(57)【要約】【課題】エンジンの低回転時における振動を抑制すると共に、発電電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量を適正に制御する。【解決手段】ハイブリッド油圧ショベル１は、エンジン１１、発電電動機１７、蓄電装置２１を制御するＨＣＵ２３（ハイブリッドコントロールユニット）を備えている。ＨＣＵ２３は、エンジン１１と発電電動機１７との回転速度を低下させるローアイドル制御器２５と、蓄電装置２１の充電量を制御する充電量制御器２８とを備えている。ＨＣＵ２３は、ローアイドル制御器２５がエンジン１１等の回転速度を低下させたときに、蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させる。【選択図】図５
2016108762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、
該車体に設けられたエンジンと、
該エンジンに機械的に接続された発電電動機と、
該発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、
前記エンジンに機械的に接続され圧油を発生する油圧ポンプと、
前記エンジン、前記発電電動機、前記蓄電装置を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、
前記コントローラは、前記エンジンと前記発電電動機との回転速度を低下させるローアイドル制御器と、前記蓄電装置の充電量を制御する充電量制御器とを備え、
前記コントローラは、前記ローアイドル制御器が前記回転速度を低下させたときに、前記蓄電装置の充放電電流のうち前記エンジンの爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させることを特徴とするハイブリッド建設機械。
【請求項２】
車体と、
該車体に設けられたエンジンと、
該エンジンに機械的に接続された発電電動機と、
該発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、
前記エンジンに機械的に接続され圧油を発生する油圧ポンプと、
前記エンジン、前記発電電動機、前記蓄電装置を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、
前記コントローラは、前記エンジンと前記発電電動機との回転速度を低下させるローアイドル制御器と、該ローアイドル制御器から出力される目標回転速度となるように前記発電電動機の回転速度をフィードバック制御する速度制御器と、前記蓄電装置の充電量を制御する充電量制御器とを備え、
前記速度制御器は、前記ローアイドル制御器が前記回転速度を低下させたときに、前記フィードバック制御のゲインを上昇させることを特徴とするハイブリッド建設機械。
【請求項３】
車体と、
該車体に設けられたエンジンと、
該エンジンに機械的に接続された発電電動機と、
該発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、
前記エンジンに機械的に接続され圧油を発生する油圧ポンプと、
前記エンジン、前記発電電動機、前記蓄電装置を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、
前記コントローラは、前記蓄電装置の充電量を制御する充電量制御器を備え、
前記コントローラは、前記エンジンと前記発電電動機との回転速度を低下させたときに、前記蓄電装置の充放電電流のうち前記エンジンの爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させることを特徴とするハイブリッド建設機械。
【請求項４】
車体と、
該車体に設けられたエンジンと、
該エンジンに機械的に接続された発電電動機と、
該発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、
前記エンジンに機械的に接続され圧油を発生する油圧ポンプと、
前記エンジン、前記発電電動機、前記蓄電装置を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、
前記コントローラは、前記発電電動機が目標回転速度となるように前記発電電動機の回転速度をフィードバック制御する速度制御器と、前記蓄電装置の充電量を制御する充電量制御器とを備え、
前記速度制御器は、前記回転速度を低下させたときに、フィードバック制御のゲインを上昇させることを特徴とするハイブリッド建設機械。
【請求項５】
前記速度制御器は、前記ゲインを上昇させる高ゲインモードと、前記ゲインを上昇させない低ゲインモードとを有し、
前記コントローラは、前記高ゲインモードと前記低ゲインモードとのうちいずれか一方のモードを選択可能なモード選択器をさらに備える構成としてなる請求項２または４に記載のハイブリッド建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと発電電動機が搭載されたハイブリッド建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンと油圧ポンプに機械的に結合された発電電動機と、リチウムイオンバッテリやキャパシタ等の蓄電装置を備えたハイブリッド建設機械が知られている（特許文献１参照）。このようなハイブリッド建設機械では、エンジンと発電電動機の双方を動力源とすることにより、エンジンからの排気ガスによって作業環境が低下するのを防止し、かつエンジンの低燃費化を図っている。この場合、発電電動機は、エンジンの駆動力によって発電した電力を蓄電装置に充電する、または蓄電装置の電力を用いて力行することによってエンジンをアシストする、という役割を担う。
【０００３】
特許文献１には、トルク指令に基づき制御されたエンジンと、速度指令に基づき発電電動機の速度を制御する速度制御器と、トルク目標に基づき時間変化率を制限されたトルク指令を求めるトルク制限器とを備えたハイブリッド建設機械が開示されている。特許文献１に記載されたハイブリッド建設機械では、発電電動機によりエンジンの出力変動を抑制し、エンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ）または窒素酸化物（ＮＯx）を低減することができる。
【０００４】
また、特許文献２には、エンジンのアイドリングを停止するアイドルストップ機能を備えた車両において、アイドルストップ時に生じる車両振動を抑制する制御装置が開示されている。特許文献２に記載された車両の制御装置では、アイドルストップ指令が出力された後、発電電動機の回転速度が所定回転速度以下となった場合に、エンジンと接続された発電電動機の回転速度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−５０００６号公報
【特許文献２】特開２００４−１００５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、建設機械では、低燃費化を図るために、アイドリング状態のエンジン回転数を低下させることがある。このような低回転のアイドリング状態では、エンジンの燃焼に伴うトルク変動の周波数が低下するので、エンジンの振動周波数が車体の共振周波数に近付いて、車体の振動が大きくなる傾向がある。
【０００７】
これに対し、特許文献１に記載されたハイブリッド建設機械では、発電電動機によって定常的なエンジンの出力変動は抑制できるものの、エンジンの燃焼に伴うトルク変動については考慮されていない。このため、特許文献１に記載されたハイブリッド建設機械では、エンジン回転数が全体として上昇または低下するのを発電電動機によって抑制することはできるが、アイドリング状態のようにエンジン回転数が一定な状態では、エンジンの振動抑制効果が小さく、車体の振動を十分に低減できないという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載された車両の制御装置では、アイドルストップ時に大きな制御ゲインで発電電動機を制御することによって、エンジンが停止する直前の極低回転領域での振動を抑制している。しかしながら、特許文献２に記載された車両の制御装置は、エンジンが停止する直前の短時間での振動抑制を目的としたものであり、例えば低回転のアイドリング状態のように、継続的なエンジン駆動に伴う振動は抑制することができない。
【０００９】
