ハイブリッド建設機械の制御コントローラ
【課題】イグニッションキーをＯＦＦした後にハイブリッド建設機械の停止処理を行うことができるようにする。
【解決手段】ＣＰＵ２５０に電力を供給する内部電源２６０と、内部電源２６０にそれぞれ独立して供給する第１電源ライン２１０及び第２電源ライン２３０と、第１電源ライン２１０に設けられ、ハイブリッド建設機械の始動・停止時にＯＮ・ＯＦＦされるスイッチ２１１と、第１電源ライン２１０の電圧値をＣＰＵ２５０に入力する電圧監視ライン２２０と、第２電源ライン２３０に設けられ、ＣＰＵ２５０によってＯＮ・ＯＦＦ制御される半導体スイッチ２３２と、を備え、ＣＰＵ２５０は、第１電源ライン２１０の電圧値に基づいてスイッチ２１１のＯＮ・ＯＦＦ状態を判定し、スイッチ２１１がＯＮである判定したときに半導体スイッチ２３２をＯＮとし、スイッチ２１１がＯＦＦであると判定した後も半導体スイッチ２３２をＯＮとすることを特徴とする。
【解決手段】ＣＰＵ２５０に電力を供給する内部電源２６０と、内部電源２６０にそれぞれ独立して供給する第１電源ライン２１０及び第２電源ライン２３０と、第１電源ライン２１０に設けられ、ハイブリッド建設機械の始動・停止時にＯＮ・ＯＦＦされるスイッチ２１１と、第１電源ライン２１０の電圧値をＣＰＵ２５０に入力する電圧監視ライン２２０と、第２電源ライン２３０に設けられ、ＣＰＵ２５０によってＯＮ・ＯＦＦ制御される半導体スイッチ２３２と、を備え、ＣＰＵ２５０は、第１電源ライン２１０の電圧値に基づいてスイッチ２１１のＯＮ・ＯＦＦ状態を判定し、スイッチ２１１がＯＮである判定したときに半導体スイッチ２３２をＯＮとし、スイッチ２１１がＯＦＦであると判定した後も半導体スイッチ２３２をＯＮとすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド建設機械の制御コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、油圧アクチュエータから排出される作動流体の油圧エネルギを電気エネルギや運動エネルギに変換するいわゆるハイブリッド建設機械の制御システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなハイブリッド建設機械の制御システムにおいて、イグニッションキーのＯＦＦと同時にシステムを停止すると、油圧エネルギが高い状態のままシステムが停止されることがある。そのため、イグニッションキーをＯＦＦにしてハイブリッド建設機械を停止した後に、油圧エネルギが電気エネルギや運動エネルギに変換されてしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、油圧エネルギが電気エネルギや運動エネルギに変換されることのないように、イグニッションキーをＯＦＦした後にシステムの停止処理を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ハイブリッド建設機械の制御コントローラであって、ＣＰＵと、前記ＣＰＵに電力を供給する内部電源と、バッテリからの電力を、前記内部電源にそれぞれ独立して供給する第１電源ライン及び第２電源ラインと、前記第１電源ラインに設けられ、前記ハイブリッド建設機械の始動時にＯＮされて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に接続し、前記ハイブリッド建設機械の停止時にＯＦＦされて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に遮断する第１スイッチと、前記第１スイッチよりも内部電源側の前記第１電源ラインの電圧値を、前記ＣＰＵに入力する電圧監視ラインと、前記第２電源ラインに設けられ、前記ＣＰＵによってＯＮ・ＯＦＦ制御されて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に接続又は遮断する第２スイッチと、を備え、前記ＣＰＵは、前記第１電源ラインの電圧値に基づいて前記第１スイッチのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定し、前記第１スイッチがＯＮである判定したときに前記第２スイッチをＯＮとし、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定した後も前記第２スイッチをＯＮとする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＣＰＵの電力源となる内部電源に、それぞれ独立した２系統の電源ラインから電力を供給することとしたので、ハイブリッド建設機械の停止後もＣＰＵに電力を供給することができる。そのため、ハイブリッド建設機械の停止後に、ハイブリッド建設機械に対して各種の停止処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】油圧ショベルの掘削アタッチメントの概略側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による流体圧制御装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による流体圧制御装置に接続されるアシスト回生機構の概略構成図である。
【図４】本発明の一実施形態によるコントローラの電源回路の概略構成図である。
【図５】本発明の一実施形態による停止処理について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して本発明の一実施形態について説明する。
【００１０】
流体圧制御装置は、油圧ショベル等の油圧作業機器の動作を制御するものであり、本実施形態では、図１に示す油圧ショベルのブーム（負荷）１０１を駆動するブームシリンダ１０４の伸縮動作を制御する場合について説明する。
【００１１】
図１は、油圧ショベルの掘削アタッチメント１００の概略側面図である。
【００１２】
掘削アタッチメント１００は、掘削作業等を行うためのブーム１０１、アーム１０２及びバケット１０３を備え、これらをアクチュエータであるブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６によってそれぞれ駆動する。ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６は、それぞれ油圧シリンダである。
【００１３】
図２は、本実施形態による流体圧制御装置１２０の概略構成図である。
【００１４】
流体圧制御装置１２０は、メインポンプ１０８と、パイロットポンプ１０９と、メイン制御弁１１０と、メイン通路１１１と、第１通路１１２と、第２通路１１３と、コントローラ１１４と、を備える。
【００１５】
ブームシリンダ１０４は、ブームシリンダ１０４内を摺動自在に移動するピストンロッド１０７によって、ロッド側圧力室１０４ａとボトム側圧力室１０４ｂとに区画される。ピストンロッド１０７はブーム１０１に連結されており、ピストンロッド１０７がブームシリンダ１０４内を移動することによってブーム１０１が駆動する。
【００１６】
油圧源であるメインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９は、油圧ショベルに搭載されたエンジン（図示せず）によって駆動され、作動油（作動流体）を吐出する。メインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９は、それぞれ斜板の傾斜角を制御することで作動油の吐出量の制御が可能な可変容量型油圧ポンプである。エンジンは、運転効率の良い所定の回転速度・負荷で運転される。
【００１７】
メインポンプ１０８から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０４に対する作動油の給排を切り換えるメイン制御弁（制御弁）１１０に供給される。メインポンプ１０８とメイン制御弁１１０とは、メイン通路１１１によって接続される。メイン通路１１１には、メインポンプ１０８から吐出された作動油の他に、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）のアシストポンプ３から吐出された作動油がサブ通路３１を通じて導かれる。
【００１８】
メイン制御弁１１０とブームシリンダ１０４のロッド側圧力室１０４ａとは、第１通路１１２によって接続され、メイン制御弁１１０とブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂとは、第２通路１１３によって接続される。第２通路１１３には、ブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂから排出され、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）の回生モータ２を駆動するための作動油が流れる戻り通路２１が接続される。
【００１９】
メイン制御弁１１０は、パイロットポンプ１０９からパイロット室１１０ａ，１１０ｂに供給されるパイロット圧によって操作される。パイロット室１１０ａ，１１０ｂに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁１１５を制御することで行われる。
【００２０】
パイロット室１１０ａにパイロット圧が供給された場合は、メイン制御弁１１０が位置ａに切り換わり、メインポンプ１０８から第１通路１１２を介してロッド側圧力室１０４ａに作動油が供給されるとともに、ボトム側圧力室１０４ｂの作動油が第２通路１１３を介してタンクＴへと排出される。これにより、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７が図２の下側に移動、すなわちブームシリンダ１０４が収縮し、ブーム１０１が図１に示す矢印１２１の方向へと下降する。
