JP6245611B2 - 制御装置および作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、アシストポンプおよびアキュムレータを備えた制御装置およびこの制御装置を搭載した作業機械に関するものである。

油圧ショベルなどの油圧駆動の作業機械におけるエネルギ再生回路の一例として、コントロール弁とタンクとの間に設けた戻り流体通路中に、可変容量型油圧モータなどの流体圧モータをインラインで設置し、流体圧モータの出力軸に減速器を介して、可変容量型油圧ポンプなどの流体圧ポンプの入力軸を接続し、流体圧ポンプの吐出ポートに逆止弁を介して方向制御弁の供給ポートを連通させ、方向制御弁の一方の出力ポートは蓄圧用のアキュムレータに接続し、他方の出力ポートは、メインポンプから流体圧アクチュエータに作動流体を供給するメインポンプ回路に接続するシステムがある（例えば、特許文献１参照）。

このシステムは、戻り流体を可変容量型油圧モータに供給し、可変容量型油圧ポンプを駆動してアキュムレータに蓄圧し、アクチュエータ作動時にアキュムレータの圧油をメインポンプに供給して、エネルギを再生するものである。

また、油圧ショベルのブーム下げ時にブームシリンダのヘッド側から吐出された圧油をポンプモータで増圧してアキュムレータに蓄圧したり、旋回の加減速時に旋回モータ駆動回路からリリーフされた圧油をアキュムレータに蓄圧し、アキュムレータが飽和状態にあるときは、上記圧油をポンプモータへ導き、ポンプモータをモータ作用させてエンジン動力をアシストする動力回生機構がある（例えば、特許文献２参照）。

この他に、近年油圧ショベルのような作業機械においても、油圧システムと電気システムを組み合わせたハイブリッドシステムが試みられている。例えば、エンジン駆動部に発電電動機を設け、かつ旋回駆動に発電電動機を採用し、発電電動機で上部旋回体を駆動するとともに旋回制動時にブレーキエネルギを電気に変換してキャパシタやバッテリに充電し、旋回駆動に蓄えた電力を用いる。また、エンジンが軽負荷時にエンジンに直結した発電電動機で充電し、重負荷時に充電した電力を用いて発電電動機でパワーアシストを行っている。

特開２００６−３２２５７８号公報 特開２０１０−０８４８８８号公報

従来の技術の課題を以下にまとめる。

特許文献１および特許文献２に示されるアキュムレータを用いたエネルギ再生システムは、アキュムレータに蓄圧した圧油を油圧アクチュエータに供給する場合に、メインポンプ回路の状態などによって、アキュムレータから供給する圧油量が変動するため、安定したエネルギ回生ができない。

一方、油圧システムと電気システムを組み合わせたハイブリッドシステムでは、大容量の発電電動機やキャパシタ、バッテリ、それらの電気制御を行なう電気制御装置が必要であり、コストが高くなる。また、従来機に簡単な改造で装着できない課題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、メインポンプ回路の状態などに応じてエンジンの負荷変動を効果的に抑えることができる小型で安価な制御装置およびこの制御装置を搭載した作業機械を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、エンジンにより駆動されて油圧回路に作動油を供給するメインポンプと、エンジンまたはメインポンプに連結したポンプとモータの両機能を有する可変容量式のアシストポンプと、アシストポンプに連通可能に設けられて油圧エネルギを蓄圧するアキュムレータと、エンジン設定トルクを入力するアクセル手段と、エンジン実トルクを検出または演算するエンジン実トルク取得手段と、エンジン実トルクを制御するエンジン制御手段と、アシストポンプの容量を制御するとともに、アシストポンプのモータ機能によってエンジンをアシストするアシストモードと、アシストポンプのポンプ機能によってアキュムレータを蓄圧するチャージモードとを切り換えるアシストポンプ制御手段とを具備し、アシストポンプ制御手段は、メインポンプにかかるメインポンプ負荷トルクを演算するメインポンプ負荷トルク演算手段と、メインポンプ負荷トルクから平滑なトルク成分を分離してこの平滑なトルク成分とエンジン設定トルクとの最小値をエンジン目標トルクとするエンジン目標トルク演算手段と、メインポンプ負荷トルクとエンジン目標トルクとの差からアシスト目標トルクを演算するアシスト目標トルク演算手段と、アシスト目標トルクに基づきアシストポンプの容量を制御するとともにアシストモードとチャージモードとの切換を制御する機能とを備えた制御装置である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の制御装置において、アシストポンプが、ポンプ容量を可変調整する斜板と、そのアシストポンプ斜板角を調整する斜板角調整部とを備え、アシストポンプ制御手段は、アキュムレータが有するアキュムレータ圧を検出するアキュムレータ圧検出手段と、アシストポンプの入口圧と出口圧とを検出してアシストポンプ差圧を求めるアシストポンプ差圧取得手段と、エンジン目標トルクをエンジン設定トルクで除して求めたエンジン負荷率をアシスト目標トルクに乗じてフィードフォワードトルクとしてのアシストトルクを求めるアシストトルク演算手段と、エンジン目標トルクにエンジン実トルクをフィードバックして得た偏差信号に基づきアシスト補正トルクを演算するエンジントルクフィードバック制御手段と、アシストトルク演算手段で演算されたアシストトルクとエンジントルクフィードバック制御手段で演算されたアシスト補正トルクとを加算してアシスト要求トルクを求める加算器と、アシスト要求トルク、アキュムレータ圧およびアシストポンプ差圧を入力することでアシストポンプ斜板角を演算してアシストポンプ斜板指令を出力し、エンジン実トルクを平滑化するようにアシストポンプ斜板角を制御するアシストポンプ斜板制御手段とを具備した制御装置である。

請求項３に記載された発明は、請求項２記載の制御装置において、アシストトルク演算手段が、エンジン目標トルクをエンジン設定トルクで除してエンジン負荷率を演算する除算器と、エンジン負荷率が高いときはアシストトルクを高めるように調整するとともにエンジン負荷率が低いときはチャージトルクを高めるように調整する補正係数設定器と、補正係数設定器の出力をアシスト目標トルクに掛け合わせてアシスト目標トルクを補正する乗算器とを具備した制御装置である。

請求項４に記載された発明は、エンジンにより駆動されて油圧回路に作動油を供給するメインポンプと、エンジンまたはメインポンプに連結したポンプとモータの両機能を有する可変容量式のアシストポンプと、アシストポンプに連通可能に設けられて油圧エネルギを蓄圧するアキュムレータと、エンジン設定トルクを入力するアクセル手段と、エンジン実トルクを検出または演算するエンジン実トルク取得手段と、エンジン実トルクを制御するエンジン制御手段と、アシストポンプの容量を制御するとともに、アシストポンプのモータ機能によってエンジンをアシストするアシストモードと、アシストポンプのポンプ機能によってアキュムレータを蓄圧するチャージモードとを切り換えるアシストポンプ制御手段とを具備し、アシストポンプ制御手段は、メインポンプにかかるメインポンプ負荷トルクを演算するメインポンプ負荷トルク演算手段と、メインポンプ負荷トルクから平滑なトルク成分を分離してこの平滑なトルク成分とエンジン設定トルクとの最小値をエンジン目標トルクとするエンジン目標トルク演算手段と、エンジン目標トルクとエンジン実トルクとの偏差を求める減算器と、減算器の出力をＰＩＤ演算処理してアシストポンプのトルク指令値を求める制御演算器と、メインポンプ圧を検出するポンプ圧センサと、メインポンプ圧が規定圧より上がる場合はアシストポンプのトルク指令値をゼロにするとともにメインポンプ圧が規定圧より下がる場合は制御演算器の出力を選択してアシストポンプのトルク指令値とするように切り換わる切換器と、トルク指令値に基づきアシストポンプの容量を制御するとともにアシストモードとチャージモードとの切換を制御する機能とを備えた制御装置である。

請求項５に記載された発明は、油圧駆動の機体と、この機体に搭載された作業装置と、機体および作業装置に対して設けられた請求項１乃至４のいずれか記載の制御装置とを具備し、制御装置のアキュムレータは、機体のブレーキエネルギおよび作業装置の位置エネルギを蓄圧し放圧する機能を備えた作業機械である。

