JP5946594B2 - 作業車両及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両及びその制御方法に関する。

作業車両には、旋回体と作業機とを有するものがある。例えば、特許文献１の作業車両は、油圧モータによって旋回体が旋回され、油圧シリンダによってブームなどの作業機が駆動される。このような作業車両（以下、「標準型の作業車両」と呼ぶ）では、油圧モータと油圧シリンダとは、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される。

一方、特許文献２のように、油圧モータに代えて電動モータを備えるハイブリッド型の作業車両が近年、開発されている。ハイブリッド型の作業車両では、電動モータによって旋回体が旋回され、油圧シリンダによってブームなどの作業機が駆動される。電動モータは、例えば蓄電装置に蓄えられた電力によって駆動される。油圧シリンダは、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される。このようなハイブリッド型の作業車両では、標準型の作業車両と比べて、燃費を向上させることができる。

特開２０１０−２８５８２８号公報 特許第５０４４７２７号公報

作業車両は、作業機を用いて各種の作業を行う。従って、作業性を向上させるために、作業機の動作速度を向上させることが望まれる。例えば、掘削した土砂などの対象物をダンプトラックに積み込む作業では、旋回体を旋回させると共にブームを上昇させる操作が行われる。このような複合操作時には、作業性の向上のために、ブームの上昇速度を向上させることが望まれる。

しかし、標準型の作業車両では、油圧ポンプの出力は、旋回体を旋回させる油圧モータと、作業機を駆動させる油圧シリンダとに分配される。従って、油圧ポンプの出力の一部は、油圧モータの駆動に用いられるため、油圧シリンダの動作速度を向上させるには制限がある。

本発明の課題は、作業車両において、複合操作時の燃費を向上させると共に、作業機の動作速度を増大させて作業性を向上させることにある。

本発明の一態様に係る作業車両は、車両本体と、エンジンと、油圧ポンプと、作業機と、旋回体と、電動モータと、複合操作検出部と、制御モード選択部と、旋回ポンプ出力算出部と、ポンプ出力決定部と、を備える。車両本体は、走行体と、走行体に対して旋回可能に支持される旋回体と、を有する。エンジンは、車両本体に搭載される。油圧ポンプは、エンジンによって駆動される。作業機は、油圧アクチュエータを有する。油圧アクチュエータは、油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される。電動モータは、旋回体を旋回させる。

複合操作検出部は、油圧アクチュエータと電動モータとが複合して操作される複合操作の状態を検出する。制御モード選択部は、制御モードを、第１制御モードと第２制御モードとを含む複数の制御モードから選択する。旋回ポンプ出力算出部は、電動モータの出力を油圧ポンプにおける出力に換算した旋回ポンプ出力を算出する。低減量決定部は、旋回ポンプ出力に基づいて複合操作時における油圧ポンプの出力の低減量を決定する。

ポンプ出力決定部は、第１制御モードでは、複合操作の状態に応じて決定される油圧ポンプの出力から低減量を差し引いた値を、複合操作時における油圧ポンプの出力として決定する。ポンプ出力決定部は、第２制御モードでは、第１制御モードよりも、複合操作時における油圧ポンプの出力を増大させる。

本態様に係る作業車両では、複合操作時に第１制御モードでは、旋回ポンプ出力に基づいて決定された低減量分、低減された出力で油圧アクチュエータが駆動される。そのため、複合操作時の燃費を向上させることができる。また、油圧アクチュエータを駆動する出力は、標準型の作業車両において油圧アクチュエータに分配される出力に相当する。そのため、標準型の作業車両と比べて、油圧アクチュエータの動作速度の低下を抑えることができる。

さらに、複合操作時に第２制御モードでは、第１制御モードよりも大きな出力で油圧アクチュエータが駆動される。そのため、標準型の作業車両と比べて、複合操作時の作業機の動作速度を増大させることができ、それにより作業性を向上させることができる。

ポンプ出力決定部は、第２制御モードでは、低減量に相当する分、複合操作時における油圧ポンプの出力を増大させてもよい。この場合、第２制御モードでは、標準型の作業車両において油圧モータの駆動に分配される出力の分、大きな出力で油圧アクチュエータを駆動することができる。これにより、複合操作時の作業機の動作速度をさらに増大させて、作業性をさらに向上させることができる。

ポンプ出力決定部は、第２制御モードでは、低減量よりも小さい分、複合操作時における油圧ポンプの出力を増大させてもよい。この場合、第１制御モードよりも複合操作時の作業機の動作速度を増大させることができると共に、燃費を向上させることができる。

