ホイールローダ
１０１ 運転席
１０２ 車体前部
１０３ 車体後部
１０４ フロント
１０５ リフトアーム
１０６ バケット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive device for a wheel-type work vehicle such as a wheel loader, and in particular, a variable displacement hydraulic pump and a variable displacement hydraulic motor are connected in a closed circuit by a pair of main pipes and discharged from the variable displacement hydraulic pump. The present invention relates to a drive device for a wheel type work vehicle provided with a hydraulic travel drive device that drives a variable displacement hydraulic motor by the pressurized oil and drives a wheel by the drive of the variable displacement hydraulic motor.
[0002]
[Prior art]
As a drive device for a wheel type work vehicle such as a wheel loader, a hydraulic drive system as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-58412 has been put into practical use. Also, an electric drive system as described in JP-A-11-158937 has been studied.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-58412 discloses a hydraulic drive device in which a variable displacement hydraulic pump and a variable displacement hydraulic motor are connected in a closed circuit by a pair of main pipes, and pressure oil discharged from the variable displacement hydraulic pump is disclosed. Is used to drive a variable displacement hydraulic motor, and to drive a wheel by driving the variable displacement hydraulic motor. The power source of the variable displacement hydraulic pump is the engine. If the amount of operation of the accelerator pedal is increased, the engine speed increases and the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump increases. Increases, and the running speed increases. When the amount of operation of the accelerator pedal is decreased, the engine speed is decreased and the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump is decreased. Therefore, the rotation speed of the variable displacement hydraulic motor is also decreased and the traveling speed is decreased.
[0004]
Also, if the engine speed is decreased by loosening the accelerator pedal while the vehicle is running, the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump will decrease, while the variable displacement hydraulic motor will continue to rotate due to inertia. The discharge flow rate of the variable displacement hydraulic motor increases as the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic motor becomes larger than the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump. A so-called brake pressure is generated. By this brake pressure, the variable displacement hydraulic pump acts as a motor and drives the engine. That is, the engine brake is applied, and the vehicle kinetic energy is recovered in the form of assisting the rotation of the engine during deceleration.
[0005]
The electric drive device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-158937 has a generator and a hydraulic pump driven by driving an engine, and an electric motor driven by electric power generated by the generator for driving. This is a method of driving the vehicle body by driving.
[0006]
Moreover, since the electric motor used in such a drive system is usually an AC electric motor, an inverter is required. In addition, a battery that stores excess power during light loads such as when not running and stores power for use during heavy loads such as during travel is also required. An example of a system in which such devices are arranged is shown in FIG.
[0007]
In FIG. 7, the generator 208 is driven by the engine 201 to generate electric power. The electric power generated by the generator 208 is controlled to be stored in the battery 281 by the inverter / converter 280 and the electric motor 282 is driven by the electric power of the battery 281 to drive the electric motor 282. By driving the electric motor 282, the mission 283 is driven, the wheels 250 are driven, and the vehicle body moves forward and backward.
[0008]
In the drive system using the electric motor configured as described above, when the vehicle is decelerated, the electric motor 282 is operated as a generator, the kinetic energy at the time of vehicle deceleration is recovered as electric power, and stored in the battery 281 by the inverter / converter 280. The collected electric power is used to cause the electric motor 282 to be disturbed during driving.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above prior art has the following problems.
[0010]
In the hydraulic drive device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-58412, the kinetic energy at the time of vehicle deceleration is recovered in the form of assisting the engine rotation at the time of vehicle deceleration, and at the time of normal traveling not at the time of vehicle deceleration. The recovered energy cannot be used when driving or working.
[0011]
In the electric drive device described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-158937, when it is configured as in the system shown in FIG. 7, the kinetic energy at the time of deceleration of the vehicle is recovered as electric power, and the normal driving or running / It is possible to use the recovered energy during work. However, in the system shown in FIG. 7, a heavy work vehicle such as a wheel loader is driven only by an electric motor. Therefore, a high-output electric motor is required, and the price of the electric motor is high, and the vehicle price is high. I have to do it.
