JP2014183738A - 車両を駆動するための駆動システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】急激な負荷変化が、操縦またはＵターンしている間の飛出し問題を引き起こさない、制御ユニットとトラクション装置とを含む駆動システムを提供する。
【解決手段】制御ユニット１１は、車両負荷が変化しようとしているかまたは変化しつつあることを示す負荷変化信号を受信し、かつ負荷変化信号に応じてトラクショントルクを生成するよう構成されている。トラクション装置１３は、制御ユニット１１に連結され、トラクショントルクに従って車両を駆動するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、全般的には駆動システムおよび方法に関し、さらに詳細には、車両負荷が変化する間に車両を駆動するトラクショントルクを調整するための、駆動システムおよび方法に関する。

車両には、種々の機能を実行するために、空調システムや流体ポンプなどの電気的負荷と、動力取り出し（ＰＴＯ）機構などの機械的負荷と、を含む多数の負荷が具備される可能性がある。たとえば、トラクターやフォークリフトなどの農業用または産業用車両は、種々の農業用または産業用の作業機能のために、ＰＴＯ機構や流体ポンプなどのような多数の異なる作業用または植栽用機構を備える可能性がある。現状では、車両のトラクション（牽引力）がそれら負荷の変化の影響を受けており、車両の速度変化をもたらす結果となる可能性がある。たとえば、急激な負荷変化が、操縦またはＵターンしている間の飛出し問題を引き起こしかねず、結果的に車両の性能および安全性に影響を与える恐れがある。

上述した問題の少なくとも１つに対処するための駆動システムおよび方法を提供することは、望ましいことである。

本明細書で開示する一実施形態によれば、ある駆動システムが提供される。その駆動システムは、制御ユニットとトラクション装置と、を含む。制御ユニットは、車両負荷が変化しようとしているかまたは変化しつつあることを示す負荷変化信号を受信し、その負荷変化信号に応じてトラクショントルクを生成するよう構成されている。トラクション装置は制御ユニットに連結されており、トラクショントルクに従って車両を駆動するよう構成されている。

本明細書で開示する他の実施形態によれば、ある方法が提供される。その方法は、車両負荷が変化しようとしているかまたは変化しつつあることを示す負荷変化信号を受信するステップを含む。その方法は、負荷変化信号に応じてトラクショントルクを生成するステップをさらに含む。またその方法は、トラクショントルクに従って車両を駆動するために、トラクション装置に対してトラクショントルクを適用するステップをさらに含む。

本明細書で開示する別の実施形態によれば、ある駆動システムが提供される。その駆動システムは、トラクション装置と制御ユニットとを含む。トラクション装置は、車両を駆動するために種々のトラクショントルクを供給するよう構成されている。制御ユニットは、車両が第１の負荷状態から第２の負荷状態へと切り替えられるべきかまたは切り替えられつつあることを示す負荷変化信号を受信するよう構成されている。制御ユニットはさらに、第１の負荷状態に応じて生成された第１のトラクショントルクを、第２の負荷状態に応じて生成された第２のトラクショントルクへと変化させるよう構成されている。

本発明が開示するこれらおよび他の特徴および態様は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことで、より良い理解が得られるであろう。それら図面内で、同じ符号は、各図面を通して同じ部分を表している。

一実施形態に係る車両を駆動するための駆動システムの概略図である。 他の実施形態に係る駆動システムの概略図である。 一実施形態に係る車両を駆動するための方法のフローチャートである。

特に他の定義を記載する場合を除き、本明細書において使用する技術的および科学的用語は、本件の開示が属する技術分野の当業者にとって普通に理解されている意味と同じ意味を有している。本明細書で使用する「第１の」、「第２の」および同様の用語は、何らかの順序、量、または重要性を示すものではなく、寧ろ、１つの構成要素と他の構成要素とを区別するために使用されている。また、「１つ（ａ）」という用語は、量的な限定を示すものではなく、寧ろ、言及された項目が少なくとも１つ存在することを示している。本明細書における「含む」「具備する」または「有する」という用語とその同類語は、その後に列挙される項目およびそれらの均等物を、追加的な項目とともに包含するという意味である。「接続される」および「連結される」という用語は、物理的または機械的な接続または連結に限定されるものではなく、直接的または間接的を問わず、電気的な接続または連結をも含み得る。

