(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンの効率を高めることができるハイブリッド式作業車両を提供する。【解決手段】本発明のハイブリッド制御装置３５は、車両の動作に必要なパワーを演算する必要パワー演算部３５Ａと、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに応じて、エンジンの動作範囲を規定する第１の回転数と第２の回転数を設定する規定回転数設定部３５Ｂ１と、必要パワー演算部３５Ａ１によって演算された必要パワーに応じて、エンジンの回転数を第１の回転数と第２の回転数の間で可変速制御を行う可変速制御部３５Ｂ２と、可変速制御部３５Ｂ２によって可変速制御されたエンジンの回転数が第１の回転数のとき、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに対するエンジンのパワーの不足分に応じた蓄電装置の電力を電動機へ供給する制御を行う蓄電装置電力制御部３５Ｃ１とを含む。【選択図】図５
2015229387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
電力によって動作する電動機と、
前記電動機により駆動される走行部と、
前記電動機へ供給する電力を蓄える蓄電装置と、
前記エンジン及び前記電動機を動力源とするハイブリッドシステムを制御するハイブリッド制御装置とを備え、
前記ハイブリッド制御装置は、
車両の動作に必要なパワーを演算する必要パワー演算部と、
前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに応じて、前記エンジンの動作範囲を規定する第１の回転数と第２の回転数を設定する規定回転数設定部と、
前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに応じて、前記エンジンの回転数を前記第１の回転数と前記第２の回転数の間で可変速制御を行う可変速制御部と、
前記可変速制御部によって可変速制御された前記エンジンの回転数が前記第１の回転数のとき、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに対する前記エンジンのパワーの不足分に応じた前記蓄電装置の電力を前記電動機へ供給する制御を行う蓄電装置電力制御部とを含むことを特徴とするハイブリッド式作業車両。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記規定回転数設定部は、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の高パワーより大きいとき、前記第１の回転数を前記エンジンの回転数の上限として設定し、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の低パワーより小さいとき、前記第２の回転数を前記エンジンの回転数の下限として設定することを特徴とするハイブリッド式作業車両。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記蓄電装置電力制御部は、前記可変速制御部によって可変速制御された前記エンジンの回転数が前記第２の回転数のとき、前記蓄電装置を充電することを特徴とするハイブリッド式作業車両。
【請求項４】
エンジンと、
前記エンジンの出力軸に連結され、前記エンジンの動力のアシスト及び発電を行う電動発電機と、
電力によって動作する電動機と、
前記電動機により駆動される走行部と、
前記電動機へ供給する電力を蓄える蓄電装置と、
前記エンジン及び前記電動機を動力源とするハイブリッドシステムを制御するハイブリッド制御装置とを備え、
前記ハイブリッド制御装置は、
車両の動作に必要なパワーを演算する必要パワー演算部と、
前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに応じて、前記エンジンの動作範囲を規定する第１の回転数と第２の回転数を設定する規定回転数設定部と、
前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに応じて、前記エンジンの回転数を前記第１の回転数と前記第２の回転数の間で可変速制御を行う可変速制御部と、
前記可変速制御部によって可変速制御された前記エンジンの回転数が前記第１の回転数のとき、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに対する前記エンジンのパワーの不足分に応じた前記蓄電装置の電力を前記電動発電機へ供給する制御を行う蓄電装置電力制御部とを含むことを特徴とするハイブリッド式作業車両。
【請求項５】
請求項４に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記規定回転数設定部は、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の高パワーより大きいとき、前記第１の回転数を前記エンジンの回転数の上限として設定し、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の低パワーより小さいとき、前記第２の回転数を前記エンジンの回転数の下限として設定することを特徴とするハイブリッド式作業車両。
【請求項６】
請求項５に記載のハイブリッド式作業車両において、
前記蓄電装置電力制御部は、前記可変速制御部によって可変速制御された前記エンジンの回転数が前記第２の回転数の状態で、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが前記所定の低パワーより大きくなったとき、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに対する前記エンジンのパワーの不足分に応じた前記蓄電装置の電力を前記電動発電機へ供給する制御を行うことを特徴とするハイブリッド式作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン及び電動機を動力源とするハイブリッド式作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題、原油高騰等の点から、各工業製品に対して省エネ志向が強まっている。これまでディーゼルエンジンを動力源とした油圧駆動システムが中心であった建設車両を含む作業車両等の分野においてもその傾向にあり、電動化による高効率化、省エネルギー化の事例が増加している。
【０００３】
例えば、前述の作業車両の駆動部分を電動化した場合、排気ガスの低減の他、エンジンの高効率駆動（ハイブリッド機種の場合）、動力伝達効率の向上、回生電力の回収等多くの省エネルギー効果が期待できる。このような作業車両の分野では、フォークリフトの電動化が最も進んでおり、バッテリーの電力を用いてモータを駆動する、いわゆる「バッテリーフォークリフト」が他車両に先駆けていち早く実用化されており、小型フォークリフトを中心にかなりの普及台数となっている。
【０００４】
これに引き続いて、最近では、油圧ショベル、エンジン式フォークリフト等において、ディーゼルエンジンと電動機を組み合わせた「ハイブリッド車両」が製品化され始めている。さらに、上述のように電動化による環境対応・省エネルギー化が進む作業車両の中で、今後、ハイブリッド化した場合の効果として、比較的大きな燃費低減効果が見込まれる車両にホイールローダがある。
【０００５】
図１２は、従来より知られているホイールローダ１００の構成の一例を示している。
【０００６】
