(57)【要約】【課題】回生流量を制御して変動させた場合のアクチュエータの作動速度の変動を抑制する。【解決手段】ハイブリッド建設機械の制御システム１００は、ブームシリンダ３１に作動油を供給する第１，第２メインポンプ２６，２７と、ブームシリンダ３１のピストン側室３１ａから排出される作動油によって回転する回生用の回生モータ４６、回生モータ４６に連結される電動モータ４８、及び電動モータ４８によって発電された電力を貯めるバッテリ２４を有する回生ユニット４５と、ピストン側室３１ａから排出される作動油のうち回生モータ４６に導かれた流量を除いた分をブリードする電磁比例絞り弁３４と、を備える。【選択図】図１
2016109204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド建設機械の制御システムであって、
流体圧アクチュエータに作動流体を供給する流体圧ポンプと、
前記流体圧アクチュエータの負荷側圧力室から排出される作動流体によって回転する回生用の回生モータ、前記回生モータに連結される回転電機、及び前記回転電機によって発電された電力を貯める蓄電池を有する回生ユニットと、
前記負荷側圧力室から排出される作動流体のうち前記回生モータに導かれた流量を除いた分をブリードする可変絞りと、を備えることを特徴とするハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項２】
前記可変絞りは、前記回生モータに導かれる作動流体が前記回生ユニットの回生量を超えないようにブリード流量を調整することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項３】
前記回生ユニットの回生量は、前記蓄電池の温度が予め規定された範囲よりも高い場合及び低い場合に、前記蓄電池の温度が予め規定された範囲内にある場合よりも低くなるように設定されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項４】
前記回生ユニットの回生量は、前記蓄電池のＳＯＣが予め規定された容量よりも高い場合に、前記蓄電池のＳＯＣが予め規定された容量の範囲内にある場合よりも低くなるように設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項５】
前記回生ユニットのフェイル時に前記負荷側圧力室から前記回生モータに導かれる作動流体を遮断する回生用切換弁を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【請求項６】
前記ハイブリッド建設機械の回生制御を実行するコントローラを更に備え、
前記可変絞りと前記回生用切換弁とは、前記コントローラからの単一の制御信号によって切り換えられることを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド建設機械の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド建設機械の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アクチュエータから導かれる作動油を利用して油圧モータを回転させてエネルギ回生を行うハイブリッド建設機械が知られている。
【０００３】
特許文献１には、バッテリの温度が低温域の閾値以下若しくは高温域の閾値以上である場合に、ブームシリンダのピストン側室から油圧モータに導かれる油圧回生量を小さくするハイブリッド建設機械が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４１５３９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、特許文献１に記載のハイブリッド建設機械では、油圧回生量を小さくした場合に、ブームシリンダのピストン側室から排出される作動油の流量が減少して、ブームシリンダの作動速度が変動するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、回生流量を制御して変動させた場合にもアクチュエータの作動速度の変動を抑制可能なハイブリッド建設機械の制御システム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】
第１の発明は、流体圧アクチュエータに作動流体を供給する流体圧ポンプと、流体圧アクチュエータの負荷側圧力室から排出される作動流体によって回転する回生用の回生モータ、回生モータに連結される回転電機、及び回転電機によって発電された電力を貯める蓄電池を有する回生ユニットと、負荷側圧力室から排出される作動流体のうち回生モータに導かれた流量を除いた分をブリードする可変絞りと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第１の発明では、流体圧アクチュエータの負荷側圧力室から排出される作動流体のうち回生モータに導かれた流量を除いた分が、可変絞りを通じてブリードされる。よって、可変絞りの開度を調整することで、負荷側圧力室から排出された流量のうち回生モータに導かれる作動流体の流量を除いたブリード流量を調整することができる。
