JP7252088B2 - 作業車両およびそれに用いられる車両制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、作業車両に係り、特に、走行駆動部を電動化した電気駆動システムを備えた作業車両およびそれに用いられる車両制御装置に関する。
ホイールローダなどの車輪を有する作業車両において、走行駆動部を電動化した場合の駆動システム（電気駆動システム）では、エンジンの出力軸に接続された発電機、それを制御する発電機用インバータ、走行駆動部の出力軸を回転駆動する走行用モータ、それを制御する走行用インバータの一部に異常が発生した場合には、その後の走行動作が実施できなくなることが考えられる。なお、ホイールローダなどの車輪を有する作業車両は、公道を走行する場合や作業現場内を走りまわる場合があり、その場で走行不能となった際には、立ち往生することも考えられる。そこで、上述のような電気駆動システムを搭載した作業車両においては、電気駆動システムの一部に異常が発生した場合でも作業車両の走行動作を継続可能とする機能が求められる。
このような異常発生時の退避運転方法については、例えば下記特許文献１（特開２０１３－３９８７４号公報）に示されたものがある。この従来技術によれば、走行駆動部を電動化し、かつ蓄電装置とコンバータを搭載した電気駆動システムにおいて、蓄電装置あるいはコンバータが故障した際には発電機用インバータでＤＣバス電圧を制御し、退避運転を実施する。これにより、蓄電装置あるいはコンバータが故障した場合においても、他の正常な電気部品を利用した走行動作の継続が可能となる。
特開２０１３－３９８７４号公報
上記従来技術では、走行駆動部を電動化し、かつ蓄電装置とコンバータを搭載した電気駆動システムにおいて、蓄電装置あるいはコンバータが故障した際には発電機用インバータでＤＣバス電圧を制御し、退避運転を実施するため、例えば上述の蓄電装置とコンバータを持たない電気駆動システムにおいて、発電機用インバータに異常が生じた場合には、走行用モータに対して駆動に必要な電力を供給することができなくなり、走行動作が困難となる可能性が考えられる。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、例えば、走行駆動部を電動化し、かつ蓄電装置とコンバータを持たない電気駆動システムを備えたホイールローダ等の作業車両において、発電機用インバータに異常が発生した場合においても走行動作を継続可能な作業車両およびそれに用いられる車両制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る作業車両は、発電機を制御する発電機用インバータと走行用モータを制御する走行用インバータとを接続するＤＣバスのＤＣバス電圧を制御しながら、エンジンで発電機を駆動し、該発電機で発電された電力により走行用モータを駆動して走行を行う電気駆動システムと、該電気駆動システムの制御を行う車両制御装置とを備え、前記車両制御装置は、前記発電機用インバータに異常が生じた際に起動される退避運転制御部を有し、前記退避運転制御部は、前記ＤＣバス電圧に基づいて退避運転の可否を判定する退避運転モード判定部と、該退避運転モード判定部で退避運転可能と判定され、かつ、オペレータによる退避運転のための操作入力があったと判定された場合の退避運転時に、前記発電機用インバータの動作を停止し、前記エンジンの回転数を上昇させることによって前記ＤＣバス電圧を上昇させる退避運転動作制御部と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る車両制御装置は、発電機を制御する発電機用インバータと走行用モータを制御する走行用インバータとを接続するＤＣバスのＤＣバス電圧を制御しながら、エンジンで発電機を駆動し、該発電機で発電された電力により走行用モータを駆動して走行を行う電気駆動システムを制御する車両制御装置であって、前記発電機用インバータに異常が生じた際に起動される退避運転制御部を有し、前記退避運転制御部は、前記ＤＣバス電圧に基づいて退避運転の可否を判定する退避運転モード判定部と、該退避運転モード判定部で退避運転可能と判定され、かつ、オペレータによる退避運転のための操作入力があったと判定された場合の退避運転時に、前記発電機用インバータの動作を停止し、前記エンジンの回転数を上昇させることによって前記ＤＣバス電圧を上昇させる退避運転動作制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、発電機を制御する発電機用インバータに異