混合式工作机械及其控制方法
【专利摘要】本发明提供一种混合式工作机械及其控制方法。本发明的实施例所涉及的混合式挖土机具有：回转用电动机（21），其使上部回转体（3）回转；液压驱动器（1A、1B、7～9）；以及控制器（30），其进行通过回转用电动机（21）产生的单独回转动作状态以及通过回转用电动机（21）和液压驱动器（1A、1B、7～9）产生的复合回转动作状态下的回转控制，其中，控制器（30）将从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后在单独回转动作状态下的回转用电动机（21）的输出限制成，相比过渡后以外的单独回转动作状态下的回转用电动机（21）的输出小的输出。
【专利说明】混合式工作机械及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合式工作机械及其控制方法。
【背景技术】
[0002]以往，公知一种具有对动臂、斗杆、铲斗等工作要件进行驱动的液压缸和对上部回转体进行驱动的回转用电动发电机的混合式挖土机(例如，参照专利文献I)。
[0003]该混合式挖土机通过铲斗挖掘下方的砂土之后，一边上升动臂，一边使上部回转体回转预定角度，并为了将挖掘的砂土装入自卸卡车的车厢中，使动臂用液压缸和回转用电动发电机进行复合动作。此时，混合式挖土机通过使回转最高速度从通常时的回转最高速度降低至复合动作时的回转最高速度，使动臂的上升速度和上部回转体的回转速度相匹配。如此，混合式挖土机在上部回转体回转至自卸卡车的车厢时，使动臂正好上升至自卸卡车的车厢的高度。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:国际公开第07/052538号小册子
[0007]发明的概要
[0008]发明要解决的技术课题
[0009]然而，专利文献I并没有公开在动臂用液压缸及回转用电动发电机的复合动作结束之后，仅使回转用电动发电机继续进行单独动作时的处理，也没有公开从复合动作切换为单独动作时上部回转体的回转速度的变化。
[0010]鉴于上述问题点，本发明的目的在于提供一种提高切换液压驱动器及回转用电动机的复合动作与回转用电动机的单独动作时的操作性的混合式工作机械及其控制方法。
[0011]用于解决技术课题的手段
[0012]为实现上述目的，本发明的实施例所涉及的混合式工作机械具有:回转用电动机，其使上部回转体回转；液压驱动器；以及控制器，其进行通过该回转用电动机产生的单独回转动作状态以及通过该回转用电动机和该液压驱动器产生的复合回转动作状态下的回转控制，其特征在于，所述控制器将从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后在单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出限制成，相比该过渡后以外的单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出小的输出。
[0013]并且，本发明的实施例所涉及的混合式工作机械的控制方法，所述混合式工作机械具有:回转用电动机，其使上部回转体回转；液压驱动器；以及控制器，其进行通过该回转用电动机产生的单独回转动作状态以及通过该回转用电动机和该液压驱动器产生的复合回转动作状态下的回转控制，其特征在于，所述控制器将从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后在单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出限制成，相比该过渡后以外的单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出小的输出。
[0014]发明效果[0015]通过上述手段，本发明能够提供一种提高切换液压驱动器及回转用电动机的复合动作与回转用电动机的单独动作时的操作性的混合式工作机械及其控制方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是第一实施例所涉及的混合式挖土机的侧视图。
[0017]图2是表示第一实施例所涉及的混合式挖土机的驱动系统的构成例的框图。
[0018]图3是表示第一实施例所涉及的混合式挖土机的蓄电系统的构成例的框图。
[0019]图4是表示第一实施例所涉及的混合式挖土机的回转驱动控制部的构成例的控制框图。
[0020]图5是表示基于第一实施例所涉及的混合式挖土机的回转驱动控制部的速度指令限制特性的一例的图。
[0021]图6是表示第一实施例所涉及的混合式挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态时各种物理量随时间变化的图。
[0022]图7是表示第二实施例所涉及的混合式挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态时各种物理量随时间变化的图。
[0023]图8是表示第三实施例所涉及的混合式挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态时各种物理量随时间变化的图。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
[0025]图1是表示作为应用本发明的混合式工作机械的一例的混合式挖土机的侧视图。
