JP4892057B2 - ハイブリッド建設機械の制御方法およびハイブリッド建設機械 - Google Patents

ハイブリッド建設機械の制御方法およびハイブリッド建設機械 Download PDF

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Description

本発明は、互いに連結されたエンジンおよび発電機モータを駆動源として備えるとともに、本体の一部を他の部分に対して旋回させる旋回モータを備えたハイブリッド建設機械の制御方法およびハイブリッド建設機械に関する。
従来より、互いに連結されたエンジンおよび発電機モータを駆動源とするハイブリッド車両では、発電機モータとの間で電力の授受を行う蓄電装置としてキャパシタを適用することがある。キャパシタの電圧は、運用を続けることによって徐々に低下する。このため、キャパシタの電圧がキャパシタの動作可能電圧よりも低下すると、システムが動作不能になってしまう。
上述した問題を解決してシステムが動作不能になるのを回避するための一つの方法として、キャパシタの大容量化を図ることが考えられる。しかしながら、キャパシタを大容量化すると、キャパシタが大型化してしまい、重量や搭載スペース、コストなどの面で問題が生じることがあった。
そこで、キャパシタの大容量化を図ることなく、システムが動作不能になるのを回避することができる技術として、エンジン停止中にキャパシタの蓄電量が所定の閾値を下回った場合、キャパシタの電力を低電位の電力へ変換する電圧変換器の出力を制限する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−４５８８３号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術をハイブリッド車両の一例であるハイブリッド建設機械に適用した場合には、旋回操作時にオペレータが入力する操作指令に対して旋回動作に遅れが生じてしまうという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、キャパシタを大容量化することなくシステムが動作不能になることを回避することができるとともに、旋回操作時の操作指令に対する旋回動作の遅れを抑制することができるハイブリッド建設機械の制御方法およびハイブリッド建設機械を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド建設機械の制御方法は、互いに連結されたエンジンおよび発電機モータと、前記発電機モータから電力が供給され、本体の一部を他の部分に対して旋回させる旋回モータと、前記発電機モータおよび前記旋回モータがそれぞれ発電した電力を蓄電する一方、前記発電機モータおよび前記旋回モータに電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタの電圧を昇圧して出力する昇圧器と、を備えたハイブリッド建設機械の制御方法であって、前記昇圧器が前記キャパシタの放電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタのキャパシタ電圧に応じた前記発電機モータのアシストトルク制限値を算出するアシストトルク制限値算出ステップと、前記発電機モータの目標速度に応じて前記発電機モータのトルク指令値を計算する発電機モータトルク指令値計算ステップと、前記アシストトルク制限値算出ステップで算出したアシストトルク制限値と前記発電機モータトルク指令値計算ステップで計算したトルク指令値とを比較し、値が小さい方を前記発電機モータの実トルク指令値として生成する発電機モータ実トルク指令値生成ステップと、を有することを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド建設機械の制御方法は、上記発明において、前記アシストトルク制限値は、前記キャパシタ電圧が第１の閾値以下でゼロであり、前記キャパシタ電圧が前記第１の閾値より大きくなるにつれて徐々に増加し、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上で一定値を取ることを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド建設機械の制御方法は、上記発明において、前記発電機モータトルク指令値計算ステップは、前記発電機モータの実速度をフィードバックする比例制御を行うことによって前記発電機モータのトルク指令値を計算することを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド建設