特許 6434128 ハイブリッド式作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6434128

(24)【登録日】2018年11月16日

(45)【発行日】2018年12月5日

(54)【発明の名称】ハイブリッド式作業車両

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20181126BHJP

   B60K 6/485 20071001ALI20181126BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20181126BHJP

   B60W 10/30 20060101ALI20181126BHJP

   B60W 20/10 20160101ALI20181126BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/20 Z

   B60K6/485ZHV

   B60W20/00 900

   B60W10/30 900

   B60W20/10

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-507342(P2017-507342)

(86)(22)【出願日】2015年12月18日

(86)【国際出願番号】JP2015085580

(87)【国際公開番号】WO2016151965

(87)【国際公開日】20160929

【審査請求日】2017年9月21日

(31)【優先権主張番号】特願2015-62996(P2015-62996)

(32)【優先日】2015年3月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】509241041

【氏名又は名称】株式会社ＫＣＭ

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金子 悟

(72)【発明者】

【氏名】石田 一雄

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 徳孝

(72)【発明者】

【氏名】伊君 高志

【審査官】 増子 真

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１１４７８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０３９８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００９３８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ ６／２０ − ６／５４７

Ｂ６０Ｗ １０／００ − ２０／５０

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ − １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ − １５／４２

Ｅ０２Ｆ ３／４２ − ３／４３

Ｅ０２Ｆ ３／８４ − ３／８５

Ｅ０２Ｆ ９／２０ − ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと蓄電装置とからなる動力源と、
前記エンジンの出力軸に連結された発電電動機と，車輪と，前記車輪を駆動する走行用電動機と，前記発電電動機及び前記走行用電動機のそれぞれに前記蓄電装置からの電力を授受するインバータとを有する走行部と、
前記発電電動機の回転軸に連結された油圧ポンプと，前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータとを有する油圧作業部と、
前記エンジンの回転数を制御するアクセルペダルと、
前記車輪の制動装置を制御するブレーキペダルと、
前記複数の油圧アクチュエータの駆動を指令する操作レバー装置と、
前記アクセルペダルの踏み込み量と前記ブレーキペダルの踏み込み量と前記操作レバー装置の操作量と車速と前記エンジンの出力値と前記蓄電装置の出力値とが入力され、車両の動作状態を判定し、前記走行部の動力と前記油圧作業部の動力とを算出し、その算出した動力に基づいて前記走行部と前記油圧作業部とを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、車両の動作状態が前記走行部と前記油圧作業部との複合動作である掘削作業であると判定され、かつ前記蓄電装置の出力が制限された場合、制限された前記蓄電装置の出力制限量に応じて前記走行部の出力を制限する指令を出力すると共に、前記走行部の出力と前記油圧作業部の出力の比率が予め設定された比率に保持されるように、前記油圧作業部の出力を制限する指令を出力する
ことを特徴とするハイブリッド式作業車両。

【請求項2】

請求項１に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記制御装置は、車両の動作状態が前記走行部と前記油圧作業部との複合動作である掘削作業であると判定され、かつ前記蓄電装置の出力が制限された場合、その制限された出力分を前記エンジンの出力の増加で補償する
ことを特徴とするハイブリッド式作業車両。

【請求項3】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド式作業車両において、
車両の進行方向として前進又は後退を選択するための前後進スイッチをさらに備え、
前記制御装置は、前記前後進スイッチの信号と、前記車速に替えて前記インバータからの前記走行用電動機の回転数を入力した
ことを特徴とするハイブリッド式作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド式作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

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、省エネルギー化の事例が増加してきている。例えば、前述の建設車両や作業用車両の駆動部分を電動化、すなわち駆動源を電動機とした場合、排気ガスの低減のほか、エンジンの高効率駆動（ハイブリッド機の場合）、動力伝達効率の向上、回生電力の回収など多くの省エネルギー効果が期待できる。このため、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」が製品化されて始めている。

【0003】

このような駆動部分を電動化した建設車両、作業用車両の中で、ハイブリッド化した場合に比較的大きな燃費低減効果が見込まれる車両としてホイールローダがある。従来のホイールローダは、例えば、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）を介してエンジンの動力をタイヤに伝えて走行を行いながら、車両前方に取り付けられた油圧作業部のバケット部分で土砂等を掘削・運搬する作業用車両である。このようなホイールローダの走行駆動部分を電動化した場合、トルコン及びトランスミッション等からなる走行部分の動力伝達効率を電気による動力伝達効率まで向上させることが可能となる。さらにホイールローダでは、作業中、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は、走行用の電動機から制動時の回生電力回収が見込める。

