ハイブリッド式建設機械及びその制御方法
【課題】作業機の負荷の変動に関わらず、複合動作の操作性を確保したハイブリッド式建設機械及びその制御方法を提供する。
【解決手段】旋回体と、旋回体に装設した作業機と、旋回体に搭載したエンジンと、エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、エンジンと第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、旋回体を駆動するための第２の電動機と、複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械において、作業機と前記旋回体とが複合的に動作する際に、第２の電動機を、複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御し、油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第１の制御手段を備えた。
【解決手段】旋回体と、旋回体に装設した作業機と、旋回体に搭載したエンジンと、エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、エンジンと第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、旋回体を駆動するための第２の電動機と、複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械において、作業機と前記旋回体とが複合的に動作する際に、第２の電動機を、複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御し、油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第１の制御手段を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械及びその制御方法に係り、更に詳しくは、エンジンにより駆動され油圧ポンプアシスト用の発電電動機と、旋回体駆動用電動機と、蓄電装置とを備えたハイブリッド式建設機械及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の旋回体を有する建設機械は、従来、エンジンで油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出される油圧にて油圧モータを回転し、慣性体である旋回体を駆動するものが主流であったが、近年に至り、エンジンの燃費向上、騒音レベルの低減及び排ガス量の低減などを図るため、エンジンにより駆動されて発電可能な発電電動機と、キャパシタやバッテリ等の蓄電装置と、蓄電装置からの電気エネルギの供給を受けて駆動する旋回体駆動用電動機とを備えたハイブリッド式の建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、旋回体駆動用電動機と発電電動機機の給電線にキャパシタとバッテリを並列に接続し、給電線への給電順序をキャパシタ、発電電動機、バッテリの順に設定する制御手段を設けた建設機械が開示されている。この特許文献１に記載の建設機械は、キャパシタで旋回制動時の回生電力を急速に回収することによりエネルギ効率の向上を図るとともに、エンジンの小型化を図っている。
【０００４】
ところで、油圧ショベル等の旋回体を有する建設機械においては、旋回体を旋回させながらブームを上昇させる旋回ブーム上げ動作等の複合動作が頻繁に実行される。この複合動作における旋回ブーム上げ動作において、ブーム負荷であるバケット重量が変化すると、旋回体の旋回速度とブームの上昇速度とのバランスが変化し、オペレータの操作性が低下する場合がある。この旋回体の旋回速度とブームの上昇速度とのバランスの変化を抑制するために、旋回モータの容量を制御することで、エンジンの動力を旋回体とブームとに適切に配分する建設機械の油圧制御装置が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２４２２３４号公報
【特許文献２】特開２０１１−０３８２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハイブリッド式の建設機械は、一の動力源であるエンジンと他の動力源である発電電動機とを、油圧ポンプの駆動に使用する方式であり、所謂パラレル方式の駆動形態で構成されている。このパラレル方式において、エンジンは発電電動機も同時に駆動する。発電電動機の発電機作用によって生成された電力は、蓄電装置に充電される。一方、エンジンの動力をアシストする必要がある場合には、蓄電装置からの電力が発電電動機に供給される。したがって、パラレル方式では、エンジン動力と蓄電装置の動力（電力）の和によってシステム全体の最大動力（システム最大動力）が決まる。
【０００７】
このようなハイブリッド方式の建設機械において、旋回ブームの上げ動作等の複合動作を操作性の低下なしに行うためには、適切な動力配分が必要となる。具体的には、ブームの上昇速度を制御する油圧ポンプと、旋回体の旋回速度を制御する旋回電動機とへ供給する動力において、エンジンと蓄電装置とが有する動力の適切な配分制御が必要になる。
【０００８】
特許文献１に記載のハイブリッド式の建設機械は、給電線への給電順序をキャパシタ、発電電動機、バッテリの順に設定しているため、旋回体駆動用電動機への電力がキャパシタだけでは足りない場合、発電電動機からの電力供給が必要となる。この結果、エンジンには、発電電動機の発電負荷と油圧ポンプの駆動負荷がかかるため、燃費を悪化させる虞がある。また、油圧ポンプを駆動するために必要な出力を確保できない虞がある。この場合、操作性を確保する旋回体の旋回速度とブームの上昇速度とのバランスを良好に保つことが難しくなる。
【０００９】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、旋回体駆動用電動機を有するハイブリッド建設機械において、作業機の負荷の変動に関わらず、旋回体と、この旋回体に装設した作業機との複合動作の操作性を確保したハイブリッド式建設機械及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、旋回体と、前記旋回体に装設した作業機と、前記旋回体に搭載したエンジンと、前記エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、前記エンジンと前記第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより生成された動力によって前記作業機を駆動操作する油圧アクチュエータと、前記旋回体を駆動するための第２の電動機と、前記第１及び第２の電動機を駆動する電力の供給及び前記第１及び第２の電動機で生成した電力の充電を行うための複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械において、前記作業機と前記旋回体とが複合的に動作する際に、前記第２の電動機を、前記複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、前記選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御し、前記油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第１の制御手段を備えたものとする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記第２の電動機を、前記エンジンにより前記第１の電動機を発電駆動して生成された電力と、前記第１の制御手段で選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御する第２の制御手段と、前記第１の制御手段で選択された蓄電デバイスの残量に応じて前記第１の制御手段と前記第２の制御手段とを切換える制御切換手段とを更に備えたことを特徴とする。
【００１２】
更に、第３の発明は、第２の発明において、前記第１の制御手段が選択されている場合は、前記エンジンのエンジン回転数を第１の回転数で制御し、前記第２の制御手段が選択されている場合は、前記エンジンのエンジン回転数を前記第１の回転数よりも高い第２の回転数で制御するエンジン回転数制御手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、旋回体と、前記旋回体に装設した作業機と、前記旋回体と前記作業とを操作する為の操作手段と、前記旋回体に搭載したエンジンと、前記エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、前記エンジンと前記第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより生成された動力によって前記作業機を駆動操作する油圧アクチュエータと、前記旋回体を駆動するための第２の電動機と、前記第１及び第２の電動機を駆動する電力の供給及び前記第１及び第２の電動機で生成した電力の充電を行うための複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械の制御方法であって、前記操作手段の操作状態に応じて前記作業機と前記旋回体の複合的な動作の有無を判断する第１の手順と、前記手順により前記作業機と前記旋回体の複合的な動作と判断された場合に、前記第２の電動機を、前記複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、前記選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって、駆動制御する第２の手順と、前記油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第３の手順とを実行する第１の制御モードを備えたものとする。
【００１４】
更に、第５の発明は、第４の発明において、前記第２の電動機を、前記エンジンにより前記第１の電動機を発電駆動して生成された電力と、前記第１の制御モードで選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスからの電力とからの電力によって駆動制御する第２の制御モードを備え、前記第１の制御モードで選択された蓄電デバイスの残量に応じて前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切換えることを特徴とする。
【００１５】
また、第６の発明は、第５の発明において、前記第１の制御モードが選択されている場合は、エンジン回転数を第１の回転数で制御し、前記第２の制御モードが選択されている場合は、エンジン回転数を前記第１の回転数よりも高い第２の回転数で制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、旋回体とこの旋回体に装設した作業機とが複合的に動作する際に、バッテリ（単位重量あたりの出力が低く、蓄積エネルギが高い蓄電デバイス）とキャパシタ（単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギが低い蓄電デバイス）とから電力を旋回体駆動用電動機に供給し、エンジンの動力に応じて油圧ポンプの出力を制御するため、旋回体を駆動するための電力と油圧ポンプを駆動するための動力とを適切に確保することが可能となる。この結果、旋回体とこの旋回体に装設した作業機との複合動作である旋回ブーム上げ動作において旋回体の旋回速度とブームの上昇速度とのバランスを良好に保つことができるので、ハイブリッド式建設機械における複合動作の操作性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を適用した油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図３】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成する統合コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【図４】図３の統合コントローラを構成する直流電圧制御手段とキャパシタ電圧制御手段の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成するバッテリの機能を説明する簡易モデル図である。
【図６】図３の統合コントローラを構成するバッテリ残量推定手段の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図７】図３の統合コントローラを構成する制御切換手段の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図８】図３の統合コントローラを構成するエンジン回転数制御手段の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図９】図８のエンジン回転数制御手段を構成するエンジン回転数指令算出マップの処理内容を示す特性図である。
【図１０】図８のエンジン回転数制御手段を構成するエンジン回転数指令算出マップにおけるエンジン回転数の上限値の設定方法を示す表図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態における旋回動作時の制御方法を示すタイムチャート図である。
【図１２】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態における掘削動作時の制御方法を示すタイムチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、ハイブリッド式建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。例えば、本発明は旋回体を備えたクレーン車等、その他の建設機械にも適用可能である。図１は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を適用した油圧ショベルの側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図３は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成する統合コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【００１９】
図１において、油圧ショベルは走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０と、旋回体２０に装設した多関節形の作業機３０を備えている。
【００２０】
走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００２１】
旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動される発電可能な第１の電動機２３（以下、アシスト発電モータ２３と称する。）と、第２の電動機２５（以下、旋回電動モータと称する）と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５と電気的に接続される電気二重層のキャパシタ２４と、リチウムイオンバッテリ２７と、旋回電動モータ２５の回転を減速する減速機構２６等から構成されている。そして、旋回電動モータ２５の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）が旋回駆動する。
【００２２】
また、旋回体２０には作業機３０が搭載されている。作業機３０は、旋回体２０の旋回フレーム２１に俯仰動可能に設けたブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００２３】
さらに、旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、ブームシリンダ３２、アークシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。油圧システム４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２とアシスト発電モータ２３とによって駆動される。
【００２４】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について図２を用いて概略説明する。
エンジン２２の動力はアシスト発電モータ２３を介して油圧ポンプ４１に伝達される。また、コントロールバルブ４２は、後述の操作レバーからの指令に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３、１４への動作油の吐出量及び吐出方向を制御する。
【００２５】
キャパシタ２４からの直流電力はチョッパ５１によって所定の直流電圧に昇圧されて、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。また、バッテリ２７からの直流電力はチョッパ５６によって所定の直流電圧に昇圧されて、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。平滑コンデンサ５４は、直流電圧を安定化させるために設けられている。旋回電動モータ２５は減速機構２６を介して旋回体２０を駆動し、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、キャパシタ２４及びバッテリ２７は充放電されることになる。
【００２６】
統合コントローラ１００は、図示しない操作レバー信号、圧力信号、回転速度信号等を用いて、エンジンコントロールユニット５７（以下、ＥＣＭと称する）、パワーコントロールユニット５５（以下、ＰＣＵと称する）、油圧コントロールユニット８０（以下、ＭＣＵと称する）に対して指令信号を出力し、各種制御モードの切り換え、旋回制御、エンジン制御、エネルギーマネジメント、及び電動システムの異常監視等の制御を行う。また、電磁比例弁７５は、ＭＣＵ８０からの電気信号を油圧信号に変換するデバイスである。この油圧信号は、コントロールバルブ４２を駆動して各アクチュエータへの圧油の流量と方向を制御する。また、この油圧信号は、油圧ポンプ４１の斜板の傾転角駆動装置（図示せず）を駆動して、油圧ポンプ４１の吐出流量を制御する。
【００２７】
次に、上述した統合コントローラ１００の処理内容について図３を用いて説明する。
以下に示す処理の内容は、統合コントローラ１００にプログラミングされ、予め定められた周期で繰り返し実行される。また、以降の説明において、各モータ２３，２５の出力は力行側を正の値、回生側（発電側）を負の値として定義し、キャパシタ２４やバッテリ２７の出力は放電側を正の値、充電側を負の値として定義する。
【００２８】
図３において、直流電圧制御手段３０１は、図２に示すＰＣＵ５５で検出した直流電圧Ｖｄｃ（平滑コンデンサ５４の両端電圧）の値に応じて、キャパシタ出力指令Ｐｃ*を演算する。統合コントローラ１００は演算されたキャパシタ出力指令Ｐｃ*をＰＣＵ５５に出力する。ＰＣＵ５５は統合コントローラ１００から出力された値に応じてチョッパ５１の直流電力を制御して、直流電圧Ｖｄｃを所定の範囲内で安定化させる。なお、直流電圧制御手段３０１の処理内容については後述する。
【００２９】
キャパシタ電圧制御手段３０２は、ＰＣＵ５５で検出したキャパシタ２４の電圧Ｖｃ、旋回電動モータ２５の回転数ＮｓとトルクＴｓ、及び直流電圧制御手段３０１で演算したキャパシタ出力指令Ｐｃ*に応じて、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*とアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*とを演算する。ここで、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*は、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４、バッテリ２７、及びアシスト発電モータ２３の電力で分担する場合において、バッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値を演算するためのパラメータである。また、アシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*は、キャパシタ２４の電圧Ｖｃを所定の範囲内に収束させるために、アシスト発電モータ２３の出力指令値を補正するためのパラメータである。なお、キャパシタ電圧制御手段３０２の処理内容については後述する。
【００３０】
第１の制御手段３１１は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に応じて、第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*と第１のアシスト出力指令Ｐａ１*を演算する。同様に、第２の制御手段３１２は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に応じて、第２のバッテリ出力指令Ｐｂ２*と第２のアシスト出力指令Ｐａ２*を演算する。なお、第１の制御手段３１１、第２の制御手段３１２の処理内容については後述する。
