CN103348065B - 混合动力式工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力式工程机械。在对旋转体的驱动使用液压马达和电动马达的混合动力式工程机械中，当进行旋转体和其他执行机构的复合动作时，无论电动马达的工作状况如何都能够确保该复合动作的操作性。进行当旋转操作杆装置被操作时以电动马达与液压马达的扭矩的合计进行旋转体的驱动的液压电动复合旋转控制和仅以液压马达的扭矩进行旋转体的驱动的液压单独旋转控制的某一控制的控制装置，以在液压电动复合旋转控制状态下，旋转操作杆装置及第二操作杆装置同时被操作的复合动作时的、相对于旋转体的旋转角或者旋转速度的第二液压执行机构的位置或者速度的关系与液压单独旋转控制状态下进行复合动作时的上述二者的关系大致相等的方式，对电动马达及液压马达及第二液压执行机构的各自的驱动扭矩或者驱动力进行控制。

Description

混合动力式工程机械

技术领域

本发明涉及混合动力式工程机械，尤其涉及液压挖掘机等具有旋转体的混合动力式工程机械。

背景技术

例如在液压挖掘机那样的工程机械中，作为动力源，使用汽油、轻油等的燃料，通过发动机驱动液压泵而产生液压由此驱动液压马达、液压缸之类的液压执行机构。液压执行机构小型轻型且能够实现大输出，作为工程机械的执行机构被广泛使用。

另一方面，近年，提出了一种工程机械，通过使用电动马达以及蓄电装置(电池或双电荷层电容器等)，从而与仅使用液压执行机构的以往的工程机械相比提高能源效率，谋求节能化(参照专利文献1)。

电动马达(电动执行机构)与液压执行机构相比具有能源效率好、能够将制动时的动能作为电能再生(在液压执行机构的情况下变为热释放)的能源方面的优秀特征。

例如，在专利文献1所示的现有技术中，示出了作为旋转体的驱动执行机构安装有电动马达的液压挖掘机的实施方式。将液压挖掘机的上部旋转体相对于下部行驶体进行旋转驱动的执行机构(以往使用液压马达)，其使用频率高，在作业中频繁地反复进行起动停止、加速减速。

此时，减速时(制动时)的旋转体的动能，在液压执行机构的情况下在液压回路上作为热而被舍弃，但在电动马达的情况下预期能够将其作为电能再生，因此能够谋求节能化。

另外，提出下述工程机械：安装液压马达与电动马达的双方，通过合计扭矩来驱动旋转体(参照专利文献2以及专利文献3)。

在专利文献2中公开了一种液压工程机械的能源再生装置，在旋转体驱动用液压马达上直接连结电动马达，通过操作杆的操作量，控制器对电动马达指令输出扭矩。在减速(制动)时，电动马达将旋转体的动能再生，作为电能向电池蓄电。

专利文献3中公开了一种混合动力型工程机械，利用旋转驱动用液压马达的入侧与出侧的差压计算向电动马达的扭矩指令值，进行液压马达与电动马达的输出扭矩分配。

专利文献2以及专利文献3的现有技术中同样都是：作为旋转驱动用执行机构同时采用电动马达和液压马达，由此，对于习惯于以往的液压执行机构驱动的工程机械的操作人员来说能够不感到不协调地进行操作，并且能够以简单并且实用化容易的构成来谋求节能化。

现有技术文献 

专利文献

专利文献1：日本特开2001-16704号公报

专利文献2：日本特开2004-124381号公报

专利文献3：日本特开2008-63888号公报

发明内容

发明欲解决的课题

在专利文献1记载的混合动力式液压挖掘机中，减速时(制动时)的旋转体的动能通过电动马达而作为电能被再生，因此从省能的观点来看是有效的。

但是，由于电动马达具有与液压马达不同的特性，因此若将电动马达用于工程机械的旋转体的驱动，会产生以下的问题。

(1)因电动马达的不充分的速度反馈控制而造成的振荡(特别是低速域、停止状态)。

(2)因与液压马达的特性的区别而造成的操作上的不协调。

(3)在马达不旋转的状态下连续输出扭矩的作业(例如，推抵作业)中的马达或逆变器的过热。

(4)若使用保证与液压马达相当的输出的电动马达，则外形过大或者成本显著升高。

在专利文献2以及专利文献3记载的混合动力式液压挖掘机中，安装液压马达和电动马达的双方，通过合计扭矩来驱动旋转体，由此解决了上述的问题，而且对于习惯于以往的液压执行机构驱动的工程机械的操作人员来说能够不感到不协调地进行操作，而且能够以简单并且实用化容易的构成谋求节能化。

但是，在上述的专利文献1～3记载的现有技术中都是以下情况：由于在旋转驱动所需的总体扭矩之中，电动马达负担着恒定的扭矩，因此，在因逆变器、马达等的电气系统的故障、异常或蓄电装置的能源不足或过充电状态等任何的理由导致无法产生电动马达的扭矩的情况下，用于驱动旋转体的总体扭矩不足，旋转体的操作性降低。

