混合动力作业机械的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种混合动力作业机械，具有：发动机；辅助电机；液压泵，通过发动机和辅助电机的合计转矩而被驱动；蓄电装置，对辅助电机发电的电力进行蓄积，在辅助电机放电时供给电力，其课题为，抑制由高负荷压的连续运转导致的蓄电装置的连续放电，且不产生操作不适感。控制器(80)的泵流量控制部(82)具有如下的泵流量补正控制部(82b)，其基于至少一个液压泵(41a或41b)的输出马力和液压泵的排出压的至少一方判定液压泵(41a、41b)是否处于高负荷运转状态，液压泵(41a、41b)处于高负荷运转状态且该高负荷运转状态超过规定时间地持续进行时，以液压泵(41a或41b)的排出流量逐渐降低的方式进行控制。
【专利说明】
混合动力作业机械
技术领域
[0001 ]本发明涉及混合动力作业机械，其具有:发动机;辅助电机;液压栗，其通过发动机和辅助电机的合计转矩而被驱动;蓄电装置，其蓄积由辅助电机发电的电力，且在辅助电机放电时供给电力。
【背景技术】
[0002]近年来，在汽车中，从节能的观点出发，混合动力式和电动式的汽车正在普及，在工程机械等的作业机械中，混合动力化也正在推进。一般来说，通过液压系统驱动的液压挖掘机等的作业机械以能够应对从轻负荷到重负荷的全部作业的方式具有能够进行最大负荷的作业的液压栗和驱动该液压栗的大型的发动机。
[0003]但是，液压挖掘机中频繁地进行砂土的挖掘、装载的重挖掘作业等的重负荷作业是作业整体的一部分，在用于平整地面的水平牵引等的轻负荷作业时，发动机的能力存在富余。这成难以降低液压挖掘机的燃料消耗量的一个原因。鉴于这一点，例如专利文献I记载的那样，已知一种混合动力作业机械，为降低燃料消耗而使发动机小型化，并且通过基于蓄电装置和辅助电机(电动机)的输出来辅助(协助)伴随发动机的小型化所导致的输出不足。
[0004]另外，在专利文献I中，与液压栗的排出压从低压区域到中间区域之间运转的通常作业时、和在高压区域连续运转的高负荷压连续运转时相应地，将与栗最大输入的设定值相关的特性切换至第一及第二这两个特性的一方。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I日本特开2012-172521号公报
[0008]混合动力作业机械是在重负荷作业中消耗蓄电装置的电力来驱动辅助电机，在轻负荷作业或空转时，通过辅助电机发电将电力蓄积到蓄电装置。另外，在电力蓄积于蓄电装置的状态下进行轻负荷作业时，不使辅助电机驱动，仅利用发动机的动力动作。一般来说，小型发动机因伴随着旋转而产生的摩擦导致的能量损失少，与大型发动机相比，每次输出时的燃料消耗量少，从而这样的混合动力作业机械能够实现低燃料消耗。
[0009]但是，当使用了这样的小型发动机的混合动力作业机械在不间断地长时间实施重负荷作业时，蓄电装置的电力枯竭，成为不能进一步进行重负荷作业的状态。尤其是，在寒冷时的发动机刚启动之后的热机运转时、或岩石的挖掘作业这样地以高负荷压进行连续运转时，栗连续地全力运转，蓄电装置的电力持续降低，蓄电装置的电力容易枯竭。
[0010]为应对该问题，在专利文献I中，与液压栗的排出压从低压区域到中间区域之间运转的通常作业时相应地、和与以高压区域连续运转的高负荷压连续运转时相应地，将与栗最大输入的设定值相关的特性切换到第一及第二这两个特性的一方。
[0011]但是，在像这样切换栗特性的方法中，在切换时容易产生操作不适感。
【发明内容】
[0012]本发明是基于上述事由而研发的，其目的是提供一种混合动力作业机械，具有:辅助电机;液压栗，通过发动机和辅助电机的合计转矩被驱动；蓄电装置，对辅助电机发电的电力进行蓄积，在辅助电机放电时供给电力，其中，能够抑制由高负荷压的连续运转导致的蓄电装置的连续放电的同时，不产生操作不适感。
[0013]为实现上述目的，本发明的混合动力作业机械具有:发动机;辅助电机，其与所述发动机机械地连接，通过产生驱动转矩而放电，并通过产生制动转矩而发电；至少一个液压栗，其通过上述发动机和上述辅助电机的合计转矩而被驱动;多个液压执行机构，其通过从上述液压栗排出的压力油而被驱动;蓄电装置，其对上述辅助电机发电的电力进行蓄积，在上述辅助电机放电时供给电力;栗流量控制装置，其以上述液压栗的输出马力不超过栗输出基准值的方式限制控制上述液压栗的最大排出流量，并且在上述液压栗处于预定的高负荷运转状态、且上述高负荷运转状态超过规定时间地持续进行时，以上述液压栗的排出流量逐渐降低的方式进行控制。
[0014]像这样设置栗流量控制装置，液压栗处于预定的高负荷运转状态且高负荷运转状态超过规定时间地持续进行时，以液压栗的排出流量逐渐降低的方式进行控制，由此，能够不产生操作不适感地抑制由高负荷压的连续运转导致的蓄电装置的连续放电。
[0015]发明的效果
[0016]根据本发明，能够不产生操作不适感地抑制由高负荷压的连续运转导致的蓄电装置的连续放电。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的混合动力作业机械的第一实施方式中的液压挖掘机的侧视图。
