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KR102002264B1 - 하이브리드 작업 기계 - Google Patents

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KR102002264B1
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신야 이무라
히데카즈 모리키
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

작업 기계에 의한 특정한 동작에 대해서 유압 액추에이터의 속도를 저감하여, 축전 장치의 장수명화를 도모한다. 하이브리드 작업 기계는, 축전 장치가 열화되는 경향의 정도가 높아진 경우, 하이브리드 작업 기계가 행하는 복수의 작업 동작 중, 미리 정해진 1 이상의 작업 동작으로서의 특정 동작이 행해졌을 때, 특정 동작에 대해서 미리 정해진, 축전 장치가 열화되는 경향의 정도에 대한 비율로, 유압 액추에이터의 속도를 저감시키는 제한 제어부를 구비하고 있다.

Description

하이브리드 작업 기계
본 발명은, 하이브리드 작업 기계에 관한 것이다.
엔진과 유압 펌프에 기계적으로 결합한 발전 전동기(전동·발전기)와, 리튬 이온 전지나 커패시터 등의 축전 장치(축전 수단)를 구비한 하이브리드형의 작업 기계가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 작업 기계에서는, 엔진과 발전 전동기에 의해 유압 펌프가 구동된다. 유압 펌프로부터 토출된 압유가, 유압 실린더나 유압 모터 등의 액추에이터에 공급되면, 붐이나 아암, 버킷, 선회체 등이 구동된다.
특허문헌 1에는, 축전 잔량(축전율)이 미리 설정된 소정값 이하일 때, 역행 토크값을 축전 잔량에 따라서 제한하고, 제한된 역행 토크값을 발전 전동기가 출력하도록, 발전 전동기를 제어하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 1에는, 축전 잔량이 저하된 경우, 유압 펌프의 출력을 일정하게 유지하도록, 그 유압 펌프에 대한 입력 토크의 최댓값을 제어하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허공개 제2005-083242호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 작업 기계의 다양한 작업 동작에 대해서 전혀 고려되어 있지 않다.
본 발명의 일 양태에 의한 하이브리드 작업 기계는, 엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 발전 전동기와, 상기 발전 전동기의 사이에서 전력의 수수를 행하는 축전 장치와, 상기 엔진 및 상기 발전 전동기에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터를 조작하는 조작 부재를 구비한 하이브리드 작업 기계에 있어서, 상기 축전 장치가 열화되는 경향의 정도가 높아진 경우, 상기 하이브리드 작업 기계가 행하는 복수의 작업 동작 중, 미리 정해진 1 이상의 작업 동작으로서의 특정 동작이 행해졌을 때, 상기 특정 동작에 대하여 미리 정해진, 상기 축전 장치가 열화되는 경향의 정도에 대한 비율로, 상기 유압 액추에이터의 속도를 저감하는 제한 제어부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 작업 기계에 의한 특정한 동작에 대해서 유압 액추에이터의 속도를 저감하여, 축전 장치의 장수명화를 도모할 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 하이브리드 작업 기계의 일례로서의 하이브리드 유압 셔블의 측면도.
도 2는, 유압 셔블의 시스템 구성을 나타내는 도면.
도 3은, 컨트롤러의 기능 블록도.
도 4는, 좌측 조작 레버와 우측 조작 레버의 조작 방향에 대응하는 유압 셔블의 동작을 설명하는 도면.
도 5는, 저감율 테이블 T1을 나타내는 도면.
도 6은, 방전 전력 제한값 테이블 T2를 나타내는 도면.
도 7은, 출력 상한값 연산부를 상세하게 설명하는 도면.
도 8a는, 굴삭 출력 상한 테이블 T3을 나타내는 도면.
도 8b는, 선회 붐 상승 출력 상한 테이블 T4를 나타내는 도면.
도 8c는, 그 밖의 상태 출력 상한 테이블 T5를 나타내는 도면.
도 9는, 동작 출력 배분 연산부를 상세하게 설명하는 도면.
도 10은, 선회 기본 출력 연산부를 상세하게 설명하는 도면.
도 11은, 붐 기본 출력 연산부를 상세하게 설명하는 도면.
도 12는, 선회·붐 출력 배분 연산부를 상세하게 설명하는 도면.
도 13은, 아암·버킷 출력 배분 연산부를 상세하게 설명하는 도면.
도 14는, 유압 전동 출력 배분 연산부를 상세하게 설명하는 도면.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 하이브리드 작업 기계의 일 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 하이브리드 작업 기계의 일례로서의 하이브리드 유압 셔블의 측면도이다. 또한, 설명의 편의상, 도 1에 도시한 바와 같이 전후 및 상하 방향을 규정한다. 유압 셔블에서는, 각종 액추에이터가 유압 펌프로부터 토출되는 작동유(압유)에 의해 구동되어, 다양한 작업이 행해진다.
도 1에 도시한 바와 같이, 하이브리드 유압 셔블(이하, 단순히 유압 셔블(100)이라 기재함)은, 주행체(101)와, 주행체(101) 위에 있어서 주행체(101)에 대해서 선회 가능하게 설치된 선회체(102)를 구비하고 있다. 주행체(101)는, 좌우 한 쌍의 크롤러를 주행 유압 모터(101a)에 의해 구동함으로써 주행한다. 선회체(102)는, 선회 유압 모터(102a)(도 2 참조)와 선회 전동 모터(124b)(도 2 참조)의 합계 토크에 의해 구동된다.
선회체(102)의 전방부 좌측에는 운전실(107)이 설치되고, 운전실(107)의 후부에는 엔진실이 설치되어 있다. 엔진실에는, 동력원인 엔진이나 유압 기기 등이 수용되어 있다. 엔진실의 후부에는, 작업 시의 기체의 균형을 잡기 위한 카운터 웨이트가 부착되어 있다. 운전실(107)에는, 오퍼레이터가 착좌하는 운전석, 및 붐(104), 아암(105), 버킷(106), 선회체(102), 및 주행체(101)의 동작에 각각 대응한 조작 부재(도시생략), 엔진(121b)(도 2 참조)의 목표 회전 속도를 지령하는 엔진 컨트롤 다이얼(도시생략)이 설치되어 있다.
선회체(102)의 전방부 우측에는 프론트 작업 장치(103)가 설치되어 있다. 프론트 작업 장치(103)는, 복수의 프론트 부재, 즉 붐(104), 아암(105), 및 버킷(106)을 구비한 다관절 구조의 작업 장치이다. 붐(104)은, 기단부가 선회체(102)의 전방부에 회동 가능하게 부착되어 있다. 아암(105)은, 그 일단부가 붐(104)의 선단부에 회동 가능하게 부착되어 있다. 붐(104) 및 아암(105)은, 유압 액추에이터인 붐 실린더(104a) 및 아암 실린더(105a)에 의해 각각 구동되어 기복된다. 버킷(106)은, 아암(105)의 선단부에 있어서, 아암(105)에 대해서 상하 방향으로 회동 가능하게 부착되고, 유압 액추에이터인 버킷 실린더(106a)에 의해 구동된다.
도 2는, 유압 셔블(100)의 시스템 구성을 나타내는 도면이다. 유압 셔블(100)은, 유압 셔블(100)의 각부의 제어를 행하는 컨트롤러(150)와, 엔진(121b)을 제어하는 엔진 컨트롤 유닛(이하, ECU(121a)라 기재함)과, 축전 장치(122b)를 제어하는 배터리 컨트롤 유닛(이하, BCU(122a)라 기재함)을 구비하고 있다. 컨트롤러(150), ECU(121a), 및 BCU(122a)는, 각각 CPU나 기억 장치인 ROM 및 RAM, 그 밖의 주변 회로 등을 갖는 연산 처리 장치를 포함해 구성되어 있다.
유압 셔블(100)은, 엔진(121b), 발전 전동기(123b) 및 제1 인버터(123a)를 구비하고 있다. 엔진(121b)과 발전 전동기(123b)는 기계적으로 결합되어 있으며, 동일한 회전 속도로 회전한다.
유압 셔블(100)은, 유압 펌프(126) 및 컨트롤 밸브 유닛(127)을 구비하고 있다. 유압 펌프(126)는, 발전 전동기(123b)에 기계적으로 결합되고, 엔진(121b) 및 발전 전동기(123b)에 의해 구동되고, 작동유를 토출한다. 유압 펌프(126)로부터 토출된 작동유는, 오퍼레이터(작업자)에 의한 각종 조작 부재에 대한 조작에 기초하여 컨트롤 밸브 유닛(127)으로 분배된다. 분배된 작동유(압유)는, 주행 유압 모터(101a), 붐 실린더(104a), 아암 실린더(105a), 버킷 실린더(106a), 및 선회 유압 모터(102a)에 공급되고, 이들 유압 액추에이터가 구동된다.
유압 셔블(100)은, 선회 전동 모터(124b) 및 제2 인버터(124a), 및 축전 장치(122b)를 더 구비하고 있다. 축전 장치(122b)는, 전압이 350[V]이며, 방전 용량이 5[Ah] 정도, 축전율(축전 잔량)의 적성 사용 범위가 30 내지 70[％]인 리튬 이온 전지를 축전 소자로서 복수 구비하는 리튬 이온 배터리 유닛이다. 축전 장치(122b)의 충방전은, BCU(122a)에 의해 제어된다.
제1 인버터(123a)는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 발전 전동기(123b)로 출력하거나, 혹은 발전 전동기(123b)에서 발생한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치이다. 마찬가지로, 제2 인버터(124a)는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 선회 전동 모터(124b)로 출력하거나, 혹은 선회 전동 모터(124b)에서 발생한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치이다.
축전 장치(122b)와, 제1 인버터(123a)와, 제2 인버터(124a)는, 직류 버스를 통해 접속되어 있으며, 상호 간에 전력의 수수가 행해진다. 또한, 축전 장치(122b)와 직류 버스의 사이에 DCDC 컨버터 등의 승압 장치를 설치해도 된다.
