WO2013024868A1

WO2013024868A1 - 作業車両

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Publication number: WO2013024868A1
Application number: PCT/JP2012/070748
Authority: WO
Inventors: 秀一森木; 金子　悟; 伊君　高志; 徳孝伊藤
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2013-02-21
Also published as: CN103732466B; JP5611147B2; JP2013039875A; EP2746124B1; EP2746124A4; US20140188320A1; CN103732466A; US9249557B2; EP2746124A1

Abstract

　油圧要求パワーと走行要求パワーの合計値が、エンジン（１）が出力可能なエンジンパワーと蓄電装置（３）が放電可能な放電パワーの合計よりも大きいとき、油圧ポンプ（９）の実際のパワーを要求時の値から油圧要求パワーに向かって所定の制限をかけながら増加させるとともに、油圧ポンプのパワーに当該所定の制限をかける間、当該所定の制限の大きさ以下の値だけ走行電動機の実際のパワーを要求時の値から減少させる。これにより油圧ポンプと走行電動機へのパワー配分に起因する乗り心地悪化が防止される。

Description

作業車両

　本発明は、作業車両に関し、特に複合動作時のパワー配分に関する。

　従来の作業車両には、エンジンと、エンジンの出力軸に機械的に連結された油圧ポンプと、油圧ポンプから供給される作動油によって動作する油圧アクチュエータと、エンジンの出力軸に機械的に連結されたトルクコンバータ（以下、トルコンと称することがある）式の自動変速機を備えたホイールローダ（以下、トルコン車と記載する）がある。トルコン車では、エンジンパワーを、自動変速機、プロペラシャフト、ディファレンシャルギア、ドライブシャフトを介してタイヤに伝えて走行を行う。また、油圧アクチュエータの伸縮によってフロント機構を動作させ、バケットで土砂などの掘削、積込みおよび運搬を行う。

　トルコン車においては、走行中に油圧ポンプの消費パワー（油圧ポンプがエンジンにかける負荷のパワー）が増加し、エンジンパワーが不足する場合、エンジン回転数が減少するため、トルコンの特性によりトルコンの消費パワー（トルコンがエンジンにかける負荷のパワー）が自動的に減少する。そのため、エンジンのパワー（供給パワー）と、油圧ポンプとトルコンの合計パワー（消費パワー）があるエンジン動作点においてバランスする。また、このときトルコンの消費パワーが減少するので、走行パワーも減少するが、エンジン回転数が変化する過渡状態において、エンジンの出力軸の回転エネルギーがバッファとして作用し、走行パワーの急激な減少が回避される。

　一方、近年では、エンジンと、エンジンの出力軸に機械的に連結された油圧ポンプと、油圧ポンプから供給される作動油によって動作する油圧アクチュエータと、エンジンの出力軸に機械的に連結された発電電動機と、発電電動機から供給される電力によって動作する電動機と、発電電動機および電動機と電力の供受を行う蓄電装置を備えるハイブリッド建設機械が提案されている。このようなハイブリッド建設機械は、エンジンおよび蓄電装置から供給されるパワーを、油圧ポンプおよび電動機で消費する２入力２出力のシステムとして構成されている。そのため、エンジンと蓄電装置とからの供給パワーの配分と、油圧ポンプと電動機との消費パワーの配分を制御するパワー制御手段が、燃費性能および操作性能を決める重要な要素となる。

　特開２００７－２４７２３０号公報には、パワー不足の防止を目的として、油圧ポンプおよび電動機それぞれの消費動力（以下、消費パワーと記載する）を検出し、検出された消費パワーの和が、エンジンと蓄電装置とから供給可能な総供給動力（以下、合計供給パワーと記載する）を超えないように、油圧ポンプおよび電動機のパワーを制御するハイブリッド建設機械が記載されている。

　また、特開２００９－２１６０５８号公報には、エンジンの運転条件を適正に維持することを目的として、エンジンの出力パワーの増加率（以下、増加速度と記載する）を所定値に設定し、増加速度から求められるエンジンの出力パワー上限値を、油圧ポンプの要求パワーが超えないように制御する（具体的には、超えた分のパワーを発電電動機の出力パワーで補う）制御手段が記載されている。

特開２００７－２４７２３０号公報特開２００９－２１６０５８号公報

　しかしながら、特開２００７－２４７２３０号公報に記載されているハイブリッド建設機械では、供給パワーおよび消費パワーの変化速度を必ずしも十分に考慮しておらず、油圧ポンプと電動機のいずれか一方が先に動作している時に、もう一方の消費パワーが増加して合計供給パワーが不足する場合に、先に動作していた一方のパワーが急激に減少する可能性があった。これをホイールローダに当てはめて考えると、走行中に油圧アクチュエータを動作させた場合に、従来のホールローダにはない急激な走行パワーの減少が発生する可能性があり、これにより乗り心地が悪化する可能性があった。

