CN103890280B

CN103890280B - 混合动力驱动式的液压作业机械

Info

Publication number: CN103890280B
Application number: CN201280051032.3A
Authority: CN
Inventors: 星野雅俊; 石原新士
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: CN103890280A; US9068321B2; EP2770119B1; JP5974014B2; US20150008054A1; EP2770119A1; EP2770119A4; JPWO2013058325A1; WO2013058325A1

Abstract

提供一种混合动力驱动式的液压作业机械，具有与发动机（7）和液压泵（6）连结的辅助电动机（10），当液压泵（6）的载荷大于发动机（7）的额定动力而辅助电动机（10）补充转矩时，能够将发动机的转矩保持为期望值。具有：将特定转速设定为发动机的目标转速的目标发动机转速运算机构（11a）；基于发动机的目标转速来控制发动机转速的发动机控制机构（21a）；和计算发动机载荷的发动机载荷运算机构（11b），还具有在发动机载荷为规定值以上时运算目标发动机转速与发动机的转速之间的差分转速并根据该差分转速对辅助电动机进行动力运行控制的电动机动力运行运算机构（11c）、和根据差分转速进行使液压泵的吸收转矩减少的控制的液压泵吸收转矩运算机构（11d）中的至少任一方。

Description

混合动力驱动式的液压作业机械

技术领域

本发明涉及液压挖掘机等液压作业机械，尤其涉及具有由发动机或蓄电器等驱动的辅助电动机的混合动力驱动式的液压作业机械。

背景技术

近年来，在液压挖掘机等液压作业机械的领域中，提出并开发有如下混合动力驱动式的液压作业机械：作为驱动源，除发动机以外，还具有由蓄电池等蓄电器驱动的辅助电动机。

例如，专利文献1所提出的工程机械（液压作业机械）具有由发动机驱动的辅助电动机，由此，在发动机输出具有剩余时，将剩余量作为电能储存起来而谋求节能，在发动机输出不足时，释放该储存的电能来驱动电动机从而维持所需要的泵吸收转矩。专利文献1通过这样的结构能够采用具有与工程机械进行作业时所需要的平均马力相当的额定输出的小型发动机，并且谋求燃料效率的提高和排放CO₂的削减。

在上述专利文献1所提出的工程机械中，当作业量较大而液压泵的要求动力（泵吸收转矩）大于发动机的额定动力时，对辅助电动机进行动力运行控制而产生其相差的动力来辅助发动机。因此，尽管采用比非混合动力驱动式的现有机械小型的发动机，但液压泵也能够产生与现有机械同等的动力。在该工程机械中，在辅助电动机辅助发动机时，前提是发动机持续产生额定输出。关于发动机持续产生额定输出，如下所述是非常重要的，但其具体方法在上述专利文献1中并未记载。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-275945号公报

发明内容

在上述的混合动力驱动式的液压作业机械中，发动机通过调速器等以恒定转速控制。另一方面，在液压泵的要求动力大于发动机的额定动力时，为了防止由于液压泵的要求动力增大导致的发动机转速的降低，辅助电动机执行所谓转速控制，以使实际发动机转速与目标转速的偏差减少的方式产生转矩。

因此，在发动机和辅助电动机共同驱动的情况下，发动机和辅助电动机构成为，以相同的发动机转速为目标值，并分别独立地进行转速控制。

在这样的液压作业机械中，在上述的液压泵的载荷增大的情况下，预计成为以下这样的过渡动作。

例如，当发动机的目标转速为额定转速且在额定转矩以下的状态下进行运转时，若液压泵的载荷增大，则

（1）发动机为了通过转速控制将转速维持于目标转速而使发动机转矩增加至额定转矩。

（2）而且，当液压泵的载荷增大时，由于发动机转矩无法进一步增加，所以发动机无法维持目标转速，发动机实际转速降低。

（3）由于产生目标转速与发动机实际转速的转速偏差，所以辅助电动机的转速控制工作，辅助电动机的产生转矩对发动机进行辅助，使发动机转速上升。

但是，由于发动机和辅助电动机的转速控制分别独立地执行，所以在由于上述的（3）而使一度降低的发动机实际转速再次增加的情况下，对发动机的载荷减少，因此，存在由于发动机的转速控制而使发动机转矩比额定转矩降低的情况。

为了防止这样的发动机转矩的降低，从稳定的状态变迁的观点来看，考虑使辅助电动机的产生转矩不会大于液压泵的吸收转矩与发动机的额定转矩的差的控制，但在过渡响应中，难以实现这样的动作。

若发动机转矩比额定转矩降低，则需要基于辅助电动机继续进行辅助。若基于辅助电动机进行的辅助超过一定时间之后仍继续，则蓄存在蓄电池中的电力减少，因此，辅助电动机的可持续运转时间也减少，需要进行蓄电池的充电。为了对蓄电池进行充电，必须通过发动机将辅助电动机作为发电机而进行驱动，因此，存在液压作业机械的燃料效率和作业性降低、损害混合动力驱动化的意义的问题。

本发明的目的在于，提供一种混合动力驱动式的液压作业机械，具有与发动机和液压泵连结的辅助电动机，且独立地对发动机和辅助电动机进行转速控制，在该液压作业机械中，当液压泵的载荷大于发动机的额定动力而辅助电动机对转矩进行补充时，能够将发动机的转矩保持于额定值等期望值。

