(57)【要約】【課題】シリーズ、パラレル両方式において、エンジン音に代わる負荷情報をオペレータに正確に伝える。また、シリーズ方式において作業状態に応じた適切な警報を発して安全性を確保する。【解決手段】エンジン１によって発電機２を駆動し、この発電機２の出力によって蓄電装置３に充電するとともに、作業負荷に対するエンジン出力の不足分を蓄電装置３で補うハイブリッド式建設機械において、コントローラ１２により、電圧、電流両センサ１３,１４によって検出される直流電圧及び直流電流から作業負荷を求め、表示装置１７により、作業負荷の大きさに応じた負荷情報である擬似エンジン音をエンジン音の代わりにオペレータに向けて表示する。また、蓄電装置３の蓄電力のみによって作業を行う無エンジン作業時に、周囲の作業員に対して表示装置１７から警報音を発するようにした。【選択図】図１
2007120384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンによって駆動される発電機と、この発電機の出力によって充電される蓄電装置とを具備し、作業負荷に対するエンジン出力の不足分を上記蓄電装置で補い、余剰分により上記発電機で発電して蓄電装置に蓄電するように構成されたハイブリッド式建設機械において、負荷検出手段によって作業負荷を検出し、表示手段により、上記検出された作業負荷の大きさに応じた負荷情報をエンジン音の代わりにオペレータに向けて表示するように構成したことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
表示手段は、作業負荷の大きさに応じた音を擬似エンジン音として発するように構成したことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
表示手段は、作業負荷の大きさに応じた色の表示灯を点灯または点滅させるように構成したことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
エンジンによって発電機を駆動し、この発電機の出力により電動機を駆動してアクチュエータを作動させる一方、余剰電力を蓄電装置に蓄電し、かつ、予め定めたエンジン停止条件下でエンジンを停止させて蓄電装置の蓄電力のみによる無エンジン作業を行い得るように構成されたハイブリッド式建設機械において、上記エンジン停止条件が整ったときに、表示手段によって警報を発するように構成したことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項５】
表示手段は警報音を発するように構成したことを特徴とする請求項４記載のハイブリッド式建設機械。
【請求項６】
作業負荷と蓄電装置の充電量とを検出し、作業負荷が設定値以下で充電量が設定値以上の場合にエンジンを停止させて無エンジン作業状態に移行するように構成したことを特徴とする請求項４または５記載のハイブリッド式建設機械。
【請求項７】
表示手段の作動／作動停止を選択する選択手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のハイブリッド式建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン動力と蓄電装置の蓄電力を併用するハイブリッド式建設機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド式建設機械は、エンジン動力と蓄電力の使い方によってシリーズ方式とパラレル方式とに分かれる。
【０００３】
図４,５にこの両方式における駆動系及び制御系の構成を簡単に示す。
【０００４】
シリーズ方式では、図４に示すようにエンジン１で発電機２を駆動し、この発電機の発電力で蓄電装置３に充電するとともに、発電機２と蓄電装置３によって電動機４を駆動し、この電動機４で油圧ポンプ５を駆動する。
【０００５】
この油圧ポンプ５には、制御弁６を介して油圧アクチュエータ(たとえばショベルの場合はブーム、アーム、バケット各シリンダ、左、右両走行用油圧モータ等)が接続され、油圧ポンプ５から供給される圧油によってこれら油圧アクチュエータが駆動される。
【０００６】
これに対しパラレル方式では、図５に示すようにエンジン１に動力分配装置(パワーデバイダ。ＰＴＯと呼ぶ場合もある)７を介して、油圧ポンプ５と、１台で発電機作用と電動機作用を行う発電電動機８とがパラレルに接続され、これらがエンジン１によって同時に駆動される。
【０００７】
このようなハイブリッドシステムは、エンジン１を高効率域で安定稼働させ、作業負荷に対するエンジン出力の不足分を蓄電装置３で補い、余剰分により発電機２や発電電動機８で発電して蓄電装置３に蓄電することにより、省エネルギー運転を行うことを意図している。
