JP5367639B2 - Control method of hybrid work machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はハイブリッド式作業機械の制御方法に係り、特に内燃機関を電動モータによりアシストしてポンプを駆動して油圧を発生させるハイブリッド式作業機械の制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a hybrid work machine, and more particularly to a control method for a hybrid work machine that generates hydraulic pressure by driving a pump by assisting an internal combustion engine with an electric motor.
ハイブリッド式作業機械は、一般的にエンジン(内燃機関)の出力で油圧ポンプを駆動し、発生した油圧により作業を行なう。そして、電動モータでエンジンをアシストすることでエンジンを効率的に運転する。電動モータは主にバッテリからの電力により駆動される。バッテリは充放電式であり、エンジンをアシストするときは放電して電動モータに電力を供給する。一方、エンジンをアシストしないときには、エンジンで駆動される発電機からの電力や油圧負荷からの回生電力により充電される。これにより、バッテリが常にある程度充電された状態に維持して電動モータをアシストできるようにする。 In general, a hybrid work machine drives a hydraulic pump with the output of an engine (internal combustion engine) and performs work with the generated hydraulic pressure. The engine is efficiently operated by assisting the engine with the electric motor. The electric motor is driven mainly by power from the battery. The battery is a charge / discharge type, and discharges and supplies electric power to the electric motor when assisting the engine. On the other hand, when the engine is not assisted, it is charged by electric power from a generator driven by the engine or regenerative electric power from a hydraulic load. As a result, the electric motor can be assisted while the battery is always kept charged to some extent.
このようにハイブリッド式作業機械では、エンジンを電動モータでアシストすることができるため、エンジンの最大出力を小さくして小型のエンジンとすることができる。エンジンの最大出力より大きな出力が油圧ポンプに要求された場合には、電動モータでアシストしてその要求に応えることができる。 Thus, in the hybrid work machine, the engine can be assisted by the electric motor, so that the maximum output of the engine can be reduced and the engine can be made small. When an output larger than the maximum output of the engine is required for the hydraulic pump, the request can be met by assisting with the electric motor.
電動モータを電動発電機とすることで、電動モータと発電機の機能を一つにまとめることができる。この場合、電動モータとしてアシスト機能を実行するか、あるいは発電機として発電機能を実行するかを制御する必要がある。 By using the electric motor as a motor generator, the functions of the electric motor and the generator can be combined into one. In this case, it is necessary to control whether the assist function is executed as an electric motor or whether the power generation function is executed as a generator.
そこで、油圧ポンプの出力を演算により求め、求めた油圧ポンプ出力と閾値とを比較して電動発電機を電動モータとして機能させるか発電機として機能させるかを切替え制御することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Therefore, it has been proposed that the output of the hydraulic pump is obtained by calculation, and the obtained hydraulic pump output is compared with a threshold value to control whether the motor generator functions as an electric motor or as a generator ( For example, see Patent Document 1.)
油圧ポンプの出力は、油圧ポンプの圧力と流量から演算により求めることができる。この出力は油圧ポンプの出力側の動力に相当する。したがって、従来は、油圧ポンプの出力側の動力を演算により求め、この動力に基づいて電動発電機の出力制御を行なっていた。 The output of the hydraulic pump can be obtained by calculation from the pressure and flow rate of the hydraulic pump. This output corresponds to the power on the output side of the hydraulic pump. Therefore, conventionally, power on the output side of the hydraulic pump is obtained by calculation, and output control of the motor generator is performed based on this power.
ところが、油圧ポンプに実際に入力される入力側の動力は、出力側の動力と全く等しいわけではなく、油圧ポンプの出力側の動力がわかったとしても、入力側の動力を精確に把握することはできない。油圧ポンプの入力側の動力はエンジンと電動発電機の動力の和である、油圧ポンプの出力側の動力はエンジンの負荷と電動発電機の負荷の和を精確に反映したものではない。 However, the input side power actually input to the hydraulic pump is not exactly equal to the output side power. Even if the output power of the hydraulic pump is known, the input side power must be accurately grasped. I can't. The power on the input side of the hydraulic pump is the sum of the power of the engine and the motor generator. The power on the output side of the hydraulic pump does not accurately reflect the sum of the load on the engine and the load on the motor generator.
エンジンを効率的に運転するためには、エンジンの負荷を精度よく求めてこれに基づいて電動発電機の出力を調整する必要がある。したがって、エンジンを効率的に運転するためには、油圧ポンプの入力側の動力を精度よく求める必要がある。 In order to operate the engine efficiently, it is necessary to accurately determine the load of the engine and adjust the output of the motor generator based on this. Therefore, in order to operate the engine efficiently, it is necessary to accurately determine the power on the input side of the hydraulic pump.
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、油圧ポンプの入力側の動力を精確に求め、入力側の動力に基づいてエンジンの負荷を制御することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to accurately determine the power on the input side of the hydraulic pump and control the engine load based on the power on the input side.
上述の目的を達成するために、本発明によれば、油圧ポンプをエンジンの出力と電動発電機の出力とで駆動するハイブリッド式作業機械の制御方法であって、前記油圧ポンプの入力側のトルクを推定演算により算出し、算出したトルクに前記油圧ポンプの回転数を乗算して前記油圧ポンプの入力側の動力を算出し、算出した動力に基づいて前記電動発電機の出力を制御することを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法が提供される。 In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, there is provided a control method for a hybrid work machine that drives a hydraulic pump with an engine output and an output of a motor generator, the torque on the input side of the hydraulic pump. Is calculated by estimation calculation, the calculated torque is multiplied by the rotational speed of the hydraulic pump to calculate the power on the input side of the hydraulic pump, and the output of the motor generator is controlled based on the calculated power. A control method for a hybrid work machine is provided.
