混合動力工程機械的迴轉控制裝置及混合動力工程機械的製作方法

2023-08-01 01:38:41

本發明涉及混合動力工程機械的迴轉控制裝置及具備該迴轉控制裝置的混合動力工程機械。

背景技術：

近年來，在挖掘機或起重機等迴轉式的工程機械中，為了可靠地使上部迴轉體保持停止，不僅進行使上部迴轉體保持在當前位置的位置保持控制，還利用機械制動器來使上部迴轉體保持停止。

日本專利第3977697號公報(以下稱為「以往技術1」)公開以下技術。即，如該文獻的圖4所示，以往技術1中當操作杆被操作到比位置LnL、LnR靠向中央一側時，根據來自位置傳感器的信號開始使上部迴轉體保持在當前位置的位置保持控制。並且，在以往技術1中，當操作杆被操作到比位置LbL、LbR(比位置LnL、LnR靠向中央的位置)更靠向中央一側時，使機械制動器開始工作。而且，在以往技術1中，當操作杆被操作到比位置LzL、LzR(比位置LbL、LbR靠向中央的位置)更靠向中央一側時，結束位置保持控制。

然而，在以往技術1中，雖然在位置LzL、LzR結束位置保持控制，但位置保持控制並不是在判斷了機械制動器的制動力是否充分發揮作用之後才結束的。因此，在以往技術1中，當操作杆到達位置LzL、LzR時，如果機械制動器的制動力不充分，則會發生上部迴轉體受到重力的作用而向迴轉方向移動的所謂的迴轉減速位移(slewing-down movement)。特別是，在工程機械位於斜坡上的情況下，作用於上部迴轉體的朝向迴轉方向的重力增大，發生迴轉減速位移的可能性變高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種能防止迴轉減速位移的混合動力工程機械的迴轉控制裝置及具備該迴轉控制裝置的工程機械。

本發明的一種方式所涉及的混合動力工程機械的迴轉控制裝置包括：迴轉電動機，使上部迴轉體迴轉；迴轉操作量檢測部，檢測所述上部迴轉體的迴轉操作量；迴轉控制部，輸出用於使所述上部迴轉體以與所述迴轉操作量相對應的迴轉速度工作的迴轉指令，控制所述迴轉電動機；迴轉速度檢測部，檢測所述上部迴轉體的迴轉速度；機械制動器，使所述上部迴轉體機械性地保持停止；制動器控制部，在所述迴轉操作量表示迴轉停止的情況下，在檢測出的所述迴轉速度還沒有達到規定速度以下之前不使所述機械制動器工作，而在所述檢測出的迴轉速度達到規定速度以下之後，使所述機械制動器工作；制動器工作檢測部，檢測表示所述機械制動器的制動力的制動器工作檢測值；以及時間測量部，測量檢測出的所述制動器工作檢測值超過預先規定的閾值的時間，其中，所述迴轉控制部，在所述機械制動器工作的情況下，在所述時間測量部測量的時間還沒有超過規定的基準時間之前輸出所述迴轉指令，而在所述測量的時間超過了規定的基準時間之後停止所述迴轉指令的輸出。

根據該結構，能夠防止迴轉減速位移。

此外，本發明的一種方式所涉及的混合動力工程機械具備上部迴轉體和上述混合動力工程機械的迴轉控制裝置。

根據該結構，可以提供能夠防止迴轉減速位移的混合動力工程機械。

附圖說明

圖1是將本發明的實施方式1所涉及的混合動力工程機械適用於混合動力挖掘機時的混合動力挖掘機1的外觀圖。

圖2是表示本發明的實施方式1所涉及的混合動力挖掘機1的系統結構的一個例子的方框圖。

圖3是表示本發明的實施方式1所涉及的混合動力挖掘機1的動作的流程圖。

圖4是表示本發明的實施方式2所涉及的混合動力挖掘機1的系統結構的一個例子的方框圖。

圖5是表示本發明的實施方式2所涉及的混合動力挖掘機1的動作的流程圖。

圖6是表示本發明的實施方式3所涉及的混合動力挖掘機1的系統結構的一個例子的方框圖。

圖7是表示本發明的實施方式3所涉及的混合動力挖掘機1的動作的流程圖。

具體實施方式

下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。另外，下述實施方式是使本發明具體化的一種例子，並不用於限定本發明的技術範圍。

