JP2013245462A - ハイブリッド型ショベル及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な制御アルゴリズムを用いずに、電動旋回機構を駆動するために供給する動力及び油圧アクチュエータを駆動するために供給する動力を調整することを課題とする。
【解決手段】 ハイブリッド型ショベルの制御部は、操作装置から入力される旋回操作量とアタッチメント操作量との組み合わせに応じて、旋回変換量及びアタッチメント変換量の少なくともいずれか一方を生成する。制御部は、生成された変換量に基づいて、旋回用電動機及びアタッチメントの対応する一方を駆動するための出力指令を生成する
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動旋回機構を有するハイブリッド型ショベルに関する。

一般的に、ショベルは、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を搭載した上部旋回体を備え、上部旋回体を旋回させながらブーム及びアームを駆動し、バケットを目的の作業位置まで移動する。ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素は、油圧ポンプで発生した油圧で駆動される。油圧ポンプをエンジンで駆動して油圧を発生し、且つエンジンを電動発電機でアシストするハイブリッド型ショベルが提案されている。

ここで、通常のショベルでは上部旋回体の駆動源として油圧モータが用いられることが多い。油圧で駆動される旋回機構を油圧旋回と称する。ハイブリッド型ショベルでは、上部旋回体の駆動も電動モータで駆動することができる。電動モータで駆動される旋回機構を電動旋回と称する。電動旋回を採用したショベルでは、ブームやアーム等の他の油圧負荷の駆動とは別個に電源からの電力により電動モータを駆動して、上部旋回体の旋回駆動を行なうことができる。したがって、他の油圧負荷に油圧を供給しながら上部旋回体を旋回駆動する際でも、上部旋回体を駆動するための動力が油圧負荷への動力（油圧）の供給に影響されることは無い。

ところが、油圧旋回のショベルの操作に慣れていた運転者が、電動旋回のハイブリッド型ショベルを操作すると、レバー操作感覚が異なるために違和感を持つことがある。例えば、油圧旋回のショベルでは、他の油圧負荷を駆動していると旋回駆動機構の駆動力（油圧）が減少するので、上部旋回体の旋回速度は遅くなる。この感覚に慣れている運転者が、電動旋回のショベルを運転した場合、油圧旋回のときと同様に旋回操作レバーを操作すると、旋回機構への駆動力が大きくなり、上部旋回体の旋回速度は予期している速度（油圧旋回における旋回速度）より大きくなる。このため、運転者は旋回操作レバーの操作量とそれに対応する旋回速度とが異なるために違和感を抱くおそれがある。また、通常の旋回操作レバーの操作にもかかわらず、予期しない大きな旋回スピードになってしまうことがあり、操作し難いという感じを運転者に与えるおそれがある。

そこで、油圧アクチュエータと旋回用電動モータとが複合して作動されている場合に、旋回用電動モータのトルクまたは作動速度に制限を加えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術は、旋回用電動モータのトルクを制限することにより、電動旋回でありながら、旋回操作レバーの操作を油圧駆動の場合と同じような操作にすることを目的としている。

国際公開ＷＯ２００７／０５２５３８号公報

電動旋回のハイブリッド型ショベルにおいて、旋回用電動モータのトルクを制限する際には、通常、旋回用電動モータへの出力指令値を制御することとなる。旋回用電動モータは、他の油圧負荷と共にショベルの負荷であり、ショベルの全体の出力が分配される負荷である。したがって、旋回用電動モータへの出力は、他の油圧負荷への出力への影響を考慮して配分しなければならず、制御アルゴリズムが複雑となる。また、フィードバック制御用のセンサ等を追加した複雑な制御機構となることもあり得る。

そこで、複雑な制御アルゴリズムを用いずに、電動旋回機構を駆動するために供給する動力及び油圧アクチュエータを駆動するために供給する動力を調整することができるハイブリッド型ショベルの開発が望まれている。

本発明の一実施態様によれば、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、該エンジンをアシストする電動発電機と、前記油圧ポンプが発生した油圧により駆動され、アタッチメントを作動させる油圧アクチュエータと、旋回体を駆動する旋回機構と、該旋回機構を駆動する旋回用電動機と、前記電動発電機、前記旋回用電動機、及び前記油圧アクチュエータの駆動を制御する制御部とを有し、前記制御部は、操作装置から入力される旋回操作量とアタッチメント操作量との組み合わせに応じて、旋回変換量及びアタッチメント変換量の少なくともいずれか一方を生成し、該生成された変換量に基づいて、前記旋回用電動機及び前記アタッチメントの対応する一方を駆動するための出力指令を生成するハイブリッド型ショベルが提供される。

