JP5604884B2

JP5604884B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP5604884B2
Application number: JP2010012855A
Authority: JP
Inventors: 直紀菅野; 隆博小林; 悦二郎今西; 直人堀; 智史前川
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011152009A

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車両に関し、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車両において、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減速エネルギーを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。

特開２００３−２６４９０３号公報

ところで、上記提案のものでは、エンジンと発電・電動機の両方の動力で油圧ポンプを駆動する際に制御手段がエンジンの出力軸の回転数を目標回転数にするように制御を行う場合、エンジンの回転数が低速回転数となるようにエンジンに供給される燃料噴射量を制御する。また、発電・電動機を電動機として動作させる際にもその回転数を目標回転数にまで上げるように制御するが、上記提案のものの如くエンジンと発電・電動機とが同軸上に配置されている場合は、両者の回転数は同一であることから、両者の回転数をそれぞれ異なる目標回転数になるように制御することは本質的に困難であり、両者の回転制御が干渉し、制御が不安定になる虞がある。
また、エンジンと発電・電動機とが動力分配装置を介して接続されている場合でも、動力分配装置の速比は固定されていることから、一定の回転数比率とならざるを得ず、両者の回転制御が干渉してしまい、互いに独立して関連しない目標回転数になるように制御することは、上記の場合と同様に困難であり、やはり制御が不安定になる虞がある。

本発明はかかる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、上述したエンジンと発電・電動機の両方で走行駆動を行う場合の制御を適切に行うことにより、制御の安定性を図りつつ燃費の改善を有効に図り得る作業車両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、作業車両として、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油圧ポンプと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回転数を制御するように調速制御を行うガバナと、運転者が操作するブレーキ操作量入力装置とを備え、更に、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又は動力分配装置を介して連結された、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、車両の走行負荷トルクを推定する走行負荷トルク推定手段と、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、又は上記ブレーキ操作量入力装置によりブレーキ操作を行った場合であり、かつ上記蓄電装置の蓄電量が所定値以下の場合には、車両の減速エネルギーを上記油圧駆動装置を介して回生することにより、上記発電・電動機により発電し、この発電した電力を上記蓄電装置に蓄電するように制御し、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増加しかつ上記蓄電装置の蓄電量が所定値以上の場合には、この蓄電装置の電力により上記発電・電動機を電動機として動作させ、その際の目標トルクが上記走行負荷トルク推定手段により推定された走行負荷トルクを越えないように上記発電・電動機の駆動トルクを制御する制御手段とを備える構成にする。

この構成では、車両の走行中に運転者が減速操作をした場合、つまりアクセルペダルなどの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、又はブレーキペダルなどのブレーキ操作量入力装置によりブレーキ操作を行った場合であり、かつ蓄電装置の蓄電量が所定値以下の場合には、制御手段の制御の下に、車両の減速エネルギーを油圧駆動装置を介して回生することにより、発電・電動機により発電し、この発電した電力を蓄電装置に蓄電する。

一方、車両の発進時や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増加しかつ蓄電装置の蓄電量が所定値以上の場合には、制御手段の制御の下に、蓄電装置の電力により発電・電動機を電動機として動作させることにより、エンジンのトルクが発電・電動機の駆動トルクによりアシストされる。この結果、エンジンの消費燃料が低下し、燃費が向上することになる。

しかも、この場合、エンジン及び発電・電動機の回転数は、共にガバナによるエンジンの調速制御によって制御され、発電・電動機の駆動トルクは、制御手段によって、その目標トルクが走行負荷トルクを超えないように制御されるため、エンジンのトルクは、走行負荷トルクから発電・電動機の駆動トルクを減じたトルクに自動的にバランスする。このため、従来提案のものの如くエンジンの制御と発電・電動機の制御とが干渉することはなく、制御が安定かつ確実に行われる。

