JP5560797B2

JP5560797B2 - 作業用車両の走行装置

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Publication number: JP5560797B2
Application number: JP2010060135A
Authority: JP
Inventors: 直紀菅野; 隆博小林
Original assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: JP2011189917A

Description

本発明は、ホイールクレーンやホイールローダなどの作業用車両の走行装置に関し、特に、ＨＳＴと呼ばれる油圧駆動装置を備えたものに係わる。

従来、ホイールクレーンなどの作業用車両の走行装置又は走行駆動装置として、いわゆるＨＳＴと呼ばれる油圧駆動装置を備えたものは知られている。このＨＳＴは、動力源としてのエンジンにより駆動される油圧ポンプと油圧モータとを閉回路で連通したものであり、動力が油圧配管を介して伝達されるため、エンジンのレイアウト上の自由度が非常に高く、作業用車両の走行駆動装置として好適である反面、油圧ポンプ及び油圧モータでの動力損失や配管の圧損などが大きく、一般に燃費が悪いという問題がある。

そこで、従来のＨＳＴの利点を生かしつつ燃費を改善するために、例えば特許文献１に開示されているように、エンジンの出力軸にＨＳＴの油圧ポンプと同軸で連結され、発電機及び電動機として機能する発電・電動機と、この発電・電動機と電力を蓄電及び放電可能に接続された蓄電装置と、アクセル操作手段（アクセルペダル）の非操作時又は操作量の減少時、つまり車両の減速時に車両の運動エネルギーをＨＳＴを介して回生し、上記発電・電動機を発電機として動作させ、発生した電力を上記蓄電装置に蓄電するように制御を行い、アクセル操作手段の操作時にこの蓄電装置に蓄電した電力により上記発電・電動機を電動機として動作させ、エンジンと発電・電動機の両方の動力でエンジンの出力軸の回転数をアクセル操作手段が設定する目標回転数にまで上げるように制御を行う制御手段とを備えたものが提案されている。

しかしながら、上記提案のものでは、アクセル操作手段の非操作時又は操作量の減少時に常に回生したエネルギーにより発電・電動機を発電機として動作させて発電し、この発電した電力を蓄電装置に蓄電することにしているため、例えば長い下り坂を連続的に走行する場合に蓄電装置が過充電を起こす虞がある。また、この過充電を防止するために発電動作を中止した場合には、発電動作により発生する回生ブレーキ力がなくなるため、長い下り坂を連続的に走行する場合に主ブレーキ装置に過剰な負荷がかかり、主ブレーキ装置が過熱により破損したり、ベーパーロックなどによりブレーキ力不足を引き起こしたりするという問題もある。

一方、特許文献２には、エンジンの出力を変速機やクラッチなどを介して車軸に伝達する乗用車などの一般車両において、車両減速時に発電機として機能する回生手段（発電・電動機に相当）と、車両に補助的にブレーキ力を付与する排気ブレーキやリターダなどの補助ブレーキ手段とを備え、車両減速時に上記回生手段による回生制御が実施される場合に上記補助ブレーキ手段によるブレーキ力を低減させることなどが記載されている。この文献のものでは、上述した長い下り坂を連続的に走行する場合に回生手段による回生制御つまり発電動作を中止し、補助ブレーキ手段によるブレーキ力を付与することで主ブレーキ装置に対する負荷を軽減し、主ブレーキ装置の過熱による破損やベーパーロックなどによるブレーキ力不足の発生を防止することができる。

ところが、ＨＳＴを備えた作業用車両の場合、例えば特許文献３に記載されているように、ＨＳＴの油圧ポンプは、モータ駆動圧（走行負荷）が低下するとポンプ傾転角が上昇し、ポンプ容量が増加する一方、ＨＳＴの油圧モータは、モータ駆動圧が低下するとモータ傾転角が低下し、モータ容量が減少するような容量制御が一般に行われる。これに対し、下り坂では、車両は自重により自然に増速しようとするため、ＨＳＴによる駆動力を必要としなくなり、モータ駆動力が低下し、上記の容量制御の下ではポンプ容量が増加し、モータ容量が減少する。これにより、ポンプ回転数が低くても車速を維持できるようになるため、ポンプを駆動するためのエンジン回転数及びエンジンに連結された発電・電動機の回転数が低下する。エンジン回転数が低下した状態では、エンジン排気ブレーキやエンジンリターダなどのエンジンブレーキを利用した補助ブレーキ手段のブレーキ力が低下するため、主ブレーキ装置のブレーキ力を補助するためのブレーキ力を十分に確保できないという問題がある。また、発電・電動機の回転数が低下するため、回生電力が十分に得られず、燃費改善を十分に図ることができないという問題もある。

