JP6247516B2 - ハイブリッド式作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド式作業車両に関する。

従来から、エンジンで発電電動機を駆動して発電した電力で走行電動機を駆動するとともに、回生ブレーキと油圧ブレーキとを用いて制動力を発生させるハイブリッド式ホイールローダが知られている（たとえば特許文献１）。特許文献１に記載のハイブリッド式ホイールローダでは、ブレーキペダルの踏み込み応じて、回生ブレーキ、または、油圧ブレーキと回生ブレーキを併用する回生協調ブレーキによる制動制御が行われる。回生協調ブレーキ制御は、ブレーキペダル踏込量が一定の値以上で行われる。

特開２００８−１５４３２４号公報

特許文献１のようなハイブリッド式ホイールローダでは、走行電動機の回生電力を消費して回生制動トルクを得ている。回生電力は、蓄電素子への充電や、発電電動機による負荷駆動により消費される。蓄電素子のＳＯＣや発電電動機の負荷状態等により回生可能な電力には、車速に応じた上限値が設定されている。そのため、ブレーキ踏込量一定の条件で油圧ブレーキを併用する回生協調ブレーキを行うと、ブレーキペダルの操作状況によっては必要な制動力が得られず、従来からのトルコン式ホイールローダやＨＳＴホイールローダに比べると、ブレーキ操作の操作感覚に違和感を生じさせるという問題がある。

請求項１の発明は、蓄電装置と、エンジンによって駆動される発電電動機と、前記蓄電装置および前記発電電動機と電気的に接続され、前記蓄電装置および前記発電電動機からの電力で駆動されて車輪に走行駆動力を与える走行電動機と、ブレーキペダルと、前記ブレーキペダルの踏込量に応じてブレーキ圧を発生させるブレーキ圧発生装置と、前記ブレーキ圧発生装置により発生させたブレーキ圧により駆動されて車輪を制動する油圧ブレーキ装置と、前記ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキペダル踏み込み量検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記ブレーキペダル踏み込み量検出手段により検出されたブレーキペダル踏込量に基づいて演算された要求制動力が前記車速検出手段で検出された車速に基づいて決定された回生制動力上限値よりも小さい低速域においては、前記走行電動機の回生電力による回生制動力で車両を減速する単独回生制動制御を行い、前記低速域より車速が大きい中速域及びその中速域より車速が大きい高速域においては、前記油圧ブレーキ装置による機械式制動力および前記回生制動力により車両を減速する回生協調制動制御を行う制御手段を備え、前記単独回生制動制御は、前記ブレーキペダルの踏込量に比例して増加する制動力特性を有し、前記回生協調制動制御は、前記ブレーキペダルの踏込量に比例して増加する前記単独回生制動制御の制動力特性と同一の傾きの制動力特性を有し、前記制御手段は、前記回生協調制動制御時には、前記ブレーキペダルとアクセルペダルの同時踏込時に走行駆動力を漸次減少させた上で遮断するインチング制御を行い、前記単独回生制動制御時には、前記インチング制御を行わずに、前記アクセルペダルと前記ブレーキペダルとの操作量に応じて、前記走行駆動力を発生させるか回生制動制御を行うかを切り替えるすることを特徴とする。

本発明によれば、回生制動力の上限を超える制動力が必要な場合には、回生制動力と機械式油圧ブレーキによる制動力とによる回生協調制動制御を行うようにしたので、必要な制動力を確保するとともに、ブレーキ操作の操作感覚に違和感が生じることを防ぐことができる。

本発明の実施の形態によるハイブリッド式ホイールローダの外観側面図 第１の実施の形態によるハイブリッド式ホイールローダの要部構成を示すブロック図 アクセル要求トルクマップの一例を示す図 実施の形態によるハイブリッド式ホイールローダの油圧ブレーキ装置とブレーキ圧発生装置を説明する図 車速に応じた回生ブレーキによる制動力の上限値の特性を示す図 ブレーキペダルの操作量と制動トルクとの関係を示す図 第２の実施の形態によるハイブリッド式ホイールローダの要部構成を示すブロック図 第２の実施の形態によるハイブリッド式ホイールローダにおけるインチング条件に応じた走行駆動力カットを説明するタイムチャート

本発明によるハイブリッド式作業車両は、走行電動機により走行駆動力を得るものであり、また、回生制動力と油圧ブレーキによる機械式制動力とを利用した回生協調ブレーキ制御も行う。本発明は、とくにこの回生協調ブレーキ制御を改良したものである。

−第１の実施の形態−
以下、本発明によるハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるシリーズハイブリッド式作業車両の一例であるホイールローダ１００の側面図である。本実施の形態のホイールローダ１００は、走行電動装置１００Ｅ（図２参照）の回生制動力と、油圧ブレーキ装置３０による制動力とにより減速するように構成されている。ホイールローダ１００は、アーム１１１、バケット１１２、前輪１１３等を有する前部車体１１０と、運転室１２１、エンジン室１４０、後輪１２３等を有する後部車体１２０とで構成される。

本実施の形態のホイールローダ１００は、前部車体１１０と、後部車体１２０とが連結軸１０１Ｕ，１０１Ｌを回転軸として左右に屈曲されるアーティキュレート式のホイールローダ１００である。前部車体１１０と後部車体１２０とは連結軸１０１Ｕ，１０１Ｌにより互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ１１６の伸縮により後部車体１２０に対し前部車体１１０が左右に屈折して操舵される。

前部車体１１０には、上下方向に回動可能にアーム１１１が連結されており、アーム１１１はアームシリンダ１１７の駆動により上下方向に回動（俯仰動）する。アーム１１１の先端にはバケット１１２が上下方向に回動可能に連結されており、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（クラウドまたはダンプ）する。

図２は、ホイールローダ１００の構成の一例を示す図である。ホイールローダ１００は、メインコントローラ２０と、エンジン１と、エンジンコントローラ２１と、走行電動装置１００Ｅと、作業油圧装置（以下、単に作業装置と称す）１００Ｈと、走行駆動装置１００Ｄとを備えている。

