WO2020032225A1 - 作業車両 - Google Patents

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WO2020032225A1
WO2020032225A1 PCT/JP2019/031544 JP2019031544W WO2020032225A1 WO 2020032225 A1 WO2020032225 A1 WO 2020032225A1 JP 2019031544 W JP2019031544 W JP 2019031544W WO 2020032225 A1 WO2020032225 A1 WO 2020032225A1
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WO
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bus
voltage
work vehicle
electric motor
torque command
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PCT/JP2019/031544
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金子　悟
昭範 神谷
徳孝 伊藤
浩志 歌代
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日立建機株式会社
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    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a work vehicle that travels while loading a load on a work device.
  • Patent Document 1 discloses a case in which a traveling portion of a dump truck is electrified.
  • a diesel engine drives an AC generator, and the generated electric power drives a traveling electric motor to generate torque to drive the vehicle.
  • a traveling drive system is disclosed. Further, in this prior art, the battery is not connected to the DC bus between the inverter of the AC generator and the inverter of the traveling electric motor.
  • Patent Document 2 discloses that, in a control device for a vehicle-mounted rotating machine, the amount of change in power of a first motor generator (AC generator) and the amount of change in power of a second motor generator (traveling electric motor) are mutually balanced. It is described that a mutual torque correction process for correcting the first command torque and the second command torque in the direction in which the first command torque and the second command torque are performed. Further, in this prior art, a battery is connected in parallel to a DC bus portion between the inverter of the first motor generator and the inverter for the second motor generator (the battery may be connected via a converter). Thus, it is possible to suppress a large amount of power received by the battery at the time of a sudden change in load, and to prevent deterioration of the battery.
  • AC generator AC generator
  • a second motor generator traveling electric motor
  • an object of the present invention is to provide an electric drive system in which a battery is not connected to a DC bus, even when the load of the traveling electric motor suddenly increases, the DC bus voltage falls to or below the operating voltage of the inverter. It is an object of the present invention to provide a work vehicle that can avoid stopping the operation of the work vehicle.
  • the present invention provides an engine, a hydraulic pump driven by the engine, a hydraulic cylinder driven by pressurized oil discharged from the hydraulic pump, and an expansion and contraction operation of the hydraulic cylinder.
  • a working device to be moved a motor generator rotated by the engine to generate electric power, a first inverter controlling the motor generator, a traveling electric motor driven by electric power generated by the motor generator, and the first inverter
  • a working vehicle connected to a DC bus and controlling the output torque of the traveling electric motor, and a controller for controlling the voltage of the DC bus, wherein the controller comprises: When the voltage of the DC bus drops below a first threshold with increasing load, A configuration for reducing the output torque of the serial driving electric motor.
  • the DC bus voltage decreases to the operating voltage of the inverter or lower, and the operation of the inverter operates. Can be prevented from stopping.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an appearance of a wheel loader that is an example of a work vehicle according to the present invention. It is a figure which shows the driving
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a driving system of a traveling device of a conventional wheel loader as a comparative example.
  • 1 is a diagram illustrating a configuration of a drive system of a traveling device according to the present embodiment. 3 shows a control block of DC bus voltage control performed by an M / G inverter. It is a figure showing the outline of the V character excavation operation which is the basic operation of the wheel loader.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a modification of the torque command gain generation unit of the DC bus voltage drop prevention device.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another modification of the torque command gain generation unit of the DC bus voltage drop prevention device.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating still another modification of the torque command gain generation unit of the DC bus voltage drop prevention device.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a further modified example of the torque command gain generation unit of the DC bus voltage drop prevention device.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a further modified example of the torque command gain generation unit of the DC bus voltage drop prevention device.
  • FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a wheel loader which is an example of a work vehicle according to the present invention.
  • the wheel loader includes a vehicle body 51 and a working device 52 attached to a front portion of the vehicle body 51 so as to be vertically swingable.
  • the vehicle body 51 includes a traveling device 54 including a front wheel (tire) 53a and a rear wheel (tire) 53b, a driver's cab 55, an engine room 56, and the like.
  • the working device 52 has a pair of left and right lift arms 58 and a bucket 59.
  • the pair of left and right lift arms 58 are attached to the front of the vehicle body 51 so as to be rotatable in the vertical direction. Is mounted so as to be rotatable vertically.
  • a pair of left and right lift arm cylinders 60 is mounted between the pair of left and right lift arms 58 and the vehicle body 51, and the lift arm cylinders 60 are driven by pressurized oil from the hydraulic pump 4 (see FIG. 2). It is driven vertically with respect to the vehicle body 51.
  • the bucket 59 is linked to a bucket cylinder 61 attached to the vehicle body 51 via a bell crank 62.
  • the bell crank 62 rotates by the expansion and contraction of the bucket cylinder 61, and the direction of the bucket 59 moves up and down.
  • the bucket cylinder 61 is driven by pressure oil from the hydraulic pump 4 (see FIG. 2).
  • FIG. 2 is a diagram showing a traveling device 54 of the wheel loader, a driving system of the working device 52, and a driving system of the traveling device 54.
  • a traveling device 54 includes a front wheel (tire) 53a and a rear wheel (tire) 53b, a front wheel propeller shaft 8a that transmits rotational power to the front wheel 53a via a differential gear, and a rear wheel via a differential gear. And a rear wheel propeller shaft 8b for transmitting rotational power to the shaft 53b.
  • reference numeral 100 denotes a drive system of the working device 52
  • reference numeral 110 denotes a drive system of the traveling device 54.
  • the drive system 100 of the working device 52 includes the hydraulic pump 4 driven by the engine 1, the lift arm cylinder 60 and the bucket cylinder 61 described above, the steering cylinder 64, and the lift arm cylinder 60, the bucket cylinder 61 and the hydraulic pump 4.
  • the drive system 110 of the traveling device 54 includes an M / G (motor generator) 6 that is connected to the output shaft of the engine 1, is directly connected to the rotation shaft of the engine 1, and is rotated by the engine 1 to generate power, and the M / G 6.
  • An M / G inverter 7 (first inverter) to be controlled; a traveling electric motor 9 driven by electric power from an M / G (motor generator) 6 to rotationally drive the propeller shafts 8a and 8b of the traveling device 54;
  • a drive motor inverter 10 (second inverter) connected to the / G inverter 7 via a DC bus (DC bus) 130 for controlling the drive electric motor 9 and a vehicle control device 15 for controlling the entire system as a whole.
  • DC bus DC bus
  • the drive system 100 of the working device 52 is configured as a hydraulic drive system, and the working device 52 is hydraulically driven by the engine 1.
  • the drive system 110 of the traveling device 54 is configured as an electric drive system, and the traveling device 54 is electrically driven by the engine 1.
  • Engine 1, which is a common drive source, is a diesel engine.
  • the drive system 110 of the traveling device 54 includes an accelerator sensor 140a that detects an operation amount of the accelerator pedal 140 and generates an accelerator signal, and a brake sensor 142a that detects an operation amount of the brake pedal 142 and generates a brake signal.
  • An FNR position sensor 144a for detecting an operating position of a forward / reverse (FNR) lever 144 to generate a forward / reverse lever signal (FNR signal); and detecting a rotational speed (vehicle speed) of the traveling electric motor 9 to detect a vehicle speed signal.
  • an acceleration signal, a brake signal, an FNR signal, and a vehicle speed signal are input to the vehicle control device 15.
  • the vehicle controller 15 receives a DC bus voltage Vdc signal as an internal signal from the M / G inverter 7 through CAN communication (see FIG. 4).
  • the vehicle control device 15 performs predetermined arithmetic processing based on those signals, and controls the drive system 110 in an integrated manner.
  • FIG. 3 is a diagram showing a driving system of a traveling device of a conventional wheel loader as a comparative example, and the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
  • a driving system of a conventional traveling device connects a torque converter (torque converter) 2 and a transmission (T / M) 3 to an engine 1 and transfers the power of the engine 1 to a torque converter (torque converter) 2 and a transmission (T / M).
  • the vehicle travels by transmitting to the front wheel 53a and the rear wheel 53b via 3). Further, by driving the lift arm cylinder 60 and the bucket cylinder 61 with the pressure oil from the hydraulic pump 4, the lift arm 58 and the bucket 59 are driven to excavate and transport earth and sand.