特開２００３−２６４９０３号公報特開２００６−２２００４５号公報特開２００８−１３７５２４号公報（第４−５頁、図３、図４）

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、ＨＳＴを備える作業用車両において、主ブレーキ装置とは別に補助的にブレーキ力を付与する排気ブレーキやリターダなどの補助ブレーキ装置を装備するに当たり、ＨＳＴの油圧ポンプ及び油圧モータの容量制御及び補助ブレーキ装置の動作制御などを車両減速時の状況に応じて適切に行うことにより、蓄電装置の過充電を防止するとともに、主ブレーキ装置に対し過剰な負荷がかかることによる主ブレーキ装置の過熱による破損やベーパーロックなどによるブレーキ力不足の発生を防止することができ、また減速時に十分なブレーキ力を確保しかつ燃費改善も十分に図り得る作業用車両の走行装置を提供せんとするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、作業用車両の走行装置として、車両に搭載されたエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータとを閉回路で連通してなる油圧駆動装置と、この油圧駆動装置の油圧モータの動力により駆動される車軸と、運転者が操作するアクセル操作量入力装置と、このアクセル操作量入力装置によって入力されたアクセル操作量に応じて上記エンジンの調速制御を行うガバナと、ブレーキペダルの踏み込み量に応じてブレーキ力を発生する主ブレーキ装置と、この主ブレーキ装置とは別にブレーキ力を発生する補助ブレーキ装置と、上記エンジンの出力軸に上記油圧駆動装置の油圧ポンプと同軸で連結され又は動力分配装置を介して連結され、発電機及び電動機として機能する発電・電動機と、この発電・電動機と電力を蓄電及び放電可能に接続された蓄電装置と、制御装置とを備える。そして、上記制御装置において、車両の走行中に運転者が上記アクセル操作量入力装置によりアクセル操作量を減少若しくはアクセルオフとした場合、あるいは上記ブレーキペダルの踏み込みによりブレーキ操作を行った場合の減速走行時には、それ以外の走行時よりも上記油圧駆動装置の油圧モータの容量を増加させるか、あるいは上記油圧駆動装置の油圧ポンプの容量を減少させ、この状態で車両の運動エネルギーを油圧駆動装置を介して回生するように制御を行うとともに、上記減速走行時でかつ上記蓄電装置の蓄電量が設定値より小さい場合には、回生したエネルギーにより上記発電・電動機を発電機として動作させて発電し、この発電した電力を上記蓄電装置に蓄電し、このとき上記補助ブレーキ装置が動作中であれば、発電量の増加に応じて上記補助ブレーキ装置のブレーキ力を減じるかあるいはオフとするように制御を行い、上記減速走行時でかつ上記蓄電装置の蓄電量が設定値より大きい場合には、回生したエネルギーによる上記発電・電動機の発電動作を減じるかオフとするか、あるいは発電した電力を上記蓄電装置で蓄電せずに抵抗により消費させ、発電・電動機の発電動作を減じるかオフとするとき上記補助ブレーキ装置を作動させるように制御を行うように設ける構成にする。

この構成では、車両の走行中に運転者がアクセル操作量入力装置によりアクセル操作量を減少若しくはアクセルオフとした場合、あるいはブレーキペダルの踏み込みによりブレーキ操作を行った場合の減速走行時には、蓄電装置の蓄電量の有無に拘わらず、それ以外の走行時よりも油圧駆動装置の油圧モータの容量を増加させるか、あるいは油圧駆動装置の油圧ポンプの容量を減少させ、車両の運動エネルギーを効率良く回生するように制御が行われるため、発電・電動機が発電機として動作する際の回転数を高めて十分な回生電力を得ることができ、また減速力が必要な場合にエンジン回転数を高めて、エンジン排気ブレーキやエンジンリターダなどのエンジンブレーキを利用した補助ブレーキ装置のブレーキ力を高めることができ、主ブレーキ装置のブレーキ力を補助するためのブレーキ力を十分に確保することができる。

また、上記減速走行時でかつ蓄電装置の蓄電量が設定値より小さい場合には、回生したエネルギーにより発電・電動機を発電機として動作させて発電し、この発電した電力を蓄電装置に蓄電するとともに、補助ブレーキ装置が動作中であれば、発電量の増加に応じて補助ブレーキ装置のブレーキ力を減じるかあるいはオフとするように制御が行われるため、上述した車両の運動エネルギーを効率良く回生することと相俟って、蓄電装置での蓄電を効率的に行うことができる。

一方、上記減速走行時でかつ蓄電装置の蓄電量が設定値より大きい場合には、回生したエネルギーによる発電・電動機の発電動作を減じるかオフとするか、あるいは発電した電力を蓄電装置で蓄電せずに抵抗により消費させ、発電・電動機の発電動作を減じるかオフとするとき補助ブレーキ装置を作動させるように制御が行われるため、蓄電装置の過充電を防止することができるとともに、補助ブレーキ装置の作動により十分なブレーキ力を確保することができる。特に、補助ブレーキ装置がエンジンブレーキを利用したものである場合、上述した車両の運動エネルギーを効率良く回生してエンジン回転数を高めることと相俟って、補助ブレーキ装置の作動によるブレーキ力の十分な確保を確実に図ることができる。

請求項１に係る発明は、上述した構成に加えて、上記制御装置を、減速走行時でかつ蓄電装置の蓄電量が設定値より小さい場合に発電・電動機を発電動作させるとき、その発電動作により発生するブレーキ力が、上記補助ブレーキ装置が動作するときのブレーキ力と同じになるように発電トルク目標値を設定し、発電・電動機をトルク制御するように設ける構成にする。この構成では、減速走行時で発電・電動機を発電動作させる場合と、発電・電動機の発電動作をオフとし補助ブレーキ装置を作動させる場合とで、発電動作により発生するブレーキ力と補助ブレーキ装置のブレーキ力の総和が変化しないため、発電動作の有無によりブレーキ力が変化するのを防止することができる。