为了实现上述目的，第1发明为一种混合动力驱动式的液压作业机械，具有：发动机、通过上述发动机而被旋转驱动的容量可变型的液压泵、与上述发动机和上述液压泵连结的辅助电动机、通过从上述液压泵喷出的液压油而被驱动的多个执行机构、以及具有操作部件且输出与该操作部件的操作相应的操作信号来使上述多个执行机构动作的多个操作装置，该混合动力驱动式的液压作业机械具有：转速检测机构，其检测上述发动机的转速；存储装置，其存储有预先设定的上述发动机的发动机设定转速；目标发动机转速运算机构，其将存储于上述存储装置中的上述发动机设定转速设定为上述发动机的目标转速；发动机控制机构，其基于上述发动机的目标转速而控制上述发动机的转速；以及发动机载荷运算机构，其基于来自上述发动机控制机构的发动机转矩信号而计算出发动机载荷，上述混合动力驱动式的液压作业机械具有电动机动力运行运算机构和液压泵吸收转矩运算机构中的至少任一方，其中，上述电动机动力运行运算机构在上述发动机载荷为规定值以上时，对上述目标发动机转速与上述发动机的转速之间的差分转速进行运算，并根据该差分转速对上述辅助电动机进行动力运行控制，上述液压泵吸收转矩运算机构根据上述差值转速，进行使上述液压泵的吸收转矩减少的控制。

另外，第2发明为一种混合动力驱动式的液压作业机械，具有：发动机、通过上述发动机而被旋转驱动的容量可变型的液压泵、与上述发动机和上述液压泵连结的辅助电动机、通过从上述液压泵喷出的液压油而被驱动的多个执行机构、以及具有操作部件且输出与该操作部件的操作相应的操作信号来使上述多个执行机构动作的多个操作装置，上述混合动力驱动式的液压作业机械具有：转速检测机构，其检测上述发动机的转速；存储装置，其存储有预先设定的上述发动机的发动机设定转速；目标发动机转速运算机构，其将存储于上述存储装置中的上述发动机设定转速设定为上述发动机的目标转速；以及发动机控制机构，其基于上述发动机的目标转速而控制上述发动机的转速，上述混合动力驱动式的液压作业机械具有目标电动机转速运算机构和电动机动力运行运算机构、或目标液压泵转速运算机构和液压泵吸收转矩运算机构中的至少任一方，其中，上述目标电动机转速运算机构将上述目标发动机转速运算机构所设定的上述发动机的目标转速以下的特定转速设定为上述辅助电动机的目标转速，上述电动机动力运行运算机构在上述发动机的转速与上述辅助电动机的目标转速相比降低时，对上述目标电动机转速与上述发动机的转速之间的差分转速进行运算，并根据该差分转速对上述辅助电动机进行动力运行控制，上述目标液压泵转速运算机构将上述目标发动机转速运算机构所设定的上述发动机的目标转速以下的特定转速设定为上述液压泵的目标转速，上述液压泵吸收转矩运算机构在上述发动机的转速与上述液压泵的目标转速相比降低时，对上述目标液压泵转速与上述发动机的转速之间的差分转速进行运算，并根据该差分转速进行使上述液压泵的吸收转矩减少的控制。

而且，第3发明的特征在于，在第1发明中，当上述发动机载荷运算机构所计算出的上述发动机载荷的值低于上述发动机的转速中的最大值或最大值附近的规定值时，实施以下至少任一方：上述电动机动力运行运算机构中止上述辅助电动机的动力运行控制；或上述液压泵吸收转矩运算机构中止上述液压泵的吸收转矩的减少控制。

另外，第4发明的特征在于，在第2发明中，实施以下至少任一方：当上述发动机的转速以规定值以上超过作为目标的上述电动机转速时，上述电动机动力运行运算机构中止上述辅助电动机的动力运行控制；或当上述发动机的转速以规定值以上超过作为目标的上述液压泵转速时，上述液压泵吸收转矩运算机构中止上述液压泵的吸收转矩的减少控制。

发明效果

根据本发明，在具有与发动机和液压泵连结的辅助电动机、且独立地对发动机和辅助电动机进行转速控制的液压作业机械中，与液压泵的载荷超过发动机在该转速下的最大转矩的情况相对应地，辅助电动机以发动机所不足的最小限度的转矩对发动机进行辅助，因此发动机能够连续地产生最大转矩。其结果为，能够充分发挥燃料效率提高等混合动力驱动化的优点。

附图说明

图1是表示本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的液压挖掘机的立体图。

图2是本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的搭载在液压挖掘机上的执行机构驱动控制系统的结构图。

图3是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器等中的发动机、电动机及液压泵的转速控制的处理内容的功能框图。

图4是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的发动机动力特性的特性图。

图5是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的燃料消耗率特性的特性图。

图6是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的目标发动机转速特性的特性图。

图7是说明构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的发动机载荷运算机构的特性图。

图8是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的电动机动力运行运算机构的处理内容的框线图。

图9是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的液压泵吸收转矩运算机构的处理内容的框线图。

图10是说明本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式中的发动机、电动机及液压泵的转速控制的动作的时序图。

图11是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式的车身控制器等中的发动机、电动机及液压泵的转速控制的处理内容的功能框图。

图12是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式的车身控制器中的电动机动力运行运算机构的处理内容的框线图。

图13是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式的车身控制器中的液压泵吸收转矩运算机构的处理内容的框线图。

图14是说明本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式中的发动机、电动机及液压泵的转速控制的动作的时序图。

具体实施方式

＜第1实施方式＞

以下，使用附图来说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的液压挖掘机的立体图。

液压挖掘机由多关节型的前装置1A和车身1B构成，其中，该前装置1A由分别沿垂直方向转动的动臂1a、斗杆1b及铲斗1c构成，该车身1B由上部旋转体1d及下部行驶体1e构成，前装置1A的动臂1a的基端支承在上部旋转体1d的前部。动臂1a、斗杆1b、铲斗1c、上部旋转体1d及下部行驶体1e分别通过动臂液压缸3a、斗杆液压缸3b、铲斗液压缸3c、旋转电动机16（参照图2）及左右的行驶马达3e、3f而被分别驱动。动臂1a、斗杆1b、铲斗1c、上部旋转体1d的动作通过操作杆装置4a、4b（参照图2）的液压操作信号（控制先导压力）而被指示，下部行驶体1e的动作通过未图示的行驶用的操作踏板装置的液压操作信号（控制先导压力）而被指示。

在图2中，本实施方式中的执行机构驱动控制系统具有：操作杆装置4a、4b及未图示的行驶用的操作踏板装置、滑阀型方向切换阀5a～5c、5e、5f、主液压泵6、发动机7、主溢流阀8、油箱9、和梭阀块25。

