CN102216533A - 混合式工作机械的控制方法及混合式工作机械的泵输出限制方法 - Google Patents

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Abstract

在混合式工作机械中，由发动机(30)的输出与电动发电机(34)的输出驱动液压泵(21)。计算液压泵(21)的输入侧的动力(Wout)，并根据计算出的动力(Wout)控制电动发电机(34)的输出。由此，能够精确地求出液压泵(21)的输入侧的动力，并根据输入侧的动力控制发动机的负载。

Description

混合式工作机械的控制方法及混合式工作机械的泵输出限制方法
技术领域
本发明涉及一种混合式工作机械的控制方法及泵输出控制方法，尤其涉及一种通过电动马达辅助内燃机来驱动泵而产生液压的混合式工作机械的控制方法及泵输出控制方法。
背景技术
混合式工作机械通常由发动机(内燃机)的输出驱动液压泵，并通过所产生的液压进行工作。并且，通过由电动马达辅助发动机来有效地运行发动机。电动马达主要通过来自电池的电力驱动。电池为充放电式，辅助发动机时进行放电，并将电力供给至电动马达。另一方面，在不辅助发动机时，通过来自由发动机驱动的发电机的电力或来自液压负载的再生电力充电。由此，能够使电池始终维持被充电一定程度的状态而辅助电动马达。
像这样在混合式工作机械中，由于能够由电动马达辅助发动机，因此能够减小发动机的最大输出而成为小型发动机。当液压泵要求大于发动机的最大输出的输出时，能够用电动马达辅助来对应其要求。
通过使电动马达成为电动发电机，能够使电动马达与发电机的功能统一成一个。这时需要控制是作为电动马达执行辅助功能，还是作为发电机执行发电功能。
因此，提出了如下技术：通过运算求出液压泵的输出，比较所求出的液压泵输出与阈值来切换控制使电动发电机作为电动马达发挥功能还是作为发电机发挥功能(例如，参照专利文献1)。
并且，混合式工作机械中，大多使用可变容量式液压泵，以使能够根据液压负载的要求改变产生的液压(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-11256号公报
专利文献2：日本特开平10-103112号公报
发明的概要
发明要解决的课题
液压泵的输出能够根据液压泵的压力与流量通过运算而求出。该输出相当于液压泵的输出侧的动力。因此，一直以来通过运算求出液压泵的输出侧的动力，并根据该动力进行电动发电机的输出控制。
但是，实际输入至液压泵的输入侧的动力并非与输出侧的动力完全相等，即使知道液压泵的输出侧的动力，也无法精确地掌握输入侧的动力。液压泵的输入侧的动力为发动机与电动发电机的动力之和，并非精确地反映液压泵的输出侧的动力为发动机的负载与电动发电机的负载之和。
为了有效地运行发动机，需要高精确度地求出发动机的负载，并根据此调整电动发电机的输出。因此，为了有效地运行发动机，需要高精确度地求出液压泵的输入侧的动力。
并且，在如上述的混合式工作机械中，将电池维持成一定程度的充电状态，从而保持始终能够驱动电动马达的状态。但是，当液压负载连续地要求较大液压时，会产生如电池的充电量不足而无法由电动马达辅助发动机之类的状态。在这种情况下，液压泵对发动机所要求的输出变得大于发动机的最大输出，成为对发动机施加过负载的状态，不仅发动机的运行效率变低，最坏时还有可能引起发动机熄火而导致发动机停止。
发明内容
本发明的一实施方式的目的在于，精确地求出液压泵的输入侧的动力，并根据输入侧的动力控制发动机的负载。并且，本发明的其他实施方式的目的在于，提供一种如下混合式工作机械的泵输出限制方法，即要求超过发动机的最大输出的输出时，能够通过限制液压泵的输出来降低对发动机的输出要求，从而使发动机继续正常运行。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，根据本发明的一实施方式，提供一种混合式工作机械的控制方法，由发动机的输出与电动发电机的输出驱动液压泵，其特征在于，计算液压泵的输入侧的动力，并根据计算出的动力控制所述电动发电机的输出。
并且，根据本发明的其他实施方式，提供一种混合式工作机械的泵输出控制方法，由发动机驱动可变容量式液压泵并通过电动发电机辅助该发动机，其特征在于，使用从可变式液压泵的输出减去发动机的输出及电动发电机的输出而求出的超额输出量，并根据预先确定的算法限制可变容量式液压泵的输出。
发明的效果
根据本发明的一实施方式，能够高精确度地求出液压泵的输入侧的动力，并根据该输入侧的动力控制基于电动发电机的发动机的辅助量。因此，能够高精确度地控制发动机的负载，并能够将发动机始终维持成运行效率高的状态。
并且，根据本发明的其他实施方式，当要求超过发动机的最大输出的输出时，能够通过限制液压泵的输出来降低对发动机的输出要求，从而使发动机继续正常运行。
附图说明
图1是应用于本发明的液压挖土机的控制电路。
图2是表示通过图1的控制电路实现的液压泵的吐出压力与吐出流量的关系的特性图。
图3是设置有图1所示的控制装置的液压挖土机的驱动系统的块图。
图4是表示液压负载计算算法的图。
图5是表示液压泵效率映像的图。
图6是使用图5所示的泵效率映像通过插值法求出泵效率时的运算处理的流程图。
图7是表示考虑负控压力时的液压负载计算算法的图。
图8是表示直接由液压泵的驱动转矩与转速计算液压泵输出(轴输入侧)的液压负载推断算法的图。
图9是表示在以进行正控控制的方式构成泵的控制电路的情况下，计算轴输入侧的输出(动力)时使用的液压负载计算算法的图。
