WO2014027583A1

WO2014027583A1 - ハイブリッド建設機械の制御システム

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Publication number: WO2014027583A1
Application number: PCT/JP2013/071179
Authority: WO
Inventors: 治彦川崎; 祐弘江川
Original assignee: カヤバ工業株式会社
Priority date: 2012-08-15
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2014-02-20
Also published as: US20150176609A1; KR101645115B1; KR20150016283A; US9664209B2; JP5908371B2; DE112013002567B4; DE112013002567T5; JP2014037861A; CN104364536A; CN104364536B

Abstract

　ハイブリッド建設機械の制御システムは、ブーム操作用の操作弁と、可変容量型流体圧モータと、流体圧モータに分配される流量割合を調節する分配機構と、流体圧モータと一体的に回転するモータジェネレータと、モータジェネレータと一体的に回転する可変容量型アシストポンプと、分配機構を制御する分配機構制御部と、流体圧モータ及びアシストポンプの傾転角を制御する傾転角制御部と、モータジェネレータの回転速度を目標回転速度に維持するモータジェネレータ制御部と、を備える。ブーム回生制御時の目標回転速度は、アシスト制御のみを行う場合の目標回転速度より高く設定される。

Description

ハイブリッド建設機械の制御システム

　本発明は、ハイブリッド建設機械の制御システムに関する。

　エンジンとモータジェネレータとを備えたパワーショベル等のハイブリッド建設機械が知られている。ハイブリッド建設機械は、エンジンの余剰出力で発電機を回転させて発電したり、アクチュエータからの排出エネルギーによってモータジェネレータを回転させて発電したりする。このようにして発電された電力は、モータジェネレータを回転させるのに用いられ、モータジェネレータの回転によって油圧モータ等が駆動される。

　ＪＰ２００９－２３５７１７Ａには、旋回モータの旋回圧力を回生エネルギーとして利用するハイブリッド建設機械の制御装置が開示されている。この制御装置は、ブームが下降する際にブームシリンダから排出される流体の圧力や旋回モータの旋回圧力を利用して流体圧モータを回転させ、モータジェネレータを回転させて発電したり、流体圧モータに連結したアシストポンプを作動させたりする。

　上記制御装置では、アシストポンプはメインポンプとともに使用されるので大きな吐出量を必要とせず比較的低い回転速度で使用される。モータジェネレータはブームシリンダからエネルギーを回生する。ブームシリンダからの回生流量は多いので、より多くのエネルギーを回生するためには、モータジェネレータをより高い回転速度で回転させる必要がある。

　しかし、ブームシリンダからエネルギーを回生するブーム回生制御とアシストポンプの駆動とを同時に行なう場合、上述のようにアシストポンプに要求される回転速度が低いので、モータジェネレータの回転速度を十分に上昇させることは難しい。よって、ブームシリンダが収縮するブームの下降時にブームの下降速度をオペレータの要求速度まで十分に上げることが困難となる。

　この発明の目的は、効率的なエネルギー回生を行いながら、ブームの下降時にブームの下降速度をオペレータの要求速度まで十分に上げることが可能なハイブリッド建設機械の制御システムを提供することである。

　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、ブームシリンダを制御するブーム操作用の操作弁と、ブームの下降時にブームシリンダから排出される戻り流体によって回転する回生用の可変容量型流体圧モータと、戻り流体のうち流体圧モータに分配される流量割合を調節する分配機構と、流体圧モータと一体的に回転するモータジェネレータと、モータジェネレータと一体的に回転する可変容量型アシストポンプと、操作弁の切換量に応じて規定されるブームの下降速度を維持するように分配機構を制御する分配機構制御部と、流体圧モータ及びアシストポンプの傾転角を制御する傾転角制御部と、モータジェネレータの回転速度を目標回転速度に維持するモータジェネレータ制御部と、を備え、戻り流体によって流体圧モータが回転するブーム回生制御時の目標回転速度は、アシストポンプを作動させるアシスト制御のみを行う場合の目標回転速度より高く設定される。

図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムを示す回路図である。図２は、コントローラにおいて行われる処理の内容を示すフローチャートである。

　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

　図１は、本実施形態におけるハイブリッド建設機械の制御システムを示す回路図である。

　本実施形態ではハイブリッド建設機械としてパワーショベルを例示するが、その他の建設機械であってもよい。パワーショベルは、可変容量型の第１メインポンプＭＰ１と、可変容量型の第２メインポンプＭＰ２と、第１メインポンプＭＰ１に接続される第１回路系統と、第２メインポンプＭＰ２に接続される第２回路系統と、を備える。

