CN107407076B - 工程机械的控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种工程机械的控制装置，即使在能够从发动机供给的动力和/或能够从蓄电装置供给的电力发生了变动的情况下，也能维持旋转复合动作的良好操作性。具备：前速度检测器，其检测前驱动部的速度；旋转体速度检测器，其检测旋转体驱动部的角速度；目标轨道运算部，其取入前操作装置的操作量、旋转操作装置的操作量、前速度检测器检测到的前驱动部的速度、和旋转体速度检测器检测到的旋转体驱动部的角速度，运算所述前驱动部的齿尖位置的目标轨道；以及执行机构动力运算部，其在前操作装置和旋转操作装置同时被操作时，以前驱动部的齿尖追随目标轨道运算部运算出的目标轨道的方式调节向前驱动部或旋转体驱动部供给的动力。

Description

工程机械的控制装置
技术领域
本发明涉及工程机械的控制装置。
背景技术
在工程机械的液压挖掘机中，为了将挖掘的砂土等卸载到自卸卡车(dump truck)的货斗内，进行一边旋转一边抬升动臂的复合动作即“旋转动臂抬升”动作。这时，为了避免铲斗与自卸卡车、挖掘斜面接触，与旋转单独动作时相比减慢旋转速度、或与动臂单独动作时相比加快动臂抬升速度，这是众所周知的技术。
近几年，为了降低油耗，开发了代替以往的液压旋转马达或者为了辅助其作用而具备电动旋转马达的混合动力挖掘机。在这种混合动力挖掘机中，与以往的液压挖掘机同样地，也需要维持旋转动臂抬升动作的操作性。
在代替液压旋转马达而具备电动旋转马达的混合动力挖掘机中，公开了如下方法：具备分别检测动臂操作和旋转操作的“操作检测部”，当基于该操作检测部检测到的信号而判断为执行了旋转动臂抬升操作时，与旋转单独动作时相比抑制电动旋转马达的输出，由此维持旋转动臂抬升动作的操作性(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5074432号公报
发明内容
根据上述的现有技术，在通常状态下的混合动力挖掘机中，能够维持旋转动臂抬升动作的操作性。但是，由于并未提及例如蓄电装置的余量不足从而供给至电动旋转马达的电力不足的情况，所以在这种情况下维持操作性变得很难。另外，由于并未提及液压旋转马达的输出与电动旋转马达的输出的分配调节，所以难以维持原样直接适用于实际设备。
另外，在高原环境等发动机输出降低的状况下，上述的混合动力挖掘机的能够从液压泵向液压执行机构供给的能量也会受到限制。在这种状况下，如果只是通过上述的现有技术将旋转速度与通常时相比进行了抑制的话，则旋转速度会比动臂上升速度相对变快，有使铲斗与自卸卡车接触的可能。
本发明是基于上述情况提出的，其目的在于提供一种工程机械的控制装置，即使在能够从发动机供给的动力和/或能够从蓄电装置供给的电力发生了变动的情况下，也能维持旋转复合动作的良好操作性。
为了达成上述目的，第一技术方案的工程机械的控制装置具备发动机、由所述发动机驱动的液压泵、由液压执行机构驱动的前驱动部、由旋转马达驱动的旋转体驱动部、用于操作所述前驱动部的前操作装置、和用于操作所述旋转体驱动部的旋转操作装置，该工程机械的控制装置的特征在于，具备：前速度检测器，其检测所述前驱动部的速度；旋转体速度检测器，其检测所述旋转体驱动部的角速度；目标轨道运算部，其取入所述前操作装置的操作量、所述旋转操作装置的操作量、所述前速度检测器检测到的所述前驱动部的速度、和所述旋转体速度检测器检测到的所述旋转体驱动部的角速度，运算所述前驱动部的齿尖位置的目标轨道；以及执行机构动力运算部，其在所述前操作装置和所述旋转操作装置同时被操作时，以所述前驱动部的齿尖追随所述目标轨道运算部运算出的目标轨道的方式来调节向所述前驱动部或所述旋转体驱动部供给的动力。
发明效果
根据本发明，即使在能够从发动机供给的动力和/或能够从蓄电装置供给的电力发生了变动的情况下，也容易将复合动作时的前装置的轨迹维持在目标位置上，因此能够维持旋转复合动作的良好操作性。
附图说明
图1是表示具备本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的混合动力挖掘机的立体图。
图2是具备本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的混合动力挖掘机的执行机构驱动控制系统的概念图。
图3是表示本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的结构的控制框图。
图4是构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的目标轨道运算部的控制框图。
图5是对由构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的目标轨道运算部运算的目标轨道进行说明的概念图。
图6是构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的可供给动力运算部的控制框图。
图7是构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的电动旋转马达可供给动力运算部的控制框图。
