以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
[情報提供システムの概要]
まず、図1を参照して、本実施形態に係る情報提供システムSYSの概要を説明する。
図1は、本実施形態に係る情報提供システムSYSの概要を示す図である。
情報提供システムSYSは、ショベル100と、管理装置200と、ユーザ端末300を含む。
情報提供システムSYSは、ショベル100(作業機械の一例)で発生する回生エネルギによるショベル100に関する費用の削減効果に関する情報(以下、「節約効果情報」)をショベル100の表示装置50やユーザ端末300を通じて、ユーザに提供する。換言すれば、節約効果情報は、ショベル100の回生エネルギの再利用度を表すである。
情報提供システムSYSに含まれるショベル100は一台であってもよいし、複数台であってもよい。また、情報提供システムSYSに含まれるユーザ端末300は、一台であってもよいし、複数台であってもよい。
尚、情報提供システムSYSに含まれる一又は複数のショベル100の一部又は全部は、他の作業機械(例えば、フォークリフト、クローラクレーン、ブルドーザ、ホイールローダ、アスファルトフィニッシャ、林業機械等)に置換されてもよい。
<ショベルの概要>
本実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、旋回機構2を介して旋回可能に下部走行体1に搭載される上部旋回体3と、ブーム4、アーム5、及びバケット6を中心に構成されるアタッチメント(作業アタッチメントの一例)と、オペレータが搭乗するキャビン10を備える。
下部走行体1は、例えば、左右一対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ1A,1B(図2A~図2C参照)で油圧駆動されることにより、自走する。
上部旋回体3は、後述する旋回用電動機21(図2A参照)で電気駆動されることにより、或いは、旋回油圧モータ2A(図2B、図2C参照)により油圧駆動されることにより、下部走行体1に対して旋回する。
ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム4の先端には、アーム5が上下回動可能に枢着され、アーム5の先端には、エンドアタッチメントとしてのバケット6が上下回動可能に枢着される。
バケット6は、ショベル100の作業内容に応じて、適宜交換可能な態様で、アーム5の先端に取り付けられている。そのため、バケット6は、例えば、大型バケット、法面用バケット、浚渫用バケット等の異なる種類のバケットに交換されてもよい。また、バケット6は、例えば、攪拌機、ブレーカ等の異なる種類のエンドアタッチメントに交換されてもよい。
ブーム4、アーム5、及びバケット6は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9により油圧駆動される。
キャビン10は、上部旋回体3の前部左側に搭載され、その内部(室内)には、オペレータが着座する操縦席や後述する操作装置26等が設けられる。
また、ショベル100は、上部旋回体3やアタッチメントの運動エネルギや位置エネルギを利用して回生エネルギを発生させ、そのまま再利用したり、事後的に再利用可能に蓄積させたりすることで、省エネルギ化を図る。
ショベル100は、例えば、上部旋回体3の旋回減速時に、上部旋回体3の運動エネルギ(慣性)を利用して、旋回用電動機21に発電させ、回生エネルギとしての回生電力を発生させる(図2A参照)。以下、ショベル100の本機能を「旋回電力回生機能」と称する場合がある。回生電力は、後述の如く、キャパシタ19Aに充電されたり、電動発電機12で利用されたりする。
また、ショベル100は、例えば、ブーム4の下げ操作(以下「ブーム下げ操作」)時に、ブーム4の位置エネルギ(自重)を利用して、ブームシリンダ7のボトム側油室から作動油を流出させると共に、再生弁7Vを通じてロッド側油室に流入させる形の圧力エネルギを発生させ、作動油を再利用(再生)する(図2B参照)。以下、ショベル100の本機能を「ブーム再生機能」と称する場合がある。アーム5の閉じ操作(以下、「アーム閉じ操作」)時についても同様である。以下、ショベル100の本機能を「アーム再生機能」と称する場合がある。
尚、ブーム下げ操作時に、ブーム4の自重を利用して、ブームシリンダ7のボトム側油室から流出させる作動油で発電機を駆動することにより、回生発電を行ってもよい。この場合、回生発電された電力は、ショベル100の電気機器に電力を供給するための補機バッテリに充電されてよい。また、アーム閉じ操作時についても同様であってよい。
また、ショベル100は、例えば、上部旋回体3の旋回減速時に、上部旋回体3の運動エネルギ(慣性)を利用して、旋回油圧モータ2Aから回生油圧回路80に作動油を吐出させ、アキュムレータ87に油圧エネルギを蓄える(図2C参照)。アキュムレータ87に蓄積される圧力エネルギは、例えば、上部旋回体3の旋回加速時に、エンジン11の回転を回生用油圧モータ12Hでアシストするために再利用される。
尚、回生用油圧モータ12Hは、メインポンプ14(及びパイロットポンプ15)を直接的に駆動アシストする構成であってもよい。
また、ショベル100は、通信装置70(図2A~図2C参照)を通じて、管理装置200と通信可能に接続される。
ショベル100は、通信装置70を通じて、各種情報を管理装置200に送信(アップロード)する。例えば、ショベル100は、通信装置70を通じて、節約効果情報や節約効果情報を生成するための元情報等を管理装置200に送信する。
<管理装置の概要>
管理装置200(情報処理装置の一例)は、通信装置220(図2A~図2C参照)を通じて、ショベル100やユーザ端末300等と通信可能に接続される。
管理装置200は、ショベル100から各種情報を収集すると共に、ユーザ端末300を通じて、収集した情報或いは収集した情報から生成する新たな情報をショベル100に関するユーザに提供する。ユーザには、例えば、ショベル100のオペレータ、作業現場の管理者、ショベル100のオーナ等が含まれる。具体的には、管理装置200は、ショベル100からショベル100に関する節約効果情報や節約効果情報を生成(演算)するための元情報を取得(受信)してよい。そして、管理装置200は、ユーザ端末300から受信される要求信号に応じて、取得した或いは生成したショベル100の節約効果情報をユーザ端末300に送信してよい。これにより、管理装置200は、ユーザ端末300を通じて、ユーザにショベル100に関する節約効果情報を提供することができる。
<ユーザ端末の概要>
ユーザ端末300は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップ型のコンピュータ端末等の携帯端末であってよい。また、ユーザ端末300は、例えば、作業現場の仮設事務所等に設置されるデスクトップ型のコンピュータ端末等の定置端末であってもよい。
ユーザ端末300は、通信装置320(図2A~図2C参照)を通じて、管理装置200と通信可能に接続される。
ユーザ端末300は、管理装置200と双方向通信に基づき、表示装置340(図2A~図2C参照)を通じて、管理装置200からダウンロードされる各種情報をユーザに提供する。具体的には、ユーザ端末300は、ユーザの操作に応じて、管理装置200に節約効果情報を要求する要求信号を送信する。そして、ユーザ端末300は、要求信号に応じて管理装置200から返信される節約効果情報を受信し、表示装置340に表示させる。これにより、ユーザ端末300は、ユーザにショベル100に関する節約効果情報を提示することができる。
[情報提供システムの構成]
次に、図1に加えて、図2(図2A~図2C)を参照して、本実施形態に係る情報提供システムSYS(ショベル100、管理装置200、及びユーザ端末300)の構成について説明する。
図2A~図2Cは、本実施形態に情報提供システムSYSの構成の第1例~第3例を示すブロック図である。図2A~図2Cは、相互に、ショベル100の構成のみが異なり、管理装置200及びユーザ端末300の構成は同じである。情報提供システムSYSは、図2A~図2Cに示す3種類のショベル100の一部又は全部を含む。
尚、図中にて、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは細い実線でそれぞれ示される。また、ショベル100は、例えば、図2Aのショベル100或いは図2Cのショベル100の回生エネルギを発生させる構成を前提にして、図2Bの作動油の再生に関する構成を採用してもよい。つまり、ショベル100は、二種類以上の回生エネルギを発生させてもよい。