これに加えて、特許文献２に記載された車両の制御装置では、エンジンが停止する直前の短時間での振動抑制を目的としたものであるから、発電電動機を駆動する蓄電装置の充電量の制御については考慮されていない。このため、例えば低回転のアイドリング状態が長時間継続する場合には、発電電動機によるエンジンの振動抑制に伴って、蓄電装置の蓄電量が所定の適正範囲から外れる虞れがある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、エンジンの低回転時における振動を抑制すると共に、発電電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量を適正に制御できるハイブリッド建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、車体と、該車体に設けられたエンジンと、該エンジンに機械的に接続された発電電動機と、該発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、前記エンジンに機械的に接続され圧油を発生する油圧ポンプと、前記エンジン、前記発電電動機、前記蓄電装置を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、前記コントローラは、前記エンジンと前記発電電動機との回転速度を低下させるローアイドル制御器と、前記蓄電装置の充電量を制御する充電量制御器とを備え、前記コントローラは、前記ローアイドル制御器が前記回転速度を低下させたときに、前記蓄電装置の充放電電流のうち前記エンジンの爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明では、車体と、該車体に設けられたエンジンと、該エンジンに機械的に接続された発電電動機と、該発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、前記エンジンに機械的に接続され圧油を発生する油圧ポンプと、前記エンジン、前記発電電動機、前記蓄電装置を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、前記コントローラは、前記エンジンと前記発電電動機との回転速度を低下させるローアイドル制御器と、該ローアイドル制御器から出力される目標回転速度となるように前記発電電動機の回転速度をフィードバック制御する速度制御器と、前記蓄電装置の充電量を制御する充電量制御器とを備え、前記速度制御器は、前記ローアイドル制御器が前記回転速度を低下させたときに、前記フィードバック制御のゲインを上昇させることを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明では、車体と、該車体に設けられたエンジンと、該エンジンに機械的に接続された発電電動機と、該発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、前記エンジンに機械的に接続され圧油を発生する油圧ポンプと、前記エンジン、前記発電電動機、前記蓄電装置を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、前記コントローラは、前記蓄電装置の充電量を制御する充電量制御器を備え、前記コントローラは、前記エンジンと前記発電電動機との回転速度を低下させたときに、前記蓄電装置の充放電電流のうち前記エンジンの爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させることを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明では、車体と、該車体に設けられたエンジンと、該エンジンに機械的に接続された発電電動機と、該発電電動機に電気的に接続された蓄電装置と、前記エンジンに機械的に接続され圧油を発生する油圧ポンプと、前記エンジン、前記発電電動機、前記蓄電装置を制御するコントローラとを備えたハイブリッド建設機械において、前記コントローラは、前記発電電動機が目標回転速度となるように前記発電電動機の回転速度をフィードバック制御する速度制御器と、前記蓄電装置の充電量を制御する充電量制御器とを備え、前記速度制御器は、前記回転速度を低下させたときに、フィードバック制御のゲインを上昇させることを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明では、前記速度制御器は、前記ゲインを上昇させる高ゲインモードと、前記ゲインを上昇させない低ゲインモードとを有し、前記コントローラは、前記高ゲインモードと前記低ゲインモードとのうちいずれか一方のモードを選択可能なモード選択器をさらに備える構成としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、コントローラは、ローアイドル制御器がエンジン等の回転速度を低下させたときには、蓄電装置の充放電電流のうちエンジンの爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させる。これにより、エンジンの振動周波数がエンジンを保持する構造（例えば車体）の共振周波数に近付くときでも、エンジンの燃焼に伴うトルク変動の周波数成分を発電電動機のトルクによって相殺することができるので、車体が振動するのを抑制することができる。
【００１７】
また、アイドリング状態のエンジンの回転速度として低い回転速度を選択することが可能となり、アイドリング状態での燃料消費を低減することができる。さらに、充電量制御器により、発電電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量を適正に制御することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、速度制御器は、ローアイドル制御器がエンジン等の回転速度を低下させたときには、フィードバック制御のゲインを上昇させる。これにより、エンジンの振動周波数がエンジンを保持する構造の共振周波数に近付くときでも、エンジンの燃焼に伴うトルク変動の周波数成分を発電電動機のトルクによって相殺することができるので、車体が振動するのを抑制することができる。
【００１９】
また、アイドリング状態のエンジンの回転速度として低い回転速度を選択することが可能となり、アイドリング状態での燃料消費を低減することができる。さらに、充電量制御器により、発電電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量を適正に制御することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、コントローラは、エンジンと発電電動機との回転速度を低下させたときに、蓄電装置の充放電電流のうちエンジンの爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させる。これにより、エンジンの振動周波数がエンジンを保持する構造（例えば車体）の共振周波数に近付くときでも、エンジンの燃焼に伴うトルク変動の周波数成分を発電電動機のトルクによって相殺することができるので、車体が振動するのを抑制することができる。
【００２１】
また、アイドリング状態のエンジンの回転速度として低い回転速度を選択することが可能となり、アイドリング状態での燃料消費を低減することができる。さらに、充電量制御器により、発電電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量を適正に制御することができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、速度制御器は、エンジンと発電電動機との回転速度を低下させたときに、フィードバック制御のゲインを上昇させる。これにより、エンジンの振動周波数がエンジンを保持する構造の共振周波数に近付くときでも、エンジンの燃焼に伴うトルク変動の周波数成分を発電電動機のトルクによって相殺することができるので、車体が振動するのを抑制することができる。
【００２３】
また、アイドリング状態のエンジンの回転速度として低い回転速度を選択することが可能となり、アイドリング状態での燃料消費を低減することができる。さらに、充電量制御器により、発電電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量を適正に制御することができる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、蓄電装置の充放電電流が大きい高ゲインモードと、蓄電装置の充放電電流が小さい低ゲインモードとを選択可能にしている。このため、高ゲインモードを選択することによって、アイドリング状態のようにエンジンの低回転時には、蓄電装置の充放電電流を大きくして、発電電動機によってエンジンの燃焼に伴うトルク変動を相殺するためのトルクを発生させることができ、車体の振動を抑制することができる。一方、低ゲインモードを選択することによって、蓄電装置の充放電電流を小さくすることができ、蓄電装置の寿命を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態によるハイブリッド油圧ショベルを示す正面図である。
【図２】図１中のハイブリッド油圧ショベルに適用する油圧システムと電動システムを示すブロック図である。
【図３】図２中のハイブリッドコントロールユニットを示すブロック図である。
【図４】ローアイドル制御器、ゲイン切替器の制御処理を示す流れ図である。
【図５】操作装置操作状態、アイドルフラグ状態、回転速度指令、制御ゲイン、回転速度、発電電動機のトルク、蓄電装置の放電電流の時間変化の一例を示す特性線図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるハイブリッドコントロールユニットを示すブロック図である。
【図７】ローアイドル制御器、ゲイン切替器の制御処理を示す流れ図である。
【図８】操作装置操作状態、回転速度指令、制御ゲイン、回転速度、発電電動機のトルク、蓄電装置の放電電流の時間変化の一例を示す特性線図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態によるハイブリッドコントロールユニットを示す図３と同様のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態によるハイブリッド建設機械としてハイブリッド油圧ショベルを例に挙げて、添付図面に従って説明する。
