JP2013255366A - 電動式走行車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】作業車両の乗り心地性を改善する。
【解決手段】前輪側アクスルに走行駆動力を与える第1の走行用電動機3と、後輪側アクスルに走行駆動力を与える第2の走行用電動機4と、第1の走行用電動機3の回転軸と第2の走行電動機4の回転軸を連結する接続軸101と、駐車ブレーキ指令により接続軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置80と、駐車ブレーキ力を与えたときの接続軸101の捻れ角を演算する捻れ角演算部と、捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、発進に先立ち、第1および/または第2の走行用電動機が捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、第1および/または第2の走行用電動機3,4を駆動制御する制御装置とを備える。
【選択図】図8
【解決手段】前輪側アクスルに走行駆動力を与える第1の走行用電動機3と、後輪側アクスルに走行駆動力を与える第2の走行用電動機4と、第1の走行用電動機3の回転軸と第2の走行電動機4の回転軸を連結する接続軸101と、駐車ブレーキ指令により接続軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置80と、駐車ブレーキ力を与えたときの接続軸101の捻れ角を演算する捻れ角演算部と、捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、発進に先立ち、第1および/または第2の走行用電動機が捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、第1および/または第2の走行用電動機3,4を駆動制御する制御装置とを備える。
【選択図】図8
Description
この発明は電動式走行車両に関し、より詳細には、坂道におけるずり下がり抑制機能を有する電動式走行車両に関する。
アーティキュレート式のホイールローダ等に代表される建設機械および電動式ダンプ等の産業用車両においては、登坂中にアクセルペダルの踏み込みを止めてブレーキペダルを踏み込み車両が停止した場合、再発進時に車両が後退するずり下がりが起こることがある。このようなずり下がりを抑制するようにした特許文献1記載の車両では、再発進時にずり下がり速度に応じたトルクを走行電動モータが出力するようにしている。すなわち、特許文献1に記載の車両では、坂道の勾配に拘わらず、ずり下がりを抑制することが可能である。
上記特許文献1に記載された電動車両では、登坂路での再発進に際してずり下がりは抑制できるものの、乗り心地性に改善の余地がある。
(1)請求項1の発明による電動式走行車両は、前輪側アクスルに走行駆動力を与える第1の走行用電動機と、後輪側アクスルに走行駆動力を与える第2の走行用電動機と、前記第1の走行用電動機の回転軸と前記第2の走行用電動機の回転軸を連結する接続軸と、駐車ブレーキ指令により前記接続軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置と、前記駐車ブレーキ力を与えたときの前記接続軸の捻れ角を演算する捻れ角演算部と、前記捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、発進に先立ち、前記第1および/または第2の走行用電動機が前記捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、前記第1および/または第2の走行用電動機を駆動制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載の電動式走行車両において、前記前輪側アクスルが設けられる前部車体と前記後輪側アクスルが設けられる後部車体とが屈曲軸を介して屈曲式に接続され、前記第1の走行用電動機は前記前部車体に設置され、前記第2の走行用電動機は前記後部車体に設置され、前記接続軸の両端は自在継手を介して前記第1および第2の走行用電動機の回転軸にそれぞれ接続されていることを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項2に記載の電動式走行車両において、前記屈曲軸は、前記前輪側アクスルと前記後輪側アクスルの軸間距離の略1/2の位置に設定されていることを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動式走行車両において、前記捩れ角演算部は、前記駐車ブレーキ力が与えられる前記接続軸の部位を基準として車両前後に設定された第1および第2の部位における軸捻れに応じた信号をそれぞれ出力する第1および第2の回転センサを含み、サービスブレーキによる車両停止時に前記第1の回転センサで検出された第1の信号と、駐車ブレーキによる車両駐車時に前記第1の回転センサで検出された第2の信号の差から第1の部位の捻れ角を演算し、サービスブレーキによる車両停止時に前記第2の回転センサで検出された第3の信号と、駐車ブレーキによる車両駐車時に前記第2の回転センサで検出された第4の信号の差から第2の部位の捻れ角を演算し、前記第1の部位の捻れ角と前記第2の部位の捻れ角の差から前記接続軸の捻れ角を演算することを特徴とする。
(5)請求項5の発明は、請求項4に記載の電動式走行車両において、前記トルク演算装置は、前記第2の走行用電動機のみで前記ずり下がりトルクを相殺するように、前記駆動トルクを演算することを特徴とする。
(6)請求項6の発明は、請求項4または5に記載の電動式走行車両において、走行トルクを指令するアクセルペダルを備え、前記第1および第2の回転センサは、前記第1および第2の走行用電動機の回転数を検出するセンサであり、前記制御装置は、前記第1および第2の回転センサで検出された電動機回転数と、前記指令された走行トルクとに基づいて前記第1および第2の走行用電動機を駆動する駆動信号を演算することを特徴とする。
(7)請求項7の発明による電動式走行車両は、フロント側伝達軸により回転軸の駆動トルクを前輪側アクスルに伝達し、リア側伝達軸により前記回転軸の駆動トルクを後輪側アクスルに伝達して走行駆動力を与える走行用電動機と、前記フロント側伝達軸と前記リア側伝達軸のいずれか一方の伝達軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置と、前記駐車ブレーキ力が与えられる前記一方の伝達軸の捩れ角を演算する捻れ角演算装置と、前記駐車ブレーキが作動しているときに、前記捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、発進に先立ち、前記走行用電動機が前記捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、前記走行用電動機を駆動制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
(8)請求項8の発明は、請求項7に記載の電動式走行車両において、前記トルク演算装置は、サービスブレーキによる車両停止時に演算した前記伝達軸の捩れ角と、駐車ブレーキによる車両駐車時に演算した前記伝達軸の捻れ角との差に基づいて、車両が坂道に駐車していることに起因した前記伝達軸の捩り角を演算することを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、請求項1に記載の電動式走行車両において、前記前輪側アクスルが設けられる前部車体と前記後輪側アクスルが設けられる後部車体とが屈曲軸を介して屈曲式に接続され、前記第1の走行用電動機は前記前部車体に設置され、前記第2の走行用電動機は前記後部車体に設置され、前記接続軸の両端は自在継手を介して前記第1および第2の走行用電動機の回転軸にそれぞれ接続されていることを特徴とする。