图8是构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部的控制框图。
图9是对构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的齿尖轨道比较器的运算进行说明的概念图。
图10A是对构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的动力分配运算器的运算的一例进行说明的概念图。
图10B是对构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的动力分配运算器的运算的另一例进行说明的概念图。
图11是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的处理内容的一例的流程图。
图12是将图11所示的执行机构动力运算部中的处理内容的一部分根据工程机械的形态进行变形后的流程图的一例。
图13是将图11所示的执行机构动力运算部中的处理内容的一部分根据工程机械的形态进行变形后的流程图的另一例。
图14是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的处理内容的另一例的流程图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的工程机械的控制装置的实施方式进行说明。此外，作为作业机械以混合动力挖掘机为例进行说明。图1是表示具备本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的混合动力挖掘机的立体图，图2是具备本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的混合动力挖掘机的执行机构驱动控制系统的概念图，图3是表示本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的结构的控制框图。
在图1中，混合动力挖掘机具备：由沿垂直方向分别转动的动臂1a、斗杆1b及铲斗1c构成的多关节型的前装置1A；和由上部旋转体1d及下部行驶体1e构成的车身1B。构成前装置1A的动臂1a的基端以能够沿垂直方向转动的方式支承在上部旋转体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分别由动臂缸(液压缸)3a、斗杆缸3b、铲斗缸3c、液压旋转马达16(参照图2)、电动旋转马达10(参照图2)、及左右的液压行驶马达3e、3f分别驱动。
动臂1a、斗杆1b、铲斗1c、上部旋转体1d的动作由操作杆装置4(参照图2)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踏板装置的液压操作信号(控制先导压力)指示。
在图2中，本实施方式中的执行机构驱动控制系统具备：由操作人员进行操作的操作杆装置4及未图示的行驶用操作踏板装置；第一液压泵6A；第二液压泵6B；控制阀5，其控制第一液压泵6A所排出的液压油的方向和流量并将其向除旋转液压马达16以外的液压执行机构供给，控制第二液压泵6B所排出的液压油的方向和流量并将其向旋转液压马达16供给；发动机7；电动发电机8；和蓄电装置9。发动机7、电动发电机8和第一及第二液压泵6A、6B由同一旋转轴机械式连接。同样地，液压旋转马达16和电动旋转马达10由同一旋转轴机械式连接，并通过液压旋转马达16与电动旋转马达10的合计转矩来驱动上部旋转体1d。
另外，执行机构驱动控制系统具备：用于控制发动机7的转速和转矩的发动机控制单元(ECU)11；用于控制电动发电机8的转速和转矩的变频器(PCU)12；用于控制电动旋转马达10的转速和转矩的变频器(PCU)13；用于控制蓄电装置9的充放电的电池控制单元(BCU)14；和统一控制这些设备的控制器15。
由操作人员利用操作杆装置4及未图示的操作踏板装置实施的操作以未图示的路径驱动控制阀5来开闭与各操作对应的液压路径，由此控制第一及第二液压泵6A、6B排出的液压油的流动(方向和流量)，并控制各液压执行机构(动臂缸3a、斗杆缸3b、铲斗缸3c、液压行驶马达3e、3f及液压旋转马达16)。
第一液压泵6A用于驱动构成前装置1A的执行机构，第二液压泵6B用于驱动旋转液压马达16。
第一及第二液压泵6A、6B由发动机7及/或电动发电机8旋转驱动。第一及第二液压泵6A、6B是可变容量型泵，具有调节器6Ax、6Bx。调节器6Ax、6Bx如公知那样随着操作杆装置4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、液压操作信号上升，而使第一及第二液压泵6A、6B的斜盘倾转角(容量)增加。由此，使第一及第二液压泵6A、6B的排出流量增加。另外，还具备随着第一及第二液压泵6A、6B的排出压力变高而减小这些液压泵6A、6B的倾转角(容量)、以不超过预先设定的最大转矩的方式对液压泵的吸收转矩进行控制的转矩限制控制功能。
此外，向旋转液压马达16供给的动力能够通过由调节器6Bx控制第二液压泵6B的排出流量来进行调节。
