JP6847921B2 - ハイブリッド作業車両及びハイブリッド作業車両の制御方法 - Google Patents

ハイブリッド作業車両及びハイブリッド作業車両の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関と回転電機とが組み合わされた動力源を有するハイブリッド作業車両及びハイブリッド作業車両の制御方法に関する。
ハイブリッド作業車両は、内燃機関と回転電機とが組み合わされた動力源を有する作業車両である。特許文献1には、ハイブリッド作業車両の逆行によるモータの過回転を容易に防止する技術が記載されている。
国際公開第2015/068861号
特許文献1に記載された技術は、補助モータによる補助によって牽引力を増加させることにより、ハイブリッド作業車両の逆行によるモータの過回転を防止する。特許文献1に記載された技術は、ハイブリッド作業車両が逆行した場合にオペレーターが制動装置を作動させると、ハイブリッド作業車両は停止するため、補助モータによる補助が解除される。すると、ハイブリッド作業車両の駆動系を構成する要素のバックラッシュ及び捩れ等によってハイブリッド作業車両が逆行したと判定されて、補助モータによる補助が開始される。その結果、補助モータによる補助と、補助の解除とが繰り返されて、ハイブリッド作業車両に振動が発生する可能性がある。
本発明の態様は、ハイブリッド車両の牽引力を増加させているときに制動力が発生した場合に、ハイブリッド作業車両に発生する振動を抑制することを目的とする。
本発明の第1の態様によれば、車輪を駆動して車体を走行させる走行装置及び前記走行装置を制御する制御装置を含み、前記走行装置は、第1の回転電機、第2の回転電機及び内燃機関と、前記内燃機関から出力された動力を、少なくとも前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機を介して前記車輪に伝達する動力伝達装置と、前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機の少なくとも一方に動力を付与する第3の回転電機と、前記車輪を制動する制動装置と、を有し、前記制御装置は、前記第3の回転電機の動力を前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機の少なくとも一方に付与する第1の制御と、前記走行装置の車速が速度閾値になるか又は前記速度閾値を超えると前記第1の制御を解除する第2の制御とを実行し、前記第2の制御を実行する際に前記制動装置の制動力が制動力閾値よりも大きい場合には前記第3の回転電機による動力の付与を維持する、ハイブリッド作業車両が提供される。
本発明の第2の態様によれば、内燃機関と、第1の回転電機及び第2の回転電機の少なくとも一方に動力を付与する第3の回転電機を含み、かつ前記内燃機関から出力された動力を、少なくとも前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機を介して走行装置に出力する動力伝達装置と、を備えるハイブリッド作業車両を制御するハイブリッド作業車両の制御方法において、前記第3の回転電機の動力を前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機の少なくとも一方に付与する第1の制御と、前記ハイブリッド作業車両の車速が速度閾値になるか又は前記速度閾値を超えると前記第1の制御を解除する第2の制御と、前記ハイブリッド作業車両の制動状態を示す制動情報に基づき前記第2の制御中に前記第3の回転電機による動力の付与を維持する、ハイブリッド作業車両の制御方法が提供される。
本発明の態様は、ハイブリッド車両の牽引力を増加させているときに制動力が発生した場合に、ハイブリッド作業車両に発生する振動を抑制することができる。
図1は、実施形態に係るハイブリッド作業車両を示す図である。 図2は、ホイールローダーの制御系、操作系、油圧系及び駆動系を示す図である。 図3は、動力伝達装置を示す模式図である。 図4は、車速に対する第1の回転電機、第2の回転電機及び第3の回転電機の回転速度を示す図である。 図5は、制御装置によって実行される処理を示すブロック図である。 図6は、実施形態に係るアシスト制御の一例であるずり下がり抑制制御を説明するための図である。 図7は、第1の回転電機の回転速度及び第2の回転電機の回転速度と、回転速度比との関係を示す図である。 図8は、図実施形態に係る制御装置が有するアシスト制御部の制御ブロックを示す図である。 図9は、修正目標出力軸トルクと第1回転速度との関係の一例を示す図である。 図10は、ホイールローダーの動作、実施形態に係るアシストフラグ及び比較例に係るアシストフラグのタイミングチャートである。 図11は、実施形態に係るずり下がり抑制制御の状態の遷移を表す図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
<ハイブリッド作業車両>
図1は、実施形態に係るハイブリッド作業車両を示す図である。実施形態において、ハイブリッド作業車両として、砕石又は砕石の掘削時に発生した土砂及び岩石等を、例えばダンプトラック等の運搬車両に積載するホイールローダー1が例示される。ホイールローダー1は、内燃機関及び回転電機を動力源として走行する、ハイブリッド方式の作業車両である。
ホイールローダー1は、車体2と、ブーム3及びバケット4を備える作業機5と、前輪6F及び後輪6Rと、運転室7と、アクチュエータに相当するブームシリンダ9と、アクチュエータに相当するバケットシリンダ10とを備えている。車体2は、フロントフレーム1FF及びリアフレーム1FRを備える。フロントフレーム1FFとリアフレーム1FRとはピン1Pで連結されて、ピン1Pを中心として互いに屈曲する。フロントフレーム1FFとリアフレーム1FRとの間には、ステアリングシリンダ18が取り付けられる。
車体2には、作業機5、前輪6F及び後輪6R並びに運転室7が取り付けられている。詳細には、フロントフレーム1FFは前輪6Fを備え、リアフレーム1FRは後輪6Rを備える。前輪6Fが直進状態である場合において、運転室7から作業機5に向かう方向を前方といい、作業機5から運転室7に向かう方向を後方という。ホイールローダー1の左右は、前方を基準とする。
前輪6F及び後輪6Rは、路面Rに接地する。実施形態において、前輪6F及び後輪6Rの接地面側を下方といい、前輪6F及び後輪6Rの接地面から離れる方向を上方という。前輪6F及び後輪6Rが回転することにより、ホイールローダー1は走行する。ホイールローダー1の操舵は、車体2が前輪6Fと後輪6Rとの間で屈曲することにより実現される。
実施形態において、ホイールローダー1の重心を原点として、原点を通り、かつホイールローダー1の前後方向と平行な軸をX軸と称し、原点を通り、かつホイールローダー1の左右方向と平行な軸をY軸と称し、X軸及びY軸と直交する軸をZ軸と称する。
作業機5は、車体2の前部に配置される。ブーム3は、動作可能に車体2の前方側に取り付けられて、前方に向かって延びている。ブームシリンダ9は、一端側が車体2に、他端側がブーム3にそれぞれ取り付けられる。ブーム3は、車体2に支持されて、ブームシリンダ9によって動作する。バケット4が砕石等をすくい取ることによって、対象を掘削する。バケット4がすくい取った土砂又は砕石等を、適宜掘削物SRという。バケット4は、ブーム3の車体2側とは反対側、すなわち車体2から離れた側に支持されて回動する。
バケットシリンダ10は、一端部が車体2に取り付けられて支持され、他端部がベルクランク11の一端部に取り付けられている。ベルクランク11の他端部は、バケット4に接続される。ベルクランク11の一部は、ブーム3に対し動作可能に取り付けられている。バケット4は、ブーム3に動作可能に接続され、バケットシリンダ10が伸縮することによって、ブーム3に取り付けられた部分を中心として回動する。バケット4を回動させる装置は、バケットシリンダ10に限定されない。
図2は、ホイールローダー1の制御系、操作系、油圧系及び駆動系を示す図である。図2に示されるように、ホイールローダー1は、内燃機関21、動力伝達装置24、走行装置25、操作装置26及び制御装置27を含む。
内燃機関21は、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関21の出力は、内燃機関21に取り付けられた燃料噴射装置28の噴射量を制御することによって調整される。ホイールローダー1は、回転速度検出器31を有する。回転速度検出器31は、内燃機関21の回転速度を検出し、回転速度を示す検出信号を制御装置27に送る。