　第１回路系統には、上流側から順に、旋回モータＲＭを制御する旋回モータ用の操作弁１、アームシリンダ（図示せず）を制御するアーム１速用の操作弁２、ブームシリンダＢＣを制御するブーム２速用の操作弁３、予備用アタッチメント（図示せず）を制御する予備用の操作弁４、左走行モータ（図示せず）を制御する左走行モータ用の操作弁５、が接続される。

　各操作弁１～５は、中立流路６及びパラレル通路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における左走行モータ用の操作弁５の下流側には、パイロット圧生成機構８が設けられる。パイロット圧生成機構８はそこを流れる流量が多いほどその上流側により高いパイロット圧を生成する。

　パイロット圧生成機構８を流れる流量は、操作弁１～５の切り換え量に応じて変化するので、パイロット圧生成機構８は、操作弁１～５の切換量に応じたパイロット圧を生成することになる。

　操作弁１～５のすべてが中立位置又は中立位置近傍にある場合、中立流路６は第１メインポンプＭＰ１から吐出された流体の全部又は一部をタンクＴに導く。この場合、パイロット圧生成機構８を通過する流量が多いので、パイロット圧生成機構８は高いパイロット圧を生成する。

　操作弁１～５が切り換えられた場合、ポンプ吐出量の一部がアクチュエータに導かれ、残りが中立流路６からタンクＴに導かれる。この場合、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。

　操作弁１～５がフルストロークの状態に切り換えられた場合、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、パイロット圧生成機構８を流れる流量がなくなるので、パイロット圧はゼロに保たれる。

　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、パイロット流路９のパイロット圧に逆比例して第１メインポンプＭＰ１の傾転角を制御し、第１メインポンプＭＰ１の吐出量を制御する。したがって、操作弁１～５がフルストロークの状態に切り換えられると、中立流路６の流れがなくなりパイロット圧生成機構８が生成するパイロット圧がゼロになるので、第１メインポンプＭＰ１の傾転角が最大になり吐出量が最大になる。

　パイロット流路９には第１圧力センサ１１が接続される。第１圧力センサ１１は、検出した圧力信号をコントローラＣに入力する。

　一方、第２回路系統には、上流側から順に、右走行モータ（図示せず）を制御する右走行モータ用の操作弁１２、バケットシリンダ（図示せず）を制御するバケット用の操作弁１３、ブームシリンダＢＣを制御するブーム１速用の操作弁１４、アームシリンダ（図示せず）を制御するアーム２速用の操作弁１５、が接続される。ブーム１速用の操作弁１４には、操作方向及び切換量を検出するセンサ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。さらに、バケット用の操作弁１３及びブーム１速用の操作弁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におけるアーム２速用の操作弁１５の下流側には、パイロット圧生成機構１８が設けられ。パイロット圧生成機構１８は、そこを流れる流量が多いほどその上流側により高いパイロット圧を生成する。

　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、パイロット流路１９のパイロット圧に逆比例して第２メインポンプＭＰ２の傾転角を制御し、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がフルストロークの状態に切り換えられると、中立流路１６の流れがなくなりパイロット圧生成機構１８が生成するパイロット圧がゼロになるので、第２メインポンプＭＰ２の傾転角が最大になり吐出量が最大になる。

　パイロット流路１９には第２圧力センサ２１が接続される。第２圧力センサ２１は、検出した圧力信号をコントローラＣに入力する。

　第１メインポンプＭＰ１及び第２メインポンプ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が連結される。ジェネレータ２２は、エンジンＥの余剰出力によって回転して発電可能である。ジェネレータ２２によって発電された電力は、バッテリチャージャ２３を介してバッテリ２４に充電される。バッテリチャージャ２３は、家庭用の電源２５に接続した場合にも、バッテリ２４に電力を充電可能である。つまり、バッテリチャージャ２３は、パワーショベルとは別の独立した電源にも接続可能である。バッテリ２４はコントローラＣに接続される。コントローラＣは、バッテリ２４の充電量を監視する機能を有する。

　第１回路系統に接続された旋回モータ用の操作弁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。旋回回路としての通路２６、２７には、それぞれリリーフ弁２８、２９が接続される。旋回モータ用の操作弁１が図１に示す中立位置に保持されている場合、アクチュエータポートが閉塞され旋回モータＲＭは停止状態に維持される。

