(57)【要約】【課題】バッテリの上がりを回避しながらも、出力の小さな内燃機関で適切な作業装置を用いた作業走行が可能となるハイブリッド作業車を提供する。【解決手段】動力伝達軸３０を介して走行装置２と作業装置９とに駆動力を供給する内燃機関Ｅをアシストするモータジェネレータ４と、内燃機関Ｅが受ける回転負荷を表す負荷量を入力パラメータに基づいて算定する負荷量算定部５１と、バッテリＢの充電量を算定する充電量算定部５４と、負荷量と充電量とに基づいて、動力伝達軸３０に動力を出力するアシスト駆動モードまたはバッテリＢに充電電力を出力する充電駆動モードのいずれかの駆動モードを選択する運転モード選択部５３と、運転モード選択部５３で選択された駆動モードでモータジェネレータ４を駆動制御するモータ制御ユニット７とを備えている。【選択図】図１
2013203235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達軸を介して走行装置と作業装置とに駆動力を供給する内燃機関と、
前記動力伝達軸に動力を出力することで前記内燃機関をアシストするモータジェネレータと、
前記モータジェネレータによって充電電力を受けるとともに前記モータジェネレータに駆動電力を与えるバッテリと、
前記内燃機関が受ける回転負荷を表す負荷量を入力パラメータに基づいて算定する負荷量算定部と、
前記バッテリの充電量を算定する充電量算定部と、
前記負荷量と前記充電量とに基づいて、前記動力伝達軸に動力を出力するアシスト駆動モードまたは前記バッテリに充電電力を出力する充電駆動モードのいずれかの駆動モードを選択する運転モード選択部と、
前記運転モード選択部で選択された駆動モードで前記モータジェネレータを駆動制御するモータ制御ユニットと、
を備えたハイブリッド作業車。
【請求項２】
前記負荷量が所定量以上において、前記負荷量が高いほど前記充電量が低い状態でも前記アシスト駆動モードが選択される請求項１に記載のハイブリッド作業車。
【請求項３】
前記アシスト駆動モードの選択中において、前記動力伝達軸による動力伝達が遮断された場合には、強制的に前記アシスト駆動モードから前記充電駆動モードに切り替わる請求項１または２に記載のハイブリッド作業車。
【請求項４】
前記アシスト駆動モードの選択中において、前記動力伝達軸における動力を伝達しているクラッチが半クラッチ状態である場合には、強制的に前記アシスト駆動モードが中断される請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド作業車。
【請求項５】
前記アシスト駆動モード時に前記負荷量に基づいて前記モータジェネレータによる前記内燃機関に対するアシスト量を算定するアシスト算定部が備えられている請求項１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド作業車。
【請求項６】
前記内燃機関はコモンレール方式で駆動され、前記負荷量算定部は、コモンレール制御情報を前記入力パラメータとして前記負荷量を生成する請求項１から５のいずれか一項に記載のハイブリッド作業車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関とモータジェネレータとを併用する動力源を備え、モータジェネレータによって内燃機関がアシストされるハイブリッド作業車に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータジェネレータが内燃機関をアシストするハイブリッド作業車では、内燃機関からの動力で車両を走行させるとともに、走行条件（車速、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）、内燃機関の運転状態、走行路面状況、変速段位置、バッテリ残量など）に応じてモータジェネレータをモータとして動作させ、このモータジェネレータから出力される動力で車両走行をアシストする。また、このモータジェネレータはジェネレータとしても動作させることができ、バッテリに給電して充電することも可能である。このモータジェネレータが、モータとして動作されている際には、モータジェネレータの発生トルクを制御して、運転者により要求される車両駆動トルク（目標車両駆動トルク、例えば運転者のアクセルペダル操作等に基づいて求められる）に対する内燃機関とモータジェネレータの負担割合（当該負担割合は走行条件等に基づいて定められる）に応じて、モータジェネレータが負担すべきトルク（アシストトルク）を発生させることができるように構成されている。
【０００３】
例えば、特許文献１による、車両の発進、加速時に内燃機関をトルクアシストする電動機を備えたハイブリッド動力装置では、バッテリの充電状態を検出し、検出した充電状態に基づいて電動機から内燃機関に供給可能な補助トルク量（アシスト量）を算出し、この補助トルク量から内燃機関に与える燃料量と電動機の負担割合とを変化させる。これにより、充電率が小さくなれば電動機への給電を停止してバッテリの上がりを防止している。
【０００４】
