JP2009506242A - スロットル制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

乗物のエンジン用電子式燃料制御システムに信号を伝達するためのスロットル制御装置は、電磁場発生器と、電磁場と近接して位置決めされた第１及び第２の電磁場センサとを含む。電磁場及び第１及び第２のセンサは互いに対して操作され、センサは、相対的な操作に対して応答する。センサは、前記相対的な操作を表す信号を独立して伝達するように形成されている。

Description

本願は、２００５年３月１４日に出願された「電気的に独立したアナログ出力及びデジタル出力を持つ非接触型位置センサ」という表題の米国仮特許出願第６０／６６１，６４２号に基づいて優先権を主張するものである。

本発明は、重複した制御入力が必要とされるか或いは有用な乗物のエンジン用スロットル制御等の乗物用の制御に関する。

トラック用の電子式スロットル制御は、重複した制御入力を備えているのが一般的である。例は、一般に譲渡された米国特許第５，３２１，９８０号、米国特許第５，２３７，８９１号、米国特許第５，１３３，２２５号、及び米国特許第４，９７６，１７６号等の米国特許に開示されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。エンジンスロットルは、一つの制御センサの変化する電子的入力に応答し、エンジンを加速し／減速するようになっている。第２入力は、「オン／オフ」電子信号を発生し、例えば「オン」位置にあると、トラックのペダルがアイドリング位置にあることを示し、必要な場合に第１信号を無視してエンジンの速度をアイドリング速度に戻す。後退が行われる場合もあり、即ち変化する信号が、トラックのペダルがアイドリング位置にあることを示し、「オン／オフ」信号がペダルが押されていることを示している場合も、低速（例えばアイドリング速度）を発生する。

従来、これらのセンサは、接触スイッチ及び電位差計に基づく技術に依拠しており、そのため、作動寿命及び信頼性に限度があった。これらのセンサの一般的な形態は、スロットル制御を押す程度と比例した出力電圧（アナログ位置信号）、及びスロットル制御が「アイドリング」状態にあるかどうかを確認するために使用される一つ又はそれ以上の切り換えた出力（アイドリング確認スイッチ）を提供する。
米国特許第５，３２１，９８０号 米国特許第５，２３７，８９１号 米国特許第５，１３３，２２５号 米国特許第４，９７６，１７６号

本発明の目的は、代表的な接触型スロットル制御信号発生の安全上の特徴を、非接触型スロットル制御センサで提供することであり、例えばスロットル制御の信頼性を犠牲にすることなく磨耗寿命を長くすることである。

本発明の実施例は、電磁場発生器及び二つ又はそれ以上の独立した電磁場センサを使用する。センサ及び電磁場は、互いに対して移動するように形成されていてもよく、この場合、このような移動は、運転者が手や足でスロットルペダル及び／又はレバーを操作すること等による部材の物理的移動により生じる。これに対し、センサは、磁場の同じ相対的な移動を読み取り及び／又は感知する。これらのセンサは電子的に独立しており、各々がそれ自体の独立した電気信号及び／又は電子信号を、エンジンに、例えばスロットル制御のために送出する。一実施例では、一方のセンサは、比例したアナログ出力（例えば変化する出力）を発生し、他方のセンサは二進法デジタル出力（例えばオン／オフ出力）を発生する。比例した信号／出力は、第２センサのオン／オフ出力が、エンジンをアイドリング位置まで減速するようにアイドリング位置を示さない限り、エンジンの速度を指示する。

例示の実施例の様々な特徴を、当業者の仕事の実体を他の当業者に伝える上で使用される一般的な用語を使用して説明する。しかしながら、記載された形態のいくつかのみを有する別の実施例を実施できることは当業者には明らかであろう。説明の目的のため、特定の材料及び形体を説明する。これは、例示の実施例の完全な理解を促すためである。しかしながら、特定の詳細を備えていない変形例を実施してもよいということは、当業者には理解されよう。他の場合では、例示の実施例を分りにくくしないようにするため、周知の特徴は省略してあるか或いは簡略化してある。

更に、様々な作動を、多くの別個の作動として、本発明を理解する上での最も大きな助けとなるように順次説明する。しかしながら説明の順序は、これらの作動が必ず順序通りに行われるものと解釈されるべきではない。詳細には、これらの作動は、必ずしも、ここに説明した順序で実施されない。

以下の説明及び特許請求の範囲において、
「一実施例では」という言い方を繰り返し使用する。これは、一般的には同じ実施例に関するものではない。「備えた」、「持つ」、及び「含む」という用語は、特段の記載がない限り、同義語である。「Ａ／Ｂ」は、「Ａ又はＢ」を意味する。「Ａ及び／又はＢ」は、「Ａ、Ｂ、又はＡ及びＢ」を意味する。「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも一つ」は、「Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、又はＡ及びＢ及びＣ」を意味する。「（Ａ）Ｂ」は、「Ｂ、又はＡ及びＢ」を意味し、即ちＡが随意であることを意味する。