機械の制御方法は、上記発明において、前記昇圧器が前記キャパシタの放電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧に応じた前記旋回モータの旋回力行トルク制限値を算出する旋回力行トルク制限値算出ステップと、前記旋回モータの目標速度に応じて前記旋回モータのトルク指令値を計算する旋回モータトルク指令値計算ステップと、前記旋回力行トルク制限値算出ステップで算出した旋回力行トルク制限値と前記旋回モータトルク指令値計算ステップで計算したトルク指令値とを比較し、値が小さい方を前記旋回モータの実トルク指令値として生成する旋回モータ実トルク指令値生成ステップと、をさらに有することを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド建設機械の制御方法は、上記発明において、前記旋回力行トルク制限値は、前記キャパシタ電圧が、前記第１の閾値よりも小さい第３の閾値以下でゼロであり、前記キャパシタ電圧が前記第３の閾値より大きくなるにつれて徐々に増加し、前記第３の閾値よりも大きい第４の閾値以上で一定値を取ることを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド建設機械の制御方法は、上記発明において、前記旋回モータトルク指令値計算ステップは、前記旋回モータの実速度をフィードバックする比例制御を行うことによって前記旋回モータのトルク指令値を計算することを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド建設機械の制御方法は、上記発明において、前記昇圧器が前記キャパシタの充電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧に応じた前記昇圧器の出力限界値を算出する昇圧器出力限界値算出ステップと、前記昇圧器出力限界値算出ステップで算出した出力限界値と前記旋回モータの出力を用いて前記発電機モータの出力限界値を求める発電機モータ出力限界値算出ステップと、前記発電機モータ出力限界値算出ステップで算出した前記発電機モータの出力限界値と前記発電機モータの目標出力値とを比較し、値が小さい方を前記発電機モータの実目標出力値として生成する実目標出力値生成ステップと、前記実目標出力値生成ステップで生成した実目標出力値と前記発電機モータの回転数とを用いて前記発電機モータの実トルク指令値を生成する充電時発電機モータ実トルク指令値生成ステップと、を有することを特徴とする。
本発明に係るハイブリッド建設機械は、互いに連結されたエンジンおよび発電機モータと、前記発電機モータから電力が供給され、本体の一部を他の部分に対して旋回させる旋回モータと、前記発電機モータおよび前記旋回モータがそれぞれ発電した電力を蓄電する一方、前記発電機モータおよび前記旋回モータに電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタの電圧を昇圧して出力する昇圧器と、を備えたハイブリッド建設機械であって、前記キャパシタのキャパシタ電圧を逐次計測するキャパシタ電圧計測手段と、前記昇圧器が前記キャパシタの放電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧計測手段で計測したキャパシタ電圧に応じた前記発電機モータのアシストトルク制限値を算出する一方、前記発電機モータの目標速度に応じて前記発電機モータのトルク指令値を計算し、前記アシストトルク制限値と前記発電機モータのトルク指令値とを比較し、値が小さい方を前記発電機モータの実トルク指令値として生成、出力する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド建設機械は、上記発明において、前記制御手段は、前記昇圧器が前記キャパシタの放電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧計測手段が計測したキャパシタ電圧に応じた前記旋回モータの旋回力行トルク制限値を算出する一方、前記旋回モータの目標速度に応じて前記旋回モータのトルク指令値を計算し、前記旋回力行トルク制限値と前記旋回モータのトルク指令値とを比較し、値が小さい方を前記旋回モータの実トルク指令として生成、出力することを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド建設機械は、上記発明において、前記制御手段は、前記昇圧器が前記キャパシタの充電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧計測手段が計測したキャパシタ電圧に応じた前記昇圧器の出力限界値を算出し、この算出した出力限界値と前記旋回モータの出力を用いて前記発電機モータの出力限界値を求め、この出力限界値と前記発電機モータの目標出力値とを比較し、値が小さい方を前記発電機モータの実目標出力値として生成、出力することを特徴とする。