<ショベルの構成の第1例>
図2Aを参照して、ショベル100の構成の第1例について説明する。
本例に係るショベル100の油圧駆動系は、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ1A,1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等を含む。また、本例に係るショベル100の油圧駆動系は、エンジン11と、電動発電機12と、減速機13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17を含む。
尚、電動発電機12については、ショベル100の電気駆動系の説明部分で詳述する。
エンジン11は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、上部旋回体3の後部に搭載される。エンジン11は、後述するエンジンコントローラ(ECM:Engine Control Module)30Cの制御下で、所定の目標回転数で定回転する。エンジン11は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、減速機13を介してメインポンプ14、パイロットポンプ15を駆動する。また、エンジン11は、減速機13を介して電動発電機12を駆動し、電動発電機12に発電させる。
減速機13は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、エンジン11及び後述する電動発電機12が接続される2つの入力軸と、メインポンプ14及びパイロットポンプ15が直列に同軸接続される1つの出力軸を有する。減速機13は、エンジン11及び電動発電機12の動力を所定の減速比でメインポンプ14及びパイロットポンプ15に伝達することができる。また、減速機13は、エンジン11の動力を所定の減速比で、電動発電機12とメインポンプ14及びパイロットポンプ15とに分配して伝達することができる。
メインポンプ14は、上部旋回体3の後部に搭載され、高圧油圧ライン16を通じてコントロールバルブ17に作動油を供給する。メインポンプ14は、エンジン11、或いは、エンジン11及び電動発電機12により駆動される。メインポンプ14は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、後述するショベルコントローラ30Aの制御下で、レギュレータ14aが斜板の角度(傾転角)を制御する。これにより、メインポンプ14は、ピストンのストローク長を調整し、吐出流量(吐出圧)を制御することができる。
コントロールバルブ17は、上部旋回体3の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置26に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ライン16を介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、油圧アクチュエータとしての走行油圧モータ1A,1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9に選択的に供給可能に構成される。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の油圧制御弁(方向切換弁)を含むバルブユニットである。
また、ショベル100は、遠隔操作されてもよい。以下、図2B、図2Cのショベル100でも同様である。この場合、コントロールバルブ17は、通信装置70を通じて外部装置(例えば、管理装置200)から受信される、ショベル100のアクチュエータ(油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータ)の操作に関する信号(以下、「遠隔操作信号」)に応じて、油圧駆動系の制御を行う。遠隔操作信号には、操作対象のアクチュエータや、操作対象のアクチュエータに関する遠隔操作の内容(例えば、操作方向及び操作量等)が規定される。例えば、ショベルコントローラ30Aは、遠隔操作信号に対応する制御指令を、パイロットポンプ15とコントロールバルブ17との間を接続する所定の油圧ライン(パイロットライン)に配置される比例弁(以下、「操作用比例弁」)に出力する。これにより、操作用比例弁は、制御指令に対応するパイロット圧、つまり、遠隔操作信号に規定される遠隔操作の内容に応じたパイロット圧をコントロールバルブ17に作用させることができる。そのため、コントロールバルブ17は、遠隔操作信号で規定される遠隔操作の内容に応じた油圧アクチュエータの動作を実現することができる。
また、ショベル100は、例えば、キャビン10のオペレータの操作や遠隔操作等に依らず、自律的に動作(作業)を行ってもよい。以下、図2B、図2Cのショベル100でも同様である。この場合、コントロールバルブ17は、ショベル100の自律動作を実現する自律制御装置がショベル100のアクチュエータ(油圧アクチュエータ及び旋回用電動機21)を操作するために生成する駆動指令(以下、「自律駆動指令」)に応じて、油圧駆動系の制御を行う。自律駆動指令には、操作対象のアクチュエータや、操作対象のアクチュエータに関する操作内容(例えば、操作方向及び操作量等)が規定される。換言すれば、コントロールバルブ17は、自律制御装置による自律的な油圧アクチュエータの操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う。例えば、自律制御装置は、自律的に生成する駆動指令に対応する制御指令を操作用比例弁に出力する。これにより、操作用比例弁は、制御指令に対応するパイロット圧、つまり、自律駆動指令で規定される油圧アクチュエータに関する操作内容に応じたパイロット圧をコントロールバルブ17に作用させることができる。そのため、コントロールバルブ17は、自律制御装置で生成される、自律動作に対応する自律駆動指令で規定される操作内容に応じた油圧アクチュエータの動作を実現することができる。
本例に係るショベル100の電気駆動系は、エンジン11をアシストしてメインポンプ14を駆動するための構成要素として、電動発電機12と、電流センサ12s1と、電圧センサ12s2と、減速機13と、インバータ18Aを含む。また、本実施形態に係るショベル100の電気駆動系は、被駆動要素(上部旋回体3)を駆動するための構成要素として、旋回用電動機21と、レゾルバ22と、メカニカルブレーキ23と、旋回減速機24と、電流センサ21s、インバータ18Bを含む。
電動発電機12は、油圧駆動系に対するアシスト動力源であり、上部旋回体3の後部に搭載される。電動発電機12は、例えば、IPM(Interior Permanent Magnet)モータである。電動発電機12は、インバータ18Aを介してキャパシタ19Aを含む蓄電系19や旋回用電動機21と接続される。電動発電機12は、インバータ18Aを介してキャパシタ19Aや旋回用電動機21から供給される三相交流電力で力行運転し、エンジン11をアシストする態様で、減速機13を介してメインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動する。また、電動発電機12は、エンジン11により駆動されることにより発電運転を行い、発電電力をキャパシタ19Aや旋回用電動機21に供給することができる。電動発電機12の力行運転と発電運転との切替制御は、後述するハイブリッドコントローラ(以下、「HBコントローラ」)30Bの制御下で、インバータ18Aにより実現されてよい。
電流センサ12s1は、電動発電機12の三相(U相、V相、W相)のそれぞれの電流を検出する。電流センサ12s1は、例えば、電動発電機12とインバータ18Aの間の電力経路に設けられる。電流センサ12s1により検出される旋回用電動機21の三相それぞれの電流に対応する検出信号は、一対一の通信線やCAN(Controller Area Network)等の車載ネットワークを通じて、直接的に、インバータ18Aに取り込まれる。また、当該検出信号は、一対一の通信線やCAN等の車載ネットワークを通じて、HBコントローラ30Bに取り込まれ、HBコントローラ30B経由で、インバータ18Aに入力されてもよい。
電圧センサ12s2は、電動発電機12の三相のそれぞれの印加電圧を検出する。電圧センサ12s2は、例えば、電動発電機12とインバータ18Aの間の電力経路に設けられる。電圧センサ12s2により検出される旋回用電動機21の三相それぞれの印加電圧に対応する検出信号は、一対一の通信線やCAN等の車載ネットワークを通じて、直接的に、インバータ18Aに取り込まれる。また、当該検出信号は、一対一の通信線や車載ネットワークを通じて、HBコントローラ30Bに取り込まれ、HBコントローラ30B経由で、インバータ18Aに入力されてもよい。