【００３１】
バッテリ残量推定手段３１３は、ＰＣＵ５５で検出したバッテリ２７の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂ、温度Ｔｂに応じて、バッテリ充電状態ＳＯＣを演算する。なお、バッテリ残量推定手段３１３の処理内容については後述する。
【００３２】
制御切換手段３１４は、第１の制御手段３１１、第２の制御手段３１２で演算した第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*と第１のアシスト出力指令Ｐａ１*、第２のバッテリ出力指令Ｐｂ２*と第２のアシスト出力指令Ｐａ２*と、バッテリ残量推定手段３１３で演算したバッテリ充電状態ＳＯＣに応じて、バッテリ出力指令Ｐｂ*、アシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*を演算する。統合コントローラ１００はバッテリ出力指令Ｐｂ*をＰＣＵ５５に出力する。ＰＣＵ５５は統合コントローラ１００から出力された値に応じてチョッパ５６の直流電力を制御して、バッテリ２７の充放電電流を制御する。なお、制御切換手段３１４の処理内容については後述する。
【００３３】
統合コントローラ１００は、制御切換手段３１４で演算したアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*に、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算したアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*を加算することにより、アシスト出力指令Ｐａ*を演算する。統合コントローラ１００はアシスト出力指令Ｐａ*をＰＣＵ５５に出力する。ＰＣＵ５５は統合コントローラ１００から出力された値に応じてインバータ５３の直流電力を制御して、アシスト発電モータ２３の力行／発電電力を制御する。
【００３４】
また、図３において、旋回操作レバー３２１の入力によって発生される油圧パイロット信号は、例えば圧力センサのような油圧→電気信号変換デバイス３３１によって変換されて、旋回パイロット圧Ｐｄｓとして統合コントローラ１００に入力される。同様に、作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５等）の操作レバー３２２の入力によって発生される油圧パイロット信号は、油圧→電気信号変換デバイス３３２によって変換されて、フロントパイロット圧Ｐｄｆとして統合コントローラ１００に入力される。
【００３５】
エンジン回転数制御手段３１５は、アシスト出力指令Ｐａ*、ＥＣＭ５７で検出したエンジン回転数Ｎｅ、ＭＣＵ８０で検出した油圧ポンプ４１の吐出圧Ｐｄｐ、旋回パイロット圧Ｐｄｓ、および、フロントパイロット圧Ｐｄｆ等の入力信号に応じて、油圧ポンプ４１の負荷を考慮しつつ、可能な限り燃費を低減でき、かつ、排気性能の良い運転を行うために、エンジン回転数指令Ｎｅ*、油圧ポンプ出力指令Ｐｐ*を演算する。統合コントローラ１００はエンジン回転数指令Ｎｅ*をＥＣＭ５７に出力する。ＥＣＭ５７は統合コントローラ１００から出力された値に応じてエンジン２２のトルクを制御して、エンジン２２の回転数を制御する。
【００３６】
また、統合コントローラ１００はポンプ出力指令Ｐｐ*をＭＣＵ８０に出力する。ＭＣＵ８０は統合コントローラ１００から出力された値に応じて電磁比例弁７５を介してコントロールバルブ４２を制御すると共に、油圧ポンプ４１の斜板の傾転角駆動装置（図示せず）を駆動して、油圧ポンプ４１の吐出流量を制御して油圧ポンプ４１の負荷を調節する。なお、エンジン回転数制御手段３１５の処理内容については後述する。
【００３７】
次に、統合コントローラ１００を構成する各制御手段の処理内容について図を用いて説明する。図４は図３の統合コントローラを構成する直流電圧制御手段とキャパシタ電圧制御手段の処理内容を示す制御ブロック図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
直流電圧制御手段３０１は、インバータ／チョッパの機器仕様に基づいて予め定められた直流電圧指令Ｖｄｃ*と直流電圧Ｖｄｃとの偏差を減算器４００で求め、この減算器４００からの偏差に応じてＰＩＤ制御器４０１のＰＩＤ制御等のフィードバック制御によりキャパシタ出力指令Ｐｃ*を演算する。
【００３９】
キャパシタ電圧制御手段３０２は、旋回電動モータ２５の回転数Ｎｓと旋回電動モータトルク２５のＴｓとを乗算器４０２で乗算し、この乗算器４０２からの乗算値を単位変換器４０３で所定の単位に変換して旋回電動モータ出力Ｐｓを演算する。
【００４０】
次に、旋回電動モータ出力Ｐｓの下限を制限器４０４でゼロリミットした値と、所定の旋回パターンに基づいて定められた旋回時アシスト出力上限ｃＰｓａＨｉｇｈの低い方を低値選択器４０５で選択して旋回力行時（Ｐｓ≧０）の旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を演算する。同様に、旋回電動モータ出力Ｐｓの上限を制限器４０６でゼロリミットした値と、所定の旋回パターンに基づいて定められた旋回時アシスト出力下限ｃＰｓａＬｏｗの高い方を高値選択器４０７選択して旋回回生時（Ｐｓ≦０）の旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を演算する。
【００４１】
低値選択器４０５からの値と高値選択器４０７からの値は加算器４０８で加算されて、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*が演算される。旋回電動モータ出力Ｐｓからこの旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を減算器４０９で減算することにより、キャパシタＦ／Ｆ出力指令Ｐｃｆｆ*を算出する。
【００４２】
また、キャパシタ電圧制御手段３０２は、キャパシタ電圧Ｖｃがキャパシタ電圧指令Ｖｃ*に収束するように、キャパシタ電圧Ｖｃとキャパシタ電圧指令Ｖｃ*との偏差を減算器４１０で求め、この減算器４１０からの偏差に応じてＰＩＤ制御器４１１のＰＩＤ制御等のフィードバック制御によりキャパシタＦ／Ｂ出力指令Ｐｃｆｂ*を演算する。
【００４３】
ここで、旋回体２０の速度が低い場合には、旋回電動モータ２５への力行電力の供給に備えてキャパシタ電圧Ｖｃを高くしておく必要があり、旋回体２０の速度が高い場合には、旋回電動モータ２５からの回生電力の供給に備えてキャパシタ電圧Ｖｃを低くしておく必要がある。このため、キャパシタ電圧指令Ｖｃ*は、旋回電動モータ回転数Ｎｓの絶対値｜Ｎｓ｜に応じて設定されることが望ましい。このため、キャパシタ電圧指令Ｖｃ*は、旋回電動モータ回転数Ｎｓを入力とし、上述した特性に出力を設定した関数発生器４１２によって、設定されている。
【００４４】
さらに、キャパシタ電圧制御手段３０２は、キャパシタＦ／Ｆ出力指令Ｐｃｆｆ*とキャパシタＦ／Ｂ出力指令Ｐｃｆｂ*を加算器４１３で加算してキャパシタ出力要求Ｐｃ**を演算し、キャパシタ出力要求Ｐｃ**とキャパシタ出力指令Ｐｃ*との偏差を減算器４１４で求め、この減算器４１４からの偏差に応じてＰＩＤ制御器４１５のＰＩＤ制御等のフィードバック制御によりアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*を演算する。
【００４５】
以上説明したように、直流電圧制御手段３０１の演算結果に基づき、ＰＣＵ５５がチョッパ５１の直流電力を制御してキャパシタ２４の充放電電流を制御することにより直流電圧Ｖｄｃの安定化を図ることができる。
【００４６】
また、キャパシタ電圧制御手段３０２により、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とそれ以外（バッテリ２７とアシスト発電モータ２３）で分担しつつ、キャパシタ電圧Ｖｃをキャパシタ電圧指令値Ｖｃ*に収束させるためのアシスト発電モータ２３の出力補正値（アシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*）を演算することができる。すなわち、直流電圧制御手段３０１とキャパシタ電圧制御手段３０２により直流電圧Ｖｄｃの安定化制御とキャパシタ２４の充放電管理を適切に両立することが可能となる。
【００４７】
次に、第１の制御手段３１１と第２の制御手段３１２の処理内容について説明する。図３に示すように、第１の制御手段３１１は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に応じて、行列式による演算式数１にしたがい、第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*と第１のアシスト出力指令Ｐａ１*とを演算する。
【００４８】
【数１】
【００４９】
演算式数１から分かるように、第１の制御手段３１１は、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とバッテリ２７とで分担するためのバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値を演算している。このとき、バッテリ２７の放電出力を正の値、充電出力を負の値としているため、第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*に旋回時アシスト出力Ｐｓａ*をそのまま代入することになる。
【００５０】
第２の制御手段３１２は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に応じて、行列式による演算式数２にしたがい、第２のバッテリ出力指令Ｐｂ２*と第２のアシスト出力指令Ｐａ２*を演算する。
【００５１】
【数２】
【００５２】
演算式数２から分かるように、第２の制御手段３１２は、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３とで分担するためのバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値を演算している。このとき、アシスト発電モータ２３の力行出力を正の値、発電出力を負の値としているため、第２のアシスト出力指令Ｐａ２*は、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*の符合を反転させて代入することになる。
【００５３】
以上説明したように、第１の制御手段３１１により、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とバッテリ２７とで分担するためのバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が求まる。同様に、第２の制御手段３１２により、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３とで分担するためのバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が求まる。
【００５４】
次に、バッテリ残量推定手段３１３の処理内容について図５と図６とを用いて説明する。図５は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成するバッテリの機能を説明する簡易モデル図、図６は図３の統合コントローラを構成するバッテリ残量推定手段の処理内容を示す制御ブロック図である。図５及び図６において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
ＰＣＵ５５によって検出されるバッテリ２７の電圧Ｖｂは、図５に示すようにバッテリ２７の内部抵抗ｒによる損失を含んだ電圧である。したがって、バッテリ２７の実際の残量に相当するバッテリ２７の開路電圧ＯＣＶは、以下の演算式数３で表わされる。
【００５６】
【数３】
【００５７】
図６において、バッテリ残量推定手段３１３は、演算式数３を実現するために、ＰＣＵ５５で検出したバッテリ電圧Ｖｂに、バッテリ２７の電流Ｉｂと内部抵抗ｒとを乗算器５００で乗算した値を加算器５０１で加算することによりバッテリ開路電圧ＯＣＶを演算している。バッテリ残量ＳＯＣは、関数発生器５０２でバッテリ開路電圧ＯＣＶの値に応じて所定の値に正規化（例えば、０〜１００％）することにより求めている。ここで、バッテリ残量ＳＯＣは温度依存性が高く、低温時には容量が低下し、高温時には容量が増大することから、関数発生器５０２は、ＰＣＵ５５で検出したバッテリ２７の温度Ｔｂに応じてバッテリ残量ＳＯＣの値を補正演算している。
【００５８】
上述したバッテリ残量推定手段３１３によりバッテリ２７の残量の推定が可能となる。
【００５９】
次に、制御切換手段３１４の処理内容を図７を用いて説明する。図７は図３の統合コントローラを構成する制御切換手段の処理内容を示す制御ブロック図である。図７において、図１乃至図６に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
制御切換手段３１４は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓに応じて旋回電動モータ２５の力行／回生を判定し、旋回力行時には配分パラメータαｄｒｖを選択し（α＝αｄｒｖ）、旋回回生時には配分パラメータαｂｒｋを選択する（α＝αｂｒｋ）ことにより、電力配分パラメータαを演算する。
【００６１】
旋回力行時の配分パラメータαｄｒｖは、関数発生器６０２で設定され、旋回モータ２５の力行電力に対してバッテリ２７から放電する電力を決めるためのパラメータである。例えば、バッテリ残量ＳＯＣが４０〜１００％の範囲にある場合は、アシスト発電モータ２３の発電を抑えてキャパシタ２４とバッテリ２７で電力を供給するため、αｄｒｖ＝１とする。また、バッテリ残量ＳＯＣが低下し、４０％以下になると、バッテリ残量ＳＯＣの低下度合いに応じてバッテリ２７で供給していた電力をアシスト発電モータ２３で補うように、αｄｒｖを徐々に低下させる（αｄｒｖ＝１→０）。さらに、バッテリ残量ＳＯＣが３０％以下になると、バッテリ２７の放電を抑えてキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３で電力を供給するため、αｄｒｖ＝０とする。
【００６２】
同様に、旋回回生時の配分パラメータαｂｒｋは、関数発生器６０３で設定され、旋回電動モータ２５の回生電力に対してバッテリ２７に充電する電力を決めるためのパラメータである。例えば、バッテリ残量ＳＯＣが０〜６０％の範囲にある場合は、アシスト発電モータ２３の力行を抑えてキャパシタ２４とバッテリ２７で電力を回収するため、αｂｒｋ＝１とする。また、バッテリ残量ＳＯＣが増加し、６０％以上になると、バッテリ残量ＳＯＣの増加度合いに応じてバッテリ２７で回収していた電力をアシスト発電モータ２３で補うように、αｂｒｋを徐々に低下させる（αｂｒｋ＝１→０）。さらに、バッテリ残量ＳＯＣが７０％以上になると、バッテリ２７の充電を抑えてキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３で電力を回収するため、αｂｒｋ＝０とする。
【００６３】
次に、制御切換手段３１４は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回モータ出力Ｐｓに応じて旋回モータの力行／回生をアナログスイッチ６０４で判定する。アナログスイッチ６０４は、旋回力行時には配分パラメータαｄｒｖを選択し（α＝αｄｒｖ）、旋回回生時には配分パラメータαｂｒｋを選択する（α＝αｂｒｋ）ことにより、電力配分パラメータαを演算する。
【００６４】
制御切換手段３１４における電力配分処理６０１は、第１の制御手段３１１により演算した第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*、第１のアシスト出力指令Ｐａ１*、および、第２の制御手段３１２により演算した第２のバッテリ出力指令Ｐｂ２*、第２のアシスト出力指令Ｐａ２*に応じて、バッテリ出力指令Ｐｂ*とアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*とを演算する。
【００６５】
ここで、制御切換手段３１４における電力配分処理６０１の処理内容について詳細に説明する。上述したように、電力配分パラメータαは、旋回電動モータ２５の力行／回生電力に対してバッテリ２７の放電／充電電力を決定するパラメータである。したがって、電力配分処理６０１は、バッテリ出力指令Ｐｂ*とアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*とを以下の演算式数４及び演算式数５に基づいて算出している。
【００６６】
【数４】
【００６７】
【数５】
【００６８】
演算式数４及び演算式数５に演算式数１、演算式数２の結果を代入することにより演算式数６及び演算式数７が得られる。
【００６９】
【数６】
【００７０】
【数７】
【００７１】
演算式数６及び演算式数７からわかるように、電力配分パラメータαの値に応じて、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*をバッテリ出力指令Ｐｂ*とアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*に配分することが可能である。
【００７２】
以上説明したように、制御切換手段３１４により、旋回力行時、かつ、バッテリ残量ＳＯＣの値が高い場合には、電力配分パラメータαが１に設定されて旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７で供給することが可能となる。また、旋回力行時、かつ、バッテリ残量ＳＯＣの値が低い場合には、電力配分パラメータαが０に設定されて旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３で供給することが可能となる。
【００７３】
同様に、旋回回生時、かつ、バッテリ残量ＳＯＣの値が高い場合には、電力配分パラメータαが０に設定されて旋回電動モータ２５の回生電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３で回収することが可能となる。また、旋回力行時、かつ、バッテリ残量ＳＯＣの値が低い場合には、電力配分パラメータαが０に設定されて旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とバッテリ２７で回収することが可能となる。
【００７４】
次に、エンジン回転数制御手段３１５の処理内容を図８を用いて説明する。図８は図３の統合コントローラを構成するエンジン回転数制御手段の処理内容を示す制御ブロック図である。図８において、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７５】
エンジン回転数制御手段３１５は、ＥＣＭ５７で検出したエンジン２２の回転数Ｎｅに基づき、予め定められた油圧ポンプ４１の流量特性等を用いて油圧ポンプ４１の吐出流量Ｑｄｐを推定演算する。また、この油圧ポンプ４１の吐出流量ＱｄｐとＭＣＵ８０で検出した油圧ポンプ４１の吐出圧Ｐｄｐに基づき、予め定められた油圧ポンプ４１の出力特性等を用いて油圧ポンプ４１の出力Ｐｐを演算する。さらに、この油圧ポンプ４１の出力Ｐｐからアシスト出力指令Ｐａ*を減算器７００で減算することによりエンジン２２に要求される出力Ｐｅを演算する。
【００７６】
一方で、エンジン回転数制御手段３１５の複合動作判定手段は、旋回パイロット圧Ｐｄｓとフロントパイロット圧Ｐｄｆに応じて旋回体２０と作業機３０の複合動作の存否を判定する。例えば、旋回体２０を操作するための操作レバー３２１の状態を示す旋回パイロット圧Ｐｄｓが所定値以上のときは、オペレータにより旋回動作が実施されていると判定する。また、作業機３０を操作するための操作レバー３２２の状態を示すフロントパイロット圧Ｐｄｆが所定値以上のときは、オペレータにより作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）の動作が行われていると判定する。複合動作判定手段は、これらの条件がすべて成立している場合に、オペレータにより旋回体２０と作業機３０の複合動作が行われているものとして複合動作判定フラグをセット（ｆＳｗｇＢｍＵｐ＝１）する。また、これらの条件のいずれかが非成立の場合には、旋回体２０と作業機３０の複合動作が行われていないものとして複合動作判定フラグをクリア（ｆＳｗｇＢｍＵｐ＝０）する。
【００７７】
また、エンジン回転数制御手段３１５は、上述したエンジン要求出力Ｐｅと複合動作判定フラグｆＳｗｇＢｍＵｐとを入力として、エンジン回転数指令Ｎｅ*を算出するエンジン回転数指令算出マップ７０１を有している。エンジン回転数指令算出マップ７０１の詳細については後述する。
【００７８】
さらに、エンジン回転数制御手段３１５は、エンジン回転数指令Ｎｅ*とエンジン回転数Ｎｅの偏差ｅＮｅを、減算器７０２で求め、この減算器からの偏差ｅＮｅに応じて油圧ポンプ４１の出力を制限する制御を行う。例えば、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令Ｎｅ*に対して徐々に低下し、偏差ｅＮｅが所定値以上になった場合には、油圧ポンプ４１が過負荷状態であると判定する。そして、偏差ｅＮｅが所定値よりも小さくなるように、油圧ポンプ４１の出力指令Ｐｐ*を演算し、このポンプ出力指令Ｐｐ*をＭＣＵ８０に出力する。