【００２１】
また、パイロット室１１０ｂにパイロット圧が供給された場合は、メイン制御弁１１０が位置ｂに切り換わり、メインポンプ１０８から第２通路１１３を介してボトム側圧力室１０４ｂに作動油が供給されるとともに、ロッド側圧力室１０４ａの作動油が第１通路１１２を介してタンクＴへと排出される。これにより、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７が図２の上側に移動、すなわちブームシリンダ１０４が伸長し、ブーム１０１が図１に示す矢印１２２の方向へと上昇する。
【００２２】
さらに、パイロット室１１０ａ、１１０ｂにパイロット圧が供給されない場合は、メイン制御弁１１０が位置ｃに切り換わり、ブームシリンダ１０４に対する作動油の給排が遮断され、ブーム１０１は停止した状態を保つ。
【００２３】
このように、メイン制御弁１１０は、ブームシリンダ１０４を収縮させる収縮位置ａ、ブームシリンダ１０４を伸長させる伸長位置ｂ及びブームシリンダ１０４の負荷を保持する遮断位置ｃの３つの切り換え位置を備える。
【００２４】
ここで、メイン制御弁１１０を遮断位置ｃに切り換えてブーム１０１の動きを止めると、ブーム１０１等の重さによって、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７には、ピストンロッド１０７を図２の下側に移動させようとする力、すなわちブームシリンダ１０４を収縮させようとする力が作用する。このように、ブーム１０１を駆動するブームシリンダ１０４においては、ボトム側圧力室１０４ｂが、メイン制御弁１１０が遮断位置ｃの場合に負荷圧が作用する負荷側圧力室となる。一方、アーム１０２を駆動するアームシリンダ１０５においては、ロッド側圧力室１０４ａが負荷側圧力室となる。
【００２５】
なお、以下の説明において、負荷の下降とは、負荷側圧力室の容積が減少する方向へ変化することを指し、負荷の上昇とは、負荷側圧力室の容積が増加する方向へ変化することを指す。したがって、ブームシリンダ１０４の場合、負荷の下降とは、ブームシリンダ１０４が収縮してブーム１０１が下降することを指し、負荷の上昇とは、ブームシリンダ１０４が伸長してブーム１０１が上昇することを指す。
【００２６】
本実施形態では、この流体圧制御装置１２０に、ブームシリンダ１０４を収縮させるときにボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油の油圧エネルギを必要に応じて電気エネルギとして回収する回生と、ブームシリンダ１０４を伸長させるときに必要に応じて補助力を付与するアシストと、を行うことのできるアシスト回生機構１０を接続する。このように、アシスト回生機構１０を備える流体圧制御装置１２０によってアクチュエータの動作が制御される油圧ショベル等の油圧作業機器のことをハイブリッド建設機械という。
【００２７】
図３は、流体圧制御装置１２０に接続されるアシスト回生機構１０の概略構成図である。
【００２８】
アシスト回生機構１０は、モータジェネレータ１と、回生モータ２と、アシストポンプ３と、バッテリ４と、インバータ５と、戻り通路２１と、サブ通路３１と、を備える。
【００２９】
モータジェネレータ１は、バッテリ４によって駆動されてアシストポンプ３を駆動する電動機としての機能と、回生モータ２によって駆動されて発電する発電機としての機能と、を有する。モータジェネレータ１、回生モータ２及びアシストポンプ３の回転軸は、それぞれ同軸上に配置されており、モータジェネレータ１の回転軸が回転すると、回生モータ２及びアシストポンプ３の回転軸が連係して回転する。同様に、回生モータ２の回転軸が回転すると、モータジェネレータ１及びアシストポンプ３の回転軸が連係して回転する。
【００３０】
回生モータ２は、斜板の傾斜角を制御することで、出力トルクの制御が可能な可変容量型油圧モータである。回生モータ２は、ブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂから排出されて、戻り通路２１を流れてきた作動油によって駆動される。回生モータ２の斜板の傾斜角の制御は、コントローラ１１４が傾斜角制御器２４を制御することで行われる。回生モータ２の斜板の傾斜角を制御することで回生モータ２の容量が変化し、回生モータ２が発生可能なトルクの最大値（以下「最大モータトルク」という。）が変化する。
【００３１】
戻り通路２１には、回生モータ２に対する作動油の給排を切り換える戻り制御弁２２が設けられる。戻り制御弁２２は、パイロットポンプ１０９からパイロット室２２ａに供給されるパイロット圧に応じて、回生モータ２に作動油を供給する連通位置ｄと、回生モータ２への作動油の供給を停止する遮断位置ｅと、に切り換わる。パイロット室２２ａに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁２３を制御することで行われる。
【００３２】
アシストポンプ３は、斜板の傾斜角を制御することで吐出量の制御が可能な可変容量型油圧ポンプである。アシストポンプ３は、モータジェネレータ１によって駆動され、サブ通路３１を介してメイン通路１１１に作動油を供給する。アシストポンプ３の斜板の傾斜角の制御は、コントローラ１１４が傾斜角制御器３４を制御することで行われる。アシストポンプ３の斜板の傾斜角を制御することでアシストポンプ３の容量が変化し、アシストポンプ３が吐出可能な作動油の流量の最大値（以下「最大吐出量」という。）が変化する。
【００３３】
サブ通路３１には、メイン通路１１１への作動油の給排を切り換えるサブ制御弁３２が設けられる。サブ制御弁３２は、パイロットポンプ１０９からパイロット室３２ａに供給されるパイロット圧に応じて、メイン通路１１１に作動油を供給する連通位置ｆと、メイン通路１１１への作動油の供給を停止する遮断位置ｇと、に切り換わる。パイロット室３２ａに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁３３を制御することで行われる。
【００３４】
モータジェネレータ１は、インバータ５を介して電力源となるバッテリ４に接続される。
【００３５】
バッテリ４は、充放電可能なリチウムイオン電池などの二次電池を複数直列に接続して構成される。バッテリ４とインバータ５の電力ライン４１には、電気的な接続を遮断するためのリレー４２が設けられる。リレー４２は、コントローラ１１４によってＯＮ、ＯＦＦされる。
【００３６】
インバータ５は、電流変換部５１と、平滑コンデンサ５２と、を備える。
【００３７】
電流変換部５１は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの複数の半導体スイッチ５１１で構成される。電流変換部５１の半導体スイッチ５１１は、コントローラ１１４によって開閉制御され、これにより直流が交流に、又は交流が直流に変換される。具体的には、モータジェネレータ１を電動機として機能させるときは、電流変換部５１によってバッテリ４からの直流が任意の周波数の三相交流に変換され、モータジェネレータ１に供給される。一方、モータジェネレータ１を発電機として機能させるときは、電流変換部５１によってモータジェネレータ１からの三相交流が直流に変換され、バッテリ４に供給される。
【００３８】
平滑コンデンサ５２は、電流変換部５１に対して並列に、かつ、電流変換部５１に対してバッテリ４側に設けられる。平滑コンデンサ５２は、モータジェネレータ１の動作時に充放電が繰り返され、直流電流を平滑化する。
【００３９】
次に、図２及び図３を参照して本実施形態による流体圧制御装置１２０の作用について説明する。
【００４０】
まず、負荷の下降時に必要に応じて実施されるアシスト回生機構１０による回生について説明する。
【００４１】
油圧ショベルの乗務員によってブームシリンダ１０４を収縮させるレバー操作が行われると、メイン制御弁１１０が収縮位置ａに切り換えられ、ロッド側圧力室１０４ａに作動油が供給されるとともに、ボトム側圧力室１０４ｂから作動油が排出される。
【００４２】
このとき、例えばバッテリ４のバッテリ充電量が相対的に低いときなど、必要に応じて戻り制御弁２２が連通位置ｄに切り換えられると、ボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油の一部が戻り通路２１を介して回生モータ２に供給される。また、同時にアシストポンプ３からの吐出量が最小となるように、斜板の傾斜角が制御される。
【００４３】
これにより、回生モータ２の回転軸と同期してモータジェネレータ１の回転軸が回転するので、モータジェネレータ１によって発電することができ、バッテリ４を充電することができる。つまり、ブームシリンダ１０４から排出される作動流体の油圧エネルギを電気エネルギに変換することができる。
【００４４】
一方で、例えばバッテリ４のバッテリ充電量が相対的に高いときなど、必要に応じて戻り制御弁２２が遮断位置ｅに切り換えられると、ボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油が全て第２通路１１３を介してタンクＴへと排出され、回生が停止される。
【００４５】
次に、負荷の上昇時に必要に応じて実施されるアシスト回生機構１０によるアシストについて説明する。
【００４６】
油圧ショベルの乗務員によってブームシリンダ１０４を伸長させるレバー操作が行われると、メイン制御弁１１０が伸長位置ｂに切り換えられ、ボトム側圧力室１０４ｂに作動油が供給されるとともに、ロッド側圧力室１０４ａの作動油が第１通路１１２を介してタンクＴへと排出される。
【００４７】