図１２に示すように、従来技術のホイールローダ１００は、エンジン１０１と、このエンジン１０１の動力を伝達するトルクコンバータ（トルコン）１０２と、このトルクコンバータ１０２から伝達された動力を変速するトランスミッション（Ｔ／Ｍ）１０３と、このトランスミッション１０３に接続されたプロペラシャフト１０４と、エンジン１０１により駆動される油圧ポンプ１０５と、この油圧ポンプ１０５から吐出された圧油によって動作する油圧作業部１０６とを備えている。
【０００７】
そして、ホイールローダ１００は、エンジン１０１の動力をトルクコンバータ１０２及びトランスミッション１０３によりプロペラシャフト１０４を介して車輪に伝達して走行を行いながら、例えば、フロント側の油圧作業部１０６のバケットで土砂等を掘削・運搬することができる。このように構成されるホイールローダ１００には、典型的な作業形態にＶ字掘削作業がある。
【０００８】
図１３は、このＶ字掘削作業について説明する図である。
【０００９】
図１３に示すように、まず、ホイールローダ１００は、砂利山等の掘削対象物１１０に対して前進し、この掘削対象物１１０に突っ込むような形で油圧作業部１０６のバケットに砂利等の運搬物を積み込んだ後、後進して元の位置に戻る。その後、操作者がステアリング及び作業レバーを操作することにより、ホイールローダ１００は、油圧作業部１０６のバケット部分を上昇させながらダンプ等の運搬車両１１１に向かって前進する。そして、ホイールローダ１００は、運搬車両１１１に運搬物を積み込んだ後、すなわちバケットから放土した後、再び後進して元の位置に戻る。以上のように、ホイールローダ１００はＶ字軌跡を描きながらこのＶ字掘削作業を繰り返し行う。
【００１０】
このようなＶ字掘削作業においてホイールローダ１００は、エンジン１０１の動力を走行部分とフロント側の油圧作業部１０６に分配し、走行及びＶ字掘削作業を行う。このＶ字掘削作業は、走行部分において、大きな牽引力を発揮して掘削対象物１１０に突っ込み、その後フロント側の油圧作業部１０６のバケットで大量の運搬物をすくい上げるため、大きな動力を必要とする。また、ホイールローダ１００は、運搬物を積み込んだ状態のバケットを上昇させながら運搬車両１１１へ向かって車両の加速を行う際に、走行部分と油圧作業部１０６で同時に動作を行うため、再び大きな動力を必要とする。
【００１１】
従って、ホイールローダ１００は基本的な動作パターンであるＶ字掘削作業を行う際に、大きな動力の増減変化が発生することになる。このようなＶ字掘削作業の負荷条件に応じて、エンジン１０１により動力を供給する場合、相応のエンジン１０１の回転数で駆動しなかった場合には、エンジン１０１の燃費特性において良い燃費点で動作するとは限らず、結果的に「燃費の悪い車両」となってしまう可能性がある。上述した図１２に示すトルクコンバータ１０２を備えた従来技術のホイールローダ１００では、基本的に負荷に対するエンジン１０１の回転数は、トルクコンバータ１０２と油圧ポンプ１０５の特性により決定されるため、任意にエンジン１０１の回転数を設定できるものではない。
【００１２】
一方、ハイブリッド式ホイールローダは、例えば、エンジンとプロペラシャフトが機械的に接続されていない構成であるため、車両の動作に応じて、任意にエンジンの回転数を変化させることができる。そして、ハイブリッド式ホイールローダは、リチウム電池等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を搭載しているので、この蓄電装置の電力を車両の動作に必要なパワーの供給源として使用することにより、エンジンの燃費が可能な限り良くなるようにエンジンの動作を制御できると考えられる。
【００１３】
この種のハイブリッド式作業車両の従来技術の１つとして、力行機能のみを有する第１駆動機械と、力行及び回生機能を有する第２駆動機械と、第２駆動機械からの回生エネルギーを充電すると共に第２駆動機械に電気エネルギーを放電可能な動力装置と、力行時は第１駆動機械の最大出力パワーまでは第１駆動機械から負荷へパワーを供給し、第１駆動機械の最大出力パワーを超えた負荷分は動力装置から第２駆動機械を経て供給し、回生時は第２駆動機械を経て動力装置に負荷からの回生エネルギーを回収する制御装置とを具備したハイブリッド制御システムを搭載したハイブリッド式作業機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−３３２９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術のハイブリッド式作業機械は、第１駆動機械の最大出力パワーを超えた負荷分を動力装置から供給し、その負荷分に相当する回生エネルギーを車両の負荷から動力装置へ回収して賄うことにより、エンジンの動作を効率良く制御しているが、車両の各負荷時にエンジンの回転数をどのように制御するのかについてまでは考慮されていない。そのため、車両の動作に必要とされるパワーに対するエンジンの回転数の制御の観点を踏まえると、エンジンの効率をさらに改善できる余地がある。
【００１６】
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、エンジンの効率を高めることができるハイブリッド式作業車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明のハイブリッド式作業車両は、エンジンと、電力によって動作する電動機と、前記電動機により駆動される走行部と、前記電動機へ供給する電力を蓄える蓄電装置と、前記エンジン及び前記電動機を動力源とするハイブリッドシステムを制御するハイブリッド制御装置とを備え、前記ハイブリッド制御装置は、車両の動作に必要なパワーを演算する必要パワー演算部と、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに応じて、前記エンジンの動作範囲を規定する第１の回転数と第２の回転数を設定する規定回転数設定部と、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに応じて、前記エンジンの回転数を前記第１の回転数と前記第２の回転数の間で可変速制御を行う可変速制御部と、前記可変速制御部によって可変速制御された前記エンジンの回転数が前記第１の回転数のとき、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに対する前記エンジンのパワーの不足分に応じた前記蓄電装置の電力を前記電動機へ供給する制御を行う蓄電装置電力制御部とを含むことを特徴としている。
【００１８】
このように構成した本発明は、可変速制御部が、必要パワー演算部によって演算された車両の動作に必要なパワーに応じて、エンジンの回転数を規定回転数設定部によって設定された第１の回転数と第２の回転数の間で可変速制御を行うことにより、エンジンの燃費特性を考慮した適切な回転数の範囲内でエンジンを動作させることができる。そして、エンジンの回転数が第１の回転数のときに、車両の動作に必要なパワーに対してエンジンのパワーが不足しても、電動機が蓄電装置電力制御部によって蓄電装置から供給された電力で駆動することにより、エンジンの動作状態を良好に保ちながらエンジンの動力を十分にアシストすることができる。これにより、エンジンの効率を高めることができる。
【００１９】
また、本発明に係るハイブリッド式作業車両は、前記発明において、前記規定回転数設定部は、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の高パワーより大きいとき、前記第１の回転数を前記エンジンの回転数の上限として設定し、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の低パワーより小さいとき、前記第２の回転数を前記エンジンの回転数の下限として設定することを特徴としている。
【００２０】
