JP5908371B2 - ハイブリッド建設機械の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えばパワーショベル等の建設機械の駆動源を制御する制御装置に関する。

パワーショベル等の建設機械におけるハイブリッド構造は、例えば、エンジンの余剰出力で発電機を回転して発電したり、あるいはアクチュエータからの排出エネルギーで電動・発電機を回転して発電したりするとともに、この電力を利用して電動・発電機を回転させて油圧モータ等を作動させるようにしていた。
例えば、特許文献１にある装置では、下降時のブームシリンダから排出される流体や、旋回モータの旋回圧力を利用して流体圧モータを回転させ、電動・発電機を回転させて発電したり、この流体圧モータに連結したアシストポンプを作動させたりしていた。

特開２００９−２３５７１７号公報

上記従来の装置では、上記アシストポンプはメインポンプとともに使用されるので、それほど大きな吐出量は必要とされない。そのため、アシストポンプは比較的低回転で使用されていた。
しかし、ブームシリンダの回生流量が多いので、ブームシリンダの回生エネルギーを多く回生するには、電動・発電機を高回転させる必要があるにもかかわらず、ブーム回生制御とアシストポンプ駆動を同時に行なうとき、アシストポンプへの少ない流量要求のため、回転数が十分上げられず、ブームシリンダの下降時におけるオペレータの要求速度が高いときそれに応えられないことがあった。

この発明の目的は、ブーム回生制御時のブームシリンダの下降速度をオペレータの要求速度に保ちながら、効率的なエネルギー回生を実現することである。

この発明は、ブームシリンダと、このブームシリンダを制御するブーム操作用の操作弁と、上記ブームシリンダの下降時の戻り流体により回転する可変容量型の流体圧モータと、上記可変容量型の流体圧モータの傾角を制御する流体圧モータ用傾角制御手段と、上記ブームシリンダの下降時の戻り流量を上記流体圧モータに分配する分配手段と、上記可変容量型の流体圧モータと一体的に回転する電動・発電機と、上記電動・発電機と一体的に回転するアシストポンプと、上記アシストポンプの傾角を制御するアシストポンプ用傾角制御手段と、上記流体圧モータ用傾角制御手段及び上記アシストポンプ用傾角制御手段に接続したコントローラとを備え、上記コントローラが、上記ブーム操作用の操作弁の切換量に応じて決まるブームシリンダの下降速度を維持するように分配手段を制御する機能と、上記流体圧モータ用傾角制御手段及び上記アシストポンプ用傾角制御手段を制御して上記流体圧モータの傾角及びアシストポンプの傾角を制御する機能とを備えたハイブリッド建設機械の制御装置である。

上記ハイブリッド建設機械の制御装置を前提としながら、この発明は、上記コントローラが、上記ブームシリンダの下降時の戻り流体により上記流体圧モータが回転するブーム回生制御時の電動・発電機の回転数Ｎｂと、上記アシストポンプを作動するアシスト制御のみのときの上記電動・発電機の回転数Ｎａとを予め記憶し、上記ブーム回生制御時には、上記電動・発電機の回転数を上記回転数Ｎｂに維持する制御を実行する機能と、上記アシスト制御のみのときには、上記電動・発電機の回転数を上記回転数Ｎａに維持する制御を実行する機能とを備え、上記回転数Ｎａと上記回転数ＮｂとをＮａ＜Ｎｂとしたことを特徴とする。

この発明では、電動・発電機の回転数として、ブーム回生制御時の回転数Ｎｂと、アシスト制御のみのときの回転数Ｎａとを設定し、回転数Ｎｂ＞回転数Ｎａとするとともに、ブーム回生制御時には電動・発電機の上記回転数をＮｂに設定するようにしたので、ブーム回生制御時のブームシリンダの下降速度をオペレータの要求速度に保ちながら、効率的なエネルギー回生を実現することができる。

この発明の実施形態を示す回路図である。 この実施形態のコントローラの処理手順を示すフローチャートである。

図１に示した実施形態は、パワーショベルの制御装置で、可変容量型の第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２が備えられるとともに、第１メインポンプＭＰ１には第１回路系統が接続され、第２メインポンプＭＰ２には第２回路系統が接続されている。
第１メインポンプＭＰ１に接続された第１回路系統には、その上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する旋回モータ用の操作弁１、図示していないアームシリンダを制御するアーム１速用の操作弁２、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作弁３、図示していない予備用アタッチメントを制御する予備用の操作弁４及び図示していない左走行モータを制御する左走行モータ用の操作弁５が接続されている。

