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CN104768785B - 作业车辆 - Google Patents

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CN104768785B
CN104768785B CN201380058131.9A CN201380058131A CN104768785B CN 104768785 B CN104768785 B CN 104768785B CN 201380058131 A CN201380058131 A CN 201380058131A CN 104768785 B CN104768785 B CN 104768785B
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伊君高志
伊藤德孝
森木秀
森木秀一
竹内健
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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KCM Corp
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Abstract

包括：由发动机(1)驱动的电动发电机(6)；被电动发电机及发动机的至少一方驱动的液压泵(4)；由来自液压泵的压力油驱动的作业装置(50)；用于驱动车轮(61)的行驶用电动机(9)；与电动发电机及行驶用电动机连接，并根据目标SOC而被充电的蓄电装置(11)；和根据液压泵及行驶用电动机的合计请求动力(Pf+Prun)，使蓄电装置(11)的目标SOC变化的控制装置(200)。

Description

作业车辆
技术领域
本发明涉及装备了发动机及电动机来作为动力源的作业车辆。
背景技术
近年来，由于环境问题、原油价格高涨等情况，针对各工业制品的节能愿望逐渐增强。例如，在汽车领域中，装备了发动机和电动机(motor)来作为动力源的混合动力车已经上市。此外，目前在以基于柴油发动机的液压驱动系统为中心的作业车辆(例如工程车辆、工业车辆等)的领域中，也存在此倾向，基于电动化的高效化、节能化的事例逐渐增加。例如，在使作业车辆的驱动部分电动化、即：使驱动源为电动机的情况下，除了减少排放气体外，还能够期待发动机的高效率驱动(搭载发动机的混合动力机种的情况)、动力传递效率的提高、再生电力的回收等多种节能效果。在这样的作业车辆的领域中，叉车的电动化一直在推进，利用蓄电池的电力来驱动电动机的、所谓的“蓄电池式叉车”已实际应用。
此外，在最近，在发动机式的液压挖掘机和叉车等中，以柴油发动机和电动机为驱动源的“混合动力车辆”已开始产品化。作为在混合动力化的情况下有望实现降低燃油消耗效果的作业车辆，有轮式装载机。以往的轮式装载机例如是下述这样的作业车辆：一边经由液力变矩器及变速器(T/M)将发动机的动力传递至车轮来进行行驶，一边通过安装在车辆前方的作业装置的铲斗部分对土砂等进行掘铲、搬运。若将这样的轮式装载机的行驶驱动部分电动化，则能够将液力变矩器及变速器部分的动力传递效率提高到基于电气实现的动力传递效率。再者，在轮式装载机中，由于作业中会频繁地反复进行起步、停止的行驶动作，所以，在将行驶驱动部分电动化了的情况下，有望从行驶用的电动机回收制动时的再生电力。
在这种轮式装载机中，作为串联式混合动力系统的轮式装载机，有的具有：与发动机机械式连结的电动发电机(电动机-发电机)、控制该电动发电机的第一逆变器、与行驶部的输出轴(传动轴)机械式连结的行驶用电动机、控制该行驶用电动机的第二逆变器、以及经由DC-DC变换器而与该第一及第二逆变器电连接的蓄电装置。作为该系统的基本动作，一边通过蓄电装置和DC-DC变换器将系统电压(各逆变器之间的DC总线电压)控制成规定的值，一边主要通过发动机使电动发电机发电驱动，并通过所发出的电力使行驶用电动机产生扭矩而使车辆行驶。此外，该系统中的蓄电装置不仅如前所述作为用于将系统电压保持在规定值的电力源进行动作，还作为发动机动力不足时的辅助动力源、行驶用电动机的再生制动时的电力吸收源而进行动作，因此要用容量比较大的蓄电装置。例如有大容量的双电层电容器、以Li离子、Ni-MH所代表的可充电电池等。
作为涉及这样的混合动力式作业车辆中的蓄电装置的充放电控制的技术，有如下这样的混合动力式液压挖掘机(工程机械)，即，该混合动力式液压挖掘机(工程机械)包括：对由发动机驱动的电动发电机进行控制的电动发电机控制部、对电连接的第一蓄电器和第二蓄电器之间的充放电进行控制的充放电控制部、与该第二蓄电器电连接的电动机、以及使该第一蓄电器及该第二蓄电器的至少一方的蓄电目标值在电动机进行再生动作前降低的控制装置(国际公开第2010/143628号小册子)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2010/143628号小册子