  • the traveling operation of the vehicle is performed by driving the traveling electric motor 9 using the electric power generated by the M / G 6 by the power of the engine 1.
  • the drive system targeted in the present embodiment is characterized in that it does not include a power storage device such as a battery or an electric double-layer capacitor connected to the M / G 6.
  • the voltage of 130 is controlled (described later).
  • the power transmission efficiency of the torque converter 2 is inferior to the power transmission efficiency of the electric drive.
  • the power transmission efficiency from the engine 1 can be improved by electrifying the drive system 110 of the traveling device as shown in FIG.
  • the running operation of starting and stopping is frequently repeated, so that when the running device is electrified, recovery of regenerative power during braking from the running electric motor 9 can be expected. Fuel consumption can be reduced.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the drive system 110 of the traveling device 54 in the present embodiment.
  • the M / G 6 is rotationally driven by the diesel engine 1 to generate power. Further, the electric power is used to generate torque in the traveling electric motor 9 to rotate the propeller shafts 8a and 8b.
  • FIG. 5 shows a control block of the voltage control of the DC bus 130 performed by the inverter 7 of the M / G 6.
  • feedback control of the voltage Vdc of the DC bus 130 is performed by the M / G inverter 7.
  • the method of controlling the voltage Vdc of the DC bus 130 is not particularly limited. In the present embodiment, a general feedback control configuration is described.
  • the M / G inverter 7 first calculates the difference between the bus voltage command Vdc * input from the vehicle control device 15 and the detected value of the bus voltage Vdc obtained by the voltage sensor 135 by the differentiator 7a.
  • the (deviation) is input to a controller 7b configured by a proportional integral calculation or the like, and a current command Ig * of the M / G 6 is calculated.
  • the detected value Ig of the output current of the M / G 6 is fed back to the current command Ig *, and the difference between the current command Ig * and the detected value Ig is calculated by the differentiator 7c.
  • a controller 7d constituted by a proportional integral calculation or the like, and finally, an inverter voltage command Vinvg * of the M / G 6 is calculated.
  • the M / G inverter 7 performs switching based on the voltage command Vinvg *, and controls the charge amount Pg of the smoothing capacitor 11.
  • the inverter 7 of the M / G 6 that performs power generation controls the voltage Vdc of the DC bus 130 to be a predetermined voltage value (bus voltage command Vdc *), thereby being consumed by the traveling electric motor 9.
  • the generated power of the M / G 6 can be accurately output with respect to the load power.
  • control gain is set so that the response characteristics are as high as possible.
  • the control gain is set so that the response of the current control system of the M / G 6 as the inner loop is several times larger than the response of the voltage control system of the DC bus 130 of the outer loop.
  • the voltage control system of the DC bus 130 By constructing the voltage control system of the DC bus 130 as described above, it is possible to accurately output the power generated by the M / G 6 with respect to the load power required for driving the vehicle, which is exerted by the traveling electric motor 9. become.
  • the response of the voltage control of the DC bus 130 by the M / G inverter 7 described above has a large time constant with respect to the load variation of the traveling electric motor 9, for example, the generated power Pg of the M / G 6 Therefore, a difference occurs between the load powers Pm of the traveling electric motors 9, and as a result, the voltage Vdc of the DC bus 130 may fluctuate greatly.
  • the most typical basic operation of a wheel loader is a V-shaped excavation operation.
  • the outline of this V-shaped excavation work is shown in FIG.
  • the wheel loader first moves forward with respect to an excavation target such as a gravel pile, and loads a conveyed object such as gravel into a bucket 59 in such a manner as to plunge into the excavation target.
  • the vehicle moves backward to return to the original position, and moves forward toward a transport vehicle such as a dump truck while operating the steering wheel and raising the front bucket portion.
  • a transport vehicle such as a dump truck
  • the vehicle moves backward again, and the vehicle returns to the original position.
  • the vehicle repeats this work while drawing a V-shaped trajectory as described above.
  • the wheel loader performs an operation in which the operator depresses the accelerator pedal 140 and thrusts into an excavation target such as earth and sand when loading a load into the bucket 59. Further, in order to load more cargo into the bucket 59, the bucket 59 is pushed into the earth and sand while depressing the accelerator pedal 140 to generate the tractive force of the vehicle (output torque of the traveling electric motor 9). At this time, if the bucket 59 is pushed too much, the tire may slip due to the excess torque. While this slip phenomenon is an extra operation, the tire accelerates momentarily while the operator depresses the accelerator pedal 140, so that the output of the traveling electric motor 9 sharply increases.
  • the second operation in which the voltage Vdc of the DC bus 130 may be significantly reduced is a modulation operation.
  • the modulation operation refers to an operation in which the vehicle moves backward with the load loaded in the bucket 59 in the above-described V-shaped excavation operation, and then moves forward again when loading into the dump truck.
  • the operator normally switches the forward / backward (FNR) lever 144 from R (reverse) to F (forward) while depressing the accelerator pedal 140. Therefore, when the vehicle moves forward after moving backward (when switching back and forth between forward and backward), the regenerative operation is performed because the traveling electric motor 9 is in the braking state during the reverse movement. Thereafter, when shifting to the forward movement, the power required for starting the vehicle is rapidly required. At this time, a case where the voltage Vdc of the DC bus 130 is greatly reduced may be considered.
  • the M / G inverter 7 performs the feedback control of the voltage Vdc of the DC bus 130 as described above.
  • the M / G 6 is operated so as to converge to (bus voltage command Vdc *).
  • such a feedback control system can be designed so that the response speed to a command is on the order of several milliseconds, but the response to a load change is one or two orders of magnitude slower than the command value response time constant. Show. Therefore, when the slip at the time of the excavation operation or the sudden start at the time of the modulation operation as described above occurs (when the load of the traveling electric motor 9 fluctuates), the load power Pm is the power generated by the M / G 6.
  • the case where the voltage Vdc of the DC bus 130 is greatly reduced with an increase in the load of the traveling electric motor 9 is limited to the above two cases (slip during excavation operation and sudden start during modulation operation). I can't.
  • the voltage Vdc of the DC bus 130 decreases with a decrease in the power generation amount of the M / G 6, so that the accelerator pedal is released from such a state.
  • the voltage Vdc of the DC bus 130 may drop significantly due to a response delay of the power generation operation of the M / G 6.
  • the drive system 110 is capable of changing the torque at the highest speed among the drive systems 110 shown in FIG. It detects a sudden change in load and operates to avoid a voltage drop in the DC bus 130 due to insufficient power generation. Therefore, the drive system 110 further includes a controller 16 for controlling the voltage of the DC bus.
  • the vehicle control device 15 also serves as the controller 16, and the controller 16 causes the voltage of the DC bus 130 to exceed the first threshold V1 (described later) with an increase in the load on the traveling electric motor 9. In the case of a decrease, it functions as a DC bus voltage drop prevention device that reduces the output torque of the traveling electric motor 9.
  • the controller 16 is also configured as the vehicle control device 15, but an independent controller 16 may be provided. Further, the controller of the M / G inverter 7 or the traveling motor inverter 10 may be used as the controller 16.
  • the DC bus voltage drop prevention device is denoted by reference numeral 16 and further described.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the DC bus voltage drop prevention device 16
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the DC bus voltage drop prevention device 16. The configuration and operation of the DC bus voltage drop prevention device 16 will be described below with reference to FIGS.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 has a traveling motor torque command generation unit 16a, a torque command gain generation unit 16b, and a traveling motor torque command correction unit (multiplier) 16c. .
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 receives an accelerator signal, a brake signal, an FNR signal, and a vehicle speed signal (S99), and calculates a torque command of the traveling electric motor 9 in the traveling motor torque command generation unit 16a (S99). S100).
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 corrects the torque command according to a change in the voltage Vdc of the DC bus 130. That is, the DC bus voltage drop prevention device 16 receives the voltage Vdc signal of the DC bus 130 (S101), and the torque command gain generation unit 16b calculates the torque command gain according to the magnitude of the voltage Vdc of the DC bus 130.
  • the traveling motor torque command correction unit 16c corrects the torque command of the traveling electric motor 9 by multiplying the torque command of the traveling electric motor 9 by the torque command gain, and corrects the corrected torque of the traveling electric motor 9 (S102 to S106).
