ハイブリッド式建設機械の制御装置
【課題】あらゆる作業に応じて生じる電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの複合動作時において、電動アクチュエータの出力と油圧アクチュエータの出力とを適切に配分できるハイブリッド式建設機械の制御装置を提供する。
【解決手段】油圧アクチュエータの動作速度と旋回体２０の旋回速度との速度バランスを設定する速度設定器７０と、速度設定器７０からの信号を基に油圧ポンプ４１吐出流量の補正量を算出するポンプ流量補正手段と、速度設定器７０からの信号を基に旋回速度の補正量を算出する旋回速度補正手段とを備え、可変容量器機構には、ポンプ流量演算手段で算出された油圧ポンプ４１吐出流量にポンプ流量補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、インバータには、旋回速度演算手段で算出された旋回体２０の旋回速度に旋回速度補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力される。
【解決手段】油圧アクチュエータの動作速度と旋回体２０の旋回速度との速度バランスを設定する速度設定器７０と、速度設定器７０からの信号を基に油圧ポンプ４１吐出流量の補正量を算出するポンプ流量補正手段と、速度設定器７０からの信号を基に旋回速度の補正量を算出する旋回速度補正手段とを備え、可変容量器機構には、ポンプ流量演算手段で算出された油圧ポンプ４１吐出流量にポンプ流量補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、インバータには、旋回速度演算手段で算出された旋回体２０の旋回速度に旋回速度補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上部旋回体を駆動する電動アクチュエータとしての発電電動機と、上部旋回体に装設した多関節形の作業機を駆動する油圧アクチュエータ等とを備えたハイブリッド式建設機械において、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとを複合的に作動させて、作業機によって土砂を掘削した後、作業機を上昇させながら上部旋回体を旋回させて、土砂をダンプトラックの荷台に放土するホイスト旋回作業が行われる。このホイスト旋回作業の際に、両アクチュエータのスピードをマッチングさせる制御を行うことで、オペレータに操作感覚上の違和感を与えることなく、操作性を向上させたものがある（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】国際公開第ＷＯ２００７／０５２５３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術においては、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとが複合して作動されているか否かを判定する判定手段と、電動アクチュエータのトルク又は作動速度に制限を加える制御手段とを備え、判定手段が例えばホイスト旋回作業のように、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとが複合して作動していると判定した場合には、電動アクチュエータである発電電動機のトルク又は作動速度を制限することで、上部旋回体の旋回と作業機のブームのスピードのマッチングを良好に制御している。換言すると、上述の従来技術は、操作性を向上させるために、複合動作に応じた適切な出力配分ができるハイブリッド式建設機械の制御装置が開示されている。この従来技術における出力配分は、ある優先度の高い複合動作（本例ではホイスト旋回作業）に対して調整されている。しかしながら、ハイブリッド式建設機械においては、上述したホイスト旋回作業以外の作業も要求されている。
【０００５】
例えば、土砂の均しや整地作業の場合には、土砂を移動するための旋回体の旋回及び作業機の動作が実行されるが、作業機のバケットを高く上げる動作は少なく、作業機の微操作性が要求される。旋回動作には上述の土砂積み込みと同等の動作特性が要求されるので、上述した両者のアクチュエータの速度バランスでは、良好な操作性を得にくいという問題がある。
【０００６】
さらに、例えば、都市部などでの狭小な場所で比較的深く掘削する場合には、旋回動作はゆっくりで良いが、作業機を機敏に動作させて掘削速度を速くする機敏な操作性が要求される。このような場合にも、上述した両者のアクチュエータの速度バランスでは、良好な操作性を得にくい。この結果、オペレータの労力が増大し、生産性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、ハイブリッド式建設機械のあらゆる作業に応じて生じる電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの複合動作時において、電動アクチュエータの出力と油圧アクチュエータの出力とを適切に配分できるハイブリッド式建設機械の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する可変容量機構と、前記各油圧アクチュエータの駆動を指令する複数の作業機操作装置と、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記電動モータ駆動用のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回操作装置とを備えたハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記作業機操作装置からの指令に基づき前記油圧ポンプ吐出流量を算出するポンプ流量演算手段と、前記旋回操作装置からの指令に基づき前記旋回体の旋回速度を算出する旋回速度演算手段と、前記各油圧アクチュエータの動作速度と前記旋回体の旋回速度との速度バランスを設定する速度設定器と、前記速度設定器からの信号を基に前記油圧ポンプ吐出流量の補正量を算出するポンプ流量補正手段と、前記速度設定器からの信号を基に前記旋回速度の補正量を算出する旋回速度補正手段とを備え、前記可変容量器機構には、前記ポンプ流量演算手段で算出された前記油圧ポンプ吐出流量に前記ポンプ流量補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、前記インバータには、前記旋回速度演算手段で算出された前記旋回体の旋回速度に前記旋回速度補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力されるものとする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記速度設定器は、中立位置から正方向及び負方向にそれぞれ回動可能であり、前記ポンプ流量補正手段は、前記速度設定器の正方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数１の補正値を算出し、前記速度設定器の負方向側の信号を取込んだときには、定数１以下の補正値を算出し、前記旋回速度補正手段は、前記速度設定器の負方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数１の補正値を算出し、前記速度設定器の正方向側の信号を取込んだときには、定数１以下の補正値を算出することを特徴とする。
【００１０】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記速度設定器は、前記複数の作業機操作装置のいずれかに設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ハイブリッド式建設機械の電動アクチュエータと油圧アクチュエータ都の複合動作を伴うあらゆる作業に応じて、電動アクチュエータ系や油圧アクチュエータ系の速度特性を調整することができるので、複合動作での作業に見合った各アクチュエータの動作が容易に実現できる。この結果、オペレータの操作性が向上すると共に、オペレータの労力が低減し、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。
【図３】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内のブーム用設定関数の一例を示す特性図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の旋回用設定関数の一例を示す特性図である。
【図６】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の油圧系速度補正用設定関数の一例を示す特性図である。