[0026]在混合式挖土机的下部行走体I上经回转机构2搭载有上部回转体3。在上部回转体3上安装动臂4。在动臂4的前端安装斗杆5，在斗杆5的前端安装铲斗6。通过动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9分别对动臂4、斗杆5以及铲斗6进行液压驱动。在上部回转体3上设置有驾驶室10，且搭载有引擎等动力源。
[0027]图2是表示图1所示的混合式挖土机的驱动系统的构成例的框图。在图2中，分别用双重线表示机械动力系统，用实线(粗线)表示高压液压管路，用虚线表示先导管路，用实线(细线)表示电力驱动/控制系统。
[0028]作为机械式驱动部的引擎11和作为辅助驱动部的电动发电机12分别与变速器13的2个输入轴连接。在变速器13的输出轴上连接有主泵14及先导泵15作为液压泵。在主泵14上经高压液压管路16连接有控制阀17。主泵14为斜板式可变容量型液压泵，且能够通过控制斜板的角度(偏转角)来调整活塞的行程长度，从而控制吐出流量。
[0029]控制阀17是进行混合式挖土机中的液压系统的控制的控制装置。下部行走体I用的液压马达IA (右用)以及液压马达IB (左用)、动臂缸7、斗杆缸8以及铲斗缸9经高压液压管路与控制阀17连接。以下，将液压马达IA (右用)以及液压马达IB (左用)、动臂缸
7、斗杆缸8以及铲斗缸9统称为“液压驱动器”。
[0030]在电动发电机12上经逆变器18连接有包括蓄电器的蓄电系统120。由电动发电机12和逆变器18构成电动发电系统。并且，在先导泵15上经先导管路25连接有操作装置26。操作装置26包括回转动作操纵杆26A、液压驱动器操作杆26B以及液压驱动器操作踏板26C。回转动作操纵杆26A、液压驱动器操作杆26B以及液压驱动器操作踏板26C经液压管路27、28分别与控制阀17以及压力传感器29连接。压力传感器29与进行电力系统的驱动控制的控制器30连接。
[0031]并且，图2所示的混合式挖土机为将回转机构设成电动式的挖土机，且为了驱动回转机构2而设置有回转用电动机21。作为电动工作要件的回转用电动机21经逆变器20与蓄电系统120连接。在回转用电动机21的旋转轴21A上连接有分解器22、机械制动器23以及回转变速器24。由逆变器20、回转用电动机21、分解器22、机械制动器23以及回转变速器24构成负载驱动系统。
[0032]控制器30由包括CPU (Central Processing Unit)和内部存储器等的运算处理装置构成，且进行电动发电机12的运行控制(电动(辅助)运行与发电运行的切换)以及回转用电动机21的运行控制(动力运行与再生运行的切换)。并且，控制器30通过对作为升降压控制部的升降压转换器进行驱动控制来控制蓄电器(电容器)的充放电。
[0033]具体而言，控制器30根据蓄电器(电容器)的充电状态、电动发电机12的运行状态(电动(辅助)运行或发电运行)以及回转用电动机21的运行状态(动力运行或再生运行)，进行升降压转换器的升压动作与降压动作的切换控制，由此进行蓄电器(电容器)的充放电控制。
[0034]根据通过设置于DC母线的DC母线电压检测部检测的DC母线电压值、通过蓄电器电压检测部检测的蓄电器电压值以及通过蓄电器电流检测部检测的蓄电器电流值，进行升降压转换器的升压动作与降压动作的切换控制。
[0035]另外，根据通过蓄电器电压检测部检测的蓄电器电压值计算蓄电器(电容器)的SOCCState Of Charge)。并且，上述内容中示出电容器作为蓄电器的一例，但是也可将锂离子电池等能够充放电的二次电池或者能够进行电力的授受的其他形式的电源用作蓄电器，从而代替电容器。
[0036]图3是表不蓄电系统120的结构的框图。蓄电系统120包括作为蓄电器的电容器19、升降压转换器100以及DC母线110。DC母线110对电容器19、电动发电机12以及回转用电动机21之间的电力的授受进行控制。在电容器19设置有用于检测电容器电压值的电容器电压检测部112和用于检测电容器电流值的电容器电流检测部113。通过电容器电压检测部112检测的电容器电压值以及通过电容器电流检测部113检测的电容器电流值被供给至控制器30。
[0037]升降压转换器100根据电动发电机12以及回转用电动机21的运行状态，进行为了将DC母线电压值限制在恒定的范围内而切换升压动作与降压动作的控制。DC母线110配设在逆变器18、逆变器20与升降压转换器100之间，并在电容器19、电动发电机12以及回转用电动机21之间进行电力的授受。
[0038]在如以上的结构中，作为辅助马达的电动发电机12所发出的电力以及回转用电动机21进行再生运行而生成的再生电力经逆变器18、逆变器20被供给至蓄电系统120的DC母线110，且经升降压转换器100被供给至电容器19。
[0039]在此，对控制器30的详细内容进行说明。控制器30包括驱动控制部32、回转驱动控制部40以及主控制部60。驱动控制部32、回转驱动控制部40以及主控制部60分别例如为通过由控制器30的CPU执行储存于内部存储器中的驱动控制用的程序来实现控制的功能要件。
[0040]驱动控制部32进行电动发电机12的运行控制(电动(辅助)运行与发电运行的切换)。并且，驱动控制部32通过对作为升降压控制部的升降压转换器100进行驱动控制来控制电容器19的充放电。
[0041]回转驱动控制部40经逆变器20进行回转用电动机21的驱动控制。
[0042]图4是表示回转驱动控制部40的结构的控制框图，回转驱动控制部40包括速度指令转换部31以及生成用于驱动回转用电动机21的驱动指令的驱动指令生成部50。
