專利名稱：混合型作業(yè)機械的制作方法
技術領域：
本申請主張基于2009年7月1日申請的日本專利申請第2009-156516號的優(yōu)先 權。其申請的全部內(nèi)容通過參照援用在本說明書中。本發(fā)明涉及一種用電動發(fā)電機對發(fā)動機進行輔助的混合型作業(yè)機械。
背景技術：
近年來，對施工作業(yè)機械等動力產(chǎn)生機械要求考慮地球環(huán)境的節(jié)省燃料消耗量、 低公害、低噪音等性能。為滿足這些要求，替代液壓泵或作為內(nèi)燃機等發(fā)動機的輔助，出現(xiàn) 了利用了電動機的液壓挖掘機等的作業(yè)機械。在組裝了電動機的作業(yè)機械中，從電動機產(chǎn) 生的余量的動能轉換成電能，被積存在電容器等。在發(fā)動機負載變大，轉速下降時，根據(jù)來自目標轉速的實際轉速的偏差，使電動發(fā) 電機作為電動機進行工作而進行轉矩輔助，由此能夠使轉速接近于目標轉速(專利文獻 1)。專利文獻1 日本特開2005-210870號公報在發(fā)動機進行速度控制時，若成為高負載或超負載狀態(tài)，則轉矩極限控制起作用 而難以進行適當?shù)乃俣瓤刂?。若將速度控制也應用于電動發(fā)電機上，則每當發(fā)動機的轉速 下降時，即使在發(fā)動機的輸出存在剩余，也導致電動發(fā)電機進行動力運行。為了將在電動發(fā) 電機的動力運行時消費的電力從發(fā)動機回收到蓄電池(電容器)，產(chǎn)生因電動發(fā)電機的效 率引起的損失。

發(fā)明內(nèi)容
基于本發(fā)明的一種觀點，提供如下混合型作業(yè)機械，其具有發(fā)動機，通過燃料的燃燒產(chǎn)生轉矩；電動發(fā)電機，能夠選擇性地進行發(fā)電動作和輔助動作；外部負載，成為所述發(fā)動機的負載；轉矩傳遞機，進行所述發(fā)動機的轉矩、所述電動發(fā)電機的轉矩及外加于所述外部 負載的轉矩的相互授受；速度傳感器，測量所述發(fā)動機的轉速；控制裝置，控制所述發(fā)動機及所述電動發(fā)電機，所述控制裝置存儲成為所述發(fā)動機的速度控制的目標值的速度指令值，根據(jù)所述外部負載所要求的動力，計算使所述電動發(fā)電機產(chǎn)生的轉矩，并對該電 動發(fā)電機進行轉矩控制，根據(jù)用所述速度傳感器測量到的轉速與所述速度指令值的差分，對所述電動發(fā)電 機進行速度控制，能夠切換對所述電動發(fā)電機進行轉矩控制的控制狀態(tài)和進行速度控制的控制狀 態(tài)。
發(fā)明的效果通過轉換轉矩控制和速度控制，根據(jù)運行狀況能夠進行更適當?shù)目刂啤?


圖1是基于實施例的混合型作業(yè)機械的側視圖。圖2是基于實施例的混合型作業(yè)機械的方塊圖。圖3的(3A)是表示基于實施例的混合型作業(yè)機械的動力及電力的流程的方塊圖， (3B)是表示控制裝置的功能的方塊圖。圖4是表示電負載輸出指令值與電負載輸出需求值的關系的坐標圖。圖5是表示液壓負載輸出指令值與液壓負載輸出需求值的關系的坐標圖。圖6的(6A)及(6B)是表示蓄電電路輸出指令值與蓄電電路輸出目標值的關系的 坐標圖。圖7的(7A)及(7B)是表示電動發(fā)電機輸出指令值、蓄電電路輸出指令值及電負 載輸出指令值的關系的坐標圖。圖8是發(fā)動機、電動發(fā)電機的控制系統(tǒng)的功能方塊圖。圖9是表示發(fā)動機的實際轉速及產(chǎn)生轉矩的時刻推移的一例的坐標圖。圖10是表示發(fā)動機的實際轉速及產(chǎn)生轉矩的時刻推移的其他的一例的坐標圖。圖11的(IlA)及(IlB)是用于說明整體控制模塊與伺服控制模塊的功能分擔的 方塊圖。