請求項１記載の発明によれば、エンジン目標トルク演算手段により、メインポンプ負荷トルクから平滑なトルク成分を分離してこの平滑なトルク成分とエンジン設定トルクとの最小値をエンジン目標トルクとし、アシスト目標トルク演算手段により、メインポンプ負荷トルクとエンジン目標トルクとの差からアシスト目標トルクを演算し、このアシスト目標トルクに基づきアシストポンプ制御手段によりアシストポンプの容量、エンジンのアシストモードとアキュムレータのチャージモードの切換を制御するので、変化の激しいトルク要求に対しては応答性の良いアシストポンプ制御手段により負荷変動を吸収することでエンジン目標トルクを平滑化でき、このエンジン目標トルクにしたがってエンジン実トルクを滑らかに変化させることができ、しかも大容量の発電電動機やバッテリなどを必要としないため、メインポンプ回路の状態などに応じてエンジンの負荷変動を効果的に抑えることができる小型で安価な制御装置を提供できる。特に、エンジン目標トルク演算手段は、メインポンプ負荷トルクから分離した平滑なトルク成分とエンジン設定トルクとの最小値をエンジン目標トルクとしたので、アキュムレータの圧力が低下したときは、エンジン目標トルクを漸増させてチャージを行なうように制御するので、エンジン設定トルクによって平滑化されるエンジン目標トルクを、より平坦に変化させることができ、エンジンの負荷変動を効果的に抑えることができ、排気ガスの抑制と、エンジンおよび後処理装置の小型化も図れる。

請求項２記載の発明によれば、エンジン目標トルクをエンジン設定トルクで除して求めたエンジン負荷率をアシスト目標トルクに乗じてフィードフォワードトルクとしてのアシストトルクを求め、さらに、エンジン目標トルクにエンジン実トルクをフィードバックして得た偏差信号に基づきアシスト補正トルクを求め、アシストトルクとアシスト補正トルクとを加算してアシスト要求トルクを求めるようにしたので、エンジン負荷率およびエンジン実トルクにより補正された正確なアシスト要求トルクによって、アシストポンプ斜板角によってポンプ容量を可変調整するアシストポンプに対し正確なアシストポンプ斜板指令を出力することができる。

請求項３記載の発明によれば、エンジン目標トルクをエンジン設定トルクで除してエンジン負荷率を演算し、エンジン負荷率が高いときはアシストトルクを高め、エンジン負荷率が低いときはチャージトルクを高めるようにアシスト目標トルクを補正するので、アシスト目標トルクをエンジンの負荷状態に応じて適切に調整できる。

請求項４記載の発明によれば、エンジン目標トルク演算手段により、メインポンプ負荷トルクから平滑なトルク成分を分離してこの平滑なトルク成分とエンジン設定トルクとの最小値をエンジン目標トルクとし、このエンジン目標トルクとエンジン実トルクとの偏差をＰＩＤ制御してアシストポンプのトルク指令値を求め、このトルク指令値に基づいてアシストポンプの容量、エンジンのアシストモードとアキュムレータのチャージモードの切換を制御するので、変化の激しいトルク要求に対しては応答性の良いアシストポンプ制御手段により負荷変動を吸収することでエンジン目標トルクを平滑化でき、このエンジン目標トルクにしたがってエンジン実トルクを滑らかに変化させることができ、しかも大容量の発電電動機やバッテリなどを必要としないため、メインポンプ回路の状態などに応じてエンジンの負荷変動を効果的に抑えることができる小型で安価な制御装置を提供できる。さらに、切換器により、メインポンプ圧が規定圧より上がる場合はアシストポンプのトルク指令値をゼロにするとともにメインポンプ圧が規定圧より下がる場合は制御演算器の出力をアシストポンプのトルク指令値とするように切り換えるので、メインポンプ圧が規定圧より上がるリリーフ状態の場合は、アシストポンプのトルク指令値をゼロにして、エンジンのアシストを停止し、メインポンプ圧が規定圧より下がると、エンジンのアシストを再開するので、アキュムレータが保有するエネルギの無駄な消費を防止できる。

請求項５記載の発明によれば、油圧駆動の作業機械において機体や作業装置を作動する際に、機体のブレーキエネルギおよび作業装置の位置エネルギを蓄圧し放圧する機能を備えた制御装置のアキュムレータにより、作業機械のブレーキエネルギおよび位置エネルギを有効利用できるとともに、エンジンの負荷変動を効果的に抑えることができ、排気ガスの抑制と、エンジンおよび後処理装置の小型化を図れる。

本発明に係る制御装置の一実施の形態を示す回路図である。 同上制御装置を搭載した作業機械の側面図である。 同上制御装置の入出力関係を示すブロック図である。 同上制御装置の制御フローを示すフローチャートである。 同上制御装置の各タスクの関係を示す制御ブロック図である。 同上制御装置のメインポンプ負荷トルク演算タスクを示す演算ブロック図である。 同上制御装置のアシスト要求トルク演算タスクを示す演算ブロック図である。 同上制御装置のアシストトルク演算タスクを示す演算ブロック図である。 同上制御装置のエンジントルクフィードバック制御タスクを示す演算ブロック図である。 同上制御装置のアシストポンプ斜板制御タスクを示す演算ブロック図である。 同上制御装置のバルブ制御タスクを示す演算ブロック図である。 同上制御装置によるエンジンアシスト制御の実例を示す特性図である。 同上制御装置のアシスト補正係数設定器のエンジン負荷率と補正係数との関係を示す特性図である。 同上制御装置のチャージ補正係数設定器のエンジン負荷率と補正係数との関係を示す特性図である。 同上制御装置のアキュムレータ圧と補正トルクとの関係を示す補正トルクテーブルの特性図である。 同上制御装置のメインポンプ負荷トルクとエンジン設定トルクとの関係を示す特性図である。 同上制御装置の他の実施の形態を示す演算ブロック図である。

以下、本発明を、図１乃至図１６に示された一実施の形態、図１７に示された他の実施の形態に基いて詳細に説明する。

(エンジンアシスト装置のシステム)
図２は、油圧ショベルをベースマシンとするマグネット作業用の作業機械HEを示し、この作業機械HEは、下部走行体１と、この下部走行体１に旋回可能に設けた上部旋回体２とにより機体Ｂを構成し、この上部旋回体２に作業装置としてのフロント作業装置Ｆを搭載する。このフロント作業装置Ｆは、上部旋回体２にブーム３の基端を上下方向回動可能に軸支し、このブーム３の先端にアーム４を回動自在に軸結合し、このアーム４の先端にアタッチメント（リフティングマグネット）５を回動自在に軸結合している。フロント作業装置Ｆのブーム３はブームシリンダ3aにより回動し、アーム４はアームシリンダ4aにより回動し、アタッチメント５は、本来はバケット回動用のバケットシリンダ5aにより回動する。

図１は、機体Ｂおよびフロント作業装置Ｆに対して設けられた制御装置Ｃの主として油圧システムの構成を示し、この図１には、上部旋回体２に搭載したエンジン６によって駆動するメインポンプとしてのフロントポンプ７およびリアポンプ８（以下、これらをメインポンプ７，８という）と、これらのメインポンプ７，８から作動油の供給を受ける油圧アクチュエータの一部（ブームシリンダ3a、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ９）とを示す。

メインポンプ７，８の吐出口には、これらのメインポンプ７，８から吐出された作動油をコントロール弁（図示せず）により方向制御してブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5a、旋回モータ９および走行モータ（図示せず）などの各種油圧アクチュエータに供給するメインポンプ回路（図示せず）が接続されている。

エンジン６またはメインポンプ７，８には、ポンプとモータの両機能を有する可変容量式のアシストポンプ10を連結する。このアシストポンプ10から吐出した圧油と、ブームシリンダ3aおよび旋回モータ９から放出した圧油とが合流する通路には、これらの圧油を蓄圧することでエネルギを蓄えるアキュムレータ11を設ける。

アシストポンプ10の出口側の通路は、この出口側の通路をタンク23に開放することが可能なアンロード弁12に接続し、また、アキュムレータ11とアシストポンプ10の入口側とを連通可能な通路中には、アキュムレータ11に蓄圧（チャージ）した圧油をアシストポンプ10の入口側に供給するためのアキュムレータ再生弁13を設ける。これらのアンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13は、オン・オフ電気信号により開閉操作される電磁弁である。

ブームシリンダ3aのヘッド側端とアキュムレータ11との間の通路中には、図示しないブーム下げパイロット圧により切り換えることで、ブームシリンダ3aのヘッド室の圧油をアキュムレータ11に供給できるブーム再生弁14を設ける。このブーム再生弁14は、電磁弁（図示せず）からのパイロット圧によりパイロット操作される開閉弁である。

旋回モータ９の左右ポート間には１対のチェック弁により構成した高圧選択弁15を設け、この高圧選択弁15のチェック弁間から引き出した通路中に、ブレーキ圧を保持しながらアキュムレータ11に蓄圧するためのシーケンス弁16およびチェック弁24を設ける。