上述のハイブリッド式作業機械の制御方法において、前記推定演算は、ポンプ圧力検出値とポンプ制御電流値とに基づいて前記油圧ポンプの傾転角比を求め、求めた傾転角比とポンプ圧力検出値とからトルクを算出することが好ましい。また、前記油圧ポンプの傾転角比を求めるための数式は、予め計測した実測流量と、予め計測した回転数と、予め計測した圧力とに基づいて設定されることが好ましい。前記油圧ポンプの傾転角比を求めるための数式は、理論流量を表す項と損失流量を表す項を含むこととしてもよい。前記損失流量を表す項における係数を、予め計測した実測流量から求めることとしてもよい。前記損失流量を表す項は、複数の流量損失係数を含むこととしてもよい。また、前記複数の流量損失係数は、傾転角比と圧力と回転数に依存する損失を表す項における第1の流量損失係数と、回転角比と回転数に依存する損失を表す項における第2の流量損失係数と、圧力と回転数に依存する損失を表す項における第3の流量損失係数と、回転数のみに依存する損失を表す項における第4の流量損失係数とのうち、二つ以上を含むこととしてもよい。 In the control method for a hybrid work machine described above, the estimation calculation obtains a tilt angle ratio of the hydraulic pump based on a pump pressure detection value and a pump control current value, and determines the obtained tilt angle ratio and pump pressure detection. The torque is preferably calculated from the value. The mathematical formula for obtaining the tilt angle ratio of the hydraulic pump is preferably set based on a measured flow rate measured in advance, a rotational speed measured in advance, and a pressure measured in advance. The mathematical formula for obtaining the tilt angle ratio of the hydraulic pump may include a term representing the theoretical flow rate and a term representing the loss flow rate. The coefficient in the term representing the loss flow rate may be obtained from an actually measured flow rate measured in advance. The term representing the loss flow rate may include a plurality of flow loss factors. The plurality of flow rate loss coefficients are a first flow rate loss coefficient in a term representing a loss depending on a tilt angle ratio, pressure and rotational speed, and a first in a term representing a loss dependent on the rotational angle ratio and rotational speed. and second flow loss coefficient, a third flow loss coefficient in term representing losses depends on the rotational speed and pressure, of the fourth flow loss coefficient in term representing loss depends only on the rotational speed, the two It is good also as including the above .
また上述のハイブリッド式作業機械の制御方法において、傾転角比とポンプ圧力検出値とからトルクを算出するための演算式は、理論トルク式と損失トルク式との関係式であることが好ましい。前記損失トルク式における係数は予め計測した実測トルクに基づいて設定されることとしてもよい。前記損失トルク式は複数のトルク損失係数を含むこととしてもよい。 In the above-described hybrid work machine control method, it is preferable that the arithmetic expression for calculating the torque from the tilt angle ratio and the pump pressure detection value is a relational expression between the theoretical torque expression and the loss torque expression. The coefficient in the loss torque equation may be set based on a measured torque measured in advance. The loss torque equation may include a plurality of torque loss coefficients.
本発明によれば、油圧ポンプの入力側の動力を精度良く求めることができ、この入力側の動力に基づいて電動発電機によるエンジンのアシスト量を制御する。このため、エンジンの負荷を精度よく制御することができ、エンジンを運転効率の良い状態に常に維持することができる。 According to the present invention, the power on the input side of the hydraulic pump can be accurately obtained, and the assist amount of the engine by the motor generator is controlled based on the power on the input side. For this reason, the load of the engine can be controlled with high accuracy, and the engine can always be maintained in a state of good operating efficiency.
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明による出力制限方法が適用されるハイブリッド式作業機械の一例としての油圧ショベルの制御装置について説明する。図1は本発明による制御方法が適用される油圧ショベルの制御回路を示すブロック図である。なお、本発明が適用されるハイブリッド式作業機械は、油圧ショベルに限定されるものではない。 First, a control device for a hydraulic excavator as an example of a hybrid work machine to which the output limiting method according to the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a control circuit of a hydraulic excavator to which a control method according to the present invention is applied. The hybrid work machine to which the present invention is applied is not limited to a hydraulic excavator.
まず、図1に示す油圧ショベルの制御回路の構成について説明する。エンジンモータ1によって駆動される可変容量式油圧ポンプ(以下、単に油圧ポンプと称する)21の油路には、それぞれ、切換弁22a,22b,22cが接続されている。そして、切換弁22aの上流側の油路には、ポンプ吐出圧センサ23が接続されている。ポンプ吐出圧センサ23は、油圧ポンプ21の吐出圧を検出する。さらに、切換弁22cの下流側の油路は、ネガティブコントロール絞り弁( 以下、ネガコン絞り弁と称する)24を介してタンク25に接続されている。
First, the configuration of the hydraulic excavator control circuit shown in FIG. 1 will be described.