ここで、エンジンは運転効率の良い所定の回転速度・負荷で運転している。したがって、ブームシリンダ１０４を素早く伸長させたいときなど、エンジンの駆動力による吐出量のみではボトム側圧力室１０４ｂに供給する作動油の流量が不足する場合がある。そこで、そのような場合にアシスト回生機構１０によるアシストを行う。
【００４８】
具体的には、バッテリ４によってモータジェネレータ１を電動機として駆動して、アシストポンプ３を駆動する。これにより、アシストポンプ３から作動油が吐出される。その結果、アシストポンプ３から吐出された作動油を、サブ通路３１を介してメイン通路１１１に合流させて、ブームシリンダ１０４を伸長させるときに補助力を付与することができる。
【００４９】
ここで、アシスト回生機構１０を備える流体圧制御装置１２０の場合、油圧ショベルの乗務員によってイグニッションキー１１６がＯＦＦされたと同時にコントローラ１１４の電源を落としてしまうと、以下のような問題が生じる。なお、イグニッションキー１１６は、油圧ショベルの始動時にＯＮ、停止時にＯＦＦされるものである。
【００５０】
イグニッションキー１１６がＯＦＦされると、エンジンが停止されてメインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９が停止される。
【００５１】
このとき、イグニッションキー１１６がＯＦＦされたと同時にコントローラ１１４の電源を落としてしまうと、回生モータ２の出力トルクが最小となるように、また、アシストポンプ３の吐出流量が最小となるように、それぞれの斜板を制御することなく停止されることになる。
【００５２】
また、パイロット電磁弁２３、３３への電力供給が停止されて戻り制御弁２２及びサブ制御弁３２が遮断位置ｅ、ｇに切り替えられる。
【００５３】
そうすると、イグニッションキー１１６をＯＦＦにした後に戻り制御弁２２の下流側に存在する作動油の油圧エネルギによって回生モータ２が回転させられ、アシストポンプ３から作動油が吐出され得る状況が発生してしまう。その結果、サブ通路３１の圧力が高くなってしまい、次回イグニッションキー１１６をＯＮにしてサブ制御弁３２を連通位置ｆに切り替えたときに、高圧な作動油がブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂに供給されてショックが発生するおそれがある。また、サブ通路３１の圧力が高くなることで、アシストポンプ３にかかる負荷も大きくなるので、アシストポンプ３の劣化を早めるおそれがある。
【００５４】
さらに、インバータ５の平滑コンデンサ５２には、モータジェネレータ１の動作中に電荷が蓄積されるが、電荷が蓄積された状態のまま放置するのは好ましくない。つまり、イグニッションキー１１６をＯＦＦした後に、平滑コンデンサ５２の電荷を放電する放電処理を行うことが好ましいが、イグニッションキー１１６がＯＦＦされたと同時にコントローラ１１４の電源を落としてしまうと、放電処理を実行することができない。
【００５５】
このように、アシスト回生機構１０を備える流体圧制御装置１２０によってアクチュエータの動作が制御されるハイブリッド建設機械においては、イグニッションキー１１６をＯＦＦにした後に、回生モータ２及びアシストポンプ３の斜板を制御し、平滑コンデンサ５２を放電する停止処理を行う必要がある。
【００５６】
そこで本実施形態では、イグニッションキー１１６をＯＦＦにした後でも停止処理が可能なようにコントローラ１１４の電源回路２００を構成する。
【００５７】
図４は、本実施形態によるコントローラ１１４の電源回路２００の概略構成図である。
【００５８】
コントローラ１１４の電源回路２００は、第１電源ライン２１０と、電圧監視ライン２２０と、第２電源ライン２３０と、制御ライン２４０と、ＣＰＵ２５０と、を備える。
【００５９】
第１電源ライン２１０は、イグニッションキー１１６がＯＮされたときに、ＣＰＵ２５０に電力を供給するためのラインである。第１電源ライン２１０は、一端が第１スイッチの一例であるイグニッションスイッチ２１１を介してバッテリ４に接続されるとともに、他端がコントローラ１１４の内部電源２６０に接続される。
【００６０】
第１電源ライン２１０には、電圧調整のための２つのダイオード２１２が設けられる。なお、イグニッションスイッチ２１１は、イグニッションキー１１６をＯＮにしたときにＯＮとなるスイッチである。
【００６１】
電圧監視ライン２２０は、イグニッションキー１１６の状態（ＯＮかＯＦＦか）を検出するためのラインである。電圧監視ライン２２０は、一端がイグニッションスイッチ２１１とダイオード２１２との間に接続され、他端がＣＰＵ２５０の入力ポート２５１に接続される。
【００６２】
電圧監視ライン２２０には、バッテリ電圧を分圧する分圧器２２１が設けられる。イグニッションキー１１６がＯＮのときは、バッテリ電圧を分圧器２２１で分圧した電圧値（以下「始動判定電圧」という。）がＣＰＵ２５０に入力される。一方、イグニッションキー１１６がＯＦＦのときは、始動判定電圧よりも低い電圧値（以下「停止判定電圧」という。）がＣＰＵ２５０に入力される。
【００６３】
第２電源ライン２３０は、イグニッションキー１１６をＯＦＦした後に、ＣＰＵ２５０に電源を供給するためのラインである。第２電源ライン２３０は、一端がバッテリ４に接続されるとともに、他端がコントローラ１１４の内部電源２６０に接続される。
【００６４】
第２電源ライン２３０には、電圧調整のためのダイオード２３１と、第２スイッチの一例であるトランジスタ（以下「第１半導体スイッチ２３２」という。）と、が設けられる。
【００６５】
制御ライン２４０は、第１半導体スイッチ２３２をＯＮ又はＯＦＦにするためのラインである。制御ライン２４０は、一端がＣＰＵ２５０の出力ポート２５２に接続され、他端が第１半導体スイッチ２３２に接続される。
【００６６】
制御ライン２４０には、ＣＰＵ２５０の出力ポート２５２から出力される電圧信号を分圧する分圧器２４１と、分圧器２４１によって分圧された電圧信号によってＯＮとなり、第１半導体スイッチ２３２をＯＮにするトランジスタ（以下「第２半導体スイッチ２４２」という。）と、が設けられる。
【００６７】
ＣＰＵ２５０は、内部電源２６０から必要な電力の供給を受けて作動する。
【００６８】
ＣＰＵ２５０は、入力ポート２５１に入力される電圧値に基づいてイグニッションキー１１６の状態を判断する。具体的には、入力ポート２５１に始動判定電圧が入力されていれば、ＣＰＵ２５０はイグニッションキー１１６がＯＮの状態であると判定する。一方で、入力ポート２５１に停止判定電圧が入力されていれば、ＣＰＵ２５０はイグニッションキー１１６がＯＦＦの状態であると判定する。
【００６９】
ＣＰＵ２５０は、イグニッションキー１１６がＯＮの状態であると判定したときは、出力ポート２５２から電圧信号を出力して第１半導体スイッチ２３２をＯＮにする。これにより、第１電源ライン２１０の他に、第２電源ライン２３０からも内部電源２６０への電力供給が可能となるので、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になって、第１電源ライン２１０からの電力供給が遮断された後も、第２電源ライン２３０を介して内部電源２６０に電力を供給することができる。その結果、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後も、ＣＰＵ２５０の作動が可能となる。
【００７０】
ＣＰＵ２５０は、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態であると判定したときは、所定の停止処理を行った後、出力ポート２５２からの電圧信号の出力を停止することで第１半導体スイッチ２３２をＯＦＦにし、最終的に内部電源２６０への電力供給を停止する。
【００７１】
図５は、コントローラ１１４によって実行される本実施形態による停止処理について説明するフローチャートである。コントローラ１１４は、イグニッションキー１１６がＯＮにされて、第１電源ライン２１０を介して内部電源２６０に電力が供給されると、ＣＰＵ２５０の出力ポート２５２から電圧信号を出力して第１半導体スイッチ２３２をＯＮにし、第２電源ライン２３０からも内部電源２６０への電力供給が可能な状態とする。このように、コントローラ１１４は、内部電源２６０への電力供給を、第１電源ライン２１０及び第２電源ライン２３０の２系統の電源ラインで確保した後、以下のルーチンを所定の演算周期（例えば５００ミリ秒）で実行する。
【００７２】
ステップＳ１において、コントローラ１１４は、ＣＰＵ２５０の入力ポート２５１に入力される電圧値に基づいてイグニッションキー１１６の状態を判断する。コントローラは、ＣＰＵ２５０の入力ポート２５１に始動判定電圧が入力されていれば、イグニッションキー１１６がＯＮの状態であると判定し、今回の処理を終了する。一方で、コントローラ１１４は、ＣＰＵ２５０の入力ポート２５１に停止判定電圧が入力されていれば、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態であると判定し、ステップＳ２の処理を行う。
【００７３】
ステップＳ２において、コントローラ１１４は、メイン制御弁１１０を遮断位置ｃに切り替えるとともに、戻り制御弁２２及びサブ制御弁３２をそれぞれ遮断位置ｅ、ｇに切り替える。
【００７４】
ステップＳ３において、コントローラ１１４は、回生モータ２の出力トルクが最小となるように、また、アシストポンプ３の吐出流量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の斜板の傾斜角を制御する。つまり、回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の容量を制御する。
【００７５】
