WO2011086801A1 - 作業用車両の駆動制御装置 - Google Patents

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WO2011086801A1
WO2011086801A1 PCT/JP2010/072415 JP2010072415W WO2011086801A1 WO 2011086801 A1 WO2011086801 A1 WO 2011086801A1 JP 2010072415 W JP2010072415 W JP 2010072415W WO 2011086801 A1 WO2011086801 A1 WO 2011086801A1
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traveling
drive
switching
power
working vehicle
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PCT/JP2010/072415
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金子　悟
伊君　高志
秀一 森木
徳孝 伊籐
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日立建機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a drive control device for a work vehicle, and more particularly to a drive control device for a work vehicle suitable for use in control of a work vehicle of a hybrid system.
  • the wheel loader is a working vehicle that conveys soil and the like with the bucket part of the hydraulic work device at the front while traveling by transmitting the power of the engine to the tire by means of a torque converter (torque converter) and transmission (T / M). Since the traveling operation of starting and stopping is frequently repeated during work, recovery of regenerative electric power at the time of braking can be expected from the driving motor when the traveling drive portion is motorized.
  • torque converter torque converter
  • T / M transmission
  • the drive unit of the working vehicle is configured of a unit in which an engine and an axle are mechanically connected, a hydraulic pump (or generator) and a hydraulic motor (or motor). It is known to have a unit and drive the traveling axle using the above two units (see, for example, Patent Document 1). Since this drive unit has two units with different transmission efficiency characteristics, it is possible to improve the traveling efficiency of the vehicle by selectively using two units according to the speed range of the vehicle.
  • Patent Document 1 does not describe a specific switching method between two units which actually occurs. It is not easy to smoothly switch between two units having different drive system configurations without causing fluctuations in the transmission power of the drive shaft or the engine power.
  • the torque characteristic of the torque converter is uniquely determined by the input / output speed ratio, and therefore, already for hydraulic work devices in the front of the vehicle like the wheel loader described above.
  • An object of the present invention is to provide a hybrid traveling drive control device for a working vehicle having a hydraulic work device at a front portion such as a wheel loader and a traveling drive device by a torque converter, and a traveling drive device by a motor. It is an object of the present invention to provide a drive control device for a working vehicle which has no power fluctuation and high efficiency characteristics.
  • Work vehicle having a first traveling drive unit that travels by transmitting torque to a drive wheel by a torque converter and transmission, and a second traveling drive unit that travels by driving an electric motor with electric power output from the generator
  • a drive control device for a working vehicle having a driving force switching means for switching between the first traveling driving device and the second traveling driving device, the driving force switching means being a traveling speed of the vehicle.
  • the hybrid travel drive control device for a working vehicle having a hydraulic work device at the front portion such as a wheel loader and a travel drive device by a torque converter, and a travel drive device by an electric motor. There will be no fluctuation and high efficiency characteristics.
  • the traveling means switching unit switches from the second traveling drive device to the first traveling drive device, the rotation fluctuation of the engine, the working vehicle At least control of the number of revolutions of the engine by the generator, torque control of the electric motor, and flow control of the hydraulic pump are performed so as to suppress fluctuations in traveling driving force and fluctuations in driving force of the working device.
  • the driving force switching means includes a driving state detection unit, and the driving state detection unit includes at least an accelerator opening degree, a brake opening degree, a working device lever operation amount, Based on the pressure and flow rate of the hydraulic pump, the number of rotations of the engine, the number of rotations and torque of the motor, and the vehicle speed, the current traveling drive operating point and engine operating point and power of the working device are detected.
  • a power storage device for storing the electric power output from the generator and the traveling regenerative electric power generated from the motor and discharging the stored electric power as necessary. It is
  • the drive control means includes a power storage device control unit, and the power storage unit control unit controls at least an amount of power for torque assist of the engine and the second travel drive.
  • the charge and discharge of the power storage device are controlled so as to secure in the power storage means the amount of electric power necessary for suppressing fluctuation when switching from the device to the first travel drive device, and the charge and discharge amount of the traveling regenerative power. It is a thing.
  • the driving force switching means includes a switching ON / OFF switch, and the switching ON / OFF switch is manually operated to control the first traveling drive device and the first traveling drive device.
  • the switching with the traveling drive device 2 is stopped, and the traveling operation of only the first traveling drive device or the traveling operation of only the second traveling drive device is performed.
  • the hybrid travel drive control device for a working vehicle having a hydraulic work device at the front portion such as a wheel loader and a travel drive device by a torque converter, and a travel drive device by an electric motor, There is no fluctuation of power and high efficiency characteristics.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of a hybrid drive system of a working vehicle to which a drive control apparatus for a working vehicle according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • a configuration of a drive system applied to a wheel loader will be described as an example of a working vehicle.
  • the power of the engine 1 is transmitted to the tire via the output shaft (propeller shaft) 7 by the torque converter (torque converter) 5 and the transmission (T / M) 6, and the vehicle travels.
  • the torque converter (torque converter) 5 and the transmission (T / M) 6 constitute a first travel drive device 12.
  • a motor 8 for driving for traveling is mounted on an axis of an output shaft (propeller shaft) 7.
  • an induction motor is used as the motor 8.
  • a synchronous motor can also be used as the motor 8.
  • a motor / generator (M / G) 2 is connected to the output shaft of the engine 1.
  • the motor / generator (M / G) 2 normally operates as a generator.
  • AC power output from the motor / generator (M / G) 2 is converted into DC power by the inverter 3 and stored in the storage means 4.
  • the power storage device 4 is applicable even to a large capacity battery such as a secondary battery, a large capacity capacitor (electric double layer capacitor) in consideration of the mounting space, the cost, the charge / discharge response speed, etc. ) Is assumed. Since the electric double layer capacitor has a relatively large capacity to a normal capacitor, it is possible to use power stored in a certain amount of electrical work (for example, several tens of kW, several seconds of work). However, since the electric double layer capacitor has a smaller capacity than a large capacity secondary battery, the DC power output from the inverter 3 is converted to AC power by another inverter 13 and used to drive the motor 8 Be That is, the motor 8 is driven by the output power of the motor / generator (M / G) 2 driven by the engine 1.
  • a second travel drive device is configured by the inverter 13 and the motor 8.
  • the vehicle is a traveling parallel hybrid traveling drive that is switched by a first traveling drive 12 driven by a torque converter 5 + T / M 6 and a second traveling drive 13 driven by a motor 8. .
  • the wheel loader includes a hydraulic work device 10 at the front that performs digging work and transport work on a load such as earth and sand, and a main pump 11 that supplies oil to the hydraulic work device 10.
  • the hydraulic cylinder 14 configured in 10 is operated to carry out an operation according to the purpose.
  • the main pump 11 is driven by the engine 1.
  • the inverter 3 is converted into AC power by the storage power of the storage means 4.
  • the motor / generator (M / G) 2 is driven by this AC power, and can also be used to drive a vehicle via the torque converter 5 and the T / M 6 or to drive the main pump 11.
  • a DCDC converter chopper described later is provided at the input / output portion of the storage means 4.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a drive control apparatus for a work vehicle according to the first embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same parts.
  • the drive control device 20 is a part that controls the entire drive system shown in FIG.
  • the drive control unit 20 is positioned above the controllers of the control valve (C / V) control unit 21, the main pump control unit 22, the engine control unit 23, the T / M control unit 24, and the inverter control unit 25. Control of the entire system, and each controller 21,... So that the entire system exhibits the best performance. Give 25 specific operation commands.
  • the control valve (C / V) controller 21 controls the control valve (C / V) 10 shown in FIG.
  • the main pump control device 22 controls the main pump 11 shown in FIG.
  • the engine control device 23 controls the engine 1 shown in FIG.
