CN105008625B - 混合动力式作业机械 - Google Patents

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Abstract

一种混合动力式作业机械，具备：发动机控制器(14)，其基于由EC刻度盘(31)输入的目标转速而控制发动机(7)的转速；辅助电动机(10)，其利用发动机(7)的动力而进行发电；液压泵(6)，其利用发动机及/或辅助电动机的动力而工作；及车身控制器(11)，其推定对辅助发电机输出发电请求时向发动机请求的动力(Pe)，仅在该发动机请求动力为发电阈值(Eth1)以下时允许辅助电动机的发电。基于发动机(7)的动力及能量损失的特性而确定发电阈值(Eth1)。

Description

混合动力式作业机械
技术领域
本发明涉及一种混合动力式作业机械，其将发动机和电动机作为液压泵的驱动源。
背景技术
作为混合动力式作业机械的一例的混合动力式液压挖掘机中存在如下液压挖掘机，即，在挖掘作业等负荷大的作业时，由发动机和电动机(辅助电动机)的双方对液压泵进行驱动，其中，该电动机通过蓄电池的放电而进行驱动以辅助发动机，另一方面，在上部旋转体的减速时、动臂下降时，利用其机械能使发电电动机发电，并利用该电能对蓄电池充电。
在基于混合动力式液压挖掘机的作业中，虽然以上述方式反复进行对蓄电池的放电和充电，但是，仅凭以上述方式回收机械能而获得的能量，难以弥补辅助电动机在作业中释放的所有能量。因此，蓄电池的蓄电余量(SOC：State of Charge，荷电状态)随着作业时间的流逝而减少，无法进行负荷大的作业的可能性增大。
因此，为了维持蓄电池的蓄电余量，在不进行作业时、进行负荷小的作业时，由于发动机的动力能够实现富余，因此，在辅助电动机等的发电机进行发电，并通过该电能对蓄电池充电，这是通常的做法。由于通过机械能的回收而进行的充电利用作业的特定的动作，因此，不能选择充电的定时，然而，只要发动机动力存在富余时，随时都能够通过使用了发动机的辅助电动机的发电而进行充电。
鉴于上述这一点，日本特开2011-220068号公报中提出有如下方法，即，在作业中，尽可能通过辅助电动机的发电来进行快速充电从而防止蓄电池的蓄电余量的降低，由此维持操作性，另一方面，在不进行作业的待机时，抑制充电量而减轻对蓄电池的损害，由此防止蓄电池寿命的缩短。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-220068号公报
发明内容
然而，对作业机械采用混合动力方式的本来的目的在于提高燃料效率，至于燃料效率与充电定时的关系，在日本特开2011-220068号公报中并未特别述及。
在着眼于蓄电池的充电的情况下，实施基于辅助电动机的发电的充电的定时虽然有受到作业模式的限定的情况，但并非唯一地确定，如前所述，存有从发动机的动力存在富余的期间中任意地选择的余地。因此，从与燃料效率的关系来看，重要的是从发动机的动力存在富余的期间中选择燃料消耗较少的期间而实施基于发电的充电。
本发明的目的在于，提供一种在进行蓄电池的充电时的追加的燃料消耗少、能够实现燃料效率良好的充电的混合动力式作业机械。
为了达成上述目的，本发明具备：发动机；电动发电机，其利用上述发动机的动力(发动机动力)而进行发电；液压泵，其利用上述发动机及/或上述电动发电机的动力而工作；及控制装置，其推定对上述电动发电机输出发电请求时向上述发动机请求的动力(发动机请求动力)，仅在该发动机请求动力为预先设定的阈值以下时允许上述电动发电机的发电。由此，能够仅在能量损失相对少的低动力区域进行基于电动发电机的发电，并能够在能量损失相对多的高动力区域禁止电动发电机的发电，因此，能够减少对蓄电装置充电时的发动机的燃料消耗量，能够提高混合动力式液压挖掘机的燃料效率。
发明的效果
根据本发明，能够实现燃料效率良好的充电。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的混合动力式液压挖掘机的外观图。
图2是图1所示的混合动力式液压挖掘机中的执行机构驱动控制系统的概要结构图。
图3是表示从向发动机输入的能量中取出为了对驱动对象进行旋转驱动的能量、与在该驱动对象的旋转驱动中不能利用的能量之间的关系的一例的曲线图。
图4是表示基于辅助电动机的发电时在图2的执行机构驱动控制系统内输入输出的动力的图。
图5是表示车身控制器所执行的蓄电管理控制中的、基于辅助电动机的蓄电池的充电算法的第1流程图。