作業車両は、吐出圧検出部とモータ出力決定部とをさらに備えてもよい。吐出圧検出部は、油圧ポンプの吐出圧を検出する。モータ出力決定部は、複合操作時における電動モータの出力を決定する。モータ出力決定部は、第１制御モードでは、油圧ポンプの吐出圧に応じて電動モータの出力を制限してもよい。モータ出力決定部は、第２制御モードでは、油圧ポンプの吐出圧に応じた電動モータの出力の制限を行わなくてもよい。この場合、第１制御モードでは、標準型の作業車両において油圧モータに分配される出力と同等の出力で電動モータを駆動することができる。また、第２制御モードでは、標準型の作業車両において油圧モータに分配される出力よりも大きな出力で電動モータを駆動することができる。これにより、複合操作時の作業性をさらに向上させることができる。

作業機はブームを有してもよい。油圧アクチュエータは、ブームを駆動するブームシリンダであってもよい。この場合、第１制御モードでは、旋回体の旋回とブームの駆動とが複合して行われる、いわゆるホイスト旋回時において、燃費を向上させることができる。また、第２制御モードでは、ホイスト旋回時において、作業機の動作速度を増大させて作業性を向上させることができる。

本発明の他の態様に係る制御方法は、作業車両の制御方法である。本態様に係る制御方法は、第１から第６ステップを備える。第１ステップでは、作業機用の油圧アクチュエータと、旋回用の電動モータとが複合して操作される複合操作の状態を検出する。第２ステップでは、制御モードを、第１制御モードと第２制御モードとを含む複数の制御モードから選択する。第３ステップでは、電動モータの出力を油圧ポンプにおける出力に換算した旋回ポンプ出力を算出する。

第４ステップでは、旋回ポンプ出力に基づいて複合操作時における油圧ポンプの出力の低減量を決定する。第５ステップでは、第１制御モードにおいて、複合操作の状態に応じて決定される油圧ポンプの出力から低減量を差し引いた値を、複合操作時における油圧ポンプの出力として決定する。第６ステップでは、第２制御モードにおいて、第１制御モードよりも、複合操作時における油圧ポンプの出力を増大させる。

本態様に係る作業車両の制御方法では、複合操作時に第１制御モードでは、旋回ポンプ出力に基づいて決定された低減量分、低減された出力で油圧アクチュエータが駆動される。そのため、複合操作時の燃費を向上させることができる。また、油圧アクチュエータを駆動する出力は、標準型の作業車両において油圧アクチュエータに分配される出力に相当する。そのため、標準型の作業車両と比べて、油圧アクチュエータの動作速度の低下を抑えることができる。

さらに、複合操作時に第２制御モードでは、第１制御モードよりも大きな出力で油圧アクチュエータが駆動される。標準型の作業車両と比べて、複合操作時の作業機の動作速度を増大させることができ、それにより作業性を向上させることができる。

本発明によれば、作業車両において、複合操作時の燃費を向上させると共に、作業機の動作速度を増大させて作業性を向上させることができる。

実施形態に係る作業車両の斜視図である。 作業車両の概略構成を示す模式図である。 エンジン出力トルク線及びポンプ吸収トルク線を示す図である。 複合操作時における第１制御モードと第２制御モードとの油圧ポンプの出力を示す図である。 作業車両の制御系を示すブロック図である。 複合操作時の油圧ポンプの制御を示すフローチャートである。 複合操作時の旋回電動モータの制御を示すフローチャートである。 他の実施形態に係る複合操作時における第１制御モードと第２制御モードとの油圧ポンプの出力を示す図である。

以下図面を参照して実施形態に係る作業車両について説明する。図１は、実施形態に係る作業車両１００の斜視図である。本実施形態において、作業車両１００は、油圧ショベルである。作業車両１００は、車両本体１と作業機４とを備えている。

車両本体１は、走行体２と旋回体３とを有している。走行体２は、一対の走行装置２ａ，２ｂを有する。各走行装置２ａ，２ｂは、履帯２ｄ，２ｅを有している。走行装置２ａ，２ｂは、履帯２ｄ，２ｅを駆動することによって、作業車両１００を走行させる。

