JP6626371B2 - ハイブリッド作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド作業機械に関する。

エンジンと油圧ポンプに機械的に結合した発電電動機（電動・発電機）と、リチウムイオン電池やキャパシタなどの蓄電装置（蓄電手段）を備えたハイブリッド型の作業機械が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の作業機械では、エンジンと発電電動機により油圧ポンプが駆動される。油圧ポンプから吐出された圧油が、油圧シリンダや油圧モータ等のアクチュエータに供給されると、ブームやアーム、バケット、旋回体等が駆動される。

特許文献１には、蓄電残量（蓄電率）が予め設定された所定値以下のときに、力行トルク値を蓄電残量に応じて制限し、制限された力行トルク値を発電電動機が出力するように、発電電動機を制御することが記載されている。特許文献１には、蓄電残量が低下した場合、油圧ポンプの出力を一定に保つように、その油圧ポンプに対する入力トルクの最大値を制御することが記載されている。

特開２００５−０８３２４２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、作業機械の様々な作業動作に対して何ら考慮されていない。

本発明の一態様によるハイブリッド作業機械は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電電動機と、前記発電電動機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記エンジンおよび前記発電電動機により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圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータを操作する操作部材と、を備えたハイブリッド作業機械であって、前記蓄電装置の蓄電率が低くなった場合であって、前記ハイブリッド作業機械が行う複数の作業動作のうち、予め定められた１以上の複合的な作業動作（以下、特定動作と記す）が行われたときに、前記特定動作に対して予め定められた、前記蓄電装置の蓄電率に対する比率としての要求動作出力低減率に基づいて動作出力上限値を演算する動作出力上限値演算部と、前記動作出力上限値演算部で演算された動作出力上限値に基づいて前記複数の油圧アクチュエータの要求動作出力をそれぞれ配分して、前記複数の油圧アクチュエータの速度をそれぞれ低減する制限制御部と、前記蓄電装置の放電を制御する放電制御部と、を備え、前記特定動作は、第１複合動作および前記第１複合動作よりも負荷の高い第２複合動作を含む高負荷動作であって、前記第２複合動作における前記要求動作出力低減率に対する動作出力上限値は、前記第１複合動作における前記要求動作出力低減率に対する動作出力上限値よりも高く設定され、前記動作出力上限値演算部は、前記蓄電装置の蓄電率が、予め定められた第１の閾値よりも低くなった場合であって、前記特定動作が行われたときには、前記第１複合動作と前記第２複合動作とで蓄電率の低下に応じた作業速度の低減比率が同じになるように、前記第１複合動作と前記第２複合動作とで動作出力上限値を同じ比率で低減し、前記特定動作に比べて負荷の低い低負荷動作が行われたときには、前記蓄電装置の蓄電率が前記第１の閾値よりも低くなった場合であっても、前記低負荷動作における動作出力上限値を変更せず、前記放電制御部は、前記蓄電装置の蓄電率が、前記第１の閾値よりも小さい値として予め定められた第２の閾値よりも低くなった場合には、前記特定動作が行われたか否かにかかわらず、前記蓄電装置の放電電力の制限値を小さくすることを特徴とする。

本発明によれば、作業機械による特定の動作に対して油圧アクチュエータの速度を低減し、蓄電装置の長寿命化を図ることができる。

本実施の形態に係るハイブリッド作業機械の一例としてのハイブリッド油圧ショベルの側面図。 油圧ショベルのシステム構成を示す図。 コントローラの機能ブロック図。 左操作レバーと右操作レバーの操作方向に対応する油圧ショベルの動作を説明する図。 低減率テーブルＴ１を示す図。 放電電力制限値テーブルＴ２を示す図。 出力上限値演算部を詳細に説明する図。 （ａ）は掘削出力上限テーブルＴ３を示す図、（ｂ）は旋回ブーム上げ出力上限テーブルＴ４を示す図、（ｃ）はその他の状態出力上限テーブルＴ５を示す図。 動作出力配分演算部を詳細に説明する図。 旋回基本出力演算部を詳細に説明する図。 ブーム基本出力演算部を詳細に説明する図。 旋回・ブーム出力配分演算部を詳細に説明する図。 アーム・バケット出力配分演算部を詳細に説明する図。 油圧電動出力配分演算部を詳細に説明する図。

以下、図面を参照して、本発明に係るハイブリッド作業機械の一実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係るハイブリッド作業機械の一例としてのハイブリッド油圧ショベルの側面図である。なお、説明の便宜上、図１に示したように前後および上下方向を規定する。油圧ショベルでは、各種アクチュエータが油圧ポンプから吐出される作動油（圧油）によって駆動されて、様々な作業が行われる。

図１に示すように、ハイブリッド油圧ショベル（以下、単に油圧ショベル１００と記す）は、走行体１０１と、走行体１０１上において走行体１０１に対して旋回可能に設けられた旋回体１０２とを備えている。走行体１０１は、左右一対のクローラを走行油圧モータ１０１ａによって駆動することにより走行する。旋回体１０２は、旋回油圧モータ１０２ａ（図２参照）と旋回電動モータ１２４ｂ（図２参照）の合計トルクによって駆動される。

旋回体１０２の前部左側には運転室１０７が設けられ、運転室１０７の後部にはエンジン室が設けられている。エンジン室には、動力源であるエンジンや油圧機器等が収容されている。エンジン室の後部には、作業時の機体のバランスをとるためのカウンタウエイトが取り付けられている。運転室１０７には、オペレータが着座する運転席、ならびに、ブーム１０４、アーム１０５、バケット１０６、旋回体１０２、および走行体１０１の動作にそれぞれ対応した操作部材（不図示）、エンジン１２１ｂ（図２参照）の目標回転速度を指令するエンジンコントロールダイヤル（不図示）が設置されている。

旋回体１０２の前部右側にはフロント作業装置１０３が設けられている。フロント作業装置１０３は、複数のフロント部材、すなわちブーム１０４、アーム１０５、および、バケット１０６を備えた多関節構造の作業装置である。ブーム１０４は、基端部が旋回体１０２の前部に回動可能に取り付けられている。アーム１０５は、その一端がブーム１０４の先端に回動可能に取り付けられている。ブーム１０４およびアーム１０５は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ１０４ａおよびアームシリンダ１０５ａによってそれぞれ駆動されて起伏する。バケット１０６は、アーム１０５の先端において、アーム１０５に対して上下方向に回動可能に取り付けられ、油圧アクチュエータであるバケットシリンダ１０６ａによって駆動される。

図２は、油圧ショベル１００のシステム構成を示す図である。油圧ショベル１００は、油圧ショベル１００の各部の制御を行うコントローラ１５０と、エンジン１２１ｂを制御するエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ１２１ａと記す）と、蓄電装置１２２ｂを制御するバッテリコントロールユニット（以下、ＢＣＵ１２２ａと記す）とを備えている。コントローラ１５０、ＥＣＵ１２１ａ、およびＢＣＵ１２２ａは、それぞれＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭおよびＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。

油圧ショベル１００は、エンジン１２１ｂ、発電電動機１２３ｂおよび第１のインバータ１２３ａを備えている。エンジン１２１ｂと発電電動機１２３ｂとは機械的に結合されており、同じ回転速度で回転する。

油圧ショベル１００は、油圧ポンプ１２６およびコントロールバルブユニット１２７を備えている。油圧ポンプ１２６は、発電電動機１２３ｂに機械的に結合され、エンジン１２１ｂおよび発電電動機１２３ｂによって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ１２６から吐出された作動油は、オペレータ（作業者）による各種操作部材に対する操作に基づきコントロールバルブユニット１２７で分配される。分配された作動油（圧油）は、走行油圧モータ１０１ａ、ブームシリンダ１０４ａ、アームシリンダ１０５ａ、バケットシリンダ１０６ａ、および、旋回油圧モータ１０２ａに供給され、これらの油圧アクチュエータが駆動される。

油圧ショベル１００は、旋回電動モータ１２４ｂおよび第２のインバータ１２４ａ、ならびに蓄電装置１２２ｂを備えている。蓄電装置１２２ｂは、電圧が３５０［Ｖ］であり、放電容量が５［Ａｈ］程度、蓄電率（蓄電残量）の適性使用範囲が３０〜７０［％］のリチウムイオン電池を蓄電素子として複数備えるリチウムイオンバッテリユニットである。蓄電装置１２２ｂの充放電は、ＢＣＵ１２２ａによって制御される。