作業装置１００Ｈは、アーム１１１およびバケット１１２（図１参照）と、アームシリンダ１１７およびバケットシリンダ１１５とを含んで構成され、エンジン１により駆動されるモータ/ジェネレータ５に機械的に接続された作業用油圧ポンプ１０から吐出される圧油により駆動される。作業用油圧ポンプ１０から吐出される圧油は、制御弁１１を介して、アームシリンダ１１７およびバケットシリンダ１１５へと供給される。運転室１２１内のアーム操作レバー５７およびバケット操作レバー５８を操作することにより、制御弁１１が動作し、アームシリンダ１１７およびバケットシリンダ１１５へ作動油が適宜分配され、アーム１１１およびバケット１１２に所定の動作を行わせることができるようになっている。

走行電動装置１００Ｅは、モータ／ジェネレータ５と、Ｍ／Ｇインバータ２５と、フロントモータ３と、フロントインバータ２３と、リアモータ４と、リアインバータ２４と、蓄電素子（たとえば、キャパシタ）７と、コンバータ２７とを含んで構成される。走行駆動装置１００Ｄは、アクスル６０Ｆ，６０Ｒと、デファレンシャル装置７０Ｆ，７０Ｒと、プロペラシャフト６４とを含んで構成され、フロントモータ３およびリアモータ４によって駆動される。

フロントモータ３とリアモータ４とは以下のような連結構造を有している。フロントモータ３のロータ３ｒおよびリアモータ４のロータ４ｒは、両端のそれぞれに自在継手７３，７４を有するプロペラシャフト６４を介して接続されている。プロペラシャフト６４の一端の第１自在継手７４にリアモータ４のロータ４ｒのロータシャフト６５が接続され、プロペラシャフト６４の他端の第２自在継手７３にフロントモータ３のロータ３ｒのロータシャフト６３が接続されている。これにより、フロントモータ３のロータ３ｒとリアモータ４のロータ４ｒとは、プロペラシャフト６４および一対の自在継手７３，７４により連結され、一体的に回転する。

一対の前輪１１３は、それぞれ、前輪側アクスル６０Ｆに連結されている。前輪側アクスル６０Ｆは、デファレンシャル装置７０Ｆに接続され、デファレンシャル装置７０Ｆは一対の自在継手からなる連結部７２を介してフロントモータ３のロータシャフト６３に連結されている。一対の後輪１２３は、それぞれ、後輪側アクスル６０Ｒに連結されている。後輪側アクスル６０Ｒは、デファレンシャル装置７０Ｒに接続され、デファレンシャル装置７０Ｒは、一対の自在継手からなる連結部７５を介してリアモータ４のロータシャフト６５に連結されている。

アクスル６０Ｆ、６０Ｒには、ホイールローダ１００を減速、停止させるための油圧ブレーキ装置３０が設けられている。油圧ブレーキ装置３０は、ブレーキ圧発生装置３００から供給される圧油の圧力、すなわち、ブレーキ圧に応じて機械式制動力を発生させる。油圧ブレーキ装置３０と、ブレーキ圧発生装置３００の詳細については、図４を用いて説明を後述する。

モータ／ジェネレータ５は、エンジン１の出力軸に連結され、エンジン１により駆動されて３相交流電力を発生する発電機として機能する。この３相交流電力は、Ｍ／Ｇインバータ２５により直流電力に変換されてフロントインバータ２３およびリアインバータ２４に供給される。なお、蓄電素子７のＳＯＣが所定値まで低下している場合には、Ｍ／Ｇインバータ２５により変換された直流電力はコンバータ２７を介して蓄電素子７にも供給され、蓄電素子７が充電される。

Ｍ／Ｇインバータ２５、フロントインバータ２３およびリアインバータ２４は、直流電力を交流電力に、または、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置である。Ｍ／Ｇインバータ２５、フロントインバータ２３およびリアインバータ２４は、コンバータ２７を介して蓄電素子７に接続されている。コンバータ２７は、蓄電素子７の充放電電圧を昇圧または降圧する。

蓄電素子７は、ある程度の電気的仕事（たとえば数１０ｋＷ、数秒程度の仕事）で発生する電力を蓄電し、所望の時期に蓄電された電荷を放電することが可能な電気二重層キャパシタである。蓄電素子７は、フロントインバータ２３およびリアインバータ２４やＭ／Ｇインバータ２５で変換された直流電力により充電される。蓄電素子７は、リチウムイオンバッテリのような二次電池でもよい。

Ｍ／Ｇインバータ２５で変換された直流電力、および／または、蓄電素子７から出力された直流電力は、フロントインバータ２３およびリアインバータ２４により３相交流電力に変換される。フロントモータ３およびリアモータ４は、それぞれフロントインバータ２３およびリアインバータ２４で変換された３相交流電力により駆動されて回転トルクを発生する。フロントモータ３およびリアモータ４で発生した回転トルクは、デファレンシャル装置７０Ｆ，７０Ｒおよびアクスル６０Ｆ，６０Ｒを介して、前輪１１３および後輪１２３に伝達される。

一方、回生制動の運転時には、前輪１１３および後輪１２３から伝達される回転トルクによりフロントモータ３およびリアモータ４が回転して、３相交流電力が発生する。フロントモータ３およびリアモータ４で発生した３相交流電力は、それぞれフロントインバータ２３およびリアインバータ２４により直流電力に変換され、コンバータ２７を介して蓄電素子７に供給され、蓄電素子７はフロントインバータ２３およびリアインバータ２４で変換された直流電力により充電される。

メインコントローラ２０およびエンジンコントローラ２１は、ＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭおよびＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。メインコントローラ２０は、ホイールローダ１００の走行系および油圧作業系を含むシステム全体の制御を行っており、システム全体が最高のパフォーマンスを発揮するように各部を制御する。

