JP2006002774A - 電気駆動機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気駆動機械の制御方法を提供する。
【解決手段】 エンジンと、作業機械が特定の対地速度で地形面を横断可能となるような動力を提供する電動機とを備える電気駆動作業機械を制御する方法が提供される。一実施形態では、本方法は、作業機械を後退ギヤサイクルで動作させる、作業機械の後退方向の移動を検出するステップを含み得る。さらに、本方法は、後退ギヤサイクル中に作業機械の対地速度を減速することなく、検出された後退方向の移動に基づいて、エンジンの現在速度を減速するエンジン速度減速処理を実行するステップを含み得る。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般に、電気駆動機械に関し、より詳しくは、電気駆動作業機械のエンジン速度を制御するシステム及び方法に関する。

化石燃料の消費の増加は、これらの資源の供給の減少と相まって、電気駆動機械の実施を誘発している。かかる機械は、電力及び／又は内燃力の組み合わせを機械の駆動系統に提供し、燃料消費量を低減するように設計され得るものである。構造によっては、エンジンが発電機に動力を供給し、この発電機が電力をバッテリ装置及び電動機に供給するものがある。一般に、電動機は、作業機械の車輪又は走行機構（例えば、履帯式トラクターのスプロケットなど）を駆動するように構成される。また、他の種類の電気駆動機械においては、エンジンと電動機の両方が作業機械の走行機構に動力を提供することができるものもある。

さらに、電気駆動機械の発展によって、電動機及び／又はエンジンにより生じる動力を制御する新たな種類の制御システムがもたらされている。一般に、従来の電気駆動機械用の制御システムでは、作業機械の性能効率を向上するため、様々な機械動作条件及び動作パラメータを用いて、作業機械のエンジン及び／又は電動機の動作を調整している。

従来のシステムは、電気駆動機械のエンジンを制御し得るが、かかる制御は、自動車により受けた作業負荷に対して予想された変化に基づいている。したがって、これらのシステムには、作業機械のモータにより受けた負荷を相殺するために、エンジンの動作に施すべき適切な調整を決定し得る広範囲な処理能力が求められることがある。かかる処理は、多くの方向移動及び速度変動を要する繰り返し運動を作業機械が行うような作業環境では、時折実行可能でない。そこで、このような条件で作業機械により受けた損失を低減するため、作業機械の速度又は方向性の変動を考慮する幾つかの制御システムが開発されてきている。かかるシステムの１つとして米国特許公報（特許文献１）に開示されたものでは、作業機械が後退している場合に、又は補助部品がアイドル状態で動作する場合に、又は電動機が作業機械の駆動に独占的に用いられる場合に、電気駆動機械のエンジンの燃料供給を遮断するように制御システムを用いている。米国特許公報（特許文献１）の制御システムは、エンジンの停止に続いてエンジンの圧力が減り、エンジンのポンプ損失を低減する。これにより、エンジンの停止により生じ得る電動機への抗力が減少する。

米国特許公報（特許文献１）に記載されたシステムは、電気駆動機械の効率を向上させるために制御システムを用いているが、これはまた、エンジンの停止を必要とする様式でかかる動作を行っている。このため、自動車は、後退している間では移動性について電動機に依存する。さらに、米国特許公報（特許文献１）では、他の従来の電気駆動制御システムと同様に、方向移動中における超過速度限界状態を考慮していない。したがって、特定の方向移動状態中に燃料効率及び超過速度限界能力を向上するためには、複雑な処理や抜本的な機械的変更を施すことなく方向移動に基づいてエンジンを制御する電気駆動制御システムが必要である。

米国特許第５，７２５，０６４号明細書

開示された実施形態と一貫性のある方法、システム、及び製品は、上述した課題のうちの１つ以上を解決することに関する。

エンジンと、作業機械が特定の対地速度で地形面を横断可能となるような動力を提供する電動機とを備える電気駆動作業機械を制御する方法が提供される。一実施形態では、本方法は、作業機械を後退方向に走行させる、作業機械の後退方向の移動を検出するステップを含み得る。さらに、本方法は、後退方向に走行中に、作業機械の対地速度を減速することなく、検出された後退方向の移動に基づいてエンジンの現在速度を減速するエンジン速度減速処理を実行するステップを含み得る。

他の実施形態では、電気駆動作業機械を制御するシステムが提供される。このシステムは、エンジンと、作業機械が特定の対地速度で地形面を横断可能となるような動力を走行機構に提供する電動機と、エンジン制御システムとを備え得る。このエンジン制御システムは、作業機械が当該作業機械を後退方向に動作させる後退方向の移動を行う時期を決定するように構成され得る。この検出された方向移動に基づいて、エンジン制御システムは、エンジンの現在速度から調整されたエンジン速度までエンジン速度を減速させるエンジン制御信号を、エンジンに送信し得る。

以下、添付図面に示された特定の実施形態について、詳細を説明する。なお、可能である限り、図面中の同一の参照番号は、同一又は類似部分に言及するために用いるものとする。

図１Ａは、履帯式作業機械として図示されているが、例示的作業機械１００を示している。この作業機械は、作業器具１０２を装備し、資材のはぎ取り、均し、及び移動などの多様な製造動作を実行することができる。作業機械１００は、操作者が作業機械１００を動作させるのに位置する操作者用の運転室１０４を備え得る。作業器具１０２は、リッパ１０６及びドージング作業用のブレード１０８として図示されているが、任意の種類の作業器具（例えば、ドーザブレード、バケット、フォークなど）が作業機械１００により実施され利用され得ること、或いは、全く何も作業機械１００により実施され利用されないこともあることは、理解されるべきである。また、作業機械１００は、地面に係合し、水平又は傾斜した地形で前進方向及び後退方向に動作可能であるトラック１０３などの走行機構をも含み得る。

