特開 2024-110084 作業車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024110084

(43)【公開日】2024-08-15

(54)【発明の名称】作業車両

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/10 20160101AFI20240807BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20240807BHJP

   B60K 6/46 20071001ALI20240807BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20240807BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20240807BHJP

   B60L 7/22 20060101ALI20240807BHJP

   B60L 15/00 20060101ALI20240807BHJP

   B60L 50/10 20190101ALI20240807BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20240807BHJP

【ＦＩ】

B60W20/10

E02F9/20 Z

B60K6/46 ZHV

B60W10/06 900

B60W10/08 900

B60L7/22 Z

B60L15/00 N

B60L50/10

H02P9/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014441

(22)【出願日】2023-02-02

(71)【出願人】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】金子 悟

(72)【発明者】

【氏名】吉村 正利

(72)【発明者】

【氏名】松尾 興祐

(72)【発明者】

【氏名】関野 聡

(72)【発明者】

【氏名】歌代 浩志

【テーマコード（参考）】

2D003

3D202

5H125

5H590

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB01

2D003AC04

2D003BA02

2D003BA05

2D003CA10

2D003DA02

2D003DA04

2D003FA02

3D202AA00

3D202AA07

3D202BB01

3D202BB16

3D202CC03

3D202DD01

3D202DD11

3D202DD18

3D202DD20

3D202DD24

3D202DD26

3D202DD28

5H125AA20

5H125BA00

5H125BD17

5H125CA02

5H125CB01

5H125EE08

5H125EE41

5H125EE48

5H125EE51

5H590CA07

5H590CA23

5H590CD03

5H590CE05

5H590EA10

5H590FA01

5H590GA02

5H590GA06

5H590HA00

5H590HA02

5H590HA06

5H590HA27

(57)【要約】

【課題】モジュレート動作において、車両制動時の発電電力をエンジンの状態に応じて調整することで、制動後の発進時によりスムーズにエンジンからパワーを供給することができる作業車両を提供すること。
【解決手段】エンジンにより駆動される発電機からの電力により車体を走行駆動させる走行電動機と、前後進切替スイッチと、走行電動機からの回生電力を消費する外部抵抗器とを備え、前後進切替スイッチが示す車体の進行方向と、走行電動機の回転方向が示す車体の進行方向とに差異が生じた場合に、エンジンについて予め設定した燃料噴射制限値と燃料噴射量の差が、第一の閾値より大きい場合には、発電機の発電電力を増加させるように制御し、燃料噴射制限値と燃料噴射量の差が、第一の閾値よりも小さい値として予め設定した第二の閾値より小さい場合には、発電機の発電電力を減少させるように発電機を制御する。
【選択図】 図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンにより駆動される発電機と、
前記発電機からの電力により車体を走行駆動させる走行電動機と、
前記車体の進行方向を前進と後進とで切り替える前後進切替スイッチと、
前記走行電動機からの回生電力を消費する外部抵抗器と、
車両制御装置とを備える作業車両において、
前記車両制御装置は、
前記前後進切替スイッチが示す前記車体の進行方向と、前記走行電動機の回転方向が示す前記車体の進行方向とに差異が生じた場合に、
前記エンジンについて予め設定した燃料噴射制限値と燃料噴射量の差に基づいて前記発電機の発電電力を増加または減少させるように制御することを特徴とする作業車両。

【請求項2】

請求項１記載の作業車両において、
前記車両制御装置は、
前記前後進切替スイッチが示す前記車体の進行方向と、前記走行電動機の回転方向が示す前記車体の進行方向とに差異が生じた場合に、
前記エンジンについて予め設定した燃料噴射制限値と燃料噴射量の差が、第一の閾値より大きい場合には、前記発電機の発電電力を増加させるように制御し、
前記燃料噴射制限値と燃料噴射量の差が、前記第一の閾値よりも小さい値として予め設定した第二の閾値より小さい場合には、前記発電機の発電電力を減少させるように前記発電機を制御することを特徴とする作業車両。