メインコントローラ２０には、前後進切換スイッチ５１、アクセルペダルセンサ５２、車速センサ５３、ブレーキペダルセンサ５４、エンジン回転数センサ５０、ならびに、走行モータ回転数センサ５９からの信号がそれぞれ入力される。前後進切換スイッチ５１は、車両の前進／後進を指令する前後進スイッチ信号をメインコントローラ２０に出力する。アクセルペダルセンサ５２は、アクセルペダル５５のペダル操作量を検出してアクセル信号をメインコントローラ２０に出力する。車速センサ５３はホイールローダ１００の車両走行速度（車速）を検出して、車速信号をメインコントローラ２０に出力する。ブレーキペダルセンサ５４は、ブレーキペダル２２のペダル操作量を検出してブレーキ信号をメインコントローラ２０に出力する。

エンジン回転数センサ５０はエンジン１の実回転数を検出して、実回転数信号をメインコントローラ２０に出力する。走行モータ回転数センサ５９はフロントモータ３およびリアモータ４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２０に出力する。
なお、走行モータ回転数センサ５９および車速センサ５３のうち、いずれかを省略してもよい。たとえば、車速センサ５３を省略し、走行モータ回転数センサ５９により検出されたモータ回転数に基づいて車速を演算してもよい。
また、エンジン１とモータ/ジェネレータ５は機械的に連結されているから、エンジン回転数はモータ/ジェネレータ５の回転数で代替してもよい。

メインコントローラ２０は、アクセルペダル５５のペダル操作量を含む車両情報に応じた走行要求トルクをフロントモータ３およびリアモータ４が出力して力行走行するように、エンジン１、フロントインバータ２３およびリアインバータ２４などを制御する。本実施の形態では、走行要求トルクに従って回生走行も制御される。走行中にブレーキペダルが踏み込まれると、メインコントローラ２０は、ブレーキペダル踏み込み量に応じた要求制動力を演算して制動力を制御すべく各種機器、素子を制御する。
例えば、フロントモータ３およびリアモータ４で発電される回生電力を利用して、蓄電素子７を充電したり、モータ／ジェネレータ５を駆動する。これにより、回生電力を消費して回生制動力を得る。

また、メインコントローラ２０は、ブレーキペダル踏み込み量に応じた要求制動力が回生制動力上限値を超えている場合、ブレーキ圧発生装置３００を制御して油圧ブレーキ装置３０による機械式制動力を発生するようにし、回生制動力に加算して車両の制動力を制御する。この制動力制御を回生協調制動と呼ぶ。

メインコントローラ２０は、算出したアクセル要求トルクと、ブレーキペダル２２のペダル操作量とに基づいて、以下の式（１）を用いて走行要求トルクを算出する。
Ｔ１＝Ｔ２−Ｋ・Ｓbr …（１）
なお、Ｔ１は走行要求トルク、Ｔ２はアクセル要求トルク、Ｓbrはブレーキペダルセンサ５４から出力されたブレーキ信号、Ｋはブレーキ信号を制動トルクに変換する比例定数を表す。比例定数Ｋは、ブレーキペダル２２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。

（１）式によれば、アクセルペダル５５のみが踏み込まれて前進走行する時には、走行要求トルクＴ１は、右辺第１項のアクセル要求トルクＴ２であり、正の駆動トルクとなる。ブレーキペダル２２のみが踏み込まれて減速走行する時には、走行要求トルクＴ１は、右辺第２項の（−Ｋ・Ｓbr）で演算される制動要求トルクであり、負の制動トルクとなる。アクセルペダル５５とブレーキペダル２２が両方とも踏み込まれて前進走行する時には、走行要求トルクＴ１は、（Ｔ２−Ｋ・Ｓbr）で演算される走行要求トルクであり、アクセルペダル踏み込み量とブレーキペダル踏み込み量の大きさによって、正の値、または負の値をとる。

走行要求トルクを演算する際、メインコントローラ２０は、アクセルペダル５５のペダル操作量とフロントモータ３およびリアモータ４の回転数とに基づいて、アクセル要求トルクマップを用いてアクセル要求トルクを算出する。

図３は、アクセル要求トルクマップ（モータ特性）を示す図である。アクセル要求トルクマップは、フロントモータ３およびリアモータ４のカーブを表すマップである。アクセル要求トルクマップは、アクセル要求トルクが、アクセル信号に比例しつつリアモータ４およびフロントモータ３の回転数に反比例するように設定されており、メインコントローラ２０内の記憶装置に記憶されている。

メインコントローラ２０は、アクセル信号に応じたトルクカーブを決定し、そのトルクカーブに対して、そのときのフロントモータ３およびリアモータ４の回転数を参照し、アクセル要求トルクを決定する。なお、アクセルペダル５５が操作されていない場合には、メインコントローラ２０はクリープ要求トルクを算出する。

メインコントローラ２０は、正の走行要求トルクＴ１により力行走行するときは、要求走行トルクＴ１に基づいて走行要求出力を演算し、この走行要求出力に基づいて、モータ／ジェネレータ５で所定の発電量を得るためのエンジン目標回転数Ｎｔを演算し、演算したエンジン目標回転数Ｎｔに基づいてエンジン駆動制御信号をエンジンコントローラ２１に出力する。さらに、メインコントローラ２０は、モータ／ジェネレータ５で発電した３相交流電力を直流電力に変換するための駆動信号をＭ／Ｇインバータ２５に出力する。Ｍ／Ｇインバータ２５から出力される直流電力は、フロントインバータ２３とリアインバータ２４により三相交流電力に変換されてフロントモータ３とリアモータ４に供給され、これらのモータが駆動される。