发明内容
作为上述文献的技术所实现效果的一个方面，在推定为要产生基于电动机的再生电力的情况下预先使蓄电器的蓄电目标值降低，由此能够抑制该蓄电器的过充电，并且能够有效地利用再生电能。即，能够在作为混合动力车辆的一个特长的、再生电力的利用方面实现有效率的动作。
但是，若如该技术这样只是在电动机再生时降低充电目标值，则在假定混合动力车辆持续进行比较大的负荷动作的情况下，有可能难以确保该动作的持续所需要的辅助用电力。例如，在蓄电器(蓄电装置)是双电层电容器的情况下，由于电容量比可充电电池小，所以在重负荷动作持续的情况下被认为辅助电力不足而使动力受到限制。再者，在蓄电装置是可充电电池的情况下，若充电深度(State of Charge；充电状态(以下，有时称为SOC))处于低水平，则被认为有必要限制放电功率。
因此，本发明的目的在于提供一种这样的作业车辆：在将驱动部电动化了的混合动力式作业车辆中，即使在重负荷作业持续进行的情况下也能够没有动力下降地持续作业。
为了达成上述目的，本发明包括：由发动机驱动的电动发电机；被所述电动发电机及所述发动机的至少一方驱动的液压泵；由来自所述液压泵的压力油驱动的作业装置；用于驱动车轮的行驶用电动机；连接于所述电动发电机及所述行驶用电动机，并根据目标SOC而被充电的蓄电装置；以及根据所述液压泵及所述行驶用电动机的合计请求动力，使所述蓄电装置的目标SOC变化的控制装置。
发明效果
根据本发明，即使在重负荷作业持续进行的情况下也能够没有动力下降地使作业车辆的作业持续。
附图说明
图1是本发明的实施方式的混合动力轮式装载机的系统构成图。
图2是以往的轮式装载机的代表构成例。
图3是本发明的实施方式的轮式装载机所搭载的控制装置的构成图。
图4是本发明的实施方式的混合动力控制装置的构成图。
图5是本发明的实施方式的混合动力系统中的动力流的图。
图6是本发明的实施方式的混合动力控制装置的其他构成图。
图7是在本发明的实施方式的负荷状态判定部及目标SOC确定部中所执行的处理的流程图。
图8是本发明的实施方式的混合动力控制装置的又一其他构成图。
图9是在本发明的实施方式的负荷状态判定部及目标SOC确定部中所执行的处理的其他流程图。
图10是在本发明的实施方式的负荷状态判定部及目标SOC确定部中所执行的处理的又一其他流程图。
具体实施方式
以下，利用附图说明本发明的实施方式。
图1是本发明的实施方式的混合动力轮式装载机的系统构成图。该图所示轮式装载机通过串联型混合动力系统构成，其包括：柴油发动机1；与发动机1机械式连结并由发动机1驱动的电动发电机(电动机/发电机(M/G))6；控制电动发电机6的逆变器装置7；与电动发电机6机械式连结，并被电动发电机6及发动机1的至少一方驱动的液压泵4；具有铲斗及举升斗杆(未图示)且安装于车身前方并由来自液压泵4的压力油驱动的作业装置50；经由控制阀55而通过从液压泵4供给的压力油驱动的液压执行机构(铲斗动作缸51、举升动作缸52及转向动作缸53)；具有4个车轮61的行驶体60；安装于行驶体60的传动轴8并驱动4个车轮61的行驶用电动机9；控制行驶用电动机9的逆变器装置10；经由DC-DC变换器12而与逆变器7、10(电动发电机6、行驶用电动机9)电连接从而在逆变器7、10之间进行直流电力传输的蓄电装置11；根据操作量而输出用于驱动液压执行机构51、52、53的操作信号的操作装置(操作杆56及转向轮(未图示))；以及控制装置200。
铲斗动作缸51及举升动作缸52基于与设置在驾驶室内的操作杆56的操作量相应地输出的操作信号(液压信号)而被驱动。举升动作缸52安装于举升斗杆，举升斗杆能够转动地固定于车身前方，举升动作缸52基于来自操作杆56的操作信号而伸缩使举升斗杆上下转动。铲斗动作缸51安装于铲斗，铲斗能够转动地固定于举升斗杆的前端，铲斗动作缸51基于来自操作杆56的操作信号而伸缩使铲斗上下转动。转向动作缸53基于与设置在驾驶室内的转向轮(未图示)的操舵量相应地输出的操作信号(液压信号)而被驱动。转向动作缸53与各车轮61连接，并根据来自转向轮的操作信号伸缩来改变车轮61的转向角。
此外，图1的轮式装载机包括前进后退切换开关(前进后退切换装置)63、作业模式切换开关(作业模式切换装置)64、充电模式切换开关(充电模式切换装置)65。
前进后退切换开关63是用于将作业车辆的行进方向切换为前进和后退中的某一个的开关(F/R开关)，该开关63的切换位置被作为前进后退信号(开关信号)而输出给混合动力控制装置20。
作业模式切换开关64是用于将作业车辆的作业模式切换为重视作业量的动力模式(P模式)和重视效率的经济模式(E模式)中的某一个的开关(P/E开关)，该开关64的切换位置被作为作业模式信号(开关信号)而输出给混合动力控制装置20。发动机最大转速与最大液压泵容量的组合在各作业模式中被预先设定，在本实施方式中，P模式为容许相对高转速、大容量的设定。即，根据作业模式切换开关64的切换位置，液压泵4与行驶用电动机9的合计输出最大值会变化，P模式的该合计输出最大值比E模式的高。另外，这里说明对2个模式进行切换的情况，但是具有3个以上的作业模式也可以。