本発明によれば、複雑な制御を行なうことなく、電動旋回機構を駆動するために供給する動力及び油圧アクチュエータを駆動するために供給する動力を容易に制御・調整することができる。

ハイブリッド型ショベルの側面図である。 一実施形態によるハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 蓄電系の回路図である。 第１実施例による制御構成を説明するためのブロック図である。 旋回レバー操作量とブームレバー操作量との組み合わせによるマップを示す図である。 第２実施例による制御構成を説明するためのブロック図である。 第２実施例による制御構成を説明するためのブロック図である。 旋回レバー操作量と油圧系の合算レバー操作量との組み合わせによるマップを示す図である。 バランス制御モードを実現するためのマップを示す図である。 旋回優先モードを実現するためのマップを示す図である。 油圧優先モードを実現するためのマップを示す図である。 モード設定つまみを示す図である。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明が適用されるショベルの一例であるハイブリッド型ショベルの側面図である。

図１に示すハイブリッド型ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４，アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。

図２は、図１に示すハイブリッド型ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線でそれぞれ示されている。

機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。油圧ポンプ１４は可変容量式油圧ポンプであり、斜板の角度（傾転角）を制御することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量を制御することができる。

コントロールバルブ１７は、ハイブリッド型ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

電動発電機１２には、インバータ１８Ａを介して、蓄電器を含む蓄電系１２０が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。操作装置２６は、操作レバー２６Ａ〜２６Ｃを含む。操作装置２６は、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。

図２に示すハイブリッド型ショベルは旋回機構を電動にしたもので、旋回機構２を駆動するために旋回用電動機２１が設けられている。電動作業要素としての旋回用電動機２１は、インバータ２０を介して蓄電系１２０に接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。

コントローラ３０は、ハイブリッド型ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。

コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。操作装置２６は、上部旋回体３の旋回を制御するための操作レバー２６Ａと、ブーム４の動作を制御するための操作レバーと、アーム５の動作を制御するための操作レバーと、バケット６の動作を制御するための操作レバーとを含む。これら操作レバーは複数の操作レバーが共通となっていてもよい。例えば、上部旋回体３の旋回を制御するための操作レバーとブーム４の動作を制御するための操作レバーとが一つの操作レバーとなっていてもよい。

コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００（図３参照）を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、蓄電器電圧検出部によって検出される蓄電器電圧値に基づいて、蓄電器（キャパシタ）の充電率ＳＯＣを算出する。

図３は、蓄電系１２０の回路図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータ１００とＤＣバス１１０とを含む。ＤＣバス１１０は、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８Ａ、及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。

昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。

以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８Ａを介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。

昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、キャパシタ１９を接続するための電源接続端子１０４、インバータ１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。昇降圧コンバータ１００の出力端子１０６とインバータ１８Ａ，２０との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。

リアクトル１０１の一端は昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続され、他端は電源接続端子１０４に接続される。リアクトル１０１は、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。

昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子（スイッチング素子）である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、コントローラ３０により、ゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。

キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりに、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。

電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、キャパシタ１９及びインバータ１８Ａ，２０が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、キャパシタ電圧を検出するキャパシタ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。

キャパシタ電圧検出部１１２は、キャパシタ１９の電圧値Ｖｃａｐを検出する。ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧値Ｖｄｃを検出する。平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化するための蓄電素子である。この平滑用のコンデンサ１０７によって、ＤＣバス１１０の電圧は予め定められた電圧に維持されている。

キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子（Ｐ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１３は、キャパシタ１９の正極端子に流れる電流値Ｉ１を検出する。一方、キャパシタ電流検出部１１７は、キャパシタの負極端子（Ｎ端子）側においてキャパシタ１９に流れる電流の値を検出する検出手段であり、電流検出用の抵抗器を含む。すなわち、キャパシタ電流検出部１１７は、キャパシタ１９の負極端子に流れる電流値Ｉ２を検出する。

昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力がＤＣバス１１０に供給される。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。

ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧が印加され、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを介して供給される回生電力がＤＣバス１１０からキャパシタ１９に供給される。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がキャパシタ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。

本実施形態では、キャパシタ１９の正極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１４に、当該電源ライン１１４を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−１，１３０−２が設けられる。リレー１３０−１は、電源ライン１１４へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１５とキャパシタ１９の正極端子の間に配置されている。リレー１３０−１はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１４を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。

また、キャパシタ１９の負極端子を昇降圧コンバータ１００の電源接続端子１０４に接続する電源ライン１１７に、当該電源ライン１１７を遮断することのできる遮断器としてリレー１３０−２が設けられる。リレー１３０−２は、電源ライン１１７へのキャパシタ電圧検出部１１２の接続点１１８とキャパシタ１９の負極端子の間に配置されている。リレー１３０−２はコントローラ３０からの信号により作動し、キャパシタ１９からの電源ライン１１７を遮断することで、キャパシタ１９を昇降圧コンバータ１００から切り離すことができる。なお、リレー１３０−１とリレー１３０−２を一つのリレーとして正極端子側の電源ライン１１４と負極端子側の電源ライン１１７の両方を同時に遮断してキャパシタを切り離すこととしてもよい。

なお、実際には、コントローラ３０と昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂとの間には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを駆動するＰＷＭ信号を生成する駆動部が存在するが、図３では省略する。このような駆動部は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。

本実施形態では、上述のような構成のハイブリッド型ショベルにおいて、操作装置２６の操作レバーの操作量に基づいて、当該操作レバーに対応する負荷への出力指令を生成することで、複合操作時の出力指令を生成する。例えば、上部旋回体３の旋回とブーム４の動作を同時に操作するときは、上部旋回体３を駆動する旋回用電動機２１に供給する出力指令と、ブーム４を駆動するブームシリンダ７に対する出力指令とのうち少なくとも一方をレバー操作量に基づいて制御することで、運転者にとって好ましい（最適な）操作状況を実現する。

まず、第１実施例について説明する。図４は第１実施例による制御構成を説明するためのブロック図である。

第１実施例は、上部旋回体３の旋回とブーム４の動作とを同時に操作する場合における制御例である。図４において、旋回操作レバー２６Ａの操作量がセンサ４０により検出され、センサ４０が検出した操作量は操作量変換器５０に供給される。一方、ブーム操作レバー２６Ｂの操作量がセンサ４２により検出され、センサ４２が検出した操作量は操作量変換器５０に供給される。操作量変換器５０は、センサ４０から供給された旋回レバー操作量とセンサ４２から供給されたブームレバー操作量とを変換する。

センサ４０からの旋回レバー操作量を変換して生成した旋回レバー操作量変換値は、コントローラ３０に供給される。コントローラ３０は、旋回レバー操作量変換値に基づいて旋回用電動機２１の出力指令を生成し、インバータ２０に出力する。インバータ２０は出力指令に基づいて旋回用電動機２１に対して駆動電流を供給する。これにより旋回用電動機２１が駆動され、旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回される。

一方、センサ４２からのブームレバー操作量を変換したブームレバー操作量変換値は、コントロールバルブ１７に供給される。コントロールバルブ１７は、ブームレバー操作量変換値に基づいて、メインポンプ１４から出力された油圧をブームシリンダ７に供給する。これによりブームシリンダ７が駆動され、ブーム４が駆動される。

以上のように、操作量変換器５０により変換された値に基づいて、上部旋回体３の旋回が行なわれ、且つブーム４の駆動が行なわれる。操作量変換器５０における変換を適当に設定しておくことで、旋回とブーム駆動とが同時に行なわれた際に、旋回用の出力指令とブーム駆動用の出力指令とを調整することができる。

操作量変換器５０は、図５に示すマップに従ったテーブル情報を保持している。図５に示すマップは、センサ４２から供給されるブームレバー操作量を縦軸にとり、センサ４０から供給される旋回レバー操作量を横軸にとったマップである。例えば、横軸において、旋回レバー操作量がゼロのとき（すなわち、旋回操作レバー２６Ａが操作されずに中立の位置にあるとき）を０とし、旋回レバー操作量が最大のとき（すなわち、旋回操作レバー２６Ａが最大位置まで操作されたとき）を１００とする。同様に、縦軸において、ブームレバー操作量がゼロのとき（すなわち、ブーム操作レバー２６Ｂが操作されずに中立の位置にあるとき）を０とし、ブームレバー操作量が最大のとき（すなわち、ブーム操作レバー２６Ｂが最大位置まで操作されたとき）を１００とする。

