(57)【要約】【課題】ハイブリッド作業機械の出力制御装置及びハイブリッド作業機械の出力制御方法に関し、簡素な構成で、作業負荷の変動に対するエンジン出力の変動を抑制して、エンジンの運転状態を安定化させる。【解決手段】油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１へ動力を伝達可能に接続されたエンジン２と、エンジン２から独立して油圧ポンプ１を駆動可能に接続された電動機３と、バッテリ５とを備えたパラレル式のハイブリッド作業機械の出力制御装置１０であって、該ハイブリッド作業機械の出力状態に対応する変数を検出する出力変数検出手段６と、予め設定された所定時間の間に出力変数検出手段６で検出された該変数の平均値を算出する平均値算出手段７ａと、平均値算出手段７ａで算出された該平均値に応じてエンジン２の出力の大きさを設定する出力設定手段７ｂとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプと、該油圧ポンプへ動力を伝達可能に接続されたエンジンと、該エンジンから独立して該油圧ポンプを駆動可能かつ該エンジンの該動力を利用して発電可能に接続されたモータと、該モータとの間で電力の授受を行うべく接続されたバッテリとを備えたパラレル式のハイブリッド作業機械の出力制御装置であって、
該ハイブリッド作業機械の出力状態に対応する変数を検出する出力変数検出手段と、
予め設定された所定時間の間に該出力変数検出手段で検出された該変数の平均値を、状態平均値として算出する平均値算出手段と、
該平均値算出手段で算出された該状態平均値に応じて該エンジンの出力の大きさを設定する出力設定手段と
を備えたことを特徴とする、ハイブリッド作業機械の出力制御装置。
【請求項２】
該出力変数検出手段が、該変数として該バッテリの充電量を検出し、
該平均値算出手段が、該所定時間における該充電量の平均値を算出するとともに、
該出力設定手段が、該充電量の平均値が予め設定された所定値よりも大きいときに該エンジンの出力の大きさを増加させるとともに、該充電量の平均値が予め設定された所定値よりも小さいときに該エンジンの出力の大きさを減少させる
ことを特徴とする、請求項１記載のハイブリッド作業機械の出力制御装置。
【請求項３】
該出力変数検出手段が、該変数として該油圧ポンプのポンプ出力の大きさを検出し、
該平均値算出手段が、該所定時間における該ポンプ出力の平均値を算出するとともに、
該出力設定手段が、該ポンプ出力の平均値を該エンジンの出力の大きさとして設定する
ことを特徴とする、請求項１記載のハイブリッド作業機械の出力制御装置。
【請求項４】
該出力変数検出手段が、
該油圧ポンプから吐出される作動油の吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
該ハイブリッド作業機械の操作レバーの操作量を検出するレバー操作量検出手段とを有し、
該吐出圧検出手段で検出された該吐出圧と該レバー操作量検出手段で検出された該操作量とに基づいて、該油圧ポンプの該ポンプ出力の大きさを算出する
ことを特徴とする、請求項３記載のハイブリッド作業機械の出力制御装置。
【請求項５】
該出力変数検出手段が、
該油圧ポンプから吐出される作動油の吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、
該油圧ポンプの斜板角を検出する斜板角検出手段とを有し、
該吐出圧検出手段で検出された該吐出圧と該斜板角検出手段で検出された該斜板角とに基づいて、該油圧ポンプの該ポンプ出力の大きさを算出する
ことを特徴とする、請求項３記載のハイブリッド作業機械の出力制御装置。
【請求項６】
該ハイブリッド作業機械の作業負荷として該油圧ポンプの出力を検出するポンプ出力検出手段をさらに備え、
該出力設定手段が、該ポンプ出力検出手段で検出された該油圧ポンプの出力から該エンジンの出力を減算して、該モータの出力を設定する
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のハイブリッド作業機械の出力制御装置。
【請求項７】
該モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、
該出力設定手段が、該モータの出力の大きさを該回転数検出手段で検出された該回転数で除算して、該モータの目標トルクを設定する
ことを特徴とする、請求項６記載のハイブリッド作業機械の出力制御装置。
【請求項８】
該モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
該エンジンの回転数と該エンジンの出力との対応関係を記憶した記憶手段とをさらに備え、
該出力設定手段が、該平均値算出手段で算出された該状態平均値及び該記憶手段に記憶された該対応関係に基づいて算出される該エンジンの目標回転数を、該モータの目標回転数として設定する
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のハイブリッド作業機械の出力制御装置。
【請求項９】
油圧ポンプと、該油圧ポンプへ動力を伝達可能に接続されたエンジンと、該エンジンから独立して該油圧ポンプを駆動可能かつ該エンジンの該動力を利用して発電可能に接続されたモータと、該モータとの間で電力の授受を行うべく接続されたバッテリとを備えたパラレル式のハイブリッド作業機械の出力制御方法であって、