【０００９】
第２の発明は、可変絞りが、回生モータに導かれる作動流体が回生ユニットの回生量を超えないようにブリード流量を調整することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、蓄電池の温度が予め規定された範囲よりも高い場合及び低い場合に低くなるように回生ユニットの回生量が設定されることを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、蓄電池のＳＯＣが予め規定された容量よりも高い場合に低くなるように回生ユニットの回生量が設定されることを特徴とする。
【００１２】
第２から第４の発明では、回生ユニットの回生量は、蓄電池の温度とＳＯＣとの少なくともいずれか一方に基づいて設定される。そして、可変絞りは、回生ユニットの回生能力を超えないようにブリード流量を調整する。そのため、回生ユニットに作動流体が過剰に導かれることが防止される。よって、流体圧アクチュエータの作動速度が変動することがないため、操作時の違和感をなくすことが可能である。
【００１３】
第５の発明は、回生ユニットのフェイル時に負荷側圧力室から回生モータに導かれる作動流体を遮断する回生用切換弁を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
第５の発明では、回生ユニットのフェイル時には、回生ユニットに作動流体が導かれないため、ハイブリッド建設機械を通常の建設機械として動作させることができる。
【００１５】
第６の発明は、ハイブリッド建設機械の回生制御を実行するコントローラを更に備え、可変絞りと回生用切換弁とが、コントローラからの単一の制御信号によって切り換えられることを特徴とする。
【００１６】
第６の発明では、コントローラからの単一の制御信号によって可変絞りと回生用切換弁とを切り換えることで、可変絞りと回生用切換弁とを別々の制御信号によって切り換える場合と比較して、容易に回生制御を実行することが可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回生流量を制御して変動させた場合にもアクチュエータの作動速度の変動を抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムを示す回路図である。
【図２】バッテリの温度に対するバッテリ温度係数のマップの例を示す図である。
【図３】バッテリのＳＯＣに対するチャージ係数のマップの例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システムを示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、図１から図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システム１００について説明する。以下の各実施形態では、ハイブリッド建設機械が油圧ショベルである場合について説明する。油圧ショベルでは、作動流体として作動油が用いられる。
【００２１】
図１に示すように、油圧ショベルは、流体圧ポンプとしての第１，第２メインポンプ２６，２７を備える。第１，第２メインポンプ２６，２７は、斜板の傾転角を調整可能な可変容量型ポンプである。第１，第２メインポンプ２６，２７は、エンジン２８によって駆動されて同軸回転する。
【００２２】
第１メインポンプ２６から吐出される作動油は、上流側から順に、旋回モータ（図示省略）を制御する操作弁１と、アームシリンダ（図示省略）を制御するアーム１速用の操作弁２と、ブームシリンダ（図示省略）を制御するブーム２速用の操作弁３と、予備用アタッチメント（図示省略）を制御する操作弁４と、左走行用の第１走行用モータ（図示省略）を制御する操作弁５と、に供給される。これらの旋回モータ，アームシリンダ，ブームシリンダ，予備用アタッチメントに接続される油圧機器，及び第１走行用モータが、流体圧アクチュエータ（以下、単に「アクチュエータ」と称する。）に該当する。
【００２３】
各操作弁１〜５は、第１メインポンプ２６から各アクチュエータへ導かれる作動油の流量を制御して、各アクチュエータの動作を制御する。各操作弁１〜５は、油圧ショベルのオペレータが操作レバーを手動操作することに伴って供給されるパイロット圧によって操作される。
【００２４】
各操作弁１〜５は、互いに並列なメイン通路としての中立通路６とパラレル通路７とを通じて第１メインポンプ２６に接続されている。中立通路６における操作弁５の下流側には、パイロット圧を生成するためのパイロット圧生成機構８が設けられる。パイロット圧生成機構８は、通過する作動油の流量が多ければ上流側に高いパイロット圧を生成し、通過する作動油の流量が少なければ上流側に低いパイロット圧を生成する。
【００２５】
中立通路６は、操作弁１〜５の全てが中立位置又は中立位置近傍にある場合には、第１メインポンプ２６から吐出された作動油の全部又は一部をタンクに導く。この場合、パイロット圧生成機構８を通過する流量が多くなるため、高いパイロット圧が生成される。
【００２６】