图10是表示在以进行负载传感控制的方式构成泵的控制电路的情况下，计算轴输入侧的输出(动力)时使用的液压负载计算算法的图。
图11是用于说明通过线形插值计算泵电流限制量的方法的图。
图12是图11所示的泵输出运算部的块图。
图13是用于说明图11所示的P-W线图的图。
图14是说明根据表示通过泵电流决定的泵吐出压与泵驱动转矩的关系的线图作成P-T映像的表格的图。
图15是使用图14所示的P-T映像的表格根据泵输出限制量求出限制后的泵电流的处理的流程图。
图16是表示示出与图15所示的处理的各步骤对应的部分的P-T映像的表格的图。
图17是说明根据表示通过泵电流决定的泵吐出压与泵吐出量的关系的线图作成P-Q映像的表格的图。
图18是使用图16所示的P-Q映像的表格根据泵输出限制量求出限制后的泵电流的处理的流程图。
图19是表示示出与图18所示的处理的各步骤对应的部分的P-Q映像的表格的图。
图20是表示通过控制器执行的动力分配处理的一例的控制块图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，对应用基于本发明的输出限制方法的作为混合式工作机械的一例的液压挖土机的控制装置进行说明。图1是表示应用基于本发明的控制方法的液压挖土机的控制电路的块图。另外，应用本发明的混合式工作机械不限定于液压挖土机。
首先，对图1所示的液压挖土机的控制电路的结构进行说明。在通过发动机马达1驱动的可变容量式液压泵(以下，仅称为液压泵)21的油路上，分别连接有切换阀22a、22b、22c。并且，在切换阀22a的上游侧的油路上连接有泵吐出压传感器23。泵吐出压传感器23检测液压泵21的吐出压。并且，切换阀22c的下游侧的油路通过负控制节流阀(以下称为负控节流阀)24连接于罐25。
可变容量式液压泵21例如为可变斜盘式液压泵，能够通过变更斜盘的角度来变更泵输出。即，通过变更向液压泵21的控制电流来调整斜盘的角度，由此能够变更液压泵21的输出。
在负控节流阀24的上游侧连接有负控制传感器(以下称为负控传感器)26。负控传感器26接线于控制器2，检测向各个罐25的液压流道的液压，并将检测压力的信号输入至控制器2。
由负控节流阀24、负控传感器26及控制器2构成的负控制器(以下称为负控)为用于降低返回至罐25的液压泵21的吐出流量的损失的控制系统。
在控制器2连接有用于切换为重型挖掘模式(H模式)、标准挖掘模式(S模式)及轻型挖掘模式(L模式)等各工作模式的模式切换器3及用于设定发动机转速的节流容量阀4。另外，在控制器2接线有电磁比例阀5和吐出压传感器23。并且，电磁比例阀5连接于调整器27，且调整器27控制液压泵21的吐出流量。
在液压挖土机中通常装备有用于切换为重型挖掘模式(H模式)、标准挖掘模式(S模式)及轻型挖掘模式(L模式)等各工作模式的切换机构。即，控制器2通过模式切换器3的切换操作变更泵电流I，由此适当地切换为各工作模式。通过这种控制电路的切换机构，与基于调整器27变更的泵电流I对应而变更斜盘21a的偏转角，并控制液压泵21的吐出流量。并且，通过电磁比例阀5改变液压泵21的输入马力的同时，通过控制器2改变发动机马达1的转速来切换上述各工作模式，从而实现如图2所示的液压泵的吐出压力-吐出流量特性(P-Q特性)。
并且，通过负控传感器26控制泵吐出量，并且通过泵吐出压传感器23检测泵吐出压P的变动来控制液压泵21的吐出量。
图3是设置有图1所示的控制装置的液压挖土机的驱动系统的块图。由内燃机构成的发动机30和由电动发电机构成的辅助马达34连接在作为动力分配机的分离器32。由发动机30、辅助马达34及分离器32构成图1所示的发动机马达1。可变容量式液压泵21连接于分离器32，通过来自分离器32的输出进行驱动而吐出高压工作油。
从液压泵21吐出的工作油输送至由图1所示的切换阀22a、22b、22c构成的控制器阀22，并从控制阀22供给至液压缸或液压马达等液压负载。在液压泵21连接有用于检测液压输出而进行控制的先导齿轮泵21A。根据由该先导齿轮泵21A检测出的压力P及吐出流量Q，能够求出液压泵21的轴输出侧的输出(动力)Wout。
辅助马达34通过逆变器(INV)36连接于作为蓄电器的电池38。辅助马达34从电池38接受电力的供给而驱动，并作为电动机发挥功能而辅助发动机30。并且，辅助马达34通过分离器32接受发动机的动力，由此作为发电机发挥功能而对电池38进行充电。电动马达或电动驱动器等电负载通过逆变器(INV)40连接于电池38，并接受来自电池38的电力的供给而工作。
在图3所示的系统中，发动机30、辅助马达34及液压泵21的工作通过控制器42控制。尤其是控制器42精确地计算液压泵21的轴输入侧的输出(动力)Win来控制辅助马达34的输出(辅助量)。由此，将发动机30的输出始终维持在适当的值，并且控制成发动机的工作不发生异常且可以在有效的范围内运行。
在此，参照图4对控制器42计算液压泵21的轴输入侧的输出(动力)Win时使用的算法进行说明。
液压负载相当于液压泵输出(轴输出侧)Wout，并作为液压泵21的吐出压力Pi与吐出流量Q之积而计算出。(Wout＝Pi×Q)。作为吐出压力Pi使用通过液压传感器实际测定的值。吐出流量Q通过在泵吐出量V乘上泵转速(转速)Np来计算出。泵吐出量V能够根据表示液压泵21的吐出压力-吐出量特性的PQ线图，根据吐出压力Pi与供给至液压泵21的控制电流I求出。