[0018]图2是本发明的混合动力作业机械的第一实施方式中的液压挖掘机的电动/液压设备的系统结构图。
[0019]图3是表示控制器的控制功能的框图。
[0020]图4是表示控制器的辅助电机控制部中的对转矩指令值进行运算的功能的框图。
[0021]图5是控制器的栗流量控制部中的对调节器指令值进行运算的栗流量控制的流程的一部分。
[0022]图6是图5的流程图的接续。
[0023]图7是图6的流程图的接续。
[0024]图8是表示在图5的步骤SI中用于决定栗输出基准值的表格的一例的图。
[0025]图9是表示图5的步骤SI及S2的运算处理部分(栗流量限制控制部)的功能的框图。
[0026]图1OA是表示栗流量限制控制部的控制概念的图，是表示两个液压栗的一方的PQ特性的图。
[0027]图1OB是表示栗流量限制控制部的控制概念的图，是表示两个液压栗的另一方的PQ特性的图。
[0028]图11是表示在图5的步骤S3中用于决定第一及第二输出阈值的表格的一例的图。
[0029]图12是本发明的混合动力作业机械的第二实施方式中的控制器的栗流量控制部中的对调节器指令值进行运算的栗流量控制的流程的一部分。
[0030]图13是图12的流程的接续。
[0031]图14是图13的流程的接续。
[0032]图15是本发明的混合动力作业机械的第三实施方式中的控制器的栗流量控制部中的对调节器指令值进行运算的栗流量控制的流程的一部分。
[0033]图16是图15的流程的接续。
[0034]附图标记说明
[0035]22发动机
[0036]23辅助电机
[0037]24蓄电装置
[0038]25旋转电动马达
[0039]32动臂液压缸
[0040]34斗杆液压缸[0041 ] 36铲斗液压缸
[0042]40液压系统
[0043]41a、41b 液压栗
[0044]42a、42b 调节器
[0045]43控制阀
[0046]52旋转电动马达用逆变器
[0047]53辅助电机用逆变器
[0048]70电动/液压信号转换设备
[0049]80控制器
[0050]81辅助电机控制部[0051 ] 81a栗输入推定值运算部
[0052]81b发动机输出最大值运算部
[0053]81c辅助电机转矩目标值运算部
[0054]82 栗流量控制部
[0055]82a栗流量限制控制部
[0056]82al栗输出基准值运算部
[0057]82a2、82a3要求流量运算部
[0058]82a4输出分配部
[0059]82a5、82a6流量运算部
[0060]82a7、82a8最小值选择部[0061 ] 82b栗流量补正控制部
[0062]83 栗流量控制装置
【具体实施方式】
[0063]以下，作为作业机械，以液压挖掘机为例，使用【附图说明】本发明的实施方式。此外，本发明能够适用于全部具有蓄电装置的混合动力作业机械，本发明的适用不限定于液压挖掘机。
[0064]<第一实施方式>
[0065]图1是表示本发明的混合动力作业机械的第一实施方式中的液压挖掘机的侧视图。
[0066]在图1中，液压挖掘机具有下部行驶体10、能够旋转地设置在下部行驶体10上的上部旋转体20及安装设置在上部旋转体20上的挖掘机构30。
[0067]下部行驶体10由一对履带Ila、I lb、履带架12a、12b(在图1中仅表示了一侧)、独立地驱动控制各履带I la、I Ib的一对行驶用液压马达13a、13b及其减速机构等构成。
[0068]上部旋转体20由旋转框架21、设置在旋转框架21上的作为原动机的发动机22、通过发动机22驱动的辅助电机23、旋转电动马达25、与辅助电机23及旋转电动马达25连接的蓄电装置24、和对旋转电动马达25的旋转进行减速的减速机构26等构成，旋转电动马达25的驱动力经由减速机构26传递，通过该驱动力使上部旋转体20(旋转框架21)相对于下部行驶体10旋转驱动。
[0069]另外，在上部旋转体20上搭载有挖掘机构(前部装置)30ο挖掘机构30由动臂31、用于驱动动臂31的动臂液压缸32、能够自由旋转地轴支承在动臂31的前端部附近的斗杆33、用于驱动斗杆33的斗杆液压缸34、能够旋转地轴支承在斗杆33的前端上的铲斗35、和用于驱动铲斗35的铲斗液压缸36等构成。
[0070]而且，在上部旋转体20的旋转框架21上，搭载有用于驱动上述行驶用液压马达13a、13b、动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36等的液压执行机构的液压系统40。
[0071]图2是表示本发明的混合动力作业机械的第一实施方式中的液压挖掘机的电动/液压设备的系统的图。
[0072]液压系统40包含可变容积型的两个液压栗41a、41b(参照图2)、变更两个液压栗41a、41b各自的倾转角来变更容积的调节器42a、42b、和用于驱动控制各执行机构的控制阀43(参照图2)。液压栗41a、41b通过发动机22旋转驱动，排出与转速和容积之积成正比的工作油。
