JP6223291B2 - Hybrid work vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッド式作業車両に関する。 The present invention relates to a hybrid work vehicle.
従来から、オペレータによるレバー操作量とエンジンの回転数とに基づいて油圧ポンプの吐出量を制御することによって、操作量に応じた操作速度で油圧アクチュエータを駆動するハイブリッド式のホイールローダが知られている(たとえば特許文献1)。 Conventionally, a hybrid type wheel loader that drives a hydraulic actuator at an operation speed according to an operation amount by controlling a discharge amount of a hydraulic pump based on a lever operation amount by an operator and an engine speed is known. (For example, Patent Document 1).
しかしながら、作業の形態によっては、オペレータによるレバー操作時に油圧アクチュエータを即座に駆動させるために必要となる油圧ポンプの吐出量を得ることができず、油圧アクチュエータを高い応答性にて高速駆動できないという問題がある。 However, depending on the type of work, it is not possible to obtain the discharge amount of the hydraulic pump required to immediately drive the hydraulic actuator during lever operation by the operator, and the hydraulic actuator cannot be driven at high speed with high responsiveness. There is.
請求項1の発明によるハイブリッド式作業車両は、エンジンで駆動される発電電動機と、前記発電電動機の電力で駆動される走行電動機と、前記エンジンで駆動される可変容量油圧ポンプと、前記可変容量油圧ポンプから吐出される圧油で駆動される油圧アクチュエータと、要求トルク指令を出力するアクセルペダルと、ポンプ要求流量指令を出力する作業操作部材と、前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を所定値増加させる増加指令を出力する増加指令部材と、前記ポンプ要求流量指令及び前記増加指令を受けて、前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記増加指令部材がオン操作されていない場合には、前記作業操作部材の操作量が閾値O1から前記閾値O1より大きい閾値O2までの間、前記可変容量油圧ポンプの要求流量が所定値Q0で一定になるよう前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、前記作業操作部材の操作量が前記閾値O2から前記閾値O2より大きい閾値O3までの間、前記作業操作部材の操作量が大きくなるに連れて、前記可変容量油圧ポンプの要求流量が前記所定値Q0から所定値Qxまで大きくなるよう前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、前記作業操作部材の操作量が前記閾値O3を超えると、前記作業操作部材の操作量と、前記可変容量油圧ポンプの要求流量とが比例する特性で前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、前記増加指令部材がオン操作されている場合には、前記作業操作部材の操作量が前記閾値O1から前記閾値O3までの間、前記可変容量油圧ポンプの要求流量が前記所定値Qxで一定になるよう前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、前記作業操作部材の操作量が前記閾値O3を超えると、前記増加指令部材がオン操作されていない場合と同じ、前記作業操作部材の操作量と、前記可変容量油圧ポンプの要求流量とが比例する特性で前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御する。
請求項2の発明は、請求項1に記載のハイブリッド式作業車両において、前記制御部は、前記ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を実行中に前記増加指令が入力されると、前記ポンプ要求流量指令および前記増加指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を開始し、その後、前記増加指令が入力されたときは、前記ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を実行する。
請求項3の発明は、請求項1に記載のハイブリッド式作業車両において、前記制御部は、前記増加指令が入力されると、前記ポンプ要求流量指令および前記増加指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を開始し、前記増加指令の入力から所定時間以上経過したとき、前記ポンプ要求流量指令と前記増加指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を中止して、前記ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を実行する。
請求項4の発明は、請求項3に記載のハイブリッド式作業車両において、前記所定時間を設定する設定部をさらに備える。
A hybrid work vehicle according to a first aspect of the invention includes a generator motor driven by an engine, a travel motor driven by electric power of the generator motor, a variable displacement hydraulic pump driven by the engine, and the variable displacement hydraulic pressure. A hydraulic actuator driven by pressure oil discharged from the pump, an accelerator pedal that outputs a required torque command, a work operation member that outputs a pump required flow command, and the displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is increased by a predetermined value. An increase command member that outputs an increase command to be performed, and a control unit that receives the pump request flow rate command and the increase command and controls a displacement volume of the variable displacement hydraulic pump, the control unit including the increase command When the command member is not turned on, the operation amount of the work operation member is between the threshold value O1 and the threshold value O2 that is larger than the threshold value O1. The displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is controlled so that the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump becomes constant at a predetermined value Q0, and the operation amount of the work operation member is increased from the threshold value O2 to a threshold value O3 greater than the threshold value O2. During this time, the displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is controlled so that the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump increases from the predetermined value Q0 to the predetermined value Qx as the operation amount of the work operation member increases. When the operation amount of the work operation member exceeds the threshold value O3, the displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is controlled with a characteristic in which the operation amount of the work operation member is proportional to the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump. When the increase command member is turned on, the variable displacement hydraulic pump is required to operate while the operation amount of the work operation member is between the threshold value O1 and the threshold value O3. When the displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is controlled so that the flow rate becomes constant at the predetermined value Qx, and when the operation amount of the work operation member exceeds the threshold value O3, the increase command member is not turned on The displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is controlled with the same characteristic that the operation amount of the work operation member is proportional to the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump .
A second aspect of the present invention, the hybrid type working vehicle according to
The invention according to
According to a fourth aspect of the present invention, the hybrid work vehicle according to the third aspect further includes a setting unit for setting the predetermined time.
本発明によれば、増加指令部材による指示に応じて、油圧アクチュエータの応答性を高めることができる。 According to the present invention, the responsiveness of the hydraulic actuator can be enhanced in response to an instruction from the increase command member.
本発明によるハイブリッド式作業車両は、アクセルペダルの踏込量に応じた発電電動機の発電電力で走行電動機が駆動されて走行する。また、操作装置の操作量に応じたポンプ要求流量に基づいて可変容量油圧ポンプの押除け容積とエンジン回転数が決定される。作業用油圧アクチュエータは可変容量油圧ポンプから吐出される圧油で駆動される。この種のハイブリッド式作業車両では、従来のトルコン式ホイールローダやHST式ホイールローダとは異なり掘削作業中にアクセルペダルによりエンジン回転数を増減することができない。そのため、たとえばバケットから雪などの粘度の高い積載物を放土する際、一時的にバケットを急速度でダンプする作業においては操作装置を急操作してもバケットの急操作ができない。本発明によるハイブリッド式作業車両は、このような問題を解決するものである。図面を参照しながら、本発明の実施の形態によるハイブリッド式作業車両について説明する。
図1は実施の形態のハイブリッド式作業車両200の一例として示されるホイールローダの外観側面図であり、図2はハイブリッド式作業車両200の主要構成を示す回路ブロック図である。
The hybrid work vehicle according to the present invention travels with the traveling motor driven by the power generated by the generator motor according to the amount of depression of the accelerator pedal. Further, the displacement volume and the engine speed of the variable displacement hydraulic pump are determined based on the pump request flow rate corresponding to the operation amount of the operating device. The working hydraulic actuator is driven by pressure oil discharged from a variable displacement hydraulic pump. In this type of hybrid work vehicle, unlike conventional torque converter type wheel loaders and HST type wheel loaders, the engine speed cannot be increased or decreased by an accelerator pedal during excavation work. For this reason, for example, when dumping a high-viscosity load such as snow from a bucket, the bucket cannot be operated suddenly even if the operation device is operated suddenly in an operation of temporarily dumping the bucket at a rapid speed. The hybrid work vehicle according to the present invention solves such a problem. A hybrid work vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external side view of a wheel loader shown as an example of a