これにより、イグニッションキー１１６をＯＦＦした後に、戻り制御弁２２の下流側に存在する作動油によって回生モータ２が回転させられ、アシストポンプ３から作動油が吐出されるのを防止できる。よって、次回始動時のショックやアシストポンプ３の劣化を防止できる。
【００７６】
ステップＳ４において、コントローラ１１４は、リレー４２をＯＦＦにして、バッテリ４とインバータ５との電気的な接続を切る。
【００７７】
ステップＳ５において、コントローラ１１４は、インバータ５を作動させて、平滑コンデンサ５２に残っている電荷をモータジェネレータ１へ放電する。
【００７８】
これにより、イグニッションキー１１６をＯＦＦした後に、平滑コンデンサ５２に電荷が蓄積された状態となることがない。
【００７９】
ステップＳ６において、コントローラ１１４は、平滑コンデンサ５２の放電が終了したか否かを判定する。放電が終了したかの判定は、インバータ５の端子電圧を測定して判定する方法や、放電開始から所定時間が経過したかによって判定する方法などがあるが、本実施形態では所定時間が経過したときに、平滑コンデンサ５２の放電が終了したと判定する。コントローラ１１４は、平滑コンデンサ５２の放電が終了したと判定したときはステップＳ７の処理を行い、そうでなければステップＳ５の処理に戻る。
【００８０】
ステップＳ７において、コントローラ１１４は、出力ポート２５２からの電圧信号の出力を停止して第１半導体スイッチ２３２をＯＦＦにし、コントローラ１１４の電源を落とす。
【００８１】
以上説明した本実施形態によれば、コントローラ１１４の内部電源２６０への電力供給を、第１電源ライン２１０及び第２電源ライン２３０の２系統の電源ラインで確保することとした。そのため、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後も、第２電源ライン２３０を介してコントローラ１１４の内部電源２６０に電力を供給することができる。
【００８２】
これにより、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後に、回生モータ２の出力トルクが最小となるように、また、アシストポンプ３の吐出流量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の斜板の傾斜角を制御することができる。つまり、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後に、回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の容量を制御することができる。そのため、戻り制御弁２２の下流側に存在する作動油によって回生モータ２が回転させられ、アシストポンプ３から作動油が吐出されるのを防止でき、次回始動時のショックやアシストポンプ３の劣化を防止できる。
【００８３】
また、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後に、インバータ５を作動させて平滑コンデンサ５２を放電させることができる。そのため、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になってから次にＯＮの状態になるまでの間、平滑コンデンサ５２に電荷が蓄積された状態となるのを防止できる。
【００８４】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００８５】
例えば、上記実施形態ではアクチュエータとして油圧シリンダを例に説明したが、これに限られるものではなく、油圧ショベルなどの建設機械や作業機械の走行モータや旋回モータであっても良い。
【００８６】
また、上記実施形態では、発明の理解を容易にするためブームシリンダ１０４のみを駆動する流体圧制御装置１２０にアシスト回生機構１０を適用したが、ブームシリンダ１０４やアームシリンダ１０５、バケットシリンダ１０６、走行モータ、旋回モータなどの複数のアクチュエータを駆動する流体圧制御装置１２０に適用しても良い。
【００８７】
また、上記実施形態では、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後に、回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の容量を制御していたが、回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量を最小にするものに限られるものではない。次回始動時のショックやアシストポンプ３の劣化を防止できる範囲で、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になったときよりも回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量が小さくなるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の容量を制御すれば良い。
【符号の説明】
【００８８】
１ モータジェネレータ
２ 回生モータ
３ アシストポンプ
４ バッテリ
５ インバータ
５２ 平滑コンデンサ
１０８ メインポンプ
１０４ ブームシリンダ（アクチュエータ）
１１４ コントローラ（制御コントローラ）
２１０ 第１電源ライン
２１１ イグニッションスイッチ（第１スイッチ）
２２０ 電圧監視ライン
２３０ 第２電源ライン
２３２ トランジスタ（第２スイッチ）
２５０ ＣＰＵ
２６０ 内部電源
Ｓ３〜Ｓ７ 停止処理
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド建設機械の制御コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、油圧アクチュエータから排出される作動流体の油圧エネルギを電気エネルギや運動エネルギに変換するいわゆるハイブリッド建設機械の制御システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７５９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなハイブリッド建設機械の制御システムにおいて、イグニッションキーのＯＦＦと同時にシステムを停止すると、油圧エネルギが高い状態のままシステムが停止されることがある。そのため、イグニッションキーをＯＦＦにしてハイブリッド建設機械を停止した後に、油圧エネルギが電気エネルギや運動エネルギに変換されてしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、油圧エネルギが電気エネルギや運動エネルギに変換されることのないように、イグニッションキーをＯＦＦした後にシステムの停止処理を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ハイブリッド建設機械の制御コントローラであって、ＣＰＵと、前記ＣＰＵに電力を供給する内部電源と、バッテリからの電力を、前記内部電源にそれぞれ独立して供給する第１電源ライン及び第２電源ラインと、前記第１電源ラインに設けられ、前記ハイブリッド建設機械の始動時にＯＮされて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に接続し、前記ハイブリッド建設機械の停止時にＯＦＦされて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に遮断する第１スイッチと、前記第１スイッチよりも内部電源側の前記第１電源ラインの電圧値を、前記ＣＰＵに入力する電圧監視ラインと、前記第２電源ラインに設けられ、前記ＣＰＵによってＯＮ・ＯＦＦ制御されて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に接続又は遮断する第２スイッチと、を備え、前記ＣＰＵは、前記第１電源ラインの電圧値に基づいて前記第１スイッチのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定し、前記第１スイッチがＯＮである判定したときに前記第２スイッチをＯＮとし、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定した後も前記第２スイッチをＯＮとする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＣＰＵの電力源となる内部電源に、それぞれ独立した２系統の電源ラインから電力を供給することとしたので、ハイブリッド建設機械の停止後もＣＰＵに電力を供給することができる。そのため、ハイブリッド建設機械の停止後に、ハイブリッド建設機械に対して各種の停止処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】油圧ショベルの掘削アタッチメントの概略側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による流体圧制御装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による流体圧制御装置に接続されるアシスト回生機構の概略構成図である。
【図４】本発明の一実施形態によるコントローラの電源回路の概略構成図である。
【図５】本発明の一実施形態による停止処理について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して本発明の一実施形態について説明する。
【００１０】
流体圧制御装置は、油圧ショベル等の油圧作業機器の動作を制御するものであり、本実施形態では、図１に示す油圧ショベルのブーム（負荷）１０１を駆動するブームシリンダ１０４の伸縮動作を制御する場合について説明する。
