作業車両の電動式走行駆動装置
【課題】作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力の変化に対し、ブレーキペダルによる制動の操作性を安定させることができる作業車両の電動式走行駆動装置の提供。
【解決手段】ペダルの踏込み量Ｒの全範囲を、踏込み量０側の初期範囲ｒｓと、最大値Ｒｍａｘ側の終期範囲ｒｅと、これら初期範囲ｒｓと終期範囲ｒｅの間の中間範囲ｒｍとに区分し、初期範囲ｒｓ内、終期範囲ｒｅ内、中間範囲ｒｍ内のそれぞれの踏込み量Ｒに対応する制動トルク目標値として第１目標値、第２目標値、第３目標値のそれぞれを演算し、第３目標値の踏込み量Ｒに対するゲインは第１，第２目標値のどちらの踏込み量Ｒに対するゲインよりも小さくなるよう設定されており、第３目標値、初期範囲ｒｓの上限値Ｒｖ１、終期範囲ｒｅの下限値Ｒｖ２を外力が大きいほど大きく調整することで、目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性をＳ１からＳ３までの間で調整する。
【解決手段】ペダルの踏込み量Ｒの全範囲を、踏込み量０側の初期範囲ｒｓと、最大値Ｒｍａｘ側の終期範囲ｒｅと、これら初期範囲ｒｓと終期範囲ｒｅの間の中間範囲ｒｍとに区分し、初期範囲ｒｓ内、終期範囲ｒｅ内、中間範囲ｒｍ内のそれぞれの踏込み量Ｒに対応する制動トルク目標値として第１目標値、第２目標値、第３目標値のそれぞれを演算し、第３目標値の踏込み量Ｒに対するゲインは第１，第２目標値のどちらの踏込み量Ｒに対するゲインよりも小さくなるよう設定されており、第３目標値、初期範囲ｒｓの上限値Ｒｖ１、終期範囲ｒｅの下限値Ｒｖ２を外力が大きいほど大きく調整することで、目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性をＳ１からＳ３までの間で調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪を駆動する電動モータを制御して作業車両の走行と制動の両方を行う作業車両の電動式走行駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダンプトラック、ホイールローダなどの作業車両の運転では、走行速度が速すぎる場合に、ブレーキペダルを踏み込んで減速させることが行われる。この際、ブレーキペダルの踏込み量に対応する制動力が大きすぎると、すなわち、ブレーキペダルの踏込み量に対する制動力のゲインが高すぎると、オペレータにとって制動力の微調整がしにくく、オペレータには細心の注意を要するブレーキペダルの操作が要求されることになり、オペレータの精神的な疲労を招きやすくなる。逆に、ブレーキペダルの踏込み量に対するゲインが低くすぎると、制動力の細かな調整は行いやすくはなるが、制動力を得るために必要な踏込み量が大きくなり、オペレータの肉体的な疲労を招きやすくなる。つまり、ブレーキペダルの踏込み量に対する制動力のゲインは高すぎても低すぎてもオペレータを疲労させてしまうことになる。
【０００３】
また、同じ制動力で作業車両を減速させた場合であっても、減速度は作業車両が走行する走行面の傾斜角度、積載重量に影響されて、すなわち作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に影響されて、異なるものとなる。このため、オペレータにはブレーキペダルによる作業車両の制動の操作性が安定しないものに感じられる。例えば、平地で積載重量０の状態では操作性が良好に感じられても、荷を積載して傾斜面を下る場合には作業車両は減速しにくくなるために操作性が悪いと感じられることになる。
【０００４】
作業車両で傾斜面を下る際のオペレータの疲労を軽減することができる技術の１つに、特許文献１で開示された降坂時車速自動制御装置がある。この降坂時車速自動制御装置は、ダンプカー等の作業車両で傾斜面を下る際、オペレータにより設定された車速で作業車両を走行させるために、傾斜面の傾斜角度と積載重量とに基づき、すなわち制動方向と反対方向に作用する外力を考慮して、制動力を自動的に調整するようになっている。これによって、オペレータがブレーキペダルを踏み込む必要がなくなり、したがってオペレータの疲労を軽減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１３６２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した特許文献１に開示の降坂時車速自動制御装置は、複数台の作業車両が連なって傾斜面を下る場合には有効なものとは言えない。その理由は、傾斜面で先行車がある場合、その先行車と間には車間距離を保つ必要があり、先行車が何らかの理由で減速して車間距離が短くなりすぎたときには、オペレータ自身がブレーキペダルを踏み込んで減速させなければならないからである。
【０００７】
なお、特許文献１に開示の降坂時車速自動制御装置は、作業車両の制動にエアマスタまたはハイドロマスタを有する制動倍力装置が用いているものであって、本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置のように車輪を駆動する電動モータの制御によって制動を行うものではない。
【０００８】
従来、電動式走行駆動装置は、踏込み量を電気信号に変換し出力するブレーキペダル、すなわちブレーキペダルと、車輪の回転を減速させる制動トルクを、ブレーキペダルからの電気信号に基づき電動モータに出力させるようになっており、ブレーキペダルの踏込み量に対応する制動トルクの特性は、例えば１次関数に設定されている（図８参照）。
【０００９】
この図８の電動式走行駆動装置の場合にも、前述の特許文献１に開示された降坂時車速自動制御装置と同様で、同じ制動力で作業車両を減速させた場合であっても、減速度は作業車両が走行する走行面の傾斜角度、積載重量に影響されて、すなわち作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に影響されて、異なるものとなる。このため、オペレータにはブレーキペダルによる作業車両の制動の操作性が安定しないものに感じられる。
【００１０】
本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力の変化に対し、ブレーキペダルによる制動の操作性を安定させることができる作業車両の電動式走行駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するために本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は次のように構成されている。
【００１２】
〔１〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、車輪を駆動する電動モータと、踏込み量を電気信号に変換し出力するブレーキペダルと、前記車輪の回転を減速させる制動トルクを、前記ブレーキペダルからの電気信号に基づき前記電動モータに出力させる制御手段とを備えた作業車両の電動式走行駆動装置において、前記作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力発生の原因となる状態量を検出する検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記検出手段により検出された状態量に基づき、前記外力が大きいほど制動トルクの目標値を増大させる補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この「〔１〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、制御手段の補正手段は、制動方向と反対方向の外力が大きいほど、制動トルクの目標値を増大させる。これにより、制動方向と反対方向の外力が変化しても、踏込み量に対する減速度を一定させることができる。したがって、作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力の変化に対し、ブレーキペダルによる制動の操作性を安定させることができる。
【００１４】
〔２〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、「〔１〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、前記制御手段は、前記踏込み量の全範囲を、前記踏込み量０側に予め設定され踏込み量０からの範囲である初期範囲と、最大値側に予め設定され踏込み量の最大値までの範囲である終期範囲と、これら初期範囲と終期範囲の間の範囲である中間範囲とに区分するとともに、前記初期範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第１目標値を演算する第１演算手段と、前記終期範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第２目標値を演算する第２演算手段と、前記中間範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第３目標値を演算する第３演算手段とをさらに備え、前記第３目標値の前記踏込み量に対するゲインは、前記第１目標値および前記第２目標値のどちらの前記踏込み量に対するゲインよりも小さくなるよう設定されており、前記補正手段は、前記外力が大きいほど前記第３目標値を増大させる目標値補正手段と、前記外力が大きいほど前記初期範囲の上限値と前記終期範囲の下限値とを大きく調整する範囲補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この「〔２〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、第３目標値の踏込み量に対するゲインは、第１目標値および第２目標値のどちらの踏込み量に対するゲインよりも小さくなるよう設定されている。これにより、ブレーキペダルの踏込み操作を中間範囲内で行うときにの制動トルクの微調整を、ブレーキペダルの踏込み操作を初期範囲内および終期範囲内で行う場合よりも行いやすくすることができる。
【００１６】
また、補正手段において、目標値補正手段は、作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力が大きいほど第３目標値を増大させ、範囲補正手段は、その外力が大きいほど初期範囲の上限値と終期範囲の下限値とを大きく調整する。これにより、初期範囲の上限値に対応する第１目標値と、終期範囲の下限値に対応する第２目標値を、第３目標値を増大させる補正に連動させて調整することができる。
【００１７】
〔３〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、「〔２〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、前記第１演算手段は、予め設定された１次関数からなる第１関数を用いて前記第１目標値を算出するものであり、前記第２演算手段は、予め設定された１次関数からなる第２関数を用いて前記第２目標値を算出するものであり、前記第３演算手段は、予め設定された１次関数からなる第３関数を用いて前記第３目標値を算出するものであり、前記目標値補正手段は、前記外力が大きいほど大きな補正値を前記第３目標値に加算するものであり、前記範囲補正手段は、前記第１目標値、前記第２目標値、補正後の前記第３目標値のうち、２番目に大きな目標値を、前記電動モータの制御に用いる目標値に決定するものであることを特徴とする。
【００１８】
この「〔３〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、範囲補正手段は、第１目標値、第２目標値、補正後の第３目標値のうち、２番目に大きな目標値を、電動モータの制御に用いる目標値に決定する。これにより、初期範囲の上限値と終期範囲の下限値とを大きくする調整を、第３目標値を増大させる補正に確実に連動させることができる。
【００１９】