図1に示すように、ハイブリッド式作業車両200は、アーム201、バケット20、前輪18a,18b等を有する前部車体202と、運転室19、後輪18c,18d等を有する後部車体203とを有する。アーム201はアームシリンダ13の駆動により上下方向に回動(俯仰動)し、バケット20はバケットシリンダ14の駆動により上下方向に回動(ダンプまたはクラウド)する。なお、前輪18a,18bと後輪18c,18dについて、総称する場合には車輪18として説明する。
As shown in FIG. 1, a
前部車体202と後部車体203とは、不図示の連結軸により互いに回動自在に連結されている。このハイブリッド式作業車両200は、連結軸にて前部車体202と後部車体203とが屈曲されるアーティキュレート式の作業車両である。前部車体202と後部車体203には、連結軸を中心とする一対のステアリングシリンダ(以下、ステアリングシリンダ)12の一端と他端とが、それぞれ回転可能に係止されている。後述する油圧装置により一対のステアリングシリンダ12のうち一方を伸長、他方を縮退させることにより、前部車体202と後部車体203とをそれぞれ連結軸を中心に回転させる。これにより、前部車体202と後部車体203との相対的な取付角度が変化し、車体が屈曲して換向する。
The
図2に示すように、ハイブリッド式作業車両200は、エンジン1、エンジン1の駆動を制御するエンジン制御装置(以下、エンジンコントローラ)2、蓄電装置(以下、キャパシタ)3、コンバータ4、発電電動機5、発電インバータ6、走行電動機7F,7R、走行インバータ8F,8R、油圧ポンプ9、操作装置31、シフトスイッチ40および吐出容量増加スイッチ41を備えている。またハイブリッド式作業車両200は、以上の構成部を制御する主制御装置(以下、メインコントローラ)100を備えている。
As shown in FIG. 2, the
油圧ポンプ9はハイブリッド式作業車両200の各油圧アクチュエータ、すなわちステアリングシリンダ12、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14に圧油を供給する可変容量型油圧ポンプである。油圧ポンプ9の回転軸はエンジン1の駆動軸と同軸上に設けられている。油圧ポンプ9がエンジン1により駆動されると、オイルタンク10の作動油がコントロールバルブ11を介してステアリングシリンダ12、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14に供給される。コントロールバルブ11は、ステアリングシリンダ12、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14のボトム室またはロッド室への作動油の流れを制御する制御弁である。コントロールバルブ11は、運転室19内に設置された操作装置31から出力される信号(油圧信号または電気信号)によって制御される。油圧ポンプ9からコントロールバルブ11に導かれた作動油は、操作装置31の操作に応じてステアリングシリンダ12、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14に分配される。
The hydraulic pump 9 is a variable displacement hydraulic pump that supplies pressure oil to each hydraulic actuator of the
発電電動機5は、エンジン1の駆動軸と同軸上にある回転軸にロータが取り付けられ、ロータの外周にステータが配置されている。発電電動機5は発電機モードと電動機モードのいずれかのモードで駆動される。発電機モードが選択されているとき、発電電動機5は、エンジン1によってロータが回転することにより発電する。発電インバータ6は発電電動機5で発電された交流電力を所定電圧の直流電力に変換する。電動機モードが選択されているとき、発電電動機5は、発電インバータ6から交流電力が供給されて電動機として機能する。発電電動機5の回転軸はエンジン1の回転軸と油圧ポンプ9の回転軸に連結されている。そのため、発電電動機5の出力トルクは油圧ポンプ9に与えられる。
In the
コンバータ4は、キャパシタ3に蓄電された電荷により得られる直流電力を所定電圧に昇圧して、発電電動機5、走行電動機7F,7Rに供給する。コンバータ4は、後述するメインコントローラ100により制御される。
なお、キャパシタ3に代えて、たとえば鉛蓄電池や、リチウムイオンバッテリのような2次電池を用いてもよい。
The converter 4 boosts DC power obtained from the electric charge stored in the
Instead of the
走行電動機7F,7Rは、キャパシタ3および発電電動機5に電力線を介して接続され、キャパシタ3および発電電動機5の一方、または双方から供給される電力によって車輪18を駆動する。走行加速時には、走行電動機7F,7Rは、後述する走行インバータ8F,8Rにより力行駆動される。力行駆動により発生した力行トルクはプロペラシャフト15f,15r、ディファレンシャルギア16f,16rおよびドライブシャフト17a,17b,17c,17dを介して前輪18a,18bおよび後輪18c,18dへと伝えられ、ハイブリッド式作業車両200が加速する。走行制動時には、走行電動機7F,7Rが発生した回生トルク(制動トルク)は、車輪18へと伝えられ、ハイブリッド式作業車両200が減速する。
The
走行インバータ8F,8Rは、走行加速時には走行電動機7F,7Rに交流走行駆動電力を供給してそれぞれ駆動する。また、走行インバータ8F,8Rは、走行制動時に走行電動機7F,7Rで発生した回生電力(交流電力)を所定電圧の直流電力に変換してキャパシタ3に供給する。コンバータ4、発電インバータ6および走行インバータ8F,8Rは、同一の電力線に接続され、相互に電力の供給が可能となるように構成されている。また、コンバータ4は、電力線に取り付けられた平滑コンデンサ(不図示)の直流電圧(DC電圧)を監視し、この平滑コンデンサのDC電圧を一定に保つようにキャパシタ3の充放電を制御する。
Traveling
運転室19に設けられた操作装置31は、ステアリングホイール、リフトレバー、バケットレバー等を含んで構成される。ステアリングホイールはステアリングシリンダ12を伸縮させる際に操作される。オペレータはステアリングホイールを操作することで、ステアリングシリンダ12を伸縮させてハイブリッド式作業車両200の操舵角を調整して、ハイブリッド式作業車両200を旋回させる。リフトレバーはリフトシリンダ13を伸縮する際に操作される。バケットレバーはバケットシリンダ14を伸縮する際に操作される。オペレータはリフトレバー、バケットレバー等を操作することにより、アームシリンダ13およびバケットシリンダ14を伸縮させて、バケット20の高さと傾きとを制御し、掘削および荷役作業を行う。
The operating
運転室19には、シフトスイッチ40、図示しないアクセルペダル、ブレーキペダル、前後進スイッチ操作部が設けられている。オペレータはシフトスイッチ40を操作することによって、たとえば1速〜3速の間で速度段を設定することができる。シフトスイッチ40は、設定された速度段を示す信号(速度段信号)を後述するメインコントローラ100へ出力する。オペレータは、上記のシフトスイッチ40、アクセルペダル、ブレーキペダル、前後進スイッチ操作部を操作することによって、車輪18を駆動してハイブリッド式作業車両200を走行させることができる。アクセルペダルの踏込量はアクセルペダル踏込量に応じアクセル信号を出力するセンサ290で検出され、ブレーキペダルの踏込量はブレーキペダル踏込量に応じたブレーキ信号を出力するセンサ291で検出される。それらのセンサ290,291は、オペレータによる操作量、すなわち踏込量に応じて、それぞれアクセル信号とブレーキ信号とを後述するメインコントローラ100へ出力する。また、前後進スイッチ操作部が前進側または後進側に操作されたことは前後進スイッチ292により検出され、この前後進スイッチ292は前進信号または後進信号をメインコントローラ100に送信する。
The cab 19 is provided with a
なお、本実施の形態のハイブリッド式作業車両200は、ブレーキペダルの操作に応じて油圧ブレーキ制御弁35a,35bに所定の油圧力が導入され、ディスクブレーキである油圧ブレーキ36a,36bにより摩擦力で車輪18a,18bの回転を機械的に制動する。そして、上述した走行電動機7F,7Rの回生トルクによる回生制動力も加味される。
In the
吐出容量増加スイッチ41も運転席19内に設けられる。オペレータは吐出容量増加スイッチ41をオン操作することによって、操作装置31の操作量にかかわらず油圧ポンプ9から吐出される圧油の吐出容量を増加させることができる。吐出容量増加スイッチ41が再度オペレータによって操作(オフ操作)されると、油圧ポンプ9から吐出される圧油の吐出容量の増加を終了させることができる。なお、ハイブリッド式作業車両200を起動させるタイミングにおいては、吐出容量増加スイッチ41は常にオフ位置にセットされる。また、吐出容量増加スイッチ41のオン操作に応じて油圧ポンプ9からの圧油の吐出容量が増加されてから、所定時間が経過した場合に圧油の吐出容量の増加を終了させるものも本発明の一態様に含まれる。この場合、メインコントローラ100は、オペレータによる設定操作に応じて所定時間を設定することができる。
A discharge
速度センサ21は、ハイブリッド式作業車両200の走行速度を検出して、速度信号をメインコントローラ100へ出力し、モータ回転数センサ22は、走行電動機7F,7Rの回転数を検出して、モータ回転数信号をメインコントローラ100へ出力する。
The
メインコントローラ100は、CPU、ROM、RAMなどを有し、制御プログラムに基づいてハイブリッド式作業車両200の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行したりする演算回路である。メインコントローラ100は、上述したアクセルペダル踏込量センサ290、ブレーキペダル踏込量センサ291、シフトスイッチ40からそれぞれ入力したアクセル信号とブレーキ信号と速度段信号とを用いて車速制御を行う。メインコントローラ100は、上述した吐出容量増加スイッチ41からオン操作に応じた操作信号を入力すると、油圧ポンプ9から吐出される圧油の吐出容量を増加させるための制御を行う。このような制御中に、ふたたび吐出容量増加スイッチ41がオン操作されると、ポン要求量増加制御は中止される。
The
図3に示すように、メインコントローラ100は、蓄電管理部110と、油圧要求演算部120と、走行要求演算部130と、出力管理部140と、目標回転数演算部150と、発電電動機制御部160と、傾転角制御部170と、走行電動機・ブレーキ制御部180と、ブレーキ制御部190とを機能的に備える。
As shown in FIG. 3, the
以下の数式(1)〜(14)で用いる主な表記は以下のとおりである。
「トルク」 Trq
「出力」 Pwr
「ポンプ」 Ppmp
「走行」 drv
「アクセル」 acc
「発電」 gen
「要求」 req
「指令(目標値)」 t
「走行電動機」、「回生電力」 mot
Main notations used in the following mathematical formulas (1) to (14) are as follows.
"Torque" T rq
“Output” P wr
"Pump" P pmp
"Running" drv
"Accel" acc
"Power generation" gen
"Request" req
“Command (target value)” t
“Travel motor”, “Regenerative power” mot
油圧要求出力 Pwr_pmp_req …(1)式
アクセル要求トルク Tr_acc_req …図6のアクセル要求トルクマップ
走行要求トルク Trq_drv_req …(2)式
走行要求出力 Pwr_drv_req …(3)式
エンジン出力指令 Pwr_eng_t …(9)式
回生電力低減指令 dPwr_mot_t …(6)式
発電出力指令 Pwr_gen_t …(8)式
発電電動機トルク指令 Trq_gen_t …(10)式
走行電動機トルク指令 Trq_mot_t …(12)式
エンジン回転数指令 Neng_t
制動トルク指令 Trq_brk_t …(13)式
エンジン回転数 Neng
走行電動機回転数 Nmot
Hydraulic pressure required output P wr_pmp_req (1) Accelerator required torque T r_acc_req ... Accelerator required torque map of FIG. 6 Travel required torque T rq_drv_req (2) Formula Travel required output P wr_drv_req (3) Engine output command P wr_eng_t 9) Formula Regenerative power reduction command dP wr_mot_t (6) Formula Power generation output command P wr_gen_t (8) Formula Generator motor torque command T rq_gen_t (10) Formula Running motor torque command T rq_mot_t (12) Formula Engine speed command N eng_t
Brake torque command T rq_brk_t (13) Engine speed N eng
Running motor speed N mot
−許容充電電力−
蓄電管理部110は、キャパシタ3の許容充電電力を演算して出力演算部140に出力する。蓄電管理部110には、コンバータ4で検出されるキャパシタ3の蓄電電圧が入力される。蓄電管理部110は、コンバータ4から入力したキャパシタ3の蓄電電圧と、メインコントローラ100内の記憶装置(不図示)に記憶された許容充電電力マップとに基づいて、キャパシタ3の許容充電電力を算出する。
-Allowable charging power-
The power storage management unit 110 calculates the allowable charging power of the
図4に許容充電電力マップの一例を示す。図4では、Vcmin、Vcmaxはそれぞれキャパシタ3が劣化しにくい使用範囲における最低電圧、最高電圧である。許容充電電力マップは、キャパシタ3の蓄電電圧が最高電圧Vcmaxを超えないように、許容充電電力が最高電圧Vcmax付近で0以下になるように設定されている。一方、図4において、Icmaxはコンバータ4の最大電流制限に基づいて設定される。許容充電電力マップは、充電電流が最大電流制限Icmaxを超えないように蓄電電圧が低いほど許容充電電力が小さくなるようにも設定されている。
なお、上記は充電時における例を説明するものであるが、放電時においても同様の演算が成される。
FIG. 4 shows an example of the allowable charging power map. In FIG. 4, Vcmin and Vcmax are the lowest voltage and the highest voltage in the use range where the
In addition, although the above demonstrates the example at the time of charge, the same calculation is performed also at the time of discharge.