(3)請求項3の発明は、請求項2に記載の電動式走行車両において、前記屈曲軸は、前記前輪側アクスルと前記後輪側アクスルの軸間距離の略1/2の位置に設定されていることを特徴とする。
(4)請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動式走行車両において、前記捩れ角演算部は、前記駐車ブレーキ力が与えられる前記接続軸の部位を基準として車両前後に設定された第1および第2の部位における軸捻れに応じた信号をそれぞれ出力する第1および第2の回転センサを含み、サービスブレーキによる車両停止時に前記第1の回転センサで検出された第1の信号と、駐車ブレーキによる車両駐車時に前記第1の回転センサで検出された第2の信号の差から第1の部位の捻れ角を演算し、サービスブレーキによる車両停止時に前記第2の回転センサで検出された第3の信号と、駐車ブレーキによる車両駐車時に前記第2の回転センサで検出された第4の信号の差から第2の部位の捻れ角を演算し、前記第1の部位の捻れ角と前記第2の部位の捻れ角の差から前記接続軸の捻れ角を演算することを特徴とする。
(5)請求項5の発明は、請求項4に記載の電動式走行車両において、前記トルク演算装置は、前記第2の走行用電動機のみで前記ずり下がりトルクを相殺するように、前記駆動トルクを演算することを特徴とする。
(6)請求項6の発明は、請求項4または5に記載の電動式走行車両において、走行トルクを指令するアクセルペダルを備え、前記第1および第2の回転センサは、前記第1および第2の走行用電動機の回転数を検出するセンサであり、前記制御装置は、前記第1および第2の回転センサで検出された電動機回転数と、前記指令された走行トルクとに基づいて前記第1および第2の走行用電動機を駆動する駆動信号を演算することを特徴とする。
(7)請求項7の発明による電動式走行車両は、フロント側伝達軸により回転軸の駆動トルクを前輪側アクスルに伝達し、リア側伝達軸により前記回転軸の駆動トルクを後輪側アクスルに伝達して走行駆動力を与える走行用電動機と、前記フロント側伝達軸と前記リア側伝達軸のいずれか一方の伝達軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置と、前記駐車ブレーキ力が与えられる前記一方の伝達軸の捩れ角を演算する捻れ角演算装置と、前記駐車ブレーキが作動しているときに、前記捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、発進に先立ち、前記走行用電動機が前記捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、前記走行用電動機を駆動制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
(8)請求項8の発明は、請求項7に記載の電動式走行車両において、前記トルク演算装置は、サービスブレーキによる車両停止時に演算した前記伝達軸の捩れ角と、駐車ブレーキによる車両駐車時に演算した前記伝達軸の捻れ角との差に基づいて、車両が坂道に駐車していることに起因した前記伝達軸の捩り角を演算することを特徴とする。
本発明によれば、駐車ブレーキで停止している走行車両が登坂路で再発進する際、坂道の勾配の程度に拘わらず、ずり下がりを防止することができる。
―第1の実施形態―
以下、本発明によるハイブリッド式作業車両の一実施形態を図面を参照して説明する。この実施形態は、本発明をシリーズハイブリッド式ホイールローダに適用したものであり、とくに登り坂道における発進時の運転性能とドライバビリティ性を向上させるものである。
以下、本発明によるハイブリッド式作業車両の一実施形態を図面を参照して説明する。この実施形態は、本発明をシリーズハイブリッド式ホイールローダに適用したものであり、とくに登り坂道における発進時の運転性能とドライバビリティ性を向上させるものである。
実施形態のホイールローダは、とくに、前部車体と後部車体のそれぞれに設置されたフロント用電動モータおよびリア用電動モータを有し、それらの回転軸は自在継手とプロペラシャフトで接続されている。登り勾配の坂道発進に際してプロペラシャフトの捩れ角度を検出し、この捩れ角度に応じた発進駆動トルクをリア用電動モータとフロント用電動モータが出力するように駆動制御する。
図1は、本発明によるシリーズハイブリッド式作業車両の一例であるホイールローダ100の側面図である。ホイールローダ100は、アーム111、バケット112、前輪113等を有する前部車体110と、運転室121、エンジン室140、後輪123等を有する後部車体120とで構成される。
本実施の形態のホイールローダ100は、前部車体110と、後部車体120とが連結軸101U,101Lを屈曲軸として左右に屈曲されるアーティキュレート式のホイールローダ100である。前部車体110と後部車体120とは連結軸101U,101Lにより互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ116の伸縮により後部車体120に対し前部車体110が左右に屈折して操舵される。
前部車体110には、上下方向に回動可能にアーム111が連結されており、アーム111はアームシリンダ117の駆動により上下方向に回動(俯仰動)する。アーム111の先端にはバケット112が上下方向に回動可能に連結されており、バケット112はバケットシリンダ115の駆動により上下方向に回動(クラウドまたはダンプ)する。
図2は、ホイールローダ100の構成の一例を示す図である。ホイールローダ100は、メインコントローラ20と、エンジン1と、エンジンコントローラ21と、走行電動装置100Eと、作業油圧装置(以下、単に作業装置と称す)100Hと、走行駆動装置100Dとを備えている。
作業装置100Hは、アーム111およびバケット112(図1参照)と、アームシリンダ117およびバケットシリンダ115とを含んで構成され、エンジン1により駆動される作業用油圧ポンプ10から吐出される圧油により駆動される。作業用油圧ポンプ10から吐出される圧油は、制御弁11を介して、アームシリンダ117およびバケットシリンダ115へと供給される。運転室121内のアーム操作レバー57およびバケット操作レバー58を操作することにより、制御弁11が動作し、アームシリンダ117およびバケットシリンダ115へ作動油が適宜分配され、アーム111およびバケット112に所定の動作を行わせることができるようになっている。
走行電動装置100Eは、モータ/ジェネレータ5と、M/Gインバータ25と、フロントモータ3と、フロントインバータ23と、リアモータ4と、リアインバータ24と、蓄電素子(たとえば、キャパシタ)7と、コンバータ27とを含んで構成される。
走行駆動装置100Dは、アクスル60F,60Rと、デファレンシャル装置70F,70Rと、プロペラシャフト64とを含んで構成され、フロントモータ3およびリアモータ4によって駆動される。
図2および図6、図7を参照して、フロントモータ3とリアモータ4との連結構造について説明する。フロントモータ3のロータ3rにはモータシャフト63が一体化され、リアモータ4のロータ4rにはモータシャフト65が一体化されている。フロントモータシャフト63の車両後端とリアモータシャフト65の車両前端とは、自在継手73,74を介してプロペラシャフト64に接続されている。すなわち、プロペラシャフト64の車両後端には第1自在継手74を介してリアモータ4のモータシャフト65が接続され、プロペラシャフト64の車両前端には第2自在継手73を介してフロントモータ3のモータシャフト65が接続されている。これにより、フロントモータ3のモータシャフト63とリアモータ4のモータシャフト63とは、プロペラシャフト64および一対の自在継手73,74により連結され、一体的に回転する。