該ハイブリッド作業機械の出力状態に対応する変数を検出する出力変数検出ステップと、
予め設定された所定時間の間における該変数の平均値を状態平均値として算出する平均値算出ステップと、
該状態平均値に応じて該エンジンの出力の大きさを設定する出力設定ステップと
を備えたことを特徴とする、ハイブリッド作業機械の出力制御方法。
【請求項１０】
該出力変数検出ステップにおいて、該変数として該バッテリの充電量を検出し、
該平均値算出ステップにおいて、該所定時間における該充電量の平均値を算出するとともに、
該出力設定ステップにおいて、該充電量の平均値が予め設定された所定値よりも大きいときに該エンジンの出力の大きさを増加させるとともに、該充電量の平均値が予め設定された所定値よりも小さいときに該エンジンの出力の大きさを減少させる
ことを特徴とする、請求項９記載のハイブリッド作業機械の出力制御方法。
【請求項１１】
該出力変数検出ステップにおいて、該油圧ポンプのポンプ出力の大きさを検出し、
該平均値算出ステップにおいて、該所定時間における該ポンプ出力の平均値を算出し、
該出力設定ステップにおいて、該ポンプ出力の平均値を該エンジンの出力の大きさとして設定する
ことを特徴とする、請求項９記載のハイブリッド作業機械の出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと電動発電機とを搭載したハイブリッド作業機械の出力制御装置及びハイブリッド作業機械の出力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジン及びモータ（電動機）の双方を作業機械の駆動源として搭載するハイブリッド作業機械が開発されている。この種のハイブリッド作業機械では、モータがバッテリの電力を利用して油圧ポンプやエンジンを回転駆動する機能と、回転運動によって生じる電気エネルギをバッテリへ充電するジェネレータ（発電機）としての機能とを併せ持っている。これを利用して、作業負荷が大きく油圧ポンプに要求される出力が高い場合にはエンジンの動力をモータの動力によってアシストし、逆に作業負荷が小さい場合には余剰となるエンジンの動力を電力としてバッテリへ貯えるような制御が実施されている。このように、作業状態に応じてエンジン及びモータの駆動力を組み合わせ、効率よく作業を進めることができるようになっている。
【０００３】
一方、油圧ショベルを用いて実施される作業の種類は多種多様であり、作業負荷状態の変動は、モータを併せ備えたハイブリッド作業機械においても発生する。すなわち、たとえモータ出力によってエンジン出力をアシストする構成としたとしても、作業負荷が常にエンジンの出力よりも大きい状態が継続すれば、バッテリに蓄電された電力が低下する。これにより、十分なモータ出力が得られなくなると、作業負荷を出力できなくなってしまう。なお、作業負荷に対してエンジンの出力が大きければ、余剰のエネルギーは充電されることになるものの、過剰に充電された状態になればエネルギーが浪費されることになり、エンジンの燃費が低下してしまう。
【０００４】
このような課題に対し、特許文献１には、エンジン出力に付加されるモータ出力を、作業内容に応じて増減制御する構成が開示されている。例えば、レバー操作量に基づく判定により、掘削や走行といった比較的高負荷の作業モード（作業状態）であると認識されると、モータの出力を大きく設定し、一方、土砂のばらまきや水平引き均しといった低負荷の作業モードであると認識されると、モータの出力を小さく設定するようになっている。これにより、高負荷の状態では作業機械の出力をモータでアシストして作業性を高めることができ、一方、低負荷の状態では過剰なアシストを抑制して省エネルギ性を高めることができるようになっている。
【特許文献１】特開２００１−３３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような出力制御では、作業モードが変化したときにモータ出力が変動するようになっているため、そのモータ出力の変動量が大きい場合にはエンジン出力の大きさも過渡的に変動して不安定な挙動を示すことがある。例えば、特許文献１に記載の技術において、掘削作業と水平引き均し作業とが交互に実施されて作業の負荷レベルが大きく変動した場合には、モータ出力の変動に伴ってエンジン出力の変動も急峻となりやすく、エネルギ損失が生じやすいという課題がある。
【０００６】
また、例えば特許文献１に記載の技術では、レバー操作量に基づいて作業モードを認識するようになっているが、レバーの操作方法はオペレータ毎の個人差が大きく、正確に作業モードを認識することが困難であるという実践上の課題もある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、作業負荷の変動に対するエンジンの出力変動を抑制することができ、エンジンの運転状態を安定化させることができるようにした、ハイブリッド作業機械の出力制御装置及びハイブリッド作業機械の出力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】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置は、油圧ポンプと、該油圧ポンプへ動力を伝達可能に接続されたエンジンと、該エンジンから独立して該油圧ポンプを駆動可能かつ該エンジンの該動力を利用して発電可能に接続されたモータと、該モータとの間で電力の授受を行うべく接続されたバッテリとを備えたパラレル式のハイブリッド作業機械の出力制御装置であって、該ハイブリッド作業機械の出力状態に対応する変数を検出する出力変数検出手段と、予め設定された所定時間の間に該出力変数検出手段で検出された該変数の平均値を、状態平均値として算出する平均値算出手段と、該平均値算出手段で算出された該状態平均値に応じて該エンジンの出力の大きさを設定する出力設定手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
