ハイブリッド式ショベルの制御方法
【課題】作業要素の初動時の操作性を向上させるハイブリッド式ショベルの制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルの制御方法は、レバー信号とエンジン出力状態とに基づいて、通常時のエンジン回転数制御指令と通常時よりも高い初動時のエンジン回転数制御指令とを切り換える。初動時のエンジン回転数制御指令は、レバー信号と傾転角とに対応するエンジン回転数を含む。アシストモータ１２は、初動時のエンジン回転数制御指令に基づいてエンジン１１をアシストする。
【解決手段】本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルの制御方法は、レバー信号とエンジン出力状態とに基づいて、通常時のエンジン回転数制御指令と通常時よりも高い初動時のエンジン回転数制御指令とを切り換える。初動時のエンジン回転数制御指令は、レバー信号と傾転角とに対応するエンジン回転数を含む。アシストモータ１２は、初動時のエンジン回転数制御指令に基づいてエンジン１１をアシストする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン駆動の可変容量ポンプを備えるハイブリッド式ショベルの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボ過給圧の推移に基づいてエンジン負荷の変動を検出し、その検出結果に基づいてＥＧＲ（排気再循環）制御を実行する油圧ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の油圧ショベルは、エンジン負荷の変動の検出結果をＥＧＲ制御に利用するのみであり、エンジン負荷が増大し始めるときのトルク不足に対処するためにその検出結果を利用することはない。そのため、特許文献１に記載の油圧ショベルは、ブーム、アーム、バケット等の作業要素が操作されエンジン負荷が増大し始めるときに、可変容量ポンプのトルクがエンジンのトルクを上回らないように可変容量ポンプのトルクを一定レベル以下に制限する必要がある。無負荷状態にあったエンジンが十分なトルクを出力するまでに一定の時間を要するためである。その結果、特許文献１に記載の油圧ショベルは、作業要素の初動時の動作速度を制限することとなり、操作者にもたつき感を抱かせてしまう。
【０００５】
上述の点に鑑み、本発明は、作業要素の初動時の操作性を向上させるハイブリッド式ショベルの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルの制御方法は、レバー信号とエンジン出力状態とに基づいて、通常時のエンジン回転数制御指令と通常時よりも高い初動時のエンジン回転数制御指令とを切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述の手段により、本発明は、作業要素の初動時の操作性を向上させるハイブリッド式ショベルの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ハイブリッド式ショベルの側面図である。
【図２】第１実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【図３】蓄電系の構成を示すブロック図である。
【図４】初動時制御の原理の説明図である。
【図５】初動時制御を実行するコントローラの構成を示すブロック図（その１）である。
【図６】図５の構成を有するコントローラによる初動時制御の効果の説明図である。
【図７】初動時制御を実行するコントローラの構成を示すブロック図（その２）である。
【図８】図７の構成を有するコントローラによる初動時制御の効果の説明図である。
【図９】第２実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明が適用されるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。
【００１０】
ハイブリッド式ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、作業要素としてのブーム４が取り付けられている。また、ブーム４の先端には、作業要素としてのアーム５が取り付けられ、アーム５の先端には、作業要素としてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントを構成し、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
【００１１】
図２は、本発明の第１実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線（太線）、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線（細線）でそれぞれ示されている。
【００１２】
過給機を備えた機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、可変容量型油圧ポンプとしてのメインポンプ１４と固定容量型油圧ポンプとしてのパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
【００１３】
また、エンジン１１には、エンジン制御装置１１Ａが接続されている。エンジン制御装置１１Ａは、過給機によるエンジン過給圧を検出するエンジン過給圧センサを含む。
【００１４】
また、メインポンプ１４には、レギュレータ１４Ａが接続されている。レギュレータ１４Ａは、メインポンプ１４のポンプ容積を制御する装置であり、例えば、斜板傾転角制御装置である。具体的には、レギュレータ１４Ａは、吐出圧連動部１４Ａａ、ポンプ比例弁１４Ａｂ、及びポンプ比例弁連動部１４Ａｃで構成される。吐出圧連動部１４Ａａは、メインポンプ１４の吐出圧に連動するピストンを含むシリンダであり、そのピストンが斜板に結合されている。吐出圧連動部１４Ａａは、メインポンプ１４の吐出圧が上昇した場合にポンプ容積を低減させるように斜板の傾転角を調整する。ポンプ比例弁連動部１４Ａｃは、ポンプ比例弁１４Ａｂの出力圧に連動するピストンを含むシリンダであり、そのピストンが斜板に結合されている。ポンプ比例弁連動部１４Ａｃは、ポンプ比例弁１４Ａｂの出力圧が上昇した場合にポンプ容積を低減させるように斜板の傾転角を調整する。ポンプ比例弁１４Ａｂは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して入力電流値に応じた圧力の作動油をポンプ比例弁連動部１４Ａｃに対して供給する。
【００１５】
レギュレータ１４Ａは、例えば、作業要素が何れも操作されていない場合、すなわち無操作状態の場合に、ポンプ容積（傾転角）を最小にしてエンジンの負担を抑制し、作業要素が操作された場合に、ポンプ容積（傾転角）を増大させて必要な作動油が油圧アクチュエータに供給されるようにする。
【００１６】
コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。
【００１７】
電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。ここで、旋回用電動機２１が上部旋回体３を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ２３が上部旋回体３に機械的にブレーキをかけておくブレーキ装置に相当する。
【００１８】
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
【００１９】
吐出圧センサ２９Ａは、メインポンプ１４の吐出圧を検出するセンサであり、コントローラ３０に対して検出値を出力する。
【００２０】
図３は蓄電系１２０の構成を示すブロック図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータとＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。