図５において、一点鎖線で示す線は、実際の旋回レバー操作量がある値のときで、同時にブーム操作レバーが操作されたときの、旋回レバー操作量の変換値（補正値）を示している。例えば、実際の旋回レバー操作量が最大の１００のときに、同時にブーム操作レバー２６Ｂが操作された際に、旋回レバー操作量がとるべき値が、横軸の１００から延出する一点鎖線Ｂ１００で示されている。同様に、実際の旋回レバー操作量が６５のときに、同時にブーム操作レバー２６Ｂが操作された際に、旋回レバー操作量がとるべき値が、横軸の６５から延出する一点鎖線Ｂ６５で示されている。また、実際の旋回レバー操作量が３０のときに、同時にブーム操作レバー２６Ｂが操作された際に、旋回レバー操作量がとるべき値が、横軸の３０から延出する一点鎖線Ｂ３０で示されている。

一方、図５において、二点鎖線で示す線は、ブームレバー操作量がある値のときに同時に旋回操作レバー２６Ａが操作されたときの、ブームレバー操作量の変換値（補正値）を示している。例えば、実際のブームレバー操作量が最大の１００のときに、同時に旋回操作レバー２６Ａが操作された際に、ブームレバー操作量がとるべき値が、縦軸の１００から延出する二点鎖線Ｔ１００で示されている。同様に、実際のブームレバー操作量が６０のときに、同時に旋回操作レバー２６Ａが操作された際に、ブームレバー操作量がとるべき値が、縦軸の６０から延出する二点鎖線Ｔ６０で示されている。また、実際のブームレバー操作量が２０のときに、同時に旋回操作レバー２６Ａが操作された際に、ブームレバー操作量がとるべき値が、縦軸の２０から延出する二点鎖線Ｔ２０で示されている。

例えば、旋回操作レバー２６Ａの操作量が最大（１００）であり、且つブーム操作レバー２６Ｂの操作量が最大（１００）であるときには、横軸の１００から延出する一点鎖線Ｂ１００と、縦軸の１００から延出する二点鎖線Ｔ１００とが交わる点の座標（ＴＸ，ＢＸ）が、旋回レバー操作量変換値及びブームレバー操作量変換値を示している。すなわち、横軸の１００から延出する一点鎖線Ｂ１００と、縦軸の１００から延出する二点鎖線Ｔ１００とが交わる点の横軸の値ＴＸが、操作量変換器５０から出力される旋回レバー操作量変換値であり、横軸の１００から延出する一点鎖線Ｂ１００と、縦軸の１００から延出する二点鎖線Ｔ１００とが交わる点の縦軸の値ＢＸが、操作量変換器５０から出力されるブームレバー操作量変換値である。

各一点鎖線Ｂ１００，Ｂ６５，Ｂ３０の湾曲（傾き）から分るように、旋回レバー操作量が一定であるとすると、ブームレバー操作量が大きくなるほど、変換後の旋回レバー操作量は減少するように設定されている。一方、各二点鎖線Ｔ１００，Ｔ６５，Ｔ３０の湾曲（傾き）から分るように、ブームレバー操作量が一定であるとすると、旋回レバー操作量が大きくなるほど、変換後のブームレバー操作量は減少するように設定されている。

以上のようなマップから求められる旋回レバー操作量変換値は、ブームレバー操作量が大きいときには、実際の旋回レバー操作量（すなわち、センサ４０で検出した操作量）から大きく減少し、ブームレバー操作量が小さいときには、実際の旋回レバー操作量（すなわち、センサ４０で検出した操作量）からの減少率は小さい。また、旋回レバー操作量が大きいときには、実際のブームレバー操作量（すなわち、センサ４２で検出した操作量）から大きく減少し、旋回レバー操作量が小さいときには、実際のブームレバー操作量（すなわち、センサ４２で検出した操作量）からの減少率は小さい。

このような旋回レバー操作量変換値及びブームレバー操作量変換値の変化率を予め適当な変化率に設定しておけば、油圧旋回の場合と同様の操作性を実現することができる。また、後述のように、変化率の設定を変更することができるようにしておけば、運転者が自身で好みの操作性が実現できるように設定することができる。

