JP4799508B2

JP4799508B2 - 作業用車両において車輪のスリップを判定しデファレンシャル・ロックを係合させる方法

Info

Publication number: JP4799508B2
Application number: JP2007211188A
Authority: JP
Inventors: イサク・ダブリュー・トンプソン; エリック・アンダーソン; マイケル・アール・グラットン
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-08-14
Also published as: EP1961603B1; CA2592647C; JP2008208986A; CA2592647A1; CN101251185B; US20080208428A1; DE602007003947D1; US7856303B2; CN101251185A; EP1961603A1

Description

本発明は、作業用車両に関し、更に特定すれば、作業用車両において車輪のスリップを判定しデファレンシャル・ロックを係合させる方法に関する。

農業、林業および建設産業において用いられるような作業用機械は、通例、トランスミッションを駆動する内燃エンジンを含み、一方、トランスミッションは、デファレンシャル・ロックを通じて少なくとも１つの車軸を駆動する。牽引が失われて車輪がスリップし始めた場合、全ての動力はデファレンシャルを通じてスリップしている車輪に加えられ、逆側の車輪は殆どまたは全くトルクを受けない。後輪駆動の作業用車両の場合、運転者は、通例、フット・レバーまたはハンド・レバーを操作してデファレンシャル・ロックを係合させることにより、後輪も一緒にロックすることができる。デファレンシャル・ロックを係合させることにより、車輪は同一速度でスピンし、スリップしていない車輪を用いて牽引を再度得ることができる。

本発明の譲受人であるJohn Deereは、主に建設および農業市場において用いられる前輪駆動補助作業用車両（機械式前輪駆動またはＭＦＷＤとしても知られている）も製造および販売している。ＭＦＷＤでは、フロア上の電気的スイッチを用いて、デファレンシャルを通じて前輪も共にロックするのが通例である。

フロント・エンド・ローダのような、ある種の作業用車両は、地面等を押圧するために用いられる場合もあり、その結果生ずる負荷が車輪のスリップの原因となる可能性がある。別の例には、湿った土壌を介して引張型器具を引っ張る農業用トラクタがあり、この場合駆動車輪もスリップする可能性がある。このような条件の下では、運転者の介入なくして、後ろおよび／前のデファレンシャルのデファレンシャル・ロックを自動的に係合させることにより、運転者がなすべき作業操作に集中できるようにすることが望ましい場合がある。

当技術分野では、１つ以上の車軸の車輪スリップを精度高く検出し、その際に作業車両においてデファレンシャル・ロックを自動的に係合させる方法が求められている。

一形態において、本発明は、作業用車両において車輪のスリップを判定する方法を対象とし、作業用車両の絶対対地速度を検知するステップと、少なくとも１つのドライブ・トレイン・コンポーネントを用いて、作業用車両の対地速度を計算するステップと、絶対対地速度を計算対地速度と比較するステップと、比較に基づいてスケーリング係数を生成するステップと、スケーリング係数を用いて、計算対地速度を調節するステップとを含む。

別の形態において、本発明は、作業用車両において車輪のスリップを判定する方法を対象とし、作業用車両の絶対対地速度を検知するステップと、少なくとも１つのドライブ・トレイン・コンポーネントを用いて、作業用車両の対地速度を計算するステップと、絶対対地速度を閾値にスケーリングするステップと、計算対地速度を閾値と比較するステップと、計算対地速度が閾値よりも大きい場合、デファレンシャル・ロックを係合させるステップとを含む。

これより図面、更に特定すれば、図１を参照すると、車輪のスリップを検知し、デファレンシャル・ロック（「デフロック」とも呼ぶ）を自動的に係合させる本発明の方法の一実施形態を実施するために構成された作業用機械の模式的なシステム・レベルの図が示されている。作業用車両１０は、建設用車両、農業用作業またはその他の種類の作業車両とすることができる。

図１は、全体的に、作業用車両１０に内蔵されている電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２の入力、制御ロジック、および出力に対応する。図示のように、ＥＣＵ１２は、概略的に、トランスミッション速度スケーリングを実行する制御ロジック（ボックス１４）、レーダ消失検出を実行するロジック（ボックス１６）、およびデフロック・オン／オフ・ロジック（ボックス１８）を含む。ＥＣＵ１２への入力をボックス２０内に示し、出力をボックス２２内に示す。ボックス２０内、およびボックス１６内に示すレーダ消失検出に示す種々の入力については、以下で図２に関して更に詳しく説明する。ボックス１８内に示すデフロック・オン／オフ・ロジックについては、以下で図４に関して更に詳しく説明する。

