JP5604462B2 - ロータリ除雪車及びロータリ除雪車の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリ除雪車及びその制御方法に関するものである。

車両前方にオーガ，ブロワ及びシュートより成る除雪装置を備えたロータリ除雪車は周知であり、例えば特開平６−８１３２６号公報（特許文献１）などに開示されている。
ロータリ除雪車は、除雪作業時にはオーガを回転させながら進行し、降り積もった雪をオーガにより除雪装置内に掻き込むとともにオーガの後方に配したブロワによりシュートを介して道路脇等へ投雪するようになっている。

特開平６−８１３２６号公報

従来のロータリ除雪車においては、除雪負荷の変動に対応するため、常にエンジンを定格で運転させた状態で除雪作業を行なっている。投雪距離が必要な（大きな）場合や常に最大除雪量で作業を行う場合にはエンジン定格運転が必須であるが、実作業においては定格運転を必要とする作業頻度は少なく、必要以上にエンジン回転数を上げることで燃費が悪いという問題がある。

除雪負荷に見合ったオーガ・ブロワ回転数となるように運転手・オペレータがエンジン回転数を適宜調整することは困難であり、そのため、常に実負荷以上の運転をするしかなく、燃費の悪い作業をしているのが実情である。

本発明は、ロータリ除雪車における上述の問題を解決し、除雪作業時におけるエネルギーの使われ方の無駄を減らすことが可能で、燃費を向上させることのできるロータリ除雪車及びその制御方法を提供することを課題とする。

前記の課題は、本発明により、ロータリ除雪装置を備え、エンジンにより駆動される発電機で発生させた電力により電動モータを回転駆動して得られる動力を出力するハイブリッドシステムを搭載し、前記ロータリ除雪装置を駆動する作業用動力と車両を走行させる走行用動力とを前記ハイブリッドシステムから供給するロータリ除雪車において、前記ハイブリッドシステムの電動モータの駆動負荷を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出手段により検出したモータ負荷が第１閾値未満の場合はモータ負荷が第１閾値以上になるまでモータ回転数を下げ、モータ負荷が第２閾値以上の場合はモータ負荷が第２閾値未満になるまでモータ回転数を上げるように制御する制御手段とを具備することにより解決される。

本発明のロータリ除雪車によれば、負荷検出手段により検出したモータ又はエンジンの負荷が第１閾値未満の場合はモータ又はエンジンの負荷が第１閾値以上になるまでモータ又はエンジンの回転数を下げ、モータ又はエンジンの負荷が第２閾値以上の場合はモータ又はエンジンの負荷が第２閾値未満になるまでモータ又はエンジンの回転数を上げるように制御するので、運転手・オペレータに難しい調整作業（モータ又はエンジン回転数の調整作業）を強いること無く、除雪作業時におけるエネルギーの無駄を低減させることができ、燃費を向上させることができる。また、経験の浅いオペレータでも適切な除雪作業を実施することが可能となる。

請求項３の構成により、回転数調節手段により設定される電動モータの回転数に応じて通常除雪モードとエコ除雪モードとが切り替わるので、積雪量や雪の状態に応じた適切な除雪作業を容易に行なうことができる。また、構成変更や機器追加を必要とせず、コストアップを極力抑えて効果を得ることができる。

請求項４の構成により、除雪作業を実施する場所や時間、温度や湿度などの環境条件、積雪量や雪質などに応じた最適な負荷の閾値を設定することができる。
請求項５の構成により、電動モータの回転数に応じてＨＳＴ（の油圧ポンプまたは油圧モータ）を適切に制御して車速を自動的に調整することができる。

請求項６又は請求項７の制御方法によれば、運転手・オペレータに難しい調整作業を強いること無く、除雪作業時におけるエネルギーの無駄を低減させることができ、燃費を向上させることができる。また、経験の浅いオペレータでも適切な除雪作業を実施することが可能となる。

本発明に係るハイブリッド型ロータリ除雪車の駆動系の構成を示す模式図である。 実施形態における除雪制御の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明をハイブリッド型ロータリ除雪車に適用した実施形態について説明するが、本発明はハイブリッド方式に限らず、従来方式（走行及び除雪作業の全動力をエンジン、一般的にはディーゼルエンジンによりまかなう方式）のロータリ除雪車にも適用可能なものである。

