(57)【要約】【課題】油圧アクチュエータの操作開始直後における油圧ポンプの吐出流量を適切に調整するショベルの制御方法を提供すること。【解決手段】本発明の実施例に係るショベルの制御方法は、油圧アクチュエータの操作開始直後に初動時制御を行う。初動時制御は、ネガコン制御及び馬力制御より優先される。また、初動時制御は、馬力制御における油圧ポンプの吐出流量指令に基づいて実施される。油圧ポンプの吐出流量指令は、油圧ポンプの吐出圧と、馬力曲線を定める制御電流とに基づいて決定される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータの操作開始直後に初動時制御を行う、
ショベルの制御方法。
【請求項２】
前記初動時制御は、ネガコン制御及び馬力制御よりも優先される、
請求項１に記載のショベルの制御方法。
【請求項３】
前記初動時制御は、馬力制御における油圧ポンプの吐出流量指令に基づいて実施される、
請求項１又は２に記載のショベルの制御方法。
【請求項４】
前記油圧ポンプの吐出流量指令は、前記油圧ポンプの吐出圧と、馬力曲線を定める制御電流とに基づいて決定される、
請求項３に記載のショベルの制御方法。
【請求項５】
前記初動時制御は、ネガコン制御用ピストンを用いて実行される、
請求項１乃至４の何れかに記載のショベルの制御方法。
【請求項６】
前記初動時制御は、ネガコン制御用ピストン及び馬力制御用ピストンとは別のピストンを用いて実行される、
請求項１乃至４の何れかに記載のショベルの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショベルの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの最大馬力を超えないように、油圧ポンプの圧力上昇に伴い、油圧ポンプの吐出流量を減少させる建設機械用ポンプ制御回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このポンプ制御回路は、上述の目的のため、油圧ポンプの吐出流量を制御する第１及び第２のレギュレータと、第１及び第２のレギュレータの各制御ポートにおける圧力を調整可能な電磁比例制御弁とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４８３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電磁比例制御弁による調整は応答が遅いため、ポンプ制御回路は、油圧アクチュエータの初動時に吐出流量を一時的に大きくしてしまう。このため、エンジンに対して過負荷トルクを発生させ、操作悪化を招いてしまっている。
【０００６】
上述の点に鑑み、本発明は、油圧アクチュエータの操作開始直後における油圧ポンプの吐出流量を適切に調整するショベルの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルの制御方法は、油圧アクチュエータの操作開始直後に初動時制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上述の手段により、本発明は、油圧アクチュエータの操作開始直後における油圧ポンプの吐出流量を適切に調整するショベルの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。
【図２】図１の油圧ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の油圧ショベルに搭載される油圧回路の要部構成例を示す図である。
【図４】メインポンプの吐出圧Ｐと第１吐出流量指令Ｑとの関係を表すＰ−Ｑ線図である。
【図５】初動時制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】油圧アクチュエータの操作を開始した直後の各種物理量の時間的推移を示す図である。
【図７】図１の油圧ショベルに搭載される油圧回路の別の要部構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルの蓄電系の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルに搭載される油圧回路の要部構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施例に係る油圧ショベルを示す側面図である。
【００１１】
油圧ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントを構成し、油圧シリンダであるブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
【００１２】
図２は、図１の油圧ショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。
【００１３】
機械式駆動部としてのエンジン１１の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。また、パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。
【００１４】
コントロールバルブ１７は、油圧ショベルにおける油圧系の制御を行う装置である。下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、旋回油圧モータ２１Ｂ等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。
【００１５】
