混合式施工机械 【技术领域】
本发明涉及一种施工机械， 尤其涉及并用 2 个动力源而有效地进行作业的混合式 施工机械。背景技术
开发并使用有并用内燃机的动力和电动机的动力而有效地动作的混合式作业机 械。作为混合式作业机械， 公知有采用所谓并行方式的驱动形态的作业机械。
在并行方式的驱动形态中， 液压泵、 与起发电机作用和电动机作用的动力机并行 地连接于作为共同的动力源的内燃机 ( 发动机 )。 通过液压泵驱动液压驱动器的同时， 通过 动力机的发电机作用对蓄电装置进行充电。 使动力机通过来自该蓄电装置的电力作为电动 机动作而辅助发动机。 另外， 作为动力机， 有时使用由一台起发电机作用和电动机作用双方 的兼用机 ( 发电机兼电动机 )， 有时并用独立的发电机和电动机。
根据这种混合式作业机械， 能够减轻发动机的负载， 通过在高效率范围内运转发 动机来实现节能。然而， 以往的混合式作业机械具有如下问题。
锂离子蓄电器等蓄电池 ( 二次电池 ) 或电容器 ( 双电荷层电容器 ) 等蓄电装置的 充放电特性依赖于其充电量， 充电量越降低， 最大充电电力越增大， 最大放电电力越减小。 因此， 由于与这种蓄电装置的充电量无关地决定发动机和蓄电装置的功率分配， 所以根据 负载状况成为蓄电装置的充电量过少或过多的状态。其结果， 无法有效地利用蓄电装置的 能力， 并且有时导致蓄电装置的劣化。
为了解决这种问题， 提出了根据蓄电装置的充电量决定发动机和动力机的功率分 配， 并且能够将蓄电装置的充电量保持在适当范围内的作业机械的动力源装置 ( 例如参照 专利文献 1)。在该动力源装置中， 将液压泵和发电机兼电动机并行地连接于作为共同动力 源的发动机， 通过发电机兼电动机的发电机作用对作为蓄电装置的蓄电池充电。 并且， 由蓄 电池的放电力驱动发电机兼电动机而起电动机作用。 而且， 根据驱动器要求功率、 使蓄电池 充电量保持在一定范围内地根据蓄电池充电量所设定的蓄电池的充电功率及放电功率、 以 及设定的发动机功率， 来决定发动机和发电机兼电动机的功率分配。
专利文献 1 ： 日本特开 2005-237178 号公报
在上述的专利文献 1 公开的技术中， 未考虑到施工机械的构成零件所要求的电负 载， 所以无法使能够用电负载产生的再生电力有效地产生。 并且， 使驱动机构的一部分电动 化而通过来自蓄电池的电力驱动时， 未考虑到电动机的输出， 所以存在无法将蓄电池的充 电率 (SOC ： State of Charge) 维持在适当的范围的忧虑。 另外， 未设置发动机的输出限制， 所以存在无法适当控制发动机的负载、 发动机变得过负载并引起熄火而无法连续运转的忧 虑。 发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的， 其目的在于， 提供一种能够在适当的输出范围使用作为动力源的发动机和蓄电池的混合式施工机械。
为了实现上述目的， 根据本发明提供一种混合式施工机械， 具有 ： 液压发生机， 将 发动机的输出转换成液压并供给到液压驱动部 ； 电动发电机， 与该发动机连接， 作为电动机 及发电机双方起作用 ； 蓄电器， 对该电动发电机供给电力而使其作为电动机起作用 ； 电驱 动部， 通过来自该蓄电器的电力驱动， 并且产生再生电力而供给到所述蓄电器 ； 以及控制 部， 控制该电动发电机的动作 ； 该混合式施工机械的特征在于， 该控制部具备 ： 输出条件计 算部， 计算该发动机和该蓄电器的输出条件 ； 和动力分配部， 根据在该输出条件计算部计算 的输出条件决定该电驱动部和该液压驱动部的输出值。
在根据本发明的混合式施工机械中， 该动力分配部也可以基于根据该蓄电器的充 电率决定的蓄电器输出设定值、 根据该发动机的转速决定的发动机输出设定值、 表示该液 压发生机所要求的动力的液压负载要求值、 以及表示该电驱动部所要求的电力的电负载要 求值， 生成并输出用于控制该电动发电机的动作及输出的输出指令。 并且， 该动力分配部也 可以根据根据该发动机及该蓄电器的输出极限值， 来决定使该电驱动部进行动力运行运转 的电力以及通过该电驱动部的再生运转产生的再生电力。并且， 该动力分配部也可以根据 该发动机及该蓄电器的输出极限值来决定供给到该液压驱动部的输出。并且， 对根据该发 动机、 该电驱动部及该蓄电器各自的输出所计算的蓄电池要求极限值与蓄电池目标输出进 行比较， 而决定该蓄电器的输出指令。 并且， 对该蓄电器的输出指令与供给到该电驱动部的 电力或从该电驱动部输出的电力进行比较， 而决定该电动发电机的输出。 发明的效果 ：
根据本发明， 因能够根据输出条件控制电动发电机的动作及输出， 所以能够在适 当的输出范围使用作为动力源的发动机和蓄电器。
附图说明 图 1 是混合式动力铲的侧视图。
图 2 是表示图 1 所示的动力铲的驱动系统的结构的框图。
图 3 是模式化表示图 1 所示的动力铲的动力系统的图。
图 4 是表示将电力 ( 动力 ) 移动的方向性作为输出极性取得的极性的图。
图 5 是用于进行根据本发明的一个实施方式的控制的控制器所包括的控制部的 功能框图。
图 6 是在图 5 所示的驱动控制部中进行的处理的流程图。
图 7 是图 6 所示的步骤 S4 中的处理的流程图。
图 8 是表示电负载输出上限值 Pelcmax 的计算模式的图。
图 9 是表示电负载输出下限值 Pelcmine 的计算模式的图。
图 10 是图 6 所示的步骤 S5 的处理的流程图。
图 11 是表示液压负载输出上限值 Phydmax 的计算模式的图。
图 12 是图 6 所示的步骤 S6 的处理的流程图。
图 13 是表示蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 的计算模式的图。
图 14 是将蓄电池输出 Pbatout 的值在表示蓄电池充电率 (SOC) 和蓄电池输出的 关系的曲线图中进行表示的图。
图 15 是表示蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 的计算模式的图。
图 16 是将蓄电池输出 Pbatout 的值在表示蓄电池充电率 (SOC) 和蓄电池输出的 关系的曲线图中进行表示的图。
图 17 是将蓄电池输出 Pbatout 的值在表示蓄电池充电率 (SOC) 和蓄电池输出的 关系的曲线图中进行表示的图。
图 18 是图 6 所示的步骤 S7 的处理的流程图。
图 19 是表示辅助马达输出指令 Pasmref 的计算模式的图。
符号的说明 ：
1- 下部行走体， 1A、 1B- 行走机构， 2- 回转机构， 3- 上部回转体， 4- 动臂， 5- 斗杆， 6- 铲斗， 7- 动臂油缸， 8- 斗杆油缸， 9- 铲斗油缸， 10- 驾驶室， 11- 发动机， 12- 电动发电机， 13- 减速机， 14- 主泵， 15- 先导泵， 16- 高压液压管路， 17- 控制阀， 18- 变换器， 19- 蓄电池， 20- 变换器， 21- 回转用电动机， 23- 机械制动器， 24- 回转减速机， 25- 先导管路， 26- 操作装 置， 26A、 26B- 手柄， 26C- 踏板， 27- 液压管路， 28- 液压管路， 29- 压力传感器， 30- 控制器， 31- 速度指令转换部， 32- 驱动控制装置， 40- 回转驱动控制装置， 50- 发动机， 52- 辅助马达， 54- 液压负载， 56- 电负载， 58- 蓄电池， 60- 控制部， 60-1 ～ 60-7- 块， 60-8- 块 ( 动力分配 部 )， 60-9- 输出条件计算部。 具体实施方式
接着， 参照附图对本发明的实施方式进行说明。
首先， 作为应用本发明的混合式施工机械的一例， 对混合式动力铲进行说明。
