JP6378577B2 - 液圧駆動システム - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン及び電動機によって駆動され且つ傾転角に応じて吐出量が変化する可変容量型の液圧ポンプの傾転角を制御する液圧駆動システムに関する。
建設機械等は、油圧ポンプを備えており、操作レバー等が操作されると油圧ポンプから圧油が吐出される。吐出される圧油は、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータに導かれ、油圧アクチュエータを作動させる。油圧アクチュエータが作動することでアームやブーム等が動くようになっている。油圧ポンプは、回転軸を介してエンジン及び電動機と連結されており、エンジン及び電動機によって回転駆動されるようになっている。このように構成されている建設機械として、例えば特許文献１の建設機械が知られている。
特許文献１の建設機械では、エンジンは、回転数が回転数指令となるように制御装置によって制御されているが、油圧アクチュエータを駆動する場合など、油圧ポンプに負荷がかかると回転数が低下する。エンジンの回転数が減少して前記回転数と回転数指令との偏差が増加すると、制御装置が電動・発電機を動かしてエンジンをアシストするようになっている。このようにして、制御装置は、エンジンの回転数を一定（具体的には、回転数指令）に保つようになっている。
また、特許文献１の建設機械では、油圧ポンプに大きな負荷がかかるような場合、油圧ポンプの吸収トルクの上限値を低減させるようになっている。吸収トルクの上限値は、所定の制御特性に基づいてエンジンの回転数偏差ΔＮ（実回転数と目標回転数との偏差）に応じて設定されている。
特開２０１２−１８０６８３号公報
特許文献１の建設機械では、回転数偏差ΔＮに応じて吸収トルクの上限値を決定している。そのため、油圧ポンプに大きな負荷が掛かってエンジンの回転数が急激に低下した場合、回転数偏差ΔＮが設定値まで到達しないと吸収トルクの上限値が抑えられない。そうすると、エンジンの回転数低下に対するエンジンアシストにタイムラグが生じる。それ故、エンジン回転数が過度に低下することがある。
そこで本発明は、エンジンの回転数が過度に低下しないように液圧ポンプの出力トルクを低下させることができる傾転角調整システムを提供することを目的としている。
本発明の液圧駆動システムは、エンジンの出力トルクによって回転駆動され、傾転角に応じた吐出量の圧液を吐出する可変容量型の液圧ポンプと、入力される傾転角指令に応じて前記液圧ポンプの傾転角を調整する傾転角調整装置と、前記エンジンの出力トルクをアシストして前記液圧ポンプを回転駆動する電動機と、前記エンジンの回転数が予め設定される目標エンジン回転数になるように前記電動機の動きを制御し、且つ操作装置の操作量に応じた要求流量を前記液圧ポンプから吐出させるように前記傾転角調整装置の動きを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、目標アシストトルク演算部と、目標アシストトルク制限部と、駆動制御部と、不足トルク演算部と、傾転角演算部と、傾転角制御部とを有し、前記目標アシストトルク演算部は、前記エンジンをアシストするために前記電動機から出力すべき目標アシストトルクを演算し、前記目標アシストトルク制限部は、前記目標アシストトルクを予め設定されている制限値以下の出力値に制限し、前記駆動制御部は、前記出力値に応じた指令トルクを出力するように前記電動機の動きを制御し、前記不足トルク演算部は、前記目標アシストトルクと前記出力値とに応じて不足分である不足トルクを演算し、前記傾転角演算部は、前記不足トルク演算部で演算された前記不足トルクを液圧ポンプの出力トルクから低減させるべく傾転角指令値を演算し、前記傾転角制御部は、前記傾転角演算部で演算された傾転角指令値に応じた傾転角指令を前記傾転角制御装置に出力して前記傾転角制御装置の動きを制御するものである。
本発明に従えば、目標アシストトルクが制限値以上になると、目標アシストトルクを制限値以下の出力値に制限し、出力値に応じた指令トルクを電動機から出力させる。他方、目標アシストトルクを制限値以下に制限することで不足した不足トルクを不足トルク演算部で演算する。この不足トルクに対応する低減流量を要求流量から減算した補正流量を液圧ポンプから吐出するべく傾転角指令値を傾転角演算部で演算する。更に、傾転角制御部は、傾転角が傾転角指令値となるように傾転角制御装置の動きを制御する。これにより、液圧ポンプの出力トルクを不足トルク分低減することができ、トルク不足によりエンジンの回転数が落ち込むことを抑制することができる。また、目標アシストトルクに基づいて演算される不足トルクに基づいて傾転角を調整しているので、回転数が急激に低下する前に傾転角制御を行うことができる。それ故、回転数差に基づいて傾転角を調整する従来の技術に比べてエンジンの回転数が過度に低下することを抑制することができる。
上記発明において、前記制御装置は、低減トルク推定部と、過不足分演算部と、トルク補正部とを有し、前記低減トルク推定部は、前記液圧ポンプの傾転角を前記傾転角指令値に調整する傾転角制御によって前記液圧ポンプにおける低減トルクを推定し、前記過不足分演算部は、前記傾転角制御における前記液圧ポンプの傾転角の応答遅れによって生じる、前記不足トルクに対するトルク低減の過不足分を前記低減トルク推定部によって推定された前記低減トルクに基づいて演算し、前記トルク補正部は、前記出力値に前記トルク低減の過不足分を加算することによって前記出力値を補正してもよい。
上記構成に従えば、傾転角制御における応答遅れによる低減トルクの過不足分を電動機の出力トルクの増減によって補うことができる。これにより、応答遅れに伴ってアシストトルクが不足することを抑制することができ、エンジンの回転数が低下することを抑制することができる。
上記発明において、前記低減トルク推定部は、一次遅れ要素を含む伝達関数により前記低減トルクを推定してもよい。
上記構成に従えば、低減トルクをより近似して演算することができる。これにより、エンジンの回転数の低下をさらに抑制することができる。
上記発明において、前記制御装置は、指令トルク制限部を有し、前記指令トルク制限部は、前記制限値より大きい最大許容トルク以下に指令トルクを制限するようになっていてもよい。
上記構成に従えば、電動機から最大許容トルク以上の指令トルクが出力されることを防ぐことができる。これにより、出力トルクの出し過ぎによる電動機の損傷を防ぐことができる。
上記発明において、前記電動機に電力を供給する電力供給装置と、前記電力供給装置の状態を表す状態値を検出するための状態値検出センサを備え、前記目標アシストトルク制限部は、前記状態検出値の検出結果に応じて前記制限値を変更してもよい。
上記構成に従えば、電源装置の状態に応じて電動機の最大トルクが制限される際に、電源装置の状態に応じて制限値を変えることができる。これにより、指令トルクを電動機から出力できない事態を抑制することができる。
上記発明において、前記制御装置は、目標燃料噴射量演算部と、噴射量制限部と、実トルク演算部と、目標トルク演算部と、差分トルク演算部と、を有し、前記目標燃料噴射量演算部は、目標回転数に応じた目標燃料噴射量を演算し、前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量演算部によって演算される前記目標燃料噴射量まで段階的に実燃料噴射量を増加させる機能を有し、増加させる際の実燃料噴射量の時間変化率が所定値以下となるように実燃料噴射量を決定し、前記実トルク演算部は、前記回転数センサで検出される実回転数と前記噴射量制限部で決定された前記実燃料噴射量とに基づいて前記エンジンで出力される実トルクを演算し、前記目標トルク演算部は、前記回転数センサで検出される実回転数と前記目標燃料噴射量演算部で演算される前記目標燃料噴射量とに基づいて、前記回転軸に与えるべき目標トルクを演算し、前記差分トルク演算部は、前記目標トルク演算部で演算される前記目標トルクに対して前記実トルク演算部で演算される前記実トルクで不足する差分トルクを演算し、前記目標アシストトルク演算部は、前記差分トルク演算部で演算される前記差分トルクに基づいて目標アシストトルクを演算してもよい。