PTO(Power Take Off)22は、内燃機関21に接続され、内燃機関21からの駆動力を分離する。PTO22は、内燃機関21の駆動力を油圧ポンプおよび動力伝達装置24に伝達する。
ホイールローダー1は、作業機ポンプ23と、操舵ポンプ30と、トランスミッションポンプ29とを有する。実施形態において、これらは、油圧ポンプである。作業機ポンプ23及び操舵ポンプ30は、例えば斜板式の可変容量型の油圧ポンプである。各油圧ポンプは、可変容量型ポンプには限定されない。トランスミッションポンプ29は、固定容量型の油圧ポンプであるが、このようなものには限定されない。
作業機ポンプ23は、内燃機関21の動力によって駆動される。作業機ポンプ23から吐出された作動油は、作業機制御弁41を介してブームシリンダ9およびバケットシリンダ10に供給される。ホイールローダー1は、作業機油圧検出器32を有する。作業機油圧検出器32は、作業機ポンプ23が吐出した作動油の圧力(油圧)を検出し、検出信号を制御装置27へ送る。
作業機ポンプ23には、第1容量制御装置42が接続されている。第1容量制御装置42は、制御装置27によって、作業機ポンプ23の吐出量を変更する。このような機構により、作業機ポンプ23の吐出容量が制御装置27によって制御される。
操舵ポンプ30は、内燃機関21の動力によって駆動される。操舵ポンプ30から吐出された作動油は、操舵用制御弁43を介して、ステアリングシリンダ18に供給される。操舵ポンプ30には、第2容量制御装置44が接続されている。第2容量制御装置44は、制御装置27によって制御され、操舵ポンプ30の傾転角を変更し、制御する。
トランスミッションポンプ29は、内燃機関21が発生した動力によって駆動される。トランスミッションポンプ29から吐出された作動油は、クラッチ制御弁38を介して、動力伝達装置24のクラッチCF,CR,CL,CH,Cm1,Cm2に供給される。動力伝達装置24は、内燃機関21が発生した動力を走行装置25に伝達する。動力伝達装置24は、内燃機関21が発生した動力を変速して出力する。
走行装置25は、アクスル45と、車輪である前輪6F及び後輪6Rと、制動装置58BKとを有する。アクスル45は、動力伝達装置24からの動力を前輪6F及び後輪6Rに伝達する。前輪6F及び後輪6Rは、動力伝達装置24から伝達される動力によって回転し、ホイールローダー1を走行させる。このように、実施形態において、前輪6F及び後輪6Rの両方がホイールローダー1の駆動輪となる。制動装置58BKは、油圧発生装置58MSから供給されるブレーキオイルの圧力により制動力を発生して、前輪6F及び後輪6Rを制動する。
ホイールローダー1は、車速検出器37を備えている。車速検出器37は、動力伝達装置24の出力軸63の回転速度(以下、適宜、出力回転速度と証する)を検出する。出力回転速度はホイールローダー1の速度、すなわち車速に対応しているため、車速検出器37は、出力回転速度を検出することでホイールローダー1の車速を検出する。ホイールローダー1の車速は、走行装置25の車速と一致する。
車速検出器37は、出力軸63の回転方向を検出する。出力軸63の回転方向は、ホイールローダー1の進行方向に対応しているため、車速検出器37は、出力軸63の回転方向を検出することでホイールローダー1の進行方向を検出する進行方向検出器としても機能する。車速検出器37は、出力回転速度及び回転方向を示す検出信号を制御装置27に送る。
ホイールローダー1は、傾斜検出器59を備えている。傾斜検出器59は、ホイールローダー1の水平面に対する傾きを検出する。ホイールローダー1の水平面に対する傾きは、例えば、図1に示されるX軸と水平面との傾き及びY軸と水平面との傾きが上げられる。水平面は、重力の作用方向、すなわち鉛直方向と直交する平面である。傾斜検出器59は、ホイールローダー1の水平面に対する傾きである傾斜角を示す検出信号を制御装置27に送る。傾斜検出器59は、傾斜角センサ又は加速度センサが用いられるが、これらに限定されない。
操作装置26は、オペレーターによって操作される。操作装置26は、アクセル操作装置51と、作業機操作装置52と、変速操作装置53と、前後進操作装置54と、操舵操作装置57と、ブレーキ操作装置58と、を有する。
アクセル操作装置51は、アクセル操作部材51aと、アクセル操作検出器51bとを有する。アクセル操作部材51aは、内燃機関21及び発電電動機の出力を設定するために操作される部材である。アクセル操作検出器51bは、アクセル操作部材51aの操作量(以下、適宜、アクセル操作量と証する)を検出する。アクセル操作検出器51bは、アクセル操作量を示す検出信号を制御装置27へ送る。
作業機操作装置52は、作業機操作部材52aと作業機操作検出器52bとを有する。作業機操作部材52aは、作業機5を動作させるために操作される部材である。作業機操作検出器52bは、作業機操作部材52aの位置を検出する。作業機操作検出器52bは、作業機操作部材52aの位置を示す検出信号を制御装置27に出力する。作業機操作検出器52bは、作業機操作部材52aの位置を検出することで、作業機操作部材52aの操作量を検出する。
変速操作装置53は、変速操作部材53aと変速操作検出器53bとを有する。変速操作部材53aは、車速の上限を規定する速度範囲を選択するための部材である。オペレーターは、変速操作部材53aを操作することにより、動力伝達装置24の速度範囲を選択することができる。変速操作検出器53bは、変速操作部材53aの位置を検出する。変速操作部材53aの位置は、例えば1速又は2速など複数の速度範囲に対応している。変速操作検出器53bは、変速操作部材53aの位置を示す検出信号を制御装置27に出力する。
前後進操作装置54は、前後進操作部材54aと、前後進位置検出器54bとを有する。オペレーターは、前後進操作部材54aを操作することにより、ホイールローダー1の前進と後進とを切り換えることができる。前後進操作部材54aは、前進位置(F)と中立位置(N)と後進位置(R)とに選択的に切り換えられる。前後進位置検出器54bは、前後進操作部材54aの位置を検出する。前後進位置検出器54bは、前後進操作部材54aの位置を示す検出信号を制御装置27に出力する。
操舵操作装置57は、操舵操作部材57aを有する。操舵操作装置57は、操舵操作部材57aの操作に基づきパイロット油圧を操舵用制御弁43に供給する。操舵用制御弁43は、操舵操作装置57から供給されたパイロット油圧によって駆動される。操舵操作装置57は、操舵操作部材57aの操作を電気信号に変換して操舵用制御弁43を動作させてもよい。オペレーターは、操舵操作部材57aを操作することにより、ホイールローダー1の進行方向を左右に変更することができる。
ブレーキ操作装置58は、ブレーキ操作部材58aとブレーキ操作検出器58bとを有する。ブレーキ操作装置58は、ブレーキ操作部材58aが操作されることにより、油圧発生装置58MSから、ブレーキ操作部材58aの操作量に応じた圧力のブレーキオイルを制動装置58BKに供給する。制動装置58BKは、油圧発生装置58MSから供給されるブレーキオイルの圧力により、ブレーキ操作部材58aの操作量に応じた制動力を発生する。オペレーターは、ブレーキ操作部材58aを操作することにより、ホイールローダー1の走行装置25の制動力を操作することができる。ブレーキ操作検出器58bは、ブレーキオイルの圧力(以下、適宜制動圧力と称する)を検出し、制動圧力を示す検出信号を制御装置27に出力する。ブレーキ操作検出器58bによって検出される検出信号は、制動装置58BKの動作の状態、すなわちホイールローダー1の制動状態を示す情報である。この情報を、制動情報と称する。
制御装置27は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサである処理部27Pと、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等のメモリである記憶部27Mと、入出力部27IOと、処理部27Pとを有している。制御装置27は、ホイールローダー1の動作を制御する。また、制御装置27は、実施形態に係るハイブリッド作業車両の制御方法を実行する。記憶部27Mは、ホイールローダー1を制御するためのコンピュータプログラム及びデータを記憶している。また、記憶部27Mは、実施形態に係るハイブリッド作業車両の制御方法を実行するためのコンピュータプログラム及びデータを記憶している。入出力部27IOは、ホイールローダー1が有する各種の検出器及び電子機器等が接続されるインターフェース回路である。処理部27Pは、後述する各種の制御を実行する。
