DE60037740T2

DE60037740T2 - Hybridbaumaschine und steuervorrichtung für diese baumaschine

Info

Publication number: DE60037740T2
Application number: DE60037740T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Nishi-ku Kobe-shi KAGOSHIMA
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: KR100466766B1; DE60037740D1; US7279801B2; EP1782991B1; EP1782991A1; KR20020016840A; DE60040625D1; EP1219751B1; ATE383473T1; US20050001606A1; WO2001000934A1; EP1219751A1; EP1219751A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hybridbaumaschine, wie eine Hybridaushubmaschine, zum Kombinieren einer Brennkraftmaschine und einer Batterie zum Ausführen von verschiedenen Arbeiten und auf eine Steuervorrichtung der Hybridbaumaschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Allgemeinen ist eine Baumaschine, wie eine Aushubmaschine, derart aufgebaut, dass eine hydraulische Pumpe mittels einer Brennkraftmaschine angetrieben wird, um ein Stellglied mit dem hydraulischen Druck anzutreiben, aber anhand dieses Aufbaus ist der Brennstoffwirkungsgrad der Baumaschine mangelhaft und es treten Umweltprobleme auf, wie Lärm, Ablassgase und dergleichen, da Arbeiten ausgeführt werden, während der Brennkraftmaschinenausgang entsprechend einer großen Variation in einer Last unter der Arbeit in großem Ausmaß variiert wird.
Deshalb wurden in den vergangenen Jahren Hybridbaumaschinen und deren Steuervorrichtungen ( Japanische ungeprüfte Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. Hei 5-48501 , Japanische ungeprüfte Patentoffenlegung Nr. Hei 10-42587 usw.) entwickelt und vorgeschlagen, in denen die Brennkraftmaschine mit einem Elektromotor oder einem Leistungsgenerator verbunden wird, um einen Teil oder die Gesamtheit des Brennkraftmaschinenausgangs in elektrische Leistung umzuwandeln, Leistung, die bei einem Arbeiten mit einer leichten Last verbleibt, in eine Batterie geladen wird und die Leistung aus der Batterie abgezogen wird, um sie bei einem Arbeiten mit einer schweren Last zu verwenden. Anhand dieses Aufbaus, wie beispielsweise in 12 gezeigt, kann eine Variation des Brennkraftmaschinenausgangs selbst dann soweit wie möglich unterdrückt werden, wenn die Arbeitslast (Arbeitsenergie) in großem Maße variiert wird, um dadurch eine Verbesserung des Brennstoffwirkungsgrads und eine Verringerung von Lärm und Ablassgas zu realisieren, da ein variierender Abschnitt einer Arbeitslast (Arbeitsenergie) mittels Laden und Entladen der Batterie geglättet werden kann.
Da jedoch in dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Aufbau der Elektromotor nicht angetrieben werden kann, wenn auf Grund eines Ausfalls der Brennkraftmaschine, des Leistungsgenerators, der Batterie oder dergleichen keine Leistung von dem Leistungsgenerator oder der Batterie gewonnen werden kann, können nach jenem Zeitpunkt keine Betriebe ausgeführt werden. Deshalb muss, beispielsweise falls die Aushubmaschine ausfällt, wenn sich ein Ausleger in einem erhobenen Zustand befindet und der Ausleger in der erhobenen Position anhält, die Aushubmaschine in diesem Zustand belassen werden, bis eine Reparatur der Aushubmaschine vollendet ist, und somit kann die Sicherheit bedroht sein.
Die Druckschrift US 5,533,583 offenbart eine Steuereinheit, der ein Winkelversatz, -geschwindigkeit bzw. – beschleunigung eines Beschleunigungspedals zugeführt wird. Die Steuereinheit steuert einen durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Elektrogenerator gemäß dem Winkelversatz oder der Winkelgeschwindigkeit. Die Steuerung wird derart durchgeführt, dass, falls ein einen höheren Leistungsausgang erfordernder Versatz erfasst wird, als der Verbrennungsmotor zu einem gegebenen Zeitpunkt erzeugt, dann der zusätzlich erforderliche Leistungsausgang unmittelbar durch den Akkumulator bereitgestellt wird, bis der Leistungsausgang des Verbrennungsmotors den erforderlichen höheren Leistungsausgang erreicht hat.
Die Druckschrift EP 0 782 940 A1 offenbart ein System mit einer Generatoreinheit, die eine Wärmekraftmaschine umfasst, die den Generator antreibt, der wiederum einem Zweidraht- Zuführsystem einen Strom mit einer gleichbleibenden Spannung zuführt. Die Generatoreinheit wird durch eine Regelungseinheit gesteuert, die ein Signal von einer Beschleunigungseinrichtung und ein Kraftmaschinengeschwindigkeitssignal empfängt. Die Antriebseinheit enthält einen Elektromotor, der ein Laufrad durch eine Welle antreibt und der durch eine Regelungseinheit gesteuert wird. Die Regelungseinheit empfängt ein Versorgungsspannungssignal und vergleicht dieses mit einem voreingestellten Wert. Ein Korrektursignal wird dann zu der Antriebseinheit gesendet.
Ebenso muss die Baumaschine, insbesondere die Aushubmaschine, unterschiedliche Arbeiten durchführen, die in der Arbeitslast verschieden sind, wie Ausheben, Einebnen, eine Böschung aufschütten, Zerstreuen und dergleichen. Deshalb treten Probleme auf, wie Energieverschwendung, Verschlechterung der Batterie, Verringerung des Arbeitswirkungsgrads und dergleichen, wenn nicht eine Beziehung zwischen den vorstehend beschriebenen Arbeitsarten, dem Brennkraftmaschinenausgang und dem Ladezustand der Batterie betrachtet wird.
Deshalb liegt eine erste Aufgabe der Erfindung in einem Bereitstellen einer Hybridbaumaschine, die in der Lage ist, ihre Sicherheit durch Notfallantreiben von Elektromotoren sicherzustellen, wenn keine Leistung von einem Leistungsgenerator oder einer Batterie auf Grund von deren Ausfall gewonnen werden kann.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung liegt in einem Bereitstellen einer Steuervorrichtung einer Hybridbaumaschine, die in der Lage ist, eine Verschlechterung der Batterien auf Grund eines übermäßigen Ladens oder Entladens zu verhindern, wenn unterschiedliche Arbeiten mit verschiedener Last ausgeführt werden.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung liegt in einem Bereitstellen einer Steuervorrichtung einer Hybridbaumaschine, die in der Lage ist, eine Verringerung des Arbeitswirkungsgrads zu unterdrücken, während eine Verschlechterung der Batterien auf Grund eines übermäßigen Entladens soweit wie möglich verhindert wird.
Ein erstes Vergleichsbeispiel stellt eine Hybridbaumaschine bereit, die aufgebaut ist, um Elektromotoren mittels Leistung eines durch eine Brennkraftmaschine anzutreibenden Leistungsgenerators, mittels Leistung einer Hauptbatterie und mittels Leistung einer mit der Leistung des Leistungsgenerators aufzuladenden Hilfsbatterie anzutreiben, mit einem Schalter zum Umschalten, um die Elektromotoren mittels normaler Leistung des Leistungsgenerators und/oder der Hauptbatterie in einem normalen Betriebszustand anzutreiben, und um die Elektromotoren mittels einer Hilfsleistung der Hilfsbatterie in einem Notbetriebszustand anzutreiben, in dem der Elektromotor nicht mittels der normalen Leistung angetrieben werden kann.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau können, da falls auf Grund von Ausfällen des Leistungsgenerators oder der Hauptbatterie in dem normalen Betrieb die Elektromotoren nicht mit der normalen Leistung versorgt werden, die Elektromotoren mittels der Hilfsleistung von der Hilfsbatterie durch Umschalten auf die Hilfsbatterie unter Verwendung des Schalters angetrieben werden, um dadurch den Notfallbetrieb auszuführen, wodurch die Baumaschine in einen sicheren Bereich bewegt wird oder in eine sichere Stellung verbracht wird, um die Sicherheit zu gewährleisten, und dann können außer Betrieb befindliche Abschnitte der Baumaschine repariert werden.
Die Hybridbaumaschine gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel umfasst ebenso einen Stellgliedauswahlschalter zum Auswählen der Elektromotoren, die mittels der Hilfsleistung in dem Notbetrieb anzutreiben sind. Im Ergebnis kann, da lediglich der durch den Stellgliedauswahlschalter ausgewählte Elektromotor mittels der Hilfsleistung angetrieben wird, eine Hilfsbatterie mit einer Kapazität eingesetzt werden, die kleiner als diejenige der Hauptbatterie ist, und die viele Elektromotoren zum gleichen Zeitpunkt antreiben muss. Deshalb kann, da die Hilfsbatterie minimiert werden kann, eine Vergrößerung der Baumaschine auf Grund der Ausstattung mit der Hilfsbatterie soweit wie möglich unterdrückt werden. Da ebenso unerwünschte Betriebe auf Grund von Fehlbetätigung und dergleichen verhindert werden können, kann die Sicherheit der Baumaschine verbessert werden.