[0073]控制阀43与来自旋转以外的操作杆装置的操作指令(液压先导信号)相应地使各种滑阀工作，来控制向动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36、行驶用液压马达13a、13b供给的压力油的流量和方向。此外，被输入至控制阀43的操作指令(液压先导信号)能够通过门锁定杆装置阻断。使门锁定杆成为锁定状态时，操作指令(液压先导信号)被阻断，即使操作操作杆装置，各种滑阀也保持中立状态，动臂液压缸32、斗杆液压缸34、铲斗液压缸36和行驶用液压马达13a、13b也不工作。
[0074]电动系统由辅助电机23、蓄电装置24、旋转电动马达25、用于驱动旋转电动马达25的逆变器52、和用于驱动辅助电机23的逆变器53等构成。
[0075]来自蓄电装置24的直流电力输入至旋转电动马达用逆变器52和辅助电机用逆变器53。旋转电动马达25经由减速机构26驱动上部旋转体20。辅助电机23或旋转电动马达25产生驱动转矩时，蓄电装置24放电，辅助电机23或旋转电动马达25产生制动转矩时，蓄电装置24充电。
[0076]蓄电装置24由电池或电容器构成。在由电容器构成的情况下，由于电容器的端子电压与蓄电量相应地大幅度变化，所以也可以在电容器与逆变器52、53之间设置对电压进行转换的斩波器。
[0077]控制器80使用各种操作指令信号、旋转电动马达25的转速信号等，来对旋转电动马达25的转矩指令值、辅助电机23的转矩指令值和液压栗41a、41b的容积指令值进行运算。对旋转电动马达25的转矩指令和对辅助电机23的转矩指令向逆变器52、53发送，逆变器52、53对旋转电动马达25和辅助电机23的转矩进行控制。对液压栗41a、41b的容积指令经由电动/液压信号转换设备70a、70b而向调节器42a、42b发送，调节器42a、42b对液压栗41a、41b的容积进行控制。电动/液压信号转换设备70a、70b将来自控制器80的电信号转换成液压先导信号，与例如电磁比例阀相当。
[0078]图3是表示控制器80的控制功能的框图。控制器80具有辅助电机控制部81和栗流量控制部82。
[0079]首先，关于辅助电机控制部81进行说明。
[0080]辅助电机控制部81是在重负荷作业时等的发动机22的转矩不足时，以蓄电装置24的电力驱动辅助电机23，在轻负荷作业或空转时等的发动机22中存在剩余转矩时，以使辅助电机23产生发电转矩，且向蓄电装置24蓄积电力的方式控制逆变器53。
[0081]图4是表示在辅助电机控制部81中的对转矩指令值进行运算的功能的框图。
[0082]辅助电机控制部81首先在栗输入推定值运算部81a中，根据液压栗41a、41b的当前的输出马力(吸收马力)的合计值(合计输出马力)即栗当前输出值PowO和栗效率Tl，使用下式计算液压栗41a、41b的当前的输入马力即栗输入推定值Powln。
[0083]PowIn = PowO-?-η
[0084]栗当前输出值PowO是后述的图5的步骤S4中被运算出的值，n是预先设定的值。
[0085]接着，辅助电机控制部81是在发动机输出最大值运算部81b中，根据发动机转速当前值或发动机转速目标值N算出发动机输出最大值PowEng ο该发动机输出最大值PowEng与后述的栗输出基准值Powl同样地，使用预先设定的表格来决定。此外，由于处于从发动机输出最大值PowEng减去交流发电机、空调等的辅机负荷得到的输出成为液压栗41a、41b的分配动力的关系，所以也可以将栗输出基准值Powl除以栗效率n而求出栗输入基准值，对该栗输入基准值加上辅机负荷来算出发动机输出最大值PowEng。
[0086]然后，辅助电机控制部81是在辅助电机转矩目标值运算部81c中，对栗输入推定值PowIn和发动机输出最大值PowEng进行比较。栗输入推定值PowIn比发动机输出最大值PowEng大时，需要利用辅助电机23产生驱动转矩(蓄电装置放电)。此时，辅助电机转矩目标值TrqMa(单位Nm)由下式决定。(SpdMa是辅助电机转速(单位为rpm))
[0087]TrqMa= (PowIn+辅机负荷-PowEng) + (2πXSpdMa-?-60) X 1000
[0088]栗输入推定值PowIn比发动机输出最大值PowEng小时，对蓄电装置24的蓄电率和蓄电率目标值进行比较，蓄电率比目标值小时，由辅助电机23产生制动转矩(蓄电装置充电)，蓄电率为目标值以上时，不由辅助电机23产生转矩(转矩目标值为O)。由辅助电机23产生制动转矩时，辅助电机转矩目标值TrqMa(制动转矩由负值定义)以下式的范围设定。
[0089]TrqMa > (PowIn-PowEng) + (2π X SpdMa+ 60) X 1000
[0090]辅助电机转矩目标值运算部81c将如上所述决定的辅助电机转矩目标值TrqMa作为辅助电机23的转矩指令值向逆变器53输出，来控制辅助电机23的转矩。
[0091]以下，关于栗流量控制部82进行说明。
[0092]栗流量控制部82与调节器42a、42b及电动/液压信号转换设备70a、70b—起构成了对液压栗4 Ia、41 b的排出流量进行控制的栗流量控制装置83，如图3所示、具有栗流量限制控制部82a和栗流量补正控制部82b。