一対の前輪113は、それぞれ、前輪側アクスル60Fに連結されている。前輪側アクスル60Fは、デファレンシャル装置70Fに接続され、デファレンシャル装置70Fは、一対の自在継手からなる連結部72を介してフロントモータ3のモータシャフト63に連結されている。一対の後輪123は、それぞれ、後輪側アクスル60Rに連結されている。後輪側アクスル60Rは、デファレンシャル装置70Rに接続され、デファレンシャル装置70Rは、一対の自在継手からなる連結部75を介してリアモータ4のモータシャフト65に連結されている。
図2に示すように、モータ/ジェネレータ5は、エンジン1の出力軸に連結され、エンジン1により駆動されて3相交流電力を発生する発電機として機能する。この3相交流電力は、M/Gインバータ25により直流電力に変換されてフロントインバータ23およびリアインバータ24に供給される。なお、充電率が所定値まで低下している場合には、M/Gインバータ25により変換された直流電力はコンバータ27を介して蓄電素子7にも供給され、蓄電素子7が充電される。
M/Gインバータ25、フロントインバータ23およびリアインバータ24は、メインコントローラ20からのインバータ駆動信号により駆動され、直流電力を交流電力に、または、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置である。M/Gインバータ25、フロントインバータ23およびリアインバータ24は、コンバータ27を介して蓄電素子7に接続されている。コンバータ27は、蓄電素子7の充放電電圧を昇圧または降圧する。
蓄電素子7は、ある程度の電気的仕事(たとえば数10kW、数秒程度の仕事)で発生する電力を蓄電し、所望の時期に蓄電された電荷を放電することが可能な電気二重層キャパシタである。蓄電素子7は、フロントインバータ23およびリアインバータ24やM/Gインバータ25で変換された直流電力により充電される。
M/Gインバータ25で変換された直流電力、および/または、蓄電素子7から出力された直流電力は、フロントインバータ23およびリアインバータ24により3相交流電力に変換される。フロントモータ3およびリアモータ4は、それぞれフロントインバータ23およびリアインバータ24で変換された3相交流電力(モータ駆動信号とも呼ぶ)により駆動されて回転トルクを発生する。フロントモータ3およびリアモータ4で発生した回転トルクは、デファレンシャル装置70F,70Rおよびアクスル60F,60Rを介して、前輪113および後輪123に伝達される。
一方、回生制動の運転時には、前輪113および後輪123から伝達される回転トルクによりフロントモータ3およびリアモータ4が回転して、3相交流電力が発生する。フロントモータ3およびリアモータ4で発生した3相交流電力は、それぞれフロントインバータ23およびリアインバータ24により直流電力に変換され、コンバータ27を介して蓄電素子7に供給され、蓄電素子7はフロントインバータ23およびリアインバータ24で変換された直流電力により充電される。
メインコントローラ20およびエンジンコントローラ21は、CPUや記憶装置であるROMおよびRAM、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。メインコントローラ20は、ホイールローダ100の走行系および油圧作業系を含む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パフォーマンスを発揮するように各部を制御する。
メインコントローラ20には、前後進切換スイッチ51、アクセルペダルセンサ52、車速センサ53、ブレーキペダルセンサ54、エンジン回転センサ50、フロントモータ3の回転センサ59F、リアモータ4の回転センサ59R、および駐車ブレーキスイッチ55からの信号がそれぞれ入力される。
前後進切換スイッチ51は、車両の前進/後進を指令する前後進スイッチ信号をメインコントローラ20に出力する。アクセルペダルセンサ52は、アクセルペダル(不図示)のペダル操作量を検出してアクセル信号をメインコントローラ20に出力する。車速センサ53はホイールローダ100の車両走行速度(車速)を検出して、車速信号をメインコントローラ20に出力する。ブレーキペダルセンサ54は、ブレーキペダル(不図示)のペダル操作量を検出してサービスブレーキ信号をメインコントローラ20に出力する。駐車ブレーキスイッチ55は、オペレータが駐車ブレーキを作動させるとオンするスイッチである。
エンジン回転センサ50はエンジン1の実回転数を検出して、実回転信号をメインコントローラ20に出力する。走行モータ回転センサ59F,59Rは、たとえばレゾルバであり、フロントモータ3およびリアモータ4の回転に応じた信号を出力する。このモータ回転信号はそれぞれメインコントローラ20に入力される。なお、走行モータ回転センサ59F,59Rおよび車速センサ53のうち、いずれかを省略してもよい。たとえば、車速センサ53を省略し、走行モータ回転センサ59により検出されたモータ回転数に基づいて車速を演算してもよい。
メインコントローラ20は、アクセルペダル(不図示)のペダル操作量を含む車両情報に応じた要求トルクをフロントモータ3およびリアモータ4が出力するように、エンジン1、フロントインバータ23およびリアインバータ24を制御する。フロントモータ3とリアモータ4の要求トルクの演算方法については後述する。
メインコントローラ20は、演算したモータ要求トルクに基づいてフロントモータ3およびリアモータ4に必要な発電量を演算する。メインコントローラ20は、モータ/ジェネレータ5で所定の発電量を得るためのエンジン目標回転数を演算し、演算したエンジン目標回転数に基づいてエンジン駆動制御信号をエンジンコントローラ21に出力するとともに、モータ/ジェネレータ5で発電した3相交流電力を直流電力に変換するための駆動信号をM/Gインバータ25に出力する。
エンジンコントローラ21は、エンジン回転センサ50で検出されたエンジン1の実回転数Naと、メインコントローラ20からのエンジン目標回転数Ntとを比較して、エンジン1の実回転数Naをエンジン目標回転数Ntに近づけるために燃料噴射装置(不図示)を制御する。
メインコントローラ20は、蓄電素子7の充電率(SOC:State Of Charge)が所定の下限値を下回らないように、かつ、所定の上限値を上回らないように、車両の運転状況、すなわち車速情報やアクセルペダルのペダル操作量、充電率等に応じて、エンジン1、M/Gインバータ25、フロントインバータ23およびリアインバータ24、コンバータ27等を制御する。
上記したように、メインコントローラ20は、走行時にフロントモータ3およびリアモータ4に要求されるトルクであるモータ要求トルクを演算する。図3は、モータ要求トルクマップ(モータ特性)を示す図である。モータ要求トルクマップは、フロントモータ3のトルクカーブ(特性M2)と、リアモータ4のトルクカーブ(特性M1)とを表すマップである。
図3に示すように、フロントモータ3とリアモータ4とでは特性が異なっている。フロントモータ3は、低速域で大きなトルクを出すことはできないが高速回転まで駆動可能な特性を有する高速型モータ(特性M2)であり、リアモータ4は、高速回転までトルクを出すことはできないが、低速域で大きなトルクを出すことが可能な低速型モータ(特性M1)である。フロントモータ3とリアモータ4とでは、高効率で駆動できる動作領域が異なるため、車両に要求される動力性能の広い範囲で高効率な電動機駆動が可能となる。
特性M1および特性M2のそれぞれは、モータ要求トルクが、アクセル信号に比例しつつリアモータ4およびフロントモータ3の回転数に反比例するように設定されており、メインコントローラ20内の記憶装置に記憶されている。