第１のインバータ１２３ａは、直流電力を交流電力に変換して発電電動機１２３ｂに出力し、あるいは、発電電動機１２３ｂで発生した交流電力を直流電力に変換する電力変換装置である。同様に、第２のインバータ１２４ａは、直流電力を交流電力に変換して旋回電動モータ１２４ｂに出力し、あるいは、旋回電動モータ１２４ｂで発生した交流電力を直流電力に変換する電力変換装置である。

蓄電装置１２２ｂと、第１のインバータ１２３ａと、第２のインバータ１２４ａとは、直流バスで接続されており、相互において電力の授受が行われる。なお、蓄電装置１２２ｂと直流バスの間にＤＣＤＣコンバータなどの昇圧装置を設けてもよい。

発電電動機１２３ｂは、第１のインバータ１２３ａにより、入出力波形が制御される。発電電動機１２３ｂは、エンジン１２１ｂにより回転駆動され、三相交流電力を発生する発電機として機能する。発電電動機１２３ｂで発生した交流電力は、第１のインバータ１２３ａにより直流電力に変換され、蓄電装置１２２ｂが充電される。発電電動機１２３ｂは、第１のインバータ１２３ａで変換された三相交流電力により駆動されて回転トルクを発生する電動機としても機能する。発電電動機１２３ｂが電動機として駆動する力行時には、エンジン１２１ｂがアシストされ、油圧ポンプ１２６がエンジン１２１ｂと発電電動機１２３ｂとにより駆動される。

旋回電動モータ１２４ｂは、第２のインバータ１２４ａにより、入出力波形が制御される。旋回電動モータ１２４ｂは、旋回体１０２の旋回制動時に、三相交流電力を発生する発電機として機能する。旋回電動モータ１２４ｂで発生した交流電力は、第２のインバータ１２４ａにより直流電力に変換され、蓄電装置１２２ｂが充電される。つまり、旋回電動モータ１２４ｂは、旋回体１０２の旋回制動時に油圧エネルギを電気的に回収する回生運転を行う。旋回電動モータ１２４ｂは、第２のインバータ１２４ａで変換された三相交流電力により駆動されて回転トルクを発生する電動機としても機能する。旋回電動モータ１２４ｂが電動機として駆動する力行時には、旋回体１０２が旋回電動モータ１２４ｂと旋回油圧モータ１０２ａとにより駆動される。

なお、発電電動機１２３ｂおよび旋回電動モータ１２４ｂのうちの一方の力行運転は、蓄電装置１２２ｂの電力によって行われる場合だけでなく、蓄電装置１２２ｂを介さずに、発電電動機１２３ｂおよび旋回電動モータ１２４ｂのうちの他方で発生した電力が直接供給されることで行われる場合もある。

コントローラ１５０は、車体に設置された各種センサやスイッチから、油圧ポンプ１２６の負荷、モード情報などの車体情報を受け取り、ＥＣＵ１２１ａやＢＣＵ１２２ａ、第１のインバータ１２３ａ、第２のインバータ１２４ａと通信しながら車体全体のシステムの制御を行う。

エンジン１２１ｂは、燃費低減を図るため、エンジン１２１ｂの最大出力が油圧ポンプ１２６の最大吸収動力よりも小さい小型のエンジンを選定している。このような小型のエンジン１２１ｂを使用する場合、最大ポンプ吸収動力に対して充分に大きな出力を持つ大型のエンジンに比べ、発電電動機１２３ｂが電動機として力行運転することによるエンジンアシストの寄与率が大きい。その結果、小型のエンジンを備えた油圧ショベルでは、大型のエンジンを備える場合に比べて、蓄電装置１２２ｂが激しく充放電を繰り返すことになる。

油圧ショベル１００は、たとえば、ダンプトラックに砂利や土を積み込む「土砂積み込み作業」を行う。土砂積み込み作業とは、[１]掘削動作、[２]旋回ブーム上げ動作、[３]放土動作、[４]旋回戻り動作、[１]掘削動作・・・というように、[１]掘削動作から［４］旋回戻り動作までの一連の作業動作を１サイクルとして、この一連の作業動作を繰り返し行う連続サイクル作業である。掘削動作とは、土砂を掘削する作業動作であり、アーム１０５のクラウド動作とバケット１０６のクラウド動作が同時に行われる作業動作のことである。旋回ブーム上げ動作とは、バケット１０６に積載した土砂を保持しながら、バケット１０６をダンプトラックの荷台の直上（放土作業位置）まで旋回体１０２を旋回させる作業動作のことであり、旋回体１０２の旋回動作とブーム１０４の上げ動作が同時に行われる作業動作のことである。放土動作とは、バケット１０６内の土砂をダンプトラックの荷台に放土する作業動作のことであり、アーム１０５のダンプ動作とバケット１０６のダンプ動作が同時に行われる作業動作のことである。旋回戻り動作とは、掘削作業位置まで旋回体１０２を旋回させる作業動作のことであり、旋回体１０２の旋回動作が単独で行われる作業動作のことである。

一連の作業動作のうち、掘削動作および旋回ブーム上げ動作は、放土動作や旋回戻り動作などの低負荷動作に比べて負荷が高い高負荷動作である。なお、掘削動作と旋回ブーム上げ動作は、蓄電装置１２２ｂからの電力供給による発電電動機１２３ｂのアシスト（助勢）が必要となる高負荷動作であり、放土動作と旋回戻り動作はエンジン１２１ｂの余剰出力で発電電動機１２３ｂの発電を行える低負荷動作である。この連続サイクル作業では、システムを構成するエンジン１２１ｂとアシストモータとして機能する発電電動機１２３ｂの最大出力バランスや、オペレータの操作バランスによっては、この連続サイクル作業において蓄電装置１２２ｂの平均的な放電量の方が、蓄電装置１２２ｂの平均的な充電量よりも大きくなることがある。この場合、連続サイクル作業が継続して行われると、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が徐々に減少する。しかしながら、一般に、蓄電装置１２２ｂは、過放電によってその出力性能が大きく劣化してしまう特性を有している。

本実施の形態では、上述したように、適正な蓄電率の使用範囲が３０〜７０［％］（以下、適正使用範囲と記す）とされたリチウムイオンバッテリユニットを蓄電装置１２２ｂとして採用している。このため、適正使用範囲よりも蓄電率が低下した状態や、適正使用範囲よりも蓄電率が上昇した状態で蓄電装置１２２ｂによる充放電が行われると、蓄電率が適正使用範囲内にあるときに比べて、蓄電装置１２２ｂの劣化速度が大きく増加する。

そこで、本実施の形態では、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が適正使用範囲よりも低下することが予想される場合は、適正使用範囲から逸脱する前に発電電動機１２３ｂの出力を制限し、蓄電装置１２２ｂの寿命を向上させる。

本実施の形態では、蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向の度合いを表すパラメータの一つである蓄電装置１２２ｂの蓄電率をコントローラ１５０が検出し、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が予め定められた適正使用範囲の下限値付近まで減少した場合、発電電動機１２３ｂの出力（動力）を低減することで、蓄電装置１２２ｂの放電量を低減する。発電電動機１２３ｂの出力が低減されると、油圧ポンプ１２６の駆動トルクが低下し、操作レバー１１１，１１２に基づいて動作する各油圧アクチュエータの動作速度が低下する。なお、「蓄電装置１２２ｂの蓄電率が下限値よりも低くなる」とは、「蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向の度合いが上限値よりも高くなる」ということと同義である。

ここで、連続サイクル作業において、発電電動機１２３ｂの出力を低減すれば、効率よく蓄電装置１２２ｂの放電量を低減することができる。しかしながら、発電電動機１２３ｂの出力を低減させる方法として、連続サイクル作業において、掘削動作、旋回ブーム上げ動作、放土動作、旋回戻り動作の各作業動作に対し、同じ出力制限値（上限値）を設定すると、出力制限前から出力制限後に移行したときの各油圧アクチュエータの速度減少量に差が生じてしまうという問題が生じる。

