JP6548601B2 - 作業車 - Google Patents

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Description

本発明は、駆動可能な左右一対の前輪と、駆動可能な左右一対の後輪と、を有している走行装置と、左右一対の前輪及び左右一対の後輪のうち一方を駆動するエンジンと、左右一対の前輪及び左右一対の後輪のうち他方を駆動する電動モータと、電動モータに電力を供給するバッテリと、を備えている作業車に関する。
上記のような作業車として、例えば、特許文献１に記載の作業車が既に知られている。
特許文献１に記載の作業車には、駆動可能な左右一対の前輪と、駆動可能な左右一対の後輪と、を有している走行装置と、左右一対の後輪を駆動するエンジンと、左右一対の前輪を駆動する電動モータ（文献では「モータジェネレータ」）と、電動モータに電力を供給するバッテリと、が備えられている。特許文献１に記載の作業車は、エンジンの駆動力が左右一対の後輪に伝達され、かつ、電動モータの駆動力が左右一対の前輪に伝達される４ＷＤモードでの走行が可能である。
特開２００３−６１２０７号公報
特許文献１に記載の作業車では、制御装置（文献では「統合コントローラ」）が電動モータの回転速度とトルク指令値との関係に基づいて、電動モータを制御する構成において、力行領域におけるトルク指令値の上限値を大きく設定することにより、４ＷＤモードにおいて、電動モータの出力を大きくして、悪路での走行性を確保することができる。しかし、この場合、電動モータにそれ程大きな出力を必要としない良路を走行中にも、電動モータの出力が必要以上に大きくなって、電動モータの電力消費量が増えてしまう。
上記状況に鑑み、悪路での走行性を確保することができる共に、電動モータの電力消費量を低減することができる作業車が要望されている。
本発明の特徴は、
駆動可能な左右一対の前輪と、駆動可能な左右一対の後輪と、を有している走行装置と、
左右一対の前記前輪及び左右一対の前記後輪のうち一方を駆動するエンジンと、
左右一対の前記前輪及び左右一対の前記後輪のうち他方を駆動する電動モータと、
前記電動モータに電力を供給するバッテリと、
前記電動モータの回転速度とトルク指令値との関係に基づいて、前記電動モータを制御する制御装置と、
前記前輪の回転速度を検出する前輪回転速度検出センサと、
前記後輪の回転速度を検出する後輪回転速度検出センサと、を備えており、
前記制御装置は、
前記前輪回転速度検出センサの検出値及び前記後輪回転速度検出センサの検出値に基づいて、前記前輪及び前記後輪のうち前記エンジンに駆動されるエンジン駆動輪の回転速度から前記前輪及び前記後輪のうち前記電動モータに駆動されるモータ駆動輪の回転速度を引算することにより、前記エンジン駆動輪の回転速度に対する前記モータ駆動輪の回転速度の低下度合いを示す回転速度低下度を算出する回転速度低下度算出部と、
前記回転速度低下度と基準値との比較結果に基づいて、前記トルク指令値の上限値を変更するトルク上限値変更部と、を備えており、
前記トルク上限値変更部は、前記回転速度低下度が前記基準値よりも大きい場合は、前記エンジン駆動輪よりも回転速度が低い回転状態の前記モータ駆動輪を駆動する前記電動モータについて、力行領域における前記トルク指令値の上限値を大きくし、かつ、回生領域における前記トルク指令値の上限値を小さくし、前記回転速度低下度が前記基準値よりも小さい場合は、前記エンジン駆動輪よりも回転速度が低い回転状態の前記モータ駆動輪を駆動する前記電動モータについて、力行領域における前記トルク指令値の上限値を小さくし、かつ、回生領域における前記トルク指令値の上限値を大きくすることにある。
舗装路等の路面状態の良い道路（良路）では、路面状態が良いことから、前輪と後輪との間で動力が路面を介して互いに伝達され易い。このため、良路を走行している場合は、前輪の回転と後輪の回転とが同期し易く、回転速度低下度が小さくなる傾向にある。これに対して、未舗装路等の路面状態の悪い道路（悪路）では、路面状態が悪いことから、前輪と後輪との間で動力が路面を介して互いに伝達され難い。このため、悪路を走行している場合は、前輪の回転と後輪の回転とが同期し難く、回転速度低下度が大きくなる傾向にある。