在液压挖掘机中，在将砂土堆入自卸卡车的情况下，进行一边使旋转体旋转一边举升动臂的复合动作，存在旋转体的驱动扭矩不足的情况。该情况下，存在动臂的位置或者速度相对于旋转体的旋转角或者旋转速度的关系的平衡失调的情况。因此，若操作人员以通常的感觉进行操作，则铲斗会上升至自卸卡车的货箱上的高处，若在该位置从铲斗释放砂土，则存在对自卸卡车施加过大的冲击的问题。若复合动作时的动臂速度相对于旋转速度的关系的平衡这样失调，需要与通常相比更加留意地进行操作，存在对操作人员来说难以操作的课题。

本发明是鉴于上述事实而作出的，其目的在于提供一种混合动力式工程机械，在将液压马达和电动马达使用于旋转体的驱动的混合动力式工程机械中，在进行旋转体与其他的执行机构的复合动作时，无论电动马达的工作状况如何，都能够确保该复合动作的操作性。

用于解决课题的手段

为实现上述目的，本发明的技术方案1是一种混合动力式工程机械，具备：原动机；被所述原动机驱动的液压泵；旋转体；所述旋转体驱动用的电动马达；被所述液压泵驱动的所述旋转体驱动用的液压马达；与所述电动马达连接的蓄电装置；指令所述旋转体的驱动的旋转操作杆装置；被所述液压泵驱动，并驱动所述旋转体以外的被驱动体的第二液压执行机构；指令所述第二液压执行机构的驱动的第二操作杆装置；控制装置，其进行液压电动复合旋转控制及液压单独旋转控制的某一控制，其中：所述液压电动复合旋转控制，是当所述旋转操作杆装置被操作时驱动所述电动马达及所述液压马达的双方，以所述电动马达及所述液压马达的扭矩的合计进行所述旋转体的驱动；所述液压单独旋转控制，是当所述旋转用的操作杆装置被操作时仅驱动所述液压马达，仅以所述液压马达的扭矩进行所述旋转体的驱动，所述控制装置，以在所述液压电动复合旋转控制状态下，所述旋转操作杆装置和所述第二操作杆装置被同时操作时的、相对于所述旋转体的旋转角或者旋转速度的所述第二液压执行机构的位置或者速度的关系；与在所述液压单独旋转控制状态下，所述旋转操作杆装置和所述第二操作杆装置被同时操作时的、相对于所述旋转体的旋转角或者旋转速度的所述第二液压执行机构的位置或者速度的关系大致相等的方式，对所述电动马达的驱动扭矩及所述液压马达的驱动扭矩及所述第二液压执行机构的驱动力进行控制。

另外，本发明的技术方案2在技术方案1中，其特征在于，所述控制装置，当在所述液压电动复合旋转控制状态下所述旋转操作杆装置和所述第二操作杆装置被同时操作时，以所述第二操作杆装置的操作量越大则越使所述电动马达的驱动扭矩相对于所述液压马达的驱动扭矩的比例减少的方式，控制所述电动马达的驱动扭矩。

而且，本发明的技术方案3在技术方案1中，其特征在于，所述控制装置，当在所述液压电动复合旋转控制状态下所述旋转操作 杆装置被操作时，以使所述电动马达的驱动扭矩增加并使与该增加部分对应的所述液压马达的驱动扭矩减少的方式，控制所述液压马达的驱动扭矩。

另外，本发明的技术方案4在技术方案1中，其特征在于，所述控制装置，当在所述液压单独旋转控制状态下所述旋转操作杆装置和所述第二操作杆装置被同时操作时，以使所述第二液压执行机构的驱动力减少的方式控制所述第二液压执行机构的驱动力。

而且，本发明的技术方案5在技术方案1中，其特征在于，所述第二液压执行机构是动臂液压缸，所述第二操作杆装置是动臂举升用操作杆装置。

而且，本发明的技术方案6在技术方案3中，其特征在于，所述控制装置，通过对所述液压泵的输出进行减少控制，而使所述液压马达的驱动扭矩减少。

而且，本发明的技术方案7在技术方案4中，其特征在于，所述控制装置，通过对所述液压泵的输出进行减少控制，而使所述第二液压执行机构的驱动力减少。

发明的效果 

根据本发明，当进行旋转体及其他执行机构的复合动作时，无论电动马达的工作状况如何，都能够确保该复合动作的操作性。

附图说明

图1是表示本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的侧视图。

图2是构成本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的电动·液压设备的系统构成图。

图3是本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的系统构成以及控制框图。

图4表示构成本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的控制器的控制增益特性图，图4(A)是增益K1的特性图，图4(B) 是增益K2的特性图，图4(C)是增益K3的特性图。

图5是表示本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式中的液压泵的扭矩控制特性的特性图。

图6是表示本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的旋转时的电动马达扭矩与液压马达扭矩与旋转角速度等的关系的一个例子的特性图。

图7是表示混合动力式工程机械的旋转动臂举升动作时的电动马达扭矩与液压马达扭矩与旋转角速度等的关系的一个例子的特性图。

图8是表示根据图7所示的特性图得到的相对于旋转角的动臂举升量的关系的一个例子的特性图。

图9是表示本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的旋转动臂举升动作时的电动马达扭矩与液压马达扭矩与旋转角速度等的关系的一个例子的特性图。