常が生じた際に起動される退避運転制御部が、退避運転時に、発電機用インバータの動作を停止し、例えばＤＣバス電圧が走行用モータの動作に基づいて決定される目標ＤＣバス電圧となる（略一致する）ように、エンジンの回転数を制御することによってＤＣバス電圧を制御する（エンジンの回転数を上昇させることによってＤＣバス電圧を上昇させる）ので、電気駆動システムを有するホイールローダ等の作業車両において、発電機用インバータに異常が発生した場合においても、その場に立ち往生することなく、安全な場所に退避することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明に係る作業車両の一実施形態としての電気駆動システムを備えたホイールローダ（電気駆動式ホイールローダ）の外観を示す図である。 電気駆動システムを備えたホイールローダ（電気駆動式ホイールローダ）のシステム構成を示す図である。 電気駆動システムの構成を示す図である。 正常時の電気駆動システムの構成を示す図である。 ホイールローダのVサイクル掘削作業パターンを示す図である。 ＤＣバス電圧の制御内容を示すブロック線図である。 退避運転制御部の構成を示す図である。 退避運転モード判定部の処理手順を示すフローチャートである。 退避運転動作制御部の処理内容を示すブロック線図である。 退避運転の一動作例を説明するための、電気駆動システムの構成を示す図である。 退避運転の一動作例を説明するための、処理手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。まず、本実施形態で対象とする作業車両としてのホイールローダのシステムは、走行駆動部を走行用モータを用いて電動化した電気駆動システムである。特に本実施形態では、前述のように蓄電装置やコンバータを持たず、エンジン（例えば、ディーゼルエンジン）により回転駆動される発電機からの電力供給により走行駆動部を駆動するシステムを例示して説明する。
図１は、本発明に係る作業車両の一実施形態としての電気駆動システムを備えたホイールローダ（電気駆動式ホイールローダ）の外観図である。
本実施形態の電気駆動式ホイールローダ100は、図１にその外観が示されるように、基本構成として、タイヤ（車輪）16が装着された車体15に、エンジン1や運転室（キャブ）14が搭載されるとともに、車体15の前方に作業部としての油圧作業装置5が取り付けられた作業車両である。
図２は、図１に示す電気駆動システムを備えたホイールローダ（電気駆動式ホイールローダ）のシステム構成図である。また、図３は、図２に示すホイールローダの走行駆動部の電気駆動システムの構成図である。
図示実施形態の電気駆動式ホイールローダ100は、図２に示すように、エンジン1の出力軸に接続された発電機（モータ・ジェネレータ：M/G）6、それを制御する発電機用インバータ7、ならびに、走行駆動部の出力軸としてのプロペラシャフト8を回転駆動する走行用モータ（交流モータ）9、それを制御する走行用インバータ10が搭載される。なお、図２には図示していないが、発電機用インバータ７と走行用インバータ10の間に蓄電池やキャパシタなどの蓄電装置が接続される場合もある。また、発電機用インバータ７と走行用インバータ10がコンバータを介して接続される場合もある。
このホイールローダ100は、その走行駆動部が、上述した走行用モータ9、走行用モータ9に連結された出力軸としてのプロペラシャフト8、センタージョイント（CJ）8a、デファレンシャルギヤ（Dif）8b、ファイナルギヤ（G）8c等を介してプロペラシャフト8に取り付けられた（４輪の）タイヤ（車輪）16等から構成される。
図２のシステムを備えたホイールローダ100の基本的な動作としては、発電機6と発電機用インバータ7によって、システム電圧（発電機用インバータ７と走行用インバータ10間のＤＣバス電圧）を所定の値に制御しながら、エンジン1で発電機6を駆動し、発電機6で発電された電力により走行用モータ9からトルクを発生し、そのトルクによってプロペラシャフト8および該プロペラシャフト8に取り付けられたタイヤ16を回転駆動して当該作業車両を走行させる。
また、ホイールローダ100は、エンジン1の駆動によって作動する油圧ポンプ4が備えられ、油圧ポンプ4から圧油が油圧作業装置5へと供給され、油圧作業装置5に供給された圧油は、コントロールバルブ（C/V）5aを介してバケット（バケットシリンダともいう）5b、リフト（リフトアームシリンダともいう）5c、ステアリング（ステアリングシリンダ）5dへと供給される。このホイールローダ100は、例えば運転室（キャブ）14からオペレータが操作レバーやステアリングホイール、操作ペダル等を操作することにより、エンジン1の動力を利用してタイヤ16を回転駆動させて走行を行いながら、車体15前方にある油圧作業装置5のバケット5b部分で土砂等を掘削・運搬することができる。