圖中1-下部行走體，1A、1B-液壓馬達，2-回轉機構，3-上部回轉體，4-動臂， 5-斗桿，6-鏟斗，7-動臂油缸，8-斗桿油缸，9-鏟斗油缸，10-駕駛室，11-發(fā)動機，12-電動 發(fā)電機，13-轉矩傳遞機，14-主泵(外部負載)，15-先導泵，16-高壓液壓管路，17-控制閥， 18-變頻器，19-電容器，21-回轉用電動機，22-分解器，23-機械制動器，24-減速機，25-先 導管路，26-操作裝置，27,28-液壓管路，29-壓力傳感器，30-控制裝置，30A-整體控制模 塊，30B-伺服控制模塊，32-發(fā)動機輸出范圍決定塊，33A-S0C計算塊，33B-蓄電電路輸出范 圍決定塊，33C-蓄電電路輸出目標值決定塊，35-動力分配塊，40,41-速度傳感器，45-發(fā)動 機控制器，46-速度控制塊，47-噴射量決定塊，50-速度控制塊，51-控制方法判定塊，52-轉 矩控制塊，53-轉換塊，90-蓄電電路。
具體實施例方式在圖1示出基于實施例的混合型作業(yè)機械的側視圖。上部回轉體3通過回轉機構 2搭載于下部行走體(基體)1?；剞D機構2包括電動機(馬達)，并使上部回轉體3向順時 針或逆時針回轉。在上部回轉體3安裝有動臂4。動臂4通過液壓驅(qū)動的動臂油缸7相對 于上部回轉體3向上下方向擺動。在動臂4的前端安裝有斗桿5。斗桿5通過液壓驅(qū)動的 斗桿油缸8相對于動臂4向前后方向擺動。在斗桿5的前端安裝有鏟斗6。鏟斗6通過液 壓驅(qū)動的鏟斗油缸9相對于動臂5向上下方向擺動。在上部回轉體3還搭載有容納駕駛員 的操作室10。在圖2示出混合型作業(yè)機械的方塊圖。在圖2中用雙重線表示機械動力系統(tǒng)，用 粗實線表示高壓液壓管路，用細實線表示電氣系統(tǒng)，用虛線表示先導管路。
發(fā)動機11的驅(qū)動軸連結于轉矩傳遞機13的1個旋轉軸。在發(fā)動機11使用通過 燃料的燃燒產(chǎn)生驅(qū)動力的發(fā)動機，例如柴油發(fā)動機等內(nèi)燃機。發(fā)動機11在作業(yè)機械的運行 中始終被驅(qū)動。電動發(fā)電機12的驅(qū)動軸連結于轉矩傳遞機13的其他旋轉軸。電動發(fā)電機12能 夠進行動力(輔助)運行和再生(發(fā)電)運行的雙方的運行動作。在電動發(fā)電機12使用 例如在轉子內(nèi)部埋入磁鐵的內(nèi)部磁鐵埋入型(IPM)馬達。在轉矩傳遞機13的另一個旋轉軸連結有主泵14的驅(qū)動軸。主泵14成為發(fā)動機 11的外部負載。施加于發(fā)動機11的負載大時，電動發(fā)電機12進行輔助運行，電動發(fā)電機12的驅(qū) 動力通過轉矩傳遞機13傳遞到主泵14。由此，減輕施加于發(fā)動機11的負載。另一方面，施 加于發(fā)動機11的負載小時，發(fā)動機11的驅(qū)動力通過轉矩傳遞機13傳遞到電動發(fā)電機12， 由此電動發(fā)電機12進行發(fā)電運行。電動發(fā)電機12的輔助運行與發(fā)電運行的轉換通過連接 于電動發(fā)電機12的變頻器18進行。變頻器18通過控制裝置30進行控制?？刂蒲b置30通過將各種裝置的劣化狀態(tài)等顯示在顯示裝置35來引起駕駛員的注
辰、ο主泵14通過高壓液壓管路16向控制閥17供給液壓。控制閥17基于來自駕駛員 的指令向液壓馬達ΙΑ、1B、動臂油缸7、斗桿油缸8及鏟斗油缸9分配液壓。液壓馬達IA及 IB分別驅(qū)動具備于圖1所示出的下部行走體1的左右2根履帶。電動發(fā)電機12的電氣系統(tǒng)的輸入輸出端子通過變頻器18連接在蓄電電路90。在 蓄電電路90通過其他變頻器20還連接有回轉用電動機(負載電動機)21。蓄電電路90包 括電容器和控制電容器的充放電的轉換器。在電容器使用例如電雙層電容器。蓄電電路90 及變頻器20通過控制裝置30進行控制。電動發(fā)電機12進行輔助運行的期間，所需電力從蓄電電路90供給到電動發(fā)電機 12，電動發(fā)電機12輸出機械功率(動力)。電動發(fā)電機12進行發(fā)電運行的期間，從發(fā)動機 11供給所需動力，輸出電氣功率(電力)。通過電動發(fā)電機12發(fā)電的電力供給到蓄電電路 90。變頻器18接受來自控制裝置30的指令進行電動發(fā)電機12的運行控制，以使輸出被指 令的動力或電力?