Die Hybridbaumaschine gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ist ebenso eine Hybridaushubmaschine. Im Ergebnis kann, da die Hybridaushubmaschine verschiedene Stellungen einnimmt, wie das Anheben eines Auslegers oder eines Arms und dergleichen, die Erfindung geeignet in einem Zustand angewendet werden, in dem die Hybridbaumaschine in derartigen Stellungen anhält.
Die Erfindung stellt eine Steuervorrichtung gemäß unabhängigem Anspruch 1 bereit.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann, da ein Leistungsausgang von dem Leistungsgenerator gemäß dem Arbeitsinhalt variiert werden kann, ein großer Leistungsausgang aus dem Leistungsgenerator bei Arbeiten mit einer großen Last ausgegeben werden. und kann eine kleine Leistung von dem Leistungsgenerator bei Arbeiten mit einer kleinen Last ausgegeben werden. Da die Arbeitslast proportional zu der Leistungsaufnahme der Elektromotoren ist, wird ebenso eine große Leistung aus der Batterie bei Arbeiten mit einer großen Last entladen, und wird eine kleine Leistung aus der Batterie bei Arbeiten mit einer kleinen Last entladen. Deshalb wird aus der Batterie entladene Leistung entsprechend der Last bei Arbeiten mit einem vorbestimmten Arbeitsinhalt erhöht oder verringert, wird der Leistungsausgang aus dem Leistungsgenerator entsprechend der Last erhöht oder verringert, und wird somit der Ladungsbetrag der Batterie erhöht oder verringert, so dass die Batterie nicht auf Grund übermäßigen Ladens oder übermäßigen Entladens der Batterie verschlechtert werden soll.
Die vorstehend beschriebene Steuervorrichtung weist ebenso eine Entwicklung gemäß abhängigem Anspruch 2 auf. Da der Arbeitsinhalt auf der Grundlage des Betätigungssignals des Betätigungshebels bestimmt und erkannt werden kann, kann im Ergebnis die Mühe, dass der Bediener den Arbeitsinhalt zuweist, vermieden werden.
Die vorstehend beschriebene Steuervorrichtung weist ebenso eine Entwicklung gemäß abhängigem Anspruch 3 auf. Da der mit dem Arbeitsbetriebsartschalter zugewiesene Arbeitsinhalt mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden kann, kann im Ergebnis ein übermäßiges Laden und Entladen der Batterie auf Grund einer Fehlerkennung und dergleichen mit Sicherheit verhindert werden.
Ein zweites Vergleichsbeispiel stellt eine Steuervorrichtung einer Hybridbaumaschine zum Ausführen von Arbeiten durch Laden einer Batterie mit Leistung eines durch eine Brennkraftmaschine anzutreibenden Leistungsgenerators und zum Antreiben von Elektromotoren mittels Leistung des Leistungsgenerators und/oder der Batterie bereit, mit einer Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung zum Regeln einer Arbeitsgeschwindigkeit gemäß dem Arbeitsinhalt, wenn die Leistung des Leistungsgenerators von einem vorbestimmten Wert oder darunter beträgt, so dass sich eine Leistungsaufnahme der Elektromotoren in einem Bereich befindet, in dem kein übermäßiges Entladen des Leistungsgenerators verursacht wird.
Beträgt die Leistung des durch die Brennkraftmaschine anzutreibenden Leistungsgenerators von einem vorbestimmten Wert oder darunter, wie in einem Zustand, in dem die Brennkraftmaschine anhält, oder in einem Leerlaufzustand, dann tritt gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau eine vorbestimmte Zeitverzögerung auf, bis die Brennkraftmaschine hinreichend angetrieben wird, um hinreichende Leistung von dem Leistungsgenerator zu gewinnen. Während der Verzögerungszeit wird jede Arbeit in dem Arbeitsinhalt unter Verwendung von von der Batterie entladener Leistung ausgeführt. Deshalb verursacht bei Arbeiten mit einer großen Arbeitslast ein Ausführen der Arbeit bei normaler Arbeitsgeschwindigkeit auf Grund von übermäßigem Entladen eine Verschlechterung der Batterie, aber gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Erfindung kann, da die Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung die Arbeitsgeschwindigkeit gemäß dem Arbeitsinhalt derart regelt, dass das übermäßige Entladen der Batterie verhindert werden kann, die Batterie auf Grund des übermäßigen Entladens nicht verschlechtert werden.
Da die Arbeitsgeschwindigkeit gemäß dem Arbeitsinhalt geregelt wird, so dass die Leistungsaufnahme der Elektromotoren sich in einem Bereich befindet, in dem das übermäßige Entladen nicht verursacht wird, kann ebenso die Arbeitsgeschwindigkeit der jeweiligen Arbeitsinhalte auf einen Maximalwert in einem Bereich gesetzt werden, um kein übermäßiges Entladen zu verursachen. Da bei Arbeiten mit einer kleinen Arbeitslast die Arbeit bei einer Geschwindigkeit ausgeführt werden kann, die im Wesentlichen gleich der normalen Arbeitsgeschwindigkeit ist, kann deshalb ein Arbeitswirkungsgrad, der größer als in dem herkömmlichen Fall ist, in dem die Arbeitsgeschwindigkeit ohne Rücksichtnahme auf den Arbeitsinhalt konstant gehalten wird, verbessert werden, um dadurch eine Verringerung des Arbeitswirkungsgrads auf Grund einer Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit soweit wie möglich zu unterdrücken.
Die Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel umfasst ebenso einen durch einen Bediener zu betätigenden Betätigungshebel und eine Arbeitsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen des Arbeitsinhalts auf der Grundlage eines Betätigungssignals von dem Betätigungshebel und zum Ausgeben des Ergebnisses zu der Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung. Da der Arbeitsinhalt auf der Grundlage des Betätigungssignals von dem Betätigungshebel bestimmt und erkannt werden kann, kann im Ergebnis die Mühe, dass ein Bediener den Arbeitsinhalt zuweist, vermieden werden.
Die Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel umfasst ebenso einen Arbeitsbetriebsartschalter, mit dem der Arbeitsinhalt durch einen Bediener zugewiesen werden kann, und eine Schaltererfassungseinrichtung zum Erfassen des mit dem Arbeitsbetriebsartschalter zugewiesenen Arbeitsinhalts und zum Ausgeben des Ergebnisses zu der Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung. Da der mit dem Arbeitsbetriebsartschalter zugewiesene Arbeitsinhalt mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden kann, kann im Ergebnis ein übermäßiges Entladen der Hauptbatterie auf Grund einer Fehlerkennung mit Sicherheit verhindert werden.
Die Hybridbaumaschine mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist ebenso eine Hybridaushubmaschine, wie in abhängigem Anspruch 4 dargelegt. Im Ergebnis kann die Erfindung geeignet bei einer Hybridaushubmaschine zum Ausführen von unterschiedlichen Arbeitsinhalten angewendet werden, deren Last innerhalb eines großen Bereichs variiert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Blockdarstellung einer Steuervorrichtung der Hybridaushubmaschine,
2 ein Ablaufdiagramm einer Auswahlroutine eines Stellglieds,
3 eine schematische Seitenansicht der gesamten Hybridaushubmaschine,
4 eine Blockdarstellung einer Steuervorrichtung der Hybridaushubmaschine,
5 ein Ablaufdiagramm einer Ausgangsvariationsroutine,
6 eine beschreibende Ansicht von Lasteigenschaften der jeweiligen Arbeiten,
7 eine beschreibende Ansicht einer Beziehung zwischen der Arbeitsbetriebsart und dem Generatorausgang,
8 ein Blockdiagramm eines Antriebssteuersystems der Hybridaushubmaschine,
9 eine Blockdarstellung einer Steuervorrichtung der Hybridaushubmaschine,
10 ein Ablaufdiagramm einer Korrekturroutine eines Betätigungs- bzw. Manipulationssignals,
11 ein Blockdiagramm eines Antriebssteuersystems der Hybridaushubmaschine, und
12 eine beschreibende Ansicht von Lade- und Entladezuständen einer Batterie bei Arbeiten in einer Hybridbetriebsart.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
(ERSTES VERGLEICHSBEISPIEL)
Nun wird ein erstes Vergleichsbeispiel unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben. Obwohl in der nachstehenden Beschreibung eine Hybridaushubmaschine beschrieben wird, die eine Hybridbetriebsart vom Reihentyp einsetzt, kann das erste Vergleichsbeispiel der Erfindung ebenso bei einer Hybridaushubmaschine angewendet werden, die eine Hybridbetriebsart vom Paralleltyp einsetzt.