本特徴構成によれば、回転速度低下度が基準値よりも大きい場合、すなわち、悪路を走行している場合は、力行領域におけるトルク指令値の上限値が大きくなる。これにより、電動モータに大きな出力を必要とする悪路を走行中は、電動モータの出力を大きくして、悪路での走行性を確保することができる。また、回転速度低下度が基準値よりも小さい場合、すなわち、良路を走行している場合は、力行領域におけるトルク指令値の上限値が小さくなる。これにより、電動モータにそれ程大きな出力を必要としない良路を走行中は、電動モータの出力を小さくして、電動モータの電力消費量を低減することができる。
本特徴構成によれば、回転速度低下度が基準値よりも大きい場合、すなわち、悪路を走行している場合は、回生領域におけるトルク指令値の上限値が小さくなる。これにより、電動モータに大きな出力を必要とする悪路を走行中は、電動モータの回生電力を小さくして、悪路での走行性を確保することができる。また、回転速度低下度が基準値よりも小さい場合、すなわち、良路を走行している場合は、回生領域におけるトルク指令値の上限値が大きくなる。これにより、電動モータにそれ程大きな出力を必要としない良路を走行中は、電動モータの回生電力を大きくして、バッテリの充電量を増やすことができる。
本特徴構成によれば、前輪及び後輪のうちエンジンに駆動される方の回転速度から前輪及び後輪のうち電動モータに駆動される方の回転速度を引算するだけの簡素な制御構成によって、回転速度低下度を算出することができる。
さらに、本発明において、
前記トルク上限値変更部は、前記回転速度低下度が前記基準値と等しい場合は、力行領域における前記トルク指令値の上限値及び回生領域における前記トルク指令値の上限値を変更しないと好適である。
ユーティリティビークルを示す左側面図である。 ユーティリティビークルを示す平面図である。 制御装置の制御ブロックを示す図である。 電動モータの回転速度とトルク指令値との関係を示す図である。 制御装置の制御フローを示す図である。
本発明を実施するための形態について、図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、図１及び図２に示す矢印Ｆの方向を「機体前側」、矢印Ｂの方向を「機体後側」、図２に示す矢印Ｌの方向を「機体左側」、矢印Ｒの方向を「機体右側」とする。
〔ユーティリティビークルの全体構成〕
図１及び図２には、本発明に係る「作業車」に相当するユーティリティビークル（多目的車両）を示している。本ユーティリティビークルは、エンジンＥ及び電動モータＭを駆動源とするハイブリッド作業車である。本ユーティリティビークルには、機体フレーム１と、機体フレーム１を支持するホイール式の走行装置２と、が備えられている。走行装置２には、操舵可能かつ駆動可能な左右一対の前輪２Ｆと、駆動可能な左右一対の後輪２Ｂと、が備えられている。本ユーティリティビークルは、その走行モードが、エンジンＥの駆動力が左右一対の後輪２Ｂに伝達され、かつ、電動モータＭの駆動力が左右一対の前輪２Ｆに伝達される４ＷＤモードと、エンジンＥの駆動力が左右一対の後輪２Ｂに伝達され、かつ、電動モータＭの駆動力が左右一対の前輪２Ｆに伝達されない２ＷＤモードと、電動モータＭの駆動力が左右一対の前輪２Ｆに伝達され、かつ、エンジンＥの駆動力が左右一対の後輪２Ｂに伝達されないＥＶモードと、に切り替え可能である。
機体フレーム１の前後中央部には、乗員が搭乗する運転部３が設けられている。機体フレーム１の後部には、荷台４が設けられている。荷台４は、後支点で上下揺動して積載物を後方にダンプ排出可能である。荷台４の下方には、原動部５が設けられている。原動部５には、エンジンＥと、エンジンＥの駆動力を無段階に変速するベルト無段変速装置６と、ベルト無段変速装置６の変速動力を変速して走行装置２（左右一対の後輪２Ｂ）に伝達するトランスミッション７と、が備えられている。トランスミッション７には、ギヤ変速機構（図示省略）や差動機構（図示省略）が備えられている。
〔運転部〕