图 1 是混合式动力铲的侧视图。在动力铲的下部行走体 1 上通过回转机构 2 搭载 有上部回转体 3。动臂 4 从上部回转体 3 延伸， 在动臂 4 的前端连接斗杆 5。另外， 在斗杆 5 的前端连接铲斗 6。动臂 4、 斗杆 5 及铲斗 6 分别由动臂油缸 7、 斗杆油缸 8 及铲斗油缸 9 液压驱动。并且， 在上部回转体 3 上搭载驾驶室 10 及动力源 ( 未图示 )。
图 2 是表示图 1 所示的动力铲的驱动系统的结构的框图。在图 2 中， 机械动力系 统用双线表示， 高压液压管路用实线表示， 先导管路用虚线表示， 电驱动及控制系统用点划 线表示。
作为机械式驱动部的发动机 11 和作为辅助驱动部的电动发电机 12 均连接于作为 增力机的减速机 13 的输入轴。在减速机 13 的输出轴上连接有主泵 14 及先导泵 15。在主 泵 14 上通过高压液压管路 16 连接有控制阀 17。
控制阀 17 是控制液压系统的控制装置。在控制阀 17 上通过高压液压管路连接有 下部行走体 1 用的液压马达 1A( 右用 ) 及 1B( 左用 )、 动臂油缸 7、 斗杆油缸 8 及铲斗油缸 9。
在电动发电机 12 上通过变换器 18 连接有作为蓄电器的蓄电池 19。在蓄电池 19 上通过变换器 20 连接有回转用电动机 21。回转用电动机 21 是动力铲中的电负载。在回 转用电动机 21 的旋转轴 21A 上连接分解器 22、 机械制动器 23 及回转减速机 24。在先导泵 15 上通过先导管路 25 连接操作装置 26。在操作装置 26 上通过液压管路 27 及 28 分别连 接控制阀 17 及作为手柄操作检测部的压力传感器 29。 在压力传感器 29 上连接有进行电气 系统的驱动控制的控制器 30。具有以上结构的动力铲是将发动机 11、 电动发电机 12 及回转用电动机 21 作为动 力源的混合型的施工机械。这些动力源搭载于图 1 所示的上部回转体 3 上。以下， 对各部 分进行说明。
发动机 11 例如为由柴油发动机构成的内燃机， 其输出轴连接于减速机 13 的一个 输入轴。发动机 11 在施工机械的运转中常时运转。
电动发电机 12 是可进行动力运行运转及再生运转双方的电动机即可。在此， 作为 电动发电机 12 示出通过变换器 20 进行交流驱动的电动发电机。该电动发电机 12 例如能 够由在转子内部埋入磁铁的 IPM(Interi or Permanent Magnet) 马达构成。 电动发电机 12 的旋转轴连接于减速机 13 的另一个输入轴。
减速机 13 具有 2 个输入轴和 1 个输出轴。在 2 个输入轴分别连接发动机 11 的驱 动轴和电动发电机 12 的驱动轴。并且， 在输出轴上连接主泵 14 的驱动轴。当发动机 11 的 负载较大时， 电动发电机 12 进行动力运行运转， 电动发电机 12 的驱动力经过减速机 13 的 输出轴传递到主泵 14。由此辅助发动机 11 的驱动。另一方面， 当发动机 11 的负载较小时， 发动机 11 的驱动力经过减速机 13 传递到电动发电机 12， 由此电动发电机 12 进行基于再生 运转的发电。电动发电机 12 的动力运行运转和再生运转的切换， 通过控制器 30 根据发动 机 11 的负载等进行。 主泵 14 是产生用于供给到控制阀 17 的液压的液压泵。在主泵 14 产生的液压通 过控制阀 17 被供给用于驱动作为液压负载的液压马达 1A、 1B、 动臂油缸 7、 斗杆油缸 8 及铲 斗油缸 9 的各自。先导泵 15 是产生液压操作系统所需的先导压力的泵。
控制阀 17 是如下的液压控制装置 ： 根据驾驶员的操作输入来控制供给到通过高 压液压管路连接的下部行走体 1 用的液压马达 1A、 1B、 动臂油缸 7、 斗杆油缸 8 及铲斗油缸 9 各自的液压， 由此对它们进行液压驱动控制。
变换器 18 如上述那样设置在电动发电机 12 和蓄电池 19 之间， 根据来自控制器 30 的指令进行电动发电机 12 的运转控制。由此， 当变换器 18 对电动发电机 12 的动力运行进 行运转控制时， 从蓄电池 19 对电动发电机 12 供给所需的电力。并且， 当对电动发电机 12 的再生进行运转控制时， 将通过电动发电机 12 发电的电力充电到蓄电池 19。
作为蓄电器的蓄电池 19 配设在变换器 18 和变换器 20 之间。由此其是如下的电 源： 当电动发电机 12 和回转用电动机 21 中的至少任意一方进行动力运行运转时， 用于供给 动力运行运转所需的电力， 并且当至少任意一方进行再生运转时， 用于将通过再生运转产 生的再生电力作为电能积存。
变换器 20 如上述那样设置在回转用电动机 21 和蓄电池 19 之间， 根据来自控制器 30 的指令对回转用电动机 21 进行运转控制。由此， 当回转用电动机 21 进行动力运行运转 时， 从蓄电池 19 对回转用电动机 21 供给所需的电力。并且， 当回转用电动机 21 进行再生 运转时， 通过回转用电动机 21 发电的电力充电到蓄电池 19。
回转用电动机 21 只要是可进行动力运行运转及再生运转双方的电动机即可， 被 设置用于驱动上部回转体 3 的回转机构 2。在动力运行运转时， 回转用电动机 21 的旋转驱 动力的回转力通过减速机 24 增大， 上部回转体 3 在被加减速控制的同时进行旋转运动。并 且， 通过上部回转体 3 的惯性旋转， 转速由减速机 24 增大而传递到回转用电动机 21， 能够使 再生电力产生。 在此， 作为回转用电动机 21， 示出通过 PWM(Pulse Width Modulation) 控制
信号由变换器 20 交流驱动的电动机。该回转用电动机 21 例如可以由磁铁埋入型 IPM 马达 构成。由此， 能够使其产生更大的感应电动势， 所以能够使在再生时由回转用电动机 21 发 电的电力增大。
另外， 蓄电池 19 的充放电控制根据蓄电池 19 的充电状态、 电动发电机 12 的运转 状态 ( 动力运行运转或再生运转 )、 回转用电动机 21 的运转状态 ( 动力运行运转或再生运 转 )， 通过控制器 30 进行。
分解器 22 是检测回转用电动机 21 的旋转轴 21A 的旋转位置及旋转角度的传感 器。分解器 22 通过与回转用电动机 21 机械地连结来检测回转用电动机 21 的旋转前的旋 转轴 21A 的旋转位置与左旋转或右旋转后的旋转位置之差， 由此检测旋转轴 21A 的旋转角 度及旋转方向。通过检测回转用电动机 21 的旋转轴 21A 的旋转角度而导出回转机构 2 的 旋转角度及旋转方向。
机械制动器 23 为产生机械性制动力的制动装置， 使回转用电动机 21 的旋转轴 21A 机械地停止。该机械制动器 23 通过电磁式开关切换制动或解除。该切换通过控制器 30 进 行。
回转减速机 24 是对回转用电动机 21 的旋转轴 21A 的转速进行减速而机械地传递 到回转机构 2 的减速机。由此， 在进行动力运行运转时， 增力回转用电动机 21 的回转力， 能 够作为更大的回转力传递至回转体。 与此相反， 在进行再生运转时， 增加在回转体产生的转 速， 能够使更多的旋转动作在回转用电动机 21 产生。 回转机构 2 能够在回转用电动机 21 的机械制动器 23 被解除的状态下回转， 由此 上部回转体 3 向左方向或右方向回转。
操作装置 26 是用于动力铲的驾驶员对回转用电动机 21、 下部行走体 1、 动臂 4、 斗 杆 5 及铲斗 6 进行操作的输入装置， 包括手柄 26A、 26B 及踏板 26C。手柄 26A 是用于操作回 转用电动机 21 及斗杆 5 的手柄， 设置在上部回转体 3 的驾驶席附近。手柄 26B 是用于操作 动臂 4 及铲斗 6 的手柄， 设置在驾驶席附近。并且， 踏板 26C 是用于操作下部行走体 1 的一 对踏板， 设置在驾驶席的脚下。