図１は、本発明に係るハイブリッド型ロータリ除雪車の駆動系の構成を示す模式図である。この図に示すように、動力発生源であるハイブリッド・システム１０で発生された動力は、作業用変速機２１とＨＳＴ３０に伝達される。ＨＳＴ３０は油圧を利用した無段変速機であり、少なくとも一方が可変容量型の油圧ポンプ３１（ＨＳＴポンプ）及び油圧モータ３２（ＨＳＴモータ）から構成され、油圧ポンプ又は油圧モータの流量を制御して走行速度を制御する。ＨＳＴ３０からの動力は、走行用変速機４０を介して前後のディファレンシャル（差動機）４１，４２を経て前後輪４３，４４に伝達される。

ロータリ除雪装置を駆動する作業用動力は、作業用変速機２１から伝動機２２に至り、二分されて一系統はブロア２３を駆動し、他系統はチェーン伝動機２４を経てオーガ２５を駆動する。オーガ及びブロアを備えるロータリ除雪装置は従来周知なものと同様であり、オーガ２５で切り崩して取り込んだ雪をブロア２３により図示しないシュート（投雪筒）から投雪する。

ハイブリッド・システム１０は、動力源としてのエンジン１、エンジン１により駆動される発電機（ジェネレータ）２、発電機２により発電された交流電力を直流電力に変換する第１インバータ（発電機用インバータ）３、直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換する第２インバータ（モータ駆動用インバータ）４、作業用及び走行用動力を出力する電動モータ５、直流電力を蓄えるバッテリー（蓄電池）６、昇圧機構としての昇圧チョッパ７等により構成される。なお、昇圧チョッパ７及びバッテリー（蓄電池）６は、第１及び第２インバータ３，４間に直列に接続されている。

エンジン１はディーゼル、ガソリン等の適宜な原動機を採用可能であり、実施例では７３ｋＷ／２０００ｒｐｍ（３８５Ｎ・ｍ／１６００ｒｐｍ）の出力のディーゼル・エンジンを用いている。発電機２は、実施例では定格７５ｋＷ／３８０Ｖ／１３５Ａのものを用いている。電動モータ５は、実施例では定格５５ｋＷ／３８０Ｖ／１０１Ａのものを用いている。

バッテリー６の定格は１０８Ｖ／１５０Ａｈである。昇圧チョッパ７は入力１０８Ｖ／出力６００Ｖで、バッテリーアシスト最大５０ｋＷのものを用いている。ハイブリッド・システムではバッテリーがもっとも高価な機器であり、本実施形態では、搭載するバッテリーの本数（容量）を削減するために昇圧機構を設けている。実施例で用いている昇圧チョッパ７は、バッテリー６の電圧１０８Ｖを６００Ｖまで昇圧する。

上記のように構成された本実施形態のハイブリッド・システム１０はシリーズ・ハイブリッド方式によるもので、エンジン１は発電機２の動力源としてのみ使用し、走行及び除雪作業の全動力を電動モータ５の出力だけでまかなう本格的ハイブリッド・システムである。エンジン１を発電機２の動力源としてのみ使用するため、低負荷での運転が可能であり、燃料の効率的な使用、ＣＯ２排出量の減少が可能となる。

さて、本実施形態のロータリ除雪車では、上記電動モータ５の回転数を調節するための回転数調節ツマミ（図示せず）を運転席に備えている。また、除雪作業を行なうモードとして、通常除雪モードとエコ除雪モード（省燃費除雪モード）とを有している。

通常除雪モードは、運転手・オペレータが上記回転数調節ツマミを操作することにより手動で電動モータ５の回転数を調整して除雪作業を行なうモードである。
エコ除雪モードは、除雪車に搭載されている制御手段（例えばＥＣＵ：Engine Control Unit等のプロセッサやマイクロコンピュータなど）が電動モータ５の回転数を自動的に調整して除雪作業を行なうモードである。本実施形態では、上記回転数調節ツマミの操作により（運転手・オペレータによる操作により）電動モータ５の回転数が所定の回転数（以下、モード切替回転数と称す）より低下した場合に上記通常除雪モードからエコ除雪モードに移行し、電動モータ５の回転数がモード切替回転数以上となった場合にエコ除雪モードから通常除雪モードに移行するように構成している。

このエコ除雪モードにおいては、上記電動モータ５の負荷を監視し、負荷が第１閾値未満の場合は負荷が第１閾値以上になるまで自動的にモータ回転数を下げ、また、負荷が第２閾値以上の場合は負荷が第２閾値未満になるまで自動的にモータ回転数を上げるように制御される。モータ負荷の監視及び回転数調整は、たとえば上記制御手段により行うものとする。そして、モータ回転数の変動に関わらず一定車速を保つように、モータ回転数の増減に合わせて上記ＨＳＴ３０の油圧ポンプ（又は油圧モータ）の斜板傾転角を制御する。なお、第１閾値と第２閾値の関係（大小）は、「第１閾値＜第２閾値」である。

