(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、前記エンジン及び前記発電機を制御する制御装置とを備えたエンジン発電機制御装置において、
発電量閾値以上の発電機出力又は実際のエンジン回転数が回転数閾値以上では、エンジン回転数を一定として、前記発電機の出力を変化させる出力指令値を出力し、
前記一定となるエンジン回転数は、前記エンジンの燃料消費率の逆数と前記発電機の入出力効率とを同一回転数と同一出力において乗算した複合効率が各発電機出力において最大となるエンジン回転数の平均値であることを特徴とするエンジン発電機制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記発電機の出力は、前記一定となるエンジン回転数より実際のエンジン回転数が低下すると低下し、前記一定となるエンジン回転数より実際のエンジン回転数が増加すると増加することを特徴とするエンジン発電機制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジン発電機制御装置において、
前記発電機の出力電力により駆動されるモータを備え、
前記発電機の出力は前記モータの出力要求値により決定されることを特徴とするエンジン発電機制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のエンジン発電機制御装置において、
前記エンジン回転数を一定とし前記発電機の出力を変化させて制御するエンジン回転数一定出力モードと、前記エンジン回転数の増加に基づいて前記発電機の出力が増加するエンジン回転数依存出力モードと、前記エンジン回転数一定出力モードと前記エンジン回転数依存出力モードとを切り替えるモード切替部とを有し、
前記モード切替部は、前記発電機出力が発電量閾値未満又は前記実際のエンジン回転数が回転数閾値未満の場合に前記エンジン回転数依存出力モードに切り替え、前記発電機出力が発電量閾値以上又は前記実際のエンジン回転数が回転数閾値以上となった場合に前記エンジン回転数一定出力モードに切り替えることを特徴とするエンジン発電機制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジン発電機制御装置において、
前記モード切替部は、前記一定となるエンジン回転数から実エンジン回転数のばらつきを許容する許容回転数を減算した値を前記エンジン回転数の前記回転数閾値として用いることを特徴とするエンジン発電機制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載のエンジン発電機制御装置において、
前記モード切替部は、目標とするモード切替発電機出力から発電機出力のばらつきを許容する許容出力値を減算した値を前記発電機出力の前記発電量閾値として用いることを特徴とするエンジン発電機制御装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のエンジン発電機制御装置において、
前記発電機の出力電力により駆動されるモータを備え、
前記発電機の出力は前記モータの出力要求により決定されることを特徴とするエンジン発電機制御装置。
【請求項８】
車体に荷台を備え、左右一対の従動輪と、モータによって駆動される左右一対の駆動輪とを備えた鉱山向けダンプトラックにおいて、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載したエンジン発電機制御装置を備えたことを特徴とする鉱山向けダンプトラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックに係わり、エンジン発電機の動作点制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにより発電機を駆動して電気エネルギーを得るエンジン発電機は様々なシーンで使用されている。例えば、鉱山などで用いられる電気式ダンプトラックでは、エンジンの回転エネルギーを発電機により電気エネルギーに変換し、インバータ及びモータに供給することで車輪を駆動している。近年、ダンプトラックにおいては搬送性能だけでなく、エンジンで使用する燃料消費量の低減も重要な要素となっており、エンジン発電機の制御方法の工夫による燃料消費量低減手法が提案されている。
【０００３】
国際公開第２００６／０４３６１９号明細書（特許文献１）に記載の手法では、ダンプトラックの燃費向上のためのエンジンの動作領域（横軸エンジン回転数と縦軸エンジン出力で表わされる平面）を負荷に応じて制限する方式が開示されている。本特許文献の実施例によると、まずドライバはスイッチによりパワーモードおよび標準モードを選択する。選択されたモードによりエンジン特性が決まり、標準モードはパワーモードに比べエンジンの使用領域が制限され、低出力／低エンジン回転数で動作する。さらに、モード選択後、積載量の重量やサスペンション圧力から負荷の高低を判断し、高負荷の場合にはエンジンの使用領域を高出力／高回転数側に広げ、低負荷の場合にはエンジンの使用領域を低出力／低回転数側に狭める処理を行う。このように、特許文献１では、負荷に応じて出力パワーを抑制することで、余分なパワーを制限し燃料消費量を低減する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／０４３６１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、負荷に応じてエンジンの使用領域を制限するため、エンジンや同軸上に接続された発電機の高効率点を積極的に利用できない可能性がある。例えば、エンジン回転数の高い領域が高効率であった場合、特許文献１記載の標準モードでは低回転領域での動作に制限されるため、積極的に高効率領域を使用できない。このように従来方式では、必要なエンジン発電機の出力に対して高効率動作させる事が難しいという課題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の課題を検討し、これらの課題を解決するためになされたものである。
