CN103270223B - 混合型工程机械的旋转控制装置 - Google Patents

Abstract

为此，本发明的混合型工程机械的旋转控制装置优选包括：发动机（10）；液压泵（20）；电能储存装置（30）；发动机辅助电动机（40）；旋转电动机（50）；电力转换装置（60）；与上述电能储存装置独立地搭载于车辆上的电池（300）；混合型控制装置（HCU）；从上述电池（300）被供给工作电源并对混合型控制装置（HCU）施加工作电源的SMPS；在驾驶员输入接通（Key On）信号时切换从上述电池向SMPS供给工作电源的V接通路径的第一开关（Key1）；以及在上述第一开关（Key1）的动作中断的情况下切换从上述电池向SMPS供给工作电源的V跨接路径的第二开关（Key2），在上述第一开关（Key1）的动作中断的状态下，确认到上述旋转电动机（50）处于驱动中的情况下，上述第二开关（Key2）被切换。

Description

混合型工程机械的旋转控制装置

技术领域

本发明涉及混合型工程机械，具体而言，涉及在上部旋转体的旋转驱动过程中当发动机停止或驾驶员进行切断操作时能够进行旋转电动机的零速度控制的混合型工程机械的旋转控制装置。

背景技术

最近，积极地进行着对混合型工程机械的研究，该混合型工程机械伴随着油价的急剧上升，将发动机的剩余动力储存于电池、超级电容器等的电能储存装置中，并且从电能储存装置供给发动机的不足的动力，从而改善燃料效率。上述挖掘机之类的混合型工程机械具备对动臂、小臂及铲斗等的作业要素进行液压驱动的液压泵，用于驱动上述液压泵的发动机与发动机辅助电动机连接。上述发动机辅助电动机辅助发动机的驱动的同时，将通过发电而产生的电能充电于电能储存装置中。另外，开发出如下旋转控制装置：利用由电能存储装置的电能驱动的旋转电动机来使上部旋转体旋转。

现有的混合型工程机械利用发动机和发动机辅助电动机来驱动液压泵，上述发动机的剩余动力和发动机辅助电动机的再生能量转换为电能而储存于电能储存装置中，上述发动机辅助电动机将电能储存于电能储存装置中或者利用储存于电能储存装置中的电能来驱动。驱动上部旋转体的旋转电动机利用上述电能来驱动，利用电力转换装置在电能储存装置与发动机辅助电动机之间或电能储存装置与旋转电动机之间转换使用电能。在此，上述结构部与上述电力转换装置连接，并且利用混合型控制装置（HCU）来控制其动作。

但是，如上所述的现有的混合型工程机械，为了用于车辆的发动机起动的供电或者对各种电气安装件供电，从与上述电能储存装置另外配备于车辆上的一般的电池向混合型控制装置供给电源。即，利用根据操作者的接通（Key On）信号而工作的开关Key1从上述电池向开关模式电源（以下，SMPS）供给电能，上述SMPS控制所供给的电力并向混合型控制装置供给。

另一方面，在利用旋转电动机旋转驱动上部旋转体的情况下，根据从混合型控制装置传输的信号而控制旋转电动机的驱动方向及驱动速度。因为这种原因，若向控制旋转电动机的混合型控制装置供给电力的电池的电源被掐断，即发动机停止或者由于驾驶员的切断而开关Key1断开，则混合型控制装置的控制操作停止，由此旋转电动机成为不能控制的状态，从而上部旋转体的旋转动作持续一定时间。

如上所述，若发动机停止或者驾驶员的开关切断在旋转动作中形成而不能控制上部旋转体的旋转工作，则由于上部旋转体的旋转惯性大，因此存在如下问题：若旋转体与旋转半径内的周围的障碍物等碰撞，或者前端在斜坡等上与地面碰撞，则车辆或设备等破损或引起人身伤害。

发明内容

技术课题

本发明是为了解决如上所述的问题而做出的，本发明的目的在于提供一种混合型工程机械的旋转控制装置，其在上部旋转体旋转驱动过程中电池向混合型控制装置的电源供给被切断的情况下，能够安全地进行旋转电动机的零速度控制。