【００１１】
図１は、油圧ショベルの掘削アタッチメント１００の概略側面図である。
【００１２】
掘削アタッチメント１００は、掘削作業等を行うためのブーム１０１、アーム１０２及びバケット１０３を備え、これらをアクチュエータであるブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６によってそれぞれ駆動する。ブームシリンダ１０４、アームシリンダ１０５及びバケットシリンダ１０６は、それぞれ油圧シリンダである。
【００１３】
図２は、本実施形態による流体圧制御装置１２０の概略構成図である。
【００１４】
流体圧制御装置１２０は、メインポンプ１０８と、パイロットポンプ１０９と、メイン制御弁１１０と、メイン通路１１１と、第１通路１１２と、第２通路１１３と、コントローラ１１４と、を備える。
【００１５】
ブームシリンダ１０４は、ブームシリンダ１０４内を摺動自在に移動するピストンロッド１０７によって、ロッド側圧力室１０４ａとボトム側圧力室１０４ｂとに区画される。ピストンロッド１０７はブーム１０１に連結されており、ピストンロッド１０７がブームシリンダ１０４内を移動することによってブーム１０１が駆動する。
【００１６】
油圧源であるメインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９は、油圧ショベルに搭載されたエンジン（図示せず）によって駆動され、作動油（作動流体）を吐出する。メインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９は、それぞれ斜板の傾斜角を制御することで作動油の吐出量の制御が可能な可変容量型油圧ポンプである。エンジンは、運転効率の良い所定の回転速度・負荷で運転される。
【００１７】
メインポンプ１０８から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０４に対する作動油の給排を切り換えるメイン制御弁（制御弁）１１０に供給される。メインポンプ１０８とメイン制御弁１１０とは、メイン通路１１１によって接続される。メイン通路１１１には、メインポンプ１０８から吐出された作動油の他に、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）のアシストポンプ３から吐出された作動油がサブ通路３１を通じて導かれる。
【００１８】
メイン制御弁１１０とブームシリンダ１０４のロッド側圧力室１０４ａとは、第１通路１１２によって接続され、メイン制御弁１１０とブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂとは、第２通路１１３によって接続される。第２通路１１３には、ブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂから排出され、後述するアシスト回生機構１０（図３参照）の回生モータ２を駆動するための作動油が流れる戻り通路２１が接続される。
【００１９】
メイン制御弁１１０は、パイロットポンプ１０９からパイロット室１１０ａ，１１０ｂに供給されるパイロット圧によって操作される。パイロット室１１０ａ，１１０ｂに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁１１５を制御することで行われる。
【００２０】
パイロット室１１０ａにパイロット圧が供給された場合は、メイン制御弁１１０が位置ａに切り換わり、メインポンプ１０８から第１通路１１２を介してロッド側圧力室１０４ａに作動油が供給されるとともに、ボトム側圧力室１０４ｂの作動油が第２通路１１３を介してタンクＴへと排出される。これにより、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７が図２の下側に移動、すなわちブームシリンダ１０４が収縮し、ブーム１０１が図１に示す矢印１２１の方向へと下降する。
【００２１】
また、パイロット室１１０ｂにパイロット圧が供給された場合は、メイン制御弁１１０が位置ｂに切り換わり、メインポンプ１０８から第２通路１１３を介してボトム側圧力室１０４ｂに作動油が供給されるとともに、ロッド側圧力室１０４ａの作動油が第１通路１１２を介してタンクＴへと排出される。これにより、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７が図２の上側に移動、すなわちブームシリンダ１０４が伸長し、ブーム１０１が図１に示す矢印１２２の方向へと上昇する。
【００２２】
さらに、パイロット室１１０ａ、１１０ｂにパイロット圧が供給されない場合は、メイン制御弁１１０が位置ｃに切り換わり、ブームシリンダ１０４に対する作動油の給排が遮断され、ブーム１０１は停止した状態を保つ。
【００２３】
このように、メイン制御弁１１０は、ブームシリンダ１０４を収縮させる収縮位置ａ、ブームシリンダ１０４を伸長させる伸長位置ｂ及びブームシリンダ１０４の負荷を保持する遮断位置ｃの３つの切り換え位置を備える。
【００２４】
ここで、メイン制御弁１１０を遮断位置ｃに切り換えてブーム１０１の動きを止めると、ブーム１０１等の重さによって、ブームシリンダ１０４内のピストンロッド１０７には、ピストンロッド１０７を図２の下側に移動させようとする力、すなわちブームシリンダ１０４を収縮させようとする力が作用する。このように、ブーム１０１を駆動するブームシリンダ１０４においては、ボトム側圧力室１０４ｂが、メイン制御弁１１０が遮断位置ｃの場合に負荷圧が作用する負荷側圧力室となる。一方、アーム１０２を駆動するアームシリンダ１０５においては、ロッド側圧力室１０４ａが負荷側圧力室となる。
【００２５】
なお、以下の説明において、負荷の下降とは、負荷側圧力室の容積が減少する方向へ変化することを指し、負荷の上昇とは、負荷側圧力室の容積が増加する方向へ変化することを指す。したがって、ブームシリンダ１０４の場合、負荷の下降とは、ブームシリンダ１０４が収縮してブーム１０１が下降することを指し、負荷の上昇とは、ブームシリンダ１０４が伸長してブーム１０１が上昇することを指す。
【００２６】
本実施形態では、この流体圧制御装置１２０に、ブームシリンダ１０４を収縮させるときにボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油の油圧エネルギを必要に応じて電気エネルギとして回収する回生と、ブームシリンダ１０４を伸長させるときに必要に応じて補助力を付与するアシストと、を行うことのできるアシスト回生機構１０を接続する。このように、アシスト回生機構１０を備える流体圧制御装置１２０によってアクチュエータの動作が制御される油圧ショベル等の油圧作業機器のことをハイブリッド建設機械という。
【００２７】
図３は、流体圧制御装置１２０に接続されるアシスト回生機構１０の概略構成図である。
【００２８】
アシスト回生機構１０は、モータジェネレータ１と、回生モータ２と、アシストポンプ３と、バッテリ４と、インバータ５と、戻り通路２１と、サブ通路３１と、を備える。
【００２９】
モータジェネレータ１は、バッテリ４によって駆動されてアシストポンプ３を駆動する電動機としての機能と、回生モータ２によって駆動されて発電する発電機としての機能と、を有する。モータジェネレータ１、回生モータ２及びアシストポンプ３の回転軸は、それぞれ同軸上に配置されており、モータジェネレータ１の回転軸が回転すると、回生モータ２及びアシストポンプ３の回転軸が連係して回転する。同様に、回生モータ２の回転軸が回転すると、モータジェネレータ１及びアシストポンプ３の回転軸が連係して回転する。
【００３０】
回生モータ２は、斜板の傾斜角を制御することで、出力トルクの制御が可能な可変容量型油圧モータである。回生モータ２は、ブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂから排出されて、戻り通路２１を流れてきた作動油によって駆動される。回生モータ２の斜板の傾斜角の制御は、コントローラ１１４が傾斜角制御器２４を制御することで行われる。回生モータ２の斜板の傾斜角を制御することで回生モータ２の容量が変化し、回生モータ２が発生可能なトルクの最大値（以下「最大モータトルク」という。）が変化する。
【００３１】
戻り通路２１には、回生モータ２に対する作動油の給排を切り換える戻り制御弁２２が設けられる。戻り制御弁２２は、パイロットポンプ１０９からパイロット室２２ａに供給されるパイロット圧に応じて、回生モータ２に作動油を供給する連通位置ｄと、回生モータ２への作動油の供給を停止する遮断位置ｅと、に切り換わる。パイロット室２２ａに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁２３を制御することで行われる。
【００３２】
アシストポンプ３は、斜板の傾斜角を制御することで吐出量の制御が可能な可変容量型油圧ポンプである。アシストポンプ３は、モータジェネレータ１によって駆動され、サブ通路３１を介してメイン通路１１１に作動油を供給する。アシストポンプ３の斜板の傾斜角の制御は、コントローラ１１４が傾斜角制御器３４を制御することで行われる。アシストポンプ３の斜板の傾斜角を制御することでアシストポンプ３の容量が変化し、アシストポンプ３が吐出可能な作動油の流量の最大値（以下「最大吐出量」という。）が変化する。
【００３３】
サブ通路３１には、メイン通路１１１への作動油の給排を切り換えるサブ制御弁３２が設けられる。サブ制御弁３２は、パイロットポンプ１０９からパイロット室３２ａに供給されるパイロット圧に応じて、メイン通路１１１に作動油を供給する連通位置ｆと、メイン通路１１１への作動油の供給を停止する遮断位置ｇと、に切り換わる。パイロット室３２ａに供給されるパイロット圧の制御は、油圧ショベルの乗務員によるレバー操作に基づいて、コントローラ１１４がパイロット電磁弁３３を制御することで行われる。