制御装置27は、アクセル操作量に応じた内燃機関21の目標回転速度が得られるように、指令スロットル値を示す指令信号を燃料噴射装置28に送る。制御装置27は、作業機操作検出器52bからの検出信号に基づいて作業機制御弁41を制御することにより、ブームシリンダ9及びバケットシリンダ10に作動油を供給する。ブームシリンダ9及びバケットシリンダ10は、作動油が供給されると伸縮する。ブームシリンダ9及びバケットシリンダ10が伸縮することにより、作業機5が動作する。制御装置27は、各検出器から出力される検出信号に基づいて、動力伝達装置24を制御する。
<動力伝達装置24>
図3は、動力伝達装置24を示す模式図である。図3に示されるように、動力伝達装置24は、入力軸61と、歯車機構62と、出力軸63と、第1の回転電機MG1と、第2の回転電機MG2と、第3の回転電機MG3と、キャパシタ64と、を備えている。動力伝達装置24は、内燃機関21から出力された動力を、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を介して、車輪、すなわち駆動輪である前輪6F及び後輪6Rに伝達する。
入力軸61は、図2に示されるPTO22に接続されている。入力軸61は、PTO22を介して内燃機関21の動力が入力される。歯車機構62は、入力軸61の回転を出力軸63に伝達する。出力軸63は、図2に示される走行装置25に接続されており、歯車機構62から出力される動力を走行装置25に伝達する。
歯車機構62は、内燃機関21からの駆動力を伝達する機構である。歯車機構62は、第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3の回転速度の変化に応じて、入力軸61に対する出力軸63の回転速度比を変化させる。歯車機構62は、前後進切換機構65と、変速機構66と、を有する。
前後進切換機構65は、前進用クラッチCFと、後進用クラッチCRと、伝達軸67とを有している。前進用クラッチCFの接続及び切断と後進用クラッチCRの接続及び切断とが切り換えられることによって、前後進切換機構65の出力軸の回転方向が切り換えられる。その結果、伝達軸67の回転方向が切り換えられるのでホイールローダー1の進行方向が切り換えられる。実施形態において、前進用クラッチCF及び後進用クラッチCRを含む各クラッチCF,CR,CL,CH,Cm1,Cm2は油圧式クラッチである。各クラッチには、トランスミッションポンプ29から吐出される作動油が供給される。図2に示されるクラッチ制御弁38は、各クラッチへ作動油を供給したり、各クラッチから作動油を排出したりする。制御装置27は、クラッチ制御弁38を制御する。
変速機構66は、遊星歯車機構である第1遊星歯車機構68と、第2遊星歯車機構69と、速度切換機構70と、出力ギア71と、を有している。第1遊星歯車機構68は、第1要素である第1サンギアS1と、複数の第1遊星ギアP1と、複数の第1遊星ギアP1を支持する、第2要素である第1キャリアC1と、第3要素である第1リングギアR1とを有する。第1サンギアS1は、伝達軸67に連結されている。複数の第1遊星ギアP1は、第1サンギアS1と噛み合い、かつ第1キャリアC1に回転可能に支持されている。第1キャリアC1は、第1キャリアギアGc1に連結される。第1リングギアR1は、複数の第1遊星ギアP1に噛み合い、かつ回転する。第1リングギアR1の外周には、第1リング外周ギアGr1が設けられている。
第2遊星歯車機構69は、第2サンギアS2と、複数の第2遊星ギアP2と、複数の第2遊星ギアP2を支持する第2キャリアC2と、第2リングギアR2とを有する。第2サンギアS2は第1キャリアC1に連結されている。複数の第2遊星ギアP2は、第2サンギアS2と噛み合い、かつ第2キャリアC2に回転可能に支持されている。第2リングギアR2は、複数の遊星ギアP2に噛み合い、かつ回転する。第2リングギアR2の外周には、第2リング外周ギアGr2が設けられている。第2リング外周ギアGr2は出力ギア71に噛み合っている。第2リングギアR2の回転は、出力ギア71を介して出力軸63に出力される。
速度切換機構70は、動力伝達装置24の駆動力伝達経路を、車速が相対的に高い高速モードと車速が相対的に低い低速モードとに切り換えるための機構である。速度切換機構70は、高速モード時に接続にされる高速用クラッチCHと、低速モード時に接続にされる低速用クラッチCLとを有している。高速用クラッチCHは、第1リングギアR1と第2キャリアC2とを接続又は切断する。低速用クラッチCLは、第2キャリアC2と固定端72とを接続又は切断し、第2キャリアC2の回転を停止又は許容する。
第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2は、電気エネルギーによって動力を発生させる。また、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2は、入力される動力を用いて電力を発生させる。第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2に、回転方向と逆方向のトルクが作用するように制御装置27から指令信号が与えられた場合は、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2は電力を発生する。第1の回転電機MG1の回転速度は第1回転速度検出器RB1によって検出され、第2の回転電機MG2の回転速度は第2回転速度検出器RB2によって検出される。
第1の回転電機MG1の回転軸Sm1には第1の回転電機ギアGm1が固定されている。第1の回転電機ギアGm1は第1キャリアギアGc1に噛み合っている。第2の回転電機MG2は、第1の回転電機MG1と同様の構造である。第2の回転電機MG2の回転軸Sm2には第2の回転電機ギアGm2が固定されている。第2の回転電機ギアGm2は第1リング外周ギアGr1に噛み合っている。
このような構造により、第1の回転電機MG1は、第1遊星歯車機構68のキャリアである第1キャリアC1との間で動力をやり取りする。第2の回転電機MG2は、第1遊星歯車機構68のリングギアである第1リングギアR1との間で動力をやり取りする。内燃機関21は第1遊星歯車機構68のサンギアである第1サンギアS1との間で動力をやり取りする。
第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1と第2の回転電機MG2との少なくとも一方を補助する。詳細には、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1と第2の回転電機MG2との少なくとも一方に動力を付与する。第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2と同様の構造である。第3の回転電機MG3の回転速度は第3回転速度検出器RB3によって検出される。実施形態において、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1と第2の回転電機MG2とのうち回転速度が低い方を補助するが、第3の回転電機MG3による補助はこのようなものに限定されない。
実施形態において、第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3は、例えば、交流同期電動機、SRM(Switched Reluctance Motor)又は誘導電動機等が用いられるがこれらに限定されない。実施形態において、第1回転速度検出器RB1、第2回転速度検出器RB2及び第3回転速度検出器RB3は、例えばレゾルバが用いられるがこれに限定されない。
変速機構66は、回転電機切換機構73を有している。回転電機切換機構73は、第3の回転電機MG3による補助対象を、第1の回転電機MG1と第2の回転電機MG2とに選択的に切り換える。詳細には、回転電機切換機構73は、第1の動力断続機構である第1の回転電機クラッチCm1と、第2の動力断続機構である第2の回転電機クラッチCm2と、第1接続ギアGa1と、第2接続ギアGa2とを有する。第3の回転電機MG3の回転軸Sm3には第3の回転電機ギアGm3が連結されている。第3の回転電機ギアGm3は、第1接続ギアGa1に噛み合っている。