【請求項3】

請求項１記載の作業車両において、
前記車両制御装置は、
前記前後進切替スイッチが示す前記車体の進行方向と、前記走行電動機の回転方向が示す前記車体の進行方向とに差異が生じた場合に、前記発電機の制御を電圧制御からトルク制御に切り替えることを特徴とする作業車両。

【請求項4】

請求項１記載の作業車両において、
前記車両制御装置は、
前記発電機の発電電力と前記走行電動機からの回生電力の和が前記外部抵抗器の定格電力を越えないように前記発電機の発電電力を制限することを特徴とする作業車両。

【請求項5】

請求項１記載の作業車両において、
制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチをさらに備え、
前記車両制御装置は、
前記制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチがＯＦＦ状態の場合には、前記前後進切替スイッチが示す前記車体の進行方向と、前記走行電動機の回転方向が示す前記車体の進行方向とに差異が生じた場合に、前記発電機による発電を行わないことを特徴とする作業車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業車両に関する。

【背景技術】

【0002】

作業車両には、エンジンでモータジェネレータを駆動して発電し、モータジェネレータからの電力を用いて走行モータで車輪を回転駆動させるものがある。例えば、特許文献１には、エンジンと機械的に接続した発電電動機と、発電電圧指令に基づいて発電電動機の発電量を制御する発電インバータと、車体を駆動する走行電動機と、電動機トルク指令に基づいて走行電動機のトルクを制御する走行インバータと、車体の前進／後進を切り替える前後進切替え装置と、ブレーキ抵抗器と、発電インバータ及び走行インバータに電気的に接続され、入力電圧が設定電圧を超えるとき発電インバータ及び走行インバータをブレーキ抵抗器に電気的に接続することで発電電動機及び走行電動機で発生した電力を消費するチョッパ回路と、前後進切替え装置により車体の進行方向と逆方向が選択されたことで電動駆動式作業車両がモジュレート動作する間、エンジンにより発電電動機を駆動して設定電圧を超える電圧を発生する発電電圧指令を発電インバータに出力する電動駆動式作業車両が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－３８３６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

作業車両としては、例えば、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掘削・運搬してダンプトラックなどへの積込を行うホイールローダがある。ホイールローダでは、単位時間あたりの運搬量などの作業効率が車両の性能を示す一つの指標となっている。ホイールローダの作業効率を向上させるためには、できるだけ速く車両を移動させて作業を迅速に行うことが必要となる。

【0005】

例えば、ホイールローダが作業時に行う動作の一つとしては、掘削位置と積込位置の間を移動する際に急制動から進行方向を逆方向に切り替えて急発進する、所謂、モジュレート動作が知られている。

【0006】

上記従来技術においては、モジュレート動作時にエンジンの状態を考慮せずに発電を実施するため、実際には制動後の車両発進時にはエンジンの出力が過大となり、結果的にエンジン回転が低下してしまい、良好に発進できなくなってしまうことが考えられる。また、エンジン回転の低下を避けるために発電電力を絞った場合には、車両発進時に必要となるパワーを供給するために時間を要してしまい、結果的に発進が遅れてしまうことが考えられる。

【0007】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、モジュレート動作において、車両制動時の発電電力をエンジンの状態に応じて調整することで、制動後の発進時によりスムーズにエンジンからパワーを供給することができる作業車両を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機からの電力により車体を走行駆動させる走行電動機と、前記車体の進行方向を前進と後進とで切り替える前後進切替スイッチと、前記走行電動機からの回生電力を消費する外部抵抗器と、車両制御装置とを備える作業車両において、前記車両制御装置は、前記前後進切替スイッチが示す前記車体の進行方向と、前記走行電動機の回転方向が示す前記車体の進行方向とに差異が生じた場合に、前記エンジンについて予め設定した燃料噴射制限値と燃料噴射量の差に基づいて前記発電機の発電電力を増加または減少させるように制御するものとする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、モジュレート動作において、車両制動時の発電電力をエンジンの状態に応じて調整することで、制動後の発進時によりスムーズにエンジンからパワーを供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ホイールローダの外観を概略的に示す側面図である。