一方、操作弁１〜５がフルストロークに切り換えられると、中立通路６が閉ざされて作動油の流通がなくなる。この場合、パイロット圧生成機構８を通過する流量がほとんどなくなり、パイロット圧はゼロを保つことになる。ただし、操作弁１〜５の操作量によっては、第１メインポンプ２６から吐出された作動油の一部がアクチュエータに導かれ、残りが中立通路６からタンクに導かれることになる。そのため、パイロット圧生成機構８は、中立通路６の作動油の流量に応じたパイロット圧を生成する。つまり、パイロット圧生成機構８は、操作弁１〜５の操作量に応じたパイロット圧を生成する。
【００２７】
パイロット圧生成機構８にはパイロット通路９が接続される。パイロット通路９には、パイロット圧生成機構８にて生成されたパイロット圧が導かれる。パイロット通路９は、第１メインポンプ２６の吐出容量（斜板の傾転角）を制御するレギュレータ１０に接続される。
【００２８】
レギュレータ１０は、パイロット通路９のパイロット圧と比例（比例定数は負の数）して第１メインポンプ２６の斜板の傾転角を制御する。これにより、レギュレータ１０は、第１メインポンプ２６の１回転当たりの押し除け量を制御する。したがって、操作弁１〜５がフルストロークに切り換えられて中立通路６の流れがなくなり、パイロット通路９のパイロット圧がゼロになれば、第１メインポンプ２６の傾転角が最大になる。このとき、第１メインポンプ２６の１回転当たりの押し除け量が最大になる。
【００２９】
パイロット通路９には、パイロット通路９の圧力を検出する第１圧力センサ１１が設けられる。第１圧力センサ１１によって検出した圧力信号は、後述するコントローラ５０に出力される。
【００３０】
第２メインポンプ２７から吐出される作動油は、上流側から順に、右走行用の第２走行用モータ（図示省略）を制御する操作弁１２と、バケットシリンダ（図示省略）を制御する操作弁１３と、ブームシリンダ３１を制御するブーム１速用の操作弁１４と、アームシリンダ（図示省略）を制御するアーム２速用の操作弁１５と、に供給される。これらの第２走行用モータ，バケットシリンダ，ブームシリンダ３１，及びアームシリンダが、流体圧アクチュエータ（以下、単に「アクチュエータ」と称する。）に該当する。
【００３１】
各操作弁１２〜１５は、第２メインポンプ２７から各アクチュエータへ導かれる作動油の流量を制御して、各アクチュエータの動作を制御する。各操作弁１２〜１５は、油圧ショベルのオペレータが操作レバーを手動操作することに伴って供給されるパイロット圧によって操作される。
【００３２】
各操作弁１２〜１５は、中立通路１６を通じて第２メインポンプ２７に接続されている。また、操作弁１３及び操作弁１４は、中立通路１６と並列なパラレル通路１７を通じて第２メインポンプ２７に接続されている。中立通路１６における操作弁１５の下流側には、パイロット圧を生成するためのパイロット圧生成機構１８が設けられる。パイロット圧生成機構１８は、第１メインポンプ２６側のパイロット圧生成機構８と同じ機能を有するものである。
【００３３】
パイロット圧生成機構１８にはパイロット通路１９が接続される。パイロット通路１９には、パイロット圧生成機構１８にて生成されたパイロット圧が導かれる。パイロット通路１９は、第２メインポンプ２７の吐出容量（斜板の傾転角）を制御するレギュレータ２０に接続される。
【００３４】
レギュレータ２０は、パイロット通路１９のパイロット圧と比例（比例定数は負の数）して第２メインポンプ２７の斜板の傾転角を制御する。これにより、レギュレータ２０は、第２メインポンプ２７の１回転当たりの押し除け量を制御する。したがって、操作弁１２〜１５がフルストロークに切り換えられて中立通路１６の流れがなくなり、パイロット通路１９のパイロット圧がゼロになれば、第２メインポンプ２７の傾転角が最大になる。このとき、第２メインポンプ２７の１回転当たりの押し除け量が最大になる。
【００３５】
パイロット通路１９には、パイロット通路１９の圧力を検出する第２圧力センサ２１が設けられる。第２圧力センサ２１によって検出した圧力信号は、後述するコントローラ５０に出力される。
【００３６】
中立通路６，１６における第１，第２メインポンプ２６，２７の下流には、予め設定された所定のメインリリーフ圧を超えたときに作動油をリリーフする第１メインリリーフ弁６２と、第１メインリリーフ弁６２と比較してリリーフ圧が低く設定される第２メインリリーフ弁６３と、中立通路６，１６を第２メインリリーフ弁６３に接続可能な切換弁６４と、が設けられる。所定のメインリリーフ圧は、各アクチュエータの最低作動圧を充分に確保できる程度に高く設定される。
【００３７】
第１メインリリーフ弁６２は、常に中立通路６，１６と連通する。第２メインリリーフ弁６３は、切換弁６４が開状態に切り換えられた場合に中立通路６，１６と連通する。これにより、切換弁６４が開状態に切り換えられると、閉状態の場合と比較して、中立通路６，１６のリリーフ圧が低くなる。
【００３８】
中立通路１６から分岐した分配通路６０には、直進走行用切換弁としての切換弁６１が設けられる。第１走行用モータの動作を制御する操作弁５と第２走行用モータの動作を制御する操作弁１２とが同方向に進行する位置に切り換えられると、パイロット通路６５の圧力が上昇する。それと同時に、操作弁１〜４，１３〜１５の少なくとも一つがアクチュエータを動作させるように切り換えられると、パイロット通路６６の圧力が上昇する。これにより、切換弁６１は、パイロット圧によって開状態に切り換えられる。