以上のように、本発明における作業用車両の走行装置によれば、減速走行時には、蓄電装置の蓄電量の有無に拘わらず、それ以外の走行時よりも油圧駆動装置の油圧モータの容量を増加させるか、あるいは油圧駆動装置の油圧ポンプの容量を減少させ、車両の運動エネルギーを効率良く回生するように制御が行われるため、発電・電動機が発電機として動作する際の回転数を高めて十分な回生電力を得ることができ、燃費改善を図ることができる。また、減速力が必要な場合にエンジン回転数を高めて、エンジンブレーキを利用した補助ブレーキ装置のブレーキ力を高めることができ、主ブレーキ装置のブレーキ力を補助するためのブレーキ力を十分に確保することができる。

しかも、減速走行時でかつ蓄電装置の蓄電量が少ない場合には、蓄電装置での蓄電を効率的に行うことができる上、減速走行時でかつ蓄電装置の蓄電量が多い場合には、回生したエネルギーによる発電・電動機の発電動作を減じるかオフとするか、あるいは発電した電力を蓄電装置で蓄電せずに抵抗により消費させ、発電・電動機の発電動作をオフとするとき補助ブレーキ装置を作動させるように制御が行われるため、蓄電装置の過充電を防止することができるとともに、補助ブレーキ装置の作動により十分なブレーキ力を確保することができる。特に、補助ブレーキ装置がエンジンブレーキを利用したものである場合、上述した車両の運動エネルギーを効率良く回生してエンジン回転数を高めることと相俟って、補助ブレーキ装置の作動によるブレーキ力の十分な確保を確実に図ることができる。この結果、主ブレーキ装置の負荷をその分軽減することができ、主ブレーキ装置の過熱による破損やベーパーロックなどによるブレーキ力不足の発生を防止することができる。

さらに、減速走行時で発電・電動機を発電動作させる場合と、発電・電動機の発電動作をオフとし補助ブレーキ装置を作動させる場合とで、発電動作により発生するブレーキ力と補助ブレーキ装置のブレーキ力の総和が変化しないため、発電動作の有無によりブレーキ力が変化するのを防止することができ、走行フィーリングを高めることができるという効果を併有する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る作業用車両の走行装置の構成図である。図２はコントローラの制御内容を示すフローチャート図である。図３はエンジン回転数と排気ブレーキトルクの関係を示す特性図である。図４はエンジン回転数とブレーキ動力の関係を示す特性図である。図５は本発明の第２の実施形態を示す図１相当図である。図６はプロペラシャフト回転数と補助リターダトルクの関係を示す特性図である。図７は本発明の第３の実施形態を示す図１相当図である。図８はコントローラの制御内容を示すフローチャート図である。図９は同じく制御内容の一部を構成するフローチャート図である。図１０はエンジン回転数と発電機目標トルクの関係を示す特性図である。図１１は車速とエンジン回転数の関係を示す特性図である。図１２は車速と発電機動力の関係を示す特性図である。図１３は車速とブレーキ動力の関係を示す特性図である。

以下、本発明を実施するための形態である実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施形態に係る作業用車両の走行装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載されたエンジン、２はエンジン１の出力軸に連結されたパワーデバイダであって、このパワーデバイダ２は、動力分配装置として、エンジン１の出力を油圧駆動装置１０の油圧ポンプ１１と発電機及び電動機として機能する発電・電動機３０とに分配するものである。

上記油圧駆動装置１０は、エンジン１の出力により駆動される可変容量型の油圧ポンプ１１と、この油圧ポンプ１１の吐出圧油により駆動される可変容量型の油圧モータ１２とを有し、この両者１１，１２を一対の配管１３ａ，１３ｂからなる閉回路１３で接続したいわゆるＨＳＴ(hydrostatic transmission)と呼ばれる構成になっている。油圧ポンプ１１は、エンジン１によって回転駆動され、吐出された圧油は、車両の前進時には閉回路１３の一方の配管１３ａを通して油圧モータ１２を正転駆動し、戻り油は、閉回路１３の他方の配管１３ｂを通して油圧ポンプ１１に戻る。一方、車両の後退時には油圧ポンプ１１の吐出方向を反転させ、閉回路１３の配管１３ｂより吐出した圧油を油圧モータ１２に送り、油圧モータ１２を逆転駆動し、戻り油は、配管１３ａを通して油圧ポンプ１１に戻るようになっている。

上記閉回路１３内の圧力は、一対の安全弁としての高圧リリーフ弁１４ａ，１４ｂにより所定値以下に設定されている。また、油圧ポンプ１１にはチャージポンプ１５が付設され、このチャージポンプ１５から吐出された圧油は低圧リリーフ弁１６により最低設定圧を確保しており、閉回路１３内の圧力が最低設定圧以下になった場合、チェック弁１７ａ，１７ｂから圧油を閉回路１３内に送り込むことで閉回路１３内の圧力を最低設定圧以上に確保し、閉回路１３内でのキャビテーションの発生を防止するようになっている。

上記油圧駆動装置（ＨＳＴ）１０の出力部である油圧モータ１２の回転動力（出力）は、差動装置２０を介して左右の車軸２１ａ，２１ｂ及び車輪２２ａ，２２ｂに伝達され、この車軸２１ａ，２１ｂ及び車輪２２ａ，２２ｂを回転駆動するようになっている。各車輪２２ａ，２２ｂにはブレーキ力を付与する主ブレーキ装置２３ａ，２３ｂが設けられている。