　旋回モータ用の操作弁１が図１の右側位置に切り換えられると、通路２６が第１メインポンプＭＰ１に接続され、通路２７がタンクＴに連通する。したがって、第１メインポンプＭＰ１の吐出流体が通路２６を介して旋回モータＲＭに供給され旋回モータＲＭが回転する。さらに、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。

　旋回モータ用の操作弁１が図１の左側位置に切り換えられると、第１メインポンプＭＰ１の吐出流体が通路２７を介して旋回モータＲＭに供給され旋回モータＲＭが逆転する。さらに、旋回モータＲＭからの戻り流体が通路２６を介してタンクＴに戻される。

　旋回モータＲＭが回転中、通路２６、２７が設定圧以上になった時、リリーフ弁２８、２９が開弁して高圧側の流体がタンクに戻される。また、旋回モータＲＭが回転中に、旋回モータ用の操作弁１が中立位置に戻された場合、操作弁１のアクチュエータポートが閉塞する。操作弁１のアクチュエータポートが閉塞されても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーでしばらくの間回転し続ける。旋回モータＲＭが慣性エネルギーで回転することにより旋回モータＲＭがポンプ作用を発揮する。この時、通路２６、２７、旋回モータＲＭ、リリーフ弁２８、２９で閉回路が構成されると、リリーフ弁２８、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。

　本実施形態では、旋回モータＲＭを停止させるブレーキ時の慣性エネルギーや、旋回動作時の旋回圧力によって、通路２６、２７内の圧力がリリーフ弁２８、２９を開弁させる設定圧を超えた時、そのエネルギーを熱エネルギーとして消費する代わりに、旋回回路の流体を後述する合流通路４３を介して流体圧モータＡＭへ供給する。これにより、旋回回生制御が行われる。旋回回生制御時には、コントローラＣが合流通路４３に設けられた電磁開閉弁４６を開位置に切り換える。

　なお、本実施形態では合流通路４３に電磁開閉弁４６を設けているが、電磁開閉弁４６の代わりにパイロット圧の作用で切り換わる開閉弁を設けてもよい。この場合、パイロット圧を制御するパイロット電磁制御弁を新たに設ければよい。パイロット電磁制御弁はコントローラＣからの信号によって開閉制御される。

　ブーム１速用の操作弁１４が中立位置から図１の右側位置に切り換えられると、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に戻される。これにより、ブームシリンダＢＣが伸長してブームが上昇する。

　反対に、ブーム１速用の操作弁１４が図１の左側位置に切り換えられると、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に戻される。これにより、ブームシリンダＢＣが収縮してブームが下降する。なお、ブーム２速用の操作弁３は、ブーム１速用の操作弁１４と連動して切り換わる。

　ブームを下降させてブームシリンダＢＣを収縮させるときの戻り流量は、ブーム１速用の操作弁１４の切り換え量によって決まり、戻り流量によってブームの下降速度が決まる。つまり、オペレータがブーム１速用の操作弁１４を切り換えるためのレバーを操作するときの操作量に応じてブームシリンダＢＣの収縮速度、つまりブームの下降速度が制御される。

　ブームシリンダＢＣのピストン側室３１とブーム１速用の操作弁１４とを結ぶ通路３０には、比例電磁弁３４が設けられる。比例電磁弁３４の開度は、コントローラＣの出力信号で制御され、ノーマル状態で全開になる。

　次に、第１メインポンプＭＰ１及び第２メインポンプＭＰ２の出力をアシストする可変容量型のアシストポンプＡＰについて説明する。

　アシストポンプＡＰには、モータジェネレータＭＧが連結され、モータジェネレータＭＧには流体圧モータＡＭが連結される。アシストポンプＡＰは、モータジェネレータＭＧ又は可変容量型の流体圧モータＡＭの駆動力で回転し、モータジェネレータＭＧと流体圧モータＡＭとは同軸回転する。

　モータジェネレータＭＧにはインバータＩが接続され、インバータＩはコントローラＣに接続される。コントローラＣは、インバータＩを介してモータジェネレータＭＧの回転速度等を制御する。アシストポンプＡＰ及び流体圧モータＡＭの傾転角は、傾転角制御器３５、３６によって制御される。傾転角制御器３５、３６は、コントローラＣに接続され、コントローラＣの出力信号によって制御される。