【００３４】
モータジェネレータ１は、インバータ５を介して電力源となるバッテリ４に接続される。
【００３５】
バッテリ４は、充放電可能なリチウムイオン電池などの二次電池を複数直列に接続して構成される。バッテリ４とインバータ５の電力ライン４１には、電気的な接続を遮断するためのリレー４２が設けられる。リレー４２は、コントローラ１１４によってＯＮ、ＯＦＦされる。
【００３６】
インバータ５は、電流変換部５１と、平滑コンデンサ５２と、を備える。
【００３７】
電流変換部５１は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの複数の半導体スイッチ５１１で構成される。電流変換部５１の半導体スイッチ５１１は、コントローラ１１４によって開閉制御され、これにより直流が交流に、又は交流が直流に変換される。具体的には、モータジェネレータ１を電動機として機能させるときは、電流変換部５１によってバッテリ４からの直流が任意の周波数の三相交流に変換され、モータジェネレータ１に供給される。一方、モータジェネレータ１を発電機として機能させるときは、電流変換部５１によってモータジェネレータ１からの三相交流が直流に変換され、バッテリ４に供給される。
【００３８】
平滑コンデンサ５２は、電流変換部５１に対して並列に、かつ、電流変換部５１に対してバッテリ４側に設けられる。平滑コンデンサ５２は、モータジェネレータ１の動作時に充放電が繰り返され、直流電流を平滑化する。
【００３９】
次に、図２及び図３を参照して本実施形態による流体圧制御装置１２０の作用について説明する。
【００４０】
まず、負荷の下降時に必要に応じて実施されるアシスト回生機構１０による回生について説明する。
【００４１】
油圧ショベルの乗務員によってブームシリンダ１０４を収縮させるレバー操作が行われると、メイン制御弁１１０が収縮位置ａに切り換えられ、ロッド側圧力室１０４ａに作動油が供給されるとともに、ボトム側圧力室１０４ｂから作動油が排出される。
【００４２】
このとき、例えばバッテリ４のバッテリ充電量が相対的に低いときなど、必要に応じて戻り制御弁２２が連通位置ｄに切り換えられると、ボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油の一部が戻り通路２１を介して回生モータ２に供給される。また、同時にアシストポンプ３からの吐出量が最小となるように、斜板の傾斜角が制御される。
【００４３】
これにより、回生モータ２の回転軸と同期してモータジェネレータ１の回転軸が回転するので、モータジェネレータ１によって発電することができ、バッテリ４を充電することができる。つまり、ブームシリンダ１０４から排出される作動流体の油圧エネルギを電気エネルギに変換することができる。
【００４４】
一方で、例えばバッテリ４のバッテリ充電量が相対的に高いときなど、必要に応じて戻り制御弁２２が遮断位置ｅに切り換えられると、ボトム側圧力室１０４ｂから排出された作動油が全て第２通路１１３を介してタンクＴへと排出され、回生が停止される。
【００４５】
次に、負荷の上昇時に必要に応じて実施されるアシスト回生機構１０によるアシストについて説明する。
【００４６】
油圧ショベルの乗務員によってブームシリンダ１０４を伸長させるレバー操作が行われると、メイン制御弁１１０が伸長位置ｂに切り換えられ、ボトム側圧力室１０４ｂに作動油が供給されるとともに、ロッド側圧力室１０４ａの作動油が第１通路１１２を介してタンクＴへと排出される。
【００４７】
ここで、エンジンは運転効率の良い所定の回転速度・負荷で運転している。したがって、ブームシリンダ１０４を素早く伸長させたいときなど、エンジンの駆動力による吐出量のみではボトム側圧力室１０４ｂに供給する作動油の流量が不足する場合がある。そこで、そのような場合にアシスト回生機構１０によるアシストを行う。
【００４８】
具体的には、バッテリ４によってモータジェネレータ１を電動機として駆動して、アシストポンプ３を駆動する。これにより、アシストポンプ３から作動油が吐出される。その結果、アシストポンプ３から吐出された作動油を、サブ通路３１を介してメイン通路１１１に合流させて、ブームシリンダ１０４を伸長させるときに補助力を付与することができる。
【００４９】
ここで、アシスト回生機構１０を備える流体圧制御装置１２０の場合、油圧ショベルの乗務員によってイグニッションキー１１６がＯＦＦされたと同時にコントローラ１１４の電源を落としてしまうと、以下のような問題が生じる。なお、イグニッションキー１１６は、油圧ショベルの始動時にＯＮ、停止時にＯＦＦされるものである。
【００５０】
イグニッションキー１１６がＯＦＦされると、エンジンが停止されてメインポンプ１０８及びパイロットポンプ１０９が停止される。
【００５１】
このとき、イグニッションキー１１６がＯＦＦされたと同時にコントローラ１１４の電源を落としてしまうと、回生モータ２の出力トルクが最小となるように、また、アシストポンプ３の吐出流量が最小となるように、それぞれの斜板を制御することなく停止されることになる。
【００５２】
また、パイロット電磁弁２３、３３への電力供給が停止されて戻り制御弁２２及びサブ制御弁３２が遮断位置ｅ、ｇに切り替えられる。
【００５３】
そうすると、イグニッションキー１１６をＯＦＦにした後に戻り制御弁２２の下流側に存在する作動油の油圧エネルギによって回生モータ２が回転させられ、アシストポンプ３から作動油が吐出され得る状況が発生してしまう。その結果、サブ通路３１の圧力が高くなってしまい、次回イグニッションキー１１６をＯＮにしてサブ制御弁３２を連通位置ｆに切り替えたときに、高圧な作動油がブームシリンダ１０４のボトム側圧力室１０４ｂに供給されてショックが発生するおそれがある。また、サブ通路３１の圧力が高くなることで、アシストポンプ３にかかる負荷も大きくなるので、アシストポンプ３の劣化を早めるおそれがある。
【００５４】
さらに、インバータ５の平滑コンデンサ５２には、モータジェネレータ１の動作中に電荷が蓄積されるが、電荷が蓄積された状態のまま放置するのは好ましくない。つまり、イグニッションキー１１６をＯＦＦした後に、平滑コンデンサ５２の電荷を放電する放電処理を行うことが好ましいが、イグニッションキー１１６がＯＦＦされたと同時にコントローラ１１４の電源を落としてしまうと、放電処理を実行することができない。
【００５５】
このように、アシスト回生機構１０を備える流体圧制御装置１２０によってアクチュエータの動作が制御されるハイブリッド建設機械においては、イグニッションキー１１６をＯＦＦにした後に、回生モータ２及びアシストポンプ３の斜板を制御し、平滑コンデンサ５２を放電する停止処理を行う必要がある。
【００５６】
そこで本実施形態では、イグニッションキー１１６をＯＦＦにした後でも停止処理が可能なようにコントローラ１１４の電源回路２００を構成する。
【００５７】
図４は、本実施形態によるコントローラ１１４の電源回路２００の概略構成図である。
【００５８】
コントローラ１１４の電源回路２００は、第１電源ライン２１０と、電圧監視ライン２２０と、第２電源ライン２３０と、制御ライン２４０と、ＣＰＵ２５０と、を備える。
【００５９】
第１電源ライン２１０は、イグニッションキー１１６がＯＮされたときに、ＣＰＵ２５０に電力を供給するためのラインである。第１電源ライン２１０は、一端が第１スイッチの一例であるイグニッションスイッチ２１１を介してバッテリ４に接続されるとともに、他端がコントローラ１１４の内部電源２６０に接続される。
【００６０】
第１電源ライン２１０には、電圧調整のための２つのダイオード２１２が設けられる。なお、イグニッションスイッチ２１１は、イグニッションキー１１６をＯＮにしたときにＯＮとなるスイッチである。
【００６１】
電圧監視ライン２２０は、イグニッションキー１１６の状態（ＯＮかＯＦＦか）を検出するためのラインである。電圧監視ライン２２０は、一端がイグニッションスイッチ２１１とダイオード２１２との間に接続され、他端がＣＰＵ２５０の入力ポート２５１に接続される。
【００６２】
電圧監視ライン２２０には、バッテリ電圧を分圧する分圧器２２１が設けられる。イグニッションキー１１６がＯＮのときは、バッテリ電圧を分圧器２２１で分圧した電圧値（以下「始動判定電圧」という。）がＣＰＵ２５０に入力される。一方、イグニッションキー１１６がＯＦＦのときは、始動判定電圧よりも低い電圧値（以下「停止判定電圧」という。）がＣＰＵ２５０に入力される。
【００６３】
第２電源ライン２３０は、イグニッションキー１１６をＯＦＦした後に、ＣＰＵ２５０に電源を供給するためのラインである。第２電源ライン２３０は、一端がバッテリ４に接続されるとともに、他端がコントローラ１１４の内部電源２６０に接続される。
【００６４】
第２電源ライン２３０には、電圧調整のためのダイオード２３１と、第２スイッチの一例であるトランジスタ（以下「第１半導体スイッチ２３２」という。）と、が設けられる。
【００６５】
制御ライン２４０は、第１半導体スイッチ２３２をＯＮ又はＯＦＦにするためのラインである。制御ライン２４０は、一端がＣＰＵ２５０の出力ポート２５２に接続され、他端が第１半導体スイッチ２３２に接続される。
【００６６】
制御ライン２４０には、ＣＰＵ２５０の出力ポート２５２から出力される電圧信号を分圧する分圧器２４１と、分圧器２４１によって分圧された電圧信号によってＯＮとなり、第１半導体スイッチ２３２をＯＮにするトランジスタ（以下「第２半導体スイッチ２４２」という。）と、が設けられる。
【００６７】
ＣＰＵ２５０は、内部電源２６０から必要な電力の供給を受けて作動する。
【００６８】
