JP5836272B2 - 電気駆動式機械の駆動方向を制御するための方法とシステム - Google Patents

Description

本願は一般に、電気駆動式機械に関し、より詳しくは、電気駆動式機械の駆動方向を制御するための方法とシステムに関する。

電気駆動式機械は、その機械のドライブトレインに電力および／または内燃力を組み合わせて供給するように設計してもよい。機械には、その機械の推進力を供給するためにますます電気駆動システムが使用されている。たとえば、乗用車では、従来のガソリンエンジンと電気モータの両方を利用して車両の推進力を供給する、ハイブリッド駆動システムを採用してもよい。たとえば、オフハイウェイ車等の機械では発電機を駆動するためのディーゼルエンジンを使用してもよく、この発電機が電力を電気モータに供給する。電気モータは通常、機械の車輪または走行機構を駆動することによって、機械の推進力を供給するように構成される。

これに加え、制動システムも、電気モータを含む電気駆動システム内の構成部品を利用して、機械に制動をかけてもよい。電気駆動式機械では、電気モータおよび／またはエンジンによって生成される動力を制御するためのシステムの使用が必要となりうる。電気駆動式機械のための従来の制御システムでは、機械のさまざまな動作条件とパラメータを使って、機械のモータの動作を調整し、機械の性能効率を向上させる。たとえば、この制御システムによれば、運転者は電気駆動式機械を操作して、機械のさまざまな動作を実行でき、たとえば機械を前進または後進駆動方向に駆動できる。

特定の状況において、電気駆動式機械を操作している運転者は、走行中に機械の駆動方向を転換したいことがある。たとえば、運転者は後進中の電気駆動式機械の駆動方向を前進方向に転換したい場合がある。ある状況では、運転者は比較的素早く方向転換を行いたい場合がある。しかしながら、電気駆動システムの場合、機械の駆動または推進方向を変更しようとする際、機械の方向転換に必要な電力が大きすぎると問題が発生する。たとえば、駆動方向の転換が十分に小さい電力で行えるようになる前に駆動方向を転換しようとすると、電気駆動システム内に比較的大きい電流が流れることがあり、これは電気駆動部の構成部品のいずれかに損傷を与える可能性がある。この問題を克服するために、運転者は、たとえば常用ブレーキペダルを踏むことにより制動システムを作動させ、機械が停止するのを待ち、それから常用ブレーキペダルを離しながら、アクセルペダルを踏まなくてはならない場合がある。

先行技術のシステムとして、走行中の車両の駆動方向を逆転させる方法を制御するための制御システムを備えるものがある。このようなシステムの１つが、Ｃａｒｌｓｓｏｎの特許文献１（以下、「Ｃａｒｌｓｓｏｎ特許」という）に記載されており、同特許は、走行中の車両の駆動システムを逆転させるための方法と装置を開示している。しかしながら、Ｃａｒｌｓｓｏｎ特許のシステムは基本的に機械駆動システムであり、電気駆動式機械の駆動方向を、機械の駆動方向の転換が十分に小さい電力で行えるようになる前に方向転換を試みた場合に生じる問題は対処されない。

本願で開示する実施形態による方法とシステムは、当業界における上記の問題および／またはその他の問題の１つまたは複数を克服するものである。

米国特許第６，９１０，９８８号明細書

本願は、１つの態様において、第一の方向に移動している機械の方向を転換する方法を開示する。この方法は、機械の方向を第二の方向に転換しようとする意思を示す信号を受信するステップを含む。この方法はまた、機械の速度を示す信号が閾値より大きいか否かを、少なくとも部分的に、電気モータのパラメータに基づいて判断するステップを含む。最後に、この方法は、速度がその閾値に到達するまで、アクセルペダルの位置を示す信号に応答してその機械の少なくとも１つの走行機構に制動トルクをかけるステップを含む。

他の態様において、本願は、第一の方向に移動している機械の方向を転換するためのシステムを開示する。このシステムは、機械の方向を第二の方向に転換しようとする意思を示す信号を受信し、機械の速度を示す信号が閾値より大きいか否かを、少なくとも部分的に、電気モータのパラメータに基づいて判断し、速度がその閾値に到達するまで、アクセルペダルの位置を示す信号に応答してその機械の少なくとも１つの走行機構に制動トルクをかけるように構成された制御システムを備える。

本願の例示的実施形態による制御システムを有する電気駆動式機械を概略的に示す。 本願の例示的実施形態による電気駆動式機械用制御システムを概略的に示す。 本願の例示的実施形態による方向転換工程の１つの実施形態を説明するフローチャートである。 本願の例示的実施形態による、電気駆動式機械の駆動方向転換方法について、各種の制御動作を時間に関して説明する、４種類からなる一連のグラフである。 本願の例示的実施形態による方向転換工程の１つの実施形態を説明するフローチャートである。

本願は、電気駆動式機械の駆動方向を制御するシステムと方法に関する。例示的実施形態による機械１００を、図１に概略的に示す。機械１００は、図のようなオフハイウェイトラックでも、あるいは電気駆動システムを有する他の車両、たとえば乗用車、列車、土工機械および採掘車等でもよい。図の実施形態において、機械１００には、走行機構１０４に動作的に連結されて、機械１００の運動を推進する電気駆動システム１０２が含まれる。走行機構１０４には、機械１００の両側の車両と車軸が含まれていてもよい。図の実施形態において、走行機構１０４には、機械１００の両側の１組の前輪と機械１００の両側の１組の後輪ダブルタイヤが含まれる。走行機構１０４によって、機械１００はある種の地形の表面、たとえば地表面の地形上を走行できる。

電気駆動システム１０２には、エンジン１０６と、オルタネータ１０８と、整流器１１０と、インバータ１１２、１１４と、モータ１１６、１１８が含まれる。エンジン１０６は、機械１００と機械のその他構成部品に動力を供給してもよい。適当なエンジンには、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンが含まれ得る。１つの実施形態において、エンジン１０６は、動力を生成し、これを動力伝達機構、たとえばシャフト（図示せず）を通じて機械１００の他の構成部品に伝達するディーセルエンジンであってもよい。図の実施形態では、エンジン１０６はオルタネータ１０８に動力を供給する。オルタネータ１０８は三相交流電流を発生し、これが電力を生成する。