上記構成に従えば、実燃料噴射量の時間変化率を制限することによってエンジンの出力トルクが不足するが、その不足する出力トルクを差分トルクとして事前に演算する。この差分トルクを電動機から出力させることによって、実燃料噴射量を制限しても油圧駆動システム全体から出力されるトルクを目標トルクに近づけることができ、油圧駆動システム全体から出力されるトルクの低下を抑えることができる。このように、油圧駆動システムでは、時間変化率が制限されることに起因する出力トルクの変化量を事前に推定して、その不足分のトルクを電動機に出力させて対処しており、回転数の偏差に応じてトルク調整する場合に比べてエンジンＥの回転数が過度に低下することを抑制することができる。これにより、回転数が過度に低下することに伴うエンジンの燃費の低下を抑えることができる。
上記発明において、前記制御装置は、実燃料噴射量演算部と、トルク変化推定部と、変化トルク演算部と、を有し、前記燃料噴射量演算部は、目標回転数に応じた実燃料噴射量を演算し、前記トルク変化推定部は、前記燃料噴射量演算部で演算される前記実燃料噴射量に対する前記エンジンの出力トルクの単位回転数当たりの変化を推定し、前記変化トルク演算部は、前記トルク変化推定部で演算される前記出力トルクの単位回転数当たりの変化に基づいてアシストすべき変化トルクを演算し、前記目標アシストトルク演算部は、前記変化トルク演算部で演算される変化トルクに基づいて目標アシストトルクを演算してもよい。
上記構成に従えば、実燃料噴射量の変化に起因するエンジンの燃焼状態の悪化等による出力トルクの変化量を事前に推定し、推定された変化量に基づいて変化トルクを演算する。演算された変化トルクは電動機から出力される。これにより、エンジンの出力トルクを電動機によってアシストすることができ、出力トルクに変化があった際にその変化分を電動機によってアシストすることができる。例えば、液圧ポンプの負荷入れ時において目標燃料噴射量が急激に増加して燃焼状態が悪化しても、それに起因する出力トルクの低下及び回転数の過度な低下を防ぐことができる。これにより、回転数が過度に低下することに伴うエンジンの燃費の低下を抑えることができる。
本発明によれば、エンジンの回転数が過度に低下しないように液圧ポンプの負荷を低下させることができる。
本件発明の実施形態に係る油圧駆動システムを示すブロック図である。 図１の油圧駆動システムに備わる制御装置が有する機能をブロックにして示した機能ブロック図である。 図２の制御装置のアシストトルクブロックをさらに詳細に説明すべく示した機能ブロック図である。 図３のアシストトルクブロックの一部分を更に詳細に説明すべく示した機能ブロック図である。 図１の油圧ポンプ駆動システムが、目標アシストトルクが最大許容トルク以下である状態で駆動したときの各種値の経時変化を示すグラフである。 図１の油圧ポンプ駆動システムが、目標アシストトルクが最大許容トルク以上である状態で駆動したときの各種値の経時変化を示すグラフである。
以下、本発明に係る実施形態の油圧駆動システム１について図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明する油圧駆動システム１は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
建設機械は、バケット、ローダ、ブレード、巻上機等の種々のアタッチメントを備え、油圧シリンダや油圧モータ（電油モータ）等の油圧アクチュエータによって動かすようになっている。例えば、建設機械の１種である油圧ショベルは、バケット、アーム及びブームを備えており、これら３つの部材を動かしながら掘削等の作業を行うことができるようになっている。バケット、アーム、及びブームの各々には油圧シリンダ１１〜１３が設けられており、各シリンダ１１〜１３に圧油を供給することでバケット、アーム、及びブームが動くようになっている。
また、油圧ショベルは、走行装置を有しており、更に走行装置の上には、旋回体が旋回可能に取り付けられている。旋回体には、ブームが上下方向に揺動可能に取り付けられている。旋回体には、油圧式の旋回用モータ１４が取り付けられており、旋回用モータ１４に圧油を供給することで旋回体が旋回するようになっている。また、走行装置には、油圧式の走行用モータ１５が取り付けられており、走行用モータ１５に圧油を供給することで前進又は後退するようになっている。
また、油圧ショベルには、複数の操作レバー１１１〜１１５が油圧アクチュエータ１１〜１５の各々に対応付けて設けられている。油圧アクチュエータ１１〜１５（即ち、油圧シリンダ１１〜１３及び油圧モータ１４，１５）には、油圧供給装置１６が接続されており、複数の操作具１１１〜１１５の何れかが操作されると操作具１１１〜１１５に対応する油圧アクチュエータ１１〜１５に油圧供給装置１６から圧油が供給されて、対応する油圧アクチュエータ１１〜１５が作動するようになっている。
詳細に説明すると、油圧供給装置１６は、油圧ポンプ１７と、コントロールバルブ１８と、傾転角調整装置１９とを有している。油圧ポンプ１７は、回転軸１７ａを有しており、回転軸１７ａを回転させることで圧油を吐出するようになっている。吐出された圧油は、コントロールバルブ１８に導かれるようになっており、コントロールバルブ１８は、操作具１１１〜１１５の何れかが操作されると、操作された操作具１１１〜１１５に対応する油圧アクチュエータ１１〜１５に圧油を流すように圧油の流れを制御するようになっている。
さらに詳細に説明すると、各操作具１１１〜１１５は、操作されると操作方向及び操作量に応じた圧力のパイロット圧を出力するようになっている。コントロールバルブ１８は、操作具１１１〜１１５から出力されるパイロット圧に応じて吐出された圧油の流れを制御し、操作される操作具１１１〜１１５に対応する油圧アクチュエータ１１〜１５に圧油を流してそれらを作動させるようになっている。また、コントロールバルブ１８は、各操作具１１１〜１１５から出力されるパイロット圧に応じた流量の圧油を対応する油圧アクチュエータ１１〜１５に供給する。これにより、操作具１１１〜１１５の操作量に応じた速度で油圧アクチュエータ１１〜１５を動かすようになっている。このようにして操作具１１１〜１１５の操作量に応じた速度でバケット、アーム、及びブーム等を動かすことができるようになっている。
このように構成されている油圧供給装置１６は、本実施形態においてポジティブコントロール方式の油圧システムを構成しており、操作具１１１〜１１５の操作量に応じて油圧ポンプ１７の吐出量を増減するようになっている。なお、油圧供給装置１６は、ネガティブコントロール方式の油圧システムを構成していてもよい。油圧供給装置１６の構成について更に詳細に説明すると、油圧ポンプ１７は、可変容量型のポンプ、例えば可変容量型の斜板ポンプが採用されている。油圧ポンプ１７は、斜板１７ｂの傾転角を変えることで吐出量を変えられるようになっており、油圧ポンプ１７には斜板１７ｂの傾転角を変えるべく傾転角調整装置１９が設けられている。
傾転角調整装置１９は、傾転角調整バルブ１９ａとサーボ機構１９ｂとを有している。傾転角調整バルブ１９ａは、例えば電磁減圧弁であり、図示しないパイロットポンプに接続されている。傾転角調整バルブ１９ａは、入力される傾転信号（傾転角指令）に応じた指令圧ｐ1を出力するようになっている。傾転角調整バルブ１９ａは、サーボ機構１９ｂに接続されており、出力された指令圧ｐ１は、サーボ機構１９ｂに導かれるようになっている。
サーボ機構１９ｂは、図示しないサーボピストンを有している。サーボピストンには、斜板１７ｂが連結されており、サーボピストンが移動することで斜板１７ｂの傾転角を変えることができるようになっている。サーボピストンは、入力される指令圧ｐ１に応じて移動するようになっている。従って、斜板１７ｂの傾転角が指令圧ｐ１に応じた角度に調整される。即ち、斜板１７ｂの傾転角は、傾転信号に応じた角度に調整されるようになっている。また、油圧ポンプ１７は、その回転軸１７ａに油圧ポンプ駆動装置２が設けられており、油圧ポンプ駆動装置２によって回転軸１７ａが回転駆動されるようになっている。
油圧ポンプ駆動装置２は、エンジンＥ及び電動機２０を備えるハイブリッド式の駆動システムであり、エンジンＥ及び電動機２０が共に油圧ポンプ１７の回転軸１７ａに連結されている。エンジンＥは、例えば複数の気筒を有するディーゼルエンジンであり、気筒毎に燃料噴射装置２１が対応付けて設けられている。燃料噴射装置２１は、例えば燃料ポンプと電磁制御弁とによって構成されており、入力される噴射指令に応じた量の燃料を対応する気筒の燃焼室に噴射するようになっている。エンジンＥは、燃料噴射装置２１から噴射された燃料を燃焼させて図示しないピストンを往復運動させることで回転軸１７ａを回転させ、油圧ポンプ１７から圧油を吐出させるようになっている。なお、本実施形態では、エンジンＥがディーゼルエンジンであるが、必ずしもディーゼルエンジンである必要はなくガソリンエンジンであってもよい。また、回転軸１７ａには、エンジンＥの駆動をアシストするために電動機２０が設けられている。