【0004】

このようなハイブリッド化したホイールローダにおいて、油圧ポンプと走行用電動機へのパワー配分に起因する乗り心地の悪化を抑制するために、エンジン及び蓄電装置から供給されるパワーを適切に制御するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、作業車両の要求パワーがハイブリッドシステムの出力可能パワーより大きいとき、油圧ポンプの実際の油圧パワーを要求値まで制限をかけながら増加させると共に、この制限以下の値で走行パワーを要求値から減少させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−３９８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記従来技術では、作業車両の要求パワーがハイブリッドシステムの出力可能パワーより大きいときに、油圧パワーを要求値まで制限をかけながら増加させると共に、蓄電装置からの走行パワーを要求値から制限値以下の値で減少させている。このため、このような出力パワーの制限が発生すると、作業車両における走行パワーに対する油圧パワーの比率が増加することになる。

【0007】

ところで、ホイールローダで砂利山等の掘削対象物を掘削する場合、まず、ホイールローダを掘削対象物に対して前進させ、バケットを掘削対象物に突っ込むような形で貫入させて、砂利等を積み込んだバケットをリフトアップしながら後進する。この掘削作業において、掘削対象物へバケットを貫入させる際に、ホイールローダの走行出力を制御することが重要であり、バケットをリフトアップする際には油圧出力を制御することが重要になる。具体的には、適切な走行出力で掘削対象物に突っ込みバケットを貫入させる必要がある。走行出力が小さいと、バケットが掘削対象物に十分貫入されないため作業効率が低下する。

【0008】

上述した従来技術のハイブリッドホイールローダの場合、出力パワーの制限が発生すると、油圧パワーは増加させるが走行パワーは減少させる。従って、掘削作業において、出力パワーの制限が発生すると、走行パワーが減少するので、掘削対象物へバケットを貫入させる際の動力が不足してしまう。この結果、バケットに運搬物を十分積み込むことができなくなるので、作業効率の低下を招くことが考えられる。

【0009】

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、走行駆動部を電動化したハイブリッド式作業車両において、車両の要求動力に対して、蓄電装置の出力制限等によりハイブリッドシステムの出力パワーが制限される場合においても、作業効率の高いハイブリッド式作業車両を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、エンジンと蓄電装置とからなる動力源と、前記エンジンの出力軸に連結された発電電動機と，車輪と，前記車輪を駆動する走行用電動機と，前記発電電動機及び前記走行用電動機のそれぞれに前記蓄電装置からの電力を授受するインバータとを有する走行部と、前記発電電動機の回転軸に連結された油圧ポンプと，前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータとを有する油圧作業部と、前記エンジンの回転数を制御するアクセルペダルと、前記車輪の制動装置を制御するブレーキペダルと、前記複数の油圧アクチュエータの駆動を指令する操作レバー装置と、前記アクセルペダルの踏み込み量と前記ブレーキペダルの踏み込み量と前記操作レバー装置の操作量と車速と前記エンジンの出力値と前記蓄電装置の出力値とが入力され、車両の動作状態を判定し、前記走行部の動力と前記油圧作業部の動力とを算出し、その算出された動力に基づいて前記走行部と前記油圧作業部とを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、車両の動作状態が前記走行部と前記油圧作業部との複合動作である掘削作業であると判定され、かつ前記蓄電装置の出力が制限された場合、制限された前記蓄電装置の出力制限量に応じて前記走行部の出力を制限する指令を出力すると共に、前記走行部の出力と前記油圧作業部の出力の比率が予め設定された比率に保持されるように、前記油圧作業部の出力を制限する指令を出力することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、走行駆動部を電動化したハイブリッド式作業車両において、車両の要求動力に対して、蓄電装置の出力制限等によりハイブリッドシステムの出力パワーが制限される場合においても、作業効率の高いハイブリッド式作業車両を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を適用するホイールローダのシステム構成図である。

【図2】従来のホイールローダの代表的なシステム構成図である。

【図3】本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成する制御装置の構成図である。

【図4】本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成するハイブリッド制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態におけるハイブリッドシステムのパワーフローを示す模式図である。

【図6】ホイールローダの作業パターンの一例であるＶ字掘削積込作業を説明する模式図である。

【図7】本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態における掘削作業時の走行部パワーと油圧作業部パワーとを説明する模式図である。

