JP3740426B2 - ホイール式作業用車両の駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はホイールローダ等のホイール式作業用車両の駆動装置に係わり、特に、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させる油圧走行駆動装置を備えたホイール式作業用車両の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホイールローダ等のホイール式作業用車両の駆動装置としては、例えば特開平６−５８４１２号公報に記載されているような油圧駆動方式が実用化されている。また、特開平１１−１５８９３７号公報に記載のような電動駆動方式も検討されている。
【０００３】
特開平６−５８４１２号公報に記載の油圧式の駆動装置は、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させるものである。可変容量型油圧ポンプの動力源はエンジンであり、アクセルペダルの操作量を増大させるとエンジン回転数が増大し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が増大するため、可変容量型油圧モータの回転数も増大し、走行速度が速くなる。アクセルペダルの操作量を減少させるとエンジン回転数は減少し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が減少するため、可変容量型油圧モータの回転数も減少し、走行速度が遅くなる。
【０００４】
また、車両の走行中にアクセルペダルを緩め操作してエンジン回転数を低下させると、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が低下する一方、可変容量型油圧モータが慣性で回転を続けるので、可変容量型油圧モータの吐出流量が可変容量型油圧ポンプの吐出流量よりも大きくなって可変容量型油圧モータの吐出圧が上昇する。いわゆるブレーキ圧力が発生する。このブレーキ圧力によって可変容量型油圧ポンプはモータとして作用し、エンジンを駆動することになる。すなわち、エンジンブレーキが作用し、減速時に車両の運動エネルギーをエンジンの回転をアシストするという形で回収作用を行う。
【０００５】
特開平１１−１５８９３７号公報に記載の電動式の駆動装置は、エンジンの駆動によって発電機と油圧ポンプが駆動され、走行については発電機によって発電した電力により電動モータが駆動され、この電動モータの駆動により車体を走行駆動させる方式である。
【０００６】
また、このような駆動方式において用いる電動モータは、通常、交流式の電動モータであるため、インバータを必要とする。また、無走行時等の軽負荷時に余った電力を蓄え、走行時等の重負荷時に利用するため電力を蓄えるバッテリも必要となる。そのような機器を配置したシステムの一例を図７に示す。
【０００７】
図７において、エンジン２０１の駆動により発電機２０８が駆動され、電力を発生する。発電機２０８により発生した電力は、インバータ／コンバータ２８０によりバッテリ２８１に蓄えられる制御とバッテリ２８１の電力により電動モータ２８２を駆動させる制御が行われ、電動モータ２８２が駆動される。この電動モータ２８２の駆動によりミッション２８３が駆動され、車輪２５０が駆動し、車体が前・後進動作する。
【０００８】
以上の構成からなる電動モータによる駆動方式では、車両減速時において、電動モータ２８２を発電機として作動させ、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、インバータ／コンバータ２８０によりバッテリ２８１に蓄える。回収した電力は、走行駆動時に電動モータ２８２を騒動させるために使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【００１０】
特開平６−５８４１２号公報に記載の油圧式の駆動装置では、車両減速時の運動エネルギーをその車両減速時にエンジン回転をアシストするという形で回収する方式であり、車両減速時ではない通常走行時や走行・作業時には、その回収したエネルギーを利用することはできない。
【００１１】
特開平１１−１５８９３７号公報に記載の電動式の駆動装置では、それを図７に示すシステムのように構成した場合は、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、通常走行時或いは走行・作業時にその回収したエネルギーを利用することが可能である。しかし、図７に示すシステムでは、ホイールローダ等の重量の大きな作業用車両の走行を電動モータのみで行うので、高出力の電動モータが必要となり、電動モータの値段が高価となり、車両価格を高価とせざるを得なくなる。
【００１２】
本発明の目的は、必要機器の価格を抑え、車両減速時の運動エネルギーを回収し、通常走行時や走行・作業時等の必要時にその回収したエネルギーを利用することができるホイール式作業用車両の駆動装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、前記アクセル操作手段の非操作時或いは操作量の減少時に前記発電機／モータを発電機として駆動しかつ発生した電力を前記蓄電装置に蓄え、前記アクセル操作手段の操作時に、その蓄電装置に蓄えた電力により前記発電機／モータをモータとして駆動し、前記原動機と前記発電機／モータの両方の動力で前記軸の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記アクセル操作手段の操作時に、前記蓄電装置の蓄電量が十分にあるときは前記モータとして駆動する発電機／モータの回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げ、かつ前記原動機の回転数が最低回転数となるよう原動機に供給される燃料噴射量を制御する制御を行うとともに、前記モータとして駆動する発電機／モータの最大回転数が前記アクセル操作手段が設定する目標回転数に足りないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし 原動機の回転数を前記目標回転数まで上げる制御を行い、前記蓄電装置の蓄電量が十分でないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行うものとする。
【００１４】
以上のように構成した本発明においては、作業用車両の走行途中にオペレータが作業用車両の減速を意図してアクセル操作手段の操作を止める或いは操作量を減少させると、慣性で回転を続けようとする可変容量型油圧モータの吐出圧が上昇し、可変容量型油圧ポンプがモータとして作用する一方、制御手段は発電機／モータを発電機として駆動し、この発電機／モータがモータとして作用する可変容量型油圧ポンプの動力により回転駆動され電力を発生し、その電力が蓄電装置に蓄えられる。つまり、車両減速時に作業用車両の運動エネルギーで発電機／モータを駆動し、発生した電力を蓄電装置に蓄えるという形で運動エネルギーの回収を行う。
【００１５】
オペレータがアクセル操作手段を操作する通常走行時或いは走行・作業時は、制御手段は発電機／モータをモータとして駆動するよう切り換え、原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸の回転数を原動機と発電機／モータの両方の動力で目標回転数となるよう制御するため、通常走行時或いは走行・作業時に、車両減速時に回収したエネルギー（蓄電装置に蓄えた電力）を有効利用することができる。また、原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するので、発電機／モータは高出力を必要とせず、必要機器の価格を抑えることができる。
【００１６】