電動機２０は、例えばＡＣモータであって、インバータ２２に接続されている。駆動装置であるインバータ２２は、バッテリ２５と繋がっており、バッテリ２５から供給される直流電流を交流に変換して電動機２０に供給するようになっている。また、インバータ２２は、入力されるトルク指令に応じた周波数及び電圧の交流電流を電動機２０に供給し、トルク指令（後述するアシストトルク）に応じたトルクを電動機２０から回転軸１７ａに出力させるようになっている。
また、回転軸１７ａには、回転数センサ２３が取り付けられており、回転数センサ２３は、回転軸１７ａの回転数に応じた信号を出力するようになっている。回転数センサ２３は、インバータ２２及び燃料噴射装置２１の電磁制御弁と共に制御装置３０に電気的に接続されている。また、制御装置３０には、吐出圧センサ２４、複数のパイロット圧センサＳ１，Ｓ２及びバッテリセンサ２６が電気的に接続されている。吐出圧センサ２４は、油圧ポンプ１７の吐出圧を検出するためのセンサであって、前記吐出圧に応じた信号を制御装置３０に出力するようになっている。パイロット圧センサＳ１，Ｓ２は、各操作具１１１〜１１５に対応付けて設けられている。パイロット圧センサＳ１，Ｓ２は、対応する操作具１１１〜１１５から出力されるパイロット圧を検出するためのセンサであって、前記パイロット圧に応じた信号を制御装置３０に出力するようになっている。また、バッテリセンサ２６は、バッテリの電圧（即ち、充電量）、及び温度等のバッテリの状態を示す状態値を検出するためのセンサであって、バッテリの状態に応じた信号を制御装置３０に出力するようになっている。
制御装置３０は、図２に示すような各種値を演算する機能部分を有しており、以下では、各種値を演算する機能部分毎にブロックに分けて説明する。制御装置３０は、目標回転数決定部３１と、回転数差演算部３２と、目標燃料噴射量演算部３３とを有している。目標回転数決定部３１は、入力手段（ダイヤル、ボタン、及びタッチパネル等）から入力された又は予め設定された回転数に基づいてエンジンの目標回転数を決定する。回転数差演算部３２は、回転数センサ２３から入力される信号に基づいて回転軸１７ａの実回転数を算出する。また、回転数差演算部３２は、算出された実回転数と目標回転数決定部３１で決定された目標回転数との差を演算する。目標燃料噴射量演算部３３は、実回転数と目標回転数との差に基づいて燃料噴射装置２１から噴射すべき目標燃料噴射量を演算する。
また、制御装置３０は、目標燃料噴射量に基づいて後述の方法で実燃料噴射量を演算し、この実燃料噴射量を燃料噴射装置２１から噴射させるようになっている。なお、制御装置３０は、実回転数及び目標燃料噴射量を所定の間隔で演算するようになっている。更に、制御装置３０は、エンジンＥからのトルクだけでは出力が不足する場合、電動機２０を駆動してエンジンＥをアシストし、また油圧ポンプ１７の出力トルクを低減させるようになっている。以下では、制御装置３０のこのような機能について図２及び図３を参照しながら更に詳細に説明する。
制御装置３０は、アシストトルク演算ブロック４０と、トルク制限ブロック５０と、傾転角制御ブロック６０とを有している。アシストトルク演算ブロック４０は、目標燃料噴射量演算部３３で演算された目標燃料噴射量と、回転数センサ２３から入力される信号に基づいて算出される実回転数とに応じてアシストトルク及び実燃料噴射量（実際に噴射すべき燃料量）を演算するようになっている。図３に示すようにアシストトルク演算ブロック４０は、目標トルク演算部４１、噴射量制限部４２、実トルク演算部４３、及び第１アシストトルク演算部４４を有している。
目標トルク演算部４１は、目標トルクマップを用いて目標トルクを演算するようになっている。目標トルクマップは、油圧ポンプ駆動装置２全体で出力すべき目標トルクが目標燃料噴射量及び実回転数に対応付けられているマップであり、目標トルク演算部４１は、演算された目標燃料噴射量及び実回転数に基づいて目標トルクマップから目標トルクを算出するようになっている。また、目標燃料噴射量演算部３３で演算される目標燃料噴射量は、燃料噴射装置２１にて実際に噴射させるべき実燃料噴射量を噴射量制限部４２で演算するために用いられる。
噴射量制限部４２（実燃料噴射量演算部）は、増加率制限あり且つ減少率制限なしのレートリミット機能を有しており、このレートリミット機能により目標燃料噴射量に基づいて実燃料噴射量を演算するようになっている。さらに詳細に説明すると、噴射量制限部４２は、目標燃料噴射量が増加する際に目標燃料噴射量の増加率が所定値を超えると、予め定められる変化規則に基づいて変化率又は変化量を制限しながら実燃料噴射量を前記目標燃料噴射量まで段階的に変化させるようになっている。他方、目標燃料噴射量が減少する場合、噴射量制限部４２は、減少率を制限せずに目標燃料噴射量を実燃料噴射量とするようになっている。
本実施形態において、噴射量制限部４２は、目標燃料噴射量演算部３３で演算された目標燃料噴射量を内部に保持（即ち、記憶）し、保持している目標燃料噴射量と直後に演算された目標燃料噴射量とを比較するようになっている。保持している目標燃料噴射量より直後の目標燃料噴射量が小さい、即ち目標燃料噴射量が減少している場合、目標燃料噴射量を実燃料噴射量として算出する。他方、保持している目標燃料噴射量より直後の目標燃料噴射量が大きい、即ち目標燃料噴射量が増加している場合、増加率（本実施形態では、２つの目標燃料噴射量の差）が所定値を超えているか否かを判定する。所定値以下の場合は、標燃料噴射量を実燃料噴射量として算出する。他方、所定値を超えている場合、増加率を所定値又はそれ以下とする変化規則に基づいて増加率を制限しながら実燃料噴射量を目標燃料噴射量まで段階的に増加させる。即ち、所定値を超えている場合、所定値又はそれ以下の比例定数に基づいて時間に比例させて実燃料噴射量を目標燃料噴射量まで段階的に増加させる。なお、噴射量制限部４２は、フィルターであってもよく、例えば一次遅れ要素（即ち、遅れ要素）を有する伝達関数に基づいて目標燃料噴射量を増加させるようにしてもよい。このように演算された実燃料噴射量は、実トルクを実トルク演算部４３で演算するために実回転数と共に用いられる。
実トルク演算部４３は、実トルクマップを用いて実トルクを演算するようになっている。実トルクは、燃料噴射装置２１によってエンジンＥに実燃料噴射量を噴射した場合にエンジンＥが出力する出力トルクである。実トルクマップは、実トルクが実燃料噴射量及び実回転数に対応付けられているマップであり、実トルク演算部４３は演算された実燃料噴射量及び実回転数に基づいて実トルクマップから実トルクを算出するようになっている。本実施形態では、実トルクマップ及び目標トルクマップに同じマップが使用されている。算出された実トルクは、電動機２０で出力させたい第１アシストトルクを第１アシストトルク演算部４４で演算するために目標トルクと共に用いられる。
第１アシストトルク演算部４４（差分トルク演算部）は、１つの目標燃料噴射量から演算される実トルクと目標トルクとに基づいて、目標トルクから実トルクを差し引いた不足分のトルクである第１アシストトルク（差分トルク）を演算するようになっている。更に詳細に説明すると、第１アシストトルク演算部４４は、目標トルクから実トルクを減算する。これにより、油圧ポンプ駆動装置２から目標トルクを発生させる上で不足する第１アシストトルクが演算される。
このように、アシストトルク演算ブロック４０では、目標燃料噴射量が急激に増加したときに噴射量の増加率を制限するようになっている。このように増加率を制限することによって、実燃料噴射量の急激な増加に起因するエンジンＥの燃焼状態の悪化を防ぐことができる。他方、制限されることで実際に出力される実トルクが目標トルクより小さくなる、即ち不足するトルクが生じるので、不足分を電動機２０に出力させるべく、不足分に相当する第１アシストトルクを演算している。
また、油圧ポンプ駆動装置２では、実燃料噴射量が変化することによってエンジンＥの燃焼状態が悪化して、エンジンＥの出力トルクが低下する。アシストトルク演算ブロック４０は、実燃料噴射量が変化することに伴うエンジンＥの燃焼状態の悪化等に起因する出力トルクの低下分を推定し、低下した出力トルクを電動機２０で補うべく第２アシストトルク（変化トルク）を演算する機能を有している。アシストトルク演算ブロック４０は、第２アシストトルクを演算するために、トルク変化推定部４５と、第２アシストトルク演算部４６と、目標アシストトルク演算部４７とを有している。