[0012]
It is an object of the present invention to reduce the price of necessary equipment, collect kinetic energy when the vehicle decelerates, and use the collected energy when necessary during normal traveling or traveling / working. The drive device is provided.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  (1) In order to achieve the above object, the present invention drives the generator / motor as a generator when the accelerator operating means is not operated or when the operation amount is reduced, and stores the generated power in the power storage device. When the accelerator operation means is operated, the generator / motor is driven as a motor by the electric power stored in the power storage device, and the rotation speed of the shaft is controlled by the accelerator operation by the power of both the prime mover and the generator / motor. Control means for performing control to increase to the target rotational speed set by the meansThe control means, when operating the accelerator operating means, when the amount of power stored in the power storage device is sufficient, the speed of the generator / motor driven as the motor is set to the target rotational speed set by the accelerator operating means. And controlling the fuel injection amount supplied to the prime mover so that the revolution number of the prime mover becomes the minimum revolution number, and the accelerator operation means determines the maximum revolution number of the generator / motor driven as the motor. When the target rotational speed is insufficient, the fuel injection amount of the prime mover is increased, and control is performed to increase the rotational speed of the prime mover to the target rotational speed. When the power storage amount of the power storage device is not sufficient, the fuel injection amount of the prime mover To increase the motor speed to the target speed set by the accelerator operating meansShall.
[0014]
In the present invention configured as described above, if the operator stops the operation of the accelerator operation means or reduces the operation amount while the work vehicle is traveling while the work vehicle is intended to decelerate, the rotation will continue with inertia. The discharge pressure of the variable displacement hydraulic motor increases, and the variable displacement hydraulic pump acts as a motor, while the control means drives the generator / motor as a generator, and this generator / motor acts as a motor. The electric power is generated by being rotated by the power of the variable displacement hydraulic pump, and the electric power is stored in the power storage device. That is, the kinetic energy is recovered by driving the generator / motor with the kinetic energy of the work vehicle when the vehicle decelerates and storing the generated power in the power storage device.
[0015]
During normal running or running / working when the operator operates the accelerator operating means, the control means switches to drive the generator / motor as a motor, and the number of rotations of the shaft connecting the prime mover and the variable displacement hydraulic pump is determined as the prime mover. And the power of both the generator and the motor are controlled so as to reach the target rotational speed, so that the energy (power stored in the power storage device) recovered during vehicle deceleration can be effectively used during normal travel or during travel / work. . In addition, since the shaft that connects the prime mover and variable displacement hydraulic pump is driven by the power of both the prime mover and the generator / motor, the generator / motor does not require high output and the price of the required equipment is reduced. Can do.
[0016]
  Also,When the accelerator operating means is operated (during normal driving or during driving / working), when the shaft connecting the prime mover and the variable displacement hydraulic pump is driven by the power of both the prime mover and the generator / motor, When the amount is sufficient, the drive by the generator / motor is prioritized, and the fuel injection amount is controlled so that the number of revolutions of the prime mover becomes the minimum number of revolutions, so that the fuel consumption of the prime mover is suppressed. .AndWhen the maximum rotational speed of the generator / motor is less than the target rotational speed set by the accelerator operating means, control is performed to increase the fuel injection amount of the prime mover and increase the rotational speed of the prime mover to the target rotational speed. / Motor will assist in controlling the rotation of the prime mover, miniaturizing the generator / motor and further reducing the price of the required equipment.
[0017]
  Further, when the power storage amount of the power storage device is not sufficient, control is performed to increase the fuel injection amount of the prime mover and increase the rotational speed of the prime mover to the target rotational speed set by the accelerator operating means. Sometimes, the driving method of the variable displacement hydraulic pump is switched according to the amount of power stored in the power storage device, so that it can be reliably driven even when the power storage amount of the power storage device is small.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0024]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a prime mover, for example, a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine), which includes a fuel injection amount control device 10 and controls the engine speed by controlling the fuel injection amount. The engine 1 is connected to a variable displacement hydraulic pump 2, a hydraulic pump 3, and a charge pump 4 through a shaft 11, and the power of the engine 1 is transmitted to the variable displacement hydraulic pump 2, the hydraulic pump 3, and the charge pump 4 through the shaft 11, Drive them.