(實施方式1)

圖1是將本發明的實施方式1所涉及的混合動力工程機械適用於混合動力挖掘機1時的混合動力挖掘機1的外觀圖。混合動力挖掘機1具備履帶式的下部行駛體2、以可迴轉的方式設置於下部行駛體2的上部迴轉體3以及安裝於上部迴轉體3的作業附屬裝置4。

作業附屬裝置4具備以可起伏的方式安裝於上部迴轉體3的動臂15、以可搖動的方式安裝於動臂15的頂端部的鬥杆16以及以可搖動的方式安裝於鬥杆16的頂端部的鏟鬥17。

此外，作業附屬裝置4還具備使動臂15相對於上部迴轉體3起伏的動臂缸18、使鬥杆16相對於動臂15搖動的鬥杆缸19以及使鏟鬥17相對於鬥杆16搖動的鏟鬥缸20。

圖2是表示本發明的實施方式1所涉及的混合動力挖掘機1的系統結構的一個例子的方框圖。

混合動力挖掘機1具備發動機21、與發動機21的輸出軸相連結的液壓泵23和發電電動機22、以及控制蓄電裝置26的充放電及發電電動機22的驅動的發電逆變器24。混合動力挖掘機1還具備控制蓄電裝置26的充放電及迴轉電動機28的驅動的迴轉逆變器25、以及被迴轉逆變器25驅動的迴轉電動機28。混合動力挖掘機1還具備可以儲備由發電電動機22產生的電力的蓄電裝置26、發電逆變器24以及控制迴轉逆變器25的控制部32。此外，在圖2中，粗線表示電力線，細線表示控制流動，雙重線表示發動機21的輸出軸。

發動機21例如由柴油機構成。

發電電動機22例如由三相馬達構成，利用來自發動機21的動力發揮發電機功能。此外，發電電動機22利用來自蓄電裝置26的電力發揮電動機功能，輔助發動機21。

液壓泵23被發動機21的動力而驅動，噴出驅動油。從液壓泵23噴出的驅動油經由圖中省略的控制閥被引導到包含各缸18至20(參照圖1)的多個液壓致動器23a。進一步，從液壓泵23噴出的驅動油經由制動器控制閥29a被引導到機械制動器29。

發電逆變器24例如由三相逆變器構成，在控制部32的控制下，對發電電動機22的發電機功能和發電電動機22的電動機功能之間的轉換進行控制。此外，發電逆變器24控制發電電動機22的轉矩。

迴轉逆變器25例如由三相逆變器構成，將蓄電裝置26的電力提供給迴轉電動機28，使迴轉電動機28驅動。此外，迴轉逆變器25將上部迴轉體3的迴轉減速時發生在迴轉電動機28中的再生電力(regenerative electric power)儲存到蓄電裝置26。此外，迴轉逆變器25控制迴轉電動機28的轉矩。

蓄電裝置26例如由鋰離子電池、鎳氫電池或電氣雙層電容器等二次電池構成，在發電逆變器24的控制下，儲備由發電電動機22產生的電力。此外，蓄電裝置26在迴轉逆變器25的控制下，儲備迴轉電動機28的再生電力。

