CN102770605A - 混合动力建筑机械的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种混合动力建筑机械的控制装置，即使当混合动力建筑机械的整体的必要功率变得比驱动源的输出功率大时，也抑制送往旋回用电动马达的功率。将发动机（2）的动力分给液压泵（6）和发电机（4），由发电机（4）发电的电力对旋回用电动马达（12）进行驱动，由液压泵（6）供给的压力油对液压设备（14）进行驱动。当液压设备（14）和旋回用电动马达（12）同时地被进行了操作时，对发动机（2）输出的输出功率和液压设备（14）及旋回用电动马达（12）需要的必要功率进行检测，在必要功率超过了输出功率的情况下，对旋回用电动马达（12）的转矩或加速度进行限制，向液压设备（14）优先地分配输出功率。

Description

混合动力建筑机械的控制装置
技术领域
本发明涉及一种由发电电动机对发动机的驱动力进行辅助的混合动力建筑机械的控制装置。
背景技术
以往，作为混合动力建筑机械的控制装置，例如存在由专利文献1公开了的那样的控制装置。在专利文献1的技术中，当作为液压动作执行器的动臂用液压缸和作为电动动作执行器的旋回用发电电动机基于动臂用操作杆的操作量和旋回用操作杆的操作量复合地工作时，与液压泵的排出压变小相应地减小旋回用发电电动机的转矩极限值，使两动作执行器的速度匹配。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开号WO2007/052538号公报
发明内容
发明所要解决的课题
按照专利文献1的技术，虽然能够使液压动作执行器与电动动作执行器的速度匹配，但当两动作执行器的必要功率的合计变得比发动机的输出功率大时，如果对液压动作执行器和电动动作执行器如动臂用操作杆的操作量及旋回用操作杆的操作量的那样分配功率，则高负荷的液压动作执行器的速度极端地下降，作业效率下降。
本申请的发明的目的在于提供一种当混合动力建筑机械的整体的必要功率变得比驱动源的输出功率大时，能够对作业效率的下降进行抑制的混合动力建筑机械的控制装置。
为了解决课题的手段
本发明的混合动力建筑机械的控制装置，用于混合动力建筑机械，该混合动力建筑机械将作为驱动源的一部分的发动机的动力分给液压泵和发电机，由上述发电机发电的电力驱动旋回用电动马达，由上述液压泵供给的压力油驱动液压动作执行器；旋回用电动马达，例如用于使混合动力建筑机械的上部旋回体旋回；液压动作执行器，例如用于设置在上部旋回体上的动臂的驱动；当上述液压动作执行器和上述旋回用电动马达同时地***作了时，混合动力建筑机械的控制装置检测上述驱动源输出的输出功率和上述液压动作执行器及上述旋回用电动马达需要的必要功率，在上述必要功率超过了上述输出功率的情况下，限制上述旋回用电动马达的转矩或加速度，向上述液压动作执行器优先地分配输出功率。
作为优先的分配，例如有如下的分配：使向液压动作执行器的输出分配比基于动臂用操作杆、旋回用操作杆的操作量的向液压动作执行器、旋回用电动马达的输出功率的分配多；基于对来自旋回用操作杆的信号乘以比1小的比例了的值和来自动臂用操作杆的信号进行功率分配；对来自旋回用操作杆的信号设置上限，使得若在上限以上则不向旋回用电动马达分配功率；降低在旋回用电动马达的控制中使用的系数，例如PI常数、PID常数。
在这样构成了的混合动力建筑机械的控制装置中，即使液压动作执行器为高负荷状态，在其为必要功率大的状态，也能够对液压动作执行器的工作速度的下降进行抑制。因此，能够作为整体对作业效率的下降进行抑制。即，能够在来自驱动源的被限制了的输出功率下使作业效率提高。
也可具备从上述发动机的输出轴的转速算出作为上述驱动源的一部分的发动机的输出功率的发动机输出检测组件。上述发动机的输出轴的转速，例如也可从上述发电机的位置传感器算出。
进而，也可作为上述驱动源具备蓄电组件，设置从此蓄电组件的充电电压算出上述输出功率的蓄电输出算出组件，从上述发动机输出检测组件和上述蓄电输出检测组件算出上述混合动力建筑机械的驱动源输出的输出功率。
也可具有对上述发电机可发电的电力进行检测的发电电力检测组件，设置了基于此发电电力检测组件的输出对上述旋回用电动马达进行限制的旋回用电动马达驱动限制组件。
