CN105008624A - 工程机械 - Google Patents

Abstract

提供确保良好的操作性、通过高效地使用回收的能量而获得大幅的燃料降低效果的工程机械。工程机械具备：可变容量式的液压泵，被发动机驱动；旋转液压马达；旋转电动马达；排出容量调整装置，调整液压泵的排出容量；及控制装置，在旋转用操作杆被操作时利用旋转液压马达和旋转电动马达的合计转矩而进行旋转体的制动驱动的控制，还具备：操作量检测装置，检测旋转用操作杆的操作量；及速度检测装置，检测旋转电动马达的速度，控制装置具备液压泵输出减少控制部，将操作量检测装置检测出的旋转用操作杆的操作量信号和速度检测装置检测出的旋转电动马达的速度信号取入，基于这些检测信号而对液压泵的输出的减少率进行计算，并控制排出容量调整装置。

Description

工程机械

技术领域

本发明涉及液压挖掘机等具有旋转体的工程机械，尤其是涉及具有旋转体驱动用的电动马达和液压马达的工程机械。

背景技术

以往，对于液压挖掘机等具有旋转体的工程机械而言，如下工程机械成为主流，即，由发动机对液压泵进行驱动，利用从液压泵排出的压力油而使液压马达旋转，从而对作为惯性体的旋转体进行驱动，然而，近年来，为了实现发动机的燃料效率的提高、噪声级的降低以及排气量的降低等，提出有如下混合动力方式的工程机械，即，使用接受来自蓄电装置的电能的供给而进行驱动的电动马达以及液压马达的双方来对旋转体进行驱动。在这种混合动力方式的工程机械中，为了使习惯于现有方式的工程机械的操作的操作人员能够无不协调感地进行操作，需要适当地控制液压马达以及电动马达所分担的驱动转矩。

以往，存在如下混合动力方式的工程机械的控制单元，即，以连续并顺畅地对作为惯性体的旋转体进行驱动控制、且能够高效地进行能量的再生为目的，基于在设置于旋转驱动用的液压马达、且成为油的吸入口(入口侧)以及排出口(出口侧)的2个端口所产生的压差，计算针对旋转驱动用的电动马达的转矩指令值(例如，参照专利文献1)。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-63888号公报

发明内容

上述专利文献1所记载的现有技术中，在旋转体的加速驱动时和减速驱动时，使对旋转体进行驱动的所有转矩中的电动马达的转矩的比例发生变化。因此，例如，在电动马达出现故障而无法输出规定的转矩的情况下，仅存来自液压马达的转矩，产生无法获得操作者以旋转操作杆的操作量而要求的转矩的可能性。

另外，专利文献1中记载有如下内容，即，将电动马达作为发电机，将惯性体所具有的动能转换为电能并进行回收，由此实现节能，但是，对于电动马达驱动时的能量的高效的使用方法却无记载。例如，并未述及电动马达的动力运行驱动时对于液压马达、以及向液压马达供给压力油的液压泵的有效的控制等。因此，根据工程机械整体的节能的观点，存有无法获得充分的燃料消耗降低效果的遗憾。

本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种确保良好的操作性，且通过高效地使用回收的能量而能够获得燃料降低效果非常好的工程机械。

为了达成上述目的，第1发明的工程机械具备：发动机；可变容量式的液压泵，其被上述发动机驱动；旋转体；旋转液压马达，其利用从上述液压泵排出的压力油而对上述旋转体进行驱动；蓄电装置，其进行电力的蓄积和供给；旋转电动马达，其通过来自上述蓄电装置的电力对上述旋转体进行驱动；旋转用操作杆，其对上述旋转体的驱动发出指令；排出容量调整装置，其对上述液压泵的排出容量进行调整；以及控制装置，其在上述旋转用操作杆被操作时对上述旋转液压马达和上述旋转电动马达的双方进行驱动，并通过上述旋转液压马达的转矩和上述旋转电动马达的转矩的合计转矩对上述旋转体的制动驱动进行控制，上述工程机械具备：操作量检测装置，其对上述旋转用操作杆的操作量进行检测；以及速度检测装置，其对上述旋转电动马达的速度进行检测，上述控制装置具备液压泵输出减少控制部，该液压泵输出减少控制部将上述操作量检测装置检测出的上述旋转用操作杆的操作量信号和上述速度检测装置检测出的上述旋转电动马达的速度信号取入，基于这些检测信号算出上述液压泵的输出的减少率，由此控制上述排出容量调整装置。

另外，在第1发明的基础上，在第2发明中，上述控制装置具备：转矩指令值运算部，其将上述操作量检测装置检测出的上述旋转用操作杆的操作量信号和上述速度检测装置检测出的上述旋转电动马达的速度信号取入，基于这些检测信号算出针对上述旋转电动马达的转矩指令值；以及液压泵输出减少控制部，其基于上述旋转用操作杆的操作量、上述旋转电动马达的速度以及由上述转矩指令值运算部计算出的针对上述旋转电动马达的转矩指令值，算出上述液压泵的输出的减少率，并控制上述排出容量调整装置。

并且，在第2发明的基础上，第3发明的特征在于，上述旋转用操作杆的操作量越大，上述液压泵输出减少控制部计算出的上述液压泵的输出的减少率越小。

另外，在第2发明的基础上，第4发明的特征在于，上述旋转电动马达的速度越大，上述液压泵输出减少控制部计算出的上述液压泵的输出的减少率越小。

发明的效果

根据本发明，在旋转电动马达的动力运行时，在旋转电动马达的输出的基础上考虑液压泵效率而进行控制以使液压泵的动力下降，因此，能够确保与旋转的驱动所需的量对应的液压泵的动力。其结果，能够确保良好的操作性，能够获得非常好的燃料消耗降低效果。