いくつかの実施形態において、電気駆動システム１０２の整流器は、三相交流電流を直流電流に変換してもよい。インバータ１１２、１１４の一方またはそれ以上は、直流電流を交流電流に変換して、電気モータ１１６、１１８の一方またはそれ以上に電源供給する。電気モータ１１６、１１８は、オルタネータ１０８から受け取った電力を、走行機構１０４の１つまたは複数を駆動する動力に伝達するモータを表す。たとえば、１つの実施形態において、モータ１１６、１１８は、１つまたは複数の車輪を駆動して機械１００を推進させるために使用される車輪モータであってもよい。モータ１１６、１１８の速度は、インバータ１１２、１１４によって生成される交流電流の周波数を制御することによって制御してもよい。

いくつかの実施形態では、単独のモータで走行機構１０４のすべてを駆動し、またいくつかの実施形態では、複数のモータで走行機構１０４を駆動する。たとえば、図の実施形態において、１つの電気モータが各走行機構１０４に関連付けられており、すなわち右側モータ１１６と左側モータ１１８である。いくつかの実施形態では、エンジン１０６をこのような複数のモータのうちのいくつかに電力を供給するために使用してもよく、その一方で、別の電源または電力貯蔵ユニット、たとえばバッテリ（図示せず）を使ってこの複数のモータのうちの残りのモータに電力を供給してもよい。いくつかの実施形態では、モータ１１６、１１８を別々の電源から直接駆動してもよい。

エンジン１０６、オルタネータ１０８、整流器１１０、インバータ１１２、１１４およびモータ１１６、１１８は動作的に連結されて、動作の駆動位相において、前進方向または後進方向に機械１００を推進させるために十分な動力を供給してもよい。駆動位相において機械１００を操作するとき、モータ１１６、１１８は機械１００を前進または後進駆動方向に推進させるのに十分な推進トルクを供給する。いくつかの実施形態では、電気駆動システム１０２に最終減速装置（図示せず）が含まれていてもよく、これには、モータ１１６、１１８と走行機構１０４の間に接続されて、モータ１１６、１１８の速度を、機械１００を前進また後進駆動方向に推進させるための適当な大きさの推進トルクに変換する遊星歯車装置が含まれる。

さらに、電気駆動システム１０２は、動作の減速位相において、機械１００を減速せる、すなわち機械１００に制動をかけるのに十分なだけ動力を放散させてもよい。動作の減速位相において、インバータ１１２、１１４、モータ１１６、１１８およびブレーキチョッパ１２０が合同で電気減速システム１２１を構成する。機械１００を減速相で操作するとき、モータ１１６、１１８は機械１００を減速させるのに十分な制動トルクを供給してもよい。１つの実施形態において、モータ１１６、１１８は、減速中、交流電流を発生してもよく、この交流電流はインバータ１１２、１１４によって直流電流に変換されて、直流−直流変換を行うブレーキチョッパ１２０を流れ、ブレーキグリッド１２２に供給される。１つの実施形態において、減速中にモータ１１６、１１８によって生成された電力は、ブレーキグリッド１２２、好ましくは従来の抵抗グリッドを通じて熱エネルギーとして放散し得る。図の実施形態において、減速中にモータ１１６、１１８によって生成された電力は、ブレーキグリッド１２２から放射される熱エネルギーによる温度を下げるためのファン１２４またはその他の適当な冷却システムの電源として使用されてもよい。

１つの実施形態において、機械１００にはまた、機械１００の運動を減速させ、すなわち制動するための１つまたそれ以上の常用ブレーキを含む制動システム１２５が含まれていてもよい。いくつかの実施形態では、この１つまたは複数の常用ブレーキは、対応する走行機構１０４に関連付けられていてもよい。図の実施形態において、制動システム１２５には、電気減速システム１２１と右側常用ブレーキ１２６および左側常用ブレーキ１２８が含まれる。常用ブレーキ１２６、１２８は、油圧摩擦式または油圧機械式ブレーキであってもよい

１つの実施形態において、機械１００の速度を低下させるのに必要な制動のすべてが電気減速システム１２１によって提供される。他の実施形態では、機械１００の速度を低下させるのに必要な制動のすべてが、常用ブレーキ１２６、１２８によって提供されてもよい。図の実施形態においては、電気減速システム１２１で必要な制動のすべてを提供することができない場合、機械１００の速度を低下させるのに必要な制動の一部を電気減速システム１２１によって提供し、機械１００の速度の低下に必要な制動の一部を常用ブレーキ１２６、１２８によって提供する。

常用ブレーキ１２６、１２８は運転者が手動で作動させてもよく、これによればまた、運転者は手動で機械１００の速度も制御できる。いくつかの実施形態において、常用ブレーキ１２６、１２８は、機械式、電気機械式、油圧式、空気式でも、またはその他の周知の方法で作動されてもよい。他の実施形態では、制動システム１２５には、常用ブレーキ１２６、１２８への油圧油の圧力を制御するためのブレーキソレノイドバルブ（図示せず）、たとえばオートリターダフロントおよびリアブレーキバルブが含まれていてもよい。ソレノイドの電流は、制動トルクの供給に必要な圧力に基づいて決まる。図の実施形態では、常用ブレーキ１２６、１２８は、制御システム１３０によって自動的に作動されてもよい。いくつかの実施形態において、制御システム１３０は、たとえば左右の組のダブルタイヤの間、または後輪と前輪の間の適当なトルク分配比を決定してもよい。適当なトルク分配比は、各車輪または各組の車輪の相対的重量に基づいてもよい。

