KR20180118753A - 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 - Google Patents

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템 Download PDF

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KR20180118753A
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assist pump
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마사히로 에가와
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케이와이비 가부시키가이샤
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Abstract

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)와, 환류되는 작동 유체에 의해 회전 구동되는 회생 모터(88)와, 회생 모터(88)에 연결되는 모터 제너레이터(91)와, 회생 모터(88) 및 모터 제너레이터(91)에 연결되는 어시스트 펌프(89)와, 컨트롤러(90)를 구비하고, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프 구동력(La)이 구동력 제한값(Lmax)보다 큰 경우에는, 어시스트 펌프 구동력(La)이 구동력 제한값(Lmax) 이하로 되도록 어시스트 펌프(89) 또는 모터 제너레이터(91)를 제어한다.

Description

하이브리드 건설 기계의 제어 시스템
본 발명은, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템에 관한 것이다.
JP2014-37861A에는, 배터리의 전력에 의해 구동되는 전동기와 엔진이 동력원으로서 병용되는 하이브리드 건설 기계가 개시되어 있다. 이 하이브리드 건설 기계에서는, 액추에이터로부터 환류되는 작동유에 의해 회생 모터가 회전 구동되고, 회생 모터와 동축에 설치되는 발전기에 의한 회생 전력을 배터리에 충전하고 있다. 또한, 이 하이브리드 건설 기계는, 회생 모터 및 전동기에 연결되고, 액추에이터에 작동유를 공급 가능한 어시스트 펌프를 구비하고 있다.
JP2014-37861A에 기재된 하이브리드 건설 기계에서는, 어시스트 펌프를 구동시키는 어시스트 제어만이 행해지는 경우에는, 액추에이터의 조작량에 따른 목표 어시스트 유량이 어시스트 펌프로부터 토출되도록 어시스트 펌프의 틸팅각은 적절하게 제어된다. 한편, 어시스트 제어와 동시에 회생 제어가 행해지는 경우에는, 소정의 어시스트 유량이 어시스트 펌프로부터 토출되도록 어시스트 펌프의 틸팅각 및 회전수는 일정하게 제어된다. 이 때문에, 액추에이터의 부하가 상승함으로써 액추에이터에의 공급 압력, 즉, 어시스트 펌프의 토출압이 상승한 경우라도 어시스트 펌프의 토출량은 변화되지 않고, 어시스트 펌프를 회전 구동시키는 구동력은 토출압의 상승에 수반하여 커진다.
즉, 어시스트 제어와 동시에 회생 제어가 행해지는 경우, 어시스트 제어만이 행해지는 경우와 비교하여, 어시스트 펌프를 회전 구동시키기 위한 구동력이 과대해진다. 이 때문에, 어시스트 제어와 동시에 회생 제어가 행해지는 경우에는, 회생 에너지의 대부분이 어시스트 펌프의 구동력으로서 소비되고, 전력으로서 배터리에 충전되는 회생 에너지의 비율이 감소한다. 이 결과, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율이 저하될 우려가 있다.
본 발명은, 어시스트 펌프의 구동력을 적절하게 제한함으로써, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템은, 유체압 액추에이터에 작동 유체를 공급하는 유체압 펌프와, 상기 유체압 펌프로부터 토출되어 환류되는 작동 유체에 의해 회전 구동되는 회생 모터와, 상기 회생 모터에 연결되는 회전 전기 기기와, 상기 회전 전기 기기에 의해 발전된 전력을 축적하는 축전부와, 상기 회생 모터 및 상기 회전 전기 기기에 연결되고, 상기 유체압 액추에이터에 작동 유체를 공급 가능한 가변 용량형 어시스트 펌프와, 상기 어시스트 펌프의 토출량이 목표 토출량으로 되도록 상기 어시스트 펌프를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 어시스트 펌프에 부여되는 펌프 구동력이 미리 정해진 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정한 경우에는, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값 이하로 되도록 상기 어시스트 펌프 또는 상기 회전 전기 기기를 제어한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템을 도시하는 회로도이다.
도 2는 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템에 있어서의 어시스트 펌프의 구동력 제한 제어의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 흐름도에 이어지는 부분의 흐름도이다.
도 4는 도 3의 흐름도에 이어지는 부분의 흐름도이다.
도 5는 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템에 있어서의 어시스트 펌프의 구동력 제한 제어의 변형예의 흐름도이다.
도 6은 도 5의 흐름도에 이어지는 흐름도이다.
도 7은 도 6의 흐름도에 이어지는 흐름도이다.
도 8은 배터리의 축전량에 대한 수정 계수를 나타내는 그래프이다.
도 9는 액추에이터의 부하에 대한 수정 계수를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)의 전체 구성에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는, 하이브리드 건설 기계가 유압 셔블인 경우에 대해 설명한다. 유압 셔블에서는, 작동 유체로서 작동유가 사용된다.
유압 셔블은, 유체압 펌프로서의 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)를 구비한다. 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는, 경사판의 틸팅각을 조정 가능한 가변 용량형 펌프이다. 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)는, 엔진(73)에 의해 구동되어 동축 회전한다.
엔진(73)에는, 엔진(73)의 여력을 이용하여 발전하는 발전기(1)가 설치된다. 발전기(1)에 의해 발전된 전력은, 배터리 차저(25)를 통해 축전부로서의 배터리(26)에 충전된다. 배터리 차저(25)는, 통상의 가정용 전원(27)에 접속한 경우에도, 배터리(26)에 전력을 충전할 수 있다.
배터리(26)에는, 배터리(26)의 온도를 검출하는 온도 센서(26a)와, 배터리(26)의 전압을 검출하는 전압 센서(도시 생략)가 설치된다. 온도 센서(26a)는, 검출한 배터리(26)의 온도에 따른 전기 신호를 제어부로서의 컨트롤러(90)에 출력한다.
제1 메인 펌프(71)로부터 토출되는 작동유는, 제1 회로 계통(75)에 공급된다. 제1 회로 계통(75)은, 상류측으로부터 차례로 선회 모터(76)를 제어하는 조작 밸브(2)와, 아암 실린더(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(3)와, 붐 실린더(77)를 제어하는 붐 2속용 조작 밸브(4)와, 예비용 어태치먼트(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(5)와, 좌측 주행용 제1 주행용 모터(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(6)를 갖는다. 이들 선회 모터(76), 아암 실린더, 붐 실린더(77), 예비용 어태치먼트에 접속되는 유압 기기 및 제1 주행용 모터가, 유체압 액추에이터(이하, 단순히 「액추에이터」라고 칭함)에 해당된다.
각 조작 밸브(2∼6)는, 제1 메인 펌프(71)로부터 각 액추에이터로 공급되는 토출유의 유량을 제어하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다. 각 조작 밸브(2∼6)는, 유압 셔블의 오퍼레이터가 조작 레버를 수동 조작하는 것에 수반하여 공급되는 파일럿압에 의해 조작된다.
각 조작 밸브(2∼6)는, 서로 병렬인 중립 유로(7)와 패럴렐 유로(8)를 통해 제1 메인 펌프(71)에 접속되어 있다. 중립 유로(7)에 있어서의 조작 밸브(2)의 상류측에는, 제1 메인 펌프(71)로부터 중립 유로(7)로 공급되는 작동유의 압력을 검출하는 제1 공급 압력 센서(63)가 설치된다. 또한, 중립 유로(7)에 있어서의 조작 밸브(2)의 상류측에는, 중립 유로(7)의 작동유압이 소정의 메인 릴리프압을 초과하면 개방되어, 작동유압을 메인 릴리프압 이하로 유지하는 메인 릴리프 밸브(65)가 설치된다.
중립 유로(7)에 있어서의 조작 밸브(6)의 하류측에는, 컨트롤러(90)에 접속되는 솔레노이드를 갖고 중립 유로(7)의 작동유를 차단 가능한 개폐 밸브(9)가 설치된다. 개폐 밸브(9)는, 노멀 상태에서 완전 개방 상태를 유지한다. 개폐 밸브(9)는, 컨트롤러(90)의 지령에 따라 폐쇄 상태로 전환된다.
중립 유로(7)에 있어서의 개폐 밸브(9)의 하류측에는, 파일럿압을 생성하기 위한 파일럿압 생성 기구(10)가 설치된다. 파일럿압 생성 기구(10)는, 통과하는 작동유의 유량이 많으면 높은 파일럿압을 생성하고, 통과하는 작동유의 유량이 적으면 낮은 파일럿압을 생성한다.
중립 유로(7)는, 조작 밸브(2∼6) 전부가 중립 위치 또는 중립 위치 근방에 있는 경우에는, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 전부 또는 일부를 탱크로 유도한다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(10)를 통과하는 유량이 많아지기 때문에, 높은 파일럿압이 생성된다.
한편, 조작 밸브(2∼6)가 풀 스트로크 상태로 전환되면, 중립 유로(7)가 막혀 작동유의 유통이 없어진다. 이 경우, 파일럿압 생성 기구(10)를 통과하는 유량이 거의 없어져, 파일럿압은 제로를 유지하게 된다. 단, 조작 밸브(2∼6)의 조작량에 따라서는, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출된 작동유의 일부가 액추에이터로 유도되고, 나머지가 중립 유로(7)로부터 탱크로 유도되게 된다. 그 때문에, 파일럿압 생성 기구(10)는, 중립 유로(7)의 작동유의 유량에 따른 파일럿압을 생성한다. 즉, 파일럿압 생성 기구(10)는, 조작 밸브(2∼6)의 조작량에 따른 파일럿압을 생성한다.
파일럿압 생성 기구(10)에는 파일럿 유로(11)가 접속된다. 파일럿 유로(11)에는, 파일럿압 생성 기구(10)에 의해 생성된 파일럿압이 유도된다. 파일럿압 생성 기구(10)는, 제1 메인 펌프(71)의 토출 용량(경사판의 틸팅각)을 제어하는 레귤레이터(12)에 접속된다.