また、特許文献２によるハイブリッド動力装置では、内燃機関に対するモータジェネレータのアシストパターン（エンジン回転数とトルクの関係）が異なる２つの制御マップを用意しておき、バッテリ充電容量の状態（ＳＯＣ）、車速、変速機の状態、内燃機関の温度などの状態情報により制御マップを切り替えてアシスト制御が行われる。これにより、小馬力の内燃機関を用いながらも良好な運転性を維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３２５７３６号公報（段落番号〔０００６−００２１〕、図１、図２
【特許文献２】特開２００２−２５２９０４号公報（段落番号〔０００１−００２６〕、図１、図２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や特許文献２で取り扱われているハイブリッド車両は乗用車であり、運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量だけで、内燃機関に対するトルクアシストの必要性を判定することができので、特許文献１や特許文献２ではトルクアシストプロセスはそのように制御されている。これに対して、動力伝達軸を介して走行装置と作業装置とに駆動力を供給する内燃機関と、前記動力伝達軸に動力を出力することで前記内燃機関をアシストするモータジェネレータとを備えた、トラクタなどのハイブリッド作業車では、作業装置が受ける大きな作業負荷が動力伝達軸に及ぶので、特許文献１や特許文献２で開示されたアシスト技術をそのまま流用することができない。
【０００７】
本発明の目的は、バッテリの上がりを回避しながらも、出力の小さな内燃機関で適切な作業装置を用いた作業走行が可能となるハイブリッド作業車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明によるハイブリッド作業車は、動力伝達軸を介して走行装置と作業装置とに駆動力を供給する内燃機関と、前記動力伝達軸に動力を出力することで前記内燃機関をアシストするモータジェネレータと、前記モータジェネレータによって充電電力を受けるとともに前記モータジェネレータに駆動電力を与えるバッテリと、前記内燃機関が受ける回転負荷を表す負荷量を入力パラメータに基づいて算定する負荷量算定部と、前記バッテリの充電量を算定する充電量算定部と、前記負荷量と前記充電量とに基づいて、前記動力伝達軸に動力を出力するアシスト駆動モードまたは前記バッテリに充電電力を出力する充電駆動モードのいずれかの駆動モードを選択する運転モード選択部と、前記運転モード選択部で選択された駆動モードで前記モータジェネレータを駆動制御するモータ制御ユニットとを備えている。
【０００９】
この構成により、耕耘作業のような作業走行中に内燃機関が受ける回転負荷に対応する負荷量が負荷量算定部によって算定され、この負荷量と、充電量算定部で算定された充電量とに基づいて、バッテリが上がってしまう危険性がない限り、アシスト駆動モードが決定され、モータジェネレータが駆動制御され、内燃機関がアシストされる。また、内燃機関の回転負荷が少なく、アシストの必要がない場合には、充電駆動モードでモータジェネレータが駆動制御され、バッテリの充電量が増加する。従って、バッテリが上がってしまうという事態だけは避けながらも適切にモータジェネレータによる内燃機関のアシストが行われるので、定格出力の小さな燃費のよい内燃機関を採用することができるし、作業走行時に頻繁に実行される、機関回転数（エンジン回転数）を一定に保持しようとする定速走行作業において、機関回転数を燃費のよい低回転数に設定することが可能となる。
【００１０】
バッテリが上がってしまう不都合を考慮すれば、内燃機関の負荷量が内燃機関の停止（エンジンストール）に結びつくほど大きくない場合は、内燃機関に対するアシストよりバッテリへの充電に重きをおいた方がよい。しかしながら、内燃機関の負荷量が内燃機関の停止（エンジンストール）に結びつくほど大きい場合は、バッテリへの充電より内燃機関に対するアシストに重きをおくことも重要である。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記負荷量が所定量以上において、前記負荷量が高いほど前記充電量が低い状態でもアシスト駆動モードが選択されるように構成されている。
【００１１】
また、アシスト駆動モードの選択中において、前記動力伝達軸による動力伝達が遮断された場合には、当然内燃機関の回転負荷は低減するので、強制的にアシスト駆動モードから充電駆動モードに切り替わるように構成すると好都合である。前記動力伝達軸による動力伝達の遮断を確認する車両挙動の例としては、動力伝達軸の主クラッチの遮断、走行変速機構の変速クラッチや作業装置用ＰＴＯクラッチの中立、ブレーキ操作による作業車の停止などが挙げられる。
【００１２】
さらには、動力伝達軸における動力を伝達しているクラッチが半クラッチ状態の場合には、回転負荷が大きい状態であっても、モータジェネレータを使ってまでトルクアシストすると、クラッチに大きなトルクが発生し、クラッチが焼き付く可能性が生じる。この問題を避けるために、本発明の好適な実施形態の１つでは、アシスト駆動モードの選択中において、前記動力伝達軸における動力を伝達しているクラッチが半クラッチ状態である場合には、強制的にアシスト駆動モードが中断されるように構成されている。