；剞D用電動機21由來自變頻器20的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號進行交流驅(qū)動，并 能夠進行產(chǎn)生動力的動力動作及產(chǎn)生電力的再生動作的雙方的運行。變頻器20接受來自 控制裝置30的指令進行回轉用電動機21的運行控制，以使產(chǎn)生被指令了的動力。在回轉 用電動機21使用例如IPM馬達。IPM馬達在再生時產(chǎn)生較大的感應電動勢。回轉用電動機21的動力動作中，從蓄電電路90向回轉用電動機21供給電力?；?轉用電動機21的動力(旋轉力)通過減速機24傳遞到圖1所示的回轉機構2。此時，減速 機24放慢轉速。由此，在回轉用電動機21產(chǎn)生的旋轉力增大，傳遞到回轉機構2。并且，在 再生動作時，上部回轉體3的旋轉運動通過減速器24傳遞到回轉用電動機21，由此回轉用 電動機21產(chǎn)生再生電力。此時，減速機24與動力運行時相反，加快轉速。由此，能夠使回 轉用電動機21的轉速上升。再生電力供給到蓄電電路90。分解器22檢測回轉用電動機21的旋轉軸的旋轉方向的位置。檢測結果輸入到控 制裝置30。通過檢測回轉用電動機21的運行前和運行后的旋轉軸的旋轉方向的位置而導
5出回轉角度及回轉方向。機械制動器23連結于回轉用電動機21的旋轉軸，產(chǎn)生機械制動力。機械制動器 23的制動狀態(tài)和解除狀態(tài)通過接受來自控制裝置30的控制的電磁開關進行轉換。先導泵15產(chǎn)生液壓操作系統(tǒng)所需的先導壓。產(chǎn)生的先導壓通過先導管路25供給 到操作裝置26。操作裝置26包括杠桿或踏板，由駕駛員進行操作。操作裝置26根據(jù)駕駛 員的操作將從先導管路25供給的1次側液壓轉換為2次側液壓。2次側液壓通過液壓管路 27傳遞到控制閥17，并且通過其他液壓管路28傳遞到壓力傳感器29。用壓力傳感器29檢測的壓力的檢測結果輸入到控制裝置30。由此，控制裝置30 能夠探測下部行走體1、回轉機構2、動臂4、斗桿5及鏟斗6的操作狀況。尤其在基于實施 例的混合型作業(yè)機械中，回轉用電動機21為了驅(qū)動回轉機構2，要求高精度地檢測用于控 制回轉機構2的杠桿的操作量。控制裝置30通過壓力傳感器29能夠高精度地檢測該杠桿 的操作量。在圖3A示出基于實施例的混合型作業(yè)機械的方塊圖及動力和電力的流程。來自 發(fā)動機11的輸出PgO供給到先導泵14及電動發(fā)電機12。電動發(fā)電機12進行輔助運行時， 從電動發(fā)電機12向先導泵14供給電動發(fā)電機的輸出(動力)Pao。電動發(fā)電機12進行發(fā) 電運行時，由電動發(fā)電機進行發(fā)電的輸出(電力)-Pao輸入到蓄電電路90。在此，電動發(fā)電 機12進行輔助運行時的輸出定義為正、進行發(fā)電運行時的輸出定義為負。從蓄電電路90輸出的電力Pbo供給到電動發(fā)電機12及回轉用電動機21?；剞D 用電動機21在動力運行狀態(tài)時輸出輸出(動力)Peo。在再生運行狀態(tài)時，輸出輸出(電 力)-Peo，供給到蓄電電路90。在此，將動力運行狀態(tài)時的輸出定義為正，將再生運行狀態(tài) 時的輸出定義為負。并且，將從蓄電電路90輸出的電力定義為正，將供給到蓄電電路90的 電力定義為負。在圖3B示出控制裝置30的功能的方塊圖。液壓負載輸出需求值Phr、電負載輸出 需求值Per、發(fā)動機轉速Nact及蓄電電路90的電容器電壓Vm被輸入到控制裝置30。液壓負載輸出需求值Phr是通過圖2所示的液壓馬達1A、1B、動臂油缸7、斗桿油 缸8及鏟斗油缸9等的液壓進行驅(qū)動的液壓機構所需的動力的合計。例如，液壓負載輸出 需求值Phr根據(jù)操作員操作的操作杠桿的操作量計算。電負載輸出需求值Per相當于圖2所示的回轉用電動機21所需的電力。例如，電 負載輸出需求值Per根據(jù)操作員操作的操作杠桿的操作量計算。發(fā)動機轉速Nact相當于圖2所示的發(fā)動機11的實際的轉速。