　また、特開２００９－２１６０５８号公報に記載されている制御手段を備えたハイブリッド建設機械では、発電電動機を主にエンジンアシスト用の電動機として用いるシーンについて記述しており、油圧ポンプと電動機との複合動作のシーンについて必ずしも十分な記述はなかった。

　本発明の目的は、油圧ポンプと電動機とへのパワー配分に起因する乗り心地悪化を抑制できる作業車両を提供することである。

　本発明は、上記目的を達成するために、エンジンと、当該エンジンに機械的に接続された油圧ポンプと、前記エンジンに機械的に接続された発電電動機と、当該発電電動機に電気的に接続された走行電動機と、前記発電電動機及び前記走行電動機に電気的に接続された蓄電装置と、前記油圧ポンプ及び前記走行電動機のパワーを制御する制御手段を備えた作業車両であって、前記制御手段は、前記油圧ポンプが要求する油圧要求パワー、及び前記走行電動機が要求する走行要求パワーを演算し、当該油圧要求パワーと当該走行要求パワーの合計値が、前記エンジンが出力可能なエンジンパワーと前記蓄電装置が放電可能な放電パワーの合計よりも大きいとき、前記油圧ポンプの実際のパワーを要求時の値から前記油圧要求パワーに向かって所定の制限をかけながら増加させるとともに、前記油圧ポンプのパワーに当該所定の制限をかける間、当該所定の制限の大きさ以下の値だけ前記走行電動機の実際のパワーを要求時の値から減少させるものとする。

　本発明によれば、油圧ポンプと走行電動機とへのパワー配分に起因する乗り心地悪化を防止できる。

本発明の実施の形態にかかる作業車両の構成図。本発明の実施の形態にかかる作業車両の側面図。本発明の実施の形態にかかるメインコントローラ１００の構成図。本発明の実施の形態にかかる放電パワー上限マップの一例。本発明の実施の形態にかかるポンプ要求流量マップの一例。本発明の実施の形態にかかるアクセル要求トルクマップの一例。本発明の実施の形態にかかるパワー管理部１４０の構成図。本発明の実施の形態にかかる油圧パワー指令演算部１４２で行う演算のフローチャート。本発明の実施の形態の比較例にかかる作業車両の動作を説明するための図。本発明の実施の形態にかかる作業車両の動作を説明するための図。

　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる作業車両の構成図である。

　この図に示す作業車両は、メインコントローラ（主制御装置）１００と、エンジン１と、エンジン１を制御するエンジンコントローラ（エンジン制御装置）２と、蓄電装置としてのキャパシタ３と、キャパシタ３の充放電を制御するコンバータ４と、エンジン１に機械的に接続されるとともにキャパシタ３に電気的に接続された発電電動機５と、発電電動機５を駆動するための発電インバータ６と、発電電動機５およびキャパシタ３に電気的に接続され、発電電動機５およびキャパシタ３から供給される電力によって力行する走行電動機７、７ｂと、走行電動機７、７ｂをそれぞれ駆動制御する走行インバータ８、８ｂを備えている。

　また、本実施の形態にかかる作業車両は、エンジン１および発電電動機５に機械的に接続されたメインポンプ（油圧ポンプ）９と、メインポンプ９へ作動油を供給するオイルタンク１０と、メインポンプ９が吐出した作動油を分配するコントロールバルブ１１と、コントロールバルブ１１が分配した作動油により伸縮するステアシリンダ（油圧シリンダ）１２、リフトシリンダ（油圧シリンダ）１３、およびバケットシリンダ（油圧シリンダ）１４を備えている。

　ここで、コンバータ４、発電インバータ６、及び走行インバータ８、８ｂは同一の電力線に接続されており、相互に電力を供給可能である。また、コンバータ４は電力線に取り付けられた図示しない平滑コンデンサのＤＣ電圧を監視しており、平滑コンデンサのＤＣ電圧を一定に保つようにキャパシタ３を充放電する。

