專(zhuān)利名稱(chēng)：混合動(dòng)力建筑機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和電力的混合動(dòng)力建筑機(jī)械。
背景技術(shù)：
以本發(fā)明的優(yōu)選例挖掘機(jī)為例，說(shuō)明本發(fā)明的背景技術(shù)。如圖8所示，挖掘機(jī)具有旋轉(zhuǎn)自如地搭載在履帶式下部行進(jìn)體1上的上部旋轉(zhuǎn)體2。在該上部旋轉(zhuǎn)體2上，安裝有作業(yè)附屬裝置3。該作業(yè)附屬裝置3包括俯仰自如的動(dòng)臂4、安裝在該動(dòng)臂4的末端的斗桿5、安裝在該斗桿5的末端的鏟斗6、和作為驅(qū)動(dòng)它們的液壓致動(dòng)器的壓力缸7、8、9。
此外，作為使上部旋轉(zhuǎn)體2旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)用致動(dòng)器，在液壓挖掘機(jī)的情況下，使用液壓馬達(dá)。另一方面，在混合動(dòng)力挖掘機(jī)的情況下，使用作為電動(dòng)致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。
在該混合動(dòng)力挖掘機(jī)中，如特開(kāi)2001-12274號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的那樣，公知有所謂并聯(lián)方式的驅(qū)動(dòng)方式。
在該并聯(lián)方式中，液壓泵和發(fā)揮發(fā)電機(jī)作用以及電動(dòng)機(jī)作用的發(fā)電電動(dòng)機(jī)并聯(lián)地連接在作為共同動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)上。液壓致動(dòng)器被該液壓泵驅(qū)動(dòng)。另一方面，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)被蓄電裝置驅(qū)動(dòng)。該蓄電裝置由發(fā)電電動(dòng)機(jī)充電。適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，通過(guò)該蓄電裝置的放電電力，發(fā)電電動(dòng)機(jī)發(fā)揮電動(dòng)機(jī)作用而輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。
因此，并聯(lián)方式的混合動(dòng)力挖掘機(jī)中，由發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力與蓄電裝置動(dòng)力(蓄電力)的和決定系統(tǒng)整體的最大動(dòng)力。
在混合動(dòng)力挖掘機(jī)中，由于以使用小型發(fā)動(dòng)機(jī)為前提，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的最大動(dòng)力比液壓泵的最大輸出低。該低的部分通過(guò)發(fā)電電動(dòng)機(jī)由蓄電裝置補(bǔ)充。
該混合動(dòng)力挖掘機(jī)的課題之一是確保與同等程度作業(yè)能力的液壓挖掘機(jī)大致同等的性能以及操作性。鑒于此，系統(tǒng)的最大動(dòng)力，以同等程度作業(yè)能力的液壓挖掘機(jī)的最大動(dòng)力(發(fā)動(dòng)機(jī)最大動(dòng)力)為基準(zhǔn)設(shè)定，通常設(shè)定為比其還高。
但是，如果如上述那樣將系統(tǒng)的最大動(dòng)力設(shè)定為比同等程度的液壓挖掘機(jī)的最大動(dòng)力高，則根據(jù)負(fù)荷狀況等的不同，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力過(guò)剩。此外，在駕駛員進(jìn)行與液壓挖掘機(jī)相同的操作時(shí)，有時(shí)在混合動(dòng)力挖掘機(jī)中致動(dòng)器的動(dòng)作不同。因此，習(xí)慣了液壓挖掘機(jī)的駕駛員會(huì)感覺(jué)到不適。即，在這一點(diǎn)上，混合動(dòng)力挖掘機(jī)的操作性差。
另一方面，即便將系統(tǒng)的最大動(dòng)力設(shè)定為比同等程度的液壓挖掘機(jī)的最大動(dòng)力大，在作用更大負(fù)荷的情況下，也還是有系統(tǒng)最大動(dòng)力不足的可能性。
該情況下，液壓挖掘機(jī)，可通過(guò)進(jìn)行切斷泵輸出的控制來(lái)應(yīng)對(duì)該動(dòng)力不足。而具有作為發(fā)動(dòng)機(jī)以外的驅(qū)動(dòng)源的蓄電裝置的混合動(dòng)力挖掘機(jī)，如果用蓄電裝置應(yīng)對(duì)該負(fù)荷，則會(huì)引起異常電壓下降或過(guò)放電，所以有時(shí)導(dǎo)致蓄電裝置的壽命降低或者破損。而且，由于蓄電裝置的輔助量不足，會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)上施加過(guò)剩的負(fù)荷。因此，有導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停止的可能性。在同時(shí)操作液壓致動(dòng)器和電動(dòng)致動(dòng)器時(shí)，總的負(fù)荷變大，所以該現(xiàn)象更顯著。
另外，在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)中公開(kāi)有下述技術(shù)在并聯(lián)方式的混合動(dòng)力建筑機(jī)械中，在液壓泵的消耗動(dòng)力比發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力大時(shí)，使泵輸出減少，另一方面使發(fā)電電動(dòng)機(jī)發(fā)揮電動(dòng)機(jī)作用而輔助發(fā)動(dòng)機(jī)，由此使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。