【図8】本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成する動作判定部と動力演算部の入出力関係を示すブロック図である。

【図9】本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成する動作判定部の構成と処理内容を示すブロック図である。

【図10】本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成するハイブリッド制御装置の処理手順を示すフローチャート図である。

【図11】本発明のハイブリッド式作業車両の第２の実施の形態を構成するハイブリッド制御装置の処理手順を示すフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、ハイブリッド式作業車両としてハイブリッド式ホイールローダを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0014】

図１は本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を適用するハイブリッド式ホイールローダのシステム構成図、図２は従来のホイールローダの代表的なシステム構成図、図３は本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成する制御装置の構成図、図４は本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成するハイブリッド制御装置の構成を示すブロック図である。

【0015】

図１に示すハイブリッド式ホイールローダは、動力源として、エンジン１と蓄電装置１１を備え、主な駆動部として、電動化した走行部（ホイール部分）とフロントの油圧作業部（リフト／バケット部分）とを有している。ハイブリッド式ホイールローダの走行部は、エンジン１の出力軸に連結された発電電動機（モータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ））６と、発電電動機６を制御するインバータ７と、４つの車輪６１を有する走行体６０と、走行体６０のプロペラシャフト８に取り付けられ４つの車輪６１を駆動する走行用電動機９と、走行用電動機９を制御するインバータ１０と、蓄電装置１１の出力電圧の昇圧降圧制御を行うＤＣＤＣコンバータ１２と、制御装置２００とを備えている。

【0016】

ハイブリッド式ホイールローダの油圧作業部は、発電電動機６の回転軸に連結された可変容量型の油圧ポンプ４と、バケット及びリフトアーム（図示せず）を有し車体前方に取り付けられた作業装置５０と、コントロールバルブ５５を介して油圧ポンプ４から供給される圧油によって駆動される油圧アクチュエータ（バケットシリンダ５１、リフトシリンダ５２及びステアリングシリンダ５３）と、油圧アクチュエータ５１，５２，５３を駆動するための操作信号を操作量に応じて出力する操作装置（操作レバー装置５６及び図示しないステアリングホイール）とを備えている。

【0017】

バケットシリンダ５１及びリフトシリンダ５２は、キャブ内に設置された操作レバー装置５６の操作量に応じて出力される操作信号（油圧信号）に基づいて駆動される。リフトシリンダ５２は、車体前方に回動可能に固定されたリフトアームに取り付けられており、操作レバー装置５６からの操作信号に基づいて伸縮してリフトアームを上下に回動させる。バケットシリンダ５１は、リフトアームの先端に回動可能に固定されたバケットに取り付けられており、操作レバー装置５６からの操作信号に基づいて伸縮してバケットを上下に回動させる。ステアリングシリンダ５３は、キャブ内に設置されたステアリングホイール（図示せず）の操舵量に応じて出力される操作信号（油圧信号）に基づいて駆動される。ステアリングシリンダ５３は、各車輪６１に連結されており、ステアリングホイールからの操作信号に基づいて伸縮して車輪６１の舵角を変更する。車輪６１の近傍には、回転速度を検出する速度センサ６２が配置されている。

【0018】

蓄電装置１１としては、リチウム電池もしくは電気二重層キャパシタといった大容量の蓄電装置が好ましい。本実施の形態における蓄電装置１１は、ＤＣＤＣコンバータ１２によってＤＣバス部のシステム電圧の昇降圧制御を行い、インバータ７，１０（すなわち、発電電動機６及び走行用電動機９）との間で直流電力の授受を行う。

【0019】

上記のように構成されるハイブリッド式ホイールローダでは、土砂などの掘削作業を行うための作業装置５０に可変容量型の油圧ポンプ４から適宜圧油を供給することで目的に応じた作業を実施する。また、走行体６０の走行動作は、主にエンジン１の動力により発電電動機６で発電した電力を利用し、走行用電動機９を駆動することにより行う。その際、蓄電装置１１では、車両制動時に走行用電動機９が発生する回生電力を吸収したり、発電電動機６又は走行用電動機９に蓄電電力を供給することでエンジン１に対する出力アシストを行ったりすることで、車両の消費エネルギー低減とエンジン１の小型化に寄与する。なお、本発明が対象とするハイブリッドシステムは、図１の構成例に限られるものではなく、走行部パラレル型等の多様なシステム構成にも適用可能である。