上記各操作弁１〜５のそれぞれには、中立流路６及びパラレル通路７を介して第１メインポンプＭＰ１が接続されている。
上記中立流路６であって、左走行モータ用の操作弁５の下流側にはパイロット圧生成機構８が設けられている。このパイロット圧生成機構８はそこを流れる流量が多ければその上流側に高いパイロット圧が生成され、その流量が少なければ低いパイロット圧が生成されるものである。

また、上記中立流路６は、上記操作弁１〜５のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にあるとき、第１メインポンプＭＰ１から吐出された流体の全部または一部をタンクＴに導くが、このときにはパイロット圧生成機構８を通過する流量も多くなるので、上記したように高いパイロット圧が生成される。
一方、上記操作弁１〜５がフルストロークの状態で切り換えられると、中立流路６が閉ざされて流体の流通がなくなる。したがって、この場合には、パイロット圧生成機構８を流れる流量がなくなり、パイロット圧はゼロに保たれる。

ただし、操作弁１〜５の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路６からタンクＴに導かれることになるので、パイロット圧生成機構８は、中立流路６に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、パイロット圧生成機構８は、操作弁１〜５の操作量に応じたパイロット圧を生成することになる。

そして、上記パイロット圧生成機構８にはパイロット流路９が接続されるとともに、このパイロット流路９は、第１メインポンプＭＰ１の傾角を制御するレギュレータ１０に接続されている。
このレギュレータ１０は、パイロット流路９のパイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御し、第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。したがって、操作弁１〜５をフルストロークして中立流路６の流れがなくなり、パイロット圧がゼロになれば、第１メインポンプＭＰ１の傾転角が最大になって吐出量が最大になる。
上記のようにしたパイロット流路９には第１圧力センサ１１が接続されるとともに、この第１圧力センサ１１で検出した圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。

一方、上記第２回路系統には、その上流側から順に、図示していない右走行モータを制御する右走行モータ用の操作弁１２、図示していないバケットシリンダを制御するバケット用の操作弁１３、ブームシリンダＢＣを制御するブーム１速用の操作弁１４及び図示していないアームシリンダを制御するアーム２速用の操作弁１５が接続されている。なお、上記ブーム１速用の操作弁１４には、その操作方向及び操作量を検出するセンサ１４ａが設けられている。

上記各操作弁１２〜１５は、中立流路１６を介して第２メインポンプＭＰ２に接続されるとともに、バケット用の操作弁１３及びブーム１速用の操作弁１４にはパラレル通路１７を介して第２メインポンプＭＰ２が接続されている。
上記中立流路１６であって、アーム２速用の操作弁１５の下流側にはパイロット圧生成機構１８が設けられているが、このパイロット圧生成機構１８は、先に説明したパイロット圧生成機構８と全く同様に機能するものである。

そして、上記パイロット圧生成機構１８にはパイロット流路１９が接続されるとともに、このパイロット流路１９は、第２メインポンプＭＰ２の傾角を制御するレギュレータ２０に接続されている。このレギュレータ２０は、パイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の吐出量が制御される。したがって、操作弁１２〜１５をフルストロークして中立流路１６の流れがゼロになったとき、言い換えるとパイロット圧生成機構１８が生成するパイロット圧がゼロになったとき、第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最大に保たれる。
上記のようにしたパイロット流路１９には第２圧力センサ２１が接続されるとともに、この第２圧力センサ２１で検出した圧力信号がコントローラＣに入力されるようにしている。

上記のようにした第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２は、一つのエンジンＥの駆動力で同軸回転するものである。このエンジンＥにはジェネレータ２２が設けられ、エンジンＥの余剰出力でジェネレータ２２を回して発電できるようにしている。そして、ジェネレータ２２が発電した電力は、バッテリーチャージャー２３を介してバッテリ２４に充電される。
なお、上記バッテリーチャージャー２３は、通常の家庭用の電源２５に接続した場合にも、バッテリ２４に電力を充電できるようにしている。つまり、このバッテリーチャージャー２３は、当該装置とは別の独立系電源にも接続可能にされている。
また、上記バッテリ２４はコントローラＣに接続され、コントローラＣはバッテリ２４の充電量を監視する機能を備えている。

また、第１回路系統に接続された旋回モータ用の操作弁１のアクチュエータポートには、旋回モータＲＭに連通する通路２６，２７が接続されるとともに、両通路２６，２７のそれぞれにはリリーフ弁２８，２９が接続されている。そして、旋回モータ用の操作弁１を図示の中立位置に保っているときには、上記アクチュエータポートが閉じられて旋回モータＲＭは停止状態を維持する。
なお、上記通路２６，２７及びリリーフ弁２８，２９によってこの発明の旋回回路が構成される。

