JP6735698B2

JP6735698B2 - 作業車

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Publication number: JP6735698B2
Application number: JP2017051664A
Authority: JP
Inventors: 隼輔宮下
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2037-03-16
Also published as: JP2018157665A

Description

本発明は、アクセル操作具の操作量を検出するアクセルセンサと、車両速度を検出する車速センサと、走行用の動力を出力する電動モータと、前記電動モータの回転速度を検出する回転センサと、前記電動モータの作動を制御する制御ユニットとを備えた作業車に関する。

上記のような作業車としては、例えば、制御ユニット（制御装置）に、車速に対する目標駆動トルクの特性を示すテーブル（トルクカーブ）が記憶された記憶部（記憶装置）と、テーブルとアクセルセンサ（ペダル操作量センサ）の検出と車速センサの検出（車速演算部で演算された車速）とに基づいてトルク指令値（目標駆動トルク）を設定するトルク設定部（トルク演算部）と、電動モータ（走行電動機）の出力トルクがトルク指令値に達するように電動モータの作動を制御するトルク制御部（走行用インバータ）とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−２１７７９７号公報

通常、上記のような作業車においては、記憶部に、車両の速度制限値（最高車両速度）に基づいて設定されたトルク制限値が記憶されており、トルク設定部は、テーブルとアクセルセンサの検出と車速センサの検出とに基づいて設定するトルク指令値がトルク制限値を超える場合は、トルク指令値がトルク制限値を超えないようにトルク指令値をトルク制限値に固定することが考えられている。
トルク制限値は、平地での走行抵抗を基準にした速度制限値に基づいて設定されている。
これにより、作業車が平地で走行しているときに、トルク設定部によって設定されるトルク指令値がトルク制限値に達すると、このときのトルク制御部の制御作動によって得られる車両速度が速度制限値に一致又は略一致する。その結果、車両速度を速度制限値に保つことができる。
しかしながら、作業車が平地よりも走行抵抗が大きい上り坂などで走行しているときは、車両速度が速度制限値に達していなくても、トルク設定部によって設定されるトルク指令値がトルク制限値に達することがある。このような場合、走行抵抗が大きいほど、このときのトルク制御部の制御作動によって得られる車両速度が速度制限値よりも遅くなる。
逆に、作業車が平地よりも走行抵抗が小さい下り坂などで走行しているときは、トルク設定部によって設定されるトルク指令値がトルク制限値に達していなくても、車両速度が速度制限値を超えることがある。このような場合、走行抵抗が小さいほど、このときのトルク制御部の制御作動によって得られる車両速度が速度制限値よりも速くなる。

つまり、走行抵抗の変化にかかわらず、車両速度を速度制限値に簡単に保てるようにすることが望まれている。

上記の課題を解決するための手段として、
本発明に係る作業車は、アクセル操作具の操作量を検出するアクセルセンサと、車両速度を検出する車速センサと、走行用の動力を出力する電動モータと、前記電動モータの回転速度を検出する回転センサと、前記電動モータの作動を制御する制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、前記電動モータの回転速度と出力トルクとの関係を示すデータが記憶された記憶部と、前記データと前記アクセルセンサの検出と前記回転センサの検出とに基づいてトルク指令値を設定するトルク設定部と、前記出力トルクが前記トルク指令値に達するように前記電動モータの作動を制御するトルク制御部とを備え、
前記記憶部には、車両の速度制限値に基づいて設定されたトルク制限値が記憶され、
前記制御ユニットには、前記車両速度が前記速度制限値に達していないときに前記トルク指令値が前記トルク制限値に達した場合は、前記車両速度が前記速度制限値に向けて上昇するように前記トルク制限値を低下させる制限値低下処理を行い、かつ、前記車両速度が前記速度制限値を超えた場合は、前記車両速度が前記速度制限値に向けて低下するように前記トルク制限値を上昇させる制限値上昇処理を行う制限値適正化処理部が備えられている。