なお、ここでいう平均値とは、該出力変数検出手段で検出された該変数の散らばり具合を均すことによって得られる統計的な指標のことを意味しており、例えば、相加平均（算術平均）や相乗平均，調和平均等、種々の手法を用いて算出される平均のうちの一つを指している。
また、請求項２記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置は、該出力変数検出手段が、該変数として該バッテリの充電量を検出し、該平均値算出手段が、該所定時間における該充電量の平均値を算出するとともに、該出力設定手段が、該充電量の平均値が予め設定された所定値よりも大きいときに該エンジンの出力の大きさを増加させるとともに、該充電量の平均値が予め設定された所定値よりも小さいときに該エンジンの出力の大きさを減少させることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置は、該出力変数検出手段が、該変数として該油圧ポンプのポンプ出力の大きさを検出し、該平均値算出手段が、該所定時間における該ポンプ出力の平均値を算出するとともに、該出力設定手段が、該ポンプ出力の平均値を該エンジンの出力の大きさとして設定することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置は、該出力変数検出手段が、該油圧ポンプから吐出される作動油の吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、該ハイブリッド作業機械の操作レバーの操作量を検出するレバー操作量検出手段とを有し、該吐出圧検出手段で検出された該吐出圧と該レバー操作量検出手段で検出された該操作量とに基づいて、該油圧ポンプの該ポンプ出力の大きさを算出することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置は、該出力変数検出手段が、該油圧ポンプから吐出される作動油の吐出圧を検出する吐出圧検出手段と、該油圧ポンプの斜板角を検出する斜板角検出手段とを有し、該吐出圧検出手段で検出された該吐出圧と該斜板角検出手段で検出された該斜板角とに基づいて、該油圧ポンプの該ポンプ出力の大きさを算出することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置は、該ハイブリッド作業機械の作業負荷として該油圧ポンプの出力を検出するポンプ出力検出手段をさらに備え、該出力設定手段が、該ポンプ出力検出手段で検出された該油圧ポンプの出力から該エンジンの出力を減算して、該モータの出力を設定することを特徴としている。
また、請求項７記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置は、該モータの回転数を検出する回転数検出手段をさらに備え、該出力設定手段が、該モータの出力の大きさを該回転数検出手段で検出された該回転数で除算して、該モータの目標トルクを設定することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置は、該モータの回転数を検出する回転数検出手段と、該エンジンの回転数と該エンジンの出力との対応関係を記憶した記憶手段とをさらに備え、該出力設定手段が、該平均値算出手段で算出された該状態平均値及び該記憶手段に記憶された該対応関係に基づいて算出される該エンジンの目標回転数を、該モータの目標回転数として設定することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御方法は、油圧ポンプと、該油圧ポンプへ動力を伝達可能に接続されたエンジンと、該エンジンから独立して該油圧ポンプを駆動可能かつ該エンジンの該動力を利用して発電可能に接続されたモータと、該モータとの間で電力の授受を行うべく接続されたバッテリとを備えたパラレル式のハイブリッド作業機械の出力制御方法であって、該ハイブリッド作業機械の出力状態に対応する変数を検出する出力変数検出ステップと、予め設定された所定時間の間における該変数の平均値を状態平均値として算出する平均値算出ステップと、該状態平均値に応じて該エンジンの出力の大きさを設定する出力設定ステップとを備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項１０記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御方法は、該出力変数検出ステップにおいて、該変数として該バッテリの充電量を検出し、該平均値算出ステップにおいて、該所定時間における該充電量の平均値を算出するとともに、該出力設定ステップにおいて、該充電量の平均値が予め設定された所定値よりも大きいときに該エンジンの出力の大きさを増加させるとともに、該充電量の平均値が予め設定された所