一方、上記発電・電動機３０にはコンバータ３１及びインバータ３２を介して蓄電装置としてのバッテリ３３が電力を蓄電及び放電可能に接続されている。コンバータ３１は、発電・電動機３０が発電機として動作するときその発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ３３に供給する回路であり、インバータ３２は、発電・電動機３０が電動機として動作するときバッテリ３３に蓄電された直流電力を交流電力に変換して発電・電動機３０に供給する回路である。

また、４０は走行装置Ａの制御装置としてのコントローラ、４１は運転者が操作するアクセル操作量入力装置としてのアクセルペダル装置であり、このアクセルペダル装置４１の信号は、コントローラ４０を介して、エンジン１に装備されたガバナ４２に入力するようになっており、このガバナ４２は、アクセル操作量（アクセルペダル４１ａの踏み込み量）に応じてエンジン１の調速制御を行うものである。４３は運転者が操作するブレーキペダル装置であり、このブレーキペダル装置４３の信号は、コントローラ４０に入力するとともに、上記主ブレーキ装置２３ａ，２３ｂに入力するようになっており、主ブレーキ装置２３ａ，２３ｂは、ブレーキ操作量としてのブレーキペダル４３ａの踏み込み量に応じて車輪２２ａ，２２ｂにブレーキ力を付与するようになっている。

上記コントローラ４０には、上述の如きアクセルペダル装置４１及びブレーキペダル装置４３の信号の外に、前後進切替スイッチ４４の信号、バッテリ３３の蓄電量の信号、油圧ポンプ１１の吸入側と吐出側の差圧を測定する一対の圧力センサ４５ａ，４５ｂの信号、及びエンジン１の回転数を検出する回転数センサ４６の信号などが入力するようになっている。コントローラ４０は、前後進切替スイッチ４４の信号に従って、油圧ポンプ１１の圧油吐出方向を切り替えるとともに、発電・電動機３０の動作をコンバータ３１及びインバータ３２を介して制御するようになっている。

さらに、５１は上記主ブレーキ装置２３ａ，２３ｂとは別にブレーキ力を発生する補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置であり、この排気ブレーキ装置５１は、エンジン１の排気管５２内に設けられた排気ブレーキ用バルブ５３と、この排気ブレーキ用バルブ５３を駆動する駆動用シリンダ５４とを有し、コントローラ４０からの作動指令を受けた場合排気ブレーキ用バルブ５３によりエンジン１の排気側を閉じることにより、エンジン１の排気抵抗を増加させてエンジンブレーキ力を増加させるようになっている。

次に、上記コントローラ４０による制御のうち、発電・電動機３０の動作制御などを、図２に示すフローチャートに従って説明する。

図２において、スタートした後、先ず、ステップＳ１でアクセルペダル装置４１の信号に基づいて車両の走行中にアクセル操作量が増加しているか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときには、ステップＳ２でバッテリ３３の蓄電量信号に基づいてその蓄電量が設定値１以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときには、ステップＳ３で電動機トルクの目標値を設定し、ステップＳ４で発電・電動機３０を電動機として動作させ、その際の電動機トルクが目標値になるようにトルク制御を行い、リターンする。

一方、上記ステップＳ２の判定がＮＯのときには、ステップＳ５で発電・電動機３０は動作なしにし、リターンする。

また、上記ステップＳ１の判定がＮＯのとき、つまり車両の走行中に運転者がアクセル操作量を増加していないとき、換言すれば運転者がアクセル操作量を減少若しくはアクセルオフとしたとき、あるいは運転者がブレーキペダル４３ａの踏み込みによりブレーキ操作を行ったときには、ステップＳ６でＨＳＴ１０の油圧モータ１２の容量を増加させる制御又はＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１の容量を減少させる制御を行うとともに、この状態で車両の運動エネルギーをＨＳＴ１０を介して回生するように制御を行う。続いて、ステップＳ７でバッテリ３３の蓄電量信号に基づいてバッテリ３３の蓄電量が設定値２以下であるか否かを判定する。尚、この設定値２は、ステップＳ２の設定値１と同じ値又は異なる値のいずれに設定しても良い。

そして、上記ステップＳ７の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ８で補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置５１をオフにし、ステップＳ９で回転数センサ４６の信号に基づいてエンジン回転数に応じて排気ブレーキトルクを算出する。ここで、図３は、エンジン回転数と排気ブレーキ装置５１の排気ブレーキトルクの関係を示しており、コントローラ４０には、予め図３の関係が記憶されており、ステップＳ９では、排気ブレーキ装置５１が作動しないときに作動したときの排気ブレーキトルクを算出するものである。

続いて、ステップＳ１０で先に算出した排気ブレーキトルクにエンジン１と発電・電動機３０との増速比を乗じることで、排気ブレーキトルクに見合った発電機トルクの目標値を設定し、ステップＳ１１で発電・電動機３０を発電機として動作させ、その際の発電機トルクが目標値になるようにトルク制御を行い、リターンする。尚、発電・電動機３０の発電動作により発生した電力は、バッテリ３３に蓄電する。

一方、上記ステップＳ７の判定がＮＯのときには、ステップＳ１２で補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置４６をオンにし、ステップＳ１３で発電・電動機３０は動作なしにし、リターンする。