以上説明した図５に示すマップをテーブル情報として表し、操作量変換器５０に保持しておき、このテーブル情報を参照することで、レバー操作量を変換して旋回レバー操作量変換値及びブームレバー操作量変換値を容易に求めることができる。

本実施例では、出力指令そのものを制御するのではなく、テーブル情報を用いてレバー操作量を変換するだけの簡易な構成及び制御アルゴリズムで、出力指令を調整することができる。

なお、上述の実施例では、旋回とブーム動作との組み合わせについて説明したが、電動旋回と他の油圧作業要素との組み合わせ、例えば電動旋回とアーム動作との組み合わせであってもよい。その場合、ブーム操作レバー２６Ａの操作量ではなく、アーム操作レバー２６Ｃの操作量を用いることとなる。また、図５に示すマップとして、ブームレバー操作量の代わりにアームレバー操作量を用いる。

図４に示す制御構成では、操作量変換器５０がコントローラ３０とは別に設けられているが、操作量変換器５０の機能をコントローラ３０に組み込んで、コントローラ３０でレバー操作量の変換を行なうこととしてもよい。

次に、第２実施例について説明する。図６は第２実施例による制御構成を説明するためのブロック図である。図６において、図４に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

第２実施例は、上部旋回体３の旋回とブーム４の動作とアーム５の動作とを同時に操作する場合における制御例である。図６において、旋回操作レバー２６Ａの操作量がセンサ４０により検出され、センサ４０が検出した操作量は操作量変換器５０及び５２に供給される。一方、ブーム操作レバー２６Ｂの操作量がセンサ４２により検出され、センサ４２が検出した操作量は操作量変換器５０に供給される。操作量変換器５０は、センサ４０から供給された旋回レバー操作量とセンサ４２から供給されたブームレバー操作量とを変換する。以上の構成は図４に示す構成と同じである。

本実施例では、アーム操作レバー２６Ｃの操作量がセンサ４４により検出され、センサ４４が検出したアームレバー操作量が操作量変換器５２に供給される。操作量変換器５２は、センサ４０から供給された旋回レバー操作量とセンサ４４から供給されたアームレバー操作量とを変換する。操作量変換器５２は、図５に示すマップにおいてブームレバー操作量をアームレバー操作量に代えたマップに対応するテーブル情報を保持しており、操作量変換器５０と同様に、旋回操作量変換値及びアームレバー操作量変換値を出力する。

操作量変換器５０から出力されたブームレバー操作量変換値と操作量変換器５２から出力されたアームレバー操作量変換値とは、コントロールバルブ１７に供給される。コントロールバルブ１７は、ブームレバー操作量変換値及びアームレバー操作量変換値に基づいて、メインポンプ１４から出力された油圧をブームシリンダ７及びアームシリンダ８にそれぞれ供給する。これによりブームシリンダ７及びアームシリンダ８が駆動され、ブーム４及びアーム５が駆動される。

一方、操作量変換器５０から出力された旋回レバー操作量変換値と操作量変換器５２から出力された旋回レバー操作量変換値とは、コントローラ３０に供給され、コントローラ３０の最小選択器（Ｍｉｎ）３０ａによりどちらか小さいほうが選択される。コントローラ３０は、最小選択器３０ａで選択された小さいほうの旋回レバー操作量変換値に基づいて、旋回用電動機２１の出力指令を生成し、インバータ２０に出力する。インバータ２０は出力指令に基づいて旋回用電動機２１に対して駆動電流を供給する。これにより旋回用電動機２１が駆動され、旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回される。

このように、操作量変換器５０から出力された旋回レバー操作量変換値と操作量変換器５２から出力された旋回レバー操作量変換値のうち、小さいほうを用いて旋回用電動機２１への出力指令を生成することで、ブーム４の動作及びアーム５の動作のうち、旋回に対して影響が大きいほうの条件を考慮して旋回用電動機２１への出力指令を生成したこととなる。

図６に示す制御構成では、操作量変換器５０，５２がコントローラ３０とは別に設けられているが、操作量変換器５０，５２の機能をコントローラ３０に組み込んで、コントローラ３０でレバー操作量の変換を行なうこととしてもよい。