  • the command is output to the traveling motor inverter 10 (S107).
  • the controller 16 controls the engine based on an accelerator signal of an accelerator sensor 140a for detecting an operation amount of an accelerator pedal 140 or a torque command of the traveling electric motor 9 generated by the traveling motor torque command correction unit 16c. 1, the control unit of the engine 1 controls the rotation speed and the torque of the engine 1 based on the target rotation speed.
  • the torque command gain generator 16b has a command gain characteristic as shown in the frame of the torque command gain generator 16b.
  • the horizontal axis of this characteristic is the voltage Vdc of the DC bus 130, and the vertical axis is the torque command gain.
  • the generated torque command gain is 1 (no reduction in the torque command gain), and the voltage Vdc of the DC bus 130 becomes the first threshold value V1.
  • the torque command gain characteristic is set so that the torque command gain becomes zero.
  • the torque command gain generation unit 16b when the determination unit in S102 determines that the magnitude of the voltage Vdc of the DC bus 130 is larger than the first threshold value V1, the torque command gain generation unit 16b generates a torque command gain 1 in S103. (No reduction in torque command gain). At this time, the traveling motor torque command correction unit 16c multiplies the torque command of the traveling electric motor 9 from the traveling motor torque command generation unit 16a by the torque command gain in S107, but since the torque command gain is 1, Is the same as before the processing.
  • the torque command gain generating unit 16b determines in S105 that the DC bus 130
  • the traveling motor torque command correction unit 16c generates a torque command gain smaller than 1 according to the magnitude of the voltage Vdc of 130 (reduces the torque command gain).
  • the torque command of the traveling electric motor 9 is multiplied by a gain smaller than 1 and the torque command of the traveling electric motor 9 is corrected so as to decrease as the voltage Vdc of the DC bus 130 decreases.
  • the torque command gain generating unit 16b determines that the voltage Vdc of the DC bus 130 has dropped below the second threshold value V2 in the determination unit of S104, the torque command gain is set to zero in S106, In S107, the motor torque command correction unit 16c multiplies the torque command of the traveling electric motor 9 from the traveling motor torque command generation unit 16a by zero, and sets the corrected torque command to zero.
  • the first threshold value V1 is, for example, a value stored and set in advance in a memory of the controller 16, and is higher than the second threshold value V2 and lower than a voltage used during traveling of the wheel loader. This is the lowest voltage value at which the traveling motor inverter 10 can output power according to the command value.
  • the second threshold value V2 is, for example, a value previously stored in a memory of the controller 16 and set to a value higher than the voltage V0 of the DC bus 130 at which the operation of the traveling motor inverter 10 stops.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 reduces the output torque of the traveling electric motor 9 when the voltage of the DC bus 130 drops below the first threshold value V1.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 reduces the output torque of the traveling electric motor 9 according to the amount of decrease in the voltage of the DC bus 130 when the voltage of the DC bus 130 falls below the first threshold V1. Let it.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 reduces the output torque of the traveling electric motor 9 to zero when the voltage of the DC bus 130 drops below the second threshold V2 lower than the first threshold V1. Let it.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 reduces the output torque of the traveling electric motor 9 when the voltage of the DC bus 130 drops below the first threshold V1. Control. For this reason, even when the load of the traveling electric motor 9 suddenly increases, the voltage of the DC bus 130 drops below the operating voltage of the traveling motor inverter 10, thereby preventing the operation of the traveling motor inverter 10 from stopping. be able to. This makes it possible to continue the excavation work or the modulation operation without stopping the traveling electric motor 9 when the load on the traveling electric motor 9 suddenly increases.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 reduces the output torque of the traveling electric motor 9 according to the amount of decrease in the voltage of the DC bus 130 when the voltage of the DC bus 130 falls below the first threshold V1. Therefore, the output torque of the traveling electric motor 9 can be smoothly reduced.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 reduces the output torque of the traveling electric motor 9 to zero when the voltage of the DC bus 130 drops below the second threshold V2 lower than the first threshold V1. Therefore, the voltage Vdc of the DC bus 130 can be quickly restored.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a drive system of a traveling device in a work vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • the drive system 210 of the traveling device of the present embodiment includes the discharge resistor 12 connected between the PNs of the DC bus 130.
  • FIGS. 10, 11, 12, and 13 are diagrams showing a modification of the torque command gain generation unit 16b of the DC bus voltage drop prevention device 16 shown in FIG. 7 as another embodiment.
  • the torque command gain generation unit 16b sets the torque command gain characteristic such that the torque command of the traveling electric motor 9 becomes zero when the voltage of the DC bus 130 falls below the second threshold value V2.
  • the torque command of the traveling electric motor 9 does not need to be strictly zero.
  • the torque command gain generation unit 16b1 when the voltage Vdc of the DC bus 130 falls below the second threshold V2, the wheel loader maintains a stopped state on level ground.
  • the characteristic of the torque command gain may be set to a value within a range (a small value that does not start moving on a flat ground).
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 reduces the output torque of the traveling electric motor 9 to the wheel loader (operation (Vehicle) is controlled to decrease to a value within a range of a size that maintains a stopped state on level ground. Even in the case of such control, the output torque of the traveling electric motor 9 has a small value close to zero, so that the voltage Vdc of the DC bus 130 can be quickly returned.
  • torque command gain generating section 16b reduces the torque command gain as voltage Vdc of DC bus 130 decreases.
  • the torque command gain generating section 16b2 sets the output of the traveling electric motor 9 when the voltage Vdc of the DC bus 130 decreases to the first threshold value V1, as shown in FIG.
  • the characteristic of the torque command gain may be set so that the torque becomes zero.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 reduces the output torque of the traveling electric motor 9 to zero when the voltage of the DC bus 130 decreases to the first threshold value V1.
  • the characteristic of the torque command gain may be set so that the loader has a value within a range in which the loader maintains a stopped state on level ground.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of the torque command gain generation unit 16b4 in such a case.
  • a torque command gain generator 16b4 includes a torque command gain generator 16b shown in FIG. 7 and a torque command gain generator 16b2 shown in FIG. 11, and includes a DC bus voltage Vdc change rate calculator 16d. It includes a DC bus voltage Vdc change rate determination unit 16e and a switch 16f.
  • the DC bus voltage Vdc change rate calculation unit 16d calculates the change rate of the voltage Vdc of the DC bus 130, and the DC bus voltage Vdc change rate determination unit 15e determines whether the change rate of the voltage Vdc is larger than a preset value. I do. Further, when the change rate of the voltage Vdc is equal to or less than a preset value, the DC bus voltage Vdc change rate determination unit 16e holds the switch 16f at the connection position on the upper side in the drawing, and the change rate of the voltage Vdc is preset. When the value is larger than the value, the switch 16f is switched to the lower connection position in the figure.
  • the DC bus voltage Vdc signal is input as a feedback slit to the torque command gain generator 16b, and the torque command gain is generated by the torque command gain generator 16b.
  • the DC bus voltage Vdc signal is input to the torque command gain generator 16b2, and the torque command gain generator 16b2 generates a torque command gain.
  • the DC bus voltage drop prevention device 16 controls the traveling electric motor 9
  • the output torque is reduced in accordance with the decrease amount of the DC bus voltage Vdc, and when the rate of change of the DC bus voltage Vdc is larger than a preset value, the output torque of the traveling electric motor 9 is reduced to zero or the wheel loader is turned to a flat ground. To a value within the range that maintains the stopped state.
  • the output of the traveling electric motor 9 is changed as in the first embodiment.
  • the torque can be reduced according to the amount of decrease in the voltage of the DC bus 130, and the output torque of the traveling electric motor 9 can be smoothly reduced.
  • the degree of change of the voltage Vdc of the DC bus 130 is large (the rate of change is larger than a preset value)
  • the output torque of the traveling electric motor is responsively reduced, and the voltage Vdc of the DC bus 130 is quickly restored. Can be done.
  • the torque command gain generator 16b4 may have the torque command gain generator 16b1 shown in FIG. 10 instead of the torque command gain generator 16b, or may have the torque command gain generator 16b2 shown in FIG. May be provided.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the torque command gain generation unit 16b5 in such a case.
