專利名稱：作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，尤其是關于適合應用于混合動力系統(tǒng)的作業(yè)用車輛的控制的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置。
背景技術：
近年來，從環(huán)境問題、原油飛漲等方面來看，對于各工業(yè)產(chǎn)品的節(jié)能愿望越來越強烈。這樣的傾向也存在于到目前為止以基于柴油發(fā)動機的液壓驅(qū)動系統(tǒng)為中心的工程車輛、作業(yè)用車輛等領域中，電動化帶來的高效率化、節(jié)能化的事例越來越多。使車輛的驅(qū)動部分電動化，即將電動馬達(電動機)作為動力源的情況下，不僅尾氣減少，還能夠期待發(fā)動機的聞效率驅(qū)動(混合動力的情況)、傳動效率提聞、再生電力回收等節(jié)能效果。在前述工程車輛、作業(yè)用車輛等領域中，叉車正在迅速地進行電動化，使用 電瓶電力來驅(qū)動電動機的“電瓶叉車”已先于其他車輛被實用化。接著，最近，在液壓挖掘機、發(fā)動機式叉車等中，將柴油發(fā)動機和電動馬達組合而成的“混合動力車輛”開始商品化。另外，在像這樣發(fā)展環(huán)境對策的工程機械、作業(yè)用車輛中，對于可以預見到能夠較大促進混合動力化情況下的效果的車輛，有輪式裝載機。輪式裝載機是將發(fā)動機的動力通過轉(zhuǎn)矩變換器(變矩器)及變速器(T/Μ)傳遞到輪胎而進行行駛、并利用前部的液壓作業(yè)裝置的鏟斗部分搬運沙土等的作業(yè)用車輛，由于在作業(yè)中頻繁地反復進行啟動、停止的行駛動作，所以在將行駛驅(qū)動部分電動化的情況下能夠預期從驅(qū)動用電動機回收制動時的再生電力。在這樣的作業(yè)用車輛的混合動力系統(tǒng)中公知有如下結(jié)構(gòu)，作業(yè)用車輛的驅(qū)動單元具有發(fā)動機和車軸機械連結(jié)而成的單元、以及由液壓泵(或發(fā)電機)和液壓馬達(或電動機)構(gòu)成的單元，使用上述兩個單元進行行駛用車軸的驅(qū)動(例如參照專利文獻I)。由于該驅(qū)動單元具有傳動效率特性不同的兩個單元，所以根據(jù)車輛的速度區(qū)域選擇性地使用兩個單元，由此能夠提高車輛的行駛效率?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻I :日本特開平6-211061號公報但是，在專利文獻I記載的發(fā)明中，并沒有涉及如下方面的記載，即車輛行駛時，實際進行的兩個單元之間的具體切換方法。在驅(qū)動方式的構(gòu)成不同的兩個單元之間，在驅(qū)動軸的傳遞動力或發(fā)動機動力不產(chǎn)生變動的情況下順暢地切換是不容易的。尤其是，在一方的行駛驅(qū)動裝置采用變矩器的情況下，由于變矩器的轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)輸入輸出速度比而唯一確定，所以如前述的輪式裝載機那樣，當由于位于車輛前部的液壓作業(yè)裝置而發(fā)動機已經(jīng)在額定區(qū)域附近運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，切換到變矩器驅(qū)動時，可以預見到會產(chǎn)生大的驅(qū)動力變動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，在如輪式裝載機那樣具有前部的液壓作業(yè)裝置、基于變矩器的行駛驅(qū)動裝置和基于電動機的行駛驅(qū)動裝置的作業(yè)用車輛用混合動力行駛驅(qū)動控制裝置中，在行駛驅(qū)動裝置的切換時，也不會產(chǎn)生動力的變動，并且具有高效率特性。(I)為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，用于作業(yè)用車輛中，所述作業(yè)用車輛具有發(fā)動機；被該發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機；被所述發(fā)動機驅(qū)動且成為作業(yè)裝置的驅(qū)動源的液壓泵；第一行駛驅(qū)動裝置，其通過轉(zhuǎn)矩變換器及變速器將所述發(fā)動機的動力向驅(qū)動輪傳遞而行駛；第二行駛驅(qū)動裝置，其通過由所述發(fā)電機輸出的電力驅(qū)動電動機而行駛，所述作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置具有對所述第一行駛驅(qū)動裝置和所述第二行駛驅(qū)動裝置進行切換的驅(qū)動力切換機構(gòu)，所述驅(qū)動力切換機構(gòu)具有行駛機構(gòu)切換部，其能夠根據(jù)車輛的行駛速度以在高速區(qū)域通過所述第一行駛驅(qū)動裝置驅(qū)動、而在低速區(qū)域能夠所述第二行駛驅(qū)動裝置驅(qū)動的方式進行切換，使車輛行駛。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在如輪式裝載機那樣具有前部的液壓作業(yè)裝置、基于變矩器的行駛驅(qū)動裝置和基于電動機的行駛驅(qū)動裝置的作業(yè)用車輛用混合動力行駛驅(qū)動控制裝置中，在行駛驅(qū)動裝置的切換時，也不會產(chǎn)生動力的變動，并且具有高效率特性。