WO2011099437A1

WO2011099437A1 - ハイブリッド建設機械の制御システム

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Publication number: WO2011099437A1
Application number: PCT/JP2011/052494
Authority: WO
Inventors: 治彦川崎; 祐弘江川
Original assignee: カヤバ工業株式会社
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2011-08-18
Also published as: CN102482867A; US9026297B2; US20140107880A1; KR20120061954A; CN102482867B; US8655558B2; US20120245782A1; DE112011100518T5; KR101368031B1

Abstract

　コントローラは、圧力センサーに接続する。コントローラは、圧力センサーからの圧力信号に応じてサブポンプのレギュレータを制御し、メインポンプの出力を検出してメインポンプの出力に応じてあらかじめ記憶されたテーブルに基づいて電動モータの出力を制御する。

Description

ハイブリッド建設機械の制御システム

　この発明は、電動機の駆動力で回転するサブポンプを備えたハイブリッド建設機械の制御システムに関する。

　ＪＰ２００９－２３５７１７Ａはハイブリッド建設機械の制御システムを開示している。

　この従来の制御システムでは、可変容量のメインポンプの吐出側に可変容量のサブポンプの吐出油を合流させ、サブポンプを電動モータで駆動する。メインポンプは操作弁の操作量に応じて発生するパイロット圧の作用でその傾転角が制御される。

　メインポンプに対するサブポンプのアシスト力は、パイロット圧に対応して最も効率的になるようにあらかじめ設定されている。

　この従来の制御システムでは、サブポンプのアシスト力が、メインポンプのパイロット圧に対応しているが、あらかじめ設定されているので、例えば、軽作業や重作業などの作業状態が変化しても、そのアシスト力が変わらない。そのために、アシストポンプは、軽作業時にも必要以上の出力をしてしまい、バッテリー消費が大きくなる。

　電動モータは、バッテリーの電力で駆動し、バッテリーの寿命は、消耗した電力の累積量に比例するので、軽作業時に必要以上の電力を消費すれば、その分、バッテリーの寿命も短くなる。

　この発明の目的は、ハイブリッド建設機械の制御システムにおいて、サブポンプの駆動源である電動モータの出力を、軽作業や重作業などの作業状態に対応して制御し、バッテリー消費を少なくし、バッテリーの寿命を延ばすことである。

　本発明のある態様によれば、ハイブリッド建設機械の制御システムであって、可変容量のメインポンプと、前記メインポンプに接続され、複数の操作弁を有する回路系統と、前記メインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、前記回路系統に設けられ、前記複数の操作弁のいずれかを切り換え操作した場合に発生するパイロット圧を前記レギュレータに導くパイロット流路と、電動モータと、前記メインポンプの吐出側に接続され、前記電動モータの出力で駆動する可変容量のサブポンプと、前記サブポンプに設けられ、前記サブポンプの傾転角を制御するレギュレータと、前記パイロット流路に設けられ、前記パイロット圧を検出する圧力センサーと、前記圧力センサーに接続し、前記圧力センサーからの圧力信号に応じて前記サブポンプの前記レギュレータを制御し、前記メインポンプの出力を検出して前記メインポンプの出力に応じてあらかじめ記憶されたテーブルに基づいて前記電動モータの出力を制御するコントローラと、を備える制御システムが提供される。

　上記態様によれば、例えば、軽作業あるいは重作業などの作業状態に対応して、電動モータのアシスト力を制御できるので、軽作業時に必要以上のアシスト力を発揮することがなくなり、その分、バッテリー消費が少なくなる。

　軽作業時に電動モータの出力を相対的に小さくできるので、バッテリーの寿命を延ばすこともできる。

　本発明の実施形態及び本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態を示す油圧回路図である。図２は、アシストモータの押しのけ容積とブームシリンダの戻り油による圧力との関係を示したグラフである。図３は、リリーフ弁のリリーフ流量とブームシリンダの戻り油による圧力との関係を示したグラフである。図４は、コントローラの制御内容を示すフローチャートである。