定値よりも小さいときに該エンジンの出力の大きさを減少させることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項１１記載の本発明のハイブリッド作業機械の出力制御方法は、該出力変数検出ステップにおいて、該油圧ポンプのポンプ出力の大きさを検出し、該平均値算出ステップにおいて、該所定時間における該ポンプ出力の平均値を算出し、該出力設定ステップにおいて、該ポンプ出力の平均値を該エンジンの出力の大きさとして設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置及びハイブリッド作業機械の出力制御方法（請求項１，９）によれば、状態平均値に応じてエンジンの出力を制御することにより、ハイブリッド作業機械の作業負荷の変動に対するエンジン出力の変動を抑制することができる。つまり、エンジン出力がハイブリッド作業機械の出力状態を平均化したパラメータに基づいて制御されるため、エンジン出力を緩やかに変動させることができ、エンジンの運転状態を安定化させることができる。
【００１８】
また、本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置及びハイブリッド作業機械の出力制御方法（請求項２，１０）によれば、バッテリの充電量に応じてエンジンの出力の大きさを設定するため、エンジン出力の急峻な変動を抑制することができると同時に、バッテリの充電量を予め設定された所定値近傍に制御することができる。つまり、エンジン出力及びバッテリの充電量をともに安定化させることができる。また、バッテリの充電量は検出が容易であり、簡素な構成でコストをかけることなく実現可能である。
【００１９】
また、本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置及びハイブリッド作業機械の出力制御方法（請求項３，１１）によれば、ポンプ出力に応じてエンジンの出力の大きさを設定するため、正確にエンジン出力を一定に保つことができる。また、ポンプ出力の大きさは、例えば油圧ポンプの吐出圧や吐出流量から正確に算出することができるため、容易に把握することができる。
【００２０】
また、本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置（請求項４）によれば、容易にポンプ出力の大きさを把握することができる。なお、レバー操作量を用いてポンプ出力の大きさを算出するようになっているため、例えば、レバー操作量の把握が比較的容易な電気式の操作レバーを備えた作業機械において、正確なポンプ出力の演算が可能である。
また、本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置（請求項５）によれば、容易にポンプ出力の大きさを把握することができる。例えば機械式の操作レバーを備えた作業機械において、正確なポンプ出力の演算が可能である。
【００２１】
また、本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置（請求項６）によれば、油圧ポンプの出力からエンジンの出力を減算してモータの出力を設定するようになっているため、モータ出力を制御することで同時にエンジン出力を制御することが可能となる。つまり、モータ出力を制御することによってエンジン出力を自在に制御することができる。
また、本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置（請求項７）によれば、モータの目標トルクを算出することにより、正確な出力制御が可能となる。
【００２２】
また、本発明のハイブリッド作業機械の出力制御装置（請求項８）によれば、モータと同軸に接続されたエンジンの目標回転数を算出することにより、容易にモータの出力制御を行うことができる。例えば、エンジンの目標回転数を制御するような従来の制御に対する適用性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４は本発明の一実施形態にかかるハイブリッド作業機械の出力制御装置を説明するためのものであり、図１は本出力制御装置の全体構成を示す模式的構成図、図２は本出力制御装置におけるバッテリの目標充電量（目標ＳＯＣ）と実際の充電量（実ＳＯＣ）との差Ｖd及びエンジン目標出力Ｗtの補正量ａの対応関係を示すグラフ、図３は本出力制御装置による制御内容を示すフローチャート、図４は本出力制御装置が適用された油圧ショベルの斜視図である。
【００２４】
［構成］
〔全体構成〕
本出力制御装置１０は、図４に示すハイブリッド式の油圧ショベル２０に適用されている。この油圧ショベル２０は、クローラ式の走行装置を装備した下部走行体２１と、下部走行体２１の上に旋回自在に搭載された上部旋回体２２とを備えて構成される。上部旋回体２２の前方側には、ブームやアーム等の作業装置２３が設けられ、後方側にはエンジンルーム２４が配置されている。
【００２５】
エンジンルーム２４の内部には、油圧ショベル２０の駆動源であるエンジン２及びモータ・ジェネレータ３と、油圧ポンプ１とが配設されている。油圧ポンプ１は、油圧ショベルの作業装置９や下部走行体２１のクローラ装置等を駆動する油圧回路への作動油の供給源である。