さらに、作業機械１００は、履帯式トラクター機械として図示されているが、例えば、採鉱、建設、農業などの特定の産業に関連した少なくとも１つの動作を実行し、作業環境（例えば、建設現場、鉱山現場、発電所など）間、又はその中で動作する、任意の種類の移動式機械であっても良い。また、作業機械１００は、非工業的な設定に用いるための移動式機械（例えば、個人用の機械）であっても良い。作業機械１００は、例えば、トラック、クレーン、土工車、採鉱車、バックホー、材料管理装置、農器具などの業務用機械、及び、業務上の又は工業的な環境で動作する他の種類の機械をも表し得る。一実施形態では、作業機械１００は、作業機械１００の駆動系統に少なくともいくらかの動力を提供する電動機を備える電気駆動作業機械である。

また、特定の実施形態によれば、作業機械１００は、前進方向と後退方向の繰り返しの移行を作業実行中に要するような作業を実行する機械とし得る。例えば、作業機械１００は、操作過程中に前方向及び後ろ方向に連続して作業機械１００を移動させることにより、作業器具１０２を用いて操作者により資材又は地形に操作を施すのに用いられ得る、履帯式機械として図示されている。

図１Ｂは、特定の実施形態と一貫性のある特定の機能を実行するように構成され得る作業機械１００の特定の構成部品を示すブロック図である。図示するように、作業機械１００は、実装データリンク１０５と、作業機械制御システム１１０と、エンジン制御システム１２０と、エンジン１３０と、発電機１４０と、電動機１５０と、走行機構１５５と、１つ以上のセンサー１６０及び１６２とを少なくとも備え得る。

実装データリンク１０５は、作業機械１００に含まれた複数のモジュールを相互に接続する１つ以上の独占下にある及び／又はそうではないデータリンクを表している。一実施形態では、データリンク１０５は、米国自動車技術者協会（ＳＡＥ）Ｊ１９３９、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）などの標準データリンクを表し得る。

制御システム１１０は、作業機械１００及び／又は作業機械１００の構成部品の特定の制御機能を実行するように構成された１つ以上のシステム、装置、及び／又は機構を表している。この制御システム１１０は、１つ以上のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの構成要素により実行され得る。特定の実施形態では、制御システム１１０は、他の形態の制御モジュールも実施され得るが、作業機械１００に組み込まれたエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）であっても良い。さらに、制御システム１１０は、作業機械１００内の１つ以上のセンサーからセンサー信号を受信し、他の制御システムを含む作業機械１００の１つ以上の他の素子を制御するための命令を生成し得る。

エンジン制御システム１２０は、作業機械１００及び／又はエンジン１３０などの作業機械１００の構成部品の特定の制御機能を実行するように構成された１つ以上のシステム、装置、及び／又は機構を表している。このエンジン制御システム１２０は、１つ以上のハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの構成要素により実行され得る。特定の実施形態では、エンジン制御システム１２０は、他の形態の制御モジュールも実施され得るが、作業機械１００に組み込まれたＥＣＵであっても良い。エンジン制御システム１２０は、制御システム１１０から信号及び命令を受信し得る。これらの信号及び命令に基づいて、エンジン制御システム１２０は、エンジン１３０の動作を制御するための１つ以上の信号を発生し得る。

エンジン１３０は、作業機械１００及びその構成部品に対して動力を供給するエンジンを表している。エンジン１３０は、シャフトなどの動力伝達機構を通して作業機械１００の他の構成部品に動力を生成及び伝達するディーゼルエンジン（他の種類のエンジンも想定されるが）とし得る。

電動機１５０は、発電機１４０から受け取った電力を、１つ以上の地面走行機構１５５を駆動する動力へと変換するモータを表している。これら発電機１４０及び電動機１５０は合わせて、作業機械１００用の駆動系統システム１５２を表し得る。なお、このシステムには、追加の構成部品（図示せず）も含まれ得る。

地面走行機構１５５は、作業機械１００をある種類の地形面（すなわち、地表地形、地下表面、海底面など）上を走行可能とさせる１つ以上の種類の機械的な構成部品を表し得る。このような構成部品は、車輪、車軸、トラック、トラックに関連するスプロケットなどを含み得る。作業機械１００が地形面を走行すると、１つ以上のセンサー１６０は、作業機械の速度を反映する速度信号を測定し、収集し、制御システム１１０に送信し得る。センサー１６０は、制御システム１１０からの要求に対応して、速度信号を制御システム１１０に送信し得る。或いは、センサー１６０は、周期的に、又は、速度の増加や減速事象などの機械側の事象に対応して、かかる速度信号を送信するように構成され得る。さらに、作業機械１００は、走行中に方向を変更し得る。センサー１６２は、エンジン１３０、変速機（図示せず）、走行機構１５５などの多様な構成部品を通して、作業機械１００の方向移動を検出する装置となり得る。センサー１６２は、１つ以上の方向移動信号を、制御システム１１０に直接的又は間接的に送信するように構成され得る。これに代えて又は加えて、センサー１６２は、方向移動信号を、次に続く処理のためのエンジン制御システム１２０に送信し得る。

また、これに加えて又は代えて、作業機械１００は、作業機械１００の方向に関する操作者の入力に基づき、方向移動を検出し得る。例えば、操作者が操作者側の入力部（例えば、作業機械１００の運転室内の前進又は後退方向機構）を通して作業機械１００の方向を変更した場合には、この方向移動を示す１つ以上の信号は、制御システム１１０、又は駆動系統システム１５２に関連する制御システムに提供され得る。さらに、作業機械１００は、作業機械１００の方向を反映する電動機１５０内の構成部品の位置を監視するセンサーを備え得る。この電動機用センサーは、作業機械１００の方向を決定するため、制御システム１１０、又は駆動系統システム１５２と関連する制御システムに、これら信号を送信し得る。