[0093]栗流量限制控制部82a以液压栗41a、41b的输出马力(吸收马力)不超过栗输出基准值Powl (后述)的方式限制控制液压栗41a、41b的最大排出流量，栗流量补正控制部82b具有如下功能:在液压栗41a、41b处于在高压区域运转的高负荷运转状态且该高负荷运转状态超过规定时间而持续进行时，以使液压栗41a、41b的排出流量逐渐降低的方式进行控制。另外，栗流量限制控制部82a输入按每个栗的对于执行机构的最大操作量Sa、Sb、液压栗41a、41b的排出压Pa、Pb和发动机22的转速目标值N，基于这些值如上所述地对用于限制控制液压栗41a、41b的最大排出流量的液压栗41a、41b各自的流量基准值Q3a、Q3b进行运算。栗流量补正控制部82b对液压栗41a、41b的第一输出阈值Powthl、第二输出阈值Powth2和栗当前输出值PowO进行运算(后述)，使用这些值补正流量基准值Q3a、Q3b，并如上所述地对以使液压栗41 a、41 b的排出流量逐渐降低的方式进行控制的栗流量目标值Q5a、Q5b进行运算。该栗流量目标值Q5a、Q5b被转换成液压栗41a、41b的容积指令值之后，作为调节器指令值经由电动/液压信号转换设备70a、70b向调节器42a、42b发送，从而控制液压栗41a、41b的容量。
[0094]图5?图7是表示控制器80的栗流量控制部82(栗流量限制控制部82a及栗流量补正控制部82b)中的对调节器指令值进行运算的栗流量控制的流程的图，图8是表示在图5的步骤SI中用于决定栗输出基准值的表格的一例的图，图9是表示图5的步骤SI及S2的运算处理部分(栗流量限制控制部82a)的功能的框图。在图5?图7的流程中，步骤SI及S2与栗流量限制控制部82a对应，步骤S3?S24与栗流量补正控制部82b对应。本实施方式是降低栗流量的条件为栗排出压和栗输出的与条件的情况。
[0095]在图5中，在步骤SI中，在图9所示的栗输出基准值运算部82al中，使用图8所示的预先设定的表格，根据发动机转速当前值或发动机转速目标值决定栗输出基准值Powl(单位kW)。在图8所示的表格中，由于发动机输出最大值PowEng随着发动机转速增加而增加，从而栗输出基准值Powl的表格也与其相应地，以栗输出基准值Powl随着发动机转速增加而增加的方式设定。此外，如上所述，由于栗输出基准值Powl与发动机输出最大值PowEng存在一定的关系，从而也可以根据发动机输出最大值PowEng算出栗输出基准值Powl。
[0096]在步骤S2中，根据各种操作信号Sa、Sb、各栗的排出压Pa、Pb(单位MPa)和栗输出基准值Powl，决定液压栗41a、41b的流量基准值Q3a、Q3b(单位L/min)。
[0097]在步骤S2中，首先，在图9的要求流量运算部82a2、82a3中，根据对与液压栗41a相连的执行机构(例如，动臂、斗杆、铲斗、行驶)的工作进行指示的操作杆装置的操作量内的最大的操作量Sa、和对与栗41 b相连的执行机构(例如，动臂、斗杆、行驶)的工作进行指示的操作杆装置的操作量内的最大的操作量Sb，使用预先设定的表格，决定要求流量Qla、Qlb(单位L/min)。在该表格中，设定了要求流量Qla、Qlb随着操作量Sa、Sb增加而增加这样的操作量Sa、Sb与要求流量Qla、Qlb之间的关系。
[0098]接着，在输出分配部82a4中，根据下式而将栗输出基准值Powl分配给与操作量Sa、Sb相应的Powla、Powlb(单位kW)。
[0099]Powla = Powl X Sa/(Sa+Sb)
[0100]Powlb = Powl X Sb/(Sa+Sb)
[0101]然后，在流量运算部82a5、82a6中，利用下式计算马力控制的限制流量Q2a、Q2b(单位L/min)。
[0102]Q2a = Powla/Pa X 60
[0103]Q2b = Powlb/PbX60
[0104]最后，在最小值选择部82a7、82a8中，将要求流量Qla和限制流量Q2a中小的一方设定成液压栗41a的流量基准值Q3a，将要求流量Qlb和限制流量Q2b中小的一方设定成液压栗41b的流量基准值Q3b。
[0105]如上所述，图5的步骤S1、S2或由图9的块82al?82a8构成的栗流量限制控制部82a以液压栗41a、4 Ib的输出马力不超过栗输出基准值Powl的方式来限制控制液压栗41a、4 Ib的最大排出流量。
[0106]图1OA及图1OB是表示栗流量限制控制部82a的控制概念的图，图1OA表示液压栗41 a的PQ特性，图1OB表示液压栗41 b的PQ特性。在图中，横轴是液压栗41 a、41 b的排出压Pa、Pb，纵轴是最小值选择部82a7、82a8中设定的流量基准值Q3a、Q3b。另外，与栗输出基准值Powla、Powlb相接续的曲线TLa、TLb是马力控制的特性线。
[0107]在图1OA中，液压栗41a的排出压上升，液压栗41a的输出马力(吸收马力)要超过被分配给液压栗41a的栗输出基准值Powla时，在最小值选择部82a7中选择马力控制的限制流量Q2a，并作为流量基准值Q3a设定限制流量Q2a。其结果，例如液压栗41a的排出压处于Pal时，流量基准值Q3a成为马力控制的特性线TLa上的Q3al。另外，当液压栗41a的排出压向Pa2上升时，流量基准值Q3a向马力控制的特性线TLa上的Q3a2减少，液压栗41a的排出压向Pa3降低时，流量基准值Q3a向马力控制的特性线TLa上的Q3a3增加。这期间，液压栗41a的输出马力(吸收马力)以Powla恒定。