但是，該技術(shù)只不過(guò)是起到高效使用小型發(fā)動(dòng)機(jī)這一混合動(dòng)力挖掘機(jī)的本來(lái)功能。即，在上述技術(shù)中，不是根據(jù)由發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力和蓄電裝置動(dòng)力的和決定的系統(tǒng)整體的最大動(dòng)力，而是只根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)無(wú)條件地切斷泵輸出，所以，會(huì)造成作業(yè)性能白白降低。因此，不能實(shí)現(xiàn)確保與液壓挖掘機(jī)大致同等的性能這一混合動(dòng)力建筑機(jī)械的主要目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在混合動(dòng)力建筑機(jī)械中，確保與液壓挖掘機(jī)大致同等的性能以及操作性。此外，本發(fā)明的另一目的在于，防止發(fā)動(dòng)機(jī)停止并保護(hù)蓄電裝置。
本發(fā)明的混合動(dòng)力建筑機(jī)械包括發(fā)動(dòng)機(jī)、連結(jié)在該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上的液壓泵、由該液壓泵驅(qū)動(dòng)的液壓致動(dòng)器、連結(jié)在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上且發(fā)揮發(fā)電機(jī)作用和電動(dòng)機(jī)作用的發(fā)電電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)致動(dòng)器、操作上述致動(dòng)器的操作機(jī)構(gòu)、對(duì)上述發(fā)電電動(dòng)機(jī)以及電動(dòng)致動(dòng)器進(jìn)行電力的供給和接受的蓄電裝置、和對(duì)上述液壓泵以及上述電動(dòng)致動(dòng)器的輸出進(jìn)行控制的控制機(jī)構(gòu)。該控制機(jī)構(gòu)檢測(cè)上述液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器各自的消耗動(dòng)力。并且，該控制機(jī)構(gòu)控制上述液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的輸出，使得該檢測(cè)到的消耗動(dòng)力之和不超過(guò)作為可供給到上述液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的動(dòng)力之和而設(shè)定的總供給動(dòng)力。
本發(fā)明，設(shè)定總供給動(dòng)力并將泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的輸出限制在該總供給動(dòng)力以?xún)?nèi)，所以，總供給動(dòng)力被設(shè)定成與同種且作業(yè)能力為同等程度的液壓建筑機(jī)械的最大動(dòng)力大致相等。因此，本發(fā)明可確保與同等程度的液壓建筑機(jī)械大致相等的性能以及操作性，并且可保護(hù)蓄電裝置。
第1，在本發(fā)明中，與在不設(shè)定總供給動(dòng)力而將當(dāng)時(shí)的實(shí)際最大動(dòng)力原樣輸出的方案中供給到致動(dòng)器的動(dòng)力超過(guò)液壓建筑機(jī)械的動(dòng)力的情況不同，可解決建筑機(jī)械的操作性變差的問(wèn)題。第2，在本發(fā)明中，只要在總供給動(dòng)力的范圍內(nèi)就不限制泵輸出，所以可解決專(zhuān)利文獻(xiàn)中所記載的公知技術(shù)那樣的白白切斷泵輸出而降低機(jī)械性能的問(wèn)題。第3，在本發(fā)明中，抑制泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的消耗動(dòng)力以便不超過(guò)總供給動(dòng)力，所以特別是在復(fù)合操作時(shí)，可以防止蓄電裝置為了應(yīng)對(duì)大負(fù)荷而過(guò)度工作從而引起電壓的異常下降或過(guò)放電、結(jié)果導(dǎo)致蓄電裝置的壽命下降或破損的問(wèn)題，以及發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)停止的問(wèn)題。
此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選地，控制機(jī)構(gòu)檢測(cè)蓄電裝置的充電狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并基于根據(jù)實(shí)際的蓄電裝置充電狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到的實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力設(shè)定總供給動(dòng)力。
發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力根據(jù)當(dāng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變動(dòng)，蓄電裝置動(dòng)力也根據(jù)充電狀態(tài)變動(dòng)，所以，系統(tǒng)整體實(shí)際可輸出的最大動(dòng)力(實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力)不穩(wěn)定。因此，有發(fā)生實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力不能滿(mǎn)足設(shè)定的總供給動(dòng)力的狀況的可能。這樣一來(lái)，對(duì)蓄電裝置產(chǎn)生不良影響。