つまり、本実施形態の電気駆動式ホイールローダ100は、土砂などの掘削作業を行うフロント部の油圧作業装置5に油圧を供給する油圧ポンプ4を備えていて、目的に応じた作業を実施する。また、当該作業車両の走行動作は、エンジン1の動力により発電機6で発電した電力を利用して、走行用モータ9を駆動することで行われる。換言すれば、エンジン1で発電機6を駆動し、発電機6で発電された電力により走行用モータ9を駆動して当該作業車両を走行させる。
また、電気駆動式ホイールローダ100は、上記で述べた電気駆動システムを含む電気駆動式ホイールローダ100の制御を行うコントローラとして、車両全体を制御する車両制御装置20が搭載される。この車両制御装置20は、ホイールローダ100全体のエネルギーフローやパワーフロー等の制御を統括的に行う。また、当該ホイールローダ100には、前記車両制御装置20の他、油圧シリンダのコントロールバルブ（C/V）5aや油圧ポンプ4を制御する油圧制御装置、エンジン1の制御を行うエンジン制御装置、インバータ7、10を制御するインバータ制御装置が搭載されており（車両制御装置20以外の制御装置は不図示）、これらの制御装置は、車両制御装置20を上位制御装置として、CAN通信等を用いて相互に各機器の指令値および状態量を送受信する。
前記車両制御装置20以外の制御装置を含めた車両制御装置20は、例えば、アクセル開度を表すアクセル信号、ブレーキ信号、FNR信号、車両速度、ＤＣバス電圧等に基づき、ホイールローダ100に配備された各機器を制御することで、ホイールローダ100全体の制御（走行制御等を含む）を統括的に行う。
なお、前記車両制御装置20は、図示は省略するが、処理内容や処理結果が記憶される記憶装置（RAM、ROM等）、当該記憶装置に記憶された処理を実行する処理装置（CPU等）等を備えたマイクロコンピュータ（マイコン）で構成されている。
図４に、図２に示すホイールローダ100の走行駆動部の正常時の電気駆動システムの構成を示す。この電気駆動システムは、エンジン1で発電機6を回転駆動して発電を行い、さらにその電力を用いて走行用モータ9からトルクを発生させ、プロペラシャフト8を回転駆動する。さらに、プロペラシャフト8の先に接続されるデファレンシャルギヤ8bや変速機（不図示）に動力を伝達して、タイヤ16を回転駆動する。このとき、車両制御装置20は、発電機用インバータ7と走行用インバータ10間のＤＣバス部分の電圧（ＤＣバス電圧Vdc）を所定の値に制御して、発電機6の発電電力（出力電圧）と走行用モータ9の入力電力を等しくすることにより両者間の電力のバランスをとる。本電気駆動システムでは、蓄電デバイスを有していないため、発電を行っている発電機6でＤＣバス電圧Vdcの制御を行う。すなわち、車両制御装置20は、ＤＣバス部のPN間に接続されている平滑コンデンサ11の充電量を制御し、ＤＣバス電圧Vdcを所定の電圧に維持する。
ここで、本実施形態で対象としているホイールローダ100にはいくつかの基本的動作パターンがあり、前記車両制御装置20は、その動作に応じて作業車両を最適に動作させる。たとえば、最も代表的な作業パターンとして、図５に示すVサイクル掘削作業と呼ばれる作業パターンがある。このVサイクル掘削作業は、実際のホイールローダの作業全体に対して、約7割以上を占める主な動作パターンである。ホイールローダ100はこのとき、まず砂利山などの掘削対象物に対して前進し、砂利山の掘削対象物に突っ込むような形でバケットに砂利等の運搬物を積み込む。ホイールローダ100は、その後、後進して元の位置に戻り、ステアリングを操作しながら、かつフロントのバケット部分を上昇させながらダンプ等の運搬車両に向かって前進する。そして、運搬車両に運搬物を積み込んだ（放土した）後は再び後進し、ホイールローダ100は元の位置に戻る。ホイールローダ100は、以上の説明のようにV字軌跡を描きながらこの作業を繰り返し行う。例えば、このVサイクル掘削作業を電気駆動システムで行う際は、ホイールローダ100は、車両制御装置20により、車両全体で最も燃費や作業効率が高くなるように、エンジン1からの出力を油圧作業装置5および走行用モータ9に配分する。また、ホイールローダ100は、上記のようなVサイクル掘削作業の他、作業現場から別の現場に移動するために一般道路も走行できるようになっている。
