(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な蓄電装置の電力により駆動される電動機、および、前記電動機と機械的に結合されたエンジンにより、油圧ポンプを駆動して作業を行う建設機械の制御装置であって、
単位期間に、油圧ポンプの出力が大きい作業（以下、重負荷作業と記す）と油圧ポンプの出力が小さい作業（以下、軽負荷作業と記す）とが交互に行われた場合に、
重負荷作業時の前記油圧ポンプの出力を大きくする、もしくは、前記単位期間における重負荷作業の時間割合を大きくすると、前記単位期間あたりの前記蓄電装置の充電電流の平均値が増加し、さらに重負荷作業時の前記油圧ポンプの出力を大きくする、もしくは、前記単位期間における重負荷作業の時間割合を大きくすると、前記単位期間あたりの前記蓄電装置の充電電流の平均値が減少するように、前記蓄電装置の充放電を制御する充放電制御手段を備える建設機械の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の制御装置において、
前記蓄電装置の充電電流を制限するために設定される充電電流制限値を記憶する記憶装置を備え、
前記充放電制御手段は、前記充電電流制限値の大きさを変更する制限値変更手段と、前記蓄電装置の劣化度合を示す指標である判定値を設定する判定値設定手段とを含んで構成され、
前記制限値変更手段は、前記判定値が閾値よりも大きいときに前記充電電流制限値の大きさを、前記判定値が閾値よりも小さいときの前記充電電流制限値の大きさよりも小さくなるように変更する建設機械の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の建設機械の制御装置において、
前記蓄電装置の充電電流を制限するために設定される充電電流制限値、および、前記蓄電装置の放電電流を制限するために設定される放電電流制限値とを記憶する記憶装置を備え、
前記充放電制御手段は、前記充電電流制限値の大きさを変更する制限値変更手段と、前記蓄電装置の劣化度合を示す指標である判定値を設定する判定値設定手段とを含んで構成され、
前記制限値変更手段は、前記判定値が閾値よりも大きいときに前記充電電流制限値の大きさを、前記放電電流制限値の大きさよりも小さくなるように変更する建設機械の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の建設機械の制御装置において、
前記判定値が閾値よりも小さい場合の前記蓄電装置の充電電流制限値の大きさと、
前記判定値が閾値よりも大きい場合の前記蓄電装置の充電電流制限値の大きさとの差は、
前記判定値が閾値よりも小さい場合の前記蓄電装置の放電電流制限値の大きさと、
前記判定値が閾値よりも大きい場合の前記蓄電装置の放電電流制限値の大きさとの差よりも大きい建設機械の制御装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか一項に記載の建設機械の制御装置において、
前記蓄電装置を流れる充放電電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出される充放電電流の平均値を演算する平均充放電電流演算部とを備え、
前記判定値は、前記平均充放電電流演算部で演算された充放電電流の平均値である建設機械の制御装置。
【請求項６】
請求項２ないし４のいずれか一項に記載の建設機械の制御装置において、
前記蓄電装置の温度を検出する温度検出部を備え、
前記判定値は、前記温度検出部で検出された温度である建設機械の制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の建設機械の制御装置において、
前記蓄電装置の充電状態が所定値よりも小さいか否かを判定する充電状態判定手段と、
前記充電状態判定手段で前記蓄電装置の充電状態が前記所定値よりも小さいと判定されると、表示装置の表示画面を切り替えて、前記表示画面に少なくとも前記蓄電装置の充電状態の情報を表示させる表示制御手段とを備える建設機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと電動機により油圧ポンプを駆動し、油圧により作業を行う建設機械の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリの劣化度合が予め定められた度合よりも大きい場合、バッテリの充放電電力の制限を強化し、バッテリの劣化度合が予め定められた度合よりも小さい場合、バッテリの充放電電力の制限を緩和する処理を行う蓄電機構の制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２４３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、蓄電装置の劣化度合が大きくなった場合に、蓄電装置の充放電電力の制限が強化される構成であるため、蓄電装置による電力の供給が必要な場合であっても劣化度合が大きい場合には電動機に十分な電力が供給できないおそれがある。
【０００５】
ところで、エンジンと電動機を用いて油圧ポンプを駆動し、油圧により作業を行う建設機械の場合、次のように電動機を動作させる。油圧ポンプの必要とする動力がエンジンの出力できる動力を超えたときには、蓄電装置の放電する電力を用いて電動機を動作させ、エンジンと電動機によって油圧ポンプを駆動する。油圧ポンプの必要とする動力が小さいときには、エンジンの動力により電動機を発電機として動作させ、蓄電装置の充電を行う。これにより、放電した電力を補い、蓄電装置の充電状態を保持することができる。
【０００６】
建設機械では、高い油圧負荷が繰り返し作用するような高負荷作業が行われたときに、蓄電装置の充放電電流が大きくなり、蓄電装置の劣化度合が大きくなる。特許文献１に記載の技術では、劣化度合が大きい場合に蓄電装置の充放電電力の制限が強化される。このため、操作者が高負荷作業を行いたい場合であっても、油圧ポンプに必要な動力を電動機から十分に供給することができず、作業が制限され、作業量が低下するおそれがある。また、操作者の操作に応じた作業が行えないため、操作性も悪い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の建設機械の制御装置は、充放電可能な蓄電装置の電力により駆動される電動機、および、電動機と機械的に結合されたエンジンにより、油圧ポンプを駆動して作業を行う建設機械の制御装置であって、単位期間に、油圧ポンプの出力が大きい作業（以下、重負荷作業と記す）と油圧ポンプの出力が小さい作業（以下、軽負荷作業と記す）とが交互に行われた場合に、重負荷作業時の油圧ポンプの出力を大きくする、もしくは、単位期間における重負荷作業の時間割合を大きくすると、単位期間あたりの蓄電装置の充電電流の平均値が増加し、さらに重負荷作業時の油圧ポンプの出力を大きくする、もしくは、単位期間における重負荷作業の時間割合を大きくすると、単位期間あたりの蓄電装置の充電電流の平均値が減少するように、蓄電装置の充放電を制御する充放電制御手段を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、作業量の低下や操作性の悪化を抑制しつつ、蓄電装置の性能を長期に亘って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る油圧ショベルの側面図。
【図２】本実施の形態に係る油圧ショベルの構成を示す図。
【図３】平均充放電電流と、発電トルク要求制限値との関係を示す図。
【図４】平均的軽負荷作業時における制御装置の動作を示すタイミングチャート。
【図５】平均的中負荷作業時における制御装置の動作を示すタイミングチャート。
【図６】平均的重負荷作業時における制御装置の動作を示すタイミングチャート。
【図７】平均的重々負荷作業時における制御装置の動作を示すタイミングチャート。
【図８】平均放電電流と平均充電電流との関係を模式的に示す図。
【図９】重負荷作業が継続して行われた場合における制御装置の動作を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る建設機械の制御装置の一実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る制御装置を搭載した建設機械の一例としての油圧ショベルの側面図である。油圧ショベルでは、各種アクチュエータが油圧ポンプによって駆動されて、様々な作業が行われる。
【００１１】
油圧ショベルは、走行体１ｅと、走行体１ｅ上に旋回機構１ｄを介して旋回可能に搭載された旋回体（本体フレーム）１ｇとを有する。走行体１ｅには走行用の油圧モータ（以下、走行モータ３ｅと記す）が搭載され、走行モータ３ｅの駆動により走行体１ｅが走行する。なお、走行体１ｅおよび走行モータ３ｅは、車体の反対側にも設けられており、この一対の走行モータ３ｅ、３ｅは、それぞれ、独立して駆動される。
【００１２】
旋回体１ｇには、操作者が搭乗する運転室１ｆおよび多関節型のフロント作業装置が設けられている。フロント作業装置は、ブーム１ａ、アーム１ｂおよびバケット１ｃを含んで構成される。ブーム１ａは、基端部が旋回体１ｇの前部に回動可能に取り付けられている。アーム１ｂは、その一端がブーム１ａの先端に回動可能に取り付けられている。ブーム１ａおよびアーム１ｂは、ブームシリンダ３ａおよびアームシリンダ３ｂによってそれぞれ駆動されて起伏する。バケット１ｃは、アーム１ｂの先端において、アーム１ｂに対して上下方向に回動可能に取り付けられ、バケットシリンダ３ｃによって駆動される。