操作装置 26 将通过先导管路 25 供给的液压 (1 次侧液压 ) 转换成根据驾驶员的 操作量的液压 (2 次侧液压 ) 而输出。从操作装置 26 输出的 2 次侧液压通过液压管路 27 供给到控制阀 17， 并且由压力传感器 29 检测。
若操作各手柄 26A、 26B 及踏板 26C， 则通过液压管路 27 驱动控制阀 17， 由此控制 液压马达 1A、 1B、 动臂油缸 7、 斗杆油缸 8 及铲斗油缸 9 内的液压， 从而驱动下部行走体 1、 动 臂 4、 斗杆 5 及铲斗 6。
另外， 液压管路 27 为了操作液压马达 1A 及 1B 而各设置 1 个 ( 即合计 2 个 )， 为了 分别操作动臂油缸 7、 斗杆油缸 8 及铲斗油缸 9 而各设置 2 个 ( 即合计 6 个 )， 所以实际上 全部为 8 个， 但为了方便说明集中表示成 1 个。
在作为手柄操作检测部的压力传感器 29 中， 由压力传感器 29 检测基于手柄 26A 的操作的、 液压管路 28 内的液压变化。压力传感器 29 输出表示液压管路 28 内的液压的电 信号。该电信号输入到控制器 30。由此， 能够确实地掌握手柄 26A 的操作量。并且， 在本实 施方式中， 作为手柄操作检测部使用了压力传感器， 但也可以使用直接以电信号读取手柄 26A 的操作量的传感器。
控制器 30 是进行动力铲的驱动控制的控制装置， 包括速度指令转换部 31、 驱动控 制装置 32 及回转驱动控制装置 40。控制器 30 由包括 CPU(Central Processing Unit) 及 内部存储器的运算处理装置构成。 速度指令转换部 31、 驱动控制装置 32 及回转驱动控制装 置 40， 通过控制器 30 的 CPU 执行容纳在内部存储器的驱动控制用程序来实现。
速度指令转换部 31 是将从压力传感器 29 输入的信号转换成速度指令的运算处理 部。 由此， 手柄 26A 的操作量转换成用于使回转用电动机 21 旋转驱动的速度指令 (rad/s)。 该速度指令输入到驱动控制装置 32 及回转驱动控制装置 40。
接着， 以上述动力铲的驱动控制为例， 对基于本发明的一个实施方式的混合式施 工机械的驱动控制进行说明。
图 3 是模式化表示上述的动力铲的动力系统的图。在图 3 的模式图中， 发动机 50 相当于上述发动机 11， 辅助马达 52 相当于具有电动机及发电机双方的功能的电动发电机 12。液压负载 54 相当于通过液压来驱动的构成部件， 包括上述动臂油缸 7、 斗杆油缸 8、 铲 斗油缸 9、 液压马达 1A、 1B。但是， 在作为用于使液压产生的负载考虑时， 液压负载 54 相当 于作为使液压产生的液压泵的主泵 14。电负载 56 相当于如电动马达或电动驱动器等那样 的由电力驱动的构成部件， 包括上述回转用电动机 21。蓄电池 58 是蓄电器， 相当于上述的 蓄电池 19。在本实施方式中， 作为蓄电池 58 使用电容器 ( 双电荷层电容器 )。 对液压负载 54 供给在产生液压的液压泵 ( 上述的主泵 14) 中产生的液压。发动 机 50 对该液压泵供给动力来进行驱动。即， 发动机 50 产生的动力通过液压泵转换成液压 而供给到液压负载 54。
另一方面， 在液压泵上还连接有辅助马达 52， 能够将在辅助马达 52 产生的动力供 给到液压泵而进行驱动。即， 供给到辅助马达 52 的电力通过辅助马达 52 转换成动力， 该动 力通过液压马达转换成液压而供给到液压负载 54。此时， 辅助马达作为电动机动作。
电负载 56 被从蓄电池 58 供给电力并被驱动。将电负载 56 被驱动的情况称为动 力运行运转。电负载 56 例如能够如电动机兼发电机那样产生再生电力， 所以产生的再生电 力成为供给到蓄电池 58 而积存或供给到辅助马达 52 而驱动辅助马达 52 的电力。
蓄电池 58 如上述那样通过来自电负载 56 的再生电力进行充电。并且， 当辅助马 达 52 接受来自发动机 50 的动力而作为发电机起作用时， 也可以将辅助马达 52 产生的电力 供给到蓄电池 58 进行充电。辅助马达 52 产生的电力也可以直接供给到电负载 56 而驱动 电负载 56。
在如以上那样的结构中， 若观察与电力关联的部分， 则可知在电力 ( 动力 ) 的移动 中存在方向性。若将该方向性作为输出极性来取得， 则成为如图 4 所示的极性。
若关于辅助马达 52 进行观察， 则当辅助发动机 50 而产生液压并将动力供给到液 压负载 54 时， 将电力作为动力输出。将此时的辅助马达 52 的输出极性设为 (+)。另一方 面， 当由发动机 50 的驱动力驱动辅助马达 52 而进行发电时， 对辅助马达 52 输入动力。因 此， 此时的辅助马达 52 的输出极性成为 (-)。
若关于蓄电池 58 进行观察， 则当进行放电而驱动电负载 56 或辅助马达 52 时， 将 输出极性设成 (+)。 另一方面， 有时从电负载 56 供给再生电力或基于辅助马达 52 的发电的 电力而进行充电。此时的蓄电池 58 的输出极性成为 (-)。
若关于电负载 56 进行观察， 则将供给电力而被驱动时， 即进行动力运行运转时的
输出极性设为 (+)， 则产生再生电力时的输出极性成为 (-)。
如以上那样， 在混合式动力铲中， 需要考虑作为与电力关联的构成部件的、 辅助马 达 52 及电负载 56 的运转状态及蓄电池 58 的充电状态来适当调整它们的输出极性， 由此决 定运转条件。尤其重要的是， 调整辅助马达 52 的输出极性的同时， 控制向液压负载 54 的输 出和向电负载 56 的输出的分配， 以使蓄电池 58 成为常时被适当地充电的状态。
在此， 关于控制的输入成为以下 4 个变数。
1) 发动机实际转速 Nact
发动机实际转速 Nact 是表示发动机 50 的实际的转速的变数。发动机 50 在动力 铲的运转时始终被驱动着， 发动机实际转速 Nact 被检测。
2) 液压负载要求输出 Phydreq
液压负载要求输出 Phydreq 是表示液压负载 54 所需的动力的变数， 例如相当于驾 驶员操作动力铲时的操作手柄的操作量。
3) 电负载要求输出 Pelcreq
电负载要求输出 Pelcreq 是表示电负载 56 所需的电力的变数， 例如相当于驾驶员 操作动力铲时的操作手柄的操作量。
4) 蓄电池电压 Vact
蓄电池电压 Vact 是表示蓄电池 58 的输出电压的变数。在本实施方式中， 作为蓄 电池使用电容蓄电器。电容器的充电量与电容器的端子间电压的平方成正比例， 因此通过 检测输出电压， 能够得知蓄电池 58 的充电状态 ( 即充电率 SOC)。
根据以上 4 个变数来控制以下的输出而实现最佳的运转条件。
1) 液压负载实际输出 Phydout
是相对于液压负载要求输出 Phydreq， 实际对液压负载 54 供给的动力。若相对于 液压负载要求输出 Phydreq 始终供给所要求的动力， 则不能满足同时被驱动的电负载 56 的 要求， 或无法将蓄电池 58 的充电率 SOC 维持在适当的范围内。因此， 有时必须将实际供给 到液压负载 54 的动力限制在某种程度。
2) 电负载实际输出 Pelcout
是相对于电负载要求输出 Pelcreq， 实际对电负载 54 供给的电力。若相对于电负 载要求输出 Pelcreq 始终供给所要求的电力， 则不能满足同时被驱动的液压负载 54 的要 求， 或无法将蓄电池 58 的充电率 SOC 维持在适当的范围内。因此， 有时必须将实际供给到 电负载 56 的电力控制在某种程度。
3) 辅助马达输出指令 Pasmref
是指示辅助马达 52 的输出的值。通过辅助马达输出指令 Pasmref 指示辅助马达 52 作为电动机起作用而辅助发动机 50 并对液压负载 54 供给动力、 或者辅助马达 52 作为发 电机起作用而对电负载 56 供给电力或对电蓄电池 58 充电。