他の実施形態では、センサー１６２は、エンジン１３０からのエンジン速度情報を監視し収集するセンサー装置をも備え得る。センサー１６２は、この情報をエンジン速度信号の形態で制御システム１１０及び／又はエンジン制御システム１２０に送信し、開示された特定の実施形態と一貫性のある処理を実行する。さらに、作業機械１００は、作業機械１００の対地速度に比例する走行機構１５５に用いられた車軸の回転速度を測定するセンサー、又は、作業機械１００の他の構成部品を通して作業機械１００の実際の対地速度を測定可能である類似のセンサーを備え得る。

特定の実施形態では、制御システム１１０は、作業機械１００の１つ以上の構成部品に、これら構成部品の動作を制御するための１つ以上の命令を送信する。例えば、制御システム１１０は、センサー１６０及び／又は１６２から送信又は収集された信号に対応して、命令をエンジン制御システム１２０に送信し得る。

エンジン制御システム１２０は、作業機械１００に対して標準的なエンジン制御ユニット機能を実行するように構成され得る。加えて、エンジン制御システム１２０は、特定の実施形態と一貫性のある１つ以上のエンジン制御処理を始動し実行するように構成され得る。図２は、これら実施形態に係る例示的エンジン制御システム１２０を示している。図示するように、エンジン制御システム１２０は、処理装置２１２、メモリ２１４、センサーインターフェース２１６、及びデータリンクインターフェース２１８を備え得る。

処理装置２１２は、特定の通信、制御、及び健全性試験機能を実行するために、エンジン制御システム１２０により用いられた１つ以上のロジック及び／又は処理部品を表し得る。例えば、処理装置２１２は、エンジン制御システム１２０内、及び／又はその外部の装置間にて、情報を転送するように構成され得る。さらに、処理装置２１２は、メモリ２１４などの記憶装置からの実行指示を実行するように構成され得る。図２は、単一の処理装置を示しているが、エンジン制御システム１２０は、１つ以上の一般向けの処理装置及び／又は特殊目的の処理装置（例えば、ＡＳＩＣＳ）などの複数の処理装置を含んでも良い。また、処理装置２１２は、例えば、コプロセッサ、メモリ、レジスタ、並びに必要に応じて他の処理装置及びシステムのうちの１つ以上も含み得る。

特定の実施形態では、処理装置２１２の機能性は、集積マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ内で具現化され得る。このようなマイクロコントローラは、例えば、集積ＣＰＵ、メモリ、及び１つ以上の周辺装置を備え得る。また、実施によっては、エンジン制御システム１２０は、処理装置２１２及びメモリ２１４に加えて又はその代わりに、マイクロチップＰＩＣ、８０５１、インテル８０１９６、モトローラ６８ＨＣｘｘシリーズのマイクロコントローラなどの１つ以上のマイクロコントローラを含み得る。

メモリ２１４は、情報を保存可能とする１つ以上のシステム及び／又は機構を表し得る。メモリ２１４は、ＲＡＭ（読取り書込み記憶装置）、ＲＯＭ（読取り専用記憶装置）、光磁気記憶素子、有機記憶素子、オーディオディスク、及びビデオディスクなどの様々な構成部品及び／又はサブシステムとして具現化され得る。特定の実施形態では、メモリ２１４は、ＥＰＲＯＭ（消去及びプログラム可能読取り専用記憶装置）、及びＥＥＰＲＯＭ（電気的消去及びプログラム可能読取り専用記憶装置）などの１つ以上のプログラム可能、消去可能、及び／又は再利用可能な記憶部品を含み得る。また、メモリ２１４は、フラッシュメモリ（すなわち、フラッシュＲＡＭ）などのブロック単位で消去及びプログラム可能となされる常時電源の供給された不揮発性メモリも備え得る。メモリ２１４は、プログラムコードを保存するためなどの処理装置２１２用の予備メモリを提供し得る。例えば、メモリ２１４は、通信、カーネル、及びデバイスドライバ用のプログラムコード、構造情報、並びにエンジン制御システム１２０内に実装され得る他のアプリケーションを含み得る。なお、単一のメモリが図示されているが、メモリは、エンジン制御システム１２０内で任意数含まれていても良く、各メモリは、別個の機能を実行するように構成されても良い。一実施形態では、メモリ２１４は、処理装置２１２により実行された際に、特定の実施形態と一貫性のある１つ以上のエンジン制御処理を実行するプログラムコードを含み得る。

センサーインターフェース２１６は、作業機械１００の１つ以上の対応する構成部品と関連する１つ以上のセンサー装置（例えば、センサー１６０、１６２）の各々から１つ以上のセンサー信号を受信するように構成された任意の装置であっても良い。一実施形態では、エンジン制御システム１２０は、センサーインターフェース２１６で受け取った信号を取り出し、これら信号を次に続く処理のために処理装置２１２及び／又はメモリ２１４に提供する。この代わりに、エンジン制御システム１２０は、データリンク（例えば、データリンク１０５）及びデータリンクインターフェース２１８を介してセンサー信号を受け取るものであっても良い。

データリンクインターフェース２１８は、１つ以上のデータリンク（例えば、データリンク１０５）をエンジン制御システム１２０と相互に接続する１つ以上のインターフェース装置を表し得る。データリンクインターフェース２１８は、独占下にあるデータリンクと独占下にないデータリンクとに接続し得る。一実施形態では、データリンクインターフェース２１８は、単独接続が複式接続であるかのように動作可能となる仮想（例えば、ソフトウェアベースの）ポートを含み得る。