【図2】ホイールローダの電気駆動システムの構成を模式的に示す図である。

【図3】ホイールローダの動作の一例を示す図である。

【図4】燃費向上制御における電力の流れを模式的に示す図である。

【図5】作業効率向上制御における電力の流れを模式的に示す図である。

【図6】発電機用インバータのコントローラ機能部における処理内容を示す機能ブロック図である。

【図7】車両制御装置の電力駆動システムの制御に係る機能部を抜き出して示す機能ブロック図である。

【図8】車両制御装置のモジュレート判定部及びＭＧ制御モード切替部の処理内容を示すフローチャートである。

【図9】車両制御装置の発電量演算部における処理内容を示す機能ブロック図である。

【図10】比較例として示す従来技術におけるモジュレート動作時の各部状態量を示す図である。

【図11】モジュレート動作時の各部状態量を示す図である。

【図12】回生電力の制限処理の処理内容を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を図１～図１２を参照しつつ説明する。

【0012】

なお、以下の説明においては、作業車両の一例としてホイールローダを例示して説明するが、これに限定されるものではなく、所謂、ディーゼルエレクトリック式を採用する他の作業機械においても本願発明を適用することができる。

【0013】

図１は、本実施の形態に係るホイールローダの外観を概略的に示す側面図である。なお、以降の説明においては、特に断らない限り、ホイールローダの前後左右はホイールローダに搭乗して操作するオペレータの視点を基準とする。

【0014】

図１において、ホイールローダ１００は、車体を構成する前方（図１の左方向）に配置された前フレーム１０２および後方（図１の右方向）に配置された後フレーム１０３で構成されている。前フレーム１０２と後フレーム１０３は、センタピン１０９によって、左右方向に回動可能に連結されている。

【0015】

前フレーム１０２には、基端を前フレーム１０２に対して上下方向に回動可能に接続された左右一対のリフトアーム１０８と、リフトアーム１０８の先端に上下方向に回動可能に接続されたバケット１０７と、左右一対の車輪（前輪１１ａ，１１ｂ）とが取り付けられている。リフトアーム１０８とバケット１０７は、リフトシリンダ５２やバケットシリンダ５１などとともに、土砂などの掘削作業を行うフロント部分の油圧作業装置５を構成している。

【0016】

リフトアーム１０８と前フレーム１０２は、リフトシリンダ５２によって接続されている。リフトシリンダ５２が伸縮することによって、リフトアーム１０８がバケット１０７と一体的に上下方向に回動される。

【0017】

バケット１０７とリフトアーム１０８は、バケットシリンダ５１によって接続されている。バケットシリンダ５１が伸縮することによって、バケット１０７が上下方向に回動される。

【0018】

後フレーム１０３には、オペレータが搭乗するキャブ１０４及び左右一対の車輪（後輪１２ａ，１２ｂ）が取り付けられている。キャブ１０４内には、ホイールローダの進行方向を前進と後進とで切り替える前後進切替スイッチ１０４ａが配置されている。

【0019】

前フレーム１０２と後フレーム１０３は、左右一対のステアリングシリンダ５３によって接続されている。左右一対のステアリングシリンダ５３のうちの一方を伸長させるのと同時に他方を縮退させることにより、センタピン１０９を中心として前フレーム２と後フレーム３とを左右方向に屈曲させる。