迴轉速度檢測部27例如由安裝於迴轉電動機28的速度傳感器構成，檢測上部迴轉體3的迴轉速度。

迴轉電動機28例如由三相馬達構成，利用蓄電裝置26的電力驅動，使圖1所示的上部迴轉體3迴轉。

機械制動器29利用從液壓泵23經由制動器控制閥29a所提供的驅動油工作，制動迴轉電動機28，使上部迴轉體3機械性地保持停止。具體而言，機械制動器29由負制動器(negative brake)構成，該負制動器具備缸(cylinder)(圖中省略)及彈簧(圖中省略)，當液壓從制動器控制閥29a導入缸時解除對迴轉電動機28的制動力，當從制動器控制閥29a到缸的液壓被釋放時通過彈簧的力向迴轉電動機28賦予制動力。

制動器控制閥29a由來自製動器控制部323的控制信號工作的電磁開閉閥構成。制動器控制閥29a，在輸入有解除制動的控制信號時將液壓導入所述缸，在輸入有使制動器工作的控制信號時釋放向所述缸導入的液壓。

制動器工作檢測部30檢測表示機械制動器29的制動力的制動器工作檢測值。在本實施方式中，制動器工作檢測部30例如由液壓傳感器構成，將機械制動器29的液壓作為制動器工作檢測值來檢測。

迴轉操作量檢測部31將迴轉杆31a的例如傾倒角度作為迴轉操作量來檢測，向迴轉控制部321及制動器控制部323輸出。關於迴轉操作量，預先在迴轉杆31a的傾倒角度為0的位置設定中立點，並在該中立點的左右方向具有規定幅度(例如，迴轉杆31a的傾倒角度在左右分別為7.5度)的範圍內設定中立範圍。以在迴轉杆31a超過所述中立範圍傾倒時，迴轉杆31a的傾倒角度越大則上部迴轉體3的目標速度越增大的方式，預先設定迴轉操作量和目標速度之間的關係。

控制部32例如包括ASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(field-programmable gate array)及CPU等處理器、以及ROM、RAM、EEPROM等可改寫的存儲裝置。並且，控制部32負責混合動力挖掘機1的整體控制。

在本實施方式中，控制部32具備迴轉控制部321、時間測量部322以及制動器控制部323。迴轉控制部321、時間測量部322以及制動器控制部323既可以由CPU執行控制程序來實現，也可以由專用的硬體電路來實現。

迴轉控制部321向迴轉逆變器25輸出迴轉指令來控制迴轉電動機28，該迴轉指令是使上部迴轉體3以與迴轉操作量檢測部31檢測出的迴轉操作量相對應的目標速度工作的指令。其中，當迴轉速度檢測部27檢測出的迴轉速度低於目標速度時，迴轉控制部321向迴轉逆變器25輸出提高迴轉速度的迴轉指令。另一方面，當迴轉速度檢測部27檢測出的迴轉速度高於目標速度時，迴轉控制部321可以向迴轉逆變器25輸出降低迴轉速度的迴轉指令。

當迴轉杆31a定位在所述中立範圍時，迴轉控制部321向迴轉逆變器25輸出用於使迴轉速度成為0的迴轉指令。由此，可以實現將上部迴轉體3的迴轉速度維持在零的零速度控制。

當迴轉操作量檢測部31檢測出的迴轉操作量表示迴轉停止，而且，迴轉速度檢測部27檢測出的迴轉速度達到規定速度以下時，制動器控制部323向制動器控制閥29a輸出用於使制動器工作的控制信號，使機械制動器29工作。另一方面，在迴轉操作量檢測部31檢測出的迴轉操作量表示迴轉停止的情況下，在迴轉速度檢測部27檢測出的迴轉速度還沒有達到規定速度以下之前，制動器控制部323向制動器控制閥29a輸出用於解除制動的控制信號，不使機械制動器29工作。

