JP2004360703A

JP2004360703A - 流体圧力装置のシフト操作の制御方法

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Publication number: JP2004360703A
Application number: JP2004168561A
Authority: JP
Inventors: Michael W Barto; ウェインバルトマイケル
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2004-12-24
Also published as: EP1484505A1; EP1484505B1; US6827562B1; US20040247473A1; DE602004000544D1; DE602004000544T2

Abstract

【課題】実質的にキャビテーションやノイズを生じさせないように、流体圧力装置のシフト操作制御方法を提供すること。
【解決手段】
第１と第２速度比間での多段変速型の流体圧力装置（10）のシフト操作制御方法。装置（10）は複数の膨張と縮小する流量室を定めるジェローターギヤセットを備え、第１状態では第１速度比を構成し、第２状態では複数の流量室を再循環する流量室とすることで第２速度比を構成するようにシフトバルブ手段（61）を備える。またパイロット圧力信号（71）の変化に応じて第１と第２状態間でシフトバルブ手段（61）をシフトさせる。また流体源（73）と流通するように圧力制御弁（75）を備えて、電気指令信号（113）の変化に応じてシフトバルブ手段（61）にパイロット圧力信号（71）を送る。第２状態までのシフトが指令されたとき、間隔（T1）で電気指令信号（113）を変化させ、
第１状態までのシフトが指令されたとき、T1よりも長い間隔（T2）で電気指令信号（113）を変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体排出機構（フルイドディスプレースメント機構）として、通常ジェローターギヤセットを用いるタイプの回転型の流体圧力装置（フルイドプレッシャー装置）に関する。より具体的には、本発明は、多段変速（多段階的に排出する）能力を有する上述の装置に関する。さらに、本発明は、このような多段変速装置の（異なる速度比の間での）シフト操作を制御するための改良された方法に関する。

本発明は、ジェローターギヤセットとは異なる流体排出機構（例えば、ラジアルピストンとカムローブタイプの装置等）を備える装置に対しても有効に適用することができる。しかしながら、本発明は、ジェローターギヤセットを利用する装置に適用する場合に特に効果的であるため、以下、本明細書ではこの場合について説明する。さらに、本発明は、操作期間のほとんどにおいてモーターとして機能する装置に適用する場合に特に効果的であるため、以下、本明細書ではこのような場合について説明する。

ジェローターギヤセットを利用するモーターは様々な分野で利用することができるが、多くの一般的な利用例の一つとして、車両の推進に用いる場合がある。この場合、車両はエンジン駆動型のポンプを備えて、ジェローターモーターの対を備えた車両の油圧推進回路に加圧流体を送っており、ジェローターモーターの各々は駆動車輪の一つと関連付けられている（このことは典型的な例であって、必ずしも必要な事項ではない）。この技術分野における当業者ならば、ジェローターモーターの多くはローラー型のジェローターギヤセットを利用しており、また、このことは、特に、推進機構に通常利用される大型で高トルクのモーターの場合に顕著であることを理解するであろう。このため、以下の説明において、“ジェローター”について参照する場合には、通常のジェローターと、ローラージェローターの双方を含むことを理解されたい。また、本発明の目的上、“ジェローター”は、ＩＧＲ（内歯型のロータ：internally-generated rotor）と、ＥＧＲ（外歯型のロータ：externally-generated rotor）の双方を含むことができるが、これら双方とも、この技術分野における当業者には公知なものである。

多段変速型のジェローターモーターは特許文献１〜３によって開示されているが、これらはいずれも本発明の出願人に譲り受けられており、本明細書に参照文献として包含されている。ここで、特許文献１に開示された装置は広く商業的に利用されており、一般に満足するものとして活用されている。さらに、より新しい、特許文献２及び３に開示された装置もまた、商業的に利用されるようになっている。この技術分野における当業者には公知なように、ジェローターギヤセットの膨張及び縮小する流量室（チャンバ）の間で効果的に流体を“再循環”させるように弁手段を備えることで、ジェローターモーターを多段変速（多段階的に排出する）装置として操作することが可能になる。この際、流入口が膨張する流量室の全てと流通するとともに、縮小する流量室の全てが流出口と流通するようにして、ノーマルな、低速度、高トルク（ＬＳＨＴ：low-speed, high-torque）モードまたは状態としてモーターを操作している。また、縮小する流量室の幾つか（“再循環する流量室”）から膨張する流量室まで流量を幾らか戻すように再循環させることで、高速度、低トルク（“ＨＳＬＴ：high-speed, low-torque”）モードまたは状態としてモーターを操作することを可能にしている。このＨＳＬＴモードでは、ジェローターギヤセットの排出量が減少するが、ジェローターによって同一のフルイドフローレートが達成される状況と同じ結果になる。