また、アクセル操作手段の操作時（通常走行時或いは走行・作業時）に原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するとき、蓄電装置の蓄電量が十分にあるときは発電機／モータによる駆動が優先され、原動機の回転数が最低回転数となるよう燃料噴射量を制御して原動機の燃料消費を抑えるため、最大の省エネ効果が得られる。そして、発電機／モータの最大回転数が前記アクセル操作手段が設定する目標回転数に足りないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記目標回転数まで上げる制御を行うので、発電機／モータは原動機の回転をアシスト的に制御するものとなり、発電機／モータを小型化し、必要機器の価格を更に抑えることができる。
【００１７】
さらに、前記蓄電装置の蓄電量が十分でないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行うので、通常走行時或いは走行・作業時に、蓄電装置の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプの駆動方式を切り換え、蓄電装置の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１の実施の形態を図１〜図５により説明する。
【００２４】
図１において、１は原動機、例えばディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）であり、燃料噴射量制御装置１０を備え、燃料噴射量を制御することによりエンジン回転数が制御される。エンジン１は軸１１により可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に連結され、軸１１によりエンジン１の動力が可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に伝達され、それらを駆動する。
【００２５】
可変客量型油圧ポンプ２は一対の主管路２０，２１を介して可変容量型油圧モータ５に閉回路接続され、油圧ポンプ２から吐出された圧油は油圧モータ５に供給されて油圧モータ５を駆動し、油圧モータ５から排出された圧油は油圧ポンプ２に戻される。可変容量型油圧モータ５は走行モータであり、車輪５０を回転駆動する。
【００２６】
油圧ポンプ３から吐出された圧油はコントロールバルブ６を介し、ステアリングシリンダ６０、アームシリンダ６１、バケットシリンダ６２に供給され、これらを駆動する。
【００２７】
チャージポンプ４から吐出された圧油は可変容量型油圧ポンプ２の吐出容量を制御するのに用いられる。すなわち、チャージポンプ４の吐出油は、その一部が絞り４０を介して前後進切換弁４２に導かれる一方で、残りが絞り４０を通過することなく前後進切換弁４２に直接導かれ、さらにこれら吐出油は前後進切換弁４２の切り換え位置に応じて管路４３ａ，４３ｂを介し、傾転シリンダ４４の油室に案内される。チャージポンプ４の吐出流量に応じて絞り４０の上流側と下流側との間の差圧（絞り４０の前後差圧）が変化し、この差圧によって傾転シリンダ４４が駆動されて可変容量型油圧ポンプ２の傾転角が変化し、吐出容量が増減する。
【００２８】
前後進切換弁４２がＦ位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ｃの位置となり、主管路２０に圧油が吐出されて車両が前進し、前後進切換弁４２がＲ位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ａの位置となり、管路２１に圧油が吐出されて車両が後進する。前後進切換弁４２が中立位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ｂの位置となり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出容量が零となる。
【００２９】
また、絞り４０の前後差圧は、前後進切換弁４２を介して管路４３ａ，４３ｂに導かれ、３位置形の圧力選択弁４５を切り換え制御する。前後進切換弁４２がＦ位置のときには圧力選択弁４５が４５ａの位置に切り換わり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧が主管路２０から圧力選択弁４５を介して管路４６に導かれる。また、前後進切換弁４２がＲ位置のときには圧力選択弁４５が４５ｃの位置に切り換わり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧が主管路２１から圧力選択弁４５を介して管路４６に導かれる。さらに、管路４６の圧油は、サーボシリンダ４８及び切換弁４７に導かれる。
【００３０】
サーボシリンダ４８及び切換弁４７は可変容量型油圧モータ５の吐出容量を制御するもので、圧力選択弁４５を介し管路４６により導かれた圧油の圧力が切換弁４７の設定圧力以下のときは切換弁４７が４７ａの位置に保持され、サーボシリンダ４８のピストンの小径側側面のみに管路４６により導かれた圧油の圧力が作用して、可変容量型油圧モータ５の吐出容量が最小値に設定される。圧力選択弁４５を介し管路４６により導かれた圧油の圧力が切換弁４７の設定圧力以上のときは切換弁４７が４７ｂの位置に切り換えられ、サーボシリンダ４８のピストンの大径側側面にも管路４６により導かれた圧油の圧力が作用して、ピストンが左方向に移動し、可変容量型油圧モータ５の吐出容量が最大値に設定される。
【００３１】
エンジン１を可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に連結する軸１１上には発電機／モータ８が配置されている。発電機／モータ８はインバータ／コンバータ８０により発電機と電動モータのいずれかに切り換え制御される。
【００３２】
発電機／モータ８が発電機として駆動する場合は、軸１１のエンジン１と発電機／モータ８との間の軸部分１１ａによってエンジン１の動力（トルク）が発電機／モータ８に伝達され発電機／モータ８を回転駆動し、電力を発生する。また、可変容量型油圧ポンプ２がモータ駆動するときは、軸１１の発電機／モータ８と可変容量型油圧ポンプ２との間の軸部分１１ｂによって可変容量型油圧ポンプ２の動力（トルク）が発電機／モータ８に伝達され、発電機／モータ８はエンジンと発電機／モータ８の両方の動力によって回転駆動され、電力を発生する。
【００３３】
発電機／モータ８が電動モータとして駆動する場合は、軸１１の軸部分１１ｂに動力（トルク）を伝達し、可変容量型油圧ポンプ２、油圧ポンプ３、チャージポンプ４を駆動する。つまり、この場合は、発電機／モータ８はエンジン１の動力（トルク）をアシストする動力補助手段として機能し、可変容量型油圧ポンプ２、油圧ポンプ３、チャージポンプ４はエンジン１と発電機／モータ８の両方の動力（トルク）で駆動される。
【００３４】
発電機／モータ８が発電機として駆動する場合、発生した電力はインバータ／コンバータ８０によりバッテリ８１に蓄えられる。また、発電機／モータ８を電動モータとして駆動する場合は、バッテリ８１の電力により駆動するようインバータ／コンバータ８０により制御される。
【００３５】
作業用車両の前進、後進を切り換える操作手段として走行指示切換装置７０が設けられ、軸１１の目標回転数を設定する操作手段としてアクセルペダル７２が設けられている。走行指示切換装置７０のレバー７１の位置信号及びアクセルペダル７２の操作量信号はコントローラ７に入力される。
【００３６】
オペレータは、作業用車両を後進させる場合は、走行指示切換装置７０のレバー７１の位置を初期位置”Ｎ”の位置から”Ｒ”の位置に切り換え、作業用車両を前進させる場合は同レバー７１の位置を”Ｆ”の位置に切り換える。コントローラ７は、走行指示切換装置７０からの位置信号に基づき、レバー７１の位置が”Ｆ”の位置の場合は、前後進切換弁４２をＦ位置、レバー７１の位置が”Ｒ”の位置の場合は、前後進切換弁４２をＲ位置に切り換える。
【００３７】
また、オペレータは、油圧モータ５の回転数を上げ走行速度を上げる場合或いはシリンダ６１，６２の駆動速度を速くし作業速度を上げる場合は、アクセルペダル７２を操作し、軸１１の目標回転数を増大させ、可変容量型油圧ポンプ２或いは油圧ポンプ３の回転数を上げる。コントローラ７は、アクセルペダル７２からの操作量信号に基づき、エンジン１の燃料噴射量制御装置１０を制御し、エンジン１の燃料噴射量を制御するとともに、インバータ／コンバータ８０を制御し、発電機／モータ８及び発電機／モータ８とバッテリ８１間の電力の授受を制御する。エンジン１の燃料噴射量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、燃料噴射量を減少させると、エンジン１の回転数は減少する。