其中，對於表示迴轉停止的迴轉操作量而言，可以採用迴轉杆31a定位在所述中立範圍時的迴轉杆31a的傾倒角度。

時間測量部322測量制動器工作時間，該制動器工作時間是制動器工作檢測部30檢測出的制動器工作檢測值超過預先規定的閾值的時間。其中，如上所述，機械制動器29採用負制動器。因此，上述的「制動器工作檢測值超過閾值」是指，作為制動器工作檢測值的液壓成為閾值以下從而向迴轉電動機28賦予制動力的狀態。但是，這只是一種例子，在採用正制動器(positive brake)來作為機械制動器29的情況下，「制動器工作檢測值超過閾值」是指作為制動器工作檢測值的液壓成為閾值以上的狀態。對於閾值而言，例如可以採用表示機械制動器29的制動力開始發揮作用的預先規定的液壓值。

在機械制動器29工作的情況下，當時間測量部322測量的制動器工作時間超過了規定的基準時間時，迴轉控制部321停止迴轉指令的輸出。另一方面，在機械制動器29工作的情況下，在測量的制動器工作時間還沒有超過規定的基準時間之前，迴轉控制部321輸出迴轉指令。其中，對於基準時間而言，可以採用表示機械制動器29開始工作之後「制動充分發揮作用了」的預先規定的時間。

圖3是表示本發明的實施方式1所涉及的混合動力挖掘機1的動作的流程圖。

首先，迴轉控制部321向迴轉逆變器25輸出迴轉指令，該迴轉指令用於使迴轉速度檢測部27檢測出的迴轉速度成為與迴轉操作量檢測部31檢測出的迴轉操作量相對應的目標速度。(S301)。此時，當迴轉操作量表示迴轉停止時，迴轉控制部321向迴轉逆變器25輸出用於使目標速度成為0的迴轉指令。據此，迴轉控制部321開始零速度控制。

接著，當迴轉操作量表示迴轉停止，而且，迴轉速度檢測部27檢測出的迴轉速度達到規定速度以下時，制動器控制部323向制動器控制閥29a輸出用於使制動器工作的控制信號，從而使機械制動器29工作(S302中為「是」)。另一方面，當迴轉操作量沒有表示迴轉停止，或者，迴轉速度檢測部27檢測出的迴轉速度還沒有達到規定速度以下時，制動器控制部323向制動器控制閥29a輸出用於解除制動的控制信號，不使機械制動器29工作(S302中為「否」)。在S302為「否」時，處理進入S308。其中，在迴轉速度還沒有達到規定速度以下時不會使機械制動器29工作，因此可以抑制機械制動器29的損耗。因而，對於規定速度而言，可以採用表示迴轉速度降低到能夠抑制機械制動器29的損耗的程度的預先規定的速度。

在S303，制動器工作檢測部30檢測制動器工作檢測值。

當制動器工作檢測值超過閾值時(S304中為「是」)，時間測量部322測量制動器工作時間(S305)。另一方面，當制動器工作檢測值還沒有超過閾值時(S304中為「否」)，處理返回到S301。即，在制動器工作檢測值超過閾值之後，才開始制動器工作時間的測量。

接著，當制動器工作時間超過基準時間時(S306中為「是」)，迴轉控制部321停止向迴轉逆變器25輸出迴轉指令(S307)。由此，停止零速度控制。另一方面，當制動器工作時間還沒有超過基準時間時(S306中為「否」)，處理返回到S301。

在S308，時間測量部322使制動器工作時間歸零。

這樣，在實施方式1中，在制動器工作時間超過了基準時間之後(S306中為「是」)，才停止迴轉指令的輸出(S307)。因此，在實施方式1中，可以在確認到機械制動器29的制動力充分發揮作用之後才結束零速度控制，能夠防止迴轉減速位移。

由於液壓迴路中存在工作延遲，即使制動器控制部323輸出用於使制動器工作的控制信號，驅動油的壓力也不會馬上達到機械制動器29的工作所需的壓力。因此，為了判斷驅動油的壓力是否達到機械制動器29的工作所需的壓力，必須在制動器控制部323向制動器控制閥29a輸出控制信號之後，監視驅動油的壓力。於是，在本實施方式中，對制動器工作檢測值進行檢測，判斷制動器工作檢測值是否超過閾值。