【0020】

図２は、ホイールローダの電気駆動システムの構成を模式的に示す図である。

【0021】

図２において、電気駆動システムは、後フレーム１０３などに配置されたエンジン１（例えば、ディーゼルエンジン）の出力軸に接続され、エンジン１により駆動される発電機６（モータジェネレータ：ＭＧ）と、発電機６の動作を制御する発電機用インバータ７と、発電機６からの電力により、ホイールローダ１００の走行駆動に係るプロペラシャフト８を出力軸として回転駆動する走行モータ９と、発電機６から発電機用インバータ７を介して走行モータ９に供給される電力を制御して走行モータ９の動作を制御する走行モータ用インバータ１０と、走行モータ９からの回生電力を消費するための外部抵抗器１４と、電気駆動システムの全体の動作を制御する車両制御装置１５とから概略構成されている。

【0022】

エンジン１の出力軸には、エンジン１により駆動される油圧ポンプ４が接続されている。油圧ポンプ４から吐出される圧油の流量および方向をコントロールバルブ５０で制御することにより、バケットシリンダ５１、リフトシリンダ５２、ステアリングシリンダ５３のそれぞれの伸長および縮退が制御される。

【0023】

走行モータ９に回転駆動されるプロペラシャフト８には、センタージョイント１３（ＣＪ）、ディファレンシャルギア１１ｅ（Ｄｉｆ）及びギア１１ｃ，１１ｄを介して前輪１１ａ，１１ｂが、ディファレンシャルギア１２ｅ（Ｄｉｆ）及びギア１２ｃ，１２ｄ（Ｇ）を介して後輪１２ａ，１２ｂが、それぞれ取り付けられている。

【0024】

本実施の形態における電気駆動システムでは、エンジン１で発電機６を駆動し、発電機６で発電された電力を入力として走行モータ９でトルクを生成し、プロペラシャフト８等を介して車輪１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂに伝達することで回転駆動させ、ホイールローダ１００を走行させる。このとき、発電機６を制御する発電機用インバータ７と走行モータ９を制御する走行モータ用インバータ１０の間を電気的に連結するＤＣカップリング部分の電圧（すなわちＤＣバス電圧）の制御を行う。

【0025】

ここで、作業現場におけるホイールローダ１００の基本的動作について説明する。

【0026】

図３は、ホイールローダの動作の一例を示す図である。

【0027】

図３に示すように、ホイールローダの基本動作はＶ字掘削作業とよばれる動作である。Ｖ字掘削作業では、ホイールローダ１００はまず、土砂山などの掘削対象物に対して前進し、掘削対象物２００に油圧作業装置５を突っ込むような形でバケット１０７に土砂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と油圧作業装置５のバケット１０７の上昇操作とをしながらダンプトラック３００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１０７から放土した）後は、再び後進し、元の位置に戻る。このように、ホイールローダ１００の基本動作はＶ字軌跡を描きながらこの作業を繰り返し行うことからＶ字掘削作業とよばれており、ホイールローダ１００の作業時間の大多数を占める動作となっている。ホイールローダ１００が掘削位置と積込位置の間を移動する際に急制動から進行方向を逆方向に切り替えて急発進する動作は、所謂、モジュレート動作と称されている。

【0028】

Ｖ字掘削作業におけるホイールローダ１００の基本性能指標の一つには、作業効率［ｔ／ｈ］（ｔは運搬物の重量、ｈは作業時間を表す）がある。Ｖ字掘削作業において作業効率［ｔ／ｈ］を向上させるためには、バケット１０７に積み込む土砂等の量［ｔ］を増やす場合、あるいは、作業時の走行性能を向上させて作業時間［ｔ］を短縮する場合が考えられる。

【0029】

本実施の形態においては、作業時間［ｔ］の短縮による作業効率［ｔ／ｈ］の向上を図る。ホイールローダ１００のＶ字掘削作業の作業時間［ｔ］の短縮は、例えば、後進から前進に移行する動作（モジュレート動作）を急峻に行うことで実現することができる。具体的には、ホイールローダ１００が後進状態から急制動をかけている状態（例えば、後進状態でのフルブレーキ状態）で、前後進切替スイッチ１０４ａからの進行方向指示信号（ＦＮＲ信号）を進行方向に切替えて（すなわち、前後進切替スイッチ１０４ａを前進に切り替えて）、前進方向への急発進に移行することで、作業時間［ｔ］の短縮を図ることができる。以降、このような制御を作業効率向上制御と称する。