發(fā)動機11在作業(yè) 機械的運行時始終被驅(qū)動，檢測該轉速Nact。電容器電壓Vm相當于圖2所示的蓄電電路 90的電容器的端子間電壓。發(fā)動機轉速Nact輸入到發(fā)動機輸出范圍決定塊32。在發(fā)動機輸出范圍決定塊 32存儲有用于根據(jù)發(fā)動機轉速Nact求出發(fā)動機輸出上限值Pgomax及發(fā)動機輸出下限值 Pgomin的映像表或轉換表。發(fā)動機輸出范圍決定塊32根據(jù)所輸入的發(fā)動機轉速Nact計算 發(fā)動機輸出上限值Pgomax及發(fā)動機輸出下限值Pgomin，并供給到動力分配塊35。電容器電壓Vm輸入到SOC計算塊33A。SOC計算塊33A根據(jù)所輸入的電容器電壓 Vm計算電容器的充電率(S0C)。計算出的充電率供給到蓄電電路輸出范圍決定塊33B及蓄 電電路輸出目標值決定塊33C。
在蓄電電路輸出范圍決定塊33B存儲有用于根據(jù)充電率計算蓄電電路輸出上限 值Pbomax及蓄電電路輸出下限值Pbomin的映像表或轉換表。蓄電電路輸出范圍決定塊33B 根據(jù)充電率決定蓄電電路輸出上限值Pbomax及蓄電電路輸出下限值Pbomin。蓄電電路輸 出上限值Pbomax相當于從蓄電電路90輸出的電力的上限值。蓄電電路輸出下限值Pbomin 為負，其絕對值相當于供給到蓄電電路90的電力的上限值。由蓄電電路輸出上限值Pbomax 及蓄電電路輸出下限值Pbomin定義蓄電電路90的輸入輸出電力的適當范圍。所決定的蓄 電電路輸出上限值Pbomax及蓄電電路輸出下限值Pbomin輸入到動力分配塊35。以下，對蓄電電路輸出上限值Pbomax及蓄電電路輸出下限值Pbomin的計算方法 的一例進行說明。在蓄電電路90的電容器設定有充放電電流的適當范圍及充電率的適當 范圍。蓄電電路輸出上限值Pbomax設定成電容器的放電電流不超過其適當范圍的上限值， 并且電容器的充電率不低于其適當范圍的下限值。蓄電電路輸出下限值Pbomin設定成電 容器的充電電流不超過其適當范圍的上限值，并且電容器的充電率不高于其適當范圍的上 限值。在蓄電電路輸出目標值決定塊33C存儲有用于根據(jù)充電率計算蓄電電路輸出目 標值Pbot的映像表或轉換表。蓄電電路輸出目標值決定塊33C根據(jù)充電率決定蓄電電路 輸出目標值Pbot。所決定的蓄電電路輸出目標值Pbot輸入到動力分配塊35。以下，對蓄電電路輸出目標值Pbot的計算方法的一例進行說明。在蓄電電路90 的電容器設定有充電率的目標值。蓄電電路輸出目標值Pbot決定成實際的充電率接近充 電率的目標值。例如，實際的充電率高于充電率的目標值時，由于優(yōu)選使電容器放電，所以 蓄電電路輸出目標值Pbot成為正。相反，實際的充電率低于充電率的目標值時，由于優(yōu)選 對電容器進行充電，所以蓄電電路輸出目標值Pbot成為負。蓄電電路輸出目標值Pbot的 絕對值與將充電率的目標值設為基準時的實際的充電率的偏差成比例。動力分配塊35決定電負載輸出指令值Peo、液壓負載輸出指令值Pho、蓄電電路輸 出指令值Pbo及電動發(fā)電機輸出指令值Pao。參照圖4 圖7對這些指令值的決定方法進 行說明。圖4表示電負載輸出需求值Per與電負載輸出指令值Peo的關系。電負載輸出需 求值Per大于發(fā)動機輸出上限值Pgomax和蓄電電路輸出上限值Pbomax的合計值Peomax 時，將電負載輸出指令值Peo設為與該合計值Peomax相等。即，設為Peo = Pgomax+Pbomax。 這是指電負載輸出指令值Peo不超過從發(fā)動機11和蓄電電路90輸出的最大功率。電負載輸出需求值Per小于從發(fā)動機輸出下限值Pgomin減去液壓負載輸出需求 值Phr和蓄電電路輸出下限值Pbomin的絕對值的值Peomin時，將電負載輸出指令值Peo 設為與該值Peomin相等。即，設為Peo = Pgomin-Phr+Pbomin。由于Pbomin為負值，所以 在上述的式中，附加在Pbomin的運算符為“ + ”(加號)。