JP4063742B2 - ハイブリッド作業機械の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルやホイールローダ等の作業機械に適用して好適なハイブリッド作業機械の駆動制御装置に関するものである。

この種従来の駆動制御装置としては、エンジンを駆動源とする油圧ポンプに連結される電動・発電機と、この電動・発電機との間で電気エネルギの授受を行う蓄電手段と、油圧作動部を駆動する上で必要となる前記油圧ポンプでの必要吸収トルクを検出する吸収トルク検出手段を備え、この吸収トルク検出手段により検出された吸収トルクが予め定められたトルク設定値よりも小さいときに前記電動・発電機を発電作動させ、前記吸収トルクがそのトルク設定値よりも大きいときにその電動・発電機を力行作動（アシスト作動）させるように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、この従来装置では、油圧作動部を駆動する上で必要となる前記油圧ポンプでの必要吸収トルクを検出するのに吸収トルク検出手段が必要となって装置が複雑になるとともに、エンジンから油圧ポンプに至る動力伝達経路での慣性負荷や摩擦力の影響が考慮されていないために目標とする最適なエンジンの負荷特性に正確に制御できないといった問題がある。

このような問題を解決し得る先行技術が特許文献２にて提案されている。この先行技術に係る駆動制御装置は、油圧作動部に圧油を供給する油圧ポンプの駆動源であるエンジンに対してトルク伝達可能に電動・発電機を連結するとともに、この電動・発電機の作動を制御する電動・発電機制御手段を設け、目標トルクに対応するエンジン回転数をエンジン回転数の目標値として用い、この目標値とエンジン回転数の実測値とを比較して、実測値が目標値よりも小さくなると前記電動・発電機制御手段により電動・発電機を電動機として機能させ、実測値が目標値よりも大きくなると前記電動・発電機制御手段により電動・発電機を発電機として機能させるように構成されている。この駆動制御装置によれば、前記油圧ポンプに吸収されるエンジンの軸トルクを直接検出しなくても、エンジンの出力を目標トルクが保たれるように制御することができるとともに、エンジン回転数の目標値と比較されるエンジン回転数の実測値にはエンジンから油圧ポンプに至る動力伝達経路での慣性負荷や摩擦力の影響が含まれるので、エンジンの出力トルクを正確に制御することができる。

特開平９−２２４３５４号公報 特開２００３−２８０７１号公報

ところで、例えば油圧ショベルにおいては、（ａ）走行動作、（ｂ）旋回動作、（ｃ）ブーム上昇動作、（ｄ）ブーム下げ動作、（ｅ）アームダンプ動作、（ｆ）アーム掘削動作、（ｇ）バケットダンプ動作、（ｈ）バケット掘削動作、（ｂ）〜（ｈ）のいずれかを組み合わせた複合動作、アイドリング動作など多種多様の動作形態を有しており、動作形態毎に作業負荷特性が異なる。したがって、各動作形態に応じた動力が動力源から作動部に対して提供されるのが好ましい態様であることは極めて明らかである。

しかしながら、前記先行技術は、最適なエンジン負荷特性を電動・発電機による力行／回生動作で補償する技術であり、この先行技術に係る駆動制御装置では、例えば、前記（ｆ）のアーム掘削動作のような作業負荷が高水準で推移する動作形態のときに電動・発電機による力行動作をより高めたり、前記（ｂ）と（ｄ）の動作を組み合わせた所謂「ダウン旋回」と称される動作のような負の作業負荷特性となる場合がある動作形態のときに電動・発電機による回生動作をより積極的に実施させたりするという具合に、各動作形態に応じた電動・発電機による力行／回生動作を適正に行わせるといったことができないという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、油圧作動部の動作形態に応じた電動・発電機による力行／回生動作を容易かつ適正に行わせることができるハイブリッド作業機械の駆動制御装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明によるハイブリッド作業機械の駆動制御装置は、
エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧作動部と、前記エンジンとの間でトルクの伝達を行えるように設けられる電動・発電機と、この電動・発電機との間で電気エネルギの授受を行う蓄電手段を備えるハイブリッド作業機械の駆動制御装置において、
前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記油圧作動部の所定の動作状態に基づいて定められる複数の動作形態のうちのいずれの動作形態であるかを判別する動作形態判別手段と、前記電動・発電機の作動を制御する電動・発電機制御手段を備え、
前記電動・発電機制御手段は、前記複数の動作形態のそれぞれについて各動作形態に応じて設定される前記電動・発電機の力行／回生トルク出力特性を前記エンジンの回転数と関係付けることで得られる力行／回生トルク出力値情報に基づいて、前記エンジン回転数検出手段によって検出される前記エンジンの回転数と、前記動作形態判別手段によって判別される前記油圧作動部の動作形態とを参照することにより、前記電動・発電機に出力させるべき力行／回生トルク値を求め、この求められた力行／回生トルク値を前記電動・発電機が出力するようにその電動・発電機の作動を制御することを特徴とするものである。