图10是本发明的混合动力式工程机械的第二实施方式的系统构成以及控制框图。

图11是本发明的混合动力式工程机械的第三实施方式的系统构成以及控制框图。

具体实施方式

以下，作为工程机械以液压挖掘机为例对本发明的实施方式利用附图进行说明。此外，本发明能够适用于具备旋转体的所有工程机械(包括作业机械)，本发明的适用对象不限定为液压挖掘机。例如，本发明还能够用于具备旋转体的起重车等其他的工程机械。图1是表示本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的侧视图，图2是构成本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的电动·液压设备的系统构成图，图3是本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的系统构成以及控制框图。

图1中，电动式液压挖掘机具备：行驶体10；以能够旋转的方 式设置于行驶体10上的旋转体20；以及装设于旋转体20的挖掘机构30。

行驶体10构成为包括：一对履带11a、11b以及履带架12a、12b(图1中仅示出单侧)；独立地对各履带11a、11b进行驱动控制的一对行驶用液压马达13、14及其减速机构等。

旋转体20构成为包括：旋转架21；设置于旋转架21上的作为原动机的发动机22；被发动机驱动的辅助发电马达23；旋转用电动马达25；与辅助发电马达23以及旋转用电动马达25连接的作为蓄电装置的电容器24；对旋转用电动马达25的旋转进行减速的减速机构26等，旋转用电动马达25的驱动力经由减速机构26被传递，通过该驱动力使旋转体20(旋转架21)相对于行驶体10旋转驱动。 

另外，在旋转体20上安装有挖掘机构(前部装置)30。挖掘机构30构成为包括：动臂31；用于驱动动臂31的动臂液压缸32；自由旋转地轴支承在动臂31的前端部附近的斗杆33；用于驱动斗杆33的斗杆液压缸34；能够旋转地轴支承在斗杆33的前端的铲斗35；用于驱动铲斗35的铲斗液压缸36等。

并且，在旋转体20的旋转架21上，安装有用于对上述的行驶用液压马达13、14、旋转用液压马达27、动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36等的液压执行机构进行驱动的液压系统40。液压系统40包括成为产生液压的液压源的液压泵41(参照图2)以及用于对各执行机构进行驱动控制的控制阀42(参照图2)，液压泵41通过发动机22而被驱动。

接下来，对液压挖掘机的电动·液压设备的系统构成进行概要说明。如图2所示，控制阀42根据来自旋转用操作杆装置72(参照图3)的旋转操作指令(液压先导信号)使旋转用滑阀61(参照图3)动作，对供给至旋转用液压马达27的压力油的流量及方向进行控制。另外，控制阀42根据来自旋转用以外的操作杆装置的操作指令(液压先导信号)使各种滑阀动作，对供给至动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36以及行驶用液压马达13、14的压力油的流量 及方向进行控制。

电动系统构成为包括：上述的辅助发电马达23、电容器24以及旋转用电动马达25；功率控制单元55以及主接触器56等。功率控制单元55具有斩波器51、逆变器52、53、平滑电容器54等，主接触器56具有主继电器57、突入电流防止电路58等。

来自电容器24的直流电通过斩波器51而升压至规定的母线电压，并被输入至用于驱动旋转用电动马达25的逆变器52、用于驱动辅助发电马达23的逆变器53。平滑电容器54是为了使母线电压稳定化而设置的。旋转用电动马达25与旋转用液压马达27的旋转轴结合，经由减速机构26驱动旋转体20。根据辅助发电马达23以及旋转用电动马达25的驱动状态(在动力运转还是在再生)，电容器24充放电。

控制器80使用各种操作指令信号、旋转用液压马达27的压力信号、旋转用电动马达25的角速度信号等，生成对控制阀42、功率控制单元55的控制指令，进行旋转用电动马达25的扭矩控制或液压泵41的排出流量控制等。

液压挖掘机的系统构成以及控制框图如图3所示。图3所示的电动·液压设备的系统构成基本上与图2相同，但详细地示出了为进行基于本发明的旋转控制所需的装置或控制机构、控制信号等。

图3所示的混合动力式液压挖掘机具备上述的控制器80、与控制器80的输入输出相关的液压·电气转换装置74a、74bL、74bR、74c、以及电气·液压转换装置75a，这些装置构成旋转控制系统。液压·电气转换装置74a、74bL、74bR、74c分别为例如压力传感器，电气·液压转换装置75a例如为电磁比例减压阀。

控制器80具备目标动力运转功率运算模块83a、目标动力运转扭矩运算模块83b、限制增益运算模块83c、限制扭矩运算模块83d、扭矩指令值运算模块83e、液压泵功率减少控制模块83f等。