インバータ18Aは、HBコントローラ30Bの制御下で、電動発電機12を駆動制御する。インバータ18Aは、例えば、直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする変換回路と、変換回路をスイッチ駆動する駆動回路と、駆動回路の動作を規定する制御信号(例えば、PWM(Pulse Width Modulation)信号)を出力する制御回路を含む。
インバータ18Aの制御回路は、電動発電機12の動作状態を把握しながら、電動発電機12の駆動制御を行う。例えば、インバータ18Aの制御回路は、電動発電機12の回転状態を検出するセンサ(例えば、エンコーダやレゾルバ等)の検出信号に基づき、電動発電機12の動作状態を把握する。また、インバータ18Aの制御回路は、電流センサ12s1及び電圧センサ12s2の検出信号に基づき、逐次、電動発電機12の回転軸の回転角等を推定することにより、電動発電機12の動作状態を把握してもよい。例えば、当該制御回路は、例えば、既知の拡張誘起電圧(EEFM:Extended Electromotive Force)モデルに基づき、電動発電機12の回転軸の回転角や回転速度等を推定する。そして、当該制御回路は、逐次導出される回転角や回転速度の推定値に基づき、電動発電機12の動作状態を把握しながら、電動発電機12の駆動制御(以下、「センサレス制御」)を行ってよい。これにより、電動発電機12には、回転角や回転位置を検出する所定のセンサ(例えば、ロータリエンコーダ等)が設けられる必要が無い。そのため、メカニカルなセンサを削減することができ、ショベル100のコストを抑制することができると共に、センサの汚れ等による検出不良を抑制することができる。
尚、インバータ18Aの制御回路は、センサレス制御が適用される場合、電圧センサ12s2による電動発電機12の印加電圧の検出値の代わりに、HBコントローラ30Bから入力される、或いは、自身が制御の過程で生成する電動発電機12の電圧指令値を用いて、電動発電機12の回転軸の回転角等を推定してもよい。この場合、電圧センサ12s2は、省略されうる。また、インバータ18Aの駆動回路及び制御回路の少なくとも一方は、インバータ18Aの外部(例えば、HBコントローラ30B)に設けられてもよい。
旋回用電動機21(回生装置の一例)は、HBコントローラ30B及びインバータ18Bの制御下で、上部旋回体3を旋回駆動する力行運転、及び回生電力を発生させて上部旋回体3を旋回制動する回生運転を行う。旋回用電動機21は、インバータ18Bを介して蓄電系19に接続され、インバータ18Bを介してキャパシタ19Aや電動発電機12から供給される三相交流電力により駆動される。また、旋回用電動機21は、インバータ18Bを介して、回生電力をキャパシタ19Aや電動発電機12に供給する。これにより、回生電力で、キャパシタ19Aを充電したり、電動発電機12を駆動したりすることができる。旋回用電動機21の力行運転と回生運転との切替制御は、HBコントローラ30Bの制御下で、インバータ18Bにより実現されてよい。旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機24が接続される。
レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転位置(回転角)や回転速度等を検出する。レゾルバ22により検出された回転角等に対応する検出信号は、一対一の通信線やCAN等の車載ネットワーク等を通じて、直接的に、インバータ18Bに取り込まれてよい。また、当該検出信号は、一対一の通信線やCAN等の車載ネットワークを通じて、HBコントローラ30Bに取り込まれ、HBコントローラ30B経由でインバータ18Bに入力されてもよい。
メカニカルブレーキ23は、HBコントローラ30Bの制御下で、旋回用電動機21の回転軸21Aに対して、機械的に制動力を発生させる。これにより、メカニカルブレーキ23は、上部旋回体3の旋回制動を行ったり、上部旋回体3の停止状態を維持させたりすることができる。
旋回減速機24は、旋回用電動機21の回転軸21Aと接続され、旋回用電動機21の出力(トルク)を所定の減速比で減速させることにより、トルクを増大させて、上部旋回体3を旋回駆動する。即ち、力行運転の際、旋回用電動機21は、旋回減速機24を介して、上部旋回体3(旋回機構2)を旋回駆動する。また、旋回減速機24は、上部旋回体3の慣性回転力を増速させて旋回用電動機21に伝達し、回生電力を発生させる。即ち、回生運転の際、旋回用電動機21は、旋回減速機24を介して伝達される上部旋回体3の慣性回転力により回生発電を行い、上部旋回体3を旋回制動する。
電流センサ21sは、旋回用電動機21の三相(U相、V相、W相)のそれぞれの電流を検出する。電流センサ21sは、例えば、旋回用電動機21とインバータ18Bの間の電力経路に設けられる。電流センサ21sにより検出される、旋回用電動機21の三相それぞれの電流に対応する検出信号は、一対一の通信線やCAN等の車載ネットワークを通じて、直接的に、インバータ18Bに取り込まれてよい。また、当該検出信号は、一対一の通信線やCAN等の車載ネットワークを通じて、HBコントローラ30Bに取り込まれ、HBコントローラ30B経由で、インバータ18Bに入力されてもよい。
インバータ18Bは、HBコントローラ30Bの制御下で、旋回用電動機21を駆動制御する。インバータ18Bは、例えば、直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする変換回路と、変換回路をスイッチ駆動する駆動回路と、駆動回路の動作を規定する制御信号(例えば、PWM信号)を出力する制御回路を含む。
具体的には、インバータ18Bの制御回路は、操作装置26の上部旋回体3に関する操作内容に対応する圧力センサ29の検出値、並びに、電流センサ21s及びレゾルバ22の検出信号に基づき、旋回用電動機21を駆動制御する。例えば、インバータ18Bの制御回路は、旋回用電動機21に関する速度フィードバック制御及びトルクフィードバック制御を行う。
また、ショベル100は、上述の如く、遠隔操作されてもよい。この場合、インバータ18Bの制御回路は、通信装置70を通じて外部装置から受信される、旋回用電動機21の操作に関する遠隔操作信号に応じて、旋回用電動機21の駆動制御を行う。これにより、インバータ18Bの制御回路は、遠隔操作信号で規定される遠隔操作の内容に応じた旋回用電動機21(上部旋回体3)の動作を実現することができる。
また、ショベル100は、上述の如く、例えば、キャビン10のオペレータの操作や遠隔操作等に依らず、自律的に動作(作業)を行ってもよい。この場合、インバータ18Bの制御回路は、自律制御装置がショベル100のアクチュエータを操作するために生成する自律駆動指令に応じて、旋回用電動機21の制御を行う。換言すれば、インバータ18Bの制御回路は、自律制御装置による自律的な旋回用電動機21(上部旋回体3)に関する操作に応じて、旋回用電動機21の制御を行う。これにより、インバータ18Bの制御回路は、自律制御装置で生成される自律駆動指令に規定される操作内容に応じた旋回用電動機21(上部旋回体3)の動作を実現することができる。
尚、インバータ18Bの駆動回路及び制御回路の少なくとも一方は、インバータ18Bの外部に設けられてもよい。
本例に係るショベル100の蓄電系19は、キャパシタ19Aと、昇降圧コンバータ19Bと、DCバス19Cを含む。蓄電系19は、例えば、電気駆動系のインバータ18A,18B等と共に、上部旋回体3の右側前部に搭載される。
キャパシタ19Aは、電動発電機12や旋回用電動機21に電力を供給すると共に、電動発電機12や旋回用電動機21の発電電力を充電する蓄電装置の一例である。また、キャパシタ19Aと昇降圧コンバータ19Bを含む負荷側のメイン回路との間を遮断するリレー(以下、「遮断リレー」)が設けられる。これにより、キャパシタ19Aは、ショベル100の停止時やショベル100の異常時(例えば、転倒等の事故発生時)に、HBコントローラ30Bによる制御下で、メイン回路と切り離される。そのため、オペレータの不在時の異常や、オペレータの在席時の異常に起因して、キャパシタ19Aに非常に大きな短絡電流が流れるような事態を抑制することができる。遮断リレーは、例えば、キャパシタ19Aと昇降圧コンバータ19Bとの間の正極側及び負極側の双方の電力経路に設けられる。
