(57)【要約】【課題】エンジン動力の急峻な変動を抑えることができる作業機械の提供。【解決手段】本発明は、エンジン１１と、エンジン１１にて駆動される油圧ポンプ１２と、油圧ポンプ１２から吐出される圧油にて駆動される油圧アクチュエータ１７と、油圧ポンプ１２を駆動させる電動発電機１３と、電動発電機１３との間で電力を授受する蓄電装置１４と、エンジン１１の負荷動力を演算する負荷演算部２１と、蓄電装置１４の状態を含む車体状態を管理する車体状態管理部２２と、負荷動力および車体状態に基づきエンジン１１の動力の増加率および減少率を制限する第２目標動力を演算するエンジン動力変動制限部２３と、第２目標動力に基づき油圧ポンプ１２の動力を制限する油圧動力制限部２４と、第２目標動力に基づき電動発電機１３の動力を制限するアシスト動力演算部２５と、を備えた構成にしてある。【選択図】図３
2015086664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンにて駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから吐出される圧油にて駆動される油圧作業部と、
前記油圧ポンプを駆動させる電動発電機と、
前記電動発電機との間で電力を授受する蓄電装置と、
前記エンジンの負荷動力を演算する負荷演算部と、
前記蓄電装置の状態を含む車体状態を管理する車体状態管理部と、
前記負荷演算部にて演算された負荷動力、および前記車体状態管理部にて管理する車体状態に基づき、前記エンジンの動力の増加分および減少分を制限するためのエンジン目標動力を演算するエンジン目標動力演算部と、
前記エンジン目標動力演算部にて演算されたエンジン目標動力に基づき、前記油圧ポンプの動力を制限する油圧動力制限部と、
前記エンジン目標動力演算部にて演算されたエンジン目標動力に基づき、前記電動発電機の動力を制限するアシスト動力制限部と、
を備えたことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記車体状態管理部は、前記電動発電機を介し前記蓄電装置にて前記油圧ポンプを力行させる力行可能量を演算する蓄電装置管理部を有し、
前記エンジン目標動力演算部は、前記蓄電装置管理部にて演算される力行可能量の絶対値が大きいほど、前記エンジン目標動力の増加分を小さく補正する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１または２に記載の作業機械において、
前記車体状態管理部は、前記電動発電機を介し前記油圧ポンプから前記蓄電装置に回生される回生可能量を演算する蓄電装置管理部を有し、
前記エンジン目標動力演算部は、前記蓄電装置管理部にて演算される回生可能量の絶対値が大きいほど、前記エンジン目標動力の減少分を小さく補正する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の作業機械において、
前記車体状態管理部は、前記電動発電機に対する力行動力または回生動力を演算する電力管理部を有し、
前記エンジン目標動力演算部は、前記負荷演算部にて演算された負荷動力と、前記電力管理部にて演算された力行動力または回生動力とに基づいて前記エンジン目標動力を演算する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項４に記載の作業機械において、
前記蓄電装置の状態を計測する計測部を備え、
前記車体状態管理部は、前記計測部にて計測した前記蓄電装置の状態に基づいて、所定の各時刻での前記蓄電装置の蓄電残量を演算する蓄電残量演算部と、前記電動発電機を介し前記蓄電装置にて前記油圧ポンプを力行させる力行可能量、および前記電動発電機を介し前記油圧ポンプから前記蓄電装置に回生される回生可能量を演算する蓄電装置管理部とを有し、
前記電力管理部は、前記蓄電残量演算部にて各時刻に演算された蓄電残量が、所定の目標蓄電残量と一致するように前記力行動力または回生動力を演算し、
前記蓄電装置管理部は、前記蓄電残量演算部にて各時刻に演算された蓄電残量、および前記蓄電装置が利用可能な所定範囲において、力行可能量または回生可能量を算出する
ことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧ショベル等の作業機械に関し、特に、エンジンおよび電動発電機にて油圧ポンプを駆動できる作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種の油圧ショベル等の作業機械においては、省エネルギ化（低燃費化）や、エンジンから排出される環境負荷を有する排気ガス（例えば、二酸化炭素、窒素酸化物、粒子状物質等）の量を低減することを目的とし、エンジンに加えて電動発電機を動力源とした、いわゆるハイブリッド式の建設機械が提案されている。この種の電動発電機を備えたハイブリッド式の建設機械は、エンジン出力上限値よりもポンプ吸収動力が上回る場合に、ポンプ吸収動力とエンジン出力上限値との差分を電動発電機の動力で補う制御をすることにより、エンジンの動力増加速度が所定の値以下になるようにしている。
【０００３】
この種のハイブリッド式の建設機械に関する従来技術としては、エンジン燃焼効率の低下を回避し、環境負荷を有する排気ガス、特に黒煙の発生を防止することを目的とした特許文献１が開示されている。この特許文献１においては、エンジンの動力増加速度が所定の増加率以下となるエンジン出力の上限値を算出し、ポンプ吸収動力がエンジン出力上限値を上回る場合に、ポンプ吸収動力の上限値をエンジン出力上限値まで抑制して、エンジンの動力増加速度を所定の値以下になるように、油圧ポンプまたは電動発電機を制御して、エンジンの動力が急峻に増加することを回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６３３８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１においては、所定の増加率で増加するエンジンの出力上限値に従い、エンジンの動力が急峻に増加しないように増加速度を制限して排出ガスの抑制を達成しようとしている。ところが、特許文献１に開示された従来技術の場合には、電動発電機へ電力を供給する蓄電装置の状態を監視していないばかりか、油圧ポンプの制御を行っていない。このため、蓄電装置の蓄電残量が足りず電動発電機への電力の供給が十分に行えない場合には、エンジン燃焼効率の低下を回避できなくなるばかりか、急峻なポンプ吸収動力の増加によってエンジン動力が急峻に変動してしまい、エンジンがストールしてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、エンジン動力の急峻な変動を抑えることができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明は、エンジンと、前記エンジンにて駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油にて駆動される油圧作業部と、前記油圧ポンプを駆動させる電動発電機と、前記電動発電機との間で電力を授受する蓄電装置と、前記エンジンの負荷動力を演算する負荷演算部と、前記蓄電装置の状態を含む車体状態を管理する車体状態管理部と、前記負荷演算部にて演算された負荷動力、および前記車体状態管理部にて管理する車体状態に基づき、前記エンジンの動力の増加分および減少分を制限するためのエンジン目標動力を演算するエンジン目標動力演算部と、前記エンジン目標動力演算部にて演算されたエンジン目標動力に基づき、前記油圧ポンプの動力を制限する油圧動力制限部と、前記エンジン目標動力演算部にて演算されたエンジン目標動力に基づき、前記電動発電機の動力を制限するアシスト動力制限部と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
このように構成した本発明は、エンジン動力の増加分および減少分を制限するためのエンジン目標動力を演算し、このエンジン目標動力に基づき、油圧動力制限部にて油圧ポンプの動力を制限するとともに、アシスト動力制限部にて電動発電機の動力を制限することにより、エンジン動力の急峻な変動を抑制することができる。