「結合」及び「連結」という用語を、これらの用語の派生語とともに使用する。これらの用語は、互いに類義語として使用しようとするものではない。むしろ、特定の実施例では、「連結」という用語は、二つ又はそれ以上の要素が互いに直接的に物理的に又は電気的に接触していることを示すのに使用される。「結合」という用語は、二つ又はそれ以上の要素が直接的に物理的に又は電気的に接触していることを示すのに使用されるが、更に、二つ又はそれ以上の要素が互いに直接的に接触していないけれども互いに協働又は相互作用していることも意味する。

図１は、トラックの運転台又は重機の他の部品に取り付けられるフットペダル１０の一例を示す。ペダル１０は、取り付けブラケット１４に固定された枢動点１２を中心として枢動できる。以下に説明するようにスロットル制御出力を発生するように形成された構成要素を収容したハウジング１８がペダル１０の部分を形成する。ローラー２４がブラケット１４の傾斜部１６を直線状に上下に移動するように、アーム２２がハウジング１８から突出している。ペダル１０を矢印３０、３２が示す方向に作動することにより、アーム２２を、例えば枢軸２５を中心として、矢印２６、２８が示すように枢動させる。

ハウジング１８の構成要素は、ペダル１０の位置を検出し、このような位置を信号を介して通信し、乗物の電子式燃料制御システムに導線２０で送出するように形成されていてもよい。

図２は、本発明の実施例によるスロットル制御装置の概略図である。この装置の構成要素には、
１）電磁場発生器３４と、
２）電磁場を検出及び／又は感知し、比例するアナログ出力信号５０を提供するようになった検出器／センサ３６と、
３）電磁場を検出及び／又は感知し、計測値を閾値検出器４４で所定の閾値と比較し、二進法オン／オフ出力信号５２を提供するようになった、第１センサ３６から独立した第２検出器／センサ３８と、
４）電磁場をセンサ３６及び３８に関して操作するようになった、操作部材３５とが含まれる。

様々な実施例では、センサは、電磁場発生器と近接して位置決めされ、及びかくして電磁場が電磁場発生器間の結合を変化し、操作し、及び／又は変更する。本明細書中で使用されているように、「近接」という用語は、検出可能な範囲と隣接した、次にある、又は近くにある及び／又はこの範囲内にあるということを意味する。磁場検出器／センサは、かくして、一般的には、例えば、下文から更によくわかる機械的リンクを介した、部材の物理的位置（線型、回転、等）の関数である。一実施例では、第２センサは、二進法出力及び／又はデジタル出力を直接出力するようになっている。

本発明の実施例は、電気的に独立しており且つ絶縁された二つのセンサを含む。これらのセンサは、磁場の相対的移動に対し、これに基づいて独立した出力を発生するように形成されている。従って、いずれかのセンサが故障すると、多くの場合、出力状態が変化し、これを故障と同定できる。更に、一方のセンサの電気回路の故障が、段階的に（カスケードをなして）他方のセンサの回路を故障させることがない。

様々な実施例では、電磁場発生器は、磁気に基づく発生器である。図３は、こうした例の１つを示す。電磁場発生器は、ヨーク３４８によって支持された一つ又はそれ以上の磁石３４０、３４２を含んでいてもよい。ヨーク３４８は、外部入力に基づいて、例えばスロットルペダルを押すオペレータによって、矢印３６０が示すように回転するように形成されている。ヨーク３４８は、更に、二つの磁場検出器３４４、３４６を中心として回転するように形成されていてもよい。これらの磁場検出器３４４、３４６は、例えば、一つの軸線で配向された磁場を感知できる。検出器の配向感度のため、ヨーク３４８の回転は、磁場発生器と磁場検出器３４４、３４６との間の結合を変化する方法として役立つ。センサ３４４及び３４６は、夫々、アナログ出力信号３５０及びデジタル出力信号３５２を発生するようになっている。

一実施例では、電磁場発生器が発生した磁場を高めるため、磁束集中器を使用してもよい。様々な実施例では、磁場検出器は、ホール効果技術及び／又は磁気抵抗効果（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）技術の両方を使用してもよい。磁場検出器は、更に、予め特定したレベルの磁場でオンになったりオフになったりする、比例した線型出力信号及び／又は二進法デジタル出力を提供するように形成されていてもよい。例示の実施例では、一方の検出器３４４がアナログ出力信号３５０を提供し、他方の検出器３４６が二進法デジタル出力信号３５２を提供し、これらの両方がエンジンに、スロットル制御のために送出される。