【0030】

また、Ｖ字掘削作業におけるホイールローダ１００の基本性能指標の他の一つには、運搬物の重量と燃料消費量の比率（所謂、燃費）がある。Ｖ字掘削作業において燃費を向上させるためには、発電機６による発電を効率的に行うことが考えられる。具体的には、走行モータ９で回生電力を発生して外部抵抗器１４で消費する制動時に発電機６による発電を実施しないことで、燃費の向上を図ることができる。以降、このような制御を燃費向上制御と称する。

【0031】

本実施の形態においては、キャブ１０４内に、作業効率向上制御の有効と無効とを切り替える制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１０４ｂを設け、制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１０４ｂがＯＮの場合には作業効率向上制御を行い、ＯＦＦの場合には燃費向上制御を行う。すなわち、ホイールローダ１００により実施する作業の作業効率を優先したい場合には、オペレータが制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１０４ｂをＯＮにして作業を行う。また、ホイールローダ１００により実施する作業が時間的に許容される場合には、オペレータが燃費を考慮して制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１０４ｂをＯＦＦにして作業を行う。

【0032】

図４は、燃費向上制御における電力の流れを模式的に示す図であり、Ｖ字掘削作業のモジュレート動作における制動時の回生電力の流れを示している。なお、図４においては説明の簡単のために一部の構成を追加・省略して示している。

【0033】

図４に示すように、燃費向上制御において、モジュレート動作における制動時には、車輪側から走行モータ９に制動力がかかる状態となっており、制動力によって走行モータ９が発電を行うことになる。走行モータ９からの発電電力（回生電力）は、外部抵抗器１４で消費される分と、発電機６を回転駆動させることで（モータリングすることで）消費される分とになる。このとき、発電機６の回転によりエンジン１の出力軸が回転させられるため、エンジン１の出力軸の回転が上昇し、結果的にエンジン１はその間は燃料噴射を休止する。モジュレート動作の場合、すなわち、急制動のあとに急発進に移行する場合には、エンジン１が燃料噴射を休止しているため、大きなエンジン出力がすぐに出せずに急発進はできない状態となる。すなわち、モジュレート動作に要する時間の短縮効果は得られないため、作業効率［ｔ／ｈ］の改善は見込まれないものの、燃費の悪化を抑制が見込まれる。

【0034】

図５は、作業効率向上制御における電力の流れを模式的に示す図であり、Ｖ字掘削作業のモジュレート動作における制動時の回生電力の流れを示している。なお、図５においては説明の簡単のために一部の構成を追加・省略して示している。

【0035】

図５に示すように、作業効率向上制御において、モジュレート動作における制動時には、エンジン１の出力を予め増加させておくことにより、急制動のあとの急発進への移行に必要な大きなエンジン１の出力をすぐに出すことができるように制御する。すなわち、エンジン１の出力の遅れを抑制することでモジュレート動作における急発進を行うことが可能となるため、モジュレート動作に要する時間の短縮効果、すなわち、作業効率［ｔ／ｈ］の改善が見込まれる。

【0036】

ここで、電力駆動システムの作業効率向上制御について詳細に説明する。

【0037】

図６は、発電機用インバータのコントローラ機能部における処理内容を示す機能ブロック図である。

【0038】

図６において、発電機用インバータ７のコントローラ機能部は、ＤＣバス電圧指令とＤＣバス電圧との差が小さくなるように指令値を算出する電圧制御部７１と、ＭＧトルク指令に応じた指令値を算出する換算ゲイン算出部７２と、車両制御装置１５からのＭＧモード制御指令に応じて電圧制御部７１と換算ゲイン算出部７２の何れか一方の指令値を選択する指令値選択部７３と、指令値選択部７３で選択された指令値の上限を規定する電流制限部７４と、電流制限部７４を介したＭＧ電流指令とＭＧ電流との差が小さくなるように発電機用インバータ７の動作を制御する指令値（ＭＧ用インバータ電圧指令）を算出して出力する電流制御部７５とを備えている。