本発明によれば、キャパシタの放電時には発電機モータや旋回モータのキャパシタ電圧に応じたトルク制限値をそれぞれ参照して実トルク指令値を生成する一方、キャパシタの充電時には発電機モータの実目標出力値を生成することにより、キャパシタを大容量化することなくシステムが動作不能になることを回避することができる。また、発電機モータの実トルク指令値（キャパシタ放電時）や実目標出力値（キャパシタ充電時）は、キャパシタ電圧に応じた昇圧器の出力限界を考慮したものである一方、旋回モータの方には昇圧器の影響が少ないため、旋回操作時のオペレータによる操作指令に対する旋回動作の遅れを抑制することができる。
図１は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建設機械の要部の構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建設機械の外部構成を示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建設機械が備える昇圧器の動作特性を示す図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御方法のキャパシタ放電時の発電機モータの制御の概要を示すフローチャートである。 図５は、図４に示すフローチャートを信号の流れに基づいてより詳細に記載した処理フロー図である。 図６は、キャパシタ電圧と発電機モータのアシストトルク制限値との関係を示す図である。 図７は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御方法のキャパシタ放電時の旋回モータの制御の概要を示すフローチャートである。 図８は、図７に示すフローチャートを信号の流れに基づいてより詳細に記載した処理フロー図である。 図９は、キャパシタ電圧と旋回モータの旋回力行トルク制限値との関係を示す図である。 図１０は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建設機械の制御方法のキャパシタ充電時の発電機モータの制御の概要を示すフローチャートである。 図１１は、図１０に示すフローチャートを信号の流れに基づいてより詳細に記載した処理フロー図である。
符号の説明
１ 油圧ショベル
２ エンジン
３ 発電機モータ
４ 油圧ポンプ
５ インバータ
６ キャパシタ
７ 電圧センサ
８ 昇圧器
９ 旋回モータ
１０ 旋回インバータ
１１ スイングマシナリ
１２ コントローラ
１２ａ メモリ
１３ 操作入力部
２１ ブーム用操作弁
２２ アーム用操作弁
２３ バケット用操作弁
２４ 左走行用操作弁
２５ 右走行用操作弁
３１ ブーム用油圧シリンダ
３２ アーム用油圧シリンダ
３３ バケット用油圧シリンダ
３４ 左走行用油圧モータ
３５ 右走行用油圧モータ
１０１ 走行体
１０２ 旋回体
１０３ ブーム
１０４ アーム
１０５ バケット
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るハイブリッド建設機械の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係るハイブリッド建設機械は、互いに連結されたエンジンおよび発電機モータを駆動源として備え、本体の一部を他の部分に対して旋回させる電動旋回機能を有する。本実施の形態では、ハイブリッド建設機械として、掘削機能を有する油圧ショベルの場合を説明するが、これはあくまでも一例に過ぎない。
図２は、ハイブリッド建設機械である油圧ショベルの外部構成を示す図である。同図に示す油圧ショベル１は、左右一対の履帯を有する走行体１０１と、走行体１０１の上方に位置し、走行体１０１に対して所定の方向を指向する旋回軸の周りに旋回可能な旋回体１０２とを備える。また、油圧ショベル１は、ブーム１０３、アーム１０４、バケット１０５からなる掘削用の作業機を有する。このうち、ブーム１０３は、走行体１０１に対して上下方向へ回動可能に接続される。