運転部３には、運転者が着座する運転席８や同乗者が着座する助手席９、乗員保護用のロプス１０、ステアリングハンドル１２が設けられている。その他、運転部３には、走行速度を設定するアクセルペダル１５や前記走行モードを切り替える走行モード切替スイッチ１６が設けられている（図３参照）。運転部３の下方には、左右一対の前輪２Ｆを駆動する電動モータＭや、電動モータＭに電力を供給するバッテリ１３、電動モータＭとバッテリ１３との間で電力を変換するインバータ１４が配置されている。
〔制御装置〕
図３に示すように、本ユーティリティビークルには、電動モータＭを制御する制御装置１７が備えられている。制御装置１７には、アクセルペダル１５の操作信号や走行モード切替スイッチ１６の切替信号が入力される。その他、制御装置１７には、電動モータＭの回転速度Ｎを検出する電動モータ回転速度センサ１８の検出信号や前輪２Ｆの回転速度を検出する前輪回転速度検出センサ１９の検出信号、後輪２Ｂの回転速度を検出する後輪回転速度検出センサ２０の検出信号が入力される。制御装置１７には、トルクマップＴＭや回転速度低下度算出部２１、回転速度低下度比較部２２、トルク上限値変更部２３が備えられている。
図４に示すように、トルクマップＴＭは、電動モータＭの回転速度Ｎとトルク指令値Ｔとの関係を規定している。トルクマップＴＭにおいて、横軸が電動モータＭの回転速度Ｎ、縦軸がトルク指令値Ｔを示している。トルクマップＴＭのうち横軸に対して上側の領域には、前進側の力行領域における電動モータＭの回転速度Ｎとトルク指令値Ｔとの関係が、トルクマップＴＭのうち横軸に対して下側の領域には、前進側の回生領域における電動モータＭの回転速度Ｎとトルク指令値Ｔとの関係が規定されている。図４において、力行側の電流制限部分Ａ及び回生側の電流制限部分Ｂは、トルク指令値Ｔの上限値が電流の制限によって規定される部分を示している。
回転速度低下度算出部２１は、前輪回転速度検出センサ１９の検出値及び後輪回転速度検出センサ２０の検出値に基づいて、後輪２Ｂの回転速度に対する前輪２Ｆの回転速度の低下度合を示す回転速度低下度ΔＶを算出する。本実施形態では、回転速度低下度算出部２１は、例えば、後輪２Ｂの回転速度から前輪２Ｆの回転速度を引算（後輪２Ｂの回転速度−前輪２Ｆの回転速度）することにより、回転速度低下度ΔＶを算出する。回転速度低下度算出部２１は、回転速度低下度ΔＶが負の値である場合（前輪２Ｆの回転速度が後輪２Ｂの回転速度よりも速い場合）、回転速度低下度ΔＶをゼロとする。トルク上限値変更部２３は、回転速度低下度ΔＶと基準回転速度低下度ΔＶｓとの比較結果に基づいて、トルク指令値Ｔの上限値を変更する。
なお、以下の説明では、力行領域におけるトルク指令値Ｔの上限値を「力行側のトルク上限値Ｔａ＿ｍａｘ」、回生領域におけるトルク指令値Ｔの上限値を「回生側のトルク上限値Ｔｂ＿ｍａｘ」としている。また、トルク指令値Ｔの上限値について、「トルク制限値」とは、トルクの制限によって規定されるトルク指令値Ｔの上限値であり、「電流制限値」とは、電流の制限によって規定されるトルク指令値Ｔの上限値である。
〔電動モータの力行・回生制御〕
次に、電動モータＭの力行・回生制御について、図５を用いて説明する。図５に示すように、回転速度低下度算出部２１は、回転速度低下度ΔＶを算出する（Ｓ１）。
回転速度低下度ΔＶが基準回転速度低下度ΔＶｓよりも大きい場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、トルク上限値変更部２３は、力行側のトルク上限値Ｔａ＿ｍａｘを大きくし、かつ、回生側のトルク上限値Ｔｂ＿ｍａｘを小さくする（Ｓ３）。すなわち、回転速度低下度ΔＶに応じて、力行側のトルク上限値（トルク制限値、電流制限値）が増加し、かつ、回生側のトルク上限値（トルク制限値、電流制限値）が減少する。
例えば、図４において、力行側のトルク上限値（トルク制限値）がＴａ＿ｍａｘ２であり、かつ、回生側のトルク上限値（トルク制限値）がＴｂ＿ｍａｘ２である場合、力行側のトルク上限値（トルク制限値）がＴａ＿ｍａｘ２からＴａ＿ｍａｘ１に増加し、かつ、回生側のトルク上限値（トルク制限値）がＴｂ＿ｍａｘ２からＴｂ＿ｍａｘ３に減少する。また、図４において、力行側の電流制限部分Ａでは、力行側のトルク上限値（電流制限値）が増加し、かつ、回生側の電流制限部分Ｂでは、回生側のトルク上限値（電流制限値）が減少する。