【0039】

図６に示すように、発電機用インバータ７は、ＭＧ制御モード指令が電圧制御（後述）を指示している時には、指令値選択部７３において電圧制御部７１からの指令値を選択し、発電機用インバータ７と走行モータ用インバータ１０の間を電気的に連結するＤＣバスの電圧が所望の電圧（ＤＣバス電圧指令の示す電圧）になるようにフィードバック制御している。

【0040】

また、発電機用インバータ７は、ＭＧ制御モード指令がトルク制御（後述）を指示している場合には、指令値選択部７３において換算ゲイン算出部７２からの指令値を選択し、発電機６の出力トルクが車両制御装置１５からのＭＧトルク指令の示す値となるように制御している。

【0041】

図７は、車両制御装置の電力駆動システムの制御に係る機能部を抜き出して示す機能ブロック図である。

【0042】

図７において、車両制御装置１５は、ＣＡＮ通信等から得られる車両速度と前後進切替スイッチ１０４ａからの信号とに基づいて、ホイールローダ１００がモジュレート動作を行っているか否かを判定するモジュレート判定部１５１と、モジュレート判定部１５１の判定結果に応じて、電圧制御とトルク制御の何れか一方を指示するＭＧ制御モード指令を発電機用インバータ７に出力するＭＧ制御モード切替部１５２と、ＣＡＮ通信等から得られる燃料噴射上限値とエンジントルクとに基づいて、発電機６における発電量の目標値を演算する発電量演算部１５３と、発電量演算部１５３で算出された発電量の目標値と発電量演算部ＣＡＮ通信等から得られるエンジン回転数とに基づいて、ＭＧトルク指令を演算して発電機用インバータ７に出力するＭＧトルク演算部１５４とを備えている。

【0043】

図８は、車両制御装置のモジュレート判定部及びＭＧ制御モード切替部の処理内容を示すフローチャートである。

【0044】

図８に示すように、車両制御装置１５は、まず、モジュレート判定部１５１においてＣＡＮ通信等から車両速度の信号を入力するとともに、前後進切替スイッチ１０４ａからの信号を入力する（ステップＳ１０１）。

【0045】

続いて、車両速度と前後進切替スイッチ１０４ａからの信号が示す進行方向とが同符号か否か、すなわち、ホイールローダ１００の現在の進行方向と、オペレータが前後進切替スイッチ１０４ａによって指示する進行方向とが同じであるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

【0046】

ステップＳ１０２での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、前後進切替スイッチ１０４ａの示す方向とホイールローダ１００の進行方向とが一致する場合（非モジュレート動作である場合）には、発電機６の電圧制御を指示するＭＧ制御モード指令を生成して発電機用インバータ７に出力し（ステップＳ１０３）、処理を終了する。

【0047】

また、ステップＳ１０２での判定結果がＮＯの場合、すなわち、前後進切替スイッチ１０４ａの示す方向とホイールローダ１００の進行方向とが異なる場合（モジュレート動作である可能性がある場合）には、車両速度が予め定めた閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

【0048】

ステップＳ１０４での判定結果がＮＯの場合、すなわち、車両速度が閾値よりも小さい場合には、坂道でのずり下がり等が発生している（非モジュレート動作である）として、発電機６の電圧制御を指示するＭＧ制御モード指令を生成して発電機用インバータ７に出力し（ステップＳ１０３）、処理を終了する。

【0049】

また、ステップＳ１０４での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、車両速度が閾値以上の場合（非モジュレート動作である場合）には、発電機６のトルク制御を指示するＭＧ制御モード指令を生成して発電機用インバータ７に出力し（ステップＳ１０３）、処理を終了する。