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続されている。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。
【００１６】
コントローラ３０は、油圧ショベルの駆動制御を行う主制御部としてのコントローラである。コントローラ３０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される装置である。
【００１７】
次に、図３を参照しながら、図１の油圧ショベルに搭載されるメインポンプ１４の吐出流量の制御方法について説明する。なお、図３は、図１の油圧ショベルに搭載される油圧回路の要部構成例を示す。また、以下では、左右一対の構成要素のそれぞれを参照する場合には、左側の構成要素の参照符号の末尾に「Ｌ」を付し、右側の構成要素の参照符号の末尾に「Ｒ」を付す。また、左右一対の構成要素の双方を参照する場合には末尾の「Ｌ」及び「Ｒ」を省略する。
【００１８】
図３の油圧回路は、主に、メインポンプ１４（メインポンプ１４Ｌ、メインポンプ１４Ｒ）、馬力比例弁３１、流量比例弁３２（流量比例弁３２Ｌ、流量比例弁３２Ｒ）、レギュレータ５０（レギュレータ５０Ｌ、レギュレータ５０Ｒ）を含む。なお、以下では、主にメインポンプ１４Ｌの吐出流量の制御方法を説明するが、同様の説明がメインポンプ１４Ｒについても適用される。
【００１９】
メインポンプ１４Ｌは、センターバイパス管路Ｃ１Ｌを介し、コントロールバルブ１７、ネガティブコントロール絞り３３Ｌを経て、タンクに接続される。なお、以下では、ネガティブコントロールを「ネガコン」と称する。
【００２０】
センターバイパス管路Ｃ１Ｌは、コントロールバルブ１７の上流において吐出圧センサ３４Ｌに接続される。吐出圧センサ３４Ｌは、メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
【００２１】
また、センターバイパス管路Ｃ１Ｌは、ネガコン絞り３３Ｌの上流においてネガコン管路Ｃ２Ｌに接続される。ネガコン管路Ｃ２Ｌは、シャトル弁３５Ｌを介してレギュレータ５０Ｌに接続される。また、ネガコン管路Ｃ２Ｌは、シャトル弁３５Ｌとレギュレータ５０Ｌとの間でネガコン圧センサ３６Ｌに接続される。ネガコン圧センサ３６Ｌは、レギュレータ５０Ｌに作用するネガコン圧を検出し、検出結果をコントローラ３０に対して出力する。
【００２２】
馬力比例弁３１は、メインポンプ１４の馬力制御に用いる制御圧を生成するための弁であり、パイロットポンプ１５の吐出圧を１次側の圧力とし、コントローラ３０からの制御電流に応じて２次側の圧力である制御圧を生成する。
【００２３】
「馬力制御」とは、メインポンプ１４の入力馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにメインポンプ１４の入力馬力を調整する制御である。
【００２４】
流量比例弁３２は、メインポンプ１４Ｌの初動時制御に用いる制御圧を生成する弁であり、パイロットポンプ１５の吐出圧を１次側の圧力とし、コントローラ３０からの制御電流に応じて２次側の圧力である制御圧を生成する。
【００２５】
「初動時制御」とは、油圧アクチュエータの操作開始直後（初動時）におけるメインポンプ１４の吐出流量を調整する制御である。本実施例では、初動時制御は、ネガコン制御のための油圧回路部分を利用して実行される。
【００２６】
「ネガコン制御」とは、油圧アクチュエータが操作されているときにメインポンプ１４の吐出流量を増加させ、油圧アクチュエータが操作されていないときにメインポンプ１４の吐出流量を減少させる制御である。
【００２７】
本実施例では、初動時制御は、ネガコン制御におけるネガコン圧を、流量比例弁３２が生成する制御圧で置き換えることによって実行される。より具体的には、初動時制御は、油圧アクチュエータの操作開始直後では、ネガコン制御を一時的に無効にし、ネガコン制御によってメインポンプ１４Ｌの吐出流量が増加するのを防止する。
【００２８】
レギュレータ５０Ｌは、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を制御する装置であり、主に、馬力制御機構５１Ｌ、ネガコン制御機構５２Ｌ、スプール弁機構５３Ｌ、及び、斜板傾転機構５４Ｌを含む。
【００２９】
馬力制御機構５１Ｌは、メインポンプ１４の入力馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにメインポンプ１４Ｌの吐出流量を決定する機構である。本実施例では、馬力制御機構５１Ｌは、主に、馬力制御用ピストン５１０Ｌ、第１圧力室５１１Ｌ、第２圧力室５１２Ｌ、及び第３圧力室５１３Ｌを含む。
【００３０】
第１圧力室５１１Ｌは、管路Ｃ３Ｌを介して、馬力比例弁３１の２次側の圧力を受ける圧力室である。また、第２圧力室５１２Ｌは、管路Ｃ４Ｌを介して、メインポンプ１４Ｒの吐出圧を受ける圧力室である。また、第３圧力室５１３Ｌは、管路Ｃ５Ｌを介して、メインポンプ１４Ｌの吐出圧を受ける圧力室である。
【００３１】
馬力制御用ピストン５１０Ｌは、第１圧力室５１１Ｌ、第２圧力室５１２Ｌ、及び第３圧力室５１３Ｌの各圧力に基づいて決まる各推力の合計に応じて図中を左右に移動し、スプール弁機構５３Ｌのスプール弁５３０Ｌを左右に摺動させる。具体的には、馬力制御用ピストン５１０Ｌは、各推力の合計が大きい程、右方向に移動する傾向、すなわち、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を減少させる傾向を有する。
【００３２】