請求項１に係る発明は、上述した構成に加えて、上記走行負荷トルク推定手段の好ましい具体的な形態を提供するものである。すなわち、走行負荷トルク推定手段は、油圧駆動装置の油圧ポンプの吸入側と吐出側の差圧を圧力センサで測定し、その測定値に基づいて車両の走行負荷トルクを推定するように設ける構成にする。この構成では、油圧ポンプの差圧を圧力センサで測定するだけで走行負荷トルクを比較的簡単にかつ正確に推定することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の作業車両において、上記制御手段による回生ブレーキ制御の好ましい形態を提供するものである。すなわち、制御手段は、車両の減速エネルギーを油圧駆動装置を介して回生するに当たり、車両の走行状態に応じて、発電・電動機を発電機として動作させる際の目標トルクを増加させること、又は油圧駆動装置の油圧モータの容量を増加若しくは油圧ポンプの容量を減少させることで回生ブレーキ力を増加させる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減速操作をしかつ蓄電装置の蓄電量が所定値以下の場合に車両の減速エネルギーを油圧駆動装置を介して回生するに当たり、制御手段の制御によって、車両の走行状態に応じて、例えばブレーキ入力時にはブレーキ非入力時に比べて、又はブレーキ操作量や車速などの増加に応じて、発電・電動機を発電機として動作させる際の目標トルクを増加させること、又は油圧駆動装置の油圧モータの容量を増加若しくは油圧ポンプの容量を減少させることで回生ブレーキ力が増加するため、効率的に動力回生を行うことができるとともに、車両の走行状態ないし運転者の操作に応じて回生ブレーキ力を調整することができる。

以上のように、本発明の作業車両によれば、走行中の減速時に車両の減速エネルギーを油圧駆動装置を介して回生し、発電・電動機により発電し、この発電した電力を蓄電装置に蓄電する一方、発進・加速時に蓄電装置の電力により発電・電動機を電動機として動作させることにより、エンジンのトルクを発電・電動機の駆動トルクによりアシストさせることができるので、エンジンの消費燃料を低下させ、燃費の向上を図ることができる。しかも、エンジンの制御と発電・電動機の制御とが干渉することはなく、制御の安定性ないし信頼性の向上を図ることができる。

その上、発電・電動機の制御に利用する走行負荷トルクを、油圧ポンプの差圧を圧力センサで測定するだけで比較的簡単にかつ正確に推定することができるので、実施化を図る上で有利なものである。

特に、請求項２に係る発明では、車両の減速エネルギーを回生するに当たり、車両の走行状態に応じて、発電・電動機を発電機として動作させる際の目標トルクを増加させること、又は油圧駆動装置の油圧モータの容量を増加若しくは油圧ポンプの容量を減少させることで回生ブレーキ力が増加するため、効率的に動力回生を行うことができるとともに、車両の走行状態ないし運転者の操作に応じて回生ブレーキ力を調整することができ、良好な減速フィーリングを得ることができるという効果をも奏する。

図１は本発明の実施形態に係る作業用車両の走行駆動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エンジン負荷トルクとの関係を示す特性図である。図４は油圧ポンプの差圧と容量との関係を示す特性図である。図５はエンジンの負荷トルクと燃費率との関係を示す特性図である。図６はエンジン回転数とエンジン負荷トルクとの関係から電動機のトルク目標値を設定する方法を説明するための説明図である。図７は油圧ポンプの差圧と電動機のトルク目標値と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は本発明の一実施形態に係る作業用車両の走行駆動装置の全体構成を示し、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にはブレーキ力を負荷するブレーキ装置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。

さらに、４０は走行駆動装置の制御手段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（ペダル踏み込み量）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操作量入力装置としての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、上記ブレーキ装置２３ａ，２３ｂに入力するようになっており、ブレーキ装置２３ａ，２３ｂは、ブレーキ操作量（ペダル踏み込み量）に応じて車輪２２ａ，２２ｂにブレーキ力を負荷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、及び油圧ポンプ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。

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ＨＳＴ１０の走行負荷トルクを推定し、ステップＳ４でこの推定したＨＳＴ１０の走行負荷トルクに走行用ステアリングポンプやエアコンなどの補機（図示せず）の駆動に必要な補機トルクを加算して車両の走行負荷トルクを算出する。ステップＳ３，Ｓ４により、車両の走行負荷トルクを推定する走行負荷トルク推定手段５０が構成されている。