図の実施形態において、制御システム１３０は、データリンクインタフェース１３２を通じて、電気駆動システム１０２と連通していてもよい。いくつかの実施形態において、制御システム１３０は、機械１００の１つまたは複数の構成部品に、この１つまたは複数の構成部品の動作を制御するための１つまたは複数の命令を送信する。たとえば、制御システム１３０は、１つまたは複数のセンサから収集され、転送された信号に応答して、その１つまたは複数の構成部品に命令を送信してもよい。制御システム１３０はセンサ信号を、その１またはそれ以上のセンサから直接受信しても、またはデータリンクインタフェース１３２から間接的に受信してもよい。図の実施形態において、その１つまたは複数のセンサには１つまたは複数の速度センサ１３３が含まれ、この速度センサは機械１００の速度を示す信号を測定、収集し、制御システム１３０に送信してもよい。

速度センサ１３３は、要求に応答して制御システム１３０に速度信号を送信してもよく、または速度センサ１３３は、定期的に、または機械の事象、たとえば加速または減速およびこれに類するその他の事象に応答して速度信号を送信するように構成されてもよい。１つの実施形態において、速度センサ１３３は、走行機構１０４で使用される車軸の回転速度を測定してもよく、この回転速度は機械１００の対地速度（すなわち直線タイヤ速度）に関連付けられる。他の実施形態において、速度センサ１３３は、機械１００の実際の対地速度を測定できてもよい。１つの実施形態において、回転速度はモータの速度（すなわち、モータのＲＰＭ）を示す。速度範囲またはモータは、−４５００ＲＰＭ〜＋４５００ＲＰＭであってもよい。回転速度はまた、回転する機械のＲＰＭを表してもよい。いくつかの実施形態において、速度センサ１３３は、モータ１１６、１１８に関連付けられる回転構成部品の方向を検出できてもよい。たとえば、速度センサ１３３には、１つまたは複数のホール効果センサ（図示せず）が含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のホール効果センサは、右側モータ１１６と左側モータ１１８の各々に関連付けられる。

制御システム１３０は、特定の実施形態で特定の制御機能を実行するように構成できるが、これを図２に概略的に示す。図の実施形態において、図１に示されるように、制御システム１３０はデータリンクインタフェース１３２を通じて電気駆動システム１０２に動作的に接続される。データリンクインタフェース１３２は、１つまたは複数のデータリンクを制御システム１３０と相互接続させる１つまたは複数のインタフェース装置を表していてもよい。データリンクインタフェース１３２は、専用のまたは非専用のデータリンクに接続していてもよい。図の実施形態において、データリンクインタフェース１３２には少なくとも、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データリンク１３４と自動車技術者協会（ＳＡＥ）Ｊ１９３９データリンク１６が含まれる。データリンクインタフェース１３２には他の標準的データリンクが含まれてもよいと想定され、また本願の教示から逸脱することなく、図の実施形態とは異なる方法で構成されてもよい。

１つの実施形態において、制御システム１３０は１つまたは複数のコントローラを含んでいてもよい。図２に示されるように、制御システム１３０には、運転者用インタフェース１３８、ドライブトレインコントローラ１４０、モータコントローラ１４２、１４４、グリッドコントローラ１４６、エンジンコントローラ１４８、シャーシコントローラ１５０、およびブレーキコントローラ１５２が含まれる。１つの実施形態において、運転者用インタフェース１３８には、アクセルペダル１５３、シフトレバー１５４、リターダレバー１５５、および運転者と制御システム１３０の間で情報および命令を通信するための表示装置１５６が含まれる。１つの実施形態において、電気駆動システム１０２には、アクセルペダル１５３に関連付けられるアクセルペダル位置センサ１５７が含まれていてもよく、このセンサは、所望のモータ出力に対応する要求エンジン速度の判定に使用される。いくつかの実施形態において、所望のモータ出力は、アクセルペダル１５３の踏込に対応してもよい。

アクセルペダル位置センサ１５７は、アクセルペダル位置を示す信号に関連付けられてもよく、この信号は、ゼロパーセント（０％）〜１００パーセント（１００％）の範囲のアクセルペダル１５３の踏込割合を表し、そのうち、ゼロパーセント（０％）の踏込は、解除位置にあって、まったく加速されないことを示し、１００パーセント（１００％）は最大踏込アクセルペダル位置にあって、最大に加速されることを示す。アクセルペダル位置信号は、運転者が要求するトルクの量を示すために、アクセルペダル位置センサ１５７から制御システム１３０のその他の構成部品に送信されてもよい。解除位置を示すアクセルペダル位置信号は、トルクが要求されないことを意味する。最大踏込アクセルペダル位置を示すアクセルペダル位置信号は、その時点での動作条件下で、機械１００にかけうる最大量のトルクが要求されることを意味する。ゼロパーセント（０％）〜１００パーセント（１００％）の範囲の踏込割合を示すアクセルペダル位置信号は、ゼロではなく、かつ可能な最大量より少ないトルクが運転者によって要求されていることを意味する。

１つの実施形態において、コントローラ１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２の各々に、１つまたは複数の制御モジュール（たとえば、ＥＣＭ、ＥＣＵ等）が含まれていてもよい。この１つまたは複数の制御モジュールには、処理ユニット、メモリ、センサインタフェースおよび／または制御信号インタフェース（信号の送受信のため）が含まれていてもよい。処理ユニットは、制御システム１３０が特定の通信、制御および／または診断機能を実行するために使用する１つまたは複数の論理および／または処理用構成部品を表していてもよい。たとえば、処理ユニットは、制御システム１３０の内部および／または外部の装置の間で情報のルーティングを実行するように構成されていてもよい。

さらに、処理ユニットは、メモリ等の記憶装置からの命令を実行するように構成されていてもよい。この１つまたは複数の制御モジュールには、複数の処理ユニット、たとえば１つまたは複数の汎用処理ユニットおよび／または特定用途ユニット（たとえば、ＡＳＩＣＳ、ＦＰＧＡ等）が含まれていてもよい。特定の実施形態において、処理ユニットの機能は、統合型のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ、たとえば統合ＣＰＵ、メモリおよび１つまたは複数の周辺機器の中で実行されるようにしてもよい。メモリは、情報の保存が可能な１つまたは複数の周知のシステム、たとえば、これらに限定されないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、磁気および光学記憶装置、ディスク、プログラム可能、消去可能コンポーネント、たとえばイレーサブルプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）および、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを表していてもよい。