  • the T / M controller 24 controls the transmission (T / M) 6 shown in FIG.
  • the inverter control device 25 controls the inverters 3 and 9 and the DCDC converter (chopper) 42 shown in FIG.
  • the controller of M / G 2 and the motor 8 is united, the inverter control apparatus 25 may be another unit.
  • Communication is generally performed between the drive control device 20 and each of the control devices 21 to 25 using a CAN.
  • each control device is not necessarily separate from other control devices, and one control device may be implemented with two or more control functions.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of first and second travel drive devices that are drive-controlled by the drive control device for a work vehicle according to the first embodiment of the present invention.
  • the drive device of the work vehicle is controlled to travel, but in practice, the first travel comprising the torque converter 5 and the T / M 6
  • the transmission efficiency of the drive unit 12 has a characteristic that varies with the operating point of the drive unit.
  • the transmission efficiency described in the present embodiment is defined as the efficiency until the power generated by the engine is transmitted to the wheels.
  • torque conversion is not so high in the low speed driving area, and the transmission efficiency tends to be improved when the high speed area is reached.
  • since torque converters can be locked up and mechanically coupled in a high speed traveling region, they can be driven with a relatively high transmission efficiency.
  • the second traveling drive 13 composed of the M / G 2, the inverter 3, the motor 8 and the inverter 9 serves as an electric power transmission, it does not vary much regardless of the traveling operation point, and does not vary much uniformly. It is the distribution of transmission efficiency characteristics.
  • the level of the transmission efficiency tends to be reversed depending on the traveling operation point of the vehicle. Therefore, if the traveling drive device to be used is selectively determined using the characteristic that the level of transmission efficiency reverses, power can be efficiently transmitted to the entire traveling operation area.
  • FIG. 3 schematically shows the characteristics relating to the level relationship of the transmission efficiency of the traveling drive device.
  • the horizontal axis in FIG. 3 represents the vehicle speed, and the vertical axis represents the traveling driving force of the vehicle.
  • the transmission efficiency of the first travel drive device exceeds the transmission efficiency of the second travel drive device on the high speed side with a certain vehicle speed (indicated by the dotted line in FIG. 3).
  • the transmission efficiency of the second traveling drive exceeds the transmission efficiency of the first traveling drive.
  • the operating point A and the operating point B are the same operating point as the vehicle speed and the traveling driving force, but the operating point A is the operating point by the second traveling drive device 13 and the operating point B is the first traveling drive It is an operating point by the device 12.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of driving force switching means for switching the traveling drive device by the drive control device for a working vehicle according to the first embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as in FIG. 2 denote the same parts.
  • the driving force switching means 20A for switching the traveling drive device is configured inside the drive control device 20 shown in FIG.
  • the driving force switching unit 20A mainly includes a driving state detection unit 20A1, a traveling unit switching unit 20A2, and a fluctuation compensation unit 20A3.
  • Information on the accelerator opening is input to the driving state detection unit 20A1 from the accelerator opening sensor S1, information on the depression amount of the brake is input from the brake pedal sensor S2, and operation of the front lever is performed from the front lever sensor S3.
  • Information of position is input, information of pump pressure and pump flow is input from pump pressure / flow sensor S4, information of shift position of transmission (T / M) 6 is input from T / M shift position sensor S5, and engine Information of the engine rotational speed is input from the rotational speed sensor S6, information of the rotational speed of the traveling motor 9 is input from the traveling motor rotational speed sensor S7, and information of the vehicle speed is input from the vehicle speed sensor S8. Further, information on the estimated value of the motor torque is input from the drive control device 20 to the driving state detection unit 20A1.
  • the driving state detection unit 20A1 calculates the current traveling operating point (vehicle speed, driving force), engine operating point, and front part power based on the respective input information, and the traveling switching unit 20A2 and the fluctuation compensation unit 20A3. Output the calculation result.
  • the traveling means switching unit 20A2 selects a traveling drive device with high power transmission efficiency according to the input traveling operation point.
  • a traveling drive device with high power transmission efficiency according to the input traveling operation point.
  • a neutral command is given by a T / M shift command.
  • the drive force required for traveling is output only with the motor 8 by not transmitting the output from the drive shaft 7 to the propeller shaft 7.
  • the output of the motor 8 is set to 0 (free run) and the T / M shift is made.
  • a certain shift position is commanded, and the output from the torque converter 5 is transmitted to the propeller shaft 7.
  • the traveling means switching unit 20A2 outputs a T / M torque command corresponding to the traveling operating point, the engine operating point, and the power of the front part to the T / M controller 24, and the M / G power generation command or the motor torque command Is output to the inverter control unit 25 and an engine command is output to the engine control unit 23.
  • FIG. 5 is an explanatory view of a mechanism of torque fluctuation occurrence at the time of switching of the traveling drive device by the drive control device of the work vehicle according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows the relationship between the engine output range and the torque characteristics with respect to the input / output speed ratio of the torque converter.
  • torque converter speed ratio lines 1 to 5 respectively show changes in output torque according to the input / output speed ratio of the torque converter. Note that, as the torque converter speed ratio line changes from line 1 to line 5, the speed ratio tends to decrease.
  • the vehicle is driven at the operating point A using the second traveling drive (motor), and the driving is switched from the operating point A to the first traveling drive (torque controller + T / M).
  • the operating point B on which the torque ratio is 4 is obtained, at which the equivalent driving force can be obtained.
  • a dashed dotted line indicates an equal driving force curve.
  • the torque converter velocity curve 4 when switching to the first traveling drive device for the operating point A of the second traveling drive device and the first traveling drive device uses the torque converter velocity curve 4, the torque converter velocity curve 4 and the operation The point at which the equal driving force curves passing through the point A intersect is the operating point B.
  • the engine rotational speed at the operating point A is N1
  • the engine rotational speed at the operating point B is N2.
  • the output torque is determined by the torque converter speed ratio at the switching time, so the torque at the same engine speed as the operating point A like the operating point C.
  • the torque converter output torque will drop.
  • the output of the motor 8 is not immediately reduced to 0, but the output of the reduced torque is continued to be output.
  • the torque output from the motor 8 is gradually reduced according to the increase of the output torque of the torque converter. Furthermore, if it is necessary to accelerate the engine speed toward the operating point B and the required acceleration can not be obtained by accelerating only the generated shaft torque of the engine 1 itself, acceleration assist for the engine shaft is performed using M / G2. Let's do it.
  • the fluctuation compensation at the time of switching of the traveling drive device as described above is performed by the fluctuation compensation unit 20A3 of the driving force switching means 20A.
  • the fluctuation compensation unit 20A3 in FIG. 4 includes information on the shift position of the transmission (T / M) 6 from the T / M shift position sensor S5, information on the engine rotational speed from the engine rotational speed sensor S6, and information on the vehicle speed from the vehicle speed sensor S8. Based on the information and the current travel operation point (vehicle speed and driving force) of the vehicle output from the driving state detection unit 20A1, the engine operation point, and the front portion power, a power compensation command at the time of switching the travel drive device is output.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a fluctuation compensation unit used for a traveling drive apparatus by a drive control apparatus for a work vehicle according to the first embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as in FIGS. 2 and 4 denote the same parts.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the operation of the fluctuation compensation unit used for the travel drive device by the drive control device for a work vehicle according to the first embodiment of the present invention.
  • the fluctuation compensation unit 20A3 inputs the T / M shift position, the engine speed, and the vehicle speed, estimates the torque converter output torque after switching, and the value and the driving A difference from the torque of the traveling operation point calculated by the state detection unit 20A1 is output as a torque command of the motor 8.
  • the traveling operating point calculated by the operating state detecting unit 20A1 and the power of the front hydraulic working device 10 are input, and the engine operating point after switching is determined.