图6是表示基于车身控制器的辅助电动机的请求发电动力Pa*的运算过程的图。
图7是表示车身控制器所执行的蓄电管理控制中的、基于辅助电动机的蓄电池的充电算法的第2流程图。
图8是表示车身控制器所执行的蓄电管理控制中的、基于辅助电动机的蓄电池的充电算法的第3流程图。
图9是表示在图8的步骤S15中用于发电阈值Eth的运算的映射的一例的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的实施方式所涉及的混合动力式液压挖掘机的外观图。该图所示的液压挖掘机具备：多关节型的前作业装置1A，其具有动臂1a、斗杆1b及铲斗1c；及车身1B，其具有上部旋转体1d及下部行驶体1e。
动臂1a能够转动地支承于上部旋转体1d，并被液压缸(动臂缸)3a驱动。斗杆1b能够转动地支承于动臂1a，并被液压缸(斗杆缸)3b驱动。铲斗1c能够转动地支承于斗杆1b，并被液压缸(铲斗缸)3c驱动。上部旋转体1d被电动机(旋转马达)16(参照图2)驱动而旋转，下部行驶体1e被左右的液压马达(行驶马达)3e、3f驱动。液压缸3a、液压缸3b、液压缸3c及液压马达3e、3f由通过可变容量式液压泵6(参照图2)从油箱8(参照图2)汲取的压力油驱动。
图2是图1所示的混合动力式液压挖掘机中的执行机构驱动控制系统的概要结构图。另外，有时对与此前的附图中示出的部分相同的部分标注相同的附图标记并将其说明适当省略(对于此后的附图也进行同样的处理)。
该图所示的执行机构驱动控制系统具备：发动机7；辅助电动机(电动发电机)10，其与发动机7之间进行转矩的传递；可变容量式液压泵6(以下，有时简称为“液压泵6”)，其被发动机7及辅助电动机10中的至少一方驱动；液压执行机构(例如，图1中示出的液压缸3a、3b、3c、液压马达3e、3f)，其被从液压泵6排出的压力油驱动；调节器(泵控制部)6a，其用于调节液压泵6的容量而对吸收转矩进行控制；蓄电池(蓄电装置)15，其蓄积有供给至辅助电动机10及旋转电动机16等的电力；变流器(电力转换装置)12，其用于辅助电动机10的控制且对辅助电动机10与蓄电池15之间的电力的授受进行控制；变流器(电力转换装置)13，其用于旋转电动机16的控制且对旋转电动机16与蓄电池15之间的电力的授受进行控制；操作杆(操作装置)4a、4b，它们基于操作量而将用于对液压执行机构及旋转电动机16进行驱动的操作信号输出；调速器7a，其对发动机7的燃料喷射量进行调整；转速传感器(实际转速检测单元)19，其对发动机7的实际转速进行检测；发动机控制器14，其通过输出而进行发动机7的转速控制；车身控制器11，其通过输出而进行辅助电动机10及旋转电动机16的转矩控制、及液压泵6的容量控制等；及蓄电池控制器20，其通过输出而进行蓄电池15的充放电控制。
动臂1a、斗杆1b、铲斗1c、上部旋转体1d的动作由操作杆4a、4b的液压操作信号(控制先导压力)指示，下部行驶体1e的动作由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)指示。
操作杆装置4a、4b将由先导泵(未图示)的排出油生成的1次压与操作杆装置4a、4b所具有的减压阀(遥控阀)(未图示)的操作开度相应地减压至2次压，从而生成控制先导压力(液压操作信号)。梭阀块9按每个操作杆4a、4b而选择并输出2个操作杆4a、4b所生成的液压操作信号(控制先导压力)中的压力最高的信号。此外，由于对旋转操作进行指示的液压操作信号由压力传感器18检测，因此，将该液压操作信号排除于从梭阀块9输出的液压操作信号之外。
从梭阀块9输出的控制先导压力被传送至方向切换阀5的受压部，方向切换阀5从图示的中立位置对方向进行切换。方向切换阀5例如为配置于中间旁通管线的开中心式(open center type)的滑阀，来自液压泵6的排出油在上述中间旁通管线流动，通过上述控制先导压力而进行切换操作，从而控制液压泵6所排出的压力油的流动(方向和流量)，从而控制液压执行机构3a～3c的驱动。液压泵6通过发动机7及/或者辅助电动机10的动力而被旋转驱动。
液压泵6为可变容量型的泵，具有正向(positive)控制方式的调节器6a。从梭阀块9输出的液压操作信号被引导至调节器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(请求流量)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的排出流量增加。