上記特許文献に従って構成されて、本発明の譲り受け人によって商業的に販売されている多段変速型のジェローターモーターは、ＬＳＨＴとＨＳＬＴモードの双方の場合で非常に満足できるように操作されている。しかしながら、モーターを一方のモードから他方のモードまで変化させるとき（特に、ＨＳＬＴモードからＬＳＨＴモードに変化させるとき）には、正にこの一方のモードから他方のモードまでのシフトが行われるときに、ジェローターギヤセットにキャビテーションが生じる傾向があることが知られている。ＨＳＬＴからＬＳＨＴまでシフトする間、モーターの有効な“流体排出”は向上するが、この際、車両速度とポンプの流れは保たれ、少なくとも短期間の間、通常は一定になる。このため、ポンプがすぐに供給することができる以上の大きさで、ジェローターギヤセットが瞬間的なフルイドフローレートに相当する速度で突然に、“流体排出”する場合があった。

通常の操作用の（再循環しない）流量室の間の往路として用いられる流路と比べて、再循環用の流路にはより大きな抵抗があるため、再循環用の流量室はキャビテートする傾向が強い。この技術分野における当業者には公知なように、ジェローターギヤセットのような流体排出要素の中でキャビテーションが生じると、かなりの量の不快なノイズが発生し、またこの結果、流体排出機構に損傷が生じるおそれがある。通常、このキャビテーションは、モーター内のジェローターギヤセットの速度（排出量）にポンプの流れが“追いつく”速度に達するように車両が減速されるまで、生じ続けることになる。

また、シフト操作のプロセス（特に、ＨＳＬＴモードからＬＳＨＴモードまでのプロセス）と関連して指摘されている問題として、シフト操作が車両上であまりにも急に行われると、例えば、車両が荷物を搬送している場合には、車両が減速しているにもかかわらず、荷物がこれ自身の勢いのために移動し続けることになるという問題がある。この場合、潜在的に、少なくとも荷物の一部を損傷させるおそれがある。さらに、車両を突然に減速させると、多くの場合で車両をスキッドさせる（滑らせる）ことがあることが知られており、また、このことが何度も繰り返されると、過度にタイヤを磨耗させることが知られている。
米国特許文献第４，４８０，９７１号公報米国特許文献第６，０６８，４６０号公報米国特許文献第６，０９９，２８０号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、一つのモードから他のモードまでシフト操作をする際、実質的にキャビテーションやノイズを生じさせることがないように、多段変速性能を備えた、改良された流体圧力操作型の装置を提供することを目的とするものである。

また、本発明は、上述した先行技術に関連した問題を実質的に生じさせることなくシフト操作が行えるように、多段変速性能を備えた流体圧力操作型の装置用の、改良されたシフト操作制御方法を提供することをさらなる目的とする。

さらに、本発明は、特定のシフト操作に最もよく適合するように、様々なシフト操作を行えるように、多段変速性能を備えた流体圧力操作型の装置用の、改良されたシフト操作制御方法を提供することをさらなる目的とする。

上述した、また関連する他の目的を達成するために、本発明は、多段変速性能を備えた流体圧力操作型の装置に対して、第１速度比と第２速度比との間で、改良されたシフト操作の制御方法を提供するが、この装置は流体排出機構を備えて、複数の膨張及び縮小する流量室を定める。この際、モーターバルブ手段を用いて、第１速度比では、流量室の間で流体を往復させるように流通させる。また、シフトバルブ手段を用いて、第１状態では、第１速度比を得られるようにし、かつ、第２状態では、複数の流量室を再循環用の流量室として連絡させることで、第２速度比を得られるようにする。この方法は、第１圧力と第２圧力との間のパイロット圧力信号の変化に応じて、第１と第２状態の間でシフトバルブ手段をシフトさせるステップを有する。

上記改良された方法は、加圧流体源と連通するように圧力制御弁を設けて、この圧力制御弁が、電気指令信号の第１信号と第２信号の間の変化に応じて、シフトバルブ手段に対してパイロット圧力信号を送るようにすることで特徴付けられる。この際、第２状態までシフト操作することが指令されると、上記方法は、第１時間間隔Ｔ１にわたって第１信号から第２信号まで電気指令信号を変化させるようにする。また、第１状態までシフト操作することが指令されると、上記方法は、第１時間間隔Ｔ１よりも長い、第２時間間隔Ｔ２にわたって第２信号から第１信号まで電気指令信号を変化させるようにする。