【０００９】
また本発明は、上記発明において、前記車体状態管理部は、前記電動発電機を介し前記蓄電装置にて前記油圧ポンプを力行させる力行可能量を演算する蓄電装置管理部を有し、前記エンジン目標動力演算部は、前記蓄電装置管理部にて演算される力行可能量の絶対値が大きいほど、前記エンジン目標動力の増加分を小さく補正することを特徴としている。
【００１０】
このように構成した本発明は、蓄電装置管理部にて演算される力行可能量の絶対値が大きいほど、エンジン目標動力の増加分を小さく補正するため、蓄電装置の状態に応じて適切にエンジンの目標動力を設定することができるとともに、エンジン動力の急峻な変動を抑制でき、かつエンジンを低出力に保つようにできるから、エンジンの駆動に伴う燃料消費量を少なくできる。
【００１１】
また本発明は、上記発明において、前記車体状態管理部は、前記電動発電機を介し前記油圧ポンプから前記蓄電装置に回生される回生可能量を演算する蓄電装置管理部を有し、前記エンジン目標動力演算部は、前記蓄電装置管理部にて演算される回生可能量の絶対値が大きいほど、前記エンジン目標動力の減少分を小さく補正することを特徴としている。
【００１２】
このように構成した本発明は、蓄電装置管理部にて演算される回生可能量の絶対値が大きいほど、エンジン目標動力の減少分を小さく補正するため、蓄電装置の状態に応じて適切にエンジンの目標動力を設定することができるとともに、エンジン動力の急峻な変動を抑制でき、かつエンジンを高出力に保つようにできるから、余剰なエンジン動力で電動発電機を駆動させて発電させ蓄電装置の蓄電残量を高くすることができる。よって、蓄電装置の蓄電残量不足によって生じる電動発電機によるエンジンのアシスト不能を回避できる。
【００１３】
また本発明は、上記発明において、前記車体状態管理部は、前記電動発電機に対する力行動力または回生動力を演算する電力管理部を有し、前記エンジン目標動力演算部は、前記負荷演算部にて演算された負荷動力と、前記電力管理部にて演算された力行動力または回生動力とに基づいて前記エンジン目標動力を演算することを特徴としている。
【００１４】
このように構成した本発明は、負荷演算部にて演算された負荷動力と、電力管理部にて演算された力行動力または回生動力とに基づいて、エンジン目標動力を演算するため、油圧ポンプでの油圧負荷だけでなく、蓄電装置への電力供給を含めた値としてエンジン目標動力を演算できる。したがって、蓄電装置の蓄電残量を適切な範囲に制御可能となり、蓄電装置の蓄電残量不足によって生じる電動発電機によるエンジンのアシスト不能を回避できる。また、電力管理部にて力行動力が演算された場合は、エンジン目標動力にエンジンアシスト分の動力が含まれるため、蓄電装置の蓄電電力に余裕がある場合にエンジン目標動力が低く演算され、エンジン動力を低い状態とすることにより、エンジンの駆動に伴う燃料消費量をより低減させることができる。
【００１５】
また本発明は、上記発明において、前記蓄電装置の状態を計測する計測部を備え、前記車体状態管理部は、前記計測部にて計測した前記蓄電装置の状態に基づいて、所定の各時刻での前記蓄電装置の蓄電残量を演算する蓄電残量演算部と、前記電動発電機を介し前記蓄電装置にて前記油圧ポンプを力行させる力行可能量、および前記電動発電機を介し前記油圧ポンプから前記蓄電装置に回生される回生可能量を演算する蓄電装置管理部とを有し、前記電力管理部は、前記蓄電残量演算部にて各時刻に演算された蓄電残量が、所定の目標蓄電残量と一致するように前記力行動力または回生動力を演算し、前記蓄電装置管理部は、前記蓄電残量演算部にて各時刻に演算された蓄電残量、および前記蓄電装置が利用可能な所定範囲において、力行可能量または回生可能量を算出することを特徴としている。
【００１６】
このように構成した本発明は、蓄電残量演算部にて演算された所定の各時刻での蓄電残量が、所定の目標蓄電残量と一致するように電動発電機の力行動力または回生動力が電力管理部にて演算されるため、蓄電装置の蓄電残量が急激に減少することを防止することができ、蓄電装置の蓄電残量不足によって生じる電動発電機によるエンジンのアシスト不能を回避できる。同時に、蓄電装置の蓄電残量、および蓄電装置が利用可能な所定範囲において、力行可能量または回生可能量が演算されるため、例えば蓄電装置の温度や電流積算値などの蓄電装置の寿命に影響を与える要素を考慮して電動発電機の使用を制限することができ、蓄電装置の長寿命化を実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、負荷演算部にて演算されたエンジンの負荷動力、および車体状態管理部にて管理する車体状態に基づき、エンジン動力の増加分および減少分を制限するためのエンジン目標動力をエンジン目標動力演算部にて演算し、このエンジン目標動力に基づき、油圧動力制限部にて油圧ポンプの動力を制限するとともに、アシスト動力制限部にて電動発電機の動力を制限する構成にしてある。この構成により本発明は、エンジン動力の増加分および減少分を制限するためのエンジン目標動力に基づき、油圧ポンプの動力を制限するとともに、電動発電機の動力を制限するため、エンジン動力の急峻な変動を抑制することができる。そして、前述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明より明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。
【図２】上記油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置を示す構成図である。
【図３】上記油圧駆動装置のコントローラの構成を示す概略図である。
【図４】上記コントローラの負荷演算部での処理を示す概略図である。
【図５】上記コントローラのモード判定部のモード選択による可変レートリミッタの変化を表すグラフである。
【図６】上記コントローラの蓄電装置管理部で演算された力行可能量による可変レートリミッタの増加率の変化を表すグラフである。
【図７】上記コントローラの蓄電装置管理部で演算された回生可能量による可変レートリミッタの減少率の変化を表すグラフである。
【図８】上記コントローラのアシスト動力演算部の演算を示す図で、（ａ）は電動発電機がトルク制御で駆動している場合、（ｂ）は電動発電機が速度制御で駆動している場合である。
【図９】上記コントローラでの演算手順を示すアクティビティ図である。
【図１０】上記コントローラを用いて連続掘削動作を行った場合のタイムチャートで、（ａ）はエンジン動力とポンプ吸収動力との関係、（ｂ）は電動発電機の動力、（ｃ）は蓄電装置の蓄電残量である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る油圧ショベルのコントローラの負荷演算部での処理を示す概略図である。
【図１２】上記特許文献１に記載の建設機械にて連続掘削動作を行った場合のタイムチャートで、（ａ）はエンジン動力とポンプ吸収動力との関係、（ｂ）は電動発電機の動力、（ｃ）は蓄電装置の蓄電残量である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１の側面図である。図２は、油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置を示す構成図である。図３は、油圧駆動装置のコントローラの構成を示す概略図である。図４は、コントローラの負荷演算部の処理を示す概略図である。
【００２１】
＜構成＞
本発明に係る作業機械の第１実施形態である油圧ショベル１は、いわゆるハイブリッド式のショベルであって、図１に示すように、クローラ式の走行装置２ａを備えた下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体３とを備えている。下部走行体２と上部旋回体３とは、旋回装置４を介して旋回可能に取り付けられている。
【００２２】
