JP4862078B2

JP4862078B2 - 建設機械および建設機械の制御方法

Info

Publication number: JP4862078B2
Application number: JP2009507499A
Authority: JP
Inventors: 淳森永; 宏昭井上; 正河口
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: KR101391104B1; WO2008120682A1; KR20100014602A; DE112008000671B4; US8214110B2; JPWO2008120682A1; CN101636542A; DE112008000671T5; US20100031650A1; CN101636542B

Description

本発明は、互いに連結されたエンジンおよび発電電動機を駆動源として備えるとともに、エンジンおよび発電電動機によって駆動される油圧ポンプを備えた建設機械および建設機械の制御方法に関する。

従来より、互いに連結されたエンジンおよび発電電動機を駆動源とするハイブリッド車両は、発電電動機との間で電力の授受を行う蓄電器、蓄電器の電圧を昇圧する昇圧器、発電電動機を駆動するインバータなどの電気機器を備えている。これらの電気機器は、熱をため込みすぎると破損してしまい、ハイブリッド車両のシステムの動作不能状態を招くことがあった。この問題を解決するため、ハイブリッド車両が備える電気機器を適切に冷却することによって電気機器のオーバーヒートを防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５−３４４５２４号公報

ハイブリッド車両のシステムが動作不能となるのを確実に回避するためには、電気機器を冷却することに加えて蓄電器を大容量化することが好ましい。しかしながら、上述した従来技術において蓄電器を大容量化すると、この大容量化に伴って冷却システムを大型化、複雑化せざるを得ず、重量、蓄電装置および冷却システムの搭載スペース、コスト面などで問題が生じることがあった。

また、エンジンおよび発電電動機によって駆動される油圧ポンプをさらに備えたハイブリッド型の建設機械の場合には、エンジンの回転数が所定の設定回転数よりも小さい低速領域でエンジンの出力と油圧ポンプのポンプ吸収馬力とをマッチングする低速マッチングを行う際、操作指示入力が繰り返されることによって電気機器がオーバーヒートしてしまう恐れがあった。以下、この点について、より詳細に説明する。

低速マッチングを行う場合、操作指示入力がない間は、エンジン回転が低速である。このため、操作指示入力がなされた時には、エンジン回転を低速から高速へと速やかに上昇させなければならない。エンジン回転を低速から高速へと速やかに上昇させるには、発電電動機を電動機として駆動することによってエンジン回転をアシストする必要がある。発電電動機を電動機として駆動すると、電気機器に負荷が加わって熱が発生する。したがって、発電電動機の駆動が繰り返し行われると、電気機器は定格温度を超えてオーバーヒートしてしまう恐れがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、搭載された電気機器のオーバーヒートを簡易な構成によって適確に防止することができる建設機械および建設機械の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る建設機械は、互いに連結されたエンジンおよび発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電する一方、前記発電電動機に電力を供給する蓄電器と、前記エンジンおよび前記発電電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油が供給される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを操作する操作手段と、を備えた建設機械であって、前記操作手段の操作量に基づいて前記油圧ポンプのポンプ目標吐出流量を算出するポンプ目標吐出流量算出手段と、当該建設機械に搭載された電気機器の温度を検出する温度検出手段と、前記エンジンの回転数が設定回転数より小さい低速領域で前記エンジンの出力と前記油圧ポンプのポンプ吸収馬力とをマッチングする低速マッチングを行う際に前記エンジンがとりうる最小の回転数であるエンジン最小回転数を、前記電気機器の温度の関数であって該温度の上昇とともに増加するかまたは一定値を取る関数として記憶する記憶手段と、前記温度検出手段で検出した前記電気機器の温度に対応するエンジン最小回転数を、前記電気機器の温度および前記記憶手段で記憶する前記関数に基づいて算出するエンジン最小回転数算出手段と、前記ポンプ目標吐出流量算出手段で算出したポンプ目標吐出流量の回転数換算値および前記エンジン最小回転数算出手段で算出したエンジン最小回転数のうちの最大値をエンジン目標回転数の候補として生成するエンジン目標回転数候補生成手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る建設機械は、上記発明において、前記電気機器は前記蓄電器であることを特徴とする。

また、本発明に係る建設機械は、上記発明において、前記蓄電器の電圧を昇圧して出力する昇圧器を備え、前記電気機器は前記昇圧器であることを特徴とする。

また、本発明に係る建設機械は、上記発明において、前記蓄電器の電圧を昇圧して出力する昇圧器を備え、前記電気機器は前記蓄電器および前記昇圧器であり、前記エンジン最小回転数算出手段は、前記温度検出手段が検出した前記蓄電器の温度および前記昇圧器の温度にそれぞれ対応する第１および第２のエンジン最小回転数を算出することを特徴とする。