たとえば、土砂の積み込み作業における各作業動作のうち、最も高い負荷が加わる作業動作である旋回ブーム上げ動作では、出力制限前後のアクチュエータ速度の差分が大きい。一方、旋回ブーム上げ動作に比べると負荷の低い作業動作である掘削動作では、出力制限前後のアクチュエータ速度の差分が小さい。このため、出力制限がなされると、オペレータは、旋回ブーム上げ動作におけるアクチュエータ速度は大きく低下していると感じ、掘削動作におけるアクチュエータ速度は出力制限前と後とでほとんど変化が無いと感じる。つまり、上記の出力低減方法（速度低減方法）では、オペレータに、大きな操作違和感を与えてしまうおそれがある。

さらに、蓄電率の低下にしたがって、出力制限値（上限値）を低下する場合、蓄電率の低下に応じて、先ず旋回ブーム上げ動作のみが制限され、蓄電率がさらに低下した時点で、掘削動作が制限されることになる。このため、どの動作が、どのタイミングで速度制限されるのかがわかり難く、この点からもオペレータに大きな操作違和感を与えてしまうおそれがある。

本実施の形態では、コントローラ１５０が、油圧ショベル１００が行う複数の作業動作の中から予め定められた１以上の作業動作（以下、特定動作と記す）が行われたことを判別する。コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が下限値よりも低下した場合であって、特定動作が行われたときに、その特定動作に対して予め定められた、蓄電装置１２２ｂの蓄電率に対する比率で、油圧アクチュエータの速度を低減する制限制御を行う。これにより、蓄電装置１２２ｂの長寿命化を図るとともに、オペレータに与える操作違和感を低減することができる。以下、土砂の積み込み作業を例に具体的に説明する。

本実施の形態では、蓄電装置１２２ｂの蓄電率の低下に応じて、特定動作として選択された高負荷動作である「旋回ブーム上げ動作」と「掘削動作」に対して、本来の作業速度（アクチュエータ速度）に対する速度減少比率が同じになるよう出力の低減を行う。つまり、旋回ブーム上げ動作において、本来の作業速度（１００％）に対して７０％に低下させる場合、掘削動作についても同様に、本来の作業速度（１００％）に対して７０％に低下させる。これにより、異なる特定動作が行われたときの操作違和感を低減できる。

図３は、コントローラ１５０の機能ブロック図である。図３は、掘削動作や旋回ブーム上げ動作が行われ、発電電動機１２３ｂと旋回電動モータ１２４ｂが力行動作する際の制御内容について示している。コントローラ１５０は、放電電力制限値演算部１５１、要求動作出力低減率演算部１５２、出力上限値演算部１５３、動作出力配分演算部１５６、および、油圧電動出力配分演算部１５７を機能的に有している。

コントローラ１５０には、蓄電装置１２２ｂの許容放電電力、蓄電装置１２２ｂの蓄電率、各レバー操作量、および各シリンダ圧・旋回速度の情報が入力される。許容放電電力および蓄電率は、ＢＣＵ１２２によって演算され、コントローラ１５０に出力される。なお、許容放電電力とは、現在、蓄電装置１２２ｂが放電可能な電力のことを指し、蓄電装置１２２ｂ内に配設された蓄電素子の温度や電圧、ハード的な電流上限値から計算される。蓄電率（すなわち蓄電残量／容量）は、ＢＣＵ１２２により検出された蓄電素子の端子電圧等から周知の方法により推定演算される。

各レバー操作量には、以下（Ａ）〜（Ｈ）のレバー操作量が挙げられ、各操作レバーの操作量検出部１２５（図２参照）で検出される。
油圧パイロット式の操作レバーである場合、操作量検出部１２５（図２参照）は、操作レバーのパイロット弁から出力されるパイロット圧を検出する。
（Ａ）アームダンプ動作を指令するレバー操作量であるアームダンプ操作量
（Ｂ）アームクラウド動作を指令するレバー操作量であるアームクラウド操作量
（Ｃ）左旋回動作を指令するレバー操作量である左旋回操作量
（Ｄ）右旋回動作を指令するレバー操作量である右旋回操作量
（Ｅ）ブーム下げ動作を指令するレバー操作量であるブーム下げ操作量
（Ｆ）ブーム上げ動作を指令するレバー操作量であるブーム上げ操作量
（Ｇ）バケットクラウド動作を指令するレバー操作量であるバケットクラウド操作量
（Ｈ）バケットダンプ動作を指令するレバー操作量であるバケットダンプ操作量

図４は、左操作レバー１１１と右操作レバー１１２の操作方向に対応する油圧ショベル１００の動作を説明する図である。左操作レバー１１１は運転席の左側に位置し、右操作レバー１１２は運転席の右側に位置している。

左操作レバー１１１は、アームシリンダ１０５ａならびに旋回油圧モータ１０２ａおよび旋回電動モータ１２４ｂを操作する操作部材である。すなわち、左操作レバー１１１は、ブーム１０４に対するアーム１０５の回動動作、および、旋回体１０２の旋回動作を操作する操作部材である。左操作レバー１１１を中立位置ＮＰから前方に傾けると、アームダンプ動作（アーム押し動作ともいう）が行われる。アームダンプ動作とは、アームシリンダ１０５ａが収縮し、ブーム１０４に対し、アーム１０５の相対角度が広がる方向に、アーム１０５がレバー操作量に応じた速度で回動する（図１において時計回りに回動する）動作である。左操作レバー１１１を中立位置ＮＰから後方に傾けると、アームクラウド動作（アーム引き動作ともいう）が行われる。アームクラウド動作とは、アームシリンダ１０５ａが伸長し、アーム１０５をブーム１０４側に折りたたむように、アーム１０５がレバー操作量に応じた速度で回動する（図１において反時計回りに回動する）動作である。

左操作レバー１１１を中立位置ＮＰから左方に傾けると、油圧アクチュエータである旋回油圧モータ１０２ａおよび旋回電動モータ１２４ｂが駆動され、旋回体１０２がレバー操作量に応じた速度で左方向に旋回する左旋回動作が行われる。左操作レバー１１１を中立位置ＮＰから右方に傾けると、旋回油圧モータ１０２ａおよび旋回電動モータ１２４ｂが駆動され、旋回体１０２がレバー操作量に応じた速度で右方向に旋回する右旋回動作が行われる。

右操作レバー１１２は、ブームシリンダ１０４ａおよびバケットシリンダ１０６ａを操作する操作部材である。すなわち、右操作レバー１１２は、旋回体１０２に対するブーム１０４の回動動作、および、アーム１０５に対するバケット１０６の回動動作を操作する操作部材である。右操作レバー１１２を中立位置ＮＰから前方に傾けると、ブーム下げ動作が行われる。ブーム下げ動作とは、ブームシリンダ１０４ａが収縮し、ブーム１０４がレバー操作量に応じた速度で下方に回動する動作である。右操作レバー１１２を中立位置ＮＰから後方に傾けると、ブーム上げ動作が行われる。ブーム上げ動作とは、ブームシリンダ１０４ａが伸長し、ブーム１０４がレバー操作量に応じた速度で上方に回動する動作である。

右操作レバー１１２を中立位置ＮＰから左方に傾けると、バケットクラウド動作（バケットかき込み動作ともいう）が行われる。バケットクラウド動作とは、バケットシリンダ１０６ａが伸長し、バケット１０６の爪先（先端）がアーム１０５の腹面に近づくように、バケット１０６がレバー操作量に応じた速度で回動する（図１において反時計回りに回動する）動作である。右操作レバー１１２を中立位置ＮＰから右方に傾けると、バケットダンプ動作（バケット放土動作ともいう）が行われる。バケットダンプ動作とは、バケットシリンダ１０６ａが収縮し、バケット１０６の爪先がアーム１０５の腹面から離れるように、バケット１０６がレバー操作量に応じた速度で回動する（図１において時計回りに回動する）動作である。

左操作レバー１１１を中立位置ＮＰから左斜め前方などの斜め方向に傾けると、アーム１０５と旋回体１０２を複合的に動作させることができる。右操作レバー１１２を中立位置ＮＰから左斜め前方などの斜め方向に傾けると、ブーム１０４とバケット１０６を複合的に動作させることができる。このため、本実施の形態における油圧ショベル１００では、左操作レバー１１１および右操作レバー１１２を同時に操作することで、最大、４つの動作を複合的に行わせることができる。