발전 전동기(123b)는, 제1 인버터(123a)에 의해, 입출력 파형이 제어된다. 발전 전동기(123b)는, 엔진(121b)에 의해 회전 구동되고, 삼상 교류 전력을 발생하는 발전기로서 기능한다. 발전 전동기(123b)에서 발생한 교류 전력은, 제1 인버터(123a)에 의해 직류 전력으로 변환되고, 축전 장치(122b)가 충전된다. 발전 전동기(123b)는, 제1 인버터(123a)에서 변환된 삼상 교류 전력에 의해 구동되어 회전 토크를 발생하는 전동기로서도 기능한다. 발전 전동기(123b)가 전동기로서 구동하는 역행 시에는, 엔진(121b)이 어시스트되고, 유압 펌프(126)가 엔진(121b)과 발전 전동기(123b)에 의해 구동된다.
선회 전동 모터(124b)는, 제2 인버터(124a)에 의해, 입출력 파형이 제어된다. 선회 전동 모터(124b)는, 선회체(102)의 선회 제동 시에, 삼상 교류 전력을 발생하는 발전기로서 기능한다. 선회 전동 모터(124b)에서 발생한 교류 전력은, 제2 인버터(124a)에 의해 직류 전력으로 변환되고, 축전 장치(122b)가 충전된다. 즉, 선회 전동 모터(124b)는, 선회체(102)의 선회 제동 시에 유압 에너지를 전기적으로 회수하는 회생 운전을 행한다. 선회 전동 모터(124b)는, 제2 인버터(124a)에 의해 변환된 삼상 교류 전력에 의해 구동되어 회전 토크를 발생하는 전동기로서도 기능한다. 선회 전동 모터(124b)가 전동기로서 구동하는 역행 시에는, 선회체(102)가 선회 전동 모터(124b)와 선회 유압 모터(102a)에 의해 구동된다.
또한, 발전 전동기(123b) 및 선회 전동 모터(124b) 중 한쪽의 역행 운전은, 축전 장치(122b)의 전력에 의해 행해지는 경우뿐만 아니라, 축전 장치(122b)를 통하지 않고, 발전 전동기(123b) 및 선회 전동 모터(124b) 중 다른 쪽에서 발생한 전력이 직접 공급됨으로써 행해지는 경우도 있다.
컨트롤러(150)는, 차체에 설치된 각종 센서나 스위치로부터, 유압 펌프(126)의 부하, 모드 정보 등의 차체 정보를 수취하고, ECU(121a)나 BCU(122a), 제1 인버터(123a), 제2 인버터(124a)와 통신하면서 차체 전체의 시스템의 제어를 행한다.
엔진(121b)으로서는, 연비 저감을 도모하기 위해서, 엔진(121b)의 최대 출력이 유압 펌프(126)의 최대 흡수 동력보다도 작은 소형의 엔진이 선정된다. 이와 같은 소형의 엔진(121b)을 사용하는 경우, 최대 펌프 흡수 동력에 대해서 충분히 큰 출력을 갖는 대형의 엔진에 비하여, 발전 전동기(123b)가 전동기로서 역행 운전하는 데 따른 엔진 어시스트의 기여율이 크다. 그 결과, 소형의 엔진을 구비한 유압 셔블에서는, 대형의 엔진을 구비하는 경우에 비하여, 축전 장치(122b)가 격렬하게 충방전을 반복하게 된다.
유압 셔블(100)은, 예를 들어 덤프 트럭에 자갈이나 흙을 싣는 「토사 적재 작업」을 행한다. 토사 적재 작업이란, [1] 굴삭 동작, [2] 선회 붐 상승 동작, [3] 방토 동작, [4] 선회 복귀 동작, [1] 굴삭 동작 … 과 같이, [1] 굴삭 동작으로부터 [4] 선회 복귀 동작까지의 일련의 작업 동작을 1 사이클로 하여, 이 일련의 작업 동작을 반복하여 행하는 연속 사이클 작업이다. 굴삭 동작이란, 토사를 굴삭하는 작업 동작이며, 아암(105)의 클라우드 동작과 버킷(106)의 클라우드 동작이 동시에 행해지는 작업 동작이다. 선회 붐 상승 동작이란, 버킷(106)에 적재한 토사를 유지하면서, 버킷(106)을 덤프 트럭의 짐받이의 바로 위(방토 작업 위치)까지 선회체(102)를 선회시키는 작업 동작을 말하며, 선회체(102)의 선회 동작과 붐(104)의 상승 동작이 동시에 행해지는 작업 동작을 의미한다. 방토 동작이란, 버킷(106) 내의 토사를 덤프 트럭의 짐받이에 방토하는 작업 동작을 말하며, 아암(105)의 덤프 동작과 버킷(106)의 덤프 동작이 동시에 행해지는 작업 동작을 의미한다. 선회 복귀 동작이란, 굴삭 작업 위치까지 선회체(102)를 선회시키는 작업 동작을 말하며, 선회체(102)의 선회 동작이 단독으로 행해지는 작업 동작을 의미한다.
일련의 작업 동작 중, 굴삭 동작 및 선회 붐 상승 동작은, 방토 동작이나 선회 복귀 동작 등의 저부하 동작에 비하여 부하가 높은 고부하 동작이다. 또한, 굴삭 동작과 선회 붐 상승 동작은, 축전 장치(122b)로부터의 전력 공급에 의한 발전 전동기(123b)의 어시스트(조력)가 필요한 고부하 동작이며, 방토 동작과 선회 복귀 동작은 엔진(121b)의 잉여 출력으로 발전 전동기(123b)의 발전을 행할 수 있는 저부하 동작이다. 이 연속 사이클 작업에서는, 시스템을 구성하는 엔진(121b)과 어시스트 모터로서 기능하는 발전 전동기(123b)의 최대 출력 밸런스나, 오퍼레이터의 조작 밸런스에 따라서는, 이 연속 사이클 작업에 있어서 축전 장치(122b)의 평균적인 방전량의 쪽이, 축전 장치(122b)의 평균적인 충전량보다도 커지게 되는 경우가 있다. 이 경우, 연속 사이클 작업이 계속해서 행해지면, 축전 장치(122b)의 축전율이 서서히 감소한다. 그러나, 일반적으로, 축전 장치(122b)는, 과방전에 의해 그 출력 성능이 크게 열화되어 버리는 특성을 갖고 있다.
본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 적정한 축전율의 사용 범위가 30 내지 70[％](이하, '적정 사용 범위'라고 기재함)로 된 리튬 이온 배터리 유닛을 축전 장치(122b)로서 채용하고 있다. 이로 인해, 적정 사용 범위보다도 축전율이 저하된 상태나, 적정 사용 범위보다도 축전율이 상승한 상태에서 축전 장치(122b)에 의한 충방전이 행해지면, 축전율이 적정 사용 범위 내에 있을 때에 비하여, 축전 장치(122b)의 열화 속도가 크게 증가한다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 축전 장치(122b)의 축전율이 적정 사용 범위보다도 저하되는 것이 예상되는 경우에는, 적정 사용 범위로부터 일탈하기 전에 발전 전동기(123b)의 출력을 제한하고, 축전 장치(122b)의 수명을 향상시킨다.
본 실시 형태에서는, 축전 장치(122b)가 열화되는 경향의 정도를 나타내는 파라미터의 하나인 축전 장치(122b)의 축전율을 컨트롤러(150)가 검출하고, 축전 장치(122b)의 축전율이 미리 정해진 적정 사용 범위의 하한값 부근까지 감소한 경우, 발전 전동기(123b)의 출력(동력)을 저감함으로써, 축전 장치(122b)의 방전량을 저감시킨다. 발전 전동기(123b)의 출력이 저감되면, 유압 펌프(126)의 구동 토크가 저하되고, 조작 레버(111, 112)에 기초하여 동작하는 각 유압 액추에이터의 동작 속도가 저하된다. 또한, 「축전 장치(122b)의 축전율이 하한값보다도 낮아진다」라 함은, 「축전 장치(122b)가 열화되는 경향의 정도가 상한값보다도 높아진다」고 하는 것과 동일한 의미이다.
여기서, 연속 사이클 작업에 있어서, 발전 전동기(123b)의 출력을 저감하면, 효율적으로 축전 장치(122b)의 방전량을 저감할 수 있다. 그러나, 발전 전동기 (123b)의 출력을 저감시키는 방법으로서, 연속 사이클 작업에 있어서, 굴삭 동작, 선회 붐 상승 동작, 방토 동작, 선회 복귀 동작의 각 작업 동작에 대해서, 동일한 출력 제한값(상한값)을 설정하면, 출력 제한 전부터 출력 제한 후로 이행했을 때의 각 유압 액추에이터의 속도 감소량에 차가 발생한다는 문제가 발생한다.
예를 들어, 토사의 적재 작업에 있어서의 각 작업 동작 중, 가장 높은 부하가 가해지는 작업 동작인 선회 붐 상승 동작에서는, 출력 제한 전후의 액추에이터 속도의 차분이 크다. 한편, 선회 붐 상승 동작에 비교하면 부하가 낮은 작업 동작인 굴삭 동작에서는, 출력 제한 전후의 액추에이터 속도의 차분이 작다. 이로 인해, 출력 제한이 이루어지면, 오퍼레이터는, 선회 붐 상승 동작에 있어서의 액추에이터 속도는 크게 저하되었다고 느끼고, 굴삭 동작에 있어서의 액추에이터 속도는 출력 제한 전후로 거의 변화가 없다고 느낀다. 즉, 상기 출력 저감 방법(속도 저감 방법)에서는, 오퍼레이터에게 큰 조작 위화감을 주게 될 우려가 있다.