另外，调节器6b如公知那样，具备转矩限制控制功能，转矩限制控制功能即以随着液压泵6的排出压力的升高而使液压泵6的倾转角(容量)减小，从而使液压泵6的吸收转矩不超过预先设定的最大转矩的方式进行控制。
辅助电动机(电动发电机)10与液压泵6及发动机7机械性地连接。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)并输出至变流器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作为发电机而发挥功能时，变流器12将由辅助电动机10所生成的交流电转换成直流电而输出，在辅助电动机10作为电动机而发挥功能时，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将辅助电动机10所生成、且变流器12所输出的直流电转换成交流电而供给到旋转电动机16。旋转电动机16对上部旋转体1d进行驱动。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向变流器12、13供给电力，或者对辅助电动机10产生的电能、来自旋转电动机16的电能进行蓄积。蓄电池控制器20具有如下功能，即，经由传感器而对蓄电池15的电压、电流进行检测，对蓄积于蓄电池15的电能的量、所谓的蓄电余量(SOC)进行推定，并将该推定值输出至车身控制器11。
发动机控制器(发动机控制装置)14对来自车身控制器11的目标转速与转速传感器19检测出的发动机7的实际转速之间的偏差进行运算，基于该转速偏差对目标燃料喷射量进行运算，并将对应的控制信号输出至发动机7所具备的电子调速器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至发动机7。由此，以发动机7的转速维持目标转速的方式进行控制。
从车身控制器11输出至发动机控制器14的目标转速基于来自发动机控制刻度盘(EC刻度盘)31的输出而确定，其中，发动机控制刻度盘31是从操作员(operator)选择性地输入发动机7的目标转速的输入装置(目标转速输入装置)。但是，从车身控制器11输出至发动机控制器14的目标转速，存在车身控制器11考虑液压挖掘机的状态(例如，发动机7的冷却水温度、发动机7的负荷等)并根据通过EC刻度盘31选择的目标转速而适当地进行变更的情况。无论如何，车身控制器11都基于以EC刻度盘31为代表的操作员的指示和液压挖掘机的状态而设定目标转速，发动机控制器14以成为该转速的方式将成为目标的燃料喷射量的指令信号传送至电子调速器7a。
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(1)～(3)的控制。
(1)旋转电动机10的驱动控制
压力传感器18设置于先导油路，该先导油路供操作杆4b生成的液压操作信号中的指示左右方向的旋转操作(即，旋转电动机16的操作)的液压操作信号通过，压力传感器18检测该液压操作信号。车身控制器11输入压力传感器18的检测信号(电信号)，并根据检测出的液压操作信号进行旋转电动机16的驱动控制。具体而言，当检测出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工作以使得上部旋转体1d以与液压操作信号相对应的速度向左旋转。另一方面，当检测出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工作以使得上部旋转体1d以与液压操作信号相对应的速度向右旋转。
另外，当基于操作杆4b对旋转电动机16进行上述驱动控制时，车身控制器11有时一边参照旋转请求速度、蓄电池15的蓄电余量(SOC)及液压泵6的负荷等，一边基于压力传感器18检测出的液压操作信号控制变流器12并进行使辅助电动机10作为发电机工作的发电控制。例如，在旋转请求速度相对大的情况下，与旋转电动机16的驱动控制共同执行辅助电动机10的发电控制，在旋转请求速度相对小的情况下，仅执行旋转电动机16的驱动控制，不执行发电控制。
(2)回收电力的蓄电控制
另外，车身控制器11在上部旋转体1d的制动时(旋转制动时)，控制变流器13而进行使旋转电动机16作为发电机工作的发电控制，从旋转电动机16回收电能，并且进行将回收的电能蓄积于蓄电池15中的控制。
(3)辅助电动机10的控制(蓄电池15的蓄电管理控制)