(2)在上述(I)中，優(yōu)選的是，所述行駛機構(gòu)切換部，在從所述第二行駛驅(qū)動裝置向所述第一行駛驅(qū)動裝置切換時，至少進行基于所述發(fā)電機的所述發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制、所述電動機的轉(zhuǎn)矩控制及所述液壓泵的流量控制，從而抑制所述發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)變動、所述作業(yè)用車輛的行駛驅(qū)動力的變動以及所述作業(yè)裝置的驅(qū)動力的變動。(3)在上述(I)中，優(yōu)選的是，所述驅(qū)動力切換機構(gòu)具有駕駛狀態(tài)檢測部，該駕駛狀態(tài)檢測部至少基于油門開度、制動器開度、作業(yè)裝置用桿操作量、所述液壓泵的壓力和流量、所述發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、所述電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、以及車速的信息，檢測當前的行駛驅(qū)動動作點、發(fā)動機動作點及作業(yè)裝置的動力。(4)在上述(I)中，優(yōu)選的是，具有蓄電裝置，其存儲由所述發(fā)電機輸出的電力及從所述電動機產(chǎn)生的行駛再生電力，并根據(jù)需要將所存儲的電力放電。(5)在上述(4)中，優(yōu)選的是，所述驅(qū)動控制機構(gòu)具有蓄電裝置控制部，該蓄電裝置控制部控制所述蓄電裝置的充放電，使得在所述蓄電裝置中至少確保所述發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輔助量的電量、從所述第二行駛驅(qū)動裝置向所述第一行駛驅(qū)動裝置切換時的變動抑制所需的電量、以及行駛再生電力的充放電量。(6)在上述(I)中，優(yōu)選的是，所述驅(qū)動力切換機構(gòu)具有切換0N/0FF開關，通過手動操作該切換0N/0FF開關，停止所述第一行駛驅(qū)動裝置和所述第二行駛驅(qū)動裝置的切換，進行僅靠所述第一行駛驅(qū)動裝置的行駛動作、或僅靠所述第二行駛驅(qū)動裝置的行駛動作。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在如輪式裝載機那樣具有前部的液壓作業(yè)裝置、基于變矩器的行駛驅(qū)動裝置和基于電動機的行駛驅(qū)動裝置的作業(yè)用車輛用混合動力行駛驅(qū)動控制裝置中，在行駛驅(qū)動裝置的切換時，也不會產(chǎn)生動力的變動，并且具有高效率特性。


圖I是表示采用了本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖2是表示本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是被本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置驅(qū)動控制的第一、第二行駛驅(qū)動裝置的特性圖。
圖4是表示本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的實施行駛驅(qū)動裝置的切換的驅(qū)動力切換機構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。圖5是本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置切換行駛驅(qū)動裝置時的轉(zhuǎn)矩變動發(fā)生原理的說明圖。圖6是表示本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的在行駛驅(qū)動裝置中使用的變動補償部的結(jié)構(gòu)框圖。圖7是表示本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的在行駛驅(qū)動裝置中使用的變動補償部的動作的時序圖。圖8是表示采用了本發(fā)明第二實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖9是采用了本發(fā)明第二實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中的電容器的能量(電量)使用詳細情況的說明圖。圖10是表示本發(fā)明第三實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的實施行駛驅(qū)動裝置的切換的驅(qū)動力切換機構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式以下，使用圖I 圖7說明本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)及動作。首先，使用圖I說明采用了本實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成。圖I是表示采用了本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。在本實施方式中，作為作業(yè)用車輛的例子，對適用于輪式裝載機的驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成進行說明。發(fā)動機I的動力通過轉(zhuǎn)矩變換器(變矩器)5及變速器(T/M) 6經(jīng)由輸出軸(傳動軸)7被傳遞到輪胎，由此車輛行駛。這里，轉(zhuǎn)矩變換器(變矩器)5及變速器(T/M) 6構(gòu)成第一行駛驅(qū)動裝置12。另外，行駛驅(qū)動用的電動機8安裝在輸出軸(傳動軸)7的軸上。作為電動機8采用例如感應電動機。此外,作為電動機8，還可以采用同步電動機。