−油圧要求演算部120−
油圧要求演算部120は、油圧ポンプ9の油圧要求出力Pwr_pmp_reqを演算する。油圧要求演算部120には、リフトレバーおよびバケットレバー、すなわち操作装置31からレバー信号が入力され、油圧ポンプ9とコントロールバルブ11との間に設けられた圧力センサ(不図示)からポンプ圧ppmpが入力される。なお、説明を簡略化するため、ステアリングホイールの操作およびステアリングシリンダ12の動作については演算に含めないものとする。
-Hydraulic demand calculation unit 120-
The hydraulic pressure
図5は、ポンプ要求流量マップの一例を示す図である。ポンプ要求流量マップは、レバー信号にポンプ要求流量がほぼ比例するように設定され、メインコントローラ100の記憶装置(不図示)に記憶されている。ポンプ要求流量マップは、リフトレバー用とバケットレバー用の2つが設定されている。操作装置31の操作量に対するリフトアームやバケットの操作量の最適値は異なるからである。なお、共通のマップとしてもよい。
油圧要求演算部120は、受信したレバー信号とポンプ要求流量マップとに基づいて、ポンプ要求流量qpmp_reqを算出する。そして油圧要求演算部120は、算出したポンプ要求流量qpmp_reqと、受信したポンプ圧力ppmpとポンプ増加流量ΔqQupとエンジン回転数Nengを用いて、以下の(1)式により油圧要求出力Pwr_pmp_reqを算出する。
Pwr_pmp_req={qpmp_req+sign(Qupsw)・ΔqQup}・ppmp…(1)
なお、ポンプ増加流量ΔqQupは後述する所定値として設定され、signは符号関数であり、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されている場合はsign(Qupsw)が「1」となり、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されていない場合はsign(Qupsw)が「0」となる。
なお、説明を簡略化するため、油圧ポンプ9の効率は考慮しないものとし、以下の計算式においても同様に油圧ポンプ9の効率は含まれない。また、リフトレバーとバケットレバーが同時操作されることもあり、その場合のポンプ要求流量は、それぞれのレバーからの要求流量のうちの大流量側を選択することにより決定される。なお、両操作レバーの操作と車体による作業状態とに基づいて、それぞれの操作レバーの操作量により要求されるポンプ要求流量を選択するようにしても良い。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a pump request flow map. The pump request flow map is set so that the pump request flow is substantially proportional to the lever signal, and is stored in a storage device (not shown) of the
The hydraulic pressure
P wr_pmp_req = {q pmp_req + sign (Q upsw) · Δq Qup} · p pmp ... (1)
The pump increase flow rate Δq Qup is set as a predetermined value described later, sign is a sign function, and when the discharge
In order to simplify the description, it is assumed that the efficiency of the hydraulic pump 9 is not taken into account, and the efficiency of the hydraulic pump 9 is not included in the following calculation formula as well. Further, the lift lever and the bucket lever may be operated simultaneously, and the pump request flow rate in that case is determined by selecting the large flow rate side of the request flow rates from the respective levers. In addition, based on the operation of both operation levers and the working state of the vehicle body, the required pump flow rate required by the operation amount of each operation lever may be selected.
−走行要求演算部130−
走行要求演算部130は、走行時に走行電動機7F,7Rに要求されるトルクである走行要求トルクTrq_drv_reqを(2)式に基づいて算出して出力し、走行時に走行電動機7で消費または発生(回生)される電力である走行要求出力Pwrcdrv_reqを(3)式に基づいて算出して出力する。このとき、走行要求演算部130は、メインコントローラ100の記憶装置(不図示)に記憶されたアクセル要求トルクマップを用いて演算を行う。
-Travel request calculation unit 130-
The travel request calculation unit 130 calculates and outputs a travel request torque T rq_drv_req that is a torque required for the
図6にアクセル要求トルクマップの一例を示す。アクセル要求トルクマップは速度段ごとに設けられる。(a)が1速、(b)が2速、(c)が3速の特性である。アクセル要求トルクTrq_acc_reqは、アクセル信号と、走行電動機7F,7Rの回転数の絶対値とに基づいて算出される。すなわち、走行要求演算部130は、シフトスイッチ40から入力される速度段信号と、アクセルペダルの踏込量を検出するセンサ290から入力されるアクセル信号と、車両の走行速度に相当する、回転数センサ22から入力される走行電動機回転数Nmotとに基づいて、設定された速度段に対応するアクセル要求トルクマップを選択してアクセル要求トルクTrq_acc_reqを算出する。そして、走行要求演算部130は、算出したアクセル要求トルクTrq_acc_reqと、前後進スイッチから入力される前後進スイッチ信号VFNRと、車両の走行速度に相当する、回転数センサ22から入力される走行電動機回転数Nmotと、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ291から入力されるブレーキ信号Vbrkとを用いて、以下の(2)式により走行要求トルクTrq_drv_reqを算出する。
Trq_drv_req=sign(VFNR)・Trq_acc_req−sign(Nmot)・Kbrk・Vbrk
…(2)
ただし、signは符号関数であり、引数が正の場合は「1」を、負の場合は「−1」を、0の場合は「0」を返すものとする。さらに、前後進スイッチ信号VFNRは、前後進スイッチが前進方向の場合は「1」を、後進方向の場合は「−1」を、中立の場合は「0」を示す。Kbrkは比例定数であり、ブレーキペダルの操作によって過不足のない減速が得られるように予め設定されている。また、αは、速度段とアクセルペダル踏込量の関数であり、速度段が小さいほど大きな値を、アクセルペダル踏込量が小さいほど大きな値を設定している。
FIG. 6 shows an example of the accelerator required torque map. The accelerator required torque map is provided for each speed stage. (A) is the first speed, (b) is the second speed, and (c) is the third speed. Accelerator required torque T rq_acc_req is calculated based on the accelerator signal and the absolute value of the rotational speed of traveling
T rq_drv_req = sign (V FNR ) · T rq_acc_req −sign (N mot ) · K brk · V brk
... (2)
However, sign is a sign function, and “1” is returned when the argument is positive, “−1” is returned when it is negative, and “0” is returned when it is 0. Further, the forward / reverse switch signal VFNR indicates “1” when the forward / reverse switch is in the forward direction, “−1” when the reverse switch is in the forward direction, and “0” when the forward / reverse switch is neutral. Kbrk is a proportionality constant, and is set in advance so that deceleration without excess or deficiency can be obtained by operating the brake pedal. Α is a function of the speed stage and the accelerator pedal depression amount, and a larger value is set as the speed stage is smaller, and a larger value is set as the accelerator pedal depression amount is smaller.
走行要求演算部130には、コンバータ4で検出されるDC電圧VDCと、走行インバータ8F,8Rで検出される走行直流電流(DC電流)IDC_motが入力されている。ただし、走行DC電流は走行インバータ8F,8Rの電力線側を流れるDC電流であり、消費側を正とし、回生側を負とする。走行要求演算部130は、DC電圧VDCと、走行DC電流IDC_motとを用いて、以下の(3)式により走行要求出力Pwr_drv_reqを算出する。
Pwr_drv_req=VDC・IDC_mot …(3)
(3)式によれば、回生運転時の走行要求出力Pwr_drv_reqは負の値をとる。
Traveling to the request operation unit 130, and the DC voltage V DC detected by the converter 4, the running
P wr_drv_req = V DC · I DC_mot (3)
According to the equation (3), the travel request output P wr_drv_req during the regenerative operation takes a negative value.
−出力管理部140−
出力管理部140には、エンジンコントローラ2からのエンジン回転数Nengと、蓄電管理部110からの許容充電電力Pwr_chg_maxと、油圧要求演算部120からの油圧要求出力Pwr_pmp_reqと、走行要求演算部130からの走行要求出力Pwr_drv_reqとが入力される。
出力管理部140は、(4)式に基づいて余剰電力Pwr_supを算出する。また、(5)式に基づいて傾転角増加指令dDpmpを算出して出力し、(6)式に基づいて回生電力低減指令dPwr_mot_tを算出して出力し、(8)式に基づいて発電出力指令Pwr_gen_tを算出して出力し、(9)式に基づいてエンジン出力指令Pwr_eng_tを算出して出力する。
なお、出力管理部140は、エンジン回転数を受信して演算に用いているが、エンジン1、発電電動機5および油圧ポンプ9が機械的に接続されているため、エンジン回転数に代えて発電電動機5および油圧ポンプ9の回転数をセンサ等を介して適宜受信して演算に用いてもよい。
-Output management unit 140-
The
The
The
(余剰電力)
出力管理部140は、走行要求演算部130で(3)式で算出した走行要求出力Pwr_drv_reqを受信する。この走行要求出力Pwr_drv_reqが0以上であれば、出力管理部140はハイブリッド式作業車両200が力行運転中と判断し、走行要求出力Pwr_drv_reqが負であればハイブリッド式作業車両200が回生運転中と判断する。ハイブリッド式作業車両200が回生運転中と判断すると、出力管理部140は、蓄電管理部110からの許容充電電力Pwr_chg_maxと、走行要求演算部130からの走行要求出力Pwr_drv_reqとを用いて、以下の(4)式により、余剰電力Pwr_supを算出する。
Pwr_sup=max(|Pwr_drv_req|−Pwr_chg_max,0)…(4)
(Surplus power)
The
P wr_sup = max (| P wr_drv_req | −P wr_chg_max , 0) (4)
回生時の走行要求出力Pwr_drv_reqの絶対値が許容充電電力Pwr_chg_maxより大きいとき、その差が余剰電力Pwr_supとして計算される。
すなわち、余剰電力Pwr_supとは、回生運転中の走行電動機7F,7Rによる回生電力がキャパシタ3に充電可能な許容充電電力を上回っている電力である。したがって、この余剰電力は、発電電動機5を駆動して消費するか、あるいは、回生電力自体を低減して余剰電力自体を低減する必要がある。
余剰電力Pwr_supの消費は、(10)式で算出される発電電動機トルク指令Trq_gen_tにより発電電動機5を駆動することで消費される。また、余剰電力Pwr_supは、エンジン回転数Nengとその第2閾値Neng_th2との差(Neng−Neng_th2)から(6)式で算出される回生電力低減指令により低減される。この点は後に詳述する。
When the absolute value of the travel request output P wr_drv_req at the time of regeneration is larger than the allowable charging power P wr_chg_max , the difference is calculated as the surplus power P wr_sup .