【００７９】
次に、エンジン回転数指令算出マップ７０１の処理内容を図９及び図１０を用いて説明する。図９は図８のエンジン回転数制御手段を構成するエンジン回転数指令算出マップの処理内容を示す特性図、図１０は図８のエンジン回転数制御手段を構成するエンジン回転数指令算出マップにおけるエンジン回転数の上限値の設定方法を示す表図である。図９及び図１０において、図１乃至図８に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００８０】
図９の横軸はエンジン要求出力Ｐｅを示しており、縦軸はエンジン回転数指令Ｎｅ*を示している。ここで、エンジン最小出力ＰｅＭｉｎは、待機状態（オペレータによる操作が行われていない状態）における油圧ポンプ４１の引き摺り損失にエアコン等の補機を駆動するための負荷を加算した値に相当する。このときのエンジン回転数指令Ｎｅ*は、エンジン２２がエンジン最小出力ＰｅＭｉｎを出力可能な回転数ＮｅＭｉｎとして設定される。
【００８１】
また、エンジン最大出力ＰｅＭａｘは、エンジン２２の最大出力に相当する。このときのエンジン回転数指令Ｎｅ*は、エンジン２２がエンジン最大出力ＰｅＭａｘを出力可能な回転数ＮｅＭａｘとして設定される。さらに、エンジン回転数指令算出マップ７０１は、エンジン２２の出力特性に応じて予め設定したテーブルになっており、エンジン要求出力Ｐｅに対して燃費と排気が最良となるエンジン回転数指令Ｎｅ*が算出設定されている。
【００８２】
ここで、図３に示す制御切換手段３１４において、第１の制御手段３１１で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択されている場合には、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とバッテリ２７とで分担しているため、アシスト出力指令Ｐａ*はアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*のみとなる。このときのエンジン要求出力Ｐｅ１は、図８に示すように油圧ポンプ４１の出力Ｐｐからアシスト出力指令Ｐａ*を減算するので、以下の演算式数８で表される。
【００８３】
【数８】
【００８４】
また、図３に示す制御切換手段３１４において、第２の制御手段３１２で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択されている場合には、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３とで分担しているため、アシスト出力指令Ｐａ*はアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*にアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*（＝−Ｐｓａ*）を加算した値となる。このときのエンジン要求出力Ｐｅ２は以下の演算式数９で表わされる。
【００８５】
【数９】
【００８６】
演算式数８と演算式数９とを比較すると、旋回電動モータ２５が力行している場合には、Ｐｓａ*＞０となるため、第１の制御手段３１１で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択されている場合に比べ、第２の制御手段３１２で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択されている場合の方が、エンジン要求出力Ｐｅが高くなり、エンジン回転数指令算出マップ７０１で算出したエンジン回転数指令Ｎｅ*が高く設定されることになる（Ｎｅ１＜Ｎｅ２）。
【００８７】
以上説明したように、制御切換手段３１４により第１の制御手段３１１で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択され、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力により供給している場合には、エンジン回転数制御手段３１５によってエンジン回転数Ｎｅを第１の回転数（Ｎｅ１）で制御することが可能となる。
【００８８】
また、制御切換手段３１４により第２の制御手段３１２で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択され、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の回生電力により供給している場合には、エンジン回転数制御手段３１５によってエンジン回転数Ｎｅを第２の回転数Ｎｅ２で制御することが可能となる。
【００８９】
さらに、エンジン回転数指令算出マップ７０１には、複合動作判定フラグの値に応じてエンジン回転数上限ＮｅＬｍｔが設けられている。以下にエンジン回転数上限ＮｅＬｍｔの設定方法を説明する。
【００９０】
図９において、作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）の単独動作で必要なエンジン２２の出力をＰｅＨｉｇｈ（＜ＰｅＭａｘ）とし、この出力に対応するエンジン回転数をＮｅＨｉｇｈ（＜ＮｅＭａｘ）とする。このとき、バッテリ残量ＳＯＣが高く、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力で供給する場合には、旋回体２０と作業機３０の複合動作で必要なエンジン出力は、作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力と同じである。
【００９１】
一方、バッテリ残量ＳＯＣが低く、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の発電電力とで供給する場合には、エンジン２２によりアシスト発電モータ２３を発電駆動するため、旋回体２０と作業機３０の複合動作で必要なエンジン出力は、作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈよりも大きくなる。
【００９２】
ここで、制御誤差や種々の外乱によってアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*の値が変化すると、演算式数８、演算式数９からわかるように、エンジン要求出力Ｐｅの値が変化する。このとき、エンジン要求出力Ｐｅは、作業機３０の単独動作に必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈよりも高くなるので、エンジン回転数指令Ｎｅ*を増加（＞ＮｅＨｉｇｈ）させる必要があるが、エンジン回転数を増加させると燃費が悪化する。したがって、エンジン回転数を抑えて低燃費運転を行う場合には、エンジン回転数に所定の上限値を設定し、図８で示したポンプ出力制限により油圧ポンプ４１の出力を調節して制御誤差や種々の外乱を抑制することが望ましい。
【００９３】
例えば、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合や、バッテリ残量ＳＯＣが低く、かつ、旋回体２０と作業機３０の複合動作が行われていない場合には、エンジン２２の出力を作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈで制限するため、図１０に示すように、エンジン回転数上限ＮｅＬｍｔをＮｅＨｉｇｈに設定する。
【００９４】
また、バッテリ残量ＳＯＣが低く、かつ、旋回体２０と作業機３０の複合動作が行われている場合には、エンジン２２が最大出力ＰｅＭａｘを出力できるようにエンジン回転数上限ＮｅＬｍｔをＮｅＭａｘに設定する。
【００９５】
このように、旋回体２０、作業機３０を操作するための操作レバー（操作手段）３２１、３２２の操作状態に応じて旋回体２０と作業機３０の複合動作を判定する。この判定に応じてエンジン回転数の上限値を設定することにより、バッテリ残量ＳＯＣが低く、かつ、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の回生電力で供給する場合のみ、エンジン回転数を増加させて油圧ポンプ４１を駆動するために必要なエンジン出力を確保することができ、その他の場合においては、エンジン回転数の増加を抑えて低燃費運転を実現することができる。
【００９６】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態の制御方法について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態における旋回動作時の制御方法を示すタイムチャート図、図１２は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態における掘削動作時の制御方法を示すタイムチャート図である。図１１及び図１２において、図１乃至図１０に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９７】
まず、旋回動作時の制御方法を図１１を用いて説明する。図１１において、横軸は時間を示していて、縦軸の（ａ）〜（ｈ）は上から順に旋回電動モータ２５の出力Ｐｓ、アシスト発電モータ２３の出力Ｐａ、キャパシタ２４の出力Ｐｃ、バッテリ２７の出力Ｐｂ、エンジン２２に対する要求出力Ｐｅ、エンジン２２の回転数Ｎｅ、キャパシタ２４の電圧Ｖｃ、バッテリ２７の残量ＳＯＣを示している。また、図の実線は、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合（７０％以上）の制御方法を示しており、点線は、バッテリ残量ＳＯＣが低い場合（３０％以下）の制御方法を示している。
【００９８】
最初に、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合（７０％以上）の制御方法について説明する。
時刻ｔ１において、オペレータが旋回操作レバー３２１を加速方向に操作すると、図１１（ａ）に示すように旋回電動モータ２５の力行出力（Ｐｓ＞０）が増加し、旋回体２０が加速する（旋回力行）。このとき、図１１（ｈ）のバッテリ残量ＳＯＣが高いので、バッテリ出力Ｐｂは、図１１の（ｄ）に示すようにキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*（＝ｃＰｓａＨｉｇｈ）まで徐々に増加する。一方、バッテリ残量ＳＯＣは、徐々に低下していく。
【００９９】
時刻ｔ２において、図１１（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂが旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に達すると、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１によりキャパシタ２４の放電出力（Ｐｃ＞０）が、図１１の（ｃ）に示すように徐々に増加していく。このとき、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃとバッテリ残量ＳＯＣが徐々に減少する。また、エンジン要求出力Ｐｅが増加しないため、エンジン回転数Ｎｅは最小回転数ＮｅＭｉｎを保持することになる。
【０１００】
時刻ｔ３において、オペレータが旋回操作レバー３２１を減速方向に操作すると、図１１（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓが回生方向（Ｐｓ＜０）に切り換わり、旋回体２０が減速する（旋回回生）。このとき、バッテリ残量ＳＯＣが高いので、図１１（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂをゼロに制限し、アシスト発電モータ２３の力行出力（Ｐａ＞０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値（＝（−１）×ｃＰｓａＬｏｗ）まで増加させる。
【０１０１】
したがって、アシスト発電モータ２３の力行出力により、エンジン要求出力Ｐｅが減少する。また、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１により、図１１（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃが充電方向（Ｐｃ＜０）に切り換わる。旋回体２０が減速していくと、旋回電動モータ２５の回生出力（Ｐｓ＜０）が徐々に減少し、キャパシタ２４の充電出力（Ｐｃ＜０）が徐々に減少していく。このとき、旋回電動モータ２５の回生電力をキャパシタ２４の充電電力とアシスト発電モータ２３の力行電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃは徐々に増加することになる。
【０１０２】
時刻ｔ４において、旋回電動モータ２５の回生出力がアシスト発電モータ２３の力行出力を賄える範囲内になると、図１１（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃがゼロとなり、旋回電動モータ２５の回生出力の減少に応じてアシスト発電モータ２３の力行出力が徐々に減少していく。その後、時刻ｔ５において、旋回体２０が停止すると、図１１（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓと図１１（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａがゼロとなり、旋回動作は終了となる。
【０１０３】
次に、バッテリ残量ＳＯＣが低い場合（３０％以下）の制御方法について説明する。
【０１０４】
時刻ｔ１において、オペレータが旋回操作レバー３２１を加速方向に操作すると、図１１（ａ）に示すように旋回電動モータ２５の力行出力（Ｐｓ＞０）が増加し、旋回体２０が加速する（旋回力行）。このとき、図１１（ｈ）のバッテリ残量ＳＯＣが低いので、図１１（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂをゼロに制限し、図１１（ｂ）のアシスト発電モータ２３の発電出力（Ｐａ＜０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値（＝（−１）×ｃＰｓａＨｉｇｈ）まで徐々に増加させる。したがって、アシスト発電モータ２３を発電駆動するため、図１１（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが増加し、図１１（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅが徐々に増加（ＮｅＭｉｎ→ＮｅＳｗｇ）していく。
【０１０５】
時刻ｔ２において、図１１（ｄ）に示すようにアシスト発電モータ出力Ｐａが旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値に達すると、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１によりキャパシタ２４の放電出力（Ｐｃ＞０）が図１１（ｃ）に示すように徐々に増加していく。このとき、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の発電電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃが徐々に減少する。また、エンジン要求出力Ｐｅが増加しているため、エンジン回転数Ｎｅは旋回力行時エンジン回転数ＮｅＳｗｇを保持することになる。
【０１０６】
時刻ｔ３において、オペレータが旋回操作レバー３２１を減速方向に操作すると、図１１（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓが回生方向（Ｐｓ＜０）に切り換わり、旋回体２０が減速する（旋回回生）。このとき、バッテリ残量ＳＯＣが低いので、図１１（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａをゼロに制限し、図１１（ｄ）のバッテリ２７の充電出力（Ｐｂ＜０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*（＝ｃＰｓａＬｏｗ）まで増加させる。したがって、アシスト発電モータ２３を発電駆動する必要が無くなるため、エンジン要求出力Ｐｅが減少し、エンジン回転数Ｎｅが減少（ＮｅＳｗｇ→ＮｅＭｉｎ）する。
【０１０７】
また、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１により図１１（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃが充電方向（Ｐｃ＜０）に切り換わる。旋回体２０が減速していくと、旋回電動モータ２５の回生出力（Ｐｓ＜０）が徐々に減少し、キャパシタ２４の充電出力（Ｐｃ＜０）が徐々に減少していく。このとき、旋回電動モータ２５の回生電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の充電電力で分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃとバッテリ残量ＳＯＣは徐々に増加することになる。
【０１０８】
時刻ｔ４において、旋回電動モータ２５の回生出力がバッテリ２７の充電出力を賄える範囲内になると、図１１（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃがゼロとなり、旋回電動モータ２５の回生出力の減少に応じてバッテリ２７の充電出力が徐々に減少していく。その後、時刻ｔ５において、旋回体２０が停止すると、図１１（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓと図１１（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂとがゼロとなり、旋回動作は終了となる。
【０１０９】
以上説明したように、本発明の一実施の形態に係わる油圧ショベルでは、バッテリ２７から電力を供給して旋回電動モータ２５を力行させる第１の制御モードと、エンジン２２によりアシスト発電モータ２３を発電駆動して生成された電力によって旋回電動モータ２５を力行させる第２の制御モードを、バッテリ残量ＳＯＣに応じて切換え、第１の制御モードが選択されている場合はエンジン回転数Ｎｅが第１の回転数（ＮｅＭｉｎ）で制御され、第２の制御モードが選択されている場合はエンジン回転数Ｎｅが第１の回転数（ＮｅＭｉｎ）よりも高い第２の回転数（ＮｅＳｗｇ）で制御されている。
【０１１０】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械における掘削動作時の制御方法を図１２を用いて説明する。掘削動作においては、ブーム３１、アーム３３、バケット３５等の作業機３０を操作して掘削する作業から始まり、掘削した土砂をダンプに積み込むために旋回体２０を加速させながらブーム３１を上昇させる複合動作が実施される。その後、旋回体２０を減速させながらバケット３５を操作して土砂をダンプに放土する。
【０１１１】
図１２において、横軸は時間を示していて、縦軸の（ａ）〜（ｈ）は上から順に旋回電動モータ２５の出力Ｐｓ、アシスト発電モータ２３の出力Ｐａ、キャパシタ２４の出力Ｐｃ、バッテリ２７の出力Ｐｂ、エンジン２２に対する要求出力Ｐｅ、エンジン２２の回転数Ｎｅ、キャパシタ２４の電圧Ｖｃ、バッテリ２７の残量ＳＯＣを示している。また、図の実線は、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合（７０％以上）の制御方法を示しており、点線は、バッテリ残量ＳＯＣが低い場合（３０％以下）の制御方法を示している。
【０１１２】
最初に、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合（７０％以上）の制御方法について説明する。
時刻ｔ０において、オペレータが操作レバー３２２を操作して作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）を動作させて掘削を開始すると、油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが増加するため、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈまで増加し、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅはこの出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈまで増加する。
【０１１３】