旋回体３は、走行体２上に載置されている。旋回体３は、走行体２に対して旋回可能に設けられている。旋回体３は、後述する旋回電動モータ３２（図２参照）が駆動されることによって旋回する。旋回体３には運転室５が設けられている。旋回体３は、エンジン室１６を有している。エンジン室１６は、運転室５の後方に配置されている。エンジン室１６は、後述するエンジン２１及び油圧ポンプ２５などの機器を収納する。

作業機４は、旋回体３に取り付けられている。作業機４は、ブーム７、アーム８、作業アタッチメント９、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びアタッチメントシリンダ１２を有する。ブーム７の基端部は、旋回体３に回転可能に連結されている。ブーム７の先端部は、アーム８の基端部に回転可能に連結されている。アーム８の先端部は、作業アタッチメント９に回転可能に連結されている。

ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、及びアタッチメントシリンダ１２は、後述する油圧ポンプ２５から吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータである。ブームシリンダ１０はブーム７を動作させる。アームシリンダ１１はアーム８を動作させる。アタッチメントシリンダ１２は、作業アタッチメント９を動作させる。これらのシリンダ１０，１１，１２が駆動されることによって作業機４が駆動される。なお、本実施形態では作業アタッチメント９はバケットであるが、クラッシャー或いはブレーカなどの他のアタッチメントであってもよい。

図２は、作業車両１００の概略構成を示す模式図である。エンジン２１は、例えばディーゼルエンジンである。エンジン２１の出力馬力は、エンジン２１のシリンダ内へ噴射する燃料量を調整することで制御される。この調整はエンジン２１の燃料噴射ポンプ２２に付設した電子ガバナ２３がコントローラ４０からの指令信号によって制御されることで行われる。ガバナ２３としては、一般的にオールスピード制御方式のガバナが用いられ、エンジン回転速度が、後述する目標回転速度となるように、負荷に応じてエンジン回転速度と燃料噴射量とを調整する。すなわち、ガバナ２３は目標回転数と実際のエンジン回転数との偏差がなくなるように燃料噴射量を増減する。

エンジン２１の実回転速度はエンジン回転速度センサ２４によって検出される。エンジン回転速度センサ２４で検出されたエンジン回転速度は、検出信号として後述するコントローラ４０に入力される。

エンジン２１の出力軸には、油圧ポンプ２５の駆動軸が連結されている。油圧ポンプ２５は、エンジン２１の出力軸が回転することにより駆動される。油圧ポンプ２５は可変容量型の油圧ポンプである。斜板２６の傾転角が変化することで、油圧ポンプ２５の容量が変化する。

ポンプ制御弁２７は、コントローラ４０から入力される指令信号によって動作し、サーボピストンを介して油圧ポンプ２５を制御する。ポンプ制御弁２７は、油圧ポンプ２５の吐出圧と油圧ポンプ２５の容量の積が、コントローラ４０からポンプ制御弁２７に入力される指令信号の指令値（指令電流値）に対応するポンプ吸収トルクを超えないように、斜板２６の傾転角を制御する。すなわち、ポンプ制御弁２７は、入力される指令電流値に応じて油圧ポンプ２５の出力トルクを制御する。

油圧ポンプ２５から吐出された作動油は、作業機制御弁２８を介して、油圧アクチュエータ１０−１２に供給される。具体的には、作動油は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、アタッチメントシリンダ１２に供給される。これによりブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、アタッチメントシリンダ１２がそれぞれ駆動され、ブーム７、アーム８、作業アタッチメント９が作動する。

油圧ポンプ２５の吐出圧は、吐出圧検出部３９で検出される。吐出圧検出部３９で検出された油圧ポンプ２５の吐出圧は、検出信号としてコントローラ４０に入力される。

作業機制御弁２８は、各油圧アクチュエータ１０−１２に対応する複数の制御弁を有する流量方向制御弁である。作業機制御弁２８は、油圧アクチュエータ１０−１２に供給される作動油の流量を制御する。

エンジン２１の出力軸には、発電電動モータ２９の駆動軸が連結されている。発電電動モータ２９は、発電作用と電動作用を行う。発電電動モータ２９は、インバータ３３を介して、旋回電動モータ３２と、蓄電装置としてのキャパシタ３４とに接続されている。発電電動モータ２９が発電作用を行うことによりキャパシタ３４に電力が蓄積される。キャパシタ３４は、旋回電動モータ３２に電力を供給する。発電電動モータ２９が電動作用を行うときには、キャパシタ３４は発電電動モータ２９に電力を供給する。旋回電動モータ３２は、キャパシタ３４から電力を供給されることによって駆動され、上述した旋回体３を旋回させる。なお、キャパシタに限らずバッテリーなどの他の蓄電装置が用いられてもよい。