メインポンプ７，８は、容量可変用の斜板を備え、その斜板角をポンプレギュレータなどの斜板角調整部7θ，８θにより調整することでポンプ容量を可変制御するものであり、これらの斜板角調整部7θ，８θには、パワーシフト用電磁比例弁17の出力回路を接続する。この電磁比例弁17は、入力される電気信号に比例する油圧を斜板角調整部7θ，８θに出力し、ポンプ容量を可変制御することでメインポンプ７，８のトルクを調整する。

アシストポンプ10は、容量可変用の斜板を備え、その斜板角を斜板角調整部10φにより調整することでポンプ容量またはモータ容量を可変制御するものであり、この斜板角調整部10φは、電気信号により比例動作する。

ブームシリンダ3aのヘッド側端とブーム再生弁14との間の通路中にチェック弁18を設け、ブーム再生弁14とアシストポンプ10の入口側との間の通路中にチェック弁19を設け、ブーム再生弁14とアキュムレータ11との間の通路中にチェック弁20を設け、アシストポンプ10の出口側とアキュムレータ11との間の通路中にチェック弁21を設け、タンク23からアシストポンプ10の入口側に油を供給するための通路中にチェック弁22を設け、これらのチェック弁18〜22により逆流を防止する。

30は、エンジンアシストシステムを制御するアシストポンプ制御手段としてのマシンコントローラであり、このマシンコントローラ30に、エンジン６を制御するエンジン制御手段としてのエンジンコントローラ31を双方向通信可能に接続する。

マシンコントローラ30の入力側には、エンジン回転数およびエンジン設定トルクを設定するためのアクセル手段としてのアクセルダイヤル32と、メインポンプ７，８の吐出圧力を検出するポンプ圧センサ33，34と、メインポンプ７，８の斜板角を検出するポンプ斜板角センサ35，36と、アキュムレータ11が有するアキュムレータ圧Ｐacを検出するアキュムレータ圧検出手段としてのアキュムレータ圧センサ37と、アシストポンプ10の入口および出口の圧力を検出するアシストポンプ入口圧センサ38およびアシストポンプ出口圧センサ39とを接続する。

また、エンジンコントローラ31の入力側には、エンジン実回転数Ｎeを検出するエンジン回転数センサ40と、エンジン実トルクＴeaを検出するエンジン実トルク取得手段としてのエンジントルクセンサ41とを接続する。なお、エンジン実トルク取得手段としては、トルクセンサ41に限定されるものではなく、エンジンコントローラ31によってエンジン６の燃料噴射量、吸気圧などからエンジン実トルクＴeaを推定する演算手段も含まれる。

このエンジンコントローラ31の出力側は、エンジン６の燃料供給系の燃料噴射装置、吸排気系および始動制御系などの各制御部に接続し、例えば燃料噴射装置の燃料噴射タイミングや燃料噴射量などを電子制御し、後述するエンジン目標トルクＴetに応じてエンジン実トルクＴeaを制御する。

前記マシンコントローラ30の入力側には、作業機械HEの各種油圧アクチュエータを制御するコントロール弁（図示せず）の各スプールをパイロット操作する操作パイロット圧Ｐpi（ブーム下げパイロット圧を除く）を検出することで作業機械HEの操作状態を検出する操作パイロット圧センサ42と、ブームシリンダ3aを収縮させる方向にパイロット操作するブーム下げパイロット圧Ｐbdを検出するブーム下げパイロット圧センサ43とを接続する。

マシンコントローラ30の出力側は、メインポンプ７，８の斜板角調整部7θ，８θを制御するパワーシフト用電磁比例弁17と、アシストポンプ10の斜板を角度調整する際にアシストポンプ斜板角φを制御する斜板角調整部10φと、アンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13の各ソレノイドと、ブーム再生弁14のパイロット操作用電磁弁（図示せず）とにそれぞれ接続する。

そして、このマシンコントローラ30は、アシストポンプ斜板角φを制御することでそのポンプ容量を制御するとともに、アンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13を制御することで、アシストポンプ10のモータ機能によってエンジン６をアシストするアシストモードと、アシストポンプ10のポンプ機能によってアキュムレータ11を蓄圧するチャージモードとを切り換える機能を備えている。

次に、図３は、制御装置Ｃの入出力信号をまとめたものである。

この図３において、マシンコントローラ30には、エンジン回転数を設定するためのアクセルダイヤル32から設定したアクセルダイヤル値Ａdが、ポンプ圧センサ33，34からメインポンプ圧としてのフロントポンプ圧Ｐfおよびリアポンプ圧Ｐrが、ポンプ斜板角センサ35，36からフロントポンプ斜板角θfおよびリアポンプ斜板角θrが、アキュムレータ圧センサ37からアキュムレータ圧Ｐacが、アシストポンプ入口圧センサ38からアシストポンプ入口圧Ｐinが、アシストポンプ出口圧センサ39からアシストポンプ出口圧Ｐoutが、操作パイロット圧センサ42から操作パイロット圧Ｐpiが、ブーム下げパイロット圧センサ43からブーム下げパイロット圧Ｐbdが、それぞれ入力される。

エンジンコントローラ31には、エンジン回転数センサ40からエンジン実回転数Ｎeが、エンジントルクセンサ41からエンジン実トルクＴeaが、それぞれ入力され、さらに、このエンジンコントローラ31からマシンコントローラ30にエンジン実回転数Ｎeおよびエンジン実トルクＴeaの各データが送られ、マシンコントローラ30からエンジンコントローラ31に、アクセルダイヤル値Ａdに対応するエンジン設定回転数Ｄ6が送られる。

一方、マシンコントローラ30から、アシストポンプ10の斜板角調整部10φにアシストポンプ斜板角φに関する制御信号が出力され、アンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13にそれぞれの切換信号が出力され、パワーシフト用電磁比例弁17にパワーシフト用制御信号が出力される。

次に、図４は制御フローチャート、図５は図４の各演算タスクの関係を示す制御ブロック図、図６〜図１１は各制御タスクの演算ブロック図を示し、これらの図４〜図１１に基づいて制御システムの構成を説明する。

なお、メインポンプ７，８のトルクは、アクセルダイヤル32で設定されるポンプ設定トルクと、操作レバーなどの操作量で決まる操作パイロット圧Ｐpiとに基づいて設定され、パワーシフト用電磁比例弁17を介して制御されるが、エンジンアシスト制御に直接関係しないので省略し、エンジンアシスト制御に関する構成のみについて説明する。

(1) 全体制御フローチャートの説明
図４は、エンジンアシスト制御全体の制御フローチャートを示す。

この制御フローチャートの入力処理タスクＳ1では、図３に示された上記の入力信号を読み込む。

メインポンプ負荷トルク演算手段としてのメインポンプ負荷トルク演算タスクＳ2では、図５に示されるようにポンプ圧センサ33，34で検出されたメインポンプ圧Ｐf，Ｐrと、ポンプ斜板角センサ35，36で検出されたメインポンプ斜板角θf，θrとによってメインポンプ負荷トルクＤ1を演算する。なお、このメインポンプ負荷トルクＤ1は、操作パイロット圧Ｐpiとメインポンプ圧Ｐf，Ｐrとからメインポンプ負荷トルクＤ1を予測するようにしても良い。

アシスト要求トルク演算タスクＳ3では、図５に示されるようにメインポンプ負荷トルク演算タスクＳ2から出力されるメインポンプ負荷トルクＤ1などをもとにアシスト要求トルクＤ4を演算する。

アシストポンプ斜板制御手段としてのアシストポンプ斜板制御タスクＳ4では、図５に示されるようにアシスト要求トルク演算タスクＳ3から出力されるアシスト要求トルクＤ4およびアキュムレータ圧Ｐacなどにより、アシストポンプ斜板指令Ｄ5を演算する。

バルブ制御タスクＳ5では、図５に示されるようにアシスト要求トルク演算タスクＳ3から出力されるアシスト要求トルクＤ4およびブーム下げパイロット圧Ｐbdにより、アンロード弁12とアキュムレータ再生弁13の切換信号を出力する。

要するに、アシストポンプ斜板制御タスクＳ4およびバルブ制御タスクＳ5では、アシスト要求トルクＤ4などにより、アシストポンプ10の容量（すなわちアシストポンプ斜板角φ）や、エンジン６のアシストモードとアキュムレータ11のチャージモードの切換を制御する。