該式是指在使發(fā)動機11以從發(fā)動 機11輸出的動力成為最小的方式動作的狀態(tài)下，回轉用電動機21的發(fā)電電力不超過液壓 負載輸出需求值Phr和可以供給到蓄電電路90的電力的上限值的合計值。電負載輸出需求值Per在Peomax與Peomin之間時，將電負載輸出指令值Peo設 為與電負載輸出需求值Per相等。S卩，設為Peo = Per。該式是指相對于電負載，確保如要 求的輸出。圖5表示液壓負載輸出需求值Phr與液壓負載輸出指令值Pho的關系。液壓負載輸出需求值Phr超過從發(fā)動機輸出上限值Pgomax和蓄電電路輸出上限值Pbomax的合計值 減去電負載輸出指令值Peo的值Phomax時，將液壓負載輸出指令值Pho設為與該值Phomax 相等。即，Pho zPgomax+Pbomax-Peo。這是指液壓負載輸出指令值Pho不超過從由發(fā)動機 11和蓄電電路90輸出的最大功率扣除已決定的電負載輸出指令值Peo量的功率的剩余的功率。液壓負載輸出需求值Phr為Phomax以下時，將液壓負載輸出指令值Pho設為與液 壓負載輸出需求值Phr相等。S卩，設為Pho = Phr。這是指相對于液壓負載，確保如要求的 輸出。圖6A及圖6B表示蓄電電路輸出目標值Pbot與蓄電電路輸出指令值Pbo的關系。 將從根據(jù)圖4所示的坐標圖所決定的電負載輸出指令值Peo與根據(jù)圖5所示的坐標圖所決 定的液壓負載輸出指令值Pho的合計值減去發(fā)動機輸出下限值Pgomin的值設為Pbomaxl。 將從電負載輸出指令值Peo與液壓負載輸出指令值Pho的合計值減去發(fā)動機輸出上限值 Pgomax 的值設為 Pbominl0圖6A表示Pbomaxl小于在圖3B的蓄電電路輸出范圍決定塊33B決定的蓄電電路 輸出上限值Pbomax，并且Pbominl大于蓄電電路輸出下限值Pbomin的情況。蓄電電路輸出 目標值Pbot超過Pbomaxl時，將蓄電電路輸出指令值Pbo設為與Pbomaxl相等。這是指由 于能夠從蓄電電路90輸出的電力充分大，所以以該輸出下限值Pgomin使發(fā)動機11動作， 從蓄電電路90不輸出多余的電力。蓄電電路輸出目標值Pbot低于Pbominl時，將蓄電電 路輸出指令值Pbo設為與Pbomaxl相等。這是指由于蓄電電路90的充電率不充分，所以以 該輸出上限值Pgomax使發(fā)動機11動作，將電力供給到蓄電電路90。蓄電電路輸出目標值Pbot在Pbomaxl與Pbominl之間時，將蓄電電路輸出指令值 Pbo設為與蓄電電路輸出目標值Pbot相等。由此，能夠使蓄電電路90的充電率接近充電率 的目標值。圖6B表示Pbomaxl大于由圖3B的蓄電電路輸出范圍決定塊33B決定的蓄電電路 輸出上限值Pbomax，并且Pbominl小于蓄電電路輸出下限值Pbomin的情況。此時，限制蓄 電電路輸出指令值Pbo的上下限值，以使蓄電電路輸出指令值Pbo容納于由圖3B所示的蓄 電電路輸出范圍決定塊33B決定的適當范圍。這樣，蓄電電路輸出指令值Pbo的上限被限制在Pbomax和Pbomaxl的小的一方的 值，下限被限制在Pbomin和Pbominl的大的一方的值。圖7A及圖7B是表示電動發(fā)電機輸出指令值Pao的決定方法的線圖。從圖3A可 知，Pbo = Pao+Peo成立。若蓄電電路輸出指令值Pbo及電負載輸出指令值Peo被決定，則 從上述的式計算電動發(fā)電機12的輸出Pao。如圖7A所示，蓄電電路輸出指令值Pbo大于電負載輸出指令值Peo時，以剩余電 力使電動發(fā)電機12進行輔助動作，并輸出動力Pao。如圖7B所示，蓄電電路輸出指令值Pbo 小于電負載輸出指令值Peo時，為供給不足電力使電動發(fā)電機12進行發(fā)電動作，并輸出電 力 Pao ο在圖8示出發(fā)動機11及電動發(fā)電機12的控制系統(tǒng)的方塊圖。轉矩傳遞機13相 加發(fā)動機11所產(chǎn)生的轉矩Te與電動發(fā)電機12所產(chǎn)生的轉矩Ta的N倍。在此，N是轉矩傳 遞機13的減速比。