時刻ｔ１において、掘削が終了すると、掘削した土砂をダンプに積み込むために、オペレータが旋回操作レバー３２１を加速方向に操作すると同時に、操作レバー３２２を操作し、旋回体２０を加速させながらブーム３１を上げていく（旋回力行・ブーム上げ）。すると、図１２（ａ）に示すように旋回電動モータ２５の力行出力（Ｐｓ＞０）が増加して旋回体２０が加速すると同時に、油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが増加して図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅは作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈで保持され、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅもこの出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈで保持される。
【０１１４】
このとき、図１２（ｈ）のバッテリ残量ＳＯＣが高いので、バッテリ出力Ｐｂは図１２（ｄ）に示すようにキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*（＝ｃＰｓａＨｉｇｈ）まで徐々に増加し、バッテリ残量ＳＯＣが徐々に低下していく。
【０１１５】
時刻ｔ２において、図１２（ｄ）に示すようにバッテリ出力Ｐｂが旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に達すると、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１によりキャパシタ２４の放電出力（Ｐｃ＞０）が図１２（ｃ）に示すように徐々に増加していく。このとき、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力で分担している状態となり、図１２（ｇ）のキャパシタ電圧Ｖｃと図１２（ｈ）のバッテリ残量ＳＯＣが徐々に減少する。また、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅを、作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈに対応する回転数ＮｅＨｉｇｈで保持しているため、油圧ポンプ４１を駆動するために必要なエンジン２２の出力を確保できている。
【０１１６】
その後、時刻ｔ３において、掘削した土砂をダンプに放土するために、オペレータが旋回操作レバー３２１を減速方向に操作すると同時に、操作レバー３２２を操作し、旋回体２０を減速させながらバケット３５を回動させて放土する（旋回回生・放土）。すると、図１２（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓが回生方向（Ｐｓ＜０）に切り換わり、旋回体２０が減速する。このとき、バッテリ残量ＳＯＣが高いので、図１２（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂをゼロに制限し、アシスト発電モータ２３の力行出力（Ｐａ＞０）を、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値（＝（−１）×ｃＰｓａＬｏｗ）まで増加させる。
【０１１７】
また、バケット３５の回動により油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが必要となるが、アシスト発電モータ２３の力行出力により、エンジン要求出力Ｐｅは作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈよりも減少する。したがって、エンジン回転数Ｎｅは、この出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈよりも減少する。
【０１１８】
また、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１により図１２（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃが充電方向（Ｐｃ＜０）に切り換わる。旋回体２０が減速していくと、旋回電動モータ２５の回生出力（Ｐｓ＜０）が徐々に減少し、キャパシタ２４の充電出力（Ｐｃ＜０）が徐々に減少していく。このとき、旋回電動モータ２５の回生電力を、キャパシタ２４の充電電力とアシスト発電モータ２３の力行電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃは徐々に増加することになる。
【０１１９】
時刻ｔ４において、旋回電動モータ２５の回生出力がアシスト発電モータ２３の力行出力を賄える範囲内になると、図１２（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃがゼロとなり、旋回電動モータ２５の回生出力の減少に応じてアシスト発電モータ２３の力行出力が徐々に減少していく。
【０１２０】
その後、時刻ｔ５において、旋回体２０が停止してバケット３５の操作が完了すると、図１２（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓと図１２（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａがゼロとなる。また、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが最小出力ＰｅＭｉｎに減少するため、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅが最小回転数ＮｅＭｉｎに減少し、掘削動作は終了となる。
【０１２１】
次に、バッテリ残量ＳＯＣが低い場合（３０％以下）の制御方法について説明する。
時刻ｔ０において、オペレータが操作レバー３２２を操作して作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）を動作させて掘削を開始すると、油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが増加するため、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈまで増加し、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅはこの出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈまで増加する。
【０１２２】
時刻ｔ１において、掘削が完了すると、掘削した土砂をダンプに積み込むために、オペレータが旋回操作レバー３２１を加速方向に操作すると同時に、操作レバー３２２を操作し、旋回体２０を加速させながらブーム３１を上げていく（旋回力行・ブーム上げ）。すると、図１２（ａ）に示すように旋回電動モータ２５の力行出力（Ｐｓ＞０）が増加し、旋回体２０が加速すると同時に、油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが増加する。
【０１２３】
このとき、図１２（ｈ）に示すようにバッテリ残量ＳＯＣが低いので、図１２（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂをゼロに制限し、アシスト発電モータ２３の発電出力（Ｐａ＜０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値（＝（−１）×ｃＰｓａＨｉｇｈ）まで徐々に増加させる。このように、エンジン２２により油圧ポンプ４１の出力Ｐｐを確保しながらアシスト発電モータ２３を発電駆動するため、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅは最大出力ＰｅＭａｘ（＞ＰｅＨｉｇｈ）まで徐々に増加し、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅはこの出力に対応する回転数ＮｅＭａｘまで徐々に増加する。
【０１２４】
時刻ｔ２において、図１２（ｂ）に示すようにアシスト発電モータ出力Ｐａが、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値に達すると、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１によりキャパシタ２４の放電出力（Ｐｃ＞０）が図１２（ｃ）に示すように徐々に増加していく。このとき、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の発電電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃが徐々に減少する。
【０１２５】
また、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅを、最大出力ＰｅＭａｘに対応する回転数ＮｅＭａｘまで増加させているため、油圧ポンプ４１を駆動するために必要なエンジン２２の出力を確保できている。
【０１２６】
その後、時刻ｔ３において、掘削した土砂をダンプに放土するために、オペレータが旋回操作レバー３２１を減速方向に操作すると同時に、操作レバー３２２を操作し、旋回体２０を減速させながらバケット３５を回動させて放土する（旋回回生・放土）。すると、図１２（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓが回生方向（Ｐｓ＜０）に切り換わり、旋回体２０が減速する（旋回回生）。
【０１２７】
このとき、バッテリ残量ＳＯＣが低いので、図１２（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａをゼロに制限し、バッテリ２７の充電出力（Ｐｂ＜０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*（＝ｃＰｓａＬｏｗ）まで増加させる。
【０１２８】
また、バケット３５の回動により油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが必要となるが、アシスト発電モータ２３の発電出力がゼロになるため、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅは作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈまで減少し、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅはこの出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈまで減少する。
【０１２９】
また、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１により図１２（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃが充電方向（Ｐｃ＜０）に切り換わる。旋回体２０が減速していくと、旋回電動モータ２５の回生出力（Ｐｓ＜０）が徐々に減少し、キャパシタ２４の充電出力（Ｐｃ＜０）が徐々に減少していく。このとき、旋回電動モータ２５の回生電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の充電電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃとバッテリ残量ＳＯＣは徐々に増加することになる。
【０１３０】
時刻ｔ４において、旋回電動モータ２５の回生出力がバッテリ２７の充電出力を賄える範囲内になると、図１２（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃがゼロとなり、旋回電動モータ２５の回生出力の減少に応じてバッテリ２７の充電出力が徐々に減少していく。その後、時刻ｔ５において、旋回体２０が停止してバケット３５の回動が完了すると、図１２（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓと図１２（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａがゼロとなる。また、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが最小出力ＰｅＭｉｎに減少するため、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅが最小回転数ＮｅＭｉｎに減少し、掘削動作は終了となる。
【０１３１】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係わる油圧ショベルでは、バッテリ２７からの電力を旋回電動モータ２５に供給して旋回電動モータ２５を力行させる第１の制御モードと、エンジン２２によりアシスト発電モータ２３を発電駆動して生成された電力によって旋回電動モータ２５を力行させる第２の制御モードとを、バッテリ残量ＳＯＣに応じて切換え、第１の制御モードが選択されている場合はエンジン回転数Ｎｅが第１の回転数（ＮｅＨｉｇｈ）で制御され、第２の制御モードが選択されて作業機３０と旋回体２０の複合動作が行われている場合はエンジン回転数Ｎｅが第１の回転数（ＮｅＨｉｇｈ）よりも高い第２の回転数（ＮｅＭａｘ）で制御されている。
【０１３２】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、旋回体２０とこの旋回体２０に装設した作業機３０とが複合的に動作する際に、バッテリ２７（単位重量あたりの出力が低く、蓄積エネルギが高い蓄電デバイス）とキャパシタ２４（単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギが低い蓄電デバイス）とから電力を旋回電動モータ２５に供給し、エンジン２２の動力に応じて油圧ポンプ４１の出力を制御するため、旋回体２０を駆動するための電力と油圧ポンプ４１を駆動するための動力とを適切に確保することが可能となる。この結果、旋回体２０とこの旋回体２０に装設した作業機３０との複合動作である旋回ブーム上げ動作において旋回体２０の旋回速度とブーム３１の上昇速度とのバランスを良好に保つことができるので、ハイブリッド式建設機械における複合動作の操作性を確保することができる。
【０１３３】
また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、バッテリ残量が低下していない場合は、バッテリ２７から旋回電動モータ２５に電力を供給し、エンジン回転数を下げることにより、バッテリ使用時の燃費低減効果を最大限に高めることができる。さらに、バッテリ残量が低下している場合は、エンジン２２の動力でアシスト発電モータ２３を発電駆動して旋回電動モータ２５に電力を供給し、エンジン回転数を上げることにより、油圧ポンプ４１の動力制限を最小限に抑えることが可能となる。
【０１３４】
更に、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、バッテリ残量ＳＯＣが低下した場合に、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力とで分担する第１の制御モードからキャパシタ２４の放電電力とエンジン２２でアシスト発電モータ２３を発電駆動して生成された電力とで分担する第２の制御モードに変更することができる。このとき、制御切換手段３１４の電力配分処理６０１により、バッテリ残量ＳＯＣに基づく配分パラメータαに応じてバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値をリニアに切り換えているため、制御方式のスムーズな変更が可能となる。
【０１３５】
また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、第１の制御モードと第２の制御モードとでキャパシタ２４の出力Ｐｃに差異が生じないようにバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値を算出しているため、キャパシタ２４の電圧Ｖｃの挙動がほぼ同等になる。この結果、バッテリ２７よりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低いキャパシタ２４を適切に活用しながら、バッテリ２７をプラグイン構成にする等の建設機械の設計の汎用性を確保することができる。
【０１３６】
さらに、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力とで分担する第１の制御モードでは、エンジン回転数Ｎｅを低回転領域（〜ＮｅＨｉｇｈ）で制御しているため、バッテリ２７を使用する場合の燃費低減効果を高めることができる。
【０１３７】
また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とエンジン２２でアシスト発電モータ２３を発電駆動して生成された電力とで分担する第２の制御モードでは、エンジン回転数Ｎｅを高回転領域（〜ＮｅＭａｘ）で制御しているため、バッテリ残量ＳＯＣが低下した場合でも油圧ポンプ４１を駆動するために必要なエンジン出力を確保することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０ 走行体
２０ 旋回体
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ（第１の電動機）
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ（第２の電動機）
２７ バッテリ
３０ 作業機
３１ ブーム
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
１００ 統合コントローラ
３１１ 第１の制御手段
３１２ 第２の制御手段
３１３ バッテリ残量推定手段
３１４ 制御切換手段
３１５ エンジン回転数制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド式建設機械及びその制御方法に係り、更に詳しくは、エンジンにより駆動され油圧ポンプアシスト用の発電電動機と、旋回体駆動用電動機と、蓄電装置とを備えたハイブリッド式建設機械及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の旋回体を有する建設機械は、従来、エンジンで油圧ポンプを駆動し、油圧ポンプから吐出される油圧にて油圧モータを回転し、慣性体である旋回体を駆動するものが主流であったが、近年に至り、エンジンの燃費向上、騒音レベルの低減及び排ガス量の低減などを図るため、エンジンにより駆動されて発電可能な発電電動機と、キャパシタやバッテリ等の蓄電装置と、蓄電装置からの電気エネルギの供給を受けて駆動する旋回体駆動用電動機とを備えたハイブリッド式の建設機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、旋回体駆動用電動機と発電電動機機の給電線にキャパシタとバッテリを並列に接続し、給電線への給電順序をキャパシタ、発電電動機、バッテリの順に設定する制御手段を設けた建設機械が開示されている。この特許文献１に記載の建設機械は、キャパシタで旋回制動時の回生電力を急速に回収することによりエネルギ効率の向上を図るとともに、エンジンの小型化を図っている。
【０００４】
ところで、油圧ショベル等の旋回体を有する建設機械においては、旋回体を旋回させながらブームを上昇させる旋回ブーム上げ動作等の複合動作が頻繁に実行される。この複合動作における旋回ブーム上げ動作において、ブーム負荷であるバケット重量が変化すると、旋回体の旋回速度とブームの上昇速度とのバランスが変化し、オペレータの操作性が低下する場合がある。この旋回体の旋回速度とブームの上昇速度とのバランスの変化を抑制するために、旋回モータの容量を制御することで、エンジンの動力を旋回体とブームとに適切に配分する建設機械の油圧制御装置が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２４２２３４号公報
【特許文献２】特開２０１１−０３８２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハイブリッド式の建設機械は、一の動力源であるエンジンと他の動力源である発電電動機とを、油圧ポンプの駆動に使用する方式であり、所謂パラレル方式の駆動形態で構成されている。このパラレル方式において、エンジンは発電電動機も同時に駆動する。発電電動機の発電機作用によって生成された電力は、蓄電装置に充電される。一方、エンジンの動力をアシストする必要がある場合には、蓄電装置からの電力が発電電動機に供給される。したがって、パラレル方式では、エンジン動力と蓄電装置の動力（電力）の和によってシステム全体の最大動力（システム最大動力）が決まる。
【０００７】
このようなハイブリッド方式の建設機械において、旋回ブームの上げ動作等の複合動作を操作性の低下なしに行うためには、適切な動力配分が必要となる。具体的には、ブームの上昇速度を制御する油圧ポンプと、旋回体の旋回速度を制御する旋回電動機とへ供給する動力において、エンジンと蓄電装置とが有する動力の適切な配分制御が必要になる。
【０００８】