而且，在發(fā)動機I的輸出軸上連結(jié)有電動機/發(fā)電機(M/G)2。電動機/發(fā)電機(M/G)2通常作為發(fā)電機工作。電動機/發(fā)電機(M/G) 2所輸出的交流電力通過換流器3被轉(zhuǎn)換成直流電力，并被存儲在蓄電裝置4中。這里，蓄電裝置4也可以采用二次電池等容量大的裝置，但考慮到搭載空間、相關成本、充放電的響應速度等，假定使用大容量的電容器(雙電層電容器)。雙電層電容器與通常的電容器相比容量也較大，從而能夠?qū)⑺鎯Φ碾娏τ糜谀撤N程度的電功(例如幾十kW、幾秒左右的功)。但是，由于雙電層電容器與容量大的二次電池相比容量小，所以換流器3輸出的直流電力通過其他換流器13被轉(zhuǎn)換成交流電力，用于電動機8的驅(qū)動。S卩，電動機8被由發(fā)動機I驅(qū)動的電動機/發(fā)電機(M/G)2的輸出電力驅(qū)動。這里，由換流器13和電動機8構(gòu)成第二行駛驅(qū)動裝置。車輛的行駛是在由變矩器5和T/M6驅(qū)動的第一行駛驅(qū)動裝置12、和由電動機8驅(qū)動的第二行駛驅(qū)動裝置13之間切換的行駛并聯(lián)型的混合動力式行駛驅(qū)動裝置。另外，輪式裝載機具有對于沙土等負載物進行挖掘作業(yè)或運輸作業(yè)的前部的液壓作業(yè)裝置10和向液壓作業(yè)裝置10供油的主泵11，使配置在所述液壓作業(yè)裝置10內(nèi)的液壓缸14動作，實施與目的相應的作業(yè)。主泵11被發(fā)動機I驅(qū)動。此外，換流器3將蓄電機構(gòu)4的蓄電力轉(zhuǎn)換成交流電力。電動機/發(fā)電機(M/G) 2被該交流電力驅(qū)動，還用于經(jīng)由變矩器5及T/M6使車輛行駛、驅(qū)動主泵11。 另外，在蓄電機構(gòu)4的輸入輸出部分設置有后述的D⑶C轉(zhuǎn)換器(斬波器)。以下，使用圖2說明本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)。圖2是表示本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。此外，與圖I相同的附圖標記表示相同的部分。驅(qū)動控制裝置20是進行圖I所示的驅(qū)動系統(tǒng)整體的控制的部分。驅(qū)動控制裝置20位于控制閥(C/V)控制裝置21、主泵控制裝置22、發(fā)動機控制裝置23、T/Μ控制裝置24和換流器控制裝置25這些各控制器的上位，進行系統(tǒng)整體的控制，為了使系統(tǒng)整體發(fā)揮最高的性能，向各控制裝置21、…、25發(fā)出具體動作的指令?？刂崎y(C/V)控制裝置21控制圖I所示的控制閥(C/V) 10。主泵控制裝置22控制圖I所示的主泵11。發(fā)動機控制裝置23控制圖I所示的發(fā)動機I。T/Μ控制裝置24控制圖I所示的變速器(T/M) 6。換流器控制裝置25控制圖I所示的換流器3、9和DCDC轉(zhuǎn)換器(斬波器)42。此外，換流器控制裝置25與M/G2及電動機8的控制器成為一體，但也可以是分體的。此外，驅(qū)動控制裝置20和各控制裝置21、…、25之間通常使用CAN進行通信。另夕卜，各控制裝置不一定必須與其他控制裝置分體，也可以對某一個控制裝置安裝兩個以上的控制功能。以下，使用圖3說明被本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置驅(qū)動控制的第一、第二行駛驅(qū)動裝置12、13的特性。圖3是被本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置驅(qū)動控制的第一、第二行駛驅(qū)動裝置的特性圖。在本實施方式中，通過圖2所示的控制裝置的結(jié)構(gòu)，控制作業(yè)用車輛的驅(qū)動裝置來進行行駛，但實際上由變矩器5和T/M6構(gòu)成的第一行駛驅(qū)動裝置12的傳動效率具有根據(jù)其驅(qū)動裝置的動作點而變化的特性。此外，本實施例所述的傳動效率是作為發(fā)動機所產(chǎn)生的動力傳遞到車輪的效率來定義的。一般情況下，變矩器具有如下傾向在低速行駛驅(qū)動區(qū)域傳動效率并不高，但在進一步成為高速行駛區(qū)域的情況下，傳動效率改善。尤其是在高速行駛區(qū)域中，由于變矩器鎖定并能夠機械連結(jié)，所以能夠以相當高的傳動效率進行驅(qū)動。與之相對，由M/G2、換流器3、電動機8及換流器9構(gòu)成的第二行駛驅(qū)動裝置13為電動力傳遞，從而分布成與行駛動作點無關的、幾乎沒有變動的同樣的傳動效率特性。因此，上述兩個行駛驅(qū)動裝置的傳動效率的高低具有根據(jù)車輛的行駛動作點顛倒的傾向。因此，若利用該傳動效率的高低顛倒的特性，有選擇地決定所使用的行駛驅(qū)動裝置，則能夠?qū)λ行旭倓幼鲄^(qū)域高效率地傳遞動力。圖3示意地示出了該行駛驅(qū)動裝置的傳動效率的高低關系的特性。圖3的橫軸表示車速，縱軸表示車輛的行駛驅(qū)動力。由此，以某車速(在圖3中以虛線示出)為界，在高速側(cè)，第一行駛驅(qū)動裝置的傳動效率超過另一方即第二行駛驅(qū)動裝置的傳動效率。相反地，在低速側(cè)，第二行駛驅(qū)動裝置的傳動效率超過第一行駛驅(qū)動裝置的傳動效率。該特性雖然根據(jù)各個驅(qū)動裝置而稍有不同，但大多數(shù)具有大致相同的特性。另外，關于圖3中虛線所示的兩個行駛驅(qū)動裝置的傳動效率高低顛倒的邊界，其也是根據(jù)機種等發(fā)生變動的要素，不能唯一地確定。因此，如上述那樣在根據(jù)車輛行駛動作點切換行駛驅(qū)動裝置時，需要預先取得與動作點相應的各行駛驅(qū)動裝置的傳動效率特性，并將該特性存儲在控制裝置內(nèi)。 