操作杆装置4a、4b及操作踏板装置将由未图示的先导泵的喷出油生成的1次压力与操作杆装置4a、4b及操作踏板装置所具有的减压阀（遥控阀）的操作开度相应地减压至2次压力，从而生成控制先导压力（液压操作信号），该控制先导压力被输送到方向切换阀5a～5c、5e、5f的受压部，从中立位置对方向切换阀5a～5c、5e、5f进行切换操作。方向切换阀5a～5c、5e、5f为了便于制图而省略了给排用管路系统，例如为配置在中间旁通管线上的开中心式（open center type）的滑阀，通过控制先导压力而进行切换操作，由此，控制液压泵6所喷出的液压油的流动（方向和流量），从而控制液压执行机构3a～3c、3e、3f的驱动。液压泵6通过发动机7而被旋转驱动。在引导液压泵6的喷出油的液压配管内的压力过度上升的情况下，通过溢流阀8将液压油向油箱9排放，防止液压配管内的压力过度上升。

梭阀块25选择并输出操作杆装置4a、4b所生成的液压操作信号（控制先导压力）中的除指示旋转操作的液压操作信号以外的液压操作信号、和未图示的操作踏板装置所生成的液压操作信号中的压力最高的液压操作信号。

液压泵6是容量可变型的泵，具有正向（positive）控制方式的调节器6a，梭阀块25所输出的液压操作信号被引导到调节器6a。正向控制方式的调节器6a如公知那样，随着操作杆装置4a、4b及操作踏板装置的操作部件即操作杆及踏板的操作量（要求流量）增加而导致的液压操作信号的上升，使液压泵6的斜盘倾转角（容量）增加，从而使液压泵6的喷出流量增加。

正向控制方式的调节器6a根据来自后述的车身控制器11的控制信号而改变其最大转矩的设定值。因此，例如即使上述的液压操作信号上升，在该液压操作信号超过来自车身控制器11的最大转矩的设定值的情况下，液压泵6的喷出流量也被限制为与该最大转矩设定值相当的流量。

本实施方式中的执行机构驱动控制系统具有：辅助电动机10、车身控制器11、变流器（inverter）12、13、斩波器14、蓄电池15、压力传感器17、18、发动机控制刻度盘20、检测发动机7的转速的旋转传感器23、和发动机控制器21。

辅助电动机10连结在液压泵6与发动机7之间。该辅助电动机10具有作为将发动机7的动力转换成电能（电力）并输出到变流器12的发电机的功能、和作为通过从变流器12供给的电能（电力）而驱动来对液压泵6进行辅助驱动的电动机的功能。

在辅助电动机10作为发电机发挥功能时，变流器12将辅助电动机10所生成的交流电转换成直流电而输出，在辅助电动机10作为电动机发挥功能时，变流器12将来自蓄电池15的直流电转换成交流电而供给到辅助电动机10。

变流器13将变流器12所转换并输出的直流电转换成交流电而供给到旋转电动机16。另外，变流器13将在旋转制动时旋转电动机16作为发电机发挥功能而再生的交流电转换成直流电并输出。

蓄电池15经由斩波器14来调整电压，向变流器12、13供给电力，或者蓄存辅助电动机10所产生的电能或来自旋转电动机16的电能。

发动机控制刻度盘20是由操作员进行操作而按照操作员的意图对发动机7的基本转速进行指示的部件，车身控制器11输入发动机控制刻度盘20的指令信号，基于该指令信号对目标转速进行运算，并将目标转速输出到发动机控制器21。发动机控制器21对来自车身控制器11的目标转速、与旋转传感器23所检测的发动机7的实际转速之间的偏差进行运算，并基于该转速偏差对目标燃料喷射量进行运算，将对应的控制信号输出到发动机7所具有的电子调速器7a。电子调速器7a根据该控制信号而工作，喷射与目标燃料喷射量相当的燃料并供给到发动机7。由此，发动机以维持目标转速的方式进行控制。

车身控制器11具有控制运算电路，在该控制运算电路中，进行与辅助电动机10及旋转电动机16相关的下述控制。

（1）旋转电动机16的驱动控制

压力传感器17、18与先导油路连接，该先导油路引导操作杆装置4b所生成的液压操作信号中的指示左右方向的旋转操作的液压操作信号，并且压力传感器17、18检测该液压操作信号。车身控制器11输入压力传感器17、18的检测信号（电信号），并根据检测到的液压操作信号进行旋转电动机16的驱动控制。具体而言，当检测到指示左方向的旋转操作的液压操作信号时，基于该液压操作信号控制变流器12而进行使辅助电动机10作为发电机动作的发电控制，并且，控制变流器13而进行驱动旋转电动机16的动力运行控制，使旋转电动机16工作从而使上部旋转体1d以与液压操作信号相对应的速度向左旋转。当检测到指示右方向的旋转操作的液压操作信号时，基于该液压操作信号控制变流器12而进行使辅助电动机10作为发电机动作的发电控制，并且，控制变流器13而进行驱动旋转电动机16的动力运行控制，使旋转电动机16工作从而使上部旋转体1d以与液压操作信号相对应的速度向右旋转。

（2）回收电力的蓄电控制

车身控制器11在旋转制动时控制变流器13而进行使旋转电动机16作为发电机动作的发电控制，从旋转电动机16回收电能，并且进行将回收的电能蓄存到蓄电池15中的控制。

（3）辅助电动机10的控制

车身控制器11在液压泵6的液压载荷（泵吸收转矩）较小且蓄电池15的蓄电余量较少时，控制变流器12而进行使辅助电动机10作为发电机动作的发电控制，产生剩余的电力，并且，进行将所产生的剩余电力蓄存到蓄电池15中的控制。相反地，在液压泵6的液压载荷（泵吸收转矩）较大且蓄电池15的蓄电余量为规定量以上时，控制变流器12向辅助电动机10供给蓄电池15的电力而进行使辅助电动机10作为电动机动作的动力运行控制，对液压泵6进行辅助驱动。