図１は、車両、特に農業用または産業用の車両のための、一実施形態に係る駆動システム１００の概略図を示す。この車両は、電気自動車、ハイブリッド車、または任意の他の動力源を有する車両であってもよい。駆動システム１００は、制御ユニット１１とトラクション装置１３とを含む。この実施形態において、駆動システム１００は、指令装置１５と負荷駆動装置１７とをさらに含む。

負荷駆動装置１７は、車両負荷１９を駆動するよう構成されており、車両負荷１９は、この実施形態では鋤込みや耕うん作業などの作業機能を実行するための動力取り出し（ＰＴＯ）機構であってもよい。いくつかの実施形態において、車両負荷１９は、昇降動作を実行するよう構成された流体ポンプ、空調装置、または各作業機能を実行するよう構成された任意の他の装置を含んでもよい。車両負荷１９は、流体ポンプや空調装置などの電気的負荷であってもよく、またはＰＴＯ機構のような機械的負荷であってもよい。

この実施形態において、負荷駆動装置１７は、車両負荷１９を駆動するよう構成された第１の電気機械１７１と、車両負荷１９を担持するために第１の電気機械１７１に連結されたＰＴＯの軸１７３と、を含む。第１の電気機械１７１は、モーターおよび発電機としての両方の動作が可能である。この実施形態において、第１の電気機械１７１は、モーターとして動作可能であり、車両負荷１９を駆動するよう構成されかつ動力供給部２１により電力供給されている。この実施形態において、動力供給部２１は、バッテリまたは直流を供給する任意の他の直流（ＤＣ）電源であってもよい。動力供給部２１は、インバータ２３を介して第１の電気機械１７１に電力を供給する。いくつかの実施形態において、動力供給部２１は交流（ＡＣ）電源または任意の他の電源であってもよい。いくつかの実施形態において、負荷駆動装置１７は、エンジンなどのような、車両負荷を駆動するための他の装置であってもよい。

指令装置１５は、車両負荷１９の作動を指令し、制御ユニット１１に対して負荷変化信号を供給するよう構成されている。負荷変化信号とは、車両負荷１９に対し、作業を開始させたり停止させたり、または作業モードを変更させたりする指令信号であり、また、車両が第１の負荷状態から第２の負荷状態へと切り替わろうとしているかまたは切り替わりつつあることを示す信号である。たとえば、指令装置１５が使用者によって一旦操作されると、ＰＴＯ機構は上昇または降下するよう制御され、その結果、車両が駆動する負荷は減少または増加する。いくつかの実施形態において、指令装置１５は、使用者が指令信号を入力するために操作する、オン／オフスイッチ、プルバー、ボタン、入力パネルまたは任意の他の装置であってもよい。いくつかの実施形態においては、異なる車両負荷を指令するために、２つまたはそれ以上の指令装置１５が設けられている。指令装置１５は、異なる車両負荷に対しては異なる負荷変化信号を生成してもよい。

制御ユニット１１は、車両負荷１９が変化しようとしているまたは変化しつつあることを示す負荷変化信号を受信するよう構成されている。この実施形態において、制御ユニット１１は指令装置１５から負荷変化信号を受け取り、駆動システム１００のハードウエアコストを増大させることなく性能を達成できる。制御ユニット１１はさらに、負荷変化信号に応じてトラクショントルクを生成するよう構成されている。この実施形態において、制御ユニット１１は、負荷変化信号に応じて負荷変化トルクを生成し、さらに、負荷変化トルクと車両コマンドトルクとに基づいてトラクショントルクを生成する。この実施形態において、車両コマンドトルクは、アクセルペダル２５に対する運転者の踏み込み量を示す、アクセルペダル２５を介した入力であってもよい。いくつかの実施形態において、車両コマンドトルクは、自動運転中に制御ユニット１１によって生成される。負荷変化トルクは、車両負荷１９に対して供給されるトルクの、第１の負荷状態から第２の負荷状態への変化量を示す。

トラクショントルクは、負荷の変化を補償するために、負荷変化トルクを用いて車両コマンドトルクを調整することで生成される。さらに具体的には、トラクショントルクは、負荷変化トルクが正の値を有する（たとえば車両負荷が増大した）場合には、車両コマンドトルクを増大させることで生成され、または、負荷変化トルクが負の値を有する（たとえば車両負荷が減少した）場合には、車両コマンドトルクを減少させることで生成される。たとえ負荷状態が変化した場合でも、車両の性能と安定性が確保されるように、車両負荷１９が変化する前または変化している間に、トラクショントルクが決定されかつ車両に対して供給される。それにより、たとえば車両負荷１９が変化する間に、車両の走行中の飛出しや停止が防止できる。この実施形態では、異なる負荷の変化状態に関する異なる負荷変化信号に対応する、負荷変化トルクの多数の値が、事前検出または事前推定されて、マッピングテーブル内にマップされてもよい。制御ユニット１１の演算速度および駆動システム１００の応答速度を増大させるために、負荷変化トルクの対応する値が、負荷変化信号に従ってマッピングテーブルから取り出されて、トラクショントルクが計算されてもよい。