解决课题的手段

为此，根据本发明的混合型工程机械的旋转控制装置优选包括：发动机10；液压泵20；电能储存装置30；发动机辅助电动机40；旋转电动机50；电力转换装置60；与上述电能储存装置独立地搭载于车辆上的电池300；混合型控制装置（HCU）；从上述电池300被供给工作电源并对混合型控制装置（HCU）施加工作电源的SMPS；在驾驶员输入接通（Key On）信号时切换从上述电池向SMPS供给工作电源的V接通路径的第一开关Key1；以及在上述第一开关Key1的动作中断的情况下切换从上述电池向SMPS供给工作电源的V跨接路径的第二开关Key2，在上述第一开关Key1的动作中断的状态下，确认到上述旋转电动机50处于驱动中的情况下，上述第二开关Key2被切换。

本发明的另一个实施例的混合型工程机械的旋转控制装置的特征在于，包括：发动机10；液压泵20；电能储存装置30；发动机辅助电动机40；旋转电动机50；电力转换装置60；与上述电能储存装置另外搭载于车辆上的电池300；混合型控制装置（HCU）；从上述电池300被供给工作电源并对混合型控制装置（HCU）施加工作电源的SMPS；切换从上述电池向SMPS供给工作电源的V跨接路径的第二开关Key2；以及设置于与上述电池连接的V接通路径上并且在驾驶员输入接通（Key On）信号时被切换而使上述第二开关Key2切换成接通状态的第一开关Key1，上述混合型控制装置（HCU）如下进行控制：若进行上述旋转电动机的驱动，则即使上述第一开关Key1被断开，上述第二开关Key2也持续接通状态。

在此，优选在上述第二开关Key2通过上述旋转电动机50的驱动被切换的状态下上述第一开关Key1断开时，上述混合型控制装置（HCU）进行旋转电动机50的制动控制而使旋转电动机50停止之后，使上述第二开关Key2断开，从而切断从上述电池供给的工作电源。

另外，优选在上述第一开关Key1被断开且上述第二开关Key2通过上述旋转动作而保持接通状态的情况下，上述混合型控制装置（HCU）忽略由上述操作者输入的旋转操作。

另一方面，优选上述混合型控制装置（HCU）监控上述发动机10的状态，在上述发动机10熄火的可能性高的情况下，强制中断上述第一开关Key1的驱动并切换上述第二开关Key2，更优选上述第一开关Key1在发动机10熄火或者使用者输入切断信号时中断驱动。

发明效果

如上所述，本发明除了在混合型控制装置上构成根据操作者的接通信号而从电池向SMPS供给工作电源的V接通路径以外，还构成随着发动机的熄火而切断V接通路径时从电池向SMPS供给工作电源的V跨接路径，从而即使发动机熄火也向混合型控制装置另外供给工作电源，能够使混合型控制装置进行旋转电动机的零速度控制。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施例的混合型工程机械的结构的结构图。

图2是表示在图1的混合型工程机械中混合型控制装置的驱动电路图的图。

图3是表示在图1的混合型工程机械中混合型控制装置的动作的控制流程图。

图4是表示根据本发明的另一个实施例的混合型工程机械的混合型控制装置的驱动电路图的图。

具体实施方式

以下，添加附图而如下详细说明本发明的实施例。本发明的结构及其作用效果，将通过以下的详细说明而能够明确理解。在进行本发明的详细说明之前，对于公知的结构要素，若判断出其可能影响本发明的宗旨的情况下，省略具体的说明。