図の実施形態において、ドライブトレインコントローラ１４０は、監視コントローラである。ドライブトレインコントローラ１４０は、監視コントローラとして、電気駆動システム１０２のためのハイレベルコントローラの機能を果たしてもよく、電気駆動システム１０２と制御システム１３０の間を仲介してもよい。１つの実施形態において、監視コントローラとして、ドライブトレインコンローラ１４０から送信された信号は、制御システム１３０の中の他のコントローラ１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２のいずれかにより送信された信号より、たとえドライブトレインコントローラ１４０および他のコントローラ１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２からの信号が同じ命令を表す、または同じ事象を示す場合であっても、優先順位が高い。しかしながら、他のコントローラ１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２のいずれかが監視コントローラとして動作してもよく、それゆえ、電気駆動システム１０２と制御システム１３０との間を、ドライブトレインコントローラ１４０に関して説明したものと同様に仲介してもよい。換言すれば、開示されている命令、機能、動作はすべて、たとえばドライブトレインコントローラ１４０によるものも、本明細書に記載の他のコントローラ１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２のいずれかによるものであってもよい。

ドライブトレインコントローラ１４０は、電気駆動システム１０２を制御して、機械１００の前進または後進駆動方向への所望の推進力を生成してもよい。ドライブトレインコントローラ１４０は、多くの要素、たとえば運転者の要求、その時点での機械の速度、利用可能なエンジン出力、機械の速度限界、および環境要因、たとえばドライブトレインと構成部品の温度等を考慮することにより、モータ１１６、１１８のためのトルク命令を管理する。ドライブトレインコントローラ１４０は、要求ギア命令信号、アクセルペダル位置信号、リターダレバー位置信号、ペイロード状態および／または速度限界の１つまたは複数に基づいて、モータ１１６、１１８に送るべき所望のトルクを決定する。

１つの実施形態において、ドライブトレインコントローラ１４０は、運転者用インタフェース１３８のアクセルペダル１５３とリターダレバー１５５からの信号を受信し、またシャーシコントローラ１５０からの要求ギア命令信号を受信し、これについて以下により詳しく説明する。要求ギア命令信号は、パーク、リバース、ニュートラ、ドライブまたはローといったギアの選択を表してもよい。ドライブトレインコントローラ１４０は、シャーシコントローラ１５０とブレーキコントローラ１５２から要求されるように、機械のさまざまな状態に関する速度限界を適用してもよい。速度限界の例には、機械の速度限界、負荷時速度限界、ボディアップ（ｂｏｄｙ−ｕｐ）速度限界、最終減速装置油温速度限界および過負荷時速度限界が含まれる。

駆動位相において、機械１００は、前進または後進駆動方向への走行中に方向転換し得る。機械１００は、機械１００の駆動方向に関連付けられる運転者の入力に基づいて、所望の方向転換を検出してもよい。たとえば、運転者が、運転者入力（たとえば、機械１００の運転室内の前進または後進方向駆動機構）を通じて機械１００の方向を転換すると、この方向転換を示す１つまたは複数の信号が、制御システム１３０、たとえばドライブトレインコントローラ１４０に供給されてもよい。図の実施形態において、運転者はシフトレバー１５４を操作して、機械１００の駆動方向を制御する。シフトレバー１５４には、少なくともドライブおよびリバース位置があり、これらはそれぞれ機械１００の前進および後進駆動方向に関連付けられる。運転者用インタフェース１３８には、シフトレバー１５４に関連付けられるシフトレバー位置センサ１４１がさらに含まれ、これはシフトレバー１５４の１つの位置からシフトレバー１５４の他の位置に変更しようとする運転者の意思を検出する。

いくつかの実施形態において、シフトレバー位置センサ１４１はまた、各種の構成部品、たとえばエンジン１０６、モータ１１６、１１８および／または走行機構１０４を通じて機械１００の駆動方向の転換を検出してもよい。シフトレバー位置センサ１４１は、１つまたは複数の方向転換信号を直接、または間接的に制御システム１３０に送信するように構成されてもよい。上記の代わりに、またはこれに加えて、シフトレバー位置センサ１４１は、１つまたは複数の方向転換信号を、その後の処理のために制御システム１３０に送信してもよい。したがって、機械１００は、１つまたは複数の方向転換信号に応答して、第一の駆動方向、たとえば後進駆動方向から、第二の駆動方向、たとえば前進駆動方向に方向転換してもよい。

減速位相において、ドライブトレインコントローラ１４０は、電気駆動システム１０２を制御して、機械１００を減速させ、それゆえ機械１００の速度を所望の速度まで落とすか、または機械１００を完全に停止させてもよい。ドライブトレインコントローラ１４０は、制動システム１２５に対し、要求された所望の機械減速トルクを供給するように命令する。要求された所望の機械減速トルクは、たとえば機械速度の調節に必要な、機械１００のすべての車輪の車軸にかけられるべき所望のトルクの合計量である。１つの実施形態において、ドライブトレインコントローラ１４０は、機械１００にかけられるべき、要求された所望の機械減速トルクを、リターダレバー位置信号、モータ速度および、事前に設定されたか、または運転者が制御するか、または動作条件に基づく速度限界等の入力に一部基づいて計算する。リターダレバー位置信号は、リターダセンサ１５８から制御システム１３０に送信されてもよく、この信号はゼロパーセント（０％）〜１００パーセント（１００％）の範囲のリターダレバー１５５の移動割合を示し、そのうち、ゼロパーセント（０％）は減速されないことを意味し、１００パーセント（１００％）は最大限に減速されることを意味する。