上部旋回体３の前側には、オペレータが搭乗し油圧ショベル１を操作するためのキャブ３ａが設けられ、キャブ３ａの前側にブーム５の基端部が回動可能に取り付けられている。ブーム５は、供給される流体としての作動油（圧油）にて駆動するブームシリンダ５ａを介して動作する。ブーム５の先端部には、アーム６の基端部が回動可能に取り付けられている。アーム６は、アームシリンダ６ａを介して動作する。アーム６の先端部には、バケット７の基端部が回動可能に取り付けられている。バケット７は、バケットシリンダ７ａを介して動作する。これらブーム５、ブームシリンダ５ａ、アーム６、アームシリンダ６ａ、バケット７およびバケットシリンダ７ａによって、例えば掘削作業等を行うための作動部としてのフロント作業機８が構成されている。
【００２３】
上部旋回体３には、油圧ショベル１を駆動させるための油圧駆動装置１０が搭載されている。油圧駆動装置１０は、フロント作業機８、旋回装置４および走行装置２ａ等の駆動に用いられる油圧駆動制御装置である。油圧駆動装置１０は、図２に示すように、動力源としてのエンジン１１を備えている。ここで、エンジン１１、油圧系、各種電装品等についても、後述するコントローラ１５にて何らかの制御が実施されているが、本発明とは直接の関連が無いため、図２中に図示していない。
【００２４】
エンジン１１には、ターボチャージャ（図示せず）と、センシング装置として、エンジン回転数を検出する回転数センサ１１ａと、エンジン１１の燃料噴出量を調整するガバナ１１ｂとが取り付けられている。エンジン１１の駆動軸１１ｃ上には、エンジン１１にて駆動される可変容量型の油圧ポンプ１２が取り付けられている。油圧ポンプ１２とエンジン１１との間には、エンジン１１の駆動軸１１ｃ上に機械的に接続され、エンジン１１の動力アシストを行う電動発電機１３が取り付けられている。油圧ポンプ１２は、エンジン１１および電動発電機１３にて駆動される。電動発電機１３には、センシング装置として、例えばレゾルバ等の回転角センサ１３ａが取り付けられている。回転角センサ１３ａは、電動発電機１３の回転角を計測し、この計測した回転角に関するセンサ情報がコントローラ１５へ出力される。
【００２５】
電動発電機１３は、エンジン１１との間でトルク伝達が可能とされ、電動発電機制御部としてのインバータ１４ａを介して蓄電装置１４に電気的に接続されている。電動発電機１３は、蓄電装置１４から電力が供給されて駆動し、電動発電機１３にて発電した電力が蓄電装置１４に供給されて充電される。蓄電装置１４は、充放電可能なバッテリやキャパシタ等の二次電池である。蓄電装置１４には、蓄電装置１４の状態を計測するための計測部であるセンシング装置として、蓄電装置１４から出力される電力の電流を検出する電流センサ１４ｂと、蓄電装置１４から出力される電力の電圧を検出する電圧センサ１４ｃと、蓄電装置１４の温度を検出する温度センサ１４ｄとが取り付けられている。インバータ１４ａは、蓄電装置１４および電動発電機１３を制御し、必要に応じ蓄電装置１４と電動発電機１３との電力の授受を行わせる。
【００２６】
インバータ１４ａには、このインバータ１４ａを制御して、電動発電機１３のトルクを制御する制御部としてのコントローラ１５が接続されている。コントローラ１５は、ガバナ１１ｂを制御して、エンジン１１への燃料噴射量を調整してエンジン回転数を制御する。
【００２７】
油圧ポンプ１２には、油圧ポンプ１２から吐出された作動油が供給されるバルブ装置１６が取り付けられている。バルブ装置１６には、油圧作業部である油圧アクチュエータ１７が取り付けられている。油圧アクチュエータ１７は、油圧ポンプ１２から吐出される作動油にて駆動され、バルブ装置１６による制御により、油圧アクチュエータ１７の駆動が制御される。油圧アクチュエータ１７としては、例えば、図１に示すブームシリンダ５ａ、アームシリンダ６ａ、バケットシリンダ７ａ、走行装置２ａ、旋回装置４等の種々の油圧アクチュエータが該当する。
【００２８】
油圧ポンプ１２は、ポンプ容積を調整するための斜板１２ａを備え、斜板１２ａの傾転角を制御するレギュレータ１２ｂと、レギュレータ１２ｂを駆動させる電磁比例弁１２ｃとが取り付けられている。油圧ポンプ１２は、設定された任意の吸収動力に対しコントローラ１５にて電磁比例弁１２ｃへの駆動信号が演算され、この駆動信号に応じた制御圧にてレギュレータ１２ｂを介して斜板１２ａの傾転角を制御して油圧ポンプ１２のポンプ容積が操作されて吸収動力が調整される。
【００２９】
油圧ポンプ１２とバルブ装置１６との間には、油圧ポンプ１２から吐出される作動油圧（吐出圧）を計測する吐出圧センサ１２ｄと、通過する作動油の流量（吐出流量）を計測する流量計としての流量センサ１２ｅとが接続されている。油圧ポンプ１２には、斜板１２ａの傾転角を計測するための傾転角センサ（図示せず）が取り付けられている。吐出圧センサ１２ｄ、流量センサ１２ｅおよび傾転角センサにて検出された吐出圧、流量、傾転角等のセンサ情報は、コントローラ１５へ出力される。
【００３０】
コントローラ１５には、油圧ショベル１のフロント作業機８等を力強く動作させるための第１モードとしてのパワーモードや、フロント作業機８による掘削力よりも燃料消費率の向上を優先する第２モードとしてのエコモード等の複数のモードを切り換えるためのモードスイッチ１８が取り付けられている。モードスイッチ１８は、キャブ３ａ内のオペレータにて操作可能な位置に取り付けられている。
【００３１】
コントローラ１５は、図３に示すように、エンジン１１の駆動軸１１ａ上の負荷動力を演算する負荷演算部２１と、蓄電装置１４の状態を含む車体状態を管理する車体状態管理部２２と、エンジン動力の変化率（増加率および減少率）を制限するエンジン目標動力（第２目標動力）を生成するエンジン動力変動制限部２３とを備えている。コントローラ１５は、負荷演算部２１および車体状態管理部２２の演算結果に従って、油圧ポンプ１２の吸収動力の制限値を演算する油圧動力制限部２４、および電動発電機１３の動力指令値を演算するアシスト動力演算部２５を備えている。
【００３２】
コントローラ１５には、車体状況に応じてエンジン目標動力変化率を変更してエンジン動力を平準化させる平準化制御の実施をオンオフさせるオンオフスイッチ１９が取り付けられている。この平準化制御は、負荷演算部２１、車体状態管理部２２、エンジン動力変動制限部２３、油圧動力制限部２４およびアシスト動力演算部２５にて実施される。また、オンオフスイッチ１９は、キャブ３ａ内のオペレータにて操作可能な位置に取り付けられている。
【００３３】
負荷演算部２１は、エンジン１１の駆動軸１１ｃの軸動力を含めた負荷動力を演算する。すなわち、負荷演算部２１は、例えばエアコン等の補機類の負荷を含めつつ、エンジン１１の加減速による、主にフライホイール等の慣性体からのエネルギ授受を考慮しており、エンジン１１の動力と電動発電機１３の動力との和から負荷動力を算出する。
【００３４】
負荷演算部２１は、図４に示すように、エンジン回転数検出部２１ａと、エンジントルク検出部２１ｂと、電動発電機回転数検出部２１ｃと、電動発電機トルク検出部２１ｄとを有している。エンジン回転数検出部２１ａは、回転数センサ１１ａを介してエンジン回転数を検出する。エンジントルク検出部２１ｂは、エンジン１１にトルクメータ（図示せず）を取り付けて直接的にエンジントルクを計測しても良いし、ガバナ１１ｂを介して検出される燃料噴射量等から間接的にエンジントルクを演算しても良い。電動発電機回転数検出部２１ｃは、回転角センサ１３ａにて検出される電動発電機１３の回転角に基づいて電動発電機回転数を検出する。電動発電機トルク検出部２１ｄは、電動発電機１３にトルクメータ（図示せず）を取り付けて直接的に電動発電機トルクを計測しても良いし、電動発電機１３またはインバータ１４ａの電流値から間接的に電動発電機トルクを演算しても良い。
【００３５】
負荷演算部２１では、エンジン回転数検出部２１ａにて検出したエンジン回転数と、エンジントルク検出部２１ｂにて検出したエンジントルクとが、エンジン動力変換部２１ｅへ出力され、エンジン動力変換部２１ｅにて、エンジン回転数とエンジントルクとの積からエンジン動力が算出される。また、電動発電機回転数検出部２１ｃにて検出した電動発電機回転数と、電動発電機トルク検出部２１ｄにて検出した電動発電機トルクとが、電動発電機動力変換部２１ｆへ出力され、電動発電機動力変換部２１ｆにて、電動発電機回転数と電動発電機トルクとの積からアシスト動力である電動発電機動力が算出される。
