JP2016044564A - 液圧ポンプの駆動システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 エンジンの回転数が過度に低下しないように電動機でアシストすることができる液圧ポンプの作動システムを提供する。【解決手段】 油圧ポンプ駆動システム1は、制御装置３０によって電動機２０を制御して油圧ポンプ１７の回転軸１７ａを回転駆動してエンジンＥをアシストするようになっている。制御装置３０は、目標燃料噴射量演算部３８で目標燃料噴射量を演算し、噴射量制限部３２で増加させる際の実燃料噴射量の時間変化率が所定値以下となるように実燃料噴射量を決定する。また、制御装置３０は、実トルク演算部３３及び目標トルク演算部３１で実トルク及び目標トルクを夫々演算し、第１アシストトルク演算部３４で目標トルクに対して実トルクで不足する差分トルクを演算する。更に、制御装置３０は、差分トルクを出力させるべく電動機２０の動きを駆動制御部３７で制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンと電動機とによって回転軸を回転して液圧ポンプを駆動する液圧ポンプの駆動システムに関する。
建設機械等は、油圧ポンプを備えており、油圧ポンプから吐出される圧油によって油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを作動させてアームやブーム等を動かすようになっている。油圧ポンプは、回転軸を介してエンジン及び電動機と連結されており、エンジン及び電動機によって回転駆動されるようになっている。このように構成されている建設機械として、例えば特許文献１の建設機械が知られている。
特許文献１の建設機械では、エンジンは、回転数が回転数指令となるように制御装置によって制御されているが、油圧アクチュエータを駆動する場合など、油圧ポンプに負荷がかかると回転数が低下する。エンジンの回転数が減少して前記回転数と回転数指令との偏差が増加すると、制御装置が電動機を動かしてエンジンをアシストするようになっている。これにより、エンジンの回転数が一定（具体的には、回転数指令）に保たれる。また、制御装置は、電動機が作動した後に電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量が減少し、前記充電量と充電量指令との偏差が増加すると時間変化率を制限しながらエンジンの目標トルクを増加させるようになっている。
国際公開第２０１３／０３１５２５号
特許文献１の建設機械では、エンジンと電動機とが結合されているので、エンジンの負荷トルクが増加し且つ回転数が減少すると、回転数と回転数指令との偏差が増加する。そうすると、制御装置が回転数と回転数指令との偏差に合せて電動機を制御し、エンジンの回転数を一定に保つように電動機によってエンジンをアシストするようになっている。
この場合、実際に偏差が出るまで電動機によるトルク調整が行われないので（換言すると、実際に偏差が算出された後に、電動機によるトルク調整を行うので）、油圧ポンプに負荷が掛かってエンジンの回転数が急激に低下する場合には、直ぐにトルク調整が行われずに回転数が過度に低下することがある。
そこで本発明は、エンジンの回転数が過度に低下しないように電動機でアシストすることができる液圧ポンプの作動システムを提供することを目的としている。
本発明の液圧ポンプの駆動システムは、液圧ポンプの回転軸を回転駆動するエンジンと、前記回転軸の回転駆動をアシスト可能な電動機と、前記回転軸の回転数を検出するための回転数センサと、前記電動機の動きを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、目標燃料噴射量演算部と、噴射量制限部と、実トルク演算部と、目標トルク演算部と、差分トルク演算部と、駆動制御部と、を有し、前記目標燃料噴射量演算部は、前記実回転数と目標回転数とに基づいて目標燃料噴射量を演算し、前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量に基づいて実燃料噴射量を演算する際に、前記目標燃料噴射量まで段階的に実燃料噴射量を増加させる機能を有し、増加させる際の実燃料噴射量の時間変化率が所定値以下となるように実燃料噴射量を決定し、前記実トルク演算部は、前記回転数センサで検出される実回転数と前記噴射量制限部で決定される前記実燃料噴射量とに基づいて前記エンジンで出力される実トルクを演算し、前記目標トルク演算部は、前記回転数センサで検出される実回転数と前記目標燃料噴射量演算部で演算される前記目標燃料噴射量とに基づいて、前記回転軸に与えるべき目標トルクを演算し、前記差分トルク演算部は、前記目標トルク演算部で演算される前記目標トルクに対して前記実トルク演算部で演算される前記実トルクで不足する差分トルクを演算し、前記駆動制御部は、前記差分トルクを出力させるべく前記電動機の動きを制御するものである。
本発明に従えば、実燃料噴射量の時間変化率を制限することによってエンジンの出力トルクが不足するが、その不足する出力トルクを差分トルクとして事前に演算する。この差分トルクを電動機から出力させることによって、実燃料噴射量を制限しても油圧ポンプ駆動システム全体から出力されるトルクを目標トルクに近づけることができ、油圧ポンプ駆動システム全体から出力されるトルクの低下を抑えることができる。このように、油圧ポンプ駆動システムでは、時間変化率が制限されることに起因する出力トルクの変化量を事前に推定して、その不足分のトルクを電動機に出力させて対処しており、回転数の偏差に応じてトルク調整する場合に比べてエンジンの回転数が過度に低下することを抑制することができる。これにより、回転数が過度に低下することに伴うエンジンの燃費の低下を抑えることができる。
上記発明において、前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量が減少している場合、前記目標燃料噴射量を前記実燃料噴射量としてもよい。
本発明に従えば、噴射量制限部によって実燃料噴射量が演算され、目標燃料噴射量が減少している際に目標燃料噴射量を実燃料噴射量とするようになっている。これにより、実トルク演算部及び目標トルク演算部の各々で演算される実トルク及び目標トルクが同一又は略同一となり、差分トルク演算部で演算される差分トルクがゼロとなる。それ故、エンジンの出力トルクを用いて電動機に回生させることをなくすことができ、エンジンの燃費を向上させることができる。
上記発明において、前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量に基づいて前記実燃料噴射量を演算する際に、前記目標燃料噴射量が増加している場合、経過時間に比例して変化させる変化規則に基づいて前記実燃料噴射量を段階的に増加させてもよい。
上記構成に従えば、実燃料噴射量が急激に増加することを抑制することができる。これにより、エンジンの燃焼状態が悪化することを抑制することができ、エンジンの出力トルクが低下することを抑え、且つエンジンの燃費を向上させることができる。
上記発明において、前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量に基づいて前記実燃料噴射量を演算する際に、前記目標燃料噴射量が増加している場合、経過時間に対して一次遅れさせる変化規則に基づいて前記実燃料噴射量を段階的に変化させてもよい。
上記構成に従えば、実燃料噴射量が急激に増加することを抑制することができる。これにより、エンジンの燃焼状態が悪化することを抑制することができ、エンジンの出力トルクが低下することを抑え、且つエンジンの燃費を向上させることができる。