【００３８】
アクセルペダル７２を操作したときのコントローラ７０の処理機能を図２にフローチャートで示す。コントローラ７０の処理機能は、概略的にいうと、アクセルペダル７２の非操作時或いは操作量の減少時に発電機／モータ８を発電機として駆動しかつ発生した電力をバッテリ８１に蓄え、アクセルペダル７２の操作時に、そのバッテリ８１に蓄えた電力により発電機／モータ８をモータとして駆動してその回転数をアクセルペダル７２が設定する軸１１の目標回転数まで上げかつエンジン１の回転数が低速回転数となるよう燃料噴射量制御装置１０によりエンジン１に供給される燃料噴射量を制御するというものである。
【００３９】
図２において、まず、アクセルペダル７２の開度（操作量）を読み込み、読み込んだアクセルペダル７２の開度から図３に示す特性により、軸１１の目標回転数を算出する。また、バッテリ８１の蓄電量を読み込む（ステップＳ７００）。
【００４０】
図３は、アクセルペダル７２の開度（操作量）と軸１１の目標回転数との関係を示す特性図であり、アクセルペダル７２の開度が零の時には、軸１１の目標回転数をエンジン１のアイドル回転数（最低回転数）Ｎminとし、アクセルペダル７２の開度が増えるに従って軸１１の目標回転数を上げるようにアクセルペダル７２の開度と軸１１の目標回転数との関係が設定されている。この特性はコントローラ７０の記憶装置に記憶されている。
【００４１】
図４は、バッテリ残量Ｓｏｃ（％）と電圧Ｖとの関係を示す図である。バッテリ８１の蓄電量は、例えばインバータ／コンバータ８０を通じてバッテリ８１の電圧Ｖを監視し、図４に示すようなバッテリ残量と電圧との関係に基づきバッテリ８１の電圧Ｖからそれに対応するバッテリ残量Ｖｏｃ（％）を計算することで計測することができる。図４に示すバッテリ残量と電圧との関係もコントローラ７０の記憶装置に記憶されている。
【００４２】
次に、アクセルペダル７２の開度（操作量）が零であるかどうか、或いはアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされたかどうかの判定を行う（ステップＳ７０１）。
【００４３】
ここで、アクセルペダル７２の開度が零或いは開度減の場合、すなわち、非走行時又は走行減速時には、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。また、非走行時又は走行減速時のエンジン動力を電力として蓄えたり、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、蓄えるため、発電機／モータ８を発電機として駆動させる（ステップＳ７０２）。
【００４４】
アクセルペダル７２の開度が零でない場合、或いはアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされていない場合には、発電機／モータ８をモータとして駆動させる（ステップＳ７０３）。
【００４５】
また、発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合は、バッテリ８１の蓄電量が十分にあるか判定を行う（ステップＳ７０４）。この判定は、例えば図４に示すバッテリ残量Ｖｏｃ（％）が予め設定した敷居値であるα％以上であるかどうか（バッテリ電圧ＶがＶα以上であるかどうか）を判定することにより行う。
【００４６】
ここで、例えばバッテリ８１の蓄電量が十分にある場合（バッテリ残量Ｖｏｃがα％以上である場合）は、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。また、軸１１が目標回転数となるようにモータとして作用する発電機／モータ８の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０５）。
【００４７】
また、バッテリ８１の蓄電量が十分にない場合（バッテリ残量Ｖｏｃがα％以上でない場合）は、軸１１が目標回転数となるように燃料噴射量を設定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。つまり、軸１１が目標回転数となるようエンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０６）。
【００４８】
なお、バッテリ８１の蓄電量が十分にあるかどうかの判定は、蓄電量が十分にあるとする場合の敷居値より蓄電量が十分にないとする場合の敷居値を小さくするというように、敷居値にヒステリシスを持たせて行ってもよい。
【００４９】
図５に本発明が適用される作業用車両の一例としてホイールローダの外観を示す。
【００５０】
図５において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、運転席１０１と車体前部１０２と車体後部１０３とで構成されており、車体後部１０３は車体前部１０２とステアリングシリンダ６０により相対回動白在に連結されている。車体前部１０２には、土砂の掘削、積み込み作業を行うことができるフロント１０４と車輸４９が設けられ、車体後部１０３には車輸５０と図１に示したエンジン１、可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４、コントローラ７、発電機／モータ８、インバータ／コンバータ８０、バッテリ８１が搭載されている。
【００５１】
フロント１０４は、リフトアーム１０５とバケット１０６から構成されている。リフトアーム１０５はアームシリンダ６１の伸縮により上下に動作し、バケット１０６はバケットシリンダ６２の伸縮によりチルト・ダンプ動作する。
【００５２】
以上のように構成した本実施の形態の動作の概略は次のようである。
【００５３】
作業用車両（ホイールローダ１００）の非走行時は、エンジン１はＮminで回転しかつ発電機／モータ８は発電機として駆動するので（ステップＳ７０２）、発電機／モータ８はエンジン１により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５４】
前後進切換弁４２をＦ位置に切り換えて車両を前進させている途中でオペレータが作業用車両（ホイールローダ１００）の減速を意図してアクセルペダル７２の操作を止めるかアクセルペダル７２を緩め操作し、軸１１の回転数を低下させた場合は、可変容量型油圧ポンプ２の吐出流量が低下する一方、可変容量型油圧モータ５が慣性で回転を続けるので、可変容量型油圧モータ５の吐出流量が可変容量型油圧ポンプ２の吐出流量よりも大きくなって可変容量型油圧モータ５の吐出圧が上昇する。いわゆるブレーキ圧力が発生する。このブレーキ圧力によって可変容量型油圧ポンプ２はモータとして作用する。このときも、エンジン１はＮminで回転しかつ発電機／モータ８は発電機として駆動するので（ステップＳ７０２）、発電機／モータ８はエンジン１とモータとして作用する可変容量型油圧ポンプ２の両方の動力により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５５】
前後進切換弁４２をＲ位置に切り換えて車両を後進させている途中でオペレータが作業用車両（ホイールローダ１００）の減速を意図してアクセルペダル７２の操作を止めるかアクセルペダル７２を緩め操作し、軸１１の回転数を低下させた場合も同様であり、発電機／モータ８はエンジン１とモータとして作用する可変容量型油圧ポンプ２の両方の動力により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５６】
以上のように車両減速時は、作業用車両（ホイールローダ１００）の運動エネルギーで発電機／モータ８を駆動し、発生した電力をバッテリに蓄えるという形で運動エネルギーの回収を行う。
【００５７】