〔４〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、「〔１〕」〜「〔３〕」のいずれか１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、前記検出手段として、前記作業車両が走行する走行面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この「〔４〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、電動モータが出力する制動トルクは、作業車両が下る傾斜面の傾斜角度が大きいほど大きく制御されることになる。したがって、作業車両が傾斜面を下ることに起因して作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に対し、ブレーキペダルによる制動時の操作性を安定させることができる。
【００２１】
〔５〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、「〔１〕」〜「〔４〕」のいずれか１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、前記検出手段として、前記作業車両に積載された積載重量を検出する積載重量検出手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
この「〔５〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、電動モータが出力する制動トルクは、作業車両に積載された荷の積載重量が大きいほど大きく制御されることになる。したがって、積載重量に起因して作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に対し、ブレーキペダルによる制動時の操作性を安定させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置によれば、前述のように、作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に対し、ブレーキペダルによる制動の操作性を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る作業車両であるダンプトラックの側面図である。
【図２】図１に示したダンプトラックの背面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動式走行駆動装置の構成を示すブロック線図である。
【図４】図３に示したメインコントローラのブロック線図である。
【図５】図４に示したメインコントローラのオフセット値演算手段により算出されるオフセット値の特性を示す図である。
【図６】図３に示したモータコントローラの目標制動トルク演算手段のブロック線図である。
【図７】図５に示した目標制動トルク演算手段により算出される目標制動トルクの特性を示す図である。
【図８】従来の目標制動トルクの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の一実施形態について図１〜図８を用いて説明する。
【００２６】
図１に示すダンプトラック１は、鉱山で採掘された砕石等を運搬するものである。このダンプトラック１は、その本体である車体２と、この車体２上に起伏可能に設けられたベッセル３と、車体２を走行可能に支持する前輪４および後輪５を２つずつとを備えている。前輪４および後輪５はダブルタイヤである。以下では右側の後輪を「５Ｒ」とし、左側の後輪を「５Ｌ」として両者を区別してあり、これらに関連する各部も同様に区別してある。図２に示すように、右側の後輪５Ｒの内側には電動モータ６Ｒが挿入されており、この電動モータ６Ｒの出力軸６Ｒａには減速機７Ｒが伝動可能に結合している。左側の後輪５Ｌの内側には電動モータ６Ｌが挿入されており、この電動モータ６Ｌの出力軸６Ｌａには減速機７Ｌが伝動可能に結合している。
【００２７】
図３に示すように、本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０は、前出の２つの電動モータ６Ｒ，６Ｌおよび２つの減速機７Ｒ，７Ｌと、２つの電動モータ６Ｒ，６Ｌを制御するモータコントローラ３０と、このモータコントローラ３０に対し指令を与えるメインコントローラ１００とを備えている。メインコントローラ１００もモータコントローラ３０も、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として利用されるＲＡＭ（Random Access Memory）、補助記憶装置等を備え、ＲＯＭまたは補助記憶装置に予め記憶された制御プログラムに基づき情報処理を実行する装置である。
【００２８】
電動式走行駆動装置１０はさらに、ディーゼルエンジン２１と、このディーゼルエンジン２１により駆動される交流発電機２２と、この交流発電機２２により発電された交流電力を直流電力に変換する整流回路２３（ＡＣ−ＤＣコンバータ）と、この整流回路２３により整流された電力を蓄電するコンデンサ２５と、整流回路２３により整流された電力の電圧を分圧する分圧用抵抗器２４と、コンデンサ２５と並列に接続されたチョッパ回路２６およびグリッド抵抗器２７とを備えている。
【００２９】
電動モータ６Ｒ，６Ｌは誘導モータであり、交流電力を供給されて駆動されるものである。モータコントローラ３０は、整流回路２３からの直流電力を交流電力に変換して電動モータ６Ｒ，６Ｌに供給するインバータ３３Ｒ，３３Ｌを備えている。メインコントローラ１００は分圧用抵抗器２４により分圧された電圧を検出し、その電圧がＶｏに維持されるよう交流発電機２２の制御を行うようになっている。この制御によって、電動モータ６Ｒ，６Ｌに必要な交流電力が供給されるようになっている。
【００３０】
電動式走行駆動装置１０はさらに、アクセルペダル１１を備えている。このアクセルペダル１１は、ペダルの踏込み量Ａを電気信号からなるアクセル信号に変換し出力する操作装置である。アクセル信号はメインコントローラ１００に入力されるようになっている。前出のディーゼルエンジン２１は電子ガバナ２１ａを備えたものである。その電子ガバナ２１ａの燃料噴射量を、メインコントローラ１００はアクセルペダル１１からのアクセル信号に基づき制御するようになっている。メインコントローラ１００は、ディーゼルエンジン２１の回転速度がアクセルペダル１１の踏込み量が大きいほど上昇するよう制御されるよう設定されている。
【００３１】
電動式走行駆動装置１０はさらに、回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌを備えている。回転速度検出手段１６Ｒは、右側の後輪５Ｒの回転速度ωＲを検出し、その回転速度ωＲに相応する回転速度信号を出力するものである。回転速度検出手段１６Ｌは、左側の後輪５Ｌの回転速度ωＬを検出し、その回転速度ωＬに相応する回転速度信号を出力するものである。これら回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌは電磁ピックアップセンサを用いたものである。回転速度検出手段１６Ｒは、電磁ピックアップにより減速機７Ｒを構成する１つのギアの１つの歯が定位置を通過するのを検出し、その歯の通過が検出される周期に基づいて右側の後輪５Ｒの回転速度を算出するようになっている。これと同様に、回転速度検出手段１６Ｌは、電磁ピックアップにより減速機７Ｌを構成する１つのギアの１つの歯が定位置を通過するのを検出し、その歯の通過が検出される周期に基づいて左側の後輪５Ｌの回転速度を算出するようになっている。回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌはメインコントローラ１００に接続されており、回転速度ωＲを示す回転速度信号、回転速度ωＲを示す回転速度信号は、メインコントローラ１００に入力されるようになっている。
【００３２】
メインコントローラ１００はアクセルペダル１１からのアクセル信号に基づき、モータコントローラ３０に対して加速度に相応する指令値の加速指令信号を出力するになっている。モータコントローラ３０は、加速指令信号を入力したときに、回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌのそれぞれによって検出された回転速度ωＲ，ωＬと、加速指令信号の指令値ＨＲ，ＨＬとに基づき、電動モータ６Ｒ，６Ｌのそれぞれの出力トルクの目標値（目標加速トルク）、すなわち０以上のすべり率の目標値を算出し、そのすべり率の目標値に基づいてインバータ３３Ｒ，３３Ｌのそれぞれから電動モータ６Ｒ，６Ｌのそれぞれに供給する交流電力を制御するようになっている。
【００３３】
電動式走行駆動装置１０はさらに、ブレーキペダル１２を備えている。このブレーキペダル１２は、アクセルペダル１１とは別のペダルの踏込み量Ｒを電気信号からなるブレーキ信号に変換し出力する操作装置である。ブレーキ信号はメインコントローラ１００に入力されるようになっている。
【００３４】
電動式走行駆動装置１０はさらに、傾斜角度検出手段１３と積載重量検出手段１４を備えている。傾斜角度検出手段１３は、車体２に設けられたクリノメータ（図示省略）を用いて、ダンプトラック１の傾斜角度、すなわちダンプトラック１が走行する走行面の傾斜角度を検出して、その傾斜角度θに相応する傾斜角度信号を出力するものである。積載重量検出手段１４は、車体２の所定個所に設けられたひずみゲージ（図示省略）により検出されたひずみに基づき積載重量Ｗを算出し、その積載重量Ｗに相応する積載重量信号を出力するものである。傾斜角度信号および積載重量信号はメインコントローラ１００に入力されるようになっている。傾斜角度検出手段１３と積載重量検出手段１４は、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力発生の原因となる状態量を検出する検出手段である。
【００３５】
電動式走行駆動装置１０はさらに、積載完了ボタン１５を備えている。この積載完了ボタン１５は、押圧操作されたときに電気信号を出力するものであり、ベッセル３への荷の積載が完了したときにオペレータにより操作されるものである。その電気信号はメインコントローラ１００に入力されるようになっている。つまり、積載完了ボタン１５は、ベッセル３への荷の積込みが完了した旨の信号をメインコントローラ１００に入力する手段である。
【００３６】
メインコントローラ１００は、制御プログラムにより設定された手段である第１指令値演算手段１０１、第２指令値演算手段１０２、第３指令値演算手段１０３を備えている。第１指令値演算手段１０１は、ブレーキ信号に示されたブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに基づき、予め設定された第１関数ｆ１（Ｒ）を用いて制動トルクの第１目標値に係る第１指令値Ｈ１を算出するものである。第２指令値演算手段１０２は、ブレーキ信号に示されたブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに基づき、予め設定された第２関数ｆ２（Ｒ）を用いて制動トルクの第２目標値に係る指令値Ｈ２を算出するものである。第３指令値演算手段１０３は、ブレーキ信号に示されたブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに基づき、予め設定された第３関数ｆ３（Ｒ）を用いて制動トルクの第３目標値に係る第３指令値Ｈ３を算出するものである。
【００３７】
第１関数ｆ１（Ｒ）は、踏込み量Ｒが０であるときに第１指令値を０とし、踏込み量Ｒが０よりも大きい値であるときに踏込み量Ｒの増減に第１指令値Ｈ１の増減を連動させるよう設定された１次関数であり、次の式で表される。
ｆ１（Ｒ）＝ａＲ、ａ：比例係数
第２関数ｆ２（Ｒ）は、踏込み量Ｒの全範囲のうち中央よりも最大踏込み量Ｒｍａｘ側の所定の第１固定踏込み量Ｒｖ１以上の値であるときに踏込み量Ｒの増減に第２指令値Ｈ２の増減を連動させ、第１固定踏込み量Ｒｖ１よりも大きな所定の第２固定踏込み量Ｒｖ２のときに第２指令値Ｈ２を最大値とするよう設定された１次関数であり、次の式で表される。
ｆ２（Ｒ）＝ａＲ−ｃ、ａ：比例係数、ｃ：定数
第３関数ｆ３（Ｒ）は、踏込み量Ｒが０であるときに第３指令値Ｈ３を０とし、踏込み量Ｒが０よりも大きい値であるときに踏込み量Ｒの増減に第３指令値Ｈ３の増減を連動させるよう設定されたものであるとともに、第１関数ｆ１（Ｒ）、第２関数ｆ３（Ｒ）よりも踏込み量Ｒに対する目標値のゲインが小さく、すなわち、第３関数ｆ３（Ｒ）の比例係数が第１関数ｆ１（Ｒ）および第２関数ｆ２（Ｒ）のどちらの比例係数よりも小さく設定された１次関数であり、次の式で表される。
【００３８】