또한, 축전율의 저하에 따라서, 출력 제한값(상한값)을 저하하는 경우, 축전율의 저하에 따라 우선 선회 붐 상승 동작만이 제한되고, 축전율이 더 저하한 시점에서, 굴삭 동작이 제한되게 된다. 이로 인해, 어느 동작이 어느 타이밍에 속도 제한되는 것인지 알기 어려워, 이 점에서도 오퍼레이터에게 큰 조작 위화감을 주게 될 우려가 있다.
본 실시 형태에서는, 컨트롤러(150)가, 유압 셔블(100)이 행하는 복수의 작업 동작 중에서 미리 정해진 1 이상의 작업 동작(이하, 특정 동작이라 기재함)이 행해진 것을 판별한다. 컨트롤러(150)는, 축전 장치(122b)의 축전율이 하한값보다도 저하된 경우로서, 특정 동작이 행해졌을 때, 그 특정 동작에 대해서 미리 정해진, 축전 장치(122b)의 축전율에 대한 비율로, 유압 액추에이터의 속도를 저감하는 제한 제어를 행한다. 이에 의해, 축전 장치(122b)의 장수명화를 도모함과 함께, 오퍼레이터에게 주게 될 조작 위화감을 저감할 수 있다. 이하, 토사의 적재 작업을 예로 구체적으로 설명한다.
본 실시 형태에서는, 축전 장치(122b)의 축전율의 저하에 따라서, 특정 동작으로서 선택된 고부하 동작인 「선회 붐 상승 동작」과 「굴삭 동작」에 대해서, 본래의 작업 속도(액추에이터 속도)에 대한 속도 감소 비율이 동일해지도록 출력의 저감을 행한다. 즉, 선회 붐 상승 동작에 있어서, 본래의 작업 속도(100％)에 대해서 70％로 저하시키는 경우, 굴삭 동작에 대해서도 마찬가지로, 본래의 작업 속도(100％)에 비해 70％로 저하시킨다. 이에 의해, 서로 다른 특정 동작이 행해졌을 때의 조작 위화감을 저감할 수 있다.
도 3은, 컨트롤러(150)의 기능 블록도이다. 도 3은, 굴삭 동작이나 선회 붐 상승 동작이 행해지고, 발전 전동기(123b)와 선회 전동 모터(124b)가 역행 동작할 때의 제어 내용에 대하여 나타내고 있다. 컨트롤러(150)는, 방전 전력 제한값 연산부(151), 요구 동작 출력 저감율 연산부(152), 출력 상한값 연산부(153), 동작 출력 배분 연산부(156), 및 유압 전동 출력 배분 연산부(157)를 기능적으로 갖고 있다.
컨트롤러(150)에는, 축전 장치(122b)의 허용 방전 전력, 축전 장치(122b)의 축전율, 각 레버 조작량, 및 각 실린더압·선회 속도의 정보가 입력된다. 허용 방전 전력 및 축전율은, BCU(122)에 의해 연산되고, 컨트롤러(150)로 출력된다. 또한, 허용 방전 전력이란, 현재 축전 장치(122b)가 방전 가능한 전력임을 가리키고, 축전 장치(122b) 내에 배치된 축전 소자의 온도나 전압, 하드적인 전류 상한값으로부터 계산된다. 축전율(즉 축전 잔량/용량)은, BCU(122)에 의해 검출된 축전 소자의 단자 전압 등으로부터 주지의 방법으로 추정 연산된다.
각 레버 조작량으로는, 이하 (A) 내지 (H)의 레버 조작량을 들 수 있으며, 각 조작 레버의 조작량 검출부(125)(도 2 참조)에서 검출된다.
유압 파일럿식의 조작 레버인 경우, 조작량 검출부(125)(도 2 참조)는, 조작 레버의 파일럿 밸브로부터 출력되는 파일럿압을 검출한다.
(A) 아암 덤프 동작을 지령하는 레버 조작량인 아암 덤프 조작량
(B) 아암 클라우드 동작을 지령하는 레버 조작량인 아암 클라우드 조작량
(C) 좌 선회 동작을 지령하는 레버 조작량인 좌 선회 조작량
(D) 우 선회 동작을 지령하는 레버 조작량인 우 선회 조작량
(E) 붐 하강 동작을 지령하는 레버 조작량인 붐 하강 조작량
(F) 붐 상승 동작을 지령하는 레버 조작량인 붐 상승 조작량
(G) 버킷 클라우드 동작을 지령하는 레버 조작량인 버킷 클라우드 조작량
(H) 버킷 덤프 동작을 지령하는 레버 조작량인 버킷 덤프 조작량
도 4는, 좌측 조작 레버(111)와 우측 조작 레버(112)의 조작 방향에 대응하는 유압 셔블(100)의 동작을 설명하는 도면이다. 좌측 조작 레버(111)는 운전석의 좌측에 위치하고, 우측 조작 레버(112)는 운전석의 우측에 위치하고 있다.
좌측 조작 레버(111)는, 아암 실린더(105a), 및 선회 유압 모터(102a) 및 선회 전동 모터(124b)를 조작하는 조작 부재이다. 즉, 좌측 조작 레버(111)는, 붐(104)에 대한 아암(105)의 회동 동작, 및 선회체(102)의 선회 동작을 조작하는 조작 부재이다. 좌측 조작 레버(111)를 중립 위치 NP로부터 전방으로 기울이면, 아암 덤프 동작(아암 누름 동작이라고도 함)이 행해진다. 아암 덤프 동작이란, 아암 실린더(105a)가 수축하고, 붐(104)에 대해서 아암(105)의 상대 각도가 넓어지는 방향으로, 아암(105)이 레버 조작량에 따른 속도로 회동하는(도 1에 있어서 시계 방향으로 회동하는) 동작이다. 좌측 조작 레버(111)를 중립 위치 NP로부터 후방으로 기울이면, 아암 클라우드 동작(아암 당김 동작이라고도 함)이 행해진다. 아암 클라우드 동작이란, 아암 실린더(105a)가 신장하고, 아암(105)을 붐(104) 측으로 접도록, 아암(105)이 레버 조작량에 따른 속도로 회동하는(도 1에 있어서 반시계 주위로 회동하는) 동작이다.
좌측 조작 레버(111)를 중립 위치 NP로부터 좌측 방향으로 기울이면, 유압 액추에이터인 선회 유압 모터(102a) 및 선회 전동 모터(124b)가 구동되고, 선회체 (102)가 레버 조작량에 따른 속도로 좌측 방향으로 선회하는 좌 선회 동작이 행해진다. 좌측 조작 레버(111)를 중립 위치 NP로부터 우측 방향으로 기울이면, 선회 유압 모터(102a) 및 선회 전동 모터(124b)가 구동되고, 선회체(102)가 레버 조작량에 따른 속도로 우측 방향으로 선회하는 우 선회 동작이 행해진다.
우측 조작 레버(112)는, 붐 실린더(104a) 및 버킷 실린더(106a)를 조작하는 조작 부재이다. 즉, 우측 조작 레버(112)는, 선회체(102)에 대한 붐(104)의 회동 동작, 및 아암(105)에 대한 버킷(106)의 회동 동작을 조작하는 조작 부재이다. 우측 조작 레버(112)를 중립 위치 NP로부터 전방으로 기울이면, 붐 하강 동작이 행해진다. 붐 하강 동작이란, 붐 실린더(104a)가 수축하고, 붐(104)이 레버 조작량에 따른 속도로 하방으로 회동하는 동작이다. 우측 조작 레버(112)를 중립 위치 NP로부터 후방으로 기울이면, 붐 상승 동작이 행해진다. 붐 상승 동작이란, 붐 실린더(104a)가 신장하고, 붐(104)이 레버 조작량에 따른 속도로 상방으로 회동하는 동작이다.
우측 조작 레버(112)를 중립 위치 NP로부터 좌측 방향으로 기울이면, 버킷 클라우드 동작(버킷 긁어모으기 동작이라고도 함)이 행해진다. 버킷 클라우드 동작란, 버킷 실린더(106a)가 신장하고, 버킷(106)의 발톱 끝(선단부)이 아암(105)의 배면에 근접하도록, 버킷(106)이 레버 조작량에 따른 속도로 회동하는(도 1에 있어서 반시계 주위로 회동하는) 동작이다. 우측 조작 레버(112)를 중립 위치 NP로부터 우측 방향으로 기울이면, 버킷 덤프 동작(버킷 방토 동작이라고도 함)이 행해진다. 버킷 덤프 동작이란, 버킷 실린더(106a)가 수축되고, 버킷(106)의 발톱 끝이 아암(105)의 배면으로부터 이격되도록, 버킷(106)이 레버 조작량에 따른 속도로 회동하는(도 1에 있어서 시계 방향으로 회동하는) 동작이다.
좌측 조작 레버(111)를 중립 위치 NP로부터 좌경사 전방 등의 경사 방향으로 기울면, 아암(105)과 선회체(102)를 복합적으로 동작시킬 수 있다. 우측 조작 레버(112)를 중립 위치 NP로부터 좌경사 전방 등의 경사 방향으로 기울이면, 붐(104)과 버킷(106)을 복합적으로 동작시킬 수 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에 있어서의 유압 셔블(100)에서는, 좌측 조작 레버(111) 및 우측 조작 레버(112)를 동시에 조작함으로써, 최대 4개의 동작을 복합적으로 행하게 할 수 있다.
각 실린더압이란, 붐 실린더(104a), 아암 실린더(105a) 및 버킷 실린더(106a)의 실린더압을 가리키고, 각 유압 실린더에 설치된 실린더압 검출 장치(도시생략)에 의해 검출된다. 선회 속도는, 선회체(102)의 선회 속도를 나타내는 정보이며, 선회 상태 검출 장치(도시생략)에 의해 검출된다. 선회 상태 검출 장치는, 선회체(102)의 선회 속도뿐만 아니라, 선회 위치나 선회 방향도 검출한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 요구 동작 출력 저감율 연산부(152)는, BCU(122a)로부터 출력된 축전 장치(122b)의 축전율에 기초하여, 요구 동작 출력 저감율을 연산한다. 도 5는, 저감율 테이블 T1을 나타내는 도면이다. 컨트롤러(150)의 기억 장치에는, 축전 장치(122b)의 축전율에 대한 요구 동작 출력 저감율의 데이터 테이블인 「저감율 테이블 T1」이 미리 기억되어 있다.