【００３９】
切換弁６１が開状態に切り換えられると、第２メインポンプ２７から吐出された作動油が、操作弁５及び操作弁１２を介して第１走行用モータ及び第２走行用モータに同じ流量ずつ供給される。これにより、油圧ショベルでは、オペレータが直進走行させようとしたときに他のアクチュエータが作動しても、その影響を受けず、第１走行用モータと第２走行用モータとが同じ速度で回転する。よって、油圧ショベルは直進走行が可能である。
【００４０】
エンジン２８には、エンジン２８の余力を利用して発電する発電機２２が設けられる。発電機２２で発電された電力は、バッテリチャージャー２３を介してバッテリ２４に充電される。バッテリチャージャー２３は、通常の家庭用の電源２５に接続した場合にも、バッテリ２４に電力を充電できる。
【００４１】
バッテリ２４には、バッテリ２４の温度を検出する温度検出器としての温度センサ（図示省略）と、バッテリ２４の電圧を検出する電圧検出器としての電圧センサ（図示省略）と、検出した温度と電圧とからＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）を演算するＳＯＣ演算部（図示省略）と、が設けられる。温度センサ，電圧センサ，及びＳＯＣ演算部は、各々の検出値に応じた電気信号を後述するコントローラ５０に出力する。
【００４２】
なお、温度センサ，電圧センサ，及びＳＯＣ演算部を、バッテリ２４に設ける構成に代えて、例えば、温度センサと電圧センサとをバッテリ２４に外付けし、ＳＯＣ演算部をコントローラ５０内に設けてもよい。
【００４３】
次に、ブームシリンダ３１について説明する。
【００４４】
ブームシリンダ３１の動作を制御する操作弁１４は、３位置の切換弁である。操作弁１４は、油圧ショベルのオペレータが操作レバー５５を手動操作することに伴ってパイロットポンプ２９からパイロット弁５６を通じてパイロット室１４ｂ，１４ｃに供給されるパイロット圧によって操作される。ブーム２速用の操作弁３は、オペレータによる操作レバー５５の操作量が所定量より大きい場合に、操作弁１４に連動して切り換わる。
【００４５】
パイロット室１４ｂにパイロット圧が供給された場合には、操作弁１４は伸長位置（図１では右側位置）に切り換わる。操作弁１４が伸長位置に切り換わると、第２メインポンプ２７から吐出された作動油が給排通路３０を通じてブームシリンダ３１のピストン側室３１ａに供給されると共に、ロッド側室３１ｂからの戻り作動油が給排通路３３を通じてタンクに排出される。よって、ブームシリンダ３１は伸長し、ブームは上昇する。
【００４６】
一方、パイロット室１４ｃにパイロット圧が供給された場合には、操作弁１４は収縮位置（図１では左側位置）に切り換わる。操作弁１４が収縮位置に切り換わると、第２メインポンプ２７から吐出された作動油が給排通路３３を通じてブームシリンダ３１のロッド側室３１ｂに供給されると共に、ピストン側室３１ａからの戻り作動油が給排通路３０を通じてタンクに排出される。よって、ブームシリンダ３１は収縮し、ブームは下降する。
【００４７】
また、パイロット室１４ｂ，１４ｃに共にパイロット圧が供給されない場合には、操作弁１４は中立位置（図１に示す状態）に切り換わる。操作弁１４が中立位置に切り換わると、ブームシリンダ３１に対する作動油の給排が遮断され、ブームは停止した状態を保つ。
【００４８】
操作弁１４を中立位置に切り換えてブームの動きを止めた場合、バケット，アーム，及びブーム等の自重によって、ブームシリンダ３１には収縮する方向の力が作用する。このように、ブームシリンダ３１は、操作弁１４が中立位置の場合にはピストン側室３１ａによって負荷を保持するものである。よって、ピストン側室３１ａが負荷側圧力室に該当する。
【００４９】
ハイブリッド建設機械の制御システム１００は、ブームシリンダ３１からの作動油のエネルギを回収してエネルギ回生を行う回生ユニット４５を備える。以下では、その回生ユニット４５について説明する。
【００５０】
回生ユニット４５は、ブームシリンダ３１のピストン側室３１ａから排出される作動油によって回転する回生用の回生モータ４６と、回生モータ４６に連結される発電機兼用の回転電機としての電動モータ４８と、電動モータ４８が発電した電力を直流に変換するインバータ４９と、電動モータ４８によって発電された電力を貯める蓄電池としてのバッテリ２４と、を有する。
【００５１】
回生ユニット４５による回生制御は、コントローラ５０によって実行される。コントローラ５０は、回生制御を実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）と、各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、を備える。
【００５２】
回生モータ４６は、傾転角が調整可能な可変容量型モータであり、電動モータ４８と同軸回転するように連結されている。回生モータ４６は、電動モータ４８を駆動可能である。電動モータ４８が発電機として機能した場合には、電動モータ４８で発電された電力はインバータ４９を介してバッテリ２４に充電される。回生モータ４６と電動モータ４８とは、直接連結されてもよいし、減速機を介して連結されてもよい。