　アシストポンプＡＰ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合流通路３８及び第２合流通路３９には、それぞれコントローラＣの出力信号によって開度が制御される第１比例電磁絞り弁４０及び第２比例電磁絞り弁４１が設けられる。

　流体圧モータ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及びチェック弁４４、４５を介して、旋回モータＲＭが接続された通路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開閉弁４６が設けられる。電磁開閉弁４６とチェック弁４４、４５との間には、旋回モータＲＭの旋回時の圧力又はブレーキ時の圧力である旋回圧力を検出する圧力センサ４７が設けられる。圧力センサ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における、旋回回路から流体圧モータＡＭへの流れに対して電磁開閉弁４６よりも下流側には、安全弁４８が設けられる。安全弁４８は、例えば電磁開閉弁４６など、接続用通路４２及び合流通路４３の系統に設けられる部材が故障した場合に、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。なお、旋回回路から流体圧モータＡＭへの流れに対して上流側から順に、圧力センサ４７、電磁開閉弁４６、安全弁４８が設けられる。

　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によって制御される電磁開閉弁５０が設けられる。なお、本実施形態では、比例電磁弁３４と電磁開閉弁５０とを両方設けているが、流体圧モータＡＭにブームシリンダＢＣの戻り流体を導かないようにする流路切換機構などが設けられる場合には、電磁開閉弁５０はなくてもよい。

　電磁開閉弁５０が開位置に切り換えられると、比例電磁弁３４の開度に応じて、ブームシリンダＢＣからの戻り流体は、流体圧モータＡＭへ導かれる流体とブーム１速用の操作弁１４からタンクに導かれる流体とに分配される。

　コントローラＣは、電磁開閉弁５０を開放する際、ブームシリンダＢＣのブーム１速用の操作弁１４を操作するレバーの操作量に応じて、オペレータが求めているブームシリンダＢＣの下降速度を演算する。コントローラＣは、流体圧モータＡＭに導かれる流体と、ブーム１速用の操作弁１４からタンクに導かれる流体と、の合計流量に基づいてブームシリンダＢＣの下降速度を維持できるように比例電磁弁３４の開度を決定する。

　コントローラＣには、各操作弁１～５、１２～１５のレバーの操作量を検出する切換量検出部（図示せず）が接続される。なお、切換量検出部は、各操作弁１～５、１２～１５のレバーの切り換え量を検出する構成であってもよいし、各操作弁１～５、１２～１５のスプールの移動量を直接検出したり、スプールに作用させるパイロット圧を検出したりする構成であってもよい。

　コントローラＣには、回転速度Ｎｂ、回転速度Ｎａ及び回転速度Ｎｒが記憶される。回転速度Ｎｂは、ブーム回生制御時のモータジェネレータの回転速度である。回転速度Ｎａは、ブーム回生制御及び旋回回生制御を行なわず、アシストポンプＡＰのみを作動させる場合のモータジェネレータＭＧの回転速度である。回転速度Ｎｒは、ブーム回生制御を行なわず旋回回生制御のみを実行する場合、及び旋回回生制御とアシスト制御との両方を実行する場合のモータジェネレータＭＧの回転速度である。

　コントローラＣには、旋回圧力のしきい値Ｐｔが予め記憶される。しきい値Ｐｔは、旋回モータＲＭの旋回回路に設けたリリーフ弁２８、２９の設定圧より僅かに低い圧力であり、旋回モータＲＭのブレーキ圧又は起動圧より僅かに低い圧力である。コントローラＣは、圧力センサ４７によって検出された旋回圧力がしきい値Ｐｔに達した場合、電磁開閉弁４６を閉位置から開位置に切り換え、リリーフ弁２８、２９を介してタンクへ排出される分の流体を合流通路４３へ供給する。

　コントローラＣには、旋回圧力と旋回圧力のしきい値とに基づいて旋回回生流量を演算する演算式が予め記憶される。したがって、コントローラＣは、当該演算式を用いて、圧力センサ４７で検出した圧力に基づいて旋回回生流量を予測することができる。

　なお、旋回回生流量の予測は、例えば、圧力センサ４７で検出される圧力と旋回回生流量との関係を示すテーブルを予めコントローラＣに記憶させておき、当該テーブルを参照することで行ってもよい。この場合、コントローラＣは、演算機能を備えていなくてもよい。