[0043]速度指令转换部31是将从压力传感器29输入的信号转换为速度指令的运算处理部。由此，回转动作操纵杆26A的操作量转换为用于使回转用电动机21回转驱动的速度指令(rad/s)。该速度指令被输入到驱动控制部32以及驱动指令生成部50。
[0044]向驱动指令生成部50输入根据回转动作操纵杆26A的操作量从速度指令转换部31输出的速度指令。并且，驱动指令生成部50根据速度指令生成驱动指令。从驱动指令生成部50输出的驱动指令被输入到逆变器20，逆变器20根据通过驱动指令产生的PWM控制信号交流驱动回转用电动机21。
[0045]另外，回转驱动控制部40在根据回转动作操纵杆26A的操作量对回转用电动机21进行驱动控制时，进行动力运行与再生运行的切换控制，并且经逆变器20进行电容器19的充放电控制。
[0046]驱动指令生成部50包括减法器51、PI (Proportional Integral)控制部52、转矩限制部53、转矩限制部54、减法器55、PI控制部56、电流转换部57以及回转动作检测部58。
[0047]减法器51从速度指令转换部31接收与回转动作操纵杆26A的操作量相应的回转驱动用的速度指令(rad/s)，并且，从该速度指令的值(以下，称为“速度指令值”。)减去通过回转动作检测部58检测的回转用电动机21的转速(rad/s)，并输出偏差。该偏差在后述的PI控制部52中用于使回转用电动机21的转速接近速度指令值(目标值)用的PI控制。
[0048]PI控制部52根据从减法器51输入的偏差，以回转用电动机21的转速接近速度指令值(目标值)的方式(即，以减小该偏差的方式)进行PI控制，并运算、生成为进行该PI控制所需的转矩电流指令。所生成的转矩电流指令被输入到转矩限制部53。
[0049]转矩限制部53进行根据回转动作操纵杆26A的操作量限制转矩电流指令的值(以下，称为“转矩电流指令值”。)的处理。该限制处理是根据限制特性进行的，所述限制特性是指转矩电流指令值的容许值(绝对值)随着回转动作操纵杆26A的操作量的增加而缓慢地增加的特性。若通过PI控制部52运算出的转矩电流指令值急剧增加，则导致控制性恶化，因此为了抑制该现象而进行这种转矩电流指令值的限制。另外，该转矩电流指令值的限制是针对上部回转体3的左方向以及右方向这两个方向的旋转进行的。
[0050]表示限制特性的数据储存于主控制部60的内部存储器中，由主控制部60的CPU读取，并输入到转矩限制部53。
[0051]转矩限制部54以根据从转矩限制部53输入的转矩电流指令产生的转矩(绝对值)成为回转用电动机21的最大容许转矩值以下的方式，限制从转矩限制部53输入的转矩电流指令值。与转矩限制部53相同，该转矩电流指令值的限制是针对上部回转体3的左方向以及右方向这两个方向的旋转进行的。[0052]并且，即使在根据从转矩限制部53输入的转矩电流指令产生的转矩(绝对值)为回转用电动机21的最大容许转矩值以下的情况下，只要一个控制周期内的转矩电流指令值的增减幅为预定幅度以上，则转矩限制部54也会将该增减幅限制在预定幅度内，从而防止转矩电流指令值急剧增减。
[0053]如此，转矩限制部54对增减幅应用低通滤波器，即，直接采用小于预定幅度的增减幅，将预定幅度以上的增减幅限制在该预定幅度内，由此防止转矩电流指令值急剧增减。其结果，转矩限制部54能够延迟上部回转体3的回转速度达到速度指令值(目标值)。
[0054]减法器55输出通过减法运算获得的偏差，所述减法运算为从转矩限制部54所输入的转矩电流指令值减去电流转换部57的输出值的运算。该偏差用于PI控制，所述PI控制在包括后述的PI控制部56以及电流转换部57的反馈回路中，用于使电流转换部57所输出的回转用电动机21的驱动转矩接近由经转矩限制部54输入的转矩电流指令值(目标值)表示的转矩。
[0055]PI控制部56以减少减法器55输出的偏差的方式进行PI控制，并生成成为发送至逆变器20的最终驱动指令的转矩电流指令。逆变器20根据从PI控制部56所输入的转矩电流指令，对回转用电动机21进行PWM驱动。
[0056]电流转换部57检测回转用电动机21的马达电流，并将该马达电流转换为相当于转矩电流指令的值，将该值输出至减法器55。
[0057]回转动作检测部58对通过分解器22检测的回转用电动机21的旋转位置的变化(即，上部回转体3的回转位置)进行检测。并且，回转动作检测部58根据旋转位置的时间变化并通过微分运算导出回转用电动机21的转速。表示所导出的转速的数据被输入到减法器51。
[0058]在这种结构的驱动指令生成部50中，根据从速度指令转换部31输入的速度指令生成用于驱动回转用电动机21的转矩电流指令。其结果，上部回转体3回转至所期望的位置。
[0059]主控制部60是进行驱动指令生成部50的控制处理所需的周边处理的功能要件，且包括动作状态检测部61。
[0060]动作状态检测部61是用于检测混合式挖土机的动作状态的功能要件，且根据压力传感器29的检测值检测单独回转动作状态、复合回转动作状态、停止状态等动作状态。另外，单独回转动作状态是一边使液压驱动器停止一边使回转用电动机21动作的状态，复合回转动作状态是使回转用电动机21以及液压驱动器同时动作的状态，停止状态是使回转用电动机21以及液压驱动器同时停止的状态。并且，压力传感器29对与回转动作操纵杆26A、液压驱动器操作杆26B以及液压驱动器操作踏板26C各自的操作量相应的先导压力进行检测。
[0061]速度指令转换部31根据动作状态检测部61所检测的动作状态控制上部回转体3的回转速度，例如利用单独回转动作时限制速度或复合回转动作时限制速度来限制速度指令。另外，单独回转动作时限制速度是单独回转动作时所采用的限制速度，复合回转动作时限制速度是复合回转动作时所采用的限制速度。