各シリンダ圧とは、ブームシリンダ１０４ａ、アームシリンダ１０５ａおよびバケットシリンダ１０６ａのシリンダ圧のことを指し、各油圧シリンダに設けられたシリンダ圧検出装置（不図示）により検出される。旋回速度は、旋回体１０２の旋回速度を表す情報であり、旋回状態検出装置（不図示）により検出される。旋回状態検出装置は、旋回体１０２の旋回速度だけでなく、旋回位置や旋回方向も検出する。

図３に示すように、要求動作出力低減率演算部１５２は、ＢＣＵ１２２ａから出力された蓄電装置１２２ｂの蓄電率に基づいて、要求動作出力低減率を演算する。図５は、低減率テーブルＴ１を示す図である。コントローラ１５０の記憶装置には、蓄電装置１２２ｂの蓄電率に対する要求動作出力低減率のデータテーブルである「低減率テーブルＴ１」が予め記憶されている。

要求動作出力低減率演算部１５２は、低減率テーブルＴ１を参照し、蓄電装置１２２ｂの蓄電率に基づいて、要求動作出力低減率を演算する。

低減率テーブルＴ１は、蓄電率が第１閾値ｘ１[％]（たとえば、４０[％]）以上のときには要求動作出力低減率が０[％]であり、蓄電率が第１閾値ｘ１[％]未満、第２閾値ｘ２[％]（たとえば、３５[％]）以上の範囲では、蓄電率が低下するにしたがって要求動作出力低減率が直線的に増加し、第２閾値ｘ２[％]未満になると、要求動作出力低減率が１００[％]となる特性を有している。なお、第３閾値ｘ３[％]は、蓄電装置１２２ｂの使用適正下限値を表す蓄電率（たとえば、３０[％]）である。つまり、要求動作出力低減率演算部１５２は、蓄電率が第１閾値ｘ１[％]以上にある状態から蓄電率が徐々に低下した場合、第１閾値ｘ１[％]までは要求出力低減率を０[％]とする。すなわち、蓄電率が第１閾値ｘ１[％]以上であれば、出力制限は行われない。要求動作出力低減率演算部１５２は、第１閾値ｘ１[％]よりも蓄電率が低下すると、蓄電率の低下に応じて要求出力低減率を設定し、第２閾値ｘ２[％]未満では要求出力低減率を１００[％]（最大値）に設定する。

図３に示すように、放電電力制限値演算部１５１は、ＢＣＵ１２２から出力された許容放電電力に基づいて、放電電力制限値を演算し、蓄電装置１２２ｂの放電電力を制御する。図６は、放電電力制限値テーブルＴ２を示す図である。コントローラ１５０の記憶装置には、蓄電装置１２２ｂの蓄電率に対する蓄電装置１２２ｂの放電電力制限値のデータテーブルである「放電電力制限値テーブルＴ２」が予め記憶されている。

放電電力制限値演算部１５１は、放電電力制限値テーブルＴ２を参照し、蓄電装置１２２ｂの蓄電率に基づいて、放電電力制限値を演算する。

放電電力制限値テーブルＴ２は、蓄電率が第２閾値ｘ２[％]以上のときには放電電力制限値がｚ[ｋＷ]であり、蓄電率が第２閾値ｘ２[％]未満、第３閾値ｘ３[％]以上の範囲では、蓄電率が低下するにしたがって放電電力制限値が直線的に減少し、第３閾値ｘ３未満になると、放電電力制限値が０[ｋＷ]となる特性を有している。ここで、ｚ[ｋＷ]は、蓄電装置１２２ｂが新品であり、蓄電素子の温度が常温である場合の典型的な許容放電電力と略同じ値を採用している。つまり、放電電力制限値演算部１５１は、蓄電率が第２閾値ｘ２[％]以上にある状態から蓄電率が徐々に低下した場合、第２閾値ｘ２[％]までは放電電力上限値をｚ[ｋＷ]とする。すなわち、蓄電率が第２閾値ｘ２[％]以上であれば、放電電力制限は行われない。放電電力制限値演算部１５１は、第２閾値ｘ２[％]よりも蓄電率が低下すると、蓄電率が低くなるほど放電電力制限値を小さく設定し、第３閾値ｘ３[％]未満では蓄電装置１２２ｂが放電しないように制御する。

図３に示すように、出力上限値演算部１５３は、放電電力制限値演算部１５１で演算された放電電力制限値と、要求動作出力低減率演算部１５２で演算された要求動力出力低減率と、エンジンコントロールダイヤル（不図示）からの指令値であるエンジン目標回転速度と、各レバー操作量に基づいて、エンジン出力上限値および出力上限値を演算する。

図７は、出力上限値演算部１５３を詳細に説明する図である。図７に示すように、出力上限値演算部１５３は、エンジン出力上限値演算部１３１と、発電電動機力行出力上限値演算部１３２と、動作判別部１３３と、総出力上限値演算部１３４と、動作出力上限値演算部１３５と、出力上限値決定部１３６としての機能を有している。

エンジン出力上限値演算部１３１は、エンジン目標回転速度において出力可能なエンジン１２１ｂの出力最大値を演算し、出力最大値をエンジン出力上限値として出力する。

発電電動機力行出力上限値演算部１３２は、０[ｋＷ]から放電電力制限値演算部１５１で演算された放電電力制限値までの範囲において、発電電動機１２３ｂが最大限力行したときの出力を、発電電動機１２３ｂの効率などハード的な制約を考慮し、発電電動機出力上限値として演算する。

動作判別部１３３は、各レバー操作量に基づいて、動作の判別を行う。動作判別部１３３は、以下の条件（ｉ）が成立したときに、油圧ショベル１００による掘削動作が行われていると判別し、動作判別情報として「掘削動作」を表す情報を生成する。
条件（ｉ）アームクラウド操作量が閾値Ｌａ以上であり、かつ、バケットクラウド操作量が閾値Ｌｂ以上であること
なお、閾値Ｌａ，Ｌｂは、アームクラウド操作がなされたか否か、ならびに、バケットクラウド操作がなされたか否かを判断するための閾値であり、予め記憶装置に記憶されている。

動作判別部１３３は、以下の条件（ｉｉ）が成立したときに、油圧ショベル１００による旋回ブーム上げ動作が行われていると判別し、動作判別情報として「旋回ブーム上げ動作」を表す情報を生成する。
条件（ｉｉ）左／右旋回操作量が閾値Ｌｒ以上であり、かつ、ブーム上げ操作量が閾値Ｌｕ以上であること
なお、閾値Ｌｒ，Ｌｕは、左／右旋回操作がなされたか否か、ならびに、ブーム上げ操作がなされたか否かを判断するための閾値であり、予め記憶装置に記憶されている。

動作判別部１３３は、条件（ｉ）および（ｉｉ）のいずれも成立していない場合、すなわち「掘削動作」および「旋回ブーム上げ動作」のいずれにも該当しない場合、油圧ショベル１００は特定動作を行っていないと判別し、動作判別情報として「その他の状態」を表す情報を生成する。その他の状態には、放土動作、旋回戻り動作の他、作業待機状態（停止状態）も含まれる。

総出力上限値演算部１３４は、エンジン出力上限値演算部１３１で演算されたエンジン出力上限値と、発電電動機力行出力上限値演算部１３２で演算された発電電動機出力上限値とを加算して総出力上限値を演算する。総出力上限値は、現在の蓄電装置１２２ｂの蓄電率やエンジン回転速度の状況で出力可能な最大値である。

動作出力上限値演算部１３５は、動作判別部１３３で生成された動作判別情報（「掘削動作」、「旋回ブーム上げ動作」および「その他の状態」のいずれかに相当する情報）と、要求動作出力低減率演算部１５２で演算された要求動作出力低減率とに基づいて、動作出力上限値を演算する。

図８（ａ）は掘削出力上限テーブルＴ３を示す図であり、図８（ｂ）は旋回ブーム上げ出力上限テーブルＴ４を示す図であり、図８（ｃ）はその他の状態出力上限テーブルＴ５を示す図である。