以下に、各制御演算タスクについて説明する。

(2) メインポンプ負荷トルク演算タスクＳ2
図６は、メインポンプ負荷トルク演算タスクＳ2の演算ブロックを示す。このメインポンプ負荷トルク演算タスクＳ2には、ポンプ圧センサ33，34で検出されたフロントポンプ圧Ｐfおよびリアポンプ圧Ｐrと、ポンプ斜板角センサ35，36で検出されたフロントポンプ斜板角θfおよびリアポンプ斜板角θrとが入力される。

そして、フロントポンプ圧Ｐfとフロントポンプ斜板角θfに基づいてポンプトルク演算ブロック50によりフロント側のポンプトルクＴpfが求められ、リアポンプ圧Ｐrとリアポンプ斜板角θrに基づいてポンプトルク演算ブロック51によりリア側のポンプトルクＴprが求められ、これらのフロント側およびリア側のポンプトルクＴpf，Ｔprが加算器52で足し合わされ、メインポンプ負荷トルクＤ1として出力される。

フロント側のポンプトルク演算ブロック50は、下記の式により演算して出力する。

Ｔpf＝Ｐf・θf・Ｄpm／（２π・ηt）
Ｄpm：フロントポンプ最大容量
ηt：トルク効率

リア側のポンプトルク演算ブロック51は、下記の式により演算して出力する。

Ｔpr＝Ｐr・θr・Ｄpm／（２π・ηt）
Ｄpm：リアポンプ最大容量
ηt：トルク効率

(3) アシスト要求トルク演算タスクＳ3
図７は、アシスト要求トルク演算タスクＳ3の演算ブロックを示し、この図７において、アシスト要求トルク演算タスクＳ3には、アキュムレータ圧Ｐac、アクセルダイヤル32、操作パイロット圧Ｐpi、ブーム下げパイロット圧Ｐbd、エンジン実トルクＴeaおよびメインポンプ負荷トルク演算タスクＳ2で算出されたメインポンプ負荷トルクＤ1が入力される。

アシスト要求トルク演算タスクＳ3は、アシストトルク演算手段としてのアシストトルク演算タスク53とエンジントルクフィードバック制御手段としてのエンジントルクフィードバック制御タスク54から構成され、両タスク53，54の出力が加算器55で足し合わされアシスト要求トルクＤ4として出力される。

図８は、アシストトルク演算タスク53の演算ブロックを示し、このアシストトルク演算タスク53は、メインポンプ負荷トルクＤ1にフィルタ処理を行なうローパスフィルタ56と、アクセルダイヤル32の信号をもとにエンジン設定トルクを出力するエンジン設定トルクテーブル57と、ローパスフィルタ56の出力とエンジン設定トルクテーブル57の出力を比較して小さい値を選択する最小値選択演算器（以下、Ｍin演算器という）58とを備えたエンジン目標トルク演算手段としてのエンジン目標トルク演算タスク101を具備している。

このエンジン目標トルク演算タスク101から出力されたエンジン目標トルクＴetをメインポンプ負荷トルクＤ1から差し引くことでアシスト目標トルクＴatを演算するアシスト目標トルク演算手段としての減算器59を備えている。

そして、メインポンプ負荷トルクＤ1からローパスフィルタ56により平滑なトルク成分Тsmを分離してこの平滑なトルク成分Тsmとエンジン設定トルクＴesとの最小値をＭin演算器58により求めてエンジン目標トルクТetとし、このエンジン目標トルクТetを減算器59でメインポンプ負荷トルクＤ1から差し引くことによりアシスト目標トルクＴatを演算する。

さらに、このアシストトルク演算タスク53は、Ｍin演算器58の出力をエンジン設定トルクテーブル57の出力で割ってエンジン負荷率Ｒelを求める除算器60と、減算器59から出力されたアシスト目標トルクＴatのプラス成分を抽出する下限リミッタ61と、マイナス成分を抽出する上限リミッタ62と、除算器60で求められたエンジン負荷率Ｒelによってアシスト補正係数を出力する補正係数設定器としてのアシスト補正係数設定器63と、チャージ補正係数を出力する補正係数設定器としてのチャージ補正係数設定器64と、下限リミッタ61から出力されるアシスト目標トルクＴatのプラス成分にアシスト補正係数設定器63の出力を掛け合わせる乗算器65と、上限リミッタ62から出力されるアシスト目標トルクＴatのマイナス成分にチャージ補正係数設定器64の出力を掛け合わせる乗算器66と、乗算器65と乗算器66の出力を足し合わせる加算器67とを備えている。

また、このアシストトルク演算タスク53は、操作パイロット圧Ｐpiの信号を反転させて機械操作でＯＦＦ、非操作でＯＮの信号を出力するＮＯＴ演算器68と、ＮＯＴ演算器68の出力とブーム下げパイロット圧Ｐbdの論理和を求めるＯＲ演算器69とを備えている。このＯＲ演算器69による論理和演算を、下記の表１にまとめる。

さらに、このアシストトルク演算タスク53は、ＯＲ演算器69の出力によって切り換わる切換器70を備えている。この切換器70は、ＯＲ演算器69の出力がＯＦＦのときは加算器67の出力を選択し、ＯＲ演算器69の出力がＯＮのときはゼロ設定器71の出力「０」を選択する。

図９は、エンジントルクフィードバック制御タスク54の演算ブロックを示し、アキュムレータ圧Ｐac、メインポンプ負荷トルクＤ1、アクセルダイヤル32、操作パイロット圧Ｐpi、ブーム下げパイロット圧Ｐbdおよびエンジン実トルクＴeaが入力され、制御演算の出力としてアシスト補正トルクＤ3が出力される。

エンジントルクフィードバック制御タスク54は、前記のローパスフィルタ56と同様のメインポンプ負荷トルクＤ1から平滑なトルク成分Тsmを分離して抽出するローパスフィルタ72と、前記のエンジン設定トルクテーブル57と同様のエンジン設定トルクテーブル73と、アキュムレータ圧Ｐacに基づいて補正トルクを出力する補正トルクテーブル74と、ローパスフィルタ72で処理された平滑なトルク成分Тsmと補正トルクテーブル74の出力を足し合わす加算器75と、エンジン設定トルクテーブル73の出力（エンジン設定トルクＴes）と加算器75の出力を比較して小さい値を選択するＭin演算器76と、Ｍin演算器76から出力されたエンジン目標トルクＴetにエンジン実トルクＴeaをフィードバックして得た偏差信号ΔＴを求める減算器77と、減算器77から出力された偏差信号ΔＴをＰＩＤ演算処理する制御演算器78とを備えている。

さらにエンジントルクフィードバック制御タスク54は、操作パイロット圧Ｐpiの信号を反転するＮＯＴ演算器79と、ＯＲ演算器80とを備えている。ＮＯＴ演算器79は、機械操作でＯＦＦ、非操作でＯＮの信号を出力し、また、ＯＲ演算器80は、ＮＯＴ演算器79の出力とブーム下げパイロット圧Ｐbdの論理和を求める。ＯＲ演算器80の出力は、前記の表１と同じで、制御演算器78は、ＯＲ演算器80の出力がＯＮでリセットされる。制御演算器78の出力は、アシスト補正トルクＤ3として出力される。

(4) アシストポンプ斜板制御タスクＳ4
図１０は、アシストポンプ斜板制御タスクＳ4の演算ブロックを示し、アシストポンプ入口圧Ｐin、アシストポンプ出口圧Ｐout、アキュムレータ圧Ｐac、およびアシスト要求トルクＤ4が入力され、アシストポンプ斜板指令Ｄ5が出力される。

このアシストポンプ斜板制御タスクＳ4は、アシストポンプ入口圧Ｐinとアシストポンプ出口圧Ｐoutとのアシストポンプ差圧ΔＰを演算するアシストポンプ差圧取得手段としての減算器81と、アシスト要求トルクＤ4のプラス成分を抽出する下限リミッタ82と、アキュムレータ圧Ｐacに基づいてアシスト上限トルクを設定するアシスト上限トルク設定器83と、下限リミッタ82の出力とアシスト上限トルク設定器83の出力を比較して小さい値を選択するＭin演算器84と、アシスト要求トルクＤ4のマイナス成分を抽出する上限リミッタ85と、アキュムレータ圧Ｐacに基づいてチャージ上限トルクを設定するチャージ上限トルク設定器86と、上限リミッタ85の出力とチャージ上限トルク設定器86の出力を比較して大きい値を選択する最大値選択演算器（以下、Ｍax演算器という）87とを備えている。