ここで、上記のようなVサイクル掘削作業と一般道路走行に共通して必要となる機能に退避運転が挙げられる。退避運転とは、あるシステムの一部分に異常が発生して本来の機能が失われた場合においても、正常な部分で最小限必要な動作を継続することを意味している。例えば公道走行において、走行駆動部が故障して走行不能になった場合でも、速やかに作業車両を安全な場所に移動する必要がある。また、作業現場内においてもVサイクル掘削作業時に走行駆動部が故障して走行不能になった場合、その場に立ち往生してしまうと掘削作業自体が滞ってしまうことが考えられ、この場合も速やかに作業の支障とならない場所に移動する必要が生じる。このような場合において、上記の退避運転機能が必要となるが、図４に基づき説明した電気駆動システムの制御構成では、電気駆動システムの一部に異常が発生した場合、作業車両の走行動作を継続することは困難である。
そこで、本実施形態では、図２および図３に示すように、車両制御装置20内に退避運転制御部30を備える。図４に基づき説明したように、前述の車両制御装置20は電気駆動システムの各駆動部分を制御するコントローラの上位に位置しているため、各駆動部分の状態を統括的に把握することが可能であり、電気駆動システムに異常が生じた場合、正常なコンポーネントによる適切な構成で退避運転に移行させることが可能となる。本実施形態では、図２に示すホイールローダ100の駆動システムのうち、特に、発電機6を制御する発電機用インバータ7に異常が生じた場合の退避運転方法について述べる。なお、詳細説明は省略するが、この発電機用インバータ7の異常の発生は、発電機用インバータ7からの出力電圧の監視等、従来公知の方法を用いて検出・判定することが可能である。
［正常時の制御］
まず、本電気駆動システムが正常である場合には、車両制御装置20は、前述の図４に示す構成により、ホイールローダ100を駆動する。詳しくは、エンジン1で発電機6を回転駆動し、発電を行う。さらにその電力を用いて走行用モータ9からトルクを発生させ、プロペラシャフト8を回転駆動する。このとき、車両制御装置20は、発電機用インバータ7と走行用インバータ10間のＤＣバス部分の電圧（ＤＣバス電圧Vdc）を所定の値に制御して、発電機6の発電電力（出力電圧）と走行用モータ9の入力電力を等しくして両者間の電力のバランスをとる。本実施形態で対象としている電気駆動システムは、蓄電デバイスを有していないため、車両制御装置20は、発電を行っている発電機6を発電機用インバータ7で制御することでＤＣバス電圧Vdcを一定値に制御する。
このときのＤＣバス電圧Vdcの制御内容例を図６に示す。ここで示す制御構内容例は、発電機6によるＤＣバス電圧Vdcのフィードバック制御方式である。なお、このＤＣバス電圧Vdcの制御方法については、図６に示す制御内容に限定されるものではない。ＤＣバス電圧Vdcが安定に所定の値に制御されれば、他の制御方式でも構わない。図６に示す制御内容例では、車両制御装置20は、まずＤＣバス電圧指令（目標ＤＣバス電圧ともいう）Vdc*とＤＣバス電圧検出値Vdcの差分を演算し、その偏差を比例積分演算等で構成される制御器33に入力して、発電機6の電流指令Ig*を演算する。さらにそのインナーループの制御系として、電流指令Ig*に対して発電機6の出力電流検出値Igをフィードバックしてその偏差を制御器34に入力し、最終的に発電機用インバータ7の電圧指令（トルク指令ともいう）Vinvg*を演算する。発電機用インバータ7は電圧指令Vinvg*にそってスイッチングを行い、平滑コンデンサ11の充電量を制御し、ＤＣバス電圧Vdcを所定の値とする。
このように、ＤＣバス電圧Vdcの制御には発電機用インバータ7が電圧指令Vinvg*に従って動作する必要がある。ここで、発電機用インバータ7に異常が生じた場合、エンジン1の動力を確実に走行用インバータ10に伝達することができず、結果的にホイールローダ100の走行を継続することが困難となれば、ホイールローダ100は公道や作業現場で立ち往生してしまうことも考えられる。
［異常発生時の制御（退避運転制御部30）］
本実施形態では、前述したような状況に対処するために、図２および図３に示すように、発電機用インバータ7に異常が生じた場合においても、作業車両の走行を継続することが可能となる退避運転制御部30を車両制御装置20に追加する。
前記退避運転制御部30は、例えば、発電機用インバータ7に異常が生じて（詳しくは、異常が発生していることが検出されて）、一旦自動的に停止（パワーオフ）した後、オペレータが操作パネルに設けられた退避運転スイッチ41（図１０参照）をオン操作し、あるいは、ホイールローダ100をキーオンし、エンジン1が再始動したときに、起動（言い換えれば、処理実行開始）するもので、図７に示すように、主に、退避運転モード判定部31と退避運転動作制御部32で構成される。