発電電動モータ２９のトルクは、コントローラ４０によって制御される。発電電動モータ２９が発電作用を行うように制御されるときには、エンジン２１で発生した出力トルクの一部が、発電電動モータ２９の駆動軸に伝達されてエンジン２１のトルクを吸収して発電が行われる。

発電電動モータ２９で発生した交流電力はインバータ３３で直流電力に変換されてキャパシタ３４に供給される。発電電動モータ２９が電動作用を行うように制御されるときには、キャパシタ３４に蓄積された直流電力が、インバータ３３で交流電力に変換されて発電電動モータ２９に供給される。これにより、発電電動モータ２９の駆動軸が回転駆動され、発電電動モータ２９でトルクが発生する。このトルクは、発電電動モータ２９の駆動軸からエンジン２１の出力軸に伝達されて、エンジン２１の出力トルクに加算される。発電電動モータ２９の発電量（吸収トルク量）、電動量（アシスト量；発生トルク量）は、コントローラ４０からの指令信号に応じて制御される。

インバータ３３は、発電電動モータ２９が発電作用した場合には発電した電力を、またはキャパシタ３４に蓄積された電力を、旋回電動モータ３２に適合する所望の電圧、周波数、相数の電力に変換して旋回電動モータ３２に供給する。なお、旋回体３の旋回動作が、減速或いは制動された場合には、旋回体３の運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、回生電力として、キャパシタ３４に蓄電されるか、発電電動モータ２９の電動作用のための電力として供給される。

運転室５には、操作装置５１−５３、及び、表示入力装置４３が設けられている。操作装置５１−５３は、第１操作装置５１、第２操作装置５２、及び目標回転速度設定装置５３を有する。

第１操作装置５１は、旋回体３を作動させるためにオペレータによって操作される。第１操作装置５１は、例えばレバーなどの操作部材を有している。第１操作装置５１の操作方向及び操作量を示す操作信号は、コントローラ４０に入力される。すなわち、第１操作装置５１の中立位置に対する操作方向及び操作量に応じて、右旋回操作量、又は、左旋回操作量を示す旋回操作信号がコントローラ４０に入力される。

コントローラ４０は、第１操作装置５１の操作量に応じて、キャパシタ３４から旋回電動モータ３２に供給する電力を制御する。これにより、旋回体３は、第１操作装置５１の操作量に応じた速度で旋回する。また、旋回体３は、第１操作装置５１の操作方向に応じた方向に旋回する。

第１操作装置５１は、操作方向に応じてアーム８の操作装置として兼用されてもよい。例えば、第１操作装置５１の左右方向の操作と前後方向の操作とが、アーム８の操作と旋回体３の操作とに割り当てられてもよい。その場合、上述した作業機制御弁２８は、第１操作装置５１の操作量に応じてアームシリンダ１１を制御する制御弁の開口面積を変更する。これにより、第１操作装置５１の操作量に応じた速度でアーム８が作動する。第１操作装置５１の操作方向に応じてアームシリンダ１１が伸縮する。

第２操作装置５２は、ブーム７を作動させるためにオペレータによって操作される。第２操作装置５２は、例えばレバーなどの操作部材を有している。第２操作装置５２の操作方向及び操作量を示す操作信号は、コントローラ４０に入力される。すなわち、第２操作装置５２の中立位置に対する操作方向及び操作量に応じて、ブーム上げ操作量、又は、ブーム下げ操作量を示すブーム操作信号がコントローラ４０に入力される。

作業機制御弁２８は、第２操作装置５２の操作量に応じてブームシリンダ１０を制御する制御弁の開口面積を変更する。これにより、第２操作装置５２の操作量に応じた速度でブーム７が作動する。また、第２操作装置５２の操作方向に応じて、ブームシリンダ１０が伸縮する。

第２操作装置５２は、操作方向に応じて作業アタッチメント９の操作装置として兼用されてもよい。例えば、第２操作装置５２の左右方向の操作と前後方向の操作とが、ブーム７の操作と作業アタッチメント９の操作とに割り当てられてもよい。その場合、作業機制御弁２８は、第２操作装置５２の操作量に応じてアタッチメントシリンダ１２を制御する制御弁の開口面積を変更する。これにより、第２操作装置５２の操作量に応じた速度で作業アタッチメント９が作動する。また、第２操作装置５２の操作方向に応じて、アタッチメントシリンダ１２が伸縮する。