本発明においては、油圧作動部の所定の動作状態に基づいて複数の動作形態が定められるとともに、この複数の動作形態のそれぞれについて各動作形態に応じた電動・発電機の力行／回生トルク出力特性が設定される。そして、電動・発電機制御手段では、その力行／回生トルク出力特性をエンジンの回転数に対応させることで得られる力行／回生トルク出力値情報に基づいて、エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジンの回転数と、動作形態判別手段によって判別される油圧作動部の動作形態とを参照することにより、電動・発電機に出力させるべき力行／回生トルク値を求め、この求められた力行／回生トルク値を電動・発電機が出力するようにその電動・発電機の作動を制御するようにされる。したがって、油圧作動部の動作形態に応じた電動・発電機による力行／回生動作を容易かつ適正に行わせることが可能になる。

次に、本発明によるハイブリッド作業機械の駆動制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、作業機械として油圧ショベルに本発明の駆動制御装置が適用された例である。

図１には、本発明の一実施形態に係るハイブリッド油圧ショベルの側面図が示されている。また、図２には、本実施形態のハイブリッド油圧ショベルにおける駆動制御装置の概略システム構成図が示されている。

本実施形態のハイブリッド油圧ショベル１は、図１に示されるように、走行用油圧モータ２ａにより駆動される走行装置２ｂを備えてなる下部走行体２と、旋回用油圧モータ３ａにより駆動される旋回装置３と、この旋回装置３を介して前記下部走行体２上に配される上部旋回体４と、この上部旋回体４の前部中央位置に取着される作業機５と、その上部旋回体４の前部左方位置に設けられる運転室６を備えて構成されている。前記作業機５は、上部旋回体４側から順にブーム７、アーム８およびバケット９がそれぞれ回動可能に連結されてなり、これらブーム７、アーム８およびバケット９のそれぞれに対応するように油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２）が配置されている。

このハイブリッド油圧ショベル１における駆動制御装置１５は、図２に示されるように、エンジン１６と、このエンジン１６により駆動される可変容量型油圧ポンプ（以下、単に「油圧ポンプ」という。）１７と、この油圧ポンプ１７に対する前記エンジン１６の出力軸１８に動力伝達機構１９を介して連結される電動・発電機２０と、エンジン１６や電動・発電機２０、後述するポンプ吸収トルク制御装置３０などを制御するコントローラ２１を備えている。

前記エンジン１６には、燃料噴射ポンプ２２とガバナ２３とが併設され、このガバナ２３の燃料コントロールレバー２３ａがガバナ駆動モータ２４にて駆動されるように構成されている。また、この燃料コントロールレバー２３ａの駆動位置はポテンショメータ２５により検出され、その検出信号がコントローラ２１に入力されるようになっている。さらに、エンジン１６のスロットル量を設定するために燃料ダイヤル２６が設けられ、この燃料ダイヤル２６に付設されるポテンショメータ２６ａからのスロットル信号がコントローラ２１に入力されるようになっている。また、エンジン１６の出力軸１８の実回転数は回転数センサ２７にて検出され、その検出信号もコントローラ２１に入力されるようになっている。なおここで、ガバナ２３、ガバナ駆動モータ２４等よりなるガバナ装置を電子ガバナとした所謂電子制御噴射装置を採用しても良い。こうすると、より高精度な駆動制御を行うことができる。