次に、上記走行装置Ａの作動について説明するに、車両の走行中に運転者がアクセルペダル装置４１によりアクセル操作量を減少若しくはアクセルオフとした場合、あるいはブレーキペダル４３ａの踏み込みによりブレーキ操作を行った場合の減速走行時には、車軸２１ａ，２１ｂに連結されたＨＳＴ１０の油圧モータ１２は、車体の慣性により回転駆動され、油圧ポンプとして動作し、戻り側配管１３ｂに圧油を吐出する。ＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１は、油圧モータ１２が吐出した圧油により油圧モータとして動作し、パワーデバイダ２を介してエンジン１及び発電・電動機３０を駆動する。

このとき、上記油圧ポンプ１１の回転数ω_ｐは、下記の式（１）のように、車速Ｖと油圧モータ１２の容量ｑ_ｍと油圧ポンプ１１の容量ｑ_ｐとの関係になる。

ω_ｐ＝η_ｖｐ×η_ｖｍ×（Ｖ／Ｒ）×Ｎ_ａｘ×ｑ_ｍ／ｑ_ｐ（１）

但し、η_ｖｐはポンプ容積効率、η_ｖｍはモータ容積効率、Ｒは車輪２２ａ，２２ｂのタイヤ半径、Ｎ_ａｘは車軸減速比である。尚、エンジン１及び発電・電動機３０は油圧ポンプ１１の回生動力により駆動されるため、これらの回転数は、油圧ポンプ１１の回転数ω_ｐに対し、それぞれの減速比を乗じたものになる。

上記減速走行時には、コントローラ４０によって、減速走行時以外のときに比べて油圧モータ１２の容量を増加させるか、あるいは油圧ポンプ１１の容量を減少させるような制御が行われる（図２のステップＳ６）。このため、上記式（１）の関係により、油圧ポンプ１１の回転数が増加し、これに伴ってエンジン１及び発電・電動機３０の回転数が共に増加する。

エンジン１が外部駆動された場合のエンジンブレーキのブレーキ動力は、図４に示すように、エンジン回転数が上昇するに従って、ブレーキ動力が増加する傾向にあるため、上記コントローラ４０の制御により油圧ポンプ１１の回転数が増加することで、エンジンブレーキのブレーキ力を高める効果を得ることができる。尚、図４中、Ｘ特性線は排気ブレーキ装置５１がオンのときのものであり、Ｙ特性線は排気ブレーキ装置５１がオフのときのものである。

また、一般に発電・電動機３０は、回転数を増加させればトルクを下げても必要な動力を確保できるようになっているため、回転数を増加させることにより発電・電動機３０のサイズを小型化することができる。本実施形態では、上記のように油圧モータ１２の容量増加制御又は油圧ポンプ１１の容量減少制御により発電・電動機３０の回転数を増加させ、小型の発電・電動機３０でも大きな回生動力を確保できるという効果が得られる。

さらに、上記減速走行時でかつバッテリ３３の蓄電量が設定値２以下の場合には、コントローラ４０によって、エンジン１の排気ブレーキ装置５１をオフにするとともに、発電・電動機３０を発電機として動作させ、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換しバッテリ３３に蓄電することで運動エネルギーを回生するような制御が行われる（図２のステップＳ８，Ｓ１１）。回生したエネルギーは、アクセルペダル４１ａによるアクセル操作量が増加しかつバッテリ３３の蓄電量が設定値１以上の場合に発電・電動機３０を電動機として動作させるのに利用される（図２のステップＳ４）。このため、加速時におけるエンジン１の燃料消費量を低減することができ、走行燃費の改善を図ることができる。尚、発電・電動機３０を電動機として動作させ、エンジン１をアシストする場合、発電・電動機３０の電動動作は、回転数制御ではなく、トルク制御とし、エンジン１のトルクをアシストするように制御する（図２のステップＳ４）。この方法によれば、エンジン１及び発電・電動機３０の回転数制御は、エンジン１のガバナ制御により行われるため、発電・電動機３０の回転数制御とエンジンガバナ４２の回転数制御とが相互干渉して回転数が不安定になるのを防止できる効果が得られる。

その上、上記の如く発電・電動機３０を発電機として動作させエネルギー回生を行うに当たっては、エンジン１の排気ブレーキ装置５１をオフにすることで（図２のステップＳ８）、図４のＹ特性線に示すように、エンジンのブレーキ動力を全体に減少させるため、減少したブレーキ動力分を発電・電動機３０のエネルギー回生動力に回すことが可能となり、回生動力の増加による走行燃費の改善を一層図ることができる。

一方、上記減速走行時でかつバッテリ３３の蓄電量が設定値２以上の場合には、コントローラ４０によって、エンジン１の排気ブレーキ装置５１をオンにするとともに、発電・電動機３０を動作なしにするような制御が行われる（図２のステップＳ１２，Ｓ１３）。このため、バッテリ３３の蓄電量が設定値２以上の場合にバッテリ３３に過充電させて性能の劣化が生じるのを防止できるとともに、バッテリ３３の蓄電量が設定値２以下の場合と比較して、発電・電動機３０を発電動作させないことによる発電トルクの減少によるブレーキ力の減少を排気ブレーキ装置５１の作動によるブレーキ力の増加により埋め合わせることができる。この結果、長い下り坂を走行する場合などでも主ブレーキ装置２３ａ，２３ｂの負荷をその分軽減することができ、主ブレーキ装置２３ａ，２３ｂの過熱による破損やベーパーロックなどによるブレーキ力不足の発生を防止することができる。