  • the torque command gain generation unit 16b5 determines that the bus voltage Vdc has recovered after the voltage of the DC bus 130 has dropped below the second threshold value V2 and the torque command of the traveling electric motor 9 has been reduced to zero (minimum value).
  • the torque command gain is increased and the torque command gain is restored to a normal torque command value, the torque command gain starts increasing when the voltage of the DC bus 130 increases to a value larger than the second threshold value V2. It has a configuration in which the gain has hysteresis characteristics. Thus, control oscillation due to a measurement error of the bus voltage Vdc is suppressed, and stable motor torque control can be performed.
  • the torque command gain generator 16b shown in FIG. 7 has hysteresis characteristics, but the torque command gain generators shown in FIGS. 10 to 13 have the same hysteresis characteristics. You may have it.

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Abstract

DCバスにバッテリーが接続されていない電気駆動システムにおいて、走行電動モータの負荷が急に増加した場合においても、DCバス電圧がインバータの動作電圧以下に低下し、インバータの動作が停止することを回避することができるようにする。そのために、DCバス電圧低下防止装置は、DCバスの電圧が第１の閾値を超えて低下した場合に、走行電動モータの出力トルクをDCバスの電圧の低下量に応じて減少させ、DCバスの電圧が第１の閾値よりも低い第２の閾値を超えて低下した場合には、走行電動モータの出力トルクをゼロ、又は、作業車両が平地にて停止状態を維持する大きさの範囲内の値に減少させるよう制御する。

Description

作業車両
本発明は、作業装置に積荷を積載して走行する作業車両に関する。
　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、および作業車両においても電動化による高効率化、省エネルギー化が進んでいる。その一例が特許文献１に記載されている。
　特許文献１は、ダンプトラックの走行部分を電動化した場合のものであり、ディーゼルエンジンで交流発電機を駆動し、発電された電力により走行電動モータを駆動してトルクを発生させ、車両を走行させる走行駆動システムを開示している。また、この従来技術では、交流発電機のインバータと走行電動モータのインバータ間のDCバス部分にバッテリーが接続されていない構成とされている。
　また、特許文献２は、車載回転機の制御装置において、第１のモータジェネレータ（交流発電機）のパワーの変化量及び第２のモータジェネレータ（走行電動モータ）のパワーの変化量がお互いにバランスする方向に第１の指令トルク及び第２の指令トルクを補正するトルク相互補正処理を行うことを記載している。また、この従来技術では、第１のモータジェネレータのインバータと第２のモータジェネレータ用のインバータ間のDCバス部分にバッテリーが並列接続されており（バッテリーは変換器を介して接続される場合がある）、これにより負荷急変時に発生するバッテリーへの大きな電力収受を抑制し、バッテリーの劣化を防止することが可能となる。
特開２００７－３１３９９２号公報 特開２０１４－２１０５６９号公報
　特許文献２に記載の従来技術では、第１のモータジェネレータと第２のモータジェネレータ間の相互トルク補正処理が行われるため、バッテリーへの電力収受量は軽減されるものの、DCバス部分の電圧はバッテリーへの電力収受によって管理される。このため、第２のモータジェネレータ（走行電動モータ）の負荷急変時にDCバス電圧がインバータの動作電圧を下回ることが回避され、インバータが機能しなくなり、インバータの動作が停止してしまう事態は発生しない。
　一方、特許文献１に記載のように、DCバスにバッテリーが接続されていない電気駆動システム（本願が対象とするシステム）では、負荷急変時にDCバスの電圧（DCバス電圧）が大きく変動してしまうことが考えられる。例えば、走行電動モータの負荷が増加する場合にはDCバス電圧が低下することが考えられる。このようにDCバス電圧がインバータの動作電圧を下回った場合には、インバータが機能しなくなり、インバータの動作が停止してしまうことが考えられる。
　そこで、本発明の目的は、DCバスにバッテリーが接続されていない電気駆動システムにおいて、走行電動モータの負荷が急に増加した場合においても、DCバス電圧がインバータの動作電圧以下に低下し、インバータの動作が停止することを回避することができる作業車両を提供することにある。
　本発明は上記目的を達成するために、エンジンと、前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧シリンダと、前記油圧シリンダの伸縮動作に伴って動かされる作業装置と、前記エンジンにより回転され発電されるモータジェネレータと、前記モータジェネレータを制御する第１インバータと、前記モータジェネレータにより発電された電力で駆動される走行電動モータと、前記第１インバータにDCバスを介して接続され、前記走行電動モータの出力トルクを制御する第２インバータと、前記DCバスの電圧を制御するコントローラとを備えた作業車両において、前記コントローラは、前記走行電動モータの負荷の増大に伴って前記DCバスの電圧が第１の閾値を超えて低下した場合に、前記走行電動モータの出力トルクを減少させる構成とする。
　このようにDCバスの電圧を制御するコントローラを設け、DCバスの電圧が第１の閾値を超えて低下した場合に走行電動モータの出力トルクを減少させることにより、DCバスにバッテリーが接続されていない電気駆動システムにおいて、走行電動モータの負荷が急に増加した場合においても、DCバス電圧がインバータの動作電圧以下に低下し、インバータの動作が停止することを回避することができる。これにより走行電動モータの負荷が急に増加した場合に走行電動モータを停止させることなく、作業車両による作業を継続することが可能となる。
　本発明によれば、DCバスにバッテリーが接続されていない電気駆動システムにおいて、走行電動モータの負荷が急に増加した場合においても、DCバス電圧がインバータの動作電圧以下に低下し、インバータの動作が停止することを回避することができる。
本発明の作業車両の一例であるホイールローダの外観を示す図である。 ホイールローダの走行装置と、作業装置の駆動システム及び走行装置の駆動システムを示す図である。 比較例として、従来のホイールローダの走行装置の駆動システムを示す図である。 本実施の形態における走行装置の駆動システムの構成を示す図である。 M/G用インバータによって実施するDCバスの電圧制御の制御ブロックを示す。 ホイールローダの基本的動作であるV字掘削動作の概要を示す図である。 本発明の第１実施の形態におけるDCバス電圧低下防止装置の構成を示す図である。 DCバス電圧低下防止装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態の作業車両における走行装置の駆動システムを示す図である。 DCバス電圧低下防止装置のトルク指令ゲイン生成部の変形例を示す図である。 DCバス電圧低下防止装置のトルク指令ゲイン生成部の他の変形例を示す図である。 DCバス電圧低下防止装置のトルク指令ゲイン生成部の更に他の変形例を示す図である。 DCバス電圧低下防止装置のトルク指令ゲイン生成部の更に変形例を示す図である。 DCバス電圧低下防止装置のトルク指令ゲイン生成部の更に変形例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
　＜第１の実施の形態＞