[0025]
The variable customer hydraulic pump 2 is connected to the variable displacement hydraulic motor 5 via a pair of main pipes 20 and 21 in a closed circuit, and the pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the hydraulic motor 5 to be supplied to the hydraulic motor 5. The pressure oil discharged from the hydraulic motor 5 is returned to the hydraulic pump 2. The variable displacement hydraulic motor 5 is a travel motor and drives the wheels 50 to rotate.
[0026]
The pressure oil discharged from the hydraulic pump 3 is supplied to the steering cylinder 60, the arm cylinder 61, and the bucket cylinder 62 through the control valve 6 to drive them.
[0027]
The pressure oil discharged from the charge pump 4 is used to control the discharge capacity of the variable displacement hydraulic pump 2. That is, a part of the discharge oil of the charge pump 4 is guided to the forward / reverse switching valve 42 through the throttle 40, while the rest is directly guided to the forward / reverse switching valve 42 without passing through the throttle 40. These discharged oils are guided to the oil chamber of the tilting cylinder 44 via the pipelines 43a and 43b according to the switching position of the forward / reverse switching valve 42. The differential pressure between the upstream side and the downstream side of the throttle 40 (the differential pressure across the throttle 40) changes according to the discharge flow rate of the charge pump 4, and the tilting cylinder 44 is driven by this differential pressure, so that the variable displacement type. The tilt angle of the hydraulic pump 2 changes, and the discharge capacity increases or decreases.
[0028]
When the forward / reverse switching valve 42 is in the F position, the tilting cylinder 44 is in the position 44c, pressure oil is discharged to the main pipeline 20, and the vehicle moves forward. When the forward / backward switching valve 42 is in the R position, the tilting cylinder is 44 becomes the position of 44a, pressure oil is discharged to the pipeline 21, and the vehicle moves backward. When the forward / reverse switching valve 42 is in the neutral position, the tilt cylinder 44 is in the position 44b, and the discharge capacity of the variable displacement hydraulic pump 2 becomes zero.
[0029]
In addition, the differential pressure across the throttle 40 is guided to the pipelines 43a and 43b via the forward / reverse switching valve 42 to switch and control the three-position type pressure selection valve 45. When the forward / reverse switching valve 42 is in the F position, the pressure selection valve 45 is switched to the position 45a, and the discharge pressure of the variable displacement hydraulic pump 2 is guided from the main pipeline 20 to the pipeline 46 via the pressure selection valve 45. When the forward / reverse switching valve 42 is in the R position, the pressure selection valve 45 is switched to the position 45c, and the discharge pressure of the variable displacement hydraulic pump 2 is guided from the main pipeline 21 to the pipeline 46 via the pressure selection valve 45. It is burned. Further, the pressure oil in the conduit 46 is guided to the servo cylinder 48 and the switching valve 47.
[0030]
The servo cylinder 48 and the switching valve 47 control the discharge capacity of the variable displacement hydraulic motor 5. When the pressure of the pressure oil guided by the pipe 46 through the pressure selection valve 45 is equal to or lower than the set pressure of the switching valve 47. The switching valve 47 is held at the position 47a, and the pressure of the pressure oil guided by the pipe 46 acts only on the small diameter side surface of the piston of the servo cylinder 48, so that the discharge capacity of the variable displacement hydraulic motor 5 is minimized. Set to a value. When the pressure of the pressure oil guided by the pipe 46 through the pressure selection valve 45 is equal to or higher than the set pressure of the switching valve 47, the switching valve 47 is switched to the position 47b, and the piston on the large diameter side of the piston of the servo cylinder 48 is placed. Also, the pressure of the pressure oil guided by the pipe 46 acts, the piston moves leftward, and the discharge capacity of the variable displacement hydraulic motor 5 is set to the maximum value.