このように構成した本発明は、必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の高パワーより大きいときには、エンジンの回転数が上昇しても、可変速制御部によってエンジンの回転数が第１の回転数に制限されるので、エンジンの高回転に伴って発生するロストルクを低減することができる。一方、必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の低パワーより小さいときには、エンジンの回転数が低下しても、可変速制御部によってエンジンの回転数が第２の回転数に制限されるので、エンジンの回転数の過度の低下を抑制することができる。これにより、エンジンの回転数を上昇させる際に必要とされるエンジンの出力軸の加速トルクを低減することができる。
【００２１】
また、本発明に係るハイブリッド式作業車両は、前記発明において、前記蓄電装置電力制御部は、前記可変速制御部によって可変速制御された前記エンジンの回転数が前記第２の回転数のとき、前記蓄電装置を充電することを特徴としている。
【００２２】
このように構成した本発明では、エンジンの回転数が第２の回転数の状態で、車両の動作に必要とされるパワーがさらに低下しても、蓄電装置電力制御部が蓄電装置を充電することにより、エンジンの負荷を増加させているので、エンジンのトルクが減少してエンジンの燃費が悪化するのを抑制することができる。
【００２３】
また、本発明に係るハイブリッド式作業車両は、エンジンと、前記エンジンの出力軸に連結され、前記エンジンの動力のアシスト及び発電を行う電動発電機と、電力によって動作する電動機と、前記電動機により駆動される走行部と、前記電動機へ供給する電力を蓄える蓄電装置と、前記エンジン及び前記電動機を動力源とするハイブリッドシステムを制御するハイブリッド制御装置とを備え、前記ハイブリッド制御装置は、車両の動作に必要なパワーを演算する必要パワー演算部と、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに応じて、前記エンジンの動作範囲を規定する第１の回転数と第２の回転数を設定する規定回転数設定部と、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに応じて、前記エンジンの回転数を前記第１の回転数と前記第２の回転数の間で可変速制御を行う可変速制御部と、前記可変速制御部によって可変速制御された前記エンジンの回転数が前記第１の回転数のとき、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに対する前記エンジンのパワーの不足分に応じた前記蓄電装置の電力を前記電動発電機へ供給する制御を行う蓄電装置電力制御部とを含むことを特徴としている。
【００２４】
このように構成した本発明は、可変速制御部が、必要パワー演算部によって演算された車両の動作に必要なパワーに応じて、エンジンの回転数を規定回転数設定部によって設定された第１の回転数と第２の回転数の間で可変速制御を行うことにより、エンジンの燃費特性を考慮した適切な回転数の範囲内でエンジンを動作させることができる。そして、エンジンの回転数が第１の回転数のときに、車両の動作に必要なパワーに対してエンジンのパワーが不足しても、電動発電機が蓄電装置電力制御部によって蓄電装置から供給された電力で駆動することにより、エンジンの動作状態を良好に保ちながらエンジンの動力を十分にアシストすることができる。これにより、エンジンの効率を高めることができる。
【００２５】
また、本発明に係るハイブリッド式作業車両は、前記発明において、前記規定回転数設定部は、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の高パワーより大きいとき、前記第１の回転数を前記エンジンの回転数の上限として設定し、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の低パワーより小さいとき、前記第２の回転数を前記エンジンの回転数の下限として設定することを特徴としている。
【００２６】
このように構成した本発明は、必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の高パワーより大きいときには、エンジンの回転数が上昇しても、可変速制御部によってエンジンの回転数が第１の回転数に制限されるので、エンジンの高回転に伴って発生するロストルクを低減することができる。一方、必要パワー演算部によって演算されたパワーが所定の低パワーより小さいときには、エンジンの回転数が低下しても、可変速制御部によってエンジンの回転数が第２の回転数に制限されるので、エンジンの回転数の過度の低下を抑制することができる。これにより、エンジンの回転数を上昇させる際に必要とされるエンジンの出力軸の加速トルクを低減することができる。
【００２７】
また、本発明に係るハイブリッド式作業車両は、前記発明において、前記蓄電装置電力制御部は、前記可変速制御部によって可変速制御された前記エンジンの回転数が前記第２の回転数の状態で、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーが前記所定の低パワーより大きくなったとき、前記必要パワー演算部によって演算されたパワーに対する前記エンジンのパワーの不足分に応じた前記蓄電装置の電力を前記電動発電機へ供給する制御を行うことを特徴としている。
【００２８】
このように構成した本発明は、エンジンの回転数が第２の回転数のときに、車両の動作に必要なパワーとして、急に所定の低パワーよりも大きいパワーが要求されても、電動発電機が蓄電装置電力制御部によって蓄電装置から供給された電力で力行動作を行うことにより、エンジンの動力を迅速にアシストできるので、エンジンのパワー不足を回避することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のハイブリッド式作業車両によれば、エンジンの効率を高めることができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係るハイブリッド式作業車両の一例として挙げたハイブリッド式ホイールローダの外観を示す図である。
【図２】図１のホイールローダの構成を示す図である。
【図３】一般的なディーゼルエンジンの等燃費特性の一例を示す図である。
【図４】図２のコントローラを構成する各制御装置を示す図である。
【図５】図４のハイブリッド制御装置の構成を示す図である。
【図６】図５の必要パワー演算部の構成を示す図である。
【図７】図５の可変速制御部によって可変速制御されたエンジンの動作特性を示す図である。
【図８】図２のエンジン及び蓄電装置から出力されるパワーの流れを示す図である。
【図９】図２のコントローラの制御動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るエンジン及び蓄電装置から出力されるパワーの流れを示す図であり、エンジンの回転数が第１の回転数のときの図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るエンジン及び蓄電装置から出力されるパワーの流れを示す図であり、エンジンの回転数が第２の回転数のときの図である。
【図１２】従来技術のホイールローダの構成を示す図である。
【図１３】図１２のホイールローダによって行われるＶ字掘削作業を説明する図である。
【図１４】図１２のホイールローダのエンジンの動作特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るハイブリッド式作業車両を実施するための形態を図に基づいて説明する。
【００３２】