레귤레이터(12)는, 파일럿 유로(11)의 파일럿압과 비례(비례 상수는 음의 수)하여 제1 메인 펌프(71)의 경사판의 틸팅각을 제어한다. 이에 의해, 레귤레이터(12)는, 제1 메인 펌프(71)의 1회전당 배기량을 제어한다. 즉, 제1 메인 펌프(71)의 토출량은, 파일럿 유로(11)의 파일럿압에 따라서 변화된다. 조작 밸브(2∼6)가 풀 스트로크로 전환되어 중립 유로(7)의 흐름이 없어져, 파일럿 유로(11)의 파일럿압이 제로로 되면, 제1 메인 펌프(71)의 틸팅각이 최대가 된다. 이때, 제1 메인 펌프(71)의 1회전당 배기량이 최대가 된다.
파일럿 유로(11)에는, 파일럿 유로(11)의 압력을 검출하는 제1 압력 센서(13)가 설치된다. 제1 압력 센서(13)에 의해 검출된 압력은, 압력 신호로서 컨트롤러(90)에 출력된다.
제2 메인 펌프(72)로부터 토출되는 작동유는, 제2 회로 계통(78)에 공급된다. 제2 회로 계통(78)은, 상류측으로부터 차례로 우측 주행용 제2 주행용 모터(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(14)와, 버킷 실린더(도시 생략)를 제어하는 조작 밸브(15)와, 붐 실린더(77)를 제어하는 조작 밸브(16)와, 아암 실린더(도시 생략)를 제어하는 아암 2속용 조작 밸브(17)를 갖는다. 이들 제2 주행용 모터, 버킷 실린더, 붐 실린더(77), 및 아암 실린더가, 유체압 액추에이터(이하, 단순히 「액추에이터」라고 칭함)에 해당된다.
각 조작 밸브(14∼17)는, 제2 메인 펌프(72)로부터 각 액추에이터로 공급되는 토출유의 유량을 제어하여, 각 액추에이터의 동작을 제어한다. 각 조작 밸브(14∼17)는, 유압 셔블의 오퍼레이터가 조작 레버를 수동 조작하는 것에 수반하여 공급되는 파일럿압에 의해 조작된다.
각 조작 밸브(14∼17)는, 서로 병렬인 중립 유로(18)와 패럴렐 유로(19)를 통해 제2 메인 펌프(72)에 접속되어 있다. 중립 유로(18)에 있어서의 조작 밸브(14)의 상류측에는, 제2 메인 펌프(72)로부터 중립 유로(18)에 공급되는 작동유의 압력을 검출하는 제2 공급 압력 센서(64)가 설치된다. 또한, 중립 유로(18)에 있어서의 조작 밸브(14)의 상류측에는, 중립 유로(18)의 작동유압이 소정의 메인 릴리프압을 초과하면 개방되어, 작동유압을 메인 릴리프압 이하로 유지하는 메인 릴리프 밸브(66)가 설치된다.
또한, 메인 릴리프 밸브(65, 66)는, 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78) 중 적어도 어느 한쪽에 설치되면 된다. 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78) 중 한쪽에만 메인 릴리프 밸브가 설치되는 경우에는, 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78) 중 다른 쪽으로부터도 작동유가 동일한 메인 릴리프 밸브로 유도되도록 접속된다. 이와 같이, 단일의 메인 릴리프 밸브가 설치되는 경우에는, 메인 릴리프 밸브는, 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78)에서 공용된다. 또한, 이 경우에는, 공급 압력 센서도 하나만 설치되어, 제1 회로 계통(75)과 제2 회로 계통(78)에서 공용된다.
중립 유로(18)에 있어서의 조작 밸브(17)의 하류측에는, 컨트롤러(90)에 접속되는 솔레노이드를 갖고 중립 유로(18)의 작동유를 차단 가능한 개폐 밸브(21)가 설치된다. 개폐 밸브(21)는 노멀 상태에서 완전 개방 상태를 유지한다. 개폐 밸브(21)는 컨트롤러(90)의 지령에 따라 폐쇄 상태로 전환된다.
중립 유로(18)에 있어서의 개폐 밸브(21)의 하류측에는, 파일럿압을 생성하기 위한 파일럿압 생성 기구(20)가 설치된다. 파일럿압 생성 기구(20)는, 제1 메인 펌프(71)측의 파일럿압 생성 기구(10)와 동일한 기능을 갖는 것이다.
파일럿압 생성 기구(20)에는 파일럿 유로(22)가 접속된다. 파일럿 유로(22)에는, 파일럿압 생성 기구(20)에 의해 생성된 파일럿압이 유도된다. 파일럿 유로(22)는, 제2 메인 펌프(72)의 토출 용량(경사판의 틸팅각)을 제어하는 레귤레이터(23)에 접속된다.
레귤레이터(23)는 파일럿 유로(22)의 파일럿압과 비례(비례 상수는 음의 수) 하여 제2 메인 펌프(72)의 경사판의 틸팅각을 제어한다. 이에 의해, 레귤레이터(23)는 제2 메인 펌프(72)의 1회전당 배기량을 제어한다. 즉, 제2 메인 펌프의 토출량은, 파일럿 유로(22)의 파일럿압에 따라서 변화된다. 조작 밸브(14∼17)가 풀 스트로크로 전환되어 중립 유로(18)의 흐름이 없어져, 파일럿 유로(22)의 파일럿압이 제로로 되면, 제2 메인 펌프(72)의 틸팅각이 최대가 된다. 이때, 제2 메인 펌프(72)의 1회전당 배기량이 최대가 된다.
파일럿 유로(22)에는, 파일럿 유로(22)의 압력을 검출하는 제2 압력 센서(24)가 설치된다. 제2 압력 센서(24)에 의해 검출된 압력은, 압력 신호로서 컨트롤러(90)에 출력된다.
다음으로, 선회 모터(76)에 대해 설명한다.
조작 밸브(2)의 액추에이터 포트에는, 선회 모터(76)에 연통하는 유로(28, 29)가 접속된다. 유로(28, 29)에는, 각각 릴리프 밸브(30, 31)가 접속된다. 조작 밸브(2)가 중립 위치에 유지되어 있을 때에는, 액추에이터 포트는 폐쇄되어 있고, 선회 모터(76)는 정지 상태를 유지한다.
선회 모터(76)가 정지하고 있는 상태에서, 조작 밸브(2)가 중립 위치로부터 한쪽으로 전환되면, 유로(28)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 유로(29)가 탱크에 연통된다. 이에 의해, 유로(28)로부터 작동유가 공급되어 선회 모터(76)가 일 방향으로 회전함과 함께, 선회 모터(76)로부터의 복귀유가 유로(29)를 통해 탱크로 복귀된다. 조작 밸브(2)가 다른 쪽으로 전환되면, 유로(29)가 제1 메인 펌프(71)에 접속되고, 유로(28)가 탱크에 연통된다. 이에 의해, 유로(29)로부터 작동유가 공급되어 선회 모터(76)가 타 방향으로 회전함과 함께, 선회 모터(76)로부터의 복귀유가 유로(28)를 통해 탱크로 복귀된다.
다음으로, 붐 실린더(77)에 대해 설명한다.
조작 밸브(16)의 액추에이터 포트에는, 붐 실린더(77)에 연통하는 유로(32, 35)가 접속된다. 조작 밸브(16)가 중립 위치에 유지되어 있을 때에는, 액추에이터 포트는 폐쇄되어 있고, 붐 실린더(77)는 정지 상태를 유지한다.
붐 실린더(77)가 정지하고 있는 상태에서, 조작 밸브(16)가 중립 위치로부터 한쪽으로 전환되면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유가 유로(32)를 통해 붐 실린더(77)의 피스톤측실(33)에 공급됨과 함께, 로드측실(34)로부터의 복귀유가 유로(35)를 통해 탱크로 복귀된다. 이에 의해, 붐 실린더(77)는 신장된다. 조작 밸브(16)가 다른 쪽으로 전환되면, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출된 작동유가 유로(35)를 통해 붐 실린더(77)의 로드측실(34)에 공급됨과 함께, 피스톤측실(33)로부터의 복귀유가 유로(32)를 통해 탱크로 복귀된다. 이에 의해, 붐 실린더(77)는 수축한다.
제1 회로 계통(75)의 붐 2속용 조작 밸브(3)는, 붐 조작 레버의 조작량에 따라서 조작 밸브(16)와 연동하여 전환된다. 붐 실린더(77)의 피스톤측실(33)과 조작 밸브(16)를 접속하는 유로(32)에는, 컨트롤러(90)에 의해 개방도가 제어되는 전자기 비례 스로틀 밸브(36)가 설치된다. 전자기 비례 스로틀 밸브(36)는, 노멀 상태에서 완전 개방 위치를 유지한다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 선회 모터(76) 및 붐 실린더(77)로부터의 작동유의 에너지를 회수하는 회생 제어를 실행하는 회생 장치를 구비한다. 이하에서는, 그 회생 장치에 대해 설명한다.
회생 장치에 의한 회생 제어는, 컨트롤러(90)에 의해 실행된다. 컨트롤러(90)는, 회생 제어를 실행하는 CPU(중앙 연산 처리 장치)와, CPU의 처리 동작에 필요한 제어 프로그램이나 설정값 등이 기억된 ROM(리드 온리 메모리)과, 각종 센서가 검출한 정보를 일시적으로 기억하는 RAM(랜덤 액세스 메모리)을 구비한다.
먼저, 선회 모터(76)로부터의 작동유를 이용하여 에너지 회생을 행하는 선회 회생 제어에 대해 설명한다.
선회 모터(76)에 접속되는 유로(28, 29)는, 선회 모터(76)로부터의 작동유를 회생용 회생 모터(88)로 유도하기 위한 선회 회생 유로(47)에 접속된다. 유로(28, 29) 각각에는, 선회 회생 유로(47)에의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(48, 49)가 설치된다. 선회 회생 유로(47)는, 합류 회생 유로(46)를 통해 회생 모터(88)에 접속된다.