【００１３】
負荷量と充電量とに基づいてモータジェネレータが内燃機関をアシストするかどうかを決定し、そのアシスト量は一定としてもよいが、負荷量と充電量に基づいてアシスト量を調整してもよい。つまり、アシスト量を負荷量と充電量との関数として、例えばマップ化することで、より高品質なアシストプロセス制御の実現が可能となる。この目的のために、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記アシスト駆動モード時に前記負荷量に基づいて前記モータジェネレータによる前記内燃機関に対するアシスト量を算定するアシスト算定部が備えられている。
【００１４】
内燃機関がコモンレール方式で駆動されている場合の、本発明の具体的で好適な実施形態の１つでは、前記負荷量算定部は、コモンレール制御情報を前記入力パラメータとして前記負荷量を算定する。つまり、コモンレール制御を実行する制御部は、燃料噴射時期、燃料噴射量、機関回転数などの内燃機関データや、車速などの車両データから、負荷トルクを推定して、所定の機関回転数の維持や所定トルクの維持のために必要な燃料噴射時期や燃料噴射量を算定し、これを実行する機能を有する。従って、これらのコモンレール制御に関するコモンレール制御情報を利用して、機関回転数の突発的な低下または上昇の検知または推定を行い、付加的な構成要素なしに簡単に負荷量を算定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるハイブリッド作業車における動力システムの基本構成図である。
【図２】トルクアシストプロセスにおけるデータの流れを示す模式図である。
【図３】本発明によるハイブリッド作業車の１つの実施形態である汎用トラクタの斜視図である。
【図４】トラクタの動力システムを示す模式図である。
【図５】トラクタに装備されたモータジェネレータの断面図である。
【図６】充電量とエンジン負荷率（負荷量）とに基づく駆動モードの選択を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明によるハイブリッド作業車の具体的な実施の形態を説明する前に、図１を用いて本発明で採用されている動力システムの基本構成を説明する。
このハイブリッド作業車は、駆動源として、内燃機関Ｅ及びモータジェネレータ４を備え、車輪やクローラによって構成される走行装置２によって走行しながら、車体に装着された作業装置９を用いて走行作業を行う。駆動源からの動力伝達系には、駆動源からの動力の伝達を入り切りする主クラッチ３１と、作業装置９に動力を伝達するＰＴＯ軸９０と、走行装置２に動力を伝達する動力伝達軸３０とが含まれている。動力伝達軸３０には、変速機構を備えたトランスミッション１０が構築されている。なお、ＰＴＯ軸９０には動力伝達を入り切りするＰＴＯクラッチ９１が介装され、トランスミッション１０にも１つ以上の動力伝達を入り切りする変速クラッチ３１ａが装備されている。
【００１７】
モータジェネレータ４は、バッテリＢからの電力供給源として回転動力を生み出し、内燃機関Ｅと協働してハイブリッド作業車を走行させるものであるが、内燃機関Ｅによって駆動される状況下、あるいは、ハイブリッド作業車が減速している状況下、あるいは下り坂を慣性走行している状況下においては、このモータジェネレータ４はバッテリＢに電力を供給する発電機として機能することができる。
【００１８】
内燃機関Ｅの回転制御は、電子ガバナ機構やコモンレール機構などのエンジン制御機器６０を介してエンジン制御ユニット６によって行われる。モータジェネレータ４の駆動制御は、インバータ部７０を介してモータ制御ユニット７によって行われる。エンジン制御ユニット６は、内燃機関Ｅの燃料噴射量などを制御するためのコンピュータユニットであり、内燃機関Ｅの回転数を一定に維持するようにエンジン制御機器６０を制御する定速制御機能を有する。モータ制御ユニット７も同様にコンピュータユニットであり、モータジェネレータ４の回転数やトルクを制御するためにインバータ部７０に制御信号を与える。また、モータ制御ユニット７は、モータジェネレータ４に対する駆動モードとして、動力伝達軸３０に動力を出力するアシスト駆動モードと、バッテリＢに充電電力を出力する充電駆動モードとを備えている。さらに、動力伝達軸３０に対して影響を与えないゼロトルク駆動モードもあれば好都合である。
【００１９】
インバータ部７０は、よく知られているように、バッテリＢの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ４に供給し、モータジェネレータ４が発電機として動作する際には、バッテリＢに直流電圧を供給するための整流器および電圧調整装置としての機能も果たす。つまり、バッテリＢは、モータジェネレータ４にインバータ部７０を介して電力を供給する放電プロセスで動作するとともに、モータジェネレータ４が発電機として動作する際にはモータジェネレータ４が発電する電力によって充電される充電プロセスで動作する。