【０００８】
具体的にいうと、シリーズ方式では、作業負荷が大きい場合には発電電力に加え、蓄電装置３からの放電電力によって電動機４を駆動し、作業負荷が小さい場合には発電電力の余剰分を蓄電装置３に蓄電する。
【０００９】
また、作業負荷が設定値以下(軽負荷)でかつ蓄電装置３の充電量が設定値以上(大充電量)の場合にはエンジン１を停止させ、蓄電装置３の蓄電力のみで電動機４を駆動する。
【００１０】
一方、パラレル方式では、作業負荷が大きい場合には、蓄電装置３の蓄電力により発電電動機８に電動機作用を行わせてエンジン出力を補い、必要動力が小さい場合はエンジン出力の余剰分で発電電動機８に発電機作用を行わせて蓄電装置３に蓄電する。
【００１１】
このようなハイブリッドシステムのうちパラレル方式はたとえば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１５０３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ハイブリッドシステムをとらない通常の油圧ショベルにおいては、作業負荷の大小に応じてエンジン音が変化し、このエンジン音をオペレータが聴くことによって負荷を推定し、操作にフィードバックするのが通例である。たとえば負荷が大きいと推定すれば、負荷を軽くする方向の操作を行う。
【００１３】
また、周囲の作業員は、エンジン音によって機械が作動中であることを認識し、注意を払う。
【００１４】
つまり、建設機械においてエンジン音は、オペレータ及び周囲の作業員にとって安全上、操作上の重要な情報となる。
【００１５】
ところが、ハイブリッドシステムにおいては、シリーズ、パラレルいずれの方式においても、基本的にエンジン出力の不足分を蓄電装置で補う構成をとることから、ハイブリッド作業中、作業負荷の変化にかかわらずエンジン音は変化しない、あるいはエンジン音の変化が少ない。つまり、エンジン音という作業情報がオペレータに伝わらない。
【００１６】
このため、負荷の推定ができなくなることから、エンジン音を操作にフィードバックするというこれまでの手法がとれなくなるとともに、負荷が軽い、あるいは機械そのものの力が無い等の錯覚に陥ることがあり、これらの点で操作性が悪いものとなる。
【００１７】
一方、シリーズ方式においては、前記のように予め定めたエンジン停止条件(軽負荷でかつ大充電量)が整うと、エンジンが自動停止して蓄電装置の蓄電力のみによる無エンジン作業に自動的に移行するため、エンジン音が無くなる。
【００１８】
このため、とくに周囲の作業員が、機械が作動中であることに気づかないおそれがあるため、安全性の面で問題となる。
【００１９】
ところで、機械から周囲の作業員を守る技術が特許文献１に記載されている。
【００２０】
この公知技術では、パラレル方式において、省エネルギーの観点からレバー中立でエンジンを自動停止させるとともに、レバー操作が行われるとエンジンを再始動させる構成をとり、これを前提として、レバー中立で警報を発し、周囲の作業員に『レバー操作されると機械が動き出す』旨の注意を促すようにしている。
【００２１】
ここで、レバー中立でのみ警報を発し、レバー操作時に警報を出さないのは、レバー操作時には必ずエンジンが動き、そのエンジン音で機械が作動中であることを作業員が認識できるからである。
【００２２】
しかし、シリーズ方式では、レバー操作の有無に関係なく一定の停止条件が整えばエンジンが停止し、エンジン停止中も蓄電力によって機械は動く『無エンジン作業』という、通常の建設機械及びパラレル方式をとるハイブリッド式建設機械にない特殊な状態があるため、レバー操作中は警報を出さない公知技術をそのまま転用すると、作業員の安全性は確保できない。
【００２３】
いいかえれば、シリーズ方式では、エンジン音が無いまま機械が動くレバー操作中こそ作業員にとって危険であるにもかかわらず、公知技術ではこの点に対応できないため、むしろ警報が出ないことで安全と錯覚するおそれがあり、却って危険となる。
【００２４】
このように、従来のハイブリッド式建設機械においては、作業中であるということ、及び作業負荷の大きさを示すエンジン音という情報がオペレータや周囲の作業員に伝わらない、あるいは正確に伝わらないことに基づく固有の問題が起こっていた。
【００２５】
そこで本発明は、シリーズ、パラレル両方式において、エンジン音に代わる負荷情報をオペレータに正確に伝えることができるハイブリッド式建設機械を提供するものである。
【００２６】
また本発明は、シリーズ方式において、作業状態に応じた適切な警報を発して安全性を確保することができるハイブリッド式建設機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