上記の状態から旋回モータ用の操作弁１を例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に接続され、他方の通路２７がタンクＴに連通する。したがって、通路２６から圧力流体が供給されて旋回モータＲＭが回転するとともに、旋回モータＲＭからの戻り流体が通路２７を介してタンクＴに戻される。
旋回モータ用の操作弁１を上記とは逆に左側位置に切り換えると、今度は、通路２７にポンプ吐出流体が供給され、通路２６がタンクＴに連通し、旋回モータＲＭは逆転することになる。

上記のように旋回モータＲＭを作動しているときには、上記リリーフ弁２８あるいは２９がリリーフ弁の機能を発揮し、通路２６，２７が設定圧以上になったとき、リリーフ弁２８，２９が開弁して高圧側の流体を低圧側に導く。また、旋回モータＲＭを回転している状態で、旋回モータ用の操作弁１を中立位置に戻せば、当該操作弁１のアクチュエータポートが閉じられる。このように操作弁１のアクチュエータポートが閉じられても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーで回転し続けるが、旋回モータＲＭが慣性エネルギーで回転することによって、当該旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この時には、通路２６，２７、旋回モータＲＭ、リリーフ弁２８あるいは２９で閉回路が構成されるとともに、リリーフ弁２８あるいは２９によって、上記慣性エネルギーが熱エネルギーに変換されることになる。

ただし、この実施形態では、上記ブレーキ時の慣性エネルギーや、旋回動作時の旋回圧力が、上記リリーフ弁２８あるいは２９を開弁させる設定圧を超える圧力になったときには、そのエネルギーを熱エネルギーとして消費するのではなく、上記旋回回路の流体を、後で説明する合流通路４３を介して流体圧モータＡＭへ供給し旋回回生制御を行なうようにしている。
この旋回回生制御時には、上記コントローラＣが上記合流通路４３に設けられた電磁開閉弁４６を開位置に切り換える。

なお、上記合流通路４３には電磁開閉弁４６を設けたが、この電磁開閉弁４６の代わりにパイロット圧の作用で切り換わる開閉弁を用いてもよい。この場合には、パイロット圧を制御する図示していないパイロット電磁制御弁を別に設けなければならず、このパイロット電磁制御弁は上記コントローラＣからの信号によって開閉制御される。

一方、ブーム１速用の操作弁１４を中立位置から図面右側位置に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３０を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室３１に供給されるとともに、そのロッド側室３２からの戻り流体は通路３３を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは伸長することになる。

反対に、ブーム１速用の操作弁１４を図面左方向に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３３を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室３２に供給されるとともに、そのピストン側室３１からの戻り流量は通路３０を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは収縮、すなわち下降することになる。なお、ブーム２速用の操作弁３は、上記ブーム１速用の操作弁１４と連動して切り換わるものである。

上記のように、ブームシリンダＢＣを下降させるときの戻り流量は上記ブーム１速用の操作弁１４の切換量で決まるとともに、上記戻り流量によってブームシリンダＢＣの下降速度が決まることになる。
言い換えると、オペレータが上記ブーム１速用の操作弁１４を切り換えるためのレバーを操作するときの操作量に応じて上記ブームシリンダＢＣの下降速度が制御されることになる。

上記のようにしたブームシリンダＢＣのピストン側室３１とブーム１速用の操作弁１４とを結ぶ通路３０には比例電磁弁３４を設けているが、この比例電磁弁３４はそのノーマル状態で全開位置を保つようにしている。そして、この比例電磁弁３４の開度は、コントローラＣの出力信号で制御されるようにしている。

次に、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２の出力をアシストする可変容量型のアシストポンプＡＰについて説明する。
このアシストポンプＡＰには、電動・発電機ＭＧを接続しているが、この電動・発電機ＭＧには流体圧モータＡＭを機械的に連係して、これら上記電動・発電機ＭＧと流体圧モータＡＭとは同軸回転する構成にしている。
そのため、上記アシストポンプＡＰは、電動・発電機ＭＧあるいは可変容量型の流体圧モータＡＭの駆動力で回転する。

そして、上記電動・発電機ＭＧにはインバータＩが接続されるとともに、このインバータＩはコントローラＣに接続され、このコントローラＣがインバータＩを介して電動・発電機ＭＧの回転数等を制御する。
また、上記のようにしたアシストポンプＡＰ及び流体圧モータＡＭの傾角はこの発明の傾角制御手段である傾角制御器３５，３６で制御されるが、この傾角制御器３５，３６は、コントローラＣに接続され、このコントローラＣの出力信号で制御されるものである。

上記アシストポンプＡＰには吐出通路３７が接続されているが、この吐出通路３７は、第１メインポンプＭＰ１の吐出側に合流する第１合流通路３８と、第２メインポンプＭＰ２の吐出側に合流する第２合流通路３９とに分岐するとともに、これら第１，２合流通路３８，３９のそれぞれには、コントローラＣの出力信号で開度が制御される第１，２比例電磁絞り弁４０，４１が設けられている。