【0020】

図２に示す従来のホイールローダは、主な駆動部として、走行部（ホイール部分）とフロントの油圧作業部（リフト／バケット部分）とを有しているが、トルクコンバータ（トルコン）２およびトランスミッション（Ｔ／Ｍ）３を介してエンジン１の動力を車輪６１に伝えて走行を行い、さらに油圧ポンプ４によって駆動される作業装置５０で土砂等を掘削・運搬する。トルコンの動力伝達効率は電気による動力伝達効率より劣るため、図２に示したホイールローダの走行駆動部分を電動化（パラレル式ハイブリッド構成も含む）すると、エンジン１からの動力伝達効率を向上させることが可能となる。さらに、作業中のホイールローダでは頻繁に発進・停止の走行動作が繰り返されるため、上記のように走行駆動部分を電動化した場合には走行用電動機９から制動時の回生電力の回収が見込めるようになる。このようにホイールローダの駆動装置の一部を電動化してハイブリッド化すると、一般に燃料消費量を数１０%程度低減可能になる。

【0021】

図３に示すように、本実施の形態のハイブリッド式ホイールローダには、制御装置２００として、図１に示したハイブリッドシステム全体のエネルギーフローやパワーフロー等の制御を行うコントローラであるハイブリッド制御装置２０と、コントロールバルブ（Ｃ／Ｖ）５５や油圧ポンプ４を制御する油圧制御装置２１と、エンジン１の制御を行うエンジン制御装置２２と、インバータ７，１０を制御するインバータ制御装置２３と、ＤＣＤＣコンバータ１２を制御するコンバータ制御装置２４が搭載されている。

【0022】

各制御装置２０，２１，２２，２３，２４は、処理内容や処理結果が記憶される記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ等）（図示せず）と、当該記憶装置に記憶された処理を実行する処理装置（ＣＰＵ等）（図示せず）を備えている。また、各制御装置２０，２１，２２，２３，２４は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して互いに接続されており、相互に各機器の指令値及び状態量を送受信している。ハイブリッド制御装置２０は、図３に示すように、油圧制御装置２１、エンジン制御装置２２、インバータ制御装置２３及びコンバータ制御装置２４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作業性能を発揮するように他の各制御装置２１〜２４に具体的動作の指令を与える。

【0023】

なお、図３に示した各制御装置２０〜２４は、図１に示すハイブリッドシステムの各駆動部分を制御するために必要なコントローラのみを示している。実際車両を成立させる上では、その他にモニタや情報系のコントローラが必要となってくるが、それらは本発明と直接的な関係が無いため図示していない。また、各制御装置２０〜２４は、図３に示すように他の制御装置と別体である必要はなく、ある１つの制御装置に２つ以上の制御機能を実装しても構わない。

【0024】

ハイブリッド制御装置２０は、図４に示すように、ホイールローダの現在の動作内容を判定する動作判定部３０と、エンジン１の出力と蓄電装置１１の出力を各駆動部に分配する動力演算部３１と、車両全体の要求出力値に応じてエンジン１の回転数指令を決定するエンジン制御部３２と、発電要求値に応じて発電電動機６のトルク指令を決定するＭ／Ｇ制御部３３と、操作レバー装置５６の操作量等から演算された油圧ポンプ４の動力要求値から油圧ポンプ４の傾転角指令値を演算する油圧制御部３４と、アクセル／ブレーキペダル操作量及び現在の車速から演算された走行動力要求値から走行用電動機９のトルク指令を演算する走行制御部３５を備えている。

【0025】

ハイブリッド制御装置２０には、操作レバー装置５６から出力された操作信号と、キャブ内に設置されたアクセルペダル及びブレーキペダルの踏み込み量と、車両の進行方向として前進又は後退を選択するためのＦ／Ｒスイッチから出力され当該スイッチ位置（前進又は後退）を示すスイッチ信号（Ｆ／Ｒ信号）と、速度センサ６２によって検出された車輪６１の回転速度から演算される車両速度（車速）と、インバータ１０から出力される走行用電動機９の回転数とが入力されている。なお、アクセルペダルはエンジン１の回転数を制御するものであり、ブレーキペダルは車輪６１の制動装置（図示せず）を制御するものである。また、蓄電装置１１から蓄電装置１１の電圧や電流などの各種状態量や電力制限値を動力演算部３１に入力して、蓄電装置１１の状態が過放電や過充電のような異常状態とならないように充放電制御が実施される。