如以上，首先使用液压泵21的吐出压力Pi和泵限制电流I，根据泵马力控制PQ线图求出泵吐出量V，通过在已求出的泵吐出量V乘上泵转速(转速)Np来计算液压泵流量Q。并且，通过在已计算出的液压泵流量Q乘上吐出压力Pi来计算液压泵输出(轴输出侧)Wout。
下面，通过液压泵效率ηo除液压泵输出(轴输出侧)Wout来计算液压泵输出(轴输入侧)Win。由于考虑液压泵效率ηo，因此能够高精确度地求出液压泵输出(轴输入侧)Win。液压泵效率ηo根据液压泵21的吐出压力Pi或倾斜盘角度Ki而变动，但是也可以作为变动范围的平均值而成为固定值。其中，为了更高精确度地计算液压泵输出(轴输入侧)Win，优选根据液压泵21的吐出压力Pi及倾斜盘角度Ki计算液压泵效率ηo，并用已计算出的值除液压泵输出(轴输出侧)Wout来计算液压泵输出(轴输入侧)Win。
液压泵效率ηo能够使用吐出压力Pi与倾斜盘角度Ki通过液压泵效率映像求出。倾斜盘角度Ki通过泵最大吐出量Vmax除根据上述PQ线图求出的泵吐出量V而计算出。即，能够使用已计算出的泵吐出量V与吐出压力Pi通过液压泵效率映像高精确度地计算出液压泵效率ηo。
液压泵效率映像预先改变吐出压力与倾斜盘角度的同时运行液压泵来求出效率而作成。图5是表示液压泵效率映像的图。图5所示的例子中，将吐出压力设为纵轴并使之从P1变化至Pn、将泵倾斜盘角度设为横轴并使之从K1变化至Kn时的泵效率值成表格化。例如，泵倾斜盘角度为Kj、泵吐出压力为Pj时，泵倾斜盘角度Kj列与泵吐出压力Pj行的交点即η(j，j)作为泵效率被求出。
泵吐出压力及泵倾斜盘角度不是表格化的值时，能够通过插值法计算而求出。图6是使用图5所示的泵效率映像通过插值法求出泵效率时的运算处理的流程图。图6所示的处理中，通过线形插值求出泵吐出压力为Pj与Pj+1的之间的值即Pi、泵倾斜盘角度为Kj与Kj+1的之间的值即Ki时的泵效率ηo。
首先，在步骤S1-1中，求出泵吐出压力Pi的前后的吐出压力Pj及Pj+1。这相当于图5的泵效率映像的(1)。吐出压力Pj与Pj+1之间成为有关吐出压力的插值区间。同样，在步骤S1-2中，求出泵倾斜盘角度Ki的前后的倾斜盘角度Kj及Kj+1。这相当于图5的泵效率映像的(2)。倾斜盘角度Kj与Kj+1之间成为有关倾斜盘角度的插值区间。
下面，在步骤S2中，取得基于吐出压力Pj与倾斜盘角度Kj的泵效率η(j，j)，取得基于吐出压力Pj与倾斜盘角度Kj+1的泵效率η(j，j+1)，取得基于吐出压力Pj+1与倾斜盘角度Kj的泵效率ηW(j+1，j)，取得基于吐出压力Pj+1与倾斜盘角度Kj+1的泵效率η(j+1，j+1)。这相当于图5的泵效率映像的(3)。
下面，在步骤S3中，使用已取得的泵效率η(j，j)、η(j，j+1)、η(j+1，j)及η(j+1，j+1)通过以下公式计算泵效率η(i，j)和η(i，j+1)。这相当于图5中的(4)。
η(i，j)＝η(j，j)-(Pj-Pi)(η(j，j)-η(j+1，j))/(Pj-Pj+1)
η(i，j+1)＝η(j，j+1)-(Pj-Pi)(η(j，j+1)-η(j+1，j+1))/(Pj-Pj+1)
接下来，在步骤S4中使用已计算出的泵效率η(i，j)与η(i，j+1)通过以下公式计算泵效率ηo。这相当于图5中的(5)。
ηo＝η(i，j)-(Kj-Ki)(η(i，j)-η(j，j+1))/(Kj-kj+1)
通过如以上的运算处理，能够高精确度地求出泵吐出压力为Pi且泵倾斜盘角度为Ki时的泵效率ηo。即，将泵吐出压力与泵倾斜盘角度作为参数求出泵效率，由此能够高精确度地计算出泵效率。
如图4所示，通过以上运算处理求出的泵效率ηo除通过运算求出的液压泵输出(轴输出侧)Wout，由此能够高精确度地推断并求出液压泵输出(轴输入侧)Win。这样通过推断运算计算出的液压泵输出(轴输入侧)Win相当于输入至液压泵21的动力。输入至液压泵21的动力为发动机30的输出与辅助马达34的输出之和，因此以发动机30的输出与辅助马达34的输出之和成为已求出的液压泵输出(轴输入侧)Win的方式控制辅助马达30的输出，由此能够高精确度地控制发动机30的输出(即，发动机30的负载)。因此，能够控制向发动机30的负载始终成为适当的负载，并能够以高效率的状态运行发动机30。
以上说明的液压负载推断算法中并没有考虑负控制压力(负控压力Nc)，但通过考虑负控压力Nc，能够进一步高精确度地求出液压泵输出(轴输入侧)Win。
图7是表示考虑负控压力Nc而计算轴输入侧的输出(动力)Win时使用的液压负载计算算法的图。当考虑负控压力Nc时，求出泵吐出量V之前的处理与图4所示的液压负载推断算法不同，其他部分相同，因此对求出泵吐出量V之前的处理进行说明。
求出泵吐出量V时，由液压泵吐出压力Pi与泵控制电流I使用PQ线图求出马力控制吐出量Vp的同时，根据负控压力Nc求出负控控制吐出量Vn。另外，图4所示的液压负载推断算法中，使马力控制吐出量Vp直接为泵吐出量V。
图7所示的PQ线图中，横轴表示吐出压力P，纵轴表示马力控制吐出量Vp。液压泵21的吐出压力P与马力控制吐出量Vp为反比例关系，PQ线图根据泵控制电流I变化。该PQ线图中，只要可以决定泵控制电流I与吐出压力P，就能够求出马力控制吐出量Vp。
负控控制吐出量Vn能够根据负控制压-吐出量特性线图由负控制压力(负控压)Nc求出。能够通过将负控压加入到图7所示的负控压-吐出量特性线图中来求出负控控制吐出量Vn。
泵吐出量V成为上述的马力控制吐出量Vp与负控控制吐出量Vn中任一较小的一方。通过将这样求出的泵吐出量V用于液压泵输出(轴输出侧)Wout的计算及液压泵效率ηo的计算中，从而能够更高精确度地计算出液压泵输出(轴输入侧)Win。