昇降圧コンバータ19Bは、キャパシタ19Aの電力を昇圧し、DCバス19Cに出力したり、DCバス19Cに供給される電力を降圧し、キャパシタ19Aに蓄電させたりする。昇降圧コンバータ19Bは、電動発電機12及び旋回用電動機21の運転状態に応じて、DCバス19Cの電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える。昇降圧コンバータ19Bの昇圧動作と降圧動作の切替制御は、DCバス19Cの電圧検出値、キャパシタ19Aの電圧検出値、及びキャパシタ19Aの電流検出値に基づき、HBコントローラ30Bにより実現されてよい。
DCバス19Cは、インバータ18A,18Bと昇降圧コンバータ19Bとの間に設けられ、キャパシタ19A、電動発電機12、及び旋回用電動機21の間での電力の授受を制御する。
本例に係るショベル100の操作系は、パイロットポンプ15、操作装置26、圧力センサ29等を含む。
パイロットポンプ15は、上部旋回体3の後部に搭載され、パイロットライン25を介して操作装置26にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、エンジン11、或いはエンジン11及び電動発電機12により駆動される。
操作装置26は、例えば、レバー26A,26Bと、ペダル26Cを含む。操作装置26は、キャビン10の操縦席付近に設けられ、オペレータがそれぞれの被駆動要素(例えば、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置26は、それぞれの被駆動要素を駆動する油圧アクチュエータ(例えば、走行油圧モータ1A,1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9等)や電動アクチュエータ(旋回用電動機21等)の操作を行うための操作入力手段である。操作装置26(レバー26A,26B、及びペダル26C)は、二次側の油圧ライン27を介して、コントロールバルブ17に接続される。これにより、コントロールバルブ17には、操作装置26における下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に応じたパイロット信号(パイロット圧)が入力される。そのため、コントロールバルブ17は、操作装置26における操作状態に応じて、各油圧アクチュエータを駆動することができる。また、操作装置26は、その二次側の油圧ライン28を介して圧力センサ29に接続される。
また、操作装置26は、電気式であってもよい。以下、図2B、図2Cのショベル100でも同様である。この場合、操作装置26の操作内容(例えば、操作方向や操作量等)を表す電気信号は、制御装置30(例えば、ショベルコントローラ30A)に入力される。そして、制御装置30(ショベルコントローラ30A)は、電気信号の内容、つまり、操作装置26の操作内容に応じて、コントロールバルブ17にパイロットラインを介して接続される操作用比例弁を制御する。これにより、操作用比例弁から操作装置26の操作内容に応じたパイロット圧が入力され、コントロールバルブ17は、操作装置26における操作状態に応じて、各油圧アクチュエータを駆動することができる。
尚、ショベル100が遠隔操作される場合、或いは、ショベル100が自律的に作業を行う場合、操作装置26は、省略されてもよい。
圧力センサ29は、上述の如く、油圧ライン28を介して操作装置26と接続され、操作装置26の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置26における各被駆動要素(を駆動するアクチュエータ)の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。圧力センサ29は、ショベルコントローラ30Aに接続され、操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に応じた圧力信号(圧力検出値)は、ショベルコントローラ30Aに取り込まれる。これにより、ショベルコントローラ30A及びHBコントローラ30Bは、圧力センサ29の検出情報に基づき、油圧アクチュエータ及び旋回用電動機21に関する操作装置26の操作内容を把握することができる。
尚、操作装置26が電気式である場合、圧力センサ29は、省略される。操作装置26の操作状態は、操作装置26から電気信号として直接的に制御装置30(ショベルコントローラ30A)に入力されるからである。
本例に係るショベル100の制御系は、制御装置30と、表示装置50と、通信装置70を含む。
制御装置30は、ショベルコントローラ30Aと、HBコントローラ30Bと、エンジンコントローラ30Cを含む。
ショベルコントローラ30A、HBコントローラ30B、及びエンジンコントローラ30C等は、それぞれの機能が任意のハードウェア、或いは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現されてよい。例えば、ショベルコントローラ30A、HBコントローラ30B、及びエンジンコントローラ30C等は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサと、RAM(Random Access Memory)等のメモリ装置(主記憶装置)と、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性の補助記憶装置と、インタフェース装置等を含むコンピュータを中心に構成されてよい。以下、管理装置200の制御装置210やユーザ端末300の制御装置310についても同様である。
尚、制御装置30の機能は、一のコントローラにより実現されてもよいし、任意の数(つまり、2或いは4以上)のコントローラにより分散して実現されてもよい。
ショベルコントローラ30Aは、HBコントローラ30B及びエンジンコントローラ30Cを含む各種コントローラと連携し、ショベル100の駆動制御を行う。例えば、ショベルコントローラ30Aは、HBコントローラ30B及びエンジンコントローラ30C等の各種コントローラとの双方向通信に基づき、ショベル100全体(具体的には、ショベル100に搭載される各種機器)の動作を統合的に制御してよい。ショベルコントローラ30Aは、例えば、補助記憶装置にインストールされる一以上のプログラムをCPU上で実行することにより実現される機能部として、節約効果算出部301と、節約効果情報提供部303と、節約ログ情報送信部304を含む。また、ショベルコントローラ30Aは、節約ログ情報記憶部302を利用する。節約ログ情報記憶部302は、例えば、ショベルコントローラ30A内の補助記憶装置やショベルコントローラ30Aと通信可能な外部記憶装置等により実現されうる。
HBコントローラ30Bは、ショベルコントローラ30Aから入力される各種情報(例えば、操作装置26の操作状態に対応する圧力センサ29の検出値を含む制御指令等)に基づき、電気駆動系の駆動制御を行う。例えば、HBコントローラ30Bは、圧力センサ29により検出される、操作装置26の操作状態に対応する検出値に基づき、インバータ18Aを駆動し、電動発電機12の運転状態(力行運転及び発電運転)の切替制御を行う。また、例えば、HBコントローラ30Bは、圧力センサ29により検出される、操作装置26の操作状態に対応する検出値に基づき、インバータ18Bを駆動し、旋回用電動機21の運転状態(力行運転及び回生運転)の切替制御を行う。また、例えば、HBコントローラ30Bは、圧力センサ29により検出される、操作装置26の操作状態に対応する検出値に基づき、昇降圧コンバータ19Bを駆動し、昇降圧コンバータ19Bの昇圧運転と降圧運転、換言すれば、キャパシタ19Aの放電状態と充電状態との切替制御を行う。
エンジンコントローラ30Cは、ショベルコントローラ30Aから入力される各種情報(例えば、エンジン11の設定回転数やエンジン11の設定回転数に対応するショベル100の運転モード等を含む制御指令)に基づき、エンジン11の駆動制御を行う。具体的には、エンジンコントローラ30Cは、制御対象のエンジン11の燃料噴射装置やエンジン11を始動させるためのスタータモータ等のアクチュエータに制御指令を出力することで、エンジン11の駆動制御を実現する。
表示装置50は、キャビン10の室内のオペレータから視認し易い場所に設置され、各種情報画像を表示する。表示装置50は、例えば、液晶ディスプレイや有機EL(Electroluminescence)ディスプレイである。
通信装置70は、例えば、基地局を末端とする移動体通信網、通信衛星を利用する衛星通信網、インターネット網等を含む所定の通信ネットワークに接続し、管理装置200等の外部装置と通信を行う。