図２のフローチャートを参照して本実施形態における除雪制御の内容をより具体的に説明する。なお、図２においては、電動モータを単に「モータ」と略記するので、ここでの説明においても電動モータを単に「モータ」と記す。

図２のフローチャートに示すように、まずアクセルペダル又は走行レバー（エンジン１の回転数を調節するアクセルペダル又はレバー）の位置から目標車速を演算する（Ｓ１）。次に、回転数調節ツマミ（モータ５の回転数を調節するツマミ）位置に基づき、モータ回転数がモード切替回転数以上であるかどうかを見る（Ｓ２）。ここで、モータ回転数がモード切替回転数未満であれば除雪モードを「エコ除雪モード」に設定し（Ｓ３）、モード切替回転数以上であれば除雪モードを「通常除雪モード」に設定する（Ｓ４）。Ｓ５で除雪モードを判断し、「通常除雪モード」の場合はＳ６に進んで通常除雪ルーチンの処理を行なって制御を終了する。

一方、「エコ除雪モード」の場合はＳ７に進み所定時間待機する。これは一定のサイクル（本例では１００ｍ秒）毎に後述する目標モータ回転数を計算するためのものである。１００ｍ秒が経過したらタイマをセットし（Ｓ８）、現在のモータ負荷を取得する（Ｓ９）。ここで、モータ負荷が第１閾値（図では閾値(1)）未満であればＳ１０〜Ｓ１５の処理を行なってＳ２１に進む。また、モータ負荷が第１閾値以上であればＳ１６〜Ｓ２０の処理を行なってＳ２１に進む。

モータ負荷が第１閾値未満の場合、Ｓ１０で目標モータ回転減少量を算出する。すなわち第１閾値から現在の負荷を減じた値に所定の比例定数（第１の比例定数：図では比例定数(1)）を乗じて目標モータ回転減少量とする。そして、１００ｍ秒前の目標モータ回転数からＳ１０で算出した減少量を減じて目標モータ回転数とする（Ｓ１１）。次に、現在の車速から最低必要オーガ回転数（現在の車速で除雪作業を行うために最低限必要なオーガ回転数）を算出し（Ｓ１２）、続いて、その最低必要オーガ回転数から最低モータ回転数（オーガ２５を上記最低必要オーガ回転数で回転させるためのモータ回転数）を算出する（Ｓ１３）。続いて、Ｓ１１で求めた目標モータ回転数が上記最低モータ回転数以下であるかどうかを判断する（Ｓ１４）。目標回転数が最低回転数以下であれば、目標モータ回転数を最低モータ回転数に更新（Ｓ１５）して、Ｓ２１に進む。また、目標回転数が最低回転数より大きければ目標モータ回転数（Ｓ１１で求めた値）を維持して、Ｓ２１に進む。Ｓ２１では、目標モータ回転数および目標車速（Ｓ１で演算）からＨＳＴ３０の油圧ポンプ又は油圧モータの斜板傾転角である目標傾転角（図ではポンプ傾転角）を算出して制御終了である。

Ｓ９における現在のモータ負荷が第１閾値以上の場合は、Ｓ１６でモータ負荷が第２閾値（図では閾値(2)）未満であるか第２閾値以上であるかを判断する。現在のモータ負荷が第２閾値未満の場合は目標モータ回転数の増減は行わず、そのままＳ２１に進む。

Ｓ１６でモータ負荷が第２閾値以上である場合は、Ｓ１７で目標モータ回転増加量を算出する。すなわち現在の負荷から第２閾値を減じた値に所定の比例定数（第２の比例定数：図では比例定数(2)）を乗じて目標モータ回転増加量とする。そして、１００ｍ秒前の目標モータ回転数にＳ１７で算出した増加量を加えて目標モータ回転数とし（Ｓ１８）、この目標モータ回転数とモータ定格回転数との比較処理を行なう（Ｓ１９）。そして、目標モータ回転数が定格回転数未満であれば目標モータ回転数をそのまま維持し、目標モータ回転数が定格回転数以上の場合には目標モータ回転数を定格回転数として（Ｓ２０）、Ｓ２１に進む。

なお、Ｓ２１で算出した目標傾転角（指令値）が上記制御手段からＨＳＴ３０の油圧ポンプ又は油圧モータに送られ、ＨＳＴ３０の油圧ポンプ又は油圧モータの斜板が制御される。

なお、電動モータ５の駆動負荷の監視方法としては適宜な方法を採用可能である。例えば、モータ回転数に基づいて負荷を判断する方法や、駆動電流を監視する方法などがある。このほか、モータの駆動電圧を監視する方法、電流及び電圧により算出した電力に基づいて負荷を判断する方法なども採用可能である。