Die Hybridaushubmaschine, die eine Hybridbaumaschine gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel wie in 3 gezeigt ist, enthält eine untere Fahrteinheit 1, eine obere Dreheinheit 2, die drehbar auf einem oberen Zentrum der unteren Fahrteinheit 1 bereitgestellt ist, und einen Aushubanbau 3, der bei einem vorderen Abschnitt der oberen Dreheinheit 2 bereitgestellt ist. Die untere Fahrteinheit 1 umfasst ein Paar von Raupenkettengestellen 4, die an beiden Enden der Fahrteinheit parallel zueinander angeordnet sind, Raupenketten 5, die drehbar um die jeweiligen Raupenkettengestelle 4 herum und in Oberflächenkontakt mit dem Untergrund bereitgestellt sind, Elektromotoren 6, 7 und Untersetzungsgetriebe 35, 36 zum drehbaren Antreiben der Raupenketten 5. Die derart aufgebaute untere Fahrteinheit 1 treibt die jeweiligen Raupenketten 5 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen durch die Untersetzungsgetriebe 35, 36 mittels der Elektromotoren 6, 7 drehbar und separat an, so dass die gesamte Aushubmaschine sich vorwärts und rückwärts bewegen, und sich drehen und um sich selbst drehen kann.
Auf einem oberen Zentrum der unteren Fahrteinheit 1 ist eine Drehwelle 8a rechtwinklig zu der unteren Fahrteinheit 1 bereitgestellt. In einem oberen Abschnitt der Drehwelle 8a ist ein Drehgestell 8 drehbar gelagert, das einen Teil der oberen Dreheinheit 2 aufbaut. Auf einer oberen Oberfläche des Drehgestells 8 sind eine Kabine 9, die einen Bedienerraum für einen Bediener bildet, und eine Maschinerieunterbringungseinrichtung 41, die mit einer Schutzabdeckung 40 bedeckt ist, bereitgestellt, und sind ebenso ein Ausleger 17 des Aushubanbaus 3 und ein Ende eines Auslegerzylinders 18 bereitgestellt, um vertikal drehbar zu sein.
Innerhalb der Maschinerieunterbringungseinrichtung 41 sind ein Drehelektromotor 13 und ein Untersetzungsgetriebe 14 bereitgestellt und ist ebenso ein Auslegerstellglied A1 vom Integraltyp mit einem Auslegerelektromotor 15 und einer Auslegerpumpe 16 als eine Einheit bereitgestellt. Der Drehelektromotor 13 treibt das Drehgestell 8 durch das Untersetzungsgetriebe 14 an, damit sich dieses um die Drehwelle 8a herum selbst dreht. Das Auslegerstellglied A1 vom Integraltyp ist ebenso durch ein nicht gezeigtes hydraulisches Rohr mit dem Auslegerzylinder 18 verbunden und veranlasst einen Zylinderstab des Auslegerzylinders 18, sich mit hydraulischem Druck vorzuschieben und zurückzuziehen, um dadurch eine Vorderend-(die andere End-)-Seite des Auslegers 17 zu einer Auf- und Abwärtsbewegung zu veranlassen.
An dem Vorderende des Auslegers 17 ist ein Arm 19 drehbar gelagert. An dem Vorderende des Arms 19 ist eine Schaufel 21 drehbar gelagert. Ebenso sind der Ausleger 17 und der Arm 19 durch einen Armzylinder 20 miteinander verbunden, und sind der Arm 19 und die Schaufel 21 durch einen Schaufelzylinder 22 miteinander verbunden. Bei diesen Zylindern 20, 22 sind ein Armstellglied A2 vom Integraltyp bzw. ein Schaufelstellglied A3 vom Integraltyp bereitgestellt, und sind Elektromotoren 23, 25 und Pumpen 24, 26 als eine Einheit umfasst, um die jeweiligen Stellglieder 142, A3 aufzubauen. Die jeweiligen Stellglie der A2, A3 veranlassen Zylinderstäbe der Zylinder 20, 22, sich durch den hydraulischen Druck vorwärts und rückwärts zu bewegen, und somit den Arm 19 bzw. die Schaufel 21, sich nach oben und unten zu drehen.
Ebenso sind in der vorstehend beschriebenen Maschinerieunterbringungseinheit 41 eine Brennkraftmaschine 10, ein Leistungsgenerator 11 zum Erzeugen einer Wechselstromleistung entsprechend der Drehgeschwindigkeit (Ausgang der Brennkraftmaschine) der Brennkraftmaschine 10, eine Hauptbatterie 12, die bei einem normalen Betrieb verwendet wird, und eine Hilfsbatterie 42, die bei einem Notbetrieb verwendet wird, in dem die Hauptbatterie 12 nicht verwendet werden kann, zusätzlich zu dem Drehelektromotor 13 und dem Auslegerstellglied A1 vom Integraltyp bereitgestellt. Ebenso wird eine Sekundärbatterie, die wiederholt mit Leistung geladen und entladen werden kann, wie eine Pb- Speicherbatterie oder eine Nickelwasserstoffspeicherbatterie, in beiden Batterien 12, 42 eingesetzt.
Wie in 1 gezeigt, ist der Leistungsgenerator 11 mit einer Motorsteuereinrichtung 37 der Steuervorrichtung verbunden. Die Motorsteuereinrichtung 37 ist mit den vorstehend beschriebenen, verschiedenen Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 verbunden und ist durch einen Schalter 43 mit der Hauptbatterie 12 und der Hilfsbatterie 42 verbunden. Der Schalter 43 umfasst drei Schaltabschnitte 43a bis 43c zum bidirektionalen Schalten, wobei zwei Schaltabschnitte 43a, 43b zum Laden und Anhalten der Hauptbatterie 12 verwendet werden und ein verbleibender Schaltabschnitt 43c zum Schalten zwischen Entladen von der Hauptbatterie 12 und Entladen von der Hilfsbatterie 42 verwendet wird. Der Schalter 43 ist derart eingestellt, dass zu dem Zeitpunkt eines normalen Betriebs die Schaltabschnitte 43a bis 43c alle die Hauptbatterie 12 und die Motorsteuereinrichtung 37 miteinander verbinden und derart, dass zu dem Zeitpunkt des Notbetriebs die Schaltabschnitte 43a, 43b von der Hauptbatterie 12 getrennt werden und der Schaltabschnitt 43c geschaltet wird, um die Hilfsbatterie 42 und die Motorsteuereinrichtung 37 miteinander zu verbinden. Eine Schaltbetätigung des Schalters 43 kann ebenso manuell durch einen Bediener ausgeführt werden und kann automatisch ausgeführt werden, wenn ein Mangel, wie ein Abfall in elektrischer Leistung, erfasst wird.
Die vorstehend beschriebene Motorsteuereinrichtung 37 weist verschiedene Steuerfunktionen auf, wie eine Funktion eines Leistungswandlers (eine Funktion eines Inverters) zum Umwandeln von Wechselstromleistung aus dem Leistungsgenerator 11 in Gleichstromleistung oder zum Umwandeln von Gleichstromleistung von der Batterie 12, 42 in Wechselstromleistung, eine Funktion des Antreibens der Elektromotoren zum Ausgeben von Wechselstromleistung, die mittels Umwandlung beispielsweise von der Hauptbatterie 12 erhalten wurde, zu den jeweiligen Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 auf der Grundlage des Betätigungssignals von einem Manipulations- bzw. Betätigungshebel 45, eine Funktion des normalen Ladens zum Laden der Hauptbatterie 12 mit von dem Leistungsgenerator 11 erzeugter Leistung und eine Funktion des Wiederbelebungsladens zum Laden der Hauptbatterie 12 mit einer Wiederbelebungsleistung, die von den jeweiligen Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 erzeugt wird, und weist ebenso eine Funktion zum Erfassen eines Ladungsbetrags in der Hauptbatterie 12, eines Erzeugungsbetrags in dem Leistungsgenerator und dergleichen auf. Deshalb können die Steuerfunktionen beliebig auf der Grundlage des Ladungsbetrags in der Hauptbatterie 12, des Erzeugungsbetrags in dem Leistungsgenerator 11 und dergleichen ausgeführt werden.