  • the rotation speed command to / G2.
  • the main pump 11 outputs a tilt command at any time. That is, at the time of switching from the operating point A to the operating point B, when the engine rotational speed changes, the flow rate of the pump 11 changes and the hydraulic pressure changes, so the position of the work device 10 changes.
  • the hydraulic pressure is kept constant by changing the inclination angle of the swash plate in order to prevent the hydraulic pressure fluctuation.
  • the above power compensation is repeated until the engine operating point reaches the target operating point (operating point B in FIG. 3) and it is determined that the switching operation is completed.
  • FIG. 7 shows the horizontal axis indicates time.
  • FIG. 7A shows the number of revolutions of the engine 1
  • FIG. 7B shows the driving force of the torque converter 5 and the transmission 6, and
  • FIG. 7C shows the driving force of the engine 1.
  • 7D shows the driving force of the motor 8
  • FIG. 7E shows the driving force for the entire vehicle.
  • the traveling means switching unit 20A2 in FIG. Output the engine command to 23.
  • the engine speed is N1, but gradually increases, and at time t2, the speed increases to the speed N2.
  • the driving force to the vehicle is assisted by generating the driving force of the motor 8.
  • the solid line indicates the driving force of the entire vehicle when the variation is compensated according to the present embodiment.
  • the broken line shows the driving force of the whole vehicle when the fluctuation is not compensated.
  • FIG. 7B when the engine speed decreases, the driving force of the entire vehicle decreases.
  • FIG. 7D at time t1, the driving force of motor 8 is stepped in response to the stepwise increase of the driving force of torque converter 5 shown in FIG. 7B. Decrease.
  • the driving force of the motor 8 is decreased as the driving force of the torque converter 5 is increased as shown in FIG. 7 (B) according to the increase of the engine rotational speed shown in FIG. 7 (A).
  • the solid line in FIG. 7E the driving force of the entire vehicle can be kept constant even when switching the operating point from time t1 to time t2.
  • FIGS. 8 and 9 The configuration of a hybrid drive system for a working vehicle to which the drive control device for a working vehicle according to the present embodiment is applied is the same as that shown in FIG. Further, the configuration of the drive control apparatus for a working vehicle of a working vehicle according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. Furthermore, the configuration of the driving force switching means for switching the traveling drive device by the drive control device for a working vehicle according to the present embodiment is the same as that shown in FIG.
  • FIG. 8 is a system configuration diagram showing a configuration of a hybrid drive system of a working vehicle to which a drive control apparatus for a working vehicle according to a second embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of a breakdown of energy (electric energy) usage of a capacitor in a hybrid drive system of a working vehicle to which the drive control apparatus for a working vehicle according to the second embodiment of the present invention is applied.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 and 4 denote the same parts.
  • the electric motor 8 and the M / G 2 are further controlled by instantaneous electric power utilization of the power storage device.
  • the drive control device targeted by the present embodiment is, as shown in FIG. 1, a traveling parallel hybrid traveling drive device in which the traveling unit is switched by a device driven by a torque converter + T / M and a device driven by an electric motor. It is.
  • a power storage device 4 is used as a power source for driving the motor 8 in addition to the generated power of the M / G 2 connected to the engine 1.
  • the power storage device 4 is applicable even to a large capacity battery such as a secondary battery, but in consideration of the mounting space, the cost, the response speed of charge and discharge, etc., a large capacity capacitor 41 (electric double layer capacitor) is used. It is used. Since the electric double layer capacitor has a relatively large capacity to a normal capacitor, it is possible to use power stored in a certain amount of electrical work (for example, several tens of kW, several seconds of work).
  • a considerable amount of electric power is required for the power storage device 4.
  • control method of charge and discharge of the storage device is divided into the regenerative power part that repeats charging and discharging frequently, fluctuation compensation at the time of switching that is not frequent, and power used in the engine assist mode. It is possible to execute appropriate energy (or power) management control without a shortage.
  • a power storage device control means 20 B is provided inside the drive control device 20.
  • FIG. 8 shows the configuration of power storage device control means 20B.
  • a large-capacity electric double layer capacitor 41 is used as the power storage device 4 of this example.
  • the DC / DC converter (chopper) 42 performs the voltage step-up / step-down operation of the capacitor 41 to charge / discharge DC power to the inverter 9 for the motor and the inverter 3 for the M / G.
  • the capacitor 41 performs charge and discharge operation. There is no.
  • the storage device control means 20 B receives an engine assist torque command, a motor drive torque command, a regeneration signal, an M / G generated power signal, and a switching signal from the traveling means switching unit 20 A 2.
  • the charge / discharge power is calculated, and a charge / discharge amount command is output to the chopper control device 25A.
  • the chopper control device 25A drives the DC-DC converter (chopper) 42 based on the charge / discharge amount command.
  • the mode in which the power of the capacitor 41 is used is the three modes of the engine assist, the traveling drive switching compensation, and the regenerative power charging / discharging as described above. Since the above three modes occur at irregular timings and frequencies, it is effective to always control each power amount independently.
  • FIG. 9 shows breakdown of energy (electric energy) usage of the capacitor 41.
  • the electric energy for engine torque assist, the power compensation electric energy for traveling drive switching, and the regenerative electric energy for traveling are independently controlled. Among them, the amount of electric power for engine torque assist and the amount of power compensation electric power at the time of traveling drive switching are always charged in the capacitor 41. I do.
  • the regeneration power during traveling is basically an electric power that is repeatedly generated when the vehicle starts and stops, and this power amount portion is charged and discharged each time.
  • capacitor electric power is used regarding the hybrid drive device of a working vehicle.
  • the operation mode using the newly added motor and M / G by hybridization is almost decided, and by using the storage device control means, the hybrid operation can be stably performed without breakdown of the power balance. It is possible to continue.
  • FIG. 1 The configuration of a hybrid drive system for a working vehicle to which the drive control device for a working vehicle according to the present embodiment is applied is the same as that shown in FIG. Further, the configuration of the drive control apparatus for a working vehicle according to the present embodiment is the same as that shown in FIG.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of driving force switching means for switching the traveling drive device by the drive control device for a work vehicle according to the third embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as in FIG. 4 denote the same parts.
  • a switch ON / OFF switch 44 operable by an operator is provided.
  • switching control of the traveling drive device is automatically performed by the driving force switching unit 20A.
  • the traveling means switching unit 20B2 manually stops the switching of the traveling drive device, and the traveling operation of only the first traveling drive device 12 or the second operation It is possible to continue the traveling operation of the traveling drive device 12 only.
  • the operator can select an optimal traveling drive device according to the traveling state and the traveling environment.
  • each traveling drive device since the abnormal state of each traveling drive device is naturally monitored by each control device as a matter of course, when an abnormality occurs in a certain traveling drive device, the other (determined as normal) traveling drive device It is possible to continue driving at
  • the storage device 4 may be gradually discharged due to the load state, and power shortage may occur when power is required. Even in such a case, since the storage battery control means 20B detects the capacitor voltage as needed, it is possible to issue a charge command in this storage device control means 20B and pre-charge in advance.