【００３６】
エンジン動力変換部２１ｅおよび電動発電機動力変換部２１ｆは、回転数とトルクとの積から動力への変換を行うが、種々の効率を考慮してエンジン１１の駆動軸１１ｃ上の負荷を算出する変換も含んでいる。さらに、エンジン動力変換部２１ｅにて算出されたエンジン動力と、電動発電機動力変換部２１ｆにて算出された電動発電機動力とが、加算演算部２１ｇへ出力され、加算演算部２１ｇにて、エンジン動力と電動発電機動力とが加算されて負荷動力が推定される。
【００３７】
車体状態管理部２２は、油圧ショベル１の蓄電装置１４の状態を含んだ車体全体の状態を監視および管理する。車体状態管理部２２は、図３に示すように、主として蓄電装置１４の状態を管理する電力管理部２２ａおよび蓄電装置管理部２２ｂと、モードスイッチ１８のオンオフ等に基づく車体の動作モードを判定するモード判定部２２ｃと、所定の各時刻での蓄電装置１４の充電率（ＳＯＣ）に基づき蓄電残量を演算する蓄電残量演算部２２ｄとを備えている。車体状態管理部２２は、油圧ポンプ１２から吐出される作動油の温度や外気の温度などの温度情報に基づいて制御を切り換える場合にも動作して車体状態を管理する。
【００３８】
電力管理部２２ａは、蓄電装置１４の出力電力を所定の状態である適切な範囲に保つために電動発電機１３に対する力行要求（力行動力）または回生要求（回生動力）を演算する。電力管理部２２ａは、蓄電残量演算部２２ｄにて演算された蓄電残量を電力管理部２２ａ内で別途演算される所定の目標蓄電残量に追従させて一致させるように力行要求または回生要求を演算する。力行要求または回生要求は、例えば蓄電残量が目標蓄電残量より高い場合に力行要求とし、蓄電残量が目標蓄電残量より低い場合に回生要求とされる。
【００３９】
蓄電装置管理部２２ｂは、電動発電機１３を介し蓄電装置１４にて油圧ポンプ１２を力行させるための力行可能量、または電動発電機１３を介し油圧ポンプ１２から蓄電装置１４に回生される回生可能量を演算する。蓄電装置管理部２２ｂは、蓄電残量演算部２２ｄにて各時刻に演算された蓄電残量に加え、蓄電装置１４を適切な状態で利用可能な所定の出力範囲における力行可能量または回生可能量を算出する。
【００４０】
蓄電装置管理部２２ｂは、例えば蓄電装置１４に対する充電動作または放電動作が非常に長い時間に亘って継続することによって蓄電装置１４が高温になった場合に、蓄電装置１４がその温度以上に上昇することを防止するために電動発電機１３への電力の授受を制限して蓄電装置１４の出力電流量を制限し、蓄電装置１４の発熱量を下げる制御を行う。蓄電装置管理部２２ｂは、蓄電装置１４の蓄電残量が十分な場合であっても、他の機器の保全等を考慮して蓄電装置１４の使用範囲を制限する。
【００４１】
蓄電装置管理部２２ｂは、蓄電装置１４がリチウムイオンバッテリの場合には、蓄電装置１４が満充電（フル充電）されている場合であっても、極端に温度が低い極低温時に出力電圧が降下する特性を有するため、力行可能量を低く算出する。蓄電装置管理部２２ｂは、力行可能量を蓄電装置１４の蓄電残量以外の情報に基づいて算出し、エンジン１１および電動発電機１３から供給し得る動力を適切に管理して油圧ポンプ１２での過度の吸収動力を制限し、エンジン１１のストールを防止する。
【００４２】
蓄電装置管理部２２ｂは、蓄電装置１４の使用可能な寿命に影響を与える、例えば温度、電流量等の因子に基づいて力行可能量または回生可能量を算出して、蓄電装置１４の過度の劣化を防止する。蓄電装置管理部２２ｂは、蓄電装置１４の蓄電残量がゼロ（０）の場合に力行可能量をゼロ（０）と演算し、蓄電装置１４の蓄電残量が最大値（フル充電の場合）の場合に回生可能量をゼロ（０）と演算する。
【００４３】
蓄電残量演算部２２ｄは、蓄電装置１４に取り付けられた電流センサ１４ｂ、電圧センサ１４ｃおよび温度センサ１４ｄにて検出される電流値、電圧値および温度に基づいて蓄電装置１４の蓄電残量を演算し、予め定めた各時刻において蓄電装置１４の蓄電残量を演算する。
【００４４】
エンジン動力変動制限部２３は、エンジン目標動力を演算するためのエンジン目標動力演算部であって、負荷演算部２１にて演算された負荷動力に、電力管理部２２ａにて算出された力行要求または回生要求を加算して第１目標動力を算出する。第１目標動力は、「エンジン動力」＝「負荷動力」−「電動発電機動力」にて演算されるため、負荷動力の急峻な変動がそのまま第１目標動力に反映してしまう。そこで、第１目標動力を可変レートリミッタ２３ａへ入力させて平坦化させて変化率が制限されたエンジン目標動力である第２目標電力へ変換させる。第２目標電力は、可変レートリミッタ２３ａを通過させた信号となり、第１目標電力のような急峻な変動が抑制され、平坦化された目標値として算出される。
【００４５】
可変レートリミッタ２３ａは、第１目標動力から第２目標動力を生成する際の増加率（増加分）および減少率（減少分）のそれぞれが逐次変更可能とされ、蓄電装置管理部２２ｂにて演算される力行可能量または回生可能量の絶対値が大きいほど、増加率または減少率を小さく補正する。可変レートリミッタ２３ａは、車体状態管理部２２から出力される力行可能量または回生可能量等に応じて、第１目標動力に対する第２目標動力の変化率を変動させても良い。
【００４６】
ここで、車体状態管理部２２のモード判定部２２ｃが可変レートリミッタ２３ａに与える影響について、図５を参照して説明する。図５は、コントローラ１５のモード判定部２２ｃでのモード選択による可変レートリミッタ２３ａの変化を表すグラフである。
【００４７】
図２に示すモードスイッチ１８が「パワーモード」に設定されている場合は、燃料消費率（燃費）の向上や排気ガスの抑制等の効果が小さくなるものの、エンジン１１の動力を大きく変動させて油圧ポンプ１２への供給動力を確保させるため、可変レートリミッタ２３ａでの第１目標動力に対する第２目標動力の増加率および減少率である変化率（入力変化率に対する出力変化率）を、図５に示すように、基準値ａ１よりも高いパワーモード値ｂ１とする。
【００４８】
一方、モードスイッチ１８が「エコモード」に設定されている場合は、可変レートリミッタ２３ａでの変化率を基準値ａ１よりも低いエコモード値ｃ１とする。可変レートリミッタ２３ａでの変化率が負の場合、すなわち減少率については、油圧ポンプ１２の供給動力を低くする際の要件であり油圧アクチュエータ１７の操作性に影響を与えないため、モードスイッチ１８での「パワーモード」と「エコモード」との切換に依存しない設定としても良い。
【００４９】
次いで、車体状態管理部２２の蓄電装置管理部２２ｂが可変レートリミッタ２３ａに与える影響について、図６および図７を参照して説明する。図６は、コントローラ１５の蓄電装置管理部２２ｂで演算された力行可能量による可変レートリミッタ２３ａの増加率の変化を表すグラフである。図７は、コントローラ１５の蓄電装置管理部２２ｂで演算された回生可能量による可変レートリミッタ２３ａの減少率の変化を表すグラフである。
【００５０】
（増加率）
図６に示すように、モード判定部２２ｃ等にて決定された可変レートリミッタ２３ａでの変化率（増加率）の基準値を基準値ａ２とする。この状態で、蓄電装置管理部２ｂにて演算された力行可能量が高くなった場合には、電動発電機１３によるエンジン１１のアシスト量を大きくでき、負荷演算部２１にて演算された負荷動力が急峻に増加してもエンジン１１の動力をゆっくりと増加できるため、可変レートリミッタ２３ａでの増加率を、基準値ａ２より低い高力行値ｂ２へ変化させる。
【００５１】
一方、蓄電装置管理部２２ｂにて演算された力行可能量が低くなった場合には、電動発電機１３によるエンジン１１のアシスト量が小さくなり、負荷動力が急峻に増加等した場合にエンジン１１の動力をゆっくりと増加できなくなり、エンジン１１をストールさせてしまうおそれがある。そこで、エンジン１１の動力を積極的に利用するように、可変レートリミッタ２３ａでの増加率を、基準値ａ２より高い低力行値ｃ２へ変化させる。
【００５２】
