JP2011525448A - ハイブリッドエネルギシステムを制御するシステム - Google Patents

Abstract

ハイブリッド動力システム（１０）を制御するシステムは、少なくとも１つの非トラクション負荷（１８）を含む。少なくとも１つの非トラクション負荷部（１８）の繰り返し動作を示す第１の動作シーケンスが特定され、かつそれは、複数の時間増分で構成される。第１および第２のパラメータは、それぞれ、少なくとも１つの非トラクション負荷部（１８）の要求動力および出力動力を示す。第１のシーケンスの複数の時間増分で求められ、構成される。第３のパラメータは、少なくとも１つの非トラクション負荷部（１８）で回生された動力を示す。第１のシーケンスの複数の時間増分で求められ、監視される。非トラクション負荷部（１８）に関係する動力の不足または超過の少なくとも一方であると判断される。動力不足は、第１および第２のパラメータによって決まり、動力超過は、第３のパラメータによって決まる。第２の動作シーケンスの少なくとも一部中に貯蔵装置（１４）に蓄積されるｎｇ動力は、動力の不足または超過に応じて調整される。第２の動作シーケンスは複数の時間増分で構成される。

Description

本開示は、ハイブリッドエネルギシステムに関し、より詳細には、ハイブリッドエネルギシステムを制御する方法および装置に関する。

ハイブリッドエネルギシステムは通常、１つまたは複数の負荷、例えば、トラクションおよび／または非トラクション負荷部から機械的に切り離されたそのプライム・ムーバ、例えば、クランクシャフトを有するエンジンを含む。ハイブリッドエネルギシステムは通常、超過出力モード中にエンジンから、またはエネルギ回生モード中に負荷部からのいずれかから受け取ったエネルギを蓄積するように構成されたエネルギ貯蔵装置も含む。エンジンおよび貯蔵装置は、モータ−発電機を介して負荷部に電気的に接続されて、エンジンが従来の駆動機構ではなく、エネルギ源としても働き、貯蔵装置が回生されたエネルギを回収するのを可能にする。負荷に関連して動作上要求され、回生されるエネルギの量および頻度は通常、貯蔵装置に蓄積されたエネルギの量とは無関係である。多くの場合、貯蔵装置は回生エネルギの一部しか受け入れることができないので、回生エネルギは熱として浪費される。さらに、貯蔵装置は、必要とされるエネルギの一部しか出力することができないので、負荷部からのエネルギ要求を満たすために、エンジン出力が増大することが多い。さらに、オペレータが要求するエネルギは、エンジンおよび貯蔵装置の最大エネルギ出力を定期的に超えることがある。

モロト（Ｍｏｒｏｔｏ）らによる、発行済みの（特許文献１）は、バッテリを含むハイブリッドエネルギシステムを有するハイブリッド車両およびバッテリを充電する方法について開示している。（特許文献１）の方法には、目的地を入力し、車両が取り得る経路を求めることが含まれる。この方法はまた、バッテリの現時点での残存充電量を求め、ドライブルート、車両の現在地、および道路状態に基づいて、目標となるバッテリの残存充電値に対するスケジュールを作成する。スケジュールは、標高や道路タイプなどの経路情報から推定された必要駆動出力に基づく。求めた経路を車両が走行している場合に、コントローラは、モータおよび／またはエンジンの出力を調整することによって、求めた経路の所与の位置で、バッテリの現時点の残存充電量が、予定したバッテリ残存充電量と一致するように制御する。求めた経路に最初に上り坂があり、次に下り坂がある場合、上り坂を走行する前にバッテリの残存充電量がほぼ１００％になるまで増えるようにエンジンを動作させることができ、バッテリは、後で下り坂を走行する際に充電されるので、バッテリの残存充電量に対してすぐに補給を行う必要はない。

米国特許第５，８３２，３９６号明細書

（特許文献１）の方法は、道路状態に基づいてバッテリの残存充電量を調整するため、コントローラには、ドライブルート用の地図データを記憶するメモリが含まれる。地図データは、路上用途、例えば、常設の高速道路には容易に利用できるが、一般道路以外の用途、例えば、一時的な建設現場に容易に利用することができない。さらに、（特許文献１）の方法は、変化するトラクション負荷、エネルギ要求、および回生に基づいてバッテリを充放電できるが、変化する非トラクション負荷に対処できない。

本開示は、上記の欠点の１つまたは複数を解決することを目的とする。

一態様では、本開示は、ハイブリッドエネルギシステムを制御する方法に関する。その方法には、少なくとも１つの非トラクション負荷部の繰り返し動作を示す第１の動作シーケンスを特定することが含まれる。第１の動作シーケンスは複数の時間増分で構成される。その方法にはまた、少なくとも１つの非トラクション負荷部の要求エネルギと、少なくとも１つの非トラクション負荷部の出力エネルギとをそれぞれ示すハイブリッドエネルギシステムの第１および第２のパラメータを求めることが含まれる。その方法には、第１の動作シーケンスの複数の時間増分点において、求めた第１および第２のパラメータを比較することが含まれる。その方法にはまた、少なくとも１つの非トラクション負荷部で回生されたエネルギを示すハイブリッドエネルギシステムの第３のパラメータを求めることが含まれる。その方法にはまた、第１の動作シーケンスの複数の時間増分点で第３のパラメータを監視することが含まれる。その方法にはまた、ハイブリッドエネルギシステムの非トラクション負荷部に関連するエネルギ不足またはエネルギ超過の少なくとも一方を求めることが含まれる。エネルギ不足は、求めた第１および第２のパラメータによって決まり、エネルギ超過は、求めた第３のパラメータによって決まる。その方法にはさらに、第２の動作シーケンスの少なくとも一部中に、求めたエネルギ不足または求めたエネルギ超過に応じて、貯蔵装置に蓄積されるエネルギを選択的に調整することが含まれる。第２の動作シーケンスは複数の時間増分で構成される。