請求項１の発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される発電機と、この発電機の出力によって充電される蓄電装置とを具備し、作業負荷に対するエンジン出力の不足分を上記蓄電装置で補い、余剰分により上記発電機で発電して蓄電装置に蓄電するように構成されたハイブリッド式建設機械において、負荷検出手段によって作業負荷を検出し、表示手段により、上記検出された作業負荷の大きさに応じた負荷情報をエンジン音の代わりにオペレータに向けて表示するように構成したものである。
【００２８】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、表示手段は、作業負荷の大きさに応じた音を擬似エンジン音として発するように構成したものである。
【００２９】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、表示手段は、作業負荷の大きさに応じた色の表示灯を点灯または点滅させるように構成したものである。
【００３０】
請求項４の発明は、エンジンによって発電機を駆動し、この発電機の出力により電動機を駆動してアクチュエータを作動させる一方、余剰電力を蓄電装置に蓄電し、かつ、予め定めたエンジン停止条件下でエンジンを停止させて蓄電装置の蓄電力のみによる無エンジン作業を行い得るように構成されたハイブリッド式建設機械において、上記エンジン停止条件が整ったときに、表示手段によって警報を発するように構成したものである。
【００３１】
請求項５の発明は、請求項４の構成において、表示手段は警報音を発するように構成したものである。
【００３２】
請求項６の発明は、請求項４または５の構成において、作業負荷と蓄電装置の充電量とを検出し、作業負荷が設定値以下で充電量が設定値以上の場合にエンジンを停止させて無エンジン作業状態に移行するように構成したものである。
【００３３】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかの構成において、表示手段の作動／作動停止を選択する選択手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によると、エンジン音がオペレータや周囲の作業員に伝わらない、あるいは正確に伝わらないことに基づく固有の問題を解決し、安全性または操作性を改善することができる。
【００３５】
すなわち、請求項１〜３の発明によると、検出された作業負荷の大きさに応じた負荷情報をエンジン音の代わりにオペレータに向けて表示するため、シリーズ、パラレル両方式において、オペレータが負荷の大きさを推定して操作にフィードバックするという、通常の建設機械でとられる手法をそのまま生かすことができる。また、負荷が軽い、あるいは機械そのものの力が無い等の錯覚に陥るおそれがなくなる。これらの点で、操作性を改善することができる。
【００３６】
とくに、請求項２の発明によるとエンジン音に倣った擬似エンジン音を発するため、通常機械と比べて違和感が少ないこと、文字や光等の視覚による表示と比べて負荷情報を正確に把握し易いこと、操作の邪魔にならないことから操作性が一層良いものとなる。
【００３７】
ところで、夜間作業時や、昼間でも住宅街やその近隣での作業時等では負荷情報を音で表示すると騒音問題となる場合がある。
【００３８】
この点、請求項３の発明によると、負荷情報を作業負荷の大きさに応じた色の作業表示灯の点灯または点滅によって表示する(たとえば負荷に応じて三色灯を順次点灯または点滅させる)ため、騒音問題をクリアすることができる。
【００３９】
なお、上記擬似エンジン音による表示と作業表示灯による表示を作業環境に応じて任意に選択できるようにしてもよい。
【００４０】
一方、請求項４〜６の発明によると、シリーズ方式において、エンジン停止条件が整ったとき(請求項６では作業負荷が設定値以下で充電量が設定値以上のとき)に警報を発するように構成したから、エンジン音が無いまま機械が動くレバー操作中にも警報を発して周囲の作業員に注意を促すことができる。このため、作業員の安全性を高めることができる。
【００４１】
この場合、請求項５の発明のように警報音を発することにより、警報効果が高まり、より安全となる。
【００４２】
また、請求項７の発明によると、表示手段の作動／作動停止を選択手段によって選択できるため、たとえば請求項１〜３の発明において負荷情報をとくに必要としない場合、請求項４〜６の発明において周囲に作業員がいない場合等、表示の必要性やオペレータの所望に応じて表示／非表示を任意に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。