　図１に示した実施形態は、パワーショベルの制御システムである。制御システムは、可変容量の第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２を備える。第１メインポンプＭＰ１には第１回路系統が接続され、第２メインポンプＭＰ２には第２回路系統が接続される。

　第１回路系統には、上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する操作弁１、図示していないアームシリンダを制御する操作弁２、ブームシリンダＢＣを制御する操作弁３、図示していない予備用アタッチメントを制御する操作弁４および図示していない左走行用モータを制御する操作弁５が接続される。

　各操作弁１～５のそれぞれは、中立流路６およびパラレル通路７を介して第１メインポンプＭＰ１に接続される。

　中立流路６の操作弁５の下流側にはパイロット圧生成機構８を設けている。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高いパイロット圧を生成し、その流量が少なければ低いパイロット圧を生成する。

　中立流路６は、操作弁１～５のすべてが中立位置もしくは中立位置近傍にある場合は、第１メインポンプＭＰ１から吐出された流体の全部または一部をタンクＴに導く。この場合は、パイロット圧生成機構８を通過する流量も多くなるので、高いパイロット圧が生成される。

　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。この場合は、パイロット圧生成機構８を流れる流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つ。

　ただし、操作弁１～５の操作量によっては、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、一部が中立流路６からタンクＴに導かれるので、パイロット圧生成機構８は、中立流路６に流れる流量に応じたパイロット圧を生成する。言い換えると、パイロット圧生成機構８は、操作弁１～５の操作量に応じたパイロット圧を生成する。

　パイロット圧生成機構８にはパイロット流路９が接続される。パイロット流路９は、第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御するレギュレータ１０に接続される。レギュレータ１０は、パイロット圧と逆比例して第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。操作弁１～５がフルストロークして中立流路６の流れがゼロになった場合、言い換えるとパイロット圧生成機構８が発生するパイロット圧がゼロになった場合に、第１メインポンプＭＰ１の吐出量が最大に保たれる。

　パイロット流路９には第１圧力センサー１１が接続される。第１圧力センサー１１で検出した圧力信号はコントローラＣに入力される。

　第２回路系統には、上流側から順に、図示していない右走行用モータを制御する操作弁１２、図示していないバケットシリンダを制御する操作弁１３、ブームシリンダＢＣを制御する操作弁１４および図示していないアームシリンダを制御する操作弁１５が接続される。操作弁１４には、その操作方向および操作量を検出するセンサー１４ａが設けられる。

　各操作弁１２～１５は、中立流路１６を介して第２メインポンプＭＰ２に接続される。操作弁１３および操作弁１４はパラレル通路１７を介して第２メインポンプＭＰ２に接続される。

　中立流路１６の操作弁１５の下流側にはパイロット圧生成機構１８が設けられる。パイロット圧生成機構１８は、パイロット圧生成機構８と全く同様に機能する。

　パイロット圧生成機構１８にはパイロット流路１９が接続される。パイロット流路１９は、第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御するレギュレータ２０に接続される。レギュレータ２０は、パイロット圧と逆比例して第２メインポンプＭＰ２の吐出量を制御する。したがって、操作弁１２～１５をフルストロークして中立流路１６の流れがゼロになった場合、言い換えるとパイロット圧生成機構１８が発生するパイロット圧がゼロになった場合は、第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最大に保たれる。

　パイロット流路１９には第２圧力センサー２１が接続される。第２圧力センサー２１で検出された圧力信号はコントローラＣに入力される。

　第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２は、一つのエンジンＥの駆動力で同軸回転する。エンジンＥにはジェネレータ２２が設けられる。ジェネレータ２２はエンジンＥの余剰出力で回転し、発電する。ジェネレータ２２が発電した電力は、バッテリーチャージャー２３を介してバッテリー２４に充電される。

　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、バッテリー２４に電力を充電できる。つまり、バッテリーチャージャー２３は、別の独立系電源にも接続可能である。

　第１回路系統に接続する操作弁１のアクチュエータポートには、旋回モータＲＭに連通する通路２６、２７が接続される。両通路２６、２７のそれぞれにはブレーキ弁２８、２９が接続される。操作弁１を図示の中立位置に保っている場合は、アクチュエータポートが閉じられて旋回モータＲＭは停止状態を維持する。