【0050】

このように、本実施の形態においては、モジュレート動作の検知に基づくＭＧ制御モード指令の決定処理と並行して、発電機６をトルク制御とした際のＭＧトルク指令の演算を行う。ＭＧトルク指令の演算により、ホイールローダ１００のモジュレート動作における回生動作時の発電機６の発電量を最適化することができ、その後の急発進においてもエンジン１の回転数を低下させることなく、高応答でスムーズな発進動作を可能とする。

【0051】

続いて、発電量演算部１５３の処理内容について詳細に説明する。

【0052】

図９は、車両制御装置の発電量演算部における処理内容を示す機能ブロック図である。

【0053】

図９に示すように、発電量演算部１５３は、エンジン１の燃料噴射状態（エンジントルクの出力割合）にもとづいて発電機６の発電電力を決定する。発電量演算部１５３は、まず、エンジンＥＣＵ（図示せず）からのＣＡＮ信号に含まれている燃料噴射上限値とエンジントルク（正確には、エンジン１についてエンジントルクと燃料噴射量との関係を予め計測して定めたテーブルから求められる燃料噴射量に相当する値）を入力し、発電量を決定する。このとき、燃料噴射上限値とエンジントルク（双方とも、単位は［％］であり、例えば、定格に対する割合を示す）の差を演算部１５３ａで求め、その差の大きさに応じて決定部１５３ｂで発電量を決定する。例えば、燃料噴射上限値とエンジントルクの差が小さい場合には、エンジン１の出力は上限に近い値となっていることを示しており、それ以上の出力を出そうとした場合には、エンジン１の回転数が低下してしまうことが考えられる。一方、燃料噴射上限値とエンジントルクの差が大きい場合には、エンジンの出力は上限に対して余裕が大きいことを示しており、出力を増加させる際に若干の時間を要することが考えられる。そこで、ホイールローダ１００のモジュレート動作において、比較的大きな出力を要する場合、すなわち、急制動状態から急発進に移行する際には、燃料噴射上限値とエンジントルクの差を適正な大きさに保つことが有効である。

【0054】

発電量演算部１５３は、エンジンＥＣＵ（図示せず）からＣＡＮ通信で出力されている状態量である燃料噴射上限値とエンジントルクを入力して演算部１５３ａで差を演算し、演算した差分に応じて決定部１５３ｂで発電機６の発電量を増減するように発電量指令の暫定値を決定する。例えば、差分が閾値Ｘ１（例えば、２０［％］）より大きい場合には、より発電量を増加させるように、予め設定した適正な値（例えば、＋α［ｋＷ］）で発電量指令の暫定値を増加させる。また、差分が閾値Ｘ２（例えば、１０［％］）より小さかった場合は、エンジン１の出力が上限に近いとして、発電機６の発電量をより減少させるように、適正な値で減少させる。また、燃料噴射上限値とエンジントルクの差が閾値Ｘ１以下かつＸ２以上である場合には、現状の出力を維持するように発電量を決定する。

【0055】

なお、上記閾値Ｘ１と閾値Ｘ２は、車両の加速性に応じて任意に調整することが可能な値であるが、例えば、閾値Ｘ１は上述の燃料噴射上限値とエンジントルクの差がある程度大きい値（車両が発進に移った際に、発進が遅くなる位の差）を設定し、一方、閾値Ｘ２は燃料噴射上限値とエンジントルクの差がある程度小さい値（車両が発進に移った際に、エンジン回転数が低下してしまう位の差）を設定することが考えられる。なお、本実施の形態においては、発電機６の発電量をαｋＷ（任意の値）ずつ増加減するようにしている。これは、エンジン１に急激な負荷の変化を与えて、回転数が変動することを抑制するためである。