【0026】

このように、本実施の形態におけるハイブリッドシステムは、車両を駆動するための動力源としてエンジン１ならびに蓄電装置１１を有している。ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、主に作業装置５０の動力要求値Ｐｆと走行用電動機９の動力要求値Ｐｒｕｎの和に相当する車両の要求動力に対して、エンジン１及び蓄電装置１１の状態に応じて、最終的な走行部のパワーと油圧作業部のパワーとを決定する。

【0027】

図５は本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態におけるハイブリッドシステムのパワーフローを示す模式図である。ここで、Ｐｍｇ_ｉｎ、Ｐｍｇ_ｏｕｔは、それぞれ発電電動機６の入力パワー及び出力パワーを示している。また、Ｐｅ、Ｐｃは、それぞれエンジン１の出力値及び蓄電装置１１の出力値を示している。ここで、本実施の形態におけるハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、下記式（１）及び（２）にしたがって、エンジン出力Ｐｅと蓄電装置出力Ｐｃを作業装置５０の出力Ｐｆと走行用電動機９の出力Ｐｒｕｎに分配する処理を行うと共に、動作判定部３０が判定したホイールローダの現在の動作内容と、エンジン１及び蓄電装置１１の状態に応じて、最終的な走行部のパワーと油圧作業部のパワーとを決定する。ハイブリッド制御装置２０は、この最終的な走行部のパワーと油圧作業部のパワーに応じて作業装置５０及び走行電動機９に指令値を与える。
Pf ＝ Pe − Pmg_in …式（１）
Prun ＝ Pmg_out ＋ Pc …式（２）

【0028】

ところで、本発明で対象としているホイールローダには、いくつかの基本的動作パターンがあり、ハイブリッド制御装置２０は、それらの動作に応じて車両を最適に稼動させる必要がある。例えば、最も代表的な作業パターンとしては、Ｖ字掘削積込作業がある。

【0029】

図６はホイールローダの作業パターンの一例であるＶ字掘削積込作業を説明する模式図である。Ｖ字掘削積込作業は実際のホイールローダの作業全体に対して、約７割以上を占める主な動作パターンである。これは、ホイールローダを砂利山などの掘削対象物に対して前進させ、バケットを掘削対象物に突っ込むような形で貫入させて、砂利等の運搬物をバケットに積み込む掘削作業と、掘削作業終了後にバケットをリフトしながら後進して元の位置に戻り、ホイールローダの進行方向を運搬車両へ向け直して、前進してバケットを運搬車両のベッセルまで上昇させる積車走行作業と、バケット内の砂利等の運搬物を放土することで、運搬車両に積み込むダンプ作業と、ダンプ作業終了後に後進して元の位置に戻り、ホイールローダの進行方向を砂利山などの掘削対象物へ向け直す空車走行作業とからなる。ホイールローダは、このようにＶ字軌跡を描きながら、掘削積込作業を繰り返し行なう。

【0030】

図７は本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態における掘削作業時の走行部パワーと油圧作業部パワーとを説明する模式図である。ハイブリッド式ホイールローダで行なうＶ字掘削積込作業のうち、特に掘削作業については、図７に示す走行部パワーと作業装置５０の油圧作業部パワーとの動力配分を適正に行う必要がある。例えば、上述した掘削作業を行なう際に、油圧作業部パワーに対して走行部パワーを過大に配分すると、ハイブリッド式ホイールローダは、バケットを掘削対象物に突っ込みすぎることになり、過重な砂利等の運搬物をバケットに乗せる。このとき、油圧作業部パワーが走行部パワーに対して相対的に小さくなっているので、バケットをリフトアップできなくなる可能性が生じる。一方、油圧作業部パワーに対して走行部パワーを過小に配分すると、ハイブリッド式ホイールローダは、バケットを掘削対象物にあまり突っ込めなくなると共に、油圧作業部パワーが走行部パワーに対して相対的に大きくなっているため、バケットの上昇速度が大きくなる可能性が生じる。この結果、運搬物を効率よく積み込めなくなることが考えられる。

【0031】

このため、ハイブリッド式ホイールローダにおいては、上述した掘削作業時には、作業効率を上げるため、走行部のパワーと作業装置５０の油圧作業部パワーを予め最適な分配となるように設定することが有効である。なお、この走行部パワーと油圧作業部パワーの最適配分率は、実車両での作業性能から決定することが最も有効と考えられるが、ある特定の分配比率に固定されるものではなく、ある程度許容される変動幅を有していてもかまわない。但し、掘削作業において、走行部、油圧作業部のいずれかに偏ったパワー配分を設定すると作業効率が低下することは明らかである。