电动发电机8的旋转轴从主体中心沿轴向分别向两端侧延伸，旋转轴的一端侧与发动机7的旋转轴连结，旋转轴的另一端侧与第一及第二液压泵6A、6B的旋转轴连结。电动发电机8具备：将发动机7的动力转换成电能(电力)并将其向变频器(PCU)12输出的作为发电机的功能(再生功能)、和由从变频器(PCU)12供给的电能(电力)驱动而对第一及第二液压泵6A、6B进行辅助驱动的作为电动机的功能(动力运行功能)。
变频器(PCU)12在电动发电机8作为发电机发挥功能时，将由电动发电机8生成的交流电转换成直流电并向蓄电装置9等输出；在电动发电机8作为电动机发挥功能时，将来自蓄电装置9的直流电转换成交流电并供给至电动发电机8。另外，变频器(PCU)12将电动发电机8的转速、转矩、以及电动发电机8的温度等信息作为电动发电机状态发送给控制器15。
电动旋转马达10用的变频器(PCU)13将电动发电机8生成且变频器(PCU)12输出的直流电、或者从蓄电装置9供给的直流电转换成交流电并供给至电动旋转马达10。另外，变频器(PCU)13将在旋转制动时电动旋转马达10作为发电机发挥功能所再生的交流电转换成直流电并向蓄电装置9等输出。发电所产生的电力由电动发电机8利用，或者用于对蓄电装置9的充电。另外，变频器(PCU)13将电动旋转马达10的转速、转矩、以及电动旋转马达10的温度等信息作为电动旋转马达状态发送给控制器15。
蓄电装置9向变频器(PCU)12、13供给电力(放电)，或存储电动发电机8发电所产生的电力和来自电动旋转马达10的电力(充电)。作为蓄电装置9，例如可以利用锂离子电池、电容器等。
电池控制单元(BCU)14检测蓄电装置9的电压和/或电流，推定所存储的电能的量、即所谓的蓄电余量，并将其信号发送给控制器15。另外，电池控制单元(BCU)14将蓄电装置9的单电池温度等信息作为蓄电装置状态发送给控制器15。
发动机控制单元(ECU)11从控制器15输入目标转速信号、并从未图示的转速传感器输入所检测到的发动机7的实际转速信号，运算转速偏差，基于该转速偏差运算目标燃料喷射量并将对应的控制信号输出至发动机7所具备的电子调节器。未图示的电子调节器根据该控制信号工作并将与目标燃料喷射量相当的燃料喷射供给至发动机7。另外，发动机控制单元(ECU)11将根据发动机转速、发动机转矩、以及外部空气温度和气压(基于高度的大气压变化、基于涡轮的增压压力)等而变化的发动机7的最大输出等作为发动机状态发送给控制器15。发动机7的目标转速由操作人员使用位于驾驶席内的未图示的发动机控制盘来设定根据作业内容设定的值。
在动臂缸3a上设有进行动臂行程量及动臂速度的检测的缸行程传感器17。缸行程传感器17检测到的信号作为前速度信号被输入至控制器15。此外，也可以采取如下方式：代替缸行程传感器17而安装动臂角度传感器，并从检测到的动臂角度以几何学方式进行动臂行程量及动臂速度的计算。
在液压旋转马达16或电动旋转马达10上设有进行旋转角度及旋转角速度的检测的旋转角度传感器18。旋转角度传感器18检测到的信号作为旋转速度信号被输入至控制器15。此外，在能够从变频器(PCU)13接收旋转角度及旋转角速度的信息的情况下，也可以不设置旋转角度传感器18。
在铲斗缸3c上设有进行活塞杆侧油室的压力检测的缸压力传感器19。缸压力传感器19检测到的信号作为表示铲斗是载货状态还是空载状态等的车身状态的负载信号被输入至控制器15。
控制器15具备控制运算电路，使用图3来说明在该控制运算电路中执行的控制内容。如图3所示，控制器15具备：目标轨道运算部A1、可供给动力运算部A2、电动旋转马达可供给动力运算部A3、和执行机构动力运算部A4。
目标轨道运算部A1输入根据操作杆装置4的操作量生成的前操作信号和旋转操作信号、缸行程传感器17检测到的前速度信号、旋转角度传感器18检测到的旋转速度信号、以及缸压力传感器19检测到的负载信号，详见后述，根据这些信号来运算前装置1A的齿尖位置的轨迹、即目标轨迹信号，并将其向执行机构动力运算部A4输出。
可供给动力运算部A2分别从发动机控制单元(ECU)11输入发动机转速、发动机转矩、发动机状态，从变频器(PCU)12输入电动发电机8的转速、转矩、电动发电机状态，从电池控制单元(BCU)14输入蓄电余量、蓄电装置状态，详见后述，根据这些信号来运算能够向第一及第二液压泵6A、6B供给的第二可供给动力信号。将该第二可供给动力信号向执行机构动力运算部A4输出，将仅由发动机7构成的第一可供给动力信号向电动旋转马达可供给动力运算部A3和执行机构动力运算部A4输出。
电动旋转马达可供给动力运算部A3分别从电池控制单元(BCU)14输入蓄电余量、蓄电装置状态，从变频器(PCU)13输入电动旋转马达10的转速、转矩、以及电动旋转马达状态，从可供给动力运算部A2输入可供给动力信号，详见后述，根据这些信号来运算能够向旋转电动马达10供给的旋转电动马达可供给动力信号，并将其向执行机构动力运算部A4输出。