第1の回転電機クラッチCm1は、第3の回転電機MG3と第1の回転電機MG1との間に配置される。第1の回転電機クラッチCm1は、第1の回転電機MG1の回転軸Sm1と第1接続ギアGa1との接続及び切断を切り換える。第1接続ギアGa1は、第2接続ギアGa2と噛み合っている。第2の回転電機クラッチCm2は、第3の回転電機MG3と第2の回転電機MG2との間に配置される。第2の回転電機クラッチCm2は、第2の回転電機MG2の回転軸Sm2と第2接続ギアGa2との接続及び切断を切り換える。
回転電機切換機構73は、第3の回転電機MG3を、第1の接続状態と第2の接続状態と切断状態とに切換可能である。第1の接続状態は、第1の回転電機クラッチCm1が接続され、かつ第2の回転電機クラッチCm2が切断された状態である。すなわち、第1接続状態において、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1と接続される。第1接続状態において、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1に動力を付与して、第1の回転電機MG1を補助する。
第2の接続状態は、第2の回転電機クラッチCm2が接続され、かつ第1の回転電機クラッチCm1が切断された状態である。すなわち、第2の接続状態において、第3の回転電機MG3は、第2の回転電機MG2に接続される。第2の接続状態において、第3の回転電機MG3は、第2の回転電機MG2に動力を付与して、第2の回転電機MG2を補助する。
切断状態は、第1の回転電機クラッチCm1と第2の回転電機クラッチCm2との両方が切断された状態である。すなわち切断状態において、第3の回転電機MG3は第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2のいずれからも切断されており、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2のいずれにも動力を付与しない。
実施形態において、第1の回転電機クラッチCm1及び第2の回転電機クラッチCm2の両方が接続されてもよい。この場合、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2に接続されて、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2の両方に動力を付与する。このように、実施形態において、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2の少なくとも一方に動力を付与する。
第1の回転電機MG1は、第1インバータI1を介してキャパシタ64と電気的に接続されている。第2の回転電機MG2は、第2インバータI2を介してキャパシタ64と電気的に接続されている。第3の回転電機MG3は第3インバータI3を介してキャパシタ64と電気的に接続されている。
キャパシタ64は、第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3と電気エネルギーのやり取りをして電気エネルギーの蓄電と放電とを行う蓄電装置として機能する。
制御装置27は、各種の検出器からの検出信号を受けて、第1インバータI1、第2インバータI2及び第3インバータI3に指令信号を与える。指令信号は、第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3に発生させるトルクを指示するための信号である。実施形態において、制御装置27は、第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3の回転速度指令を第1インバータI1、第2インバータI2及び第3インバータI3に与えてもよい。この場合、第1インバータI1、第2インバータI2及び第3インバータI3が回転速度指令に応じた指令トルクを計算して、第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3を制御する。
制御装置27は、各クラッチCF,CR,CH,CL,Cm1,Cm2に付与される油圧を制御するための指令信号をクラッチ制御弁38に与える。クラッチ制御弁38は、各クラッチCF,CR,CH,CL,Cm1,Cm2を制御するための複数のバルブを含む。
制御装置27からの指令信号によって第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2、第3の回転電機MG3及び各クラッチCF,CR,CH,CL,Cm1,Cm2が制御されることにより、動力伝達装置24の変速比及び出力トルクが制御される。
<動力伝達装置24の動作>
図4は、車速に対する第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3の回転速度を示す図である。図4は、第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3の回転速度と動力伝達装置24の回転速度比との関係を示している。回転速度比は、ホイールローダー1の車速に対応する。次において、内燃機関21の回転速度を一定に保ったまま、ホイールローダー1の車速が0から前進側に加速する場合における動力伝達装置24の概略動作を説明する。
内燃機関21の回転速度が一定である場合、動力伝達装置24の回転速度比に応じてホイールローダー1の車速が変化する。回転速度比は、入力軸61の回転速度に対する出力軸63の回転速度の比である。したがって、図4において、動力伝達装置24の回転速度比の変化は、車速の変化に一致する。図4において、一点鎖線La_m1は第1の回転電機MG1の回転速度、一点鎖線La_m2は第2の回転電機MG2の回転速度を示している。破線La_m3’は、第3の回転電機MG3の回転速度を示している。図4において、縦軸に示される第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3の回転速度は、内燃機関21の回転速度に対する第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3の回転速度の比であってもよい。
回転速度比が0から所定の閾値RSth1までの間の値であるときには、動力伝達装置24の動力伝達経路は低速モードとなる。低速モードにおいて、低速用クラッチCLが接続され、高速用クラッチCHが切断される。低速モードでは、高速用クラッチCHが切断されているので、第2キャリアC2と第1リングギアR1とが切断される。また、低速モードでは、低速用クラッチCLが接続されるので、第2キャリアC2が固定される。
低速モードにおいて、内燃機関21からの動力は、伝達軸67を介して第1サンギアS1に入力され、第1キャリアC1から第2サンギアS2に出力される。第1サンギアS1に入力された動力は、第1遊星ギアP1から第1リングギアR1に伝達され、第1リング外周ギアGr1及び第2の回転電機ギアGm2を介して第2の回転電機MG2に出力される。第2の回転電機MG2は、低速モードにおいて、主として発電機として機能する。第2の回転電機MG2によって発電された電力の一部は、キャパシタ64に蓄電される。また、第2の回転電機MG2によって発電された電力の一部は、第1の回転電機MG1を駆動する。
低速モードにおいて、第1の回転電機MG1は、主として動力を発生する電動機として機能する。第1の回転電機MG1の動力は、第1の回転電機ギアGm1、第1キャリアギアGc1及び第1キャリアC1を通って第2サンギアS2に出力される。この場合、第1の回転電機MG1は、第2の回転電機MG2から、又は必要に応じてキャパシタ64から電力が供給される。このようにして、第2サンギアS2に出力された動力は、第2遊星ギアP2、第2リングギアR2、第2リング外周ギアGr2及び出力ギア71を通って出力軸63に伝達される。
低速モードにおいて、第3の回転電機MG3による補助が必要と判定された場合に、第3の回転電機MG3が第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2の少なくとも一方に接続される。第3の回転電機MG3による補助が不要と判定された場合には、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2のいずれにも接続されない。第3の回転電機MG3による補助が不要である場合には、第1の回転電機クラッチCm1と第2の回転電機クラッチCm2との両方は切断される。図4において、低速モードでの実線La_m3は、第3の回転電機MG3による補助が不要である場合の第3の回転電機MG3の回転速度を示している。