続いて、ステップＳ５で電動機トルクの目標値を上記走行負荷トルクを越えない値に設定し、その後、ステップＳ６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操作を行ったときには、ステップＳ８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２以下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Ｓ９で車両の走行状態ないし減速条件により回生ブレーキ力を設定し、ステップＳ１０でこの設定した回生ブレーキ力に応じてＨＳＴ１０の油圧モータ１２の容量を増加させるように制御し、又は油圧ポンプ１１の容量を減少させるように制御する。それと同時に、ステップＳ１１で発電機トルクの目標値を設定し、ステップＳ１２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。

上記ステップＳ２又はＳ８の判定がＮＯのときには、ステップＳ７で発電・電動機３０は動作なしにし、リターンする。

次に、上記ステップＳ３〜Ｓ６の制御内容を詳細に説明するに、予め、エンジン１の回転数制御及び油圧ポンプ１１の制御を説明した後、ＨＳＴ走行負荷トルクの推定、走行負荷トルクの算出、電動機トルクの目標値設定の順で説明する。

（エンジンの回転数制御）
エンジン１は、ガバナ４２によりアクセル操作量に応じて調速制御される。このガバナ４２によるエンジン１の調速制御では、図３に示すように、アクセル操作量が大の場合は実線Ａ上で、アクセル操作量が中の場合は一点鎖線Ｂ上で、アクセル操作量が小の場合は破線Ｃ上でそれぞれエンジン回転数Ｎ_ｅが変化するように制御される。エンジン回転数Ｎ_ｅは、エンジン負荷トルクＴ_ｅとの関係によって決まり、例えばアクセル操作量が大の場合、図３中に示すように、エンジン負荷トルクＴ_ｅがＴ_ｅ１であればエンジン回転数Ｎ_ｅはＮ_ｅ１に、エンジン負荷トルクＴ_ｅがＴ_ｅ２であればエンジン回転数Ｎ_ｅはＮ_ｅ２になり、エンジン負荷トルクＴ_ｅがＴ_ｅ２からＴ_ｅ１へと増加すると、通常、エンジン回転数Ｎ_ｅはＮ_ｅ２からＮ_ｅ１へと若干低下する。尚、ガバナ４２の制御特性によってはＮ_ｅ１とＮ_ｅ２を同一回転数とするいわゆるアイソクロナス制御を行う場合もある。

ここで、発電・電動機３０がエンジン１と同軸上に設置される場合には発電・電動機３０の回転数は、エンジン１の回転数と一致するため、上記ガバナ４２によるエンジン１の調速制御によって制御される回転数と一致する。また、本実施形態の如く発電・電動機３０がエンジン１とパワーデバイダ２を介して連結される場合にはパワーデバイダ２の減速比がかかるが、結果的に発電・電動機３０の回転数がガバナ４２によるエンジン１の調速制御によって制御されることは、上記の場合と同様である。

（油圧ポンプの制御）
ＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１の容量ｑ_ｐは、図４に示すように、ガバナ４２により制御されるエンジン回転数Ｎ_ｅに応じて制御され、エンジン回転数Ｎ_ｅが高い場合は実線Ｄ上で、エンジン回転数Ｎ_ｅが中の場合は一点鎖線Ｅ上で、エンジン回転数Ｎ_ｅが低い場合は破線Ｆ上でそれぞれポンプ差圧Ｐが増大するに従って減少するように制御される。尚、油圧ポンプ１１の容量ｑ_ｐはハード的に最大値ｑ_ｐｍａｘがあるため、エンジン回転数Ｎ_ｅが高く、かつポンプ差圧ＰがＰ_ｃ以下では油圧ポンプ１１の容量ｑ_ｐにｑ_ｐｍａｘに固定される。また、ポンプ差圧Ｐに応じたポンプ容量ｑ_ｐの制御としては、圧力センサ４５ａ，４５ｂにより油圧ポンプ１１の吸入側と吐出側の差圧Ｐを検出して電気的に油圧ポンプ１１の容量制御を行っても良いし、油圧ポンプ１１の容量制御用のサーボピストンをポンプ差圧Ｐによって直接駆動することで油圧制御により油圧ポンプ１１の容量制御を行っても良い。