附图说明

图1是表示本发明的工程机械的一实施方式的侧视图。

图2是构成本发明的工程机械的第1实施方式的电动及液压设备的系统结构图。

图3是本发明的工程机械的一实施方式的系统结构以及控制框图。

图4是表示本发明的工程机械的一实施方式的液压系统的系统结构图。

图5是表示本发明的工程机械的一实施方式中的旋转用滑阀的出口节流(meter-out)开口面积特性的特性图。

图6是表示本发明的工程机械的一实施方式的、与旋转先导压对应的旋转电动马达和旋转液压马达的输出特性的特性图。

图7是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制器的液压电动复合旋转控制模块的框图。

图8是本发明的工程机械的一实施方式的基于旋转先导压和旋转速度而对电动动力运行转矩进行计算的特性图。

图9是表示本发明的工程机械的一实施方式的与旋转先导压对应的制动增益的特性的特性图。

图10是本发明的工程机械的一实施方式的基于旋转先导压和旋转速度而计算泵输出减少率的特性图。

图11是本发明的工程机械的一实施方式的对可变过载溢流阀的溢流压进行设定的处理流程的流程图。

图12是表示本发明的工程机械的一实施方式的对旋转电动马达的转矩进行计算的处理流程的流程图。

图13是表示本发明的工程机械的一实施方式的对泵输出减少指令进行计算的处理流程的流程图。

具体实施方式

以下，作为工程机械，选取液压挖掘机为例，使用附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明能够应用于具备旋转体的所有工程机械(包括作业机械)，本发明的应用并不限定于液压挖掘机。图1是表示本发明的工程机械的一实施方式的侧视图，图2是构成本发明的工程机械的一实施方式的电动及液压设备的系统结构图，图3是本发明的工程机械的一实施方式的系统结构以及控制框图。

图1中，液压挖掘机具备：行驶体10；旋转体20，其以能够旋转的方式设置于行驶体10上；以及前作业装置30，其装设于旋转体20。

行驶体10构成为包括一对履带11及履带框架12(图1中仅示出单侧)、独立地对各履带11进行驱动控制的一对行驶用液压马达13、14及其减速机构等。

旋转体20构成为包括旋转框架21以及设置于旋转框架21上的如下部件等：作为原动机的发动机22；辅助发电马达23，其被发动机驱动；旋转电动马达25及旋转液压马达27；双电层电容器24，其与辅助发电马达23以及旋转电动马达25连接；以及减速机构26，其使旋转电动马达25和旋转液压马达27的旋转减速，旋转电动马达25和旋转液压马达27的驱动力经由减速机构26而传递，通过该驱动力对旋转体20(旋转框架21)进行驱动而使其相对于行驶体10旋转。

另外，在旋转体20搭载有前作业装置30。前作业装置30构成为包括如下部件等；动臂31；动臂缸32，其用于对动臂31进行驱动；斗杆33，其旋转自如地轴支承于动臂31的前端部附近；斗杆缸34，其用于对斗杆33进行驱动；铲斗35，其以能够旋转的方式轴支承于斗杆33的前端；以及铲斗缸36，其用于对铲斗35进行驱动。

在旋转体20的旋转框架21上搭载有液压系统40，该液压系统40用于对上述行驶用液压马达13、14、旋转用液压马达27、动臂缸32、斗杆缸34、铲斗缸36等的液压执行机构进行驱动。液压系统40为液压源，包括：液压泵41(参照图2)，其通过发动机22驱动而旋转；以及控制阀42(参照图2)，其用于对各执行机构进行驱动控制。

接下来，对液压挖掘机的电动、液压设备的系统结构进行概要说明。如图2所示，发动机22的驱动力传递至液压泵41。控制阀42根据旋转用的来自操作杆装置72的旋转操作指令(液压先导信号)，而对供给至旋转液压马达27的压力油的流量和方向进行控制。另外，控制阀42根据旋转以外的来自操作杆装置(未图示)的操作指令(液压先导信号)，而对供给至动臂缸32、斗杆缸34、铲斗缸36以及行驶用液压马达13、14的压力油的流量和方向进行控制。

另外，本实施方式所涉及的控制阀42形成为，使得旋转操作杆的操作量处于中间区域(中立值与最大值之间)时的旁路节流(bleed-off)开口面积比通常的机械大，且使得操作量处于中间区域时的旋转液压马达27的驱动转矩(对旋转体20进行驱动的方向上的转矩)比通常的机械小。

如图2所示，旋转控制系统具备控制器80，该控制器80将与来自操作杆装置72的指令相应的控制信号输出至控制阀42、以及对电容器24的充放电进行控制的动力控制单元55。动力控制单元55对从电容器24向旋转电动马达25的电力供给、从旋转电动马达25回收的电力向电容器24的充电进行控制，该动力控制单元55具备：斩波器(chopper)51，其使从电容器24供给的直流电力升高至规定的母线电压；逆变器52，其用于对旋转电动马达25进行驱动；逆变器53，其用于对辅助发电马达23进行驱动；以及平滑电容器54，其为了使母线电压稳定化而设置。使旋转电动马达25和旋转液压马达27的旋转轴结合，通过上述各马达所产生的合计转矩而对旋转体20进行驱动。根据辅助发电马达23以及旋转电动马达25的驱动状态(动力运行或者再生)而对电容器24进行充放电。

接下来，使用图3对本发明的进行旋转控制所需的装置、控制单元、控制信号等进一步详细地说明。

液压挖掘机具备上述控制器80、以及与控制器80的输入输出相关的液压/电信号转换装置74a、74b、74c、74d、电/液压信号转换装置75b、75c，这些部件构成旋转控制系统。液压/电信号转换装置74a、74b、74c、74d分别例如为压力传感器，电/液压信号转换装置75b、75c例如为电磁比例减压阀。