【０００７】
従って、本発明の目的とすることころは、エンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減することのできるエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックを提供する事にある。 
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１０】
すなわち、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機の出力電力により駆動されるモータを備え、電力量閾値以上の発電機出力かつ回転数閾値以上のエンジン回転数では、エンジン回転数一定で前記発電機の出力を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、エンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減することのできるエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックを提供することが出来る。
【００１２】
上記した以外の課題、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】
【００１３】
【図１】本発明のエンジン発電機制御装置を搭載した鉱山向けダンプトラックの側面図である。
【図２】本発明の実施例１~４のシステムブロック図である。
【図３】本発明の実施例５~８のシステムブロック図である。
【図４】本発明の実施例１、２のEGU（エンジンジェネレータコントロールユニット）の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明の実施例５，６のEGU（エンジンジェネレータコントロールユニット）の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図６】モータ要求出力と発電機電力との関係を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例１~４のエンジン回転数指令作成部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図８】本発明の実施例５~８のエンジン回転数指令作成部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図９Ａ】本発明のNeth*を決定する際の指針を示した図であり、エンジン発電機の複合効率の構成を示す図である。
【図９Ｂ】本発明のNeth*を決定する際の指針を示した図であり、エンジン（発電機）回転数とエンジン発電機出力との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１のモータ要求出力算出部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図１１】本発明の実施例２のモータ要求出力算出部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図１２】本発明の実施例５のモータ要求出力算出部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図１３】本発明の実施例６のモータ要求出力算出部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図１４】本発明の実施例１，２、５，６のモード切替部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図１５】本発明の実施例３，４、７，８のモード切替部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図１６】本発明の実施例１~８の発電機出力指令作成部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図１７】本発明の実施例２，４，６，８の一定回転数保持部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図１８】本発明の実施例のエンジン回転数一定出力モードとエンジン回転数依存出力モードを使用した際のタイミングチャートを示す図である。
【図１９】本発明の実施例のエンジン回転数一定出力モードとエンジン回転数依存出力モードを使用した際の動作点軌跡を示す図である。
【図２０】本発明の実施例のエンジン回転数一定出力モードのみを使用した際のタイミングチャートを示す図である。
【図２１】本発明の実施例のエンジン回転数一定出力モードのみを使用した際の動作点軌跡を示す図である。
【図２２】本発明の実施例３，４のEGU（エンジンジェネレータコントロールユニット）の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図２３】本発明の実施例３のモータ要求出力算出部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図２４】本発明の実施例４のモータ要求出力算出部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図２５】本発明の実施例７，８のEGU（エンジンジェネレータコントロールユニット）の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図２６】本発明の実施例７のモータ要求出力算出部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図２７】本発明の実施例８のモータ要求出力算出部の処理内容を示す制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る代表的な実施の形態について詳細に説明する。参照する図面の参照符号は、それが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