本発明に係る建設機械の制御方法は、互いに連結されたエンジンおよび発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電する一方、前記発電電動機に電力を供給する蓄電器と、前記エンジンおよび前記発電電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油が供給される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを操作する操作手段と、を備えた建設機械の制御方法であって、前記操作手段の操作量に基づいて前記油圧ポンプのポンプ目標吐出流量を算出するポンプ目標吐出流量算出ステップと、当該建設機械に搭載された電気機器の温度を検出する温度検出ステップと、前記温度検出ステップで検出した前記電気機器の温度を用いることにより、前記エンジンの回転数が設定回転数より小さい低速領域で前記エンジンの出力と前記油圧ポンプのポンプ吸収馬力とをマッチングする低速マッチングを行う際に前記エンジンがとりうる最小の回転数であるエンジン最小回転数を算出するエンジン最小回転数算出ステップと、前記ポンプ目標吐出流量算出ステップで算出したポンプ目標吐出流量の回転数換算値および前記エンジン最小回転数算出ステップで算出したエンジン最小回転数のうちの最大値をエンジン目標回転数の候補として生成するエンジン目標回転数候補生成ステップと、を有し、前記エンジン最小回転数は、前記電気機器の温度の関数であって該温度の上昇とともに増加するかまたは一定値を取る関数であることを特徴とする。

本発明によれば、低速マッチングを行う際のエンジン最小回転数が電気機器の温度の上昇とともに上昇するかまたは一定値を取るような構成としているため、エンジンの回転変動幅が縮められ、電気機器の負荷が低減される。この結果、電気機器の温度上昇を抑制することができる。したがって、搭載された電気機器のオーバーヒートを、蓄電器の大容量化に頼ることなく、簡易な構成によって適確に防止することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る建設機械の要部の構成を示す図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る建設機械（油圧ショベル）の外部構成を示す図である。図３は、本発明の一実施の形態に係る建設機械の制御方法の処理の概要を示すフローチャートである。図４は、図３に示すフローチャートのより詳細な内容を示す制御ブロック図である。図５は、エンジン目標回転数第２候補算出部が参照する関数関係を示す図である。図６は、エンジン目標回転数第３候補算出部が参照する関数関係を示す図である。

符号の説明

１油圧ショベル
２エンジン
３油圧ポンプ
５ポンプ制御弁
６コントローラ
７，８，９油圧センサ
１０ＰＴＯ軸
１１発電電動機
１２蓄電器
１３，１７温度センサ
１６昇圧器
５０油圧アクチュエータ目標流量算出部
５１ブーム目標流量算出部
５２アーム目標流量算出部
５３バケット目標流量算出部
５４旋回モータ速度指令部
５５右走行目標流量算出部
５６左走行目標流量算出部
５８旋回流量算出部
６０ポンプ目標吐出流量算出部
６１エンジン目標回転数第１候補算出部
６２エンジン目標回転数第２候補算出部
６３エンジン目標回転数第３候補算出部
６６第２のエンジン目標回転数設定部
６８ポンプ出力制限算出部
６９第３のエンジン回転数算出部
７０最小値選択部
８０記憶装置
１０２旋回コントローラ
１０３旋回モータ
１０５旋回速度センサ
２０１走行体
２０２旋回体
２０３ブーム
２０４アーム
２０５バケット

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る建設機械の全体構成を示す図である。本実施の形態では、建設機械として掘削機能を有する油圧ショベルを想定している。

図２は、油圧ショベルの外観構成を示す図である。同図に示す油圧ショベル１は、走行体２０１と旋回体２０２とを備える。走行体２０１は左右の履帯からなる。旋回体２０２にはブーム２０３、アーム２０４、バケット２０５からなる作業機が取り付けられている。

油圧ショベル１では、ブームシリンダ３１が駆動することによりブーム２０３が作動し、アームシリンダ３２が駆動することによりアーム２０４が作動し、バケットシリンダ３３が駆動することによりバケット２０５が作動する。また右走行モータ３５、左走行モータ３６がそれぞれ駆動することによって右履帯、左履帯が回転する。なお、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３は油圧シリンダであり、右走行モータ３５、左走行モータ３６は油圧モータである。

エンジン２はディーゼルエンジンであり、その出力（馬力）の制御は、シリンダ内へ噴射する燃料量を調整することで行われる。この調整は、エンジン２の燃料噴射ポンプに付設したガバナ４を制御することによって行われる。

コントローラ６は、ガバナ４に対して、エンジン回転数を目標回転数ｎ_comにするための回転指令値を出力する。ガバナ４は、目標回転数ｎ_comが得られるように燃料噴射量を増減する。

エンジン２の出力軸は、ＰＴＯ軸１０を介して発電電動機１１の駆動軸に連結されている。発電電動機１１は発電作用と電動作用を行う。すなわち、発電電動機１１は、電動機（モータ）として作動する一方、発電機としても作動する。

発電電動機１１は、エンジン２を始動させるスタータとしても機能する。スタータスイッチがオンされると、発電電動機１１が電動作用し、エンジン２の出力軸を低回転（たとえば４００〜５００ｒｐｍ）で回転させ、エンジン２を始動させる。

発電電動機１１は、発電電動機コントローラ１００によってトルク制御される。発電電動機コントローラ１００は、コントローラ６から出力される発電電動機指令値GEN_comに応じて発電電動機１１をトルク制御する。

