JP6738497B2 - 作業車両の電力回生システム - Google Patents
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Description
以下、本発明に係る作業車両の電力回生システムの第1実施形態について説明する。本発明の第1実施形態に係る電力回生システムは、作業車両の代表例であるダンプトラックに適用した例である。
図1は作業車両の代表例であるダンプトラックの側面図である。ダンプトラック100は、フレーム36上に土砂等を積載するためのボディ(ベッセルとも言う)4が搭載され、両者がホイストシリンダ33により連結されている。ホイストシリンダ33の伸縮動作により、ボディ4が上下方向に回動する。またフレーム36には、図示しない機構部品を介して前輪7、後輪8、作動油タンク6、燃料タンク5が取り付けられている。後輪8の回転軸部には、後輪8を駆動するための走行モータ10と、後輪8と走行モータ10とを機械的に接続する減速機9が収められている。なお、前輪7、後輪8、走行モータ10、減速機9は左右一対設けられており、以下の説明において、左右を区別するために符号の後に適宜「L」、「R」を付している。
次に、ダンプトラック100の操作方法について説明する。キャブ2内には不図示のアクセルペダル、ブレーキペダル、ホイストレバー、ハンドルが設置されている。オペレータはキャブ2内のアクセルペダル、ブレーキペダルの踏み込み量によりダンプトラック100の加速力、制動力を制御することができる。さらにオペレータはハンドルを左右に回転させることによって油圧駆動による操舵操作を行い、ホイストレバーを前後に倒すことにより油圧駆動によるボディ昇降操作を行うことができる。なお、操舵操作、ボディ昇降操作のシステムについては従来同様のため、本実施形態においては詳述しない。
図2は本実施形態に係るダンプトラックの電力回生システムの構成図である。図2に示すように、ダンプトラック100の電力回生システムは、エンジン11と、主発電機12および補助発電機13と、第1電気回路C1と、第2電気回路C2と、DC/DCコンバータ(降圧装置)60と、コントローラ49と、により大略構成される。主発電機12、補助発電機13はエンジン11に機械的に接続されており、エンジン11により駆動される。
次に図6を用いて電圧V*の推定方法について説明する。図6は電圧V*の推定方法を説明するための図である。まず、電圧推定部103では、車体の走行状態、例えば走行モータ10L、10Rの出力トルクTL、TRおよび回転数ωL、ωRと、電圧計55にて出力された実電圧Vとを逐次取得する。そして、取得された出力トルクTL、TR、回転数ωL、ωR,実電圧Vから、高圧直流ライン56の電圧の変化の傾向を予測する。ある所定速度で走行しているときに時間t1でブレーキが踏まれ、ブレーキ信号が大きくなると、速度を落とすために走行モータ10L、10Rの出力トルクは負の方向へ大きくなっていき、その分、高圧直流ライン56の電圧も上昇する。
Ts=(T2−T1)/Δt×ts+T2 ・・・(1)
ωs=(ω2−ω1)/Δt×ts+ω2 ・・・(2)
Pms=Ts×ωs ・・・(3)
Pm=T2×ω2 ・・・(4)
Pe=Pm×ηe ・・・(5)
Pes=Pms×ηe ・・・(6)
V*={(PesL+PesR+PeL+PeR)/2×ts/C+V2}0.5・・・(7)
次に、DC/DCコンバータの制御処理の変形例について説明する。図7はDC/DCコンバータの制御処理の手順の変形例を示すフローチャートである。図7に示すように、変形例に係るDC/DCコンバータの制御処理では、ステップS5の後にステップS5−1、ステップS5−2の処理を図4に示す処理に対して追加している。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、電圧V*の推定方法が第1実施形態と相違する。以下、この相違点について説明する。図8は第2実施形態における電圧V*の推定方法の手順を示すフローチャートである。第2実施形態では、電圧推定部103は、所定時間ts秒後の発電量Pesを用いずに電圧V*を算出することにより、計算負荷を軽減している点が第1実施形態における電圧V*の推定方法と異なる。
PmL=TL×ωL(PmR=TR×ωR) ・・・(8)
PeL=PmL×ηe(PeR=PmR×ηe) ・・・(9)
V*={(PeL+PeR−Pl)×ts/C+V2}0.5 ・・・(10)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態では、電圧V*の推定方法が第1実施形態および第2実施形態と相違する。以下、この相違点について説明する。図9は第3実施形態における電圧V*の推定方法の手順を示すフローチャートである。第3実施形態では、電圧推定部103は、トルクTL、TRを用いた走行モータ10L、10Rの出力PmL、PmRの計算のステップを省いて、走行モータの回転数ωL、ωRとブレーキ信号とルックアップテーブルLUTとから、走行モータ10L、10Rの発電量PeL、PeRを求めており、第2実施形態よりもさらに計算負荷が軽減されている。
V*={(PeL+PeR−Pl)×ts/C+V2}0.5 ・・・(11)