In other words, the surplus power P wr_sup is the power at which the regenerative power by the traveling
Consumption of surplus power P wr_sup is consumed by driving the
出力管理部140は、算出した余剰電力Pwr_supが0か否かを監視することで、走行電動機7F,7Rで発生した全ての回生電力をキャパシタ3に充電可能か否か、すなわち余剰電力Pwr_supが発生するか否かを判定する。ただし、力行運転中と判断されている場合には、余剰電力Pwr_supは0に設定される。
すなわち、出力管理部140は、(4)式で算出される余剰電力Pwr_supから以下のことを認識することができる。
(a)余剰電力Pwr_supが0のときは、回生電力でキャパシタ3を充電することができると認識する。
(b)余剰電力Pwr_supが0ではないときは、回生電力でキャパシタ3を充電することができないと認識する。
出力管理部140は(b)を認識すると、発電電動機5を電動モードで駆動して回生電力を消費するか、もしくは、回生電力低減指令により余剰電力自体を低減する。
The
That is, the
(A) When the surplus power Pwr_sup is 0, it is recognized that the
(B) When the surplus power P wr_sup is not 0, it is recognized that the
When recognizing (b), the
(エンジン回転数判定)
出力管理部140は、ハイブリッド式作業車両200が回生運転中と判断すると、エンジン1の回転数Nengが第1設定閾値Neng_th1以下であるか、さらに第2設定閾値Neng_th2以下であるかを判定する。ここで、第1設定閾値Neng_th1および第2設定閾値Neng_th2は、「エンジン1のアイドル回転数<第1設定閾値Neng_th1<第2設定閾値Neng_th2<min(エンジン1の最高回転数、油圧ポンプ9の最高回転数)」を満たすように設定されている。第1設定閾値Neng_th1および第2設定閾値Neng_th2は、メインコントローラ100の記憶装置に記憶され、必要に応じて適宜再設定が可能である。なお、エンジン1の回転数に代えて、発電電動機5の回転数を用いても良いし、油圧ポンプ9の回転数を用いても良い。
(Engine speed determination)
When the
出力管理部140は、入力されたエンジン1の回転数と第1設定閾値Neng_th1と第2設定閾値Neng_th2とを比較して、エンジン1が低回転モードか、回転抑制モードか、高回転モードかを判定する。この場合、エンジン1の回転数Nengが第1設定閾値Neng_th1以下であれば、出力管理部140はエンジン1を低回転モードと判定する。エンジン1の回転数Nengが第1設定閾値Neng_th1よりも大きく第2設定閾値Neng_th2以下であれば、出力管理部140はエンジン1を回転抑制モードと判定する。エンジン1の回転数Nengが第2設定閾値Neng_th2よりも大きい場合は、出力管理部140はエンジン1を高回転モードと判定する。
The
なお、ハイブリッド式作業車両200が力行運転中と判断された場合には、出力管理部140は、エンジン回転数Nengの大小にかかわらず、エンジン1を通常モードと判定する。
以上のように、この実施の形態のハイブリッド式作業車両200ではエンジン1の運転モードを以下の4つのモードに分類している。
回生運転時は、低回転モードと、回転抑制モードと、高回転モードに分類し、力行運転時は、通常モードに分類する。
When it is determined that the
As described above, in the
During regenerative operation, it is classified into a low rotation mode, a rotation suppression mode, and a high rotation mode, and during powering operation, it is classified into a normal mode.
(掘削装置動作判定)
出力管理部140は、油圧要求演算部120で(1)式から算出された油圧要求出力Pwr_pmp_reqに基づいて、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14のいずれが動作中であるかを判定する。油圧要求出力Pwr_pmp_reqが、たとえばポンプ圧力×最小吐出流量で算出される設定値以上であれば、出力管理部140はリフトシリンダ13およびバケットシリンダ14が動作中であると判定する。
(Excavator operation judgment)
The
なお、油圧要求出力Pwr_pmp_reqに代えて、操作装置31の操作を検出してリフトシリンダ13およびバケットシリンダ14のいずれが動作中であるかを判定してもよい。この場合、操作装置31からレバー信号が出力されていることを検出するセンサ、たとえば、レバー信号が油圧信号の場合は圧力センサを設け、出力管理部140は、センサによって検出された検出値を用いて上記シリンダ13〜14のいずれかが動作中であると判定すればよい。また、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14の伸縮速度を検出するセンサを設け、出力管理部140は、センサにより検出された検出速度を用いて判定してもよい。
Instead of the hydraulic pressure request output P wr_pmp_req , the operation of the
(傾転角増加指令)
さらに、出力管理部140は、以下の3つの条件(i)〜(iii)を満たす場合に、油圧ポンプ9の傾転角を増加するための傾転角増加指令dDpmp_tを下記(5)式にしたがって算出する。
(i)ハイブリッド式作業車両200が回生運転中と判定されている。
(ii)走行電動機7F,7Rの余剰電力で発電電動機5が駆動されているとき、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14のいずれも動作中でないと判定されている。
(iii)エンジン1が高回転モードと判定されている。
(Tilt angle increase command)
Furthermore, when the following three conditions (i) to (iii) are satisfied, the output management unit 140 generates a tilt angle increase command dD pmp_t for increasing the tilt angle of the hydraulic pump 9 using the following formula (5). Calculate according to
(I) It is determined that the
(Ii) When the
(Iii) The
出力管理部140は、エンジンコントローラ2から入力されたエンジン回転数Nengと、第1設定閾値Neng_th1とを用いて、以下の(5)式により傾転角増加指令dDpmp_tを算出する。
dDpmp_t=max{KnD(Neng−Neng_th1),0}…(5)
ただし、KnDは、第1設定閾値Neng_th1と実回転数Nengの差から傾転角増加指令を算出する比例定数であり、あらかじめメインコントローラ100に記憶されている。
dD pmp_t = max {K nD (N eng −N eng — th1 ), 0} (5)
However, K nD is a proportional constant for calculating a tilt angle increase command from the difference between the first set threshold value N eng — th1 and the actual rotational speed N eng , and is stored in the
なお、走行電動機7F,7Rの余剰電力で電動発電機5が駆動されている場合であっても、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14のいずれかが動作中である場合には、出力管理部140は傾転角増加指令dDpmp_tを0に設定する。また、力行運転中と判定された場合には、出力管理部140は傾転角増加指令dDpmp_tを0に設定する。さらに、回生運転中、回生電力の全量がキャパシタ3に充電することができず余剰電力が0でなく、かつ、油圧ポンプ9の負荷が小さいときには、出力管理部140は、(5)式で算出された傾転角増加指令dDpmp_tを出力する。その結果、油圧ポンプ9の傾転角が大きくなって余剰電力の消費量が増加する。
Even when the
回生運転中に上記の(5)式に基づいて傾転角増加指令dDpmp_tが算出された場合、エンジン回転数Nengが高くなるほど傾転角増加指令dDpmp_tが大きくなり、油圧ポンプ9の吐出容量が大きくなる。この結果、エンジン回転数Nengが高くなるほど、油圧ポンプ9の負荷トルク、すなわち回生電力消費量を大きくすることができる。その結果、回生制動力も大きくなる。 If during regenerative operation based on the above equation (5) tilt angle increase instruction dD Pmp_t is calculated, the tilt angle increase instruction dD Pmp_t as the engine rotational speed N eng is increased becomes larger, the discharge of the hydraulic pump 9 Capacity increases. As a result, as the engine speed N eng increases, the load torque of the hydraulic pump 9, that is, the regenerative power consumption can be increased. As a result, the regenerative braking force also increases.
(回生電力低減指令)
出力管理部140は、走行電動機7F,7Rの余剰電力で発電電動機5が駆動され、かつエンジン1が高回転モードと判定された場合に、走行電動機7F,7Rが発電する回生トルクを低減するための回生電力低減指令dPwr_mot_tを算出する。出力管理部140は、エンジンコントローラ2から入力されたエンジン回転数Nengと、第2設定閾値Neng_th2とを用いて、以下の(6)式により回生電力低減指令(回生電力低減目標値)dPwr_mot_tを算出する。
dPwr_mot_t=max{KnP(Neng−Neng_th2),0}…(6)
なお、(6)式において、KnPは、第2設定閾値Neng_th2と実エンジン回転数Nengとの差から回生電力低減指令を算出する比例定数である。
エンジン1が通常モード、低回転モード、回転抑制モードのいずれかの場合には、出力管理部140は回生電力低減指令dPwr_mot_tを0に設定する。
(Regenerative power reduction directive)
The
dP wr_mot_t = max {K nP (N eng −N eng — th 2 ), 0} (6)
In Equation (6), K nP is a proportionality constant that calculates a regenerative power reduction command from the difference between the second set threshold value N eng — th2 and the actual engine speed N eng .
When the
上記の(6)式に基づいて回生電力低減指令dPwr_mot_tが算出されると、エンジン回転数Nengが高くなるほど、回生電力低減指令dPwr_mot_tが大きくなり、走行電動機7F,7Rの回生電力が小さくなる。この結果、エンジン回転数Nengが高くなるほど、余剰電力Pwr_supを小さくすることができる。
この回生電力低減指令制御は、エンジン1の回転数が高速域で走行しているときに、例えば、アクセルペダルを解放して作業車両200が回生運転に入るような場合にて、余剰電力Pwr_supが大きすぎることに伴うエンジン回転数Nengの過回転を防止することができる。
When the above (6) regenerative power reduction command dP Wr_mot_t based on equation are calculated, as the engine rotational speed N eng is increased, the regenerative power reduction command dP Wr_mot_t increases, traveling motor 7F, the regenerative power of the 7R small Become. As a result, the surplus power P wr_sup can be reduced as the engine speed N eng increases.
