JP6046857B2 - 作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両に関する。

作業車両には、旋回体等の可動体を有するものがある。例えば、特許文献１の作業車両は、油圧ポンプと油圧モータとを備えている。特許文献１の作業車両では、油圧ポンプから吐出される作動油によって油圧モータが駆動されることにより、旋回体が旋回される。

一方、特許文献２のように、油圧モータに代えて電動モータを備えるハイブリッド型の作業車両が近年、開発されている。ハイブリッド型の作業車両では、電動モータによって旋回体が旋回される。電動モータは、例えば蓄電装置に蓄えられた電力によって駆動される。

特開２０１０−２８５８２８号公報 特許第５０４４７２７号公報

ハイブリッド型の作業車両では、電動モータの出力が大きくなると、電動モータを含む電気駆動系の温度が上昇してオーバーヒートする虞がある。一方、電動モータの出力が大きくなったときに、電動モータを停止してしまうと、作業を継続することができなくなってしまう。

本発明の課題は、作業車両において、作業の継続を可能としながら電気駆動系のオーバーヒートを抑えることにある。

第１の態様は、可動体と、可動体を動作させる電動モータを含む電気駆動系と、を有する作業車両の制御システムである。制御システムは、温度検出部とコントローラとを備える。温度検出部は、電気駆動系の温度を検出する。コントローラは、温度検出部が検出した電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高くなり、且つ、可動体の操作部材が中立位置に位置しているときに、電動モータの出力を制限する。コントローラは、電気駆動系の温度が第１閾値より高くなっても、可動体の操作部材が操作されているときには、電動モータの出力の制限を行わない。

本態様に係る制御システムでは、電気駆動系の温度が上昇して、第１閾値より高くなると、電動モータの出力が制限される。これにより、電気駆動系の温度上昇が抑えられ、オーバーヒートの発生を抑えることができる。また、電動モータが完全に停止されるのではなく、電動モータの出力が制限される。そのため、可動体の速度は抑えられるが、作業を継続して行うことができる。

また、可動体の操作部材が操作されているときには、電動モータの出力の制限が行われない。そのため、操作部材の操作中に、可動体の挙動が変化することが抑えられる。これにより、操作部材の操作中にオペレータに違和感を与えることを抑えることができる。

コントローラは、電気駆動系の温度が第１閾値より高い第２閾値より高くなると、可動体の操作部材の位置に関わらず、電動モータの出力の制限を行ってもよい。この場合、電気駆動系の温度上昇を直ちに抑えることができ、オーバーヒートの発生を抑えることができる。

コントローラは、電動モータの出力の制限中に、電気駆動系の温度が第１閾値より低い解除閾値より低くなると、電動モータの出力の制限を解除してもよい。この場合、オーバーヒートの虞が低くなったときに、可動体の速度を復帰させることができる。

コントローラは、電動モータの出力の制限中に、電気駆動系の温度が解除閾値より低くなっても、可動体の操作部材が操作されているときには、電動モータの出力の制限を継続してもよい。コントローラは、電動モータの出力の制限中に、電気駆動系の温度が解除閾値より低くなり、且つ、可動体の操作部材が中立位置に位置しているときに、電動モータの出力の制限を解除してもよい。この場合、操作部材の操作中に、可動体の挙動が変化することが抑えられる。これにより、操作部材の操作中にオペレータに違和感を与えることを抑えることができる。

コントローラは、電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高くなると、電気駆動系を冷却するための冷却ファンの出力を増大させてもよい。この場合、冷却ファンによる電気駆動系の冷却能力を増大させることで、オーバーヒートの発生を抑えることができる。

コントローラは、電動モータの制御モードを少なくとも第１制御モードと第２制御モードとに切り換え可能であってもよい。第１制御モードでは、コントローラは、可動体の操作部材の操作量に応じた出力よりも電動モータの出力を制限してもよい。第２制御モードでは、コントローラは、可動体の操作部材の操作量に応じて電動モータの出力を制御してもよい。コントローラは、第２制御モードの実行中に、電気駆動系の温度が第１閾値より高くなると、電動モータの制御モードを第２制御モードから第１制御モードに切り換えてもよい。

この場合、第２制御モードでは高出力で可動体を動作させる。また、第２制御モードの実行中に、電気駆動系の温度が第１閾値より高くなると、制御モードを第１制御モードに切り換えることで、電動モータの出力を制限することができる。これにより、オーバーヒートの発生を抑えることができる。

作業車両は、油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される作業機を有してもよい。第１制御モードでは、コントローラは、油圧ポンプの吐出圧に応じて、電動モータの出力を制限してもよい。この場合、第１制御モードでは、油圧によって可動体を駆動する作業車両と同様の操作感を得ることができる。また、第１制御モードでは、第２制御モードと比べて、電動モータの出力を制限することができる。

温度検出部は、電動モータの温度を検出してもよい。

電気駆動系は、電動モータに接続される電力制御装置を有してもよい。温度検出部は、電力制御装置の温度を検出してもよい。

第２の態様は、可動体と、可動体を動作させる電動モータを含む電気駆動系と、を有する作業車両の制御方法である。制御方法は、第１から第３ステップを備える。第１ステップでは、電気駆動系の温度を示す信号を受信する。第２ステップでは、温度検出部が検出した電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高いか否かを判定する。第３ステップでは、温度検出部が検出した電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高く、且つ、可動体の操作指示を受けていないときに、電動モータの出力を制限するように、電動モータへの指令信号を出力する。第３ステップでは、電気駆動系の温度が第１閾値より高くなっても、可動体の操作指示を受けているときには、電動モータの出力の制限を行わない。