[0062]图5是表示基于速度指令转换部31的速度指令限制特性的一例的图，将回转动作操纵杆26A的操作量设定在横轴，将速度指令转换部31所输出的速度指令设定在纵轴。另夕卜，用将最大操作量(操纵杆满负荷操作时的操作量)设为100%时的比例表示回转动作操纵杆26A的操作量。并且，图5虽然示出了右回转时的速度指令限制特性，但是左回转时也同样适用。
[0063]如图5所示，在回转动作操纵杆26A的操作量小于60%的情况下，速度指令转换部31向驱动指令生成部50输出的速度指令在单独回转动作时和复合回转动作时相同地变化，随着操作量的增加而增加。
[0064]但是，在回转动作操纵杆26A的操作量为60%以上的情况下，如图5所示，速度指令在单独回转动作时和复合回转动作时不同地变化。
[0065]具体而言，当操作量小于80%时，单独回转动作时的速度指令与操作量小于60%时相同，随着操作量的增加而增加，当操作量为80%以上时，利用单独回转动作时限制速度SL限制单独回转动作时的速度指令，使之保持恒定。
[0066]另一方面，当操作量为60%以上时，利用复合回转动作时限制速度PL限制复合回转动作时的速度指令，使之在比单独回转动作时更早的时刻保持恒定。
[0067]如此一来，当回转动作操纵杆26A的操作量为预定量以上时，速度指令转换部31能够使复合回转动作时的上部回转体3的回转速度比单独回转动作时降低。
[0068]并且，在通过动作状态检测部61检测到从复合回转动作状态向单独回转动作状态过渡的情况下，速度指令转换部31使速度指令限制特性从复合回转动作时的特性切换为单独回转动作时的特性。但是，即使在检测到从复合回转动作状态向单独回转动作状态过渡的情况下，在维持或降低回转动作操纵杆26A的操作量时，速度指令转换部31也可以继续利用复合回转动作时的速度指令限制特性。这是为了防止以下现象:虽然维持或降低回转动作操纵杆26A的操作量，但刚从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态时，回转速度还会增加。另外，即使在继续利用复合回转动作时的速度指令限制特性的情况下，若回转动作操纵杆26A的操作量在之后出现增加，则速度指令转换部31也可以使速度指令限制特性从复合回转动作时的特性切换为单独回转动作时的特性。这是为了能够实现与操作者的意愿相符的回转速度。
[0069]并且，动作状态检测部61对转矩限制部54输出控制信号，对转矩限制部54为了限制转矩电流指令值而使用的最大增减幅(用于导出转矩电流指令值的一个控制周期内的最大增减幅)进行切换。以下，将由动作状态检测部61进行的该切换处理称为“增减幅限制处理”。
[0070]具体而言，动作状态检测部61在检测到从复合回转动作状态向单独回转动作状态过渡时，使一个控制周期内的转矩电流指令值的最大增加幅从通常时增加幅降低至过渡时增加幅。这是为了防止如下现象:在从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态时速度指令限制特性从复合回转动作时的特性切换为单独回转动作时的特性的情况下(速度指令值已增加的情况下)，虽然回转动作操纵杆26A的操作量没有发生变化，但是回转速度也会急剧增加。另外，过渡时增加幅是，动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时采用的最大增加幅，比过渡时增加幅大的通常时增加幅是，在该过渡时以外的情况下所采用的最大增加幅。因此，动作状态检测部61在检测到从停止状态向单独回转动作状态或复合回转动作状态过渡时，将转矩电流指令值的一个控制周期内的最大增加幅继续维持通常时增加幅。这是为了防止如下现象:已从停止状态过渡至单独回转动作状态或复合回转动作状态时与回转动作操纵杆26A的操作量的增加相应的回转速度的增加变得迟钝。
[0071]在从通常时增加幅切换为过渡时增加幅之后，动作状态检测部61在检测到从单独回转动作状态过渡至停止状态时，使转矩电流指令值的一个控制周期内的最大增加幅从过渡时增加幅恢复至通常时增加幅。并且，动作状态检测部61也可以在单独回转动作状态下，当回转动作操纵杆26A的操作量减少时，使转矩电流指令值的一个控制周期内的最大增加幅从过渡时增加幅恢复至通常时增加幅。这是为了，当之后进行回转动作操纵杆26A的用于增加回转速度的操作时，能够迅速增加回转速度。
[0072]另外，动作状态检测部61在检测到从单独回转动作状态过渡至复合回转动作状态时，也可以使转矩电流指令值的一个控制周期内的最大减少幅从通常时减少幅降低至过渡时减少幅。这是为了防止如下现象:在从单独回转动作状态过渡至复合回转动作状态时速度指令限制特性从单独回转动作时的特性切换为复合回转动作时的特性的情况下(速度指令值已减少的情况下)，虽然回转动作操纵杆26A的操作量没有发生变化，但是回转速度也会急剧减少。另外，过渡时减少幅是，动作状态从单独回转动作状态过渡至复合回转动作状态时采用的最大减少幅，比过渡时减少幅大的通常时减少幅是，在该过渡时以外的情况下所采用的最大减少幅。
[0073]如此一来，动作状态检测部61能够防止在切换复合回转动作状态与单独回转动作状态时回转速度发生急剧增减。
[0074]在此，参照图6对混合式挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时的各种物理量(回转动作操纵杆26A以及液压驱动器(动臂)操作杆26B的操作量(参照图6上段)、回转速度(参照图6中段)以及转矩电流指令值(参照图6下段))随时间的变化进行说明。另外，图6上段的用实线示出的变化表示回转动作操纵杆26A的操作量的变化，图6上段的用单点划线示出的变化表示动臂操作杆26B的操作量的变化。并且，分别在图6中段以及图6下段中用实线示出的变化说明执行由动作状态检测部61进行的增减幅限制处理时的效果。并且，分别在图6中段以及图6下段中用虚线示出的变化说明未执行由动作状态检测部61进行的增减幅限制处理时的效果。
