作业车辆及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及作业车辆、特别是混合动力型作业车辆及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，出现了通过来自发动机的驱动力和来自电动机的驱动力行驶的混合动力 型作业车辆。作为混合动力型作业车辆的动力传递装置，例如专利文献1公开有HMT(液 压一机械式变速装置）或EMT(电一机械式变速装置）。
[0003] HMT具有行星齿轮机构、与行星齿轮机构的旋转构件连接的第一累/电动机和第 二累/电动机。第一累/电动机和第二累/电动机根据作业车辆的行驶状况，作为液压电 动机及液压累的某一项发挥作用。HMT通过改变运些累/电动机的转速，能够连续地改变 输出轴的转速。另外，HMT还具有第=累/电动机。第=累/电动机被设置成辅助第一累 /电动机和第二累/电动机中的某一方。根据车速的速度范围切换由第S累/电动机辅助 的累/电动机。
[0004] 在EMT中，使用电动机代替HMT中的液压电动机。即，EMT具有第一发电机/电动 机、第二发电机/电动机和第=发电机/电动机。第一发电机/电动机和第二发电机/电 动机根据作业车辆的行驶状况，作为电动机及发电机的某一项发挥作用。另外，第=发电机 /电动机与上述第=累/电动机一样，被设置成辅助第一发电机/电动机和第二发电机/电 动机中的某一方。与HMT-样，EMT通过改变运些发电机/电动机的转速，能够连续地改变 输出轴的转速。 阳(K)日]现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :(日本）特开2006 - 329244号公报
【发明内容】
[000引发明所要解决的课题
[0009] 如上述的HMT或EMT，通过利用第=电动机辅助第一电动机和第二电动机，可降低 各电动机所需要的最大扭矩。由此，能够使电动机小型化。
[0010] 但是，在上述的HMT或EMT中，第=电动机总是与第一电动机和第二电动机中的任 一方连接。因此，即使在只靠第一电动机或第二电动机的扭矩也充分的情况下，第=电动机 还是与第一电动机或第二电动机连接。因此，第=电动机中产生的机械性损耗成为降低动 力传递装置中的动力传递效率的重要原因。
[0011] 本发明的课题在于，提供一种可提高动力传递装置中的动力传递效率的混合动力 型作业车辆及其控制方法。
[0012] 用于解决课题的技术方案
[0013] 本发明的一方式提供一种作业车辆具备：发动机、液压累、工作装置、行驶装置、动 力传递装置、控制部。液压累通过发动机进行驱动。工作装置通过从液压累排出的工作油 进行驱动。行驶装置通过发动机进行驱动。动力传递装置将来自发动机的驱动力传递至行 驶装置。控制部控制动力传递装置。动力传递装置具有：输入轴、输出轴、齿轮机构、第一电 动机、第二电动机、第=电动机、电动机切换机构。齿轮机构具有行星齿轮机构，向输出轴传 递输入轴的旋转。第一电动机与行星齿轮机构的第一旋转构件连接。第二电动机与行星齿 轮机构的第二旋转构件连接。第=电动机辅助第一电动机和第二电动机。电动机切换机构 能够将连接状态和切断状态选择性地进行切换，在所述连接状态，第=电动机与第一电动 机或第二电动机连接，在所述切断状态，第=电动机与第一电动机及第二电动机的任一方 均切断。动力传递装置构成为，通过改变第一电动机、第二电动机和第=电动机的转速，改 变输出轴相对于输入轴的转速比。控制部具有连接判定部和电动机切换控制部。连接判定 部判定是否需要第=电动机的辅助。在连接判定部判定为需要第=电动机的辅助时，电动 机切换控制部使第=电动机成为连接状态。在连接判定部判定为不需要第=电动机的辅助 时，电动机切换控制部控制电动机切换机构，W使第=电动机成为切断状态。
[0014] 在该情况下，在不需要第=电动机的辅助时，成为第=电动机与第一电动机及第 二电动机的任一方均切断的切断状态。由此，能够抑制第=电动机中的损耗产生，提高动力 传递装置中的动力传递效率。
