混合动力工程机械的回转控制装置及混合动力工程机械的制作方法

本发明涉及混合动力工程机械的回转控制装置及具备该回转控制装置的混合动力工程机械。

背景技术：

近年来，在挖掘机或起重机等回转式的工程机械中，为了可靠地使上部回转体保持停止，不仅进行使上部回转体保持在当前位置的位置保持控制，还利用机械制动器来使上部回转体保持停止。

日本专利第3977697号公报(以下称为“以往技术1”)公开以下技术。即，如该文献的图4所示，以往技术1中当操作杆被操作到比位置LnL、LnR靠向中央一侧时，根据来自位置传感器的信号开始使上部回转体保持在当前位置的位置保持控制。并且，在以往技术1中，当操作杆被操作到比位置LbL、LbR(比位置LnL、LnR靠向中央的位置)更靠向中央一侧时，使机械制动器开始工作。而且，在以往技术1中，当操作杆被操作到比位置LzL、LzR(比位置LbL、LbR靠向中央的位置)更靠向中央一侧时，结束位置保持控制。

然而，在以往技术1中，虽然在位置LzL、LzR结束位置保持控制，但位置保持控制并不是在判断了机械制动器的制动力是否充分发挥作用之后才结束的。因此，在以往技术1中，当操作杆到达位置LzL、LzR时，如果机械制动器的制动力不充分，则会发生上部回转体受到重力的作用而向回转方向移动的所谓的回转减速位移(slewing-down movement)。特别是，在工程机械位于斜坡上的情况下，作用于上部回转体的朝向回转方向的重力增大，发生回转减速位移的可能性变高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能防止回转减速位移的混合动力工程机械的回转控制装置及具备该回转控制装置的工程机械。

本发明的一种方式所涉及的混合动力工程机械的回转控制装置包括：回转电动机，使上部回转体回转；回转操作量检测部，检测所述上部回转体的回转操作量；回转控制部，输出用于使所述上部回转体以与所述回转操作量相对应的回转速度工作的回转指令，控制所述回转电动机；回转速度检测部，检测所述上部回转体的回转速度；机械制动器，使所述上部回转体机械性地保持停止；制动器控制部，在所述回转操作量表示回转停止的情况下，在检测出的所述回转速度还没有达到规定速度以下之前不使所述机械制动器工作，而在所述检测出的回转速度达到规定速度以下之后，使所述机械制动器工作；制动器工作检测部，检测表示所述机械制动器的制动力的制动器工作检测值；以及时间测量部，测量检测出的所述制动器工作检测值超过预先规定的阈值的时间，其中，所述回转控制部，在所述机械制动器工作的情况下，在所述时间测量部测量的时间还没有超过规定的基准时间之前输出所述回转指令，而在所述测量的时间超过了规定的基准时间之后停止所述回转指令的输出。

根据该结构，能够防止回转减速位移。

此外，本发明的一种方式所涉及的混合动力工程机械具备上部回转体和上述混合动力工程机械的回转控制装置。

根据该结构，可以提供能够防止回转减速位移的混合动力工程机械。

附图说明

图1是将本发明的实施方式1所涉及的混合动力工程机械适用于混合动力挖掘机时的混合动力挖掘机1的外观图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的混合动力挖掘机1的系统结构的一个例子的方框图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的混合动力挖掘机1的动作的流程图。

图4是表示本发明的实施方式2所涉及的混合动力挖掘机1的系统结构的一个例子的方框图。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的混合动力挖掘机1的动作的流程图。

图6是表示本发明的实施方式3所涉及的混合动力挖掘机1的系统结构的一个例子的方框图。

图7是表示本发明的实施方式3所涉及的混合动力挖掘机1的动作的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，下述实施方式是使本发明具体化的一种例子，并不用于限定本发明的技术范围。

(实施方式1)

图1是将本发明的实施方式1所涉及的混合动力工程机械适用于混合动力挖掘机1时的混合动力挖掘机1的外观图。混合动力挖掘机1具备履带式的下部行驶体2、以可回转的方式设置于下部行驶体2的上部回转体3以及安装于上部回转体3的作业附属装置4。