上記発明において、前記制御装置は、トルク変化推定部と、変化トルク演算部と、を有し、前記トルク変化推定部は、前記噴射量制限部で演算される前記実燃料噴射量と前記実回転数とに基づいて前記エンジンの出力トルクの変化量を推定し、前記変化トルク演算部は、前記トルク変化推定部で演算される前記出力トルクの変化量に基づいてアシストすべき変化トルクを演算し、前記駆動制御部は、前記差分トルクに前記変化トルクを加えたトルクを出力させるべく前記電動機の動きを制御してもよい。
上記構成に従えば、実燃料噴射量の変化に起因する出力トルクの変化量（低下量）を事前に推定し、推定された変化量に基づいてアシストすべき変化トルクを演算する。演算された変化トルクは、差分トルクが加えられて電動機から出力される。このようにして、エンジンの出力トルクを電動機によってアシストすることができ、出力トルクに変化があった際にその変化分を電動機によってアシストすることができる。例えば、液圧ポンプの負荷入れ時において実燃料噴射量が急激に増加して燃焼状態が悪化するような場合であっても、上記構成においては、実燃料噴射量の変化に起因する出力トルクの低下及び回転数の過度な低下を防ぐことができる。これにより、回転数が過度に低下することに伴う油圧ポンプ吐出流量の低下による操作性の低下を抑えることができる。
上記発明において、前記トルク変化推定部は、前記実燃料噴射量に基づいて前記エンジンの単位回転数当たりの前記出力トルクの変化率を推定し、前記実トルク演算部で演算される前記実トルクと前記変化率とに基づいて前記出力トルクの変化量を演算してもよい。
エンジンでは、実燃料噴射量の変化は、供給直後の燃焼時だけでなくその後の数回の燃焼にわたって燃焼状態へ影響を与える。即ち、時間ではなく燃焼回数を経ることによって実燃料噴射量の変化による燃焼状態への影響が小さくなってき、エンジンの燃焼状態は、時間よりも燃焼回数（即ち、回転数）に応じて変化する。
上記構成に従えば、実燃料噴射量の変化に対するエンジンの単位回転数毎の出力トルクの変化率を演算し、この変化率と実トルクとに基づいて単位回転数毎の出力トルクの変化量を演算することができる。このように時間単位ではなく回転数単位で出力トルクの変化量を演算するので、時間単位で演算する場合に比べて出力トルクの低下をより正確に推定することができる。これにより、出力トルクの変化量に基づいてエンジンをアシストすることができるようになるため、エンジンの回転数が過度に低下することを防ぐことができる。
上記発明において、前記トルク変化推定部は、時定数を変えられる一次遅れ要素を含む疑似微分演算部と、前記回転数センサによって検出される前記回転軸の回転数に応じて前記一次遅れ要素の時定数を変える時定数演算部とを有し、疑似微分を用いて前記エンジンの単位回転数当たりにおける前記実燃料噴射量の変化率を算出し、前記実燃料噴射量の変化率に基づいて前記エンジンの単位回転数当たりにおける前記出力トルクの変化量を推定してもよい。
上記構成に従えば、一次遅れ要素を含む疑似微分を用い、且つその一次遅れ要素を実回転数に応じて変えることにより、単位回転数毎の出力トルクの変化率を実用的に演算することができる。
上記発明において、前記変化トルク演算部は、前記実燃料噴射量の変化率がゼロ未満であると、前記変化トルクをゼロとしてもよい。
上記構成に従えば、実燃料噴射量を減少させて出力トルクを低下させる際に変化トルク（アシストトルク）を電動機から発生させることを防ぐことができる。これにより、意図的にエンジンの出力トルクを低下させる際に、電動機によって無駄にエネルギーが消費されることを防ぐことができる。
本件発明の液圧ポンプの駆動システムは、液圧ポンプの回転軸を回転駆動するエンジンと、前記回転軸の回転駆動をアシスト可能な電動機と、前記回転軸の実回転数を検出するための回転数センサと、前記電動機の動きを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、実燃料噴射量演算部と、トルク変化推定部と、アシストトルク演算部と、駆動制御部と、を有し、前記実燃料噴射量演算部は、前記実回転数と目標回転数とに基づいて実燃料噴射量を演算し、前記トルク変化推定部は、前記実燃料噴射量演算部で演算される前記実燃料噴射量と前記実回転数とに基づいて前記エンジンの出力トルクの変化量を推定し、前記変化トルク演算部は、前記トルク変化推定部で演算される前記出力トルクの変化量に基づいてアシストすべき変化トルクを演算し、前記駆動制御部は、前記変化トルクを出力させるべく前記電動機の動きを制御するものである。
上記構成に従えば、実燃燃料噴射量の変化に起因するエンジンの燃焼状態の悪化等による出力トルクの変化量（低下量）を事前に推定し、推定された変化量に基づいてアシストすべき変化トルクを演算する。演算された変化トルクは電動機から出力される。これにより、エンジンの出力トルクを電動機によってアシストすることができ、出力トルクに変化があった際にその変化分を電動機によってアシストすることができる。例えば、液圧ポンプの負荷入れ時において目標燃料噴射量が急激に増加して燃焼状態が不安定となる場合であっても、上記構成においては、それに起因する出力トルクの低下及び回転数の過度な低下を防ぐことができる。これにより、回転数が過度に低下することに伴う油圧ポンプの吐出流量の低下による操作性の低下を抑えることができる。
上記発明において、前記制御装置は、実トルク演算部を有し、前記実トルク演算部は、前記回転数センサで検出される実回転数と前記実燃料噴射量演算部で演算された前記実燃料噴射量とに基づいて前記エンジンで出力される実トルクを演算し、前記トルク変化推定部は、前記実燃料噴射量に基づいて前記エンジンの単位回転数当たりの前記出力トルクの変化率を推定し、前記実トルク演算部で演算される前記実トルクと前記変化率とに基づいて前記出力トルクの変化量を演算してもよい。
上記構成に従えば、前記実燃料噴射量の変化に対する単位回転数毎の出力トルクの変化率を演算し、この変化率と実トルクとに基づいて単位回転数毎の出力トルクの変化量を演算することができる。このように時間単位ではなく回転数単位で出力トルクの変化量を演算するので、時間単位で演算する場合に比べてトルク低下をより正確に推定することができる。これにより、出力トルクの変化量に基づいてエンジンをアシストすることができるようになるため、エンジンの回転数が過度に低下することを防ぐことができる。
上記発明において、前記トルク変化推定部は、時定数を変えられる一次遅れ要素を含む疑似微分演算部と、前記回転数センサによって検出される前記回転軸の回転数に応じて前記一次遅れ要素の時定数を変える時定数演算部とを有し、疑似微分を用いて前記エンジンの単位回転数当たりにおける前記実燃料噴射量の変化率を算出し、前記実燃料噴射量の変化率に基づいて前記エンジンの単位回転数当たりにおける前記出力トルクの変化量を推定してもよい。
上記構成に従えば、一次遅れ要素を含む疑似微分を用い、且つその一次遅れ要素を実回転数に応じて変えることにより、単位回転数毎の出力トルクの変化率を実用的に演算することができる。
本発明によれば、液圧ポンプに負荷が掛かって回転数が低下した際に、エンジンの回転数が過度に低下しないように電動機でアシストすることができる。
本件発明の実施形態に係る油圧ポンプ駆動システムを示すブロック図である。 図１の油圧ポンプ駆動システムに備わる制御装置が有する機能をブロックにして示した機能ブロック図である。 図２の制御装置の一部分を更に詳細に説明すべく示した機能ブロック図である。 図１の油圧ポンプ駆動システムを駆動したときの各種値の経時変化を示すグラフである。 他の実施形態の油圧ポンプ駆動システムを駆動したときの各種値の経時変化を示すグラフである。
以下、本発明に係る実施形態の油圧ポンプ駆動システム１について図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明する油圧ポンプ駆動システム１は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