另外，车身控制器11在液压泵6的液压载荷(泵吸收转矩)较小且由蓄电池控制器20检测出的蓄电池15的蓄电余量少时，控制变流器12而进行使辅助电动机10作为发电机工作的发电控制，产生剩余的电力，并且进行将所产生的剩余电力蓄积到蓄电池15中的控制。相反地，在液压泵6的液压载荷(泵吸收转矩)较大且由蓄电池控制器20检测出的蓄电池15的蓄电余量为规定量以上时，控制变流器12将蓄电池15的电力供给至辅助电动机10，而进行使辅助电动机10作为电动机工作的动力运行控制，对液压泵6进行辅助驱动。
然而，当将发动机7的输入设为每单位时间的燃料的热能时，为了对驱动对象(液压泵6及辅助电动机10)进行旋转驱动而从该输入中取出的能量(发动机动力X)、与在该驱动对象的旋转驱动中不能利用的能量(能量损失Y)之间的关系通常形成为图3中的实线。此处，基于图3的实线上的、相对于发动机动力的增加的能量损失的增加比例(X/Y)的大小，将图3中的曲线划分为2个区域，将成为这2个区域的边界值的发动机动力的值称作“发电阈值Eth1”。在本实施方式中，设定2条相对于图3中的实线的近似直线(将低发动机动力侧的区域(低动力区域)的近似式设为Y＝α1X+β1，将高发动机动力侧的区域(高动力区域)的近似式设为Y＝α2X+β2(α1、α2、β1、β2为常数，α1<α2且β1>β2))，预先将这2条近似直线的交点设定为发电阈值Eth1。
在图3中，在由发电阈值Eth1划分的2个区域中的、与发电阈值Eth1相比的低动力侧的区域(低动力区域)中，设定为斜率相对较小的近似直线(Y＝α1X+β1)，据此可知，能量损失的增加比例相对减小(α1<α2)。另一方面，在与发电阈值Eth1相比的高动力侧的区域(高动力区域)中，设定为斜率相对较大的近似直线(Y＝α2X+β2)，据此亦可知，能量损失的增加比例增大(α1<α2)。即，将发电阈值Eth1选择为，在不足Eth1的范围使发动机动力仅增加规定值时的能量损失增加比例、比在超过Eth1的范围使发动机动力仅增加该规定值时的能量损失增加比例小。另外，在高动力区域，发动机动力与发动机损失的关系大致呈线形，发动机动力与发动机损失之和为输入，因此，作为相对于输入的发动机动力的比例即效率大致固定。另一方面，在低动力区域，动力越小则效率越降低。此外，此处虽然将2条近似直线的交点设为发电阈值Eth1，但发电阈值Eth1也可以为其它值。例如，在图3中，可以将从如下范围所含有的值中任意选择的值作为发电阈值Eth1，所述范围是自实线从低动力区域的近似直线(Y＝α1X+β1)开始偏离的发动机动力值(e1)起、直至实线与高动力区域的近似直线(Y＝α2X+β2)一致的发动机动力值(e2)为止的范围。另外，虽然辅助电动机10的允许发电范围变窄，但是也能够将发电阈值Eth1设定于发动机动力值(e1)以下的低动力区域。
图3所示的特性一般在以液压挖掘机为代表的作业机械中所使用的柴油发动机中，通常，在额定输出附近的动力大的区域(高动力的区域)中，通过对EGR(排气再循环)、空燃比及与涡轮增压器相关的硬件及软件进行调整而实现期望的燃料效率、动力，如上所述，能量损失大致呈线形。然而，与此同时，即便在低动力区域也难以实现与高动力的区域相同的特性，尤其是即便在动力为0的空转运转中发动机也消耗燃料，因此，能量损失不变为0。结果，在多数发动机中，如图3所示，动力与损失的关系以规定的动力值为边界而区别地变化。
然而，当进行使辅助电动机10作为发电机工作的发电控制而对蓄电池15充电时，除了液压泵6以外，发动机7还对辅助电动机10进行驱动。根据图3可知，即便在该情况下，损失也根据发动机7的动力而不同。例如，可知当液压泵6的液压载荷(吸收动力)为处于低动力区域的X1(未图示)时，进而在因发电而追加了ΔX(未图示)时，能量损失在发电的前后从图3中的低动力区域的近似直线：Y＝α1X+β1增加α1ΔX。另一方面，可知当液压泵6的液压载荷(吸收动力)为处于高动力区域的X2(未图示)时，进而在因发电而追加了ΔX时，能量损失从图3中的高动力区域的近似直线：Y＝α2X+β2增加α2ΔX。由于α1<α2，从而对进行相同的ΔX的发电时增加的能量损失而言，液压泵6的液压载荷为处于低动力区域的X1时比液压泵6的液压载荷为处于高动力区域的X2时少(α2-α1)ΔX。
能量损失的增加直接与对于发动机的输入的增加相关。由于输入与燃料(的发热量)对应，因此，相对于发电量，损失的增加越少，对发电的燃料效率的影响越小。因此，在具备图3的特性的发动机7中，当对蓄电池15进行充电时，在发动机的动力为发电阈值Eth1以下时进行发电的情况、比发电阈值Eth1以上的动力大时进行发电的情况在燃料效率方面应当更好。
