JP6758015B2 - エンジン制御のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示する主題の実施形態は、車両のエンジン速度を制御することに関する。

歴史的に、運搬車両（例えば採鉱）の車両オペレータは、運搬車両の生産性を最大化するために最高性能を必要とした。ディーゼル電気駆動システムは、燃料効率に関係なくエンジンから最大パワーを引き出すように調整された。採鉱環境が発展するにつれて、採鉱は、効率性に益々関心を持つようになり、生産への軽微な影響を進んで許容している。

米国特許第８７７４９９４号明細書

一例では、システムは、エンジンおよびコントローラを含む。コントローラは、目標エンジン馬力および関連する目標エンジン速度を決定するように構成される。コントローラは、目標エンジン速度を上回る第１のエンジン速度で動作するようにエンジンに命令するように、目標エンジン速度に到達すべくエンジンにかかる負荷を調節するように、かつ、目標エンジン馬力に到達すべく第２のエンジン速度で動作するようにエンジンに命令するようにさらに構成される。

本発明は、以下の添付図面を参照して以下の非限定的な実施形態の説明を読むことによって、より良く理解されるであろう。

車両隊列の概略図を示している。 図１の車両隊列の車両の概略図を示している。 図２の車両を動作させるための例示的な方法を説明するフローチャートである。 例示的な制御図である。 図２の車両の動作中の例示的なエンジンパラメータを説明する図である。 図２の車両を動作させるための追加の例示的な方法を説明するフローチャートである。 図２の車両を動作させるための追加の例示的な方法を説明するフローチャートである。 図２の車両を動作させるための追加の例示的な方法を説明するフローチャートである。

本明細書に開示する主題の実施形態は、ディーゼル電気運搬トラック等のオフハイウェイ車両においてフルスロットル命令のためのエンジン動作点およびパワーを最適化することに関する。歴史的に、運搬車両は、オペレータが１００％スロットルを命令したときにフルエンジン速度（例えば１９００ｒｐｍ）および最大パワーで走行した。本明細書に記述する実施形態によれば、燃料消費を低減するために、エンジン速度は、最初に１８３０ｒｐｍ等の低減された固定速度に設定され得、次いで、駆動システムは、エンジン速度を１８００ｒｐｍ等の目標速度に落とすようにエンジンに負荷をかけ得る。加えて、命令されるエンジン速度は、設定出力（例えば馬力）での動作を可能にし、パワーの低減を最小にしながら著しい燃料節減をもたらすように調節され得る。この開示は、エンジン速度よりも特定の馬力（ＨＰ）を重視し、次いでＨＰをサポートするのに必要なエンジン速度を決定する方法を提供することによって柔軟性を加える。本開示は、車両重量、（測定または推定された）傾斜、およびトラック速度等の動作パラメータに基づいて所望のＨＰレベルを設定することに関する追加の詳細も含む。本開示は、運搬ルートにおける車両位置に基づいて最大ＨＰをもたらす遠隔オペレータ（例えば採鉱ディスパッチシステム）の選択肢も記述する。本開示は、駆動システムがオペレータのスロットル命令をモニタリングし、複数の運搬サイクルに亘って最大パワーを微調整するための方法をさらに記述する。

本明細書に記述する手法は、各種のエンジンタイプ、および用途固有の基準を参照して選択された各種のエンジン駆動システムに利用され得る。これらのシステムの幾つかは、固定式でもよい一方、他は、半可動式または可動式のプラットフォーム上にあってもよい。半可動式プラットフォームは、平台型トレーラに載せられる等、動作期間の間に再配置され得る。可動式プラットフォームは、自走式車両を含む。このような車両は、路上輸送車両、ならびに採鉱機器、船舶、鉄道車両、および他のオフハイウェイ車両（ＯＨＶ）を含むことができる。説明の明確化のために、採鉱運搬車両は、本発明の実施形態を組み込むシステムをサポートする可動式プラットフォームの例として使用され得る。

フルスロットル命令のためのエンジン動作点およびパワーの最適化についてさらに議論する前に、例示的な採鉱運搬車両を示す。図１は、各々に「Ｖ」と名付けられた２つの採鉱運搬車両の隊列１を説明している。図１では２つの車両を説明しているが、任意の適当な数の車両を隊列１に含むことができることを理解されたい。隊列１の動作中、各車両Ｖは、各車両間の閾値距離を維持するように、および／または閾値車両速度を維持するように動作され得る。標準動作中、各車両Ｖは、フル推進要求またはフル要求とも呼ばれるフルアクセルペダル命令（例えば１００％スロットル）で動作され得る。各車両Ｖは、設定されたエンジン速度、エンジンパワー、または、フル要求で動作されるときの他の命令に対して制御され得る。しかし、車両間のバラツキによって、フル要求は、特に、傾斜を登る間または車両が多くの積荷を伴って動作されるときに、異なる車両速度をもたらし得る。結果として、車両の集中が起きることがあり（例えば、車両は、隊列内で最適または均一に分散するよりも、最も遅い車両により制限される狭い間隔の群で動作することを強いられることがある。）、および／または車両オペレータは、車両パワーを下げることを強いられることがある。