一方、流体圧モータＡＭには接続用通路４２が接続されているが、この接続用通路４２は、上記合流通路４３及びチェック弁４４，４５を介して、旋回モータＲＭが接続された通路２６，２７に接続している。しかも、上記合流通路４３にはコントローラＣで開閉制御される電磁開閉弁４６が設けられるとともに、この電磁開閉弁４６とチェック弁４４，４５との間には、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力である旋回圧力を検出する圧力センサ４７が設けられ、この圧力センサ４７の圧力信号がコントローラＣに入力されるようにしている。

また、合流通路４３であって、旋回モータＲＭから接続用通路４２への流れに対して、上記電磁開閉弁４６よりも下流側となる位置には、安全弁４８が設けられているが、この安全弁４８は、例えば電磁開閉弁４６など、接続用通路４２，合流通路４３系統に故障が生じたとき、通路２６，２７の圧力を維持して旋回モータＲＭがいわゆる逸走するのを防止するものである。
なお、上記旋回回路から流体圧モータＡＭへの流れに対して上流側から順に、上記圧力センサ４７、上記電磁開閉弁４６、上記安全弁４８のそれぞれが設けられている。

上記ブームシリンダＢＣと上記比例電磁弁３４との間には、接続用通路４２に連通する通路４９が設けられるとともに、この通路４９にはコントローラＣで制御される電磁開閉弁５０が設けられている。なお、この実施形態では、上記比例電磁弁３４と電磁開閉弁５０とで分配手段を構成しているが、電磁開閉弁５０は必ずしも設けなければならないというものではない。例えば、流体圧モータＡＭにブームシリンダＢＣの戻り流体を導かないための流路切換手段などがあれば、上記電磁開閉弁５０は不要になる。
上記電磁開閉弁５０が開位置に切り換えられると、上記電磁開閉弁３４の開度に応じて、ブームシリンダＢＣからの戻り流量は、流体圧モータＡＭに導かれる流量と、ブーム１速用の操作弁１４からタンクに導かれる流量とに分配される。

そして、コントローラＣは、上記電磁開閉弁５０を開くときには、ブームシリンダＢＣのブーム１速用の操作弁１４を操作するレバーの操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダＢＣの下降速度を演算し、流体圧モータＡＭに導かれる流量と、ブーム１速用の操作弁１４からタンクに導かれる流量との合計流量で、ブームシリンダＢＣの上記下降速度を維持できるように比例電磁弁３４の開度を決める。

上記のようにしたコントローラＣには、上記各操作弁のレバーの操作量を検出する図示していない切換量検出手段が接続されている。なお、この切換量検出手段は、操作弁のレバーの切換量を検出するもののほか、各操作弁のスプールの移動量を直接検出したり、スプールに作用させるパイロット圧を検出したりするなど、どのようなものでも構わない。

さらに、コントローラＣには、ブーム回生制御時の回転数Ｎｂが記憶されるとともに、この回転数Ｎｂ以外に、回転数Ｎａ、Ｎｒが記憶されている。
上記回転数Ｎａは、ブーム回生制御及び旋回回生制御を行なわず、アシストポンプＡＰのみを作動するときの電動・発電機ＭＧの回転数である。
上記回転数Ｎｒは、ブーム回生制御を行なわずに旋回回生制御のみを実行するとき、及び旋回回生制御とアシスト制御の両方を実行するときの電動・発電機ＭＧの回転数である。

また、コントローラＣには、旋回圧力のしきい値Ｐｔも予め記憶させている。このしきい値Ｐｔは、上記旋回モータＲＭの旋回回路に設けたリリーフ弁２８，２９の設定圧より僅かに低い圧力であり、旋回モータのブレーキ圧あるいは起動圧より僅かに低く設定されている。
そして、コントローラＣは、上記圧力センサ４７によって検出した旋回圧力が上記しきい値に達したときに上記電磁開閉弁４６を閉位置から開位置に切り換えて、上記リリーフ弁２８あるいは２９を介してタンクへ排出される分の流量を上記合流通路４３へ供給するようにする。
さらに、上記コントローラＣには、上記圧力センサ４７で検出した圧力によって、旋回回生流量を演算する演算式があらかじめ記憶されている。

以下に、ブーム回生制御時及び旋回回生制御時におけるコントローラの処理手順を、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
コントローラＣは、ステップＳ１でアシスト制御指令に対応するアシスト流量Ｑａ及びあらかじめ記憶されている電動・発電機ＭＧの回転数Ｎａを設定する。上記アシスト制御指令とは、上記アシストポンプＡＰを作動させる指令であり、ブーム１速用の操作弁１４が上げ方向に操作されているか、その他の操作弁１，２，４，５，１３，１５が操作されていることを検出する信号であり、各操作弁の切換量を検出する上記切換量検出手段から入力される信号である。
ただし、ブームシリンダＢＣの下降制御時には、アシスト制御指令は行なわない。