因此， 在本实施方式中， 控制器 30 所包含的驱动控制装置 32， 根据发动机实际转 速 Nact、 液压负要求输出 Phydreq、 电负载要求输出 Pelcreq 及蓄电池电压 Vact 来控制液 压负载实际输出 Phydout、 电负载实际输出 Pelcout 及辅助马达输出指令 Pasmref。以下为 了方便说明将驱动控制装置 32 称为控制部 60。
图 5 是用于进行上述控制的控制器 30 所包含的控制部 60 的功能框图。参照图 5对控制部 60 的控制功能的概要进行说明。
控制部 60 具备输出条件计算部 60-9 和动力分配部 60-8。输出条件计算部 60-9 由块 60-1 ～ 60-7 构成， 计算发动机 50 和蓄电池 58 的输出条件即上下限值。
首先， 输入到控制部 60 的输出条件计算部 60-9 的发动机实际转速 Nact 被输入到 块 60-1。块 60-1 决定所输入的发动机实际转速 Nact 中的输出的上限值 Pengmax 和下限值 Pengmin， 并输入到作为动力分配部的块 60-8。如图 5 所示， 块 60-1 具有在发动机 50 的转 速和输出的关系中表示上限值和下限值的映像或换算表， 参照该映像或换算表来决定所输 入的发动机实际转速 Nact 中的输出的上限值 Pengmax 和下限值 Pengmin。 预先制作映像或 换算表而存储在控制器 30 的存储器中。另外， 也可以不使用映像或换算表， 而将发动机实 际转速 Nact 代入表示上限值和下限值的公式中， 求出上限值 Pengmax 和下限值 Pengmin。
输入到控制部 60 的液压负载要求输出 Phydreq 及电负载要求输出 Pelcreq 输入 到作为动力分配部的块 60-8。
输入到控制部 60 的输出条件计算部 60-9 的蓄电池电压 Vact 被输入到块 60-2。 在块 60-2 中， 根据所输入的蓄电池电压 Vact 来求出蓄电池 58 的目前的充电率 SOCact。求 出的目前的充电率 SOCact 被输出到块 60-3、 60-4 及 60-7。在本实施方式中， 作为蓄电池 58 使用电容器， 所以根据计量的蓄电池电压 ( 电容器的端子间电压 ) 能够容易地通过运算 求出充电率 SOC。 块 60-3 根据所输入的目前的充电率 SOCact 和预定的最大放电电流 ( 一定的电 流 )， 求出目前能够放电的放电电力的最大值 ( 蓄电池输出上限值 Pbatmax11) 及目前能够 充电的充电电力的最大值 ( 蓄电池输出下限值 Pbatmin11)。如图 5 所示， 在块 60-3 中存储 有相对于充电率 SOC 表示在该充电率下在一定电流的基础上能够进行充放电的最大充电 电力 [kW] 及最大放电电力 [kW] 的映像或换算表。
即， 块 60-3 所示的映像表示在某一充电率 SOC 下在流过由转换器或电容器的能力 限制的充放电最大电流时所决定的电力 ( 充放电最大电流 × 电容器电压 )。充电率 SOC 与 充放电电压 ( 电容器电压 ) 的平方成正比例， 所以块 60-3 内所示的最大充电电力及最大放 电电力描绘出抛物线。
这样， 块 60-3 参照该映像或换算表， 在目前的充电率 SOCact 下以一定的电流为 基础求出允许的最大充电电力 ( 蓄电池输出上限值 Pbatmax11) 及最大放电电力 ( 蓄电池 输出下限值 Pbatmin11)。求出的最大放电电力 ( 蓄电池输出上限值 Pbatmax11) 输出到块 60-5， 求出的最大充电电力 ( 蓄电池输出下限值 Pbatmin11) 输出到块 60-6。
块 60-4 根据所输入的目前的充电率 SOCact 和预定的 SOC 下限值及 SOC 上限值， 求出目前能够放电的放电电力的最大值 ( 蓄电池输出上限值 Pbatmax12) 及目前能够充电 的充电电力的最大值 ( 蓄电池输出下限值 Pbatmin12)。如图 5 所示， 在块 60-4 中存储有相 对于充电率 SOC 表示用于不成为 SOC 下限值以下且不成为 SOC 上限值以上的最大放电电力 [kW] 及最大充电电力 [kW] 的映像或换算表。
即， 块 60-4 所示的映像表示某一充电率 SOC 下的适当的充放电电力。 块 60-4 所示 的映像中， 下限值是为了使充电率不成为零而使其具有余量地设定的充电率 SOC。 若充电率 SOC 减少到成为零或接近零的值， 则会在有放电要求时无法立刻放电， 所以优选预先维持在 被充电某种程度的状态。因此， 对充电率 SOC 设置下限值 ( 例如 30％ ) 并进行控制以便在
下限值以下的充电率 SOC 时无法放电。因此， 最大放电电力 ( 能够放电的最大电力 ) 在充 电率 SOC 的下限值时为零 ( 即不使其放电 )， 随着充电率 SCO 变大而能够放电的电力产生余 量， 所以增大最大放电电力。在块 60-4 所示的映像中， 虽然最大放电电力从充电率 SOC 的 上限值开始直线地增加， 但不限于直线性的增加， 也可以设定成使其描绘出抛物线地增加， 也可以以任意的图案增加。
另一方面， 在充电率 SOC 为 100％时， 例如从电负载产生再生电力时， 无法由蓄电 器立刻吸收再生电力， 所以以充电率 SOC 不成为 100％的方式设置上限值 ( 例如 90％ )， 并 进行控制以便在上限值以上的充电率 SOC 时无法充电。因此， 最大充电电力 ( 能够充电的 最大电力 ) 在充电率 SOC 的上限值时为零 ( 即不使其充电 )， 随着充电率 SCO 变小而能够充 电的电力产生余量， 所以增大最大充电电力。在块 60-4 所示的映像中， 虽然最大充电电力 从充电率 SOC 的上限值开始直线地增加， 但不限于直线性的增加， 也可以设定成使其描绘 出抛物线地增加， 也可以以任意的图案增加。
这样， 块 60-4 参照该映像或换算表求出在目前的充电率 SOCact 下允许的最大放 电电力 ( 蓄电池输出上限值 Pbtmax12) 及最大充电电力 ( 蓄电池输出下限值 Pbatmin12)。 求出的最大放电电力 ( 蓄电池输出上限值 Pbatmax12) 输出到块 60-5， 求出的最大充电电力 ( 蓄电池输出下限值 Pbatmin12) 输出到块 60-6。 块 60-5 将从块 60-3 供给的蓄电池输出上限值 Pbatmax11 和从块 60-4 供给的蓄 电池输出上限值 Pbatmax12 中较小的一方作为蓄电池输出上限值 Pbatmax1， 并输出到作为 动力分配部的块 60-8。在此， 块 60-5 起到最小值选择器的作用。
另一方面， 块 60-6 将从块 60-3 供给的蓄电池输出下限值 Pbatmin11 和从块 60-4 供给的蓄电池输出下限值 Pbatmin12 中较大的一方作为蓄电池输出下限值 Pbatmin1， 并输 出到作为动力分配部的块 60-8。 在此， 蓄电池输出值为负的情况表示充电， 所以蓄电池输出 下限值较大的情况是指负的值较小的一方、 即接近零的一方的值。 由此， 能够确实地保护不 会超过蓄电池 19 的输出能力地进行过度的充放电。在此， 块 60-6 起到最大值选择器的作 用。
这样， 求出与目前的蓄电池 58 的充电状态相对应的能够充放电的最大电力。
块 60-7 根据所输入的目前的充电率 SOCact 和预定的 SOC 目标值， 求出用于使充 电率 SOC 接近目标值的蓄电池输出目标值 Pbattgt。如图 5 所示， 在块 60-7 中存储有相对 于充电率表示在该充电率下接近 SOC 目标值的蓄电池输出目标值 Pbattgt 的映像或换算 表。块 60-7 通过参照该映像或换算表， 为了使充电率 SOC 成为最佳的目标值， 能够求出表 示应该充电多少的充电电力或表示应该放电多少的放电电力。