接着，使用图3来说明在以目标转速控制由发动机7、辅助电动机10和液压泵6构成的旋转系统的转速控制系统中，当辅助电动机10对发动机7进行辅助时，不会使发动机7的转矩减少的控制方式的一例。图3是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器等中的发动机、电动机及液压泵的转速控制的处理内容的功能框图。

转速控制系统具有：设置在车身控制器11中的目标发动机转速运算机构11a、发动机载荷运算机构11b、电动机动力运行运算机构11c、液压泵吸收转矩运算机构11d、存储装置11e、和设置在发动机控制器21中的发动机控制机构21a。存储装置11e存储有目标发动机转速（参照图6）来作为如后所述能够应对作业机械那样的使用条件的适当的发动机转速。

目标发动机转速运算机构11a是根据发动机7的相对于转速和转矩特性的燃料效率特性而将燃料效率比较好的转矩点处的转速定义为目标发动机转速的机构，读取存储在存储装置11e中的目标发动机转速而将其设定为发动机7的目标转速，并将该值输出到电动机动力运行运算机构11c、液压泵吸收转矩运算机构11d、以及发动机控制器21的发动机控制机构21a。关于目标发动机转速的设定方法，将在后叙述。

此外，虽未图示，但车身控制器11还可以具有其他目标转速运算部，输入来自发动机控制刻度盘20的指令信号，并基于该指令信号对目标转速进行运算，该情况下，可以是，设置模式开关，能够选择目标发动机转速运算机构11a基于来自发动机控制刻度盘20的指令信号而运算出的目标发动机转速、和其他目标发动机转速运算机构所设定的目标发动机转速中的一方。

设置在发动机控制器21中的发动机控制机构21a以如下方式进行控制：对来自目标发动机转速运算机构11a的目标发动机转速、与旋转传感器23所检测的发动机7的实际转速之间的偏差进行运算，并对与该偏差相应的目标燃料喷射量进行运算，将对应的控制信号输出到电子调速器7a，由此，维持发动机7的目标转速。另外，计算出的目标燃料喷射量与使旋转系统以目标发动机转速旋转所需要的发动机转矩相对应，因此，根据该目标燃料喷射量计算出发动机转矩，并将计算出的发动机转矩的信号向发动机载荷运算机构11b输出。

发动机载荷运算机构11b基于来自发动机控制机构21a的发动机转矩的信号对发动机7的载荷进行运算。运算方法将在后叙述。

电动机动力运行运算机构11c对来自目标发动机转速运算机构11a的目标发动机转速、与旋转传感器23所检测的发动机7的实际转速之间的偏差进行运算，并基于该偏差和来自发动机载荷运算机构11b的发动机7的载荷而计算出能够使旋转系统以目标发动机转速旋转的转矩。然后，根据该计算出的转矩，运算对辅助电动机10指示的动力运行电力，向变流器12发送控制信号，对辅助电动机10进行动力运行控制。即，当发动机7的载荷较大且转速小于目标发动机转速时，使辅助电动机10动力运行而对发动机7进行辅助（在发动机7的旋转方向上产生转矩）。除非发动机7的载荷降低，否则继续辅助直至转速成为目标发动机转速。

液压泵吸收转矩运算机构11d对来自目标发动机转速运算机构11a的目标发动机转速、与旋转传感器23所检测的发动机7的实际转速之间的偏差进行运算，并基于该偏差和来自发动机载荷运算机构11b的发动机7的载荷而计算出能够使旋转系统以目标发动机转速旋转的转矩。然后，根据该计算出的转矩，对液压泵6的最大吸收转矩的设定值进行运算，向调节器6a发送控制信号，进行使液压泵6的吸收转矩减少的控制。即，当发动机7的载荷较大且转速小于目标发动机转速时，通过使液压泵6的吸收转矩减少来使转速增加。除非发动机7的载荷降低，否则继续吸收转矩的减少直至转速成为目标发动机转速。

关于电动机动力运行运算机构11c及液压泵吸收转矩运算机构11d的控制方式的详细情况，将在后叙述。

使用图4～6来说明确定目标发动机转速的方法。图4是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的发动机动力特性的特性图，图5是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的燃料消耗率特性的特性图，图6是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的目标发动机转速特性的特性图。

在作业机械中使用的发动机7通常如图4所示那样，具有该发动机7能够产生的动力随着转速的增加而增加的特性。另一方面，由于包含液压泵6和辅助电动机10在内的旋转部分的阻力而导致的损失随着转速的增加而增加，因此，燃料消耗率如图5那样随着转速的增加而恶化。在此，燃料消耗率是指，在辅助电动机10不产生转矩时，发动机7所消耗的燃料量与液压泵6所做的功的比。

为了使作业机械以恒定的发动机转速动作，发动机7需要确保能够产生可驱动液压泵6的动力的转速以上的转速。而且，若考虑燃料效率，则目标发动机转速最好是能够产生可驱动液压泵6的动力的转速范围内的、最低的转速。实际上，为了能够应对作业机械的各种各样的使用条件，如图6所示，使用如下特性图：将相对于发动机7所需要的动力特性（理想的发动机7的动力特性）考虑了若干余裕值的转速作为目标发动机转速。该特性图预先存储在存储装置11e中。

使用图7来说明发动机载荷运算机构11b中的、基于来自发动机控制机构21a的发动机转矩的信号来运算发动机7的载荷的方法。图7是说明构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的发动机载荷运算机构的特性图。

如图7所示，发动机7能够产生的最大转矩根据转速而不同，但使各转速下的最大转矩一律为100%。另一方面，当转速超过目标发动机转速时，不喷射燃料，因此，使此时的转矩为0%，其间以线形进行插补，基于燃料喷射量对发动机载荷进行运算。当发动机载荷为100%时，发动机7产生该转速下的最大转矩。