特許文献１に記載のハイブリッド式の建設機械は、給電線への給電順序をキャパシタ、発電電動機、バッテリの順に設定しているため、旋回体駆動用電動機への電力がキャパシタだけでは足りない場合、発電電動機からの電力供給が必要となる。この結果、エンジンには、発電電動機の発電負荷と油圧ポンプの駆動負荷がかかるため、燃費を悪化させる虞がある。また、油圧ポンプを駆動するために必要な出力を確保できない虞がある。この場合、操作性を確保する旋回体の旋回速度とブームの上昇速度とのバランスを良好に保つことが難しくなる。
【０００９】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、旋回体駆動用電動機を有するハイブリッド建設機械において、作業機の負荷の変動に関わらず、旋回体と、この旋回体に装設した作業機との複合動作の操作性を確保したハイブリッド式建設機械及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、旋回体と、前記旋回体に装設した作業機と、前記旋回体に搭載したエンジンと、前記エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、前記エンジンと前記第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより生成された動力によって前記作業機を駆動操作する油圧アクチュエータと、前記旋回体を駆動するための第２の電動機と、前記第１及び第２の電動機を駆動する電力の供給及び前記第１及び第２の電動機で生成した電力の充電を行うための複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械において、前記作業機と前記旋回体とが複合的に動作する際に、前記第２の電動機を、前記複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、前記選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御し、前記油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第１の制御手段を備えたものとする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記第２の電動機を、前記エンジンにより前記第１の電動機を発電駆動して生成された電力と、前記第１の制御手段で選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御する第２の制御手段と、前記第１の制御手段で選択された蓄電デバイスの残量に応じて前記第１の制御手段と前記第２の制御手段とを切換える制御切換手段とを更に備えたことを特徴とする。
【００１２】
更に、第３の発明は、第２の発明において、前記第１の制御手段が選択されている場合は、前記エンジンのエンジン回転数を第１の回転数で制御し、前記第２の制御手段が選択されている場合は、前記エンジンのエンジン回転数を前記第１の回転数よりも高い第２の回転数で制御するエンジン回転数制御手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、旋回体と、前記旋回体に装設した作業機と、前記旋回体と前記作業とを操作する為の操作手段と、前記旋回体に搭載したエンジンと、前記エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、前記エンジンと前記第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより生成された動力によって前記作業機を駆動操作する油圧アクチュエータと、前記旋回体を駆動するための第２の電動機と、前記第１及び第２の電動機を駆動する電力の供給及び前記第１及び第２の電動機で生成した電力の充電を行うための複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械の制御方法であって、前記操作手段の操作状態に応じて前記作業機と前記旋回体の複合的な動作の有無を判断する第１の手順と、前記手順により前記作業機と前記旋回体の複合的な動作と判断された場合に、前記第２の電動機を、前記複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、前記選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって、駆動制御する第２の手順と、前記油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第３の手順とを実行する第１の制御モードを備えたものとする。
【００１４】
更に、第５の発明は、第４の発明において、前記第２の電動機を、前記エンジンにより前記第１の電動機を発電駆動して生成された電力と、前記第１の制御モードで選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスからの電力とからの電力によって駆動制御する第２の制御モードを備え、前記第１の制御モードで選択された蓄電デバイスの残量に応じて前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切換えることを特徴とする。
【００１５】
また、第６の発明は、第５の発明において、前記第１の制御モードが選択されている場合は、エンジン回転数を第１の回転数で制御し、前記第２の制御モードが選択されている場合は、エンジン回転数を前記第１の回転数よりも高い第２の回転数で制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、旋回体とこの旋回体に装設した作業機とが複合的に動作する際に、バッテリ（単位重量あたりの出力が低く、蓄積エネルギが高い蓄電デバイス）とキャパシタ（単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギが低い蓄電デバイス）とから電力を旋回体駆動用電動機に供給し、エンジンの動力に応じて油圧ポンプの出力を制御するため、旋回体を駆動するための電力と油圧ポンプを駆動するための動力とを適切に確保することが可能となる。この結果、旋回体とこの旋回体に装設した作業機との複合動作である旋回ブーム上げ動作において旋回体の旋回速度とブームの上昇速度とのバランスを良好に保つことができるので、ハイブリッド式建設機械における複合動作の操作性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を適用した油圧ショベルの側面図である。
【図２】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図である。
【図３】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成する統合コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【図４】図３の統合コントローラを構成する直流電圧制御手段とキャパシタ電圧制御手段の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成するバッテリの機能を説明する簡易モデル図である。
【図６】図３の統合コントローラを構成するバッテリ残量推定手段の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図７】図３の統合コントローラを構成する制御切換手段の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図８】図３の統合コントローラを構成するエンジン回転数制御手段の処理内容を示す制御ブロック図である。
【図９】図８のエンジン回転数制御手段を構成するエンジン回転数指令算出マップの処理内容を示す特性図である。
【図１０】図８のエンジン回転数制御手段を構成するエンジン回転数指令算出マップにおけるエンジン回転数の上限値の設定方法を示す表図である。
【図１１】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態における旋回動作時の制御方法を示すタイムチャート図である。
【図１２】本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態における掘削動作時の制御方法を示すタイムチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、ハイブリッド式建設機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は、旋回体を備えた建設機械全般（作業機械を含む）に適用が可能であり、本発明の適用は油圧ショベルに限定されるものではない。例えば、本発明は旋回体を備えたクレーン車等、その他の建設機械にも適用可能である。図１は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を適用した油圧ショベルの側面図、図２は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成する電動・油圧機器のシステム構成図、図３は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成する統合コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。
【００１９】
図１において、油圧ショベルは走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０と、旋回体２０に装設した多関節形の作業機３０を備えている。
【００２０】
走行体１０は、一対のクローラ１１ａ，１１ｂ及びクローラフレーム１２ａ，１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ，１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３、１４及びその減速機構等で構成されている。
【００２１】
旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、エンジン２２により駆動される発電可能な第１の電動機２３（以下、アシスト発電モータ２３と称する。）と、第２の電動機２５（以下、旋回電動モータと称する）と、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５と電気的に接続される電気二重層のキャパシタ２４と、リチウムイオンバッテリ２７と、旋回電動モータ２５の回転を減速する減速機構２６等から構成されている。そして、旋回電動モータ２５の駆動力が減速機構２６を介して伝達され、その駆動力により走行体１０に対して旋回体２０（旋回フレーム２１）が旋回駆動する。
【００２２】
また、旋回体２０には作業機３０が搭載されている。作業機３０は、旋回体２０の旋回フレーム２１に俯仰動可能に設けたブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。
【００２３】
さらに、旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３，１４、ブームシリンダ３２、アークシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。油圧システム４０は、油圧を発生する油圧源となる油圧ポンプ４１及び各アクチュエータを駆動制御するためのコントロールバルブ４２（図２）を含み、油圧ポンプ４１はエンジン２２とアシスト発電モータ２３とによって駆動される。
【００２４】
次に、油圧ショベルの電動・油圧機器のシステム構成について図２を用いて概略説明する。
エンジン２２の動力はアシスト発電モータ２３を介して油圧ポンプ４１に伝達される。また、コントロールバルブ４２は、後述の操作レバーからの指令に応じて、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６及び走行用油圧モータ１３、１４への動作油の吐出量及び吐出方向を制御する。
【００２５】
キャパシタ２４からの直流電力はチョッパ５１によって所定の直流電圧に昇圧されて、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。また、バッテリ２７からの直流電力はチョッパ５６によって所定の直流電圧に昇圧されて、旋回電動モータ２５を駆動するためのインバータ５２、アシスト発電モータ２３を駆動するためのインバータ５３に入力される。平滑コンデンサ５４は、直流電圧を安定化させるために設けられている。旋回電動モータ２５は減速機構２６を介して旋回体２０を駆動し、アシスト発電モータ２３及び旋回電動モータ２５の駆動状態（力行しているか回生しているか）によって、キャパシタ２４及びバッテリ２７は充放電されることになる。
【００２６】
統合コントローラ１００は、図示しない操作レバー信号、圧力信号、回転速度信号等を用いて、エンジンコントロールユニット５７（以下、ＥＣＭと称する）、パワーコントロールユニット５５（以下、ＰＣＵと称する）、油圧コントロールユニット８０（以下、ＭＣＵと称する）に対して指令信号を出力し、各種制御モードの切り換え、旋回制御、エンジン制御、エネルギーマネジメント、及び電動システムの異常監視等の制御を行う。また、電磁比例弁７５は、ＭＣＵ８０からの電気信号を油圧信号に変換するデバイスである。この油圧信号は、コントロールバルブ４２を駆動して各アクチュエータへの圧油の流量と方向を制御する。また、この油圧信号は、油圧ポンプ４１の斜板の傾転角駆動装置（図示せず）を駆動して、油圧ポンプ４１の吐出流量を制御する。
【００２７】
次に、上述した統合コントローラ１００の処理内容について図３を用いて説明する。
以下に示す処理の内容は、統合コントローラ１００にプログラミングされ、予め定められた周期で繰り返し実行される。また、以降の説明において、各モータ２３，２５の出力は力行側を正の値、回生側（発電側）を負の値として定義し、キャパシタ２４やバッテリ２７の出力は放電側を正の値、充電側を負の値として定義する。
【００２８】
図３において、直流電圧制御手段３０１は、図２に示すＰＣＵ５５で検出した直流電圧Ｖｄｃ（平滑コンデンサ５４の両端電圧）の値に応じて、キャパシタ出力指令Ｐｃ*を演算する。統合コントローラ１００は演算されたキャパシタ出力指令Ｐｃ*をＰＣＵ５５に出力する。ＰＣＵ５５は統合コントローラ１００から出力された値に応じてチョッパ５１の直流電力を制御して、直流電圧Ｖｄｃを所定の範囲内で安定化させる。なお、直流電圧制御手段３０１の処理内容については後述する。
【００２９】
キャパシタ電圧制御手段３０２は、ＰＣＵ５５で検出したキャパシタ２４の電圧Ｖｃ、旋回電動モータ２５の回転数ＮｓとトルクＴｓ、及び直流電圧制御手段３０１で演算したキャパシタ出力指令Ｐｃ*に応じて、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*とアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*とを演算する。ここで、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*は、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４、バッテリ２７、及びアシスト発電モータ２３の電力で分担する場合において、バッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値を演算するためのパラメータである。また、アシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*は、キャパシタ２４の電圧Ｖｃを所定の範囲内に収束させるために、アシスト発電モータ２３の出力指令値を補正するためのパラメータである。なお、キャパシタ電圧制御手段３０２の処理内容については後述する。
【００３０】
第１の制御手段３１１は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に応じて、第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*と第１のアシスト出力指令Ｐａ１*を演算する。同様に、第２の制御手段３１２は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に応じて、第２のバッテリ出力指令Ｐｂ２*と第２のアシスト出力指令Ｐａ２*を演算する。なお、第１の制御手段３１１、第２の制御手段３１２の処理内容については後述する。
【００３１】
バッテリ残量推定手段３１３は、ＰＣＵ５５で検出したバッテリ２７の電圧Ｖｂ、電流Ｉｂ、温度Ｔｂに応じて、バッテリ充電状態ＳＯＣを演算する。なお、バッテリ残量推定手段３１３の処理内容については後述する。
【００３２】
制御切換手段３１４は、第１の制御手段３１１、第２の制御手段３１２で演算した第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*と第１のアシスト出力指令Ｐａ１*、第２のバッテリ出力指令Ｐｂ２*と第２のアシスト出力指令Ｐａ２*と、バッテリ残量推定手段３１３で演算したバッテリ充電状態ＳＯＣに応じて、バッテリ出力指令Ｐｂ*、アシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*を演算する。統合コントローラ１００はバッテリ出力指令Ｐｂ*をＰＣＵ５５に出力する。ＰＣＵ５５は統合コントローラ１００から出力された値に応じてチョッパ５６の直流電力を制御して、バッテリ２７の充放電電流を制御する。なお、制御切換手段３１４の処理内容については後述する。
【００３３】
統合コントローラ１００は、制御切換手段３１４で演算したアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*に、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算したアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*を加算することにより、アシスト出力指令Ｐａ*を演算する。統合コントローラ１００はアシスト出力指令Ｐａ*をＰＣＵ５５に出力する。ＰＣＵ５５は統合コントローラ１００から出力された値に応じてインバータ５３の直流電力を制御して、アシスト発電モータ２３の力行／発電電力を制御する。
【００３４】
また、図３において、旋回操作レバー３２１の入力によって発生される油圧パイロット信号は、例えば圧力センサのような油圧→電気信号変換デバイス３３１によって変換されて、旋回パイロット圧Ｐｄｓとして統合コントローラ１００に入力される。同様に、作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５等）の操作レバー３２２の入力によって発生される油圧パイロット信号は、油圧→電気信号変換デバイス３３２によって変換されて、フロントパイロット圧Ｐｄｆとして統合コントローラ１００に入力される。
【００３５】
エンジン回転数制御手段３１５は、アシスト出力指令Ｐａ*、ＥＣＭ５７で検出したエンジン回転数Ｎｅ、ＭＣＵ８０で検出した油圧ポンプ４１の吐出圧Ｐｄｐ、旋回パイロット圧Ｐｄｓ、および、フロントパイロット圧Ｐｄｆ等の入力信号に応じて、油圧ポンプ４１の負荷を考慮しつつ、可能な限り燃費を低減でき、かつ、排気性能の良い運転を行うために、エンジン回転数指令Ｎｅ*、油圧ポンプ出力指令Ｐｐ*を演算する。統合コントローラ１００はエンジン回転数指令Ｎｅ*をＥＣＭ５７に出力する。ＥＣＭ５７は統合コントローラ１００から出力された値に応じてエンジン２２のトルクを制御して、エンジン２２の回転数を制御する。
【００３６】
また、統合コントローラ１００はポンプ出力指令Ｐｐ*をＭＣＵ８０に出力する。ＭＣＵ８０は統合コントローラ１００から出力された値に応じて電磁比例弁７５を介してコントロールバルブ４２を制御すると共に、油圧ポンプ４１の斜板の傾転角駆動装置（図示せず）を駆動して、油圧ポンプ４１の吐出流量を制御して油圧ポンプ４１の負荷を調節する。なお、エンジン回転数制御手段３１５の処理内容については後述する。
【００３７】
次に、統合コントローラ１００を構成する各制御手段の処理内容について図を用いて説明する。図４は図３の統合コントローラを構成する直流電圧制御手段とキャパシタ電圧制御手段の処理内容を示す制御ブロック図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
直流電圧制御手段３０１は、インバータ／チョッパの機器仕様に基づいて予め定められた直流電圧指令Ｖｄｃ*と直流電圧Ｖｄｃとの偏差を減算器４００で求め、この減算器４００からの偏差に応じてＰＩＤ制御器４０１のＰＩＤ制御等のフィードバック制御によりキャパシタ出力指令Ｐｃ*を演算する。
【００３９】
キャパシタ電圧制御手段３０２は、旋回電動モータ２５の回転数Ｎｓと旋回電動モータトルク２５のＴｓとを乗算器４０２で乗算し、この乗算器４０２からの乗算値を単位変換器４０３で所定の単位に変換して旋回電動モータ出力Ｐｓを演算する。
【００４０】