进而，上述发电电力检测组件具有被配置在上述液压泵的下游侧的流量传感器和被配置在上述液压泵的下游侧的压力油的压力传感器，算出上述液压动作执行器的必要功率。作为上述发电电力检测组件，也可使用具有被配置在上述旋回用电动马达的输出轴上的2个轴转矩传感器，算出上述液压动作执行器的必要功率的发电电力检测组件。或者，作为上述发电电力检测组件也可使用基于上述液压动作执行器用的操作杆的操作量算出上述液压动作执行器的必要功率的发电电力检测组件。或者，作为上述发电电力检测组件，也可使用基于被配置在上述液压泵的下游侧的压力油的压力传感器的输出和上述动作执行器用的操作杆的操作量，算出上述液压动作执行器的必要功率的发电电力检测组件。或者，作为上述发电电力检测组件，也可使用从各操作杆的操作量，算出上述旋回用电动马达及上述液压动作执行器需要的必要功率的发电电力检测组件。
另外，也可对由上述旋回用电动马达进行的旋回的范围进行检测，当检测出的旋回的范围在旋回规定范围以下时，对旋回用电动马达的转矩或加速度的上限进行限制。或者，也可对由上述旋回用电动马达进行的旋回的范围进行检测，当检测出的旋回的范围在旋回规定范围以下时，对来自操作杆的信号乘以比1小的比例。
附图说明
图1为本发明的第一实施方式的混合动力建筑机械的控制装置的框图。
图2为本发明的第二实施方式的混合动力建筑机械的控制装置的框图。
具体实施方式
为了实施发明的方式
在本发明的第一实施方式的混合动力建筑机械的控制装置中，如图1所示，驱动源例如发动机2对发电机4和液压泵6进行驱动。即，发动机2与发电机4的输入轴结合，发电机4的输出轴与液压泵6结合。
在发电机4中产生了的交流电力，由整流器8转换成直流电力。此直流电力，由逆变器10再次转换成交流电力，供给到旋回用电动马达12。由此，旋回用电动马达12被驱动，其结果，混合动力建筑机械的上部旋回体旋回。
从液压泵6排出的压力油，被供给到液压设备14，例如动臂用液压缸，其结果，混合动力建筑机械的动臂被驱动。
旋回用电动马达12，产生与旋回用操作杆16的操作相应的驱动转矩。液压泵6，产生与液压ACT用操作杆18的操作相应的驱动转矩。如果这两个操作杆16、18同时地被进行了操作，则存在仅由发动机2的功率不能提供在液压泵6及旋回用电动马达12中需要的功率的情况。本发明是应对这样的情况的发明。
因此，在发电机4的输入侧，设置发动机输出检测组件，例如轴转矩传感器20，在发电机4的输出侧设置发电机输出检测组件，例如轴转矩传感器22。它们是发电电力检测组件的一部分。由构成发电电力检测组件的余下的部分的减法器24，从轴转矩传感器20的输出即发电机4的输入转矩，减去轴转矩传感器22的输出即被供给到液压泵6的转矩，算出发电机4可发电的输出电力。
另外，在液压泵6与液压设备14之间，即在液压泵6的下游侧，作为别的发电电力检测组件的一部分，设置了液压传感器26和流量传感器28。这些液压传感器26和流量传感器28的输出，被供给到构成别的发电电力检测组件的一部分的液压输出运算器30。来自液压ACT用操作杆18的信号也被供给到液压输出运算器30。液压输出运算器30，对被供给到液压设备14的输出进行运算。此输出，在构成别的发电电力检测组件的余下的部分的减法器32中，被从轴转矩传感器20的输出进行减法运算，算出发电机4可发电的输出电力。
另外，在减法器24、32中，虽然使用了轴转矩传感器20的输出，但也可由位置－速度转换器36将设置在发电机4上的位置传感器34的输出转换成速度（发动机转速），将此发动机转速供给到发动机转速/转矩余量表38，用此表38的输出替代轴转矩传感器20的输出，供给到减法器24、32。发动机转速/转矩余量表38，在现在的发动机的轴输出低、即使获得现在的发电负荷也能够由向发动机2的燃料供给增力的情况下，用于参照其特性，算出由发电机可输出的电力。
减法器24、32的输出，被供给到运算部40。向运算部40，还供给表示蓄电组件例如EDLC（双电层电容器）42的电力的信号。EDLC42，经逆变器10、斩波电路44，储存当发动机2的功率即使对旋回用电动马达12进行驱动也剩余时或在旋回用电动马达12被进行了再生制动的情况下产生的电力，另外，将储存了的电力经斩波电路44、逆变器10供给到旋回用电动马达12。
运算部40，将从减法器24及减法器32的任一个预先被选择了的减法器输出的发电机4可发电的电力供给到充放电运算部46，将EDLC42可输出的电力与发电机4可发电的电力相加了的值供给到矢量控制装置48。另外，在运算器40中的减法器24、32的选择的方法是自由的，根据情况，也可仅设置转矩传感器20、22、减法器24，也可仅设置转矩传感器20、液压传感器26、流量传感器28、减法器32。