The regenerative power reduction command control is performed when the
(消費電力)
出力管理部140は、ハイブリッド式作業車両200が回生運転中であると判定した場合に、走行電動機7F,7Rで発生する回生電力のうち発電電動機5で消費すべき電力である消費電力Pwr_cnsを算出する。出力管理部140は、(4)式で算出した余剰電力Pwr_supと、(6)式で算出した回生電力低減指令dPwr_mot_tとを用いて、以下の(7)式から消費電力Pwr_cnsを算出する。
Pwr_cns=max(Pwr_sup−dPwr_mot_t,0)…(7)
ただし、出力管理部140は、ハイブリッド式作業車両200が力行運転中と判定した場合には、消費電力Pwr_cnsを0に設定する。
(power consumption)
When it is determined that the
P wr_cns = max (P wr_sup -dP wr_mot_t, 0) ... (7)
However, when it is determined that the
上記の(7)式を用いて消費電力Pwr_cnsを算出すると、出力管理部140は、走行要求出力Pwr_drv_reqと消費電力Pwr_cnsに基づいて、以下の式(8)から発電出力指令(発電出力目標値)Pwr_gen_tを算出する。
Pwr_gen_t=max(Pwr_drv_req,0)−Pwr_cns …(8)
When the power consumption P wr_cns is calculated using the above equation (7), the
Pwr_gen_t = max ( Pwr_drv_req , 0) −Pwr_cns (8)
力行運転時と回生運転時に(8)式で算出される発電出力指令Pwr_gen_tをまとめると以下のとおりである。
力行運転時、消費電力Pwr_cnsは0に設定され、また、走行要求出力Pwr_drv_reqは正の値をとるので、(8)式の発電出力指令Pwr_gen_tは、(3)式で算出される走行要求出力Pwr_drv_reqとなる。一方、回生運転時、走行要求出力Pwr_drv_reqは負の値をとるので、(8)式の発電出力指令Pwr_gen_tは、(7)式で算出される消費電力Pwr_cnsとなる。
換言すると、力行時の発電出力指令Pwr_gen_tは走行要求出力Pwr_drv_reqであり、回生時の発電出力指令Pwr_gen_tは消費電力Pwr_cnsであり、負の値をとる。
The power generation output command P wr_gen_t calculated by the equation (8) at the time of power running operation and regenerative operation is summarized as follows.
During power running, the power consumption P wr_cns is set to 0, and the travel request output P wr_drv_req takes a positive value. Therefore, the power generation output command P wr_gen_t of equation (8) is calculated by equation (3). The request output P wr_drv_req is obtained. On the other hand, since the travel request output P wr_drv_req takes a negative value during the regenerative operation, the power generation output command P wr_gen_t in the equation (8) becomes the power consumption P wr_cns calculated by the equation (7).
In other words, the power generation output command P wr_gen_t during power running is the travel request output P wr_drv_req , and the power generation output command P wr_gen_t during regeneration is the power consumption P wr_cns and takes a negative value.
出力管理部140は、油圧要求演算部120からの油圧要求出力Pwr_pmp_reqと、(8)式で算出した発電出力指令Pwr_gen_tとを用いて、以下の(9)式によりエンジン出力指令(エンジン出力目標値)Pwr_eng_tを算出する。
Pwr_eng_t=Pwr_pmp_req+Pwr_gen_t …(9)
The
Pwr_eng_t = Pwr_pmp_req + Pwr_gen_t (9)
力行運転時と回生運転時に(9)式で算出されるエンジン出力指令Pwr_eng_tをまとめると以下のとおりである。
力行運転時、出力管理部140が算出するエンジン出力指令Pwr_eng_tは、ポンプ要求流量qpmp_reqとポンプ圧力ppmpとの積である油圧要求出力Pwr_pmp_req((1)式で算出される)に、(8)式で算出した走行要求出力Pwr_drv_reqである発電出力指令Pwr_gen_tを加算したものとなる。
回生運転時、出力管理部140が算出するエンジン出力指令Pwr_eng_tは、ポンプ要求流量qpmp_reqとポンプ圧力ppmpとの積である油圧要求出力Pwr_pmp_req((1)式で算出される)に、(7)式で算出した消費電力Pwr_cnである発電出力指令Pwr_gen_tを加算したものとなる。
換言すると、力行時のエンジン出力指令Pwr_eng_tは油圧要求出力Pwr_pmp_reqに走行要求出力Pwr_drv_reqを加算したものであり、回生時のエンジン出力指令Pwr_eng_tは油圧要求出力Pwr_pmp_reqから消費電力Pwr_cnsを減算したものである。油圧要求出力Pwr_pmp_reqが0の場合、エンジン出力指令Pwr_eng_tは消費電力Pwr_cnsとなる。
アクセルペダルが踏み込まれていないときは、走行要求出力Pwr_drv_reqと消費電力Pwr_cnはともにゼロであり、(9)式のエンジン出力指令Pwr_eng_tは油圧要求出力Pwr_pmp_reqとなる。すなわち、エンジン回転数は操作装置の操作量に応じて大きくなる。
The engine output command P wr_eng_t calculated by the equation (9) during the power running operation and the regenerative operation is summarized as follows.
Power running operation, the engine output command P Wr_eng_t the
During regenerative operation, the engine output command P Wr_eng_t the
In other words, the engine output command P Wr_eng_t of power running is obtained by adding the travel request output P Wr_drv_req to the hydraulic request output P Wr_pmp_req, the engine output command P Wr_eng_t during regeneration is the power consumption P Wr_cns from the hydraulic request output P Wr_pmp_req Subtracted. When the hydraulic pressure request output P wr_pmp_req is 0, the engine output command P wr_eng_t becomes the power consumption P wr_cns .
When the accelerator pedal is not depressed, both the travel request output P wr_drv_req and the power consumption P wr_cn are zero, and the engine output command P wr_eng_t in the equation (9) becomes the hydraulic pressure request output P wr_pmp_req . That is, the engine speed increases according to the operation amount of the operating device.
−目標回転数演算部150−
目標回転数演算部150は、エンジンコントローラ2に送信するエンジン回転数指令(エンジン回転数目標値)Neng_tを算出する。目標回転数演算部150は、出力管理部140で算出されたエンジン出力指令Pwr_eng_tに基づいて、エンジン等燃費マップを用いて、最もエンジン効率が高くなる動作点を算出する。そして、目標回転数演算部150は、算出した動作点でのエンジン回転数をエンジン回転数指令Neng_tとする。エンジンコントローラ2は、エンジン回転数指令Neng_tを目標回転数演算部150から受信すると、そのエンジン回転数指令が示すエンジン回転数でエンジン1を回転させる。
-Target rotational speed calculation unit 150-
The target rotational
−発電電動機制御部160−
発電電動機制御部160には、エンジンコントローラ2からのエンジン回転数Nengと、出力管理部140からの発電出力指令Pwr_gen_tと、目標回転数演算部150からのエンジン回転数指令Neng_tとが入力される。発電電動機制御部160は、これらの値を用いて、以下の(10)式によって発電電動機トルク指令(発電電動機トルク目標値)Trq_gen_tを算出する。
Trq_gen_t=max{Kp(Neng_t−Neng),0}−Pwr_gen_t/Neng …(10)
ただし、Kpは、エンジン回転数Nengとエンジン回転数指令Neng_tとの差から発電電動機トルクを算出する比例定数である。
そして、発電電動機制御部160は、算出した発電電動機トルク指令Trq_gen_tを発電インバータ6へ送信する。これにより、発電電動機5が駆動制御される。
-Generator motor controller 160-
The
T rq_gen_t = max {K p ( N eng_t -N eng), 0} -P wr_gen_t / N eng ... (10)
However, K p is the proportional constant for calculating the generator motor torque from the difference between the engine speed N eng and the engine rotational speed command N eng_t.
Then, the generator
力行運転時と回生運転時に(10)式で算出される発電電動機トルク指令Trq_gen_tをまとめると以下のとおりである。
力行運転時、エンジン回転数指令Neng_tはエンジン回転数Nengより大きい。したがって、力行運転時、発電電動機制御部160は、Kp(Neng_t−Neng)で求めた要求トルクから、エンジン出力指令Pwr_eng_tをエンジン回転数Nengで除して得られるトルクを減算することにより、発電電動機トルク指令Trq_gen_tを算出する。力行運転時のエンジン出力指令Pwr_eng_tは、油圧要求出力Pwr_pmp_reqに走行要求出力Pwr_drv_reqを加算したものである。
一方、回生運転時、エンジン回転数指令Neng_tはエンジン回転数Nengより小さい。また、回生時のエンジン出力指令Pwr_eng_tは油圧要求出力Pwr_pmp_reqに消費電力Pwr_cnsを加算したものである。したがって、回生運転時に発電電動機制御部160が算出する発電電動機トルク指令Trq_gen_tは、油圧要求出力Pwr_pmp_reqから消費電力Pwr_cnsを減算した値をエンジン回転数Nengで除して得られるトルクとなる。
The generator motor torque command T rq_gen_t calculated by the equation (10) during power running and regenerative operation is summarized as follows.