図２は、車両システム１０を含む、隊列１による例示的な車両を示している。車両システム１０は原動機１２を含む。説明する例では原動機１２がディーゼルエンジンであり、用語「エンジン」は、この説明の他の部分を通じて用語「原動機」と互換的に使用され得る。エンジンは、複数の燃料噴射器から燃料を受け取るように構成された複数のシリンダを含み得る。原動機１２は交流発電機１４を駆動する。交流発電機１４の出力は、整流器バンク１６を介してＤＣに変換される。ＤＣパワーは、ＤＣバス１８を越えてインバータユニット２０に提供される。インバータユニット２０は、既知のタイプのＤＣ−ＡＣ変換回路を含んでおり、既知のタイプの減速ギヤ（別個に示していない）により車輪２３に結合される牽引モータ２２にＡＣパワーを提供するために、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）またはサイリスタ等の、パルス幅変調器（不図示）として動作するコンポーネントも利用する。複数のインバータユニット２０により駆動される複数の牽引モータ２２が車両Ｖに提供され得るとの理解を伴って、説明の簡略化のために、インバータユニット２０および牽引モータ２２を１つだけ示している。

本明細書にはＡＣ−ＤＣ−ＡＣシステムを記述しているが、本開示の原理は、例えば、交流発電機またはＤＣ発電機を動力源として使用する、およびＡＣもしくはＤＣ牽引モータを使用する等、他の駆動トレイン構成に適用され得ることに注目されたい。さらに、本開示の原理は、列車または道路車両等の他のタイプの車両にも適用可能である。車両Ｖは、牽引力を及ぼすようになされた任意のタイプの要素を使用し得る。牽引要素の例は、車輪、軸、または並進運動もしくは往復運動構造を含む。用語「牽引モータ」は、例えば、電気式または油圧式のリニアモータを包含することができる。

格子抵抗器２４の１つまたは複数の連鎖は、ＤＣバス１８を横断して接続される。格子抵抗器２４は、ＤＣバス１８に選択的に結合されて、牽引モータ２２により発生するパワーを消散させ、それにより発電ブレーキをもたらし得る。このことは、「リタード」機能と呼ばれる。発生するパワーを消散および／または使用するために、格子抵抗器２４の代わりに、例えば、バッテリ、回生システム、ならびに付属システムおよびアクセサリ等、パワーを使用する機器等、他の電気エネルギー吸収装置を使用してもよい。

車両Ｖは、既知のタイプの少なくとも１つのブレーキ装置３１を含む。ブレーキ装置３１は、常用、駐車用、または緊急用ブレーキであり得、油圧的、機械的、または電気的に動作され得る。最も一般的に、車両Ｖは、常用ブレーキシステムに加えて緊急用または駐車用ブレーキシステムを含む。

マイクロプロセッサベースのコントローラ２６は、エンジン１２、格子抵抗器２４、インバータユニット２０との動作可能な接続部、および、車輪２３に結合された車輪速度センサ２８等、駆動トレイン内の多数のセンサとの動作可能な接続部を有する。図２では単一のユニットを備えるとして説明しているが、コントローラ２６は、動作可能に互いに結合され得る複数の別個の制御ユニットで構成され得ることを理解されたい。機能の中で、コントローラ２６の制御ユニットは、エンジン１２の速度を制御し、牽引モータ２２を前進または後退方向に駆動するように電流を加えるようにインバータユニット２０に命令し、牽引モータ２２に供給される電流レベルを変調し、交流発電機１４によりエンジン１２にかけられる負荷の量を制御し、リターダ機能を果たすようにインバータユニット２０により牽引モータ２２を格子抵抗器２４に接続する、能力を有する。コントローラ２６には、非限定的に、エンジン速度センサ４０およびエンジン出力センサ４２からの信号を含む、車両の各種の離散センサからの信号が提供される。各種の離散センサに加えて、コントローラ２６には、牽引モータ２２に加えられているトルクの大きさを表す、インバータユニット２０からのフィードバックが提供される。コントローラ２６には、車両Ｖにより運ばれる積荷の重量をサスペンション圧計算等により決定するための仕組みも提供される。例えば、車両Ｖは、車両のサスペンションストラット３５内で感知される空気圧に基づいて全車両重量を演算する積荷計量器３３を含み得る。積荷計量器３３は、シリアルバス等の通信チャンネル上で全車両重量をコントローラ２６に通信することができる。積荷量は、オフボードセンサからコントローラに提供される等、別の適当な態様で決定され得る。

「ドライバ情報ディスプレイ」とも呼ばれる制御パネル３０は、コントローラ２６に結合される。制御パネル３０は、ドライバに情報を提示するためのディスプレイと、車両Ｖを動作させるための１つまたは複数のコントロールとを含む。幾つかの例では、ディスプレイはマルチラインＬＥＤであり、コントロールは、固定された設定可能な複数のキーとして構成される。制御パネルを異なるように構成することができ、例えば、タッチスクリーンインターフェースの形をとることができることが理解されるであろう。制御パネル３０に加えて、車両Ｖは、アクセルペダル（不図示）等、コントローラ２６に動作可能に結合された１つまたは複数の離散した車両コントロールも含む。

随意に、コントローラ２６は、遠隔オペレータまたはディスパッチャ（図１を参照、３８で概略的に示す）との双方向通信のための手段を含み得る。説明したように、コントローラ２６は、無線リンクによりディスパッチャ３８と通信する送受信器３６に結合される。