[0?08] 在图1OB中也同样，液压栗41a的输出马力要超过被分配给液压栗41b的栗输出基准值Powlb时，作为流量基准值Q3b设定马力控制的限制流量Q2b，液压栗41b的排出压增减至IjPbl、Pb2、Pb3时，流量基准值Q3b变化成马力控制的特性线TLb上的Q3bl、Q3b2、Q3b3，这期间，液压栗41b的输出马力以被分配给液压栗41b的栗输出基准值Powlb恒定。
[0?09] 其结果，液压栗41a和液压栗41b的合计的输出马力被恒定地保持为Powl ( =Powla+Powlb)，以液压栗41a和液压栗41b的输出马力不超过Powl的方式进行控制，能够防止过负荷作用于发动机22及辅助电机23。
[0110]另外，当操作量Sa、Sb发生变化时，输出分配部82a4中的输出分配比例发生变化，伴随于此，由于被分配给液压栗41a、41b的栗输出基准值Powla、Powlb也发生变化，从而马力控制的特性线TLa、TLb发生变化。例如，当操作量Sb增大时，分配至液压栗41a的栗输出基准值Powla减少，马力控制的特性线TLa如图1OA的箭头所示地减少，另一方面，分配至液压栗41b的栗输出基准值Powlb增加，分配至液压栗41b的马力控制的特性线TLb如图1OB的箭头所示地增加。但是，该情况下，液压栗41a、41b的排出压Pa、Pb发生变化时的液压栗41a和液压栗41 b的合计的输出马力被恒定地保持为Powl ( = Powla+Pow Ib)，以液压栗41 a和液压栗41b的输出马力不超过Powl的方式进行控制，能够防止过负荷作用于发动机22及辅助电机23。
[0111]返回图5，在步骤S3中，使用预先设定的表格，根据发动机转速当前值或发动机转速目标值来决定第一输出阈值Powth I和第二输出阈值Powth2。第一输出阈值Powthl是用于判定栗当前输出值PowO(后述)是否已增大至使辅助电机23驱动所需的大小(是否需要实施本发明的栗流量补正控制)的阈值，该阈值Powthl被设定成不使辅助电机驱动地以发动机单体驱动栗的情况下的栗输出的最大值(发动机22的输出处于上述发动机输出最大值PowEng、且不使辅助电机驱动地以发动机单体驱动栗的情况下的液压栗41a、41b的输出马力(吸收马力))以下的值，更具体来说被设定成与该栗输出的最大值相等或比其稍小的值。第二输出阈值Powth2是在栗当前输出值PowO (后述)比第一输出阈值Powth I低时，用于判定是否能够不引起抖动地使辅助电机23的驱动控制停止的阈值。图11是表示在步骤S3中决定第一及第二输出阈值所使用的表格的一例的图。在图11中，第一输出阈值Powth I及第二输出阈值Powth2被设定成比栗输出基准值Powl小的值。另外，第一输出阈值Powthl及第二输出阈值Powth2与栗输出基准值PowI相匹配地以第一输出阈值Powth I及第二输出阈值Powth2随着发动机转速增加而增加的方式设定。
[0112]在步骤S4中，根据各栗的排出压Pa、Pb和各栗的流量QOa、QOb，用下式计算栗当前输出值PowO (单位kW)。
[0113]PowO = Pa X Q0a/60+Pb X Q0b/60
[0114]此外，也可以根据各栗的容积和转速计算各栗的流量Q0a、Q0b，也可以采用与后述的各栗的流量目标值Q5a、Q5b相同的值，考虑到实际的值相对于目标值存在响应延迟，也可以采用使Q5a、Q5b通过低通滤波器之后的值。
[0115]转移至图6，在步骤S5中，将栗当前输出值PowO与第一输出阈值Powth I和第二输出阈值Powth2进行比较，Powthl <PowO时，进入步骤S6，Powth2<PowO < Powthl时，进入步骤S7，PowO < Powth2时，进入步骤SI2。
[0116]在步骤S6中，将液压栗41a的排出压Pa与预先设定的第一压力阈值Pthl和预先设定的第二压力阈值?访2进行比较，？他1<?&时，进入步骤39，？他2<?&<?访1时，进入步骤38，？&<?访2时，进入步骤512。第一压力阈值?访1被设定在液压栗41&、4113的排出压的高压区域，例如30MPa，第二压力阈值Pth2比第一压力阈值Pth I小例如为25MPa。
[0117]在步骤S7中，将液压栗41a的排出压Pa和第二压力阈值Pth2进行比较，Pa>Pth2时，进入步骤S8，Pa < Pth2时，进入步骤SI2。
[0118]在步骤S8中，计时器Ta(初始值为O)为正时，进入步骤S9，为O时，进入步骤SI2。
[0119]在步骤S9中，对计时器Ta加上控制器80的控制周期Δ T(例如1msec)。
[0120]在步骤SlO中，将计时器Ta与计时器阈值Tth(例如5sec)进行比较，Ta>Tth时，进入步骤Sll，Ta < Tth时，进入步骤S14。
[0121]在步骤Sll中，从液压栗41a的流量补正值Q4a(初始值为O)减去恒定值AQd(例如0.lL/min)。但是，Q4a比预先设定的下限值(例如_70L/min)小的情况下，将Q4a固定在该下限值。若步骤Sll的处理结束，进入步骤S14。
[0122]在步骤S12中，将计时器Ta归零。