これより図２参照すると、図１に示した本発明の方法において用いられる種々の入力の模式図が示されている。ドライブ・トレイン・コンポーネント２４は、出力信号"speed＿trans＿out"を供給し、ＥＣＵ１２が作業用車両１０の対地速度(ground speed)を計算する際に用いる。図示の実施形態では、ドライブ・トレイン・コンポーネントは、トランスミッション出力軸、およびトランスミッション速度出力信号を供給する対応のセンサの形態とすることが好ましい。

ギア位置２６と記したボックスは、運転者の運転席におけるギア・シフト・レバーが順行、中立、または逆行の内いずれにあるかを示す、センサ出力を供給するセンサである。デファレンシャル・ロックは、ギア・シフト・レバーが順行または逆行位置にあるときにのみ自動的に係合できるようにすればよく、このため、この信号は、デフロックを係合させるとよいか否か判定する際に、ブール・ロジックに入力を供給する。

ブレーキ・ペダル位置２８と記したボックスは、作業用車両１０のサービス・ブレーキ(service brake)が係合されているか否かを示す出力信号を供給する。ブレーキ・ペダルが押下されている場合、デフロックは自動的に係合されない。

レーダ３０と記したボックスは、作業用車両１０の絶対対地速度を検知するために用いられるレーダに対応する。ボックス３０内に示すように、レーダは、フロント・ホーン３２およびリア・ホーン３４を含み、これらの間に角度α（例えば、９０度）をなして位置付けられている。これらは、地表面からある角度でレーダ信号を反射するように配置されている。フロント・ホーン３２は、作業用車両１０の走行方向に対して順方向の角度に位置付けられており、フロント・ホーン３２が検知する絶対対地速度に対応する出力信号"radar＿machine＿speed＿front＿horn"を供給する。同様に、リア・ホーン３４は、作業用車両１０の走行方向に対して逆回りの角度に位置付けられており、リア・ホーン３４が検知する作業用車両１０の絶対対地速度に対応する出力信号"radar＿machine＿speed＿rear＿horn"を供給する。レーダ・ユニットは、"radar＿machine＿speed"と記した複合出力信号も供給する。

これより図３を参照して、図１のボックス１４に示すトランスミッション速度スケーリングについて更に詳しく説明する。この制御ロジックには、３つの主要な入力があり、入力３６、３８、および４０で示されている。入力信号３６は、作業用車両１０の未スケーリング絶対対地速度であり、レーダを用いて検知し（複合レーダ信号）、図１に示すようなしかるべき単位に変換する。入力３６は、速度誤差補正のためにライン４２を通じてボックス４４に伝達され、更にライン４６を通じてブール演算子に送信され、ある動作状態が存在することを確認する。ボックス４８、５０、および５２におけるブール演算子により、作業用車両１０の対地速度が毎時２０キロメートルよりも高く、毎時３０キロメートルよりも低いときにだけに、レーダ信号のスケーリングが行われることが確実となる。ボックス５２からの出力は、肯定（１）または否定（０）であり、ブール演算子５４への入力として送信される。

入力３８は、ギア・シフトが順行、中立、または逆行位置のいずれにあるかを示す信号値であり、図２におけるギア位置２６から受け取る。図示の例では、入力３８の値は、０、１または２であり、値２は、ギア・シフトが順行位置にあることを示す。入力信号の値は、ブール演算子５６において、ボックス５８からの一定値（即ち、この場合、値２）と比較され、出力信号がブール演算子５４に供給される。図示の例では、ブール演算子５６からの出力信号は、ギア・シフト・レバーが順行位置にあると判定された場合に真（１）となり、そうでない場合に偽（０）となる。

ブール演算子５４は、基本的に、ブール演算子５６からの信号の値に応じて、上位ラインまたは下位ラインの値を受け渡すスイッチである。ギア・シフト・レバーが順行位置にない場合、偽（０）値がブール演算子５４を通じて渡される。一方、ギア・シフト・レバーが順行位置にあると判定された場合、上位ラインの値がブール演算子５４を通じて渡される。この場合、上位ラインの値は、作業用車両１０の動作速度に応じてスケーリングを行うか否かを示す真（１）または偽（０）である。このように、ブール演算子５４から１の出力信号が得られるのは、ギア・シフト・レバーが順行位置にあり、検知した動作速度が特定の範囲内にあるときだけであることは明白である。

ブール演算子６０は、ブール演算子５４からの出力信号を受け取る。この信号の値が高（即ち、１の値）である場合、ブール演算子６０は、基本的に、スイッチとして作用して、補正した速度誤差信号に対応する上位ラインの値を通過させる。それ以外の場合、ブール演算子６０は下位ラインからの偽（０）値を通過させる。上位ラインを通過させる場合、その値は、検知した作業用車両１０の絶対対地速度と、作業用車両１０のスケーリングした計算対地速度との間の差となる。これについては、以下で更に詳しく説明する。