【実施例１】
【００１５】
本実施例においては、エンジン発電機の動作点を制御することでエンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減できるエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックについて説明する。
【００１６】
初めに本実施例の説明で用いる鉱山向けダンプトラックの構成について図１の側面図を用いて説明する。図１は、本発明に係るエンジン発電機制御装置を搭載した鉱山向けダンプトラックの側面図である。
【００１７】
本実施例の鉱山向けダンプトラックは、車体の上側後方に上下方向に回転可能な荷台５、上側前方に運転席８を備えている。また、車体下方前側には左右一対の従動輪６L,６R、車体下方後側には左右一対の駆動輪７L,７Rが配置されている。
【００１８】
次に駆動輪７L,７Rを動かす動力機構について説明する。鉱山向けダンプトラックが駆動される時は、エンジン４によりエネルギーが供給される。このエンジンは、例えばディーゼルエンジンを選択しても良い。エンジンの回転エネルギーは発電機２により電気エネルギーに変換され、インバータ３L,３Rに供給される。インバータ３L,３Rは走行用モータ１L,１Rを駆動することで駆動輪７L,７Rが回転運動を実施する。また、制動時には走行用モータ１L,１Rから発生したエネルギーを消費するため、グリッドシステム（チョッパ９bと抵抗器９a）が動作する。
【００１９】
その他のコンポーネントとしては、動力機構の冷却に利用される機械的ファンや電動ファンを動かすための補助発電機（補機系統）などが設置されている。
【００２０】
次に、図２を用いて前述したコンポーネントや制御装置の接続関係を説明する。図２は、本実施例に係るシステムブロック図である。なお、図２のシステムブロック図は、後述する実施例２~４にも共通する。
【００２１】
まず、コンポーネント間の接続について説明する。エンジン４は機械的機構により発電機２および補機系統１８と接続される。整流器１０は発電機２の電力を直流に変換し、インバータ３L,３Rと走行用モータ１L,１Rに電力を供給する。すなわち、整流器１０はインバータ３Lを介して走行用モータ１Lに電力を供給し、インバータ３Rを介して走行用モータ１Rに電力を供給する。走行用モータ１Lは機械的機構により駆動輪７Lに接続され、走行用モータ１Rは機械的機構により駆動輪７Rに接続される。また、制動時に走行用モータ１L,１Rから発生したエネルギーを消費するため、グリッドシステム（チョッパ９bと抵抗器９a）が、インバータ３L,３Rと整流器１０に対して並列に接続される。
【００２２】
次に制御装置とコンポーネントとの接続関係について説明する。まず、ECU１１（エンジンコントロールユニット）はエンジン回転数の測定とエンジン回転数の制御を行う。ECU１１は、エンジン回転数指令Ne*をEGU１４（エンジンジェネレータコントロールユニット）から入力する。次に、GCU１２（グリッドシステムコントロールユニット）は、インバータ３L,３R、整流器１０、チョッパ９bが接続される直流バスの電圧Vdcを測定／監視する。もし制動時に直流バス電圧Vdcが規定された電圧以上になった場合には、チョッパ９bのデューティ―比を0〜1の間で制御し、抵抗器９aで電力を消費することで直流バス電圧Vdcを規定値に保つ。MCU１３（モータコントロールユニット）はモータ回転数の測定とEGU１４からモータ要求出力値Mp*を入力し、走行用モータ１L,１Rの回転数とトルクの制御を行う。最後にEGU１４（エンジンジェネレータコントロールユニット）は、エンジン４及び発電機２に係わる出力や回転数を制御する。EGU１４は入力として、アクセル１５からのアクセル開度信号Acl及びリタード１６からのリタード開度信号Rtdと、ECU１１で測定した実際のエンジン回転数（実エンジン回転数）Neと、直流バスで測定した直流バス電圧Vdcとを用いる。
【００２３】
次に、図４を用いて、EGU１４の詳細について述べる。図４はEGU１４の処理内容について表わした図である。
【００２４】
入力されたリタード開度信号（Rtd）はゲイン２０により−１倍され、アクセル開度信号（Acl）と加算される。作成されたAcl/Rtd信号はエンジン回転数指令作成部（手段又はユニット）２２へ入力され、Acl/Rtd信号に基づいてエンジン回転数指令Ne*を決定する。また、Acl/Rtd信号は実エンジン回転数信号Neとともにモータ要求出力算出部（手段又はユニット）２３に入力される。モータ要求出力算出部２３では走行に必要な駆動力（モータ要求出力値Mp*）を、Acl/Rtd信号および実エンジン回転数信号Neに基づいて決定する。さらに、発電機出力指令作成部（手段又はユニット）２４においては、直流バス電圧Vdcと直流バス電圧指令値Vdc*を入力として、直流バス電圧Vdcが直流バス電圧指令値Vdc*に追従する様に発電機出力指令値Gp*を決定する。本実施例は、発電機出力Gpをモータ要求出力値Mp*により制御する構成である。
【００２５】