通常走行時或いは走行・作業時は、発電機／モータ８はモータとして駆動するよう切り換えられ（ステップＳ７０３）、バッテリ８１の蓄電量が十分にある場合は、エンジン１はＮminで回転しかつモータとして作用する発電機／モータ８により軸１１の回転数が目標回転数となるよう制御する（ステップＳ７０４，Ｓ７０５）。バッテリ８１の蓄電量が十分にない場合は、エンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げ、エンジン１１だけで軸１１を駆動する（ステップＳ７０４，Ｓ７０６）。これにより通常走行時及び走行・作業時に、車両減速時に回収したエネルギー（バッテリ８１に蓄えた電力）を有効利用することができる。
【００５８】
以上のように本実施の形態によれば、作業用車両（ホイールローダ１００）の非走行時（非走行・作業時を含む）のエンジン１の動力を電力として蓄え、かつ車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、発生した電力をバッテリ８１に蓄えることにより、通常走行時或いは走行・作業時等の必要時に、回収したエネルギーを有効利用することができ、従ってエンジン１の燃費を低減させる効果が得られる。
【００５９】
また、通常走行時或いは走行・作業時は、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力でエンジン１と可変容量型油圧ポンプ２とを連結する軸１１を回転駆動するので、発電機／モータ８は高出力を必要とせず、必要機器の価格を抑えることができる。
【００６０】
また、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力で軸１１を回転駆動するとき、エンジン１はＮminの低速で回転し、発電機／モータ８による回転駆動を優先するので、エンジン１の燃料消費が抑えられ、最大の省エネ効果が得られる。
【００６１】
更に、通常走行時或いは走行・作業時に、バッテリ８１の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプ２の駆動方式を切り換えるので、バッテリ８１の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【００６２】
本発明の第２の実施の形態を図６により説明する。図中、図２に示した手順と同様のものには同じ符号を付している。本実施の形態は、通常走行時及び走行・作業時等に回収したエネルギーを利用場合の軸１１の制御方式を変えたを変えたものである。
【００６３】
すなわち、図６において、アクセルペダル７２の開度が零でないかアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされておらず、発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合であって、バッテリ８１の蓄電量が十分にある場合は、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力しかつ軸１１が目標回転数となるようにモータとして作用する発電機／モータ８の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行うとともに、目標回転数に足りない場合は、更にエンジン１の燃料供給量を増やし、軸１１が目標回転数となるようエンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０５Ａ）。
【００６４】
本実施の形態によれば、通常走行時或いは走行・作業時に発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合は、モータとして作用する発電機／モータ８の制御では軸１１の回転数（発電機／モータ８の回転数）が目標回転数に足りない場合は、エンジン１により軸１１の回転数を制御するので、発電機／モータ８はエンジン回転をアシスト的に制御することとなり、発電機／モータ８を小型化することが可能となる。
【００６５】
したがって、本実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、しかも必要機器の価格を一層抑えることができる。
【００６６】
なお、以上の実施の形態では、本発明をホイール式作業用車両としてホイールローダに適用したが、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させるものであれば、リフト・トラック等のそれ以外の作業用車両にも本発明は適用可能である。
【００６７】
また、以上の実施の形態では、蓄電装置としてバッテリ８１を使用したが、キャパシタであってもよい。
【００６８】
更に、上記実施の形態では、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力で軸１１を回転駆動するとき、エンジン１はＮmin（アイドル回転数）の低速で回転するよう駆動したが、バッテリ８１の容量に限りがある場合は、エンジン１をＮminよりも高い速度で回転させてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、必要機器の価格を抑え、車両減速時の運動エネルギーを回収し、通常走行時や走行・作業時等の必要時にその回収したエネルギーを利用することができる。
【００７０】
また、原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するとき、発電機／モータによる駆動が優先されるため、原動機の燃料消費を抑え、最大の省エネ効果が得られる。
【００７１】
また、通常走行時或いはモータとして駆動する走行・作業時に発電機／モータは原動機の回転をアシスト的に制御するので、発電機／モータを小型化し、必要機器の価格を更に抑えることができる。
【００７２】
更に、通常走行時或いは走行・作業時に、蓄電装置の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプの駆動方式を切り換え、蓄電装置の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるホイール式作業用車両の駆動装置を示す図である。
【図２】図１に示したコントローラの処理機能を示すフローチャートである。
【図３】図１に示したコントローラに設定されるアクセルペダルの開度と軸の目標回転数との関係を示す図である。
【図４】図１に示したバッテリのバッテリ残量と電圧との関係を示す図である。
【図５】本発明が適用される作業用車両の一例としてホイールローダの外観を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係わるホイール式作業用車両の駆動装置を示す図である。
【図７】従来技術における電動モータを使用した場合の走行駆動装置の説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 可変容量型油圧ボンプ
３ 油圧ボンプ
４ 可変容量型油圧モータ
６ コントロールバルブ
７ コントローラ
８ 発電機／モータ
１０ 燃料噴射量制御装置
１１ 軸
２０，２１ 主管路
４０ 絞り
４１ リリーフ弁
４２ 前後進切換弁
４３ａ，４３ｂ，４６ 管路
４４ 傾転シリンダ
４５ 圧力選択弁
４７ 切換弁
４８ サーボシリンダ
５０ 車輪
６０ ステアリングシリンダ
６１ アームシリンダ
６２ バケットシリンダ
７０ 走行指示切換装置
７１ レバー
７２ アクセルペダル
８０ インバータ／コンバータ
８１ バッテリ
１００ ホイールローダ
１０１ 運転席
１０２ 車体前部
１０３ 車体後部
１０４ フロント
１０５ リフトアーム
１０６ バケット
【発明の属する技術分野】
本発明はホイールローダ等のホイール式作業用車両の駆動装置に係わり、特に、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させる油圧走行駆動装置を備えたホイール式作業用車両の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホイールローダ等のホイール式作業用車両の駆動装置としては、例えば特開平６−５８４１２号公報に記載されているような油圧駆動方式が実用化されている。また、特開平１１−１５８９３７号公報に記載のような電動駆動方式も検討されている。