　本発明の第１の実施の形態による作業車両を図１～図８を用いて説明する。
　～構成～
　図１は、本発明の作業車両の一例であるホイールローダの外観を示す図である。
　図１において、ホイールローダは、車体５１と、この車体５１の前部に上下方向に揺動自在に取り付けられた作業装置５２とを備えている。車体５１は、前輪（タイヤ）５３ａ及び後輪（タイヤ）５３ｂを含む走行装置５４と、運転室５５と、エンジン室５６等を備えている。
　作業装置５２は、左右一対のリフトアーム５８とバケット５９を有し、左右一対のリフトアーム５８は車体５１の前部に上下方向に回動可能に取り付けられ、バケット５９はリフトアーム５８の先端部分に上下方向に回動自在に取り付けられている。左右一対のリフトアーム５８と車体５１との間に左右一対のリフトアームシリンダ６０が取り付けられ、リフトアームシリンダ６０は、油圧ポンプ４（図２参照）からの圧油により駆動され、リフトアーム５８を車体５１に対して上下方向に駆動する。バケット５９は、車体５１に取り付けられたバケットシリンダ６１にベルクランク６２を介してリンク結合され、バケットシリンダ６１の伸縮によりベルクランク６２が回動し、バケット５９の向きが上下する。バケットシリンダ６１は油圧ポンプ４（図２参照）からの圧油により駆動される。
　図２は、ホイールローダの走行装置５４と、作業装置５２の駆動システム及び走行装置５４の駆動システムを示す図である。
　図２において、走行装置５４は、上述した前輪（タイヤ）５３ａ及び後輪（タイヤ）５３ｂと、デファレンシャルギヤを介して前輪５３ａに回転動力を伝える前輪プロペラシャフト８ａと、デファレンシャルギヤを介して後輪５３ｂに回転動力を伝達する後輪プロペラシャフト８ｂとを有している。
　また、図２において、符号１００は作業装置５２の駆動システムであり、符号１１０は走行装置５４の駆動システムである。
　作業装置５２の駆動システム１００は、エンジン１により駆動される油圧ポンプ４と、上述したリフトアームシリンダ６０及びバケットシリンダ６１と、ステアリングシリンダ６４と、油圧ポンプ４からリフトアームシリンダ６０、バケットシリンダ６１及びステアリングシリンダ６４に供給される圧油を制御するためのコントロールバルブ６５と、リフトアームシリンダ６０及びバケットシリンダ６１を駆動するための操作信号を生成し、コントロールバルブ６５内の対応するスプールを切り換える操作レバー装置６６，６７と、ステアリングシリンダ６４を駆動するための操作信号を生成し、コントロールバルブ６５内のステアリングバルブを切り換えるステアリングホイール（図示せず）とを有している。
　走行装置５４の駆動システム１１０は、エンジン１の出力軸に連結され、エンジン１の回転軸に直結され、エンジン１により回転されて発電を行うM/G（モータジェネレータ）６と、M/G６を制御するM/G用インバータ７（第１インバータ）と、M/G（モータジェネレータ）６からの電力で駆動され、走行装置５４のプロペラシャフト８ａ，８ｂを回転駆動する走行電動モータ９と、M/G用インバータ７にDCバス（直流バス）１３０を介して接続され、走行電動モータ９を制御する走行モータ用インバータ１０（第２インバータ）と、システム全体を統括制御する車両制御装置１５とを備えている。
　以上のように作業装置５２の駆動システム１００は油圧駆動システムとして構成され、作業装置５２はエンジン１により油圧駆動される。また、走行装置５４の駆動システム１１０は電気駆動システムとして構成され、走行装置５４はエンジン１により電気駆動される。共通の駆動源であるエンジン１はディーゼルエンジンである。
　また、走行装置５４の駆動システム１１０は、アクセルペダル１４０の操作量を検出してアクセル信号を生成するアクセルセンサ１４０ａと、ブレーキペダル１４２の操作量を検出してブレーキ信号を生成するブレーキセンサ１４２ａと、前後進（FNR）レバー１４４の操作位置を検出して前後進レバー信号（FNR信号）を生成するFNR位置センサ１４４ａと、走行電動モータ９の回転数（車体速度）を検出して車体速度信号を生成する速度センサ１８とを備え、車両制御装置１５にアクセル信号、ブレーキ信号、FNR信号、車体速度信号が入力される。また、車両制御装置１５には、M/G用インバータ７からＣＡＮ通信により（図４参照）内部信号としてDCバス電圧Vdc信号が入力される。車両制御装置１５はそれらの信号に基づいて所定の演算処理を行い、駆動システム１１０を統括制御する。
　図３は、比較例として、従来のホイールローダの走行装置の駆動システムを示す図であり、図２に示す要素と同じものには同じ符号を付している。
　図３において、従来の走行装置の駆動システムは、エンジン１にトルクコンバータ（トルコン）２とトランスミッション（Ｔ／Ｍ）３を連結し、エンジン１の動力をトルクコンバータ（トルコン）２及びトランスミッション（Ｔ／Ｍ）３を介して前輪５３ａ及び後輪５３ｂに伝えて走行を行う。また、油圧ポンプ４からの圧油によってリフトアームシリンダ６０及びバケットシリンダ６１を駆動することで、リフトアーム５８及びバケット５９を駆動し、土砂等を掘削・運搬する。
　図２に示す本実施の形態における走行装置の駆動システム１１０では、図３の従来機（トルコン機）と同様に、油圧ポンプ４からの圧油により作業装置５を油圧駆動し、土砂などの掘削作業を行う。それに対して、車両の走行動作は、エンジン１の動力によりM/G６で発電した電力を利用し、走行電動モータ９を駆動することにより行う。本実施の形態で対象としている駆動システムでは、M/G６に接続されたバッテリーや電気２重層キャパシタ等の蓄電デバイスを搭載していないことが特徴であり、そのためM/G用インバータ７によってDCバス１３０の電圧の制御を行う（後述）。
　図３に示す従来の走行装置の駆動システムにおいて、トルクコンバータ２の動力伝達効率は電気駆動による動力伝達効率より劣る。本実施の形態では、走行装置の駆動システム１１０を図２に示すように電動化することにより、エンジン１からの動力伝達効率を向上させることができる。また、ホイールローダの作業では頻繁に発進・停止の走行動作が繰り返されるため、走行装置を電動化した場合には走行電動モータ９から制動時の回生電力の回収が見込めるようになり、エンジン１の燃料消費量を低減することができる。
　図４は、本実施の形態における走行装置５４の駆動システム１１０の構成を示す図である。この駆動システム１１０では、ディーゼルエンジン１でM/G６を回転駆動し、発電を行う。さらにその電力を用いて走行電動モータ９にトルクを発生させ、プロペラシャフト８ａ，８ｂを回転駆動する。
　ここで、プロペラシャフト８ａ，８ｂに接続されるデファレンシャルギヤに動力を伝達するとき、M/G用インバータ７と走行モータ用インバータ１０間のDCバス１３０の電圧を所定の値に制御して、M/G６の発電電力と走行電動モータ９の消費電力を等しくして両者間の電力のバランスをとる必要がある。本実施の形態における駆動システム１１０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M/G６のインバータ７によってDCバス１３０の電圧Vdcの制御を行う。すなわち、DCバス１３０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１３０の電圧Vdcを所定の電圧に収束させる。
　図５にM/G６のインバータ７によって実施するDCバス１３０の電圧制御の制御ブロックを示す。図５に示すDCバス１３０の電圧制御では、M/G用インバータ７によってDCバス１３０の電圧Vdcのフィードバック制御を実施する。なお、このDCバス１３０の電圧Vdcの制御方法については特に方式は限定されない。本実施の形態では一般的なフィードバック制御の構成として記載している。
　M/G用インバータ７は、まず、車両制御装置１５から入力されるバス電圧指令Vdc*と電圧センサ１３５によって得られるバス電圧Vdcの検出値との差分を差分器７ａにて演算し、その差分（偏差）を比例積分演算等で構成される制御器７ｂに入力して、M/G６の電流指令Ig*を演算する。さらにM/G６のインナーループの制御系として、電流指令Ig*に対してM/G６の出力電流の検出値Igをフィードバックして、差分器７ｃにて電流指令Ig*と検出値Igとの偏差を演算し、この偏差を比例積分演算等で構成される制御器７ｄに入力し、最終的にM/G６のインバータ電圧指令Vinvg*を演算する。M/G用インバータ７は電圧指令Vinvg*に基づいてスイッチングを行い、平滑コンデンサ１１の充電量Pgを制御する。
　このように、発電を行うM/G６のインバータ７においてDCバス１３０の電圧Vdcが所定の電圧値（バス電圧指令Vdc*）となるように制御を行うことで、走行電動モータ９で消費される負荷パワーに対して正確にM/G６の発電電力を出力することができるようになる。
　なお、図５に示すDCバス１３０の電圧制御に関しては、できる限り高い応答特性となるように制御ゲインを設定することが望ましい。インナーループであるM/G６の電流制御系の応答はアウターループのDCバス１３０の電圧制御系の応答より数倍程度大きくなるように制御ゲインを設定する。