　この状態から操作弁１を例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に接続され、他方の通路２７がタンクＴに連通する。したがって、通路２６から圧力流体が供給されて旋回モータＲＭが回転し、旋回モータＲＭからの戻り流体が通路２７を介してタンクＴに戻される。

　操作弁１を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。

　旋回モータＲＭを駆動している場合は、ブレーキ弁２８あるいは２９がリリーフ弁の機能を発揮する。通路２６、２７が設定圧以上になった場合は、ブレーキ弁２８、２９が開弁して高圧側の流体を低圧側に導く。旋回モータＲＭを回転している状態で、操作弁１を中立位置に戻せば、操作弁１のアクチュエータポートが閉じられる。操作弁１のアクチュエータポートが閉じられても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーで回転し続け、旋回モータＲＭが慣性エネルギーで回転することによって、旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この場合は、通路２６、２７、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁２８あるいは２９で閉回路が構成され、ブレーキ弁２８あるいは２９によって、慣性エネルギーが熱エネルギーに変換される。

　操作弁１４を中立位置から図面右側位置に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３０を経由してブームシリンダＢＣのピストン側室３１に供給される。ロッド側室３２からの戻り流体は通路３３を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは伸長する。

　反対に、操作弁１４を図面左方向に切り換えると、第２メインポンプＭＰ２からの圧力流体は、通路３３を経由してブームシリンダＢＣのロッド側室３２に供給される。ピストン側室３１からの戻り流体は通路３０を経由してタンクＴに戻され、ブームシリンダＢＣは収縮する。操作弁３は、操作弁１４と連動して切り換る。

　ブームシリンダＢＣのピストン側室３１と操作弁１４とを結ぶ通路３０には、コントローラＣで開度が制御される比例電磁弁３４が設けられる。比例電磁弁３４はそのノーマル状態で全開位置を保つようにしている。

　次に、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の出力をアシストする可変容量のサブポンプＳＰについて説明する。

　サブポンプＳＰは、発電機兼用の電動モータＭＧの駆動力で回転する。電動モータＭＧの駆動力によって、可変容量のアシストモータＡＭも同軸回転する。電動モータＭＧにはインバータＩが接続される。インバータＩにはコントローラＣが接続され、コントローラＣで電動モータＭＧの回転速度等を制御することができる。

　サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角はレギュレータ３５、３６で制御され。レギュレータ３５、３６は、コントローラＣの出力信号で制御される。

　サブポンプＳＰには吐出通路３７が接続される。吐出通路３７は、第１メインポンプＭＰ１の吐出側に合流する第１合流通路３８と、第２メインポンプＭＰ２の吐出側に合流する第２合流通路３９とに分岐する。第１、２合流通路３８、３９のそれぞれには、コントローラＣの出力信号で開度が制御される第１、２比例電磁絞り弁４０、４１が設けられる。

　アシストモータＡＭには接続用通路４２が接続される。接続用通路４２は、合流通路４３およびチェック弁４４、４５を介して、旋回モータＲＭに接続した通路２６、２７に接続される。合流通路４３にはコントローラＣで開閉制御される電磁切換弁４６が設けられる。電磁切換弁４６とチェック弁４４、４５との間には、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー４７が設けられる。圧力センサー４７の圧力信号はコントローラＣに入力される。

　合流通路４３の、旋回モータＲＭから接続用通路４２への流れに対して電磁切換弁４６よりも下流側となる位置には、安全弁４８が設けられる。安全弁４８は、例えば電磁切換弁４６など、接続用通路４２、合流通路４３などに故障が生じた場合に、通路２６、２７の圧力を維持して旋回モータＲＭが逸走するのを防止する。

　ブームシリンダＢＣと比例電磁弁３４との間には、接続用通路４２に連通する通路４９が設けられる。通路４９にはコントローラＣで制御される電磁開閉弁５０が設けられる。

　通路４２にはアシストモータＡＭの傾転角を制御するレギュレータ３６に連通する通路５１が設けられる。通路５１にはリリーフ弁５２が設けられる。リリーフ弁５２の上流側には絞り５３が設けられる。