　メインポンプ９は可変容量型の油圧ポンプであり、図示しない傾転角制御弁によって傾転角を調整することで、容量を変えることができ、回転数に対する吐出流量を制御できる。

　また、ここでは、電動機７、７ｂおよび走行インバータ８、８ｂをそれぞれ２つずつ備える構成としているが、本発明はこれに限らず、電動機、走行インバータをそれぞれ１つずつ、または、４つずつ備える構成であってもよく、個数に関して限定しない。以下、説明の簡略化のため、電動機７および走行インバータ８を１つずつ備える構成について説明を行う。

　走行加速時において、走行インバータ８は走行電動機７を力行駆動し、走行電動機７が発生した力行トルクは、プロペラシャフト１５ｆ、１５ｒ、ディファレンシャルギア１６ｆ、１６ｒ、ドライブシャフト１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを介してタイヤ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄへと伝えられ、車両を加速させる。走行制動時において、走行インバータ８は走行電動機７を発電機として駆動し、走行電動機７が発生した回生トルクは、力行トルクと同様にタイヤ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄへと伝えられ、車両を減速させる。走行電動機７で発生した回生電力は、通常、キャパシタ３へと充電される。また、本実施の形態にかかる作業車両は図示しない油圧ブレーキ制御弁および油圧ブレーキを備え、必要に応じて油圧ブレーキによって車両を減速させることもできる。

　本発明の実施の形態にかかる作業車両の側面図を図２に示す。オペレータは運転室１９に搭乗し、図示しないアクセルペダル、ブレーキペダル、前後進スイッチを操作することで、タイヤ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを駆動して車両を走行させることができる。また、オペレータは、図示しないステアリングホイールを操作することで、ステアシリンダ１２を伸縮させて車両の屈折角を調節し、車両を旋回させることができる。また、図示しないリフトレバー、バケットレバーなどを操作することで、リフトシリンダ１３、バケットシリンダ１４を伸縮させて、バケット２０の高さと傾きを制御し、掘削および荷役作業を行うことができる。

　メインコントローラ（主制御装置）１００の構成を図３に示す。メインコントローラ１００は、蓄電管理部１１０、油圧要求演算部１２０、走行要求演算部１３０、パワー管理部１４０、エンジン制御部１５０、発電電動機制御部１６０、傾転角制御部１７０、走行電動機・ブレーキ制御部１８０で構成されている。

　蓄電管理部１１０では、コンバータ４からキャパシタ３の蓄電電圧を受信し、公知のＰＩ制御を用いて、蓄電電圧が目標電圧に一致するように充放電要求パワーP_{wr_Cap_Req}を演算する。ただし、目標電圧はキャパシタの耐電圧以下に設定する。また、蓄電管理部１１０は、蓄電電圧と放電パワー上限マップを用いて、キャパシタ３が放電可能な放電パワーの上限値（放電パワー上限）を演算する。

　放電パワー上限マップの一例を図４に示す。V_cmin、V_cmaxはそれぞれキャパシタ３が劣化しにくい使用範囲を表す最低電圧、最高電圧で、通常運転時には蓄電電圧が最低電圧V_cminを下回らないように、放電パワー上限が最低電圧V_cmin付近で０以下となるように放電パワー上限マップを設定する。一方、I_cmaxはコンバータ４の最大電流制限に基づいた線で、放電電流が最大電流制限を超えないように蓄電電圧が低いほど放電パワー上限が小さくなるように放電パワー上限マップを設定する。

　油圧要求演算部１２０では、リフトレバーおよびバケットレバーからレバー信号を、油圧ポンプ９とコントロールバルブ１１の間に取り付けられた圧力センサ（圧力取得手段）３１で取得されたポンプ９の吐出圧力（ポンプ圧力信号）を受信し、ポンプ要求流量および油圧要求パワーを演算する。なお、ここでは説明の簡略化のため、ステアリングホイールの操作およびステアシリンダ１２の動作を演算に含めないものとして説明する。

　油圧要求演算部１２０では、まずレバー信号からポンプ要求流量マップを用いてポンプ要求流量を演算する。ポンプ要求流量マップの一例を図５に示す。この図に示すように、レバー信号にポンプ要求流量が略比例するようにポンプ要求流量マップを設定する。次に、ポンプ要求流量q_{Pmp_Req}と、圧力センサ３１からのポンプ圧P_{rs_Pmp}とから次式を用いて油圧要求パワーP_{wr_Pmp_Req}を演算する。ただし、ここでは説明の簡略化のため、油圧ポンプ９の効率は計算式に含めておらず、以下の各計算式も同様に効率を省略して説明する。