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Abstract

　走行駆動装置の切替時にも動力の変動がなく、かつ高効率特性を有する作業用車両の駆動制御装置を提供することにある。 作業用車両は、エンジン１と、発電機２と、油圧ポンプ１１と、トルクコンバータ５およびトランスミッション６からなる第１の走行駆動装置１２と、電動機８を駆動して走行する第２の走行駆動装置１３とを有する。駆動力切替手段２０Ａは、第１の走行駆動装置１２と第２の走行駆動装置１３とを切替える。走行手段切替部２０Ａ２は、車両の走行速度に応じて、高速域を第１の走行駆動装置で、低速域を第２の走行駆動装置でそれぞれ駆動できるように切替えて車両を走行させる。

Description

作業用車両の駆動制御装置
　本発明は、作業用車両の駆動制御装置に係り、特に、ハイブリッドシステムの作業用車両の制御に用いるに好適な作業用車両の駆動制御装置に関する。
　近年、環境問題，原油高騰などの点から、各工業製品に対して省エネ志向が強まっている。これまでディーゼルエンジンによる油圧駆動システムが中心であった建設車両，作業用車両等の分野においてもその傾向にあり、電動化による高効率化，省エネルギ化の事例が増加してきている。
　車両の駆動部分を電動化，すなわち動力源を電気モータ（電動機）にした場合、排気ガスの低減のほか，エンジンの高効率駆動（ハイブリッドの場合），伝達効率の向上，回生電力の回収などの省エネルギ効果が期待できる。前述の建設車両，作業用車両等の分野中では，フォークリフトがいち早く電動化を進めており，バッテリの電力を用いてモータを駆動する「バッテリフォークリフト」が他車両に先駆けて実用化されている。これに引き続いて、最近では油圧ショベル、エンジン式フォークリフトなどにおいて、ディーゼルエンジンと電気モータを組み合わせた「ハイブリッド車両」が製品化され始めている。
　またその他、このように環境対応が進む建設機械、作業用車両の中で、ハイブリッド化した場合の効果に比較的大きな有効性が見込まれる車両にホイールローダがある。ホイールローダは、エンジンの動力をトルクコンバータ（トルコン）およびトランスミッション（Ｔ／Ｍ）によりタイヤに伝えて走行を行いながら、フロント部の油圧作業装置のバケット部分で土砂等を運搬する作業用車両であり、作業中に頻繁に発進・停止の走行動作を繰り返すため、走行駆動部分を電動化した場合に駆動用電動機から制動時の回生電力の回収が見込める。
　このような作業用車両のハイブリッドシステムでは、作業用車両の駆動ユニットは、エンジンと車軸が機械的に連結されたユニットと、油圧ポンプ（あるいは発電機）と油圧モータ（あるいは電動機）によって構成されるユニットを備え、上記２つのユニットを用いて走行用車軸の駆動を行わせるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この駆動ユニットは、伝達効率特性の異なる２つのユニットを有しているため、車両の速度域に応じて選択的に２つのユニットを用いることで車両の走行効率を向上させることが可能となる。
特開平６－２１１０６１号公報
　しかしながら、特許文献１記載のものでは、車両を走行する場合において、実際に発生する２つのユニット間の具体的切替方法に関する記載がなされていない。駆動方式の構成が異なる２つのユニット間で駆動軸の伝達動力やエンジン動力に変動を生じさせずにスムーズに切替えることは容易ではない。特に一方の走行駆動装置がトルコンを用いている場合、トルコンのトルク特性が入出力速度比によって一義的に決まるため、前述のホイールローダのように、車両フロント部にある油圧作業装置のために既にエンジンが定格域付近で稼動している状態においてトルコン駆動に切替た際には大きな駆動力の変動が発生することが考えられる。
　本発明の目的は、ホイールローダのようなフロント部の油圧作業装置とトルコンによる走行駆動装置、および電動機による走行駆動装置を有する作業用車両用ハイブリッド走行駆動制御装置において、走行駆動装置の切替時にも動力の変動がなく、かつ高効率特性を有する作業用車両の駆動制御装置を提供することにある。
　（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機と、前記エンジンにより駆動されるとともに作業装置の駆動源となる油圧ポンプと、前記エンジンの動力をトルクコンバータおよびトランスミッションで駆動輪に伝達して走行する第１の走行駆動装置と、前記発電機より出力された電力により電動機を駆動して走行する第２の走行駆動装置とを有する作業用車両に用いられ、前記第１の走行駆動装置と前記第２の走行駆動装置とを切替える駆動力切替手段を有する作業用車両の駆動制御装置であって、前記駆動力切替手段は、車両の走行速度に応じて、高速域を前記第１の走行駆動装置で、低速域を前記第２の走行駆動装置でそれぞれ駆動できるように切替えて車両を走行させる走行手段切替部を備えるようにしたものである。　
　かかる構成により、ホイールローダのようなフロント部の油圧作業装置とトルコンによる走行駆動装置、および電動機による走行駆動装置を有する作業用車両用ハイブリッド走行駆動制御装置において、走行駆動装置の切替時にも動力の変動がなく、かつ高効率特性を有するものとなる。
　（２）上記（１）において、好ましくは、前記走行手段切替部は、前記第２の走行駆動装置から前記第１の走行駆動装置に切替える際に、前記エンジンの回転変動、前記作業用車両の走行駆動力の変動、ならびに前記作業装置の駆動力の変動を抑制するように、少なくとも前記発電機による前記エンジンの回転数制御、および前記電動機のトルク制御、および前記油圧ポンプの流量制御を行うようにしたものである。
　（３）上記（１）において、好ましくは、前記駆動力切替手段は、運転状態検出部を備え、該運転状態検出部は、少なくともアクセル開度、ブレーキ開度、作業装置用レバー操作量、前記油圧ポンプの圧力および流量、前記エンジンの回転数、前記電動機の回転数およびトルク、および車速の情報に基づいて、現在の走行駆動動作点、およびエンジン動作点、および作業装置の動力を検出するようにしたものである。
　（４）上記（１）において、好ましくは、前記発電機より出力される電力、および前記電動機から発生される走行回生電力を蓄え、必要に応じて蓄えた電力を放電する蓄電装置を備えるようにしたものである。
　（５）上記（４）において、好ましくは、前記駆動制御手段は、蓄電装置制御部を備え、該蓄電手段制御部は、少なくとも前記エンジンのトルクアシスト分の電力量、ならびに前記第２の走行駆動装置から前記第１の走行駆動装置に切替える際の変動抑制に必要な電力量、ならびに走行回生電力の充放電量を前記蓄電手段に確保するように前記蓄電装置の充放電を制御するようにしたものである。
　（６）上記（１）において、好ましくは、前記駆動力切替手段は、切替ＯＮ／ＯＦＦスイッチを備え、該切替ＯＮ／ＯＦＦスイッチは、手動による操作により、前記第１の走行駆動装置と前記第２の走行駆動装置との切替を停止し、前記第１の走行駆動装置のみの走行動作、あるいは前記第２の走行駆動装置のみの走行動作を行うようにしたものである。
　本発明によれば、ホイールローダのようなフロント部の油圧作業装置とトルコンによる走行駆動装置、および電動機による走行駆動装置を有する作業用車両用ハイブリッド走行駆動制御装置において、走行駆動装置の切替時にも動力の変動がなく、かつ高効率特性を有するものとなる。
本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムの構成を示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置により駆動制御される第１，第２の走行駆動装置の特性図である。 本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置の切替を実施する駆動力切替手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置の切替時のトルク変動発生のメカニズムの説明図である。 本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置に用いる変動補償部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置に用いる変動補償部の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムの構成を示すシステム構成図である。 本発明の第２の実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムにおけるキャパシタのエネルギ（電力量）使用内訳の説明図である。 本発明の第３の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置の切替を実施する駆動力切替手段の構成を示すブロック図である。