以上说明的液压负载推断算法中，使用液压泵效率根据液压泵输出(轴输出)Wout计算液压泵输出(轴输入侧)Win，但也可以由液压泵21的驱动转矩T与液压泵21的转速Np直接计算出液压泵输出(轴输入侧)Win。
图8是表示由液压泵21的驱动转矩T与液压泵21的转速Np直接计算液压泵输出(轴输入侧)Win的液压负载推断算法的图。
液压泵21的驱动转矩T能够在液压泵21的驱动轴设置转矩传感器来进行测定。也可以在分离器32的输出轴设置转矩传感器来测定液压泵21的驱动转矩T。即，在将发动机30的动力供给至液压泵21的连结轴设置转矩传感器，根据转矩传感器的检测值计算液压泵21的输入侧的动力。
液压泵21的转速(转速)Np能够通过在液压泵21输出轴设置编码器等来进行测定。通过在液压泵21的驱动转矩T乘上转速Np，能够计算液压泵输出(轴输入侧)Win。
通过使用以上说明的图4、7、8所示的液压负载推断算法高精确度地计算液压泵输出(轴输入侧)Win并控制辅助马达34的辅助量，由此能够使发动机30的负载始终得当。由此，可以防止向发动机30的过负载，且能够始终在高效率的条件下运行。
即，以辅助马达34的输出(使电动状态为正值时)控制成与可变容量式液压泵21的输出(轴输入侧)Win和发动机30的输出We的差分相等(Wa＝Win-We)。并且，若液压泵21的输出Win变得大于发动机30的输出We与辅助马达34的输出Wa之和(WWin＞We+Wa)，则过大负载施加于发动机30，因此，以辅助马达34的最大输出Wamax大于可变容量式液压泵21的输出Win与发动机的最大输出Wemax的差分的方式控制(Wamax＞Win-Wemax)。其中，若在电负载有输出要求Wout时考虑电池38的最大输出Wbamax，则处于电动状态的辅助马达34的最大输出Wamax限制在小于电池38的最大输出Wbmax与电负载的输出要求Wout的差分的范围内(Wamax＜Wbmax-Wout)。
以上说明中，根据负控控制(略称为负控制)对液压泵21的驱动进行控制，但在液压泵21的驱动控制方法中，除了负控制之外，还有正控控制(略称为正控制)及负载传感控制之类的驱动控制方法。
首先，对通过正控制来控制液压泵21的驱动的情况进行说明。图9是表示在以进行正控制的方式构成泵的控制电路的情况下，计算轴输入侧的输出(动力)Win时使用的液压负载推断算法的图。当进行正控制时，求出泵吐出量V之前的处理与进行图7所示的负控制时的液压负载推断算法不同，其他部分相同，因此对求出泵吐出量V之前的处理进行说明。
当进行正控制时，根据表示操纵杆操作量θ1、θ2、…与吐出量VL1、VL2、…的关系的映像求出为了驱动液压驱动部而驾驶员所操作的操纵杆的操纵杆操作量θ1、θ2、…至与各操纵杆的操作量相应的液压泵21所要求的吐出量VL1、VL2、…。并且，合计所有的吐出量VL1、VL2、…，则成为液压泵21所要求的要求吐出量VL。
并且，泵吐出量V成为马力控制吐出量Vp与要求吐出量VL中任一较小的一方。将这样求出的泵吐出量V用于液压泵输出(轴输出侧)Wout的计算及液压泵效率ηo的计算中，由此能够使用图7所示的算法计算出液压泵输出(轴输入侧)Win。
下面，对通过负载传感控制对液压泵21的驱动进行控制的情况进行说明。图10是表示在以进行负载传感控制的方式构成泵的控制电路的情况下，计算轴输入侧的输出(动力)Win时使用的液压负载计算算法的图。当进行正控制时，求出泵吐出量V之前的处理与图4所示的液压负载推断算法不同，其他部分相同，因此对求出泵吐出量V之前的处理进行说明。
进行负载传感控制时，将图4中的液压泵吐出压力Pi作为在最大负载压力Pmax加上差压ΔP的值。差压ΔP是为了使泵的吐出量具有一定程度的余量而加上的值，可以为恒定值，也可以为可变值。并且，泵吐出量V根据表示液压泵21的吐出压力-吐出量特性的PQ线图，由如上述求出的液压泵吐出压力Pi与供给至液压泵21的控制电流I求出。通过将这样求出的泵吐出量V用于液压泵输出(轴输出侧)Wout的计算及液压泵效率ηo的计算中，由此能够使用图4所示的算法计算出液压泵输出(轴输入侧)Win。
下面，参照附图对本发明的另一实施方式进行说明。本实施方式中，基于本发明的输出限制方法作为应用于图1所示的液压挖土机的方法进行说明。另外，应用本发明的混合式工作机械并不限定于液压挖土机。
在如图3所示的混合式系统中，当液压负载增大而对发动机30施加过大负载时，需要限制液压泵21的输出来降低液压泵21对发动机30所要求的输出(即，向发动机30的负载)。液压泵21为可变容量式液压泵，能够通过调整供给至液压泵21的控制电流来调整液压泵21的输出。
如以上，对发动机30施加过大负载时，能够通过调整限制电流而降低液压泵21的输出来降低向发动机30的负载。在此，降低液压泵21的输出时，需要避免过于降低输出以使尽量满足液压负载的要求，且需要高精确度地控制来自分离器32的实际输出(相当于发动机30的输出与辅助马达34的输出之和)。来自分离器32的实际的输出直接输入至液压泵21，因此若假设液压泵的泵效率为恒定，则可以认为来自分离器32的实际输出相当于液压泵21的输出。
因此，若将来自分离器32的当前输出设为液压泵21的当前输出Wi，如果液压泵21的当前输出Wi变得大于发动机30的输出We与辅助马达34的输出Wa之和(Wi＞We+Wa)，则就会对发动机30施加过大负载。液压泵21的当前输出Wi的超额量ΔWr作为Wi-(We+Wa)求出。在此，发动机输出We能够根据发动机30的转速与转矩，或者根据发动机30的燃料喷射量求出。并且，辅助马达输出Wa能够根据辅助马达34的转速与转矩求出。