充电模式切换开关65是用于将作业车辆的充电模式切换为使蓄电装置11的充电比作业量优先的模式(充电优先模式)和不使蓄电装置11的充电优先的模式(通常模式)中的某一个的开关，该开关65的切换位置被作为充电模式信号(开关信号)而输出给混合动力控制装置20。2个充电模式的不同在于：在充电优先模式下，目标SOC被设定得比通常模式下的相对大。在本实施方式中若选择充电优先模式，则在“中负荷”动作时(后述)目标SOC被设定得比选择通常模式时大。另外，作为由操作者选择充电优先模式的情况，例如有进行积极利用蓄电装置11的电力的作业(高负荷作业)的情况。
蓄电装置11的种类并无特别限定，例如能够利用大容量双电层电容器、锂离子电池、镍氢电池及铅电池等可充电电池。在本实施方式中，作为蓄电装置11，采用了锂离子电池。本实施方式的蓄电装置11通过DC-DC变换器12来进行电池电压的升降压控制，从而在逆变器7、10(即，电动发电机6及行驶用电动机9)之间进行直流电力的传输。
另外，这里对利用设置在DC总线13与蓄电装置11之间的DC-DC变换器12来进行电力充放的情况进行了说明，但是在蓄电装置11的电压与该混合动力系统的系统电压相当的情况下，可以省略DC-DC变换器12，在该情况下，DC总线13与蓄电装置11可以直接连接。
在如上所述构成的混合动力轮式装载机中，通过液压泵4对用于进行砂土等的掘铲作业的作业装置50供给适宜的液压，由此来实施与目的相应的作业。此外，主要利用通过发动机1的动力而在电动发电机6中发出的电力来驱动行驶用电动机9，由此进行行驶体60的行驶动作。此时，在蓄电装置11中，在车辆制动时吸收行驶用电动机9所产生的再生电力，并向电动发电机6或行驶用电动机9供给蓄电电力来进行对发动机1的输出辅助，由此有助于车辆的耗能降低。
图2是示出以往的轮式装载机的代表构成例的图。另外，对与此前的图相同的部分标注相同的附图标记并省略说明(此后的图也是同样)。该图所示以往的轮式装载机具有作为主要的驱动部的行驶体60和作业装置50(举升/铲斗部分)，经由液力变矩器2及变速器(T/M)3将发动机1的动力传递给车轮61来进行行驶，并进一步通过由液压泵4驱动的作业装置50来掘铲、搬运土砂等。由于液力变矩器的动力传递效率比基于电气的动力传递效率差，所以若将图2所示的轮式装载机的行驶驱动部分电动化(也包括并联式混合动力构成)，则能够提高来自发动机1的动力传递效率。再者，由于在作业中的轮式装载机中频繁地反复进行起步、停止的行驶动作，所以在如上述那样将行驶驱动部分电动化的情况下，有望从行驶用电动机9回收制动时的再生电力。若这样将轮式装载机的驱动装置的一部分电动化从而进行混合动力化，则能够降低燃料消耗量。
图3是本发明的实施方式的轮式装载机所搭载的控制装置200的构成图。如该图所示，在本实施方式的轮式装载机(车辆)中搭载有作为控制装置200的如下装置：对图1所示的混合动力系统整体的能量流和动力流等进行控制的控制器、即混合动力控制装置20；对控制阀(C/V)55和液压泵4进行控制的液压控制装置21；对发动机1进行控制的发动机控制装置22；对逆变器7、10进行控制的逆变器控制装置23；对DC-DC变换器12进行控制的变换器控制装置24；对蓄电装置11的充电状态(SOC)和异常的有无进行检测、管理的蓄电控制装置25。蓄电控制装置25大多主要用于蓄电装置11的电压等状态的检测。
各控制装置20、21、22、23、24、25具有如下硬件构成：用于执行以后述的控制为首的各种控制程序的运算处理装置(例如，CPU)(未图示)；用于存储以该控制程序为首的各种数据的存储装置(例如ROM、RAM等)(未图示)；以及输入输出各种数据的输入输出装置(未图示)。此外，各控制装置20、21、22、23、24、25经由CAN(Controller Area Network；控制器局域网络)而彼此连接，并相互收发各设备的指令值及状态量。混合动力控制装置20如图3所示位于液压控制装置21、发动机控制装置22、逆变器控制装置23、变换器控制装置24及蓄电控制装置25各控制器的上级，进行系统整体的控制，以使得系统整体发挥最高作业性能的方式对其他各控制装置21～25施加具体的动作指令。
另外，图3所示的各控制装置20～25仅示出了用于控制图1所示的混合动力系统的各驱动部分所必需的控制器。在形成实际车辆时，除此以外还需要监视器和信息类的控制器，但那些与本发明并无直接关系，因此未图示。此外，各控制装置20～25没必要如图3所示与其他控制装置是分体的，在某一控制装置中实际安装2个以上的控制功能也没关系。图中的逆变器控制装置23表现为是单体且控制2台电动机6、9。
图4是本发明的实施方式的混合动力控制装置20的构成图。该图所示混合动力控制装置20包括系统控制部30、动力分配部31、发动机控制部32、M/G控制部33、行驶控制部35以及液压控制部35。