動作出力上限値演算部１３５は、動作判別情報に基づいて、その動作判別情報に対応するテーブルを選択する。つまり、動作出力上限値演算部１３５は、動作判別情報が「掘削動作」である場合、図８（ａ）に示す掘削出力上限テーブルＴ３を選択し、動作判別情報が「旋回ブーム上げ動作」である場合、図８（ｂ）に示す旋回ブーム上げ出力上限テーブルＴ４を選択する。動作出力上限値演算部１３５は、動作判別情報が「その他の状態」である場合、図８（ｃ）に示すその他の状態出力上限テーブルＴ５を選択する。なお、本実施の形態における油圧ショベル１００では、左操作レバー１１１および右操作レバー１１２を同時に操作することで、最大、４つの動作を同時に（複合的に）行わせることができる。このため、４つの動作が同時に行われたことが判別された場合には、動作出力上限値演算部１３５は、旋回ブーム上げ出力上限テーブルＴ４を選択する。

動作出力上限値演算部１３５は、選択したテーブルを参照し、要求動作出力低減率に基づいて動作出力上限値を演算する。一般的に、掘削動作よりも旋回ブーム上げ動作の方が高負荷動作であることを考慮し、本実施の形態では、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、要求動作出力低減率が０[％]のときは掘削動作の出力上限値を８０[ｋＷ]、旋回ブーム上げ動作の出力上限値を９０[ｋＷ]に設定した。また、要求動作出力低減率が１００[％]のときは、連続サイクル作業が継続して行われた際に蓄電装置１２２ｂの平均的な放電量と平均的な充電量とが釣り合うように、十分小さな値に設定した。

動作出力上限値演算部１３５は、掘削動作と旋回ブーム上げ動作とで蓄電率の低下に応じた作業速度の低減比率が同じになるように、掘削動作と旋回ブーム上げ動作とで出力上限値を同じ比率で低減する。たとえば、要求動作出力低減率が１００％のときの出力上限値を、要求動作出力低減率が０[％]のときの出力上限値の５０[％]となるように、出力上限値を低減する。図８（ａ）に示すように、要求動作出力低減率が１００[％]のとき、掘削動作の出力上限値は、要求動作出力低減率が０[％]であるときの半分の値である４０[ｋＷ]に設定される。図８（ｂ）に示すように、要求動作出力低減率が１００[％]のとき、旋回ブーム上げ動作の出力上限値は、要求動作出力低減率が０[％]であるときの半分の値である４５[ｋＷ]に設定される。

なお、本実施の形態では、土砂の積み込み作業における低負荷動作（放土動作や旋回戻り動作）が行われたときには、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が第１閾値ｘ１[％]よりも低くなった場合であっても図８（ｃ）に示すように、出力上限値を変更しない、すなわち油圧アクチュエータの速度を低減しない。

一般に、動作出力と速度とは完全に比例するとは言えないが、実試験を通して各出力上限テーブルをチューニングすることで、蓄電率の低下に対して掘削動作と旋回ブーム上げ動作をより精度よく同じ比率で速度低下させることが可能である。

図７に示すように、出力上限値決定部１３６は、総出力上限値演算部１３４で演算された総出力上限値と、動作出力上限値で演算された動作出力上限値のうち値の小さい方を出力上限値として選択、決定する。動作出力上限値よりも総出力上限値の方が小さい場合、判別された動作にかかわらず、制限された蓄電装置１２２ｂの放電電力による発電電動機１２３ｂの出力と、エンジン１２１ｂが供給可能な出力との合計値以内で動作させるので、操作性を犠牲に確実に過放電を防ぐこととなる。これに対し、総出力上限値よりも動作出力上限値が小さい場合は、過放電の予防のために作業速度を低下させながらも可能な限り操作性を確保することとなる。

図３に示す動作出力配分演算部１５６は、各レバー操作量および各シリンダ圧・旋回速度、ならびに出力上限値演算部１５３で演算された出力上限値に基づいて、各アクチュエータが単独で要求する出力を演算する。以下、各要求出力の演算方法について具体的に説明する。

図９は、動作出力配分演算部１５６を詳細に説明する図である。動作出力配分演算部１５６は、旋回基本出力演算部１６１と、ブーム基本出力演算部１６２と、アーム基本出力演算部１６３と、バケット基本出力演算部１６４と、旋回・ブーム出力配分演算部１６５と、アーム・バケット出力配分演算部１６６を有している。

図１０は、旋回基本出力演算部１６１を詳細に説明する図である。図１０に示すように、旋回基本出力演算部１６１は、左操作レバー１１１による左旋回操作量および右旋回操作量と、旋回体１０２の旋回速度に基づいて、旋回基本出力を演算する。旋回基本出力演算部１６１は、左右旋回量選択部１６１ａと、演算部１６１ｂと、ゲイン設定部１６１ｃと、乗算部１６１ｄを有している。

左右旋回量選択部１６１ａは、左旋回操作量および右旋回操作量のうち、大きい方の操作量（以下、単に旋回操作量とも記す）を選択する。

コントローラ１５０の記憶装置には、図１０に示す、旋回操作量に対する旋回基準出力のデータテーブルである「旋回基準出力テーブルＴ６」が記憶されている。旋回基準出力テーブルＴ６は、旋回操作のみが行われ、旋回動作が単独で行われたときに必要十分な出力となるようにチューニングされている。旋回基準出力テーブルＴ６は、旋回操作量（旋回操作パイロット圧）が増加するにしたがって旋回基準出力が増加する特性である。演算部１６１ｂは、旋回基準出力テーブルＴ６を参照し、左右旋回量選択部１６１ａで選択された旋回操作量に基づいて、旋回基準出力を演算する。

コントローラ１５０の記憶装置には、図１０に示す、旋回速度に対する出力減少ゲインのデータテーブルである「出力減少ゲインテーブルＴ７」が記憶されている。旋回速度が大きくなるほど、旋回体１０２を加速させるために必要な力は小さくなる。出力減少ゲインテーブルＴ７において、出力減少ゲインは、旋回速度の増加に対して単調減少し、かつ操作感が良いようにチューニングされている。ゲイン設定部１６１ｃは、出力減少ゲインテーブルＴ７を参照し、旋回速度に基づいて、出力減少ゲインを演算する。なお、演算された出力減少ゲイン[％]は、換算部１６１ｅにより比率とされ、乗算部１６１ｄにより、演算部１６１ｂで演算された旋回基準出力に乗算され、乗算結果が旋回基本出力として決定される。

図１１は、ブーム基本出力演算部１６２を詳細に説明する図である。ブーム基本出力演算部１６２は、ブーム上げ操作量およびブーム下げ操作量に基づいて、ブーム基本出力を演算する。図１１に示すように、ブーム基本出力演算部１６２は、ブーム上げ基本出力演算部１６２ａと、ブーム下げ基本出力演算部１６２ｂと、最大値選択部１６２ｃとしての機能を有している。

コントローラ１５０の記憶装置には、図１１に示す、ブーム上げ操作量に対するブーム上げ基本出力のデータテーブルである「ブーム上げ基本出力テーブルＴ８」が記憶されている。ブーム上げ基本出力テーブルＴ８は、ブーム上げ操作のみが行われ、ブーム上げ動作が単独で行われたときに必要十分な出力となるようチューニングされている。ブーム上げ基本出力テーブルＴ８は、ブーム上げ操作量（ブーム上げ操作パイロット圧）が増加するにしたがってブーム上げ基本出力が増加する特性である。

コントローラ１５０の記憶装置には、図１１に示す、ブーム下げ操作量に対するブーム下げ基本出力のデータテーブルである「ブーム下げ基本出力テーブルＴ９」が記憶されている。ブーム下げ基本出力テーブルＴ９は、ブーム下げ操作のみが行われ、ブーム下げ動作が単独で行われたときに必要十分な出力となるようチューニングされている。ブーム下げ動作は、フロント作業装置１０３の自重を利用して行うことができる。このため、ブーム下げ基本出力テーブルＴ９は、ブーム上げ基本出力テーブルＴ８に比べて、操作量に対する基本出力が小さくなる特性を有している。

ブーム上げ基本出力演算部１６２ａは、ブーム上げ基本出力テーブルＴ８を参照し、ブーム上げ操作量に基づいて、ブーム上げ基本出力を演算する。同様に、ブーム下げ基本出力演算部１６２ｂは、ブーム下げ基本出力テーブルＴ９を参照し、ブーム下げ操作量に基づいて、ブーム下げ基本出力を演算する。