速度傳感器40測量以發(fā)動機11所產(chǎn)生的轉矩Te與電動發(fā)電機12所產(chǎn)生的轉矩Ta的合計的轉矩旋轉的旋轉軸的轉速。圖8的Ι/Js的方塊對慣性力矩J的慣 性體施加轉矩，并將積分所發(fā)生的加速度轉換成速度的狀態(tài)作為連續(xù)系統(tǒng)的物理模型來表 現(xiàn)。安裝于電動發(fā)電機12的速度傳感器41也測量以合計的轉矩旋轉的旋轉軸的轉 速。但，速度傳感器41測量成為減速比(N)倍的轉速。在控制裝置30存儲有對發(fā)動機11的速度指令值Ri。發(fā)動機控制器45的速度控 制塊46根據(jù)以速度指令值Ri作為基準時的、發(fā)動機11的轉速的實測值Re的偏差，計算所 需轉矩。對所需轉矩的計算使用例如PID控制。噴射量計算塊47根據(jù)所需轉矩決定燃料 噴射量Se。所需轉矩超過容許上限值(轉矩極限)時，限制成燃料噴射量Se不超過容許上 限值。將限制燃料噴射量Se的控制稱為“轉矩極限控制”。發(fā)動機11根據(jù)所決定的燃料噴 射量Se進行控制。如圖3B所示，控制裝置30的動力分配塊35計算電動發(fā)電機12的輸出指令值Pao。 根據(jù)用速度傳感器41測量的電動發(fā)電機12的轉速的實測值Ra和輸出指令值Pao計算電動 發(fā)電機12的轉矩指令值TatO。在一般狀態(tài)下，轉矩指令值TatO輸入到轉矩控制塊52。轉 矩控制塊52控制電動發(fā)電機12，以使電動發(fā)電機12所產(chǎn)生的轉矩成為轉矩指令值TatO。 另外，在圖8中，省略圖2所示的變頻器18。在控制方法判定塊51輸入速度指令值Ri、發(fā)動機11的轉速的實測值Re及燃料噴 射量Se。控制方法判定塊51根據(jù)這些信息來判定是否將電動發(fā)電機12的控制方法應設為 轉矩控制，或應設為速度控制。速度控制塊50根據(jù)以速度指令值Ri的減速比(N)倍作為基準時的、電動發(fā)電機 12的轉速的實測值Ra的偏差，計算轉矩指令值Tatl。轉矩指令值Tatl例如由以下的式計
笪弁。Tatl = KX (Ri XN-Ra) +TO其中，K為比例常數(shù)，TO為轉矩的初始值。轉速的實測值Ra小于速度指令值Ri的 減速比(N)倍時，隨著偏差變大，轉矩指令值Tatl變大。轉換塊53基于來自控制方法判定塊51的指令，將轉矩指令值TatO及Tatl中的 任意一方輸入到轉矩控制塊52?？刂品椒ㄅ卸▔K51在判定成應將控制方法設為轉矩控制時，控制轉換塊53，以使 轉矩指令值TatO供給到轉矩控制塊52。此時，電動發(fā)電機12進行轉矩控制。在判定成應 將控制方法設為速度控制時，控制轉換塊53，以使轉矩指令值Tatl供給到轉矩控制塊52。 此時，電動發(fā)電機12進行速度控制。這樣，能夠轉換電動發(fā)電機12的控制方法。作為上述式的轉矩的初始值T0，例如可以采用控制方法從轉矩控制轉換成速度控 制的時刻的轉矩指令值TatO。在圖9示出發(fā)動機11的轉速的實測值Re與產(chǎn)生轉矩Te的時刻推移的一例。至時 刻tl為止，發(fā)動機11幾乎以無負載狀態(tài)運行。發(fā)動機11的轉速的實測值Re與速度指令 值Ri—致。此時，電動發(fā)電機12進行轉矩控制。液壓負載變大，在時刻tl時，若在發(fā)動機 11產(chǎn)生負載，則轉速的實測值Re下降。同時，通過發(fā)動機控制器45的速度控制塊46的控 制，發(fā)動機11所產(chǎn)生的轉矩Te上升。負載較大的情況，在時刻t2時，開始轉矩極限控制。 轉矩極限控制開始的時刻t2以后，盡管液壓負載上升，發(fā)動機11的轉矩Te幾乎不上升。