開示された特定の実施形態と一貫性のある方法及びシステムによれば、エンジン制御システム１２０は、作業機械の制御動作及び処理を実行することができる。一実施形態では、作業機械１００は、エンジン１３０、電動機１５０などの１つ以上の作業機械の構成部品への直接的又は間接的な作用を通して、作業機械１００の性能効率を向上する１つ以上の処理を実行し得る。例えば、作業機械１００は、後退方向などの特定の方向に走行しながら、エンジン１３０及び／又は他の構成部品の動作を調整し得る。

作業機械１００は、動作中に、様々な種類の負荷を扱いながら、多様な対地速度、エンジン速度、方向などで作業関連業務（例えば、走行、土壌の牽引、移動など）を行い得る。場合によっては、作業機械１００は、循環的な作業動作を実行し得る。例えば、作業機械１００は、特定の種類の負荷を移動又は牽引しながら方向及びエンジン速度を繰り返し変化させ得る。具体的には、履帯式トラクター機械が負荷（例えば、土壌）を押し出しながら前進方向に移動し、次いでほとんど又は全く外部の負荷を受けずに後退し、再び負荷を押すために前進方向に移動する場合などが挙げられる。このような周期的な処理は、作業機械１００により実行される作業の種類、及び／又は作業機械１００が動作し得る作業環境の種類によって、一日中、場合によっては一昼夜、繰り返されることがある。一実施形態では、作業機械１００は、かかる作業関連業務を実行しながら作業機械１００が行い得る方向移動、負荷、及び／又はエンジン速度変化を考慮した１つ以上の制御処理を実行するように構成され得る。

図３は、エンジン制御システム１２０及び／又は作業機械１００の他の素子により実行され得る例示的な後退制御処理を示すフローチャートである。上述したように、作業機械１００は、１つ以上の作業を実行しながら、多数回に亘って方向を変化し得る。したがって、一実施形態では、エンジン制御システム１２０、制御システム１１０、又は他の制御システム（例えば、駆動系統システム１５２に関連する制御システム）は、作業機械１００が後退方向に方向移動を行う時期を検出する（ステップ３１０）ように構成され得る。かかる変化を検出するため、制御システム１１０は、作業機械１００が、後退方向に、すなわち方向移動を後退方向に向けさせる動作モードに移動したことを示す方向移動信号を、センサー１６２から受け取り得る。センサー１６２は、方向を変化させるスプロケットの回転などの走行機構１５５から収集された情報に基づいて、又は、変速機（図示せず）から収集された情報に基づいて、又は操作者が作業機械１００の方向を後退方向に移動させたことを反映する信号を提供するユーザインターフェース構成部品に基づいて、方向移動信号を発生し得る。なお、上述した例は、限定を意図するものではなく、作業機械１００が後退方向の移動を行った時期を検出する方法としては、他の方法も実施し得る。

制御システム１１０は、一旦、センサー１６２から方向移動信号を受信すると、あるメッセージを生成し、これをデータリンク１０５を介してエンジン制御システム１２０に送信し得る。このメッセージは、方向移動を反映する情報を含み得る。この代わりに、センサー１６２は、直接的（センサーインターフェース２１６を介して）、又はデータリンク１０５及びデータリンクインターフェース２１８を通して、間接的に、方向移動信号をエンジン制御システム１２０に送信し得る。エンジン制御システム１２０は、一旦この信号を受信すると、メモリ２１４に記憶された後退制御プログラムを実行し得る。一実施形態では、後退制御プログラムは、エンジン制御システム１２０が速度パラメータモードで構成されているか否かを判定する処理を実行し得る（ステップ３２０）。ここで、速度パラメータモードは、エンジン制御システム１２０が作業機械１００の速度（例えば、ｍｐｈ）及び／又はエンジン１３０の速度（例えば、ＲＰＭ）に基づいてエンジン１３０の動作に調整を施すことができる動作モードとし得る。エンジン制御システム１２０が速度パラメータモードで構成されていない場合（ステップ３２０にてＮＯの場合）には、後退制御処理は、後述するステップ３７０に進む。他方、エンジン制御システム１２０が速度パラメータモードで構成されている場合（ステップ３２０にてＹＥＳの場合）には、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００の対地速度が後退方向に走行しながら所定のしきい値を超えるか否かを判定し得る（ステップ３３０）。

一実施形態では、エンジン制御システム１２０は、センサー１６０を通して作業機械の対地速度を決定し得る。例えば、作業機械が地形面を横断して走行する場合には、センサー１６０は、対地速度を示す対地速度情報を走行機構１５５から収集し得る。センサー１６０は、この情報を、データリンク１０５を介して運搬されるメッセージの形態でエンジン制御システム１２０に転送するため、制御システム１１０に送信し得る。この代わりに、センサー１６０は、センサーインターフェース２１６を通して、又はデータリンクインターフェース２１８を通して間接的に、エンジン制御システム１２０に速度信号を送信し得る。作業機械１００は、対地速度を決定するための異なる技術及び構成部品を実施し得る。例えば、一実施形態では、エンジン制御システム１２０（又は制御システム１１０）は、ステップ３１０で実行されるように、方向移動を検出した際に速度センサーデータをセンサー１６０から要求するように構成され得る。この代わりに、対地速度は、駆動系統システム１５２に接続されたトルク変換装置の出力軸の回転速度に関連する信号を提供するセンサーによって決定されても良い。

一旦、作業機械１００の対地速度が決定されると、エンジン制御システム１２０は、この速度と、メモリ２１４にプログラムされた所定の対地速度しきい値とを比較し得る。この対地速度しきい値は、ユーザ、コンピュータ実行プログラム、又はユーザとコンピュータ実行処理との組み合わせにより決定された値とし得る。さらに、対地速度しきい値は、作業機械１００の１つ以上の構成部品と関連する１つ以上の規格に基づき得る。