During power running, the engine speed command N eng — t is greater than the engine speed N eng . Accordingly, during power running, the
On the other hand, during regenerative operation, the engine speed command N eng — t is smaller than the engine speed N eng . The engine output command P wr_eng_t during regeneration is obtained by adding the power consumption P wr_cns to the hydraulic pressure request output P wr_pmp_req . Therefore, the generator motor torque command T rq_gen_t calculated by the
−傾転角制御部170−
傾転角制御部170は、下記の(11)式に基づいて傾転角制御信号VDp_tを算出して、この傾転角制御信号に基づいて油圧ポンプ9の図示しないレギュレータを駆動することによって、油圧ポンプ9の傾転角、すなわち容量を制御する。傾転角制御部170は、エンジンコントローラ2からのエンジン回転数Nengと、油圧要求演算部120からのポンプ要求流量qpmp_reqと、ポンプ増加流量ΔqQupと、出力管理部140からの傾転角増加指令dDpmp_tとを用いて、以下の(11)式によって傾転角制御信号VDp_tを算出する。
VDp_t=KDp{(qpmp_req+sign(Qupsw)・ΔqQup)/Neng}+dDpmp_t …(11)
なお、KDpは、油圧ポンプの傾転角を目標値とするために必要な傾転制御信号を算出するための比例定数である。
また、力行運転中と判定された場合には、出力管理部140は傾転角増加指令dDpmp_tを0に設定する。さらに、回生運転中、回生電力の全量がキャパシタ3に充電することができず余剰電力が0でなく、かつ、油圧ポンプ9の負荷が小さいときには、出力管理部140は、(5)式で算出された傾転角増加指令dDpmp_tを出力する。その結果、油圧ポンプ9の傾転角が大きくなって余剰電力の消費量が増加する。
-Tilt angle controller 170-
The tilt angle control unit 170 calculates a tilt angle control signal V Dp_t based on the following equation (11), and drives a regulator (not shown) of the hydraulic pump 9 based on the tilt angle control signal. The tilt angle of the hydraulic pump 9, that is, the capacity is controlled. The tilt angle control unit 170 includes an engine speed N eng from the
V Dp_t = K Dp {(q pmp_req + sign (Q upsw ) · Δq Qup ) / N eng } + dD pmp_t (11)
K Dp is a proportional constant for calculating a tilt control signal necessary for setting the tilt angle of the hydraulic pump as a target value.
In addition, when it is determined that the power running operation is being performed, the
傾転角増加指令dDpmp_tが0の場合、すなわち、(1)力行運転中と判定された場合、または、(2)走行電動機7F,7Rの余剰電力で発電電動機5が駆動され、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14のいずれかが動作中の場合には、傾転角制御信号VDp_tが以下のように設定される。すなわち、操作装置31を介してオペレータから要求されるポンプ要求流量に実際のポンプ吐出流量が保持されるように傾転角制御信号VDp_tが設定される。したがって、油圧ポンプ9の傾転角は、油圧ポンプ9の吐出量がオペレータによって要求する値(ポンプ要求流量)に保持されるように、エンジン1、発電電動機5または油圧ポンプ9の回転数の増加に合わせて小さくなるように制御される。
When the tilt angle increase command dD pmp_t is 0, that is, (1) when it is determined that the power running operation is being performed, or (2) the
−走行電動機・ブレーキ制御部180−
走行電動機・ブレーキ制御部180には、走行要求演算部130で(2)式から算出された走行要求トルクTrq_drv_reqと、回転数センサ22からの走行電動機回転数Nmotと、出力管理部140で(6)式から算出された回生電力低減指令dPwr_mot_tとが入力されている。走行電動機・ブレーキ制御部180は、これらの値を用いて、以下の(12)式によって走行電動機トルク指令Trq_mot_tを算出する。
Trq_mot_t=sign(Trq_drv_req)・max{|Trq_drv_req|
−(dPwr_mot_t)/|Nmot|,0} …(12)
ただし、signは符号関数であり、引数が正の場合は1を、負の場合は「−1」を、0の場合は「0」を返すものとする。
-Traveling motor / brake control unit 180-
The travel motor / brake control unit 180 includes a travel request torque T rq_drv_req calculated from the equation (2) by the travel request calculation unit 130, a travel motor rotational speed N mot from the rotational speed sensor 22, and an
T rq_mot_t = sign (T rq_drv_req ) · max {| T rq_drv_req |
− ( DP wr — mot — t ) / | N mot |, 0} (12)
However, sign is a sign function, and returns 1 when the argument is positive, “−1” when it is negative, and “0” when it is 0.
走行電動機・ブレーキ制御部180は、算出した走行電動機トルク指令Trq_mot_tを走行インバータ8F,8Rに送信する。これにより、走行電動機7F,7Rの力行・回生が制御される。すなわち、走行電動機・ブレーキ制御部180は、アクセルペダル踏込量と、ブレーキペダル踏込量と、選択された速度段とに基づいて(2)式で算出した走行要求トルクTrq_drv_reqの絶対値を算出する。力行運転時、走行要求トルクTrq_drv_reqは正、回生電力低減指令dPwr_mot_tがゼロなので、(12)式で算出される走行電動機トルク指令Trq_mot_tは走行要求トルクTrq_drv_reqとなる。
The traveling motor / brake control unit 180 transmits the calculated traveling motor torque command T rq_mot_t to the traveling
回生運転時、回生電力の全量をキャパシタ3に充電することができず余剰電力が0でなく、かつ、エンジンが第2設定閾値Neng_th2以上の高速で運転されているとき(エンジンが高速モードのとき)、(6)式から回生電力低減指令値dPwr_mot_tが算出される。走行要求トルクの絶対値|Trq_drv_req|から、回生電力低減指令dPwr_mot_tを走行電動機回転数Nmotの絶対値で除して求めた回生電力低減トルクを減算する。この減算結果は、走行要求トルクTrq_drv_reqが負のときは負の値となり、負の値を有する走行電動機トルク指令Trq_mot_t、すなわち、回生制動トルク指令となる。
During regenerative operation, when the total amount of regenerative power cannot be charged in the
また、走行電動機・ブレーキ制御部180は、(12)式から算出した走行電動機トルク指令Trq_mot_tと、走行要求トルクTrq_drv_reqと、走行電動機回転数Nmotとを用いて、以下の(13)式により制動トルク指令Trq_brk_tを算出する。
Trq_brk_t=max{−sign(Nmot)・(Trq_drv_req−Trq_mot_t),0}
…(13)
ただし、signは符号関数であり、引数が正の場合は1を、負の場合は「−1」を、0の場合は「0」を返すものとする。
Further, the traveling motor / brake control unit 180 uses the traveling motor torque command T rq_mot_t calculated from the equation (12), the requested traveling torque T rq_drv_req, and the traveling motor rotation speed N mot as shown in the following equation (13). Is used to calculate the braking torque command T rq_brk_t .
T rq_brk_t = max {-sign (N mot ) · (T rq_drv_req −T rq_mot_t ), 0}
... (13)
However, sign is a sign function, and returns 1 when the argument is positive, “−1” when it is negative, and “0” when it is 0.
(13)式により制動トルク指令Trq_brk_tは次のように算出される。まず、アクセルペダル踏込量と、ブレーキペダル踏込量と、選択された速度段とに基づいて(2)式で算出した走行要求トルクTrq_drv_reqから、(12)式で算出した走行電動機トルク指令Trq_mot_tが減算される。力行運転時、走行電動機トルク指令Trq_mot_tは走行要求トルクTrq_drv_reqであるから、制動トルク指令Trq_brk_tはゼロである。
回生運転時、走行要求トルクTrq_drv_reqも走行電動機トルク指令Trq_mot_tもいずれも負であり、また、走行要求トルクTrq_drv_reqの絶対値は走行電動機トルク指令Trq_mot_tの絶対値よりも大きいので、(Trq_drv_req−Trq_mot_t)は負である。符号関数{−sign(Nmot)}は電動機が前進(正転)しているときは「−1」、電動機が後進(逆転)しているときは「1」である。したがって、前進時の回生運転時は、{−sign(Nmot)・(Trq_drv_req−Trq_mot_t)}が正となり、この正の値が回生運転時の制動トルク指令Trq_brk_tとして選択されて使用される。
The braking torque command T rq_brk_t is calculated as follows using the equation (13). First, the travel motor torque command T rq_mot_t calculated by the equation (12) from the travel request torque T rq_drv_req calculated by the equation (2) based on the accelerator pedal depression amount, the brake pedal depression amount, and the selected speed stage. Is subtracted. During the power running operation, the travel motor torque command T rq_mot_t is the travel request torque T rq_drv_req , so the braking torque command T rq_brk_ t is zero.
During regenerative operation, both the travel request torque T rq_drv_req and the travel motor torque command T rq_mot_t are negative, and the absolute value of the travel request torque T rq_drv_req is larger than the absolute value of the travel motor torque command T rq_mot_t (T rq_drv_req− T rq_mot_t ) is negative. The sign function {−sign (N mot )} is “−1” when the electric motor is moving forward (forward rotation), and “1” when the electric motor is moving backward (reverse rotation). Therefore, { -sign (N mot ) · (T rq_drv_req −T rq_mot_t )} is positive during regenerative operation during forward movement, and this positive value is selected and used as the braking torque command T rq_brk_t during regenerative operation. The
−ブレーキ制御部190−
走行電動機・ブレーキ制御部180で演算された制動トルク指令Trq_brk_tから次式(14)を用いてブレーキ制御信号Vbrk_tを演算する。
Vbrk_t=KbrkTrq_brk_t …(14)
ただし、Kbrkは、制動トルク指令Trq_brk_tと油圧ブレーキの実際の制動トルクとが一致するように予め設定された比例定数である。
ブレーキ制御信号Vbrk_tに基づいて油圧ブレーキ制御弁35a,35bが駆動され、油圧ブレーキ36a,36bが車輪18を制動する。これが回生協調時の機械的ブレーキ力である。
−
A brake control signal Vbrk_t is calculated from the braking torque command T rq_brk_t calculated by the traveling motor / brake control unit 180 using the following equation (14).
V brk_t = K brk T rq_brk_t ... (14)
However, K brk is preset proportional constant as the actual braking torque of the braking torque command T Rq_brk_t and hydraulic brakes are matched.