コントローラ２６は、本明細書に記述する１つまたは複数の方法を実施するために実行可能な非一時的な指令を含み得る。上で説明したように、コントローラ２６は、動作可能に互いに接続された複数の制御ユニットで構成され得る。例えば、第１の制御ユニットは、エンジンの燃料供給を規制し得、第２の制御ユニットは、交流発電機によりエンジンにかけられる負荷を規制し得る。第１の制御ユニットは、エンジンの１つまたは複数の燃料噴射器の開度および／または時間長を調節するための信号を送出することによって（例えば、信号は、燃料噴射器内のソレノイドを所与の時間長に亘り励磁させて燃料噴射器を開放し得る）、エンジンの燃料供給を規制し得る。第２の制御ユニットは、交流発電機によりエンジンにかけられる負荷に比例する、交流発電機の電気的負荷を調節することによって、エンジンにかかる負荷を規制し得る。交流発電機の電気的負荷を調節するために、第２の制御ユニットは、交流発電機を抵抗性格子に選択的に結合させ得、牽引モータの出力等を増加させ得る。加えて、第２の制御ユニットは、エンジン速度命令を第１の制御ユニットに送出し得る。

前に説明したように、燃料消費を低減するために、図２に関して上述した車両Ｖ等、駆動システムを有する車両は、最大スロットル要請が受領されるときに設定エンジン馬力で動作され得る。設定エンジン馬力は、車両の能力に基づいて前もって予め定められた動作パラメータ、または他の適当なパラメータに基づき得る。設定馬力での動作を実現するために、最大スロットル要請が受領され設定馬力が決定されると、例えば参照用テーブルから、設定馬力に基づいて目標エンジン速度が取得される。目標エンジン速度は、燃料供給コントローラ（例えば、上述した第１の制御ユニット）への入力として使用され、エンジンに供給される燃料量は、目標エンジン速度に到達するように調節され得る。エンジン速度が初期速度から目標速度に増加している期間中、エンジン馬力は規制され得ない。目標エンジン速度に到達すると（またはエンジン燃料供給限界に到達すると）、駆動システムコントローラ（例えば、上述した第２の制御ユニット）は、設定馬力に到達するまで、交流発電機によりエンジンにかけられる負荷を調節し得る。このようにして、エンジンは、最大トルクよって最大効率の動作点で動作され得、エンジン速度は、所望の出力のための可能な限り低い速度に維持され得る。

図３に移ると、目標馬力でエンジンを動作させるための方法３００を提示している。方法３００は、コントローラのメモリに記憶された指令に従って、エンジン速度センサ、エンジン出力センサ、燃料噴射器等、各種のセンサおよびアクチュエータとの組合せで、上述したコントローラ２６等のコントローラにより行われ得る。一例では、方法３００は、駆動システムを制御する（例えば、交流発電機によりエンジンにかけられる負荷を制御する）、上述したコントローラ２６の第２の制御ユニットにより行われる。３０２にて、方法３００は、推進要求要請を受領することを含む。推進要求要請は、例えば、アクセルペダルを押下する車両のオペレータ、または所与の車両速度を要請する他の入力仕組みを含み得る。３０４にて、方法３００は、要請がフル推進要求要請を含むかどうかを決定する。フル推進要求要請は、アクセルペダルの十分な押下、１００％スロットル要請、または他の最大車両速度要請を含み得る。フル要求要請が受領されない場合、方法３００は３２４に進み、エンジン速度命令を別個の燃料供給制御ユニット（例えば、上述した第１の制御ユニット）に送出し、要請された推進要求により規定される目標馬力に到達するようにエンジンにかかる負荷を調節する。燃料供給制御ユニットは、命令された速度に到達するようにエンジン燃料供給を調節し得る。次いで方法３００は終了する。

フル要求要請が受領される場合、方法３００は３０６に進み、目標馬力（ＨＰ）を決定する。目標ＨＰは、適当な仕組みに従って決定され得る。一例では、目標ＨＰは、従前の動作中に予め定められた目標でもよく、車両のオペレータまたは車両と通信する遠隔オペレータ等のユーザにより予め定められた目標でもよい。目標ＨＰは、エンジンが提供可能な最大ＨＰでもよい。別の例では、目標ＨＰは、ピーク設定されたＨＰの９０％等のデフォルトのＨＰでもよい。さらに、目標ＨＰは、動作条件に基づいて調節され得る。例えば、上述したデフォルトの目標ＨＰは、３０８に示すように、車両重量に基づいて調節され得る。車両重量が増加するにつれて、目標ＨＰは、車両が所望の車両速度を維持することを可能にするように増加してもよい。別の例では、デフォルトの目標ＨＰは、３１０に示すように、車両が移動している傾斜に基づいて調節され得る。このことは、傾斜が増加するにつれて目標ＨＰを増加させることを含んでもよい。さらなる例では、デフォルトの目標ＨＰは、３１２に示すように、車両速度に基づいて調節され得る。このことは、車両速度が増加するにつれて目標ＨＰを増加させることを含んでもよい。加えて、幾つかの例では、デフォルトの目標ＨＰは、３１４に示すように、ユーザ入力に基づいて調節され得る。さらに、目標ＨＰは、車両の最大定格ＨＰの６０〜１００％の範囲内でもよい。

３１６にて、定格エンジン速度は、目標ＨＰに基づいて決定される。一例では、定格エンジン速度は、目標ＨＰに連動する参照用テーブルから、または別の適当な仕組みに従って取得され得る。定格エンジン速度は、例えば、エンジンを高い効率で動作させるための、エンジンの最大トルクに対応するエンジン速度であり得る。ある例では、制御ユニットは、過去のエンジン動作に基づいて定格エンジン速度を目標ＨＰに連動させる参照用テーブルを調節するように構成され得る。例えば、最大トルクでの動作が実現されると、最大トルクで実現されたエンジン速度またはＨＰの１つまたは複数がテーブルの値から解離する場合にテーブルは調節され得る。３１８にて、第１のエンジン速度命令は、別個の燃料供給制御ユニットに送出される。第１のエンジン速度命令は、一例では、上で決定された定格エンジン速度であり得る。別の例では、第１のエンジン速度は、定格エンジン速度を１〜５％だけ上回り、または、定格エンジン速度を３０ｒｐｍだけ上回る等、定格エンジン速度を設定速度だけ上回る等、定格エンジン速度を僅かに上回るエンジン速度であり得る。このようにして、別個の燃料供給制御ユニットは、第１のエンジン速度命令への到達を試みるようにエンジンへの燃料供給を調節し得る。