【図７】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の電気系速度補正用設定関数の一例を示す特性図である。
【図８】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の一例を示す特性図である。
【図９】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業時の速度設定器目盛に対する旋回変位量とブーム変位量とを示す特性図である。
【図１０】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の他の例を示す特性図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の更に他の例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の建設機械の制御装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。
【００１４】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは、走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０及び多関節形の作業機３０を備えている。
【００１５】
走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００１６】
旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される電気二重層キャパシタ２４と、旋回電動モータ２５の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。
【００１７】
また、旋回体２０には多関節形の作業機３０が装設されている。多関節形の作業機３０は、旋回体２０の前部に設けたブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００１８】
さらに、旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、ブームシリンダ３２、アークシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。油圧システム４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１は直列に接続されたエンジン２２及びアシスト発電モータ２３によって駆動される。
【００１９】
また、旋回体の旋回フレーム２１上の前側には、運転席２７が設けられていて、運転席２７には、後述する各操作レバー装置６２，６４，６５，６６と速度設定器７０とが配設されている。
【００２０】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図２に示すように、油圧ポンプ４１は可変容量機構として例えば斜板を有していて、この斜板を傾転角操作部５０で操作して、その傾転角を調整することにより油圧ポンプ４１の容量（押しのけ容積）を変化させ、圧油の吐出流量を制御している。傾転角操作部５０への指令は後述するコントローラ８０から出力される。
【００２１】
コントロールバルブ４２は、ブーム用スプール４２Ａ，アーム用スプール４２Ｂ，及びバケット用スプール４２Ｃ等を備え、ブーム操作レバー装置６２，アーム操作レバー装置６４，及びバケット操作レバー装置６６等からの各操作指令（図示しない油圧パイロット信号）に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及びその他の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量と方向を制御する。また、ブーム操作レバー装置６２，アーム操作レバー装置６４，及びバケット操作レバー装置６６等は、操作レバーの操作によるそれぞれの操作信号をコントローラ８０に出力する。
【００２２】
電動システムは、アシスト発電モータ２３、蓄電装置としてのキャパシタ２４及び旋回電動モータ２５と、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３等から構成されている。
【００２３】
キャパシタ２４からの直流電力は図示しないチョッパ等によって所定の母線電圧に昇圧され、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。旋回電動モータ２５は、減速機構２６を介して旋回体２０を駆動する。アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、キャパシタ２４は充放電されることになる。
【００２４】
旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２とアシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３とは、図示しないインバータ制御コントローラを有していて、各インバータ制御コントローラは、コントローラ８０からのトルク指令や発電またはアシスト指令を受け取り、指令に従って、インバータ５２，５３に対してＰＷＭ信号を出力し、インバータ５２，５３内の図示しないスイッチング素子を開閉させることにより、三相交流電流を生成し、旋回電動モータ２５、アシスト発電モータ２３を指令されたトルクで駆動する。
【００２５】
コントローラ８０は、ブーム操作レバー装置６２，アーム操作レバー装置６４，バケット操作レバー装置６６，及び旋回操作レバー装置６５からの各操作信号を入力すると共に、油圧系のアクチュエータの動作速度と電気系のアクチュエータである旋回動作速度との速度バランスを設定する速度設定器７０からの速度信号を入力し、これらの操作指令信号等（後述）を用いて、コントロールバルブ４２、傾転角操作部５０、インバータ５２，５３に対する制御指令を生成し、油圧系のアクチュエータの動作速度に応じた油圧ポンプ４１の流量制御や、旋回体２０を駆動する旋回電動モータ２５の旋回制御を行う。この際、速度設定器７０の指令に従がって、油圧アクチュエータの動作速度と電動アクチュエータの旋回動作速度との速度バランスを制御する。
【００２６】
次に、本実施の形態におけるコントローラ８０の制御について図を用いて説明する。図３は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を示す制御ブロック図、図４は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内のブーム用設定関数の一例を示す特性図、図５は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の旋回用設定関数の一例を示す特性図、図６は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の油圧系速度補正用設定関数の一例を示す特性図、図７は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の電気系速度補正用設定関数の一例を示す特性図である。図３乃至図７において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態においては、電動アクチュエータとして旋回電動モータ２５が操作され、油圧アクチュエータとしてブーム３１を駆動するブームシリンダ３２が操作される場合を例に説明する。
【００２７】
図３に示すコントローラ８０は、油圧アクチュエータの動作速度に応じて油圧ポンプ４１の吐出流量を制御するポンプ流量演算部８０Ａと、電動アクチュエータとして旋回電動モータ２５の回転速度を制御する旋回速度演算部８０Ｂと、予め設定値を記憶する図示しない記憶部とを備えるコントローラユニットで構成されている。
【００２８】
コントローラ８０には、図３に示すようにブーム操作レバー装置６２と、旋回操作レバー装置６５とからの操作信号と、速度設定器７０からの設定信号がそれぞれ入力されている。本実施の形態においては、例えば電流信号が入力されている。
【００２９】
コントローラ８０からは、演算された各指令信号が出力されている。ポンプ流量演算部８０Ａからは、斜板の傾転角操作部５０へ油圧ポンプ４１の吐出流量に相当する駆動指令が出力されている。また、旋回速度演算部８０Ｂからは、インバータ５２へ指令速度を実現するトルク指令が出力されている。
【００３０】