【００１３】
旋回体１ｇには、内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、エンジンと記す）や電動機、油圧発生機である油圧ポンプやコントロールバルブなどの油圧機器が搭載されている。運転室１ｆには、エンジンの回転速度を設定するための回転速度設定ダイヤルやフロント作業装置用の操作部材、走行用の操作部材、旋回用の操作部材等、各種操作部材や表示装置が配設されている。
【００１４】
図２は、本実施の形態に係る油圧ショベルの構成を示す図である。エンジン１０１と電動機１０２とは機械的に結合されており、同じ回転速度で回転する。油圧ポンプ１０３は、電動機１０２に機械的に結合され、エンジン１０１および電動機１０２によって駆動され、作動油を吐出する。
【００１５】
油圧ポンプ１０３から送出される作動油は、操作者による各種操作部材に対する操作に基づきコントロールバルブユニット１０４で分配され、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回機構１ｄを駆動する旋回用の旋回モータ３ｄ、および、左側および右側の走行モータ３ｅ、３ｅに供給され、各アクチュエータ３ａ〜３ｅが駆動される。
【００１６】
電力変換器１１０は、充放電可能な蓄電装置１１１からの直流電力を交流電力に変換して電動機１０２に出力する、または、電動機１０２からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１１１に出力する。蓄電装置１１１は、電動機１０２に電力を供給する電力源であり、キャパシタや二次電池等の蓄電素子を複数備えている。
【００１７】
電動機１０２は、たとえば永久磁石内蔵型の三相同期電動機であり、電力変換器１１０で変換された三相交流電力により駆動されて回転トルクを発生する。また、電動機１０２は、エンジン１０１により駆動され、三相交流電力を発生する発電機としても機能する。電動機１０２が発電機として動作すると、電動機１０２から出力された交流電力が電力変換器１１０で直流電力に変換され、電力変換器１１０で変換された直流電力により蓄電装置１１１が充電される。
【００１８】
本実施の形態の制御装置は、メインコントローラ１００ａと、エンジンコントローラ１００ｂと、表示コントローラ１００ｃとを含んで構成される。各コントローラ１００ａ，１００ｂ，１００ｃは、ＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭおよびＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。メインコントローラ１００ａは、充電状態制御器１２５と、最小値選択回路１２６と、充電要求制限器１２７と、平均充放電電流演算器１２８と、電動機トルク制限器１４１と、加減算器１２３と、減算器１２４とを備える。エンジンコントローラ１００ｂは、燃料噴射制御部１２９と、回転速度制御器１２１と、エンジントルク制限器１２２と、減算器１２０とを備える。表示コントローラ１００ｃは、表示内容切替判定器１３０と、切替器１３３とを備える。
【００１９】
エンジンコントローラ１００ｂには、回転速度設定ダイヤル１４０が接続され、操作者によって設定された回転速度に対応する回転速度指令値Ｎ＊が入力される。エンジンコントローラ１００ｂには、エンジン１０１の回転速度Ｎを検出するエンジン速度検出器１０１ａが接続され、エンジン速度検出器１０１ａで検出されたエンジン１０１の回転速度Ｎに対応する信号が入力される。
【００２０】
メインコントローラ１００ａには、蓄電装置１１１に流れる充電電流および放電電流（以下、充放電電流と記す）を検出する電流検出器１１３が接続され、電流検出器１１３で検出された充放電電流Ｉｂに対応する信号が入力される。メインコントローラ１００ａには、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出する充電状態検出器１１１ａが接続され、充電状態検出器１１１ａで検出された充電状態ＳＯＣに対応する信号が入力される。メインコントローラ１００ａに入力された充電状態ＳＯＣに対応する信号は、メインコントローラ１００ａを介して表示コントローラ１００ｃにも入力される。表示コントローラ１００ｃには、表示装置１３４が接続され、表示コントローラ１００ｃから出力された信号に応じて表示装置１３４の表示画像が制御される。
【００２１】
減算器１２０は、回転速度設定ダイヤル１４０から出力される回転速度指令値Ｎ＊からエンジン速度検出器１０１ａで検出された回転速度Ｎを減算し、Ｎ＊とＮとの速度偏差ΔＮを求め、回転速度制御器１２１に出力する。
【００２２】
回転速度制御器１２１は、回転速度指令値Ｎ＊と回転速度Ｎの速度偏差ΔＮに基づき、速度偏差ΔＮが０となるように、すなわち回転速度Ｎが回転速度指令値Ｎ＊に一致するようにトルク指令値Ｔを求め、エンジントルク制限器１２２に出力する。トルク指令値Ｔは、加減算器１２３にも出力される。
【００２３】
エンジンコントローラ１００ｂの記憶装置には、トルク制限特性Ｔｔがルックアップテーブル形式で記憶されている。トルク制限特性Ｔｔは、トルク指令値Ｔに対する出力トルクの上限値である最大エンジントルクＴＥｍａｘを示す特性である。エンジントルク制限器１２２は、トルク制限特性Ｔｔを参照し、入力されたトルク指令値Ｔに対する最大エンジントルクＴＥｍａｘを演算する。エンジントルク制限器１２２は、演算された最大エンジントルクＴＥｍａｘと、入力されたトルク指令値Ｔとを比較して、いずれか小さい方を選択し、選択した値をエンジントルク指令値ＴＥとして、燃料噴射制御部１２９に出力する。つまり、エンジントルク指令値ＴＥは、最大エンジントルクＴＥｍａｘ以下となるように制限される。エンジントルク指令値ＴＥは、加減算器１２３にも出力される。
【００２４】
燃料噴射制御部１２９は、エンジン１０１の出力トルク（以下、エンジントルクとも記す）がエンジントルク指令値ＴＥに一致するように燃料噴射量等を決定し、燃料噴射装置（不図示）を制御する。
【００２５】
減算器１２４は、図示しないバッテリーコントローラからの充電状態指令値ＳＯＣ＊から充電状態検出器１１１ａで検出された充電状態ＳＯＣを減算し、ＳＯＣ＊とＳＯＣとの偏差ΔＳＯＣを求め、充電状態制御器１２５に出力する。たとえば、充電状態指令値ＳＯＣ＊は、８０％の充電状態に相当する一定値である。
【００２６】
充電状態制御器１２５は、充電状態指令値ＳＯＣ＊と充電状態ＳＯＣの偏差ΔＳＯＣに基づき、偏差ΔＳＯＣが０となるように、すなわち充電状態ＳＯＣが充電状態指令値ＳＯＣ＊に一致するように第１発電トルク要求値ＴＧ１を求め、最小値選択回路１２６に出力する。充電状態指令値ＳＯＣ＊が充電状態ＳＯＣよりも大きい場合、第１発電トルク要求値ＴＧ１は正の値となり、充電状態指令値ＳＯＣ＊が充電状態ＳＯＣよりも小さい場合、第１発電トルク要求値ＴＧ１は負の値となる。
【００２７】
平均充放電電流演算器１２８では、電流検出器１１３で検出される蓄電装置１１１に流れる充放電電流Ｉｂの平均値である平均充放電電流Ｉａｖｅを演算する。平均充放電電流演算器１２８は、充放電電流Ｉｂの大きさを１次ローパスフィルタで平均化して平均充放電電流Ｉａｖｅを求め、充電要求制限器１２７に出力する。平均充放電電流Ｉａｖｅは、表示内容切替判定器１３０にも出力される。
【００２８】
なお、平均充放電電流Ｉａｖｅを求める方法には、移動平均法や予め定められた時間間隔で平均値を演算する方法を採用することができる。さらに、平均充放電電流Ｉａｖｅに代えて２乗平均値を用いてもよいし、電流に代えて電力を用いることも可能である。
【００２９】
充電要求制限器１２７は、平均充放電電流Ｉａｖｅに基づき、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍを演算し、最小値選択回路１２６に出力する。平均充放電電流Ｉａｖｅは、蓄電装置１１１の劣化度合を示す指標であり、蓄電装置１１１の充電電流の制限値に相当する発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍの大きさを０にするか、あるいは、最大発電機トルクＴＧｍａｘにするかを選択するために用いられる判定値である。充電要求制限器１２７の動作の詳細は後述する。
【００３０】
最小値選択回路１２６は、第１発電トルク要求値ＴＧ１と発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍとを比較して、いずれか小さい方を選択して、選択した値を第２発電トルク要求値ＴＧ２として出力する。
【００３１】
加減算器１２３は、トルク指令値Ｔからエンジントルク指令値ＴＥと第２発電トルク要求値ＴＧ２を減算して電動機トルク指令値ＴＭを求め、電動機トルク制限器１４１に出力する。電動機トルク指令値ＴＭが正の値であると、電動機１０２は蓄電装置１１１から供給される電力によって駆動され、電動機トルク指令値ＴＭが負の値であると、電動機１０２はエンジン１０１により発電機として駆動される。なお、エンジントルク指令値ＴＥはトルク指令値Ｔ以下であるため、電動機トルク指令値ＴＭは、第２発電トルク要求値ＴＧ２の符号を反転した値よりも大きくなる。すなわち、電動機トルク指令値ＴＭの値が負のとき、電動機トルク指令値ＴＭの大きさは、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍの大きさよりも小さくなる。