本態様に係る制御方法では、電気駆動系の温度が上昇して第１閾値より高くなると、電動モータの出力が制限される。これにより、電気駆動系の温度上昇が抑えられ、オーバーヒートの発生を抑えることができる。また、電動モータが完全に停止されるのではなく、電動モータの出力が制限される。そのため、可動体の速度は抑えられるが、作業を継続して行うことができる。また、可動体の操作指示を受けているときには、電動モータの出力の制限が行われない。そのため、操作部材の操作中に、可動体の挙動が変化することが抑えられる。これにより、操作部材の操作中にオペレータに違和感を与えることを抑えることができる。

第３の態様は、作業車両である。作業車両は、可動体と、電気駆動系と、を備える。電気駆動系は、可動体を動作させる電動モータを含む。温度検出部は、電気駆動系の温度を検出する。温度検出部が検出した電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高くなり、且つ、可動体の操作部材が中立位置に位置しているときに、電動モータの出力が制限される。電気駆動系の温度が第１閾値より高くなっても、可動体の操作部材が操作されているときには、電動モータの出力の制限は行われない。

本態様に係る作業車両では、電気駆動系の温度が上昇して、所定の第１閾値以上になると、電動モータの出力が制限される。これにより、電気駆動系の温度上昇が抑えられ、オーバーヒートの発生を抑えることができる。また、電動モータが完全に停止されるのではなく、電動モータの出力が制限される。そのため、可動体の速度は抑えられるが、作業を継続して行うことができる。また、可動体の操作部材が操作されているときには、電動モータの出力の制限が行われない。そのため、操作部材の操作中に、可動体の挙動が変化することが抑えられる。これにより、操作部材の操作中にオペレータに違和感を与えることを抑えることができる。

電気駆動系は、蓄電装置と電力制御装置とを有してもよい。蓄電装置は、電動モータによって回生された電力を蓄えてもよい。電力制御装置は、電動モータと蓄電装置とに接続されてもよい。この場合、電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高くなると、電動モータの出力が制限されることで、可動体の速度が低減される。可動体の速度が低減されることで、電動モータによって回生される電力が抑えられる。これにより、回生される電力が過剰に多くなることによるオーバーヒートの発生が抑えられる。

本発明によれば、作業車両において、作業の継続を可能としながら電気駆動系のオーバーヒートを抑えることができる。

実施形態に係る作業車両の斜視図である。 作業車両の概略構成を示す模式図である。 エンジン出力トルク線及びポンプ吸収トルク線を示す図である。 複合操作時における第１制御モードと第２制御モードとの油圧ポンプの出力を示す図である。 作業車両の制御システムを示すブロック図である。 旋回電動モータの制御を示すフローチャートである。 オーバーヒート抑制制御におけるＨＢ温度とディレート要求との関係を示す図である。 オーバーヒート抑制制御における状態遷移図である。

以下図面を参照して実施形態に係る作業車両について説明する。図１は、実施形態に係る作業車両１００の斜視図である。本実施形態において、作業車両１００は、油圧ショベルである。作業車両１００は、車両本体１と作業機４とを備えている。

車両本体１は、走行体２と旋回体３とを有している。走行体２は、一対の走行装置２ａ，２ｂを有する。各走行装置２ａ，２ｂは、履帯２ｄ，２ｅを有している。走行装置２ａ，２ｂは、履帯２ｄ，２ｅを駆動することによって、作業車両１００を走行させる。

旋回体３は、走行体２上に載置されている。旋回体３は、走行体２に対して旋回可能に設けられている。旋回体３は、後述する旋回電動モータ３２（図２参照）が駆動されることによって旋回する。旋回体３には運転室５が設けられている。旋回体３は、エンジン室１６を有している。エンジン室１６は、運転室５の後方に配置されている。エンジン室１６は、後述するエンジン２１及び油圧ポンプ２５などの機器を収納する。

作業機４は、旋回体３に取り付けられている。作業機４は、ブーム７、アーム８、作業アタッチメント９、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びアタッチメントシリンダ１２を有する。ブーム７の基端部は、旋回体３に回転可能に連結されている。ブーム７の先端部は、アーム８の基端部に回転可能に連結されている。アーム８の先端部は、作業アタッチメント９に回転可能に連結されている。

ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びアタッチメントシリンダ１２は、後述する油圧ポンプ２５から吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータである。ブームシリンダ１０はブーム７を動作させる。アームシリンダ１１はアーム８を動作させる。アタッチメントシリンダ１２は、作業アタッチメント９を動作させる。これらのシリンダ１０，１１，１２が駆動されることによって作業機４が駆動される。なお、本実施形態では作業アタッチメント９はバケットであるが、クラッシャー或いはブレーカなどの他のアタッチメントであってもよい。

図２は、作業車両１００の概略構成を示す模式図である。エンジン２１は、例えばディーゼルエンジンである。エンジン２１の出力馬力は、エンジン２１のシリンダ内へ噴射する燃料量を調整することで制御される。この調整はエンジン２１の燃料噴射ポンプ２２に付設した電子ガバナ２３がコントローラ４０からの指令信号によって制御されることで行われる。ガバナ２３としては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられ、エンジン回転速度が、後述する目標回転速度となるように、負荷に応じてエンジン回転速度と燃料噴射量とを調整する。すなわち、ガバナ２３は目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように燃料噴射量を増減する。

エンジン２１の実回転速度はエンジン回転速度センサ２４によって検出される。エンジン回転速度センサ２４で検出されたエンジン回転速度は、検出信号として後述するコントローラ４０に入力される。

エンジン２１の出力軸には、油圧ポンプ２５の駆動軸が連結されている。油圧ポンプ２５は、エンジン２１の出力軸が回転することにより駆動される。油圧ポンプ２５は可変容量型の油圧ポンプである。斜板２６の傾転角が変化することで、油圧ポンプ２５の容量が変化する。

ポンプ制御弁２７は、コントローラ４０から入力される指令信号によって動作し、サーボピストンを介して油圧ポンプ２５を制御する。ポンプ制御弁２７は、油圧ポンプ２５の吐出圧と油圧ポンプ２５の容量の積が、コントローラ４０からポンプ制御弁２７に入力される指令信号の指令値（指令電流値）に対応するポンプ吸収トルクを超えないように、斜板２６の傾転角を制御する。すなわち、ポンプ制御弁２７は、入力される指令電流値に応じて油圧ポンプ２５の出力トルクを制御する。