[0123]在步骤S13中，对液压栗41a的流量补正值Q4a加上恒定值Δ Qu(例如0.2L/min)。但是，Q4a比O大的情况下，使Q4a固定为O。
[0124]在步骤S14中，基于下式计算液压栗41a的流量目标值Q5a。
[0125]Q5a = Q3a+Q4a
[0126]而且，将Q5a除以液压栗41a的转速来计算液压栗41a的容积目标值，基于该值控制调节器42a。
[0127]转移至图7，在步骤SI5中，将栗当前输出值PowO与第一输出阈值Powthl和第二输出阈值Powth2进行比较，Powth I <PowO时，进入步骤S16，Powth2 < PowO < Powth I时，进入步骤SI7，PowO < Powth2时，进入步骤S22。
[0128]在步骤S16中，将液压栗41b的排出压Pb与第一压力阈值Pthl和第二压力阈值Pth2进行比较，PthKPb时，进入步骤319，？访2<?1^?他1时，进入步骤318，？13<?访2时，进入步骤S22。
[0129]在步骤S17中，将液压栗41b的排出压Pb与第二压力阈值Pth2进行比较，Pb>Pth2时，进入步骤SI8，Pb < Pth2时，进入步骤S22。
[0130]在步骤S18中，计时器Tb(初始值为O)为正时，进入步骤S19，为O时，进入步骤S22。[0131 ] 在步骤S19中，对计时器Tb加上控制器80的控制周期Δ T0
[0132]在步骤S20中，将计时器Tb与计时器阈值Tth进行比较，Tb>Tth时，进入步骤S21，Tb STth时，进入步骤S24。
[0133]在步骤S21中，从液压栗41b的流量补正值Q4b(初始值为O)减去恒定值△Qd。但是，Q4b比预先设定的下限值小的情况下，将Q4b固定在该下限值。若步骤S21的处理结束，则进入步骤S24。
[0134]在步骤S22中，使计时器Tb归零。
[0135]在步骤S23中，对液压栗41b的流量补正值Q4b加上恒定值AQu。但是，Q4a比O大的情况下，使Q4a固定为O。
[0136]在步骤S24中，基于下式计算液压栗41b的流量目标值Q5b。
[0137]Q5b = Q3b+Q4b
[0138]而且，通过将Q5b除以液压栗41b的转速来计算液压栗41b的容积目标值，基于该值控制调节器42b。
[0139]如上所述，步骤S3?S24所构成的栗流量补正控制部82b在处于液压栗41a、41b的排出压在高压区域运转的高负荷运转状态、且该高负荷运转状态超过规定时间而持续进行时，以使液压栗41a、41b的排出流量逐渐降低的方式进行控制。
[0140]接下来，关于本实施方式中的工作进行说明。
[0141](I)轻负荷作业
[0142]在水平牵引等的轻负荷作业中，栗排出压Pa、Pb低，栗当前输出值PowO小，能够以发动机单体驱动液压栗41a、41b。该情况下的工作如下所述。
[0143]首先，由于栗排出压Pa、Pb低，所以在图9的流量运算部82a5、82a6中，马力控制的限制流量Q2a、Q2b采用比要求流量Qla、Qlb大的值进行运算(参照图10A、图10B)，成为
[0144]Q2a>Qla
[0145]Q2b>Qlb
[0146]的关系。由此，在步骤S2中，栗流量基准值Q3a、Q3b如下所述地运算。
[0147]Q3a = Qla
[0148]Q3b = Qlb
[0149]另外，由于栗当前输出值PowO小，所以在步骤S5中，判定为
[0150]PowO < Powth2
[0151]并进入步骤S12、S13、S14。然后，在步骤S14中，液压泵41a的流量目标值Q5a如下所述地被运算。
[0152]Q5a = Q3a+Q4a = Qla+0(初始值)=Qla
[0153]同样地在步骤S15中，判定为
[0154]PowO < Powth2
[0155]进入步骤S22、S23、S24，在步骤S24中，液压泵41b的流量目标值Q5b如下所述地运笪并O
[0156]Q5b = Q3b+Q4b = Qlb+0(初始值)=Qlb
[0157]由此，液压栗41a、41b的排出流量控制为与操作量Sa、Sb相应的流量。
[0158](2)重负荷作业A
[0159]在频繁地进行砂土的挖掘、装载的重挖掘作业等的重负荷作业中，液压栗41a的排出压Pa和液压栗41b的排出压Pb的至少一方变高，栗当前输出值PowO大，不能以发动机单体驱动液压栗41a、41b。在这样的重负荷作业中，仅液压栗41a的排出压Pa高的情况下，如下所述地工作。
[0160]首先，由于液压栗41a的排出压Pa高，所以在图9的流量运算部82a5中，马力控制的限制流量Q2a作为比要求流量Qla小的值运算(图10A)，另一方面，由于液压栗41b的排出压不高，所以在图9的流量运算部82a6中，马力控制的限制流量Q2b作为比要求流量Qlb大的值运算(参照图10B)，成为
[0161]Q2a<Qla
[0162]Q2b>Qlb
[0163]的关系。由此，在步骤S2中，栗流量基准值Q3a、Q3b以如下所述地运算。
[0164]Q3a = Q2a
[0165]Q3b = Qlb
[0166]另外，由于液压栗41a的排出压Pa高，不能以发动机单体驱动液压栗41a、41b，所以在步骤S5、S6中，判定为