一実施形態では、作業機械１００の操作者、又は他のユーザは、作業機械１００により幾つかの作業を実行する前、又はその間に、最大又は所望の後退方向の対地速度を選択し得る。操作者又はユーザは、所望の対地速度値を選択するために、作業機械１００内のユーザインターフェース構成部品を使用し得る。インターフェース構成部品は、アナログ、又はデジタルベースの何れでも良く、ユーザ又は操作者が作業機械１００用の後退方向の最大対地速度値を選択及び変更するような機構を提供する。一旦、最大対地速度値が選択されると、作業機械１００は、コンピュータ処理を実行して、操作者又はユーザにより選択された値に基づいて、対地速度しきい値を決定し得る。一実施形態では、作業機械１００は、操作者又はユーザにより選択された最大対地速度値の特定のパーセントに基づいて対地速度しきい値を決定し得る。このため、最大対地速度を７ｍｐｈとして選択すると、作業機械１００は、この７ｍｐｈ値のあるパーセントとして、例えば、８０％である５．６ｍｐｈとして、対地速度しきい値を決定し得る。

上記の対地速度値は、単なる例示であり、限定を意図していない。作業機械１００は、最大対地速度値及び／又はパーセント値を用いて、多くの異なる値をとる対地速度しきい値を決定することが可能となる。さらに、開示された実施形態では、対地速度しきい値が他の入力値又は信号に基づいて決定されても良い。例えば、ユーザ又は操作者は、作業機械１００内のインターフェース装置を用いて、対地速度しきい値を手動で選択し得る。さらに、対地速度しきい値は、ＲＰＭ単位のエンジン速度値などの他の種類の値に基づいて決定されても良い。このため、ユーザ又はコンピュータ処理は、作業機械１００内のインターフェース装置を用いて最大エンジン速度を選択し得るものであり、対地速度しきい値は、この選択された最大エンジン速度値からこれに基づいて決定されても良い。

ステップ３３０に戻り、作業機械１００の対地速度がしきい値を超えないと作業機械１００により判定された場合（ステップ３３０にてＮＯの場合）には、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００が前進方向への方向移動を行ったか否かを判定し得る（ステップ３４０）。作業機械１００は、ステップ３１０に関連して上述したように、方向移動が生じた時期を決定するための多様な技術及び構成部品を用い得る。例えば、前進方向から後退方向（或いは、後退方向から前進方向）への手動変化に関連する操作者の入力を示す信号は、エンジン制御システム１２０又は制御システム１１０に提供され、方向移動を判定し得る。この代わりに、電動機１５０、走行機構１５５などの多様な構成部品からのセンサー信号が方向移動を反映するようにしても良い。制御システム１２０又は１１０は、これらセンサー信号を受信して、作業機械１００の方向移動の変化を検出し得る。

前進方向の方向移動が検出されない場合（ステップ３４０にてＮＯの場合）には、後退制御処理がステップ３２０で引き続き行われる。しかしながら、前進方向への方向移動が検出される場合（ステップ３４０にてＹＥＳの場合）には、後退制御処理が終了する。

この代わりに、方向移動の検出に代えて又はそれに加えて、後退制御処理は、作業機械１００の特定の対地速度値、又はある範囲の対地速度値に基づいて、ステップ３４０にて終了し得る。例えば、作業機械１００が後退方向に走行しながら減速した際に、制御システム（例えば、制御システム１１０、１２０、又は駆動系統システム１５２に関連するシステム）は、作業機械１００の対地速度が特定の値に達したか、或いは特定の範囲の値内にあるかを判定し得る。そして、この判定に基づいて、作業機械１００は、後退制御処理を終了し得る。例えば、作業機械１００が後退方向に走行しながら、特定の値未満か、又はある範囲の値内（例えば、．２５又は０ｍｐｈ、又は、０〜．２５ｍｐｈ）に対地速度を減速すると、作業機械１００は、当該作業機械が方向移動状態に近づき得ることを判定し得るものであり、これにより、前進方向への方向移動を見越して、後退制御処理を終了する。ここで、方向移動を検出する、或いは、後退制御処理の終了状態を決定する追加的又は他の方法を、作業機械１００により実施しても良い。

ステップ３３０に戻り、エンジン制御システム１２０が、作業機械１００の対地速度がしきい値を超えたと判定した場合（ステップ３３０にてＹＥＳの場合）には、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００が後退方向に走行しながら負荷を受けているか否かを判定し得る（ステップ３５０）。受けた負荷は、作業機械１００の動作による外部又は内部状態の変化に関連し得る。例えば、負荷は、作業機械１００が走行し得る坂道などの傾斜勾配の変化に基づいて生じ得る。この代わりに又は加えて、作業機械１００は、後退方向に走行しながら、１つ以上の作業素子１０２を用いて特定の作業を実行することにより、例えば、作業素子１０２を用いて負荷（土壌、資材など）の押し出し、引っ張り、及び運搬などをして、負荷を受け得る。なお、これは、作業機械１００が、水平な地形上で、或いは牽引、引きずり、引っ張りなどの数種類の外部作業を実行することなく、後退するような状態とは識別される。かかる状態に基づいて、作業機械１００の特定の構成部品は、結果的に作業機械１００が負荷の変化を受けるような動作を実行し得る。例えば、作業機械１００は、ステアリングポンプからのステアリング負荷、引張棒の負荷、他の任意の種類の負荷を受け得る。ここで、他の任意の種類の負荷とは、地形変化、作業機械１００が後退方向に走行しながら実行する動作種類の変更、及び／又は作業機械１００内の１つ以上の構成部品の動作の結果として生じ得るものである。