在系统控制部30中进行混合动力系统整体的控制。在动力分配部31中，进行向各驱动部(液压泵4、电动发电机6、行驶用电动机9)分配发动机1的输出和蓄电装置11的电力的处理。在发动机控制部32中，根据由液压泵4(作业装置50)所要求的动力值(液压请求动力值Pf)和行驶用电动机9所要求的动力值(行驶请求动力值Prun)合计而得到的车辆整体的请求动力值(合计请求动力值)来确定发动机1的转速指令。在M/G控制部33中，根据发电要求值来确定电动发电机6的扭矩指令。在液压控制部34中，基于根据M/G控制部33和操作杆56的操作量等而运算出的液压泵4的请求动力值Pf来运算液压泵4的倾转角指令值。在行驶控制部35中，基于根据油门/制动踏板的踏入量及当前的车速运算出的行驶请求动力值Prun来运算行驶用电动机9的扭矩指令。
向混合动力控制装置20输入从操作杆(前部杆)56输出的操作信号(包括操作量)、设置在驾驶室内的油门踏板及制动踏板的踏入量、F/R开关63的开关信号(前进后退信号)、根据由速度传感器(车轮速度检测装置)62检测出的车轮61的旋转速度运算出的车辆速度(车速)、从逆变器10输出的行驶用电动机9的转速、发动机1的转速(发动机转速)、在蓄电控制装置25算出的蓄电装置11的当前的SOC。另外，轮式装载机的车速也可以通过输入速度传感器62的检测值而在混合动力控制装置20中算出。
在动力分配部31中，针对与液压请求动力值Pf和行驶请求动力值Prun之和相当的合计请求动力值，根据在当时的发动机转速下能够输出的范围将效率考虑进去而确定最终的发动机输出(发动机输出值Pe)。此时，蓄电装置11的输出(蓄电装置输出值Pc)以将SOC也考虑在内的同时对合计请求动力值补充发动机输出不足的量的方式来确定。如以上那样，混合动力系统根据当时的合计请求动力值(Pf+Prun)来确定发动机1和蓄电装置11的各输出以使得系统整体的效率为最佳，并向各控制装置施加指令来进行车辆的动作。
图5是示出本发明的实施方式的混合动力系统中的动力流的图。本实施方式的混合动力系统具有作为用于驱动车辆的动力源的发动机1及蓄电装置11。如该图所示，动力分配部31按照下述的式(1)及(2)进行将发动机输出Pe和蓄电装置输出Pc分配给作业装置50的输出Pf和行驶用电动机9的输出Prun的处理。另外，下述的式(1)及(2)中的Pmg_in，Pmg_out分别表示电动发电机6的输入动力及输出动力。
Pf＝Pe－Pmg_in …式(1)
Prun＝Pmg_out+Pc …式(2)
在混合动力控制装置20中，在作业装置50的动力要求值(液压请求动力值Pf)和行驶用电动机9的动力要求值(行驶请求动力值Prun)之和(合计请求动力值)相对于输出上限值Pe、Pc之和(能够输出混合动力的上限值)小的情况下，在系统控制部30中判断燃油消耗最高的输出方式，并根据该输出方式通过动力分配部31对作业装置50及行驶电动机9施加与各自的动力要求值相应的指令值来进行车辆的动作。
图6是本发明的实施方式的混合动力控制装置20的其他构成图。如该图所示，混合动力控制装置20包括负荷状态判定部40和目标SOC确定部41，通过这些部分来执行根据合计请求动力值(Pf+Prun)的大小(车辆的负荷状态)来使蓄电装置11的目标SOC变化的处理。
对负荷状态判定部40输入操作杆56的操作量(前部杆操作量)、油门踏板/制动踏板的踏入量、前进后退切换开关(F/R开关)63的前进后退信号、车辆速度及行驶用电动机9的扭矩、液压泵4的压力、流量(这些能够通过设置在泵4的喷出侧的压力传感器和泵转角来取得)、作业模式切换开关(P/E开关)64的作业模式信号、以及充电模式切换开关65的充电模式信号。负荷状态判定部40根据这些输入值而算出液压泵4及行驶用电动机9的请求动力(Pf、Prun)。尤其是，通过上述输入信号中的操作杆56的操作量、油门踏板/制动踏板的踏入量能够判断出负荷的大小。除此之外，利用车辆速度、行驶用电动机9的扭矩以及液压泵4的压力、流量能够运算出行驶驱动部(行驶用电动机9)和液压驱动部(液压泵4)各自的实际动力，因此能够提高请求动力的算出精度，由此后续的动作判定的精度也会提高。
再者，负荷状态判定部40除了考虑液压泵4及行驶用电动机9的请求动力之和、即合计请求动力值(Pf+Prun)，还根据需要在考虑蓄电装置11的SOC及开关64、65的切换位置的同时来判定作业车辆的负荷状态。在本实施方式中，作业车辆的负荷状态主要分为3类。具体而言，根据合计请求动力(Pf+Prun)的大小将车辆的负荷状态分成(1)重负荷、(2)中负荷、(3)轻负荷这3类，根据蓄电装置11的SOC及开关64、65的位置将负荷状态(目标SOC)进一步细致分类。
对目标SOC确定部41输入负荷状态判定部40的判定结果。在目标SOC确定部41，执行根据在负荷状态判定部40判定出的“负荷状态“来确定蓄电装置11的目标SOC的处理。关于在哪一负荷状态时，在目标SOC确定部41选择哪一目标SOC，如后所述是预先确定的，目标SOC根据负荷状态而变化。在目标SOC确定部41确定的目标SOC被输出给混合动力控制装置20内的系统控制部30，并被用于电动发电机6的扭矩指令的生成(后述)。