以上説明したように、本実施形態のロータリ除雪車においては、電動モータ５の回転数を調節するための回転数調節ツマミによって通常の除雪モードとエコ除雪モードを切り替えることができる（調節ツマミの位置に応じて通常除雪モードからエコ除雪モードに移行、あるいはエコ除雪モードから通常除雪モードに移行できる）。

エコ除雪モードにおいては電動モータ５の負荷を監視し、負荷が軽い場合はモータ負荷が一定以上となるまで自動的にモータ回転数を低下させ、負荷が重い場合はモータ負荷が一定以下となるまで自動的にモータ回転数を上昇させる。そして、モータ回転数の増減に合わせてＨＳＴ３０の油圧ポンプ（又は油圧モータ）の斜板傾転角を制御することにより、電動モータ回転数の変動に関わらず一定車速が保たれる。したがって、運転手・オペレータに難しい調整作業（電動モータ又はエンジン回転数の調整作業）を強いること無く、除雪作業時におけるエネルギーの無駄を低減させることができ、燃費を向上させることができる。また、経験の浅いオペレータでも適切な除雪作業を実施することが可能となる。

なお、上記した第１閾値及び／又は第２閾値を運転手・オペレータが設定できる（変更できる）ように構成してもよい。閾値の設定は、例えば除雪車運転席に設けた操作パネル等から入力するように構成すれば良い。このような構成とすることにより、除雪作業を実施する場所や時間、温度や湿度などの環境条件、積雪量や雪質などに応じた最適な閾値を設定することが可能となる。

ここまで、本発明をハイブリッド型ロータリ除雪車に適用した実施形態について説明したが、本発明は従来方式のロータリ除雪車にも適用可能である。従来方式のロータリ除雪車の構成例としては、駆動系にＨＳＴを用いる一般的な構成を採用可能であるため、図示及び構成の説明は省略する。そのような構成においては、エンジン動力を作業用動力と走行用動力に分配し、作業用動力でロータリ除雪装置を駆動する。また、走行用動力はＨＳＴを介して除雪車駆動輪を駆動する。

従来方式のロータリ除雪車に本発明を適用した場合、回転数調節ツマミはエンジン回転数を調節するためのツマミとし、通常除雪モードは、運転手・オペレータが回転数調節ツマミを操作することにより手動でエンジンの回転数を調整して除雪作業を行なうモードとする。また、エコ除雪モードは、除雪車に搭載されている制御手段（例えばＥＣＵ：Engine Control Unit等のプロセッサやマイクロコンピュータなど）がエンジンの回転数を自動的に調整して除雪作業を行なうモードである。そして、回転数調節ツマミの操作により（運転手・オペレータによる操作により）エンジンの回転数が所定の回転数（モード切替回転数）より低下した場合に上記通常除雪モードからエコ除雪モードに移行し、エンジン回転数がモード切替回転数以上となった場合にエコ除雪モードから通常除雪モードに移行する点はハイブリッド型ロータリ除雪車に適用した上記実施形態の場合と同様である。

通常方式におけるエコ除雪モードにおいては、エンジンの負荷を監視し、負荷が第１閾値未満の場合は負荷が第１閾値以上になるまで自動的にエンジン回転数を下げ、また、負荷が第２閾値以上の場合は負荷が第２閾値未満になるまで自動的にエンジン回転数を上げるように制御される。エンジン負荷の監視及び回転数調整は、たとえば上記制御手段により行うものとする。そして、エンジン回転数の変動に関わらず一定車速を保つように、エンジン回転数の増減に合わせてＨＳＴの油圧ポンプ（又は油圧モータ）の斜板傾転角を制御する。なお、第１閾値と第２閾値の関係（大小）は、「第１閾値＜第２閾値」である。

本発明による除雪制御は、制御方法のみによって実施可能なため、ハイブリッド型ロータリ除雪車および従来方式のロータリ除雪車における構成変更や機器追加を必要とせず、コストアップを極力抑えて効果を得られるものである。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。電動モータの負荷を監視する方法は適宜な方法を採用可能である。また、ハイブリッド・システムとしてはシリーズ・ハイブリッド方式に限らず適宜な方式のものを採用可能であるし、システム構成も適宜変更可能である。また、上記したように本発明は従来方式のロータリ除雪車にも適用可能である。

また、除雪車両の駆動系の構成、ＨＳＴの構成、ロータリ除雪装置の構成も、適宜なものを採用可能である。さらに、本発明は道路を走行するロータリ除雪車に限らず、線路上の除雪を行う軌道除雪車にも適用可能である。