ネガコン制御機構５２Ｌは、ネガコン圧に応じてメインポンプ１４Ｌの吐出流量を決定する機構である。本実施例では、ネガコン制御機構５２Ｌは、主に、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌ、及び、第４圧力室５２１Ｌを含む。
【００３３】
第４圧力室５２１Ｌは、ネガコン絞り３３Ｌの上流におけるネガコン圧、及び、流量比例弁３２Ｌの２次側の圧力のうちの大きい方を有効ネガコン圧として受ける圧力室である。
【００３４】
ネガコン制御用ピストン５２０Ｌは、第４圧力室５２１Ｌの圧力に基づいて決まる推力に応じて図中を左右に移動し、スプール弁機構５３Ｌのスプール弁５３０Ｌを左右に摺動させる。具体的には、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌは、その推力が大きい程、右方向に移動する傾向、すなわち、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を減少させる傾向を有する。
【００３５】
スプール弁機構５３Ｌは、斜板傾転機構５４Ｌを駆動する機構である。本実施例では、スプール弁機構５３Ｌは、主に、３ポート３ポジションのスプール弁５３０Ｌを含む。
【００３６】
スプール弁５３０Ｌは、馬力制御機構５１Ｌの馬力制御用ピストン５１０Ｌ、及び、ネガコン制御機構５２Ｌのネガコン制御用ピストン５２０Ｌのうち、図中右方向への移動量が大きいほうのピストンの移動に応じて摺動する。
【００３７】
また、スプール弁５３０Ｌは、第１ポジション５３１Ｌ、第２ポジション５３２Ｌ、及び第３ポジション５３３Ｌを有する。第１ポジション５３１Ｌは、スプール弁５３０Ｌが所定の中立位置にあるときに有効となるスプールポジションである。また、第２ポジション５３２Ｌは、スプール弁５３０Ｌが中立位置に対して図の右方向に移動したときに有効となるスプールポジションである。また、第３ポジション５３３Ｌは、スプール弁５３０Ｌが中立位置に対して図の左方向に移動したときに有効となるスプールポジションである。
【００３８】
斜板傾転機構５４Ｌは、メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を制御する機構である。本実施例では、斜板傾転機構５４Ｌは、主に、サーボピストン５４０Ｌ、第５圧力室５４１Ｌ、及び、第６圧力室５４２Ｌを含む。
【００３９】
サーボピストン５４０Ｌは、第５圧力室５４１Ｌの圧力と受圧面積Ａ１の積で表される右向きの推力と、第６圧力室５４２Ｌの圧力と受圧面積Ａ２の積で表される左向きの推力とに基づいて左右に摺動する。具体的には、サーボピストン５４０Ｌは、右向きの推力が左向きの推力より大きい場合に右方向に摺動し、メインポンプ１４Ｌの吐出流量が減少するように斜板傾転角を変化させる。反対に、サーボピストン５４０Ｌは、左向きの推力が右向きの推力より大きい場合に左方向に摺動し、メインポンプ１４Ｌの吐出流量が増加するように斜板傾転角を変化させる。なお、第５圧力室５４１Ｌの圧力は、スプール弁機構５３Ｌにより、メインポンプ１４Ｌの吐出圧とタンク圧との間で調整される。また、第６圧力室５４２Ｌの圧力は、メインポンプ１４Ｌの吐出圧と等しい。
【００４０】
スプール弁機構５３Ｌは、スプール弁５３０Ｌが第１ポジション５３１Ｌを有効にした場合に、管路Ｃ５Ｌと第５圧力室５４１Ｌとの間の作動油の流れ、及び、タンクと第５圧力室５４１Ｌとの間の作動油の流れを遮断する。すなわち、第５圧力室５４１Ｌの圧力が変化しないようにする。
【００４１】
また、スプール弁機構５３Ｌは、スプール弁５３０Ｌが第２ポジション５３２Ｌを有効にした場合に、管路Ｃ５Ｌと第５圧力室５４１Ｌとの間を連通し、且つ、タンクと第５圧力室５４１Ｌとの間の作動油の流れを遮断する。すなわち、タンク圧以上メインポンプ１４Ｌの吐出圧以下の範囲で、第５圧力室５４１Ｌの圧力を増加させる。
【００４２】
また、スプール弁機構５３Ｌは、スプール弁５３０Ｌが第３ポジション５３３Ｌを有効にした場合に、タンクと第５圧力室５４１Ｌとの間を連通し、且つ、管路Ｃ５Ｌと第５圧力室５４１Ｌとの間の作動油の流れを遮断する。すなわち、タンク圧以上メインポンプ１４Ｌの吐出圧以下の範囲で、第５圧力室５４１Ｌの圧力を減少させる。
【００４３】
以上の構成により、レギュレータ５０Ｌは、馬力制御用ピストン５１０Ｌがスプール弁５３０Ｌを摺動させる場合には、メインポンプ１４Ｌの吐出圧、メインポンプ１４Ｒの吐出圧、及び、馬力比例弁３１の２次側の圧力のそれぞれに基づく推力の合計が大きい程、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を減少させる。すなわち、コントローラ３０は、馬力制御用ピストン５１０Ｌがネガコン制御用ピストン５２０Ｌより右側にある場合には、馬力比例弁３１の２次側の圧力を増加させ或いは減少させることで、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を減少させ或いは増加させることができる。
【００４４】
また、レギュレータ５０Ｌは、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌがスプール弁５３０Ｌを摺動させる場合には、有効ネガコン圧（ネガコン絞り３３Ｌの上流における本来のネガコン圧、及び、流量比例弁３２Ｌの２次側の圧力のうちの大きい方）に基づく推力が大きい程、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を減少させる。すなわち、コントローラ３０は、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌが馬力制御用ピストン５１０Ｌより右側にある場合には、流量比例弁３２の２次側の圧力を増加させ或いは減少させることで、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を減少させ或いは増加させることができる。