如图3所示，控制器80构成为包括异常监视/异常处理控制模块81、能量管理控制模块82、液压电动复合旋转控制模块83以及液压单独旋转控制模块84。

从动力控制单元55输出的错误、故障、警告信号输入至异常监视/异常处理控制模块81。能量管理控制模块82输入有：从动力控制单元55输出的电容器剩余量信号、斩波器电流信号以及旋转马达速度；以及从控制阀42输出、且由液压/电信号转换装置(例如，压力传感器)74c、74d转换为电信号的旋转工作压，该能量管理控制模块82将对液压电动复合旋转控制模块83的制动转矩请求值输出。

液压电动复合旋转控制模块83输入有：从旋转操作杆72输出、且由液压/电信号转换装置(例如，压力传感器)74a、74b转换为电信号的旋转先导压信号；从动力控制单元55输出的旋转马达速度；以及从控制阀42输出、且通过液压/电信号转换装置(例如，压力传感器)74c、74d转换为电信号的旋转工作压，该液压电动复合旋转控制模块83将对液压泵41的泵吸收转矩修正指令向作为排出容量调整装置的调节器41a输出。另外，向控制阀42输出溢流压切换信号、向动力控制单元55输出旋转电动马达转矩指令。

液压单独旋转控制模块84输入有从旋转操作杆72输出、且通过液压/电信号转换装置74a、74b转换为电信号的旋转先导压信号，该液压单独旋转控制模块84经由电/液压信号转换装置75b、75c而将对控制阀42的液压旋转特性修正指令和旋转先导压修正信号输出。

接下来，使用图4及图5对本发明的工程机械的一实施方式中的旋转液压系统进行说明。图4是表示本发明的工程机械的一实施方式的液压系统的系统结构图，图5是表示本发明的工程机械的一实施方式中的旋转用滑阀的出口节流开口面积特性的特性图。在图4及图5中，附图标记与图1至图3中示出的附图标记相同的部件为同一部分，省略其详细的说明。

图3中的控制阀42按每个执行机构而具备被称为滑阀的阀部件，对应的滑阀根据来自旋转操作杆72、或其它未图示的操作装置的指令(液压先导信号)而位移，由此使得开口面积发生变化，从各油路通过的压力油的流量发生变化。在图4所示的旋转液压系统中，控制阀42包括旋转滑阀44、可变过载溢流阀28、29等。

在图4中，旋转液压系统具备上述的液压泵41及旋转液压马达27、旋转操作杆72、旋转滑阀44以及旋转用的电磁式的可变过载溢流阀28、29。

液压泵41为可变容量泵，其具备调节器41a，通过使调节器41a进行工作而改变液压泵41的倾转角，由此改变液压泵41的容量，改变液压泵41的排出流量和输出转矩。当泵吸收转矩修正指令从图3中示出的液压电动复合旋转控制模块83输出至作为排出容量调整装置的调节器41a时，调节器41a进行工作，液压泵41的倾转角发生变化，从而能够使液压泵41的最大输出转矩减小。

来自液压泵41的压力油通过旋转滑阀44而向旋转液压马达27切换供给，其中，该旋转滑阀44从中立位置O连续地切换至A位置(例如，向左旋转位置)或者C位置(例如，向右旋转位置)。另外，对旋转滑阀44进行如下配管连接，即，当该旋转滑阀44处于中立位置O时，使得来自液压泵41的压力油从旁路节流部通过并向油箱返回。

旋转液压马达27具有成为工作油的入口和出口的2个端口，在本实施方式中，将在向左旋转时成为工作油的入口的端口定义为A端口、且将成为工作油的出口的端口定义为B端口，将在向右旋转时成为工作油的入口的端口定义为B端口、且将成为工作油的出口的端口定义为A端口。此处，在与旋转液压马达27的A端口连接的配管上设置有对压力进行检测的压力传感器即液压/电信号转换装置74c，在与旋转液压马达27的B端口连接的配管上设置有液压/电信号转换装置74d。

可变过载溢流阀28对旋转液压马达27的A端口压力进行控制，其通过电磁操作部接收来自控制器80的电气指令，而切换溢流压。同样地，可变过载溢流阀29对旋转液压马达27的B端口压力进行控制，其通过电磁操作部接收来自控制器80的电气指令，而切换溢流压。

旋转操作杆72内置有减压阀，该减压阀根据杆操作量而对来自与其连接的先导液压源(未图示)的压力进行减压。将与杆操作量对应的压力(液压先导信号)施加给旋转滑阀44的左右某一个操作部。旋转滑阀44根据来自旋转操作杆72的旋转操作指令(液压先导信号)而连续地从中立位置O切换至A位置或者B位置。

在旋转操作杆72处于中立状态的情况下，旋转滑阀44位于中立位置O，从液压泵41排出的工作油从旁路节流部通过且全部向油箱返回。另一方面，在对旋转操作杆72进行操作以使其进行向左旋转的情况下，旋转滑阀44切换至A位置，旁路节流部的开口面积减小，旋转滑阀44的入口节流部、出口节流部的开口面积增大。从液压泵41排出的工作油从该A位置处的入口节流部通过并被输送至旋转液压马达27的A端口，来自旋转液压马达27的返回油从A位置处的出口节流部通过并向油箱返回。通过进行这种工作油的控制，使得旋转液压马达向左旋转。

另外，例如，在对旋转操作杆72进行操作以使其进行向右旋转的情况下，旋转滑阀44切换至B位置，旁路节流部的开口面积减小，旋转滑阀44的入口节流部、出口节流部的开口面积增大。从液压泵41排出的工作油从该B位置处的入口节流部通过并被输送至旋转液压马达27的B端口，来自旋转液压马达27的返回油从B位置处的出口节流部通过并向油箱返回。通过进行这种工作油的控制，使得旋转液压马达27向与A位置的情况相反的方向即向右旋转。

当旋转滑阀44位于中立位置O与A位置的中间时，液压泵41排出的工作油被分配至旁路节流部和入口节流部。此时，在入口节流部的进入侧产生与旁路节流部的开口面积对应的压力，通过该压力对旋转液压马达27供给压力油，施加与该压力(旁路节流部的开口面积)对应的工作转矩。另外，来自旋转液压马达27的排出油受到与此时的出口节流部的开口面积对应的阻力而产生背压，从而产生与出口节流部的开口面积对应的制动转矩。即便在中立位置O与B位置的中间也一样。