회생 모터(88)는, 경사판의 틸팅각이 조정 가능한 가변 용량형 모터이며, 발전기 겸용의 회전 전기 기기로서의 모터 제너레이터(91)와 동축 회전하도록 연결되어 있다. 회생 모터(88)는, 선회 모터(76)나 붐 실린더(77)로부터 합류 회생 유로(46)를 통해 환류되는 작동유에 의해 회전 구동된다. 또한, 회생 모터(88)는, 후술하는 잉여 유량 회생을 실행하는 경우에는, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출되어 환류되는 작동유에 의해 회전 구동된다. 회생 모터(88)의 경사판의 틸팅각은, 틸팅각 제어기(38)에 의해 제어된다. 틸팅각 제어기(38)는, 컨트롤러(90)의 출력 신호에 의해 제어된다.
회생 모터(88)는, 모터 제너레이터(91)를 회전 구동 가능하다. 모터 제너레이터(91)가 발전기로서 기능한 경우에는, 발전된 회생 전력은 인버터(92)를 통해 배터리(26)에 충전된다. 회생 모터(88)와 모터 제너레이터(91)는, 직접 연결되어도 되고, 감속기를 통해 연결되어도 된다.
회생 모터(88)의 상류에는, 회생 모터(88)에의 작동유의 공급량이 충분하지 않게 된 경우에, 탱크로부터 합류 회생 유로(46)로 작동유를 흡입해 올려 회생 모터(88)에 공급하는 흡상 유로(61)가 접속된다. 흡상 유로(61)에는, 탱크로부터 합류 회생 유로(46)에의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(61a)가 설치된다.
선회 회생 유로(47)에는, 컨트롤러(90)로부터 출력되는 신호에 의해 전환 제어되는 전자기 전환 밸브(50)가 설치된다. 전자기 전환 밸브(50)와 체크 밸브(48, 49) 사이에는, 선회 모터(76)의 선회 동작 시의 선회 압력 또는 브레이크 동작 시의 브레이크 압력을 검출하는 압력 센서(51)가 설치된다. 압력 센서(51)에 의해 검출된 압력은, 압력 신호로서 컨트롤러(90)에 출력된다.
유로(28, 29)를 통해 공급되는 작동유에 의해 선회 모터(76)가 선회하고 있을 때에 조작 밸브(2)가 중립 위치로 전환되는 브레이크 동작 시에는, 선회 모터(76)의 펌프 작용에 의해 토출된 작동유가 체크 밸브(48, 49)를 통해 선회 회생 유로(47)에 유입되어, 회생 모터(88)로 유도된다.
선회 회생 유로(47)에 있어서의 전자기 전환 밸브(50)의 하류측에는, 안전 밸브(52)가 설치된다. 안전 밸브(52)는, 예를 들어 선회 회생 유로(47)의 전자기 전환 밸브(50) 등에 이상이 발생한 경우에, 유로(28, 29)의 압력을 유지하여 선회 모터(76)가 일주하는 것을 방지하는 것이다.
컨트롤러(90)는, 압력 센서(51)의 검출 압력이 선회 회생 개시 압력 Pt 이상으로 되었다고 판정한 경우에는, 전자기 전환 밸브(50)의 솔레노이드를 여자한다. 이에 의해, 전자기 전환 밸브(50)가 개방 위치로 전환되어 선회 회생이 개시된다. 컨트롤러(90)는, 압력 센서(51)의 검출 압력이 선회 회생 개시 압력 Pt 미만으로 되었다고 판정한 경우에는, 전자기 전환 밸브(50)의 솔레노이드를 비여자로 한다. 이에 의해, 전자기 전환 밸브(50)가 폐쇄 위치로 전환되어 선회 회생이 정지한다.
컨트롤러(90)에는, 상술한 선회 회생 제어를 실행하기 위해, 선회 회생 제어 상태에 있는지 여부를 판별하기 위한 선회 회생 개시 압력 Pt와, 선회 회생 제어를 실행할 때의 모터 제너레이터(91)의 목표 회전수인 선회 회생 시 회전수 Nr이 기억되어 있다.
다음으로, 붐 실린더(77)로부터의 작동유를 이용하여 에너지 회생을 행하는 붐 회생 제어에 대해 설명한다.
유로(32)에는, 피스톤측실(33)과 전자기 비례 스로틀 밸브(36) 사이로부터 분기되는 붐 회생 유로(53)가 접속된다. 붐 회생 유로(53)는, 피스톤측실(33)로부터의 복귀 작동유를 회생 모터(88)로 유도하기 위한 유로이다. 선회 회생 유로(47)와 붐 회생 유로(53)는 합류하여 합류 회생 유로(46)에 접속된다.
붐 회생 유로(53)에는, 컨트롤러(90)로부터 출력되는 신호에 의해 전환 제어되는 전자기 전환 밸브(54)가 설치된다. 전자기 전환 밸브(54)는, 솔레노이드가 비여자일 때에 폐쇄 위치(도시한 상태)로 전환되어, 붐 회생 유로(53)를 차단한다. 전자기 전환 밸브(54)는, 솔레노이드가 여자되었을 때에 개방 위치로 전환되고, 붐 회생 유로(53)를 개통하여 피스톤측실(33)로부터 합류 회생 유로(46)로의 작동유의 흐름만을 허용한다.
컨트롤러(90)는, 조작 밸브(16)의 조작 방향과 그 조작량을 검출하는 센서(도시 생략)의 검출 결과에 기초하여, 오퍼레이터가 붐 실린더(77)를 신장시키려고 하고 있는지, 또는 수축시키려고 하고 있는지를 판정한다. 컨트롤러(90)는, 붐 실린더(77)의 신장 동작을 판정하면, 전자기 비례 스로틀 밸브(36)를 노멀 상태인 완전 개방 위치로 유지함과 함께, 전자기 전환 밸브(54)를 폐쇄 위치로 유지한다. 한편, 컨트롤러(90)는, 붐 실린더(77)의 수축 동작을 판정하면, 조작 밸브(16)의 조작량에 따라서 오퍼레이터가 요구하고 있는 붐 실린더(77)의 수축 속도를 연산함과 함께, 전자기 비례 스로틀 밸브(36)를 폐쇄하여 전자기 전환 밸브(54)를 개방 위치로 전환한다. 이에 의해, 붐 실린더(77)로부터의 복귀 작동유 전량이 회생 모터(88)로 유도되어, 붐 회생이 실행된다.
컨트롤러(90)에는, 상술한 붐 회생 제어가 실행될 때의 모터 제너레이터(91)의 목표 회전수인 붐 회생 시 회전수 Nb가 기억되어 있다.
다음으로, 중립 유로(7, 18)로부터의 작동유의 에너지를 회수하여 에너지 회생을 행하는 잉여 유량 회생 제어에 대해 설명한다. 잉여 유량 회생 제어는, 선회 회생 제어 및 붐 회생 제어와 마찬가지로 컨트롤러(90)에 의해 실행된다.
제1, 제2 메인 펌프(71, 72)에는, 각각 유로(55, 56)가 접속된다. 유로(55, 56)에는, 각각 전자기 밸브(58, 59)가 설치된다. 유로(55, 56)는, 제1, 제2 회로 계통(75, 78)의 상류측에서, 각각 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)에 접속되어 있다. 전자기 밸브(58, 59)는, 컨트롤러(90)에 접속되는 솔레노이드를 갖는다.
전자기 밸브(58, 59)는, 솔레노이드가 비여자일 때에는, 폐쇄 위치(도시한 위치)로 전환되고, 솔레노이드가 여자되었을 때에 개방 위치로 전환된다. 전자기 밸브(58, 59)는, 합류 유로(57) 및 체크 밸브(60)를 통해 회생 모터(88)에 접속된다.
컨트롤러(90)는, 제1 공급 압력 센서(63)의 검출값이 메인 릴리프 밸브(65)의 메인 릴리프압에 근사한 값이라고 판단한 경우에는, 전자기 밸브(58)의 솔레노이드를 여자한다. 이에 의해, 전자기 밸브(58)가 개방 위치로 전환된다. 이때, 컨트롤러(90)는, 개폐 밸브(9)의 솔레노이드를 여자하여, 개폐 밸브(9)를 폐쇄 상태로 전환한다. 이에 의해, 제1 메인 펌프(71)로부터 토출되어 메인 릴리프 밸브(65)를 통해 탱크로 배출되고 있던 작동유는, 유로(55)를 통해 합류 회생 유로(46)로 유도되어, 제1 회로 계통(75)의 잉여 유량 회생이 실행된다.
마찬가지로, 컨트롤러(90)는, 제2 공급 압력 센서(64)의 검출값이 메인 릴리프 밸브(66)의 메인 릴리프압에 근사한 값이라고 판단한 경우에는, 전자기 밸브(59)의 솔레노이드를 여자한다. 이에 의해, 전자기 밸브(59)가 개방 위치로 전환된다. 이때, 컨트롤러(90)는, 개폐 밸브(21)의 솔레노이드를 여자하고, 개폐 밸브(21)를 폐쇄 상태로 전환한다. 이에 의해, 제2 메인 펌프(72)로부터 토출되고 메인 릴리프 밸브(66)를 통해 탱크에 배출되고 있던 작동유는, 유로(56)를 통해 합류 회생 유로(46)로 유도되어, 제2 회로 계통(78)의 잉여 유량 회생이 실행된다.
이와 같이, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출된 작동유는, 전자기 밸브(58, 59)를 경유하여 회생 모터(88)에 공급되어, 회생 모터(88)를 회전 구동한다. 회생 모터(88)는, 모터 제너레이터(91)를 회전 구동하여 발전시킨다. 모터 제너레이터(91)에 의해 발전된 전력은, 인버터(92)를 통해 배터리(26)에 충전된다. 이에 의해, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출되는 작동유의 잉여 유량에 의한 잉여 유량 회생이 실행된다.
다음으로, 어시스트 펌프(89)로부터 토출되는 작동유의 에너지에 의해 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72)의 출력을 어시스트하는 어시스트 제어에 대해 설명한다.