この手段によると、例えば、作業車が走行抵抗の大きい上り坂などで走行している場合において、車両速度が速度制限値（最高車両速度）に達する前に、トルク設定部によって設定されるトルク指令値がトルク制限値に達したときは、制限値適正化処理部が制限値低下処理を行うことでトルク制限値とともにトルク指令値が低下する。これにより、走行抵抗が大きい場合であっても、トルク制御部の制御作動によって車両速度を速度制限値に向けて上昇させることができる。そして、車両速度が速度制限値に達すると、制限値適正化処理部が制限値低下処理を終了し、この終了時点でのトルク指令値に基づくトルク制御部の制御作動によって車両速度が速度制限値に維持される。
逆に、作業車が走行抵抗の小さい下り坂などで走行している場合において、車両速度が速度制限値を超えたときは、制限値適正化処理部が制限値上昇処理を行うことでトルク制限値とともにトルク指令値が上昇する。これにより、走行抵抗が小さい場合は、トルク制御部の制御作動によって車両速度を速度制限値に向けて低下させることができる。そして、車両速度が速度制限値に達すると、制限値適正化処理部が制限値上昇処理を終了し、この終了時点でのトルク指令値に基づくトルク制御部の制御作動によって車両速度が速度制限値に維持される。
つまり、制限値適正化処理部の制御作動により、走行抵抗の変化に応じてトルク制限値を適正に調整することができ、この調整により、走行抵抗の変化にかかわらず、車両速度を速度制限値に簡単に保つことができる。

本発明をより好適にするための手段の一つとして、
前記制限値適正化処理部は、目標値を前記速度制限値とし、制御量を前記車両速度とする積分制御で前記制限値上昇処理を行う。

この手段によると、制限値上昇処理において生じる残留偏差を無くすことができる。
その結果、作業車が走行抵抗の小さい下り坂などで走行しているときに、車両速度をより精度良く速度制限値に保つことができる。

多目的作業車の左側面図である。多目的作業車の平面図である。メインスイッチ及び選択スイッチなどの配置を示すステアリングホイール付近の背面図である。多目的作業車における制御構成の一部を示すブロック図である。多目的作業車における電動モータの回転速度と出力トルクと速度制限値に基づくトルク制限値との関係を示すトルクマップである。

以下、本発明を実施するための形態の一例として、本発明を、作業車の一例であるパラレルハイブリッド仕様の多目的作業車に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
尚、図１に記載した符号Ｆの矢印が指し示す方向が多目的作業車の前側であり、符号Ｕの矢印が指し示す方向が多目的作業車の上側である。
又、図２に記載した符号Ｆの矢印が指し示す方向が多目的作業車の前側であり、符号Ｒの矢印が指し示す方向が多目的作業車の右側である。

図１〜２に示すように、本実施形態で例示する多目的作業車は、車体の骨組みを形成する車体フレーム１、走行用の動力を出力する動力源として車体の前後中央側に配置されたガソリンエンジン（以下、エンジンと称する）２とモータジェネレータ（電動モータの一例）３、車体の前後中央側に配置された二人乗り用の搭乗部４、車体の右側部に配置された燃料タンク５、左右の前輪６Ａと左右の後輪６Ｂとを有するホイール式の走行装置６、車体の後部に昇降揺動可能に取り付けられた荷台７、及び、揺動開閉式のボンネット８、などを備えている。エンジン２とモータジェネレータ３とは、電磁クラッチ（図示せず）などを介して断続可能に連動連結されている。

動力源からの動力は、遠心クラッチ９とベルト式無段変速装置１０とを介してギア式変速装置１１に伝達される。そして、ギア式変速装置１１から取り出された前輪駆動用の動力が、第１伝動軸１２、前輪用差動装置１３、及び、左右の第２伝動軸１４、などを介して左右の前輪６Ａに伝達される。又、ギア式変速装置１１から取り出された後輪駆動用の動力が、左右の第３伝動軸１５などを介して左右の後輪６Ｂに伝達される。

図示は省略するが、ギア式変速装置１１は、そのケーシング内に、変速機構、後輪用差動機構、及び、左右のブレーキ、などを備えている。変速機構は、動力源からの動力を前進動力と後進動力とに切り替え、かつ、前進動力を高低２段に切り替える。