【００３２】
電動機トルク制限器１４１は、入力された電動機トルク指令値ＴＭと、最大電動機トルクＴＭｍａｘとを比較して、いずれか小さい方を選択し、選択した値を電動機トルク指令値ＴＭとして、電力変換器１１０に出力する。つまり、電動機トルク指令値ＴＭは、最大電動機トルクＴＭｍａｘ以下となるように制限される。
【００３３】
最大電動機トルクＴＭｍａｘは、正の値であり、電動機１０２が蓄電装置１１１の電力によって駆動されるときの、電動機１０２の許容トルクを考慮して定められており、予めメインコントローラ１００ａの記憶装置に記憶されている。
【００３４】
換言すれば、電動機１０２が蓄電装置１１１の電力によって駆動される場合、蓄電装置１１１の放電電流は、最大電動機トルクＴＭｍａｘを得るために必要な最大放電電流以下となるように制限される。つまり、最大電動機トルクＴＭｍａｘは、蓄電装置１１１の放電電流を制限するために設定される放電電流制限値である。なお、本明細書では、電動機トルク制限器１４１に入力される電動機トルク指令値ＴＭは、最大電動機トルクＴＭｍａｘよりも小さい場合についてのみ説明する。すなわち、電動機トルク制限器１４１から出力される電動機トルク指令値は、電動機トルク制限器１４１に入力される電動機トルク指令値ＴＭと同じ値である。
【００３５】
電力変換器１１０は、電動機１０２の出力トルク（以下、電動機トルクとも記す）が電動機トルク指令値ＴＭに一致するように電動機１０２を制御する。たとえば、電力変換器１１０は、直流電力を三相交流電力に変換するための複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子の開閉をＰＷＭ制御して、電動機１０２に流れる電流が、電動機トルク指令値ＴＭに対応する電流指令と一致するように制御する制御部を有している。電力変換器１１０の制御部は、スイッチング素子を制御して、蓄電装置１１１から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、電動機１０２を駆動する。また、電動機１０２が発電機として動作しているときには、制御部はスイッチング素子を制御して、電動機１０２から出力される三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置１１１を充電する。
【００３６】
表示装置１３４は、操作者が建設機械の状態を把握するための情報を表示するモニタである。表示装置１３４は、表示内容切替判定器１３０から出力される切替信号に基づき切替器１３３で選択された第１表示内容１３１あるいは第２表示内容１３２のいずれかを表示する。第１表示内容１３１はエンジン冷却水の温度やエンジン回転速度等の情報を表す表示内容であり、冷却水温度検出器（不図示）やエンジン速度検出器１０１ａからの情報に基づいて設定される。第２表示内容１３２は、少なくとも蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣを含む表示内容であり、充電状態検出器１１１ａで検出された充電状態ＳＯＣに対応する信号に基づいて設定される。
【００３７】
表示内容切替判定器１３０には、充電状態検出器１１１ａで検出された充電状態ＳＯＣに対応する信号、ならびに、平均充放電電流演算器１２８で演算された平均充放電電流Ｉａｖｅに対応する信号が入力される。
【００３８】
表示内容切替判定器１３０は、平均充放電電流Ｉａｖｅが閾値Ｉｔ以上であり、かつ、充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔ以下であるか否かを判定する。平均充放電電流Ｉａｖｅが閾値Ｉｔ以上であり、かつ、充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔ以下の場合、表示内容切替判定器１３０は、表示装置１３４の表示画面に表示される画像を第１表示内容１３１から第２表示内容１３２に切り替える第２切替信号を切替器１３３に出力する。閾値ＳＯＣｔおよび閾値Ｉｔは予め記憶装置に記憶されている。閾値ＳＯＣｔには、たとえば４０％の充電状態に相当する一定値である。閾値Ｉｔは、後述する第２閾値Ｉ２と同じ値である。平均充放電電流Ｉａｖｅが閾値Ｉｔ未満である場合、あるいは、充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔよりも大きい場合、表示内容切替判定器１３０は、表示装置１３４の表示画面に表示される画像を第２表示内容１３２から第１表示内容１３１に切り替える第１切替信号を切替器１３３に出力する。
【００３９】
切替器１３３は、第２切替信号が入力された場合には、表示装置１３４に表示させる画像を第２表示内容１３２に切り替える。これにより、表示装置１３４には充電状態ＳＯＣを含む内容が表示される。切替器１３３は、第１切替信号が入力された場合には、表示装置１３４に表示させる画像を第１表示内容１３１に切り替える。これにより、表示装置１３４にはエンジン冷却水の温度やエンジン回転速度等の情報が表示される。
【００４０】
図３を参照して、充電要求制限器１２７の動作の詳細について説明する。図３は平均充放電電流Ｉａｖｅと発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍとの関係を示す図である。充電要求制限器１２７は、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下になると（Ｉａｖｅ≦Ｉ１）、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍを最大発電機トルクＴＧｍａｘに設定する。充電要求制限器１２７は、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上になると（Ｉａｖｅ≧Ｉ２）、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍを０に設定する。
【００４１】
発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍには、ヒステリシス特性を持たせている。発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍは、一旦、０に設定されると平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下になるまで０のままであり、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下になると、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍの大きさが０から最大発電機トルクＴＧｍａｘに変更される。同様に、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍは、一旦、最大発電機トルクＴＧｍａｘに設定されると平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上になるまでＴＧｍａｘのままであり、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上になると、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍの大きさがＴＧｍａｘから０に変更される。最大発電機トルクＴＧｍａｘは、正の値であり、電動機１０２がエンジン１０１により発電機として駆動されるときの、電動機１０２の許容トルクを考慮して定められており、予めメインコントローラ１００ａの記憶装置に記憶されている。本実施の形態では、最大発電機トルクＴＧｍａｘは最大電動機トルクＴＭｍａｘと同じ値が設定されている（ＴＧｍａｘ＝ＴＭｍａｘ）。
【００４２】
なお、図中の第３閾値Ｉ３は、平均充放電電流Ｉａｖｅがその値を超えると蓄電装置１１１の劣化が急激に進むことにより所望の寿命を確保できなくなる値を考慮して定められ、予め記憶装置に記憶されている。換言すれば、平均充放電電流Ｉａｖｅを第３閾値Ｉ３以下となるように充放電電流を制御することで、蓄電装置１１１の所望の寿命を確保することができる。第１閾値Ｉ１および第２閾値Ｉ２は、第３閾値よりも小さい値に定められたものであり、その大小関係はＩ１＜Ｉ２＜Ｉ３であり、記憶装置に予め記憶されている。
【００４３】
たとえば、トルク指令値Ｔとエンジントルク指令値ＴＥとが同じで、電動機１０２が発電機として動作する場合、図２に示すように、加減算器１２３から出力される電動機トルク指令値ＴＭは、最小値選択回路１２６から出力される第２発電トルク要求値ＴＧ２の符号を反転した値となる。第２発電トルク要求値ＴＧ２は、その最大値が発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍに制限される。したがって、電動機トルク指令値ＴＭの最小値は−ＴＧｌｉｍとなり、蓄電装置１１１に流れる充電電流が制限される。つまり、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍは、蓄電装置１１１の充電電流を制限するために設定される充電電流制限値であり、充電要求制限器１２７は、平均充放電電流Ｉａｖｅに基づいて充電電流制限値の大きさを変更する機能を有している。
【００４４】