ブール演算子６０からの出力信号は積分器６２に渡され、検知した対地速度および計算した対地速度の間の小さな差を示す小さな数値であることが望ましい。検知した対地速度および計算した対地速度間のこのような誤差は、例えば、タイヤ内部における膨張圧力によって生ずるタイヤの直径の相違、タイヤ上のトレッドの磨耗、作業用車両１０上の負荷等のために生ずる可能性がある。図示の実施形態では、積分器６２は、速度誤差信号を、指定時間期間（例えば、約１０分）にわたって積分し、ある期間における誤差信号における急激な変化を検出するために用いることができる。

積分器６２は、スケーリング係数の形態で、出力信号を供給し、ボックス６４に送信する。スケーリング係数は、入力信号４０が表す対地速度の計算値に対する調節値として用いられ、入力信号４０は、図１に示すようにしかるべき単位に変換されている。スケーリングした計算対地速度は、ライン６６を通じて、閉ループ形式に、ボックス４４の入力に帰還される。この積分器６２からのスケーリング係数を用いた、検知および計算した対地速度間の連続閉ループ補正の結果、スケーリングした対地速度の計算値は、徐々に、ボックス４４への入力における検知対地速度に近づいて行き、その結果ボックス４４からの速度誤差補正出力は徐々に小さくなる。このように、出力６８における出力信号は、徐々に、作業用車両１０の検知対地速度に近づいて行くはずである。

作業用車両１０の運転停止時に、積分器６２からのスケーリング係数は、ボックス７０で示すような、フラッシュ・メモリに格納され、機械の起動時に、積分器６２への入力として、ボックス７１で示すように、復元される。

図１に示すように、スケーリングした対地速度の計算値は、デフロック・オン／オフ・ロジック１８に送信され、更にレーダ消失検出ロジック１６への入力としても送信される。また、レーダ消失検出１６は、レーダ・ユニット（図２）のフロント・ホーン３２およびリア・ホーン３４からも入力信号を受け取る。一般に、レーダ消失検出１６は、水面のような非常に反射率が高い地上面上へのレーダ送信の結果生じる信号の消失を検出するために用いられる。例えば、作業用車両１０が停滞水の区域を横切って移動すると、フロント・ホーン３２に最初に信号の消失が生じるが、一方リア・ホーン３４は水中を移動しながら信号を供給し続け、次いで水上に送信するときに、同様に信号を失う。レーダ消失検出１６への、スケーリングした計算対地速度が、車輪が未だ回転していることを示すが、レーダ・ホーンの一方または双方に信号消失が生じている場合、デフロック・オン／オフ・ロジック１８にこれを知らせる出力信号をレーダ消失検出１６から供給する。

これより図４を参照して、デフロック・オン／オフ・ロジック１８について更に詳細に説明する。未スケーリングの複合レーダ信号は、作業用車両１０の絶対対地速度を示し、デフロック・ラッチ条件７２およびレーダ速度スケーリング７４の入力として送信される。レーダ速度スケーリング７４は、一般には、メモリの形態をなし、作業用車両１０の未スケーリングレーダ対地速度を、デファレンシャル・ロックを自動的に係合させるべき対応の閾値と相関付けるルックアップ・テーブルを有する。言い換えると、レーダを用いて検知した所与の絶対対地速度について、対応する閾値を、スケーリングした計算対地速度と比較する。スケーリングした計算対地速度が閾値よりも高い場合、デフロックを自動的に係合させる。速度レーダ信号の対応する閾値に対するスケーリングは、図４では、近似的に線形関係として示されている。しかしながら、速度レーダ信号の対応する閾値に対するスケーリングは、必ずしも入力速度レーダ信号の範囲全体において線形関係とは限らないことは言うまでもない。つまり、速度レーダスケーリング７４からの出力は、デファレンシャル・ロックを自動的に係合させる閾値に対応する。

デフロック係合条件と記したブロック７６は、デフロックを自動的に係合させるか否か判定するために用いられる。スケーリングした対地速度の計算値が最小値（即ち、１２ｋｐｈ）未満であり、スケーリングしたレーダ信号（即ち、閾値）よりも高く、更にレーダ消失が検出されていない場合、デフロック係合条件は真（１）となり、対応する信号をデフロック・ラッチ条件７２に出力する。デフロックを自動的に係合させる種々のラッチ条件が、デフロック・ラッチ条件ブロック７２に示されている。

以上、好適な実施形態について説明したが、添付した特許請求の範囲に既定されている発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であることは明白であろう。