そして、燃料噴射ポンプ２２、ガバナ２３、ガバナ駆動モータ２４、ポテンショメータ２５およびコントローラ２１を含んでなるエンジン制御装置において、コントローラ２１は、燃料ダイヤル２６により入力されるスロットル信号（目標回転数信号）と回転数センサ２７にて検出されるエンジン１６の実際の回転数信号との偏差信号に基づき、所定の関数関係を満足させる電圧を駆動信号として発生し、この駆動信号に基づきガバナ駆動モータ２４を駆動する。また、ガバナ２３は、図５〜図１１において記号Ｔ〔Ｅ〕で示されるような特性となるようにエンジン１６の出力トルクを制御する。

今、一例として、図２において示される燃料ダイヤル２６が最大位置にセットされているとすると、ポテンショメータ２６ａからの出力信号は最大目標エンジン回転数Ｎｓ（図５〜図１１参照）を示す大きさに設定されており、コントローラ２１からはその最大目標エンジン回転数Ｎｓに対応するモータ駆動信号がガバナ駆動モータ２４に加えられる。これにより、ガバナ駆動モータ２４は、最高速レギュレーションラインＬｓ（図５〜図１１参照）が設定されるように燃料コントロールレバー２３ａを作動させ、エンジン１６の出力馬力およびエンジン回転数が自動設定される。

前記エンジン１６の出力軸１８には、慣性負荷として機能するフライホイール２８が設けられており、このフライホイール２８にエンジン回転数の安定化の一翼を担わせるようにされている。なお、このフライホイール２８による慣性負荷手段に代えて、前記電動・発電機２０の回転子等にフライホイール機能を持たせるようにしても良い。

前記油圧ポンプ１７から吐出される圧油は、各油圧アクチュエータ（走行用油圧モータ２ａ、旋回用油圧モータ３ａ、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２）に対応して設けられるパイロット圧操作形方向切換弁（図示省略）の集合体であるコントロールバルブ２９を介して走行用油圧モータ２ａ、旋回用油圧モータ３ａおよび各種油圧シリンダ（ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２）にそれぞれ供給されるようになっている。

前記油圧ポンプ１７には、ポンプ吸収トルク制御装置３０が付設されている。このポンプ吸収トルク制御装置３０は、油圧ポンプ１７の斜板１７ａの傾転角を調整するサーボバルブ３１に対して圧油を供給する油圧回路（詳細な図示による説明は省略）３２中に、負荷の要求する圧力や流量を感知する圧力・流量コンペンセータ弁３３と、流量の大きさを決定する電磁比例流量制御弁３４と、油圧ポンプ１７の最高圧力を制御する電磁比例圧力制御弁３５とを設け、それら制御弁３４，３５に対するコントローラ２１からの指令信号により、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の制御がそれぞれ行われるように構成されている。
（Ａ）油圧ポンプ１７に対する入力トルクを一定に制御し、かつその入力トルクの最大値を調整する。
（Ｂ）負荷〔油圧作動部（走行装置２ｂ、旋回装置３、作業機５）に係わる負荷Ｗ〕が要求する圧力と流量を油圧ポンプ１７に吐出させる。
（Ｃ）油圧ポンプ１７に対する入力トルクの最大値をエンジン１６の実回転数と目標回転数との偏差の増大に応じて減少させる。

前記電動・発電機２０は、電動機と発電機の両機能を兼ねるものであって、エンジン１６による油圧ポンプ１７の駆動を助勢する力行動作と、エンジン１６を駆動源として発電する回生動作とを切換可能に構成されている。この電動・発電機２０は、インバータ３８を介して蓄電装置３９に接続されており、このインバータ３８は、コントローラ２１からの指令に応じて、当該電動・発電機２０の力行動作および回生動作を制御している。なお、コントローラ２１およびインバータ３８を含む構成が本発明の「電動・発電機制御手段」に相当する。