[0031]
A generator / motor 8 is disposed on a shaft 11 that connects the engine 1 to the variable displacement hydraulic pump 2, the hydraulic pump 3, and the charge pump 4. The generator / motor 8 is controlled to be switched to either a generator or an electric motor by an inverter / converter 80.
[0032]
When the generator / motor 8 is driven as a generator, the power (torque) of the engine 1 is transmitted to the generator / motor 8 by the shaft portion 11a between the engine 1 of the shaft 11 and the generator / motor 8. The machine / motor 8 is rotationally driven to generate electric power. When the variable displacement hydraulic pump 2 is driven by a motor, the power (torque) of the variable displacement hydraulic pump 2 is generated by the shaft portion 11 b between the generator / motor 8 of the shaft 11 and the variable displacement hydraulic pump 2. The power is transmitted to the generator / motor 8, and the generator / motor 8 is rotationally driven by the power of both the engine and the generator / motor 8 to generate electric power.
[0033]
When the generator / motor 8 is driven as an electric motor, power (torque) is transmitted to the shaft portion 11b of the shaft 11 to drive the variable displacement hydraulic pump 2, the hydraulic pump 3, and the charge pump 4. That is, in this case, the generator / motor 8 functions as power assisting means for assisting the power (torque) of the engine 1, and the variable displacement hydraulic pump 2, the hydraulic pump 3, and the charge pump 4 are connected to the engine 1 and the generator / motor. The motor 8 is driven by both power (torque).
[0034]
When the generator / motor 8 is driven as a generator, the generated electric power is stored in the battery 81 by the inverter / converter 80. When the generator / motor 8 is driven as an electric motor, it is controlled by the inverter / converter 80 so as to be driven by the power of the battery 81.
[0035]
A travel instruction switching device 70 is provided as an operation means for switching between forward and reverse of the work vehicle, and an accelerator pedal 72 is provided as an operation means for setting the target rotational speed of the shaft 11. The position signal of the lever 71 and the operation amount signal of the accelerator pedal 72 of the travel instruction switching device 70 are input to the controller 7.
[0036]
The operator switches the position of the lever 71 of the travel instruction switching device 70 from the initial position “N” to the “R” position when moving the work vehicle backward, and moves the lever 71 when moving the work vehicle forward. Is switched to the “F” position. Based on the position signal from the travel instruction switching device 70, the controller 7 sets the forward / reverse switching valve 42 to the F position and the lever 71 to the "R" position when the lever 71 is in the "F" position. In this case, the forward / reverse switching valve 42 is switched to the R position.
[0037]
When the operator increases the rotational speed of the hydraulic motor 5 to increase the traveling speed or when the driving speed of the cylinders 61 and 62 is increased to increase the working speed, the operator operates the accelerator pedal 72 to set the target rotational speed of the shaft 11. Increase the rotational speed of the variable displacement hydraulic pump 2 or the hydraulic pump 3. The controller 7 controls the fuel injection amount control device 10 of the engine 1 based on the operation amount signal from the accelerator pedal 72, controls the fuel injection amount of the engine 1, and controls the inverter / converter 80. The power transfer between the motor 8 and the generator / motor 8 and the battery 81 is controlled. When the fuel injection amount of the engine 1 is increased, the rotational speed of the engine 1 is increased, and when the fuel injection amount is decreased, the rotational speed of the engine 1 is decreased.
[0038]
The processing function of the controller 70 when the accelerator pedal 72 is operated is shown in the flowchart of FIG. Generally speaking, the processing function of the controller 70 is to drive the generator / motor 8 as a generator when the accelerator pedal 72 is not operated or when the operation amount is reduced, and store the generated power in the battery 81, and the accelerator pedal 72. When the operation is performed, the generator / motor 8 is driven as a motor by the electric power stored in the battery 81, the rotation speed is increased to the target rotation speed of the shaft 11 set by the accelerator pedal 72, and the rotation speed of the engine 1 is low. The fuel injection amount supplied to the engine 1 is controlled by the fuel injection amount control device 10 so as to be a number.