別の態様では、本開示は、エネルギ源、エネルギ貯蔵装置、少なくとも１つの非トラクション負荷部、およびコントローラを有するハイブリッドエネルギシステムを含む機械に関する。コントローラは、非トラクション負荷部の第１の操作シーケンス中に、機械の１つまたは複数のパラメータを監視するように構成される。コントローラはまた、第１の操作シーケンス中に少なくとも１つの非トラクション部に向けて送られる、オペレータから要求されたエネルギ量を示す第１のエネルギを求めるように構成される。コントローラはまた、第１の操作シーケンス中に少なくとも１つの非トラクション部から出力されたエネルギ量を示す第２のエネルギを求めるように構成される。コントローラはまた、第１の操作シーケンス中に少なくとも１つの非トラクション部で回生されたエネルギ量を示す第３のエネルギを求めるように構成される。コントローラはさらに、第２の操作シーケンス中に、求めた第１、第２、および第３のエネルギに応じて、貯蔵装置に蓄積されるエネルギを自動的に制御するように構成される。第２の操作シーケンスは、第１の操作シーケンスと実質的に同様である。

本開示による機械の例示的なハイブリッドエネルギシステムの概略図である。 図１のコントローラによって行われる例示的な方法の概略的なブロック図である。

図１は例示的なハイブリッドエネルギシステム１０を示している。具体的には、システム１０は、エンジン１２および貯蔵装置１４を含むことができ、ハブ２０を介してトラクション負荷部１６および非トラクション負荷部１８に選択的にエネルギを供給するように構成することができる。ハブ２０は、エンジン１２、貯蔵装置１４、トラクション負荷部１６、および／または非トラクション負荷部１８からエネルギを選択的に受け取り、受け取ったエネルギをエンジン１２、貯蔵装置１４、トラクション負荷部１６、および／または非トラクション負荷部１８に送ることができる。システム１０はまた、エンジン１２および貯蔵装置１４の動作を動作可能に制御しかつ／またはハブ２０を介してシステム１０の１つまたは複数の部品にエネルギを送るコントローラ２２を含むことができる。システム１０は、地表に対して機械１１を推進させるために機械１１に動作可能に接続することができ、かつ／または機械１１に動作可能に連結された操作器具１３に動作可能に接続することができる。機械１１は、例えば、鉱業、建設業、農業などの産業、または当技術分野で公知の他の任意の産業にかかわる何らかのタイプの作業を行う固定または可動機械とすることができる。例えば、機械１１は、掘削機、バックホー、載貨機、ブルドーザ、モータグレーダなどの土木機械、または他の任意の土木機械とすることができる。器具１３は、ブレード、バケット、ショベル、リッパ、および／または作業を行うように構成されたリンク機構とすることができる。システム１０および／または機械１１は、例えば、機械式もしくは電気式伝動装置などの伝動装置、ギヤ装置、電線用および／もしくは油圧用導管、ならびに／または当技術分野で公知の他の部品などの、１つまたは複数の付加的なおよび／または異なる部品を含むことができると考えられる。加えて、動力とは、作業を行うためにエネルギを使用する速度、すなわち、動力＝エネルギ／時間であり、動力は、使用エネルギ量およびエネルギが使用される速度の両方に応じて変わることに留意されたい。したがって、動力が要求される、かつ／またはシステム１０の構成要素間で伝達されるときに、エネルギは時間当たりで送られる。

エンジン１２には、１つの形態から他の形態にエネルギを変換するように構成された任意の従来のエネルギ源、例えば、ガソリンもしくはディーゼル内燃機関、燃料電池、天然ガスエンジン、タービン、および／または他の任意の変換装置を含めることができる。エンジン１２はまた、トラクション負荷部１６および非トラクション負荷部１８から機械的に切り離されたプライム・ムーバ、例えば、クランクシャフト（図示せず）を含むことができる。エンジン１２は、電気式、機械式、および／または油圧式接続器を介してハブ２０に動作可能に接続され、エネルギ源として有効に動作する。エンジン１２は、コントローラ２２がエンジン１２の１つまたは複数の動作パラメータ、例えば、燃焼室に注入される燃料の量や、吸気および排気弁のタイミングを変えるのに応じて、出力エネルギ量を選択的に変えるようにコントローラ２２で制御することができる。

貯蔵装置１４は、例えば、電気回路などの任意のエネルギ源を含むことができ、エネルギを選択的に受け取り、蓄積し、供給するように構成することができる。貯蔵装置１４は、エンジン１２、トラクション負荷部１６、および／または非トラクション負荷部１８からのエネルギを、ハブ２０を介して受け取り、エネルギを蓄積し、かつ／またはエンジン１２、トラクション負荷部１６、および／または非トラクション負荷部１８にエネルギを供給する電気回路を含むことができる。貯蔵装置１４は、任意の数量、タイプ、および／または容量のバッテリ、１つまたは複数のコンデンサ、ならびに／あるいは電気エネルギを蓄積するように構成された他の部品を含むことができると考えられる。これに代えて、貯蔵装置１４は、油圧エネルギを受け取り、蓄積するように構成された１つまたは複数のポンプおよび／またはアキュムレータを備えた油圧回路として構成することができるとも考えられる。