一般に、ＨＳＴ１０におけるポンプ差圧Ｐは、走行負荷が大きい場合、例えば加速や登坂などの場合に増大し、走行負荷が小さい場合、例えば定常走行や降坂などの場合に減少する。図４において、圧力Ｐ_１は走行負荷が高い場合の例であり、この時エンジン回転数Ｎ_ｅが高い場合は実線Ｄ上の圧力Ｐ_１に相当するポンプ容量ｑ_ｐ１となるように油圧ポンプ１１の容量が制御される。また、圧力Ｐ_２は走行負荷が小さい場合の例であり、この時エンジン回転数Ｎ_ｅが高い場合は実線Ｄ上の圧力Ｐ_２に相当するポンプ容量ｑ_ｐ２となるように油圧ポンプ１１の容量が制御される。

（ＨＳＴ走行負荷トルクの推定）
ＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１に作用するＨＳＴ走行負荷トルクＴ_ｈｓｔは、下記の式（１）により求められる。

Ｔ_ｈｓｔ＝（Ｎ×Ｐ×ｑ_ｐ）／（２×π×η_ｍｐ）（１）
但し、Ｎはパワーデバイダ２の減速比、η_ｍｐは油圧ポンプ１１の機械効率である。

この式（１）から分かるように、走行負荷が大きく、油圧ポンプ１１の差圧Ｐが大きいとＨＳＴ走行負荷トルクＴ_ｈｓｔが増加するが、エンジン１の最大トルクを越えるとエンストを起こす問題がある。このため、上述した油圧ポンプ１１の容量制御を行うこと、特に走行負荷が大きく油圧ポンプ１１の差圧Ｐが大きい場合にポンプ容量ｑ_ｐを下げるように油圧ポンプ１１の容量制御を行うことにより、走行負荷が大きく油圧ポンプ１１の差圧Ｐが大きい場合のＨＳＴ走行負荷トルクの増加を防ぎ、エンストの発生を回避する。

（走行負荷トルクの算出）
エンジン１と発電・電動機３０の両方に作用する走行負荷トルクＴ_ｌは、下記の式（２）により求められる。

Ｔ_ｌ＝Ｔ_ｈｓｔ＋Ｔ_ｈ（２）
但し、Ｔ_ｈは走行用ステアリングポンプやエアコンなどの補機トルクである。

上記式（１）及び式（２）から分かるように、走行負荷トルクＴ_ｌは、ＨＳＴ走行負荷トルクＴ_ｈｓｔを求め、これに補機トルクＴ_ｈを加算することにより求められる。ＨＳＴ走行負荷トルクＴ_ｈｓｔを求めるには、ポンプ差圧Ｐを圧力センサ４５ａ，４５ｂにより検出するとともに、図４に示すポンプ差圧Ｐとポンプ容量ｑ_ｐの関係よりポンプ容量ｑ_ｐを求めるか、あるいはポンプ傾転角センサなどによりポンプ容量ｑ_ｐを求め、これにより求めたポンプ差圧Ｐ及びポンプ容量ｑ_ｐと式（１）を用いることで、ＨＳＴ走行負荷トルクＴ_ｈｓｔを求めることができる。補機トルクＴ_ｈは、エンジン回転数の関数として表すことができるので、エンジン回転数と補機トルクとの関係を予め制御マップに組み込んでおけば算出できる。

ここで、走行負荷トルクＴ_ｌには、実際上はタイヤ転がり抵抗、車体空気抵抗、加速に伴う慣性力、道路勾配に伴う車体自重、ＨＳＴ１０や車軸２１ａ，２１ｂなどで構成されるパワートレーンのロスなどが含まれる。車体空気抵抗は車両速度により、慣性力は車両加速度によりそれぞれ決まるため、これらの要素をそれぞれ道路勾配、車両速度、車両加速度から推定し、それを基に、車体空気抵抗及び慣性力を含めた走行負荷トルクＴ_ｌを推定しても良い。車両加速度は加速度センサにより推定するか、アクセル操作の増加量から推定しても良い。また、油圧ポンプ１１の軸など出力軸のトルクを測定し、走行負荷トルクを求めても良い。さらに、エンジン燃料噴射量からエンジン１の出力トルクを推定するとともに、発電・電動機３０のトルクを加算することで動力源トルクを求め、走行負荷トルクを推定しても良い。