次に、図１を参照して油圧ショベル１の内部構成を説明する。油圧ショベル１は、駆動源であるエンジン２と、各々の駆動軸がエンジン２の出力軸に連結された発電機モータ３および油圧ポンプ４と、発電機モータ３に接続され、発電機モータ３を駆動するインバータ５と、発電機モータ３で発電した電力を蓄電する一方、発電機モータ３に電力を供給するキャパシタ６と、キャパシタ６の電圧を逐次計測する電圧センサ７（キャパシタ電圧計測手段）と、インバータ５およびキャパシタ６に並列接続され、キャパシタ６の電圧を昇圧してインバータ５へ出力する昇圧器８と、を備える。
また、油圧ショベル１は、旋回体１０２を旋回させる駆動源である旋回モータ９と、キャパシタ６に並列接続されるとともにインバータ５に並列接続され、旋回モータ９を駆動する旋回インバータ１０と、旋回モータ９の駆動軸に連結され、旋回体１０２を旋回させるスイングマシナリ１１と、を備える。
さらに、油圧ショベル１は、エンジン２、油圧ポンプ４、インバータ５、旋回インバータ１０を電子的に制御するコントローラ１２と、オペレータが所望の操作を入力するために操作レバー等によって構成される操作入力部１３と、を備える。
発電機モータ３は、例えばＳＲ（Switched Reluctance）モータまたはＰＭ（Permanent Magnet）モータによって実現される。また、旋回モータ９は、例えばＰＭモータによって実現される。
油圧ポンプ４は、ブーム用操作弁２１、アーム用操作弁２２、バケット用操作弁２３、左走行用操作弁２４、右走行用操作弁２５の各種操作弁に配管を介してそれぞれ接続される。油圧ポンプ４は、可変容量型であり、斜板の傾転角が変化することによって容量が変化する。
油圧ポンプ４から吐出された圧油は、ブーム用操作弁２１、アーム用操作弁２２、バケット用操作弁２３、左走行用操作弁２４、右走行用操作弁２５を介して、アクチュエータであるブーム用油圧シリンダ３１、アーム用油圧シリンダ３２、バケット用油圧シリンダ３３、左走行用油圧モータ３４、右走行用油圧モータ３５にそれぞれ供給される。これにより、ブーム１０３、アーム１０４、バケット１０５、左履帯、右履帯が作動する。
図３は、昇圧器８の動作特性を示す図であり、具体的には、キャパシタ電圧Ｖcapに応じて出力できる昇圧器８の出力限界値BstInPowLimitを示す図である。図３において、正側の曲線Ｌ１は、キャパシタ６の放電時（力行時）における出力限界値を与え、負側の曲線Ｌ２は、キャパシタ６の充電時（回生時）における出力限界値を与えている。また、図３において、横軸の範囲Ｖcap1〜Ｖcap2は、キャパシタ６がその性能を発揮しうる動作電圧範囲に相当している。図３に示す曲線Ｌ１，Ｌ２からも明らかなように、キャパシタ電圧Ｖcapが大きくなるほど、昇圧器８の出力限界値の絶対値も大きくなる。
コントローラ１２は、制御手段の少なくとも一部をなし、各々所定の計測手段によって計測されたエンジン２の回転数、油圧ポンプ４の吐出圧、キャパシタ６の電圧、旋回インバータ１０に入力する直流電流（出力時は逆符号）、旋回モータ９の回転数、オペレータによる操作入力部１３の操作量等の入力を受け、これらの各種計測値の入力に基づいて、油圧ショベル１の駆動制御を行う。なお、各種計測値は、ほぼリアルタイムで逐次計測されている。コントローラ１２は、油圧ショベル１の各種動作を制御するためのプログラムや各種演算結果等を記憶するメモリ１２ａを有する。
次に、以上の構成を有する油圧ショベル１の制御方法について説明する。まず、キャパシタ６が放電している時の動作について説明する。キャパシタ放電時においては、発電機モータ３および旋回モータ９の各々において、キャパシタ電圧Ｖcapに応じた制御が行われる。
図４は、キャパシタ放電時の発電機モータ３の制御の概要を示すフローチャートである。また、図５は、図４に示すフローチャートを信号の流れに基づいてより詳細に記載した処理フロー図である。
まず、コントローラ１２は、電圧センサ７が計測したキャパシタ６のキャパシタ電圧Ｖcapに応じたアシストトルクの制限値を算出する（ステップＳ１）。図６は、ステップＳ１でコントローラ１２が参照するキャパシタ電圧Ｖcapと発電機モータ３のアシストトルク制限値AstTrqLimitとの関係を示す図である。同図に示す曲線Ｌ３は、第１の閾値Ｖcap3以下ではゼロであり、キャパシタ電圧Ｖcapが第１の閾値Ｖcap3よりも大きくなるにつれて徐々に増加し、第２の閾値Ｖcap4以上で一定値AstTrqLimit1を取る。
ここで、第１の閾値Ｖcap3は、キャパシタ電圧Ｖcapの動作電圧範囲Ｖcap1〜Ｖcap2に含まれ、Ｖcap1よりも大きい。また、第２の閾値Ｖcap4は、第１の閾値Ｖcap3よりも大きく、キャパシタ電圧Ｖcapの動作電圧範囲Ｖcap1〜Ｖcap2に含まれる。
なお、図６では、キャパシタ電圧ＶcapがＶcap3＜Ｖcap＜Ｖcap4である場合、アシストトルク制限値AstTrqLimitがキャパシタ電圧Ｖcapの増加に伴って線形に増加しているが、これはあくまでも一例に過ぎない。すなわち、アシストトルク制限値AstTrqLimitは、キャパシタ電圧Ｖcapの増加に伴って単調に増加すればよく、必ずしも線形である必要はない。