요구 동작 출력 저감율 연산부(152)는, 저감율 테이블 T1을 참조하여, 축전 장치(122b)의 축전율에 기초하여, 요구 동작 출력 저감율을 연산한다.
저감율 테이블 T1은, 축전율이 제1 임계값×1[％](예를 들어, 40[％]) 이상일 때에는 요구 동작 출력 저감율이 0[％]이며, 축전율이 제1 임계값×1[％] 미만, 제2 임계값×2[％](예를 들어, 35[％]) 이상의 범위에서는, 축전율이 저하됨에 따라서 요구 동작 출력 저감율이 직선적으로 증가하고, 제2 임계값×2[％] 미만이 되면, 요구 동작 출력 저감율이 100[％]로 되는 특성을 갖고 있다. 또한, 제3 임계값×3[％]는, 축전 장치(122b)의 사용 적정 하한값을 나타내는 축전율(예를 들어, 30[％])이다. 즉, 요구 동작 출력 저감율 연산부(152)는, 축전율이 제1 임계값×1[％] 이상에 있는 상태로부터 축전율이 서서히 저하된 경우, 제1 임계값×1[％]까지는 요구 출력 저감율을 0[％]로 한다. 즉, 축전율이 제1 임계값×1[％] 이상이면, 출력 제한은 행해지지 않는다. 요구 동작 출력 저감율 연산부(152)는, 제1 임계값×1[％]보다도 축전율이 저하되면, 축전율의 저하에 따라서 요구 출력 저감율을 설정하고, 제2 임계값×2[％] 미만에서는 요구 출력 저감율을 100[％](최댓값)로 설정한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 방전 전력 제한값 연산부(151)는, BCU(122)로부터 출력된 허용 방전 전력에 기초하여, 방전 전력 제한값을 연산하고, 축전 장치(122b)의 방전 전력을 제어한다. 도 6은, 방전 전력 제한값 테이블 T2를 나타내는 도면이다. 컨트롤러(150)의 기억 장치에는, 축전 장치(122b)의 축전율에 대한 축전 장치(122b)의 방전 전력 제한값의 데이터 테이블인 「방전 전력 제한값 테이블 T2」가 미리 기억되어 있다.
방전 전력 제한값 연산부(151)는, 방전 전력 제한값 테이블 T2를 참조하고, 축전 장치(122b)의 축전율에 기초하여 방전 전력 제한값을 연산한다.
방전 전력 제한값 테이블 T2는, 축전율이 제2 임계값×2[％] 이상일 때에는 방전 전력 제한값이 z[㎾]이며, 축전율이 제2 임계값×2[％] 미만, 제3 임계값×3 [％] 이상의 범위에서는, 축전율이 저하됨에 따라서 방전 전력 제한값이 직선적으로 감소하고, 제3 임계값×3 미만으로 되면, 방전 전력 제한값이 0[㎾]로 되는 특성을 갖고 있다. 여기서, z[㎾]는, 축전 장치(122b)가 신품이며, 축전 소자의 온도가 상온인 경우가 전형적인 허용 방전 전력과 대략 동일한 값을 채용하고 있다. 즉, 방전 전력 제한값 연산부(151)는, 축전율이 제2 임계값×2[％] 이상에 있는 상태로부터 축전율이 서서히 저하된 경우, 제2 임계값×2[％]까지는 방전 전력 상한값을 z[㎾]로 한다. 즉, 축전율이 제2 임계값×2[％] 이상이면, 방전 전력 제한은 행해지지 않는다. 방전 전력 제한값 연산부(151)는, 제2 임계값×2[％]보다도 축전율이 저하되면, 축전율이 낮아질수록 방전 전력 제한값을 작게 설정하고, 제3 임계값×3[％] 미만에서는 축전 장치(122b)가 방전하지 않도록 제어한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 출력 상한값 연산부(153)는, 방전 전력 제한값 연산부(151)에서 연산된 방전 전력 제한값과, 요구 동작 출력 저감율 연산부(152)에서 연산된 요구 동력 출력 저감율과, 엔진 컨트롤 다이얼(도시생략)로부터의 명령값인 엔진 목표 회전 속도와, 각 레버 조작량에 기초하여, 엔진 출력 상한값 및 출력 상한값을 연산한다.
도 7은, 출력 상한값 연산부(153)를 상세히 설명하는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 출력 상한값 연산부(153)는, 엔진 출력 상한값 연산부(131)와, 발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(132)와, 동작 판별부(133)와, 총출력 상한값 연산부(134)와, 동작 출력 상한값 연산부(135)와, 출력 상한값 결정부(136)로서의 기능을 갖고 있다.
엔진 출력 상한값 연산부(131)는, 엔진 목표 회전 속도에 있어서 출력 가능한 엔진(121b)의 출력 최댓값을 연산하고, 출력 최댓값을 엔진 출력 상한값으로서 출력한다.
발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(132)는, 0[㎾]로부터 방전 전력 제한값 연산부(151)에서 연산된 방전 전력 제한값까지의 범위에 있어서, 발전 전동기(123b)가 최대한 역행했을 때의 출력을, 발전 전동기(123b)의 효율 등 하드적인 제약을 고려하여 발전 전동기 출력 상한값으로서 연산한다.
동작 판별부(133)는, 각 레버 조작량에 기초하여, 동작의 판별을 행한다. 동작 판별부(133)는, 이하의 조건 (ⅰ)이 성립했을 때, 유압 셔블(100)에 의한 굴삭 동작이 행해지고 있다고 판별하고, 동작 판별 정보로서 「굴삭 동작」을 나타내는 정보를 생성한다.
조건 (ⅰ) 아암 클라우드 조작량이 임계값 La 이상이며, 또한, 버킷 클라우드 조작량이 임계값 Lb 이상일 것
또한, 임계값 La, Lb는, 아암 클라우드 조작이 이루어졌는지 여부, 및 버킷 클라우드 조작이 이루어졌는지 여부를 판단하기 위한 임계값이며, 미리 기억 장치에 기억되어 있다.
동작 판별부(133)는, 이하의 조건 (ⅱ)가 성립했을 때, 유압 셔블(100)에 의한 선회 붐 상승 동작이 행해지고 있다고 판별하고, 동작 판별 정보로서 「선회 붐 상승 동작」을 나타내는 정보를 생성한다.
조건 (ⅱ) 좌/우 선회 조작량이 임계값 Lr 이상이며, 또한, 붐 상승 조작량이 임계값 Lu 이상일 것
또한, 임계값 Lr, Lu는, 좌/우 선회 조작이 이루어졌는지 여부, 및 붐 상승 조작이 이루어졌는지 여부를 판단하기 위한 임계값이며, 미리 기억 장치에 기억되어 있다.
동작 판별부(133)는, 조건 (ⅰ) 및 (ⅱ)의 어느 것도 성립되지 않는 경우, 즉 「굴삭 동작」 및 「선회 붐 상승 동작」의 어느 쪽에도 해당하지 않는 경우, 유압 셔블(100)은 특정 동작을 행하지 않았다고 판별하고, 동작 판별 정보로서 「그 밖의 상태」를 나타내는 정보를 생성한다. 그 밖의 상태에는, 방토 동작, 선회 복귀 동작 외에, 작업 대기 상태(정지 상태)도 포함된다.
총출력 상한값 연산부(134)는, 엔진 출력 상한값 연산부(131)에서 연산된 엔진 출력 상한값과, 발전 전동기 역행 출력 상한값 연산부(132)에서 연산된 발전 전동기 출력 상한값을 가산하여 총출력 상한값을 연산한다. 총출력 상한값은, 현재의 축전 장치(122b)의 축전율이나 엔진 회전 속도의 상황에서 출력 가능한 최댓값이다.
동작 출력 상한값 연산부(135)는, 동작 판별부(133)에서 생성된 동작 판별 정보(「굴삭 동작」, 「선회 붐 상승 동작」 및 「그 밖의 상태」의 어느 것에 상당하는 정보)와, 요구 동작 출력 저감율 연산부(152)에서 연산된 요구 동작 출력 저감율에 기초하여, 동작 출력 상한값을 연산한다.
도 8a는 굴삭 출력 상한 테이블 T3을 나타내는 도면이고, 도 8b는 선회 붐 상승 출력 상한 테이블 T4를 나타내는 도면이며, 도 8c는 그 밖의 상태 출력 상한 테이블 T5를 나타내는 도면이다.
동작 출력 상한값 연산부(135)는, 동작 판별 정보에 기초하여, 그 동작 판별 정보에 대응하는 테이블을 선택한다. 즉, 동작 출력 상한값 연산부(135)는, 동작 판별 정보가 「굴삭 동작」인 경우, 도 8a에 도시한 굴삭 출력 상한 테이블 T3을 선택하고, 동작 판별 정보가 「선회 붐 상승 동작」인 경우, 도 8b에 도시한 선회 붐 상승 출력 상한 테이블 T4를 선택한다. 동작 출력 상한값 연산부(135)는, 동작 판별 정보가 「그 밖의 상태」인 경우, 도 8c에 도시한 그 밖의 상태 출력 상한 테이블 T5를 선택한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 유압 셔블(100)에서는, 좌측 조작 레버(111) 및 우측 조작 레버(112)를 동시에 조작함으로써, 최대 4개의 동작을 동시에(복합적으로) 행하게 할 수 있다. 이로 인해, 4개의 동작이 동시에 행해진 것이 판별된 경우에는, 동작 출력 상한값 연산부(135)는, 선회 붐 상승 출력 상한 테이블 T4를 선택한다.