前記蓄電装置（蓄電手段）３９は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池、またはキャパシタからなる蓄電部４０を備えて構成されている。この蓄電装置３９には、電圧センサ４１や電流センサ４２、温度センサ４３などが付設されており、各センサ４１，４２，４３からの検出信号がコントローラ２１に入力されるようになっている。そして、各センサ４１，４２，４３にて検出された電圧、電流、温度等の情報に基づいて、コントローラ２１により、蓄電量の管理や充放電の制御が行われるようにされている。

前記運転室６内には、上部旋回体４の旋回動作および作業機５の屈曲起伏動作を操作する作業機操作レバー４４と、同運転室６内に配されて下部走行体２の走行動作を操作する走行操作レバー４５とが設けられている。また、この作業機操作レバー４４および走行操作レバー４５にはそれぞれ減圧弁４６，４７が付設されており、各操作レバー４４，４５の操作に応じたパイロット圧油が各減圧弁４６，４７から吐出されるようになっている。そして、各減圧弁４６，４７から吐出されるパイロット圧油は、コントロールバルブ２９における所定のパイロット圧油入力ポートに入力されて所定の油路切換動作が行われるようになっている。こうして、作業機操作レバー４４の所定の操作にて上部旋回体４の旋回動作と作業機５の屈曲起伏動作とが行われるようにされるとともに、走行操作レバー４５の所定の操作にて下部走行体２の走行動作が行われるようにされている。また、作業機操作レバー４４および走行操作レバー４５のそれぞれの操作状態を示す操作信号は、各減圧弁４６，４７に付設される油圧スイッチ４８，４９を介してコントローラ２１に入力されるようになっている。本実施形態においてそれら操作レバー４４，４５の所定の操作にてコントローラ２１に入力される操作信号は、以下に述べる計８種類である。
（１）上部旋回体４の旋回動作に対応する旋回操作信号
（２）ブーム７の上げ動作に対応するブーム上げ操作信号
（３）ブーム７の下げ動作に対応するブーム下げ操作信号
（４）アーム８を前方に送り出す動作に対応するアームダンプ操作信号
（５）アーム８を手前に引き込む動作に対応するアーム掘削操作信号
（６）バケット９を前方に送り出す動作に対応するバケットダンプ操作信号
（７）バケット９を手前に引き込む動作に対応するバケット掘削操作信号
（８）下部走行体２の走行動作に対応する走行操作信号

なお、図２において示される、前記各油圧スイッチ４８，４９を各減圧弁４６，４７に付設する装置構成に代えて、図３（ａ）に示されるように、コントロールバルブ２９における各スプール５０，５１に対応させて設けられる各パイロット圧操作部５２，５３に、それぞれ油圧スイッチ５４，５５（または圧力センサ）を付設する装置構成、もしくは、図３（ｂ）に示されるように、各減圧弁４６，４７のそれぞれに各操作レバー４４，４５の操作位置を検出するポテンショメータ５６，５７を付設する装置構成としても、後述する動作モード判別手段と同様に動作モードの判別を行わせることが可能である。

本実施形態においては、コントローラ２１に対する前記各操作信号の入力のＯＮ／ＯＦＦにより、そのコントローラ２１が、油圧作動部（走行装置２ｂ、旋回装置３、作業機５）の動作状態を判断し、この判断に基づいて、後述するアイドリングモード、再始動モードおよび走行モード、並びに作業モード１〜作業モード５のうちのいずれの動作形態であるかを判別する動作モード判別手段が構築されている。

さらに、本実施形態においては、表１に示されるように、複数の動作モードのそれぞれについて各動作モードに応じた電動・発電機２０の力行／回生トルク出力特性が予め設定されるとともに、各力行／回生トルク出力特性をエンジン１６の回転数と関係付けることで得られる力行／回生トルク出力値情報（データテーブルＡ〜データテーブルＨ）がコントローラ２１の記憶領域に記憶されている。

そして、コントローラ２１においては、前記動作モード判別手段によって判別された動作モードに対応するデータテーブルを選択し、この選択されたデータテーブルに基づいてエンジン１６の実回転数に対応する力行／回生トルク値を求め、この求められた力行／回生トルク値を電動・発電機２０が出力するようにインバータ３８を介してその電動・発電機２０の作動を制御するようにされている。