[0075]在时刻tl，若同时以100%的最大操作量操作回转动作操纵杆26A以及动臂操作杆26B而开始复合回转动作，则速度指令转换部31所输出的速度指令被设定成复合回转动作时限制速度PL。驱动指令生成部50所生成的转矩电流指令值急剧增加而达到最大容许转矩值T mx。其结果，上部回转体3的回转速度急剧增加至复合回转动作时限制速度PL，而达到复合回转动作时限制速度PL之后，继续以复合回转动作时限制速度PL变化。另外，转矩电流指令值在上部回转体3的回转速度达到复合回转动作时限制速度PL的时刻接近于零。
[0076]之后，在时刻t2，若动臂操作杆26B的操作量成为0%，且挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态，则即使回转动作操纵杆26A的操作量保持100%而不变，速度指令也从复合回转动作时限制速度PL切换为单独回转动作时限制速度SL。而且，由于通过转矩限制部54将转矩电流指令值的最大增加幅降低至过渡时增加幅，因此相比于开始复合回转动作时的急剧增加，转矩电流指令值缓慢地增加。如此，控制器30将从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态之后回转用电动机21的输出限制成，相比过渡后以外的单独回转动作状态下的回转用电动机21的输出小的输出。其结果，相比于开始复合回转动作时的急剧增加，上部回转体3的回转速度缓慢地增加至单独回转动作时限制速度SL，而达到单独回转动作时限制速度SL之后，继续以单独回转动作时限制速度SL变化。另外，转矩电流指令值不会达到最大容许转矩值Tmax就开始减少，并在上部回转体3的回转速度达到单独回转动作时限制速度SL的时刻接近于零。
[0077]之后，在时刻t3，若回转动作操纵杆26A的操作量成为0%，且挖土机的动作状态从单独回转动作状态过渡至停止状态，则速度指令从单独回转动作时限制速度SL切换为零。转矩电流指令值急剧减少而达到最小容许转矩值Tmin (负值)。其结果，上部回转体3的回转速度急剧减少至速度零，而达到速度零之后，继续以速度零变化。另外，转矩电流指令值在上部回转体3的回转速度达到速度零的时刻接近于零。
[0078]另外，在未执行由动作状态检测部61进行的增减幅限制处理的情况下，若在时刻t2速度指令从复合回转动作时限制速度PL切换为单独回转动作时限制速度SL，则与开始复合回转动作时的急剧增加相同，转矩电流指令值急剧增加而达到最大容许转矩值Tmax (参照图6下段的虚线)。其结果，上部回转体3的回转速度也与开始复合回转动作时的急剧增加相同，急剧增加而达到单独回转动作时限制速度SL (参照图6中段的虚线)。
[0079]由以上说明可知，第一实施例所涉及的混合式挖土机在动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态的情况下，即使回转动作操纵杆26A的操作量不变，也通过增加与该操作量对应的速度指令来增加回转速度。由此，第一实施例所涉及的混合式挖土机能够虚拟地实现液压挖土机的操作性，所谓的液压挖土机的操作性是指，当动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时，液压泵的吐出油被集中供给到回转用液压驱动器，从而使回转速度增加。其结果，能够消除习惯使用液压挖土机的操作者在使用混合式挖土机时的不协调感(即使在动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态的情况下，回转速度也不会增加这样的不协调感)。
[0080]并且，第一实施例所涉及的混合式挖土机在从复合回转动作状态向单独回转动作状态过渡时，使回转速度缓慢地增加。其结果，第一实施例所涉及的混合式挖土机在从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时，能够通过使回转速度急剧增加来消除操作者的不协调感。
[0081]实施例2
[0082]接着，参照图7对本发明的第二实施例所涉及的混合式挖土机进行说明。
[0083]第二实施例所涉及的混合式挖土机在从复合回转动作状态向单独回转动作状态过渡时，禁止切换速度指令的限制速度，这一点与第一实施例所涉及的混合式挖土机不同，而其他方面是共通的。
[0084]因此，省略共通部分的说明，对不同部分进行详细说明。另外，在此，直接使用在第一实施例中使用的参照符号。
[0085]在第二实施例中，速度指令转换部31即使在通过动作状态检测部61检测到从复合回转动作状态向单独回转动作状态过渡的情况下，在维持或降低回转动作操纵杆26A的操作量时，也继续利用复合回转动作时的速度指令限制特性。以下，将由速度指令转换部31进行的该处理称为“限制特性维持处理”。
[0086]图7是与图6对应的图，表示第二实施例所涉及的混合式挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时的各种物理量(回转动作操纵杆26A以及动臂操作杆26B的操作量(参照图7上段)、回转速度(参照图7中段)以及转矩电流指令值(参照图7下段))随时间的变化。另外，图7上段的用实线示出的变化表示回转动作操纵杆26A的操作量的变化，图7上段的用单点划线示出的变化表示动臂操作杆26B的操作量的变化。并且，分别在图7中段以及图7下段中用实线示出的变化说明执行由速度指令转换部31进行的限制特性维持处理时的效果。并且，分别在图7中段以及图7下段中用虚线示出的变化说明未执行由速度指令转换部31进行的增减幅限制处理以及限制特性维持处理时的效果O
