JP2013517429A - 自動車、特に、農業用トラクタ向けの自動機能制御システム - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車、特に、農業用トラクタ向けの自動機能制御システム（１０００）に関する。このシステム（１０００）は、エンジンが全ての状態にわたって望ましい性能を保証するパワーを発揮するように、変速比を制御することができる。このシステム（１０００）は、エンジンに少なくとも所望の比率のパワーをロードするように変速比を増加する動作を本質的に含む「最大速度に移動」機能を実行することができることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用の自動機能制御システムに関する。

特に、本発明は、農業用トラクタの分野の用途に利点があるが、それに限定されることはない。本発明の下記の説明は、農業用トラクタの分野に対して、その一般的な特徴を失うことなく明白に言及する。

出願人が作製した現行のオートマチック・トランスミッション・システムは、固定しきい値を使用している。しかしながら、これは全ての運転条件や環境条件にはほとんど適合できない。この従来技術のシステムの最も問題とされる欠点には、反応が遅いこと、目標のギア比がある程度不安定であること、また使用可能なパワーに関して性能が低いことが挙げられる。

従って、本発明の主な目的は、アクセルの所定の設定において、トラクタ・エンジンを適切な比率のパワーにできるだけ接近させておくことである。本発明においては、要求されたＲＰＭのエンジンに基づく場合、比率は、パワーを最適値に維持し、かつ同時に、良質の運転体験を提供するように選択される。

自動車用の自動機能制御システムは、連続可変のトランスミッションの変速比を連続的に調整することによって、又は離散的な比率のトランスミッションに対してギアを増加する／減少することによって、ギアボックスの変速比を制御することができる。

望ましいパワーの進行状態は、低いＲＰＭ時の低い比率から始まり、高速時の最大１００％のパワーまで続く。さらに、パワーの比率は、ブレーキ・ペダルの位置によって影響される。このように、システムは、オペレータの運転方法に従って、パワーの比率を変更する。

従って、本発明によれば、添付された独立クレームの中で、また好ましくは、該独立クレームに直接的又は間接的に従属する任意のクレームの中で記載された内容に基づいて、自動車用の自動機能制御システムが提供される。

エンジン、トランスミッション、及びアクセルを備えた自動車の自動機能制御システムであって、前記アクセルの位置は設定ＥＲＰＭ（set ERPM）を規定し、該システムは、各設定ＥＲＰＭに対して利用可能な最大パワーの所望の比率を規定するように、かつトランスミッションの変速比を制御してエンジンを少なくとも所望の比率のパワーにロードする（load：負荷する）ように構成されることができる。

望ましい比率は、設定ＥＲＰＭが低しきい値ＥＲＰＭと高しきい値ＥＲＰＭとの間にある場合は、設定ＥＲＰＭの関数とすることができる。この望ましい比率は、高しきい値ＥＲＰＭを超える設定ＥＲＰＭに対し、１００％とすることができる。

システムは、高しきい値ＥＲＰＭを超える設定ＥＲＰＭに対して、エンジンの利用可能な最大絶対パワー（Ｐｍａｘ）の最も近くにエンジンをロードするように、変速比を制御するようさらに構成されることができる。

変速比の変化率が第１のマッピングに基づいて第１の動作モードに対して定義され、マッピングは変化率をＥＲＰＭ及びトルクの関数として定義する。変速比の変化率は、さらに別のマッピングに基づいてさらに別の動作モードに対して定義されることができる。第１の動作モードはトランスポート・モード（transport mode：運搬モード）とすることができ、さらに別の動作モードはフィールド・モード（field mode：現場モード）である。

トランスミッションは、パワーシフト式トランスミッション又は連続可変式トランスミッションとすることができる。アクセルは、ハンド・レバー又はフット・スロットルとすることができる。