图1是表示根据本发明的实施例的混合型工程机械的结构的结构图，图2是表示在图1的混合型工程机械中混合型控制装置的驱动电路图的图。

如图1和图2所示，根据本发明的实施例的混合型工程机械的动力控制装置包括：利用发动机10驱动的可变容量型液压泵20；储存将上述发动机10的剩余动力用发动机辅助电动机40转换的电能的电能储存装置30；在上述电能储存装置30中储存电能或者利用储存于电能储存装置30中的电能来驱动而驱动液压泵30的发动机辅助电动机40；在上述电能储存装置30中储存电能或者利用储存于电能储存装置30中的电能来驱动而旋转驱动旋转装置71的旋转电动机50；由转换上述电能储存装置30与电动机辅助电动机40之间或者电能储存装置30与旋转电动机50之间的电能的发动机辅助用变换器61、旋转用变换器62及DC/DC转换器63构成的电力转换装置60；以及从上述电能储存装置30的电池供给到动作电源并控制上述电力转换装置60，从而控制电能储存装置30的充放电和上述旋转电动机50的驱动的混合型控制装置（HCU）。

由于上述发动机10用于与发动机辅助电动机40一起提供用于驱动工程机械的作业装置的驱动力，因此发动机10的一侧通过发动机辅助电动机40与上述液压泵20以能够传递动力的方式连接。

上述液压泵20根据斜盘的角度可以改变每单位冲程所排出的工作油的油量，通过这样改变工作油的油量而排出，向控制阀供给。即，上述液压泵20根据斜盘的角度而改变排出的油量，上述斜盘的角度利用泵调节器控制。

上述电能储存装置30将上述发动机10的剩余动力以电能形式储存，可以由一般的电池或多个超级电容器构成。另外，上述电能储存装置30储存由上述发动机辅助电动机40发电的能量，或者向发动机辅助电动机40供给能量而驱动发动机辅助电动机40。

上述发动机辅助电动机40根据所施加的电流而驱动，不仅具有向上述发动机10提供动力的功能，还具有用上述发动机10的剩余动力发电的发电机的功能。由于具有电动回转或者发电功能的发动机辅助电动机40为已公知的结构，因此省略详细的说明。

上述旋转电动机50根据所施加的电流而驱动，从而使上部旋转体、即旋转装置71旋转，或者还具有用上部旋转体的剩余动力发电的发电机的功能。由于具有电动回转或者发电功能的旋转发动机50为已公知的结构，因此省略说明省略。

上述电力转换装置60包括DC/DC转换器63，该DC/DC转换器63分别连接于发动机辅助用变换器61及旋转用变换器62，将电能储存于电能储存装置30中或者将电能储存装置30的电能传递到发动机辅助电动机40和旋转电动机50上，其中，发动机辅助用变换器61连接于上述电能储存装置30与发动机辅助电动机40之间并转换电能，旋转用变换器62连接于上述电能储存装置30与旋转发动机50之间并转换电能。

上述制动阀70用于选择性地对利用上述旋转电动机50的旋转装置71的驱动进行制动。一般而言，由于担心因旋转装置的制动冲击而引起二次事故的问题，因此以旋转开始之前解除，且在旋转结束之后经过一定的时间后进行制动的方式进行控制。利用上述的制动阀70的制动，终究用于使停止状态的旋转装置71维持停止状态。

上述混合型控制装置（HCU）用于进行上述电力转换装置60及上述结构部的电控制，从电池300对其供给工作电源。为了用于车辆的发动机起动的供电或者向各种电气安装件供电，上述电池300与上述电能储存装置30另外配备于车辆上。这样的混合型控制装置（HCU）与控制从上述电池300供给的电力并向上述混合型控制装置（HCU）提供的SMPS连接。根据本发明的实施例的SMPS在具备两个电力输入口这一点上与现有技术不同。一个电力输入口连接在利用与驾驶员的接通（Key On）操作相对应而动作的第一开关Key1控制短路的V接通（Vkey_on）路径，另一个电力输入口连接在与V接通路径并列地与电池300连接的V跨接（Vkey_out）上。上述V跨接利用第二开关Key2来控制短路。第二开关Key2能够通过第一开关Key1的动作即驾驶员的接通（Key On）操作，将电池300的电压供给到SMPS，通过混合型控制装置（HCU）的控制而被切换。并且，能够与发动机的停止、驾驶员的切断（Keyoff）操作或者旋转电动机的驱动相对应地控制短路。对于驾驶员的接通（Keyon）和切断（Key off）及与发动机停止关联的第二开关Key2的动作举例进行说明如下。首先，若通过驾驶员的接通（Key on）操作而第一开关Key1被切换，则第二开关Key2准备切换。包含第二开关Key2，该第二开关Key2在由操作者引起的接通（Key on）信号被解除而上述第一开关Key1不工作的情况下，将这情况识别为发动机10的熄火，并使从电池向SMPS供给工作电源的V跨接路径切换，从控制发动机10的ECU求出发动机10的转速或者直接测定而监控发动机的状态，这时若探测到发动机10的熄火状态，则对上述制动阀70施加断开命令信号，从而制动器71控制旋转电动机50使其以接近停止的一定转速以下的方式旋转，之后使得从电池供给的工作电源被切断。即，混合型控制装置（HCU）在从ECU或者发动机辅助电动机40测定的转速降低到一定值以下而认识到发动机10的熄火可能性，或者第一开关Key1的工作被中断的状态下，若确认到上述旋转电动机50处于驱动中，则使上述第二开关Key2被切换，从而能够与操作者的意志无关地进行控制，以停止旋转电动机50的旋转运动。