コントローラ１２は、上述した処理と並行して、油圧ポンプ４の効率を高め、燃費（単位時間、単位出力あたりの燃料消費量）の低減すなわち燃費の向上を図るため、エンジン２のエンジン回転数が所定の設定回転数よりも小さい低速領域でエンジン２の出力と油圧ポンプ４のポンプ吸収馬力とのマッチング（低速マッチング）を行うことにより、発電機モータ３の目標速度（目標回転数）を出力する（ステップＳ２）。
この後、コントローラ１２は、発電機モータ３のトルク指令値を計算する（ステップＳ３）。このトルク指令値を計算する際、コントローラ１２は、低速マッチングによって出力した目標速度と発電機モータ３における速度の実測値との差を算出し（ステップＳ３１）、この算出した差に所定の比例定数を乗算することによってエンジン２の出力軸に加えるアシストトルクのトルク指令値に変換する（ステップＳ３２）。
続いて、コントローラ１２は、ステップＳ１で出力したアシストトルク制限値とステップＳ３で出力したトルク指令値とをメモリ１２ａから読み出して比較し、値が小さい方を選択して実トルク指令値として生成し、出力する（ステップＳ４）。
コントローラ１２から実トルク指令値の入力を受けたインバータ５は、その実トルク指令値にしたがって発電機モータ３に駆動指令を出力する（ステップＳ５）。発電機モータ３は、インバータ５によって出力される駆動指令に基づいて駆動し、トルクを発生する（ステップＳ６）。発電機モータ３の実速度（実回転数）は、所定の回転数センサによって逐次計測され、上述したステップＳ３（Ｓ３１）にフィードバックされる。
このようにして、本実施の形態では、発電機モータ３のアシストトルクを制御する際、発電機モータ３の実速度をフィードバックする比例制御を行うことによって生成されたトルク指令値と、図６の曲線Ｌ３に相当し、メモリ１２ａに格納されている変換テーブル（メモリ１２ａに格納）を参照することによって得られた発電機モータ３のアシストトルク制限値とを比較し、小さい方の値を実トルク指令値として採用している。この結果、キャパシタ電圧Ｖcapが第２の閾値Ｖcap4よりも小さくなった場合には、発電機モータ３のアシスト動作を少なくし始め、第１の閾値Ｖcap3を下回った場合には、発電機モータ３のアシスト動作を中止させることができるので、システムが動作不能となるのを確実に防止することが可能となる。
図７は、キャパシタ放電時に発電機モータ３側の制御と並行して行われる旋回モータ９の制御の概要を示すフローチャートである。また、図８は、図７に示すフローチャートを信号の流れに基づいてより詳細に記載した処理フロー図である。
コントローラ１２は、電圧センサ７が計測したキャパシタ６のキャパシタ電圧Ｖcapに応じた旋回力行トルク制限値を算出して出力する（ステップＳ１１）。
図９は、ステップＳ１１でコントローラ１２が参照するキャパシタ電圧Ｖcapと旋回モータ９の旋回力行トルク制限値SwgTrqLimitとの関係を示す図である。同図に示す曲線Ｌ４は、キャパシタ電圧Ｖcapが第３の閾値Ｖcap1以下ではゼロであり、キャパシタ電圧Ｖcapが第３の閾値Ｖcap1よりも大きくなるにつれて徐々に増加し、第４の閾値Ｖcap5以上で一定値SwgTrqLimit1を取る。
ここで、第３の閾値Ｖcap1は、キャパシタ電圧Ｖcapの動作電圧範囲の下限値に他ならない。また、第４の閾値Ｖcap5は、第３の閾値Ｖcap1よりも大きく、キャパシタ電圧Ｖcapの動作電圧範囲Ｖcap1〜Ｖcap2に含まれる。
なお、図９では、キャパシタ電圧ＶcapがＶcap1＜Ｖcap＜Ｖcap5である場合、旋回力行トルク制限値SwgTrqLimitがキャパシタ電圧Ｖcapの増加に伴って線形に増加しているが、これはあくまでも一例に過ぎない。すなわち、旋回力行トルク制限値SwgTrqLimitは、キャパシタ電圧Ｖcapの増加に伴って単調に増加すればよく、必ずしも線形である必要はない。
コントローラ１２は、オペレータが操作入力部１３のレバーを操作したときの操作量（レバーストローク）に応じて目標速度を算出する（ステップＳ１２）。
この後、コントローラ１２は、旋回モータのトルク指令値を算出する（ステップＳ１３）。このトルク指令値を算出する際、コントローラ１２は、ステップＳ１２で求めた目標速度と旋回モータ９の実速度との差を算出し（ステップＳ１３１）、この算出した差に所定の比例定数を乗算することによって旋回力行トルク指令値に変換する（ステップＳ１３２）。