在該優(yōu)選的實(shí)施方式中，由于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和蓄電裝置的充電狀態(tài)這兩個(gè)要素來(lái)改變總供給動(dòng)力的設(shè)定值，所以可與實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力相配合地設(shè)定總供給動(dòng)力。由此，即便在實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力低的狀況下，也不會(huì)對(duì)蓄電裝置造成不良影響。即，可在保護(hù)蓄電裝置的同時(shí)繼續(xù)作業(yè)。
此外，更優(yōu)選地，控制機(jī)構(gòu)將實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力、與同種且作業(yè)能力為同等程度的液壓建筑機(jī)械的最大動(dòng)力中較低的一個(gè)選作總供給動(dòng)力。即，在實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力較低時(shí)，即便犧牲操作性也將實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力選作總供給動(dòng)力，由此可保護(hù)蓄電裝置。而在同等程度的液壓建筑機(jī)械的最大動(dòng)力較低的情況下，選擇該最大動(dòng)力，從而能可靠地確保與液壓建筑機(jī)械同等的操作性。
此外，本發(fā)明的其他的優(yōu)選實(shí)施方式中，作為電動(dòng)致動(dòng)器具備旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。該情況下，更優(yōu)選地，控制機(jī)構(gòu)將液壓泵的輸出控制在不超過(guò)下述值的范圍內(nèi)，所述值是從總供給動(dòng)力中減去上述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的消耗動(dòng)力后的值。由此，由于優(yōu)先供給旋轉(zhuǎn)所要求的動(dòng)力，所以在同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)與其他操作的復(fù)合操作時(shí)，可確保與采用旋轉(zhuǎn)優(yōu)先控制方式的液壓建筑機(jī)械接近的操作性。
此外，本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施方式中，包括多個(gè)液壓致動(dòng)器和操作量檢測(cè)機(jī)構(gòu)，所述操作量檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)對(duì)包括電動(dòng)致動(dòng)器在內(nèi)的各個(gè)致動(dòng)器進(jìn)行操作的操作機(jī)構(gòu)的操作量。這種情況下，控制機(jī)構(gòu)根據(jù)各液壓致動(dòng)器的操作機(jī)構(gòu)的操作量之和與電動(dòng)致動(dòng)器的操作機(jī)構(gòu)的操作量的比，將總供給動(dòng)力分為對(duì)液壓泵供給的動(dòng)力和對(duì)電動(dòng)致動(dòng)器供給的動(dòng)力。并且，控制機(jī)構(gòu)根據(jù)該分配控制液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的各輸出。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，可按照駕駛員的意思進(jìn)行動(dòng)作，確保與液壓建筑機(jī)械相同的操作性。
此外，更優(yōu)選地，控制機(jī)構(gòu)根據(jù)對(duì)應(yīng)各操作機(jī)構(gòu)的操作模式而預(yù)先設(shè)定的分配比，控制液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的各輸出。根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施方式，根據(jù)各操作機(jī)構(gòu)的操作模式預(yù)先設(shè)定動(dòng)力分配，并根據(jù)該設(shè)定的分配比控制液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的各輸出，所以可確保與液壓建筑機(jī)械大致同等的作業(yè)性以及操作性。作為挖掘機(jī)的各操作機(jī)構(gòu)的操作模式的例子，可舉出散挖作業(yè)或旋轉(zhuǎn)平整作業(yè)等。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施方式的混合動(dòng)力挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是用于說(shuō)明第1實(shí)施方式的作用的流程圖。
圖3是與圖2連續(xù)的流程圖。
圖4是表示第1實(shí)施方式中基于旋轉(zhuǎn)優(yōu)先控制的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和液壓泵輸出的關(guān)系的圖。
圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明第2實(shí)施方式的作用的流程圖。
圖6是與圖5連續(xù)的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式中操作模式與液壓泵輸出和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力比的關(guān)系的圖。
圖8是挖掘機(jī)的概略側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
以下說(shuō)明使用挖掘機(jī)作為本發(fā)明的實(shí)施方式的情況。