[0039]
In FIG. 2, first, the opening degree (operation amount) of the accelerator pedal 72 is read, and the target rotational speed of the shaft 11 is calculated from the read opening degree of the accelerator pedal 72 according to the characteristics shown in FIG. Further, the storage amount of the battery 81 is read (step S700).
[0040]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the opening degree (operation amount) of the accelerator pedal 72 and the target rotational speed of the shaft 11, and when the opening degree of the accelerator pedal 72 is zero, the target rotational speed of the shaft 11 is set to the engine. The idling speed (minimum speed) Nmin is set to 1 and the relationship between the opening degree of the accelerator pedal 72 and the target rotational speed of the shaft 11 is set so that the target rotational speed of the shaft 11 increases as the opening degree of the accelerator pedal 72 increases. Has been. This characteristic is stored in the storage device of the controller 70.
[0041]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the remaining battery level Soc (%) and the voltage V. The amount of power stored in the battery 81 is monitored by monitoring the voltage V of the battery 81 through, for example, an inverter / converter 80, and based on the relationship between the remaining battery level and the voltage as shown in FIG. It can be measured by calculating Voc (%). The relationship between the remaining battery level and voltage shown in FIG. 4 is also stored in the storage device of the controller 70.
[0042]
Next, it is determined whether or not the opening (operation amount) of the accelerator pedal 72 is zero, or whether or not the opening (operation amount) of the accelerator pedal 72 has been reduced (step S701).
[0043]
Here, when the opening degree of the accelerator pedal 72 is zero or the opening degree is decreased, that is, when the vehicle is not traveling or traveling is decelerated, the fuel injection amount is determined so that the engine speed becomes Nmin, and the corresponding fuel injection command is set as the fuel injection command. Output to the injection device 10. Further, the generator / motor 8 is driven as a generator in order to store the engine power during non-traveling or traveling deceleration as electric power, or to collect and store the kinetic energy during vehicle deceleration as electric power (step S702).
[0044]
When the opening degree of the accelerator pedal 72 is not zero, or when the opening degree (operation amount) of the accelerator pedal 72 is not reduced, the generator / motor 8 is driven as a motor (step S703).
[0045]
Further, when the generator / motor 8 is driven as a motor, it is determined whether the battery 81 has a sufficient amount of charge (step S704). This determination is performed, for example, by determining whether or not the battery remaining amount Voc (%) shown in FIG. 4 is greater than or equal to α% that is a preset threshold value (whether or not the battery voltage V is greater than or equal to Vα).
[0046]
Here, for example, when the storage amount of the battery 81 is sufficient (when the battery remaining amount Voc is α% or more), the fuel injection amount is determined so that the engine speed becomes Nmin, and the corresponding fuel injection command is set. Output to the fuel injection device 10. Further, control is performed to increase the rotational speed of the generator / motor 8 acting as a motor to the target rotational speed of the shaft 11 so that the shaft 11 reaches the target rotational speed (step S705).
[0047]
Further, when the charged amount of the battery 81 is not sufficient (when the remaining battery charge Voc is not α% or more), the fuel injection amount is set so that the shaft 11 reaches the target rotational speed, and the corresponding fuel injection command is set as the fuel. Output to the injection device 10. That is, control is performed to increase the rotational speed of the engine 1 to the target rotational speed of the shaft 11 so that the shaft 11 reaches the target rotational speed (step S706).
[0048]
It should be noted that whether or not the amount of electricity stored in the battery 81 is sufficient is determined by reducing the threshold value when the amount of electricity stored is less than the threshold value when the amount of electricity stored is sufficient. You may carry out by giving a hysteresis to a value.
[0049]
FIG. 5 shows an appearance of a wheel loader as an example of a working vehicle to which the present invention is applied.