蓄電装置管理部２２ｂにて力行可能量がゼロ（０）と演算された場合は、電動発電機１３によるエンジン１１のアシストができず、エンジン動力を第１目標動力どおりに出力させるため、可変レートリミッタ２３ａでの増加率を、図６に示す傾き：１の値とする。このとき、可変レートリミッタ２３ａでの増加率を図６に示す傾き１よりも低い値ｄ２とし、かつ油圧動力制限部２４にてエンジン１１に過剰な負荷動力が掛からないようにすることによって、油圧ショベル１の動作が多少緩慢になるおそれがあるものの、排気ガスの発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
（減少率）
図７に示すように、モード判定部２２ｃ等にて決定された可変レートリミッタ２３ａでの変化率（減少率）の基準値を基準値ａ３とする。この状態で、蓄電装置管理部２２ｂにて演算された回生可能量が高くなった場合には、油圧ポンプ１２の動力にて電動発電機１３を駆動させて発電させエンジン１１に負荷を掛けることができ、負荷演算部２１にて演算された負荷動力が急峻に減少してもエンジン１１の動力をゆっくりと減少できるため、可変レートリミッタ２３ａでの減少率を、基準値ａ３より低い高回生値ｂ３へ変化させる。
【００５４】
一方、蓄電装置管理部２２ｂにて演算された回生可能量が低くなった場合には、電動発電機１３による発電量が小さくなり、エンジン１１に負荷を掛けることができなくなるため、可変レートリミッタ２３ａでの減少率を、基準値ａ３より高い低回生値ｃ３へ変化させる。ここで、蓄電装置管理部２２ｂにて回生可能量がゼロ（０）と演算された場合は、電動発電機１３による発電がなくなり、エンジン１１に掛かる動力が、負荷演算部２１にて演算された負荷動力と等しい値となるため、可変レートリミッタ２３ａでの減少率を、図７に示す傾き：１の値とする。
【００５５】
油圧動力制限部２４は、油圧ポンプ１２の吸収動力を制限する。油圧動力制限部２４は、図２に示すように、エンジン動力変動制限部２３にて演算された第２目標動力に、蓄電装置管理部２２ｂにて演算された力行可能量の最大値（最大力行量）を加算した値を最大ポンプ吸収動力として算出し、この算出した最大ポンプ吸収動力が制限圧演算部２４ａへ入力され、制限圧演算部２４ａにて油圧ポンプ１２の吸収動力を制限する制限圧を演算する。
【００５６】
油圧動力制限部２４は、電動発電機１３にて最大限にエンジン１１をアシストしている状態であっても、エンジン１１が出力するエンジン動力が第２目標動力を越えないように油圧ポンプ１２の吸収動力を制限する。油圧動力制限部２４においては、蓄電装置管理部２２ｂにて演算された力行可能量がゼロ（０）の場合に、ポンプ吸収動力が第２目標動力と等しい値となり、電動発電機１３にてエンジン１１をアシストできない場合であっても、エンジン１１への過度な負荷を防止可能とされている。
【００５７】
アシスト動力演算部２５は、電動発電機１３の動力を制限して、エンジン１１の実際のエンジン動力、すなわち実動力を第２目標動力に追従させるアシスト動力制限部である。ここで、図８は、コントローラ１５のアシスト動力演算部２５の演算を示す図で、（ａ）は電動発電機１３がトルク制御で駆動している場合、（ｂ）は電動発電機１３が速度制御で駆動している場合である。
【００５８】
アシスト動力演算部２５は、電動発電機１３がトルク制御にて駆動している場合には、図８（ａ）に示すように、負荷演算部２１にて演算された負荷動力と、エンジン動力変動制限部２３に演算された第２目標動力との差分（負荷動力−第２目標電力）をリミッタ２５ａへ入力させ、この差分に基づいて予め定められたトルク指令値を演算し、このトルク指令値を、図２に示すインバータ１４ａへ出力させ、インバータ１４ａを介して電動発電機１３をトルク制御する。
【００５９】
また、アシスト動力演算部２５は、電動発電機１３が速度制御にて駆動している場合には、図８（ｂ）に示すように、エンジン動力に対するエンジン１１の回転速度、すなわちエンジン動力特性を定めた所定のエンジン動力特性テーブル２５ｂに基づいて、エンジン動力変動制限部２２にて演算された第２目標動力に対するエンジン回転速度、すなわち目標回転速度を演算する。そして、この演算した目標回転速度を目標速度指令値とし、この目標速度指令値をインバータ１４ａへ出力させ、インバータ１４ａを介して電動発電機１３を速度制御する。よって、アシスト動力演算部２５は、エンジン動力変動制限部２２にて演算された第２目標動力に基づいて、電動発電機１３の動力を制限する。
【００６０】
＜動作＞
次に、上記第１実施形態に係る油圧ショベル１のコントローラ１５での平準化制御の演算手順について、図９を参照して説明する。図９は、コントローラ１５での演算手順を示すアクティビティ図である。
【００６１】
オンオフスイッチ１９がオンされコントローラ１５での平準化制御が開始されると、負荷演算部２１および車体状態管理部２２での演算が開始され、各種の車体状態の判断が行われる。車体状態の判断は、負荷演算部２１での負荷演算（Ｓ１）と、車体状態管理部２２の電力管理部２２ａでの力行／回生要求演算（Ｓ２）と、蓄電装置管理部２２ｂでの力行／回生可能量演算（Ｓ３）と、モード判定部２２ｃでのモード判定（Ｓ４）とのそれぞれが同時に開始され、Ｓ３での演算結果およびＳ４での判定結果に従って、可変レートリミッタ２３ａの変化率（増加率また減少率）を決定するレートリミッタ決定（Ｓ５）が開始される。
【００６２】
Ｓ５の後、Ｓ１およびＳ２の演算結果に基づき、エンジン動力変動制限部２３での負荷動力と力行要求または回生要求との加算が行われ第１目標動力演算（Ｓ６）が開始される。Ｓ６の後、Ｓ６にて演算された第１目標動力を可変レートリミッタ２３ａに入力させて第２目標動力演算（Ｓ７）が開始される。
【００６３】
Ｓ７の後、Ｓ７にて演算された第２目標動力と、Ｓ１にて演算された負荷動力との差分から、予め定められたトルク指令値を演算するアシスト動力演算部２５でのアシスト動力演算（Ｓ８）が開始される。Ｓ８の開始に平行して、油圧動力制限部２４でのポンプ吸収動力の制限が開始される。このポンプ吸収動力の制限としては、第２目標動力に力行可能量の最大値（最大力行量）を加算する最大ポンプ吸収動力演算（Ｓ９）がなされた後、Ｓ１１での演算結果である最大ポンプ吸収動力に基づき制限圧演算部２４ａにて油圧ポンプ１２の吸収動力を制限するポンプ制限値演算（Ｓ１０）が開始される。
【００６４】
上述したＳ１〜Ｓ１０までの処理は、コントローラ１５の演算周期毎に行われる。
【００６５】
次に、上記第１実施形態に係る油圧ショベル１の具体的な作業例として、連続して掘削動作させた場合の制御動作について、図１０を参照して説明する。図１０は、コントローラ１５を用いて連続掘削動作を行った場合のタイムチャートで、（ａ）はエンジン動力とポンプ吸収動力との関係、（ｂ）は電動発電機１３の動力、（ｃ）は蓄電装置１４の蓄電残量である。
【００６６】
油圧ショベル１による掘削動作としては、バケット７にて砂利や土砂等をすくい、バケット７にてすくった砂利や土砂等をダンプトラック（図示せず）の荷台に放土して積み込む等する動作であって、掘削開始から積み込みまでに大きな油圧負荷が掛かる一方、積み込み後の放土後に油圧負荷が急速に減少する特徴がある。
【００６７】
図１０（ｂ）においては、正の値を力行とし、負の値を回生として示している。また、より容易に説明する観点から、電力管理部２２ａにて演算される力行要求または回生要求を常にゼロ（０）とし、蓄電装置管理部２２ｂにて演算される力行可能量または回生可能量を常に最大値とし、動作途中にモードスイッチ１８が操作されないものと仮定して説明している。
【００６８】
時刻ｔ１にて掘削動作を開始し、時刻ｔ１後に、ブーム５を上げながらアーム６またはバケッ７トをクラウドさせる複合動作を開始している。このため、各油圧アクチュエータ１７に大量の作動油を供給しなければならず、図１０（ａ）に示すように、ポンプ吸収動力が急峻に立ち上がっていく。このとき、負荷演算部２１にて演算される負荷動力が油圧ポンプ１２の吸収動力（ポンプ吸収動力）に応じて急峻に立ち上がっていき、エンジン動力変動制限部２３にて演算される第１目標動力も急峻に変化していく。
【００６９】
これに対し、エンジン動力変動制限部２３の可変ゲートリミッタ２３ａによって第１目標動力の増加率を制限する第２目標動力が生成されるため、エンジン１１の実際の動力は、ポンプ吸収動力の立ち上がりに比べゆっくりと増加していく。このとき、要求されたポンプ吸収動力の不足分は、蓄電装置１４からの電力にて電動発電機１３を駆動させ、電動発電機１３によるエンジンアシストにてまかなわれる。