つまり、メインコントローラ20には、アクセルペダルセンサ52から入力されるアクセル信号の増減に応じてフロントモータ3およびリアモータ4のそれぞれの出力が増減するようアクセル信号とフロントモータ3およびリアモータ4の出力との関係が設定されている。メインコントローラ20は、アクセル信号に応じたトルクカーブを決定し、そのトルクカーブを用いて、フロントモータ3およびリアモータ4の回転数から、モータ要求トルクを決定する。フロントモータ3とリアモータ4のそれぞれの要求トルクを決定し、このトルクに基づいて周知の方法によりモータ駆動信号を生成し、モータ駆動信号をフロントインバータ23およびリアインバータ24に出力する。
本実施の形態では、最高の電動機効率となるように、リアモータ4およびフロントモータ3のそれぞれの要求トルクを決定する。図4は、リアモータ4とフロントモータ3のトルクの決定方法を説明するための機能ブロック図である。図4に示すように、メインコントローラ20は、車両走行出力演算部91と、走行用電動機トルク演算部92と、リミッタ93とを機能的に備えている。
以上のトルク配分とは別に、この実施形態では、登坂路での坂道発進に際して、ずり下がり防止用駆動トルク制御を行う機能も備えている。この機能は後述する。
以上のトルク配分とは別に、この実施形態では、登坂路での坂道発進に際して、ずり下がり防止用駆動トルク制御を行う機能も備えている。この機能は後述する。
運転者からの操作指令に相当するアクセル信号、ブレーキ信号、前後進スイッチ信号、ならびに現在の車両走行速度(車速)等が車両走行出力演算部91に入力されると、車両走行出力演算部91において、車両から要求される走行出力指令が演算される。
演算された走行出力指令が走行用電動機トルク演算部92に入力されると、走行用電動機トルク演算部92は、リアモータ4およびフロントモータ3のそれぞれに要求されるトルクを演算する。このとき、リアモータ4の要求トルク、および、フロントモータ3の要求トルクを合計すると、上記した車両が要求する走行出力指令に相当するトルク値となっている。
走行用電動機トルク演算部92では内部にリアモータ4およびフロントモータ3の効率データテーブルを有しており、その効率データテーブルに基づいて、走行出力指令に対し最高の電動機効率となるようなトルクの分配を決定する。リアインバータ24、および、フロントインバータ23のそれぞれが有する制御装置(不図示)に対し、トルク指令として出力する際には、リミッタ93においてハイブリッドシステムおよび車両の制限事項に基づくトルク制限処理を施して、リアモータトルク指令、フロントモータトルク指令とする。リアインバータ24およびフロントインバータ23は、リアモータトルク指令、フロントモータトルク指令に基づいて、リアモータ4およびフロントモータ3のそれぞれの電機子巻線(固定子巻線)に3相交流電力を供給し、ロータ3r,4rを回転させて車両の走行動作を行う。
以上のように、本実施形態では特性の異なる2つの走行電動機を用いて、電動機の効率が最高となるように車両要求に対してトルクの配分を行うので、各走行電動機を最適の容量とすることができ、駆動装置の小型化、および高効率化を実現することが可能となる。
本実施の形態に係るフロントモータ3およびリアモータ4は、ハイブリッド式車両の走行に使用するのが好適な走行電動機であって、かご型ロータを備える誘導電動機や永久磁石を有するロータを備える同期電動機である。以下、誘導電動機を例に説明する。
図5は、本実施の形態に係るフロントモータ3およびリアモータ4の断面模式図である。図5(a)に示すように、フロントモータ3は、ハウジング30と、ハウジング30の内部に保持されたステータ3sとを有し、ステータ3sは円筒形状のステータコア(固定子鉄心)32と固定子巻線33とを備えている。ステータコア32の内側には、ロータ(回転子)3rが隙間を介して回転可能に保持されている。ロータ3rは、円筒形状のロータコア35と、導体バー(不図示)と、エンドリング(短絡環)36とを備えており、ロータコア35の中空部には円柱状のロータシャフト(回転軸体)63が圧入され、ロータコア35がモータシャフト63に固定されている。
ハウジング30は、円筒状のセンターブラケット30aと、軸受38a,38bが設けられた一対のエンドブラケット30b,30cとを有している。センターブラケット30aとステータコア32との間には冷却ジャケット31が介装されている。モータシャフト63は、エンドブラケット30b,30cのそれぞれに設けられた軸受38a,38bにより回転自在に保持されている。
図5(b)に示すように、リアモータ4は、ハウジング40と、ハウジング40の内部に保持されたステータ4sとを有し、ステータ4sは円筒形状のステータコア(固定子鉄心)42と固定子巻線43とを備えている。ステータコア42の内側には、ロータ(回転子)4rが隙間を介して回転可能に保持されている。ロータ4rは、円筒形状のロータコア45と、導体バー(不図示)と、エンドリング(短絡環)46とを備えており、ロータコア45の中空部には円柱状のロータシャフト(回転軸体)65が圧入され、ロータコア45がモータシャフト65に固定されている。
ハウジング40は、円筒状のセンターブラケット40aと、軸受48a,48bが設けられた一対のエンドブラケット40b,40cとを有している。センターブラケット40aとステータコア42との間には冷却ジャケット41が介装されている。モータシャフト65は、エンドブラケット40b,40cのそれぞれに設けられた軸受48a,48bにより回転自在に保持されている。
リアモータ4は、上記したように、低速域ではフロントモータ3よりもトルクが大きく、高速域ではフロントモータ3よりもトルクが小さい特性を有する低速型モータである。このため、リアモータ4は、高速型モータであるフロントモータ3に対してサイズ(径方向長さ)、質量が大きい。
図6は、ホイールローダ100に搭載されたリアモータ4およびフロントモータ3を簡略的に示した図である。図7は、ホイールローダ100の平面図である。図6では、ホイールローダ100の外形を二点鎖線で示している。図7では、運転室121やエンジン室140、アーム111やバケット112等の図示を省略している。
ホイールローダ100では、車両前方に設置されたバケット112等の作業装置で重量物搬送等の各種作業を実施する関係上、車両後方にバランスをとるためのカウンタウエイト124が搭載されている(図1参照)。よって、作業装置の反対方向、すなわち車両の後方に重量物となる低速型モータを搭載することが好ましい。
前部車体110は、上板119U、下板119L、および、一対の側板119Sを有する略箱状に形成された前フレーム119を有しており、この前フレーム119内にフロントモータ3が配設されている。後部車体120は、運転室121およびエンジン室140が取り付けられる後フレーム129を有しており、この後フレーム129内にリアモータ4が配設されている。リアモータ4の側方には後フレーム129の側板129Sが設けられている。
フロントモータ3は、上板119U、下板119L、および、一対の側板119Sによって囲まれているため、掘削作業時に土砂等から保護される。リアモータ4は、運転室121の下方に位置し、運転室121および側板129Sによって囲まれているため、掘削作業時に土砂等から保護される。
図8は、図7の要部拡大図である。ホイールローダ100は駐車ブレーキ装置80を備えている。駐車ブレーキ装置80はネガティブ式駐車ブレーキである。駐車ブレーキ装置80は、リアモータ4のモータシャフト65の車両前側に設けられた駐車ブレーキ用ディスク81と、ブレーキディスク81の外周部を挟持してホイールローダ100に駐車ブレーキ力を与えるブレーキパッド82と、ブレーキパッド82の作動/非作動を制御する駐車ブレーキ用油圧シリンダ83と、駐車ブレーキ作動指令により駐車ブレーキ用油圧シリンダ83を駆動制御する油圧回路84とを備えている。油圧回路84は図示しない電磁弁を有し、メインコントローラ20からの切替信号により電磁弁が開閉して駐車ブレーキの作動、非作動が制御される。