例如，從以動作點X行駛的狀態(tài)開始，車速增加，向動作點Z過渡的情況下，在中途，在與虛線交叉的動作點Y處，需要從第二行駛驅(qū)動裝置13的動作點A向第一行駛驅(qū)動裝置12的動作點B切換。此外,動作點A及動作點B是車速及行駛驅(qū)動力相同的動作點，但動作點A是基于第二行駛驅(qū)動裝置13的動作點，動作點B是基于第一行駛驅(qū)動裝置12的動作點。這里，使用圖4說明本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置實施的行駛驅(qū)動裝置的切換方法。圖4是表示本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的實施行駛驅(qū)動裝置的切換的驅(qū)動力切換機構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。此外，與圖2相同的附圖標記表示相同的部分。實施行駛驅(qū)動裝置的切換的驅(qū)動力切換機構(gòu)20A形成于圖I所示的驅(qū)動控制裝置20的內(nèi)部。驅(qū)動力切換機構(gòu)20A主要由駕駛狀態(tài)檢測部20A1、行駛機構(gòu)切換部20A2和變動補償部20A3構(gòu)成。向駕駛狀態(tài)檢測部20A1，從油門開度傳感器SI輸入油門開度的信息，從制動踏板傳感器S2輸入制動器的踏入量的信息,從前部桿傳感器S3輸入前部桿的操作位置的信息，從泵壓/流量傳感器S4輸入泵壓力及泵流量的信息，從T/Μ檔位傳感器S5輸入變速器(T/M)6的檔位的信息,從發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器S6輸入發(fā)動機轉(zhuǎn)速的信息,從行駛電動機轉(zhuǎn)速傳感器S7輸入行駛電動機9的轉(zhuǎn)速的信息,從車速傳感器S8輸入車速的信息。另外，向駕駛狀態(tài)檢測部20A1，還從驅(qū)動控制裝置20輸入電動機轉(zhuǎn)矩的推定值的信息。駕駛狀態(tài)檢測部20A1基于這些各輸入信息計算當前車輛的行駛動作點(車速、驅(qū)動力)、發(fā)動機動作點、前部動力，并向行駛切換部20A2及變動補償部20A3輸出計算結(jié)果。行駛機構(gòu)切換部20A2根據(jù)所輸入的行駛動作點，選擇動力傳動效率高的行駛驅(qū)動裝置。此時，作為理想的動作，當從第一行駛驅(qū)動裝置(變矩器和T/Μ)向第二行駛驅(qū)動裝置(電動機)切換時，通過T/Μ換檔指令指示空檔，來自變矩器5的輸出不會傳遞到傳動軸7，僅通過電動機8輸出行駛所需的驅(qū)動力。另外，相反地，當從第二行駛驅(qū)動裝置(電動機)向第一行駛驅(qū)動裝置(變矩器和T/Μ)切換時，使電動機8的輸出為O (空運轉(zhuǎn))，并且通過T/Μ換檔指令指示某檔位，并進行操作使來自變矩器5的輸出傳遞到傳動軸7。這樣，根據(jù)當前車輛的行駛動作點，選擇兩個行駛驅(qū)動裝置中的傳動效率高的行駛驅(qū)動裝置來進行行駛，由此，能夠提供在較大行駛動作范圍內(nèi)可進行高效率驅(qū)動的行駛驅(qū)動裝置。
另外，行駛機構(gòu)切換部20A2將與所輸入的行駛動作點、發(fā)動機動作點、前部動力相應的T/Μ轉(zhuǎn)矩指令向T/Μ控制裝置24輸出，將Μ/G發(fā)電指令、電動機轉(zhuǎn)矩指令向換流器控制裝置25輸出，并將發(fā)動機指令向發(fā)動機控制裝置23輸出。此外，若不考慮驅(qū)動切換時的各部的動力變動，則能夠通過上述處理來實施第一行駛驅(qū)動裝置和第二行駛驅(qū)動裝置之間的驅(qū)動切換。但是，實際上，在考慮到輪式裝載機的動作內(nèi)容時，即使在通過第二行駛驅(qū)動裝置即電動機進行行駛的情況下，前部的作業(yè)裝置大多數(shù)情況下也是通過液壓系統(tǒng)來實施作業(yè)的，所以，在為了傳遞動力而向第一行駛驅(qū)動裝置即變矩器切換時，因該變矩器的轉(zhuǎn)矩特性的影響，行駛動力可能會發(fā)生大幅變動。這里，使用圖5說明本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置中的行駛驅(qū)動裝置切換時的轉(zhuǎn)矩變動發(fā)生原理。圖5是本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置切換行駛驅(qū)動裝置時的轉(zhuǎn)矩變動發(fā)生原理的說明圖。圖5示出了發(fā)動機輸出范圍和變矩器的相對于輸入輸出速度比的轉(zhuǎn)矩特性之間的關系。在圖5中，變矩器速度比線I 5分別表示變矩器的與輸入輸出速度比相應的輸出轉(zhuǎn)矩的變化。此外，變矩器速度比線具有隨著從線I向線5變化，速度比變小的傾向。在圖5中，假設利用第二行駛驅(qū)動裝置(電動機)在動作點A驅(qū)動車輛，且獲得與驅(qū)動被從該動作點A切換到第一行駛驅(qū)動裝置(變矩器和T/Μ)的情況同等的行駛驅(qū)動力的動作點是變矩器速度比線4上的動作點B。圖中，點劃線表示等驅(qū)動力曲線。例如，對于第二行駛驅(qū)動裝置的動作點A，向第一行駛驅(qū)動裝置切換、且第一行駛驅(qū)動裝置利用變矩器速度比曲線4的情況下，變矩器速度比曲線4與穿過動作點A的等驅(qū)動力曲線相交的點是動作點B。當從第二行駛驅(qū)動裝置中的動作點A向第一行駛驅(qū)動裝置中的動作點B切換時，若假設動作點A處的發(fā)動機轉(zhuǎn)速為NI、動作點B處的發(fā)動機轉(zhuǎn)速為N2，則在動作點A使變矩器作為動力傳遞路徑連接的情況下，由于輸出轉(zhuǎn)矩由切換時刻的變矩器速度比決定，所以如動作點C那樣，變矩器輸出轉(zhuǎn)矩落入與動作點A相同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速處的轉(zhuǎn)矩。