トラクション負荷部１６は、機械１１の１つまたは複数の推進部品、例えば、トラクション装置１５、船用プロペラ、および／または当技術分野で公知の任意のタイプの推進負荷などを含むことができる。具体的には、トラクション負荷部１６は、推進モードでハブ２０から送られたエネルギを消費するように動作し、動的制動モードでハブ２０に向けて送られるエネルギを生成するように動作することができる。例えば、トラクション負荷部１６は、推進モードで、ハブ２０から受け取った電気エネルギを、１つまたは複数のトラクション装置１５に供給される機械エネルギに変換するように構成されたモータ−発電機を含むことができる。さらに、モータ−発電機は、動的制動モードで、１つまたは複数のトラクション装置１５から受け取った機械エネルギを、ハブ２０に供給される電気エネルギに変換するように構成することができる。トラクション負荷部１６は、システム１０の動作中に可変負荷とすることができ、定期的に動作することができ、所与のサイクルを繰り返すことができ、動的に変化することができる。トラクション負荷部１６は、エンジン１２および／または貯蔵装置１４の１つまたは複数の動作パラメータに影響を及ぼして、相応して変化させることができる。例えば、トラクション負荷部１６は、トラクション装置１５が様々な材料および／または様々な傾斜の面（ｇｒａｄｅｓ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ）と相互作用するときに変化することができ、１つまたは複数の被動部品の慣性が増減するときに変化することができ、かつ／または当技術分野で公知の任意の態様で変化することができる。したがって、システム１０および機械１１から周囲環境にエネルギを出力して、すなわち伝達して、地表に対して機械１１を推進させることができる。

非トラクション負荷部１８は、機械１１の１つまたは複数の非推進部品、例えば、器具１３を操作するために、１つまたは複数の油圧式アクチュエータの動作に影響を及ぼすように構成された油圧システムなどを含むことができる。例えば、非トラクション負荷部１８は、１つまたは複数のポンプ、例えば、固定または可変容積型ポンプおよび／あるいは他の任意の油圧エネルギ源を含むことができる。非トラクション負荷部１８は、可変負荷とすることができ、定期的に動作することができ、動作持続時間および／またはスケジュールを可変とすることができ、所与のサイクルを繰り返すことができ、かつ／あるいはシステム１０または機械１１の望ましいおよび／または必要とされる動作を達成するのに不可欠であることもあるし、またはそうでないこともある。例えば、可変容積型ポンプは、コマンド信号、例えば、オペレータによるコマンド入力に応答して、１つまたは複数の油圧式アクチュエータに向けて加圧流体を供給するために、ハブ２０からのエネルギを選択的に要求することができる。加圧流体は、複数の弁を介して制御され、送られて、１つまたは複数の油圧式アクチュエータを伸長および後退させ、リンク機構および／または器具１３の操作に影響を及ぼすことができる。したがって、エネルギは、システム１０および機械１１から周囲環境に出力され、すなわち伝達されて、器具１３の操作、例えば、バケットにより材料を持ち上げて移動すること、リッパにより表面材料を破壊すること、材料を別の機械に積み込むこと、および／または、例えば、鉱業、建設業、農業などの産業に従来からかかわる他の任意の作業に影響を及ぼす。

ハブ２０は、エンジン１２、貯蔵装置１４、トラクション負荷部１６、および／または非トラクション負荷部１８からエネルギを選択的に受け取り、機械エネルギを電気エネルギに変換し、かつ／あるいは電気エネルギをエンジン１２、貯蔵装置１４、トラクション負荷部１６、および／または非トラクション負荷部１８に供給するよう構成することができる。ハブ２０は、機械エネルギを受け取り、ロータを回転させ、ステータ内に電流を発生させるように構成された、従来からある１つまたは複数のモータ−発電機を含むことができる。ハブ２０はまた、従来からある１つまたは複数のインバータを含むことができる。モータ−発電機およびインバータの動作は、当技術分野で公知であり、これ以上説明することはしない。ハブ２０は、電気エネルギの方向および送り先を選択的に指示し、割り振るように構成された、従来からある１つまたは複数のスイッチを含むこともできる。１つまたは複数のスイッチには、機械式スイッチや、仮想の、例えば、ソフトウェアによるスイッチを含めることができる。これらのスイッチは、当技術分野で公知であり、これ以上説明することはしない。ハブ２０は、様々な部品を相互接続する電気回路をさらに含むことができると考えられる。ハブ２０は、油圧エネルギを受け取りかつ／または配給するように構成された１つまたは複数のポンプおよび／またはアキュムレータを備えた流体回路を含むことができ、かつ／あるいは機械エネルギを受け取りかつ／または配給するように構成された機械式伝動装置を含むことができるとも考えられる。

コントローラ２２は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、メモリ、データ記憶装置、通信網、および／または当技術分野で公知の他の部品を含むことができる。コントローラ２２は、システム１０の１つまたは複数のパラメータを監視することができ、エンジン１２、貯蔵装置１４、および／またはハブ２０の動作に影響を及ぼすことができる。特に、コントローラ２２は、（図２を参照して以下に説明するように）方法１００の１つまたは複数のステップを実行するように構成することができる。コントローラ２２は、機械１１のさらなる様々な機能を制御できる一般的な機械制御システム内に組み込むことができる。コントローラ２２を、１つまたは複数のセンサ２４、２６、２８、３０、３２、３４から入力信号を受け取り、１つまたは複数のアルゴリズムを実行して適切な出力信号を決定するように構成し、かつエンジン１２、貯蔵装置１４、および／またはハブ２０の制御に影響を及ぼす出力信号を送ることができる。例えば、コントローラ２２は、エンジン１２に供給される燃料の量、エンジン１２に付属する吸気弁および排気弁のタイミング、貯蔵装置１４、インバータ、モータ−発電機、および／またはハブ２０のスイッチに関連するエネルギの指向性流れ、当技術分野で公知の、エンジン１２、貯蔵装置１４、および／またはハブ２０に関連するさらなる機能および／またはパラメータ、ならびに／あるいはそれらの１つまたは複数の組み合わせを制御することができる。コントローラ２２はまた、当技術分野で公知のように、１つまたは複数の通信回線（図示せず）を介して信号を受け取り、送ることもできると考えられる。コントローラ２２は、任意の適切な方法、例えば、電圧および／または電流を示す信号を生成するように構成された１つまたは複数のセンサ（図示せず）によって、貯蔵装置１４に蓄積されたエネルギ、すなわち、貯蔵装置１４の充電状態を監視するように構成することができるとも考えられる。コントローラ２２は、任意の適切なセンサによってシステム１０の任意のパラメータを監視するようにさらに構成でき、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８、例えば、トラクションモータおよび／または油圧ポンプに関連する１つまたは複数の部品の動作に影響を及ぼすように構成することができるとさらに考えられる。