　以上のようにDCバス１３０の電圧制御系を構築すると、走行電動モータ９で発揮される車両の駆動に必要な負荷パワーに対して、正確にM/G６の発電電力を出力することができるようになる。ただし、上記で説明したM/G用インバータ７によるDCバス１３０の電圧制御の応答が、走行電動モータ９の負荷変動に対して時定数が大きい場合などにおいては、M/G６の発電電力Pgと、走行電動モータ９の負荷パワーPm間に差が生じ、その結果、DCバス１３０の電圧Vdcが大きく変動する可能性がある。例えば、走行電動モータ９の負荷パワーPmがM/G６の発電電力Pgを上回った場合、DCバス１３０の電圧Vdcは大きく低下する。この電圧Vdcの電圧低下が非常に大きかった場合には、走行モータ用インバータ１０が動作しなくなる可能性も考えられる。
　本実施の形態は、走行電動モータ９の負荷パワーPmがM/G６の発電電力Pgを上回った場合に、DCバス１３０の電圧Vdcが大きく低下することを防止するものである。
　まず、本発明で適用対象としているホイールローダの基本的動作について述べる。ホイールローダの最も典型的な基本的動作はV字掘削作業である。このV字掘削作業の概要を図６に示す。図６に示すように、ホイールローダは、まず砂利山などの掘削対象物に対して前進し、掘削対象物に突っ込むような形でバケット５９に砂利等の運搬物を積み込む。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（バケットから放土した）後は再び後進し、車両は元の位置に戻る。車両は以上のようにV字軌跡を描きながらこの作業を繰り返し行う。
　前述のV字掘削作業において、走行電動モータ９の負荷パワーPmがM/G６の発電電力Pgを上回り、DCバス１３０の電圧Vdcが大きく低下する可能性のある動作は以下の２通りが考えられる。
　まず、１つ目は掘削動作時である。ホイールローダはバケット５９に運搬物を積み込む際、オペレータがアクセルペダル１４０を踏み込んで土砂等の掘削対象物に突っ込む動作となる。さらに、よりバケット５９に多くの運搬物を積み込むため、アクセルペダル１４０を踏み込んで車両の牽引力（走行電動モータ９の出力トルク）を出しながら、バケット５９を土砂等に押し込む。このとき、バケット５９を押し込みすぎた場合、余剰のトルク分でタイヤがスリップしてしまうことがある。このスリップ現象は余分な動作である一方、オペレータがアクセルペダル１４０を踏み込んだ状態でタイヤが一瞬加速するため、走行電動モータ９の出力は急峻に増加する。
　さらにDCバス１３０の電圧Vdcが大きく低下する可能性のある動作の２つ目はモジュレート動作である。このモジュレート動作とは、前述のV字掘削作業において、バケット５９に運搬物を積み込んだ状態で後進し、その後ダンプに積み込む際に再度前進する動作のことを示す。このとき、通常オペレータはアクセルペダル１４０を踏んだまま、前後進（FNR）レバー１４４をR（後進）からF（前進）に切替える。よって、車両が後進したあと前進に移る際（前後進を切り換えスイッチバックする際）、後進時には走行電動モータ9は制動状態にあるため、回生動作を行っている。その後、前進動作に移行した際、車両の発進に必要なパワーが急峻に要求される。このとき、DCバス１３０の電圧Vdcが大きく低下する場合が考えられる。
　以上説明した２通りの動作が発生した際、M/G用インバータ７では前述にようにDCバス１３０の電圧Vdcのフィードバック制御を実施しており、電圧Vdcの変化に応じて、所定の電圧値（バス電圧指令Vdc*）に収束するようにM/G６を動作させる。しかしながら、このようなフィードバック制御系は、指令に対する応答速度は数msオーダーで設計することができるが、負荷変化への追従性は指令値応答時定数に比べ、一桁ないしは二桁ほど遅い特性を示す。よって、上記のような掘削動作の際のスリップや、モジュレート動作の際の急発進が発生した場合（走行電動モータ９の負荷変動が生じた場合）、負荷パワーPmがM/G６の発電電力Pgを上回り、DCバス１３０の電圧Vdcが大きく低下することが考えられる。もしこのとき、DCバス１３０の電圧Vdcが走行モータ用インバータ１０の動作電圧以下に低下した場合、走行モータ用インバータ１０から走行電動モータ９への電力供給が行えず、それ以降の掘削作業が困難となってしまう可能性がある。バッテリーや電気２重層キャパシタ等蓄電デバイスがDCバス１３０に接続されている場合は、電力の不足分を高応答に補うことが可能となるが、本実施の形態で対象とした電気駆動システムでは蓄電デバイスを搭載しないため、過渡的な電力不足の補償は困難となってくる。
　なお、走行電動モータ９の負荷の増大に伴ってDCバス１３０の電圧Vdcが大きく低下する場面は、上述した２つの場合（掘削動作の際のスリップやモジュレート動作の際の急発進）に限られない。例えば、アクセルペダル１４０が操作されていないエンジン１の低回転時は、M/G６の発電量の低下に伴ってDCバス１３０の電圧Vdcが低下しているため、このような状態からアクセルペダルを踏み込んで走行を開始した場合は、M/G６の発電動作の応答遅れによりDCバス１３０の電圧Vdcが大きく低下する場合がある。
　そこで、本実施の形態において、駆動システム１１０は、上記の課題を解決するため、図４に示す駆動システム１１０の中で最も高速にトルクを変化させることが可能な走行電動モータ９で走行時の負荷急変を検知し、発電パワー不足によるDCバス１３０の電圧低下を回避するよう動作する。そのため駆動システム１１０は、DCバスの電圧を制御するコントローラ１６を更に備えている。
　本実施の形態において、車両制御装置１５がコントローラ１６を兼ねており、コントローラ１６は、走行電動モータ９の負荷の増大に伴ってDCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１（後述）を超えて低下した場合に、走行電動モータ９の出力トルクを減少させるDCバス電圧低下防止装置として作用する。本実施の形態では、コントローラ１６を車両制御装置１５が兼ねる構成としたが、独立したコントローラ１６を設けてもよい。また、M/G用インバータ７、あるいは走行モータ用インバータ１０の制御部をコントローラ１６として用いてもよい。以下、DCバス電圧低下防止装置に符号１６を付して更に説明する。
　図７は、DCバス電圧低下防止装置１６の構成を示す図であり、図８は、DCバス電圧低下防止装置１６の動作を示すフローチャートである。以下に、DCバス電圧低下防止装置１６の構成とその動作について図７と図８を用いて説明する。
　図７に示すように、DCバス電圧低下防止装置１６は、走行モータトルク指令生成部１６ａと、トルク指令ゲイン生成部１６ｂと、走行モータトルク指令補正部（乗算器）１６ｃとを有している。
　まず、DCバス電圧低下防止装置１６は、アクセル信号、ブレーキ信号、FNR信号、車体速度信号を入力し（S99）、走行モータトルク指令生成部１６ａにおいて、走行電動モータ９のトルク指令を演算する（S100）。DCバス電圧低下防止装置１６は、このトルク指令に対して、DCバス１３０の電圧Vdcの変化に応じて補正をかける。すなわち、DCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧Vdc信号を入力し（S101）、トルク指令ゲイン生成部１６ｂにおいて、DCバス１３０の電圧Vdcの大きさに応じたトルク指令ゲインを演算し（S102～S106）、走行モータトルク指令補正部１６ｃにおいて、走行電動モータ９のトルク指令にトルク指令ゲインを乗じて走行電動モータ９のトルク指令を補正し、この補正した走行電動モータ９のトルク指令を走行モータ用インバータ１０に出力する（S107）。なお、図示はしないが、コントローラ１６は、アクセルペダル１４０の操作量を検出するアクセルセンサ１４０ａのアクセル信号、或いは走行モータトルク指令補正部１６ｃにおいて生成された走行電動モータ９のトルク指令に基づいてエンジン１の目標回転数を設定し、エンジン１の制御部はその目標回転数に基づいてエンジン１の回転数とトルクを制御する。
　ここで、トルク指令ゲイン生成部１６ｂは、トルク指令ゲイン生成部１６ｂの枠内に示されるような指令ゲインの特性を有している。この特性の横軸はDCバス１３０の電圧Vdcであり、縦軸はトルク指令ゲインである。DCバス１３０の電圧Vdcの大きさが第１の閾値Ｖ１より大きいとき、生成されるトルク指令ゲインは１であり（トルク指令ゲインの低減なし）、DCバス１３０の電圧Vdcが第１の閾値Ｖ１を超えて低下しかつ第２の閾値Ｖ２より大きいとき、DCバス１３０の電圧Vdcが低下するにしたがって小さくなる（図示の例では直線的に小さくなる）１よりも小さいトルク指令ゲインを生成し（トルク指令ゲインを低減し）、DCバス１３０の電圧Vdcが第２の閾値Ｖ２を超えて低下するときには、トルク指令ゲインがゼロとなるようにトルク指令ゲインの特性が設定されている。