[0015] 优选地，控制部还具备电动机指令决定部。电动机指令决定部决定对第=电动机 的扭矩或转速的指令值。在第=电动机处于切断状态时，电动机指令决定部将对第=电动 机的扭矩或转速的指令值设定为规定的第一待机指令值。
[0016] 在该情况下，通过将规定的第一待机指令值设定为零或较小的值，能够进一步抑 制第=电动机中的损耗产生。
[0017] 优选地，在将第=电动机从切断状态切换到连接状态时，电动机指令决定部决定 对第=电动机的指令值，W使第=电动机的转速与第一电动机及第二电动机中连接第=电 动机的电动机的转速同步。
[0018] 在该情况下，能够流杨地进行第=电动机和第一电动机或第二电动机的连接。由 此，能够抑制连接时的冲击产生。
[0019] 优选地，电动机切换机构具有离合器。离合器切换第一电动机或第二电动机与第 =电动机之间的连接和切断。通过离合器从切断状态切换成连接状态，第=电动机从切断 状态切换成连接状态。控制部还具有预测速度运算部。预测速度运算部运算预测转速。预 测转速是从当前时刻经过规定的第一预测时间后的第一电动机或第二电动机的转速的预 测值。如果预测转速的相当于第=电动机的旋转轴的转速和第=电动机的转速之差成为规 定的切换阔值W下，电动机切换控制部开始离合器的连接。
[0020] 在该情况下，考虑到切换离合器所需要的时间，可在第一电动机或第二电动机的 相当于第=电动机的旋转轴的转速和第=电动机的转速接近的时刻，将第=电动机从切断 状态切换成连接状态。由此，能够抑制连接时的冲击产生。
[0021] 优选地，从离合器的连接开始时刻到经过规定的第二预测时间为止，电动机指令 决定部将对第=电动机的指令扭矩设定为规定的待机指令值。在该情况下，直到离合器的 连接结束的期间，对第=电动机的指令扭矩成为规定的待机指令值。因此，通过将规定的待 机指令值设定为零或较小的值，能够降低第=电动机中的损耗。
[0022] 优选地，电动机指令决定部决定对连接第=电动机的电动机的请求指令扭矩。在 从离合器的连接开始时刻经过了第二预测时间时，电动机指令决定部基于请求指令扭矩决 定对连接第=电动机的电动机和第=电动机的指令扭矩。在该情况下，可在接近离合器的 连接结束时刻的时刻，开始第=电动机的辅助。
[0023] 优选地，作业车辆还具备离合器填充检测部。离合器填充检测部检测对离合器的 工作油填充的结束。从离合器的连接开始时刻到离合器填充检测部检测到填充结束为止， 电动机指令决定部将对第=电动机的指令扭矩设定为规定的待机指令值。在该情况下，直 到离合器的连接结束为止的期间，对第=电动机的指令扭矩成为规定的待机指令值。因此， 通过将规定的待机指令值设定为零或较小的值，能够降低第=电动机中的损耗。
[0024] 优选地，电动机指令决定部决定对连接第=电动机的电动机的请求指令扭矩。离 合器的连接开始后，在离合器填充检测部检测到填充结束时，电动机指令决定部基于请求 指令扭矩决定对连接第=电动机的电动机和第=电动机的指令扭矩。在该情况下，能够在 接近离合器的连接结束时刻的时刻，开始第=电动机的辅助。
[00巧]优选地，作业车辆还具备变速操作部件。变速操作部件是用于选择规定车速上限 的速度范围的部件。在满足规定的连接判定条件时，连接判定部判定为需要第=电动机的 辅助。规定的连接判定条件包含，由变速操作部件选择了最低速的速度范围。
[0026] 在该情况下，在驾驶员因需要大的扭矩而选择最低速的速度范围时，第=电动机 成为连接状态。由此，通过第=电动机辅助第一电动机或第二电动机，能够得到大的扭矩。
[0027] 优选地，作业车辆还具备检测车速的车速检测部和加速操作部件。控制部还具有 变速请求决定部。变速请求决定部基于车速和加速操作部件的操作量，决定动力传递装置 的请求牵引力。在满足规定的连接判定条件时，连接判定部判定为需要第=电动机的辅助。 规定的连接判定条件包含，根据第一电动机的输出扭矩和第二电动机的输出扭矩而得到的 动力传递装置的牵引力对于请求牵引力不足。
[0028] 在该情况下，为了得到请求牵引力而需要第=电动机的辅助时，第=电动机成为 连接状态。由此，通过第=电动机辅助第一电动机或第二电动机，能够得到请求牵引力。