最大値選択部１６２ｃは、ブーム上げ基本出力演算部１６２ａで演算されたブーム上げ基本出力と、ブーム下げ基本出力演算部１６２ｂで演算されたブーム下げ基本出力のうち、大きい方の基本出力をブーム基本出力として選択する。

図９に示すアーム基本出力演算部１６３は、上述のブーム基本出力演算部１６２と同様に、アームクラウド操作量に基づいてアームクラウド基本出力を演算し、アームダンプ操作量に基づいてアームダンプ基本出力を演算し、演算結果のうち大きい方の基本出力をアーム基本出力として選択する。なお、図示しないが、コントローラ１５０には、アームクラウド操作量に対するアームクラウド基本出力のデータテーブル、およびアームダンプ操作量に対するアームダンプ基本出力のデータテーブルが記憶されている。

図９に示すバケット基本出力演算部１６４は、上述のブーム基本出力演算部１６２と同様に、バケットクラウド操作量に基づいてバケットクラウド基本出力を演算し、バケットダンプ操作量に基づいてバケットダンプ基本出力を演算し、演算結果のうち大きい方の基本出力をバケット基本出力として選択する。なお、図示しないが、コントローラ１５０には、バケットクラウド操作量に対するバケットクラウド基本出力のデータテーブル、およびバケットダンプ操作量に対するバケットダンプ基本出力のデータテーブルが記憶されている。

図１２は、旋回・ブーム出力配分演算部１６５を詳細に説明する図である。コントローラ１５０の記憶装置には、図１２に示す、アーム・バケット基本総出力に対するアーム・バケット配分総出力のデータテーブルである「アーム・バケット配分総出力データテーブルＴ１０」が記憶されている。

図１２に示すように、旋回・ブーム出力配分演算部１６５は、旋回基本出力、ブーム基本出力、アーム基本出力、バケット基本出力、および出力上限値に基づいて、旋回要求出力とブーム要求出力とを演算する。旋回・ブーム出力配分演算部１６５は、アーム・バケット配分総出力演算部１６５ｂ、最小値選択部１６５ｅ，１６５ｙ，１６５ｚ、最大値選択部１６５ｗ，１６５ｘ、加算部１６５ａ，１６５ｄ、減算部１６５ｃ、除算部１６５ｆ，１６５ｇ、および乗算部１６５ｈ，１６５ｉを有している。

加算部１６５ａは、アーム基本出力とバケット基本出力とを加算し、アーム・バケット基本総出力を決定する。アーム・バケット配分総出力演算部１６５ｂは、アーム・バケット配分総出力データテーブルＴ１０を参照し、アーム・バケット基本総出力に基づいて、アーム・バケット配分総出力を演算する。これにより、予めアーム１０５およびバケット１０６の動作に対する出力が確保される。

減算部１６５ｃは、出力上限値からアーム・バケット配分総出力を減算し、旋回・ブーム出力上限値を決定する。加算部１６５ｄは、旋回基本出力とブーム基本出力とを加算し、旋回・ブーム基本総出力を決定する。

最小値選択部１６５ｅは、旋回・ブーム出力上限値と、旋回・ブーム基本総出力のうち小さい方を選択し、旋回・ブーム配分総出力として決定する。つまり、旋回・ブーム基本総出力が旋回・ブーム出力上限値よりも大きければ、旋回動作およびブーム動作に制限はかからない。一方、旋回・ブーム基本総出力が旋回・ブーム出力上限値よりも小さければ、旋回動作およびブーム動作が制限されることになる。

除算部１６５ｆは、旋回基本出力から旋回・ブーム基本総出力を除し、旋回配分比率を決定する。除算部１６５ｇは、ブーム基本出力から旋回・ブーム基本総出力を除し、ブーム配分比率を決定する。なお、最大値選択部１６５ｗ，１６５ｘは、基本出力と、１とを比較して最大値を選択することで、ゼロ除算を防止する。

乗算部１６５ｈは、旋回・ブーム配分総出力に旋回配分比率を乗算する。乗算部１６５ｈでの乗算結果は、最小値選択部１６５ｙにおいて旋回基本出力と比較され、小さい方が旋回要求出力として決定される。

乗算部１６５ｉは、旋回・ブーム配分総出力にブーム配分比率を乗算する。乗算部１６５ｉでの乗算結果は、最小値選択部１６５ｚにおいてブーム基本出力と比較され、小さい方がブーム要求出力として決定される。

図１３は、アーム・バケット出力配分演算部１６６を詳細に説明する図である。アーム・バケット出力配分演算部１６６は、アーム基本出力、バケット基本出力、出力上限値、ならびに、旋回・ブーム出力配分演算部１６５で演算された旋回要求出力およびブーム要求出力に基づいて、アーム要求出力とバケット要求出力とを演算する。

アーム・バケット出力配分演算部１６６は、最小値選択部１６６ｅ，１６６ｙ，１６６ｚ、最大値選択部１６６ｗ，１６６ｘ、加算部１６６ａ，１６６ｄ、減算部１６６ｃ、除算部１６６ｆ，１６６ｇ、および乗算部１６６ｈ，１６６ｉを有している。

加算部１６６ａは、旋回要求出力とブーム要求出力とを加算し、旋回・ブーム要求総出力を決定する。減算部１６６ｃは、出力上限値から旋回・ブーム要求総出力を減算し、アーム・バケット出力上限値を決定する。加算部１６６ｄは、アーム基本出力とバケット基本出力とを加算し、アーム・バケット基本総出力を決定する。

最小値選択部１６６ｅは、アーム・バケット出力上限値と、アーム・バケット基本総出力のうち小さい方を選択し、アーム・バケット配分総出力として決定する。つまり、アーム・バケット基本総出力がアーム・バケット出力上限値よりも大きければ、アーム動作およびバケット動作に制限はかからない。一方、アーム・バケット基本総出力がアーム・バケット出力上限値よりも小さければ、アーム動作およびバケット動作が制限されることになる。なお、最小値選択部１６６ｅにより求められたアーム・バケット配分総出力と、図１２のアーム・バケット配分総出力演算部１６５ｂにより求められたアーム・バケット配分総出力とは等しい。

除算部１６６ｆは、アーム基本出力からアーム・バケット基本総出力を除し、アーム配分比率を決定する。除算部１６６ｇは、バケット基本出力からアーム・バケット基本総出力を除し、バケット配分比率を決定する。なお、最大値選択部１６６ｗ，１６６ｘは、基本出力と、１とを比較して最大値を選択することで、ゼロ除算を防止する。

乗算部１６６ｈは、アーム・バケット配分総出力にアーム配分比率を乗算する。乗算部１６６ｈでの乗算結果は、最小値選択部１６６ｙにおいてアーム基本出力と比較され、小さい方がアーム要求出力として決定される。

乗算部１６６ｉは、アーム・バケット配分総出力にバケット配分比率を乗算する。乗算部１６６ｉでの乗算結果は、最小値選択部１６６ｚにおいてバケット基本出力と比較され、小さい方がバケット要求出力として決定される。

図１４は、油圧電動出力配分演算部１５７を詳細に説明する図である。油圧電動出力配分演算部１５７は、放電電力制限値、旋回要求出力、ブーム要求出力、アーム要求出力、バケット要求出力、およびエンジン出力上限値に基づいて、電動旋回出力指令、発電電動機出力指令、およびエンジン出力指令を決定する。

油圧電動出力配分演算部１５７は、油圧電動旋回出力配分演算部１７１と、推定総ポンプ出力演算部１７２と、エンジン発電電動機出力配分演算部１７３を有している。

油圧電動旋回出力配分演算部１７１は、放電電力制限値を超えないように、旋回電動モータ１２４ｂが最大限力行したときの出力を旋回電動モータ１２４ｂの効率などハード的な制約を考慮して旋回電動モータ力行出力上限値を演算する。油圧電動旋回出力配分演算部１７１は、旋回電動モータ力行出力上限値と旋回要求出力とを比較し、小さいほうを電動旋回出力指令として選択、決定する。旋回電動モータ力行出力上限値よりも旋回要求出力の方が大きい場合、油圧電動旋回出力配分演算部１７１は、旋回要求出力から旋回電動モータ力行出力上限値を差し引いた値を油圧旋回出力指令の値として設定する。逆に、旋回電動モータ力行出力上限値よりも旋回要求出力の方が小さい場合、油圧電動旋回出力配分演算部１７１は、０を油圧旋回出力指令の値として設定する。