（電動機トルクの目標値設定）
電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒは、下記の式（３）によって定められる。

Ｔ_ｍｒ＜（Ｔ_ｌとＴ_ｍｍａｘの低位選択値）（３）

Ｔ_ｍｍａｘは発電・電動機３０の電動機としての機器の最大容量によって決まる最大トルクである。電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒは、式（３）のようにＴ_ｌとＴ_ｍｍａｘの低位選択値以下であれば任意に設定できるが、電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒが小さいと、減速時に運動エネルギーを回生した電力を発進・加速走行時に消費しきれないので、回生した電力を発進・加速走行中に十分に消費しきれるような値に設定することが好ましい。また、例えばバッテリ３３の蓄電量が低下するに従って電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒが小さくなるように設定しても良い。

また、一般にエンジン１の燃費率（単位時間、単位出力当たりの燃料の消費量）は、図５に示すように、エンジン負荷トルクＴ_ｅが低下しエンジン負荷率が低下すると、特に負荷率の低い領域で急激に燃費率が高くなり、悪化する傾向がある。エンジン負荷トルクＴ_ｅは、走行負荷トルクＴ_ｌから電動機トルクＴ_ｍを減じた値となるため、電動機トルクＴ_ｍを大きくし過ぎると、エンジン燃費率が悪化してしまい、燃費の改善効果が損なわれる。従って、エンジン負荷トルクＴ_ｅ（＝Ｔ_ｌ−Ｔ_ｍ）がエンジン燃費率が悪化するトルクＴ_ｅｍｉｎ以下とならないように設定することが好ましい。

図６（ａ）は、発電・電動機３０が動作していない状態において、ポンプ差圧が走行負荷の高い状態であるＰ_１の場合に相当するエンジン負荷トルクＴ_ｅ１と、走行負荷の低い状態であるＰ_２の場合に相当するエンジン負荷トルクＴ_ｅ２のときの、アクセル操作量が大でのトルクとエンジン回転数を示している。この場合、発電・電動機３０が動作していないので、エンジン負荷トルクＴ_ｅは走行負荷トルクＴ_ｌに一致し、Ｐ_１とＴ_ｅ１、Ｐ_２とＴ_ｅ２の関係はそれぞれ上記式（１）、式（２）の関係に従う。

これに対し、図６（ｂ）は、走行負荷が高く、ポンプ差圧がＰ_１、走行負荷トルクがＴ_ｌ１の場合で、かつバッテリ３３の蓄電量が設定値以上の場合に、発電・電動機３０を電動機として動作させた場合を示している。電動機トルクは、上述の如く目標トルクＴ_ｍｒ１となるように制御される。同様に、図６（ｃ）は走行負荷が低く、ポンプ差圧がＰ_２、走行負荷トルクがＴ_ｌ２の場合であり、電動機トルクは、Ｔ_ｌ２を超えない目標トルクＴ_ｍｒ２となるように制御される。

従って、以上のような制御によれば、図６（ｂ）に示すように、エンジン負荷トルクＴ_ｅは、発電・電動機３０が動作しない場合のトルクＴｅ１から、発電・電動機３０を電動機として動作させ、そのトルク目標値Ｔ_ｍｒ１で制御した場合Ｔ_ｅ１−Ｔ_ｍｒ１に低下する。このエンジン負荷トルクＴ_ｅの低下に伴いエンジン動力が低下するため、エンジン１の消費燃料を低下させることができ、燃費の向上を図ることができる。