第1實(shí)施方式(參照?qǐng)D1～圖4)圖1表示實(shí)施方式的混合動(dòng)力挖掘機(jī)的框圖。如該圖所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)10上經(jīng)由動(dòng)力分配器11并聯(lián)連接有液壓泵12和發(fā)揮發(fā)電機(jī)作用和電動(dòng)機(jī)作用的發(fā)電電動(dòng)機(jī)13。液壓泵12和發(fā)電電動(dòng)機(jī)13被發(fā)動(dòng)機(jī)10驅(qū)動(dòng)。在液壓泵12上經(jīng)由控制閥14連接有多個(gè)液壓致動(dòng)器。圖1的控制閥14表示多個(gè)控制閥的集合體。實(shí)際控制閥14是對(duì)應(yīng)每個(gè)液壓致動(dòng)器設(shè)置的。該多個(gè)致動(dòng)器是圖8所示的動(dòng)臂、斗桿、鏟斗的各壓力缸7、8、9以及左右的行進(jìn)馬達(dá)15、16。借助從液壓泵12供給的壓油來(lái)驅(qū)動(dòng)這各個(gè)液壓致動(dòng)器7、8、9、15、16。另外，在圖1中表示了只連接有一臺(tái)液壓泵12的情況，但有時(shí)也串聯(lián)或者并聯(lián)連接多臺(tái)液壓泵。
另一方面，作為發(fā)動(dòng)機(jī)10的另一驅(qū)動(dòng)源的蓄電裝置，設(shè)置有蓄電池17。作為該蓄電池17的一例，可舉出鋰離子蓄電器。發(fā)電電動(dòng)機(jī)13和作為電動(dòng)致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18經(jīng)由發(fā)電電動(dòng)機(jī)控制器19和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)控制器20而被該蓄電池17驅(qū)動(dòng)。另外，發(fā)電電動(dòng)機(jī)控制器19控制發(fā)電電動(dòng)機(jī)13的發(fā)電機(jī)作用和電動(dòng)機(jī)作用的切換、發(fā)電電力、以及作為電動(dòng)機(jī)的電流或者轉(zhuǎn)矩。此外，發(fā)電電動(dòng)機(jī)控制器19，根據(jù)發(fā)電電動(dòng)機(jī)13的發(fā)電機(jī)輸出而控制蓄電池17的充放電。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)控制器20，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的電流或者轉(zhuǎn)矩而控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的旋轉(zhuǎn)方向以及旋轉(zhuǎn)速度。
作為控制機(jī)構(gòu)的控制器21，具有設(shè)定總供給動(dòng)力的總供給動(dòng)力設(shè)定部22、控制液壓泵12的輸出的泵輸出控制部23、控制旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的輸出的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出控制部24。
向泵輸出控制部23輸入由泵壓力傳感器25檢測(cè)的泵壓力、和來(lái)自操作各液壓致動(dòng)器7、8、9、15、16的動(dòng)臂、斗桿、鏟斗、左右行進(jìn)的各操作部26、27、28、29、30的操作信號(hào)。泵輸出控制部23，根據(jù)該各輸入值和由總供給動(dòng)力設(shè)定部22設(shè)定的泵最大輸出值，算出液壓泵12的傾轉(zhuǎn)值(＝泵流量)，并將其向調(diào)節(jié)器31發(fā)送。
另一方面，向旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出控制部24中輸入由總供給動(dòng)力設(shè)定部22設(shè)定的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)最大輸出值、和來(lái)自旋轉(zhuǎn)操作部32的旋轉(zhuǎn)操作信號(hào)。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出控制部24，根據(jù)這些計(jì)算旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的速度，并將其向旋轉(zhuǎn)電動(dòng)控制器20發(fā)送。
向總供給動(dòng)力設(shè)定部22輸入來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器33的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、來(lái)自蓄電池狀態(tài)監(jiān)視裝置34的充電量信號(hào)、來(lái)自旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)控制器20的轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)和速度信號(hào)?？偣┙o動(dòng)力設(shè)定部22根據(jù)這些分別計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)最大動(dòng)力、蓄電池最大動(dòng)力、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)消耗動(dòng)力、泵最大輸出。此外，總供給動(dòng)力設(shè)定部22，根據(jù)該運(yùn)算值向泵輸出控制23以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出控制部24發(fā)送泵最大輸出值以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)最大輸出值。