【００４５】
なお、上述の構成では、馬力制御機構５１Ｌは、ネガコン制御機構５２Ｌに比べ応答が遅い。馬力制御用ピストン５１０Ｌに作用する圧力の範囲が、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌに作用する圧力の範囲に比べて大きいことが主な原因である。
【００４６】
そのため、油圧アクチュエータの操作が開始された直後には、有効ネガコン圧の減少に伴うネガコン制御用ピストン５２０Ｌの左方向への移動速度が、メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増加に伴う馬力制御用ピストン５１０Ｌの右方向への移動速度を上回る。その結果、スプール弁機構５３Ｌのスプール弁５３０Ｌは、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌと接触しているため、比較的高速で左方向に移動するネガコン制御用ピストン５２０Ｌと共に左方向に摺動する。その後、スプール弁５３０Ｌは、比較的低速で右方向に移動する馬力制御用ピストン５１０Ｌと接触し、比較的高速で左方向に移動するネガコン制御用ピストン５２０Ｌから離れ、馬力制御用ピストン５１０Ｌと共に右方向に摺動する。上述の一連の動きは、メインポンプ１２Ｌの吐出流量が、一時的ではあるものの、急激に増加することを意味する。
【００４７】
これに対し、馬力比例弁３１は、初動時におけるスプール弁５３０Ｌの左方向への移動量、すなわち、メインポンプ１４Ｌの吐出流量の増加幅をできるだけ小さくするため、２次側の圧力を増加させる。２次側の圧力の増加は、メインポンプ１４における入力馬力の増加を擬似的に創出することを意味する。
【００４８】
ここで、図４を参照しながら、馬力比例弁３１の２次側の圧力を増加させた場合の効果を説明する。なお、図４は、メインポンプ１４Ｌの吐出圧Ｐと第１吐出流量指令Ｑとの関係を表すＰ−Ｑ線図である。また、図４は、馬力比例弁３１の２次側の圧力を増加させた後の馬力曲線ＣＶ１を実線で表し、馬力比例弁３１の２次側の圧力を増加させる前の馬力曲線ＣＶ２を破線で表す。
【００４９】
「第１吐出流量指令」とは、馬力制御機構５１Ｌが実現しようとするメインポンプ１４Ｌの吐出流量である。本実施例では、第１吐出流量指令の値は、馬力制御機構５１Ｌの馬力制御用ピストン５１０Ｌの位置に対応する。具体的には、図３の馬力制御用ピストン５１０Ｌが右方向に移動する程、第１吐出流量指令の値は小さくなる。
【００５０】
メインポンプ１４Ｌの吐出流量は、馬力制御用ピストン５１０Ｌがスプール弁５３０Ｌを摺動させる場合に、第１吐出流量指令が表す流量に調整される。一方、メインポンプ１４Ｌの吐出流量は、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌがスプール弁５３０Ｌを摺動させる場合には、第１吐出流量指令が表す流量に調整されない。第２吐出流量指令が表す流量に調整されるためである。
【００５１】
「第２吐出流量指令」とは、ネガコン制御機構５２Ｌが実現しようとするメインポンプ１４Ｌの吐出流量である。本実施例では、第２吐出流量指令の値は、ネガコン制御機構５２Ｌのネガコン制御用ピストン５２０Ｌの位置に対応する。具体的には、図３のネガコン制御用ピストン５２０Ｌが右方向に移動する程、第２吐出流量指令の値は小さくなる。
【００５２】
図４に示すように、馬力比例弁３１に対する制御電流を減少させることで２次側の圧力を増加させると、馬力曲線が表す領域は縮小する。これは、メインポンプ１４Ｌの入力馬力がより小さめに制限されることを意味する。２次側の圧力の増加は、メインポンプ１４における入力馬力の増加を擬似的に創出することを意味するためである。その結果、メインポンプ１４Ｌの吐出圧Ｐが一定であれば、メインポンプ１４Ｌの吐出流量指令Ｑは減少する。なお、馬力比例弁３１は、制御電流が増加したときに２次側の圧力が増加するように構成されてもよい。
【００５３】
このように、図３の油圧回路は、馬力制御機構５１Ｌ及びネガコン制御機構５２Ｌの応答速度の違いに起因する初動時の吐出流量の急増を防止するために、馬力比例弁３１によって入力馬力の制限を一時的に強化する。その結果、吐出流量の急増を最小限に抑えることができる。
【００５４】
その上で、図３の油圧回路は、流量比例弁３２Ｌを用いて、初動時の吐出流量の急増をより確実に防止する。
【００５５】
ここで、図５を参照しながら、流量比例弁３２Ｌが初動時の吐出流量を制御する処理（以下、「初動時制御処理」とする。）について説明する。なお、図５は、初動時制御処理の流れを示すフローチャートであり、コントローラ３０は、油圧アクチュエータの操作が開始された直後にこの初動時制御処理を実行する。また、本実施例では、流量比例弁３２Ｌは、油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合のネガコン圧よりも高い所定の制御圧をネガコン制御機構５２Ｌの第４圧力室５２１Ｌに対して既に供給している。但し、流量比例弁３２Ｌは、油圧アクチュエータの操作が開始された直後に、第４圧力室５２１Ｌに対する所定の制御圧の供給を開始してもよい。
【００５６】