执行机构动力运算部A4分别输入缸行程传感器17检测到的前速度信号、旋转角度传感器18检测到的旋转速度信号、目标轨道运算部A1运算出的目标轨道信号、可供给动力运算部A2运算出的第一可供给动力信号及第二可供给动力信号、和电动旋转马达可供给动力运算部A3运算出的旋转电动马达可供给动力信号，详见后述，根据这些信号来运算前目标动力信号、液压旋转目标动力信号、和电动旋转目标动力信号，并对与发动机7、电动发电机8、第一液压泵6A、第二液压泵6B、电动旋转马达10相关的各动力进行控制。具体来说，发动机7向发动机控制单元(ECU)11输出控制信号，电动发电机8向变频器(PCU)12输出控制信号。另外，电动旋转马达10向变频器(PCU)13输出控制信号，第一液压泵6A、第二液压泵6B向调节器6Ax、6Bx输出控制信号。
接着，使用图4～图10B对各运算部进行具体说明。图4是构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的目标轨道运算部的控制框图，图5是对由构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的目标轨道运算部运算的目标轨道进行说明的概念图，图6是构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的可供给动力运算部的控制框图，图7是构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的电动旋转马达可供给动力运算部的控制框图，图8是构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部的控制框图，图9是对构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的齿尖轨道比较器的运算进行说明的概念图，图10A是对构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的动力分配运算器的运算的一例进行说明的概念图，图10B是对构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的动力分配运算器的运算的另一例进行说明的概念图。
如图4所示，目标轨道运算部A1具备：齿尖位置运算器E1、车身状态运算器E2、和目标轨道运算器E3。
齿尖位置运算器E1输入旋转速度信号和前速度信号，运算前装置1A的铲斗1c的前端即齿尖位置。在该运算中，可以列举对所输入的各速度进行积分来计算旋转角度、前位置，之后从几何学关系来计算齿尖位置的方法。当然，也可以代替速度而直接利用位置信息(旋转角度、行程量等)。所算出的齿尖位置的信号向目标轨道运算器E3输出。
车身状态运算器E2将来自设置在铲斗缸3c上的缸压力传感器19的信号作为负载信号输入，运算铲斗1c是载货状态还是空载状态等的车身状态。所算出的车身状态的信号向目标轨道运算器E3输出。
目标轨道运算器E3输入由齿尖位置运算器E1算出的齿尖位置的信号、由车身状态运算器E2算出的车身状态的信号、前操作信号、和旋转操作信号，基于这些信号来运算前装置1A的齿尖的目标轨道。在此，若操作杆装置4为液压杆的话，则前操作信号、旋转操作信号相当于将各先导压进行电气转换得到的信号。若操作杆装置4为电子杆方式的话，则维持原样地直接利用各操作的电信号即可。
使用图5来说明基于目标轨道运算器E3进行的目标轨道的运算。在图5中，横轴(SW)表示旋转角度，纵轴(FR)表示前装置1A的位置。点S0表示当前时刻的前装置1A的齿尖位置。该点S0由图4所示的齿尖位置运算器E1计算。虚线所示的S1表示以当前时刻的齿尖位置S0为基点运算出的目标轨道的时间序列变化。在此，目标轨道中的倾斜度等通过向图4所示的目标轨道运算器E3输入的前操作信号和旋转操作信号来确定。例如，在旋转动臂抬升操作中，即使旋转杆操作量相同，也会以动臂抬升操作量越大则旋转速度越慢(倾斜度增加)的方式生成目标轨道。
另外，根据从图4所示的车身状态运算器E2输入的车身状态信号来修正目标轨道的倾斜度等。这是从车身状态运算器E2的结果来判断铲斗1c是空载还是装入了砂土等，当铲斗1c为空载时，以与载货时相比加快动臂的目标速度(使倾斜度增加)的方式生成目标轨道。
此外，基于目标轨道运算器E3进行的目标轨道的运算能够根据操作人员的意思而任意停止。在停止了的情况下，使后述的执行机构动力运算部A4的运算无效化。
接着，使用图6对可供给动力运算部A2进行说明。可供给动力运算部A2基于发动机7、电动发电机8、蓄电装置9的当前状况来运算能够向第一液压泵6A及第二液压泵6B供给的动力，具备发动机动力运算器B1、发动机余裕运算器B2、电动发电机动力运算器B3、电动发电机余裕运算器B4、和可供给动力运算器B5。
发动机动力运算器B1输入发动机转速和发动机转矩的信号，运算发动机7当前输出的动力。所算出的当前输出的动力的信号向发动机余裕运算器B2输出。
发动机余裕运算器B2输入由发动机动力运算器B1算出的当前输出的发动机动力和发动机状态信号，将与发动机状态相应的发动机的最大输出与当前输出的发动机动力进行比较，运算能够从发动机7供给的动力的余裕量，并将其向可供给动力运算器B5和电动旋转马达可供给动力运算部A3输出。将发动机余裕运算器B2的输出定义为第一可供给动力。
此外，在发动机状态信号中，包括对从发动机7的冷却水温度判断的过热状态和增压压力低的状态等进行判断的信号。在输入了这种发动机状态信号的情况下，发动机7的最大输出成为比通常时的输出特性低的值。