トルク変化推定部４５は、演算された実回転数及び実燃料噴射量に基づいて、エンジンＥから出力されるトルクの変化量を実回転数に基づいて推定するようになっている。エンジンＥは、実燃料噴射量の変化により燃焼状態が悪化し、出力トルクに応答遅れが生じる。また、エンジンＥの燃焼状態は、一サイクル毎に変化し、燃焼状態の悪化は、燃焼回数を経るにつれて改善される。従って、実回転数が大きければ大きい程、単位時間当たりの燃焼回数が多くなるので、エンジンＥの燃焼状態の悪化がより早く改善し、エンジンＥのトルクの低下が小さくなる。
燃焼状態が一サイクル毎に変化するというエンジンＥの出力トルクの特性を鑑みて、トルク変化推定部４５は、単位回転数毎（好ましくは、一サイクル毎）に出力トルクの低下を演算するようになっている。本実施形態において、トルク変化推定部４５では、後述する疑似微分を含む伝達関数によってエンジンＥを数値モデル化してエンジンＥの出力トルクの変化を推定し、更に疑似部分に含まれる一次遅れ要素の時定数を実回転数に応じて変化させる。これにより、単位回転数毎の出力トルク低下を疑似的に演算することができる。そうすると、実回転数が大きい程エンジンＥの燃焼状態がより早く改善してトルク低下が抑えられ、且つ実回転数が小さい程エンジンＥの燃焼状態の改善が遅くなってトルク低下が大きくなることが考慮される。即ち、実回転数に応じてトルクの応答遅れが変化するエンジンＥの出力トルク特性が前述する伝達関数によって推定できる。なお、トルク変化推定部４５の演算は、予め定められた間隔で行われる。このように出力トルクの変化量を推定するトルク変化推定部４５について、図３に併せて図４も参照しながら以下にさらに詳細に説明する。
トルク変化推定部４５は、出力トルクの変化を推定する機能部分として、時定数演算部７１と、疑似微分演算部７２と、トルク変化係数演算部７３と、トルク変化率演算部７４と、補正係数演算部７５と、トルク変化量演算部７６とを有している。時定数演算部７１は、回転数センサ２３からの信号に基づいて実回転数を算出し、更に時定数マップを用いて実回転数から時定数を算出する。本実施形態において、時定数マップは、時定数と実回転とが対応付けられているマップである。時定数マップの時定数と実回転との対応関係は、実験等から得られたデータに基づいて設定されており、エンジンＥの排気量、付属品（過給機やＥＧＲ等）、及び構造（配管の径や長さ等）等によって異なる。即ち、前記対応関係は、エンジンＥの機種毎に異なっており、エンジンＥの機種毎に実験結果を参考にして設定される。なお、前記対応関係は、機種毎だけでなく個体毎に設定されてもよい。時定数演算部７１で演算される時定数は、実燃料噴射量の微分値を演算するために疑似微分演算部７２で実燃料噴射量と共に用いられる。
疑似微分演算部７２は、エンジンＥを数値モデル化した伝達関数によって実燃料噴射量の微分値を演算する。なお、エンジンＥでは、燃料噴射量とトルクとが対応しており、実燃料噴射量の微分値（実燃料噴射量の単位回転数当たりの変化率に相当）は、トルクの変化率に対応している。疑似微分演算部７２についてさらに詳細に説明すると、疑似微分演算部７２の伝達関数には、一次遅れ要素を含む疑似微分（不完全微分ともいう）が含まれており、疑似微分演算部７２は、この伝達関数を用いて実燃料噴射量の微分値を演算するようになっている。本実施形態において、疑似微分は、ラプラス変数をｓとし、微分ゲインをＴＤとし、時定数をＴとすると、下記の式（１）で表される。
このように一次遅れ要素を含む疑似微分によって実燃料噴射量の微分値を演算することで、燃焼状態の悪化による応答遅れが考慮された出力トルクの変化率に対応する値（即ち、実燃料噴射量の微分値）が演算される。また、疑似微分に含まれる一次遅れ要素の時定数Ｔは、時定数演算部７１で演算された時定数を用いる。即ち、疑似微分演算部７２は、演算する度に時定数を変化させて実燃料噴射量の微分値を演算する。このように時定数を実回転数に基づいて演算して、それを演算する度に変更することで、単位回転数毎（好ましくは、一サイクル毎）の出力トルクの変化率を疑似的に演算することができる。このようにして演算される実燃料噴射量の微分値は、エンジンＥの出力トルクの単位回転数当たりの変化率に対応しており、後述するトルク変化係数をトルク変化係数演算部７３で演算するために用いられる。
トルク変化係数演算部７３は、疑似微分演算部７２で演算された実燃料噴射量の微分値に基づいてトルク変化係数を演算するようになっている。トルク変化係数は、実トルクに対してどの程度トルクが変化するかを示す係数である。トルク変化係数演算部７３は、まず実燃料噴射量の微分値の絶対値を演算し、次に図４に示すトルク変化係数マップ７３ａを用いて実燃料噴射量の微分値の絶対値からトルク変化係数を算出する。トルク変化係数マップ７３ａは、実燃料噴射量の微分値の絶対値とトルク変化係数とが対応付けられているマップであり、例えば微分値の絶対値が大きくなるとトルク変化係数が大きくなるように設定されている。本実施形態において、トルク変化係数マップ７３ａの実燃料噴射量の微分値の絶対値とトルク変化係数との対応関係は、実験等から得られたデータに基づいて設定されており、時定数マップと同様にエンジンＥの機種毎に設定されている。なお、実燃料噴射量の微分値の絶対値とトルク変化係数との対応関係は、必ずしも図４に示されるような対応関係である必要はない。トルク変化係数演算部７３は、トルク変化係数マップ７３ａと実燃料噴射量の微分値の絶対値とに基づいてトルク変化係数を演算し、演算されたトルク変化係数は、トルク変化率をトルク変化率演算部７４で演算するために用いられる。
トルク変化率は、実燃料噴射量の燃料をエンジンＥに噴いたときに出力されるべき実トルクに対して、燃焼状態の変化に伴って変化（具体的には、減少）するトルクの割合を示す値である。トルク変化係数とトルク変化率とは、基本的に対応しているが、トルク変化係数は、実燃料噴射量の微分値の絶対値から一義的に導かれるように設定された値である。これに対して、トルク変化率は、実燃料噴射量の微分値の絶対値（即ち、トルク変化係数）だけでなく、実回転数及び実燃料噴射量の影響が加味されている。例えば、エンジンＥに排気ターボ機能が備わっている場合、低回転域では、そのターボによって吸気遅れが増大して、出力トルクの低下が増大する。このような現象を加味すべく、トルク変化率は、トルク変化係数演算部７３で演算されるトルク変化係数を補正するようになっており、補正するための補正係数を補正係数演算部７５で演算している。
補正係数演算部７５は、噴射量制限部４２で演算される実燃料噴射量及び実回転数に基づいて補正係数を演算するようになっている。補正係数は、トルク変化係数演算部７３で演算されたトルク変化係数を実回転数及び実燃料噴射量に応じて補正するための係数である。さらに詳細に説明すると、補正係数演算部７５は、図４に示すような第１補正係数マップ７５ａを用いて実回転数から第１補正係数を演算し、図４に示すような第２補正係数マップ７５ｂを用いて実燃料噴射量から第２補正係数を演算する。第１補正係数マップ７５ａは、実回転数と第１補正係数とが対応付けられているマップであり、第２補正係数マップ７５ｂは、実燃料噴射量と第２補正係数とが対応付けられているマップである。各補正係数マップ７５ａ，７５ｂでは、例えば実回転数及び実燃料噴射量が大きくなると補正係数が小さくなるように設定されている。なお、２つの補正係数マップ７５ａ，７５ｂは、実験等から得られたデータに基づいて設定されており、他のマップと同様にエンジンＥの機種毎に異なっている。また、実回転数と第１補正係数との対応関係及び実燃料噴射量と第２補正係数との対応関係の各々は、必ずしも図４に示されるような対応関係である必要はない。
補正係数演算部７５は、演算された第１及び第２補正係数を補正係数乗算部７５ｃによって乗算してトルク補正係数を算出する。算出されたトルク補正係数は、トルク変化率をトルク変化率演算部７４で演算するためにトルク変化係数と共に用いられる。
トルク変化率演算部７４は、トルク変化係数演算部７３で演算されるトルク変化係数と補正係数演算部７５で演算される補正係数とに基づいてトルク変化率を演算するようになっている。トルク変化率は、前述の通り実トルクに対して、燃焼状態の悪化等に伴って変化（増加又は減少）するトルクの割合を示す値である。トルク変化率演算部７４は、演算されるトルク変化係数及び補正係数を乗算することによりトルク変化率を算出している。算出されたトルク変化率は、トルク変化量をトルク変化量演算部７６で演算するために実トルクと共に用いられる。