即ち、請求項１に記載した発明においては、第１速度比（図３参照）と第２速度比（図４参照）間で、多段変速型の流体圧力装置（１０）をシフト操作するための制御方法であって、前記装置（１０）は複数の膨張する流量室（３３Ｅ）と縮小する流量室（３３Ｃ）を定める流体排出機構（２１）と、前記第１速度比（図３参照）では前記流量室を往復させるように流体を流通させるモーターバルブ手段（１９、４３）と、第１状態では前記第１速度比を構成し、第２状態では複数の前記流量室を再循環する流量室（３３Ｒ）として連絡させることで前記第２速度比（図４参照）を構成するシフトバルブ手段（６１）とを備え、前記方法はパイロット圧力信号（７１）の第１圧力と第２圧力間の変化に応じて前記第１状態と前記第２状態間で前記シフトバルブ手段（６１）をシフトさせるステップを有し、さらに、前記方法は、（ａ）加圧流体源（７３）と流通するように圧力制御弁（７５）を備えて、電気指令信号（１１３）の第１信号（１１３Ｂ）と第２信号（１１３Ｃ）間での変化に応じて、前記シフトバルブ手段（６１）に前記パイロット圧力信号（７１）を送るように前記圧力制御弁（７５）を構成し、（ｂ）前記第２状態（図４参照）までのシフトが指令されたとき、第１時間間隔（Ｔ１）にわたって、前記電気指令信号（１１３）を前記第１信号（１１３Ｂ）から前記第２信号（１１３Ｃ）まで変化させ、（ｃ）前記第１状態（図３参照）までのシフトが指令されたとき、前記第１時間間隔（Ｔ１）よりも長い第２時間間隔（Ｔ２）にわたって、前記電気指令信号（１１３）を前記第２信号（１１３Ｄ）から前記第１信号（１１３Ｅ）まで変化させる、各ステップを有することを特徴とする。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、添付した図を参照して説明する。但し、これらは参照上示されたものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
図１は、符合１０を用いて、本発明の実施形態に係る、低速度、高トルク（ＬＳＨＴ）のバルブ−イン−スター（ＶＩＳ：valve-in-star）型のジェローターモーターを概略的に示している。このジェローターモーターは、好ましくは、本発明の譲り受け人に譲渡され、本明細書に参考として包含される米国特許第５，２１１，５５１号公報の開示例に従って構成される。より特徴的には、図１に示したジェローターモーター１０は、上記特許文献２及び３の開示例に従って構成される多段変速型のモーターである。但し、本発明の実施形態はＶＩＳ型のジェローターモーターに限定される必要はなく、さらに、「背景技術」で説明したように、本発明の実施形態はジェローターモーターに限定される必要もなく、添付した特許請求の範囲の記載事項にのみ限定されることを理解されたい。

図１に示したＶＩＳ型のモーター１０は複数の区間からなり、これら区間は複数のボルト１１等により互いに固定されている。尚、図１では、例示上、ボルト１１は一つのみ示しているが、図３及び４では全て示している。図１に示すように、モーターはエンドキャップ１３、スペーサープレート１５、シフタープレート１７（“セレクタープレート”としても参照可）、固設型のバルブプレート１９、符合２１で概略的に示すジェローターギヤセット、バランスプレート２２及び回転自在なように出力シャフト２５を支持する前方のベアリングハウジング２３を含んでいる。また、エンドキャップ１３は流入口（流入用ポート）１３ａと流出口（流出用ポート）１３ｂを定めている（これらは説明を容易にするために図１には示されていないが、図２、３及び４には概略的に示されている）。尚、モーター技術に関する当業者には公知なように、流入口１３ａを流出口として構成する場合には、流出口１３ｂは流入口となり、出力シャフト２５の回転方向は逆向きになる。

図３及び４に示したジェローターギヤセット２１は従来技術において公知であり、上述した本明細書に参考として包含される特許文献に詳述されているため、ここでは簡単に説明するにとどめる。ジェローターギヤセット２１は、内歯を有する外側係合部材（リングメンバ）２７を有し、このリングメンバは略半円筒形状の開口部を複数定めて、これら開口部の各々内に円筒形状のローラーメンバ２９を設けて、リングメンバの内歯として作用させている。さらに、ジェローターギヤセット２１は、リングメンバ２７に対して偏心して設けられるように、外歯を有する内側係合部材（スターメンバ）３１を有している。通常、このスターメンバはリングメンバの内歯つまりローラーメンバ２９の数よりも一つだけ少ないように外歯を有しており、リングメンバ２７に対してスターメンバ３１が軌道回転運動を行えるようにしている。このリングメンバ２７内でのスターメンバ３１の軌道回転運動によって、複数の流量室（チャンバ）３３が定められ、これら流量室の各々は、任意の瞬間において、膨張する流量室３３Ｅか、縮小する流量室３３Ｃのいずれかになる。ジェローター技術に関する当業者には公知なように、任意の瞬間において、流量室のいずれかは膨張と縮小との間の“移り変わり”の状態になる。図示した実施形態では、全部で９つの流量室３３があることを示しているが、これは例示上示したものに過ぎないことを理解されたい。

再度図１を参照すると、スターメンバ３１は複数の直線状の内歯スプラインを備えて、主駆動軸３７の一方の端部に形成したクラウン状の外歯スプライン３５と係合させている。また、主駆動軸３７の反対側の端部にはクラウン状の外歯スプライン３９の他のセットを備えて、出力軸２５に形成した複数の直線状の内歯スプラインと係合できるようにしている。