発電電動機コントローラ１００は、直流電源線を介して蓄電器１２に電気的に接続されている。なお、コントローラ６は、蓄電器１２を電源として動作する。

蓄電器１２は、キャパシタや蓄電池などによって構成され、発電電動機１１が発電作用した場合に発電した電力を蓄積する（充電する）。蓄電器１２は、蓄電器１２に蓄積された電力を発電電動機コントローラ１００に供給する。蓄電器１２は、キャパシタ、鉛電池、ニッケル水素電池、またはリチウムイオン電池等のいずれかによって実現される。蓄電器１２の内部温度BATT_tempは温度センサ１３（温度検出手段）によって計測され、コントローラ６に入力される。

蓄電器１２と発電電動機コントローラ１００および旋回コントローラ１０２の間には、蓄電器１２の電圧を昇圧して出力する昇圧器１６が設けられている。昇圧器１６の内部温度CNV_tempは、温度センサ１７（温度検出手段）によって計測され、コントローラ６に入力される。

エンジン２の出力軸には、ＰＴＯ軸１０を介して油圧ポンプ３の駆動軸が連結されており、エンジン２の出力軸が回転することによって油圧ポンプ３が駆動する。油圧ポンプ３は可変容量型の油圧ポンプであり、斜板の傾転角が変化することで容量ｑ（ｃｃ/ｒｅｖ）が変化する。

油圧ポンプ３から吐出圧ＰRp、流量Ｑ（ｃｃ/ｍｉｎ）で吐出された圧油は、ブーム用操作弁２１、アーム用操作弁２２、バケット用操作弁２３、右走行用操作弁２５、左走行用操作弁２６にそれぞれ供給される。ポンプ吐出圧ＰRpは、油圧センサ７で検出され、油圧検出信号がコントローラ６に入力される。

ブーム用操作弁２１、アーム用操作弁２２、バケット用操作弁２３、右走行用操作弁２５、左走行用操作弁２６から出力された圧油は、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３、右走行モータ３５、左走行モータ３６にそれぞれ供給される。これにより、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３、右走行モータ３５、左走行モータ３６がそれぞれ駆動され、ブーム２０３、アーム２０４、バケット２０５、走行体２０１の右履帯、走行体２０１の左履帯が作動する。

油圧ショベル１の運転席の前方向かって右側には、作業旋回用右操作レバー４１および走行用右操作レバー４３が設けられている。また、油圧ショベル１の運転室の前方向かって左側には、作業旋回用左操作レバー４２および走行用左操作レバー４４が設けられている。

作業旋回用右操作レバー４１は、ブーム２０３、バケット２０５を作動させるための操作レバーであり、操作方向に応じてブーム２０３、バケット２０５を作動させるとともに、操作量に応じた速度でブーム２０３、バケット２０５を作動させる。

作業旋回用右操作レバー４１には、操作方向、操作量を検出するセンサ４５が設けられている。センサ４５は、作業旋回用右操作レバー４１の操作方向、操作量を示すレバー信号をコントローラ６に入力する。作業旋回用右操作レバー４１がブーム２０３を作動させる方向に操作された場合には、作業旋回用右操作レバー４１の中立位置に対する傾動方向、傾動量に応じて、ブーム上げ操作量、ブーム下げ操作量を示すブームレバー信号Ｌboがコントローラ６に入力される。また、作業旋回用右操作レバー４１がバケットを作動させる方向に操作された場合には、作業旋回用右操作レバー４１の中立位置に対する傾動方向、傾動量に応じて、バケット掘削操作量、バケットダンプ操作量を示すバケットレバー信号Ｌbkがコントローラ６に入力される。

作業旋回用右操作レバー４１がブーム２０３を作動させる方向に操作された場合には、作業旋回用右操作レバー４１の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰRboが、ブーム用操作弁２１の各パイロットポートのうち、レバー傾動方向（ブーム上げ方向、ブーム下げ方向）に対応するパイロットポート２１ａに加えられる。

同様に、作業旋回用右操作レバー４１がバケット２０５を作動させる方向に操作された場合には、作業旋回用右操作レバー４１の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰRbkが、バケット用操作弁２３の各パイロットポートのうちレバー傾動方向（バケット掘削方向、バケットダンプ方向）に対応するパイロットポート２３ａに加えられる。

作業旋回用左操作レバー４２は、アーム２０４、旋回体２０２を作動させるための操作レバーであり、操作方向に応じてアーム２０４、旋回体２０２を作動させるとともに、操作量に応じた速度でアーム２０４、旋回体２０２を作動させる。

作業旋回用左操作レバー４２には、操作方向、操作量を検出するセンサ４６が設けられている。センサ４６は、作業旋回用左操作レバー４２の操作方向、操作量を示すレバー信号をコントローラ６に入力する。作業旋回用左操作レバー４２がアーム２０４を作動させる方向に操作された場合には、作業旋回用左操作レバー４２の中立位置に対する傾動方向、傾動量に応じて、アーム掘削操作量、アームダンプ操作量を示すアームレバー信号Ｌarがコントローラ６に入力される。また、作業旋回用左操作レバー４２が旋回体２０２を作動させる方向に操作された場合には、作業旋回用左操作レバー４２の中立位置に対する傾動方向、傾動量に応じて、右旋回操作量、左旋回操作量を示す旋回レバー信号Ｌswがコントローラ６に入力される。