３２０にて、エンジンにかかる負荷は、定格エンジン速度に到達するように調節される。負荷は、交流発電機によりエンジンにかけられ得、よって、交流発電機の負荷は、エンジン負荷を調節するように調節され得る（例えば、結合された、もしくは結合されていない交流発電機の電気的負荷または他の適当な仕組み）。エンジンにかかる負荷は、定格エンジン速度に到達するように燃料供給制御ユニットにより行われる燃料供給調節と並行して調節され得る。第１のエンジン速度命令が定格エンジン速度よりも大きい場合、交流発電機によりエンジンにかけられる負荷は、エンジン速度を命令されたエンジン速度から落とすように作用する。このようにして、エンジンは、所与のエンジン速度のためのその最大トルク線で動作され、より高い効率を実現し得る。さらに、定格エンジン速度は、最大定格速度よりも低い速度であり、よって燃料消費の低減を可能にし得る。

上で説明したように、エンジンにかかる負荷は、エンジン速度を定格速度に落とすように作用する。この時間中、馬力は、相対的に規制され得ない（例えば、特定の馬力に保持されない）。定格エンジン速度に到達すると、燃料供給制御ユニットに送出される速度命令は、エンジン馬力を目標馬力にするように調節され得る。よって、３２２にて、方法３００は、エンジン速度命令を第２のエンジン速度命令に調節し、目標馬力に到達するようにエンジンにかかる負荷を調節することを含む。エンジン速度命令は、一例では、実際の馬力と目標馬力の間の差に基づいて、または別の適当な仕組みに従って調節され得る。次いで方法３００は終了する。

エンジンにかかる負荷がエンジン速度を落とすときに、エンジンに供給される燃料の量は、燃料供給制御ユニットが命令されたエンジン速度への到達を試みるときに負荷がエンジンに加えられるにつれて増加し続けてもよい。しかし、エンジンに供給される燃料の量は、交流発電機が目標馬力を維持するための可能な限り低い速度にエンジン速度を維持する間にエンジンが最大効率のための燃料の最大量で動作するように、ピークシリンダ圧、空燃比限界、または他のパラメータ等、各種のパラメータにより制限されてもよい。

よって、図３の方法に従って、エンジン速度は、エンジンが最大トルク曲線上にあるときであり得る、エンジンの最も効率的な動作点で目標ＨＰに到達するように調節される。幾つかの例では、方法は、その速度でエンジンに負荷を十分にかけ続けながらエンジン速度を緩やかに増加または減少させ得る。方法は、エンジン速度設定点を調節する特定のＨＰ設定点に到達することを試みる外側制御ループ、またはエンジンに加えられるＨＰ負荷を調節してエンジン速度を設定点に保持する内側ループを有する制御方式に従って実施されてもよい。

図４は、目標馬力で動作するようにエンジンを調節するための例示的な制御ルーチンを説明する図４００である。一例では、図４００の制御ルーチンは、フル推進要求中（例えば、スロットルが最大に設定されるとき）に実施され得る。図４００の制御ルーチンは、上述した図３の方法３００の実行中のコントローラによる入力、出力、およびアクションを表し得る。前述し以下でより詳しく記述するように、コントローラは、エンジンへの燃料供給を規制するための第１の制御ユニットと、駆動システムによりエンジンにかけられる負荷を規制するための第２の制御ユニットとを含む、別個の制御ユニットで構成され得る。

図４００に示すように、制御図の第１のループでは、適当な態様（例えば、遠隔ディスパッチから、動作パラメータに基づいて等）で取得された目標馬力は、目標または定格エンジン速度を取得するために参照用テーブル４０２に入力される。目標エンジン速度は、オフセットブロック４０４に入力され、エンジンに供給するための燃料量を決定するために第１の制御ブロック４０６（燃料供給制御ユニットに位置し得る）に入力されるエンジン速度命令を生成するようにオフセット（例えば３０ｒｐｍ）を目標エンジン速度に加える。燃料量は、エンジンの各燃料噴射器により供給されるべき燃料の量を表し得、または、例えば、エンジンサイクル毎に供給されるべき燃料の全体量を表し得る。燃料の量は、エンジン（ブロック４０８により表される）に供給される。エンジンが動作するとき、エンジン速度（ＲＰＭ）および出力（ＨＰ）は、それぞれのセンサにより測定される。