接下来，对在本实施方式的负荷状态判定部40及目标SOC确定部41中执行的负荷状态判定处理及目标SOC确定处理进行说明。
图7是在负荷状态判定部40及目标SOC确定部41执行的处理的流程图。如该图所示，负荷状态判定部40首先输入图6所示的各种信号(S100)，并根据油门踏板/制动踏板的踏入量及操作杆56的操作量等运算出液压请求动力值Pf和行驶请求动力值Prun(S102)。
负荷状态判定部40判断合计请求动力值(Pf+Prun)是否不足设定值P1(S104)。设定值P1是在作业车辆的负荷状态为上述3类中最轻的“轻负荷”时为了供负荷状态判定部40判定而设定的值，被设定得比后述的另一设定值P2小(P1＜P2)。另外，本实施方式的所谓“轻负荷”，假定是只通过发动机1的输出就能够应对的负荷作用的状态，根据该假定，设定值P1优选设定得比发动机输出Pe的最大值小。
若在S104中判定为合计请求动力值不足设定值P1，则负荷状态判定部40判定负荷状态为“轻负荷”(S106)。然后，目标SOC确定部41接收该判定的输入并将目标SOC设定为设定值S3(S108)。此处，设定值S3比“中负荷”时的目标SOC(设定值S2)高，更比“重负荷”时的目标SOC(设定值S1)高。设定值S3根据蓄电装置11的种类和规格等而不同，但是此处设定为：与为了防止蓄电装置11的过充电而设定的目标SOC的上限值一致的值或是与之相近的值，在本实施方式以70％来进行说明。目标SOC被设定后就返回最初重复S100以后的处理。
另一方面，若在S104判定合计请求动力值为设定值P1以上，则负荷状态判定部40进一步判定该合计请求动力值是否不足设定值P2(S110)。设定值P2是关于作业车辆的负荷状态是上述3类中的“中负荷”还是“重负荷”为了供负荷状态判定部40判定而设定的值，在不足P2的情况下(P1≦Pf+Prun＜P2)判定为是“中负荷”。另，本实施方式的所谓“中负荷”，假定是时间平均的负荷在发动机1的输出范围内、但在规定时刻作用的负荷需要蓄电装置11的输出的辅助的状态(即，存在处于发动机1的输出范围外的情况的状态)。此外，所谓“重负荷”，假定是持续需要蓄电装置11的输出的辅助的状态。因此，根据这些假定能够将设定值P2设定为例如比发动机输出Pe的最大值大的值。
若在S110判定为合计请求动力值不足设定值P2，则负荷状态判定部40判定负荷状态为“中负荷”(S112)。然后，目标SOC确定部41接收该判定的输入并将目标SOC设定为设定值S2(S114)。此处，设定值S2被设定成与重负荷的目标SOC(设定值S1)相比较高，而且被设定成比“轻负荷”时的目标SOC(设定值S3)低(S1＜S2＜S3)。设定值S2根据蓄电装置11的种类和规格等而不同，但是此处设定为：与蓄电装置11的通常使用范围的中间值相当的值，在本实施方式中以50％来进行说明。目标SOC被设定后返回最初重复S100以后的处理。另外，作为在目标SOC确定部41确定的设定值S2，也可以取代上述的设定值(50％)，而是利用该时刻的蓄电装置11的SOC的值(当前的SOC的值)。即，该情况采用以使得当前SOC的值得以保持的方式发电的设定。
若在S110中判定合计请求动力值为设定值P2以上，则负荷状态判定部40判定负荷状态为“重负荷”(H122)。然后，目标SOC确定部41接收该判定的输入并将目标SOC设定为设定值S1(S124)。设定值S1根据蓄电装置11的种类和规格等而不同，但是此处设定为：与为了防止蓄电装置11的过放电而设定的目标SOC的下限值一致的值或是与之相近的值，在本实施方式中以30％来进行说明。目标SOC被设定为S1后返回最初重复S100以后的处理。
在如上所述按照图7的流程图进行处理后，合计请求动力越小，蓄电装置11的目标SOC就被设定得越高。
图8是本发明的实施方式的混合动力控制装置20的又一其他构成图。在该图中示出了系统控制部30、动力分配部31、M/G控制部33。对系统控制部30输入按照图7的流程图而确定的目标SOC。系统控制部30根据从蓄电控制装置25输入的蓄电装置11的当前的SOC与目标SOC的偏差，在动力运算部30A中运算出用于使蓄电装置11充电的针对电动发电机6的发电动力指令(M/G动力指令)，并将该发电动力指令输出给动力分配部31。即，电动发电机6的发电根据2个SOC的偏差而被反馈控制。
在动力分配部31，在动力限制部31A中，根据发动机1及作业装置50的状态对发电动力指令实施限制处理并输出给M/G控制部33。在M/G控制部33，在扭矩运算部33A中运算出电动发电机6的最终的扭矩指令并将该扭矩指令输出给控制电动发电机6的逆变器控制装置23。由此控制蓄电装置11的SOC，以使其接近按照图7的流程图确定的目标SOC。
另外，此处对为了实施蓄电装置11的SOC控制而相对于目标SOC反馈当前的SOC的情况进行了说明，但也可取代SOC而采用蓄电装置11的OCV(开放电压)。此外，关于蓄电装置11的SOC控制系统的指令值是M/G扭矩指令值的情况进行了说明，但并不限于此，也可以通过图3所示的DC-DC变换器12来实施蓄电装置11的电流控制。