块 60-7 参照的映像中的纵轴的输出将不进行充电和放电时设为零， 充电侧为负， 放电侧为正。在图 5 所示的例子中， 是目前的充电率 SOCact 小于目标值的状态， 应该对蓄 电池 58 进行充电， 并示出充电电力的目标值、 即蓄电池输出目标值 Pbattgt。 蓄电池输出目 标值 Pbattgt 为正值时表示目标放电电力， 为负值时表示目标充电电力。在块 60-7 求出的 蓄电池输出目标值 Pbattgt 输出到作为动力分配部的块 60-8。
如以上那样， 向作为动力分配部的块 60-8 输入作为发动机输出极限值的发动机 输出上限值 Pengmax、 发动机输出下限值 Pengmin、 蓄电池输出上限值 Pbatmax1、 作为蓄电 池输出极限值的蓄电池输出下限值 Pbatmin1 及蓄电池输出目标值 Pbattgt。块 60-8 根据
所输入的这些值决定液压负载实际输出 Phydout、 电负载实际输出 Pelcout 及辅助马达输 出指令 Pasmref， 并输出到控制器 30 的各部分。
因此， 控制器 30 根据液压负载实际输出 Phydout 控制供给到液压负载 54 的液 压， 根据电负载实际输出 Pelcout 控制供给到电负载 56 的电力， 根据辅助马达输出指令 Pasmref 控制辅助马达 52 对发动机 50 的辅助量或基于辅助马达 52 的发电量。
在此， 对在控制部 60 中决定液压负载实际输出 Phydout、 电负载实际输出 Pelcout 及辅助马达输出指令 Pasmref 的处理进行说明。图 6 是在控制部 60 中进行的处理的流程 图。
在步骤 S1 中， 利用映像或换算表并根据表示发动机 50 目前的转速的发动机实 际转速 Nact， 来决定目前的发动机 50 的发动机输出上限值 Pengmax 及发动机输出上限值 Pengmin。该处理通过块 60-1 进行。此时， 若将发动机输出上限值 Pengmax 及发动机输出 上限值 Pengmin， 在映像或换算表中设定在发动机 50 的燃料消耗率良好的范围内， 则能够 获得发动机 50 的节能效果。
接 着， 在 步 骤 S2 中， 根 据 目 前 的 蓄 电 池 电 压 Vact 来 决 定 蓄 电 池 输 出 上 限 值 Pbatmax1 及蓄电池输出下限值 Pbatmin1。该处理通过块 60-2 ～ 60-6 进行。 首先， 块 60-2 根据目前的蓄电池电压 Vact 通过运算求出目前的充电率 SOCact。 接着， 块 60-3 利用映像或换算表根据目前的充电率 SOCact， 决定将充电电流及放电电流设 为最大值并成为一定时的蓄电池输出上限值 Pbatmax11 及蓄电池输出下限值 Pbatmin11。 同时， 块 60-4 利用映像或换算表根据目前的充电率 SOCact， 决定不成为 SOC 下限值以下且 不成为 SOC 上限值以上的蓄电池输出上限值 Pbatmax12 及蓄电池输出下限值 Pbatmin12。 接着， 块 60-5 将蓄电池输出上限值 Pbatmax11 和蓄电池输出上限值 Pbatmax12 中值较小 的一方决定为蓄电池输出上限值 Pbatmax1。在此， 蓄电池输出上限值 Pbatmax1 表示最大 放电电力， 蓄电池输出下限值 Pbatmin1 表示最大充电电力。并且， 块 60-6 将蓄电池输出下 限值 Pbatmin11 和蓄电池输出下限值 Pbatmin12 中较大的一方决定为蓄电池输出下限值 Pbatmin1。
如以上那样， 在步骤 S2 中， 如果决定了蓄电池输出上限值 Pbatmax1 及蓄电池输出 下限值 Pbatmin1， 则接着在步骤 S3 中， 根据目前的充电率 SOCact 决定蓄电池输出目标值 Pbattgt。该处理通过块 60-7 进行。
接着， 在步骤 S4 中， 根据发动机 50 及蓄电池 58 的要求输出的极限值决定电负载 实际输出 Pelcout。步骤 S4 中的处理在作为动力分配部的块 60-8 中进行。关于该处理将 后述。接着， 在步骤 S5 中， 根据发动机 50 及蓄电池 58 的要求输出的极限值决定液压负载 实际输出 Phydout。步骤 S5 中的处理在作为动力分配部的块 60-8 中进行。关于该处理将 后述。
接着， 在步骤 S6 中， 根据发动机 50、 电负载 56 及蓄电池 58 的计算出的输出来决定 蓄电池输出 Pbatout。蓄电池输出 Pbatout 为向蓄电池 58 的充放电电力。步骤 S6 中的处 理在作为动力分配部的块 60-8 中进行。关于该处理将后述。
接着， 在步骤 S7 中， 基于电负载实际输出 Pelcout 和蓄电池输出 Pbatout 的比较， 来决定辅助马达输出指令 Pasmref。 步骤 S6 中的处理在作为动力分配部的块 60-8 中进行。 关于该处理将后述。
若步骤 S7 的处理结束， 则控制部 60 中的处理结束。通过以上的在控制部 60 中 的处理， 决定液压负载实际输出 Phydout、 电负载实际输出 Pelcout 及辅助马达输出指令 Pasmref。
在此， 对上述步骤 S4 中的处理进行详细说明。图 7 是步骤 S4 中的处理的流程图。
首先， 在步骤 S4-1 中， 计算能够供给到电负载 56 的最大电力、 即电负载输出上限 值 Pelcmax。即， 电负载输出上限值 Pelcmax 是在电负载 56 的动力运行运转时能够供给的 最大电力， 动力运行运转时的电力被设定为正值。在此， 液压负载 54 不作为对于电负载 56 的驱动力源起作用， 所以液压负载输出要求 Phydreq 不被考虑而成为 0， 所以电负载输出上 限值 Pelcmax 是发动机输出上限值 Pengmax 和蓄电池输出上限值 Pbatmax1 之和。即， 能够 供给到电负载 56 的最大电力是通过发动机 50 的最大输出而获得的基于辅助马达 52 的发 电量和蓄电池的最大放电电力之和。图 8 是表示上述电负载输出上限值 Pelcmax 的计算模 式的图。
接 着， 在 步 骤 S4-2 中， 比 较 电 负 载 要 求 输 出 Pelcreq 和 电 负 载 输 出 上 限 值 Pelcmax， 判定电负载要求输出 Pelcreq 是否为电负载输出上限值 Pelcmax 以下。
当在步骤 S4-2 中判定为电负载要求输出 Pelcreq 大于电负载输出上限值 Pelcmax 时 ( 步骤 S4-2 的否 )， 处理就进入步骤 S4-3。在步骤 S4-3 中， 将电负载实际输出 Pelcout 的值设成等于电负载输出上限值 Pelcmax 的值， 之后结束处理。即， 在电负载 56 要求的电 力大于由辅助马达 52 和蓄电池 58 能够供给的电力的最大值时， 仅将由辅助马达 52 和蓄电 池 58 能够供给的最大电力供给到电负载 56， 对供给到电负载的电力设置上限。
另一方面， 当在步骤 S4-2 中判定为电负载要求输出 Pelcreq 为电负载输出上限 值 Pelcmax 以下时 ( 步骤 S4-2 的是 )， 处理进入步骤 S4-4。在步骤 S4-4 中， 计算出电负载 56 的再生运转时的最大电力。在此， 电负载 56 将再生运转时的电力设为负值， 所以再生运 转时的最大电力作为电负载输出下限值 Pelcmin 计算。电负载输出下限值 Pelcmin 如下求 出： 从发动机输出下限值 Pengmin 减去液压负载输出要求 Phydreq， 且加上蓄电池输出下限 值 Pbatmin1。图 9 是表示上述电负载输出下限值 Pelcmin 的计算模式的图。
接 着， 在 步 骤 S4-5 中， 比 较 电 负 载 要 求 输 出 Pelcreq 和 电 负 载 输 出 下 限 值 Pelcmin， 判定电负载要求输出 Pelcreq 是否为电负载输出下限值 Pelcmin 以上。