制御図の第２のループでは、目標馬力は、測定された馬力と負荷誤差ブロック４１０にて比較される。目標馬力と測定された馬力との間の差は、速度命令に対する調節量を決定するために、目標エンジン速度とともに速度制御ブロック４１４に入力される。調節された速度命令（例えば、図３に関して上述した第２のエンジン速度命令）は、駆動システムの制御ユニットが、エンジンの負荷を下げる到達すべき速度を含む。幾つかの例では、速度制御ブロック４１４は、エンジン速度命令が調節され得る（例えば低下される）、測定されたエンジン馬力が目標馬力を超えるときまで、命令されるエンジン速度を第１の速度に維持し得る。調節されたエンジン速度命令も、調節された速度命令と実際のエンジン速度との間の差を決定するために速度誤差ブロック４１６に入力される。この誤差は、ブロック４１０にて決定された誤差とともに第２の制御ブロック４１２に入力される。目標馬力と測定された馬力との間の差および測定されたエンジン速度と調節されたエンジン速度命令との間の差に基づいて、第２の制御ブロックは、交流発電機によりエンジンにかけるべき負荷の量を決定する。例えば、測定された馬力が目標馬力よりも小さい場合、交流発電機により追加負荷がエンジンにかけられ得る。

上で説明したように、第１の制御ブロック４０６が燃料供給制御ユニットに位置し得る一方、第２の制御ブロック４１２は、マップ探索、オフセットブロック４０４、速度調節ブロック４１４、負荷誤差ブロック、および速度誤差ブロック４１６とともに、駆動システムの制御ユニットに位置し得る。

図５は、図４の制御ルーチンおよび／または図３の方法の実行中の例示的な動作パラメータを説明する図５００である。図５００は、曲線５０２により表される、エンジンに供給される燃料量、曲線５０４により表されるエンジン速度、および曲線５０６により表されるエンジン出力（ＨＰ）を説明している。各動作パラメータについて、時間をｘ軸に沿って示し、各パラメータのそれぞれの値をｙ軸に沿って示している。

時間ｔ１の前に、車両は、一様なフル未満推進要求で動作していてもよい。例えば、車両は、採鉱採石場から出る傾斜に到達する前の平坦面を移動していてもよい。したがって、エンジンは、最大燃料供給、エンジン速度および負荷未満で動作している。時間ｔ１にて、オペレータは、例えば、採石場から出る急傾斜を昇り始めるのに応じてフル推進要求（例えば最大スロットル）を要請し得る。フル要求のために設定された目標馬力に到達するために、エンジンに供給される燃料の量は、エンジン速度を増加させるように増加する。エンジン馬力も増加し始める。時間ｔ２にて、エンジン速度は目標速度に到達し、目標速度は、目標エンジン速度が所望のエンジン速度よりも実際には高くなるようにオフセットを含み得る。したがって、馬力は、エンジン速度をより低い第２の目標エンジン速度（例えば、目標エンジン速度からオフセットを差し引いた速度）に落とすように増加し続ける。この第２のエンジン速度も時間ｔ２にて目標エンジン速度として燃料供給制御ユニットに命令されるので、エンジンの馬力も目標馬力に減少する。（フル目標馬力での動作を維持している間の）エンジン速度の低減によって、エンジンに供給される燃料の量は減少し、よって燃料消費の減少をもたらす。図３〜図５に関して上述した方法、制御図、および対応する動作パラメータは、最大エンジン出力（例えば、フル推進要求または最大スロットル要請）で動作するための要請に応じて目標馬力に到達する例を開示した。しかし、目標馬力に到達する仕組みは、フル要求が要請されないが要請されたエンジン出力が、＞８０％最大出力等、フル要求に比較的近いとき等、他の動作条件中に適用されてもよい。例えば、第１の車両が丘を登っており、第１の車両の前を移動する第２の車両から閾値距離に到達する場合、第１の車両のオペレータは、衝突または第２の車両に接近し過ぎた移動を避けるために、エンジン出力を低減させ得る。このような例では、第１の車両の目標馬力は、低減され得、上述した方法に従って到達される新たな目標馬力となり得る。さらに、第１の車両のオペレータがその後にフル推進要求に復帰する場合、フル目標馬力に到達するために同じ仕組みを使用することができる。

別の例では、目標馬力に到達するための上述した方法は、フル推進要求で動作するための要請を必ずしも含まなくてもよい加速イベント中に使用され得る。さらに、幾つかの例では、加速中の燃料消費を低減するために、最大エンジン出力で動作するための要請に応じて目標馬力への到達を試みるときに、エンジン速度の増加率を低下させることが望ましいことがある。図６は、加速イベント中にエンジンを動作させるための方法６００を説明している。方法３００と同様に、方法６００は、コントローラのメモリに記憶された指令に従って、エンジン速度センサ、エンジン出力センサ、燃料噴射器等、各種のセンサおよびアクチュエータとの組合せで、上述したコントローラ２６等のコントローラにより行われ得る。

６０２にて、方法６００は、推進要求要請、例えば、車両のオペレータにより要請されたパワー設定を受領することを含む。６０４にて、方法６００は、要請が加速イベントを含むかどうか、例えば要請が要請されたパワーの増加を含むかどうかを決定する。含まない場合、方法６００は６０６に進み、現在の動作パラメータを維持し、このことは、現在のエンジン速度および／または馬力を維持することを含み得、または減速を始動する。次いで方法６００は復帰する。

加速イベントが要請される場合、方法６００は６０８に進み、第１の目標馬力を決定する。第１の目標馬力は、図３に関して上述した目標馬力と同様の態様で決定され得る。しかし、第１の目標馬力は、加速率を増加または減少させるための要請された推進要求にとって望ましい目標馬力とは異なる馬力でもよい。

６１０にて、目標エンジン加速率は、例えば参照用テーブルから、目標馬力に基づいて決定され得る。６１２にて、エンジン速度命令は、目標加速率に到達するために駆動システムの制御ユニットから燃料供給制御ユニットに送出される。さらに、６１４にて、交流発電機によりエンジンにかけられる負荷は、第１の目標馬力に到達するように調節され得る。