　以下、ブーム回生制御時及び旋回回生制御時におけるコントローラの処理について説明する。図２は、コントローラの処理の内容を示すフローチャートである。

　ステップＳ１においてコントローラＣは、アシスト制御指令に対応するアシスト流量Ｑａ及び予め記憶されているモータジェネレータＭＧの回転速度Ｎａを設定する。アシスト制御指令は、アシストポンプＡＰを作動させる信号である。この信号は、ブーム１速用の操作弁１４がブームシリンダＢＣを伸長させる方向に操作されているか、その他の操作弁１、２、４、５、１３、１５が操作されている場合に、各操作弁の切換量を検出する切換量検出部からコントローラＣに入力される信号である。ブームシリンダＢＣが収縮するブームの下降制御のみが行われる場合には、アシスト制御指令は出力されない。

　すなわち、ブームの下降制御以外で、操作弁が操作された場合、コントローラＣは操作弁の切換量を検出するとともに、コントローラに予め設定された演算式に基づいてアシストポンプの吐出量であるアシスト流量Ｑａを演算する。

　ステップＳ２においてコントローラＣは、ブーム１速用の操作弁１４の操作状況からブームシリンダＢＣの伸縮状態を検出する。ブームシリンダＢＣの収縮作動時、すなわちブームの下降制御時である場合には、コントローラＣは、ブーム１速用の操作弁１４の切換量に基づいてブーム回生流量Ｑｂを演算する。また、コントローラＣは、予め記憶されているブーム回生制御時のモータジェネレータＭＧの回転速度Ｎｂを設定する。

　ステップＳ３においてコントローラＣは、旋回回生制御時のモータジェネレータＭＧの回転速度Ｎｒと旋回圧力のしきい値Ｐｔとを設定する。回転速度Ｎｒ及びしきい値Ｐｔは、コントローラＣに予め記憶されている。なお、ステップＳ１～Ｓ３において、コントローラＣが回転速度Ｎａなどを設定することは、コントローラＣに接続した操作弁や傾転角制御器３５、３６などの制御に必要なデータを制御プログラムに設定することを意味する。

　ステップＳ４においてコントローラＣは、ブーム回生制御を行うか否か、すなわち、ブーム回生制御指令があるか否かを判定する。ブーム回生制御指令は、ブーム用制御弁の操作レバーがブームシリンダＢＣを収縮させる、すなわちブームを下げる方向に操作されている場合に検出される信号であり、切換量検出部からコントローラＣに入力される。ブーム回生制御指令があると判定されると処理がステップＳ５へ進み、ブーム回生制御指令がないと判定されると処理がステップＳ１１へ進む。

　ステップＳ５においてコントローラＣは、アシスト制御指令及び旋回動作の少なくとも一方があるか否かを判定する。アシストポンプＡＰを作動させるか否かは、アシスト制御指令の有無で判定される。旋回モータＲＭを作動させるか否かは、旋回モータ用の操作弁１の切り換え操作の有無で判定される。

　アシスト制御指令がなく、かつ旋回モータ用の操作弁１の切り換え操作も行われていないと判定されると処理がステップＳ６へ進む。アシストポンプＡＰあるいは旋回モータＲＭを作動させると判定されると処理がステップＳ８へ進む。

　ステップＳ６においてコントローラＣは、ブーム１速用の操作弁１４の切換量に応じて、ブームシリンダＢＣの収縮速度（ブームの下降速度）すなわちブームシリンダＢＣからの戻り流量を演算する。さらに、コントローラＣは、電磁開閉弁５０を開位置に切り換えるとともに、演算された戻り流量に応じて比例電磁弁３４の開度を制御する。

　さらに、コントローラＣは、ブームシリンダＢＣの収縮動作に伴うブーム回生制御を単独で実行するための制御値を演算する。具体的には、コントローラＣは、比例電磁弁３４の開度に応じて接続用通路４２に導かれる回生流量Ｑｂを演算し、この回生流量ＱｂでモータジェネレータＭＧの回転速度を回転速度Ｎｂに維持できる流体圧モータＡＭの傾転角βを演算する。つまり、傾転角βは、回生流量Ｑｂによって回転する流体圧モータＡＭを、回転速度Ｎｂで回転させるために必要な１回転あたりの押しのけ量に対応する傾転角である。