ｆ３（Ｒ）＝ｂＲ、ｂ：比例係数、ｂ＜ａ
【００３９】
メインコントローラ１００はさらに、前出の積込完了ボタン１５からの信号が入力されたときに、このときの積載重量Ｗを保持する積載重量記憶手段１２２を備えている。
【００４０】
メインコントローラ１００はさらに、制御プログラムにより設定された手段であるオフセット値演算手段１２０と、加算手段１２１とを備えている。このオフセット値演算手段１２０は、傾斜角度検出手段１３からの傾斜角度信号に示された傾斜角度θと、積載重量記憶手段１２２に記憶された積載重量Ｗとの少なくとも一方に基づき、オフセット値ＯＳを算出するものである。具体的には、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆを傾斜角度θと積載重量Ｗに基づいて算出し、その外力Ｆが所定の範囲（Ｆ１≦Ｆ≦Ｆ２）内の値であるときに、外力Ｆが大きいほど大きなオフセット値ＯＳを算出するものである。外力Ｆには空荷時の作業車両重量Ｗ０に起因してダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力も含まれており、次の式を用いて算出される。
Ｆ＝（Ｗ０＋Ｗ）×ｓｉｎθ
Ｗ０：空荷時の作業車両の重量、Ｗ：積載重量、θ：ダンプトラック１の傾斜角度
【００４１】
加算手段１２１は、オフセット値演算手段１２０により算出されたオフセット値ＯＳを、第３指令値Ｈ３に加算するものである。これによって第３指令値Ｈ３は「Ｈ３’」に補正されることになる。
【００４２】
メインコントローラ１００はさらに、制御プログラムにより設定された手段である指令値選択手段１３０を備えている。この指令値選択手段１３０は、第１指令値Ｈ１と、第２指令値Ｈ２と、補正後の第３指令Ｈ３’とのうち、２番目に大きものを、電動モータ６Ｒ，６Ｌの制御に用いる指令値ＨＲ，ＨＬとして決定するものである。なお、指令値ＨＲ，ＨＬの範囲はそれぞれ「０≦ＨＲ≦１」、「０≦ＨＬ≦１」である。メインコントローラ１００はそれらの指令値ＨＲ，ＨＬのそれぞれに相応する制動指令信号をモータコントローラ３０に対して出力するようになっている。
【００４３】
メインコントローラ１００はさらに、制御プログラムにより設定された手段である１次遅れフィルタ１２３を備えている。この１次遅れフィルタ１２３の時定数は、秒単位の時間に設定されている。
【００４４】
モータコントローラ３０は、制御プログラムにより設定された手段である目標制動トルク演算手段３１Ｒ，３１Ｌを備えている。目標制動トルク演算手段３１Ｒは、絶対値変換手段３１ａ、上限トルク演算手段３１ｂ、乗算手段３１ｃを備え、これらにより、メインコントローラ１００からの指令値ＨＲに基づいて目標制動トルクＴＲを算出するものである。絶対値変換手段３１ａは、回転速度検出手段１６Ｒからの回転角度信号に示される回転速度ωＲを絶対値に変換するものである。上限トルク演算手段３１ｂは、絶対値変換手段３１ａにより算出された回転速度ωＲの絶対値に基づき、電動モータ６Ｒの仕様上の最大出力馬力を超えない範囲で、回転速度ωＲに対応する電動モータ６Ｒの上限トルクＴＲｌを算出するものである。乗算手段３１ｃは、メインコントローラ１００からの制動指令信号に示される指令値ＨＲと、上限トルク演算手段３１ｂにより算出された上限トルクＴＲｌとの乗算を行うものである。指令値ＨＲは「０≦ＨＲ≦１」の範囲で算出される値であり、乗算手段３１ｃが指令値ＨＲと上限トルクＴＲｌとの乗算を行うことで、上限トルクＴＲｌの何％を目標制動トルクＴＲとしてするかが算出されることになる。
【００４５】
図６に「（）」書きで示すように、目標制動トルク演算手段３１Ｌも、目標制動トルク演算手段３１Ｒと同様に絶対値変換手段３１ａ、上限トルク演算手段３１ｂ、乗算手段３１ｃを備えたものである。この目標制動トルク演算手段３１Ｌにおいては、絶対値変換手段３１ａは、回転速度検出手段１６Ｌからの回転角度信号に示される回転速度ωＬを絶対値に変換するものであり、上限トルク演算手段３１ｂは、絶対値変換手段３１ａにより算出された回転速度ωＬの絶対値に基づき、電動モータ６Ｌの仕様上の最大出力馬力を超えない範囲で、回転速度ωＬに対応する電動モータ６Ｌの上限トルクＴＬｌを算出するものであり、乗算手段３１ｃは、メインコントローラ１００からの制動指令信号に示される指令値ＨＬと、上限トルク演算手段３１ｂにより算出された上限トルクＴＬｌとの乗算を行うものである。指令値ＨＬも指令値ＨＲと同じく「０≦ＨＬ≦１」の範囲で算出される値であり、乗算手段３１ｃが指令値ＨＬと上限トルクＴＬｌとの乗算を行うことで、上限トルクＴＬｌの何％を目標制動トルクＴＬとするかが算出されることになる。
【００４６】
目標制動トルクＴＲ，ＴＬのブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに対する特性は、図７に示す特性Ｓ１（太い実線）、特性Ｓ２（太い破線）、特性Ｓ３（太い２点鎖線）などに設定される。特性Ｓ１は外力Ｆが範囲「Ｆ＜Ｆ１」のときのものであり、特性Ｓ２は外力Ｆの範囲「Ｆ１≦Ｆ≦Ｆ２」の場合の一例であり、特性Ｓ３は外力Ｆが範囲「Ｆ２＜Ｆ」のときのものである。これらの特性Ｓ１〜Ｓ３において、傾きの緩やかな部分が補正後の第３指令値Ｈ３’に基づき算出された目標制動トルク（以下「第３目標値」と呼称する）の特性であり、この第３目標値よりも０側の傾斜の傾きの急な部分は、第１指令値Ｈ１に基づき算出された目標制動トルク（以下「第１目標値」と呼称する）の特性であり、第３目標値よりも最大値側の傾きの急な部分は、第２指令値Ｈ２に基づき算出された目標制動トルク（以下「第２目標値」と呼称する）の特性である。
【００４７】
モータコントローラ３０はさらに、インバータ３３Ｒ，３３Ｌと、これらのインバータ３３Ｒ，３３Ｌを制御するインバータ制御手段３２Ｒ，３２Ｌとを備えている。インバータ制御手段３２Ｒは、目標制動トルク演算手段３１Ｒにより算出された目標制動トルクＴＲ、すなわち０より小さいすべり率の目標値に基づいて、インバータ３３Ｒから電動モータ６Ｒに供給する交流電力を制御するものである。これと同様、インバータ制御手段３２Ｌは、目標制動トルク演算手段３１Ｌにより算出された目標制動トルクＴＬ、すなわち０より小さいすべり率の目標値に基づいて、インバータ３３Ｌから電動モータ６Ｌに供給する交流電力を制御するものである。
【００４８】
ここまでの説明から分かるようにメインコントローラ１００とモータコントローラ３０は、ブレーキペダル１２からのブレーキ信号に基づいて車輪５Ｒ，５Ｌの回転を減速させる制動トルクを電動モータ６Ｒ，６Ｌに出力させる制御手段を構成している。この制御手段においては、第１関数ｆ１（Ｒ）を用いて算出される第１指令値Ｈ１と上限トルクＴＲｌ，ＴＬｌとの乗算が行われた場合に第１目標値が得られる。また、第２関数ｆ２（Ｒ）を用いて算出される第２指令値Ｈ２と上限トルクＴＲｌ，ＴＬｌとの乗算が行われた場合に第２目標値が得られる。さらに、第３関数ｆ３（Ｒ）を用いて算出される第３指令値Ｈ３は、オフセット値ＯＳの加算により補正されて第３指令値Ｈ３’となり、この補正後の第３指令値Ｈ３’と上限トルクＴＲｌ，ＴＬｌとの乗算が行われた場合に第３目標値が得られる。つまり、制御手段は、予め設定された１次関数からなる第１関数ｆ１（Ｒ）を用いて第１目標値を算出する第１演算手段と、予め設定された１次関数からなる第２関数ｆ２（Ｒ）を用いて前記第２目標値を算出する第２演算手段と、予め設定された１次関数からなる第３関数ｆ３（Ｒ）を用いて前記第３目標値を算出する第３演算手段とを備えたものである。
【００４９】
制御手段はさらに、オフセット値演算手段１２０と加算手段１２１とによって、第３指令値Ｈ３にオフセット値ＯＳを加算し第３指令値Ｈ３’を得て、この第３指令値Ｈ３’を用いて第３目標値を算出する。つまり、制御手段は、外力Ｆが所定の範囲（Ｆ１≦Ｆ≦Ｆ２）内の値である場合に外力Ｆが大きいほど大きな補正値を第３目標値に加算する目標値補正手段を備えたものである。
【００５０】
制御手段はさらに、指令値選択手段１３０によって、第１指令値Ｈ１、第２指令値Ｈ２、補正後の第３指令値Ｈ３’のうち２番目に大きな指令値を、電動モータ６Ｒ，６Ｌの目標制動トルクＴＲ，ＴＬを算出するための指令値に決定する。つまり、制御手段は、第１目標値、第２目標値、補正後の第３目標値のうち、２番目に大きな目標値を、電動モータ６Ｒ，６Ｌの制御に用いる目標値に決定する範囲補正手段を備えたものである。
【００５１】
前述したように、ブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに対する目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性は、図７に示す特性Ｓ１（太い実線）、特性Ｓ２（太い破線）、特性Ｓ３（太い２点鎖線）などに設定される。これらの特性Ｓ１〜Ｓ３を比較して分かるように、制御手段は、踏込み量Ｒの全範囲（０≦Ｒ≦Ｒｍａｘ）を、中央よりも踏込み量０側に予め設定され踏込み量０からの範囲である初期範囲ｒｓ（０≦Ｒ≦Ｒｖ１）と、中央よりも最大値Ｒｍａｘ側に予め設定され踏込み量Ｒの最大値Ｒｍａｘまでの範囲である終期範囲ｒｅ（Ｒｖ２≦Ｒ≦Ｒｍａｘ）と、これら初期範囲ｒｓと終期範囲ｒｅの間の範囲である中間範囲ｒｍ（Ｒｖ１＜Ｒ＜Ｒｖ２）とに区分して、これら初期範囲ｒｓ、終期範囲ｒｅおよび中間範囲ｒｍのそれぞれについて、前出の第１〜第３演算手段のそれぞれにより個別に、目標制動トルクを算出するようになっている。
【００５２】
そして、前出の範囲補正手段により第１〜第３目標値のうち２番目に大きな目標値が選択されるようになっていることで、矢印ｍ１に示すように目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性は特性Ｓ１から特性Ｓ３までの間で可変になっており、特性の変動に対し初期範囲ｒｓの上限値Ｒｖ１が矢印ｍ２で示すように追従し、かつ、終期範囲ｒｅの下限値Ｒｖ２が矢印ｍ３で示すように追従するようになっている。つまり、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆが大きいほど、初期範囲ｒｅの上限値Ｒｖ１と終期範囲ｒｓの下限値Ｒｖ２が大きく調整されるようになっている。なお、目標制動トルクＴＲ，ＴＬが特性Ｓ１を成した状態では、初期範囲ｒｅの上限値Ｒｖ１は０であり、終期範囲ｒｓの下限値Ｒｖ２は最小値である。目標制動トルクＴＲ，ＴＬが特性Ｓ３を成した状態では、初期範囲ｒｅの上限値Ｒｖ１は最大値であり、終期範囲ｒｓの下限値Ｒｖ２も最大値（Ｒｆ２）である。
【００５３】
また、第３指令値Ｈ３の算出、すなわち第３目標値の算出に用いられる第３関数ｆ３（Ｒ）の比例係数ｂは、第１目標値の算出に用いられる第１関数ｆ１（Ｒ）、および、第２目標値の算出に用いられる第２関数ｆ２（Ｒ）のどちらの比例係数よりも小さく設定されている。このことから、第３目標値の踏込み量Ｒに対するゲインは、第１目標値および第２目標値のどちらの踏込み量に対するゲインよりも小さくなるよう設定されたものである。
【００５４】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０のブレーキペダル１２の操作時の動作の流れについて次に説明する。
【００５５】
オペレータがキースイッチ（図示省略）をオンすると、バッテリ（図示省略）からメインコントローラ１００およびモータコントローラ３０に電力が供給されてこれらが起動するとともに、ディーゼルエンジン２１が始動する。
【００５６】
オペレータは、空荷の状態で、または、ダンプトラック１のベッセル３への荷の積込みが完了した状態で、ダンプトラック１を走り出させる前に積込完了ボタン１５を押圧操作する。これにより、積込完了ボタン１５からメインコントローラ１００に積込が完了した旨の信号が入力される。このとき、メインコントローラ１００は、積載重量検出手段１４からの積載重量信号に示された積載重量Ｗを積載重量記憶手段１２２に記憶し保持するとともに、指令値ＨＲ，ＨＬを算出する状態となる。
【００５７】