可変容量式油圧ポンプ21は、例えば可変斜板式油圧ポンプであり、斜板の角度を変更することでポンプ出力を変更することができる。すなわち、油圧ポンプ21への制御電流を変更することにより斜板の角度を調整し、これにより油圧ポンプ21の出力を変更することができる。
The variable displacement
ネガコン絞り弁24の上流側には、ネガティブコントロールセンサ(以下、ネガコンセンサ)26が接続されている。ネガコンセンサ26はコントローラ2に結線され、それぞれのタンク25への油圧流路の油圧を検出し、検出圧力の信号をコントローラ2へ入力する。
A negative control sensor (hereinafter referred to as a negative control sensor) 26 is connected to the upstream side of the negative
ネガコン絞り弁24、ネガコンセンサ26及びコントローラ2からなるネガティブコントローラ(以下、ネガコンと称する)は、タンク25に戻る油圧ポンプ21の吐出流量の損失を低減するための制御システムである。
A negative controller (hereinafter referred to as “negative controller”) including the negative
コントローラ2には、重掘削モード(Hモード)、標準掘削モード(Sモード)、仕上げ掘削モード(Lモード)などの各作業モードに切り換えるためのモード切換器3、及びエンジン回転数を設定するためのスロットルボリューム4が接続されている。さらに、コントローラ2には、電磁比例弁5と吐出圧センサ23が結線されている。また、電磁比例弁5はレギュレータ27に接続され、レギュレータ27が油圧ポンプ21の吐出流量を制御する。
In the
通常、油圧ショベルには、重掘削モード(Hモード)、標準掘削モード(Sモード)、仕上げ掘削モード(Lモード)などの各作業モードに切り換えるための切換機構が装備されている。すなわち、モード切換器3の切り換え操作によってコントローラ2が各作業モードに適宜切り換えている。このような制御回路の切換機構によって、油圧ショベルの馬力が一定となるようにレギュレータ27によって油圧ポンプ21の吐出流量を制御している。さらに、電磁比例弁5 によって油圧ポンプ21の入力馬力を変化させると共に、コントローラ2によってエンジンモータ1の回転数を変化させて上記の各作業モードを切り換え、図2に示すような油圧ポンプの吐出圧力−吐出流量特性(P−Q特性)を実現させている。
Normally, a hydraulic excavator is equipped with a switching mechanism for switching to each work mode such as heavy excavation mode (H mode), standard excavation mode (S mode), and finish excavation mode (L mode). That is, the
そして、ネガコンセンサ26によってポンプ吐出量を制御し、さらに、ポンプ吐出圧センサ23によってポンプ吐出圧Pの変動を検出して油圧ポンプ21の吐出量を制御する。
The
図3は図1に示す制御装置が設けられた油圧ショベルの駆動系のブロック図である。内燃機関からなるエンジン30と電動発電機からなるアシストモータ34は、動力分配機であるスプリッタ32に接続される。エンジン30とアシストモータ34とスプリッタ32とで、図1に示すエンジンモータ1を構成する。可変容量式油圧ポンプ21はスプリッタ32に接続され、スプリッタ32からの出力により駆動されて高圧の作動油を吐出する。
FIG. 3 is a block diagram of a drive system of a hydraulic excavator provided with the control device shown in FIG. An
油圧ポンプ21から吐出された作動油は、図1に示す切換弁22a,22b,22cからなるコントローラバルブ22に送られ、コントロールバルブ22から油圧シリンダや油圧モータ等の油圧負荷に供給される。油圧ポンプ21には油圧出力を検出して制御するためのパイロット・ギアポンプ21Aが接続されている。このパイロット・ギアポンプ21Aで検出した圧力P及び吐出流量Qに基づいて、油圧ポンプ21の軸出力側の出力(動力)Woutを求めることができる。
The hydraulic oil discharged from the
アシストモータ34はインバータ(INV)36を介して蓄電器であるバッテリ38に接続されている。アシストモータ34はバッテリ38から電力の供給を受けて駆動され、電動機として機能してエンジン30をアシストする。また、アシストモータ34はエンジンの動力をスプリッタ32を介して受けることで、発電機として機能してバッテリ38を充電する。電動モータや電動アクチュエータ等の電気負荷は、インバータ(INV)40を介してバッテリ38に接続され、バッテリ38からの電力の供給を受けて作動する。
The
図3に示すシステムにおいて、エンジン30,アシストモータ34及び油圧ポンプ21の作動は、コントローラ42により制御される。特に、コントローラ42は、油圧ポンプ21の軸入力側の出力(動力)Winを精確に算出してアシストモータ34の出力(アシスト量)を制御する。これにより、エンジン30の出力を常に適切な値に維持し、エンジンの作動が異常とならないように且つ効率の良い範囲で運転されるように制御する。
In the system shown in FIG. 3, the operation of the
ここで、コントローラ42が油圧ポンプ21の軸入力側の出力(動力)Winを算出する際に用いるアルゴリズムについて、図4を参照しながら説明する。図4は油圧ポンプ21の軸入力側の出力(動力)Winを算出する際に用いる油圧負荷算出アルゴリズムの機能ブロック図である。
Here, an algorithm used when the
図4に示すアルゴリズムによれば、可変容量式油圧ポンプ21の吐出圧力Pと傾転角比X(傾斜板の傾きを表すパラメータ)との関係を求めておき、且つ等馬力制御の傾転角特性を求めておくことで、油圧ポンプ21の損失特性を求める。そして、求めた油圧ポンプ21の損失特性を考慮して油圧ポンプ21の出力トルクTを求め、出力トルクTと油圧ポンプ21の回転数Nとを乗算することで、油圧ポンプ21の軸入力側の出力Winを精度良く求めることができる。
According to the algorithm shown in FIG. 4, the relationship between the discharge pressure P of the variable displacement
まず、傾転角比演算部50は、油圧ポンプ21の吐出圧力Pとポンプ制御電流Iとから油圧ポンプ21の傾転角比Xを求める。油圧ポンプ21の吐出圧力Pは実測値であり、馬力設定電流Iは油圧ポンプ21に供給されるポンプ制御電流の実測値とする。傾転角比Xと、油圧ポンプ21の吐出圧力Pと、ポンプ制御電流Iとの関係は図5に示すマップで表されるので、吐出圧力Pとポンプ制御電流Iの値を用いることで、傾転角比Xを求めることができる。
First, the tilt angle
傾転角比演算部50が算出した傾転角比Xは、トルク演算部56に出力される。トルク演算部56は、傾転角比演算部50が算出した傾転角比Xと吐出圧力Pとから油圧ポンプ21のトルクTを算出する。トルク演算部56が算出するトルクTは以下に説明するように油圧ポンプ効率ηが考慮されており、油圧ポンプ21の軸入力側のトルクである。したがって、ポンプ出力演算部58において、軸入力側のトルクTとポンプ回転数Nとを乗算することで、油圧ポンプ21の出力(軸入力側)Winを精度よく算出することができる。
The tilt angle ratio X calculated by the tilt angle
ここで、傾転角比Xの算出方法についてさらに詳細に説明する。 Here, the calculation method of the tilt angle ratio X will be described in more detail.