[0167]PowO>Powthl
[0168]Pa>Pthl
[0169]进入步骤S5、S6、S9、SlO。然后，该状态超过计时器阈值Tth的时间5sec而持续进行时，再进入步骤S11、S14，在步骤S14中，液压栗41a的流量目标值Q5a如下所述地被运算。
[0170]Q5a = Q3a+Q4a = Q2a+(0_ Δ Qd)
[0171]然后，栗流量补正值Q4a每当重复控制循环就减少，液压栗41a的流量目标值Q5a也同样地减少。流量补正值Q4a达到下限值(例如-7 OL/min)时，液压栗4 Ia的流量目标值Q5a也被保持为例如从限制流量Q2b减去该下限值得到的恒定值。
[0172]由此，以液压栗41a的排出流量逐渐减少的方式进行控制，达到例如从限制流量Q2b减去流量补正值Q4a的下限值而得到的流量时，保持为该流量。
[0173]在液压栗4113侧，0213>0113，？1^?他2，所以进入步骤322、323、324，与轻负荷作业的情况同样地，以液压栗41b的排出流量成为与操作量Sb相应的流量的方式进行控制。
[0174]另外，如上所述，POW0>POWthl，液压栗41a的排出流量逐渐减少期间，辅助电机23驱动，发动机22的不足马力通过辅助电机23补充。此时，随着液压栗41a的排出流量减少，辅助电机23的输出转矩也减少，蓄电装置24的放电量减少。当液压栗41a的排出流量减少到减去流量补正值Q4a的下限值而得到的流量时，成为PowO = Powth I，辅助电机23停止，蓄电装置24的放电量成为O。
[0175]然后，栗当前输出值PowO降低，成为PowOS Powth2，或者液压栗41a的排出压Pa降低，成为Pa < Pth2时，液压栗41a侧的控制进入步骤S12、S13、S14，在步骤SI2中，使计时器Ta的设定成为0(初始化)，在步骤S13中，对流量补正值Q4a加上恒定值△ Qu(例如0.2L/min)，每当重复控制循环就使流量补正值Q4a减少，在步骤S14中，液压栗41a的流量目标值Q5a也同样地减少。由此，以液压栗41a的排出流量逐渐增加(复原)的方式进行控制。
[0176](3)重负荷作业B
[0177]在重挖掘作业等的重负荷作业中，仅液压栗41b的排出压Pb高的情况下，重负荷作业A的情况下的液压栗41a侧与液压栗41b侧的关系相反。其结果，以液压栗41a的排出流量成为与操作量Sa相应的流量的方式进行控制，而液压栗41b的排出流量经过一定时间之后，以例如从马力控制的限制流量Q2b逐渐减少的方式进行控制。另外，栗当前输出值PowO降低，成为PowO < Powth2，或者液压栗41b的排出压Pb降低，成为Pb < Pth2时，以液压栗41b的排出流量逐渐增加(复原)的方式进行控制。
[0178](4)重负荷作业C
[0179]在重挖掘作业等的重负荷作业中，栗排出压Pa、Pb双方高的情况下，液压栗41a侧和液压栗41b侧均进行与重负荷作业A的情况下的液压栗41a侧同样的控制。其结果，液压栗41 a、41 b的排出流量经过一定时间之后，以例如从马力控制的限制流量Q2a、Q2b逐渐减少的方式进行控制。另外，栗当前输出值PowO降低，成为PowO < Powth2，或者液压栗41a、41b的至少一方的排出压Pa和/或Pb降低，成为Pa和/或Pb < Pth2时，以液压栗41a和/或41b的排出流量逐渐增加(复原)的方式进行控制。
[0180]以上，根据本实施方式，液压栗41a、41b的排出压高、且栗输出高而不能以发动机单体进行栗驱动时，在经过一定时间之后，通过使栗流量逐渐减少，能够不产生操作不适感地抑制由高负荷压的连续运转导致的蓄电装置24的连续放电。
[0181]另外，在本实施方式中，具有与栗输出相关的判定条件(S5及S15)和与栗排出压相关的判定条件(S6、S7及S16、S17)双方，由于以双方的判定条件判定是否需要使液压栗41a、41b的排出流量减少，所以还能够得到以下效果。
[0182]S卩，仅栗排出压的条件(第二实施方式)的情况下，由于没有与输出相关的判定条件，所以一方的栗排出压高，但合计的栗输出低时，在能够以发动机单体驱动栗且蓄电装置没有连续放电的情况下，也存在降低栗流量而使工作速度降低的可能性。
[0183]另外，仅栗输出的条件(第三实施方式)的情况下，一方的栗排出压高、且合计的栗输出高时，降低双方的栗的流量。由此，即使栗排出压低侧的溢流阀不溢流，也存在执行机构的流量减少的可能性。溢流阀溢流的情况下，执行机构不工作的情况多，即使降低该流量，操作不适感也小。但是，由于溢流阀不溢流的情况下，执行机构工作，所以降低该流量时，有时会产生操作不适感。
[0184]在本实施方式中，以与栗输出相关的判定条件和与栗排出压相关的判定条件的与条件进行判定，从而不会发生上述不良情况，能够实现合适且操作性好的栗流量控制。
[0185]<第二实施方式>
[0186]对本发明的第二实施方式进行说明。图12?图14是表示本发明的第二实施方式中的控制器80的对调节器指令值进行运算的栗流量控制的流程的图。本实施方式是减少液压栗41a、41b的排出流量的条件仅为栗排出压的条件的情况。另外，第二实施方式的栗流量控制的流程除了从第一实施方式的栗流量控制的流程去除与栗输出相关的判定条件以外，关于除此以外的处理，都与第一实施方式相同。