このように、ブームシリンダＢＣの下降制御以外で、操作弁が操作されたとき、コントローラＣは操作弁の切換量を検出するとともに、その切換量に応じたアシストポンプの吐出量であるアシスト流量Ｑａを演算する。上記切換量とアシスト流量Ｑａとの関係はコントローラＣにあらかじめ設定された演算式に基づいて演算される。

ステップＳ２で、コントローラＣが、ブーム１速用の操作弁１４の操作状況から、ブームシリンダが下降状態を検出し、その検出信号をこの発明のブーム回生制御指令として、この下降操作時のブーム１速用の操作弁１４の切換量に基づいてブーム回生流量Ｑｂを演算する。
また、コントローラＣは、予め記憶しているブーム回生制御時の電動・発電機の上記回転数Ｎｂを設定する。

ステップＳ３で、コントローラＣは旋回回生制御時の電動・発電機ＭＧの回転数Ｎｒと旋回圧力のしきい値Ｐｔを設定する。これら回転数Ｎｒ及びしきい値Ｐｔは、コントローラＣが予め記憶しているデータである。
なお、上記ステップＳ１〜ステップＳ３で、コントローラＣに回転数Ｎａなどを設定するとは、このコントローラＣに接続した操作弁や上記傾角制御器３５，３６などを制御するために必要なデータを制御プログラムに設定することである。

上記のように流量Ｑａ，Ｑｂ、電動・発電機回転数Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｒ及びしきい値Ｐｔの設定が終了したら、ステップＳ４に進む。
そして、ステップＳ４で、コントローラＣは、ブーム回生制御動作をするか否か、すなわち、ブーム回生制御指令があるか否かを判定する。このブーム回生制御指令とは、ブーム用制御弁の操作レバーがブームシリンダＢＣを下げる方向に操作されていることを検出する信号で、上記切換量検出手段からコントローラＣに入力される。
このステップＳ４で、ブーム回生制御指令があると判定したらステップＳ５へ進み、ブーム回生制御指令がないと判定したらステップＳ１１へ進む。

上記ステップＳ５で、コントローラＣは、アシスト制御指令、あるいは旋回作動の少なくともいずれかがあるかを判定する。アシストポンプＡＰを作動するか否かは、上記アシスト制御指令の有無で判定し、上記旋回モータＲＭを作動するか否かは旋回モータ用の操作弁１の切り換え操作の有無で判定する。
このステップＳ５で、アシスト制御指令がなく、旋回モータ用の操作弁１の切り換え操作もしていないと判定したら、ステップＳ６へ進む。また、アシストポンプＡＰあるいは旋回モータＲＭを作動すると判定したらステップＳ８へ進む。

アシスト制御指令がなく、旋回モータＲＭを操作する操作弁１の切り換え操作もしていないと判定して、ステップＳ６へ進むと、コントローラＣは、ブーム１速用の操作弁１４の切換量に応じて、ブームシリンダＢＣの下降速度すなわち下降時の戻り流量を演算する。また、これと同時に、電磁制御弁５０を開位置に切り換えるとともに、上記演算した戻り流量に応じて比例電磁弁３４の開度を制御する。

そして、ブームシリンダＢＣの下げ動作に伴うブーム回生制御を単独で実行するための制御値を演算する。具体的には、上記比例電磁弁３４の開度に応じて接続用通路４２に導かれる回生流量Ｑｂを演算する。また、電動・発電機ＭＧの回転数を上記回転数Ｎｂに維持しながら、上記回生流量Ｑｂに対応するための流体圧モータＡＭの傾角βを演算する。つまり、この傾角βは、上記回生流量Ｑｂによって回転する流体圧モータＡＭを、回転数Ｎｂで回転させるために必要な１回転あたりの押しのけ量に対応する傾角である。
また、上記回転数Ｎｂで回転する電動・発電機ＭＧと一体的に回転するアシストポンプＡＰの傾角αをゼロにしてその吐出量をゼロにする。

上記ステップＳ５で、アシスト制御指令がある、あるいは旋回動作中であるとコントローラＣが判定して、ステップＳ８へ進んだら、コントローラＣは旋回回生制御指令があるか否か判定する。
旋回回生制御指令とは、上記合流通路４３に設けた圧力センサ４７が検出する旋回圧力が、しきい値Ｐｔに達したときの入力信号である。上記圧力センサ４７の検出圧力が上記しきい値Ｐｔに達したとき旋回回生制御指令があると判定し、ステップＳ９へ進む。もし、上記しきい値Ｐｔに達していなければ旋回回生制御指令がないと判定して、ステップＳ１０へ進む。