当使旋转操作杆72返回至中立位置、且使旋转滑阀44返回至中立位置O时，由于旋转体20为惯性体，因此，旋转液压马达27凭借其惯性而欲继续进行旋转。此时，当来自旋转液压马达27的排出油的压力(背压)要超过旋转用的可变过载溢流阀28或者29的设定压力时，旋转用的可变过载溢流阀28或者29进行工作而将压力油的一部分释放至油箱，由此限制背压的上升，产生与旋转用的可变过载溢流阀28或者29的设定压力对应的制动转矩。

旋转用的可变过载溢流阀28或者29分别具有电磁操作部。旋转用的可变过载溢流阀28或者29的设定压力能够根据由电磁操作部接收的来自控制器80的电气指令而变化。

图5是表示本发明的一实施方式中的旋转滑阀44的相对于滑阀行程的出口节流开口面积特性的图。横轴的滑阀行程仅根据旋转操作杆72的操作量而变化，因此，也可以考虑将该滑阀行程作为旋转操作杆72的操作量。

在图5中，实线所示的特性为本实施方式的特性，虚线表示在由旋转液压马达单独地对旋转体进行驱动的现有的液压挖掘机中能够确保良好的操作性的出口节流开口面积特性。本实施方式中的旋转滑阀44的出口节流开口面积的大小设计为，在控制开始点及终点与现有旋转滑阀的出口节流开口面积大致相同，但在中间区域与现有旋转滑阀相比便于打开(成为较大的开口面积)。

当旋转滑阀44的出口节流部的开口面积扩大时，通过旋转液压马达27而得到的制动转矩变小。这样，由于制动转矩的大小取决于出口节流部的开口面积的大小，因此，旋转操作杆72的操作量处于中间区域的本实施方式中的旋转液压马达27的制动转矩设定为，比现有机械中的旋转液压马达的制动转矩小。另外，在旋转操作杆72的操作量处于中立以及最大的状态下，设为与现有机械中的出口节流部的开口面积大致相同，因此，旋转液压马达27的制动转矩的大小设定为与现有机械大致相同。

另外，在本实施方式中，旋转滑阀44的相对于滑阀行程的出口节流开口面积特性设定为，与在由旋转液压马达单独地对旋转体进行驱动的现有的液压挖掘机中能够确保良好的操作性的出口节流开口面积特性相同。因此，驱动转矩设定为与现有机械中的旋转液压马达的驱动转矩相同。

接下来，使用图6至图10对构成本发明的工程机械的一实施方式的控制器的液压电动复合旋转控制模块进行说明。图6是表示本发明的工程机械的一实施方式的与旋转先导压对应的、旋转电动马达和旋转液压马达的输出特性的特性图，图7是表示构成本发明的工程机械的一实施方式的控制器的液压电动复合旋转控制模块的框图，图8是本发明的工程机械的一实施方式的基于旋转先导压和旋转速度而对电动动力运行转矩进行计算的特性图，图9是表示本发明的工程机械的一实施方式的与旋转先导压对应的制动增益的特性的特性图，图10是本发明的工程机械的一实施方式的基于旋转先导压和旋转速度而对泵输出减少率进行计算的特性图。在图6至图10中，附图标记与图1至图5中示出的附图标记相同的部件为同一部分，将其详细说明省略。

在本实施方式中，利用旋转液压马达27和旋转电动马达25的合计输出而对旋转体20进行驱动，根据与旋转操作杆72的操作量相当的旋转先导压信号，而对旋转电动马达25的输出与旋转液压马达27的输出的比例进行变更。如图6所示，在旋转先导压比M低的区域，仅通过旋转电动马达25而对旋转体进行驱动，在旋转先导压比M高的区域，使旋转液压马达27的输出逐渐增加。即，设定为，随着旋转先导压的增加，使旋转电动马达25的输出的比例减小。

其理由在于，在旋转先导压低、且旋转速度低的区域，与通过旋转液压马达27进行驱动的情况相比，通过旋转电动马达25进行驱动的效率更高，在旋转先导压高的旋转速度高的区域，通过旋转液压马达27进行驱动的效率更高。由此，能够实现能耗的降低化。

尤其是在旋转操作为微操作的情况下，使泵流量降低至待机(standby)流量的程度，从而能够大幅地降低液压部处的损失。为此，需要根据旋转电动马达25的输出而使旋转液压马达27的输出减小。在本实施方式中，在进行旋转驱动时，减小液压泵41的输出，从而使得上述驱动转矩比现有机械中的旋转液压马达的驱动转矩小。另外，使上述的合计输出与现有机械中由液压马达单独地进行旋转驱动的情况下所使用的旋转液压马达的所有输出相同，由此能够确保与现有机械相同的操作性。

接下来，对控制器80的液压电动复合旋转控制模块83进行说明。如图7所示，液压电动复合旋转控制模块83具备目标动力运行转矩运算部83a、制动增益运算部83b、制动转矩运算部83c、转矩指令值运算部83d、溢流阀控制部83e、液压泵输出减少控制部83f以及泵吸收转矩修正运算部83g。此处，通过目标动力运行转矩运算部83a、制动增益运算部83b、制动转矩运算部83c以及转矩指令值运算部83d构成旋转电动马达控制部83X。

目标动力运行转矩运算部83a输入有：从旋转操作杆72输出、且由液压/电信号转换装置(例如，压力传感器)74a、74b转换为电信号的旋转先导压信号；从动力控制单元55输出的旋转马达速度；以及由能量管理控制部82计算出的制动转矩请求值，基于上述这些信号而对动力运行转矩指令Tadd进行运算。具体而言，例如，参照基于旋转杆操作量和旋转马达速度的表而对动力运行转矩指令进行计算。

