JP5155155B2 - 電気駆動ダンプトラックのブレーキシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンによって駆動する発電機及びこの発電機で発電した電力により駆動する走行用モータを備えた電気駆動ダンプトラックに係わり、詳しくは、走行用モータを発電機式リターダとして作動させる電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムに関する。

電気駆動車両は、動力源としてのエンジンと、このエンジンによって駆動する発電機と、この発電機で発電した電力により駆動する走行用モータとを備えており、走行用モータの動力を車輪に伝達して走行するようになっている。この電気駆動車両に備えられたブレーキシステムとしては、例えば、走行用モータを発電機式リターダとして作動させる（詳細には、走行用モータを発電機として運転させて運動エネルギーを電気エネルギーに変換してブレーキをかける）ものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、産業車両のブレーキシステムとして、例えば、ブレーキペダルの操作により作動するサービスブレーキと、エンジンの動力伝達系に補助ブレーキ用として設けた電磁式リターダと、ブレーキペダルの踏込み量を検出する検出器と、この検出器で検出したブレーキペダルの踏込み量に応じてリターダを作動させる制御部とを備えた構成が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この従来技術では、ブレーキペダルの踏込み量が所定量より小のときは、リターダのみを作動させ、ブレーキペダルの踏込み量が所定量より大のときは、リターダ及びサービスブレーキを作動させて制動力を高めるようになっている。

特開２００６−１６６６８４号公報 特開平７−２２８２４２号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記特許文献２に記載の従来技術では、ブレーキペダルの踏込み量が所定量より小のとき、電磁式リターダのみを作動させるようになっている。ところが、図８に示すように、ダンプトラックの電磁式リターダの制動力は、車両速度に依存し、低速領域では著しく低下するか若しくは得られないことが知られている。そのため、上記従来技術をダンプトラックに適用すると、例えばダンプトラックを所定位置（例えばローディングサイト等）に停止させることを意図して運転者がブレーキペダルを微操作した場合、車体速度の低下とともにリターダの制動力が著しく変動するか若しくは得られず、ダンプトラックを所定位置に停止させることが困難となっていた。

本発明の目的は、ブレーキの微操作性能を維持しつつ、ブレーキの制動力を高めることができる電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジン（１０）と、前記エンジン（１０）によって駆動する発電機（１１）と、前記発電機（１１）で発電した電力により駆動する走行用モータ（１３Ｌ，１３Ｒ）と、ブレーキペダル（１８）の操作により、前記ブレーキペダル（１８）の踏込み量が予め設定された所定値未満である場合も前記所定値以上である場合も作動するサービスブレーキ（２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒ）とを備えた電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムにおいて、前記プレーキペダル（１８）の踏込み量を検出する検出手段（２２）と、前記検出手段（２２）で検出した前記ブレーキペダル（１８）の踏込み量が前記所定値未満である場合に、前記走行用モータ（１３Ｌ，１３Ｒ）を発電機式リターダとして作動させず、前記検出手段（２２）で検出した前記ブレーキペダル（１８）の踏込み量が前記所定値以上である場合に、前記走行用モータ（１３Ｌ，１３Ｒ）を発電機式リターダとして作動させる制御手段（１４）とを備える。

本発明においては、制御手段は、検出手段で検出したブレーキペダルの踏込み量が所定値以上であるとき、走行用モータを発電機式リターダとして作動させる。すなわち、例えばブレーキペダルの踏込み量が所定値未満であるときは、油圧ブレーキ等のサービスブレーキのみが作動する。これにより、車体速度に拘わらず、ブレーキペダルの踏込み量に対応するサービスブレーキの制動力を得ることができ、ブレーキの微操作性能を維持することができる。一方、例えばブレーキペダルの踏込み量が所定値以上であるときは、サービスブレーキが作動するとともに、走行用モータが発電機式リターダとして作動するので、例えば緊急時における制動力を高めることができる。したがって、本発明においては、ブレーキの微操作性能を維持しつつ、ブレーキの制動力を高めることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記ブレーキペダルの踏込み量に応じて前記発電機式リターダの制動力を連続的に変化させる。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記サービスブレーキは油圧ブレーキであり、前記ブレーキペダルの踏込み量に応じた作動油圧を生成して前記油圧ブレーキに出力する油圧弁を備えており、前記検出手段は、前記油圧弁から前記油圧ブレーキに出力する作動油圧を検出する油圧検出器である。