推定総ポンプ出力演算部１７２は、油圧旋回出力指令、ブーム要求出力、アーム要求出力、およびバケット要求出力の合計を計算し、油圧ポンプ１２６の効率を考慮して推定総ポンプ出力を演算する。

エンジン発電電動機出力配分演算部１７３は、推定総ポンプ出力とエンジン出力上限値の差を演算する。推定総ポンプ出力の方がエンジン出力上限値よりも大きい場合、推定総ポンプ出力からエンジン出力上限値を差し引いた値を発電電動機出力指令とし、力行指令として出力するとともに、エンジン出力上限値をエンジン出力指令として出力する。逆に、エンジン出力上限値の方が推定総ポンプ出力よりも大きい場合、蓄電装置１２２ｂの蓄電率によってはエンジン出力上限値と推定総ポンプ出力の差の範囲内で発電指令として発電電動機出力指令を出力することができる。このとき、推定総ポンプ出力と発電電動機出力指令（発電）の合計値がエンジン出力指令となる。

コントローラ１５０は、以上の一連の制御で演算された電動旋回出力指令、発電電動機出力指令をエンジン出力指令からさらに旋回電動トルク指令、発電電動機トルク指令、エンジン回転速度指令を演算する。コントローラ１５０は、第１のインバータ１２３ａ、第２のインバータ１２４ａ、ＥＣＵ１２１ａ、ＢＣＵ１２２ａのそれぞれに各種指令を出力し、それぞれが指令を実現するよう発電電動機１２３ｂ、旋回電動モータ１２４ｂ、蓄電装置１２２ｂ、およびエンジン１２１ｂの制御を行う。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向の度合いを表す蓄電率に基づいて、油圧アクチュエータの速度の制御を行う。コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向の度合いが高くなった場合、すなわち蓄電率が低くなった場合、油圧ショベル１００が行う複数の作業動作のうち、予め定められた１以上の特定動作である「掘削動作」および「旋回ブーム上げ動作」が行われたときに、この特定動作に対して予め定められた、蓄電率に対する比率で、油圧アクチュエータの速度を低減する。これにより、蓄電率が低下することを抑制できるので、蓄電装置１２２ｂの長寿命化を図ることができる。本実施の形態によれば、たとえば、操作違和感の少ない作業動作を特定動作として選択し、この特定動作に対して油圧アクチュエータの速度を低減することで、操作違和感を低減することができる。このため、本実施の形態によれば、全動作に対して同じ出力上限値を設定する場合に比べて、オペレータの操作違和感を低減することができる。

（２）コントローラ１５０は、図５に示す低減率テーブルＴ１を参照し、「掘削動作」および「旋回ブーム上げ動作」に対して、同じ比率で油圧アクチュエータの速度が低減されるように制御する。これにより、「掘削動作」と「旋回ブーム上げ動作」とで、蓄電率の大きさに応じて同様の速度制限がなされるので、オペレータの操作違和感を低減することができる。

（３）コントローラ１５０は、左操作レバー１１１および右操作レバー１１２の操作量に基づいて、特定動作である「掘削動作」や「旋回ブーム上げ動作」が行われたか否かを判別する。これにより、特定動作を確実に判別し、適切な速度低減を行うことができる。また、油圧アクチュエータの動作や負荷を検出して、特定動作が行われたか否かを判別する場合に比べて、出力制限制御の応答性の向上を図ることができる。すなわち、特定動作が行われた際に、一時的に出力が制限値を超えてしまうことを防止できる。

（４）本実施の形態では、特定動作として高負荷動作を選択した。コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向の度合いが予め定められた閾値に達し、かつ、高負荷動作（掘削動作、旋回ブーム上げ動作）が行われたときに油圧アクチュエータの速度を低減する。一方、コントローラ１５０は、低負荷動作（放土動作、旋回戻り動作）が行われたときには、蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向の度合いが予め定められた閾値に達した場合であっても油圧アクチュエータの速度を低減しない。土砂の積み込み作業において、蓄電装置１２２ｂの放電量に大きく寄与する高負荷動作に対して制限を行うようにしたので、効果的に蓄電装置１２２ｂの放電量を抑えることができる。なお、低負荷動作は制限されることが無いため、高負荷動作が制限されたときにオペレータが違和感を覚えるおそれがある。しかしながら、オペレータが、制限制御が行われる場合には高負荷動作のみが制限されることを把握していれば、操作違和感を低減することができる。これに対して、全動作に対して同じ出力上限値を設定する場合、どの動作がどのタイミングで制限がかかるかが不明であるので、オペレータに大きな操作違和感が生じるおそれがある。

（５）コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が、予め定められた第１閾値ｘ１[％]よりも低くなった場合に、油圧アクチュエータの速度を低減する。第１閾値ｘ１[％]は、蓄電装置１２２ｂの適正使用範囲の下限値である第３閾値ｘ３［％］よりも高い値である（ｘ１＞ｘ３）。このように、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が、適正使用範囲から逸脱する前に各油圧アクチュエータの動作速度を低下させるようにしたので、適正使用範囲よりも蓄電率が低下した状態で蓄電装置１２２ｂによる充放電が行われることを防止できる。その結果、蓄電装置１２２ｂの寿命を向上できる。

（６）コントローラ１５０は、蓄電率が予め定められた第１閾値ｘ１［％］よりも低くなった場合、その低下の度合いに応じて、要求動作出力低減率（つまり油圧アクチュエータの速度の低減比率）を大きくする（図５参照）。これにより、動作速度を低減しすぎることがなく、蓄電装置１２２ｂの過放電を防止することが可能となる。

（７）コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が、第１閾値［％］よりも小さい値として予め定められた第２閾値ｘ２［％］よりも低くなった場合に、予め定められた放電電力制限値テーブルＴ２（図６参照）および蓄電率に基づいて放電電力制限値を演算する。コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂの放電電力が、放電電力制限値を超えないように、発電電動機１２３ｂ、旋回電動モータ１２４ｂおよび油圧ポンプ１２６を制御する。蓄電率が第２閾値ｘ２［％］よりも低下した場合に、特定動作が行われたか否かにかかわらず、放電電力の制限値を小さくすることで、蓄電装置１２２ｂの蓄電率の低下を抑制し、蓄電装置１２２ｂの劣化を抑制することができる。

（８）コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が、第２閾値ｘ２［％］から低くなるほど放電電力制限値を小さくする。さらに、コントローラ１５０は、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が、第２閾値ｘ２［％］よりも小さい値として予め定められた第３閾値ｘ３［％］よりも低くなった場合に、蓄電装置１２２ｂが放電しないように、発電電動機１２３ｂ、旋回電動モータ１２４ｂおよび油圧ポンプ１２６を制御する。これにより、さらに蓄電装置１２２ｂの蓄電率が低下した場合に、蓄電装置１２２ｂの蓄電率の低下を抑制し、蓄電装置１２２ｂの劣化を抑制することができる。

（９）エンジン１２１ｂには、その最大出力が油圧ポンプ１２６の最大吸収動力よりも小さい小型のエンジンを採用した。これにより、燃費の向上を図ることができる。小型のエンジンを備えた油圧ショベルでは、大型のエンジンを備える場合に比べて、蓄電装置１２２ｂが激しく充放電を繰り返すことになるので、本実施の形態に係る油圧アクチュエータの速度の制限が行われる機会が多く、操作違和感の低減効果が大きい。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
上述した実施の形態では、土砂の積み込み作業を例に、動作判別部１３３が、「掘削動作」、「旋回ブーム上げ動作」および「その他の状態」の３通りの動作判別を行い、「掘削動作」、「旋回ブーム上げ動作」の作業速度を制限する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、ブーム上げ操作量とアームクラウド操作量がそれぞれ一定以上である場合、油圧ショベル１００が水平引き動作を行っていると判別し、動作判別情報として「水平引き動作」を表す情報を生成するなど、想定される作業を考慮し、種々の動作を判別させるようにしてもよい。これにより、水平引き動作の作業速度を制限することができる。