平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下の場合の蓄電装置１１１の充電電流制限値としての発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍの大きさはＴＧｍａｘであり、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上の場合の蓄電装置１１１の充電電流制限値としての発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍの大きさは０であり、両者の差ΔＣは、ＴＧｍａｘとなる（ΔＣ＝ＴＧｍａｘ−０）。これに対して、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下の場合の蓄電装置１１１の放電電流制限値としての最大電動機トルクの大きさと、蓄電装置１１１の平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上の場合の蓄電装置１１１の放電電流制限値としての最大電動機トルクの大きさは、いずれもＴＭｍａｘであるので、両者の差ΔＤは０となる（ΔＤ＝ＴＭｍａｘ−ＴＭｍａｘ＝０）。つまり、差ΔＣは、差ΔＤよりも大きくなる（ΔＣ＞ΔＤ）。
【００４５】
上述のとおり、蓄電装置１１１の電力によって電動機１０２が駆動される状態での放電電流制限値である最大電動機トルクは、平均充放電電流Ｉａｖｅの大きさにかかわらずＴＭｍａｘとなる。また、エンジン１０１によって電動機１０２が駆動される発電状態での充電電流制限値である発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍは、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下の場合は、最大発電機トルクＴＧｍａｘであり、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上の場合は、０である。つまり、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値以上のときの充電電流制限値である発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍ＝０は、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上のときの放電電流制限値である最大電動機トルクＴＭｍａｘよりも小さい。
【００４６】
図４〜図７を用いて、本実施形態に係る制御装置の動作を説明する。
油圧ショベルの一般的な作業として、掘削作業がある。掘削作業では、ブーム１ａ、アーム１ｂおよびバケット１ｃを動作させて掘削し、バケット１ｃを持ち上げて旋回後に、掘削した土砂を放土する。放土した後、再度旋回して次の掘削位置に戻り、作業を繰り返す。このうち、掘削およびバケット１ｃの持ち上げ動作は大きな動力を必要とし、旋回や放土は比較的小さな動力で作業を行うことができる。
【００４７】
図４〜図７は、掘削作業を想定して模式化した油圧ポンプ１０３のポンプトルクＴＬに対する制御装置の動作を示すタイミングチャートである。各図では、単位期間に、油圧負荷が高い作業（たとえば、掘削動作やバケット持ち上げ動作）と油圧負荷が低い作業（たとえば、旋回動作や放土動作）とが交互に行われた場合における制御装置の動作を示している。本明細書では、油圧負荷が高い作業（すなわち油圧ポンプ１０３の出力が大きい作業）を重負荷作業と定義し、油圧負荷が低い作業（すなわち油圧ポンプ１０３の出力が小さい作業）を軽負荷作業と定義する。また、以下の説明では、単位期間をｔｓからｔｅまでの期間として説明する。
【００４８】
ポンプトルクＴＬは０よりも大きいＴＬ０と、ＴＬ０よりも大きい所定トルクとの間で増減を繰り返している。図４は各図のうち、単位期間あたりの油圧負荷の平均値が最も低い作業状態（以下、平均的軽負荷作業と記す）を示し、図５、図６、図７の順で、単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高くなる。図５は、平均的軽負荷作業よりも単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高い作業状態（以下、平均的中負荷作業と記す）を示している。図６は、平均的中負荷作業よりも単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高い作業状態（以下、平均的重負荷作業と記す）を示している。図７は、平均的重負荷作業よりも単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高い作業状態（以下、平均的重々負荷作業と記す）を示している。なお、単位期間あたりの油圧負荷の平均値は、重負荷作業時の油圧ポンプ１０３の出力を大きくするほど、もしくは、単位期間における重負荷作業の時間割合を大きくするほど、高くなる。
【００４９】
図４〜図７の各図において、横軸は、経過時間を示している。（ａ）の縦軸はエンジン１０１および電動機１０２の回転速度Ｎを示し、（ｂ）の縦軸は油圧負荷を表す油圧ポンプ１０３の入力トルク（以下、ポンプトルクとも記す）を示している。（ｃ）の縦軸は、破線で示すトルク指令値Ｔの大きさと、実線で示すエンジントルク指令値ＴＥの大きさを示している。（ｄ）の縦軸は電動機トルク指令値ＴＭを示し、（ｅ）の縦軸は充電状態ＳＯＣを示している。（ｆ）の縦軸は第２発電トルク要求値ＴＧ２を示し、（ｇ）の縦軸は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍを示し、（ｈ）の縦軸は平均充放電電流Ｉａｖｅを示している。
【００５０】
−平均的軽・中負荷作業−
図４および図５を参照して平均的軽・中負荷作業における制御装置の動作を説明する。平均的軽負荷作業（図４）と平均的中負荷作業（図５）における制御装置の動作は、ほぼ同様であるため、平均的中負荷作業における制御装置の動作を代表して説明し、平均的軽負荷作業における制御装置の動作についての説明は省略する。
【００５１】
図５では、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが充電状態指令値ＳＯＣ＊に一致した状態であって、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１よりも小さい状態（時刻ｔ０）を初期状態としたタイミングチャートである。なお、時刻ｔ０において、ＴＧｌｉｍはＴＧｍａｘに設定されている。
【００５２】
図５（ｂ）に示すように時刻ｔ２０１でポンプトルクＴＬが増加を開始すると、図５（ａ）に示すように回転速度Ｎが微減し、回転速度Ｎと回転速度指令値Ｎ＊の速度偏差ΔＮが増加する（Ｎ＊＞Ｎ）。速度偏差ΔＮが増加すると、図５（ｃ）に示すようにトルク指令値Ｔおよびエンジントルク指令値ＴＥが増加する。時刻ｔ２０１から時刻ｔ２０２まではトルク指令値Ｔが最大エンジントルクＴＥｍａｘ以下であるため、エンジントルク指令値ＴＥはトルク指令値Ｔと一致している。エンジントルク指令値ＴＥの増加にしたがってエンジン１０１の出力トルクが増加し、図５（ａ）に示すように回転速度Ｎが回転速度指令値Ｎ＊まで回復する。つまり、回転速度Ｎは、回転速度指令値Ｎ＊に一致するように制御される。
【００５３】
図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ２０２でトルク指令値Ｔが最大エンジントルクＴＥｍａｘを超えると、エンジントルク指令値ＴＥは最大エンジントルクＴＥｍａｘに制限される。これにより、トルク指令値Ｔとエンジントルク指令値ＴＥとの間に差が生じ、図５（ｄ）に示すように加減算器１２３から出力される電動機トルク指令値ＴＭが増加する。つまり、時刻ｔ２０２より、電動機１０２によるトルクアシストが行われ、油圧ポンプ１０３はエンジン１０１と電動機１０２とによって駆動される。
【００５４】
時刻ｔ２０２から時刻ｔ２０３まで、エンジントルク指令値ＴＥが最大エンジントルクＴＥｍａｘに制限されているが、電動機トルク指令値ＴＭの増加により電動機１０２の出力トルクが増加するため、図５（ａ）に示すように回転速度Ｎは回転速度指令値Ｎ＊に一致するように制御される。蓄電装置１１１から放電される電力により電動機１０２が駆動されると、図５（ｅ）に示すように蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが減少する。充電状態ＳＯＣが減少すると、減算器１２４から出力される偏差ΔＳＯＣが増加するため、第１発電トルク要求値ＴＧ１が増加する。
【００５５】
平均的中負荷作業では、図５（ｈ）に示すように平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下となっている。このため、図５（ｇ）に示すように発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍは最大発電機トルクＴＧｍａｘに設定されている。
【００５６】
第１発電トルク要求値ＴＧ１（不図示）は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍよりも小さいため、第２発電トルク要求値ＴＧ２は、第１発電トルク要求値ＴＧ１と一致し、第１発電トルク要求値ＴＧ１と同様に増加する。図５（ｆ）に示すように第２発電トルク要求値ＴＧ２が増加すると、加減算器１２３から出力される電動機トルク指令値ＴＭが減少することになるが、電動機トルク指令値ＴＭが減少すると回転速度Ｎが減少し、減算器１２０から出力される速度偏差ΔＮが増加し、図５（ｃ）に示すようにトルク指令値Ｔが増加するので、結果として、電動機トルク指令値ＴＭはほぼ一定に制御される。