本発明によれば、ブレーキの微操作性能を維持しつつ、ブレーキの制動力を高めることができる。

本発明の適用対象である電気駆動ダンプトラックの全体構造を一例として表す側面図である。 本発明の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムの一実施形態の構成を駆動システムとともに表す概略図である。 本発明の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムの一実施形態におけるブレーキペダルの踏込み量に対応してブレーキ弁が出力する作動油圧を表す特性図である。 本発明の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムの一実施形態におけるブレーキ弁の作動油圧と油圧ブレーキの制動力との関係を表す特性図である。 本発明の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムの一実施形態を構成する制御装置のブレーキ制御機能に係る制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムの一実施形態におけるブレーキ弁の作動油圧と発電機式リターダの制動力との関係を表す特性図である。 本発明の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムの一実施形態におけるブレーキペダルの踏込み量と油圧ブレーキ及び発電機式リターダの総制動力との関係を表す特性図である。 車体速度と電磁式リターダの制動力との関係を表す特性図である。 本発明の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムの一実施形態を構成する制御装置の機能構成を表すブロック図である。

符号の説明

１０ エンジン
１１ 発電機
１３Ｌ，１３Ｒ 走行用モータ
１４ 制御装置（制御手段）
１８ ブレーキペダル
１９ ブレーキ弁（油圧弁）
２０Ｌ，２０Ｒ フロント油圧ブレーキ（サービスブレーキ）
２１Ｌ，２１Ｒ リア油圧ブレーキ（サービスブレーキ）
２２ 油圧センサ（検出手段、油圧検出器）

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の適用対象である電気駆動ダンプトラックの全体構造を一例として表す側面図である。

図１において、このダンプトラック１は、２軸リヤダンプトラックであり、車体（メインフレーム）２と、この車体２の下部に回転可能に設けた前輪３Ｌ，３Ｒ及び後輪４Ｌ，４Ｒと、車体２の前部に設けた運転室（キャブ）５と、車体２の後部に傾動可能に設けられ、土砂や石等を積載する荷台（ベッセル）６とを備えている。荷台６は、車体２の後方のブラケット７にヒンジピン８を介し上下方向に回動可能に設けられており、ダンプシリンダ９の伸縮駆動に応じて傾動するようになっている。

車体２には動力源としてのエンジン１０が搭載されている。また、エンジン１０の動力を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを利用して例えば後輪４Ｌ，４Ｒを回転駆動させる駆動システムが備えられている。

図２は、上記駆動システムの要部構成とともに、本発明のブレーキシステムの一実施形態の構成を表す概略図である。

この図２において、上記エンジン１０と、このエンジン１０によって駆動する発電機１１と、例えば後輪４Ｌ，４Ｒの回転軸に減速機１２Ｌ，１２Ｒを介し連結され、発電機１１で発電した電力により駆動する左右の走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒと、これら走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒの回転速度を指示するアクセルペダル（図示せず）と、走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒの回転方向（言い換えれば、走行方向である前進、後進、又は中立）を指示するシフトレバーと、アクセルペダルの踏込み量（踏込み角度）に基づいた操作信号やシフトレバーの操作位置に基づいた操作信号等が入力される制御装置１４とが備えられている。制御装置１４は、まず第１の機能（走行制御機能）として、アクセルペダルやシフトレバーからの操作信号に応じてインバータ２６Ｌ，２６Ｒ（後述の図９参照）を制御し、発電機１１から整流器２５（後述の図９参照）及びインバータ２６Ｌ，２６Ｒを介し走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒに供給する交流電流の周波数及び位相を制御するようになっている。その結果、走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒが駆動し、減速機１２Ｌ，１２Ｒ等を介し後輪４Ｌ，４Ｒが回転するようになっている。なお、詳細は図示しないが、制御装置１４は、必要な電力が得られるようにエンジン１０の回転数を制御するようになっている。

また、エンジン１０によって駆動され、作動油タンク１５からの作動油を吐出する油圧ポンプ１６と、この油圧ポンプ１６から吐出された圧油を一次的に貯留するアキュームレータ１７と、ブレーキペダル１８を備えたブレーキ弁（油圧弁）１９と、前輪３Ｌ，３Ｒの回転軸に配設されたフロント油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ（サービスブレーキ）と、後輪４Ｌ，４Ｒの回転軸に配設されたリア油圧ブレーキ２１Ｌ，２１Ｒ（サービスブレーキ）とが備えられている。