建設機械は、バケット、ローダ、ブレード、巻上機等の種々のアタッチメントを備え、油圧シリンダや油圧モータ（電油モータ）等の油圧アクチュエータによって動かすようになっている。例えば、建設機械の１種である油圧ショベルは、バケット、アーム及びブームを備えており、これら３つの部材を動かしながら掘削等の作業を行うことができるようになっている。バケット、アーム、及びブームの各々には油圧シリンダ１１〜１３が設けられており、各シリンダ１１〜１３に圧油を供給することでバケット、アーム、及びブームが動くようになっている。
また、油圧ショベルは、走行装置を有しており、更に走行装置の上には、旋回体が旋回可能に取り付けられている。旋回体には、ブームが上下方向に揺動可能に取り付けられている。旋回体には、油圧式の旋回用モータ１４が取り付けられており、旋回用モータ１４に圧油を供給することで旋回体が旋回するようになっている。また、走行装置には、油圧式の走行用モータ１５が取り付けられており、走行用モータ１５に圧油を供給することで前進又は後退するようになっている。油圧アクチュエータ１１〜１５（即ち、油圧シリンダ１１〜１３及び油圧モータ１４，１５）は、油圧供給装置１６に接続されており、油圧供給装置１６から圧油の供給を受けて作動するようになっている。
油圧供給装置１６は、油圧ポンプ１７と、コントロールバルブ１８とを有している。油圧ポンプ１７は、例えば斜板ポンプであって回転軸１７ａを有しており、回転軸１７ａを回転させることで圧油を吐出するようになっている。吐出された圧油は、コントロールバルブ１８に導かれるようになっており、コントロールバルブ１８は、吐出された圧油の流れを制御するようになっている。
また、油圧ショベルには、複数の操作具（例えば、操作レバーや操作ボタン等）が油圧アクチュエータ１１〜１５の各々に対応付けて設けられており、コントロールバルブ１８は、操作具が操作されると操作具に対応する油圧アクチュエータ１１〜１５に圧油を流すようになっている。このようにして圧油を流すことで、操作具の操作に応じて油圧アクチュエータ１１〜１５が作動してバケット、アーム、及びブーム等が動くようになっている。また、油圧ポンプ１７の回転軸１７ａは、油圧ポンプ駆動システム１と連結されており、油圧ポンプ駆動システム１によって回転軸１７ａが回転駆動されるようになっている。
油圧ポンプ駆動システム１は、エンジンＥ及び電動機２０を備えるハイブリッド式の駆動システムであり、エンジンＥ及び電動機２０が共に油圧ポンプ１７の回転軸１７ａに連結されている。エンジンＥは、例えば複数の気筒を有するディーゼルエンジンであり、気筒毎に燃料噴射装置２１が対応付けて設けられている。燃料噴射装置２１は、例えば燃料ポンプと電磁制御弁とによって構成されており、入力される噴射指令に応じた量の燃料を対応する気筒の燃焼室に噴射するようになっている。エンジンＥは、燃料噴射装置２１から噴射された燃料を燃焼させて図示しないピストンを往復運動させることで回転軸１７ａを回転させ、油圧ポンプ１７から圧油を吐出させるようになっている。なお、本実施形態では、エンジンＥがディーゼルエンジンであるが、必ずしもディーゼルエンジンである必要はなくガソリンエンジンであってもよい。また、回転軸１７ａには、エンジンＥの駆動をアシストするために電動機２０が設けられている。
電動機２０は、例えばＡＣモータであって、インバータ２２に接続されている。駆動装置であるインバータ２２は、図示しないバッテリと繋がっており、バッテリから供給される直流電流を交流に変換して電動機２０に供給するようになっている。また、インバータ２２は、入力されるトルク指令に応じた周波数及び電圧の交流電流を電動機２０に供給し、トルク指令（後述するアシストトルク）に応じたトルクを電動機２０から回転軸１７ａに出力させるようになっている。
また、回転軸１７ａには、回転数センサ２３が取り付けられており、回転数センサ２３は、回転軸１７ａの回転数に応じた信号を出力するようになっている。回転数センサ２３は、インバータ２２及び燃料噴射装置２１の電磁制御弁と共に制御装置３０に電気的に接続されている。
制御装置３０は、回転数センサ２３から入力される信号に基づいて回転軸１７ａの実回転数を算出し、算出された実回転数と目標回転数との差を演算する。なお、目標回転数は、入力手段（ダイヤル、ボタン、及びタッチパネル等）から入力された又は予め設定された回転数である。制御装置３０は、実回転数と目標回転数との差に基づいて燃料噴射装置２１から噴射すべき目標燃料噴射量を演算する。更に、制御装置３０は、目標燃料噴射量に基づいて後述の方法で実燃料噴射量を演算し、この実燃料噴射量を燃料噴射装置２１から噴射させるようになっている。なお、制御装置３０は、実回転数及び目標燃料噴射量を所定の間隔で演算するようになっている。また、制御装置３０は、エンジンＥからのトルクだけでは不足する場合に電動機２０を駆動してエンジンＥをアシストするようになっている。以下では、制御装置３０の機能について図２及び図３を参照しながら更に詳細に説明する。
制御装置３０は、各種値（後述する第１アシストトルク及び第２アシストトルク）を演算する機能部分を有しており、各種値を演算する機能部分毎にブロックに分けて説明すると、目標燃料噴射量演算部３８、目標トルク演算部３１、噴射量制限部３２、実トルク演算部３３、及び第１アシストトルク演算部３４を有している。目標燃料噴射量演算部３８は、実回転数と目標回転数との差に基づいて燃料噴射装置２１から噴射すべき目標燃料噴射量を演算するようになっている。目標トルク演算部３１は、目標トルクマップを用いて目標トルクを演算するようになっている。目標トルクマップは、油圧ポンプ駆動システム１全体で出力すべき目標トルクが目標燃料噴射量及び実回転数に対応付けられているマップであり、目標トルク演算部３１は、演算された目標燃料噴射量及び実回転数に基づいて目標トルクマップから目標トルクを算出するようになっている。また、目標燃料噴射量演算部３８で演算される目標燃料噴射量は、燃料噴射装置２１にて実際に噴射させるべき実燃料噴射量を噴射量制限部３２で演算するために用いられる。
噴射量制限部３２（実燃料噴射量演算部）は、増加率制限あり且つ減少率制限なしのレートリミット機能を有しており、このレートリミット機能により目標燃料噴射量に基づいて実燃料噴射量を演算するようになっている。更に詳細に説明すると、噴射量制限部３２は、目標燃料噴射量が増加する際に目標燃料噴射量の増加率が所定値を超えると、予め定められる変化規則に基づいて変化率又は変化量を制限しながら実燃料噴射量を前記目標燃料噴射量まで段階的に変化させるようになっている。他方、目標燃料噴射量が減少する場合、噴射量制限部３２は、減少率を制限せずに目標燃料噴射量を実燃料噴射量とするようになっている。
本実施形態において、噴射量制限部３２は、目標燃料噴射量演算部３８で演算された目標燃料噴射量を内部に保持（即ち、記憶）し、保持している目標燃料噴射量と直後に演算された目標燃料噴射量とを比較するようになっている。保持している目標燃料噴射量より直後の目標燃料噴射量が小さい、即ち目標燃料噴射量が減少している場合、目標燃料噴射量を実燃料噴射量として算出する。他方、保持している目標燃料噴射量より直後の目標燃料噴射量が大きい、即ち目標燃料噴射量が増加している場合、増加率（本実施形態では、２つの目標燃料噴射量の差）が所定値を超えているか否かを判定する。所定値以下の場合は、標燃料噴射量を実燃料噴射量として算出する。他方、所定値を超えている場合、増加率を所定値又はそれ以下とする変化規則に基づいて増加率を制限しながら実燃料噴射量を目標燃料噴射量まで段階的に増加させる。即ち、所定値を超えている場合、所定値又はそれ以下の比例定数に基づいて時間に比例させて実燃料噴射量を目標燃料噴射量まで段階的に増加させる。なお、噴射量制限部３２は、フィルターであってもよく、例えば一次遅れ要素（即ち、遅れ要素）を有する伝達関数に基づいて目標燃料噴射量を増加させるようにしてもよい。このように演算された実燃料噴射量は、実トルクを実トルク演算部３３で演算するために実回転数と共に用いられる。