　さらに、コントローラＣは、回転速度Ｎｂで回転するモータジェネレータＭＧと一体的に回転するアシストポンプＡＰの傾転角αをゼロにしてその吐出量をゼロにする。

　ステップＳ５においてアシストポンプＡＰあるいは旋回モータＲＭを作動させると判定され処理がステップＳ８へ進むとコントローラＣは、旋回回生制御指令があるか否かを判定する。旋回回生制御指令とは、合流通路４３に設けた圧力センサ４７が検出する旋回圧力が、しきい値Ｐｔに達した場合の入力信号である。旋回回生制御指令があると判定されると処理がステップＳ９へ進み、旋回回生制御指令がないと判定されると処理がステップＳ１０へ進む。

　ステップＳ９においてコントローラＣは、ブーム回生制御、旋回回生制御、及びアシスト制御のための制御値を決定する。すなわち、コントローラＣは、モータジェネレータＭＧの回転速度をブーム回生制御の単独制御時（ステップＳ６）と同じ回転速度Ｎｂに維持しつつ、圧力センサ４７によって検出される旋回圧力の値をしきい値Ｐｔに保つことが可能な流体圧モータＡＭの傾転角βを演算する。

　さらに、コントローラＣは、回転速度Ｎｂで回転しながら、演算されたアシスト流量Ｑａを吐出できるアシストポンプＡＰの傾転角αを演算する。この傾転角αは、回転速度Ｎｂで回転するアシストポンプＡＰが、アシスト流量Ｑａを吐出するために必要な１回転あたりの押しのけ量に対応する傾転角である。

　ステップＳ８において旋回回生制御指令がないと判定されて処理がステップＳ１０へ進むとコントローラＣは、旋回回生制御は行わず、ブーム回生制御及びアシスト制御のための制御値を演算する。すなわち、コントローラＣは、設定された回生流量Ｑｂによって、モータジェネレータＭＧの回転速度を設定された回転速度Ｎｂに維持できる流体圧モータＡＭの傾転角βを演算する。また、コントローラＣは、回転速度Ｎｂで回転しながら設定されたアシスト流量Ｑａを吐出できるアシストポンプＡＰの傾転角αを演算する。

　ステップＳ４においてブーム回生制御指令がないと判定されて処理がステップＳ１１へ進むとコントローラＣは、アシストポンプＡＰを作動させるためのアシスト制御指令及び旋回モータＲＭの旋回動作の有無を判定する。アシスト制御指令及び旋回動作のいずれもないと判定されると処理がステップＳ１２へ進み、コントローラＣは制御値をゼロに設定する。

　アシスト制御指令あるいは旋回動作があると判定されて処理がステップＳ１３へ進むと、コントローラＣは、旋回回生制御指令の有無を判定する。圧力センサ４７によって検出された旋回圧力がしきい値Ｐｔに達している場合、旋回回生制御指令があると判定され、旋回圧力がしきい値Ｐｔに達していない場合、旋回回生制御指令がないと判定される。旋回回生制御指令があると判定されると処理がステップＳ１４へ進み、旋回回生制御指令がないと判定されると処理がステップＳ１７へ進む。

　ステップＳ１４においてコントローラＣは、アシスト制御指令の有無を判定する。アシスト制御指令があると判定されると処理がステップＳ１５へ進み、アシスト制御指令がないと判定されると処理がステップＳ１６へ進む。

　ステップＳ１５においてコントローラＣは、旋回回生制御とアシスト制御とを行なうための制御値を演算する。コントローラＣは、旋回回生制御を行ないながら、ブームシリンダＢＣの収縮動作（ブームの下降動作）以外の操作を行なう場合の制御値を演算する。

　すなわち、コントローラＣは、モータジェネレータＭＧの回転速度を回転速度Ｎｒに維持しつつ、旋回圧力がしきい値Ｐｔに保つことが可能な流体圧モータＡＭの傾転角βを演算するとともに、演算されたアシスト流量Ｑａを吐出できるアシストポンプＡＰの傾転角αを演算する。

　つまり、傾転角αは、回転速度Ｎｒで回転するアシストポンプＡＰが、アシスト流量Ｑａを吐出するための１回転あたりの押しのけ量に対応する傾転角である。傾転角βは、流体圧モータＡＭが回転速度Ｎｒで回転しながらしきい値Ｐｔを維持するために必要な傾転角である。