使用圖2以及圖3的流程圖說(shuō)明本實(shí)施方式的作用。首先，在圖2中，控制開(kāi)始后，在步驟S1中，根據(jù)該步驟中所示的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出的關(guān)系，從發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)負(fù)荷轉(zhuǎn)速算出發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出Pemax。然后，在步驟S2中，根據(jù)該步驟中所示的蓄電池充電狀態(tài)/蓄電池最大輸出的關(guān)系，從當(dāng)時(shí)的蓄電池充電狀態(tài)算出蓄電池最大輸出Pbmax。然后，在步驟S3中，比較對(duì)應(yīng)的同種且作業(yè)能力為同等程度的液壓挖掘機(jī)的最大動(dòng)力(以下稱(chēng)為基準(zhǔn)動(dòng)力)Pimax、和在步驟S1、S2中算出的發(fā)動(dòng)機(jī)最大動(dòng)力Pemax與蓄電池最大輸出Pbmax之和。該和，是指系統(tǒng)整體根據(jù)此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及蓄電池充電狀態(tài)所能實(shí)際輸出的最大動(dòng)力。本實(shí)施方式的情況下，該最大動(dòng)力為實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力。在步驟S3為“是”的情況下(Pimax＜Pemax+Pbmax)，在步驟S4將Pimax設(shè)定為總供給動(dòng)力Pmax，在為“否”的情況下(Pimax≥Pemax+Pbmax)，在步驟S5中將Pemax+Pbmax設(shè)定為總供給動(dòng)力Pmax。即，選擇基準(zhǔn)動(dòng)力Pimax和實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力(Pemax+Pbmax)中較低的一個(gè)。
在圖3的步驟S6中，從旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的速度ωsw(rad/s)和轉(zhuǎn)矩Tsw(N·m)算出旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的消耗電力Psw(Kw)。接著，在步驟S7中，將液壓泵最大輸出Ppmax設(shè)定為Ppmax＝Pmax-Psw。即，如圖4所示，將從總供給動(dòng)力Pmax中減去旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的消耗電力Psw所得的值設(shè)定為液壓泵的最大輸出Ppmax。該情況下，旋轉(zhuǎn)作業(yè)優(yōu)先。在接下來(lái)的步驟S8中，根據(jù)步驟S7中設(shè)定的液壓泵最大輸出Ppmax和檢測(cè)到的泵壓力以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，算出液壓泵最大輸出傾轉(zhuǎn)值qmax(cc/rev)并設(shè)定。接著，在步驟S9中，從各液壓致動(dòng)器操作信號(hào)和泵壓力等算出基于通?？刂频囊簤罕脙A轉(zhuǎn)運(yùn)算值qtmp(cc/rev)。另外，在此作為通?？刂频睦涌膳e出正控制、負(fù)控制、PQ控制等。然后，在步驟S10中，比較如上述那樣設(shè)定·算出的兩傾轉(zhuǎn)值qmax和qtmp。在該步驟S10中為“是”(qtmp＜qmax)的情況下，在步驟S11中選擇qtmp作為傾轉(zhuǎn)輸出值，在為“否”(qtmp≥qmax)的情況下，在步驟S12中選擇qmax作為傾轉(zhuǎn)輸出值。
根據(jù)上述這樣的混合動(dòng)力挖掘機(jī)，作為可供給到液壓泵12以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的動(dòng)力之和的總供給動(dòng)力Pmax，以對(duì)應(yīng)的液壓挖掘機(jī)的最大動(dòng)力為基準(zhǔn)而設(shè)定。此外，液壓泵12以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的輸出被限制在該總供給動(dòng)力Pmax內(nèi)。因此，可在確保與對(duì)應(yīng)液壓挖掘機(jī)大致同等的性能以及操作性的同時(shí)，保護(hù)蓄電池17，并防止發(fā)動(dòng)機(jī)停止。
換言之，與不設(shè)定總供給動(dòng)力Pmax而將當(dāng)時(shí)系統(tǒng)整體所能輸出的實(shí)際最大動(dòng)力原樣輸出的方案相比，在本實(shí)施方式中，可避免供給到致動(dòng)器的動(dòng)力比對(duì)應(yīng)的液壓挖掘機(jī)的最大動(dòng)力高的情況。此外，可確保與對(duì)應(yīng)的液壓挖掘機(jī)接近的操作性。
此外，本實(shí)施方式中，只要在總供給動(dòng)力Pmax的范圍內(nèi)就不限制泵輸出，所以不會(huì)像上述專(zhuān)利文獻(xiàn)所記載的公知技術(shù)那樣白白切斷泵輸出而導(dǎo)致機(jī)械性能下降。
進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，抑制液壓泵12以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的消耗動(dòng)力以便不超過(guò)總供給動(dòng)力Pmax，特別是在復(fù)合操作時(shí)，不會(huì)有蓄電池17為了應(yīng)對(duì)大負(fù)荷而勉強(qiáng)工作從而引起電壓的異常降低或過(guò)放電、結(jié)果導(dǎo)致壽命降低或破損的危險(xiǎn)。