望ましい比率は、低しきい値ＥＲＰＭと高しきい値ＥＲＰＭとの間の設定ＥＲＰＭに対して、１００％よりも小さくすることができる。

本発明を一層良く理解するために、限定されることはない実施例として、また添付の図面を参照して、ここで好ましい実施形態を説明する。

本発明の自動機能システム・オブジェクトのブロック図を示す図である。 自動車がそれ自身のドループを避ける必要がある場合の（アンチ・ドループ速度）、図１によるシステムの動作図である。 自動車が「最大速度になる」状態の場合の、図１によるシステムの動作図である。 「動的貢献」機能（「動的速度」）が起動される場合の、システムの第１の動作図である。 「動的速度」機能が起動される場合の、システムの第２の動作図である。 運転者が設定した速度及び自動車の実効速度に基づいた変速比の導関数をマッピングしたグラフであり、「アンチ・ドループ速度」及び「最大速度に移動」の静的貢献が、グラフに示されている。 「トランスポート・モード」に対して「動的速度」をマッピングした表面を示す図である。 「フィールド・モード」に対して「動的速度」をマッピングした表面を示す図である。

本発明の自動機能システム・オブジェクト（object）の方法は、下記の点に基づいている。
１．「アンチ・ドループ速度」：エンジン・ドループを避けるために変速比を減少させる要求として意図される。
２．「最大速度に移動」：エンジンを望ましい比率のパワーにロードする（load：負荷する）ために変速比を増加させる要求として意図される。
３．「動的速度」：所望のパワーの要求を満たすために変速比を動的に補正する要求として意図される。

システムは、前述された３つの貢献を連続的に計算し、合計する。要求された比率は、車両の使用状況にしたがって、最も関連した貢献に暗黙的に結び付けられる。

図１では、参照番号１０００は、自動車用の、特に、本発明の対象の農業用トラクタ用の自動機能制御システムを示している。

システム１０００は、データ処理センタ１００２に一対一の一義的対応（biunivocally）で接続されたユーザ・インターフェース１００１を備えている。データ処理センタ１００２は、ともにトラクタ１００５に装着されたエンジン１００３とドライブライン１００４とに同時に接続される。

図１の拡大図の中で示されるように、データ処理センタ１００２の入力パラメータは下記の通りである。
−ブレーキ要求
−エンジン速度
−エンジン・トルク
−エンジン％負荷
−運転者が設定したエンジン速度（ＥｒｐｍＳｅｔ）

一般的に言えば、前述のパラメータから始まる幾つかの計算を実行した後で、データ処理センタ１００２は、以下で説明される基準に基づいた最良の比率を得るために、変速比を変化させる要求（比率要求）をドライブライン１００４に送る。

図２は、本発明を理解するために不可欠な幾つかの曲線を示す、この図で、横座標はエンジンＲＰＭの値を示し、縦座標はトラクタのパワーの値（有効パワー又はレジスタント・パワー（active or resistant power））を示す。

図２は全体的に、参照番号１０で、エンジンの最大パワー曲線を示している。

見て分かるように、曲線１０は、絶対最大点（Ｐｍａｘ；パワー（ＰＴＺｍａｘ））までほぼ線形の進行状態を有し、次に絶対最大点（Ｐｍａｘ）の後では、かなり急激に降下する。さらに、図２は、参照番号２０により、エンジン制御のワーク直線（work straight line）を示しており、該直線は、自動車のアクセル（図示せず）を所定の傾斜角に設定することによって運転者により前もって定められた設定ＥＲＰＭ（例えば、１４００ＲＰＭ）から始まる。

ワーク直線２０は、エンジン制御によって直線２０の進行状態が設定されるので、縦座標の直線に平行でないことに注意する価値がある。

図２は、ほぼ放物線状の進行状態の２つ以上の曲線３０、４０を示している。

曲線３０は、第１の変速比、例えばＸギア比を有するレジスタント・ロード（resistant load：耐荷重）を示し、一方曲線４０は、第２の変速比、例えばＶＩＩＩギア比を有するレジスタント・ロードの進行状態を示す。

ここで、エンジンに１４００ＲＰＭを要求して、これにより、エンジンが点（Ｐ２）で動作するように設定すると仮定する。しかしながら、自動車の現在の動作点は、曲線１０の曲線３０との交点によって与えられた点（Ｐ１）である。この点（Ｐ１）は、エンジンによって与えられた最大パワー値（ＰＴＺ１）に相当する。