ここで、モータ要求出力値Mp*と発電機出力指令値Gp*の関係について図６を用いて述べる。図６は駆動時のモータ要求出力値Mp*及び発電機出力指令値Gp*と直流バス電圧Vdcとの関係を簡易的に表したブロック線図である。初めにモータ要求出力値Mp*が決定すると、MCU４０（図２に示すMCU１３）とモータ/インバータ（Pm(s)）４２を介してモータパワーMpが決まる。その後、発電機（Pg(s)）４１の現状の出力GpとモータパワーMpの関係から演算部４３，４４，４５において直流バス電流Idcが決まる。さらに、直流バス電流Idcに、直流バス上の容量Cdcに基づいて演算部４６及び演算部４７で決定される伝達関数（1/(Cdc・s)）を掛けることで、直流バス電圧Vdcが決定する。決定した直流バス電圧Vdcは発電機出力指令作成部２４により発電機出力指令Gp*に変換され、発電機（Pg(s)）４１を介することで実際の発電機出力Gpとなり直流バス電圧を指令値通りに保つ。このように、モータ要求出力値Mp*を制御すると、発電機出力Gpをコントロール可能となる。
【００２６】
ここからは、前記したエンジン回転数指令作成部２２、モータ要求出力算出部２３、発電機出力指令作成部２４の詳細について説明する。
【００２７】
初めに、図７を用いてエンジン回転数指令作成部２２を説明する。図７は、本実施例に係るエンジン回転数指令作成部の処理内容を示す制御ブロック図である。なお、図７の制御ブロック図は後述する実施例２〜４にも共通する。
【００２８】
エンジン回転数指令作成部２２ではAcl/Rtd信号を入力としてエンジン回転数指令Ne*を作成する。図７に示す様に、Acl/Rtd信号がゼロ以下の場合、エンジン回転数はアイドル回転数NeL*に設定され、ゼロより大きくなる、つまりアクセルが踏みこまれると指定されたマップの値に従ってNeth*までエンジン回転数指令Ne*が増加する。ここで、エンジン回転数指令Ne*がNeth*になるAcl/Rtd信号をAth*とする。なお、Ath*はゼロより大きな値に設定する。
【００２９】
ここで、Neth*の設定方法について図９を用いて述べる。図９Ａ及び図９Ｂは、本実施例に係るNeth*を決定する際の指針を示した図である。図９Ａは、エンジン発電機の複合効率の構成を示す。図９Ｂは、エンジン（発電機）回転数とエンジン発電機出力との関係を示す。
【００３０】
Neth*はエンジン発電機の各出力に対して効率が最大となるエンジン回転数に設定される。ここで、エンジンの効率は燃料消費率として表わされる事が多く、発電機の効率は入出力効率（出力パワー／入力パワー）で表わされる事が多い。エンジン発電機の効率を考える場合、図９Ａに示す様に、エンジンと発電機は同軸上で接続されているため、２つのコンポーネントの複合効率を考慮する必要がある。そこで、前記した燃料消費率と発電機効率を用いて、エンジン発電機の複合効率が最大となる回転数を算出する。まず、燃料消費率の逆数と発電機効率を同一回転数、同一出力で掛け合わせ、エンジン発電機の複合効率を算出する。次に、各発電機出力に対して最も効率の高いエンジン回転数を決定する。ここで、決定されたエンジン回転数は例えば図９Ｂに示す実線丸印の様になる（パターン１）。実線丸印に示す様に、最高効率となるエンジン回転数がほぼ一定になる様であれば、決定された全エンジン回転数の平均値を計算することで、Neth*を算出しても良い。また、図９Ｂの点線丸印（パターン２）に示す様に高出力と低出力の領域で最高効率となるエンジン回転数がずれる場合は、高出力側のみのエンジン回転数から平均値を計算することでNeth*を算出しても良い。ここで高出力側とは、例えば最大出力の1/2より大きな範囲の出力領域を示す。
【００３１】
次に、図１０を用いてモータ要求出力算出部２３を説明する。図１０は、本実施例のモータ要求指令算出部２３の処理内容を示す制御ブロック図である。
【００３２】
モータ要求出力算出部２３では、Acl/Rtd信号と実エンジン回転数Neを入力として、２つのモードを切り替えてモータ要求出力を決定する。１つ目のモードはエンジン回転数一定出力モードである。本モードでは、前記したエンジン回転数がNeth*の値で一定となる状態でエンジン発電機の出力を変化させて制御する。その結果、エンジン発電機の高効率動作が可能となる。発電機の出力を決定するモータ要求出力値Mp1*は、Acl/Rtd信号の増加に従いMp1*が増加するように、マップを用いて算出される。マップの形状は走行性、加速性や燃費性能等により設定する。ここで、図１０において設定したAth*でのモータ要求出力値Mp1*をPth*とする。
【００３３】
２つ目のモードはエンジン回転数依存出力モードである。本モードでは、エンジン回転数に基づいて発電出力を制御する。このモードでは、補機系統１８も考慮してエンジンの燃料消費量を低減する事を目的としている。補機系統１８にはエンジン回転数増加に伴って消費パワーが増加するコンポーネント、例えばエンジンファンなどがある。そのため、エンジン回転数一定モードのみでモータ要求出力値Mp*を決める場合、設定するNeth*によっては補機系統１８の消費パワー増加分が、エンジン発電機の効率改善分を相殺する可能性がある。特に低出力状態において前記した現象が顕著となるため、本モードでは実エンジン回転数Neを入力として、エンジン回転数が小さい場合にはMp2*を小さく、エンジン回転数が大きい場合にはMp2*を大きくする様にマップを設定する。さらに、実エンジン回転数Neが所定値（本実施例では、Neth*）を超えると、Mp2*を一定値（本実施例では、Pth*）に維持する。マップの形状は走行性、加速性、燃費性能およびエンジン回転数の加速性などから設定する。ここで、図１０において設定したNeth*におけるモータ要求出力値Mp2*をPth*とする。前記エンジン回転数一定出力モードで設定したPth*は本モードのPth*と同一であり、Neth*と共にモードを切り替える理想的な目標値となる。ここで、Pth*は補機パワーがエンジン出力に対して大きくなるほど大きな値に設定することが望ましい。これは、エンジン発電機効率の改善分と補機パワーの増加分のトレードオフの関係があるためであり、使用機器や使用状況に合わせてPth*を設定する。その反対に、エンジン出力に対して小さな割合になるほどPth*を小さな値に設定することができる。特に補機系統１８の出力がエンジン出力に対して１％以下程度の小さい影響の場合、モータ要求出力算出部内のPth*をゼロと設定し、図７に記載のAth*も極力ゼロに近い値、例えば0.01などに設定することで、エンジン回転数一定出力モードのみでモータ要求出力値Mp*を決定する事も可能である。