目標回転速度設定装置５３は、エンジン２１の目標回転速度を設定するための装置である。目標回転速度設定装置５３は、例えばダイヤルなどの操作部材を有している。オペレータは、目標回転速度設定装置５３を操作することにより、エンジン２１の目標回転速度を手動で設定することができる。目標回転速度設定装置５３の操作内容は操作信号としてコントローラ４０に入力される。

表示入力装置４３は、エンジン回転速度など、作業車両１００の情報を表示する表示装置として機能する。また、表示入力装置４３は、タッチパネル式のモニタを有しており、オペレータによって操作される入力装置としても機能する。

コントローラ４０は、ＲＡＭ，ＲＯＭなどの記憶部４２、及び、ＣＰＵなどの演算部４１を有するコンピュータによって実現される。コントローラ４０は、エンジン２１及び油圧ポンプ２５を制御するようにプログラムされている。なお、コントローラ４０は複数のコンピュータによって実現されてもよい。

コントローラ４０は、図３のＰ１或いはＥ１で示すようなエンジン出力トルク線に基づいてエンジン２１の制御を行う。エンジン出力トルク線は、エンジン２１が回転速度に応じて出力できるトルク上限値を表す。すなわち、エンジン出力トルク線は、エンジン回転速度と、エンジン２１の出力トルクの最大値との関係を規定する。ガバナ２３は、エンジン２１の出力トルクがエンジン出力トルク線を越えないようにエンジン２１の出力を制御する。エンジン出力トルク線は、コントローラ４０の記憶部４２に記憶されている。

コントローラ４０は、エンジン回転速度が、設定された目標回転速度となるように、指令信号をガバナ２３に送る。図３のＦＨは、目標回転速度が最大目標回転速度ＮＨであるときの最高速レギュレーションラインを示している。図３のＦ１は、目標回転速度がＮＨより小さいＮ１であるときのレギュレーションラインを示している。このように、コントローラ４０は、設定された目標回転速度に応じてエンジン出力トルク線を変更する。

コントローラ４０は、エンジン２１の目標回転速度に応じた油圧ポンプ２５の目標吸収トルクを算出する。この目標吸収トルクは、エンジン２１の出力馬力と油圧ポンプ２５の吸収馬力とが釣り合うように設定される。コントローラ４０は、図３のＬｐで示されるようなポンプ吸収トルク線に基づいて目標吸収トルクを算出する。ポンプ吸収トルク線は、エンジン回転速度と、油圧ポンプ２５の吸収トルクとの関係を規定するものであり、コントローラ４０の記憶部４２に記憶されている。

また、コントローラ４０は、設定された作業モードに応じてエンジン出力トルク線を選択する。作業モードは、表示入力装置４３によって設定される。作業モードには、ＰモードとＥモードとがある。

Ｐモードは、エンジン２１の出力トルクが大きく、作業性に優れた作業モードである。Ｐモードでは、図３に示す第１のエンジン出力トルク線Ｐ１が選択される。第１のエンジン出力トルク線Ｐ１は、例えばエンジン２１の定格又は最大のパワー出力に相当する。

Ｅモードは、エンジン２１の出力トルクがＰモードよりも小さく、燃費に優れた作業モードである。Ｅモードでは、図３に示す第２のエンジン出力トルク線Ｅ１が選択される。第２のエンジン出力トルク線Ｅ１では、第１のエンジン出力トルク線Ｐ１よりもエンジン２１の出力トルクが小さくなる。

本実施形態に係る作業車両１００では、オペレータは、上述したＰモードに対して複数の制御モードを選択することができる。複数の制御モードは、第１制御モードと第２制御モードとを有する。第２制御モードでは、コントローラ４０は、第１のエンジン出力トルク線Ｐ１によってエンジン２１を制御する。第１制御モードでは、後述するように油圧ポンプ２５の出力が低減され、それに合わせて、エンジンの出力トルクが低減される。すなわち、第２制御モードでは、第１制御モードよりも油圧ポンプ２５の出力が増大される。

図４は、複合操作時における第１制御モードと第２制御モードとの油圧ポンプ２５の出力を示す図である。なお、本実施形態において、複合操作とは、ブーム上げと旋回との複合操作を意味しており、他の油圧アクチュエータの操作は行われていないものとする。