図１は、車輪のスリップを検知し、デファレンシャル・ロックを自動的に係合させる本発明の方法の一実施形態を実施するために構成された作業用機械の模式的なシステム・レベルの図である。図２は、本発明の方法において用いられる種々の入力の模式図である。図３は、本発明の方法のロジックの一部の模式図である。図４は、本発明の方法のロジックの別の一部の模式図である。

符号の説明

１０作業用車両
１２電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１４制御ロジック
１６レーダ消失検出ロジック
１８デフロック・オン／オフ・ロジック
２０入力
２２出力
２４ドライブ・トレイン・コンポーネント
２６ギア位置
２８ブレーキ・ペダル位置
３０レーダ
３２フロント・ホーン
３４リア・ホーン
３６、３８、４０入力
４８、５０、５２、５４、５６、６０ブール演算子
６２積分器
７０フラッシュ・メモリ
７２デフロック・ラッチ条件
７４レーダ速度スケーリング
７６デフロック係合条件

Claims

作業用車両において車輪のスリップを判定する方法であって、
前記作業用車両の絶対対地速度を検知するステップと、
少なくとも１つのドライブ・トレイン・コンポーネントを用いて、前記作業用車両の対地速度を計算するステップと、
前記絶対対地速度を前記計算対地速度と比較するステップと、
前記比較に基づいてスケーリング係数を生成するステップと、
前記スケーリング係数を用いて、前記計算対地速度を調節するステップと、
を備えている、方法。
請求項１記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法であって、前記調節した計算対地速度を閉ループ形式で前記比較するステップに帰還するステップを含む、方法。
請求項１記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、前記比較するステップは速度誤差信号を発生し、前記生成するステップを、前記速度誤差信号をある期間にわたって積分して前記スケーリング係数を生成することにより実行する、方法。
請求項３記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、前記積分は、前記誤差信号のある期間での前記誤差信号における急激な変化を検出するために使用可能である、方法。
請求項１記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法であって、前記調節した計算対地速度に基づいて、スケーリングした計算対地速度を出力するステップを含む、方法。
請求項１記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、前記計算するステップは、トランスミッション出力速度を用いて、前記作業用車両の対地速度を計算することを含む、方法。
請求項１記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、レーダを用いて前記絶対対地速度を検知する、方法。
請求項１記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法であって、前記絶対対地速度を、デファレンシャル・ロックを係合させる閾値にスケーリングするステップを含む、方法。
請求項８記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法であって、前記スケーリングした絶対対地速度を、前記スケーリングした計算対地速度と比較するステップを含む、方法。
請求項９記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法であって、前記スケーリングした計算対地速度が前記スケーリングした絶対対地速度よりも大きい場合、デファレンシャル・ロックを係合させるステップを含む、方法。
請求項１０記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、レーダを用いて、前記絶対対地速度を検知し、前記方法は、更に、前記レーダが反射地上面による信号欠落を有する場合、前記デファレンシャル・ロックを係合しないステップを含む、方法。
請求項１１記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、前記レーダは２つの検知ホーンを有し、前記検知ホーンの一方が出力の供給を停止し、前記検知ホーンの他方が出力を供給し続けるときに前記信号欠落を判定する、方法。
作業用車両において車輪のスリップを判定する方法であって、
前記作業用車両の絶対対地速度を検知するステップと、
少なくとも１つのドライブ・トレイン・コンポーネントを用いて、前記作業用車両の対地速度を計算するステップと、
前記絶対対地速度を閾値にスケーリングするステップと、
前記計算対地速度を前記閾値と比較するステップと、
前記計算対地速度が前記閾値よりも大きい場合、デファレンシャル・ロックを係合させるステップと、
を備えている、方法。
請求項１３記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、レーダを用いて、前記絶対対地速度を検知する、方法。
請求項１３記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、前記閾値は、メモリに格納された複数の閾値の１つからなり、各前記閾値は、前記作業用車両の異なる前記検知絶対対地速度に対応する、方法。
請求項１５記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、前記メモリは、前記複数の閾値を有するルックアップ・テーブルを含む、方法。
請求項１３記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、レーダを用いて、前記絶対対地速度を検知し、前記方法は、更に、前記レーダが反射地上面による信号欠落を有する場合、前記デファレンシャル・ロックを係合させないステップを含む、方法。
請求項１７記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、前記レーダは２つの検知ホーンを有し、前記検知ホーンの一方が出力の供給を停止し、前記検知ホーンの他方が出力を供給し続けるときに前記信号欠落を判定する、方法。
請求項１３記載の作業用車両において車輪のスリップを判定する方法において、前記計算するステップは、トランスミッション出力速度を用いて、前記作業用車両の対地速度を計算することを含む、方法。