ポンプ流量演算部８０Ａは、ブーム操作レバー装置６２からの操作信号と速度設定器７０からの設定信号とがそれぞれ入力される吐出流量特性関数発生器８１，ポンプ吐出流量補正関数発生器８２と、乗算演算器８３とを備えている。
【００３１】
吐出流量特性関数発生器８１には、ブーム操作レバー装置６２からの操作信号が入力され、この入力に対する油圧ポンプ４１の吐出流量特性が予め設定されている。この設定値は、オペレータの操作感覚に適合するようにして決められ、記憶部に記憶されている。ここで、吐出流量特性関数発生器８１の出力はブーム操作レバー装置６２からの信号に対応するものであって、図４に示すように、ブーム縮小側のレバーストローク−１から中立の０を経由してブーム伸長側のレバーストローク１までを入力として、各入力値に応じたポンプ吐出流量である出力信号が得られるように予め設定されている。吐出流量特性関数発生器８１の出力信号は、乗算演算器８３の一方へ入力される。
【００３２】
ポンプ吐出流量補正関数発生器８２には、速度設定器７０からの設定信号が入力され、この信号を基に油圧ポンプ４１の吐出流量の補正特性が予め設定されている。この設定値は、記憶部に記憶されている。この補正特性は図６に示すように、速度設定器７０の負方向であるダイヤルＢ側の目盛−１から中立の０を経由して速度設定器７０の正方向であるダイヤルＡ側の目盛１までを入力として、各入力値に応じたポンプ吐出流量の補正係数である出力信号が得られるように予め設定されている。ポンプ吐出流量補正関数発生器８２の出力信号は、乗算演算器８３の他方へ入力される。
【００３３】
乗算演算器８３は、ポンプ吐出流量の特性信号である吐出流量特性関数発生器８１の出力信号と補正係数であるポンプ吐出流量補正関数発生器８２の出力信号とを入力し、２入力を乗算する演算を行ない、その出力信号を傾転角操作部５０へ出力する。この信号は、例えば電流信号に変換されて、吐出流量駆動指令として出力されている。
【００３４】
旋回速度演算部８０Ｂは、旋回操作レバー装置６５からの操作信号と速度設定器７０からの設定信号とがそれぞれ入力される速度トルク特性関数発生器８４，旋回速度補正関数発生器８５と、乗算演算器８６とを備えている。
【００３５】
速度トルク特性関数発生器８４には、旋回操作レバー装置６５からの操作信号が入力され、この入力に対する旋回駆動モータ２５の速度トルク特性が予め設定されている。この設定値は、オペレータの操作感覚に適合するようにして決められ、記憶部に記憶されている。ここで、速度トルク特性関数発生器８４の出力は旋回操作レバー装置６５からの信号に対応するものであって、図５に示すように、旋回左側のレバーストローク−１から中立の０を経由して旋回右側のレバーストローク１までを入力として、各入力値に応じた速度トルク指令である出力信号が得られるように予め設定されている。速度トルク特性関数発生器８４の出力信号は、乗算演算器８６の一方へ入力される。
【００３６】
旋回速度補正関数発生器８５には、速度設定器７０からの設定信号が入力され、この信号を基に旋回駆動モータ２５の速度トルクの補正特性が予め設定されている。この設定値は、記憶部に記憶されている。この補正特性は図７に示すように、速度設定器７０の負方向であるダイヤルＢ側の目盛−１から中立の０を経由して速度設定器７０の正方向であるダイヤルＡ側の目盛１までを入力として、各入力値に応じた速度トルクの補正係数である出力信号が得られるように予め設定されている。旋回速度補正関数発生器８５の出力信号は、乗算演算器８６の他方へ入力される。
【００３７】
乗算演算器８６は、速度トルクの特性信号である速度トルク特性関数発生器８４の出力信号と補正係数である旋回速度補正関数発生器８５の出力信号とを入力し、２入力を乗算する演算を行ない、その出力信号を旋回駆動モータ２５のインバータ５２へ出力する。この信号は、例えば電流信号に変換されて、トルク指令として出力されている。
【００３８】
ポンプ吐出流量補正関数発生器８２と旋回速度補正関数発生器８５とは、図６及び図７に示すように、速度設定器７０の中立近傍では、出力が定数１（Ｋ＝１）として、補正しないように構成している。速度設定器７０からの信号が一方向、例えば負方向であるダイヤルＢ側に進むに従って、油圧系のみを減少させて電気系はそのまま補正しないように構成し、逆に正方向であるダイヤルＡ側に進むに従って、電気系のみを減少させて油圧系はそのまま補正しないように構成している。この結果、オペレータが速度設定器７０を操作することによって、油圧系と電気系の各アクチュエータの速度バランスを任意に調整することができる。
【００３９】
次に、上記構成による本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態における動作について図を用いて説明する。図８は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の一例を示す特性図、図９は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業時の速度設定器目盛に対する旋回変位量とブーム変位量とを示す特性図、図１０は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の他の例を示す特性図、図１１は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の更に他の例を示す特性図である。
【００４０】
まず、速度設定器７０が中立付近の場合について説明する。図３において、速度設定器７０が中立付近の場合は、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２と旋回速度補正関数発生器８５はそれぞれ補正をしない値Ｋ＝１を出力する。油圧系のブーム操作レバー装置６２からの指令入力を基に吐出流量特性が予め設定された吐出流量特性関数発生器８１によりポンプ吐出流量が求められ、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２の補正ゲインＫ＝１にて補正される。この場合補正のないポンプ吐出流量が油圧ポンプ４１へ指令されることになり、これらのポンプ吐出流量がコントロールバルブ４２にて制御される。
【００４１】
一方、旋回操作レバー装置６５からの指令入力を基に速度トルク特性関数発生器８４により旋回速度が求められ、旋回速度補正関数発生器８５の補正ゲインＫ＝１にて補正される。この場合補正のない旋回速度がインバータ５２へ指令されることになり旋回動作する。これにより速度設定器７０が中立付近の場合は調整機能が作動しないニュートラルな状態になる。
【００４２】
次に、具体的なホイスト旋回作業の動作について説明する。例えば、油圧ショベルで掘削した土砂等を旋回体２０の旋回及び作業機３０の動作にてダンプトラックの荷台へ積み込む場合であって、旋回動作における旋回量を掘削位置から放土位置まで９０度とし、バケット３５の上昇量を約２．５ｍとした場合を説明する。
【００４３】
図８は、横軸を時間ｔ、縦軸を各変位量Ｄｘ，Ｄｙとし、特性線Ｘは旋回体２０の旋回変位量、特性線Ｙはブーム３１の変位量を示している。このような連動操作において、ブーム変位量と旋回変位量との速度バランスがマッチングされた場合を示している。図８においては、旋回変位量とブーム変位量が略同時に上昇開始し、旋回変位量が９０度に到達したときに、ブーム変位量も２．５ｍに到達している。また、図９は、横軸を旋回変位量Ｄｘ、縦軸をブーム変位量Ｄｙとし、特性線Ｎは速度設定器７０が中立付近の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。旋回変位量が９０度のときには、ブームシリンダ変位量は２．５ｍとなる。
【００４４】
このような速度バランスは、図３における速度トルク特性関数発生器８４と吐出流量特性が予め設定された吐出流量特性関数発生器８１の各特性を設定することで実現する。このように調整されていれば、オペレータが比較的ラフな操作を行っても、およそダンプトラック積込みに適当な連動動作を得ることができる。
【００４５】
一方、土砂の均しや整地の作業の場合には、土砂を移動するための作業機３０の動作や旋回体２０の旋回動作を必要とするが、ダンプトラックへの積込み作業がないため作業機３０を上昇させる動作は少ない。このため、旋回動作の速度は、上述したホイスト旋回作業と同等の動作特性が要求されるが、作業機３０の動作は、ゆっくりとした微操作性が要求される。このような均し・整地作業の場合には、速度設定器７０を操作することにより速度バランスを変更する。
【００４６】