　走行要求演算部１３０では、前後進スイッチから前後進スイッチ信号を、アクセルペダルからアクセル信号を、ブレーキペダルからブレーキ信号を、インバータ（回転数取得手段）８から走行電動機７の回転数を電動機回転数として受信し、走行要求トルク、走行要求パワーを演算する。まず、アクセル信号、電動機回転数から予め設定したアクセル要求トルクマップを用いてアクセル要求トルクを演算する。アクセル要求トルクマップの一例を図６に示す。走行電動機７の最大トルクカーブを基に、アクセル要求トルクが、アクセル信号に比例し、電動機回転数の絶対値に反比例するようにアクセル要求トルクマップを設定する。次にアクセル要求トルクT_{rq_Acc}、前後進スイッチ信号V_FNR、電動機回転数N_Mtr、ブレーキ信号V_Brkから、次式を用いて走行要求トルクT_{rq_Drv_Req}を演算する。

　ただし、上記（２）式において、signは符号関数で、引数が正の場合は１を、負の場合は－1を、０の場合は０を返す。また、前後進スイッチ信号V_FNRは、前後進スイッチが前進方向の場合は１、後進方向の場合は－1、中立の場合は０を示す。また、K_Brkは比例定数であり、ブレーキペダルの操作によって過不足のない減速が得られるように予め設定する。

　そして、走行要求トルクT_{rq_Req}、電動機回転数N_Mtrから、次式を用いて走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}を演算する。

　パワー管理部１４０では、蓄電管理部１１０から充放電要求パワー、放電パワー上限を、油圧要求演算部１２０から油圧要求パワーを、走行要求演算部１３０から走行要求パワーを、発電電動機制御部１６０から発電パワー推定値を受信し、油圧パワー指令、走行パワー指令、発電パワー指令、エンジンパワー指令を演算する。パワー管理部１４０で行う演算の詳細は後述する。

　エンジン制御部１５０ではエンジンパワー指令を基に、エンジン等燃費マップを用いて最もエンジン効率が高くなる動作点を演算し、その動作点でのエンジン回転数をエンジン回転数指令として演算する。

　発電電動機制御部１６０では、エンジン回転数N_Eng、発電パワー指令P_{wr_Gen_Ref}、エンジン回転数指令N_{Eng_t}から、次式を用いて発電電動機トルク指令T_{rq_Gen_t}を演算し、発電インバータへ送信する。

　ただし、上記（４）式において、K_Engはエンジン回転数の偏差に対する比例ゲインである。また、発電パワー指令P_{wr_Gen_Ref}の符号は、正が発電電動機５の発電、負が発電電動機５の力行を示す。

　次にエンジン回転数N_Eng、発電電動機トルク指令T_{rq_Gen_t}から、次式を用いて発電パワー推定値を演算する。

　傾転角制御部１７０では、エンジン回転数N_Eng、油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}、ポンプ圧力P_{rs_Pmp}用いて傾転角制御信号V_{Dp_t}を演算し、当該傾転角制御信号V_{Dp_t}を利用して油圧ポンプ９の傾転角制御弁を駆動する。ただし、次式におけるK_Dpは比例定数であり、ポンプ圧力P_{rs_Pmp}は圧力センサ３１から入力される値である。

　次式が示すように、傾転角制御信号V_{Dp_t}は、エンジン回転数N_Eng及び油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}が一定のとき、ポンプ圧力P_{rs_Pmp}が高いほど小さくなる。これにより油圧ポンプ９の容量はポンプ圧力P_{rs_Pmp}が高いほど小さく制御される。

　走行電動機・ブレーキ制御部１８０では、走行電動機トルク指令T_{rq_Mtr_t}を演算し、走行インバータ８へ送信する。本実施の形態では、走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}、走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}、走行要求トルクT_{rq_Drv_Req}から、次式を用いて走行電動機トルク指令T_{rq_Mtr_t}を演算する。ただし、次式において、R_Dはディファレンシャルギア１６の減速比である。また、走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}＝０のときは走行電動機トルク指令T_{rq_Mtr_t}＝０とする。

　上記（７）式の走行要求トルクT_{rq_Req}に（３）式を代入すると次式となるため、走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}が一定のとき、走行電動機トルク指令T_{rq_Mtr_t}は電動機回転数N_Mtrが高いほど小さくなる。これにより走行電動機５のトルクは電動機回転数N_Mtrが高いほど小さく制御される。

　次に、電動機回転数N_Mtr、走行要求トルクT_{rq_Drv_Req}、走行トルク指令T_{rq_Mtr_t}から、次式を用いてブレーキ制御信号V_{Brk_t}を演算し、油圧ブレーキ制御弁（図示せず）を駆動する。ただし、次式におけるK_Brkは比例定数である。