続いて、コントローラ１２は、ステップＳ１１で出力した旋回力行トルク制限値とステップＳ１３で出力したトルク指令値とメモリ１２ａから読み出して比較し、値が小さい方を選択して実トルク指令値として生成し、出力する（ステップＳ１４）。
コントローラ１２から実トルク指令値の入力を受けた旋回インバータ１０は、その実トルク指令値にしたがって旋回モータ９に駆動指令を出力する（ステップＳ１５）。旋回モータ９は、旋回インバータ１０によって出力される駆動指令に基づいて駆動し、トルクを発生する（ステップＳ１６）。旋回モータ９の実速度（実回転数）は、所定の回転数センサによって逐次計測され、上述したステップＳ１３（Ｓ１３１）にフィードバックされる。
このようにして、旋回モータ９の旋回力行トルクを制御する際、旋回モータ９の実速度をフィードバックする比例制御を行うことによって生成されたトルク指令値と、図９の曲線Ｌ４に相当し、メモリ１２ａに格納されている変換テーブルを参照することによって得られた旋回モータ９の旋回力行トルク制限値とを比較し、小さい方の値を実トルク指令として採用している。この結果、キャパシタ電圧Ｖcapが第４の閾値Ｖcap5よりも小さくなった場合には、旋回モータ９の旋回力行動作を少なくし始め、第３の閾値Ｖcap1を下回った場合には、旋回モータ９の旋回力行動作を中止させることができるので、システムが動作不能となるのを確実に防止することが可能となる。
ところで、本実施の形態においては、キャパシタ６とインバータ５および旋回インバータ１０との間に昇圧器８が設けられている。このため、上述した制御を行う際には、昇圧器８の動作特性に応じた制御が必要となる。具体的には、昇圧器８は、図３を参照して説明した動作特性を有しており、キャパシタ放電時の制御において、昇圧器８の出力限界値BstInPowLimitは、曲線Ｌ１にしたがう。このため、キャパシタ電圧Ｖcapに応じて昇圧器８の出力が限界を超えそうな場合には、キャパシタ６の放電を減らさなければならない。
キャパシタ６の放電を減らすには、発電機モータ３と旋回モータ９のトルクを制限すればよい。この場合、旋回モータ９の方は、本来オペレータによる操作に基づいてトルク指令値が生成されているため、昇圧器８の性能に応じた処理を旋回モータ９側に負わせると、オペレータが操作時の違和感を覚えやすく、操作のスピードにも影響が生じてしまう。これに対して、発電機モータ３のアシストトルクの変化は、エンジン回転数の上昇の度合いの変化であるため、旋回体１０２の旋回速度の変化に比べてオペレータにはわかりにくい。この点に鑑み、本実施の形態では、発電機モータ３のアシストトルク制限値をゼロにする閾値Ｖcap3の値を、旋回モータ９の旋回力行トルク制限値をゼロにする閾値Ｖcap1（＝キャパシタ６の動作電圧範囲の下限値）よりも大きくし、昇圧器８の出力が限界を超えることにより、システムが動作不能となるのを回避するための処理を発電機モータ３側で極力行うような設定としている。
次に、キャパシタ６の充電時の油圧ショベル１の制御方法について説明する。本実施の形態においては、キャパシタ充電時の制御として、昇圧器８の出力（＝キャパシタ６への入力）が上限値を超えそうな場合には、発電機モータ３の出力を制御することによってシステムが動作不能となるのを回避する。
図１０は、キャパシタ充電時の発電機モータ３の制御の概要を示すフローチャートである。また、図１１は、図１０に示すフローチャートを信号の流れに基づいてより詳細に記載した処理フロー図である。
まず、コントローラ１２は、電圧センサ７が計測したキャパシタ６のキャパシタ電圧Ｖcapに応じた昇圧器８の出力限界値BstInPowLimitを算出する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１における計算は、図３の曲線Ｌ２を参照することによって行われる。
この後、コントローラ１２は、ステップＳ２１で求めた昇圧器８の出力限界値BstInPowLimitと旋回モータ９の出力との和を取り、発電機モータ３の出力限界値として出力する（ステップＳ２２）。なお、旋回モータ９の出力は、回生時を負とする。
コントローラ１２は、ステップＳ２１、２２の処理と並行して、発電機モータ３の実トルク指令値および回転数の計測値を用いることによって目標出力値を算出する（ステップＳ２３）。
その後、コントローラ１２は、ステップＳ２２で出力した発電機モータ出力限界値とステップＳ２３で出力した目標出力値とメモリ１２ａから読み出して比較し、値が小さい方を選択して実目標出力値として生成し、出力する（ステップＳ２４）。
コントローラ１２は、ステップＳ２４で出力した実目標出力と発電機モータ３の回転数からトルクを算出し、この算出したトルクを実トルク指令値として出力する（ステップＳ２５）。