図４においてTmaxは、上述したポンプ吸収トルクによって決定される油圧ポンプ２５の最大出力である。図４に示すように、第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の出力は、最大出力Tmaxよりも小さな値T1に低減される。その低減量dTは、旋回電動モータ３２の出力を油圧ポンプ２５における出力に換算した旋回ポンプ出力に基づいて決定される。第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の出力T1によってブームシリンダ１０が駆動される。

第２制御モードでは、第１制御モードのような油圧ポンプ２５の出力の低減は行われず、最大出力Tmaxが油圧ポンプ２５の出力とされる。すなわち、第２制御モードでは、第１制御モードよりも、低減量dTに相当する分、複合操作時における油圧ポンプ２５の出力が増大される。第２制御モードでは、最大出力Tmaxによってブームシリンダ１０が駆動される。詳細には、第２制御モードでは、第１操作装置５１と第２操作装置５２との操作量に応じて、油圧ポンプ２５の出力が決定される。最大出力Tmaxは、第１操作装置５１と第２操作装置５２との操作量に応じて決定される油圧ポンプ２５の出力の最大値である。

なお、旋回電動モータ３２が操作されておらず且つブームシリンダ１０のみが操作されている単独操作時には、最大出力Tmaxが油圧ポンプ２５の出力の最大値とされる。以下、複合操作時における第１制御モードと第２制御モードとの処理について詳細に説明する。

図５は、作業車両１００の制御系を示すブロック図である。図５に示すように、コントローラ４０の演算部４１は、複合操作検出部４４と、制御モード選択部４５と、旋回ポンプ出力算出部４６と、低減量決定部４７と、ポンプ出力決定部４８と、モータ出力決定部４９とを有する。

図６は、複合操作時の油圧ポンプ２５の制御を示すフローチャートである。図６に示すように、ステップＳ１では、複合操作検出部４４が、ブームシリンダ１０と旋回電動モータ３２とが複合して操作されているか否かを検出する。詳細には、複合操作検出部４４は、ブーム上げ操作と旋回操作とが複合して行われているか否かを検出する。複合操作検出部４４は、第１操作装置５１と第２操作装置５２からの検出信号によって、複合操作の有無を判定する。ブーム上げ操作と旋回操作とが複合して行われているときには、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、第１制御モードが選択されているか否かが判定される。オペレータは、表示入力装置４３を操作することで、第１制御モードと第２制御モードとのいずれかを設定することができる。制御モード選択部４５は、表示入力装置４３から、選択された制御モードを示す選択信号を受信し、当該選択された制御モードを複合操作時の制御モードとして設定する。ステップＳ２において第１制御モードが選択されているときには、ステップＳ３に進む。ステップＳ２において第１制御モードが選択されていないとき、すなわち、第２制御モードが選択されているときには、ステップＳ６に進む。

ステップＳ３では、上述した低減量dTが算出される。低減量dTは以下の数１式で表される。

αは、所定のゲインである。第１制御モードでは、αは１、或いは１近傍の値が設定される。Lsは、旋回ポンプ出力である。旋回ポンプ出力算出部４６は、旋回電動モータ３２の出力トルクに旋回電動モータ３２の回転速度を乗じて旋回電動モータ３２の出力を算出し、それを油圧ポンプ２５における出力に換算することで、旋回ポンプ出力Lsを算出する。旋回ポンプ出力Lsは以下の数２式で表される。

Nmは、旋回電動モータ３２の回転速度である。旋回電動モータ３２の回転速度Nmは、モータ回転速度検出部５４によって検出される。Tmは、旋回電動モータ３２の出力トルクである。旋回電動モータ３２の出力トルクTmは、モータトルク検出部５５によって検出される。ρは、油圧ロスを加味した効率であり、所定の値が設定される。

低減量決定部４７は、上記の旋回ポンプ出力Ls及び数１式から、複合操作時における油圧ポンプ２５の出力の低減量dTを算出する。

次に、ステップＳ４では、ポンプ出力決定部４８が、複合操作時における油圧ポンプ２５の出力Tpを算出する。複合操作時における油圧ポンプ２５の出力Tpは、以下の数３式によって算出される。

すなわち、ポンプ出力決定部４８は、第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の最大出力Tmaxから低減量dTを差し引いた値を、複合操作時における油圧ポンプ２５の出力Tpとして決定する。そして、ステップＳ５において、コントローラ４０は、ポンプ制御弁２７に、油圧ポンプ２５の出力Tpに対応する指令信号を出力する。上述したように、第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の出力Tpは、図４に示すように、最大出力Tmaxより小さい値T1となる。