加えて、上記減速走行時のうち、バッテリ３３の蓄電量が設定値２以下の場合と設定値２以上の場合とでは異なるブレーキ力が付与されるが、バッテリ３３の蓄電量が設定値２以下の場合にブレーキ力を付与する発電・電動機３０の発電動作では、それにより発生するブレーキ力（詳しくは発電トルク）が排気ブレーキ装置５１が動作するときのブレーキ力（詳しくは排気ブレーキトルク）と同じになるような制御が行われる（図２のステップＳ９〜Ｓ１１）。このため、発電動作により発生するブレーキ力と補助ブレーキ装置のブレーキ力の総和が変化することはなく、発電動作の有無によるブレーキ力の変化を防止して走行フィーリングの向上を図ることができる。

図５は本発明の第２の実施形態に係る作業用車両の走行装置Ｂの全体構成を示す。この走行装置Ｂにおいて、上記第１の実施形態の走行装置Ａと異なる点は、主ブレーキ装置２３ａ，２３ｂとは別にブレーキ力を発生する補助ブレーキ装置として、第１の実施形態の走行装置Ａの排気ブレーキ装置５１の代わりに、ＨＳＴ１０の油圧モータ１２と差動装置２０とを連結するプロペラシャフト６１に介在される補助リターダ６２を備えることと、コントローラ４０による制御のために、車速を検出する車速センサ６３を備えることである。尚、走行装置Ｂのその他の構成は、第１の実施形態の走行装置Ａと同じであり、同一の部材・部品には同一の符号を付してその説明は省略する。

上記補助リターダ６２は、流体の抵抗によりブレーキ力を発生する流体式のもの、又は渦電流によりブレーキ力を発生する電磁式のものなどのいずれでも良い。この補助リターダ６２は、コントローラ４０の指令によりプロペラシャフト６１にブレーキトルクとしてブレーキ力を付与するように動作する。

また、上記コントローラ４０による制御は、第１の実施形態の場合と基本的に同じであり、図２に示すフローチャートに基づいて行われるが、図２のステップＳ９での排気ブレーキトルクの算出の代わりに、補助リターダトルクの算出を行うことなどが異なる。

すなわち、上記補助リターダ６２はプロペラシャフト６１上に設けられているため、補助リターダ６２のブレーキトルクは、図６に示すように、プロペラシャフト６１の回転数ω_ｐｓと相関がある。プロペラシャフト６１の回転数ω_ｐｓは、下記の式（２）のように、車速Ｖより求められる。

ω_ｐｓ＝（Ｖ／Ｒ）×Ｎ_ａｘ（２）

従って、車速センサ６３の検出値を用いて式（２）からプロペラシャフト６１の回転数ω_ｐｓを求め、図６の関係を用いて補助リターダトルクＴ_ｒｄを算出する。続いて、この補助リターダトルクＴ_ｒｄに見合ったブレーキ力を付与するための発電機トルクの目標値Ｔ_ｇｅを設定する（図２のステップＳ１０）。この目標値Ｔ_ｇｅは、下記の式（３）のようになる。

Ｔ_ｇｅ＝Ｔ_ｒｄ×（ω_ｐｓ／ω_ｅ）×Ｎ_ｇｅ（３）

但し、ω_ｅはエンジン回転数、Ｎ_ｇｅは発電・電動機３０とエンジン１との間に減速比である。従って、上述した補助リターダトルクＴ_ｒｄの算出及びプロペラシャフト回転数ω_ｐｓの算出と共に、エンジン回転数センサ４６の検出値ω_ｅとから、上記の式（３）を用いることで、発電機トルクの目標値Ｔ_ｇｅを算出する。

そして、上記第２の実施形態の走行装置Ｂにおいても、第１の実施形態の走行装置Ａの場合と同様に作動し、またそれにより同様の効果を奏するものは勿論である。

図７は本発明の第３の実施形態に係る作業用車両の走行装置Ｃの全体構成を示す。この走行装置Ｃの場合、補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置５１は、運転者によって切り替えられる減速力増加スイッチ７１を有し、このスイッチ７１の切替に伴いコントローラ４０の制御の下にブレーキ力を高低２段に発生するようになっている。尚、走行装置Ｃのその他の構成は、第１の実施形態の走行装置Ａと同じであり、同一の部材・部品には同一の符号を付してその説明は省略する。

上記コントローラ４０による制御は、図８及び図９に示すフローチャートに従って行われる。

すなわち、図８において、スタートした後、先ず、ステップＳ２１でアクセルペダル装置４１の信号に基づいて車両の走行中にアクセル操作量が増加しているか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときには、ステップＳ２２でバッテリ３３の蓄電量信号に基づいてその蓄電量が設定値１以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳのときには、ステップＳ２３で電動機トルクの目標値を設定し、ステップＳ２４で発電・電動機３０を電動機として動作させ、その際の電動機トルクが目標値になるようにトルク制御を行い、リターンする。

一方、上記ステップＳ２２の判定がＮＯのときには、ステップＳ２５で発電・電動機３０は動作なしにし、リターンする。

また、上記ステップＳ２１の判定がＮＯのとき、つまり車両の走行中に運転者がアクセル操作量を増加していないとき、換言すれば運転者がアクセル操作量を減少若しくはアクセルオフとしたとき、あるいは運転者がブレーキペダル４３ａの踏み込みによりブレーキ操作を行ったときには、ステップＳ２６でＨＳＴ１０の油圧モータ１２の容量を増加させる制御又はＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１の容量を減少させる制御を行うとともに、この状態で車両の運動エネルギーをＨＳＴ１０を介して回生するように制御を行う。