上記のようにステップＳ８からステップＳ９に進んだら、コントローラＣは、ブーム回生制御、旋回回生制御、及びアシスト制御のための制御値を決定する。
すなわち、コントローラＣは、上記電動・発電機ＭＧの回転数を、ブーム回生制御の単独制御時（ステップＳ６）と同じ回転数Ｎｂに維持しながら、上記圧力センサ４７が検出する旋回圧力の値を上記しきい値Ｐｔに保つ、流体圧モータＡＭの傾角βを演算する。

一方、上記回転数Ｎｂで回転しながら、上記演算されたアシスト流量Ｑａを吐出するアシストポンプＡＰの傾角αを演算する。この傾角αは、回転数Ｎｂで回転するアシストポンプＡＰが、上記アシスト流量Ｑａを吐出するために必要な１回転あたりの押しのけ量に対応する傾角である。
上記ステップＳ８で、旋回圧力がしきい値Ｐｔ未満であるため旋回回生制御はしないと判定したら、ステップＳ１０へ進むが、このステップＳ１０でコントローラＣは、旋回回生制御はせずに、ブーム回生制御及びアシスト制御のための制御値を演算する。

すなわち、コントローラＣは、上記電動・発電機ＭＧの回転数を上記設定された回転数Ｎｂに維持しながら、上記設定された回生流量Ｑｂになる流体圧モータＡＭの傾角βを演算する。また、上記回転数Ｎｂで回転しながら上記設定されたアシスト流量Ｑａを維持するアシストポンプＡＰの傾角αを演算する。
また、上記ステップＳ４でブーム回生制御をしないと判定され、ステップＳ１１へ進んだら、コントローラＣは、アシストポンプＡＰを作動させるための上記アシスト制御指令及び旋回モータＲＭの旋回動作の有無を判定し、アシスト制御指令もなく、旋回動作もしていないときには、ステップＳ１２へ進み制御値をゼロにする。

一方、ステップＳ１１でアシスト制御指令あるいは旋回動作があると判定したら、ステップＳ１３へ進み、旋回回生制御指令の有無を判定する。この旋回回生制御指令の有無は上記した通り、旋回圧力を検出する上記圧力センサ４７の検出信号に基づいて判定する。そして、圧力センサ４７が検出した旋回圧力が、上記しきい値Ｐｔに達していればステップＳ１４へ進み、しきい値Ｐｔに達していなければステップＳ１７へ進む。

上記ステップＳ１３で、旋回回生制御指令があると判定したら、ステップＳ１４でコントローラＣはアシスト制御指令の有無を判定し、アシスト制御指令があると判定した場合には、ステップＳ１５で旋回回生制御とアシスト制御とを行なうための制御値を演算する。このステップＳ１５では、コントローラＣは、旋回回生制御を行ないながら、ブームシリンダＢＣの下げ動作以外の操作を行なう場合の制御値を演算する。

すなわち、コントローラＣは、上記電動・発電機ＭＧが上記回転数Ｎｒを維持しながら、上記旋回圧力がしきい値Ｐｔを維持する流体圧モータの傾角βを演算するとともに、上記演算されたアシスト流量Ｑａを実現するアシストポンプＡＰの傾角αを演算する。
このステップＳ１５で演算した傾角αは、上記回転数Ｎｒで回転するアシストポンプＡＰが上記アシスト流量Ｑａを吐出するための１回転あたりの押しのけ量に対応する傾角である。同様に、上記傾角βは、上記回転数Ｎｒで回転する流体圧モータＡＭが上記しきい値Ｐｔを維持しながら回転するための傾角である。

ステップＳ１４でアシスト制御指令がないと判定したら、ステップＳ１６へ進むが、このステップＳ１６でコントローラＣは旋回回生制御のみのため、上記電動・発電機ＭＧの回転数を上記回転数Ｎｒに維持しながら、上記旋回圧力を上記しきい値Ｐｔを保つ流体圧モータＡＭの傾角βを演算する。
一方、このステップＳ１６ではアシスト制御は不要なので、上記回転数Ｎｒで回転するアシストポンプＡＰの傾角α＝０として、アシストポンプＡＰの吐出量をゼロにする。

また、上記ステップＳ１３で、旋回回生制御指令がないと判定したら、ステップＳ１７へ進み、コントローラＣはブーム回生制御及び旋回回生制御のないアシスト制御のみのための制御値を演算する。アシスト制御のみの場合には、上記電動・発電機ＭＧの回転数Ｎａを維持しながら、上記アシスト流量Ｑａを吐出するアシストポンプＡＰの傾角αを演算する。
一方、このステップＳ１７では、ブーム回生制御及び旋回回生制御はしないので、コントローラＣは流体圧モータＡＭの傾角β＝０とする。