作業旋回用左操作レバー４２がアームを作動させる方向に操作された場合には、作業旋回用左操作レバー４２の傾動量に応じたパイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰRarが、アーム用操作弁２２の各パイロットポートのうちレバー傾動方向（アーム掘削方向、アームダンプ方向）に対応するパイロットポート２２ａに加えられる。

走行用右操作レバー４３、走行用左操作レバー４４は、右履帯、左履帯をそれぞれ作動させるための操作レバーであり、操作方向に応じて履帯を作動させるとともに、操作量に応じた速度で履帯を作動させる。

走行用右操作レバー４３の傾動量に応じた走行右パイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰRcrが、右走行用操作弁２５のパイロットポート２５ａに加えられる。

走行右パイロット圧ＰRcrは、油圧センサ９で検出され、右走行量を示す右走行パイロット圧ＰRcrがコントローラ６に入力される。

同様に、走行用左操作レバー４４の傾動量に応じた走行左パイロット圧（ＰＰＣ圧）ＰRclが、左走行用操作弁２６のパイロットポート２６ａに加えられる。

走行左パイロット圧ＰRclは、油圧センサ８で検出され、左走行量を示す左走行パイロット圧ＰRclがコントローラ６に入力される。

各種操作弁２１〜２３，２５，２６は流量方向制御弁であり、対応する各種操作レバー４１〜４４の操作方向に応じた方向にスプールを移動させるとともに、各種操作レバー４１〜４４の操作量に応じた開口面積だけ油路が開口するようにスプールを移動させる。

本実施の形態では、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３、右走行モータ３５、左走行モータ３６が、油圧ポンプ３から吐出された圧油が供給される油圧アクチュエータである。また、作業旋回用右操作レバー４１、作業旋回用左操作レバー４２、走行用右操作レバー４３、走行用左操作レバー４４が、操作手段の少なくとも一部をなす。

ポンプ制御弁５は、コントローラ６から出力される制御電流pc_epcによって動作する。ポンプ制御弁５は、油圧ポンプ３の吐出圧ＰRp（ｋｇ/ｃｍ²）と油圧ポンプ３の容量ｑ（ｃｃ/ｒｅｖ）の積が、制御電流pc_epcに対応するポンプ吸収トルクを超えないように、油圧ポンプ３の斜板の傾転角を制御する。この制御は、ＰＣ制御と呼ばれている。

発電電動機１１には、発電電動機１１の現在の実回転数GEN_spd、すなわちエンジン２の実回転数を検出する回転センサ１４が付設されている。回転センサ１４で検出される実回転数GEN_spdを示す信号はコントローラ６に入力される。

蓄電器１２には、蓄電器１２の電圧BATT_voltを検出する電圧センサ１５が設けられている。電圧センサ１５で検出される電圧BATT_voltを示す信号は、コントローラ６に入力される。

コントローラ６は、ガバナ４に回転指令値を出力することにより、現在の油圧ポンプ３の負荷に応じた目標回転数が得られるように燃料噴射量を増減し、エンジン２の回転数ｎとトルクＴを調整する。

また、コントローラ６は、発電電動機コントローラ１００に発電電動機指令値GEN_comを出力し、発電電動機１１を駆動させる。コントローラ６から発電電動機コントローラ１００に対して、発電電動機１１を発電機として作動させるための指令値GEN_comが出力されると、エンジン２で発生した出力トルクの一部は、エンジン出力軸を介して発電電動機１１の駆動軸に伝達されてエンジン２のトルクを吸収して発電が行われる。そして、発電電動機１１で発生した交流電力は、発電電動機コントローラ１００で直流電力に変換され、直流電源線を介して蓄電器１２に電力が蓄積される（充電される）。

コントローラ６から発電電動機コントローラ１００に対して、発電電動機１１を電動機として作動させるための指令値GEN_comが出力されると、発電電動機コントローラ１００は、発電電動機１１が電動機として作動するように制御する。すなわち、蓄電器１２から電力が出力され（放電され）、蓄電器１２に蓄積された直流電力が発電電動機コントローラ１００で交流電力に変換されて発電電動機１１に供給され、発電電動機１１の駆動軸を回転作動させる。これにより、発電電動機１１でトルクが発生する。このトルクは、発電電動機１１の駆動軸を介してエンジン出力軸に伝達され、エンジン２の出力トルクに加算される（エンジン２の出力がアシストされる）。この加算した出力トルクは、油圧ポンプ３で吸収される。

発電電動機１１の発電量（吸収トルク量）、電動量（アシスト量；発生トルク量）は、発電電動機指令値GEN_comの内容に応じて変化する。

旋回マシナリ１０４の駆動軸には電動の旋回モータ１０３が連結されており、この旋回モータ１０３が駆動することによって旋回マシナリ１０４が駆動し、スイングピニオン、スイングサークル等を介して旋回体２０２が旋回する。