本発明に係るハイブリッド式作業車両の第１実施形態は、例えば、図１に示すハイブリッド式ホイールローダ１に適用される。図１はそのハイブリッド式ホイールローダ１の外観を示している。また、図２はハイブリッド式ホイールローダ１の内部の構成を説明するものであり、太実線は強電ラインを表し、細実線はＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信ラインを表し、細破線はハードワイヤを表している。
【００３３】
ハイブリッド式ホイールローダ１は、図１に示すように車体が中心付近で中折れすることにより操舵するアーティキュレート方式の車両である。ハイブリッド式ホイールローダ１は、車両を走行させる走行部２を備えており、この走行部２は、例えば、車両の前部にそれぞれ回転可能に設けられた一対の前輪３と、車両の後部にそれぞれ回転可能に設けられた一対の後輪４と、図２に示すように、車両の前部と後部とをプロペラシャフト５Ａを介して屈曲可能に連結するセンタージョイント（ＣＪ）５と、このセンタージョイント５にプロペラシャフト５Ａを介して連結され、プロペラシャフト５Ａに伝達された動力を左右の車輪３，４へ分配するディファレンシャルギヤ（Ｄｉｆ）６と、ディファレンシャルギヤ６によって分配された動力を車輪３，４へ伝達するファイナルギヤ（Ｇ）７とから構成されている。
【００３４】
また、ハイブリッド式ホイールローダ１は、図１、図２に示すように、センタージョイント５の上方に配置されたキャブ８と、このキャブ８の前方に配置され、掘削や荷役等の作業を行う油圧作業部１１と、走行部２及び油圧作業部１１の動力源であるエンジン１２と、エンジン１２と同軸上又はその近傍に配置され、エンジン１２の駆動力により作動して圧油を吐出する油圧ポンプ１３とを備えている。
【００３５】
油圧作業部１１は、例えば一端が車両の前部に回動可能に連結されたリフト１５と、このリフト１５に回動可能に連結されたベルクランク１６と、リフト１５の先端部に取り付けられたバケット１７と、このバケット１７を回動可能に支持するリンク部材１８と、油圧ポンプ１３から供給された圧油の流量及び方向を制御するコントロールバルブ装置（Ｃ／Ｖ）２０とを具備している。
【００３６】
また、油圧作業部１１は、両端がリフト１５及び車両の前部にそれぞれ連結され、コントロールバルブ装置２０から供給された圧油により伸縮し、リフト１５を上下方向に回動させるリフトシリンダ２１と、両端がベルクランク１６及び車両の前部にそれぞれ連結され、コントロールバルブ装置２０から供給された圧油により伸縮し、バケット１７を上下方向に回動させるバケットシリンダ２２と、コントロールバルブ装置２０から供給された圧油により伸縮し、車両の前部を後部に対してセンタージョイント５を軸として左方向又は右方向へ屈曲させるステアリングシリンダ２３とを具備している。
【００３７】
エンジン１２及び油圧ポンプ１３には、図示されないが、エンジン１２の回転数を検出するエンジン回転数センサ、及び油圧ポンプ１３の吐出圧を検出する吐出圧センサがそれぞれ設けられている。なお、図１において、リフト１５及びリフトシリンダ２１はそれぞれ１つずつしか図示されていないが、これらの各部材はバケット１７の左右に一対設けられており、重複する説明を省略している。また、以下の説明を分かり易くするために、図２において、油圧作業部１１のコントロールバルブ装置２０、リフトシリンダ２１、バケットシリンダ２２、及びステアリングシリンダ２３以外の部材の図示を省略している。
【００３８】
さらに、ハイブリッド式ホイールローダ１は、図２に示すように、エンジン１２の出力軸に連結され、エンジン１２の動力のアシスト及び発電を行う電動発電機（Ｍ／Ｇ）２５と、電力によって動作する電動機（Ｍ）２６と、これらの電動発電機２５及び電動機２６の動作をそれぞれ制御するインバータ２７，２８と、電動機２６へ供給する電力を蓄える蓄電装置２９と、この蓄電装置２９の充放電動作を制御し、インバータ２７，２８との間で直流電力の授受を行うＤＣＤＣコンバータ３０と、車両の動作を制御するコントローラ３１と、キャブ８内に設置され、キャブ８内の操作者の操作によりコントローラ３１に対して各種の指令信号を送信する操作装置３２とを備えている。なお、蓄電装置２９には、図示されないが、蓄電装置２９の電圧を測定する電圧測定センサが設けられている。
【００３９】
電動発電機２５は、エンジン１２と同軸上、又はその近傍に配置されており、エンジン１２及び油圧ポンプ１３の回転軸と剛結合されている。すなわち、電動発電機２５は、エンジン１２及び油圧ポンプ１３と回転軸を共有したり、回転数が相互に所定の比例関係に設定されるようにギア（図示せず）等を介して結合されている。そして、電動発電機２５は、エンジン１２によって駆動されて発電機として動作することにより、発電した電力が蓄電装置２９に蓄えられる。
【００４０】
一方、電動発電機２５は、蓄電装置２９に蓄えられた電力を利用して電動機として動作することにより、エンジン１２の動力をアシストすることができる。電動機２６は、プロペラシャフト５Ａ上に配置されており、ディファレンシャルギヤ６及びファイナルギヤ７を介して前輪３及び後輪４にそれぞれ連結されている。従って、電動機２６は、プロペラシャフト５Ａを回転させることにより、ディファレンシャルギヤ６及びファイナルギヤ７を介して前輪３及び後輪４の４輪を回転駆動させる。蓄電装置２９は、比較的大きな電気容量を有する蓄電デバイスが望ましく、例えばリチウム電池等の二次電池や電気二重層キャパシタ等から構成されている。
【００４１】
操作装置３２は、リフト１５及びバケット１７を操作する作業レバー３２Ａと、車両の左右の進行方向を指示するステアリング３２Ｂと、車両の走行を制動するブレーキペダル３２Ｃと、車両を加速させるアクセルペダル３２Ｄと、車両の前後の進行方向を指示するＦＮＲレバー３２Ｅとから構成されており、作業レバー３２Ａ、ステアリング３２Ｂ、ブレーキペダル３２Ｃ、アクセルペダル３２Ｄ、及びＦＮＲレバー３２Ｅから入力された各指令信号は、電気信号としてコントローラ３１に入力される。
【００４２】
コントロールバルブ装置２０は、例えば図示されないが、リフトシリンダ２１に接続されたリフトシリンダ用切換弁と、バケットシリンダ２２に接続されたバケットシリンダ用切換弁と、ステアリングシリンダ２３に接続されたステアリングシリンダ用切換弁とから成り、これらの各切換弁の切換方式は電磁パイロット式になっている。従って、コントロールバルブ装置２０は、作業レバー３２Ａから指令信号を受信すると、作業レバー３２Ａの操作量に応じてリフトシリンダ用切換弁及びバケットシリンダ用切換弁の切換位置及び切換量をそれぞれ変更することにより、リフトシリンダ２１及びバケットシリンダ２２を所望の動作速度で伸長させたり、あるいは収縮させるようにしている。これにより、リフト１５及びバケット１７が作業レバー３２Ａの操作により上下方向に回動する。このとき、必要に応じて走行機能を適宜組み合わせることにより、掘削や荷役作業を効率良く行うことができる。
【００４３】
一方、コントロールバルブ装置２０は、ステアリング３２Ｂから指令信号をコントローラ３１を介して受信すると、ステアリング３２Ｂの操作量に応じてステアリングシリンダ用切換弁の切換位置を変更することにより、ステアリングシリンダ２３を伸長させたり、あるいは収縮させるようにしている。これにより、車両が走行中のステアリング３２Ｂの操作により左方向又は右方向へ進行する。ＦＮＲレバー３２Ｅは、車両の走行状態を前進Ｆ、中立Ｎ、及び後退Ｒのいずれかに切替えるものであり、ＦＮＲレバー３２Ｅの切換位置が前進Ｆ又は後退Ｒの位置に選択された状態で各アクセルペダル３２Ｄ及びブレーキペダル３２Ｃが適宜操作されることにより、車両を前進又は後退させると共に、車両の走行速度を制御することができる。
【００４４】