さらに、このアシストポンプ斜板制御タスクＳ4は、Ｍin演算器84の出力Ｔと減算器81から出力されるアシストポンプ差圧ΔＰをもとにアシストポンプ10のエンジンアシストモードにおけるアシスト斜板角φasを演算するアシスト斜板角演算器88と、Ｍax演算器87の出力Ｔと減算器81から出力されるアシストポンプ差圧ΔＰをもとにアシストポンプ10のアキュムレータチャージモードにおけるチャージ斜板角φchを演算するチャージ斜板角演算器89とを備えている。

アシスト斜板角演算器88は、アシストポンプ斜板角φ（アシスト斜板角φas）を下記の式により演算して出力する。

Ｄas＝（２π・Ｔas）／（ΔＰ・ηmt）
φas＝Ｍin（０，Ｄas／Ｄpm）
Ｄpm：アシストポンプ最大容量
ηmt：トルク効率

チャージ斜板角演算器89は、アシストポンプ斜板角φ（チャージ斜板角φch）を下記の式により演算して出力する。

Ｄch＝（２π・ηpt・Ｔch）／ΔＰ
φch＝Ｍin（０，Ｄch／Ｄpm）
Ｄpm：アシストポンプ最大容量
ηpt：トルク効率

そして、アシスト要求トルクＤ4のプラス／マイナスによってアシスト斜板角演算器88の出力（アシスト斜板角φas）とチャージ斜板角演算器89の出力（チャージ斜板角φch）を切り換える切換器90を備え、この切換器90からアシストポンプ10の斜板角調整部10φに対して、アシストポンプ斜板指令Ｄ5としてのアシストポンプ斜板角φ（アシスト斜板角φasまたはチャージ斜板角φch）が出力される。

(5) バルブ制御タスクＳ5
図１１は、バルブ制御タスクＳ5の演算ブロックを示し、このバルブ制御タスクＳ5には、アシストポンプ斜板制御タスクＳ4から出力されるアシスト要求トルクＤ4およびブーム下げパイロット圧Ｐbdが入力され、制御演算結果に基づきアンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13の切換信号が出力される。

このバルブ制御タスクＳ5は、アシスト要求トルクＤ4によって切り換わる切換器91と、ＯＰＥＮ出力器92と、ＣＬＯＳＥ出力器93とを備えており、切換器91は、アシスト要求トルクＤ4≧０の場合はＯＰＥＮ出力器92の信号を選択し、アシスト要求トルクＤ4＜０の場合はＣＬＯＳＥ出力器93の信号を選択する。

さらに、このバルブ制御タスクＳ5は、ブーム下げパイロット圧Ｐbdによって切り換わる切換器94と、ＯＰＥＮ出力器95とを備え、切換器94は、ブーム下げパイロット圧Ｐbd＝ＯＮの場合はＯＰＥＮ出力器95の信号を選択し、ブーム下げパイロット圧Ｐbd＝ＯＦＦの場合は切換器91の信号を選択し、アンロード弁12の指令として出力する。

さらに、このバルブ制御タスクＳ5は、アシスト要求トルクＤ4によって切り換わる切換器96と、ＯＰＥＮ出力器97と、ＣＬＯＳＥ出力器98とを備え、切換器96は、アシスト要求トルクＤ4＞０の場合はＯＰＥＮ出力器97を出力し、アシスト要求トルクＤ4≦０の場合はＣＬＯＳＥ出力器98を出力する。

さらに、このバルブ制御タスクＳ5は、ブーム下げパイロット圧Ｐbdによって切り換わる切換器99と、ＣＬＯＳＥ出力器100とを備えている。切換器99は、ブーム下げパイロット圧Ｐbd＝ＯＮの場合はＣＬＯＳＥ出力器100の信号を選択し、ブーム下げパイロット圧Ｐbd＝ＯＦＦの場合は切換器96の信号を選択し、アキュムレータ再生弁13の指令として出力する。

表２に上記の作用をまとめる。

次に、図４〜図１６に基づいて制御アルゴリズムとその作用および効果を説明する。

先ず、図５の制御ブロック図をもとに制御の大まかな流れについて説明する。

メインポンプ圧Ｐf，Ｐrおよびメインポンプ斜板角θf，θrをもとにメインポンプ負荷トルク演算タスクＳ2でメインポンプ負荷トルクＤ1が演算される。

メインポンプ負荷トルクＤ1はアシスト要求トルク演算タスクＳ3に入力され、アシストトルク演算タスク53でアシストトルクＤ2、エンジントルクフィードバック制御タスク54でアシスト補正トルクＤ3が求められ、加算器55で足し合わされ、アシスト要求トルクＤ4として出力される。

アシスト要求トルクＤ4は、アシストポンプ斜板制御タスクＳ4に入力され、アシストポンプ斜板指令Ｄ5としてのアシストポンプ斜板角φを求め、アシストポンプ10の斜板角調整部10φが制御される。またアシスト要求トルクＤ4はバルブ制御タスクＳ5に入力され、アンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13の切換信号が出力され、アンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13が制御される。

以下に、その演算過程を説明する。

(a) アシストトルク演算タスク53（図８参照）
メインポンプ負荷トルクＤ1は、ローパスフィルタ56によってフィルタ処理され平滑なトルク成分Ｔsmが抽出される。アクセルダイヤル32から入力された信号（アクセルダイヤル値Ａd）に基づいてエンジン設定トルクテーブル57でエンジン設定トルクＴesが出力され、Ｍin演算器58でローパスフィルタ56から出力された平滑なトルク成分Ｔsmと、エンジン設定トルクテーブル57から出力されたエンジン設定トルクＴesとを比較して、小さい値がエンジン目標トルクＴetとして選択される。

さらに、減算器59で、メインポンプ負荷トルクＤ1と、Ｍin演算器58から出力されたエンジン目標トルクＴetとの差が求められ、メインポンプ負荷トルクＤ1の変動成分がアシスト目標トルクＴatとして抽出される。

図１２のエンジンアシスト制御の特性図に上記の演算結果を示す。Ｍin演算器58の出力はエンジン目標トルクＴet、減算器59の出力はアシスト目標トルクＴatに相当する。

図１２のアシスト目標トルクＴatのプラス成分は、アシストポンプ10がモータ作用してエンジン６の駆動トルクを助成するトルク、アシスト目標トルクＴatのマイナス成分は、エンジン６によってアシストポンプ10を駆動してポンプ作用してアキュムレータ11にチャージするトルクである。

図８に戻って、除算器60でＭin演算器58の出力（エンジン目標トルクＴet）をエンジン設定トルクテーブル57の出力で割ってエンジン負荷率Ｒelが求められる。また、下限リミッタ61で減算器59の出力（アシスト目標トルクＴat）のプラス成分（モータ作用によるアシストトルク）、上限リミッタ62でマイナス成分（ポンプ作用によるチャージトルク）が抽出される。

除算器60で求められたエンジン負荷率Ｒelをもとにアシスト補正係数設定器63でアシスト補正係数が求められる。同様にして、チャージ補正係数設定器64でチャージ補正係数が求められる。

アシスト補正係数設定器63は、図１３に示すようにエンジン負荷率Ｒelが高いときはアシスト補正係数を高く、エンジン負荷率Ｒelが低いときはアシスト補正係数を低くするように設定される。チャージ補正係数設定器64は、図１４に示すようにアシスト補正係数設定器63と逆の特性に設定される。

乗算器65で下限リミッタ61から出力されるアシスト目標トルクＴatのプラス成分にアシスト補正係数設定器63の出力が掛け合わされる。同様に乗算器66で上限リミッタ62から出力されるアシスト目標トルクＴatのマイナス成分にチャージ補正係数設定器64の出力が掛け合わされる。乗算器65と乗算器66の出力は、加算器67で加算される。

切換器70は、ＯＲ演算器69の出力がＯＦＦのときは加算器67の出力を選択し、ＯＲ演算器69の出力がＯＮのときはゼロ設定器71の出力「０」を選択する。ＯＲ演算器69の出力は、前記の表１のように設定されるので、ブーム下げ以外の機械操作状態のときはＯＦＦとなり、加算器67の出力が選択され、また、ブーム下げ操作もしくは機械が非操作状態のときは、ＯＲ演算器69からＯＮが出力され、ゼロ設定器71の出力「０」が選択される。

アシストトルクＤ2が（＋）のときは、モータ作用によるエンジンアシストモードであり、（−）のときは、ポンプ作用によるアキュムレータチャージモードである。

(b) エンジントルクフィードバック制御タスク54（図９参照）
ローパスフィルタ72でメインポンプ負荷トルクＤ1から平滑なトルク成分Тsmが抽出される。また、エンジン設定トルクテーブル73でエンジン設定トルクＴesが出力され、補正トルクテーブル74でアキュムレータ圧Ｐacに基づいて補正トルクが出力される。補正トルクテーブル74は、図１５に示すようにアキュムレータ圧Ｐacが低くなると補正トルクが高くなるように設定される。