回転速度低下度ΔＶが基準回転速度低下度ΔＶｓよりも小さい場合（Ｓ２：Ｎｏ、Ｓ４Ｙｅｓ）、トルク上限値変更部２３は、力行側のトルク上限値Ｔａ＿ｍａｘを小さくし、かつ、回生側のトルク上限値Ｔｂ＿ｍａｘを大きくする（Ｓ５）。すなわち、回転速度低下度ΔＶに応じて、力行側のトルク上限値（トルク制限値、電流制限値）が減少し、かつ、回生側のトルク上限値（トルク制限値、電流制限値）が増加する。
例えば、図４において、力行側のトルク上限値（トルク制限値）がＴａ＿ｍａｘ２であり、かつ、回生側のトルク上限値（トルク制限値）がＴｂ＿ｍａｘ２である場合、力行側のトルク上限値（トルク制限値）がＴａ＿ｍａｘ２からＴａ＿ｍａｘ３に減少し、かつ、回生側のトルク上限値（トルク制限値）がＴｂ＿ｍａｘ２からＴｂ＿ｍａｘ１に増加する。また、図４において、力行側の電流制限部分Ａでは、力行側のトルク上限値（電流制限値）が減少し、かつ、回生側の電流制限部分Ｂでは、回生側のトルク上限値（電流制限値）が増加する。
回転速度低下度ΔＶが基準回転速度低下度ΔＶｓと等しい場合（Ｓ２：Ｎｏ、Ｓ４：Ｎｏ）、トルク上限値変更部２３は、力行側のトルク上限値Ｔａ＿ｍａｘ及び回生側のトルク上限値Ｔｂ＿ｍａｘを変更しない（Ｓ６）。
例えば、図４において、力行側のトルク上限値（トルク制限値）がＴａ＿ｍａｘ２であり、かつ、回生側のトルク上限値（トルク制限値）がＴｂ＿ｍａｘ２である場合、力行側のトルク上限値（トルク制限値）がＴａ＿ｍａｘ２に維持され、かつ、回生側のトルク上限値（トルク制限値）がＴｂ＿ｍａｘ２に維持される。また、図４において、力行側の電流制限部分Ａでは、力行側のトルク上限値（電流制限値）が維持され、かつ、回生側の電流制限部分Ｂでは、回生側のトルク上限値（電流制限値）が維持される。
このような構成によれば、回転速度低下度ΔＶが基準回転速度低下度ΔＶｓよりも大きい場合、すなわち、悪路を走行している場合は、力行領域におけるトルク指令値Ｔの上限値が大きくなる。これにより、電動モータＭに大きな出力を必要とする悪路を走行中は、電動モータＭの出力を大きくして、悪路での走行性を確保することができる。また、回転速度低下度ΔＶが基準回転速度低下度ΔＶｓよりも小さい場合、すなわち、良路を走行している場合は、力行領域におけるトルク指令値Ｔの上限値が小さくなる。これにより、電動モータＭにそれ程大きな出力を必要としない良路を走行中は、電動モータＭの出力を小さくして、電動モータＭの電力消費量を低減することができる。
また、回転速度低下度ΔＶが基準回転速度低下度ΔＶｓよりも大きい場合、すなわち、悪路を走行している場合は、回生領域におけるトルク指令値Ｔの上限値が小さくなる。これにより、電動モータＭに大きな出力を必要とする悪路を走行中は、電動モータＭの回生電力を小さくして、悪路での走行性を確保することができる。また、回転速度低下度ΔＶが基準回転速度低下度ΔＶｓよりも小さい場合、すなわち、良路を走行している場合は、回生領域におけるトルク指令値Ｔの上限値が大きくなる。これにより、電動モータＭにそれ程大きな出力を必要としない良路を走行中は、電動モータＭの回生電力を大きくして、バッテリ１３の充電量を増やすことができる。
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、トルク上限値変更部２３は、回転速度低下度ΔＶと基準回転速度低下度ΔＶｓとの比較結果に基づいて、力行側のトルク上限値Ｔａ＿ｍａｘ及び回生側のトルク上限値Ｔｂ＿ｍａｘを変更するが、力行側のトルク上限値Ｔａ＿ｍａｘのみを変更してもよい。
（２）上記実施形態では、トルク上限値変更部２３は、回転速度低下度ΔＶと基準回転速度低下度ΔＶｓとの比較結果に基づいて、力行側のトルク上限値Ｔａ＿ｍａｘを変更し、かつ、回生側のトルク上限値Ｔｂ＿ｍａｘを変更するが、本発明はこれに限定されない。