自動車はＸギア比を使用しているが、エンジンのＲＰＭは、静止摩擦によって引き起こされる高い抵抗、例えば、すき類（plough）のような器具の挿入による高い抵抗のため、危険なほど減少している。例えば、点（Ｐ１）において、エンジンは８５０ＲＰＭに設定され、それは本発明の目的物の１つであるアンチ・ドループ・システムの介在なしでは降下する。後述するように、このアンチ・ドループ・システムは、エンジンが、過剰な負荷を受けることによって降下するのを防止する。

実際、低いＲＰＭでの高い抵抗のためにドループが生じる可能性が高い点（Ｐ１）にエンジンがあることを感知すると、システム１０００は、Ｘギア比からＶＩＩＩギア比に比率を自動的に変化させ、これにより、動作点を点（Ｐ１）から、エンジン制御用直線２０と負荷曲線４０との交点によって与えられる点（Ｐ２）に戻す。従って、点（Ｐ２）は、（点（Ｐ１）に関連した）前述した最大パワー（ＰＴＺ１）よりも高いエンジン最大パワー（ＰＴＺ２）に対応する。さらに、点（Ｐ２）は、１４００ＲＰＭの望ましい開始設定ＥＲＰＭに近いＲＰＭに関連付けられている。

言い換えると、本発明のシステム・オブジェクトは、エンジンのドループを防ぐためにアンチ・ドループ方法を実行する。この方法は、比率を変えることにより、エンジンの動作速度（engine working rate）を点（Ｐ１）から点（Ｐ２）に、矢印（Ｆ１）に従って曲線１０をカバーすることにより変えて、比率を低下させる。

アンチ・ドループ速度では、エンジン速度最小しきい値が、運転者によって行われるそれぞれのエンジン速度要求に対して設定される。言い換えると、システム１０００は、エンジン速度がこの最小しきい値を下回ることを可能にしない。このことは、システム１０００が比率を低下させて、実際のエンジン速度が運転者が要求する各エンジン速度に対して設定される最小しきい値を下回らないようにすることを意味する。

トラクタが「トランスポート・モード」に設定される場合、すなわち、トラクタが道路上にある場合、例えば、ブレーキ・ペダルが運転者によって押されると、システム１０００はより早くエンジン・ブレーキをかけるため、直ちに比率を下げる。

図３は、「最大速度に移動」と呼ばれる第２の状態を示す。

図３は、エンジンの通常の最大パワー曲線を示す。図３の曲線１０は、それが常に同じ自動車の同じエンジンであると仮定されるため、図２に示された類似の曲線と同じである。

ここで、設定ＥＲＰＭに相当する直線２０^＊を設定すると仮定する。従来どおり、直線２０^＊はエンジン制御用直線である。

設定ＥＲＰＭ「高」は、望ましいパワーが１００％であるＲＰＭの最小要求を示す。これは設定ＥＲＰＭ「高」を超える全てのＲＰＭが、常に１００％のパワーを要求することを意味する。同様に、設定ＥＲＰＭ「低」は、０％のパワーを要求する最大のＲＰＭである。

この場合、設定ＥＲＰＭ「高」が１６００ＲＰＭであり、かつこの設定されたＲＰＭを超えると、システムは自動車を最大パワー曲線１０、すなわち、１００％のパワーに導く比率を選択すると仮定する。

図３は周知の曲線１０、ＶＩギア比に対応する曲線５０、及びＩＩギア比に対応する曲線６０を示している。

この場合、直線２０^＊に対応する設定ＥＲＰＭ値は、設定ＥＲＰＭ「高」値（この特定の例では１６００ＲＰＭ）と設定ＥＲＰＭ「低」値（この場合は９００ＲＰＭ）との間に存在する。

従って、要求されたＲＰＭは１２００ＲＰＭ（直線２０^＊）であると仮定する。さらに、運転者はアクセル・ペダルを完全に押すのではなく、「部分的な状態」にとどめる、すなわち、利用可能なパワーの一部のみを引き出すことを選択したと仮定する。

現在の動作点は、これにより、パワー（ＰＴＺ３）の点（Ｐ３）であり、一方でエンジンは、より高いパワー（ＰＴＺ４）の点（Ｐ４）に達するように要求される。システム１０００は、点（Ｐ３）から点（Ｐ４）に向かう矢印（Ｆ２）に従って、同じＲＰＭ（約１２００ＲＰＭ）であるが最初のパワー（ＰＴＺ３）よりも高い最終パワー（ＰＴＺ４）に、エンジン制御の直線２０^＊に従って比率を増加することにより、少なくとも要求された比率のパワーに到達できるようにする。