節約効果算出部301(第1の取得部、記録部の一例)は、回生エネルギが発生するごとに、回生エネルギの量(以下、「回生エネルギ量」)を算出すると共に、算出した回生エネルギ量の数値に基づき、回生エネルギの発生によって削減されるショベル100に関する費用(以下、「削減費用」)(回生エネルギの再生度に関する情報の一例)を算出する。また、節約効果算出部301は、回生エネルギの発生ごとの削減費用に関する情報をログとして節約ログ情報記憶部302に保存する。以下、節約ログ情報記憶部302に記憶される、回生エネルギの発生ごとの削減費用に関する情報を「節約ログ情報」と称する場合がある。
尚、ショベルコントローラ30Aは、回生エネルギ量(回生エネルギの再利用度に関する情報)を節約ログ情報として記録してもよい。また、ショベルコントローラ30Aは、回生エネルギ量を算出するための元情報(回生エネルギの再利用度に関する情報)を節約ログ情報として記録してもよい。また、上述の如く、ショベル100が複数の種類の回生エネルギを発生させる場合、ショベルコントローラ30Aは、回生エネルギの種類ごとに、節約ログ情報を記録してよい。
本例では、節約効果算出部301は、ショベル100の旋回減速(制動)時に、電流センサ21sの検出値等に基づき、回生電力の量(以下、「回生電力量」)を算出する。節約効果算出部301は、上部旋回体3に関する操作内容に基づき、ショベル100が旋回減速状態であるか否かを把握することができる。そして、節約効果算出部301は、算出した回生電力量の数値を、回生電力で電動発電機12が駆動されたり、キャパシタ19Aが充電されたりすることによって削減されるエンジン11の燃料費(以下、「削減燃料費」)に換算する。例えば、節約効果算出部301は、予め規定される、回生電力量と削減されるエンジン11での燃料消費量との相関関係に関する情報に基づき、回生電力量を削減されるエンジン11での燃料消費量に換算する。そして、節約効果算出部301は、換算した燃料消費量に燃料単価を乗算することにより、回生電力量に対応する削減燃料費を算出してよい。このとき、燃料単価は、固定値であってもよいし、実際の燃料単価の変動に合わせた可変値であってもよい。以下、図2Bの第2例及び図2Cの第3例の場合についても同様である。
節約ログ情報記憶部302には、回生エネルギの発生ごとの節約ログ情報(削減費用に関する情報)が記憶される。具体的には、節約ログ情報記憶部302には、回生エネルギの発生日時に関する情報(例えば、回生エネルギ発生時のタイムスタンプ)、回生エネルギ量、及び、回生エネルギ量に対応する削減費用等を含む回生エネルギの発生ごとのレコード(即ち、節約ログ情報)を蓄積させることにより、節約ログ情報のレコード群(即ち、データベース)を保持してよい。本例では、節約ログ情報記憶部302には、回生電力の発生日時に関する情報、回生電力量、及び回生電力量に対応する削減燃料費を含む、回生電力の発生ごとの節約ログ情報が記憶(蓄積)される。
節約効果情報提供部303は、節約ログ情報記憶部302に記憶される節約ログ情報のレコード群に基づき、回生エネルギの発生に伴うショベル100に関する費用の節約効果を表す情報(以下、「節約効果情報」)を生成する。そして、節約効果情報提供部303は、表示装置50を通じて、生成した節約効果情報をオペレータ等のユーザに提供する。例えば、節約効果情報提供部303は、オペレータの節約効果情報の表示を要求する所定の操作に応じて、節約効果情報を生成し、表示装置50に表示させる。
本例では、節約効果情報提供部303は、回生電力の発生に伴う燃料費の節約効果を表す節約効果情報を生成し、表示装置50を通じて、生成した節約効果情報をオペレータ等に提供する。節約効果情報の詳細は、後述する。
節約ログ情報送信部304は、管理装置200からの要求に応じて、或いは、予め規定された自動送信タイミング(例えば、ショベル100の起動時や停止時等)に、節約ログ情報記憶部302の節約ログ情報を管理装置200に送信する。送信対象の節約ログ情報は、例えば、前回の送信以降で節約ログ情報記憶部302に追加された分の節約ログ情報であってよい。以下、図2Bの第2例、及び図2Cの第3例の場合についても同様である。
<ショベルの構成の第2例>
図2Bを参照して、ショベル100の構成の第2例について説明する。以下、上述の第1例と異なる部分を中心に説明を行い、同じ部分或いは対応する部分の説明を省略する場合がある。
本例に係るショベル100の油圧駆動系は、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ1A,1B、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等を含む。また、本例に係るショベル100の油圧駆動系は、エンジン11と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17と、再生弁7V,8Vを含む。
エンジン11は、メインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動する。
コントロールバルブ17は、メインポンプ14から供給される作動油を、油圧アクチュエータとしての走行油圧モータ1A,1B、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9に供給可能に構成される。
再生弁7V(回生装置の一例)は、コントロールバルブ17と、ブームシリンダ7のボトム側油室及びロッド側油室のそれぞれとを接続する二つの高圧油圧ラインの間を繋ぐ(バイパスする)高圧油圧ライン(以下、「ブーム再生ライン」)に設置される。再生弁7Vは、通常、閉状態とされ、ブーム再生ラインを非連通に維持すると共に、制御装置30(ショベルコントローラ30A)からの制御指令に応じて、開状態にされ、ブーム再生ラインを連通させる。
再生弁8V(回生装置の一例)は、コントロールバルブ17と、アームシリンダ8のボトム側油室及びロッド側油室のそれぞれとを接続する二つの高圧油圧ラインの間を繋ぐ(バイパスする)高圧油圧ライン(以下、「アーム再生ライン」)に設置される再生弁8Vは、通常、閉状態とされ、アーム再生ラインを非連通に維持すると共に、制御装置30(ショベルコントローラ30A)からの制御指令に応じて、開状態にされ、アーム再生ラインを連通させる。
本例に係るショベル100の操作系は、パイロットポンプ15、操作装置26、圧力センサ29等を含む。
パイロットポンプ15は、エンジン11により駆動される。
操作装置26は、オペレータがそれぞれの被駆動要素(例えば、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置26は、それぞれの被駆動要素を駆動する油圧アクチュエータ(例えば、走行油圧モータ1A,1B、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9等)の操作を行うための操作入力手段である。操作装置26は、二次側の油圧ライン27を介して、コントロールバルブ17に接続される。これにより、コントロールバルブ17には、操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に応じたパイロット信号(パイロット圧)が入力される。そのため、コントロールバルブ17は、操作装置26における操作状態に応じて、各油圧アクチュエータを駆動することができる。
本例に係るショベル100の制御系は、制御装置30と、表示装置50と、通信装置70を含む。
制御装置30は、ショベルコントローラ30Aと、エンジンコントローラ30Cを含む。
ショベルコントローラ30Aは、例えば、ブーム下げ操作時に、再生弁7Vに制御指令を出力し、再生弁7Vを開状態にする。これにより、ショベルコントローラ30Aは、ブーム4の自重でブームシリンダ7のボトム側油室から流出する作動油をブーム再生ラインを通じてブームシリンダ7のロッド側油室に流入させ、ブーム再生機能を実現することができる。同様に、ショベルコントローラ30Aは、例えば、アーム閉じ操作時に、再生弁8Vに制御指令を出力し、再生弁8Vを開状態にする。これにより、ショベルコントローラ30Aは、アーム5の自重でアームシリンダ8のロッド側油室から流出する作動油をアーム再生ラインを通じてアームシリンダ8のボトム側油室に流入させ、アーム再生機能を実現することができる。
また、ショベルコントローラ30Aは、節約効果算出部301と、節約ログ情報記憶部302と、節約効果情報提供部303と、節約ログ情報送信部304を含む。