【００７０】
ポンプ吸収動力の不足分をまかなうための不足電力が、蓄電装置管理部２２ｂにて演算された力行可能量より大きい場合は、ポンプ吸収動力の不足分をまかないきれない。この場合は、要求されたポンプ吸収動力をあきらめ、油圧動力制限部２４にてポンプ吸収動力を制限し、エンジン回転数の低下を発生させない。時刻ｔ１後の動作は、エンジン動力がポンプ吸収動力に等しくなる時刻ｔ２まで継続する。ところが、蓄電装置１４の状態に応じて可変レートリミッタ２３ａで制限される増加率が変化するため、蓄電装置管理部２２ｂにて演算される力行可能量が少ない場合は、時刻ｔ２より早い時刻にエンジン動力がポンプ吸収動力に等しくなる。一方、蓄電装置管理部２２ｂにて演算される力行可能量が多い場合は、時刻ｔ２より遅い時刻にエンジン動力がポンプ吸収動力に等しくなる。
【００７１】
なお、本第１実施形態においては、後述する先行技術とは異なり、エンジン動力の増加率を上限値以下に抑えるものでなく、エンジン動力の変化率（増加率および減少率）を第２目標動力、すなわち目標値に追従させている。したがって、電動発電機１３の制御応答によっては、所望のエンジン動力の増加率に対して、実際のエンジン動力の増加率が大きくなる状況もある。この状況を回避するために、可変レートリミッタ２３ａでの増加率に余裕度を持たせた設計とする。すなわち、エンジン動力の増加率を、例えば３０ｋＷ／ｓ以下にしたい場合に、可変レートリミッタ２３ａでの増加率を、例えば２５ｋＷ／ｓに設定することによって、実際のエンジン動力の変化率が３０ｋＷ／ｓを超える可能性を減少させる。
【００７２】
時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間は、バケット７にてすくった砂利や土砂等をダンプトラックの荷台に積み込むために、ブーム５を上げながらバケット７の位置がダンプトラックの荷台の位置となるように上部旋回体３を旋回動作させる、いわゆる「旋回ブーム上げ」動作がされる。「旋回ブーム上げ」動作時は、非常に大きなポンプ吸収動力が必要であるものの、ポンプ吸収動力の変化が非常に遅いため、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間は、エンジン動力のみでポンプ吸収動力を負担する。このため、電動発電機動力はゼロ（０）となる。電力管理部２２ａから力行要求または回生要求が出力された場合には、可変レートリミッタ２３ａにより許容範囲内の電動発電機１３による力行制御または油圧ポンプ１２による回生制御が行われる。
【００７３】
時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間は、バケット７にてすくった砂利や土砂等をダンプトラックの荷台に積み込み動作させる、いわゆる「放土」動作がされる。「放土」動作は、バケット７を操作する以外に大きな動力が必要ないため、「旋回ブーム上げ」動作時よりもポンプ吸収動力が急峻に減少する。このため、負荷演算部２１にて演算される負荷動力がポンプ吸収動力の減少に応じて急峻に減少していき、エンジン動力変動制御部２２にて算出される第１目標動力も急峻に変化するものの、可変レートリミッタ２３ａにて第１目標動力の減少率を制限する第２目標動力が生成される。そして、アシスト動力演算部２５にて、エンジン動力が第２目標動力に一致するように電動発電機１３を制御する指令値が算出されるため、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間は、エンジン動力が徐々に減少していくとともに、電動発電機１３での発電動作により、図１０（ｃ）に示すように、蓄電装置１４の蓄電残量が増加していく。
【００７４】
時刻ｔ４〜時刻ｔ５の間は、放土を行い空になったバケット７の爪先を、所望する掘削位置に戻すために、ブーム５、アーム６、バケット７および上部旋回体３を複合的に動作させる、いわゆる「戻し」動作がされる。「戻し」動作時は、多くの油圧アクチュエータ１７を動作させるため、ポンプ吸収動力が急峻に立ち上がる。すなわち、時刻ｔ４〜時刻ｔ５の間の制御動作は、上記時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間の制御動作と同様とある。ただし、時刻ｔ４より前の時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間に、エンジン動力を徐々に減少させており、エンジン動力が急峻に減少していないことから、エンジン動力が高い状態から制御を開始できるため、電動発電機１３によるエンジン１１のアシスト量が小さくて済む。
【００７５】
時刻ｔ５においては、掘削動作の第１サイクルが完了し、再度時刻ｔ１と同様の大きなポンプ吸収動力が必要となる。第２サイクルの時刻ｔ５〜時刻ｔ６の間は、第１サイクルの時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間と同様の制御動作が必要となるものの、第１サイクルの時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間のように、時刻ｔ５においてエンジン動力が急峻に減少しておらず、エンジン動力が高い状態から制御を開始できるため、電動発電機１３によるエンジンのアシスト量が小さくて済む。
【００７６】
以上により、上記第１実施形態に係るコントローラ１５を用いた場合には、図１０（ｃ）に示すように、第２サイクルの掘削動作以後において蓄電装置１４の蓄電残量が一定の値を中心として留まっている。この結果、第２サイクル以降の各サイクルにおいても、電動発電機１３によるエンジン１１のアシストを行い、エンジン１１に急激な負荷を掛けることなく、連続した掘削動作を継続させることができる。
【００７７】
（先行技術）
次いで、上記特許文献１に開示された先行技術を適用したハイブリッド式の建設機械により、連続して掘削動作させた場合の制御動作について、図１２を参照して説明する。図１２は、上記特許文献１に記載の建設機械にて連続掘削動作を行った場合のタイムチャートで、（ａ）はエンジン動力とポンプ吸収動力との関係、（ｂ）は電動発電機の動力、（ｃ）は蓄電装置の蓄電残量である。図１２は、図１０に対応しており、図１２中の時刻ｔ１〜時刻ｔ６は、上述した第１実施形態での連続して掘削動作させた場合の制御動作での時刻ｔ１〜時刻ｔ６に対応している。
【００７８】
時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間は、上述した第１実施形態と同様に、急峻に変化するポンプ吸収動力に対して、エンジン動力が所定の増加率に応じて増加している。上記特許文献１に係る建設機械においては、ポンプ吸収動力とエンジン出力の上限値との差分が、電動発電機１３の出力限界値より大きい場合であっても、ポンプ吸収動力を制限しないため、エンジン回転数の落ち込みが発生し得る。さらに、上記特許文献１に係る建設機械においては、モードスイッチ１８の設定状態や蓄電装置１４の蓄電残量等の車体状態を監視していないため、常に一定の増加率でエンジン動力が増加していき、動力不足に伴うエンジン回転数の落ち込みが発生しやすい。
【００７９】
時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間は、ポンプ吸収動力の変化が非常に遅いため、エンジン動力のみでポンプ吸収動力を負担しており、図１０（ｂ）に示すように、電動発電機動力がゼロ（０）となる。なお、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間は、上記第１実施形態に係るコントローラ１５を用いた場合、電力管理部２２ａから力行要求または回生要求が常に出力され、可変レートリミッタ２３ａにより許容範囲内での電動発電機１３による力行または回生が行われているため、実際には、上記第１実施形態と上記特許文献１とでは、エンジン動力およびポンプ吸収動力がそれぞれ異なる波形となる。
【００８０】