再度図１を参照するとともに、図３及び４を参照して、スターメンバ３１についてより詳しく説明する。図示した実施形態では、スターメンバ３１は、スターメンバの外歯を備える本体部４１と、挿入部つまりプラグ部４３の２つの異なる部品から組付けられるように構成されている。但し、これは例示上示したものに過ぎないことを理解されたい。さらに、本体部４１と挿入部４３をともに用いて様々な流体領域、流路及び流通口（ポート）を定めているが、これらは上述した特許文献に詳述されているため、ここでは詳しく説明しない。また、スターメンバ３１は中央にマニホールド領域４５を定めるが、この領域は、固設型のバルブプレート１９の隣接する表面４９に対して、スライド状に密閉して係合するように設けられるエンド面４７により定められる。

スターメンバ３１のエンド面４７は流通口５１のセットを定め、これら各々は挿入部４３に定められる流路５３によりマニホールド領域４５と常時流通している。さらに、エンド面４７は流通口５１と交互に備えられるように流通口５５のセットを定め、これら流通口５５の各々をラジアル方向内側に延ばして、中央のマニホールド領域４５を囲む、外側のマニホールド領域５７（図３にのみ示している）に対して開口させている。また、固設型のバルブプレート１９に複数の固設型のバルブ通路５９を定めるが、図１は、このうちの一つのみを示している。そして、スターメンバ３１が軌道回転運動を行うに従い、挿入部４３により定められる流通口５１と５５の各々が固設型のバルブ通路５９の各々と流通して、流通室が膨張する流通室３３Ｅの場合には、これら各流通室に対して高圧流体を送り、また流通室が縮小する流通室３３Ｃの場合には、これら各流通室から低圧流体を受取るように、交互に流通させるようにする。以上説明した弁の構成はジェローターモーター技術に関する当業者には公知であって、上述した特許文献に詳述されており、本発明では、添付した特許請求の範囲の記載において、“モーターバルブ手段”について参照する場合、これはモーターの基本的で、通常の操作を達成する弁手段について参照することを理解されたい。

ここで、図１及び２を適宜参照しながら、図３及び４を主に参照して、本発明の実施形態に係るモーター１０の多段変速操作を達成する手段について説明する。このモーター１０は、図２に概略的に示すようにシフトバルブスプール６１を備えており、圧縮ばね６３によって第１状態に付勢されているが、この状態は、図３に示すようにモーター１０が低速度、高トルクの操作モード（“ＬＳＨＴ”）にあるときに相当する。また、図２に概略的に示すとともに、図１からも理解可能なように、再循環されるモーターの流量室（このため、“再循環流通室３３Ｒ”として参照される）の各々は、流路６５を介するように、対応する固設型のバルブ通路５９を通ってシフトバルブスプール６１と流通している。尚、図３及び４では、各“通路”６５は２つの異なる通路として略図されているように、実際には、一方はシフトバルブスプール６１とスターポート（５１又は５５）の間で、他方はシフトバルブスプール６１と再循環流量室３３Ｒの間の通路として構成される。しかしながら、以下の明細書と添付した特許請求の範囲の記載では、これら“対”は単に“通路６５”として参照されていることを理解されたい。

図３に示したＬＳＨＴモードでは、シフトバルブスプール６１は、各通路６５を他の通路６５から分離させ、かつ各通路６５を符合“６７”を用いて概略的に示す、再循環流体用の“源”から分離させるように位置している。二速型のモーター技術に関する当業者には公知なように、この流体源は単に流通口１３ａ（図３参照）でもよく、また双方向モーターの場合には、流体源は他の流通口１３ｂと接続されていてもよい（この場合、流通口１３ｂは流入口として機能する）。このため、シャトルバルブ構成の幾つかのタイプでは、符合６９で概略的に示すように、流通口１３ａ又は１３ｂのいずれも流体源６７と接続される流路と流通する高圧側になるように設けている。尚、これら流体源６７とシフトバルブスプール６１に関する構造と操作の詳細は当業者には公知であって、また本発明にとって本質的な要素ではないため、ここではさらなる説明を行わない。

