JP5984571B2 - ハイブリッド建設機械の制御装置 - Google Patents
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Description
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したりしていた。
そのため、流体圧モータの傾角制御機構に応答遅れが発生すると、旋回モータと流体圧モータとを連通する回路内の圧力変動が生じ、それが振動の原因になるという問題があった。
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。
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。
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。
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。
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。
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が備えられている。
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を構成している。
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。
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。
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。
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が、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。
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。
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。
上記電磁開閉弁50が開位置に切り換えられると、上記比例電磁弁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。
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。
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、上記旋回圧力と旋回圧力のしきい値によって、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。したがって、コントローラCは、上記演算式を用いて、圧力センサ47で検出した圧力に基づいて旋回回生流量を予測することができる。
なお、旋回回生流量の予測は、例えば、圧力センサ47で検出される圧力と旋回回生流量との関係をあらかじめテーブルとしてコントローラCに記憶させておくこともできる。このようにコントローラCに圧力と旋回回生流量との相関関係をテーブルとして記憶させておけば、コントローラCは、上記のように演算機能を備えていなくもよいことになる。
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の下降制御のみの時には、アシスト制御指令が行わない。
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。
なお、ステップS1〜S3で、コントローラCに上記回転数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の制御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。
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。
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。
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。
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。
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、ブーム回生流量と旋回圧力から予測した旋回回生流量とを加算した流量に基づいて、流体圧モータAMの傾角βを演算する。
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。
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。
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、旋回圧力から予測した旋回回生流量に基づいて回転するための傾角である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
これに対して、従来は、旋回圧力があらかじめ設定したしきい値を超えると、流体圧モータの傾角を制御するとともに、旋回圧力を検出し、その検出された旋回圧力が維持されるように、流体圧モータの傾角にフィードバックする構成としていた。
しかし、上記実施形態では、上記のように流体圧モータの傾角がオープン制御になるので、振動などがほとんど発生しない。
BC ブームシリンダ
C コントローラ
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 (3)
- 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、
上記旋回モータと連通するとともに、旋回モータから導かれる圧力流体によって回転する可変容量型の流体圧モータと、
上記流体圧モータの傾角を制御する流体圧モータの傾角制御手段と、
上記流体圧モータと一体的に回転する電動・発電機と、
上記流体圧モータの傾角制御手段に接続されたコントローラ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、
上記圧力センサで検出した旋回圧力に基づいて上記旋回モータからの旋回回生流量を予測する機能と、
上記予測した旋回回生流量になるように上記流体圧モータの上記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
を備えたハイブリッド建設機械の制御装置。 - 上記旋回回路と上記流体圧モータとを接続する通路過程であって、上記旋回回路から上記流体圧モータへの流れに対して上記圧力センサよりも下流側に開閉弁を設け、
上記開閉弁を上記コントローラに接続するとともに、
上記コントローラは、上記圧力センサで検出した圧力がしきい値に達したとき、上記開閉弁を開弁する機能を備え、上記開閉弁が開かれたとき上記旋回回生流量が上記流体圧モータに導かれる構成にした
請求項1に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。 - ブームシリンダを備え、
上記コントローラは、
上記ブームシリンダの回生流量及び上記旋回圧力から予測した上記旋回回生流量の合計流量になるように上記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を備えた請求項1又は2に記載のハイブリッド建設機械の制御装置。
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