さらに、コントローラＣは上記各ステップで各制御に応じた制御値を演算し終わったら、ステップＳ７へ進む。
このステップＳ７では、上記各ステップで特定された流量、回転数が、上記電動・発電機ＭＧのパワー制限内であることを確認し、制限外であれば制限内に修正して、上記制御値に応じた制御を実行する。
なお、この制御の実行には、ただ単に流体圧モータＡＭ及びアシストポンプＡＰの傾角を制御するだけでなく、上記比例電磁弁３４、電磁開閉弁５０、及び電磁開閉弁４６の制御も行なうのは当然である。

例えば、コントローラＣにブーム回生制御指令が入力されたときには、上記比例電磁弁３４を閉じて、電磁開閉弁５０を開位置に切り換え、ブームシリンダＢＣからの回生流量を接続用通路４２へ導く。また、旋回回生制御指令が入力されたときには、コントローラＣは、上記合流通路４３の電磁開閉弁４６を開位置に切り換えて、旋回用モータＲＭから排出される流体を上記接続用通路４２へ導く。

このように、この実施形態の制御回路では、旋回回路の旋回圧力が上記リリーフ弁２８，２９に設定したブレーキ圧より僅かに低い上記しきい値Ｐｔに達した時点で、合流通路４３の電磁開閉弁４６を開位置に切り換えて流体圧モータＡＭに導くようにしたので、上記旋回圧力がブレーキ圧に達して旋回回路の流量がリリーフ弁２８あるいは２９を介してタンクＴへ戻されることがない。言い換えれば、従来はリリーフ弁２８，２９を介してタンクＴへ戻されていた流体を流体圧モータＡＭへ導いてエネルギー回生させることができるということである。

なお、この実施形態では、通常、戻り流量が多くなるブーム回生制御時には、比較的大きな回転数である回転数Ｎｂで電動・発電機ＭＧを回転させるので、上記戻り流量を無駄なく流体圧モータＡＭに供給できる。

一方、アシスト制御のみの場合や旋回回生制御のみの場合には、電動・発電機ＭＧの回転数を、上記回転数Ｎｂよりも小さい回転数Ｎａ，Ｎｒにしている。このように回転数Ｎａ，Ｎｒを小さくした理由は、次の通りである。
アシストポンプＡＰは、第１，２メインポンプＭＰ１，ＭＰ２と併用するので、それほど大きな吐出量を必要としない。そのためにアシストポンプＡＰの傾角αが小さいところで制御されることが多くなる。

このような状況のときに、電動・発電機ＭＧの回転数を大きくして、アシストポンプＡＰの吐出量を微小範囲で制御しようとしたとき、その傾角αの制御範囲も微小になってしまう。このように微小な制御範囲で傾角αを制御しようとすると、アシストポンプＡＰの吐出量の制御が難しくなるとともに、アシストポンプＡＰのポンプ効率が悪くなる。
上記のようにアシスト制御のみのときの上記回転数Ｎａを小さく設定することで、アシストポンプＡＰの吐出量の制御が容易になるとともに、アシストポンプＡＰのポンプ効率が良くなる。

また、旋回回生流量も少ないので、旋回回生制御のみの場合に流体圧モータＡＭに供給される流量は少なくなる。そのため、旋回回生制御のみのときの電動・発電機ＭＧの回転数Ｎｒを小さくすることによって流体圧モータＡＭの傾角βの制御範囲を広くすることができる。
ただし、ブーム回生制御とアシスト制御あるいは旋回回生制御とを同時に実行するときには、電動・発電機ＭＧの回転数を比較的大きな回転数Ｎｂとしたのは、ブーム回生制御を優先するためである。
なお、上記アシスト制御時の上記回転数Ｎａと旋回回生制御時の上記回転数Ｎｒは、それぞれブーム回生制御時の上記回転数Ｎｂよりも小さく設定された回転数であるが、上記回転数ＮａとＮｒとはどちらが大きくてもよいし、等しくても構わない。

この発明の制御装置は、ブームシリンダの下降時や旋回動作時の流体圧エネルギーを回生するハイブリッド建設機械に最適である。

１ 旋回モータ用の操作弁
ＢＣ ブームシリンダ
Ｃ コントローラ
３ ブーム２速用の操作弁
１４ ブーム１速用の操作弁
２６，２７ （旋回回路を構成する）通路
３４ （分配手段である）比例電磁弁
３５，３６ （傾角制御手段である）傾角制御器
４２ 接続用通路
４３ 合流通路
４６ 電磁開閉弁
４７ 圧力センサ
ＡＰ アシストポンプ
ＡＭ 流体圧モータ
ＭＧ 発電機兼用の電動・発電機
ＲＭ 旋回モータ
Ｉ インバータ