油圧ポンプ２５から吐出された作動油は、作業機制御弁２８を介して、油圧アクチュエータ１０−１２に供給される。具体的には、作動油は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、アタッチメントシリンダ１２に供給される。これによりブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、アタッチメントシリンダ１２がそれぞれ駆動され、ブーム７、アーム８、作業アタッチメント９が作動する。

油圧ポンプ２５の吐出圧は、吐出圧検出部３９で検出される。吐出圧検出部３９で検出された油圧ポンプ２５の吐出圧は、検出信号としてコントローラ４０に入力される。

作業機制御弁２８は、各油圧アクチュエータ１０−１２に対応する複数の制御弁を有する流量方向制御弁である。作業機制御弁２８は、油圧アクチュエータ１０−１２に供給される作動油の流量を制御する。

作業車両１００は、電気駆動系２０を備えている。電気駆動系２０は、発電電動モータ２９と、電力制御装置３３と、旋回電動モータ３２と、蓄電装置３４と、を有する。

発電電動モータ２９は、エンジン２１の出力軸に連結されている。発電電動モータ２９は、発電作用と電動作用を行う。発電電動モータ２９は、電力制御装置３３を介して、旋回電動モータ３２と、蓄電装置３４とに接続されている。発電電動モータ２９が発電作用を行うことにより蓄電装置３４に電力が蓄積される。

蓄電装置３４は、旋回電動モータ３２に電力を供給する。発電電動モータ２９が電動作用を行うときには、蓄電装置３４は発電電動モータ２９に電力を供給する。旋回電動モータ３２は、蓄電装置３４から電力を供給されることによって駆動され、上述した旋回体３を旋回させる。本実施形態において蓄電装置３４は、キャパシタである。なお、キャパシタに限らずバッテリーなどの他の蓄電装置が用いられてもよい。

発電電動モータ２９のトルクは、コントローラ４０によって制御される。発電電動モータ２９が発電作用を行うように制御されるときには、エンジン２１で発生した出力トルクの一部が、発電電動モータ２９の駆動軸に伝達されてエンジン２１のトルクを吸収して発電が行われる。

発電電動モータ２９で発生した交流電力は電力制御装置３３で直流電力に変換されて蓄電装置３４に供給される。発電電動モータ２９が電動作用を行うように制御されるときには、蓄電装置３４に蓄積された直流電力が、電力制御装置３３で交流電力に変換されて発電電動モータ２９に供給される。

これにより、発電電動モータ２９の駆動軸が回転駆動され、発電電動モータ２９でトルクが発生する。このトルクは、発電電動モータ２９の駆動軸からエンジン２１の出力軸に伝達されて、エンジン２１の出力トルクに加算される。発電電動モータ２９の発電量（吸収トルク量）、電動量（アシスト量；発生トルク量）は、コントローラ４０からの指令信号に応じて制御される。

電力制御装置３３は、発電電動モータ２９が発電作用した場合には発電した電力を、または蓄電装置３４に蓄積された電力を、旋回電動モータ３２に適合する所望の電圧、周波数、相数の電力に変換して旋回電動モータ３２に供給する。なお、旋回体３の旋回動作が、減速或いは制動された場合には、旋回体３の運動エネルギーが旋回電動モータ３２によって電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、回生電力として、蓄電装置３４に蓄電されるか、発電電動モータ２９の電動作用のための電力として供給される。

本実施形態において、電力制御装置３３はインバータである。ただし、電力制御装置３３はインバータ以外の装置であってもよい。

運転室５には、操作装置５１−５３、及び、入力装置４３が設けられている。操作装置５１−５３は、第１操作装置５１、第２操作装置５２、及び目標回転速度設定装置５３を有する。

第１操作装置５１は、旋回体３を作動させるためにオペレータによって操作される。第１操作装置５１は、例えばレバーなどの操作部材を有している。第１操作装置５１の操作方向及び操作量を示す操作信号は、コントローラ４０に入力される。すなわち、第１操作装置５１の中立位置に対する操作方向及び操作量に応じて、右旋回操作量、又は、左旋回操作量を示す旋回操作信号がコントローラ４０に入力される。

コントローラ４０は、第１操作装置５１の操作量に応じて、蓄電装置３４から旋回電動モータ３２に供給する電力を制御する。これにより、旋回体３は、第１操作装置５１の操作量に応じた速度で旋回する。また、旋回体３は、第１操作装置５１の操作方向に応じた方向に旋回する。

第１操作装置５１は、操作方向に応じてアーム８の操作装置として兼用されてもよい。例えば、第１操作装置５１の左右方向の操作が、アーム８の操作に割り当てられ、前後方向の操作が旋回体３の操作に割り当てられてもよい。その場合、上述した作業機制御弁２８は、第１操作装置５１の操作量に応じてアームシリンダ１１を制御する制御弁の開口面積を変更する。これにより、第１操作装置５１の操作量に応じた速度でアーム８が作動する。第１操作装置５１の操作方向に応じてアームシリンダ１１が伸縮する。

第２操作装置５２は、ブーム７を作動させるためにオペレータによって操作される。第２操作装置５２は、例えばレバーなどの操作部材を有している。第２操作装置５２の操作方向及び操作量を示す操作信号は、コントローラ４０に入力される。すなわち、第２操作装置５２の中立位置に対する操作方向及び操作量に応じて、ブーム上げ操作量、又は、ブーム下げ操作量を示すブーム操作信号がコントローラ４０に入力される。

作業機制御弁２８は、第２操作装置５２の操作量に応じてブームシリンダ１０を制御する制御弁の開口面積を変更する。これにより、第２操作装置５２の操作量に応じた速度でブーム７が作動する。また、第２操作装置５２の操作方向に応じて、ブームシリンダ１０が伸縮する。