また、エンジン２は、一般的な内燃機関として構成された油圧ショベル２０の駆動源のひとつであり、油圧ポンプ１へ動力を伝達可能に接続されている。一方、モータ・ジェネレータ３はエンジン２とは独立した第２の駆動源であり、エンジン２と同様に油圧ポンプ１へ動力を伝達可能に接続されている。
【００２６】
このモータ・ジェネレータ３は、モータ（電動機）としての機能とジェネレータ（発電機）としての機能を兼ね備えている。例えば、ジェネレータとして機能する時には、エンジン２から入力されるトルクを利用し回転して発電を行い、バッテリ５へ充電する。また、モータとして機能する時には、インバータ４を介しバッテリ５の電力を利用して回転し、エンジン２の駆動力にモータによる駆動力を付加して油圧ポンプ１側へと出力するようになっている。あるいは、エンジン２が停止している場合には、モータ・ジェネレータ３による駆動力を利用してエンジン２を始動させることもできるようになっている。
【００２７】
なお、インバータ４とは、直流電流を交流電流に変換するための電力変換装置である。バッテリ５からの直流電流は、インバータ４において任意の周波数の交流電流に変換されてモータ・ジェネレータ３へと供給されるようになっている。これにより、モータ・ジェネレータ３は、与えられた周波数に応じた回転数で回転するようになっている。
図１に示すように、モータ・ジェネレータ３の上流側，下流側の駆動力伝達軸は、モータ・ジェネレータ３内部において直接又はギヤを介してエンジン２の駆動軸及び油圧ポンプ１の駆動軸に対して同軸で連結され、一体回転するようになっている。以下、このモータ・ジェネレータ３のことを指して、単にモータ３と呼ぶ。
【００２８】
本油圧ショベル２０は、上記のエンジン２，モータ３及び油圧ポンプ１が順に直列に接続されたパラレル式のハイブリッド作業機械、もしくは、アクチュエータの一部が電動化されたシリーズ・パラレル式のハイブリッド作業機械であり、油圧ショベル２０の作業状態に応じて、エンジン２及びモータ３の駆動力を組み合わせて作業を行うことができるようになっている。
【００２９】
なお、図１には、油圧ポンプ１によって作動油が供給される油圧回路上に介装されたコントロールバルブ８及びアクチュエータ９，アクチュエータ９の作動量を設定するための電気式の操作レバー（レバー操作量検出手段）１１，油圧計（吐出圧検出手段）１２，モータ回転数センサ１３が図示されている。
アクチュエータ９は、例えば、作業装置２３を伸縮駆動するための油圧シリンダや走行装置２１を回転駆動するための油圧モータ等の油圧アクチュエータの一つを代表して示している。また、操作レバー１１は、これらの油圧シリンダや油圧モータ等の作動量を設定するための操作レバーの一つを代表して示している。
【００３０】
一方、コントロールバルブ８は、オペレータによる操作レバー１１の操作量Ｌに応じて開閉制御される制御弁である。油圧ポンプ１から吐出された作動油は、コントロールバルブ８において流量及び流通方向が制御されて、アクチュエータ９へ供給されるようになっている。
油圧計１２は油圧ポンプ１から吐出される作動油の吐出圧Ｐを検出するセンサである。また、モータ回転数センサ１３は、モータ３の回転数Ｎを検出するセンサである。
【００３１】
本出力制御装置１０は、上記のような油圧ショベル２０に適用されている。図１に示すように、本出力制御装置１０は、バッテリ電圧計（出力変数検出手段）６と、コントローラ７とを備えて構成される。
バッテリ電圧計６は、油圧ショベル１０の出力状態に対応する変数として、バッテリ６の充電量（実ＳＯＣ）Ｖを検出するセンサである。ここで検出されたバッテリ６の充電量Ｖは、コントローラ７へ入力されるようになっている。なお、前述のレバー操作量Ｌ，油圧ポンプ１からの作動油の吐出圧Ｐ及びモータ３の回転数Ｎについても同様に、コントローラ７へ入力されるようになっている。
【００３２】
コントローラ７は、油圧ショベル２０の出力状態に応じてモータ３を制御するための電子制御装置である。コントローラ７の内部には、各センサから入力される信号を処理するための機能部や、インバータ４で変換される交流電流の周波数を制御するための機能部、制御プログラムや制御マップ等を記憶するための機能部（ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置）、演算処理を行う機能部（ＣＰＵ等の中央処理装置）及び計時カウンタ等を備えて構成されている。
【００３３】
〔コントローラ７の内部構成〕
コントローラ７の内部構成について詳述する。図１に示すように、コントローラ７は、平均値算出部（平均値算出手段）７ａと、モータ出力設定部（出力設定手段）７ｂとを備えて構成される。
平均値算出部７ａは、予め設定された所定時間の間にバッテリ電圧計６から入力された充電量Ｖの平均値（状態平均値）Ｖaを算出するものである。ここでは、例えば３０秒〜１分の間に入力された充電量Ｖの平均値Ｖaを算出する。例えば、バッテリ電圧計６から入力される充電量Ｖを所定時間の間、任意の頻度で計測し、計測された各データの相加平均を平均値Ｖaとして算出する。ここで算出された平均値Ｖaは、モータ出力設定部７ｂへ入力されるようになっている。
【００３４】
モータ出力設定部７ｂは、平均値算出部７ａで算出された平均値Ｖaに応じて、エンジン２の出力の大きさ（エンジン目標出力Ｗt）及びモータ３の出力の大きさ（モータ目標出力Ｗm）を設定するものである。具体的には、予め設定された所定の充電量Ｖtと平均値Ｖaとの差Ｖdを演算し、この差Ｖdの符号に応じて以下の三通りの制御を実施し、エンジン目標出力Ｗtを変更するとともにモータ３の目標駆動トルクＴmを算出するようになっている。