【００５３】
回生モータ４６の上流には、回生モータ４６への作動油の供給量が充分でなくなった場合に、タンクから後述する回生通路５２に作動油を吸い上げて回生モータ４６へ供給する吸上通路５１が接続される。吸上通路５１には、タンクから回生通路５２への作動油の流れのみを許容するチェック弁５１ａが設けられる。
【００５４】
ブームシリンダ３１のピストン側室３１ａと操作弁１４とを接続する給排通路３０には、コントローラ５０の出力信号によって開度が制御される可変絞りとしての電磁比例絞り弁３４が設けられる。電磁比例絞り弁３４はノーマル状態で全開位置を保つ。
【００５５】
電磁比例絞り弁３４は、ブームシリンダ３１のピストン側室３１ａから排出される作動油のうち回生モータ４６に導かれた流量を除いた分を、操作弁１４を介してタンクにブリードする。電磁比例絞り弁３４は、回生モータ４６に導かれる作動油が回生ユニット４５の回生能力を超えないようにブリード流量を調整する。電磁比例絞り弁３４によるブリード流量の調整については、後で詳細に説明する。
【００５６】
給排通路３０には、ピストン側室３１ａと電磁比例絞り弁３４との間から分岐する回生通路５２が接続される。回生通路５２は、ピストン側室３１ａからの戻り作動油を回生モータ４６に導くための通路である。
【００５７】
回生通路５２には、コントローラ５０から出力される信号によって切換制御される回生用切換弁としての切換弁５３が設けられる。
【００５８】
切換弁５３は、ソレノイドが非励磁のときに閉位置（図１に示す状態）に切り換えられて回生通路５２を遮断する。切換弁５３は、ソレノイドが励磁されたときに開位置に切り換えられて回生通路５２を連通させる。切換弁５３は、回生ユニット４５のフェイル時にピストン側室３１ａから回生モータ４６に導かれる作動油を遮断する。よって、回生ユニット４５のフェイル時には、回生ユニット４５に作動油が導かれないため、ハイブリッド建設機械を通常の油圧ショベルとして動作させることができる。
【００５９】
操作弁１４には、操作弁１４の操作方向とその操作量を検出するセンサ１４ａが設けられる。センサ１４ａにて検出された圧力信号はコントローラ５０に出力される。操作弁１４の操作方向とその操作量を検出することは、ブームシリンダ３１の伸縮方向とその伸縮速度を検出することと等価である。したがって、センサ１４ａは、ブームシリンダ３１の動作状態を検出する動作状態検出器として機能する。センサ１４ａは、パイロット室１４ｂ，１４ｃの圧力を検出する圧力センサであってもよい。
【００６０】
なお、センサ１４ａに代えて、ブームシリンダ３１にピストンロッドの移動方向とその移動量を検出するセンサを動作状態検出器として設けてもよい。また、操作レバー５５に操作レバー５５の操作方向とその操作量を検出するセンサを設けてもよい。
【００６１】
コントローラ５０は、センサ１４ａの検出結果に基づいて、オペレータがブームシリンダ３１を伸長させようとしているのか、又は収縮させようとしているのかを判定する。コントローラ５０は、ブームシリンダ３１の伸長動作を判定すると、電磁比例絞り弁３４をノーマル状態である全開位置に保つと共に、切換弁５３を閉位置に保つ。
【００６２】
一方、コントローラ５０は、ブームシリンダ３１の収縮動作を判定すると、操作弁１４の操作量に応じてオペレータが求めているブームシリンダ３１の収縮速度を演算して、電磁比例絞り弁３４の開度を絞ると共に、切換弁５３を開位置に切り換える。これにより、ブームシリンダ３１からの戻り作動油の一部又は全部が回生モータ４６に導かれ、ブーム回生が行われる。
【００６３】
次に、第１，第２メインポンプ２６，２７の出力をアシストするアシストポンプ４７について説明する。
【００６４】
アシストポンプ４７は、傾転角が調整可能な可変容量型ポンプであり、回生モータ４６と同軸回転するように連結されている。アシストポンプ４７は、回生ユニット４５の回生駆動力と電動モータ４８の駆動力とによって回転する。電動モータ４８の回転数は、インバータ４９を通じてコントローラ５０によって制御される。アシストポンプ４７及び回生モータ４６の斜板の傾転角は、レギュレータ３５，３６を介してコントローラ５０によって制御される。
【００６５】
アシストポンプ４７には、アシスト通路としての吐出通路３７が接続される。アシストポンプ４７は、吐出通路３７を介して作動油を中立通路６，１６に供給可能である。吐出通路３７は、第１メインポンプ２６の吐出側に合流する第１アシスト通路３８と、第２メインポンプ２７の吐出側に合流する第２アシスト通路３９と、に分岐して形成される。
【００６６】
第１，第２アシスト通路３８，３９のそれぞれには、コントローラ５０からの出力信号によって開度が制御される第１，第２電磁比例絞り弁４０，４１が設けられる。また、第１，第２アシスト通路３８，３９のそれぞれには、第１，第２電磁比例絞り弁４０，４１の下流に、アシストポンプ４７から第１，第２メインポンプ２６，２７への作動油の流れのみを許容するチェック弁４２，４３が設けられる。
【００６７】