然而，由於機械制動器29中存在機械性的延遲，即使制動器工作檢測值超過閾值，從超過閾值之後到機械制動器29實際上使迴轉電動機28停止為止需要一定的時間。於是，在實施方式1中，在制動器工作時間超過了基準時間之後，才停止零速度控制。

由此，在實施方式1中，可以在確認到機械制動器29的制動力充分發揮作用之後才結束零速度控制，能夠防止迴轉減速位移。

(實施方式2)

實施方式2的混合動力挖掘機1的特徵在於根據自己的傾斜角度決定基準時間。另外，在本實施方式中，對與實施方式1同樣的結構附上相同的附圖標記，並省略其說明。

圖4是表示本發明的實施方式2所涉及的混合動力挖掘機1的系統結構的一個例子的方框圖。圖4與圖2的區別在於，在圖4中還設有傾斜角度檢測部33。傾斜角度檢測部33檢測混合動力挖掘機1的傾斜角度。

迴轉控制部321以由傾斜角度檢測部33檢測出的傾斜角度越大則基準時間越長的方式決定基準時間。其中，迴轉控制部321可以利用預先將傾斜角度和基準時間之間的關係對應起來的基準時間決定表決定基準時間。

圖5是表示本發明的實施方式2所涉及的混合動力挖掘機1的動作的流程圖。在圖5中，對與圖3的處理同樣的處理附上相同的附圖標記。在接著S304之後的S501中，傾斜角度檢測部33檢測混合動力挖掘機1的傾斜角度。

在S502，迴轉控制部321決定與由傾斜角度檢測部33檢測出的傾斜角度相對應的基準時間。之後，繼續進行與實施方式1同樣的處理。

在位於斜坡上時，作用於上部迴轉體3的朝向迴轉方向的重力比位於平地上時更大。在實施方式2中，由於根據傾斜角度決定基準時間，因此可以在確認到機械制動器29的制動力充分發揮作用之後才結束零速度控制，能夠更可靠地防止迴轉減速位移。

(實施方式3)

實施方式3的混合動力挖掘機1的特徵在於根據使機械制動器29工作的驅動油的溫度來決定基準時間。另外，在本實施方式中，對與實施方式1和2同樣的結構附上相同的附圖標記，並省略其說明。

圖6是表示本發明的實施方式3所涉及的混合動力挖掘機1的系統結構的一個例子的方框圖。圖6與圖2的區別在於，在圖6中還設有溫度檢測部34。溫度檢測部34例如由溫度傳感器構成，檢測由液壓泵23提供給機械制動器29的驅動油的溫度。

迴轉控制部321以由溫度檢測部34檢測出的驅動油的溫度越低則基準時間越長的方式決定基準時間。其中，迴轉控制部321可以利用預先將驅動油的溫度和基準時間之間的關係對應起來的基準時間決定表決定基準時間。

圖7是表示本發明的實施方式3所涉及的混合動力挖掘機1的動作的流程圖。在圖7中，對與圖3的處理同樣的處理附上相同的附圖標記。在接著S304之後的S701中，溫度檢測部34檢測由液壓泵23提供給機械制動器29的驅動油的溫度。

在S702，迴轉控制部321決定與由溫度檢測部34檢測出的驅動油的溫度相對應的基準時間。之後，繼續進行與實施方式1同樣的處理。

驅動油具有溫度越低則其響應性越差的傾向。在實施方式3中，根據驅動油的溫度決定基準時間。因此，可以在確認到機械制動器的制動力充分發揮作用之後才結束零速度控制，能更可靠地防止迴轉減速位移。

(實施方式的總結)