　パワー管理部１４０の構成を図７に示す。パワー管理部１４０はエンジン最大パワー演算部１４１、油圧パワー指令演算部１４２、走行パワー指令演算部１４３、発電パワー指令演算部１４４、エンジンパワー指令演算部１４５で構成されている。

　エンジン最大パワー演算部１４１は、エンジン１が出力可能な最大パワー（エンジン最大パワー）を演算する部分である。本実施の形態では、エンジンパワー指令P_{wr_Eng_Ref}に公知のローパスフィルタをかけて演算されるエンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}をエンジン最大パワーとしている。なお、当該演算で利用されるエンジンパワー指令P_{wr_Eng_Ref}は、１制御周期前にエンジンパワー指令演算部１４５で演算された値を用いる。ローパスフィルタの時定数は、エンジンの応答特性に応じて設定する。ここでは１制御周期前のエンジンパワー指令P_{wr_Eng_Ref}を用いてエンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}を演算したが、エンジン回転数N_Engとエンジンの燃料噴射量からエンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}を演算してもよいし、１制御周期前のエンジンパワー指令P_{wr_Eng_Ref}およびエンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}から、次式を用いてエンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}を演算してもよい。

　上記（１０）式では、右辺のエンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}も１制御周期前の値である。また、dP_{wr_Eng_Up}は１制御周期の間にエンジンパワーが増加する最大値（エンジンパワー増加量最大値）を示す。このエンジンパワー増加量最大値は、エンジン１のパワーの増加速度の最大値（エンジンパワー増加速度最大値（Ｖｅ））に単位制御周期を乗じて得られる値（すなわち、エンジンパワー増加量最大値＝エンジンパワー増加速度最大値×単位制御周期）であり、エンジンの応答特性に応じて設定される。

　油圧パワー指令演算部１４２では、エンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}、放電パワー上限P_{wr_Cap_Max}、走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}、油圧要求パワーP_{wr_Pmp_Req}、走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}から油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}を演算する。油圧パワー指令演算部１４２で行う演算の詳細は後述する。

　走行パワー指令演算部１４３では、エンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}、放電パワー上限P_{wr_Cap_Max}、油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}から、次式を用いて走行パワー上限P_{wr_Drv_Max}を演算する。

　または、発電パワー推定値P_{wr_Gen}、放電パワー上限P_{wr_Cap_Max}から、次式を用いて走行パワー上限P_{wr_Drv_Max}を演算してもよい。

　ここで、エンジン１の出力パワー（エンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}）から油圧ポンプ９の消費パワー（油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}）を差し引いたパワーが発電パワー（発電パワー推定値P_{wr_Gen}）として使われるため、上記の２式は等価であり、エンジン１の出力パワーは発電電動機５（走行電動機７）での消費よりも油圧ポンプ９での消費が優先される。次に走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}、走行パワー上限P_{wr_Drv_Max}から、次式を用いて走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}を演算する。すなわち、走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}及び走行パワー上限P_{wr_Drv_Max}のうち小さい方が走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}となる。算出された走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}は走行電動機・ブレーキ制御部１８０に出力される。

　発電パワー指令演算部１４４では、走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}、充放電要求パワーP_{wr_Cap_Req}から、次式を用いて発電パワー指令P_{wr_Gen_Ref}を演算する。ただし、次式において、充放電要求パワーP_{wr_Cap_Req}は正が放電、負が充電を表す。

　エンジンパワー指令演算部１４５では、発電パワー指令P_{wr_Gen_Ref}、油圧要求パワーP_{wr_Pmp_Req}から、次式を用いてエンジンパワー指令P_{wr_Eng_Ref}を演算する。

　油圧パワー指令演算部１４２で行う演算の詳細を、図８に示すフローチャートを使って説明する。

　ステップ１４２１では走行力行判定を行う。ステップ１４２１において、走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}（上記（３）式参照）が、正の値であれば走行力行中であると判定しステップ１４２２へ進み、負の値であれば走行力行中でないと判定しステップ１４２４へ進む。