接着，使用图8及图9来说明电动机动力运行运算机构11c及液压泵吸收转矩运算机构11d的控制方式的详细情况。图8是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的电动机动力运行运算机构的处理内容的框线图，图9是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的车身控制器中的液压泵吸收转矩运算机构的处理内容的框线图。

首先，图8所示的电动机动力运行运算机构11c具有发动机转速偏差运算部11ca、发动机载荷判定部11cb、比例积分控制运算部11cc和动力运行电力运算部11cd。由发动机转速偏差运算部11ca、发动机载荷判定部11cb和比例积分控制运算部11cc构成的电路是输出使旋转系统的转速接近目标发动机转速的电动机的动力运行转矩指令的伺服系统，由比例增益Kp的比例控制及积分增益Ki的积分控制构成。动力运行电力运算部11cd根据该电动机的动力运行转矩指令运算对辅助电动机10指示的动力运行电力并向变流器12输出控制信号。

首先，发动机转速偏差运算部11ca对目标发动机转速与实际发动机转速的差、即发动机转速偏差进行运算。目标发动机转速从目标发动机转速运算机构11a输入。实际发动机转速是旋转传感器23的检测值。发动机转速偏差运算部11ca的输出被输入到比例积分控制运算部11cd的第1乘法器的一方输入端。

发动机载荷判定部11cb将来自发动机载荷运算机构11b的发动机载荷信号输入到函数产生器，并输出预先设定的函数信号。具体而言，在发动机载荷为例如99%以下时输出信号0，在发动机载荷为100%以上时输出信号1。发动机载荷判定部11cb的输出信号被输入到比例积分控制运算部11cc的第1乘法器11cc1的另一方输入端、和后述的第2乘法器11cc6的另一方输入端。

比例积分控制运算部11cc具有第1乘法器11cc1、比例增益运算器11cc2、第1加法器11cc3、积分增益运算器11cc4、第2加法器11cc5、第2乘法器11cc6及积分运算器11cc7。

第1乘法器11cc1在一方输入端输入发动机转速偏差运算部11ca的输出，在另一方输入端输入发动机载荷判定部11cb的输出，并输出将两个输入值相乘而得到的值。因此，当发动机载荷不是大致100%时，即当发动机在此时的转速下不输出最大转矩时，来自发动机载荷判定部11cb的输入为0，因此第1乘法器11cc1的输出为0；当发动机在此时的转速下输出最大转矩时，来自发动机载荷判定部11cb的输入为1，因此第1乘法器11cc1输出发动机转速偏差运算部11ca的输出值。第1乘法器11cc1的输出被输入到比例增益运算器11cc2和积分增益运算器11cc4。

比例增益运算器11cc2将预先设定的比例控制增益Kp的值和作为输入信号的第1乘法器11cc1的输出相乘，并将该相乘值向第1加法器11cc3的一方输入端输出。

第1加法器11cc3在一方输入端输入比例增益运算器11cc2的输出，在另一方输入端输入第2乘法器11cc6的输出，并使将两个输入值相加而得到的值作为电动机的动力运行转矩指令而向动力运行电力运算部11cd输出。

积分增益运算器11cc4将预先设定的积分控制增益Ki的值和作为输入信号的第1乘法器11cc1的输出相乘，并将该相乘值向第2加法器11cc5的一方输入端输出。

第2加法器11cc5在一方输入端输入积分增益运算器11cc4的输出，在另一方输入端输入积分运算器11cc7的输出，并向第2乘法器11cc6输出将两个输入值相加而得到的值。

第2乘法器11cc6在一方输入端输入第2加法器11cc5的输出，在另一方输入端输入发动机载荷判定部11cb的输出，并输出将两个输入值相乘而得到的值。第2乘法器11cc6的输出被输入到第1加法器11cc3的另一方输入端和积分运算器11cc7。

积分运算器11cc7输入第2乘法器11cc6的输出，并向第2加法器11cc5的另一方输入端输出。运算内容为将输出信号相对于输入信号延迟控制周期的时间而输出。第2加法器11cc5的输出经由积分运算器11cc7而被反馈，由此实现积分运算。

此外，第2乘法器11cc6设置在第2加法器11cc5与积分运算器11cc7之间，因此，当发动机载荷不是大致100%时，即当发动机在此时的转速下不输出最大转矩时，来自发动机载荷判定部11cb的输入为0，因此第2乘法器11cc6的输出为0；当发动机在此时的转速下输出最大转矩时，来自发动机载荷判定部11cb的输入为1，因此第2乘法器11cc6输出第2加法器11cc5的输出值。由此，当发动机在此时的转速下不输出最大转矩时，不进行积分控制的计算，积分值也重置为0。

动力运行电力运算部11cd输入从比例积分控制运算部11cc输出的电动机的动力运行转矩指令，并运算对辅助电动机10指示的动力运行电力，向变流器12发送控制信号，对辅助电动机10进行动力运行控制。

接着，使用图9来说明液压泵吸收转矩运算机构11d。液压泵吸收转矩运算机构11d具有发动机转速偏差运算部11da、发动机载荷判定部11db、比例积分控制运算部11dc和最大转矩设定值运算部11dd。由发动机转速偏差运算部11da、发动机载荷判定部11db和比例积分控制运算部11dc构成的电路是输出使旋转系统的转速接近目标发动机转速的转矩指令的伺服系统，由比例增益Kp的比例控制及积分增益Ki的积分控制构成。最大转矩设定值运算部11dd根据该转矩指令运算对液压泵6指示的最大吸收转矩的设定值并向调节器6a输出控制信号。

发动机转速偏差运算部11da、发动机载荷判定部11db和比例积分控制运算部11dc与电动机动力运行运算机构11c中的结构相同，因此省略说明。

最大转矩设定值运算部11dd输入从比例积分控制运算部11dc输出的转矩指令，根据该转矩指令对液压泵6的最大吸收转矩的设定值进行运算，并向调节器6a发送控制信号，进行使液压泵6的吸收转矩减少的控制。具体而言，将从预先设定的最大转矩设定值中减去所输入的转矩指令而得到的控制信号输出到调节器6a。