図３に示された状態のもとで、「最大速度に移動」動作が行われており、運転者が要求したＲＰＭ値が使用されて、トラクタが到達する必要があるパワーの最小比率が設定される。この比率は、次に、エンジン上で読み取られた有効な比率と比較される。これにより、システム１０００は、一定のしきい値よりも差が低い限り、ギア比を増加させる。

しかしながら、システム１０００は、望ましいパワー値がギア比が増加することにより崩される場合は、ギア比は減少されないことになっている。これにより、エンジンがいわゆる「ギア・ハンティング」によりデッドロックされて、自動車の運転品質を損なうことが防止される。

さらに、本明細書では、「動的速度」という用語は、望ましいパワーの要求を満たすための、ドライブライン１００４内の変速比の動的近似を意味する。

ｄＰｏｗｅｒパワーの導関数は、動的の位置を知るために絶えずモニタされる。

実際に、既に周知のように、パワーは下記の関係で与えられる：
Ｐ＝（ＥＲＰＭ）^＊（Ｔ）
ここで、（ＥＲＰＭ）はｒｐｍであり、（Ｔ）はトルク値である。

時間に関して導き出すことにより、
ｄＰ／ｄｔ＝（Ｔ）^＊（ｄ（ＥＲＰＭ）／ｄｔ）（ＲＰＭ係数）＋（ＥＲＰＭ）^＊ｄＴ／ｄｔ（トルク係数） （１）

従って、関係式（１）の第１項はＥＲＰＭの導関数に関連付けられ、第２項はトルク（Ｔ）の導関数に関連付けられる。２つの連続した項の変動を連続して観察することを続けることにより、システムは到達する最適な動作状態を識別することができる。

例えば、図４に示された動作状態（「動的速度」）では、開始点は（Ｐ５）であり、これは要求されたＲＰＭ（設定ＥＲＰＭ、これは、この場合、例えば、２３００である）に対して、既に最大パワー曲線上にある。図４では、曲線７０、８０は、それぞれＶギア比及びＩＶギア比を有する負荷進行状態を示す。

システム１０００は、（曲線１０と８０との交点によって与えられる）点（Ｐ５）によって与えられる現在の動作点にいる場合は、ギア比がＩＶからＶＩのギア比に変化した場合、最大パワーを（曲線１０と７０との交点によって決定される）点（Ｐｍａｘ）（パワー：（ＰＴＺｍａｘ））に行くように増加させることができることを理解している。

換言すると、点Ｐ５が点Ｐ５^＊に向けて移動するような傾向がある場合、負のトルクの導関数及び正のＲＰＭの導関数が得られる。これはシステム１０００に対して、点（Ｐ５^＊）から曲線１０に沿ってかつ矢印（Ｆ３）に従って（Ｐｍａｘ）に移動する命令を与える。

図５に示された状態（「動的速度」）では、システム１０００は、現在の動作点（Ｐ６）（パワー（ＰＴＺ６））は最大パワー曲線上にあるが、要求された設定ＥＲＰＭ（例えば、２３００ＲＰＭ）ではないことを感知している。この場合、パワーの導関数をモニタすることにより、このシステムは、点（Ｐｍａｘ）（パワー：（ＰＴＺ６）よりも高い（ＰＴＺｍａｘ））に到達するには比率を減少させる必要があることを感知する。言い換えると、システムは導関数が負であることを感知する一方で、差の値も計算する。

簡単に言うと、ギア比管理に関する方法には、ともかく対立する２つの要求事項が存在すると言うことができる。実際には、アンチ・ドループ速度に対して、比率を減少する必要があり、一方で、「最大速度に移動」状態に関しては、比率を増加する必要がある。さらに、動的貢献も考慮する必要がある。