当在步骤 S4-5 中判定为电负载要求输出 Pelcreq 小于电负载输出下限值 Pelcmin 时 ( 步骤 S4-5 的否 )， 处理进入步骤 S4-6。在步骤 S4-6 中， 将电负载实际输出 Pelcout 的 值设成等于电负载输出下限值 Pelcmin 的值， 之后结束处理。即， 当电负载 56 再生的电力 大于由辅助马达 52 能够消耗的最大电力和能够积存在蓄电池 58 中的最大电力之和时， 设 置上限以便电负载 56 再生的电力不会大于由辅助马达 52 能够消耗的最大电力与能够积存 在蓄电池 58 中的最大电力之和。
另一方面， 当在步骤 S4-5 中判定为电负载要求输出 Pelcreq 为电负载输出下限值 Pelcmin 以上时 ( 步骤 S4-5 的是 )， 处理进入步骤 S4-7。在步骤 S4-7 中， 将电负载实际输 出 Pelcout 的值设成等于电负载要求 Pelcreq 的值， 之后结束处理。即， 当电负载 56 再生 的电力为由辅助马达 52 能够消耗的最大电力和能够积存在蓄电池 58 中的最大电力之和 以下时， 设定为直接输出电负载 56 再生的电力。这样， 通过在电负载实际输出 Pelcout 的 值的计算中考虑发动机输出上下限值 Pengmax、 Pengmin 及蓄电池输出上下限值 Pbatmax、pbatmin， 由此能够稳定地控制电负载 56。
接着， 详细说明上述步骤 S5 的处理。图 10 是步骤 S5 的处理的流程图。
首先， 在步骤 S5-1 中， 计算能够供给到液压负载 54 的最大动力即液压负载输出上 限值 Phydmax。 液压负载输出上限值 Phydmax 如下计算出 ： 对发动机输出上限值 Pengmax 加 上蓄电池输出上限值 Pbatmax， 且减去电负载实际输出 Pelcout。另外， 图 11 是表示液压负 载输出上限值 Phydmax 的计算模式的图。在此， 在电负载实际输出 Pelcout 中存在极性， 与 电负载输出上下限值 Pelecmax、 Pelecmin 相同， 取正和负的值。电负载实际输出 Pelcout 为正值时， 意味着在电负载 56 的动力运行运转时供给电力的情况， 能够供给到液压负载 54 的动力是减去了供给到电负载 56 的电力的动力。另一方面， 电负载实际输出 Pelcout 为负 值时， 意味着在电负载 56 的再生运转时供给再生电力的情况， 能够供给到液压负载 54 的动 力是加上了来自电负载 56 的再生电力的动力。由于减去电负载实际输出 Pelcout 的负值， 所以自动地负负为正， 再生电力被加算。
接着， 在步骤 S5-2 中， 比较液压负载要求输出 Phydreq 和液压负载输出上限值 Phydmax， 判定液压负载要求输出 Phydreq 是否为液压负载输出上限值 Phydmax 以下。
当在步骤 S5-2 中判定为液压负载要求输出 Phydreq 不是液压负载输出上限值 Phydmax 以下、 即液压负载要求输出 Phydreq 大于液压负载输出上限值 Phydmax 时 ( 步骤 S5-2 的否 )， 处理进入步骤 S5-3。在步骤 S5-3 中， 将液压负载实际输出 Phydout 的值设成 等于液压负载输出上限值 Phydmax， 之后结束处理。 即， 当液压负载 54 要求的动力大于能够 从发动机 50 输出的最大动力与能够从辅助马达 52 输出的最大动力之和时， 设置上限以将 供给到液压负载 54 的动力设为能够从发动机 50 输出的最大动力和能够从辅助马达 52 输 出的最大动力之和为止。
另一方面， 当在步骤 S5-2 中判定为液压负载要求输出 Phydreq 为液压负载输出上 限值 Phydmax 以下时 ( 步骤 S5-2 的是 )， 处理进入步骤 S5-4。在步骤 S5-4 中， 将液压负 载输出 Phydout 的值设成等于液压负载要求输出 Phydreq 的值， 之后结束处理。即， 当液 压负载 54 要求的动力为能够从发动机 50 输出的最大动力与能够从辅助马达 52 输出的最 大动力之和时， 设定为直接供给液压负载 54 要求的动力。这样， 通过在液压负载实际输出 Phydout 的值的计算中考虑发动机输出上限值 Pengmax 及蓄电池输出上限值 Pbatmax1， 由 此能够稳定地控制液压负载 54。
接着， 对上述步骤 S6 的处理进行详细说明。图 12 是步骤 S6 的处理的流程图。在 此， 蓄电池输出上限值 Pbatmax2 表示最大放电电力， 蓄电池输出下限值 Pbatmin2 表示最大 充电电力。
首先， 在步骤 S6-1 中， 在如上述那样决定的向电负载 56 的输出和向液压负载 54 的输出的状态下， 计算蓄电池 58 能够放电的电力即蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2。 蓄电 池控制输出上限值 Pbatmax2 是从电负载实际输出 Pelcout 与液压负载输出 Phydout 之和 减去发动机输出下限值 Pengmin 而计算出的。 图 13 是表示蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 的计算模式的图。蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 成为由电负载 56 能够消耗的电力与由 辅助马达 52 辅助液压系统而能够消耗的电力之和。
接着， 在步骤 S6-2 中， 比较在步骤 S2 中决定的蓄电池输出上限值 Pbatmax1 和蓄 电池控制输出上限值 Pbatmax2， 判定蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 是否为蓄电池输出上限值 Pbatmax1 以上。
当在步骤 S6-2 中判定为蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 为蓄电池输出上限值 Pbatmax1 以上时 ( 步骤 S6-2 的是 )， 处理进入步骤 S6-3。在步骤 S6-3 中， 将蓄电池输出上 限值 Pbatmax 的值设成等于蓄电池输出上限值 Pbatmax1 的值。之后， 处理进入步骤 S6-5。
另一方面， 当在步骤 S6-2 中判定为蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 不为蓄电池 输出上限值 Pbatmax1 以上、 即蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 小于蓄电池输出上限值 Pbatmax1 时 ( 步骤 S6-2 的否 )， 处理进入步骤 S6-4。在步骤 S6-4 中， 将蓄电池输出上限值 Pbatmax 的值设成等于蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 的值。 之后， 处理就进入步骤 S6-5。
在步骤 S6-5 中， 比较蓄电池目标输出 Pbattgt 和蓄电池输出上限值 Pbatmax， 判定 蓄电池目标输出 Pbattgt 是否为蓄电池输出上限值 Pbatmax 以下。
当在步骤 S6-5 中判定为蓄电池目标输出 Pbattgt 不为蓄电池输出上限值 Pbatmax 以下、 即蓄电池目标输出 Ptattgt 大于蓄电池输出上限值 Pbatmax 时 ( 步骤 S6-5 的否 )， 处 理就进入步骤 S6-6。 在步骤 S6-6 中， 将蓄电池输出 Pbatout 的值设成等于蓄电池输出上限 值 Pbatmax 的值， 之后结束处理。