実トルク演算部３３は、実トルクマップを用いて実トルクを演算するようになっている。実トルクは、燃料噴射装置２１によってエンジンＥに実燃料噴射量を噴射した場合にエンジンＥが出力する出力トルクである。実トルクマップは、実トルクが実燃料噴射量及び実回転数に対応付けられているマップであり、実トルク演算部３３は演算された実燃料噴射量及び実回転数に基づいて実トルクマップから実トルクを算出するようになっている。本実施形態では、実トルクマップと目標トルクマップとして同じマップが使用されている。算出された実トルクは、電動機２０で出力させたい第１アシストトルクを第１アシストトルク演算部３４で演算するために目標トルクと共に用いられる。
第１アシストトルク演算部３４（差分トルク演算部）は、１つの目標燃料噴射量から演算される実トルクと目標トルクとに基づいて、目標トルクから実トルクを差し引いた不足分のトルクである第１アシストトルク（差分トルク）を演算するようになっている。更に詳細に説明すると、第１アシストトルク演算部３４は、目標トルクから実トルクを減算し、油圧ポンプ駆動システム１から目標トルクを発生させる上で不足する第１アシストトルクを演算する。
このように、制御装置３０では、目標燃料噴射量が急激に増加したときに実燃料噴射量の増加率を制限するようになっている。このように増加率を制限することによって、目標燃料噴射量の急激な増加に起因するエンジンＥの燃焼状態の悪化を防ぐことができ、燃費向上を図ることができる。他方、制限されることで実際に出力される実トルクが目標トルクより小さくなる、即ち不足するトルクが生じるので、不足分を電動機２０に出力させるべく、不足分に相当する第１アシストトルクを演算している。
また、油圧ポンプ駆動システム１では、実燃料噴射量の増加率が制限されることによって、エンジンＥの出力トルクが低下する。しかし、制御装置３０は、低下した出力トルクを推定し、更に低下した出力トルクを電動機２０で補うべく第２アシストトルク（変化トルク）を演算する機能を有している。制御装置３０は、第２アシストトルクを演算するために、トルク変化推定部３５と、第２アシストトルク演算部３６と、駆動制御部３７とを有している。
トルク変化推定部３５は、演算された実回転数及び実燃料噴射量に基づいて、エンジンＥから出力されるトルクの変化量を推定するようになっている。エンジンＥは、実燃料噴射量の変化により燃焼状態が不安定となり、出力トルクに応答遅れが生じる。また、エンジンＥの燃焼状態は、一回転数毎（４ストロークエンジンの場合、吸気−圧縮−膨張−排気の一サイクル毎）に変化し、燃焼状態の不安定状態は、燃焼回数を経るにつれて改善される。従って、実回転数が大きければ大きい程、単位時間当たりの燃焼回数が多くなるので、エンジンＥの燃焼状態の不安定化がより早く改善し、エンジンＥのトルクの低下が小さくなる。
燃焼状態が一回転毎に変化するというエンジンＥの出力トルクの特性を鑑みて、トルク変化推定部３５は、エンジンＥの単位回転数毎（好ましくは、一回転毎）に出力トルクの低下を演算するようになっている。本実施形態において、トルク変化推定部３５では、後述する疑似微分を含む伝達関数によってエンジンＥを数値モデル化してエンジンＥの出力トルクの変化を推定するようにし、更に疑似微分に含まれる一次遅れ要素の時定数を実回転数に応じて変化させている。これにより、単位回転数毎の出力トルク低下を疑似的に演算することができる。そうすると、実回転数が大きい程エンジンＥの燃焼状態がより早く改善してトルク低下が抑えられ、且つ実回転数が小さい程エンジンＥの燃焼状態の改善が遅くなってトルク低下が大きくなることが考慮される。即ち、実回転数に応じてトルクの応答遅れが変化するエンジンＥの出力トルク特性が、前述する伝達関数によって推定できる。このように出力トルクの変化量を推定するトルク変化推定部３５について、図２に併せて図３も参照しながら以下に更に詳細に説明する。
トルク変化推定部３５は、出力トルクの変化を推定する機能部分として、時定数演算部４１と、疑似微分演算部４２と、トルク変化係数演算部４４と、トルク変化率演算部４５と、補正係数演算部４６と、トルク変化量演算部４７とを有している。時定数演算部４１は、時定数マップを用いて制御装置３０で演算された実回転数から時定数を算出する。本実施形態において、時定数マップは、時定数と実回転とが対応付けられているマップである。時定数マップの時定数と実回転との対応関係は、実験等から得られたデータに基づいて設定されており、エンジンＥの排気量、付属品（過給機やＥＧＲ等）、及び構造（配管の径や長さ等）等によって異なる。即ち、前記対応関係は、エンジンＥの機種毎に異なっており、エンジンＥの機種毎に実験結果を参考にして設定される。なお、前記対応関係は、機種毎だけでなく個体毎に設定されてもよい。時定数演算部４１で演算される時定数は、実燃料噴射量の微分値を演算するために疑似微分演算部４２で実燃料噴射量と共に用いられる。
疑似微分演算部４２は、エンジンＥを数値モデル化した伝達関数によって実燃料噴射量の微分値を演算する。なお、エンジンＥでは、燃料噴射量とトルクとが対応しており、実燃料噴射量の微分値（実燃料噴射量の単位回転数当たりの変化率に相当）は、トルクの変化率に対応している。疑似微分演算部４２について更に詳細に説明すると、疑似微分演算部４２の伝達関数には、一次遅れ要素を含む疑似微分（不完全微分ともいう）が含まれており、疑似微分演算部４２は、この伝達関数を用いて実燃料噴射量の微分値を演算するようになっている。本実施形態において、疑似微分は、ラプラス変数をｓとし、微分ゲインをＴＤとし、時定数をＴとすると、下記の式（１）で表される。
このように一次遅れ要素を含む疑似微分によって実燃料噴射量の微分値を演算することで、燃焼状態の悪化による応答遅れが考慮された出力トルクの変化率に対応する値（即ち、実燃料噴射量の微分値）が演算される。また、疑似微分に含まれる一次遅れ要素の時定数Ｔは、時定数演算部４１で演算された時定数を用いる。即ち、疑似微分演算部４２は、演算する度に時定数を変化させて実燃料噴射量の微分値を演算する。このように時定数を実回転数に基づいて演算して、それを演算する度に変更することで、単位回転数毎（好ましくは、一回転数毎）の出力トルクの変化率を疑似的に演算することができる。このようにして演算される実燃料噴射量の微分値は、エンジンＥの出力トルクの単位回転数当たりの変化率に対応しており、後述するトルク変化係数をトルク変化係数演算部４４で演算するために用いられる。
トルク変化係数演算部４４は、疑似微分演算部４２で演算された実燃料噴射量の微分値に基づいてトルク変化係数を演算するようになっている。トルク変化係数は、実トルクに対してどの程度トルクが変化するかを示す係数である。トルク変化係数演算部４４は、まず実燃料噴射量の微分値の絶対値を演算し、次に図３に示すトルク変化係数マップ４４ａを用いて実燃料噴射量の微分値の絶対値からトルク変化係数を算出する。トルク変化係数マップ４４ａは、実燃料噴射量の微分値の絶対値とトルク変化係数とが対応付けられているマップであり、例えば微分値の絶対値が大きくなるとトルク変化係数が大きくなるように設定されている。本実施形態において、トルク変化係数マップ４４ａの実燃料噴射量の微分値の絶対値とトルク変化係数との対応関係は、実験等から得られたデータに基づいて設定されており、時定数マップと同様にエンジンＥの機種毎に設定されている。なお、実燃料噴射量の微分値の絶対値とトルク変化係数との対応関係は、必ずしも図３に示されるような対応関係である必要はない。トルク変化係数演算部４４は、トルク変化係数マップ４４ａと実燃料噴射量の微分値の絶対値とに基づいてトルク変化係数を演算し、演算されたトルク変化係数は、トルク変化率をトルク変化率演算部４５で演算するために用いられる。