特定の実施形態では、作業機械１００は、地形の勾配変化、作業機械１００の重量変化、作業素子１０２などの作業部品の角度変化、更には、実行されている作業によるエンジン速度の増加を検出する１つ以上のセンサー（図示せず）を用いて、負荷を検出し得る。例えば、作業機械１００は、エンジン１３０の速度がＲＰＭ単位の所定値よりも低下するか、又はそれを超える時期を検出するように構成され得る。これらの検出した速度変化に基づいて、作業機械１００は、作業機械１００が負荷を受けていると判定し得る。この代わりに又は加えて、作業機械１００は、燃料供給システムによりエンジン１３０に提供された燃料の量が、所定値を超えて、或いはある範囲の値内で増加する場合に、負荷を検出し得る。なお、負荷が生じる時期を決定するためには、作業機械１００により他の方法及びシステムを実施しても良く、上述した例は、限定を意図していない。

ステップ３５０に戻り、作業機械１００が後退中に負荷を受けていないとエンジン制御システム１２０により判定された場合（ステップ３５０にてＮＯの場合）には、後退制御処理は、後述するステップ３７０に続く。一方、負荷が検出された場合（ステップ３５０にてＹＥＳの場合）には、エンジン制御システム１２０は、後退制御処理を不能とし、作業機械１００が検出された負荷を扱うのに必要なだけの動力（例えば、全動力）を伝達する（ステップ３６０）ように構成され得る。一実施形態では、エンジン制御システム１２０は、前進走行方向への方向移動が生じたか否かを判定する（ステップ３４０）ように、後退制御処理を一時的に不能とし得る。そのような場合には、後退制御処理は、終了する。また、前進方向の移動が検出されない場合には、後退制御処理は、ステップ３２０にて継続する。

上記で説明したように、エンジン制御システム１２０が後退方向に走行中に負荷がかからないと判定した場合には、エンジン１３０の速度は、開示された実施形態と一貫性のある方法で調整され得る（ステップ３７０）。例えば、エンジン制御システム１２０が、作業機械１００の対地速度がしきい値（例えば、５ｍｐｈ）を超えると判定する場合には、システム１２０は、エンジン１３０の速度を減速するエンジン制御信号を発生し、これによりエンジン１３０で生じた動力量を低減し得る。一実施形態では、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００に関連する１つ以上のパラメータに基づいて動作すべきエンジン１３０の速度を決定するようなプログラムを実行し得る。例えば、エンジン制御システム１２０は、エンジン１３０の現在速度、電動機１５０により生じる現在動力、作業機械１００の現在の対地速度などに基づいて、エンジン１３０の速度を調整し得る。これに加えて又は代えて、エンジン制御システム１２０は、エンジン速度とこれら１つ以上の他のパラメータとの間のデータ関係を含むメモリ２１４に記憶されたデータ構造（例えば、テーブル、配列、マップなど）にアクセスし得る。例えば、エンジン制御システム１２０は、対地速度に対するエンジンの回転数と速度調整因子との間のデータ関係を反映する性能マップを含む、メモリ２１４に記憶されたテーブルにアクセスし得る。このため、例えば、作業機械１００が６ｍｐｈで後退している間にエンジン１３０が１９５０ＲＰＭで動作する場合には、このマップは、エンジン速度が１５００ＲＰＭまで、すなわち４５０ＲＰＭ分減速されるべきであることを示し得る。また、この情報に基づいて、エンジン制御システム１２０は、エンジン１３０にその速度を適宜調整させるエンジン制御信号を発生し得る。なお、エンジン１３０の動作を調整するために、他の方法及び工程を作業機械１００によって実行しても良い。

一実施形態では、作業機械１００は、後退制御処理を実行しながら、エンジン１３０から駆動系統システム１５２への動力の伝達を解除又は調整するように構成され得る。例えば、作業機械１００は、エンジン１３０の速度が後退制御処理の間に調整される場合に、電動機１５０が同一量の動力、追加的な動力、又はそれより少ない動力を走行機構１５５に出力可能となるように構成され得る。これにより、作業機械１００は、エンジン１３０の速度を低減しながら、特定の（例えば、一定の、増加した、などの）対地速度で走行し続けることができる。かかる特徴によれば、このようなエンジン速度の減速により、作業機械１００が受ける熱損失の量が低減する。さらに、開示された実施形態を実行することにより、電動機１５０からのより高い熱負荷が、エンジン１３０からのより低い熱負荷と緩和されるため、熱負荷の共有が可能となる。加えて、エンジン１３０は、後退方向に走行中に減速した速度で動作するため、燃料消費は低減する。さらに、エンジン速度が減速されるため、騒音公害も減少し得る。

また、開示された実施形態によれば、作業機械１００は、方向移動の状態中に、エンジン速度の減速によりエンジンの超過速度限界に対してより大きなポテンシャルを提供することになるため、減速性能を向上することができる。超過速度限界は、エンジン１３０と作業機械１００の他の構成部品との構造上の一体性に関連する値である。特定の実施形態では、超過速度限界は、作業機械１００が方向移動を行う場合に操縦性を示すことができる最大の（又は最大に近い）エンジン速度を表す。例えば、作業機械１００が方向を変えた場合には、減速する作業機械１００から生じる運動エネルギーは、吸収され、蓄積され、又は放散されねばならない。このため、エンジン速度と超過速度限界との差異が大きくなればなるほど、エンジン１３０又は作業機械１００の他の部品は、作業機械１００が前進方向への方向移動を行う際に、より大きな運動エネルギーを吸収することができる。この概念をより良く示すには、次の例を検討すると良い。作業機械は、定格で２５００ＲＰＭの超過速度限界となされ得る。ここで、例えば、エンジン速度が２０００ＲＰＭで動作している間に作業機械１００が後退方向に走行すると仮定する。超過速度限界（すなわち、２５００ＲＰＭ）とエンジンの現在速度（すなわち、２０００ＲＰＭ）との間の差異（すなわち、５００ＲＰＭ）は、作業機械が前進方向に移動する場合に作業機械１００又はエンジン１３０が操縦性を示すことができる運動エネルギーの量に関連する。作業機械１００は、方向移動が生じる前にエンジン速度を２０００ｒｐｍ未満に減速することにより、運動エネルギー量を増加することができる。