トルク変化量演算部７６は、トルク変化率演算部７４で演算されるトルク変化率及び実トルク演算部４３で演算される実トルクに基づいて、実燃料噴射量の変化に起因するエンジンＥのトルク変化量を演算するようになっている。トルク変化量は、噴射量制限部４２で演算される実燃料噴射量をエンジンＥに噴射した際にエンジンＥの燃焼状態に応じて変化したトルクの変化量（即ち、トルクの低下量又は増加量）である。トルク変化量演算部７６は、トルク変化率及び実トルク演算部４３を乗算してトルク変化量を算出する。トルク変化推定部４５では、このようにしてトルク変化量が推定される。推定されたトルク変化量は、第２アシストトルクを第２アシストトルク演算部４６で演算するために用いられる。
第２アシストトルク演算部４６（変化トルク演算部）は、実燃料噴射量の変化に伴って低下したトルクの不足分を電動機２０の出力トルクで補うべく、その不足分のトルクに相当する第２アシストトルク（変化トルク）を演算するようになっている。演算方法について詳細に説明すると、第２アシストトルク演算部４６は、まず疑似微分演算部７２で演算された実燃料噴射量の微分値が０（ゼロ）未満か否かを判定する。実燃料噴射量の微分値がゼロ未満であると判定すると、第２アシストトルク演算部４６は、乗算係数としてゼロを選択する。実燃料噴射量の微分値がゼロ以上と判定すると、第２アシストトルク演算部４６は、乗算係数として所定値（本実施形態では、所定値＝１）を選択する。更に、第２アシストトルク演算部４６は、乗算係数とトルク変化量とを乗算して乗算結果を第２アシストトルクとして算出する。従って、微分値がゼロ未満の場合、第２アシストトルクはゼロとなり、微分値がゼロ以上である場合、第２アシストトルクはトルク変化量となる。このようにして算出された第２アシストトルクは、電動機２０から出力すべき目標アシストトルクを目標アシストトルク演算部４７で演算するために第１アシストトルクと共に用いられる。
図３に示す目標アシストトルク演算部４７は、第１アシストトルク及び第２アシストトルクに基づいて電動機２０から出力すべき目標アシストトルクを演算する。即ち、目標アシストトルク演算部４７は、第１アシストトルクと第２アシストトルクとを加算することによって目標アシストトルクを演算する。演算された目標アシストトルクは、電動機２０から実際に出力すべき制限アシストトルクをトルク制限ブロック５０で演算するために用いられる。
図２に示すトルク制限ブロック５０は、電動機２０の出力トルクが制限値を超えないように出力トルクを制限するようになっている。トルク制限ブロック５０は、第１トルク制限部５１、及び不足トルク演算部５２を有している。第１トルク制限部５１は、アシストトルク演算ブロック４０で演算された目標アシストトルクを予め定められた仮想許容値Ｌ１以下に制限するリミット機能を有している。具体的には、第１トルク制限部５１は、目標アシストトルクが仮想許容値Ｌ１未満の場合、目標アシストトルクを制限せずに目標アシストトルクをそのまま出力値とし、目標アシストトルクが仮想許容トルクＬ１以上の場合、仮想許容トルクＬ１を出力値とするようになっている。仮想許容トルクＬ１は、予め設定された値であり、後述する最大許容トルクＬ２より小さい値である。演算された出力値は、目標アシストトルクを制限することによって生じる不足トルクを不足トルク演算部５２で演算するために用いられる。不足トルク演算部５２は、第１トルク制限部５１の出力値と目標アシストトルクに基づいて、目標アシストトルクから出力値を差し引いた不足トルク（本実施形態では、不足分が正の値で表される）を演算するようになっている。さらに詳細に説明すると、不足トルク演算部５２は、目標アシストトルクから出力値を減算する。これにより、不足トルクが演算される。演算された不足トルクは、低減すべき傾転角を演算するために傾転角制御ブロック６０で用いられる。
傾転角制御ブロック６０は、油圧ポンプ１７の斜板１７ｂの傾転角を制御するようになっている。傾転角制御ブロック６０は、低減動力演算部６１と、低減流量演算部６２と、設定流量演算部６３と、実流量演算部６４と、傾転角演算部６５と、傾転角制御部６６とを有している。低減動力演算部６１は、不足トルク演算部５２で演算された不足トルクと実回転数とに基づいて、低減すべき油圧ポンプ１７の動力、即ち低減動力を演算する。具体的に説明すると、低減動力演算部６１は、不足トルクに実回転数を乗算することによって低減動力を演算する。演算された低減動力は、低減すべき吐出流量を演算するために低減流量演算部６２で用いられる。
低減流量演算部６２は、吐出圧センサ２４からの信号に基づいて算出される油圧ポンプ１７の吐出圧と低減動力演算部６１で演算される低減動力とに基づいて、低減すべき油圧ポンプ１７の吐出流量、即ち低減流量を演算する。具体的に説明すると、低減流量演算部６２は、低減動力を前記吐出圧で除算することによって低減流量を演算する。演算された低減流量は、油圧ポンプ１７から実際に吐出させるべき実吐出流量を演算するために実流量演算部６４で用いられる。また、実流量演算部６４では、実吐出流量を演算するために要求流量を用いており、要求流量は、設定流量演算部６３にて演算される。
設定流量演算部６３は、油圧ポンプ１７から吐出すべき吐出流量である要求流量を演算するようになっている。演算例の一例を説明すると、設定流量演算部６３は、まず各操作具１１１〜１１５のパイロット圧センサＳ１，Ｓ２から入力される信号に基づいて各操作具１１１〜１１５から出力されるパイロット圧を算出する。次に、算出される全てのパイロット圧のうち最大のパイロット圧を選択する。更に、設定流量演算部６３は、選択されたパイロット圧と流量マップとに基づいて規定流量を算出する。流量マップは、パイロット圧と規定流量とが対応付けられているマップであり、選択されたパイロット圧に基づいて流量マップから規定流量が算出されるようになっている。また、規定流量とは、実回転数が予め定められた基準回転数である場合において、油圧ポンプ１７から吐出すべき流量である。設定流量演算部６３は、算出された規定流量を実回転数で補正して、各操作具１１１〜１１５の操作量に対して要求される要求流量を演算する。算出された要求流量は、低減流量演算部６２で演算された低減流量と共に実吐出流量を演算するために実流量演算部６４で用いられる。
実流量演算部６４は、要求流量と低減流量とに基づいて実際に油圧ポンプ１７から吐出すべき実吐出流量を演算する。具体的に説明すると、実流量演算部６４は、要求流量から低減流量を減算することによって実吐出流量を演算する。演算される実吐出流量は、斜板１７ｂの傾転角を演算するために傾転角演算部６５で用いられる。傾転角演算部６５は、実吐出流量を油圧ポンプ１７から吐出させるために傾けるべき傾転角である傾転角指令値を演算する。なお、油圧ポンプ１７では、傾転角と吐出容量とが対応しており、傾転角と実回転数とに基づいて油圧ポンプ１７から吐出される実吐出流量が演算することができる。従って、実吐出流量と実回転数とに基づいて傾転角指令値を演算することができ、傾転角演算部６５は、回転数センサ２３からの信号に基づいて算出される実回転数と実吐出流量とに基づいて傾転角指令値を演算する。演算された傾転角指令値は、傾転信号を決定する際に傾転角制御部６６で用いられる。
傾転角制御部６６は、斜板１７ｂの傾転角が傾転角指令値となるように傾転角調整装置１９を動かすべく傾転信号を決定する。更に傾転角制御部６６は、決定した傾転信号を傾転角調整バルブ１９ａに出力し、斜板１７ｂの傾転角が傾転角指令値になるようにサーボ機構１９ｂの動きを制御するようになっている。これにより、斜板１７ｂを傾転角指令値に傾けることができ、演算された実吐出流量を油圧ポンプ１７から吐出させることができる。これにより、例えばトルク制限ブロック５０で電動機２０の出力トルクを制限することによって生じた不足トルクを油圧ポンプ１７の出力トルクから低減させ、エンジンＥにかかる負担を小さくしてエンジンＥの回転数が急激に落ちることを防いでいる。
他方、油圧駆動システム１では、傾転角調整装置１９によって機械的に油圧ポンプ１７の実吐出流量を低減させているため、傾転信号に対して傾転角調整装置１９で応答遅れが生じる。応答遅れが生じることによって、油圧ポンプ１７の実吐出流量を傾転信号通りに低減することができず、油圧ポンプ１７の出力トルクを低減することができない。そのため、制御装置３０は、３つのブロック４０，５０，６０に加えて、トルク補正ブロック８０を有している。