第２操作装置５２は、操作方向に応じて作業アタッチメント９の操作装置として兼用されてもよい。例えば、第２操作装置５２の左右方向の操作が、ブーム７の操作に割り当てられ、前後方向の操作が、作業アタッチメント９の操作に割り当てられてもよい。その場合、作業機制御弁２８は、第２操作装置５２の操作量に応じてアタッチメントシリンダ１２を制御する制御弁の開口面積を変更する。これにより、第２操作装置５２の操作量に応じた速度で作業アタッチメント９が作動する。また、第２操作装置５２の操作方向に応じて、アタッチメントシリンダ１２が伸縮する。

目標回転速度設定装置５３は、エンジン２１の目標回転速度を設定するための装置である。目標回転速度設定装置５３は、例えばダイヤルなどの操作部材を有している。オペレータは、目標回転速度設定装置５３を操作することにより、エンジン２１の目標回転速度を手動で設定することができる。目標回転速度設定装置５３の操作内容は操作信号としてコントローラ４０に入力される。

入力装置４３は、エンジン回転速度など、作業車両１００の情報を表示する表示装置として機能する。また、入力装置４３は、タッチパネル式のモニタを有しており、オペレータによって操作される入力装置としても機能する。入力装置４３の操作内容は操作信号としてコントローラ４０に入力される。

コントローラ４０は、ＲＡＭ，ＲＯＭなどの記憶部４２、及び、ＣＰＵなどの演算部４１を有するコンピュータによって実現される。コントローラ４０は、エンジン２１及び油圧ポンプ２５を制御するようにプログラムされている。なお、コントローラ４０は複数のコンピュータによって実現されてもよい。

コントローラ４０は、図３のＰ１或いはＥ１で示すようなエンジン出力トルク線に基づいてエンジン２１の制御を行う。エンジン出力トルク線は、エンジン２１が回転速度に応じて出力できるトルク上限値を表す。すなわち、エンジン出力トルク線は、エンジン回転速度と、エンジン２１の出力トルクの最大値との関係を規定する。ガバナ２３は、エンジン２１の出力トルクがエンジン出力トルク線を越えないようにエンジン２１の出力を制御する。エンジン出力トルク線は、コントローラ４０の記憶部４２に記憶されている。

コントローラ４０は、エンジン回転速度が、設定された目標回転速度となるように、指令信号をガバナ２３に送る。図３のＦＨは、目標回転速度が最大目標回転速度ＮＨであるときの最高速レギュレーションラインを示している。図３のＦ１は、目標回転速度がＮＨより小さいＮ１であるときのレギュレーションラインを示している。このように、コントローラ４０は、設定された目標回転速度に応じてエンジン出力トルク線を変更する。

コントローラ４０は、エンジン２１の目標回転速度に応じた油圧ポンプ２５の目標吸収トルクを算出する。この目標吸収トルクは、エンジン２１の出力馬力と油圧ポンプ２５の吸収馬力とが釣り合うように設定される。コントローラ４０は、図３のＬｐで示されるようなポンプ吸収トルク線に基づいて目標吸収トルクを算出する。ポンプ吸収トルク線は、エンジン回転速度と、油圧ポンプ２５の吸収トルクとの関係を規定するものであり、コントローラ４０の記憶部４２に記憶されている。

また、コントローラ４０は、設定された作業モードに応じてエンジン出力トルク線を選択する。作業モードは、入力装置４３によって設定される。作業モードには、ＰモードとＥモードとがある。

Ｐモードは、エンジン２１の出力トルクが大きく、作業性に優れた作業モードである。Ｐモードでは、図３に示す第１のエンジン出力トルク線Ｐ１が選択される。第１のエンジン出力トルク線Ｐ１は、例えばエンジン２１の定格又は最大のパワー出力に相当する。

Ｅモードは、エンジン２１の出力トルクがＰモードよりも小さく、燃費に優れた作業モードである。Ｅモードでは、図３に示す第２のエンジン出力トルク線Ｅ１が選択される。第２のエンジン出力トルク線Ｅ１では、第１のエンジン出力トルク線Ｐ１よりもエンジン２１の出力トルクが小さくなる。

本実施形態に係る作業車両１００では、オペレータは、上述したＰモードにおいて複数の制御モードを選択することができる。複数の制御モードは、第１制御モードと第２制御モードとを有する。第２制御モードでは、コントローラ４０は、第１のエンジン出力トルク線Ｐ１によってエンジン２１を制御する。第１制御モードでは、後述するように油圧ポンプ２５の出力が低減され、それに合わせて、エンジンの出力トルクが低減される。すなわち、第２制御モードでは、第１制御モードよりも油圧ポンプ２５の出力が増大される。

図４は、複合操作時における第１制御モードと第２制御モードとの油圧ポンプ２５の出力を示す図である。図５は、作業車両１００の制御システム２００の構成を示す図である。なお、図４では、ブーム上げと旋回との複合操作が例示されているが、複合操作は、他の油圧アクチュエータの操作と旋回の操作との組み合わせであってもよい。

図４においてTmaxは、上述したポンプ吸収トルクによって決定される油圧ポンプ２５の最大出力である。図４に示すように、第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の出力は、最大出力Tmaxよりも小さな値T1に低減される。その低減量dTは、旋回電動モータ３２の出力を油圧ポンプ２５における出力に換算した旋回ポンプ出力に基づいて決定される。詳細には、低減量dTは以下の数１式で表される。

αは、所定のゲインである。第１制御モードでは、αは１、或いは１近傍の値が設定される。Lsは、旋回ポンプ出力である。旋回ポンプ出力Lsは以下の数２式で表される。

Nmは、旋回電動モータ３２の回転速度である。旋回電動モータ３２の回転速度Nmは、図２及び図５に示すモータ回転速度検出部５４によって検出される。コントローラ４０は、回転速度Nmを示す検出信号をモータ回転速度検出部５４から受信する。