オペレータが駐車ブレーキの作動を指令する操作を行い、たとえば、駐車ブレーキスイッチから駐車ブレーキ作動指令が出力されると、駐車ブレーキ用油圧シリンダ83が収縮し、ばね力でブレーキパッド82が駐車ブレーキ用ディスク81を挟持して駐車ブレーキが作動する。オペレータが駐車ブレーキ作動の解除操作を行うと、駐車ブレーキ用油圧シリンダ83が伸長してばね力が小さくなり駐車ブレーキ用ディスク81はブレーキパッド82による挟持から解放され、駐車ブレーキが非作動となる。
ディスク81から車両前方側に距離LF離れた位置にフロントモータ用回転センサ59Fが設けられている。ディスク81から車両後方側に距離LR離れた位置にリアモータ用回転センサ59Rが設けられている。これらの回転センサはたとえばレゾルバであり、シャフトの回転位置に応じた回転信号を出力する。
なお、図8において、前部車体110と後部車体120とを連結する連結軸101L、101Uの軸心、すなわちホイールローダの屈曲中心は、プロペラシャフト64のほぼ中央部を鉛直方向に通過している。ホイールローダが左右に操舵されると、自在継手73によりプロペラシャフト64とフロントモータ3のモータシャフト63との角度が所定角度となり、自在継手74によりプロペラシャフト64とリアモータ4のロータシャフト65との角度が所定角度となる。これにより、前部車体110と後部車体120が連結軸101L,101Uを中心に屈曲する。
この実施の形態のホイールローダ100では、連結軸101L,101Uが前輪側アクスル60Fと後輪側アクスル60Rの軸間距離のほぼ1/2の位置に設定されている。したがって、転舵(換向)時に前輪113と後輪123の内輪、および外輪は同一の軌道を走行する。また、前輪113の外輪の回転数と後輪123の外輪の回転数は同一となり、前輪113の内輪の回転数と後輪123の中輪の回転数は同一となる。また、登坂路で転舵した状態でホイールローダが駐車ブレーキで停止しているときに前後輪に作用するずり下がり力は均等となる。
オペレータが駐車ブレーキ作動を指令すると、ばね力によりパッド82が駆動され、パッド82でディスク81が挟持されてプロペラシャフト64には制動力が与えられる。上り坂でホイールローダ100が駐車ブレーキ装置80により駐車しているとき、ホイールローダ100は車体重量によりずり下がろうとして前輪と後輪にはずり下がりトルクが作用し、プロペラシャフト64などの軸構造にねじりが生じる。この捩れ角度は、フロントモータ用回転センサ59Fの検出信号と、リアモータ用回転センサ59Rの検出信号とに基づいて算出することができる。
上述したように、フロントモータ用回転センサ59Fはディスク81から車両前方側に距離LF離れた位置に設けられ、リアモータ用回転センサ59Rはディスク81から車両後方側に距離LR離れた位置に設けられている。駐車ブレーキ作動時、前輪に作用するずり下がりトルクTzfは、前輪113から前輪側アクスル60F、デファレンシャル装置70F、自在継手72、フロントモータ3のモータシャフト63、自在継手73、プロペラシャフト64を経由して駐車ブレーキ用ディスク81まで伝達される。後輪123に作用するずり下がりトルクTzrは、後輪123から後輪側アクスル60R、デファレンシャル装置70R、自在継手75、リアモータ4のモータシャフト65を経由して駐車ブレーキ用ディスク81まで伝達される。
この実施形態では、ずり下がりトルクTz(=Tzf+Tzr)を次のようにして求める。
図8に示すように、プロペラシャフト64の車両前端には自在継手73によりフロントモータ3のモータシャフト63が接続されており、プロペラシャフト64の車両後端には自在継手74によりリアモータ4のモータシャフト65が接続されている。以下では、フロントモータ3の車両後端(回転センサ59Fが設置されている位置)からリアモータ4の車両前端(回転センサ59Rが設置されている位置)までの回転軸構造をモータ接続軸200と呼ぶ。このモータ接続軸200を1本の中実軸と仮定し、モータ接続軸200の全長をL(=TL+TR)と定義する。したがって、フロントモータ用回転センサ59Fとリアモータ用回転センサ59Rとの離間距離がLである。
図8に示すように、プロペラシャフト64の車両前端には自在継手73によりフロントモータ3のモータシャフト63が接続されており、プロペラシャフト64の車両後端には自在継手74によりリアモータ4のモータシャフト65が接続されている。以下では、フロントモータ3の車両後端(回転センサ59Fが設置されている位置)からリアモータ4の車両前端(回転センサ59Rが設置されている位置)までの回転軸構造をモータ接続軸200と呼ぶ。このモータ接続軸200を1本の中実軸と仮定し、モータ接続軸200の全長をL(=TL+TR)と定義する。したがって、フロントモータ用回転センサ59Fとリアモータ用回転センサ59Rとの離間距離がLである。
ずり下がりトルクTzが作用しているときのモータ接続軸200の捩れ角θzは、接続軸200のせん断弾性係数をG、断面二次極モーメントをJとするとき、以下の式(1)で表すことができる。
θz=Tz×L/G×J …(1)
なお、この実施形態においては、モータ接続軸200のせん断弾性係数Gは、接続軸200を構成する軸構造に応じて予め定めておけばよい。断面二次極モーメントJについても同様に予め定めておけばよい。
θz=Tz×L/G×J …(1)
なお、この実施形態においては、モータ接続軸200のせん断弾性係数Gは、接続軸200を構成する軸構造に応じて予め定めておけばよい。断面二次極モーメントJについても同様に予め定めておけばよい。
式(1)からずり下がりトルクTzは式(2)のように表すことができる。
Tz=θz×G×J/L …(2)
したがって、モータ接続軸200の捩れ角度θzが分かれば、ずり下がりトルクTzを算出することができる。
Tz=θz×G×J/L …(2)
したがって、モータ接続軸200の捩れ角度θzが分かれば、ずり下がりトルクTzを算出することができる。
ホイールローダが登坂路で停止して再発進する際のオペレータの操作と、ホイールローダ各部の動作を説明し、接続軸200の捻れ角度について説明する。
ホイールローダが坂道を登坂中にオペレータがブレーキペダルを踏み込むと、サービスブレーキが作動して前輪と後輪に制動力が与えられてホイールローダは停車する。オペレータが駐車ブレーキの作動を指示すると、メインコントローラ20からの指令により、上述したように駐車ブレーキが作動する。このとき、オペレータがサービスブレーキペダルから足を離してもホイールローダは登坂路を後退することはないが、前輪113から駐車ブレーキ用ディスク81までの軸構造が、車両重量と登坂路の傾斜角度に応じた捩れ角度で捻れる。また、後輪123から駐車ブレーキ用ディスク81までの軸構造が、車両重量と登坂路の傾斜角度に応じた捩れ角度で捻れる。
ホイールローダが坂道を登坂中にオペレータがブレーキペダルを踏み込むと、サービスブレーキが作動して前輪と後輪に制動力が与えられてホイールローダは停車する。オペレータが駐車ブレーキの作動を指示すると、メインコントローラ20からの指令により、上述したように駐車ブレーキが作動する。このとき、オペレータがサービスブレーキペダルから足を離してもホイールローダは登坂路を後退することはないが、前輪113から駐車ブレーキ用ディスク81までの軸構造が、車両重量と登坂路の傾斜角度に応じた捩れ角度で捻れる。また、後輪123から駐車ブレーキ用ディスク81までの軸構造が、車両重量と登坂路の傾斜角度に応じた捩れ角度で捻れる。
再発進時、オペレータは、前後進レバーを前進位置に切り替え、サービスブレーキペダルを踏み込み、駐車ブレーキの作動解除を指示し、アクセルペダルを踏み込みつつサービスブレーキペダルから足を離して発進操作する。以上のオペレータの操作により坂道での再発進が行われる。