电动发电机动力运算器B3输入电动发电机转速信号和电动发电机转矩信号，运算电动发电机8当前输出的动力。所算出的当前输出的动力的信号向电动发电机余裕运算器B4输出。
电动发电机余裕运算器B4输入由电动发电机动力运算器B3算出的当前输出的电动发电机动力、电动发电机状态信号、蓄电装置余量信号、和蓄电装置状态信号，将与电动发电机状态相应的电动发电机8的最大输出、当前输出的电动发电机8的动力、和根据蓄电装置余量及蓄电装置状态而受到限制的向电动发电机8的供给电力进行比较，运算能够从电动发电机8供给的动力的余裕量，并将其向可供给动力运算器B5输出。
此外，在电动发电机状态信号及蓄电装置状态信号中，与上述发动机状态信号同样地例如包括过热状态信号，在输入了这种状态信号的情况下，电动发电机8和蓄电装置9的最大输出成为比通常时的输出特性低的值。另外，在蓄电装置9的状态信号中还包括蓄电器的健康状态、即所谓的SOH(State Of Health)，在SOH低的情况下，蓄电装置9的最大输出比SOH高时降低。
可供给动力运算器B5输入由发动机余裕运算器B2算出的第一可供给动力、和由电动发电机余裕运算器B4算出的能够从电动发电机8供给的动力的余裕量，运算作为动力传动系(power train)的发动机7和电动发电机8能够供给的动力。将可供给动力运算器B5的输出定义为第二可供给动力。此外，在不具备电动发电机8及变频器(PCU)12的类型的混合动力挖掘机或液压挖掘机中，发动机余裕运算器B2的输出维持原样地直接成为可供给动力运算部A2的输出。
接着，使用图7对电动旋转马达可供给动力运算部A3进行说明。电动旋转马达可供给动力运算部A3运算能够向旋转电动马达10供给的旋转电动马达可供给动力信号，具备电动旋转马达动力运算器C1和电动旋转马达余裕运算器C2。
电动旋转马达动力运算器C1输入电动旋转转速信号和电动旋转转矩信号，根据这些信号来运算电动旋转马达10当前输出的动力。所算出的当前输出的动力的信号向电动旋转马达余裕运算器C2输出。
电动旋转马达余裕运算器C2输入由电动旋转马达动力运算器C1算出的当前输出的电动旋转马达动力、电动旋转马达状态信号、蓄电装置余量信号、蓄电装置状态信号、以及由可供给动力运算部A2算出的可供给动力(第一可供给动力)，将与电动旋转马达状态相应的电动旋转马达10的最大输出、当前输出的电动旋转马达10的动力、根据蓄电装置余量及蓄电装置状态而受到限制的向电动旋转马达10的供给电力、和由可供给动力运算部A2算出的“第一可供给动力”进行比较，运算能够从电动旋转马达10供给的动力。
此外，电动旋转马达状态信号也与上述电动发电机状态信号同样地例如包括过热状态信号，在输入了这种状态信号的情况下，电动旋转马达10的最大输出成为比通常时的输出特性低的值。
在运算电动旋转马达10的输出时利用第一可供给动力的原因在于，考虑到由发动机7的剩余动力使电动发电机8进行发电动作，并通过发电所产生的电力来驱动电动旋转马达10的情况。此外，在不具备电动旋转马达10及变频器(PCU)13的类型的混合动力挖掘机或液压挖掘机中，电动旋转马达可供给动力运算部A3并不动作。
接着，使用图8对执行机构动力运算部A4进行说明。执行机构动力运算部A4运算前目标动力信号、液压旋转目标动力信号和电动旋转目标动力信号，具备齿尖轨道比较器D1和动力分配运算器D2。
齿尖轨道比较器D1输入旋转速度信号、前速度信号、和由目标轨道运算部A1算出的目标轨道信号，将根据目标轨道信号算出的速度矢量与实际的旋转速度信号和前速度信号进行比较，并进行旋转速度和前速度相对于根据目标轨道算出的速度矢量是领先还是延迟的判断、以及前速度与旋转速度之间的相对的领先和延迟的关系的判断。这些判断信号输出至动力分配运算器D2。
使用图9来说明基于齿尖轨道比较器D1进行的运算。在图9中，横轴(SW)表示旋转角度，纵轴(FR)表示前装置1A的位置。点S0表示当前时刻的前装置1A的齿尖位置，虚线所示的S1表示以当前时刻的齿尖位置S0为基点运算出的目标轨道的时间序列变化。另外，各箭头表示矢量，箭头的长度表示旋转速度、前速度。S2是目标轨道S1的点S0处的切矢量(tangent vector)，表示根据目标轨道算出的速度矢量。S4表示旋转速度信号的速度矢量，S3表示前速度信号的速度矢量。S5表示实际轨道的合成矢量。
在图9中，可知旋转速度(S4)相对于根据目标轨道算出的速度矢量S2延迟、以及旋转速度(S4)相对于前速度(S3)延迟。
返回至图8，动力分配运算器D2输入由齿尖轨道比较器D1运算出的齿尖轨道与目标轨道的比较结果、第一可供给动力信号、第二可供给动力信号、和旋转电动马达可供给动力信号，并根据这些信号进行前目标动力、液压旋转目标动力、电动旋转目标动力的分配。具体来说，作为前目标动力，为了控制向前装置1A的液压执行机构(例如动臂缸3a)供给的液压油而向第一液压泵6A的调节器6Ax输出控制信号。在增加前目标动力的情况下，以能够确保从第一液压泵6A向前装置1A的液压执行机构供给的液压油动力的方式，同时为了控制发动机7和电动发电机8中的某一方或双方的动力，而向发动机控制单元(ECU)11和变频器(PCU)12输出控制信号。作为液压旋转目标动力，为了控制液压旋转马达16的动力而向第二液压泵6B的调节器6Bx输出控制信号。在增加液压旋转目标动力的情况下，以能够确保从第二液压泵6B向液压旋转马达16供给的液压油动力的方式，同时为了控制发动机7和电动发电机8中的某一方或双方的动力，而向发动机控制单元(ECU)11和变频器(PCU)12输出控制信号。另外，作为电动旋转目标动力，为了控制电动旋转马达10的动力而向变频器(PCU)13输出控制信号。