【００４４】
第１実施形態(図１,２参照)
第１実施形態ではシリーズ方式をとっている。
【００４５】
なお、第１実施形態及び後述する第２実施形態において図４,５に示す部分と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【００４６】
シリーズ方式においては、図１に示すように発電機２の出力が発電機制御器９を介して蓄電装置３に送られる。
【００４７】
また、発電機出力及び蓄電装置３の出力は電動機制御器１０を介して電動機４に送られ、これにより電動機４が回転して油圧ポンプ５が駆動される。
【００４８】
蓄電装置３の充電量は充電状態管理装置１１によって検出され、コントローラ１２に送られる。
【００４９】
このコントローラ１２には、充電量のほか、発電機制御器９と電動機制御器１０とを結ぶ直流回路に設けられた電圧センサ１３及び電流センサ１４で検出される直流電圧及び直流電流、発電機電圧がそれぞれ入力され、これら入力情報に基づいて、ガバナ１５に対するエンジン１の稼働／停止及び回転数の指令、発電機制御器９に対する発電機電流指令が出力される。
【００５０】
一方、電動機制御器１０にレバー操作量を検出するレバー操作検出器１６が接続され、レバー操作量に応じて電動機４の運転／停止と回転速度(油圧ポンプ５の吐出量＝アクチュエータ速度)が制御される。
【００５１】
この実施形態においては、コントローラ１２に表示装置１７が接続されている。
【００５２】
この表示装置１７は、ブザー、チャイム等の音を発する発音体を備え、コントローラ１２からの指令信号Ｉ,ＩＩに基づいて、この表示装置１７からオペレータ及び周囲の作業者に向かって警報または負荷情報としての音が発せられる。
【００５３】
図２を併用して具体的に説明する。
【００５４】
(ｉ)  コントローラ１２で直流電圧と直流電流の情報から作業負荷が求められ、作業負荷が設定値Ａ以下(軽負荷)で、かつ、充電量が設定値Ｂ以上(大充電量)のときに、レバー操作の有無に関係なく、エンジン１が停止して蓄電力のみによって電動機４を駆動する無エンジン作業状態に入る。
【００５５】
なお、図２では、作業負荷が設定値Ａ以下を保ちながら充電量が設定値Ｂを上回ったために無エンジン作業状態に入ったケースを例示しているが、逆に、充電量が設定値Ｂ以上を保ちながら作業負荷が設定値Ａ以上から以下に下がった場合等にも無エンジン作業状態に入る。図２中の蓄電装置充電量についての設定値Ｃはエンジン１が再始動する設定値を示す。
【００５６】
この無エンジン作業状態に入ると同時に、コントローラ１２から表示装置１７に向けて指令信号Ｉが送られ、この指令信号Ｉに基づいて表示装置１７から、無エンジン作業状態に入ったこと、つまり『エンジン音はしないが機械は作動中である』旨の警報音(たとえば断続的なチャイム音やブザー音)が発せられる。
【００５７】
この警報音により、周囲の作業員に無エンジン作業中であることを伝え、注意を促すことができる。このため、作業員の安全性を高めることができる。
【００５８】
(ｉｉ)  エンジン１を稼働させながら行う作業中に、コントローラ１２から表示装置１７に向けて、作業負荷と関連付けた指令信号ＩＩが出力され、この指令信号ＩＩに基づいて表示装置１７から擬似エンジン音が発せられる。
【００５９】
図２では、負荷の増減に合わせて音量が連続して変化する擬似エンジン音を出す場合を例示しているが、他に、負荷の増加に応じて高さが高くなる連続音や、負荷の増加に応じて間隔が小さくなる断続音等を出すようにしてもよい。
【００６０】
この擬似エンジン音により、オペレータが負荷の大きさを推定して操作にフィードバックするという、通常の建設機械でとられる手法をそのまま生かすことができる。また、負荷が軽い、あるいは機械そのものの力が無い等の錯覚に陥るおそれがなくなる。これらの点で、操作性を改善することができる。
【００６１】
とくに、音表示であるため、音(エンジン音)で負荷を推定することに慣れたオペレータにとって違和感が少ないこと、文字や光等の視覚による表示法と比べて負荷情報を正確に把握し易いこと、操作の邪魔にならないことから操作性が一層良いものとなる。
【００６２】
なお、警報音と擬似エンジン音は別々の発音体から出すようにしてもよいし、同じ発音体から、識別できる別々の音として出すようにしてもよい。
【００６３】
一方、負荷情報をとくに必要としない場合や、周囲に警報の対象となる作業員がいない場合等には、擬似エンジン音や警報音は無駄となり、却って耳ざわりとなる可能性もある。
【００６４】