【００２７】
図１ないし図５は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、１は後述のエンジン１１と発電電動機１７とを備えたハイブリッド油圧ショベル（以下、油圧ショベル１という）を示している。この油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に設けられた旋回装置３と、下部走行体２上に旋回装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、上部旋回体４の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置１０とにより構成されている。このとき、下部走行体２と上部旋回体４とは、油圧ショベル１の車体を構成している。
【００２８】
上部旋回体４は、旋回フレーム５上に設けられ後述のエンジン１１等が収容された建屋カバー６と、オペレータが搭乗するキャブ７とを備える。キャブ７内には、オペレータが着座する運転席（図示せず）が設けられると共に、運転席の周囲には、下部走行体２の走行操作をするための操作レバー、操作ペダル等からなる走行操作装置と、上部旋回体４の旋回操作や作業装置１０の俯仰動操作をするための操作レバー等からなる作業操作装置（いずれも図示せず）とが設けられている。
【００２９】
ここで、各操作装置には、走行操作、旋回操作、俯仰動操作の操作量（レバー操作量ＯＡl，ＯＡr，ＯＡd）を検出する操作量センサ８Ａ〜８Ｃ（図２参照）がそれぞれ設けられている。これらの操作量センサ８Ａ〜８Ｃは、例えば下部走行体２の走行操作、上部旋回体４の旋回操作、作業装置１０の俯仰動操作（掘削操作）等のような車体の操作状態を検出する車体操作状態検出装置を構成している。
【００３０】
また、キャブ７内には、エンジン制御ダイヤル９が設けられている。このエンジン制御ダイヤル９は、回転可能なダイヤルによって構成され、ダイヤルの回転位置に応じて後述のエンジン１１の設定回転速度Ｎsetを設定することができる。この場合、エンジン１１の設定回転速度Ｎsetを小さくすると、燃費を低減させることができる。エンジン制御ダイヤル９は、オペレータによって回転操作され、設定回転速度Ｎsetに応じた指令信号を後述のＨＣＵ２３のローアイドル制御器２５に出力する。
【００３１】
図１に示すように、作業装置１０は、例えばブーム１０Ａ、アーム１０Ｂ、バケット１０Ｃと、これらを駆動するブームシリンダ１０Ｄ、アームシリンダ１０Ｅ、バケットシリンダ１０Ｆとによって構成されている。ブーム１０Ａ、アーム１０Ｂ、バケット１０Ｃは、互いにピン結合される。作業装置１０は、旋回フレーム５に取付けられ、シリンダ１０Ｄ〜１０Ｆが伸長または縮小することによって、俯仰動する。
【００３２】
ここで、油圧ショベル１は、発電電動機１７等を制御する電動システムと、作業装置１０等の動作を制御する油圧システムとを搭載している。以下、油圧ショベル１のシステム構成について図２を参照して説明する。
【００３３】
１１は旋回フレーム５に搭載されたエンジンを示し、このエンジン１１は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。図２に示すように、エンジン１１の出力側には、後述の油圧ポンプ１３と発電電動機１７とが機械的に直列接続して取付けられている。これら油圧ポンプ１３と発電電動機１７とは、エンジン１１と一緒に駆動する。
【００３４】
ここで、エンジン１１の作動は、コントローラの一部としてのエンジンコントロールユニット１２（以下、ＥＣＵ１２という）によって制御されている。ＥＣＵ１２は、後述の減算器２９と、第１の速度制御器３０とを備えている。また、エンジン１１には、エンジン１１の実回転速度Ｎ１を検出するセンサ（図示せず）が設けられ、エンジン１１の実回転速度Ｎ１は、減算器２９に入力される。そして、ＥＣＵ１２は、第１の速度制御器３０により演算された第１のトルク指令Ｔ１に基づいて、エンジン１１の出力トルク、回転速度（エンジン回転数）等を制御する。
【００３５】
１３はエンジン１１によって駆動される油圧ポンプを示している。この油圧ポンプ１３は、タンク（図示せず）内に貯溜された作動油を加圧し、走行油圧モータ１５、旋回油圧モータ１６、作業装置１０のシリンダ１０Ｄ〜１０Ｆ等に圧油として吐出する。
【００３６】
油圧ポンプ１３は、コントロールバルブ１４を介して油圧アクチュエータとしての走行油圧モータ１５、旋回油圧モータ１６、シリンダ１０Ｄ〜１０Ｆに接続されている。コントロールバルブ１４は、走行操作装置に対する操作に応じて、油圧ポンプ１３から吐出された圧油を走行油圧モータ１５に供給または排出することにより、下部走行体２を走行駆動させる。また、コントロールバルブ１４は、作業操作装置に対する操作に応じて、油圧ポンプ１３から吐出された圧油を旋回油圧モータ１６やシリンダ１０Ｄ〜１０Ｆに供給または排出することにより、上部旋回体４を旋回動作させたり、作業装置１０を俯仰動させたりする。
【００３７】
１７はエンジン１１によって駆動される発電電動機（モータジェネレータ）を示している。この発電電動機１７は、例えば同期電動機等によって構成される。発電電動機１７は、エンジン１１を動力源に発電機として働き後述の蓄電装置２１への電力供給を行う発電（回生）と、蓄電装置２１からの電力を動力源にモータとして働きエンジン１１および油圧ポンプ１３の駆動をアシストする力行との２通りの役割を果たす。従って、エンジン１１のトルクには、状況に応じて発電電動機１７のアシストトルクが追加され、これらのトルクによって油圧ポンプ１３は駆動する。この油圧ポンプ１３から吐出される圧油によって、作業装置１０の動作や車両の走行等が行われる。
【００３８】
また、発電電動機１７には、発電電動機１７の実回転速度Ｎ１を検出するセンサ（図示せず）が設けられ、発電電動機１７の実回転速度Ｎ１は、後述の減算器３１に入力される。なお、エンジン１１と発電電動機１７とは、機械的に直列接続して取付けられているので、エンジン１１と発電電動機１７とは同一の実回転速度Ｎ１となる。このため、減算器３１には、発電電動機１７の実回転速度Ｎ１に代えて、エンジン１１の実回転速度Ｎ１を入力してもよい。同様に、減算器２９には、エンジン１１の実回転速度Ｎ１に代えて、発電電動機１７の実回転速度Ｎ１を入力してもよい。
【００３９】
図２に示すように、発電電動機１７は、インバータ１８を介して一対の直流母線１９Ａ，１９Ｂに接続されている。直流母線１９Ａ，１９Ｂは、正極側と負極側とで対をなし、例えば数百Ｖ程度の直流電圧が印加されている。インバータ１８は、例えばトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数のスイッチング素子を用いて構成され、コントローラの一部としてのパワーコントロールユニット２０（以下、ＰＣＵ２０という）によって各スイッチング素子のオン／オフが制御される。ＰＣＵ２０は、後述の減算器３１、第２の速度制御器３２、ＨＰＦ３３、減算器３４を備えている。
【００４０】
発電電動機１７の発電時には、インバータ１８は、発電電動機１７からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２１に供給する。発電電動機１７の力行時には、インバータ１８は、直流母線１９Ａ，１９Ｂの直流電力を交流電力に変換して発電電動機１７に供給する。そして、ＰＣＵ２０は、第５のトルク指令Ｔ５等に基づいて、インバータ１８の各スイッチング素子のオン／オフを制御する。これにより、ＰＣＵ２０は、発電電動機１７の発電時の発電電力や力行時の駆動電力を制御する。
【００４１】
２１は発電電動機１７に電気的に接続された蓄電装置を示している。この蓄電装置２１は、例えばリチウムイオンバッテリからなる複数個のセル（図示せず）によって構成され、直流母線１９Ａ，１９Ｂに接続されている。蓄電装置２１は、発電電動機１７の発電時には発電電動機１７から供給される電力を充電し、発電電動機１７の力行時（アシスト駆動時）には発電電動機１７に向けて駆動電力を供給する。
【００４２】
蓄電装置２１の充電量Ｑ１は、コントローラの一部としてのバッテリコントロールユニット２２（以下、ＢＣＵ２２という）によって演算される。ＢＣＵ２２は、バッテリ充電量Ｑ１等を検出して後述のＨＣＵ２３に向けて出力する。
【００４３】
また、蓄電装置２１は、後述のローアイドル制御器２５が回転速度を低下（ローアイドル回転速度Ｎlo）させたときに、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺するためのトルクを発電電動機１７が発生するように、蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、蓄電装置２１には、例えば電圧３５０Ｖ、放電容量５Ａｈ程度、バッテリ蓄電率（蓄電量）の適正使用範囲は３０〜７０％程度に設定されたリチウムイオンバッテリを用いるものとする。バッテリ蓄電率の適正使用範囲等は、上述した値に限らず、蓄電装置２１の仕様等に応じて適宜設定される。
【００４５】