Tmは、旋回電動モータ３２の出力トルクである。旋回電動モータ３２の出力トルクTmは、図２及び図５に示すモータトルク検出部５５によって検出される。コントローラ４０は、旋回電動モータ３２の出力トルクTmを示す検出信号をモータトルク検出部５５から受信する。ρは、油圧ロスを加味した効率であり、所定の値が設定される。

以上のように、第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の出力は、最大出力Tmaxよりも小さな値T1に低減される。コントローラ４０は、ポンプ制御弁２７に、油圧ポンプ２５の出力として最大出力Tmaxより小さい値T1に対応する指令信号を出力する。

図４に示すように、第２制御モードでは、第１制御モードのような油圧ポンプ２５の出力の低減は行われず、最大出力Tmaxが油圧ポンプ２５の出力とされる。すなわち、第２制御モードでは、第１制御モードよりも、低減量dTに相当する分、複合操作時における油圧ポンプ２５の出力が増大される。第２制御モードでは、最大出力Tmaxによってブームシリンダ１０が駆動される。

詳細には、第２制御モードでは、第１操作装置５１と第２操作装置５２との操作量に応じて、油圧ポンプ２５の出力が決定される。最大出力Tmaxは、第１操作装置５１と第２操作装置５２との操作量に応じて決定される油圧ポンプ２５の出力の最大値である。コントローラ４０は、ポンプ制御弁２７に油圧ポンプ２５の出力としてTmaxに対応する指令信号を出力する。

なお、旋回電動モータ３２が操作されておらず且つブームシリンダ１０のみが操作されている単独操作時には、最大出力Tmaxが油圧ポンプ２５の出力の最大値とされる。

次に、第１制御モードと第２制御モードとにおける旋回電動モータ３２の制御について説明する。図６は、旋回電動モータ３２の制御を示すフローチャートである。

ステップＳ１では、第１制御モードが選択されているか否かが判定される。オペレータは、入力装置４３を操作することで、第１制御モードと第２制御モードとのいずれかを設定することができる。コントローラ４０は、入力装置４３から、選択された制御モードを示す選択信号を受信し、当該選択された制御モードを複合操作時の制御モードとして設定する。ステップＳ１において第１制御モードが選択されているときには、ステップＳ２に進む。ステップＳ１において第１制御モードが選択されていないとき、すなわち、第２制御モードが選択されているときには、ステップＳ６に進む。

ステップＳ１において、第１制御モードが選択されているときには、ステップＳ２からＳ４において、旋回電動モータ３２の出力の制限が行われる。詳細には、ステップＳ２において、油圧ポンプ２５の吐出圧が検出される。油圧ポンプ２５の吐出圧は、吐出圧検出部３９によって検出される。コントローラ４０は、油圧ポンプ２５の吐出圧を示す検出信号を受信する。

ステップＳ３において、モータ出力の上限Tm1が算出される。コントローラ４０は、油圧ポンプ２５の吐出圧に応じてモータ出力の上限Tm1を決定する。例えば、コントローラ４０は、油圧ポンプ２５の吐出圧が小さいほど、モータ出力の上限Tm1を小さくする。

次に、ステップＳ４において、モータ出力指令値が決定される。コントローラ４０は、第１操作装置５１の操作量によって決定されるモータ出力Tm2と、上述したモータ出力の上限Tm1とのうちの小さい方を、モータ出力指令値として決定する。すなわち、コントローラ４０は、第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の吐出圧に応じて旋回電動モータ３２の出力をモータ出力の上限Tm1以下に制限する。

そして、ステップＳ５において、コントローラ４０は、電力制御装置３３にモータ出力指令値に対応する指令信号を出力する。

油圧モータによって旋回体を旋回させる従来の油圧旋回型の作業車両では、油圧ポンプ２５の出力は、油圧モータと他の油圧アクチュエータとに分配される。油圧モータに分配される油圧ポンプ２５の出力は、油圧ポンプ２５の吐出圧に応じて決定される。そのため、上記のように第１制御モードにおけるモータ出力の上限Tm1が決定されることで、油圧旋回型の作業車両における旋回用の油圧ポンプ２５の出力と同等の旋回電動モータ３２の出力を得ることができる。

ステップＳ１において、第２制御モードが選択されているときには、ステップＳ２からＳ４のような旋回電動モータ３２の出力の制限は行われない。従って、ステップＳ６において、コントローラ４０は、第１操作装置５１の操作量によって決定されるモータ出力Tm2を、モータ出力指令値として決定する。

そして、ステップＳ５において、コントローラ４０は、電力制御装置３３にモータ出力指令値に対応する指令信号を出力する。これにより、図４において破線で示すように、第２制御モードでは、第１制御モードにおける旋回電動モータ３２の出力以上の旋回電動モータ３２の出力を得ることができる。

なお、コントローラ４０は、第２制御モードでは、油圧ポンプ２５の吐出圧に応じた旋回電動モータ３２の出力の制限を行わないが、蓄電装置３４の電力残量等に応じて旋回電動モータ３２の出力の制限を行うことを除外するものではない。

次に、電気駆動系２０のオーバーヒートを抑制するためのオーバーヒート抑制制御について説明する。オペレータによって第２制御モードが選択されているときには、上述したような旋回電動モータ３２の出力の制限は行われず、旋回電動モータ３２の出力は、第１操作装置５１の操作量に応じて決定される。ただし、コントローラ４０は、電気駆動系２０の温度を監視し、電気駆動系２０の温度に応じて旋回電動モータ３２の出力を制限する。これにより、電気駆動系２０のオーバーヒートを抑制する。