センサ２４、２６、２８、３０、３２、３４にはそれぞれ、検出した動作パラメータに応じて信号を確立するように構成された１つまたは複数の従来型センサを含めることができる。センサ２４は、エンジン１２および／または貯蔵装置１４の制御に影響を及ぼすように設定された要求トラクションエネルギ出力、ならびに、例えば、機械１１を地表に対して推進させるためにトラクション負荷部１６に向けて送られるエネルギ出力を示す、オペレータによる１つまたは複数の入力を検出することができる。例えば、センサ２４は、１つまたは複数のオペレータインターフェイス装置、例えば、ペダル１７および／または当技術分野で公知の他の任意のオペレータインターフェイスの変位量を検出して、その変位量を示す信号を生成するように構成することができる。センサ２６は、エンジン１２および／または貯蔵装置１４の制御に影響を及ぼし、さらに、例えば、作業を行う器具１３を操作するために非トラクション装置１８に送られるエネルギ出力を調整するように設定された要求非トラクションエネルギ出力を示す、オペレータによる１つまたは複数の入力を検出することができる。例えば、センサ２６は、センサ２４と同様に、１つまたは複数のオペレータインターフェイス装置、例えば、ジョイスティック１９の変位量を検出し、その変位量を示す信号を生成するように構成することができる。センサ２８は、トラクション負荷部１６から、例えば周囲環境に出力される出力エネルギ量を示す、トラクション負荷部１６の１つまたは複数の動作パラメータを検出することができる。例えば、センサ２８は、トランスミッションの出力シャフトのトルク量および／または回転数を検出して、それらを示す信号を生成するように構成することができる。センサ３０は、非トラクション負荷部１８から、例えば周囲環境に出力される出力エネルギ量を示す１つまたは複数の動作パラメータを検出することができる。例えば、センサ３０は、例えば、油圧システムを介して作業を行う器具の動作に影響を及ぼすように構成された加圧流体源から出力された流体流量および／または圧力を検出するように構成することができる。センサ３２、３４は、トラクション負荷部１６および非トラクション負荷部１８にそれぞれ入力されるエネルギ量を示す１つまたは複数の動作パラメータを検出することができる。例えば、センサ３２、３４は、エンジン１２および／または貯蔵装置１４からハブ２０を介してそれぞれトラクション負荷部１６および非トラクション負荷部１８に向けて送られるエネルギ量を検出するように構成することができる。

センサ２４、２６、２８、３０、３２、３４には、共通の動作パラメータに関する複数の信号を確立し、かつ例えば、平均化するか、または合計することで複数の信号を１つの共通信号にまとめることができる複数のセンサを含めることができる。センサ２４、２６、２８、３０、３２、３４は、当技術分野で公知の任意のタイプのセンサ、例えば、赤外線またはレーダーセンサ、流量計、トランスデューサ、ホールセンサ、および／または当技術分野で公知の他の任意のセンサで具現化することができ、それぞれエンジン１２、貯蔵装置１４、トラクション負荷部１６、および非トラクション負荷部１８に対して任意の位置に配置することができる。

図２は、例示的な制御方法１００を示している。方法１００は、ハイブリッドエネルギシステム１０を制御するコントローラ２２により実行することができる。具体的には、方法１００は、ステップ１０２で、動作サイクルの第１のシーケンスを特定することを含むことができる。方法１００はまた、ステップ１０４で、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８に向けて送られる、オペレータから要求されたエネルギを求めることを含むことができ、ステップ１０６で、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８から出力されたエネルギを求めることを含むことができる。方法１００はまた、ステップ１０８で、第１のシーケンス中に、要求エネルギを出力エネルギと比較して、エネルギ不足を求めることを含むことができる。方法１００はまた、ステップ１１０で、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８で回生されたエネルギを求めることを含むことができる。方法１００はまた、ステップ１１２で、動作サイクルの第２のシーケンス中に、貯蔵装置１４に蓄積されるエネルギを調整することを含むことができる。方法１００は、ステップ１０２から１１２を選択的に繰り返すことができる。方法１００のステップの１つまたは複数は、任意の順番で実行でき、かつ／または方法１００の他の１つまたは複数のステップと実質的に同時に実行でき、本明細書では、単に説明することを目的として特定の順番で説明されることが考えられる。