【００２０】
動力管理ユニット５は、エンジン制御ユニット６とモータ制御ユニット７に制御指令を与えることで、モータジェネレータ４が内燃機関Ｅに対してアシストするアシスト制御を管理するために、本発明に特に関係する機能部として、負荷量算定部５１と、アシスト算定部５２と、運転モード選択部５３と、充電量算定部５４を含んでいる。充電量算定部５４はバッテリＢの充電量を算定する。その際、バッテリＢがコンピュータを備えたインテリジェントなバッテリユニットとして構成されていれば、バッテリＢからのバッテリ状態情報に基づいてバッテリの充電量を算定し、そうでない場合は、バッテリ状態検出センサからの信号を受けた車両状態検出ユニットＳからのバッテリ状態情報に基づいてバッテリＢの充電量を算定する。
【００２１】
運転モード選択部５３は、内燃機関Ｅないしは動力伝達軸３０にかかる負荷量とバッテリＢの充電量とに基づいて、動力伝達軸３０に動力を出力するアシスト駆動モードまたはバッテリＢに充電電力を出力する充電駆動モードのいずれかの駆動モードを選択するものである。もちろん、ゼロトルク駆動モードが用意されておれば、この駆動モードも必要に応じて選択される。また、運転モード選択部５３は、ＰＴＯ軸９０から一定回転数の回転動力を取り出して作業に利用する作業装置９を用いた作業の際や、作業車を所定速度で走行（クルージング走行）させる際に用いられる回転数を一定に維持する定速制御モードを設定する。この定速制御モードが設定されると、エンジン制御ユニット６は内燃機関Ｅの回転数を設定された所定値に維持するようにエンジン制御機器６０を制御する。モータ制御ユニット７は、運転モード選択部５３で選択された駆動モードでインバータ部７０を用いてモータジェネレータ４を駆動制御する。
【００２２】
定速制御モードでの内燃機関Ｅの運転自体はよく知られているが、作業装置９の作業状況や走行装置２が接地している地面状況によって、急激な負荷が動力伝達軸３０にかかり、結果的に内燃機関Ｅの回転数を低下させる事態が生じる。その際、エンジン制御機器６０による定速制御の遅れや、内燃機関Ｅ自体の出力不足などが原因で、内燃機関Ｅの回転数の低下（車速の低下）、極端な場合は内燃機関Ｅの停止（エンジンストール）が生じる。これを回避するために、動力伝達軸３０にかかる負荷を検知し、その負荷を少なくとも部分的に相殺すべくモータジェネレータ４が駆動され、内燃機関Ｅがアシストされるトルクアシストプロセスが実行される。このトルクアシストプロセスのために、負荷量算定部５１と、アシスト算定部５２とが利用される。
【００２３】
負荷量算定部５１は、内燃機関Ｅないしは動力伝達軸３０が受ける回転負荷を表す負荷量を入力パラメータに基づいて生成する機能を有する。なお、ＰＴＯ軸９０は動力伝達軸３０の分岐軸であるので、当然、動力伝達軸３０が受ける回転負荷にはＰＴＯ軸９０が受ける回転負荷も含まれている。アシスト算定部５２は、定速制御モード時に負荷量算定部５１によって生成された負荷量に基づいてモータジェネレータ４による内燃機関Ｅに対するアシスト量を算定する。負荷量算定部５１で利用される入力パラメータとしては、内燃機関Ｅの回転数（回転速度）、動力伝達軸３０の回転数（回転速度）、エンジン制御ユニット６によって算定されたエンジントルク、動力伝達軸３０のトルク、車速、作業装置９の作業状態（耕耘深さ、牽引力、ローダーへの作用力など）が挙げられるが、実際に利用される入力パラメータは、作業車に装備されているセンサに依存する。動力伝達軸３０の回転検出センサや車速センサは標準装備されている可能性が高いので、入力パラメータとして、動力伝達軸３０の回転速度変動値や車速変動値を用いると好都合である。これらの入力パラメータは各種センサからの信号を処理する車両状態検出ユニットＳを通じて送られてくる。
【００２４】
図２では、トルクアシストプロセスにおけるデータの流れが模式化して示されている。図２における駆動状態は、作業走行中を示しており、エンジン制御ユニット６はエンジン制御機器６０に、アクセル設定デバイスで設定された設定値に基づくエンジン制御信号を送っている。このエンジン制御信号に基づいて燃料噴射量等が調整され、内燃機関Ｅが駆動される。内燃機関Ｅの回転数の変動は外部因子の変動、つまり走行負荷や作業負荷などの負荷変動によって生じるので、その負荷変動量によって回転数の不測の低下やエンジンストールが生じないように、燃料噴射量等を調整して、トルクを大きくする。しかしながら、内燃機関Ｅのトルク応答性は、モータなどに比べて遅いので、突発的な負荷増大に応じきれずに、回転数の低下、最悪の場合エンジンストールに至ってしまう。このため、モータ制御ユニット７がインバータ部７０にアシスト信号を送り、トルク応答性が内燃機関Ｅに比べて桁違いに早いモータ（ここではモータジェネレータ４）を用いて、負荷変動時における内燃機関Ｅのトルク応答性の悪さをカバーするように、内燃機関Ｅをトルクアシストする。
【００２５】