最初に、コントローラ３０は、第１吐出流量指令Ｑが所定値以下となったか否かを判定する（ステップＳ１）。すなわち、コントローラ３０は、図３の馬力制御用ピストン５１０Ｌが所定位置より右側に位置するか否かを判定する。本実施例では、コントローラ３０は、吐出圧センサ３４Ｌ、３４Ｒの出力と、馬力比例弁３１に対する制御電流の値とに基づいて第１吐出流量指令Ｑを算出する。なお、コントローラ３０は、吐出圧及び制御電流と第１吐出流量指令Ｑとの間の関係を示す参照マップに基づいて第１吐出流量指令Ｑを決定してもよい。また、コントローラ３０は、馬力制御用ピストン５１０Ｌの位置を検出するセンサ（図示せず。）の出力に基づいて第１吐出流量指令Ｑを決定してもよい。
【００５７】
第１吐出流量指令Ｑが所定値より大きいと判定した場合（ステップＳ１のＮＯ）、コントローラ３０は、第１吐出流量指令Ｑが所定値以下となるまで、ステップＳ１の判定を継続する。
【００５８】
第１吐出流量指令Ｑが所定値以下であると判定した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、流量比例弁３２Ｌに対する制御電流を減少させる（ステップＳ２）。ネガコン制御機構５２Ｌの第４圧力室５２１Ｌに作用する制御圧を減少させるためである。すなわち、図３のネガコン制御用ピストン５２０Ｌを左方向に移動させるためである。なお、制御電流の減少度合いは、予め設定されたものであってもよく、油圧アクチュエータの操作量等に基づいて動的に決定されてもよい。
【００５９】
この初動時制御処理により、図３の油圧回路は、馬力制御用ピストン５１０Ｌが右方向に移動して所定位置に達するまでは、スプール弁５３０Ｌと接しているネガコン制御用ピストン５２０Ｌを、馬力制御用ピストン５１０Ｌより右側の位置に留まらせる。その後、図３の油圧回路は、馬力制御用ピストン５１０Ｌが所定位置に達すると、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌ及びスプール弁５３０Ｌを左方向に徐々に移動させる。スプール弁５３０Ｌは、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌが馬力制御用ピストン５１０Ｌよりも左側に移動した時点で馬力制御用ピストン５１０Ｌと接し、その後は馬力制御用ピストン５１０Ｌと共に移動する。
【００６０】
このようにして、図３の油圧回路は、流量比例弁３２Ｌを用いて、初動時の吐出流量の急増をより確実に防止することができる。
【００６１】
次に、図６を参照しながら、初動時制御処理の効果について説明する。なお、図６は、油圧アクチュエータの操作を開始した直後の各種物理量の時間的推移を示す図であり、図６（Ａ）が吐出流量指令の推移を示し、図６（Ｂ）が吐出流量の推移を示し、図６（Ｃ）が有効ネガコン圧の推移を示し、図６（Ｄ）が流量比例弁３２Ｌに対する制御電流の推移を示す。
【００６２】
また、図６（Ａ）は、第１吐出流量指令の推移を一点鎖線で示し、初動時制御処理が実行されない場合の第２吐出流量指令の推移を破線で示し、初動時制御処理が実行される場合の第２吐出流量指令の推移を実線で示す。
【００６３】
また、図６（Ｂ）は、初動時制御処理が実行されない場合の吐出流量の推移を破線で示し、初動時制御処理が実行される場合の吐出流量の推移を実線で示す。
【００６４】
また、図６（Ｃ）は、初動時制御処理が実行されない場合の有効ネガコン圧の推移を破線で示し、初動時制御処理が実行される場合の有効ネガコン圧の推移を実線で示す。
【００６５】
初動時制御処理が実行されない場合、時刻ｔ１において油圧アクチュエータの操作が開始されると、第１吐出流量指令は、図６（Ａ）の一点鎖線で示すように、比較的緩やかに減少する。これは、図３の馬力制御用ピストン５１０Ｌが比較的緩やかに右方向に移動することを表す。一方、第２吐出流量指令は、図６（Ａ）の破線で示すように、比較的急激に増加する。これは、図３のネガコン制御用ピストン５２０Ｌが比較的急激に左方向に移動することを表す。
【００６６】
吐出流量は、第１吐出流量指令及び第２吐出流量指令のうちの小さい方に僅かな遅延を伴って追従する。これは、図３のスプール弁５３０Ｌが馬力制御用ピストン５１０Ｌ及びネガコン制御用ピストン５２０Ｌのうちのより右側にある方と接し、より右側にある方のピストンの動きに応じて摺動することを表す。
【００６７】
そのため、図６（Ｂ）の破線で示すように、吐出流量は、時刻ｔ１を過ぎたところで急激に増加した後、第１吐出流量指令の減少に追従して徐々に減少し、さらに、第１吐出流量指令の増加に追従して徐々に増加する。
【００６８】
有効ネガコン圧は、図６（Ｃ）の破線で示すように、センターバイパス管路Ｃ１Ｌがコントロールバルブ１７によって遮断されることによって急激に最低レベルまで減少した後、最低レベルのまま推移する。
【００６９】
このように、初動時制御処理が実行されない場合には、図６（Ｂ）の斜線ハッチングで示すように、油圧アクチュエータの操作を開始した直後に、メインポンプ１４Ｌの吐出流量が一時的に急増する。この急増は、馬力比例弁３１によって入力馬力が一時的に制限されるために抑制されているとはいえ、過負荷トルクの発生や操作性の悪化を引き起こす。
【００７０】
これに対し、初動時制御処理が実行される場合には、時刻ｔ１において油圧アクチュエータの操作が開始されたときであっても、図６（Ｄ）に示すように、流量比例弁３２Ｌに対する制御電流が所定値のまま維持される。これは、図６（Ｃ）の破線で示すように本来のネガコン圧が減少したとしても、図６（Ｃ）の実線で示すように有効ネガコン圧がそのままのレベルで推移することを意味する。すなわち、ネガコン制御に優先して初動時制御が実行されることを意味する。
【００７１】
その結果、第２吐出流量指令は、図６（Ａ）の実線で示すように、増加することなくそのままのレベルで推移する。これは、図３のネガコン制御用ピストン５２０Ｌの位置がそのまま維持されることを表す。