ステップ１０２は、動作サイクルの第１のシーケンスを特定することを含むことができる。動作サイクルは、システム１０の実質的に繰り返される動作に対応できる、機械１１の１つまたは複数の構成要素の実質的に繰り返される動作とすることができる。具体的には、オペレータは、所与の動作サイクル、例えば、機械１１の移動および／または器具１３の操作を複数のシーケンスを通じて繰り返すことができる。ステップ１０２は、オペレータが、オペレータインターフェイス装置、例えば、押しボタン（図示せず）を介して所与のサイクルの開始および終了を手動で知らせ、かつコントローラ２２が、手動で操作されたインターフェイス装置を示す信号を受け取ったのに応じて、第１のシーケンスを特定することを含むことができる。例えば、オペレータは、特定の作業、例えば、材料を一方の現場からもう１つの現場に輸送することなどを繰り返して行うために、実質的に同じ経路を移動するように機械１１を制御することができる。したがって、第１のシーケンス中のあるタイミングに対応する、トラクション負荷部１６に向けて送られるオペレータ要求エネルギと、トラクション負荷部１６に作用する環境負荷とは、第２のシーケンス中の同じタイミングに対応するものと実質的に同じであり得る。また、オペレータは、特定の作業、例えば、材料を一方の山積みからもう１つの山積みに移すことなどを繰り返して行うために、器具１３の同じ操作を実質的に再現するように機械１１を制御することができる。したがって、第１のシーケンス中のあるタイミングに対応する、非トラクション負荷部１８に向けて送られるオペレータ要求エネルギと、非トラクション負荷部１８に作用する環境負荷とは、第２のシーケンス中の同じタイミングに対応するものと実質的に同じであり得る。すなわち、トラクション負荷部１６および非トラクション負荷部１８に関するオペレータ要求エネルギおよび環境負荷の時間増分されたパターンは、所与のサイクルのそれぞれのシーケンス中に実質的に再現される。

ステップ１０４は、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８に向けて出力されるオペレータ要求エネルギを求めることを含み得る。具体的には、ステップ１０４は、システム１０に関連する１つまたは複数のパラメータを検出し、検出したパラメータに応じて要求エネルギを求めることを含むことができる。例えば、ステップ１０４は、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８の制御に影響を及ぼすように構成された１つまたは複数のオペレータインターフェイス装置、例えば、ペダルやジョイスティックの変位をそれぞれセンサ２４、２６によって検出することを含むことができる。オペレータインターフェイス装置の変位量は、所望する制御量に対応することができ、例えば、より大きい変位は、より大きい要求エネルギ量に対応すると考えられる。

ステップ１０６は、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８から出力されたエネルギ量を求めることを含むことができる。具体的には、ステップ１０６は、システム１０に関連する１つまたは複数のパラメータを検出し、検出したパラメータに応じて実際の出力エネルギ量を求めることを含むことができる。例えば、ステップ１０６は、トランスミッション出力シャフトのトルクおよび／または回転数をセンサ２８によって検出することを含むことができ、１つまたは複数のアクチュエータに向けて送られた加圧流体の圧力および／または流量をセンサ３０によって検出することを含むことができる。ステップ１０６はまた、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８に入力された実際のエネルギを検出し、入力エネルギと１つまたは複数のエネルギ変換部品の効率とによって、そこから出力される実際のエネルギを求めることを含むことができる。例えば、トラクション負荷部１６の場合、ステップ１０６は、１つまたは複数のトラクション装置に動作可能に連結されかつ構成されたトランスミッションに入力されたエネルギ、例えば、電流またはトルクをセンサ３２によって検出し、実験的に求めたトランスミッションの効率を用いて、検出されたエネルギを関数的に関係付けることを含むことができる。非トラクション負荷部１８の場合、ステップ１０６は、１つまたは複数のアクチュエータに向けて加圧流体の流れを供給して、器具１３の操作に影響を及ぼすように構成された油圧システムの１つまたは複数の油圧ポンプに入力されたエネルギ、例えば、電流またはトルクをセンサ３４によって検出し、実験的に求めた油圧システムの効率を用いて、検出されたエネルギを関数的に関係付けることを含むことができる。

ステップ１０８は、要求エネルギを出力エネルギと比較することを含むことができる。具体的には、ステップ１０８は、第１のシーケンス中に複数の時間増分点で、要求された、例えばトルクまたは流体流量などの出力エネルギ率と実際の出力エネルギ率とを比較して、時間増分点の任意の１つで要求エネルギが出力エネルギよりも小さいかどうかを判断することを含むことができる。そうである場合、ステップ１０８は、システム１０に関係するエネルギ不足であると判断することを含むことができる。エネルギ不足は、オペレータが、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８に、システム１０が供給できるよりも多いエネルギを要求していることを示す。ステップ１０８は、要求エネルギと出力エネルギを第１のシーケンスの時間増分点ごとに比較することを含むことができ、複数のエネルギ不足を判断することを含むことができると考えられる。ステップ１０８は、当技術分野で公知の任意の方法、例えば、第１のシーケンスが実行されるときに、要求および出力エネルギ対時間のマップを作成することや、第１のシーケンス中に１つまたは複数の離間した時間増分点で、要求エネルギと出力エネルギとを電気的に比較することなどにより、要求エネルギと出力エネルギを比較することを含むことができるとも考えられる。当然のことながら、システム１０は、化学的な、例えば、エンジン１２に関連する燃料、および／または電気的な、例えば、貯蔵装置１４に関連する電圧などの様々な潜在的エネルギ源を含むことができ、そのためエネルギ不足は、システム１０が、オペレータの要求を満たすように１つの形態から他の形態にエネルギを変換することができないことを示すことが理解される。例えば、構造上の制約のために、エンジン１２は、システム１０がオペレータ要求を満たすように、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８に向けてエネルギを出力するのを可能にするほど十分な速度で、燃料からのエネルギを機械的および／または電気的エネルギに変換することができない。