　ステップ１４２２では、走行電動機７の実際のパワー（走行パワー）の下限値である走行パワー下限P_{wr_Drv_Min}を演算する。本実施の形態では、走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}、走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}から、次式を用いて走行パワー下限P_{wr_Drv_Min}を演算している。すなわち、本実施の形態では、１制御周期前の走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}から走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}を差し引いた値と、走行要求パワーP_{wr_Drv_Req}とを比較し、小さい方の値を走行パワー下限P_{wr_Drv_Min}としている。ただし、走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}は、１制御周期前に走行パワー指令演算部１４３で演算された値であり、dP_{wr_Drv_Dwn}は、１制御周期の間に走行パワー指令が減少する値（走行パワー変化量制限値）を示す。この走行パワー変化量制限値は、走行パワーの減少速度に設定された制限値（走行パワー変化速度制限値（Ｖｍ））に単位制御周期を乗じて得られる値（すなわち、走行パワー変化量制限値＝走行パワー変化速度制限値×単位制御周期時間）であり、走行中のレバー操作に起因した車両減速時にオペレータが違和感を憶えないような値に設定されている。

　したがって、本実施の形態における走行パワー下限P_{wr_Drv_Min}は、走行要求パワーが大きく減少した場合を除いて、１制御周期前の走行パワー指令よりも走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}分だけ減少する。すなわち、走行パワー下限P_{wr_Drv_Min}は、１制御周期ごとに走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}だけ減少する。走行パワー下限P_{wr_Drv_Min}の算出が完了したらステップ１４２３に進む。

　ステップ１４２３では発電パワー下限P_{wr_Gen_Min}を演算する。本実施の形態では、走行パワー下限P_{wr_Drv_Min}、放電パワー上限P_{wr_Cap_Max}から、次式を用いて発電パワー下限P_{wr_Gen_Min}を演算している。発電パワー下限P_{wr_Gen_Min}の算出が完了したらステップ１４２４に進む。

　ステップ１４２４では、油圧ポンプ９の実際のパワー（油圧パワー）の上限値である油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}を演算する。本実施の形態では、エンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}、発電パワー下限P_{wr_Gen_Min}から、次式を用いて油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}を演算している。すなわち、エンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}から発電パワー下限P_{wr_Gen_Min}を減じたものを油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}としている。油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}の算出が完了したらステップ１４２５に進む。

　ただし、上記（１８）式において、走行力行中でない場合（すなわち、ステップ１４２１から直接ステップ１４２４に進んだ場合）は、発電パワー下限P_{wr_Gen_Min}は算出されないので、発電パワー下限P_{wr_Gen_Min}を０として演算する。

　ステップ１４２５では油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}を演算する。本実施の形態では、油圧要求パワーP_{wr_Pmp_Req}、油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}を用いて、次式から油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}を演算している。すなわち、油圧要求パワーP_{wr_Pmp_Req}及び油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}のうち小さい方が油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}として選択される。

　ここで、走行要求パワーが十分大きい値であると仮定して上記（１６）式から（１８）式を次式のようにまとめると、エンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}と放電パワー上限P_{wr_Cap_Max}の合計値から、１制御周期前の走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}を引いて、さらに走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}を足し合わせることで、油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}を演算していることが分かる。

　すなわち、このときの油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}（すなわち油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}（（１９）式参照））は、１制御周期ごとに走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}の分だけ増加する。一方、走行パワー指令P_{wr_Drv_Ref}（すなわち走行パワー上限P_{wr_Drv_Max}（（１３）式参照））には、上記（１１）式から、エンジン最大パワー推定値P_{wr_Eng_Max}と放電パワー上限P_{wr_Cap_Max}の合計値から油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}を減じた値が割り当てられることになるので、１制御周期ごとに走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}の分だけ減少することになる。

　以上のことから、本実施の形態によれば、走行力行中にレバー操作（油圧シリンダ１３，１４を駆動することによる作業）が行われた場合であっても、走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}を調節して、油圧パワーを徐々に増加させつつ走行パワーを徐々に減少させることで、オペレータに違和感を与えないようにすることができる。なお、このとき、走行パワー変化量制限値はトルコン車（従来車）で同様の操作が行われた場合の走行パワーの変化量と一致させることが望ましい。このように油圧パワーと走行パワーを制御することで、オペレータが意図しない走行パワーの急激な減少を回避できる。また、キャパシタ３の蓄電電圧が高い場合は、放電パワー上限が大きくなるため、可能な限り早く油圧パワーを立ち上げることができる。

　次に本実施の形態に係る作業車両の動作を図９Ａ及び図９Ｂを使って説明する。図９（ａ）は走行パワーの変化速度（減少速度）を考慮しない（本発明を適用しない）場合の例（比較例）であり、図９Ｂは走行パワーの変化速度を考慮した（本発明を適用した）場合の例である。なお、説明を簡略化するため、走行要求パワー、放電パワー上限、エンジンパワー増加速度の最大値（Ｖｅ）を一定として説明する。