〈退避運転モード判定部31〉
退避運転制御部30のうち、退避運転モード判定部31は、異常が生じている発電機用インバータ7を用いた退避運転が可能か否かを判定する。すなわち、退避運転時、ホイールローダ100を走行するためには、エンジン1から発電機6を通じて電力を出力できることが必要となるため、退避運転モード判定部31は、その機能の有無を判定する。
退避運転モード判定部31の処理内容を示すフローチャートを図８に示す。退避運転モード判定部31はまず、S100で再始動されたエンジン1の回転数とＤＣバス電圧の検出値をそれぞれ入力する。続いて、S101でエンジン1の回転数（ここでは、アイドル運転時の回転数）に応じたＤＣバス電圧になっているか否かを判断し、所定のＤＣバス電圧（所定値）以上になっている場合は、S102で退避運転モード可能、所定のＤＣバス電圧（所定値）より低い電圧となっている場合は、S103で退避運転モード不可と判定する。
本実施形態では、発電機用インバータ7に異常が生じた場合を対象としており、発電機用インバータ7でＤＣバス電圧の制御ができなくなっている状態である。一方、発電機6は永久磁石型電動機であり、予め回転子に磁石が埋め込まれており、磁束を有している。ここで、永久磁石型電動機の電圧方程式を以下の数式（１）に示す。
［数１］
Vd＝(R＋pLd)×id－ω×Lq×iq
Vq＝ω×Ld×id＋(R＋pLq)×iq＋ωΦ ・・・（１）
数式（１）において、Vd、Vqはd-q軸電圧、Rは巻き線抵抗、Ld、Lqはd-q軸インダクタンス、id、iqはd-q軸電流、pは微分演算子(d/dt)、ωはモータ角周波数、Φは界磁主磁束である。
数式（１）より、エンジン1により回転力(ω)を与えると界磁主磁束Φとの積で発電し（誘起電圧）、電力を出力することが可能である。そこで、発電機用インバータ7のパワー素子のダイオード部分が正常に動作し、発電機6でエンジン1による回転駆動で発生する電力を整流できれば、ＤＣバス電圧が上昇する（ＤＣバスのPN間に接続されている平滑コンデンサ11が充電される）。前記したS101では、その状態が正常に行われているか否かを判断する。なお、S101で判定基準となる所定のＤＣバス電圧（所定値）は、発電機6に埋設された磁石の特性等により予め決められる値である。
以上が退避運転モード判定部31の処理内容である。このとき、退避運転モード判定部31での判定結果については、例えば、作業車両（の運転室（キャブ）14）の操作パネルにディスプレイやLEDなどの表示部40（図１０参照）を設け、オペレータに通知することができる。これにより、オペレータは、当該作業車両の異常の発生の有無、および退避運転の可否を確認し、その後退避運転を実施することが可能となる。
つまり、退避運転制御部30（の退避運転モード判定部31）は、エンジン1が再始動された場合に、ＤＣバス電圧（の検出値）に基づいて退避運転可否を判定し、退避運転モード可能と判定したときは、例えばディスプレイやLEDなどの表示部40を介してオペレータに通知するとともに、異常が生じている発電機用インバータ7の動作（スイッチング動作）を停止して、オペレータからの退避運転操作（指示）待ちの状態となる。一方、退避運転モード不可と判定したときは、例えばディスプレイやLEDなどの表示部40を介してオペレータに通知するとともに、オペレータからの退避運転操作（指示）待ちの状態とならずに、オペレータからの退避運転操作（指示）を受け付けない状態のままとなる。
〈退避運転動作制御部32〉
次に、退避運転動作制御部32の動作について述べる。退避運転動作制御部32の処理内容を表すブロック線図を図９に示す。この退避運転動作制御部32には、主に、走行用モータトルク指令演算部35および電圧指令演算部36が備えられている。
前記退避運転モード判定部31によって退避運転モード可能と判定し、オペレータが退避運転のための各種操作（操作レバーやステアリングホイール、操作ペダル等の操作）を行ったとき、退避運転動作制御部32ではまず、アクセル開度と現在の車両速度を入力して、走行用モータトルク指令演算部35において、走行用モータ9のトルク指令Trq*を演算する。