図６は、運転者が要求したＥＲＰＭ値と自動車の有効ＥＲＰＭ値とに基づいた変速比の導関数をマッピングした図である。数個の値の間の交点は、システム１０００が、それがアンチ・ドループ速度にあるためギア比（ｄＲａｔｉｏの値／負のｄｔ）を減少する必要があるか、又はそれが「最大速度に移動」状態にあるため、ギア比（ｄＲａｔｉｏの値／正のｄｔ）を増加する必要があるかを決定する。しかしながら、この図面は、「アンチ・ドループ速度」又は「最大速度に移動」による静的貢献に関してまさに幾つかの情報を与える。

従って、「動的速度」も検討すると、図７（トランスポート・モード）及び図８（フィールド・モード）の中で示される表面を取り入れる必要がある。

これら２つの図面では、横座標が「ＲＰＭ係数」及び「トルク係数」を示すのに対して、縦座標はどのように比率が変化する必要があるかを示す。

図７及び図８に示された表面の傾向を理解するために、前述された関係式（１）：ｄＰ／ｄｔ＝（Ｔ）^＊（ｄ（ＥＲＰＭ）／ｄｔ）（ＲＰＭ係数）＋（ＥＲＰＭ）^＊ｄＴ／ｄｔ（トルク係数）、を絶えず参照する必要がある。

例えば、ＲＰＭの導関数が負でかつトルクの導関数も強い負である場合は、（両方のモードの）比率の導関数は強い負であり、またこのため比率は減少される必要があることが分かる。

本発明のシステム・オブジェクトは、監視論理を実行することができ、これは優先順位係数に基づいて、到達した種々の要求（すなわち、「アンチ・ドループ速度」、「最大速度に移動」、「動的速度」）を、自動車のドライブラインに対する単一命令の中に統合する。

本発明のシステム・オブジェクトの主要な利点は、自動機能システムが、全ての使用条件のもとで最高の性能を常に保証するエンジン・パワーを発揮する比率を制御するので、ブレーキ及びアクセル・ペダルだけで駆動することができるトラクタの運転動作が容易にされる、という事実によって与えられる。

Claims (10)

1. エンジン（１００３）、トランスミッション、及びアクセルを含む自動車（１００５）用の自動機能制御システム（１０００）であって、
   前記アクセルの位置は、設定ＥＲＰＭを規定し、
   前記システム（１０００）は、各設定ＥＲＰＭに対して利用可能な最大パワーの所望の比率を規定するように、かつ前記トランスミッションの変速比を制御して前記エンジン（１００３）を少なくとも前記所望の比率のパワーにロードするように構成されることを特徴とする、システム（１０００）。
2. 前記設定ＥＲＰＭが、低しきい値ＥＲＰＭと高しきい値ＥＲＰＭとの間にある場合は、前記所望の比率は、前記設定ＥＲＰＭの関数であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１０００）。
3. 前記所望の比率が、高しきい値ＥＲＰＭを超える前記設定ＥＲＰＭに対し、１００％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム（１０００）。
4. 前記システム（１０００）が、前記高しきい値ＥＲＰＭを超える設定ＥＲＰＭに対して、前記エンジンの利用可能な最大絶対パワー（Ｐｍａｘ）の最も近くに前記エンジン（１００３）をロードするように、前記変速比を制御するようさらに構成されることを特徴とする、請求項２又は３に記載のシステム（１０００）。
5. 前記変速比の変化率が、第１のマッピングに基づいて第１の動作モードに対して規定され、前記マッピングは、前記変化率を、ＥＲＰＭ及びトルクの関数として定義することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム（１０００）。
6. 前記システム（１０００）が、さらに別のマッピングに基づいてさらに別の動作モードに対し、前記変速比の変化率を規定することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム（１０００）。
7. 前記第１の動作モードがトランスポート・モードであり、かつ前記さらに別の動作モードがフィールド・モードであることを特徴とする、請求項６に記載のシステム（１０００）。
8. 前記トランスミッションが、パワーシフト式トランスミッション又は連続可変式トランスミッションであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム（１０００）。
9. 前記アクセルが、ハンド・レバー又はフット・スロットルであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム（１０００）。
10. 前記所望の比率が、前記低しきい値ＥＲＰＭと前記高しきい値ＥＲＰＭとの間の設定ＥＲＰＭに対して１００％よりも小さいことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステム（１０００）。