いくつかの実施形態において、要求された所望の機械減速トルク、すなわち所望のトルクの合計量は、ドライブトレインコントローラ１４０がブレーキコントローラ１５２から受信する信号に基づいていてもよい。ブレーキコントローラ１５２から受信した信号はさまざまなリターダパラメータを示してもよく、このパラメータには、運転者が機械速度を制御できる手動リターダトルク設定や、機械速度制御のための所望の機械減速トルクが自動的に設定される自動リターダ速度設定が含まれる。自動リターダ速度設定は、事前にプログラムされてもよく、また運転者が機械１００の運転前または運転中に設定してもよい。

ドライブトレインコントローラ１４０はまた、電気駆動システム１０２が要求された所望の機械減速トルクを十分に供給できる能力に基づいて、機械１００に加えられるべき、モータ要求トルクとも呼ばれる要求電気減速トルクを決定してもよい。モータ要求トルクは、モータコントローラ１４２、１４４に、それぞれのモータの仕様に基づいて伝えられる限定された量の減速トルクの要求を表す。いくつかの実施形態において、減速位相中、ドライブトレインコントローラ１４０はまた、ファン１２４を制御してもよく、このファンは油圧式に駆動され、ドライブトレインの構成部品および機械のその他の構成部品、たとえばブレーキグリッド１２２を冷却する空気を供給する。図の実施形態では、グリッドブロワコントローラ１４６は、ドライブトレインと機械の構成部品を冷却するようにファン１２４を制御する。

モータコントローラ１４２、１４４は、機械１００を推進させるモータトルクを生成する役割を果たす。１つの実施形態において、モータトルクは、高速動力切り替えの結果として生成されてもよい。図の実施形態では、モータコントローラ１４２、１４４の各々は、少なくとも１つの走行機構１０４に関連付けられている。図の実施形態では、２つのモータコントローラ１４２、１４４は各々、後輪ダブルタイヤの各組に関連付けられている。モータコントローラ１４２、１４４は、ドライブトレインコントローラ１４０からのモータトルク要求を受け取ってもよく、また、モータトルクを制御し、さらに切り替え命令を構成するためのその他の適当な情報、たとえば周波数、位相、電圧、およびパルス幅変調モードを受け取ってもよい。

エンジンコントローラ１４８は、機械１００のための標準的なエンジン制御機能を実行するように構成されてもよい。エンジンコントローラ１４８は、１つまたは複数のエンジン制御工程を開始し、実行するように構成されてもよい。図の実施形態において、エンジンコントローラ１４８は、エンジン速度を調整して、動力を機械１００に供給する。エンジンコントローラ１４８は推進力を供給し、２、３の動作条件では減速力をサポートしてもよい。１つの実施形態では、１つまたは複数の速度センサには、エンジンコントローラ１４８に関連付けられるエンジン速度センサ（図示せず）が含まれてもよい。エンジン速度センサは、磁気ピックアップ型パッシブセンサであってもよく、これは、エンジンフライホイールセンサポートからエンジン速度を測定する。エンジン速度の測定可能範囲は３００〜２８００ＲＰＭであってもよい。

シャーシコントローラ１５０は、シフトレバー位置信号を受信し、そのシフトレバー位置信号を調節して、前述のように、シフトレバー位置信号に対応する要求ギア命令を出力する。シフトレバー１５４の位置を示すシフトレバー位置信号には、パーク、リバース、ニュートラル、ドライブおよびローが含まれ、その各々が要求ギア命令に対応する。１つの実施形態において、シャーシコントローラ１５０は、積載物を下している間にリバースからニュートラルに移行させる（ｒｅｖｅｒｓｅ ｎｅｕｔｒａｌｉｚｉｎｇ）機能を実行しやすくする。シャーシコントローラ１５０は、ホイストレバー位置を示す信号である上昇位置信号または下降位置信号のいずれかを受信し、ホイストレバー位置が上昇位置または下降位置である時、ニュートラルギア命令信号を供給する。

図の実施形態において、ブレーキコントーラ１５２は、電気減速システム１２１により供給されるべきモータ要求トルクが、所望の合計トルク量を供給するのに十分か否かを、要求された所望の機械減速トルクとモータ要求トルクに基づいて判断する。電気減速システム１２１が所望の合計トルク量を十分に供給できない場合、すなわち、要求された所望の機械減速トルクを得るために、制動を追加することが必要な場合、ブレーキコントローラ１５２は、要求された所望の機械減速トルクとモータ要求トルクの間の差分を、常用ブレーキ１２６、１２８によってかけるように要求する。したがって、ブレーキコントローラ１５２は常用ブレーキを変調して、要求された所望の機械減速トルクを得るのに必要な追加の制動トルクを供給するようにする。

本明細書に記載の電気駆動式機械の駆動方向を制御するための方法とシステムの産業上の利用可能性は、上記の説明から容易に理解される。機械は、オフハイウェイトラックとして示されているが、機械はたとえば、採掘、建設およびその他の産業分野に関わる少なくとも１つの動作を実行する、どのような種類の機械であってもよい。機械はまた、非産業環境で使用される機械、たとえばクレーン、土工車両、バックホーおよび／または資材運搬機器であってもよい。さらに、本明細書に記載の方法とシステムは、多岐にわたる機械や作業に適応させることができる。たとえば、バックホーローダ、圧縮機、フェラバンチャ、林業機械、産業用ローダ、舗装機械、スキッドステアローダ、ホイールローダ、トラック型トラクタ、およびその他数多くの機械が、開示される方法とシステムの利点を享受できる。それゆえ、本願は多くの機械と多くの環境に利用できる。

前述のように、本願に適した１例としての機械１００は、ダンプトラック等のオフハイウェイトラックである。例示的なオフハイウェイトラックは一般に、鉱山、建設現場および採石場で使用される。トラックはさまざまな環境で動作し、たとえば後進駆動方向から前進方向へ、時として比較的短時間で方向転換できなければならないことが多い。特定の実施形態によれば、機械１００の運転者は、運転中、即時に後進駆動方向から前進駆動方向へと転換させたい場合がある。