次に、第３実施例について説明する。図７は第３実施例による制御構成を説明するためのブロック図である。図７において、図６に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。

第３実施例は、上部旋回体３の旋回とブーム４の動作とアーム５の動作とを同時に操作する場合における制御例である。第３実施例では、ブームレバー操作量とアームレバー操作量を合算した値を油圧系の合算レバー操作量として、図８に示すように旋回レバー操作量とこの油圧系の合算レバー操作量との組み合わせのマップを表すテーブル情報を予め作成する。そして、このテーブル情報を、図５に示すマップを表すテーブル情報の代わりに、操作量変換器５０に保持させておく。

図７において、旋回操作レバー２６Ａの操作量がセンサ４０により検出され、センサ４０が検出した操作量は操作量変換器５０に供給される。

一方、ブーム操作レバー２６Ｂの操作量がセンサ４２により検出され、センサ４２が検出した操作量は、合算部４６に供給される。また、アーム操作レバー２６Ｃの操作量がセンサ４４により検出され、センサ４４が検出した操作量も、合算部４６に供給される。合算部４６は、ブーム操作レバー２６Ｂの操作量とアーム操作レバー２６Ｃの操作量とを合算して油圧系の合算レバー操作量とし、これを操作量変換器５０に供給するとともに分配部４８に供給する。

操作量変換器５０は、センサ４０から供給された旋回レバー操作量と合算部４６から供給された油圧系の合算レバー操作量とから、図８に示すマップを表すテーブル情報を参照して、変換後の旋回レバー操作量である旋回レバー操作量変換値をコントローラ３０に供給する。コントローラ３０は、旋回レバー操作量変換値に基づいて旋回用電動機２１への出力指令を生成し、インバータ２０に出力する。インバータ２０は出力指令に基づいて旋回用電動機２１に対して駆動電流を供給する。これにより旋回用電動機２１が駆動され、旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回される。

一方、操作量変換器５０で生成された油圧系の合算レバー操作量変換値は、分配部４８に供給される。また、分配部４８には、合算部４６で合算したブーム操作レバー２６Ｂの操作量とアーム操作レバー２６Ｃの操作量との比率が供給される。そして、分配部４８は、油圧系の合算レバー操作量変換値を、ブーム操作レバー２６Ｂの操作量とアーム操作レバー２６Ｃの操作量との比率に分割して、ブーム駆動用の出力指令とアーム駆動用の出力指令を生成し、コントロールバルブ１７に供給する。コントロールバルブ１７は、ブーム駆動用の出力指令とアーム駆動用の出力指令に基づいて、メインポンプ１４から出力された油圧をブームシリンダ７及びブームシリンダ８に供給する。これによりブームシリンダ７及びアームシリンダ８が駆動され、ブーム４及びアーム５がそれぞれ駆動される。

図８に示すマップは、図５に示すマップと同様なマップであり、縦軸が油圧系の合算レバー操作量に置き換えられたものである。したがって、一点鎖線で示すＨ１００は実際の旋回レバー操作量が最大の１００であって、同時に油圧系の操作レバーが操作された際の、旋回レバー操作量の変換値を示す。同様に、一点鎖線で示すＨ６５は実際の旋回レバー操作量が６５であって、同時に油圧系の操作レバーが操作された際の、旋回レバー操作量の変換値を示す。同様に、一点鎖線で示すＨ３０は実際の旋回レバー操作量が３０であって、同時に油圧系の操作レバーが操作された際の、旋回レバー操作量の変換値を示す。

また、二点鎖線で示すＴ１００は実際の油圧系の合算レバー操作量が最大の１００であって、同時に旋回操作レバーが操作された際の、油圧系の合算レバー操作量の変換値を示す。同様に、二点鎖線で示すＴ６０は実際の油圧系の合算レバー操作量が６０であって、同時に旋回操作レバーが操作された際の、油圧系の合算レバー操作量の変換値を示す。同様に、二点鎖線で示すＴ２０は実際の油圧系の合算レバー操作量が２０であって、同時に旋回操作レバーが操作された際の、油圧系の合算レバー操作量の変換値を示す。