旋回モータ１０３は、発電作用と電動作用を行う。旋回モータ１０３は、電動機として作動する一方、発電機としても作動する。旋回モータ１０３が電動機として作動したときには旋回体２０２が旋回作動し、旋回体２０２の旋回速度が減少しているときには旋回体２０２のトルクが吸収されて旋回モータ１０３が発電機として作動する。

旋回モータ１０３は、旋回コントローラ１０２によって駆動制御される。旋回コントローラ１０２は、直流電源線を介して蓄電器１２に電気的に接続されているとともに、発電電動機コントローラ１００に電気的に接続されている。旋回コントローラ１０２、発電電動機コントローラ１００は、コントローラ６から出力される指令に応じて制御される。

旋回モータ１０３に供給されている電流、すなわち旋回体２０２の負荷を示す旋回負荷電流SWG_currは、電流センサ１０１によって検出される。電流センサ１０１が検出した旋回負荷電流SWG_currは、コントローラ６に入力される。また、旋回モータ１０３の回転速度SWG_spdは、旋回速度センサ１０５によって検出され、コントローラ６に入力される。

図３は、本実施の形態に係る建設機械の制御方法の概要を示すフローチャートである。また、図４は、図３に示すフローチャートのより詳細な処理の内容を示す制御ブロック図である。以下、図３および図４を参照して本実施の形態に係る建設機械の制御方法を説明する。

まず、油圧アクチュエータ目標流量算出部５０が、油圧アクチュエータの目標流量を算出する（ステップＳ１）。図４に示すように、油圧アクチュエータ目標流量算出部５０では、ブームレバー信号Ｌbo、アームレバー信号Ｌar、バケットレバー信号Ｌbk、右走行パイロット圧ＰRcr、左走行パイロット圧ＰRclに基づいて、対応するブームシリンダ３１の目標流量Ｑbo、アームシリンダ３２のアーム目標流量Ｑar、バケットシリンダ３３のバケット目標流量Ｑbk、右走行モータ３５の右走行目標流量Ｑcr、左走行モータ３６の左走行目標流量Ｑclが演算される。

記憶装置８０（記憶手段）には、各油圧アクチュエータ毎に、操作量と目標流量との関数関係５１ａ，５２ａ，５３ａ，５５ａ，５６ａが、それぞれデータテーブル形式で記憶されている。油圧アクチュエータ目標流量算出部５０は、これらの関数関係５１ａ，５２ａ，５３ａ，５５ａ，５６ａを記憶装置８０からそれぞれ読み出して、上述した各種目標流量Ｑbo，Ｑar，Ｑbk，Ｑcr，Ｑclをそれぞれ算出する。

ブーム目標流量算出部５１では、現在のブーム上げ方向の操作量またはブーム下げ方向の操作量Ｌboに対応するブーム目標流量Ｑboが、関数関係５１ａにしたがって演算される。

アーム目標流量算出部５２では、現在のアーム掘削方向の操作量またはアームダンプ方向の操作量Ｌarに対応するアーム目標流量Ｑarが、関数関係５２ａにしたがって演算される。

バケット目標流量算出部５３では、現在のバケット掘削方向の操作量またはバケットダンプ方向の操作量Ｌbkに対応するバケット目標流量Ｑbkが、関数関係５３ａにしたがって演算される。

右走行目標流量算出部５５では、現在の右走行パイロット圧ＰRcrに対応する右走行目標流量Ｑcrが、関数関係５５ａにしたがって演算される。

左走行目標流量算出部５６では、現在の左走行パイロット圧ＰRclに対応する左走行目標流量Ｑclが、関数関係５６ａにしたがって演算される。

なお、演算処理上、ブーム上げ操作量、アーム掘削操作量、バケット掘削操作量はプラス符号の操作量として扱い、ブーム下げ操作量、アームダンプ操作量、バケットダンプ操作量はマイナス符号の操作量として扱うものとする。

次に、油圧アクチュエータ目標流量算出部５０が算出した各アクチュエータの目標流量を用いてポンプ目標吐出流量を算出する（ステップＳ２）。このステップＳ２では、まず加算部５９が、油圧アクチュエータ目標流量算出部５０で演算された各油圧アクチュエータ目標流量Ｑbo，Ｑar，Ｑbk，Ｑcr，Ｑclの総和をポンプ目標吐出流量Ｑsumとし、次式（１）にしたがって求める。
Ｑsum＝Ｑbo＋Ｑar＋Ｑbk＋Ｑcr＋Ｑcl …（１）
ここで、ポンプ目標吐出流量として式（１）のＱsumを用いる代わりに、各油圧アクチュエータ目標流量Ｑbo，Ｑar，Ｑbk，Ｑcr，Ｑclのうちの最大値を用いてもよい。

コントローラ６は、旋回レバー信号Ｌswを用いて旋回モータ速度指令５４を計算し、絶対値算出部５７でその絶対値SwgSpdComを算出する。旋回流量算出部５８では、旋回モータ速度指令の絶対値SwgSpdComを旋回流量SwgFlowに変換する。