因此，当液压泵21的当前输出Wi的超额量ΔWr成为正值时(ΔWr＞0)，判断为对发动机施加过大负载，限制液压泵21的输出。液压泵21的输出的限制量与超额输出量ΔWr相等。即，超额输出量ΔWr相当于泵输出限制量，将泵输出限制量的目标值设为超额输出量ΔWr。
液压泵21的输出能够根据所供给的控制电流I(以下，称为泵电流I)进行调整，因此仅变更相当于上述超额输出量ΔWr的量的泵电流I(较小地限制)即可。因此，根据泵输出限制量ΔWr求出液压泵21的泵电流限制量ΔI，从当前泵电流I减去泵电流限制量ΔI，由此能够求出限制后的泵电流Io。通过使用如以上的算法，能够根据泵输出限制量ΔWr高精确度地求出限制后的泵电流Io。
在此，限制后的泵电流Io能够由以下的方法计算。
1)基于线形插值的计算方法
使用泵输出限制量ΔWr，通过基于ΔW与ΔI的关系的线形插值，计算控制后的泵电流Io。
[式1]
ΔIo＝f(ΔWr)→Io
2)基于泵转矩映像(P-T映像)的计算方法
根据泵输出限制量ΔWr与泵转矩限制量ΔTr的关系计算控制后的泵电流Io。
[式2]
ΔTr＝f(ΔWr)→ΔIo＝f(ΔWr)→Io
3)基于泵吐出量映像(P-Q映像)的计算方法
根据泵输出限制量ΔWr与泵吐出量ΔQr的关系计算控制后的泵电流Io。
[式3]
ΔQr＝f(ΔWr)→ΔIo＝f(ΔQr)→Io
下面对1)基于线形插值的计算方法进行详细说明。图11是用于说明基于线形插值的泵电流限制量的计算算法的图。
首先，求出表示泵输出限制量ΔW与泵电流限制量ΔI的关系的线图(P-W线图)。
[式4]
(ΔIo＝f(ΔWr))
通过从限制前的泵电流Ii减去最小泵电流(固定值)Imin来求出最大泵电流限制量ΔImax(ΔImax＝Ii-Imin)。ΔImax是表示能够减小多少量的当前泵电流Ii的值。
下面，通过运算根据最小泵电流Imin、泵吐出压Pi、负控压Nc求出泵最小输出Wmin。该运算通过泵输出运算部进行。图12是泵输出运算部的功能结构图。泵输出运算部是运算相对泵电流I的泵输出W的部分。向泵输出运算部与泵电流I一同输入液压泵压力Pi、负控压力NC。
泵输出运算部具有表示从最小泵电流Imin至最大泵电流Imax之间的各泵电流中的泵吐出压P与液压泵吐出流量的关系的映像(表示液压泵21的吐出压力-吐出量特性的PQ线图)，并根据所输入的泵电流I与液压泵压力Pi求出液压泵吐出量。并且，泵输出运算部具有表示负控压力Nc与负控制吐出流量的关系的映像(负控控制压-吐出量特性图)，并根据所输入的负控压力Nc求出负控制吐出流量。并且，泵输出运算部将所求出的液压泵吐出流量与负控控制吐出流量中任一较少的一方作为泵吐出流量Q。泵运算部中，所求出的泵吐出流量乘以液压泵压力Pi，并泵效率η除其来计算并输出泵输出W。
另外，本实施方式中对进行负控制的情况进行说明，但如图9中所示那样进行正控制时，或者如图10所示那样进行负载传感控制时，也能够应用基于本实施方式的泵输出控制方法。
通过对进行如以上运算的泵输出运算部输入最小泵电流Imin、泵吐出压Pi及负控压力Nc，能够求出泵最小输出Wmin。并且，如图11所示，通过从限制前的泵输出Wi减去泵最小输出Wmin来求出最大输出限制量ΔWmax(ΔWmax＝Wi-Wmin)。
并且，液压泵的当前输出Wi也同样使用上述泵输出运算部进行计算。这时，将当前泵电流值Ii输入至表示液压泵21的吐出压力-吐出量特性的PQ线图中，求出当前液压泵吐出量，并计算出当前泵输出Wi。这样，使用以当前泵电流值Ii为基础用泵输出运算部计算出的当前泵输出Wi，可以求出超额输出量ΔWr。
在图11中的P-W线图中，连结根据如以上求出的最大泵电流限制量ΔImax与最大输出限制量决定的点A与原点的直线作为表示泵电流限制量ΔI与泵输出限制量ΔWr的关系的线设定于P-W线图中。因此，通过在该P-W线图中加入作为目标值的泵输出限制量ΔWr，可以通过直线上的点B来求出泵电流限制量Io。即，泵电流限制量Io能够通过如下运算求出。
ΔIo＝ΔImax-(ΔImax/ΔWmax)×(ΔWmax-ΔWr)
并且，通过限制前的泵电流Ii加上如以上求出的泵电流限制量ΔIo能够求出限制后的泵电流Io(Io＝Ii+ΔIo)。
根据如以上求出的泵电流(限制电流)Io变更斜盘21a的偏转角并供给至液压泵21来限制液压泵21的输出，由此能够将液压泵21的输出作为仅减去当前输出Wi的超额量ΔWr的输出，并能够适度抑制施加于发动机30的过大负载。并且，将如以上求出的泵电流(限制电流)Io作为泵电流I输入至如图4及图12所示的泵输出运算部，由此能够求出根据限制后的泵电流(限制电流)Io的液压泵输入侧输出。由此，能够精确计算出辅助马达34的辅助量。因此，能够防止来自蓄电器即电池38的过度放电，并能够长时间运行。
另外，图11中的P-W线图根据如图13所示的最大泵电流限制量ΔImax(降低多少电流)与最大输出限制量ΔWmax(考虑负控压力Nc的值)来决定。从图13可以看出，使用例1与使用例2中，P-W线的倾斜不同，所求出的泵电流限制量ΔIo也不同。因此，通过使用基于上述线形插值的计算方法，能够进行考虑当前泵电流I的值与负控压力Nc的影响的液压泵21的输出限制。