通过旋转用操作杆装置72的输入而产生的液压先导信号通过液压·电气转换装置74a而转换为电信号，并输入限制增益运算模块 83c。通过旋转用以外的操作杆装置即动臂用操作杆装置78的输入而产生的液压先导信号通过液压·电气转换装置74c而转换为电信号，并输入限制增益运算模块83c。旋转用液压马达27的工作压通过液压·电气转换装置74bL、74bR而转换为电信号，并输入限制扭矩运算模块83d。从功率控制单元55内的电动马达驱动用的逆变器输出的旋转用电动马达25的角速度信号ω被输入目标动力运转扭矩运算模块83b和限制增益运算模块83c。表示电容器24的蓄电量的电容器电压Vc经由功率控制单元55而输入目标动力运转功率运算模块83a。扭矩指令值运算模块83e进行后述的运算从而计算旋转用电动马达25的指令扭矩，向功率控制单元55输出扭矩指令EA。同时，以旋转用电动马达25所输出的扭矩的量，将使液压泵41的输出扭矩减少的减扭矩指令EB从液压泵功率减少控制模块83f输出至电气·液压转换装置75a。电气·液压转换装置75a的液压先导信号被输入至对液压泵41的排出流量进行控制的调节器64。

另一方面，通过旋转用操作杆装置72的输入而产生的液压先导信号还输入至控制阀42，将旋转用液压马达27用的滑阀61从中立位置切换从而将液压泵41的排出油供给至旋转用液压马达27，旋转用液压马达27也同时驱动。

另外，通过动臂用操作杆装置78的输入而产生的液压先导信号还输入至控制阀42，切换动臂用的滑阀62从而将液压泵41的排出油供给至动臂液压缸32，驱动动臂31。

并且，液压泵41为可变容量泵，通过使调节器64动作而改变液压泵41的倾转角从而改变液压泵41的容量，改变液压泵41的排出流量及扭矩。

此外，根据旋转用液压马达27和动臂液压缸32经由旋转用滑阀61以及动臂用滑阀62而并列地与液压泵41连接的例子进行了说明，但并不限于此。在代替动臂液压缸32而使其它的执行机构与旋转用液压马达27并列连接的情况下也能够适用本发明。

接下来，使用图3～图5对控制器80的控制的详细情况进行说明。 图4表示构成本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的控制器的控制增益特性图，图4(A)为增益K1的特性图，图4(B)为增益K2的特性图，图4(C)为增益K3的特性图，图5是表示本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式中的液压泵的扭矩控制特性的特性图。在图4以及图5中，与图1～图3所示的附图标记为相同附图标记的部分是相同部分或者相当部分，因此省略这些部分的说明。

首先，在图3中，目标动力运转功率运算模块83a作为输入信号从功率控制单元55将电容器24的电压值Vc输入，将其与预先设定的允许旋转用电动马达25的动作的动作阈值Vp进行比较并对输出值P进行输出。当电容器24的蓄电量多时(电容器电压Vc比动作阈值Vp高时)，作为输出值P输出正的值，当蓄电量少时(电容器电压Vc比动作阈值Vp低时)，作为输出值P输出0。在作为输出值P输出正的值的情况下，还可以根据动作阈值Vp与电容器电压Vc的偏差使输出值P变化。

所谓“旋转用电动马达25的动作阈值Vp”指的是：相对于预先决定的旋转用电动马达25的动作模式，在动力运转时和再生时取得电容器24的充电与放电的平衡的电容器24的电压值。该旋转用电动马达25的动作阈值Vp被设定为比电容器24的动作保障最小电压值高，而比电容器24的动作保障最大电压值低。例如，在电容器24的动作保障最小电压值为100V的情况下，将动作阈值Vp设定为120V等。该情况下，若将动作阈值Vp设定为100V，则若电容器电压Vc为100V以上便能够驱动旋转用电动马达25，因此电容器电压Vc容易低于电容器24的动作保障最小电压。为防止这一情况，仅在为取得电容器24的充电与放电的平衡的电压值以上的情况下允许旋转用电动马达25的动作。

目标动力运转扭矩运算模块83b，作为输入信号从功率控制单元55输入旋转用电动马达25的角速度信号ω和上述的目标动力运转功率运算模块83a的输出值P，用角速度信号ω来除输出值P，由此 运算目标动力运转扭矩T并输出。此外，目标动力运转扭矩T的值被限制为利用旋转用电动马达25能够产生的扭矩的范围。

限制增益运算模块83c，作为输入信号从功率控制单元55输入旋转用电动马达25的角速度信号ω、通过液压·电气转换装置74a而转换为电信号的旋转操作指令、通过液压·电气转换装置74c而转换为电信号的动臂举升操作指令，根据这些值计算增益输出K1～K3，通过乘以K1～K3来运算控制增益K并输出。将决定这些增益K1～K3的特性表的一个例子表示在图4(A)、图4(B)、图4(C)中。

图4(A)是决定增益K1的特性表，相对于将旋转用电动马达25的角速度信号ω绝对值化的信号确定增益K1。图中角速度ω1是增益K1为0以上的角速度且表示旋转用电动马达25的起动允许角速度。另外，旋转用电动马达25与旋转用液压马达27通过旋转轴结合，因此旋转用电动马达25的角速度信号ω与旋转用液压马达27的角速度相等。

图4(B)是决定增益K2的特性表，相对于旋转操作指令信号is确定增益K2。

图4(C)是决定增益K3的特性表，相对于动臂举升操作指令信号ib确定增益K3。动臂举升操作指令信号ib越大，图4(C)所示的K3越为小值。控制增益K是增益K1～K3的乘积，因此动臂举升操作指令信号ib越大则控制增益K越为小值，最终成为零输出。