　通路４２に連通したレギュレータ３６は、例えば通路４２に導かれたブームシリンダＢＣの戻り油による圧力が大きくなると、図２に示すように、その１回転当たりの押し除け容積Ｄを小さくする。したがって、アシストモータＡＭに作用するトルクＴがＴ＝（Ｄ・Ｐ）／２πとすると、レギュレータ３６は、圧力Ｐが上がった場合に、押し除け容積Ｄを小さくして、トルクＴを電動機吸収トルク以下に保つ。

　リリーフ弁５２は、上流側に絞り５３を設けることによって、実質的に圧力オーバーライドを悪くさせている。圧力オーバーライドを実質的に悪くしたのは、図３の実線で示したように、リリーフ流量が徐々に大きくなるようにするためである。つまり、接続用通路４２にブームシリンダＢＣの戻り油による圧力が上昇した場合に、リリーフ弁５２が図３の破線で示すようにそのリリーフ流量を一気に大きくすると、ブームシリンダＢＣを違和感なく停止させることができなくなるからである。

　また、この実施形態では、第１、２圧力センサー１１、２１の圧力信号に応じてサブポンプＳＰのアシスト流量を予め設定しておき、その中で、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角、アシストモータＡＭの傾転角、電動モータＭＧの回転速度などをどのように制御したら最も効率的かを判断してそれぞれの制御を実施する。

　ただし、この実施形態のコントローラＣは、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の出力を検出し、その出力状態から軽作業状態で操作されているのか、あるいは重作業状態で操作されているのかを推定する。

　すなわち、コントローラＣは、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の吐出圧とその吐出流量からその出力を推定する。第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の吐出量は、それを図示していない流量検出器で直接計測してもよいが、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の１回転当たりの押し除け容積と、その時の回転速度から推測してもよい。

　さらに、コントローラＣには、図４に示すテーブルがあらかじめ記憶されている。このテーブルは、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の出力に対応するアシスト修正係数のデータである。アシスト修正係数は、重作業状態の場合は１とし、軽作業状態の場合は１未満である。

　コントローラＣは、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の出力を推定して、その値に応じたアシスト修正係数を特定し、アシスト修正係数をローパスフィルターでフィルタリングしてアシスト流量パワー修正指令値を演算する。そして、コントローラＣは、アシスト流量パワー修正指令値に基づいてコントローラＣはサブポンプＳＰを駆動する電動モータＭＧの出力を制御する。

　掘削作業など、作業内容によって第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の出力が大きく変動するので、ローパスフィルターによって、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の出力変動を抑えて修正指令を出し、電動モータＭＧの急激な変化を抑えて制御する。

　第１回路系統の操作弁１～５が中立位置を保っていれる場合は、第１メインポンプＭＰ１から吐出する流体の全量が中立流路６およびパイロット圧生成機構８を経由してタンクＴに導かれる。第１メインポンプＭＰ１の吐出全量がパイロット圧生成機構８を流れる場合には、そこで生成されるパイロット圧が高くなり、パイロット流路９にも相対的に高いパイロット圧が導かれる。パイロット流路９に導かれた高いパイロット圧の作用で、レギュレータ１０が動作し、第１メインポンプＭＰ１の吐出量が最小に保たれる。この場合の高いパイロット圧の圧力信号は、第１圧力センサー１１からコントローラＣに入力される。

　第２回路系統の操作弁１２～１５が中立位置に保っている場合も、第１回路系統の場合と同様にパイロット圧生成機構１８が相対的に高いパイロット圧が生成され、その高い圧力がレギュレータ２０に作用し、第２メインポンプＭＰ２の吐出量が最小に保たれる。この場合の高いパイロット圧の圧力信号は、第２圧力センサー２１からコントローラＣに入力される。

　第１、２圧力センサー１１、２１からコントローラＣに相対的に高い圧力信号が入力されると、コントローラＣは、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２が最小吐出量を維持しているものと判定してレギュレータ３５、３６を制御し、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの傾転角をゼロもしくは最小にする。