在如上所述构成的作业车辆中，首先，若在负荷状态判定部41中判定为“轻负荷”，则蓄电装置11的目标SOC被设定为S3(高水平)。此外，在“轻负荷”时，如前所述，发动机1的输出比较富余。因此，若通过在此时积极地进行电动发电机6的发电而事先充分提高蓄电装置11的SOC(即，事先充电)，则即使在之后变成重负荷作业而“重负荷”的状态持续，也能够避免违背操作者的意愿导致蓄电装置11的残余容量立即变没的事态发生。因此，根据本实施方式，即使在持续进行重负荷作业的情况下，也能够没有动力下降地持续作业。另外，负荷状态为“轻负荷”情况下的燃料消耗率通常不会那么低(好)，通过在该期间使蓄电装置11充电而增加发动机1的负荷，能够降低发动机的燃料消耗率。
接下来，若在负荷状态判定部40中判定为“中负荷”，则蓄电装置11的目标SOC被设定为S2(中水平)。“中负荷”时，如前所述，存在时间平均的负荷收在发动机1的输出范围内的倾向，但是也存在对于瞬间的大的动力要求而言需要来自蓄电装置11的动力辅助的倾向。这样的中负荷动作是在轮式装载机一日的作业中占大部分比例的动作，由于在“中负荷”发挥最高的燃油消耗性能，所以能够最大限度地发挥混合动力车的优点。通过这样地动作，能够在中负荷动作中实现最高的燃油消耗性能。另外，如前所述，若蓄电装置11的SOC处于离中间值比较远的状态(即，接近S1或S3的情况)，则只要进行控制以使得不勉强充放电而维持该时点的SOC即可。
再者，若在负荷状态判定部40中判定为“重负荷”，则需要蓄电装置11(电动发电机6)的动力辅助。因此，假定若“重负荷”的状态长时间持续，则蓄电装置11放电过多的倾向增强，即使是当初的SOC高的状态(例如接近S3的状态)最终也会下降到使用范围下限(S1)。因此，在本实施方式中，在蓄电装置11的SOC达到下限值S1之后，就转变成维持该状态的控制(SOC恒定控制)。其结果是，车辆的输出动力最终受到限制。
根据以上那样构成的作业车辆，由于越是在对作业车辆的负荷状态轻从而发动机的输出有富余的时候越是积极地进行蓄电装置11的充电，所以能够在蓄电装置11的SOC高的状态下开始重负荷作业，从而能够长时间没有动力下降地进行重负荷作业。
接下来，对在负荷状态判定部40及目标SOC确定部41执行的其他目标SOC确定处理进行说明。图9是在负荷状态判定部40及目标SOC确定部41执行的其他处理的流程图。该图所示流程图在根据作业模式切换开关64的切换位置(选择模式)将负荷状态为“中负荷”的情况进一步分成2类(“中负荷(P)”及“中负荷(E)”)并在各情况下使目标SOC的值不同这一点上与图7不同。此外，在根据蓄电装置11的SOC的值将负荷状态为“重负荷”的情况进一步分成2类(“重负荷(H)”及“重负荷(L)”)并在各情况下使目标SOC的值不同这一点也不同。此处，对与图7的流程图相同的处理标注相同的附图标记并省略说明，主要对与图7不同的处理(S130、S132、S134、S116、S118、S120)进行说明。
若在S110判定为合计请求动力值不足设定值P2，则负荷状态判定部40根据作业模式信号判定作业模式切换开关64是否切换成P模式(S130)。若此处确认了开关64被切换到P模式，则负荷状态判定部40判定负荷状态为“中负荷(P)”(S132)(对负荷状态所附的标注“P”表示作业模式为重视作业量的动力模式)。然后，目标SOC确定部41接收该判定的输入并将目标SOC设定为设定值S3(例如，70％)(S134)。在目标SOC被设定后，返回最初重复S100以后的处理。
另一方面，与上述相反，若在S130中确认了开关64被切换成E模式，则负荷状态判定部40判定负荷状态为“中负荷(E)”(S112)。此处对负荷状态所附的标注“E”表示作业模式处于重视效率的经济模式，虽然与图7中的S112的表示(没有标注的“中负荷”)不同，但两者是相同的，所设定的目标SOC(S2)也一样。即，在图9中不过是为了与S132的“中负荷(P)”相区分而处于便利附上了标注“E”而已。
此外，若在S110判定合计请求动力值为设定值P2以上，则负荷状态判定部40进一步判定蓄电装置11的当前的SOC的值是否比设定值S1大(S116)。即，在S116中判定蓄电装置11的残余容量是否没有变少。
若在S116中判定为蓄电装置11的SOC比设定值S1大，则负荷状态判定部40判定负荷状态为“重负荷(H)”(S118)(对负荷状态所附的标注“H”表示残余容量比设定值S1高)。然后，目标SOC确定部41接收该判定的输入并将目标SOC设定成设定值S3(S120)。目标SOC被设定后，返回最初重复S100以后的处理。
若在S116中判定蓄电装置11的SOC为设定值S1以下，则负荷状态判定部40判定负荷状态为“重负荷(L)”(H122)。此处对负荷状态所附的标注“L”表示残余容量比设定值S1低的情况，虽然与图7中的S122的表示(没有标注的“重负荷”)不同，但是两者是相同的，所设定的目标SOC(S1)也一样。由此，蓄电装置11的SOC被保持在能够防止过放电的下限值(S1)。目标SOC被设定为S1后，返回最初重复S100以后的处理。