返回图3，限制扭矩运算模块83d，作为输入信号输入旋转用液压马达27的工作压信号和上述的限制增益运算模块83c的输出值控制增益K，对根据旋转用液压马达27的工作压信号运算的旋转用液压马达的扭矩乘以限制增益K，由此运算限制扭矩KL并输出。

扭矩指令值运算模块83e，作为输入信号输入在目标动力运转扭矩运算模块83b中运算的目标动力运转扭矩T、和在限制扭矩运算模块83d中运算的限制扭矩KL，进行对目标动力运转扭矩T以限制扭矩KL的值进行限制的运算，并将其作为扭矩指令值EA向功率控制 单元55和液压泵功率减少控制模块83f输出。功率控制单元55根据该扭矩指令值EA使旋转用电动马达25产生扭矩。

液压泵功率减少控制模块83f，作为输入信号输入在扭矩指令值运算模块83e中运算的扭矩指令值EA，以使旋转用液压马达27的扭矩减少旋转用电动马达25的增加的扭矩的量的方式，输出使液压泵41的排出流量减少的功率减少指令EB。具体而言，从液压泵功率减少控制模块83f对电气·液压转换装置75a输出液压泵功率减少指令EB，电气·液压转换装置75a将与该电信号对应的控制压力输出至调节器64，调节器64控制斜板的倾转角，由此液压泵41的最大功率减少。其结果，旋转用液压泵27的扭矩减少。 

将液压泵41的扭矩控制特性表示于图5。横轴表示液压泵41的排出压力Pp，纵轴表示液压泵41的泵容量Pv。

液压泵功率减少指令EB大时，电气·液压转换装置75a的控制压力大，此时调节器64的设定变更为与实线PTS相比最大输出扭矩减少了的实线PT的特性。另一方面，若液压泵功率减少指令EB变小，则调节器64的设定从实线PT的特性变化为实线PTS的特性，液压泵41的最大输出扭矩增加由斜线表示的面积的量。

接下来，使用图6～图9对本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的动作进行说明。图6是表示本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的旋转时的电动马达扭矩与液压马达扭矩与旋转角速度等的关系的一个例子的特性图，图7是表示混合动力式工程机械的旋转动臂举升动作时的电动马达扭矩与液压马达扭矩与旋转角速度等的关系的一个例子的特性图，图8是表示根据图7所示的特性图得到的动臂举升量相对于旋转角的关系的一个例子的特性图，图9是表示本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的旋转动臂举升动作时的电动马达扭矩与液压马达扭矩与旋转角速度等的关系的一个例子的特性图。

图6表示仅进行旋转操作时的各特性。图中的虚线表示电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp低的情况的动作，实线表示电容器24 的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况的动作。此外，旋转操作指令is、合计扭矩Tt、旋转马达角速度ω在各图中虚线与实线重叠。

对具体的动作进行说明，首先，若在时间T1开始旋转操作，则旋转用液压马达27的扭矩To和合计扭矩Tt增加，旋转马达的角速度信号ω比其延迟地上升。在时间T2，若旋转马达的角速度信号ω超过旋转用电动马达25的起动允许角速度即ω1，则图4(A)所示的限制增益运算模块83c的增益K1变得比0大。这里，来自旋转操作指令is的增益K2如图4(B)所示那样比0大，动臂举升操作指令ib由于未被输入，所以增益K3也如图4(C)所示那样比0大。因此，将增益K1～K3相乘而得到的控制增益K变得比0大。其结果，图3中的从限制扭矩运算模块83d输出的限制扭矩KL成为0以上。

另一方面，在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况下，从图3的目标动力运转功率运算模块83a输出正的输出值P，从目标动力运转扭矩运算模块83b输出0以上的信号T。在扭矩指令值运算模块83e中，输入有0以上的扭矩指令值T和0以上的限制值KL，因此作为输出的扭矩指令值EA变为0以上并被发送至功率控制单元55。其结果，在旋转用电动马达25中产生扭矩Te。

另外，此时，图3的液压泵功率减少控制模块83f，以使旋转用液压马达27的扭矩减少旋转用电动马达25的增加的扭矩Te的量的方式，输出使液压泵41的排出流量减少的功率减少指令EB。因此，在图6中，旋转用液压马达27的扭矩To，与电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp低的情况(虚线)相比，减小旋转用电动马达25的扭矩Te的量。由此，在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况下和低的情况下，旋转用液压马达27与旋转用电动马达25的合计扭矩Tt为相同的值，旋转马达角速度ω也为相同的值。

如以上所述，无论在电容器24的电压值Vc超过或不足动作阈值Vp的哪种情况下，由于旋转体20的旋转角速度ω不变，因此操作人员容易操作。另外，当电容器24的电压值Vc为动作阈值Vp 以上时能够减小液压泵41的功率，因此能够使发动机22的燃料消耗量减少。