この状態のメインコントローラ１００に、ブレーキペダル１２からのブレーキ信号が入力されると、メインコントローラ１００の第１指令値演算手段１０１、第２指令値演算手段１０２、第３指令値演算手段１０３はそれぞれ、ブレーキ信号に示された踏込み量Ｒに基づいて第１指令値Ｈ１、第２指令値Ｈ２、第３指令値Ｈ３のそれぞれを算出する。これと並行して、メインコントローラ１００のオフセット値演算手段１２０は、傾斜角度検出手段１３からの傾斜角度信号に示された傾斜角度θと、積載重量記憶手段１２２に記憶されている積載重量Ｗとに基づき、オフセット値ＯＳを算出する。次に、メインコントローラ１００の加算手段１２１が第３指令値Ｈ３にオフセット値ＯＳを加算し、これによって第３指令値Ｈ３は「Ｈ３’」に補正される。次に、メインコントローラ１００の指令値選択手段１３０は、第１指令値Ｈ１、第２指令値Ｈ２、補正後の第３指令値Ｈ３’のうち２番目に大きな指令値を選択する。この指令値は、電動モータ６Ｒの制動トルクの指令値ＨＲに相当する制動指令信号と、電動モータ６Ｌの制動トルクの指令値ＨＬに相当する制動指令信号とに変換されて、モータコントローラ３０に出力される。
【００５８】
それらの制動指令信号がモータコントローラ３０に入力されると、このモータコントローラ３０の目標制動トルク演算手段３１Ｒは、制動指令信号に示された指令値ＨＲと、回転速度検出手段１６Ｒからの回転速度信号に示された回転速度ωＲとに基づき、絶対値変換手段３１ａ、上限トルク演算手段３１ｂ、乗算手段３１ｃを用いて目標制動トルクＴＲを算出し、次にモータコントローラ３０のインバータ制御手段３２Ｌは、その目標制動トルクＴＲに基づきインバータ３３Ｌを制御する。これによって、電動モータ６Ｒのすべり率がブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに対応する値（＜０）に制御される。
【００５９】
これと並行して、モータコントローラ３０の目標制動トルク演算手段３１Ｌも、制動指令信号ＨＬに示された指令値ＨＬに基づき、目標制動トルクＴＬを算出し、次にモータコントローラ３０のインバータ制御手段３２Ｌは、その目標制動トルクＴＬに基づきインバータ３３Ｌを制御する。これによって、電動モータ６Ｌのすべり率がブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに対応する値（＜０）に制御される。
【００６０】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０によれば次の効果を得られる。
【００６１】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、メインコントローラ１００およびモータコントローラ３０から構成された制御手段は、制動方向と反対方向の外力Ｆが大きいほど、制動トルクの目標値を増大させる。これにより、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆが変化しても、踏込み量Ｒに対する減速度を一定させることができる。つまり、外力Ｆが変化しても目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性が変化しなかった場合、減速度を一定させるためには、大きさの異なる例えば３種類の目標制動トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３を、図８に示すように踏込み量Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のそれぞれにより得なければならないが、本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０によれば、踏込み量Ｒａのみでそれらの目標制動トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３を得ることができる。したがって、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆの変化に対し、ブレーキペダル１２による制動の操作性を安定させることができる。
【００６２】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、第３目標値の踏込み量Ｒに対するゲインは、第１目標値および第２目標値のどちらの踏込み量Ｒに対するゲインよりも小さくなるよう設定されている。これにより、ブレーキペダル１２の踏込み操作を中間範囲ｒｍ内で行うときの制動トルクの微調整を、ブレーキペダル１２の踏込み操作を初期範囲ｒｓ内および終期範囲ｒｅ内で行う場合よりも行いやすくすることができる。
【００６３】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、メインコントローラ１００およびモータコントローラ３０で構成された制御手段の目標値補正手段は、オフセット値演算手段１２０および加算手段１２１によって、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆが大きいほど第３目標値を増大させる。また、範囲補正手段は、指令値選択手段１３０により第１指令値Ｈ１、第２指令値Ｈ２および第３指令値Ｈ３のうち２番目に大きな指令値を選択することによって、その外力Ｆ（Ｆ１≦Ｆ≦Ｆ２）が大きいほど初期範囲ｒｓの上限値Ｒｖ１と終期範囲ｒｅの下限値Ｒｖ２とを大きく調整する。これらにより、第３目標値の補正に連動させて第１，第２目標値を調整し、初期範囲ｒｓの上限値Ｒｖ１に対応する第１目標値と中間範囲ｒｍの下限値に対応する第３目標値とを連続させることができ、かつ、終期範囲ｒｅの下限値Ｒｖ２に対応する第２目標値と中間範囲ｒｍの上限値に対応する第３目標値とを連続させることができる。
【００６４】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、電動モータ６Ｒ，６Ｌが出力する制動トルクは、ダンプトラック１が下る傾斜面の傾斜角度θが大きいほど大きく制御される。したがって、ダンプトラック１が傾斜面を下ることに起因してダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆに対し、ブレーキペダル１２による制動時の操作性を安定させることができる。
【００６５】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、電動モータ６Ｒ，６Ｌが出力する制動トルクは、ダンプトラック１に積載された荷の積載重量Ｗが大きいほど大きく制御される。したがって、積載重量Ｗに起因してダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆに対し、ブレーキペダル１２による制動時の操作性を安定させることができる。
【００６６】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０においては、１次遅れフィルタ１２３の時定数が秒単位の時間に設定されているので、ダンプトラック１が凹凸のある悪路を走行しているとき、それらの凹凸に起因する傾斜角度θの変化の頻度、すなわち、目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性の変化の頻度を低減することができる。
【００６７】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、積載重量記憶手段１２２は、積込完了ボタン１５からの信号が入力されたときの積載重量Ｗを記憶して保持し、この積載重量Ｗをオフセット値演算手段１２０が用いるので、凹凸のある悪路の走行に伴って積載重量検出手段１４により検出される積載重量Ｗが変化した場合でも、その変化を目標制動トルクＴＲ，ＴＬに影響させないようにすることができる。
【００６８】
なお、前述の実施形態に係る作業車両はダンプトラック１であったが、本発明に係る作業車両はダンプトラックに限定されるものではく、ホイールローダであってもよい。この場合、積載重量に相当するものはホイールローダのバケット内の土砂等の重量となるが、ホイールローダはその重量を検出する機能を備えていないのが一般的であるので、制動トルクの目標値（目標制動トルクＴ）を、ホイールローダが走行する走行面の傾斜角度θに基づいてのみ補正するようメインコントローラ１００を設定すればよい。
【００６９】
前述の実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌのどちらの電磁ピックアップセンサも、減速機を構成する１つのギアの１つの歯を検出するよう設けられていた。これはギアの形状を利用したためであって、電磁ピックアップセンサが設けられる個所は減速機に限定されず、電動モータ６Ｒ，６Ｌのそれぞれの出力軸６ａ、または後輪５Ｒ，５Ｌであってもよい。この場合、その個所に被検出部としての歯を設け、この歯が定位置を通過するのを検出するよう電磁ピックアップを設けることになる。
【００７０】
前述の実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、第１関数ｆ１（Ｒ）と第２関数ｆ２（Ｒ）とは互いに比例係数が同じ関数に設定されていたが、比例係数が異なるよう設定されていてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ ダンプトラック
２ 車体
３ ベッセル
４ 前輪
５，５Ｒ，５Ｌ 後輪
６Ｒ，６Ｌ 電動モータ
６Ｒａ，６Ｌａ 出力軸
７Ｒ，７Ｌ 減速機
１０ 電動式走行駆動装置
１１ アクセルペダル
１２ ブレーキペダル
１３ 傾斜角度検出手段
１４ 積載重量検出手段
１５ 積込完了ボタン
１６Ｒ，１６Ｌ 回転速度検出手段
２１ ディーゼルエンジン
２１ａ 電子ガバナ
２２ 交流発電機
２３ 整流回路
２４ 分圧用抵抗器
２５ コンデンサ
２６ チョッパ回路
２７ グリッド抵抗器
３０ モータコントローラ
３１Ｒ，３１Ｌ 目標制動トルク演算手段
３１ａ 絶対値変換手段
３１ｂ 上限トルク演算手段
３１ｃ 乗算手段
３２Ｒ，３２Ｌ インバータ制御手段
３３Ｒ，３３Ｌ インバータ
１００ メインコントローラ
１０１ 第１指令値演算手段
１０２ 第２指令値演算手段
１０３ 第３指令値演算手段
１２０ オフセット値演算手段
１２１ 加算手段
１２２ 積載量記憶手段
１２３ １次遅れフィルタ
１３０ 指令値選択手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪を駆動する電動モータを制御して作業車両の走行と制動の両方を行う作業車両の電動式走行駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダンプトラック、ホイールローダなどの作業車両の運転では、走行速度が速すぎる場合に、ブレーキペダルを踏み込んで減速させることが行われる。この際、ブレーキペダルの踏込み量に対応する制動力が大きすぎると、すなわち、ブレーキペダルの踏込み量に対する制動力のゲインが高すぎると、オペレータにとって制動力の微調整がしにくく、オペレータには細心の注意を要するブレーキペダルの操作が要求されることになり、オペレータの精神的な疲労を招きやすくなる。逆に、ブレーキペダルの踏込み量に対するゲインが低くすぎると、制動力の細かな調整は行いやすくはなるが、制動力を得るために必要な踏込み量が大きくなり、オペレータの肉体的な疲労を招きやすくなる。つまり、ブレーキペダルの踏込み量に対する制動力のゲインは高すぎても低すぎてもオペレータを疲労させてしまうことになる。
【０００３】
また、同じ制動力で作業車両を減速させた場合であっても、減速度は作業車両が走行する走行面の傾斜角度、積載重量に影響されて、すなわち作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に影響されて、異なるものとなる。このため、オペレータにはブレーキペダルによる作業車両の制動の操作性が安定しないものに感じられる。例えば、平地で積載重量０の状態では操作性が良好に感じられても、荷を積載して傾斜面を下る場合には作業車両は減速しにくくなるために操作性が悪いと感じられることになる。
【０００４】
作業車両で傾斜面を下る際のオペレータの疲労を軽減することができる技術の１つに、特許文献１で開示された降坂時車速自動制御装置がある。この降坂時車速自動制御装置は、ダンプカー等の作業車両で傾斜面を下る際、オペレータにより設定された車速で作業車両を走行させるために、傾斜面の傾斜角度と積載重量とに基づき、すなわち制動方向と反対方向に作用する外力を考慮して、制動力を自動的に調整するようになっている。これによって、オペレータがブレーキペダルを踏み込む必要がなくなり、したがってオペレータの疲労を軽減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１３６２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した特許文献１に開示の降坂時車速自動制御装置は、複数台の作業車両が連なって傾斜面を下る場合には有効なものとは言えない。その理由は、傾斜面で先行車がある場合、その先行車と間には車間距離を保つ必要があり、先行車が何らかの理由で減速して車間距離が短くなりすぎたときには、オペレータ自身がブレーキペダルを踏み込んで減速させなければならないからである。