[0087]在时刻tl，若同时以100%的最大操作量操作回转动作操纵杆26A以及动臂操作杆26B而开始复合回转动作，则速度指令转换部31所输出的速度指令被设定为复合回转动作时限制速度PL。驱动指令生成部50所生成的转矩电流指令值急剧增加而达到最大容许转矩值TMX。其结果，上部回转体3的回转速度急剧增加至复合回转动作时限制速度PL，而达到复合回转动作时限制速度PL之后，继续以复合回转动作时限制速度PL变化。另外，转矩电流指令值在上部回转体3的回转速度达到复合回转动作时限制速度PL的时刻接近于零。
[0088]之后，在时刻t2，在动臂操作杆26B的操作量成为0%，且挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态的情况下，由于回转动作操纵杆26A的操作量保持100%而不变，因此速度指令继续以复合回转动作时限制速度PL变化。并且，由于回转速度已经成为复合回转动作时限制速度PL，因此转矩电流指令值继续以接近于零的值变化。如此，控制器30将从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态之后回转用电动机21的输出限制成，相比过渡后以外的单独回转动作状态下的回转用电动机21的输出小的输出。其结果，上部回转体3的回转速度即使在过渡至单独回转动作状态之后，也继续以复合回转动作时限制速度PL变化。在该情况下，由于利用复合回转动作时限制速度PL限制回转速度，因此也可不设置转矩限制部54。
[0089]之后，在时刻t3，若回转动作操纵杆26A的操作量成为0%，且挖土机的动作状态从单独回转动作状态过渡至停止状态，则速度指令从复合回转动作时限制速度PL切换为零。转矩电流指令值急剧减少而达到最小容许转矩值Tmin (负值)。其结果，上部回转体3的回转速度急剧减少至速度零，而达到速度零之后，继续以速度零变化。另外，转矩电流指令值在上部回转体3的回转速度达到速度零的时刻成为零。
[0090]另外，在未执行由动作状态检测部61进行的增减幅限制处理以及由速度指令转换部31进行的限制特性维持处理的情况下，若在时刻t2，速度指令从复合回转动作时限制速度PL切换为单独回转动作时限制速度SL，则与开始复合回转动作时的急剧增加相同，转矩电流指令值急剧增加而达到最大容许转矩值Tmax (参照图7下段的虚线)。其结果，上部回转体3的回转速度也与开始复合回转动作时的急剧增加相同，急剧增加而达到单独回转动作时限制速度SL (参照图7中段的虚线)。
[0091]由以上说明可知，第二实施例所涉及的混合式挖土机即使在动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态的情况下，在维持或降低回转动作操纵杆26A的操作量时，也通过继续利用复合回转动作时的速度指令限制特性来避免回转速度增加。其结果，第二实施例所涉及的混合式挖土机在从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时，虽然回转动作操纵杆26A的操作量没有增加，但也会使回转速度增加，从而能够消除操作者的不协调感。[0092]实施例3
[0093]接着，参照图8对本发明的第三实施例所涉及的混合式挖土机进行说明。
[0094]第三实施例所涉及的混合式挖土机即使在从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时禁止切换速度指令的限制速度的情况下，当之后回转动作操纵杆26A的操作量有所增加时，也会执行该切换，这一点与第二实施例所涉及的混合式挖土机不同，其他方面是共通的。
[0095]因此，省略共通部分的说明，对不同部分进行详细说明。另外，在此，直接使用在第一实施例以及第二实施例中使用的参照符号。
[0096]在第三实施例中，在通过动作状态检测部61检测到从复合回转动作状态向单独回转动作状态过渡时，维持或降低回转动作操纵杆26A的操作量时，速度指令转换部31继续利用复合回转动作时的速度指令限制特性。而且，当之后回转动作操纵杆26A的操作量有所增加时，速度指令转换部31将复合回转动作时的速度指令限制特性切换为单独回转动作时的速度指令限制特性。以下，将由速度指令转换部31进行的该处理称为“限制特性切换延迟处理”。
[0097]图8是与图6以及图7对应的图，表示第三实施例所涉及的混合式挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时的各种物理量(回转动作操纵杆26A以及动臂操作杆26B的操作量(参照图8上段)、回转速度(参照图8中段)以及转矩电流指令值(参照图8下段))随时间的变化。另外，图8上段的用实线示出的变化表示回转动作操纵杆26A的操作量的变化，图8上段的用单点划线示出的变化表示动臂操作杆26B的操作量的变化。并且，分别在图8中段以及图8下段中用实线示出的变化说明执行由速度指令转换部31进行的限制特性切换延迟处理时的效果。并且，分别在图8中段以及图8下段中用虚线示出的变化说明未执行由速度指令转换部31进行的限制特性切换延迟处理时的效果O