　以下、図１～図７を用いて、本発明の第１の実施形態による作業用車両の駆動制御装置の構成及び動作について説明する。　
　最初に、図１を用いて、本実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムの構成について説明する。　
　図１は、本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムの構成を示すシステム構成図である。
　本実施形態では、作業用車両の例として、ホイールローダに適用した駆動システムの構成について説明する。
　エンジン１の動力は、トルクコンバータ（トルコン）５およびトランスミッション（Ｔ／Ｍ）６により出力軸（プロペラシャフト）７を介してタイヤに伝えられ、車両が走行する。ここで、トルクコンバータ（トルコン）５およびトランスミッション（Ｔ／Ｍ）６が、第１の走行駆動装置１２を構成する。
　また、走行駆動用の電動機８は、出力軸（プロペラシャフト）７の軸上に取り付けられている。電動機８としては、例えば、誘導電動機が用いられる。なお、電動機８として、同期電動機を用いることもできる。
　さらに、エンジン１の出力軸には、モータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）２が連結されている。モータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）２は、通常は、ジェネレータとして動作する。モータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）２が出力する交流電力は、インバータ３により直流電力に変換され、蓄電手段４に蓄電される。
　ここで、蓄電装置４は、２次電池などの容量の大きいものでも適用可能であるが、搭載スペース、かかるコスト、充放電の応答速度等を考慮して、大容量のキャパシタ（電気２重層キャパシタ）を想定している。電気２重層キャパシタは、通常のコンデンサに対して比較的容量も大きいため、ある程度の電気的仕事（例えば数１０ｋＷ、数秒程度の仕事）に蓄電された電力を利用することが可能である。但し、電気２重層キャパシタは、容量の大きな２次電池に比べれば容量が小さいため、インバータ３が出力する直流電力は、別のインバータ１３により交流電力に変換され、電動機８の駆動のために用いられる。すなわち、電動機８は、エンジン１によって駆動されるモータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）２の出力電力によって駆動される。ここで、インバータ１３と電動機８により、第２の走行駆動装置を構成する。
　車両の走行は、トルコン５＋Ｔ／Ｍ６で駆動される第１の走行駆動装置１２と、電動機８で駆動される第２の走行駆動装置１３とで切替られる走行パラレル型のハイブリッド式走行駆動装置である。
　また、ホイールローダは、土砂などの負荷物に対して掘削作業や運搬作業を行うフロントの油圧作業装置１０、ならびに油圧作業装置１０に油を供給するメインポンプ１１を備えていて、前記油圧作業装置１０内に構成される油圧シリンダ１４を動作させ、目的に応じた作業を実施する。メインポンプ１１は、エンジン１により駆動される。
　なお、インバータ３は、蓄電手段４の蓄電力をにより交流電力に変換される。モータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）２は、この交流電力により駆動され、トルコン５及びＴ／Ｍ６を介して車両を走行させたり、メインポンプ１１を駆動することにも使用できる。
　また、蓄電手段４の入出力部分には、後述するＤＣＤＣコンバータ（チョッパ）が設けられる。
　次に、図２を用いて、本発明の第１の実施形態による作業用車両の駆動制御装置の構成について説明する。　
　図２は、本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
　駆動制御装置２０は、図１に示した駆動システム全体の制御を行う部分である。駆動制御装置２０は、コントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）制御装置２１と、メインポンプ制御装置２２と、エンジン制御装置２３と、Ｔ／Ｍ制御装置２４と、インバータ制御装置２５の各コントローラの上位に位置し、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制御装置２１，…．２５に具体的動作の指令を与える。
　コントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）制御装置２１は、図１に示したコントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）１０を制御する。メインポンプ制御装置２２は、図１に示したメインポンプ１１を制御する。エンジン制御装置２３は、図１に示したエンジン１を制御する。Ｔ／Ｍ制御装置２４は、図１に示したトランスミッション（Ｔ／Ｍ）６を制御する。インバータ制御装置２５は、図１に示したインバータ３，９や、ＤＣＤＣコンバータ（チョッパ）４２を制御する。なお、インバータ制御装置２５は、Ｍ／Ｇ２、および電動機８のコントローラが一体となっているが、別体でも良いものである。
　なお、駆動制御装置２０と各制御装置２１，…，２５間は、一般的にＣＡＮを用いて通信を行われる。また、各制御装置は、必ずしも他制御装置と別体ではなく、ある一つの制御装置に２つ以上の制御機能を実装してもよいものである。
　次に、図３を用いて、本発明の第１の実施形態による作業用車両の駆動制御装置により駆動制御される第１，第２の走行駆動装置１２，１３の特性について説明する。　
　図３は、本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置により駆動制御される第１，第２の走行駆動装置の特性図である。
　本実施形態では、図２に示したような制御装置の構成により、作業用車両の駆動装置を制御して走行することになるが、実際トルコン５とＴ／Ｍ６で構成される第１の走行駆動装置１２の伝達効率は、その駆動装置の動作点により変化する特性を有している。なお、本実施例で述べる伝達効率とは、エンジンが発生する動力が車輪に伝わるまでの効率として定義している。一般に、トルコンは低速走行駆動域においてはさほど伝達効率は高くなく、より高速走行域になった場合に伝達効率が改善してくる傾向にある。特に高速走行域においてトルコンはロックアップして機械的に連結できるため、相当に高い伝達効率で駆動することが可能である。
　これに対してＭ／Ｇ２およびインバータ３、電動機８およびインバータ９で構成される第２の走行駆動装置１３は電気的な動力伝達となるため、走行動作点によらず、あまり変動ない一様な伝達効率特性の分布となっている。
　よって、上記２つの走行駆動装置は車両の走行動作点に応じて、伝達効率の高低が逆転する傾向にある。そこで、この伝達効率の高低が反転する特性を用いて、使用する走行駆動装置を選択的に決定すれば、全走行動作域に対して高効率に動力を伝達することが可能となる。
　図３は、その走行駆動装置の伝達効率の高低関係に関する特性を模式的に示している。図３の横軸を車速を示し、縦軸は車両の走行駆動力を示している。
　これによると、ある車速（図３中、点線で記載）を境に、高速側では、第１の走行駆動装置の伝達効率が、他方第２の走行駆動装置の伝達効率を上回る。反対に、低速側では、第２の走行駆動装置の伝達効率が、第１の走行駆動装置の伝達効率を上回る。この特性は個々の駆動装置によって細かい違いはあるものの、大多数はほぼ同様な特性になる。また、図３に破線で示す２つの走行駆動装置の伝達効率高低が反転する境界については、これも機種等によって変動する要因であり、一義的に決まるものではない。よって、上記のように車両走行動作点に応じて走行駆動装置を切替える際には、予め動作点に応じた各走行駆動装置の伝達効率特性を取得し、その特性を制御装置内に記憶させておくことが必要である。