図３において、作業機３０の動作速度を下げるために、速度設定器７０を負方向であるＢ側方向に変更する。これにより、旋回速度補正関数発生器８５は中立時と等しい補正をしない値Ｋ＝１を算出するが、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２は減少補正をする値Ｋ＜１を算出する。油圧系のブーム操作レバー装置６２からの指令入力を基に吐出流量特性関数発生器８１によりポンプ吐出流量が求められ、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２の補正ゲインＫ＜１にて補正される。この結果、中立時のポンプ吐出流量より小さいポンプ吐出流量が油圧ポンプ４１へ指令されることになり、これらのポンプ吐出流量がコントロールバルブ４２にて制御される。一方、速度トルク特性関数発生器８４による旋回速度の指令は補正されないことになる。
【００４７】
これにより、作業機３０の動作については微操作に合った動作ができるとともに、旋回動作については通常の動作が実施できるので、均し・整地作業に適当な動作を得ることが可能となる。
【００４８】
図１０は、このような連動操作におけるブーム変位量と旋回変位量とを示している。図１０においては、特性線Ｘで示される旋回変位量と特性線Ｙで示されるブーム変位量が略同時に上昇開始し、旋回変位量が９０度に到達したときに、ブーム変位量は約１．５ｍぐらいであって、２．５ｍには到達していない。また、図９における特性線Ｂは速度設定器７０が負方向であるＢ側方向の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。旋回変位量が９０度のときには、ブーム変位量は約１．５ｍとなる。
【００４９】
さらに、狭小な場所で比較的深く掘削する作業の場合には、旋回体２０の旋回動作はゆっくりでよいが、掘削動作は速くしたい場合がある。このため、作業機３０の動作の速度は、上述したホイスト旋回作業と同等の動作特性が要求されるが、旋回動作においては、ゆっくりとした微操作性が要求される。このような狭小地作業の場合には、速度設定器７０を操作することにより速度バランスを変更する。
【００５０】
図３において、旋回体２０の旋回動作速度を下げるために、速度設定器７０を正方向であるＡ側方向に変更する。これにより、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２は中立時と等しい補正をしない値Ｋ＝１を算出するが、旋回速度補正関数発生器８５は減少補正をする値Ｋ＜１を算出する。旋回操作レバー装置６５からの指令入力を基に速度トルク特性関数発生器８４により旋回速度が求められ、旋回速度補正関数発生器８５の補正ゲインＫ＜１にて補正される。この結果、中立時の速度指令より小さい速度指令がインバータ５２へ指令されることになる。この場合補正のない旋回速度がインバータ５２へ指令されて、旋回体２０を旋回動作する。一方、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２によるポンプ吐出流量の指令は補正されないことになる。
【００５１】
これにより、作業機３０の動作については通常の動作ができるとともに、旋回体２０の旋回動作については微操作に合った動作が実施できるので、主に掘削主体の作業にも適当な動作を得ることが可能となる。
【００５２】
図１１は、このような連動操作におけるブーム変位量と旋回変位量とを示している。図１１においては、特性線Ｘで示される旋回変位量と特性線Ｙで示されるブーム変位量が略同時に上昇開始し、ブーム変位量が２．５ｍに到達したときに、旋回変位量は約６０度ぐらいであって、９０度には到達していない。また、図９における特性線Ａは、速度設定器７０が正方向であるＡ側方向の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。ブーム変位量が２．５ｍのときには、旋回変位量は約６０度となる。
【００５３】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態によれば、ハイブリッド式建設機械の電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの複合作業を伴うあらゆる作業に応じて、電動アクチュエータ系や油圧アクチュエータ系の速度特性を調整することができるので、複合動作での作業に見合った各アクチュエータの動作が容易に実現できる。この結果、オペレータの操作性が向上すると共に、オペレータの労力が低減し、生産性を高めることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態においては、油圧系アクチュエータとしてブーム３１を駆動するブームシリンダ３２が操作される場合を例に説明したが、これに限るものではない。例えば、ブーム操作レバー装置６２，アーム操作レバー装置６４，バケット操作レバー装置６６からの操作指令の最大値を選択する最大値選択回路を設けて、その最大操作指令から油圧ポンプ４１の吐出流量を制御してもよい。
【００５５】
また、本実施の形態において説明したポンプ吐出流量補正関数発生器８２と旋回速度補正関数発生器８５及びその補正方法は双方のバランス配分が設定できるものであればよく、この方法に限定されるものではない。また、速度設定器７０は、負方向であるダイヤルＢ側の目盛−１から中立の０を経由して正方向であるダイヤルＡ側の目盛１まで設定できるもので説明したが、これに限るものではない。中立位置から一方側と他方側にそれぞれ回動可能であって、連続的に出力を可変できるものであればよい。
【００５６】
更に、速度設定器７０は、運転席２７のオペレータが操作しやすい場所に設置することが有効であるが、旋回レバー等（電気系操作のあるレバー装置）に設置し、オペレータが目視にて確認することなく操作できる場所に設置してもよい。この場合、更なる作業性の向上が図れる。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 走行体
１１ クローラ
１２ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
２０ 旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ
２６ 減速機
２７ 運転席
３０ 作業機
３１ ブーム
３３ アーム
３５ バケット
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
５０ 電気・油圧変換装置
５２ 旋回電動モータ用インバータ
５３ アシスト発電モータ用インバータ
６２ ブーム操作レバー装置
６４ アーム操作レバー装置
６５ 旋回操作レバー装置
６６ バケット操作レバー装置
７０ 速度設定器
８０ コントローラ
８１ 吐出流量特性関数発生器
８２ ポンプ吐出流量補正関数発生器
８４ 速度トルク特性関数発生器
８５ 旋回速度補正関数発生器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上部旋回体を駆動する電動アクチュエータとしての発電電動機と、上部旋回体に装設した多関節形の作業機を駆動する油圧アクチュエータ等とを備えたハイブリッド式建設機械において、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとを複合的に作動させて、作業機によって土砂を掘削した後、作業機を上昇させながら上部旋回体を旋回させて、土砂をダンプトラックの荷台に放土するホイスト旋回作業が行われる。このホイスト旋回作業の際に、両アクチュエータのスピードをマッチングさせる制御を行うことで、オペレータに操作感覚上の違和感を与えることなく、操作性を向上させたものがある（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】国際公開第ＷＯ２００７／０５２５３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術においては、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとが複合して作動されているか否かを判定する判定手段と、電動アクチュエータのトルク又は作動速度に制限を加える制御手段とを備え、判定手段が例えばホイスト旋回作業のように、油圧アクチュエータと電動アクチュエータとが複合して作動していると判定した場合には、電動アクチュエータである発電電動機のトルク又は作動速度を制限することで、上部旋回体の旋回と作業機のブームのスピードのマッチングを良好に制御している。換言すると、上述の従来技術は、操作性を向上させるために、複合動作に応じた適切な出力配分ができるハイブリッド式建設機械の制御装置が開示されている。この従来技術における出力配分は、ある優先度の高い複合動作（本例ではホイスト旋回作業）に対して調整されている。しかしながら、ハイブリッド式建設機械においては、上述したホイスト旋回作業以外の作業も要求されている。