トルク変化率は、実燃料噴射量の燃料をエンジンＥに噴いたときに出力される実トルクに対して、燃焼状態の悪化等に伴って変化（具体的には、減少）するトルクの割合を示す値である。トルク変化係数とトルク変化率とは、基本的に対応しているが、トルク変化係数は、実燃料噴射量の微分値の絶対値から一義的に導かれるように設定された値である。これに対して、トルク変化率は、実燃料噴射量の微分値の絶対値（即ち、トルク変化係数）だけでなく、実回転数及び実燃料噴射量の影響が加味されている。例えば、エンジンＥに排気ターボ機能が備わっている場合、低回転域では、そのターボによって吸気遅れが増大して、出力トルクの低下が増大する。このような現象を加味すべく、トルク変化率は、トルク変化係数演算部４４で演算されるトルク変化係数を補正するようになっており、補正するための補正係数を補正係数演算部４６で演算している。
補正係数演算部４６は、制御装置３０で演算される実回転数及び噴射量制限部３２で演算される実燃料噴射量に基づいて補正係数を演算するようになっている。補正係数は、トルク変化係数演算部４４で演算されたトルク変化係数を実回転数及び実燃料噴射量に応じて補正するための係数である。更に詳細に説明すると、補正係数演算部４６は、図３に示すような第１補正係数マップ４６ａを用いて実回転数から第１補正係数を演算し、図３に示すような第２補正係数マップ４６ｂを用いて実燃料噴射量から第２補正係数を演算する。第１補正係数マップ４６ａは、実回転数と第１補正係数とが対応付けられているマップであり、第２補正係数マップ４６ｂは、実燃料噴射量と第２補正係数とが対応付けられているマップである。各補正係数マップ４６ａ，４６ｂでは、例えば実回転数及び実燃料噴射量が大きくなると補正係数が小さくなるように設定されている。
なお、２つの補正係数マップ４６ａ，４６ｂは、実験等から得られたデータに基づいて設定されており、他のマップと同様にエンジンＥの機種毎に異なっている。また、実回転数と第１補正係数との対応関係及び実燃料噴射量と第２補正係数との対応関係の各々は、必ずしも図３に示されるような対応関係である必要はない。更に、補正係数演算部４６は、演算された第１及び第２補正係数を補正係数乗算部４６ｃによって乗算してトルク補正係数を算出する。算出されたトルク補正係数は、トルク変化率をトルク変化率演算部４５で演算するためにトルク変化係数と共に用いられる。
トルク変化率演算部４５は、トルク変化係数演算部４４で演算されるトルク変化係数と補正係数演算部４６で演算される補正係数とに基づいてトルク変化率を演算するようになっている。トルク変化率は、前述の通り実トルクに対して変化（増加又は減少）するトルクの割合を示す値である。トルク変化率演算部４５は、演算されるトルク変化係数及び補正係数を乗算することによりトルク変化率を算出している。算出されたトルク変化係数は、トルク変化量をトルク変化量演算部４７で演算するために実トルクと共に用いられる。
トルク変化量演算部４７は、トルク変化率演算部４５で演算されるトルク変化率及び実トルク演算部３３で演算される実トルクに基づいて、実燃料噴射量の変化に起因するエンジンＥのトルク変化量を演算するようになっている。トルク変化量は、噴射量制限部３２で演算される実燃料噴射量をエンジンＥに噴射した際にエンジンＥの燃焼状態に応じて変化したトルクの変化量（即ち、トルクの低下量又は増加量）である。トルク変化量演算部４７は、トルク変化率及び実トルク演算部３３を乗算してトルク変化量を算出する。トルク変化推定部３５では、このようにしてトルク変化量が推定される。推定されたトルク変化量は、第２アシストトルクを第２アシストトルク演算部３６で演算するために用いられる。
第２アシストトルク演算部３６（変化トルク演算部）は、実燃料噴射量の変化に伴って低下したトルクの不足分を電動機２０の出力トルクで補うべく、その不足分のトルクに相当する第２アシストトルク（変化トルク）を演算するようになっている。演算方法について詳細に説明すると、第２アシストトルク演算部３６は、まず疑似微分演算部４２で演算された実燃料噴射量の微分値が０（ゼロ）未満か否かを判定する。実燃料噴射量の微分値がゼロ未満であると判定すると、第２アシストトルク演算部３６は、乗算係数としてゼロを選択する。実燃料噴射量の微分値がゼロ以上と判定すると、第２アシストトルク演算部３６は、乗算係数として所定値（本実施形態では、所定値＝１）を選択する。更に、第２アシストトルク演算部３６は、乗算係数とトルク変化量とを乗算して乗算結果を第２アシストトルクとして算出する。従って、微分値がゼロ未満の場合、第２アシストトルクはゼロとなり、微分値がゼロ以上である場合、第２アシストトルクはトルク変化量となる。このようにして算出された第２アシストトルクは、電動機２０から出力すべきアシストトルクを駆動制御部３７で演算するために第１アシストトルクと共に用いられる。
駆動制御部３７は、第１アシストトルク及び第２アシストトルクに基づいて電動機２０から出力すべきアシストトルクを演算する。即ち、駆動制御部３７は、第１アシストトルクと第２アシストトルクとを加算することによってアシストトルクを演算する。また、駆動制御部３７は、電動機２０にアシストトルクを出力させるべくインバータ２２の動きを制御するようになっている。
このように構成されている制御装置３０は、油圧ポンプ１７の負荷が大きくなってエンジンＥの回転数が低下し、低下した回転数を補うべくエンジンＥの目標燃料噴射量が増加した際に電動機２０を駆動してエンジンＥをアシストするようになっている。以下では、油圧アクチュエータ１１〜１５の何れかを作動させて油圧ポンプ１７の負荷が増大した際の油圧ポンプ駆動システム１の動きを図４のグラフを参照しながら説明する。なお、図４には、紙面の上から順にポンプ負荷（油圧ポンプ１７の負荷）、エンジン回転数（実回転数）、目標燃料噴射量、実燃料噴射量、第１アシストトルク（差分トルク）、トルク変化係数、第２アシストトルク（変化トルク）、及びアシストトルクの経時変化を示している。図４の横軸が時間であり、縦軸が各種値を示している。
操作具が操作されてコントロールバルブ１８が作動すると、油圧ポンプ１７は、アンロード状態からオンロード状態に切替り、油圧ポンプ１７に大きな負荷が作用する（図４のポンプ負荷のグラフの時刻ｔ１参照）。油圧ポンプ１７の負荷が大きくなるとエンジンＥの実回転数が目標回転数より低くなり、エンジンＥの実回転数と目標回転数とに差が生じる。そうすると、目標燃料噴射量演算部３８は、実回転数と目標回転数との差から目標燃料噴射量を演算し、更に制御装置３０の噴射量制限部３２は、演算された目標燃料噴射量に基づいて実燃料噴射量を演算する。噴射量制限部３２は、目標燃料噴射量の増加率（又は増加量）が所定値以上であるので、実燃料噴射量を制限して、実燃料噴射量を目標燃料噴射量まで時間に比例して段階的に増加させる（図４の実燃料噴射量のグラフの時刻ｔ１〜ｔ２参照）。
噴射量制限部３２で演算された実燃料噴射量は、実トルク演算部３３で用いられ、実トルク演算部３３は、制御装置３０で演算される実回転数と実燃料噴射量とに基づいてエンジンＥで出力される実トルクを演算する。他方、目標トルク演算部３１は、目標燃料噴射量と実回転数とに基づいて目標トルクを演算する。次に、第１アシストトルク演算部３４は、演算された目標トルク及び実トルクに基づいて、目標トルクから実トルクを差し引いた不足分のトルク、即ち第１アシストトルクを演算する。実燃料噴射量が制限されているため、図４の第１アシストトルクのグラフに示されているように、第１アシストトルクは、油圧ポンプ１７の負荷が急激に増加した際に最も大きくなり、実燃料噴射量の増加と共に減少するようになっている（図４の第１アシストトルクのグラフの時刻ｔ１〜ｔ２参照）。そして、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に達すると、第１アシストトルクがゼロとなる（図４の第１アシストトルクのグラフの時刻ｔ２参照）。