The hydraulic
−メインコントローラ100の処理−
以下、吐出容量増加スイッチ41がオン操作された場合にメインコントローラ100により行われる処理について詳細に説明する。吐出容量増加スイッチ41は、操作装置31の操作に応じたリフトシリンダ13およびバケットシリンダ14の動作の応答性を高めることが要求される作業を行う際に操作される。たとえば、バケット20内の積荷、たとえば粘土質や雪等の粘性の高い積荷をショックダンプによって排出するような、操作装置31の操作に際してリフトシリンダ13やバケットシリンダ14を急激に操作することが必要とされる場合に吐出容量増加スイッチ41がオン操作される。本発明によるハイブリッド式作業車両では、このような作業は、アクセルペダルが操作されず、ブレーキペダルが操作された状態にて行われる。
-Processing of main controller 100-
Hereinafter, processing performed by the
吐出容量増加スイッチ41がオン操作されている場合、油圧要求演算部120は、上述した式(1)を用いて、ポンプ要求流量qpmp_reqにポンプ増加流量ΔqQupを加算して得たポンプ要求流量にポンプ圧力ppmpを乗じて油圧要求出力Pwr_pmp_reqを算出する。本実施の形態においては、ポンプ増加流量ΔqQupは図7(b)に示すように操作装置31の操作量に対する増量分として予め定められている。
油圧要求出力Pwr_pmp_reqが決まると、出力管理部140によって式(9)を用いて算出されるエンジン出力指令Pwr_eng_tは、ポンプ増加流量ΔqQupとして加算された値が反映され、増加する。すなわち、エンジン1の回転数指令は、加算されたポンプ増加流量ΔqQupに応じて大きくなる。
When the discharge
When the hydraulic pressure required output P wr_pmp_req is determined, the engine output command P wr_eng_t calculated by the
図7(a)に、操作装置31の操作量と油圧ポンプ9からアクチュエータへ供給すべき流量、すなわちポンプ要求流量との関係、および操作装置31の操作量とエンジン1の回転数との関係を示す。図7(a)においては、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されていない場合の操作量とポンプ要求流量との関係をL1、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されている場合の操作量とポンプ要求流量との関係をL2として示す。吐出容量増加スイッチ41がオン操作されていない場合の操作量とエンジン回転数との関係をL3、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されている場合の操作量とエンジン回転数との関係をL4として示す。また、図7(a)において、操作装置31の操作量(レバー信号)を、操作量の小さい方から順次、「O1」、「O2」、「O3」、「O4」と便宜的に示す。
図7(b)は、操作装置31の操作量とポンプ増加流量ΔqQupとの関係を示す図である。操作量が「O1」〜「O2」の間ではンプ増加流量ΔqQupは最大値であり、操作量が「O2」を超える範囲では操作量「O3」でポンプ増加流量ΔqQupがゼロとなるような特性が設定されている。
FIG. 7A shows the relationship between the operation amount of the
FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the operation amount of the
吐出容量増加スイッチ41がオン操作されていない場合には、関係L1に示すように操作装置31の操作量が「O1」〜「O2」の間ではポンプ要求流量は「Q0」に設定され、操作量が「O2」を超えると、ポンプ要求流量が操作装置31の操作量に応じて増加する。図7(a)に示す例においては、操作装置31の操作量が「O3」のときにポンプ要求流量が所定値Qxとなるように設定される。この場合、関係L3に示すように、エンジン回転数は、操作装置31の操作量の増加に伴って、式(9)にしたがって、回転数X1〜X2の間で増加する。
When the discharge
吐出容量増加スイッチ41がオン操作されている場合には、関係L2に示すように、操作装置41の操作量が「O1」〜「O3」の間では、操作装置31の操作量にかかわらず、ポンプ要求流量は上記の所定値Qxとなるように設定される。すなわち、ポンプ増加流量ΔqQupは、(Qx−Q0)である。操作量が「O3」を超えると、操作装置31の操作量に応じてポンプ要求流量も増加する。
すなわち、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されたとき、O1〜O3の範囲で上述した式(1)で用いられるポンプ増加流量ΔqQupは、レバー操作量がゼロのときでも、ポンプ要求流量qpmp_reqが所定値Qxとなる値として決定される。この場合、関係L4に示すように、操作装置31の操作量が「O1」の場合に、エンジン回転数はX3(>X1)となり、操作量が「O4」まで増加する間に、エンジン回転数はX2に増加する。操作装置31の操作量が「O1」、「O2」の範囲では、関係L2に示すようにして増加されたポンプ要求流量Qxにより、エンジン1の回転数は、関係L3に示す回転数X1と比較して高回転となる。すなわち、操作装置31の操作量が小さい場合であっても、エンジン1の回転数は、ポンプ要求流量の増加分に相当する回転数分だけ増加する。換言すると、ポンプ増加流量ΔqQupに相当するポンプ吸収トルクだけエンジン出力を増加させる。
When the discharge
That is, when the discharge
図8に示すフローチャートを用いて、メインコントローラ100による処理を説明する。図8の処理はメインコントローラ100でプログラムを実行して行われる。このプログラムは、メモリ(不図示)に格納されており、ハイブリッド式作業車両200の図示しないイグニッションスイッチがオンされると、メインコントローラ100によってプログラムが起動され、実行される。
The processing by the
ステップS1では、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されたか否かを判定する。吐出容量増加スイッチ41からオン操作に応じた操作信号を入力した場合には、ステップS1が肯定判定されてステップS2へ進む。吐出容量増加スイッチ41からオン操作に応じた操作信号を入力しない場合には、ステップS1が否定判定されてステップS4へ進む。ステップS2では、ポンプ要求流量が式(1)に示すポンプ増加流量ΔqQup分増加されたポンプ要求流量となるように設定し、式(9)を用いてエンジン出力指令Pwr_eng_1を算出してステップS3へ進む。すなわち、操作装置31の操作量にかかわらず、ポンプ要求流量が関係L2となるように油圧ポンプ9の傾転角を増加させ、エンジン1の回転数がポンプ増加流量ΔqQup分に相当する回転数だけ増加して関係L4に示すように制御される。
In step S1, it is determined whether or not the discharge
ステップS3では、吐出容量増加スイッチ41がオフ操作されたか否かを判定する。吐出容量増加スイッチ41が再度操作されず、オフ操作が行われていない場合には、ステップS3が否定判定されて処理を終了する。吐出容量増加スイッチ41が再度操作され、オフ操作に応じた操作信号を入力した場合には、ステップS3が肯定判定されてステップS4へ進む。ステップS4では、式(1)に示すポンプ増加流量ΔqQupを「0」に設定し、式(9)を用いてエンジン出力指令Pwr_eng_tを算出してステップS5へ進む。すなわち、操作装置31の操作量に応じて、ポンプ要求流量が関係L1となるように油圧ポンプ9の傾転角が制御され、エンジン1の回転数が関係L3に示すように制御される。ステップS5では、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されたか否かを判定する。吐出容量増加スイッチ41がオン操作され、オン操作に応じた操作信号を入力した場合には、ステップS5が肯定判定されてステップS2へ進む。吐出容量増加スイッチ41が操作されず操作信号を入力しない場合には、ステップS5が否定判定されて処理を終了する。
In step S3, it is determined whether or not the discharge
なお、吐出容量増加スイッチ41のオン操作に応じてポンプ要求流量が増加されてから所定時間が経過したときにポンプ要求流量の増加を終了させる構成とする場合には、ステップS3において、ステップS1にて吐出容量増加スイッチ41がオン操作されてから所定時間が経過した否かを判定すればよい。所定時間が経過している場合には、ステップS3が肯定判定されてステップS4へ進み、所定時間が経過していなければステップS3が否定判定されて処理が終了する。
In the case where the increase in the pump request flow rate is terminated when a predetermined time has elapsed after the pump request flow rate is increased in response to the ON operation of the discharge
上述した実施の形態によるハイブリッド式作業車両によれば、次の作用効果が得られる。
(1)増加指令部材すなわち吐出容量増加スイッチ41はポンプ要求流量の増加を指示する増加指令を出力する。メインコントローラ100は、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されていない場合には、操作装置31の操作量に応じたポンプ要求流量、すなわち油圧要求出力に応じてエンジン出力を式(1)に基づいて演算する。メインコントローラ100は、演算されたエンジン出力に応じた回転数となるようにエンジンを駆動制御する。一方、メインコントローラ100は、操作装置31の操作量に応じたポンプ要求流量に対応したポンプ押除け容積を演算し、式(11)に基づき傾転制御信号を演算してレギュレータを駆動制御する。これにより、油圧ポンプ9からリフトシリンダ13とバケットシリンダ14へ供給する圧油の流量が制御される。以上が本発明によるハイブリッド式作業車両の前提となる制御処理である。
メインコントローラ100は、吐出容量増加スイッチ41がオン操作されている場合、操作装置31の操作量が所定範囲にある時は、好ましくはフル操作量の75%程度までの操作範囲「O1」〜「O3」では、油圧ポンプ9からリフトシリンダ13とバケットシリンダ14へ供給される圧油の流量を増加させる。
したがって、「O1」〜「O3」の範囲で操作装置31が操作された場合、吐出容量増加スイッチ41が操作されていない場合に比べて油圧ポンプ9の押除け容積が大きめに、またエンジン回転数もその分だけ大きく設定されているので、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14への圧油の流量を迅速に増加させることができる。すなわち、これら両アクチュエータを即座に、大きな速度で駆動させることができるので、リフトシリンダ13およびバケットシリンダ14を操作装置31の操作に対して高い応答性にて駆動させることができる。
According to the hybrid work vehicle according to the above-described embodiment, the following operational effects can be obtained.