[0098]在时刻tl，若以80%的操作量操作回转动作操纵杆26A，并且以100%的最大操作量操作动臂操作杆26B而开始复合回转动作，则速度指令转换部31所输出的速度指令被设定为复合回转动作时限制速度PL。并且，驱动指令生成部50所生成的转矩电流指令值急剧增加而达到最大容许转矩值Tmx。其结果，上部回转体3的回转速度急剧增加至复合回转动作时限制速度PL，而达到复合回转动作时限制速度PL之后，继续以复合回转动作时限制速度PL变化。另外，转矩电流指令值在上部回转体3的回转速度达到复合回转动作时限制速度PL的时刻接近于零。
[0099]之后，在时刻t2，动臂操作杆26B的操作量成为0%，挖土机的动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态。在该情况下，即使回转动作操纵杆26A的操作量保持80%而不变，速度指令也继续以复合回转动作时限制速度PL变化。并且，由于回转速度已经成为复合回转动作时限制速度PL，因此转矩电流指令值以接近于零的值变化。如此，控制器30将从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态之后回转用电动机21的输出限制成，相比过渡后以外的单独回转动作状态下的回转用电动机21的输出小的输出。其结果，上部回转体3的回转速度在过渡至单独回转动作状态之后，也继续以复合回转动作时限制速度PL变化。在该情况下，由于利用复合回转动作时限制速度PL限制回转速度，因此也可不设置转矩限制部54。[0100]之后，在时刻t21，若回转动作操纵杆26A的操作量从80%增加到100%，则速度指令从复合回转动作时限制速度PL切换为单独回转动作时限制速度SL。转矩电流指令值增加而达到最大容许转矩值TMX。如此，控制器30解除回转用电动机21的输出限制。其结果，上部回转体3的回转速度也与开始复合回转动作时的急剧增加相同，急剧增加而达到单独回转动作时限制速度SL。
[0101]之后，在时刻t3，若回转动作操纵杆26A的操作量成为0%，且挖土机的动作状态从单独回转动作状态过渡至停止状态，则速度指令从单独回转动作时限制速度SL切换为零。转矩电流指令值急剧减少而达到最小容许转矩值Tmin (负值)。其结果，上部回转体3的回转速度急剧减少至速度零，而达到速度零之后，继续以速度零变化。另外，转矩电流指令值在上部回转体3的回转速度达到速度零的时刻成为零。
[0102]另外，在未执行由速度指令转换部31进行的限制特性切换延迟处理的情况下，若在时刻t2，速度指令从复合回转动作时限制速度PL切换为单独回转动作时限制速度SL，则转矩电流指令值急剧增加而到达最大容许转矩值Tmax (参照图8下段的虚线)。其结果，上部回转体3的回转速度也与开始复合回转动作时的急剧增加相同，急剧增加而达到单独回转动作时限制速度SL (参照图8中段的虚线)。
[0103]由以上说明可知，第三实施例所涉及的混合式挖土机即使在动作状态从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态的情况下，在维持或降低回转动作操纵杆26A的操作量时，也通过继续利用复合回转动作时的速度指令限制特性来避免回转速度增加。其结果，第三实施例所涉及的混合式挖土机在从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时，虽然回转动作操纵杆26A的操作量没有增加，但也会使回转速度增加，从而能够消除操作者的不协调感。
[0104]并且，第三实施例所涉及的混合式挖土机即使在从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态之后，继续利用复合回转动作时的速度指令限制特性的情况下，当之后回转动作操纵杆26A的操作量有所增加时，也将复合回转动作时的速度指令限制特性切换为单独回转动作时的速度指令限制特性。其结果，第三实施例所涉及的混合式挖土机不仅能防止从复合回转动作状态过渡至单独回转动作状态时，回转速度突然增加，而且还能在之后回转动作操纵杆26A的操作量有所增加时，通过使回转速度超过复合回转动作时限制速度PL而增加至单独回转动作时限制速度SL，从而实现更适合操作者的意愿的回转速度。
[0105]另外，如图5所示，第一实施例?第三实施例在速度转换指令部31限制了复合回转动作时的速度指令，但是也可以在转矩限制部53限制复合回转动作时的转矩电流指令值。如此一来，控制器30能够限制从复合回转动作状态切换为单独回转动作状态时的回转用电动机21的输出(例如，驱动转矩。)。
[0106]以上，对本发明的优选实施例进行了说明，但是本发明不限定于上述实施例，在不脱离本发明的范围内，能够对上述实施例施加各种变形以及置换。
[0107]例如，上述的实施例以适用于具备铲斗6的混合式挖土机的情况为对象，但是也可适用于具备起重磁铁、破碎器、挖掘叉等的混合式工作机械。
[0108]并且，本申请主张基于2011年6月27日申请的日本专利申请2011-142340号的优先权，其日本专利申请的全部内容根据参照援用于本申请中。
[0109]符号说明[0110]1-下部行走体，1A、1B-行走用液压马达，2-回转机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-引擎，12-电动发电机，13-变速器，14-主泵，15-先导泵，16-高圧液压管路，17-控制阀，18-逆变器，19-电容器，20-逆变器，21-回转用电动机，22-分解器，23-机械制动器，24-回转变速器，25-先导管路，26-操作装置，26A-回转动作操纵杆，26B-液压驱动器操作杆，26C-液压驱动器操作踏板，27,28-液压管路，29-压力传感器，30-控制器，31-速度指令转换部，32-驱动控制部，40-回转驱动控制部，50-驱动指令生成部，51-减法器，52-PI控制部，53,54-转矩限制部，55-减法器，56-PI控制部，57-电流转换部，58-回转动作检测部，60-主控制部，61-动作状态检测部，100-升降压转换器，IlO-DC母线，Ill-DC母线电压检测部，112-电容器电压检测部，113-电容器电流检测部，120-蓄电系统。