图8中示出该表的一例。在图8中，横轴为与旋转杆操作量相当的旋转先导压，在各特性线中，从速度低的特性线起按顺序设为W0、W1、W2。该表中定义的旋转电动马达25的转矩指令值是考虑了旋转液压马达27、液压泵41、控制阀42等液压回路部的损失、旋转电动马达25、逆变器等电气设备的效率而确定的。

如图8所示，设定为使得动力运行转矩指令随着旋转操作变大的旋转先导压的增加而变大，并设定为使得动力运行转矩指令随着旋转速度变快而减小。由目标动力运行转矩运算部83a计算出的动力运行转矩指令的信号向转矩指令值运算部83d输入。

制动增益运算部83b输入有旋转先导压信号，基于该信号而对制动增益进行运算。具体而言，例如，参照基于旋转杆操作量的表而对制动增益进行计算。图9中示出该表的一例。在本实施方式中，设定为使得制动增益在旋转操作杆72的中间操作区域达到最大。其理由在于，如图5所示，本实施方式中的旋转滑阀44的出口节流开口面积设计为，与现有结构相比在旋转操作杆72的中间操作区域更便于打开(成为大的开口面积)，因此，对与现有结构相比在该中间操作区域制动转矩变小的情况进行修正。由制动增益运算部83b计算出的制动增益的信号向制动转矩运算部83c输入。

制动转矩运算部83c输入有：成为旋转液压马达27的A端口及B端口处的压力、且由液压/电信号转换装置(例如，压力传感器)74c、74d转换为电信号的旋转工作压信号；以及由制动增益运算部83b计算出的制动增益的信号，该制动转矩运算部83c基于上述这些信号而对旋转电动马达的制动马达转矩指令值Tms1进行计算。具体而言，根据由压力传感器74c、74d检测出的旋转液压马达27的A端口压力与B端口压力之间的压差而对旋转液压马达转矩进行计算，并将该旋转液压马达转矩与由制动增益运算部83b计算出的制动增益的信号相乘，由此对制动马达转矩指令值Tms1进行计算。该制动马达转矩指令值Tms1设定为与现有机械中的液压马达的转矩大致相同。由制动转矩运算部83c计算出的制动马达转矩指令值Tms1的信号向转矩指令值运算部83d输入。

转矩指令值运算部83d输入有：由目标动力运行转矩运算部83a计算出的动力运行转矩指令Tadd；由制动转矩运算部83c计算出的制动马达转矩指令值Tms1；以及由后述的溢流阀控制部83e计算出的溢流指令信号，该转矩指令值运算部83d基于上述这些信号而对旋转电动马达25的转矩指令值Tms进行计算。

具体而言，首先，将制动马达转矩指令值Tms1与动力运行转矩指令Tadd相加，来对旋转电动马达的转矩指令值Tms2(Tms2＝Tms1+Tadd)进行计算。接下来，根据由溢流阀控制部83e计算出的溢流指令信号而对溢流压是否下降进行判断，并对电动马达转矩指令值Tms3进行计算，该电动马达转矩指令值Tms3是对溢流压下降的情况下减小的旋转液压马达27的转矩进行补偿。并且，将计算出的Tms2和Tms3中的较大的一方选择为旋转电动马达25的转矩指令值，执行转矩限制处理以及转矩变化率限制处理，对最终的转矩指令Tms进行计算。由转矩指令值运算部83d计算出的电动马达转矩指令值Tms的信号输出至动力控制单元55的旋转电动马达25用的逆变器52，并且向液压泵输出减少控制部83f输入。

溢流阀控制部83e输入有：由液压/电信号转换装置(例如，压力传感器)74a、74b转换为电信号的旋转先导压信号；从动力控制单元55输出的旋转马达速度；以及由液压/电信号转换装置(例如，压力传感器)74c、74d转换为电信号的旋转工作压信号，该溢流阀控制部83e基于上述这些信号而计算针对构成旋转液压系统的控制阀42的可变过载溢流阀28、29的电气指令。由溢流阀控制部83e计算出的电气指令的信号输出至控制阀42的可变过载溢流阀28、29的电磁操作部，并且向转矩指令值运算部83d输入。

液压泵输出减少控制部83f输入有：由液压/电信号转换装置(例如，压力传感器)74a、74b转换为电信号的旋转先导压信号；从动力控制单元55输出的旋转马达速度；以及由转矩指令值运算部83d计算出的电动马达转矩指令值Tms的信号，该液压泵输出减少控制部83f基于上述这些信号而对泵输出减少指令进行计算。此处，泵输出减少指令是指，用于使基于旋转液压马达27的功的量减少与通过旋转电动马达25的驱动转矩而施加于旋转体20的功的量相当的控制指令。

具体而言，首先，将电动马达转矩指令值Tms与旋转马达速度Ws相乘，来对旋转电动马达25的输出Pms(Pms＝Tms×Ws)进行计算。接下来，例如，参照基于旋转杆操作量和旋转马达速度的表而对泵输出减少率进行计算，将旋转电动马达25的输出Pms与泵输出减少率相乘，由此对泵输出减少指令进行计算。

图10中示出该表的一例。在图10中，横轴为与旋转杆操作量相当的旋转先导压，在各特性线中，自速度低的特性线起按顺序设为W0、W1、W2。该表中定义的泵输出减少率是考虑了旋转液压马达27、液压泵41、控制阀42等液压回路部的损失、旋转电动马达25、逆变器等电气设备的效率而确定的，并且设定为对于旋转液压马达27的转矩也仅输出所需的量。

如图10所示，在旋转操处于微操作区域这样的旋转先导压的区域中，设定为泵输出减少率增大，并设定为泵输出减少率随着旋转速度加快而减小。这是为了进行如下控制，即，越是泵、阀的效率变差的状态，越增大泵输出减少率，由此，对于旋转液压马达27的转矩也仅输出所需的量。由液压泵输出减少控制部83f计算出的泵输出减少指令的信号向泵吸收转矩修正运算部83g输入。