このように、本発明の第１実施形態が対象とするハイブリッド式ホイールローダ１は、一般にシリーズ型といわれる構成であり、エンジン１２と電動機２６が機械的に接続されておらず、車両の動作に対してある程度、任意にエンジン１２の回転数を制御することができる。なお、本発明の第１実施形態は、ハイブリッド式作業車両の一例として、シリーズ型のハイブリッド式ホイールローダ１に適用した場合ついて説明したが、エンジン１２の回転数が負荷の状態により規定されることのない構成であれば、上述した構成以外のものに適用しても良い。
【００４５】
上述のように構成したハイブリッド式ホイールローダ１は、エンジン１２の動力によって油圧ポンプ１３を動作させ、油圧ポンプ１３から吐出された圧油を油圧作業部１１の各シリンダ２１〜２３へ供給することにより、目的に応じた作業を実施する。一方、ハイブリッド式ホイールローダ１は、エンジン１２の動力により電動発電機２５で発電した電力を利用し、この電力によって電動機２６を駆動することにより、車両の走行動作を行う。その際、蓄電装置２９では、車両の制動時の回生電力の吸収や車両の動作に必要とされるパワーのアシストを行うことにより、エンジン１２による車両の消費エネルギーの低減に寄与している。
【００４６】
ここで、ハイブリッド式ホイールローダ１は、基本的な動作パターンであるＶ字掘削作業を行う際に、大きな動力の増減変化が発生する。その大きな動力を必要とする動作として、大きな牽引力を発揮して掘削対象物に突っ込む動作や油圧作業部１１を上昇させながら加速する、いわゆる複合動作が相当する。一方、Ｖ字掘削作業において、バケット１７に運搬物を積み込んだ後、またはバケット１７の運搬物を放土した後に車両が元の位置に戻るために後進して停止する動作は、ほとんど動力を必要とせず、逆に車両の走行に制動がかかるので、電動機２６から蓄電装置２９へ回生エネルギーを回収することができる。
【００４７】
従って、Ｖ字掘削作業において大きく変動する負荷条件に対して、エンジン１２により動力を供給する場合、相応のエンジン１２の回転数で駆動しなかった場合には、エンジン１２の燃費特性において良い燃費点で動作するとは限らず、結果的に「燃費の悪い車両」となってしまう可能性がある。
【００４８】
図３は、このようなエンジン１２の燃費特性を説明するための参照図であり、ある特定されたディーゼルエンジンではなく、一般的なディーゼルエンジンの等燃費特性の一例を示している。
【００４９】
図３に示すように、一般的なディーゼルエンジンの燃費特性（トルク−回転数領域）において、ある一部の領域Ａに燃費が最も良くなり、その領域Ａを中心として等燃費の各領域が円状に広がっている。そのため、ディーゼルエンジンの燃費特性において、領域Ａから離れるほど、ディーゼルエンジンの燃費が悪化する。
【００５０】
図１４は、Ｖ字掘削作業におけるハイブリッド式ホイールローダ１のエンジン１２の動作特性の比較例として、図１２に示す従来技術のホイールローダ１００のエンジン１０１の動作特性を示している。
【００５１】
図１４に示すように、従来技術のホイールローダ１００は、負荷となる油圧ポンプ１０５、トルクコンバータ（トルコン）１０２、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）１０３がエンジン１０１に機械的に接続されているため任意にエンジン１０１の回転数を設定することができないので、トルクコンバータ１０２と油圧ポンプ１０５の特性に応じて、車両の動作に必要とされるパワーが小さいときには、１０００ｍｉｎ−１より低い回転数まで低下することがあり、車両の動作に必要とされるパワーが大きいときには、２０００ｍｉｎ−１より高い回転数まで上昇することがある。
【００５２】
一般に、トルクコンバータを備えた車両のエンジンの回転数は、基本的にトルクコンバータのトルク特性（入出力回転数差にトルクが比例する特性）によって決まるので、トルクを大きくする場合には、エンジンの回転数を大きくする必要があり、トルクを小さくする場合には、エンジンの回転数を小さくする必要がある。
【００５３】
従って、図３に示す一般的なディーゼルエンジンの特性を考慮すると、図１２に示す従来技術のホイールローダ１００では、エンジン１０１の燃費特性において、エンジン１０１の動作軌跡が燃費の良好な領域を必ずしも通過しているわけではない。特に、エンジン１０１が高回転数（例えば、２０００ｍｉｎ−１以上）で動作すれば、相応のロストルクが発生し、エンジン１０１が低回転数（例えば、１０００ｍｉｎ−１未満）で動作した後に通常回転数（例えば、１５００ｍｉｎ−１）へ復帰させれば、エンジン１０１の出力軸自体の加速トルクが必要となるので、余分な燃料を消費することになる。
【００５４】
一方、従来技術のホイールローダ１００に対して、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式ホイールローダ１は、上述したように搭載されるエンジン１２の回転数を制御できるので、このエンジン１２の燃費特性を活かしながら、下記の３点を考慮してエンジン１２の動作を制御することにより、大幅に車両の燃費の向上を図ることができる。
（１）車両の動作に必要なパワーに対して、エンジン１２の燃費特性において燃費の良好な領域でエンジン１２の回転数を制御すること
（２）エンジン１２の回転数に上限を設定し、エンジン１２の高回転に伴うロストルクの発生を低減すること
（３）エンジン１２の回転数に下限を設定し、エンジン１２が低回転で動作してから通常の回転数へ復帰させる際に必要となる加速トルクを低減すること
【００５５】
そこで、本発明の第１実施形態では、ハイブリッド式ホイールローダ１のコントローラ３１は、蓄電装置２９を利用したエンジン１２の制御を行うものであり、例えば図４に示すように、エンジン１２及び電動機２６を動力源とするハイブリッドシステムを制御するハイブリッド制御装置３５と、油圧ポンプ１３及びコントロールバルブ装置２０を含む油圧装置全体の動作を制御する油圧制御装置３６と、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御装置３７と、インバータ２７，２８の動作を制御するインバータ制御装置３８と、ＤＣＤＣコンバータ３０の動作を制御するコンバータ制御装置３９とを備えている。
【００５６】
これらの各制御装置３５〜３９は、ハイブリッドシステムの各駆動部分を制御するために必要な装置であり、ＣＡＮ通信等を用いて結線され、相互に各機器の指令値及び状態量を送受信する。なお、ハイブリッド式ホイールローダ１には、上述した各制御装置３５〜３９の他に、モニタや情報系の制御装置（図示せず）が設けられているが、これらの制御装置は、本発明と直接的な関係がないため、その説明及び図示を省略している。
【００５７】
ハイブリッド制御装置３５は、油圧制御装置３６、エンジン制御装置３７、インバータ制御装置３８、及びコンバータ制御装置３９の上位に位置し、これらの各制御装置３６〜３９を統括するものであり、ハイブリッドシステムが最高のパフォーマンスを発揮するように、各制御装置３６〜３９に対して具体的な動作に関する指令を出力する。なお、各制御装置３６〜３９は、必ずしも他の制御装置と別体というわけではなく、ある１つの制御装置に２つ以上の制御機能を実装しても良い。
【００５８】
図５は、ハイブリッド制御装置３５の具体的な構成を示しており、以下、その構成を詳細に説明する。
【００５９】
図５に示すように、ハイブリッド制御装置３５は、車両の動作に必要なパワー（以下、便宜的に必要パワーと呼ぶ）を演算する必要パワー演算部３５Ａと、エンジン１２の回転数を制御するエンジン制御部３５Ｂと、蓄電装置２９の動作を制御する蓄電装置制御部３５Ｃと、走行部２の動作を制御する走行制御部３５Ｄと、油圧ポンプ１３の動作を制御する油圧制御部３５Ｅとを含んでいる。
【００６０】