低速モードにおいて第3の回転電機MG3が第1の回転電機MG1を補助する場合には、第1の回転電機クラッチCm1が接続され、第2の回転電機クラッチCm2が切断される。したがって、第1接続ギアGa1が第3の回転電機MG3の回転軸Sm3に接続され、第2接続ギアGa2が第2の回転電機MG2の回転軸Sm2から切断される。その結果、第3の回転電機ギアGm3と第1接続ギアGa1と第1の回転電機クラッチCm1とを介して、第3の回転電機MG3の動力が第1の回転電機MG1に伝達される。図4において、低速モードでの破線La_m3’は、第3の回転電機MG3によって第1の回転電機MG1を補助する場合の第3の回転電機MG3の回転速度を示している。
低速モードにおいて第3の回転電機MG3が第2の回転電機MG2を補助する場合、第1の回転電機クラッチCm1が切断され、第2の回転電機クラッチCm2が接続される。また、第1接続ギアGa1が第1の回転電機MG1の回転軸Sm1から切断される。
回転速度比がRSth1を超える場合、動力伝達装置24の動力伝達経路が高速モードとなる。高速モードにおいては、高速用クラッチCHが接続され、低速用クラッチCLが切断される。高速モードにおいては、高速用クラッチCHが接続されているので、第2キャリアC2と第1リングギアR1とが接続される。低速用クラッチCLが切断されるので、第2キャリアC2の固定が解除される。したがって、第1リングギアR1と第2キャリアC2の回転速度とは一致する。
制御装置27は、第1の回転電機MG1のトルクと第2の回転電機MG2のトルクと第3の回転電機MG3のトルクとを制御することにより、動力伝達装置24が出力するトルクを制御する。この制御により、制御装置27は、ホイールローダー1の牽引力を制御する。
<第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2への指令トルクの決定方法>
図5は、制御装置27によって実行される処理を示すブロック図である。図5に示されるように、制御装置27は、目標出力軸トルク決定部82と、目標入力軸トルク決定部81と、回転電機指令決定部83と、トランスミッション要求決定部84と、アシスト制御部90と、を有する。
トランスミッション要求決定部84は、アクセル操作量Aacと出力回転速度Noutとに基づいて、要求牽引力Toutを決定する。詳細には、トランスミッション要求決定部84は、記憶部27Mに記憶されている要求牽引力特性情報D1に基づいて、出力回転速度Noutから要求牽引力Toutを決定する。要求牽引力特性情報D1は、出力回転速度Noutと要求牽引力Toutとの関係を規定する要求牽引力特性を示すデータである。出力回転速度Noutと回転速度比とは同義である。
要求牽引力特性は、アクセル操作量Aacに応じて変更される。要求牽引力特性は、アクセル操作量Aacに応じて同じ速度でも要求牽引力が増加するような牽引力特性が定められている。トランスミッション要求決定部84は、要求牽引力特性情報D1と、アクセル操作量Aacと、出力回転速度Noutとから要求牽引力Toutを決定する。また、出力回転速度Noutと要求牽引力Toutとの積からトランスミッション要求馬力Htmを決定する。
目標出力軸トルク決定部82は、目標出力軸トルクTo_refを決定する。目標出力軸トルクTo_refは、動力伝達装置24から出力されるトルクの目標値である。目標出力軸トルクTo_refは目標牽引力、すなわちホイールローダー1の走行装置25に発生させる牽引力の目標値に相当する。牽引力は、ホイールローダー1の駆動輪が発生する駆動力の総和である。
目標出力軸トルク決定部82は、トランスミッション要求決定部84によって決定された要求牽引力Toutに基づいて、目標出力軸トルクTo_refを決定する。詳細には、目標出力軸トルク決定部82は、要求牽引力Toutに分配率を乗じることで、目標出力軸トルクTo_refを決定する。分配率は、例えば、別途求められるレバー操作及び作業機5の負荷から求められる作業機要求馬力とトランスミッション要求馬力Htmとの合計が、内燃機関21が出力する馬力を超えないように設定される。
目標入力軸トルク決定部81は、目標入力軸トルクTe_refを決定する。目標入力軸トルクTe_refは、動力伝達装置24に入力されるトルクの目標値である。目標入力軸トルク決定部81は、トランスミッション要求馬力Htmから目標入力軸トルクTe_refを決定する。詳細には、目標入力軸トルク決定部81は、トランスミッション要求馬力Htmに所定の分配率を乗じた値及び内燃機関21の回転速度Neから目標入力軸トルクTe_refを算出する。
回転電機指令決定部83は、目標入力軸トルクTe_refと目標出力軸トルクTo_refとから、トルクバランス情報により、第1の回転電機MG1の指令トルクTm1_refと第2の回転電機MG2の指令トルクTm2_refとを決定する。トルクバランス情報は、動力伝達装置24でのトルクの釣り合いを満たすように目標入力軸トルクTe_refと目標出力軸トルクTo_refとの関係を規定する。トルクバランス情報は、記憶部27Mに記憶されている。
回転電機指令決定部83は、第3の回転電機MG3による補助が必要である場合には、第3の回転電機MG3の指令トルクTm3_refを決定する。回転電機指令決定部83は、補助が必要な動力の値に基づいて指令トルクTm3_refを定める。
前述したように、低速モードと高速モードとでは、動力伝達装置24における動力の伝達経路が異なる。このため、回転電機指令決定部83は、低速モードと高速モードとでは、異なるトルクバランス情報を用いて第1の回転電機MG1への指令トルクTm1_ref及び第2の回転電機MG2への指令トルクTm2_refを決定する。
これ以外に、制御装置27は、指令信号を燃料噴射装置28に送ることで内燃機関21を制御する。燃料噴射装置28への指令スロットル値は、作業機要求馬力とトランスミッション要求馬力Htmと分配率とから決定される。
<アシスト制御>
制御装置27は、第1の制御であるアシスト制御を実行する。アシスト制御は、第3の回転電機MG3の動力を第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2の少なくとも一方に付与して走行装置25の牽引力を増加させる制御である。アシスト制御は、制御装置27が有するアシスト制御部90によって実行される。実施形態において、アシスト制御の例としてずり下がり抑制制御を説明する。
図6は、実施形態に係るアシスト制御の一例であるずり下がり抑制制御を説明するための図である。ずり下がり抑制制御は、走行装置25の前進又は後進を決定するための指令値である進行方向指令値と、走行装置25の実際の進行方向とが異なった場合に、進行方向指令値で定まる進行方向に走行装置25を進行させるための動力を第3の回転電機MG3によって付与する制御である。図6は、傾斜面SPを上るホイールローダー1が傾斜面SPで停止している状態を示す。この場合、進行方向指令値は前進を指令する。傾斜面SPで停止しているホイールローダー1は、傾斜面SPを下る方向の力Fdを受けるので、走行装置25の制動力が低下すると進行方向指令値とは異なる方向、より詳細には反対の方向であり、図6に示される例では後方に進行しようとする。このような場合、制御装置27は、ずり下がり抑制制御を実行して、走行装置25が進行方向指令値とは異なる方向に進行しようとするときの車速を抑制する。
図7は、第1の回転電機MG1の第1の回転速度Nm1及び第2の回転電機MG2の回転速度Nm2と、回転速度比Rsとの関係を示す図である。ホイールローダー1が傾斜面SPで停止すると、回転速度比Rsは0になる。傾斜面SPを上るホイールローダー1が傾斜面SPで停止し、進行方向指令値とは異なる方向、すなわち後方に進行すると、回転速度比Rsは負の値となる。この場合、回転速度比Rsは閾値RSch1よりも小さいため、動力伝達装置24の動力伝達経路は低速モードである。低速モードは、低速用クラッチCLが接続され、高速用クラッチCHが切断されているので、回転速度比Rsが負の値になると、第2の回転電機MG2の回転速度Nm2は増加し、かつ第1の回転電機MG1の第1の回転速度Nm1よりも大きくなる。ずり下がり抑制制御は、第2の回転電機MG2の過回転を抑制するとともに、オペレーターの違和感を抑制する。
ずり下がり抑制制御は、走行装置25の前進又は後進を決定するための指令値である進行方向指令値と、走行装置25の実際の進行方向とが異なった場合に実行されるので、進行方向指令値が後進を指令している状態でホイールローダー1が前進する場合も実行される。例えば、傾斜面SPを後進しながら上るホイールローダー1が傾斜面SPで停止し、前進する場合も、ずり下がり抑制制御が実行される。