泵吸收转矩修正运算部83g输入有由液压泵输出减少控制部83f计算出的泵输出减少指令，该泵吸收转矩修正运算部83g基于该信号而对旋转电动马达25的泵吸收转矩指令进行计算。具体而言，对与泵输出减少指令相当的液压泵41的倾转角进行计算，将调节器控制指令即泵吸收转矩指令输出至调节器41a，调节器41a对斜盘的倾转角进行控制，由此使得液压泵41的输出减少。

接下来，使用图11对本发明的工程机械的一实施方式的A端口侧的可变过载溢流阀28的控制方法进行说明。图11是本发明的工程机械的一实施方式的对可变过载溢流阀的溢流压进行设定的处理流程的流程图。

图11中的处理主要由控制器80的液压电动复合旋转控制模块83的溢流阀控制部83e来执行。

溢流阀控制部83e对A端口的溢流压是否为通常的规定值进行判断(步骤S101)。具体而言，判断是否输出了溢流压的通常设定指令(对此前的采样处置进行确认)。在液压挖掘机的系统启动时，A端口的溢流压设定为通常规定的值。在A端口的溢流压为通常的规定值的情况下，前进至(步骤S102)，在除此之外的情况下，前进至(步骤S105)。

溢流阀控制部83e对A端口的旋转工作压是否不足预先规定的阈值P1进行判断(步骤S102)。此处，阈值P1设定为使溢流压的设定压力下降的情况下的设定压力以下的值。在A端口的旋转工作压不足阈值P1的情况下，前进至(步骤S103)，在除此之外的情况下，前进至返回步骤。

溢流阀控制部83e对旋转马达速度是否不足预先设定的正值即阈值N1的-1倍、或者旋转操作杆72的向左侧旋转操作量是否超过预先设定的阈值L1进行判断(步骤S103)。此处，对于旋转马达速度而言，将向左旋转定义为正向，将向右旋转定义为负向，阈值N1设定为旋转马达速度0附近的值。另外，阈值L1设定为与旋转杆操作量相当的旋转先导压0附近的值。在旋转马达速度不足预先设定的正值即阈值N1的-1倍、或者旋转操作杆72的向左侧旋转操作量超过预先设定的阈值L1的情况下，向(步骤S104)前进，在除此之外的情况下，向返回步骤前进。

溢流阀控制部83e进行使A端口的溢流压下降的控制(步骤S104)。具体而言，向控制阀42的可变过载溢流阀28的电磁操作部输出溢流压下降信号。

当溢流阀控制部83e在(步骤S104)的处理结束之后、或者在(步骤S102)中判断为A端口的旋转工作压不足阈值P1以外的情况、或者在(步骤S103)中没有判断为旋转马达速度不足预先设定的正值即阈值N1的-1倍、或者旋转操作杆72的向左侧旋转操作量超过预先设定的阈值L1的情况下，经由返回步骤而返回至(步骤S101)，并再次开始进行处理。

在(步骤S101)中，当判断为A端口的溢流压并非通常的规定值的情况下，溢流阀控制部83e对旋转马达速度是否超过预先设定的正值即阈值N2的-1倍、且旋转操作杆72的向左侧旋转操作量是否不足预先设定的阈值L2进行判断(步骤S1015)。此处，阈值N2设定为阈值N1以下、且处于旋转马达速度0附近的值。另外，阈值L2设定为阈值L1以下、且与旋转杆操作量相当的旋转先导压0附近的值。在旋转马达速度超过预先设定的正值即阈值N2的-1倍、且旋转操作杆72的向左侧旋转操作量不足预先设定的阈值L2的情况下，向(步骤S106)前进，在除此之外的情况下，向返回步骤前进。

溢流阀控制部83e进行使A端口的溢流压恢复至通常值的控制(步骤S106)。具体而言，向控制阀42的可变过载溢流阀28的电磁操作部输出使溢流压恢复为通常值的信号。

当溢流阀控制部83e在(步骤S106)的处理结束之后、或者在(步骤S105)中没有判断为旋转马达速度超过预先设定的正值即阈值N2的-1倍、且旋转操作杆72的向左侧旋转操作量不足预先设定的阈值L2的情况下，经由返回步骤而返回至(步骤S101)，并再次开始进行处理。

关于B端口侧的可变过载溢流阀29的控制方法，除了旋转方向左右相反、以及伴随与此而使得旋转速度的正负相反之外，与图11所示的A端口侧的可变过载溢流阀28的控制方法的处理流程相同。基于以上这样的控制流程而使A端口以及B端口的溢流压下降，由此能够使旋转液压马达27输出的制动驱动转矩减小。

接下来，利用图12对本发明的工程机械的一实施方式的旋转电动马达25的控制方法进行说明。图12是表示本发明的工程机械的一实施方式的对旋转电动马达的转矩进行计算的处理流程的流程图。在图12中，附图标记与图1至图11中示出的附图标记相同的部件为同一部分，将其详细说明省略。

图12中的处理主要由旋转电动马达控制部83X来执行，该旋转电动马达控制部83X由控制器80的目标动力运行转矩运算部83a、制动增益运算部83b、制动转矩运算部83c以及转矩指令值运算部83d构成。

旋转电动马达控制部83X对旋转液压马达27的转矩Tmo进行计算(步骤S111)。具体而言，根据由压力传感器74c、74d检测出的旋转液压马达27的A端口压力与B端口压力的压差而对旋转液压马达转矩Tmo进行计算。

旋转电动马达控制部83X对驱动旋转体20的输出Pm进行计算(步骤S112)。具体而言，根据下式将旋转液压马达27和旋转电动马达25的转矩相加并对其合计值乘以旋转电动马达25的速度，来对旋转体输出Pm进行计算。

Pm＝(Tmo+Tms)×Ws···(1)