必要パワー演算部３５Ａは、アクセルペダル３２Ｄの開度であるアクセル開度、ブレーキペダル３２Ｃのブレーキ踏度、作業レバー３２Ａの操作量、ステアリング３２Ｂの操作量、及び車速に基づいて、必要パワーを演算するようにしている。具体的には、必要パワー演算部３５Ａは、例えば、図６に示すように、走行部２の走行動作に必要なパワー（以下、便宜的に走行パワーと呼ぶ）を演算する走行パワー演算部３５Ａ１と、油圧作業部１１の動作に必要なパワー（以下、便宜的に油圧パワーと呼ぶ）を演算する油圧パワー演算部３５Ａ２とを有している。
【００６１】
走行パワー演算部３５Ａ１は、アクセル開度、ブレーキ踏度、及び車速に基づいて、走行パワーを演算するようにしている。また、走行パワー演算部３５Ａ１による走行パワーの演算は、この場合に限定されるものではなく、例えば、各入力値を引数としたマップ検索として行っても良いし、あるいは各入力値に対して関数を定義し、その定義した関数に基づいて行っても良い。
【００６２】
油圧パワー演算部３５Ａ２は、作業レバー３２Ａの操作量及びステアリング３２Ｂの操作量に基づいて、油圧パワーを演算するようにしている。油圧パワー演算部３５Ａ２による油圧パワーの演算は、この場合に限定されるものではなく、例えば、入力値に対する油圧パワーの特性を定義してマップ検索として行っても良いし、あるいはその油圧パワーの特性を表わす演算式により行っても良い。
【００６３】
そして、必要パワー演算部３５Ａは、走行パワー演算部３５Ａ１によって演算された走行パワーと油圧パワー演算部３５Ａ２によって演算された油圧パワーを加算することにより、必要パワーを演算する。なお、アクセル開度、ブレーキ踏度、作業レバー３２Ａの操作量、及びステアリング３２Ｂの操作量の情報については、コントローラ３１がアクセルペダル３２Ｄ、ブレーキペダル３２Ｃ、作業レバー３２Ａ、及びステアリング３２Ｂから入力される入力値に基づいて算出しても良いし、アクセル開度、ブレーキ踏度、作業レバー３２Ａの操作量、及びステアリング３２Ｂの操作量を検出する検出センサを別途設けても良い。また、車速の情報については、コントローラ３１が電動機２６への指令値に基づいて算出しても良いし、あるいは車速を検出する検出センサを別途設けても良い。
【００６４】
エンジン制御部３５Ｂは、図５に示すように、エンジン回転数センサ、必要パワー演算部３５Ａ、蓄電装置制御部３５Ｃ、エンジン制御装置３７、及びインバータ制御装置３８に接続されている。そして、エンジン制御部３５Ｂは、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに応じて、エンジン１２の動作範囲を規定する第１の回転数Ｅ１と第２の回転数Ｅ２を設定する規定回転数設定部３５Ｂ１と、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに応じて、エンジン１２の回転数を第１の回転数Ｅ１と第２の回転数Ｅ２の間で可変速制御を行う可変速制御部３５Ｂ２とを有している。また、エンジン制御部３５Ｂは、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに応じて、エンジン１２から出力されるパワー（以下、便宜的にエンジン出力パワーと呼ぶ）を演算する。
【００６５】
蓄電装置制御部３５Ｃは、電圧測定センサ、必要パワー演算部３５Ａ、及びコンバータ制御装置３９に接続されている。そして、蓄電装置制御部３５Ｃは、可変速制御部３５Ｂ２によって可変速制御されたエンジン１２の回転数が第１の回転数Ｅ１のとき、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに対するエンジン１２のパワーの不足分に応じた蓄電装置２９の電力を電動機２６へ供給する制御を行う蓄電装置電力制御部３５Ｃ１を有している。
【００６６】
また、蓄電装置制御部３５Ｃは、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーとエンジン制御部３５Ｂによって演算されたエンジン出力パワーとの差分、及び電圧測定センサによって測定された蓄電装置２９の電圧に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ３０へ流す電流を指定するコンバータ電流指令を決定し、このコンバータ電流指令をコンバータ制御装置３９へ出力する。
【００６７】
規定回転数設定部３５Ｂ１は、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の高パワーより大きいとき、第１の回転数Ｅ１をエンジン１２の回転数の上限として設定し（本実施例では、１８００ｍｉｎ−１）、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の低パワーより小さいとき、第２の回転数Ｅ２をエンジン１２の回転数の下限として設定するようにしている（本実施例では、１０００ｍｉｎ−１）。
【００６８】
ここで、所定の高パワーとは、例えば、エンジン１２の回転数の上限に相当するパワーであり、このパワーは、エンジン１２の回転数の上限を設定した際に、その回転数で良い燃費点が得られるパワーを意味しており、例えば、エンジン１２の定格出力程度のパワー、又はこのパワーよりもいくらか小さく、エンジン１２の通常回転数に相当するパワーに対して比較的高いパワーに相当する。
【００６９】
また、所定の低パワーとは、例えばエンジン１２の回転数の下限に相当するパワーであり、このパワーは、エンジン１２の回転数の下限を設定した際に、エンジン１２の回転数が過剰に低下しない程度のパワーを意味しており、例えば、可変速制御部３５Ｂ２がエンジン１２の回転数を可変速制御する際に、エンジン１２の回転数の下限で出力するときの目標パワーに相当し、エンジン１２の通常回転数に相当するパワーに対して比較的低いパワーに相当する。
【００７０】
可変速制御部３５Ｂ２は、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに応じて、第１の回転数Ｅ１と第２の回転数Ｅ２の範囲内でエンジン１２の回転数を指定したエンジン回転数指令を決定し、このエンジン回転数指令をエンジン制御装置３７へ出力する。また、可変速制御部３５Ｂ２は、エンジン回転数指令のエンジン１２の回転数とエンジン回転数センサによって検出されたエンジン１２の回転数との差分に基づいて、電動発電機２５のトルクを指定するＭＧトルク指令を決定し、このＭＧトルク指令をインバータ制御装置３８へ出力する。
【００７１】
ここで、可変速制御部３５Ｂ２によって制御されたエンジン１２の動作について図７を参照して説明する。なお、図７において、細実線はエンジン１２の最大トルク線、太実線はエンジン１２の動作軌跡を示している。
【００７２】
図７に示すように、規定回転数設定部３５Ｂ１によって第１の回転数Ｅ１及び第２の回転数Ｅ２が設定されると、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の高パワーより大きいときには、可変速制御部３５Ｂ２によってエンジン１２の回転数が第１の回転数Ｅ１で制限され、エンジン１２が第１の回転数Ｅ１よりも高い回転数で回転することがなく、エンジン１２は第１の回転数Ｅ１で動作する。そして、必要パワーに対するエンジン１２のパワーの不足分に応じた電力が蓄電装置電力制御部３５Ｃ１によって蓄電装置２９から電動機２６へ供給され、電動機２６によってエンジン１２の動力をアシストすることができる。
【００７３】
このとき、電動発電機２５は、例えば、ゼロトルク制御を実施したり、あるいはインバータ２７のＰＷＭがＯＦＦに設定されることにより、発電機として動作することがなく、電動発電機２５から電動機２６へ電力が供給されなくなるので、油圧作業部１１がエンジン出力パワーのみで動作すると共に、電動機２６が蓄電装置２９から出力されるパワー（以下、便宜的に蓄電装置出力パワーと呼ぶ）のみで駆動する。なお、電動機２６によるエンジン１２の動力のアシストは、蓄電装置出力パワーが電動機２６に必要とされるパワーより大きい場合に限り行われる。このように、蓄電装置出力パワーが電動機２６へ伝達されることにより、パワーの伝達経路として、最も効率が高くなる経路となり、最適なエンジン１２の制御を行うことができる。