Die Motorsteuereinrichtung 37 weist ebenso eine Batterieschalterfassungseinrichtung 52 und eine Stellgliedschalteinrichtung 53 auf. Der Schalter 43 ist mit der Batterieschalterfassungseinrichtung 52 verbunden, und somit erfasst die Batterieschalterfassungseinrichtung 52 Verbindungszustände der jeweiligen Schaltabschnitte 43a bis 43c in dem Schalter 43 und gibt diese zu der Stellgliedschalteinrichtung 53 als ein Schalterfassungssignal aus. Die Stellgliedschalteinrichtung 53 ist ebenso mit dem Betätigungshebel 45 und dem Stellgliedauswahlschalter 54 zusätzlich zu der Batterieschalterfassungseinrichtung 52 verbunden. Der Betätigungshebel 45 und der Stellgliedauswahlschalter 54 sind in der in 3 gezeigten Kabine 9 bereitgestellt und geben das Betätigungssignal entsprechend dem Betätigungsbetrag durch den Bediener aus. Der Stellgliedauswahlschalter 54 wird ebenso bei einem Zuweisen der Elektromotoren durch den Bediener verwendet, die mittels Leistung der Hilfsbatterie 42 angetrieben werden können.
Wie vorstehend beschrieben, überwacht die Stellgliedschalteinrichtung 53, der ein Signal von den jeweiligen Einrichtungen 45, 52, 54 eingegeben wird, das Schalterfassungssignal von der Batterieschalterfassungseinrichtung 52, während die Einrichtung 53 eine Stellgliedauswahlroutine ausführt, einen Betrieb aller Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 veranlasst, wenn eine Verbindung zu der Hauptbatterie 12 erkannt wird, und lediglich den Betrieb der spezifischen Elektromotoren auf der Grundlage des Signals veranlasst, die durch den Stellgliedauswahlschalter 54 ausgewählt sind, wenn eine Verbindung zu der Hilfsbatterie 42 erkannt wird.
Ein Betrieb der Hybridaushubmaschine in dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachstehend beschrieben.
Wird Leistung in die Motorsteuereinrichtung 37 eingegeben und wird die Brennkraftmaschine 10 angetrieben, durch Ausführen einer Startbetätigung, dass der Bediener in der in 3 gezeigten Kabine den Zündschlüssel drehte, dann erkennt die Motorsteuereinrichtung 37 zuerst den Ladungsbetrag in der Hauptbatterie 12. Ist der Ladungsbetrag unzureichend, dann wird Wechselstromleistung, die von dem durch die Brennkraftmaschine 10 anzutreibenden Leistungsgenerator erzeugt wird, in Gleichstromleistung umgewandelt, um die Hauptbatterie 12 zu laden. Ist der Ladungsbetrag übermäßig unzureichend, dann wird ebenso ein Ausgang (die Drehgeschwindigkeit) der Brennkraftmaschine 10 erhöht und wird somit der Erzeugungsbetrag aus dem Leistungsgenerator 12 erhöht, um die Hauptbatterie 12 prompt zu laden. Ist demgegenüber der Ladungsbetrag hinreichend, dann befindet sich der Ausgang (Drehgeschwindigkeit) der Brennkraftmaschine 10 in einem Leerlaufzustand, in dem der Ausgang minimal ist, oder wird die Brennkraftmaschine 10 zu einem Anhalten veranlasst, um dadurch ein übermäßiges Laden der Hauptbatterie 12 zu verhindern, und wird dann zu einer Bereitschaft veranlasst, bis ein Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 eingegeben wird.
Betätigt der Bediener den Betätigungshebel 45, um eine vorbestimmte Arbeit auszuführen, dann wird als Nächstes ein dem Betätigungsbetrag entsprechendes Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 ausgegeben. Das Betätigungssignal wird der Stellgliedschalteinrichtung 53 der Motorsteuereinrichtung 37 eingegeben. Zu jenem Zeitpunkt überwacht die Stellgliedschalteinrichtung 53 einen Verbindungszustand (Auswahlzustand) des Schalters 43 auf der Grundlage des Schalterfassungssignals von der Batterieschalterfassungseinrichtung 52, während die Einrichtung 53 eine Stellgliedauswahlroutine gemäß 2 (S1) ausführt. Wird eine Verbindung zu der Hauptbatterie 12 erkannt (S1, JA), dann werden die jeweiligen Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 durch einen Betätigungsbetrag angetrieben, der dem Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 entspricht, so dass der Arbeitsinhalt unter Verwendung der normalen Leistung von der Hauptbatterie 12 oder dem Leistungsgenerator 11 ausgeführt wird (S2).
Kann die normale Leistung auf Grund eines Ausfalls der Brennkraftmaschine 10, des Leistungsgenerators 11, der Hauptbatterie 12 und dergleichen während der Arbeit den Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 nicht zugeführt werden, dann hält als Nächstes der Ausleger 17 oder der Arm 19 gemäß 3 im Laufe des Arbeitens an. Hält der Ausleger beispielsweise in einer nach oben gedrehten Stellung an, dann kann sich der Ausleger 17 plötzlich durch sein eigenes Gewicht bei einem Reparieren von falschen Abschnitten nach unten bewegen und somit können sich Arbeiter in einer sehr gefährlichen Situation befinden. Hielt die Aushubmaschine auf einer Böschung bzw. einem Aushub an, dann gehen Arbeiter mit Reparaturvorrichtungen in einem ausgehobenen Zustand vor, wobei das Gleichgewicht der Aushubmaschine mangelhaft ist, und somit wird den Arbeitern womöglich eine schwere Last auferlegt.
Demgemäß schaltet ein Bediener eine Verbindung eines Schalters 43 von der Hauptbatterie zu der Hilfsbatterie bei einem Anhalten während der Arbeit, so dass eine Hilfsleistung der Hilfsbatterie den jeweiligen Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 über eine Motorsteuereinrich tung 37 zugeführt werden kann. Wird eine Verbindung des Schalters 43 geschaltet, dann gibt die Batterieschalterfassungseinrichtung 52 zum Erfassen von dessen Verbindung das Schalterfassungssignal zu der Stellgliedschalteinrichtung 53 aus. Erkennt die Stellgliedschalteinrichtung 53 eine Verbindung zu der Hilfsbatterie auf der Grundlage des Erfassungssignals (S1, NEIN), dann wird ein Auswahlsignal von dem Stellgliedauswahlschalter 54 eingeführt und es wird auf der Grundlage des Auswahlsignals des Stellgliedauswahlschalters 54 bestimmt, ob ein Betrieb eines Auslegers 17 ausgewählt ist oder nicht (S3). Beispielsweise in einem Fall, in dem der Ausleger 17 in einer nach oben gedrehten Stellung anhält, falls ein Bediener "Auslegerauswahl" in dem Stellgliedauswahlschalter 54 auswählt, dann wird bestimmt, dass der Ausleger 17 ausgewählt ist (S3, JA) und lediglich der Elektromotor 15 für den Ausleger wird mittels Leistung von der Hilfsbatterie 42 angetrieben (S4). Somit kann der Bediener einen Betätigungshebel 45 betätigen, um den Ausleger 17 in eine sichere Position nach unten zu verbringen, und selbst wenn der Bediener einen Fehler bei der Betätigung macht, liegt kein Fall vor, in dem ein unerwünschter Betrieb in der Aushubmaschine verursacht wird.
Ist der Ausleger 17 nicht ausgewählt (S3, NEIN), dann wird ebenso bestimmt, ob der Arm 19 ausgewählt ist oder nicht (S5). Ist der Arm 19 ausgewählt (S5, JA), dann wird lediglich der Elektromotor 23 für den Arm angetrieben (S6), und ist der Arm 19 nicht ausgewählt (S5, NEIN), dann wird bestimmt, ob die Schaufel 21 ausgewählt ist oder nicht (S7). Ist die Schaufel 21 ausgewählt (S7, JA), dann wird lediglich der Elektromotor für die Schaufel 25 angetrieben (S8), und ist die Schaufel 21 nicht ausgewählt (S7, NEIN), dann wird bestimmt, ob ein Drehbetrieb ausgewählt ist oder nicht (S9). Ist der Drehbetrieb ausgewählt (S9, JA), dann wird lediglich der Elektromotor zum Drehbetrieb 13 angetrieben (S10), und ist der Drehbetrieb nicht ausgewählt (S9, NEIN), dann wird bestimmt, ob ein Fahrtbetrieb ausgewählt ist oder nicht (S11). Ist der Fahrtbetrieb ausgewählt (S11, JA), dann wird lediglich der Elektromotor 6 zur Linksfahrt und der Elektromotor 7 zur Rechtsfahrt angetrieben (S12).