【００２１】
昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り換える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。
【００２２】
図２に戻り、コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
【００２３】
コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
【００２４】
また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り換え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切換制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。
【００２５】
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切換制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりにリチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。
【００２６】
以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。
【００２７】
また、コントローラ３０は、アタッチメントの初動時の操作性を向上させる初動時制御を行う。
【００２８】
ここで、図４を参照しながら、初動時制御の原理について説明する。図４は、ブーム４が上げ操作されたときの、メインポンプ１４のポンプトルクＴＰ、メインポンプ１４のポンプ吐出流量ＱＰ、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油量ＱＣ、及びブーム４の動作速度ＶＣの関係を示す。
【００２９】
メインポンプ１４のポンプトルクＴＰは、メインポンプ１４の最大ポンプ容積ＶＭＡＸと、傾転角制御量Ｘ（現在の傾転角の最大傾転角に対する割合であり、０以上１以下の値となる。）と、メインポンプ１４の吐出圧ＰＰとの積で表される。
【００３０】
また、ポンプ吐出流量ＱＰは、最大ポンプ容積ＶＭＡＸと、傾転角制御量Ｘと、エンジン回転数Ｎとの積で表される。
【００３１】
このように、エンジン回転数Ｎの増大は、ポンプ吐出流量ＱＰを増大させるが、メインポンプ１４のポンプトルクＴＰに影響しない。
【００３２】
なお、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油量ＱＣは、他の油圧アクチュエータが作動していない場合、ポンプ吐出流量ＱＰに比例する。また、ブーム４の動作速度ＶＣは、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油量ＱＣに比例する。すなわち、ブーム４の動作速度ＶＣは、ポンプ吐出流量ＱＰ、ひいてはエンジン回転数Ｎに比例する。
【００３３】
このような関係により、コントローラ３０は、ブームシリンダ７の作動油量ＱＣに基づいてメインポンプ１４のポンプ吐出流量ＱＰを推定する。また、コントローラ３０は、推定したポンプ吐出流量ＱＰとそのときの傾転角制御量Ｘとに基づいて、初動時に必要なエンジン回転数Ｎを算出することができる。
【００３４】
上述の関係より、コントローラ３０は、傾転角制御量Ｘを固定したままであっても、エンジン回転数Ｎを増大させることで、メインポンプ１４のポンプトルクＴＰを増大させることなく、ブーム４の動作速度ＶＣを増大させることができる。これは、ブーム４の初動時にエンジン１１が十分なトルクを出力できない場合であっても、エンジン１１のトルク不足に起因してブーム４の動作速度が制限されてしまうのを回避できることを意味する。
【００３５】
次に、図５を参照しながら、初動時制御を実行するコントローラ３０の構成について説明する。
【００３６】
初動時制御に関し、コントローラ３０は、操作判断部３００及びエンジン回転数制御指令生成部３０１を有する。
【００３７】
操作判断部３００は、エンジン回転数制御指令生成部３０１に対して切換信号を出力する機能要素である。
【００３８】
具体的には、操作判断部３００は、圧力センサ２９が出力する操作装置２６の操作状態を表すレバー信号に基づいて、アタッチメントの作動が必要な状態であるか否かを判断する。
【００３９】
また、操作判断部３００は、エンジン負荷率及びエンジン過給圧等のエンジン出力状態に基づいて、エンジン１１の負荷状態を判断する。
【００４０】
エンジン負荷率は、エンジン１１の定格トルクに対する現在のエンジントルクとして算出される。ポンプトルクは、例えば、吐出圧センサ２９Ａが出力するメインポンプ１４の吐出圧とレギュレータ１４Ａが出力する傾転角すなわちポンプ容積とに基づいて算出される。なお、エンジントルクは、例えば、エンジン制御装置１１Ａが出力する値である。
【００４１】
エンジン過給圧は、エンジンの最大出力を表す指標として用いられる。エンジンの最大出力は、エンジン過給圧が大きくなるにつれて大きくなる。なお、エンジン過給圧は、例えば、エンジン制御装置１１Ａが出力する値である。
【００４２】
操作判断部３００は、エンジン１１が無負荷状態にあり、且つ、アタッチメントの作動が必要な状態にあると判断した場合に、エンジン回転数制御指令生成部３０１に対して初動時切換信号を出力する。一方、操作判断部３００は、エンジン１１が負荷状態にあると判断した場合、或いは、アタッチメントの作動が必要な状態にないと判断した場合に、エンジン回転数制御指令生成部３０１に対して通常時切換信号を出力する。
【００４３】
エンジン回転数制御指令生成部３０１は、エンジン回転数制御指令を生成する機能要素である。
【００４４】
具体的には、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、操作判断部３００からの初動時切換信号又は通常時切換信号に応じて、初動時エンジン回転数又は通常時エンジン回転数の何れか一方に対応するエンジン回転数制御指令を生成し、生成したエンジン回転数制御指令をエンジン制御装置１１Ａ及び電動発電機１２に対して出力する。
【００４５】
また、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、例えば、圧力センサ２９が出力する操作装置２６の操作状態を表すレバー信号と、レギュレータ１４Ａが出力する傾転角とに基づいて、初動時エンジン回転数を決定する。
【００４６】
具体的には、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、例えば、内部メモリに予め記憶された、操作装置２６のレバー操作角度と傾転角との組み合わせに適したエンジン回転数を定める参照テーブルを参照し、現時点におけるレバー操作角度と傾転角との組み合わせに適した初動時エンジン回転数を決定する。或いは、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、操作対象の油圧アクチュエータに流入する作動油量に基づいてメインポンプ１４のポンプ吐出流量を推定し、推定したポンプ吐出流量とそのときの傾転角とに基づき、式１（図４参照。）を用いて初動時エンジン回転数を算出してもよい。なお、通常時エンジン回転数は、内部メモリに予め記憶される一定値である。
【００４７】
そして、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、操作判断部３００から初動時切換信号を受信した場合に、初動時エンジン回転数に関するエンジン回転数制御指令を生成し、生成したエンジン回転数制御指令をエンジン制御装置１１Ａ及び電動発電機１２に対して出力する。或いは、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、通常時切換信号を受信した場合に、通常時エンジン回転数に関するエンジン回転数制御指令を生成し、生成したエンジン回転数制御指令をエンジン制御装置１１Ａ及び電動発電機１２に対して出力する。