ＣＰＵ２５０は、入力ポート２５１に入力される電圧値に基づいてイグニッションキー１１６の状態を判断する。具体的には、入力ポート２５１に始動判定電圧が入力されていれば、ＣＰＵ２５０はイグニッションキー１１６がＯＮの状態であると判定する。一方で、入力ポート２５１に停止判定電圧が入力されていれば、ＣＰＵ２５０はイグニッションキー１１６がＯＦＦの状態であると判定する。
【００６９】
ＣＰＵ２５０は、イグニッションキー１１６がＯＮの状態であると判定したときは、出力ポート２５２から電圧信号を出力して第１半導体スイッチ２３２をＯＮにする。これにより、第１電源ライン２１０の他に、第２電源ライン２３０からも内部電源２６０への電力供給が可能となるので、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になって、第１電源ライン２１０からの電力供給が遮断された後も、第２電源ライン２３０を介して内部電源２６０に電力を供給することができる。その結果、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後も、ＣＰＵ２５０の作動が可能となる。
【００７０】
ＣＰＵ２５０は、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態であると判定したときは、所定の停止処理を行った後、出力ポート２５２からの電圧信号の出力を停止することで第１半導体スイッチ２３２をＯＦＦにし、最終的に内部電源２６０への電力供給を停止する。
【００７１】
図５は、コントローラ１１４によって実行される本実施形態による停止処理について説明するフローチャートである。コントローラ１１４は、イグニッションキー１１６がＯＮにされて、第１電源ライン２１０を介して内部電源２６０に電力が供給されると、ＣＰＵ２５０の出力ポート２５２から電圧信号を出力して第１半導体スイッチ２３２をＯＮにし、第２電源ライン２３０からも内部電源２６０への電力供給が可能な状態とする。このように、コントローラ１１４は、内部電源２６０への電力供給を、第１電源ライン２１０及び第２電源ライン２３０の２系統の電源ラインで確保した後、以下のルーチンを所定の演算周期（例えば５００ミリ秒）で実行する。
【００７２】
ステップＳ１において、コントローラ１１４は、ＣＰＵ２５０の入力ポート２５１に入力される電圧値に基づいてイグニッションキー１１６の状態を判断する。コントローラは、ＣＰＵ２５０の入力ポート２５１に始動判定電圧が入力されていれば、イグニッションキー１１６がＯＮの状態であると判定し、今回の処理を終了する。一方で、コントローラ１１４は、ＣＰＵ２５０の入力ポート２５１に停止判定電圧が入力されていれば、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態であると判定し、ステップＳ２の処理を行う。
【００７３】
ステップＳ２において、コントローラ１１４は、メイン制御弁１１０を遮断位置ｃに切り替えるとともに、戻り制御弁２２及びサブ制御弁３２をそれぞれ遮断位置ｅ、ｇに切り替える。
【００７４】
ステップＳ３において、コントローラ１１４は、回生モータ２の出力トルクが最小となるように、また、アシストポンプ３の吐出流量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の斜板の傾斜角を制御する。つまり、回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の容量を制御する。
【００７５】
これにより、イグニッションキー１１６をＯＦＦした後に、戻り制御弁２２の下流側に存在する作動油によって回生モータ２が回転させられ、アシストポンプ３から作動油が吐出されるのを防止できる。よって、次回始動時のショックやアシストポンプ３の劣化を防止できる。
【００７６】
ステップＳ４において、コントローラ１１４は、リレー４２をＯＦＦにして、バッテリ４とインバータ５との電気的な接続を切る。
【００７７】
ステップＳ５において、コントローラ１１４は、インバータ５を作動させて、平滑コンデンサ５２に残っている電荷をモータジェネレータ１へ放電する。
【００７８】
これにより、イグニッションキー１１６をＯＦＦした後に、平滑コンデンサ５２に電荷が蓄積された状態となることがない。
【００７９】
ステップＳ６において、コントローラ１１４は、平滑コンデンサ５２の放電が終了したか否かを判定する。放電が終了したかの判定は、インバータ５の端子電圧を測定して判定する方法や、放電開始から所定時間が経過したかによって判定する方法などがあるが、本実施形態では所定時間が経過したときに、平滑コンデンサ５２の放電が終了したと判定する。コントローラ１１４は、平滑コンデンサ５２の放電が終了したと判定したときはステップＳ７の処理を行い、そうでなければステップＳ５の処理に戻る。
【００８０】
ステップＳ７において、コントローラ１１４は、出力ポート２５２からの電圧信号の出力を停止して第１半導体スイッチ２３２をＯＦＦにし、コントローラ１１４の電源を落とす。
【００８１】
以上説明した本実施形態によれば、コントローラ１１４の内部電源２６０への電力供給を、第１電源ライン２１０及び第２電源ライン２３０の２系統の電源ラインで確保することとした。そのため、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後も、第２電源ライン２３０を介してコントローラ１１４の内部電源２６０に電力を供給することができる。
【００８２】
これにより、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後に、回生モータ２の出力トルクが最小となるように、また、アシストポンプ３の吐出流量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の斜板の傾斜角を制御することができる。つまり、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後に、回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の容量を制御することができる。そのため、戻り制御弁２２の下流側に存在する作動油によって回生モータ２が回転させられ、アシストポンプ３から作動油が吐出されるのを防止でき、次回始動時のショックやアシストポンプ３の劣化を防止できる。
【００８３】
また、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後に、インバータ５を作動させて平滑コンデンサ５２を放電させることができる。そのため、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になってから次にＯＮの状態になるまでの間、平滑コンデンサ５２に電荷が蓄積された状態となるのを防止できる。
【００８４】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００８５】
例えば、上記実施形態ではアクチュエータとして油圧シリンダを例に説明したが、これに限られるものではなく、油圧ショベルなどの建設機械や作業機械の走行モータや旋回モータであっても良い。
【００８６】
また、上記実施形態では、発明の理解を容易にするためブームシリンダ１０４のみを駆動する流体圧制御装置１２０にアシスト回生機構１０を適用したが、ブームシリンダ１０４やアームシリンダ１０５、バケットシリンダ１０６、走行モータ、旋回モータなどの複数のアクチュエータを駆動する流体圧制御装置１２０に適用しても良い。
【００８７】
また、上記実施形態では、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になった後に、回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量が最小となるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の容量を制御していたが、回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量を最小にするものに限られるものではない。次回始動時のショックやアシストポンプ３の劣化を防止できる範囲で、イグニッションキー１１６がＯＦＦの状態になったときよりも回生モータ２の最大出力トルク及びアシストポンプ３の最大吐出量が小さくなるように、回生モータ２及びアシストポンプ３の容量を制御すれば良い。
【符号の説明】
【００８８】
１ モータジェネレータ
２ 回生モータ
３ アシストポンプ
４ バッテリ
５ インバータ
５２ 平滑コンデンサ
１０８ メインポンプ
１０４ ブームシリンダ（アクチュエータ）
１１４ コントローラ（制御コントローラ）
２１０ 第１電源ライン
２１１ イグニッションスイッチ（第１スイッチ）
２２０ 電圧監視ライン
２３０ 第２電源ライン
２３２ トランジスタ（第２スイッチ）
２５０ ＣＰＵ
２６０ 内部電源
Ｓ３〜Ｓ７ 停止処理
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド建設機械の制御コントローラであって、
ＣＰＵと、
前記ＣＰＵに電力を供給する内部電源と、
バッテリからの電力を、前記内部電源にそれぞれ独立して供給する第１電源ライン及び第２電源ラインと、
前記第１電源ラインに設けられ、前記ハイブリッド建設機械の始動時にＯＮされて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に接続し、前記ハイブリッド建設機械の停止時にＯＦＦされて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に遮断する第１スイッチと、
前記第１スイッチよりも内部電源側の前記第１電源ラインの電圧値を、前記ＣＰＵに入力する電圧監視ラインと、