向这些充放电运算部46和矢量控制装置48，还从旋回用操作杆16供给操作信号（这表示想向旋回用电动马达12输出的电力）。充放电运算部46，基于来自旋回用操作杆16的操作信号和来自运算部40的发电机2可发电的电力，决定来自EDLC42的放电量，向斩波电路44指示该放电量。例如，如果表示了EDLC42可输出的电力为6Kw，从减法器24或32输出了的发电机2可输出的电力为2Kw，来自旋回用操作杆18的操作信号需要4Kw的电力，则充放电运算部46按EDLC42向逆变器10供给对于发电机2的可发电的电力来说不足的2Kw的方式控制斩波电路44。另外，矢量控制装置48，如果来自运算部40的EDLC42可输出的电力与发电机4可发电的电力相加了的值为来自旋回用操作杆16的操作信号表示的电力以上，则按向旋回用电动马达12供给来自旋回用操作杆16的操作信号表示的电力的方式对逆变器10进行控制。为了进行此控制，设置了对被供给到旋回用电动马达12的电流进行检测的电流传感器50、对旋回用电动马达12的旋转位置进行检测的位置传感器52。它们检测出的信号被供给到矢量控制装置48。另外，位置传感器52的信号，为了进行反馈控制，被供给到加法减法器54。向加法减法器54供给来自旋回用操作杆16的操作信号，加法减法器54的输出被供给到矢量控制装置48。
另外，当从运算部40输出了的发电机2可输出的电力比来自旋回用操作杆16的操作信号表示的电力大时，充放电运算部46按对EDLC42进行充电的方式对斩波电路44进行控制。
另外，在来自旋回用操作杆16的操作信号表示的电力比来自运算部40的输出表示的发电机2可发电的电力与EDLC42可输出的电力的相加值大的情况下，即，在由发电机2和EDLC42不能供给液压设备14和旋回用电动马达12需要的电力的情况下，充放电运算部46按将EDLC42的全部的电力供给到逆变器10的方式对斩波电路44进行控制，但为了仅按不足量的电力对旋回用电动马达12的电力进行抑制，矢量控制装置48向逆变器10以对旋回用电动马达12的旋回转矩或速度进行限制的方式发出指示。例如，由于如果来自旋回用操作杆16的操作信号表示的电力为9Kw，发电机2可输出的电力为2Kw，EDLC42可输出的电力为6Kw，则不足量为1Kw，所以，矢量控制装置48以仅按作为不足的1Kw量对送往旋回用电动马达12的电力进行抑制的方式限制旋回转矩或速度。在混合动力建筑机械的挖掘作业中，如果通过旋回速度下降，液压设备（动臂缸、斗杆缸等）的速度下降，则作业效率恶化。另外，给操作者带来的感觉也成为实际感受到效率下降的感觉。按照上述结构，通过向液压设备优先地分配输出功率，能够在来自驱动源的被限制了的输出功率下使作业效率提高。
图2表示第二实施方式。在此实施方式中，作为液压泵6a使用了可变液压型的液压泵。液压泵6a具备的斜板的倾斜角由调节器60控制。向调节器60供给液压设备14的负荷压力，调节器60具有使液压泵6a的斜板倾斜转动的驱动部。在驱动部中设置了位置传感器62，将位置传感器62的位置信号作为负荷信号，供给到减法器64。向减法器62，还供给来自液压动作执行器用的操作杆18的操作信号（由液压动作执行器表示必要的功率的信号）或转速/转矩余量表38的输出信号，表示发电机2可输出的电力的信号从减法器64被供给到运算部66。向运算部66供给表示从EDLC42可输出的电力的信号。下面，与第一实施方式同样地动作。
在上述的两个实施方式中，当上述液压动作执行器和上述旋回用电动马达同时地***作了时，检测上述驱动源输出的输出功率和上述液压动作执行器及上述旋回用电动马达需要的必要功率，作为上述必要功率超过了上述输出功率的情况下的上述旋回用电动马达的转矩或加速度，使向液压动作执行器的输出分配比基于液压动作执行器用操作杆、旋回用操作杆的操作量的向液压动作执行器、旋回用电动马达的输出功率的分配多，但也可替代方案，使用如下的方案：基于对来自旋回用操作杆的信号乘以比1小的比例了的值和来自液压动作执行器用操作杆的信号进行功率分配；对来自旋回用操作杆的信号设置上限，使得若在上限以上则不向旋回用电动马达分配功率；降低在旋回用电动马达的控制中使用的系数例如PI常数、PID常数。另外，也可由旋回范围检测组件检测由上述旋回用电动马达进行的旋回的范围，由判定组件判定被检测出了的旋回的范围是否在预先确定了的旋回规定范围以下，当在旋回规定范围以下时，按使旋回用电动马达的转矩或加速度不增加到预先确定了的上限以上的方式进行限制，当被检测出了的旋回的范围在旋回规定范围以下时，对来自操作杆的信号乘以比1小的比例。