【０００３】
特開平６−５８４１２号公報に記載の油圧式の駆動装置は、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させるものである。可変容量型油圧ポンプの動力源はエンジンであり、アクセルペダルの操作量を増大させるとエンジン回転数が増大し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が増大するため、可変容量型油圧モータの回転数も増大し、走行速度が速くなる。アクセルペダルの操作量を減少させるとエンジン回転数は減少し、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が減少するため、可変容量型油圧モータの回転数も減少し、走行速度が遅くなる。
【０００４】
また、車両の走行中にアクセルペダルを緩め操作してエンジン回転数を低下させると、可変容量型油圧ポンプの吐出流量が低下する一方、可変容量型油圧モータが慣性で回転を続けるので、可変容量型油圧モータの吐出流量が可変容量型油圧ポンプの吐出流量よりも大きくなって可変容量型油圧モータの吐出圧が上昇する。いわゆるブレーキ圧力が発生する。このブレーキ圧力によって可変容量型油圧ポンプはモータとして作用し、エンジンを駆動することになる。すなわち、エンジンブレーキが作用し、減速時に車両の運動エネルギーをエンジンの回転をアシストするという形で回収作用を行う。
【０００５】
特開平１１−１５８９３７号公報に記載の電動式の駆動装置は、エンジンの駆動によって発電機と油圧ポンプが駆動され、走行については発電機によって発電した電力により電動モータが駆動され、この電動モータの駆動により車体を走行駆動させる方式である。
【０００６】
また、このような駆動方式において用いる電動モータは、通常、交流式の電動モータであるため、インバータを必要とする。また、無走行時等の軽負荷時に余った電力を蓄え、走行時等の重負荷時に利用するため電力を蓄えるバッテリも必要となる。そのような機器を配置したシステムの一例を図７に示す。
【０００７】
図７において、エンジン２０１の駆動により発電機２０８が駆動され、電力を発生する。発電機２０８により発生した電力は、インバータ／コンバータ２８０によりバッテリ２８１に蓄えられる制御とバッテリ２８１の電力により電動モータ２８２を駆動させる制御が行われ、電動モータ２８２が駆動される。この電動モータ２８２の駆動によりミッション２８３が駆動され、車輪２５０が駆動し、車体が前・後進動作する。
【０００８】
以上の構成からなる電動モータによる駆動方式では、車両減速時において、電動モータ２８２を発電機として作動させ、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、インバータ／コンバータ２８０によりバッテリ２８１に蓄える。回収した電力は、走行駆動時に電動モータ２８２を騒動させるために使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【００１０】
特開平６−５８４１２号公報に記載の油圧式の駆動装置では、車両減速時の運動エネルギーをその車両減速時にエンジン回転をアシストするという形で回収する方式であり、車両減速時ではない通常走行時や走行・作業時には、その回収したエネルギーを利用することはできない。
【００１１】
特開平１１−１５８９３７号公報に記載の電動式の駆動装置では、それを図７に示すシステムのように構成した場合は、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、通常走行時或いは走行・作業時にその回収したエネルギーを利用することが可能である。しかし、図７に示すシステムでは、ホイールローダ等の重量の大きな作業用車両の走行を電動モータのみで行うので、高出力の電動モータが必要となり、電動モータの値段が高価となり、車両価格を高価とせざるを得なくなる。
【００１２】
本発明の目的は、必要機器の価格を抑え、車両減速時の運動エネルギーを回収し、通常走行時や走行・作業時等の必要時にその回収したエネルギーを利用することができるホイール式作業用車両の駆動装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、前記アクセル操作手段の非操作時或いは操作量の減少時に前記発電機／モータを発電機として駆動しかつ発生した電力を前記蓄電装置に蓄え、前記アクセル操作手段の操作時に、その蓄電装置に蓄えた電力により前記発電機／モータをモータとして駆動し、前記原動機と前記発電機／モータの両方の動力で前記軸の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記アクセル操作手段の操作時に、前記蓄電装置の蓄電量が十分にあるときは前記モータとして駆動する発電機／モータの回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げ、かつ前記原動機の回転数が最低回転数となるよう原動機に供給される燃料噴射量を制御する制御を行うとともに、前記モータとして駆動する発電機／モータの最大回転数が前記アクセル操作手段が設定する目標回転数に足りないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし 原動機の回転数を前記目標回転数まで上げる制御を行い、前記蓄電装置の蓄電量が十分でないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行うものとする。
【００１４】
以上のように構成した本発明においては、作業用車両の走行途中にオペレータが作業用車両の減速を意図してアクセル操作手段の操作を止める或いは操作量を減少させると、慣性で回転を続けようとする可変容量型油圧モータの吐出圧が上昇し、可変容量型油圧ポンプがモータとして作用する一方、制御手段は発電機／モータを発電機として駆動し、この発電機／モータがモータとして作用する可変容量型油圧ポンプの動力により回転駆動され電力を発生し、その電力が蓄電装置に蓄えられる。つまり、車両減速時に作業用車両の運動エネルギーで発電機／モータを駆動し、発生した電力を蓄電装置に蓄えるという形で運動エネルギーの回収を行う。
【００１５】
オペレータがアクセル操作手段を操作する通常走行時或いは走行・作業時は、制御手段は発電機／モータをモータとして駆動するよう切り換え、原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸の回転数を原動機と発電機／モータの両方の動力で目標回転数となるよう制御するため、通常走行時或いは走行・作業時に、車両減速時に回収したエネルギー（蓄電装置に蓄えた電力）を有効利用することができる。また、原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するので、発電機／モータは高出力を必要とせず、必要機器の価格を抑えることができる。
【００１６】
また、アクセル操作手段の操作時（通常走行時或いは走行・作業時）に原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するとき、蓄電装置の蓄電量が十分にあるときは発電機／モータによる駆動が優先され、原動機の回転数が最低回転数となるよう燃料噴射量を制御して原動機の燃料消費を抑えるため、最大の省エネ効果が得られる。そして、発電機／モータの最大回転数が前記アクセル操作手段が設定する目標回転数に足りないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記目標回転数まで上げる制御を行うので、発電機／モータは原動機の回転をアシスト的に制御するものとなり、発電機／モータを小型化し、必要機器の価格を更に抑えることができる。
【００１７】
さらに、前記蓄電装置の蓄電量が十分でないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行うので、通常走行時或いは走行・作業時に、蓄電装置の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプの駆動方式を切り換え、蓄電装置の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１の実施の形態を図１〜図５により説明する。