電動モータ４８の駆動力でアシストポンプ４７が回転すると、アシストポンプ４７は、第１，第２メインポンプ２６，２７をアシストする。コントローラ５０は、第１，第２圧力センサ１１，２１からの圧力信号に応じて、第１，第２電磁比例絞り弁４０，４１の開度を制御し、アシストポンプ４７から吐出された作動油を按分して第１，第２メインポンプ２６，２７の吐出側に供給する。
【００６８】
回生通路５２を通じて回生モータ４６に作動油が供給されると、回生モータ４６の回転力は同軸回転する電動モータ４８に対するアシスト力として作用する。したがって、回生モータ４６の回転力の分だけ、電動モータ４８の消費電力を少なくすることができる。
【００６９】
回生モータ４６が電動モータ４８を駆動して発電する場合には、アシストポンプ４７は傾転角がゼロに設定されほぼ無負荷状態となる。
【００７０】
次に、主に図２及び図３を参照して、ハイブリッド建設機械の制御システム１００における回生制御について説明する。
【００７１】
図２に示すマップでは、横軸がバッテリ２４の温度Ｔ［℃］であり、縦軸がバッテリ温度係数ｆtempである。バッテリ温度係数ｆtempは、最大値が１に設定される係数である。
【００７２】
バッテリ２４は、適正な温度の範囲よりも低い場合及び高い場合には、チャージ性能が低下する。ここでは、Ｔ2［℃］以上でありＴ3［℃］以下である範囲が、適正な温度の範囲である。そのため、バッテリ２４の温度ＴがＴ2［℃］よりも低い場合には、バッテリ温度係数ｆtempは、Ｔ1［℃］に向けて温度が低くなるほど小さくなるように設定される。そして、バッテリ温度係数ｆtempは、バッテリ２４の温度ＴがＴ1［℃］になるとゼロになる。
【００７３】
同様に、バッテリ２４の温度ＴがＴ3［℃］よりも高い場合には、バッテリ温度係数ｆtempは、Ｔ4［℃］に向けて温度が高くなるほど小さくなるように設定される。そして、バッテリ温度係数ｆtempは、バッテリ２４の温度ＴがＴ4［℃］になるとゼロになる。
【００７４】
一方、図３に示すマップでは、横軸がバッテリ２４のＳＯＣ［％］であり、縦軸がチャージ係数ｆcである。チャージ係数ｆcは、最大値が１に設定される係数である。
【００７５】
バッテリ２４は、ＳＯＣが所定の範囲よりも高い場合には、過充電を防止するためにチャージ量を低下させる必要がある。ここでは、バッテリ２４に充電可能なＳＯＣの最大値はＳＯＣ2［％］である。そのため、バッテリ２４のＳＯＣが、ＳＯＣ2［％］よりも低く設定されるＳＯＣ1［％］よりも高い場合には、チャージ係数ｆcは、ＳＯＣ2［％］に向けてＳＯＣが高くなるほど小さくなるように設定される。そして、チャージ係数ｆcは、バッテリ２４のＳＯＣがＳＯＣ2［％］になるとゼロになる。
【００７６】
コントローラ５０は、センサ１４ａの検出結果に基づいて、ブームシリンダ３１が収縮動作中であると判定すれば、切換弁５３を開位置に切り換える。これにより、ブームシリンダ３１が収縮する際に、ピストン側室３１ａから戻り作動油が回生モータ４６に導かれ、ブーム回生の回生制御が開始される。
【００７７】
まず、バッテリ２４の温度に応じた電気信号と、バッテリ２４のＳＯＣに応じた電気信号とが、バッテリ２４からコントローラ５０に入力される。コントローラ５０は、図２のマップから、バッテリ２４の温度に対応するバッテリ温度係数ｆtempを求め、図３のマップから、バッテリ２４のＳＯＣに対応するチャージ係数ｆcを求める。
【００７８】
ここで、ブームが下降してブームシリンダ３１が収縮する際にピストン側室３１ａから排出される作動油は、流量ＱのうちＱcが回生モータ４６に流す流量として指令され、残りのＱbとなる流量（Ｑ−Ｑc）が電磁比例絞り弁３４及び操作弁１４を通じてタンクにブリードされる。
【００７９】
このとき、コントローラ５０は、バッテリ２４の状態に基づいて回生モータ４６に導くことのできる作動油の流量Ｑc×バッテリ温度係数ｆtemp×チャージ係数ｆcを演算指令する。また、コントローラ５０は、流量Ｑb＋流量Ｑc×（１−バッテリ温度係数ｆtemp×チャージ係数ｆc）の作動油をブリードするように電磁比例絞り弁３４の開度を調整する。
【００８０】
このように、回生ユニット４５の回生量は、バッテリ２４の温度が予め規定された範囲よりも高い場合及び低い場合に低くなるように設定され、かつ、バッテリ２４のＳＯＣが予め規定された容量よりも高い場合に低くなるように設定される。また、コントローラ５０は、バッテリ２４の温度が予め規定された範囲よりも高い場合及び低い場合にブリード流量が流量Ｑc×（１−バッテリ温度係数ｆtemp×チャージ係数ｆc）分だけ多くなるように、かつ、バッテリ２４のＳＯＣが予め規定された容量よりも高い場合にも流量Ｑc×（１−バッテリ温度係数ｆtemp×チャージ係数ｆc）分だけ多くなるように電磁比例絞り弁３４の開度を調整する。
【００８１】
よって、バッテリ２４の温度が予め規定された範囲よりも高い場合及び低い場合には、バッテリ２４の温度が予め規定された範囲内にある場合よりも電磁比例絞り弁３４の開度が大きくなり、ブリード流量が多くなる。また、バッテリ２４のＳＯＣが予め規定された容量よりも高い場合にも同様に、バッテリ２４のＳＯＣが予め規定された容量の範囲内にある場合よりも電磁比例絞り弁３４の開度が大きくなり、ブリード流量が多くなる。そのため、電磁比例絞り弁３４の開度を調整することで、ブームが下降してブームシリンダ３１が収縮する際に、ピストン側室３１ａから排出されて回生モータ４６に導かれる作動油の流量が回生ユニット４５の回生能力を超えないように調整することができる。