図6は可変容量式油圧ポンプの所定の回転数における流量特性を示すグラフである。油圧ポンプ21は、通常、図6で示される吐出圧力Pとポンプ制限電流Iとで示される流量特性を有している。また、可変容量油圧ポンプの流量は、理論流量式と流量損失式を含んだポンプ流量式で表すことができる。そこで、本発明では、図6で示される流量特性をポンプ流量式を用いて図5に示す傾転角比Xとポンプ吐出圧力Pとの関係へ変換することとする。
FIG. 6 is a graph showing a flow rate characteristic at a predetermined rotational speed of the variable displacement hydraulic pump. The
以下に、ポンプ流量式の詳細について説明する。可変容量式油圧ポンプの吐出流量Qは、理論的には、ポンプの最大容積Vmax(傾転角が最大のときの押しのけ量:cc/rev)に傾転角比X(%)とポンプ回転数N(rpm)を乗算して求めることができる。ただし、油圧ポンプは与えられた動力を全て流量に変換することはできず、油圧漏れや機械的摩擦等に起因した流量損失が生じる。したがって、理論的に求められる流量から流量損失WQを減算したものが実際の吐出流量Qとなる。流量損失WQは回転角比X(%)と吐出圧力P(MPa)とポンプ回転数(rpm)に依存する。以上を考慮すると、吐出流量Qを求める式は以下のようになる。
Q=Vmax・X・N/1000−WQ(X,P,N) ・・・(1)
理論流量式 流量損失式
式(1)において、Vmax・X・N/1000の項が理論流量式であり、WQ(X,P,N)の項が流量損失式に相当する。流量損失WQは、実測データの分析・検討により以下のように数式で表すことができる。
WQ(X,P,N)=(Cv1・X・P+Cv2・X+Cv3・P+Cv4)・N/1000 ・・・(2)
式(2)において、Cv1は第1の流量損失係数であり、Cv2は第2の流量損失係数であり、Cv3は第3の流量損失係数であり、Cv4は第4の流量損失係数である。第1の流量損失係数Cv1は回転角比Xと吐出圧力Pと回転数Nとに依存する損失項に係る係数である。第2の流量損失係数Cv2は回転角比Xと回転数Nとに依存する損失項に係る係数である。第3の流量損失係数Cv3は吐出圧力Pと回転数Nとに依存する損失項に係る係数である。第4の流量損失係数Cv4は回転数Nのみに依存する損失項に係る係数である。これら第1〜第4の流量損失係数Cv1,Cv2,Cv3,Cv4は、実測データを用いて分析することで決定することができる。そして、式(2)を式(1)へ代入して傾転角比Xについて解くと、以下の式(3)が得られる。
X=(Q・1000/N+Cv3・P+Cv4)/(Vmax−Cv1・P−Cv2) ・・・(3)
そして、図6において、所定の回転数における流量特性として示される可変容量式油圧ポンプの吐出流量Qとポンプ吐出圧力Pの値を用いて、上記式(3)へ代入することで、図5で示す傾転角比Xとポンプ吐出圧力Pとのポンプ特性を求めることができる。
The details of the pump flow rate type will be described below. The discharge flow rate Q of the variable displacement hydraulic pump theoretically includes the maximum displacement Vmax of the pump (the displacement when the tilt angle is maximum: cc / rev), the tilt angle ratio X (%) and the pump rotation speed. It can be obtained by multiplying N (rpm). However, the hydraulic pump cannot convert all applied power into a flow rate, resulting in a flow rate loss due to hydraulic leakage, mechanical friction, and the like. Accordingly, the actual discharge flow rate Q is obtained by subtracting the flow rate loss WQ from the theoretically obtained flow rate. The flow loss WQ depends on the rotation angle ratio X (%), the discharge pressure P (MPa), and the pump rotation speed (rpm). Considering the above, the equation for obtaining the discharge flow rate Q is as follows.
Q = Vmax · X · N / 1000−WQ (X, P, N) (1)
Theoretical flow rate type Flow loss type
In equation (1), the term Vmax · X · N / 1000 is the theoretical flow rate equation, and the term WQ (X, P, N) corresponds to the flow rate loss equation. The flow loss WQ can be expressed by a mathematical formula as follows by analysis and examination of actual measurement data.