어시스트 펌프(89)는, 회생 모터(88)와 동축 회전한다. 어시스트 펌프(89)는, 모터 제너레이터(91)를 전동 모터로서 사용하였을 때의 구동력과, 회생 모터(88)에 의한 구동력에 의해 회전한다. 모터 제너레이터(91)의 회전수 등은, 인버터(92)에 접속된 컨트롤러(90)에 의해 제어된다. 또한, 어시스트 펌프(89)의 경사판의 틸팅각은, 틸팅각 제어기(37)에 의해 제어된다. 틸팅각 제어기(37)는 컨트롤러(90)의 출력 신호에 의해 제어된다.
어시스트 펌프(89)의 토출 유로(39)는, 제1 메인 펌프(71)의 토출측에 합류하는 제1 어시스트 유로(40)와, 제2 메인 펌프(72)의 토출측에 합류하는 제2 어시스트 유로(41)로 분기된다. 토출 유로(39)에는, 어시스트 펌프(89)의 토출 압력 Pa를 검출하는 토출 압력 검출부로서의 압력 센서(39a)가 설치된다. 압력 센서(39a)에 의해 검출된 압력은, 압력 신호로서 컨트롤러(90)에 출력된다.
제1, 제2 어시스트 유로(40, 41) 각각에는, 컨트롤러(90)의 출력 신호에 의해 개방도가 제어되는 제1, 제2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)가 설치된다. 또한, 제1, 제2 어시스트 유로(40, 41)에는, 제1, 제2 전자기 비례 스로틀 밸브(42, 43)의 하류에, 어시스트 펌프(89)로부터 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로의 작동유의 흐름만을 허용하는 체크 밸브(44, 45)가 각각 설치된다.
컨트롤러(90)에는, 상술한 어시스트 제어를 실행하기 위해, 붐 실린더(77)를 신장시키는 방향으로의 조작 레버의 조작량에 상당하는 조작 밸브(16)의 변위량(어시스트 제어 지령)에 대한 어시스트 유량 Qa 및 각 액추에이터를 조작하는 조작 레버의 조작량에 상당하는 각 조작 밸브(2, 3, 5, 6, 14, 15, 17)의 변위량(어시스트 제어 지령)에 대한 어시스트 유량 Qa가 연산식 또는 맵으로서 기억됨과 함께, 어시스트 제어를 실행할 때의 모터 제너레이터(91)의 목표 회전수인 어시스트 시 회전수 Na가 기억되어 있다.
계속해서, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)에 있어서 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키기 위해 부여되는 펌프 구동력으로서의 어시스트 펌프 구동력 La를 제한하는 어시스트 펌프 구동력 제한 제어에 대해 설명한다.
예를 들어, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α 및 회전수가 일정한 어시스트 제어가 행해지고 있을 때, 각 액추에이터의 부하가 상승함으로써 각 액추에이터로의 작동유의 공급 압력, 즉, 어시스트 펌프(89)의 토출압이 상승하면, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키는 어시스트 펌프 구동력 La는 토출압의 상승에 수반하여 커진다. 이와 같이, 어시스트 제어를 실행할 때, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키기 위해 부여되는 어시스트 펌프 구동력 La가 과대해지면, 회생 제어 중이면, 회생 모터(88)에 의해 회생된 에너지의 대부분이 어시스트 펌프(89)의 구동력으로서 소비되고, 회생 제어 중이 아니면, 배터리(26)에 충전된 전기 에너지가 불필요하게 소비되게 된다.
이와 같이 회생 에너지가 불필요하게 소비되면, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율이 저하되어 버린다. 이것을 방지하기 위해, 본 실시 형태에서는, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 미리 정해진 후술하는 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3보다 큰 경우에는, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3 이하로 되도록, 어시스트 펌프(89) 또는 모터 제너레이터(91)를 제어하는 어시스트 펌프 구동력 제한 제어가 행해진다.
컨트롤러(90)에는, 어시스트 펌프 구동력 제한 제어를 실행하기 위해, 붐 회생 제어 시에 어시스트 제어가 행해지는 경우의 어시스트 펌프 구동력 La를 제한하는 펌프 구동력 제한값으로서의 제1 구동력 제한값 Lmax1과, 선회 회생 제어 시에 어시스트 제어가 행해지는 경우의 어시스트 펌프 구동력 La를 제한하는 펌프 구동력 제한값으로서의 제2 구동력 제한값 Lmax2와, 붐 회생 제어 및 선회 회생 제어가 행해지고 있지 않고, 어시스트 펌프(89)를 모터 제너레이터(91)에 의해 회전 구동시키는 어시스트 제어만이 행해지는 경우의 어시스트 펌프 구동력 La를 제한하는 펌프 구동력 제한값으로서의 제3 구동력 제한값 Lmax3이 기억되어 있다.
이들 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3은, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3으로 제한됨으로써 어시스트 펌프 구동력 La가 과대해지는 것이 억제되어, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율이 높은 상태로 유지되도록 설정된다.
이하에, 컨트롤러(90)에 의해 실행되는 어시스트 펌프 구동력 제한 제어에 대해, 도 2∼도 4에 나타내는 흐름도를 참조하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 스텝 S11에 있어서, 컨트롤러(90)는, 유압 셔블이 오퍼레이터에 의해 어떻게 조작되고 있는지를 파악하기 위해, 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위 및 압력 센서(51)에 의해 검출된 압력값을 도입한다. 또한, 본 스텝에 있어서 컨트롤러(90)에 도입되는 파라미터로서는, 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위에 한정되지 않고, 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위에 상당하는 것이면 어떠한 파라미터여도 되고, 예를 들어 오퍼레이터에 의해 조작되는 각 조작 레버의 조작량 등이어도 된다.
다음으로, 스텝 S12에 있어서, 컨트롤러(90)는, 스텝 S11에서 도입된 붐 실린더(77)의 조작 밸브(16)의 변위에 기초하여, 붐 회생 제어를 실행할지 여부, 즉, 붐 회생 제어가 실행 가능한 상태에 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 조작 밸브(16)의 변위량 및 변위 방향으로부터 붐 실린더(77)가 수축 상태에 있다고 판명된 경우에는 붐 회생 제어를 실행 가능한 상태에 있다고 판정하고, 붐 실린더(77)가 신장 상태 또는 정지 상태에 있다고 판명된 경우에는 붐 회생 제어가 실행 가능한 상태에 있지 않다고 판정한다.
스텝 S12에 있어서, 붐 회생 제어를 실행한다고 판정된 경우에는, 스텝 S13으로 진행하여, 붐 회생 제어에 필요한 파라미터의 설정이 컨트롤러(90)에 의해 행해진다. 스텝 S13에 있어서, 컨트롤러(90)는 조작 밸브(16)의 변위량에 기초하여 회생 모터(88)에 유입되는 붐 회생 유량 Qb를 연산함과 함께, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 미리 정해진 붐 회생 시 회전수 Nb로 설정한다. 또한, 컨트롤러(90)는 회생 모터(88)의 틸팅각 β를 제1 틸팅각 β1으로 설정한다. 제1 틸팅각 β1은, 붐 회생 시 회전수 Nb로 회전하는 모터 제너레이터(91)와 동기하여 회전하는 회생 모터(88)에 유입되는 작동유의 유량이, 연산된 붐 회생 유량 Qb가 될 때의 틸팅각이다. 이와 같이 회생 모터(88)의 틸팅각 β가 제1 틸팅각 β1으로 설정됨으로써 붐의 하강 속도는 소정의 속도로 제어된다.
이어지는 스텝 S14에서는, 컨트롤러(90)는, 스텝 S11에서 도입된 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량에 기초하여, 어시스트 제어를 실행할지 여부, 즉, 어시스트 펌프(89)에 의한 어시스트가 필요한 상태에 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 어느 하나의 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량이 커, 어느 액추에이터에 대해 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72) 외에도 어시스트 펌프(89)로부터 작동유를 공급할 필요가 있는 경우에는, 어시스트 제어가 필요하다고 판정된다. 한편, 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량이 작아, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 토출량으로 충분히 각 액추에이터를 구동시킬 수 있는 경우에는, 어시스트 제어가 불필요하다고 판정된다.
스텝 S14에 있어서, 어시스트 제어를 실행한다고 판정된 경우에는, 스텝 S15로 진행하고, 어시스트 유량 Qa의 연산 및 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α의 설정이 컨트롤러(90)에 의해 행해진다. 한편, 스텝 S14에 있어서, 어시스트 제어의 실행이 불필요하다고 판정된 경우에는, 스텝 S20으로 진행하고, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α는 제로로 설정된다.
스텝 S15에 있어서, 컨트롤러(90)는, 기억된 연산식 또는 맵을 사용하여 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량에 기초하여 어시스트 펌프(89)로부터 토출해야 할 어시스트 유량 Qa를 연산하고, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 연산된 어시스트 유량 Qa가 되도록 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제1 목표 틸팅각 α1로 설정한다. 제1 목표 틸팅각 α1은, 붐 회생 시 회전수 Nb로 회전하는 모터 제너레이터(91)와 동기하여 회전하는 어시스트 펌프(89)로부터 연산된 어시스트 유량 Qa가 토출될 때의 틸팅각이다.
또한, 스텝 S16에 있어서, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 제1 구동력 제한값 Lmax1이 될 때의 제1 제한 틸팅각 αmax1을 연산한다. 구체적으로는, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(39a)에 의해 검출된 어시스트 펌프(89)의 토출 압력 Pa와, 스텝 S15에서 연산된 어시스트 유량 Qa와, 모터 제너레이터(91)의 붐 회생 시 회전수 Nb를 사용하여 하기 식(1)에 의해 제1 제한 틸팅각 αmax1을 연산한다.
Figure pct00001
또한, κ1은, 어시스트 펌프(89)의 최대 배기 용적, 모터 제너레이터(91)와 어시스트 펌프(89) 사이의 감속비 및 어시스트 펌프(89)의 용적 효율에 의해 결정되는 상수이다.
스텝 S17에서는, 스텝 S15에서 설정된 제1 목표 틸팅각 α1과, 스텝 S16에서 연산된 제1 제한 틸팅각 αmax1이 비교된다.