図5に示される制御装置27が有するアシスト制御部90は、ずり下がり抑制制御を実行する。実施形態において、アシスト制御部90には、第1の回転電機MG1の第1の回転速度Nm1(以下、適宜第1回転速度と称する)と、ホイールローダー1の傾斜角θsと、制動圧力Pbと、進行方向指令値Sddと、目標出力軸トルクTo_refとが入力される。アシスト制御部90は、これらの入力された情報に基づき、修正目標出力軸トルクTo_ref’を生成して出力するとともに、第1の回転電機クラッチCm1を制御する。修正目標出力軸トルクTo_ref’は回転電機指令決定部83に出力される。修正目標出力軸トルクTo_ref’は、目標牽引力の修正値である。
第1の回転速度Nm1は、図3に示される第1回転速度検出器RB1の検出値である。第1の回転速度Nm1は、ホイールローダー1の実際の車速を検出するために用いられる。ホイールローダー1の車速は、ずり下がり抑制制御を実行するか否かの判定に用いられる。前述したように、ホイールローダー1が進行方向指令値Sddとは異なる方向に進行すると、第2の回転電機MG2が過回転する可能性があるため、ずり下がり抑制制御の判定の精度は高い方がよい。第1回転速度検出器RB1の方が車速検出器37よりも検出精度が高いため、ずり下がり抑制制御を実行するか否かの判定には、第1回転速度検出器RB1の検出値が用いられる方が好ましい。しかし、ずり下がり抑制制御を実行するか否かの判定に、図3に示される車速検出器37の検出値が用いられることを排除するものではない。
傾斜角θsは、ホイールローダー1のピッチ方向の傾斜角である。ホイールローダー1のピッチ方向は、図1に示されるY軸を中心とした回転方向である。ホイールローダー1のピッチ方向の傾斜角は、水平面と、ホイールローダー1の前後軸であるX軸とのなす角度である。傾斜角θsは、図2に示される傾斜検出器59の検出値である。進行方向指令値Sddは、図2に示される前後進位置検出器54bの検出値である。
図8は、実施形態に係る制御装置27が有するアシスト制御部90の制御ブロックを示す図である。アシスト制御部90は、判定部91と、フラグ生成部92と、切替部93と、加減算器94と、ゲイン付与部95と、加減算器96と、クラッチ制御部97とを有する。
判定部91は、第1の回転速度Nm1及び進行方向指令値Sddを取得して、ずり下がり抑制制御を実行するか否かを判定する。この場合、判定部91は、進行方向指令値Sddと、第1の回転速度Nm1から得られたホイールローダー1の実際の進行方向(以下、適宜実進行方向と称する)とが一致するか否かを判定する。詳細には、判定部91は、第1の回転速度Nm1が速度閾値Nm1cになるか、速度閾値Nm1cを超えると、車速判定値VnjをONにする。判定部91は、第1の回転速度Nm1が速度閾値Nm1cを超えない場合、車速判定値VnjをOFFにする。すなわち、判定部91は、第1の回転速度Nm1の絶対値が速度閾値Nm1c以上になると車速判定値VnjをONとし、第1の回転速度Nm1の絶対値が速度閾値Nm1c未満になると車速判定値VnjをOFFとする。
速度閾値Nm1cは、例えば、進行方向指令値Sddとは反対方向にホイールローダー1が進行するときにおける第1の回転電機MG1の回転速度Nm1であって、第2の回転電機MG2の回転速度Nm2が許容できる範囲の大きさとすることができる。実施形態において、速度閾値Nm1cは0ではない値であるが、速度閾値Nm1cは0であってもよい。速度閾値Nm1cは、車速判定値VnjをONにする場合とOFFにする場合とで異なってもよい。このようにすることで、車速判定値VnjをONにする場合とOFFにする場合とにおけるハンチングの発生が抑制される。
判定部91は、車速判定値VnjがONであり、かつ進行方向指令値Sddと実進行方向とが一致しない場合、制御実行指令VacをONにして、フラグ生成部92及び切替部93に出力する。この場合、ずり下がり抑制制御は実行される。判定部91は、車速判定値VnjがOFFであること、及び進行方向指令値Sddと実進行方向とが一致することの少なくとも一方が成立すると、制御実行指令VacをOFFにする。この場合、ずり下がり抑制制御は実行されない。このように、判定部91は、ずり下がり抑制制御の実行と非実行とを判定する。
クラッチ制御部97には、判定部91から制御実行指令Vacが入力され、フラグ生成部92からアシストフラグFa3が入力される。制御実行指令VacがONである場合、クラッチ制御部97は、図3に示される第1の回転電機クラッチCm1を接続して第1の接続状態とする。この処理により、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1と接続される。制御実行指令VacがOFFである場合、クラッチ制御部97は、第1の回転電機クラッチCm1を切断する。この場合、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1と接続されない。クラッチ制御部97は、フラグ生成部92からアシストフラグFa3を受け取っている場合、制御実行指令VacがOFFであっても第1の回転電機クラッチCm1の接続を維持する。
切替部93には、目標出力軸トルクTo_refと、修正目標出力軸トルクTo_ref’と、制御実行指令Vacとが入力される。切替部93は、制御実行指令VacがONである場合、修正目標出力軸トルクTo_ref’を回転電機指令決定部83に出力し、制御実行指令VacがOFFである場合、目標出力軸トルクTo_refを回転電機指令決定部83に出力する。修正目標出力軸トルクTo_ref’を取得した回転電機指令決定部83は、第1の回転電機MG1の指令トルクTm1_ref、第2の回転電機MG2の指令トルクTm2_ref及び第3の回転電機MG3の指令トルクTm3_refを求める。第3の回転電機MG3の指令トルクTm3_refは、修正目標出力軸トルクTo_ref’と目標出力軸トルクTo_refとの差分である。
修正目標出力軸トルクTo_ref’は、第1の回転速度Nm1が、ずり下がり抑制制御の実行時において第1の回転電機MG1が目標とする回転速度である目標回転速度Nm1tとなるように生成される。実施形態において、目標回転速度Nm1tは0rpm(revolution per minute)とする。この場合、ホイールローダー1の車速は0m/sとなるので、ホイールローダー1は傾斜面SPで停止する。すなわち、目標回転速度Nm1tは、ホイールローダー1が傾斜面SPで停止するときにおける第1の回転速度Nm1の回転速度である。第1の回転速度Nm1は、第2の回転電機MG2の回転速度Nm2が許容範囲内となる値であれば、0rpmには限定されない。
加減算器94は、目標回転速度Nm1tから第1の回転速度Nm1を減算し、得られた値をゲイン付与部95に与える。このような処理により、アシスト制御部90は、第1の回転速度Nm1に応じて修正目標出力軸トルクTo_ref’を変更することができる。詳細には、アシスト制御部90は、第1の回転速度Nm1と目標回転速度Nm1tとの差分が大きくなると、修正目標出力軸トルクTo_ref’を大きくすることができるので、ホイールローダー1のずり下がりを速やかに抑制できる。
ゲイン付与部95は、加減算器94から取得した値にゲインAを乗じてトルク増分Tadを求め、加減算器96に出力する。加減算器96は、ゲイン付与部95から取得したトルク増分Tadと目標出力軸トルクTo_refとを加算して、修正目標出力軸トルクTo_ref’を求める。加減算器96は、求めた修正目標出力軸トルクTo_ref’を切替部93に出力する。
図9は、修正目標出力軸トルクTo_ref’と第1の回転速度Nm1との関係の一例を示す図である。図8に示されるように、ゲインAは、第1の回転速度Nm1が0よりも大きくなるにしたがって大きくなり、第1の回転速度Nm1がNm1Aになると一定値A1となる。このようにすることで、図9に示されるように、修正目標出力軸トルクTo_ref’は、ホイールローダー1の車速が0m/s付近から単調に増加する。その結果、アシスト制御部90は、ホイールローダー1の車速が0m/s付近における修正目標出力軸トルクTo_ref’の値がハンチングすることを抑制できる。
フラグ生成部92は、判定部91からの制御実行指令Vacと、傾斜角θsと、制動圧力Pbとを取得する。フラグ生成部92は、制御実行指令VacがON、かつ傾斜判定値VrjがONである場合に、アシストフラグFa3を出力する。フラグ生成部92は、制御実行指令VacがOFFであること、及び傾斜判定値VrjがOFFであることの少なくとも一方が成立する場合に、アシストフラグFa3を出力しない。