時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間は、ポンプ吸収動力が急峻に減少するが、上記特許文献１に係る建設機械ではエンジン動力の最大値を規定しているだけであるため、エンジン動力に従って時刻ｔ３〜時刻ｔ３´の間のみエンジン動力が急峻に減少し、時刻ｔ３´〜時刻ｔ４の間はポンプ吸収動力が増加している。このため、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間と同様に、エンジン動力が所定の増加率に応じて増加していき、ポンプ吸収動力の不足分をまかなうために、電動発電機１３によるエンジンのアシストを多用する必要があるため、図１０（ｃ）に示すように、蓄電装置１４の蓄電残量が徐々に減少してしまう。
【００８１】
時刻ｔ４〜時刻ｔ６の間は、再びポンプ吸収動力が急峻に増加するため、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間と同様の制御動作がなされる。
【００８２】
よって、上記特許文献１に係る建設機械においては、上記第１実施形態のようにエンジン１１の第２目標動力の生成において電力管理部２２ａからの力行要求または回生要求を考慮しておらず、電動発電機１３による発電動作を行っていないため、第１サイクルから第４サイクルへとサイクルが進むに連れて蓄電装置１４の蓄電残量が減少していく。特に、第４サイクルにおいては、蓄電装置１４の蓄電残量がほぼゼロ（０）となり、第５サイクルの掘削動作時に電動発電機１３によるエンジン１１のアシストができなくなる。
【００８３】
＜作用効果＞
以上により、上記第１実施形態に係る油圧駆動装置１０によれば、エンジン動力変動制限部２３にて第２目標動力を生成するに際し、エンジン動力の増加率および減少率のそれぞれを可変レートリミッタ２３ａにて制限するため、エンジン動力の急峻な変動を抑制でき、エンジン１１を定常運転に準じた状況で運転できる。すなわち、定常運転に準ずる状況でのエンジン１１の運転は、過渡運転時に比べ、燃料の燃焼状態が安定しているため、燃料消費率を向上できるとともに、環境に負荷を与える排気ガスの発生量を抑制できる。また、定常状態に準じたエンジン１１の運転によって、エンジン１１の動作点が安定するため、エンジン１１の動作変動に伴う振動等に起因した騒音の発生をも抑制できる。
【００８４】
さらに、アシスト動力演算部２５にて電動発電機１３の動力を制限して、エンジン１１の実際のエンジン動力を第２目標動力に追従させるとともに、油圧動力制限部２４にて油圧ポンプ１２のポンプ吸収動力を制限することにより、エンジン動力の急峻な増加が防止され、エンジン負荷が過剰な状態になることを防止できる。よって、エンジン回転数が急激に落ち込むラグダウン（過負荷減速）を防止できるとともに、エンジン１１のストールの発生を適切に回避できる。
【００８５】
特に、上記第１実施形態に係る油圧駆動装置１０においては、上記特許文献１に係る建設機械のようにエンジン動力の上限値を制限するのではなく、エンジン動力に対する目標動力を与える構成としている。したがって、油圧ポンプ１２に掛かる油圧負荷が急激に下がった場合に、減少率が制限された第２目標動力がポンプ吸収動力を上回る場合においては、このポンプ吸収動力から第２目標動力を差し引いた動力分を電動発電機１３にて発電させ、この発電させた電力を蓄電装置１４に供給して蓄電させることができる。
【００８６】
このため、ポンプ吸収動力の急峻な低下に対応させてエンジン動力を急峻に低下させる必要がなくなり、エンジン動力を高い動作状態に維持できる。よって、追ってポンプ吸収動力が増加する場合に、エンジン１１に取り付けられたターボチャージャのターボ圧が下がらない状態、すなわち高い状態からエンジン動力を増加させることができ、ターボチャージャの応答遅れ、いわゆるターボラグの発生を無くすこともできる。特に、エンジン動力を急峻に低下させる必要がなく、エンジン動力を高い動作状態に維持できるため、最大出力が小さなエンジン１１としても対応できるから、エンジン１１の小型化が可能となる。
【００８７】
また、第１目標動力から第２目標動力を生成する可変レートリミッタ２３ａにおいて、第２目標動力の増加率および減少率のそれぞれを逐次変更可能としたことにより、蓄電装置１４の状態等に対応させた第２目標動力を生成できる。特に、蓄電装置管理部２２ｂにて演算される力行可能量の絶対値が大きいほど、第２目標動力の増加率を小さくすることにより、エンジン動力をより低出力状態に維持する傾向にできるため、エンジン１１の燃料消費量をより少なくできる。
【００８８】
一方、蓄電装置管理部２２ｂにて演算される回生可能量の絶対値が大きいほど、第２目標動力の減少率を小さくすることにより、エンジン動力をより高出力状態に維持する傾向にでき、余剰動力で電動発電機１３を駆動させて発電を行い、この発電電力を蓄電装置１４に供給して蓄電残量を増加させることができる。よって、蓄電装置１４の蓄電残量が不足することに伴う、電動発電機１３によるエンジンのアシスト不能の発生を防止できるとともに、より長期間に亘って適切な範囲でエンジン１１を動作させることができる。
【００８９】
さらに、エンジン動力変動制限部２３において、負荷演算部２１にて演算された負荷動力に、電力管理部２２ａにて算出された力行要求または回生要求を加算して第１目標動力を算出している。このため、第１目標動力は、油圧ポンプ１２の油圧負荷に加え、蓄電装置１４への蓄電（回生要求）を考慮した値として算出される。したがって、蓄電装置１４の蓄電残量が適切な範囲となるように制御できるため、蓄電装置１４の蓄電残量が不足することに伴う、電動発電機１３によるエンジン１１のアシスト不能の発生を防止できる。
【００９０】
また、電力管理部２２ａにて力行要求が算出された場合には、エンジン動力変動制限部２３にて生成される第２目標動力中に、電動発電機１３によるエンジン１１のアシスト分が含まれる。すなわち、蓄電装置１４の蓄電残量に余裕がある場合には、電動発電機１３によるエンジン１１のアシストが考慮された第２目標動力が演算され、この電動発電機１３によるアシスト分が差し引かれた第２目標動力が演算される。よって、エンジン動力を低い状態にでき、エンジン１１の駆動に伴う燃料消費量をより低減できる。
【００９１】
電力管理部２２ａにより、蓄電残量演算部２２ｄにて演算された蓄電残量が目標蓄電残量と一致するように電動発電機１３の力行要求または回生要求が各時刻に演算されるため、各時刻に応じた力行動作または回生動作が可能になる。よって、蓄電装置１４の蓄電残量が急激に減少することを防止でき、蓄電装置１４の蓄電残量が不足することに伴う、電動発電機１３によるエンジン１１のアシスト不能の発生を防止できる。
【００９２】
また、蓄電装置管理部２２ｂにより、蓄電装置１４の蓄電残量に加え、蓄電装置１４を適切な状態で利用可能な許容範囲内となるように、力行可能量または回生可能量が演算されるため、例えば蓄電装置１４の温度や電流積算値等といった、蓄電装置１４の寿命に悪影響を与え得るパラメータ（要素）を考慮して電動発電機１３を使用制限でき、蓄電装置１４の寿命を長期化できる。
【００９３】
なお、負荷演算部２１において、実際の負荷動力よりも大きくまたは小さく負荷動力を演算した場合には、エンジン動力変動制限部２３にて第２目標動力が高めまたは低めに設定されるものの、エンジン１１の動力が目標とする第２目標動力に追従するように、電動発電機１３にて動力を調整するため、必要なポンプ吸収動力を確保することができる。よって、油圧ショベル１の操作性の低下を防止できる。
【００９４】
また、負荷演算部２１、車体状態管理部２２、エンジン動力変動制限部２３、油圧動力制限部２４およびアシスト動力演算部２５による平準化制御を継続させることによって、負荷演算部２１にて演算される負荷動力に演算誤差が生じるおそれがある。この演算誤差は、電動発電機１３の動力や、蓄電装置１４の蓄電残量に影響を生じさせるおそれがあるものの、電力管理部２２ａにて演算される力行要求または回生要求によるエンジン動力変動制限部２３へのフィードバックによって、蓄電装置１４の蓄電残量を確保できるため、蓄電装置１４の蓄電残量を適切な範囲に保つことができる。
【００９５】