此外，与上述的电动机动力运行运算机构11c同样地，当发动机载荷不是大致100%时，即当发动机在此时的转速下不输出最大转矩时，来自发动机载荷判定部11db的输入为0，因此不进行比例及积分控制的运算，积分值也重置为0。因此，当发动机在此时的转速下不输出最大转矩时，提供给液压泵6的吸收转矩的设定值仍为预先设定的最大转矩设定值，不执行吸收转矩的限制。

接着，使用图10来说明上述的本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式的动作。图10是说明本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式中的发动机、电动机及液压泵的转速控制的动作的时序图。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同一部分，因此省略其详细说明。

在图10中，横轴表示时间，纵轴的（a）～（e）从上按顺序分别表示液压泵6的载荷P、发动机7的载荷E、目标发动机转速与实际转速的差D、液压泵6的最大转矩设定值Tp、辅助电动机10的输出转矩Tm。

在时刻t0以前，（a）所示的液压泵6的载荷较小，仅通过发动机7的输出来维持载荷，因此不存在（e）所示的基于辅助电动机10进行的转矩辅助及（d）所示的调节器6a的液压泵最大转矩设定值的减少。

液压泵6的载荷从时刻t0开始增加。通过发动机7的转速控制，为了维持发动机转速而使发动机转矩增加，但如（b）所示，在最大转矩即载荷为100%的时刻t1饱和。由于液压泵6的载荷大于发动机7的动力，所以如（c）所示，产生转速偏差。

在时刻t1，由于发动机载荷为100%，所以电动机动力运行运算机构11c根据来自发动机载荷运算机构11b的信号而动作，如（e）所示，产生辅助电动机10的转矩，对发动机7的转矩进行辅助，并且，液压泵吸收转矩运算机构11d动作，如（d）所示，使调节器6a的液压泵最大转矩设定值减少。其结果为，（c）所示的转速偏差减少。

在时刻t1至时刻t2的期间，执行上述的各控制，例如，当（b）所示的发动机载荷减少而低于100%时，根据来自发动机载荷运算机构11b的信号而解除电动机动力运行运算机构11c的动作和液压泵吸收转矩运算机构11d的动作，从而解除基于辅助发电机10进行的转矩辅助和调节器6a的液压泵最大转矩设定值的减少，因此，发动机7的输出立刻增加至100%，其结果为，发动机载荷保持为大致100%。

接着，在时刻t2，如（a）所示，液压泵6的载荷开始减少。随着该液压泵6的载荷的减少，发动机载荷如（b）所示那样减少。根据来自发动机载荷运算机构11b的信号而解除电动机动力运行运算机构11c的动作和液压泵吸收转矩运算机构11d的动作，其结果为，解除了基于辅助发电机10进行的转矩辅助和调节器6a的液压泵最大转矩设定值的减少，（d）所示的调节器6a的液压泵最大转矩设定值返回到原值，（e）所示的辅助电动机10的转矩返回到0。

这样，根据本实施方式，即使在辅助电动机10对发动机7进行辅助时，发动机7的转矩也被控制成固定于该转速下的最大值附近。

根据上述的本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第1实施方式，在具有与发动机7和液压泵6连结的辅助电动机10、且独立地对发动机7和辅助电动机10进行转速控制的液压作业机械中，与液压泵6的载荷超过发动机7在该转速下的最大转矩的情况相对应地，辅助电动机10以发动机7所不足的最小限度的转矩对发动机7进行辅助，因此，发动机7能够连续地产生最大转矩。其结果为，能够充分地发挥燃料效率提高等混合动力驱动化的优点。

此外，在本实施方式中，以作为输入的发动机载荷为100%以上时输出信号为1的例子说明了发动机载荷判定部（11cb及11db）的函数，但不限于此。例如，也可以设定成在发动机载荷为100%附近的规定值以上时输出信号为1。

＜第2实施方式＞

以下，使用附图来说明本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式。图11是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式的车身控制器等中的发动机、电动机及液压泵的转速控制的处理内容的功能框图。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同一部分，因此省略其详细说明。

在第1实施方式中，以使发动机7、辅助电动机10及液压泵6在相同目标发动机转速下旋转的方式进行控制，但在本实施方式中，设置目标电动机转速运算机构71a及目标液压泵转速运算机构71c，将辅助电动机10及液压泵6的作为目标的转速设定得比发动机7的作为目标的转速低例如50rpm左右。

由此，当提供给发动机7的载荷较小时，以大致目标发动机转速旋转，不执行辅助电动机10的辅助和液压泵6的最大转矩设定值的减少。另一方面，当提供给发动机7的载荷增大而发动机7的实际转速降低且比目标值发动机转速降低超过50rpm时，电动机动力运行运算机构71b和液压泵吸收转矩运算机构71d工作，执行辅助电动机10的辅助和液压泵6的最大转矩设定值的减少。在这些运算机构工作的期间，发动机7的实际转速低于目标发动机转速，发动机控制机构21a执行使发动机7产生该转速下的最大转矩这样的控制。

在图11中，目标电动机转速运算机构71a基于来自目标发动机转速运算机构11a的目标发动机转速而对辅助电动机10的目标转速进行运算。在本实施方式中，辅助电动机10的目标转速被设定为比目标发动机转速低50rpm的值。

电动机动力运行运算机构71b对来自目标电动机转速运算机构71a的目标电动机转速、与旋转传感器23所检测的发动机7的实际转速之间的偏差进行运算，并基于该偏差计算出能够使旋转系统以目标电动机转速旋转的转矩。然后，根据该计算出的转矩，运算对辅助电动机10指示的动力运行电力，向变流器12发送控制信号，对辅助电动机10进行动力运行控制。继续辅助直至旋转系统的转速成为目标电动机转速。

目标液压泵转速运算机构71c基于来自目标发动机转速运算机构11a的目标发动机转速而对液压泵6的目标转速进行运算。在本实施方式中，液压泵6的目标转速被设定为比目标发动机转速低50rpm的值。