１ エンジン
２ 発電機（ジェネレータ）
５ 電動モータ
１０ ハイブリッド・システム
２１ 作業用変速機
２５ オーガ
３０ ＨＳＴ（油圧無段変速機）
３１ 油圧ポンプ
３２ 油圧モータ
４０ 走行用変速機

Claims (7)

1. ロータリ除雪装置を備え、
   エンジンにより駆動される発電機で発生させた電力により電動モータを回転駆動して得られる動力を出力するハイブリッドシステムを搭載し、
   前記ロータリ除雪装置を駆動する作業用動力と車両を走行させる走行用動力とを前記ハイブリッドシステムから供給するロータリ除雪車において、
   前記ハイブリッドシステムの電動モータの駆動負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記負荷検出手段により検出したモータ負荷が第１閾値未満の場合はモータ負荷が第１閾値以上になるまでモータ回転数を下げ、モータ負荷が第２閾値以上の場合はモータ負荷が第２閾値未満になるまでモータ回転数を上げるように制御する制御手段と
   を具備することを特徴とするロータリ除雪車。
2. ロータリ除雪装置を備え、該ロータリ除雪装置を駆動する作業用動力と車両を走行させる走行用動力とをエンジンから供給するロータリ除雪車において、
   前記走行用動力は、少なくとも一方が可変容量型の油圧ポンプ及び油圧モータからなるＨＳＴを介して駆動輪を駆動するよう構成され、
   前記エンジンの駆動負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記負荷検出手段により検出したエンジン負荷が第１閾値未満の場合はエンジン負荷が第１閾値以上になるまでエンジン回転数を下げ、エンジン負荷が第２閾値以上の場合はエンジン負荷が第２閾値未満になるまでエンジン回転数を上げるように制御する制御手段と
   を具備し、
   一定車速を保つように前記エンジン回転数の増減に応じて前記ＨＳＴを制御する除雪モードを有する
   ことを特徴とするロータリ除雪車。
3. 前記電動モータの回転数を調節するための回転数調節手段を備え、
   除雪作業を行なうモードとして、オペレータが前記回転数調節手段を操作することにより前記電動モータの回転数を手動で調整して除雪作業を行なう通常除雪モードと、前記負荷検出手段により検出したモータ負荷に基づいて前記制御手段が前記電動モータの回転数を自動的に調整して除雪作業を行なうエコ除雪モードとを有し、
   前記回転数調節手段により設定される前記電動モータの回転数に応じて前記通常除雪モードと前記エコ除雪モードとが切り替わることを特徴とする、請求項１に記載のロータリ除雪車。
4. 前記第１閾値及び／又は第２閾値を設定する設定手段を設けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリ除雪車。
5. 少なくとも一方が可変容量型の油圧ポンプ及び油圧モータからなる油圧式無段変速機（ＨＳＴ）を備え、該ＨＳＴを介して走行用動力を出力するよう構成し、
   前記電動モータの回転数に応じて前記ＨＳＴの油圧ポンプ又は油圧モータの斜板傾転角が制御されることを特徴とする、請求項１又は３に記載のロータリ除雪車。
6. ロータリ除雪装置を駆動する作業用動力と車両を走行させる走行用動力とを、エンジンにより駆動される発電機で発生させた電力により電動モータを回転駆動して得られる動力を出力するハイブリッドシステムから供給するハイブリッド型ロータリ除雪車の制御方法において、
   前記ハイブリッドシステムの電動モータの駆動負荷を検出し、該検出したモータ負荷が第１閾値未満の場合はモータ負荷が第１閾値以上になるまでモータ回転数を下げ、モータ負荷が第２閾値以上の場合はモータ負荷が第２閾値未満になるまでモータ回転数を上げるように制御することを特徴とするハイブリッド型ロータリ除雪車の制御方法。
7. ロータリ除雪装置を駆動する作業用動力と車両を走行させる走行用動力とを、エンジンから供給し、前記走行用動力は、少なくとも一方が可変容量型の油圧ポンプ及び油圧モータからなるＨＳＴを介して駆動輪を駆動するロータリ除雪車の制御方法において、
   前記エンジンの駆動負荷を検出し、該検出したエンジン負荷が第１閾値未満の場合はエンジン負荷が第１閾値以上になるまでエンジン回転数を下げ、エンジン負荷が第２閾値以上の場合はエンジン負荷が第２閾値未満になるまでエンジン回転数を上げるように制御するとともに、一定車速を保つように前記エンジン回転数の増減に応じて前記ＨＳＴを制御することを特徴とするロータリ除雪車の制御方法。

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