【０００５】
例えば、土砂の均しや整地作業の場合には、土砂を移動するための旋回体の旋回及び作業機の動作が実行されるが、作業機のバケットを高く上げる動作は少なく、作業機の微操作性が要求される。旋回動作には上述の土砂積み込みと同等の動作特性が要求されるので、上述した両者のアクチュエータの速度バランスでは、良好な操作性を得にくいという問題がある。
【０００６】
さらに、例えば、都市部などでの狭小な場所で比較的深く掘削する場合には、旋回動作はゆっくりで良いが、作業機を機敏に動作させて掘削速度を速くする機敏な操作性が要求される。このような場合にも、上述した両者のアクチュエータの速度バランスでは、良好な操作性を得にくい。この結果、オペレータの労力が増大し、生産性が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、ハイブリッド式建設機械のあらゆる作業に応じて生じる電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの複合動作時において、電動アクチュエータの出力と油圧アクチュエータの出力とを適切に配分できるハイブリッド式建設機械の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する可変容量機構と、前記各油圧アクチュエータの駆動を指令する複数の作業機操作装置と、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記電動モータ駆動用のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回操作装置とを備えたハイブリッド式建設機械の制御装置において、前記作業機操作装置からの指令に基づき前記油圧ポンプ吐出流量を算出するポンプ流量演算手段と、前記旋回操作装置からの指令に基づき前記旋回体の旋回速度を算出する旋回速度演算手段と、前記各油圧アクチュエータの動作速度と前記旋回体の旋回速度との速度バランスを設定する速度設定器と、前記速度設定器からの信号を基に前記油圧ポンプ吐出流量の補正量を算出するポンプ流量補正手段と、前記速度設定器からの信号を基に前記旋回速度の補正量を算出する旋回速度補正手段とを備え、前記可変容量器機構には、前記ポンプ流量演算手段で算出された前記油圧ポンプ吐出流量に前記ポンプ流量補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、前記インバータには、前記旋回速度演算手段で算出された前記旋回体の旋回速度に前記旋回速度補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力されるものとする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記速度設定器は、中立位置から正方向及び負方向にそれぞれ回動可能であり、前記ポンプ流量補正手段は、前記速度設定器の正方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数１の補正値を算出し、前記速度設定器の負方向側の信号を取込んだときには、定数１以下の補正値を算出し、前記旋回速度補正手段は、前記速度設定器の負方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数１の補正値を算出し、前記速度設定器の正方向側の信号を取込んだときには、定数１以下の補正値を算出することを特徴とする。
【００１０】
更に、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記速度設定器は、前記複数の作業機操作装置のいずれかに設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ハイブリッド式建設機械の電動アクチュエータと油圧アクチュエータ都の複合動作を伴うあらゆる作業に応じて、電動アクチュエータ系や油圧アクチュエータ系の速度特性を調整することができるので、複合動作での作業に見合った各アクチュエータの動作が容易に実現できる。この結果、オペレータの操作性が向上すると共に、オペレータの労力が低減し、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。
【図３】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内のブーム用設定関数の一例を示す特性図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の旋回用設定関数の一例を示す特性図である。
【図６】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の油圧系速度補正用設定関数の一例を示す特性図である。
【図７】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の電気系速度補正用設定関数の一例を示す特性図である。
【図８】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の一例を示す特性図である。
【図９】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業時の速度設定器目盛に対する旋回変位量とブーム変位量とを示す特性図である。
【図１０】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の他の例を示す特性図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の更に他の例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の建設機械の制御装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルを示す側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルの駆動制御システムの概略図である。
【００１４】
図１において、ハイブリッド式油圧ショベルは、走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０及び多関節形の作業機３０を備えている。
【００１５】
走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００１６】
旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動されるアシスト発電モータ２３と、旋回電動モータ２５と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５に接続される電気二重層キャパシタ２４と、旋回電動モータ２５の回転を減速する減速機構２６等から構成され、旋回電動モータ２５の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。
【００１７】
また、旋回体２０には多関節形の作業機３０が装設されている。多関節形の作業機３０は、旋回体２０の前部に設けたブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００１８】
さらに、旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、ブームシリンダ３２、アークシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。油圧システム４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１は直列に接続されたエンジン２２及びアシスト発電モータ２３によって駆動される。
【００１９】
また、旋回体の旋回フレーム２１上の前側には、運転席２７が設けられていて、運転席２７には、後述する各操作レバー装置６２，６４，６５，６６と速度設定器７０とが配設されている。
【００２０】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について概略説明する。図２に示すように、油圧ポンプ４１は可変容量機構として例えば斜板を有していて、この斜板を傾転角操作部５０で操作して、その傾転角を調整することにより油圧ポンプ４１の容量（押しのけ容積）を変化させ、圧油の吐出流量を制御している。傾転角操作部５０への指令は後述するコントローラ８０から出力される。
【００２１】