【００４８】
エンジン制御装置１１Ａは、エンジン回転数制御指令として初動時エンジン回転数を受信すると、エンジン１１の回転数を初動時エンジン回転数まで増大させる。
【００４９】
また、電動発電機１２は、エンジン回転数制御指令として初動時エンジン回転数を受信すると、エンジン１１の回転数が初動時エンジン回転数となるようにエンジン１１をアシストする。
【００５０】
次に、図６を参照しながら、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の効果について説明する。
【００５１】
図６は、ブーム４の初動時制御を実行する際の各種物理量の時間的推移を示し、図６（Ａ）がポンプ容積の推移を示し、図６（Ｂ）がエンジン回転数の推移を示し、図６（Ｃ）がポンプ吐出流量の推移を示し、図６（Ｄ）がポンプトルクの推移を示す。また、図６の破線で表される推移は、ブーム４の初動時にエンジン回転数を増大させない場合の推移を比較例として示す。
【００５２】
ブーム４が上げ操作されると、コントローラ３０は、操作判断部３００により、必要なトルクをエンジン１１が出力できないと判定する。そして、コントローラ３０は、初動時エンジン回転数になるように、電動発電機１２を速度制御する。所定の回転数になるまでトルク制御を継続させてもよい。これにより、コントローラ３０は、図６（Ｂ）で示すように、時刻ｔ１において、エンジン回転数を通常時エンジン回転数から初動時エンジン回転数に増大させる。その結果、コントローラ３０は、図６（Ａ）及び図６（Ｄ）で示すように、エンジン回転数を増大させない場合と同様にポンプトルク及びポンプ容積を推移させる。その上で、コントローラ３０は、図６（Ｃ）で示すように、ポンプ吐出流量の増大率を大きくすることができる。すなわち、コントローラ３０は、ポンプトルクをエンジントルク未満としながら、ブーム４をより迅速に上昇させることができる。
【００５３】
その後、図６（Ｃ）で示すように、時刻ｔ２においてポンプ吐出流量が所定値に達すると、コントローラ３０は、初動時エンジン回転数となっているエンジン回転数を徐々に減少させながら通常時エンジン回転数に戻す。時間の経過と共にエンジン過給圧が増大してエンジントルクも増大するためである。すなわち、エンジン回転数を初動時エンジン回転数まで増大させなくとも、ポンプ容積を増大させることによって、ポンプ吐出流量を所定値で維持できるようになるためである。なお、ポンプ吐出流量の所定値は、操作判断部３００により操作装置２６の操作量に基づいて決定される。
【００５４】
その後、図６（Ｂ）で示すように、時刻ｔ３において、エンジン回転数は通常時エンジン回転数に復帰する。もはやエンジン回転数を通常時エンジン回転数より大きくする必要がないためである。すなわち、図６（Ｃ）で示すように、ポンプ吐出流量は、時刻ｔ３の時点では、ブーム４の初動時にエンジン回転数を増大させなかった場合であっても、所定値に達するためである。
【００５５】
以上により、コントローラ３０は、ブーム４の初動時にエンジン回転数を増大させることによって、比較例と比べてポンプ容積すなわちポンプトルクの増大パターンを変化させなくとも、ポンプ吐出流量を一時的に増大させ、ブーム４の初動時の動作速度ひいては操作性を向上させることができる。
【００５６】
なお、図６で示す初動時制御の効果は、ブーム４の上げ操作の初動時を例に説明されたが、他の作業要素の操作の初動時においても同様に実現される。また、ここではブーム単独動作時の事例を説明したが、ブーム４及びアーム５の複合動作時のメインポンプ１４のポンプ吐出流量は、ブームシリンダ７とアームシリンダ８とに流入する作動油量に基づいて推定される。
【００５７】
次に、図７を参照しながら、初動時制御を実行するコントローラ３０の別の構成について説明する。
【００５８】
図７の構成は、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２を備える点、及びエンジン回転数制御指令生成部３０１が傾転角に関する情報をポンプ比例弁制御指令生成部３０２から取得する点で図５の構成と相違するが、その他の点で図５の構成と共通する。そのため、以下では、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。
【００５９】
ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、ポンプ比例弁制御指令を生成する機能要素である。ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、操作判断部３００からの初動時切換信号又は通常時切換信号に応じて、初動時電流パターン又は通常時電流パターンの何れか一方に関するポンプ比例弁制御指令を生成し、生成したポンプ比例弁制御指令をポンプ比例弁１４Ａｂに対して出力する。
【００６０】
具体的には、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、吐出圧センサ２９Ａが出力するメインポンプ１４の吐出圧と、エンジン制御装置１１Ａが出力するエンジン過給圧とに基づいて、メインポンプ１４が無負荷状態にあるか否かを判断する。
【００６１】
そして、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、メインポンプ１４が無負荷状態にあると判断した場合に、メインポンプ１４によりエンジン１１の負担を軽減可能であるとし、エンジン１１の負担を軽減させるために必要なメインポンプ１４のポンプ容積（傾転角）を決定する。
【００６２】
なお、レギュレータ１４Ａの吐出圧連動部１４Ａａによる傾転角の変化はメインポンプ１４の吐出圧によって決定されるが、レギュレータ１４Ａのポンプ比例弁連動部１４Ａｃによる傾転角の変化は、ポンプ比例弁１４Ａｂに供給される電流パターンに応じて決定される。
【００６３】
そこで、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、決定したポンプ容積（傾転角）を実現すべく、ポンプ比例弁１４Ａｂに対して出力する初動時電流パターンに関するポンプ比例弁制御指令を生成する。なお、初動時電流パターン及び通常時電流パターンは何れも、内部メモリに予め記憶される電流パターンである。
【００６４】
なお、上記では、決定されたポンプ容積（傾転角）に基づいて初動時電流パターンが出力される例を記載したが、メインポンプ１４が無負荷状態の際には、ポンプ容積（傾転角）にかかわらず、予め定めた初動時電流パターンが出力されるようにしてもよい。
【００６５】
そして、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、操作判断部３００から初動時切換信号を受信した場合には、初動時電流パターンに関するポンプ比例弁制御指令をポンプ比例弁１４Ａｂに対して出力し、操作判断部３００から通常時切換信号を受信した場合には、通常時電流パターンに関するポンプ比例弁制御指令をポンプ比例弁１４Ａｂに対して出力する。
【００６６】
ポンプ比例弁１４Ａｂは、ポンプ比例弁制御指令として初動時電流パターンの供給を受けると、所望の傾転角ひいては所望のポンプ容積が実現されるようにポンプ比例弁連動部１４Ａｃに対して作動油を供給する。
【００６７】
また、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、操作判断部３００から初動時切換信号を受信した場合には、上述のように導き出したポンプ容積（傾転角）をエンジン回転数制御指令生成部３０１に対して出力し、操作判断部３００から通常時切換信号を受信した場合には、レギュレータ１４Ａが出力する傾転角をエンジン回転数制御指令生成部３０１に対して出力する。なお、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２を経由することなく、レギュレータ１４Ａが出力する傾転角を直接的に取得するようにしてもよい。