【００３５】
なお、本実施形態では、油圧ポンプ１の出力、すなわち、作業機械２０の作業負荷がエンジン目標出力Ｗtとモータ目標出力Ｗmとの合計出力と一致するように制御は実施されるようになっている。エンジン目標出力Ｗtはその初期値が予め設定されており、一方、モータ目標出力Ｗmは作業機械２０の出力状態に応じてその都度算出されるものである。また、所定の充電量Ｖtはモータ出力設定部７ｂに記憶されている。
【００３６】
（１）Ｖd＞０の場合
この場合、モータ出力設定部７ｂは、エンジン目標出力Ｗtを予め設定された所定量ａ上昇させて、エンジン２から出力される動力の大きさを増加させる制御を実施する。つまりこの場合、充電量Ｖの平均値Ｖaが所定の充電量Ｖtよりも小さいため、作業負荷に対してエンジン２が負担すべき出力の割合をやや大きく設定することで、モータ３の出力の割合が小さくなり、充電量Ｖのさらなる低下が抑制されることになる。
【００３７】
なお、モータ出力設定部７ｂは、モータ目標出力Ｗmを、その時点での油圧ポンプ１の出力（すなわち作業負荷）Ｗpからエンジン目標出力Ｗtを減算したものとして算出する。なお、油圧ポンプ１の出力Ｗpは、油圧ポンプ１から吐出される作動油の吐出圧Ｐと、レバー操作量Ｌに基づいて算出される作動油の吐出流量Ｑとの積として算出されるようになっている。
【００３８】
（２）Ｖd＝０の場合
この場合、モータ出力設定部７ｂは、エンジン目標出力Ｗtを変化させない制御を実施する。つまりこの場合、充電量Ｖの平均値Ｖaが所定の充電量Ｖtに等しいため、エンジン２の目標出力を補正することなく、従来通りの制御が実施されることになる。
【００３９】
（３）Ｖd＜０の場合
この場合、モータ出力設定部７ｂは、エンジン目標出力Ｗtを予め設定された所定量ａ低下させて、エンジン２から出力される動力の大きさを減少させる制御を実施する。つまりこの場合、充電量Ｖの平均値Ｖaが所定の充電量Ｖtよりも大きいため、作業負荷に対してエンジン２が負担すべき出力の割合をやや小さく設定することで、モータ３の出力の割合が大きくなり、充電量Ｖのさらなる上昇が抑制されることになる。
【００４０】
また、Ｖd＞０の場合と同様に、モータ出力設定部７ｂは、モータ目標出力Ｗmをその時点での油圧ポンプ１の出力（すなわち作業負荷）Ｗpからエンジン目標出力Ｗtを減算したものとして算出する。
なお、上述の（１）〜（３）の場合における差Ｖdとエンジン目標出力Ｗtの補正量ａとの対応関係を図示すると、図２に示すようになる。
【００４１】
［フローチャート］
本出力制御装置は上述のように構成されており、図３に示すフローチャートに従って制御を実施する。このフローチャートはコントローラ７内において繰り返し実行されている。
まず、ステップＡ１０では、制御に係る情報がコントローラ７へ入力される。ここで入力される情報は、バッテリ電圧計６で検出されたバッテリ５の充電量Ｖ，操作レバー１１のレバー操作量Ｌ，油圧計１２で検出された作動油の吐出圧Ｐ及びモータ回転数センサ１３で検出されたモータ３の回転数Ｎである。また、続くステップＡ２０では、モータ出力設定部７ｂにおいて所定の充電量Ｖtが読み込まれる。
【００４２】
続いてステップＡ３０では、平均値算出部７ａにおいて、ステップＡ１０で入力された充電量Ｖの所定時間中における平均値Ｖaが算出される。なお、ここで算出された平均値Ｖaは、モータ出力設定部７ｂへ入力されて、ステップＡ４０へと進む。
ステップＡ４０では、モータ出力設定部７ｂにおいて、以下の式１に従って、ステップＡ３０で算出された平均値Ｖaに対する所定の充電量Ｖtの差Ｖdが算出される。
【００４３】
Ｖd＝Ｖt−Ｖa  ・・・（式１）
続くステップＡ５０及びステップＡ６０では、ステップＡ４０で算出された差Ｖdの符号が判定される。まずステップＡ５０において、差Ｖdが正であるか否かが判定される。ここでＶd＞０である場合にはステップＡ７０へ進む。一方、Ｖd≦０である場合にはステップＡ６０へ進み、差Ｖdが負であるか否かが判定される。ここでＶd＜０である場合にはステップＡ８０へ進む。さらに、ステップＡ５０及びステップＡ６０の何れの条件にも一致しない場合には、Ｖd＝０であることになり、ステップＡ９０へと進む。
【００４４】
ステップＡ７０では、エンジン目標出力Ｗtにエンジン目標出力Ｗtと所定量ａとを加算した値が代入されて、ステップＡ１００へと進む。つまりこの場合、エンジン２の出力の大きさを増大させる制御がなされることになる。
一方、ステップＡ８０では、エンジン目標出力Ｗtにエンジン目標出力Ｗtから所定量ａを減算（負の値の所定量ａを加算）した値が代入されて、ステップＡ１００へと進む。つまりこの場合、エンジン２の出力の大きさを減少させる制御がなされることになる。また、ステップＡ９０では、エンジン目標出力Ｗtの大きさが変更されずにそのままステップＡ１００へと進む。
【００４５】
ステップＡ１００では、ステップＡ１０で入力されたレバー操作量Ｌに基づいて、油圧ポンプ１から吐出される作動油の吐出流量Ｑが算出され、さらにステップＡ１１０では、ステップＡ１０で入力された油圧ポンプ１の吐出圧ＰとステップＡ１００で算出された吐出流量Ｑとに基づいて、ポンプ出力Ｗpが以下の式２に従って算出される。
Ｗp＝Ｑ×Ｐ  ・・・（式２）
続くステップＡ１２０では、前ステップで算出されたポンプ出力ＷpとステップＡ７０〜ステップＡ９０で設定されたエンジン目標出力Ｗtとに基づいて、モータ目標出力Ｗmが以下の式３に従って算出される。