例えば、旋回操作レバー２６Ａの操作量が最大（１００）であり、且つ油圧系の合算レバー操作量が最大（１００）であるときには、横軸の１００から延出する一点鎖線Ｈ１００と、縦軸の１００から延出する二点鎖線Ｔ１００とが交わる点の座標（ＴＸ，ＨＸ）が、旋回レバー操作量変換値及び油圧系の合算レバー操作量変換値を示している。すなわち、横軸の１００から延出する一点鎖線Ｂ１００と、縦軸の１００から延出する二点鎖線Ｔ１００とが交わる点の横軸の値ＴＸが、操作量変換器５０から出力される旋回レバー操作量変換値であり、横軸の１００から延出する一点鎖線Ｈ１００と、縦軸の１００から延出する二点鎖線Ｔ１００とが交わる点の縦軸の値ＨＸが、操作量変換器５０から出力される油圧系の合算レバー操作量変換値である。

図７に示す制御構成では、合算部４６，分配部４８、及び操作量変換器５０がコントローラ３０とは別に設けられているが、合算部４６，分配部４８、及び操作量変換器５０の機能をコントローラ３０に組み込んで、コントローラ３０でレバー操作量の変換を行なうこととしてもよい。

次に、上述の各実施例においてレバー操作量の変換モードが変更できるようにする構成について説明する。上述の第１〜第３実施例における、ブームレバー操作量、アームレバー操作量、及び油圧系の合算レバー操作量を、油圧系レバー操作量で代表するものとして説明する。

例えば、第１実施例において図５に示すマップは、電動系旋回レバー操作量と油圧系レバー操作量との組み合わせによるマップであり、図９に示すように電動旋回と油圧系動作とが相互に影響し合うようなバランス制御に設定したものであり、この制御モードを「バランス制御モード」と称する。ここで、マップすなわちテーブル情報を複数準備しておくことで、バランス制御の設定を変更することができる。

図９に示すバランス制御の他に、例えば図１０に示すマップを表すテーブル情報と、図１１に示すマップを表すテーブル情報を準備し、操作量変換器に保持させておく。そして、変換時に参照するテーブル情報を適宜切り替えることで、バランス設定を変更する。

図１０に示すマップは、電動旋回を優先し、油圧系レバー操作量だけを低減するように変換するマップである。したがって、図１０に示すマップでは、旋回レバー操作量の変換値を示す一点鎖線は直線となり、油圧系レバー操作量の変換値を示す二点鎖線が、旋回レバー操作量が大きくなるほど低くなる曲線となる。このマップに従えば、実際の旋回レバー操作量は変更せずにそのまま出力指令が生成され、旋回レバー操作と同時に油圧系レバー操作が発生したら、油圧系レバー操作量を実際の値より低減して出力指令を生成する。この制御モードを「旋回優先モード」と称する。

一方、図１１に示すマップは、油圧系動作を優先し、旋回レバー操作量だけを低減するように変換するマップである。したがって、図１１に示すマップでは、油圧系レバー操作量の変換値を示す二点鎖線は直線となり、旋回レバー操作量の変換値を示す一点鎖線が、油圧系レバー操作が大きくなるほど低くなる曲線となる。このマップに従えば、実際の油圧系レバー操作量は変更せずにそのまま出力指令が生成され、油圧系レバー操作と同時に旋回レバー操作が発生したら、旋回レバー操作量を実際の値より低減して出力指令を生成する。この制御モードを「油圧優先モード」と称する。

以上のように制御モードを、「旋回優先モード」、「バランス制御モード」、「油圧優先モード」のいずれかに切り替えることで、運転者の好みの操作感を実現することができる。そのためには、ショベルの運転席の操作パネルに、図１２に示すようなモード切替つまみ６０を設け、運転者がモード切替つまみ６０を操作して制御モードを切り替えられるようにする。図１２において、モード切替つまみ６０を左側にいっぱいに回したときに、「旋回優先モード」が設定され、右側にいっぱいに回したときに「油圧優先モード」が設定される。また、モード切替つまみ６０を「旋回優先モード」位置と「油圧優先モード」位置の中間に設定すると、「バランス制御モード」が設定される。

以上の例では、制御モードを、「旋回優先モード」、「バランス制御モード」、「油圧優先モード」の三つのモードのいずれかに切り替えることができる。バランス制御モードにおける旋回と油圧の優先度を変えたマップを準備しておくことで、バランス制御モードの中でも様々な制御モードを設けることができる。