여기서, 제1 목표 틸팅각 α1이 제1 제한 틸팅각 αmax1보다 클 때는, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 제1 구동력 제한값 Lmax1을 초과하고 있고, 회생 모터(88)에서 회생된 에너지가 불필요하게 소비되어 있는 것을 의미한다. 이 때문에, 스텝 S17에 있어서, 제1 목표 틸팅각 α1이 제1 제한 틸팅각 αmax1보다 크다고 판정되면, 스텝 S18로 진행하여, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제1 제한 틸팅각 αmax1로 변경한다. 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α가 작아짐으로써 어시스트 펌프(89)로부터 토출되는 유량은 저하되지만, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 저감된 분만큼 회생 모터(88)에서 회생된 에너지는, 전력으로서 배터리(26)에 충전된다. 또한, 어시스트 펌프(89)가 회생 모터(88) 및 모터 제너레이터(91)에 의해 회전 구동되는 경우, 즉, 모터 제너레이터(91)가 역행 상태인 경우에는, 모터 제너레이터(91)가 소비하는 전력이 저감되어, 배터리(26)의 충전량의 감소가 억제된다. 이와 같이, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제한함으로써 어시스트 펌프 구동력 La를 적정하게 제어하는 것이 가능해져, 결과적으로, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 스텝 S17에 있어서, 제1 목표 틸팅각 α1이 제1 제한 틸팅각 αmax1 이하라고 판정되면, 스텝 S19로 진행하여, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제1 목표 틸팅각 α1로 유지한다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 스텝 S12에 있어서, 붐 회생 제어를 실행하지 않는다고 판정된 경우에 대해 설명한다.
스텝 S12에 있어서, 붐 회생 제어가 실행 가능한 상태에 있지 않다고 판정된 경우에는, 스텝 S21로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 선회 회생 제어를 실행할지 여부, 즉, 선회 회생 제어가 실행 가능한 상태에 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 컨트롤러(90)는, 스텝 S11에서 도입된 압력 센서(51)의 검출값이 선회 회생 개시 압력 Pt 이상이 된 경우에는 선회 회생 제어가 실행 가능한 상태에 있다고 판정하고, 압력 센서(51)의 검출값이 선회 회생 개시 압력 Pt 미만인 경우에는 선회 회생 제어가 실행 가능한 상태에 있지 않다고 판정한다.
스텝 S21에 있어서, 선회 회생 제어를 실행하면 판정된 경우에는, 스텝 S22로 진행하여, 선회 회생 제어에 필요한 파라미터의 설정이 컨트롤러(90)에 의해 행해진다. 스텝 S22에 있어서, 컨트롤러(90)는, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 미리 정해진 선회 회생 시 회전수 Nr로 설정하고, 선회 회생 시 회전수 Nr로 회전하는 모터 제너레이터(91)와 동기하여 회전하는 회생 모터(88)의 틸팅각 β를 제2 틸팅각 β2로 설정한다. 제2 틸팅각 β2는, 압력 센서(51)의 검출값이 선회 회생 개시 압력 Pt를 유지하도록 설정된다.
이어지는 스텝 S23에서는, 컨트롤러(90)는, 스텝 S11에서 도입된 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량에 기초하여, 어시스트 제어를 실행할지 여부, 즉, 어시스트 펌프(89)에 의한 어시스트가 필요한 상태에 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 어느 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량이 커, 어느 액추에이터에 대해 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72) 외에도 어시스트 펌프(89)로부터 작동유를 공급할 필요가 있는 경우에는, 어시스트 제어가 필요하다고 판정된다. 한편, 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량이 작아, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 토출량으로 충분히 각 액추에이터를 구동시킬 수 있는 경우에는, 어시스트 제어가 불필요하다고 판정된다.
스텝 S23에 있어서, 어시스트 제어를 실행한다고 판정된 경우에는, 스텝 S24로 진행하여, 어시스트 유량 Qa의 연산 및 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α의 설정이 컨트롤러(90)에 의해 행해진다. 한편, 스텝 S23에 있어서, 어시스트 제어의 실행이 불필요하다고 판정된 경우에는, 스텝 S29로 진행하여, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α는 제로로 설정된다.
스텝 S24에 있어서, 컨트롤러(90)는, 기억된 연산식 또는 맵을 사용하여 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량에 기초하여 어시스트 펌프(89)로부터 토출해야 하는 어시스트 유량 Qa를 연산하여, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 연산된 어시스트 유량 Qa가 되도록 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제2 목표 틸팅각 α2로 설정한다. 제2 목표 틸팅각 α2는, 선회 회생 시 회전수 Nr로 회전하는 모터 제너레이터(91)와 동기하여 회전하는 어시스트 펌프(89)로부터 연산된 어시스트 유량 Qa가 토출될 때의 틸팅각이다.
또한, 스텝 S25에 있어서, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 제2 구동력 제한값 Lmax2로 될 때의 제2 제한 틸팅각 αmax2를 연산한다. 구체적으로는, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(39a)에 의해 검출된 어시스트 펌프(89)의 토출 압력 Pa와, 스텝 S24에서 연산된 어시스트 유량 Qa와, 모터 제너레이터(91)의 선회 회생 시 회전수 Nr을 사용하여 하기 식(2)에 의해 제2 제한 틸팅각 αmax2를 연산한다.
Figure pct00002
또한, κ1은, 어시스트 펌프(89)의 최대 배기 용적, 모터 제너레이터(91)와 어시스트 펌프(89) 사이의 감속비 및 어시스트 펌프(89)의 용적 효율에 의해 결정되는 상수이다.
스텝 S26에서는, 스텝 S24에서 설정된 제2 목표 틸팅각 α2와, 스텝 S25에서 연산된 제2 제한 틸팅각 αmax2가 비교된다.
여기서, 제2 목표 틸팅각 α2가 제2 제한 틸팅각 αmax2보다 클 때는, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 제2 구동력 제한값 Lmax2를 초과하고 있어, 회생 모터(88)에서 회생된 에너지가 불필요하게 소비되어 있는 것을 의미한다. 이 때문에, 스텝 S26에 있어서, 제2 목표 틸팅각 α2가 제2 제한 틸팅각 αmax2보다 크다고 판정되면, 스텝 S27로 진행하여, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각을 제2 제한 틸팅각 αmax2로 변경한다. 어시스트 펌프(89)의 틸팅각이 작아짐으로써 어시스트 펌프(89)로부터 토출되는 유량도 저하되지만, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 저감된 분만큼 회생 모터(88)에서 회생된 에너지는, 전력으로서 배터리(26)에 충전된다. 또한, 어시스트 펌프(89)가 회생 모터(88) 및 모터 제너레이터(91)에 의해 회전 구동되는 경우, 즉, 모터 제너레이터(91)가 역행 상태인 경우에는, 모터 제너레이터(91)가 소비하는 전력이 저감되어, 배터리(26)의 충전량의 감소가 억제된다. 이와 같이, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제한함으로써 어시스트 펌프 구동력 La를 적정하게 제어하는 것이 가능해져, 결과적으로, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 스텝 S26에 있어서, 제2 목표 틸팅각 α2가 제2 제한 틸팅각 αmax2 이하라고 판정되면, 스텝 S28로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제2 목표 틸팅각 α2로 유지한다.
계속해서, 도 4를 참조하여, 스텝 S21에 있어서, 선회 회생 제어를 실행하지 않는다고 판정된 경우에 대해 설명한다.
스텝 S21에 있어서, 선회 회생 제어가 실행 가능한 상태에 있지 않다고 판정된 경우에는, 스텝 S30으로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 회생 모터(88)의 틸팅각 β를 제로로 설정하여, 붐 회생 제어 및 선회 회생 제어가 행해지지 않는 상태로 한다.
이어지는 스텝 S31에서는, 컨트롤러(90)는, 스텝 S11에서 도입된 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량에 기초하여, 어시스트 제어를 실행할지 여부, 즉, 어시스트 펌프(89)에 의한 어시스트가 필요한 상태에 있는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 어느 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량이 커, 어느 액추에이터에 대해, 제1 메인 펌프(71) 및 제2 메인 펌프(72) 외에도 어시스트 펌프(89)로부터 작동유를 공급할 필요가 있는 경우에는, 어시스트 제어가 필요하다고 판정된다. 한편, 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량이 작아, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 토출량으로 충분히 각 액추에이터를 구동시킬 수 있는 경우에는, 어시스트 제어가 불필요하다고 판정된다.
스텝 S31에 있어서, 어시스트 제어를 실행한다고 판정된 경우에는, 스텝 S32로 진행하고, 어시스트 유량 Qa의 연산, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N 및 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α의 설정이 컨트롤러(90)에 의해 행해진다. 한편, 스텝 S31에 있어서, 어시스트 제어의 실행이 불필요하다고 판정된 경우에는, 스텝 S37로 진행하고, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α 및 모터 제너레이터(91)의 회전수 N은 제로로 설정된다.
스텝 S32에 있어서, 컨트롤러(90)는, 기억된 연산식 또는 맵을 사용하여 각 조작 밸브(2∼6, 14∼17)의 변위량에 기초하여 어시스트 펌프(89)로부터 토출해야 할 어시스트 유량 Qa 및 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키는 모터 제너레이터(91)의 어시스트 시 회전수 Na를 연산하여, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 연산된 어시스트 유량 Qa로 되도록 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제3 목표 틸팅각 α3으로 설정한다. 제3 목표 틸팅각 α3은, 어시스트 시 회전수 Na로 회전하는 모터 제너레이터(91)에 의해 회전 구동되는 어시스트 펌프(89)로부터 연산된 어시스트 유량 Qa가 토출될 때의 틸팅각이다.
또한, 스텝 S33에 있어서, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키는 모터 제너레이터(91)의 출력인 회전 전기 기기 출력으로서의 모터 출력 P, 즉, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3으로 될 때의 모터 제너레이터(91)의 회전수인 제한 회전수 Nmax를 연산한다. 구체적으로는, 컨트롤러(90)는, 모터 제너레이터(91)의 실제 토크 T를 인버터(92)로부터 모터 제너레이터(91)에 공급되는 전류값으로부터 연산하고, 하기 식(3)에 의해 제한 회전수 Nmax를 연산한다.
Figure pct00003
또한, κ2는, 상수이다.