次に、旋回電動モータ出力Ｐｓの下限を制限器４０４でゼロリミットした値と、所定の旋回パターンに基づいて定められた旋回時アシスト出力上限ｃＰｓａＨｉｇｈの低い方を低値選択器４０５で選択して旋回力行時（Ｐｓ≧０）の旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を演算する。同様に、旋回電動モータ出力Ｐｓの上限を制限器４０６でゼロリミットした値と、所定の旋回パターンに基づいて定められた旋回時アシスト出力下限ｃＰｓａＬｏｗの高い方を高値選択器４０７選択して旋回回生時（Ｐｓ≦０）の旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を演算する。
【００４１】
低値選択器４０５からの値と高値選択器４０７からの値は加算器４０８で加算されて、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*が演算される。旋回電動モータ出力Ｐｓからこの旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を減算器４０９で減算することにより、キャパシタＦ／Ｆ出力指令Ｐｃｆｆ*を算出する。
【００４２】
また、キャパシタ電圧制御手段３０２は、キャパシタ電圧Ｖｃがキャパシタ電圧指令Ｖｃ*に収束するように、キャパシタ電圧Ｖｃとキャパシタ電圧指令Ｖｃ*との偏差を減算器４１０で求め、この減算器４１０からの偏差に応じてＰＩＤ制御器４１１のＰＩＤ制御等のフィードバック制御によりキャパシタＦ／Ｂ出力指令Ｐｃｆｂ*を演算する。
【００４３】
ここで、旋回体２０の速度が低い場合には、旋回電動モータ２５への力行電力の供給に備えてキャパシタ電圧Ｖｃを高くしておく必要があり、旋回体２０の速度が高い場合には、旋回電動モータ２５からの回生電力の供給に備えてキャパシタ電圧Ｖｃを低くしておく必要がある。このため、キャパシタ電圧指令Ｖｃ*は、旋回電動モータ回転数Ｎｓの絶対値｜Ｎｓ｜に応じて設定されることが望ましい。このため、キャパシタ電圧指令Ｖｃ*は、旋回電動モータ回転数Ｎｓを入力とし、上述した特性に出力を設定した関数発生器４１２によって、設定されている。
【００４４】
さらに、キャパシタ電圧制御手段３０２は、キャパシタＦ／Ｆ出力指令Ｐｃｆｆ*とキャパシタＦ／Ｂ出力指令Ｐｃｆｂ*を加算器４１３で加算してキャパシタ出力要求Ｐｃ**を演算し、キャパシタ出力要求Ｐｃ**とキャパシタ出力指令Ｐｃ*との偏差を減算器４１４で求め、この減算器４１４からの偏差に応じてＰＩＤ制御器４１５のＰＩＤ制御等のフィードバック制御によりアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*を演算する。
【００４５】
以上説明したように、直流電圧制御手段３０１の演算結果に基づき、ＰＣＵ５５がチョッパ５１の直流電力を制御してキャパシタ２４の充放電電流を制御することにより直流電圧Ｖｄｃの安定化を図ることができる。
【００４６】
また、キャパシタ電圧制御手段３０２により、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とそれ以外（バッテリ２７とアシスト発電モータ２３）で分担しつつ、キャパシタ電圧Ｖｃをキャパシタ電圧指令値Ｖｃ*に収束させるためのアシスト発電モータ２３の出力補正値（アシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*）を演算することができる。すなわち、直流電圧制御手段３０１とキャパシタ電圧制御手段３０２により直流電圧Ｖｄｃの安定化制御とキャパシタ２４の充放電管理を適切に両立することが可能となる。
【００４７】
次に、第１の制御手段３１１と第２の制御手段３１２の処理内容について説明する。図３に示すように、第１の制御手段３１１は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に応じて、行列式による演算式数１にしたがい、第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*と第１のアシスト出力指令Ｐａ１*とを演算する。
【００４８】
【数１】
【００４９】
演算式数１から分かるように、第１の制御手段３１１は、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とバッテリ２７とで分担するためのバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値を演算している。このとき、バッテリ２７の放電出力を正の値、充電出力を負の値としているため、第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*に旋回時アシスト出力Ｐｓａ*をそのまま代入することになる。
【００５０】
第２の制御手段３１２は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に応じて、行列式による演算式数２にしたがい、第２のバッテリ出力指令Ｐｂ２*と第２のアシスト出力指令Ｐａ２*を演算する。
【００５１】
【数２】
【００５２】
演算式数２から分かるように、第２の制御手段３１２は、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３とで分担するためのバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値を演算している。このとき、アシスト発電モータ２３の力行出力を正の値、発電出力を負の値としているため、第２のアシスト出力指令Ｐａ２*は、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*の符合を反転させて代入することになる。
【００５３】
以上説明したように、第１の制御手段３１１により、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とバッテリ２７とで分担するためのバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が求まる。同様に、第２の制御手段３１２により、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３とで分担するためのバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が求まる。
【００５４】
次に、バッテリ残量推定手段３１３の処理内容について図５と図６とを用いて説明する。図５は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態を構成するバッテリの機能を説明する簡易モデル図、図６は図３の統合コントローラを構成するバッテリ残量推定手段の処理内容を示す制御ブロック図である。図５及び図６において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
ＰＣＵ５５によって検出されるバッテリ２７の電圧Ｖｂは、図５に示すようにバッテリ２７の内部抵抗ｒによる損失を含んだ電圧である。したがって、バッテリ２７の実際の残量に相当するバッテリ２７の開路電圧ＯＣＶは、以下の演算式数３で表わされる。
【００５６】
【数３】
【００５７】
図６において、バッテリ残量推定手段３１３は、演算式数３を実現するために、ＰＣＵ５５で検出したバッテリ電圧Ｖｂに、バッテリ２７の電流Ｉｂと内部抵抗ｒとを乗算器５００で乗算した値を加算器５０１で加算することによりバッテリ開路電圧ＯＣＶを演算している。バッテリ残量ＳＯＣは、関数発生器５０２でバッテリ開路電圧ＯＣＶの値に応じて所定の値に正規化（例えば、０〜１００％）することにより求めている。ここで、バッテリ残量ＳＯＣは温度依存性が高く、低温時には容量が低下し、高温時には容量が増大することから、関数発生器５０２は、ＰＣＵ５５で検出したバッテリ２７の温度Ｔｂに応じてバッテリ残量ＳＯＣの値を補正演算している。
【００５８】
上述したバッテリ残量推定手段３１３によりバッテリ２７の残量の推定が可能となる。
【００５９】
次に、制御切換手段３１４の処理内容を図７を用いて説明する。図７は図３の統合コントローラを構成する制御切換手段の処理内容を示す制御ブロック図である。図７において、図１乃至図６に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
制御切換手段３１４は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓに応じて旋回電動モータ２５の力行／回生を判定し、旋回力行時には配分パラメータαｄｒｖを選択し（α＝αｄｒｖ）、旋回回生時には配分パラメータαｂｒｋを選択する（α＝αｂｒｋ）ことにより、電力配分パラメータαを演算する。
【００６１】
旋回力行時の配分パラメータαｄｒｖは、関数発生器６０２で設定され、旋回モータ２５の力行電力に対してバッテリ２７から放電する電力を決めるためのパラメータである。例えば、バッテリ残量ＳＯＣが４０〜１００％の範囲にある場合は、アシスト発電モータ２３の発電を抑えてキャパシタ２４とバッテリ２７で電力を供給するため、αｄｒｖ＝１とする。また、バッテリ残量ＳＯＣが低下し、４０％以下になると、バッテリ残量ＳＯＣの低下度合いに応じてバッテリ２７で供給していた電力をアシスト発電モータ２３で補うように、αｄｒｖを徐々に低下させる（αｄｒｖ＝１→０）。さらに、バッテリ残量ＳＯＣが３０％以下になると、バッテリ２７の放電を抑えてキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３で電力を供給するため、αｄｒｖ＝０とする。
【００６２】
同様に、旋回回生時の配分パラメータαｂｒｋは、関数発生器６０３で設定され、旋回電動モータ２５の回生電力に対してバッテリ２７に充電する電力を決めるためのパラメータである。例えば、バッテリ残量ＳＯＣが０〜６０％の範囲にある場合は、アシスト発電モータ２３の力行を抑えてキャパシタ２４とバッテリ２７で電力を回収するため、αｂｒｋ＝１とする。また、バッテリ残量ＳＯＣが増加し、６０％以上になると、バッテリ残量ＳＯＣの増加度合いに応じてバッテリ２７で回収していた電力をアシスト発電モータ２３で補うように、αｂｒｋを徐々に低下させる（αｂｒｋ＝１→０）。さらに、バッテリ残量ＳＯＣが７０％以上になると、バッテリ２７の充電を抑えてキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３で電力を回収するため、αｂｒｋ＝０とする。
【００６３】
次に、制御切換手段３１４は、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回モータ出力Ｐｓに応じて旋回モータの力行／回生をアナログスイッチ６０４で判定する。アナログスイッチ６０４は、旋回力行時には配分パラメータαｄｒｖを選択し（α＝αｄｒｖ）、旋回回生時には配分パラメータαｂｒｋを選択する（α＝αｂｒｋ）ことにより、電力配分パラメータαを演算する。
【００６４】
制御切換手段３１４における電力配分処理６０１は、第１の制御手段３１１により演算した第１のバッテリ出力指令Ｐｂ１*、第１のアシスト出力指令Ｐａ１*、および、第２の制御手段３１２により演算した第２のバッテリ出力指令Ｐｂ２*、第２のアシスト出力指令Ｐａ２*に応じて、バッテリ出力指令Ｐｂ*とアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*とを演算する。
【００６５】
ここで、制御切換手段３１４における電力配分処理６０１の処理内容について詳細に説明する。上述したように、電力配分パラメータαは、旋回電動モータ２５の力行／回生電力に対してバッテリ２７の放電／充電電力を決定するパラメータである。したがって、電力配分処理６０１は、バッテリ出力指令Ｐｂ*とアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*とを以下の演算式数４及び演算式数５に基づいて算出している。
【００６６】
【数４】
【００６７】
【数５】
【００６８】
演算式数４及び演算式数５に演算式数１、演算式数２の結果を代入することにより演算式数６及び演算式数７が得られる。
【００６９】
【数６】
【００７０】
【数７】
【００７１】
演算式数６及び演算式数７からわかるように、電力配分パラメータαの値に応じて、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*をバッテリ出力指令Ｐｂ*とアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*に配分することが可能である。
【００７２】
以上説明したように、制御切換手段３１４により、旋回力行時、かつ、バッテリ残量ＳＯＣの値が高い場合には、電力配分パラメータαが１に設定されて旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７で供給することが可能となる。また、旋回力行時、かつ、バッテリ残量ＳＯＣの値が低い場合には、電力配分パラメータαが０に設定されて旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３で供給することが可能となる。
【００７３】
同様に、旋回回生時、かつ、バッテリ残量ＳＯＣの値が高い場合には、電力配分パラメータαが０に設定されて旋回電動モータ２５の回生電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３で回収することが可能となる。また、旋回力行時、かつ、バッテリ残量ＳＯＣの値が低い場合には、電力配分パラメータαが０に設定されて旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とバッテリ２７で回収することが可能となる。
【００７４】
次に、エンジン回転数制御手段３１５の処理内容を図８を用いて説明する。図８は図３の統合コントローラを構成するエンジン回転数制御手段の処理内容を示す制御ブロック図である。図８において、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７５】
エンジン回転数制御手段３１５は、ＥＣＭ５７で検出したエンジン２２の回転数Ｎｅに基づき、予め定められた油圧ポンプ４１の流量特性等を用いて油圧ポンプ４１の吐出流量Ｑｄｐを推定演算する。また、この油圧ポンプ４１の吐出流量ＱｄｐとＭＣＵ８０で検出した油圧ポンプ４１の吐出圧Ｐｄｐに基づき、予め定められた油圧ポンプ４１の出力特性等を用いて油圧ポンプ４１の出力Ｐｐを演算する。さらに、この油圧ポンプ４１の出力Ｐｐからアシスト出力指令Ｐａ*を減算器７００で減算することによりエンジン２２に要求される出力Ｐｅを演算する。
【００７６】
一方で、エンジン回転数制御手段３１５の複合動作判定手段は、旋回パイロット圧Ｐｄｓとフロントパイロット圧Ｐｄｆに応じて旋回体２０と作業機３０の複合動作の存否を判定する。例えば、旋回体２０を操作するための操作レバー３２１の状態を示す旋回パイロット圧Ｐｄｓが所定値以上のときは、オペレータにより旋回動作が実施されていると判定する。また、作業機３０を操作するための操作レバー３２２の状態を示すフロントパイロット圧Ｐｄｆが所定値以上のときは、オペレータにより作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）の動作が行われていると判定する。複合動作判定手段は、これらの条件がすべて成立している場合に、オペレータにより旋回体２０と作業機３０の複合動作が行われているものとして複合動作判定フラグをセット（ｆＳｗｇＢｍＵｐ＝１）する。また、これらの条件のいずれかが非成立の場合には、旋回体２０と作業機３０の複合動作が行われていないものとして複合動作判定フラグをクリア（ｆＳｗｇＢｍＵｐ＝０）する。
【００７７】
また、エンジン回転数制御手段３１５は、上述したエンジン要求出力Ｐｅと複合動作判定フラグｆＳｗｇＢｍＵｐとを入力として、エンジン回転数指令Ｎｅ*を算出するエンジン回転数指令算出マップ７０１を有している。エンジン回転数指令算出マップ７０１の詳細については後述する。
【００７８】
さらに、エンジン回転数制御手段３１５は、エンジン回転数指令Ｎｅ*とエンジン回転数Ｎｅの偏差ｅＮｅを、減算器７０２で求め、この減算器からの偏差ｅＮｅに応じて油圧ポンプ４１の出力を制限する制御を行う。例えば、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令Ｎｅ*に対して徐々に低下し、偏差ｅＮｅが所定値以上になった場合には、油圧ポンプ４１が過負荷状態であると判定する。そして、偏差ｅＮｅが所定値よりも小さくなるように、油圧ポンプ４１の出力指令Ｐｐ*を演算し、このポンプ出力指令Ｐｐ*をＭＣＵ８０に出力する。
【００７９】
次に、エンジン回転数指令算出マップ７０１の処理内容を図９及び図１０を用いて説明する。図９は図８のエンジン回転数制御手段を構成するエンジン回転数指令算出マップの処理内容を示す特性図、図１０は図８のエンジン回転数制御手段を構成するエンジン回転数指令算出マップにおけるエンジン回転数の上限値の設定方法を示す表図である。図９及び図１０において、図１乃至図８に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００８０】
図９の横軸はエンジン要求出力Ｐｅを示しており、縦軸はエンジン回転数指令Ｎｅ*を示している。ここで、エンジン最小出力ＰｅＭｉｎは、待機状態（オペレータによる操作が行われていない状態）における油圧ポンプ４１の引き摺り損失にエアコン等の補機を駆動するための負荷を加算した値に相当する。このときのエンジン回転数指令Ｎｅ*は、エンジン２２がエンジン最小出力ＰｅＭｉｎを出力可能な回転数ＮｅＭｉｎとして設定される。
【００８１】
また、エンジン最大出力ＰｅＭａｘは、エンジン２２の最大出力に相当する。このときのエンジン回転数指令Ｎｅ*は、エンジン２２がエンジン最大出力ＰｅＭａｘを出力可能な回転数ＮｅＭａｘとして設定される。さらに、エンジン回転数指令算出マップ７０１は、エンジン２２の出力特性に応じて予め設定したテーブルになっており、エンジン要求出力Ｐｅに対して燃費と排気が最良となるエンジン回転数指令Ｎｅ*が算出設定されている。
【００８２】
ここで、図３に示す制御切換手段３１４において、第１の制御手段３１１で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択されている場合には、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とバッテリ２７とで分担しているため、アシスト出力指令Ｐａ*はアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*のみとなる。このときのエンジン要求出力Ｐｅ１は、図８に示すように油圧ポンプ４１の出力Ｐｐからアシスト出力指令Ｐａ*を減算するので、以下の演算式数８で表される。
【００８３】
【数８】
【００８４】
また、図３に示す制御切換手段３１４において、第２の制御手段３１２で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択されている場合には、旋回電動モータ２５の電力をキャパシタ２４とアシスト発電モータ２３とで分担しているため、アシスト出力指令Ｐａ*はアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*にアシストＦ／Ｆ出力指令Ｐａｆｆ*（＝−Ｐｓａ*）を加算した値となる。このときのエンジン要求出力Ｐｅ２は以下の演算式数９で表わされる。
【００８５】
【数９】
【００８６】
演算式数８と演算式数９とを比較すると、旋回電動モータ２５が力行している場合には、Ｐｓａ*＞０となるため、第１の制御手段３１１で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択されている場合に比べ、第２の制御手段３１２で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択されている場合の方が、エンジン要求出力Ｐｅが高くなり、エンジン回転数指令算出マップ７０１で算出したエンジン回転数指令Ｎｅ*が高く設定されることになる（Ｎｅ１＜Ｎｅ２）。
【００８７】
以上説明したように、制御切換手段３１４により第１の制御手段３１１で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択され、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力により供給している場合には、エンジン回転数制御手段３１５によってエンジン回転数Ｎｅを第１の回転数（Ｎｅ１）で制御することが可能となる。
【００８８】
また、制御切換手段３１４により第２の制御手段３１２で演算したバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値が選択され、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の回生電力により供給している場合には、エンジン回転数制御手段３１５によってエンジン回転数Ｎｅを第２の回転数Ｎｅ２で制御することが可能となる。
【００８９】
さらに、エンジン回転数指令算出マップ７０１には、複合動作判定フラグの値に応じてエンジン回転数上限ＮｅＬｍｔが設けられている。以下にエンジン回転数上限ＮｅＬｍｔの設定方法を説明する。
【００９０】