　コントローラＣは、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の吐出量が最小である旨の信号を受信した場合に、電動モータＭＧの回転を停止してもよいし、その回転を継続させてもよい。

　電動モータＭＧの回転を止める場合は、消費電力を節約できるという効果がある。電動モータＭＧを回転し続けた場合は、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭも回転し続けるので、サブポンプＳＰおよびアシストモータＡＭの起動時のショックを少なくできるという効果がある。いずれにしても、電動モータＭＧを止めるかあるいは回転し続けるかは、当該建設機械の用途や使用状況に応じて決められる。

　上記の状況で第１回路系統あるいは第２回路系統のいずれかの操作弁を切り換えれば、その操作量に応じて中立流路６あるいは１６を流れる流量が少なくなり、それにともなってパイロット圧生成機構８あるいは１８で生成されるパイロット圧が低くなる。パイロット圧が低くなれば、それにともなって第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２は、その傾転角を大きくして吐出量を増大させる。

　第１メインポンプＭＰ１あるいは第２メインポンプＭＰ２の吐出量を増大させる場合には、コントローラＣは、電動モータＭＧを常に回転した状態に保つ。つまり、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の吐出量が最小の場合に電動モータＭＧを停止した場合には、コントローラＣは、パイロット圧が低くなったことを検知して、電動モータＭＧを再起動させる。

　この場合、コントローラＣは、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２の合計出力を演算して、それが基準値よりも高いか低いかを判定する。軽作業基準値よりも低ければ、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２が軽作業状態で駆動していると判定し、重作業基準値よりも高ければ、第１、２メインポンプＭＰ１、ＭＰ２が重作業状態で駆動していると判定し、軽作業と重作業の間は中間状態で駆動していると判定する。

　コントローラＣは、それぞれの作業状態に応じたアシスト流量パワー修正指令値を演算し、アシスト流量パワー修正指令値に基づいて電動モータＭＧの出力を制御する。

　したがって、コントローラＣは、重作業において電動モータＭＧの指令に修正係数＝１を乗じて電動モータＭＧを駆動する。軽作業では、コントローラＣは、重作業のときよりも小さいあらかじめ設定した修正係数を乗じて電動モータＭＧを駆動する。軽作業と重作業の中間域では、コントローラＣは、あらかじめ設定した小さい修正係数と修正係数＝１との間の修正係数を乗じて電動モータＭＧを駆動する。

　コントローラＣは、第１、２圧力センサー１１、２１の圧力信号に応じて、第１、２比例電磁絞り弁４０、４１の開度を制御し、サブポンプＳＰの吐出量を按分して、第１、２回路系統に供給する。

　２つの第１、２圧力センサー１１、２１の圧力信号だけで、コントローラＣが、サブポンプＳＰの傾転角および第１、２比例電磁絞り弁４０、４１の開度を制御できるので、圧力センサーの数を少なくできる。

　第１回路系統に接続した旋回モータＲＭを駆動するために、操作弁１を左右いずれか、例えば図面右側位置に切り換えると、一方の通路２６が第１メインポンプＭＰ１に連通し、他方の通路２７がタンクＴに連通して、旋回モータＲＭを回転させる。この場合、旋回圧はブレーキ弁２８の設定圧に保たれる。操作弁１を図面左方向に切り換えれば、他方の通路２７が第１メインポンプＭＰ１に連通し、一方の通路２６がタンクＴに連通して、旋回モータＲＭを回転させる。この場合も旋回圧はブレーキ弁２９の設定圧に保たれる。

　旋回モータＲＭが旋回している最中に操作弁１を中立位置に切り換えると、通路２６、２７間で閉回路が構成され、ブレーキ弁２８あるいは２９が閉回路のブレーキ圧を維持し、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換する。

　圧力センサー４７は旋回圧あるいはブレーキ圧を検出し、その圧力信号はコントローラＣに入力される。コントローラＣは、旋回モータＲＭの旋回あるいはブレーキ動作に影響を及ぼさない範囲内であって、ブレーキ弁２８、２９の設定圧よりも低い圧力を検出した場合に、電磁切換弁４６を閉位置から開位置に切り換える。電磁切換弁４６が開位置に切り換れば、旋回モータＲＭに導かれた圧力流体は、合流通路４３に流れ、安全弁４８および接続用通路４２を経由してアシストモータＡＭに供給される。