次に、前記動作モード判別手段による動作モードの判別の手順を図４に示されるフローチャートを参照しつつ以下に説明する。なお、図中記号Ｑ，ＲおよびＳはそれぞれステップを表わす。また、以下の説明において「作業機操作信号」とは、前述のブーム上げ操作信号、ブーム下げ操作信号、アームダンプ操作信号、アーム掘削操作信号、バケットダンプ操作信号およびバケット掘削操作信号を総称する操作信号のことである。

Ｑ１：下部走行体２の走行動作が行われるか否かを判断するステップである。コントローラ２１に対して走行操作信号が入力されたときには、次のステップＱ２において走行モードであると判定する。一方、コントローラ２１に対して走行操作信号が入力されないときには別のフローのステップＲ１へ進む。

Ｒ１：作業機５の動作および／または上部旋回体４の旋回動作が行われるか否かを判断するステップである。コントローラ２１に対して旋回操作信号および／または作業機操作信号が入力されたときには、次のステップＲ２へ進み、コントローラ２１に対して旋回操作信号および作業機操作信号のいずれの操作信号も入力されないときには、更に別のフローのステップＳ１へ進む。

Ｒ２：上部旋回体４の旋回動作が行われるか否かを判断するステップである。コントローラ２１に対して旋回操作信号が入力されたときには、ステップＲ３へ進み、コントローラ２１に対して旋回操作信号が入力されないときには、ステップＲ４において作業モード１であると判定する。

Ｒ３：上部旋回体４の旋回動作以外に作業機５の動作が行われるか否かを判断するステップである。コントローラ２１に対して作業機操作信号が入力されたときには、ステップＲ５へ進み、コントローラ２１に対して作業機操作信号が入力されないときには、ステップＲ６において作業モード２であると判定する。

Ｒ５：上部旋回体４の旋回動作以外に作業機５の動作が行われ、かつその作業機５の動作がブーム７の下げ動作を伴うものであるか否かを判断するステップである。コントローラ２１に対してブーム下げ操作信号が入力されたときには、ステップＲ７へ進み、コントローラ２１に対してブーム下げ操作信号が入力されないときには、ステップＲ８へ進む。

Ｒ７：上部旋回体４の旋回動作とブーム７の下げ動作との複合動作（所謂「ダウン旋回」と称されるもの）以外に、アーム８およびバケット９のそれぞれに係わる動作が行われるか否かを判断するステップである。コントローラ２１に対して、アームダンプ操作信号、アーム掘削操作信号、バケットダンプ操作信号、およびバケット掘削操作信号のうちの１種以上の操作信号が入力されたときには、ステップＲ９において作業モード３であると判定する。一方、コントローラ２１に対して、アームダンプ操作信号、アーム掘削操作信号、バケットダンプ操作信号、およびバケット掘削操作信号のいずれの操作信号も入力されないときには、ステップＲ１０において作業モード４であると判定する。

Ｒ８：上部旋回体４の旋回動作以外に作業機５の動作が行われ、かつその作業機５の動作がブーム７の上げ動作を伴うものであるか否かを判断するステップである。コントローラ２１に対してブーム上げ操作信号が入力されたときには、ステップＲ１１において作業モード５であると判定する。一方、コントローラ２１に対してブーム上げ操作信号が入力されないときには、ステップＲ４において作業モード１であると判定する。

Ｓ１〜Ｓ５：前記各操作レバー４４，４５が共に中立である状態が、言い換えればコントローラ２１に対する前記各種操作信号の入力ＯＦＦ状態が、所定時間（ｔ）経過したか否かを判断する（Ｓ１）。コントローラ２１による計時の結果、前記各種操作信号の入力ＯＦＦ状態が所定時間（ｔ）経過していると判断した場合には、エンジン１６がアイドリングストップにより停止状態にあると判定する（Ｓ２）。一方、コントローラ２１による計時の結果、前記各種操作信号の入力ＯＦＦ状態が所定時間（ｔ）の範囲内にあると判断した場合には、下部走行体２の走行動作、上部旋回体４の旋回動作および作業機５の動作のいずれもが行われずにエンジン１６がアイドリング運転状態のアイドリングモードであると判定する（Ｓ３）。また、前記ステップＳ２にてアイドリングストップによりエンジンが停止状態にあると判定した後においては、再始動スイッチ５８がＯＮされた否かを判断する（Ｓ４）。再始動スイッチ５８のＯＮ信号がコントローラに２１に入力された場合には、エンジン１６を再始動する再始動モードであると判定する（Ｓ５）。