【００８２】
回生流量が回生ユニット４５の回生能力を超えないように調整することで、回生ユニット４５に作動油が過剰に導かれてバッテリ２４が過剰にチャージされることが防止される。したがって、回生流量を制御して変動させた場合にも、電磁比例絞り弁３４の開度を制御してブリード流量を調整することによって、ブームシリンダ３１の作動速度の変動を抑制可能である。これにより、ブームの下降速度がバッテリ２４の温度やＳＯＣの状態によって変動することがないため、操作時の違和感をなくすことが可能である。
【００８３】
また、従来は、回生流量を制御して変動させた場合のブームの下降速度の低下を防止するために、電磁比例絞り弁３４の開度を大きくしてブリード流量を多めに設定していた。これに対して、本実施形態では、回生ユニット４５の回生能力に応じて電磁比例絞り弁３４の開度を調整するため、ブームの下降速度の低下を防止するために予め電磁比例絞り弁３４の開度を大きくしてブリード流量を多めに設定しておく必要がない。したがって、省エネ性能を向上させることが可能である。
【００８４】
以上の第１の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００８５】
ブームが下降してブームシリンダ３１が収縮する際に、ピストン側室３１ａから排出される作動油のうち回生モータ４６に導かれた流量を除いた分が、電磁比例絞り弁３４を通じてブリードされる。よって、電磁比例絞り弁３４の開度を調整することで、ピストン側室３１ａから排出されて回生モータ４６に導かれる作動油の流量が回生ユニット４５の回生能力を超えないように調整することができる。したがって、回生ユニット４５に作動油が過剰に導かれることが防止されるため、回生流量を制御して変動させた場合にもブームシリンダ３１の作動速度の変動を抑制可能である。
【００８６】
（第２の実施形態）
以下、図４を参照して、本発明の第２の実施形態に係るハイブリッド建設機械の制御システム２００について説明する。以下では、上記の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
ハイブリッド建設機械の制御システム２００は、電磁比例絞り弁３４と切換弁５３とが単一の弁として設けられる点で、第１の実施形態とは相違する。
【００８８】
ハイブリッド建設機械の制御システム２００は、ブームシリンダ３１が収縮する際に、ピストン側室３１ａから回生モータ４６へ導かれる作動油の流量と、ブリードされるブリード流量とを制御する回生制御弁としてのブーム回生弁７０を備える。
【００８９】
ブーム回生弁７０は、第１の実施形態における電磁比例絞り弁３４と切換弁５３との機能を有し、コントローラ５０からの単一の制御信号によって切り換えられる。ブーム回生弁７０は、ソレノイド７０ａが非励磁のときには、戻しばね７０ｂの付勢力によって、ピストン側室３１ａから排出される作動油の全部がブリードされるように切り換えられる（図４に示す状態）。この状態は、第１の実施形態において、切換弁５３が閉位置に切り換えられると共に、電磁比例絞り弁３４の開度が最大に調整された状態に相当する。
【００９０】
一方、ブーム回生弁７０は、ソレノイド７０ａが励磁されると、ピストン側室３１ａから排出される作動油の一部を回生モータ４６に導き、その分だけブリード流量を絞るように切り換えられる。この状態は、第１の実施形態において、切換弁５３が開位置に切り換えられると共に、電磁比例絞り弁３４の開度が小さく調整された状態に相当する。
【００９１】
ブーム回生弁７０は、励磁電流が大きくなるほどブリード流量が小さくなるように調整する。このとき、ブリード流量は、励磁電流に対して比例的に変化する（比例定数は負の数）。
【００９２】
コントローラ５０は、第１の実施形態と同様に、バッテリ２４の温度が予め規定された範囲よりも高い場合及び低い場合にブリード流量が多くなるように、かつ、バッテリ２４のＳＯＣが予め規定された容量よりも高い場合にブリード流量が多くなるようにブーム回生弁７０のソレノイド７０ａの励磁電流を調整する。回生制御の具体的な内容は第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９３】
以上の第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、ブームが下降してブームシリンダ３１が収縮する際に、ピストン側室３１ａから排出される作動油のうち回生モータ４６に導かれた流量を除いた分が、ブーム回生弁７０を通じてブリードされる。よって、ブーム回生弁７０の開度を調整することで、ピストン側室３１ａから排出されて回生モータ４６に導かれる作動油の流量が回生ユニット４５の回生能力を超えないように調整することができる。したがって、回生ユニット４５に作動油が過剰に導かれることが防止されるため、回生流量を制御して変動させた場合にも、ブーム回生弁７０の開度を調整することでブームシリンダ３１の作動速度の変動を抑制可能である。