続いて、図９において、ステップＳ２７でバッテリ３３の蓄電量信号に基づいてバッテリ３３の蓄電量が設定値２以下であるか否かを判定するとともに、ステップＳ２８で減速力増加スイッチ７１により減速力増加指令があるか否かを判定する。

そして、上記ステップＳ２７の判定がＹＥＳでかつステップＳ２８の判定がＮＯのとき、つまりバッテリ３３の蓄電量が設定値２以下でかつ減速力増加指令がないときには、ステップＳ２９で補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置５１をオフにし、ステップＳ３０で回転数センサ４６の信号に基づいてエンジン回転数に応じて排気ブレーキトルクを算出する。この排気ブレーキトルクの算出方法は、第１の実施形態の場合と同じである。

続いて、ステップＳ３１で排気ブレーキトルクに見合った発電機トルクの目標値を設定し、ステップＳ３２で発電・電動機３０を発電機として動作させ、その際の発電機トルクが目標値になるようにトルク制御を行い、リターンする。この場合、発電機トルクの目標値（発電機目標トルク）とエンジン回転数とは、図１０のＸ特性線に示すような関係を有する。

一方、上記ステップＳ２７の判定がＮＯのとき、つまりバッテリ３３の蓄電量が設定値２以上のときには、ステップＳ３３で補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置５１をオンにし、ステップＳ３４で発電・電動機３０は動作なしにし、リターンする。

また、上記ステップＳ２７の判定及びステップＳ２８の判定が共にＹＥＳのとき、つまりバッテリ３３の蓄電量が設定値２以下でかつ減速力増加指令があるときには、ステップＳ３５で補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置４６をオンにし、ステップＳ３６でＨＳＴ１０の油圧モータ１２の容量を更に増加させる制御又はＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１の容量を更に減少させる制御を行う。続いて、ステップＳ３７で発電機トルクの目標値を設定し、ステップＳ３７で発電・電動機３０を発電機として動作させ、その際の発電機トルクが目標値になるようにトルク制御を行い、リターンする。この場合、発電機トルクの目標値（発電機目標トルク）とエンジン回転数とは、図１０のＹ特性線に示すような関係を有し、発電機トルクの目標値は、ステップＳ３１での目標値よりも高く設定される。

そして、上記第３の実施形態の走行装置Ｃにおいては、第１の実施形態の走行装置Ａの場合と同様に作動しかつ効果を発揮するだけでなく、以下のような作用効果を発揮することができる。

すなわち、減速走行時でかつバッテリ３３の蓄電量が設定値２以下の場合において、運転者が減速力増加スイッチ７１により減速力を増加する指令を入力しているときには、補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置５１が作動してブレーキ力を発生するだけでなく、発電・電動機３０が発電機として動作する際の目標値が、減速力増加指令のないときに比べて高く設定され、発電機トルクがその目標値になるようにトルク制御が行われるため、減速力を増加する効果を高めることができる。また、発電・電動機３０の発電量の増加に伴い運動エネルギーの回収量を増加し、その分走行燃費の改善を一層図ることができる。

その上、上記減速力増加指令が入力されているときには、ＨＴＳ１０の油圧モータ１２の容量を更に増加する制御又はＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１の容量を更に減少する制御が行われるため、上記した式（１）の関係により、油圧ポンプ１１の回転数が更に増加し、これに伴ってエンジン１及び発電・電動機３０の回転数が共に更に増加する。図１１は車速とエンジン回転数の関係を示し、減速力増加指令がない場合をＸ特性線で、減速力増加指令がある場合をＹ特性線でそれぞれ示している。この図から分かるように、減速力増加指令がある場合には、エンジン回転数は減速力増加指令がない場合に比べて全車速域で高くかつ車速の増加に従ってその差が大きくなる。また、図１２は車速と発電機動力の関係を示し、減速力増加指令がない場合をＸ特性線で、減速力増加指令がある場合をＹ特性線でそれぞれ示している。この図から分かるように、減速力増加指令がある場合には、発電・電動機３０の発電機動力は、減速力増加指令がない場合に比べて発電・電動機３０の回転数の増加により全車速域で高くかつ車速の増加に従ってその差が大きくなる。このように、減速力増加指令がある場合にエンジン１の回転数及び発電・電動機３０の発電機動力を高めることができるので、高い減速力を確実に確保することができるとともに、運動エネルギーの回収量を更に増加して走行燃費の改善をより一層図ることができる。

尚、本発明は上記第１ないし第３の実施形態に限定されるものではなく、その他種々の形態を包含するものである。例えば上記第１の実施形態では、補助ブレーキ装置として、排気ブレーキ装置５１を用いた場合について述べたが、本発明は、この排気ブレーキ装置５１の代わりに、エンジンリターダを用いても良い。エンジンリターダは、コントローラ４０からの作動指令を受けた場合、エンジン１の圧縮行程の終了間際で排気バルブを開き、シリンダ内の圧縮された空気を逃がすことでエンジンブレーキ力を増加させるものである。このエンジンリターダを用いた場合でも、第１の実施形態の場合と同様に制御することにより、同様な作用効果を発揮することができる。