(1) The increase command member, that is, the discharge
When the discharge
Therefore, when the operating
(2)メインコントローラ100は、吐出容量増加スイッチ41が操作されると、油圧ポンプ9の傾転角を増加させることにより吐出容量をポンプ増加流量ΔqQupだけ増加させる。このとき、ポンプ吸収トルクは(ポンプ増加流量ΔqQup/Neng)・ポンプ圧力Ppmpだけ増加する。メインコントローラ100は、油圧ポンプ9の吐出容量の増加、すなわちポンプ吸収トルクの増加に応じてエンジン1の回転数を増加させる。したがって、可変容量油圧ポンプの押除け容積だけを大きくする場合に比べて、操作装置31が急激に操作されたときにリフトシリンダ13やバケットシリンダ14に供給される圧油の流量が大きい。
(2) When the discharge
(3)メインコントローラ100は、ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御が実行中に吐出容量増加スイッチ41から増加指令が入力されると、ポンプ要求流量指令および増加指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を開始し、その後、吐出容量増加スイッチ41から増加指令が入力されたときは、ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を実行する。
具体的には、吐出容量増加スイッチ41がオン操作され、油圧ポンプ9からリフトシリンダ13とバケットシリンダ14へ供給される圧油の流量が増加されているときに、吐出容量増加スイッチ41が再度操作されると、メインコントローラ100は、リフトシリンダ13とバケットシリンダ14へ供給される圧油流量の増加制御を終了する。したがって、圧油の吐出容量が増加された状態が継続して、燃費を悪化させることを防止できる。
(3) When the increase command is input from the discharge
Specifically, when the discharge
なお、上述したように、吐出容量増加スイッチ41から増加指令が入力された時刻から所定時間が経過したときに、増加指令を用いたポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を中止して、ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を実行するようにしてもよい。この場合も、圧油の吐出容量が増加された状態が継続して、燃費を悪化させることを防止できる。
As described above, when a predetermined time has elapsed from the time when the increase command is input from the discharge
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(1)実施形態のハイブリッド式作業車両200では、一対の走行電動機7F,7Rを使用しているが、一つの走行電動機を使用した作業車両でもよい。
(2)実施形態のメインコントローラ100では、(1)式〜(14)式により、エンジン1、発電電動機5,走行電動機7F,7R、ブレーキ弁35bなどを駆動制御するようにしたが、これは一例である。異なる数式を採用して同様の装置を駆動制御するように設計されたメインコントローラを採用することもできる。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(1) In the
(2) In the
(3)実施形態のハイブリッド式作業車両200は、1速〜3速の速度段を設定したが、1速と2速の速度段を有する作業車両でもよく、4段以上の速度段を有するようにしてもよい。
(4)エンジン1により駆動された発電電動機5によって車輪18を駆動するシリーズハイブリッド式を用いるものに代えて、エンジン1により走行駆動力を得るとともに、エンジン1により駆動された発電電動機5による電力で駆動される走行電動機により走行駆動力を得るようにしたパラレルハイブリッド式やシリーズパラレル式のハイブリッド車両に本発明を適用してもよい。
(3) Although the first to third speed stages are set in the
(4) Instead of using a series hybrid system in which the wheels 18 are driven by the
(5)実施形態の作業車両はホイールローダで説明したが、エンジンで駆動される発電電動機と、発電電動機の電力で駆動される走行電動機と、エンジンで駆動される可変容量油圧ポンプと、可変容量油圧ポンプから吐出される圧油で駆動される油圧アクチュエータと、要求トルク指令を出力するアクセルペダルと、ポンプ要求流量指令を出力する作業操作部材と、可変容量油圧ポンプの押除け容積を所定値増加させる増加指令を出力する増加指令部材と、要求トルク指令、ポンプ要求流量指令および増加指令が入力され、非走行作業時は、ポンプ要求流量指令および増加指令に基づいて、エンジンの回転数と可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、非作業走行時は、要求トルク指令に基づいてエンジンの回転数を制御するとともに、ポンプ要求流量指令および増加指令に基づいて可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御するコントローラを備える、種々のハイブリッド式作業車両に本発明を適用できる。 (5) Although the work vehicle of the embodiment has been described with the wheel loader, the generator motor driven by the engine, the traveling motor driven by the electric power of the generator motor, the variable displacement hydraulic pump driven by the engine, and the variable displacement A hydraulic actuator driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, an accelerator pedal that outputs a required torque command, a work operation member that outputs a pump required flow command, and a displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is increased by a predetermined value. An increase command member that outputs an increase command to be output, a request torque command, a pump request flow rate command, and an increase command are input. Controls the displacement of the hydraulic pump and controls the engine speed based on the required torque command during non-working travel. A controller for controlling the displacement volume of the variable displacement hydraulic pump based on the flop request flow command and increasing command, the present invention can be applied to various hybrid working vehicle.
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the characteristics of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .
1……エンジン、 3…蓄電装置、
5…発電電動機、 7F,7R…走行電動機、
9…油圧ポンプ、 12…ステアリングシリンダ、
13…リフトシリンダ、 14…バケットシリンダ、
31…操作装置、 40…シフトスイッチ
41…吐出容量増加スイッチ、
100…メインコントローラ、 110…蓄電管理部、
120…油圧要求演算部、 130…走行要求演算部、
140…出力管理部、 150…目標回転数演算部、
160…発電電動機制御部、 170…傾転角制御部、
180…走行電動機・ブレーキ制御部、 200…ハイブリッド式作業車両
1 ... Engine, 3 ... Power storage device,
5 ... generator motor, 7F, 7R ... traveling motor,
9 ... hydraulic pump, 12 ... steering cylinder,
13 ... lift cylinder, 14 ... bucket cylinder,
31 ... Operating device, 40 ...
100 ... main controller, 110 ... power storage management unit,
120 ... Hydraulic pressure request calculation unit, 130 ... Travel request calculation unit,
140 ... output management unit, 150 ... target rotational speed calculation unit,
160 ... generator motor control unit, 170 ... tilt angle control unit,
180 ... traveling motor / brake control unit, 200 ... hybrid work vehicle
Claims (4)
前記発電電動機の電力で駆動される走行電動機と、
前記エンジンで駆動される可変容量油圧ポンプと、
前記可変容量油圧ポンプから吐出される圧油で駆動される油圧アクチュエータと、
要求トルク指令を出力するアクセルペダルと、
ポンプ要求流量指令を出力する作業操作部材と、
前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を所定値増加させる増加指令を出力する増加指令部材と、
前記ポンプ要求流量指令及び前記増加指令を受けて、前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記増加指令部材がオン操作されていない場合には、
前記作業操作部材の操作量が閾値O1から前記閾値O1より大きい閾値O2までの間、前記可変容量油圧ポンプの要求流量が所定値Q0で一定になるよう前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、
前記作業操作部材の操作量が前記閾値O2から前記閾値O2より大きい閾値O3までの間、前記作業操作部材の操作量が大きくなるに連れて、前記可変容量油圧ポンプの要求流量が前記所定値Q0から所定値Qxまで大きくなるよう前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、
前記作業操作部材の操作量が前記閾値O3を超えると、前記作業操作部材の操作量と、前記可変容量油圧ポンプの要求流量とが比例する特性で前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、
前記増加指令部材がオン操作されている場合には、
前記作業操作部材の操作量が前記閾値O1から前記閾値O3までの間、前記可変容量油圧ポンプの要求流量が前記所定値Qxで一定になるよう前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御し、
前記作業操作部材の操作量が前記閾値O3を超えると、前記増加指令部材がオン操作されていない場合と同じ、前記作業操作部材の操作量と、前記可変容量油圧ポンプの要求流量とが比例する特性で前記可変容量油圧ポンプの押除け容積を制御することを特徴とするハイブリッド式作業車両。 A generator motor driven by an engine;
A traveling motor driven by the electric power of the generator motor;
A variable displacement hydraulic pump driven by the engine;
A hydraulic actuator driven by pressure oil discharged from the variable displacement hydraulic pump;
An accelerator pedal that outputs the required torque command;
A work operation member that outputs a pump request flow rate command;
An increase command member for outputting an increase command for increasing the displacement volume of the variable displacement hydraulic pump by a predetermined value;
A control unit that receives the pump request flow rate command and the increase command, and controls a displacement volume of the variable displacement hydraulic pump;
The controller is
If the increase command member is not turned on,
The displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is controlled so that the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump is constant at a predetermined value Q0 while the operation amount of the work operation member is between a threshold value O1 and a threshold value O2 greater than the threshold value O1. And
While the operation amount of the work operation member increases from the threshold value O2 to a threshold value O3 that is larger than the threshold value O2, the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump increases as the predetermined value Q0 as the operation amount of the work operation member increases. The displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is controlled so as to increase from 1 to a predetermined value Qx,
When the operation amount of the work operation member exceeds the threshold value O3, the displacement volume of the variable displacement hydraulic pump is controlled with a characteristic in which the operation amount of the work operation member is proportional to the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump. ,
When the increase command member is turned on,
Controlling the displacement volume of the variable displacement hydraulic pump so that the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump is constant at the predetermined value Qx while the operation amount of the work operation member is between the threshold value O1 and the threshold value O3;
When the operation amount of the work operation member exceeds the threshold value O3, the operation amount of the work operation member is proportional to the required flow rate of the variable displacement hydraulic pump, which is the same as when the increase command member is not turned on. A hybrid work vehicle characterized by controlling a displacement volume of the variable displacement hydraulic pump by characteristics .
前記制御部は、前記ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を実行中に前記増加指令が入力されると、前記ポンプ要求流量指令および前記増加指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を開始し、その後、前記増加指令が入力されたときは、前記ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を実行するハイブリッド式作業車両。 The hybrid work vehicle according to claim 1 ,
When the increase command is input during execution of the displacement volume control based on the pump request flow command and the engine speed control, the control unit performs a displacement volume control based on the pump request flow command and the increase command. A hybrid work vehicle that starts engine speed control and then executes a displacement volume control and an engine speed control based on the pump request flow rate command when the increase command is input.
前記制御部は、前記増加指令が入力されると、前記ポンプ要求流量指令および前記増加指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を開始し、前記増加指令の入力から所定時間以上経過したとき、前記ポンプ要求流量指令と前記増加指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を中止して、前記ポンプ要求流量指令に基づく押除け容積制御とエンジン回転数制御を実行するハイブリッド式作業車両。 The hybrid work vehicle according to claim 1 ,
When the increase command is input, the control unit starts the displacement volume control and the engine speed control based on the pump request flow rate command and the increase command, and when a predetermined time or more has elapsed from the input of the increase command A hybrid work vehicle that stops the displacement volume control and the engine speed control based on the pump request flow command and the increase command, and executes the displacement volume control and the engine speed control based on the pump request flow command.
前記所定時間を設定する設定部をさらに備えるハイブリッド式作業車両。 The hybrid work vehicle according to claim 3 , wherein
A hybrid work vehicle further comprising a setting unit for setting the predetermined time.
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