【００９４】
また、ブーム回生弁７０は、電磁比例絞り弁３４と切換弁５３との機能を有し、コントローラ５０からの単一の制御信号によって切り換えられる。そのため、電磁比例絞り弁３４と切換弁５３とを別々の制御信号によって切り換える場合と比較して、容易に回生制御を実行することが可能である。
【００９５】
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【００９６】
ハイブリッド建設機械の制御システム１００，２００は、ブームシリンダ３１に作動油を供給する第１，第２メインポンプ２６，２７と、ブームシリンダ３１のピストン側室３１ａから排出される作動油によって回転する回生用の回生モータ４６、回生モータ４６に連結される電動モータ４８、及び電動モータ４８によって発電された電力を貯めるバッテリ２４を有する回生ユニット４５と、ピストン側室３１ａから排出される作動油のうち回生モータ４６に導かれた流量を除いた分をブリードする電磁比例絞り弁３４（ブーム回生弁７０）と、を備えることを特徴とする。
【００９７】
この構成では、ブームシリンダ３１のピストン側室３１ａから排出される作動油のうち回生モータ４６に導かれた流量を除いた分が、電磁比例絞り弁３４（ブーム回生弁７０）を通じてブリードされる。よって、電磁比例絞り弁３４（ブーム回生弁７０）の開度を調整することで、ピストン側室３１ａから排出された流量のうち回生モータ４６に導かれる作動油の流量を除いたブリード流量を調整することができる。したがって、回生流量を制御して変動させた場合にもブームシリンダ３１の作動速度の変動を抑制可能である。
【００９８】
また、電磁比例絞り弁３４（ブーム回生弁７０）は、回生モータ４６に導かれる作動油が回生ユニット４５の回生量を超えないようにブリード流量を調整することを特徴とする。
【００９９】
また、回生ユニット４５の回生量は、バッテリ２４の温度が予め規定された範囲よりも高い場合及び低い場合に低くなるように設定されることを特徴とする。
【０１００】
また、回生ユニット４５の回生量は、バッテリ２４のＳＯＣが予め規定された容量よりも高い場合に低くなるように設定されることを特徴とする。
【０１０１】
これらの構成では、回生ユニット４５の回生量は、バッテリ２４の温度とＳＯＣの容量との少なくともいずれか一方に基づいて設定される。そして、電磁比例絞り弁３４（ブーム回生弁７０）は、回生ユニット４５の回生量を超えないようにブリード流量を調整する。そのため、回生ユニット４５に作動油が過剰に導かれることが防止される。よって、ブームの下降速度がバッテリ２４の温度やＳＯＣの状態によって変動することがないため、操作時の違和感をなくすことが可能である。
【０１０２】
また、ハイブリッド建設機械の制御システム１００は、回生ユニット４５のフェイル時にピストン側室３１ａから回生モータ４６に導かれる作動油を遮断する切換弁５３を更に備えることを特徴とする。
【０１０３】
この構成では、回生ユニット４５のフェイル時には、回生ユニット４５に作動油が導かれないため、ハイブリッド建設機械を通常の油圧ショベルとして動作させることができる。
【０１０４】
また、ハイブリッド建設機械の制御システム２００は、油圧ショベルの回生制御を実行するコントローラ５０を更に備え、電磁比例絞り弁と切換弁と（ブーム回生弁７０）は、コントローラ５０からの単一の制御信号によって切り換えられることを特徴とする。
【０１０５】
この構成では、コントローラ５０からの単一の制御信号によってブーム回生弁７０を切り換えることで、電磁比例絞り弁３４と切換弁５３とを別々の制御信号によって切り換える場合と比較して、容易に回生制御を実行することが可能である。
【０１０６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１０７】
例えば、上記実施形態では、図２及び図３に示すマップを用いて各種係数を求めているが、これに限らず、関数を用いて各種係数を求めてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１００，２００・・・ハイブリッド建設機械の制御システム，２４・・・バッテリ（蓄電池），２６・・・第１メインポンプ（流体圧ポンプ），２７・・・第２メインポンプ（流体圧ポンプ），３１・・・ブームシリンダ（アクチュエータ），３１ａ・・・ピストン側室（負荷側圧力室），３１ｂ・・・ロッド側室，３４・・・電磁比例絞り弁（可変絞り），４５・・・回生ユニット，４６・・・回生モータ，４７・・・アシストポンプ，４８・・・電動モータ（回転電機），５０・・・コントローラ，５３・・・切換弁（回生用切換弁），７０・・・ブーム回生弁（回生制御弁），７０ａ・・・ソレノイド，７０ｂ・・・戻しばね
【図１】
2016109204.tif 000003
【図２】
2016109204.tif 000004
【図３】
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【図４】
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