なお、以下の説明において、オーバーヒート抑制制御による旋回電動モータ３２の出力の制限は、第２制御モードにおいて決定される旋回電動モータ３２の出力が、第１制御モードにおいて決定される旋回電動モータ３２の出力よりも大きいときに行われるものとする。すなわち、第２制御モードにおいて第１操作装置５１の操作量に応じて決定される旋回電動モータ３２の出力が、第１制御モードにおいて決定される旋回電動モータ３２の出力以下である場合には、旋回電動モータ３２の出力の制限は行われなくてもよい。この場合、コントローラ４０は、第１操作装置５１の操作量に応じて決定される旋回電動モータ３２の出力を示す指令信号を電気駆動系２０に出力してもよい。

図７は、オーバーヒート抑制制御における状態遷移図である。図７では、第１状態から第６状態に向かって、作業車両１００の制御状態が遷移するものとする。図７において、「制御モード」は、コントローラ４０によって実行されている制御モードを示している。ただし、オペレータによって選択されている制御モード、すなわち入力装置４３によって選択されている制御モードは、第２制御モードである。

「制御モード」が「第２制御モード」であるときには、コントローラ４０は、上述した第２制御モードに基づいてモータ出力指令値を決定し、電力制御装置３３にモータ出力指令値に対応する指令信号を出力する。「制御モード」が「第１制御モード」であるときには、コントローラ４０は、上述した第１制御モードに基づいてモータ出力指令値を決定し、電力制御装置３３にモータ出力指令値に対応する指令信号を出力する。

「操作状態」は、旋回体３を操作するための第１操作装置５１の操作位置を示している。「操作状態」が「操作中」であることは、第１操作装置５１が、右旋回または左旋回を示す操作位置に位置していることを意味する。「操作状態」が「中立」であることは、第１操作装置５１が、中立位置に位置していることを意味する。

「ＨＢ温度」は、電気駆動系２０の温度を意味する。図２及び図５に示すように、作業車両１００は、電気駆動系２０の温度を検出する温度検出部３５を有する。温度検出部３５は、電力制御装置３３の温度を検出する。

本実施形態において、温度検出部３５は、電力制御装置３３に含まれるＩＧＢＴなどの素子の電流値を検出する電流計である。電力制御装置３３の温度は、電力制御装置３３の素子の電流値に応じて変化するため、温度検出部３５は、電力制御装置３３の素子の電流値を検出することで、電力制御装置３３の温度を検出することができる。なお、温度検出部３５は、サーミスタであって、電力制御装置３３の温度を直接的に検出してもよい。コントローラ４０は、温度検出部３５からＨＢ温度を示す信号を受信する。

「ディレート要求」は、コントローラ４０によって判定されるディレート要求のレベルを示している。ここでいう「ディレート」とは、旋回電動モータ３２の出力制限を意味している。ディレート要求のレベルは、「無し」と「要求１」と「要求２」とを含む。図８は、ディレート要求とＨＢ温度との関係を示す図である。

図８に示すように、コントローラ４０は、ＨＢ温度に応じてディレート要求を決定する。コントローラ４０は、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高いか否かを判定する。また、ＨＢ温度が第２閾値Ｔ２より高いか否かを判定する。コントローラ４０は、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１以下であるときには、ディレート要求を「無し」に決定する。ディレート要求が「無し」であることは、旋回電動モータ３２の出力の制限を行わないことを意味する。

コントローラ４０は、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高く、且つ、第２閾値Ｔ２以下であるときには、ディレート要求を「要求１」に決定する。コントローラ４０は、ＨＢ温度が第２閾値Ｔ２より高く、且つ、第３閾値Ｔ３以下であるときには、ディレート要求を「要求２」に決定する。ディレート要求が「要求１」及び「要求２」であることは、旋回電動モータ３２の出力の制限を行うことを意味する。

ただし、ディレート要求が「要求１」であるときには、直ちに旋回電動モータ３２の出力の制限を実施するのではなく、第１操作装置５１が中立位置に戻されたときに旋回電動モータ３２の出力の制限を実施する。一方、ディレート要求が「要求２」であるときには、第１操作装置５１の位置に関わらず、直ちに旋回電動モータ３２の出力の制限を実施する。

なお、ＨＢ温度が第３閾値Ｔ３より高いときには、コントローラ４０は、旋回電動モータ３２を停止させる。すなわち、ＨＢ温度が第３閾値Ｔ３より高いときには、コントローラ４０は、旋回体３の旋回を停止させる。

図７に示す「ディレート状態」は、旋回電動モータ３２の出力制限が実施されているか否かを示している。「ディレート状態」が「無し」であることは、旋回電動モータ３２の出力制限が実施されていないことを意味している。「ディレート状態」が「実施」であることは、旋回電動モータ３２の出力制限が実施中であることを意味している。

「ファン回転」は、冷却ファン３６の回転制御の状態を示している。図５に示すように、作業車両１００は、冷却ファン３６を有している。冷却ファン３６は、電力制御装置３３の周囲を通る冷却風を生成することで、電力制御装置３３を冷却する。

「ファン回転」が「自動」であるときには、コントローラ４０は、エンジン２１の冷却水の温度、作動油の温度、或いは電気駆動系２０の温度に応じて冷却ファン３６の出力を制御する。例えば、これらの温度が高くなるほど、冷却ファン３６の出力が増大するように、コントローラ４０は、冷却ファン３６に指令信号を出力する。

「ファン回転」が「Ｍａｘ」であるときには、冷却ファン３６の出力は、上述した温度に関わらず、所定の最大値とされる。これにより、「ファン回転」が「Ｍａｘ」であるときには、「ファン回転」が「自動」であるときよりも、冷却ファン３６の出力が増大される。

図７に示すように、第１状態では、「操作状態」は、「操作中」である。従って、第１状態では、旋回電動モータ３２が駆動され、旋回体３が旋回している。ただし、第１状態では、ＨＢ温度は、第１閾値Ｔ１以下である。図８に示すように、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１以下であるときには、コントローラ４０は、ディレート要求を「無し」に決定する。従って、旋回電動モータ３２の出力の制限は行われない。すなわち、図７に示すように、第１状態では、制御モードは、第２制御モードに維持される。また、「ファン回転」は「自動」に設定される。