図３は、機械１００の制御システム１３０および／またはその他の構成部品によって実行されてもよい例示的実施形態による方向転換工程１６０のフローチャートである。前述のように、機械１００は運転者の入力に応答して駆動方向を転換できる。したがって、図の実施形態において、制御システム１３０は、機械１００に後進駆動方向から前進駆動方向への方向転換が加えられたことを検出する（ステップ１６１）ように構成されていてもよい。このような方向転換を検出するために、ドライブトレインコントローラ１４０は、シフトレバーの位置がリバース位置からドライブ位置に変化したことを示すシフトレバー位置センサ１４１からの方向転換信号を受信してもよい。

上記の代わりに、ドライブトレインコントローラ１４０は、シャーシコントローラ１５０からデータリンクインタフェース１３２を通じて、ドライブ位置を示す方向転換信号を受信してもよく、シャーシコントローラ１５０は、シフトレバー位置センサ１４１からシフトレバー位置信号を受信して、ドライブ位置に関連付けられるシフトレバー位置に対応する要求ギア命令をドライブトレインコントローラ１４０に送信する。上記の例は限定しようとするものではなく、そのほかにも、機械１００に方向転換が加えられたことを検出する方法を、本願の教示から逸脱することなく、採用することができる。

ドライブトレインコントローラ１４０はまた、アクセルペダル位置信号、たとえば、ゼロ以外のアクセルペダル位置または最大踏込アクセルペダル位置を示す信号も受信する（ステップ１６２）。ドライブトレインコントローラ１４０が方向転換信号とアクセルペダル位置信号を受信したら、制御システム１３０は、方向転換のためのソフトウェア実行プログラムを実行する。１つの実施形態において、制御システム１３０は、速度センサ１３３を通じて機械１００の速度を測定する。機械速度が測定されたら、制御システム１３０はその機械速度を閾値と比較してもよい（ステップ１６３）。閾値は事前に設定されてもよい。機械速度を閾値と比較する際、閾値に関する機械速度は、機械速度の方向ではなく、機械速度の大きさに基づいて考慮される点に留意する。

１つの実施形態において、閾値は電気モータパラメータ、たとえばモータ速度に基づいてもよい。１つの実施形態において、閾値は対地速度閾値に基づいてもよい。対地速度閾値は、他の周知の対地速度測定方法に加え、モータ速度に基づいて判断されてもよい。図の実施形態において、閾値は約ゼロの対地速度の数値である。いくかの実施形態では、閾値はある範囲であってもよく、たとえば、対地速度閾値は、図４に示されるように、毎時約１マイル（１．６キロメートル）から毎時約ゼロマイル（ゼロキロメートル）であってもよい。しかしながら、閾値の数値または範囲は、たとえば、電気駆動システム１０２の中に過電流の状態を引き起こさずに、機械１００の前進駆動方向への推進に必要かつ十分な量のモータトルクを走行機構１０４に供給するための適当な対地速度またはモータ速度を表す、どのような適当な数値または範囲となる。

図３の判定点１６３において、たとえば機械速度が約ゼロの対地速度と等しい場合（ステップ１６３の「ノー」）、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、ゼロの制動トルクを供給するように命令する（ステップ１６４）。これに加えて、ドライブトレインコントローラ１４０は、モータコントーら１４２、１４４に対し、走行機構１０４に前進方向の推進トルクを供給するように命令し（ステップ１６６）、機械を前進駆動方向に推進させる（ステップ１６８）。

しかしながら、ドライブトレインコントローラ１４０が、判定点１６３において、機械速度が閾値より大きい、すなわち、たとえば機械速度が約ゼロより大きい対地速度と等しいと判断した場合（ステップ１６３の「イエス」）、ドライブトレインコントローラ１４０は、モータコントローラ１４２、１４４に対し、前進方向のゼロ推進トルクを供給するように命令して（ステップ１７０）、これによって機械１００は、機械速度が閾値より低くなるまで、後進から前進へと方向を転換できないことになる。これに加えて、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、アクセルペダル位置信号に応答して制動トルクを走行機構１０４にかけるように命令して、機械１００の対地速度を低下させる（ステップ１７２）。換言すれば、図４に示されるように、機械速度が約ゼロより大きい対地速度と等しい場合、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、機械１００が閾値、たとえば約ゼロの対地速度、または毎時約ゼロから１マイルの範囲の対地速度に到達するまで、アクセルペダル位置信号に応答して制動トルクをかけるように命令する。

その結果、アクセルペダル１５３は機能的にはブレーキペダルとして動作し、アクセルペダル１５３を踏み込むことによって、ブレーキシステム１２５が作動して、機械１００の速度を低下させる。１つの実施形態において、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、アクセルペダル位置信号に応答して固定、すなわち一定の数値と等しい大きさの制動トルクを供給するように命令する。換言すれば、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、ゼロ以外のアクセルペダル位置または最大踏込アクセルペダル位置に応答して固定の制動トルクを走行機構１０４にかけるように命令し、機械速度が閾値と等しくなるまで機械速度を低下させる。

図の実施形態において、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、事前に設定されてもよい乗数および、アクセルペダル位置信号に基づく大きさの制動トルクを供給するように命令する。たとえば、乗数が１と等しい場合、ドライブトレインコントローラ１４０はブレーキコントローラ１５２に対し、アクセルペダル位置信号に比例する制動トルクを供給するように命令する。すなわち、アクセルペダル１５３が２０パーセント踏み込まれることは、最大量の制動トルクの２０パーセントと等しい制動トルクが供給されることに対応する。

図４を参照すると、方向転換工程の１つの実施形態について、さまざまなパラメータの４つのグラフが時間に関して示されている。一番上のグラフＩは、後進位置から前進位置へのシフトレバー位置の変化を示す。第二のグラフＩＩは、最大踏込アクセルペダル位置でのアクセルペダル位置信号を示す。上から３番目のグラフＩＩＩは、前進および後進駆動方向への機械速度を示す。一番他の４つ目の最後グラフは、制御システム１３０により供給されるトルク命令を示す。