ローパスフィルタ72で処理された平滑なトルク成分Тsmと補正トルクテーブル74の出力は、加算器75で足し合わされ、Ｍin演算器76でエンジン設定トルクテーブル73の出力と加算器75の出力が比較され、小さい値が選択され、エンジン目標トルクＴetとして出力される。

減算器77で、Ｍin演算器76から出力されたエンジン目標トルクＴetと、エンジントルクセンサ41により検出されたエンジン実トルクＴeaとの偏差信号ΔＴが求められ、その偏差信号ΔＴが制御演算器78でＰＩＤ演算処理され、アシスト補正トルクＤ3が出力される。このアシスト補正トルクＤ3が（＋）のときは、モータ作用によるエンジンアシストモードであり、（−）のときは、ポンプ作用によるアキュムレータチャージモードである。

制御演算器78は、ＯＲ演算器80の出力がＯＮでリセットされる。ＯＲ演算器80の出力は、図８のＯＲ演算器69と同様に前記の表１のように設定されるので、ブーム下げ以外の機械操作状態のときはＯＦＦとなり、制御演算器78はアシスト補正トルクＤ3を出力し、また、ブーム下げ操作もしくは機械が非操作状態のときは、ＯＲ演算器80からＯＮ（リセット信号）が出力され、制御演算器78の出力はゼロになる。

アシスト補正トルクＤ3が（＋）のときは、モータ作用によるエンジンアシストモードであり、（−）のときは、ポンプ作用によるアキュムレータチャージモードである。

このようにして求めたアシスト補正トルクＤ3が、図７に示されるようにアシストトルクＤ2に加算されて、アシスト要求トルクＤ4となる。このアシスト要求トルクＤ4が（＋）のときは、モータ作用によるエンジンアシストモードであり、（−）のときは、ポンプ作用によるアキュムレータチャージモードである。

(c) アシストポンプ斜板制御タスクＳ4（図１０参照）
アシスト要求トルク演算タスクＳ3から出力されるアシスト要求トルクＤ4は、アシストポンプ斜板制御タスクＳ4に入力され、以下の演算にてアシストポンプ斜板指令Ｄ5としてのアシストポンプ斜板角φが求められる。

減算器81で、アシストポンプ入口圧Ｐinとアシストポンプ出口圧Ｐoutとのアシストポンプ差圧ΔＰが演算される。下限リミッタ82でアシスト要求トルクＤ4のプラス成分が抽出される。アシスト上限トルク設定器83でアキュムレータ圧Ｐacに基づいてアシスト上限トルクが設定され、Ｍin演算器84で下限リミッタ82の出力とアシスト上限トルク設定器83の出力が比較され、小さい値が選択される。

同様にして、上限リミッタ85で、アシスト要求トルクＤ4のマイナス成分が抽出され、チャージ上限トルク設定器86で、アキュムレータ圧Ｐacをもとにチャージ上限トルクが設定され、Ｍax演算器87で、上限リミッタ85の出力とチャージ上限トルク設定器86の出力が比較され、大きい値が選択される。

アシスト斜板角演算器88で、Ｍin演算器84の出力と減算器81から出力されるアシストポンプ差圧ΔＰをもとにアシスト時のアシストポンプ斜板角指令値（アシスト斜板角φas）が演算される。同様に、チャージ斜板角演算器89で、Ｍax演算器87の出力と減算器81から出力されるアシストポンプ差圧ΔＰをもとに、チャージ時のアシストポンプ斜板角指令値（チャージ斜板角φch）が演算される。

切換器90で、アシスト要求トルクＤ4のプラス／マイナスによってアシスト斜板角演算器88の出力とチャージ斜板角演算器89の出力が切換えられ、アシストポンプ斜板指令Ｄ5としてのアシストポンプ斜板角φ（アシスト斜板角φasまたはチャージ斜板角φch）が出力され、アシストポンプ10の斜板が制御される。

(d) バルブ制御タスクＳ5（図１１参照）
図１１のバルブ制御タスクＳ5の論理演算ブロックによって、アンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13は、表２のように制御される。

(e) まとめ
上記の作用によって、図８に示されるように、ローパスフィルタ56によってメインポンプ負荷トルクＤ1から滑らかなトルクが抽出され、メインポンプ負荷トルクＤ1と前記の滑らかなトルクの差がアシストトルクＤ2となる。このアシストトルクＤ2はエンジンの負荷状態によって補正され、エンジン負荷率Ｒelが高いときはアシストトルクを高め、エンジン負荷率Ｒelが低いときはチャージトルクを高めるように調整される。

図９に示されるように、前記の滑らかなトルクをエンジン目標トルクＴetとし、エンジン実トルクＴeaをフィードバックしてエンジン目標トルクＴetとエンジン実トルクＴeaとの偏差信号ΔＴを求め、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）等によってアシスト補正トルクＤ3を求める。

アシストトルクＤ2はフィードフォワード成分であり、アシスト補正トルクＤ3はフィードバック成分であり、図７に示されるように、両者を足し合わして、アシスト要求トルクＤ4とし、アシストポンプ10の斜板を制御して、エンジン６をアシストする。

ブーム下げ操作では、アンロード弁12を開くとともに、アキュムレータ再生弁13を閉じ、アシストポンプ10の斜板を最小角にするので、ブーム下げ時のブームシリンダ3aのヘッド室の圧油はアキュムレータ11に直接チャージされる。

次に、図１乃至図１６に示された実施の形態の効果を列挙する。

図１２に示すようにメインポンプ負荷トルクＤ1は、アシスト目標トルクＴatとエンジン目標トルクＴetとに分離され、アシストポンプ10のトルクは、アシスト目標トルクＴatになるよう制御され、エンジンをアシストするので、エンジン実トルクＴeaをエンジン目標トルクＴetのように滑らかに変化させることができる。

アキュムレータ11の圧力が低下したときは、エンジン目標トルクＴetを漸増させてチャージを行なうように制御することで、エンジン設定トルクＴesによって平滑化されるエンジン目標トルクＴetは、より平坦になるので、エンジンの負荷変動を効果的に抑えることができ、排気ガスの抑制と、エンジン６の小型化と、これらに伴なう後処理装置すなわち排ガス浄化装置の小型化に繋がる。

アキュムレータ11の圧油を用いてエンジン６をアシストするので、図１６に示すようにアクセルダイヤル32で設定されるエンジン設定トルクＴesをメインポンプ負荷トルクＤ1より低く設定でき、エンジンを燃費の良い領域で運転することができ、燃費をより向上させることができる。

ブーム下げと旋回ブレーキの圧油をアキュムレータ11に蓄圧し、かつエンジン６の負荷が低いときに、アシストポンプ10でアキュムレータ11に蓄圧するので、エンジン６をアシストするためのエネルギを充分確保できる。従って、エンジン６を小型化することができ、かつエンジン小型化に伴いエンジンの冷却装置、エアクリーナ等の関連装置を小型化できる。

エンジン６の高負荷時にアシストポンプ10によってアシストし、エンジン６の低負荷時にアシストポンプ10によってアキュムレータ11に蓄圧するので、エンジン６の負荷を平滑化でき、燃費が改善する。また、黒煙などの排ガスを低減できる。

ブーム下げと旋回ブレーキの圧油を回収するので、油圧装置のエネルギ損失を低減でき、油圧冷却装置を小型化できる。

油圧機器でシステムを構成するので、電気システムを用いたハイブリッドシステムに比較して大幅なコスト低減ができ、かつメンテナンスが少なく、ランニングコストを低減できる。また、従来の作業機械に容易に装着できる。

アシスト目標トルク演算手段としての減算器59により、メインポンプ負荷トルクＤ1から平滑なトルク成分Тsmを分離してこの平滑なトルク成分Тsmとエンジン設定トルクＴesとの最小値をエンジン目標トルクＴetとし、このエンジン目標トルクＴetに応じてエンジンコントローラ31によりエンジン実トルクＴeaを制御するとともに、減算器59により、メインポンプ負荷トルクＤ1とエンジン目標トルクＴetとの差からアシスト目標トルクＴatを演算し、このアシスト目標トルクＴatに基づきマシンコントローラ30によりアシストポンプ10の容量（すなわちアシストポンプ斜板角φ）、エンジン６のアシストモードとアキュムレータ11のチャージモードの切換（アンロード弁12およびアキュムレータ再生弁13の切換）を制御するので、変化の激しいトルク要求に対しては応答性の良いマシンコントローラ30による上記アシストポンプ容量およびモード切替の制御により負荷変動を吸収することでエンジン目標トルクＴetを平滑化でき、このエンジン目標トルクＴetにしたがってエンジン実トルクＴeaを滑らかに変化させることができ、しかも大容量の発電電動機やバッテリなどを必要としないため、メインポンプ回路の状態などに応じてエンジン６の負荷変動を効果的に抑えることができる小型で安価な制御装置Ｃを提供できる。