コントローラ１２から実トルク指令値の入力を受けたインバータ５は、その実トルク指令値にしたがって発電機モータ３に駆動指令を出力する（ステップＳ２６）。発電機モータ３は、インバータ５によって出力される駆動指令に基づいて駆動し、トルクを発生する（ステップＳ２７）。
旋回モータ９がブレーキ状態（回生状態）にある時、発電機モータ３が発電状態（回生状態）にあると、昇圧器８は限界以上の入力状態となってしまう可能性がある。本実施の形態では、そのような過剰な入力状態を回避するため、昇圧器８の入力限界を考慮した上で、発電機モータ３の発電量を制限している。
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、キャパシタの放電時には発電機モータや旋回モータのキャパシタ電圧に応じたトルク制限値をそれぞれ参照して実トルク指令値を生成する一方、キャパシタの充電時には発電機モータの実目標出力値を生成することにより、キャパシタを大容量化することなくシステムが動作不能になることを回避することができる。
また、本実施の形態によれば、発電機モータの実トルク指令値（キャパシタ放電時）や実目標出力値（キャパシタ充電時）は、キャパシタ電圧に応じた昇圧器の出力限界を考慮したものである一方、旋回モータの方には昇圧器の影響が少なく、かつトルクのみに制限が加えられるため、旋回操作時のオペレータによる操作指令に対する旋回動作の遅れを抑制することができる。したがって、オペレータは操作時に違和感を覚えないで済む。
ここまで、本発明を実施するための最良の形態を説明してきたが、本発明は、上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、発電機モータの制御と旋回モータの制御とを個別に単独で行うようにすることも可能である。
また、発電機モータのキャパシタ充電時の制御とキャパシタ放電時の制御とを個別に単独で行うようにしてもよい。
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
以上のように、本発明は、駆動源として互いに連結されたエンジンおよび発電機モータを備えるとともに、蓄電装置としてのキャパシタと、発電機モータおよびキャパシタから電力の供給を受ける旋回モータとを備えたハイブリッド建設機械の制御を行う際に有用である。

Claims (10)

  1. 互いに連結されたエンジンおよび発電機モータと、前記発電機モータから電力が供給され、本体の一部を他の部分に対して旋回させる旋回モータと、前記発電機モータおよび前記旋回モータがそれぞれ発電した電力を蓄電する一方、前記発電機モータおよび前記旋回モータに電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタの電圧を昇圧して出力する昇圧器と、を備えたハイブリッド建設機械の制御方法であって、
    前記昇圧器が前記キャパシタの放電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタのキャパシタ電圧に応じた前記発電機モータのアシストトルク制限値を算出するアシストトルク制限値算出ステップと、
    前記発電機モータの目標速度に応じて前記発電機モータのトルク指令値を計算する発電機モータトルク指令値計算ステップと、
    前記アシストトルク制限値算出ステップで算出したアシストトルク制限値と前記発電機モータトルク指令値計算ステップで計算したトルク指令値とを比較し、値が小さい方を前記発電機モータの実トルク指令値として生成する発電機モータ実トルク指令値生成ステップと、
    を有することを特徴とするハイブリッド建設機械の制御方法。
  2. 前記アシストトルク制限値は、前記キャパシタ電圧が第１の閾値以下でゼロであり、前記キャパシタ電圧が前記第１の閾値より大きくなるにつれて徐々に増加し、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上で一定値を取ることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド建設機械の制御方法。
  3. 前記発電機モータトルク指令値計算ステップは、
    前記発電機モータの実速度をフィードバックする比例制御を行うことによって前記発電機モータのトルク指令値を計算することを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド建設機械の制御方法。
  4. 前記昇圧器が前記キャパシタの放電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧に応じた前記旋回モータの旋回力行トルク制限値を算出する旋回力行トルク制限値算出ステップと、