此外，根據(jù)圖2的步驟S1～S5，構(gòu)成為(I)根據(jù)由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和蓄電池充電狀態(tài)這兩個(gè)要素決定的實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力(Pemax+Pbmax)設(shè)定總供給動(dòng)力Pmax，(II)選擇實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力(Pemax+Pbmax)和對(duì)應(yīng)的液壓挖掘機(jī)的最大動(dòng)力Pimax中較低的一個(gè)，所以，根據(jù)(I)，可避免實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力低的狀況下對(duì)蓄電池的不良影響。換言之，可在保護(hù)蓄電池17的同時(shí)繼續(xù)作業(yè)。
此外，根據(jù)(II)的低位選擇，在系統(tǒng)最大動(dòng)力較低的情況下，即便犧牲操作性也選擇實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力作為總供給動(dòng)力Pmax，由此可保護(hù)蓄電池17。除此之外，在對(duì)應(yīng)的液壓挖掘機(jī)的最大動(dòng)力Pimax較低的情況下選擇該最大動(dòng)力Pimax，由此，可確保與液壓挖掘機(jī)同等的操作性。
進(jìn)而，根據(jù)圖3的步驟S6以及S7，將液壓泵12的輸出控制在不超過(guò)從總供給動(dòng)力Pmax中減去旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的消耗動(dòng)力Psw后的差值的范圍內(nèi)，即，使旋轉(zhuǎn)所要求的動(dòng)力優(yōu)先，所以在同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和其他操作時(shí)，可確保與采用旋轉(zhuǎn)優(yōu)先的控制方式的液壓挖掘機(jī)接近的操作性。
第2實(shí)施方式(參照?qǐng)D5、圖6)第2實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖與第1實(shí)施方式相同，所以省略圖示。
圖5以及圖6是用于說(shuō)明第2實(shí)施方式的作用的流程圖。圖5的步驟S11～S15與圖2的步驟S1～S5相同。第2實(shí)施方式中，與步驟S11～S15的程序并行地，設(shè)置步驟S16和步驟S17。在步驟S16中，根據(jù)液壓致動(dòng)器操作信號(hào)以及泵壓力等算出基于通?？刂频谋脙A轉(zhuǎn)運(yùn)算值qtmp(cc/rev)(相當(dāng)于圖3的步驟S9)。此外，在步驟S17中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)操作信號(hào)等算出基于通常控制的速度指令值Ns。
之后，在圖6的步驟S18中，根據(jù)各致動(dòng)器操作量，算出其中液壓致動(dòng)器的操作量之和與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的操作量的比例。接著，按照該比例將總供給動(dòng)力Pmax分為泵最大輸出Ppmax和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)最大輸出Psmax。另外，該實(shí)施方式的情況下的液壓致動(dòng)器的操作量之和，是指動(dòng)臂、斗桿、鏟斗各壓力缸6～9以及左右的行進(jìn)馬達(dá)15、16的操作量之和。例如在旋轉(zhuǎn)操作量為50％，液壓致動(dòng)器操作量之和為50％的情況下，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)最大輸出Psmax以及泵最大輸出Ppmax各為總供給動(dòng)力Pmax的1/2。然后，按照該分配，在步驟S19中，根據(jù)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)速、泵壓力來(lái)設(shè)定泵最大傾轉(zhuǎn)輸出值qmax(cc/rev)。此外，在步驟S20中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩值設(shè)定旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)最大速度Nsmax。
接著，在步驟S21～S23中，將上述泵最大傾轉(zhuǎn)輸出值qmax與在步驟S16中算出的通常泵傾轉(zhuǎn)運(yùn)算值qtmp中較低的一個(gè)選作泵傾轉(zhuǎn)輸出值。另一方面，在步驟S24～S26中，將上述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)最大速度Nsmax和在步驟S17中算出的基于通?？刂频乃俣戎噶钪礜s中較低的一個(gè)選作旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)速度。由此，分別求出泵傾轉(zhuǎn)輸出值以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)速度的指令輸出值，根據(jù)該輸出值控制泵傾轉(zhuǎn)以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)速度。
這樣，在第2實(shí)施方式中，根據(jù)各液壓致動(dòng)器7、8、9、15、16的操作量的和與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的操作量之比，將總供給動(dòng)力Pmax分為對(duì)液壓泵12供給的動(dòng)力和對(duì)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18供給的動(dòng)力，并根據(jù)該分配控制液壓泵12以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的各輸出，所以，可按照駕駛員的意思進(jìn)行動(dòng)作，確保與液壓挖掘機(jī)相同的操作性。