そこでこの実施形態では、図１に示すようにコントローラ１２に選択手段(たとえばスイッチ)１８が接続され、この選択手段１８によりコントローラ１２から表示装置１７に向けて指令信号Ｉ,ＩＩの一方または双方を出力するか否か、すなわち表示装置１７から無エンジン作業時の警報音及び通常作業時の擬似エンジン音の一方または双方を出すか否かをオペレータが任意に選択できるようにしている。
【００６５】
第２実施形態(図３参照)
第２実施形態ではパラレル方式をとっている。第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００６６】
パラレル方式では、発電電動機８にインバータ／コンバータ１９を介して蓄電装置３が接続され、発電電動機８の発電機出力の過不足に応じて蓄電装置３の充放電が制御される。
【００６７】
また、インバータ／コンバータ１９は、発電電動機８の発電機作用と電動機作用の切換え、発電力(発電電動機８の回転数)の制御、及びコントローラ１２からの指令に基づく発電電動機８のトルク制御等を行う。
【００６８】
パラレル方式の場合、前記のように作業中、エンジン１は常時稼働し、第１実施形態のシリーズ方式の場合と違って無エンジン作業状態がない。
【００６９】
そこで第２実施形態においては、通常作業中に電圧、電流両センサ１３,１４によって検出される作業負荷に応じてコントローラ１２から表示装置１７に作業負荷と関連付けた指令信号(第１実施形態の指令信号Ｉと同じ)を送り、この表示装置１７から作業負荷に応じた擬似エンジン音のみを発生させるように構成されている。
【００７０】
これにより、パラレル方式においても第１実施形態と同様に、オペレータに負荷の大きさを推定させて操作に反映させることができる等の点で操作性を改善することができる。
【００７１】
ところで、エンジン停止条件が整ったときの警報、及び作業負荷の大きさに応じた負荷情報は、上記両実施形態のように音として表示するのが表示効果の点で望ましいが、夜間作業時や、昼間でも住宅街やその近隣での作業時のように静粛を求められる作業環境では音で表示すると騒音問題となる場合がある。
【００７２】
そこで、この音の表示に代えて他の表示法を用いてもよい。
【００７３】
たとえば第１実施形態において、エンジン停止条件が整ったときの警報として、図１中に破線で示すように表示装置１７により警報灯を点灯または点滅させてもよい。
【００７４】
一方、第１及び第２両実施形態において、負荷情報の表示法として、図１,３中に破線で示すように表示装置１７により、作業負荷の大きさに応じた色の表示灯を点灯または点滅させる(具体例として負荷に応じて三色灯を順次点灯または点滅させる)ようにしてもよい。
【００７５】
さらに、音による表示と、警報灯または表示灯による表示を作業環境に応じて任意に選択できるようにしてもよい。
【００７６】
あるいは、作業環境によっては、表示効果をさらに高めるために音の表示と他の表示を併用するようにしてもよい。
【００７７】
上記警報灯または表示灯は運転室内に設置してもよいし機械の外部に設置してもよい。あるいは運転室内と機械外部の双方に設置してもよい。
【００７８】
また、表示灯を運転室内に設置する場合は、ディスプレーに負荷レベルをたとえば棒グラフの高さが負荷に応じて変化するものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるハイブリッド式建設機械の駆動系及び制御系の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の作用を説明するためのタイムチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態にかかるハイブリッド式建設機械の駆動系及び制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】ハイブリッド式建設機械におけるシリーズ方式の駆動系及び制御系の構成を簡単に示すブロック図である。
【図５】同パラレル方式の駆動系及び制御系の構成を簡単に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  エンジン
２  発電機
３  蓄電装置
４  電動機
５  油圧ポンプ
７  動力分配装置
８  発電電動機
１１  充電量検出手段を構成する充電状態管理装置
１２  コントローラ
１３  負荷検出手段を構成する電圧センサ
１４  同電流センサ
１７  表示装置
１８  選択手段
【図１】
2007120384.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007120384.tif 000006
【図５】
2007120384.tif 000007