　まず、図９Ａの場合について説明する。走行力行中の時刻T₁において、オペレータのレバー操作により油圧要求パワー（油圧パワー）がステップ状に急激に増加して、エンジンパワー指令が増加し、油圧要求パワーと走行要求パワーの合計値がエンジン最大パワー推定値と放電パワー上限の合計値よりも大きくなったものとする。この場合、エンジンパワーは徐々にしか増加しないため、キャパシタ放電（放電パワー）によるアシスト（図９Ａの「キャパシタパワー」に相当）があるものの、エンジンパワー及び放電パワーは優先的に油圧パワーに利用されるため、走行パワーが急激に減少してしまう。T₁以後は、エンジンパワーの増加に応じて走行パワーも徐々に回復する。時刻T₂でエンジンパワーが最大パワー（エンジンパワー指令値）に達したところで走行パワーが一定となる。時刻T₃でオペレータによるレバー操作が終了して油圧要求パワーが減少して油圧パワーが減少すると、走行パワーが急激に増加して走行要求パワーに一致する。

　次に図９Ｂの場合について説明する。オペレータのレバー操作により時刻T₁において油圧要求パワーがステップ状に増加すると、これに応じて図９Ａの場合と同様にエンジンパワー指令が増加する。しかし、本実施の形態では、油圧パワーの増加に対して、増加開始時からの経過時間の増加に応じて大きさが小さくなる制限がかけられているため、実際の油圧パワーは要求時の値から時間経過とともに油圧要求パワーに向かって徐々に増加する。具体的には、時刻T₁からT₁'にかけての油圧パワーの傾きの大きさは、エンジンパワーの増加速度の最大値Ｖｅと走行パワー変化速度制限値Ｖｍの合計値と一致しており、その間、油圧パワーは徐々に増加する。一方、時刻T₁からT₁'において油圧パワーに制限がかけられている間、実際の走行パワーは要求時の値から徐々に減少する。このときの走行パワーの傾きの大きさは、走行パワー変化速度制限値Ｖｍに一致する。したがって、本実施の形態によれば、走行中のレバー操作に伴う走行パワーの急激な減少を回避できるので、このような場合におけるオペレータの乗り心地悪化を抑制することができる。

　その後、油圧パワーが増加して時刻Ｔ１’で油圧要求パワーに一致すると、時刻T₁から減少していた走行パワーが徐々に回復し始める。時刻T₂でエンジンパワーが最大パワーに達すると走行パワーが一定となる。時刻T₃で油圧要求パワーが減少して油圧パワーが減少すると、走行パワーが増加して走行要求パワーに一致する。

　また、本実施の形態では、式（２０）に示したように油圧パワー指令P_{wr_Pmp_Ref}（油圧パワー上限P_{wr_Pmp_Max}）に放電パワー上限P_{wr_Cap_Max}が加算されており、当該放電パワー上限分だけ油圧パワーが早く増加するため、油圧パワーの応答を可能な限り早くすることができる。

　なお、油圧要求パワーが急減する時刻T₃では、図９Ａに示したように走行パワーが急増してオペレータの乗り心地に悪影響を与えるおそれがある。そのため、本実施の形態では、既に述べた走行パワーの減少時と同様に、走行パワーの増加時にも上限値を設定している。そのため、図９Ｂに示すように、時刻T₃以後は走行要求パワーに達するまで走行パワーを徐々に増加させることができる。なお、油圧パワーの減少速度に制限値をかけることで、走行パワーの増加速度に制限をかけても良いことはいうまでもない。

　上記の実施の形態では、エンジンパワー増加速度最大値（Ｖｅ）と走行パワー変化速度制限値（Ｖｍ）の合計値の速度で油圧パワーを増加する場合について説明したが、当該合計値以下の速度で油圧パワーを増加しても良い。また同様に、上記では走行パワー変化速度制限値（Ｖｍ）の速度で走行パワーを減少する場合について説明したが、当該制限値以下の速度で走行パワーを減少させても良い。

　また、本実施の形態では、制御を簡素にする観点から、１制御周期ごとに設定値（走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}）の分だけ油圧パワー指令を増加するとともに、当該設定値の分だけ走行パワー指令を減少する制御を利用したが、油圧パワー指令の増加及び走行パワー指令の減少に際して、他の所定の制限をかけても良い。この種の他の制限のかけ方としては、油圧パワーの増加開始時からの経過時間に応じて走行パワー変化量制限値の大きさを定義するものや、油圧要求パワーと実際のパワーの偏差に応じて走行パワー変化量制限値の大きさを定義するものがある。