図１〜４に示すように、搭乗部４は、左側に配置された運転席１６、右側に配置された助手席１７、運転席側の足元部に配置されたアクセルペダル（アクセル操作具の一例）１８、運転席１６の前方に配置された前輪操舵用のステアリングホイール１９、ステアリングホイール１９の右側に隣接して配置された前後揺動式の変速レバー２０、各種の情報を表示する表示装置２１、左右のドア２２、及び、保護フレーム２３、などを備えている。変速レバー２０は、中立位置Ｎ、中立位置Ｎよりも車体前側の低速前進位置Ｌ、低速前進位置Ｌよりも車体前側の高速前進位置Ｈ、及び、中立位置Ｎよりも車体後側の後進位置Ｒ、に切り替え保持可能に構成されている。変速レバー２０は、コントロールケーブル（図示せず）などを介して変速機構に操作連係されている。変速機構は、変速レバー２０の操作に基づいて、変速レバー２０の操作位置に応じた作動状態に切り替わる。

図２及び図４に示すように、多目的作業車は、アクセルペダル１８の操作量を検出するアクセルセンサ２４、車両速度を検出する車速センサ２５、モータジェネレータ３の回転速度を検出する回転センサ２６、モータジェネレータ３などの作動を制御する制御ユニット２７、及び、モータジェネレータ３からの電力で充電されるバッテリ２８、を備えている。

制御ユニット２７は、モータジェネレータ３及び表示装置２１などの各電装品に、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車内通信網及び電力線などを介して通信可能又は送電可能に接続されている。バッテリ２８は、モータジェネレータ３及び制御ユニット２７などの各電装品に変換ユニット２９など介して接続されるリチウムイオン電池である。

図示は省略するが、バッテリ２８は、その電圧、電流、温度、などを監視し、異常を検知した場合に充放電の制限や停止によるバッテリ２８の保護などを行う管理システムなどを備えている。モータジェネレータ３は、バッテリ２８から供給される電力で走行モータとして機能し、エンジン２からの動力で発電機として機能する。変換ユニット２９は、インバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ、及び、ＤＣ−ＤＣコンバータ、などを備えている。

図３〜４に示すように、多目的作業車は、制御ユニット２７などの各電装品への通電を断続するキー操作式のメインスイッチ３０を備えている。メインスイッチ３０は、「ＯＦＦ」位置と「ＯＮ」位置と「ＳＴＡＲＴ」位置とに操作可能で、かつ、「ＯＦＦ」位置と「ＯＮ」位置とに位置保持可能で、「ＳＴＡＲＴ」位置から「ＯＮ」位置に復帰付勢されている。メインスイッチ３０は、「ＯＦＦ」位置に人為操作されると、バッテリ２８から各電装品への通電を遮断する遮断状態に切り替わる。メインスイッチ３０は、「ＯＮ」位置に人為操作されると、バッテリ２８から各電装品に通電する接続状態に切り替わる。メインスイッチ３０は、「ＳＴＡＲＴ」位置に人為操作されると、接続状態を維持しながら制御ユニット２７にエンジン２の始動を指令する。

図示は省略するが、制御ユニット２７は、メインスイッチ３０からのエンジン始動指令を、エンジン用の電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと称する）に送信する。エンジンＥＣＵは、エンジン始動指令に基づいて、スタータモータなどを作動させてエンジン２を始動させる。

図３〜４に示すように、制御ユニット２７は、モータジェネレータ３及び電磁クラッチなどの作動を制御する作動制御部２７Ａ、メインスイッチ３０の操作位置を判別する判別部２７Ｂ、及び、走行用の駆動モードを切り替える駆動切替部２７Ｃ、などを備えている。制御ユニット２７は、走行用の駆動モードとして、モータジェネレータ３からの動力のみで走行装置６を駆動する電動モード、エンジン２からの動力のみで走行装置６を駆動するエンジン駆動モード、及び、モータジェネレータ３からの動力とエンジン２からの動力とを併用して走行装置６を駆動するハイブリッド駆動モード、を備えている。