２３はコントローラとしてのハイブリッドコントロールユニット（ＨＣＵ）を示している。このＨＣＵ２３は、例えばマイクロコンピュータによって構成されると共に、ＣＡＮ（Controller Area Network）２４等を用いてＥＣＵ１２、ＰＣＵ２０、ＢＣＵ２２に電気的に接続されている。ＨＣＵ２３は、ＥＣＵ１２、ＰＣＵ２０、ＢＣＵ２２と通信しながら、エンジン１１、発電電動機１７、蓄電装置２１を制御する。ＨＣＵ２３は、ＥＣＵ１２、ＰＣＵ２０、ＢＣＵ２２と共にコントローラを構成している。
【００４６】
そこで、ＨＣＵ２３、ＥＣＵ１２、ＰＣＵ２０を含めたコントローラの具体的な構成について、図３を参照しつつ説明する。なお、コントローラの具体的な構成は、図３に示すものに限らず、油圧ショベル１の仕様等に応じて、適宜変更することができる。
ゲイン切替器２６、充電量制御器２８等を備えている。
【００４７】
ＨＣＵ２３は、ローアイドル制御器２５、ゲイン切替器２６、充電量制御器２８等を備えている。ローアイドル制御器２５は、エンジン１１と発電電動機１７との目標回転速度を出力する。ローアイドル制御器２５の入力側は、操作量センサ８Ａ〜８Ｃ、エンジン制御ダイヤル９に接続され、ローアイドル制御器２５の出力側は、ゲイン切替器２６、ＥＣＵ１２の減算器２９、ＰＣＵ２０の減算器３１に接続されている。ローアイドル制御器２５は、操作量センサ８Ａ〜８Ｃから出力されたレバー操作量（ＯＡl，ＯＡr，ＯＡd）と、エンジン制御ダイヤル９から出力された設定回転速度Ｎsetとに基づき、エンジン１１の目標回転速度となる回転速度指令Ｎを演算する。ローアイドル制御器２５は、回転速度指令ＮをＥＣＵ１２の減算器２９とＰＣＵ２０の減算器３１とに出力する。
【００４８】
ここで、ローアイドル制御器２５は、オペレータが操作レバーを操作してレバー操作量（ＯＡl，ＯＡr，ＯＡd）が入力されている間および無操作状態になってから一定時間（例えば、数十秒から数分）の間は、回転速度指令Ｎを設定回転速度Ｎsetに設定する。一方、ローアイドル制御器２５は、無操作状態が一定時間を越えると、回転速度指令Ｎを、設定回転速度Ｎset以下の値であるローアイドル回転速度Ｎloに設定する。なお、無操作状態を計測する一定時間は、オペレータが任意に設定できるようにしてもよい。回転速度指令Ｎがローアイドル回転速度Ｎloに設定されたときには、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動は、エンジン１１を保持する構造として、例えば上部旋回体４の共振周波数近傍の低い周波数となる。
【００４９】
そして、回転速度指令Ｎがローアイドル回転速度Ｎloの状態で、オペレータが操作レバーを操作すると、回転速度指令Ｎは設定回転速度Ｎsetに戻る。また、回転速度指令Ｎが、ローアイドル回転速度Ｎloの状態であるときに、アイドル状態フラグＦがセットされ、設定回転速度Ｎsetの状態であるときにアイドル状態フラグＦはクリアされる。ローアイドル制御器２５は、アイドル状態フラグＦをゲイン切替器２６に向けて出力する。
【００５０】
ゲイン切替器２６は、ローアイドル制御器２５から出力されたアイドル状態フラグＦに基づいて第２の速度制御器３２の制御ゲインを切り替える。このゲイン切替器２６は、ローアイドル制御器２５から出力されたアイドル状態フラグＦのセット（オン）／クリア（オフ）に基づき、第２の速度制御器３２の制御ゲインを上昇または低下させる。
【００５１】
この場合、アイドル状態フラグＦがセットされているときは、ゲイン切替器２６は、高い速度制御ゲインを出力することにより、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させる。一方、アイドル状態フラグＦがクリアされているときは、ゲイン切替器２６は、低い速度制御ゲインを出力することにより、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを低下させる。
【００５２】
即ち、ゲイン切替器２６は、回転速度指令Ｎがローアイドル回転速度Ｎloであるときに第２の速度制御器３２の応答を上げ、回転速度指令Ｎが設定回転速度Ｎsetであるときに第２の速度制御器３２の応答を下げる。換言すると、ゲイン切替器２６は、アイドル状態フラグＦに基づいて、ローアイドル制御器２５が回転速度指令Ｎ（目標回転速度）を低下させたか否かを判定する。従って、エンジン制御ダイヤル９で設定回転速度Ｎsetを低下させたときは、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させない。
【００５３】
減算器２７には、図示しない制御装置から出力された充電量指令ＱとＢＣＵ２２から出力されたバッテリ充電量Ｑ１とが入力される。減算器２７は、充電量指令Ｑとバッテリ充電量Ｑ１との偏差を演算し、後述の充電量制御器２８に向けて出力する。
【００５４】
充電量制御器２８は、蓄電装置２１の充電量を制御する。充電量制御器２８の入力側は減算器２７に接続され、充電量制御器２８の出力側は減算器３４に接続されている。充電量制御器２８は、減算器２７で求められた充電量指令Ｑと蓄電装置２１のバッテリ充電量Ｑ１の偏差に基づき、蓄電装置２１のバッテリ充電量Ｑ１が充電量指令Ｑに一致するように、蓄電装置２１の充放電電力に応じた第４のトルク指令Ｔ４を求める。
【００５５】
即ち、バッテリ充電量Ｑ１が充電量指令Ｑよりも大きいときには、蓄電装置２１の充電量を低下させるために、充電量制御器２８は、蓄電装置２１の放電電力に応じた第４のトルク指令Ｔ４を出力する。一方、バッテリ充電量Ｑ１が充電量指令Ｑよりも小さいときには、蓄電装置２１の充電量を上昇させるために、充電量制御器２８は、蓄電装置２１の充電電力に応じた第４のトルク指令Ｔ４を出力する。そして、充電量制御器２８は、第４のトルク指令Ｔ４を減算器３４に向けて出力する。
【００５６】
ＥＣＵ１２は、減算器２９と、第１の速度制御器３０とを備えている。減算器２９には、エンジン１１のセンサから出力されたエンジン１１の実回転速度Ｎ１とローアイドル制御器２５から出力された回転速度指令Ｎとが入力される。そして、減算器２９は、回転速度指令Ｎと実回転速度Ｎ１との偏差を演算し、後述の第１の速度制御器３０に向けて出力する。
【００５７】
第１の速度制御器３０は、減算器２９に接続されている。この第１の速度制御器３０は、エンジン１１の回転速度をフィードバック制御する。第１の速度制御器３０は、減算器２９で求められた回転速度指令Ｎとエンジン１１の実回転速度Ｎ１の偏差に基づき、エンジン１１の実回転速度Ｎ１が回転速度指令Ｎに一致するように第１のトルク指令Ｔ１を演算する。そして、ＥＣＵ１２は、エンジン１１の出力トルクが第１のトルク指令Ｔ１になるようにエンジン１１を制御する。
【００５８】
ＰＣＵ２０は、減算器３１、第２の速度制御器３２、ＨＰＦ３３、減算器３４を備えている。減算器３１には、発電電動機１７のセンサから出力された発電電動機１７の実回転速度Ｎ１とローアイドル制御器２５から出力された回転速度指令Ｎとが入力される。そして、減算器３１は、回転速度指令Ｎと実回転速度Ｎ１との偏差を演算し、後述の第２の速度制御器３２に向けて出力する。
【００５９】
第２の速度制御器３２は、減算器３１に接続され、発電電動機１７の回転速度をフィードバック制御する速度制御器である。第２の速度制御器３２は、ローアイドル制御器２５から出力される目標回転速度（回転速度指令Ｎ）となるように発電電動機１７の回転速度をフィードバック制御する。即ち、第２の速度制御器３２は、減算器３１で求められた回転速度指令Ｎと発電電動機１７の実回転速度Ｎ１との偏差に基づき、ゲイン切替器２６の出力する制御ゲインを用いて回転速度指令Ｎと発電電動機１７の実回転速度Ｎ１が一致するように第２のトルク指令Ｔ２を演算する。そして、第２の速度制御器３２は、第２のトルク指令Ｔ２を後述のＨＰＦ３３に向けて出力する。
【００６０】
この場合、第２の速度制御器３２の応答は、第１の速度制御器３０の応答よりも高く設定されている。このため、エンジン１１と発電電動機１７の回転速度は、第１の速度制御器３０と第２の速度制御器３２とにより制御しているが、油圧ポンプ１３の負荷が変動し、実回転速度Ｎ１が変動した場合、まず、第２の速度制御器３２が第１の速度制御器３０よりも先に応答する。
【００６１】
また、第２の速度制御器３２は、ローアイドル制御器２５が回転速度を低下させたときに、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺する発電電動機１７のトルクを発生させるように、フィードバック制御のゲインを上昇させる。これにより、ＰＣＵ２０は、蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高周波成分を増加させる。
【００６２】
ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３３は、第２の速度制御器３２に接続されている。ＨＰＦ３３は、第２の速度制御器３２から出力された第２のトルク指令Ｔ２から低周波成分を除いて第３のトルク指令Ｔ３を求める。このＨＰＦ３３のカットオフ周波数は、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動の周波数、即ちローアイドル回転速度Ｎloの周波数よりも低い値に設定されている。
【００６３】
即ち、ＨＰＦ３３は、第２のトルク指令Ｔ２のうち例えば直流成分のようにローアイドル回転速度Ｎloよりも低周波の成分を除去するものであり、第２のトルク指令Ｔ２のうちエンジン１１の燃焼に伴うトルク変動の周波数と同じ周波数成分およびその高調波成分は、通過させる。そして、ＨＰＦ３３は、第３のトルク指令Ｔ３を後述の減算器３４に向けて出力する。