このトルクアシストプロセスでは、負荷量算定部５１が車両状態検出ユニットＳから出力される動力伝達軸３０の回転数（回転速度）や車速などの測定値を入力パラメータとして入力することで、負荷量を算定する。入力パラメータをｐ1，ｐ2，・・・とすれば、時間に関連付けられた負荷量：Ｌ[ｔ]が、変換式：Ｌ[ｔ]＝Ｇ(ｐ1，ｐ2，・・・)で導かれるが、この変換関数：Ｇ(ｐ1，ｐ2，・・・)は通常マップ化されている。充電量算定部５４は、バッテリＢからの充電情報に基づいて、充電量（一般にＳＯＣと呼ばれている）：ＳＣを算定する。
【００２６】
運転モード選択部５３は、算定された負荷量：Ｌ[ｔ]と充電量：ＳＣとに基づいて、予め用意された判定マップを用いて、アシスト駆動モードまたは充電駆動モードあるいは用意されている場合ゼロトルク駆動モードのうちのいずれかの駆動モードを選択する。運転モード選択部５３がアシスト駆動モードを選択すると、さらに、この負荷量：Ｌ[ｔ]は、アシスト算定部５２に与えられることで、内燃機関Ｅに対するモータジェネレータ４のアシスト量：Ｗ（ｔ）が変換式：Ｗ（ｔ）＝Γ〔Ｌ[ｔ]〕で算定されが、この変換関数：Γ〔Ｌ[ｔ]〕も通常マップ化されている。なお、負荷量：Ｌ[ｔ]は必ずしも時間と関係付けられなくてもよい。
アシスト量が算定されると、モータ制御ユニット７がこのアシスト量に基づいてアシスト制御信号を生成し、インバータ部７０を通じてモータジェネレータ４を駆動制御し、動力伝達軸３０に生じたトルク変動を少なくとも部分的に補償する。電気モータのトルク応答性は内燃機関Ｅに比べて桁違いに早いので、突発的な走行負荷や作業負荷が発生しても、急激な回転数の低下が回避される。負荷増大が持続した場合には、エンジン制御ユニット６による燃料噴射量の増大などの内燃機関Ｅに対する制御で対処することができる。
【００２７】
運転モード選択部５３が充電駆動モードを選択すると、モータ制御ユニット７が発電指令をインバータ部７０に送ることで、インバータ部７０が発電制御として動作し、モータジェネレータ４によって発電された電力がバッテリＢに送られ、バッテリＢが充電される。運転モード選択部５３がゼロトルク駆動モードを選択すると、モータ制御ユニット７がゼロトルク制御信号をインバータ部７０に送ることで、モータジェネレータ４はゼロトルク駆動を行う。
【００２８】
モータジェネレータ４によるトルクアシストはトルク応答性に優れていることから、従来装備されているフライホイールの機能を少なくとも部分的には果たすことが可能であり、フライホイールの軽量化ないしはフライホイールの省略を可能にする。このため、上述した変換関数：Ｇ(ｐ1，ｐ2，・・・)や変換関数：Γ〔Ｌ[ｔ]〕をフライホイールの慣性特性が実現するように構築すると好適である。なお、負荷量算定部５１とアシスト算定部５２とを一体化し、入力パラメータから直接アシスト量が導出されるような構成を採用してもよい。
【００２９】
次に、本発明の具体的な実施形態を説明する。この実施形態では、ハイブリッド作業車は、図３に示すような、よく知られた形態の汎用トラクタである。このトラクタの動力システムは、図４に模式化して示されている。トラクタ車体には、内燃機関Ｅ、モータジェネレータ４、油圧駆動式の主クラッチ３１、トランスミッション１０、運転部２０、及び、走行装置２としての左右一対の前輪２ａと後輪２ｂなどが備えられている。さらに車体の後部に作業装置９として耕耘装置が図示されていない昇降機構によって装着されている。昇降機構は油圧シリンダによって動作する。
【００３０】
図４に模式的に示されているように、このトラクタの内燃機関Ｅはコモンレール方式で回転制御されるディーゼルエンジン（以下、エンジンＥと略称する）であり、エンジン制御機器６０としてコモンレール制御機器を備えている。トランスミッション１０は、油圧機械式の無段変速装置（以下、ＨＭＴと略称する）１２と前後進切換装置１３と複数段の変速を行うギヤ変速装置１４、ディファレンシャル機構１５とを含み、その動力は動力伝達軸３０を通じて、最終的に駆動車輪（前輪２ａまたは後輪２ｂあるいはその両方）２を回転させる。前後進切換装置１３とギヤ変速装置１４のそれぞれには油圧駆動式の変速クラッチ３１ａが備えられている。さらに、このエンジンＥ及びモータジェネレータ４の回転動力を伝達する動力伝達軸３０の一部を構成するＰＴＯ軸９０を経てトラクタに装備された耕耘装置９は回転動力を受けることができ、これにより耕耘ロータが所定の耕耘深さで回転駆動する。
【００３１】
ＨＭＴ１２は、エンジンＥ及びモータジェネレータ４からの動力を受ける斜板式可変吐出型油圧ポンプと当該油圧ポンプからの油圧によって回転して動力を出力する油圧モータとからなる静油圧式変速機構１２Ａと、遊星歯車機構１２Ｂとから構成されている。遊星歯車機構１２Ｂは、エンジンＥ及びモータジェネレータ４からの動力と油圧モータからの動力とを入力として、その変速出力を後段の動力伝達軸３０に供給するように構成されている。
【００３２】