【００７４】
従って、図８に示すように、エンジン出力パワーは油圧作業部１１側（Ｄ１方向）へ伝達され、蓄電装置出力パワーは走行部２側（Ｄ２方向）へ伝達されるので、油圧作業部１１及び走行部２を効率良く駆動することができる。仮に、蓄電装置出力パワーが電動機２６に必要とされるパワーより小さい場合には、エンジン１２が電動発電機２５を発電機として動作させることにより、蓄電装置２９を充電するようにしている。
【００７５】
一方、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の低パワーより小さいときには、可変速制御部３５Ｂ２によってエンジン１２の回転数が第２の回転数Ｅ２で制御され、エンジン１２が第２の回転数Ｅ２よりも低い回転数で回転することがなく、エンジン１２は第２の回転数Ｅ２で動作する。このとき、必要パワーがより小さくなった場合には、エンジン１２の回転数が第２の回転数Ｅ２の状態で、エンジン１２のトルクが減少することになるので、図３に示す一般的なディーゼルエンジンの特性を考慮すると、エンジン１２の燃費が悪化することになる。
【００７６】
そこで、蓄電装置電力制御部３５Ｃ１は、可変速制御部３５Ｂ２によって可変速制御されたエンジン１２の回転数が第２の回転数Ｅ２のとき、蓄電装置２９を充電するようにしている。これにより、エンジン１２が電動発電機２５を発電機として動作させることにより、エンジン１２の負荷が増加し、エンジン１２のトルクが減少してエンジン１２の燃費が悪化するのを抑制できるので、エンジン１２の燃費性能を良好な状態に保つことができる。
【００７７】
走行制御部３５Ｄは、必要パワー演算部３５Ａ及びインバータ制御装置３８に接続されている。そして、走行制御部３５Ｄは、車速、及び走行パワー演算部３５Ａ１によって演算された走行パワーに基づいて、電動機２６のトルクを指定するＭトルク指令を決定し、このＭトルク指令をインバータ制御装置３８へ出力する。
【００７８】
油圧制御部３５Ｅは、吐出圧センサ及び油圧制御装置３６に接続されている。そして、油圧制御部３５Ｅは、吐出圧センサによって検出された油圧ポンプ１３の吐出圧及び油圧パワー演算部３５Ａ２によって演算された油圧パワーに基づいて、油圧ポンプ１３の傾転角を指定する傾転角指令を決定し、この傾転角指令を油圧制御装置３６へ出力する。
【００７９】
次に、コントローラ３１の制御動作の流れを図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００８０】
まず、図９に示すように、コントローラ３１のハイブリッド制御装置３５は、アクセル開度、ブレーキ踏度、作業レバー３２Ａの操作量、及びステアリング３２Ｂの操作量を含む各種の操作量を入力すると共に、エンジン１２の回転数、車速、蓄電装置２９の電圧、及び油圧ポンプ１３の吐出圧を含む各種の状態量を入力する（（ステップ（以下、Ｓと記す）１００）。
【００８１】
次に、ハイブリッド制御装置３５における必要パワー演算部３５Ａの走行パワー演算部３５Ａ１は、アクセル開度、ブレーキ踏度、及び車速を入力し、走行パワーを演算してエンジン制御部３５Ｂ及び蓄電装置制御部３５Ｃへ出力する（Ｓ１０１）。また、必要パワー演算部３５Ａの油圧パワー演算部３５Ａ２は、作業レバー３２Ａの操作量及びステアリング３２Ｂの操作量を入力し、油圧パワーを演算して油圧制御部３５Ｅへ出力する（Ｓ１０１）。さらに、必要パワー演算部３５Ａは、得られた走行パワーと油圧パワーから必要パワーを演算してエンジン制御部３５Ｂ及び蓄電装置制御部３５Ｃへ出力する（Ｓ１０１）。
【００８２】
次に、エンジン制御部３５Ｂは、エンジン１２の回転数、必要パワー、及び走行パワーの情報をエンジン回転数センサ及び必要パワー演算部３５Ａからそれぞれ入力すると、エンジン出力パワーを演算し、エンジン出力パワーの情報を蓄電装置制御部３５Ｃへ出力する（Ｓ１０２）。その後、エンジン制御部３５Ｂの規定回転数設定部３５Ｂ１が第１の回転数Ｅ１と第２の回転数Ｅ２を設定する。そして、エンジン制御部３５Ｂの可変速制御部３５Ｂ２は、エンジン回転数指令を決定してエンジン制御装置３７へ出力すると共に、ＭＧトルク指令を決定してインバータ制御装置３８へ出力する（Ｓ１０３）。
【００８３】
次に、蓄電装置制御部３５Ｃは、蓄電装置２９の電圧、必要パワー、及びエンジン出力パワーの情報を電圧測定センサ、必要パワー演算部３５Ａ、及びエンジン制御部３５Ｂからそれぞれ入力し、コンバータ電流指令を決定してコンバータ制御装置３９へ出力する（Ｓ１０４）。その後、走行制御部３５Ｄは、車速の情報を入力すると共に、走行パワーの情報を走行パワー演算部３５Ａ１から入力し、Ｍトルク指令を決定してインバータ制御装置３８へ出力する（Ｓ１０５）。次に、油圧制御部３５Ｅは、油圧ポンプ１３の吐出圧及び油圧パワーの情報を吐出圧センサ及び油圧パワー演算部３５Ａ２からそれぞれ入力し、傾転角指令を決定して油圧制御装置３６へ出力する（Ｓ１０６）。そして、Ｓ１０７の動作が行われる。
【００８４】
すなわち、Ｓ１０７において、エンジン制御装置３７は、エンジン制御部３５Ｂからエンジン回転数指令を入力し、このエンジン回転数指令に基づいて、エンジン１２の回転数の制御を行う。また、Ｓ１０７において、インバータ制御装置３８は、エンジン制御部３５ＢからＭＧトルク指令を入力し、このＭＧトルク指令に基づいて、電動発電機２５のトルクの制御を行う。
【００８５】
さらに、Ｓ１０７において、コンバータ制御装置３９は、蓄電装置制御部３５Ｃからコンバータ電流指令を入力し、このコンバータ電流指令に基づいて、ＤＣＤＣコンバータ３０を介して蓄電装置２９の出力制御を行う。このとき、コンバータ制御装置３９は、例えば、コンバータ電流指令の符号が正の場合、蓄電装置２９の放電を行い、コンバータ電流指令の符号が負の場合、蓄電装置２９の充電を行い、コンバータ電流指令の符号が０の場合、蓄電装置２９の充放電を行わない。
【００８６】
具体例を挙げると、操作装置３２の１つの操作条件として、例えば、必要パワーが１２０ｋＷ、エンジン出力パワーが１００ｋＷである場合、コンバータ制御装置３９は、ＤＣＤＣコンバータ３０に対して必要パワーとエンジン出力パワーの差分である２０ｋＷを蓄電装置２９から出力するように制御する。このとき、蓄電装置出力パワー２０ｋＷはコンバータ電流指令の符号が正となるので、蓄電装置２９の放電を行う。
【００８７】
また、Ｓ１０７において、油圧制御装置３６は、油圧制御部３５Ｅから傾転角指令を入力し、この傾転角指令に基づいて、油圧ポンプ１３の傾転角を制御する。これらのＳ１０７の動作が行われると、上述したＳ１００からの動作が繰り返される。
【００８８】
このように構成した本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式ホイールローダ１によれば、エンジン制御部３５Ｂの可変速制御部３５Ｂ２が、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに応じて、エンジン１２の回転数をエンジン制御部３５Ｂの規定回転数設定部３５Ｂ１によって設定された第１の回転数Ｅ１と第２の回転数Ｅ２の間で可変速制御を行うことにより、エンジン１２の燃費特性において燃費の良好な領域でエンジン１２を動作させることができる。
【００８９】
そして、エンジン１２の回転数が第１の回転数Ｅ１のときに、必要パワーに対してエンジン１２のパワーが不足しても、電動機２６が蓄電装置制御部３５Ｃの蓄電装置電力制御部３５Ｃ１によって蓄電装置２９から供給された電力で駆動することにより、エンジン１２の動作状態を良好に保ちながらエンジン１２の動力を十分にアシストすることができる。これにより、エンジン１２の効率を高めることができるので、エンジン１２の燃費を向上させることができる。