接下来，使用图7对进行旋转体20的旋转动作及动臂31的动臂举升动作的复合动作的情况的问题点进行说明。图7是表示混合动力式工程机械的旋转动臂举升动作时的旋转用电动马达25的扭矩Te与旋转用液压马达27的扭矩To与旋转角速度等ω的关系的一个例子的特性图，为了表示本实施方式的特征，对于图3的限制增益决定模块83c，示出采用不以动臂举升操作量使限制增益变化的方式的情况(令图4(c)的增益K3为固定值的情况)的、旋转体20的旋转动作及动臂31的动臂举升动作的复合动作的一个例子。图中虚线表示电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp低的情况的动作，实线表示电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况的动作。此外，在图中，旋转体20的旋转操作指令is、动臂31的动臂举升操作指令ib的虚线与实线重叠。

具体而言，首先，若在时间T3同时开始旋转体20的旋转操作和动臂31的动臂举升操作，则旋转用液压马达27的扭矩To和合计扭矩Tt和动臂液压缸32的基础压Pb增加，旋转马达的角速度信号ω和动臂举升量Db比其延迟地上升。在时间T4，若旋转马达的角速度信号ω超过旋转用电动马达25的起动允许角速度即ω1，则图4(A)所示的限制增益运算模块83c的增益K1变得比0大。这里，来自旋转操作指令is的增益K2如图4(B)所示比0大，增益K3为固定值，因此比0大。因此，将增益K1～K3相乘而得到的控制增益K变得比0大。其结果，图3中的从限制扭矩运算模块83d输出的限制扭矩KL成为0以上。

另一方面，在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况下，从图3的目标动力运转功率运算模块83a输出正的输出值P，从目标动力运转扭矩运算模块83b输出0以上的信号T。在扭矩指令值运算模块83e中，由于输入有0以上的扭矩指令值T和0以上的限制值KL，因此输出即扭矩指令值EA成为0以上并被发送至功率控制单 元55。其结果，在旋转用电动马达25产生扭矩Te。

另外，此时，图3的液压泵功率减少控制模块83f，以使旋转用液压马达27的扭矩减少旋转用电动马达25的增加的扭矩Te的量的方式，输出使液压泵41的排出流量减少的功率减少指令EB。因此，在图7中，旋转用液压马达27的扭矩To，与电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp低的情况(虚线)相比减小。另外，由于液压泵41对旋转用液压马达27和动臂液压缸32的双方供给压力油，因此旋转用液压马达27的扭矩To和动臂液压缸32的基础压Pb的双方减少。但是，由于动臂液压缸32的基础压Pb减少，因此旋转用液压马达27的减少的扭矩的量比图6的情况少。 

其结果，在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况(实线)下的旋转用液压马达27与旋转用电动马达25的合计扭矩Tt，比低的情况(虚线)下的合计扭矩Tt大，旋转马达角速度ω也同样变大。另一方面，电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况(实线)与低的情况(虚线)相比，动臂液压缸32的基础压Pb变小，因此动臂举升量Db变小。

如以上所述，在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况下，与低的情况相比，旋转角速度ω变大而动臂举升量Db变小，因此对于操作人员来说变得难以操作。使用图8对该操作的困难性进行说明。

图8中，横轴表示根据图7的旋转马达角速度ω计算的旋转体20的旋转角θ(将对旋转马达角速度ω乘以减速比而求得的旋转速度进行积分的值)，纵轴表示图7所示的动臂举升量Db。与电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况的实线相比，电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp低的情况的虚线，相对于相同的旋转角θ的动臂举升量Db大。由此，若在同时进行旋转体20的旋转操作及动臂31的动臂举升操作而将砂土堆入自卸卡车的情况下，假定电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp低的情况下的动臂举升量并由操作人员进行操作，则在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况 下，由于旋转体20的旋转角速度ω比动臂31的动臂举升速度快，因此存在铲斗与自卸卡车的货箱接触的危险性。即使不接触，操作人员也需要比通常更加注意地进行操作，操作人员会感到难以操作。

为解决这样的问题，在本实施方式中，在图3的限制增益决定模块83c的控制增益K的运算时，设置与动臂举升操作量对应的增益K3并使限制增益K变化。将本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式的动作表示于图9。图9表示旋转动臂举升动作的一个例子。

具体而言，首先，若在时间T3同时开始旋转体20的旋转操作和动臂31的动臂举升操作，则旋转用液压马达27的扭矩To和合计扭矩Tt和动臂液压缸32的基础压Pb增加，旋转马达的角速度信号ω和动臂举升量Db比其延迟地上升。在时间T4，若旋转马达的角速度信号ω超过旋转用电动马达25的起动允许角速度即ω1，则图4(A)所示的限制增益运算模块83c的增益K1变得比0大。但是，由于动臂举升操作指令ib大，增益K3成为0，将增益K1～K3相乘而得到的控制增益K成为0。其结果，从图3的限制扭矩运算模块83d输出的限制扭矩KL变为0，来自扭矩指令值运算模块83e的输出EA限制为0。因此，无论电容器24的电压值Vc与动作阈值Vp的大小关系如何，都不会在旋转用电动马达25中产生扭矩Te。因此，即使电容器24的电压值Vc变化，旋转马达角速度ω与动臂举升量Db的关系也不会变，因此操作人员容易操作。