駆動切替部２７Ｃは、判別部２７Ｂからの情報に基づいて、メインスイッチ３０の「ＯＦＦ」位置から「ＯＮ」位置への切り替えを検知すると、走行用の駆動モードを電動モードに切り替える。駆動切替部２７Ｃは、判別部２７Ｂからの情報に基づいて、メインスイッチ３０の「ＯＮ」位置から「ＳＴＡＲＴ」位置への切り替えを検知すると、搭乗部４に備えた選択スイッチ３１の人為操作で選択された駆動モードに切り替える。選択スイッチ３１は、エンジン駆動モードを選択する第１状態と、ハイブリッド駆動モードを選択する第２状態とに切り替えられる。駆動切替部２７Ｃは、選択スイッチ３１が第１状態であると走行用の駆動モードをエンジン駆動モードに切り替える。駆動切替部２７Ｃは、選択スイッチ３１が第２状態であると走行用の駆動モードをハイブリッド駆動モードに切り替える。
これにより、運転者は、メインスイッチ３０を「ＯＦＦ」位置から「ＯＮ」位置に操作することで、走行用の駆動モードとして電動モードを選択することができ、エンジン２を稼働させることなく車体を走行させることができる。そして、運転者は、メインスイッチ３０を「ＯＮ」位置から「ＳＴＡＲＴ」位置に操作してエンジン２を稼働させた状態では、選択スイッチ３１の操作によって、走行用の駆動モードをエンジン駆動モードとハイブリッド駆動モードとに切り替えることができる。

作動制御部２７Ａは、電動モードが選択された場合、電磁クラッチを遮断状態に切り替えてエンジン２とモータジェネレータ３との連動を遮断することでモータジェネレータ３を走行モータとして使用する。そして、作動制御部２７Ａは、アクセルセンサ２４の出力及び電動用の制御プログラムなどに基づいて変換ユニット２９のインバータの作動を制御する。インバータは、作動制御部２７Ａの制御作動に基づいて、アクセルペダル１８の操作量などに応じた駆動制御電流（例えばＰＷＭ信号）をモータジェネレータ３に出力する。

作動制御部２７Ａは、エンジン駆動モードが選択された場合、電磁クラッチを接続状態に切り替えて、モータジェネレータ３をエンジン２からの動力で発電する発電機として使用する。そして、作動制御部２７Ａは、アクセルセンサ２４の出力をエンジンＥＣＵに送信する。エンジンＥＣＵは、アクセルセンサ２４の出力及びエンジン駆動用の制御プログラムなどに基づいてエンジン２の出力回転数を制御する。

作動制御部２７Ａは、ハイブリッド駆動モードが選択された場合、アクセルセンサ２４の出力をエンジンＥＣＵに送信し、かつ、アクセルセンサ２４の出力及びハイブリッド駆動用の制御プログラムなどに基づいて、電磁クラッチ及び変換ユニット２９のインバータなどの作動を制御する。エンジンＥＣＵは、アクセルセンサ２４の出力及びエンジン駆動用の制御プログラムなどに基づいてエンジン２の出力回転数を制御する。インバータは、アクセルセンサ２４の出力及びハイブリッド駆動用の制御プログラムなどに基づいて、要求されるアシスト力などに応じた駆動制御電流（例えばＰＷＭ信号）をモータジェネレータ３に出力する。

つまり、上記の構成により、運転者は、選択した走行用の駆動モードにかかわらず、アクセルペダル１８の踏み込み操作によって車速を調節することができる。

アクセルセンサ２４には、回転式のポテンショメータなどを採用することができる。車速センサ２５及び回転センサ２６には、電磁ピックアップ式などを採用することができる。

図４〜５に示すように、制御ユニット２７は、モータジェネレータ３の回転速度と出力トルクとの関係を示すトルクマップ（データの一例）が記憶された記憶部２７Ｄ、電動モードにおいてトルクマップとアクセルセンサ２４の検出と回転センサ２６の検出とに基づいてトルク指令値を設定するトルク設定部２７Ｅ、及び、電動モードにおいて出力トルクがトルク指令値に達するようにモータジェネレータ３の作動を制御するトルク制御部２７Ｆ、を備えている。記憶部２７Ｄには、車両の速度制限値（最高車両速度）に基づいて設定されたトルク制限値（後述する第２トルク制限値Ｔｅ）が記憶されている。記憶部２７Ｄには、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリが採用されている。