當發(fā)生這樣的行駛動力的減小時，車輛減速，無法得到所需的加速性能。因此，為了補償這樣的行駛轉(zhuǎn)矩的減小，在行駛驅(qū)動裝置的切換時，不立即使電動機8的輸出為0，而以繼續(xù)輸出減小的量的轉(zhuǎn)矩的方式動作。從電動機8輸出的轉(zhuǎn)矩根據(jù)變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩的增加逐漸減小。而且，需要使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速朝向動作點B加速，在僅通過發(fā)動機I自身產(chǎn)生的軸轉(zhuǎn)矩進行加速時不能得到所需要的加速度的情況下，通過M/G2進行發(fā)動機軸的加速輔助。這樣，使用電動機8和M/G2來補償行駛驅(qū)動裝置切換時的行駛動力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)從第二行駛驅(qū)動裝置向第一行駛驅(qū)動裝置的順暢切換。如上所述的行駛驅(qū)動裝置切換時的變動補償通過驅(qū)動力切換機構(gòu)20A的變動補償部20A3進行。圖4的變動補償部20A3基于來自T/Μ檔位傳感器S5的變速器(T/M) 6的檔位信息、來自發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器S6的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的信息、來自車速傳感器S8的車速的信息、駕駛狀態(tài)檢測部20A1輸出的當前車輛的行駛動作點(車速、驅(qū)動力)、發(fā)動機動作點和前部動力，輸出行駛驅(qū)動裝置切換時的動力補償指令。 以下，使用圖6及圖7說明本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置所使用的變動補償部20A3的結(jié)構(gòu)及動作。圖6是表示本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的行駛驅(qū)動裝置所使用的變動補償部的結(jié)構(gòu)框圖。此外，與圖2及圖4相同的附圖標記表示相同的部分。圖7是表示本發(fā)明第一實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的行駛驅(qū)動裝置所使用的變動補償部的動作的時序圖。變動補償部20A3，在從行駛機構(gòu)切換部20A2被輸入切換信號后，分別被輸入T/M檔位、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速而推定切換后的變矩器輸出轉(zhuǎn)矩，將該值與由駕駛狀態(tài)檢測部20A1計算出的行駛動作點的轉(zhuǎn)矩之差作為電動機8的轉(zhuǎn)矩指令輸出。另外，此時，輸入由駕駛狀態(tài)檢測部20A I計算出的行駛動作點、前部液壓作業(yè)裝置10的動力，來決定切換后的發(fā)動機動作點，并將該發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為目標值向M/G2發(fā)出轉(zhuǎn)速指令。這是為了將M/G2作為電動機使用并盡快地使電動機的轉(zhuǎn)速上升，由此對與M/G2 連結(jié)的發(fā)動機I的轉(zhuǎn)速上升進行輔助。而且，根據(jù)發(fā)動機的動作點及前部液壓作業(yè)裝置10的動力，隨時輸出主泵11的傾轉(zhuǎn)指令。即，在從動作點A向動作點B切換時，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化后，泵11的流量變化而液壓變化，所以作業(yè)裝置10的位置等變化。作為泵11，在例如采用斜板式的泵的情況下，為了防止液壓變動，改變斜板的傾斜角，由此將液壓保持為恒定。反復進行以上的動力補償直到發(fā)動機動作點到達目標動作點(圖3的動作點B)而判斷為切換動作結(jié)束為止。在圖7中，橫軸表示時間。圖7(A)表示發(fā)動機I的轉(zhuǎn)速，圖7(B)表示變矩器5及變速器6的驅(qū)動力，圖7 (C)表示發(fā)動機I的驅(qū)動力。另外，圖7 (D)表示電動機8的驅(qū)動力，圖7(E)表示對于車輛整體的驅(qū)動力。在圖7的時刻tl，當發(fā)出從第二行駛驅(qū)動裝置中的動作點A向第一行駛驅(qū)動裝置中的動作點B切換的指令后，圖4的行駛機構(gòu)切換部20A2向發(fā)動機控制裝置23輸出發(fā)動機指令。在時刻tl，如圖7(A)所示，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為NI，但逐漸上升，在時刻t2，上升到轉(zhuǎn)速N2。此時，如圖7(B)所示，變矩器5及變速器6的驅(qū)動力在時刻tl由于變矩器5的作用而階梯性地上升之后，與圖7(A)所示的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的上升相應地增加。另一方面，如圖7 (C)所示，從圖3中說明的動作點A向動作點C變化，由此，發(fā)動機驅(qū)動力暫時性地減小。與之相對，如圖7(D)所示，產(chǎn)生電動機8的驅(qū)動力，由此，對車輛的驅(qū)動力進行輔助。在圖7(E)中，實線表示根據(jù)本實施方式被變動補償?shù)那闆r下的車輛整體的驅(qū)動力。