【0032】

このようにハイブリッド式ホイールローダにおいては、作業効率の向上を図るために、その時々の作業状態に応じて、走行部と油圧作業部の最適なパワー配分が必要になる。本実施の形態におけるハイブリッド式ホイールローダは、このような動作を実現するために、ハイブリッド制御装置２０内に動作判定部３０と動力演算部３１とを備えている。

【0033】

図８は本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成する動作判定部と動力演算部の入出力関係を示すブロック図である。動作判定部３０には、車両の動作および作業に関する情報、すなわち、操作レバー装置５６の操作量と、アクセルペダル及びブレーキペダル踏み込み量と、Ｆ／Ｒスイッチのスイッチ信号と、走行用電動機９の回転数と、車速と、バケット位置の信号とが入力されている。動作判定部３０は、これらの入力情報に基づいてホイールローダの現在の動作内容を判定する。また、動作判定部３０からは、判定したホイールローダの動作内容と油圧動力要求値Ｐｆと走行動力要求値Ｐｒｕｎとが動力演算部３１へ出力される。動力演算部３１には、上述した信号の他に蓄電装置１１からの出力制限信号と、エンジン１からのエンジン出力信号とが入力されている。動力演算部３１は、これらの入力信号に応じて、最終的な走行部のパワーと油圧作業部のパワーとを決定する。

【0034】

図９は本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成する動作判定部の構成と処理内容を示すブロック図である。図９に示すように動作判定部３０は、油圧動力要求演算部４０と走行動力要求演算部４１と動作演算部４２とを備えている。

【0035】

油圧動力要求演算部４０は、操作レバー装置５６の操作量及び車速を入力し、油圧動力要求値Ｐｆを演算する。ここでの演算方法については、例えば、操作量に応じた作業装置５０の動作を規定し、その動作が実現できる油圧ポンプ４のパワーを決定する。この油圧ポンプ４のパワーの決定方法に関しては、特に限定されるものではないが、例えば、操作レバー装置５６の操作量に応じて予めパワーの大きさを決めておき、制御装置の中でテーブル検索等を行って決定するものでも良く、この場合、チューニング作業等が容易に行えるというメリットがある。

【0036】

走行動力要求演算部４１は、アクセルペダル及びブレーキペダル踏み込み量、Ｆ／Ｒスイッチのスイッチ信号、走行用電動機９の回転数、及び車速を入力し、走行動力要求値Ｐｒｕｎを演算する。ここでの演算方法についても、油圧動力要求値Ｐｆと同様に各ペダル踏み込み量に応じたパワーを決めておき、制御装置の中でテーブル検索等を行って決定するものでも良い。

【0037】

動作演算部４２は、車速と、バケット位置の信号と、油圧動力要求演算部４０で算出した油圧動力要求値Ｐｆと、走行動力要求演算部４１で算出した走行動力要求値Ｐｒｕｎとを入力し、ホイールローダの動作内容を判定する。具体的には、各入力値と、予め設定された車速に対する油圧動力要求値Ｐｆの閾値と、走行動力要求値Ｐｒｕｎの閾値と、バケット位置の閾値とを、各々比較し、これらの入力値がすべて閾値を上回ったことを条件にして、掘削作業であると判定する。

【0038】

上述したようにホイールローダの掘削作業は、バケット位置を低くして車両を前進させ、作業装置５０を上昇させるという走行部と作業部の複合動作である。このため、上述したように、バケット位置と車両の加速状態と、オペレータの操作により要求されている油圧動力要求値Ｐｆと走行動力要求値Ｐｒｕｎとを監視することで、ホイールローダの掘削作業を判定することが可能となる。

【0039】

図８に戻り、動力演算部３１には、動作判定部３０が出力した信号以外に、蓄電装置１１からの出力制限信号と、エンジン１からのエンジン出力信号とが入力されている。動力演算部３１は、例えば、動作内容が掘削作業であるという信号が入力された場合には、まず、油圧動力要求値Ｐｆと走行動力要求値Ｐｒｕｎとエンジン出力に対して、上述した適正配分となるようにして走行部パワーと作業部パワーを決定する。そして、例えば、蓄電装置１１からの出力制限信号がある場合には、その制限値に応じた係数を乗算することにより、最終的な走行部パワーと油圧作業部パワーを決定し出力する。このことにより、ホイールローダの掘削作業時には、走行部と油圧作業部とのパワーが適切な比率で配分される。この結果、掘削作業時の作業効率が向上する。例えば、掘削時の走行部と油圧作業部の出力比を予め６：４〜４：６等に設定し、掘削対象物（地山）が固い場合には、油圧作業部の出力に比較して走行部の出力を大きくし、掘削対象物（地山）が柔らかい場合には、走行部の出力に比較して油圧作業部の出力を大きくする。