ブレーキ弁１９は、ブレーキペダル１８の踏込み量（踏込み角度）に応じて、アキュームレータ１７からの圧油を減圧して作動油圧を生成し、この生成した作動油圧を油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒに出力するようになっている。このとき、図３に示すように、ブレーキ弁１９から油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒに出力する作動油圧Ｐは、ブレーキペダル１８の踏込み領域のほぼ全域にわたってその踏込み量に応じて単調増加しており、例えばブレーキペダル１８の踏込み量θ１において作動油圧Ｐ１となる。

油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒは、例えばディスクブレーキであり、ディスクブレーキの両側面に押し付け可能なブレーキシューを駆動する油圧シリンダを備えている。そして、ブレーキ弁１９から油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒの油圧シリンダに供給される作動油圧に応じてブレーキシューの押し付け力が変動することにより、油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒの制動力が変動するようになっている。このとき、図４に示すように、油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒの制動力は、作動油圧Ｐの増加（言い換えれば、ブレーキペダル１８の踏込み量の増加）に応じて単調増加しており、例えばブレーキ弁１９の作動油圧Ｐ１（言い換えれば、ブレーキペダル１８の踏込み量θ１）において制動力Ｆa1が得られる。

ここで本実施形態の大きな特徴として、ブレーキ弁１９から油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒに出力する作動油圧Ｐを検出する油圧センサ２２が設けられており、制御装置１４は、第２の機能（ブレーキ制御機能）として、油圧センサ２２から入力した検出信号に対し所定の演算処理を行い、ブレーキ弁１９の作動油圧Ｐが予め設定された所定値Ｐ１以上であるかどうか、すなわちブレーキペダル１８の踏込み量が予め設定された所定値θ１以上であるかどうか判定するようになっている。そして、例えばブレーキ弁１９の作動油圧Ｐが所定値Ｐ１以上である（すなわちブレーキペダル１８の踏込み量が所定値θ１以上である）とき、インバータ２６Ｌ，２６Ｒを順変換器とし走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒを発電機式リターダとして作動させ（詳細には、走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒを発電機として運転させて運動エネルギーを電気エネルギーに変換してブレーキをかける）、その発電電力を放熱装置２３に供給するようになっている。放熱装置２３は、抵抗体に電流を流すことで走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒの発電エネルギーを熱エネルギーに変換するとともに、抵抗体を冷却ファンによって冷却するようになっている。

図９は、上記制御装置１４の機能構成を表すブロック図である。

この図９において、制御装置１４は、油圧センサ２２等からの入力信号に対し所定の演算処理を行うコントローラ２４と、発電機１１からの交流電流を直流電流に変換する整流器２５と、逆変換器として動作した場合は整流器２７からの直流電流を交流電流に変換して走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒに供給する一方、順変換器として動作した場合は走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒで発電した交流電流を直流電流に変換するインバータ２６Ｌ，２６Ｒと、インバータ２５Ｌ，２５Ｒと放熱装置２３との接続状態又は遮断状態を切替えるチョッパ２７（スイッチ回路）とを有している。

図５は、上記制御装置１４のブレーキ制御機能に係わる制御処理内容を表すフローチャートである。

この図５において、制御装置１４のコントローラ２４は、まずステップ１００において、油圧センサ２２からの検出信号を読み込み、ステップ１１０に進んで、ブレーキ弁１９から油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒに出力する作動油圧Ｐが所定値Ｐ１以上であるかどうか、すなわちブレーキペダル１８の踏込み量が所定値θ１以上であるかどうかを判定する。例えば作動油圧Ｐが所定値Ｐ１未満である場合（言い換えれば、ブレーキペダル１８の踏込み量が所定値θ１未満である場合）、ステップ１１０の判定が満たされず、ステップ１００に戻って上記同様の手順を繰り返す。一方、例えば作動油圧Ｐが所定値Ｐ１以上である場合（言い換えれば、ブレーキペダル１８の踏込み量が所定値θ１以上である場合）、ステップ１１０の判定が満たされ、ステップ１２０に移る。

ステップ１２０では、コントローラ２４は、インバータ２６Ｌ，２６Ｒに順変換器として動作させる指令を出力し、ステップ１３０に進んで、チョッパ２７に接続状態の切替え制御を行わせる指令を出力する。これにより、走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒが発電機式リターダとして作動し、その発電した交流電流がインバータ２６Ｌ，２６Ｒを介し直流電流に変換されて、チョッパ２７を介し放熱装置２３に出力される。このとき、本実施形態では、図６に示すように、作動油圧ＰがＰ１以上の範囲では、発電機式リターダの制動力は最大値Ｆb_max（但し、実際には、最大値Ｆb_maxは車体速度に応じて変動する）が得られるようになっている。