这样， 根据电负载实际输出 Pelcout 和液压负载实际输出 Phydout 求出蓄电池输 出上下限值 Pbatmax2、 Pbatmin2。由此， 能够求出与实际的负载要求相对应的蓄电池 58 的 输出 ( 充放电电力 ) 的最大值， 所以能够对应于实际的作业状况来进行蓄电池 58 的充放 电。 并且， 对根据电负载实际输出 Pelcout 和液压负载实际输出 Phydout 求出的蓄电 池输出上下限值、 与对应于目前的蓄电池 58 的充电状态的能够充放电的最大电力进行对 比， 求出蓄电池要求极限值。由此， 能够防止对蓄电池 58 施加过大的负载。
而且， 对比蓄电池要求极限值和蓄电池目标输出， 当蓄电池目标输出在蓄电池要 求极限值的范围外时， 进行蓄电池目标输出的校正， 以使蓄电池 58 的蓄电池输出 Pbatout 进入蓄电池要求极限值的范围内。由此， 能够更确实地防止对蓄电池 58 施加过大的负载。
图 14 是将通过步骤 S6-6 的处理决定的蓄电池输出 Pbatout 的值在表示蓄电池 充电率 (SOC) 和蓄电池输出的关系的曲线图中进行表示的图。在图 14 的曲线图中示出由 图 5 所示的块 60-5 决定的蓄电池输出上限值 Pbatmax1。蓄电池输出上限值 Pbatmax1 是 蓄电池输出上限值 Pbatmax11 和蓄电池输出上限值 Pbatmax12 的值中较小的值， 相当于图 中双点划线所画出的部分。并且， 在图 14 的曲线图中还示出由图 5 所示的块 60-6 决定的 Pbatmin1。蓄电池输出下限值 Pbatmin1 是蓄电池输出下限值 Pbatmin11 和蓄电池输出下 限值 Pbatmin12 的值中较大的值 ( 接近于零的值 )， 相当于图中双点划线所画出的部分。
实际的蓄电池输出 Pbatout 被决定为， 在表示放电的正侧进入比用双点划线表示 的 Pbatmax1 更靠下侧的区域。另一方面， 实际的蓄电池输出 Pbatout 被决定为， 在表示充 电的负侧进入比用双点划线表示的 Pbatmin1 更靠上侧的区域。
并且， 在图 14 所示的曲线图中还示出在块 60-7 中参照的蓄电池输出目标值 Pbattgt。在本实施方式中， 除了作为蓄电池 58 能够放电的最大值而设定的蓄电池输出上 限值 Pbatmxa1 和作为蓄电池 58 能够充电的最大值而设定的蓄电池下限值 Pbatmin1 以外， 还考虑到蓄电池 58 的目前的充电率 SOCact， 将蓄电池 58 的实际的放电电力或充电电力决 定为蓄电池输出 Pbatout。
在步骤 S6-6 的处理中， 如图 14 所示， 由于蓄电池 58 的目前的充电率 SOCact 的 蓄电池目标输出 Pbattgt 超过蓄电池输出控制上限值 Pbatmax， 所以目标放电电力超过放 电电力的上限值。此时， 不应该将蓄电池目标输出 Pbattgt 设定为蓄电池输出 Pbatout。 因此， 实际的蓄电池输出 Pbatout 被设定为蓄电池输出控制上限值 Pbatmax。在此， 在上 述步骤 S6-2 及步骤 S6-4 中， 由于蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 小于蓄电池输出上限 值 Pbatmax1， 所以蓄电池输出上限值 Pbatmax 的值被设定成等于蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 的值。 因此， 在图 14 所示的例子的情况下， 最终蓄电池输出上限值 Pbatmax 的值、 即蓄电池控制输出上限值 Pbatmax2 的值被设定为实际的蓄电池输出 Pbatout。即， 根据发 动机 50、 电负载 56 及蓄电池 58 各自的输出来计算出蓄电池要求极限值。 而且， 蓄电池目标 输出 Pbattgt 与计算出的蓄电池要求极限值进行比较， 在图 14 所示的情况下， 置换为蓄电 池供给极限值。此时， 为了不超过蓄电池 58 的输出能力， 通过将 SOC 和与其对应的蓄电池 58 的极限值进行比较， 能够防止计算出超过蓄电池 58 的能力的目标值。
另一方面， 当在步骤 S6-5 中判定为蓄电池目标输出 Pbattgt 为蓄电池输出上限值 Pbatmax 以下时 ( 步骤 S6-5 的是 )， 处理就进入步骤 S6-7。在步骤 S6-7 中， 在如上述那样 决定的向电负载 56 的输出和向液压负载 54 的输出的状态下， 计算蓄电池 58 能够充电的电 力即蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2。蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 是从电负载实际 输出 Pelcout 与液压负载输出 Phydout 之和减去发动机输出上限值 Pengmax 而计算出的。 图 15 是表示蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 的计算模式的图。蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 为电负载 56 的再生电力与由辅助马达 52 发电的电力之和。
接着， 在步骤 S6-8 中， 比较蓄电池输出下限值 Pbatmin1 和蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2， 判定蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 是否为蓄电池输出下限值 Pbatmin1 以下。
当在步骤 S6-8 中判定为蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 为蓄电池输出下限值 Pbatmin1 以下时 ( 步骤 S6-8 的是 )， 处理就进入步骤 S6-9。在步骤 S6-9 中， 将蓄电池输 出下限值 Pbatmin 的值设成等于蓄电池输出下限值 Pbatmin1 的值。之后， 处理就进入步骤 S6-11。
另一方面， 当在步骤 S6-8 中判定为蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 不为蓄电池 输出下限值 Pbatmin1 以下、 即蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 大于蓄电池输出下限值 Pbatmin1 时 ( 步骤 S6-8 的否 )， 处理就进入步骤 S6-10。在步骤 S6-10 中， 将蓄电池输出下 限值 Pbatmin 的值设成等于蓄电池控制输出下限值 Pbatamin2 的值。之后， 处理就进入步 骤 S6-11。
接 着， 在 步 骤 S6-11 中， 比 较 蓄 电 池 目 标 输 出 Pbattgt 和 蓄 电 池 输 出 下 限 值 Pbatmin， 判定蓄电池目标输出 Pbattgt 是否为蓄电池输出下限值 Pbatmin 以上。
当在步骤 S6-11 中判定为蓄电池目标输出 Pbattgt 为蓄电池输出下限值 Pbatmin 以上时 ( 步骤 S6-11 的是 )， 处理就进入步骤 S6-12。 在步骤 S6-12 中， 将蓄电池输出 Pbatout 的值设成等于蓄电池目标输出 Pbattgt 的值， 之后结束处理。图 16 是将通过步骤 S6-12 的 处理决定的蓄电池输出 Pbatout 的值在表示蓄电池充电率 (SOC) 和蓄电池输出的关系的曲 线图中进行表示的图。