【００９０】
特に、ハイブリッド式ホイールローダ１は、エンジン１２とプロペラシャフト５Ａを機械的に切離し、エンジン出力パワーを用いて油圧作業部１１を動作させると共に、蓄電装置出力パワーを用いて走行部２を動作させることにより、エンジン１２及び蓄電装置２９から得られるパワーを油圧作業部１１及び走行部２へ適切に分配することができる。従って、蓄電装置２９の電力を電動発電機２５へ供給し、エンジン１２の動力をアシストして油圧作業部１１を動作させる場合に比べて、インバータ２７を含む電動発電機２５のパワーの変換効率分に相当する蓄電装置出力パワーの損失が発生するのを防止することができる。これにより、パワー効率の高いハイブリッドシステムを実現することができる。
【００９１】
また、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式ホイールローダ１は、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の高パワーより大きいときには、規定回転数設定部３５Ｂ１によって第１の回転数Ｅ１がエンジン１２の回転数の上限として設定されるので、可変速制御部３５Ｂ２によってエンジン１２の回転数が第１の回転数Ｅ１以下に抑制され、エンジン１２の高回転に伴って発生するロストルクを低減することができる。
【００９２】
一方、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の低パワーより小さいときには、規定回転数設定部３５Ｂ１によって第２の回転数Ｅ２がエンジン１２の回転数の下限として設定されるので、可変速制御部３５Ｂ２によってエンジン１２の回転数が第２の回転数Ｅ２よりも低下することがなく、エンジン１２の回転数の過度の低下を抑制することができる。これにより、エンジン１２の回転数を上昇させる際に必要とされるエンジン１２の出力軸の加速トルクを低減することができる。このように、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド式ホイールローダ１は、蓄電装置２９の電力を有効に活用し、必要パワーに対して、図３に示す燃費特性を考慮したエンジン１２の回転数の制御を実現できるので、車両の燃費をより一層改善することができる。
【００９３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、図５に示すように、第１実施形態に係る蓄電装置制御部３５Ｃの蓄電装置電力制御部３５Ｃ１は、可変速制御部３５Ｂ２によって可変速制御されたエンジン１２の回転数が第１の回転数Ｅ１のとき、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに対するエンジン１２のパワーの不足分に応じた蓄電装置２９の電力を電動機２６へ供給する制御を行ったのに対して、第２実施形態に係る蓄電装置制御部４５Ｃの蓄電装置電力制御部４５Ｃ１は、可変速制御部３５Ｂ２によって可変速制御されたエンジン１２の回転数が第１の回転数Ｅ１のとき、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに対するエンジン１２のパワーの不足分に応じた蓄電装置２９の電力を電動発電機２５へ供給する制御を行うようにしたことである。
【００９４】
この場合には、蓄電装置電力制御部４５Ｃ１は、可変速制御部３５Ｂ２によって可変速制御されたエンジン１２の回転数が第２の回転数Ｅ２の状態で、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の低パワーより大きくなったとき、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーに対するエンジン１２のパワーの不足分に応じた蓄電装置２９の電力を電動発電機２５へ供給する制御を行うようにしている。その他の第２実施形態の構成は、第１実施形態と同様であり、この第１実施形態と同一又は対応する部分には同一の符号を付している。
【００９５】
このように構成した本発明の第２実施形態に係るハイブリッド式ホイールローダ１Ａによれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、エンジン１２の回転数が第１の回転数Ｅ１のときに、車両の動作に必要なパワーに対してエンジン１２のパワーが不足しても、電動発電機２５が蓄電装置電力制御部４５Ｃ１によって蓄電装置２９から供給された電力で駆動することにより、図１０に示すように、エンジン出力パワーと蓄電装置出力パワーを合計したパワーで車両を動作させることができる。これにより、エンジン１２の効率を高めると共に、エンジン１２を安定して動作させることができる。
【００９６】
また、本発明の第２実施形態に係るハイブリッド式ホイールローダ１Ａは、エンジン１２の回転数が第２の回転数Ｅ２のときに、例えば、エンジン出力パワーのみで油圧作業部１１を駆動できない程度に油圧パワーが大きくなり、必要パワーとして、急に所定の低パワーよりも大きいパワーが要求されても、電動発電機２５が蓄電装置電力制御部４５Ｃ１によって蓄電装置２９から供給された電力で力行動作を行うことにより、エンジン１２の動力を迅速にアシストすることができる。このとき、図１１に示すように、エンジン出力パワーと蓄電装置出力パワーの双方が油圧作業部１１側（Ｄ１，Ｄ３方向）へ迅速に伝達されるので、エンジン１２のパワー不足を十分に回避することができる。
【００９７】
また、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【００９８】
また、本発明の第１、第２実施形態は、規定回転数設定部３５Ｂ１は、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の高パワーより大きいとき、第１の回転数Ｅ１をエンジン１２の回転数の上限として設定し、必要パワー演算部３５Ａによって演算された必要パワーが所定の低パワーより小さいとき、第２の回転数Ｅ２をエンジン１２の回転数の下限として設定した場合について説明したが、この場合に限るものではない。例えば、規定回転数設定部３５Ｂ１は、特定の条件において、第１の回転数Ｅ１をエンジン１２の回転数の下限として設定し、第２の回転数Ｅ２をエンジン１２の回転数の上限として設定しても良い。
【符号の説明】
【００９９】
１，１Ａ  ハイブリッド式ホイールローダ（ハイブリッド式作業車両）
２  走行部
５  センタージョイント
５Ａ  プロペラシャフト
１１  油圧作業部
１２  エンジン
１３  油圧ポンプ
１５  リフト
１７  バケット
２０  コントロールバルブ装置
２１  リフトシリンダ
２２  バケットシリンダ
２３  ステアリングシリンダ
２５  電動発電機
２６  電動機
２７，２８  インバータ
２９  蓄電装置
３０  ＤＣＤＣコンバータ
３１  コントローラ
３２  操作装置
３５  ハイブリッド制御装置
３５Ａ  必要パワー演算部
３５Ａ１  走行パワー演算部
３５Ａ２  油圧パワー演算部
３５Ｂ  エンジン制御部
３５Ｂ１  規定回転数設定部
３５Ｂ２  可変速制御部
３５Ｃ，４５Ｃ  蓄電装置制御部
３５Ｃ１，４５Ｃ１  蓄電装置電力制御部
３５Ｄ  走行制御部
３５Ｅ  油圧制御部
３６  油圧制御装置
３７  エンジン制御装置
３８  インバータ制御装置
３９  コンバータ制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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