ここで、図２及び４を主に参照すると、例えばシステムのチャージポンプ７３のような加圧流体源から送られる圧力信号７１を介して、シフトバルブスプール６１は圧縮ばね６３の付勢力に逆らってシフトされることができる。尚、チャージポンプ７３からシフトバルブスプール６１までの流体の流れは、減圧弁（“圧力制御弁”）７５によって制御されるが、この構造の特徴と操作の詳細は本発明にとっては本質的な要素ではなく、またこのことは本発明の範囲を超えているため、ここではさらなる説明を行わない。但し、一部説明を加えると、減圧弁７５は圧力信号７１と交信して圧力を制御することができ、図２（及び図３）に概略的に示した位置から図４に示した位置までシフトバルブスプール６１のシフト操作を制御することができる。ここで、図４に示したシフトバルブスプール６１の位置は、モーター１０の高速度、低トルク（“ＨＳＬＴ”）の操作モードに対応する、第２状態を構成している。このＨＳＬＴ操作モードでは、各流路６５が流体源６７と流通しており、このため、他の流路６５の各々と流通するように、シフトバルブスプール６１は位置している。そして、３つの再循環用の流量室３３Ｒが膨張と縮小を行うに従って、流体は流量室３３Ｒの間を単に往復するように流れて、流路６５と流体源６７を流れる。以上、説明した内容は、商業的に利用されているものについて説明したものであり、この内容は一般的には公知である。

図１と合わせて、図２を主に参照すると、チャージポンプ７３の出口側と流通するように流路８１を設けており、またこの流路を電磁弁（ソレノイドを用いて操作される制御弁）８３の流入口側と流通させている。この電磁弁８３は圧縮ばね８５によって“ノーマル”な操作モード、つまり電磁弁８３が流路８９をシステムリザーバＲと流通させる位置“Ｎ”に付勢されている。この電磁弁８３はソレノイド部８７を用いることで、後述するように、図２に示したノーマルモード“Ｎ”からシフトモードつまり位置（“Ｓ”）までシフトされることができる。尚、電磁弁８３がシフトモード“Ｓ”になると、加圧流体が流路８１から流路８９（図１にも示されている）まで流通するが、この流路はフィッティング（図１にのみ示されている）９１にてモーター１０と流通している。

図１及び２を参照すると、前方のベアリングハウジング２３は環状室９３を定めて、この環状室９３に対して複数の軸方向に延びる流路９５を連絡させており、これら通路９５のうちの一つを各再循環用の流量室３３Ｒ用に用いている。このため、図示した実施形態では、３つの軸方向に延びる流路９５を備えている（このことは図２にも概略的に示している）。但し、このことは例示上、示したものに過ぎないことを理解されたい。尚、本発明に係る利点を十分に得るためには、流路８９は少なくとも再循環用の流量室３３Ｒの各々と流通できなければならないが、但し、本発明の範囲内では、流量室３３の全てと流通できるように流路８９を構成してもよい（この場合、流量室の数は９つの全てになる）ことを理解されたい。

好ましくは、モーター１０と、図２に示したこのモーター用の制御システムは、本発明とともに係属中の出願である、２００２年１０月２９日に出願された、マイケルダブリュ．バルト、マークディー．シュスター、ジョンビー．ヘッケル及びマーヴィンエル．バーンストロームによる、“二速型モーター用のアンチ−キャビテーションシステム”に関する米国特許出願第２８２,６３３号の開示内容に基いて構成される。この米国特許出願は本発明の出願人に譲り受けられており、本明細書では参照文献として包含される。このため、本明細書に包含される、本発明とともに係属中の米国特許出願を考慮して、図２に示した制御システムの特徴の幾つかは以下において簡単に説明するだけにとどめており、本発明を説明する上で技術背景を説明するためだけに記載されていることを理解されたい。

ここで、図２を主に参照すると、制御弁８３がシフトモード“Ｓ”にあるとき、流路８９を介して、チャージポンプ７３から送られる加圧流体を、少なくとも再循環用の流量室３３Ｒ（図４参照）に供給できるようにする。即ち、図１に示したように、流路８９内の加圧流体は環状室９３内を流れて、軸方向に延びる流路９５の各々を通り、対応する再循環用の流量室３３Ｒにさらなる流体を供給できるようにする。尚、制御弁８３がシフトモード“Ｓ”にあるのは、モーターがＨＳＬＴモードからＬＳＨＴモードにシフトされるまで、再循環用の流量室３３Ｒとなる流量室まで、追加の流体を送ることが必要とされる場合に限られる。

真に必要とされ、かつ有益であるときに限り、追加の流体を送れるようにするため、図２に示すように、シフトバルブスプール６１と関連して操作されるようにポジションセンサ９９を設けて、“状態変化”信号として参照される信号１０１を送信できるようにする。この信号は、ＬＳＨＴモードからＨＳＬＴモードまで（又はこの逆で）の状態つまりセンサの変化を示す。この信号１０１は、図２において符合１０３を用いて概略的に示すように、モーターの制御ロジックまで送られる。そして、制御ロジック１０３が状態変化信号１０１を受信し、かつこの信号１０１（例えば、電流やデューティサイクル等）の状態がシフトバルブスプール６１がシフトモード（特に、ＨＳＬＴからＬＳＨＴまでシフトする場合）にあることを示すときに限って、適当な指令信号１０５を電磁弁８３のソレノイド部８７に送り、電磁弁をノーマルモード“Ｎ”からシフトモード“Ｓ”までシフトさせるようにする。このため、制御弁８３は、シフトバルブスプール６１がＨＳＬＴとＬＳＨＴの操作モードの間で変化するときに限り、シフトモード“Ｓ”になる。しかしながら、ポジションセンサ９９は選択的に設けられることができ、シフトスプール６１の位置は、圧縮ばね６３の力とたわみの関係と、パイロット圧力信号７１が指令されたのかを知ることから推測（または算出）できるようにしてもよい。