図５に示すトルクマップにおいて、横軸Ｘはモータジェネレータ３の回転速度を示し、縦軸Ｙはモータジェネレータ３の出力トルクを示している。トルクマップにおける横軸Ｘから上側の領域は力行領域であり、横軸Ｘから下側の領域は回生領域である。トルクマップにおける上側の横線部分は、採用するモータジェネレータ３で決まるトルク上限値Ｔａを示している。トルクマップにおける下側の横線部分は、採用するモータジェネレータ３で決まるトルク下限値Ｔｂを示している。トルクマップにおける低速側の斜線部分は、低速時の走行安定性を確保するためのトルク下限値Ｔｃを示している。トルクマップにおける上側の曲線部分は、電流制限値に基づく第１トルク制限値Ｔｄを示している。トルクマップにおける高速側の斜線部分は、速度制限値に基づく第２トルク制限値Ｔｅを示している。第２トルク制限値Ｔｅは、基本的に、多目的作業車が電動モードで平地を走行している場合において、運転者がアクセルペダル１８の操作量を最大にしたときに、車両速度が速度制限値に維持されるように設定されている。

図４〜５に示すように、制御ユニット２７は、車速センサ２５の検出などに基づいて第２トルク制限値Ｔｅを適正に調整する制限値適正化処理部２７Ｇを備えている。制限値適正化処理部２７Ｇは、電動モードにおいて、車両速度が速度制限値に達していないときにトルク指令値が第２トルク制限値Ｔｅに達した場合は、車両速度が速度制限値に向けて上昇するように第２トルク制限値Ｔｅを低下させる制限値低下処理を行い、かつ、車両速度が速度制限値を超えた場合は、車両速度が速度制限値に向けて低下するように第２トルク制限値Ｔｅを上昇させる制限値上昇処理を行う。
この構成により、例えば、多目的作業車が電動モードで走行抵抗の大きい上り坂などを走行している場合において、車両速度が速度制限値に達する前に、トルク設定部２７Ｅによって設定されるトルク指令値が第２トルク制限値Ｔｅに達したときは、制限値適正化処理部２７Ｇが制限値低下処理を行うことで第２トルク制限値Ｔｅとともにトルク指令値が低下する（図５のトルクマップにおいて第２トルク制限値Ｔｅを示す斜線部分の横軸Ｘとの交点Ｐが右側にずれる）。これにより、走行抵抗が大きい場合であっても、トルク制御部２７Ｆの制御作動によって車両速度を速度制限値に向けて上昇させることができる。そして、車両速度が速度制限値に達すると、制限値適正化処理部２７Ｇが制限値低下処理を終了し、この終了時点でのトルク指令値に基づくトルク制御部２７Ｆの制御作動によって車両速度が速度制限値に維持される。
逆に、多目的作業車が電動モードで走行抵抗の小さい下り坂などを走行している場合において、車両速度が速度制限値を超えたときは、制限値適正化処理部２７Ｇが制限値上昇処理を行うことで第２トルク制限値Ｔｅとともにトルク指令値が上昇する（図５のトルクマップにおいて第２トルク制限値Ｔｅを示す斜線部分の横軸Ｘとの交点Ｐが左側にずれる）。これにより、走行抵抗が小さい場合は、トルク制御部２７Ｆの制御作動によって車両速度を速度制限値に向けて低下させることができる。そして、車両速度が速度制限値に達すると、制限値適正化処理部２７Ｇが制限値上昇処理を終了し、この終了時点でのトルク指令値に基づくトルク制御部２７Ｆの制御作動によって車両速度が速度制限値に維持される。
つまり、制限値適正化処理部２７Ｇの制御作動により、走行抵抗の変化に応じて第２トルク制限値Ｔｅを適正に調整することができ、この調整により、走行抵抗の変化にかかわらず、車両速度を速度制限値に簡単に保つことができる。