在時刻t3時，轉速的實測值Re下降至速度控制開始閾值ReO。若控制方法判定塊 51檢測出轉速的實測值Re下降至速度控制開始閾值ReO，則將控制方法從轉矩控制轉換成 速度控制。通過電動發(fā)電機12進行速度控制，轉速的實測值Re朝向速度指令值Ri開始上升。若發(fā)動機11所需求的轉矩變小，則在速度控制塊46決定的所需轉矩下降，解除轉 矩極限控制。以下，對解除轉矩極限控制的過程更具體地進行說明。若發(fā)動機11的負載轉矩低于轉矩極限控制開始的轉矩，則進行速度控制的電動 發(fā)電機12所產(chǎn)生的轉矩并非為了輔助發(fā)動機11的負載轉矩而使用，而是為了使發(fā)動機11 的轉速恢復為速度指令值Ri而使用。因此，發(fā)動機11的轉速的實測值Re接近速度指令值 Ri。由此，在速度控制塊46決定的所需轉矩降低，解除轉矩極限控制。在圖9中，在時刻t4時，發(fā)動機11的負載轉矩開始下降，由此發(fā)動機11所產(chǎn)生的 轉矩Te開始下降。在時刻t5時，發(fā)動機11所產(chǎn)生的轉矩Te下降至速度控制解除閾值TeO。若控制 方法判定塊51檢測出轉矩Te下降至速度控制解除閾值TeO，則將控制方法從速度控制返回 到轉矩控制。另外，控制方法判定塊51能夠從燃料噴射量Se計算發(fā)動機11所產(chǎn)生的轉矩
Te0作為速度控制解除閾值TeO，例如可以采用比發(fā)動機11的額定最大轉矩稍小的 值，例如比額定最大轉矩僅小50Nm的值。動力分配塊35以正常進行發(fā)動機11的速度控制為前提，計算電動發(fā)電機12的輸 出指令值Pao。根據(jù)該輸出指令值Pao所決定的轉矩指令值TatO也以正常進行發(fā)動機11 的速度控制為前提。從而，開始進行轉矩極限控制的情況，或發(fā)動機11的轉速的實測值Re 從速度指令值Ri過度地大幅下降時，不能說轉矩指令值TatO為用于將發(fā)動機11的轉速保 持在速度指令值Ri的適當?shù)闹怠Ｈ鐚嵤├?，通過將電動發(fā)電機12的控制方法切換成速度控制來加大電動發(fā)電機 12的產(chǎn)生轉矩Ta，而不發(fā)生發(fā)動機失速即可使發(fā)動機11的轉速的實測值Re返回到速度指 令值Ri的附近。在適當?shù)剡M行發(fā)動機11的速度控制時，若對電動發(fā)電機12進行速度控制，則每當 發(fā)動機11的轉速的實測值Re下降時，電動發(fā)電機12進行輔助運行。若進行輔助運行而積 存在蓄電電路90的電能(電容器的充電率S0C)下降，則圖3B所示的蓄電電路輸出目標值 決定塊33C計算的蓄電電路輸出目標值Pbot成為負(充電的指令)。由此，電動發(fā)電機12 進行發(fā)電運行，電力供給到蓄電電路90。這樣，進行不必要的輔助運行，而反復來自蓄電電 路90的電力的輸出和向蓄電電路90的電力的供給，由此效率下降。與此相反，若對電動發(fā)電機12進行轉矩控制，則發(fā)動機11所產(chǎn)生的轉矩存在剩余 時，通過圖3B所示的控制裝置30的功能，電動發(fā)電機12進行發(fā)電運行。在適當?shù)剡M行發(fā) 動機11的速度控制時，通過對電動發(fā)電機12進行轉矩控制，而能夠防止由反復來自蓄電電 路90的電力的輸出和向蓄電電路90的電力的供給引起的損失的產(chǎn)生。在圖10示出發(fā)動機11的轉速的實測值Re和產(chǎn)生轉矩Te的時刻推移的其他的一 例。在圖9中，從轉速的實測值Re的變化檢測出使控制方法從轉矩控制轉換成速度控制的 契機。在圖10所示的例子中，以開始進行發(fā)動機11的轉矩極限控制為契機，使控制方法從
10轉矩控制轉換成速度控制。因此，在已開始轉矩極限控制的時刻12時，開始進行速度控制。 轉速的實測值Re在時刻t2時開始上升。在時刻t4時，以解除轉矩極限控制為契機，使控制方法從速度控制返回到轉矩控 制。在圖10所示的例子中，在時刻t2以后，使控制方法轉換成速度控制，由此不發(fā)生 發(fā)動機失速即可使發(fā)動機11的轉速的實測值Re返回到速度指令值Ri的附近。接著，參照圖IlA及圖IlB對控制裝置30的具體的結構例進行說明?？刂蒲b置30 主要由進行動力及電力的分配比率的計算的整體控制模塊30A和進行電動發(fā)電機12的控 制的伺服控制模塊30B構成。另外，在圖IlA及圖lib中省略了圖2所示的變頻器18。