制御ユニット１１は、負荷変化信号に応じて、下限値と上限値とを有するトルク範囲を決定し、トラクショントルクをそのトルク範囲内に制限するよう構成されている。下限値はトラクショントルクの最低のセーフガードトルクを示し、上限値はトラクショントルクの最高のセーフガードトルクを示す。トルク範囲は少なくとも車両の全負荷量に基づいて決定される。この実施形態において、トルク範囲は負荷変化トルクに基づいて調整される。この実施形態において、制御ユニット１１は、負荷変化トルクと事前設定された範囲とに基づいて、トルク範囲を決定する。車両負荷１９が変化する前に、トラクショントルクは、下限値と上限値とを有する事前設定された範囲内に制限される。車両負荷１９が一旦変化すると、トラクショントルクがそのトルク範囲内に制限されて、車両の安全性が確保される。トルク範囲は、事前設定された範囲を、負荷変化トルクを用いて調整することで決定される。より具体的には、トルク範囲は、負荷変化トルクが正の値を有する（たとえば車両負荷が増大した）場合、事前設定された範囲を拡張させることで生成され、また、負荷変化トルクが負の値を有する（たとえば車両負荷が減少した）場合、事前設定された範囲を狭くすることで生成される。トルク範囲の下限値および上限値は、事前設定された範囲の下限値および上限値と、負荷変化トルクとに基づいて、車両負荷１９の変化に対して適応するよう調整される。

車両は、車両負荷１９が変化する前には、第１の負荷状態において作動している。制御ユニット１１は、車両を第１の負荷状態において駆動するために、第１の負荷状態に対応する第１のトラクショントルクを生成する。車両負荷１９が変化する間に、車両は第１の負荷状態から第２の負荷状態へと切り替わり、制御ユニット１１は、負荷変化信号に応じて、第１のトラクショントルクを、第２の負荷状態に対応して生成された第２のトラクショントルクへと変更する。一実施形態において、第２のトラクショントルクは、第１のトラクショントルクと負荷変化トルクとに基づいて決定されてもよい。第２のトラクショントルクは、負荷変化トルクを用いて第１のトラクショントルクを調整することで決定される。他の実施例においては、第２のトラクショントルクは、上述したように、車両コマンドトルクと負荷変化トルクとに基づいて決定されてもよい。

トラクション装置１３は、制御ユニット１１に連結されており、トラクショントルクに従って車両を駆動するよう構成されている。トラクション装置１３は、車両を駆動するために、第１のトラクショントルクおよび第２のトラクショントルクのような異なるトラクショントルクを供給するよう構成されている。トラクション装置１３は、車両負荷１９が変化する前には、第１の負荷状態において動作している車両を駆動するための第１のトラクショントルクを供給する。トラクショントルク１３は、車両負荷１９が変化したときには、第２の負荷状態において動作している車両を駆動するための第２のトラクショントルクを供給する。

この実施形態において、トラクション装置１３は、車両を駆動するよう構成された第２の電気機械１３１を含む。第２の電気機械１３１は、駆動軸１３３を介して車両の変速機２７へと連結され、その変速機２７は車輪（図示せず）に連結されている。第２の電気機械１３１は、モーターおよび発電機としての両方の動作が可能である。この実施形態における第２の電気機械１３１は、車両の変速機２７を駆動するよう構成されかつ動力供給部２１によって電力供給される、モーターとして作動してもよい。動力供給部２１は、インバータ２９を介して第２の電気機械１３１へと電力を供給する。いくつかの実施形態において、トラクション装置１３は、エンジンなどのような、車両の変速機２７を駆動するための他の装置を含んでもよい。