また、補助ブレーキ装置として、２種類以上のものを併用するように構成しても良い。例えば上記第３の実施形態の如き減速力増加スイッチ７１を有する排気ブレーキ装置５１と、上記第２の実施形態の如き補助リターダ６２とを併用し、発電・電動機３０の発電量が最大となった場合に排気ブレーキ装置５１と補助リターダ６２とを共に作動させることにより、図１３にＺ特性線で示すような強大なブレーキ動力を発揮するようにしても良い。尚、図１３中、Ｘ特性線は、減速力増加スイッチ７１を有する排気ブレーキ装置５１において減速力増加スイッチ７１を入力せずに作動させた場合のものであり、Ｙ特性線は、同じく排気ブレーキ装置５１において減速力増加スイッチ７１を入力して作動させた場合のものである。

さらに、上記各実施形態では、減速走行時でかつバッテリ３３の蓄電量が設定値２以下のときには、いずれも補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置５１又は補助リターダ６２をオフにする制御を行った（図２のステップＳ８、図９のステップＳ２９）が、本発明は、減速走行時かつバッテリ３３の蓄電量が設定値２以下のときに、補助ブレーキ装置が作動中であれば、発電量の増加に応じて補助ブレーキ装置のブレーキ力を減じるように制御を行っても良く、同様な効果を奏することができる。

また同様に、上記各実施形態では、減速走行時でかつバッテリ３３の蓄電量が設定値２以上のときには、常に補助ブレーキ装置としての排気ブレーキ装置５１又は補助リターダ６２をオンにし、発電・電動機３０は動作なしにする制御を行った（図２のステップＳ１２，Ｓ１３、図９のステップＳ３３，Ｓ３４）が、本発明は、減速走行時でかつバッテリ３３の蓄電量が設定値２以上のとき、発電・電動機３０の発電動作を減じるように制御したり、あるいは発電・電動機３０の発電動作を維持しつつ発電した電力をバッテリ３３で蓄電せずに抵抗により消費させるように制御したりしても良い。

加えて、上記各実施形態では、蓄電装置としてバッテリ３３を用いたが、本発明は、このバッテリ３３の代わりに、キャパシタを用いても良いのは言うまでもない。

Ａ，Ｂ，Ｃ走行装置
１エンジン
２パワーデバイダ（動力分配装置）
１０油圧駆動装置（ＨＳＴ）
１１油圧ポンプ
１２油圧モータ
１３閉回路
２１ａ，２１ｂ車軸
２３ａ，２３ｂ主ブレーキ装置
３０発電・電動機
３３バッテリ（蓄電装置）
４０コントローラ（制御装置）
４１アクセルペダル装置（アクセル操作量入力装置）
４２ガバナ
４３ブレーキペダル装置
４３ａブレーキペダル
５１排気ブレーキ装置（補助ブレーキ装置）
６２補助リターダ（補助ブレーキ装置）

Claims

車両に搭載されたエンジンと、このエンジンにより駆動される可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータとを閉回路で連通してなる油圧駆動装置と、この油圧駆動装置の油圧モータの動力により駆動される車軸と、運転者が操作するアクセル操作量入力装置と、このアクセル操作量入力装置によって入力されたアクセル操作量に応じて上記エンジンの調速制御を行うガバナと、ブレーキペダルの踏み込み量に応じてブレーキ力を発生する主ブレーキ装置と、この主ブレーキ装置とは別にブレーキ力を発生する補助ブレーキ装置と、上記エンジンの出力軸に上記油圧駆動装置の油圧ポンプと同軸で連結され又は動力分配装置を介して連結され、発電機及び電動機として機能する発電・電動機と、この発電・電動機と電力を蓄電及び放電可能に接続された蓄電装置と、制御装置とを備えており、
上記制御装置は、車両の走行中に運転者が上記アクセル操作量入力装置によりアクセル操作量を減少若しくはアクセルオフとした場合、あるいは上記ブレーキペダルの踏み込みによりブレーキ操作を行った場合の減速走行時には、それ以外の走行時よりも上記油圧駆動装置の油圧モータの容量を増加させるか、あるいは上記油圧駆動装置の油圧ポンプの容量を減少させ、この状態で車両の運動エネルギーを油圧駆動装置を介して回生するように制御を行うとともに、上記減速走行時でかつ上記蓄電装置の蓄電量が設定値より小さい場合には、回生したエネルギーにより上記発電・電動機を発電機として動作させて発電し、この発電した電力を上記蓄電装置に蓄電し、このとき上記補助ブレーキ装置が動作中であれば、発電量の増加に応じて上記補助ブレーキ装置のブレーキ力を減じるかあるいはオフとするように制御を行い、上記減速走行時でかつ上記蓄電装置の蓄電量が設定値より大きい場合には、回生したエネルギーによる上記発電・電動機の発電動作を減じるかオフとするか、あるいは発電した電力を上記蓄電装置で蓄電せずに抵抗により消費させ、発電・電動機の発電動作を減じるかオフとするとき上記補助ブレーキ装置を作動させるように制御を行うように設けられており、
また、上記制御装置は、減速走行時でかつ蓄電装置の蓄電量が設定値より小さい場合に発電・電動機を発電動作させるとき、その発電動作により発生するブレーキ力が、上記補助ブレーキ装置が動作するときのブレーキ力と同じになるように発電トルク目標値を設定し、発電・電動機をトルク制御するように設けられていることを特徴とする作業用車両の走行装置。