本例では、節約効果算出部301は、ショベル100のブーム下げ操作時、つまり、ブーム再生機能が働いているときに、ブーム再生ラインの流量センサや圧力センサ等の測定値に基づき、作動油の再利用による回生エネルギ(以下、「再生エネルギ」)の量(以下、「再生エネルギ量」)を算出する。同様に、節約効果算出部301は、ショベル100のアーム閉じ操作時、つまり、アーム再生機能が働いているときに、アーム再生ラインの流量センサや圧力センサ等の測定値に基づき、作動油の再利用による再生エネルギ量を算出する。そして、節約効果算出部301は、算出した再生エネルギ量の数値を、ブーム再生機能でエンジン11の負荷が低減されることによって削減されるエンジン11の燃料費(削減燃料費)に換算する。例えば、節約効果算出部301は、予め規定される、再生エネルギ量と削減されるエンジン11での燃料消費量との相関関係に関する情報に基づき、再生エネルギ量を削減されるエンジン11での燃料消費量に換算する。そして、節約効果算出部301は、換算した燃料消費量に燃料単価を乗算することにより、再生エネルギ量に対応する削減燃料費を算出してよい。
本例では、節約ログ情報記憶部302には、再生エネルギの発生日時に関する情報、再生エネルギ量、及び、再生エネルギ量に対応する削減燃料費等を含む、再生エネルギの発生ごとの節約ログ情報(レコード)が記憶(蓄積)される。
本例では、節約効果情報提供部303は、再生エネルギの発生に伴う燃料費の節約効果を表す節約効果情報を生成し、表示装置50を通じて、生成した節約効果情報をオペレータ等のユーザに提供する。
<ショベルの構成の第3例>
図2Cを参照して、ショベル100の構成について、以下、上述の第1例或いは第2例と異なる部分を中心に説明を行い、同じ部分或いは対応する部分の説明を省略する場合がある。
本例に係るショベル100の油圧駆動系は、下部走行体1、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ1A,1B、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等を含む。また、本例に係るショベル100の油圧駆動系は、エンジン11と、減速機13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17と、回生油圧回路80を含む。
エンジン11は、減速機13を介して、メインポンプ14、パイロットポンプ15を駆動する。
メインポンプ14は、エンジン11、或いは、エンジン11及び回生用油圧モータ12Hにより駆動される。
コントロールバルブ17は、メインポンプ14から供給される作動油を、油圧アクチュエータとしての走行油圧モータ1A,1B、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9に供給可能に構成される。
回生油圧回路80(回生装置の一例)は、油路81と、シャトル弁81Sと、油路82と、チェック弁82L,82Rと、油路83,84と、切替弁85と、アキュムレータ86,87と、切替弁88,89と、回生用油圧モータ12Hを含む。
油路81は、コントロールバルブ17と、旋回油圧モータ2Aの二つの作動油ポートのそれぞれとの間の二つの高圧油圧ラインの間を接続し、旋回油圧モータ2Aから吐出される作動油を油路83に流入させるために用いられる。
シャトル弁81Sは、油路81に設けられる。シャトル弁81Sは、旋回油圧モータ2Aの二つの作動油ポートのうちの圧力が高い方の作動油を油路83に出力する。
油路82は、コントロールバルブ17と、旋回油圧モータ2Aの二つの作動油ポートのそれぞれとの間の二つの高圧油圧ラインの間を接続し、油路84から旋回油圧モータ2Aの吸込み側の作動油ポートに作動油を供給するために用いられる。
チェック弁82Lは、旋回油圧モータ2Aの一方の作動油ポートの圧力が相対的に低くなった場合に開き、油路84からの作動油を当該作動油ポートに補給する。
チェック弁82Rは、旋回油圧モータ2Aの他方の作動油ポートの圧力が相対的に低くなった場合に開き、油路84からの作動油を当該作動油ポートに補給する。
油路83は、シャトル弁81Sの出力作動油ポートと回生用油圧モータ12Hの吸込み側の作動油ポートとの間を接続する。
油路84は、油路82のチェック弁82L,82Rの中間位置と、回生用油圧モータ12Hの吐出側の作動油ポートとの間を接続する。
切替弁85は、油路83のアキュムレータ86よりも上流側、つまり、シャトル弁81S側に設けられ、油路83の連通と非連通とを切り替える。切替弁85は、通常、閉状態である。これにより、旋回油圧モータ2Aから回生油圧回路80(油路83)への作動油の流入を遮断することができる。一方、切替弁85は、制御装置30(ショベルコントローラ30A)からの制御指令に応じて、開状態になる。これにより、切替弁85は、制御装置30の制御下で、旋回油圧モータ2Aの作動油を回生油圧回路80(油路83)に流入させることができる。
アキュムレータ86は、油路83に設置され、旋回油圧モータ2Aから流出する作動油を蓄積する。これにより、アキュムレータ86は、油圧エネルギを蓄えることができる。アキュムレータ86は、油路83の上流側、つまり、旋回油圧モータ2A側の切替弁85により作動油の蓄積が制御される。具体的には、切替弁85が閉状態から開状態になると、旋回油圧モータ2Aからの作動油が油路83に流入し、アキュムレータ86に作動油が蓄積されうる。また、アキュムレータ86は、油路83の下流側、つまり、回生用油圧モータ12H側の切替弁88により作動油の放出が制御される。具体的には、切替弁88が閉状態から開状態になると、アキュムレータ86に蓄積された作動油は、油路83を通じて、回生用油圧モータ12Hの吸込み側の作動油ポートに向けて放出されうる。
アキュムレータ87は、油路84に設置され、回生用油圧モータ12Hから吐出される作動油を蓄積する。アキュムレータ87は、油路84の下流側、つまり、旋回油圧モータ2A側の切替弁89により作動油の放出が制御される。具体的には、切替弁89が閉状態から開状態になると、アキュムレータ87に蓄積された作動油は、油路84を通じて、旋回油圧モータ2Aに向けて放出される。
切替弁88は、油路83のアキュムレータ86よりも下流側、つまり、回生用油圧モータ12H側に設けられ、油路83の連通と非連通とを切り替える。切替弁88は、通常、閉状態である。これにより、アキュムレータ86に蓄積された作動油を保持することができる。一方、切替弁88は、制御装置30(ショベルコントローラ30A)からの制御指令に応じて、開状態になる。これにより、切替弁88は、制御装置30の制御下で、アキュムレータ86に蓄積された作動油を回生用油圧モータ12Hの吸込み側の作動油ポートに放出させ、回生用油圧モータ12Hを駆動することができる。
切替弁89は、油路84のアキュムレータ87よりも下流側、つまり、旋回油圧モータ2A側に設けられ、油路84の連通と非連通とを切り替える。切替弁89は、通常、閉状態にある。これにより、アキュムレータ87に蓄積された作動油を保持することができる。一方、切替弁89は、制御装置30(ショベルコントローラ30A)からの制御指令に応じて、開状態になる。これにより、切替弁88は、制御装置30の制御下で、アキュムレータ87に蓄積された作動油を旋回油圧モータ2Aの吸込み側の作動油ポートに作動油を補給することができる。
回生用油圧モータ12Hは、旋回油圧モータ2Aから流出する作動油が有する油圧エネルギを回生してエンジン11をアシストする。回生用油圧モータ12Hは、例えば、可変容量式油圧モータであり、制御装置30(ショベルコントローラ30A)の制御下で、レギュレータが斜板の角度(傾転角)を制御する。これにより、斜板の傾転角が調整され、押し退け容積が制御されうる。これにより、制御装置30(ショベルコントローラ30A)は、エンジン11の動作状態(例えば、回転数等)に合わせて、回生用油圧モータ12Hを動作させることができる。
このように、回生油圧回路80は、旋回油圧モータ2Aの吐出側の作動油ポートから、油路81、油路83、回生用油圧モータ12H、油路84、油路82を通過し、旋回油圧モータ2Aの吸込み側の作動油ポートに至る一方向流れの閉ループを形成する。
回生油圧回路80は、例えば、上部旋回体3の旋回減速時に、制御装置30の制御下で、切替弁85を開放し、圧力が増大した旋回油圧モータ2Aの吐出側の作動油ポートの作動油を油路83に流入させ、アキュムレータ86に作動油を蓄積させる。併せて、回生油圧回路80は、上部旋回体3の旋回減速時に、制御装置30の制御下で、切替弁89を開放し、アキュムレータ87に蓄積された作動油を、圧力が低下した旋回油圧モータ2Aの吸込み側の作動油ポートに補給する。また、回生油圧回路80は、例えば、上部旋回体3の旋回加速時に、制御装置30の制御下で、切替弁88を開放し、アキュムレータ86に蓄積された作動油で回生用油圧モータ12Hを駆動させて、エンジン11をアシストする。そして、回生用油圧モータ12Hから吐出される作動油は、アキュムレータ87に蓄積される。これにより、回生油圧回路80は、上部旋回体3の旋回減速時に上部旋回体3から吐出される作動油の油圧エネルギを、アキュムレータ86に一時的に蓄えると共に旋回加速時に回生用油圧モータ12Hを駆動する形で回生することができる。