WQ (X, P, N) = (Cv1, X, P + Cv2, X + Cv3, P + Cv4), N / 1000 (2)
In Expression (2), Cv1 is a first flow loss coefficient, Cv2 is a second flow loss coefficient, Cv3 is a third flow loss coefficient, and Cv4 is a fourth flow loss coefficient. The first flow rate loss coefficient Cv1 is a coefficient related to a loss term that depends on the rotation angle ratio X, the discharge pressure P, and the rotation speed N. The second flow rate loss coefficient Cv2 is a coefficient related to a loss term that depends on the rotation angle ratio X and the rotation speed N. The third flow rate loss coefficient Cv3 is a coefficient related to a loss term that depends on the discharge pressure P and the rotation speed N. The fourth flow loss coefficient Cv4 is a coefficient related to a loss term that depends only on the rotational speed N. These first to fourth flow loss factors Cv1, Cv2, Cv3, and Cv4 can be determined by analyzing using actual measurement data. Then, when equation (2) is substituted into equation (1) and the tilt angle ratio X is solved, the following equation (3) is obtained.
X = (Q ・ 1000 / N + Cv3 ・ P + Cv4) / (Vmax−Cv1 ・ P−Cv2) (3)
Then, in FIG. 6, by substituting the value of the discharge flow rate Q and the pump discharge pressure P of the variable displacement hydraulic pump shown as the flow rate characteristic at a predetermined rotational speed into the above formula (3), FIG. The pump characteristics of the tilt angle ratio X and the pump discharge pressure P shown can be obtained.
次に、トルク演算部56によるトルクτの算出方法について説明する。
Next, a method for calculating the torque τ by the
トルクτについても、吐出流量Qと同様に近似式を用いることで求めることができる。図7は油圧ポンプのトルク特性を示すグラフである。油圧ポンプのトルク特性は、吐出圧力Pとポンプ制御電流Iとに依存する。 The torque τ can also be obtained by using an approximate expression similarly to the discharge flow rate Q. FIG. 7 is a graph showing torque characteristics of the hydraulic pump. The torque characteristics of the hydraulic pump depend on the discharge pressure P and the pump control current I.
図7に示すトルク特性を近似して数式で表すと以下のようになる。
τ=Vmax/(2π)・X・P+Wτ(X,P) ・・・(4)
理論トルク式 トルク損失式
式(4)において、Vmax/(2π)・X・P の項が理論的にトルクを求める理論トルク式であり、Wτ(X,P)の項がトルク損失式に相当する。トルク損失Wτは、実測データの分析・検討により以下のように数式で表すことができる。
Wτ(X,P)=(Ct1・X2・P+Ct2・X+Ct3・P+Ct4) ・・・(5)
式(5)において、Ct1は第1のトルク損失係数であり、Ct2は第2のトルク損失係数であり、Ct3は第3のトルク損失係数であり、Ct4は第4のトルク損失係数である。第1のトルク損失係数Ct1は傾転角比の2乗X2と吐出圧力Pとに依存する損失項に係る係数である。第2のトルク損失係数Ct2は傾転角比Xと吐出圧力Pとに依存する損失項に係る係数である。第3のトルク損失係数Ct3は吐出圧力Pのみに依存する損失項に係る係数である。第4のトルク損失係数Ct4は傾転角比Xにも吐出圧力にも依存しない損失項(定常的な損失項)に係る係数である。これら第1〜第4のトルク損失係数Ct1,Ct2,Ct3,Ct4は、実測データを用いて分析することで決定することができる。
The torque characteristics shown in FIG. 7 are approximated and expressed as mathematical expressions as follows.
τ = Vmax / (2π) · X · P + Wτ (X, P) (4)
Theoretical torque formula Torque loss formula
In equation (4), the term Vmax / (2π) · X · P is a theoretical torque equation for theoretically obtaining torque, and the term Wτ (X, P) corresponds to the torque loss equation. The torque loss Wτ can be expressed by a mathematical formula as follows by analyzing and examining the measured data.
Wτ (X, P) = ( Ct1 ·
In Expression (5), Ct1 is a first torque loss coefficient, Ct2 is a second torque loss coefficient, Ct3 is a third torque loss coefficient, and Ct4 is a fourth torque loss coefficient. The first torque loss coefficient Ct1 is a coefficient related to a loss term that depends on the square X 2 of the tilt angle ratio and the discharge pressure P. The second torque loss coefficient Ct2 is a coefficient related to a loss term that depends on the tilt angle ratio X and the discharge pressure P. The third torque loss coefficient Ct3 is a coefficient related to a loss term that depends only on the discharge pressure P. The fourth torque loss coefficient Ct4 is a coefficient related to a loss term (steady loss term) that does not depend on the tilt angle ratio X or the discharge pressure. These first to fourth torque loss coefficients Ct1, Ct2, Ct3, and Ct4 can be determined by analyzing using actual measurement data.