Lediglich die wie vorstehend beschrieben ausgewählten Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 werden angetrieben, und somit kann, nachdem die Aushubmaschine in einen sicheren Bereich oder in eine sichere Stellung bewegt ist, eine Erfassung oder eine Reparatur von außer Betrieb befindlichen Abschnitten ausgeführt werden. Ist die Reparatur vorbei, dann wird der Schalter 43 zu einer Verbindung mit der Hauptbatterie 12 geschaltet, und somit können die Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 alle mit der normalen Leistung angetrieben werden, um Arbeiten normal auszuführen.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Hybridaushubmaschine aufgebaut, um den Elektromotor 15 mittels Leistung des durch die Brennkraftmaschine 10 anzutreibenden Leistungsgenerators 11, mittels Leistung der Hilfsbatterie 42 und mittels Leistung der mit Leistung des Generators 11 aufzuladenden Hauptbatterie 12 anzutreiben. Die Hybridaushubmaschine umfasst einen Schalter 43 zum Schalten, um den Elektromotor 15 mittels normaler Leistung des Leistungsgenerators 11 und/oder der Hauptbatterie 12 in einem normalen Betrieb anzutreiben, und um den Elektromotor 15 mittels Hilfsleistung der Hilfsbatterie 42 anzutreiben.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird, da falls dem Elektromotor 15 auf Grund eines Ausfalls des Leistungsgenerators 11, der Hauptbatterie 12 und dergleichen in dem normalen Betrieb keine normale Leistung zugeführt wird, die Hilfsbatterie 42 durch den Schalter 43 verbunden, so dass der Elektromotor 15 und dergleichen mittels Hilfsleistung von der Hilfsbatterie 42 angetrieben werden kann, die Baumaschine in einen sicheren Bereich bewegt wird oder in eine sichere Stellung verbracht wird und dann außer Betrieb befindliche Abschnitte repariert werden können.
Die Hybridaushubmaschine weist ebenso einen Stellgliedauswahlschalter 54 zum Auswählen des Elektromotors 15 auf, der mittels der Hilfsleistung in dem Notbetrieb anzutreiben ist. Da lediglich der durch den Stellgliedauswahlschalter 54 ausgewählte Elektromotor 15 mittels der Hilfsleistung angetrieben werden kann, kann eine Hilfsbatterie mit einer Kapazität verwendet werden, die kleiner als jene der Hauptbatterie zum gleichzeitigen Antreiben vieler Elektromotoren 15 und dergleichen ist. Da die Hilfsbatterie 42 minimiert werden kann, kann deshalb eine Vergrößerung der Aushubmaschine auf Grund einer Hinzufügung der Hilfsbatterie soweit wie möglich unterdrückt werden. Es ist ebenso möglich, die Sicherheit durch Verhindern des unerwünschten Betriebs auf Grund eines Betätigungsfehlers zu verbessern.
Obwohl der Aufbau des ersten Vergleichsbeispiels und Aufbauten eines ersten Ausführungsbeispiels und eines zweiten Vergleichsbeispiels, die nachstehend beschrieben sind, geeignet bei einer Hybridaushubmaschine zum Einnehmen von verschiedenen Stellungen, wie Anheben des Auslegers 17 oder des Arms 19, angewendet werden können, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und kann in allen Hybridbaumaschinen eingesetzt werden, wie einem Bulldozer oder einem Kran.
(ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL)
Nun wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 3 bis 8 beschrieben. Ebenso ist das gleiche Bezugszeichen mit dem gleichen Element wie jenem des ersten Vergleichsbeispiels versehen, und die Beschreibung dessen wird ausgelassen.
Die Hybridaushubmaschine, die eine erfindungsgemäße Hybridbaumaschine ist, umfasst die Motorsteuereinrichtung 37, wie gemäß 4 gezeigt. Die Motorsteuereinrichtung 37 ist mit einem Betätigungshebel 45 verbunden, der in der Kabine 9 gemäß 3 bereitgestellt ist. Der Betätigungshebel 45 ist mit einer Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 zusammen mit der Motorsteuereinrichtung 37 verbunden, und die Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 bestimmt eine Arbeitsbetriebsart auf der Grundlage eines Betätigungssignals von dem Betätigungshebel 45.
Die Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 ist mit einer Generatorausgangssteuereinrichtung 51 verbunden, die einen Abschnitt der Steuervorrichtung aufbaut, und durch Ausführen einer Ausgangsvariationsroutine gemäß 5 steuert die Generatorausgangssteuereinrichtung 51 eine Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine 10 mittels einer Dieselmotorsteuerung und dergleichen, so dass ein Ausgang des Leistungsgenerators 11 der Arbeitsbetriebsart entspricht. Die Generatorausgangssteuereinrichtung 51 kann ebenso den Leistungsgenerator 11 anstelle der Brennkraftmaschine 10 mittels einer Feldmagnetstromsteuerung und dergleichen steuern. Der Leistungsgenerator 11 zum Ausgeben einer der Arbeitsbetriebsart entsprechenden Leistung ist mit der Motorsteuereinrichtung 37 in der Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 verbunden. Der Aufbau ist mit Ausnahme des vorstehend beschriebenen Aufbaus gleich jenem des ersten Vergleichsbeispiels.
In dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachstehend ein Betrieb der Hybridaushubmaschine beschrieben.
Wird Leistung in die Motorsteuereinrichtung 37 eingegeben und wird die Brennkraftmaschine 10 angetrieben, durch Ausführen einer Startbetätigung, dass der Bediener in der Kabine gemäß 3 den Zündschlüssel drehte, dann erkennt die Motorsteuereinrichtung 37 zuerst einen Ladungsbetrag in der Hauptbatterie 12. Ist der Ladungsbetrag unzureichend, dann wird Wechselstromleistung, die von dem durch die Brennkraftmaschine 10 anzutreibenden Leistungsgenerator 11 erzeugt wird, in Gleichstromleistung umgewandelt, um die Hauptbatterie 12 zu laden. Ist der Ladungsbetrag übermäßig unzureichend, dann wird ebenso ein Ausgang (eine Drehgeschwindigkeit) der Brennkraftmaschine 10 erhöht, und wird somit der Erzeugungsbetrag von dem Leistungsgenerator 12 erhöht, um die Hauptbatterie 12 prompt zu laden. Ist demgegenüber der Ladungsbetrag in der Hauptbatterie 12 hinreichend, dann befindet sich der Ausgang (die Drehgeschwindigkeit) der Brennkraftmaschine 10 in einem Leerlaufzustand, in dem der Ausgang minimal ist, oder die Brennkraftmaschine 10 wird veranlasst, anzuhalten, um dadurch das übermäßige Laden der Hauptbatterie 12 zu verhindern, und dann, um bereit zu stehen, bis ein Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 eingegeben wird.
Betätigt der Bediener den Betätigungshebel 45, um eine vorbestimmte Arbeit auszuführen, dann wird als Nächstes das dem Betätigungsbetrag entsprechende Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 ausgegeben. Das Betätigungssignal wird der Motorsteuereinrichtung 37 bzw. der Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 eingegeben. In der Motorsteuereinrichtung 37 wird ihr Betrieb durch Verwenden von von der Hauptbatterie 12 entladener Leistung gestartet, um den Elektromotor 6, 7, 13, 15, 23, 25 jeweils mit dem Betätigungsbetrag anzutreiben, der dem Betätigungssignal entspricht. Die Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 entnimmt dem Betätigungssignal ein Merkmal und bestimmt die Arbeitsbetriebsart. Als ein Verfahren zum Bestimmen der Arbeitsbetriebsart kann beispielsweise das in der Japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. Hei 9-217702 offenbarte Verfahren verwendet werden.
Die wie vorstehend beschrieben durch die Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 erkannte Arbeitsbetriebsart wird zu der Generatorausgangssteuereinrichtung 51 ausgegeben. Zu jenem Zeitpunkt empfängt die Generatorausgangssteuereinrichtung 47, während sie eine wie in 5 gezeigte Ausgangsvariationsroutine ausführt, ein Arbeitsbetriebsartsignal von der Arbeitsbestimmungseinrichtung 46, um die Arbeitsbetriebsart (den Arbeitsinhalt) zu erkennen, die (der) in dem Arbeitsbetriebsartsignal enthalten ist (S21). Wie in 7 gezeigt, werden, falls die Arbeitsbetriebsart erkannt wird, Ausgabedaten des Leistungsgenerators 11, die der erkannten Arbeitsbetriebsart entsprechen, aus der Relation zwischen der in einem Speicher gespeicherten Arbeitsbetriebsart und dem Ausgang des Leistungsgenerators 11 ausgewählt. Wird beispielsweise "Zerstreuen" als Arbeitsbetriebsart erkannt, dann werden die Ausgabedaten von 4 kW ausgewählt, die entsprechend der Arbeitsbetriebsart eingestellt sind, und wird "schiebender Aushub" als Arbeitsbetriebsart erkannt, dann werden Ausgabedaten von 20 kW ausgewählt, die entsprechend der Arbeitsbetriebsart eingestellt sind.