【００６８】
また、図７の構成では、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、１又は複数の制御周期毎に、圧力センサ２９が出力する操作装置２６の操作状態を表すレバー信号と、レギュレータ１４Ａが出力する傾転角とに基づいて、初動時エンジン回転数を決定する。或いは、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、１又は複数の制御周期毎に、操作対象の油圧アクチュエータに流入する作動油量に基づいてメインポンプ１４のポンプ吐出流量を推定し、推定したポンプ吐出流量とそのときの傾転角とに基づき、式１（図４参照。）を用いて初動時エンジン回転数を算出してもよい。
【００６９】
次に、図８を参照しながら、図７の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の効果について説明する。
【００７０】
図８は、図６と同様、ブーム４の初動時制御を実行する際の各種物理量の時間的推移を示す。なお、図８は、比較のため、図６の実線で表される推移を点線で示す。
【００７１】
ブーム４が上げ操作されると、コントローラ３０は、操作判断部３００により、必要なトルクをエンジン１１が出力できないと判定する。そして、コントローラ３０は、図８（Ｂ）で示すように、時刻ｔ１において、エンジン回転数制御指令生成部３０１が１又は複数の制御周期毎に出力する初動時エンジン回転数へのエンジン回転数の調整を開始する。なお、本実施例における初動時エンジン回転数は、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の場合と比べて低くなっている。メインポンプ１４の吐出圧とエンジン過給圧とをより詳細に考慮しながらエンジン１１が出力可能なトルクをより詳細に判断し、ポンプトルクすなわちポンプ容積をより積極的に増大させているためである。
【００７２】
図８（Ａ）及び図８（Ｄ）は、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の場合と比べ、ポンプトルク及びポンプ容積がより高めに推移していることを示す。また、図８（Ｂ）は、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の場合と比べ、エンジン回転数の増大幅が抑制されていることを示す。一方で、図８（Ｃ）は、ポンプ吐出流量が、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の場合と同様に推移することを示す。
【００７３】
以上により、図７の構成を有するコントローラ３０は、図５の構成を有するコントローラに比べ、ブーム４の初動時にポンプ容積すなわちポンプトルクをより積極的に増大させる。その結果、図５の構成を有するコントローラによる場合と同様のポンプ吐出流量の推移を実現しながら、ブーム４の初動時におけるエンジン回転数の増大幅を抑制することができる。すなわち、ブーム４の初動時の動作速度ひいては操作性を向上させながらも、燃費を向上させることができる。
【００７４】
なお、図８で示す初動時制御の効果は、ブーム４の上げ操作の初動時を例に説明されたが、他の作業要素の操作の初動時においても同様に実現される。
【００７５】
次に、第２実施形態について説明する。図９は、本発明の第２実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図９において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７６】
図９に示すように、第２実施形態によるハイブリッド式ショベルは、インバータ２０、旋回用電動機２１、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４で構成される負荷駆動系の代わりに、旋回用油圧モータ２１Ｂを備える点で、第１実施形態によるハイブリッド式ショベルと相違するが、その他の点で共通する。
【００７７】
第２実施形態によるハイブリッド式ショベルは、第１実施形態によるハイブリッド式ショベルと同様、図５及び図７の何れの構成を有するコントローラ３０をも搭載可能である。そして、第２実施形態によるハイブリッド式ショベルに搭載されるコントローラ３０は、第１実施形態によるハイブリッド式ショベルにおけるブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の初動時と同様、旋回機構２の初動時の動作速度ひいては操作性を向上させることができる。具体的には、旋回機構２の初動時にエンジン回転数を増大させることによって、ポンプ容積すなわちポンプトルクの増大パターンを変化させなくとも、ポンプ吐出流量を一時的に増大させ、旋回機構２の初動時の動作速度ひいては操作性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・下部走行体 １Ａ、１Ｂ・・・油圧モータ ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １１Ａ・・・エンジン制御装置 １２・・・電動発電機 １３・・・変速機 １４・・・メインポンプ １４Ａ・・・レギュレータ １４Ａａ・・・吐出圧連動部 １４Ａｂ・・・ポンプ比例弁 １４Ａｃ・・・ポンプ比例弁連動部 １５・・・パイロットポンプ １６・・・高圧油圧ライン １７・・・コントロールバルブ １８、２０・・・インバータ １９・・・キャパシタ ２１・・・旋回用電動機 ２１Ｂ・・・旋回用油圧モータ ２２・・・レゾルバ ２３・・・メカニカルブレーキ ２４・・・旋回変速機 ２５・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー ２６Ｃ・・・ペダル ２７・・・油圧ライン ２８・・・油圧ライン ２９・・・圧力センサ ２９Ａ・・・吐出圧センサ ３０・・・コントローラ １００・・・昇降圧コンバータ １１０・・・出力端子ＤＣバス １１１・・・ＤＣバス電圧検出部 １１２・・・キャパシタ電圧検出部 １１３・・・キャパシタ電流検出部 １２０・・・蓄電系 ３００・・・操作判断部 ３０１・・・エンジン回転数制御指令生成部 ３０２・・・ポンプ比例弁制御指令生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン駆動の可変容量ポンプを備えるハイブリッド式ショベルの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボ過給圧の推移に基づいてエンジン負荷の変動を検出し、その検出結果に基づいてＥＧＲ（排気再循環）制御を実行する油圧ショベルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の油圧ショベルは、エンジン負荷の変動の検出結果をＥＧＲ制御に利用するのみであり、エンジン負荷が増大し始めるときのトルク不足に対処するためにその検出結果を利用することはない。そのため、特許文献１に記載の油圧ショベルは、ブーム、アーム、バケット等の作業要素が操作されエンジン負荷が増大し始めるときに、可変容量ポンプのトルクがエンジンのトルクを上回らないように可変容量ポンプのトルクを一定レベル以下に制限する必要がある。無負荷状態にあったエンジンが十分なトルクを出力するまでに一定の時間を要するためである。その結果、特許文献１に記載の油圧ショベルは、作業要素の初動時の動作速度を制限することとなり、操作者にもたつき感を抱かせてしまう。
【０００５】