エンジンコントローラ２１は、エンジン回転数センサ５０で検出されたエンジン１の実回転数Ｎaと、メインコントローラ２０からのエンジン目標回転数Ｎtとを比較して、エンジン１の実回転数Ｎaをエンジン目標回転数Ｎtに近づけるために燃料噴射装置（不図示）を制御する。
掘削制御装置の要求油圧出力があれば、エンジンコントローラ２１は、この要求油圧出力も加味してエンジン目標回転数Ｎｔを演算する。

メインコントローラ２０は、蓄電素子７の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定の下限値を下回らないように、かつ、所定の上限値を上回らないように、車両の運転状況、すなわち車速情報やアクセルペダル５５のペダル操作量、充電率等に応じて、エンジン１、Ｍ／Ｇインバータ２５、フロントインバータ２３、リアインバータ２４およびコンバータ２７等を制御する。

次に、本実施の形態の油圧ブレーキ装置３０への圧油の給排を制御するブレーキ圧発生装置３００の詳細について説明する。
図４は油圧ブレーキ装置３０を含むブレーキ圧発生装置３００の構成を説明する図である。油圧ブレーキ装置３０は、ブレーキ圧発生装置３００からの圧油により駆動されるブレーキシリンダ３１と、ブレーキシリンダ３１により駆動され、ブレーキディスクを加圧して機械式制動力を得るブレーキパッド３２と、ブレーキパッド戻しばね３３とを備えている。

ブレーキ圧発生装置３００は、エンジン２とモータ／ジェネレータ５と機械的に接続された油圧ポンプ３０１と、ブレーキペダル２２の踏み込み量や車速に応じたブレーキ圧を生成して油圧ブレーキ装置３０に供給するブレーキバルブ３０２と、ブレーキバルブ３０２の出力特性を可変制御するための制御圧を生成する圧力制御弁３０３と、要求制動力が回生制動力上限値以下の場合には、ブレーキペダル２２の踏み込みによるバルブスプール位置によるブレーキ圧を無効とする電磁弁（アンロード弁）３０４とを備えて構成されている。
圧力制御弁３０３は、メインコントローラ２０による指示に従って、油圧ポンプ３０１からの圧油の圧力を制御し、制御圧としてブレーキバルブ３０２に出力する比例電磁式圧力制御弁である。ブレーキバルブ３０２は、ブレーキペダル２２により機械的に操作されるとともに、圧力制御弁３０３からの制御圧および電磁弁３０４によっても操作される。

ブレーキバルブ３０２は、ブレーキペダル２２による機械式操作力と圧力制御弁３０３からの制御圧による油圧式操作力とに応じた出力特性により生成されるブレーキ圧を出力する。すなわち、単独回生制動制御時、ブレーキバルブ３０２は、ブレーキペダル２２による機械式操作力のみで操作されるが、電磁弁３０４によりブレーキ圧を出力しないように構成されている。また、回生協調制動制御時、ブレーキバルブ３０２は、ブレーキペダル２２による機械式操作力と圧力制御弁３０３からの制御圧で操作されるが、要求制動力と回生制動力の上限値との差分の制動力に相当するブレーキ圧を出力するように構成されている。

本実施の形態のホイールローダ１００は、走行電動装置１００Ｅの回生制動力と、油圧ブレーキ装置３０による機械式制動力とにより減速する。
図５は車速に応じた回生制動力の上限値の特性を示す図である。図５において、実線は回生制動力の上限値であり、上限値は車速の増加に伴って減少する。回生制動力の上限値は、回生電力を消費可能な電力で規定される。

回生電力は、フロントモータ３およびリアモータ４の制動トルクと、フロントモータ３およびリアモータ４の回転数（すなわち車速）との積によって表される。
ここで、車速、すなわちモータ回転数をＮm、制動トルクをＴk、回生電力をＰkで示すとき、回生電力Ｐkは以下の（２）式で表すことができる。
Ｐk＝Ｔk×Ｎm …（２）
したがって、車速、すなわちモータ回転数Ｎmが大きいほど、回生電力Ｐkは大きくなる。この回生電力Ｐkを消費して回生制動トルク、すなわち回生制動力が得られる。

しかし、蓄電素子７の充電状態、モータ／ジェネレータ５の負荷などに依存して、発生した回生電力を消費できない条件がある。そこで、回生電力の消費量の最大値ＰKmaxに応じた回生制動力を図５に示す実線の回生制動力上限値Ｆklimitとして設定している。すなわち図５は、横軸に車速、縦軸に回生制動力をとった、車速に対する回生制動力上限値の特性線図である。

ハイブリッド式作業車両においては、通常はブレーキペダル２２は半分程度の踏込量のブレーキ力を使用することが多い。図５において、破線Ｆ１は、ブレーキペダル２２が半分程度踏み込まれた時の要求制動力Ｆhalfを示し、一点鎖線Ｆ２は、ブレーキペダル２２が最大に踏み込まれた時の要求制動力Ｆmaxを示している。上述したように、回生制動力の上限値は車速が速くなるほど小さくなる特性Ｆklimitで示されている。

図５においては、低速域においては、ブレーキペダル２２が半分程度踏み込まれた時の要求制動力Ｆhalfは回生制動力上限値Ｆklimitよりも小さいので、低速域では、ブレーキペダル２２が半分程度踏み込まれた時でも油圧ブレーキによる機械式制動力は必要がない。一方、中速域、高速域においては、ブレーキペダル２２が半分程度踏み込まれた時の要求制動力Ｆhalfは回生制動力上限値Ｆklimitよりも大きい。したがって、車速が低速域を超えた中速領域と高速領域では、ブレーキペダル２２が半分程度踏み込まれた時の要求制動力Ｆhalfと、回生制動力上限値Ｆklimitとの差分だけ制動力が不足する。