この後、ポンプ目標吐出流量算出部６０は、加算部５９で求めた各油圧アクチュエータの目標流量の総和Ｑsumと旋回流量算出部５８で算出した旋回流量SwgFlowのうち大きい方を選択してポンプ目標吐出流量Ｑ1として算出する。

続いて、エンジン目標回転数第１候補算出部６１は、記憶装置８０が記憶する関数関係６１ａを読み出し、この読み出した関数関係６１ａに基づいて、現在のポンプ目標吐出流量Ｑ1に対応するエンジン目標回転数第１候補n0_com1を算出する（ステップＳ３）。エンジン目標回転数第１候補n0_com1は、ポンプ目標吐出流量Ｑ1の増加に応じてエンジン目標回転数第１候補n0_com1が増加し、変換定数をαとして、油圧ポンプ３を最大容量ｑmaxで作動させた際にポンプ目標吐出流量Ｑ1を吐出することができる最小のエンジン回転数として、次式（２）で与えられる。
n0_com1＝（Ｑ1/ｑmax）・α …（２）
ステップＳ３で算出したエンジン目標回転数第１候補n0_com1は、後述するステップＳ６で生成する第１の目標エンジン回転数の候補となる。

次に、ステップＳ１〜Ｓ３に並行して行われる第１の目標エンジン回転数の別な候補（第２候補）の算出について説明する。エンジン目標回転数第２候補算出部６２では、蓄電器１２の内部温度BATT_tempを用いることにより、記憶装置８０が記憶する関数関係６２ａに基づいたエンジン最小回転数n_batt（第１のエンジン最小回転数）をエンジン目標回転数第２候補として算出する（ステップＳ４）。この意味で、エンジン目標回転数第２候補算出部６２は、エンジン最小回転数算出手段の一部をなす。

図５は、ステップＳ４においてエンジン目標回転数第２候補算出部６２が記憶装置８０から読み出して参照する関数関係６２ａを示す図である。蓄電器１２の内部温度BATT_tempが、第１の所定値Ｔ１から第２の所定値Ｔ２（＜Ｔ１）へと減少するにしたがって、エンジン最小回転数n_battが徐々に減少する値として求められて出力される。一方、一度減じられたエンジン最小回転数n_battを増加させる場合には、蓄電器１２の内部温度BATT_tempが第１の所定値Ｔ１から第３の所定値Ｔ３（＞Ｔ１）へ増加するにしたがって、エンジン最小回転数n_battが徐々に増加する値として求められて出力される。関数関係６２ａの最小値ｎLおよび最大値ｎHは、関数関係６１ａの最小値および最大値とそれぞれ同じである。

図５に示すように、蓄電器１２の温度BATT_tempに応じたエンジン最小回転数n_battは、温度BATT_tempの上昇に伴って増加するかまたは一定値を取るように対応付けられている。このため、エンジンの回転変動幅が縮められ、蓄電器１２の負荷が低減される。したがって、蓄電器１２の温度上昇を抑制することができ、蓄電器１２のオーバーヒートを防止することができる。

本実施の形態では、第１の目標エンジン回転数のさらに別な候補（第３候補）も算出する。エンジン目標回転数第３候補算出部６３では、昇圧器１６の内部温度CNV_tempを用いることにより、記憶装置８０が記憶する関数関係６３ａに基づいたエンジン最小回転数n_cnv（第２のエンジン最小回転数）をエンジン目標回転数第３候補として算出する（ステップＳ５）。この意味で、エンジン目標回転数第３候補算出部６３は、エンジン最小回転数算出手段の一部をなす。なお、図３からも明らかなように、ステップＳ５はステップＳ４と並行して行われる。

図６は、ステップＳ５においてエンジン目標回転数第３候補算出部６３が記憶装置８０から読み出して参照する関数関係６３ａを示す図である。昇圧器１６の内部温度CNV_tempが、第１の所定値Ｔ４から第２の所定値Ｔ５（＜Ｔ４）へと減少するにしたがって、エンジン最小回転数n_cnvが徐々に減少する値として求められて出力される。一方、一度減じられたエンジン最小回転数n_cnvを増加させる場合には、昇圧器１６の内部温度CNV_tempが第１の所定値Ｔ４から第３の所定値Ｔ６（＞Ｔ４）へ増加するにしたがって、エンジン最小回転数n_cnvが徐々に増加する値として求められて出力される。関数関係６３ａの最小値ｎLおよび最大値ｎHは、関数関係６１ａの最小値および最大値とそれぞれ同じである。

図６に示すように、昇圧器１６の温度CNV_tempに応じたエンジン最小回転数n_cnvは、温度CNV_tempの上昇に伴って増加するかまたは一定値を取るように対応付けられている。このため、エンジンの回転変動幅が縮められ、昇圧器１６の負荷が低減される。したがって、昇圧器１６の温度上昇を抑制することができ、昇圧器１６のオーバーヒートを防止することができる。

ところで、関数関係６２ａおよび６３ａでは、エンジン最小回転数n_battおよびn_cnvの温度に応じた変化のさせ方にヒステリシスをもたせている。これにより、制御上のハンチングを防止して、安定した制御を実現することができる。