このような登坂路停止、駐車、再発進時にフロントモータ用回転センサ59Fの検出信号Szf、リアモータ用回転センサ59Fの検出信号Szrをメインコントローラ20に取込む。サービスブレーキで停止しているとき、モータ接続軸200にはずり下がりトルクTzが作用せず、駐車ブレーキが作動すると、モータ接続軸200にはずり下がりトルクTzが作用する。したがって、駐車ブレーキ作動の前後において、フロントモータ用回転センサ59Fの検出信号Szfを取込み、駐車ブレーキ作動前の検出信号Szf1と、駐車ブレーキ作動後の検出信号Szf2との差から、モータ接続軸200のフロント側の捩れ角度θzfを推定する。また、駐車ブレーキ作動の前後において、リアモータ用回転センサ59Rの検出信号Szrを取込み、駐車ブレーキ作動前の検出信号Szr1と、駐車ブレーキ作動後の検出信号Szr2との差から、モータ接続軸200のリア側の捩れ角度θzrを推定する。
モータ接続軸200のブレーキディスク81よりもフロント側の捩れ角度θzfは、以下の(3)式のように検出信号の差の関数として算出することができる。
θzf=f(Szf2−Szf1) …(3)
モータ接続軸200のブレーキディスク81よりもリア側の捩れ角度θzrは、以下の(4)式のように検出信号の差の関数として算出することができる。
θzr=f(Szr2−Szr1) …(4)
モータ接続軸200の捩れ角θzは、以下の(5)式で表される。
捩れ角度θz=θzf−θzr …(5)
θzf=f(Szf2−Szf1) …(3)
モータ接続軸200のブレーキディスク81よりもリア側の捩れ角度θzrは、以下の(4)式のように検出信号の差の関数として算出することができる。
θzr=f(Szr2−Szr1) …(4)
モータ接続軸200の捩れ角θzは、以下の(5)式で表される。
捩れ角度θz=θzf−θzr …(5)
この捩れ角θzに基づいて上記(2)式を用いてモータ接続軸200に作用するずり下がりトルクTzを演算し、このずり下がりトルクTzを相殺する駆動トルクTmcを算出する。算出した駆動トルクTmcに基づいて、フロントモータ3に与えるずり下がり防止駆動トルクTfzと、リアモータ4に与えるずり下がり防止駆動トルクTrzを(6)式と(7)式から算出する。
フロントモータ用ずり下がり防止駆動トルクTzf= Tmc×α …(6)
リアモータ用ずり下がり防止駆動トルクTzr= Tmc×β …(7)
ここで、α、βは、フロントモータ3とリアモータ4のトルク配分に応じて定義される係数である。リアモータ4の出力トルクのみでずり下がりトルクを相殺する場合は、α=1.0、β=0である。フロントモータ3とリアモータ4に均等に分担する場合は、α=0.5、β=0.5である。
フロントモータ用ずり下がり防止駆動トルクTzf= Tmc×α …(6)
リアモータ用ずり下がり防止駆動トルクTzr= Tmc×β …(7)
ここで、α、βは、フロントモータ3とリアモータ4のトルク配分に応じて定義される係数である。リアモータ4の出力トルクのみでずり下がりトルクを相殺する場合は、α=1.0、β=0である。フロントモータ3とリアモータ4に均等に分担する場合は、α=0.5、β=0.5である。
このような駆動トルクをフロントモータ3および/またはリアモータ4から出力することにより、モータ連結軸200の捻れ角は相殺され、登坂路での再発進に際して駐車ブレーキを解除してもずり下がりを抑制することができる。
なお、上述したように、モータ接続軸200の捩れ角は、フロントモータ3とリアモータ4の回転センサ59Fと59Rにより検出されるので、厳密には、モータ接続軸200の全長Lを回転センサ59Fと59Rの離間距離と定義し、せん断弾性係数G、断面二次極モーメントJを予め実験的に算出して設定すべきである。しかし、便宜上、プロペラシャフト64の全長、せん断弾性係数、二次極モーメントを上記L.G,Jとしても精度上、さほど問題はない。
(駐車および発進時の処理フロー)
図9に示す処理フローチャートを参照して、ホイールローダが停止、駐車して再発進するときのメインコントローラ20内での制御処理を説明する。図9に図示された処理フローチャートは、メインコントローラ20内のCPUの制御プログラムを実行して行われる。
なお、図9の制御処理は、駐車ブレーキが作動しているホイールローダが発進する際の処理を示すものであり、サービスブレーキで停止しているときにホイールローダが発進する際の処理は示していない。
図9に示す処理フローチャートを参照して、ホイールローダが停止、駐車して再発進するときのメインコントローラ20内での制御処理を説明する。図9に図示された処理フローチャートは、メインコントローラ20内のCPUの制御プログラムを実行して行われる。
なお、図9の制御処理は、駐車ブレーキが作動しているホイールローダが発進する際の処理を示すものであり、サービスブレーキで停止しているときにホイールローダが発進する際の処理は示していない。
走行中にサービスブレーキにより車両が制動されると、メインコントローラ20は、ステップS1においてサービスブレーキ信号の出力を判定してステップS2に進む。ステップS2において、車速が所定値以下である停止状態が判定されると、ステップS3に進む。ステップS3において、フロントモータ用回転センサ59Fから、接続軸200の捩れ角基準値となるフロント側回転信号Szf1を入力する。また、リアモータ用回転センサ59Rから、接続軸200の捩れ角基準値となるリア側回転信号Szr1を入力する。ステップS4において駐車ブレーキの作動が判定されると、ステップS5において、フロントモータ用回転センサ59Fから、接続軸200の捩れ角となるフロント側回転信号Szf2を入力する。また、リアモータ用回転センサ59Rから、接続軸200の捩れ角となるリア側回転信号Szr2を入力する。
ステップS6において、上記式(3)、(4)により、接続軸200のフロント側捻れ角θzfと、接続軸200のリア側捻れ角θzrを演算する。また、ステップS7において、上記式(5)から接続軸200の捻れ角θzを演算する。ステップS8において、上述した式(2)からずり下がりトルクTzを演算し、ずり下がりトルクTzを相殺する駆動トルクTmcを演算する。式(6)、(7)により駆動トルクTmcを前後輪に配分し、上述した前輪側駆動トルクTzfと後輪側駆動トルクTzrを算出する。
ステップS9において、フロントモータ3に対して、上記駆動トルクTzfが出力されるようなインバータ駆動信号をフロントモータ用インバータ23に入力する。リアモータ4に対して、上記駆動トルクTzrが出力されるようなインバータ駆動信号をリアモータ用インバータ24に入力する。その結果、フロントモータ3とリアモータ4に三相交流信号が印加されて、フロントモータ3のモータシャフト63には駆動トルクTzfが付与される。モータ接続軸200の車両後端部は駐車ブレーキ装置80で拘束されているので、捻れ角θzfで捻れていたモータシャフト63の捻れ角が相殺され、θzf=0となる。リアモータ4のモータシャフト65には駆動トルクTzrが付与されるが、モータシャフト65の車両前側端部は駐車ブレーキ装置80で拘束されているので、捻れ角θzrで捻れていたモータシャフト63の捻れ角θzが相殺され、θzr=0となる。
たとえば前後進切替レバーが前進位置に切り替えられ、ステップS10で車両発進が判定されると、ステップS11においてサービスブレーキの作動が判定される。サービスブレーキが作動していることが判定されるとステップS12に進む。ステップS12において、駐車ブレーキの作動指令が判断されると、ステップS13において、メインコントローラ20からの信号により駐車ブレーキ用油圧回路84の図示しない電磁弁が駆動され、油圧シリンダ83が駆動されて駐車ブレーキ装置80のパッド82によるディスク81の挟持動作が中止する。すなわち、駐車ブレーキ作動が解除される。