换言之，混合型控制装置（HCU）以若操作者发生接通（Key on）信号则从电池经由V接通路径向SMPS供给工作电源即Vbattery的方式切换第一开关Key1，通过上述工作电源，控制上述结构部的相应的动作。在该状态下，混合型控制装置（HCU）在从ECU或者发动机辅助电动机40测定的转速降低到一定值以下，认识到发动机10的熄火可能性，或者在发动机10熄火而由上述操作者引起的接通（Key on）信号被解除，从而上述第一开关Key1不工作的状态下，确认到上述旋转电动机50处于驱动中的情况下，以从电池经由V跨接路径向SMPS供给工作电源的方式切换第二开关Key2，利用上述工作电源，控制上述旋转电动机50的零速度，而使旋转动作停止，能够防止在发动机10熄火时未预料到的上部旋转体移动。在此，优选上述第一开关Key1在发动机10熄火或者操作者产生切断（Key off）信号时中断驱动。

另一方面，第二开关Key2能够与旋转驱动与否相对应地进行切换。即，混合型控制装置（HCU）通过在旋转电动机进行工作的期间切换第二开关Key2，即使第一开关Key1以各种理由被断开，也能够从电池300向SMPS供给电力。若上述的旋转驱动停止，则以使第二开关Key2断开的方式控制为宜。这是因为，利用第二开关Key2防止电池300的电力向SMPS输入，在驾驶员进行切断（Key off）而车辆驱动被停止的状态下预防电池300放电。

以下，对本发明的实施例的混合型工程机械的旋转控制装置的作用和效果进行说明。

图3是表示在图1的混合型工程机械中混合型控制装置的动作的控制流程图。

如图3所示，本发明的实施例的混合型工程机械的旋转控制装置，首先，若由操作者产生接通（Key on）信号（S105），则混合型控制装置（HCU）的第一开关Key1进行切换，随之从电池沿着V接通路经利用电力转换装置160向SMPS供给工作电源，上述混合型控制装置（HCU）控制混合型工程机械的相应的工作（S110）。

然后，上述混合型控制装置（HCU）通过从ECU或者发动机辅助电动机40测定的转速，判断发动机10是否熄火或者驾驶员是否进行切断（Key off）操作（S115），之后若判断结果判断出发动机10熄火或者第一开关Key1通过驾驶员的切断（Key off）操作而处于断开的状态，则判断上部旋转体是否处于旋转中、即旋转电动机50是否处于旋转中（S120）。

若旋转电动机50处于旋转中，则上述混合型控制装置（HCU）由于上述操作者引起的接通（Key on）信号被解除而上述第一开关Key1不工作，因此以从电池经由V跨接路径向SMPS供给工作电源的方式切换第二开关Key2而被供给工作电源（S125）。

在此，上述S115步骤的判断结果，若第一开关Key1不是断开（Off）的状态，则混合型控制装置（HCU）返回到上述S110步骤，上述S120步骤的判断结果，若旋转电动机50不工作，则混合型控制装置（HCU）转移到后述的S150步骤。