本例に係るショベル100の操作系は、パイロットポンプ15、操作装置26、圧力センサ29等を含む。
パイロットポンプ15は、エンジン11、或いはエンジン11及び回生用油圧モータ12Hにより駆動される。
操作装置26は、オペレータがそれぞれの被駆動要素(例えば、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置26は、それぞれの被駆動要素を駆動する油圧アクチュエータ(例えば、走行油圧モータ1A,1B、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9等)の操作を行うための操作入力手段である。
本例に係るショベル100の制御系は、制御装置30と、表示装置50と、通信装置70を含む。
制御装置30は、ショベルコントローラ30Aと、エンジンコントローラ30Cを含む。
ショベルコントローラ30Aは、例えば、上部旋回体3の旋回減速時に、切替弁85及び切替弁88に制御指令を出力し、開状態にする。これにより、旋回油圧モータ2Aの吐出側の作動油ポートから吐出される作動油の油圧エネルギをアキュムレータ86に蓄積させると共に、アキュムレータ87に蓄積された作動油を旋回油圧モータ2Aの吸込み側の作動油ポートに補給させることができる。また、ショベルコントローラ30Aは、例えば、上部旋回体3の旋回加速時に、切替弁88に制御指令を出力し、開状態にする。これにより、ショベルコントローラ30Aは、アキュムレータ86に蓄積された油圧エネルギで回生用油圧モータ12Hを駆動させることができる。
また、ショベルコントローラ30Aは、節約効果算出部301と、節約ログ情報記憶部302と、節約効果情報提供部303と、節約ログ情報送信部304を含む。
本例では、節約効果算出部301は、上部旋回体3の旋回減速時に、回生油圧回路80で回生される油圧エネルギ(以下、「回生油圧エネルギ」)の量(以下、「回生油圧エネルギ量」)を算出する。例えば、節約効果算出部301は、上部旋回体3の旋回時におけるアキュムレータ86の圧力変化量に基づき、アキュムレータ86に蓄積される回生油圧エネルギ量を算出する。そして、節約効果算出部301は、算出した回生油圧エネルギ量の数値を、回生用油圧モータ12Hのアシストでエンジン11の負荷が低減されることによって削減されるエンジン11の燃料費(削減燃料費)に換算する。例えば、節約効果算出部301は、予め規定される、回生油圧エネルギ量と削減されるエンジン11での燃料消費量との相関関係に関する情報に基づき、回生油圧エネルギ量を削減されるエンジン11での燃料消費量に換算する。そして、節約効果算出部301は、換算した燃料消費量に燃料単価を乗算することにより、回生油圧エネルギ量に対応する削減燃料費を算出してよい。
本例では、節約ログ情報記憶部302には、回生油圧エネルギの発生日時に関する情報、回生油圧エネルギ量、及び、回生油圧エネルギ量に対応する削減燃料費等を含む、回生油圧エネルギの発生ごとの節約ログ情報(レコード)が記憶(蓄積)される。
本例では、節約効果情報提供部303は、回生油圧エネルギの発生に伴う燃料費の節約効果を表す節約効果情報を生成し、表示装置50を通じて、生成した節約効果情報をオペレータ等のユーザに提供する。
<管理装置の構成>
管理装置200は、制御装置210と、通信装置220と、操作入力装置230と、表示装置240を含む。
制御装置210は、管理装置200に関する各種制御を行う。制御装置210は、例えば、補助記憶装置にインストールされる一以上のプログラムをCPU上で実行することにより実現される機能部として、節約ログ情報取得部2101と、節約効果情報提供部2103を含む。また、制御装置210は、節約ログ情報記憶部2102を利用する。節約ログ情報記憶部2102は、制御装置210内の補助記憶装置や制御装置210と通信可能に接続される外部記憶装置等により実現されうる。
通信装置220は、インターネット網等を含む所定の通信ネットワークに接続し、ショベル100及びユーザ端末300等の外部装置と通信を行う。
操作入力装置230は、管理装置200の作業者や管理者等(以下、「管理者等」)の操作を受け付け、制御装置210に対してその操作内容に対応する信号を出力する。操作入力装置230は、例えば、キーボード、タッチパネル、タッチパッド、ボタンスイッチ、ジョイスティック、トグル等である。
表示装置240は、制御装置210の制御下で、管理装置200の管理者等に対する各種情報画像を表示する。表示装置240は、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイである。
節約ログ情報取得部2101(第2の取得部の一例)は、ショベル100から受信される、節約ログ情報を受信バッファ等から取得する。節約ログ情報取得部2101により取得された節約ログ情報は、節約ログ情報記憶部2102に記憶される。
節約ログ情報記憶部2102には、節約ログ情報取得部2101によりショベル100から取得された節約ログ情報が記憶される。具体的には、節約ログ情報記憶部2102には、ショベル100における回生エネルギの発生ごとの節約ログ情報に、ショベル100の識別情報(例えば、ショベル100ごとに規定されるショベルID(Identifier)等)を紐付けたレコードが記憶される。これにより、節約ログ情報記憶部2102は、複数のショベル100から取得される節約ログ情報の中から特定のショベル100の節約ログ情報を識別可能に記憶することができる。また、節約ログ情報記憶部2102は、節約ログ情報の取得対象の複数のショベル100ごとに、ショベル100の数だけ設けられてもよい。
節約効果情報提供部2103(情報提供部の一例)は、ユーザ端末300から受信される所定の要求信号(以下、「節約効果情報要求信号」)に応じて、ショベル100に関する節約効果情報を生成し、ユーザ端末300に送信する。これにより、節約効果情報提供部2103は、ユーザ端末300の表示装置340にショベル100に関する節約効果情報を表示させることができる。
尚、管理装置200は、ショベル100から節約ログ情報の代わりに、節約効果情報を取得してもよい。この場合、節約効果情報提供部2103は、ショベル100から取得される節約効果情報をそのままユーザ端末300に送信したり、複数のショベル100から取得される節約効果情報を合成してユーザ端末300に送信したりしてよい。
<ユーザ端末の構成>
ユーザ端末300は、制御装置310と、通信装置320と、操作入力装置330と、表示装置340を含む。
制御装置310は、ユーザ端末300に関する各種制御を行う。制御装置310は、例えば、補助記憶装置にインストールされる所定のアプリケーションプログラム(以下、「節約効果情報提供アプリ」)をCPU上で実行することにより実現される機能部として、節約効果情報要求部3101と、節約効果情報表示処理部3102を含む。
通信装置320は、例えば、基地局を末端とする移動体通信網や通信衛星を利用する衛星通信網等の所定の通信ネットワークに接続し、管理装置200等の外部装置と通信を行う。
操作入力装置330は、ユーザ端末300のユーザからの操作を受け付け、操作入力に対応する信号を制御装置310に出力する。操作入力装置330は、例えば、タッチパネルやボタンスイッチ等である。
表示装置340は、制御装置310の制御下で、ユーザ端末300のユーザに対する各種情報画像を表示する。表示装置340は、例えば、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイである。
節約効果情報要求部3101は、表示装置340に表示される節約効果情報提供アプリのアプリ画面上での、操作入力装置330を通じたユーザの所定操作に応じて、管理装置200に節約効果情報要求信号を送信する。
節約効果情報表示処理部3102は、管理装置200から受信される節約効果情報を表示装置340に表示させる。
[節約効果情報の具体例]
次に、図3(図3A~図3C)を参照して、ユーザに提供される節約効果情報の具体例について説明する。
尚、図3A~図3Cに示す節約効果情報は、当然の如く、節約効果情報提供部303の制御下で、ショベル100の表示装置50に表示されてもよい。
<節約効果情報の第1例>