本発明の実施例は、磁気に基づく回転式位置センサに限定されず、磁気に基づく他のセンサを含んでいてもよい。図４は、直線的に位置を検出できる、関連した実施例を示す。上述の例におけるように、アナログ出力センサ４４４及びデジタル二進法出力センサ４４６の両方を使用してもよい。磁石４５４、４５６はヨーク４５８に結合されており、及び従って、センサ４４４及び４４６に関して線型をなして（矢印４６０が示すように）移動し、これによって磁場の変化を検出する。一実施例では、検出器４４４はアナログ出力信号４５０を提供し、他方の検出器４４６は二進法デジタル出力信号４５２を提供し、これらの両方がエンジンに、スロットル制御のために送出される。

様々な実施例では、誘導に基づく電磁場発生器を使用してもよい。図５は、このような例の一つを示し、電磁場発生器は、電圧信号が時間に関して変化する発振器５６２を含む。この発振器５６２は、発電コイル５６４に接続されており、磁場が時間に関して変化する。磁場検出器は、感知コイル５６６、５６８を含み、これらのコイルは発電コイル５６４と近接している。対応する信号検出器５７６、５７８を使用し、感知コイル５６６、５６８の夫々が提供する時間に関して変化する信号を連続した出力信号５７０、５７２に変換してもよい。一方の出力信号５７０は、アナログ出力信号を提供し、他方の出力信号５７２は、例えば閾値検出器５７４を使用して所定の閾値の比較される。閾値検出器５７４は、二進法デジタル出力５８０を発生するように形成されていてもよい。

一実施例では、移動自在のフェライトロッド５８２を使用し、発電コイル５６４と感知コイル５６６、５６８との間の磁気結合を変化させてもよい。ロッド５８２を一方の感知コイルに向かって移動すると、例えば、発生した磁場の多くがそのコイルに向かって差し向けられる。従って、ロッド５８２を、矢印５８４で示すように、少なくとも線型をなして移動してもよい。

図６は、誘導に基づくスロットル制御を示す。ここでは、導電性部材が感知コイルに対して回転し、発生した磁場をこれらの感知コイルに対して操作する。発振器６６２が、時間に関して変化する電圧信号を発生し、発振器６６２は発電コイル６６４に接続されている。導電性部材６８２が発電コイル６６４と一対の感知コイル６６６及び６６８との間に配置されている。この例では、導電性部材６８２は、回転し、磁場を操作（例えば吸収）するようになっており、これによって、感知コイル６６６及び６６８をその回転の関数として選択的にシールドする。図５に示す実施例と同様に、対応する信号検出器６７６、６７８は、感知コイル６６６、６６８の夫々が提供する信号を、連続した出力信号６７０、６７２に変換する。一方の出力信号６７０は、アナログ出力信号を提供し、他方の出力信号６７２を、次いで、例えば、二進法デジタル出力６８０を発生するように形成された閾値検出器６７４を使用して所定の閾値と比較する。

様々な実施例では、静電容量に基づく磁場発生器を使用して制御信号を発生してもよい。図７はこのような例の一つを示し、電磁場発生器は、磁場発生プレート及び／又はコイル７６４に結合された発振器７６２を含む。接地されていてもよい遮断プレート７８２が、磁場発生プレート７６４と二つの感知プレート７６６及び７６８との間に配置してある。遮断プレート７８２を移動する（矢印７８４が示すように）と、磁場発生プレート７６４と感知プレート７６６及び７６８との間の結合が変化する。

この場合も、対応する信号検出器７７６、７７８を使用し、感知プレート７６６、７６８の夫々が提供する信号を連続した出力信号７７０、７７２に変換する。一方の出力信号７７０はアナログ出力信号を提供し、他方の出力信号７７２を、次いで、例えば、二進法デジタル出力７８０を発生するように形成された閾値検出器７７４を使用して所定の閾値と比較する。

以上説明した様々な実施例では、電磁場をセンサに対して操作する（例えば磁石の移動及び／又は遮断部材の移動）が、その他の様々な実施例では、センサを電磁場発生器に対して操作（例えばモーメント及び／又は遮断）し、センサが感知する磁場の大きさを変化する。

更に、例示の実施例を乗物のスロットル制御に関して説明したが、乗物には、自動車、トラック、重機、航空機、船、列車、等の動く機械が含まれる。更に、本発明の制御システムは、スロットル制御、動力取り出し制御、等を含むがこれらに限定されない様々な乗物の制御にも適用される。

本明細書中、好ましい実施例を説明する目的で特定の実施例を例示し且つ説明したが、図示し且つ説明した実施例の代わりに、同じ目的を達成するように計算された様々な変形例及び／又は等価の実施例を使用してもよいということは当業者には理解されよう。本発明による実施例は、非常に様々な方法で実施できるということは当業者には理解されよう。本願は、本明細書中で論じた実施例の任意の適合又は変更を含もうとするものである。従って、本発明の実施例は、特許請求の範囲及びその等価物のみによって制限される。