図２は、他の実施例に係る駆動システム２００の概略図を示す。図２の実施形態の駆動システム２００は、図１の実施形態の駆動システム１００と類似している。図１の実施形態と比較して、図２に示す駆動システム２００は、１つまたは複数の負荷検出センサー３１を含み、この負荷検出センサー３１は、車両負荷１９の負荷変化状態を検出し、かつその負荷変化状態に従って、制御ユニット１１に対して負荷変化信号を生成するよう構成されている。負荷検出センサー３１は、ＰＴＯの軸１７３の加速度、電流および電圧などのような第１の操作パラメータを検出し、その第１の操作パラメータに従って負荷変化信号を生成する。いくつかの実施形態において、検出センサー３１はさらに、ＰＴＯの軸１７３の速度、電流および電圧などのような第２の操作パラメータを検出し、その第２の操作パラメータに従って、負荷変化の量を示す操作信号を生成するよう構成されてもよい。この実施形態において、制御ユニット１１は、操作信号に基づき負荷変化信号に応じて、負荷変化トルクを計算してもよい。この実施形態において、負荷変化トルクは負荷検出センサー３１によって正確に計算され得る。いくつかの実施形態において、負荷検出センサー３１は、加速度計、ジャイロスコープ、電流センサー、電圧センサーおよび／または任意の他の検出装置を含んでもよい。

図３は、一実施形態に係る方法３００のフローチャートを示す。方法３００の動作は機能ブロックとして示しているが、図３に示す各ブロックの順序および多様なブロック同士間の操作の分割は、限定的に意図されたものではない。たとえば、各ブロックは異なる順序で実行されてもよく、また、１つのブロックに関連する操作が１つまたは複数の他のブロックと結合されてもよく、または複数のブロックへとサブ分割されてもよい。

ブロック４０において、車両負荷の負荷変化信号が受信される。負荷変化信号は、車両負荷が変化しようとしているかまたは変化しつつあることを示す。１つの実施形態において、車両負荷の作動を指令する負荷変化信号が、図１の１つまたは複数の指令装置１５を介して生成される。他の実施例において、車両負荷の負荷変化状態が、図２の１つまたは複数の負荷検出センサー３１を介して検出され、負荷変化信号が、負荷変化状態に従って、負荷検出センサー３１を介して生成される。

トラクショントルクが、負荷変化信号に応じて生成される。これについては、この実施形態ではブロック４２および４４における操作が関与する。ブロック４２においては、負荷変化トルクが負荷変化信号に応じて生成される。負荷変化信号は、ルックアップテーブル法、リアルタイムの推定、または任意の他の方法を用いて生成されてもよい。ブロック４４においては、トラクショントルクが、負荷変化トルクと車両コマンドトルクとに基づいて生成される。車両コマンドトルクは、アクセルペダル２５を介して運転者によって入力されてもよく、または、自動制御状態においては、制御ユニット１１により生成されてもよい。トラクショントルクは、負荷変化トルクを用いてコマンドトルクを調整することで生成される。

ブロック４６においては、負荷変化信号に応じて、下限値と上限値とを有するトルク範囲が決定される。トルク範囲は、負荷変化トルクに基づいて調整される。トルク範囲は、事前設定された範囲を、負荷変化トルクを用いて調整することで決定される。ブロック４８においては、車両の安全性を確保するために、トラクショントルクがトルク範囲内に制限される。ブロック５０においては、車両をトラクショントルクに従って駆動するために、トラクショントルクがトラクション装置に適用される。

以上のように本発明の実施形態を説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、多様な変更を加えることが可能であり、本発明の各構成要素について均等物で置き換え可能であることが、当業者によって理解されるであろう。加えて、本発明の範囲を逸脱することなく、特定の状態または材料を本発明の教示に適応させるために、多数の修正が行われ得る。従って、本発明は、この発明を実施するために考案されたベストモードとして開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付した特許請求の範囲の範囲内にある全ての実施形態を含むことが意図されている。

さらに、当業者は、異なる実施形態からの種々の特徴が交換可能であることを認識するであろう。上述した種々の特徴だけでなく、各特徴についての他の公知の均等物も、当業者によって混合されまた整合され、本明細書が開示する原理に従って、追加的なシステムおよび技術を構築することが可能である。

Claims (20)