【００４６】
Ｗm＝Ｗp−Ｗt  ・・・（式３）
そして、ステップＡ１３０では、ステップＡ１０で入力されたモータ回転数Ｎと前ステップで算出されたモータ目標出力Ｗmとからモータ目標トルクＴmが算出され、続くステップＡ１４０では、モータ３においてモータ目標トルクＴmが生じるようにインバータ４が制御される。
【００４７】
［作用・効果］
以上のような構成により、本出力制御装置によれば以下のような作用・効果を奏する。
まず、ステップＡ５０〜ステップＡ９０の制御内容に示すように、エンジン２の出力制御目標であるエンジン目標出力Ｗtが、バッテリ５の充電量Ｖに基づいて設定されるようになっているため、作業負荷が変化したとしてもエンジン２の出力が急峻に変動するようなことがない。つまり、エンジン目標出力Ｗtの設定に際し、所定時間におけるバッテリ５の充電量Ｖの平均値Ｖaが参照されるようになっているため、エンジン出力が充電量Ｖの変動を均した値に応じて変化することになる。したがって、滑らかにエンジン出力を制御することができる。
【００４８】
また、エンジン出力の制御において、例えば特許文献１に記載されたように、レバー操作量に基づいて作業モードを判別するような必要がない。本出力制御装置においては、バッテリ５の充電量Ｖを検出する手段を備えていればよく、制御構成が簡素であり、コストをかけることなく容易に実現可能である。
また、ステップＡ７０の制御内容に示すように、充電量Ｖの平均値Ｖaが所定の充電量Ｖtよりも低い場合には、エンジン２の出力の大きさを増大させる制御がなされる。つまり、相対的にモータ３の出力の大きさを減少させる制御がなされることになるため、充電量Ｖのさらなる低下を抑制することができる。
【００４９】
一方、ステップＡ８０の制御内容に示すように、充電量Ｖの平均値Ｖaが所定の充電量Ｖtよりも高い場合には、エンジン２の出力の大きさを減少させる制御がなされる。つまり、相対的にモータ３の出力の大きさを増加させる制御がなされることになるため、充電量Ｖの過剰な上昇を抑えることができる。
【００５０】
また、ステップＡ１２０の制御内容に示すように、モータ目標出力Ｗmは、ポンプ出力Ｗpとエンジン目標出力Ｗtとの差として設定されるため、油圧ポンプ１の出力は、エンジン２の出力とモータ３の出力とを合算したものと一致することになる。したがって、油圧ショベル１０の作業負荷に対するエンジン２及びモータ３の出力を確保することができ、正確にエンジン出力を一定に保つことができる。また、ポンプ出力の大きさは、油圧ポンプ１の吐出圧Ｐ及び吐出流量Ｑから正確に算出することができ、把握が容易である。
なお、本出力制御装置では、レバー操作量Ｌに基づいて吐出流量Ｑが算出されるようになっており、容易にポンプ出力の大きさを把握することができる。
【００５１】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば上述の実施形態では、油圧ショベル２０の出力状態に対応する変数としてバッテリ５の充電量Ｖを検出する構成となっているが、これに代えて、油圧ポンプ１のポンプ出力Ｗp（すなわち作業負荷）を検出する構成とすることも考えられる。つまり、予め設定された所定時間におけるポンプ出力Ｗpの平均値の変動に応じて、エンジン目標出力Ｗtを設定するものである。
【００５２】
この場合、装置構成は上述の実施形態のものからバッテリ電圧計６を取り除いたものとほぼ同一となるが、コントローラ７における平均値算出部７ａは、油圧ポンプ１のポンプ出力の大きさを検出するように機能するものとなる。ポンプ出力の大きさの検出手段については任意であるが、例えば、操作レバー１１のレバー操作量Ｌから算出される作動油の吐出流量Ｑと油圧計１２から検出される吐出圧Ｐとを乗算したものをポンプ出力Ｗpとしてもよい。あるいは、油圧ポンプ１の斜板角（傾転角）を検出する斜板角センサ（斜板角検出手段）を用意し、この斜板角と油圧計１２から検出される吐出圧Ｐとに基づいてポンプ出力Ｗpを算出してもよい。
【００５３】
また、コントローラ７内部における制御内容は若干異なっており、以下、図５を用いて本変形例の制御内容を説明する。なお、対応する構成要素については同一の符号を用いて説明する。
まず、ステップＢ１０では、制御に係る情報がコントローラ７へ入力される。ここで入力される情報は、操作レバー１１のレバー操作量Ｌ，油圧計１２で検出された作動油の吐出圧Ｐ及びモータ回転数センサ１３で検出されたモータ３の回転数Ｎである。また、続くステップＢ２０では、ステップＢ１０で入力されたレバー操作量Ｌに基づいて、油圧ポンプ１から吐出される作動油の吐出流量Ｑが算出される。
【００５４】
続くステップＢ３０では、ステップＢ１０で入力された油圧ポンプ１の吐出圧ＰとステップＢ２０で算出された吐出流量Ｑとに基づいて、ポンプ出力Ｗpが算出され、ステップＢ４０へと進む。
ステップＢ４０では、平均値算出部７ａにおいて、ステップＢ３０で算出されたポンプ出力Ｗpの所定時間中における平均値Ｗaが算出される。ここで算出された平均値Ｗaは、モータ出力設定部７ｂへ入力されて、ステップＢ５０へと進む。
【００５５】
ステップＢ５０では、モータ出力設定部７ｂにおいて、ステップＢ３０で算出されたポンプ出力Ｗpと前ステップで算出された平均値Ｗaとに基づき、以下の式４に従ってモータ目標出力Ｗmが算出される。
Ｗm＝Ｗp−Ｗa  ・・・（式４）