스텝 S34에서는, 스텝 S32에서 설정된 어시스트 시 회전수 Na와, 스텝 S33에서 연산된 제한 회전수 Nmax가 비교된다.
여기서, 어시스트 시 회전수 Na가 제한 회전수 Nmax보다 클 때는, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키는 모터 제너레이터(91)의 모터 출력 P, 즉, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가, 제3 구동력 제한값 Lmax3을 초과하고 있어, 배터리(26)에 축전된 전기 에너지가 불필요하게 소비되어 있는 것을 의미한다. 이 때문에, 스텝 S34에 있어서, 어시스트 시 회전수 Na가 제한 회전수 Nmax보다 크다고 판정되면, 스텝 S35로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 제한 회전수 Nmax로 변경한다. 모터 제너레이터(91)의 회전수 N이 낮아짐으로써 어시스트 펌프(89)로부터 토출되는 유량도 저하되지만, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키는 모터 제너레이터(91)가 소비하는 전력이 저감된 분만큼 배터리(26)의 충전량의 감소가 억제된다. 이와 같이, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 제한함으로써 어시스트 펌프 구동력 La를 적정하게 제어하는 것이 가능해져, 결과적으로, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 스텝 S34에 있어서, 어시스트 시 회전수 Na가 제한 회전수 Nmax 이하라고 판정되면, 스텝 S36으로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 어시스트 시 회전수 Na로 유지한다.
또한, 스텝 S34에서는, 모터 제너레이터(91)의 회전수를 비교함으로써, 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 제한값에 도달하였는지 여부를 판정하고, 판정 결과에 따라서 모터 제너레이터(91)의 회전수를 변경 또는 유지하고 있다. 이 대신에, 스텝 S17 및 스텝 S26과 마찬가지로, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각을 비교하여, 판정 결과에 따라서 어시스트 펌프(89)의 틸팅각을 변경 또는 유지하는 것도 가능하다.
그러나, 어시스트 펌프(89)의 펌프 효율은, 틸팅각이 작아질수록 저하된다. 이 때문에, 어시스트 펌프 구동력 La를 제한하기 위해 어시스트 펌프(89)의 틸팅각을 작게 한 경우, 펌프 효율이 저하됨으로써, 하이브리드 건설 기계의 전체적인 시스템 효율이 저하될 우려가 있다. 또한, 회생 제어가 행해지지 않고, 어시스트 제어만이 행해지는 경우에는, 모터 제너레이터(91)의 회전수를 변화시켜도 회생 효율에 영향을 미치는 일은 없다. 또한, 가변 용량형 펌프에서는, 틸팅각의 변화에 히스테리시스 특성이 있기 때문에, 틸팅각이 지령대로 변화되지 않는 경우가 있는 한편, 모터 제너레이터(91)의 회전수의 변경은, 전기적으로 행해지기 때문에 정밀도 및 응답성이 좋다. 이들의 이유로부터, 스텝 S34 및 스텝 S35에서는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각이 아닌, 모터 제너레이터(91)의 회전수를 비교, 변경하거나 하는 쪽이 바람직하다.
스텝 S18∼20 및 스텝 S27∼S29에 있어서의 처리가 종료되면, 도 2에 나타내어진 바와 같이 스텝 S38로 이행한다. 스텝 S38에 있어서, 컨트롤러(90)는, 모터 제너레이터(91)의 회생 전력을 제한하는 제어를 실행한다.
예를 들어, 배터리(26)의 충전량이 높은 경우에는, 회생 제어 시에 모터 제너레이터(91)에서 발전된 전기 에너지 전부를 배터리(26)에 회수할 수 없는 상태로 될 우려가 있다. 이 때문에, 컨트롤러(90)는, 스텝 S38에 있어서, 이러한 상태가 예측되는 경우에는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α나 회생 모터(88)의 틸팅각 β를 적절하게 조정하여, 모터 제너레이터(91)의 발전량을 제한한다. 또한, 모터 제너레이터(91)의 발전량을 제한하기 위해 조정되는 것은, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α나 회생 모터(88)의 틸팅각 β에 한정되지 않고, 전자기 비례 스로틀 밸브(36)나 전자기 전환 밸브(50, 54)의 개방도 등이어도 된다.
스텝 S35∼38에 있어서의 처리가 종료되면 다시 "개시"로 되돌아가, 컨트롤러(90)는, 하이브리드 건설 기계가 오퍼레이터에 의해 운전되고 있는 동안, 도 2∼도 4에 나타낸 흐름도의 처리를 반복하여 실행한다.
이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)에서는, 어시스트 펌프(89)에 부여되는 어시스트 펌프 구동력 La가 미리 정해진 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3 이하로 되도록 제한된다. 이와 같이, 어시스트 펌프 구동력 La가 과대해지는 것이 억제됨으로써, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키기 위해 회생 에너지가 불필요하게 소비되는 것이 억제되어, 전력으로서 배터리(26)에 충전되는 회생 에너지를 증가시킬 수 있다. 이 결과, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 상기 실시 형태의 변형예에 대해 설명한다.
상기 실시 형태에서는, 스텝 S17에 있어서, 어시스트 펌프(89)의 제1 목표 틸팅각 α1과 제1 제한 틸팅각 αmax1을 비교하고 있다. 이 대신에, 어시스트 펌프(89)의 실제의 구동력인 제1 어시스트 펌프 구동력 La1을 연산하고, 제1 어시스트 펌프 구동력 La1과 제1 구동력 제한값 Lmax1을 비교해도 된다.
구체적으로는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 스텝 S16의 처리가 종료된 후, 스텝 S16-2에 있어서, 컨트롤러(90)는, 붐 회생 시 회전수 Nb로 회전하는 모터 제너레이터(91)와 동기하여 회전하는 어시스트 펌프(89)의 실제의 구동력인 제1 어시스트 펌프 구동력 La1을 연산한다. 제1 어시스트 펌프 구동력 La1은, 압력 센서(39a)에 의해 검출된 어시스트 펌프(89)의 토출 압력 Pa와, 스텝 S15에서 연산된 제1 목표 틸팅각 α1과, 모터 제너레이터(91)의 붐 회생 시 회전수 Nb를 사용하여 하기 식(4)에 의해 산출된다.
Figure pct00004
또한, κ3은, 어시스트 펌프(89)의 최대 배기 용적, 모터 제너레이터(91)와 어시스트 펌프(89) 사이의 감속비 및 어시스트 펌프(89)의 용적 효율에 의해 결정되는 상수이며, 제1 목표 틸팅각 α1은, 0≤α1≤1로 나타나는 범위 내의 수치이다.
이어지는 스텝 S17-2에서는, 제1 어시스트 펌프 구동력 La1과 제1 구동력 제한값 Lmax1이 비교된다.
스텝 S17-2에 있어서, 제1 어시스트 펌프 구동력 La1이 제1 구동력 제한값 Lmax1보다 크다고 판정되면, 스텝 S18로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제1 제한 틸팅각 αmax1로 변경한다. 한편, 스텝 S17-2에 있어서, 제1 어시스트 펌프 구동력 La1이 제1 구동력 제한값 Lmax1 이하라고 판정되면, 스텝 S19로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제1 목표 틸팅각 α1로 유지한다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 스텝 S26에 있어서, 어시스트 펌프(89)의 제2 목표 틸팅각 α2와 제2 제한 틸팅각 αmax2를 비교하고 있다. 이 대신에, 어시스트 펌프(89)의 실제의 구동력인 제2 어시스트 펌프 구동력 La2를 연산하고, 제2 어시스트 펌프 구동력 La2와 제2 구동력 제한값 Lmax2를 비교해도 된다.
구체적으로는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 스텝 S25의 처리가 종료된 후, 스텝 S25-2에 있어서, 컨트롤러(90)는, 선회 회생 시 회전수 Nr로 회전하는 모터 제너레이터(91)와 동기하여 회전하는 어시스트 펌프(89)의 실제의 구동력인 제2 어시스트 펌프 구동력 La2를 연산한다. 제2 어시스트 펌프 구동력 La2는, 압력 센서(39a)에 의해 검출된 어시스트 펌프(89)의 토출 압력 Pa와, 스텝 S24에서 연산된 제2 목표 틸팅각 α2와, 모터 제너레이터(91)의 선회 회생 시 회전수 Nr을 사용하여 하기 식(5)에 의해 산출된다.
Figure pct00005
또한, κ3은, 어시스트 펌프(89)의 최대 배기 용적, 모터 제너레이터(91)와 어시스트 펌프(89) 사이의 감속비 및 어시스트 펌프(89)의 용적 효율에 의해 결정되는 상수이며, 제2 목표 틸팅각 α2는, 0≤α2≤1로 나타나는 범위 내의 수치이다.
이어지는 스텝 S26-2에서는, 제2 어시스트 펌프 구동력 La2와 제2 구동력 제한값 Lmax2가 비교된다.
스텝 S26-2에 있어서, 제2 어시스트 펌프 구동력 La2가 제2 구동력 제한값 Lmax2보다 크다고 판정되면, 스텝 S27로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제2 제한 틸팅각 αmax2로 변경한다. 한편, 스텝 S26-2에 있어서, 제2 어시스트 펌프 구동력 La2가 제2 구동력 제한값 Lmax2 이하라고 판정되면, 스텝 S28로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 제2 목표 틸팅각 α2로 유지한다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 스텝 S34에 있어서, 모터 제너레이터(91)의 어시스트 시 회전수 Na와 제한 회전수 Nmax를 비교하고 있다. 이 대신에, 어시스트 펌프(89)의 실제의 구동력에 상당하는 모터 제너레이터(91)의 실제의 출력인 실제 모터 출력 La3을 연산하고, 실제 모터 출력 La3과 제3 구동력 제한값 Lmax3을 비교해도 된다.
구체적으로는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 스텝 S33의 처리가 종료된 후, 스텝 S33-2에 있어서, 컨트롤러(90)는, 모터 제너레이터(91)의 실제의 출력인 실제 모터 출력 La3을 연산한다. 실제 모터 출력 La3은, 스텝 S32에서 설정된 어시스트 시 회전수 Na와, 인버터(92)로부터 모터 제너레이터(91)에 공급되는 전류값으로부터 연산되는 모터 제너레이터(91)의 실제 토크 T를 사용하여 하기 식(6)에 의해 산출된다.