1. 車両負荷が変化しようとしているかまたは変化しつつあることを示す負荷変化信号を受信し、かつ前記負荷変化信号に応じてトラクショントルクを生成するよう構成された制御ユニットと、
   前記制御ユニットに連結され、前記トラクショントルクに従って車両を駆動するよう構成されたトラクション装置と、
   を含む駆動システム。
2. 前記車両負荷の作動を指令し、かつ前記負荷変化信号を前記制御ユニットに供給するよう構成された１つまたは複数の指令装置をさらに含む、請求項１記載の駆動システム。
3. 前記車両負荷の負荷変化状態を検出し、かつ前記負荷変化状態に従って前記制御ユニットに対して前記負荷変化信号を生成するよう構成された１つまたは複数の負荷検出センサーをさらに含む、請求項１記載の駆動システム。
4. 前記制御ユニットが、前記負荷変化信号に応じて負荷変化トルクを生成し、かつ前記負荷変化トルクと車両コマンドトルクとに基づいて前記トラクショントルクを生成するよう構成されている、請求項１記載の駆動システム。
5. 前記制御ユニットが、前記負荷変化信号に応じて下限値と上限値とを有するトルク範囲を決定し、かつ前記トラクショントルクを前記トルク範囲内に制限するよう構成されている、請求項１記載の駆動システム。
6. 前記制御ユニットが、前記負荷変化信号に応じて負荷変化トルクを生成し、かつ前記負荷変化トルクに基づいて前記トルク範囲を調整するよう構成されている、請求項５記載の駆動システム。
7. 前記駆動システムが、前記車両負荷を駆動するよう構成された第１の電気機械を含み、前記トラクション装置が、前記車両を駆動するよう構成された第２の電気機械を含む、請求項１記載の駆動システム。
8. 車両負荷が変化しようとしているかまたは変化しつつあることを示す負荷変化信号を受信するステップと、
   前記負荷変化信号に応じてトラクショントルクを生成するステップと、
   前記トラクショントルクに従って車両を駆動するために前記トラクショントルクをトラクション装置に適用するステップと、
   を含む方法。
9. １つまたは複数の指令装置を介して前記車両負荷の作動を指令する前記負荷変化信号を生成するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
10. 前記負荷変化信号を受信するステップが、１つまたは複数の負荷検出センサーを介して前記車両負荷の負荷変化状態を検出するサブステップと、前記負荷変化状態に従って前記負荷変化信号を生成するサブステップ含む、請求項８記載の方法。
11. 前記トラクショントルクを生成するステップが、
    前記負荷変化信号に応じて負荷変化トルクを生成するサブステップと、
    前記負荷変化トルクと車両コマンドトルクとに基づいて前記トラクショントルクを生成するサブステップを含む、請求項８記載の方法。
12. 前記負荷変化信号に応じて下限値と上限値とを有するトルク範囲を決定するステップと、前記トラクショントルクを前記トルク範囲内に制限するステップと、をさらに含む、請求項８記載の方法。
13. 前記トルク範囲を決定するステップが、前記負荷変化信号に応じて負荷変化トルクを生成するサブステップと、前記負荷変化トルクに基づいて前記トルク範囲を調整するサブステップを含む、請求項１２記載の方法。
14. 車両を駆動するために異なるトラクショントルクを供給するよう構成されたトラクション装置と、
    第１の負荷状態から第２の負荷状態へと車両負荷が切り替わろうとしているかまたは切り替わりつつあることを示す負荷変化信号を受信するよう構成され、さらに、前記第１の負荷状態に応じて生成された第１のトラクショントルクを前記第２の負荷状態に応じて生成された第２のトラクショントルクへと変化させるよう構成された制御ユニットと、
    を含む駆動システム。
15. 前記車両負荷の作動を指令し、かつ前記負荷変化信号を前記制御ユニットに供給するよう構成された１つまたは複数の指令装置をさらに含む、請求項１４記載の駆動システム。
16. 前記車両負荷の負荷変化状態を検出し、かつ前記負荷変化状態に従って前記制御ユニットに対する前記負荷変化信号を生成するよう構成された１つまたは複数の負荷検出センサーをさらに含む、請求項１４記載の駆動システム。
17. 前記制御ユニットが、前記負荷変化信号に応じて負荷変化トルクを生成し、かつ前記第１のトラクショントルクと前記負荷変化トルクとに基づいて第２のトラクショントルクを生成するよう構成されている、請求項１４記載の駆動システム。
18. 前記制御ユニットが、前記負荷変化信号に応じて下限値と上限値とを有するトルク範囲を決定し、かつ前記第２のトラクショントルクを前記トルク範囲内に制限するよう構成されている、請求項１４記載の駆動システム。
19. 前記制御ユニットが、前記負荷変化信号に応じて負荷変化トルクを生成し、かつ前記負荷変化トルクに基づいて前記トルク範囲を調整するよう構成されている、請求項１８記載の駆動システム。
20. 前記駆動システムが、前記車両負荷を駆動するよう構成された第１の電気機械を含み、前記トラクション装置が、前記車両を駆動するよう構成された第２の電気機械を含む、請求項１４記載の駆動システム。