在上述的两个实施方式中，使用了EDLC42。但也可替代它，使用可充放电的蓄电池。另外，根据情况，也可除去EDLC42。

Claims (12)

1.一种混合动力建筑机械的控制装置，用于混合动力建筑机械，该混合动力建筑机械将作为驱动源的一部分的发动机的动力分给液压泵和发电机，由上述发电机发电的电力驱动旋回用电动马达，由上述液压泵供给的压力油驱动液压动作执行器；
其特征在于：当上述液压动作执行器和上述旋回用电动马达同时地***作了时，检测上述驱动源输出的输出功率和上述液压动作执行器及上述旋回用电动马达需要的必要功率，在上述必要功率超过了上述输出功率的情况下，限制上述旋回用电动马达的转矩或加速度，向上述液压动作执行器优先地分配输出功率。
2.根据权利要求1所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：具备从上述发动机的输出轴的转速算出作为上述驱动源的一部分的发动机的输出功率的发动机输出检测组件。
3.根据权利要求2所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：作为上述驱动源具备蓄电组件，设置从此蓄电组件的充电电压算出上述输出功率的蓄电输出算出组件，从上述发动机输出检测组件和上述蓄电输出检测组件算出上述混合动力建筑机械的驱动源输出的输出功率。
4.根据权利要求2或3所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：从上述发电机的位置传感器算出上述发动机的输出轴的转速。
5.根据权利要求1所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：具有对上述发电机可发电的电力进行检测的发电电力检测组件，设置了基于此发电电力检测组件的输出对上述旋回用电动马达进行限制的旋回用电动马达驱动限制组件。
6.根据权利要求5所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：上述发电电力检测组件具有被配置在上述液压泵的下游侧的流量传感器和被配置在上述液压泵的下游侧的压力油的压力传感器，算出上述液压动作执行器的必要功率。
7.根据权利要求5所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：上述发电电力检测组件具有被配置在上述旋回用电动马达的输出轴上的2个轴转矩传感器，算出上述液压动作执行器的必要功率。
8.根据权利要求5所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：上述发电电力检测组件基于上述液压动作执行器用的操作杆的操作量算出上述液压动作执行器的必要功率。
9.根据权利要求5所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：上述发电电力检测组件，基于被配置在上述液压泵的下游侧的压力油的压力传感器的输出和上述动作执行器用的操作杆的操作量，算出上述液压动作执行器的必要功率。
10.根据权利要求5所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：上述发电电力检测组件，从各操作杆的操作量，算出上述旋回用电动马达及上述液压动作执行器需要的必要功率。
11.根据权利要求1所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：对由上述旋回用电动马达进行的旋回的范围进行检测，当检测出的旋回的范围在旋回规定范围以下时，对旋回用电动马达的转矩或加速度的上限进行限制。
12.根据权利要求1所述的混合动力建筑机械的控制装置，其特征在于：对由上述旋回用电动马达进行的旋回的范围进行检测，当检测出的旋回的范围在旋回规定范围以下时，对来自操作杆的信号乘以比1小的比例。
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