第3實(shí)施方式(參照?qǐng)D7)在第3實(shí)施方式中，根據(jù)操作模式而不是操作量來(lái)決定泵最大輸出以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)最大輸出。使用圖5以及圖6說(shuō)明與第2實(shí)施方式不同的地方。
在圖5的步驟S11～S17之后，在相當(dāng)于圖6的步驟S18的步驟中，根據(jù)與圖7所示各致動(dòng)器的操作模式相關(guān)聯(lián)而預(yù)先設(shè)定好的泵輸出動(dòng)力比例Rp以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力比例Rs，決定泵最大輸出以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)最大輸出。
例如，在圖7的操作模式9中，在同時(shí)進(jìn)行動(dòng)臂操作、斗桿操作和旋轉(zhuǎn)操作時(shí)，泵輸出動(dòng)力比例Rp為67％(2/3)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力比例Rs為33％(1/3)?？偣┙o動(dòng)力Pmax，以該比例分為泵輸出以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)輸出。
第3實(shí)施方式著眼于根據(jù)挖掘機(jī)的散挖(ばらまき)、旋轉(zhuǎn)平整等作業(yè)種類(lèi)來(lái)決定操作模式。即，根據(jù)與該操作模式對(duì)應(yīng)而預(yù)先設(shè)定的動(dòng)力分配比來(lái)控制液壓泵12以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)18的各輸出，所以，可確保與液壓挖掘機(jī)同等的作業(yè)性以及操作性。
其他實(shí)施方式(1)在上述各實(shí)施方式中，以使用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)致動(dòng)器的挖掘機(jī)為例，但也可用于使用除旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)以外的電動(dòng)致動(dòng)器的挖掘機(jī)中。該情況下，在電動(dòng)致動(dòng)器有多個(gè)時(shí)，就變成了與泵輸出一起控制該多個(gè)電動(dòng)致動(dòng)器的總輸出。
(2)在上述各實(shí)施方式中，采用了自動(dòng)設(shè)定總供給動(dòng)力Pmax的方案，但也可將該總供給動(dòng)力Pmax預(yù)先設(shè)定成適當(dāng)?shù)墓潭ㄖ?例如接近基準(zhǔn)動(dòng)力Pmax的值)，并控制泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的輸出以便不超過(guò)該固定值。
(3)在上述各實(shí)施方式中，采用了將由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出Pemax和由蓄電池充電狀態(tài)決定的蓄電池最大輸出Psmax相加而求出實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力的方案(例如圖2的步驟S1、S2)，但也可構(gòu)成為，將發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出和蓄電池充電狀態(tài)的一者作為固定值而預(yù)先設(shè)定，并將該固定值與另一者(可變值)相加而求出實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力。
(4)在上述各實(shí)施方式中，采取了利用實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力和基準(zhǔn)動(dòng)力Pimax的低位選擇(例如圖2的步驟S3～S5)來(lái)算出總供給動(dòng)力Pmax的方案，但也可構(gòu)成為，將實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力原樣設(shè)定為總供給動(dòng)力Pmax。
(5)在上述第2實(shí)施方式中，根據(jù)液壓致動(dòng)器操作量的和與旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)操作量(電動(dòng)致動(dòng)器操作量)的比例，在第3實(shí)施方式中根據(jù)操作模式而分別決定總供給動(dòng)力Pmax的分配，但也可構(gòu)成為通過(guò)切換開(kāi)關(guān)預(yù)先選擇多個(gè)作業(yè)模式(散挖模式、旋轉(zhuǎn)平整模式等)，并根據(jù)選擇的模式?jīng)Q定分配。
雖然參照附圖和優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但顯然可以在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行等同替換。
權(quán)利要求
1.一種混合動(dòng)力建筑機(jī)械，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、連結(jié)在該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上的液壓泵、由該液壓泵驅(qū)動(dòng)的液壓致動(dòng)器、連結(jié)在上述發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上且發(fā)揮發(fā)電機(jī)作用和電動(dòng)機(jī)作用的發(fā)電電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)致動(dòng)器、操作上述液壓致動(dòng)器以及電動(dòng)致動(dòng)器的操作機(jī)構(gòu)、對(duì)上述發(fā)電電動(dòng)機(jī)以及電動(dòng)致動(dòng)器進(jìn)行電力的供給和接受的蓄電裝置、和對(duì)上述液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的輸出進(jìn)行控制的控制機(jī)構(gòu)，該控制機(jī)構(gòu)檢測(cè)上述液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器各自的消耗動(dòng)力，并控制上述液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的輸出，使得該檢測(cè)到的消耗動(dòng)力之和不超過(guò)作為可供給到上述液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的動(dòng)力之和而設(shè)定的總供給動(dòng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力建筑機(jī)械，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)檢測(cè)上述蓄電裝置的充電狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并基于根據(jù)實(shí)際的蓄電裝置充電狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到的實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力設(shè)定總供給動(dòng)力。
3.如權(quán)利要求2所述的混合動(dòng)力建筑機(jī)械，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)，將實(shí)際系統(tǒng)最大動(dòng)力與同種且作業(yè)能力為同等程度的液壓建筑機(jī)械的最大動(dòng)力中較低的一個(gè)選作總供給動(dòng)力。
4.如權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力建筑機(jī)械，其特征在于，作為上述電動(dòng)致動(dòng)器，具備旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，上述控制機(jī)構(gòu)將液壓泵的輸出控制在不超過(guò)下述值的范圍內(nèi)，所述值是從總供給動(dòng)力中減去上述旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的消耗動(dòng)力后的值。
5.如權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力建筑機(jī)械，其特征在于，還包括操作量檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)對(duì)包括電動(dòng)致動(dòng)器在內(nèi)的各個(gè)致動(dòng)器進(jìn)行操作的操作機(jī)構(gòu)的操作量，包括多個(gè)液壓致動(dòng)器，并且，其中，上述控制機(jī)構(gòu)根據(jù)上述各液壓致動(dòng)器的操作機(jī)構(gòu)的操作量之和與上述電動(dòng)致動(dòng)器的操作機(jī)構(gòu)的操作量的比，將上述總供給動(dòng)力分為對(duì)液壓泵供給的動(dòng)力和對(duì)電動(dòng)致動(dòng)器供給的動(dòng)力，并根據(jù)該分配控制液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的各輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力建筑機(jī)械，其特征在于，包括操作量檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)對(duì)包括電動(dòng)致動(dòng)器在內(nèi)的各個(gè)致動(dòng)器進(jìn)行操作的操作機(jī)構(gòu)的操作量，包括多個(gè)液壓致動(dòng)器，并且，上述控制機(jī)構(gòu)根據(jù)對(duì)應(yīng)各操作機(jī)構(gòu)的操作模式而預(yù)先設(shè)定的分配比，控制液壓泵以及電動(dòng)致動(dòng)器的各輸出。
全文摘要
本發(fā)明的混合動(dòng)力挖掘機(jī)中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上并聯(lián)連接液壓泵和發(fā)電電動(dòng)機(jī)。由蓄電池驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。通過(guò)發(fā)電電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)作用來(lái)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)。檢測(cè)液壓泵以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)各自的消耗動(dòng)力?？刂埔簤罕靡约靶D(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的輸出，使得該檢測(cè)出的消耗動(dòng)力之和不超過(guò)作為可供給到液壓泵以及旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力之和而設(shè)定的總供給動(dòng)力。由此，可確保與液壓挖掘機(jī)同等的性能以及操作性，并且可保護(hù)蓄電裝置。
文檔編號(hào)F02D29/04GK101037869SQ20071008810
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者小見(jiàn)山昌之, 鹿兒島昌之 申請(qǐng)人:神鋼建設(shè)機(jī)械株式會(huì)社