【０００７】
なお、特許文献１に開示の降坂時車速自動制御装置は、作業車両の制動にエアマスタまたはハイドロマスタを有する制動倍力装置が用いているものであって、本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置のように車輪を駆動する電動モータの制御によって制動を行うものではない。
【０００８】
従来、電動式走行駆動装置は、踏込み量を電気信号に変換し出力するブレーキペダル、すなわちブレーキペダルと、車輪の回転を減速させる制動トルクを、ブレーキペダルからの電気信号に基づき電動モータに出力させるようになっており、ブレーキペダルの踏込み量に対応する制動トルクの特性は、例えば１次関数に設定されている（図８参照）。
【０００９】
この図８の電動式走行駆動装置の場合にも、前述の特許文献１に開示された降坂時車速自動制御装置と同様で、同じ制動力で作業車両を減速させた場合であっても、減速度は作業車両が走行する走行面の傾斜角度、積載重量に影響されて、すなわち作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に影響されて、異なるものとなる。このため、オペレータにはブレーキペダルによる作業車両の制動の操作性が安定しないものに感じられる。
【００１０】
本発明は前述の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力の変化に対し、ブレーキペダルによる制動の操作性を安定させることができる作業車両の電動式走行駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するために本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は次のように構成されている。
【００１２】
〔１〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、車輪を駆動する電動モータと、踏込み量を電気信号に変換し出力するブレーキペダルと、前記車輪の回転を減速させる制動トルクを、前記ブレーキペダルからの電気信号に基づき前記電動モータに出力させる制御手段とを備えた作業車両の電動式走行駆動装置において、前記作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力発生の原因となる状態量を検出する検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記検出手段により検出された状態量に基づき、前記外力が大きいほど制動トルクの目標値を増大させる補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この「〔１〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、制御手段の補正手段は、制動方向と反対方向の外力が大きいほど、制動トルクの目標値を増大させる。これにより、制動方向と反対方向の外力が変化しても、踏込み量に対する減速度を一定させることができる。したがって、作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力の変化に対し、ブレーキペダルによる制動の操作性を安定させることができる。
【００１４】
〔２〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、「〔１〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、前記制御手段は、前記踏込み量の全範囲を、前記踏込み量０側に予め設定され踏込み量０からの範囲である初期範囲と、最大値側に予め設定され踏込み量の最大値までの範囲である終期範囲と、これら初期範囲と終期範囲の間の範囲である中間範囲とに区分するとともに、前記初期範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第１目標値を演算する第１演算手段と、前記終期範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第２目標値を演算する第２演算手段と、前記中間範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第３目標値を演算する第３演算手段とをさらに備え、前記第３目標値の前記踏込み量に対するゲインは、前記第１目標値および前記第２目標値のどちらの前記踏込み量に対するゲインよりも小さくなるよう設定されており、前記補正手段は、前記外力が大きいほど前記第３目標値を増大させる目標値補正手段と、前記外力が大きいほど前記初期範囲の上限値と前記終期範囲の下限値とを大きく調整する範囲補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この「〔２〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、第３目標値の踏込み量に対するゲインは、第１目標値および第２目標値のどちらの踏込み量に対するゲインよりも小さくなるよう設定されている。これにより、ブレーキペダルの踏込み操作を中間範囲内で行うときにの制動トルクの微調整を、ブレーキペダルの踏込み操作を初期範囲内および終期範囲内で行う場合よりも行いやすくすることができる。
【００１６】
また、補正手段において、目標値補正手段は、作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力が大きいほど第３目標値を増大させ、範囲補正手段は、その外力が大きいほど初期範囲の上限値と終期範囲の下限値とを大きく調整する。これにより、初期範囲の上限値に対応する第１目標値と、終期範囲の下限値に対応する第２目標値を、第３目標値を増大させる補正に連動させて調整することができる。
【００１７】
〔３〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、「〔２〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、前記第１演算手段は、予め設定された１次関数からなる第１関数を用いて前記第１目標値を算出するものであり、前記第２演算手段は、予め設定された１次関数からなる第２関数を用いて前記第２目標値を算出するものであり、前記第３演算手段は、予め設定された１次関数からなる第３関数を用いて前記第３目標値を算出するものであり、前記目標値補正手段は、前記外力が大きいほど大きな補正値を前記第３目標値に加算するものであり、前記範囲補正手段は、前記第１目標値、前記第２目標値、補正後の前記第３目標値のうち、２番目に大きな目標値を、前記電動モータの制御に用いる目標値に決定するものであることを特徴とする。
【００１８】
この「〔３〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、範囲補正手段は、第１目標値、第２目標値、補正後の第３目標値のうち、２番目に大きな目標値を、電動モータの制御に用いる目標値に決定する。これにより、初期範囲の上限値と終期範囲の下限値とを大きくする調整を、第３目標値を増大させる補正に確実に連動させることができる。
【００１９】
〔４〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、「〔１〕」〜「〔３〕」のいずれか１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、前記検出手段として、前記作業車両が走行する走行面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この「〔４〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、電動モータが出力する制動トルクは、作業車両が下る傾斜面の傾斜角度が大きいほど大きく制御されることになる。したがって、作業車両が傾斜面を下ることに起因して作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に対し、ブレーキペダルによる制動時の操作性を安定させることができる。
【００２１】
〔５〕 本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置は、「〔１〕」〜「〔４〕」のいずれか１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、前記検出手段として、前記作業車両に積載された積載重量を検出する積載重量検出手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
この「〔５〕」に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、電動モータが出力する制動トルクは、作業車両に積載された荷の積載重量が大きいほど大きく制御されることになる。したがって、積載重量に起因して作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に対し、ブレーキペダルによる制動時の操作性を安定させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る作業車両の電動式走行駆動装置によれば、前述のように、作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力に対し、ブレーキペダルによる制動の操作性を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る作業車両であるダンプトラックの側面図である。
【図２】図１に示したダンプトラックの背面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動式走行駆動装置の構成を示すブロック線図である。
【図４】図３に示したメインコントローラのブロック線図である。
【図５】図４に示したメインコントローラのオフセット値演算手段により算出されるオフセット値の特性を示す図である。
【図６】図３に示したモータコントローラの目標制動トルク演算手段のブロック線図である。
【図７】図５に示した目標制動トルク演算手段により算出される目標制動トルクの特性を示す図である。
【図８】従来の目標制動トルクの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の一実施形態について図１〜図８を用いて説明する。
【００２６】
図１に示すダンプトラック１は、鉱山で採掘された砕石等を運搬するものである。このダンプトラック１は、その本体である車体２と、この車体２上に起伏可能に設けられたベッセル３と、車体２を走行可能に支持する前輪４および後輪５を２つずつとを備えている。前輪４および後輪５はダブルタイヤである。以下では右側の後輪を「５Ｒ」とし、左側の後輪を「５Ｌ」として両者を区別してあり、これらに関連する各部も同様に区別してある。図２に示すように、右側の後輪５Ｒの内側には電動モータ６Ｒが挿入されており、この電動モータ６Ｒの出力軸６Ｒａには減速機７Ｒが伝動可能に結合している。左側の後輪５Ｌの内側には電動モータ６Ｌが挿入されており、この電動モータ６Ｌの出力軸６Ｌａには減速機７Ｌが伝動可能に結合している。
【００２７】
図３に示すように、本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０は、前出の２つの電動モータ６Ｒ，６Ｌおよび２つの減速機７Ｒ，７Ｌと、２つの電動モータ６Ｒ，６Ｌを制御するモータコントローラ３０と、このモータコントローラ３０に対し指令を与えるメインコントローラ１００とを備えている。メインコントローラ１００もモータコントローラ３０も、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として利用されるＲＡＭ（Random Access Memory）、補助記憶装置等を備え、ＲＯＭまたは補助記憶装置に予め記憶された制御プログラムに基づき情報処理を実行する装置である。