根据如上所述构成的作业车辆，在作业模式切换开关64被切换为P模式的情况下，判断为由操作者要求某大程度的输出的盖然性高，因此，即使是中负荷也将蓄电装置11的目标SOC设定为S3(例如，蓄电装置11的使用范围的上限值)，由此在发动机1的输出具有富余时积极地进行发电，执行使蓄电装置11的充电量上升的控制。而在开关64被切换为E模式的情况下，判断为操作者希望进行几乎不消耗燃料的节能运转，因此将蓄电装置11的目标SOC保持于S2，以使得不执行积极的充电(燃料消耗)。
若这样地根据作业模式切换开关64的切换位置来设定目标SOC，则在操作者重视作业量的情况下能够尽可能地避免动力下降，而在操作者重视节能运转的情况下能够抑制燃料消耗量。即，能够实现符合操作者希望的作业车辆的运用。
再者，在本实施方式中，在负荷状态判定部40中判定为是“重负荷”且蓄电装置11的SOC比S1大时(即“重负荷(H)”)，将目标SOC设定为S3(高水平)，以使得即使只在发动机输出产生富余的短暂时间内也能够尽可能地充电。由此，由于与图7的情况相比在重负荷作业时蓄电装置11被积极地充电，所以能够尽可能地延迟蓄电装置11的电力降低，从而能够提高重负荷作业的持续性。
接下来，对在负荷状态判定部40及目标SOC确定部41中执行的又一其他目标SOC确定处理进行说明。图10是负荷状态判定部40及目标SOC确定部41中执行的其他处理的流程图。该图所示的流程图在根据充电模式切换开关65的切换位置(选择模式)而使目标SOC的值不同这一点与图7、图9不同。此处，对与图7、图9的流程图相同的处理标注相同的附图标记并省略说明，主要对与图7、图9不同的处理(S140、142、144)进行说明。另外，在图10中，S106、S116、S130以后的处理分别与图9所示的流程图重复，因此省略图示。
若在S110判定为合计请求动力值不足设定值P2，则负荷状态判定部40根据充电模式信号判定充电模式切换开关65是否被切换成充电优先模式(S140)。若此处确认了开关65被切换为充电优先模式，则负荷状态判定部40判定负荷状态为“中负荷(C)”(S142)(对负荷状态所附的标注“C”表示选择了充电优先模式)。然后，目标SOC确定部41接收该判定的输入并将目标SOC设定为设定值S3(例如，70％)(S144)。在目标SOC被设定后，返回最初重复S100以后的处理。
另一方面，与上述相反，若在S140确认了开关65被切换为通常模式，则根据来自作业模式切换开关64的信号执行S130以后的处理。
根据如上所述构成的作业车辆，由于在充电模式切换开关65被切换为充电优先模式的情况下，操作者即将要求重负荷作业，所以即使在图7的情况下被判定为中负荷，也将蓄电装置11的目标SOC设定为S3(例如，蓄电装置11的使用范围上限值)，在发动机1的输出存在富余时积极地进行发电，执行使蓄电装置11的充电量上升的控制。而在充电模式切换开关65被切换为通常模式的情况下，根据作业模式切换开关64所选择的作业模式来将蓄电装置11的目标SOC设定为S3或S2。
在这样地根据充电模式切换开关65的切换位置设定目标SOC后，在选择了充电优先模式时，与作业车辆的负荷状态无关地使对蓄电装置11的充电优先，因此能够积极地增加蓄电装置11的残余容量，从而能够确保后续预定的重作业的持续性。即，能够实现符合操作者希望的作业车辆的运用。
另外，在图10的例子，对具有作业模式切换开关64和充电模式切换开关65这双方的情况的流程进行说明，但是也能够应用于只有充电模式切换开关65的作业车辆。在该情况下，若确认了在S140中选择了通常模式，则执行图7中的S112以后的处理即可。
另外，在上述的说明中，对主要基于合计请求动力(Pf+Prun)的大小来判别负荷状态并设定目标SOC的情况进行了说明，但轮式装载机多是反复进行恒定模式的动作，而且该模式所包含的各动作中的负荷明显具有表现出各自显著不同的倾向，因此容易使动作与负荷状态相关联。即，在轮式装载机中，也可以根据动作来设定目标SOC。
例如，作为最具代表性的作业模式，有被称作V型循环掘铲作业的作业模式。该V型循环掘铲作业是相对于所有实际的轮式装载机的作业而言大约占7成以上的主动作模式。轮式装载机在此时首先相对于砂堆等掘铲对象物前进，以伸入砂堆的掘铲对象物的形式将砂砾等搬运物装入铲斗内。然后，后退并返回原来位置，一边操作转向轮，且使举升斗杆及铲斗上升一边朝向翻斗卡车等搬运车辆前进。然后，使倾倒铲斗将搬运物装入搬运车辆(放土)并再次后退，车辆返回原来位置。车辆如以上说明那样一边描画V字轨迹一边反复进行该作业。在该V型循环掘铲作业中，作为对车辆的平均负荷来看，平均负荷在发动机1的输出范围内，但是有时也需要来自蓄电装置11的动力辅助，因此相当于“中负荷”的动作。
此外，作为其他轮式装载机的动作模式，除了上述的“V型循环掘铲作业”以外，还能够举出用于从作业现场移动到其他现场的“行驶动作”、不特别实施作业而持续处于待机状态的“空闲状态”、还有针对土堆等斜面一边反复进行掘铲、放土一边爬坡的“堆放动作“等几个模式。