また、仮に電動機トルクＴ_ｍｒ１が走行負荷トルクＴ_ｌ１を上回った場合を考えると、エンジン負荷トルクＴ_ｌ１−Ｔ_ｍｒ１がマイナスになる。この場合、エンジン１はガバナ４２による調速制御の領域を外れ、ガバナ４２は燃料噴射をカットするよう制御するため、エンジン１は自身での駆動力がなくなり、電動機として動作する発電・電動機３０により外部駆動される状態となる。この場合、発電・電動機３０の電動機トルクが増加するに従って、エンジン１の回転数はガバナ４２による調速制御の領域を更に逸脱し、エンジン１が過回転の状態になる。これに対し、本実施形態の上述した制御によれば、発電・電動機３０の電動機トルクは、走行負荷トルクを上回らないように制御されるため、エンジン１の回転数がガバナ４２による調速制御の領域から逸脱することはなく、エンジン１が過回転の状態になることを防止することができる。

さらに、本実施形態の上述した制御によれば、運転者がアクセル操作量を増加し、かつバッテリ３３の蓄電量が設定値以上の場合には発電・電動機３０が電動機として動作するが、エンジン１及び発電・電動機３０の回転数は、カバナ４２によるエンジン１の調速制御によって制御され、エンジン１及び発電・電動機３０のトルクは、コントローラ４０による発電・電動機３０のトルク制御によって制御される。このため、従来提案のものの如くエンジン１の制御と発電・電動機３０の制御とが干渉することはなく、制御を安定かつ確実に行うことができる。

次に、上記の式（１）〜（３）による電動機トルクの目標値設定をより簡易に行うため、車両の走行負荷トルクを推定する走行負荷トルク推定手段５０の別の態様について、図７を参照しながら説明する。

すなわち、例えば図７（ａ）に示すようなポンプ差圧Ｐとエンジン回転数とから電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒを設定するための制御マップを予め作成し記憶しておき、ポンプ差圧Ｐ及びエンジン回転数の測定値より直ちに電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒを設定してトルク制御を行うことが好ましい。ここで、エンジン回転数が高い場合、図４を用いて既に説明したように、ポンプ差圧Ｐ_ｃ以下ではポンプ容量ｑ_ｐはｑ_ｐｍａｘであり、ポンプ差圧Ｐ_ｃ以上ではポンプ差圧Ｐが増加するに従って、ポンプ容量ｑ_ｐが減少する。このポンプ容量ｑ_ｐの減少の仕方は、一般にポンプ回転数が一定であれば、ポンプ容量ｑ_ｐとポンプ差圧Ｐの積が一定になるようにポンプ容量ｑ_ｐを減少させる方法が採られる場合が多い。その場合、上記の式（１）から分かるように、ポンプ差圧ＰがＰ_ｃ以上では、ポンプ容量ｑ_ｐとポンプ差圧Ｐの積が一定であればＨＳＴ走行負荷トルクＴ_ｈｓｔは一定となる。一方、ポンプ差圧ＰがＰ_ｃ以下では、ポンプ容量ｑ_ｐがｑ_ｐｍａｘで一定となるため、式（１）により、ＨＳＴ走行負荷トルクＴ_ｈｓｔは、ポンプ差圧Ｐの増加に応じて増加する。以上のことから、エンジン回転数が高い場合には、図７（ａ）に実線Ｈで示すように、ポンプ差圧ＰがＰ_ｃ以下では電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒを差圧Ｐに応じて増加させ、ポンプ差圧ＰがＰ_ｃ以上では一定とすると、電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒは、ＨＳＴ走行負荷トルクＴ_ｈｓｔの増加に応じて増加することになり、マッチングが良くなる。エンジン回転数が低い場合には、エンジントルクが減少するため、電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒもそれに応じて減少させる必要がある。このため、電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒは、エンジン回転数が中の場合一点鎖線Ｉで、エンジン回転数が低い場合破線Ｊでそれぞれ示すようなものになる。尚、エンジン回転数の代わりにアクセル操作量を用いた場合でも、上述のようにエンジン回転数はアクセル操作量に応じてガバナ４２により制御されているため、同様な効果が得られる。