このように、油圧ポンプ駆動システム１では、実燃料噴射量の増加率（又は増加量）を制限して実燃料噴射量が急激に変化することを抑制することができる。これにより、エンジンＥの燃焼状態が悪化することを抑制することができ、エンジンＥの燃費を向上させることができる。また、制御装置３０は、燃料噴射量を制限することによって不足するトルクである第１アシストトルクを予め演算している。この第１アシストトルクを電動機２０から出力させることによって、実燃料噴射量を制限しても油圧ポンプ駆動システム１全体から出力されるトルクを目標トルクに近づけることができる。これにより、油圧ポンプ駆動システム１全体として出力されるトルクが低下することを抑えることができる。このように、油圧ポンプ駆動システム１では、出力トルクの変化量を事前に推定して電動機２０にトルクを出力させて対処しており、回転数の偏差に応じてトルク調整する場合に比べてエンジンＥの回転数が過度に低下することを抑制することができる。
また、制御装置３０のトルク変化推定部３５は、演算された実回転数及び実燃料噴射量に基づいてトルク変化係数を算出し、更にトルク変化量（第２アシストトルク）を算出する。即ち、トルク変化推定部３５では、時定数演算部４１が時定数マップ４１ａを用いて実回転数から時定数を算出し、算出された時定数を用いて疑似微分演算部４２が実燃料噴射量の微分値を演算する。次に、トルク変化係数演算部４４が実燃料噴射量の微分値の絶対値を演算し、更にトルク変化係数演算部４４がトルク変化係数マップ４４ａを用いて実燃料噴射量の微分値の絶対値からトルク変化係数を演算する。演算されたトルク変化係数は、疑似微分演算部４２によって演算された一次遅れの要素を含む値に基づいて演算されているため、図４のトルク変化係数のグラフに示されているように一次遅れの応答性をもって増加する（図４のトルク変化係数のグラフの時刻ｔ１〜ｔ２参照）。なお、演算されたトルク変化係数は、正の値として表され、実燃料噴射量を時間と共に一定の増加率（即ち、比例定数）で増加させると一次遅れ応答で変化する。
疑似微分演算部４２は、演算の度に時定数を変更することによって、単位回転数毎の実燃料噴射量の変化率を演算し、トルク変化量演算部４７は、この変化率と実トルクとに基づいて単位回転数毎の出力トルクの変化量を演算している。というのも、実燃料噴射量の変化は、供給直後の燃焼時だけでなくその後の数回の燃焼にわたってエンジンＥの燃焼状態に影響を与える。即ち、時間ではなく燃焼回数を経ることによって、実燃料噴射量の変化による燃焼状態への影響が小さくなる。従って、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に達した後も燃焼状態の悪化が止まらずにトルクが低下し、エンジンＥにて所定回数の燃焼（即ち、所定回数の回転）が行われた後、燃焼状態が改善される。このように、エンジンＥの燃焼状態は、時間よりも燃焼回数（即ち、回転数）に応じて変化している。これを鑑みて、疑似微分演算部４２は、単位回転数毎の実燃料噴射量の変化率を演算している。また、実燃料噴射量の変化率を演算する際に疑似微分が用いられることによって、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に達して一定となった後も実燃料噴射量の変化率としてゼロより大きい値が算出され、その結果、トルク変化係数もゼロより大きい値となる。その後トルク変化係数がゼロに向かって減少している（図４のトルク変化係数のグラフの時刻ｔ２〜ｔ３参照）。つまり、トルク変化推定部３５は、実燃料噴射量が目標燃料噴射量に達して一定となった後のトルク変化係数及びトルク変化量までをも考慮している。
このように時間単位ではなく回転数単位で出力トルクの変化を演算するので、時間単位で演算する場合に比べてエンジンＥの出力トルクの低下をより正確に推定することができる。これにより、燃焼悪化による出力トルクの低下により回転数が過度に低下することを防ぐことができ、それに伴うエンジンの燃費の低下を抑えることができる。なお、トルク変化係数は、時間ではなくエンジンＥでの燃焼回数に応じて演算されるので、時刻ｔ２〜ｔ３の時間間隔は実回転数の値に基づいている。疑似微分演算部４２は、時定数を実回転数に応じて変更するので、時刻ｔ２〜ｔ３におけるトルク低下係数も詳細に演算することができる。これによりトルク変化推定部３５では、より正確なトルク変化係数及びトルク変化量を推定することができる。
補正係数演算部４６では、トルク変化係数の演算に並行して補正係数を演算する。即ち、補正係数演算部４６は、演算された実回転数及び実燃料噴射量の各々に基づいて第１補正係数及び第２補正係数を夫々算出し、更に第１補正係数及び第２補正係数に基づいて補正係数を算出する。トルク変化率演算部４５は、演算された補正係数及びトルク変化係数に基づいてトルク変化率を演算し、更にトルク変化量演算部４７がトルク変化率及び実トルクに基づいてトルク変化量を演算する。このようにして演算されるトルク変化量は、図４のトルク変化量に示すように時間経過と共に増加して時刻ｔ２でピークとなって、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけてエンジンＥでの燃焼状態が改善するに伴い急激に減少するようになっている。なお、図４のトルク変化量は、低下するトルク量を正として表している。このようにトルク変化推定部３５は、トルク変化量を推定し、推定されたトルク変化量は、第２アシストトルク演算部３６で用いられる。第２アシストトルク演算部３６は、このトルク変化量によって第２アシストトルクを演算する。
第２アシストトルク演算部３６は、疑似微分演算部４２で演算された実燃料噴射量の微分値がゼロ以上となる場合は、乗算係数として第１所定値（例えば、１）を選択し、実燃料噴射量の微分値がゼロ未満となる場合は、乗算係数として第２所定値（例えば、０）を選択する。第２アシストトルク演算部３６は、この乗算係数をトルク変化量に乗算して第２アシストトルクを演算する。駆動制御部３７は、演算された第１アシストトルク及び第２アシストトルクを加算してアシストトルクを算出する。算出されたアシストトルクは、図４のアシストトルクのグラフに示すように変化し、目標トルクの不足分（目標トルクから実トルクを差し引いた不足分のトルクに相当する差分トルク）を補いつつ、更にトルク変化量（実燃料噴射量の変化に伴って低下したトルクの不足分に相当する変化トルク）も補うようになっている。それ故、油圧ポンプ１７の負荷が急激に増加した際に最も大きくなり、実燃料噴射量の増加と共に減少するようになっている（図４のトルク変化量のグラフの時刻ｔ１〜ｔ２参照）。また、差分トルク（第１アシストトルク）がゼロとなった後もエンジンＥの燃焼状態の遷移に起因する出力トルクの変化を補うべく、時刻ｔ２〜時刻ｔ３までの間、変化トルク（第２アシストトルク）がアシストトルクとして算出される。制御装置３０は、演算されたアシストトルクに基づいてインバータ２２の動きを制御して電動機２０にアシストトルクを出力させるようになっている。
このように、油圧ポンプ駆動システム１は、トルク変化推定部３５によって実燃燃料噴射量の変化に起因するエンジンＥの燃焼状態の遷移による出力トルクの変化量を事前に推定し、推定された変化量に相当する第２アシストトルクを電動機２０から出力してエンジンＥをアシストすることができる。即ち、エンジンＥの出力トルクの低下を事前に推定し、その低下分を電動機によってアシストすることができる。これにより、油圧ポンプ１７の負荷入れ時において、燃焼状態の遷移によって出力トルクが低下して回転数が過度に低下することを防ぐことができ、回転数が過度に低下することに伴う油圧ポンプの吐出流量の低下による操作性の低下を抑えることができる。