コントロールバルブ４２は、ブーム用スプール４２Ａ，アーム用スプール４２Ｂ，及びバケット用スプール４２Ｃ等を備え、ブーム操作レバー装置６２，アーム操作レバー装置６４，及びバケット操作レバー装置６６等からの各操作指令（図示しない油圧パイロット信号）に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及びその他の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量と方向を制御する。また、ブーム操作レバー装置６２，アーム操作レバー装置６４，及びバケット操作レバー装置６６等は、操作レバーの操作によるそれぞれの操作信号をコントローラ８０に出力する。
【００２２】
電動システムは、アシスト発電モータ２３、蓄電装置としてのキャパシタ２４及び旋回電動モータ２５と、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３等から構成されている。
【００２３】
キャパシタ２４からの直流電力は図示しないチョッパ等によって所定の母線電圧に昇圧され、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。旋回電動モータ２５は、減速機構２６を介して旋回体２０を駆動する。アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、キャパシタ２４は充放電されることになる。
【００２４】
旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２とアシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３とは、図示しないインバータ制御コントローラを有していて、各インバータ制御コントローラは、コントローラ８０からのトルク指令や発電またはアシスト指令を受け取り、指令に従って、インバータ５２，５３に対してＰＷＭ信号を出力し、インバータ５２，５３内の図示しないスイッチング素子を開閉させることにより、三相交流電流を生成し、旋回電動モータ２５、アシスト発電モータ２３を指令されたトルクで駆動する。
【００２５】
コントローラ８０は、ブーム操作レバー装置６２，アーム操作レバー装置６４，バケット操作レバー装置６６，及び旋回操作レバー装置６５からの各操作信号を入力すると共に、油圧系のアクチュエータの動作速度と電気系のアクチュエータである旋回動作速度との速度バランスを設定する速度設定器７０からの速度信号を入力し、これらの操作指令信号等（後述）を用いて、コントロールバルブ４２、傾転角操作部５０、インバータ５２，５３に対する制御指令を生成し、油圧系のアクチュエータの動作速度に応じた油圧ポンプ４１の流量制御や、旋回体２０を駆動する旋回電動モータ２５の旋回制御を行う。この際、速度設定器７０の指令に従がって、油圧アクチュエータの動作速度と電動アクチュエータの旋回動作速度との速度バランスを制御する。
【００２６】
次に、本実施の形態におけるコントローラ８０の制御について図を用いて説明する。図３は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を示す制御ブロック図、図４は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内のブーム用設定関数の一例を示す特性図、図５は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の旋回用設定関数の一例を示す特性図、図６は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の油圧系速度補正用設定関数の一例を示す特性図、図７は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を構成するコントローラ内の電気系速度補正用設定関数の一例を示す特性図である。図３乃至図７において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態においては、電動アクチュエータとして旋回電動モータ２５が操作され、油圧アクチュエータとしてブーム３１を駆動するブームシリンダ３２が操作される場合を例に説明する。
【００２７】
図３に示すコントローラ８０は、油圧アクチュエータの動作速度に応じて油圧ポンプ４１の吐出流量を制御するポンプ流量演算部８０Ａと、電動アクチュエータとして旋回電動モータ２５の回転速度を制御する旋回速度演算部８０Ｂと、予め設定値を記憶する図示しない記憶部とを備えるコントローラユニットで構成されている。
【００２８】
コントローラ８０には、図３に示すようにブーム操作レバー装置６２と、旋回操作レバー装置６５とからの操作信号と、速度設定器７０からの設定信号がそれぞれ入力されている。本実施の形態においては、例えば電流信号が入力されている。
【００２９】
コントローラ８０からは、演算された各指令信号が出力されている。ポンプ流量演算部８０Ａからは、斜板の傾転角操作部５０へ油圧ポンプ４１の吐出流量に相当する駆動指令が出力されている。また、旋回速度演算部８０Ｂからは、インバータ５２へ指令速度を実現するトルク指令が出力されている。
【００３０】
ポンプ流量演算部８０Ａは、ブーム操作レバー装置６２からの操作信号と速度設定器７０からの設定信号とがそれぞれ入力される吐出流量特性関数発生器８１，ポンプ吐出流量補正関数発生器８２と、乗算演算器８３とを備えている。
【００３１】
吐出流量特性関数発生器８１には、ブーム操作レバー装置６２からの操作信号が入力され、この入力に対する油圧ポンプ４１の吐出流量特性が予め設定されている。この設定値は、オペレータの操作感覚に適合するようにして決められ、記憶部に記憶されている。ここで、吐出流量特性関数発生器８１の出力はブーム操作レバー装置６２からの信号に対応するものであって、図４に示すように、ブーム縮小側のレバーストローク−１から中立の０を経由してブーム伸長側のレバーストローク１までを入力として、各入力値に応じたポンプ吐出流量である出力信号が得られるように予め設定されている。吐出流量特性関数発生器８１の出力信号は、乗算演算器８３の一方へ入力される。
【００３２】
ポンプ吐出流量補正関数発生器８２には、速度設定器７０からの設定信号が入力され、この信号を基に油圧ポンプ４１の吐出流量の補正特性が予め設定されている。この設定値は、記憶部に記憶されている。この補正特性は図６に示すように、速度設定器７０の負方向であるダイヤルＢ側の目盛−１から中立の０を経由して速度設定器７０の正方向であるダイヤルＡ側の目盛１までを入力として、各入力値に応じたポンプ吐出流量の補正係数である出力信号が得られるように予め設定されている。ポンプ吐出流量補正関数発生器８２の出力信号は、乗算演算器８３の他方へ入力される。
【００３３】
乗算演算器８３は、ポンプ吐出流量の特性信号である吐出流量特性関数発生器８１の出力信号と補正係数であるポンプ吐出流量補正関数発生器８２の出力信号とを入力し、２入力を乗算する演算を行ない、その出力信号を傾転角操作部５０へ出力する。この信号は、例えば電流信号に変換されて、吐出流量駆動指令として出力されている。
【００３４】
旋回速度演算部８０Ｂは、旋回操作レバー装置６５からの操作信号と速度設定器７０からの設定信号とがそれぞれ入力される速度トルク特性関数発生器８４，旋回速度補正関数発生器８５と、乗算演算器８６とを備えている。
【００３５】
速度トルク特性関数発生器８４には、旋回操作レバー装置６５からの操作信号が入力され、この入力に対する旋回駆動モータ２５の速度トルク特性が予め設定されている。この設定値は、オペレータの操作感覚に適合するようにして決められ、記憶部に記憶されている。ここで、速度トルク特性関数発生器８４の出力は旋回操作レバー装置６５からの信号に対応するものであって、図５に示すように、旋回左側のレバーストローク−１から中立の０を経由して旋回右側のレバーストローク１までを入力として、各入力値に応じた速度トルク指令である出力信号が得られるように予め設定されている。速度トルク特性関数発生器８４の出力信号は、乗算演算器８６の一方へ入力される。
【００３６】
旋回速度補正関数発生器８５には、速度設定器７０からの設定信号が入力され、この信号を基に旋回駆動モータ２５の速度トルクの補正特性が予め設定されている。この設定値は、記憶部に記憶されている。この補正特性は図７に示すように、速度設定器７０の負方向であるダイヤルＢ側の目盛−１から中立の０を経由して速度設定器７０の正方向であるダイヤルＡ側の目盛１までを入力として、各入力値に応じた速度トルクの補正係数である出力信号が得られるように予め設定されている。旋回速度補正関数発生器８５の出力信号は、乗算演算器８６の他方へ入力される。
【００３７】