【００２４】
図１において、１は原動機、例えばディーゼルエンジン（以下単にエンジンという）であり、燃料噴射量制御装置１０を備え、燃料噴射量を制御することによりエンジン回転数が制御される。エンジン１は軸１１により可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に連結され、軸１１によりエンジン１の動力が可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に伝達され、それらを駆動する。
【００２５】
可変客量型油圧ポンプ２は一対の主管路２０，２１を介して可変容量型油圧モータ５に閉回路接続され、油圧ポンプ２から吐出された圧油は油圧モータ５に供給されて油圧モータ５を駆動し、油圧モータ５から排出された圧油は油圧ポンプ２に戻される。可変容量型油圧モータ５は走行モータであり、車輪５０を回転駆動する。
【００２６】
油圧ポンプ３から吐出された圧油はコントロールバルブ６を介し、ステアリングシリンダ６０、アームシリンダ６１、バケットシリンダ６２に供給され、これらを駆動する。
【００２７】
チャージポンプ４から吐出された圧油は可変容量型油圧ポンプ２の吐出容量を制御するのに用いられる。すなわち、チャージポンプ４の吐出油は、その一部が絞り４０を介して前後進切換弁４２に導かれる一方で、残りが絞り４０を通過することなく前後進切換弁４２に直接導かれ、さらにこれら吐出油は前後進切換弁４２の切り換え位置に応じて管路４３ａ，４３ｂを介し、傾転シリンダ４４の油室に案内される。チャージポンプ４の吐出流量に応じて絞り４０の上流側と下流側との間の差圧（絞り４０の前後差圧）が変化し、この差圧によって傾転シリンダ４４が駆動されて可変容量型油圧ポンプ２の傾転角が変化し、吐出容量が増減する。
【００２８】
前後進切換弁４２がＦ位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ｃの位置となり、主管路２０に圧油が吐出されて車両が前進し、前後進切換弁４２がＲ位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ａの位置となり、管路２１に圧油が吐出されて車両が後進する。前後進切換弁４２が中立位置の時には、傾転シリンダ４４が４４ｂの位置となり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出容量が零となる。
【００２９】
また、絞り４０の前後差圧は、前後進切換弁４２を介して管路４３ａ，４３ｂに導かれ、３位置形の圧力選択弁４５を切り換え制御する。前後進切換弁４２がＦ位置のときには圧力選択弁４５が４５ａの位置に切り換わり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧が主管路２０から圧力選択弁４５を介して管路４６に導かれる。また、前後進切換弁４２がＲ位置のときには圧力選択弁４５が４５ｃの位置に切り換わり、可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧が主管路２１から圧力選択弁４５を介して管路４６に導かれる。さらに、管路４６の圧油は、サーボシリンダ４８及び切換弁４７に導かれる。
【００３０】
サーボシリンダ４８及び切換弁４７は可変容量型油圧モータ５の吐出容量を制御するもので、圧力選択弁４５を介し管路４６により導かれた圧油の圧力が切換弁４７の設定圧力以下のときは切換弁４７が４７ａの位置に保持され、サーボシリンダ４８のピストンの小径側側面のみに管路４６により導かれた圧油の圧力が作用して、可変容量型油圧モータ５の吐出容量が最小値に設定される。圧力選択弁４５を介し管路４６により導かれた圧油の圧力が切換弁４７の設定圧力以上のときは切換弁４７が４７ｂの位置に切り換えられ、サーボシリンダ４８のピストンの大径側側面にも管路４６により導かれた圧油の圧力が作用して、ピストンが左方向に移動し、可変容量型油圧モータ５の吐出容量が最大値に設定される。
【００３１】
エンジン１を可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４に連結する軸１１上には発電機／モータ８が配置されている。発電機／モータ８はインバータ／コンバータ８０により発電機と電動モータのいずれかに切り換え制御される。
【００３２】
発電機／モータ８が発電機として駆動する場合は、軸１１のエンジン１と発電機／モータ８との間の軸部分１１ａによってエンジン１の動力（トルク）が発電機／モータ８に伝達され発電機／モータ８を回転駆動し、電力を発生する。また、可変容量型油圧ポンプ２がモータ駆動するときは、軸１１の発電機／モータ８と可変容量型油圧ポンプ２との間の軸部分１１ｂによって可変容量型油圧ポンプ２の動力（トルク）が発電機／モータ８に伝達され、発電機／モータ８はエンジンと発電機／モータ８の両方の動力によって回転駆動され、電力を発生する。
【００３３】
発電機／モータ８が電動モータとして駆動する場合は、軸１１の軸部分１１ｂに動力（トルク）を伝達し、可変容量型油圧ポンプ２、油圧ポンプ３、チャージポンプ４を駆動する。つまり、この場合は、発電機／モータ８はエンジン１の動力（トルク）をアシストする動力補助手段として機能し、可変容量型油圧ポンプ２、油圧ポンプ３、チャージポンプ４はエンジン１と発電機／モータ８の両方の動力（トルク）で駆動される。
【００３４】
発電機／モータ８が発電機として駆動する場合、発生した電力はインバータ／コンバータ８０によりバッテリ８１に蓄えられる。また、発電機／モータ８を電動モータとして駆動する場合は、バッテリ８１の電力により駆動するようインバータ／コンバータ８０により制御される。
【００３５】
作業用車両の前進、後進を切り換える操作手段として走行指示切換装置７０が設けられ、軸１１の目標回転数を設定する操作手段としてアクセルペダル７２が設けられている。走行指示切換装置７０のレバー７１の位置信号及びアクセルペダル７２の操作量信号はコントローラ７に入力される。
【００３６】
オペレータは、作業用車両を後進させる場合は、走行指示切換装置７０のレバー７１の位置を初期位置”Ｎ”の位置から”Ｒ”の位置に切り換え、作業用車両を前進させる場合は同レバー７１の位置を”Ｆ”の位置に切り換える。コントローラ７は、走行指示切換装置７０からの位置信号に基づき、レバー７１の位置が”Ｆ”の位置の場合は、前後進切換弁４２をＦ位置、レバー７１の位置が”Ｒ”の位置の場合は、前後進切換弁４２をＲ位置に切り換える。
【００３７】
また、オペレータは、油圧モータ５の回転数を上げ走行速度を上げる場合或いはシリンダ６１，６２の駆動速度を速くし作業速度を上げる場合は、アクセルペダル７２を操作し、軸１１の目標回転数を増大させ、可変容量型油圧ポンプ２或いは油圧ポンプ３の回転数を上げる。コントローラ７は、アクセルペダル７２からの操作量信号に基づき、エンジン１の燃料噴射量制御装置１０を制御し、エンジン１の燃料噴射量を制御するとともに、インバータ／コンバータ８０を制御し、発電機／モータ８及び発電機／モータ８とバッテリ８１間の電力の授受を制御する。エンジン１の燃料噴射量を増大させると、エンジン１の回転数は増大し、燃料噴射量を減少させると、エンジン１の回転数は減少する。
【００３８】
アクセルペダル７２を操作したときのコントローラ７０の処理機能を図２にフローチャートで示す。コントローラ７０の処理機能は、概略的にいうと、アクセルペダル７２の非操作時或いは操作量の減少時に発電機／モータ８を発電機として駆動しかつ発生した電力をバッテリ８１に蓄え、アクセルペダル７２の操作時に、そのバッテリ８１に蓄えた電力により発電機／モータ８をモータとして駆動してその回転数をアクセルペダル７２が設定する軸１１の目標回転数まで上げかつエンジン１の回転数が低速回転数となるよう燃料噴射量制御装置１０によりエンジン１に供給される燃料噴射量を制御するというものである。
【００３９】
図２において、まず、アクセルペダル７２の開度（操作量）を読み込み、読み込んだアクセルペダル７２の開度から図３に示す特性により、軸１１の目標回転数を算出する。また、バッテリ８１の蓄電量を読み込む（ステップＳ７００）。