【００７２】
そのため、吐出流量は、図６（Ｂ）の実線で示すように、一時的に急増することなく、そのままのレベルで推移する。これは、馬力制御による入力馬力の一時的な制限によって抑えられた吐出流量の急増をさらに抑えられることを意味する。すなわち、馬力制御に優先して初動時制御が実行されることを意味する。
【００７３】
その後、時刻ｔ２において、第１吐出流量指令が所定値未満になると、図６（Ｄ）に示すように、時刻ｔ４に至るまで流量比例弁３２Ｌに対する制御電流が所定の割合で減少させられる。
【００７４】
その結果、有効ネガコン圧は、図６（Ｃ）の実線で示すように、制御電流の減少に応じて所定の割合で減少し、第２吐出流量指令は、図６（Ａ）の実線で示すように、有効ネガコン圧の減少に応じて所定の割合で増加する。また、吐出流量は、図６（Ｂ）の実線で示すように、第２吐出流量指令の増加に応じて所定の割合で増加する。また、図６（Ａ）に示すように、時刻ｔ３において、第２吐出流量指令が第１吐出流量指令を上回った後、吐出流量は、第１吐出流量指令に追従するように制御される。これは、馬力制御用ピストン５１０Ｌの位置がネガコン制御用ピストン５２０Ｌの位置よりも右側となり、スプール弁５３０Ｌが馬力制御用ピストン５１０Ｌと共に動くようになったことを表す。
【００７５】
このように、本発明の実施例に係る初動時制御処理は、油圧アクチュエータの操作が開始された直後におけるメインポンプ１４Ｌの吐出流量の一時的な急増を防止し、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を滑らかに立ち上げることができる。その結果、エンジン回転数の低下、その低下に起因するショックによる車体の振動、過負荷トルクの発生、アタッチメントの加速に関する違和感等の操作性の悪化を防止することができる。
【００７６】
なお、本発明の実施例に係る油圧回路は、初動時における馬力比例弁３１による入力馬力の一時的な制限を省略した上で、流量比例弁３２による初動時制御を実行してもよい。
【００７７】
次に、図７を参照しながら、本発明の実施例に係る油圧ショベルに搭載される油圧回路の別の構成例について説明する。なお、図７は、図１の油圧ショベルに搭載される油圧回路におけるレギュレータ５０Ａのうちのレギュレータ５０ＡＬの構成例を示す図である。また、以下では、レギュレータ５０ＡＬについて説明するが、同様の説明が、図示しないレギュレータ５０ＡＲについても適用される。
【００７８】
レギュレータ５０ＡＬは、ネガコン制御機構５２Ｌと初動時制御機構５５Ｌとを分離した点において、図３のレギュレータ５０Ｌと相違するがその他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。
【００７９】
本実施例では、ネガコン制御機構５２Ｌの第４圧力室５２１Ｌは、ネガコン絞り３３Ｌの上流におけるネガコン圧のみを受ける圧力室として構成される。そして、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌは、第４圧力室５２１Ｌの圧力に基づいて決まる推力に応じて図中を左右に移動し、スプール弁機構５３Ｌのスプール弁５３０Ｌを左右に摺動させる。具体的には、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌは、その推力が大きい程、右方向に移動する傾向、すなわち、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を減少させる傾向を有する。
【００８０】
初動時制御機構５５Ｌは、流量比例弁３２Ｌの２次側の圧力に応じてメインポンプ１４Ｌの吐出流量を決定する機構である。本実施例では、初動次制御機構５５Ｌは、主に、初動時制御用ピストン５５０Ｌ、及び、第７圧力室５５１Ｌを含む。
【００８１】
第７圧力室５５１Ｌは、流量比例弁３２Ｌの２次側の圧力のみを受ける圧力室として構成される。そして、初動時制御用ピストン５５０Ｌは、第７圧力室５５１Ｌの圧力に基づいて決まる推力に応じて図中を左右に移動し、スプール弁機構５３Ｌのスプール弁５３０Ｌを左右に摺動させる。具体的には、初動時制御用ピストン５５０Ｌは、その推力が大きい程、右方向に移動する傾向、すなわち、メインポンプ１４Ｌの吐出流量を減少させる傾向を有する。
【００８２】
スプール弁５３０Ｌは、馬力制御用ピストン５１０Ｌ、ネガコン制御用ピストン５２０Ｌ、及び初動時制御用ピストン５５０Ｌのうち、図中右方向への移動量が最も大きいピストンの移動に応じて摺動する。
【００８３】
以上の構成により、レギュレータ５０ＡＬを含む油圧回路は、レギュレータ５０Ｌを含む油圧回路による効果と同様の効果を実現できる。
【００８４】
次に、図８を参照しながら、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルについて説明する。なお、図８は、ハイブリッド式ショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。図８において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示されている。また、図８の駆動系は、電動発電機１２、変速機１３、インバータ１８、及び蓄電系１２０を備える点、旋回油圧モータ２１Ｂの代わりに、インバータ２０、旋回用電動機２１、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４で構成される負荷駆動系を備える点で図２の駆動系と相違する。但し、その他の点において図２の駆動系と共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら相違点を詳細に説明する。