そして、ステップＢ６０では、ステップＢ１０で入力されたモータ回転数Ｎと前ステップで算出されたモータ目標出力Ｗmとからモータ目標トルクＴmが算出され、続くステップＢ７０では、モータ３においてモータ目標トルクＴmが生じるようにインバータ４が制御される。
【００５６】
このような制御により、本変形例では、エンジン２の出力制御目標であるエンジン目標出力Ｗtが、ポンプ出力Ｗpの平均値Ｗaに基づいて設定されるようになっているため、作業負荷が変化したとしてもエンジン２の出力が急峻に変動するようなことがない。つまり、仮に作業内容が急に変化したとしても、エンジン目標出力Ｗtの値はその変動を均した値に応じて変化することになる。したがって、上述の実施形態の制御と同様に、エンジン出力を滑らかに変化させることができ、エンジン２の運転状態を安定化させることができる。
【００５７】
また、例えば特許文献１に記載されたように、レバー操作量に基づいて作業モードを判別するような必要もなく、さらに、上述の実施形態の制御のように、バッテリ５の充電量Ｖを参照する必要もない。つまり、より簡素な構成でエンジン２の運転状態を安定化させることができる。
【００５８】
［その他］
上述の実施形態では、バッテリ５の充電量Ｖ及び目標充電量Ｖtの差Ｖdとエンジン目標出力Ｗtの補正量ａとが、図２に示すような対応関係で設定されているが、これ以外の対応づけを試みることも可能である。例えば、差Ｖdが大きいほど補正量ａを大きく設定する場合には、図６に示すような対応関係を設定しておくことが考えられる。差Ｖdに応じて補正量ａを変更することで、エンジン出力だけでなく、バッテリ５の充電量Ｖの変動をより緩慢にすることができるようになる。
【００５９】
また、上述の実施形態では、差Ｖdの符号に応じて三通りの制御を実施するようになっており、図３のステップＡ５０，Ａ６０に示すように、差Ｖdと０との大小関係が比較されているが、このような構成の代わりに、差Ｖdと所定の微小値αとの大小関係を比較するような構成としてもよい（例えば、Ｖd＞αであるか否か、及び、Ｖd＜−αであるか否か、を判定する。）。これにより、制御量のハンティングを防止することができ、差Ｖd＝０となる状態での制御安定性を向上させることができる。
【００６０】
また、上述の実施形態及びその変形例では、実際のモータ回転数Ｎとモータ目標出力Ｗmとからモータ目標トルクＴmを算出し、目標となるモータ回転数をインバータ４で制御しているが、モータ目標トルクＴmを算出せずにインバータ４を制御することも考えられる。例えば、一般的なエンジン２の特性として、エンジン回転数とエンジン出力との間には所定の対応マップを作成しておくことができる。一方、上述の実施形態のように、エンジン２とモータ３とが一軸で接続された構成の場合、エンジン回転数とモータ回転数とが同一となる。
【００６１】
したがって、上記の対応マップからエンジン目標出力Ｗtを得るためのエンジン回転数を算出して、その回転数と同一回転数でモータ３を駆動すれば、エンジン出力は変動せず、エンジン２の運転状態を安定化させることができる。
なお、上記のような効果は、エンジン２，モータ３及び油圧ポンプ１が一軸に接続された構成に限定されるものではなく、エンジン２，モータ３及び油圧ポンプ１の各回転数の比が予め固定されていれば、あるいは、各回転数の比を把握する手段を備えれば、各回転数を容易に算出することができ、同様の効果を獲得することができる。
【００６２】
また、上述の実施形態では、平均値算出部７ａが充電量Ｖの相加平均を平均値Ｖaとして算出するようになっているが、平均値Ｖaの算出手法はこれに限定されるものではなく、例えば、相乗平均や調和平均等、種々の手法を用いて算出することが考えられる。
なお、本発明は、パラレル式のハイブリッド作業機械、もしくは、アクチュエータの一部が電動化されたシリーズ・パラレル式のハイブリッド作業機械に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態としてのハイブリッド作業機械の出力制御装置の全体構成を示す模式的構成図である。
【図２】本装置におけるバッテリの充電量及び目標充電量の差Ｖdとエンジン目標出力の補正量ａとの対応関係を示すグラフである。
【図３】本装置による制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本装置が適用された油圧ショベルの斜視図である。
【図５】変形例としての制御内容を示すフローチャートである。
【図６】図２に示す対応関係の変形例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１  油圧ポンプ
２  エンジン
３  モータ（モータ・ジェネレータ，電動機）
４  インバータ
５  バッテリ
６  バッテリ電圧計（出力変数検出手段）
７  コントローラ
７ａ  平均値算出部（平均値算出手段）
７ｂ  モータ出力設定部（出力設定手段）
８  コントロールバルブ
９  アクチュエータ
１０  出力制御装置
１１  操作レバー（レバー操作量検出手段）
１２  油圧計（吐出圧検出手段）
１３  モータ回転数センサ
２０  油圧ショベル
２１  下部走行体
２２  上部旋回体
２３  作業装置
２４  エンジンルーム
【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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