上述の点に鑑み、本発明は、作業要素の初動時の操作性を向上させるハイブリッド式ショベルの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルの制御方法は、レバー信号とエンジン出力状態とに基づいて、通常時のエンジン回転数制御指令と通常時よりも高い初動時のエンジン回転数制御指令とを切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述の手段により、本発明は、作業要素の初動時の操作性を向上させるハイブリッド式ショベルの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ハイブリッド式ショベルの側面図である。
【図２】第１実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【図３】蓄電系の構成を示すブロック図である。
【図４】初動時制御の原理の説明図である。
【図５】初動時制御を実行するコントローラの構成を示すブロック図（その１）である。
【図６】図５の構成を有するコントローラによる初動時制御の効果の説明図である。
【図７】初動時制御を実行するコントローラの構成を示すブロック図（その２）である。
【図８】図７の構成を有するコントローラによる初動時制御の効果の説明図である。
【図９】第２実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明が適用されるハイブリッド式ショベルを示す側面図である。
【００１０】
ハイブリッド式ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、作業要素としてのブーム４が取り付けられている。また、ブーム４の先端には、作業要素としてのアーム５が取り付けられ、アーム５の先端には、作業要素としてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントを構成し、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
【００１１】
図２は、本発明の第１実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは実線（太線）、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は実線（細線）でそれぞれ示されている。
【００１２】
過給機を備えた機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、可変容量型油圧ポンプとしてのメインポンプ１４と固定容量型油圧ポンプとしてのパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
【００１３】
また、エンジン１１には、エンジン制御装置１１Ａが接続されている。エンジン制御装置１１Ａは、過給機によるエンジン過給圧を検出するエンジン過給圧センサを含む。
【００１４】
また、メインポンプ１４には、レギュレータ１４Ａが接続されている。レギュレータ１４Ａは、メインポンプ１４のポンプ容積を制御する装置であり、例えば、斜板傾転角制御装置である。具体的には、レギュレータ１４Ａは、吐出圧連動部１４Ａａ、ポンプ比例弁１４Ａｂ、及びポンプ比例弁連動部１４Ａｃで構成される。吐出圧連動部１４Ａａは、メインポンプ１４の吐出圧に連動するピストンを含むシリンダであり、そのピストンが斜板に結合されている。吐出圧連動部１４Ａａは、メインポンプ１４の吐出圧が上昇した場合にポンプ容積を低減させるように斜板の傾転角を調整する。ポンプ比例弁連動部１４Ａｃは、ポンプ比例弁１４Ａｂの出力圧に連動するピストンを含むシリンダであり、そのピストンが斜板に結合されている。ポンプ比例弁連動部１４Ａｃは、ポンプ比例弁１４Ａｂの出力圧が上昇した場合にポンプ容積を低減させるように斜板の傾転角を調整する。ポンプ比例弁１４Ａｂは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して入力電流値に応じた圧力の作動油をポンプ比例弁連動部１４Ａｃに対して供給する。
【００１５】
レギュレータ１４Ａは、例えば、作業要素が何れも操作されていない場合、すなわち無操作状態の場合に、ポンプ容積（傾転角）を最小にしてエンジンの負担を抑制し、作業要素が操作された場合に、ポンプ容積（傾転角）を増大させて必要な作動油が油圧アクチュエータに供給されるようにする。
【００１６】
コントロールバルブ１７は、ハイブリッド式ショベルにおける油圧系の制御を行う制御装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。
【００１７】
電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続される。蓄電系１２０には、インバータ２０を介して電動作業要素としての旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４が接続される。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。旋回用電動機２１と、インバータ２０と、レゾルバ２２と、メカニカルブレーキ２３と、旋回変速機２４とで負荷駆動系が構成される。ここで、旋回用電動機２１が上部旋回体３を旋回駆動するための旋回用電動モータに相当し、メカニカルブレーキ２３が上部旋回体３に機械的にブレーキをかけておくブレーキ装置に相当する。
【００１８】
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
【００１９】
吐出圧センサ２９Ａは、メインポンプ１４の吐出圧を検出するセンサであり、コントローラ３０に対して検出値を出力する。
【００２０】
図３は蓄電系１２０の構成を示すブロック図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と、昇降圧コンバータとＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２とキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値とキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。
【００２１】
昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り換える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８及び２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。
【００２２】
図２に戻り、コントローラ３０は、ハイブリッド式ショベルの駆動制御を行う主制御部としての制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
【００２３】
コントローラ３０は、圧力センサ２９から供給される信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。圧力センサ２９から供給される信号は、旋回機構２を旋回させるために操作装置２６を操作した場合の操作量を表す信号に相当する。
【００２４】
また、コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り換え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切換制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。
【００２５】
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切換制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。キャパシタ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてキャパシタ１９を示すが、キャパシタ１９の代わりにリチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。
【００２６】