在数学式(1)中，Tmo表示旋转液压马达转矩，Tms表示旋转电动马达转矩，Ws表示旋转速度。此处，旋转电动马达转矩Tms使用在1个样本之前计算出的电动马达转矩指令值Tms3。

旋转电动马达控制部83X对旋转体20是否正被驱动进行判断(步骤S113)。具体而言，当通过数学式(1)计算出的旋转体输出Pm为正的情况下，判断为处于驱动中，当旋转体输出Pm为负的情况下，判断为处于制动中。在判断为旋转体20处于驱动中的情况下，向(步骤S114)前进，在除此之外的情况下(制动中)，向(步骤S115)前进。

旋转电动马达控制部83X利用驱动增益表而对驱动马达转矩指令Tms1进行计算(步骤S114)。在本实施方式中，当进行驱动时，不根据旋转滑阀的开口面积的设定来对旋转液压马达转矩进行计算，因此，将驱动增益表设定为零。因此，在(步骤S114)中，变为Tms1＝0。

在(步骤S113)中判断为旋转体20处于制动中的情况下，旋转电动马达控制部83X使用制动增益表而对制动马达转矩指令Tms1进行计算(步骤S115)。具体而言，由制动增益运算部83b和制动转矩运算部83c而对制动马达转矩指令Tms1进行计算。

旋转电动马达控制部83X对动力运行要求转矩进行计算(步骤S116)。具体而言，由目标动力运行转矩运算部83a对动力运行要求转矩Tadd进行计算。

此处，在图3所示的液压系统中，当使液压泵41的输出下降以使排出流量达到待机流量的程度、且将旋转电动马达25的转矩输出时，通过旋转电动马达25的驱动转矩而对旋转体20进行动力运行驱动。此时，由于通过旋转电动马达25而转动，因此，旋转液压马达27的出口节流压力升高，产生制动转矩。

因此，需要以超过上述制动转矩的方式将旋转电动马达25的驱动转矩输出。另外，因上述工作而使得出口节流压力损失增加，但能够使液压泵41的输出大幅地减少，因此，旁路节流损失减少，液压系统整体的效率得以提高。

另外，在旋转液压马达27输出制动转矩的情况下，与动力运行时所需的与现有机械相同的所有转矩相比，需要增多旋转电动马达25的输出，但是，通过追加电动设备的效率，整体上与仅通过液压进行驱动的情况相比能够降低损失。

旋转电动马达控制部83X对动力运行要求转矩Tadd是否超过能量管理控制模块82所要求的限制值Tadd1进行判断(步骤S117)。在判断为动力运行要求转矩Tadd比限制值Tadd1小的情况下，向(步骤S118)前进，在除此之外的情况下(比限制值Tadd1大)，向(步骤S119)前进。

旋转电动马达控制部83X将输出的动力运行要求转矩的值作为Tadd而输出(步骤S118)。

在(步骤S117)中判断为动力运行要求转矩Tadd比限制值Tadd1大的情况下，旋转电动马达控制部83X以能量管理控制模块82所要求的限制值对输出的动力运行要求转矩的值施加限制，并作为Tadd＝Tadd1进行输出(步骤S119)。

旋转电动马达控制部83X通过将(步骤S115)中计算出的制动马达转矩与(步骤S118)或者(步骤S119)中计算出的动力运行侧的转矩相加，而对旋转电动马达25的转矩指令值Tms2(Tms2＝Tms1+Tadd)进行计算(步骤S120)。具体来说，由转矩指令值运算部83d来执行。

旋转电动马达控制部83X对可变过载溢流阀的溢流压是否下降进行判断(步骤S121)。具体而言，由来自溢流阀控制部83e的输入信号进行判断。在溢流压下降的情况下，向(步骤S122)前进，在除此之外的情况下(溢流压为通常值)，向(步骤S125)前进。

旋转电动马达控制部83X将其它旋转电动马达25的转矩指令值Tms3作为TR而进行计算(步骤S122)。具体而言，当A端口的溢流压下降、且A端口压力比阈值P1高时，或者当B端口的溢流压下降、且B端口压力比阈值P1高时，设定为电动马达转矩指令值Tms3＝TR。该TR的值设定为，使得所产生的电动马达转矩指令值Tms3与通过降低溢流压而使旋转液压马达27的转矩比通常时减小了的量对应。

在(步骤S121)中判断为溢流压未下降的情况下，旋转电动马达控制部83X将其它旋转电动马达25的转矩指令值Tms3计算为0(步骤S125)。

旋转电动马达控制部83X从旋转电动马达转矩指令值的Tms2和Tms3中选择较大的一方(步骤S123)。具体而言，将由转矩指令值运算部83d执行并选择的值作为旋转电动马达转矩指令值Tms。

旋转电动马达控制部83X针对在(步骤S123)中计算出的旋转电动马达转矩指令值Tms而进行转矩限制处理以及转矩变化率限制处理，并将最终的旋转电动马达转矩指令Tms输出(步骤S124)。

在执行了(步骤S124)的处理之后，经由返回步骤而返回至(步骤S111)，并再次开始进行处理。

将通过以上处理流程而计算出的旋转电动马达25的转矩指令值Tms输出至动力控制单元55。

根据上述旋转电动马达25的转矩指令的计算方法，能够利用旋转电动马达25来模拟现有机械中通过旋转液压马达对旋转体的制动驱动的特性。在本实施方式中，作为动力运行的要求而计算出的动力运行要求转矩Tadd对旋转液压马达的入口节流的特性进行模拟，作为再生的要求而计算出的旋转电动马达转矩指令值Tms1对出口节流的特性进行模拟。由此，能够实现与旋转液压马达同等的旋转特性，因此，能够确保现有的液压机械的旋转操作性。

接下来，利用图13对本发明的工程机械的一实施方式中的使液压泵的输出减少的方法进行说明。图13是表示本发明的工程机械的一实施方式的对泵输出减少指令进行计算的处理流程的流程图。在图13中，附图标记与图1至图12中示出的附图标记相同的部件为同一部分，将其详细说明省略。