11 エンジン
12 主発電機(第1発電機)
13 補助発電機(第2発電機)
15L、15R 高圧直流ライン用インバータ
16 チョッパ
17 補助発電機用ダイオードブリッジ
18 補機直流ライン用インバータ
19 グリッドボックスファン(補機)
21 主発電機用ダイオードブリッジ
49 コントローラ
50 メインコントローラ
51 パワーコントローラ
52 記憶装置
53 グリッドボックス抵抗(抵抗器)
54 グリッドボックスファンモータ
55 電圧計(電圧検出器)
56 高圧直流ライン
57 補機直流ライン
60 DC/DCコンバータ(降圧装置)
101 抵抗器駆動判定部
102 走行状態判定部
103 電圧推定部
104 DC/DC駆動判定部(降圧装置駆動判定部)
105 DC/DC制御部(降圧装置制御部)
C1 第1電気回路
C2 第2電気回路
LUT ルックアップテーブル
Claims (5)
- 作業車両の電力回生システムであって、
エンジンにより駆動される第1発電機および第2発電機と、
前記第1発電機にて発電された電力を、前記作業車両の駆動輪に接続された走行モータに供給するための第1電気回路と、
前記第1電気回路に接続され、前記走行モータの制動時に生成される電気エネルギを熱エネルギに変換して放熱する抵抗器と、
前記第1電気回路の実電圧を検出する電圧検出器と、
前記第2発電機にて発電された電力を、前記作業車両の補機に供給するための第2電気回路と、
高圧側が前記第1電気回路と接続され、低圧側が前記第2電気回路と接続されると共に、前記第1電気回路から前記第2電気回路に電力を供給する降圧装置と、
前記降圧装置の駆動を制御するコントローラと、を備え、
前記補機は、前記第2発電機で発電されて前記降圧装置で降圧されていない電力、及び前記走行モータの回生動作で発電されて前記降圧装置で降圧された電力の少なくとも一方が供給されて動作し、
前記コントローラは、
前記作業車両の走行状態に関する情報に基づいて、前記走行モータが回生動作を行っているか否かを判定する走行状態判定部と、
前記作業車両の走行状態に関する情報および前記電圧検出器にて検出された前記実電圧に基づいて、現時点から所定時間経過後における前記第1電気回路の電圧を推定する電圧推定部と、
前記電圧推定部にて推定された電圧が閾値以上であるか否かを判定し、前記電圧推定部にて推定された電圧が前記閾値以上である場合に、前記降圧装置を駆動することを決定する降圧装置駆動判定部と、
前記走行状態判定部により前記走行モータが回生動作を行っていると判定され、かつ、前記降圧装置駆動判定部により前記降圧装置を駆動することが決定された場合に、前記実電圧が前記閾値以上になる前に前記降圧装置に駆動指令を出力する降圧装置制御部と、
前記実電圧が予め定められた前記閾値以上であるか否かを判定し、前記降圧装置制御部から前記駆動指令が出力された後で且つ前記実電圧が前記閾値以上になった場合に、前記抵抗器に対して駆動指令を出力する抵抗器駆動判定部と、を備えることを特徴とする作業車両の電力回生システム。 - 請求項1に記載の作業車両の電力回生システムにおいて、
前記走行状態判定部は、
前記作業車両の走行状態に関する情報としての前記走行モータの出力トルクおよび前記走行モータの回転数に基づいて、前記走行モータが回生動作を行っているか否かを判定する、ことを特徴とする作業車両の電力回生システム。 - 請求項2に記載の作業車両の電力回生システムにおいて、
前記電圧推定部は、
前記走行モータのトルクおよび前記走行モータの回転数を逐次取得し、
前記走行モータのトルクと前記走行モータの回転数の変化の傾向から、前記所定時間経過後の前記走行モータのトルクと前記走行モータの回転数を推定し、
推定した前記走行モータのトルクおよび前記走行モータの回転数から、前記走行モータの発電量を算出し、
算出された前記走行モータの発電量と、前記電圧検出器にて検出された前記実電圧とに基づき、前記所定時間経過後の前記第1電気回路の電圧を推定する、ことを特徴とする作業車両の電力回生システム。 - 請求項2に記載の作業車両の電力回生システムにおいて、
前記電圧推定部は、
前記走行モータのトルクおよび前記走行モータの回転数を逐次取得し、
取得した前記走行モータのトルクおよび前記走行モータの回転数から、前記走行モータの発電量を算出し、
算出された前記走行モータの発電量と、前記電圧検出器にて検出された前記実電圧とに基づき、前記所定時間経過後の前記第1電気回路の電圧を推定する、ことを特徴とする作業車両の電力回生システム。 - 請求項2に記載の作業車両の電力回生システムにおいて、
前記電圧推定部は、
前記走行モータの回転数およびブレーキ信号を逐次取得し、
前記走行モータの回転数と前記走行モータの発電量との関係が前記ブレーキ信号毎に予め規定されたルックアップテーブルを参照して、取得した前記走行モータの回転数と前記ブレーキ信号に対応する前記走行モータの発電量を算出し、
算出された前記走行モータの発電量と、前記電圧検出器にて検出された前記実電圧とに基づき、前記所定時間経過後の前記第1電気回路の電圧を推定する、ことを特徴とする作業車両の電力回生システム。
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