该分配中的基本方针是，若存在可供给动力的余裕的话，则以延迟侧的执行机构速度上升的方式增加目标动力，由此改善执行机构速度的平衡。例如，在旋转速度比前速度领先的情况下，通过提高前目标动力来调节旋转速度与前速度的速度平衡。另一方面，在可供给动力不存在余裕的情况下，以领先侧的执行机构速度下降的方式抑制目标动力，由此改善执行机构速度的平衡。
使用图10A和图10B来说明基于动力分配运算器D2进行的运算。在图10A和图10B中，纵轴、横轴以及相同的附图标记表示相同的内容。图10A表示存在可供给动力的余裕、且以延迟侧的执行机构速度上升的方式增加目标动力的情况。通过从图9的S5所示的实际轨道的合成矢量(旋转速度(S4)相对于根据目标轨道算出的速度矢量S2延迟)来提高旋转目标动力，而使旋转速度的矢量从S4增加至S4b。由此，实际轨道的合成矢量S5b的方向与目标轨道的切矢量S2的方向一致。在这样的动作中，由于齿尖位置沿着目标轨道快速移动，所以作业效率优异，且能够实现良好的操作性。
图10B表示可供给动力不存在余裕的情况，且以领先侧的执行机构速度下降的方式抑制目标动力的情况。通过从图9的S5所示的实际轨道的合成矢量(旋转速度(S4)相对于根据目标轨道算出的速度矢量S2延迟)来抑制前目标动力，而使前速度的矢量从S3减少至S3c。由此，旋转速度的矢量S4与前速度的矢量S3c的合成矢量S5c的方向与目标轨道的切矢量S2的方向一致。其结果是，能够维持良好的操作性。但由于矢量的大小变小，所以作业性比图10A的情况差。
接着，使用图11～图14来说明执行机构动力运算部A4的动力分配运算器D2进行的动力分配方法。图11是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的处理内容的一例的流程图，图12是将图11所示的执行机构动力运算部中的处理内容的一部分根据工程机械的形态进行变形后的流程图的一例，图13是将图11所示的执行机构动力运算部中的处理内容的一部分根据工程机械的形态进行变形后的流程图的另一例，图14是表示构成本发明的工程机械的控制装置的一实施方式的执行机构动力运算部中的处理内容的另一例的流程图。
图11表示从齿尖轨道比较器D1接收到旋转速度比前速度领先的比较结果的情况下的动力分配运算器D2的控制动作。
动力分配运算器D2判断第一可供给动力是否充足(步骤S01)。具体来说，判断能够从发动机7供给的动力是否存在余裕。若第一可供给动力存在余裕的话，则进入(步骤S02)，在除此以外的情况下进入(步骤S03)。
动力分配运算器D2通过使发动机7的动力增加来实现前目标动力的增加(步骤S02)。由此，前速度增加，从而能够与旋转速度取得平衡。
在(步骤S01)中第一可供给动力不存在余裕的情况下，动力分配运算器D2判断第二可供给动力是否充足(步骤S03)。具体来说，判断能够从发动机7和电动发电机8供给的动力是否存在余裕。若第二可供给动力存在余裕的话，则进入(步骤S04)，在除此以外的情况下进入(步骤S05)。
动力分配运算器D2通过使电动发电机8的动力增加来实现前目标动力的增加(步骤S04)。这是由于在(步骤S01)中已知发动机7的动力不存在余裕。
在(步骤S03)中第二可供给动力不存在余裕的情况下，动力分配运算器D2抑制液压旋转目标动力(步骤S05)。这是由于发动机7及电动发电机8均供给了充足的动力，所以前速度无法进一步上升，因此以通过降低旋转动力来取得速度的平衡为目的。由于已知对于旋转马达来说与液压驱动相比电动驱动的效率更优异，所以优先抑制液压旋转目标动力。具体来说，为了控制液压旋转马达16的动力而向第二液压泵6B的调节器6Bx输出控制信号。
动力分配运算器D2判断旋转速度是否比前速度领先(步骤S06)。具体依照来自齿尖轨道比较器D1的比较结果。由于在(步骤S05)中降低了液压旋转目标动力，所以在即使这样旋转速度也仍然领先的情况下，进入(步骤S07)，在除此以外的情况下结束。
动力分配运算器D2抑制电动旋转目标动力(步骤S07)。具体来说，为了抑制电动旋转马达10的动力而向变频器(PCU)13输出控制信号。通过抑制电动旋转目标动力，能够取得旋转速度与前速度的平衡。
上述执行机构动力运算部中的处理内容的一例的流程以图2所示的混合动力挖掘机的执行机构驱动控制系统的结构为前提，但即使是去掉该设备结构的一部分后的混合动力挖掘机或液压挖掘机，也能够通过从图11的流程图中省略对应设备的处理来实现所期望的控制。
例如，在不具备本实施方式中的液压旋转马达16的旋转全电动马达类型的混合动力挖掘机的情况下，变成依照图12的流程图。图12的流程图是在上述的流程中除去了(步骤S05)和(步骤S06)的流程图，在(步骤S03)中第二可供给动力不存在余裕的情况下，立即进入(步骤S07)来抑制电动旋转目标动力。