【００８５】
図８において、機械式駆動部としてのエンジン１１と、発電も行うアシスト駆動部としての電動発電機１２は、変速機１３の２つの入力軸にそれぞれ接続されている。変速機１３の出力軸には、油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されている。
【００８６】
電動発電機１２には、インバータ１８を介して、蓄電器としてのキャパシタを含む蓄電系（蓄電装置）１２０が接続されている。
【００８７】
蓄電系１２０は、インバータ１８とインバータ２０との間に配置されている。これにより、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の少なくとも一方が力行運転を行っている際には、蓄電系１２０は力行運転に必要な電力を供給するとともに、少なくとも一方が発電運転を行っている際には、蓄電系１２０は発電運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積する。
【００８８】
図９は蓄電系１２０の構成例を示すブロック図である。蓄電系１２０は、蓄電器としてのキャパシタ１９と昇降圧コンバータ１００とＤＣバス１１０とを含む。第２の蓄電器としてのＤＣバス１１０は、第１の蓄電器としてのキャパシタ１９と電動発電機１２と旋回用電動機２１との間での電力の授受を制御する。キャパシタ１９には、キャパシタ電圧値を検出するためのキャパシタ電圧検出部１１２と、キャパシタ電流値を検出するためのキャパシタ電流検出部１１３が設けられている。キャパシタ電圧検出部１１２及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電圧値及びキャパシタ電流値は、コントローラ３０に供給される。また、上述では、蓄電器の例としてキャパシタ１９を示したが、キャパシタ１９の代わりにリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池、リチウムイオンキャパシタ、又は、電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。
【００８９】
昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り換える制御を行う。ＤＣバス１１０は、インバータ１８、２０と昇降圧コンバータ１００との間に配設されており、キャパシタ１９、電動発電機１２、旋回用電動機２１の間での電力の授受を行う。
【００９０】
図８に戻り、インバータ２０は、旋回用電動機２１と蓄電系１２０との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータ２０は、旋回用電動機２１が力行運転をしている際には、必要な電力を蓄電系１２０から旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が発電運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を蓄電系１２０のキャパシタ１９に蓄電する。
【００９１】
旋回用電動機２１は、力行運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、発電運転の際には、上部旋回体３の慣性回転は、減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させることができる。ここでは、旋回用電動機２１は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機である。旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増加させることができる。
【００９２】
なお、蓄電系１２０のキャパシタ１９の充放電制御は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（力行運転又は発電運転）、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、コントローラ３０によって行われる。
【００９３】
レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサである。具体的には、レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。
【００９４】
メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。
【００９５】
旋回変速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転を減速して旋回機構２に機械的に伝達する変速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力を上部旋回体３へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、上部旋回体３で発生した回転を増速して旋回用電動機２１に機械的に伝達することができる。
【００９６】
旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。
【００９７】