ステップS14でアクセルペダルの踏み込みが判定されると、ステップS15に進む。ステップS15において、アクセルペダル踏込量に応じたトルク指令が算出され、フロントモータ3とリアモータ4に上述したようにトルク配分された駆動トルクが配分される。ステップS16において、メインコントローラ20はインバータ23,24を駆動制御し、フロントモータ3とリアモータ4は所定の駆動トルクで駆動され、登坂路で駐車していたホイールローダは、ずり下がることなく、発進することができる。
以上説明した第1の実施の形態によるホイールローダの作用効果を説明する。
(1)フロントモータ3とリアモータ4を、プロペラシャフト64を含むモータ接続軸200で接続して走行駆動トルクを得るようにしたホイールローダなどの電動式走行車両において、駐車ブレーキ作動時から再発進するに際して、駐車ブレーキ力が接続軸200に与えられているときの接続軸200の捩れ角θzを演算し、この捩れ角θzに基づいて捻りトルクTzを演算し、フロントモータ3および/またはリアモータ4が捻れトルクTzを相殺する駆動トルクTmcを出力するようにした。したがって、登坂路での再発進に際して、サービスブレーキを解除してアクセルペダルを踏み込むとき、ホイールローダ100のずり下がりを抑制した前進走行を開始することができる。
(1)フロントモータ3とリアモータ4を、プロペラシャフト64を含むモータ接続軸200で接続して走行駆動トルクを得るようにしたホイールローダなどの電動式走行車両において、駐車ブレーキ作動時から再発進するに際して、駐車ブレーキ力が接続軸200に与えられているときの接続軸200の捩れ角θzを演算し、この捩れ角θzに基づいて捻りトルクTzを演算し、フロントモータ3および/またはリアモータ4が捻れトルクTzを相殺する駆動トルクTmcを出力するようにした。したがって、登坂路での再発進に際して、サービスブレーキを解除してアクセルペダルを踏み込むとき、ホイールローダ100のずり下がりを抑制した前進走行を開始することができる。
(2)具体的には、フロントモータ3とリアモータ4を連結するモータ接続軸200の捩れ角θzを、モータのトルク制御で必須であるフロントモータ用回転センサ59Fと、リアモータ用回転センサ59Rの検出信号Szf,Szrに基づいて演算するようにした。したがって、モータ接続軸200の捻れ角を検出するセンサを別途設けることがなく、コストアップを伴うことがない。
(3)ホイールローダは、前部車体110と後部車体120とが屈曲軸101L,101Uで屈曲される構造になっている。実施形態では、屈曲軸の位置を、前輪側アクスル60Fと後輪側アクスル60Rの軸間距離の略1/2に設定した。そのため、転舵状態にて登坂路でホイールローダが駐車しているとき、前輪側アクスルからのずり下がりトルクと後輪側アクスルからのずり下がりトルクが等しくなり、接続軸の捩れ角演算に際して補正演算が不要となり、検出精度が向上する。
(4)式(6)、(7)によれば、フロントモータ3とリアモータ4の双方の駆動トルクによりずり下がりトルクを相殺することができる。この場合、係数α、βの設定により、リアモータのみでトルク相殺を行ったり、フロントモータのみで相殺を行うことも可能である。
―第2の実施形態―
第1の実施形態では、フロントモータ3とリアモータ4の2つの走行用モータを用いたが、後部車体に一つの走行用モータを設置したハイブリッド式ホイールローダにも本発明を適用することができる。図10にこの第2の実施形態の走行駆動装置を示す。
図10に示すように、後部車体120(図7参照)に走行用モータ4Aが設置されている。上述した実施形態と相違する点を主に説明する。走行用モータ4Aのモータシャフト65Aから前輪側フロントアクスル60F(図7参照)へ走行駆動力を伝達する駆動軸構造は、自在継手74、プロペラシャフト64,自在継手73、回転軸63A、自在継手72を含んで構成されている。
第1の実施形態では、フロントモータ3とリアモータ4の2つの走行用モータを用いたが、後部車体に一つの走行用モータを設置したハイブリッド式ホイールローダにも本発明を適用することができる。図10にこの第2の実施形態の走行駆動装置を示す。
図10に示すように、後部車体120(図7参照)に走行用モータ4Aが設置されている。上述した実施形態と相違する点を主に説明する。走行用モータ4Aのモータシャフト65Aから前輪側フロントアクスル60F(図7参照)へ走行駆動力を伝達する駆動軸構造は、自在継手74、プロペラシャフト64,自在継手73、回転軸63A、自在継手72を含んで構成されている。
リアモータシャフト65Aの車両前側端部には回転センサ159Fが設けられている。回転軸63Aの車両後側端部には回転センサ159Fが設けられている。回転センサ159Fと回転センサ159Rとの離間距離はLであり、全長Lの中実棒が存在するものとして上記実施形態と同様に捩れ角θzを算出する。回転センサ159Fはリアモータシャフト65Aの回転に応じた信号を出力する。回転センサ159Fはモータシャフト63Aの回転に応じた信号を出力する。この変形例では、走行駆動力はリアモータ4Aで得られる。
このように、一つの走行モータを使用した電動式走行車両においても、登坂路での再発進に際してずり下がりを抑制することができる。
以上説明した実施形態のホイールローダを以下のように変形して実施することができる。
(1)第1の実施形態では、ずり下がりトルクTzを相殺する駆動トルクTmcをフロントモータ3とリアモータ4の双方から出力するようにした。駆動トルクTmcをリアモータ4からのみ出力するようにしてもよい。フロントモータ3からのみ出力するようにしてもよい。
(1)第1の実施形態では、ずり下がりトルクTzを相殺する駆動トルクTmcをフロントモータ3とリアモータ4の双方から出力するようにした。駆動トルクTmcをリアモータ4からのみ出力するようにしてもよい。フロントモータ3からのみ出力するようにしてもよい。
(2)第1および第2の実施形態では、フロントモータ3とリアモータ4とを連結するモータ接続軸200の捩れ角を検出し、この捩れ角にしたがってずり下がりトルクを算出するようにした。ホイールローダに路面の傾斜角に応じた信号を出力する傾斜センサを設け、傾斜センサから出力される傾斜角度と既知の車体重量とに応じてずり下がりトルクを計算してもよい。しかしながら、ホイールローダは、斜面を駆け上がりながら土砂をかきあげる作業もあり、バケットに載荷した土砂の重量やバケット高さが一定ではなく、傾斜角度と既知の車体重量では正確なずり下がりを防止できないおそれがある。
第1および第2の実施の形態のように、モータ接続軸の捩れ角からずり下がりトルクを計算し、このずり下がりトルクを相殺する駆動トルクを与えてずり下がりを防止する方式は、傾斜角度と車体重量から算出する変形例に比べ、ずり下がりを確実に抑制することができる。
(3)以上では、走行用電動機が二つの例と一つの例を示したが、三つ以上の走行電動機を有する電動式走行車両にも本発明を適用できる。
(4)実施形態のホイールローダは、ジェネレータで発電した電力で走行用電動モータを駆動するようにしたシリーズハイブリッド式走行装置を採用したが、電動走行式車両はこれに限定されず、種々の形態を採用することができる。
(4)実施形態のホイールローダは、ジェネレータで発電した電力で走行用電動モータを駆動するようにしたシリーズハイブリッド式走行装置を採用したが、電動走行式車両はこれに限定されず、種々の形態を採用することができる。
(5)駐車ブレーキ装置80としてディスクブレーキ機構を採用したが、その形式は問わない。また、駐車ブレーキを与える位置は、走行用電動モータの駆動トルクを前後輪のデファレンシャル装置に伝達する伝達軸であれば、いずれの部位でもよい。
(6)以上では、前部車体と後部車体を連結する屈曲軸の位置を、前輪側アクスルと後輪側アクスルの軸間距離の略1/2に設定した場合について説明した。本発明は、屈曲軸の位置が略1/2ではない場合にも適用できる。このようなホイールローダでは、転舵した状態にて登坂路で駐車している場合、前後輪の外周輪、内周輪からプロペラシャフトなどに作用するずり下がりトルクが均一ではない。そのため、検出した捩れ角を転舵量に応じて補正する必要がある。