【0040】

蓄電装置１１からの出力制限としては、例えば、ハイブリッドシステムを構成する蓄電装置１１にリチウム電池を使用した場合、リチウム電池の温度が上昇して閾値を超えたときや、出力電流の値が閾値を超えたときなどに電池出力を制限する。このようなときに、本実施の形態においては、図８に示す動力演算部３１が、ホイールローダの動作内容（掘削作業）と走行動力要求値Ｐｒｕｎと油圧動力要求値Ｐｆとを入力しているため、走行部パワー指令のみを制限するのではなく、予め設定された走行部パワーと油圧作業部パワーの適切な比率を保持するように油圧作業部パワー指令も調整する。この結果、掘削作業における作業効率の低下が防止できる。

【0041】

なお、油圧作業部パワー指令が制限された場合には、例えば、図４に示すハイブリッド制御装置２０の油圧制御部３４から油圧制御装置２１を介して、可変容量型の油圧ポンプ４の傾転角度を下げる制御がなされる。

【0042】

次に、動作判定部３０と動力演算部３１による処理内容を図を用いて説明する。図１０は本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態を構成するハイブリッド制御装置の処理手順を示すフローチャート図である。

【0043】

ハイブリッド制御装置２０の動作判定部３０は、現在のホイールローダの作業内容が掘削作業か否かを判定する（ステップＳ１００）。具体的には、動作判定部３０の動作演算部４２において、車速とバケット位置の信号と油圧動力要求値Ｐｆと走行動力要求値Ｐｒｕｎとを入力し、入力信号と予め定めた各閾値とを各々比較することで、ホイールローダの現在の動作内容が掘削作業か否かを判定する。動作判定部３０は、ホイールローダの現在の動作内容が掘削作業と判定した場合は、（ステップＳ１０１）へ進み、それ以外の場合は、処理終了とする。

【0044】

ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、蓄電装置１１の出力制限が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、動力演算部３１において、蓄電装置からの出力制限指令信号の有無で判定する。例えば、リチウム電池の温度が上昇して閾値を超えた場合や、出力電流の値が閾値を超えた場合などに、出力制限指令が出力される。動力演算部３１は、蓄電装置１１の出力制限が発生していると判定した場合は、（ステップＳ１０２）へ進み、それ以外の場合は、処理終了とする。

【0045】

ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、走行部パワーの制限を実施する（ステップＳ１０２）。具体的には、動力演算部３１において、蓄電装置１１からの出力制限量に応じて、走行動力要求値Ｐｒｕｎを制限して、走行部パワー指令として出力する。

【0046】

ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、予め設定された走行部パワーと油圧作業部パワーの比率となるように油圧作業部パワーの制限を実施する（ステップＳ１０３）。具体的には、動力演算部３１において、出力制限された走行部パワー指令と所定のパワー比率となるように油圧動力要求値Ｐｆを制限して油圧作業部パワーを決定し、油圧作業部パワー指令として出力する。

【0047】

以上の処理を実行することにより、蓄電装置１１に出力制限が発生した場合においても、走行部と油圧作業部のパワー比率を最適に制御することができる。このことにより、出力制限下における作業効率を向上させることが可能となる。

【0048】

上述した本発明のハイブリッド式作業車両の第１の実施の形態によれば、走行駆動部を電動化したハイブリッド式作業車両において、車両の要求動力に対して、蓄電装置１１の出力制限等によりハイブリッドシステムの出力パワーが制限される場合においても、作業効率の高いハイブリッド式作業車両を提供することができる。

【実施例2】

【0049】

以下、本発明のハイブリッド式作業車両の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図１１は本発明のハイブリッド式作業車両の第２の実施の形態を構成するハイブリッド制御装置の処理手順を示すフローチャート図である。

【0050】

本実施の形態におけるハイブリッド式作業車両は、その構成及び運用方法は第１の実施の形態と大略同様である。第１の実施の形態は、大容量の蓄電装置１１を備え、通常の動作において蓄電装置１１のパワーを使用する前提で設計した（エンジン１を小型化した）ハイブリッドシステムを対象としているのに対し、第２の実施の形態は、ある程度大きな容量のエンジン１を備え、蓄電装置１１のパワーはエンジン１のパワーが不足した時にアシストするだけに使用するハイブリッドシステムを対象とする点が異なる。