実施形態において、傾斜判定値Vrjは、傾斜角θsが閾値θsc以上になったらONになり、傾斜角θsが閾値θse以下になったらOFFになる。閾値θscは、傾斜判定値VrjをONにする場合とOFFにする場合とで異なってもよい。このようにすることで、アシストフラグFa3を生成するか否かの判定のハンチングが抑制される。
アシストフラグFa3が生成されると、制御装置27は、第1の回転電機MG1、第2の回転電機MG2及び第3の回転電機MG3の発生するトルクが修正目標出力軸トルクTo_ref’となるように、第1インバータI1、第2インバータI2及び第3インバータI3を制御する。この場合、制御装置27は、第3の回転電機MG3に対する指令トルクTm3_ref、すなわち修正目標出力軸トルクTo_ref’と目標出力軸トルクTo_refとの差分を第3インバータI3に与える。第3インバータI3は、第3の回転電機MG3が指令トルクTm3_refを発生するように制御する。この制御により、第3の回転電機MG3が動力の付与を開始する。すなわち第3の回転電機MG3の動力は、第1の回転電機MG1に付与される。
実施形態において、制御装置27がずり下がり抑制制御を実行する場合、クラッチ制御部97が第1の回転電機クラッチCm1を接続して第1の接続状態とした後に、第3の回転電機MG3が指令トルクTm3_refを発生することにより動力の付与を開始する。このように、実施形態のずり下がり抑制制御において、第1の接続状態となった後、すなわち第3の回転電機MG3と第1の回転電機MG1とが接続された後に、第3の回転電機MG3が動力の付与を開始する。その結果、制御装置27は、第1の回転電機クラッチCm1が接続されたことによる衝撃を抑制できる。実施形態において、第3の回転電機MG3による動力の付与は、第3の回転電機MG3が動力を発生すること、及び第3の回転電機MG3からの動力を伝達する第1の回転電機クラッチCm1も含む。
図10は、ホイールローダー1の動作、実施形態に係るアシストフラグFa3及び比較例に係るアシストフラグFa3cのタイミングチャートである。図10の横軸は、いずれも時間tである。図10の縦軸は、上から順に制御実行指令Vac、制動装置58BKが制動力閾値よりも大きい制動力を発生しているか否かを示す制動判定値Br、ホイールローダー1が有する走行装置25の車速Vc、比較例に係るアシストフラグFa3c、及び実施形態に係るアシストフラグFa3である。制動装置58BKが制動力閾値よりも大きい制動力を発生していると制動判定値BrはONになり、制動装置58BKが制動力閾値以下の制動力を発生していると制動判定値BrはOFFになる。
ホイールローダー1が傾斜面SPにあってずり下がり抑制制御の実行されている場合において、判定部91は、第1の回転速度Nm1が速度閾値Nm1c以上にならない場合、車速判定値VnjをOFFにする。実施形態において、判定部91は、第1の回転速度Nm1の絶対値が速度閾値Nm1c未満になると、車速判定値VnjをOFFにする。車速判定値VnjがOFFになると、判定部91から出力される制御実行指令VacはOFFになるので、フラグ生成部92はアシストフラグFa3を生成しない。その結果、切替部93は、修正目標出力軸トルクTo_ref’の代わりに目標出力軸トルクTo_refを回転電機指令決定部83に送る。結果として、第3の回転電機MG3に対する指令トルクTm3_refは0になるので、第3の回転電機MG3は動力を発生しない。その結果、ずり下がり抑制制御が解除される。このように、制御装置27は、走行装置25の車速Vcが速度閾値Nm1cを超えない場合、すなわち走行装置25の車速Vcが速度閾値Nm1c未満である場合に、第1の制御であるアシスト制御、実施形態ではずり下がり抑制制御を解除する第2の制御を実行する。
第1の制御であるずり下がり抑制制御の実行中に、時間t=tbにおいて、ブレーキ操作部材58aが踏まれて制動装置58BKが制動力を発生すると、ホイールローダー1は停止する。ホイールローダー1が停止することにより、第1の回転速度Nm1の絶対値が速度閾値Nm1c未満になると、時間t=tfにおいて、制御装置27は第2の制御を実行して、ずり下がり抑制制御を解除する。時間t=tfにおいて、比較例に係るアシストフラグFa3cがONからOFFになっているのは、ずり下がり抑制制御が解除された状態を示している。ずり下がり抑制制御が解除されると第1の回転電機クラッチCm1が切断されるので、第3の回転電機MG3の動力は第1の回転電機MG1に伝達されない。その結果、第1の回転電機ギアGm1のトルクが低減する。
動力伝達装置24及び走行装置25が有するギアのバックラッシュ及び動力伝達装置24及び走行装置25が有するシャフトの捩れが存在する。第1の回転電機ギアGm1から出力されるトルクが低減することにより、シャフトの捩れが戻って第1の回転電機MG1が回転したり、ギアのバックラッシュ分第1の回転電機MG1が回転したりする結果、第1の回転速度Nm1の絶対値が速度閾値Nm1c以上になる。すると、時間t=tpにおいて、制御装置27はずり下がり抑制制御を実行して、第1の回転電機クラッチCm1を接続し、第3の回転電機MG3からの動力を出力する。時間t=tpにおいて、比較例に係るアシストフラグFa3cがOFFからONになっているのは、ずり下がり抑制制御が実行された状態を示している。
時間t=tpでずり下がり抑制制御が実行されることにより、第1の回転電機クラッチCm1が接続されると、第1の回転速度Nm1の絶対値が低減する。時間t=taにおいて第1の回転速度Nm1の絶対値が速度閾値Nm1c未満になると、再びずり下がり抑制制御が解除される。このように、比較例においては、ずり下がり抑制制御の実行中に、ブレーキ操作部材58aが踏まれて制動装置58BKが制動力を発生すると、第1の回転電機クラッチCm1の接続と切断とが繰り返される。その結果、比較例は、図10の一点鎖線で示されるように車速Vcが振動するので、ホイールローダー1を振動させる。
制動装置58BKの制動力は、制動圧力Pbに比例する。したがって、制動圧力Pbは、制動装置58BKの制動力として扱われてもよい。実施形態において、フラグ生成部92は、制動装置58BKの制動力、すなわち制動圧力Pbが制動力閾値である制動圧力閾値Pbcよりも大きい場合、時間t=tfにおいて制御実行指令VacがOFFであってもアシストフラグFa3を生成する。このため、制動圧力Pbが制動圧力閾値Pbcよりも大きい場合、図10では制動判定値BrがONである場合、制御実行指令VacがOFFであっても、制御装置27は第3の回転電機MG3に第1の回転電機MG1へ動力を付与させる。そして、制御装置27は、制御実行指令VacがOFFになってずり下がり抑制制御が解除されても、第1の回転電機クラッチCm1の接続を維持し、かつ第3の回転電機MG3が第1の回転電機MG1に動力を付与することを維持する。結果として、ずり下がり抑制制御の実行中に、ブレーキ操作部材58aが踏まれて制動装置58BKが制動力を発生した場合でも、第1の回転電機クラッチCm1の接続と切断とが繰り返されることが抑制される。その結果、実施形態は、図10の実線で示されるように車速Vcの振動が抑制されるので、ホイールローダー1の振動が抑制される。
制御実行指令VacがOFF、かつ制動圧力Pbが制動圧力閾値Pbc以下である場合、フラグ生成部92はアシストフラグFa3を生成しない。すなわち、制御装置27は、第3の回転電機MG3による第1の回転電機MG1への動力の付与を停止する。
図11は、実施形態に係るずり下がり抑制制御の状態の遷移を表す図である。ずり下がり制御は、状態STSAと、状態STSBと、状態STSCと、状態STSDとの間を遷移する。状態STSA及び状態STSCは第3の回転電機MG3が動力を発生し、かつ第1の回転電機クラッチCm1が接続された状態である。状態STSB及び状態STSDは第3の回転電機MG3が動力を発生せず、かつ第1の回転電機クラッチCm1が切断された状態である。
ずり下がり抑制制御の実行時、すなわち第1の制御の実行時において、傾斜判定値VrjがONになると、フラグ生成部92によってアシストフラグFa3が生成されるので、ずり下がり抑制制御の状態は、状態STSBから状態STSAに遷移する。状態STSAにおいて、第3の回転電機MG3は、第1の回転電機MG1に動力を付与する。すなわち、制御装置27は、ホイールローダー1が傾斜面SPにあると判定した場合、第3の回転電機MG3の動力を第1の回転電機MG1に付与させる。状態STSAにおいて傾斜判定値VrjがOFFになると、フラグ生成部92はアシストフラグFa3を生成しないので、ずり下がり抑制制御の状態は、状態STSAから状態STSBに遷移する。