例えば、オペレータは、機械１１の所与の対地速度に影響を及ぼすために、オペレータインターフェイス装置、例えば、ペダル１７を変位させて、トラクション負荷部１６に向けて送られるべきエネルギを要求することができる。それに応じて、システム１０は、最初のうちはエンジン１２および／または貯蔵装置１４からトラクション負荷部１６に向けて十分なエネルギを出力することができる。しかしながら、例えば、機械１１が坂を上るなど、トラクション負荷１６がかなり増える場合、システム１０は、もはや要求エネルギを出力することができず、機械１１の対地速度が遅くなる可能性がある。別の例として、オペレータは、オペレータインターフェイス装置、例えば、ジョイスティック１９を変位させて、エネルギを１つまたは複数の非トラクション負荷部１８に向けて送るように要求し、器具１３の操作に影響を及ぼすことができる。それに応じて、システム１０は、最初のうちはエンジン１２および／または貯蔵装置１４から非トラクション負荷部１８に向けて十分なエネルギを出力することができる。しかしながら、例えば、器具１３が軟質材料から硬質材料に移行するなど、非トラクション負荷１８がかなり増える場合に、システム１０は、もはや要求エネルギを出力することができず、器具１３の移動は遅くなる、すなわち失速する可能性がある。さらに、システム１０は、要求出力を達成するために、最初のうちはトラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８に十分なエネルギを供給することができ、その後、高負荷動作が長引くことで、十分なエネルギの供給を実質的にやめることがある。例えば、機械１１が高速で坂を上るときに、コントローラ２２は、高いエネルギ需要を満たすために、エンジン１２および／または貯蔵装置１４を制御して最大エネルギ出力にすることができる。貯蔵装置１４に蓄積されたエネルギを消耗した場合、システム１２は、貯蔵装置１４から出力される余分なエネルギがない状態では高いエネルギ需要を満たすことができないので、機械１１が遅くなる可能性がある。

ステップ１１０は、システム１０によって回生されたエネルギを監視することを含むことができる。具体的には、ステップ１１０は、第１のシーケンス中に、複数の時間増分点でトラクション負荷部１６および非トラクション負荷部１８で回生されたエネルギ量を求めて、回生エネルギが周囲環境に散逸されたかどうかを判断することを含むことができる。そうであるならば、ステップ１１０は、システム１０に関係するエネルギは超過であると判断することを含むことができる。エネルギ超過であることから、システム１０は、まだ回生エネルギを貯蔵装置１４に蓄積できていないトラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８からエネルギを回生できると分かる。例えば、ステップ１１０は、例えば、機械１０の動きを抑えるように構成されたオペレータインターフェイス装置、例えばペダル１７、および／または器具１３の動きを抑えるように構成されたオペレータインターフェイス装置、例えばジョイスティック１９の変位を、例えばセンサ２４、２６またはさらなるセンサを介して検出するなど、回生エネルギが散逸されることを示す、システム１０および／または機械１１の１つまたは複数のパラメータを検出することを含むことができる。ステップ１１０は、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８の機械および／または油圧による制動を示す、システム１０および／または機械１１の任意のパラメータを検出することを含むことができると考えられる。トラクション負荷部１６に関連する動的制動動作中に、または非トラクション負荷部１８に関連するオーバーラン動作中に、回生エネルギを貯蔵装置１４に向けて送ることができると考えられる。回生エネルギおよびそのエネルギに関係するシステムについては、当技術分野で公知であり、これ以上説明することはしない。

ステップ１１２は、動作サイクルの第２のシーケンス中に、貯蔵装置１４に蓄積されるエネルギ量を調整し、さらに、貯蔵装置１４を充放電するタイミングを調整することも含むことができる。具体的には、ステップ１１２は、求めたエネルギ不足およびエネルギ超過に応じて、貯蔵装置１４の動作を調整すること含むことができる。第１のシーケンス中に所与の時間増分点でエネルギ不足が判明した場合、ステップ１１２は、貯蔵装置１４が本来よりもエネルギを余分に出力することができるようにして、エネルギ不足を軽減するおよび／またはなくすために、第２のシーケンス中の対応する時間増分点になる前に、貯蔵装置１４に蓄積されたエネルギ量を増やすことを含むことができる。第１のシーケンス中に所与の時間増分点でエネルギ超過が判明した場合、ステップ１１２は、貯蔵装置１４が本来よりもエネルギを余分に受け入れることができるようにして、エネルギ超過を軽減するおよび／またはなくすために、第２のシーケンス中の対応する時間増分点になる前に、貯蔵装置１４に蓄積されたエネルギ量を減らすことを含むことができる。貯蔵装置１４を制御して任意の充電状態にすることができ、第２のシーケンス中の任意のタイミングに合わせて貯蔵装置１４を充放電することができると考えられる。ステップ１１２は、第２のシーケンス中に、コントローラ２２が貯蔵装置１４に関係するタイミングおよびエネルギ量を自動的に制御することを含むことができるとも考えられる。ステップ１１２は、サイクルの第３およびその次のシーケンスでエネルギの不足および／または超過をさらに軽減する、かつ／またはなくすことができるとさらに考えられる。

開示した方法および装置は、任意のハイブリッドエネルギシステムを制御するのに適用することができる。開示した方法および装置は、エネルギを有益に蓄積し、誘導することができる。単に例示することを目的として、非トラクション負荷部１８、例えば、器具１３の繰り返し操作の特定の例に関して方法１０の運用を以下に説明する。方法１０の運用は、トラクション負荷部１６、例えば、トラクション装置１５の繰り返し操作、および／または非トラクション負荷部１８とトラクション負荷部１６との繰り返し操作の組み合わせに等しく適用でき、方法１０の運用は、以下に説明する特定の例に限定されるものではなく、非トラクション負荷部１８、トラクション負荷部１６、および／またはそれらの任意の組み合わせの任意のタイプの操作に適用できることを理解されたい。