図４に示されるように、制動トルクの大きさが１と等しい乗数に基づく場合、最大踏込アクセルペダル位置信号に対応するアクセルペダル１５３の１００％踏込によって（グラフＩＩ）、最大量の制動トルクと等しい制動トルクが供給されることになり、すなわち、これはシフトレバー位置が後進位置から前進位置に変更され（グラフＩ）、機械速度が閾値より大きい（グラフＩＩＩ）ときである。ここでも、閾値に関する機械速度は、機械速度の方向ではなく、機械速度の大きさに基づいて考慮される点に留意する。それゆえ、グラフＩＩＩに描かれた線の傾斜は、それがグラフＩＩに描かれる最大踏込アクセルペダル位置信号に比例し、これに対応してかけられる制動トルクを表しているため、アクセルペダル位置信号が最大踏込位置ではないゼロ以外のアクセルペダル位置信号であった場合の傾斜（図示せず）と比較して、急峻である。

しかしながら、乗数は一定としても、可変としてもよく（たとえば、指数関数または非線形関数）、または１でなくてもよく、たとえば最大量未満の制動トルクを供給するために１未満であっても、あるいは非線形または非比例式の制動トルクを供給するために１より大きくてもよい。これに加えて、いくつかの実施形態において、ドライブトレインコントローラ１４０は制動コンロトローラ１５２に対し、アクセルペダル位置信号が閾値に関係しているとき、たとえば閾値よりも大きいときにだけ、乗数とアクセルペダル位置信号に基づく大きさの制動トルクを供給するように命令することも想定され、この閾値も事前に設定できる。

たとえば、乗数が１と等しく、アクセルペダル位置の閾値が３０パーセントに等しいとすると、ドライブトレインコントローラ１４０はブレーキコントローラ１５２に対し、アクセルペダル位置が３０パーセントより大きいときにだけ、アクセルペダル位置信号に比例する制動トルクを供給するように命令する。すなわち、アクセルペダル１５３の踏込が２０パーセントのときには、最大ブレーキトルク量の２０パーセントと等しい制動トルクが供給されることにならないが、アクセルペダル１５３の踏込が４０パーセントであれば、最大制動トルク量の４０パーセントと等しい制動トルクが供給される。

図５は、制御システム１３０および／または機械１００の他の構成部品により実行されてもよい別の実施形態による方向転換工程１７５のフローチャートである。したがって、上で詳しく説明したものと同様に、制御システム１３０は、機械１００に後進駆動方向から前進駆動方向への方向転換が加えられたことを検出する（ステップ１７６）ように構成されてもよい。ドライブトレインコントローラ１４０がドライブ位置に対応するシフトレバー位置を示す方向転換信号を受信すると、制御システム１３０は、方向転換用ソフトウェア実行プログラムを実行してもよい。１つの実施形態において、制御システム１３０は速度センサ１３３を通じて機械１００の速度を測定してもよい。機械速度が測定されたら、制御システム１３０は機械速度を閾値と比較してもよい（ステップ１７８）。閾値は、まさに上で詳しく説明したように、事前に設定しても、電気モータパラメータに基づいていてもよい。

たとえば、機械速度が閾値と等しい対地速度、すなわち約ゼロと等しい場合（ステップ１７８の「ノー」）、ドライブトレインコントローラ１４０は、アクセル位置信号、すなわちゼロ以外または最大踏込アクセルペダル位置を示す信号を検出する（ステップ１８０）。ドライブトレインコントローラ１４０は次に、ブレーキコントローラ１５２に対し、ゼロの制動トルクを提供するように命令する（ステップ１８２）。これに加えて、ドライブトレインコントローラ１４０は、モータコントローラ１４２、１４４に対し、アクセルペダル位置に応答する前進方向への推進トルクを走行機構１０４に供給するように命令し（ステップ１８４）、機械１００を前進駆動方向に推進させる（ステップ１８６）。

しかしながら、もし、ドライブトレインコントローラ１４０が、機械速度が閾値より大きい、すなわち機械速度が約ゼロより大きい対地速度と等しいと判断した場合（ステップ１７８の「イエス」）、駆動コントローラ１４０はモータコントローラ１４２、１４４に対し、前進方向のゼロの推進トルクを供給するように命令し（ステップ１８８）、これによって、機械１００は機械速度が閾値より低くなるまで、後進から前進への方向転換を行えない。これに加えて、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、アクセルペダル位置信号とは無関係の制動トルクを走行機構１０４にかけるように命令し、たとえば対地速度が閾値に到達するまで機械１００の速度を減速させる（ステップ１９０）。

１つの実施形態において、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、固定または一定の値と等しい大きさの制動トルクを供給するように命令する。換言すれば、ドライブトレインコントローラ１４０は、ブレーキコントローラ１５２に対し、アクセルペダル位置とは無関係に固定された制動トルクを走行機構１０４にかけるように命令し、機械速度が閾値と等しくなるまで、機械速度を減速させる。

当然のことながら、上記の説明は、開示された方法とシステムの例を示している。しかしながら、開示内容の上記以外の実施例では、詳細において上記の例と異なっていてもよいと想定される。開示内容またはその例を指す文言はすべて、その時点で論じられている特定の例を指しており、より包括的な本願の開示の範囲に関するいかなる限定も黙示しようとするものではない。特定の特徴を優越的または軽視的に説明する文言はすべて、これらの特徴に優位性がないことを示しており、特に別段の断りがないかぎり、全開示範囲からその特徴を排除するものではない。

本明細書における数値の範囲の引用は、本明細書中に特に別段の断りがないかぎり、その範囲内に含まれる各数値を個々に引用する代わりの簡便な方法をとったにすぎず、個別の各数値は、本明細書に個々に引用されたごとく、その中に含められる。本明細書に記載されるすべての方法は、特に別段の断りがないかぎり、またはその他文脈上明確に矛盾しないかぎり、適当であればいかなる順序で実行してもよい。