ポンプ出力演算部58は、以上のようにして推定演算により算出したトルクτにポンプ回転数Nを乗算することで油圧ポンプ出力Win(軸入力側)を算出する。このようにして求めた油圧ポンプ出力(軸入力側)Winは、油圧ポンプ21に入力する動力に相当する。油圧ポンプ21に入力する動力は、エンジン30の出力とアシストモータ34の出力の和であるから、エンジン30の出力とアシストモータ34の出力の和が求めた油圧ポンプ出力(軸入力側)Winとなるようにアシストモータ30の出力を制御することで、エンジン30の出力(すなわち、エンジン30の負荷)を精度よく制御することができる。したがって、エンジン30への負荷が常に適切な負荷となるように制御することができ、エンジン30を効率のよい状態で運転することができる。
The pump
以上説明した油圧負荷推定アルゴリズムではネガティブコントロール圧力(ネガコン圧力Pn)が考慮されていないが、ネガコン圧力Pnを考慮することで、より精度よく油圧ポンプ出力(軸入力側)Winを求めることができる。 Although the negative control pressure (negative control pressure Pn) is not considered in the hydraulic load estimation algorithm described above, the hydraulic pump output (shaft input side) Win can be obtained more accurately by considering the negative control pressure Pn.
図8はネガコン圧力Pnを考慮して軸入力側の出力(動力)Winを算出する際に用いる油圧負荷推定アルゴリズムを示す図である。ネガコン圧力Pnを考慮した場合、傾転角比Xを求めるまでの処理が図4に示す油圧負荷推定アルゴリズムと異なり、他の部分は同じであるので、傾転角比Xを求めるまでの処理について説明する。 FIG. 8 is a diagram showing a hydraulic load estimation algorithm used when calculating the output (power) Win on the shaft input side in consideration of the negative control pressure Pn. When the negative control pressure Pn is taken into consideration, the processing up to obtaining the tilt angle ratio X is different from the hydraulic load estimation algorithm shown in FIG. explain.
傾転角比Xを求める際に、吐出圧力Pとポンプ制御電流Iとから演算により求められる回転角比Xmを求めるのと同時に、ネガコン制御時のネガコン圧力Pnから求められるネガコン傾転角比Xnを演算により求める。ネガコン傾転角比Xnはネガコン制御傾転角比演算部52により算出される。
When obtaining the tilt angle ratio X, the rotation angle ratio Xm obtained by calculation from the discharge pressure P and the pump control current I is obtained, and at the same time, the negative control tilt angle ratio Xn obtained from the negative control pressure Pn at the time of negative control. Is obtained by calculation. The negative control tilt angle ratio Xn is calculated by the negative control tilt
ネガコン傾転角比Xnを算出するための数式を求めるには、まず、ネガコン圧力Pnとネガコン制御吐出流量Qnの実測データから求めた図9に示すような流量特性を求める。そして、この流量特性の式(3)に基づいて、図10に示すような傾転角比のネガコン特性を求める。すなわち、流量特性の式(3)に図9より得られる吐出流量Qnと吐出圧力Pnを代入することで、吐出圧力Pnに対するネガコン傾転角比Xnを算出する。 In order to obtain the mathematical formula for calculating the negative control tilt angle ratio Xn, first, the flow characteristics as shown in FIG. 9 obtained from the measured data of the negative control pressure Pn and the negative control discharge flow Qn are obtained. Then, the negative control characteristic of the tilt angle ratio as shown in FIG. 10 is obtained based on the flow rate characteristic equation (3). That is, the negative control tilt angle ratio Xn with respect to the discharge pressure Pn is calculated by substituting the discharge flow rate Qn and the discharge pressure Pn obtained from FIG. 9 into the flow rate characteristic equation (3).
ネガコン制御が行なわれていない通常の制御の場合は、油圧ポンプ21の傾転角比Xは傾転角比演算部50が算出した傾転角比Xmとなる。一方、ネガコン制御が行なわれている間は、油圧ポンプ21の傾転角比Xはネガコン制御傾転角比演算部52が算出したネガコン傾転角比Xnとなる。ネガコン制御が行なわれている場合には、傾転角比(ネガコン制御傾転角比Xn)は通常の場合の傾転角比Xmより小さくなる。したがって、ネガコン制御傾転角比Xnと通常の場合の傾転角比Xmとを比較し、ネガコン制御傾転角比Xnが通常の場合の傾転角比Xmより小さくなったら、ネガコン制御中であると判断することができる。
In the case of normal control in which negative control is not performed, the tilt angle ratio X of the
そこで、傾転角比演算部50が算出した傾転角比Xmとネガコン制御傾転角比演算部52が算出したネガコン傾転角比Xnとが最小選択器54に入力される。最小選択器54は、傾転角比Xmとネガコン傾転角比Xnのいずれか小さい方を選択し、傾転角比Xとしてトルク演算部56に出力する。
Therefore, the tilt angle ratio Xm calculated by the tilt angle
以上のように、ネガコン制御傾転角比演算部52と最小選択器54を設けることで、ネガコン制御が行なわれている場合には、傾転角比Xとしてネガコン制御傾転角比Xnを用いることがでる。これにより、トルク演算部56は、ネガコン制御中であっても推定演算によりトルクτを精度よく算出することができる。
As described above, the negative control tilt angle ratio Xn is used as the tilt angle ratio X when the negative control is performed by providing the negative control tilt
以上説明した図4、8に示す油圧負荷推定アルゴリズムを用いて油圧ポンプの入力側のトルクτを推定演算で算出することで、油圧ポンプ出力(軸入力側)Winを精度よく算出することができる。そして、算出した油圧ポンプ出力(軸入力側)Winに基づいてアシストモータ34のアシスト量を制御することにより、エンジン30の負荷を常に適切にすることができる。したがって、エンジン30への過負荷が防止され、常に効率のよい条件で運転することができる。