说明上述所列举的各动作与车辆的负荷状态的关系。例如用于移动的行驶动作和空闲动作由于对发动机输出而言负荷的大小比较小，所以可以被分类为“轻负荷”的动作。此外，V型循环掘铲作业如前所述被分类为“中负荷”的动作。再者，堆放动作由于需要一边掘铲斜面一边爬坡，所以平均负荷超出发动机的输出，持续需要蓄电装置11的动力辅助，因此可以被分类为“重负荷”的动作。
因此，根据操作者对操作杆56、油门踏板及制动踏板等的操作(操作量)来判别作业车辆的动作，由此来对负荷状态进行分类，并根据该分类来控制目标SOC，这样能够取得与上述所说明的实施方式同样的效果。
另外，作为本发明的对象的混合动力系统不限于图1的串联型混合动力系统，也能够应用于行驶部并联型等的多样的系统构成。
此外，本发明并不限于上述的实施方式，未脱离其要旨的范围内的各种变形例也被包含其中。例如，本发明不限于包括在上述实施方式中说明过的所有构成，删除了该构成的一部分的实施方式也被包含在内。此外，还可以将某实施方式的构成的一部分追加到其他实施方式的构成中或是置换成其他实施方式的构成。
此外，上述各控制装置20、21、22、23、24、25的各构成及该各构成的功能及执行处理等的一部分或是全部可以通过硬件(例如通过集成电路来设计执行各功能的逻辑等)来实现。此外，上述控制装置的构成也可以是通过运算处理装置(例如CPU)读取、执行而实现该控制装置的构成的各功能的程序(软件)。该程序的信息能够存储于例如半导体存储器(闪存、SSD等)、磁存储装置(硬盘驱动器等)及记录介质(磁盘、光盘等)等。
此外，在上述对各实施方式的说明中，示出了对于该实施方式的说明而言必要的控制线和信息线，但是未必示出了与产品有关的所有控制线和信息线。理解为在实际中几乎所有的构成相互连接为好。
附图标记说明
1…发动机，2…液力变矩器，3…变速器(T/M)，4…液压泵，6…电动机发电机(M/G)，7…逆变器，8…传动轴，9…行驶用电动机，10…逆变器，11…蓄电装置，12…DC-DC变换器，20…混合动力控制装置，21…发动机控制装置，22…变换器控制装置，23…液压控制装置，24…逆变器控制装置，25…蓄电控制装置，30…系统控制部，31…动力分配部，32…发动机控制部，33…M/G控制部，34…液压控制部，35…行驶控制部，40…负荷状态判定部，41…目标SOC确定部，50…作业装置，60…行驶体，61…车轮，200…控制装置，Pf…液压请求动力值，Prun…行驶请求动力值，Pe…发动机输出上限值，Pc…蓄电装置输出上限值。

Claims (4)

1.一种作业车辆，包括：
由发动机驱动的电动发电机；
被所述电动发电机及所述发动机的至少一方驱动的液压泵；
由来自所述液压泵的压力油驱动的作业装置；
用于驱动车轮的行驶用电动机；
与所述电动发电机及所述行驶用电动机连接，并根据目标SOC而被充电的蓄电装置；和
根据所述液压泵及所述行驶用电动机的合计请求动力，使所述蓄电装置的目标SOC变化的控制装置，
所述作业车辆的特征在于，
所述车辆的负荷状态被分类为重负荷、中负荷及轻负荷这三种，所述重负荷是持续需要所述蓄电装置的输出的辅助的状态，所述中负荷的一部分需要所述蓄电装置的输出的辅助的状态，所述轻负荷是作用了仅利用所述发动机的输出就能应对的负荷的状态，
所述控制装置根据所述合计请求动力的大小将所述车辆的负荷状态判定为所述重负荷、所述中负荷及所述轻负荷这三种，
所述控制装置在所述判定结果为所述重负荷的情况下且所述蓄电装置的SOC比该蓄电装置的使用范围的下限值大时，将所述蓄电装置的目标SOC设定为所述判定结果为所述中负荷时所设定的值以上。
2.根据权利要求1所述的作业车辆，其特征在于，
还具有用于将所述液压泵及所述行驶用电动机的合计输出的限制值切换为第一值或是比该第一值高的第二值的第一切换装置，
所述控制装置在所述判定结果为所述中负荷且通过所述第一切换装置将所述限制值切换为所述第一值的情况下，
将所述蓄电装置的目标SOC设定得比所述判定结果是所述轻负荷时、以及所述判定结果是所述重负荷且蓄电装置的SOC比该蓄电装置的使用范围的下限值大时低，
或者，将该时刻的所述蓄电装置的SOC设定为所述蓄电装置的目标SOC。
3.根据权利要求1所述的作业车辆，其特征在于，
还具有用于在所述判定结果为所述中负荷时在使所述蓄电装置的充电优先的第一位置和不使充电优先的第二位置之间切换的第二切换装置，
所述控制装置在所述判定结果为所述中负荷的情况下，
当所述第二切换装置被切换为第一位置时，将所述蓄电池的目标SOC设定为所述第二切换装置被切换到所述第二位置时所设定的值以上。
4.根据权利要求1所述的作业车辆，其特征在于，
还具有用于将所述液压泵及所述行驶用电动机的合计输出的限制值切换为第一值或是比该第一值高的第二值的第一切换装置，
所述控制装置在所述判定结果为所述中负荷且通过所述第一切换装置将所述限制值切换为所述第二值的情况下，
将所述蓄电池的目标SOC设定得比所述限制值被切换为所述第一值时高。
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