　その結果、トルク指令ゲイン生成部１６ｂは、S102の判断部において、DCバス１３０の電圧Vdcの大きさが第１の閾値Ｖ１より大きいと判断した場合は、S103において、トルク指令ゲイン１を生成する（トルク指令ゲインの低減なし）。このとき、走行モータトルク指令補正部１６ｃは、S107において、走行モータトルク指令生成部１６ａからの走行電動モータ９のトルク指令にトルク指令ゲインを乗じるが、トルク指令ゲインは１であるため、処理後の走行モータトルク指令は処理前と変わらない。
　次に、トルク指令ゲイン生成部１６ｂは、S104の判断部において、DCバス１３０の電圧Vdcが第１の閾値Ｖ１を下回り、かつ第２の閾値Ｖ２より大きいと判断した場合、S105において、DCバス１３０の電圧Vdcの大きさに応じた、１より小さいトルク指令ゲインを生成し（トルク指令ゲインを低減し）、走行モータトルク指令補正部１６ｃは、S107において、走行モータトルク指令生成部１６ａからの走行電動モータ９のトルク指令に１より小さいゲインを乗じ、DCバス１３０の電圧Vdcの低下に応じて減少するよう走行電動モータ９のトルク指令を補正する。さらに、トルク指令ゲイン生成部１６ｂは、S104の判断部において、DCバス１３０の電圧Vdcが第２の閾値Ｖ２よりも低下したと判断した際には、S106において、トルク指令ゲインをゼロとし、走行モータトルク指令補正部１６ｃは、S107において、走行モータトルク指令生成部１６ａからの走行電動モータ９のトルク指令にゼロを乗じ、補正後のトルク指令をゼロとする。
　ここで、第１の閾値Ｖ１は、例えば、予めコントローラ１６のメモリに記憶され設定された値で、第２の閾値Ｖ２より高く、ホイールローダの走行時に使用される電圧より低く設定された所定の電圧値であって、走行モータ用インバータ１０が指令値通りのパワーを出すことができる最低の電圧値である。第２の閾値Ｖ２は、例えば、予めコントローラ１６のメモリに記憶され設定された値であって、走行モータ用インバータ１０の動作が停止するDCバス１３０の電圧Ｖ０より高い値に設定されている。
　以上により、DCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１を超えて低下した場合に、走行電動モータ９の出力トルクを減少させる。
　また、DCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１を超えて低下した場合に、走行電動モータ９の出力トルクをDCバス１３０の電圧の低下量に応じて減少させる。
　更に、DCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１よりも低い第２の閾値Ｖ２を超えて低下した場合には、走行電動モータ９の出力トルクをゼロに減少させる。
　このように構成した本実施の形態においては、DCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１を超えて低下した場合に、走行電動モータ９の出力トルクを減少させるよう制御する。このため、走行電動モータ９の負荷が急に増加した場合においても、DCバス１３０の電圧が走行モータ用インバータ１０の動作電圧以下に低下し、走行モータ用インバータ１０の動作が停止すること回避することができる。これにより走行電動モータ９の負荷が急に増加した場合に走行電動モータ９を停止させることなく、掘削作業或いはモジュレート動作を継続することが可能となる。
　また、DCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１を超えて低下した場合に、走行電動モータ９の出力トルクをDCバス１３０の電圧の低下量に応じて減少させるため、走行電動モータ９の出力トルク低減を滑らかに行うことができる。
　更に、DCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１よりも低い第２の閾値Ｖ２を超えて低下した場合には、走行電動モータ９の出力トルクをゼロに減少させるため、DCバス１３０の電圧Vdcを速やかに復帰させることができる。
　＜第２の実施の形態＞
　図９は、本発明の他の実施の形態の作業車両における走行装置の駆動システムを示す図である。
　図９において、本実施の形態の走行装置の駆動システム２１０は、DCバス１３０のPN間に接続された放電抵抗器１２を備えている。
　走行電動モータ９の負荷パワーPmがM/G６の発電電力Pgを下回った場合には、DCバス１３０の電圧Vdcは大きく上昇する。本実施の形態においては、DCバス１３０の電圧Vdcが所定値以上に上昇した際に放電抵抗器１２が作動し、DCバス１３０上の余剰なパワーを消費してDCバス１３０の電圧Vdcを低下させる。このようにDCバス１３０の電圧Vdcが上昇した場合に、放電抵抗器１２を利用することで、継続して車両の動作を継続することが可能となる。
　＜その他の実施の形態＞
　図１０、図１１、図１２及び図１３は、その他の実施の形態として、図７に示したDCバス電圧低下防止装置１６のトルク指令ゲイン生成部１６ｂにおける変形例を示す図である。
　上記実施の形態では、トルク指令ゲイン生成部１６ｂは、DCバス１３０の電圧が第２の閾値Ｖ２より低下した際、走行電動モータ９のトルク指令がゼロになるようトルク指令ゲインの特性を設定したが、走行電動モータ９のトルク指令を厳密にゼロとする必要は無い。例えば、図１０に示すように、トルク指令ゲイン生成部１６ｂ１において、DCバス１３０の電圧Vdcが第２の閾値Ｖ２を超えて低下するときに、ホイールローダが平地にて停止状態を維持する大きさの範囲内の値（平地に動き出さない程度の小さな値）になるようにトルク指令ゲインの特性を設定してもよい。これによりDCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１よりも低い第２の閾値Ｖ２を超えて低下した場合に、走行電動モータ９の出力トルクをホイールローダ（作業車両）が平地にて停止状態を維持する大きさの範囲内の値に減少させるよう制御する。このように制御した場合でも、走行電動モータ９の出力トルクはゼロに近い小さな値になるため、DCバス１３０の電圧Vdcを速やかに復帰させることができる。
　また、上記実施の形態では、トルク指令ゲイン生成部１６ｂは、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１を超えて低下したとき、DCバス１３０の電圧Vdcが低下するにしたがってトルク指令ゲインを低減するようトルク指令ゲインの特性を設定したが、図１１に示すように、トルク指令ゲイン生成部１６ｂ２において、DCバス１３０の電圧Vdcが第１の閾値Ｖ１まで低下したときに走行電動モータ９の出力トルクがゼロとなるようトルク指令ゲインの特性を設定してもよい。これによりDCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１まで低下した場合に走行電動モータ９の出力トルクをゼロに減少させる。このように制御することにより、DCバス１３０の電圧Vdcが低下するとき、その変化の度合いが大きい（変化率が大きい）場合であっても、走行電動モータ９の出力トルクを応答よく低減し、DCバス１３０の電圧Vdcを速やかに復帰させることができる。
　なお、このときも図１０に示す変形例と同様、図１２に示すように、トルク指令ゲイン生成部１６ｂ３において、DCバス１３０の電圧Vdcが第２の閾値Ｖ２を超えて低下するときに、ホイールローダが平地にて停止状態を維持する大きさの範囲内の値になるようにトルク指令ゲインの特性を設定してもよい。
　また、DCバス１３０の電圧が第１の閾値Ｖ１まで低下した場合に、バス電圧Vdcの変化の度合いに応じて走行電動モータ９の出力トルクがゼロとなるよう走行電動モータ９の出力トルクを制御してもよい。図１３はそのような場合のトルク指令ゲイン生成部１６ｂ４の構成を示す図である。
　図１３において、トルク指令ゲイン生成部１６ｂ４は、図７に示したトルク指令ゲイン生成部１６ｂと図１１に示したトルク指令ゲイン生成部１６ｂ２を備え、かつDCバス電圧Vdc変化率演算部１６ｄと、DCバス電圧Vdc変化率判定部１６ｅと、切替器１６ｆとを備えている。
　DCバス電圧Vdc変化率演算部１６ｄはDCバス１３０の電圧Vdcの変化率を演算し、DCバス電圧Vdc変化率判定部１５ｅは電圧Vdcの変化率が予め設定した値よりも大きいかどうかを判定する。また、DCバス電圧Vdc変化率判定部１６ｅは、電圧Vdcの変化率が予め設定した値以下であるときは切替器１６ｆを図示上側の接続位置に保持し、電圧Vdcの変化率が予め設定した値よりも大きいときは切替器１６ｆを図示下側の接続位置に切り換える。