再度図２を参照すると、図示された制御システムはシフトレバー１０９を備えたシフトモジュール１０７を有しており、車両の運転手がＬＳＨＴモード（図面では、実線で示している）とＨＳＬＴモード（図面では、破線で示している）とを手動的に選択できるようにしている。このシフトレバー１０９の位置により、シフトモジュール１０７からモーターの制御ロジック１０３まで送られる電気入力信号１１１の幾つかの特徴（例えば、電圧や電流やデューティサイクル等）が決定される。また、図５に最良に示されるように、符号１１１を用いて概略的に示される入力信号は、ＬＳＨＴモードからＨＳＬＴモードまで“アップ”するようにモーター１０を指令する信号１１１Ａと、ＨＳＬＴモードからＬＳＨＴモードまで“ダウン”するようにモーター１０を指令する信号１１１Ｂのいずれかを含む。

本発明に関する一つの特徴では、シフトレバー１０９があるモード（ＬＳＨＴ又はＨＳＬＴ）から他方（ＨＳＬＴ又はＬＳＨＴ）に移動するときは常に、入力信号１１１の変化（１１１Ａから１１１Ｂに、またはこの逆）がモーターの制御ロジック１０３によって適当に感知されて、電気指令信号１１３が発生されるようにする。この電気指令信号１１３は減圧弁（又は圧力制御弁）７５のソレノイド部１１５に送られる。尚、この技術分野に関する当業者にとって、減圧弁７５の構造と操作の詳細は公知であり、またこのことは本発明にとっては本質的な要素ではないことを理解されたい。ここで、本発明にとって最も本質的なことは、後述するように、第１信号“レベル”（入力信号１１１Ａに相当する）と第２信号“レベル”（入力信号１１１Ｂに相当する）との間の電気入力信号１１３の変化に応じて、パイロット圧力信号７１を変化させる能力を弁７５が有する点にある。

本発明に係る実施形態では、モーターの制御ロジック１０３は、部品番号“７３１-Ｆ１６１０ＥＮ３９”に該当するビッカース（Ｖｉｃｋｅｒｓ）社の車両用増幅器（ＡＭＰ）を有していてもよい。また、この増幅器内には、番号“ＰＩＣ１６Ｃ７１１-Ｉ/Ｐ”に該当するマイクロチップテクノロジー（ＭｉｃｒｏｃｈｉｐＴｅｃｈｎｏｋｏｇｙ）社によって商業的に市販されているマイクロコントローラーを有していてもよい。但し、このことは例示上、示したに過ぎない。また、勿論、本発明を実施する上で、増幅器に対応したソフトウエアを用いて、後述するように、特的の使用状況や車両に応じて専用にプログラムする必要がある。

本発明に係る実施形態では、後述する本発明の実施形態に関するシフト制御方法の説明と合わせて、図５において符合１１３を用いて概略的に示される指令信号の大きさ（幅）は、圧力制御弁７５から送られるパイロット圧力信号７１と実質的に比例することを理解されたい。このような比例関係は本発明にとって必ずしも本質的なことではないが、しかしながら好ましいとされる。この理由の一つとして、このようにすることで、操作を視覚的に行うことを容易にし、また本発明の実施形態に関するシフト制御方法を効果的にすることが挙げられる。

好ましくは、本発明に係る特徴の一つとして、モーターの制御ロジック１０３に備えるソフトウエアは、車両状態ごとに変化可能な一定の値（“定数”として設定する）、または車両の操作時に（“変数”として）ロジックにより読み取られる値を利用できる。この“定数”の一例として、車両重量や、利用者の好む操作パラメータを挙げることができる。また、“変数”の一例として、瞬間の車両速度を挙げることができる。ここで、自動車や多段変速モーターの技術分野における当業者は、多段変速モーターのシフト操作の制御方法では、車両重量や車両速度のようなファクターやパラメータを考慮しなければならないと確信している。また、これら当業者は、現在の車両の特徴を読み取って理解した後、特定の車両状態用に他の様々な定数や変数を選択して、制御ロジック１０３のソフトウエアに取り込ませることで、この特定の車両状態にとって最適化されたシフト操作が達成されるようにすることが好ましいと信じている。