図４は、超過速度限界を考慮した他の例示的な後退制御処理を示すフローチャートである。本実施形態では、エンジン制御システム１２０及び／又は制御システム１１０は、作業機械１００が図３のステップ３１０に関連して上述したのと類似の様式で後退方向への方向移動を行う時期を検出する（ステップ４１０）ように構成され得る。検出された方向移動に基づいて、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００の走行方向の変化を反映するデータを受信する。

一旦、このような指示を受け取ると、エンジン制御システム１２０は、メモリ２１４に記憶された後退制御プログラムを実行し得る。一実施形態では、後退制御プログラムは、エンジン制御システム１２０が図３のステップ３２０に対して上述したのと類似の速度パラメータモードで構成されているか否かを判定する処理を実行し得る（ステップ４２０）。そして、エンジン制御システム１２０が速度パラメータモードに構成されていない場合（ステップ４２０にてＮＯの場合）には、後退制御処理は、後述するステップ４７０の後段に続く。他方、エンジン制御システム１２０が速度パラメータモードで構成される場合（ステップ４２０にてＹＥＳの場合）には、このエンジン制御システム１２０は、図３のステップ３３０と関連して上述したのと類似の様式で後退方向に走行しながら、作業機械１００の対地速度が所定のしきい値を超えるか否かを判定し得る（ステップ４３０）。

一旦、作業機械１００の対地速度が決定すると、エンジン制御システム１２０は、この速度と、メモリ２１４にプログラムされた所定の対地速度しきい値とを比較し得る。作業機械１００の対地速度がしきい値を超えない場合（ステップ４３０にてＮＯの場合）には、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００が図３のステップ３４０と関連して上述したのと類似の様式で前進方向に方向移動を行ったか否かを判定し得る（ステップ４４０）。前進方向の方向移動が検出されない場合（ステップ４４０にてＮＯの場合）には、後退制御処理がステップ４２０にて続く。ただし、前進方向への方向移動が検出される場合（ステップ４４０にてＹＥＳの場合）には、後退制御処理が終了する。

ステップ４３０に戻ると、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００の対地速度がしきい値を超えたと判定した場合（ステップ４３０にてＹＥＳの場合）には、エンジン１３０の現在のエンジン速度をメモリ２１４に記憶された超過速度限界と比較し得る（ステップ４５０）。エンジン速度が超過速度限界を超えないか、或いは所定の範囲の超速度限界内でない場合（ステップ４６０にてＮＯの場合）には、代替的後退制御処理がステップ４４０で続く。他方、エンジン速度が超過速度限界を超えるか、或いは所定の範囲の超過速度限界内にある場合（ステップ４６０にてＹＥＳの場合）には、エンジン制御システム１２０は、図３のステップ３７０と関連して上述したのと類似の様式で、エンジン１３０の速度を調整し得る（ステップ４７０）。

このように、特定の実施形態では、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００の超過速度限界及びエンジンの現在速度に基づいて、作業機械１００の運動エネルギーレベルを決定する処理を実行し得る。また、この決定した運動エネルギーを用いて、エンジン制御システム１２０は、作業機械１００の方向移動前、又はその間に、決定した運動エネルギーレベルを満たすように、エンジン１３０の速度を調整し得る。

特定の実施形態では、電気駆動作業機械は、長時間に亘って方向移動が一貫性を持って生じる必要のある作業を実行し得る。例えば、ドーザやリッパ型の機械などの作業機械は、作業機械が地形又は資材を扱いながら繰り返し後退方向及び前進方向に走行するのを必要とするような作業を実行し得る。開示された実施形態と一貫性のある方法及びシステムによれば、作業機械は、これらの後退方向サイクルを繰り返し行う際中においてその性能を向上することができる。特定の実施形態では、作業機械は、後退方向に走行する場合にエンジン速度を選択的に調整し得る。この作業機械は、電動機を用いて、後退しながらエンジン速度が減速される間に作業機械の対地速度を維持し、燃料経済性を高め、減速性能を向上し、エンジンからの熱損失を減少するように構成され得る。特定の実施形態では、作業機械は、後退方向に走行中に負荷を受ける場合に、特定の特徴を選択的に不能にし得る。さらに、作業機械は、作業機械又はその構成部品と関連する超過速度限界に基づき、エンジン速度を調整するように構成し得る。

開示された実施形態は、後退方向の移動に関して記載してきたが、他の種類の方向移動を考慮し実行しても良い。例えば、特定の実施形態は、後退方向から前進方向への方向移動にも適用し得る。