乗算演算器８６は、速度トルクの特性信号である速度トルク特性関数発生器８４の出力信号と補正係数である旋回速度補正関数発生器８５の出力信号とを入力し、２入力を乗算する演算を行ない、その出力信号を旋回駆動モータ２５のインバータ５２へ出力する。この信号は、例えば電流信号に変換されて、トルク指令として出力されている。
【００３８】
ポンプ吐出流量補正関数発生器８２と旋回速度補正関数発生器８５とは、図６及び図７に示すように、速度設定器７０の中立近傍では、出力が定数１（Ｋ＝１）として、補正しないように構成している。速度設定器７０からの信号が一方向、例えば負方向であるダイヤルＢ側に進むに従って、油圧系のみを減少させて電気系はそのまま補正しないように構成し、逆に正方向であるダイヤルＡ側に進むに従って、電気系のみを減少させて油圧系はそのまま補正しないように構成している。この結果、オペレータが速度設定器７０を操作することによって、油圧系と電気系の各アクチュエータの速度バランスを任意に調整することができる。
【００３９】
次に、上記構成による本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態における動作について図を用いて説明する。図８は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の一例を示す特性図、図９は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業時の速度設定器目盛に対する旋回変位量とブーム変位量とを示す特性図、図１０は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の他の例を示す特性図、図１１は本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態を備えた油圧ショベルのホイスト旋回作業における旋回変位量とブーム変位量との時系列特性の更に他の例を示す特性図である。
【００４０】
まず、速度設定器７０が中立付近の場合について説明する。図３において、速度設定器７０が中立付近の場合は、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２と旋回速度補正関数発生器８５はそれぞれ補正をしない値Ｋ＝１を出力する。油圧系のブーム操作レバー装置６２からの指令入力を基に吐出流量特性が予め設定された吐出流量特性関数発生器８１によりポンプ吐出流量が求められ、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２の補正ゲインＫ＝１にて補正される。この場合補正のないポンプ吐出流量が油圧ポンプ４１へ指令されることになり、これらのポンプ吐出流量がコントロールバルブ４２にて制御される。
【００４１】
一方、旋回操作レバー装置６５からの指令入力を基に速度トルク特性関数発生器８４により旋回速度が求められ、旋回速度補正関数発生器８５の補正ゲインＫ＝１にて補正される。この場合補正のない旋回速度がインバータ５２へ指令されることになり旋回動作する。これにより速度設定器７０が中立付近の場合は調整機能が作動しないニュートラルな状態になる。
【００４２】
次に、具体的なホイスト旋回作業の動作について説明する。例えば、油圧ショベルで掘削した土砂等を旋回体２０の旋回及び作業機３０の動作にてダンプトラックの荷台へ積み込む場合であって、旋回動作における旋回量を掘削位置から放土位置まで９０度とし、バケット３５の上昇量を約２．５ｍとした場合を説明する。
【００４３】
図８は、横軸を時間ｔ、縦軸を各変位量Ｄｘ，Ｄｙとし、特性線Ｘは旋回体２０の旋回変位量、特性線Ｙはブーム３１の変位量を示している。このような連動操作において、ブーム変位量と旋回変位量との速度バランスがマッチングされた場合を示している。図８においては、旋回変位量とブーム変位量が略同時に上昇開始し、旋回変位量が９０度に到達したときに、ブーム変位量も２．５ｍに到達している。また、図９は、横軸を旋回変位量Ｄｘ、縦軸をブーム変位量Ｄｙとし、特性線Ｎは速度設定器７０が中立付近の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。旋回変位量が９０度のときには、ブームシリンダ変位量は２．５ｍとなる。
【００４４】
このような速度バランスは、図３における速度トルク特性関数発生器８４と吐出流量特性が予め設定された吐出流量特性関数発生器８１の各特性を設定することで実現する。このように調整されていれば、オペレータが比較的ラフな操作を行っても、およそダンプトラック積込みに適当な連動動作を得ることができる。
【００４５】
一方、土砂の均しや整地の作業の場合には、土砂を移動するための作業機３０の動作や旋回体２０の旋回動作を必要とするが、ダンプトラックへの積込み作業がないため作業機３０を上昇させる動作は少ない。このため、旋回動作の速度は、上述したホイスト旋回作業と同等の動作特性が要求されるが、作業機３０の動作は、ゆっくりとした微操作性が要求される。このような均し・整地作業の場合には、速度設定器７０を操作することにより速度バランスを変更する。
【００４６】
図３において、作業機３０の動作速度を下げるために、速度設定器７０を負方向であるＢ側方向に変更する。これにより、旋回速度補正関数発生器８５は中立時と等しい補正をしない値Ｋ＝１を算出するが、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２は減少補正をする値Ｋ＜１を算出する。油圧系のブーム操作レバー装置６２からの指令入力を基に吐出流量特性関数発生器８１によりポンプ吐出流量が求められ、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２の補正ゲインＫ＜１にて補正される。この結果、中立時のポンプ吐出流量より小さいポンプ吐出流量が油圧ポンプ４１へ指令されることになり、これらのポンプ吐出流量がコントロールバルブ４２にて制御される。一方、速度トルク特性関数発生器８４による旋回速度の指令は補正されないことになる。
【００４７】
これにより、作業機３０の動作については微操作に合った動作ができるとともに、旋回動作については通常の動作が実施できるので、均し・整地作業に適当な動作を得ることが可能となる。
【００４８】
図１０は、このような連動操作におけるブーム変位量と旋回変位量とを示している。図１０においては、特性線Ｘで示される旋回変位量と特性線Ｙで示されるブーム変位量が略同時に上昇開始し、旋回変位量が９０度に到達したときに、ブーム変位量は約１．５ｍぐらいであって、２．５ｍには到達していない。また、図９における特性線Ｂは速度設定器７０が負方向であるＢ側方向の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。旋回変位量が９０度のときには、ブーム変位量は約１．５ｍとなる。
【００４９】
さらに、狭小な場所で比較的深く掘削する作業の場合には、旋回体２０の旋回動作はゆっくりでよいが、掘削動作は速くしたい場合がある。このため、作業機３０の動作の速度は、上述したホイスト旋回作業と同等の動作特性が要求されるが、旋回動作においては、ゆっくりとした微操作性が要求される。このような狭小地作業の場合には、速度設定器７０を操作することにより速度バランスを変更する。
【００５０】
図３において、旋回体２０の旋回動作速度を下げるために、速度設定器７０を正方向であるＡ側方向に変更する。これにより、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２は中立時と等しい補正をしない値Ｋ＝１を算出するが、旋回速度補正関数発生器８５は減少補正をする値Ｋ＜１を算出する。旋回操作レバー装置６５からの指令入力を基に速度トルク特性関数発生器８４により旋回速度が求められ、旋回速度補正関数発生器８５の補正ゲインＫ＜１にて補正される。この結果、中立時の速度指令より小さい速度指令がインバータ５２へ指令されることになる。この場合補正のない旋回速度がインバータ５２へ指令されて、旋回体２０を旋回動作する。一方、ポンプ吐出流量補正関数発生器８２によるポンプ吐出流量の指令は補正されないことになる。
【００５１】
これにより、作業機３０の動作については通常の動作ができるとともに、旋回体２０の旋回動作については微操作に合った動作が実施できるので、主に掘削主体の作業にも適当な動作を得ることが可能となる。
【００５２】
図１１は、このような連動操作におけるブーム変位量と旋回変位量とを示している。図１１においては、特性線Ｘで示される旋回変位量と特性線Ｙで示されるブーム変位量が略同時に上昇開始し、ブーム変位量が２．５ｍに到達したときに、旋回変位量は約６０度ぐらいであって、９０度には到達していない。また、図９における特性線Ａは、速度設定器７０が正方向であるＡ側方向の場合のブーム変位量と旋回変位量との関係を示している。ブーム変位量が２．５ｍのときには、旋回変位量は約６０度となる。