[0050]
In FIG. 5, reference numeral 100 denotes a wheel loader. The wheel loader 100 includes a driver's seat 101, a vehicle body front portion 102, and a vehicle body rear portion 103, and the vehicle body rear portion 103 is relatively rotated by a vehicle body front portion 102 and a steering cylinder 60. It is linked to the movement. The vehicle body front portion 102 is provided with a front 104 and a vehicle transfer 49 capable of excavating and loading earth and sand. The vehicle body rear portion 103 is provided with a vehicle transfer 50, the engine 1 shown in FIG. 1, and a variable displacement hydraulic pump. 2, a hydraulic pump 3, a charge pump 4, a controller 7, a generator / motor 8, an inverter / converter 80, and a battery 81 are mounted.
[0051]
The front 104 includes a lift arm 105 and a bucket 106. The lift arm 105 moves up and down as the arm cylinder 61 expands and contracts, and the bucket 106 tilts and dumps as the bucket cylinder 62 expands and contracts.
[0052]
The outline of the operation of the present embodiment configured as described above is as follows.
[0053]
When the work vehicle (wheel loader 100) is not running, the engine 1 rotates at Nmin and the generator / motor 8 is driven as a generator (step S702), so the generator / motor 8 is driven to rotate by the engine 1. Then, electric power is generated and the electric power is stored in the battery 81.
[0054]
While the vehicle is moving forward by switching the forward / reverse switching valve 42 to the F position, the operator intends to decelerate the work vehicle (wheel loader 100) and stops the operation of the accelerator pedal 72 or loosens the accelerator pedal 72. When the rotational speed of the shaft 11 is decreased, the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump 2 decreases, while the variable displacement hydraulic motor 5 continues to rotate due to inertia, so the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic motor 5 Becomes larger than the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump 2, and the discharge pressure of the variable displacement hydraulic motor 5 increases. A so-called brake pressure is generated. The variable displacement hydraulic pump 2 acts as a motor by this brake pressure. Also at this time, since the engine 1 rotates at Nmin and the generator / motor 8 is driven as a generator (step S702), the generator / motor 8 is both the engine 1 and the variable displacement hydraulic pump 2 acting as a motor. Is driven to rotate to generate electric power, and the electric power is stored in the battery 81.
[0055]
While switching the forward / reverse switching valve 42 to the R position and moving the vehicle backward, the operator intends to decelerate the work vehicle (wheel loader 100) and stops the operation of the accelerator pedal 72 or loosens the accelerator pedal 72. The same applies to the case where the rotational speed of the shaft 11 is lowered, and the generator / motor 8 is driven to rotate by the power of both the engine 1 and the variable displacement hydraulic pump 2 acting as a motor to generate electric power. Is stored in the battery 81.
[0056]
As described above, during vehicle deceleration, the generator / motor 8 is driven by the kinetic energy of the work vehicle (wheel loader 100), and the generated kinetic energy is collected in the form of being stored in the battery.
[0057]
During normal running or during running / working, the generator / motor 8 is switched to drive as a motor (step S703), and when the battery 81 has a sufficient amount of charge, the engine 1 rotates at Nmin and serves as a motor. Control is performed so that the rotational speed of the shaft 11 becomes the target rotational speed by the working generator / motor 8 (steps S704 and S705). When the amount of power stored in the battery 81 is not sufficient, the rotational speed of the engine 1 is increased to the target rotational speed of the shaft 11, and the shaft 11 is driven only by the engine 11 (steps S704 and S706). This makes it possible to effectively use energy (power stored in the battery 81) recovered during vehicle deceleration during normal travel and during travel / work.
[0058]
As described above, according to the present embodiment, the power of the engine 1 when the work vehicle (wheel loader 100) is not running (including when not running / working) is stored as electric power, and the kinetic energy during vehicle deceleration is stored. Is collected as electric power, and the generated electric power is stored in the battery 81, so that the collected energy can be effectively used when it is necessary for normal traveling or traveling / working, and thus the fuel consumption of the engine 1 is reduced. Is obtained.
[0059]
Further, during normal travel or during travel / work, the shaft 11 that connects the engine 1 and the variable displacement hydraulic pump 2 is rotationally driven by the power of both the generator / motor 8 and the engine 1. No. 8 does not require high output and can suppress the price of necessary equipment.