上述したように、エンジン制御システム１２０は、作業機械が後退方向に走行中に負荷を受けた場合に後退制御処理を不能とするように構成され得る。かかる負荷の一例として、作業機械１００が傾斜した地形面を後退する場合が挙げられる。このような状態では、作業機械１００は、電動機１５０により生じた動力を通して、作業機械の対地速度を維持又は減速するように構成され得る。さらに、エンジン制御システム１２０がエンジン１３０の速度が減速され得ると判定する場合には、電動機１５０により提供された動力も、作業機械１００及び／又は作業機械が走行する地形面に関連する１つ以上のパラメータに基づいて、低減され得る。例えば、地形面が下り傾斜である状況では、エンジン制御システム１２０は、エンジン１３０の速度を調整して、作業機械１００が下り傾斜を後退する場合に浪費される熱量及び電力量を低減するように構成され得る。同時に、特定の実施形態では、作業機械１００は、電動機１５０により提供された動力を削減して、後退方向に走行中に不要な熱損失を低減するように構成され得る。

開示された実施形態は、多様な環境で実施され得るものであり、作業現場環境に限定されない。他の実施形態は、本明細書及び本明細書に開示された実施形態の実施を考慮することにより、当業者にとって自明であろう。

開示された特定の実施形態と一貫性のある例示的作業機械を示すブロック図である。 開示された実施形態と一貫性のある特定の機能を実行するように構成され得る例示的システムを示すブロック図である。 開示された特定の実施形態と一貫性のある例示的制御システムを示すブロック図である。 開示された特定の実施形態と一貫性のある例示的後退制御処理を示すフローチャートである。 開示された特定の実施形態と一貫性のある他の例示的後退制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 例示的作業機械
１０２ 作業器具
１０４ 運転室
１０５ データリンク
１０６ リッパ
１０８ ドージング作業用のブレード
１１０ 制御システム
１２０ エンジン制御システム
１３０ エンジン
１４０ 発電機
１５０ 電動機
１５２ 駆動系統
１５５ 走行機構
１６０ センサー
１６２ センサー
２１２ 処理装置
２１４ メモリ
２１６ センサーインターフェース
２１８ データリンクインターフェース
３１０ ステップ−作業機械の後退方向への方向移動を検出
３２０ ステップ−速度パラメータモード？
３３０ ステップ−対地速度がしきい値を超える？
３４０ ステップ−前進方向への方向移動？
３５０ ステップ−後退方向に走行中に負荷を受ける？
３６０ ステップ−後退方向制御処理を不能
３７０ ステップ−エンジン速度を調整
４１０ ステップ−作業機械の後退方向への方向移動を検出
４２０ ステップ−速度パラメータモード？
４３０ ステップ−対地速度がしきい値を超える？
４４０ ステップ−前進方向への方向移動？
４５０ ステップ−後退方向に走行中にエンジン速度を超過速度限界と比較
４６０ ステップ−超過速度限界を超える？
４７０ ステップ−エンジン速度を調整

Claims (10)

1. エンジンと電動機とを備える電気駆動作業機械を制御する方法であって、電動機は、作業機械が特定の対地速度で地形面を横断可能となるような動力を提供するものであり、
   作業機械を後退ギヤサイクルで動作させる、作業機械の後退方向の移動を検出するステップと、
   後退ギヤサイクル中に作業機械の対地速度を減速することなく、検出された後退方向の移動に基づいて、エンジンの現在速度を減速するエンジン速度減速処理を実行するステップとを含む方法。
2. 作業機械が後退ギヤサイクル中に負荷を受けているか否かを判定するステップと、
   作業機械が後退ギヤサイクル中に負荷を受けている場合にエンジン速度減速処理を不能とするステップとをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 作業機械の対地速度が所定のしきい速度値を超えているか否かを判定するステップと、
   作業機械の対地速度が所定のしきい速度値を超えていない場合にエンジン速度減速処理を回避するステップとをさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 作業機械が後退ギヤサイクル中に負荷を受けているか否かを判定するステップと、
   作業機械が後退ギヤサイクル中に負荷を受けている場合にエンジン速度減速処理を不能とするステップとをさらに含む請求項３に記載の方法。
5. 作業機械が後退ギヤサイクル中に負荷を受けているか否かを判定するステップは、
   作業機械が傾斜した地形面を後退していることを判定するステップを含む請求項２に記載の方法。
6. 作業機械が後退ギヤサイクル中に負荷を受けているか否かを判定するステップは、
   作業機械が後退ギヤサイクル中に負荷を扱っていることを判定するステップを含んでおり、負荷を扱うステップは、負荷の押し出し、負荷の引っ張り、及び負荷の運搬のうちの少なくとも１つを含む請求項２に記載の方法。
7. エンジン速度減速処理を実行するステップは、
   エンジンの現在速度を、作業機械に関連する所定のエンジンしきい速度を反映する超過速度限界と比較するステップと、
   エンジンの現在速度が所定の範囲の超過速度限界内にある場合にエンジンの現在速度を減速するステップとを含む請求項１に記載の方法。
8. エンジン速度減速処理を実行するステップは、
   エンジンの現在速度と作業機械に関連する超過速度限界値とに基づいて、後退方向のエネルギーポテンシャルを決定するステップと、
   後退方向のエネルギーポテンシャルが所定のしきい値を超える場合にエンジンの現在速度を減速するステップとを含む請求項１に記載の方法。
9. 電気駆動作業機械を制御するシステムであって、
   エンジンと、
   作業機械が特定の対地速度で地形面を横断可能となるような動力を走行機構に提供する電動機と、
   エンジン制御システムとを備え、
   エンジン制御システムは、
   作業機械が該作業機械を後退ギヤサイクルで動作させる後退方向の移動を行う時期を決定する手段と、
   エンジンの現在速度から、検出された方向移動に基づいて調整されたエンジン速度まで、エンジン速度を減速させるエンジン制御信号を、エンジンに送信する手段とを備える電気駆動作業機械の制御システム。
10. 処理装置により実行される場合に、請求項１〜８に記載の方法のいずれかを実行するための指示を含むコンピュータ読み取り可能な媒体。
    

Images