Claims (5)

1. ブームシリンダと、
   このブームシリンダを制御するブーム操作用の操作弁と、
   上記ブームシリンダの下降時の戻り流体により回転する可変容量型の流体圧モータと、
   上記可変容量型の流体圧モータの傾角を制御する流体圧モータ用傾角制御手段と、
   上記ブームシリンダの下降時の戻り流量を上記流体圧モータに分配する分配手段と、
   上記可変容量型の流体圧モータと一体的に回転する電動・発電機と、
   上記電動・発電機と一体的に回転するアシストポンプと、
   上記アシストポンプの傾角を制御するアシストポンプ用傾角制御手段と、
   上記流体圧モータ用傾角制御手段及び上記アシストポンプ用傾角制御手段に接続したコントローラと
   を備え、
   上記コントローラが、
   上記ブーム操作用の操作弁の切換量に応じて決まるブームシリンダの下降速度を維持するように分配手段を制御する機能と、
   上記流体圧モータ用傾角制御手段及び上記アシストポンプ用傾角制御手段を制御して上記流体圧モータの傾角及びアシストポンプの傾角を制御する機能と
   を備えたハイブリッド建設機械の制御装置であって、
   上記コントローラは、
   上記ブームシリンダの下降時の戻り流体により上記流体圧モータが回転するブーム回生制御時の電動・発電機の回転数Ｎｂと、
   上記アシストポンプを作動するアシスト制御のみのときの上記電動・発電機の回転数Ｎａと
   を予め記憶し、
   上記ブーム回生制御時には、
   上記電動・発電機の回転数を上記回転数Ｎｂに維持する制御を実行する機能と、
   上記アシスト制御のみのときには、
   上記電動・発電機の回転数を上記回転数Ｎａに維持する制御を実行する機能と
   を備え、
   上記回転数Ｎａと上記回転数ＮｂとをＮａ＜Ｎｂとしたことを特徴とするハイブリッド建設機械の制御装置。
2. 上記コントローラは、
   ブーム回生制御指令があると判断したとき、
   上記ブーム操作用の操作弁の切換量に応じて、ブームシリンダの下降時の戻り流量を演算する機能と、
   上記戻り流量のうち、上記分配手段で分配される上記流体圧モータへのブーム回生流量Ｑｂを演算する機能と、
   上記ブーム回生流量Ｑｂを基にして、上記電動・発電機の上記回転数Ｎｂを維持するために必要な流体圧モータの傾角βを演算する機能と、
   上記演算された傾角βに基づいて上記流体圧モータ用傾角制御手段を制御して上記流体圧モータの傾角を制御する機能と
   を備えた請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
3. 上記コントローラは、
   アシスト制御指令のみがあると判断したとき、
   上記アシストポンプの吐出量であるアシスト流量Ｑａを演算する機能と、
   上記アシスト流量Ｑａを基にして、上記電動・発電機の上記回転数Ｎａを維持するために必要なアシストポンプの傾角αを演算する機能と、
   上記演算された傾角αに基づいて上記アシストポンプ用傾角制御手段を制御して上記アシストポンプの傾角を制御する機能と
   を備えた請求項１または２に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
4. 合流通路を介して上記流体圧モータに接続された旋回回路と、
   この旋回回路に設けられた旋回モータと、
   上記旋回モータの旋回圧力を検出する圧力センサと
   を備え、
   上記コントローラは、
   上記旋回回路から上記流体圧モータに導かれる流体により上記流体圧モータが回転する旋回回生制御時の電動・発電機の回転数Ｎｒと、
   上記旋回モータの旋回回生指令の有無を判断する基準となる旋回圧力のしきい値Ｐｔと
   を予め記憶し、
   上記旋回回生制御時に、
   上記電動・発電機の上記回転数Ｎｒを維持する制御を実行し、
   上記回転数Ｎｒと上記回転数ＮｂとをＮｒ＜Ｎｂとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
5. 上記コントローラは、
   上記圧力センサの検出値が上記しきい値Ｐｔに達したとき旋回回生指令があると判断し、旋回回生制御指令があると判断したとき、
   上記電動・発電機の回転数を上記回転数Ｎｒに維持しながら上記旋回圧力を上記しきい値Ｐｔに維持する流体圧モータの傾角βを演算する機能と、
   上記演算された傾角βに基づいて上記流体圧モータ用傾角制御手段を制御して上記流体圧モータの傾角を制御する機能と
   を備えた請求項４に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。

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