作业附属装置4具备以可起伏的方式安装于上部回转体3的动臂15、以可摇动的方式安装于动臂15的顶端部的斗杆16以及以可摇动的方式安装于斗杆16的顶端部的铲斗17。

此外，作业附属装置4还具备使动臂15相对于上部回转体3起伏的动臂缸18、使斗杆16相对于动臂15摇动的斗杆缸19以及使铲斗17相对于斗杆16摇动的铲斗缸20。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的混合动力挖掘机1的系统结构的一个例子的方框图。

混合动力挖掘机1具备发动机21、与发动机21的输出轴相连结的液压泵23和发电电动机22、以及控制蓄电装置26的充放电及发电电动机22的驱动的发电逆变器24。混合动力挖掘机1还具备控制蓄电装置26的充放电及回转电动机28的驱动的回转逆变器25、以及被回转逆变器25驱动的回转电动机28。混合动力挖掘机1还具备可以储备由发电电动机22产生的电力的蓄电装置26、发电逆变器24以及控制回转逆变器25的控制部32。此外，在图2中，粗线表示电力线，细线表示控制流动，双重线表示发动机21的输出轴。

发动机21例如由柴油机构成。

发电电动机22例如由三相马达构成，利用来自发动机21的动力发挥发电机功能。此外，发电电动机22利用来自蓄电装置26的电力发挥电动机功能，辅助发动机21。

液压泵23被发动机21的动力而驱动，喷出驱动油。从液压泵23喷出的驱动油经由图中省略的控制阀被引导到包含各缸18至20(参照图1)的多个液压致动器23a。进一步，从液压泵23喷出的驱动油经由制动器控制阀29a被引导到机械制动器29。

发电逆变器24例如由三相逆变器构成，在控制部32的控制下，对发电电动机22的发电机功能和发电电动机22的电动机功能之间的转换进行控制。此外，发电逆变器24控制发电电动机22的转矩。

回转逆变器25例如由三相逆变器构成，将蓄电装置26的电力提供给回转电动机28，使回转电动机28驱动。此外，回转逆变器25将上部回转体3的回转减速时发生在回转电动机28中的再生电力(regenerative electric power)储存到蓄电装置26。此外，回转逆变器25控制回转电动机28的转矩。

蓄电装置26例如由锂离子电池、镍氢电池或电气双层电容器等二次电池构成，在发电逆变器24的控制下，储备由发电电动机22产生的电力。此外，蓄电装置26在回转逆变器25的控制下，储备回转电动机28的再生电力。

回转速度检测部27例如由安装于回转电动机28的速度传感器构成，检测上部回转体3的回转速度。

回转电动机28例如由三相马达构成，利用蓄电装置26的电力驱动，使图1所示的上部回转体3回转。

机械制动器29利用从液压泵23经由制动器控制阀29a所提供的驱动油工作，制动回转电动机28，使上部回转体3机械性地保持停止。具体而言，机械制动器29由负制动器(negative brake)构成，该负制动器具备缸(cylinder)(图中省略)及弹簧(图中省略)，当液压从制动器控制阀29a导入缸时解除对回转电动机28的制动力，当从制动器控制阀29a到缸的液压被释放时通过弹簧的力向回转电动机28赋予制动力。

制动器控制阀29a由来自制动器控制部323的控制信号工作的电磁开闭阀构成。制动器控制阀29a，在输入有解除制动的控制信号时将液压导入所述缸，在输入有使制动器工作的控制信号时释放向所述缸导入的液压。

制动器工作检测部30检测表示机械制动器29的制动力的制动器工作检测值。在本实施方式中，制动器工作检测部30例如由液压传感器构成，将机械制动器29的液压作为制动器工作检测值来检测。

回转操作量检测部31将回转杆31a的例如倾倒角度作为回转操作量来检测，向回转控制部321及制动器控制部323输出。关于回转操作量，预先在回转杆31a的倾倒角度为0的位置设定中立点，并在该中立点的左右方向具有规定幅度(例如，回转杆31a的倾倒角度在左右分别为7.5度)的范围内设定中立范围。以在回转杆31a超过所述中立范围倾倒时，回转杆31a的倾倒角度越大则上部回转体3的目标速度越增大的方式，预先设定回转操作量和目标速度之间的关系。