第１状態では、旋回電動モータ３２の出力の制限が行われていないため、旋回体３の速度が速くなると、ＨＢ温度が上昇する。図８に示すように、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高くなると、コントローラ４０は、ディレート要求を「要求１」に決定する。ただし、ディレート要求が「要求１」である場合、図７の第２状態に示すように、「操作状態」が「操作中」であるときには、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１を越えても、コントローラ４０は、ディレート要求を実施しない。従って、ディレート状態は「無し」である。すなわち、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高くても、「操作状態」が「操作中」であるときには、コントローラ４０は、制御モードを第２制御モードに維持する。ただし、第２状態では、「ファン回転」は、「Ｍａｘ」に切り換えられる。

その後、ディレート要求が「要求１」である状態で、「操作状態」が「中立」に戻されると、図７において第３状態に示すように、ディレート状態は「実施」となる。すなわち、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高く、且つ、「操作状態」が「中立」であるときには、制御モードが第２制御モードから第１制御モードに切り換えられる。これにより、図４に示すように、旋回電動モータ３２の出力の制限が実施される。なお、第３状態では、「ファン回転」は「Ｍａｘ」に維持される。

ディレート要求が「要求１」であり、ディレート状態が「実施」である状態で、「操作状態」が「中立」から「操作中」に切り換わっても、図７の第４状態に示すように、ディレート状態は「実施」に維持される。すなわち、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高く、且つ、「操作状態」が「操作中」であっても、既に旋回電動モータ３２の出力の制限が実施されている場合には、旋回電動モータ３２の出力の制限が維持される。また、第４状態では、「ファン回転」は「Ｍａｘ」に維持される。

図８に示すように、旋回電動モータ３２の出力の制限中に、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より小さい解除閾値Ｔ０より低くなると、コントローラ４０は、ディレート要求を「無し」に決定する。

ただし、ＨＢ温度が解除閾値Ｔ０より低くなっても、「操作状態」が「操作中」である場合には、図７の第５状態に示すように、ディレート状態は「実施」に維持される。すなわち、ＨＢ温度が解除閾値Ｔ０より低くなっても、「操作状態」が「操作中」である場合には、コントローラ４０は、制御モードを第１制御モードに維持して、旋回電動モータ３２の出力の制限を維持する。また、第５状態では、「ファン回転」は「Ｍａｘ」に維持される。

ＨＢ温度が解除閾値Ｔ０より低い状態で、「操作状態」が「中立」に切り換えられると、図７の第６状態に示すように、ディレート状態は「無し」に切り換えられる。すなわち、ＨＢ温度が解除閾値Ｔ０より低く、且つ、「操作状態」が「中立」である場合には、コントローラ４０は、制御モードを第１制御モードから第２制御モードに切り換えて、旋回電動モータ３２の出力の制限を解除する。また、第６状態では、「ファン回転」は「自動」に切り換えられる。

以上説明した本実施形態に係る作業車両１００では、ＨＢ温度が上昇して第１閾値Ｔ１より高くなると、コントローラ４０は、制御モードを第２制御モードから第１制御モードに切り換える。これにより、旋回電動モータ３２の出力が制限され、旋回体３の旋回速度が抑えられる。その結果、ＨＢ温度の上昇が抑えられ、電気駆動系２０におけるオーバーヒートの発生を抑えることができる。

例えば、旋回体３の旋回速度が抑えられると、旋回電動モータ３２によって回生される電力が抑えられる。これにより、回生される電力が過剰に多くなることによるオーバーヒートの発生が抑えられる。

或いは、旋回電動モータ３２の出力が制限されることで、旋回電動モータ３２に入力される電力が抑えられる。これにより、旋回電動モータ３２に入力される電力が過剰に多くなることによるオーバーヒートの発生が抑えられる。

また、旋回電動モータ３２の出力は制限されるが、第１制御モードにて旋回電動モータ３２の出力が制御される。そのため、旋回体３の旋回速度が抑えられるが、旋回体３を旋回させて作業を継続することができる。

コントローラ４０は、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高くなっても、第１操作部材５１が操作されているときには、旋回電動モータ３２の出力の制限を行わない。コントローラ４０は、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高くなり、且つ、第１操作部材５１が中立位置に位置しているときに、旋回電動モータ３２の出力の制限を行う。これにより、操作中に旋回体３が急に減速するなど、旋回体３の挙動が変化することが抑えられる。これにより、操作中にオペレータに違和感を与えることを抑えることができる。

コントローラ４０は、ＨＢ温度が第２閾値Ｔ２より高くなると、第１操作部材５１の位置に関わらず、旋回電動モータ３２の出力の制限を行う。このため、ＨＢ温度の上昇を直ちに抑えることができ、オーバーヒートの発生を抑えることができる。

コントローラ４０は、旋回電動モータ３２の出力の制限中に、ＨＢ温度が解除閾値Ｔ０より低くなると、旋回電動モータ３２の出力の制限を解除する。この場合、オーバーヒートの発生を抑えながら、旋回体３を迅速に旋回させることができる。

コントローラ４０は、旋回電動モータ３２の出力の制限中に、ＨＢ温度が解除閾値Ｔ０より低くなっても、第１操作部材５１が操作されているときには、旋回電動モータ３２の出力の制限を継続する。コントローラ４０は、旋回電動モータ３２の出力の制限中に、ＨＢ温度が解除閾値Ｔ０より低く、且つ、第１操作部材５１が中立位置に位置しているときに、旋回電動モータ３２の出力の制限を解除する。これにより、操作中に旋回体３が急に加速するなど、旋回体３の挙動が変化することが抑えられる。これにより、操作中にオペレータに違和感を与えることを抑えることができる。

コントローラ４０は、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１より高くなると、冷却ファン３６の出力を増大させる。これにより、冷却ファン３６によって電気駆動系２０を冷却することで、オーバーヒートの発生を抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

