JP6626371B2 - ハイブリッド作業機械 - Google Patents
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Description
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。
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
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (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。
Priority Applications (6)
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EP17759411.6A EP3428025B1 (en) | 2016-02-29 | 2017-01-11 | Hybrid work machine |
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