[0060]
Further, when the shaft 11 is rotationally driven by the power of both the generator / motor 8 and the engine 1, the engine 1 rotates at a low speed of Nmin and priority is given to the rotational drive by the generator / motor 8. Consumption is suppressed and the maximum energy saving effect is obtained.
[0061]
Furthermore, since the driving method of the variable displacement hydraulic pump 2 is switched according to the amount of power stored in the battery 81 during normal travel or during travel / work, the travel drive can be reliably performed even when the amount of power stored in the battery 81 is small.
[0062]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same steps as those shown in FIG. In the present embodiment, the control method of the shaft 11 in the case of using the energy recovered during normal traveling and during traveling / working is changed.
[0063]
That is, in FIG. 6, the opening degree of the accelerator pedal 72 is not zero or the opening degree (operation amount) of the accelerator pedal 72 is not reduced, and the generator / motor 8 is driven as a motor, and the battery 81 When the amount of stored power is sufficient, the fuel injection amount is determined so that the engine speed becomes Nmin, the corresponding fuel injection command is output to the fuel injection device 10, and the motor is operated so that the shaft 11 reaches the target speed. Is controlled to increase the rotational speed of the generator / motor 8 to the target rotational speed of the shaft 11, and when the target rotational speed is not sufficient, the fuel supply amount of the engine 1 is further increased so that the shaft 11 is driven to the target rotational speed. Control is performed to increase the rotational speed of the engine 1 to the target rotational speed of the shaft 11 (step S705A).
[0064]
According to the present embodiment, when the generator / motor 8 is driven as a motor during normal travel or during travel / work, the number of rotations of the shaft 11 (generator / motor) is controlled by the generator / motor 8 acting as a motor. If the rotational speed of the motor 8) is less than the target rotational speed, the rotational speed of the shaft 11 is controlled by the engine 1, so that the generator / motor 8 assists in controlling the rotational speed of the engine. 8 can be downsized.
[0065]
Therefore, the present embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment, and can further reduce the price of necessary equipment.
[0066]
In the above embodiment, the present invention is applied to a wheel loader as a wheel-type working vehicle. However, a variable displacement hydraulic pump and a variable displacement hydraulic motor are connected in a closed circuit by a pair of main pipes, and the variable displacement type is used. If the variable displacement hydraulic motor is driven by the pressure oil discharged from the hydraulic pump and the wheels are driven by the variable displacement hydraulic motor to drive the vehicle, it can be used for other work vehicles such as lift trucks. The present invention is also applicable.
[0067]
In the above embodiment, the battery 81 is used as the power storage device, but a capacitor may be used.
[0068]
Further, in the above embodiment, when the shaft 11 is driven to rotate by the power of both the generator / motor 8 and the engine 1, the engine 1 is driven to rotate at a low speed of Nmin (idle speed), but the battery 81 If the capacity is limited, the engine 1 may be rotated at a speed higher than Nmin.
[0069]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to reduce the price of necessary equipment, collect kinetic energy when the vehicle decelerates, and use the collected energy when necessary during normal traveling or traveling / working.
[0070]
Also, when driving the shaft that connects the prime mover and variable displacement hydraulic pump with the power of both the prime mover and the generator / motor, since the drive by the generator / motor is given priority, the fuel consumption of the prime mover is reduced, Maximum energy saving effect is obtained.
[0071]
Further, since the generator / motor assists in controlling the rotation of the prime mover during normal running or during driving / working that is driven as a motor, the generator / motor can be downsized to further reduce the price of necessary equipment.
[0072]
Furthermore, during normal travel or during travel / work, the drive system of the variable displacement hydraulic pump is switched according to the amount of power stored in the power storage device, so that it can be reliably driven even when the amount of power stored in the power storage device is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a drive device for a wheeled work vehicle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing processing functions of the controller shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an accelerator pedal opening set in the controller shown in FIG. 1 and a target rotational speed of a shaft;
4 is a diagram showing the relationship between the remaining battery level and voltage of the battery shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an appearance of a wheel loader as an example of a working vehicle to which the present invention is applied.