在圖IlA所示的例子中，以速度指令值Ri作為基準時的、轉速的實測值Ra的偏差 的計算功能、速度控制塊50、轉換塊53及轉矩控制塊52的功能由伺服控制模塊30B實現(xiàn)。 伺服控制模塊30B的運算周期比整體控制模塊30A的運算周期短很多時，該結構為有效。由 于伺服控制模塊30B的運算周期短，所以能夠立即追隨電動發(fā)電機12的轉速的實測值Ra 的變動來進行速度控制。在圖IlB所示的例子中，以速度指令值Ri作為基準時的、轉速的實測值Ra的偏差 的計算功能、和速度控制塊50及轉換塊53的功能由整體控制模塊30A實現(xiàn)。在該結構中， 能夠直接利用對電動發(fā)電機12進行轉矩控制的以往的伺服控制模塊30B。沿著以上實施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些。例如，能夠進行各種變 更、改良、組合等，這對本領域技術人員來說是顯而易知的。
權利要求
一種混合型作業(yè)機械，其特征在于，具有發(fā)動機，通過燃料的燃燒產(chǎn)生轉矩；電動發(fā)電機，能夠選擇性地進行發(fā)電動作與輔助動作；外部負載，成為所述發(fā)動機的負載；轉矩傳遞機，進行所述發(fā)動機的轉矩、所述電動發(fā)電機的轉矩及外加于所述外部負載的轉矩的相互授受；速度傳感器，測量所述發(fā)動機的轉速；控制裝置，控制所述發(fā)動機及所述電動發(fā)電機，所述控制裝置存儲成為所述發(fā)動機的速度控制的目標值的速度指令值，根據(jù)被所述外部負載所要求的動力，計算使所述電動發(fā)電機產(chǎn)生的轉矩，并對該電動發(fā)電機進行轉矩控制，根據(jù)用所述速度傳感器測量到的轉速與所述速度指令值的差分，對所述電動發(fā)電機進行速度控制，能夠轉換對所述電動發(fā)電機進行轉矩控制的控制狀態(tài)和進行速度控制的控制狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的混合型作業(yè)機械，其特征在于，所述控制裝置根據(jù)所述電動發(fā)電機的轉速，轉換所述電動發(fā)電機的控制狀態(tài)。
3.如權利要求1所述的混合型作業(yè)機械，其特征在于，所述發(fā)動機在應產(chǎn)生的轉矩超過了容許極限值時進行轉矩極限控制， 所述控制裝置以開始了所述發(fā)動機的轉矩極限控制為契機，將所述電動發(fā)電機的控制 狀態(tài)從轉矩控制轉換成速度控制。
4.如權利要求3所述的混合型作業(yè)機械，其特征在于，所述控制裝置以解除了所述發(fā)動機的轉矩極限控制為契機，將所述電動發(fā)電機的控制 狀態(tài)從速度控制轉換成轉矩控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合型作業(yè)機械。在發(fā)動機進行速度控制時，若成為高負載或超負載狀態(tài)，則轉矩極限控制起作用而難以進行適當?shù)乃俣瓤刂?。發(fā)動機產(chǎn)生轉矩。電動發(fā)電機選擇性地進行發(fā)電動作與輔助動作。外部負載成為發(fā)動機的負載。轉矩傳遞機進行發(fā)動機的轉矩、電動發(fā)電機的轉矩及外加于外部負載的轉矩的相互授受。速度傳感器測量發(fā)動機的轉速?？刂蒲b置控制發(fā)動機及電動發(fā)電機?？刂蒲b置存儲成為發(fā)動機的速度控制的目標值的速度指令值，根據(jù)外部負載所要求的動力，計算使電動發(fā)電機產(chǎn)生的轉矩而對電動發(fā)電機進行轉矩控制，根據(jù)用速度傳感器測量到的轉速與速度指令值的差分，對電動發(fā)電機進行速度控制。能夠轉換對電動發(fā)電機進行轉矩控制的控制狀態(tài)和進行速度控制的控制狀態(tài)。
文檔編號B60K6/20GK101954871SQ20101022141
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權日2009年7月1日
發(fā)明者川島宏治 申請人:住友重機械工業(yè)株式會社