退避運転時においては、発電機用インバータ7に異常が発生しており、正常時の動作のようにＤＣバス電圧の高応答制御が困難な状態にあるため、エンジン1の性能に応じて走行用モータ9からの出力を調整する必要がある。そこで、正常時と比較してトルク指令の出方を緩和することが考えられる。たとえば、退避運転動作制御部32は、走行用モータトルク指令演算部35の出力部に制限部38を設け、エンジン1の回転数の上昇速度に沿った形でトルク指令Trq*を出力するようにする。つまり、退避運転動作制御部32は、走行用モータ9のトルク変化の速さをエンジン1の回転数変化の速さと同等か、もしくは遅くするように、トルク指令Trq*を出力する。このように退避運転時においては、トルク指令Trq*の出力を制限することで、エンジン1の急峻な負荷変動を抑制し、結果として負荷急変による意図しないエンジン1の停止を回避することが可能となる。
さらに、退避運転動作制御部32は、走行用モータ9のトルク指令Trq*と車両速度（走行モータ9の回転角周波数に変換）を入力として、電圧指令演算部36でＤＣバス電圧指令（目標ＤＣバス電圧）Vdc*を演算する。ここでのＤＣバス電圧指令の演算方法は、例えば、前記した数式（１）に示すようなモータの電圧方程式に基づいて、トルク指令Trq*を出力することのできるモータ電圧を演算し、さらにそのモータ電圧を走行用インバータ10で出力できるＤＣバス電圧Vdc*を演算する。なお、ここで演算するＤＣバス電圧指令Vdc*は必要なモータ電圧の大きさに応じて変化させてもよいが、必要なモータ電圧を走行用インバータ10が出力できる所定の電圧値であれば、一定値としても良い。
但し、上述したように、この退避運転では発電機用インバータ7に異常が生じているため、ＤＣバス電圧を昇圧することは困難であり、エンジン1の回転のみで発電機6の出力電圧を上げていく必要がある。そこで、この退避運転では走行用モータ9の動作範囲を制限するとともに、ＤＣバス電圧指令Vdc*を必要以上に上げないことも必要である。すなわち、退避運転動作制御部32は、この退避運転時においては、走行用モータ9を正常時に対して制限された動作範囲（退避運転時に適用される動作範囲）で駆動するようにする。
さらに、退避運転動作制御部32は、ここで演算されたＤＣバス電圧指令Vdc*に対して、実際のＤＣバス電圧Vdcが追従するように（換言すれば、実際のＤＣバス電圧Vdcが走行用モータ9の動作に基づいて決定されるＤＣバス電圧指令Vdc*となる（略一致する）ように）フィードバック制御を行う。
但し、図９に示すように、制御器37の出力（制御操作量）はエンジン1の回転数指令となる（換言すれば、エンジン1の回転数が制御対象となる）ため、正常動作時と同等な応答は困難である。本実施形態で対象としている退避運転動作では、発電機用インバータ7に異常が発生して作業車両が停止した場所から移動できれば良いので、秒オーダの応答となる程度の制御器37の構成でよい。さらに言えば、ＤＣバス電圧Vdcは、ＤＣバス電圧指令Vdc*に対して正確に一致する必要はなく、作業車両が移動可能となるトルクが出力できる電圧となればよい。
例えば、本退避運転時のＤＣバス電圧の上限値は、作業車両の正常時に設定されるＤＣバス電圧に相当する。この電圧になれば、正常時と同一の電圧条件となるため、走行用モータ9のほぼ全動作範囲で駆動できることなる。また、本退避運転時のＤＣバス電圧の下限値としては、このとき、発電機用インバータ7が異常のために昇圧動作ができない状態であるので、エンジン1の最低回転（すなわちアイドリング時）のときの出力電圧が下限値に相当する。つまり、一例として、本退避運転時のＤＣバス電圧は、作業車両の正常時に設定されるＤＣバス電圧以下、かつ、エンジン1のアイドリング時に設定されるＤＣバス電圧以上に設定・制限される。
なお、上述したモータ電圧の演算は、数式（１）に示した永久磁石型電動機を対象に説明したが、モータの種類は特に限定されず、誘導モータやリラクタンスモータ等にも適用可能である。モータ電圧の演算に用いる電圧方程式は、対象となるモータのものとすればよい。
以上が発電機用インバータ7に異常が生じた際の（退避運転制御部30による）退避運転の処理内容である。上記の実施形態において、退避運転モード判定部31で退避運転可能と判断された後、実際に退避運転を開始する場合は、自動的に開始可能となるようにしてもよいし、作業車両（の運転室（キャブ）14）の操作パネルに退避運転スイッチ41（図１０参照）を設け、オペレータが退避運転スイッチ41をオンにした場合に（換言すれば、オペレータの退避運転スイッチ41のオン操作に応じて）退避運転モードを開始可能としてもよい。
［異常発生時の退避運転の一動作例］