【００４０】
図３は、アクセルペダル７２の開度（操作量）と軸１１の目標回転数との関係を示す特性図であり、アクセルペダル７２の開度が零の時には、軸１１の目標回転数をエンジン１のアイドル回転数（最低回転数）Ｎminとし、アクセルペダル７２の開度が増えるに従って軸１１の目標回転数を上げるようにアクセルペダル７２の開度と軸１１の目標回転数との関係が設定されている。この特性はコントローラ７０の記憶装置に記憶されている。
【００４１】
図４は、バッテリ残量Ｓｏｃ（％）と電圧Ｖとの関係を示す図である。バッテリ８１の蓄電量は、例えばインバータ／コンバータ８０を通じてバッテリ８１の電圧Ｖを監視し、図４に示すようなバッテリ残量と電圧との関係に基づきバッテリ８１の電圧Ｖからそれに対応するバッテリ残量Ｖｏｃ（％）を計算することで計測することができる。図４に示すバッテリ残量と電圧との関係もコントローラ７０の記憶装置に記憶されている。
【００４２】
次に、アクセルペダル７２の開度（操作量）が零であるかどうか、或いはアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされたかどうかの判定を行う（ステップＳ７０１）。
【００４３】
ここで、アクセルペダル７２の開度が零或いは開度減の場合、すなわち、非走行時又は走行減速時には、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。また、非走行時又は走行減速時のエンジン動力を電力として蓄えたり、車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、蓄えるため、発電機／モータ８を発電機として駆動させる（ステップＳ７０２）。
【００４４】
アクセルペダル７２の開度が零でない場合、或いはアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされていない場合には、発電機／モータ８をモータとして駆動させる（ステップＳ７０３）。
【００４５】
また、発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合は、バッテリ８１の蓄電量が十分にあるか判定を行う（ステップＳ７０４）。この判定は、例えば図４に示すバッテリ残量Ｖｏｃ（％）が予め設定した敷居値であるα％以上であるかどうか（バッテリ電圧ＶがＶα以上であるかどうか）を判定することにより行う。
【００４６】
ここで、例えばバッテリ８１の蓄電量が十分にある場合（バッテリ残量Ｖｏｃがα％以上である場合）は、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。また、軸１１が目標回転数となるようにモータとして作用する発電機／モータ８の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０５）。
【００４７】
また、バッテリ８１の蓄電量が十分にない場合（バッテリ残量Ｖｏｃがα％以上でない場合）は、軸１１が目標回転数となるように燃料噴射量を設定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力する。つまり、軸１１が目標回転数となるようエンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０６）。
【００４８】
なお、バッテリ８１の蓄電量が十分にあるかどうかの判定は、蓄電量が十分にあるとする場合の敷居値より蓄電量が十分にないとする場合の敷居値を小さくするというように、敷居値にヒステリシスを持たせて行ってもよい。
【００４９】
図５に本発明が適用される作業用車両の一例としてホイールローダの外観を示す。
【００５０】
図５において、１００はホイールローダであり、ホイールローダ１００は、運転席１０１と車体前部１０２と車体後部１０３とで構成されており、車体後部１０３は車体前部１０２とステアリングシリンダ６０により相対回動白在に連結されている。車体前部１０２には、土砂の掘削、積み込み作業を行うことができるフロント１０４と車輸４９が設けられ、車体後部１０３には車輸５０と図１に示したエンジン１、可変容量型油圧ポンプ２と油圧ポンプ３とチャージポンプ４、コントローラ７、発電機／モータ８、インバータ／コンバータ８０、バッテリ８１が搭載されている。
【００５１】
フロント１０４は、リフトアーム１０５とバケット１０６から構成されている。リフトアーム１０５はアームシリンダ６１の伸縮により上下に動作し、バケット１０６はバケットシリンダ６２の伸縮によりチルト・ダンプ動作する。
【００５２】
以上のように構成した本実施の形態の動作の概略は次のようである。
【００５３】
作業用車両（ホイールローダ１００）の非走行時は、エンジン１はＮminで回転しかつ発電機／モータ８は発電機として駆動するので（ステップＳ７０２）、発電機／モータ８はエンジン１により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５４】
前後進切換弁４２をＦ位置に切り換えて車両を前進させている途中でオペレータが作業用車両（ホイールローダ１００）の減速を意図してアクセルペダル７２の操作を止めるかアクセルペダル７２を緩め操作し、軸１１の回転数を低下させた場合は、可変容量型油圧ポンプ２の吐出流量が低下する一方、可変容量型油圧モータ５が慣性で回転を続けるので、可変容量型油圧モータ５の吐出流量が可変容量型油圧ポンプ２の吐出流量よりも大きくなって可変容量型油圧モータ５の吐出圧が上昇する。いわゆるブレーキ圧力が発生する。このブレーキ圧力によって可変容量型油圧ポンプ２はモータとして作用する。このときも、エンジン１はＮminで回転しかつ発電機／モータ８は発電機として駆動するので（ステップＳ７０２）、発電機／モータ８はエンジン１とモータとして作用する可変容量型油圧ポンプ２の両方の動力により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５５】
前後進切換弁４２をＲ位置に切り換えて車両を後進させている途中でオペレータが作業用車両（ホイールローダ１００）の減速を意図してアクセルペダル７２の操作を止めるかアクセルペダル７２を緩め操作し、軸１１の回転数を低下させた場合も同様であり、発電機／モータ８はエンジン１とモータとして作用する可変容量型油圧ポンプ２の両方の動力により回転駆動され電力を発生し、その電力をバッテリ８１に蓄える。
【００５６】
以上のように車両減速時は、作業用車両（ホイールローダ１００）の運動エネルギーで発電機／モータ８を駆動し、発生した電力をバッテリに蓄えるという形で運動エネルギーの回収を行う。
【００５７】
通常走行時或いは走行・作業時は、発電機／モータ８はモータとして駆動するよう切り換えられ（ステップＳ７０３）、バッテリ８１の蓄電量が十分にある場合は、エンジン１はＮminで回転しかつモータとして作用する発電機／モータ８により軸１１の回転数が目標回転数となるよう制御する（ステップＳ７０４，Ｓ７０５）。バッテリ８１の蓄電量が十分にない場合は、エンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げ、エンジン１１だけで軸１１を駆動する（ステップＳ７０４，Ｓ７０６）。これにより通常走行時及び走行・作業時に、車両減速時に回収したエネルギー（バッテリ８１に蓄えた電力）を有効利用することができる。
【００５８】
以上のように本実施の形態によれば、作業用車両（ホイールローダ１００）の非走行時（非走行・作業時を含む）のエンジン１の動力を電力として蓄え、かつ車両減速時の運動エネルギーを電力として回収し、発生した電力をバッテリ８１に蓄えることにより、通常走行時或いは走行・作業時等の必要時に、回収したエネルギーを有効利用することができ、従ってエンジン１の燃費を低減させる効果が得られる。
【００５９】
また、通常走行時或いは走行・作業時は、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力でエンジン１と可変容量型油圧ポンプ２とを連結する軸１１を回転駆動するので、発電機／モータ８は高出力を必要とせず、必要機器の価格を抑えることができる。