そこで、本実施の形態では、（３）式により油圧ブレーキによる機械式制動力Ｆbrを算出する。
Ｆbr＝Ｆrq−Ｆklimit …（３）
ここで、Ｆbrは油圧ブレーキによる機械式制動力、Ｆrqはブレーキペダル２２の踏込み量に応じた要求制動力である。ブレーキペダル２２が半分踏み込まれたときの要求制動力をＦhalf、車速が中速Ｖmdのときの回生制動力上限値をＦklimit_md、油圧ブレーキによる機械式制動力をＦbr_mdとすると、油圧ブレーキによる機械式制動力Ｆbr_mdは、（４）式のように示すことができる。
Ｆbr_md＝Ｆhalf−Ｆklimit_md …（４）
同様に、高速域である車速Ｖhにおいてブレーキペダル２２が半分程度踏み込まれたときの要求制動力をＦhalf、車速が高速Ｖhのときの回生制動力上限値をＦklimit_h、油圧ブレーキによる機械式制動力をＦbr_hとすると、（５）式のように示すことができる。
Ｆbr_h＝Ｆhalf−Ｆklimit_h …（５）

図５において、車速が中速Ｖmdの場合、回生制動力上限値がＦklimit_md以下の領域を単独回生制動領域Ｒ１、回生制動力上限値がＦklimit_mdを超える領域を回生協調制動領域Ｒ２と呼ぶ。車速が高速Ｖhの場合は回生制動力上限値がＦklimit_h以下の領域を単独回生制動領域Ｒ１と呼び、回生制動力上限値がＦklimit_hを超える領域を回生協調制動領域Ｒ２と呼ぶ。
要求制動トルクＫ・Ｓbrは要求制動力Ｆrqと比例関係にある物理量であり以下の式で示すことができる。
Ｆrq＝Ｋ・Ｓbr・α …（６）
ここで、αは、要求制動トルクＫ・Ｓbrを要求制動力Ｆrqに変換する係数である。

このように算出される機械式制動力Ｆbrを得るための演算手順と制御手順は次のとおりである。
メインコントローラ２０は、車速と、ブレーキ踏み込み量と、回生制動力上限値を読み込み、（３）式に基づいて、必要な機械式制動力Ｆbrを算出する。メインコントローラ２０は、算出された必要な機械式制動力Ｆbrを得るためのブレーキ圧（必要ブレーキ圧）を算出し、このブレーキ圧を出力するようにブレーキバルブ３０２を制御する。このとき、ブレーキペダル踏込量はメインコントローラ２０が認識しており、ブレーキペダル踏込によるバルブスプール位置によって出力されているブレーキ圧と、必要ブレーキ圧との差を算出し、この圧力差を解消するためのスプール変位を算出する。そして、このスプール変位を与えるための制御圧を演算する。メインコントローラ２０は、算出された制御圧が圧力制御弁３０３から出力されるよう、圧力制御弁３０３のソレノイドに駆動信号を出力する。この駆動信号により圧力制御弁３０３は油圧ポンプ３０１の吐出圧を減圧して所定の制御圧をブレーキバルブ３０２のパイロットポートに供給する。

図６を参照してさらに説明する。図６の横軸の範囲Ｒ１は、要求制動力が回生制動力のみで得られる単独回生制動領域を示し、範囲Ｒ２は、要求制動力を回生制動力と機械式制動力との和で得られる回生協調制動領域を示す。

図６（ａ）、（ｂ）にブレーキペダルのペダル操作量と制動トルク、すなわち制動力との関係を示す。なお、図６（ａ）は車速が中速Ｖmdの場合、図６（ｂ）は車速が高速Ｖhの場合を示している。図５から分かるように、中速Ｖmd時の回生制動力上限値はＦklimit_mdであり、高速Ｖh時の回生制動力上限値はＦklimit_hである。

回生による制動力（制動トルク）は、ブレーキペダル２２のペダル操作量に比例して増加する。しかし、図５で説明したように、車速ごとに上限回生制動力が仕様上決まっているので、ブレーキペダル踏み込みによる要求回生制動力が回生制動力上限値を超えると、中速時はＦklimit_md、高速時はＦklimit_hの一定値となる。このため、油圧ブレーキによる機械式制動力を考慮しない場合、回生制動力は、図６（ａ）、（ｂ）の実線Ｌ１のように変化する。すなわち、ブレーキペダル２２のペダル操作量が０〜Ｐ１までは回生制動力は比例増加し、ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ１以上となると、回生制動力は上限値である一定値Ｆklimit_mdまたはＦklimit_hとなる。

この実施の形態では、ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ１以上となった場合、メインコントローラ２０は、油圧ブレーキ装置３０を動作させて機械式制動力を発生させる。この場合、メインコントローラ２０は、ブレーキ圧発生装置３００を制御する。すなわち、ブレーキペダルセンサ５４からのブレーキ信号と、車速センサ５３からの車速とを利用して、（３）式に基づいて油圧ブレーキによる機械式制動力Ｆbrを算出する。メインコントローラ２０は、この機械式制動力Ｆbrを油圧ブレーキ装置３０が発生させるために必要なブレーキ圧を演算する。メインコントローラ２０は、このブレーキ圧をブレーキバルブ３０２が発生させるためソレノイド駆動信号を演算して圧力制御弁３０３に出力する。圧力制御弁３０３は、ソレノイド駆動信号に応じて油圧ポンプ３０１の圧油の圧力を制御し、制御圧としてブレーキバルブ３０２のパイロットポートに導入する。これにより、ブレーキバルブ３０２は、要求制動力と回生制動力上限値との差分の制動力を発揮させるブレーキ圧を油圧ブレーキ装置３０に導入することができる。
このため、図６（ａ）、（ｂ）の一点鎖線Ｌ２のように、ブレーキ圧に応じた機械式制動力はブレーキペダル２２のペダル操作量に比例して増加する。

上述したメインコントローラ２０の制御により、図６（ａ）、（ｂ）の斜線で示す領域Ｒ４に対応する制動力が、中速時はＦklimit_md、高速時はＦklimit_hで示される回生制動力上限値に加算される。その結果、中速時も高速時も、ブレーキペダル２２のペダル操作量が回生制動力上限値を超える操作量Ｐ１以上となると、一点鎖線で示す特性Ｌ２のように、ブレーキペダル２２のペダル操作量に比例して増加する制動力を得ることができる。