另一方面，虛線表示沒有被變動補償?shù)那闆r下的車輛整體的驅(qū)動力。如圖7(B)所示，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速減小時，車輛整體的驅(qū)動力減小。與之相對，如圖7(D)所示，在時刻tl，與圖7(B)所示的變矩器5的驅(qū)動力的階梯性上升對應地，電動機8的驅(qū)動力階梯性地減小。然后，隨著與圖7(A)所示的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的上升相應地而如圖7(B)所示變矩器5的驅(qū)動力增力口，使電動機8的驅(qū)動力減小。由此，如圖7(E)的實線所示，在時刻tl 時刻t2的動作點的切換時，也能夠恒定地保持車輛整體的驅(qū)動力。如上所述，通過電動機補償變矩器輸出轉(zhuǎn)矩，并通過Μ/G輔助發(fā)動機轉(zhuǎn)速的加速，由此，能夠消除行駛驅(qū)動裝置切換時的變動，實現(xiàn)順暢的切換。此外，在以上的說明中，說明了從第二行駛驅(qū)動裝置向第一行駛驅(qū)動裝置切換時的動力變動補償方法。相反地在從第一行駛驅(qū)動裝置向第二行駛驅(qū)動裝置切換的情況下，電動機6的電氣響應相對于機械動作響應非常快，所以只要控制成沒有變動地產(chǎn)生該電動機8的輸出轉(zhuǎn)矩即可。如以上說明那樣，根據(jù)本實施方式，在行駛驅(qū)動裝置切換時，也不會產(chǎn)生動力的變動，并且具有高效率特性。以下，使用圖8及圖9說明本發(fā)明第二實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)及動作。此外，采用了本實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動
力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與圖I所示的結(jié)構(gòu)相同。另外，本實施方式的作業(yè)車輛的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)與圖2所示的結(jié)構(gòu)相同。而且，本實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的實施行駛驅(qū)動裝置的切換的驅(qū)動力切換機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與圖4所示的結(jié)構(gòu)相同。圖8是表示采用了本發(fā)明第二實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖9是采用了本發(fā)明第二實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中的電容器的能量(電量)使用詳細情況的說明圖。此外，與圖I及圖4相同的附圖標記表示相同的部分。在本實施方式中，在第一實施方式中說明的行駛驅(qū)動裝置的切換時，還通過蓄電裝置的瞬時電力利用來控制電動機8及M/G2。如圖I所示，在本實施方式中作為對象的驅(qū)動控制裝置是行駛部在被變矩器和T/Μ驅(qū)動的裝置和被電動機驅(qū)動的裝置之間切換的行駛并聯(lián)型的混合動力式行駛驅(qū)動裝置。在本實施方式中，用于驅(qū)動電動機8的電力源除了與發(fā)動機I連結(jié)的M/G2的發(fā)電電力以外，還使用蓄電裝置4。蓄電裝置4能夠采用二次電池等容量大的裝置，但考慮到搭載空間、相關成本、充放電的響應速度等，使用大容量的電容器41 (雙電層電容器)。雙電層電容器與通常的電容器相比容量也較大，所以能夠?qū)⑺鎯Φ碾娏τ糜谀撤N程度的電功(例如幾十kW，幾秒左右的功)。這里，如第一實施方式所述的那樣，為了在行駛驅(qū)動裝置切換時驅(qū)動電動機8、M/G2來進行動力補償，蓄電裝置4需要與之相當?shù)碾娏?。另外，通常，使作業(yè)用車輛混合動力化的情況下，發(fā)動機有被小型化的傾向，當一邊進行挖掘等的液壓作業(yè)一邊進行行駛動作時，僅靠發(fā)動機I的動力是不夠的，因此使用與發(fā)動機I連結(jié)的M/G2來實施發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輔助。在這樣的情況下，與行駛驅(qū)動裝置切換時同樣地，蓄電裝置4也需要相當?shù)碾娏?。而且，在作業(yè)用車輛中，在使行駛部電動化的情況下，需要將車輛制動時的再生電力回收到蓄電裝置，并沒有浪費地將其用于電動機驅(qū)動。通過該再生實施的充放電動作可以按車輛的啟動、停止始終反復地進行。與之相對，上述行駛驅(qū)動裝置切換時的變動補償、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輔助模式是不那么頻繁進行的動作。因此，蓄電裝置的充放電的控制方式，通過將頻繁地反復進行充放電的再生電力部分、和不頻繁實施的切換時的變動補償、發(fā)動機輔助模式所使用的電力區(qū)分管理，能夠執(zhí)行沒有電力過量/不足的適當?shù)哪芰?或功率)管理控制。為了進行這樣的蓄電裝置4的控制，在驅(qū)動控制裝置20的內(nèi)部設置有蓄電裝置控制機構(gòu)20B。