(7)以上では、本発明をハイブリッド式ホイールローダに適用した実施の形態についてしたが、本発明は、走行駆動力を電動モータで得るようにした走行電動ダンプトラックやその他の産業用車両などの電動式走行車両に適用することができる。
また、以上の実施形態、変形例は一例であり、種々の構成を採用することができる。
したがって、本発明は、前輪側アクスルに走行駆動力を与えるフロントモータと、後輪側アクスルに走行駆動力を与えるリアモータと、フロントモータの回転軸であるモータシャフトとリアモータのモータシャフトである回転軸を連結するプロペラシャフトを含む接続軸と、駐車ブレーキ指令により接続軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置と、駐車ブレーキ力を与えたときの接続軸の捻れ角を演算する捻れ角演算部と、捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、発進に先立ち、フロントモータおよび/またはリアモータが上記捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、フロントモータおよび/またはリアモータを駆動制御する制御装置とを備える、種々の電動式走行車両に適用できる。なお、制御装置は、フロントインバータおよびリアインバータを駆動制御するインバータ制御回路も含んで構成される。
したがって、本発明は、前輪側アクスルに走行駆動力を与えるフロントモータと、後輪側アクスルに走行駆動力を与えるリアモータと、フロントモータの回転軸であるモータシャフトとリアモータのモータシャフトである回転軸を連結するプロペラシャフトを含む接続軸と、駐車ブレーキ指令により接続軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置と、駐車ブレーキ力を与えたときの接続軸の捻れ角を演算する捻れ角演算部と、捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、発進に先立ち、フロントモータおよび/またはリアモータが上記捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、フロントモータおよび/またはリアモータを駆動制御する制御装置とを備える、種々の電動式走行車両に適用できる。なお、制御装置は、フロントインバータおよびリアインバータを駆動制御するインバータ制御回路も含んで構成される。
更に本発明は、フロント側伝達軸によりモータシャフトの駆動トルクを前輪側アクスルに伝達し、リア側伝達軸によりモータシャフトの駆動トルクを後輪側アクスルに伝達して走行駆動力を与える一つの走行用電動機と、フロント側伝達軸とリア側伝達軸のいずれか一方の伝達軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置と、駐車ブレーキ力が与えられる一方の伝達軸の捩れ角を演算する捻れ角演算装置と、駐車ブレーキが作動しているときに、捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、発進に先立ち、走行用電動機が捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、走行用電動機を駆動制御する制御装置とを備える種々の電動式走行車両にも適用できる。
Claims (8)
- 前輪側アクスルに走行駆動力を与える第1の走行用電動機と、
後輪側アクスルに走行駆動力を与える第2の走行用電動機と、
前記第1の走行用電動機の回転軸と前記第2の走行用電動機の回転軸を連結する接続軸と、
駐車ブレーキ指令により前記接続軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置と、
前記駐車ブレーキ力を与えたときの前記接続軸の捻れ角を演算する捻れ角演算部と、
前記捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、
発進に先立ち、前記第1および/または第2の走行用電動機が前記捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、前記第1および/または第2の走行用電動機を駆動制御する制御装置とを備えることを特徴とする電動式走行車両。 - 請求項1に記載の電動式走行車両において、
前記前輪側アクスルが設けられる前部車体と前記後輪側アクスルが設けられる後部車体とが屈曲軸を介して屈曲式に接続され、
前記第1の走行用電動機は前記前部車体に設置され、
前記第2の走行用電動機は前記後部車体に設置され、
前記接続軸の両端は自在継手を介して前記第1および第2の走行用電動機の回転軸にそれぞれ接続されていることを特徴とする電動式走行車両。 - 請求項2に記載の電動式走行車両において、
前記屈曲軸は、前記前輪側アクスルと前記後輪側アクスルの軸間距離の略1/2の位置に設定されていることを特徴とする電動式走行車両。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電動式走行車両において、
前記捩れ角演算部は、前記駐車ブレーキ力が与えられる前記接続軸の部位を基準として車両前後に設定された第1および第2の部位における軸捻れに応じた信号をそれぞれ出力する第1および第2の回転センサを含み、
サービスブレーキによる車両停止時に前記第1の回転センサで検出された第1の信号と、駐車ブレーキによる車両駐車時に前記第1の回転センサで検出された第2の信号の差から第1の部位の捻れ角を演算し、
サービスブレーキによる車両停止時に前記第2の回転センサで検出された第3の信号と、駐車ブレーキによる車両駐車時に前記第2の回転センサで検出された第4の信号の差から第2の部位の捻れ角を演算し、
前記第1の部位の捻れ角と前記第2の部位の捻れ角の差から前記接続軸の捻れ角を演算することを特徴とする電動式走行車両。 - 請求項4に記載の電動式走行車両において、
前記トルク演算装置は、前記第2の走行用電動機のみで前記ずり下がりトルクを相殺するように、前記駆動トルクを演算することを特徴とする電動式走行車両。 - 請求項4または5に記載の電動式走行車両において、
走行トルクを指令するアクセルペダルを備え、
前記第1および第2の回転センサは、前記第1および第2の走行用電動機の回転数を検出するセンサであり、
前記制御装置は、前記第1および第2の回転センサで検出された電動機回転数と、前記指令された走行トルクとに基づいて前記第1および第2の走行用電動機を駆動する駆動信号を演算することを特徴とする電動式走行車両。 - フロント側伝達軸により回転軸の駆動トルクを前輪側アクスルに伝達し、リア側伝達軸により前記回転軸の駆動トルクを後輪側アクスルに伝達して走行駆動力を与える走行用電動機と、
前記フロント側伝達軸と前記リア側伝達軸のいずれか一方の伝達軸に駐車ブレーキ力を与える駐車ブレーキ装置と、
前記駐車ブレーキ力が与えられる前記一方の伝達軸の捩れ角を演算する捻れ角演算装置と、
前記駐車ブレーキが作動しているときに、前記捩れ角に応じた捩れトルクを演算するトルク演算装置と、
発進に先立ち、前記走行用電動機が前記捻れトルクを相殺する駆動トルクを出力するように、前記走行用電動機を駆動制御する制御装置とを備えることを特徴とする電動式走行車両。 - 請求項7に記載の電動式走行車両において、
前記トルク演算装置は、
サービスブレーキによる車両停止時に演算した前記伝達軸の捩れ角と、駐車ブレーキによる車両駐車時に演算した前記伝達軸の捻れ角との差に基づいて、車両が坂道に駐車していることに起因した前記伝達軸の捩り角を演算することを特徴とする電動式走行車両。
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