    前記旋回モータの目標速度に応じて前記旋回モータのトルク指令値を計算する旋回モータトルク指令値計算ステップと、
    前記旋回力行トルク制限値算出ステップで算出した旋回力行トルク制限値と前記旋回モータトルク指令値計算ステップで計算したトルク指令値とを比較し、値が小さい方を前記旋回モータの実トルク指令値として生成する旋回モータ実トルク指令値生成ステップと、
    をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のハイブリッド建設機械の制御方法。
  5. 前記旋回力行トルク制限値は、前記キャパシタ電圧が、前記第１の閾値よりも小さい第３の閾値以下でゼロであり、前記キャパシタ電圧が前記第３の閾値より大きくなるにつれて徐々に増加し、前記第３の閾値よりも大きい第４の閾値以上で一定値を取ることを特徴とする請求項４記載のハイブリッド建設機械の制御方法。
  6. 前記旋回モータトルク指令値計算ステップは、
    前記旋回モータの実速度をフィードバックする比例制御を行うことによって前記旋回モータのトルク指令値を計算することを特徴とする請求項４または５記載のハイブリッド建設機械の制御方法。
  7. 前記昇圧器が前記キャパシタの充電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧に応じた前記昇圧器の出力限界値を算出する昇圧器出力限界値算出ステップと、
    前記昇圧器出力限界値算出ステップで算出した出力限界値と前記旋回モータの出力を用いて前記発電機モータの出力限界値を求める発電機モータ出力限界値算出ステップと、
    前記発電機モータ出力限界値算出ステップで算出した前記発電機モータの出力限界値と前記発電機モータの目標出力値とを比較し、値が小さい方を前記発電機モータの実目標出力値として生成する実目標出力値生成ステップと、
    前記実目標出力値生成ステップで生成した実目標出力値と前記発電機モータの回転数とを用いて前記発電機モータの実トルク指令値を生成する充電時発電機モータ実トルク指令値生成ステップと、
    を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のハイブリッド建設機械の制御方法。
  8. 互いに連結されたエンジンおよび発電機モータと、前記発電機モータから電力が供給され、本体の一部を他の部分に対して旋回させる旋回モータと、前記発電機モータおよび前記旋回モータがそれぞれ発電した電力を蓄電する一方、前記発電機モータおよび前記旋回モータに電力を供給するキャパシタと、前記キャパシタの電圧を昇圧して出力する昇圧器と、を備えたハイブリッド建設機械であって、
    前記キャパシタのキャパシタ電圧を逐次計測するキャパシタ電圧計測手段と、
    前記昇圧器が前記キャパシタの放電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧計測手段で計測したキャパシタ電圧に応じた前記発電機モータのアシストトルク制限値を算出する一方、前記発電機モータの目標速度に応じて前記発電機モータのトルク指令値を計算し、前記アシストトルク制限値と前記発電機モータのトルク指令値とを比較し、値が小さい方を前記発電機モータの実トルク指令値として生成、出力する制御手段と、
    を備えたことを特徴とするハイブリッド建設機械。
  9. 前記制御手段は、
    前記昇圧器が前記キャパシタの放電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧計測手段が計測したキャパシタ電圧に応じた前記旋回モータの旋回力行トルク制限値を算出する一方、前記旋回モータの目標速度に応じて前記旋回モータのトルク指令値を計算し、前記旋回力行トルク制限値と前記旋回モータのトルク指令値とを比較し、値が小さい方を前記旋回モータの実トルク指令として生成、出力することを特徴とする請求項８記載のハイブリッド建設機械。
  10. 前記制御手段は、
    前記昇圧器が前記キャパシタの充電に伴った出力を行う場合、前記キャパシタ電圧計測手段が計測したキャパシタ電圧に応じた前記昇圧器の出力限界値を算出し、この算出した出力限界値と前記旋回モータの出力を用いて前記発電機モータの出力限界値を求め、この出力限界値と前記発電機モータの目標出力値とを比較し、値が小さい方を前記発電機モータの実目標出力値として生成、出力することを特徴とする請求項８または９記載のハイブリッド建設機械。
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