ステップＳ２において、第２制御モードが選択されているときには、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、低減量dTが０に設定される。詳細には、第２制御モードでは、上述したゲインαが０に設定されることで、低減量dTが０となる。

そして、ステップＳ４において、上記の数３式より、第２制御モードでは、複合操作時における油圧ポンプ２５の出力Tpは、最大出力Tmaxとなる。すなわち、ポンプ出力決定部４８は、第２制御モードでは、低減量dTに相当する分、複合操作時における油圧ポンプ２５の出力を増大させる。

そして、ステップＳ５において、コントローラ４０は、ポンプ制御弁２７に油圧ポンプ２５の出力Tpに対応する指令信号を出力する。上述したように、第２制御モードでは、油圧ポンプ２５の出力Tpは、図４に示すように、最大出力Tmaxとなる。

次に、第１制御モードと第２制御モードとにおける旋回電動モータ３２の制御について説明する。図７は、複合操作時の旋回電動モータ３２の制御を示すフローチャートである。図７において、ステップＳ１１及びＳ１２は、それぞれ上述したステップＳ１及びＳ２と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ１２において、第１制御モードが選択されているときには、ステップＳ１３からＳ１５において、旋回電動モータ３２の出力の制限が行われる。詳細には、ステップＳ１３において、油圧ポンプ２５の吐出圧が検出される。油圧ポンプ２５の吐出圧は、吐出圧検出部３９によって検出される。

ステップＳ１４において、モータ出力の上限Tm1が算出される。ここでは、モータ出力決定部４９が、油圧ポンプ２５の吐出圧に応じてモータ出力の上限Tm1を決定する。例えば、モータ出力決定部４９は、油圧ポンプ２５の吐出圧が小さいほど、モータ出力の上限Tm1を小さくする。

次に、ステップＳ１５において、モータ出力指令値が決定される。ここでは、モータ出力決定部４９が、第１操作装置５１の操作量によって決定されるモータ出力Tm2と、上述したモータ出力の上限Tm1とのうちの小さい方を、モータ出力指令値として決定する。すなわち、モータ出力決定部４９は、第１制御モードでは、油圧ポンプ２５の吐出圧に応じて旋回電動モータ３２の出力をモータ出力の上限Tm1以下に制限する。

そして、ステップＳ１６において、コントローラ４０は、インバータ３３にモータ出力指令値に対応する指令信号を出力する。標準型の作業車両では、油圧モータによる旋回のために分配される油圧ポンプ２５の出力は、油圧ポンプ２５の吐出圧に応じて決定される。そのため、上記のように第１制御モードにおけるモータ出力の上限Tm1が決定されることで、図４において破線で示すように、標準型の作業車両における旋回用の油圧ポンプ２５の出力と同等の旋回電動モータ３２の出力を得ることができる。

ステップＳ１２において、第２制御モードが選択されているときには、ステップＳ１３からＳ１５のような旋回電動モータ３２の出力の制限は行われない。従って、ステップ１７において、モータ出力決定部４９は、第１操作装置５１の操作量によって決定されるモータ出力Tm2を、モータ出力指令値として決定する。

そして、ステップＳ１６において、コントローラ４０は、インバータ３３にモータ出力指令値に対応する指令信号を出力する。これにより、図４において破線で示すように、第２制御モードでは、第１制御モードにおける旋回電動モータ３２の出力以上の旋回電動モータ３２の出力を得ることができる。

なお、モータ出力決定部４９は、第２制御モードでは、油圧ポンプ２５の吐出圧に応じた旋回電動モータ３２の出力の制限を行わないが、キャパシタ３４の電力残量等に応じて旋回電動モータ３２の出力の制限を行うことを除外するものではない。

以上説明した本実施形態に係る作業車両１００では、複合操作時に第１制御モードでは、旋回ポンプ出力に基づいて決定された低減量分、低減された出力でブームシリンダ１０が駆動される。そのため、複合操作時の燃費を向上させることができる。また、低減された出力は、標準型の作業車両においてブームシリンダの駆動に分配される出力に相当する。そのため、標準型の作業車両と比べて、ブームシリンダ１０の動作速度の低下を抑えることができる。