特に、エンジン目標トルク演算タスク101は、メインポンプ負荷トルクＤ1から分離した平滑なトルク成分Тsmとエンジン設定トルクＴesとの最小値をエンジン目標トルクＴetとしたので、アキュムレータ11の圧力が低下したときは、エンジン目標トルクＴetを漸増させてチャージを行なうように制御するので、エンジン設定トルクＴesによって平滑化されるエンジン目標トルクＴetを、より平坦に変化させることができ、エンジン６の負荷変動を効果的に抑えることができ、排気ガスの抑制と、エンジン６およびその後処理装置すなわち排ガス浄化装置の小型化も図れる。

エンジン目標トルクＴetをエンジン設定トルクＴesで除して求めたエンジン負荷率Ｒelをアシスト目標トルクＴatに乗じて、フィードフォワードトルクとしてのアシストトルクＤ2を求め、さらに、エンジン目標トルクＴetにエンジン実トルクＴeaをフィードバックして得た偏差信号ΔＴに基づきアシスト補正トルクＤ3を求め、アシストトルクＤ2とアシスト補正トルクＤ3とを加算してアシスト要求トルクＤ4を求めるようにしたので、エンジン負荷率Ｒelとエンジン実トルクＴeaにより補正された正確なアシスト要求トルクＤ4によって、アシストポンプ斜板角φによってポンプ容量を可変調整するアシストポンプ10に対し正確なアシストポンプ斜板指令Ｄ5を出力することができる。

エンジン目標トルクＴetをエンジン設定トルクＴesで除してエンジン負荷率Ｒelを演算し、エンジン負荷率Ｒelが高いときはアシストトルクを高め、エンジン負荷率Ｒelが低いときはチャージトルクを高めるようにアシスト目標トルクＴatを補正するので、このアシスト目標トルクＴatをエンジン６の負荷状態に応じて適切に調整できる。

油圧駆動の作業機械HEにおいて機体Ｂやフロント作業装置Ｆを作動する際に、機体Ｂの旋回モータ９などのブレーキエネルギおよびフロント作業装置Ｆのブームシリンダ3aなどの位置エネルギを蓄圧し放圧する機能を備えた制御装置Ｃのアキュムレータ11により、作業機械HEのブレーキエネルギおよび位置エネルギを有効利用できるとともに、エンジン６の負荷変動を効果的に抑えることができ、排気ガスの抑制と、エンジン６および後処理装置の小型化を図れる。

次に、図１７は、マシンコントローラ30において、アシストポンプ10のトルク指令値であるアシスト要求トルクＤ4を求めるアシスト要求トルク演算タスクＳ3の他の実施の形態を示すアシスト指令トルク演算タスクＳ3aである。なお、図１乃至図４、図６、図１０および図１１に示された構成は、同様であるため説明を省略する。

このアシスト指令トルク演算タスクＳ3aは、前記メインポンプ負荷トルクＤ1および前記アクセルダイヤル値Ａdからエンジン目標トルクＴetを演算するエンジン目標トルク演算手段としてのエンジン目標トルク演算タスク101と、エンジン目標トルクＴetとエンジン実トルクＴeaとの偏差信号ΔＴを求める減算器102と、減算器102から出力された偏差信号ΔＴをＰＩＤ制御する制御演算器103とを備えている。

エンジン目標トルク演算タスク101は、図８に示されるようにメインポンプ負荷トルクＤ1からローパスフィルタ56により平滑なトルク成分Ｔsmを分離して、この平滑なトルク成分Ｔsmと、アクセルダイヤル値Ａdからエンジン設定トルクテーブル57により求めたエンジン設定トルクＴesとを、Ｍin演算器58で比較して選択した最小値をエンジン目標トルクＴetとして出力する。

したがって、このエンジン目標トルク演算タスク101により、メインポンプ負荷トルクＤ1から平滑なトルク成分Ｔsmを分離してこの平滑なトルク成分Ｔsmとエンジン設定トルクＴesとの最小値をエンジン目標トルクＴetとし、このエンジン目標トルクＴetと、エンジンコントローラ31から得られたエンジン実トルクＴeaとの偏差信号ΔＴをＰＩＤ制御してアシストポンプ10のトルク指令値（アシスト要求トルクＤ4）を求め、図５に示されるアシストポンプ斜板制御タスクＳ4およびバルブ制御タスクＳ5により、このトルク指令値に基づいてアシストポンプ10の容量（すなわちアシストポンプ斜板角φ）や、エンジン６のアシストモードとアキュムレータ11のチャージモードの切換を制御する。

このように、変化の激しいトルク要求に対しては応答性の良いマシンコントローラ30によるアシストポンプ容量制御およびモード切替制御により負荷変動を吸収することで、エンジン目標トルクＴetを平滑化でき、このエンジン目標トルクＴetにしたがってエンジン実トルクＴeaを滑らかに変化させることができ、しかも大容量の発電電動機やバッテリなどを必要としないため、メインポンプ回路の状態などに応じてエンジン６の負荷変動を効果的に抑えることができる小型で安価な制御装置Ｃを提供できる。

さらに、図１７に２点鎖線で囲まれた部分で示されるように、ポンプ圧センサ33，34により検出されたメインポンプ圧Ｐf，Ｐrの和を検出する加算器104と、メインポンプ圧Ｐf，Ｐrの和が第１の規定圧Ｐonより上がる場合はＯＮ信号を出力するとともにメインポンプ圧Ｐf，Ｐrの和が第２の規定圧Ｐoff（＜第１の規定圧Ｐon）より下がる場合はＯＦＦ信号を出力するメインポンプ圧判定手段としてのメインポンプ圧判定テーブル105と、メインポンプ圧判定テーブル105の出力によって切り換わる切換器106とを備えている。

切換器106は、メインポンプ圧判定テーブル105の出力がＯＦＦのときは制御演算器103の出力を選択し、メインポンプ圧判定テーブル105の出力がＯＮのときはゼロ設定器107のトルク「０」を選択する。

そして、エンジン目標トルク演算タスク101により、メインポンプ負荷トルクＤ1などからエンジン目標トルクＴetを演算して設定し、このエンジン目標トルクＴetに、エンジンコントローラ31から出力されるエンジン実トルクＴeaをフィードバックして、減算器102により、エンジン目標トルクＴetとエンジン実トルクＴeaとの偏差信号ΔＴを求め、この偏差信号ΔＴを制御演算器103によりＰＩＤ制御する。

ここで、図１７に２点鎖線で囲まれた部分で示されるように、メインポンプ圧Ｐf，Ｐrの和が第１の規定圧Ｐonより上昇すると、メインポンプ圧判定テーブル105から出力されたＯＮ信号により切換器106がＯＦＦ側からＯＮ側に切り換わるので、アシストポンプ10のトルク指令値（アシスト要求トルクＤ4）は「０」となり、アシストポンプ10によるエンジン６のアシストおよびアキュムレータ11の蓄圧を停止する。

また、メインポンプ圧Ｐf，Ｐrの和が第２の規定圧Ｐoffより下降すると、メインポンプ圧判定テーブル105から出力されたＯＦＦ信号により切換器106がＯＮ側からＯＦＦ側に切り換わり、アシストポンプ10によるエンジン６のアシストおよびアキュムレータ11の蓄圧を再開し、制御演算器103によりＰＩＤ制御された出力が、アシストポンプ10のトルク指令値（アシスト要求トルクＤ4）となり、「＋」の場合は、アシストポンプ10でエンジン６をアシストするエンジンアシストトルクとなり、「−」の場合は、アシストポンプ10でアキュムレータ11を蓄圧するアキュムレータチャージトルクとなる。

よって、メインポンプ７，８の吐出回路に設けられたリリーフ弁（図示せず）がリリーフ作動するリリーフ状態のとき、すなわちメインポンプ圧Ｐf，Ｐrの和が規定圧Ｐonより上昇するリリーフ状態の場合は、アシストポンプ10のトルク指令値をゼロにして、エンジン６のアシストを停止し、メインポンプ圧Ｐf，Ｐrの和が規定圧Ｐoffより下がると、エンジン６のアシストを再開するので、すなわちリリーフ状態の間はエンジン６をアシストしないため、アキュムレータ11が保有するエネルギの無駄な消費を防止できる。