以上のような構成において、アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。
【００２７】
また、コントローラ３０は、アタッチメントの初動時の操作性を向上させる初動時制御を行う。
【００２８】
ここで、図４を参照しながら、初動時制御の原理について説明する。図４は、ブーム４が上げ操作されたときの、メインポンプ１４のポンプトルクＴＰ、メインポンプ１４のポンプ吐出流量ＱＰ、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油量ＱＣ、及びブーム４の動作速度ＶＣの関係を示す。
【００２９】
メインポンプ１４のポンプトルクＴＰは、メインポンプ１４の最大ポンプ容積ＶＭＡＸと、傾転角制御量Ｘ（現在の傾転角の最大傾転角に対する割合であり、０以上１以下の値となる。）と、メインポンプ１４の吐出圧ＰＰとの積で表される。
【００３０】
また、ポンプ吐出流量ＱＰは、最大ポンプ容積ＶＭＡＸと、傾転角制御量Ｘと、エンジン回転数Ｎとの積で表される。
【００３１】
このように、エンジン回転数Ｎの増大は、ポンプ吐出流量ＱＰを増大させるが、メインポンプ１４のポンプトルクＴＰに影響しない。
【００３２】
なお、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油量ＱＣは、他の油圧アクチュエータが作動していない場合、ポンプ吐出流量ＱＰに比例する。また、ブーム４の動作速度ＶＣは、ブームシリンダ７のボトム側油室に流入する作動油量ＱＣに比例する。すなわち、ブーム４の動作速度ＶＣは、ポンプ吐出流量ＱＰ、ひいてはエンジン回転数Ｎに比例する。
【００３３】
このような関係により、コントローラ３０は、ブームシリンダ７の作動油量ＱＣに基づいてメインポンプ１４のポンプ吐出流量ＱＰを推定する。また、コントローラ３０は、推定したポンプ吐出流量ＱＰとそのときの傾転角制御量Ｘとに基づいて、初動時に必要なエンジン回転数Ｎを算出することができる。
【００３４】
上述の関係より、コントローラ３０は、傾転角制御量Ｘを固定したままであっても、エンジン回転数Ｎを増大させることで、メインポンプ１４のポンプトルクＴＰを増大させることなく、ブーム４の動作速度ＶＣを増大させることができる。これは、ブーム４の初動時にエンジン１１が十分なトルクを出力できない場合であっても、エンジン１１のトルク不足に起因してブーム４の動作速度が制限されてしまうのを回避できることを意味する。
【００３５】
次に、図５を参照しながら、初動時制御を実行するコントローラ３０の構成について説明する。
【００３６】
初動時制御に関し、コントローラ３０は、操作判断部３００及びエンジン回転数制御指令生成部３０１を有する。
【００３７】
操作判断部３００は、エンジン回転数制御指令生成部３０１に対して切換信号を出力する機能要素である。
【００３８】
具体的には、操作判断部３００は、圧力センサ２９が出力する操作装置２６の操作状態を表すレバー信号に基づいて、アタッチメントの作動が必要な状態であるか否かを判断する。
【００３９】
また、操作判断部３００は、エンジン負荷率及びエンジン過給圧等のエンジン出力状態に基づいて、エンジン１１の負荷状態を判断する。
【００４０】
エンジン負荷率は、エンジン１１の定格トルクに対する現在のエンジントルクとして算出される。ポンプトルクは、例えば、吐出圧センサ２９Ａが出力するメインポンプ１４の吐出圧とレギュレータ１４Ａが出力する傾転角すなわちポンプ容積とに基づいて算出される。なお、エンジントルクは、例えば、エンジン制御装置１１Ａが出力する値である。
【００４１】
エンジン過給圧は、エンジンの最大出力を表す指標として用いられる。エンジンの最大出力は、エンジン過給圧が大きくなるにつれて大きくなる。なお、エンジン過給圧は、例えば、エンジン制御装置１１Ａが出力する値である。
【００４２】
操作判断部３００は、エンジン１１が無負荷状態にあり、且つ、アタッチメントの作動が必要な状態にあると判断した場合に、エンジン回転数制御指令生成部３０１に対して初動時切換信号を出力する。一方、操作判断部３００は、エンジン１１が負荷状態にあると判断した場合、或いは、アタッチメントの作動が必要な状態にないと判断した場合に、エンジン回転数制御指令生成部３０１に対して通常時切換信号を出力する。
【００４３】
エンジン回転数制御指令生成部３０１は、エンジン回転数制御指令を生成する機能要素である。
【００４４】
具体的には、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、操作判断部３００からの初動時切換信号又は通常時切換信号に応じて、初動時エンジン回転数又は通常時エンジン回転数の何れか一方に対応するエンジン回転数制御指令を生成し、生成したエンジン回転数制御指令をエンジン制御装置１１Ａ及び電動発電機１２に対して出力する。
【００４５】
また、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、例えば、圧力センサ２９が出力する操作装置２６の操作状態を表すレバー信号と、レギュレータ１４Ａが出力する傾転角とに基づいて、初動時エンジン回転数を決定する。
【００４６】
具体的には、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、例えば、内部メモリに予め記憶された、操作装置２６のレバー操作角度と傾転角との組み合わせに適したエンジン回転数を定める参照テーブルを参照し、現時点におけるレバー操作角度と傾転角との組み合わせに適した初動時エンジン回転数を決定する。或いは、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、操作対象の油圧アクチュエータに流入する作動油量に基づいてメインポンプ１４のポンプ吐出流量を推定し、推定したポンプ吐出流量とそのときの傾転角とに基づき、式１（図４参照。）を用いて初動時エンジン回転数を算出してもよい。なお、通常時エンジン回転数は、内部メモリに予め記憶される一定値である。
【００４７】
そして、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、操作判断部３００から初動時切換信号を受信した場合に、初動時エンジン回転数に関するエンジン回転数制御指令を生成し、生成したエンジン回転数制御指令をエンジン制御装置１１Ａ及び電動発電機１２に対して出力する。或いは、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、通常時切換信号を受信した場合に、通常時エンジン回転数に関するエンジン回転数制御指令を生成し、生成したエンジン回転数制御指令をエンジン制御装置１１Ａ及び電動発電機１２に対して出力する。
【００４８】
エンジン制御装置１１Ａは、エンジン回転数制御指令として初動時エンジン回転数を受信すると、エンジン１１の回転数を初動時エンジン回転数まで増大させる。
【００４９】
また、電動発電機１２は、エンジン回転数制御指令として初動時エンジン回転数を受信すると、エンジン１１の回転数が初動時エンジン回転数となるようにエンジン１１をアシストする。
【００５０】
次に、図６を参照しながら、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の効果について説明する。
【００５１】
図６は、ブーム４の初動時制御を実行する際の各種物理量の時間的推移を示し、図６（Ａ）がポンプ容積の推移を示し、図６（Ｂ）がエンジン回転数の推移を示し、図６（Ｃ）がポンプ吐出流量の推移を示し、図６（Ｄ）がポンプトルクの推移を示す。また、図６の破線で表される推移は、ブーム４の初動時にエンジン回転数を増大させない場合の推移を比較例として示す。
【００５２】