なお、本実施の形態では、二つの電気機器である蓄電器１２および昇圧器１６に温度検出手段をそれぞれ設けた場合について説明したが、これらのうちのいずれか一方のみに温度検出手段を設けてもよい。また、発電電動機コントローラ１００や旋回コントローラ１０２等の他の電気機器の温度を検出し、検出した温度に対応付けられたエンジン最小回転数を参照することによって第１のエンジン目標回転数を設定してもよい。

最大値判定部６４では、エンジン目標回転数第１候補n0_com1、エンジン目標回転数第２候補n_batt、エンジン目標回転数第３候補n_cvnのうちの最大値を選択し、この最大値を第１のエンジン目標回転数n_com1（エンジン目標回転数の候補）とする（ステップＳ６）。

本実施の形態においては、エンジン目標回転数第２候補算出部６２、エンジン目標回転数第３候補算出部６３、および最大値判定部６４が、エンジン目標回転数候補生成手段の少なくとも一部をなしている。

このようにして、第１のエンジン目標回転数n_com1を求める際に、熱に弱い蓄電器１２や昇圧器１６の各内部温度を考慮することにより、それらの機器のオーバーヒートによるシステムダウンを防止することができる。

上述したステップＳ２で算出されたポンプ目標吐出流量Ｑ1は、所定の流量との比較に基づいて得られる第２のエンジン目標回転数の算出にも適用される（ステップＳ７）。このステップＳ７において、まず判定部６５は、現在のポンプ目標吐出流量Ｑ1が、所定の流量ｑ1（たとえば１０（Ｌ/ｍｉｎ））よりも大きいか否かを判定する。ここで、しきい値となる所定の流量は、各種操作レバー４１〜４４が中立位置から操作されたか否かを判断するための流量に設定される。

その後、第２のエンジン目標回転数設定部６６は、判定部６５の判定の結果、現在のポンプ目標吐出流量Ｑ1が流量ｑ1以下、すなわち判定結果がＮＯである場合には、第２のエンジン目標回転数n_com2が、エンジン２の回転数の最小値であるローアイドル回転数ｎL付近の回転数ｎJ（たとえば１０００ｒｐｍ）に設定される。これに対して、現在のポンプ目標吐出流量Ｑ1が流量ｑ1よりも大きい場合、すなわち判定結果がＹＥＳである場合には、第２のエンジン目標回転数ｎ_com2が、エンジン２のローアイドル回転数ｎLよりも大きい回転数ｎM（たとえば１４００（ｒｐｍ））に設定される。

最大値選択部６７では、ステップＳ６で算出された第１のエンジン目標回転数n_com1と、ステップＳ７で算出された第２のエンジン目標回転数n_com2のうち大きい方を選択エンジン目標回転数n_com12とする（ステップＳ８）。

以上説明したステップＳ１〜Ｓ８と並行して、ポンプ出力制限算出部６８では、ブームシリンダ３１、アームシリンダ３２、バケットシリンダ３３、右走行モータ３５、左走行モータ３６の作業パターンに応じて、油圧ポンプ３の出力（馬力）制限値Pp_limitが演算される（ステップＳ９）。ここでいう作業パターンとは、例えば「アーム掘削操作とバケット掘削操作の組み合わせ」などのことであり、各パイロット圧の値に応じて設定される。

ステップＳ９に続いて、第３のエンジン回転数算出部６９では、ポンプ出力制限算出部６８で演算された油圧ポンプ３の出力制限値Pp_limitに対応する第３のエンジン目標回転数n_com3が、記憶装置８０にデータテーブル形式で記憶される関数関係６９ａにしたがって演算される（ステップＳ１０）。関数関係６９ａは、油圧ポンプ３の出力制限値Pp_limitの増加に応じて、第３のエンジン目標回転数n_com3が増加する。

最後に、最小値選択部７０は、最大値選択部６７で選択されたエンジン目標回転数n_com12と、第３のエンジン目標回転数n_com3のうち小さい方をエンジン目標回転数n_comとする（ステップＳ１１）。

この後、コントローラ６は、最小値選択部７０で選択したエンジン目標回転数n_comと、回転センサ１４で検出される発電電動機１１の現在の実回転数GEN_spdと、電圧センサ１５で検出される蓄電器１２の現在の電圧BATT_voltと、電流センサ１０１によって検出される旋回体２０２の負荷を示す旋回負荷電流SWG_currとを用いることにより、エンジン目標回転数n_comに対応する発電電動機１１の目標回転数、発電電動機１１の要求発電量、ポンプ吸収トルクに対応する制御電流pc_epcなどを求める。このうち、発電電動機１１の目標回転数や要求発電量は、発電電動機コントローラ１００に出力される。発電電動機コントローラ１００は、受け取った指令に基づいて発電電動機１１を駆動させる。また、制御電流pc_epcは、ポンプ制御弁５に出力される。ポンプ制御弁５は、受け取った指令に基づいて油圧ポンプ３の斜板の傾転角を調整する。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、低速マッチングを行う際のエンジン最小回転数が電気機器（蓄電器、昇圧器）の温度の上昇とともに上昇するかまたは一定値を取るような構成としているため、エンジンの回転変動幅が縮められ、電気機器の負荷が低減される。この結果、電気機器の温度上昇を抑制することができる。したがって、搭載された電気機器のオーバーヒートを、蓄電器の大容量化に頼ることなく、簡易な構成によって適確に防止することができる。