[0187]根据本实施方式，液压栗41、41b的排出压高时，经过一定时间之后，也使栗流量逐渐减少，由此能够不产生操作不适感地抑制由高负荷压的连续运转导致的蓄电装置的连续放电。
[0188]另外，在本实施方式中，由于去除了与栗输出相关的判定条件，所以一方的栗排出压高但合计的栗输出低时，在能够以发动机单体驱动液压栗41a、41b且没有蓄电装置24的连续放电的情况下，也存在减少液压栗41a、41b的排出流量且使工作速度降低的可能性。
[0189]但是，由于第二实施方式的栗流量控制与第一实施方式的栗流量控制相比，能够简化控制，从而能够缩短开发和验证的时间。
[0190]<第三实施方式>
[0191]对本发明的第三实施方式进行说明。图15?图16是表示本发明的第三实施方式中的控制器80的对调节器指令值进行运算的栗流量控制的流程的图。本实施方式是减少液压栗41a、41b的排出流量的条件仅为栗输出的条件的情况。另外，第三实施方式的栗流量控制的流程是从第一实施方式的栗流量控制的流程去除了与栗压力相关的判定条件，关于除此以外的处理，都与第一实施方式相同。
[0192]根据本实施方式，栗输出高而不能以发动机单体进行栗驱动时，经过一定时间之后，也使栗流量逐渐减少，由此能够不产生操作不适感地抑制由高负荷压的连续运转导致的蓄电装置的连续放电。
[0193]另外，一方的栗排出压高且合计的栗输出高时，在第一实施方式中，减少排出压高的一方的液压栗的流量，但在第三实施方式中，减少双方的液压栗41a、41b的排出流量。由此，第一实施方式和第三实施方式成为不同的操作感，但与第二实施方式同样地，第三实施方式的栗流量控制与第一实施方式的栗流量控制相比，能够简化控制，从而能够缩短开发和验证的时间。
[0194]< 其他 >
[0195]在以上的实施方式中，关于混合动力作业机械具有液压栗41a、41b这两个主栗的情况进行了说明，但液压栗既可以是一个也可以是三个以上。在液压栗为一个的情况下，如第三实施方式那样，将减少液压栗的排出流量的条件设为仅栗输出的条件即可。
[0196]另外，在以上的实施方式中，对于混合动力作业机械为液压挖掘机的情况进行了说明，但也可以将本发明适用于液压起重机等液压挖掘机以外的作业机械。
【主权项】
1.一种混合动力作业机械，其特征在于，具有: 发动机； 辅助电机，其与所述发动机机械地连接，通过产生驱动转矩而放电，并通过产生制动转矩而发电； 至少一个液压栗，其通过所述发动机和所述辅助电机的合计转矩而被驱动； 多个液压执行机构，其通过从所述液压栗排出的压力油而被驱动； 蓄电装置，其对所述辅助电机发电的电力进行蓄积，在所述辅助电机放电时供给电力；以及 栗流量控制装置，其以所述液压栗的输出马力不超过栗输出基准值的方式限制控制所述液压栗的最大排出流量，并且在所述液压栗处于预定的高负荷运转状态、且所述高负荷运转状态超过规定时间地持续进行时，以所述液压栗的排出流量逐渐降低的方式进行控制。2.如权利要求1所述的混合动力作业机械，其特征在于， 所述栗流量控制装置在处于所述液压栗的输出马力比第一输出阈值大的状态、和所述液压栗的排出压比第一压力阈值高的状态中的至少一方的状态时，判定为处于所述高负荷运转状态，该高负荷运转状态超过所述规定时间地持续进行时，以所述液压栗的排出流量逐渐降低的方式进行控制。3.如权利要求2所述的混合动力作业机械，其特征在于， 所述第一输出阈值被设定成不使所述辅助电机驱动而以所述发动机单体驱动所述液压栗时所述液压栗的输出马力的最大值以下的值。4.如权利要求2所述的混合动力作业机械，其特征在于， 所述栗流量控制装置在所述液压栗的输出马力比所述第一输出阈值大的状态超过所述规定时间地持续进行时，以所述液压栗的排出流量逐渐降低的方式进行控制，在所述液压栗的输出马力降低到比所述第一输出阈值小的第二输出阈值以下时，以使所述排出流量的降低停止的方式进行控制。5.如权利要求2所述的混合动力作业机械，其特征在于， 所述液压栗具有多个， 所述栗流量控制装置在所述多个液压栗的输出马力的合计值即合计输出马力比所述第一输出阈值大的状态超过所述规定时间地持续进行时，以所述多个液压栗内的至少一个液压栗的排出流量逐渐降低的方式进行控制，在所述多个液压栗的所述合计输出马力降低到比所述第一输出阈值小的第二输出阈值以下时，以使所述排出流量的降低停止的方式进行控制。6.如权利要求2所述的混合动力作业机械，其特征在于， 所述液压栗具有多个， 所述栗流量控制装置在所述多个液压栗内的至少一个液压栗的排出压比所述第一压力阈值高的状态超过所述规定时间地持续进行时，以所述至少一个液压栗的排出流量逐渐降低的方式进行控制，在所述至少一个液压栗的排出压降低到比所述第一压力阈值小的第二压力阈值以下时，以使所述排出流量的降低停止的方式进行控制。
【文档编号】E02F9/20GK105971049SQ201610083095
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年2月6日
【发明人】井村进也, 西川真司, 日田真史, 天野裕昭
【申请人】日立建机株式会社