液压泵吸收转矩运算机构71d对来自目标液压泵转速运算机构71c的目标液压泵转速、与旋转传感器23所检测的发动机7的实际转速之间的偏差进行运算，并基于该偏差计算出能够使旋转系统以目标液压泵转速旋转的转矩。然后，根据该计算出的转矩，对液压泵6的最大吸收转矩的设定值进行运算，向调节器6a发送控制信号，进行使液压泵6的吸收转矩减少的控制。继续吸收转矩的减少直至旋转系统的转速成为目标液压泵转速。

接着，使用图12及图13来说明电动机动力运行运算机构71b及液压泵吸收转矩运算机构71d的控制方式的详细情况。图12是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式的车身控制器中的电动机动力运行运算机构的处理内容的框线图，图13是表示构成本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式的车身控制器中的液压泵吸收转矩运算机构的处理内容的框线图。

首先，图12所示的电动机动力运行运算机构71b具有电动机转速偏差运算部71ba、比例积分控制运算部71bb和动力运行电力运算部71bc。由电动机转速偏差运算部71ba和比例积分控制运算部71bb构成的电路是输出使旋转系统的转速接近目标电动机转速的电动机的动力运行转矩指令的伺服系统，由比例增益Kp的比例控制及积分增益Ki的积分控制构成。动力运行电力运算部71cc根据该电动机的动力运行转矩指令而运算对辅助电动机10指示的动力运行电力，并向变流器12输出控制信号。

首先，电动机转速偏差运算部71ba对目标电动机转速与实际转速的差即电动机转速偏差进行运算。目标电动机转速从目标电动机转速运算机构71a输入。实际转速是旋转传感器23的检测值。电动机转速偏差运算部71ba的输出被输入到比例积分控制运算部71bb的第1限制器71bb1的输入端和积分增益运算器71bb4的输入端。

比例积分控制运算部71bb具有第1限制器71bb1、比例增益运算器71bb2、第1加法器71bb3、积分增益运算器71bb4、第2加法器71bb5、第2限制器71bb6及积分运算器71bb7。

第1限制器71bb1输入电动机转速偏差运算部71ba的输出，在输入值为负的情况下输出0，在输入值为正的情况下输出该输入值。因此，当与目标电动机转速相比旋转系统的转速没有降低时，输出为0。第1限制器71bb1的输出被输入到比例增益运算器71bb2。

比例增益运算器71bb2将预先设定的比例控制增益Kp的值和作为输入信号的第1限制器71bb1的输出相乘，并将该相乘值向第1加法器71bb3的一方输入端输出。

第1加法器71bb3在一方输入端输入比例增益运算器71bb2的输出，在另一方输入端输入第2限制器71bb6的输出，并使将两个输入值相加而得到的值作为电动机的动力运行转矩指令而向动力运行电力运算部71bc输出。

积分增益运算器71bb4将预先设定的积分控制增益Ki的值和作为输入信号的电动机转速偏差运算部71ba的输出相乘，并将该相乘值向第2加法器71bb5的一方输入端输出。

第2加法器71bb5在一方输入端输入积分增益运算器71bb4的输出，在另一方输入端输入积分运算器71bb7的输出，并向第2限制器71bb6输出将两个输入值相加得到的值。

第2限制器71bb6输入第2加法器71bb5的输出，在输入值为负的情况下输出0，在输入值为正的情况下输出该输入值。第2限制器71bb6的输出被输入到第1加法器71bb3的另一方输入端和积分运算器71bb7。

积分运算器71bb7输入第2限制器71bb6的输出，并向第2加法器71bb5的另一方输入端输出。运算内容为将输出信号相对于输入信号延迟控制周期的时间而输出。第2加法器71bb5的输出经由积分运算器71bb7而被反馈，由此实现积分运算。

动力运行电力运算部71bc输入从比例积分控制运算部71bb输出的电动机的动力运行转矩指令，运算对辅助电动机10指示的动力运行电力，向变流器12发送控制信号，对辅助电动机10进行动力运行控制。

接着，使用图13来说明液压泵吸收转矩运算机构71d。液压泵吸收转矩运算机构71d具有液压泵转速偏差运算部71da、比例积分控制运算部71db和最大转矩设定值运算部71dc。由液压泵转速偏差运算部71da和比例积分控制运算部71db构成的电路是输出使旋转系统的转速接近目标液压泵转速的转矩指令的伺服系统，由比例增益Kp的比例控制及积分增益Ki的积分控制构成。最大转矩设定值运算部71dc根据该转矩指令而运算对液压泵6指示的最大吸收转矩的设定值，并向调节器6a输出控制信号。

液压泵转速偏差运算部71da和比例积分控制运算部71db与电动机动力运行运算机构71b中的结构相同，因此省略说明。

最大转矩设定值运算部71dc输入从比例积分控制运算部71db输出的转矩指令，根据该转矩指令对液压泵6的最大吸收转矩的设定值进行运算，并向调节器6a发送控制信号，进行使液压泵6的吸收转矩减少的控制。具体而言，将从预先设定的最大转矩设定值中减去所输入的转矩指令而得到的控制信号输出到调节器6a。

此外，与上述的电动机动力运行运算机构71b同样地，由于当旋转系统的转速比目标液压泵转速高时，第1限制器71db1和第2限制器71db6的输出被限制为0，所以不进行比例及积分控制的运算。因此，当旋转系统的转速比目标液压泵转速高时，提供给液压泵6的吸收转矩的设定值仍为预先设定的最大转矩设定值，不执行吸收转矩的限制。

在本实施方式中，在提供给发动机7的载荷增大、旋转系统的转速低于目标发动机转速进而降低超过目标电动机转速或目标液压泵转速的情况下，为了使旋转系统的转速恢复至目标电动机转速或目标液压泵转速，执行基于辅助电动机10进行的辅助或液压泵6的吸收转矩的减少。

接着，使用图14来说明上述的本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式的动作。图14是说明本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式中的发动机、电动机及液压泵的转速控制的动作的时序图。在图14中，与图1至图13所示的附图标记为相同附图标记的部分是同一部分，因此省略其详细说明。