【００６４】
減算器３４には、ＨＰＦ３３から出力された第３のトルク指令Ｔ３と充電量制御器２８から出力された第４のトルク指令Ｔ４とが入力される。減算器３４は、第３のトルク指令Ｔ３から第４のトルク指令Ｔ４を減算して、第５のトルク指令Ｔ５を求める。
【００６５】
そして、ＰＣＵ２０は、第５のトルク指令Ｔ５に一致するように発電電動機１７のトルクを制御する。このとき、第５のトルク指令Ｔ５は、第３のトルク指令Ｔ３に加えて、バッテリ充電量Ｑ１と充電量指令Ｑとの偏差に応じた第４のトルク指令Ｔ４を考慮したものになっている。このため、ＰＣＵ２０は、第５のトルク指令Ｔ５に一致するように発電電動機１７のトルクを制御することにより、蓄電装置２１のバッテリ充電量Ｑ１を充電量指令Ｑに近付けながら、発電電動機１７の実回転速度Ｎ１の変動を抑制することができる。
【００６６】
本実施の形態によるハイブリッド油圧ショベルは上述のような構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
【００６７】
キャブ７に搭乗したオペレータがエンジン１１を作動させると、エンジン１１によって油圧ポンプ１３と発電電動機１７が駆動される。これにより、油圧ポンプ１３から吐出した圧油は、キャブ７内に設けられた操作レバー（図示せず）の操作に応じて、左，右の走行油圧モータ１５、旋回油圧モータ１６、作業装置１０のブームシリンダ１０Ｄ，アームシリンダ１０Ｅ，バケットシリンダ１０Ｆに向けて吐出する。これにより、油圧ショベル１は、下部走行体２による走行動作、上部旋回体４の旋回動作、作業装置１０による掘削作業等を行う。
【００６８】
次に、ＨＣＵ２３のローアイドル制御器２５とゲイン切替器２６との制御処理について図４の流れ図を参照して説明する。なお、図４の制御処理は、油圧ショベル１を稼働している間、所定時間毎に（所定の制御周期で）繰り返し実行される。
【００６９】
アクセサリＯＮまたはエンジン１１の始動（イグニッションＯＮ）により、図４の処理動作がスタートする。ステップ１では、ローアイドル制御器２５は、走行操作装置および作業操作装置の操作状態を読み込む。これら操作装置の状態は、操作量センサ８Ａ〜８Ｃにより検出することができる。また、ローアイドル制御器２５は、エンジン制御ダイヤル９で設定された設定回転速度Ｎsetを読み込む。そして、続くステップ２では、操作装置の操作があるか否かを判定する。
【００７０】
ステップ２で「ＹＥＳ」、即ち操作装置の操作ありと判定された場合には、ステップ３に進み、ローアイドル制御器２５は、アイドル状態フラグＦをクリアする。続くステップ４では、ローアイドル制御器２５は、回転速度指令Ｎを設定回転速度Ｎsetに設定する。具体的には、ステップ１で読み込まれた設定回転速度Ｎsetを、エンジン１１および発電電動機１７の目標回転速度として設定する。そして、ローアイドル制御器２５から第１の速度制御器３０および第２の速度制御器３２に対し、回転速度指令Ｎとして設定回転速度Ｎsetを出力し、ステップ５に進む。
【００７１】
ステップ５では、第２の速度制御器３２の制御ゲインを低く設定する。具体的には、ステップ３でアイドル状態フラグＦがクリアされているので、ゲイン切替器２６は、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを低く設定する。そして、ステップ５が終了すると、リターンする。
【００７２】
一方、ステップ２で「ＮＯ」、即ち操作装置の操作なしと判定された場合には、ステップ６に進み、所定時間（例えば、１〜５分間）経過したか否かを判定する。ステップ６で「ＹＥＳ」、即ち操作装置の操作なしの状態が所定時間経過したと判定された場合には、ステップ７に進み、アイドル状態フラグＦをセットする。
【００７３】
続くステップ８では、回転速度指令Ｎをローアイドル回転速度Ｎloに設定する。具体的には、ステップ８では、エンジン制御ダイヤル９からローアイドル制御器２５に対し出力された設定回転速度Ｎsetに拘らず、エンジン１１および発電電動機１７の目標回転速度をローアイドル回転速度Ｎloに設定する。そして、ローアイドル制御器２５から第１の速度制御器３０および第２の速度制御器３２に対し、回転速度指令Ｎとしてローアイドル回転速度Ｎloを出力し、ステップ９に進む。
【００７４】
ステップ９では、第２の速度制御器３２の制御ゲインを高く設定する。具体的には、ステップ７でアイドル状態フラグＦがセットされているので、ゲイン切替器２６は、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを高く設定する（上昇させる）。そして、ステップ９が終了すると、リターンする。
【００７５】
一方、ステップ６で「ＮＯ」、即ち所定時間を経過する前に走行操作装置または作業操作装置の操作が行われた場合には、ステップ３以降の処理を実行し、リターンする。
【００７６】
次に、ＥＣＵ１２、ＰＣＵ２０およびＨＣＵ２３の動作処理について、図３および図５を参照して説明する。
【００７７】
図５は、時刻ｔ１でオペレータが操作を止めて、時刻ｔ３で操作を再開したときの時間に対する操作装置の操作状態、アイドル状態フラグ、回転速度指令、制御ゲイン、回転速度、発電電動機のトルク、蓄電装置の放電電流を示している。
【００７８】
この場合、時刻ｔ１で操作量センサ８Ａ〜８Ｃからの出力がない、即ち走行操作装置および作業操作装置の全てが操作されていないときには、ローアイドル制御器２５は、「操作なし」であると認識する。そして、この「操作なし」の状態が継続して時刻ｔ２になると、ローアイドル制御器２５は、回転速度指令Ｎを設定回転速度Ｎsetからローアイドル回転速度Ｎloに変更する。
【００７９】
ＥＣＵ１２およびＰＣＵ２０は、このローアイドル回転速度Ｎloをエンジン１１および発電電動機１７の目標回転速度として制御を行う。また、ローアイドル制御器２５は、アイドル状態フラグＦをセットする。
【００８０】
これにより、ゲイン切替器２６は、第２の速度制御器３２の制御ゲインを上げる。このとき、第１の速度制御器３０および第２の速度制御器３２は、実回転速度Ｎ１が回転速度指令Ｎ（ローアイドル回転速度Ｎlo）に一致するように、エンジン１１および発電電動機１７を制御する。従って、エンジン１１等の実回転速度Ｎ１は、設定回転速度Ｎsetからローアイドル回転速度Ｎloに近付くように減速する。
【００８１】
このとき、実回転速度Ｎ１の低下に伴ってエンジン１１の燃焼周期が長くなり、実回転速度Ｎ１の変動の周波数が低くなる。このようにエンジン１１のトルク変動の周波数が低くなると、エンジン１１の振動周波数が、エンジン１１を保持する構造（例えば上部旋回体４）の共振周波数に近付くことになる。この結果、ローアイドル回転速度Ｎlo付近でエンジン１１が駆動している間は、上部旋回体４が継続的に振動して、オペレータに不快感を与えるという問題がある。
【００８２】
これに対し、本実施の形態では、回転速度指令Ｎがローアイドル回転速度Ｎloになると、ゲイン切替器２６が第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させる。これに伴い、発電電動機１７の応答周波数も高くなるため、エンジン１１の燃焼に伴う回転変動の周波数まで速度制御が可能になる。
【００８３】
具体的には、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺する発電電動機１７のトルク振幅が大きくなり、回転系に加わるトルク変動が抑制されて小さくなる。このため、上部旋回体４の共振周波数近傍の実回転速度Ｎ１でエンジン１１が駆動するにも拘らず、実回転速度Ｎ１の変動が許容できない程度まで大きくなることはなく、上部旋回体４の振動が抑制される。
【００８４】
また、発電電動機１７のトルクの燃焼周波数成分（爆発周波数成分）とその高調波成分が大きくなることにより、発電電動機１７に電力を供給する蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高調波成分が増加する。即ち、ＰＣＵ２０は、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動（出力変動）に合わせて、逆位相の電力を蓄電装置２１から発電電動機１７に向けて供給させることにより、全体としての出力を一定にして、ローアイドル状態における振動を抑制する。
【００８５】
さらに、蓄電装置２１の充電量Ｑ１が減少するなど、充電量指令Ｑから変動した場合は、充電量制御器２８により第４のトルク指令Ｔ４が変化し、発電電動機１７のトルクを制御することにより、充放電を制御する。第４のトルク指令Ｔ４の変化に伴う速度変動を抑制するため、過渡的には第２の速度制御器３２が第４のトルク指令Ｔ４を相殺するトルクを出力するが、ＨＰＦ３３により定常的には第４のトルク指令Ｔ４に基づき発電電動機１７のトルクが制御される。このため、蓄電装置２１の充電量Ｑ１が充電量指令Ｑに一致するように、発電電動機１７を制御することができる。
【００８６】
そして、時刻ｔ３でオペレータが走行操作装置および作業操作装置の操作を再開すると、油圧ショベル１が作業状態である通常状態となる。この場合、ローアイドル制御器２５は、アイドル状態フラグＦをセットからクリアに切り替え、回転速度指令Ｎをローアイドル回転速度Ｎloから設定回転速度Ｎsetに切り替える。そして、ゲイン切替器２６は、第２の速度制御器３２の制御ゲインを下げる。