【００３４】
次に、図１４を用いて前記した２つのモードを切り替えるモード切替部（手段又はユニット）６２について説明する。図１４は、本実施例のモード切替部６２の処理内容を示す制御ブロック図である。図１４の制御ブロック図は、実施例２、５，６においても共通する。
【００３５】
前記した様にモードを切り替える理想的な目標値はPth*とNeth*であり、本実施例ではNeth*を用いた切替部を説明する。モード切替部６２では実エンジン回転数Neを入力（S02）し、S03においてモードの判定を行う。実エンジン回転数NeがNeth*-dNe以上の場合はエンジン回転数一定出力モード（S05）が、実エンジン回転数NeがNeth*-dNeより小さい場合はエンジン回転数依存出力モード（S04）が選択され、モード切替信号を出力（S06）する。ここで、理想的にはNeth*で切替判定を行うと良いが、実際はエンジン回転数のばらつきなどの影響によりNeth*で実エンジン回転数が一定になることは難しい。つまり、dNeは実エンジン回転数Neの外乱などによるばらつきを考慮するための許容回転数であり、エンジンの状態、使用環境に合わせて例えば100rpm以下程度に設定すると良い。よって、Neth*-dNeがモードを切り替える閾値となる。また、dNeの値はモードにより変更しても良い。例えば、エンジン回転数依存出力モードのdNeをエンジン回転数一定出力モードのdNeより小さく設定することで、ヒステリシス特性を付与し、モードの切り替えが頻繁に発生しない様にすることも可能である。
【００３６】
さらに、図１６を用いて発電機出力指令作成部２４の説明を行う。図１６は、本実施例の発電機出力指令作成部２４の処理内容を示す制御ブロック図である。図１６の制御ブロック図は実施例２~８においても共通する。
【００３７】
発電機出力指令作成部２４では、直流バス電圧指令値Vdc*と直流バス電圧Vdcが一致する様に発電機出力指令Gp*を出力する。入力された直流バス電圧Vdcは直流バス電圧指令Vdc*から加減算器８０で減算され、PID制御８１へ入力される。PID制御８１の出力はリミッタ８２を通り、発電機出力指令Gp*として出力される。
【００３８】
最後に、図１８、図１９、図２０、図２１を用いて本実施例の効果を説明する。図１８は、本発明の実施例に係るエンジン回転数一定出力モードとエンジン回転数依存出力モードを使用した際のタイミングチャートを示す図である。図１９は、本発明の実施例に係るエンジン回転数一定出力モードとエンジン回転数依存出力モードを使用した際の動作点軌跡を示す図である。図２０は、本発明の実施例に係るエンジン回転数一定出力モードのみを使用した際のタイミングチャートを示す図である。図２１は、本発明の実施例に係るエンジン回転数一定出力モードのみを使用した際の動作点軌跡を示す図である。
【００３９】
図１８ではダンプトラックに搭載されたエンジン発電機に対して、本実施例で示したエンジン発電機制御装置を適用した場合のタイムチャートである。はじめに、時刻Aにおいてアクセルが踏みこまれAcl/Rtd信号がAth*以上に増加すると、実エンジン回転数Neはエンジン軸のイナーシャや発電機出力の状態に応じてアイドリング回転数NeL*からNeth*まで増加する。一方、発電機出力Gpはモータ要求出力値Mp*に制御される形で増加する。時刻Bまでは実エンジン回転数NeがNeth*-dNe未満であるため、エンジン回転数依存出力モードでモータ要求出力値Mp*が決定される。一方、時刻B以降は、実エンジン回転数NeがNeth*-dNe以上になるため、エンジン回転数一定出力モードへ切り替わる。ここで、モードが切り替わる際の発電機出力はPth*-dGpである。dGpは許容エンジン回転数dNeに対応した電力変化を表す許容電力値である。エンジン回転数一定出力モードでは、Acl/Rtdに応じて出力が決定されるため、Ath*以上の踏みこみがある本例においては、Mp*がPth*以上に指令される。次に、時刻Cにおいて、Acl/Rtd信号が減少するとそれに伴い実エンジン回転数Neと発電機出力Gpが低下する。エンジン回転数NeがNeth*-dNe未満になるとエンジン回転数依存出力モードに移行するため、モータ要求出力値Mp*がエンジン回転数Neに基づいた値となる。時刻Dにおいてアクセルが再び踏みこまれると、実エンジン回転数Neおよび発電機出力Gpは増加する。最後に時刻Eにて実エンジン回転数NeがNeth*-dNe以上になると再度エンジン回転数一定出力モードへ移る。
【００４０】
図１９は、図１８の動作を横軸実エンジン回転数Ne、縦軸発電機出力Gpとして描画した動作点軌跡である。図中の一点鎖線は、エンジン発電機の最大出力を示し、ハッチングで示した範囲が動作点を示す。図が示す通り、実エンジン回転数がNth*-dNe未満（Pth*-dGp未満）ではエンジン回転数に基づいた出力特性となっており、Nth*-dNe以上（Pth*-dGp以上）ではエンジン回転数一定の出力特性なっている事が分かる。ここで、動作点軌跡が幅を持つ原因について説明する。本実施例では、モードの切り替え閾値をNeth*-dNeと設定した。エンジン回転数指令の最大値はNeth*であるため、エンジン回転数一定出力モードであっても外乱の影響によりNeth*-dNeからNeth*の間で実エンジン回転数Neは変動する。変動幅はdNeの設定値により変化するが、エンジン回転数の変動特性やエンジン発電機の効率を考慮すると、100rpmまでの値で設定すると良い。また、発電機出力Gpに関してもモータへの外乱等の影響により100W程度の変動が発生するため、動作点に幅が発生する。また、Pth*~Pth*-dGpとNeth*~Neth*-dNeで囲まれる範囲はエンジン回転数一定モードとエンジン回転数依存モードが混在する形となる。
【００４１】