【００２８】
電動式走行駆動装置１０はさらに、ディーゼルエンジン２１と、このディーゼルエンジン２１により駆動される交流発電機２２と、この交流発電機２２により発電された交流電力を直流電力に変換する整流回路２３（ＡＣ−ＤＣコンバータ）と、この整流回路２３により整流された電力を蓄電するコンデンサ２５と、整流回路２３により整流された電力の電圧を分圧する分圧用抵抗器２４と、コンデンサ２５と並列に接続されたチョッパ回路２６およびグリッド抵抗器２７とを備えている。
【００２９】
電動モータ６Ｒ，６Ｌは誘導モータであり、交流電力を供給されて駆動されるものである。モータコントローラ３０は、整流回路２３からの直流電力を交流電力に変換して電動モータ６Ｒ，６Ｌに供給するインバータ３３Ｒ，３３Ｌを備えている。メインコントローラ１００は分圧用抵抗器２４により分圧された電圧を検出し、その電圧がＶｏに維持されるよう交流発電機２２の制御を行うようになっている。この制御によって、電動モータ６Ｒ，６Ｌに必要な交流電力が供給されるようになっている。
【００３０】
電動式走行駆動装置１０はさらに、アクセルペダル１１を備えている。このアクセルペダル１１は、ペダルの踏込み量Ａを電気信号からなるアクセル信号に変換し出力する操作装置である。アクセル信号はメインコントローラ１００に入力されるようになっている。前出のディーゼルエンジン２１は電子ガバナ２１ａを備えたものである。その電子ガバナ２１ａの燃料噴射量を、メインコントローラ１００はアクセルペダル１１からのアクセル信号に基づき制御するようになっている。メインコントローラ１００は、ディーゼルエンジン２１の回転速度がアクセルペダル１１の踏込み量が大きいほど上昇するよう制御されるよう設定されている。
【００３１】
電動式走行駆動装置１０はさらに、回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌを備えている。回転速度検出手段１６Ｒは、右側の後輪５Ｒの回転速度ωＲを検出し、その回転速度ωＲに相応する回転速度信号を出力するものである。回転速度検出手段１６Ｌは、左側の後輪５Ｌの回転速度ωＬを検出し、その回転速度ωＬに相応する回転速度信号を出力するものである。これら回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌは電磁ピックアップセンサを用いたものである。回転速度検出手段１６Ｒは、電磁ピックアップにより減速機７Ｒを構成する１つのギアの１つの歯が定位置を通過するのを検出し、その歯の通過が検出される周期に基づいて右側の後輪５Ｒの回転速度を算出するようになっている。これと同様に、回転速度検出手段１６Ｌは、電磁ピックアップにより減速機７Ｌを構成する１つのギアの１つの歯が定位置を通過するのを検出し、その歯の通過が検出される周期に基づいて左側の後輪５Ｌの回転速度を算出するようになっている。回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌはメインコントローラ１００に接続されており、回転速度ωＲを示す回転速度信号、回転速度ωＲを示す回転速度信号は、メインコントローラ１００に入力されるようになっている。
【００３２】
メインコントローラ１００はアクセルペダル１１からのアクセル信号に基づき、モータコントローラ３０に対して加速度に相応する指令値の加速指令信号を出力するになっている。モータコントローラ３０は、加速指令信号を入力したときに、回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌのそれぞれによって検出された回転速度ωＲ，ωＬと、加速指令信号の指令値ＨＲ，ＨＬとに基づき、電動モータ６Ｒ，６Ｌのそれぞれの出力トルクの目標値（目標加速トルク）、すなわち０以上のすべり率の目標値を算出し、そのすべり率の目標値に基づいてインバータ３３Ｒ，３３Ｌのそれぞれから電動モータ６Ｒ，６Ｌのそれぞれに供給する交流電力を制御するようになっている。
【００３３】
電動式走行駆動装置１０はさらに、ブレーキペダル１２を備えている。このブレーキペダル１２は、アクセルペダル１１とは別のペダルの踏込み量Ｒを電気信号からなるブレーキ信号に変換し出力する操作装置である。ブレーキ信号はメインコントローラ１００に入力されるようになっている。
【００３４】
電動式走行駆動装置１０はさらに、傾斜角度検出手段１３と積載重量検出手段１４を備えている。傾斜角度検出手段１３は、車体２に設けられたクリノメータ（図示省略）を用いて、ダンプトラック１の傾斜角度、すなわちダンプトラック１が走行する走行面の傾斜角度を検出して、その傾斜角度θに相応する傾斜角度信号を出力するものである。積載重量検出手段１４は、車体２の所定個所に設けられたひずみゲージ（図示省略）により検出されたひずみに基づき積載重量Ｗを算出し、その積載重量Ｗに相応する積載重量信号を出力するものである。傾斜角度信号および積載重量信号はメインコントローラ１００に入力されるようになっている。傾斜角度検出手段１３と積載重量検出手段１４は、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力発生の原因となる状態量を検出する検出手段である。
【００３５】
電動式走行駆動装置１０はさらに、積載完了ボタン１５を備えている。この積載完了ボタン１５は、押圧操作されたときに電気信号を出力するものであり、ベッセル３への荷の積載が完了したときにオペレータにより操作されるものである。その電気信号はメインコントローラ１００に入力されるようになっている。つまり、積載完了ボタン１５は、ベッセル３への荷の積込みが完了した旨の信号をメインコントローラ１００に入力する手段である。
【００３６】
メインコントローラ１００は、制御プログラムにより設定された手段である第１指令値演算手段１０１、第２指令値演算手段１０２、第３指令値演算手段１０３を備えている。第１指令値演算手段１０１は、ブレーキ信号に示されたブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに基づき、予め設定された第１関数ｆ１（Ｒ）を用いて制動トルクの第１目標値に係る第１指令値Ｈ１を算出するものである。第２指令値演算手段１０２は、ブレーキ信号に示されたブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに基づき、予め設定された第２関数ｆ２（Ｒ）を用いて制動トルクの第２目標値に係る指令値Ｈ２を算出するものである。第３指令値演算手段１０３は、ブレーキ信号に示されたブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに基づき、予め設定された第３関数ｆ３（Ｒ）を用いて制動トルクの第３目標値に係る第３指令値Ｈ３を算出するものである。
【００３７】
第１関数ｆ１（Ｒ）は、踏込み量Ｒが０であるときに第１指令値を０とし、踏込み量Ｒが０よりも大きい値であるときに踏込み量Ｒの増減に第１指令値Ｈ１の増減を連動させるよう設定された１次関数であり、次の式で表される。
ｆ１（Ｒ）＝ａＲ、ａ：比例係数
第２関数ｆ２（Ｒ）は、踏込み量Ｒの全範囲のうち中央よりも最大踏込み量Ｒｍａｘ側の所定の第１固定踏込み量Ｒｖ１以上の値であるときに踏込み量Ｒの増減に第２指令値Ｈ２の増減を連動させ、第１固定踏込み量Ｒｖ１よりも大きな所定の第２固定踏込み量Ｒｖ２のときに第２指令値Ｈ２を最大値とするよう設定された１次関数であり、次の式で表される。
ｆ２（Ｒ）＝ａＲ−ｃ、ａ：比例係数、ｃ：定数
第３関数ｆ３（Ｒ）は、踏込み量Ｒが０であるときに第３指令値Ｈ３を０とし、踏込み量Ｒが０よりも大きい値であるときに踏込み量Ｒの増減に第３指令値Ｈ３の増減を連動させるよう設定されたものであるとともに、第１関数ｆ１（Ｒ）、第２関数ｆ３（Ｒ）よりも踏込み量Ｒに対する目標値のゲインが小さく、すなわち、第３関数ｆ３（Ｒ）の比例係数が第１関数ｆ１（Ｒ）および第２関数ｆ２（Ｒ）のどちらの比例係数よりも小さく設定された１次関数であり、次の式で表される。
【００３８】
ｆ３（Ｒ）＝ｂＲ、ｂ：比例係数、ｂ＜ａ
【００３９】
メインコントローラ１００はさらに、前出の積込完了ボタン１５からの信号が入力されたときに、このときの積載重量Ｗを保持する積載重量記憶手段１２２を備えている。
【００４０】
メインコントローラ１００はさらに、制御プログラムにより設定された手段であるオフセット値演算手段１２０と、加算手段１２１とを備えている。このオフセット値演算手段１２０は、傾斜角度検出手段１３からの傾斜角度信号に示された傾斜角度θと、積載重量記憶手段１２２に記憶された積載重量Ｗとの少なくとも一方に基づき、オフセット値ＯＳを算出するものである。具体的には、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆを傾斜角度θと積載重量Ｗに基づいて算出し、その外力Ｆが所定の範囲（Ｆ１≦Ｆ≦Ｆ２）内の値であるときに、外力Ｆが大きいほど大きなオフセット値ＯＳを算出するものである。外力Ｆには空荷時の作業車両重量Ｗ０に起因してダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力も含まれており、次の式を用いて算出される。
Ｆ＝（Ｗ０＋Ｗ）×ｓｉｎθ
Ｗ０：空荷時の作業車両の重量、Ｗ：積載重量、θ：ダンプトラック１の傾斜角度
【００４１】
加算手段１２１は、オフセット値演算手段１２０により算出されたオフセット値ＯＳを、第３指令値Ｈ３に加算するものである。これによって第３指令値Ｈ３は「Ｈ３’」に補正されることになる。
【００４２】
メインコントローラ１００はさらに、制御プログラムにより設定された手段である指令値選択手段１３０を備えている。この指令値選択手段１３０は、第１指令値Ｈ１と、第２指令値Ｈ２と、補正後の第３指令Ｈ３’とのうち、２番目に大きものを、電動モータ６Ｒ，６Ｌの制御に用いる指令値ＨＲ，ＨＬとして決定するものである。なお、指令値ＨＲ，ＨＬの範囲はそれぞれ「０≦ＨＲ≦１」、「０≦ＨＬ≦１」である。メインコントローラ１００はそれらの指令値ＨＲ，ＨＬのそれぞれに相応する制動指令信号をモータコントローラ３０に対して出力するようになっている。
【００４３】
メインコントローラ１００はさらに、制御プログラムにより設定された手段である１次遅れフィルタ１２３を備えている。この１次遅れフィルタ１２３の時定数は、秒単位の時間に設定されている。
【００４４】
モータコントローラ３０は、制御プログラムにより設定された手段である目標制動トルク演算手段３１Ｒ，３１Ｌを備えている。目標制動トルク演算手段３１Ｒは、絶対値変換手段３１ａ、上限トルク演算手段３１ｂ、乗算手段３１ｃを備え、これらにより、メインコントローラ１００からの指令値ＨＲに基づいて目標制動トルクＴＲを算出するものである。絶対値変換手段３１ａは、回転速度検出手段１６Ｒからの回転角度信号に示される回転速度ωＲを絶対値に変換するものである。上限トルク演算手段３１ｂは、絶対値変換手段３１ａにより算出された回転速度ωＲの絶対値に基づき、電動モータ６Ｒの仕様上の最大出力馬力を超えない範囲で、回転速度ωＲに対応する電動モータ６Ｒの上限トルクＴＲｌを算出するものである。乗算手段３１ｃは、メインコントローラ１００からの制動指令信号に示される指令値ＨＲと、上限トルク演算手段３１ｂにより算出された上限トルクＴＲｌとの乗算を行うものである。指令値ＨＲは「０≦ＨＲ≦１」の範囲で算出される値であり、乗算手段３１ｃが指令値ＨＲと上限トルクＴＲｌとの乗算を行うことで、上限トルクＴＲｌの何％を目標制動トルクＴＲとしてするかが算出されることになる。
【００４５】
図６に「（）」書きで示すように、目標制動トルク演算手段３１Ｌも、目標制動トルク演算手段３１Ｒと同様に絶対値変換手段３１ａ、上限トルク演算手段３１ｂ、乗算手段３１ｃを備えたものである。この目標制動トルク演算手段３１Ｌにおいては、絶対値変換手段３１ａは、回転速度検出手段１６Ｌからの回転角度信号に示される回転速度ωＬを絶対値に変換するものであり、上限トルク演算手段３１ｂは、絶対値変換手段３１ａにより算出された回転速度ωＬの絶対値に基づき、電動モータ６Ｌの仕様上の最大出力馬力を超えない範囲で、回転速度ωＬに対応する電動モータ６Ｌの上限トルクＴＬｌを算出するものであり、乗算手段３１ｃは、メインコントローラ１００からの制動指令信号に示される指令値ＨＬと、上限トルク演算手段３１ｂにより算出された上限トルクＴＬｌとの乗算を行うものである。指令値ＨＬも指令値ＨＲと同じく「０≦ＨＬ≦１」の範囲で算出される値であり、乗算手段３１ｃが指令値ＨＬと上限トルクＴＬｌとの乗算を行うことで、上限トルクＴＬｌの何％を目標制動トルクＴＬとするかが算出されることになる。