【0056】

なお、発電機６から発電した電力（発電パワー）は走行モータ９からの回生電力と一緒に外部抵抗器１４で消費することになる。そこで、図１２に示すように、発電機６からの発電電力と、走行モータ９からの回生電力の合計値が外部抵抗器１４の容量（定格）を超えないように制限することが必要となる。ホイールローダ１００は制動中である場合には、走行モータ９の回生電力を制限することは車両の運動（制動）性能を低下させる可能性があるため、走行モータ９の回生電力の保持を優先し、発電機６の発電電力を制限する。なお、走行モータ９の回生電力は、回生時において、車両速度の低下に伴い減少するため、それに応じて発電機６の発電電力を増加させるようにすればよい。

【0057】

以上のように構成した本実施の形態における作用効果を図面を参照しつつ説明する。

【0058】

図１０は、比較例として示す従来技術におけるモジュレート動作時の各部状態量を示す図である。また、図１１は、本実施の形態におけるモジュレート動作時の各部状態量を示す図である。

【0059】

図１１に示すように、比較例においては、減速時（図中（ａ））に走行モータ９から回生電力が発生し、発電機６においてその回生電力が消費（モータリング）されるため、ＭＧパワーが正となり、エンジン１の回転数が上昇して、エンジン１は燃料噴射を休止する。すなわち、エンジントルクがゼロとなる。その後、加速開始時点（図中（ｂ））では、急に発電機６からの発電電力が必要となり、エンジン１に負荷をかけ始めるためエンジン１の回転数は低下し、その後、において、ＭＧパワーがスムーズに増加せず（図中（ｃ））、結果的に車両の発進が遅くなってしまう。

【0060】

これに対して、本実施の形態においては、図１３に示すように、減速時（図中（ａ））に走行モータ９から回生電力が発生するが、発電機６ではモータリングされず、発電機６においても強制的な発電が開始されるため、ＭＧパワーが負側（発電側）に徐々に増加してくる。その結果、エンジン１は燃料の噴射を継続し、エンジントルクを増加させ、ホイールローダが前進動作に移った際、出力の急変を生じることなく、すなわち、エンジン１の回転数の意図しない低下を招くことなく、スムーズに出力を継続することができる。その結果、車両の急制動のあとの急発進動作に対応することができる。

【0061】

このように、本実施の形態においては、ホイールローダ１００のモジュレート動作を検知した際に、制動時（回生時）において、エンジン１の状態を考慮した発電量で発電機６を発電させることにより、次に生じる急発進で必要なパワーをエンジン１からスムーズに出力することが可能となる。すなわち、モジュレート動作において、車両制動時の発電電力をエンジンの状態に応じて調整することで、制動後の発進時によりスムーズにエンジンからパワーを供給することができる。

【0062】

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

【符号の説明】

【0063】

１…エンジン、２…前フレーム、３…後フレーム、４…油圧ポンプ、５…油圧作業装置、６…発電機、７…発電機用インバータ、８…プロペラシャフト、９…走行モータ、１０…走行モータ用インバータ、１１ａ，１１ｂ…前輪、１１ｃ，１１ｄ…ギア、１１ｅ…ディファレンシャルギア、１２ａ，１２ｂ…後輪、１２ｃ，１２ｄ…ギア、１２ｅ…ディファレンシャルギア、１３…センタージョイント、１４…外部抵抗器、１５…車両制御装置、５０…コントロールバルブ、５１…バケットシリンダ、５２…リフトシリンダ、５３…ステアリングシリンダ、７１…電圧制御部、７２…換算ゲイン算出部、７３…指令値選択部、７４…電流制限部、７５…電流制御部、１００…ホイールローダ、１０２…前フレーム、１０３…後フレーム、１０４…キャブ、１０４ａ…前後進切替スイッチ、１０４ａ…前後進切替スイッチ、１０４ｂ…制御ＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１０７…バケット、１０８…リフトアーム、１０９…センタピン、１５１…モジュレート判定部、１５２…ＭＧ制御モード切替部、１５３…発電量演算部、１５３ａ…演算部、１５３ｂ…決定部、１５４…ＭＧトルク演算部、２００…掘削対象物、３００…ダンプトラック

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】