図９において、作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）の単独動作で必要なエンジン２２の出力をＰｅＨｉｇｈ（＜ＰｅＭａｘ）とし、この出力に対応するエンジン回転数をＮｅＨｉｇｈ（＜ＮｅＭａｘ）とする。このとき、バッテリ残量ＳＯＣが高く、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力で供給する場合には、旋回体２０と作業機３０の複合動作で必要なエンジン出力は、作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力と同じである。
【００９１】
一方、バッテリ残量ＳＯＣが低く、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の発電電力とで供給する場合には、エンジン２２によりアシスト発電モータ２３を発電駆動するため、旋回体２０と作業機３０の複合動作で必要なエンジン出力は、作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈよりも大きくなる。
【００９２】
ここで、制御誤差や種々の外乱によってアシストＦ／Ｂ出力指令Ｐａｆｂ*の値が変化すると、演算式数８、演算式数９からわかるように、エンジン要求出力Ｐｅの値が変化する。このとき、エンジン要求出力Ｐｅは、作業機３０の単独動作に必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈよりも高くなるので、エンジン回転数指令Ｎｅ*を増加（＞ＮｅＨｉｇｈ）させる必要があるが、エンジン回転数を増加させると燃費が悪化する。したがって、エンジン回転数を抑えて低燃費運転を行う場合には、エンジン回転数に所定の上限値を設定し、図８で示したポンプ出力制限により油圧ポンプ４１の出力を調節して制御誤差や種々の外乱を抑制することが望ましい。
【００９３】
例えば、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合や、バッテリ残量ＳＯＣが低く、かつ、旋回体２０と作業機３０の複合動作が行われていない場合には、エンジン２２の出力を作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈで制限するため、図１０に示すように、エンジン回転数上限ＮｅＬｍｔをＮｅＨｉｇｈに設定する。
【００９４】
また、バッテリ残量ＳＯＣが低く、かつ、旋回体２０と作業機３０の複合動作が行われている場合には、エンジン２２が最大出力ＰｅＭａｘを出力できるようにエンジン回転数上限ＮｅＬｍｔをＮｅＭａｘに設定する。
【００９５】
このように、旋回体２０、作業機３０を操作するための操作レバー（操作手段）３２１、３２２の操作状態に応じて旋回体２０と作業機３０の複合動作を判定する。この判定に応じてエンジン回転数の上限値を設定することにより、バッテリ残量ＳＯＣが低く、かつ、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の回生電力で供給する場合のみ、エンジン回転数を増加させて油圧ポンプ４１を駆動するために必要なエンジン出力を確保することができ、その他の場合においては、エンジン回転数の増加を抑えて低燃費運転を実現することができる。
【００９６】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態の制御方法について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態における旋回動作時の制御方法を示すタイムチャート図、図１２は本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態における掘削動作時の制御方法を示すタイムチャート図である。図１１及び図１２において、図１乃至図１０に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００９７】
まず、旋回動作時の制御方法を図１１を用いて説明する。図１１において、横軸は時間を示していて、縦軸の（ａ）〜（ｈ）は上から順に旋回電動モータ２５の出力Ｐｓ、アシスト発電モータ２３の出力Ｐａ、キャパシタ２４の出力Ｐｃ、バッテリ２７の出力Ｐｂ、エンジン２２に対する要求出力Ｐｅ、エンジン２２の回転数Ｎｅ、キャパシタ２４の電圧Ｖｃ、バッテリ２７の残量ＳＯＣを示している。また、図の実線は、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合（７０％以上）の制御方法を示しており、点線は、バッテリ残量ＳＯＣが低い場合（３０％以下）の制御方法を示している。
【００９８】
最初に、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合（７０％以上）の制御方法について説明する。
時刻ｔ１において、オペレータが旋回操作レバー３２１を加速方向に操作すると、図１１（ａ）に示すように旋回電動モータ２５の力行出力（Ｐｓ＞０）が増加し、旋回体２０が加速する（旋回力行）。このとき、図１１（ｈ）のバッテリ残量ＳＯＣが高いので、バッテリ出力Ｐｂは、図１１の（ｄ）に示すようにキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*（＝ｃＰｓａＨｉｇｈ）まで徐々に増加する。一方、バッテリ残量ＳＯＣは、徐々に低下していく。
【００９９】
時刻ｔ２において、図１１（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂが旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に達すると、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１によりキャパシタ２４の放電出力（Ｐｃ＞０）が、図１１の（ｃ）に示すように徐々に増加していく。このとき、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃとバッテリ残量ＳＯＣが徐々に減少する。また、エンジン要求出力Ｐｅが増加しないため、エンジン回転数Ｎｅは最小回転数ＮｅＭｉｎを保持することになる。
【０１００】
時刻ｔ３において、オペレータが旋回操作レバー３２１を減速方向に操作すると、図１１（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓが回生方向（Ｐｓ＜０）に切り換わり、旋回体２０が減速する（旋回回生）。このとき、バッテリ残量ＳＯＣが高いので、図１１（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂをゼロに制限し、アシスト発電モータ２３の力行出力（Ｐａ＞０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値（＝（−１）×ｃＰｓａＬｏｗ）まで増加させる。
【０１０１】
したがって、アシスト発電モータ２３の力行出力により、エンジン要求出力Ｐｅが減少する。また、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１により、図１１（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃが充電方向（Ｐｃ＜０）に切り換わる。旋回体２０が減速していくと、旋回電動モータ２５の回生出力（Ｐｓ＜０）が徐々に減少し、キャパシタ２４の充電出力（Ｐｃ＜０）が徐々に減少していく。このとき、旋回電動モータ２５の回生電力をキャパシタ２４の充電電力とアシスト発電モータ２３の力行電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃは徐々に増加することになる。
【０１０２】
時刻ｔ４において、旋回電動モータ２５の回生出力がアシスト発電モータ２３の力行出力を賄える範囲内になると、図１１（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃがゼロとなり、旋回電動モータ２５の回生出力の減少に応じてアシスト発電モータ２３の力行出力が徐々に減少していく。その後、時刻ｔ５において、旋回体２０が停止すると、図１１（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓと図１１（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａがゼロとなり、旋回動作は終了となる。
【０１０３】
次に、バッテリ残量ＳＯＣが低い場合（３０％以下）の制御方法について説明する。
【０１０４】
時刻ｔ１において、オペレータが旋回操作レバー３２１を加速方向に操作すると、図１１（ａ）に示すように旋回電動モータ２５の力行出力（Ｐｓ＞０）が増加し、旋回体２０が加速する（旋回力行）。このとき、図１１（ｈ）のバッテリ残量ＳＯＣが低いので、図１１（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂをゼロに制限し、図１１（ｂ）のアシスト発電モータ２３の発電出力（Ｐａ＜０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値（＝（−１）×ｃＰｓａＨｉｇｈ）まで徐々に増加させる。したがって、アシスト発電モータ２３を発電駆動するため、図１１（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが増加し、図１１（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅが徐々に増加（ＮｅＭｉｎ→ＮｅＳｗｇ）していく。
【０１０５】
時刻ｔ２において、図１１（ｄ）に示すようにアシスト発電モータ出力Ｐａが旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値に達すると、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１によりキャパシタ２４の放電出力（Ｐｃ＞０）が図１１（ｃ）に示すように徐々に増加していく。このとき、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の発電電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃが徐々に減少する。また、エンジン要求出力Ｐｅが増加しているため、エンジン回転数Ｎｅは旋回力行時エンジン回転数ＮｅＳｗｇを保持することになる。
【０１０６】
時刻ｔ３において、オペレータが旋回操作レバー３２１を減速方向に操作すると、図１１（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓが回生方向（Ｐｓ＜０）に切り換わり、旋回体２０が減速する（旋回回生）。このとき、バッテリ残量ＳＯＣが低いので、図１１（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａをゼロに制限し、図１１（ｄ）のバッテリ２７の充電出力（Ｐｂ＜０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*（＝ｃＰｓａＬｏｗ）まで増加させる。したがって、アシスト発電モータ２３を発電駆動する必要が無くなるため、エンジン要求出力Ｐｅが減少し、エンジン回転数Ｎｅが減少（ＮｅＳｗｇ→ＮｅＭｉｎ）する。
【０１０７】
また、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１により図１１（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃが充電方向（Ｐｃ＜０）に切り換わる。旋回体２０が減速していくと、旋回電動モータ２５の回生出力（Ｐｓ＜０）が徐々に減少し、キャパシタ２４の充電出力（Ｐｃ＜０）が徐々に減少していく。このとき、旋回電動モータ２５の回生電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の充電電力で分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃとバッテリ残量ＳＯＣは徐々に増加することになる。
【０１０８】
時刻ｔ４において、旋回電動モータ２５の回生出力がバッテリ２７の充電出力を賄える範囲内になると、図１１（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃがゼロとなり、旋回電動モータ２５の回生出力の減少に応じてバッテリ２７の充電出力が徐々に減少していく。その後、時刻ｔ５において、旋回体２０が停止すると、図１１（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓと図１１（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂとがゼロとなり、旋回動作は終了となる。
【０１０９】
以上説明したように、本発明の一実施の形態に係わる油圧ショベルでは、バッテリ２７から電力を供給して旋回電動モータ２５を力行させる第１の制御モードと、エンジン２２によりアシスト発電モータ２３を発電駆動して生成された電力によって旋回電動モータ２５を力行させる第２の制御モードを、バッテリ残量ＳＯＣに応じて切換え、第１の制御モードが選択されている場合はエンジン回転数Ｎｅが第１の回転数（ＮｅＭｉｎ）で制御され、第２の制御モードが選択されている場合はエンジン回転数Ｎｅが第１の回転数（ＮｅＭｉｎ）よりも高い第２の回転数（ＮｅＳｗｇ）で制御されている。
【０１１０】
次に、本発明のハイブリッド式建設機械における掘削動作時の制御方法を図１２を用いて説明する。掘削動作においては、ブーム３１、アーム３３、バケット３５等の作業機３０を操作して掘削する作業から始まり、掘削した土砂をダンプに積み込むために旋回体２０を加速させながらブーム３１を上昇させる複合動作が実施される。その後、旋回体２０を減速させながらバケット３５を操作して土砂をダンプに放土する。
【０１１１】
図１２において、横軸は時間を示していて、縦軸の（ａ）〜（ｈ）は上から順に旋回電動モータ２５の出力Ｐｓ、アシスト発電モータ２３の出力Ｐａ、キャパシタ２４の出力Ｐｃ、バッテリ２７の出力Ｐｂ、エンジン２２に対する要求出力Ｐｅ、エンジン２２の回転数Ｎｅ、キャパシタ２４の電圧Ｖｃ、バッテリ２７の残量ＳＯＣを示している。また、図の実線は、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合（７０％以上）の制御方法を示しており、点線は、バッテリ残量ＳＯＣが低い場合（３０％以下）の制御方法を示している。
【０１１２】
最初に、バッテリ残量ＳＯＣが高い場合（７０％以上）の制御方法について説明する。
時刻ｔ０において、オペレータが操作レバー３２２を操作して作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）を動作させて掘削を開始すると、油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが増加するため、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈまで増加し、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅはこの出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈまで増加する。
【０１１３】
時刻ｔ１において、掘削が終了すると、掘削した土砂をダンプに積み込むために、オペレータが旋回操作レバー３２１を加速方向に操作すると同時に、操作レバー３２２を操作し、旋回体２０を加速させながらブーム３１を上げていく（旋回力行・ブーム上げ）。すると、図１２（ａ）に示すように旋回電動モータ２５の力行出力（Ｐｓ＞０）が増加して旋回体２０が加速すると同時に、油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが増加して図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅは作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈで保持され、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅもこの出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈで保持される。
【０１１４】
このとき、図１２（ｈ）のバッテリ残量ＳＯＣが高いので、バッテリ出力Ｐｂは図１２（ｄ）に示すようにキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*（＝ｃＰｓａＨｉｇｈ）まで徐々に増加し、バッテリ残量ＳＯＣが徐々に低下していく。
【０１１５】
時刻ｔ２において、図１２（ｄ）に示すようにバッテリ出力Ｐｂが旋回時アシスト出力Ｐｓａ*に達すると、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１によりキャパシタ２４の放電出力（Ｐｃ＞０）が図１２（ｃ）に示すように徐々に増加していく。このとき、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力で分担している状態となり、図１２（ｇ）のキャパシタ電圧Ｖｃと図１２（ｈ）のバッテリ残量ＳＯＣが徐々に減少する。また、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅを、作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈに対応する回転数ＮｅＨｉｇｈで保持しているため、油圧ポンプ４１を駆動するために必要なエンジン２２の出力を確保できている。
【０１１６】
その後、時刻ｔ３において、掘削した土砂をダンプに放土するために、オペレータが旋回操作レバー３２１を減速方向に操作すると同時に、操作レバー３２２を操作し、旋回体２０を減速させながらバケット３５を回動させて放土する（旋回回生・放土）。すると、図１２（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓが回生方向（Ｐｓ＜０）に切り換わり、旋回体２０が減速する。このとき、バッテリ残量ＳＯＣが高いので、図１２（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂをゼロに制限し、アシスト発電モータ２３の力行出力（Ｐａ＞０）を、キャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値（＝（−１）×ｃＰｓａＬｏｗ）まで増加させる。
【０１１７】
また、バケット３５の回動により油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが必要となるが、アシスト発電モータ２３の力行出力により、エンジン要求出力Ｐｅは作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈよりも減少する。したがって、エンジン回転数Ｎｅは、この出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈよりも減少する。
【０１１８】
また、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１により図１２（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃが充電方向（Ｐｃ＜０）に切り換わる。旋回体２０が減速していくと、旋回電動モータ２５の回生出力（Ｐｓ＜０）が徐々に減少し、キャパシタ２４の充電出力（Ｐｃ＜０）が徐々に減少していく。このとき、旋回電動モータ２５の回生電力を、キャパシタ２４の充電電力とアシスト発電モータ２３の力行電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃは徐々に増加することになる。
【０１１９】
時刻ｔ４において、旋回電動モータ２５の回生出力がアシスト発電モータ２３の力行出力を賄える範囲内になると、図１２（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃがゼロとなり、旋回電動モータ２５の回生出力の減少に応じてアシスト発電モータ２３の力行出力が徐々に減少していく。
【０１２０】
その後、時刻ｔ５において、旋回体２０が停止してバケット３５の操作が完了すると、図１２（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓと図１２（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａがゼロとなる。また、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが最小出力ＰｅＭｉｎに減少するため、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅが最小回転数ＮｅＭｉｎに減少し、掘削動作は終了となる。
【０１２１】
次に、バッテリ残量ＳＯＣが低い場合（３０％以下）の制御方法について説明する。