【００８７】
このとき、エンジン１１と発電電動機１７の実回転速度Ｎ１は、設定回転速度Ｎsetに加速する。これにより、エンジン１１の実回転速度Ｎ１は、エンジン１１の保持構造の共振周波数から離れることになる。一方、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインが下がるのに伴い、発電電動機１７の応答周波数も低くなり、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺する発電電動機１７のトルク振幅が小さくなる。
【００８８】
このとき、実回転速度Ｎ１の変動は、発電電動機１７のトルクの減少により回転系に加わるトルク変動は大きくなるが、エンジン１１の振動周波数がエンジン１１の保持構造となる上部旋回体４の共振周波数から離れる。このため、上部旋回体４の振動が大きく増加することはない。このとき、蓄電装置２１の放電電流も発電電動機１７のトルクの減少に伴い減少する。
【００８９】
かくして、本実施の形態によれば、ＰＣＵ２０およびＨＣＵ２３は、ローアイドル状態でエンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺するためのトルクを発電電動機１７が発生するように、蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させる。即ち、第２の速度制御器３２は、ローアイドル状態でエンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺するためのトルクを発電電動機１７が発生するように、フィードバック制御のゲインを上昇させる。
【００９０】
これにより、エンジン１１の実回転速度Ｎ１がエンジン１１の保持構造となる上部旋回体４の共振周波数に近付いたときでも、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動の周波数成分を相殺するので、上部旋回体４が振動するのを抑制することができる。また、ローアイドル回転速度Ｎloとして低い回転速度を選択することが可能となり、ローアイドル時の燃料消費を低減することができる。
【００９１】
さらに、エンジン１１がローアイドル状態と通常状態のいずれの状態でも、充電量制御器２８は、蓄電装置２１の充電量Ｑ１が充電量指令Ｑになるように、発電電動機１７を制御する。このため、エンジン１１がローアイドル状態で継続的に駆動するときでも、蓄電装置２１の充電量Ｑ１を適正に制御することができる。
【００９２】
また、ローアイドル状態ではエンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を抑制するが、通常状態ではトルク変動を抑制しないため、蓄電装置２１の充放電電流の実効値を抑制し、蓄電装置２１の劣化を抑制することができる。
【００９３】
次に、図６ないし図８は、本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、エンジンおよび発電電動機の回転速度を低下させたときに、エンジンの燃焼に伴うトルク変動を抑制したことにある。なお、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９４】
４１は第２の実施の形態によるローアイドル制御器を示し、ローアイドル制御器４１は、第１の実施の形態によるローアイドル制御器２５に代えて用いられる。このローアイドル制御器４１は、操作量センサ８Ａ〜８Ｃから出力されたレバー操作量（ＯＡl，ＯＡr，ＯＡd）と、エンジン制御ダイヤル９から出力された設定回転速度Ｎsetとに基づき、エンジン１１の目標回転速度となる回転速度指令Ｎを演算する。ローアイドル制御器４１は、回転速度指令Ｎを減算器２９、減算器３１、ゲイン切替器４２に出力する。
【００９５】
４２は第２の実施の形態によるゲイン切替器を示し、ゲイン切替器４２は、第１の実施の形態によるゲイン切替器２６に代えて用いられる。このゲイン切替器４２は、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる記憶部（図示せず）を備えている。この記憶部には、処理プログラムで用いるエンジン１１および発電電動機１７の低速度閾値Ｎi（Ｎi＞Ｎlo）が格納（記憶）されている。
【００９６】
エンジン１１が低速度閾値Ｎiよりも低い回転速度で駆動すると、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動の周波数は、エンジン１１を保持する構造（上部旋回体４）の共振周波数近傍の低い周波数となり、上部旋回体４の振動が許容範囲を超えて大きくなる。即ち、低速度閾値Ｎiは、実回転速度Ｎ１がこれよりも低下したときに、上部旋回体４の振動が許容範囲を超えて大きくなるようなエンジン１１の回転速度である。この低速度閾値Ｎiは、上部旋回体４の振動の大きさに基づいて予め決められており、例えば実験的に求められる。そして、低速度閾値Ｎiは、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させるか否かを判定する閾値となっている。
【００９７】
従って、ゲイン切替器４２は、回転速度指令Ｎが低速度閾値Ｎi以下になったか否かに基づいて、発電電動機１７の回転速度を低下させたときか否かを判定する。これにより、第２の速度制御器３２は、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺する発電電動機１７のトルクを発生させるように、フィードバック制御のゲインを上昇させる。そして、ＰＣＵ２０は、蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高周波成分を増加させる。
【００９８】
次に、第２の実施の形態によるＨＣＵ２３のローアイドル制御器４１とゲイン切替器４２との制御処理について図７の流れ図を参照して説明する。なお、図７の制御処理は、油圧ショベル１を稼働している間、所定時間毎に（所定の制御周期で）繰り返し実行される。
【００９９】
アクセサリＯＮまたはエンジン１１の始動（イグニッションＯＮ）により、図７の処理動作がスタートする。ステップ１１では、ローアイドル制御器４１は、操作量センサ８Ａ〜８Ｃを用いて、走行操作装置および作業操作装置の操作状態を読み込む。また、ローアイドル制御器４１は、エンジン制御ダイヤル９で設定された設定回転速度Ｎsetを読み込む。そして、続くステップ１２では、操作装置の操作があるか否かを判定する。
【０１００】
ステップ１２で「ＹＥＳ」、即ち操作装置の操作ありと判定された場合には、ステップ１３に進み、回転速度指令Ｎを設定回転速度Ｎsetに設定する。そして、ローアイドル制御器４１から第１の速度制御器３０、第２の速度制御器３２、ゲイン切替器４２に対し、回転速度指令Ｎとして設定回転速度Ｎsetの指令を出力し、ステップ１６に進む。
【０１０１】
一方、ステップ１２で「ＮＯ」、即ち操作装置の操作なしと判定された場合には、ステップ１４に進み、所定時間（例えば、１〜５分間）経過したか否かを判定する。ステップ１４で「ＮＯ」、即ち所定時間を経過する前に走行操作装置または作業操作装置の操作が行われた場合には、ステップ１３以降の処理を実行する。これに対し、ステップ１４で「ＹＥＳ」、即ち操作装置の操作なしの状態が所定時間経過したと判定された場合には、ステップ１５に進み、回転速度指令Ｎをローアイドル回転速度Ｎloに設定する。
【０１０２】
具体的には、ステップ１５では、エンジン制御ダイヤル９からローアイドル制御器４１に対し出力された設定回転速度Ｎsetに拘らず、エンジン１１および発電電動機１７の目標回転速度をローアイドル回転速度Ｎloに設定する。そして、ローアイドル制御器４１から第１の速度制御器３０、第２の速度制御器３２、ゲイン切替器４２に対し、回転速度指令Ｎとしてローアイドル回転速度Ｎloを出力し、ステップ１６に進む。
【０１０３】
ステップ１６では、ゲイン切替器４２は、回転速度指令Ｎが低速度閾値Ｎiよりも大きいか否かを判定する。ステップ１６で「ＹＥＳ」、即ち回転速度指令Ｎが低速度閾値Ｎiよりも大きい場合には、ステップ１７に進む。また、ステップ１６で「ＮＯ」、即ち回転速度指令Ｎが低速度閾値Ｎi以下の場合には、ステップ１８に進む。
【０１０４】
ステップ１７では、第２の速度制御器３２の制御ゲインを低く設定する。具体的には、ステップ１６で「ＹＥＳ」と判定されるときは、回転速度指令Ｎに設定された設定回転速度Ｎsetが低速度閾値Ｎiよりも大きくなっている。このため、ゲイン切替器４２は、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを低く設定する。
【０１０５】
一方、ステップ１８では、第２の速度制御器３２の制御ゲインを高く設定する。具体的には、ステップ１６で「ＮＯ」と判定されるときは、回転速度指令Ｎがローアイドル回転速度Ｎloに設定されている、または、回転速度指令Ｎに設定した設定回転速度Ｎsetが低速度閾値Ｎi以下となっている。このため、ゲイン切替器４２は、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを高く設定する。そして、ステップ１７またはステップ１８が終了すると、リターンする。
【０１０６】