之后，上述混合型控制装置（HCU）如上所述经由V跨接路径被供给电源之后，切断从由操作者操作的操纵杆等输入机构发生的旋转信号（S130），接着，利用使上述旋转电动机50以接近停止的一定转速以下旋转的控制信号而控制旋转电动机50（S135），接着，通过制动阀70的控制，机械地锁定旋转电动机50与上部旋转体之间的轴（S140）。上述的旋转信号的切断由于如下原因而形成：若混合型控制装置（HCU）为被供电的状态，则旋转电动机50处于利用电能储存装置30的电力而能够工作的状态。在第一开关Key1被断开（off）的紧急状态下不切断追加生成的旋转信号的情况下，需要在与该旋转信号相应的驱动结束之后，进行旋转电动机的制动控制。这是因为处于发动机停止的状态或者未利用发动机辅助电动机40等输入发电电力的状态。即，这是因为：在新的电能未储存于电能储存装置30中的状态下，若形成新的旋转驱动，则储存于电能储存装置30中的电力耗尽，从而缺乏旋转驱动结束之后制动旋转电动机50的电力。

之后，上述混合型控制装置（HCU）再次判断上部旋转体是否处于旋转中、即旋转电动机50是否处于旋转中（S145），判断结果若旋转电动机50还处于旋转中，则向上述S135步骤转移，判断结果若旋转电动机50处于旋转结束的状态，则使从电池供给的工作电源切断（S150）。

于是，如上所述，本发明的实施例的混合型工程机械，在混合型控制装置上除了连接根据操作者的接通信号而从电池向SMPS供给工作电源的V接通路径以外，还连接在判断出V接通路径被切断或者发动机的熄火可能性的状态下、在旋转电动机驱动时从电池向SMPS供给工作电源的V跨接路径。随之，即使由于发动机停止或者驾驶员的切断（Key off）操作而电池的电力不供给到混合型控制装置，若旋转电动机处于旋转中，则经由V跨接路径另外向混合型控制装置供给工作电源，因此能够使混合型控制装置进行旋转电动机的零速度控制。

图4表示根据本发明的另一个实施例的混合型工程机械的旋转控制装置。

本实施例的混合型工程机械的旋转控制装置，V接通路经不与SMPS连接，而是用作第二开关Key2的切换电源，这一点与上述的实施例不同。

对具有这样的结构差异的动作简略说明如下。首先，若驾驶员进行接通（Key on）操作，则第二开关Key2经由V接通路经而被切换。随之，电池300的电源经由V跨接路径及第二开关Key2施加于SMPS，混合型控制装置（HCU）能够工作。若在第一开关Key1由于驾驶员的操作或者例如发动机停止的紧急状态而断开（off）的情况下，第二开关Key2也断开。但是，在本实施例中的第二开关Key2与第一开关Key1的控制分开地受到混合型控制装置（HCU）的控制。即，即使在旋转电动机的驱动中第一开关Key1被断开，也控制为第二开关Key2维持被切换的状态。据此，即使在旋转驱动中第一开关Key1被断开，第二开关Key2也能够维持被切换状态，能够向混合型控制装置（HCU）提供工作电源，混合型控制装置（HCU）如下进行控制：在旋转电动机的驱动停止，且旋转装置的旋转完全停止之后，使第二开关Key2断开。即，预防在旋转驱动中中断向混合型控制装置（HCU）施加工作电源。

根据这种本实施例，在SMPS上只构成一个电力输入口即可。并且，能够通过V接通路径与上述实施例相比进一步简化。即，根据图2所示的实施例，虽然未表示，但在V接通路径上设置了用于向SMPS提供稳定的工作电源的另外的稳定装置，要使用能够收容大容量电力的电线。但是，根据本实施例，能够使SMPS的结构简单，还能够使V接通路径的结构简单。

虽然参照以上附图说明了本发明的实施例，但由于本发明所属的技术领域的技术人员在不脱离本发明的技术思想或者必须的特征的范围内可进行各种替换、变形及变更，因此能够理解能够以其他具体形式实施。因此，应该理解为：上述的实施例在所有方面是示例性的而不是限定性的。