さらに、例えば回転数センサ１１ａ等のセンサの検出ノイズ等の原因により、負荷演算部２１にて突発的に実際の負荷動力よりも大きくまたは小さく負荷動力を演算した場合であっても、エンジン動力変動制限部２３の可変ゲートリミッタ２３ａによる増減率および減少率の制限により、可変ゲートリミッタ２３ａにて生成される第２目標動力での変化が生じない。したがって、例えば回転数センサ１１ａ等のセンサのオフセットやノイズの発生に対するロバスト性を有している。
【００９６】
［第２実施形態］
図１１は、本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル１のコントローラ１５の負荷演算部２１Ａでの処理を示す概略図である。本第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、エンジン動力および電動発電機動力から負荷動力を演算する負荷演算部２１に対し、第２実施形態は、油圧ポンプ１２の出力から負荷動力を演算する負荷演算部２１Ａとされている。なお、本第２実施形態において、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
【００９７】
＜構成＞
負荷演算部２１Ａは、油圧ポンプ１２の吐出圧を検出するポンプ圧力検出部４１と、油圧ポンプ１２の吐出流量を検出するポンプ流量検出部４２とを備えている。ポンプ圧力検出部４１は、吐出圧センサ１２ｄを介して吐出圧を検出する。ポンプ流量検出部４２は、流量センサ１２ｅを介して吐出流量を検出する。ポンプ流量検出部４２は、油圧アクチュエータ１７を操作する操作レバー（図示せず）の操作量や、電磁比例弁１２ｃに供給するポンプ指令圧等の制御指令値、油圧ポンプ１２の斜板１２ａの傾転角等に基づいて間接的に吐出流量を検出しても良い。
【００９８】
ポンプ圧力検出部４１にて検出された吐出圧と、ポンプ流量検出部４２にて検出された吐出流量とは、動力変換部４３へ出力される。動力変換部４３は、油圧ポンプ１２の吐出圧および吐出流量に基づき、これら吐出圧と吐出流量との積から、油圧ポンプ１２のポンプ動力を演算する。動力変換部４３にて演算されたポンプ動力は、ポンプ吸収動力演算部４４へ出力される。ポンプ吸収動力演算部４４は、油圧ポンプ１２のポンプ動力と、ポンプ効率の逆数（１／ポンプ効率）との積、すなわちポンプ効率の除算から、油圧ポンプ１２の吸収動力を演算し、このポンプ吸収動力を負荷動力として推定する。
【００９９】
＜作用効果＞
上記第２実施形態に係る負荷演算部２１Ａによれば、油圧ポンプ１２の吐出圧および吐出流量に基づき、油圧ポンプ１２のポンプ動力を演算し、このポンプ動力からポンプ吸収動力を演算し、このポンプ吸収動力を負荷動力として推定することにより、上述した第１実施形態に係る負荷演算部２１と同様に、エンジン１１の駆動軸１１ｃ上の負荷動力を演算することができる。
【０１００】
［第３実施形態］
本第３実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態は、可変レートリミッタ２３ａにて第２目標動力の増加率および減少率を変更可能としているのに対し、第３実施形態は、可変レートリミッタ２３ａにて第２目標動力の増加量の上限値（増加分）および減少量の下限値（減少分）を変更可能としている。なお、本第３実施形態において、その他の構成は第１実施形態と同様である。
【０１０１】
すなわち、本第３実施形態においては、可変レートリミッタ２３ａにて変更させる対象を、第２目標動力の増加率ではなく、その増加量の上限値および、その減少量の下限値としており、エンジン動力変動制限部２３にて第２目標動力を生成するに際し、エンジン動力の増加量の上限値および減少量の下限値を可変レートリミッタ２３ａにて制限することよって、上述した第１実施形態と同様に、エンジン動力の急峻な変動を抑制でき、エンジン１１を定常運転に準じた状況で運転できる。
【０１０２】
［その他］
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が含まれる。例えば、前述した実施形態は、本発明を分りやすく説明するために説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１０３】
上記各実施形態では、フロント作業機８および旋回装置４を有するハイブリッド式の油圧ショベル１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ホイールローダ、ホイールショベル、ダンプトラック等の油圧アクチュエータ１７を有する作業機械にも用いることもできる。
【０１０４】
上記各実施形態に係る電力管理部については、エンジン１１に機械的に接続された電動発電機１３以外であっても、電動発電機１３を備えた作業機械であれば、エンジン１１に接続されていない電動発電機１３の力行動作または回生動作に応じて、エンジン１１に機械的に接続された電動発電機１３に対する力行要求または回生要求を算出する構成としても良い。
【０１０５】
第１目標動力から第２目標動力への変換として可変レートリミッタ２３ａを用いた構成について説明したが、例えば、時定数を変えることができるローパスフィルタや、サンプル数を変えることができる移動平均フィルタ等を用いて第２目標動力を生成する構成としても良い。
【０１０６】
上記第１実施形態においてはエンジン動力と電動発電機動力とから負荷演算部２１にて負荷動力を演算し、上記第２実施形態においてはポンプ動力から負荷演算部２１Ａにて負荷動力を演算しているが、これら負荷演算部２１，２１Ａのうちのより大きい値の負荷動力を選択し、この選択した負荷動力に基づいて第２目標動力をエンジン動力変動制限部２３にて演算して、負荷動力を常に多めに見積もり、動力不足に起因したエンジン１１のストールや操作感の悪化を防止する構成としても良い。
【符号の説明】
【０１０７】
１      油圧ショベル（作業機械）
２      下部走行体
２ａ    走行装置
３      上部旋回体
３ａ    キャブ
４      旋回装置
５      ブーム
５ａ    ブームシリンダ
６      アーム
６ａ    アームシリンダ
７      バケット
７ａ    バケットシリンダ
８      フロント作業機
１０    油圧駆動装置
１１    エンジン
１１ａ  回転数センサ
１１ｂ  ガバナ
１１ｃ  駆動軸
１２    油圧ポンプ
１２ａ  斜板
１２ｂ  レギュレータ
１２ｃ  電磁比例弁
１２ｄ  吐出圧センサ
１２ｅ  流量センサ
１２ｆ  傾転角センサ
１３    電動発電機
１３ａ  回転角センサ
１４    蓄電装置
１４ａ  インバータ
１４ｂ  電流センサ（計測部）
１４ｃ  電圧センサ（計測部）
１４ｄ  温度センサ（計測部）
１５    コントローラ
１６    バルブ装置
１７    油圧アクチュエータ（油圧作業部）
１８    モードスイッチ
１８ａ  斜板
１８ｂ  第２レギュレータ
１８ｃ  第２電磁比例弁
１８ｄ  圧力センサ
１８ｅ  流量計（流量検出部）
１８ｆ  傾転角センサ
１９    オンオフスイッチ
２１，２１Ａ  負荷演算部
２１ａ  エンジン回転数検出部
２１ｂ  エンジントルク検出部
２１ｃ  電動発電機回転数検出部
２１ｄ  電動発電機トルク検出部
２１ｅ  エンジン動力変換部
２１ｆ  電動発電機動力変換部
２１ｇ  加算演算部
２２    車体状態管理部
２２ａ  電力管理部
２２ｂ  蓄電装置管理部
２２ｃ  モード判定部
２２ｄ  蓄電残量演算部
２３    エンジン動力変動制限部（エンジン目標動力演算部）
２３ａ  可変レートリミッタ
２４    油圧動力制限部
２４ａ  制限圧演算部
２５    アシスト動力演算部（アシスト動力制限部）
２５ａ  リミッタ
２５ｂ  エンジン動力特性テーブル
４１    ポンプ圧力検出部
４２    ポンプ流量検出部
４３    動力変換部
４４    ポンプ吸収動力演算部
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１０】
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【図１２】
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