このような車体の振動抑制の制御処理を簡潔に説明すると、操作装置の操作がないローアイドル状態の場合と、エンジン制御ダイヤル９の設定回転速度Ｎsetが低速度閾値Ｎi以下に設定された場合には、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させる。この場合、油圧ショベル１のローアイドル状態だけでなく、油圧ショベル１の作業状態（通常状態）においてもエンジン１１の低回転時に起こり得る車体（上部旋回体４）の振動を抑制することができる。
【０１０７】
次に、ＥＣＵ１２、ＰＣＵ２０およびＨＣＵ２３の動作処理について、図６および図８を参照して説明する。
【０１０８】
図８は、時刻ｔ１でオペレータがエンジン制御ダイヤル９を低速度閾値Ｎiよりも低回転側の第２の設定回転速度Ｎset2に切替えた場合、時刻ｔ３でオペレータが操作を止めて、時刻ｔ５で操作を再開したときの時間に対する操作装置の操作状態、アイドル状態フラグ、回転速度指令、制御ゲイン、回転速度、発電電動機のトルク、蓄電装置の放電電流を示している。本実施の形態では、油圧ショベル１の作業状態においても第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上げることができるようにしたものである。
【０１０９】
時刻ｔ１において、オペレータがエンジン制御ダイヤル９を低速度閾値Ｎiよりも低回転側の第２の設定回転速度Ｎset2に切替えた場合には、ローアイドル制御器４１は、目標回転速度として回転速度指令Ｎを設定回転速度Ｎset2に設定する。ＥＣＵ１２およびＰＣＵ２０は、この設定回転速度Ｎset2をエンジン１１および発電電動機１７の目標回転速度として制御を行う。このとき、設定回転速度Ｎset2は、低速度閾値Ｎi以下であるので、油圧ショベル１の操作装置の操作状態が「操作あり」でもゲイン切替器４２が出力する制御ゲインが高く設定される。
【０１１０】
即ち、回転速度指令Ｎが低速度閾値Ｎi以下の設定回転速度Ｎset2となると、ゲイン切替器４２が第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させる。これに伴い、発電電動機１７の応答周波数も高くなるため、エンジン１１の燃焼に伴う回転変動の周波数まで速度制御が可能になる。具体的には、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺する発電電動機１７のトルク振幅が大きくなり、回転系に加わるトルク変動が抑制されて小さくなるため、上部旋回体４の振動が抑制される。
【０１１１】
このとき、発電電動機１７のトルクの爆発周波数成分とその高調波成分が大きくなることにより、発電電動機１７に電力を供給する蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高調波成分が増加する。即ち、ＰＣＵ２０は、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動（出力変動）に合わせて、逆位相の電力を蓄電装置２１から発電電動機１７に向けて供給することにより、全体としての出力を一定にして、設定回転速度Ｎset2における振動を抑制する。このような振動の抑制に併せて、充電量制御器２８は、蓄電装置２１の充電量Ｑ１が充電量指令Ｑに一致するように、発電電動機１７を制御する。
【０１１２】
そして、時刻ｔ２において、オペレータがエンジン制御ダイヤル９を設定回転速度Ｎset2から設定回転速度Ｎset1に設定すると、ゲイン切替器４２は、第２の速度制御器３２の制御ゲインを下げる。このとき、エンジン１１と発電電動機１７の実回転速度Ｎ１は、設定回転速度Ｎset1に加速する。これにより、エンジン１１の実回転速度Ｎ１は、エンジン１１の保持構造の共振周波数から離れることになる。一方、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインが下がるのに伴い、発電電動機１７の応答周波数も低くなり、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺する発電電動機１７のトルク振幅が小さくなる。
【０１１３】
このとき、実回転速度Ｎ１の変動は、発電電動機１７のトルクの減少により回転系に加わるトルク変動は大きくなるが、エンジン１１の振動周波数がエンジン１１の保持構造となる上部旋回体４の共振周波数から離れる。このため、上部旋回体４の振動が大きく増加することはない。このとき、蓄電装置２１の放電電流も発電電動機１７のトルクの減少に伴い減少する。
【０１１４】
時刻ｔ３において、操作量センサ８Ａ〜８Ｃからの出力がない、即ち走行操作装置または作業操作装置のすべてが操作されていないと、ローアイドル制御器４１は、「操作なし」であると認識する。そして、この「操作なし」の状態が継続して時刻ｔ４になると、ローアイドル制御器４１は、回転速度指令Ｎを設定回転速度Ｎset1からローアイドル回転速度Ｎloに変更する。
【０１１５】
ＥＣＵ１２およびＰＣＵ２０は、このローアイドル回転速度Ｎloをエンジン１１および発電電動機１７の目標回転速度として制御を行う。また、ローアイドル制御器４１は、ローアイドル回転速度Ｎloを第１の速度制御器３０、第２の速度制御器３２、ゲイン切替器４２に出力する。  
【０１１６】
これにより、ゲイン切替器４２は、第２の速度制御器３２の制御ゲインを上げる。この結果、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺する発電電動機１７のトルク振幅が大きくなり、上部旋回体４の振動が抑制される。
【０１１７】
このとき、発電電動機１７のトルクの燃焼周波数成分とその高調波成分が大きくなることにより、発電電動機１７に電力を供給する蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高調波成分が増加する。このようなローアイドル状態でも、充電量制御器２８は、蓄電装置２１の充電量Ｑ１が充電量指令Ｑに一致するように、発電電動機１７を制御する。そして、時刻ｔ５でオペレータが走行操作装置および作業操作装置の操作を再開すると、油圧ショベル１が作業状態である通常状態となる。
【０１１８】
かくして、第２の実施の形態においても上述した第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態においては、ＰＣＵ２０およびＨＣＵ２３は、エンジン１１と発電電動機１７との回転速度指令Ｎが低速度閾値Ｎi以下となったときに、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺するためのトルクを発電電動機１７が発生するように、蓄電装置２１の充放電電流のうちエンジン１１の爆発周波数成分およびその高調波成分を増加させる。また、第２の速度制御器３２は、エンジン１１と発電電動機１７との回転速度指令Ｎが低速度閾値Ｎi以下となったときに、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺するためのトルクを発電電動機１７が発生するように、フィードバック制御のゲインを上昇させる。
【０１１９】
これにより、エンジン１１の振動周波数がエンジン１１を保持する構造の共振周波数に近付くときでも、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動の周波数成分を発電電動機１７のトルクによって相殺することができるので、車体（上部旋回体４）が振動するのを抑制することができる。また、アイドリング状態のエンジン１１の回転速度として低い回転速度を選択することが可能となり、アイドリング状態での燃料消費を低減することができる。さらに、充電量制御器２８により、発電電動機１７に電力を供給する蓄電装置２１の充電量を適正に制御することができる。
【０１２０】
次に、図９は、本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、第２の速度制御器のゲインを上昇させる高ゲインモードと、ゲインを上昇させない低ゲインモードとを選択可能にしたことにある。なお、第３の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１２１】
５１は第３の実施の形態によるローアイドル制御器を示し、このローアイドル制御器５１は、第１の実施の形態によるローアイドル制御器２５に代えて用いられる。ローアイドル制御器５１の入力側は、操作量センサ８Ａ〜８Ｃ、エンジン制御ダイヤル９に接続され、ローアイドル制御器２５の出力側は、減算器２９，３１およびゲイン切替器２６に接続されている。
【０１２２】
ローアイドル制御器５１は、操作量センサ８Ａ〜８Ｃから出力されたレバー操作量（ＯＡl，ＯＡr，ＯＡd）と、エンジン制御ダイヤル９から出力された設定回転速度Ｎsetとに基づき、エンジン１１の目標回転速度となる回転速度指令Ｎを演算する。ローアイドル制御器５１は、回転速度指令Ｎを減算器２９と減算器３１とに出力する。
【０１２３】
ここで、回転速度指令Ｎは、オペレータが操作レバーを操作してレバー操作量（ＯＡl，ＯＡr，ＯＡd）が入力されている間および無操作状態になってから一定時間（例えば、数十秒から数分）の間は、回転速度指令Ｎを設定回転速度Ｎsetに設定する。一方、ローアイドル制御器５１は、無操作状態が一定時間を越えると、回転速度指令Ｎを、設定回転速度Ｎset以下の値である第１のローアイドル回転速度Ｎlo1または第２のローアイドル回転速度Ｎlo2に設定する。