在图14中，横轴表示时间，纵轴的（a）～（e）从上按顺序分别表示液压泵6的载荷P、发动机7的载荷E、目标发动机转速与实际转速的差D、液压泵6的最大转矩设定值Tp、辅助电动机10的输出转矩Tm。

在时刻t0以前，（a）所示的液压泵6的载荷较小，仅通过发动机7的输出来维持载荷，因此，不存在（e）所示的基于辅助电动机10进行的转矩辅助及（d）所示的调节器6a的液压泵最大转矩设定值的减少。

在时刻t1，旋转系统的转速比目标电动机转速及目标液压泵转速低，因此，电动机动力运行运算机构71b动作，如（e）所示，产生辅助电动机10的转矩，对发动机7的转矩进行辅助，并且，液压泵吸收转矩运算机构71d动作，如（d）所示，使调节器6a的液压泵最大转矩设定值减少。

在时刻t1至时刻t2的期间，旋转系统的转速比目标发动机转速低，因此，通过发动机控制机构21a的发动机7的转速控制，使发动机载荷保持为100%。通过电动机动力运行运算机构71b的辅助电动机10的转速控制，旋转系统的转速被控制为比目标发动机转速低的目标电动机转速。另外，根据液压泵吸收转矩运算机构71d的目标液压泵转速，执行使调节器6a的液压泵最大转矩设定值减少的控制。

接着，在时刻t2，如（a）所示，液压泵6的载荷开始减少。随着该液压泵6的载荷的减少，发动机载荷如（b）所示那样减少，（c）所示的转速偏差也减少。其结果为，旋转系统的转速变为目标电动机转速及目标液压泵转速以上，因此，解除了电动机动力运行运算机构71b的动作和液压泵吸收转矩运算机构71d的动作，从而解除了基于辅助发电机10进行的转矩辅助和调节器6a的液压泵最大转矩设定值的减少，（d）所示的调节器6a的液压泵最大转矩设定值返回到原值，（e）所示的辅助电动机10的转矩返回到0。

根据上述的本发明的混合动力驱动式的液压作业机械的第2实施方式，能够得到与上述的第1实施方式相同的效果。

此外，在本发明的实施方式中，说明了在车身控制器11中具有电动机动力运行运算机构（11c或71b）和液压泵吸收转矩运算机构（11d或71d）的情况，但不限于此。例如，也可以具有电动机动力运行运算机构（11c或71b）和液压泵吸收转矩运算机构（11d或71d）中的任一方。

另外，在本发明的实施方式中，作为使液压泵吸收转矩减少的例子，说明了由车身控制器11对调节器6a的最大转矩的设定值进行变更控制的方式，但不限于此。也可以是由车身控制器11直接控制调节器6a的方式。

附图标记说明

3a 动臂液压缸

3b 斗杆液压缸

3c 铲斗液压缸

4a、4b 操作杆装置

5a～5c、5e、5f 方向切换阀

6 液压泵

6a 调节器

7 发动机

7a 电子调速器

10 辅助电动机

11 车身控制器

11a 目标发动机转速运算机构

11b 发动机载荷运算机构

11c 电动机动力运行运算机构

11d 液压泵吸收转矩运算机构

11e 存储装置

11e 车身控制器

11ca 发动机转速偏差运算部

11cb 发动机载荷判定部

11cc 比例积分控制运算部

11cd 动力运行电力运算部

11dd 最大转矩设定值运算部

12、13 变流器

15 蓄电池

16 旋转电动机

21 发动机控制器

21a 发动机控制机构

23 旋转传感器

71a 目标电动机转速运算机构

71b 电动机动力运行运算机构

71c 目标液压泵转速运算机构

71d 液压泵吸收转矩运算机构

Claims

1.一种混合动力驱动式的液压作业机械，具有：发动机、通过所述发动机而被旋转驱动的容量可变型的液压泵、与所述发动机和所述液压泵连结的辅助电动机、通过从所述液压泵喷出的液压油而被驱动的多个执行机构、以及具有操作部件且输出与该操作部件的操作相应的操作信号来使所述多个执行机构动作的多个操作装置，其特征在于，具有：

转速检测机构，其检测所述发动机的转速；

存储装置，其存储有预先设定的所述发动机的发动机设定转速；

目标发动机转速运算机构，其将存储于所述存储装置中的所述发动机设定转速设定为所述发动机的目标转速；以及

发动机控制机构，其基于所述发动机的目标转速而控制所述发动机的转速，

所述混合动力驱动式的液压作业机械具有目标电动机转速运算机构、电动机动力运行运算机构、目标液压泵转速运算机构和液压泵吸收转矩运算机构，其中，所述目标电动机转速运算机构将所述目标发动机转速运算机构所设定的所述发动机的目标转速以下的特定转速设定为所述辅助电动机的目标转速；所述电动机动力运行运算机构在所述发动机的转速与所述辅助电动机的目标转速相比降低时，对由所述目标电动机转速运算机构设定的目标电动机转速与所述发动机的转速之间的差分转速进行运算，并根据该差分转速对所述辅助电动机进行动力运行控制；所述目标液压泵转速运算机构将所述目标发动机转速运算机构所设定的所述发动机的目标转速以下的特定转速设定为所述液压泵的目标转速；所述液压泵吸收转矩运算机构在所述发动机的转速与所述液压泵的目标转速相比降低时，对由所述目标液压泵转速运算机构设定的目标液压泵转速与所述发动机的转速之间的差分转速进行运算，并根据该差分转速进行使所述液压泵的吸收转矩减少的控制。

2.如权利要求1所述的混合动力驱动式的液压作业机械，其特征在于，

当所述发动机的转速超过作为目标的所述电动机转速规定值以上时，所述电动机动力运行运算机构中止所述辅助电动机的动力运行控制，当所述发动机的转速超过作为目标的所述液压泵转速规定值以上时，所述液压泵吸收转矩运算机构中止对所述液压泵的吸收转矩减少的控制。