[0029] 优选地，作业车辆还具备变速操作部件、车速检测部、加速操作部件。变速操作部 件是用于选择规定车速上限的速度范围的部件。车速检测部检测车速。控制部还具有变速 请求决定部。变速请求决定部基于车速和加速操作部件的操作量，决定动力传递装置的请 求牵引力。在满足规定的切断判定条件时，连接判定部判定为不需要第=电动机的辅助。规 定的切断判定条件包含，由变速操作部件选择了最低速的速度范围W外的速度范围，并且， 根据第一电动机的输出扭矩和第二电动机的输出扭矩而得到的牵引力对于请求牵引力充 分。
[0030] 在该情况下，在驾驶员因不需要较大的扭矩而选择了最低速的速度范围W外的速 度范围，且根据第一电动机的输出扭矩和第二电动机的输出扭矩而得到的牵引力对于请求 牵引力充分时，使第=电动机成为切断状态。由此，能够抑制第=电动机中的损耗产生，从 而提高燃料效率。
[0031] 优选地，在第=电动机的转速比规定的上限值大时，电动机切换控制部控制电动 机切换机构，使第=电动机成为切断状态。在该情况下，通过防止第=电动机的过旋转，能 够保护第=电动机。
[0032] 优选地，在使第=电动机成为连接状态之后的第=电动机的转速超过了规定的上 限转速的情况下，电动机切换控制部将第=电动机切换成切断状态，电动机指令值决定部 将第=电动机的转速的指令值设定为比第一待机指令值大的规定的第二待机指令值。在 该情况下，通过使第S电动机MG3W第二待机指令值待机，能够更迅速地连接第S电动机 MG3。
[0033] 优选地，在为了产生请求牵引力而所需的第一电动机的输出扭矩或第二电动机的 输出扭矩为规定的上限阔值W上时，连接判定部判定为根据第一电动机的输出扭矩和第二 电动机的输出扭矩而得到的牵引力对于请求牵引力不足。由此，能够高精度地判定牵引力 对于请求牵引力不足。
[0034] 优选地，作业车辆还具备模式切换机构和变速操作部件。模式切换机构是用于在 多个模式间切换动力传递装置的驱动力传递路径的机构。变速操作部件是用于选择规定车 速上限的速度范围的部件。在第=电动机处于切断状态时，电动机指令值决定部决定对第 =电动机的扭矩或转速的指令值，使第=电动机W与被选择的模式和速度范围相应的规定 转速成为待机状态。在该情况下，能够使第=电动机W适于被选择的模式和速度范围的转 速待机。例如，在根据被选择的模式和速度范围预测连接第=电动机的电动机的转速较高 的情况下，通过使第=电动机W高转速待机，能够迅速地进行第=电动机的连接。
[0035] 本发明的另一方式提供一种作业车辆的控制方法，该作业车辆具备发动机、液压 累、工作装置、行驶装置、动力传递装置。液压累通过发动机进行驱动。工作装置通过从液压 累排出的工作油进行驱动。行驶装置通过发动机进行驱动。动力传递装置将来自发动机的 驱动力传递至行驶装置。动力传递装置具有输入轴、输出轴、齿轮机构、第一电动机、第二电 动机、第=电动机、电动机切换机构。齿轮机构具有行星齿轮机构，向输出轴传递输入轴的 旋转。第一电动机与行星齿轮机构的第一旋转构件连接。第二电动机与行星齿轮机构的第 二旋转构件连接。第=电动机辅助第一电动机和第二电动机。电动机切换机构能够将连接 状态和切断状态选择性地进行切换，在所述连接状态，第=电动机与第一电动机或第二电 动机连接，在所述切断状态，第=电动机与第一电动机及第二电动机的任一方均切断。动力 传递装置构成为，通过改变第一电动机、第二电动机和第=电动机的转速，改变输出轴相对 于输入轴的转速比。本方式的控制方法具备第一步骤、第二步骤和第=步骤。在第一步骤 中，判定是否需要第=电动机的辅助。在第二步骤中，在判定为需要第=电动机的辅助时， 控制电动机切换机构，使第=电动机成为连接状态。在第=步骤中，在判定为不需要第=电 动机的辅助时，控制电动机切换机构，使第=电动机成为切断状态。
[0036] 发明效果
[0037] 根据本发明，在混合动力型作业车辆中，能够提高动力传递装置的动力传递效率。
【附图说明】
[0038] 图1是本发明实施方式的作业车辆的侧视图；
[0039] 图2是表示作业车辆的结构的示意图；