Dann wird die den ausgewählten Ausgabedaten entsprechende Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine 10 berechnet, und die Brennkraftmaschine 10 wird hin zu der Drehgeschwindigkeit gesteuert (S23). Wird beispielsweise "Zerstreuen" als Arbeitsbetriebsart ausgeführt, dann ist eine von dem Leistungsgenerator 11 erzeugte Leistung von 4kW vergleichsweise klein, aber da die Arbeitsbetriebsart des "Zerstreuens" eine leichte Last aufweist und ein Erzeugungsbetrag der Hauptbatterie 12 sehr klein ist, kann die Hauptbatterie effektiv ohne übermäßiges Laden aufgeladen werden. Wird "schiebender Aushub" als Arbeitsbetriebsart ausgeführt, dann ist ebenso eine von dem Leistungsgenerator 11 erzeugte Leistung von 20 kW vergleichsweise groß, aber da die Arbeitsbetriebsart des "schiebenden Aushubs" eine schwere Last aufweist und ein Entladebetrag aus der Hauptbatterie 12 sehr groß ist, kann die Hauptbatterie effektiv ohne übermäßiges Entladen geladen werden.
Dann wird durch Überwachen eines Arbeitsbetriebsartsignals, eines Betätigungssignals und dergleichen bestimmt, ob die Arbeit vorüber ist oder nicht (S24). Ist die Arbeit nicht vorüber (S24, NEIN), dann wird die Brennkraftmaschine 10 gesteuert, um einen Ausgang des Leistungsgenerators 11 aufrecht zu erhalten, der gemäß der vorstehend beschriebenen Arbeitsbetriebsart ausgewählt ist. Ist die Arbeit vorüber (S24, JA), dann werden Betriebe wieder von dem Schritt S21 ausgeführt, so dass eine Steuerung ausgeführt werden kann, die einer nächsten Arbeitsbetriebsart entspricht.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Hybridaushubmaschine aufgebaut, um die Hauptbatterie 12 mit Leistung des durch die Brennkraftmaschine 10 anzutreibenden Leistungsgenerators 11 aufzuladen, wie in 4 gezeigt, und umfasst eine Steuervorrichtung, die Arbeiten durch Antreiben des Elektromotors 6 und dergleichen mit Leistung, die zumindest von der Hauptbatterie 12 entladen wird, ausführen kann. Die Steuervorrichtung ist aufgebaut, um die Generatorausgangssteuereinrichtung 51 zum Variieren eines Leistungsausgangs aus dem Leistungsgenerator 11 entsprechend einer Arbeitslast in der Arbeitsbetriebsart (dem Arbeitsinhalt) aufzuweisen.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird, wenn ein Leistungsausgang aus dem Leistungsgenerator 11 entsprechend einer Arbeitslast der Arbeitsbetriebsart variiert wird, eine große Leistung von dem Leistungsgenerator 11 ausgegeben, wenn die Arbeitslast groß ist, und wird eine kleine Leistung von dem Leistungsgenerator 11 ausgegeben, wenn die Arbeitslast klein ist. Da ebenso die Arbeitslast proportional zu einer Leistungsaufnahme des Elektromotors 6 und dergleichen ist, wird eine große Leistung von der Hauptbatterie 12 ausgegeben, wenn die Arbeitslast groß ist, und wird eine kleine Leistung von der Hauptbatterie 12 ausgegeben, wenn die Arbeitslast klein ist. Wird eine Arbeit in einer vorbestimmten Arbeitsbetriebsart vorangetrieben und wird ein Leistungsausgang aus der Hauptbatterie 12 entsprechend der Arbeitslast erhöht und verringert, dann wird ein Leistungsausgang aus dem Leistungsgenerator 11 entsprechend der Arbeitslast erhöht und verringert, und wird somit der Ladungsbetrag der Hauptbatterie 11 erhöht und verringert. Deshalb ist sicher, dass die Hauptbatterie 12 auf Grund eines übermäßigen Ladens oder Entladens nicht verschlechtert werden kann.
Die vorstehend beschriebene Steuervorrichtung ist ebenso aufgebaut, um einen Manipulations- bzw. Betätigungshebel 45, der durch einen Bediener zu betätigen ist, und eine Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 zum Bestimmen einer Arbeitsbetriebsart (eines Arbeitsinhalts) und zum Ausgeben der Arbeitsbetriebsart zu der Generatorausgangssteuereinrichtung 51 auf der Grundlage eines Manipulations- bzw. Betätigungssignals von dem Betätigungshebel 45 aufzuweisen. Gemäß diesem Aufbau kann, da eine Arbeitsbetriebsart auf der Grundlage des Betätigungssignals des Betätigungshebels 45 bestimmt und erkannt werden kann, die Mühe, dass ein Bediener eine Arbeitsbetriebsart zuweist, verringert werden.
Obwohl in der Steuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 die Arbeitsbetriebsart auf der Grundlage des Betätigungssignals des Betätigungshebels 45 erkennt, ist die Erfindung nicht auf dieses Beispiel eingeschränkt. Die Steuervorrichtung kann mit anderen Worten, wie in 8 gezeigt, aufgebaut werden, um einen Arbeitsbetriebsartschalter 49, mit dem eine Arbeitsbetriebsart durch einen Bediener zugewiesen werden kann, und eine Schaltererfassungseinrichtung 50 zum Erfassen der Arbeitsbetriebsart (des Arbeitsinhalts), die (der) mit dem Arbeitsbetriebsartschalter 49 zugewiesen ist, und zum Ausgeben der Arbeitsbetriebsart zu der Generatorausgangssteuereinrichtung 51 aufzuweisen. Da eine mit dem Arbeitsbetriebsartschalter 49 zugewiesene Arbeitsbetriebsart mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden kann, ist es gemäß diesem Aufbau ebenso möglich, ein übermäßiges Laden oder Entladen der Hauptbatterie 12 auf Grund einer Fehlerkennung (Falscherkennung) zu verhindern.
(ZWEITES VERGLEICHSBEISPIEL)
Nun wird ein zweites Vergleichsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 3, 6 und 9 bis 11 beschrieben. Ebenso wird das gleiche Bezugszeichen an das gleiche Element wie jenes des ersten Vergleichsbeispiels angebracht, und dessen Beschreibung wird weggelassen.
Die Hybridaushubmaschine, die eine Hybridbaumaschine gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel ist, umfasst die Motorsteuereinrichtung 37, wie in 9 gezeigt. Die Motorsteuereinrichtung 37 ist mit einem Betätigungssignalsystem 44 verbunden, das einen Abschnitt der Steuervorrichtung aufbaut. Das Betätigungssignalsystem 44 weist einen Manipulations- bzw. Betätigungshebel 45, der in der Kabine 9 gemäß 3 bereitgestellt ist, eine Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 zum Bestimmen einer Arbeitsbetriebsart (eines Arbeitsinhalts) auf der Grundlage eines Betätigungssignals von dem Betätigungshebel 45 und eine Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 auf.
Die Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 ist mit dem Betätigungshebel 45 und der Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 verbunden und ist mit einer Leistungserfassungseinrichtung 48 zum Erfassen einer Leistungsaufnahme der Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 verbunden. Die Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 führt eine Manipulations- bzw. Betätigungssignalkorrekturroutine gemäß 10 aus und gibt das der Arbeitsbetriebsart entsprechende Betätigungssignal unter einer vorbestimmten Bedingung aus, um das übermäßige Entladen der Hauptbatterie 12 zu verhindern, während die Einrichtung 47 die Batterie auf der Grundlage des Betätigungssignals, des Arbeitsbetriebsartsignals, des Leistungsaufnahmesignals und dergleichen regelt, die von den jeweiligen Einrichtungen 45, 46, 48 eingegeben werden. Die Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 empfängt ebenso das Erzeugungsbetragserfassungssignal des Leistungsgenerators 11 von der Motorsteuereinrichtung 37. Der Aufbau mit Aus nahme des vorstehend beschriebenen Aufbaus ist gleich jenem des ersten Vergleichsbeispiels.
In dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird ein Betrieb der Hybridaushubmaschine nachstehend beschrieben.