【权利要求】
1.一种混合式工作机械，其具有: 回转用电动机，其使上部回转体回转； 液压驱动器；以及 控制器，其进行通过该回转用电动机产生的单独回转动作状态以及通过该回转用电动机和该液压驱动器产生的复合回转动作状态下的回转控制，其特征在于， 所述控制器将从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后在单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出限制成，相比该过渡后以外的单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出小的输出。
2.根据权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于， 在从复合回转动作状态过渡后的单独回转动作状态下，所述控制器对所述回转用电动机所产生的转矩进行限制，从而使回转速度的增加缓慢。
3.根据权利要求1所述的混合式工作机械，其特征在于， 所述混合式工作机械具有: 速度指令生成部，其生成与回转动作操纵杆的操作量相应的速度指令；以及 转矩电流指令生成部，其根据所述速度指令和当前的回转速度生成转矩电流指令， 在从复合回转动作状态过渡后的单独回转动作状态下，所述控制器对所述转矩电流指令的增加幅加以过滤，从而使回转速度的增加缓慢。
4.根据权利要求1所述的·混合式工作机械，其特征在于， 在从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态时回转动作操纵杆的操作量不变的情况下，所述控制器将从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后在单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出限制成，相比所述过渡后以外的单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出小的输出。
5.根据权利要求4所述的混合式工作机械，其特征在于， 若从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后，回转动作操纵杆的操作量发生变更，则所述控制器解除所述回转用电动机的输出限制。
6.一种混合式工作机械的控制方法，所述混合式工作机械具有:回转用电动机，其使上部回转体回转；液压驱动器；以及控制器，其进行通过该回转用电动机产生的单独回转动作状态以及通过该回转用电动机和该液压驱动器产生的复合回转动作状态下的回转控制，所述控制方法的特征在于， 所述控制器将从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后在单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出限制成，相比该过渡后以外的单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出小的输出。
7.根据权利要求6所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于， 在从复合回转动作状态过渡后的单独回转动作状态下，所述控制器对所述回转用电动机所产生的转矩进行限制，从而使回转速度的增加缓慢。
8.根据权利要求6所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于， 所述控制器生成与回转动作操纵杆的操作量相应的速度指令，并根据所述速度指令和当前的回转速度生成转矩电流指令，在从复合回转动作状态过渡后的单独回转动作状态下，对所述转矩电流指令的增加幅加以过滤，从而使回转速度的增加缓慢。
9.根据权利要求6所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于， 在从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态时回转动作操纵杆的操作量不变的情况下，所述控制器将从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后在单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出限制成，相比所述过渡后以外的单独回转动作状态下的所述回转用电动机的输出小的输出。
10.根据权利要求9所述的混合式工作机械的控制方法，其特征在于， 若从复合回转动作状态过渡到单独回转动作状态之后，回转动作操纵杆的操作量发生变更，则所述控制器解除所述回转用电动机的输出限制。
【文档编号】H02P29/00GK103547743SQ201280024124
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年6月22日 优先权日:2011年6月27日
【发明者】川岛宏治, 杉山祐太, 曲木秀人, 佐野公则, 白谷龙二 申请人:住友重机械工业株式会社, 住友建机株式会社