（変形例２）
上述した実施の形態で説明した制限制御の方法は一例であり、蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向の度合いに対して予め定められた比率で、油圧アクチュエータの速度を低減する種々の制限制御方法に本発明を適用することができる。

（変形例３）
上述した実施の形態では、蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向の度合いを表す劣化傾向値の一例として、蓄電装置１２２ｂの蓄電率を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。リチウムイオン電池を備える蓄電装置１２２ｂは、最大電流値以内でも短時間に高電流が出し入れされると、劣化が促進されることが知られている。そこで、過去何秒の間にどれだけ電流が入出流したら劣化が促進されるかの知見があれば、その値を超えないように蓄電装置１２２ｂを使用することで、蓄電装置１２２ｂの劣化を抑制することができる。このとき、上述した実施形態で説明した蓄電率の低下に応じて作業速度を制限する方法と同様に、蓄電装置１２２ｂの使用状況に応じて作業速度を低減すれば、蓄電装置１２２ｂの劣化を防止しつつ、オペレータへの操作違和感を抑制することができる。また、蓄電装置１２２ｂの温度が適正使用範囲を逸脱すると、蓄電装置１２２ｂの劣化が促進されることが知られている。そこで、蓄電装置１２２ｂの温度を劣化傾向値として採用し、蓄電装置１２２ｂの温度に基づいて、蓄電装置１２２ｂが劣化する傾向にあるか否かを判定し、作業速度を制限するようにしてもよい。

（変形例４）
上述した実施の形態では、エンジン１２１ｂの最大出力は、油圧ポンプ１２６の最大吸収動力よりも小さい場合の例について説明したが、本発明はこれに限定されない。エンジン１２１ｂの最大出力は、油圧ポンプ１２６の最大吸収動力よりも大きい場合にも本発明を適用することができる。

（変形例５）
上述した実施の形態では、土砂の積み込み作業を例に、高負荷動作である「掘削動作」および「旋回ブーム上げ動作」を制限する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、瞬間的な高負荷動作と長時間行われる低負荷動作とを含む連続サイクル作業においては、高負荷動作は制限せず、低負荷動作を制限するようにしてもよい。連続サイクル作業が行われたときに、蓄電装置１２２ｂの蓄電率が低下しないように動作を制限するのであれば、制限する特定動作は任意に設定することができる。

（変形例６）
上述した実施の形態では、油圧ショベル１００が行う複数の作業動作のうち、２つの特定動作（掘削動作および旋回ブーム上げ動作）に対して、同じ比率で油圧アクチュエータの速度を低減するようにした例について説明したが、本発明はこれに限定されない。３つ以上の特定動作に対して、同じ比率で油圧アクチュエータの速度を低減するようにしてもよい。また、２以上の特定動作に対して、同じ比率で油圧アクチュエータの速度を低減する場合に限定されることもなく、各特定動作に対して異なる比率で油圧アクチュエータの速度を低減するようにしてもよい。さらに、１の特定動作に対してのみ、油圧アクチュエータの速度を低減するようにしてもよい。

（変形例７）
上述した実施の形態では、「掘削動作」および「旋回ブーム上げ動作」に対して、同じ要求動作出力低減率で要求動作出力を低減する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。「掘削動作」および「旋回ブーム上げ動作」のそれぞれに対して、低減率テーブルを定めておいてもよい。この場合、「掘削動作」と「旋回ブーム上げ動作」に対して、一方だけが制限されているような違和感が生じないように、すなわち各特定動作の作業速度がほぼ同じ比率で低減するように、各低減率テーブルの特性を設定することが好ましい。

（変形例８）
上述した実施の形態では、蓄電装置１２２ｂに搭載される蓄電素子として、リチウムイオン電池を例に説明したが、ニッケルカドニウム電池、ニッケル水素電池などその他の二次電池にも本発明を適用できる。さらに、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタを蓄電素子とした蓄電装置を備えたハイブリッド作業機械にも本発明を適用できる。

（変形例９）
上述した実施の形態では、発電電動機１２３ｂの発電電力および蓄電装置１２２ｂの放電電力の少なくともいずれか一方により駆動される旋回電動モータ１２４ｂと、油圧ポンプ１２６から吐出される圧油によって駆動される旋回油圧モータ１０２ａとを備え、旋回電動モータ１２４ｂおよび旋回油圧モータ１０２ａの合計トルクで旋回体１０２を回転駆動する構成の油圧ショベル１００を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。旋回電動モータ１２４ｂを備えていない油圧ショベルに本発明を適用することもできる。

（変形例１０）
上述した実施の形態では、ハイブリッド油圧ショベルを例に説明をしたが、本発明はこれに限定されない。エンジン１２１ｂと油圧ポンプ１２６に連結された発電電動機１２３ｂと、蓄電装置１２２ｂとを備える種々のハイブリッド作業機械に本発明を適用することができる。たとえば、上記構成に加えて、発電電動機１２３ｂで発生した電力により駆動する走行用の電動モータを備え、上記クローラ式の走行体１０１に代えて車輪を有するハイブリッドホイールローダに本発明を適用してもよい。ホイールローダの作業として、砂利を掘削してかき上げを行う連続サイクル作業がある。掘削・かき上げは、双方ともに高負荷動作であるが、一般にかき上げの方がより高負荷動作である。この高負荷動作を繰り返し行うことで蓄電装置１２２ｂの蓄電率が低下した場合に、掘削動作、およびかき上げ動作に対して、同じ比率で動作出力を低下することで、オペレータの操作違和感を小さくすることができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１００ 油圧ショベル（作業機械）、１０１ 走行体、１０２ 旋回体、１０２ａ 旋回油圧モータ（油圧アクチュエータ）、１０４ ブーム、１０４ａ ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）、１０５ アーム、１０５ａ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）、１０６ バケット、１０６ａ バケットシリンダ（油圧アクチュエータ）、１１１ 左操作レバー（操作部材）、１１２ 右操作レバー（操作部材）、１２１ｂ エンジン、１２２ｂ 蓄電装置、１２３ｂ 発電電動機、１２４ｂ 旋回電動モータ、１２６ 油圧ポンプ、１５０ コントローラ（制限制御部、動作判別部、放電制御部）

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電電動機と、前記発電電動機との間で電力の授受を行う蓄電装置と、前記エンジンおよび前記発電電動機により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圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータを操作する操作部材と、を備えたハイブリッド作業機械であって、
   前記蓄電装置の蓄電率が低くなった場合であって、前記ハイブリッド作業機械が行う複数の作業動作のうち、予め定められた１以上の複合的な作業動作（以下、特定動作と記す）が行われたときに、前記特定動作に対して予め定められた、前記蓄電装置の蓄電率に対する比率としての要求動作出力低減率に基づいて動作出力上限値を演算する動作出力上限値演算部と、
   前記動作出力上限値演算部で演算された動作出力上限値に基づいて前記複数の油圧アクチュエータの要求動作出力をそれぞれ配分して、前記複数の油圧アクチュエータの速度をそれぞれ低減する制限制御部と、
   前記蓄電装置の放電を制御する放電制御部と、を備え、
   前記特定動作は、第１複合動作および前記第１複合動作よりも負荷の高い第２複合動作を含む高負荷動作であって、前記第２複合動作における前記要求動作出力低減率に対する動作出力上限値は、前記第１複合動作における前記要求動作出力低減率に対する動作出力上限値よりも高く設定され、
   前記動作出力上限値演算部は、
   前記蓄電装置の蓄電率が、予め定められた第１の閾値よりも低くなった場合であって、前記特定動作が行われたときには、前記第１複合動作と前記第２複合動作とで蓄電率の低下に応じた作業速度の低減比率が同じになるように、前記第１複合動作と前記第２複合動作とで動作出力上限値を同じ比率で低減し、
   前記特定動作に比べて負荷の低い低負荷動作が行われたときには、前記蓄電装置の蓄電率が前記第１の閾値よりも低くなった場合であっても、前記低負荷動作における動作出力上限値を変更せず、
   前記放電制御部は、前記蓄電装置の蓄電率が、前記第１の閾値よりも小さい値として予め定められた第２の閾値よりも低くなった場合には、前記特定動作が行われたか否かにかかわらず、前記蓄電装置の放電電力の制限値を小さくする
   ことを特徴とするハイブリッド作業機械。

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