　ステップＳ１４においてアシスト制御指令がないと判定されて処理がステップＳ１６へ進むと、コントローラＣは、モータジェネレータＭＧの回転速度を回転速度Ｎｒに維持しつつ、旋回圧力をしきい値Ｐｔに保つことが可能な流体圧モータＡＭの傾転角βを演算する。本ステップではアシスト制御は不要であるので、コントローラＣは、回転速度Ｎｒで回転するアシストポンプＡＰの傾転角αをゼロに設定して、アシストポンプＡＰの吐出量をゼロにする。

　ステップＳ１３において旋回回生制御指令がないと判定されて処理がステップＳ１７へ進むと、コントローラＣは、ブーム回生制御及び旋回回生制御のないアシスト制御のみのための制御値を演算する。すなわち、コントローラＣは、モータジェネレータＭＧの回転速度Ｎａを維持しながら、アシスト流量Ｑａを吐出できるアシストポンプＡＰの傾転角αを演算する。本ステップでは、ブーム回生制御及び旋回回生制御は行われないので、コントローラＣは流体圧モータＡＭの傾転角βをゼロに設定する。

　上記ステップＳ６、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７において各制御に応じた制御値を演算し終えたら、処理がステップＳ７へ進む。

　ステップＳ７においてコントローラＣは、各ステップで特定された流量や回転速度が、モータジェネレータＭＧのパワー制限内であることを確認し、制限内であれば上記制御値に応じた制御を実行する。また、制限外であれば制限内に修正して、上記制御値に応じた制御を実行する。

　なお、コントローラＣは、上記制御の実行に際して、流体圧モータＡＭ及びアシストポンプＡＰの傾転角を制御するのに加えて、比例電磁弁３４、電磁開閉弁５０、及び電磁開閉弁４６の制御も行なう。

　例えば、ブーム回生制御指令が入力された場合には、コントローラＣは、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、ブームシリンダＢＣからの回生流量を接続用通路４２へ導く。また、旋回回生制御指令が入力された場合には、コントローラＣは、合流通路４３の電磁開閉弁４６を開位置に切り換え、旋回モータＲＭから排出される流体を接続用通路４２へ導く。

　本実施形態の制御回路では、旋回回路の旋回圧力がリリーフ弁２８、２９に設定したブレーキ圧より僅かに低いしきい値Ｐｔに達した時、合流通路４３の電磁開閉弁４６が開位置に切り換えられて旋回回路の流体が流体圧モータＡＭに導かれる。したがって、旋回圧力がブレーキ圧に達して旋回回路の流体がリリーフ弁２８、２９を介してタンクＴへ流れてしまうことを防止できる。これにより、リリーフ弁２８、２９を介してタンクＴへ戻されていた流体を流体圧モータＡＭへ導くことでエネルギーを回生することができる。

　本実施形態では、戻り流量が多くなるブーム回生制御時には、比較的大きな回転速度である回転速度ＮｂでモータジェネレータＭＧを回転させるので、戻り流量を無駄なく流体圧モータＡＭに供給できる。

　アシスト制御のみの場合や旋回回生制御のみの場合には、モータジェネレータＭＧの回転速度が、回転速度Ｎｂよりも小さい回転速度Ｎａ、Ｎｒに設定される。このように回転速度Ｎａ、Ｎｒを小さくした理由は、次の通りである。

　アシストポンプＡＰは、第１メインポンプＭＰ１及び第２メインポンプＭＰ２と併用されるので、それほど大きな吐出量を必要としない。そのため、アシストポンプＡＰの傾転角αは小さい角度に制御されることが多い。

　傾転角αが小さい状態で、モータジェネレータＭＧの回転速度を大きくして、アシストポンプＡＰの吐出量を微小な範囲で制御しようとした場合、傾転角αの制御範囲も微小になる。微小な制御範囲で傾転角αを制御しようとすると、アシストポンプＡＰの吐出量の制御が難しくなるとともに、アシストポンプＡＰのポンプ効率が低下する。

　そこで、アシスト制御のみの場合の回転速度Ｎａを小さく設定することで、アシストポンプＡＰの吐出量の制御が容易になるとともに、アシストポンプＡＰのポンプ効率が良くなる。

　また、旋回回生流量は少ないので、旋回回生制御のみの場合には流体圧モータＡＭに供給される流量は少なくなる。そのため、旋回回生制御のみの場合のモータジェネレータＭＧの回転速度Ｎｒを小さく設定することで、流体圧モータＡＭの傾転角βの制御範囲を広くすることができる。