控制部32例如包括ASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(field-programmable gate array)及CPU等处理器、以及ROM、RAM、EEPROM等可改写的存储装置。并且，控制部32负责混合动力挖掘机1的整体控制。

在本实施方式中，控制部32具备回转控制部321、时间测量部322以及制动器控制部323。回转控制部321、时间测量部322以及制动器控制部323既可以由CPU执行控制程序来实现，也可以由专用的硬件电路来实现。

回转控制部321向回转逆变器25输出回转指令来控制回转电动机28，该回转指令是使上部回转体3以与回转操作量检测部31检测出的回转操作量相对应的目标速度工作的指令。其中，当回转速度检测部27检测出的回转速度低于目标速度时，回转控制部321向回转逆变器25输出提高回转速度的回转指令。另一方面，当回转速度检测部27检测出的回转速度高于目标速度时，回转控制部321可以向回转逆变器25输出降低回转速度的回转指令。

当回转杆31a定位在所述中立范围时，回转控制部321向回转逆变器25输出用于使回转速度成为0的回转指令。由此，可以实现将上部回转体3的回转速度维持在零的零速度控制。

当回转操作量检测部31检测出的回转操作量表示回转停止，而且，回转速度检测部27检测出的回转速度达到规定速度以下时，制动器控制部323向制动器控制阀29a输出用于使制动器工作的控制信号，使机械制动器29工作。另一方面，在回转操作量检测部31检测出的回转操作量表示回转停止的情况下，在回转速度检测部27检测出的回转速度还没有达到规定速度以下之前，制动器控制部323向制动器控制阀29a输出用于解除制动的控制信号，不使机械制动器29工作。

其中，对于表示回转停止的回转操作量而言，可以采用回转杆31a定位在所述中立范围时的回转杆31a的倾倒角度。

时间测量部322测量制动器工作时间，该制动器工作时间是制动器工作检测部30检测出的制动器工作检测值超过预先规定的阈值的时间。其中，如上所述，机械制动器29采用负制动器。因此，上述的“制动器工作检测值超过阈值”是指，作为制动器工作检测值的液压成为阈值以下从而向回转电动机28赋予制动力的状态。但是，这只是一种例子，在采用正制动器(positive brake)来作为机械制动器29的情况下，“制动器工作检测值超过阈值”是指作为制动器工作检测值的液压成为阈值以上的状态。对于阈值而言，例如可以采用表示机械制动器29的制动力开始发挥作用的预先规定的液压值。

在机械制动器29工作的情况下，当时间测量部322测量的制动器工作时间超过了规定的基准时间时，回转控制部321停止回转指令的输出。另一方面，在机械制动器29工作的情况下，在测量的制动器工作时间还没有超过规定的基准时间之前，回转控制部321输出回转指令。其中，对于基准时间而言，可以采用表示机械制动器29开始工作之后“制动充分发挥作用了”的预先规定的时间。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的混合动力挖掘机1的动作的流程图。

首先，回转控制部321向回转逆变器25输出回转指令，该回转指令用于使回转速度检测部27检测出的回转速度成为与回转操作量检测部31检测出的回转操作量相对应的目标速度。(S301)。此时，当回转操作量表示回转停止时，回转控制部321向回转逆变器25输出用于使目标速度成为0的回转指令。据此，回转控制部321开始零速度控制。

接着，当回转操作量表示回转停止，而且，回转速度检测部27检测出的回转速度达到规定速度以下时，制动器控制部323向制动器控制阀29a输出用于使制动器工作的控制信号，从而使机械制动器29工作(S302中为“是”)。另一方面，当回转操作量没有表示回转停止，或者，回转速度检测部27检测出的回转速度还没有达到规定速度以下时，制动器控制部323向制动器控制阀29a输出用于解除制动的控制信号，不使机械制动器29工作(S302中为“否”)。在S302为“否”时，处理进入S308。其中，在回转速度还没有达到规定速度以下时不会使机械制动器29工作，因此可以抑制机械制动器29的损耗。因而，对于规定速度而言，可以采用表示回转速度降低到能够抑制机械制动器29的损耗的程度的预先规定的速度。