另外，在上述(2)的回收电力的蓄电控制中，由于在旋转制动时能够进行充电，因此，充电的定时由旋转的动作决定，在上述(3)的蓄电管理控制中，若处于液压泵6的液压载荷(吸收动力)比发动机的最大动力小时，则随时都能够进行充电。因此，在上述(3)的蓄电管理控制中，考虑到图3的发动机7的特性，在发动机的动力较小时选择性地进行充电，在发动机的动力较大时抑制充电，由此能够提高作业机械的燃料效率。
图4是表示基于辅助电动机10的发电时在图2的执行机构驱动控制系统内输入输出的动力的图。如该图所示，图2的系统在基于辅助电动机10的发电时，将发动机7输出的动力(发动机动力：Pe)作为使液压泵6旋转的动力(泵吸收动力：Pp)和发电时使辅助电动机10旋转的动力(发电动力：Pa)而使用。即，“Pe＝Pp+Pa”成立。
利用上述内容对考虑了燃料效率的、蓄电池15的充电方法进行说明。图5是表示车身控制器11所执行的上述(3)的蓄电管理控制中的、基于辅助电动机10的蓄电池15的充电算法的第1流程图，周期性地反复执行该流程。
首先，车身控制器11在步骤S10中，对从液压泵6及辅助电动机10向发动机7所请求的发动机动力Pe进行推定。作为基于车身控制器11的发动机动力Pe的推定方法，例如存在以下的(A)～(C)的3种方法。
(A)利用发动机控制器14的输出的方法
如上所述，在发动机控制器14中，对发动机7的目标燃料喷射量进行运算。一般情况下，已知发动机的燃料喷射量与发动机的转矩大致对应，从而利用表示燃料喷射量与转矩的关系的映射。因此，参照该映射并根据由发动机控制器14进行运算所得的目标燃料喷射量而对发动机7的转矩进行推定。将以该方式推定所得的转矩、和从转速传感器19输入的转速从发动机控制器14输出至车身控制器11，由车身控制器11对转矩与转速之积进行运算，由此能够计算出发动机动力Pe的推定值。
(B)根据液压泵6的吸收动力Pp与辅助电动机10的请求发电动力Pa*之和进行推定的方法
在说明该方法时，首先对液压泵6的吸收动力Pp的推定方法进行说明，在该推定时，车身控制器11首先推定液压泵6的流量。对于算出液压泵6的流量的推定值，由压力传感器17、18对由操作杆4a、4b而引起的控制先导压力进行检测，并将其输出至车身控制器11。如前所述，控制先导压力从梭阀块9通过而导入至调节器6a，使液压泵6的斜盘倾转角(容量)增减。因此，在车身控制器11中，对控制先导压力的检测值，进行与这些液压回路的动作对应的运算，对供给至调节器6a的液压操作信号进行运算，由此能够推定液压泵6的流量。并且，将该流量推定值与从压力传感器21输出至车身控制器11的液压泵6的排出压之积除以液压泵6的效率，由此能够计算出液压泵6的吸收动力Pp。
接下来，使用图6对辅助电动机10的请求发电动力Pa*的运算进行说明。图6是表示基于车身控制器11的辅助电动机10的请求发电动力Pa*的运算过程的图。
如该图所示，首先，车身控制器11基于从蓄电池控制器20输入的蓄电池15的蓄电余量(所谓的SOC)而确定目标充电量。在本实施方式所涉及的蓄电池15中，优选主要在SOC为30％～70％的范围进行充放电，因此，在图6的例子中，在SOC为30％以下的范围将目标充电量设定为最大值，在SOC为30％～70％之间，随着SOC的增加而使目标充电量逐渐减小，在SOC为70％以上的范围将目标充电量设为零。并且，考虑到基于旋转电动机16的再生电力的充电，将上述目标充电量与基于再生电力的充电量之差设为基于辅助电动机10的充电量。由于请求发电动力Pa*为发动机7应当供给至辅助电动机10的动力，因此，将目标充电量与基于再生电力的充电量之差除以辅助电动机10、变流器12及蓄电池15的充电时的效率之积，由此能够对请求发电动力Pa*进行运算。
并且，通过对以上述方式运算所得的液压泵6的吸收动力Pp与辅助电动机10的请求发电动力Pa*之和进行运算，最终能够计算出发动机动力Pe的推定值。
(C)根据操作杆4a、4b的控制先导压力进行推定的方法
在该方法中，当判定为没有进行操作杆4a、4b的操作时，推定为没有进行基于液压挖掘机的作业，将发动机动力Pe视作0。另一方面，当判定为进行了操作杆4a、4b的操作时，由于正进行某项作业中，因此将发动机动力Pe视作最大值。此时，操作杆4a、4b的操作的有无能够根据由压力传感器17、18检测出的控制先导压力的大小而判断。在该控制先导压力为设定值(例如，0.5MPa)以下的情况下，判定为没有进行基于操作杆4a、4b的操作，在超过该设定值的情况下，判定为进行了基于操作杆4a、4b的操作。