【００５７】
このように、充電状態ＳＯＣが低下した場合であっても、ポンプトルクＴＬが最大エンジントルクＴＥｍａｘを超えているときには、電動機１０２は発電機として動作せずに蓄電装置１１１からの電力によって駆動され、エンジン１０１と電動機１０２とによって油圧ポンプ１０３が駆動される。蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが低下した場合であっても、掘削作業中に油圧ポンプ１０３へ十分な動力の供給が行われるため、回転速度Ｎが低下することはない。なお、電動機１０２が蓄電装置１１１から放電される電力によって駆動されている間は、蓄電装置１１１には放電電流が流れるため、図５（ｈ）に示すように平均充放電電流Ｉａｖｅが増加する。しかしながら、平均的中負荷作業では、電流値が小さいため、平均充放電電流Ｉａｖｅの増加量はわずかである。
【００５８】
図５（ｂ）に示すように時刻ｔ２０３でポンプトルクＴＬが減少すると、図５（ａ）に示すように回転速度Ｎが微増し、回転速度Ｎと回転速度指令値Ｎ＊の速度偏差ΔＮの絶対値が増加する（Ｎ＞Ｎ＊）。負の値である速度偏差ΔＮが減少すると、図５（ｃ）に示すようにトルク指令値Ｔが減少する。トルク指令値Ｔが減少すると、図５（ｄ）に示すように加減算器１２３から出力される電動機トルク指令値ＴＭが減少する。電動機トルク指令値ＴＭが負の値になると、電動機１０２が発電動作を行って蓄電装置１１１が充電されるため、図５（ｅ）に示すように、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが増加し、充電状態指令値ＳＯＣ＊に近づいていく。
【００５９】
蓄電装置１１１が充電されて充電状態ＳＯＣが増加すると、減算器１２４から出力される偏差ΔＳＯＣが減少し、図５（ｆ）に示すように第２発電トルク要求値ＴＧ２が減少し、図５（ｄ）に示すように電動機トルク指令値ＴＭが増加する。すなわち負の値である電動機トルク指令値ＴＭの絶対値が減少して、発電量が徐々に減少していく。
【００６０】
図５（ｄ）に示すように電動機トルク指令値ＴＭが増加すると、回転速度Ｎが増加することになるが、図５（ｃ）に示すように回転速度制御器１２１から出力されるトルク指令値Ｔが減少し、エンジントルク制限器１２２から出力されるエンジントルク指令値ＴＥが減少するので、結果として、回転速度Ｎはほぼ一定に制御される。
【００６１】
このように、ポンプトルクＴＬが減少して最大エンジントルクＴＥｍａｘ以下になり、エンジン出力に余裕ができると、電動機１０２がエンジン１０１によって駆動され、電動機１０２が発電機として動作し、蓄電装置１１１の充電が行われる。電動機１０２が発電機として動作されている間は、蓄電装置１１１には充電電流が流れるため、図５（ｈ）に示すように平均充放電電流Ｉａｖｅが増加する。しかしながら、平均的中負荷作業では、電流値が小さいため、平均充放電電流Ｉａｖｅの増加量はわずかである。
【００６２】
図５（ｅ）に示すように時刻ｔ２０４で充電状態ＳＯＣが充電状態指令値ＳＯＣ＊に達すると、図５（ｆ）に示すように第２発電トルク要求値ＴＧ２が０になり、図５（ｄ）に示すように電動機トルク指令値ＴＭも０になる。このとき、回転速度Ｎは、回転速度制御器１２１によって回転速度指令値Ｎ＊に一致するように制御されており、エンジントルクはポンプトルクＴＬとバランスしている。
【００６３】
時刻ｔ２１１，ｔ２１２，ｔ２１３，ｔ２１４における制御装置の動作は、時刻ｔ２０１，ｔ２０２，ｔ２０３，ｔ２０４における制御装置の動作と同様であり、時刻ｔ２１１〜時刻ｔ２２１までの動作は、時刻ｔ２０１〜時刻ｔ２１１までの動作と同様である。時刻ｔ２２１以降も同様の動作が繰り返し行われる。
【００６４】
このように、制御装置は、平均的中負荷作業において、ポンプトルクＴＬが最大エンジントルクＴＥｍａｘを超えると電動機１０２を蓄電装置１１１の電力によって動作させ、電動機１０２とエンジン１０１によって油圧ポンプ１０３を駆動する。また、ポンプトルクＴＬが最大エンジントルクＴＥｍａｘ以下になると電動機１０２をエンジン１０１によって発電機として動作させて蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣを充電状態指令値ＳＯＣ＊に一致するように制御する。
【００６５】
なお、上述したように、平均的軽負荷作業における制御装置の動作（図４参照）は、平均的中負荷作業における制御装置の動作（図５参照）と同様である。図４に示す時刻ｔ１０１，ｔ１０２，ｔ１０３，ｔ１０４，ｔ１１１，ｔ１１２，ｔ１１３，ｔ１１４，ｔ１２１は、それぞれ図５に示す時刻ｔ２０１，ｔ２０２，ｔ２０３，ｔ２０４，ｔ２１１，ｔ２１２，ｔ２１３，ｔ２１４，ｔ２２１に相当する。ただし、平均的軽負荷作業では、ポンプトルクＴＬの最大値が小さいため、電動機１０２が蓄電装置１１１の電力によって動作しているときの電動機トルク指令値ＴＭの最大値や、電動機１０２が発電機として動作しているときの電動機トルク指令値ＴＭの絶対値の最大値は、平均的中負荷作業に比べて小さい。
【００６６】
−平均的重負荷作業−
図６を参照して平均的重負荷作業における制御装置の動作を説明する。図６では、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが充電状態指令値ＳＯＣ＊に比べて小さい状態であって、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１よりも大きく、かつ、第２閾値Ｉ２よりも小さい状態（時刻ｔ０）を初期状態としたタイミングチャートである。なお、時刻ｔ０において、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍはＴＧｍａｘに設定されている。
【００６７】
図６（ｅ）に示すように、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが充電状態指令値ＳＯＣ＊に比べて小さいと（ＳＯＣ＊＞ＳＯＣ）、充電状態制御器１２５から出力される第１発電トルク要求値ＴＧ１は正の値となる。図６（ｇ）に示すように、充電要求制限器１２７は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍとして最大発電機トルクＴＧｍａｘを出力している。
【００６８】
ここで、偏差ΔＳＯＣが大きく、第１発電トルク要求値ＴＧ１が最大発電機トルクＴＧｍａｘよりも大きいため、最小値選択回路１２６は、第１発電トルク要求値ＴＧ１を最大発電機トルクＴＧｍａｘで制限し、図６（ｆ）に示すように、第２発電トルク要求値ＴＧ２として最大発電機トルクＴＧｍａｘを出力する（ＴＧ２＝ＴＧｍａｘ）。
【００６９】
図６（ｃ）の破線で示すようにトルク指令値Ｔが最大エンジントルクＴＥｍａｘ以上であるから、エンジントルク制限器１２２はエンジントルク指令値ＴＥとして、最大エンジントルクＴＥｍａｘを出力する。電動機トルク指令値ＴＭは負の値であり、電動機１０２は発電機として動作している。
【００７０】
電動機トルク指令値ＴＭの絶対値の大きさとポンプトルクＴＬとの和が、最大エンジントルクＴＥｍａｘよりも大きいと、回転速度Ｎが減少することになるが、図６（ｃ）に示すように回転速度制御器１２１によりトルク指令値Ｔが最大エンジントルクＴＥｍａｘよりも増加するため、加減算器１２３により電動機トルク指令値ＴＭが増加する。すなわち電動機トルク指令値ＴＭの絶対値の大きさが減少する。その結果、回転速度Ｎは回転速度指令値Ｎ＊に一致するように制御される。すなわち、本実施の形態の制御装置では、ポンプトルクＴＬに応じて、電動機１０２の発電量を調整して、回転速度Ｎが回転速度指令値Ｎ＊に一致するように制御している。
【００７１】
図６（ｂ）に示すように時刻ｔ３０１でポンプトルクＴＬが増加を開始すると、図６（ａ）に示すように回転速度Ｎが微減し、回転速度Ｎと回転速度指令値Ｎ＊の速度偏差ΔＮが増加する（Ｎ＊＞Ｎ）。速度偏差ΔＮが増加すると、図６（ｃ）に示すようにトルク指令値Ｔが増加する。なお、トルク指令値Ｔは最大エンジントルクＴＥｍａｘ以上であるため、エンジントルク制限器１２２から出力されるエンジントルク指令値ＴＥは、最大エンジントルクＴＥｍａｘに制限されている。
【００７２】
トルク指令値Ｔが増加すると、加減算器１２３から出力される電動機トルク指令値ＴＭが増加し、電動機トルク指令値ＴＭの値が負の値から正の値になると、電動機１０２の発電動作が終了し、電動機１０２は蓄電装置１１１からの電力によって駆動される。これにより、電動機１０２が、ポンプトルクＴＬに対して最大エンジントルクＴＥｍａｘが不足する分を補い、回転速度Ｎは回転速度指令値Ｎ＊に一致するように制御される。
【００７３】
図６の時刻ｔ３０１から時刻ｔ３０３までの期間におけるポンプトルクＴＬの最大値は、図５の時刻ｔ２０１から時刻ｔ２０３までの期間におけるポンプトルクＴＬの最大値に比べて大きい。時刻ｔ２０１〜時刻ｔ２２１までの各時刻は、時刻ｔ３０１から時刻ｔ３２１と対応しており、同じ時間変化を表している。このため、平均的重負荷作業では、単位期間における油圧ポンプ１０３の出力が平均的中負荷作業に比べて大きい。その結果、平均的重負荷作業は、平均的中負荷作業よりも単位期間あたりの油圧負荷（すなわち油圧ポンプ１０３の出力）の平均値が高い。