システム１０は、機械１１に動作可能に接続することができ、トラクション負荷部１６は、作業現場の地表に対して車両を推進するように動作可能に構成することができる。トラクション負荷部１６は、ハブ２０から電気エネルギを受け取り、機械エネルギ、例えば、トルクおよび回転数をトラクション装置１５に向けて送るように構成された１つまたは複数のトラクションモータを含むことができる。非トラクション負荷部１８は、ハブ２０からエネルギを受け取りかつ油圧システムを介して加圧流体を１つまたは複数の油圧アクチュエータに供給して器具１３の操作に影響を及ぼすように構成された１つまたは複数の油圧ポンプを含むことができる。ハブ２０は、エンジン１２および／または貯蔵装置１４から電気エネルギを選択的に受け取ることができる。例えば、トラクション負荷部１６は、動的制動モードまたはオーバーラン動作中、例えば、坂を下っている最中または減速中に電気エネルギを選択的に生成することができ、ハブ２０への電気エネルギを回生することができる。例えば、非トラクション負荷部１８は、例えば、動いている器具１３を外部負荷が手助けするなどのオーバーラン動作中に、電気エネルギを選択的に生成することができ、ハブ２０への電気エネルギを回生することができる。例えば、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８からハブ２０に送られた電気エネルギは、ハブ２０から貯蔵装置１４にさらに送られてそこに蓄積することができ、その後、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８に向けて送られて、エンジン１２で必要とされる要求エネルギ量を減らすことができる。

例えば、オペレータは、アームおよびバケットを移動させて、材料を第１の山積みからバケットに積み込むこと、アームを移動させて、積み込んだバケットを第２の山積みに隣接して位置決めすること、バケットを動かして、材料を第２の山積みに移すこと、アームおよび空のバケットを移動させて、バケットを第１の山積みに隣接して位置決めすること、を含む繰り返しサイクルの１つまたは複数のシーケンスを通じて、器具１３の操作に影響を及ぼすことができる。オペレータは、ステップ１０２で、例えば、バケットに積み込む直前にサイクルの第１のシーケンスの開始を知らせることができ、空のバケットを第１の山積みに隣接して位置決めした直後に、第１のシーケンスの終了を知らせることができる。オペレータは、サイクルを実行することができ、コントローラ２２は、ステップ１０４で、各操作に影響を及ぼすためにオペレータから要求されたエネルギを求めることができ、ステップ１０６で、器具１３から出力されたエネルギを求めることができる。コントローラは、ステップ１０８で、要求エネルギと出力エネルギを比較して、第１のシーケンス中にエネルギ不足が発生したかどうかを判断することができる。例えば、コントローラ２２は、第１の山積みからバケットに材料を積み込んだときに、エネルギ不足が発生したことを見極めることができる。コントローラ２２は、ステップ１１０で、第１のシーケンス中にエネルギ超過が発生したかどうかを判断するために、器具で回生したエネルギ量を求めることを含むこともできる。例えば、コントローラ２２は、空のバケットを第１の山積みに隣接するように移動させるときに、エネルギ超過が発生したことを見極めることができる。

オペレータは、第１のシーケンスと実質的に同様の、サイクルの第２のシーケンスを行うことができる。あるいは、オペレータは、サイクルの第２およびその次のシーケンス中に、器具１３の所望する操作に自動的に影響を及ぼすようにコントローラ２２をプログラムすることができる。ステップ１１２で、第２のシーケンス中に、コントローラ２２は、タイミングおよび貯蔵装置１４に蓄積されるエネルギを調整することができる。第２のシーケンス中に、コントローラ２２は、バケットを第１の山積みに隣接するように移動させる前のあるときに、貯蔵装置１４を放電し、バケットに積み込む前のあるときに、貯蔵装置１４を充電することができる。例えば、コントローラ２２は、バケットに積み込む前に貯蔵装置１４内のエネルギを増やし、その後、バケットに積み込んでいる間に器具１３に向けてそのエネルギを送って、その操作に関係するエネルギ不足を軽減する、かつ／またはなくすことができる。さらに、コントローラ２２は、第１の山積みに隣接するようにバケットを移動させる前に、貯蔵装置１４に蓄積されたエネルギを消費し、その後、第１の山積みに隣接するようにバケットを移動させている間に回生エネルギを貯蔵装置に送って、その操作に関係するエネルギ超過を軽減するおよび／またはなくすことができる。コントローラ２２は、エネルギを貯蔵装置１４から非トラクション負荷１８に向けて送るようにシステム１０を制御し、相応して、エンジン１２の出力を低め、かつ／または、例えば、最大エネルギ出力動作で低いエネルギ蓄積レベルを維持するように貯蔵装置１４を制御することにより、貯蔵装置１４の放電に影響を及ぼすことができると考えられる。コントローラ２２は、エネルギをエンジン１２から貯蔵装置１４に向けて送るようにシステム１０を制御し、かつ／または、例えば、回生動作で高いエネルギ蓄積レベルを維持するように蓄積装置１４を制御することで、貯蔵装置１４の充電に影響を及ぼすことができるとも考えられる。

ハイブリッドエネルギシステムの従来の制御方法は、貯蔵装置内のエネルギを約５０％に維持しようとするので、貯蔵装置は、エネルギ補助動作とエネルギ回生動作の両方が可能である。しかし、５０％の状態の充電は、要求エネルギ出力に応じるのに十分とし得ず、５０％の貯蔵容量は、トラクション負荷部１６および／または非トラクション負荷部１８の次に起こる変化を考慮すると、回生エネルギ入力を完全に受け入れるのに十分とし得ない。５０％の充電状態により、ある程度のエネルギ出力とある程度のエネルギ入力が可能になるが、両方の動作に対して十分であり得ない。貯蔵装置１４内のエネルギを増やすことで、システム１０は、その後の操作中にエネルギを余分に出力する能力をより高くすることができる。貯蔵装置１４内のエネルギを減らすことで、システム１０は、その後の操作中にエネルギを余分に回生する能力をより高くすることができる。システム１０は、求めたエネルギ不足およびエネルギ超過に応じて、タイミングと貯蔵装置１４に蓄積されるエネルギとを調整することで、より十分に要求エネルギに応じ、回生エネルギを受け入れるように構成することができる。