　例えば、動作点Ｘにて走行していた状態から、車速が増加し、動作点Ｚに移行する場合、途中、点線と交差する動作点Ｙにおいて、第２の走行駆動装置１３の動作点Ａから、第１の走行駆動装置１２の動作点Ｂに切替える必要がある。なお、動作点Ａ及び動作点Ｂは、車速及び走行駆動力は同じ動作点であるが、動作点Ａは第２の走行駆動装置１３による動作点であり、動作点Ｂは第１の走行駆動装置１２による動作点である。
　ここで、図４を用いて、本発明の第１の実施形態による作業用車両の駆動制御装置による走行駆動装置の切替方法について説明する。　
　図４は、本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置の切替を実施する駆動力切替手段の構成を示すブロック図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
　走行駆動装置の切替を実施する駆動力切替手段２０Ａは、図１に示した駆動制御装置２０の内部に構成される。駆動力切替手段２０Ａは、主に運転状態検出部２０Ａ１と、走行手段切替部２０Ａ２と、変動補償部２０Ａ３とで構成される。
　運転状態検出部２０Ａ１には、アクセル開度センサＳ１からアクセル開度の情報が入力し、ブレーキペダルセンサＳ２からブレーキの踏み込み量の情報が入力し、フロント部レバーセンサＳ３からはフロント部レバーの操作位置の情報が入力し、ポンプ圧／流量センサＳ４からポンプ圧力及びポンプ流量の情報が入力し、Ｔ／Ｍシフト位置センサＳ５からトランスミッション（Ｔ／Ｍ）６のシフト位置の情報が入力し、エンジン回転数センサＳ６からエンジン回転数の情報が入力し、走行モータ回転数センサＳ７から走行電動機９の回転数の情報が入力し、車速センサＳ８から車速の情報が入力する。また、運転状態検出部２０Ａ１には、駆動制御装置２０からは、モータトルクの推定値の情報が入力する。
　運転状態検出部２０Ａ１は、これらの各入力情報に基づいて、現在の車両の走行動作点（車速，駆動力），エンジン動作点，フロント部動力を演算し、走行切替部２０Ａ２及び変動補償部２０Ａ３に、演算結果を出力する。
　走行手段切替部２０Ａ２は、入力した走行動作点に応じて、動力伝達効率の高い走行駆動装置を選択する。このとき、理想的動作としては、第１の走行駆動装置（トルコン＋Ｔ／Ｍ）から第２の走行駆動装置（電動機）に切替える際にはＴ／Ｍシフト指令にてニュートラルを指令し、トルコン５からの出力をプロペラシャフト７に伝えないようにして、電動機８のみにて走行に必要な駆動力を出力させるようにする。また、反対に第２の走行駆動装置（電動機）から第１の走行駆動装置（トルコン＋Ｔ／Ｍ）に切替える際には、電動機８の出力を０（フリーラン）にすると共に、Ｔ／Ｍシフト指令にてあるシフトポジションを指令し、トルコン５からの出力をプロペラシャフト７に伝えるように操作する。このように、現在の車両の走行動作点に応じて、２つの走行駆動装置のうち、伝達効率の高い走行駆動装置を選択し、走行することで、広い走行動作範囲において高効率駆動が可能な走行駆動装置を提供することが可能となる。
　また、走行手段切替部２０Ａ２は、入力した走行動作点，エンジン動作点，フロント部動力に応じたＴ／Ｍトルク指令をＴ／Ｍ制御装置２４に出力し、Ｍ／Ｇ発電指令やモータトルク指令をインバータ制御装置２５に出力し、エンジン指令をエンジン制御装置２３に出力する。
　なお、駆動切替時の各部の動力変動を考慮しなければ、上記の処理によって、第１の走行駆動装置と第２の走行駆動装置との間の駆動切替は実施することができる。しかしながら、実際にはホイールローダの動作内容を考えると、第２の走行駆動装置、すなわち電動機で走行を行った場合でもフロント部の作業装置は油圧システムにより作業を実施していることがほとんどであるため、第１の走行駆動装置、すなわちトルコンに動力を伝えるように切替た際には、そのトルコンのトルク特性の影響で走行動力が大きく変動する可能性がある。
　ここで、図５を用いて、本発明の第１の実施形態による作業用車両の駆動制御装置における走行駆動装置の切替時のトルク変動発生のメカニズムについて説明する。　
　図５は、本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置の切替時のトルク変動発生のメカニズムの説明図である。
　図５は、エンジン出力範囲とトルコンの入出力速度比に対するトルク特性の関係を示している。図５において、トルコン速度比線１～５はそれぞれ、トルコンの入出力速度比に応じた出力トルクの変化を示している。なお、トルコン速度比線が線１から線５に変化するにつれて、速度比は小さくなる傾向である。
　図５において、車両は第２の走行駆動装置（電動機）を用いて動作点Ａにて駆動されていて、この動作点Ａから第１の走行駆動装置（トルコン＋Ｔ／Ｍ）に駆動が切替られた場合に同等の走行駆動力が得られる動作点がトルコン速度比４上の動作点Ｂであったと仮定する。図中、一点鎖線は、等駆動力曲線を示している。例えば、第２の走行駆動装置の動作点Ａに対して、第１の走行駆動装置に切替え、かつ、第１の走行駆動装置がトルコン速度曲線４を利用する場合、トルコン速度曲線４と、動作点Ａを通る等駆動力曲線が交わる点が、動作点Ｂである。
　第１の走行駆動装置における動作点Ａから、第２の走行駆動装置における動作点Ｂに切替える際、動作点Ａにおけるエンジン回転数はＮ１であり、動作点Ｂにおけるエンジン回転数をＮ２とすると、動作点Ａにてトルコンを動力伝達経路として接続させた場合には、切替時点でのトルコン速度比によって出力トルクが決まるため、動作点Ｃのように、動作点Ａと同じエンジン回転数でのトルクにトルコン出力トルクが落ち込むことになる。このような走行動力の減少が生じたときには、車両が減速し、所要の加速性能を得られない。
　そこで、このような走行トルクの減少を補償するため、走行駆動装置の切替時、電動機８の出力を直ちに０にするのではなく、減少分のトルクを出力継続するように動作させる。電動機８から出力するトルクは、トルコンの出力トルクの増加に応じて次第に減少させるようにする。さらに、エンジンの回転数は動作点Ｂに向かって加速させる必要があり、エンジン１自体の発生軸トルクのみの加速では所要の加速度を得られない場合は、Ｍ／Ｇ２でエンジン軸の加速アシストを行うようにする。
　このように、電動機８ならびにＭ／Ｇ２を用いて、走行駆動装置切替時の走行動力ならびにエンジン回転数を補償することで、第２の走行駆動装置から第１の走行駆動装置へのスムーズな切替が可能となる。
　以上のような走行駆動装置の切替時の変動補償は、駆動力切替手段２０Ａの変動補償部２０Ａ３にて行う。図４の変動補償部２０Ａ３は、Ｔ／Ｍシフト位置センサＳ５からトランスミッション（Ｔ／Ｍ）６のシフト位置の情報と、エンジン回転数センサＳ６からエンジン回転数の情報と、車速センサＳ８から車速の情報と、運転状態検出部２０Ａ１が出力する現在の車両の走行動作点（車速，駆動力），エンジン動作点，フロント部動力に基づいて、走行駆動装置切替時の動力補償指令を出力する。
　次に、図６及び図７を用いて、本発明の第１の実施形態による作業用車両の駆動制御装置に用いる変動補償部２０Ａ３の構成及び動作について説明する。　
　図６は、本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置に用いる変動補償部の構成を示すブロック図である。なお、図２及び図４と同一符号は、同一部分を示している。図７は、本発明の第１の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置に用いる変動補償部の動作を示すタイミングチャートである。
　変動補償部２０Ａ３は、走行手段切替部２０Ａ２から切替信号が入力されると、Ｔ／Ｍシフト位置，エンジン回転数，車速をそれぞれ入力し、切替後のトルコン出力トルクを推定し、その値と運転状態検出部２０Ａ１にて演算された走行動作点のトルクとの差分を電動機８のトルク指令として出力する。