在S303，制动器工作检测部30检测制动器工作检测值。

当制动器工作检测值超过阈值时(S304中为“是”)，时间测量部322测量制动器工作时间(S305)。另一方面，当制动器工作检测值还没有超过阈值时(S304中为“否”)，处理返回到S301。即，在制动器工作检测值超过阈值之后，才开始制动器工作时间的测量。

接着，当制动器工作时间超过基准时间时(S306中为“是”)，回转控制部321停止向回转逆变器25输出回转指令(S307)。由此，停止零速度控制。另一方面，当制动器工作时间还没有超过基准时间时(S306中为“否”)，处理返回到S301。

在S308，时间测量部322使制动器工作时间归零。

这样，在实施方式1中，在制动器工作时间超过了基准时间之后(S306中为“是”)，才停止回转指令的输出(S307)。因此，在实施方式1中，可以在确认到机械制动器29的制动力充分发挥作用之后才结束零速度控制，能够防止回转减速位移。

由于液压回路中存在工作延迟，即使制动器控制部323输出用于使制动器工作的控制信号，驱动油的压力也不会马上达到机械制动器29的工作所需的压力。因此，为了判断驱动油的压力是否达到机械制动器29的工作所需的压力，必须在制动器控制部323向制动器控制阀29a输出控制信号之后，监视驱动油的压力。于是，在本实施方式中，对制动器工作检测值进行检测，判断制动器工作检测值是否超过阈值。

然而，由于机械制动器29中存在机械性的延迟，即使制动器工作检测值超过阈值，从超过阈值之后到机械制动器29实际上使回转电动机28停止为止需要一定的时间。于是，在实施方式1中，在制动器工作时间超过了基准时间之后，才停止零速度控制。

由此，在实施方式1中，可以在确认到机械制动器29的制动力充分发挥作用之后才结束零速度控制，能够防止回转减速位移。

(实施方式2)

实施方式2的混合动力挖掘机1的特征在于根据自己的倾斜角度决定基准时间。另外，在本实施方式中，对与实施方式1同样的结构附上相同的附图标记，并省略其说明。

图4是表示本发明的实施方式2所涉及的混合动力挖掘机1的系统结构的一个例子的方框图。图4与图2的区别在于，在图4中还设有倾斜角度检测部33。倾斜角度检测部33检测混合动力挖掘机1的倾斜角度。

回转控制部321以由倾斜角度检测部33检测出的倾斜角度越大则基准时间越长的方式决定基准时间。其中，回转控制部321可以利用预先将倾斜角度和基准时间之间的关系对应起来的基准时间决定表决定基准时间。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的混合动力挖掘机1的动作的流程图。在图5中，对与图3的处理同样的处理附上相同的附图标记。在接着S304之后的S501中，倾斜角度检测部33检测混合动力挖掘机1的倾斜角度。

在S502，回转控制部321决定与由倾斜角度检测部33检测出的倾斜角度相对应的基准时间。之后，继续进行与实施方式1同样的处理。

在位于斜坡上时，作用于上部回转体3的朝向回转方向的重力比位于平地上时更大。在实施方式2中，由于根据倾斜角度决定基准时间，因此可以在确认到机械制动器29的制动力充分发挥作用之后才结束零速度控制，能够更可靠地防止回转减速位移。

(实施方式3)

实施方式3的混合动力挖掘机1的特征在于根据使机械制动器29工作的驱动油的温度来决定基准时间。另外，在本实施方式中，对与实施方式1和2同样的结构附上相同的附图标记，并省略其说明。

图6是表示本发明的实施方式3所涉及的混合动力挖掘机1的系统结构的一个例子的方框图。图6与图2的区别在于，在图6中还设有温度检测部34。温度检测部34例如由温度传感器构成，检测由液压泵23提供给机械制动器29的驱动油的温度。

回转控制部321以由温度检测部34检测出的驱动油的温度越低则基准时间越长的方式决定基准时间。其中，回转控制部321可以利用预先将驱动油的温度和基准时间之间的关系对应起来的基准时间决定表决定基准时间。

图7是表示本发明的实施方式3所涉及的混合动力挖掘机1的动作的流程图。在图7中，对与图3的处理同样的处理附上相同的附图标记。在接着S304之后的S701中，温度检测部34检测由液压泵23提供给机械制动器29的驱动油的温度。