【０１２４】
この場合、第１のローアイドル回転速度Ｎlo1は、第２のローアイドル回転速度Ｎlo2よりも低い回転速度に設定されている（Ｎlo1＜Ｎlo2）。なお、無操作状態を計測する一定時間は、オペレータが任意に設定できるようにしてもよい。
【０１２５】
回転速度指令Ｎが第１のローアイドル回転速度Ｎlo1に設定されたときには、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動は、エンジン１１を保持する構造として、例えば上部旋回体４の共振周波数近傍の低い周波数となる。一方、第２のローアイドル回転速度Ｎlo2は、エンジン１１の回転速度領域のうち可及的に低い回転速度であり、かつ回転速度指令Ｎが第２のローアイドル回転速度Ｎlo2のときには、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動は、エンジン１１を保持する構造（上部旋回体４）の共振周波数から離れた周波数となる。
【０１２６】
第１のローアイドル回転速度Ｎlo1は、後述のモード選択器５２が高ゲインモードに設定されているときに選択され、第２のローアイドル回転速度Ｎlo2は、モード選択器５２が低ゲインモードに設定されているときに選択される。
【０１２７】
５２はローアイドル制御器５１とゲイン切替器２６との間に設けられたモード選択器を示している。このモード選択器５２は、ローアイドル制御器５１とゲイン切替器２６との間を接続状態と非接続状態とに切替可能な開閉器からなっている。モード選択器５２は、キャブ７内に設けられた例えばダイヤル、スイッチ等のモード切替装置（図示せず）に電気的に接続されている。このモード切替装置には、ゲインを上昇させる高ゲインモードと、ゲインを上昇させない低ゲインモードとの２種類を選択可能になっている。
【０１２８】
この場合、オペレータが、モード切替装置で高ゲインモードを選択すると、モード選択器５２が閉状態（オン状態）となることにより、ローアイドル制御器５１とゲイン切替器２６との間が接続状態となる。これにより、ゲイン切替器２６は、第１の実施の形態と同様に機能し、ローアイドル制御器５１から出力されたアイドル状態フラグＦのセットに基づき、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させることができる。
【０１２９】
従って、エンジン１１等の実回転速度Ｎ１が、設定回転速度Ｎsetから第１のローアイドル回転速度Ｎlo1に近付くように減速した場合には、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動を相殺する発電電動機１７のトルク振幅が大きくなり、回転系に加わるトルク変動が抑制されて小さくなる。このため、上部旋回体４の共振周波数近傍の実回転速度Ｎ１でエンジン１１が駆動するにも拘らず、実回転速度Ｎ１の変動が許容できない程度まで大きくなることはなく、上部旋回体４の振動が抑制される。
【０１３０】
一方、オペレータが、モード切替装置で低ゲインモードを選択すると、モード選択器５２が開状態（オフ状態）となることにより、ローアイドル制御器５１とゲイン切替器２６との間が非接続状態となる。このとき、ゲイン切替器２６は、ローアイドル制御器２５からアイドル状態フラグＦがセットされた情報を得ることができず、アイドル状態フラグＦがクリアされたものとして動作する。その結果、ゲイン切替器２６は、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させず、低ゲインに保持する。
【０１３１】
この場合、ローアイドル制御器５１は、減算器２９と減算器３１とに対して第２のローアイドル回転速度Ｎlo2を出力する。そして、エンジン１１等の実回転速度Ｎ１が、設定回転速度Ｎsetから第２のローアイドル回転速度Ｎlo2に近付くように減速する。第２のローアイドル回転速度Ｎlo2のときには、エンジン１１の燃焼に伴うトルク変動は、上部旋回体４の共振周波数よりも高い周波数となる。
【０１３２】
従って、エンジン１１の実回転速度Ｎ１は、上部旋回体４の共振周波数から離れることになるので、上部旋回体４の振動を抑制することができる。この場合、第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させないので、蓄電装置２１の充放電を小さくすることができ、蓄電装置２１の寿命を向上することができる。
【０１３３】
かくして、第３の実施の形態においても上述した第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。特に、第３の実施の形態においては、オペレータがモード切替装置を操作することにより、ローアイドル状態の回転数が低く（第１のローアイドル回転速度Ｎlo1）、蓄電装置２１の充放電が大きい高ゲインモードと、ローアイドル状態の回転数が高く（第２のローアイドル回転速度Ｎlo2）、蓄電装置２１の充放電が小さい低ゲインモードを切り替えることができる。これにより、オペレータは、エンジン１１の燃費を重視した高ゲインモードと、蓄電装置２１の寿命を重視した低ゲインモードとを選択することができる。
【０１３４】
なお、第３の実施の形態は、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２の実施の形態に適用してもよい。
【０１３５】
また、上述した第１の実施の形態では、蓄電装置２１にリチウムイオンバッテリを使用した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば必要な電力を供給可能な二次電池（例えばニッケルカドミウムバッテリ、ニッケル水素バッテリ）やキャパシタを採用してもよい。また、蓄電装置と直流母線との間にＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇降圧装置を設けてもよい。このことは、第２、第３の実施の形態についても同様である。
【０１３６】
また、上述した第１の実施の形態では、設定回転速度Ｎsetは、ローアイドル回転速度Ｎloよりも大きい値として説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば設定回転速度Ｎsetの最小値がローアイドル回転速度Ｎloとして設定してもよい。この場合、オペレータが、エンジン制御ダイヤル９を最小値に設定したときに、設定回転速度Ｎsetとしてローアイドル回転速度Ｎloが設定され、かつアイドル状態フラグＦがセットされる。これにより、所定時間を待たずに第２の速度制御器３２のフィードバック制御のゲインを上昇させることができる。このことは、第２、第３の実施の形態についても同様である。
【０１３７】
また、上述した第２の実施の形態では、ローアイドル制御器４１は、回転速度指令Ｎを減算器２９、減算器３１、ゲイン切替器４２に出力した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＨＣＵ２３にローアイドル制御器４１を設けることなく、設定回転速度Ｎsetを、直接的に減算器２９、減算器３１、ゲイン切替器４２に入力させてもよい。この場合、設定回転速度Ｎsetは、エンジン制御ダイヤル９でローアイドル回転速度Ｎloに設定可能とすることができる。
【０１３８】
また、上述した第２の実施の形態では、回転速度指令Ｎが低速度閾値Ｎi以下であるか否かに基づいて、発電電動機１７の回転速度を低下させたか否かを判定するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばゲイン切替器４２は、エンジン１１と発電電動機１７との実回転速度Ｎ１が低速度閾値Ｎi以下であるか否かに基づいて、発電電動機１７の回転速度を低下させたか否かを判定してもよい。
【０１３９】
また、上述した実施の形態では、ハイブリッド建設機械としてクローラ式のハイブリッド油圧ショベル１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、エンジンと油圧ポンプに連結された発電電動機と、蓄電装置とを備えたハイブリッド建設機械であればよく、例えばホイール式のハイブリッド油圧ショベル、ハイブリッドホイールローダ、リフトトラック等の各種の建設機械に適用可能である。
【符号の説明】
【０１４０】
１  ハイブリッド式油圧ショベル
２  下部走行体（車体）
４  上部旋回体（車体）
１１  エンジン
１２  エンジンコントロールユニット（コントローラ）
１３  油圧ポンプ
１７  発電電動機
２０  パワーコントロールユニット（コントローラ）
２１  蓄電装置
２２  バッテリコントロールユニット（コントローラ）
２３  ハイブリッドコントロールユニット（コントローラ）
２５，４１，５１  ローアイドル制御器
２６，４２  ゲイン切替器
２８  充電量制御器
３２  第２の速度制御器（速度制御器）
５２  モード選択器
Ｎ  回転速度指令（目標回転速度）
Ｎi  低速度閾値
【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】
2016108762.tif 000009
【図８】
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【図９】
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