ここで、図５を主に参照すると、車両の運転手がシフトレバー１０９を図２に示した位置からＨＳＬＴ位置まで移動させると、入力信号１１１Ａが制御ロジック１０３に送られる。本発明に係る実施形態では、制御ロジック１０３が入力信号１１１Ａを受取けると、指令信号を“最小”の信号１１３Ａから“開始信号”１１３Ｂまで変化させる。図５から理解されるように、この最小の信号１１３Ａから開始信号１１３Ｂまでの変化はかなり素早く行われ、特に、圧力信号７１がばね６３の力と等しいか、又はわずかに小さな圧力まで上昇するのとほとんど同時に行われる。換言すると、シフトレバースプール６１は、ＨＳＬＴモードまでのシフト操作の開始を準備する状態まで素早く移動される。

次に、制御ロジック１０３は、指令信号１１３を開始信号１１３Ｂから最大圧力信号７１に相当する“最大”信号１１３Ｃまで変化させるが、この値は、モーター１０をＬＳＨＴモードからＨＳＬＴモードまで十分にシフト操作するために必要とされる値である。本明細書に添付した特許請求の範囲では、開始信号１１３Ｂは上記“第１信号”を含んでいてもよく、また最大信号１１３Ｃは上記“第２信号”を含んでいてもよい。例えば、圧力信号７１は、多くの車両用の推進機構では約４００psi（２７５８KPa）から約５００psi（３４４７.５KPa）の範囲内にある、“チャージ”圧力にほぼ向うように上昇する。但し、このことは、例示上、示したに過ぎない。本発明に係る一つの特徴では、制御ロジック１０３はソフトウエア内に組み込まれた様々な変数と定数を利用して、圧力信号７１を変化させ、そして、特定の車両状態にとって最適であると考えられる時間（図５では“Ｔ１”として示されている）内でＨＳＬＴモードまでシフトさせる。尚、図５では、開始信号１１３Ｂから最大信号１１３Ｃまでの変化（“上昇勾配”として参照可）は線形に変化するように示されているが、この技術分野における当業者であれば、このことは本発明にとって本質的な要素ではなく、例えば、非線形または部分的に線形するように、任意の種類で変化させることは可能であることを理解するであろう。一例を挙げると、制御性と安定性を考慮して、変化の“ゲイン”が遅く開始して、この後、最大信号１１３Ｃに向って急に加速するようにしてもよい。

また、本発明の実施形態に係る発展形として、約８０００ポンド（３６２８.８kg）の重さのスキッドステアーローダー（skid steer loader）上に取付けるために、２段変速のモーターと用いるように制御ロジック１０３をプログラムしてもよい。但し、このことは、例示上、示したに過ぎない。この場合、開始信号１１３Ｂから最大信号１１３Ｃまでの変化（ＬＳＨＴモードからＨＳＬＴモードまでの変化）に要する時間Ｔ１は、約１．０から約１．５秒の間に設定される。

車両の運転中に、運転手がＨＳＬＴモードからＬＳＨＴモードまで戻すようにダウンシフトを行うことが適当であると判断したとき、運転手はシフトレバー１０９を図２に示したＬＳＨＴ位置まで戻すように操作する。このシフトレバー１０９の移動により、入力信号が信号１１１Ａから信号１１１Ｂまで戻される。制御ロジック１０３は、この入力信号の変化（１１１Ａから１１１Ｂへの変化）に応じて、指令信号を最大信号１１３Ｃから“アッパー（上方）”信号１１３Ｄまで速やかに減少させる。この信号１１３Ｄは、システムのヒステリシスのおそれを考慮に入れて選択されたものであり、シフトバルブスプール６１を依然として再循環モードにさせながらも、図２に示した位置までまさに戻す位置に相当する。尚、本発明の目的上、次の制御ステップを行う前に、指令信号を最大信号１１３Ｃのレベルからアッパー信号１１３Ｄのレベルまで減少させることは、選択的なものであることを理解されたい。

圧力信号７１をアッパー信号１１３Ｄに相当する圧力まで減少させた後、制御ロジック１０３は次に、本発明に係る非常に重要な特徴に従って、ソフトウエアに組み込まれた変数と定数を利用して、特定の車両状態にとって最適となるように、指令信号をアッパー信号１１３Ｄから、“ロアー（下方）”信号１１３Ｅまで変化させる。本明細書に添付した特許請求の範囲では、アッパー信号１１３Ｄは“第２信号”を含んでいてもよく、またロアー信号１１３Ｅは上記“第１信号”を含んでいてもよい（つまり、上記“第１状態”までシフト操作すると参照できる）。図５から理解できるように、アッパー信号１１３Ｄからロアー信号１１３Ｅまでの変化（“下降勾配”として参照可）は、好ましくは上昇勾配の時間Ｔ１よりも長い時間間隔Ｔ２にわたって行われる。本発明に係る実施形態では、上述したようにスキッドステアーローダーと組み合わせて使用される場合、アッパー信号１１３Ｄからロアー信号１１３Ｅまで（ＨＳＬＴモードからＬＳＨＴモードまで）の変化（下降勾配）に要する時間Ｔ２は、制御ロジック１０３内では約１．５から約３．０秒の間に設定される。但し、このことは、例示上、示したに過ぎない。