　切替器１６ｆが図示上側の接続位置に保持されているとき、DCバス電圧Vdc信号はトルク指令ゲイン生成部１６ｂにフィードバックスリット入力され、トルク指令ゲイン生成部１６ｂによりトルク指令ゲインが生成され、切替器１６ｆが図示下側の接続位置に切り換えると、DCバス電圧Vdc信号はトルク指令ゲイン生成部１６ｂ２に入力され、トルク指令ゲイン生成部１６ｂ２によりトルク指令ゲインが生成される。
　これによりDCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス電圧Vdcが第１の閾値Ｖ１まで低下した場合に、DCバス電圧Vdcの変化率が予め設定した値以下であるときは、走行電動モータ９の出力トルクをDCバス電圧Vdcの低下量に応じて減少させ、DCバス電圧Vdcの変化率が予め設定した値よりも大きい場合は、走行電動モータ９の出力トルクを、ゼロ又はホイールローダが平地にて停止状態を維持する大きさの範囲内の値に減少させる。これによりDCバス１３０の電圧Vdcが低下するとき、その変化の度合いが小さい（変化率が予め設定した値以下である）ときは、第１の実施の形態のように、走行電動モータ９の出力トルクをDCバス１３０の電圧の低下量に応じて減少させ、走行電動モータ９の出力トルクの低減を滑らかに行うことができる。また、DCバス１３０の電圧Vdcの変化の度合いが大きい（予め設定した値よりも変化率が大きい）は、走行電動モータの出力トルクを応答よく低減し、DCバス１３０の電圧Vdcを速やかに復帰させることができる。
　なお、トルク指令ゲイン生成部１６ｂ４は、トルク指令ゲイン生成部１６ｂに代え、図１０に示したトルク指令ゲイン生成部１６ｂ１を有していてもよいし、トルク指令ゲイン生成部１６ｂ２に代え、図１２に示したトルク指令ゲイン生成部１６ｂ３を有していてもよい。
　更に、DCバス電圧低下防止装置１６は、DCバス電圧Vdcが第１の閾値Ｖ１を超えて低下し、走行電動モータ９の出力トルクがゼロ（最小値）に低減した後、DCバス電圧Vdcが回復するとき、走行電動モータ９の出力トルクが増加し始めるタイミングが遅くなるようヒステリシスの特性を持たせるように構成してもよい。図１４はそのような場合のトルク指令ゲイン生成部１６ｂ５の構成を示す図である。
　図１４において、トルク指令ゲイン生成部１６ｂ５は、DCバス１３０の電圧が第２の閾値Ｖ２より低下し、走行電動モータ９のトルク指令をゼロ（最小値）に低減した後、バス電圧Vdcが回復し、トルク指令ゲインを増加させ正常のトルク指令値に回復させるとき、DCバス１３０の電圧が第２の閾値Ｖ２よりも大きい値まで増加したときにトルク指令ゲインが増加し始めるように、トルク指令ゲインにヒステリシスの特性を持たせた構成を有している。これによりバス電圧Vdcの計測誤差による制御の発振を抑え、安定したモータトルク制御を行うことができる。
　なお、図１４の変形例では、図７に示したトルク指令ゲイン生成部１６ｂにヒステリシスの特性を持たせたが、図１０～図１３に示されるトルク指令ゲイン生成部に同様にヒステリシスの特性を持たせてもよい。
１　エンジン
４　油圧ポンプ
６　モータジェネレータ（M/G）
７　M/G用インバータ（第１インバータ）
８ａ　前輪プロペラシャフト
８ｂ　後輪プロペラシャフト
９　走行電動モータ
１０　走行モータ用インバータ（第２インバータ）
１１　平滑コンデンサ
１２　放電抵抗器
１５　車両制御装置
１６　DCバス電圧低下防止装置（コントローラ）
１６ａ　走行モータトルク指令生成部
１６ｂ　トルク指令ゲイン生成部
１６ｂ１，１６ｂ２，１６ｂ３，１６ｂ４，１６ｂ５　トルク指令ゲイン生成部
１６ｃ　走行モータトルク指令補正部
１６ｄ　DCバス電圧Vdc変化率演算部
１６ｅ　DCバス電圧Vdc変化率判定部
１６ｆ　切替器
１８　速度センサ
５１　車体
５２　作業装置
５４　走行装置
１００　作業装置の駆動システム
１１０　走行装置の駆動システム
１３０　DCバス（直流バス）
１４０ａ　アクセルセンサ
１４２ａ　ブレーキセンサ
１４４ａ　FNR位置センサ

Claims (11)

  1. 　エンジンと、
    　前記エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
    　前記油圧ポンプから吐出される圧油により駆動される油圧シリンダと、
    　前記油圧シリンダの伸縮動作に伴って動かされる作業装置と、
    　前記エンジンにより回転され発電されるモータジェネレータと、
    　前記モータジェネレータを制御する第１インバータと、
    　前記モータジェネレータにより発電された電力で駆動される走行電動モータと、
    　前記第１インバータにDCバスを介して接続され、前記走行電動モータの出力トルクを制御する第２インバータと、
    　前記DCバスの電圧を制御するコントローラと
    を備えた作業車両において、
    　前記コントローラは、前記走行電動モータの負荷の増大に伴って前記DCバスの電圧が第１の閾値を超えて低下した場合に、前記走行電動モータの出力トルクを減少させることを特徴とする作業車両。
  2. 　請求項１記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、前記DCバスの電圧が第１の閾値を超えて低下した場合に、前記走行電動モータの出力トルクを前記DCバスの電圧の低下量に応じて減少させることを特徴とする作業車両。
  3. 　請求項２記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、前記DCバスの電圧が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値を超えて低下した場合には、前記走行電動モータの出力トルクをゼロに減少させることを特徴とする作業車両。
  4. 　請求項２記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、前記DCバスの電圧が前記第１の閾値よりも低い第２の閾値を超えて低下した場合に、前記走行電動モータの出力トルクを作業車両が平地にて停止状態を維持する大きさの範囲内の値に減少させることを特徴とする作業車両。
  5. 　請求項３又は４記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、前記第２の閾値を、前記第２インバータの動作が停止する前記DCバスの電圧より高い値に設定することを特徴とする作業車両。
  6. 　請求項１記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、前記DCバスの電圧が前記第１の閾値まで低下した場合に、前記走行電動モータの出力トルクを、ゼロに減少させることを特徴とする作業車両。
  7. 　請求項１記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、前記DCバスの電圧が前記第１の閾値まで低下した場合に、前記走行電動モータの出力トルクを作業車両が平地にて停止状態を維持する大きさの範囲内の値に減少させることを特徴とする作業車両。
  8. 　請求項１記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、前記DCバスの電圧が前記第１の閾値まで低下した場合に、前記DCバスの電圧の変化率が予め設定した値以下であるときは、前記走行電動モータの出力トルクを前記DCバスの電圧の低下量に応じて減少させ、前記DCバスの電圧の変化率が前記予め設定した値よりも大きいときは、前記走行電動モータの出力トルクを、ゼロ又は作業車両が平地にて停止状態を維持する大きさの範囲内の値に減少させることを特徴とする作業車両。
  9. 　請求項１記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、前記DCバスの電圧が第１の閾値を超えて低下し、前記走行電動モータの出力トルクが最小値に低減した後、前記DCバスの電圧が回復するとき、前記走行電動モータの出力トルクが増加し始めるタイミングが遅くなるようヒステリシスの特性を持たせたことを特徴とする作業車両。
  10. 　請求項１記載の作業車両において、
    　前記DCバスに接続された放電抵抗器を更に備えることを特徴とする作業車両。
  11. 　請求項１記載の作業車両において、
    　前記コントローラは、
    　アクセル信号、ブレーキ信号、前後進レバー信号、車体速度信号を入力し、前記走行電動モータの出力トルク指令を演算する走行モータトルク指令生成部と、
    　前記DCバスの電圧を入力し、前記DCバスの電圧の大きさに応じたトルク指令ゲインを演算するトルク指令ゲイン生成部と、
    　前記走行電動モータのトルク指令に前記トルク指令ゲインを乗じて前記走行電動モータのトルク指令を補正し、この補正した走行電動モータのトルク指令を前記第２インバータに出力する走行モータトルク指令補正部とを有することを特徴とする作業車両。
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