トルク補正ブロック８０は、応答遅れによって生じる低減トルクの過不足分を演算し、過不足分を電動機２０の出力トルクによって補うべく出力値を補正するようになっている。トルク補正ブロック８０は、低減トルク推定部８１、過不足分演算部８２、トルク補正部８３を有している。低減トルク推定部８１は、傾転角制御ブロック６０によって実行される傾転角制御によって油圧ポンプ１７で低減される低減トルクを、不足トルク演算部５２で演算された不足トルクに基づいて推定するようになっている。推定する際、低減トルク推定部８１は、油圧ポンプ１７を数値モデル化した伝達関数を用いて低減トルク（本実施形態では、低減すべき分が正の値で表される）を推定する。低減トルク推定部８１の伝達関数には、一次遅れ要素が含まれており、この一次遅れ要素は、予め実施される実験等から得られたデータに基づいて設定される。低減トルク推定部８１は、このような伝達関数を用いて傾転角制御ブロック６０による傾転角制御によって低減される油圧ポンプ１７の低減トルクを推定する。推定される低減トルクは、低減トルクの過不足分を演算するために、不足トルク演算部５２で演算される不足トルク共に過不足分演算部８２で用いられる。
過不足分演算部８２は、低減トルク推定部８１で推定された低減トルクと不足トルク演算部５２で演算された不足トルクとに基づいて、低減トルクの過不足分を演算する。さらに詳細に説明すると過不足分演算部８２は、不足トルクから低減トルクを減算する。これにより、低減トルクの過不足分が演算される。算出された過不足分は、第１トルク制限部５１で演算された出力値を補正するためにトルク補正部８３で用いられる。
トルク補正部８３は、過不足分演算部８２で演算された過不足分、及び第１トルク制限部５１で演算された出力値に基づいて、低減トルクの過不足分を補うべく出力値を補正するようになっている。さらに詳細に説明すると、トルク補正部８３は、出力値に過不足分を加算することによって出力値を補正し、補正することによって補正トルクを演算する。演算される補正トルクは、電動機２０の最大許容トルクＬ２以下に抑えるべくトルク制限ブロック５０の第２トルク制限部５３で用いられる。
第２トルク制限部５３は、補正トルクを最大許容トルクＬ２以下に制限する機能を有している。最大許容トルクＬ２は、電動機２０が許容できる最大トルクである。第２トルク制限部５３についてさらに詳細に説明すると、第２トルク制限部５３は、補正トルクが最大許容トルクＬ２未満である場合、その補正トルクを指令トルクに設定し、補正トルクが最大許容トルクＬ２以上である場合、最大許容トルクＬ２を指令トルクに設定する。指令トルクは、トルク制限ブロック５０の駆動制御部５４で用いられ、駆動制御部５４は、指令トルクを電動機２０から出力させるべくインバータ２２の動きを制御して電動機２０を駆動するようになっている。
このように構成されている制御装置３０は、油圧ポンプ１７の負荷が大きくなってエンジンＥの回転数が低下し、低下した回転数を補うべくエンジンＥの目標燃料噴射量が増加した際に電動機２０を駆動してエンジンＥをアシストするようになっている。その際に、要求されるアシストトルクが大きくなって電動機２０の負荷が大きくなると、斜板１７ｂの傾転角を小さくして油圧ポンプ１７の出力トルクを低減させるようになっている。以下では、操作具１１１〜１１５の何れかが操作されて油圧ポンプ１７の負荷が増大した際の油圧ポンプ駆動装置２の動きを説明する。
操作具が操作されてコントロールバルブ１８が作動すると、油圧ポンプ１７は、アンロード状態からオンロード状態に切換わり、油圧ポンプ１７に大きな負荷が作用する。油圧ポンプ１７の負荷が大きくなるとエンジンＥの実回転数が低下する。油圧ポンプ駆動装置２では、目標回転数決定部３１にて予め目標回転数が決定されており、回転数差演算部３２で実回転数と目標回転数との差が演算されている。実回転数が低下してエンジンＥの実回転数と目標回転数とに差が生じると、この差に基づいて目標燃料噴射量演算部３３が目標燃料噴射量を演算する。演算された目標燃料噴射量は、実回転数と共にアシストトルク演算ブロック４０で用いられ、アシストトルク演算ブロック４０は、目標燃料噴射量と実回転数とに基づいて目標アシストトルクを演算する。
アシストトルク演算ブロック４０での演算について簡単に説明すると、まず噴射量制限部４２が目標燃料噴射量の増加率（又は増加量）を所定値未満に制限しながら実燃料噴射量を目標燃料噴射量まで時間に比例して段階的に増加させる。なお、増加率が所定値未満の場合は、目標燃料噴射量が制限されることはない。実トルク演算部４３は、実燃料噴射量と実回転数とに基づいてエンジンＥから出力される実トルクを演算する。他方、目標トルク演算部４１は、目標燃料噴射量と実回転数とに基づいて目標トルクを演算する。次に、第１アシストトルク演算部４４が目標トルク及び実トルクに基づいて、目標トルクから実トルクを差し引いた不足分のトルク、即ち第１アシストトルクを演算する。
このように、油圧ポンプ駆動装置２では、実燃料噴射量の増加率（又は増加量）を制限して実燃料噴射量が急激に変化することを抑制することができる。これにより、エンジンＥの燃焼状態が悪化することを抑制することができ、エンジンＥのトルクが低下することを抑え、且つエンジンＥの燃費を向上させることができる。アシストトルク演算ブロック４０は、燃料噴射量を制限することによって不足するトルクである第１アシストトルクを予め演算している。この第１アシストトルクを電動機２０から出力させることによって、実燃料噴射量を制限しても油圧ポンプ駆動装置２全体から出力されるトルクを目標トルクに近づけることができる。これにより、油圧ポンプ駆動装置２全体として出力されるトルクが低下することを抑えることができる。このように、油圧ポンプ駆動装置２では、出力トルクの変化量を事前に推定して電動機２０にトルクを出力させて対処しており、回転数の偏差に応じてトルク調整する場合に比べてエンジンＥの回転数が過度に低下することを抑制することができる。これにより、回転数が過度に低下することに伴うエンジンＥの燃費の低下を抑えることができる。
アシストトルク演算ブロック４０は、第１アシストトルクを演算するのに並行してトルク変化推定部４５にてトルク変化係数を演算する。トルク変化推定部４５は、実回転数及び実燃料噴射量に基づいてトルク変化係数を算出し、更にトルク変化量を算出する。詳細に説明すると、時定数演算部７１が時定数マップ７１ａを用いて実回転数から時定数を算出し、算出された時定数を用いて疑似微分演算部７２が実燃料噴射量の微分値を演算する。次に、トルク変化係数演算部７３が実燃料噴射量の微分値の絶対値を演算し、更にトルク変化係数演算部７３がトルク変化係数マップ７３ａを用いて実燃料噴射量の微分値の絶対値からトルク変化係数を演算する。
疑似微分演算部７２は、演算の度に時定数を変更することによって、実トルクに対する単位回転数毎の出力トルクの変化率を演算し、この変化率と実トルクとに基づいて単位回転数毎の出力トルクの変化量を演算している。このように時間単位ではなく回転数単位で出力トルクの変化を演算するので、時間単位で演算する場合に比べてエンジンＥの出力トルクの低下をより正確に推定することができる。これにより、燃焼悪化による出力トルクの低下により回転数が過度に低下することを防ぐことができ、それに伴うエンジンＥの燃費の低下を抑えることができる。疑似微分演算部７２は、時定数を実回転数に応じて変更するので、トルク低下係数を詳細に演算することができる。これによりトルク変化推定部４５では、より正確なトルク変化係数及びトルク変化量を推定することができる。
補正係数演算部７５では、トルク変化係数演算部７３でのトルク変化係数の演算に並行して補正係数を演算する。詳細に説明すると、補正係数演算部７５は、演算された実回転数及び実燃料噴射量の各々に基づいて第１補正係数及び第２補正係数を夫々算出し、更に第１補正係数及び第２補正係数に基づいて補正係数を算出する。トルク変化率演算部７４は、演算された補正係数及びトルク変化係数に基づいてトルク変化率を演算し、更にトルク変化量演算部７６がトルク変化率及び実トルクに基づいてトルク変化量を演算する。このようにトルク変化推定部４５は、トルク変化量を推定し、推定されたトルク変化量は、第２アシストトルク演算部４６で用いられる。第２アシストトルク演算部４６は、このトルク変化量によって第２アシストトルクを演算する。