Claims (10)

1.一种混合型工程机械的旋转控制装置，包括发动机(10)、液压泵(20)、电能储存装置(30)、发动机辅助电动机(40)、旋转电动机(50)、电力转换装置(60)、与上述电能储存装置独立地搭载于车辆上的电池(300)以及混合型控制装置，其特征在于，

包括：

从上述电池(300)被供给工作电源并对混合型控制装置施加工作电源的SMPS；

在驾驶员输入接通信号时切换从上述电池向SMPS供给工作电源的V接通路径的第一开关(Key1)；以及

在上述第一开关(Key1)的动作中断的情况下切换从上述电池向SMPS供给工作电源的V跨接路径的第二开关(Key2)，

在上述第一开关(Key1)的动作中断的状态下，确认到上述旋转电动机(50)处于驱动中的情况下，上述第二开关(Key2)被切换。

2.根据权利要求1所述的混合型工程机械的旋转控制装置，其特征在于，

在上述第二开关(Key2)通过上述旋转电动机(50)的驱动被切换的状态下上述第一开关(Key1)被断开时，上述混合型控制装置进行旋转电动机(50)的制动控制而使旋转电动机(50)停止之后，断开上述第二开关(Key2)而切断从上述电池供给的工作电源。

3.根据权利要求1或2所述的混合型工程机械的旋转控制装置，其特征在于，

在上述第一开关(Key1)被断开且上述第二开关(Key2)通过上述旋转动作而保持接通状态的情况下，忽略由上述操作者输入的旋转操作。

4.根据权利要求1或2所述的混合型工程机械的旋转控制装置，其特征在于，

监控上述发动机(10)的状态，在上述发动机(10)熄火的可能性高的情况下，强制中断上述第一开关(Key 1)的驱动，并切换上述第二开关(Key2)。

5.根据权利要求1或2所述的混合型工程机械的旋转控制装置，其特征在于，

上述第一开关(Key1)在发动机(10)熄火或者使用者输入切断信号时中断驱动。

6.一种混合型工程机械的旋转控制装置，包括发动机(10)、液压泵(20)、电能储存装置(30)、发动机辅助电动机(40)、旋转电动机(50)、电力转换装置(60)、与上述电能储存装置独立地搭载于车辆上的电池(300)以及混合型控制装置，其特征在于，

包括：

从上述电池(300)被供给工作电源并对混合型控制装置施加工作电源的SMPS；

对从上述电池向SMPS供给工作电源的路径的V跨接路径进行切换的第二开关(Key2)；以及

设置于与上述电池连接的V接通路径上，并在驾驶员输入接通信号时被切换而使上述第二开关(Key2)切换成接通状态的第一开关(Key1)，

上述混合型控制装置如下进行控制：若进行上述旋转电动机的驱动，则即使上述第一开关(Key1)被断开，上述第二开关(Key2)也持续接通状态。

7.根据权利要求6所述的混合型工程机械的旋转控制装置，其特征在于，

在上述第二开关(Key2)通过上述旋转电动机(50)的驱动被切换的状态下上述第一开关(Key1)被断开时，上述混合型控制装置进行旋转电动机(50)的制动控制而使旋转电动机(50)停止之后，使上述第二开关(Key2)断开，从而切断从上述电池供给的工作电源。

8.根据权利要求6或7所述的混合型工程机械的旋转控制装置，其特征在于，

在上述第一开关(Key1)被断开且上述第二开关(Key2)通过上述旋转动作而保持接通状态的情况下，上述混合型控制装置忽略由上述操作者输入的旋转操作。

9.根据权利要求6或7所述的混合型工程机械的旋转控制装置，其特征在于，

上述混合型控制装置监控上述发动机(10)的状态，在上述发动机(10)熄火的可能性高的情况下，强制中断上述第一开关(Key1)的驱动，并切换上述第二开关(Key2)。

10.根据权利要求6或7所述的混合型工程机械的旋转控制装置，其特征在于，

上述第一开关(Key1)在发动机(10)熄火或者使用者输入切断信号时中断驱动。