Figure pct00006
또한, κ4는 상수이다.
이어지는 스텝 S34-2에서는, 실제 모터 출력 La3과 제3 구동력 제한값 Lmax3이 비교된다.
스텝 S34-2에 있어서, 실제 모터 출력 La3이 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정되면, 스텝 S35로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 제한 회전수 Nmax로 변경한다. 한편, 스텝 S34-2에 있어서, 실제 모터 출력 La3이 제3 구동력 제한값 Lmax3 이하라고 판정되면, 스텝 S36으로 진행하고, 컨트롤러(90)는, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 어시스트 시 회전수 Na로 유지한다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3은, 각각 일정한 값으로 설정된다. 이 대신에, 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3을 배터리(26)의 온도나 배터리(26)의 충전량, 액추에이터의 부하에 따라서 변화시켜도 된다.
예를 들어, 일반적으로 화학 반응을 수반하는 형식의 배터리(26)에서는, 저온 영역 및 고온 영역에서의 충방전 효율이 대폭 저하된다. 이 때문에, 배터리(26)의 온도가 소정의 하한값 T1보다 낮은 영역과 소정의 상한값 T2보다 높은 영역에서는, 모터 제너레이터(91)와 배터리(26) 사이에서 전력의 수수가 그다지 행해지지 않도록, 회생 시의 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2를 회생 모터(88)의 회생 출력에 맞추어 변화시켜 회생 모터(88)에서 회생된 에너지만으로 어시스트 펌프(89)가 구동되도록 해도 된다.
또한, 배터리(26)의 축전량 SO가 적은 경우는, 모터 제너레이터(91)에 의한 발전을 우선하고, 배터리(26)의 축전량 SO가 많은 경우는, 모터 제너레이터(91)에 의한 발전을 억제할 필요가 있다. 이 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 배터리(26)의 축전량 SO에 따라서 변화되는 수정 계수 K1을 설정하고, 회생 시의 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2에 수정 계수 K1을 곱해도 된다. 이 경우, 제1 축전량 SO1 이하에서는 수정 계수 K1이 제로가 되기 때문에, 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2는 제로가 되고, 어시스트 펌프(89)로부터의 토출량은 제로가 된다. 그 결과, 회생 모터(88)에서 회생된 에너지는, 전력으로서 배터리(26)에 축전된다. 한편, 제2 축전량 SO2 이상에서는 수정 계수 K1이 1이 되고, 회생 모터(88)에서 회생된 에너지 중 어시스트 펌프(89)의 어시스트 펌프 구동력 La가 되는 비율이 증가한다. 그 결과, 모터 제너레이터(91)에 의한 발전이 억제된다.
또한, 액추에이터의 부하가 높을 때, 즉, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 토출량이 비교적 많을 때는, 어시스트 펌프(89)로부터의 토출량을 많게 할 필요가 있는 한편, 액추에이터의 부하가 낮을 때, 즉, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 토출량이 비교적 적을 때는, 어시스트 펌프(89)로부터의 토출량은 필요해지지 않는다. 이 때문에, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)의 출력에 따라서 변화되는 수정 계수 K2를 설정하고, 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3에 수정 계수 K2를 곱해도 된다. 이 경우, 제1 부하 P1 이하에서는 수정 계수 K2가 제로가 되기 때문에, 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3이 제로가 되고, 어시스트 펌프(89)로부터의 토출량은 제로가 된다. 한편, 제2 부하 P2 이상에서는 수정 계수 K2이 1이 되기 때문에, 어시스트 펌프(89)로부터의 토출량이 비교적 많아진다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 구성, 작용 및 효과를 정리하여 설명한다.
하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 액추에이터에 작동유를 공급하는 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)와, 제1, 제2 메인 펌프(71, 72)로부터 토출되어 환류되는 작동유에 의해 회전 구동되는 회생 모터(88)와, 회생 모터(88)에 연결되는 모터 제너레이터(91)와, 모터 제너레이터(91)에 의해 발전된 전력을 축적하는 배터리(26)와, 회생 모터(88) 및 모터 제너레이터(91)에 연결되고, 액추에이터에 작동유를 공급 가능한 가변 용량형 어시스트 펌프(89)와, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 목표 토출량이 되도록 어시스트 펌프(89)를 제어하는 컨트롤러(90)를 구비하고, 컨트롤러(90)는 어시스트 펌프(89)에 부여되는 어시스트 펌프 구동력 La가 미리 정해진 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3보다 크다고 판정한 경우에는, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3 이하로 되도록 어시스트 펌프(89) 또는 모터 제너레이터(91)를 제어한다.
이 구성에서는, 어시스트 펌프(89)에 부여되는 어시스트 펌프 구동력 La가 미리 정해진 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2, Lmax3 이하로 되도록 제한된다. 이와 같이, 어시스트 펌프 구동력 La가 과대해지는 것이 억제됨으로써, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키기 위해 회생 에너지가 불필요하게 소비되는 것이 억제되어, 전력으로서 배터리(26)에 충전되는 회생 에너지를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 하이브리드 건설 기계의 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 어시스트 펌프(89)의 토출압을 검출하는 압력 센서(39a)를 더 구비하고, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 목표 토출량이 되는 어시스트 펌프(89)의 목표 틸팅각 α1, α2를 연산함과 함께, 압력 센서(39a)의 검출값에 기초하여 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2가 될 때의 어시스트 펌프(89)의 제한 틸팅각 αmax1, αmax2를 연산하고, 목표 틸팅각 α1, α2와 제한 틸팅각 αmax1, αmax2를 비교하여, 목표 틸팅각 α1, α2가 제한 틸팅각 αmax1, αmax2보다 큰 경우에 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 크다고 판정한다.
이 구성에서는, 목표 틸팅각 α1, α2가 압력 센서(39a)의 검출값에 기초하여 연산된 제한 틸팅각 αmax1, αmax2보다 큰 경우에 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 크다고 판정된다. 어시스트 펌프(89)의 회전수가 일정한 경우, 어시스트 펌프 구동력 La는, 틸팅각 α의 크기에 따라서 변화된다. 이 때문에, 어시스트 펌프(89)의 목표 틸팅각 α1, α2와 연산된 제한 틸팅각 αmax1, αmax2를 비교함으로써, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 큰지 여부를 용이하게 판정할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 크다고 판정된 때에는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α가 제한 틸팅각 αmax1, αmax2 이하로 되도록 제어한다.
이 구성에서는, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 크다고 판정되면, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α가 제한 틸팅각 αmax1, αmax2 이하로 되도록 제어된다. 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α가 작아지면, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 적어짐과 함께, 어시스트 펌프 구동력 La가 저감된다. 이와 같이, 어시스트 펌프 구동력 La에 직접적으로 영향을 미치는 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α를 변경함으로써 어시스트 펌프 구동력 La를 용이하게 억제하는 것이 가능해져, 결과적으로, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키기 위해 회생 에너지가 불필요하게 소비되는 것을 용이하게 억제할 수 있다.
또한, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 어시스트 펌프(89)의 토출 압력 Pa를 검출하는 압력 센서(39a)를 더 구비하고, 어시스트 펌프 구동력 La는, 압력 센서(39a)의 검출값에 기초하여 컨트롤러(90)에 의해 연산된다.
이 구성에서는, 어시스트 펌프 구동력 La는, 어시스트 펌프(89)의 토출 압력 Pa를 검출하는 압력 센서(39a)의 검출값에 기초하여 연산된다. 펌프의 구동력은, 일반적으로, 토출 압력과 토출 유량에 의해 연산된다. 어시스트 펌프(89)의 토출 압력 Pa를 검출하는 압력 센서(39a)를 설치함으로써 어시스트 펌프 구동력 La를 용이하게 연산하는 것이 가능해짐과 함께, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 큰지 여부를 용이하게 판정할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 압력 센서(39a)의 검출값에 기초하여 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2가 될 때의 어시스트 펌프(89)의 제한 틸팅각 αmax1, αmax2를 연산하여, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 크다고 판정된 때에는, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α가 제한 틸팅각 αmax1, αmax2 이하로 되도록 제어한다.
이 구성에서는, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 크다고 판정되면, 어시스트 펌프(89)의 틸팅각 α가 제한 틸팅각 αmax1, αmax2 이하로 되도록 제어된다. 가변 용량형 어시스트 펌프(89)는, 틸팅각 α가 작아지면 토출량이 적어짐과 함께, 어시스트 펌프 구동력 La가 저감된다. 이와 같이, 어시스트 펌프 구동력 La에 영향을 미치는 틸팅각 α를 변경함으로써 어시스트 펌프 구동력 La를 용이하게 억제할 수 있어, 결과적으로, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키기 위해 회생 에너지가 불필요하게 소비되는 것을 용이하게 억제할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 목표 토출량이 되는 모터 제너레이터(91)의 어시스트 시 회전수 Na를 연산함과 함께, 모터 제너레이터(91)의 모터 출력 P(어시스트 펌프 구동력 La)가 미리 정해진 제3 구동력 제한값 Lmax3이 될 때의 모터 제너레이터(91)의 제한 회전수 Nmax를 연산하고, 어시스트 시 회전수 Na와 제한 회전수 Nmax를 비교하여, 어시스트 시 회전수 Na가 제한 회전수 Nmax보다 큰 경우에, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정한다.
이 구성에서는, 모터 제너레이터(91)의 어시스트 시 회전수 Na가 제한 회전수 Nmax보다 큰 경우에, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정된다. 어시스트 펌프(89)가 모터 제너레이터(91)에만 의해 구동되는 경우는, 모터 제너레이터(91)의 출력은, 어시스트 펌프 구동력 La에 상당한다. 또한, 일반적으로 출력은 회전수와 상관성을 갖는다. 이 때문에, 모터 제너레이터(91)의 어시스트 시 회전수 Na와 제한 회전수 Nmax를 비교함으로써, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 큰지 여부를 용이하게 판정할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정된 때에는, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N이 제한 회전수 Nmax 이하로 되도록 제어한다.