したがって、本願は、適用法の下で可能なかぎり、付属の特許請求の範囲に記載される趣旨の改良形および均等物の一切を含む。さらに、上記の要素のその考えうるすべての変化形の組み合わせの一切は、本明細書に別段の断りがないかぎり、またはその他文脈上明確に矛盾しないかぎり、本願により包含される。

Claims (20)

1. アクセルペダルが最大踏込位置のときに、第一の方向に移動している機械の方向を転換する方法であって、
   前記機械の前記方向を第二の方向に転換する意思を示す信号を受信するステップと、
   前記機械の速度を示す信号が閾値より大きいか否かを、機械の対地速度と、少なくとも部分的に電気モータのパラメータと、に基づいて判断するステップと、
   前記速度が前記閾値に到達するまで、アクセルペダル位置を示す信号に応答して、前記機械の少なくとも１つの走行機構に制動トルクをかけるステップと、
   を含む方法。
2. 前記速度が前記閾値と略等しいときに、前記アクセルペダル位置信号と、前記機械を前記第二の方向に移動させるための前記方向転換信号に応答して、前記少なくとも１つの走行機構に推進トルクをかけるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第一の方向が後進駆動方向であり、前記第二の方向が前進駆動方向である、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの走行機構にかけられる前記制動トルクは、少なくとも部分的に前記アクセルペダル位置信号の乗数倍に基づいており、前記アクセルペダル位置信号は、アクセルペダルのゼロから１００パーセントの範囲の踏込に対応するゼロから１００パーセントの範囲の変化割合を表す、請求項１に記載の方法。
5. 前記乗数は略１と等しく、前記少なくとも１つの走行機構にかけられる前記制動トルクは、前記アクセルペダルの前記踏込に略比例する、請求項４に記載の方法。
6. 前記制動トルクは、前記アクセルペダル位置信号が、少なくとも前記アクセルペダル位置信号に基づく第二の閾値より大きいときにのみかけられる、請求項４に記載の方法。
7. 前記制動トルクは、前記アクセルペダル位置信号と無関係に、前記少なくとも１つの走行機構にかけられる大きさと略等しく、前記制動トルクをかけることによって、前記機械の前記速度は、前記速度が前記閾値に到達するまで低減される、請求項２に記載の方法。
8. 前記速度は、対地速度またはモータ速度の少なくとも一方である、請求項１に記載の方法。
9. 前記制動トルクは、部分的に電気モータによって供給される、請求項１に記載の方法。
10. 前記制動トルクの第一の部分は電気駆動システムによって供給され、前記制動トルクの第二の部分は少なくとも１つの常用ブレーキによって供給される、請求項１に記載の方法。
11. アクセルペダルが最大踏込位置のときに、第一の方向に移動している機械の方向を転換するためのシステムであって、
    前記機械の前記方向を第二の方向に転換する意思を示す信号を受信し、
    前記機械の速度を示す信号が閾値より大きいか否かを、機械の対地速度と、少なくとも部分的に電気モータのパラメータと、に基づいて判断し、
    前記速度が前記閾値に到達するまで、アクセルペダル位置を示す信号に応答して、少なくとも１つの走行機構に制動トルクをかけるように構成された制御システムを備えるシステム。
12. 前記制御システムは、前記速度が前記閾値と略等しいときに、前記アクセルペダル位置信号と、前記機械を前記第二の方向に移動させるための前記方向転換信号に応答して、前記少なくとも１つの走行機構に推進トルクをかけるようにさらに構成されている、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記第一の方向は後進駆動方向であり、前記第二の方向は前進駆動方向である、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記少なくとも１つの走行機構にかけられる前記制動トルクは、少なくとも部分的に前記アクセルペダル位置信号の乗数倍に基づいており、前記アクセルペダル位置信号は、アクセルペダルのゼロから１００パーセントの範囲の踏込に対応するゼロから１００パーセントの範囲の変化割合を表す、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記乗数は略１と等しく、前記少なくとも１つの走行機構にかけられる前記制動トルクは、前記アクセルペダルの前記踏込に略比例する、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記制動トルクは、前記アクセルペダル位置信号が、少なくとも前記アクセルペダル位置信号に基づく第二の閾値より大きいときにのみかけられる、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記制動トルクは、前記アクセルペダル位置信号と無関係に、前記少なくとも１つの走行機構にかけられる大きさと略等しく、前記制動トルクをかけることによって、前記機械の前記速度は、前記速度が前記閾値に到達するまで低減される、請求項１１に記載のシステム。
18. 前記制動トルクは、部分的に電気モータによって供給される、請求項１１に記載のシステム。
19. 前記制動トルクの第一の部分は電気駆動システムによって供給され、前記制動トルクの第二の部分は少なくとも１つの常用ブレーキによって供給される、請求項１１に記載のシステム。
20. アクセルペダルが最大踏込位置のときに、後進駆動方向に移動している電気駆動式機械であって、
    前記機械を表面上で前記後進駆動方向および前進駆動方向に推進させるために、少なくとも１つの走行機構にトルクを供給するように構成された電気モータと、
    前記電気モータの回転速度を受信し、
    前記機械の対地速度を受信し、
    フォワードのシフトレバー位置を受信し、
    アクセルペダル位置を受信し、
    前記対地速度または前記モータ回転速度の少なくとも一方が閾値より大きいか否かを判断し、
    前記少なくとも１つの走行機構に対し、前記アクセルペダル位置に比例する制動トルクをかけて、前記対地速度または前記モータ回転速度の前記少なくとも一方が前記閾値に到達するまで、前記機械の速度を低下させ、
    前記対地速度または前記モータ速度の前記少なくも一方が前記閾値と略等しいとき、前記少なくとも１つの走行機構に、前記アクセルペダル位置に比例し、前記フォワードのシフトレバー位置に応答する前進方向の推進トルクをかける
    ように構成された制御システムと、
    を備える機械。

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