これまで述べてきた退避運転機能の一動作例を図１０および図１１を用いて説明する。図１０に示すように、本動作例では、退避運転に関する表示部40、退避運転スイッチ41が追加されている。また、本実施形態のシステムでは蓄電装置を搭載しない構成を示しており、実際にはＤＣバス電圧の異常上昇を防止する目的で発電機用インバータ7と走行用インバータ10の間に外部抵抗器42が設けられる。
図１１に示すように、まず、オペレータがエンジン1を始動して所定の作業を実施しているときに、発電機用インバータ7に異常が発生した（詳しくは、発電機用インバータ7に異常が発生したことが検出された）場合（S200:Yes）、トルクコンバータ100（の車両制御装置20）は、表示部40で異常発生を表示し（S201）、当該トルクコンバータ100を停止（パワーオフ）する（S202）。その後、オペレータが退避運転の必要性を認識した場合、退避運転スイッチ41をオンする。
車両制御装置20は、退避運転スイッチ41がオンされた否か（換言すれば、オン状態であるかオフ状態であるか）を判定し（S203）、退避運転スイッチ41がオンされたと判定したのち（S203:Yes）、車両制御装置20は、エンジン1を始動し（S204）、図８に示すフローチャートの処理を実行する。すなわち、車両制御装置20は、退避運転制御部30（の退避運転モード判定部31）を起動し（S205）、退避運転制御部30（の退避運転モード判定部31）は、ＤＣバス電圧（の検出値）に基づいて退避運転が可能か否かを判定する（S206）。その結果、退避運転可能と判断した場合は（S207:Yes）、表示部40に現在退避運転可能であることを表示する（S208）。また、異常が発生している発電機用インバータ7の動作（スイッチング動作）を停止する（S209）。一方、退避運転不可能と判断した場合は（S207:No）、表示部40に現在退避運転不可であることを表示して（S214）、S212に進む。
退避運転制御部30（の退避運転動作制御部32）は、オペレータによる退避運転のための操作入力があるか否かを判定し（S210）、オペレータによる操作入力があったと判定した場合は（S210:Yes）、そのオペレータによる操作入力に応じたエンジン1の回転数指令、ならびに走行用モータ9のトルク指令を出力して（図９参照）、作業車両の退避運転（詳細には、エンジン1の回転数制御によるＤＣバス電圧制御を行いながら退避運転）を実行する（S211）。
その後、オペレータの操作によって安全な区域までホイールローダ100を移動し、退避運転スイッチ41がオフになったか、もしくはホイールローダ100の図示していないキーがオフになったかを判定し（S212）、退避運転スイッチ41がオフになった、もしくはホイールローダ100のキーがオフになったと判定した場合は（S212:Yes）、ホイールローダ100を停止（パワーオフ）して退避運転を終了する（S213）。
以上が退避運転の一連の動作例であるが、退避運転制御部30が機能すれば、本実施形態はこの動作に限定されるものではない。例えば、異常が発生している発電機用インバータ7の動作停止は、退避運転可能の表示と同時もしくはそれよりも前に行ってもよいし、（退避運転動作制御部32側で）オペレータによる退避運転のための操作入力があったと判定した後に行ってもよい。
以上で説明したように、本実施形態によれば、発電機6を制御する発電機用インバータ7に異常が生じた際に起動される退避運転制御部30が、退避運転時に、発電機用インバータ7の動作を停止し、例えばＤＣバス電圧が走行用モータ9の動作に基づいて決定される目標ＤＣバス電圧となる（略一致する）ように、エンジン1の回転数を制御することによってＤＣバス電圧を制御する（エンジン1の回転数を上昇させることによってＤＣバス電圧を上昇させる）ので、電気駆動システムを有するホイールローダ100等の作業車両において、発電機用インバータ7に異常が発生した場合においても、その場に立ち往生することなく、安全な場所に退避することができる。
また、例えば、退避運転制御部30（の退避運転動作制御部32）は、走行用モータ9のトルク変化の速さをエンジン1の回転数変化の速さと同等か、もしくは遅くし、退避運転時においてトルク指令の出力を制限するので、エンジン1の急峻な負荷変動を抑制し、結果として負荷急変による意図しないエンジン1の停止を回避することが可能となる。
また、例えば、退避運転制御部30（の退避運転動作制御部32）は、退避運転においては、走行用モータ9を正常時に対して制限された動作範囲（退避運転時に適用される動作範囲）で駆動するので、ＤＣバス電圧の昇圧を抑えることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、作業車両としてホイールローダを例示して説明したが、本発明はこれに限るものではなく、走行駆動部が電動化された電気駆動式のものであれば、ホイールローダ以外の作業車両、例えば、油圧ショベル、フォークリフト等の種々のホイール式の作業車両、トラッククレーン、ダンプトラック等の種々の電動式の作業車両等にも適用できることは当然である。