　さらに、本実施の形態では、油圧パワー指令の増加と走行パワー指令の減少に同一の設定値（走行パワー変化量制限値dP_{wr_Drv_Dwn}）を利用しているため、「油圧パワー指令の増加分の大きさ」は「走行パワー指令の減少分の大きさ」に等しい。しかし、「油圧パワー指令の増加分の大きさ」よりも「走行パワーの減少分の大きさ」が小さければ、パワー収支のバランスが保持されるので、本実施の形態と同様に乗り心地の悪化抑制効果を発揮できる。すなわち、走行パワー指令の減少分の大きさは、油圧パワー指令の増加分の大きさ以下であれば良い。

　また、上記の実施の形態では、蓄電装置としてキャパシタ３を適用した例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、蓄電装置としてバッテリなどを適用してもよい。

　１…エンジン、２…エンジンコントローラ、３…キャパシタ（蓄電装置）、４…コンバータ、５…発電電動機、６…発電インバータ、７…走行電動機、８…走行インバータ、９…メインポンプ（油圧ポンプ）、１００…メインコントローラ（制御装置）

Claims

　エンジンと、当該エンジンに機械的に接続された油圧ポンプと、前記エンジンに機械的に接続された発電電動機と、当該発電電動機に電気的に接続された走行電動機と、前記発電電動機及び前記走行電動機に電気的に接続された蓄電装置と、前記油圧ポンプ及び前記走行電動機のパワーを制御する制御手段とを備えた作業車両であって、
　前記制御手段は、
　前記油圧ポンプが要求する油圧要求パワー、及び前記走行電動機が要求する走行要求パワーを演算し、
　当該油圧要求パワーと当該走行要求パワーの合計値が、前記エンジンが出力可能なエンジンパワーと前記蓄電装置が放電可能な放電パワーの合計よりも大きいとき、
　前記油圧ポンプの実際のパワーを要求時の値から前記油圧要求パワーに向かって所定の制限をかけながら増加させるとともに、前記油圧ポンプのパワーに当該所定の制限をかける間、当該所定の制限の大きさ以下の値だけ前記走行電動機の実際のパワーを要求時の値から減少させることを特徴とする作業車両。
　請求項１に記載の作業車両において、
　前記制御手段は、
　前記油圧要求パワーと前記走行要求パワーの合計値が、前記エンジンパワーと前記放電パワーの合計よりも大きいとき、
　前記エンジンのパワーの増加速度の最大値（Ｖｅ）と前記走行電動機のパワーの減少速度に設定された制限値（Ｖｍ）との合計値（Ｖｅ＋Ｖｍ）以下の速度で前記油圧ポンプの実際のパワーを要求時の値から前記油圧要求パワーに向かって増加させるとともに、
　前記制限値（Ｖｍ）以下の速度で前記走行電動機の実際のパワーを要求時の値から減少させることを特徴とする作業車両。
　請求項１又は２に記載の作業車両において、
　前記所定の制限の大きさは、前記油圧ポンプのパワー増加開始時からの経過時間の増加に応じて減少することを特徴とする作業車両。
　請求項２に記載の作業車両において、
　前記エンジンパワーは、前記エンジンが出力可能なエンジン最大パワーであり、
　前記放電パワーは、前記蓄電装置が放電可能な放電パワー上限であり、
　前記エンジン最大パワー及び前記放電パワー上限は、前記制御手段によって算出されることを特徴とする作業車両。
　請求項４に記載の作業車両において、
　前記走行電動機の回転数を取得するための回転数取得手段と、
　前記油圧ポンプの吐出圧を取得するための圧力取得手段とをさらに備え、
　前記油圧ポンプは可変容量型ポンプであり、
　前記制御手段は、
　前記油圧要求パワーと前記走行要求パワーの合計値が、前記エンジン最大パワーと前記放電パワー上限の合計よりも大きいとき、
　前記エンジン最大パワーと前記放電パワー上限の合計値から、１制御周期前に演算された前記走行電動機のパワー指令を差し引き、さらに、前記制限値を足し合わせることで前記油圧ポンプの油圧パワー上限を算出し、前記油圧ポンプの実際のパワーが当該油圧パワー上限以下に保持されるように、前記吐出圧が高いほど前記油圧ポンプの容量を小さく制御するとともに、
　前記エンジン最大パワーと前記放電パワー上限の合計値から前記油圧ポンプの実際のパワーを差し引いて前記走行電動機の走行パワー上限を算出し、前記走行電動機の実際のパワーが当該走行パワー上限以下に保持されるように、前記回転数が高いほど前記走行電動機のトルクを小さく制御することを特徴とする作業車両。