另外，在不具备本实施方式中的电动发电机8、蓄电装置9、电动旋转马达10、变频器(PCU)12、变频器(PCU)13、电池控制单元(BCU)14的通常的液压挖掘机的情况下，变成依照图13的流程图。图13的流程图是在上述的流程中除去了(步骤S03)、(步骤S04)、(步骤S06)、(步骤S07)的流程图，成为在(步骤S01)中第一可供给动力不存在余裕的情况下立即进入(步骤S05)而抑制液压旋转目标动力这样的简单控制。
接着，使用图14来说明接收到前速度比旋转速度领先的比较结果的情况下的动力分配运算器D2的控制动作。
动力分配运算器D2判断旋转电动马达可供给动力是否充足(步骤S11)。具体来说，判断旋转电动马达可供给动力是否存在余裕。若旋转电动马达可供给动力存在余裕的话，则进入(步骤S12)，在除此以外的情况下进入(步骤S13)。
动力分配运算器D2通过来自蓄电装置9的供电而使电动旋转目标动力增加(步骤S12)。具体来说，如图10A所示地旋转速度矢量增加，由此目标轨道的切矢量的方向与实际轨道的合成矢量的方向一致。由此，旋转速度增加，从而能够与前速度取得平衡。
在(步骤S11)中旋转电动马达可供给动力不存在余裕的情况下，动力分配运算器D2判断第二可供给动力是否充足(步骤S13)。具体来说，判断能够从发动机7和电动发电机8供给的动力是否存在余裕。若第二可供给动力存在余裕的话，则进入(步骤S15)，在除此以外的情况下进入(步骤S14)。
在(步骤S13)中第二可供给动力不存在余裕的情况下，动力分配运算器D2抑制前目标动力(步骤S14)。这是由于发动机7及蓄电装置9均不存在余裕、旋转速度无法上升，所以能够抑制前目标动力来降低前速度从而取得与旋转速度的平衡。具体来说，通过如图10B所示地使前速度矢量减少，而使实际轨道的合成矢量的方向与目标轨道的切矢量的方向一致。由此，前速度与旋转速度能够取得平衡。
在(步骤S13)中第二可供给动力存在余裕的情况下，动力分配运算器D2判断第一可供给动力是否充足(步骤S15)。若第一可供给动力存在余裕，则进入(步骤S16)，在除此以外的情况下进入(步骤S17)。
动力分配运算器D2使基于发电电力的电动旋转目标动力增加(步骤S16)。在此，虽然蓄电装置9不存在余裕，但是由于发动机7存在余裕，所以由发动机7使电动发电机8进行发电动作，并将发电所产生的电力供给至电动旋转马达10来使电动旋转目标动力增加。旋转速度增加，从而与前速度的平衡得到改善。
在(步骤S15)中，若第一可供给动力不存在余裕的话，则动力分配运算器D2使液压旋转目标动力增加(步骤S17)。在此，虽然发动机7不存在余裕，但是由于蓄电装置9存在余裕，所以通过驱动电动发电机8而利用第二液压泵6B的调节器6Bx实现液压旋转目标动力的增加。旋转速度增加，从而与前速度的平衡得到改善。
此外，在蓄电装置9的输出存在余裕的情况下，在通常时通过(步骤S11)的判断进入(步骤S12)，执行“增加电动旋转目标动力”。但是，当存在电动旋转马达10为过热状态的状况时，变成“虽然蓄电装置9的输出存在余裕，但是旋转电动马达可供给动力不存在余裕”的状态，执行(步骤S17)。
与对旋转速度比前速度领先的情况下的动力分配运算器D2的控制动作进行说明的情况同样地，图14所示的执行机构动力运算部中的处理内容的另一例的流程以图2所示的混合动力挖掘机的执行机构驱动控制系统的结构为前提，但即使是去掉该设备结构的一部分后的混合动力挖掘机或液压挖掘机，也能够通过从图14的流程图中省略对应设备的处理来实现所期望的控制。
根据上述本发明的工程机械的控制装置的一实施方式，即使在能够从发动机7供给的动力和/或能够从蓄电装置9供给的电力发生了变动的情况下，也容易将复合动作时的前装置1A的轨迹维持在目标位置，因此能够维持旋转复合动作的良好操作性。
另外，根据上述本发明的工程机械的控制装置的一实施方式，在能够供给的动力充足的情况下，在复合动作时以沿着目标轨道的速度进行控制，因此能够既不易使操作人员感到操作不适感、也能够实现作业性高的动作。
另外，本发明并不限于上述实施方式，还包括各种各样的变形例。上述实施方式为了简单易懂地说明本发明而进行了具体说明，但并不一定要限定于具备所说明的所有结构。
附图标记说明
1A：前装置，1B：车身，1a：动臂，1b：斗杆，1c：铲斗，1d：上部旋转体，1e：下部行驶体，3a：动臂缸，3b：斗杆缸，3c：铲斗缸，4：操作杆装置，5：控制阀，6A：第一液压泵，6B：第二液压泵，7：发动机，8：电动发电机，9：蓄电装置，10：电动旋转马达，11：发动机控制单元(ECU)，12、13：变频器(PCU)，14：电池控制单元(BCU)，15：控制器，16：液压旋转马达，17：缸行程传感器，18：旋转角度传感器，19：缸压力传感器。

Claims (5)

1.一种工程机械的控制装置，该工程机械具备发动机、由所述发动机驱动的液压泵、由液压执行机构驱动的前驱动部、由旋转马达驱动的旋转体驱动部、用于操作所述前驱动部的前操作装置、和用于操作所述旋转体驱动部的旋转操作装置，所述工程机械的控制装置的特征在于，具备：
前速度检测器，其检测所述前驱动部的速度；
旋转体速度检测器，其检测所述旋转体驱动部的角速度；