【００７４】
図６（ｂ）に示すように時刻ｔ３０３でポンプトルクＴＬが減少すると、図６（ａ）に示すように回転速度Ｎが微増し、回転速度Ｎと回転速度指令値Ｎ＊の速度偏差ΔＮの絶対値が増加する（Ｎ＞Ｎ＊）。負の値である速度偏差ΔＮが減少すると、図６（ｃ）に示すようにトルク指令値Ｔが減少する。トルク指令値Ｔは最大エンジントルクＴＥｍａｘ以上であるから、エンジントルク制限器１２２はエンジントルク指令値ＴＥとして、最大エンジントルクＴＥｍａｘを出力する。
【００７５】
トルク指令値Ｔが減少すると、図６（ｄ）に示すように加減算器１２３から出力される電動機トルク指令値ＴＭが減少する。電動機トルク指令値ＴＭが負の値になると、電動機１０２が発電動作を行って蓄電装置１１１が充電されるため、図６（ｅ）に示すように、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが増加する。
【００７６】
時刻ｔ０から時刻ｔ３０４まで、電動機１０２が発電機として動作されている間、ならびに、電動機１０２が蓄電装置１１１から放電される電力によって駆動されている間は、それぞれ充電電流、ならびに、放電電流が蓄電装置１１１に流れる。このため、図６（ｈ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ３０４までの間は、時間の経過にしたがって平均充放電電流Ｉａｖｅが増加する。
【００７７】
時刻ｔ３０４で平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上になると、図６（ｇ）に示すように、充電要求制限器１２７は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍとして０を出力する。その結果、図６（ｆ）に示すように、最小値選択回路１２６から出力される第２発電トルク要求値ＴＧ２も０になる。
【００７８】
これにより、蓄電装置１１１の充電が停止し、充電状態ＳＯＣの増加が停止する（図６（ｅ）参照）。蓄電装置１１１に電流が流れていない状態となるため、図６（ｈ）に示すように、平均充放電電流Ｉａｖｅは時刻ｔ３０４より減少を始める。すなわち、平均充放電電流Ｉａｖｅが大きくなり、第２閾値Ｉ２を超えると、蓄電装置１１１への充電が制限され、平均充放電電流Ｉａｖｅは増加から減少に転じる。
【００７９】
図６（ｂ）に示すように時刻ｔ３１１でポンプトルクＴＬが増加を開始すると、図６（ａ）に示すように回転速度Ｎが微減し、回転速度Ｎと回転速度指令値Ｎ＊の速度偏差ΔＮが増加する（Ｎ＊＞Ｎ）。速度偏差ΔＮが増加すると、図６（ｃ）に示すようにトルク指令値Ｔおよびエンジントルク指令値ＴＥが増加する。時刻ｔ３１１から時刻ｔ３１２まではトルク指令値Ｔは最大エンジントルクＴＥｍａｘ以下であるため、エンジントルク指令値ＴＥはトルク指令値Ｔと一致している。
【００８０】
図６（ｃ）に示すように、時刻ｔ３１２でトルク指令値Ｔが最大エンジントルクＴＥｍａｘを超えると、エンジントルク指令値ＴＥは最大エンジントルクＴＥｍａｘに制限される。これにより、トルク指令値Ｔとエンジントルク指令値ＴＥとの間に差が生じ、図６（ｄ）に示すように加減算器１２３から出力される電動機トルク指令値ＴＭが増加する。つまり、時刻ｔ３１２より、電動機１０２によるトルクアシストが行われ、油圧ポンプ１０３はエンジン１０１と電動機１０２とによって駆動される。電動機１０２が、ポンプトルクＴＬに対して最大エンジントルクＴＥｍａｘが不足する分を補い、回転速度Ｎは回転速度指令値Ｎ＊に一致するように制御される。
【００８１】
蓄電装置１１１から放電される電力により電動機１０２が駆動されると、図６（ｅ）に示すように蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが減少する。図６（ｇ）に示すように発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍは０に設定されている。第１発電トルク要求値ＴＧ１（不図示）は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍよりも大きいため、図６（ｆ）に示すように、第２発電トルク要求値ＴＧ２は、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍと一致している、すなわち０である。
【００８２】
図６（ｂ）に示すように時刻ｔ３１３でポンプトルクＴＬが減少すると、図６（ａ）に示すように回転速度Ｎが微増し、回転速度Ｎと回転速度指令値Ｎ＊の速度偏差ΔＮの絶対値が増加する（Ｎ＞Ｎ＊）。負の値である速度偏差ΔＮが減少すると、図６（ｃ）に示すようにトルク指令値Ｔが減少する。トルク指令値Ｔが減少すると、図６（ｄ）に示すように加減算器１２３から出力される電動機トルク指令値ＴＭが減少する。ここで、第２発電トルク要求値ＴＧ２は、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍに一致し、０に制限されているため、トルク指令値Ｔが最大エンジントルクＴＥｍａｘよりも小さい値になった場合でも電動機トルク指令値ＴＭが負の値にはならない。つまり、電動機１０２は発電動作を行わない。蓄電装置１１１に充電電流が流れない状態が継続されると、図６（ｈ）に示すように平均充放電電流Ｉａｖｅが時間の経過にしたがって減少する。
【００８３】
図６（ｈ）に示すように、時刻ｔ３１５で平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下になると、図６（ｇ）に示すように、充電要求制限器１２７が発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍを最大発電機トルクＴＧｍａｘに設定するため、図６（ｆ）に示すように、最小値選択回路１２６からは第２発電トルク要求値ＴＧ２として最大発電機トルクＴＧｍａｘが出力される。これにより、図６（ｄ）に示すように、電動機トルク指令値ＴＭが負の値となり、電動機１０２が発電機として動作し、図６（ｅ）に示すように、時刻ｔ３１５から蓄電装置１１１への充電が再開される。
【００８４】
時刻ｔ３１５から時刻ｔ３２１までの動作は、時刻ｔ０から時刻ｔ３０１までの動作と同様であり、時刻ｔ３２１以降は時刻ｔ３０１以降と同様の動作が繰り返し行われる。
【００８５】
このように、制御装置は、平均的重負荷作業において、ポンプトルクＴＬが最大エンジントルクＴＥｍａｘを超えると電動機１０２を蓄電装置１１１の電力によって動作させ、ポンプトルクＴＬが最大エンジントルクＴＥｍａｘ以下であり、かつ、第２発電トルク要求値ＴＧ２が最大発電機トルクＴＧｍａｘである場合には電動機１０２をエンジン１０１によって発電機として動作させて蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣを充電状態指令値ＳＯＣ＊に向けて増加させる。
【００８６】
さらに、平均的重負荷作業において、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上になると、充電要求制限器１２７が発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍを０に設定する。したがって、ポンプトルクＴＬが最大エンジントルクＴＥｍａｘ以下の場合（時刻ｔ３０４〜時刻ｔ３１２、時刻ｔ３１３〜時刻ｔ３１５）であっても、発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍが０であるときには電動機１０２の発電動作が禁止される。これに対して、平均的重負荷作業において、蓄電装置１１１への発電を禁止している状態（時刻ｔ３０４〜時刻ｔ３１５）においても、ポンプトルクＴＬが増加し、最大エンジントルクＴＥｍａｘを超えたとき（時刻ｔ３１２〜時刻ｔ３１３）には、電動機１０２を蓄電装置１１１の電力によって駆動することは許容される。このように、本実施の形態では、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが充電状態指令値ＳＯＣ＊に比べて低下している場合であっても、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上になると、蓄電装置１１１の充電を制限することで、蓄電装置１１１の劣化を防止できる。また、本実施の形態によれば、ポンプトルクＴＬが最大エンジントルクＴＥｍａｘを超えた場合は、電動機１０２のトルクアシストにより、油圧ポンプ１０３へ十分な動力の供給が行われるため、掘削作業時に回転速度Ｎが低下することを防止できる。
【００８７】
−平均的重々負荷作業−
図７を参照して平均的重々負荷作業における制御装置の動作を説明する。図７では、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが充電状態指令値ＳＯＣ＊に比べて小さい状態であって、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１よりも大きく、かつ、第２閾値Ｉ２よりも小さい状態（時刻ｔ０）を初期状態としたタイミングチャートである。なお、時刻ｔ０において、ＴＧｌｉｍは０に設定されている。
【００８８】