在图 16 表示的例子的情况下， 首先由于蓄电池输出上限值 Pbatmxa1 为蓄电池控 制输出上限值 Pbatmxa2 以下， 所以通过步骤 S6-2 及步骤 S6-3 的处理， 蓄电池控制输出上限值 Pbatmax1 的值被设定为蓄电池输出上限值 Pbatmax。并且， 由于蓄电池控制输出下限 值 Pbatmin2 为蓄电池输出下限值 Pbatmin1 以下， 所以通过步骤 S6-8 及步骤 S6-9 的处理， 蓄电池输出下限值 Pbatmin1 的值被设定为蓄电池输出下限值 Pbatmin。在此， 由于蓄电池 58 的目前的充电率 SOCact 的蓄电池目标输出 Pbattgt 为蓄电池输出下限 Pbatmin 以上且 为蓄电池输出上限值 Pbatmax 以下， 所以能够将蓄电池目标输出 Pbattgt 设定为实际的蓄 电池输出 Pbatout。因此， 通过步骤 S6-12 的处理， 蓄电池目标输出 Pbattgt 的值被设定为 蓄电池输出 Pbatout。
另一方面， 当在步骤 S6-11 中判定为蓄电池目标输出 Pbattgt 不为蓄电池输出下 限值 Pbatmin 以上、 即蓄电池目标输出 Pbattgt 小于蓄电池输出下限值 Pbatmin 时 ( 步骤 S6-11 的否 )， 处理就进入步骤 S6-13。在步骤 S6-13 中， 将蓄电池输出 Pbatout 的值设成等 于蓄电池输出下限值 Pbatmin 的值， 之后结束处理。图 17 是将通过步骤 S6-12 的处理决定 的蓄电池输出 Pbatout 的值在表示蓄电池充电率 (SOC) 和蓄电池输出的关系的曲线图中进 行表示的图。
在图 17 所示的例子的情况下， 由于蓄电池控制输出下限值 Pbatmin2 为蓄电池 输出下限值 Pbatmin1 以下， 所以通过步骤 S6-8 及步骤 S6-9 的处理， 蓄电池输出下限值 Pbatmin1 的值被设定为蓄电池输出下限值 Pbatmin。在此， 由于蓄电池 58 目前的充电率 SOCact 下的蓄电池目标输出 Pbattgt 低于蓄电池输出下限 Pbatmin， 所以目标充电电力超 过蓄电池的最大充电电力， 不应该将蓄电池目标输出 Pbattgt 设定为实际的蓄电池输出 Pbatout。因此， 通过步骤 S6-13 的处理， 蓄电池输出下限值 Pbatmin 的值、 即蓄电池输出下 限值 Pbatmin1 的值被设定为蓄电池输出 Pbatout。
这样， 根据电负载实际输出 Pelcout 和液压负载实际输出 Phydout 求出蓄电池输 出上下限值 Pbatmax2、 Pbatmin2。由此， 能够求出与实际的负载要求相对应的蓄电池 58 的 输出 ( 充放电电力 ) 的最大值， 所以能够与实际的作业状况相对应地进行蓄电池 58 的充放 电。
并且， 将根据电负载实际输出 Pelcout 和液压负载实际输出 Phydout 求出的蓄电 池输出上下限值、 与对应于目前的蓄电池 58 的充电状态的能够充放电的最大电力进行对 比， 求出蓄电池要求极限值。由此能够防止对蓄电池 58 施加过大的负载。
而且， 对比蓄电池要求极限值和蓄电池目标输出， 当蓄电池目标输出在蓄电池要 求极限值的范围外时， 进行蓄电池目标输出的校正， 以使蓄电池 58 的蓄电池输出 Pbatout 进入蓄电池要求极限值的范围内。由此能够更确实地防止对蓄电池 58 施加过大的负载。
接着， 对上述的步骤 S7 的处理进行详细说明。图 18 是步骤 S7 的处理的流程图。
若开始处理， 则在步骤 S7-1 中计算指示辅助马达 52 的运转的辅助马达输出指令 Pasmref， 之后结束处理。辅助马达输出指令 Pasmref 是从蓄电池输出 Pbatout 减去电负载 实际输出 Pelcout 而计算出的。这样， 通过对比蓄电池输出和电负载实际输出而求出辅助 马达输出指令， 由此能够进行与混合式施工机械的运转状态或蓄电池 58 的充电状态相对 应的、 辅助马达 52 的电动发电机运转的控制。其结果， 能够稳定地连续运转混合式施工机 械。
图 19 是表示辅助马达输出指令 Pasmref 的计算模式的图。辅助马达 52 的输出相 当于从由蓄电池 58 放电的电力中减去由电负载 56 消耗的电力而得到的电力。在此， 电负载 56 的输出具有极性， 电负载 56 实际消耗电力时极性为正。此时， 若 从蓄电池 58 放电的电力中减去由电负载 56 消耗的电力即电负载输出的值为正， 则电力被 供给到辅助马达 52， 辅助马达 52 作为电动机起作用。 另一方面， 若从蓄电池 58 放电的电力 中减去由电负载 56 消耗的电力即电负载输出的值为负， 则来自发动机 50 的动力被供给到 辅助马达 52， 辅助马达 52 作为发电机起作用。由此， 辅助马达 52 发电成为负的量的电力， 该电力被供给到电负载 56。
并且， 当电负载 56 产生再生电力时， 电负载 56 的输出极性为负。此时， 由于成为 减去负值的情况， 因此成为在蓄电池 58 放电的电力上加算由电负载 56 再生的电力。因此， 蓄电池 58 放电的电力与由电负载 56 再生的电力之和被供给到辅助马达 52， 辅助马达 52 作为电动机起作用， 而辅助发动机 50。即， 基于电驱动部的输出设定值即电负载实际输出 Pelcout、 与蓄电器输出设定值即蓄电池输出 Pbatout 的电气性的比较， 进行辅助马达 52 的 控制。
如以上说明的那样， 作为应用本实施方式的混合式施工机械的一例的混合式动力 铲具有液压发生机、 电动发电机、 蓄电器、 电驱动部以及控制部。液压发生机相当于作为液 压马达的主泵 14， 将发动机 50 的输出转换成液压并供给到液压驱动部。电动发电机 12 相 当于辅助马达 52， 连接在发动机 50 上， 作为电动机及发电机的双方起作用。蓄电器相当于 蓄电池 19( 或 58)， 对电动发电机 12 供给电力而使其作为电动机起作用。电驱动部由来自 蓄电器及电动发电机的电力驱动， 且产生再生电力而供给到蓄电器及电动发电机的至少一 方。控制部 60 控制电动发电机 12 的动作。在如以上结构的混合式施工机械中， 控制部 60 具有用于控制电动发电机 12 的动作及输出的动力分配部 60-8。动力分配部 60-8 基于根 据蓄电器的充电率 (SOC) 决定的蓄电器输出设定值 ( 蓄电池输出上限值 Pbatmax1 及蓄电 池输出下限值 Pbatmin1)、 根据发动机的转速决定的发动机输出设定值 ( 发动机输出上限 值 Pengmax 及发动机输出下限值 Pengmin)、 表示液压发生机要求的动力的液压负载要求值 ( 液压负载要求输出 Phydreq)、 表示电驱动部要求的电力的电负载要求值 ( 电负载要求输 出 Pelcreq)， 生成并输出用于控制电动发电机 12 的动作及输出的输出指令 ( 辅助马达输出 指令 Pasmref)。
动力分配部 60-8 决定对电驱动部供给的电力， 并作为电负载实际输出值 ( 电负载 实际输出 Pelcout) 进行输出。并且， 动力分配部 60-8 决定向液压驱动部供给的输出， 并作 为液压负载实际输出值 ( 液压负载实际输出 Phydout) 进行输出。并且， 动力分配部 60-8 根据蓄电器的蓄电率 (SOC) 决定输出指令 ( 辅助马达输出指令 Pasmref)。
根据本实施方式， 能够考虑蓄电器输出设定值、 电负载要求值、 发动机输出设定值 及液压负载要求值， 而控制电动发电机的动作及输出， 所以能够在适当的输出范围内使用 作为动力源的发动机和蓄电器。 并且， 根据本实施方式， 能够高效地利用来自电负载的再生 电力， 并且能够将蓄电器的充电率 (SOC) 有效地维持在目标值附近。另外， 虽然在本申请发 明中作为混合式施工机械的一例举例说明了混合式铲土机， 但也可以应用于卡车或轮式装 载机等施工机械中。
本发明不限于具体公开的实施例， 能够进行不脱离本发明的范围的各种变形例及 改良例。
本申请基于 2007 年 12 月 28 日申请的优先权主张日本专利申请 2007-340836 号，其全部内容援用在此。