次に、前記動作モード判別手段によって判別された動作モードに基づく電動・発電機の作動について表１および図２並びに図５〜図１１を参照しつつ以下に説明する。

（アイドリングモードの場合：図５参照）
動作モード判別手段によって判別された動作モードがアイドリングモードである場合、コントローラ２１は、表１に示されるデータテーブルＡを選択するとともに、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルＡを検索する。今、一例として、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ｂであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべき回生トルク値として回生トルク値Ｔ_Ｇ１を算出し、この算出された回生トルク値Ｔ_Ｇ１に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、回生トルク値Ｔ_Ｇ１による発電動作を行う。ここで、その回生トルク値Ｔ_Ｇ１は、実回転数Ｎ_Ｂにおいてエンジン１６との供回りに伴う電動・発電機２０の自己消費電力分を補償する発電動作に応じた回生トルク値に設定されている。

（再始動モードの場合：図５参照）
動作モード判別手段によって判別された動作モードが再始動モードである場合、コントローラ２１は、表１に示されるデータテーブルＢを選択しそのデータテーブルＢを検索する。そして、コントローラ２１は、そのデータテーブルＢに基づく所定の駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、エンジン１６の始動に必要な力行トルク値Ｔ_Ｍ４を出力するとともに、所定の回転数領域からその力行トルク値Ｔ_Ｍ４を、エンジン１６の回転数を迅速に上昇させるに必要十分な力行トルク値Ｔ_Ｍ３に推移させて、エンジン１６が所定回転数Ｎ_Ｄに到達するまでその力行トルク値Ｔ_Ｍ３を維持する力行動作を行う。

（走行モードの場合：図６参照）
動作モード判別手段によって判別された動作モードが走行モードである場合、コントローラ２１は、表１に示されるデータテーブルＣを選択するとともに、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルＣを検索する。今、一例として、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ｂであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべき回生トルク値として回生トルク値Ｔ_Ｇ１を算出し、この算出された回生トルク値Ｔ_Ｇ１に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、回生トルク値Ｔ_Ｇ１による発電動作を行う。ここで、その回生トルク値Ｔ_Ｇ１は、実回転数Ｎ_Ｂにおいてエンジン１６との供回り伴う電動・発電機２０の自己消費電力分を補償する発電動作に応じた回生トルク値に設定されている。一方、前記ポンプ吸収トルク制御装置３０は、実回転数Ｎ_Ｂにおいて、エンジン１６の油圧ポンプ１７に対する入力トルクの値がＴ_Ｅ１となるように、図中記号ＰＬ_１で示されるポンプ吸収トルク制御ラインに沿って前記入力トルクを制御する。

（作業モード１の場合：図７参照）
動作モード判別手段によって判別された動作モードが作業モード１である場合、コントローラ２１は、表１に示されるデータテーブルＤを選択するとともに、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルＤを検索する。今、一例として、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ａであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として力行トルク値Ｔ_Ｍ１を算出し、この算出された力行トルク値Ｔ_Ｍ１に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、力行トルク値Ｔ_Ｍ１を出力する力行動作を行う。また、この実回転数Ｎ_Ａにおいて、前記ポンプ吸収トルク制御装置３０は、油圧ポンプ１７に対する入力トルクが、エンジン１６の出力トルク値Ｔ_Ｅ２と電動・発電機２０の力行トルク値Ｔ_Ｍ１との合成出力トルク値である（Ｔ_Ｅ２＋Ｔ_Ｍ１）となるように、図中記号ＰＬ_２で示されるポンプ吸収トルク制御ラインに沿ってその入力トルクを一定に制御する。また、例えば、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ｂであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として回生トルク値Ｔ_Ｇ２を算出し、この算出された回生トルク値Ｔ_Ｇ２に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、回生トルク値Ｔ_Ｇ２による発電動作を行う。