根据上述本发明的混合动力式工程机械的第一实施方式，若动臂举升操作指令ib增加则限制旋转用电动马达25的扭矩指令EA，因此当进行旋转体20的旋转动作及动臂31的动臂举升动作的复合动作时，无论旋转用电动马达25的工作状况如何，都能够确保该复合动作的操作性。

此外，在本实施方式中，对旋转体20的旋转动作及动臂31的动臂举升动作的复合动作进行了说明，但作为与旋转体20的旋转同时进行操作的执行机构，并非仅限于动臂液压缸32，还能够适用于 与其他的执行机构进行复合动作的情况。

接下来，使用图10对本发明的混合动力式工程机械的第二实施方式的液压挖掘机进行说明。图10是本发明的混合动力式工程机械的第二实施方式的系统构成以及控制框图。此外，在图10中，与图1至图9所示的附图标记为相同附图标记的部分是相同部分或者相当的部分，因此省略这些部分的说明。

本实施方式不同于第一实施方式，构成为对旋转用液压马达27供给压力油的液压泵41a和对动臂液压缸32供给压力油的液压泵41b被分别设置，且构成为从控制器80经由调节器64对液压泵41a进行控制。

在控制器80的内部的功能方面与第一实施方式的不同点在于限制增益决定模块83c。本实施方式的限制增益运算模块83c，作为输入信号而从功率控制单元55输入旋转用电动马达25的角速度信号ω和通过液压·电气转换装置74a而转换为电信号的旋转操作指令is，根据这些值计算增益输出K1及K2，并将K1与K2相乘，由此运算控制增益K并输出。换句话说，仅根据旋转用电动马达25的角速度信号ω和旋转操作指令is来决定限制增益K，不参照动臂举升操作指令ib。

根据本构成，即使在进行旋转体20的旋转操作及动臂31的动臂举升操作时，在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况下，使旋转用电动马达25产生扭矩Te，进行以该增加扭矩的量使液压泵41a的功率减少的控制。

由于对旋转用液压马达27供给压力油的液压泵41a与对动臂液压缸32供给压力油的液压泵41b是独立的，因此虽然旋转用液压马达27的扭矩To仅以旋转用电动马达25的增加扭矩的量减少，但动臂液压缸32的基础压不减少。由此，即使在电容器24的电压值Vc相对于动作阈值Vp上下变化的情况下，旋转用液压马达27及旋转用电动马达25的合计扭矩Tt不变，另外，动臂液压缸32的基础压Pb也不变。其结果，即使在电容器24的电压值Vc相对于动作阈值 Vp上下变化的情况下，旋转马达角速度ω与动臂举升量Db的关系也不变，因此操作人员容易操作。

根据上述本发明的混合动力式工程机械的第二实施方式，使对旋转用液压马达27供给压力油的液压泵41a和对动臂液压缸32供给压力油的液压泵41b为相互单独设置的构成，即使在进行旋转体20的旋转操作和动臂31的动臂举升操作时，在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况下使旋转用电动马达25产生扭矩，进行以该增加扭矩的量使液压泵41a的功率减少的控制，因此当进行旋转体20的旋转动作及动臂31的动臂举升动作的复合动作时，无论旋转用电动马达25的工作状况如何，都能够确保该复合动作的操作性。

接下来，使用图11对本发明的混合动力式工程机械的第三实施方式的液压挖掘机进行说明。图11是本发明的混合动力式工程机械的第三实施方式的系统构成以及控制框图。此外，在图11中，与图1至图10所示的附图标记为相同附图标记的部分是相同部分或者相当的部分，因此省略这些部分的说明。

本实施方式，与第二实施方式相同地，是对旋转用液压马达27供给压力油的液压泵41a与对动臂液压缸32供给压力油的液压泵41b分别单独设置的构成，但在从控制器80经由调节器64控制液压泵41b这一点与第二实施方式不同。

在控制器80的内部的功能方面与第一实施方式的不同点在于液压泵功率减少控制模块83f。在第一实施方式中，作为输入信号将在扭矩指令值运算模块83e中运算的扭矩指令值EA输入，以仅以旋转用电动马达25的增加的扭矩的量使旋转用液压马达27的扭矩减少的方式，输出使液压泵41的排出流量减少的功率减少指令EB，但在本实施方式中不同点在于：作为输入信号将在扭矩指令值运算模块83e中运算的扭矩指令值EA输入，并输出仅以旋转用电动马达25的增加的扭矩的量使对动臂液压缸32供给压力油的液压泵41b的排出流量增大的功率增大指令EB。换句话说，以当旋转用电动马 达25扭矩增加时液压泵41b的功率大、当旋转用电动马达25扭矩减少时液压泵41b的功率变小的方式进行控制。

另外，与第二实施方式相同地，控制器80的限制增益决定模块83c，仅根据旋转用电动马达25的角速度信号ω和旋转操作指令is决定限制增益K，而不参照动臂举升操作指令ib。

根据本构成，当电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp低而不产生旋转用电动马达25的扭矩Te时，旋转角速度ω变慢，液压泵41b的功率也以该量减小，动臂举升速度也变慢。因此，即使在电容器24的电压值Vc相对于动作阈值Vp上下变化的情况下，相对于旋转角θ的动臂举升量Db的关系大致相同。例如，始终能够实现如图8所示的实线的关系，因此操作人员容易操作。