図６（ａ）、（ｂ）のペダル操作量Ｐ２はブレーキペダル２２が半分踏み込まれた時の値である。特許文献１の作業車両では、車速に拘わらず踏込量がＰ２以上で回生協調ブレーキを用いるようにしているので、制動特性は、Ｌ１からＬ３のように折れ曲がった特性である。したがって、踏込量Ｐ１からＰ２の範囲では、ブレーキペダルを踏み込んでも制動力が大きくならず、制動操作性の改善が必要であった。
本発明によれば、制動特性は、Ｌ１からＬ２のように一直線となり、制動力操作性が改善される。

なお、ブレーキペダル２２の操作感覚に車速による違和感を生じさせないように、ブレーキペダル操作量がＰ１以下の範囲における制動力特性Ｌ１の傾きと、ブレーキペダル操作量がＰＩを超えた範囲における制動力特性Ｌ２の傾きとが実質的に同一として示した。この特性Ｌ１と特性Ｌ２の傾きは異なってもよい。

以上で説明した第１の実施の形態によるハイブリッド式作業車両は、蓄電装置７と、エンジン１によって駆動されるモータ/ジェネレータ５と、蓄電装置７およびモータ/ジェネレータ５と電気的に接続され、蓄電装置７およびモータ/ジェネレータ５からの電力で駆動されて車輪に走行駆動力を与えるフロントモータ３およびリアモータ４と、ブレーキペダル２２と、ブレーキペダル２２の踏込量に応じてブレーキ圧を発生させるブレーキ圧発生装置３００と、ブレーキ圧で駆動されて車輪を制動する油圧ブレーキ装置３０と、ブレーキペダル２２の踏込量を検出するブレーキペダルセンサ５４と、車速を検出する車速センサ５３と、メインコントローラ２０を備えている。そして、メインコントローラ２０は、ブレーキペダルセンサ５４により検出されたブレーキペダル踏込量に基づいて演算された要求制動力Ｆrqと、車速センサ５３で検出された車速に基づいて決定された回生制動力上限値Ｆklimitとの大小関係により、フロントモータ３およびリアモータ４の回生電力による回生制動力で車両を減速する単独回生制動制御と、油圧ブレーキ装置３０による機械式制動力および回生制動力により車両を減速する回生協調制動制御のいずれか一方により車両を減速させる。

メインコントローラ２０は、要求制動力Ｆrq（（６）式のＫ・Ｓbr・αに相当）が回生制動力上限値Ｆklimitより大きいときは、要求制動力Ｆrqと回生制動力上限値Ｆklimitとの差分の制動力Ｆbrを演算し、差分の制動力Ｆbrに相当するブレーキ圧をブレーキ圧発生装置３００で発生させて油圧ブレーキ装置３０を動作させる。

メインコントローラ２０は、要求制動力Ｆrqが回生制動力上限値Ｆklimit以下である制動条件において、ブレーキペダル２２とアクセルペダル５５の操作がともに検出された場合には、ブレーキペダル２２の踏込量による要求制動トルクＫ・Ｓbr（（１）式）とアクセルペダル５５の踏込量による要求走行トルクＴ２（（１）式）を比較して、要求制動トルクＫ・Ｓbrが大きいときは単独回生制動制御または回生協調制動制御によりフロントモータ３とリアモータ４を回生運転させ、要求走行トルクＴ２が大きいときはフロントモータ３とリアモータ４を力行運転させる。

第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）メインコントローラ２０は、ブレーキペダル２２の踏込量によって算出される要求制動力が車速に応じた回生制動力上限値以下の場合には、フロントモータ３、リアモータ４による回生制動力をブレーキペダル踏込量に応じて発生させる。すなわち、単独回生制動制御を行う。要求制動力が車速に応じた回生制動力上限値を超える場合は、油圧ブレーキ装置３０による機械式制動力も発生させる。すなわち、回生協調制動制御を行う。この結果、図６（ａ）、（ｂ）に示すペダル操作量がＰ１〜Ｐ３の範囲において、ブレーキペダル２２のペダル操作量に比例して増加する制動力を得ることができ、ブレーキ操作の操作感覚に違和感が生じることを防ぐことができる。

（２）ブレーキ圧発生装置３００は、ブレーキペダル２２の踏み込みによる機械式操作量と制御圧による油圧式操作力とに応じた出力特性によりブレーキ圧を出力するブレーキバルブ３０２と、制御圧を発生する圧力制御弁３０３とを備える。メインコントローラ２０は、要求制動力Ｆrqが回生制動力上限値Ｆklimitより大きい制動条件において、要求制動力Ｆrqと回生制動力上限値Ｆklimitとの間の偏差に相当する制動力Ｆbrを得るために必要なブレーキ圧を演算し、このブレーキ圧を出力するために必要な制御圧を演算する。このようなブレーキバルブ３０２を使用したので、電気系統の故障が発生した場合でも機械式制動力を得ることができる。

−第２の実施の形態−
図７を参照して、本発明によるホイールローダの第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。第１の実施の形態の作業車両は、ブレーキペダル踏込による要求制動力が車速に応じて決定される回生制動力上限値より大きいときに回生協調制動制御を行う。第２の実施の形態は、このような第１の実施の形態の作業車両に設けるインチング制御を改良したものである。

図７に第２の実施の形態によるホイールローダ１００の構成の一例を示す。ホイールローダ１００の運転室１２１には、インチングダイヤル６０が設けられている。インチングダイヤル６０は、たとえばインチングＯＮ、１／３、２／３、ＯＦＦのうち何れかをオペレータが択一的に選択可能となるように構成された操作部材である。