この静油圧式変速機構１２Ａでは、エンジンＥ及びモータジェネレータ４からの動力がポンプ軸に入力されることにより、油圧ポンプから油圧モータに圧油が供給され、油圧モータが油圧ポンプからの油圧によって回転駆動されてモータ軸を回転させる。油圧モータの回転はモータ軸を通じて遊星歯車機構１２Ｂに伝達される。静油圧式変速機構１２Ａは、油圧ポンプの斜板に連動されているシリンダを変位させることにより、この斜板の角度変更が行なわれ、正回転状態、逆回転状態、及び正回転状態と逆回転状態の間に位置する中立状態に変速され、かつ正回転状態に変速された場合においても逆回転状態に変速された場合においても、油圧ポンプの回転速度を無段階に変更して油圧モータの回転速度（時間当たり回転数）を無段階に変更する。その結果、油圧モータから遊星歯車機構１２Ｂに出力する動力の回転速度を無段階に変更する。静油圧式変速機構１２Ａは、斜板が中立状態に位置されることで、油圧ポンプによる油圧モータの回転を停止、結果的には油圧モータから遊星歯車機構１２Ｂに対する出力を停止する。
【００３３】
遊星歯車機構１２Ｂは、サンギヤと、当該サンギヤの周囲に等間隔で分散して配置された３個の遊星ギヤと、各遊星ギヤを回転自在に支持するキャリヤと、３個の遊星ギヤに噛合うリングギヤと、前後進切換装置１３に連結している出力軸（動力伝達軸３０の１つ）とを備えている。なお、この実施形態では、キャリヤは外周にエンジンＥ側の動力伝達軸３０に取り付けられた出力ギヤと噛み合うギヤ部を形成しているとともに、サンギヤのボス部に相対回転自在に支持されている。
【００３４】
上述した構成により、このＨＭＴ１２は、静油圧式変速機構１２Ａの斜板角度を変更することにより、駆動車輪である前輪２ａまたは後輪２ｂあるいはその両方への動力伝達を、無段階で変速することができる。この斜板制御は、変速制御ユニット８からの制御指令に基づいて動作する油圧制御ユニット８０の油圧制御によって実現する。また、上述した油圧駆動式のシリンダや主クラッチ３１や変速クラッチ３１ａなどの油圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプ８１が備えられている。この油圧ポンプ８１は動力伝達軸３０から回転動力を受ける機械式ポンプを採用してもよいし、電動モータから回転動力を受ける電動式ポンプを採用してもよい。電動式ポンプの場合、その電動モータは油圧制御ユニット８０によって制御される。
【００３５】
この動力システムにおけるモータジェネレータ４の制御、つまりエンジンＥに対するトルクアシストは、動力管理ユニット５によって行われるが、ここでは、この動力管理ユニット５は、図１と図２を用いて説明した構成を流用している。動力管理ユニット５、エンジン制御ユニット６、車両状態検出ユニットＳも、それぞれ車載ＬＡＮによってデータ伝送可能に接続されている。
【００３６】
車両状態検出ユニットＳは、トラクタに配備されている種々のセンサからの信号や、運転者によって操作される操作器（クラッチペダルやブレーキペダル）の状態を示す操作入力信号を入力し、必要に応じて信号変換や評価演算を行い、得られた信号やデータを車載ＬＡＮに送り出す。
【００３７】
油圧制御ユニット８０に制御指令を与える上部の電子デバイスとして、トランスミッション１０における変速操作のための変速制御ユニット８や耕耘装置９の操作のための作業装置制御ユニット９９が油圧制御ユニット８０と接続されている。変速制御ユニット８や作業装置制御ユニット９９も車載ＬＡＮにつながっており、その他のユニットとの間でデータ交換が可能である。
【００３８】
図５に示すように、エンジンＥの後面側にモータジェネレータ４と主クラッチ３１とを収容するモータハウジング４０が備えられ、このモータハウジング４０の後部から出た動力伝達軸３０が、さらにエンジンＥとモータジェネレータ４との動力を、後輪２ｂ付近に配置されたトランスミッション１０に伝達する。
【００３９】
モータジェネレータ４は、エンジンＥの駆動力により発電を行う三相交流発電機の機能と、外部から供給される電力により回転作動する三相交流モータの機能とを併せ持つ。図１を用いて説明したように、インバータ部７０がバッテリＢからの直流電力を三相交流電力に変換してモータジェネレータ４に供給する。また、インバータ部７０は、モータジェネレータ４で発電された三相交流電流を直流電流に変換し昇圧してバッテリＢに供給する。
【００４０】
図４に示すように、エンジンＥとモータジェネレータ４と主クラッチ３１とが、この順序で備えられ、エンジンＥの後部に連結したリヤエンドプレート４０ａに対してモータハウジング４０が連結し、これによりモータハウジング４０にモータジェネレータ４と主クラッチ３１とが収容されている。
【００４１】
モータジェネレータ４は、永久磁石４１を外周に備えたロータ４２と、このロータ４２を取り囲む位置に配置されたステータ４３とで構成され、ステータ４３は、ステータコアの複数のティース部（図示せず）にコイルを巻回した構造を有している。エンジンＥの出力軸Ｅｘ（クランク軸）の軸端に対向して、この出力軸Ｅｘの回転軸芯Ｘと同軸芯で、モータジェネレータ４のロータ４２が配置され、このロータ４２のうち出力軸Ｅｘと反対側の面に主クラッチ３１のベースプレート３１ａが配置され、出力軸Ｅｘとロータ４２と主クラッチ３１のベースプレート３１ａとがねじ連結されている。このベースプレート３１ａはフライホイールとしての機能も有するが、上述したように、モータジェネレータ４は、フライホイールが果たしていた慣性力機能を部分的に実行するので、従来に比べ軽量化されている。