【００５３】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械の制御装置の一実施の形態によれば、ハイブリッド式建設機械の電動アクチュエータと油圧アクチュエータとの複合作業を伴うあらゆる作業に応じて、電動アクチュエータ系や油圧アクチュエータ系の速度特性を調整することができるので、複合動作での作業に見合った各アクチュエータの動作が容易に実現できる。この結果、オペレータの操作性が向上すると共に、オペレータの労力が低減し、生産性を高めることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態においては、油圧系アクチュエータとしてブーム３１を駆動するブームシリンダ３２が操作される場合を例に説明したが、これに限るものではない。例えば、ブーム操作レバー装置６２，アーム操作レバー装置６４，バケット操作レバー装置６６からの操作指令の最大値を選択する最大値選択回路を設けて、その最大操作指令から油圧ポンプ４１の吐出流量を制御してもよい。
【００５５】
また、本実施の形態において説明したポンプ吐出流量補正関数発生器８２と旋回速度補正関数発生器８５及びその補正方法は双方のバランス配分が設定できるものであればよく、この方法に限定されるものではない。また、速度設定器７０は、負方向であるダイヤルＢ側の目盛−１から中立の０を経由して正方向であるダイヤルＡ側の目盛１まで設定できるもので説明したが、これに限るものではない。中立位置から一方側と他方側にそれぞれ回動可能であって、連続的に出力を可変できるものであればよい。
【００５６】
更に、速度設定器７０は、運転席２７のオペレータが操作しやすい場所に設置することが有効であるが、旋回レバー等（電気系操作のあるレバー装置）に設置し、オペレータが目視にて確認することなく操作できる場所に設置してもよい。この場合、更なる作業性の向上が図れる。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 走行体
１１ クローラ
１２ クローラフレーム
１３ 右走行用油圧モータ
２０ 旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ
２６ 減速機
２７ 運転席
３０ 作業機
３１ ブーム
３３ アーム
３５ バケット
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
５０ 電気・油圧変換装置
５２ 旋回電動モータ用インバータ
５３ アシスト発電モータ用インバータ
６２ ブーム操作レバー装置
６４ アーム操作レバー装置
６５ 旋回操作レバー装置
６６ バケット操作レバー装置
７０ 速度設定器
８０ コントローラ
８１ 吐出流量特性関数発生器
８２ ポンプ吐出流量補正関数発生器
８４ 速度トルク特性関数発生器
８５ 旋回速度補正関数発生器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する可変容量機構と、前記各油圧アクチュエータの駆動を指令する複数の作業機操作装置と、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記電動モータ駆動用のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回操作装置とを備えたハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記作業機操作装置からの指令に基づき前記油圧ポンプ吐出流量を算出するポンプ流量演算手段と、前記旋回操作装置からの指令に基づき前記旋回体の旋回速度を算出する旋回速度演算手段と、前記各油圧アクチュエータの動作速度と前記旋回体の旋回速度との速度バランスを設定する速度設定器と、前記速度設定器からの信号を基に前記油圧ポンプ吐出流量の補正量を算出するポンプ流量補正手段と、前記速度設定器からの信号を基に前記旋回速度の補正量を算出する旋回速度補正手段とを備え、
前記可変容量器機構には、前記ポンプ流量演算手段で算出された前記油圧ポンプ吐出流量に前記ポンプ流量補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、
前記インバータには、前記旋回速度演算手段で算出された前記旋回体の旋回速度に前記旋回速度補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力される
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記速度設定器は、中立位置から正方向及び負方向にそれぞれ回動可能であり、
前記ポンプ流量補正手段は、前記速度設定器の正方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数１の補正値を算出し、前記速度設定器の負方向側の信号を取込んだときには、定数１以下の補正値を算出し、
前記旋回速度補正手段は、前記速度設定器の負方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数１の補正値を算出し、前記速度設定器の正方向側の信号を取込んだときには、定数１以下の補正値を算出する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記速度設定器は、前記複数の作業機操作装置のいずれかに設けられている
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項１】
油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより駆動される複数の油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する可変容量機構と、前記各油圧アクチュエータの駆動を指令する複数の作業機操作装置と、旋回体と、前記旋回体駆動用の電動モータと、前記電動モータに接続された蓄電デバイスと、前記電動モータ駆動用のインバータと、前記旋回体の駆動を指令する旋回操作装置とを備えたハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記作業機操作装置からの指令に基づき前記油圧ポンプ吐出流量を算出するポンプ流量演算手段と、前記旋回操作装置からの指令に基づき前記旋回体の旋回速度を算出する旋回速度演算手段と、前記各油圧アクチュエータの動作速度と前記旋回体の旋回速度との速度バランスを設定する速度設定器と、前記速度設定器からの信号を基に前記油圧ポンプ吐出流量の補正量を算出するポンプ流量補正手段と、前記速度設定器からの信号を基に前記旋回速度の補正量を算出する旋回速度補正手段とを備え、
前記可変容量器機構には、前記ポンプ流量演算手段で算出された前記油圧ポンプ吐出流量に前記ポンプ流量補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力され、
前記インバータには、前記旋回速度演算手段で算出された前記旋回体の旋回速度に前記旋回速度補正手段で算出された補正量が演算された指令信号が出力される
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記速度設定器は、中立位置から正方向及び負方向にそれぞれ回動可能であり、
前記ポンプ流量補正手段は、前記速度設定器の正方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数１の補正値を算出し、前記速度設定器の負方向側の信号を取込んだときには、定数１以下の補正値を算出し、
前記旋回速度補正手段は、前記速度設定器の負方向側及び中立位置の信号を取込んだときには、定数１の補正値を算出し、前記速度設定器の正方向側の信号を取込んだときには、定数１以下の補正値を算出する
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のハイブリッド式建設機械の制御装置において、
前記速度設定器は、前記複数の作業機操作装置のいずれかに設けられている
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−２４７８（Ｐ２０１３−２４７８Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１５２１（Ｐ２０１１−１３１５２１）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]