図3Aは、ユーザ端末300(表示装置340)に表示されるショベル100に関する節約効果情報の第1例を示す図である。
図3Aに示すように、本例では、表示装置340に、特定の日(12月25日)の作業開始から作業終了までの回生エネルギの発生ごとの日時、回生エネルギ量、及び削減された燃料消費量("燃料換算")の履歴(レコード)が表形式で表示される。また、表の最下段には、特定の日の作業開始から作業開始までの回生エネルギ量、及び削減される燃料消費量("燃料換算")の合計値が表示される。
ユーザは、回生エネルギ量や回生エネルギ量の合計値を見ても、どの程度の節約効果があったのかを直感的に把握しにくい場合がある。これに対して、本例では、ユーザは、この日の回生エネルギの発生ごとの燃料消費の削減量や一日での燃料消費の削減量の合計値を把握することができる。そのため、ユーザは、回生エネルギの発生による節約効果を直感的且つ容易に把握することができる。
尚、本例において、表示装置340には、削減された燃料消費量に代えて、或いは、加えて、削減費用を含むレコードが表示されてもよい。また、表示装置340には、任意の期間の履歴(レコード)が表示されてよい。つまり、表示装置340には、特定の日の作業開始から作業終了までの期間よりも短い期間(例えば、午前中)の履歴(レコード)が表示されてもよいし、より長い期間(例えば、二日分の作業開始から作業終了まで)の履歴(レコード)が表示されてもよい。
<節約効果情報の第2例>
図3Bは、ユーザ端末300(表示装置340)に表示されるショベル100に関する節約効果情報の第2例を示す図である。
図3Bに示すように、本例では、表示装置340に、特定の1年間(2019年1月~12月)のひと月ごとの回生エネルギの累積値、削減された燃料消費量("燃料消費量")の累積値、及び削減費用の累積値が表形式で表示される。また、表の最下段には、1年間の回生エネルギの累積値、削減された燃料消費量の累積値、及び削減費用の累積値が表示される。
ユーザは、回生エネルギ量の累積値を見ても、どの程度の節約効果があったのかを直感的に把握しにくい場合がある。これに対して、本例では、ユーザは、ショベル100での回生エネルギの発生に伴うひと月ごとの燃料消費の削減量や1年間での燃料消費の削減量の合計値を把握することができる。また、本例では、ユーザは、ショベル100での回生エネルギの発生に伴うひと月ごとのショベル100に関する費用(燃料費)の削減量や1年間での費用の削減量を把握することができる。そのため、ユーザは、回生エネルギの発生による節約効果を直感的且つより容易に把握することができる。
尚、本例において、表示装置340には、ひと月がごとの削減された燃料消費量の累積値、及び削減費用の累積値の何れか一方だけが表示されてもよい。また、表示装置340には、任意の期間ごとの削減された燃料消費量や削減費用の累積値が表示されてよい。例えば、表示装置340には、1日ごと、1週間ごと等の削減された燃料消費量や削減費用の累積値が表示されてもよい。
<節約効果情報の第3例>
図3Cは、ユーザ端末300(表示装置340)に表示されるショベル100に関する節約効果情報の第3例を示す図である。図中で、ショベル100は、"ショベルG"に相当する。
図3Cに示すように、本例では、表示装置340に、ショベル100の購入費、購入年月日、購入時点からの稼働時間(作業量の一例)の累積値("アワメータ")、購入時点からの給油量の累積値、購入時点からの燃料費の累積値、購入時点からの削減費用の累積値、及び購入時点からの総費用が表示される。これにより、ユーザは、購入時点から現在までの回生エネルギの発生による節約効果を直感的且つより容易に把握することができる。
また、本例では、ショベル100に関する情報と併せて、ショベル100に関する他のショベル(例えば、同じオーナの所有する他のショベル)であって、回生エネルギを発生しない他のショベル(図中の"ショベルA"、"ショベル"、...)(以下、「非回生ショベル」)に関する同様の情報が表示される。
通常、回生エネルギを発生させるショベル100は、回生エネルギを発生させる回生装置(例えば、旋回用電動機21、再生弁7V,8V、回生油圧回路80等)が追加される。そのため、ショベル100の初期コスト(購入費用)は、未回生ショベルよりも相対的に高くなってしまう。
これに対して、本例では、表示装置340に、ショベル100及び未回生ショベルの初期コストを含む購入時点からの全費用を表示させる。これにより、ショベル100と非回生ショベルとを全費用の観点で比較することができる。
尚、本例において、表示装置340には、削減費用の累積値に加えて、燃料消費の削減量の累積値が表示されてもよい。また、本例において、併せて、その他の費用(例えば、点検やメンテナンスに要した費用)の累積値が表示されてもよい。また、本例において、購入時点からの削減費用の累積値以外の種類の情報は、購入時点からの削減費用の累積値と比較可能な態様で少なくとも一種類あればよい。また、本例において、表示装置340には、複数のショベル100に関する同様の節約効果情報が表示されてもよい。これにより、ユーザは、複数のショベル100に関する回生エネルギの発生に伴う節約効果を把握することができる。特に、ユーザは、発生する回生エネルギが異なるショベル100(図2A~図2Cのショベル100)の相互間で節約効果や総費用等を比較することができる。また、本例において、表示装置340には、稼働時間ごとの燃料費や削減費用が表示されてもよいし、稼働時間に代えて、他の作業量の単位を採用し、その作業量の単位別の燃料費や削減費用が表示されてもよい。この場合、ショベル100の作業量は、土砂の重量、土砂の積み込み対象のトラックの大きさ、土砂の体積、作業前後の地形形状の差分、整地面積等からその指標が算出されうる。また、ショベル100の作業量に関する情報は、ショベル100に搭載される撮像装置やLIDAR等のショベル100の周囲の三次元空間に関する情報を取得する装置の出力に基づき自動認識されてもよいし、オペレータ等からの手動入力の内容から判断されてもよい。これにより、ユーザは、作業時間ごとの費用(コスト)を複数のショベル100の間やショベル100と未回生ショベルとの間で比較することができる。また、本例において、表示装置340には、ショベル100の作業状況別の燃料消費の削減量の累積値や削減費用の累積値が表示されてもよい。ショベル100の作業状況には、例えば、ショベル100の予め規定される作業モード(例えば、クレーン作業モード、重作業モード、燃費優先モード等)や、予め規定される作業内容の区分(例えば、掘削作業、整地作業、トラックへの土砂の積み込み作業、転圧作業等)等が含まれてよい。この場合、ショベルコントローラ30Aは、節約ログ情報として、ショベル100が行っていた作業内容を記録してよい。また、この場合、ショベル100がどのような作業(動作)を行っているかを判断するため、ショベル100(例えば、上部旋回体3)に搭載される撮像装置(例えば、単眼カメラ、ステレオカメラ、距離画像カメラ、デプスカメラ等)の画像データが利用されてもよい。例えば、画像データにダンプトラックが映っていれば、土砂等の積み込み作業と推定されうる。また、カメラの画像情報に基づき、土の積み込みか、岩石等の積み込みかも推定されうるため、作業量等もこれにより、ユーザは、ショベル100の作業状況別の節約効果を把握することができる。また、本例において、表示装置340には、ショベル100の運転実績のあるオペレータごとの燃料消費の削減量の累積値や削減費用の累積値が表示されてもよい。これにより、ユーザは、オペレータ別の節約効果を把握することができる。
[変形・変更]
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、上述した実施形態において、節約ログ情報取得部2101及び節約効果情報提供部2103の機能は、ユーザ端末300(情報処理装置の一例)に移管されてもよい。この場合、節約ログ情報や節約効果情報は、ショベル100から管理装置200を経由してユーザ端末300に送信されてよい。また、所定の近距離通信(例えば、ブルートゥース(登録商標)通信等)を通じて、ショベル100とユーザ端末300(例えば、スマートフォン等の携帯端末)との間で直接通信可能な場合、ショベル100からユーザ端末300に直接送信されてもよい。
また、上述した実施形態及び変形例において、ショベル100は、ショベル100に関する燃料消費や費用の削減量の代わりに、これらを算出するための元情報、つまり、回生エネルギの発生ごとの回生エネルギ量を管理装置200やユーザ端末300に送信してもよい。この場合、ショベル100に関する燃料消費や費用の削減量は、管理装置200やユーザ端末300で演算される。