前記第２電源ラインに設けられ、前記ＣＰＵによってＯＮ・ＯＦＦ制御されて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に接続又は遮断する第２スイッチと、
を備え、
前記ＣＰＵは、
前記第１電源ラインの電圧値に基づいて前記第１スイッチのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定し、前記第１スイッチがＯＮである判定したときに前記第２スイッチをＯＮとし、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定した後も前記第２スイッチをＯＮとする、
ことを特徴とするハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項２】
前記ＣＰＵは、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定したときは前記ハイブリッド建設機械に対して所定の停止処理を行った後に前記第２スイッチをＯＦＦとする、
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項３】
前記ハイブリッド建設機械は、
エンジンによって駆動されるメインポンプと、
前記メインポンプから供給される作動流体によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータから排出された作動流体によって駆動される回生モータと、
前記メインポンプから吐出された作動流体に合流させるための作動流体を吐出する可変容量型のアシストポンプと、
前記バッテリにインバータを介して接続されるとともに、前記バッテリによって駆動されて前記アシストポンプを駆動する電動機として機能し、前記回生モータによって駆動されて発電機として機能するモータジェネレータと、
を備え、
前記停止処理は、前記アシストポンプの吐出量が、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定されたときの吐出量よりも小さくなるように、前記アシストポンプの容量を制御する処理である、
ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項４】
前記ハイブリッド建設機械は、
エンジンによって駆動されるメインポンプと、
前記メインポンプから供給される作動流体によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータから排出された作動流体によって駆動される可変容量型の回生モータと、
前記メインポンプから吐出された作動流体に合流させるための作動流体を吐出するアシストポンプと、
前記バッテリにインバータを介して接続されるとともに、前記バッテリによって駆動されて前記アシストポンプを駆動する電動機として機能し、前記回生モータによって駆動されて発電機として機能するモータジェネレータと、
を備え、
前記停止処理は、前記回生モータの出力トルクが、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定されたときの出力トルクよりも小さくなるように、前記回生モータの容量を制御する処理である、
ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項５】
前記ハイブリッド建設機械は、
エンジンによって駆動されるメインポンプと、
前記メインポンプから供給される作動流体によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータから排出された作動流体によって駆動される回生モータと、
前記メインポンプから吐出された作動流体に合流させるための作動流体を吐出するアシストポンプと、
前記バッテリにインバータを介して接続されるとともに、前記バッテリによって駆動されて前記アシストポンプを駆動する電動機として機能し、前記回生モータによって駆動されて発電機として機能するモータジェネレータと、
を備え、
前記停止処理は、前記インバータ内部の平滑コンデンサを放電させる処理である、
ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項１】
ハイブリッド建設機械の制御コントローラであって、
ＣＰＵと、
前記ＣＰＵに電力を供給する内部電源と、
バッテリからの電力を、前記内部電源にそれぞれ独立して供給する第１電源ライン及び第２電源ラインと、
前記第１電源ラインに設けられ、前記ハイブリッド建設機械の始動時にＯＮされて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に接続し、前記ハイブリッド建設機械の停止時にＯＦＦされて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に遮断する第１スイッチと、
前記第１スイッチよりも内部電源側の前記第１電源ラインの電圧値を、前記ＣＰＵに入力する電圧監視ラインと、
前記第２電源ラインに設けられ、前記ＣＰＵによってＯＮ・ＯＦＦ制御されて前記バッテリと前記内部電源とを電気的に接続又は遮断する第２スイッチと、
を備え、
前記ＣＰＵは、
前記第１電源ラインの電圧値に基づいて前記第１スイッチのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定し、前記第１スイッチがＯＮである判定したときに前記第２スイッチをＯＮとし、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定した後も前記第２スイッチをＯＮとする、
ことを特徴とするハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項２】
前記ＣＰＵは、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定したときは前記ハイブリッド建設機械に対して所定の停止処理を行った後に前記第２スイッチをＯＦＦとする、
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項３】
前記ハイブリッド建設機械は、
エンジンによって駆動されるメインポンプと、
前記メインポンプから供給される作動流体によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータから排出された作動流体によって駆動される回生モータと、
前記メインポンプから吐出された作動流体に合流させるための作動流体を吐出する可変容量型のアシストポンプと、
前記バッテリにインバータを介して接続されるとともに、前記バッテリによって駆動されて前記アシストポンプを駆動する電動機として機能し、前記回生モータによって駆動されて発電機として機能するモータジェネレータと、
を備え、
前記停止処理は、前記アシストポンプの吐出量が、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定されたときの吐出量よりも小さくなるように、前記アシストポンプの容量を制御する処理である、
ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項４】
前記ハイブリッド建設機械は、
エンジンによって駆動されるメインポンプと、
前記メインポンプから供給される作動流体によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータから排出された作動流体によって駆動される可変容量型の回生モータと、
前記メインポンプから吐出された作動流体に合流させるための作動流体を吐出するアシストポンプと、
前記バッテリにインバータを介して接続されるとともに、前記バッテリによって駆動されて前記アシストポンプを駆動する電動機として機能し、前記回生モータによって駆動されて発電機として機能するモータジェネレータと、
を備え、
前記停止処理は、前記回生モータの出力トルクが、前記第１スイッチがＯＦＦであると判定されたときの出力トルクよりも小さくなるように、前記回生モータの容量を制御する処理である、
ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【請求項５】
前記ハイブリッド建設機械は、
エンジンによって駆動されるメインポンプと、
前記メインポンプから供給される作動流体によって駆動されるアクチュエータと、
前記アクチュエータから排出された作動流体によって駆動される回生モータと、
前記メインポンプから吐出された作動流体に合流させるための作動流体を吐出するアシストポンプと、
前記バッテリにインバータを介して接続されるとともに、前記バッテリによって駆動されて前記アシストポンプを駆動する電動機として機能し、前記回生モータによって駆動されて発電機として機能するモータジェネレータと、
を備え、
前記停止処理は、前記インバータ内部の平滑コンデンサを放電させる処理である、
ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御コントローラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９３５５１（Ｐ２０１２−１９３５５１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８６８８（Ｐ２０１１−５８６８８）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
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