在本实施方式中，在由旋转电动马达25产生驱动转矩的情况下，以如下方式进行使液压泵41的容积减少的控制，即，与该旋转电动马达25对旋转体20所做的功的量相应地，使旋转液压马达27对旋转体20所做的功的量减少。由此，能够减少发动机22的负荷。

图13中的处理主要由控制器80的液压泵输出减少控制部83f和泵吸收转矩修正运算部83g来执行。

液压泵输出减少控制部83f对旋转电动马达25的输出Pms进行计算(步骤S131)。具体而言，根据下式而将由转矩指令值运算部83d计算出的电动马达转矩指令值Tms的信号与旋转马达速度Ws相乘，来对旋转电动马达25的输出Pms进行计算。

Pms＝Tms×Ws···(2)

液压泵输出减少控制部83f对旋转电动马达25是否处于动力运行中进行判断(步骤S132)。具体而言，将通过数学式(2)而计算出的旋转电动马达25的输出Pms为0以上的情况判断为处于动力运行中。在判断为旋转电动马达25处于动力运行中的情况下，向(步骤S133)前进，在除此之外的情况下，向返回步骤前进。

液压泵输出减少控制部83f对泵输出减少指令进行计算(步骤S133)。具体而言，参照基于旋转杆操作量和旋转马达速度的表而对泵输出减少率进行计算，将旋转电动马达25的输出Pms与泵输出减少率相乘，由此对泵输出减少指令进行计算。

液压泵输出减少控制部83f进行输出限制处理(步骤S134)。具体而言，对泵输出减少指令进行输出限制处理，然后，由泵吸收转矩修正运算部83g将限制处理后的泵输出减少指令作为泵吸收转矩指令而输出至调节器41a。其结果，调节器41a通过对斜盘的倾转角进行控制而使得液压泵41的输出减少。

当液压泵输出减少控制部82f以及泵吸收转矩修正运算部83g在(步骤S134)的处理结束以后、或者在(步骤S132)中未判断为旋转电动马达25处于动力运行中的情况下，经由返回步骤而返回至(步骤S131)，并再次开始进行处理。

根据上述的本发明的工程机械的一实施方式，在旋转电动马达25的动力运行时，在旋转电动马达25的输出的基础上考虑液压泵效率而以使液压泵41的动力下降的方式进行控制，因此，能够确保与旋转的驱动所需的量对应的液压泵41的动力。其结果，能够确保良好的操作性，能够获得非常好的燃料消耗降低效果。

另外，根据上述的本发明的工程机械的一实施方式，基于旋转体20的旋转操作杆27的操作量和旋转速度而对旋转电动马达25动力运行时的旋转电动马达25的转矩进行计算，因此，旋转电动马达25能够对根据旋转操作杆72的操作量、负荷而变化的旋转液压马达27的转矩进行补偿。其结果，能够获得期望的转矩，能够确保良好的操作性。

附图标记说明

10    行驶体

11    履带

12    履带架

13    右行驶用液压马达

14    左行驶用液压马达

20    旋转体

21    旋转框架

22    发动机

24    电容器

25    旋转电动马达

26    减速机构

27    旋转液压马达

28    可变过载溢流阀

29    可变过载溢流阀

30    前作业装置

31    动臂

32    动臂缸

33    斗杆

34    斗杆缸

35    铲斗

36    铲斗缸

40    液压系统

41    液压泵

41a   调节器(排出容量调整装置)

42    控制阀

44    旋转滑阀

51    斩波器

52    旋转电动马达用逆变器

54    平滑电容器

55    动力控制单元

72    旋转操作杆

74    液压/电信号转换装置

75    电/液压信号转换装置

80    控制器

82    能量管理控制模块

83    液压电动复合旋转控制模块

83d   转矩指令值运算部

83f   液压泵输出减少控制部

Claims (4)

1.一种工程机械，具备：发动机；可变容量式的液压泵，其被所述发动机驱动；旋转体；旋转液压马达，其通过从所述液压泵排出的压力油对所述旋转体进行驱动；蓄电装置，其进行电力的蓄积和供给；旋转电动马达，其通过来自所述蓄电装置的电力对所述旋转体进行驱动；旋转用操作杆，其对所述旋转体的驱动发出指令；排出容量调整装置，其对所述液压泵的排出容量进行调整；以及控制装置，其在所述旋转用操作杆被操作时对所述旋转液压马达和所述旋转电动马达的双方进行驱动，并通过所述旋转液压马达的转矩和所述旋转电动马达的转矩的合计转矩对所述旋转体的制动驱动进行控制，

所述工程机械的特征在于，

具备：操作量检测装置，其对所述旋转用操作杆的操作量进行检测；以及速度检测装置，其对所述旋转电动马达的速度进行检测，

所述控制装置具备液压泵输出减少控制部，该液压泵输出减少控制部将所述操作量检测装置检测出的所述旋转用操作杆的操作量信号和所述速度检测装置检测出的所述旋转电动马达的速度信号取入，基于这些检测信号算出所述液压泵的输出的减少率，并控制所述排出容量调整装置。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，

所述控制装置具备：

转矩指令值运算部，其将所述操作量检测装置检测出的所述旋转用操作杆的操作量信号和所述速度检测装置检测出的所述旋转电动马达的速度信号取入，基于这些检测信号算出针对所述旋转电动马达的转矩指令值；以及

液压泵输出减少控制部，其基于所述旋转用操作杆的操作量信号、所述旋转电动马达的速度信号以及由所述转矩指令值运算部计算出的针对所述旋转电动马达的转矩指令值，算出所述液压泵的输出的减少率，并控制所述排出容量调整装置。

3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，

所述旋转用操作杆的操作量越大，所述液压泵输出减少控制部计算出的所述液压泵的输出的减少率越小。

4.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，

所述旋转电动马达的速度越大，所述液压泵输出减少控制部计算出的所述液压泵的输出的减少率越小。