図７では、時刻ｔ４０１でポンプトルクＴＬが増加を開始し（図７（ｂ）参照）、時刻ｔ４０２でトルク指令値Ｔが最大エンジントルクＴＥｍａｘを超え（図７（ｃ）参照）、時刻ｔ４０３でポンプトルクＴＬが減少を開始している（図７（ｂ）参照）。時刻ｔ４１１，ｔ４１２，ｔ４１３における制御装置の動作は、時刻ｔ４０１，ｔ４０２，ｔ４０３における制御装置の動作と同様であり、時刻ｔ４１１〜時刻ｔ４２１までの動作は、時刻ｔ４０１〜時刻ｔ４１１までの動作と同様である。時刻ｔ４２１以降も同様の動作が繰り返し行われる。
【００８９】
図７に示すように、平均的重々負荷作業では、油圧負荷であるポンプトルクＴＬが平均的重負荷作業に比べて大きいため、電動機トルクを大きくする必要がある。平均的重々負荷作業では電動機１０２の動作に必要な放電電流が平均的重負荷作業に比べて大きいため、操作者による操作がなされる度に、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２を越える（時刻ｔ４０３、時刻ｔ４１３）。このため、電動機１０２の充電を禁止しても、平均充放電電流Ｉａｖｅが閾値Ｉ１まで減少することなく、次の操作が行われてしまうため、充電要求制限器１２７は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍとして継続して０を出力する。
【００９０】
このように、制御装置は、平均的重々負荷作業において、電動機１０２の発電動作が禁止され、蓄電装置１１１の充電を行わない。このため、平均的重々負荷作業では、平均的重負荷作業に対して単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高いが、蓄電装置１１１の平均充電電流を０とすることで、すなわち充電を行わないことで、蓄電装置１１１の平均充放電電流Ｉａｖｅの増加量を抑制し、蓄電装置１１１の性能を長期に亘って維持することができる。
【００９１】
以上のとおり、平均的軽・中負荷作業では、作業に応じて蓄電装置１１１の放電が行われ、充電状態ＳＯＣを充電状態指令値ＳＯＣ＊に保つために充電も行われる。平均的重負荷作業では、蓄電装置１１１の放電電流が平均的軽・中負荷作業に比べて大きいため、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上になり、蓄電装置１１１の充電が制限される。平均的重負荷作業では、蓄電装置１１１の放電電流が平均的重々負荷作業に比べて小さいため、充電が制限されることで、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下になり、蓄電装置１１１の充電も行われる。平均的重々負荷作業では、蓄電装置１１１の充電が行われない。
【００９２】
本実施の形態では、このような構成により制御装置が蓄電装置１１１の充放電を制御することで、各作業において単位期間あたりに蓄電装置１１１に流れる放電電流（以下、平均放電電流と記す）と、単位期間あたりに蓄電装置１１１に流れる充電電流（以下、平均充電電流と記す）との関係は、以下のようになる。
【００９３】
図８は、平均放電電流と平均充電電流との関係を模式的に示す図である。横軸が平均放電電流であり、縦軸が平均充電電流を示している。単位期間あたりの油圧負荷の大きさの平均値が大きいほど、すなわち図４（ｂ）〜図７（ｂ）におけるポンプトルクＴＬの最大値が大きい、もしくは、ポンプトルクＴＬが最大値とされた時間が長いほど、蓄電装置１１１の平均放電電流が大きくなる。このため、横軸の平均放電電流は、油圧負荷の平均値と置き換えることもできる。さらに、横軸は、図４（ｄ）〜図７（ｄ）の単位期間あたりの電動機トルク指令値ＴＭの正の値の平均値に置き換えることができ、縦軸は、図４（ｄ）〜図７（ｄ）の単位期間あたりの電動機トルク指令値ＴＭの負の値の平均値の符号を反転した値に置き換えることができる。単位期間あたりの平均値として図示しているが、単位期間あたりの積算値とした場合も同様の傾向となる。
【００９４】
図８に示すように、平均放電電流が所定量Ｉｄ１以下となる低負荷作業、たとえば平均的軽負荷作業（図４参照）や平均的中負荷作業（図５参照）では、蓄電装置１１１で放電された分だけ充電されるため、平均放電電流と平均充電電流とが一致している。低負荷作業が行われたときには、図示するように、単位期間あたりの蓄電装置１１１の平均放電電流が増加するにしたがって、単位期間あたりの蓄電装置１１１の平均充電電流が増加する。換言すれば、単位期間あたりの油圧負荷の平均値が所定値（所定量Ｉｄ１に対応する値）よりも低い低負荷作業が行われたときには、単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高くなるほど、単位期間あたりの蓄電装置１１１の平均充電電流が増加する。すなわち、平均的軽負荷作業（図４参照）に比べて単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高い平均的中負荷作業（図５参照）では、蓄電装置１１１の平均充電電流が増加する。
【００９５】
これに対して、平均放電電流が所定量Ｉｄ１を超える高負荷作業、たとえば平均的重負荷作業（図６参照）や平均的重々負荷作業（図７参照）では、平均放電電流に対して平均充電電流が小さい。高負荷作業が行われたときには、図示するように、単位期間あたりの蓄電装置１１１の平均放電電流が増加するにしたがって、単位期間あたりの蓄電装置１１１の平均充電電流が減少する。換言すれば、単位期間あたりの油圧負荷の平均値が所定値（所定量Ｉｄ１に対応する値）よりも高い高負荷作業が行われたときには、単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高くなるほど、単位期間あたりの蓄電装置１１１の平均充電電流が減少する。すなわち、平均的重負荷作業（図６参照）に比べて単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高い平均的重々負荷作業（図７参照）では、蓄電装置１１１の平均充電電流が減少する。
【００９６】
いずれの作業例においても、作業に必要な放電を行いつつ、充電を制限することで平均充放電電流Ｉａｖｅを抑制することができる。その結果、作業性を確保することができるとともに、蓄電装置１１１の性能を長期に亘って維持することができる。
【００９７】
図６に示す平均的重負荷作業に相当する作業が継続して行われると、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣは徐々に減少する。図７に示す平均的重々負荷作業に相当する作業が継続して行われると、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣは減少するのみで、増加しない。そこで、本実施の形態に係る制御装置は、平均的重負荷作業や平均的重々負荷作業に相当する作業が継続して行われて、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔまで減少したときに表示装置１３４の表示画面に、充電状態の情報を含む画像を表示して、操作者に知らせる構成とされている。
【００９８】
図９は、充電状態が時間経過に伴って徐々に低下するような平均的重負荷作業が継続して行われた場合の制御装置の動作を示すタイミングチャートである。図９は、図６に示す平均的重負荷作業と同程度の作業が長時間に亘って行われた場合のタイミングチャートを示している。図９の横軸は、経過時間を示している。図９（ａ）の縦軸はエンジン１０１および電動機１０２の回転速度Ｎを示し、図９（ｂ）の縦軸は油圧負荷を表すポンプトルクＴＬを示している。図９（ｃ）の縦軸は、破線で示すトルク指令値Ｔの大きさと、実線で示すエンジントルク指令値ＴＥの大きさを示している。図９（ｄ）の縦軸は電動機トルク指令値ＴＭを示し、図９（ｅ）の縦軸は充電状態ＳＯＣを示している。図９（ｆ）の縦軸は第２発電トルク要求値ＴＧ２を示し、図９（ｇ）の縦軸は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍを示し、図９（ｈ）の縦軸は平均充放電電流Ｉａｖｅを示している。図９（ｉ）は、表示装置１３４の表示画面に表示される内容が、第１表示内容１３１であるのか、あるいは、第２表示内容１３２であるのかを示している。
【００９９】
図９に示すように、平均的重負荷作業が継続して行われると、時間の経過にしたがって蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが低下する。時刻ｔｃにおいて、表示内容切替判定器１３０が、平均充放電電流Ｉａｖｅが閾値Ｉｔ以上であり、かつ、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔ以下であることが判定されると、切替器１３３に第２切替信号を出力する。これにより、表示装置１３４の表示画面に表示される画像が第１表示内容１３１から第２表示内容１３２に切り替えられる。第２表示内容１３２には、少なくとも蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣの情報が含まれるため、操作者は、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが低下していることを知ることができる。操作者は、この表示内容を見て、作業内容を調整することができるため、作業中に突然、電動機１０２のトルクアシストが無くなり、作業を中断せざるを得ないような状況になることを防止できる。
【０１００】