【００６０】
また、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力で軸１１を回転駆動するとき、エンジン１はＮminの低速で回転し、発電機／モータ８による回転駆動を優先するので、エンジン１の燃料消費が抑えられ、最大の省エネ効果が得られる。
【００６１】
更に、通常走行時或いは走行・作業時に、バッテリ８１の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプ２の駆動方式を切り換えるので、バッテリ８１の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【００６２】
本発明の第２の実施の形態を図６により説明する。図中、図２に示した手順と同様のものには同じ符号を付している。本実施の形態は、通常走行時及び走行・作業時等に回収したエネルギーを利用場合の軸１１の制御方式を変えたを変えたものである。
【００６３】
すなわち、図６において、アクセルペダル７２の開度が零でないかアクセルペダル７２の開度（操作量）が減らされておらず、発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合であって、バッテリ８１の蓄電量が十分にある場合は、エンジン回転数がＮminとなるよう燃料噴射量を決定し、対応する燃料噴射指令を燃料噴射装置１０に出力しかつ軸１１が目標回転数となるようにモータとして作用する発電機／モータ８の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行うとともに、目標回転数に足りない場合は、更にエンジン１の燃料供給量を増やし、軸１１が目標回転数となるようエンジン１の回転数を軸１１の目標回転数まで上げる制御を行う（ステップＳ７０５Ａ）。
【００６４】
本実施の形態によれば、通常走行時或いは走行・作業時に発電機／モータ８をモータとして駆動させる場合は、モータとして作用する発電機／モータ８の制御では軸１１の回転数（発電機／モータ８の回転数）が目標回転数に足りない場合は、エンジン１により軸１１の回転数を制御するので、発電機／モータ８はエンジン回転をアシスト的に制御することとなり、発電機／モータ８を小型化することが可能となる。
【００６５】
したがって、本実施の形態によっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、しかも必要機器の価格を一層抑えることができる。
【００６６】
なお、以上の実施の形態では、本発明をホイール式作業用車両としてホイールローダに適用したが、可変容量型油圧ポンプと可変容量型油圧モータを一対の主管路により閉回路接続し、可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により可変容量型油圧モータを駆動し、可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させるものであれば、リフト・トラック等のそれ以外の作業用車両にも本発明は適用可能である。
【００６７】
また、以上の実施の形態では、蓄電装置としてバッテリ８１を使用したが、キャパシタであってもよい。
【００６８】
更に、上記実施の形態では、発電機／モータ８とエンジン１の両方の動力で軸１１を回転駆動するとき、エンジン１はＮmin（アイドル回転数）の低速で回転するよう駆動したが、バッテリ８１の容量に限りがある場合は、エンジン１をＮminよりも高い速度で回転させてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、必要機器の価格を抑え、車両減速時の運動エネルギーを回収し、通常走行時や走行・作業時等の必要時にその回収したエネルギーを利用することができる。
【００７０】
また、原動機と発電機／モータの両方の動力で原動機と可変容量型油圧ポンプとを連結する軸を回転駆動するとき、発電機／モータによる駆動が優先されるため、原動機の燃料消費を抑え、最大の省エネ効果が得られる。
【００７１】
また、通常走行時或いはモータとして駆動する走行・作業時に発電機／モータは原動機の回転をアシスト的に制御するので、発電機／モータを小型化し、必要機器の価格を更に抑えることができる。
【００７２】
更に、通常走行時或いは走行・作業時に、蓄電装置の蓄電量に応じて可変容量型油圧ポンプの駆動方式を切り換え、蓄電装置の蓄電量が少ないときでも確実に走行駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるホイール式作業用車両の駆動装置を示す図である。
【図２】図１に示したコントローラの処理機能を示すフローチャートである。
【図３】図１に示したコントローラに設定されるアクセルペダルの開度と軸の目標回転数との関係を示す図である。
【図４】図１に示したバッテリのバッテリ残量と電圧との関係を示す図である。
【図５】本発明が適用される作業用車両の一例としてホイールローダの外観を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係わるホイール式作業用車両の駆動装置を示す図である。
【図７】従来技術における電動モータを使用した場合の走行駆動装置の説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 可変容量型油圧ボンプ
３ 油圧ボンプ
４ 可変容量型油圧モータ
６ コントロールバルブ
７ コントローラ
８ 発電機／モータ
１０ 燃料噴射量制御装置
１１ 軸
２０，２１ 主管路
４０ 絞り
４１ リリーフ弁
４２ 前後進切換弁
４３ａ，４３ｂ，４６ 管路
４４ 傾転シリンダ
４５ 圧力選択弁
４７ 切換弁
４８ サーボシリンダ
５０ 車輪
６０ ステアリングシリンダ
６１ アームシリンダ
６２ バケットシリンダ
７０ 走行指示切換装置
７１ レバー
７２ アクセルペダル
８０ インバータ／コンバータ
８１ バッテリ
１００ ホイールローダ
１０１ 運転席
１０２ 車体前部
１０３ 車体後部
１０４ フロント
１０５ リフトアーム
１０６ バケット
Claims (1)
- 車体に原動機を備え、かつ可変容量型油圧ポンプと、一対の主管路により前記可変容量型油圧ポンプと閉回路接続され、この可変容量型油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される可変容量型油圧モータとを有し、前記可変容量型油圧モータの駆動により車輪を駆動し走行動作させる油圧走行駆動装置を備えたホイール式作業用車両の駆動装置において、
前記原動機と前記可変容量型油圧ポンプとを連結する軸上に配置された発電機／モータと、
操作量に応じて前記軸の目標回転数を設定するアクセル操作手段と、
蓄電装置と、
前記アクセル操作手段の非操作時或いは操作量の減少時に前記発電機／モータを発電
機として駆動しかつ発生した電力を前記蓄電装置に蓄え、前記アクセル操作手段の操作時に、その蓄電装置に蓄えた電力により前記発電機／モータをモータとして駆動し、前記原動機と前記発電機／モータの両方の動力で前記軸の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記アクセル操作手段の操作時に、前記蓄電装置の蓄電量が十分にあるときは前記モータとして駆動する発電機／モータの回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げ、かつ前記原動機の回転数が最低回転数となるよう原動機に供給される燃料噴射量を制御する制御を行うとともに、前記モータとして駆動する発電機／モータの最大回転数が前記アクセル操作手段が設定する目標回転数に足りないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記目標回転数まで上げる制御を行い、前記蓄電装置の蓄電量が十分でないときは前記原動機の燃料噴射量を増やし原動機の回転数を前記アクセル操作手段が設定する目標回転数まで上げる制御を行うことを特徴とするホイール式作業用車両の駆動装置。
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