【００４２】
モータハウジング４０は、前部ハウジング４０Ａと後部ハウジング４０Ｂとを分離可能に連結した構造を有しており、モータジェネレータ４を組み立てる際には、前部ハウジング４０Ａの内面にステータ４３を備えた状態で、この前部ハウジング４０Ａをリヤエンドプレート４０ａに連結し、次に、出力軸Ｅｘの後端にロータ４２が連結される。
【００４３】
主クラッチ３１は、ベースプレート３１ａの後面に連結するクラッチカバー３１ｂの内部にクラッチディスク３１ｃと、プレッシャプレート３１ｄと、ダイヤフラムバネ３１ｅとを配置し、クラッチディスク３１ｃからの駆動力が伝えられる、動力伝達軸３０の１つの構成要素としてのクラッチ軸３０ａとを備えており、図示されていないクラッチペダルによって操作される。
【００４４】
クラッチ軸３０ａは、後部ハウジング４０Ｂに対して回転軸芯Ｘを中心にして回転自在に支持され、クラッチディスク３１ｃは、スプライン構造によりクラッチ軸３０ａに対してトルク伝動自在、かつ、回転軸芯Ｘに沿って変位自在に支持され、ダイヤフラムバネ３１ｅは、プレッシャプレート３１ｄを介してクラッチ入り方向への付勢力をクラッチディスク３１ｃに作用させる構成を有している。また、クラッチ軸３０ａの動力は、ギヤ伝動機構を介してトランスミッション１０の入力軸となる、動力伝達軸３０の１つの構成要素としての中間伝動軸３０ｂに伝えられる。
【００４５】
エンジンＥとモータジェネレータ４の駆動制御は、図１で説明したような動力管理ユニット５によって行われる。エンジン制御機器６０としてのコモンレール式の燃料噴射機器による燃料噴射を制御するためにエンジン制御ユニット６は、アクセルペダルセンサからの信号、エンジン回転信号、コモンレール内の燃料圧力信号、吸気部位の吸気圧信号等を取得し、インジェクターの作動タイミングを決める制御を行う。このような構成からエンジン制御ユニット６は、エンジンＥの負荷率（エンジン負荷率）を算定することも可能であり、このエンジン負荷率をトルクアシストプロセスにおける利用のために動力管理ユニット５に与えることができる。
【００４６】
動力管理ユニット５の負荷量算定部５１における負荷量の算定において簡単に利用することができるパラメータは、動力伝達軸３０の回転数（回転速度）の変動である。動力伝達軸３０の回転数の回転数を検出する回転速度センサＳ1は、この実施形態では、モータハウジング４０の壁面を貫通する孔に挿通され、下端のセンシング部を主クラッチ３１のベースプレート３１ａの外周面近くに位置している。つまり、回転速度センサＳ1は、磁束密度の変化からベースプレート３１ａの回転をカウントするピックアップ型として構成されている。もちろん、回転速度センサＳ1として光学式のものを採用してもよいし、動力伝達軸３０の回転数を検出する構成を採用してもよい。
【００４７】
上述した構成を有するトラクタでは、基本的には、動力管理ユニット５に含まれているエンジン制御ユニット６が、エンジンＥを燃費の良い低速領域で稼動させることが燃費を良くするために重要である。エンジンＥに作用する負荷が閾値を超えているとみなされた場合には、バッテリＢからの電力が、モータ制御ユニット７からの制御信号に基づいて駆動しているインバータ部７０を介して三相交流電力がモータジェネレータ４に供給され、このモータジェネレータ４の駆動力でエンジンＥをアシストする。特に、定速作業時における、突発的なエンジン負荷の増大によりエンジン回転数の低下が検知されると、このエンジン負荷の増大を少なくとも部分的に補償するようにモータジェネレータ４を用いたトルクアシストプロセスが実行され、エンジン回転数の不測の低下やエンジンストールを回避する。そして、エンジン制御ユニット６が自ら取得するエンジン情報や車両状態検出ユニットから送られてくる車両状態情報に基づいて、エンジンＥに作用する負荷が閾値未満であるとみなされた場合には、モータジェネレータ４からの発電電力がインバータ部７０を介してバッテリＢに供給してバッテリＢを充電する制御が実行される。
【００４８】
しかしながら、トラクタに搭載されているバッテリＢの容量は限定されたものであり、作業走行中のトルクアシストには、かなりの電力消費が要求されることから、作業中に簡単にトルクアシストを許容していると、バッテリＢが上がってしまう。バッテリＢが上がってしまうことを回避するために、モータジェネレータ４によるアシストはバッテリＢの充電量を考慮しながら実行しなければならない。
【００４９】