また、メインポンプ圧判定テーブル105のヒステリシスにより規定圧Ｐon−Ｐoff間に不感帯を設けることで、不安定なＯＮ/ＯＦＦ切換を防止でき、制御系の安定性を確保できる。

なお、図１７に２点鎖線で囲まれた部分を備えていない場合は、メインポンプ７，８から吐出された作動油のメインポンプ圧Ｐf，Ｐrが上昇してリリーフ状態となったときでも、アキュムレータ11の圧油をアシストポンプ10に供給してエンジン６をアシストするため、アキュムレータ11のエネルギを無駄に消費することになる。

本発明は、アシストポンプおよびアキュムレータを備えた制御装置や、この制御装置を搭載した作業機械を製造、販売などする事業者にとって、産業上の利用可能性がある。

HE 作業機械
Ｂ 機体
Ｆ 作業装置としてのフロント作業装置
Ｃ 制御装置
６ エンジン
７ メインポンプとしてのフロントポンプ
８ メインポンプとしてのリアポンプ
10 アシストポンプ
10φ 斜板角調整部
11 アキュムレータ
30 アシストポンプ制御手段としてのマシンコントローラ
31 エンジン制御手段としてのエンジンコントローラ
32 アクセル手段としてのアクセルダイヤル
33，34 ポンプ圧センサ
37 アキュムレータ圧検出手段としてのアキュムレータ圧センサ
41 エンジン実トルク取得手段としてのエンジントルクセンサ
53 アシストトルク演算手段としてのアシストトルク演算タスク
54 エンジントルクフィードバック制御手段としてのエンジントルクフィードバック制御タスク
55 加算器
59 アシスト目標トルク演算手段としての減算器
60 除算器
63 補正係数設定器としてのアシスト補正係数設定器
64 補正係数設定器としてのチャージ補正係数設定器
65，66 乗算器
81 アシストポンプ差圧取得手段としての減算器
101 エンジン目標トルク演算手段としてのエンジン目標トルク演算タスク
102 減算器
103 制御演算器
106 切換器
Ｐac アキュムレータ圧
Ｐin アシストポンプ入口圧
Ｐout アシストポンプ出口圧
ΔＰ アシストポンプ差圧
φ アシストポンプ斜板角
Тsm 平滑なトルク成分
Ｔes エンジン設定トルク
Ｔet エンジン目標トルク
Ｔat アシスト目標トルク
Ｒel エンジン負荷率
Ｔea エンジン実トルク
ΔＴ 偏差信号
Ｄ1 メインポンプ負荷トルク
Ｄ2 フィードフォワードトルクとしてのアシストトルク
Ｄ3 アシスト補正トルク
Ｄ4 アシスト要求トルク
Ｄ5 アシストポンプ斜板指令
Ｓ2 メインポンプ負荷トルク演算手段としてのメインポンプ負荷トルク演算タスク
Ｓ4 アシストポンプ斜板制御手段としてのアシストポンプ斜板制御タスク
Ｐf メインポンプ圧としてのフロントポンプ圧
Ｐr メインポンプ圧としてのリアポンプ圧
Ｐon 規定圧
Ｐoff 規定圧

Claims (5)

1. エンジンにより駆動されて油圧回路に作動油を供給するメインポンプと、
   エンジンまたはメインポンプに連結したポンプとモータの両機能を有する可変容量式のアシストポンプと、
   アシストポンプに連通可能に設けられて油圧エネルギを蓄圧するアキュムレータと、
   エンジン設定トルクを入力するアクセル手段と、
   エンジン実トルクを検出または演算するエンジン実トルク取得手段と、
   エンジン実トルクを制御するエンジン制御手段と、
   アシストポンプの容量を制御するとともに、アシストポンプのモータ機能によってエンジンをアシストするアシストモードと、アシストポンプのポンプ機能によってアキュムレータを蓄圧するチャージモードとを切り換えるアシストポンプ制御手段とを具備し、
   アシストポンプ制御手段は、
   メインポンプにかかるメインポンプ負荷トルクを演算するメインポンプ負荷トルク演算手段と、
   メインポンプ負荷トルクから平滑なトルク成分を分離してこの平滑なトルク成分とエンジン設定トルクとの最小値をエンジン目標トルクとするエンジン目標トルク演算手段と、
   メインポンプ負荷トルクとエンジン目標トルクとの差からアシスト目標トルクを演算するアシスト目標トルク演算手段と、
   アシスト目標トルクに基づきアシストポンプの容量を制御するとともにアシストモードとチャージモードとの切換を制御する機能とを備えた
   ことを特徴とする制御装置。
2. アシストポンプは、ポンプ容量を可変調整する斜板と、そのアシストポンプ斜板角を調整する斜板角調整部とを備え、
   アシストポンプ制御手段は、
   アキュムレータが有するアキュムレータ圧を検出するアキュムレータ圧検出手段と、
   アシストポンプの入口圧と出口圧とを検出してアシストポンプ差圧を求めるアシストポンプ差圧取得手段と、
   エンジン目標トルクをエンジン設定トルクで除して求めたエンジン負荷率をアシスト目標トルクに乗じてフィードフォワードトルクとしてのアシストトルクを求めるアシストトルク演算手段と、
   エンジン目標トルクにエンジン実トルクをフィードバックして得た偏差信号に基づきアシスト補正トルクを演算するエンジントルクフィードバック制御手段と、
   アシストトルク演算手段で演算されたアシストトルクとエンジントルクフィードバック制御手段で演算されたアシスト補正トルクとを加算してアシスト要求トルクを求める加算器と、
   アシスト要求トルク、アキュムレータ圧およびアシストポンプ差圧を入力することでアシストポンプ斜板角を演算してアシストポンプ斜板指令を出力し、エンジン実トルクを平滑化するようにアシストポンプ斜板角を制御するアシストポンプ斜板制御手段と
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. アシストトルク演算手段は、
   エンジン目標トルクをエンジン設定トルクで除してエンジン負荷率を演算する除算器と、
   エンジン負荷率が高いときはアシストトルクを高めるように調整するとともにエンジン負荷率が低いときはチャージトルクを高めるように調整する補正係数設定器と、
   補正係数設定器の出力をアシスト目標トルクに掛け合わせてアシスト目標トルクを補正する乗算器と
   を具備したことを特徴とする請求項２記載の制御装置。
4. エンジンにより駆動されて油圧回路に作動油を供給するメインポンプと、
   エンジンまたはメインポンプに連結したポンプとモータの両機能を有する可変容量式のアシストポンプと、
   アシストポンプに連通可能に設けられて油圧エネルギを蓄圧するアキュムレータと、
   エンジン設定トルクを入力するアクセル手段と、
   エンジン実トルクを検出または演算するエンジン実トルク取得手段と、
   エンジン実トルクを制御するエンジン制御手段と、
   アシストポンプの容量を制御するとともに、アシストポンプのモータ機能によってエンジンをアシストするアシストモードと、アシストポンプのポンプ機能によってアキュムレータを蓄圧するチャージモードとを切り換えるアシストポンプ制御手段とを具備し、
   アシストポンプ制御手段は、
   メインポンプにかかるメインポンプ負荷トルクを演算するメインポンプ負荷トルク演算手段と、
   メインポンプ負荷トルクから平滑なトルク成分を分離してこの平滑なトルク成分とエンジン設定トルクとの最小値をエンジン目標トルクとするエンジン目標トルク演算手段と、
   エンジン目標トルクとエンジン実トルクとの偏差を求める減算器と、
   減算器の出力をＰＩＤ演算処理してアシストポンプのトルク指令値を求める制御演算器と、
   メインポンプ圧を検出するポンプ圧センサと、
   メインポンプ圧が規定圧より上がる場合はアシストポンプのトルク指令値をゼロにするとともにメインポンプ圧が規定圧より下がる場合は制御演算器の出力を選択してアシストポンプのトルク指令値とするように切り換わる切換器と、
   トルク指令値に基づきアシストポンプの容量を制御するとともにアシストモードとチャージモードとの切換を制御する機能とを備えた
   ことを特徴とする制御装置。
5. 油圧駆動の機体と、
   この機体に搭載された作業装置と、
   機体および作業装置に対して設けられた請求項１乃至４のいずれか記載の制御装置とを具備し、
   制御装置のアキュムレータは、機体のブレーキエネルギおよび作業装置の位置エネルギを蓄圧し放圧する機能を備えた
   ことを特徴とする作業機械。

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