下面，对2)基于泵转矩映像(P-T映像)的计算方法进行详细说明。该计算方法中，准备使由泵吐出压P与泵电流I决定的泵转矩T映像化的泵转矩映像(P-T映像)，使用P-T映像计算限制后的泵电流Io。
图14是说明根据由泵电流I决定的泵吐出压P与泵驱动转矩T的关系的线图作成P-T映像的表格的图。若将泵电流I设为恒定，则决定用于得到泵吐出压P的泵驱动转矩T。图14所示的线图示出在I1～Im之间改变泵电流且通过各泵电流决定的泵吐出压P与泵驱动转矩T的关系。根据该线图的关系对P-T映像进行表格化。表格中示出在各个泵电流I1～Im中为得到泵吐出压P1～Pn而所需的泵驱动转矩T。例如，能够根据表格化的P-T映像可知，为了在将泵电流设定为Ij时得到泵吐出压Pi，只要成为在Ij列与Pi列相交的部分示出的泵驱动转矩Tji即可。
图15是使用图14所示的P-T映像的表格根据泵输出限制量ΔWr求出限制后的泵电流Io的处理的流程图。图16是示出与图15所示的处理的各步骤对应的部分的P-T映像的表格。
首先，在步骤S1-1中，根据泵吐出压Pi与限制前的泵电流Ii求出限制前的泵转矩Tii。这相当于图16所示的泵转矩映像的表格的(1)。同时在步骤S1-2中，根据泵输出限制量ΔWr与泵转速Np计算泵转矩量限制量ΔTr。泵转矩量限制量ΔTr为泵转速Np除泵输出限制量ΔWr的值(ΔTr＝ΔWr/Np)。
下面，在步骤S2中，根据在步骤S1-1中求出的控制前的泵转矩Tii与在步骤S1-2中计算出的泵转矩量限制量ΔTr计算控制后的泵转矩To。控制后的泵转矩To为从控制前的泵转矩Tii减去泵转矩量限制量ΔTr的值(To＝Tii-ΔTr)。在此得到的泵转矩To如图16的(2)所示那样为泵转矩Tji与Tj+1，i之间的值。
下面，在步骤S3中，在P-T映像的表格中求出泵转矩To的上下泵转矩Tji与Tj+1，i。在图16中，由(3)表示泵转矩Tji与Tj+1，i。泵转矩Tji与泵转矩Tj+1，i之间成为转矩的插值区间。
并且，在步骤S4中，求出与泵转矩Tji对应的泵电流Ij，并且求出与泵转矩Tj+1，i对应的泵电流Ij+1。在图16中，由(4)表示泵电流Ij与Ij+1。泵电流Ij与泵电流Ij+1之间成为电流的插值区间。
下面，在步骤S5中，通过插值计算限制后的泵电流Io。限制后的泵电流Io的计算根据以下公式进行。
Io＝Ij-(Ij-Ij+1)(Tji-To)/(Tji-Tj+1，i)
＝Ij-(Ij-Ij+1)ΔTr/(Tji-Tj+1，i)
在图16中，由(5)表示根据该公式求出的限制后的泵电流Io。
如以上，通过使用泵转矩映像的表格，能够从泵输出限制量ΔWr容易地求出限制后的泵电流Io。能够根据该泵电流Io变更斜盘21a的偏转角，并限制液压泵21的输出。并且，能够向泵输出运算部输入限制后的电流Io来求出根据限制后的泵电流(限制电流)Io的液压泵输入侧输出。
下面，对3)基于泵吐出量映像(P-Q映像)的计算方法进行详细说明。该计算方法中，准备使由泵吐出压P与泵电流I决定的泵吐出量Q映像化的泵吐出量映像(P-Q映像)，使用P-Q映像计算限制后的泵电流Io。
图17是说明根据表示由泵电流P决定的泵吐出压P与泵吐出量Q的关系的线图作成P-Q映像的表格的图。若将泵电流I设为恒定，则决定用于得到泵吐出压P的泵吐出量Q。图17所示的线图示出在I1～Im之间改变泵电流且通过各泵电流决定的泵吐出压P与泵吐出量Q的关系。根据该线图的关系对P-Q映像进行表格化。表格中示出在各个泵电流I1～Im中为得到泵吐出压P1～Pn而所需的泵吐出量Q。例如，能够根据表格化的P-Q映像可知，为了在将泵电流设定为Ij时得到泵吐出压Pi，只要为在Ij列与Pi列相交的部分示出的泵吐出量Qji即可。
图18是使用图16所示的P-Q映像的表格根据泵输出限制量ΔWr求出限制后的泵电流Io的处理的流程图。图19是示出与图18所示的处理的各步骤对应的部分的P-Q映像的表格。
首先，在步骤S11-1中，根据泵吐出压Pi与限制前的泵电流Ii求出限制前的泵吐出量Qii。这相当于图19所示的P-Q映像的表格的(1)。同时在步骤S11-2中，根据泵输出限制量ΔWr、泵吐出压Pi、泵转速Np计算泵吐出量限制量ΔQr。泵吐出量限制量ΔQr为泵输出限制量ΔWr除泵吐出压Pi与泵转速Np的值(ΔTr＝ΔWr/Pi/Np)。
下面，在步骤S12中，根据在步骤S11-1中求出的控制前的泵吐出量Qii与在步骤S11-2中计算出的泵吐出量限制量ΔQr计算控制后的泵吐出量Qo。控制后的泵吐出量Qo为从控制前的泵吐出量Qii减去泵吐出量限制量ΔQr的值(Qo＝Qii-ΔQr)。在此得到的泵吐出量Qo如图19的(2)所示那样为泵吐出量Qji与Qj+1，i之间的值。
下面，在步骤S13中，在P-Q映像的表格中求出泵吐出量Qo的上下泵吐出量Qji与Qj+1，i。在图19中，由(3)表示泵吐出量Qji与Qj+1，i。泵吐出量Qji与泵吐出量Qj+1，i之间成为泵吐出量的插值区间。
并且，在步骤S14中，求出与泵吐出量Qji对应的泵电流Ij，并且求出与泵吐出量Qj+1，i对应的泵电流Ij+1。在图19中，由(4)表示泵电流Ij与Ij+1。泵电流Ij与泵电流Ij+1之间成为电流的插值区间。
下面，在步骤S15中，通过插值计算限制后的泵电流Io。限制后的泵电流Io的计算根据以下公式进行。
Io＝Ij-(Ij-Ij+1)(Qji-Qo)/(Qji-Qj+1，i)
＝Ij-(Ij-Ij+1)ΔQr/(Qj+1，i)
在图19中，由(5)表示根据该公式求出的限制后的泵电流Io。