Wird Leistung in die Motorsteuereinrichtung 37 eingegeben und wird die Brennkraftmaschine 10 angetrieben, durch Ausführen einer Startbetätigung, dass der Bediener in der Kabine gemäß 3 den Zündschlüssel drehte, dann erkennt die Motorsteuereinrichtung 37 zuerst einen Ladungsbetrag in der Hauptbatterie 12. Ist der Ladungsbetrag unzureichend, dann wird Wechselstromleistung, die von dem durch die Brennkraftmaschine 10 anzutreibenden Leistungsgenerator erzeugt wird, in Gleichstromleistung umgewandelt, um die Hauptbatterie 12 zu laden. Ist der Ladungsbetrag übermäßig unzureichend, dann wird ebenso der Ausgang (die Drehgeschwindigkeit) der Brennkraftmaschine 10 erhöht und wird somit der Erzeugungsbetrag des Leistungsgenerators 12 erhöht, um die Hauptbatterie 12 prompt zu laden. Ist demgegenüber der Ladungsbetrag hinreichend, dann befindet sich der Ausgang (die Drehgeschwindigkeit) der Brennkraftmaschine 10 in einem Leerlaufzustand, in dem der Ausgang minimal ist, oder die Brennkraftmaschine 10 wird veranlasst, anzuhalten und zu warten, bis ein Betätigungssignal von dem Betätigungssignalsystem 44 eingegeben wird, während das übermäßige Laden der Hauptbatterie 12 verhindert wird.
Betätigt der Bediener den Betätigungshebel 45, um eine vorbestimmte Arbeit auszuführen, dann wird als Nächstes das dem Betätigungsbetrag entsprechende Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 ausgegeben. Das Betätigungssignal wird in die Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 bzw. die Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 eingege ben. Die Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 entnimmt dem Betätigungssignal ein Merkmal und bestimmt die Arbeitsbetriebsart. Als ein Verfahren zur Bestimmung der Arbeitsbetriebsart kann beispielsweise das in der Japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. Hei 9-217702 offenbarte Verfahren verwendet werden.
Die wie vorstehend beschrieben durch die Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 erkannte Arbeitsbetriebsart wird zu der Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 ausgegeben. Zu jenem Zeitpunkt gibt die Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47, während sie eine Manipulations- bzw. Betätigungssignalkorrekturroutine wie gemäß 10 gezeigt ausführt, das Betätigungssignal in seiner Grundform zu der Motorsteuereinrichtung 37 aus, wenn das Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 eingegeben wird. Durch Veranlassen der Motorsteuereinrichtung 37 zu einem Bereitschaftszustand zum Betreiben der Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 entsprechend dem Betätigungssignal mit dem Betätigungsbetrag des Betätigungssignals werden verschiedene Arbeiten ausgeführt, wie Fahren der Aushubmaschine, Ausheben, Aufschütten einer Böschung und dergleichen (S31).
Danach wird auf der Grundlage beispielsweise eines Erzeugungsbetrags des Leistungsgenerators 11 bestimmt, ob sich die Brennkraftmaschine 10 in einem Anhaltezustand oder einem Leerlaufzustand befindet (S32). Treibt die Brennkraftmaschine 10 den Leistungsgenerator 11 bei einer hinreichenden Drehgeschwindigkeit an (S32, NEIN), dann können die Arbeiten in jeder Arbeitsbetriebsart ohne die eingeschränkte Arbeitsgeschwindigkeit unter Verwendung einer großen Leistung von dem Leistungsgenerator 11 und von Leistung von der Hauptbatterie 12 ausgeführt werden, und somit wird S31 wieder ausgeführt, um das Betätigungs signal in seiner Grundform zu der Motorsteuereinrichtung 37 auszugeben und um das Arbeiten fortzusetzen. Befindet sich demgegenüber die Brennkraftmaschine 10 in einem Anhaltezustand oder einem Leerlaufzustand (S32, JA), dann wird die Leistung von der Hauptbatterie 12 hauptsächlich verwendet, bis die Brennkraftmaschine 10 eine vorbestimmte Drehgeschwindigkeit erreicht. Demgemäß werden, um eine Verschlechterung der Hauptbatterie 12 auf Grund eines übermäßigen Entladens zu verhindern, Betriebe ausgeführt, die Schritt S33 nachfolgen.
Das heißt, die Leistungsaufnahme der Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 wird durch die Leistungserfassungseinrichtung 48 gewonnen (S33) und die Summe der Leistungsaufnahme wird ausgegeben (S34). Ein Einstellwert, der vorab zum Verhindern des übermäßigen Entladens der Hauptbatterie 12 eingestellt wird, wird mit dem Summenwert verglichen, und es wird bestimmt, ob der Summenwert gleich dem Einstellwert beträgt oder mehr (S35). Beträgt der Summenwert weniger als der Einstellwert (S35, NEIN), dann wird bestimmt, dass kein Schaden auf Grund des übermäßigen Entladens der Hauptbatterie 12 auftritt, selbst wenn Arbeiten durch Veranlassen der jeweiligen Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 zu einem Betreiben mit dem momentanen Betätigungssignal fortgesetzt werden. Demgemäß werden Betriebe von Schritt S31 an wieder ausgeführt und werden Arbeiten bei einer Arbeitsgeschwindigkeit fortgesetzt, die dem Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 entspricht.
Beträgt demgegenüber der Summenwert der Leistungsaufnahme von dem Einstellwert oder darüber (S35, JA), dann wird eine Arbeitsbetriebsart (ein Arbeitsinhalt), die (der) von der vorstehend beschriebenen Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 eingegeben wird, eingeführt (S36) und wird ein Regelwert ausgewählt, der der Arbeitsbetriebsart entspricht. Da ebenso eine Lastvariation oder ein Lastniveau gemäß der Arbeitsbetriebsart (dem Arbeitsinhalt) wie gemäß 6 gezeigt verschieden ist, wird der der Arbeitsbetriebsart entsprechende Regelwert entsprechend den jeweiligen Arbeitsbetriebsarten auf der Grundlage eines Referenzentladungsbetrags eingestellt, um die Hauptbatterie 12 nicht zu verschlechtern. Beispielsweise in einem Fall der Arbeitsbetriebsart, in dem die Lastvariation oder das Lastniveau groß ist, wie bei Fortbewegen oder Ausheben, wird der Regelwert derart eingestellt, dass die Drehgeschwindigkeit (Arbeitsgeschwindigkeit) der Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 in stärkerem Ausmaß verringert wird als jene in dem normalen Betrieb. In einem Fall der Arbeitsbetriebsart jedoch, in dem die Lastvariation oder das Lastniveau klein ist, wie Hängen und dergleichen, wird der Regelwert derart eingestellt, dass die Drehgeschwindigkeit (Arbeitsgeschwindigkeit) der Elektromotoren 6, 7, 13, 15, 23, 25 geringfügig weniger verringert wird als jene in dem normalen Betrieb (S37).
Entspricht der Regelwert der Arbeitsbetriebsart, wie in 9 gezeigt, und wird das Betätigungssignal von dem Betätigungshebel 45 eingeführt (S38), dann wird der Regelbetrag derart korrigiert, dass der Regelwert eine obere Grenze ist, und dann wird das Betätigungssignal zu der Motorsteuereinrichtung 37 ausgegeben (S39). Da eine Arbeit bei einer Arbeitsgeschwindigkeit (aufgenommene Leistung) des Regelwerts selbst bei einem Betätigen des Betätigungshebels 45 hin zu einer Maximalgeschwindigkeit ausgeführt wird, tritt demgemäß auf Grund des übermäßigen Entladens keine Verschlechterung der Hauptbatterie 12 auf. Da die Regelwerte der jeweiligen Arbeitsbetriebsarten auf der Grundlage des Referenzentladungsbetrags eingestellt werden, können ebenso Arbeiten bei einer Arbeitsgeschwindigkeit ausgeführt werden, die im Wesentlichen gleich der normalen Arbeitsgeschwindigkeit ist, in einem Fall der Arbeitsbetriebsart, in der die Last der Betriebsart klein ist. Deshalb kann eine Verringerung des Arbeitswirkungsgrads in der gesamten Arbeit soweit wie möglich unterdrückt werden.