コントローラ４０は、作業車両１００に備えられる場合に限らず、作業車両１００の外部に設けられてもよい。或いは、上述したコントローラ４０の機能の一部が作業車両１００の外部の装置によって実行されてもよい。

上記の実施形態では、第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の出力が第２制御モードよりも低減されている。しかし、第１制御モードと第２制御モードとにおいて、油圧ポンプ２５の出力が同様に制御されてもよい。

上記の実施形態では、制御モードが第２制御モードから第１制御モードに切り換えられることで、旋回電動モータ３２の出力が制限されている。しかし、同じ制御モードにおいて旋回電動モータ３２の出力が制限されてもよい。例えば、第２制御モードにおいて、ＨＢ温度が第１閾値Ｔ１を超えたときに、油圧ポンプ２５の出力は維持されたまま、旋回電動モータ３２の出力が制限されてもよい。

制御モードは、第１制御モードと第２制御モードとに限らず、３つ以上の制御モードを含んでもよい。

温度検出部３５は、電力制御装置３３に限らず、電気駆動系２０の他の装置の温度を検出してもよい。例えば、温度検出部３５は、旋回電動モータ３２の温度を検出してもよい。

可動体は、旋回体に限らず、他の部材であってもよい。例えば、作業機が電動モータで駆動される場合には、可動体は、作業機であってもよい。

本発明によれば、作業車両において、作業の継続を可能としながら電気駆動系のオーバーヒートを抑えることができる。

３ 旋回体
３２ 電動モータ
２０ 電気駆動系
１００ 作業車両
２００ 制御システム
３５ 温度検出部
４０ コントローラ
２５ 油圧ポンプ
４ 作業機
３３ 電力制御装置
３４ 蓄電装置

Claims (12)

1. 可動体と、前記可動体を動作させる電動モータを含む電気駆動系と、を有する作業車両の制御システムであって、
   前記電気駆動系の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部が検出した前記電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高くなり、且つ、前記可動体の操作部材が中立位置に位置しているときに、前記電動モータの出力を制限するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記電気駆動系の温度が前記第１閾値より高くなっても、前記可動体の操作部材が操作されているときには、前記電動モータの出力の制限を行わない、
   作業車両の制御システム。
2. 前記コントローラは、前記電気駆動系の温度が前記第１閾値より高い第２閾値より高くなると、前記可動体の操作部材の位置に関わらず、前記電動モータの出力の制限を行う、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
3. 前記コントローラは、前記電動モータの出力の制限中に、前記電気駆動系の温度が前記第１閾値より低い解除閾値より低くなると、前記電動モータの出力の制限を解除する、
   請求項１又は２に記載の作業車両の制御システム。
4. 前記コントローラは、
   前記電動モータの出力の制限中に、前記電気駆動系の温度が前記解除閾値より低くなっても、前記可動体の操作部材が操作されているときには、前記電動モータの出力の制限を継続し、
   前記電動モータの出力の制限中に、前記電気駆動系の温度が前記解除閾値より低くなり、且つ、前記可動体の操作部材が中立位置に位置しているときに、前記電動モータの出力の制限を解除する、
   請求項３に記載の作業車両の制御システム。
5. 前記コントローラは、前記電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高くなると、前記電気駆動系を冷却するための冷却ファンの出力を増大させる、
   請求項１から４のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
6. 前記コントローラは、前記電動モータの制御モードを少なくとも第１制御モードと第２制御モードとに切り換え可能であり、
   前記第１制御モードでは、前記コントローラは、前記可動体の操作部材の操作量に応じた出力よりも前記電動モータの出力を制限し、
   前記第２制御モードでは、前記コントローラは、前記可動体の操作部材の操作量に応じて前記電動モータの出力を制御し、
   前記コントローラは、前記第２制御モードの実行中に、前記電気駆動系の温度が前記第１閾値より高くなると、前記電動モータの制御モードを前記第２制御モードから前記第１制御モードに切り換える、
   請求項１から５のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
7. 前記作業車両は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される作業機を有し、
   前記第１制御モードでは、前記コントローラは、前記油圧ポンプの吐出圧に応じて、前記電動モータの出力を制限する、
   請求項１から６のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
8. 前記温度検出部は、前記電動モータの温度を検出する、
   請求項１から７のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
9. 前記電気駆動系は、前記電動モータに接続される電力制御装置を有し、
   前記温度検出部は、前記電力制御装置の温度を検出する、
   請求項１から７のいずれかに記載の作業車両の制御システム。
10. 可動体と、前記可動体を動作させる電動モータを含む電気駆動系と、を有する作業車両の制御方法であって、
    前記電気駆動系の温度を示す信号を受信するステップと、
    前記温度検出部が検出した前記電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高いか否かを判定するステップと、
    前記温度検出部が検出した前記電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高く、且つ、前記可動体の操作指示を受けていないときに、前記電動モータの出力を制限するように、前記電動モータへの指令信号を出力するステップと、
    を備え、
    前記電気駆動系の温度が前記第１閾値より高くなっても、前記可動体の操作指示を受けているときには、前記電動モータの出力の制限は行われない、
    作業車両の制御方法。
11. 可動体と、
    前記可動体を動作させる電動モータを含む電気駆動系と、
    前記電気駆動系の温度を検出する温度検出部と、
    を備え、
    前記温度検出部が検出した前記電気駆動系の温度が所定の第１閾値より高くなり、且つ、前記可動体の操作部材が中立位置に位置しているときに、前記電動モータの出力が制限され、
    前記電気駆動系の温度が前記第１閾値より高くなっても、前記可動体の操作部材が操作されているときには、前記電動モータの出力の制限は行われない、
    作業車両。
12. 前記電気駆動系は、
    前記電動モータによって回生された電力を蓄える蓄電装置と、
    前記電動モータと前記蓄電装置とに接続される電力制御装置と、
    を有する、
    請求項１１に記載の作業車両。

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