[0040] 图3是表示动力传递装置的结构的示意图；
[0041] 图4是表示第一电动机、第二电动机和第=电动机的转速相对于转速比的变化的 图；
[0042] 图5是表示由控制部执行的处理的控制方框图；
[0043] 图6是表示由控制部执行的处理的控制方框图；
[0044] 图7是表示将第=电动机从切断状态切换成连接状态时的处理的流程图；
[0045] 图8是表示第二连接判定条件的判定方法的流程图；
[0046] 图9是表不第二电动机的同步巧制的处理的流程图；
[0047] 图10是表示同步控制中的第一转速、第一预测转速和第=电动机的转速的变化 的图；
[0048] 图11是表示将第=电动机从连接状态切换成切断状态时的处理的流程图；
[0049] 图12是表示使第=电动机W第一待机模式和第二待机模式待机时的第一电动 机、第二电动机和第=电动机的转速的变化的图；
[0050] 图13是表示将第=电动机的连接对象从第二电动机切换成第一电动机时的处理 的流程图；
[0051] 图14是表示切换控制中的第一转速和第二转速的变化的图；
[0052] 图15是表示相对于请求扭矩的对第一电动机和第=电动机的指令扭矩的分配的 图；
[0053] 图16是表示本实施方式中的第一电动机、第二电动机和第=电动机的转速及指 令扭矩的变化的图；
[0054] 图17是表示比较例中相对于转速比的第一电动机和第二电动机的转速及指令扭 矩的变化的图；
[0055] 图18是表示由另一实施方式的控制部执行的处理的控制方框图；
[0056] 图19是表示第一变形例的对第一电动机和第=电动机的指令扭矩的分配的图；
[0057] 图20是表示第二变形例的对第一电动机和第=电动机的指令扭矩的分配的图。
【具体实施方式】
[0058] W下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明实施方式的作业车 辆1的侧视图。如图1所示，作业车辆1具备车身框架2、工作装置3、行驶轮4、5、驾驶室 6。作业车辆1为轮式装载机，通过旋转驱动行驶轮4、5而行驶。作业车辆1可W使用工作 装置3进行挖掘等作业。
[0059] 车身框架2上安装有工作装置3及行驶轮4、5。工作装置3由来自后述的工作装 置累23 (参照图2)的工作油驱动。工作装置3具有大臂11和伊斗12。大臂11安装于车 身框架2上。工作装置3具有提升油缸13和伊斗油缸14。提升油缸13和伊斗油缸14为 液压缸。提升油缸13的一端安装于车身框架2上。提升油缸13的另一端安装于大臂11 上。提升油缸13利用来自工作装置累23的工作油进行伸缩，由此，大臂11上下摆动。伊 斗12安装于大臂11的前端。伊斗油缸14的一端安装于车身框架2上。伊斗油缸14的另 一端经由曲拐15安装于伊斗12上。伊斗油缸14利用来自工作装置累23的工作油进行伸 缩，由此，伊斗12上下摆动。
[0060] 在车身框架2上安装有驾驶室6。驾驶室6被载置于车身框架2上。在驾驶室6 内配置有驾驶员就座的座椅及后述的操作装置等。车身框架2具有前框架16和后框架17。 前框架16和后框架17可相互在左右方向上摆动地安装。
[0061] 作业车辆1具有转向油缸18。转向油缸18安装于前框架16和后框架17上。转 向油缸18为液压缸。转向油缸18利用来自后述的转向累30的工作油进行伸缩，由此，作 业车辆1的前进方向朝向左右改变。
[0062] 图2是表示作业车辆1的结构的示意图。如图2所示，作业车辆1具备发动机21、 PT022、动力传递装置24、行驶装置25、操作装置26、控制部27等。
[0063] 发动机21例如是柴油发动机。通过调整向发动机21的缸内喷射的燃料量而控制 发动机21的输出。燃料量的调整通过控制部27控制安装于发动机21的燃料喷射装置28 而进行。作业车辆1具备发动机转速检测部31。发动机转速检测部31检测发动机转速，向 控制部27发送表示发动机转速的检测信号。
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