また、ポンプ差圧Ｐが低い領域では、走行負荷トルクが小さく、電動機のアシストは余り必要でないため、図７（ｂ）に示すように、ポンプ差圧Ｐが低い領域では、発電・電動機３０を動作させず、所定の圧力を超えてから電動機として動作させても良い。また、アクセル操作量が小さい領域は、一般に走行負荷が小さい場合が多く、このような場合にも発電・電動機３０を同様に動作させず、アクセル操作量が所定値を越えてから電動機として動作させても良い。尚、図７（ｂ）中、実線Ｍはエンジン回転数が高い場合を示すものであり、一点鎖線Ｎはエンジン回転数が中の場合を示すものである。

尚、走行負荷トルク推定手段として上記と別の方法を用いた場合でも、同様に電動機トルクの目標値設定のための制御マップを作成し、推定した走行負荷トルクが増加するに従って電動機トルクの目標値Ｔ_ｍｒが走行負荷トルクを越えない範囲でその目標値Ｔ_ｍｒを設定してトルク制御をすれば同様の効果が得られる。

次に、図２中のステップＳ９〜Ｓ１２の制御内容及びそれによる効果について説明する。

発電・電動機３０を発電機として動作させる場合、コントローラ４０は、車軸２１ａ，２１ｂ側から入力される車両の慣性力をＨＳＴ１０により回生する。この回生時にはＨＳＴ１０の油圧モータ１２は、車両の慣性力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。油圧ポンプ１１は上記油圧モータ１２からの圧油を受けて油圧モータとして動作し、エンジン１及び発電・電動機３０を駆動する。この時の油圧ポンプ１１の回転数ω_ｐは、下記の式（４）に示すように、車速Ｖと油圧モータ容量ｑ_ｍ及びポンプ容量ｑ_ｐの関数になる。

ω_ｐ＝η_ｖｐ×η_ｖｍ×（Ｖ／Ｒ）×Ｎ_ａｘ×（ｑ_ｍ／ｑ_ｐ）（４）
但し、η_ｖｐはポンプ容積効率、η_ｖｍはモータ容積効率、Ｒはタイヤ半径、Ｎ_ａｘは車軸減速比である。

回生時にはエンジン１及び発電・電動機３０は回生動力により駆動されるため、これらの回転数は、上述したアクセル操作量が増加しているときのようにガバナ４２の調速制御によって回転数が決まるものではなく、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回転数になる。

また、発電・電動機３０が発電機として動作する場合の回生される電力Ｐ_ｇは、下記の式（５）のようになる。

Ｐ_ｇ＝η_ｇ×Ｔ_ｇ×ω_ｇ＝η_ｇ×Ｔ_ｇ×（Ｎ_ｇ×ω_ｐ）（５）
但し、Ｔ_ｇは発電機トルク、ω_ｇは発電機回転数、η_ｇは発電効率、Ｎ_ｇは油圧ポンプ１１と発電・電動機３０との間の減速比である。

上記の式（５）から分かるように、回生電力Ｐ_ｇを増加させるには、発電機トルクＴ_ｇを増加させるか、あるいは発電機回転数ω_ｇを増加させることが良い。また、発電機回転数ω_ｇは、ポンプ回転数ω_ｐに対し油圧ポンプ１１と発電・電動機３０との間の減速比Ｎ_ｇを乗じた値となるため、発電機回転数ω_ｇを増加させるにはポンプ回転数ω_ｐを増加させれば良く、そのためには、上記の式（４）から分かるように、油圧モータ１２の容量ｑ_ｍを増加させるか、あるいは油圧ポンプ１１の容量ｑ_ｐを減少させることが良い。

以上のことから、回生電力Ｐ_ｇを増加させるには、発電機トルクの目標値を増加させるか、油圧モータ１２の容量ｑ_ｍを増加させるか、油圧ポンプ１１の容量ｑ_ｐを減少させるように制御すれば良い。回生電力を増加させると、回生により発生する回生ブレーキ力が増加する。回生ブレーキ力の調整は、車両の減速フィーリングとの兼ね合いによって決まり、減速時の走行条件である減速条件に応じて必要な場合には、以上のような方法で回生電力を増加させ、回生ブレーキ力を増加させると良い。