また、本実施の形態によれば、大がかりな電気機器の冷却機構を設ける必要がないので、軽量化することができるとともに、搭載スペースも節約でき、コストを抑えることが可能である。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を説明してきたが、本発明は上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、本発明は、電動の旋回モータを有するハイブリッド建設機械のみならず、油圧式の旋回モータを有する油圧ショベル等のハイブリッド建設機械にも適用可能である。

また、本発明は、建設機械以外のハイブリッド車両にも適用可能である。

さらに、本発明では、温度検出手段が温度を検出する電気機器として、蓄電器および昇圧器のいずれか一方でもよい。また、本発明では、蓄電器や昇圧器以外の電気機器（各種コントローラやインバータなど）の温度を検出し、その検出温度に対応付けられたエンジン最小回転数を用いることによってエンジン目標回転数を求めるようにしてもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

以上のように、本発明は、互いに連結されたエンジンおよび発電電動機を駆動源として備えるとともに、エンジンおよび発電電動機によって駆動される油圧ポンプを備えた建設機械のシステムを制御するのに有用であり、特にエンジンの回転数が所定の設定回転数よりも小さい低速領域でエンジンの出力と油圧ポンプのポンプ吸収馬力とをマッチングする低速マッチングを行う場合に適している。

Claims

互いに連結されたエンジンおよび発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電する一方、前記発電電動機に電力を供給する蓄電器と、前記エンジンおよび前記発電電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油が供給される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを操作する操作手段と、を備えた建設機械であって、
前記操作手段の操作量に基づいて前記油圧ポンプのポンプ目標吐出流量を算出するポンプ目標吐出流量算出手段と、
当該建設機械に搭載された電気機器の温度を検出する温度検出手段と、
前記エンジンの回転数が設定回転数より小さい低速領域で前記エンジンの出力と前記油圧ポンプのポンプ吸収馬力とをマッチングする低速マッチングを行う際に前記エンジンがとりうる最小の回転数であるエンジン最小回転数を、前記電気機器の温度の関数であって該温度の上昇とともに増加するかまたは一定値を取る関数として記憶する記憶手段と、
前記温度検出手段で検出した前記電気機器の温度に対応するエンジン最小回転数を、前記電気機器の温度および前記記憶手段で記憶する前記関数に基づいて算出するエンジン最小回転数算出手段と、
前記ポンプ目標吐出流量算出手段で算出したポンプ目標吐出流量の回転数換算値および前記エンジン最小回転数算出手段で算出したエンジン最小回転数のうちの最大値をエンジン目標回転数の候補として生成するエンジン目標回転数候補生成手段と、
を備えたことを特徴とする建設機械。
前記電気機器は前記蓄電器であることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
前記蓄電器の電圧を昇圧して出力する昇圧器を備え、
前記電気機器は前記昇圧器であることを特徴とする請求項１記載の建設機械。
前記蓄電器の電圧を昇圧して出力する昇圧器を備え、
前記電気機器は前記蓄電器および前記昇圧器であり、
前記エンジン最小回転数算出手段は、前記温度検出手段が検出した前記蓄電器の温度および前記昇圧器の温度にそれぞれ対応する第１および第２のエンジン最小回転数を算出することを特徴とする請求項１記載の建設機械。
互いに連結されたエンジンおよび発電電動機と、前記発電電動機が発電した電力を蓄電する一方、前記発電電動機に電力を供給する蓄電器と、前記エンジンおよび前記発電電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出された圧油が供給される油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータを操作する操作手段と、を備えた建設機械の制御方法であって、
前記操作手段の操作量に基づいて前記油圧ポンプのポンプ目標吐出流量を算出するポンプ目標吐出流量算出ステップと、
当該建設機械に搭載された電気機器の温度を検出する温度検出ステップと、
前記温度検出ステップで検出した前記電気機器の温度を用いることにより、前記エンジンの回転数が設定回転数より小さい低速領域で前記エンジンの出力と前記油圧ポンプのポンプ吸収馬力とをマッチングする低速マッチングを行う際に前記エンジンがとりうる最小の回転数であるエンジン最小回転数を算出するエンジン最小回転数算出ステップと、
前記ポンプ目標吐出流量算出ステップで算出したポンプ目標吐出流量の回転数換算値および前記エンジン最小回転数算出ステップで算出したエンジン最小回転数のうちの最大値をエンジン目標回転数の候補として生成するエンジン目標回転数候補生成ステップと、
を有し、
前記エンジン最小回転数は、前記電気機器の温度の関数であって該温度の上昇とともに増加するかまたは一定値を取る関数であることを特徴とする建設機械の制御方法。