ずり下がり抑制制御の実行時、制御実行指令VacがOFFになると、ずり下がり抑制制御の状態は、状態STSBから状態STSDに遷移する。状態STSDにおいて、ずり下がり抑制制御は実行されない。状態STSDにおいて、制御実行指令VacがONになると、ずり下がり抑制制御の状態は、状態STSDから状態STSBに遷移する。状態STSBにおいて、ずり下がり抑制制御は実行されるが、第3の回転電機MG3は動力を発生していない状態である。
状態STSAにおいて、制御実行指令VacがOFF、かつ制動圧力Pbが制動圧力閾値Pbcよりも大きくなると、ずり下がり抑制制御の状態は、状態STSAから状態STSCに遷移する。状態STSCにおいて、ずり下がり抑制制御は実行されないが、第3の回転電機MG3は動力を発生し、かつ第1の回転電機クラッチCm1は接続した状態が維持される。状態STSCにおいて、制動圧力Pbが制動圧力閾値Pbc以下になると、ずり下がり抑制制御の状態は、状態STSCから状態STSDに遷移する。状態STSCにおいて、制動圧力Pbが制動圧力閾値Pbcよりも大きく、かつ制御実行指令VacがONになると、ずり下がり抑制制御の状態は、状態STSCから状態STSAに遷移する。
以上、実施形態は、ずり下がり抑制制御を実行している状態からずり下がり抑制制御を解除する際に、制動装置58BKの制動力が制動力閾値よりも大きい場合には、第3の回転電機MG3が第1の回転電機MG1に動力を付与することを維持する。このため、実施形態は、ずり下がり抑制制御の実行中に制動装置58BKが制動力を発生した場合でも、第3の回転電機MG3の発生する動力によって第1の回転電機クラッチCm1の接続と切断とが繰り返されることを抑制できる。その結果、実施形態は、ホイールローダー1の牽引力を増加させているときに制動力が発生した場合に、ホイールローダー1の振動を抑制できる。
実施形態は、HST(Hydro Static Transmission)のような、他の種類の変速装置に適用されてもよい。この場合、第1の回転電機MG1と第2の回転電機MG2と第3の回転電機MG3とは、油圧モータ及び油圧ポンプとして機能する。第1の回転電機MG1と第2の回転電機MG2と第3の回転電機MG3とは、例えば、可変容量型の油圧ポンプモータであり、制御装置27によって容量が制御される。
動力伝達装置24は、実施形態の構成に限られない。例えば、遊星歯車機構68,69が有する各回転要素の連結及び配置は、実施形態の連結及び配置に限定されるものではない。遊星歯車機構の数は2個に限らない。例えば、動力伝達装置24は1個の遊星歯車機構を備えてもよい。動力伝達装置24は、遊星歯車機構の代わりに、複数のギア又はチェーン等が組み合わせられてもよい。
実施形態では、ゲインAの大きさは第1の回転電機MG1の第1の回転速度Nm1に応じて変更されているが、第1の回転速度Nm1によらず一定値であってもよい。実施形態において、アシスト制御部90は、目標出力軸トルクTo_refを修正しているが、要求牽引力Toutを修正してもよい。
以上、本実施形態を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。
1 ホイールローダー
5 作業機
6R 後輪
6F 前輪
21 内燃機関
24 動力伝達装置
25 走行装置
27 制御装置
45 アクスル
54 前後進操作装置
58 ブレーキ操作装置
58BK 制動装置
59 傾斜検出器
68 第1遊星歯車機構
69 第2遊星歯車機構
81 目標入力軸トルク決定部
82 目標出力軸トルク決定部
83 回転電機指令決定部
84 トランスミッション要求決定部
90 アシスト制御部
91 判定部
92 フラグ生成部
93 切替部
95 ゲイン付与部
94,96 加減算器
97 クラッチ制御部
A ゲイン
Cm1 第1の回転電機クラッチ
Cm2 第2の回転電機クラッチ
Fa3 アシストフラグ
MG1 第1の回転電機
MG2 第2の回転電機
MG3 第3の回転電機
Nm1 第1の回転速度
Nm1c 速度閾値
Nm1t 目標回転速度
Pb 制動圧力
Pbc 制動圧力閾値
Rs 回転速度比
Sdd 進行方向指令値
Tad トルク増分
To_ref 目標出力軸トルク
To_ref’ 修正目標出力軸トルク
Vac 制御実行指令
Vnj 車速判定値
Vrj 傾斜判定値

Claims (7)

  1. 車輪を駆動して車体を走行させる走行装置及び前記走行装置を制御する制御装置を含み、
    前記走行装置は、
    第1の回転電機、第2の回転電機及び内燃機関と、
    前記内燃機関から出力された動力を、少なくとも前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機を介して前記車輪に伝達する動力伝達装置と、
    前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機の少なくとも一方に動力を付与する第3の回転電機と、
    前記車輪を制動する制動装置と、を有し、
    前記制御装置は、
    前記第3の回転電機の動力を前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機の少なくとも一方に付与する第1の制御と、前記走行装置の車速が速度閾値になるか又は前記速度閾値を超えると前記第1の制御を解除する第2の制御とを実行し、前記速度閾値は、前記車体が停止している状態から移動速度の所定値に達したときの値であり、前記第2の制御を実行した後、前記車体を停止させるための前記制動装置の制動力が制動力閾値よりも大きい場合前記第3の回転電機による動力の付与を維持する、ハイブリッド作業車両。
  2. 前記制御装置は、
    前記ハイブリッド作業車両が傾斜面にあると判定した場合、前記第3の回転電機の動力を前記第1の回転電機に付与させる、請求項1に記載のハイブリッド作業車両。
  3. 前記制御装置は、
    前記走行装置の前進又は後進を決定するための指令値と前記走行装置の実際の進行方向とが異なった場合に、前記第1の制御を実行する、請求項1又は請求項2に記載のハイブリッド作業車両。
  4. 前記制御装置は、
    前記制動装置の制動力が、前記制動力閾値以下になった場合に、前記第3の回転電機による動力の付与を停止する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のハイブリッド作業車両。
  5. 前記動力伝達装置は、
    遊星歯車機構と、
    前記第3の回転電機と前記第1の回転電機との間に配置された第1の動力断続機構と、
    前記第3の回転電機と前記第2の回転電機との間に配置された第2の動力断続機構と、を有し、
    前記内燃機関は前記遊星歯車機構の第1要素との間で動力をやり取りし、
    前記第1の回転電機は前記遊星歯車機構の第2要素との間で動力をやり取りし、
    前記第2の回転電機は前記遊星歯車機構の第3要素の間で動力をやり取りする、
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のハイブリッド作業車両。
  6. 前記ハイブリッド作業車両は、ホイールローダーである、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のハイブリッド作業車両。
  7. 内燃機関と、第1の回転電機及び第2の回転電機の少なくとも一方に動力を付与する第3の回転電機を含み、かつ前記内燃機関から出力された動力を、少なくとも前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機を介して走行装置に出力する動力伝達装置と、を備えるハイブリッド作業車両を制御するハイブリッド作業車両の制御方法において、
    前記第3の回転電機の動力を前記第1の回転電機及び前記第2の回転電機の少なくとも一方に付与する第1の制御と、前記ハイブリッド作業車両の車速が速度閾値になるか又は前記速度閾値を超えると前記第1の制御を解除する第2の制御とを実行し、前記速度閾値は、前記ハイブリッド作業車両が停止している状態から移動速度の所定値に達したときの値であり、前記第2の制御を実行した後に、前記ハイブリッド作業車両を停止させるための制動力が制動力閾値よりも大きい場合、前記第3の回転電機による動力の付与を維持する、
    ハイブリッド作業車両の制御方法。
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