ブーム４が上げ操作されると、コントローラ３０は、操作判断部３００により、必要なトルクをエンジン１１が出力できないと判定する。そして、コントローラ３０は、初動時エンジン回転数になるように、電動発電機１２を速度制御する。所定の回転数になるまでトルク制御を継続させてもよい。これにより、コントローラ３０は、図６（Ｂ）で示すように、時刻ｔ１において、エンジン回転数を通常時エンジン回転数から初動時エンジン回転数に増大させる。その結果、コントローラ３０は、図６（Ａ）及び図６（Ｄ）で示すように、エンジン回転数を増大させない場合と同様にポンプトルク及びポンプ容積を推移させる。その上で、コントローラ３０は、図６（Ｃ）で示すように、ポンプ吐出流量の増大率を大きくすることができる。すなわち、コントローラ３０は、ポンプトルクをエンジントルク未満としながら、ブーム４をより迅速に上昇させることができる。
【００５３】
その後、図６（Ｃ）で示すように、時刻ｔ２においてポンプ吐出流量が所定値に達すると、コントローラ３０は、初動時エンジン回転数となっているエンジン回転数を徐々に減少させながら通常時エンジン回転数に戻す。時間の経過と共にエンジン過給圧が増大してエンジントルクも増大するためである。すなわち、エンジン回転数を初動時エンジン回転数まで増大させなくとも、ポンプ容積を増大させることによって、ポンプ吐出流量を所定値で維持できるようになるためである。なお、ポンプ吐出流量の所定値は、操作判断部３００により操作装置２６の操作量に基づいて決定される。
【００５４】
その後、図６（Ｂ）で示すように、時刻ｔ３において、エンジン回転数は通常時エンジン回転数に復帰する。もはやエンジン回転数を通常時エンジン回転数より大きくする必要がないためである。すなわち、図６（Ｃ）で示すように、ポンプ吐出流量は、時刻ｔ３の時点では、ブーム４の初動時にエンジン回転数を増大させなかった場合であっても、所定値に達するためである。
【００５５】
以上により、コントローラ３０は、ブーム４の初動時にエンジン回転数を増大させることによって、比較例と比べてポンプ容積すなわちポンプトルクの増大パターンを変化させなくとも、ポンプ吐出流量を一時的に増大させ、ブーム４の初動時の動作速度ひいては操作性を向上させることができる。
【００５６】
なお、図６で示す初動時制御の効果は、ブーム４の上げ操作の初動時を例に説明されたが、他の作業要素の操作の初動時においても同様に実現される。また、ここではブーム単独動作時の事例を説明したが、ブーム４及びアーム５の複合動作時のメインポンプ１４のポンプ吐出流量は、ブームシリンダ７とアームシリンダ８とに流入する作動油量に基づいて推定される。
【００５７】
次に、図７を参照しながら、初動時制御を実行するコントローラ３０の別の構成について説明する。
【００５８】
図７の構成は、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２を備える点、及びエンジン回転数制御指令生成部３０１が傾転角に関する情報をポンプ比例弁制御指令生成部３０２から取得する点で図５の構成と相違するが、その他の点で図５の構成と共通する。そのため、以下では、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。
【００５９】
ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、ポンプ比例弁制御指令を生成する機能要素である。ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、操作判断部３００からの初動時切換信号又は通常時切換信号に応じて、初動時電流パターン又は通常時電流パターンの何れか一方に関するポンプ比例弁制御指令を生成し、生成したポンプ比例弁制御指令をポンプ比例弁１４Ａｂに対して出力する。
【００６０】
具体的には、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、吐出圧センサ２９Ａが出力するメインポンプ１４の吐出圧と、エンジン制御装置１１Ａが出力するエンジン過給圧とに基づいて、メインポンプ１４が無負荷状態にあるか否かを判断する。
【００６１】
そして、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、メインポンプ１４が無負荷状態にあると判断した場合に、メインポンプ１４によりエンジン１１の負担を軽減可能であるとし、エンジン１１の負担を軽減させるために必要なメインポンプ１４のポンプ容積（傾転角）を決定する。
【００６２】
なお、レギュレータ１４Ａの吐出圧連動部１４Ａａによる傾転角の変化はメインポンプ１４の吐出圧によって決定されるが、レギュレータ１４Ａのポンプ比例弁連動部１４Ａｃによる傾転角の変化は、ポンプ比例弁１４Ａｂに供給される電流パターンに応じて決定される。
【００６３】
そこで、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、決定したポンプ容積（傾転角）を実現すべく、ポンプ比例弁１４Ａｂに対して出力する初動時電流パターンに関するポンプ比例弁制御指令を生成する。なお、初動時電流パターン及び通常時電流パターンは何れも、内部メモリに予め記憶される電流パターンである。
【００６４】
なお、上記では、決定されたポンプ容積（傾転角）に基づいて初動時電流パターンが出力される例を記載したが、メインポンプ１４が無負荷状態の際には、ポンプ容積（傾転角）にかかわらず、予め定めた初動時電流パターンが出力されるようにしてもよい。
【００６５】
そして、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、操作判断部３００から初動時切換信号を受信した場合には、初動時電流パターンに関するポンプ比例弁制御指令をポンプ比例弁１４Ａｂに対して出力し、操作判断部３００から通常時切換信号を受信した場合には、通常時電流パターンに関するポンプ比例弁制御指令をポンプ比例弁１４Ａｂに対して出力する。
【００６６】
ポンプ比例弁１４Ａｂは、ポンプ比例弁制御指令として初動時電流パターンの供給を受けると、所望の傾転角ひいては所望のポンプ容積が実現されるようにポンプ比例弁連動部１４Ａｃに対して作動油を供給する。
【００６７】
また、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２は、操作判断部３００から初動時切換信号を受信した場合には、上述のように導き出したポンプ容積（傾転角）をエンジン回転数制御指令生成部３０１に対して出力し、操作判断部３００から通常時切換信号を受信した場合には、レギュレータ１４Ａが出力する傾転角をエンジン回転数制御指令生成部３０１に対して出力する。なお、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、ポンプ比例弁制御指令生成部３０２を経由することなく、レギュレータ１４Ａが出力する傾転角を直接的に取得するようにしてもよい。
【００６８】
また、図７の構成では、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、１又は複数の制御周期毎に、圧力センサ２９が出力する操作装置２６の操作状態を表すレバー信号と、レギュレータ１４Ａが出力する傾転角とに基づいて、初動時エンジン回転数を決定する。或いは、エンジン回転数制御指令生成部３０１は、１又は複数の制御周期毎に、操作対象の油圧アクチュエータに流入する作動油量に基づいてメインポンプ１４のポンプ吐出流量を推定し、推定したポンプ吐出流量とそのときの傾転角とに基づき、式１（図４参照。）を用いて初動時エンジン回転数を算出してもよい。
【００６９】
次に、図８を参照しながら、図７の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の効果について説明する。
【００７０】
図８は、図６と同様、ブーム４の初動時制御を実行する際の各種物理量の時間的推移を示す。なお、図８は、比較のため、図６の実線で表される推移を点線で示す。
【００７１】