在S702，回转控制部321决定与由温度检测部34检测出的驱动油的温度相对应的基准时间。之后，继续进行与实施方式1同样的处理。

驱动油具有温度越低则其响应性越差的倾向。在实施方式3中，根据驱动油的温度决定基准时间。因此，可以在确认到机械制动器的制动力充分发挥作用之后才结束零速度控制，能更可靠地防止回转减速位移。

(实施方式的总结)

本发明的一种方式所涉及的混合动力工程机械的回转控制装置包括：回转电动机，使上部回转体回转；回转操作量检测部，检测所述上部回转体的回转操作量；回转控制部，输出用于使所述上部回转体以与所述回转操作量相对应的回转速度工作的回转指令，控制所述回转电动机；回转速度检测部，检测所述上部回转体的回转速度；机械制动器，使所述上部回转体机械性地保持停止；制动器控制部，在所述回转操作量表示回转停止的情况下，在检测出的所述回转速度还没有达到规定速度以下之前不使所述机械制动器工作，而在所述检测出的回转速度达到规定速度以下之后，使所述机械制动器工作；制动器工作检测部，检测表示所述机械制动器的制动力的制动器工作检测值；以及时间测量部，测量检测出的所述制动器工作检测值超过预先规定的阈值的时间，其中，所述回转控制部，在所述机械制动器工作的情况下，在所述时间测量部测量的时间还没有超过规定的基准时间之前输出所述回转指令，而在所述测量的时间超过了规定的基准时间之后停止所述回转指令的输出。

根据上述结构，输出用于使上部回转体以与回转操作量相对应的回转速度工作的回转指令。因此，在回转操作量表示回转停止的情况下，开始用于将回转速度维持在零的零速度控制。然后，在回转速度达到规定速度以下的情况下使机械制动器工作，并且，当表示机械制动器的制动力的制动器工作检测值超过阈值的时间持续了规定的基准时间以上时，停止回转指令的输出，从而停止零速度控制。

因此，在本结构中，可以往确认到机械制动器的制动力充分发挥作用之后才结束零速度控制，能够防止回转减速位移。

而且，由于在确认到机械制动器的制动力充分发挥作用之后才结束零速度控制，因此能降低零速度控制所需的耗电量。

此外，所述混合动力工程机械的回转控制装置还可以包括：液压工作部，利用液压使所述机械制动器工作；以及液压检测部，检测所述液压，其中，所述制动器工作检测部将由所述液压检测部检测出的液压作为所述制动器工作检测值来检测。

当对机械制动器进行液压控制时，从向机械制动器发出工作指示起到机械制动器实际上发挥作用之前存在工作延迟。而在本方式中，由于将液压作为制动器工作检测值来检测，因此可以在考虑到工作延迟的基础上使回转控制部结束回转指令的输出，能够更可靠地防止回转减速位移。

此外，所述混合动力工程机械的回转控制装置还可以包括：倾斜角度检测部，检测所述混合动力工程机械相对于水平面的倾斜角度，其中，所述回转控制部根据检测出的所述倾斜角度决定所述基准时间。

在位于斜坡上时，作用于上部回转体的朝向回转方向的重力比位于平地上时更大。在本方式中，根据倾斜角度决定基准时间。因此，可以在确认到机械制动器的制动力充分发挥作用之后才结束零速度控制，能更可靠地防止回转减速位移。

此外，所述混合动力工程机械的回转控制装置还可以包括：液压工作部，利用液压使所述机械制动器工作；以及温度检测部，检测所述液压工作部向所述机械制动器提供的驱动油的温度，其中，所述回转控制部根据检测出的所述驱动油的温度决定所述基准时间。

驱动油具有温度越低则其响应性越差的倾向。在本方式中，由于根据驱动油的温度决定基准时间，因此可以在确认到机械制动器的利动力充分发挥作用之后才结束零速度控制，能够更可靠地防止回转减速位移。

此外，本发明的一种方式所涉及的混合动力工程机械包括上部回转体和上述混合动力工程机械的回转控制装置。

根据上述结构，可以提供能够防止回转减速位移的混合动力工程机械。