また、図２０、図２１は、Pth*をゼロ、Ath*を極力ゼロに近い値、例えば0.01に設定した場合の結果を示す。補機系統１８の出力がエンジン発電機に対して影響しない程小さい場合、Pth*をゼロ、Ath*を極力ゼロに近い値、例えば0.01に設定し、エンジン回転数一定出力モードのみで発電機出力を制御する事も可能である。
【００４２】
図２０において、はじめに時刻FでAcl/Rtd信号がAth*以上になると実エンジン回転数Neはアイドリング回転数NeL*からNeth*へ増加する。また、発電機出力については、時刻Gまでエンジン回転数依存モードであり、Pth*を0に設定しているため、発電機出力は増加しない。次に時刻Gにおいて、実エンジン回転数がNeth*-dNe以上になるとエンジン回転数一定出力モードとなり、モータ要求出力値Mp*およびGpがAcl/Rtd信号に応じて増加する。時刻HではAcl/Rtd信号が減少するがAth*を下回らないため、実エンジン回転数はNeth*を保ち、モータ要求出力値Mp* はAcl/Rtd信号に応じて減少し、発電機出力Gpも減少する。最後に時刻Iでは再度アクセルが踏みこまれ、Acl/Rtd信号が増加するため、Mp*、Gpが共に増加する。このように本実施例を用いると、エンジン発電機の高効率動作および補機系統１８の消費パワーの増減を考慮してエンジン発電機を制御することが可能である。その結果、エンジンにおける燃料消費量が低減できる。
【実施例２】
【００４３】
本実施例においては、エンジン発電機の動作点を制御することでエンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減できるもうひとつのエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックについて説明する。
【００４４】
本実施例において、実施例１にて説明済みの事項に関しては説明を省略する。図１、図２、図４、図６、図７、図９、図１４、図１６に示すシステム構成や各種手段および、図１８、図１９、図２０、図２１のタイミングチャートおよび動作点軌跡図については、実施例１と同様である。本実施例においては、図４のモータ要求出力算出部２３の構成が実施例１と異なる。図１１を用いて実施例１との差分である図４のモータ要求出力算出部２３を説明する。図１１は、本実施例のモータ要求指令算出部（手段又はユニット）２３の処理内容を示す制御ブロック図である。
【００４５】
まず、実施例１との差分は一定回転数保持部（手段又はユニット）７０を追加し、エンジン回転数一定出力モードのモータ要求出力値Mp1*に係数αを掛け合わせる点である。本手段では、エンジン回転数のばらつきを抑制する事が出来る。一定回転数保持部７０の入力は実エンジン回転数Neであり、出力はエンジン回転数一定出力モードのモータ要求出力値Mp1*を増減させる係数αである。
【００４６】
次に図１７を用いて一定回転数保持部７０の詳細を説明する。図１７は、本実施例に係る一定回転数保持部７０の処理内容を示す制御ブロック図である。なお、図１７の一定回転数保持部７０は実施例２，４，６，８においても共通する。
【００４７】
一定回転数保持部７０では実エンジン回転数Neと実施例１で記載したエンジン発電機が最高効率となるエンジン回転数Neth*を入力として、Ne-Neth*を加減算器９０で演算する。計算結果（差分）ΔNeは係数αを計算するマップ９１に入力される。マップ９１は一定回転数動作するエンジン回転数Neth*からの差であるΔNeが大きいほど大きな値をとり、ΔNeが負の大きな値になるほど小さな値を取る様に設定する。また、上限値Lup、下限値Ldownを設定しても良い。以上の様にマップの値を設定すると、実エンジン回転数NeがNeth*より大きい場合、実エンジン回転数を低減させるために、モータで使用する電力つまり発電機の出力電力を増加させる動作が可能となる。また、実エンジン回転数NeがNeth*より小さい場合には、実エンジン回転数を増加させるために、モータで使用する電力つまり発電機の出力電力を低減させる動作を行う。このように、一定回転数保持部７０の出力である係数αをエンジン回転数一定出力モードに掛け合わせることで、実施例１と比較してエンジン回転数一定出力モードにおけるエンジン回転数のばらつきを抑制できると同時に、エンジン発電機の出力を最大限使用することが可能となる。
【実施例３】
【００４８】
本実施例においては、エンジン発電機の動作点を制御することでエンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減できるもうひとつのエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックについて説明する。
【００４９】
本実施例において、実施例１にて説明済みの事項に関しては説明を省略する。図１、図２、図６、図７、図９、図１６に示すシステム構成や各種手段および、図１８、図１９、図２０、図２１のタイミングチャートおよび動作点軌跡図については、実施例１と同様である。本実施例では、実施例１との差分である図２２、２３、１５について説明する。図１５は、本実施例のモード切替部（手段又はユニット）の処理内容を示す制御ブロック図である。なお、図１５のモード切替部は実施例４、７、８においても共通する。図２２は、本実施例のEGUの処理内容を示す制御ブロック図である。なお、図２２のEGUの処理内容を示す制御ブロック図は実施例４においても共通する。図２３は、本実施例のモータ要求出力算出部（手段又はユニット）２６の処理内容を示す制御ブロック図である。
【００５０】
図２２、２３、１５に共通する実施例１との差分は発電機出力Gpを入力値として利用する点である。EGU１４について説明した図２２では、モータ要求出力算出部２６の入力に発電機出力Gpが入力されている。また、モータ要求出力算出部２６について説明した図２３では、モード切替部６４の入力に発電機出力Gpが使用されている。
【００５１】