圖8表示蓄電裝置控制機構(gòu)20B的結(jié)構(gòu)。作為本例的蓄電裝置4采用大容量的雙電層電容器41。這里，電容器41通過DCDC轉(zhuǎn)換器(斬波器)42進行電壓的升降壓動作，對電動機用的換流器9、M/G用的換流器3進行直流電力的充放電。但是，在M/G2的發(fā)電電力直接由電動機8消耗(驅(qū)動)的情況下、由電動機8再生的電力直接由M/G2消耗(驅(qū)動)的情況下，電容器41不進行充放電動作。而且，對D⑶C轉(zhuǎn)換器(斬波器)42進行充放電控制的斬波器用控制裝置25A、以及未圖示的電動機用換流器9、M/G用換流器3用的控制裝置一并安裝在圖2所示的換流器控制裝置25中。如圖8所示，蓄電裝置控制機構(gòu)20B被輸入發(fā)動機輔助轉(zhuǎn)矩指令、電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)矩指令、再生信號、Μ/G發(fā)電電力信號、來自行駛機構(gòu)切換部20A2的切換信號，并計算對電容器41的充放電電力，向斬波器用控制裝置25A輸出充放電量指令。斬波器用控制裝置25A基于該充放電量指令來驅(qū)動DCDC轉(zhuǎn)換器(斬波器)42。此時,使用電容器41的電力的模式 如前所述是發(fā)動機輔助、行駛驅(qū)動裝置切換補償、再生電力充放電這三個模式。由于上述三個模式發(fā)生的定時、頻率是不定期的，所以始終獨立地控制各自的電量是有效的。圖9表示電容器41的能量(電量)使用詳細情況。電容器41的低電壓區(qū)域的容量不能使用，并分別獨立控制發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輔助用電量、行駛驅(qū)動裝置切換時動力補償電量、行駛時再生電量。其中，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輔助用電量、行駛驅(qū)動裝置切換時動力補償電量始終被電容器41充電，電力使用后立即為下一次進行準備，進行由M/G2實施的發(fā)電或由再生電力實施的充電。與之相對，行駛時再生電力基本上是在車輛的啟動、停止時反復產(chǎn)生的電力，其電量部分是每次進行充放電而得到的電量。如上所述，關于作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動裝置，使用電容器電力。在作業(yè)用車輛中，使用通過混合動力化而新追加的電動機、Μ/G的動作模式大致確定，并使用蓄電裝置控制機構(gòu)，由此能夠無電力收支破綻地使混合動力動作穩(wěn)定地持續(xù)。如以上說明那樣，根據(jù)本實施方式，在行駛驅(qū)動裝置切換時，也不會產(chǎn)生動力的變動，并且具有高效率特性。另外，對于以混合動力驅(qū)動裝置的切換時為代表的電動機的瞬時電力利用，也能夠無電力收支破綻地應對。以下，使用圖10說明本發(fā)明第三實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)及動作。此外，采用了本實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的作業(yè)用車輛的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與圖I所示的結(jié)構(gòu)相同。另外，本實施方式的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)與圖2所示的結(jié)構(gòu)相同。圖10是表示本發(fā)明第三實施方式的作業(yè)車輛的驅(qū)動控制裝置的實施行駛驅(qū)動裝置的切換的驅(qū)動力切換機構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。此外，與圖4相同的附圖標記表示相同的部分。在本實施方式中，在圖4所示的結(jié)構(gòu)的基礎上，還設置有駕駛員能夠操作的切換0N/0FF開關44。此外，在圖4說明的實施方式中，行駛驅(qū)動裝置的切換通過驅(qū)動力切換機構(gòu)20A自動地進行切換控制。在本實施方式中，通過操作切換0N/0FF開關44，能夠通過手動使行駛機構(gòu)切換部20B2停止行駛驅(qū)動裝置的切換，而僅靠第一行駛驅(qū)動裝置12繼續(xù)行駛動作或僅靠第二行駛驅(qū)動裝置12繼續(xù)行駛動作。通過追加這樣的功能，駕駛員能夠與行駛狀態(tài)、行駛環(huán)境相應地選擇最佳的行駛驅(qū)動裝置。另外，各行駛驅(qū)動裝置的異常狀態(tài)當然是存在的，但隨時通過各控制裝置監(jiān)視，所以在某個行駛驅(qū)動裝置發(fā)生異常的情況下，能夠通過另一個(判斷為正常的)行駛驅(qū)動裝置繼續(xù)進行行駛。另外，當蓄電裝置4在某段時間沒有充電的情況下，因其負載狀態(tài)而逐漸放電，還要考慮在需要電力的狀況下而電力不足的情況。在這樣的情況下，由于還通過蓄電裝置控制機構(gòu)20B隨時檢測電容器電壓，所以從該蓄電裝置控制機構(gòu)20B發(fā)出充電指令，能夠預先補充充電。如以上說明那樣，根據(jù)本實施方式，在行駛驅(qū)動裝置切換時，也不會產(chǎn)生動力的變動，并且具有高效率特性。另外，能夠通過手動使行駛驅(qū)動裝置的切換停止。附圖標記的說明I…發(fā)動機2 …M/G4…蓄電裝置3，9…換流器5…變矩器6…變速器8…電動機10…液壓作業(yè)裝置1L···液壓泵12…第一行駛驅(qū)動裝置13…第二行駛驅(qū)動裝置14…液壓缸20…驅(qū)動控制裝置20A…驅(qū)動力切換機構(gòu)20A1…駕駛狀態(tài)檢測部
20A2…行駛機構(gòu)切換部20A3…變動補償部20B…電容器充電量控制機構(gòu)21···控制閥(C/V)控制裝置22…主泵控制裝置23…發(fā)動機控制裝置24...T/M 控制裝置25…換流器控制裝置25A…斬波器用控制裝置41…電容器42…DCDC轉(zhuǎn)換器44…切換0N/0FF開關
權(quán)利要求