By calculating the torque τ on the input side of the hydraulic pump by estimation using the hydraulic load estimation algorithm shown in FIGS. 4 and 8 described above, the hydraulic pump output (shaft input side) Win can be calculated with high accuracy. . Then, by controlling the assist amount of the
すなわち、アシストモータ34の出力(電動状態を正の値とした場合)が、可変容量式油圧ポンプ21の出力(軸入力側)Winとエンジン30の出力Weとの差分に等しくなるように制御する(Wa=Win−We)。また、油圧ポンプ21の出力Winがエンジン30の出力Weとアシストモータ34の出力Waとの和より大きくなると(WWin>We+Wa)、エンジン30に過大な負荷が加わることとなるので、アシストモータ34の最大出力Wamaxが、可変容量式油圧ポンプ21の出力Winとエンジンの最大出力Wemaxの差分より大きくなるように制御する(Wamax>Win−Wemax)。ここで、電動状態にあるアシストモータ34の最大出力Wamaxは、電気負荷に出力要求Woutがある場合にバッテリ38の最大出力Wbamaxを考慮すると、バッテリ38の最大出力Wbmaxと電気負荷の出力要求Woutとの差分より小さい範囲に制限される(Wamax<Wbmax−Wout)。
That is, the output of the assist motor 34 (when the electric state is a positive value) is controlled to be equal to the difference between the output (shaft input side) Win of the variable displacement
以上の説明では、油圧ポンプ21の駆動をネガティブコントロール(略して、ネガコン制御)に基づいて制御しているが、油圧ポンプ21の駆動制御方法には、ネガコン制御の他に、ポジティブコントロール(略して、ポジコン制御)及びロードセンシング制御という駆動制御方法がある。
In the above description, the drive of the
まず、ポジコン制御により油圧ポンプ21の駆動を制御する場合について説明する。図11はポジコン制御を行なうようにポンプの制御回路が構成された場合において、軸入力側の油圧ポンプ出力(動力)Winを算出する際に用いる油圧負荷推定アルゴリズムを示す図である。ポジコン制御を行なう場合、ポンプ吐出量Vを求めるまでの処理が、図4に示すネガコン制御を行なう場合の油圧負荷推定アルゴリズムと異なり、他の部分は同じであるので、ポンプ吐出量Vを求めるまでの処理について説明する。
First, the case where the drive of the
ポジコン制御を行なう場合には、油圧駆動部を駆動するために運転者が操作する操作レバーのレバー操作量θ1,θ2,・・・から、各操作レバーの操作量に応じた油圧ポンプ21に要求される吐出量VL1,VL2,・・・が、レバー操作量θ1,θ2,・・・と吐出量VL1,VL2,・・・との関係を示すマップから求められる。そして、全ての吐出量VL1,VL2,・・・を加算したものが、油圧ポンプ21に要求される要求吐出量VLとなる。この要求吐出量VLをポジコン制御傾転角比演算部60にてポンプの最大容量Vmaxで割ることで、要求吐出量VLに対するポジコン傾転角比XLが求められる。
When performing positive control, the
そして、ポンプ傾転角比Xは、傾転角比演算部50が算出した傾転角比Xと、ポジコン傾転角比演算部60が算出したポジコン制御傾転角比XLとのうちいずれか小さいほうとなる。このようにして求めた傾転角比Xを、油圧ポンプ出力(軸出力側)Woutの算出及び油圧ポンプ効率ηoの算出に用いることで、図4に示すアルゴリズムを用いて油圧想定出力(油圧ポンプ出力(軸入力側))Winを算出することができる。
Then, the pump tilting angle ratio X is any of the tilt angle ratio X to tilt angle
次に、ロードセンシング制御により油圧ポンプ21の駆動を制御する場合について説明する。図12はロードセンシング制御を行なうようにポンプの制御回路が構成された場合において、軸入力側の油圧ポンプ出力(動力)Winを算出する際に用いる油圧負荷算出アルゴリズムを示す図である。ロードセンシング制御を行なう場合、傾転角比Xを求めるまでの処理が、図4に示す油圧負荷推定アルゴリズムと異なり、他の部分は同じであるので、傾転角比Xを求めるまでの処理について説明する。
Next, the case where the drive of the
ロードセンシング制御を行なう場合には、図4における油圧ポンプ吐出圧力Pを、最大負荷圧力Pmaxに差圧ΔPを加算した値とする。差圧ΔPはポンプの吐出量にある程度余裕を持たせるために加算するものであり、一定の値としても可変値としてもよい。そして、傾転角比Xは、図5で示した油圧ポンプ21の傾転角比Xとポンプ吐出圧力Pとの特性に基づいて、上述のようにして求められた油圧ポンプ吐出圧力Pと油圧ポンプ21に供給するポンプ電流(制御電流)Iとから求める。このようにして求めた傾転角比Xを、油圧ポンプ出力(軸出力側)Woutの算出及び油圧ポンプ効率ηoの算出に用いることで、図12に示すアルゴリズムを用いて油圧想定出力(油圧ポンプ出力(軸入力側))Winを算出することができる。
When performing load sensing control, the hydraulic pump discharge pressure P in FIG. 4 is set to a value obtained by adding the differential pressure ΔP to the maximum load pressure Pmax. The differential pressure ΔP is added in order to give a certain margin to the discharge amount of the pump, and may be a constant value or a variable value. The tilt angle ratio X is determined based on the characteristics of the tilt angle ratio X of the
1 エンジンモータ
2 コントローラ
3 モード切換器
4 スロットルボリューム
5 電磁比例弁
21 油圧ポンプ
21A パイロット・ギアポンプ
22 コントローラバルブ
22a,22b,22c 切換弁
23 ポンプ吐出圧センサ
24 ネガティブコントロール絞り弁(ネガコン絞り弁)
25 タンク
26 ネガティブコントロールセンサ(ネガコンセンサ)
27 レギュレータ
30 エンジン
32 スプリッタ
34 アシストモータ
36,40 インバータ
38 バッテリ
42 コントローラ
50 傾転角比演算部
52 ネガコン傾転角比演算部
54 最小選択器
56 トルク演算部
58 ポンプ出力演算部
60 ポジコン傾転角比演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
25
27
Claims (11)
前記油圧ポンプの入力側のトルクを推定演算により算出し、
算出したトルクに前記油圧ポンプの回転数を乗算して前記油圧ポンプの入力側の動力を算出し、
算出した動力に基づいて前記電動発電機の出力を制御する
ことを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A control method for a hybrid work machine that drives a hydraulic pump with the output of an engine and the output of a motor generator,
Calculate the torque on the input side of the hydraulic pump by estimation calculation,
Multiply the calculated torque by the number of rotations of the hydraulic pump to calculate the power on the input side of the hydraulic pump,
A control method for a hybrid work machine, wherein the output of the motor generator is controlled based on the calculated power.