図８は、（ａ）にアクセルペダル踏込量に基づく要求走行トルクＴ１の時間変化を、（ｂ）にブレーキペダル踏込量に基づく要求制動トルクＫ・Ｓｂｒの時間変化を、（ｃ）〜（ｆ）にインチング条件に応じた走行駆動トルクの遮断タイミングを示すタイミングチャートである。

オペレータによりインチングＯＮが選択されたときの駆動トルクの遮断タイミングを図８（ｃ）に示す。アクセルペダル５５が操作された状態において、ブレーキペダル２２のペダル操作量の踏込みにより油圧ブレーキ装置３０による制動力が発生するタイミング、すなわち、図８（ｂ）のブレーキペダル踏込量Ｐ１において、フロントモータ３およびリアモータ４の駆動トルクがカット、すなわち遮断される。なお、図８（ｃ）の一点鎖線に示すように、ブレーキペダル踏込量Ｐ１から駆動トルクが徐々に減少するように制御されるものについても本発明の一態様に含まれる。

オペレータによりインチング１／３が選択されたときの駆動トルクの遮断タイミングを図８（ｄ）に示す。アクセルペダル５５が操作された状態において、ブレーキペダル２２のペダル操作量の踏込みにより油圧ブレーキ装置３０による制動力が最大制動力の１／３に対応する操作量Ｐ１０（図８（ｂ））となるタイミングで、フロントモータ３およびリアモータ４の駆動トルクがカットされる。なお、図８（ｄ）の一点鎖線に示すように、ブレーキペダル踏込量Ｐ１０から駆動トルクが徐々に減少するように制御されるものについても本発明の一態様に含まれる。

オペレータによりインチングダイヤル６０によりインチング２／３が選択されたときの駆動トルクの遮断タイミングを図８（ｅ）に示す。アクセルペダル５５が操作された状態において、ブレーキペダル２２のペダル操作量の踏込みにより油圧ブレーキ装置３０による制動力が最大制動力の２／３に対応する操作量Ｐ２０（図８（ｂ））となるタイミングで、フロントモータ３およびリアモータ４の駆動トルクがカットされる。なお、図８（ｅ）の一点鎖線に示すように、ブレーキペダル踏込量Ｐ２０から駆動トルクが徐々に減少するように制御されるものについても本発明の一態様に含まれる。

インチングダイヤル６０によりインチングＯＦＦが選択されたときの駆動トルクの遮断タイミングを図８（ｆ）に示す。アクセルペダル５５が操作された状態でブレーキペダル２２が操作されたとき、ペダル操作量によらずフロントモータ３およびリアモータ４の駆動トルクはカットされない。

以下、ブレーキペダル２２のペダル操作量が単独回生ブレーキ領域Ｒ１の場合と回生協調ブレーキ領域Ｒ２の場合とに分けて説明する。
１．ペダル操作量が単独回生ブレーキ領域Ｒ１の場合
ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ１未満の場合には、ブレーキペダル２２のペダル操作量による要求制動トルクとアクセルペダル５５の操作量による要求走行トルクとの大小に応じて駆動力を発生させるか、回生制動を行わせるかを切り替える。

メインコントローラ２０は、アクセルペダルセンサ５２により検出されたアクセルペダル５５のペダル操作量による要求走行トルクと、ブレーキペダルセンサ５４により検出されたブレーキペダル２２のペダル操作量による要求制動トルクとを比較する。要求走行トルクが大きい場合には、メインコントローラ２０は、要求走行トルクでリアモータとフロントモータが駆動されるように、エンジン１によりモータ／ジェネレータ５を駆動して走行用電力を発電する。このとき、油圧ブレーキ装置３０は動作させない。

ブレーキペダル２２のペダル操作量による要求制動トルクが大きい場合には、メインコントローラ２０は単独回生制動制御を行う。この場合、メインコントローラ２０は、モータ／ジェネレータ５を電動モードとしてリアモータ４とフロントモータ３の回生による制動力で車両を制動する。
換言すると、この単独回生制動領域Ｒ１においてはインチング条件に拘わらず、インチング制御は行われない。

２．ペダル操作量が回生協調ブレーキ領域Ｒ２の場合
ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ１以上の場合には、インチングダイヤル６０による設定に応じたブレーキペダル２２のペダル操作量になった場合に、走行駆動力をカットする。
インチングダイヤル６０がインチングＯＮに設定されている場合には、ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ１以上となると、メインコントローラ２０は、フロントモータ３およびリアモータ４の駆動トルクをカットして、モータ／ジェネレータ５を電動機モードで駆動する。したがって、フロントモータ３およびリアモータ４の回生による制動力と、油圧ブレーキ装置３０による機械式制動力の和である要求制動力で制動を行う。すなわち、ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ１以上となると、油圧ブレーキ装置３０が作動するタイミングでフロントモータ３およびリアモータ４の駆動トルクがカットされることにより、油圧ブレーキ装置３０によるブレーキパッドの引き摺りを最小限に抑制することができる。

インチングダイヤル６０がインチング１／３に設定されている場合、メインコントローラ２０は、ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ１０未満のときは、アクセルペダル踏み込み量に基づいて算出した要求走行トルクを発生するように、フロントモータ３およびリアモータ４が駆動制御される。ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ１０以上となった場合には、メインコントローラ２０は、フロントモータ３およびリアモータ４の駆動トルクをカットして、油圧ブレーキ装置３０のブレーキ圧による機械式制動力で減速される。

インチングダイヤル６０がインチング２／３に設定されている場合には、メインコントローラ２０は、ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ２０未満のときは、アクセルペダル踏み込み量に基づいて算出した要求走行トルクを発生するように、フロントモータ３およびリアモータ４が駆動制御される。ブレーキペダル２２のペダル操作量がＰ２０以上となった場合には、メインコントローラ２０は、フロントモータ３およびリアモータ４の駆動トルクをカットして、油圧ブレーキ装置３０のブレーキ圧による機械式制動力で減速される。

以上のように、インチングダイヤル６０をインチング１／３または２／３に選択することによって、オペレータが所望する位置にブレーキペダル２２を踏み込むまでは、駆動力を得ることができる。