その後、実燃料噴射量が目標燃料噴射量まで達してエンジンＥが所定回数回転すると、エンジンＥの燃焼状態が安定し、その結果トルク変化係数が略ゼロとなる、即ちトルク変化量がゼロとなる（図４のトルク変化係数及びトルク変化量のグラフの時刻ｔ３〜ｔ４参照）。そうすると、油圧ポンプ駆動システム１では、エンジンＥだけでポンプが駆動され、電動機２０からのアシストがなくなる（図４の時刻ｔ３〜ｔ４参照）。
次に、操作具の操作が止まって（即ち、操作具が中立位置まで戻されて）油圧ポンプ１７は、オンロード状態からアンロード状態に切替わると、油圧ポンプ１７の負荷が小さくなる。油圧ポンプ１７では、いわゆる負荷抜けが生じる（図４のポンプ負荷のグラフの時刻ｔ４参照）。負荷抜けが生じた際、エンジンＥの実回転数が目標回転数より大きくなり、制御装置３０は、実回転数と目標回転数との差から目標燃料噴射量を演算する。エンジンＥの実回転数が目標回転数より大きいので、制御装置３０は、目標燃料噴射量を演算する際、実回転数を目標回転数にするべく目標燃料噴射量を減少させる。そのため、噴射量制限部３２は、目標燃料噴射量の増加率が所定値以上でないと判定し、目標燃料噴射量を実燃料噴射量として算出する（図４の実燃料噴射量のグラフの時刻ｔ４〜ｔ５参照）。これにより、目標トルク演算部３１及び実トルク演算部３３の各々で演算される目標トルク及び実トルクが一致するようになり、第１アシストトルク演算部３４によって第１アシストトルクがゼロと算出される（図４の第１アシストトルクのグラフの時刻ｔ４〜ｔ５参照）。また、トルク変化推定部３５では、操作具が操作された場合と同様に、演算された実回転数及び実燃料噴射量に基づいてトルク変化係数及びトルク変化量を推定する（図４のトルク変化係数及びトルク変化量のグラフの時刻ｔ４〜ｔ５参照）。他方、実燃料噴射量の微分値がゼロ未満となるので、第２アシストトルク演算部３６は、乗算係数としてゼロを選択する。第２アシストトルク演算部３６は、この乗算係数をトルク変化量に乗算して第２アシストトルクを算出するので、第２アシストトルクはゼロとなる。
このように油圧ポンプ１７の負荷抜け時は、エンジンＥの実回転数が急激に上昇し（図４のエンジン回転数のグラフの時刻ｔ４〜ｔ５参照）、それを低下させるべく急激に目標燃料噴射量が低下する。その場合でも、実回転数が急激に低下する場合と同様にエンジンＥの燃焼状態の遷移が生じてトルク変化（具体的にはトルク低下）が生じる。しかし、負荷抜け時は、油圧ポンプ１７の出力トルクを下げる必要がある。そのため、エンジンＥの実回転数が下げることを妨げるようなアシストトルクが電動機２０から発生することを防ぐことが好ましい。そのため、油圧ポンプ駆動システム１では、実燃料噴射量の微分値がゼロ未満となる場合に第２アシストトルク演算部３６における乗算係数をゼロとして負荷抜け時にアシストトルクが発生しないようになっている。これにより、エンジンで出力トルクを低下させている際に電動機によって無駄にエネルギーが消費されることを防ぐことができる。
また、後述するように、噴射量制限部３２では、減少率制限を行わないレートリミット機能を有しているので、第１アシストトルク演算部３４で第１アシストトルクがゼロとなっている。それ故、電動機で回生力が発生することがなく、エンジンＥの燃費を向上させることができる。
［その他の実施形態について］
本実施形態の油圧ポンプ駆動システム１では、減少率制限を行わないレートリミット機能を噴射量制限部３２が有し、且つ実燃料噴射量の微分値がゼロ未満の際に第２アシストトルクをゼロとする機能を第２アシストトルク演算部３６が有している。以下では、これらの機能を有しない他の実施形態の油圧ポンプ駆動システム１Ａの動作について、図５を参照しながら説明する。なお、油圧ポンプ駆動システム１Ａの構成は、前述の機能以外は油圧ポンプ駆動システム１と同じであるので、図１乃至図３を参照する。図５には、図４と同様に、紙面上から順にポンプ負荷（油圧ポンプ１７の負荷）、エンジン回転数（実回転数）、目標燃料噴射量、実燃料噴射量、第１アシストトルク、トルク変化係数、トルク変化量、及びアシストトルクの経時変化を示している。なお、図５の横軸が時間であり、縦軸が各種値を示している。
他の実施形態の油圧ポンプ駆動システム１Ａでは、負荷入り時の各種値の変化が油圧ポンプ駆動システム１と同じであり、負荷抜け時の各種値の変化が油圧ポンプ駆動システム１と異なる。例えば、油圧ポンプ駆動システム１Ａにおける実燃料噴射量及び第１アシストトルクは図５に示すように変化する。即ち、負荷抜け時において、実燃料噴射量は、時間に比例して段階的に減少し（図５の実燃料噴射量の時刻ｔ６〜ｔ７参照）、第１アシストトルクは、回生力として演算される（図５の第１アシストトルクの時刻ｔ６〜ｔ７参照）。他方、エンジンＥでは、実燃料噴射量の減少に伴ってトルク低下が生じる。そのため、第２アシストトルク演算部３６は、これを補うべくトルク変化推定部３５によって推定されるトルク変化量に基づいて第２アシストトルクを演算する。このようにして演算された第１アシストトルク及び第２アシストトルクは、駆動制御部３７にて加算される。
このように、油圧ポンプ駆動システム１Ａでは、負荷抜け時においてエンジンＥをアシストしながら第１アシストトルクによる無駄な回生が行われる。それ故、システムとしての効率が低下する。また、油圧ポンプ駆動システム１Ａでは、負荷抜け時において、実燃料噴射量を減少させる際のエンジンＥの燃料状態の遷移によるトルク低下を補うべく、第２アシストトルクが出力される。そのため、ポンプ負荷を速やかに低下させたいにもかかわらず、エンジンＥの出力トルクが無駄にアシストされることになる。これらを避けるべく、油圧ポンプ駆動システム１では、噴射量制限部３２は減少率制限なしのレートリミット機能を有し、また第２アシストトルク演算部３６は、実燃料噴射量の微分値を考慮して第２アシストトルクを演算するようになっている。即ち、噴射量制限部３２の減少率制限なしのレートリミット機能は、負荷抜け時の第１アシストトルクによる無駄な回生が行われることを防ぎ、第２アシストトルク演算部３６は、実燃料噴射量の微分値を考慮して第２アシストトルクを演算することで、負荷抜け時にエンジンＥの出力トルクを速やかに低下させることを可能にしている。ここで、油圧ポンプ駆動システム１の説明は、減少率制限なしのレートリミット機能及び実燃料噴射量の微分値を考慮して第２アシストトルクを演算することが好ましい機能であることを示すものであって、必ずしもこれらの機能を備えるものを除外するものではない。即ち、油圧ポンプ駆動システム１Ａもまた本件発明に係る一実施形態である。
［その他の構成について］
本実施形態の油圧ポンプ駆動システム1、１Ａでは、実回転数に基づいて疑似微分の時定数を変化させることで単位回転数当たりのトルク（例えば、１回転数当たりのトルク）変化量を疑似的に演算している。この方法以外に、実際に単位回転数毎に疑似微分の演算を行って、実際に単位回転毎のトルクの変化量を求めるようにしてもよい。即ち、実回転数が大きくなればなるほどトルクの変化量を演算する間隔が短くなり、実回転数が小さくなればなるほどトルクの変化量を演算する間隔が長くなる。これにより、単位回転数当たりのトルクの変化量を推定することができる。
油圧ポンプ駆動システム１，１Ａでは、第１アシストトルクと第２アシストトルクとを演算してそれらを加えてアシストトルクとしているが、第１アシストトルクと第２アシストトルクの何れか一方だけをアシストトルクとしてもよい。即ち、油圧ポンプ駆動システム１，１Ａでは、１アシストトルク及び第２アシストトルクの両方を演算する機能を必ずしも備えている必要はなく、目標トルク演算部３１及び第１アシストトルク演算部３４を備えていなくてもよい。目標トルク演算部３１、噴射量制限部３２及び第１アシストトルク演算部３４を備えていない場合は、目標燃料噴射量演算部３８が実燃料噴射量演算部として機能する。また、トルク変化推定部３５は、前述のような推定方法に限らず、実燃料噴射量の変化によるエンジンＥの出力トルクの変化を推定できる方法であればよい。