　また、この際、運転状態検出部２０Ａ１にて演算された走行動作点、フロント部油圧作業装置１０の動力を入力し、切替後のエンジン動作点を決定し、そのエンジン回転数を目標値としてＭ／Ｇ２に回転数指令を与える。これは、Ｍ／Ｇ２をモータとして使用し、モータの回転数を素早く上昇することで、Ｍ／Ｇ２に連結されたエンジン１の回転数上昇をアシストする。
　さらには、エンジンの動作点、およびフロント部油圧作業装置１０の動力に応じて、随時、メインポンプ１１の傾転指令を出力する。すなわち、動作点Ａから動作点Ｂへの切替時に、エンジン回転数が変化すると、ポンプ１１の流量が変化し、油圧が変化するため、作業装置１０の位置等が変化する。ポンプ１１として、例えば、斜板式のポンプを用いる場合、油圧変動を防止するため、斜板の傾斜角を変えて、油圧を一定に保持する。
　以上の動力補償をエンジン動作点が目標動作点（図３の動作点Ｂ）まで到達し、切替動作が終了したと判断するまで繰り返す。
　図７において、横軸は時間を示している。図７（Ａ）はエンジン１の回転数を示し、図７（Ｂ）はトルコン５及び変速機６の駆動力を示し、図７（Ｃ）はエンジン１の駆動力を示している。また、図７（Ｄ）はモータ８の駆動力を示し、図７（Ｅ）は車両全体に対する駆動力を示している。
　図７の時刻ｔ１において、第１の走行駆動装置における動作点Ａから、第２の走行駆動装置における動作点Ｂに切替え指令が発せられると、図４の走行手段切替部２０Ａ２は、エンジン制御装置２３にエンジン指令を出力する。時刻ｔ１において、図７（Ａ）に示すように、エンジン回転数はＮ１であるが、次第に上昇し、時刻ｔ２において、回転数Ｎ２まで上昇する。
　このとき、図７（Ｂ）に示すように、トルコン５及び変速機６の駆動力は、時刻ｔ１において、トルコン５の作用によりステップ的に立ち上がった後は、図７（Ａ）に示したエンジン回転数の上昇に応じて，増加する。
　一方、図７（Ｃ）に示すように、図３にて説明した動作点Ａから動作点Ｃに変化したことにより、エンジン駆動力は一時的に減少する。
　それに対して、図７（Ｄ）に示すように、モータ８の駆動力を発生することで、車両に対する駆動力をアシストしている。
　図７（Ｅ）において、実線は本実施形態によって変動補償された場合の、車両全体の駆動力を示している。一方、破線は、変動補償されない場合の車両全体の駆動力を示している。図７（Ｂ）に示したように、エンジン回転数が低下すると、車両全体の駆動力が減少する。それに対して、図７（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１において、図７（Ｂ）に示したトルコン５の駆動力のステップ的な上昇に対応して、モータ８の駆動力をステップ的に減少する。その後は、図７（Ａ）に示したエンジン回転数の上昇に応じて、図７（Ｂ）に示すようにトルコン５の駆動力が増加するにつれて、モータ８の駆動力を減少させる。これにより、図７（Ｅ）に実線で示すように、時刻ｔ１～時刻ｔ２の動作点の切替の際にも、車両全体の駆動力を一定に保つことが可能となる。
　以上のように、電動機にてトルコン出力トルクを補償し、エンジン回転数の加速をＭ／Ｇにてアシストすることにより、走行駆動装置切替時の変動をなくし、スムーズな切替を実現することができる。　　
　なお、以上の説明では、第２の走行駆動装置から第１の走行駆動装置への切替時の動力変動補償方法について述べている。逆に第１の走行駆動装置から第２の走行駆動装置へ切替える場合においては、電動機６の電気的応答が機械的動作応答に対して非常に速いため、この電動機８の出力トルクを変動なく発生させるように制御すればよいものである。
　以上説明したように、本実施形態によれば、走行駆動装置の切替時にも動力の変動がなく、かつ高効率特性を有するものとなる。
　次に、図８及び図９を用いて、本発明の第２の実施形態による作業用車両の駆動制御装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムの構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による作業車両の作業用車両の駆動制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置の切替を実施する駆動力切替手段の構成は、図４に示したものと同様である。
　図８は、本発明の第２の実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムの構成を示すシステム構成図である。図９は、本発明の第２の実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムにおけるキャパシタのエネルギ（電力量）使用内訳の説明図である。なお、図１及び図４と同一符号は、同一部分を示している。
　本実施形態では、第１の実施形態で説明した走行駆動装置の切替時において、さらに、蓄電装置の瞬時的な電力利用により電動機８およびＭ／Ｇ２を制御するようにしている。本実施形態で対象としている駆動制御装置は、図１に示すように、走行部がトルコン＋Ｔ／Ｍで駆動される装置と電動機で駆動される装置で切替られる走行パラレル型のハイブリッド式走行駆動装置である。
　本実施形態では、電動機８を駆動するための電力源は、エンジン１に連結されたＭ／Ｇ２の発電電力のほかに、蓄電装置４を用いている。蓄電装置４は、２次電池などの容量の大きいものでも適用可能であるが、搭載スペース、かかるコスト、充放電の応答速度等を考慮して、大容量のキャパシタ４１（電気２重層キャパシタ）を用いている。電気２重層キャパシタは、通常のコンデンサに対して比較的容量も大きいため、ある程度の電気的仕事（例えば数１０ｋＷ、数秒程度の仕事）に蓄電された電力を利用することが可能である。ここで、第１の実施形態で述べたように、走行駆動装置の切替時に電動機８やＭ／Ｇ２を駆動し、動力補償するためには、蓄電装置４に相当の電力が必要である。
　また、通常、作業用車両をハイブリッド化した場合、エンジンは小型化される傾向にあり、掘削等の油圧作業をしながら走行動作を行う際にはエンジン１のみの動力では不足するため、エンジン１に連結されたＭ／Ｇ２を用いて、エンジンのトルクアシストを実施する。
　このような場合においても、走行駆動装置切替時と同様に、蓄電装置４に相当の電力が必要となる。さらに、作業用車両において走行部を電動化した場合には、車両制動時の回生電力を蓄電装置に回収し、それをムダなく電動機駆動に使用することが必要である。この回生による充放電動作は、車両の発進・停止毎、常に繰り返し行われている可能性がある。それに対して、上述の走行駆動装置切替時の変動補償や、エンジントルクアシストモードはそれほど頻繁には起こらない動作である。
　従って、蓄電装置の充放電の制御方式は、頻繁に充放電を繰り返す回生電力部分と、頻繁ではない切替時の変動補償や、エンジンアシストモードに用いる電力を分けて管理することで、電力の過不足がない適正なエネルギ（あるいはパワー）マネジメント制御を実行することができる。
　このような蓄電装置４の制御のために、駆動制御装置２０の内部に蓄電装置制御手段２０Ｂを設けている。
　図８は、蓄電装置制御手段２０Ｂの構成を示している。本例の蓄電装置４としては、大容量の電気２重層キャパシタ４１を用いている。ここで、キャパシタ４１は、ＤＣＤＣコンバータ（チョッパ）４２により電圧の昇降圧動作が行われ、電動機用のインバータ９、Ｍ／Ｇ用のインバータ３に対し、直流電力の充放電を行う。但し、Ｍ／Ｇ２の発電電力を直接電動機８で消費（駆動）する場合や、電動機８で回生した電力を直接Ｍ／Ｇ２で消費（駆動）する場合には、キャパシタ４１が充放電動作することはない。
　さらに、ＤＣＤＣコンバータ（チョッパ）４２を充放電制御するチョッパ用制御装置２５Ａ、および図示していない電動機用インバータ９、Ｍ／Ｇ用インバータ３用の制御装置が、図２に示すインバータ制御装置２５に一括実装されているとする。
　図８に示すように、蓄電装置制御手段２０Ｂは、エンジンアシストトルク指令、電動機駆動トルク指令、回生信号、Ｍ／Ｇ発電電力信号、走行手段切替部２０Ａ２からの切替信号を入力し、キャパシタ４１への充放電電力を演算し、チョッパ用制御装置２５Ａに対し、充放電量指令を出力する。チョッパ用制御装置２５Ａは、この充放電量指令に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ（チョッパ）４２を駆動する。このとき、キャパシタ４１の電力を使用するモードは前述のように、エンジンアシスト、走行駆動装置切替補償、回生電力充放電の３モードである。上記３つのモードは発生するタイミング、頻度が不定期であるので、それぞれの電力量を常に独立して制御することが有効である。