このようにアシストトルク演算ブロック４０では、トルク変化推定部４５によって実燃燃料噴射量の変化に起因するエンジンＥの燃焼状態の悪化等による出力トルクの変化量を事前に推定し、推定された変化量に相当する第２アシストトルクを演算することができる。即ち、エンジンＥの出力トルクに変化があった際にその変化分を電動機によってアシストさせることができる。これにより、油圧ポンプ１７の負荷入れ時において、燃焼悪化によって出力トルクが低下して回転数が過度に低下することを防ぐことができ、回転数が過度に低下することに伴うエンジンＥの燃費の低下を抑えることができる。
第２アシストトルク演算部４６は、実燃料噴射量の微分値がゼロ以上である場合、乗算係数として所定値（＝１）を選択する。第２アシストトルク演算部４６は、この乗算係数をトルク変化量に乗算して第２アシストトルクを演算する。目標アシストトルク演算部４７は、演算された第１アシストトルク及び第２アシストトルクを加算して目標アシストトルクを算出する。算出される目標アシストトルクは、電動機２０の出力トルク及び斜板１７ｂの傾転角を決定するためにトルク制限ブロック５０で用いられる。
以下では、算出される目標トルクが図５の目標アシストルクのグラフで示すように経時変化する場合について説明する。なお、図５には、紙面の上から順に目標アシストトルク、不足トルク、低減トルク、過不足分、指令トルク、及びエンジンアシスト値の経時変化が示されている。図５の横軸が時間であり、縦軸が各種値を示している。
目標アシストトルクは、操作具１１１〜１１５の何れかが操作された時刻ｔ１においてトルクＴ１（＞Ｌ１）まで立ち上がり、その後時刻ｔ２まで一定に維持され、時刻ｔ２で操作されていた操作具１１１〜１１５が戻されてゼロになっている。トルク制限ブロック５０では、まず第１トルク制限部５１が目標アシストトルクを仮想許容値Ｌ１以下に制限した出力値を算出する。不足トルク演算部５２は、目標アシストトルクから出力値を減算して不足トルクを演算する（図５の不足トルクのグラフの時刻ｔ１〜ｔ２参照）。傾転角制御ブロック６０の低減動力演算部６１は、不足トルク演算部５２で演算される不足トルクと実回転数に基づいて低減動力を演算し、次に低減流量演算部６２がこの低減動力と油圧ポンプ１７の吐出圧とに基づいて低減流量を演算する。それと共に、設定流量演算部６３は、規定流量を算出し、算出された規定流量を実回転数で補正することによって要求流量を演算する。実流量演算部６４は、演算された要求流量から低減流量を減算することによって実吐出流量を演算する。更に傾転角演算部６５は、油圧ポンプ１７の吐出流量と傾転角と回転数との関係から、演算された実吐出流量と実回転数とに基づいて傾転角指令値を演算し、この傾転角指令値に基づいて傾転角制御部６６が傾転信号（電流）を決定する。傾転角制御部６６は、決定した傾転信号を傾転角調整装置１９の傾転角調整バルブ１９ａに出力し、油圧ポンプ１７の斜板１７ｂの傾転角を傾転角指令値になるようにサーボ機構１９ｂの動きを制御する。これにより、斜板１７ｂの傾転角が傾転角指令値へと傾けられ、油圧ポンプ１７の出力トルクが低減される。
また、油圧駆動システム１では、傾転角制御ブロック６０による傾転角制御に並行して、傾転角制御の応答遅れによって生じる低減トルクの過不足分をトルク補正ブロック８０で演算する。詳細に説明すると。トルク補正ブロック８０の低減トルク推定部８１が、不足トルク演算部５２で演算された不足トルクと伝達関数とを用いて低減トルクを演算する（図５の低減トルクのグラフ参照）。なお、図５の低減トルクのグラフに示すように、油圧ポンプ１７の低減トルクは、傾転角制御の開始（時刻ｔ１）と共に徐々に増加し、所定時間経過後に不足トルクまで達成する。操作具１１１〜１１５が中立位置に戻される（時刻ｔ２）と傾転角を要求流量に応じた傾転角指令値に戻すべく、ゆっくりと減少するようになっている。このように低減トルクは、傾転信号に対して遅れて応答する。低減トルクが推定されると、過不足分演算部８２は、不足トルクから低減トルクを減算することによって低減トルクの過不足分を演算する（図５のトルク低減過不足のグラフ参照）。図５のトルク低減過不足のグラフに示されているように、操作具１１１〜１１５が操作された直後が最も不足分が大きく時間が経つにつれて不足分が減少し、やがてゼロになる。その後、操作具１１１〜１１５が中立位置に戻されると逆にトルク低減が過大となる。なお、過大となったトルク低減も時間が経つにつれて減少し、やがてゼロになる。
トルク補正部８３は、このように変化する低減トルクの過不足分を補うべく、第１トルク制限部５１の出力値に低減トルクの過不足分を加算して補正トルクを演算する。第２トルク制限部５３は、補正トルクが電動機２０の最大許容トルクＬ２以下に制限するように指令トルクを設定する（図５の指令トルクのグラフ参照）。駆動制御部５４が設定された指令トルクが電動機２０から出力されるようにインバータ２２の動きを制御する。
このように油圧駆動システム１では、傾転角を制御し且つ電動機２０を駆動することで、目標アシストトルクを電動機２０によるアシストトルクと油圧ポンプ１７の低減トルクとによって賄うことができる。即ち、電動機２０から補正トルクを出力させ、且つ油圧ポンプ１７の出力トルクから低減トルクを低減させることで、エンジンＥに対して目標アシストトルク分のトルクをアシストすることができる。従って、補正トルクと低減トルク（減少分であって正の値）とを加算したエンジンアシスト値は、図５のエンジンアシスト値のグラフに示すように目標アシストトルクと略一致する（図５の総トルクのグラフ参照）。
このように、油圧駆動システム１では、目標アシストトルクが仮想許容値Ｌ１以上になると斜板１７ｂの傾転角を調整して油圧ポンプ１７の出力トルクを低減している。それ故、実際にエンジンＥの回転数が急激に落ち込む前に目標アシストトルクの上昇に伴って油圧ポンプ１７の出力トルクを低減させることができるので、回転数が低下すると共に傾転角制御を行うことができる。それ故、回転数差に基づいて油圧ポンプ１７の出力トルクを低減させる従来の技術に比べて回転数の落ち込みを抑制することができる。このように、油圧駆動システム１は、エンジンＥの回転数が過度に低下しないように油圧ポンプ１７の出力トルクを低減させることができる。これにより、油圧ポンプ１７に大きな負荷がかかってもエンジンＥの回転数を目標回転数付近に維持することができる。それ故、エンジンＥを良好な運転領域で運転することができ、エンジンＥの燃費悪化を防ぐことができる。
また、油圧駆動システム１では、傾転角制御による応答遅れによる低減トルクの過不足分を電動機２０の出力トルクの増減によって補うことができる。これにより、応答遅れに伴ってアシストトルクが不足することを抑制することができ、エンジンＥの回転数が低下することを抑制することができる。
次に、油圧ポンプ１７の負荷が増大した際に演算される目標アシストトルクが最大許容トルクＬ２以上となった場合について、図６を参照しながら説明する。図６には、図５と同様に、紙面の上から順に目標アシストトルク、不足トルク、低減トルク、過不足分、指令トルク、及びシステムトルクの経時変化が示されている。図５の横軸が時間であり、縦軸が各種値を示している。
アシストトルク演算ブロック４０で目標アシストトルクは、図６の目標アシストトルクのグラフに示すように操作具１１１〜１１５の何れかが操作された時刻ｔ３においてトルクＴ２（＞Ｌ２）まで立ち上がり、その後時刻ｔ４まで一定に維持され、時刻ｔ４で操作されていた操作具１１１〜１１５が戻されてゼロになっている。トルク制限ブロック５０では、目標アシストトルクが仮想許容値Ｌ１以下であった場合と同様に、まず第１トルク制限部５１が目標アシストトルクを仮想許容値Ｌ１以下に制限した出力値を算出し、不足トルク演算部５２で不足トルクを演算する。傾転角制御ブロック６０は、演算された不足トルクに基づいて傾転角指令値を演算する。更に、傾転角制御ブロック６０は、傾転角指令値に基づいて傾転角調整バルブ１９ａに傾転信号を出力し、斜板１７ｂの傾転角が傾転角指令値になるように傾転角調整装置１９を作動させる。
他方、トルク補正ブロック８０では、不足トルク演算部５２で演算された不足トルクに基づいて低減トルク推定部８１が低減トルクを推定し（図６の低減トルクのグラフ参照）、更に推定された低減トルクに基づいて過不足分演算部８２が低減トルクの過不足分を演算する（図６の低減トルク過不足分のグラフ参照）。トルク補正部８３は、演算された過不足分に基づいて出力値を補正することによって補正トルクを演算する。目標アシストトルクが最大許容トルクＬ２以上であり、且つ傾転角制御に応答遅れがあるので、傾転角制御開始直後において演算される補正トルクが最大許容トルクＬ２以上になる。そのため、第２トルク制限部５３は、補正トルクを最大許容トルクＬ２以下に制限するように指令トルクを設定する（図６の指令トルクのグラフ参照）。駆動制御部５４が設定された指令トルクが電動機２０から出力されるようにインバータ２２の動きを制御する。