また、図５から理解されるように、ロアー信号１１３Ｅは開始信号１１３Ｂにほぼ相当するため（これを理由の一つとして、添付した特許請求の範囲では、これら双方とも“第１信号”として参照できる）、下降勾配の最後では、圧力信号７１は再度ばね６３の力とほぼ等しくなり（又は、わずかに小さくなる）、シフトバルブスプール６１を図２に概略的に示した位置まで確実に戻せるようにする。また、必要があれば、下降勾配時間Ｔ２にわたって、指令信号をロアー信号１１３Ｅまで減少させた後、この値をさらに最小信号１１３Ａのレベルにほぼ相当するまで減少させて、シフトバルブスプール６１が図２に示した非再循環位置にとどまることを確実にしてもよい。

尚、制御技術分野における当業者であれば、図５に示したグラフは、信号１１１、１１３を電流値として示しているが、上述した様々な傾斜させる操作は、電圧値として量化できることを理解するであろう。しかしながら、ここで電流値として示した信号は、ソレノイド部１１５内のコイルの温度のようなシステムの変数を補正させることがないことを理解されたい。

以上、添付した図を参照して、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明の明細書等を読解することで、当該分野における通常の知識を有する者ならば、本発明に対して様々に変形及び修正を行うことは可能であると思料される。しかしながら、これら変形及び修正は、全て、添付した特許請求の範囲内におさまる限り、本発明の範囲内にあることを理解されたい。

本発明の実施形態に係る改良された制御方法を利用することができる低速度、高トルクのジェローターモーターの軸方向断面図である。図１に示したジェローターモーターをシフト操作するための制御システム全体の油圧回路を概略的に示す図である。本発明の実施形態に係る改良された制御方法を利用することができるシフト操作可能のジェローターモーターを示す概略図であり、モーターがＬＳＨＴモードにあるときを示す図である。図３と同様にジェローターモーターを示す概略図であり、モーターがＨＳＬＴモードにあるときを示す図である。本発明の実施形態に係る改良された制御方法に従って、車両の運転手からの入力信号と、制御弁に送られる指令信号の双方を時間の関数としてグラフ状に示した図である。

符号の説明

１０流体圧力装置（ジェローターモーター）
１９モーターバルブ手段（バルブプレート）
２１流体排出機構（ジェローターギヤセット）
３３流量室（チャンバ）
４３モーターバルブ手段（プラグ部）
６１シフトバルブ手段（シフトバルブスプール）
７１パイロット圧力信号
７３加圧流体源（チャージポンプ）
７５圧力制御弁（減圧弁）

Claims

第１速度比（図３参照）と第２速度比（図４参照）間で、多段変速型の流体圧力装置（１０）をシフト操作するための制御方法であって、前記装置（１０）は複数の膨張する流量室（３３Ｅ）と縮小する流量室（３３Ｃ）を定める流体排出機構（２１）と、前記第１速度比（図３参照）では前記流量室を往復させるように流体を流通させるモーターバルブ手段（１９、４３）と、第１状態では前記第１速度比を構成し、第２状態では複数の前記流量室を再循環する流量室（３３Ｒ）として連絡させることで前記第２速度比（図４参照）を構成するシフトバルブ手段（６１）とを備え、前記方法はパイロット圧力信号（７１）の第１圧力と第２圧力間の変化に応じて前記第１状態と前記第２状態間で前記シフトバルブ手段（６１）をシフトさせるステップを有し、さらに、前記方法は、
（ａ）加圧流体源（７３）と流通するように圧力制御弁（７５）を備えて、電気指令信号（１１３）の第１信号（１１３Ｂ）と第２信号（１１３Ｃ）間での変化に応じて、前記シフトバルブ手段（６１）に前記パイロット圧力信号（７１）を送るように前記圧力制御弁（７５）を構成し、
（ｂ）前記第２状態（図４参照）までのシフトが指令されたとき、第１時間間隔（Ｔ１）にわたって、前記電気指令信号（１１３）を前記第１信号（１１３Ｂ）から前記第２信号（１１３Ｃ）まで変化させ、
（ｃ）前記第１状態（図３参照）までのシフトが指令されたとき、前記第１時間間隔（Ｔ１）よりも長い第２時間間隔（Ｔ２）にわたって、前記電気指令信号（１１３）を前記第２信号（１１３Ｄ）から前記第１信号（１１３Ｅ）まで変化させる、各ステップを有することを特徴とする方法。
前記第１速度比（図３参照）は前記シフトバルブ手段（６１）の前記第１状態に相当する、低速度、高トルク状態を構成し、かつ前記第２速度比（図４参照）は前記シフトバルブ手段（６１）の前記第２状態に相当する、高速度、低トルク状態を構成することを特徴とする請求項１に記載の方法。