　一方、ブーム回生制御とアシスト制御あるいは旋回回生制御とを同時に実行する場合には、ブーム回生制御を優先するためモータジェネレータＭＧの回転速度は比較的大きな回転速度Ｎｂに設定される。

　なお、アシスト制御時の回転速度Ｎａと旋回回生制御時の回転速度Ｎｒとは、それぞれブーム回生制御時の回転速度Ｎｂよりも小さく設定されていればよく、回転速度Ｎａと回転速度Ｎｒとはどちらが大きくてもよいし、等しくてもよい。

　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構成に限定する趣旨ではない。

　本願は、２０１２年８月１５日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－１８０２３４に基づく優先権を主張し、この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。

Claims

　ハイブリッド建設機械の制御システムであって、
　ブームシリンダを制御するブーム操作用の操作弁と、
　前記ブームの下降時に前記ブームシリンダから排出される戻り流体によって回転する回生用の可変容量型流体圧モータと、
　前記戻り流体のうち前記流体圧モータに分配される流量割合を調節する分配機構と、
　前記流体圧モータと一体的に回転するモータジェネレータと、
　前記モータジェネレータと一体的に回転する可変容量型アシストポンプと、
　前記操作弁の切換量に応じて規定される前記ブームの下降速度を維持するように前記分配機構を制御する分配機構制御部と、
　前記流体圧モータ及び前記アシストポンプの傾転角を制御する傾転角制御部と、
　前記モータジェネレータの回転速度を目標回転速度に維持するモータジェネレータ制御部と、
を備え、
　前記戻り流体によって前記流体圧モータが回転するブーム回生制御時の前記目標回転速度は、前記アシストポンプを作動させるアシスト制御のみを行う場合の前記目標回転速度より高く設定される、
ハイブリッド建設機械の制御システム。
　請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御システムであって、
　前記ブーム回生制御時に、前記操作弁の切換量に基づいて前記戻り流体の流量である戻り流量を演算する戻り流量演算部と、
　前記戻り流量のうち前記分配機構によって前記流体圧モータへ分配される流量であるブーム回生流量を演算する回生流量演算部と、
　前記ブーム回生流量に基づいて、前記モータジェネレータが前記ブーム回生制御時の前記目標回転速度を維持するために必要な前記流体圧モータの傾転角を演算するモータ傾転角演算部と、
をさらに備え、
　前記傾転角制御部は、前記モータ傾転角演算部によって演算された前記傾転角に基づいて前記流体圧モータの傾転角を制御する、
ハイブリッド建設機械の制御システム。
　請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御システムであって、
　前記アシスト制御のみを行う場合に、前記アシストポンプの吐出量であるアシスト流量を演算するアシスト流量演算部と、
　前記アシスト流量に基づいて、前記モータジェネレータが前記アシスト制御のみを行う場合の前記目標回転速度を維持するために必要な前記アシストポンプの傾転角を演算するポンプ傾転角演算部と、
　前記傾転角制御部は、前記ポンプ傾転角演算部によって演算された前記傾転角に基づいて前記アシストポンプの傾転角を制御する、
ハイブリッド建設機械の制御システム。
　請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御システムであって、
　前記ブームシリンダと前記流体圧モータとを接続する通路に合流する合流通路を介して前記流体圧モータに接続される旋回回路と、
　前記旋回回路に設けられる旋回モータと、
　前記旋回モータの旋回圧力を検出する圧力検出器と、
　前記圧力検出器によって検出された前記旋回圧力が予め設定されたしきい値Ｐｔに達した場合、前記旋回回路から前記流体圧モータに導かれる流体により前記流体圧モータが回転する旋回回生制御時であると判定する旋回回生判定部と、
　前記旋回回生制御時であると判定された場合の前記目標回転速度は、前記ブーム回生制御時の前記目標回転速度より低く設定される、
ハイブリッド建設機械の制御システム。
　請求項４に記載のハイブリッド建設機械の制御システムであって、
　前記旋回回生制御時であると判定された場合、前記モータジェネレータの回転速度を前記旋回回生制御時の前記目標回転速度に維持しつつ前記旋回圧力を前記しきい値Ｐｔに維持するために必要な前記流体圧モータの傾転角を演算する傾転角演算部と、
　前記傾転角制御部は、前記傾転角演算部によって演算された前記傾転角に基づいて前記流体圧モータの傾転角を制御する、
ハイブリッド建設機械の制御システム。