この実施形態では、負荷量算定部５１が車両状態検出ユニットＳまたはエンジン制御ユニット６から取得するエンジン負荷に関する情報からエンジンＥの負荷量としてエンジン負荷率を算定する。さらに、運転モード選択部５３が、充電量算定部５４で算定されたバッテリＢの充電量ＳＣと、負荷量算定部５１によって算定されたエンジン負荷率から、アシスト駆動モードと充電駆動モードとゼロトルク駆動モードのうちのいずれかの駆動モードを選択する。この選択プロセスにおいて、運転モード選択部５３は、図６に示された判定マップを利用する。この判定マップから理解できることは、原則的には充電量ＳＣが十分でない限りトルクアシストは行われないようにして、例えば充電量が８０％程度のところをアシスト判定ラインとしてそれ以下ではトルクアシストを行わず、バッテリＢが上がってしまうことを避けようしている。しかしながら、エンジン負荷率が１００％に近くなれば、エンジンストールの可能性が出てくるので、充電量が８０％以下でもトルクアシストを行うのである。その際に、エンジン負荷率が９０％から１００％にかけてアシスト判定ラインを傾斜させて、つまりエンジン負荷率が所定量（ここでは約９０％以上９において、エンジン負荷率が高いほど充電量が低い状態でもトルクアシストが行われるように設定されている。エンジン負荷率が１００％では、充電量が３０％程度でもトルクアシストが行われることになる。この判定マップでは、アシスト判定ラインは帯状となっており、アシスト判定ラインの上側境界線より上の領域は、アシスト駆動モード領域であり、アシスト判定ラインの下側境界線より下の領域は充電駆動モード領域である。さらに、アシスト判定ラインの上側境界線と下側境界線とに囲まれたアシスト判定帯は、トルクアシストも充電も行わないバッファ領域であり、この実施形態では、このバッファ領域をゼロトルク駆動制御が行われるゼロトルク駆動モード領域としている。
【００５０】
また、この実施形態では、運転モード選択部５３は、次の情報が入力すると、強制的に充電駆動モードを選択する例外処理が準備されている。
（１）主クラッチ３１または変速クラッチ３１ａが切られ、動力伝達軸３０の伝達トルクがなくなる事態を示す情報。
（２）主クラッチ３１または変速クラッチ３１ａが半クラッチ状態となり、主クラッチ３１または変速クラッチ３１ａが焼ける危険性が生じていることを示す情報。
（３）作業車が停止し、作業装置９が実質的な作業を行っていないことを示す情報。
このように、トルクアシストを必要としない事態が例外的に生じた場合、あるいはその事態が予想される場合、アシスト駆動モードから充電駆動モードに切り替えることで、充電機会を増やしている。
【００５１】
〔その他の実施形態〕
（１）上述した実施形態は、エンジンＥに作用する負荷を検出するためにエンジン回転数ないしは伝動軸回転数を利用していたが、作業装置９に直接負荷検出センサを設けて、この負荷検出信号を用いて、駆動モードを選択してもよい。
（２）アシスト算定部５２が、入力パラメータからアシスト量を算定するために使用されるマップとして、作業装置９のタイプおよびその使用形態にそれぞれ最適化された専用マップを予め作成して、それを適切に選択するようにしてもよい。
（３）上記実施形態では、エンジンＥとモータジェネレータ４とが直結されており、その後に主クラッチ３１が装着され、動力伝達軸３０に動力が伝達されていたが、これに代えて、エンジンＥとモータジェネレータ４との間に主クラッチ３１を装着してもよい。
（４）上記実施形態では、トランスミッション１０にＨＭＴ１２を用いた無段変速が採用されていたが、多段ギヤ式変速装置を用いた多段変速を採用してもよい。
（５）入力パラメータからアシスト量を算定するために使用されるマップとして、作業装置９のタイプおよびその使用形態にそれぞれ最適化された専用マップを予め作成して、それを適切に選択するようにしてもよい。例えば、動力管理ユニット５にこの作業車に装着される作業装置９の作業負荷特性を設定する作業負荷特性設定部を構築して、実際に装着され利用される作業装置９の作業負荷特性を作業負荷特性設定部から読み出して、これを補助パラメータとして負荷量算定部５１に与える。これにより、負荷情報生成部５１は、例えば、車両状態検出ユニットＳから得られる回転数の変動が今後どの程度の負荷変動を伴うかを作業負荷特性から推定することが可能となり、より正確な負荷量を生成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、内燃機関とモータジェネレータとからなる駆動源と、この駆動源によって動作する作業装置とを備えた、種々のハイブリッド作業車に適用可能である。例えば、そのようなハイブリッド作業車としてトラクタ以外に、乗用田植機や芝刈機やコンバインなどが挙げられる。
【符号の説明】
【００５３】
２：走行装置
２ａ：前輪（走行装置）
２ｂ：後輪（走行装置）
２０：運転部
９：作業装置
９０：ＰＴＯ軸
９１：ＰＴＯクラッチ
４：モータジェネレータ
４０：モータハウジング
３０：動力伝達軸
３１：クラッチ
１０：トランスミッション
１６：変速クラッチ
５：動力管理ユニット
５１：負荷量算定部
５２：アシスト算定部
５３：運転モード選択部
５４：充電量算定部
６：エンジン制御ユニット
６０：エンジン制御機器（コモンレール）
７：モータ制御ユニット
７０：インバータ部
８１：油圧ポンプ
Ｓ：車両状態検出ユニット
Ｂ：バッテリ
Ｅ：内燃機関
【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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