　コントローラＣは、圧力センサー４７からの圧力信号に応じて、アシストモータＡＭの傾転角を制御する。それは次のとおりである。

　通路２６あるいは２７の圧力は、旋回動作あるいはブレーキ動作に必要な圧力に保たれていなければ、旋回モータＲＭを旋回させたり、あるいはブレーキをかけたりできない。

　そこで、通路２６あるいは２７の圧力を、旋回圧あるいはブレーキ圧に保つために、コントローラＣはアシストモータＡＭの傾転角を制御しながら、旋回モータＲＭの負荷を制御する。つまり、コントローラＣは、圧力センサー４７で検出される圧力が旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧とほぼ等しくなるように、アシストモータＡＭの傾転角を制御する。

　アシストモータＡＭが回転力を得れば、その回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用する。アシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、電動モータＭＧの消費電力を少なくすることができる。

　アシストモータＡＭの回転力でサブポンプＳＰの回転力をアシストすることもできる。この場合、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが相まって圧力変換機能を発揮させる。

　つまり、接続用通路４２に流入する流体圧はポンプ吐出圧よりも必ず低い。この低い圧力を利用してサブポンプＳＰに高い吐出圧を維持させるために、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰとによって増圧機能を発揮させる。

　すなわち、アシストモータＡＭの出力は、１回転当たりの押しのけ容積Ｑ１とその時の圧力Ｐ１の積で決まる。サブポンプＳＰの出力は１回転当たりの押しのけ容積Ｑ２と吐出圧Ｐ２の積で決まる。この実施形態では、アシストモータＡＭとサブポンプＳＰとが同軸回転するので、Ｑ１×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２が成立しなければならない。そこで、例えば、アシストモータＡＭの上記押しのけ容積Ｑ１をサブポンプＳＰの押しのけ容積Ｑ２の３倍すなわちＱ１＝３Ｑ２にしたとすれば、上記等式が３Ｑ２×Ｐ１＝Ｑ２×Ｐ２となる。この式から両辺をＱ２で割れば、３Ｐ１＝Ｐ２が成り立つ。

　したがって、サブポンプＳＰの傾転角を変えて、押しのけ容積Ｑ２を制御すれば、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰに所定の吐出圧を維持させることができる。言い換えると、旋回モータＲＭからの流体圧を増圧してサブポンプＳＰから吐出させることができる。

　ただし、アシストモータＡＭの傾転角は、通路２６、２７の圧力を旋回圧あるいはブレーキ圧に保つように制御される。したがって、旋回モータＲＭからの流体を利用する場合には、アシストモータＡＭの傾転角は必然的に決められる。アシストモータＡＭの傾転角が決められた中で、圧力変換機能を発揮させるためには、サブポンプＳＰの傾転角を制御する。

　接続用通路４２、合流通路４３などの圧力が何らかの原因で、旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなった場合は、圧力センサー４７からの圧力信号に基づいて、コントローラＣは電磁切換弁４６を閉じ、旋回モータＲＭに影響を及ぼさないようにする。

　接続用通路４２に流体の漏れが生じた場合は、安全弁４８が機能して通路２６、２７の圧力が必要以上に低くならないようにし、旋回モータＲＭの逸走を防止する。

　次に、操作弁１４およびそれに連動して第１回路系統の操作弁３を切り換えて、ブームシリンダＢＣを制御する場合について説明する。

　ブームシリンダＢＣを作動させるために、操作弁１４およびそれに連動する操作弁３を切り換えると、センサー１４ａによって、操作弁１４の操作方向とその操作量が検出される。操作信号はコントローラＣに入力される。

　センサー１４ａの操作信号に応じて、コントローラＣは、オペレータがブームシリンダＢＣを上昇させようとしているのか、あるいは下降させようとしているのかを判定する。ブームシリンダＢＣを上昇させるための信号がコントローラＣに入力されれば、コントローラＣは比例電磁弁３４をノーマル状態に保つ。言い換えると、比例電磁弁３４を全開位置に保つ。この場合には、サブポンプＳＰから所定の吐出量が確保されるように、コントローラＣは、電磁開閉弁５０を図示の閉位置に保ち、電動モータＭＧの回転速度やサブポンプＳＰの傾転角を制御する。