本發明的一種方式所涉及的混合動力工程機械的迴轉控制裝置包括：迴轉電動機，使上部迴轉體迴轉；迴轉操作量檢測部，檢測所述上部迴轉體的迴轉操作量；迴轉控制部，輸出用於使所述上部迴轉體以與所述迴轉操作量相對應的迴轉速度工作的迴轉指令，控制所述迴轉電動機；迴轉速度檢測部，檢測所述上部迴轉體的迴轉速度；機械制動器，使所述上部迴轉體機械性地保持停止；制動器控制部，在所述迴轉操作量表示迴轉停止的情況下，在檢測出的所述迴轉速度還沒有達到規定速度以下之前不使所述機械制動器工作，而在所述檢測出的迴轉速度達到規定速度以下之後，使所述機械制動器工作；制動器工作檢測部，檢測表示所述機械制動器的制動力的制動器工作檢測值；以及時間測量部，測量檢測出的所述制動器工作檢測值超過預先規定的閾值的時間，其中，所述迴轉控制部，在所述機械制動器工作的情況下，在所述時間測量部測量的時間還沒有超過規定的基準時間之前輸出所述迴轉指令，而在所述測量的時間超過了規定的基準時間之後停止所述迴轉指令的輸出。

根據上述結構，輸出用於使上部迴轉體以與迴轉操作量相對應的迴轉速度工作的迴轉指令。因此，在迴轉操作量表示迴轉停止的情況下，開始用於將迴轉速度維持在零的零速度控制。然後，在迴轉速度達到規定速度以下的情況下使機械制動器工作，並且，當表示機械制動器的制動力的制動器工作檢測值超過閾值的時間持續了規定的基準時間以上時，停止迴轉指令的輸出，從而停止零速度控制。

因此，在本結構中，可以往確認到機械制動器的制動力充分發揮作用之後才結束零速度控制，能夠防止迴轉減速位移。

而且，由於在確認到機械制動器的制動力充分發揮作用之後才結束零速度控制，因此能降低零速度控制所需的耗電量。

此外，所述混合動力工程機械的迴轉控制裝置還可以包括：液壓工作部，利用液壓使所述機械制動器工作；以及液壓檢測部，檢測所述液壓，其中，所述制動器工作檢測部將由所述液壓檢測部檢測出的液壓作為所述制動器工作檢測值來檢測。

當對機械制動器進行液壓控制時，從向機械制動器發出工作指示起到機械制動器實際上發揮作用之前存在工作延遲。而在本方式中，由於將液壓作為制動器工作檢測值來檢測，因此可以在考慮到工作延遲的基礎上使迴轉控制部結束迴轉指令的輸出，能夠更可靠地防止迴轉減速位移。

此外，所述混合動力工程機械的迴轉控制裝置還可以包括：傾斜角度檢測部，檢測所述混合動力工程機械相對於水平面的傾斜角度，其中，所述迴轉控制部根據檢測出的所述傾斜角度決定所述基準時間。

在位於斜坡上時，作用於上部迴轉體的朝向迴轉方向的重力比位於平地上時更大。在本方式中，根據傾斜角度決定基準時間。因此，可以在確認到機械制動器的制動力充分發揮作用之後才結束零速度控制，能更可靠地防止迴轉減速位移。

此外，所述混合動力工程機械的迴轉控制裝置還可以包括：液壓工作部，利用液壓使所述機械制動器工作；以及溫度檢測部，檢測所述液壓工作部向所述機械制動器提供的驅動油的溫度，其中，所述迴轉控制部根據檢測出的所述驅動油的溫度決定所述基準時間。

驅動油具有溫度越低則其響應性越差的傾向。在本方式中，由於根據驅動油的溫度決定基準時間，因此可以在確認到機械制動器的利動力充分發揮作用之後才結束零速度控制，能夠更可靠地防止迴轉減速位移。

此外，本發明的一種方式所涉及的混合動力工程機械包括上部迴轉體和上述混合動力工程機械的迴轉控制裝置。

根據上述結構，可以提供能夠防止迴轉減速位移的混合動力工程機械。