目标轨道运算部，其根据所述前驱动部的齿尖位置、表示所述前驱动部是载货状态还是空载状态的车身状态、所述前操作装置的操作量、和所述旋转操作装置的操作量，运算所述前驱动部的齿尖位置的目标轨道，其中所述前驱动部的齿尖位置根据由所述前速度检测器检测的所述前驱动部的速度、和由所述旋转体速度检测器检测的所述旋转体驱动部的角速度来运算；以及
执行机构动力运算部，其在所述前操作装置和所述旋转操作装置同时被操作时，对所述目标轨道运算部运算出的目标轨道的速度矢量、与实际的所述前驱动部的速度和所述旋转体驱动部的角速度进行比较，进行所述前驱动部的速度和所述旋转体驱动部的角速度相对于所述目标轨道的速度矢量是领先还是延迟的判断、以及所述前驱动部的速度与所述旋转体驱动部的角速度之间的相对的领先和延迟的关系的判断，并以在存在可供给动力的余裕时使延迟侧的驱动部的速度上升、在不存在可供给动力的余裕时使领先侧的驱动部的速度下降、并使所述前驱动部的齿尖进行追随的方式来调节向所述前驱动部或所述旋转体驱动部供给的动力。
2.根据权利要求1所述的工程机械的控制装置，其特征在于，还具备可供给动力运算部，该可供给动力运算部通过将所述发动机实际输出的动力与所述发动机能够输出的动力进行比较，来计算所述发动机能够追加供给的动力即第一可供给动力，
所述执行机构动力运算部在存在所述第一可供给动力的情况下，将所述前驱动部的速度即前速度与所述旋转体驱动部的速度即旋转速度进行比较，使向相对于所述目标轨道的速度延迟的驱动部供给的动力增加，
所述执行机构动力运算部在不存在所述第一可供给动力的情况下，抑制向所述前驱动部和所述旋转体驱动部中的、相对于所述目标轨道的速度领先的驱动部供给的动力。
3.根据权利要求2所述的工程机械的控制装置，其特征在于，还具备在与所述发动机之间能够传递转矩的电动发电机、和与所述电动发电机进行电力的授受的蓄电装置，
所述工程机械的控制装置具备可供给动力运算部，该可供给动力运算部通过将所述发动机和所述电动发电机实际输出的动力与所述发动机和所述电动发电机能够输出的动力进行比较，来计算所述发动机和所述电动发电机能够追加供给的动力即第二可供给动力，
所述执行机构动力运算部在存在所述第二可供给动力的情况下，将所述前速度与所述旋转速度进行比较，使向相对于所述目标轨道的速度延迟的驱动部供给的动力增加，
所述执行机构动力运算部在不存在所述第二可供给动力的情况下，抑制向所述前驱动部和所述旋转体驱动部中的、相对于所述目标轨道的速度领先的驱动部供给的动力。
4.根据权利要求3所述的工程机械的控制装置，其特征在于，所述旋转马达同时使用由从所述液压泵供给的液压油驱动的液压旋转马达、和与所述蓄电装置进行电力的授受的电动旋转马达，
所述工程机械的控制装置还具备电动旋转马达可供给动力运算部，该电动旋转马达可供给动力运算部通过将所述电动旋转马达实际输出的动力与根据所述蓄电装置的蓄电余量确定的所述电动旋转马达能够输出的动力进行比较，来计算电动旋转马达可供给动力，
所述执行机构动力运算部在所述旋转体驱动部加速时，
(a)在所述旋转速度相对于根据所述目标轨道确定的目标速度延迟、且所述电动旋转马达可供给动力存在余裕的情况下，增加所述电动旋转马达的输出，
(b)在所述旋转速度相对于所述目标速度延迟、且所述电动旋转马达可供给动力不存在余裕而所述第二可供给动力存在余裕的情况下，增加所述液压旋转马达的输出，
(c)在所述旋转速度相对于所述目标速度延迟、且所述电动旋转马达可供给动力和所述第二可供给动力不存在余裕的情况下，抑制所述前驱动部的输出，
(d)在所述前速度相对于所述目标速度延迟、且所述第二可供给动力存在余裕的情况下，增加所述前驱动部的输出，
(e)在所述前速度相对于所述目标速度延迟、且所述第二可供给动力不存在余裕的情况下，抑制所述液压旋转马达的输出，
(f)在即使通过所述(e)抑制了所述液压旋转马达的输出，所述前速度仍然相对于所述目标速度延迟的情况下，抑制所述电动旋转马达的输出。
5.根据权利要求3所述的工程机械的控制装置，其特征在于，所述旋转马达是与所述蓄电装置进行电力的授受的电动旋转马达，
所述工程机械的控制装置还具备电动旋转马达可供给动力运算部，该电动旋转马达可供给动力运算部通过将所述电动旋转马达实际输出的动力与根据所述蓄电装置的蓄电余量确定的所述电动旋转马达能够输出的动力进行比较，来计算电动旋转马达可供给动力，
所述执行机构动力运算部在所述旋转体驱动部加速时，
(a’)在所述旋转速度相对于根据所述目标轨道确定的目标速度延迟、且所述电动旋转马达可供给动力存在余裕的情况下，增加所述电动旋转马达的输出，
(b’)在所述旋转速度相对于所述目标速度延迟、且所述电动旋转马达可供给动力不存在余裕而所述第一可供给动力存在余裕的情况下，通过由所述电动发电机进行发电来增加所述电动旋转马达的输出，
(c’)在所述旋转速度相对于所述目标速度延迟、且所述电动旋转马达可供给动力和所述第二可供给动力不存在余裕的情况下，抑制所述前驱动部的输出，
(d’)在所述前速度相对于所述目标速度延迟、且所述第二可供给动力存在余裕的情况下，增加所述前驱动部的输出，
(e’)在所述前速度相对于所述目标速度延迟、且所述第二可供给动力不存在余裕的情况下，抑制所述电动旋转马达的输出。
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