（作業モード２の場合：図８参照）
動作モード判別手段によって判別された動作モードが作業モード２である場合、コントローラ２１は、表１に示されるデータテーブルＥを選択するとともに、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルＥを検索する。今、一例として、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ａであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として力行トルク値Ｔ_Ｍ１を算出し、この算出された力行トルク値Ｔ_Ｍ１に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、力行トルク値Ｔ_Ｍ１を出力する力行動作を行う。また、この実回転数Ｎ_Ａにおいて、前記ポンプ吸収トルク制御装置３０は、油圧ポンプ１７に対する入力トルクが、エンジン１６の出力トルク値Ｔ_Ｅ２と電動・発電機２０の力行トルク値Ｔ_Ｍ１との合成出力トルク値である（Ｔ_Ｅ２＋Ｔ_Ｍ１）となるように、図中記号ＰＬ_２で示されるポンプ吸収トルク制御ラインに沿ってその入力トルクを一定に制御する。また、例えば、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ｂであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として回生トルク値Ｔ_Ｇ３を算出し、この算出された回生トルク値Ｔ_Ｇ３に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、回生トルク値Ｔ_Ｇ３による発電動作を行う。

（作業モード３の場合：図９参照）
動作モード判別手段によって判別された動作モードが作業モード３である場合、コントローラ２１は、表１に示されるデータテーブルＦを選択するとともに、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルＦを検索する。今、一例として、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ａであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として力行トルク値Ｔ_Ｍ１を算出し、この算出された力行トルク値Ｔ_Ｍ１に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、力行トルク値Ｔ_Ｍ１を出力する力行動作を行う。また、この実回転数Ｎ_Ａにおいて、前記ポンプ吸収トルク制御装置３０は、油圧ポンプ１７に対する入力トルクが、エンジン１６の出力トルク値Ｔ_Ｅ２と電動・発電機の力行トルク値Ｔ_Ｍ１との合成出力トルク値である（Ｔ_Ｅ２＋Ｔ_Ｍ１）となるように、図中記号ＰＬ_２で示されるポンプ吸収トルク制御ラインに沿ってその入力トルクを一定に制御する。また、例えば、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ｂであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として回生トルク値Ｔ_Ｇ４を算出し、この算出された回生トルク値Ｔ_Ｇ４に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、回生トルク値Ｔ_Ｇ４による発電動作を行う。

（作業モード４の場合：図１０参照）
動作モード判別手段によって判別された動作モードが作業モード４である場合、コントローラ２１は、表１に示されるデータテーブルＧを選択するとともに、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルＧを検索する。今、一例として、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ａであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として力行トルク値Ｔ_Ｍ１を算出し、この算出された力行トルク値Ｔ_Ｍ１に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、力行トルク値Ｔ_Ｍ１を出力する力行動作を行う。また、この実回転数Ｎ_Ａにおいて、前記ポンプ吸収トルク制御装置３０は、油圧ポンプ１７に対する入力トルクが、エンジン１６の出力トルク値Ｔ_Ｅ２と電動・発電機２０の力行トルク値Ｔ_Ｍ１との合成出力トルク値である（Ｔ_Ｅ２＋Ｔ_Ｍ１）となるように、図中記号ＰＬ_２で示されるポンプ吸収トルク制御ラインに沿ってその入力トルクを一定に制御する。また、例えば、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ｂであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として回生トルク値Ｔ_Ｇ５を算出し、この算出された回生トルク値Ｔ_Ｇ５に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、回生トルク値Ｔ_Ｇ５による発電動作を行う。