동작 출력 상한값 연산부(135)는, 선택한 테이블을 참조하고, 요구 동작 출력 저감율에 기초하여 동작 출력 상한값을 연산한다. 일반적으로, 굴삭 동작보다도 선회 붐 상승 동작 쪽이 고부하 동작인 것을 고려하여, 본 실시 형태에서는, 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 요구 동작 출력 저감율이 0[％]일 때는 굴삭 동작의 출력 상한값을 80[㎾], 선회 붐 상승 동작의 출력 상한값을 90[㎾]로 설정하였다. 또한, 요구 동작 출력 저감율이 100[％]일 때에는, 연속 사이클 작업이 계속해서 행했을 때 축전 장치(122b)의 평균적인 방전량과 평균적인 충전량이 균형이 잡히도록, 충분히 작은 값으로 설정하였다.
동작 출력 상한값 연산부(135)는, 굴삭 동작과 선회 붐 상승 동작에서 축전율의 저하에 따른 작업 속도의 저감 비율이 동일해지도록, 굴삭 동작과 선회 붐 상승 동작에서 출력 상한값을 동일한 비율로 저감한다. 예를 들어, 요구 동작 출력 저감율이 100％일 때의 출력 상한값을, 요구 동작 출력 저감율이 0[％]일 때의 출력 상한값의 50[％]가 되도록, 출력 상한값을 저감한다. 도 8a에 도시한 바와 같이, 요구 동작 출력 저감율이 100[％]일 때, 굴삭 동작의 출력 상한값은, 요구 동작 출력 저감율이 0[％]일 때의 절반 값인 40[㎾]로 설정된다. 도 8b에 도시한 바와 같이, 요구 동작 출력 저감율이 100[％]일 때, 선회 붐 상승 동작의 출력 상한값은, 요구 동작 출력 저감율이 0[％]일 때의 절반 값인 45[㎾]로 설정된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 토사의 적재 작업에 있어서의 저부하 동작(방토 동작이나 선회 복귀 동작)이 행해졌을 때에는, 축전 장치(122b)의 축전율이 제1 임계값×1[％]보다도 낮아진 경우라도 도 8c에 도시한 바와 같이, 출력 상한값을 변경하지 않는, 즉 유압 액추에이터의 속도를 저감하지 않는다.
일반적으로, 동작 출력과 속도는 완전히 비례한다고는 할 수 없지만, 실제 시험을 통해 각 출력 상한 테이블을 튜닝함으로써, 축전율의 저하에 대해서 굴삭 동작과 선회 붐 상승 동작을 보다 고정밀도로 동일한 비율로 속도 저하시키는 것이 가능하다.
도 7에 도시한 바와 같이, 출력 상한값 결정부(136)는, 총출력 상한값 연산부(134)에서 연산된 총출력 상한값과, 동작 출력 상한값으로 연산된 동작 출력 상한값 중 값이 작은 쪽을 출력 상한값으로서 선택, 결정한다. 동작 출력 상한값보다도 총출력 상한값의 쪽이 작은 경우, 판별된 동작에 관계없이, 제한된 축전 장치(122b)의 방전 전력에 의한 발전 전동기(123b)의 출력과, 엔진(121b)이 공급 가능한 출력과의 합계값 이내에서 동작시키므로, 조작성을 희생으로 확실하게 과방전을 방지하게 된다. 이에 반하여, 총출력 상한값보다도 동작 출력 상한값이 작은 경우에는, 과방전의 예방을 위해 작업 속도를 저하시키면서도 가능한 한 조작성을 확보하게 된다.
도 3에 도시한 동작 출력 배분 연산부(156)는, 각 레버 조작량 및 각 실린더압·선회 속도, 및 출력 상한값 연산부(153)에서 연산된 출력 상한값에 기초하여, 각 액추에이터가 단독으로 요구하는 출력을 연산한다. 이하, 각 요구 출력의 연산 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 9는, 동작 출력 배분 연산부(156)를 상세히 설명하는 도면이다. 동작 출력 배분 연산부(156)는, 선회 기본 출력 연산부(161)와, 붐 기본 출력 연산부(162)와, 아암 기본 출력 연산부(163)와, 버킷 기본 출력 연산부(164)와, 선회·붐 출력 배분 연산부(165)와, 아암·버킷 출력 배분 연산부(166)를 갖고 있다.
도 10은, 선회 기본 출력 연산부(161)를 상세히 설명하는 도면이다. 도 10 에 도시한 바와 같이, 선회 기본 출력 연산부(161)는, 좌측 조작 레버(111)에 의한 좌 선회 조작량 및 우 선회 조작량과, 선회체(102)의 선회 속도에 기초하여, 선회 기본 출력을 연산한다. 선회 기본 출력 연산부(161)는, 좌우 선회량 선택부(161a)와, 연산부(161b)와, 게인 설정부(161c)와, 승산부(161d)를 갖고 있다.
좌우 선회량 선택부(161a)는, 좌 선회 조작량 및 우 선회 조작량 중, 큰 쪽의 조작량(이하, 단순히 선회 조작량이라고도 기재함)을 선택한다.
컨트롤러(150)의 기억 장치에는, 도 10에 도시한, 선회 조작량에 대한 선회 기준 출력의 데이터 테이블인 「선회 기준 출력 테이블 T6」이 기억되어 있다. 선회 기준 출력 테이블 T6은, 선회 조작만이 행해지고, 선회 동작이 단독으로 행해졌을 때 필요 충분한 출력이 되도록 튜닝되어 있다. 선회 기준 출력 테이블 T6은, 선회 조작량(선회 조작 파일럿압)이 증가함에 따라서 선회 기준 출력이 증가하는 특성이다. 연산부(161b)는, 선회 기준 출력 테이블 T6을 참조하고, 좌우 선회량 선택부(161a)에서 선택된 선회 조작량에 기초하여 선회 기준 출력을 연산한다.
컨트롤러(150)의 기억 장치에는, 도 10에 도시한, 선회 속도에 대한 출력 감소 게인의 데이터 테이블인 「출력 감소 게인 테이블 T7」이 기억되어 있다. 선회 속도가 커질수록, 선회체(102)를 가속시키기 위해 필요한 힘은 작아진다. 출력 감소 게인 테이블 T7에 있어서, 출력 감소 게인은 선회 속도의 증가에 대해서 단조 감소하고, 또한 조작감이 좋아지도록 튜닝되어 있다. 게인 설정부(161c)는, 출력 감소 게인 테이블 T7을 참조하고, 선회 속도에 기초하여 출력 감소 게인을 연산한다. 또한, 연산된 출력 감소 게인[％]은, 환산부(161e)에 의해 비율로 되고, 승산부(161d)에 의해, 연산부(161b)에서 연산된 선회 기준 출력에 승산되고, 승산 결과가 선회 기본 출력으로서 결정된다.
도 11은, 붐 기본 출력 연산부(162)를 상세히 설명하는 도면이다. 붐 기본 출력 연산부(162)는, 붐 상승 조작량 및 붐 하강 조작량에 기초하여, 붐 기본 출력을 연산한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 붐 기본 출력 연산부(162)는, 붐 상승 기본 출력 연산부(162a)와, 붐 하강 기본 출력 연산부(162b)와, 최댓값 선택부 (162c)로서의 기능을 갖고 있다.
컨트롤러(150)의 기억 장치에는, 도 11에 도시한, 붐 상승 조작량에 대한 붐 상승 기본 출력의 데이터 테이블인 「붐 상승 기본 출력 테이블 T8」이 기억되어 있다. 붐 상승 기본 출력 테이블 T8은, 붐 상승 조작만이 행해지고, 붐 상승 동작이 단독으로 행해졌을 때 필요 충분한 출력이 되도록 튜닝되어 있다. 붐 상승 기본 출력 테이블 T8은, 붐 상승 조작량(붐 상승 조작 파일럿압)이 증가함에 따라서 붐 상승 기본 출력이 증가하는 특성이다.
컨트롤러(150)의 기억 장치에는, 도 11에 도시한, 붐 하강 조작량에 대한 붐 하강 기본 출력의 데이터 테이블인 「붐 하강 기본 출력 테이블 T9」가 기억되어 있다. 붐 하강 기본 출력 테이블 T9는, 붐 하강 조작만이 행해지고, 붐 하강 동작이 단독으로 행해졌을 때 필요 충분한 출력이 되도록 튜닝되어 있다. 붐 하강 동작은, 프론트 작업 장치(103)의 자중을 이용하여 행할 수 있다. 이로 인해, 붐 하강 기본 출력 테이블 T9는, 붐 상승 기본 출력 테이블 T8에 비하여, 조작량에 대한 기본 출력이 작아지는 특성을 갖고 있다.
붐 상승 기본 출력 연산부(162a)는, 붐 상승 기본 출력 테이블 T8을 참조하고, 붐 상승 조작량에 기초하여 붐 상승 기본 출력을 연산한다. 마찬가지로, 붐 하강 기본 출력 연산부(162b)는, 붐 하강 기본 출력 테이블 T9를 참조하고, 붐 하강 조작량에 기초하여 붐 하강 기본 출력을 연산한다.
최댓값 선택부(162c)는, 붐 상승 기본 출력 연산부(162a)에서 연산된 붐 상승 기본 출력과, 붐 하강 기본 출력 연산부(162b)에서 연산된 붐 하강 기본 출력 중, 큰 쪽의 기본 출력을 붐 기본 출력으로서 선택한다.
도 9에 도시한 아암 기본 출력 연산부(163)는, 전술한 붐 기본 출력 연산부(162)와 마찬가지로, 아암 클라우드 조작량에 기초하여 아암 클라우드 기본 출력을 연산하고, 아암 덤프 조작량에 기초하여 아암 덤프 기본 출력을 연산하고, 연산 결과 중 큰 쪽의 기본 출력을 아암 기본 출력으로서 선택한다. 또한, 도시하지 않았지만, 컨트롤러(150)에는, 아암 클라우드 조작량에 대한 아암 클라우드 기본 출력의 데이터 테이블, 및 아암 덤프 조작량에 대한 아암 덤프 기본 출력의 데이터 테이블이 기억되어 있다.