　図９は、キャパシタ４１のエネルギ（電力量）使用内訳を示している。キャパシタ４１の低電圧域の容量は使用できないとして、それぞれエンジントルクアシスト用電力量、走行駆動装置切替時動力補償電力量、走行時回生電力量を独立制御する。このうち、エンジントルクアシスト用電力量、走行駆動装置切替時動力補償電力量は、常にキャパシタ４１に充電されており、電力使用後は直ちに次回に備えてＭ／Ｇ２による発電、もしくは回生電力により充電を行う。それに対して走行時回生電力は、基本的に車両の発進・停止時に繰り返し発生する電力であり、この電力量部分はその都度充放電を行うものとする。
　以上のように、作業用車両のハイブリッド駆動装置に関し、キャパシタ電力を使用する。作業用車両では、ハイブリッド化により新たに追加した電動機、Ｍ／Ｇを使用する動作モードはほぼ決まっていて、蓄電装置制御手段を用いることで、電力収支が破綻することなく、安定にハイブリッド動作を継続させることが可能となる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、走行駆動装置の切替時にも動力の変動がなく、かつ高効率特性を有するものとなる。
　また、ハイブリッド駆動装置の切替時をはじめとする電動機の瞬時的な電力利用に対しても、電力収支が破綻することなく対応可能となる。
　次に、図１０を用いて、本発明の第３の実施形態による作業用車両の駆動制御装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による作業車両の駆動制御装置を適用した作業用車両のハイブリッド駆動システムの構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による作業用車両の駆動制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。
　図１０は、本発明の第３の実施形態による作業車両の駆動制御装置による走行駆動装置の切替を実施する駆動力切替手段の構成を示すブロック図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
　本実施形態では、図４に示した構成に加えて、オペレータにより操作可能な、切替ＯＮ／ＯＦＦスイッチ４４を設けている。なお、図４にて説明した実施形態においては、走行駆動装置の切替は駆動力切替手段２０Ａによって、自動的に切替制御が行われている。
　本実施形態では、切替ＯＮ／ＯＦＦスイッチ４４を操作することで、走行手段切替部２０Ｂ２は、手動で走行駆動装置の切替を停止し、第１の走行駆動装置１２のみの走行動作、あるいは第２の走行駆動装置１２のみの走行動作を継続することが可能である。このような機能を追加することで、走行状態や走行環境に応じて、最適な走行駆動装置をオペレータが選択することができる。
　また、各走行駆動装置の異常状態は当然のことながら随時各制御装置で監視されているため、ある走行駆動装置に異常が生じた場合には、他方の（正常と判断される）走行駆動装置で走行を継続することが可能である。
　また、蓄電装置４はある時間充電を行わなかった場合、その負荷状態により次第に放電してしまい、電力が必要な場面で電力不足となることも考えられる。そのような場合でも蓄電装置制御手段２０Ｂではキャパシタ電圧を随時検出しているため、この蓄電装置制御手段２０Ｂにおいて充電指令を出して、予め補充電することが可能である。
　以上説明したように、本実施形態によれば、走行駆動装置の切替時にも動力の変動がなく、かつ高効率特性を有するものとなる。
　また、手動で走行駆動装置の切替を停止することが可能となる。
１…エンジン
２…Ｍ／Ｇ
４…蓄電手段
３，９…インバータ
５…トルコン
６…トランスミッション
８…電動機
１０…油圧作業装置
１１…油圧ポンプ
１２…第１の走行駆動装置
１３…第２の走行駆動装置
１４…油圧シリンダ
２０…駆動制御装置
２０Ａ…駆動力切替手段
２０Ａ１…運転状態検出部
２０Ａ２…走行手段切替部
２０Ａ３…変動補償部
２０Ｂ…キャパシタ充電量制御手段
２１…コントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）制御装置
２２…メインポンプ制御装置
２３…エンジン制御装置
２４…Ｔ／Ｍ制御装置
２５…インバータ制御装置
２５Ａ…チョッパ用制御装置
４１…キャパシタ
４２…ＤＣＤＣコンバータ
４４…切替ＯＮ／ＯＦＦスイッチ

Claims (7)

  1. 　エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機と、前記エンジンにより駆動されるとともにフロント部に備えた油圧作業装置の駆動源となる油圧ポンプと、前記エンジンの動力をトルクコンバータおよびトランスミッションで駆動輪に伝達して走行する第１の走行駆動装置と、前記発電機より出力された電力により電動機を駆動し、その動力を駆動輪に伝達して走行する第２の走行駆動装置とを有する作業用車両に用いられ、
    　前記第１の走行駆動装置と前記第２の走行駆動装置とを切替える駆動力切替手段を有する作業用車両の駆動制御装置であって、
    　前記駆動力切替手段は、車両の走行速度に応じて、高速域を前記第１の走行駆動装置で、低速域を前記第２の走行駆動装置でそれぞれ駆動できるように切替えて車両を走行させる走行手段切替部を備えることを特徴とする作業用車両の駆動制御装置。
  2. 　請求項１記載の作業用車両の駆動制御装置において、
    　前記走行手段切替部は、前記第２の走行駆動装置から前記第１の走行駆動装置に切替える際に、前記エンジンの回転変動、前記作業用車両の走行駆動力の変動、ならびに前記作業装置の駆動力の変動を抑制するように、少なくとも前記発電機による前記エンジンの回転数制御、および前記電動機のトルク制御、および前記油圧ポンプの流量制御を行うことを特徴とする作業用車両の駆動制御装置。
  3. 　請求項２記載の作業用車両の駆動制御装置において、
    　前記駆動力切替手段は、運転状態検出部を備え、
    　該運転状態検出部は、少なくともアクセル開度、ブレーキ開度、作業装置用レバー操作量、前記油圧ポンプの圧力および流量、前記エンジンの回転数、前記電動機の回転数およびトルク、および車速の情報に基づいて、現在の走行駆動動作点、およびエンジン動作点、および作業装置の動力を検出することを特徴とする作業用車両の駆動制御装置。
  4. 　請求項１記載の作業用車両の駆動制御装置において、
    　前記駆動力切替手段は、変動補償部を備え、
    　該変動補償部は前記第２の走行駆動装置から前記第１の走行駆動装置に切替える際、切り替え時に発生する2つの走行駆動装置間のトルク変動分を推定し、該トルク変動分を前記電動機のトルク指令として与え、漸近的に前記トルク指令を減少させ、所定の時間後に零とすることを特徴とする作業用車両の駆動制御装置。
  5. 　請求項１記載の作業用車両の駆動制御装置において、
    　前記発電機より出力される電力、および前記電動機から発生される走行回生電力を蓄え、必要に応じて蓄えた電力を放電する蓄電装置を備えることを特徴とする作業用車両の駆動制御装置。
  6. 　請求項５記載の作業用車両の駆動制御装置において、
    　前記駆動制御装置は、蓄電装置制御部を備え、
    　該蓄電手段制御部は、少なくとも前記エンジンのトルクアシスト分の電力量、ならびに前記第２の走行駆動装置から前記第１の走行駆動装置に切替える際の変動抑制に必要な電力量、ならびに走行回生電力の充放電量を前記蓄電装置に確保するように前記蓄電装置の充放電を制御することを特徴とする作業用車両の駆動制御装置。
  7. 　請求項１記載の作業用車両の駆動制御装置において、
    　前記駆動力切替手段は、切替ＯＮ／ＯＦＦスイッチを備え、
    　該切替ＯＮ／ＯＦＦスイッチは、手動による操作により、前記第１の走行駆動装置と前記第２の走行駆動装置との切替を停止し、前記第１の走行駆動装置のみの走行動作、あるいは前記第２の走行駆動装置のみの走行動作を行うことを特徴とする作業用車両の駆動制御装置。
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