第２の実施の形態の作業車両は、第１の実施の形態のハイブリッド式作業車両において、ブレーキペダル２２とアクセルペダル５５の同時踏込時に走行駆動力を遮断するインチング条件を設定する手段であるインチングダイヤル６０を備えたものである。そして、メインコントローラ２０は、インチングダイヤル６０で設定されたインチング条件に基づいて、回生協調制動時にフロントモータ３とリアモータ４の駆動力を遮断するものである。

このハイブリッド式作業車両において、インチング条件は、アクセルペダルとブレーキペダルが同時操作されたときに走行駆動力をカットする第１条件、すなわちインチングＯＮと、アクセルペダル５５とブレーキペダル２２が同時操作されたときに要求制動力が第１の制動力のときに走行駆動力を遮断する第２条件、すなわちインチング１/３と、アクセルペダル５５とブレーキペダル２２が同時操作されたときに要求制動力が第１の制動力よりも小さい第２の制動力のときに走行駆動力を遮断する第３条件すなわちインチング２/３とを少なくとも含む。

以上で説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態により得られる作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
（１）回生協調制動領域Ｒ２における駆動力を遮断するための、走行駆動力を遮断開始するブレーキペダル２２の操作量、すなわちインチング条件を選択するためのインチングダイヤル６０を備えるようにした。したがって、低速で間欠的に停止と前進または後進を繰り返すような場合に、油圧ブレーキ装置３０による制動力に対して駆動力を遮断する位置を運転状況等に応じてオペレータが任意に設定することができるので、利便性の向上に寄与する。

（２）インチングダイヤル６０がインチングＯＦＦに設定されている場合、メインコントローラ２０は、ブレーキペダル２２のペダル操作量に関わらず、算出した要求走行トルクを発生するようにフロントモータ３およびリアモータ４の駆動を制御する。すなわち、油圧ブレーキ装置３０が油圧制動力を発生させている場合であっても、走行駆動力を得ることができる。このため、たとえば急勾配での坂道発進が容易に行うことができる。

以上で説明した第１および第２の実施の形態のハイブリッド式作業車両１００を次のように変形できる。
（１）実施の形態の作業車両２００では、一対のフロントモータ３とリアモータ４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）エンジン１により駆動されたモータ/ジェネレータ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と、エンジン１により駆動されたモータ/ジェネレータ５との少なくとも一方によって車輪１８を駆動するパラレルハイブリッド式を用いてもよい。

（３）実施の形態の作業車両はホイールローダで説明したが、ブレーキペダルセンサにより検出されたブレーキペダル踏込量に基づいて演算された要求制動力と、車速センサで検出された車速に基づいて決定された回生制動力上限値との大小関係により、走行電動機の回生電力による回生制動力で車両を減速する単独回生制動制御と、油圧ブレーキ装置による機械式制動力および回生制動力により車両を減速する回生協調制動制御のいずれか一方により車両を減速させるようにした種々のハイブリッド式作業車両に本発明を適用できる。

（４）第２の実施の形態では、インチングダイヤル６０は、インチングＯＮ、１／３、２／３、ＯＦＦを選択させるものとしたが、これらの条件に限定されない。たとえばスライダ機構等により、インチングＯＮ、ＯＦＦとの中間位置を任意の位置に選択可能に構成されているものも本発明の一態様に含まれる。

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。

１…エンジン、３…フロントモータ、４…リアモータ、５…モータ／ジェネレータ、
７…蓄電素子、１０…作業用油圧ポンプ、２０…メインコントローラ、
２２…ブレーキペダル、３０…油圧ブレーキ装置、５２…アクセルペダルセンサ、
５３…車速センサ、５４…ブレーキペダルセンサ、５５…アクセルペダル、
６０…インチングダイヤル、１００…ホイールローダ、
３００…ブレーキ圧発生装置、３０１…油圧ポンプ、３０２…ブレーキバルブ、
３０３…圧力制御弁

Claims (1)

1. 蓄電装置と、
   エンジンによって駆動される発電電動機と、
   前記蓄電装置および前記発電電動機と電気的に接続され、前記蓄電装置および前記発電電動機からの電力で駆動されて車輪に走行駆動力を与える走行電動機と、
   ブレーキペダルと、
   前記ブレーキペダルの踏込量に応じてブレーキ圧を発生させるブレーキ圧発生装置と、
   前記ブレーキ圧発生装置により発生させたブレーキ圧により駆動されて車輪を制動する油圧ブレーキ装置と、
   前記ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキペダル踏み込み量検出手段と、
   車速を検出する車速検出手段と、
   前記ブレーキペダル踏み込み量検出手段により検出されたブレーキペダル踏込量に基づいて演算された要求制動力が前記車速検出手段で検出された車速に基づいて決定された回生制動力上限値よりも小さい低速域においては、前記走行電動機の回生電力による回生制動力で車両を減速する単独回生制動制御を行い、前記低速域より車速が大きい中速域及びその中速域より車速が大きい高速域においては、前記油圧ブレーキ装置による機械式制動力および前記回生制動力により車両を減速する回生協調制動制御を行う制御手段を備え、
   前記単独回生制動制御は、前記ブレーキペダルの踏込量に比例して増加する制動力特性を有し、前記回生協調制動制御は、前記ブレーキペダルの踏込量に比例して増加する前記単独回生制動制御の制動力特性と同一の傾きの制動力特性を有し、
   前記制御手段は、前記回生協調制動制御時には、前記ブレーキペダルとアクセルペダルの同時踏込時に走行駆動力を漸次減少させた上で遮断するインチング制御を行い、前記単独回生制動制御時には、前記インチング制御を行わずに、前記アクセルペダルと前記ブレーキペダルとの操作量に応じて、前記走行駆動力を発生させるか回生制動制御を行うかを切り替えることを特徴とするハイブリッド式作業車両。

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