さらに、複合操作時に第２制御モードでは、第１制御モードのような出力の低減は行われず、最大出力Tmaxでブームシリンダ１０が駆動される。そのため、複合操作時のブームシリンダ１０の動作速度を増大させて作業性を向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

ポンプ出力決定部４８は、第２制御モードでは、低減量dTよりも小さい分、複合操作時における油圧ポンプ２５の出力を増大させてもよい。すなわち、第２制御モードにおいて数１式のゲインαが０より大きく１より小さい値に設定されてもよい。この場合、図８に示すように、第２制御モードにおいてブームシリンダ１０の駆動に用いられる油圧ポンプ２５の出力Tpは、T1とTmaxとの間の値となる。

制御モードは第１制御モードと第２制御モードとの２つに限らず、３つ以上であってもよい。例えば、第３制御モードでは、低減量dTが第１制御モードと第２制御モードとの間の値とされてもよい。

上記の実施形態では、ブーム上げと旋回との複合操作に対して本発明が適用されているが、ブーム上げ以外の作業機４の操作と旋回との複合操作に対して本発明が適用されてもよい。

本発明によれば、作業車両において、複合操作時の燃費を向上させると共に、作業機の動作速度を増大させて作業性を向上させることができる。

Claims (6)

1. 走行体と、旋回可能に前記走行体に支持される旋回体と、を有する車両本体と、
   前記車両本体に搭載されるエンジンと、
   前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出される作動油によって駆動される油圧アクチュエータを有する作業機と、
   前記旋回体を旋回させる電動モータと、
   前記油圧アクチュエータと前記電動モータとが複合して操作される複合操作の状態を検出する複合操作検出部と、
   制御モードを、第１制御モードと第２制御モードとを含む複数の制御モードから選択する制御モード選択部と、
   前記電動モータの出力を前記油圧ポンプにおける出力に換算した旋回ポンプ出力を算出する旋回ポンプ出力算出部と、
   前記旋回ポンプ出力に基づいて前記複合操作時における前記油圧ポンプの出力の低減量を決定する低減量決定部と、
   前記第１制御モードでは、前記複合操作の状態に応じて決定される前記油圧ポンプの最大出力から前記低減量を差し引いた値を、前記複合操作時における前記油圧ポンプの出力として決定し、前記第２制御モードでは、前記第１制御モードよりも、前記複合操作時における前記油圧ポンプの出力を増大させる、ポンプ出力決定部と、
   作業車両。
2. 前記ポンプ出力決定部は、前記第２制御モードでは、前記低減量に相当する分、前記複合操作時における前記油圧ポンプの出力を増大させる、
   請求項１に記載の作業車両。
3. 前記ポンプ出力決定部は、前記第２制御モードでは、前記低減量よりも小さい分、前記複合操作時における前記油圧ポンプの出力を増大させる、
   請求項１に記載の作業車両。
4. 前記油圧ポンプの吐出圧を検出する吐出圧検出部と、
   前記複合操作時における前記電動モータの出力を決定するモータ出力決定部と、
   をさらに備え、
   前記モータ出力決定部は、前記第１制御モードでは、前記油圧ポンプの吐出圧に応じて前記電動モータの出力を制限し、前記第２制御モードでは、前記油圧ポンプの吐出圧に応じた前記電動モータの出力の制限を行わない、
   請求項１から３のいずれかに記載の作業車両。
5. 前記作業機はブームを有し、
   前記油圧アクチュエータは、前記ブームを駆動するブームシリンダである、
   請求項１から４のいずれかに記載の作業車両。
6. 作業機用の油圧アクチュエータと、旋回用の電動モータとが複合して操作される複合操作の状態を検出するステップと、
   第１制御モードと第２制御モードとを含む複数の制御モードから選択された制御モードを示す選択信号を受信するステップと、
   前記電動モータの出力を油圧ポンプにおける出力に換算した旋回ポンプ出力を算出するステップと、
   前記旋回ポンプ出力に基づいて前記複合操作時における前記油圧ポンプの出力の低減量を決定するステップと、
   前記第１制御モードにおいて、前記複合操作の状態に応じて決定される前記油圧ポンプの最大出力から前記低減量を差し引いた値を、前記複合操作時における前記油圧ポンプの出力として決定するステップと、
   前記第２制御モードにおいて、前記第１制御モードよりも、前記複合操作時における前記油圧ポンプの出力を増大させるように、前記油圧ポンプの指令信号を出力するステップと、
   を備える作業車両の制御方法。

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