前記推定演算は、ポンプ圧力検出値とポンプ制御電流値とに基づいて前記油圧ポンプの傾転角比を求め、求めた傾転角比とポンプ圧力検出値とからトルクを算出することを特徴とするハイブリッドハイブリッド式作業機械の制御方法。 A control method for a hybrid work machine according to claim 1,
The estimation calculation calculates a tilt angle ratio of the hydraulic pump based on a pump pressure detection value and a pump control current value, and calculates a torque from the determined tilt angle ratio and the pump pressure detection value. To control a hybrid hybrid work machine.
前記油圧ポンプの傾転角比を求めるための数式は、予め計測した実測流量と、予め計測した回転数と、予め計測した圧力とに基づいて設定されることを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A control method for a hybrid work machine according to claim 2,
The formula for obtaining the tilt angle ratio of the hydraulic pump is set based on a measured flow rate measured in advance, a rotation speed measured in advance, and a pressure measured in advance. Control method.
前記油圧ポンプの傾転角比を求めるための数式は、理論流量を表す項と損失流量を表す項を含むことを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A control method for a hybrid work machine according to claim 2,
The formula for calculating the tilt angle ratio of the hydraulic pump includes a term representing a theoretical flow rate and a term representing a loss flow rate.
前記損失流量を表す項における係数を、予め計測した実測流量から求めることを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A control method for a hybrid work machine according to claim 4,
A control method for a hybrid work machine, wherein a coefficient in a term representing the loss flow rate is obtained from a measured flow rate measured in advance.
前記損失流量を表す項は、複数の流量損失係数を含むことを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A control method for a hybrid work machine according to claim 4,
The term representing the loss flow rate includes a plurality of flow loss coefficients.
前記複数の流量損失係数は、傾転角比と圧力と回転数に依存する損失を表す項における第1の流量損失係数と、回転角比と回転数に依存する損失を表す項における第2の流量損失係数と、圧力と回転数に依存する損失を表す項における第3の流量損失係数と、回転数のみに依存する損失を表す項における第4の流量損失係数とのうち、二つ以上を含むことを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A hybrid work machine according to claim 6,
The plurality of flow rate loss coefficients are a first flow rate loss coefficient in a term representing a tilt angle ratio, a loss dependent on pressure and a rotational speed, and a second in a term representing a loss dependent on the rotational angle ratio and the rotational speed. Two or more of the flow loss coefficient, the third flow loss coefficient in the term representing the loss depending on the pressure and the rotational speed, and the fourth flow loss coefficient in the term representing the loss dependent only on the rotational speed A control method for a hybrid work machine, comprising:
傾転角比とポンプ圧力検出値とからトルクを算出するための演算式は、理論トルク式と損失トルク式との関係式であることを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A control method for a hybrid work machine according to claim 2,
A control method for a hybrid work machine, wherein an arithmetic expression for calculating torque from a tilt angle ratio and a pump pressure detection value is a relational expression between a theoretical torque expression and a loss torque expression.
前記損失トルク式における係数は予め計測した実測トルクに基づいて設定されることを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A method for controlling a hybrid work machine according to claim 8,
The coefficient in the loss torque formula is set based on the actually measured torque measured in advance, and the control method of the hybrid type work machine.
前記損失トルク式は複数のトルク損失係数を含むことを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A method for controlling a hybrid work machine according to claim 8,
The method of controlling a hybrid work machine, wherein the loss torque equation includes a plurality of torque loss coefficients.
前記複数のトルク損失係数は、傾転角比の2乗と圧力との積に依存する損失を表す項における第1のトルク損失係数と、傾転角比と圧力との積に依存する項における第2のトルク損失係数と、圧力に依存する項における第3のトルク損失係数と、傾転角比にも圧力にも依存しない項における第4のトルク損失係数とのうち、二つ以上を含むことを特徴とするハイブリッド式作業機械の制御方法。 A control method for a hybrid work machine according to claim 10,
The plurality of torque loss coefficients in a term that depends on a product of a first torque loss coefficient and a tilt angle ratio and a pressure in a term that represents a loss that depends on a product of the square of the tilt angle ratio and a pressure. includes a second torque loss factor, and the third torque loss factor in the term depending on the pressure, of the fourth torque loss factor in terms that do not depend on the pressure in the tilt angle ratio, two or more A control method for a hybrid type work machine.
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