　ブームシリンダＢＣを下降させる信号がセンサー１４ａからコントローラＣに入力されると、コントローラＣは、操作弁１４の操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダＢＣの下降速度を演算し、比例電磁弁３４を閉じて、電磁開閉弁５０を開位置に切り換える。

　比例電磁弁３４を閉じて電磁開閉弁５０を開位置に切り換えれば、ブームシリンダＢＣの戻り流体の全量がアシストモータＡＭに供給される。しかし、アシストモータＡＭで消費する流量が、オペレータが求めた下降速度を維持するために必要な流量よりも少なければ、ブームシリンダＢＣはオペレータが求めた下降速度を維持できない。この場合には、コントローラＣは、操作弁１４の操作量、アシストモータＡＭの傾転角や電動モータＭＧの回転速度などをもとにして、アシストモータＡＭが消費する流量以上の流量をタンクＴに戻すように比例電磁弁３４の開度を制御し、オペレータが求めるブームシリンダＢＣの下降速度を維持する。

　アシストモータＡＭに流体が供給されると、アシストモータＡＭが回転する。アシストモータＡＭの回転力は、同軸回転する電動モータＭＧに作用する。アシストモータＡＭの回転力は、電動モータＭＧに対するアシスト力として作用する。したがって、アシストモータＡＭの回転力の分だけ、消費電力を少なくできる。

　電動モータＭＧに対して電力を供給せず、アシストモータＡＭの回転力だけで、サブポンプＳＰを回転させることもできる。この場合は、アシストモータＡＭおよびサブポンプＳＰが圧力変換機能を発揮する。

　電磁開閉弁５０を開位置に切り換えた状態で、オペレータがブームシリンダＢＣの下降を急停止させるために、操作弁３、１４を急激に中立位置に戻すと、電磁開閉弁５０が追従できずに切り換え遅れが生じることがある。

　電磁開閉弁５０に切り換え遅れが生じると、ブームシリンダＢＣの戻り油の多くが接続用通路４２に流れ込む。戻り油の圧力はレギュレータ３６に作用するので、アシストモータＡＭの１回転当たりの押し除け容積を小さくし、そのトルクを電動モータＭＧの吸収トルク以内に抑えることができる。

　アシストモータＡＭのトルクが、電動モータＭＧの吸収トルク以内に抑えられるので、ブームシリンダＢＣの圧力が上昇し、ブレーキ作用が増大するため逸走しない。制動距離を短くでき、オペレータの操作に違和感を与えることがなくなる。

　アシストモータＡＭがその押し除け容積を下げるまでに多少の時間がかかる場合があり、この場合は、接続用通路４２の圧力が多少上昇する。しかし、リリーフ弁５２が同時にリリーフ機能を発揮できるように設定しているので、電磁開閉弁５０の切り換え遅れによって、アシストモータＡＭのトルクが、発電機の吸収トルク以上にはならない。

　しかも、リリーフ弁５２は絞り５３によって実質的に圧力オーバーライドが悪くなっているので、ブームシリンダＢＣに対してはショックなしに制動力を大きくできる。

　次に、旋回モータＲＭの旋回作動とブームシリンダＢＣの下降作動とを同時に行う場合について説明する。

　旋回モータＲＭを旋回させながら、ブームシリンダＢＣを下降させる場合は、旋回モータＲＭからの流体と、ブームシリンダＢＣからの戻り流体とが、接続用通路４２で合流してアシストモータＡＭに供給される。

　接続用通路４２の圧力が上昇すれば、それにともなって合流通路４３側の圧力も上昇する。その圧力が旋回モータＲＭの旋回圧あるいはブレーキ圧よりも高くなったとしても、チェック弁４４、４５があるので、旋回モータＲＭには影響を及ぼさない。