例えば、トルク上限値変更部２３は、回転速度低下度ΔＶの増加に応じて力行側のトルク指令値Ｔの上限値が増加（回生側のトルク指令値Ｔの上限値が減少）し、かつ、回転速度低下度ΔＶの減少に応じて力行側のトルク指令値Ｔの上限値が減少（回生側のトルク指令値Ｔの上限値が増加）する形態で、回転速度低下度ΔＶに応じてトルク指令値Ｔの上限値が逐一算出されるようにしてもよい。また、基準回転速度低下度ΔＶｓを複数設定して、トルク指令値Ｔの上限値が段階的に変更されるようにしてもよい。
（３）上記実施形態では、回転速度低下度算出部２１は、後輪２Ｂの回転速度から前輪２Ｆの回転速度を引算することにより、回転速度低下度ΔＶを算出するが、回転速度低下度ΔＶを算出する手法は、上記実施形態に係る手法に限定されない。例えば、回転速度低下度ΔＶは、前輪２Ｆの回転速度と後輪２Ｂの回転速度との比率（前輪２Ｆの回転速度／後輪２Ｂの回転速度）でもよい。
（４）トルクマップＴＭに規定された電動モータＭの回転速度Ｎとトルク指令値Ｔとの関係は、例示であり、電動モータＭの回転速度Ｎとトルク指令値Ｔとの関係は、トルクマップＴＭに規定されたものに限定されない。
（５）上記実施形態では、左右一対の前輪２Ｆが電動モータＭによって駆動され、左右一対の後輪２ＢがエンジンＥによって駆動されるが、左右一対の前輪２ＦがエンジンＥによって駆動され、左右一対の後輪２Ｂが電動モータＭによって駆動されてもよい。
本発明は、ユーティリティビークルの他、トラクタや田植機、コンバインにも利用可能である。また、農業作業車の他、建設作業車にも利用可能である。
２ 走行装置
２Ｆ 前輪
２Ｂ 後輪
１３ バッテリ
１７ 制御装置
１９ 前輪回転速度検出センサ
２０ 後輪回転速度検出センサ
２１ 回転速度低下度算出部
２３ トルク上限値変更部
Ｅ エンジン
Ｍ 電動モータ
Ｎ 回転速度
Ｔ トルク指令値
ΔＶ 回転速度低下度
ΔＶｓ 基準回転速度低下度（基準値）

Claims (2)

  1. 駆動可能な左右一対の前輪と、駆動可能な左右一対の後輪と、を有している走行装置と、
    左右一対の前記前輪及び左右一対の前記後輪のうち一方を駆動するエンジンと、
    左右一対の前記前輪及び左右一対の前記後輪のうち他方を駆動する電動モータと、
    前記電動モータに電力を供給するバッテリと、
    前記電動モータの回転速度とトルク指令値との関係に基づいて、前記電動モータを制御する制御装置と、
    前記前輪の回転速度を検出する前輪回転速度検出センサと、
    前記後輪の回転速度を検出する後輪回転速度検出センサと、を備えており、
    前記制御装置は、
    前記前輪回転速度検出センサの検出値及び前記後輪回転速度検出センサの検出値に基づいて、前記前輪及び前記後輪のうち前記エンジンに駆動されるエンジン駆動輪の回転速度から前記前輪及び前記後輪のうち前記電動モータに駆動されるモータ駆動輪の回転速度を引算することにより、前記エンジン駆動輪の回転速度に対する前記モータ駆動輪の回転速度の低下度合いを示す回転速度低下度を算出する回転速度低下度算出部と、
    前記回転速度低下度と基準値との比較結果に基づいて、前記トルク指令値の上限値を変更するトルク上限値変更部と、を備えており、
    前記トルク上限値変更部は、前記回転速度低下度が前記基準値よりも大きい場合は、前記エンジン駆動輪よりも回転速度が低い回転状態の前記モータ駆動輪を駆動する前記電動モータについて、力行領域における前記トルク指令値の上限値を大きくし、かつ、回生領域における前記トルク指令値の上限値を小さくし、前記回転速度低下度が前記基準値よりも小さい場合は、前記エンジン駆動輪よりも回転速度が低い回転状態の前記モータ駆動輪を駆動する前記電動モータについて、力行領域における前記トルク指令値の上限値を小さくし、かつ、回生領域における前記トルク指令値の上限値を大きくする作業車。
  2. 前記トルク上限値変更部は、前記回転速度低下度が前記基準値と等しい場合は、力行領域における前記トルク指令値の上限値及び回生領域における前記トルク指令値の上限値を変更しない請求項１に記載の作業車。
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