【００４６】
目標制動トルクＴＲ，ＴＬのブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに対する特性は、図７に示す特性Ｓ１（太い実線）、特性Ｓ２（太い破線）、特性Ｓ３（太い２点鎖線）などに設定される。特性Ｓ１は外力Ｆが範囲「Ｆ＜Ｆ１」のときのものであり、特性Ｓ２は外力Ｆの範囲「Ｆ１≦Ｆ≦Ｆ２」の場合の一例であり、特性Ｓ３は外力Ｆが範囲「Ｆ２＜Ｆ」のときのものである。これらの特性Ｓ１〜Ｓ３において、傾きの緩やかな部分が補正後の第３指令値Ｈ３’に基づき算出された目標制動トルク（以下「第３目標値」と呼称する）の特性であり、この第３目標値よりも０側の傾斜の傾きの急な部分は、第１指令値Ｈ１に基づき算出された目標制動トルク（以下「第１目標値」と呼称する）の特性であり、第３目標値よりも最大値側の傾きの急な部分は、第２指令値Ｈ２に基づき算出された目標制動トルク（以下「第２目標値」と呼称する）の特性である。
【００４７】
モータコントローラ３０はさらに、インバータ３３Ｒ，３３Ｌと、これらのインバータ３３Ｒ，３３Ｌを制御するインバータ制御手段３２Ｒ，３２Ｌとを備えている。インバータ制御手段３２Ｒは、目標制動トルク演算手段３１Ｒにより算出された目標制動トルクＴＲ、すなわち０より小さいすべり率の目標値に基づいて、インバータ３３Ｒから電動モータ６Ｒに供給する交流電力を制御するものである。これと同様、インバータ制御手段３２Ｌは、目標制動トルク演算手段３１Ｌにより算出された目標制動トルクＴＬ、すなわち０より小さいすべり率の目標値に基づいて、インバータ３３Ｌから電動モータ６Ｌに供給する交流電力を制御するものである。
【００４８】
ここまでの説明から分かるようにメインコントローラ１００とモータコントローラ３０は、ブレーキペダル１２からのブレーキ信号に基づいて車輪５Ｒ，５Ｌの回転を減速させる制動トルクを電動モータ６Ｒ，６Ｌに出力させる制御手段を構成している。この制御手段においては、第１関数ｆ１（Ｒ）を用いて算出される第１指令値Ｈ１と上限トルクＴＲｌ，ＴＬｌとの乗算が行われた場合に第１目標値が得られる。また、第２関数ｆ２（Ｒ）を用いて算出される第２指令値Ｈ２と上限トルクＴＲｌ，ＴＬｌとの乗算が行われた場合に第２目標値が得られる。さらに、第３関数ｆ３（Ｒ）を用いて算出される第３指令値Ｈ３は、オフセット値ＯＳの加算により補正されて第３指令値Ｈ３’となり、この補正後の第３指令値Ｈ３’と上限トルクＴＲｌ，ＴＬｌとの乗算が行われた場合に第３目標値が得られる。つまり、制御手段は、予め設定された１次関数からなる第１関数ｆ１（Ｒ）を用いて第１目標値を算出する第１演算手段と、予め設定された１次関数からなる第２関数ｆ２（Ｒ）を用いて前記第２目標値を算出する第２演算手段と、予め設定された１次関数からなる第３関数ｆ３（Ｒ）を用いて前記第３目標値を算出する第３演算手段とを備えたものである。
【００４９】
制御手段はさらに、オフセット値演算手段１２０と加算手段１２１とによって、第３指令値Ｈ３にオフセット値ＯＳを加算し第３指令値Ｈ３’を得て、この第３指令値Ｈ３’を用いて第３目標値を算出する。つまり、制御手段は、外力Ｆが所定の範囲（Ｆ１≦Ｆ≦Ｆ２）内の値である場合に外力Ｆが大きいほど大きな補正値を第３目標値に加算する目標値補正手段を備えたものである。
【００５０】
制御手段はさらに、指令値選択手段１３０によって、第１指令値Ｈ１、第２指令値Ｈ２、補正後の第３指令値Ｈ３’のうち２番目に大きな指令値を、電動モータ６Ｒ，６Ｌの目標制動トルクＴＲ，ＴＬを算出するための指令値に決定する。つまり、制御手段は、第１目標値、第２目標値、補正後の第３目標値のうち、２番目に大きな目標値を、電動モータ６Ｒ，６Ｌの制御に用いる目標値に決定する範囲補正手段を備えたものである。
【００５１】
前述したように、ブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに対する目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性は、図７に示す特性Ｓ１（太い実線）、特性Ｓ２（太い破線）、特性Ｓ３（太い２点鎖線）などに設定される。これらの特性Ｓ１〜Ｓ３を比較して分かるように、制御手段は、踏込み量Ｒの全範囲（０≦Ｒ≦Ｒｍａｘ）を、中央よりも踏込み量０側に予め設定され踏込み量０からの範囲である初期範囲ｒｓ（０≦Ｒ≦Ｒｖ１）と、中央よりも最大値Ｒｍａｘ側に予め設定され踏込み量Ｒの最大値Ｒｍａｘまでの範囲である終期範囲ｒｅ（Ｒｖ２≦Ｒ≦Ｒｍａｘ）と、これら初期範囲ｒｓと終期範囲ｒｅの間の範囲である中間範囲ｒｍ（Ｒｖ１＜Ｒ＜Ｒｖ２）とに区分して、これら初期範囲ｒｓ、終期範囲ｒｅおよび中間範囲ｒｍのそれぞれについて、前出の第１〜第３演算手段のそれぞれにより個別に、目標制動トルクを算出するようになっている。
【００５２】
そして、前出の範囲補正手段により第１〜第３目標値のうち２番目に大きな目標値が選択されるようになっていることで、矢印ｍ１に示すように目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性は特性Ｓ１から特性Ｓ３までの間で可変になっており、特性の変動に対し初期範囲ｒｓの上限値Ｒｖ１が矢印ｍ２で示すように追従し、かつ、終期範囲ｒｅの下限値Ｒｖ２が矢印ｍ３で示すように追従するようになっている。つまり、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆが大きいほど、初期範囲ｒｅの上限値Ｒｖ１と終期範囲ｒｓの下限値Ｒｖ２が大きく調整されるようになっている。なお、目標制動トルクＴＲ，ＴＬが特性Ｓ１を成した状態では、初期範囲ｒｅの上限値Ｒｖ１は０であり、終期範囲ｒｓの下限値Ｒｖ２は最小値である。目標制動トルクＴＲ，ＴＬが特性Ｓ３を成した状態では、初期範囲ｒｅの上限値Ｒｖ１は最大値であり、終期範囲ｒｓの下限値Ｒｖ２も最大値（Ｒｆ２）である。
【００５３】
また、第３指令値Ｈ３の算出、すなわち第３目標値の算出に用いられる第３関数ｆ３（Ｒ）の比例係数ｂは、第１目標値の算出に用いられる第１関数ｆ１（Ｒ）、および、第２目標値の算出に用いられる第２関数ｆ２（Ｒ）のどちらの比例係数よりも小さく設定されている。このことから、第３目標値の踏込み量Ｒに対するゲインは、第１目標値および第２目標値のどちらの踏込み量に対するゲインよりも小さくなるよう設定されたものである。
【００５４】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０のブレーキペダル１２の操作時の動作の流れについて次に説明する。
【００５５】
オペレータがキースイッチ（図示省略）をオンすると、バッテリ（図示省略）からメインコントローラ１００およびモータコントローラ３０に電力が供給されてこれらが起動するとともに、ディーゼルエンジン２１が始動する。
【００５６】
オペレータは、空荷の状態で、または、ダンプトラック１のベッセル３への荷の積込みが完了した状態で、ダンプトラック１を走り出させる前に積込完了ボタン１５を押圧操作する。これにより、積込完了ボタン１５からメインコントローラ１００に積込が完了した旨の信号が入力される。このとき、メインコントローラ１００は、積載重量検出手段１４からの積載重量信号に示された積載重量Ｗを積載重量記憶手段１２２に記憶し保持するとともに、指令値ＨＲ，ＨＬを算出する状態となる。
【００５７】
この状態のメインコントローラ１００に、ブレーキペダル１２からのブレーキ信号が入力されると、メインコントローラ１００の第１指令値演算手段１０１、第２指令値演算手段１０２、第３指令値演算手段１０３はそれぞれ、ブレーキ信号に示された踏込み量Ｒに基づいて第１指令値Ｈ１、第２指令値Ｈ２、第３指令値Ｈ３のそれぞれを算出する。これと並行して、メインコントローラ１００のオフセット値演算手段１２０は、傾斜角度検出手段１３からの傾斜角度信号に示された傾斜角度θと、積載重量記憶手段１２２に記憶されている積載重量Ｗとに基づき、オフセット値ＯＳを算出する。次に、メインコントローラ１００の加算手段１２１が第３指令値Ｈ３にオフセット値ＯＳを加算し、これによって第３指令値Ｈ３は「Ｈ３’」に補正される。次に、メインコントローラ１００の指令値選択手段１３０は、第１指令値Ｈ１、第２指令値Ｈ２、補正後の第３指令値Ｈ３’のうち２番目に大きな指令値を選択する。この指令値は、電動モータ６Ｒの制動トルクの指令値ＨＲに相当する制動指令信号と、電動モータ６Ｌの制動トルクの指令値ＨＬに相当する制動指令信号とに変換されて、モータコントローラ３０に出力される。
【００５８】
それらの制動指令信号がモータコントローラ３０に入力されると、このモータコントローラ３０の目標制動トルク演算手段３１Ｒは、制動指令信号に示された指令値ＨＲと、回転速度検出手段１６Ｒからの回転速度信号に示された回転速度ωＲとに基づき、絶対値変換手段３１ａ、上限トルク演算手段３１ｂ、乗算手段３１ｃを用いて目標制動トルクＴＲを算出し、次にモータコントローラ３０のインバータ制御手段３２Ｌは、その目標制動トルクＴＲに基づきインバータ３３Ｌを制御する。これによって、電動モータ６Ｒのすべり率がブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに対応する値（＜０）に制御される。
【００５９】
これと並行して、モータコントローラ３０の目標制動トルク演算手段３１Ｌも、制動指令信号ＨＬに示された指令値ＨＬに基づき、目標制動トルクＴＬを算出し、次にモータコントローラ３０のインバータ制御手段３２Ｌは、その目標制動トルクＴＬに基づきインバータ３３Ｌを制御する。これによって、電動モータ６Ｌのすべり率がブレーキペダル１２の踏込み量Ｒに対応する値（＜０）に制御される。
【００６０】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０によれば次の効果を得られる。
【００６１】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、メインコントローラ１００およびモータコントローラ３０から構成された制御手段は、制動方向と反対方向の外力Ｆが大きいほど、制動トルクの目標値を増大させる。これにより、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆが変化しても、踏込み量Ｒに対する減速度を一定させることができる。つまり、外力Ｆが変化しても目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性が変化しなかった場合、減速度を一定させるためには、大きさの異なる例えば３種類の目標制動トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３を、図８に示すように踏込み量Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のそれぞれにより得なければならないが、本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０によれば、踏込み量Ｒａのみでそれらの目標制動トルクＴ１，Ｔ２，Ｔ３を得ることができる。したがって、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆの変化に対し、ブレーキペダル１２による制動の操作性を安定させることができる。
【００６２】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、第３目標値の踏込み量Ｒに対するゲインは、第１目標値および第２目標値のどちらの踏込み量Ｒに対するゲインよりも小さくなるよう設定されている。これにより、ブレーキペダル１２の踏込み操作を中間範囲ｒｍ内で行うときの制動トルクの微調整を、ブレーキペダル１２の踏込み操作を初期範囲ｒｓ内および終期範囲ｒｅ内で行う場合よりも行いやすくすることができる。