도 9에 도시한 버킷 기본 출력 연산부(164)는, 전술한 붐 기본 출력 연산부 (162)와 마찬가지로, 버킷 클라우드 조작량에 기초하여 버킷 클라우드 기본 출력을 연산하고, 버킷 덤프 조작량에 기초하여 버킷 덤프 기본 출력을 연산하고, 연산 결과 중 큰 쪽의 기본 출력을 버킷 기본 출력으로서 선택한다. 또한, 도시하지 않았지만, 컨트롤러(150)에는, 버킷 클라우드 조작량에 대한 버킷 클라우드 기본 출력의 데이터 테이블, 및 버킷 덤프 조작량에 대한 버킷 덤프 기본 출력의 데이터 테이블이 기억되어 있다.
도 12는, 선회·붐 출력 배분 연산부(165)를 상세히 설명하는 도면이다. 컨트롤러(150)의 기억 장치에는, 도 12에 도시한, 아암·버킷 기본 총출력에 대한 아암·버킷 배분 총출력의 데이터 테이블인 「아암·버킷 배분 총출력 데이터 테이블 T10」이 기억되어 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 선회·붐 출력 배분 연산부(165)는, 선회 기본 출력, 붐 기본 출력, 아암 기본 출력, 버킷 기본 출력, 및 출력 상한값에 기초하여 선회 요구 출력과 붐 요구 출력을 연산한다. 선회·붐 출력 배분 연산부(165)는, 아암·버킷 배분 총출력 연산부(165b), 최솟값 선택부(165e, 165y, 165z), 최댓값 선택부(165w, 165x), 가산부(165a, 165d), 감산부(165c), 제산부(165f, 165g), 및 승산부(165h, 165i)를 갖고 있다.
가산부(165a)는, 아암 기본 출력과 버킷 기본 출력을 가산하고, 아암·버킷 기본 총출력을 결정한다. 아암·버킷 배분 총출력 연산부(165b)는, 아암·버킷 배분 총출력 데이터 테이블 T10을 참조하고, 아암·버킷 기본 총출력에 기초하여 아암·버킷 배분 총출력을 연산한다. 이에 의해, 미리 아암(105) 및 버킷(106)의 동작에 대한 출력이 확보된다.
감산부(165c)는, 출력 상한값으로부터 아암·버킷 배분 총출력을 감산하고, 선회·붐 출력 상한값을 결정한다. 가산부(165d)는, 선회 기본 출력과 붐 기본 출력을 가산하고, 선회·붐 기본 총출력을 결정한다.
최솟값 선택부(165e)는, 선회·붐 출력 상한값과, 선회·붐 기본 총출력 중 작은 쪽을 선택하고, 선회·붐 배분 총출력으로서 결정한다. 즉, 선회·붐 기본 총출력이 선회·붐 출력 상한값보다도 크면, 선회 동작 및 붐 동작에 제한은 걸리지 않는다. 한편, 선회·붐 기본 총출력이 선회·붐 출력 상한값보다도 작으면, 선회 동작 및 붐 동작이 제한되게 된다.
제산부(165f)는, 선회 기본 출력으로부터 선회·붐 기본 총출력을 제산하고, 선회 배분 비율을 결정한다. 제산부(165g)는, 붐 기본 출력으로부터 선회·붐 기본 총 출력을 제산하고, 붐 배분 비율을 결정한다. 또한, 최댓값 선택부(165w, 165x)는, 기본 출력과, 1을 비교하여 최댓값을 선택함으로써, 제로 제산을 방지한다.
승산부(165h)는, 선회·붐 배분 총출력에 선회 배분 비율을 승산한다. 승산부(165h)에서의 승산 결과는, 최솟값 선택부(165y)에 있어서 선회 기본 출력과 비교되고, 작은 쪽이 선회 요구 출력으로서 결정된다.
승산부(165i)는, 선회·붐 배분 총출력에 붐 배분 비율을 승산한다. 승산부 (165i)에서의 승산 결과는, 최솟값 선택부(165z)에 있어서 붐 기본 출력과 비교되고, 작은 쪽이 붐 요구 출력으로서 결정된다.
도 13은, 아암·버킷 출력 배분 연산부(166)를 상세히 설명하는 도면이다. 아암·버킷 출력 배분 연산부(166)는, 아암 기본 출력, 버킷 기본 출력, 출력 상한값, 및 선회·붐 출력 배분 연산부(165)에서 연산된 선회 요구 출력 및 붐 요구 출력에 기초하여 아암 요구 출력과 버킷 요구 출력을 연산한다.
아암·버킷 출력 배분 연산부(166)는, 최솟값 선택부(166e, 166y, 166z), 최댓값 선택부(166w, 166x), 가산부(166a, 166d), 감산부(166c), 제산부(166f, 166g), 및 승산부(166h, 166i)를 갖고 있다.
가산부(166a)는, 선회 요구 출력과 붐 요구 출력을 가산하고, 선회·붐 요구 총출력을 결정한다. 감산부(166c)는, 출력 상한값으로부터 선회·붐 요구 총출력을 감산하고, 아암·버킷 출력 상한값을 결정한다. 가산부(166d)는, 아암 기본 출력과 버킷 기본 출력을 가산하고, 아암·버킷 기본 총출력을 결정한다.
최솟값 선택부(166e)는, 아암·버킷 출력 상한값과, 아암·버킷 기본 총출력 중 작은 쪽을 선택하고, 아암·버킷 배분 총출력으로서 결정한다. 즉, 아암·버킷 기본 총 출력이 아암·버킷 출력 상한값보다도 크면, 아암 동작 및 버킷 동작에 제한은 걸리지 않는다. 한편, 아암·버킷 기본 총출력이 아암·버킷 출력 상한값보다도 작으면, 아암 동작 및 버킷 동작이 제한되게 된다. 또한, 최솟값 선택부(166e)에 의해 구해진 아암·버킷 배분 총출력과, 도 12의 아암·버킷 배분 총출력 연산부(165b)에 의해 구해진 아암·버킷 배분 총출력은 동등하다.
제산부(166f)는, 아암 기본 출력으로부터 아암·버킷 기본 총출력을 제산하고, 아암 배분 비율을 결정한다. 제산부(166g)는, 버킷 기본 출력으로부터 아암·버킷 기본 총출력을 제산하고, 버킷 배분 비율을 결정한다. 또한, 최댓값 선택부(166w, 166x)는, 기본 출력과, 1을 비교하여 최댓값을 선택함으로써, 제로 제산을 방지한다.
승산부(166h)는, 아암·버킷 배분 총출력에 아암 배분 비율을 승산한다. 승산부(166h)에서의 승산 결과는, 최솟값 선택부(166y)에 있어서 아암 기본 출력과 비교되고, 작은 쪽이 아암 요구 출력으로서 결정된다.
승산부(166i)는, 아암·버킷 배분 총출력에 버킷 배분 비율을 승산한다. 승산부(166i)에서의 승산 결과는, 최솟값 선택부(166z)에 있어서 버킷 기본 출력과 비교되고, 작은 쪽이 버킷 요구 출력으로서 결정된다.
도 14는, 유압 전동 출력 배분 연산부(157)를 상세히 설명하는 도면이다. 유압 전동 출력 배분 연산부(157)는, 방전 전력 제한값, 선회 요구 출력, 붐 요구 출력, 아암 요구 출력, 버킷 요구 출력 및 엔진 출력 상한값에 기초하여, 전동 선회 출력 지령, 발전 전동기 출력 지령, 및 엔진 출력 지령을 결정한다.
유압 전동 출력 배분 연산부(157)는, 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(171)와, 추정 총 펌프 출력 연산부(172)와, 엔진 발전 전동기 출력 배분 연산부(173)를 갖고 있다.
유압 전동 선회 출력 배분 연산부(171)는, 방전 전력 제한값을 초과하지 않도록, 선회 전동 모터(124b)가 최대한 역행했을 때의 출력을 선회 전동 모터(124b)의 효율 등 하드적인 제약을 고려하여 선회 전동 모터 역행 출력 상한값을 연산한다. 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(171)는, 선회 전동 모터 역행 출력 상한값과 선회 요구 출력을 비교하고, 작은 쪽을 전동 선회 출력 지령으로 하여 선택, 결정한다. 선회 전동 모터 역행 출력 상한값보다도 선회 요구 출력 쪽이 큰 경우, 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(171)는, 선회 요구 출력으로부터 선회 전동 모터 역행 출력 상한값을 차감한 값을 유압 선회 출력 지령의 값으로서 설정한다. 반대로, 선회 전동 모터 역행 출력 상한값보다도 선회 요구 출력 쪽이 작은 경우, 유압 전동 선회 출력 배분 연산부(171)는, 0을 유압 선회 출력 지령의 값으로서 설정한다.
추정 총 펌프 출력 연산부(172)는, 유압 선회 출력 지령, 붐 요구 출력, 아암 요구 출력, 및 버킷 요구 출력의 합계를 계산하고, 유압 펌프(126)의 효율을 고려하여 추정 총 펌프 출력을 연산한다.
엔진 발전 전동기 출력 배분 연산부(173)는, 추정 총 펌프 출력과 엔진 출력 상한값의 차를 연산한다. 추정 총 펌프 출력 쪽이 엔진 출력 상한값보다도 큰 경우, 추정 총 펌프 출력으로부터 엔진 출력 상한값을 차감한 값을 발전 전동기 출력 지령으로 하고, 역행 지령으로서 출력함과 함께, 엔진 출력 상한값을 엔진 출력 지령으로서 출력한다. 반대로, 엔진 출력 상한값 쪽이 추정 총 펌프 출력보다도 큰 경우, 축전 장치(122b)의 축전율에 따라서는 엔진 출력 상한값과 추정 총 펌프 출력의 차의 범위 내에서 발전 지령으로서 발전 전동기 출력 지령을 출력할 수 있다. 이때, 추정 총 펌프 출력과 발전 전동기 출력 지령(발전)의 합계값이 엔진 출력 지령으로 된다.