如上所述，在(A)～(C)的任一个方法中，若在S10中推定出发动机动力Pe，则向步骤S20前进，对S10中计算出的发动机动力Pe是否比发电阈值Eth1大进行判定。在步骤S20中，当判定为发动机动力Pe比发电阈值Eth1大时，车身控制器11禁止基于辅助电动机10的发电(步骤S30)。即，即使存在对于辅助电动机10的发电请求，也忽视该请求而控制为不进行发电。
另一方面，在S20中，当判定为发动机动力Pe为发电阈值Eth1以下时，车身控制器11允许基于辅助电动机10的发电(步骤S40)。即，当存在对于辅助电动机10的发电请求时，车身控制器11对变流器12输出如下发电指令，即，作为辅助电动机10的发电动力Pa而供给按照上述发电请求的动力(即，请求发电动力Pa*)。并且，若步骤S30、40结束，则返回到最初的步骤而反复进行S10以后的处理。
如上所述，在本实施方式中，当存在对于辅助电动机10的发电请求时，推定为了实现该发电请求和液压泵6的动作而向发动机7请求的动力Pe，仅在该发动机动力Pe为发电阈值Eth1以下时允许辅助电动机10的发电。若以该方式进行发电控制，则能够仅在能量损失相对少的低动力区域(参照图3)进行基于辅助电动机10的发电，能够在能量损失相对多的高动力区域(参照图3)禁止辅助电动机10的发电，因此，能够减少对蓄电池15充电时的发动机7的燃料消耗量，能够提高混合动力式液压挖掘机的燃料效率。
此外，在步骤S10所涉及的发动机动力Pe的推定时，在选择了上述(C)的方法的情况下，在操作杆4a、4b正被操作的情况下，发动机动力Pe始终比发电阈值Eth1大，因此，仅在操作杆4a、4b没有被操作时(即，没有进行作业时)执行基于辅助电动机10的充电。
接下来，对本发明所涉及的第2实施方式进行说明。图7是表示车身控制器11所执行的蓄电管理控制中的、基于辅助电动机10的蓄电池15的充电算法的第2流程图，周期性地反复执行该流程。
首先，车身控制器11在步骤S11中，进行推定液压泵6的吸收动力Pp的处理。通过在上述发动机动力Pe的推定方法(B)中说明的处理而能够计算泵吸收动力Pp。即，基于由压力传感器17、18检测出的由操作杆4a、4b引起的控制先导压力、及由压力传感器21检测出的液压泵6的排出压，而算出液压泵6的吸收动力Pp的推定值。
接下来，车身控制器11在步骤S12中，进行对辅助电动机10的请求发电动力Pa*进行运算的处理。对于请求发电动力Pa*，也能够通过在上述发动机动力Pe的推定方法(B)中说明的处理而进行计算。即，基于蓄电池15的SOC、和基于再生电力的充电量而算出请求发电动力Pa*。
在S13中，车身控制器11对在S12中计算出的请求发电动力Pa*是否比零大进行判定。在请求发电动力Pa*为零的情况下，无需进行充电，因此，不进行基于辅助电动机10的发电(S14)。另一方面，在S13中，在请求发电动力Pa*比零大的情况下，向步骤S20a前进。
在步骤S20中，算出S11中计算出的泵吸收动力Pp的推定值与S12中计算出的请求发电动力Pa*之和，并对该和即发动机动力Pe是否比Eth1大进行判定。
在S20a中，在判定为发动机动力Pe为发电阈值Eth1以下的情况下，车身控制器11对变流器12输出如下发电指令，即，作为辅助电动机10的发电动力Pa而供给按照上述发电请求的动力(即，请求发电动力Pa*)(步骤S40a)。
另一方面，在S20a中，在判定为发动机动力Pe比发电阈值Eth1大的情况下，对S11中计算出的泵吸收动力Pp是否为发电阈值Eth1以上进行判定(S21)。
在S21中，在判定为泵吸收动力Pp不足发电阈值Eth1的情况下，车身控制器11对变流器12输出如下发电指令，即，作为辅助电动机10的发电动力Pa而供给从发电阈值Eth1减去泵吸收动力Pp后的动力(即，Eth1-Pp)(步骤S22)。即，在该情况下，虽然泵吸收动力Pp与请求发电动力Pa*之和超过发电阈值Eth1，但优先将不足发电阈值Eth1的泵吸收动力Pp输出，对发电动力Pa进行限制直至使其达到从发电阈值Eth1中减去该泵吸收动力Pp后的动力为止，由此执行对实际的发动机动力进行限制直至使其达到发电阈值Eth1为止的控制。
另一方面，在S21中，在判定为泵吸收动力Pp为发电阈值Eth1以上的情况下，车身控制器11对变流器12输出将辅助电动机10的发电动力Pa设为零的发电指令，禁止基于辅助电动机10的发电(步骤S30a)。即，在该情况下，由于仅泵吸收动力Pp就达到发电阈值Eth1以上，因此，执行从发动机7仅输出泵吸收动力Pp、即使存在发电请求也完全不输出发电动力Pa的控制。在该情况下，虽然实际的发动机动力超过发电阈值Eth1，但该超过部分的发动机动力被抑制为液压泵6的驱动所需的值。