コントローラ３０は、電動発電機１２の運転制御（電動アシスト運転又は発電運転の切り換え）を行うとともに、昇降圧制御部としての昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるキャパシタ１９の充放電制御を行う。コントローラ３０は、キャパシタ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動アシスト運転又は発電運転）、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り換え制御を行い、これによりキャパシタ１９の充放電制御を行う。また、コントローラ３０は、キャパシタに充電する量（充電電流又は充電電力）の制御も行う。
【００９８】
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切り換え制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、キャパシタ電圧検出部１１２によって検出されるキャパシタ電圧値、及びキャパシタ電流検出部１１３によって検出されるキャパシタ電流値に基づいて行われる。
【００９９】
アシストモータである電動発電機１２が発電した電力は、インバータ１８を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。また、旋回用電動機２１が回生運転して生成した回生電力は、インバータ２０を介して蓄電系１２０のＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００を介してキャパシタ１９に供給される。
【０１００】
本発明は、以上のような構成を有するハイブリッド式ショベルにも適用可能である。
【０１０１】
ここで、図１０を参照しながら、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルに搭載されるメインポンプ１４の吐出流量の制御方法について説明する。なお、図１０は、本発明の実施例に係るハイブリッド式ショベルに搭載される油圧回路の要部構成例を示す。
【０１０２】
図１０の油圧回路は、流量比例弁３２Ｒを省略し、流量比例弁３２Ｌの２次側をシャトル弁３５Ｌ、３５Ｒの双方に接続した点で図３の油圧回路と相違するが、その他の点で共通する。
【０１０３】
この構成は、油圧ショベルではメインポンプ１４Ｌが吐出する作動油が旋回油圧モータ２１Ｂに供給されるのに対し、ハイブリッド式ショベルでは旋回機構が油圧回路から独立しているという事実に基づく。
【０１０４】
具体的には、図３の油圧回路では、メインポンプ１４Ｌから旋回油圧モータ２１Ｂに流れる作動油の流量を制限するための旋回流量カット制御を流量比例弁３２Ｌが実行できるように、メインポンプ１４Ｌに関連する流量比例弁３２Ｌと、メインポンプ１４Ｒに関連する流量比例弁３２Ｒとを独立させている。これに対し、図１０の油圧回路では、旋回流量カット制御が不要であり、流量比例弁３２Ｌと流量比例弁３２Ｒとを独立させる必要がないため、流量比例弁３２Ｒの機能を流量比例弁３２Ｌに統合して流量比例弁３２Ｒを省略している。
【０１０５】
以上の構成により、図１０の油圧回路は、図３の油圧回路による効果と同様の効果を実現できる。なお、図１０の油圧回路は、流量比例弁３２Ｒの代わりに流量比例弁３２Ｌを省略してもよい。また、図１０の油圧回路において流量比例弁３２Ｌと流量比例弁３２Ｒとを独立させてもよい。また、図３の油圧回路において流量比例弁３２Ｌ及び流量比例弁３２Ｒの機能を統合しそのうちの一方を省略してもよい。この場合、旋回流量カット制御は省略されてもよく、別の機構を用いて実現されてもよい。
【０１０６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１・・・下部走行体  １Ａ、１Ｂ・・・走行用油圧モータ  ２・・・旋回機構  ３・・・上部旋回体  ４・・・ブーム  ５・・・アーム  ６・・・バケット  ７・・・ブームシリンダ  ８・・・アームシリンダ  ９・・・バケットシリンダ  １０・・・キャビン  １１・・・エンジン  １２・・・電動発電機  １３・・・変速機  １４・・・メインポンプ  １５・・・パイロットポンプ  １６・・・高圧油圧ライン  １７・・・コントロールバルブ  １８・・・インバータ  １９・・・キャパシタ  ２０・・・インバータ  ２１・・・旋回用電動機  ２１Ａ・・・回転軸  ２１Ｂ・・・旋回油圧モータ  ２２・・・レゾルバ  ２３・・・メカニカルブレーキ  ２４・・・旋回変速機  ２５・・・パイロットライン  ２６・・・操作装置  ２６Ａ、２６Ｂ・・・レバー  ２６Ｃ・・・ペダル  ２７、２８・・・油圧ライン  ２９・・・圧力センサ  ３０・・・コントローラ  ３１・・・馬力比例弁  ３２・・・流量比例弁  ３３・・・ネガコン絞り  ３４・・・吐出圧センサ  ３５・・・シャトル弁  ３６・・・ネガコン圧センサ  ５０、５０Ａ・・・レギュレータ  ５１・・・馬力制御機構  ５２・・・ネガコン制御機構  ５３・・・スプール弁機構  ５４・・・斜板傾転機構  ５５・・・初動時制御機構  １００・・・昇降圧コンバータ  １１０・・・ＤＣバス  １１１・・・ＤＣバス電圧検出部  １１２・・・キャパシタ電圧検出部  １１３・・・キャパシタ電流検出部  １２０・・・蓄電系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014055635.tif 000009
【図８】
2014055635.tif 000010
【図９】
2014055635.tif 000011
【図１０】
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