FIG. 6 is a diagram showing a drive device for a wheeled work vehicle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a travel drive device when using an electric motor according to the prior art.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Variable displacement hydraulic pump
3 Hydraulic pump
4 Variable displacement hydraulic motor
6 Control valve
7 Controller
8 Generator / Motor
10 Fuel injection amount control device
11 axes
20, 21 Main pipeline
40 aperture
41 Relief valve
42 Forward / reverse selector valve
43a, 43b, 46 pipeline
44 Tilt cylinder
45 Pressure selection valve
47 Switching valve
48 Servo cylinder
50 wheels
60 Steering cylinder
61 Arm cylinder
62 Bucket cylinder
70 Traveling instruction switching device
71 lever
72 Accelerator pedal
80 Inverter / Converter
81 battery
100 wheel loader
101 Driver's seat
102 body front
103 Car body rear
104 front
105 Lift arm
106 buckets

Claims (1)

車体に原動機を備え、かつ可変容量型油圧ポンプと、一対の主管路により前記可変容量型油圧ポンプと閉回路接続され、この可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される可変容量型油圧モータとを有し、前記可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させる油圧走行駆動装置を備えたホイール式作業用車両の駆動装置において、
前記原動機と前記可変容量型油圧ポンプとを連結する軸上に配置された発電機／モータと、
操作量に応じて前記軸の目標回転数を設定するアクセル操作手段と、
蓄電装置と、
前記アクセル操作手段の非操作時或いは操作量の減少時に前記発電機／モータを発電
機として駆動しかつ発生した電力を前記蓄電装置に蓄え、前記アクセル操作手段の操作時に、その蓄電装置に蓄えた電力により前記発電機／モータをモータとして駆動し、前記原動機と前記発電機／モータの両方の動力で前記軸の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記アクセル操作手段の操作時に、前記蓄電装置の蓄電量が十分にあるときは前記モータとして駆動する発電機／モータの回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げ、かつ前記原動機の回転数が最低回転数となるよう原動機に供給される燃料噴射量を制御する制御を行うとともに、前記モータとして駆動する発電機／モータの最大回転数が前記アクセル操作手段が設定する目標回転数に足りないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記目標回転数まで上げる制御を行い、前記蓄電装置の蓄電量が十分でないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行うことを特徴とするホイール式作業用車両の駆動装置。A variable displacement hydraulic pump having a prime mover in the vehicle body and connected to the variable displacement hydraulic pump by a pair of main pipes in a closed circuit and driven by pressure oil discharged from the variable displacement hydraulic pump A drive device for a wheel type work vehicle having a hydraulic motor, and a hydraulic travel drive device that drives a wheel by driving the variable displacement hydraulic motor to perform a travel operation,
A generator / motor disposed on a shaft connecting the prime mover and the variable displacement hydraulic pump;
An accelerator operating means for setting a target rotational speed of the shaft according to an operation amount;
A power storage device;
When the accelerator operation means is not operated or when the operation amount is reduced, the generator / motor is driven as a generator and the generated electric power is stored in the power storage device, and when the accelerator operation means is operated, the power is stored in the power storage device. Control means for driving the generator / motor as a motor by electric power, and performing control to increase the rotational speed of the shaft to a target rotational speed set by the accelerator operating means with the power of both the prime mover and the generator / motor; equipped with a,
The control means increases the rotational speed of the generator / motor driven as the motor to a target rotational speed set by the accelerator operating means when the amount of power stored in the power storage device is sufficient during operation of the accelerator operating means. And controlling the fuel injection amount supplied to the prime mover so that the revolution number of the prime mover becomes the minimum revolution number, and setting the maximum revolution number of the generator / motor driven as the motor by the accelerator operating means When the target rotational speed is insufficient, the fuel injection amount of the prime mover is increased to increase the rotational speed of the prime mover to the target rotational speed, and when the power storage amount of the power storage device is not sufficient, the fuel injection amount of the prime mover is wheel type working vehicle of the drive device the rotation speed of the prime mover is said accelerator operating means and performing control to raise up to a target rotational speed to be set increases
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