回生ブレーキ力を増加させる減速条件としては、例えば車両の走行中に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において、ブレーキ入力があるときはブレーキ入力がないときに比して、回生ブレーキ力を増加させるか、あるいはブレーキ操作量の増加に応じて回生ブレーキ力を増加させるか、車速が高いほど回生ブレーキ力を増加させるか、平地走行時に比して降坂時に回生ブレーキ力を増加させるか、あるいはスイッチ等によりブレーキ力増加の指令があった場合に回生ブレーキ力を増加させることとすれば良い。

以上のことがステップＳ９〜Ｓ１２による制御内容の意味するところである。また、このような制御によれば、回生ブレーキ力の増加が必要な場合に油圧モータ１２の容量ｑ_ｍが増加し、あるいは油圧ポンプ１１の容量ｑ_ｐが減少するとともに、発電機トルクの目標値が増加することから、発電・電動機３０を発電機として動作させる場合の回生電力を効率的に増加させることができ、効率的な動力回生を行うことができるという効果を奏するばかりでなく、走行状態や運転者の操作に応じてブレーキ力を適切に調整することができ、良好な減速フィーリングが得られるという効果をも奏する。

尚、本発明は上記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。例えば上記実施形態では、エンジン１の出力軸に、動力分配装置としてのパワーデバイダ２を介して、ＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１と並列状態に発電・電動機３０を連結する場合について述べたが、本発明は、エンジン１の出力軸にＨＳＴ１０の油圧ポンプ１１と同軸で発電・電動機３０を連結する場合にも同様に適用することができ、同様な効果を奏するものである。

また、蓄電装置としては、実施形態の如きバッテリ３３に限らず、キャパシタを用いても良い。同様に、アクセル操作量入力装置及びブレーキ操作量入力装置としては、それぞれ実施形態の如きペダル式の入力装置であるアクセルペダル装置４１及びブレーキペダル装置４３に限らず、レバー式など他の入力装置を用いても良い。

さらに、上記実施形態では、ＨＳＴ１０により一軸上の左右の車軸２１ａ，２１ｂを駆動する場合について述べたが、本発明は、二軸以上の車軸を駆動する場合、また一軸上の２輪以上の偶数の車輪２２ａ，２２ｂを有する場合などにも同様に適用できるのは勿論である。

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
３０発電・電動機
３３バッテリ（蓄電装置）
４０コントローラ（制御手段）
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（ブレーキ操作量入力装置）
４５ａ，４５ｂ圧力センサ
５０走行負荷トルク推定手段

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油圧ポンプと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回転数を制御するように調速制御を行うガバナと、運転者が操作するブレーキ操作量入力装置とを備え、
更に、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又は動力分配装置を介して連結された、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、
車両の走行負荷トルクを推定する走行負荷トルク推定手段と、
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、又は上記ブレーキ操作量入力装置によりブレーキ操作を行った場合であり、かつ上記蓄電装置の蓄電量が所定値以下の場合には、車両の減速エネルギーを上記油圧駆動装置を介して回生することにより、上記発電・電動機により発電し、この発電した電力を上記蓄電装置に蓄電するように制御し、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増加しかつ上記蓄電装置の蓄電量が所定値以上の場合には、この蓄電装置の電力により上記発電・電動機を電動機として動作させ、その際の目標トルクが上記走行負荷トルク推定手段により推定された走行負荷トルクを越えないように上記発電・電動機の駆動トルクを制御する制御手段とを備えており、
上記走行負荷トルク推定手段は、油圧駆動装置の油圧ポンプの吸入側と吐出側の差圧を圧力センサで測定し、その測定値に基づいて車両の走行負荷トルクを推定するように設けられていることを特徴とする作業車両。
上記制御手段は、車両の減速エネルギーを油圧駆動装置を介して回生するに当たり、車両の走行状態に応じて、発電・電動機を発電機として動作させる際の目標トルクを増加させること、又は油圧駆動装置の油圧モータの容量を増加若しくは油圧ポンプの容量を減少させることで回生ブレーキ力を増加させるように設けられている請求項１記載の作業車両。