６１６にて、第１の加速率に到達するかどうかが決定される。到達しない場合、方法６００は６１４にループバックして、目標率に到達するまでエンジンの負荷を調節し続ける。目標率に到達すると、方法６００は６１８に進み、第２の目標馬力に到達するようにエンジンにかかる負荷を調節する。第２の目標馬力は、第１の目標馬力とは異なってもよく、例えばより低くてもよい。このようにして、エンジンは、所望の加速率が実現されるまで急速に加速され得、次いで、目標馬力は、目標加速率を維持するように低下され得る。さらに、幾つかの例では、目標エンジン速度に到達した後、第３の目標馬力に到達するようにエンジンの負荷が調節され得、第３の目標馬力は、第２の目標馬力と同じでもよく、異なってもよい。

採鉱運搬車両等のオフハイウェイ車両は、例えば、荷積み場から荷降ろし場までおよび戻りの行程を含むサイクルに亘って、隊列で動作され得る。これらの採鉱運搬サイクルは、一般的に、隊列内の最も遅い車両構成により制限される。総車両重量（ＧＶＷ）に対するより低いパワーの運搬トラックは、より速い運搬クラス構成の傾斜上速度を制限することがある。個別の運搬構成の低いＨＰまたは過負荷の単一の遅いトラックも、傾斜上速度を遅くすることがある。隊列が混成構成を有する車両を含むこれらのシナリオでは、採鉱は、単純なＨＰ／ＧＶＷトンの一致により便益を受けることがある。

よって、本明細書に記述する実施形態によれば、より遅い車両を有する隊列で動作する車両のための燃料供給の最適化が実現される。標準的な最新鋭システムでは、より速い車両のオペレータは、より遅い車両の速度を維持するようにアクセル要請を減少させる。しかし、本明細書に開示するように、低減されたＨＰ需要は、車両がピーク性能点未満の最適な効率で動作することを可能にするように特定される。混成車両隊を有する採鉱では、燃料供給を向上させるために車両のＨＰを低減させることが望ましいことがあり、このことは、均衡したＧＶＷトン当たりＨＰに車両を本質的に保つ。

図７は、遅い車両に基づいて目標ＨＰを制限するための方法７００を説明している。図７の方法は、低減された負荷要求で所与の時間の量に亘って車両が動作されたことが検出されるときに車両のＨＰを自動的に制限することによって、上述した課題に対処し得る。方法７００は、上述した方法３００および６００と同様に、コントローラのメモリに記憶された指令に従って、図２のコントローラ２６等のコントローラにより実施され得る。

７０２にて、方法７００は、動作条件を決定することを含む。動作条件は、現在の負荷要求、現在の負荷要求での経過時間、および他のパラメータを含み得る。７０４にて、方法７００は、負荷要求低減要請が受領されたかどうかを決定することを含む。例えば、車両オペレータは、アクセル要請を低減し得る。幾つかの例では、８０％もしくは９０％負荷への低減またはフル要求からの３％以上の変化等、閾値よりも大きな負荷要求の変化のみが検出され得る。低減が要請されなかった場合、方法７００は７０６に進み、現在の動作パラメータを維持し、次いで方法７００は終了する。低減が要請された場合、方法７００は７０８に進み、低減要請が３０秒等の閾値時間長に亘って持続したかどうかを決定する。持続しなかった場合、方法７００は７０６に進み、次いで終了する。

持続した場合、方法７００は７１０に進み、ピークＨＰ限界を低減させる。ピークＨＰ限界は、例えば図３の方法に従って決定された、目標ＨＰのパーセンテージに設定され得る。上述した例では、９０％要求は、目標ＨＰの９０％の低減されたＨＰ限界をもたらし得る。しかし、ＨＰ限界は、任意の適当な仕組みに従って低減されてもよい。低減されたＨＰ限界は、７１２に示すように、オペレータがアクセルをフル要求位置に復帰させた後も維持され得る。どのＨＰ限界が適用されているかを伴うタブを有するために、診断情報ディスプレイ（ＤＩＤ）を使用することができ、したがって、この限界が適用されているかどうか疑問がある場合に、リアルタイムでオペレータに表示することができる。

低減されたＨＰ限界を解除するために、方法７００は、元の低減される負荷要求へアクセルが解除されたか通過したかどうかを７１４にて決定する。解除されていないか通過していない場合、方法７００は７１２に復帰して、低減されたピークＨＰ限界で動作し続ける。解除されたか通過した場合、方法７００は７１６に進み、低減されたＨＰ限界を解除し、目標ＨＰ限界に復帰する。別の例では、車両が閾値期間よりも長くフル要求で動作された場合、低減されたピークＨＰ限界は引き上げられ得る。幾つかの例では、ＨＰ限界を突然解除してフル要求への急速な増加をもたらすよりも、限界は徐々に解除され得る。次いで方法７００は終了する。

よって、方法７００は、負荷低減要請が持続すると、低減されたＨＰ限界を課すことをもたらす。例えば、０．５分の一様な性能減少動作の後、システムは、低減された性能速度をオペレータがフルペダル要求で維持することが可能となるようにピークＨＰ能力を低減させる。

フルＨＰは、アクセルペダルを従前のレベル、または、低減された性能を促した従前のレベル未満に解除するオペレータにより要請することができる。９０％要求の例では、オペレータは、ペダルを９０％まで降ろすことができ、傾斜上速度は変化しないが、再印加は１００％フルＨＰを再び可能にする。

上述したこの低減されたピークＨＰ限界特徴は、混成車両隊を走行させている採鉱を特定するために、およびより速い車両に関して低減されたＨＰを有することにより著しい利益を受けるために、利用され得る。このことは、各種の車両の運搬速度を一致させるように採鉱が各車両を特定のＨＰに調節する必要性を排除する。

この分析を容易にするために、以下の入力、すなわち、可能なＨＰ低減特徴、運搬サイクル当たりＨＰΔ、次のサイクルのＨＰ変化をトリガするための傾斜上における低減されたＨＰでの時間、次のサイクルのＨＰ変化をトリガするための傾斜上におけるフル推進要求での時間、および特徴を可能にする最小％要求（デフォルトで７０％）が使用され得る。この情報を１つまたは複数の運搬サイクルに亘って分析することによって、車両がフル未満要求で著しい時間の量に亘って動作していることが決定され得、そのピークＨＰ限界は、車両が再びフル要求で多くの時間に亘って動作しており、ピークＨＰ限界が増加し得ることをさらなる分析が明らかにするまで、一時的のみならず恒常的に低減され得る。低減されたピークＨＰ限界で動作するとき、どのＨＰ限界が適用されているかを伴うタブ（または表示灯等の別の出力仕組みが有効化されてもよい。）を有するために、診断情報ディスプレイ（ＤＩＤ）を使用することができ、したがって、この限界が適用されているかどうか疑問がある場合にリアルタイムでオペレータに表示することができる。

図８は、長サイクルに亘るスマートな最大ＨＰ限界のために方法８００が提示されることを説明している。８０２にて、方法８００は、第１の運搬サイクルの開始に際してモニタリングを開始することを含む。モニタリングは、休止、停止等の経過時間を分析から除去するために、閾値％要求（例えば７０％）を上回る時間の量を収集することを含め、上述した情報を８０４にて収集し得る。このことは、幾つかの例では、傾斜上での経過時間の量を収集することを含み得、経過時間の量は、車輪モータにより加えられるトルク、または、速度およびパワーを評価することにより決定されてもよく、センサにより斜度を測定することにより決定されてもよい。８０６にて、フル要求での経過時間の割合が決定される。幾つかの例では、このことは、傾斜（例えば、０％よりも大きな傾斜）上で動作している間のフル要求での経過時間の割合を決定することを含み得る。８０８にて、方法８００は、フル要求での時間比率が第２の閾値未満であるかどうかを決定する。第２の閾値は、９０％、８０％、または他の適当な閾値等、車両の所望されるパワーが隊列内の別の車両により制限され得ることを示す適当な閾値であり得る。フル要求での比率が第２の閾値未満でない場合、方法８００は８１０に進み、現在のピークＨＰ限界を維持し、方法８００は次いで復帰する。フル要求での比率が第２の閾値未満である場合、方法８００は８１２に進み、次の運搬サイクルのピークＨＰ限界をΔＨＰ／サイクルだけ低減させる。ΔＨＰ／サイクルは、固定値（例えば５％）でもよく、現在および／または従前の運搬サイクルに亘るＨＰの平均変化を表してもよい。

８１４にて、モニタリングは、次の運搬サイクルの開始に際して始動される。モニタリングは、第１の閾値を上回る比率要求での時間を８１６にて収集し、フル要求での比率を８１８にて決定する。８２０にて、方法８００は、フル要求での比率が第２の閾値未満であるかどうかを決定する。第２の閾値未満である場合、方法８００は８２２に進み、次のサイクルのピークＨＰ限界をΔＨＰ／サイクルだけ低減させ、次いで方法８００は復帰する。しかし、８２０にて答えが否定的である場合、方法８００は８２４に進み、フル要求での比率が、第２の閾値よりも大きな第３の閾値よりも大きいかどうかを決定する。答えが否定的である場合、方法８００は８１０に進み、現在の動作パラメータを維持する。答えが肯定的である場合、方法８００は８２６に進み、次のサイクルのピークＨＰ限界をΔＨＰ／サイクルだけ増加させ、次いで方法８００は復帰する。

よって、方法８００によれば、各サイクルについて（最小パーセンテージの推進要求を上回る間）推進要求が収集される。フル推進要求を下回る著しい時間の量を車両が経過する場合、システムは、運搬パラメータ当たりのＨＰΔを使用してＨＰをシステム限界から除去する。次のサイクルが１００％で長い期間を有する場合（増加されたＨＰを利用できることを示す）、次のサイクルは、ＨＰΔだけ増加される。全ての車両が継続的に低減するＨＰ特徴を有し、それを自動的に増加させる方法がない場合、次いで、自然の負荷のバラツキは、そのような機能に車両隊のＨＰを継続的に低減させることができ、このことは望ましくないことがあるため、増加特徴が必要とされる。幾つかの例では、この特徴により除去することができるＨＰの量は、予め定められた範囲により、例えば１０％までに制限され得る。さらに、幾つかの例では、ΔＨＰ／サイクルは、平均推進要求比率に基づいて参照用テーブルから取得され得る（例えば、より低い平均推進要求比率は、そのサイクルの後に、より大きな調節を生じさせる。）。