1.一種作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，用于作業(yè)用車輛中，所述作業(yè)用車輛具有發(fā)動機；被該發(fā)動機驅(qū)動的發(fā)電機；被所述發(fā)動機驅(qū)動且成為設置在前部的液壓作業(yè)裝置的驅(qū)動源的液壓泵；第一行駛驅(qū)動裝置，其通過轉(zhuǎn)矩變換器及變速器將所述發(fā)動機的動力向驅(qū)動輪傳遞而行駛；第二行駛驅(qū)動裝置，其通過由所述發(fā)電機輸出的電力驅(qū)動電動機，并將其動力向驅(qū)動輪傳遞而行駛， 所述作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置具有對所述第一行駛驅(qū)動裝置和所述第二行駛驅(qū)動裝置進行切換的驅(qū)動力切換機構(gòu)，其特征在于， 所述驅(qū)動力切換機構(gòu)具有行駛機構(gòu)切換部，其能夠根據(jù)車輛的行駛速度以在高速區(qū)域通過所述第一行駛驅(qū)動裝置驅(qū)動、而在低速區(qū)域通過所述第二行駛驅(qū)動裝置驅(qū)動的方式進行切換，使車輛行駛。
2.如權(quán)利要求I所述的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，其特征在于， 所述行駛機構(gòu)切換部，在從所述第二行駛驅(qū)動裝置向所述第一行駛驅(qū)動裝置切換時，至少進行基于所述發(fā)電機的所述發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制、所述電動機的轉(zhuǎn)矩控制及所述液壓泵的流量控制，從而抑制所述發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)變動、所述作業(yè)用車輛的行駛驅(qū)動力的變動以及所述作業(yè)裝置的驅(qū)動力的變動。
3.如權(quán)利要求2所述的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動力切換機構(gòu)具有駕駛狀態(tài)檢測部， 該駕駛狀態(tài)檢測部至少基于油門開度、制動器開度、作業(yè)裝置用桿操作量、所述液壓泵的壓力和流量、所述發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、所述電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、以及車速的信息，檢測當前的行駛驅(qū)動動作點、發(fā)動機動作點及作業(yè)裝置的動力。
4.如權(quán)利要求I所述的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動力切換機構(gòu)具有變動補償部， 該變動補償部，在從所述第二行駛驅(qū)動裝置向所述第一行駛驅(qū)動裝置切換時，推定切換時產(chǎn)生的兩個行駛驅(qū)動裝置之間的轉(zhuǎn)矩變動量，將該轉(zhuǎn)矩變動量作為所述電動機的轉(zhuǎn)矩指令發(fā)出，并逐漸使所述轉(zhuǎn)矩指令減小，在規(guī)定時間后為零。
5.如權(quán)利要求I所述的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，其特征在于， 具有蓄電裝置，其存儲由所述發(fā)電機輸出的電力及從所述電動機產(chǎn)生的行駛再生電力，并根據(jù)需要將所存儲的電力放電。
6.如權(quán)利要求5所述的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動控制裝置具有蓄電裝置控制部， 該蓄電機構(gòu)控制部控制所述蓄電裝置的充放電，使得在所述蓄電裝置中至少確保所述發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輔助量的電量、從所述第二行駛驅(qū)動裝置向所述第一行駛驅(qū)動裝置切換時的變動抑制所需的電量、以及行駛再生電力的充放電量。
7.如權(quán)利要求I所述的作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，其特征在于， 所述驅(qū)動力切換機構(gòu)具有切換ON/OFF開關， 通過手動操作該切換ON/OFF開關，停止所述第一行駛驅(qū)動裝置和所述第二行駛驅(qū)動裝置的切換，進行僅靠所述第一行駛驅(qū)動裝置的行駛動作、或僅靠所述第二行駛驅(qū)動裝置的行駛動作。
全文摘要
本發(fā)明提供作業(yè)用車輛的驅(qū)動控制裝置，在行駛驅(qū)動裝置的切換時，也不會產(chǎn)生動力的變動，并且具有高效率特性。作業(yè)用車輛具有發(fā)動機(1)、發(fā)電機(2)、液壓泵(11)、由轉(zhuǎn)矩變換器(5)及變速器(6)構(gòu)成的第一行駛驅(qū)動裝置(12)、驅(qū)動電動機(8)而行駛的第二行駛驅(qū)動裝置(13)。驅(qū)動力切換機構(gòu)(20A)切換第一行駛驅(qū)動裝置(12)和第二行駛驅(qū)動裝置(13)。行駛機構(gòu)切換部(20A2)能夠根據(jù)車輛的行駛速度以在高速區(qū)域通過第一行駛驅(qū)動裝置驅(qū)動、而在低速區(qū)域通過第二行駛驅(qū)動裝置驅(qū)動的方式進行切換而使車輛行駛。
文檔編號E02F9/20GK102666169SQ20108005897
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者伊君高志, 伊藤德孝, 森木秀一, 金子悟 申請人:日立建機株式會社