ここで、図１５を用いてモード切替部６４の詳細を説明する。実施例１と同様にモードを切り替える理想的な目標値としはPth*とNeth*があり、本実施例ではPth*を用いた切替部を説明する。本実施例のモード切替部６４は、発電機出力Gpを入力（S12）として、発電機の出力モードを切り替える。S13に示す様に、発電機出力GpがPth*-dGp以上の場合はエンジン回転数一定出力モード（S15）が選択され、発電機出力GpがPth-dGpより小さい場合はエンジン回転数依存出力モード（S14）が選択され、モード切替信号を出力（S16）する。ここで、理想的にはPth*で切替判定を行うと良いが、実際はモータ出力などのばらつきにより発電機出力は変動する。つまり、dGpは発電機出力の外乱などによるばらつきを考慮するための許容電力値であり、発電機やモータ、使用環境に合わせて例えば100kW以下程度に設定すると良い。よって、Pth*-dGpがモードを切り替える閾値となる。また、dGpの値をモードにより変更しても良い。例えば、エンジン回転数依存出力モードのdGpをエンジン回転数一定出力モードのdGpより小さく設定することで、ヒステリシス特性を付与し、モードの切り替えが頻繁に発生しない様にすることも可能である。このように本実施例を用いると、実施例１と同様に補機系統１８の消費パワーの増減も考慮して、エンジン発電機を高効率に動作させることが可能である
【実施例４】
【００５２】
本実施例においては、エンジン発電機の動作点を制御することでエンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減できるもうひとつのエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックについて説明する。
【００５３】
本実施例において、実施例１、２，３にて説明済みの事項に関しては説明を省略する。図１、図２、図２２、図６、図７、図９、図１５、図１６、図１７に示すシステム構成や各種手段および、図１８、図１９、図２０、図２１のタイミングチャートおよび動作点軌跡図については、実施例１、２、３と同様である。本実施例について、実施例３を基準にしてその違いを説明する。図２４は、本実施例のモータ要求指令算出部２６の処理内容を示す制御ブロック図である。実施例３との差異は、図２４に示す様に一定回転数保持部７０を追加し、エンジン回転数一定出力モードのモータ要求出力値Mp1*に係数αを掛け合わせる点である。一定回転数保持部７０については、図１７に示す通りであり、実施例２にて説明済みである。このように、一定回転数保持部７０の出力である係数αをエンジン回転数一定出力モードに掛け合わせることで、実施例３と比較してエンジン回転数一定出力モードにおけるエンジン回転数のばらつきを抑制できると同時に、エンジン発電機の出力を最大限使用することが可能となる。
【実施例５】
【００５４】
本実施例においては、エンジン発電機の動作点を制御することでエンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減できるもうひとつのエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックについて説明する。
【００５５】
本実施例において、実施例１にて説明済みの事項に関しては説明を省略する。図１、図６、図９、図１４、図１６に示すシステム構成や各種手段は実施例１と同様である。実施例１との差分を図３，図５、図８、図１２を用いて説明する。図３はエンジン発電機と制御装置を搭載したダンプトラックのシステムブロック図であり、本実施例では運行管理システムや無人走行システムなどから送信されるモータ要求出力値Mp_out*を受信する無線および有線受信端末１７からの情報を入力としてEGU１８の処理を行う。図５にEGU１８の詳細を示す。図５の内、実施例１との差分はエンジン回転数指令作成部（手段又はユニット）３０とモータ要求出力算出部（手段又はユニット）３１である。
【００５６】
まず、エンジン回転数指令作成部３０の詳細を図８で説明する。図８は、本実施例のエンジン回転数指令作成部３０の処理内容を示す制御ブロック図である。なお、図８のエンジン回転数指令作成部３０の処理内容を示す制御ブロック図は実施例６~８においても共通である。エンジン回転数指令作成部３０では無線および有線受信端末１７で受信したモータ要求出力値Mp_out*を入力として、エンジン回転数指令Ne*をマップ５１により作成する。マップはモータ要求出力値Mp_out*がゼロ以下の場合、エンジン回転数をアイドル回転数NeL*に設定し、モータ要求出力値Mp_out*ゼロより大きくなるとエンジン回転数指令Ne*をNeth*まで増加させる。ここで、エンジン回転数指令Ne*がNeth*になるMp*をPth_out*とする。なお、Pth_out*はゼロより大きな値に設定する。ここで、Neth*の設定方法は実施例１で述べた通りである。
【００５７】
次に、モータ要求出力算出部３１の詳細を図１２で説明する。図１２は、本実施例のモータ要求出力算出部３１の処理内容を示す制御ブロック図である。
【００５８】
実施例１との差分は、エンジン回転数一定出力モードにおけるモータ要求出力値Mp*の算出方法である。図が示す通り、エンジン回転数一定出力モードが選択された際には入力であるMp_out*をそのままモータ要求出力値Mp*として使用する。また、補機系統１８の出力がエンジン出力に対して１％以下程度の小さい影響の場合、モータ要求出力算出部３１内のPth*をゼロに設定し、図８に記載のPth_out*を極力ゼロに近い値、例えば0.01などに設定することで、エンジン回転数一定出力モードのみでモータ要求出力値Mp*を決定する事も可能である。また、図１８、図１９、図２０、図２１のタイミングチャートおよび動作点軌跡図については、EGU１８の入力がモータ要求出力Mp_out*になることから、実施例１と比較して、Acl/Rtd信号がMp_out*に置き換わり、Ath*がPth_out*に置き換わる事になる。Acl/Rtd信号とMp_out*信号がAth*,Pth_out*に対して相対的に同じ動きをする場合、実施例１で説明した動作と本実施例の動作は同様になる。このように、モータ要求出力値Mp_out*を直接入力できる構成を取ることで、例えば、無人走行可能なダンプトラックにおいてもエンジンの燃料消費量を低減することが可能となる。