図１は、本発明に適合したトラックのエンジンに所望の速度信号を搬送するように設計されたフットペダルの側面図である。 図２は、本発明によるスロットルの作動を例示する概略図である。 図３は、本発明の一実施例によるスロットル制御の概略図である。 図４は、本発明の実施例によるスロットル制御構成の概略図である。 図５は、本発明の実施例によるスロットル制御構成の概略図である。 図６は、本発明の実施例によるスロットル制御構成の概略図である。 図７は、本発明の実施例によるスロットル制御構成の概略図である。

符号の説明

１０ フットペダル
１２ 枢動点
１４ 取り付けブラケット
１６ 傾斜部
１８ ハウジング
２０ 導線
２２ アーム
２４ ローラー
２５ 枢軸
３４ 電磁場発生器
３５ 操作部材
３６ 第１センサ
３８ 第２センサ
４４ 閾値検出器
５０ アナログ出力信号
５２ 二進法オン／オフ出力信号

Claims (14)

1. 信号を発生し、乗物の制御システムに信号を伝達するための制御装置において、
   電磁場を発生するように形成された電磁場発生器と、
   前記電磁場発生器と近接して位置決めされた第１センサ及び第２センサと、
   前記電磁場を前記第１及び第２のセンサに対して操作するように形成された制御部材とを含み、
   前記第１センサは、前記電磁場の操作を検出し、アナログ出力を発生するように形成されており、前記第２センサは、前記電磁場の操作を検出し、二進法出力を独立して発生するように形成されている、制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記制御部材は、乗物の運転者が足で操作するフットペダルである、制御装置。
3. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記制御部材は、乗物の運転者が操作する手動レバーである、制御装置。
4. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記電磁場の操作には、前記第１及び第２のセンサを前記電磁場発生器に対して移動する工程が含まれる、制御装置。
5. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記電磁場の操作には、前記電磁場発生器を前記第１及び第２のセンサに対して移動する工程が含まれる、制御装置。
6. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記第１及び第２のセンサは全体に定置であり、前記電磁場が前記センサに対して移動する、制御装置。
7. 請求項６に記載の制御装置において、
   前記発生器は、回転自在の円形ヨークを含み、該ヨークには、その中央開口部に亘って電磁場を発生する磁石が向き合って設けられており、前記センサは、前記開口部に固定的に取り付けられており、これによって、前記ヨークの回転移動により電磁場を前記センサに対して変化する、制御装置。
8. 請求項６に記載の制御装置において、
   前記発生器は、線型をなして移動できるヨークを含み、該ヨークには、間隔が隔てられた細長い磁石が設けられており、前記センサは、前記磁石間の所定の位置に固定的に取り付けられており、これによって、前記磁石の線型移動により電磁場を前記センサに対して変化する、制御装置。
9. 請求項６に記載の制御装置において、
   前記発生器は発振器−コイル電磁場発生器であり、前記センサは、感知コイルと、これらの感知コイルに対して電磁場を変化するため、前記コイルに対して移動自在の導電性部材とを含む、制御装置。
10. 請求項６に記載の制御装置において、
    前記発生器は発振器コイル電磁場発生器であり、前記センサは、感知コイルを含み、更に電磁場内で回転する導電性部材を含み、前記導電性部材は、その回転移動により、前記感知コイルに対する電磁場の効果を変化するように形成されている、制御装置。
11. 請求項６に記載の制御装置において、
    前記発生器は、電磁場を発生し、電磁場内に位置決めされた感知プレートと、これらの感知プレートを可変にシールドし、前記感知プレートが感知する電磁場を操作するため、前記発生器と前記感知プレートとの間に移動自在に配置された移動自在のプレートとを含む、制御装置。
12. 請求項１に記載の制御装置において、
    前記第２センサは、アナログ信号を出力するように形成されており、前記制御装置は、更に、前記第２センサの前記アナログ信号を受け取って二進法出力を発生するようになった比較器を含む、制御装置。
13. 車輛スロットル制御装置において、
    電磁場を発生するように形成された電磁場発生器と、
    前記電磁場を検出し、比例した第１アナログ出力信号を提供するようになった第１センサと、
    前記第１センサから独立しており、前記電磁場を感知し、第２アナログ出力信号を発生し、この第２アナログ出力信号を所定の閾値と比較し、二進法オン／オフ出力信号を提供する第２センサと、
    前記電磁場を前記第１及び第２のセンサに関して操作するようになった制御部材とを含む、車輛スロットル制御装置。
14. 請求項１３に記載の車輛スロットル制御装置において、更に、
    前記第２アナログ出力信号を前記所定の閾値と比較し、この比較に基づいて二進法オン／オフ出力信号を発生する比較器を含む、車輛スロットル制御装置。

Images