컨트롤러(150)는, 이상의 일련의 제어로 연산된 전동 선회 출력 지령, 발전 전동기 출력 지령을 엔진 출력 지령으로부터 선회 전동 토크 지령, 발전 전동기 토크 지령, 엔진 회전 속도 지령을 더 연산한다. 컨트롤러(150)는, 제1 인버터(123a), 제2 인버터(124a), ECU(121a), BCU(122a)의 각각에 각종 지령을 출력하고, 각각이 지령을 실현하도록 발전 전동기(123b), 선회 전동 모터(124b), 축전 장치(122b), 및 엔진(121b)의 제어를 행한다.
전술한 실시 형태에 의하면, 다음의 작용 효과가 얻어진다.
(1) 컨트롤러(150)는, 축전 장치(122b)가 열화되는 경향의 정도를 나타내는 축전율에 기초하여, 유압 액추에이터의 속도 제어를 행한다. 컨트롤러(150)는 축전 장치(122b)가 열화되는 경향의 정도가 높아진 경우, 즉 축전율이 낮아진 경우, 유압 셔블(100)이 행하는 복수의 작업 동작 중, 미리 정해진 1 이상의 특정 동작인 「굴삭 동작」 및 「선회 붐 상승 동작」이 행해졌을 때, 이 특정 동작에 대해서 미리 정해진, 축전율에 대한 비율로, 유압 액추에이터의 속도를 저감한다. 이에 의해, 축전율이 저하되는 것을 억제할 수 있으므로, 축전 장치(122b)의 장수명화를 도모할 수 있다. 본 실시 형태에 의하면, 예를 들어 조작 위화감이 적은 작업 동작을 특정 동작으로서 선택하고, 이 특정 동작에 대해서 유압 액추에이터의 속도를 저감함으로써, 조작 위화감을 저감할 수 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에 의하면, 전체 동작에 대해서 동일한 출력 상한값을 설정하는 경우에 비하여, 오퍼레이터의 조작 위화감을 저감할 수 있다.
(2) 컨트롤러(150)는, 도 5에 도시한 저감율 테이블 T1을 참조하여, 「굴삭 동작」 및 「선회 붐 상승 동작」에 대해서, 동일한 비율로 유압 액추에이터의 속도가 저감되도록 제어한다. 이에 의해, 「굴삭 동작」과 「선회 붐 상승 동작」로, 축전율의 크기에 따라서 동일한 속도 제한이 이루어지므로, 오퍼레이터의 조작 위화감을 저감할 수 있다.
(3) 컨트롤러(150)는, 좌측 조작 레버(111) 및 우측 조작 레버(112)의 조작량에 기초하여, 특정 동작인 「굴삭 동작」이나 「선회 붐 상승 동작」이 행해졌는지 여부를 판별한다. 이에 의해, 특정 동작을 확실하게 판별하고, 적절한 속도 저감을 행할 수 있다. 또한, 유압 액추에이터의 동작이나 부하를 검출하여, 특정 동작이 행해졌는지 여부를 판별하는 경우에 비하여, 출력 제한 제어의 응답성의 향상을 도모할 수 있다. 즉, 특정 동작이 행해졌을 때, 일시적으로 출력이 제한값을 초과해버리는 것을 방지할 수 있다.
(4) 본 실시 형태에서는, 특정 동작으로서 고부하 동작을 선택하였다. 컨트롤러(150)는, 축전 장치(122b)가 열화되는 경향의 정도가 미리 정해진 임계값에 도달하고, 또한, 고부하 동작(굴삭 동작, 선회 붐 상승 동작)이 행해졌을 때 유압 액추에이터의 속도를 저감한다. 한편, 컨트롤러(150)는, 저부하 동작(방토 동작, 선회 복귀 동작)이 행해졌을 때에는, 축전 장치(122b)가 열화되는 경향의 정도가 미리 정해진 임계값에 도달한 경우이더라도 유압 액추에이터의 속도를 저감시키지 않는다. 토사의 적재 작업에 있어서, 축전 장치(122b)의 방전량에 크게 기여하는 고부하 동작에 대해서 제한을 행하도록 하였으므로, 효과적으로 축전 장치(122b)의 방전량을 억제할 수 있다. 또한, 저부하 동작은 제한되는 일이 없기 때문에, 고부하 동작이 제한되었을 때 오퍼레이터가 위화감을 느낄 우려가 있다. 그러나, 오퍼레이터가, 제한 제어가 행해지는 경우에는 고부하 동작만이 제한되는 것을 파악하고 있으면, 조작 위화감을 저감할 수 있다. 이에 반하여, 전체 동작에 대해서 동일한 출력 상한값을 설정하는 경우, 어느 동작이 어느 타이밍에 제한이 걸릴지가 불분명하므로, 오퍼레이터에 큰 조작 위화감이 생길 우려가 있다.
(5) 컨트롤러(150)는, 축전 장치(122b)의 축전율이, 미리 정해진 제1 임계값×1[％]보다도 낮아진 경우에, 유압 액추에이터의 속도를 저감한다. 제1 임계값×1[％]는, 축전 장치(122b)의 적정 사용 범위의 하한값인 제3 임계값×3[％]보다도 높은 값이다(x1>x3). 이와 같이, 축전 장치(122b)의 축전율이, 적정 사용 범위로부터 일탈하기 전에 각 유압 액추에이터의 동작 속도를 저하시키도록 했으므로, 적정 사용 범위보다도 축전율이 저하된 상태에서 축전 장치(122b)에 의한 충방전이 행해지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 축전 장치(122b)의 수명을 향상시킬 수 있다.
(6) 컨트롤러(150)는, 축전율이 미리 정해진 제1 임계값×1[％]보다도 낮아진 경우, 그 저하의 정도에 따라서, 요구 동작 출력 저감율(즉 유압 액추에이터의 속도 저감 비율)을 크게 한다(도 5 참조). 이에 의해, 동작 속도를 너무 저감하지 않고, 축전 장치(122b)의 과방전을 방지하는 것이 가능해진다.
(7) 컨트롤러(150)는, 축전 장치(122b)의 축전율이, 제1 임계값[％]보다도 작은 값으로서 미리 정해진 제2 임계값×2[％]보다도 낮아진 경우에, 미리 정해진 방전 전력 제한값 테이블 T2(도 6 참조) 및 축전율에 기초하여 방전 전력 제한값을 연산한다. 컨트롤러(150)는, 축전 장치(122b)의 방전 전력이, 방전 전력 제한값을 초과하지 않도록, 발전 전동기(123b), 선회 전동 모터(124b) 및 유압 펌프(126)를 제어한다. 축전율이 제2 임계값×2[％]보다도 저하된 경우에, 특정 동작이 행해졌는지 여부에 관계없이, 방전 전력의 제한값을 작게 함으로써, 축전 장치(122b)의 축전율의 저하를 억제하여, 축전 장치(122b)의 열화를 억제할 수 있다.
(8) 컨트롤러(150)는, 축전 장치(122b)의 축전율이, 제2 임계값×2[％]로부터 낮아질수록 방전 전력 제한값을 작게 한다. 또한, 컨트롤러(150)는, 축전 장치(122b)의 축전율이, 제2 임계값×2[％]보다도 작은 값으로서 미리 정해진 제3 임계값×3[％]보다도 낮아진 경우에, 축전 장치(122b)가 방전하지 않도록, 발전 전동기(123b), 선회 전동 모터(124b) 및 유압 펌프(126)를 제어한다. 이에 의해, 축전 장치(122b)의 축전율이 더 저하된 경우에, 축전 장치(122b)의 축전율의 저하를 억제하여, 축전 장치(122b)의 열화를 억제할 수 있다.
(9) 엔진(121b)에는, 그 최대 출력이 유압 펌프(126)의 최대 흡수 동력보다도 작은 소형의 엔진을 채용하였다. 이에 의해, 연비의 향상을 도모할 수 있다. 소형의 엔진을 구비한 유압 셔블에서는, 대형의 엔진을 구비하는 경우에 비하여, 축전 장치(122b)가 심하게 충방전을 반복하게 되므로, 본 실시 형태에 따른 유압 액추에이터의 속도 제한이 행해지는 기회가 많아，조작 위화감의 저감 효과가 크다.
다음과 같은 변형도 본 발명의 범위 내이며, 변형예의 하나, 혹은 복수를 전술한 실시 형태와 조합하는 것도 가능하다.
(변형예 1)
전술한 실시 형태에서는, 토사의 적재 작업을 예로, 동작 판별부(133)가, 「굴삭 동작」, 「선회 붐 상승 동작」 및 「그 밖의 상태」의 3가지 동작 판별을 행하고, 「굴삭 동작」, 「선회 붐 상승 동작」의 작업 속도를 제한하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 붐 상승 조작량과 아암 클라우드 조작량이 각각 일정 이상인 경우, 유압 셔블(100)이 수평 당김 동작을 행하고 있다고 판별하고, 동작 판별 정보로서 「수평 당김 동작」을 나타내는 정보를 생성하는 등, 상정되는 작업을 고려하여 다양한 동작을 판별시키도록 해도 된다. 이에 의해, 수평 당김 동작의 작업 속도를 제한할 수 있다.
(변형예 2)
전술한 실시 형태에서 설명한 제한 제어의 방법은 일례이며, 축전 장치(122b)가 열화되는 경향의 정도에 대해서 미리 정해진 비율로, 유압 액추에이터의 속도를 저감하는 다양한 제한 제어 방법에 본 발명을 적용할 수 있다.