如以上，通过使用P-Q转矩映像的表格，能够根据泵输出限制量ΔWr容易地求出限制后的泵电流Io。能够根据该泵电流Io变更斜盘21a的偏转角，并限制液压泵21的输出。并且，能够向泵输出运算部输入限制后的电流Io来求出根据限制后的泵电流(限制电流)Io的液压泵输入侧输出。
并且，将通过上述的1)2)3)中任一计算方法求出的泵电流Io供给至可变容量式液压泵21的同时，以辅助马达34的输出(将电动状态设为正值时)等于可变容量式液压泵21的输出Whyd与发动机30的输出We的差分的方式控制(Wa＝Whyd-We)。并且，若液压泵21的输出Whyd变得大于发动机30的输出We与辅助马达34的输出Wa之和(Whyd＞We+Wa)，则会对发动机30施加过大负载，因此通过泵电流Io限制可变容量式液压泵21的输出Whyd，并以可变容量式液压泵21的输出Whyd与辅助马达34的最大输出Wamax的差分变得小于发动机的最大输出Wemax的方式控制(Wemax＞Whyd-Wamax)。在此，若在电负载有输出要求Wout时考虑电池的最大输出Wbmax，则处于电动状态的辅助马达34的最大输出Wamax被限制在小于电池的最大输出Wbmax与电负载的输出要求Wout的差分的范围内(Wamax＜Wbmax-Wout)。
在此，使用上述的本发明的实施方式及本发明的另一实施方式，根据基于各液压负载计算算法求出的液压负载，在使用分配来自发动机及电池的动力的动力分配处理时，对其一例进行说明。在以下说明的例子为使用图4所示的液压负载计算算法且根据推断运算求出液压泵输出(轴输入侧)的情况。通过高精确度地计算液压泵输出(轴输入侧)并控制辅助马达34的辅助量，能够使发动机30的负载始终得当。因此，可以防止向发动机30的过负载，且能够始终在高效率的条件下运行。另外，动力分配处理通过控制器42进行。
图20是表示控制器42的动力分配处理的一例的控制块图。对控制器42输入泵控制电流I、泵吐出压力Pi、回转用电动机要求输出Per、发动机转速Nact及电池电压Vm。
回转用电动机要求输出Per相当于电负载所需的电功率。例如，回转用电动机要求输出Per例如根据操纵人员所操作的操纵杆的操作量计算出。
发动机转速Nact相当于发动机30的实际转速。在液压挖土机运行时，发动机30始终被驱动，检测出其转速Nact。电池电压Vm相当于电池38的端子间电压，通过电压计检测出。
泵控制电流I及泵吐出压力Pi输入至液压负载推断运算部50。液压负载推断运算部50使用泵控制电流I及泵吐出压力Pi，通过上述液压负载计算算法计算液压泵输出Win作为液压负载。计算出的液压泵输出Win供给至动力分配部60。
发动机转速Nact输入至发动机输出范围决定部52。发动机输出范围决定部52中存储有用于根据发动机转速Nact求出发动机输出上限值及发动机输出下限值的映像或变换表格。发动机输出范围决定部54根据已输入的发动机转速Nact计算发动机输出上限值Pgou及发动机输出下限值Pgol，并供给至动力分配部60。
电池电压Vm及目标SOC输入至电池输出决定部54。电池输出决定部54包含电池输出范围决定部54A、电池输出目标值决定部54B及充电状态计算部54C。充电状态计算块54C根据已输入的电池电压Vm计算充电状态(SOC)。计算出的SOC提供给电池输出范围决定部54A及电池输出目标值决定部54B。
电池输出范围决定部54A中存储有用于根据SOC计算电池输出上限值及下限值的映像或变换表格。电池输出目标值决定部54B中存储有用于根据SOC及目标SOC计算电池输出目标值的映像或变换表格。该映像或变换表格例如可以定义已输入的SOC与目标SOC之间的偏差和电池输出目标值的关系。另外，目标SOC可以以任意方式决定，通常(即，除了生成目标SOC模式作为后述的内部电阻测定模式的情况之外的通常时)可以为固定值，也可以为可变值。电池输出范围决定部54A根据SOC求出第1电池输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0，并供给至动力分配部60。电池输出目标值决定块54B根据已输入的SOC及目标SOC计算第1电池输出目标值Pbot0，并供给至动力分配部60。
第1电池输出上限值Pbou0相当于放电电力的上限值。第1电池输出下限值Pbol0为负，其绝对值相当于充电电力的上限值。根据第2电池输出上限值及下限值Pbou1、Pbol1定义电池19的输入输出电压的适当范围。例如，根据电池38的内部电阻测定结果未检测出电池38的劣化时，成为Pbou1＝Pbou0、Pbol1＝Pbol0，而检测到电池38的劣化时，成为Pbou1＜Pbou0、Pbol1＞Pbol0。
动力分配部60根据液压负载要求输出Phr、回转用电动机要求输出Per、发动机输出上限值Pgou及发动机输出下限值Pgol、第1电池输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0及第1电池输出目标值Pbot0，决定最终的液压负载输出Pho、对辅助马达34的电动发电机输出Pao、及电负载输出Peo。这时，动力分配部60以发动机输出限制在根据发动机输出上限值Pgou及发动机输出下限值Pgol定义的范围内且电池输出限制在根据第1电池输出上限值及下限值Pbou0、Pbol0定义的范围内的方式决定并输出最终的液压负载输出Pho、对辅助马达34的电动发电机输出Pao、及电负载输出Peo。
控制器42根据这些已决定的输出控制辅助马达34。