Als nächstes wird auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine 10, des Erzeugungsbetrags in dem Leistungsgenerator 11 und dergleichen bestimmt, ob eine Beschränkung des Betätigungssignals fortgesetzt wird oder nicht (S40). Wird die Brennkraftmaschine 10 bei einer hinreichenden Drehgeschwindigkeit angetrieben und werden Arbeiten ohne ein übermäßiges Entladen der Hauptbatterie 12 ausgeführt, selbst wenn die Arbeitsgeschwindigkeit nicht mit einem Erzeugungsbetrag des Leistungsgenerators 11 und einem Entladungsbetrag in der Hauptbatterie 12 geregelt wird, dann wird bestimmt, dass eine Regelung des Betätigungssignals vollendet ist (S40, NEIN). Dann wird S31 wieder ausgeführt und wird das Betätigungssignal zu der Motorsteuereinrichtung 37 in seiner Grundform ausgegeben, um die Arbeit bei der normalen Arbeitsgeschwindigkeit auszuführen. Ist demgegenüber die Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine 10 oder die Leistung von der Hauptbatterie 12 unzureichend, dann wird bestimmt, dass die Regelung des Betätigungssignals fortgesetzt wird (S40, JA), und Betriebe werden von Schritt S38 wieder ausgeführt, um eine Verschlechterung der Hauptbatterie 12 auf Grund des übermäßigen Entladens zu verhindern. Durch Ausgeben eines Betätigungsbetrags zu der Motorsteuereinrichtung 37 während der Regelung wird die Arbeit bei der geregelten Arbeitsgeschwindigkeit fortgesetzt.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Hybridaushubmaschine eine Steuervorrichtung, in der die Hauptbatterie 12 mit Leistung des durch eine Brennkraftmaschine 10 anzutreibenden Leistungsgenerators 11 geladen werden kann, und der Elektromotor 6 mittels Leistung des Leistungsgenerators 11 und/oder der Hauptbatterie 12 funktioniert. Die Steuervorrichtung weist die Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 zum Regeln der Arbeitsgeschwindigkeit entsprechend der Arbeitsbetriebsart (dem Arbeitsinhalt) auf, so dass die Leistungsaufnahme des Elektromotors 6 kein Entladen aus der Hauptbatterie 12 verursachen soll, wenn eine Leistung des Leistungsgenerators 11 von einem vorbestimmten Wert oder weniger beträgt, der ein Entladen aus der Hauptbatterie 12 verursacht.
Ist die Leistung des durch die Brennkraftmaschine 10 anzutreibenden Leistungsgenerators 11 die Vorbestimmte, wie in einem Zustand, in dem die Brennkraftmaschine 10 anhält oder sich in einem Leerlaufzustand befindet, dann tritt gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau eine vorbestimmte Zeitverzögerung auf, bis die Brennkraftmaschine 10 hinreichend angetrieben ist, um eine hinreichende Leistung von dem Leistungsgenerator 11 zu gewinnen. Während der Verzögerungszeit werden Arbeiten unter Verwendung der von der Hauptbatterie 12 entladenen Leistung ausgeführt. Deshalb verursacht bei Arbeiten mit einer großen Arbeitslast ein Ausführen der Arbeit bei der normalen Arbeitsgeschwindigkeit eine Verschlechterung der Hauptbatterie 12 auf Grund des übermäßigen Entladens, aber auf Grund des vorstehend beschriebenen Aufbaus der Erfindung kann die Hauptbatterie 12 auf Grund des übermäßigen Entladens nicht verschlechtert werden, da die Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 die Arbeitsgeschwindigkeit gemäß dem Arbeitsinhalt derart regelt, dass das übermäßige Laden der Hauptbatterie 12 verhindert werden kann.
Da die Arbeitsgeschwindigkeit entsprechend dem Arbeitsinhalt geregelt wird, so dass eine Leistungsaufnahme des Elektromotors 6 sich in einem Bereich befindet, um kein übermäßiges Entladen zu verursachen, kann ebenso die Arbeitsgeschwindigkeit der jeweiligen Arbeitsinhalte auf einen Maximalwert in einem Bereich eingestellt werden, um kein übermäßiges Entladen zu verursachen. Da bei Arbeiten mit einer kleinen Arbeitslast die Arbeit bei einer Geschwindigkeit ausgeführt werden kann, die im Wesentlichen gleich der normalen Arbeitsgeschwindigkeit ist, kann deshalb ein Arbeitswirkungsgrad gewonnen werden, der größer als jener in dem herkömmlichen Fall ist, in dem die Arbeitsgeschwindigkeit konstant ohne Rücksichtnahme auf den Arbeitsinhalt reguliert wird, um dadurch ein Verringern des Arbeitswirkungsgrads auf Grund einer Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit soweit wie möglich zu unterdrücken.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung umfasst ebenso einen Manipulations- bzw. Betätigungshebel 45, der durch einen Bediener zu betätigen ist, und eine Arbeitsbestimmungseinrichtung 46 zum Bestimmen der Arbeitsbetriebsart (des Arbeitsinhalts) auf der Grundlage eines Betätigungssignals von dem Betätigungshebel 45. Da die Arbeitsbetriebsart auf der Grundlage des Betätigungssignals von dem Betätigungshebel 45 bestimmt und erkannt werden kann, kann gemäß diesem Aufbau die Mühe, dass ein Bediener den Arbeitsinhalt zuweist, vermieden werden.
Obwohl in der Steuervorrichtung des zweiten Vergleichsbeispiels die Arbeitsbetriebsart bezüglich des Betätigungssignals von dem Betätigungshebel 45 in der Arbeits bestimmungseinrichtung 46 erkannt wird, ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Das heißt, die wie gemäß 11 gezeigte Steuervorrichtung kann einen Arbeitsbetriebsartschalter 49, mit dem ein Bediener den Arbeitsinhalt zuweisen kann, und eine Schaltererfassungseinrichtung 50 zum Erfassen der mit dem Arbeitsbetriebsartschalter 49 zugewiesenen Arbeitsbetriebsart und zum Ausgeben des Ergebnisses zu der Arbeitsgeschwindigkeitsregeleinrichtung 47 aufweisen. Da die Arbeitsbetriebsart mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden kann, kann in diesem Fall das übermäßige Entladen der Hauptbatterie 12 auf Grund einer Fehlerkennung mit Sicherheit verhindert werden.
Ebenso können in der Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel S33, S34 und S35 in dem Ablaufdiagramm gemäß 10 ausgelassen werden. Das heißt, beträgt die Leistung von dem Leistungsgenerator 11 von einem vorbestimmten Wert oder darunter, kann eine Funktion zum Regeln einer Geschwindigkeit entsprechend dem Arbeitsinhalt in S36 bis S40 durchgeführt werden. Beträgt die Leistung von dem Leistungsgenerator 11 von einem vorbestimmten Wert oder darunter, dann kann in diesem Aufbau die Leistungsaufnahme mittels einer Regelung der Geschwindigkeit entsprechend dem Arbeitsinhalt unterdrückt werden, und somit kann das übermäßige Entladen der Batterie durch geeignetes Regeln der Arbeitsgeschwindigkeit verhindert werden. Ebenso ist gemäß diesem Aufbau die Leistungserfassungseinrichtung 48 nicht erforderlich, und somit kann das Steuersystem vereinfacht werden.
(INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT)
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung wird geeignet in einer Hybridbaumaschine verwendet, die die Sicherheit durch Notantreiben der Elektromotoren sicherstellen muss, wenn Leistung von dem Leistungsgenerator oder der Batterie auf Grund eines Ausfalls oder dergleichen nicht gewonnen werden kann. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung wird ebenso geeignet in einer Hybridbaumaschine verwendet, die, wenn verschiedene Arbeiten mit unterschiedlicher Last ausgeführt werden, eine Verschlechterung der Batterie auf Grund des übermäßigen Ladens oder Entladens verhindern muss oder eine Verringerung des Arbeitswirkungsgrads soweit wie möglich unterdrücken muss, während sie eine Verschlechterung der Batterie auf Grund des übermäßigen Entladens verhindert.

Claims

Steuervorrichtung für eine Hybridbaumaschine zur Durchführung von Arbeiten in jeweiligen Betriebsarten durch Laden einer Hauptbatterie (12) mit Hilfe der von einem durch eine Brennkraftmaschine (10) antreibbaren Generator (11) abgegebenen elektrischen Leistung und entsprechenden Antrieb von Elektromotoren (6, 7, 13, 15, 23, 25) mit Hilfe von zumindest von der Hauptbatterie (12) abgegebener elektrischer Leistung, mit einer Generator-Ausgangsleistungssteuereinrichtung (51) zur Änderung der Ausgangsleistung des Generators (11) in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsart der Hybridbaumaschine, wobei sich die Betriebsarten der Hybridbaumaschine in Bezug auf die Arbeitsbelastung in der jeweiligen Betriebsart voneinander unterscheiden.
Steuervorrichtung für eine Hybridbaumaschine nach Anspruch 1, mit einem von einer Bedienungsperson zu betätigenden Stellhebel (45) und einer Arbeitsbestimmungseinrichtung (46) zur Festlegung der Betriebsart auf der Basis eines von dem Stellhebel (45) abgegebenen Stellsignals und Übermittlung der Betriebsart zu der Generator-Ausgangsleistungssteuereinrichtung (51).
Steuervorrichtung für eine Hybridbaumaschine nach Anspruch 1, mit einem Betriebsartschalter (49), durch den die Betriebsart von einer Bedienungsperson festlegbar ist, und einer Schalterdetektionseinrichtung (50) zur Erfassung der über den Betriebsartschalter (49) festgelegten Betriebsart und Übermittlung der Betriebsart zu der Generator-Ausgangsleistungssteuereinrichtung (51).
Steuervorrichtung für eine Hybridbaumaschine nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Hybridbaumaschine ein Hybridbagger ist.