目標アシストトルクが最大許容トルクＬ２を超える場合、傾転制御開始直後、目標アシストトルクにおいて最大許容トルクＬ２を超えている分だけ電動機２０の出力トルクがカットされる。それ故、油圧駆動システム１の総トルクが、傾転制御開始直後において目標アシストトルクから若干小さくなるが、目標アシストトルクと略一致させることができる（図６の総トルクのグラフ参照）。
［その他の実施形態］
本実施形態の油圧駆動システム１では、第１トルク制限部５１の仮想制限値Ｌ１が一定であるが、仮想制限値Ｌ１が可変値であってもよい。例えば、制御装置３０が、バッテリセンサ２６からの信号に応じてバッテリ２５の状態を検出し、バッテリ２５の状態に応じて仮想制限値Ｌ１を変えるようにしてもよい。具体的には、バッテリ２５の充電量の減少又はバッテリ２５の温度の低下に伴って仮想制限値Ｌ１を低くすることが考えられる。このように仮想制限値Ｌ１を可変値とすることで、電動機２０から指令トルクが出力できないような事態を抑制することができる。なお、本実施形態では、バッテリ２５の状態値を検出しているが、インバータ２２の状態値を検出してもよい。
本実施形態の油圧駆動システム１では、アシストトルク演算ブロック４０で実燃料噴射量及びトルク変化量を演算して目標アシストトルクを演算しているが、必ずしもこのような演算方法で目標アシストトルクを演算する必要はない。例えば、第１アシストトルクを目標アシストトルクとしてもよく、また第２アシストトルクを目標アシストトルクとしてもよい。
また、油圧駆動システム１が実装される建設機械は、油圧ショベルに限定されず、クレーンやドーザ等の他の建設機械であってもよく、油圧アクチュエータを備えている建設機械であればよい。また、油圧駆動システム１では、液圧ポンプの例として油圧ポンプを挙げたが、液圧ポンプは、油圧ポンプに限定されず水等の液体を吐出するポンプであればよい。
１ 油圧駆動システム
１７ 油圧ポンプ
１７ｂ 斜板
１９ 傾転角調整装置
２０ 電動機
２２ インバータ
２５ バッテリ
２６ バッテリセンサ
３０ 制御装置
３３ 目標燃料噴射量演算部
４０ アシストトルク演算ブロック
４１ 目標トルク演算部
４２ 噴射量制限部
４３ 実トルク演算部
４４ 第１アシストトルク演算部（差分トルク演算部）
４５ トルク変化推定部
４６ 第２アシストトルク演算部
４７ 目標アシストトルク演算部
５１ 第１トルク制限部（目標アシストトルク制限部）
５２ 不足トルク演算部
５３ 第２トルク制限部（指令トルク制限部）
５４ 駆動制御部
６５ 傾転角演算部
６６ 傾転角制御部
８１ 低減トルク推定部
８２ 過不足分演算部
８３ トルク補正部
１１１〜１１５ 操作具（操作装置）

Claims (7)

  1. エンジンの出力トルクによって回転駆動され、傾転角に応じた吐出量の圧液を吐出する可変容量型の液圧ポンプと、
    入力される傾転角指令に応じて前記液圧ポンプの傾転角を調整する傾転角調整装置と、
    前記エンジンの出力トルクをアシストして前記液圧ポンプを回転駆動する電動機と、
    前記エンジンの回転数が予め設定される目標エンジン回転数になるように前記電動機の動きを制御し、且つ操作装置の操作量に応じた要求流量を前記液圧ポンプから吐出させるように前記傾転角調整装置の動きを制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、目標アシストトルク演算部と、目標アシストトルク制限部と、駆動制御部と、不足トルク演算部と、傾転角演算部と、傾転角制御部とを有し、
    前記目標アシストトルク演算部は、前記エンジンをアシストするために前記電動機から出力すべき目標アシストトルクを演算し、
    前記目標アシストトルク制限部は、前記目標アシストトルクを予め設定されている制限値以下の出力値に制限し、
    前記駆動制御部は、前記出力値に応じた指令トルクを出力するように前記電動機の動きを制御し、
    前記不足トルク演算部は、前記目標アシストトルクと前記出力値とに応じて不足分である不足トルクを演算し、
    前記傾転角演算部は、前記不足トルク演算部で演算された前記不足トルクを前記液圧ポンプの出力トルクから低減させるべく傾転角指令値を演算し、
    前記傾転角制御部は、前記傾転角演算部で演算された傾転角指令値に応じた傾転角指令を前記傾転角調整装置に出力して前記傾転角調整装置の動きを制御する、液圧駆動システム。
  2. 前記制御装置は、低減トルク推定部と、過不足分演算部と、トルク補正部とを有し、
    前記低減トルク推定部は、前記液圧ポンプの傾転角を前記傾転角指令値に調整する傾転角制御によって前記液圧ポンプにおける低減トルクを推定し、
    前記過不足分演算部は、前記傾転角制御における前記液圧ポンプの傾転角の応答遅れによって生じる、前記不足トルクに対するトルク低減の過不足分を前記低減トルク推定部によって推定された前記低減トルクに基づいて演算し、
    前記トルク補正部は、前記出力値に前記トルク低減の過不足分を加算することによって前記出力値を補正する、請求項１に記載の液圧駆動システム。
  3. 前記低減トルク推定部は、一次遅れ要素を含む伝達関数により前記低減トルクを推定する、請求項２に記載の液圧駆動システム。
  4. 前記制御装置は、指令トルク制限部を有し、
    前記指令トルク制限部は、前記制限値より大きい最大許容トルク以下に指令トルクを制限するようになっている、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の液圧駆動システム。
  5. 前記電動機に電力を供給する電力供給装置と、
    前記電力供給装置の状態を表す状態値を検出するための状態値検出センサを備え、
    前記目標アシストトルク制限部は、前記状態値検出センサの検出結果に応じて前記制限値を変更する、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の液圧駆動システム。
  6. 前記前記制御装置は、目標燃料噴射量演算部と、噴射量制限部と、実トルク演算部と、目標トルク演算部と、差分トルク演算部と、を有し、
    前記目標燃料噴射量演算部は、目標回転数に応じた目標燃料噴射量を演算し、
    前記噴射量制限部は、前記目標燃料噴射量演算部によって演算される前記目標燃料噴射量まで段階的に実燃料噴射量を増加させる機能を有し、増加させる際の実燃料噴射量の時間変化率が所定値以下となるように実燃料噴射量を決定し、
    前記実トルク演算部は、回転数センサによって検出される実回転数と前記噴射量制限部で決定された前記実燃料噴射量とに基づいて前記エンジンで出力される実トルクを演算し、
    前記目標トルク演算部は、前記回転数センサによって検出される実回転数と前記目標燃料噴射量演算部で演算される前記目標燃料噴射量とに基づいて、出力すべき目標トルクを演算し、
    前記差分トルク演算部は、前記目標トルク演算部で演算される前記目標トルクに対して前記実トルク演算部で演算される前記実トルクで不足する差分トルクを演算し、
    前記目標アシストトルク演算部は、前記差分トルク演算部で演算される前記差分トルクに基づいて目標アシストトルクを演算する、請求項１乃至５の何れか１つに記載の液圧駆動システム。
  7. 前記制御装置は、実燃料噴射量演算部と、トルク変化推定部と、変化トルク演算部と、を有し、
    前記実燃料噴射量演算部は、目標回転数に応じた実燃料噴射量を演算し、
    前記トルク変化推定部は、前記実燃料噴射量演算部で演算される前記実燃料噴射量に対する前記エンジンの出力トルクの単位回転数当たりの変化を推定し、
    前記変化トルク演算部は、前記トルク変化推定部で演算される前記出力トルクの単位回転数当たりの変化に基づいてアシストすべき変化トルクを演算し、
    前記目標アシストトルク演算部は、前記変化トルク演算部で演算される変化トルクに基づいて目標アシストトルクを演算する、請求項１乃至６の何れか１つに記載の液圧駆動システム。
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