上述した実施の形態による建設機械の制御装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）制御装置は、単位期間に、油圧ポンプ１０３の出力が高い重負荷作業と油圧ポンプ１０３の出力が低い軽負荷作業とが交互に行われた場合に、重負荷作業時の油圧ポンプ１０３の出力を大きくする、もしくは、単位期間における重負荷作業の時間割合を大きくすると、単位期間あたりの蓄電装置１１１の充電電流の平均値が増加し（図８の低負荷作業参照）、さらに重負荷作業時の油圧ポンプ１０３の出力を大きくする、もしくは、単位期間における重負荷作業の時間割合を大きくすると、単位期間あたりの蓄電装置１１１の充電電流の平均値が減少するように（図８の高負荷作業参照）、蓄電装置１１１の充放電を制御する。
これにより、蓄電装置１１１に流れる充放電電流の平均値Ｉａｖｅが大きくなりすぎることを防止して、蓄電装置１１１の性能を長期に亘って維持することができる。
特に、制御装置は、高負荷作業（図８参照）において、単位期間あたりの油圧負荷の平均値が高くなる作業ほど、単位期間あたりの蓄電装置１１１の平均充電電流が減少するように、蓄電装置１１１の充放電を制御する。高負荷作業において蓄電装置１１１の充電を制限することで蓄電装置１１１に流れる平均充放電電流を低減することができるため、油圧負荷が作用したときには蓄電装置１１１から放電される電力によって電動機１０２を駆動し、電動機１０２とエンジン１０１とで油圧ポンプ１０３を駆動することができる。このため、作業量の低下や操作性の悪化を抑制することができる。
【０１０１】
（２）表示コントローラ１００ｃは、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔ以下であるか否かを判定し、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔ以下と判定された場合に、表示装置１３４の表示画面を切り替えて、表示画面に少なくとも蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣの情報を表示させる。これにより、操作者は、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが低下していることを知ることができ、作業内容を調整することができるため、作業中に突然、電動機１０２のトルクアシストが無くなり、作業を中断せざるを得ないような状況になることを防止できる。
【０１０２】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
上述した実施の形態では、蓄電装置１１１の充電電流を制限するために設定される充電電流制限値に相当する発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍの大きさは、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下になると最大発電機トルクＴＧｍａｘとなり、第２閾値Ｉ２以上になると０となる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上になったときの充電電流制限値に相当する発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍを０よりも大きい値であって、最大発電機トルクＴＧｍａｘよりも小さい値に設定することもできる。
【０１０３】
（変形例２）
上述した実施の形態では、放電電流制限値である最大電動機トルクＴＭｍａｘは平均充放電電流Ｉａｖｅにかかわらずに一定値とした例について説明したが、本発明はこれに限定されない。充電電流制限値と同様に、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上のときに、放電電流制限値の大きさを、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下のときの放電電流制限値の大きさよりも小さくなるように変更する構成としてもよい。この場合、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上のときにおいて、充電電流制限値の大きさは、放電電流制限値の大きさよりも小さい値に設定することが好ましい。また、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下の場合の充電電流制限値の大きさと、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値Ｉ２以上の場合の充電電流制限値の大きさとの差が、平均充放電電流Ｉａｖｅが第１閾値Ｉ１以下の場合の放電電流制限値の大きさと、平均充放電電流Ｉａｖｅが第２閾値以上の場合の放電電流制限値の大きさとの差よりも大きくなるように、各制限値を設定することが好ましい。
【０１０４】
（変形例３）
上述した実施の形態では、蓄電装置１１１の充電電流の制限値の大きさを変更するか否かを判定するために、蓄電装置１１１の劣化度合を示す指標である判定値として平均充放電電流Ｉａｖｅを用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。蓄電装置１１１の温度を、蓄電装置１１１の劣化度合を示す指標である判定値として用いることもできる。蓄電装置１１１は温度が高くなりすぎると、劣化が進みやすくなり、寿命が短くなる。この場合、図２に示す判定値設定手段として機能する電流検出器１１３および平均充放電電流演算器１２８に代えて、蓄電装置１１１の温度を検出する温度検出器を設ける。この変形例では、充電要求制限器１２７は、蓄電装置１１１の温度が閾値よりも高い場合は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍとして０を出力し、蓄電装置１１１の温度が上記閾値よりも低い場合は発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍとして最大発電機トルクＴＧｍａｘを出力する構成とする。本変形例によれば、蓄電装置１１１の温度上昇を抑制することで、蓄電装置１１１の長寿命化を図ることができる。
【０１０５】
（変形例４）
上述した実施の形態では、エンジン１０１および電動機１０２が同じ回転速度で回転する構成とされていたが、本発明はこれに限定されない。エンジン１０１および電動機１０２は、変速機を介して結合してもよい。この場合には、回転速度指令値Ｎ＊や回転速度Ｎ等について、変速比を考慮して換算する必要がある。
【０１０６】
（変形例５）
上述した実施の形態では、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔ以下であり、かつ、平均充放電電流Ｉａｖｅが閾値Ｉｔ以下である場合に、表示装置１３４の表示画面を第１表示内容１３１から第２表示内容１３２に切り替える構成とした例について説明したが、本発明はこれに限定されない。平均充放電電流Ｉａｖｅにかかわらず、蓄電装置１１１の充電状態ＳＯＣが閾値ＳＯＣｔ以下である場合に、表示装置１３４の表示画面を第１表示内容１３１から第２表示内容１３２に切り替える構成とすることもできる。
【０１０７】
（変形例６）
各閾値は、上述した実施形態のものに限定されない。たとえば、表示装置１３４の切替を行うか否かの判定に用いた閾値Ｉｔと、充電電流制限値である発電トルク要求制限値ＴＧｌｉｍの大きさをＴＧｍａｘから０に変更するか否かの判定に用いた第２閾値Ｉ２とは、それぞれ同じ値であるとして説明したが、それぞれ異なる値としてもよい。
【０１０８】
（変形例７）
メインコントローラ１００ａ、エンジンコントローラ１００ｂ、表示コントローラ１００ｃの構成は上述した実施の形態に限定されない。また、回転速度制御器１２１、充電要求制限器１２７、充電状態制御器１２５、平均充放電電流演算器１２８等の処理手段は、ハードウェアで構成してもよいし、ハードウェア上で動作するソフトウェアとして実装してもよい。
【０１０９】
（変形例８）
建設機械として油圧ショベルを例に説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、ホイールローダ、フォークリフト、テレハンドラー、リフトトラック等、他の建設機械に本発明を適用することもできる。
【０１１０】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１１１】
１００ａ  メインコントローラ（充放電制御手段）、１０１  エンジン、１０２  電動機、１０３  油圧ポンプ、１１１  蓄電装置、１１３  電流検出器（電流検出部）、１２７  充電要求制限器（制限値変更手段）、１２８  平均充放電電流演算器（判定値設定手段、平均充放電電流演算部）、１３０  表示内容切替判定器（充電状態判定手段）、１３３  切替器（表示制御手段）、１３４  表示装置
【図１】
0006381491.tif 000002
【図２】
0006381491.tif 000003
【図３】
0006381491.tif 000004
【図４】
0006381491.tif 000005
【図５】
0006381491.tif 000006
【図６】
0006381491.tif 000007
【図７】
0006381491.tif 000008
【図８】
0006381491.tif 000009
【図９】
0006381491.tif 000010