根据上述本发明的混合动力式工程机械的第三实施方式，是对旋转用液压马达27供给压力油的液压泵41a和对动臂液压缸32供给压力油的液压泵41b相互单独设置的构成，即使在进行旋转动臂举升操作时，在电容器24的电压值Vc比动作阈值Vp高的情况下产生旋转用电动马达25的扭矩，进行以该增加扭矩的量使液压泵41b的功率增大的控制，因此当进行旋转体20的旋转动作及动臂31的动臂举升动作的复合动作时，无论旋转用电动马达25的工作状况如何，都能够确保该复合动作的操作性。

附图标记的说明

10 行驶体

11 履带

12 履带架

13 右行驶用液压马达

14 左行驶用液压马达

20 旋转体

21 旋转架

22 发动机

23 辅助发电马达 

24 电容器

25 旋转电动马达 

26 减速机构

27 旋转液压马达

30 挖掘机构

31 动臂

32 动臂液压缸 

33 斗杆

35 铲斗

40 液压系统

41 液压泵

42 控制阀

43 液压配管

51 斩波器

52 旋转电动马达用逆变器

53 辅助发电马达用逆变器

54 平滑电容器 

55 功率控制单元 

56 主接触器

57 主继电器

58 突入电流防止电路

61 旋转用滑阀 

62 动臂用滑阀 

64 调节器

72 旋转用操作杆装置

78 动臂用操作杆装置

80 控制器(控制装置)

83a 目标动力运转功率运算模块

83b 目标动力运转扭矩运算模块

83c 限制增益运算模块

83d 限制扭矩运算模块

83e 扭矩指令值运算模块

83f 液压泵功率减少模块

Claims (7)

1.一种混合动力式工程机械，具备：

原动机(22)；被所述原动机(22)驱动的液压泵(41)；旋转体(20)；所述旋转体驱动用的电动马达(25)；被所述液压泵(41)驱动的所述旋转体驱动用的液压马达(27)；与所述电动马达(25)连接的蓄电装置(24)；指令所述旋转体(20)的驱动的旋转操作杆装置(72)；被所述液压泵(41)驱动，并驱动所述旋转体(20)以外的被驱动体的第二液压执行机构(32)；指令所述第二液压执行机构(32)的驱动的第二操作杆装置(78)；

控制装置(80)，其进行液压电动复合旋转控制及液压单独旋转控制的某一控制，其中：所述液压电动复合旋转控制是当所述旋转操作杆装置(72)被操作时驱动所述电动马达(25)及所述液压马达(27)的双方，以所述电动马达(25)及所述液压马达(27)的扭矩的合计进行所述旋转体(20)的驱动；所述液压单独旋转控制是当所述旋转用的操作杆装置(72)被操作时仅驱动所述液压马达(27)，仅以所述液压马达(27)的扭矩进行所述旋转体(20)的驱动，其特征在于，

所述控制装置(80)，以在所述液压电动复合旋转控制状态下，所述旋转操作杆装置(72)和所述第二操作杆装置(78)被同时操作时的、相对于所述旋转体(20)的旋转角或者旋转速度的所述第二液压执行机构(32)的位置或者速度的关系；与在所述液压单独旋转控制状态下，所述旋转操作杆装置(72)和所述第二操作杆装置(78)被同时操作时的、相对于所述旋转体(20)的旋转角或者旋转速度的所述第二液压执行机构(32)的位置或者速度的关系大致相等的方式，对所述电动马达(25)的驱动扭矩及所述液压马达(27)的驱动扭矩及所述第二液压执行机构(32)的驱动力进行控制。

2.如权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制装置(80)，当在所述液压电动复合旋转控制状态下所述旋转操作杆装置(72)和所述第二操作杆装置(78)被同时操作时，以所述第二操作杆装置(78)的操作量越大则越使所述电动马达(25)的驱动扭矩相对于所述液压马达(27)的驱动扭矩的比例减少的方式，控制所述电动马达(25)的驱动扭矩。

3.如权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制装置(80)，当在所述液压电动复合旋转控制状态下所述旋转操作杆装置(72)被操作时，以使所述电动马达(25)的驱动扭矩增加并使与该增加部分相对应的所述液压马达(27)的驱动扭矩减少的方式，控制所述液压马达(27)的驱动扭矩。

4.如权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制装置(80)，当在所述液压单独旋转控制状态下所述旋转操作杆装置(72)和所述第二操作杆装置(78)被同时操作时，以使所述第二液压执行机构(32)的驱动力减少的方式控制所述第二液压执行机构(32)的驱动力。

5.如权利要求1所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述第二液压执行机构(32)是动臂液压缸，所述第二操作杆装置(78)是动臂举升用操作杆装置。

6.如权利要求3所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制装置(80)，通过对所述液压泵(41)的输出进行减少控制，而使所述液压马达(27)的驱动扭矩减少。

7.如权利要求4所述的混合动力式工程机械，其特征在于，

所述控制装置(80)，通过对所述液压泵(41)的输出进行减少控制，而使所述第二液压执行机构(32)的驱动力减少。