（作業モード５の場合：図１１参照）
動作モード判別手段によって判別された動作モードが作業モード５である場合、コントローラ２１は、表１に示されるデータテーブルＨを選択するとともに、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数に基づいてその選択されたデータテーブルＨを検索する。今、一例として、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ａであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として力行トルク値Ｔ_Ｍ２を算出し、この算出された力行トルク値Ｔ_Ｍ２に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、力行トルク値Ｔ_Ｍ２を出力する力行動作を行う。また、この実回転数Ｎ_Ａにおいて、前記ポンプ吸収トルク制御装置３０は、油圧ポンプ１７に対する入力トルクが、エンジン１６の出力トルク値Ｔ_Ｅ２と電動・発電機２０の力行トルク値Ｔ_Ｍ２との合成出力トルク値である（Ｔ_Ｅ２＋Ｔ_Ｍ２）となるように、図中記号ＰＬ_３で示されるポンプ吸収トルク制御ラインに沿ってその入力トルクを一定に制御する。また、例えば、回転数センサ２７によって検出されるエンジン１６の実回転数がＮ_Ｂであったとすると、コントローラ２１は、テーブル検索により、電動・発電機２０に出力させるべきトルク値として回生トルク値Ｔ_Ｇ２を算出し、この算出された回生トルク値Ｔ_Ｇ２に基づく駆動信号をインバータ３８に出力する。これにより、電動・発電機２０は、回生トルク値Ｔ_Ｇ２による発電動作を行う。

以上に述べたように、本実施形態によれば、アイドリングモード、再始動モードおよび走行モード、並びに作業モード１〜作業モード５のそれぞれに応じた電動・発電機２０による力行／回生動作を容易かつ適正に行わせることができ、極めて合理的なハイブリッド駆動制御装置１５を提供することができる。また、油圧ポンプ１７に対する入力トルクをポンプ吸収トルク制御装置３０により適正に調整することが可能になるので、無駄な燃料消費をなくして燃費の低減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド油圧ショベルの側面図 本実施形態のハイブリッド油圧ショベルにおける駆動制御装置の概略システム構成図 動作モード判別手段に係る装置構成の他の態様例を表わす図 動作モード判別プロセスを説明するフローチャート アイドリングモードおよび再始動モードにおけるエンジンおよび電動・発電機の出力トルク特性図 走行モードにおけるエンジンおよび電動・発電機の出力トルク特性図 作業モード１におけるエンジンおよび電動・発電機の出力トルク特性図 作業モード２におけるエンジンおよび電動・発電機の出力トルク特性図 作業モード３におけるエンジンおよび電動・発電機の出力トルク特性図 作業モード４におけるエンジンおよび電動・発電機の出力トルク特性図 作業モード５におけるエンジンおよび電動・発電機の出力トルク特性図

符号の説明

１ ハイブリッド油圧ショベル
２ａ 走行用油圧モータ
２ｂ 走行装置
３ 旋回装置
３ａ 旋回用油圧モータ
７ ブーム
８ アーム
９ バケット
１０ ブームシリンダ
１１ アームシリンダ
１２ バケットシリンダ
１５ 駆動制御装置
１６ エンジン
１７ 油圧ポンプ
２０ 電動・発電機
２１ コントローラ
２７ 回転数センサ
３８ インバータ
３９ 蓄電装置
４４ 作業機操作レバー
４５ 走行操作レバー
４８，４９ 油圧スイッチ

Claims (1)

1. エンジンと、このエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動される油圧作動部と、前記エンジンとの間でトルクの伝達を行えるように設けられる電動・発電機と、この電動・発電機との間で電気エネルギの授受を行う蓄電手段を備えるハイブリッド作業機械の駆動制御装置において、
   前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記油圧作動部の所定の動作状態に基づいて定められる複数の動作形態のうちのいずれの動作形態であるかを判別する動作形態判別手段と、前記電動・発電機の作動を制御する電動・発電機制御手段を備え、
   前記電動・発電機制御手段は、前記複数の動作形態のそれぞれについて各動作形態に応じて設定される前記電動・発電機の力行／回生トルク出力特性を前記エンジンの回転数と関係付けることで得られる力行／回生トルク出力値情報に基づいて、前記エンジン回転数検出手段によって検出される前記エンジンの回転数と、前記動作形態判別手段によって判別される前記油圧作動部の動作形態とを参照することにより、前記電動・発電機に出力させるべき力行／回生トルク値を求め、この求められた力行／回生トルク値を前記電動・発電機が出力するようにその電動・発電機の作動を制御することを特徴とするハイブリッド作業機械の駆動制御装置。

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