ブーム４が上げ操作されると、コントローラ３０は、操作判断部３００により、必要なトルクをエンジン１１が出力できないと判定する。そして、コントローラ３０は、図８（Ｂ）で示すように、時刻ｔ１において、エンジン回転数制御指令生成部３０１が１又は複数の制御周期毎に出力する初動時エンジン回転数へのエンジン回転数の調整を開始する。なお、本実施例における初動時エンジン回転数は、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の場合と比べて低くなっている。メインポンプ１４の吐出圧とエンジン過給圧とをより詳細に考慮しながらエンジン１１が出力可能なトルクをより詳細に判断し、ポンプトルクすなわちポンプ容積をより積極的に増大させているためである。
【００７２】
図８（Ａ）及び図８（Ｄ）は、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の場合と比べ、ポンプトルク及びポンプ容積がより高めに推移していることを示す。また、図８（Ｂ）は、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の場合と比べ、エンジン回転数の増大幅が抑制されていることを示す。一方で、図８（Ｃ）は、ポンプ吐出流量が、図５の構成を有するコントローラ３０による初動時制御の場合と同様に推移することを示す。
【００７３】
以上により、図７の構成を有するコントローラ３０は、図５の構成を有するコントローラに比べ、ブーム４の初動時にポンプ容積すなわちポンプトルクをより積極的に増大させる。その結果、図５の構成を有するコントローラによる場合と同様のポンプ吐出流量の推移を実現しながら、ブーム４の初動時におけるエンジン回転数の増大幅を抑制することができる。すなわち、ブーム４の初動時の動作速度ひいては操作性を向上させながらも、燃費を向上させることができる。
【００７４】
なお、図８で示す初動時制御の効果は、ブーム４の上げ操作の初動時を例に説明されたが、他の作業要素の操作の初動時においても同様に実現される。
【００７５】
次に、第２実施形態について説明する。図９は、本発明の第２実施形態によるハイブリッド式ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図９において、図２に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７６】
図９に示すように、第２実施形態によるハイブリッド式ショベルは、インバータ２０、旋回用電動機２１、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回変速機２４で構成される負荷駆動系の代わりに、旋回用油圧モータ２１Ｂを備える点で、第１実施形態によるハイブリッド式ショベルと相違するが、その他の点で共通する。
【００７７】
第２実施形態によるハイブリッド式ショベルは、第１実施形態によるハイブリッド式ショベルと同様、図５及び図７の何れの構成を有するコントローラ３０をも搭載可能である。そして、第２実施形態によるハイブリッド式ショベルに搭載されるコントローラ３０は、第１実施形態によるハイブリッド式ショベルにおけるブーム４、アーム５、バケット６、及び下部走行体１の初動時と同様、旋回機構２の初動時の動作速度ひいては操作性を向上させることができる。具体的には、旋回機構２の初動時にエンジン回転数を増大させることによって、ポンプ容積すなわちポンプトルクの増大パターンを変化させなくとも、ポンプ吐出流量を一時的に増大させ、旋回機構２の初動時の動作速度ひいては操作性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・下部走行体 １Ａ、１Ｂ・・・油圧モータ ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １１Ａ・・・エンジン制御装置 １２・・・電動発電機 １３・・・変速機 １４・・・メインポンプ １４Ａ・・・レギュレータ １４Ａａ・・・吐出圧連動部 １４Ａｂ・・・ポンプ比例弁 １４Ａｃ・・・ポンプ比例弁連動部 １５・・・パイロットポンプ １６・・・高圧油圧ライン １７・・・コントロールバルブ １８、２０・・・インバータ １９・・・キャパシタ ２１・・・旋回用電動機 ２１Ｂ・・・旋回用油圧モータ ２２・・・レゾルバ ２３・・・メカニカルブレーキ ２４・・・旋回変速機 ２５・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー ２６Ｃ・・・ペダル ２７・・・油圧ライン ２８・・・油圧ライン ２９・・・圧力センサ ２９Ａ・・・吐出圧センサ ３０・・・コントローラ １００・・・昇降圧コンバータ １１０・・・出力端子ＤＣバス １１１・・・ＤＣバス電圧検出部 １１２・・・キャパシタ電圧検出部 １１３・・・キャパシタ電流検出部 １２０・・・蓄電系 ３００・・・操作判断部 ３０１・・・エンジン回転数制御指令生成部 ３０２・・・ポンプ比例弁制御指令生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レバー信号とエンジン出力状態とに基づいて、通常時のエンジン回転数制御指令と通常時よりも高い初動時のエンジン回転数制御指令とを切り換える、
ことを特徴とするハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項２】
前記初動時のエンジン回転数制御指令は、レバー信号と傾転角に対するエンジン回転数のパターンが設定されている請求項１に記載のハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項３】
アシストモータは、前記初動時のエンジン回転数制御指令に基づいてアシストする請求項１又は２に記載のハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項４】
更に、レバー信号とエンジン過給圧とに基づいて、通常時のポンプ比例弁制御指令と初動時のポンプ比例弁制御指令とが切り換えられる請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項５】
前記初動時のポンプ比例弁制御指令は、ポンプ圧力とエンジン出力状態とに基づいて算出される請求項４に記載のハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項１】
レバー信号とエンジン出力状態とに基づいて、通常時のエンジン回転数制御指令と通常時よりも高い初動時のエンジン回転数制御指令とを切り換える、
ことを特徴とするハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項２】
前記初動時のエンジン回転数制御指令は、レバー信号と傾転角に対するエンジン回転数のパターンが設定されている請求項１に記載のハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項３】
アシストモータは、前記初動時のエンジン回転数制御指令に基づいてアシストする請求項１又は２に記載のハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項４】
更に、レバー信号とエンジン過給圧とに基づいて、通常時のポンプ比例弁制御指令と初動時のポンプ比例弁制御指令とが切り換えられる請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド式ショベルの制御方法。
【請求項５】
前記初動時のポンプ比例弁制御指令は、ポンプ圧力とエンジン出力状態とに基づいて算出される請求項４に記載のハイブリッド式ショベルの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７６３１１（Ｐ２０１３−７６３１１Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８３９３（Ｐ２０１１−２１８３９３）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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