(변형예 3)
전술한 실시 형태에서는, 축전 장치(122b)가 열화되는 경향의 정도를 나타내는 열화 경향값의 일례로서, 축전 장치(122b)의 축전율을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 리튬 이온 전지를 구비하는 축전 장치(122b)는, 최대 전류값 이내에서도 단시간에 고전류가 출납되면, 열화가 촉진되는 것이 알려져 있다. 그래서, 과거 수초의 사이에 얼마만큼 전류가 입출 흐르면서 열화가 촉진되는지의 지견이 있으면, 그 값을 초과하지 않도록 축전 장치(122b)를 사용함으로써, 축전 장치(122b)의 열화를 억제할 수 있다. 이때, 전술한 실시 형태에서 설명한 축전율의 저하에 따라 작업 속도를 제한하는 방법과 마찬가지로, 축전 장치(122b)의 사용 상황에 따라 작업 속도를 저감하면, 축전 장치(122b)의 열화를 방지하면서, 오퍼레이터에 대한 조작 위화감을 억제할 수 있다. 또한, 축전 장치(122b)의 온도가 적정 사용 범위를 일탈하면, 축전 장치(122b)의 열화가 촉진되는 것이 알려져 있다. 그래서, 축전 장치(122b)의 온도를 열화 경향값으로서 채용하고, 축전 장치(122b)의 온도에 기초하여, 축전 장치(122b)가 열화되는 경향이 있는지 여부를 판정하고, 작업 속도를 제한하도록 해도 된다.
(변형예 4)
전술한 실시 형태에서는, 엔진(121b)의 최대 출력은, 유압 펌프(126)의 최대 흡수 동력보다도 작은 경우의 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 엔진(121b)의 최대 출력은, 유압 펌프(126)의 최대 흡수 동력보다도 큰 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
(변형예 5)
전술한 실시 형태에서는, 토사의 적재 작업을 예로, 고부하 동작인 「굴삭 동작」 및 「선회 붐 상승 동작」을 제한하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 순간적인 고부하 동작과 장시간 행해지는 저부하 동작을 포함하는 연속 사이클 작업에 있어서는, 고부하 동작은 제한하지 않고, 저부하 동작을 제한하도록 하여도 된다. 연속 사이클 작업이 행해졌을 때, 축전 장치(122b)의 축전율이 저하되지 않도록 동작을 제한하는 것이면, 제한하는 특정 동작은 임의로 설정할 수 있다.
(변형예 6)
전술한 실시 형태에서는, 유압 셔블(100)이 행하는 복수의 작업 동작 중, 2개의 특정 동작(굴삭 동작 및 선회 붐 상승 동작)에 대해서, 동일한 비율로 유압 액추에이터의 속도를 저감하도록 한 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 3개 이상의 특정 동작에 대해서, 동일한 비율로 유압 액추에이터의 속도를 저감하도록 해도 된다. 또한, 2 이상의 특정 동작에 대하여, 동일한 비율로 유압 액추에이터의 속도를 저감하는 경우로 한정되지도 않으며, 각 특정 동작에 대해서 서로 다른 비율로 유압 액추에이터의 속도를 저감하도록 해도 된다. 또한, 하나의 특정 동작에 대해서만, 유압 액추에이터의 속도를 저감하도록 해도 된다.
(변형예 7)
전술한 실시 형태에서는, 「굴삭 동작」 및 「선회 붐 상승 동작」에 대해서, 동일한 요구 동작 출력 저감율로 요구 동작 출력을 저감하는 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 「굴삭 동작」 및 「선회 붐 상승 동작」의 각각에 대해서, 저감율 테이블을 정해 두어도 된다. 이 경우, 「굴삭 동작」과 「선회 붐 상승 동작」에 대해서, 한쪽만이 제한되어 있는 위화감이 생기지 않도록, 즉 각 특정 동작의 작업 속도가 거의 동일한 비율로 저감하도록, 각 저감율 테이블의 특성을 설정하는 것이 바람직하다.
(변형예 8)
전술한 실시 형태에서는, 축전 장치(122b)에 탑재되는 축전 소자로서, 리튬 이온 전지를 예로 들어 설명하였지만, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 등 기타의 이차 전지에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 전기 이중층 커패시터나 리튬 이온 커패시터를 축전 소자로 한 축전 장치를 구비한 하이브리드 작업 기계에도 본 발명을 적용할 수 있다.
(변형예 9)
전술한 실시 형태에서는, 발전 전동기(123b)의 발전 전력 및 축전 장치(122b)의 방전 전력 중 적어도 어느 한쪽에 의해 구동되는 선회 전동 모터(124b)와, 유압 펌프(126)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 선회 유압 모터(102a)를 구비하고, 선회 전동 모터(124b) 및 선회 유압 모터(102a)의 합계 토크로 선회체(102)를 회전 구동하는 구성의 유압 셔블(100)을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 선회 전동 모터(124b)를 구비하지 않는 유압 셔블에 본 발명을 적용할 수도 있다.
(변형예 10)
전술한 실시 형태에서는, 하이브리드 유압 셔블을 예로 들어 설명을 했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 엔진(121b)과 유압 펌프(126)에 연결된 발전 전동기(123b)와, 축전 장치(122b)를 구비하는 다양한 하이브리드 작업 기계에 본 발명을 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 구성 외에도, 발전 전동기 (123b)에서 발생한 전력에 의해 구동하는 주행용의 전동 모터를 구비하고, 상기 크롤러식 주행체(101) 대신에 차륜을 갖는 하이브리드 휠 로더에 본 발명을 적용해도 된다. 휠 로더의 작업으로서, 자갈을 굴삭하여 긁어올림을 행하는 연속 사이클 작업이 있다. 굴삭·긁어올림은, 양쪽 다 고부하 동작이지만, 일반적으로 긁어올림 쪽이 고부하 동작이다. 이 고부하 동작을 반복함으로써 축전 장치(122b)의 축전율이 저하된 경우에, 굴삭 동작, 및 긁어올림 동작에 대해서, 동일한 비율로 동작 출력을 저하함으로써, 오퍼레이터의 조작 위화감을 작게 할 수 있다.
상기에서는, 다양한 실시 형태 및 변형예를 설명하였지만, 본 발명은 이들 내용으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각되는 그 밖의 형태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
100: 유압 셔블(작업 기계)
101: 주행체
102: 선회체
102a: 선회 유압 모터(유압 액추에이터)
104: 붐
104a: 붐 실린더(유압 액추에이터)
105: 아암
105a: 아암 실린더(유압 액추에이터)
106: 버킷
106a: 버킷 실린더(유압 액추에이터)
111: 좌측 조작 레버(조작 부재)
112: 우측 조작 레버(조작 부재)
121b: 엔진
122b: 축전 장치
123b: 발전 전동기
124b: 선회 전동 모터
126: 유압 펌프
150: 컨트롤러(제한 제어부, 동작 판별부, 방전 제어부)

Claims (5)

  1. 엔진과, 상기 엔진에 의해 구동되는 발전 전동기와, 상기 발전 전동기의 사이에서 전력의 수수를 행하는 축전 장치와, 상기 엔진 및 상기 발전 전동기에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터를 조작하는 조작 부재와, 상기 조작 부재의 조작량에 기초하여 상기 유압 액추에이터를 제어하는 컨트롤러를 구비한 하이브리드 작업 기계에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 축전 장치가 열화되는 경향의 정도가 높아진 경우에서, 또한, 상기 하이브리드 작업 기계가 행하는 복수의 작업 동작 중, 미리 정해진 작업 동작으로서의 복수의 특정 동작이 행해졌을 때, 상기 조작 부재의 조작량에 기초하여 상기 특정 동작이 행해졌는지 여부를 판단하여, 그 판단한 결과에 기초하여 상기 특정 동작에 대해서 미리 정해진, 상기 축전 장치가 열화되는 경향의 정도에 대한 비율로, 복수의 상기 특정 동작에 대응하는 상기 유압 액추에이터의 속도를 동일한 비율로 저감시키며,
    상기 축전 장치가 열화되는 경향의 정도는, 상기 축전 장치의 축전율이며,
    상기 컨트롤러는, 상기 축전 장치의 축전율이, 미리 정해진 임계값보다도 낮아진 경우에, 상기 유압 액추에이터의 속도를 저감하며,
    상기 축전 장치의 방전을 제어하는 방전 제어부를 구비하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 축전 장치의 축전율이, 미리 정해진 제1 임계값보다도 낮아진 경우이며, 상기 특정 동작이 행해졌을 때, 상기 유압 액추에이터의 속도를 저감하고,
    상기 방전 제어부는, 상기 축전 장치의 축전율이, 상기 제1 임계값보다도 작은 값으로서 미리 정해진 제2 임계값보다도 낮아진 경우에는, 상기 특정 동작이 행해졌는지 여부에 관계없이, 상기 축전 장치의 방전 전력의 제한값을 작게 하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 작업 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 동작은, 고부하 동작이며,
    상기 컨트롤러는, 상기 축전 장치가 열화되는 경향의 정도가 미리 정해진 임계값에 도달하고, 또한, 상기 고부하 동작이 행해졌을 때 상기 유압 액추에이터의 속도를 저감하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 고부하 동작에 비하여 부하가 낮은 저부하 동작이 행해졌을 때에는, 상기 축전 장치가 열화되는 경향의 정도가 상기 미리 정해진 임계값에 도달한 경우이더라도 상기 유압 액추에이터의 속도를 저감하지 않는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 작업 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    주행체와,
    상기 주행체에 대해서 선회 가능하게 설치된 선회체와,
    상기 선회체에 회동 가능하게 설치된 붐과,
    상기 붐에 회동 가능하게 설치된 아암과,
    상기 아암에 회동 가능하게 설치된 버킷을 구비하고,
    상기 특정 동작에는, 적어도 상기 선회체의 선회 동작과 상기 붐의 상승 동작이 동시에 행해지는 선회 붐 상승 동작, 및 상기 아암의 클라우드 동작과 상기 버킷의 클라우드 동작이 동시에 행해지는 굴삭 동작이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 작업 기계.
  4. 삭제
  5. 삭제
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