如以上，通过使用液压负载推断算法高精确度地计算液压泵输出(轴输入侧)Win，并控制辅助马达34的辅助量，由此能够使发动机30的负载始终得当。因此，可以防止向发动机30的过负载，并能够始终在高效率的条件下运行。
并且，正控时，操纵杆操作量θi代替泵吐出压Pi输入至控制器42，负载传感时，最大负载压力Pmax及差压ΔP输入至控制器42。并且，进行液压泵的限制控制时，能够使通过本发明的其他实施方式中的1)2)3)中任一计算方法求出的泵电流Io代替泵限制电流I输入至控制器42来求出辅助马达的输出Pao。
以上，对本发明的例示的实施方式的混合式工作机械进行了说明，但是本发明不限定于具体公开的实施方式，只要不脱离权利要求，就可以进行各种变形或变更。
本申请为根据2008年11月28日申请的日本专利申请2008-304530号及2008年12月3日申请的日本专利申请2008-308698号的申请，其全部内容援用于该说明书中。
产业上的可利用性
本发明可应用于通过电动马达辅助内燃机并驱动泵来产生液压的混合式工作机械。
符号说明
1-发动机马达，2-控制器，3-模式切换器，4-节流容量阀，5-电磁比例阀，21-液压泵，21a-斜盘，21A-先导齿轮泵，22-控制器阀，22a、22b、22c-切换阀，23-泵吐出压传感器，24-负控制节流阀(负控节流阀)，25-罐，26-负控制传感器(负控传感器)，27-调整器，30-发动机，32-分离器，34-辅助马达，36、40-逆变器，38-电池，42-控制器，50-液压负载推断运算部，52-发动机输出范围决定部，54-电池输出决定部，54A-电池输出范围决定部，54B-电池输出目标值决定部，54C-充电状态计算部。

Claims (14)

1.一种混合式工作机械的控制方法，所述混合式工作机械由发动机的输出与电动发电机的输出驱动液压泵，其特征在于，
计算所述液压泵的输入侧的动力，
根据计算出的动力控制所述电动发电机的输出。
2.如权利要求1所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，
通过推断运算对所述液压泵的输入侧的动力进行计算。
3.如权利要求2所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，
求出所述液压泵的输出侧的动力，用泵效率除所求出的动力，由此计算所述液压泵的输入侧的动力。
4.如权利要求3所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，
使用可变斜盘式液压泵作为所述液压泵，
使用该可变斜盘式液压泵的倾斜盘角度与吐出压力计算所述泵效率。
5.如权利要求1所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，
在将所述发动机的动力供给所述液压泵的连结轴上设置转矩传感器，
根据该转矩传感器的检测值计算所述液压泵的输入侧的动力。
6.如权利要求1至4中任一项所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，
对根据负控制压力求出的所述液压泵的吐出量即负控控制吐出量压、与根据所述液压泵的吐出压力求出的所述液压泵的吐出量即马力控制吐出量进行比较，并将其中任一较小的一方作为所述液压泵的吐出量而选定。
7.如权利要求1至4中任一项所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，
对相加所述液压泵所要求的吐出量而求出的要求吐出量、与根据所述液压泵的吐出压力求出的所述液压泵的吐出量即马力控制吐出量进行比较，并将其中任一较小的一方作为所述液压泵的吐出量而选定，所述液压泵所要求的吐出量根据发送用于驱动液压负载的指令的多个操纵杆的操纵杆操作量求出。
8.如权利要求1至4中任一项所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于，
使用最大负载压力加上预定差压而求出的液压泵的吐出压力，根据泵马力控制PQ线图求出所述液压泵的吐出量。
9.一种混合式工作机械的泵输出控制方法，所述混合式工作机械由发动机驱动可变容量式液压泵，并通过电动发电机辅助该发动机，其特征在于，
使用从所述可变式液压泵的输出减去所述发动机的输出及所述电动发电机的输出而求出的超额输出量，根据预先确定的算法限制所述可变容量式液压泵的输出。
10.如权利要求9所述的混合式工作机械的泵输出控制方法，其特征在于，
所述算法使用所述超额输出量与所述可变容量式液压泵的吐出压力决定所述可变容量式液压泵的控制电流。
11.如权利要求9所述的混合式工作机械的泵输出控制方法，其特征在于，
使用根据所述算法作成的映像决定所述可变容量式液压泵的控制电流。
12.如权利要求9所述的混合式工作机械的泵输出控制方法，其特征在于，
所述算法使用表示所述可变容量式液压泵的控制电流限制量与泵输出限制量的关系的线图，决定所述可变容量式液压泵的控制电流。
13.如权利要求9所述的混合式工作机械的泵输出控制方法，其特征在于，
所述算法使用表示所述可变容量式液压泵的控制电流限制量与转矩限制量的关系的线图，决定所述可变容量式液压泵的控制电流。
14.如权利要求9所述的混合式工作机械的泵输出控制方法，其特征在于，
所述算法使用表示所述可变容量式液压泵的控制电流限制量与泵吐出量限制量的关系的线图，决定所述可变容量式液压泵的控制电流。
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