이 구성에서는, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정되면, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N이 제한 회전수 Nmax 이하로 되도록 제어된다. 전동 모터인 모터 제너레이터(91)의 회전수 N이 저하되면, 어시스트 펌프(89)의 회전수도 저하되어, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 적어짐과 함께, 어시스트 펌프 구동력 La가 저감된다. 이와 같이, 어시스트 펌프 구동력 La에 영향을 미치는 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 변경함으로써 어시스트 펌프 구동력 La를 용이하게 억제할 수 있어, 결과적으로, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키기 위해 회생 에너지가 불필요하게 소비되는 것을 용이하게 억제할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키는 모터 제너레이터(91)의 실제 모터 출력 La3을 연산하여, 실제 모터 출력 La3이 미리 정해진 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 큰 경우에, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정한다.
이 구성에서는, 실제 모터 출력 La3이 미리 정해진 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 큰 경우에, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정된다. 어시스트 펌프(89)가 모터 제너레이터(91)에만 의해 구동되는 경우는, 모터 제너레이터(91)의 실제 모터 출력 La3은, 어시스트 펌프 구동력 La에 상당한다. 이 때문에, 모터 제너레이터(91)의 실제 모터 출력 La3과 제3 구동력 제한값 Lmax3을 비교함으로써, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 큰지 여부를 용이하게 판정할 수 있다.
또한, 컨트롤러(90)는, 회전 전기 기기 출력이 제3 구동력 제한값 Lmax3이 될 때의 모터 제너레이터(91)의 제한 회전수 Nmax를 연산하여, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정된 때에는, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N이 제한 회전수 Nmax 이하로 되도록 제어한다.
이 구성에서는, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정되었을 때, 모터 제너레이터(91)의 회전수 N이 제한 회전수 Nmax 이하로 되도록 제어된다. 전동 모터인 모터 제너레이터(91)의 회전수 N이 저하되면, 어시스트 펌프(89)의 회전수도 저하되어, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 적어짐과 함께, 어시스트 펌프 구동력 La가 저감된다. 이와 같이, 어시스트 펌프 구동력 La에 영향을 미치는 모터 제너레이터(91)의 회전수 N을 변경함으로써 어시스트 펌프 구동력 La를 용이하게 억제할 수 있어, 결과적으로, 어시스트 펌프(89)를 회전 구동시키기 위해 회생 에너지가 불필요하게 소비되는 것을 용이하게 억제할 수 있다.
또한, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템(100)은, 어시스트 펌프(89)의 토출압을 검출하는 압력 센서(39a)를 더 구비하고, 컨트롤러(90)는 회생 모터(88)가 작동유에 의해 회전 구동되고 있을 때, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 목표 토출량이 되는 어시스트 펌프(89)의 목표 틸팅각 α1, α2를 연산함과 함께, 압력 센서(39a)의 검출값에 기초하여 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2로 될 때의 어시스트 펌프(89)의 제한 틸팅각 αmax1, αmax2를 연산하고, 목표 틸팅각 α1, α2와 제한 틸팅각 αmax1, αmax2를 비교하여, 목표 틸팅각 α1, α2가 제한 틸팅각 αmax1, αmax2보다 큰 경우에 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 크다고 판정하고, 회생 모터(88)가 작동유에 의해 회전 구동되고 있지 않을 때, 어시스트 펌프(89)의 토출량이 목표 토출량으로 되는 모터 제너레이터(91)의 어시스트 시 회전수 Na를 연산함과 함께, 모터 제너레이터(91)의 모터 출력 P(어시스트 펌프 구동력 La)가 미리 정해진 제3 구동력 제한값 Lmax3으로 될 때의 모터 제너레이터(91)의 제한 회전수 Nmax를 연산하고, 어시스트 시 회전수 Na와 제한 회전수 Nmax를 비교하여, 어시스트 시 회전수 Na가 제한 회전수 Nmax보다 큰 경우에, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정한다.
이 구성에서는, 회생 모터(88)가 작동유에 의해 회전 구동되고 있을 때, 목표 틸팅각 α1, α2가 압력 센서(39a)의 검출값에 기초하여 연산된 제한 틸팅각 αmax1, αmax2보다 큰 경우에 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 크다고 판정되고, 회생 모터(88)가 작동유에 의해 회전 구동되고 있지 않을 때, 모터 제너레이터(91)의 어시스트 시 회전수 Na가 제한 회전수 Nmax보다 큰 경우에, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 크다고 판정된다. 회생 모터(88)에 의해 회전 구동되는 어시스트 펌프(89)의 회전수가 일정한 경우, 어시스트 펌프 구동력 La는, 틸팅각 α에 따라 변화된다. 이 때문에, 어시스트 펌프(89)의 목표 틸팅각 α1, α2와 연산된 제한 틸팅각 αmax1, αmax2를 비교함으로써, 어시스트 펌프 구동력 La가 구동력 제한값 Lmax1, Lmax2보다 큰지 여부를 용이하게 판정할 수 있다. 또한, 어시스트 펌프(89)가 모터 제너레이터(91)에만 의해 구동되는 경우는, 모터 제너레이터(91)의 출력은, 어시스트 펌프 구동력 La에 상당한다. 또한, 일반적으로 출력은 회전수와 상관성을 갖는다. 이 때문에, 모터 제너레이터(91)의 어시스트 시 회전수 Na와 제한 회전수 Nmax를 비교함으로써, 어시스트 펌프 구동력 La가 제3 구동력 제한값 Lmax3보다 큰지 여부를 용이하게 판정할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
본원은 2016년 5월 23일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2016-102747에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (10)

  1. 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템이며,
    유체압 액추에이터에 작동 유체를 공급하는 유체압 펌프와,
    상기 유체압 펌프로부터 토출되어 환류되는 작동 유체에 의해 회전 구동되는 회생 모터와,
    상기 회생 모터에 연결되는 회전 전기 기기와,
    상기 회전 전기 기기에 의해 발전된 전력을 축적하는 축전부와,
    상기 회생 모터 및 상기 회전 전기 기기에 연결되고, 상기 유체압 액추에이터에 작동 유체를 공급 가능한 가변 용량형 어시스트 펌프와,
    상기 어시스트 펌프의 토출량이 목표 토출량으로 되도록 상기 어시스트 펌프를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 어시스트 펌프에 부여되는 펌프 구동력이 미리 정해진 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정한 경우에는, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값 이하로 되도록 상기 어시스트 펌프 또는 상기 회전 전기 기기를 제어하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어시스트 펌프의 토출압을 검출하는 토출 압력 검출부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 어시스트 펌프의 토출량이 상기 목표 토출량으로 되는 상기 어시스트 펌프의 목표 틸팅각을 연산함과 함께, 상기 토출 압력 검출부의 검출값에 기초하여 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값으로 될 때의 상기 어시스트 펌프의 제한 틸팅각을 연산하고, 상기 목표 틸팅각과 상기 제한 틸팅각을 비교하여, 상기 목표 틸팅각이 상기 제한 틸팅각보다 큰 경우에 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정된 때에는, 상기 어시스트 펌프의 틸팅각이 상기 제한 틸팅각 이하로 되도록 제어하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어시스트 펌프의 토출압을 검출하는 토출 압력 검출부를 더 구비하고,
    상기 펌프 구동력은, 상기 토출 압력 검출부의 검출값에 기초하여 상기 제어부에 의해 연산되는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 토출 압력 검출부의 검출값에 기초하여 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값으로 될 때의 상기 어시스트 펌프의 제한 틸팅각을 연산하고, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정된 때에는, 상기 어시스트 펌프의 틸팅각이 상기 제한 틸팅각 이하로 되도록 제어하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 어시스트 펌프의 토출량이 상기 목표 토출량으로 되는 상기 회전 전기 기기의 목표 회전수를 연산함과 함께, 상기 회전 전기 기기의 회전 전기 기기 출력이 상기 펌프 구동력 제한값으로 될 때의 상기 회전 전기 기기의 제한 회전수를 연산하고, 상기 목표 회전수와 상기 제한 회전수를 비교하여, 상기 목표 회전수가 상기 제한 회전수보다 큰 경우에, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정된 때에는, 상기 회전 전기 기기의 회전수가 상기 제한 회전수 이하로 되도록 제어하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 어시스트 펌프를 회전 구동시키는 상기 회전 전기 기기의 회전 전기 기기 출력을 연산하여, 상기 회전 전기 기기 출력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 큰 경우에, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 회전 전기 기기 출력이 상기 펌프 구동력 제한값으로 될 때의 상기 회전 전기 기기의 제한 회전수를 연산하여, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정된 때에는, 상기 회전 전기 기기의 회전수가 상기 제한 회전수 이하로 되도록 제어하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 어시스트 펌프의 토출압을 검출하는 토출 압력 검출부를 더 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 회생 모터가 작동 유체에 의해 회전 구동되고 있을 때, 상기 어시스트 펌프의 토출량이 상기 목표 토출량으로 되는 상기 어시스트 펌프의 목표 틸팅각을 연산함과 함께, 상기 토출 압력 검출부의 검출값에 기초하여 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값으로 될 때의 상기 어시스트 펌프의 제한 틸팅각을 연산하고, 상기 목표 틸팅각과 상기 제한 틸팅각을 비교하여, 상기 목표 틸팅각이 상기 제한 틸팅각보다 큰 경우에 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정하고,
    상기 회생 모터가 작동 유체에 의해 회전 구동되고 있지 않을 때, 상기 어시스트 펌프의 토출량이 상기 목표 토출량으로 되는 상기 회전 전기 기기의 목표 회전수를 연산함과 함께, 상기 회전 전기 기기의 회전 전기 기기 출력이 상기 펌프 구동력 제한값으로 될 때의 상기 회전 전기 기기의 제한 회전수를 연산하고, 상기 목표 회전수와 상기 제한 회전수를 비교하여, 상기 목표 회전수가 상기 제한 회전수보다 큰 경우에, 상기 펌프 구동력이 상기 펌프 구동력 제한값보다 크다고 판정하는, 하이브리드 건설 기계의 제어 시스템.
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