若步骤S14、S40a、S22及S30a的处理结束，则返回到最初的步骤，反复进行S11以后的处理。
这样，根据本实施方式，也能够仅在能量损失相对少的低动力区域进行基于辅助电动机10的发电，并能够在能量损失相对多的高动力区域禁止基于辅助电动机10的发电，因此，能够减少对蓄电池15进行充电时的发动机7的燃料消耗量，能够提高混合动力式液压挖掘机的燃料效率。尤其是在本实施方式中，即便在泵吸收动力Pp与请求发电动力Pa*之和超过发电阈值Eth1的情况下，只要泵吸收动力Pp为发电阈值Eth1以下，就仅以两者的差量进行发电，因此，与第1实施方式的情况相比，能够增加充电的机会，能够防止蓄电余量进一步降低。
此外，在本实施方式中，在步骤S22中，对变流器12输出如下发电指令，即，供给从发电阈值Eth1中减去泵吸收动力Pp所得的动力(Eth1-Pp)，但是，不局限于此，只要是供给从发电阈值Eth1中减去泵吸收动力Pp所得的动力“以下”的动力的发电指令即可。
接下来，对本发明所涉及的第3实施方式进行说明。本实施方式的特征在于，发电阈值Eth与蓄电池15的SOC相应地变化这一点。图8是表示车身控制器11所执行的蓄电管理控制中的、基于辅助电动机10的蓄电池15的充电算法的第3流程图，周期性地反复执行该流程。
由于从步骤S11至步骤S14与图7相同，因此将说明省略。在步骤S13中，在请求发电动力Pa*比零大的情况下，向步骤S15前进，车身控制器11进行如下处理，即，基于SOC而对后续处理中利用的发电阈值Eth进行运算。
图9是表示在图8的步骤S15中用于发电阈值Eth的运算的映射的一例的图。基于该图所示的映射，车身控制器11从蓄电池15的SOC确定发电阈值Eth。
在该图的例子中，在SOC为理想的30％～70％的区域中，与此前的各实施方式同样地将发电阈值设定为能量损失少的Eth1。
另外，在SOC为70％以上的区域，无需基于辅助电动机10的发电，因此将发电阈值Eth设定为零。由此，并不始终进行基于辅助电动机10的发电。此外，在请求发电动力Pa*的计算中利用了图6的映射的情况下，在SOC为70％以上时请求发电动力Pa*变为零，因此，不会产生控制之间的不协调。
并且，在SOC不足30％的区域，即使能量损失增加也需要发电，因此，设定为发电阈值Eth与蓄电余量的减少相应地增加(在图9的例子中，发电阈值与SOC的减少相应地增加至EthMax(最大值))。由此，基于辅助电动机10的发电的机会增加，能够防止蓄电余量进一步降低。
若在S15中对发电阈值Eth进行了运算，则向步骤S20b前进。在步骤S20b中，对S11中计算出的泵吸收动力Pp的推定值与在S12中计算出的请求发电动力Pa*之和(发动机动力Pe)是否比S15中计算出的发电阈值Eth大进行判定。
在S20b中，在判定为发动机动力Pe为发电阈值Eth以下的情况下，车身控制器11对变流器12输出如下发电指令，即，作为辅助电动机10的发电动力Pa而供给按照发电请求的动力(即，请求发电动力Pa*)(步骤S40a)。
另一方面，在S20b中，在判定为发动机动力Pe比发电阈值Eth大的情况下，对S11中计算出的泵吸收动力Pp是否为发电阈值Eth以上进行判定(S21b)。
在S21b中，在判定为泵吸收动力Pp不足发电阈值Eth的情况下，车身控制器11对变流器12输出如下发电指令，即，作为辅助电动机10的发电动力Pa而供给从发电阈值Eth中减去泵吸收动力Pp所得的动力(即，Eth-Pp)(步骤S22b)。即，在该情况下，虽然泵吸收动力Pp与请求发电动力Pa*之和超过发电阈值Eth，但优先输出不足发电阈值Eth的泵吸收动力Pp，对发电动力Pa进行限制直至使其达到从发电阈值Eth中减去该泵吸收动力Pp所得的动力为止，由此执行将实际的发动机动力限制为发电阈值Eth的控制。
另一方面，在S21b中，在判定为泵吸收动力Pp为发电阈值Eth以上的情况下，车身控制器11对变流器12输出将辅助电动机10的发电动力Pa设为零的发电指令，禁止基于辅助电动机10的发电(步骤S30a)。
若步骤S14、S40a、S22及S30a的处理结束，则返回到最初的步骤，反复执行S11以后的处理。