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
1-エンジン
4-油圧ポンプ
5-油圧作業装置
6-発電機（M/G）
7-発電機用インバータ
8-プロペラシャフト
9-走行用モータ
10-走行用インバータ
11-平滑コンデンサ
14-運転室（キャブ）
15-車体
16-タイヤ（車輪）
20-車両制御装置
30-退避運転制御部
31-退避運転モード判定部
32-退避運転動作制御部
33-制御器
34-制御器
35-走行用モータトルク指令演算部
36-電圧指令演算部
37-制御器
38-制限器
40-表示部
41-退避運転スイッチ
42-外部抵抗器
100-ホイールローダ（電気駆動式ホイールローダ）

Claims (8)

  1. 発電機を制御する発電機用インバータと走行用モータを制御する走行用インバータとを接続するＤＣバスのＤＣバス電圧を制御しながら、エンジンで発電機を駆動し、該発電機で発電された電力により走行用モータを駆動して走行を行う電気駆動システムと、該電気駆動システムの制御を行う車両制御装置とを備えた作業車両であって、
    前記車両制御装置は、前記発電機用インバータに異常が生じた際に起動される退避運転制御部を有し、
    前記退避運転制御部は、前記ＤＣバス電圧に基づいて退避運転の可否を判定する退避運転モード判定部と、該退避運転モード判定部で退避運転可能と判定され、かつ、オペレータによる退避運転のための操作入力があったと判定された場合の退避運転時に、前記発電機用インバータの動作を停止し、前記エンジンの回転数を上昇させることによって前記ＤＣバス電圧を上昇させる退避運転動作制御部と、を有することを特徴とする作業車両。
  2. 請求項１に記載の作業車両において、
    前記退避運転制御部は、退避運転時に、前記発電機用インバータの動作を停止し、前記ＤＣバス電圧が前記走行用モータの動作に基づいて決定される目標ＤＣバス電圧となるように、前記エンジンの回転数を上昇させることを特徴とする作業車両。
  3. 請求項１に記載の作業車両において、
    前記退避運転時の前記ＤＣバス電圧は、前記作業車両の正常時に設定されるＤＣバス電圧以下、かつ、前記エンジンのアイドリング時に設定されるＤＣバス電圧以上に制限されることを特徴とする作業車両。
  4. 請求項１に記載の作業車両において、
    前記退避運転制御部は、前記走行用モータのトルク変化の速さを前記エンジンの回転数変化の速さと同等か、もしくは遅くすることを特徴とする作業車両。
  5. 請求項１に記載の作業車両において、
    前記退避運転制御部は、前記退避運転時においては、前記走行用モータを正常時に対して制限された動作範囲で駆動することを特徴とする作業車両。
  6. 請求項１に記載の作業車両において、
    前記作業車両は、該作業車両の操作パネルに該作業車両の異常発生の有無、ならびに前記退避運転の可否を通知する表示部を備えることを特徴とする作業車両。
  7. 発電機を制御する発電機用インバータと走行用モータを制御する走行用インバータとを接続するＤＣバスのＤＣバス電圧を制御しながら、エンジンで発電機を駆動し、該発電機で発電された電力により走行用モータを駆動して走行を行う電気駆動システムを制御する車両制御装置であって、
    前記発電機用インバータに異常が生じた際に起動される退避運転制御部を有し、
    前記退避運転制御部は、前記ＤＣバス電圧に基づいて退避運転の可否を判定する退避運転モード判定部と、該退避運転モード判定部で退避運転可能と判定され、かつ、オペレータによる退避運転のための操作入力があったと判定された場合の退避運転時に、前記発電機用インバータの動作を停止し、前記エンジンの回転数を上昇させることによって前記ＤＣバス電圧を上昇させる退避運転動作制御部と、を有することを特徴とする車両制御装置。
  8. 請求項７に記載の車両制御装置において、
    前記退避運転制御部は、退避運転時に、前記発電機用インバータの動作を停止し、前記ＤＣバス電圧が前記走行用モータの動作に基づいて決定される目標ＤＣバス電圧となるように、前記エンジンの回転数を上昇させることを特徴とする車両制御装置。
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