開示した、ハイブリッドエネルギシステムを制御するシステムに対して、様々な修正および変更を行うことができると当業者には分かるであろう。開示した方法および装置の仕様および実例を考慮することで、他の実施形態が当業者にも分かるであろう。仕様および例は、単なる例示とみなされるものであり、真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示される。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの非トラクション負荷部（１８）を含む機械に動作可能に連結されたエンジン（１２）および貯蔵装置（１４）を備えたハイブリッド動力システム（１０）を制御する方法（１００）であって、
   少なくとも１つの非トラクション負荷部の繰り返し動作を示す第１の動作シーケンスを特定し（１０２）、その第１の動作シーケンスは複数の時間増分で構成される工程、
   少なくとも１つの非トラクション負荷部の要求動力と、少なくとも１つの非トラクション負荷部の出力動力とをそれぞれ示す、ハイブリッド動力システムの第１および第２のパラメータを求める工程（１０４、１０６）、
   第１の動作シーケンスの複数の時間増分点において、求めた第１のパラメータと第２のパラメータとを比較する工程（１０８）、
   少なくとも１つの非トラクション負荷部で回生された動力を示す、ハイブリッド動力システムの第３のパラメータを求める工程（１０８）、
   第１の動作シーケンスの複数の時間増分点において、第３のパラメータを監視する工程、
   ハイブリッド動力システムの非トラクション負荷部に関係する動力不足または動力超過の少なくとも一方であると判断し（１１０）、動力不足は、求めた第１および第２のパラメータによって決まり、動力超過は、求めた第３のパラメータによって決まる工程、および
   第２の動作シーケンスの少なくとも一部中に、求めた動力不足または求めた動力超過に応じて、貯蔵装置に蓄積される動力を選択的に調整し（１１２）、第２の動作シーケンスは複数の時間増分で構成される工程、
   を含む方法。
2. 求めた第１のパラメータが、求めた第２のパラメータよりも大きい場合に、第１の動作シーケンス中の第１の時間増分点で動力不足であると判断し、第１の時間増分は、第１の動作シーケンスの複数の時間増分の１つである工程、および
   第２の動作シーケンス中に第２の時間増分点で貯蔵装置に蓄積される動力量を選択的に増やし、第２の時間増分は、第２の動作シーケンスの複数の時間増分の１つであり、第１の時間シーケンスの第１の時間増分点に対応する、第２の動作シーケンス中の時間増分点よりも前である工程、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 監視した第３のパラメータが、回生動力が貯蔵装置に向けて送られていないことを示す場合、第１の動作シーケンス中の第１の時間増分点で動力超過であると判断し、第１の時間増分は、第１の動作シーケンスの複数の時間増分の１つである工程、および
   第２の動作シーケンス中に第２の時間増分点で貯蔵装置に蓄積される動力量を選択的に減らし、第２の時間増分は、第２の動作シーケンスの複数の時間増分の１つであり、第１の動作シーケンスの第１の時間増分点に対応する、第２の動作シーケンス中の時間増分点よりも前である工程、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 第１の動作シーケンス中に、それぞれが動力不足または動力超過の一方である複数の動力変化を求める工程、および
   求めた複数の各動力変化に応じて、貯蔵装置に蓄積される動力量を選択的に調整する工程、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 少なくとも１つの非トラクション負荷は器具（１３）を含み、方法は、サイクルの２つのシーケンスとして、第１および第２の動作シーケンスの器具の操作サイクルを実質的に繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 第１のシーケンスを特定することには、第１のシーケンスの開始を示すオペレータ入力を受け取り、第１のシーケンスの終了を示すオペレータ入力を受け取ることが含まれる、請求項１に記載の方法。
7. システムはさらに、少なくとも１つのトラクション負荷部（１６）を含み、方法は、
   少なくとも１つのトラクション装置の要求トラクション動力と、少なくとも１つのトラクション負荷部からの出力とをそれぞれ示す、ハイブリッド動力システムの第４および第５のパラメータを求める工程（１０４、１０６）、
   第１の動作シーケンスの複数の時間増分点において、求めた第４のパラメータと第５のパラメータとを比較する工程（１０８）、
   少なくとも１つのトラクション負荷部で回生された動力を示す、ハイブリッド動力システムの第６のパラメータを求める工程（１１０）、
   第１の動作シーケンスの複数の時間増分点において、第６のパラメータを監視する工程、
   ハイブリッド動力システムの非トラクション負荷部に関係する動力不足または動力超過の少なくとも一方であると判断し（１１０）、動力不足は、求めた第４および第５のパラメータによって決まり、動力超過は、求めた第６のパラメータによって決まる工程、および
   第２の動作シーケンスの少なくとも一部中に、ハイブリッド動力システムのトラクション負荷部に関係する、求めた動力不足または求めた動力超過に応じて、貯蔵装置に蓄積される動力量を選択的に調整する工程（１１２）、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 第６のパラメータを求めることには、少なくとも１つのトラクション装置の動作を抑えるように構成されたオペレータインターフェイス装置の変位を検出することが含まれる、請求項７に記載の方法。
9. 第３のパラメータを求めることには、少なくとも１つの非トラクション装置の動作を抑えるように構成されたオペレータインターフェイス装置の変位を検出することが含まれる、請求項１に記載の方法。
10. 動力源（１２）と、動力貯蔵装置（１４）と、少なくとも１つの非トラクション負荷部（１８）と、請求項１〜９のいずれか一項の方法を実行するように構成されたコントローラとを有するハイブリッド動力システム（１０）、
    を含む機械（１１）。

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