这样，根据本实施方式，能够在能量损失相对少的低动力区域主要进行基于辅助电动机10的发电，并能够在能量损失相对多的高动力区域尽量禁止辅助电动机10的发电，因此，能够减少对蓄电池15进行充电时的发动机7的燃料消耗量，能够提高混合动力式液压挖掘机的燃料效率。尤其是在本实施方式中，在SOC未达到30％的情况下，将发电阈值Eth设定为比Eth1大的值，与能量损失相比，优先进行蓄电池15的充电，因此，与此前的各实施方式相比，能够增加充电的机会，能够防止蓄电池15的蓄电余量的减少。
此外，在上述各实施方式中，作为作业机械而对混合动力式液压挖掘机的情况进行了说明，但是，只要是具备与发动机机械性地连接的液压泵及辅助电动机(电动发电机)的作业机械，就也能够将本发明应用于液压挖掘机以外的机械。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，还包含不脱离其主旨的范围内的各种各样的变形例。例如，本发明并不限定于具备上述实施方式中说明的所有结构，还包括删除其结构的一部分。另外，能够将某实施方式所涉及的结构的一部分追加至其它实施方式所涉及的结构中、或者将某实施方式所涉及的结构的一部分置换为其它实施方式所涉及的结构。
另外，上述控制器11、14、20所涉及的各结构、该各结构的功能及执行的处理等，可以由硬件(例如，在集成电路中设计执行各功能的逻辑等)实现它们的一部分或者全部。另外，上述控制器11、14、20所涉及的结构，也可以设为通过由运算处理装置(例如CPU)读出、执行而实现该控制装置的结构所涉及的各功能的程序(软件)。该程序所涉及的信息例如能够存储于半导体存储器(闪速存储器、SSD等)、磁存储装置(硬盘驱动器等)及记录介质(磁盘、光盘等)等。
另外，在上述各实施方式的说明中，控制线、信息线表示能够解释为在该各实施方式的说明中所需的结构，但是不必局限于表示产品所涉及的所有控制线、信息线。实际上可以认为几乎所有的结构都彼此连接。
附图标记说明
3a…动臂缸
3b…斗杆缸
3c…铲斗缸
3e、3f…行驶马达
4a、4b…操作杆
5…方向切换阀
6…液压泵
6b…调节器
7…发动机
7a…电子调速器
8…油箱
9…梭阀块
10…辅助电动机
11…车身控制器
12、13…变流器
14…发动机控制器
15…蓄电池
16…旋转电动机
17、18…压力传感器
19…转速传感器
20…蓄电池控制器
31…发动机控制刻度盘
Eth、Eth1、EthMax…发电阈值
Pa…发电动力
Pa*…请求发电动力
Pe…发动机动力
Pp…泵吸收动力

Claims (4)

1.一种混合动力式作业机械，其特征在于，
具备：
发动机；
电动发电机，其利用所述发动机的动力而进行发电；
液压泵，其利用所述发动机及/或所述电动发电机的动力而工作；及
控制装置，其推定发动机请求动力，所述发动机请求动力是在对所述电动发电机输出发电请求时向所述发动机请求的动力，仅在该发动机请求动力为预先设定的阈值以下时允许所述电动发电机的发电，
所述阈值按照以下方式选择：使得在不足所述阈值的范围使所述发动机的动力仅增加规定值时的能量损失增加比例，比在超过所述阈值的范围使所述发动机的动力仅增加所述规定值时的能量损失增加比例小。
2.根据权利要求1所述的混合动力式作业机械，其特征在于，
所述控制装置分别计算所述发电请求时由所述液压泵和所述电动发电机向所述发动机请求的动力即液压泵请求动力和电动发电机请求动力，基于该液压泵请求动力与该电动发电机请求动力之和而计算所述发动机请求动力，
当该发动机请求动力为所述阈值以下时，向所述电动发电机供给所述电动发电机请求动力。
3.根据权利要求1所述的混合动力式作业机械，其特征在于，
所述控制装置分别计算所述发电请求时由所述液压泵和所述电动发电机向所述发动机请求的动力即液压泵请求动力和电动发电机请求动力，基于该液压泵请求动力与该电动发电机请求动力之和而计算所述发动机请求动力，
当该发动机请求动力比所述阈值大、且所述液压泵请求动力不足所述阈值时，向所述电动发电机供给从所述阈值中减去所述液压泵请求动力所得的值以下的动力。
4.根据权利要求1所述的混合动力式作业机械，其特征在于，
所述控制装置分别计算所述发电请求时由所述液压泵和所述电动发电机向所述发动机请求的动力即液压泵请求动力和电动发电机请求动力，基于该液压泵请求动力与该电动发电机请求动力之和而计算所述发动机请求动力，
当该发动机请求动力比所述阈值大、且所述液压泵请求动力为所述阈值以上时，禁止基于所述电动发电机的发电。
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