また、油圧ポンプ駆動システム１，１Ａが実装される建設機械は、油圧ショベルに限定されず、クレーンやドーザ等の他の建設機械であってもよく、油圧アクチュエータを備えている建設機械であればよい。また、油圧ポンプ駆動システム１，１Ａでは、液圧ポンプの例として油圧ポンプを挙げたが、液圧ポンプは、油圧ポンプに限定されず水等の液体を吐出するポンプであればよい。
１，１Ａ 油圧ポンプ駆動システム
１７ 油圧ポンプ
１７ａ 回転軸
２０ 電動機
２３ 回転数センサ
３０ 制御装置
３１ 目標トルク演算部
３２ 噴射量制限部（実燃料噴射量演算部）
３３ 実トルク演算部
３４ 第１アシストトルク演算部（差分トルク演算部）
３５ トルク変化推定部
３６ 第２アシストトルク演算部（変化トルク演算部）
３８ 目標燃料噴射量演算部
３７ 駆動制御部
４１ 時定数演算部
４２ 疑似微分演算部
４４ トルク変化係数演算部
４５ トルク変化率演算部
４６ 補正係数演算部
４７ トルク変化量演算部

Claims (11)

  1. 液圧ポンプの回転軸を回転駆動するエンジンと、
    前記回転軸の回転駆動をアシスト可能な電動機と、
    前記回転軸の実回転数を検出するための回転数センサと、
    前記電動機の動きを制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、目標燃料噴射量演算部と、噴射量制限部と、実トルク演算部と、目標トルク演算部と、差分トルク演算部と、駆動制御部と、を有し、
    前記目標燃料噴射量演算部は、前記実回転数と目標回転数とに基づいて目標燃料噴射量を演算し、
    前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量に基づいて実燃料噴射量を演算する際に、前記目標燃料噴射量まで段階的に実燃料噴射量を増加させる機能を有し、増加させる際の実燃料噴射量の時間変化率が所定値以下となるように実燃料噴射量を決定し、
    前記実トルク演算部は、前記回転数センサで検出される実回転数と前記噴射量制限部で決定される実燃料噴射量とに基づいて前記エンジンで出力される実トルクを演算し、
    前記目標トルク演算部は、前記回転数センサで検出される実回転数と前記目標燃料噴射量演算部で演算される前記目標燃料噴射量とに基づいて、前記回転軸に与えるべき目標トルクを演算し、
    前記差分トルク演算部は、前記目標トルク演算部で演算される前記目標トルクに対して前記実トルク演算部で演算される前記実トルクで不足する差分トルクを演算し、
    前記駆動制御部は、前記差分トルクを出力させるべく前記電動機の動きを制御する、液圧ポンプの駆動システム。
  2. 前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量が減少している場合、前記目標燃料噴射量を前記実燃料噴射量とする、請求項１に記載の液圧ポンプの駆動システム。
  3. 前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量に基づいて前記実燃料噴射量を演算する際に、前記目標燃料噴射量が増加している場合、経過時間に比例して変化させる変化規則に基づいて前記実燃料噴射量を段階的に増加させる、請求項１又は２に記載の液圧ポンプの駆動システム。
  4. 前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量に基づいて前記実燃料噴射量を演算する際に、前記目標燃料噴射量が増加している場合、経過時間に対して一次遅れさせる変化規則に基づいて前記実燃料噴射量を段階的に増加させる、請求項１又は２に記載の液圧ポンプの駆動システム。
  5. 前記制御装置は、トルク変化推定部と、変化トルク演算部と、を有し、
    前記トルク変化推定部は、前記噴射量制限部で演算される前記実燃料噴射量と前記実回転数とに基づいて前記エンジンの出力トルクの変化量を推定し、
    前記変化トルク演算部は、前記トルク変化推定部で演算される前記出力トルクの変化量に基づいてアシストすべき変化トルクを演算し、
    前記駆動制御部は、前記差分トルクに前記変化トルクを加えたトルクを出力させるべく前記電動機の動きを制御する、請求項１乃至４の何れか１つに記載の液圧ポンプの駆動システム。
  6. 前記トルク変化推定部は、前記実燃料噴射量に基づいて前記エンジンの単位回転数当たりの前記出力トルクの変化率を推定し、前記実トルク演算部で演算される前記実トルクと前記変化率とに基づいて前記出力トルクの変化量を演算する、請求項５に記載の液圧ポンプの駆動システム。
  7. 前記トルク変化推定部は、時定数を変えられる一次遅れ要素を含む疑似微分演算部と、前記回転数センサによって検出される前記回転軸の回転数に応じて前記一次遅れ要素の時定数を変える時定数演算部とを有し、疑似微分を用いて前記エンジンの単位回転数当たりにおける前記実燃料噴射量の変化率を算出し、前記実燃料噴射量の変化率に基づいて前記エンジンの単位回転数当たりにおける前記出力トルクの変化量を推定する請求項５又は６に記載の液圧ポンプの駆動システム。
  8. 前記変化トルク演算部は、前記実燃料噴射量の変化率がゼロ未満であると、前記変化トルクをゼロとする、請求項７に記載の液圧ポンプの駆動システム。
  9. 液圧ポンプの回転軸を回転駆動するエンジンと、
    前記回転軸の回転駆動をアシスト可能な電動機と、
    前記回転軸の実回転数を検出するための回転数センサと、
    前記電動機の動きを制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、実燃料噴射量演算部と、トルク変化推定部と、変化トルク演算部と、駆動制御部と、を有し、
    前記実燃料噴射量演算部は、前記実回転数と目標回転数とに基づいて実燃料噴射量を演算し、
    前記トルク変化推定部は、前記燃料噴射量演算部で演算される前記実燃料噴射量と前記実回転数とに基づいて前記エンジンの出力トルクの変化量を推定し、
    前記変化トルク演算部は、前記トルク変化推定部で演算される前記出力トルクの変化量に基づいてアシストすべき変化トルクを演算し、
    前記駆動制御部は、前記変化トルクを出力させるべく前記電動機の動きを制御する、液圧ポンプの駆動システム。
  10. 前記制御装置は、実トルク演算部を有し、
    前記実トルク演算部は、前記回転数センサで検出される実回転数と前記燃料噴射量演算部で演算された前記実燃料噴射量とに基づいて前記エンジンで出力される実トルクを演算し、
    前記トルク変化推定部は、前記実燃料噴射量に基づいて前記エンジンの単位回転数当たりの前記出力トルクの変化率を推定し、前記実トルク演算部で演算される前記実トルクと前記変化率とに基づいて前記出力トルクの変化量を演算する、請求項９に記載の液圧ポンプの駆動システム。
  11. 前記トルク変化推定部は、時定数を変えられる一次遅れ要素を含む疑似微分演算部と、前記回転数センサによって検出される前記回転軸の回転数に応じて前記一次遅れ要素の時定数を変える時定数演算部とを有し、疑似微分を用いて前記エンジンの単位回転数当たりの前記実燃料噴射量の変化率を算出し、前記実燃料噴射量の変化率に基づいて前記出力トルクの前記エンジンの単位回転数当たりの変化量を推定する請求項９又は１０に記載の液圧ポンプの駆動システム。
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