　接続用通路４２側の圧力が旋回圧あるいはブレーキ圧よりも低くなれば、コントローラＣは、圧力センサー４７からの圧力信号に基づいて電磁切換弁４６を閉じる。

　したがって、旋回モータＲＭの旋回動作とブームシリンダＢＣの下降動作とを同時に行う場合は、旋回圧あるいはブレーキ圧にかかわりなく、ブームシリンダＢＣの必要下降速度を基準にしてアシストモータＡＭの傾転角を決めればよい。

　いずれにしても、アシストモータＡＭの出力で、サブポンプＳＰの出力をアシストでき、サブポンプＳＰから吐出された流量を、第１、２比例電磁絞り弁４０、４１で按分して、第１、２回路系統に供給できる。

　アシストモータＡＭを駆動源として電動モータＭＧを発電機として使用する場合には、サブポンプＳＰの傾転角をゼロにしてほぼ無負荷状態にし、アシストモータＡＭには、電動モータＭＧを回転させるために必要な出力を維持しておけば、アシストモータＡＭの出力を利用して、電動モータＭＧに発電機能を発揮させることができる。

　この実施形態では、エンジンＥの出力を利用してジェネレータ２２で発電したり、アシストモータＡＭを利用して電動モータＭＧに発電させたりすることができる。発電した電力はバッテリー２４に蓄電される。しかしながら、この実施形態では家庭用の電源２５を利用してバッテリー２４に蓄電できるようにしているので、電動モータＭＧの電力を多岐にわたって調達することができる。

　この実施形態では、旋回モータＲＭやブームシリンダＢＣからの流体を利用してアシストモータＡＭを回転させ、アシストモータＡＭの出力でサブポンプＳＰや電動モータＭＧをアシストできるので、回生動力を利用するまでの間のエネルギーロスが最小限に抑えられる。

　軽作業状態から重作業状態に応じて電動モータＭＧの出力を制御できるので、特に、地ならしなどの軽作業では、電動モータＭＧの出力を相対的に小さくできる。したがって、バッテリー消費が小さくなり、消費電力が少なくなった分、バッテリーの寿命を延ばすことができる。

　場合によっては、搭載するバッテリーの蓄電容量を小さくし、バッテリーを小型化することもできる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的に限定する趣旨ではない。

　本願は日本国特許庁に２０１０年２月１２日に出願された特願２０１０－２９３４５号及び２０１０年３月２６日に出願された特願２０１０－７２５６０号に基づく優先権を主張し、これら出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

　パワーショベルなどのハイブリッド建設機械に利用可能である。

Claims

　ハイブリッド建設機械の制御システムであって、
　可変容量のメインポンプと、
　前記メインポンプに接続され、複数の操作弁を有する回路系統と、
　前記メインポンプの傾転角を制御するレギュレータと、
　前記回路系統に設けられ、前記複数の操作弁のいずれかを切り換え操作した場合に発生するパイロット圧を前記レギュレータに導くパイロット流路と、
　電動モータと、
　前記メインポンプの吐出側に接続され、前記電動モータの出力で駆動する可変容量のサブポンプと、
　前記サブポンプに設けられ、前記サブポンプの傾転角を制御するレギュレータと、
　前記パイロット流路に設けられ、前記パイロット圧を検出する圧力センサーと、
　前記圧力センサーに接続し、前記圧力センサーからの圧力信号に応じて前記サブポンプの前記レギュレータを制御し、前記メインポンプの出力を検出して前記メインポンプの出力に応じてあらかじめ記憶されたテーブルに基づいて前記電動モータの出力を制御するコントローラと、
を備える制御システム。
　請求項１に記載の制御システムであって、
　前記コントローラは、前記テーブルに基づいて出力された前記出力制御値をフィルタリングし、前記フィルタリングされた前記出力制御値に基づき前記電動モータの出力を制御する、
制御システム。
　請求項１に記載の制御システムであって、
　前記テーブルは、重作業から軽作業に応じた出力制御値を保持し、
　前記コントローラは、前記メインポンプの出力に応じて重作業かあるいは軽作業かを判定し、作業状態に応じた前記出力制御値に基づいて前記電動モータを制御する、
制御システム。