【００６３】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、メインコントローラ１００およびモータコントローラ３０で構成された制御手段の目標値補正手段は、オフセット値演算手段１２０および加算手段１２１によって、ダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆが大きいほど第３目標値を増大させる。また、範囲補正手段は、指令値選択手段１３０により第１指令値Ｈ１、第２指令値Ｈ２および第３指令値Ｈ３のうち２番目に大きな指令値を選択することによって、その外力Ｆ（Ｆ１≦Ｆ≦Ｆ２）が大きいほど初期範囲ｒｓの上限値Ｒｖ１と終期範囲ｒｅの下限値Ｒｖ２とを大きく調整する。これらにより、第３目標値の補正に連動させて第１，第２目標値を調整し、初期範囲ｒｓの上限値Ｒｖ１に対応する第１目標値と中間範囲ｒｍの下限値に対応する第３目標値とを連続させることができ、かつ、終期範囲ｒｅの下限値Ｒｖ２に対応する第２目標値と中間範囲ｒｍの上限値に対応する第３目標値とを連続させることができる。
【００６４】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、電動モータ６Ｒ，６Ｌが出力する制動トルクは、ダンプトラック１が下る傾斜面の傾斜角度θが大きいほど大きく制御される。したがって、ダンプトラック１が傾斜面を下ることに起因してダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆに対し、ブレーキペダル１２による制動時の操作性を安定させることができる。
【００６５】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、電動モータ６Ｒ，６Ｌが出力する制動トルクは、ダンプトラック１に積載された荷の積載重量Ｗが大きいほど大きく制御される。したがって、積載重量Ｗに起因してダンプトラック１に作用する制動方向と反対方向の外力Ｆに対し、ブレーキペダル１２による制動時の操作性を安定させることができる。
【００６６】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０においては、１次遅れフィルタ１２３の時定数が秒単位の時間に設定されているので、ダンプトラック１が凹凸のある悪路を走行しているとき、それらの凹凸に起因する傾斜角度θの変化の頻度、すなわち、目標制動トルクＴＲ，ＴＬの特性の変化の頻度を低減することができる。
【００６７】
本実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、積載重量記憶手段１２２は、積込完了ボタン１５からの信号が入力されたときの積載重量Ｗを記憶して保持し、この積載重量Ｗをオフセット値演算手段１２０が用いるので、凹凸のある悪路の走行に伴って積載重量検出手段１４により検出される積載重量Ｗが変化した場合でも、その変化を目標制動トルクＴＲ，ＴＬに影響させないようにすることができる。
【００６８】
なお、前述の実施形態に係る作業車両はダンプトラック１であったが、本発明に係る作業車両はダンプトラックに限定されるものではく、ホイールローダであってもよい。この場合、積載重量に相当するものはホイールローダのバケット内の土砂等の重量となるが、ホイールローダはその重量を検出する機能を備えていないのが一般的であるので、制動トルクの目標値（目標制動トルクＴ）を、ホイールローダが走行する走行面の傾斜角度θに基づいてのみ補正するようメインコントローラ１００を設定すればよい。
【００６９】
前述の実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、回転速度検出手段１６Ｒ，１６Ｌのどちらの電磁ピックアップセンサも、減速機を構成する１つのギアの１つの歯を検出するよう設けられていた。これはギアの形状を利用したためであって、電磁ピックアップセンサが設けられる個所は減速機に限定されず、電動モータ６Ｒ，６Ｌのそれぞれの出力軸６ａ、または後輪５Ｒ，５Ｌであってもよい。この場合、その個所に被検出部としての歯を設け、この歯が定位置を通過するのを検出するよう電磁ピックアップを設けることになる。
【００７０】
前述の実施形態に係る電動式走行駆動装置１０において、第１関数ｆ１（Ｒ）と第２関数ｆ２（Ｒ）とは互いに比例係数が同じ関数に設定されていたが、比例係数が異なるよう設定されていてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ ダンプトラック
２ 車体
３ ベッセル
４ 前輪
５，５Ｒ，５Ｌ 後輪
６Ｒ，６Ｌ 電動モータ
６Ｒａ，６Ｌａ 出力軸
７Ｒ，７Ｌ 減速機
１０ 電動式走行駆動装置
１１ アクセルペダル
１２ ブレーキペダル
１３ 傾斜角度検出手段
１４ 積載重量検出手段
１５ 積込完了ボタン
１６Ｒ，１６Ｌ 回転速度検出手段
２１ ディーゼルエンジン
２１ａ 電子ガバナ
２２ 交流発電機
２３ 整流回路
２４ 分圧用抵抗器
２５ コンデンサ
２６ チョッパ回路
２７ グリッド抵抗器
３０ モータコントローラ
３１Ｒ，３１Ｌ 目標制動トルク演算手段
３１ａ 絶対値変換手段
３１ｂ 上限トルク演算手段
３１ｃ 乗算手段
３２Ｒ，３２Ｌ インバータ制御手段
３３Ｒ，３３Ｌ インバータ
１００ メインコントローラ
１０１ 第１指令値演算手段
１０２ 第２指令値演算手段
１０３ 第３指令値演算手段
１２０ オフセット値演算手段
１２１ 加算手段
１２２ 積載量記憶手段
１２３ １次遅れフィルタ
１３０ 指令値選択手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動する電動モータと、踏込み量を電気信号に変換し出力するブレーキペダルと、前記車輪の回転を減速させる制動トルクを、前記ブレーキペダルからの電気信号に基づき前記電動モータに出力させる制御手段とを備えた作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力発生の原因となる状態量を検出する検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記検出手段により検出された状態量に基づき、前記外力が大きいほど制動トルクの目標値を増大させる補正手段を備えた
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記制御手段は、前記踏込み量の全範囲を、前記踏込み量０側に予め設定され踏込み量０からの範囲である初期範囲と、最大値側に予め設定され踏込み量の最大値までの範囲である終期範囲と、これら初期範囲と終期範囲の間の範囲である中間範囲とに区分するとともに、前記初期範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第１目標値を演算する第１演算手段と、前記終期範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第２目標値を演算する第２演算手段と、前記中間範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第３目標値を演算する第３演算手段とをさらに備え、
前記第３目標値の前記踏込み量に対するゲインは、前記第１目標値および前記第２目標値のどちらの前記踏込み量に対するゲインよりも小さくなるよう設定されており、
前記補正手段は、前記外力が大きいほど前記第３目標値を増大させる目標値補正手段と、前記外力が大きいほど前記初期範囲の上限値と前記終期範囲の下限値とを大きく調整する範囲補正手段とを備えた
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記第１演算手段は、予め設定された１次関数からなる第１関数を用いて前記第１目標値を算出するものであり、
前記第２演算手段は、予め設定された１次関数からなる第２関数を用いて前記第２目標値を算出するものであり、
前記第３演算手段は、予め設定された１次関数からなる第３関数を用いて前記第３目標値を算出するものであり、
前記目標値補正手段は、前記外力が大きいほど大きな補正値を前記第３目標値に加算するものであり、
前記範囲補正手段は、前記第１目標値、前記第２目標値、補正後の前記第３目標値のうち、２番目に大きな目標値を、前記電動モータの制御に用いる目標値に決定するものである
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記検出手段として、前記作業車両が走行する走行面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を備えた
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記検出手段として、前記作業車両に積載された積載重量を検出する積載重量検出手段を備えた
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項１】
車輪を駆動する電動モータと、踏込み量を電気信号に変換し出力するブレーキペダルと、前記車輪の回転を減速させる制動トルクを、前記ブレーキペダルからの電気信号に基づき前記電動モータに出力させる制御手段とを備えた作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記作業車両に作用する制動方向と反対方向の外力発生の原因となる状態量を検出する検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記検出手段により検出された状態量に基づき、前記外力が大きいほど制動トルクの目標値を増大させる補正手段を備えた
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記制御手段は、前記踏込み量の全範囲を、前記踏込み量０側に予め設定され踏込み量０からの範囲である初期範囲と、最大値側に予め設定され踏込み量の最大値までの範囲である終期範囲と、これら初期範囲と終期範囲の間の範囲である中間範囲とに区分するとともに、前記初期範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第１目標値を演算する第１演算手段と、前記終期範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第２目標値を演算する第２演算手段と、前記中間範囲内の踏込み量に対応する前記制動トルクの目標値である第３目標値を演算する第３演算手段とをさらに備え、
前記第３目標値の前記踏込み量に対するゲインは、前記第１目標値および前記第２目標値のどちらの前記踏込み量に対するゲインよりも小さくなるよう設定されており、
前記補正手段は、前記外力が大きいほど前記第３目標値を増大させる目標値補正手段と、前記外力が大きいほど前記初期範囲の上限値と前記終期範囲の下限値とを大きく調整する範囲補正手段とを備えた
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記第１演算手段は、予め設定された１次関数からなる第１関数を用いて前記第１目標値を算出するものであり、
前記第２演算手段は、予め設定された１次関数からなる第２関数を用いて前記第２目標値を算出するものであり、
前記第３演算手段は、予め設定された１次関数からなる第３関数を用いて前記第３目標値を算出するものであり、
前記目標値補正手段は、前記外力が大きいほど大きな補正値を前記第３目標値に加算するものであり、
前記範囲補正手段は、前記第１目標値、前記第２目標値、補正後の前記第３目標値のうち、２番目に大きな目標値を、前記電動モータの制御に用いる目標値に決定するものである
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記検出手段として、前記作業車両が走行する走行面の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段を備えた
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の作業車両の電動式走行駆動装置において、
前記検出手段として、前記作業車両に積載された積載重量を検出する積載重量検出手段を備えた
ことを特徴とする作業車両の電動式走行駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１６１８８（Ｐ２０１２−１６１８８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１２６０（Ｐ２０１０−１５１２６０）
【出願日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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