【実施例６】
【００５９】
本実施例においては、エンジン発電機の動作点を制御することでエンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減できるもうひとつのエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックについて説明する。
【００６０】
本実施例において、実施例１、２、５にて説明済みの事項に関しては説明を省略する。図１、図３、図５、図６、図８、図９、図１４、図１６、図１７に示すシステム構成や各種手段および、図１８、図１９、図２０、図２１のタイミングチャートおよび動作点軌跡図については、実施例１，２，５と同様である。本実施例では実施例５を基準にしてその違いを説明する。図１３は、本実施例のモータ要求指令算出部３１の処理内容を示す制御ブロック図である。
【００６１】
実施例５との差分は、図１３に示す様に一定回転数保持部（手段又はユニット）７０を追加し、エンジン回転数一定出力モードのモータ要求出力値Mp_out*に係数αを掛け合わせる点である。一定回転数保持部７０に関する説明は実施例２にて説明済みである。このように、一定回転数保持部７０の出力である係数αをエンジン回転数一定出力モードに掛け合わせることで、実施例５と比較してエンジン回転数一定出力モードにおけるエンジン回転数のばらつきを抑制できると同時に、エンジン発電機の出力を最大限使用することが可能となる。
【実施例７】
【００６２】
本実施例においては、エンジン発電機の動作点を制御することでエンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減できるもうひとつのエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックについて説明する。
【００６３】
本実施例において、実施例１，２，３，５，６にて説明済みの事項に関しては説明を省略する。図１、図３、図６、図８、図９、図１５、図１６に示すシステム構成や各種手段および、図１８、図１９、図２０、図２１のタイミングチャートおよび動作点軌跡図については、実施例１，２，３，５，６と同様である。本実施例は図２５、図２６、図１５を用いて、実施例５を基準にその違いを説明する。図１５は実施例３と共通である。図２５は、本実施例のEGUの処理内容を示す制御ブロック図である。なお、図２５のEGUの処理内容を示す制御ブロック図は実施例８でも共通である。図２６は、本実施例のモータ要求出力算出部（手段又はユニット）３２の処理内容を示す制御ブロック図である。
【００６４】
図２５、２６、１５に共通する実施例５との差分は発電機出力Gpを入力値として利用する点である。EGU１８について説明した図２５では、モータ要求出力算出部３２の入力に発電機出力Gpが入力されている。また、モータ要求出力算出部３２について説明した図２６では、モード切替部６４の入力に発電機出力Gpが使用されている。モード切替部６４を示す図１５については、実施例３にて説明済みである。このように本実施例を用いると、実施例５と同様に補機系統１８の消費パワーの増減も考慮して、エンジン発電機を高効率に動作させることが可能である
【実施例８】
【００６５】
本実施例においては、エンジン発電機の動作点を制御することでエンジン発電機を高効率に動作させ、エンジンでの燃料消費量を低減できるもうひとつのエンジン発電機制御装置およびそれを備えた鉱山向けダンプトラックについて説明する。
【００６６】
本実施例において、実施例１~７にて説明済みの事項に関しては説明を省略する。図１、図３、図２５、図６、図８、図９、図１５、図１６、図１７に示すシステム構成や各種手段および、図１８、図１９、図２０、図２１のタイミングチャートおよび動作点軌跡図については、実施例１~７と同様である。本実施例では実施例７を基準にしてその違いを説明する。図２７は、本実施例のモータ要求出力算出部３２の処理内容を示す制御ブロック図である。
【００６７】
実施例７との差分は、図２７に示す様に一定回転数保持部７０を追加し、エンジン回転数一定出力モードのモータ要求出力値Mp_out*に係数αを掛け合わせる点である。一定回転数保持部７０については、図１７に示す通りであり、実施例２にて説明済みである。このように、一定回転数保持部７０の出力である係数αをエンジン回転数一定出力モードに掛け合わせることで、実施例７と比較してエンジン回転数一定出力モードにおけるエンジン回転数のばらつきを抑制できると同時に、エンジン発電機の出力を最大限使用することが可能となる。
【００６８】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１L,１R…走行用モータ、２…発電機、３L,３R…インバータ、４…エンジン、９a…抵抗器、９b…チョッパ、１１…ECU、１２…GMU、１３…MCU、１４，１８…EGU、１５…アクセルペダル、１６…リタードペダル、１７…無人走行システム、２２,３０…エンジン回転数指令作成部（手段又はユニット）、２３，２６，３１，３２…モータ要求出力算出部（手段又はユニット）、２４…発電機出力指令作成部（手段又はユニット）、７０…一定回転数保持部（手段又はユニット）、６２，６４…モード切替部（手段又はユニット）。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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