１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 変速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ，２０ インバータ
１９ キャパシタ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回変速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ レバー
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
４０，４２，４４ センサ
４６ 合算部
４８ 分配部
５０，５２ 操作量変換器
６０ モード切替つまみ
１００ 昇降圧コンバータ
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ キャパシタ電圧検出部
１１３，１１６ キャパシタ電流検出部
１１４，１１７ 電源ライン
１１５，１１８ 接続点
１２０ 蓄電系
１３０−１，１３０−２ リレー

Claims (10)

1. エンジンにより駆動される油圧ポンプと、
   該エンジンをアシストする電動発電機と、
   前記油圧ポンプが発生した油圧により駆動され、アタッチメントを作動させる油圧アクチュエータと、
   旋回体を駆動する旋回機構と、
   該旋回機構を駆動する旋回用電動機と、
   前記電動発電機、前記旋回用電動機、及び前記油圧アクチュエータの駆動を制御する制御部と
   を有し、
   前記制御部は、操作装置から入力される旋回操作量とアタッチメント操作量との組み合わせに応じて、旋回変換量及びアタッチメント変換量の少なくともいずれか一方を生成し、該生成された変換量に基づいて、前記旋回用電動機及び前記アタッチメントの対応する一方を駆動するための出力指令を生成する
   ハイブリッド型ショベル。
2. 請求項１記載のハイブリッド型ショベルであって、
   前記制御部は、旋回操作量とアタッチメント操作量とを組み合わせたマップに対応するテーブル情報を保持している
   ハイブリッド型ショベル。
3. 請求項２記載のハイブリッド型ショベルであって、
   前記制御部は、複数の異なるテーブル情報を保持し、設定された制御モードに応じて使用するテーブル情報を切り替える
   ハイブリッド型ショベル。
4. 請求項２又は３記載のハイブリッド型ショベルであって、
   前記テーブル情報における旋回操作量は前記旋回体を旋回させるために前記操作装置を操作する操作量であり、前記アタッチメント操作量はブームを操作するために前記操作装置を操作する操作量である
   ハイブリッド型ショベル。
5. 請求項２又は３記載のハイブリッド型ショベルであって、
   前記テーブル情報における旋回操作量は前記旋回体を旋回させるために前記操作装置を操作する操作量であり、前記アタッチメント操作量はアームを操作するために前記操作装置を操作する操作量である
   ハイブリッド型ショベル。
6. 請求項２又は３記載のハイブリッド型ショベルであって、
   前記テーブル情報における旋回操作量は前記旋回体を旋回させるために前記操作装置を操作する操作量であり、前記アタッチメント操作量はブームを操作するために前記操作装置を操作する操作量とアームを操作するために前記操作装置を操作する操作量の合算値である
   ハイブリッド型ショベル。
7. 請求項６記載のハイブリッド型ショベルであって、
   前記制御部は、前記組テーブル情報から求めた出力値を、前記ブームを操作するための操作量と前記アームを操作するための操作量との比率に応じて、前記ブームへの出力指令と前記アームへの出力指令とに分配する
   ハイブリッド型ショベル。
8. 請求項３記載のハイブリッド型ショベルであって、
   前記複数のテーブル情報は、前記旋回体を旋回させるために前記操作装置を操作する操作量と前記ブームを操作するために前記操作装置を操作する操作量との組み合わせに関するブームテーブル情報と、前記旋回体を旋回させるために前記操作装置を操作する操作量と前記アームを操作するために前記操作装置を操作する操作量との組み合わせに関するアームテーブル情報とを含む
   ハイブリッド型ショベル。
9. 請求項８記載のハイブリッド型ショベルであって、
   前記制御部は、前記ブームテーブル情報から得られる旋回変換操作量と、前記アームテーブル情報から得られる旋回変換操作量とのうちいずれか値の小さい方を選択するよう構成された選択部を含む
   ハイブリッド型ショベル。
10. 操作装置から入力される旋回操作量とアタッチメント操作量との組み合わせに応じて、旋回変換量及びアタッチメント変換量のうち少なくともいずれか一方を生成し、
    該生成された変換量に基づいて、旋回用電動機及びアタッチメントの対応する一方を駆動するための出力指令を生成し、
    生成した出力指令に基づいて旋回用電動機及び前記アタッチメントを駆動する油圧アクチュエータを駆動する
    ことを含むハイブリッド型ショベルの制御方法。

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