【0051】

本実施の形態における、動作判定部３０と動力演算部３１による処理内容を図を用いて説明する。図１１は本発明のハイブリッド式作業車両の第２の実施の形態を構成するハイブリッド制御装置の処理手順を示すフローチャート図である。

【0052】

ハイブリッド制御装置２０の動作判定部３０は、現在のホイールローダの作業内容が掘削作業か否かを判定する（ステップＳ１１０）。具体的には、動作判定部３０の動作演算部４２において、車速とバケット位置の信号と油圧動力要求値Ｐｆと走行動力要求値Ｐｒｕｎとを入力し、入力信号と予め定めた各閾値とを各々比較することで、ホイールローダの現在の動作内容が掘削作業か否かを判定する。動作判定部３０は、ホイールローダの現在の動作内容が掘削作業と判定した場合は、（ステップＳ１１１）へ進み、それ以外の場合は、処理終了とする。

【0053】

ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、蓄電装置１１の出力制限が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１１１）。具体的には、動力演算部３１において、蓄電装置からの出力制限指令信号の有無で判定する。例えば、リチウム電池の温度が上昇して閾値を超えた場合や、出力電流の値が閾値を超えた場合などに、出力制限指令が出力される。動力演算部３１は、蓄電装置１１の出力制限が発生していると判定した場合は、（ステップＳ１１２）へ進み、それ以外の場合は、処理終了とする。

【0054】

ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、蓄電装置１１の出力制限に対しエンジン１で出力可能か否かを判定する（ステップＳ１１２）。具体的には、動力演算部３１において、蓄電装置１１からの出力制限量に対してその制限分をエンジン１で出力可能か否か（現在のエンジン１の出力に余裕があるか否か）を判定する。動力演算部３１は、蓄電装置１１の出力制限に対しエンジン１で出力可能と判定した場合は、（ステップＳ１１３）へ進み、それ以外の場合は、（ステップＳ１１５）へ進む。

【0055】

ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、エンジン１で出力を補償し走行部パワーを決定する（ステップＳ１１３）。具体的には、エンジン１の出力を上昇させることで、蓄電装置１１の出力制限分を補償しながら走行部パワーを決定する。

【0056】

（ステップＳ１１２）において、蓄電装置１１の出力制限に対しエンジン１で出力可能ではないと判定した場合、ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、走行部パワーの制限を実施する（ステップＳ１１５）。具体的には、動力演算部３１において、蓄電装置１１からの出力制限量に応じて、走行動力要求値Ｐｒｕｎを制限して、走行部パワー指令として出力する。

【0057】

ハイブリッド制御装置２０の動力演算部３１は、予め設定された走行部パワーと油圧作業部パワーの比率となるように油圧作業部パワーの制限を実施する（ステップＳ１１４）。具体的には、動力演算部３１において、出力制限された走行部パワー指令または出力補償された走行部パワー指令と所定のパワー比率となるように油圧動力要求値Ｐｆを調整して油圧作業部パワーを決定し、油圧作業部パワー指令として出力する。

【0058】

上述した本発明のハイブリッド式作業車両の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0059】

また、上述した本発明のハイブリッド式作業車両の第２の実施の形態によれば、蓄電装置１１に出力制限が発生した場合においても、車両自体のパワーを制限することなく作業効率の高いホイールローダを提供することができる。

【0060】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0061】

１…エンジン、２…トルクコンバータ、３…トランスミッション（T/M）、４…油圧ポンプ、６…モータジェネレータ（M/G）、７…インバータ、８…プロペラシャフト、９…走行用電動機、１０…インバータ、１１…蓄電装置、１２…DCDCコンバータ、２０…ハイブリッド制御装置、２１…エンジン制御装置、２２…コンバータ制御装置、２３…油圧制御装置、２４…インバータ制御装置、３０…動作判定部、３１…動力演算部、３２…エンジン制御部、３３…Ｍ／Ｇ制御部、３４…油圧制御部、３５…走行制御部、４０…油圧動力要求演算部、４１…走行動力要求演算部、４２…動作演算部、５０…作業装置、６０…走行体、６１…車輪、２００…制御装置、Ｐｆ…油圧動力要求値、Ｐｒｕｎ…走行動力要求値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】