以上のようにして本実施形態では、図７に示すように、ブレーキペダル１８の踏込み量に応じて、油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒ及び発電機式リターダの総制動力が得られる。詳しくは、ブレーキペダル１８の踏込み量がθ１未満の範囲では、その踏込み量に比例する油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒの制動力が得られ、踏込み量がθ１のときに総制動力がＦa1となる。また、ブレーキペダル１８の踏込み量がθ１以上の範囲では、踏込み量に比例する油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒの制動力と、発電機式リターダの制動力の最大値Ｆb_maxとの総和が得られるようになっている。

次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。

例えばダンプトラック１の減速又は停止を意図して、ブレーキペダル１８の踏込み量が所定値θ１未満となるように運転者がブレーキペダル１８を踏込んだ場合、ブレーキ弁１９からブレーキペダル１８の踏込み量に応じた作動油圧が出力され、油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒが作動する。これにより、車体速度に拘わらず、ブレーキペダル１８の踏込み量に比例した油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒの制動力を得ることができる。その結果、例えばダンプトラック１を所定位置（例えばローディングサイト等）に停止させる場合に重要となるブレーキの微操作性能を維持することができる。

一方、例えばブレーキペダル１８の踏込み量が所定値θ１以上となるように運転者がブレーキペダル１８を踏込んだ場合は、油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒが作動するとともに、制御装置１４は、前述した図５のステップ１００を経てステップ１１０の判定が満たされ、ステップ１２０及び１３０において、走行用モータ１３Ｌ，１３Ｒを発電機式リターダとして作動させる。これにより、例えば油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒだけが作動する場合に比べ、制動力を高めることができる。

したがって、本実施形態においては、ブレーキの微操作性能を維持しつつ、ブレーキの制動力を高めることができる。

なお、上記一実施形態においては、ブレーキペダル１８の踏込み量を検出する検出手段として、ブレーキ弁１９から油圧ブレーキ２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒに出力する作動油圧を検出する油圧センサ２２を設けた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、油圧センサ２２に代えて、例えばブレーキペダル１８の踏込み角度を検出する角度検出器等を設けてもよい。このような場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、制御装置１４は、作動油圧ＰがＰ１以上となるときに発電機式リターダの制動力は最大値Ｆb_maxが得られるように制御する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば作動油圧Ｐの増加に応じて発電機式リターダの制動力が連続的に増加するように制御してもよい（言い換えれば、ブレーキペダルの踏込み量に応じて発電機式リターダの制動力を連続的に変化させてもよい）。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

Claims (3)

1. エンジン（１０）と、
   前記エンジン（１０）によって駆動する発電機（１１）と、
   前記発電機（１１）で発電した電力により駆動する走行用モータ（１３Ｌ，１３Ｒ）と、
   ブレーキペダル（１８）の操作により、前記ブレーキペダル（１８）の踏込み量が予め設定された所定値未満である場合も前記所定値以上である場合も作動するサービスブレーキ（２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒ）とを備えた電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムにおいて、
   前記プレーキペダル（１８）の踏込み量を検出する検出手段（２２）と、
   前記検出手段（２２）で検出した前記ブレーキペダル（１８）の踏込み量が前記所定値未満である場合に、前記走行用モータ（１３Ｌ，１３Ｒ）を発電機式リターダとして作動させず、前記検出手段（２２）で検出した前記ブレーキペダル（１８）の踏込み量が前記所定値以上である場合に、前記走行用モータ（１３Ｌ，１３Ｒ）を発電機式リターダとして作動させる制御手段（１４）とを備えたことを特徴とする電気駆動ダンプトラックのブレーキシステム。
2. 請求項１記載の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムにおいて、前記制御手段（１４）は、前記ブレーキペダル（１８）の踏込み量に応じて前記発電機式リターダ（１３Ｌ，１３Ｒ）の制動力を連続的に変化させることを特徴とする電気駆動のダンプトラックのブレーキシステム。
3. 請求項１記載の電気駆動ダンプトラックのブレーキシステムにおいて、前記サービスブレーキ（２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒ）は油圧ブレーキであり、前記ブレーキペダル（１８）の踏込み量に応じた作動油圧を生成して前記油圧ブレーキ（２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒ）に出力する油圧弁（１９）を備えており、前記検出手段（２２）は、前記油圧弁（１９）から前記油圧ブレーキ（２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ｌ，２１Ｒ）に出力する作動油圧を検出する油圧検出器であることを特徴とする電気駆動ダンプトラックのブレーキシステム。

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