制限値適正化処理部２７Ｇは、目標値を速度制限値とし、制御量を車両速度とする積分制御（Ｉ制御）で制限値上昇処理を行う。
これにより、制限値上昇処理において生じる残留偏差を無くすことができる。
その結果、多目的作業車が走行抵抗の小さい下り坂などで走行しているときに、車両速度をより精度良く速度制限値に保つことができる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記の実施形態で例示した構成に限定されるものではなく、以下、本発明に関する代表的な別実施形態を例示する。

〔１〕作業車の構成は種々の変更が可能である。
作業車は、例えば、左右の後輪６Ｂに代えて左右のクローラを有するセミクローラ式の走行装置６を備えていてもよい。
作業車は、例えば、左右の前輪６Ａ及び左右の後輪６Ｂに代えて左右のクローラを有するフルクローラ式の走行装置６を備えていてもよい。
作業車は、例えば、ガソリンエンジン２に代えてコモンレールシステムを有するディーゼルエンジンを備えたハイブリッド仕様に構成されていてもよい。
作業車は、例えば、エンジン２を備えずに電動モータ（モータジェネレータを含む）３のみを備える電動仕様に構成されていてもよい。
作業車は、例えば、アクセル操作具１８としてアクセルペダルに代えて定速設定用のアクセルレバーを備えていてもよい。
作業車は、例えば、アクセル操作具１８としてアクセルペダルと定速設定用のアクセルレバーとを備えていてもよい。

〔２〕電動モータ３は、発電機としての機能を備えていない走行専用のモータであってもよい。又、電動モータ３はインホイール式であってもよい。

〔３〕記憶部２７Ｄには、電動モータ３の回転速度と出力トルクとの関係を示すデータとしてトルクマップの代わりに関係式が記憶されていてもよい。

〔４〕制限値適正化処理部２７Ｇは、積分制御（Ｉ制御）で前述した制限値低下処理と制限値上昇処理とを行うように構成されていてもよい。

〔５〕制限値適正化処理部２７Ｇは、比例制御（Ｐ制御）と積分制御（Ｉ制御）とで少なくとも前述した制限値低下処理と制限値上昇処理とのいずれか一方を行うように構成されていてもよい。

本発明は、アクセル操作具の操作量を検出するアクセルセンサと、車両速度を検出する車速センサと、走行用の動力を出力する電動モータと、前記電動モータの回転速度を検出する回転センサと、前記電動モータの作動を制御する制御ユニットとを備えた多目的作業車、トラクタ、及び、乗用草刈機、などの作業車に適用することができる。

３電動モータ
１８アクセル操作具
２４アクセルセンサ
２５車速センサ
２６回転センサ
２７制御ユニット
２７Ｄ記憶部
２７Ｅトルク設定部
２７Ｆトルク制御部
２７Ｇ制限値適正化処理部
Ｔｅトルク制限値

Claims

アクセル操作具の操作量を検出するアクセルセンサと、車両速度を検出する車速センサと、走行用の動力を出力する電動モータと、前記電動モータの回転速度を検出する回転センサと、前記電動モータの作動を制御する制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、前記電動モータの回転速度と出力トルクとの関係を示すデータが記憶された記憶部と、前記データと前記アクセルセンサの検出と前記回転センサの検出とに基づいてトルク指令値を設定するトルク設定部と、前記出力トルクが前記トルク指令値に達するように前記電動モータの作動を制御するトルク制御部とを備え、
前記記憶部には、車両の速度制限値に基づいて設定されたトルク制限値が記憶され、
前記制御ユニットには、前記車両速度が前記速度制限値に達していないときに前記トルク指令値が前記トルク制限値に達した場合は、前記車両速度が前記速度制限値に向けて上昇するように前記トルク制限値を低下させる制限値低下処理を行い、かつ、前記車両速度が前記速度制限値を超えた場合は、前記車両速度が前記速度制限値に向けて低下するように前記トルク制限値を上昇させる制限値上昇処理を行う制限値適正化処理部が備えられている作業車。
前記制限値適正化処理部は、目標値を前記速度制限値とし、制御量を前記車両速度とする積分制御で前記制限値上昇処理を行う請求項１に記載の作業車。