時刻ｔ０において、オペレータが操作レバー３２２を操作して作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）を動作させて掘削を開始すると、油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが増加するため、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈまで増加し、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅはこの出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈまで増加する。
【０１２２】
時刻ｔ１において、掘削が完了すると、掘削した土砂をダンプに積み込むために、オペレータが旋回操作レバー３２１を加速方向に操作すると同時に、操作レバー３２２を操作し、旋回体２０を加速させながらブーム３１を上げていく（旋回力行・ブーム上げ）。すると、図１２（ａ）に示すように旋回電動モータ２５の力行出力（Ｐｓ＞０）が増加し、旋回体２０が加速すると同時に、油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが増加する。
【０１２３】
このとき、図１２（ｈ）に示すようにバッテリ残量ＳＯＣが低いので、図１２（ｄ）のバッテリ出力Ｐｂをゼロに制限し、アシスト発電モータ２３の発電出力（Ｐａ＜０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値（＝（−１）×ｃＰｓａＨｉｇｈ）まで徐々に増加させる。このように、エンジン２２により油圧ポンプ４１の出力Ｐｐを確保しながらアシスト発電モータ２３を発電駆動するため、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅは最大出力ＰｅＭａｘ（＞ＰｅＨｉｇｈ）まで徐々に増加し、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅはこの出力に対応する回転数ＮｅＭａｘまで徐々に増加する。
【０１２４】
時刻ｔ２において、図１２（ｂ）に示すようにアシスト発電モータ出力Ｐａが、旋回時アシスト出力Ｐｓａ*を反転させた値に達すると、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１によりキャパシタ２４の放電出力（Ｐｃ＞０）が図１２（ｃ）に示すように徐々に増加していく。このとき、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とアシスト発電モータ２３の発電電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃが徐々に減少する。
【０１２５】
また、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅを、最大出力ＰｅＭａｘに対応する回転数ＮｅＭａｘまで増加させているため、油圧ポンプ４１を駆動するために必要なエンジン２２の出力を確保できている。
【０１２６】
その後、時刻ｔ３において、掘削した土砂をダンプに放土するために、オペレータが旋回操作レバー３２１を減速方向に操作すると同時に、操作レバー３２２を操作し、旋回体２０を減速させながらバケット３５を回動させて放土する（旋回回生・放土）。すると、図１２（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓが回生方向（Ｐｓ＜０）に切り換わり、旋回体２０が減速する（旋回回生）。
【０１２７】
このとき、バッテリ残量ＳＯＣが低いので、図１２（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａをゼロに制限し、バッテリ２７の充電出力（Ｐｂ＜０）をキャパシタ電圧制御手段３０２で演算した旋回時アシスト出力Ｐｓａ*（＝ｃＰｓａＬｏｗ）まで増加させる。
【０１２８】
また、バケット３５の回動により油圧ポンプ４１の出力Ｐｐが必要となるが、アシスト発電モータ２３の発電出力がゼロになるため、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅは作業機３０の単独動作で必要なエンジン出力ＰｅＨｉｇｈまで減少し、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅはこの出力に対応する回転数ＮｅＨｉｇｈまで減少する。
【０１２９】
また、旋回電動モータ出力Ｐｓに対する不足分を補うため、直流電圧制御手段３０１により図１２（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃが充電方向（Ｐｃ＜０）に切り換わる。旋回体２０が減速していくと、旋回電動モータ２５の回生出力（Ｐｓ＜０）が徐々に減少し、キャパシタ２４の充電出力（Ｐｃ＜０）が徐々に減少していく。このとき、旋回電動モータ２５の回生電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の充電電力とで分担している状態となり、キャパシタ電圧Ｖｃとバッテリ残量ＳＯＣは徐々に増加することになる。
【０１３０】
時刻ｔ４において、旋回電動モータ２５の回生出力がバッテリ２７の充電出力を賄える範囲内になると、図１２（ｃ）のキャパシタ出力Ｐｃがゼロとなり、旋回電動モータ２５の回生出力の減少に応じてバッテリ２７の充電出力が徐々に減少していく。その後、時刻ｔ５において、旋回体２０が停止してバケット３５の回動が完了すると、図１２（ａ）の旋回電動モータ出力Ｐｓと図１２（ｂ）のアシスト発電モータ出力Ｐａがゼロとなる。また、図１２（ｅ）のエンジン要求出力Ｐｅが最小出力ＰｅＭｉｎに減少するため、図１２（ｆ）のエンジン回転数Ｎｅが最小回転数ＮｅＭｉｎに減少し、掘削動作は終了となる。
【０１３１】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係わる油圧ショベルでは、バッテリ２７からの電力を旋回電動モータ２５に供給して旋回電動モータ２５を力行させる第１の制御モードと、エンジン２２によりアシスト発電モータ２３を発電駆動して生成された電力によって旋回電動モータ２５を力行させる第２の制御モードとを、バッテリ残量ＳＯＣに応じて切換え、第１の制御モードが選択されている場合はエンジン回転数Ｎｅが第１の回転数（ＮｅＨｉｇｈ）で制御され、第２の制御モードが選択されて作業機３０と旋回体２０の複合動作が行われている場合はエンジン回転数Ｎｅが第１の回転数（ＮｅＨｉｇｈ）よりも高い第２の回転数（ＮｅＭａｘ）で制御されている。
【０１３２】
上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、旋回体２０とこの旋回体２０に装設した作業機３０とが複合的に動作する際に、バッテリ２７（単位重量あたりの出力が低く、蓄積エネルギが高い蓄電デバイス）とキャパシタ２４（単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギが低い蓄電デバイス）とから電力を旋回電動モータ２５に供給し、エンジン２２の動力に応じて油圧ポンプ４１の出力を制御するため、旋回体２０を駆動するための電力と油圧ポンプ４１を駆動するための動力とを適切に確保することが可能となる。この結果、旋回体２０とこの旋回体２０に装設した作業機３０との複合動作である旋回ブーム上げ動作において旋回体２０の旋回速度とブーム３１の上昇速度とのバランスを良好に保つことができるので、ハイブリッド式建設機械における複合動作の操作性を確保することができる。
【０１３３】
また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、バッテリ残量が低下していない場合は、バッテリ２７から旋回電動モータ２５に電力を供給し、エンジン回転数を下げることにより、バッテリ使用時の燃費低減効果を最大限に高めることができる。さらに、バッテリ残量が低下している場合は、エンジン２２の動力でアシスト発電モータ２３を発電駆動して旋回電動モータ２５に電力を供給し、エンジン回転数を上げることにより、油圧ポンプ４１の動力制限を最小限に抑えることが可能となる。
【０１３４】
更に、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、バッテリ残量ＳＯＣが低下した場合に、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力とで分担する第１の制御モードからキャパシタ２４の放電電力とエンジン２２でアシスト発電モータ２３を発電駆動して生成された電力とで分担する第２の制御モードに変更することができる。このとき、制御切換手段３１４の電力配分処理６０１により、バッテリ残量ＳＯＣに基づく配分パラメータαに応じてバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値をリニアに切り換えているため、制御方式のスムーズな変更が可能となる。
【０１３５】
また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、第１の制御モードと第２の制御モードとでキャパシタ２４の出力Ｐｃに差異が生じないようにバッテリ２７とアシスト発電モータ２３の出力指令値を算出しているため、キャパシタ２４の電圧Ｖｃの挙動がほぼ同等になる。この結果、バッテリ２７よりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低いキャパシタ２４を適切に活用しながら、バッテリ２７をプラグイン構成にする等の建設機械の設計の汎用性を確保することができる。
【０１３６】
さらに、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４とバッテリ２７の放電電力とで分担する第１の制御モードでは、エンジン回転数Ｎｅを低回転領域（〜ＮｅＨｉｇｈ）で制御しているため、バッテリ２７を使用する場合の燃費低減効果を高めることができる。
【０１３７】
また、上述した本発明のハイブリッド式建設機械及びその制御方法の一実施の形態によれば、旋回電動モータ２５の力行電力をキャパシタ２４の放電電力とエンジン２２でアシスト発電モータ２３を発電駆動して生成された電力とで分担する第２の制御モードでは、エンジン回転数Ｎｅを高回転領域（〜ＮｅＭａｘ）で制御しているため、バッテリ残量ＳＯＣが低下した場合でも油圧ポンプ４１を駆動するために必要なエンジン出力を確保することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０ 走行体
２０ 旋回体
２２ エンジン
２３ アシスト発電モータ（第１の電動機）
２４ キャパシタ
２５ 旋回電動モータ（第２の電動機）
２７ バッテリ
３０ 作業機
３１ ブーム
４１ 油圧ポンプ
４２ コントロールバルブ
１００ 統合コントローラ
３１１ 第１の制御手段
３１２ 第２の制御手段
３１３ バッテリ残量推定手段
３１４ 制御切換手段
３１５ エンジン回転数制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回体と、前記旋回体に装設した作業機と、前記旋回体に搭載したエンジンと、前記エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、前記エンジンと前記第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより生成された動力によって前記作業機を駆動操作する油圧アクチュエータと、前記旋回体を駆動するための第２の電動機と、前記第１及び第２の電動機を駆動する電力の供給及び前記第１及び第２の電動機で生成した電力の充電を行うための複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械において、
前記作業機と前記旋回体とが複合的に動作する際に、
前記第２の電動機を、前記複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、前記選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御し、
前記油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第１の制御手段を備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記第２の電動機を、前記エンジンにより前記第１の電動機を発電駆動して生成された電力と、前記第１の制御手段で選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御する第２の制御手段と、
前記第１の制御手段で選択された蓄電デバイスの残量に応じて前記第１の制御手段と前記第２の制御手段とを切換える制御切換手段とを更に備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記第１の制御手段が選択されている場合は、前記エンジンのエンジン回転数を第１の回転数で制御し、前記第２の制御手段が選択されている場合は、前記エンジンのエンジン回転数を前記第１の回転数よりも高い第２の回転数で制御するエンジン回転数制御手段を更に備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
旋回体と、前記旋回体に装設した作業機と、前記旋回体と前記作業とを操作する為の操作手段と、前記旋回体に搭載したエンジンと、前記エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、前記エンジンと前記第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより生成された動力によって前記作業機を駆動操作する油圧アクチュエータと、前記旋回体を駆動するための第２の電動機と、前記第１及び第２の電動機を駆動する電力の供給及び前記第１及び第２の電動機で生成した電力の充電を行うための複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械の制御方法であって、
前記操作手段の操作状態に応じて前記作業機と前記旋回体の複合的な動作の有無を判断する第１の手順と、
前記手順により前記作業機と前記旋回体の複合的な動作と判断された場合に、前記第２の電動機を、前記複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、前記選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって、駆動制御する第２の手順と、
前記油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第３の手順とを実行する第１の制御モードを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のハイブリッド式建設機械の制御方法において、
前記第２の電動機を、前記エンジンにより前記第１の電動機を発電駆動して生成された電力と、前記第１の制御モードで選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスからの電力とからの電力によって駆動制御する第２の制御モードを備え、
前記第１の制御モードで選択された蓄電デバイスの残量に応じて前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切換える
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のハイブリッド式建設機械の制御方法において、
前記第１の制御モードが選択されている場合は、エンジン回転数を第１の回転数で制御し、前記第２の制御モードが選択されている場合は、エンジン回転数を前記第１の回転数よりも高い第２の回転数で制御する
ことを特徴するハイブリッド式建設機械の制御方法。
【請求項１】
旋回体と、前記旋回体に装設した作業機と、前記旋回体に搭載したエンジンと、前記エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、前記エンジンと前記第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより生成された動力によって前記作業機を駆動操作する油圧アクチュエータと、前記旋回体を駆動するための第２の電動機と、前記第１及び第２の電動機を駆動する電力の供給及び前記第１及び第２の電動機で生成した電力の充電を行うための複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械において、
前記作業機と前記旋回体とが複合的に動作する際に、
前記第２の電動機を、前記複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、前記選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御し、
前記油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第１の制御手段を備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記第２の電動機を、前記エンジンにより前記第１の電動機を発電駆動して生成された電力と、前記第１の制御手段で選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって駆動制御する第２の制御手段と、
前記第１の制御手段で選択された蓄電デバイスの残量に応じて前記第１の制御手段と前記第２の制御手段とを切換える制御切換手段とを更に備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド式建設機械において、
前記第１の制御手段が選択されている場合は、前記エンジンのエンジン回転数を第１の回転数で制御し、前記第２の制御手段が選択されている場合は、前記エンジンのエンジン回転数を前記第１の回転数よりも高い第２の回転数で制御するエンジン回転数制御手段を更に備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械。
【請求項４】
旋回体と、前記旋回体に装設した作業機と、前記旋回体と前記作業とを操作する為の操作手段と、前記旋回体に搭載したエンジンと、前記エンジンによって駆動され発電可能な第１の電動機と、前記エンジンと前記第１の電動機によって駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプにより生成された動力によって前記作業機を駆動操作する油圧アクチュエータと、前記旋回体を駆動するための第２の電動機と、前記第１及び第２の電動機を駆動する電力の供給及び前記第１及び第２の電動機で生成した電力の充電を行うための複数の蓄電デバイスとを有するハイブリッド式建設機械の制御方法であって、
前記操作手段の操作状態に応じて前記作業機と前記旋回体の複合的な動作の有無を判断する第１の手順と、
前記手順により前記作業機と前記旋回体の複合的な動作と判断された場合に、前記第２の電動機を、前記複数の蓄電デバイスのうち、選択された少なくとも１つの蓄電デバイスと、前記選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスとからの電力によって、駆動制御する第２の手順と、
前記油圧ポンプを、前記エンジンにより駆動制御する第３の手順とを実行する第１の制御モードを備えた
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のハイブリッド式建設機械の制御方法において、
前記第２の電動機を、前記エンジンにより前記第１の電動機を発電駆動して生成された電力と、前記第１の制御モードで選択された少なくとも１つの蓄電デバイスよりも単位重量あたりの出力が高く、蓄積エネルギの低い蓄電デバイスからの電力とからの電力によって駆動制御する第２の制御モードを備え、
前記第１の制御モードで選択された蓄電デバイスの残量に応じて前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切換える
ことを特徴とするハイブリッド式建設機械の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のハイブリッド式建設機械の制御方法において、
前記第１の制御モードが選択されている場合は、エンジン回転数を第１の回転数で制御し、前記第２の制御モードが選択されている場合は、エンジン回転数を前記第１の回転数よりも高い第２の回転数で制御する
ことを特徴するハイブリッド式建設機械の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８７４５６（Ｐ２０１３−８７４５６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７２４６（Ｐ２０１１−２２７２４６）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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