よって、上述した方法およびシステムは、オフハイウェイ車両のエンジン速度および／またはパワー出力を調節するための複数の仕組みを提供する。一例では、調節可能なＨＰ目標、および目標ＨＰに基づいて決定された目標エンジン速度が使用され得る。目標エンジン速度は、エンジンが目標よりも高いエンジン速度で動作するように命令されるためのオフセットを含むように調節され得、エンジンは、エンジン速度を目標速度に落とすように負荷をかけられ得る。さらに、目標エンジン速度に到達すると、エンジンが目標ＨＰで動作していない場合、エンジンに命令されるエンジン速度は、エンジン出力が目標ＨＰに到達するまで調節され得る。この特徴は、牽引パワーの閉鎖ループをもたらしながら、定格パワーを作るのに必要とされる最小速度まで定格速度を連続した態様で低減させ得る。エンジン速度設定点は、所望の牽引ＨＰを作るように増加または減少され得る。

さらに、スマートな最大ＨＰ限界が提供される。傾斜にあるとき、フルパワーでない時間のパーセンテージがモニタリングされる。このパーセンテージが閾値を超える場合、ＨＰは低減され、低減された傾斜上速度をもたらし、新たな「定格」点で走行する。動作点を最適化するために、進歩した最大ＨＰ論理が含まれ得る。

システムのための実施形態が提供される。システムは、エンジンと、コントローラであって、目標エンジン馬力および関連する目標エンジン速度を決定するように、目標エンジン速度を上回る第１のエンジン速度で動作するようにエンジンに命令するように、かつ、目標エンジン速度に到達すべくエンジンにかかる負荷を調節するように構成されたコントローラとを含む。コントローラは、目標エンジン馬力に到達すべく第２のエンジン速度で動作するようにエンジンに命令するようにさらに構成され得る。コントローラは、目標エンジン速度に到達すべくエンジンにかかる負荷を最大負荷まで調節するように構成され得る。コントローラは、負荷がエンジンにかかる間にエンジン馬力が目標エンジン馬力を上回る場合に、エンジン速度を低減するようにエンジンに命令するように構成され得る。第１のエンジン速度で動作するようにエンジンに命令するために、コントローラは、第１のエンジン速度で動作するための命令を別個の燃料供給コントローラに送出するように構成され得る。コントローラは、エンジン速度を第１のエンジン速度から第２のエンジン速度に低減するためにエンジンにかかる負荷を調節するように構成され得、第２のエンジン速度は、目標エンジン馬力を維持するための可能な限り低いエンジン速度である。コントローラは、目標エンジン馬力および最大トルクの１つまたは複数に基づいて目標エンジン速度を選択するように構成され得る。コントローラは、動作条件に基づいて目標エンジン馬力を選択するように構成される。コントローラは、フルスロットル要請の受領に応じて目標エンジン馬力を決定するように、かつ、目標エンジン馬力に到達すべく第２のエンジン速度で動作するようにエンジンに命令するように構成され得る。コントローラは、フルスロットル未満の要請が受領される場合に、第２の目標エンジン馬力および関連する第２の目標エンジン速度を決定するように、第２の目標エンジン速度を上回る第３のエンジン速度で動作するようにエンジンに命令するように、かつ、第２の目標エンジン速度に到達すべくエンジンにかかる負荷を調節するように構成され得る。コントローラは、１つまたは複数の動作サイクルに亘ってフルスロットル要請の下で動作する経過時間の量をモニタリングするようにさらに構成され得、時間の量が閾値未満である場合に、コントローラは、その後の動作サイクルの目標エンジン馬力を低下させるように構成される。幾つかの例では、目標エンジン馬力が、予め定められた量だけ低下される。幾つかの例では、目標エンジン馬力が、フルスロットル要請の下で動作する経過時間に基づく量だけ低下される。システムは、１つまたは複数の牽引モータと、交流発電機とをさらに備え、交流発電機は、エンジンにより駆動されて、１つまたは複数の牽引モータを駆動するための電気的パワーを発生させ、目標エンジン馬力に到達すべくエンジンにかかる負荷は、交流発電機によりエンジンにかけられる負荷である。

車両用のシステムの別の実施形態は、複数のシリンダを有するエンジンと、エンジンに燃料を供給するための燃料供給システムと、複数の牽引モータに電気エネルギーを提供するための交流発電機を含む駆動システムであり、交流発電機がエンジンにより駆動される、駆動システムと、目標エンジン速度に基づく量の燃料をエンジンに供給すべく燃料供給システムを制御するように、かつ、目標エンジン馬力に到達すべくエンジンにかかる負荷およびエンジン速度を調節するように駆動システムを制御するように、動作可能な命令を送出するように構成される駆動システムコントローラとを備える。

駆動システムコントローラは、交流発電機からエンジンに負荷をかけることによって、エンジンにかかる負荷およびエンジン速度を調節するように構成される。目標エンジン速度は、目標エンジン馬力に基づいて選択される選択されたエンジン速度よりも大きなエンジン速度を含み得る。一例では、目標エンジン馬力は、遠隔ディスパッチシステムから受領される。

ある実施形態は、エンジンパワーを増加させるための要請の受領に応じて、目標エンジン加速率に到達すべくエンジン速度命令を調節し、第１の目標馬力に基づいてエンジンにかかる負荷を調節するステップと、目標エンジン加速率に到達すると、異なる第２の目標馬力に基づいてエンジンにかかる負荷を調節するステップとを含む方法に関する。

ある例では、第２の目標馬力が第１の目標馬力よりも低い。方法は、第２の目標馬力に基づいて目標エンジン速度を決定するステップと、目標エンジン速度に到達すべくエンジン速度命令を調節するステップとをさらに含む。エンジン速度命令を調節するステップは、遠隔のエンジン燃料供給コントローラに送出されるエンジン速度命令を調節することを含み得、エンジンにかかる負荷を調節するステップは、交流発電機によりエンジンにかけられる負荷を調節することを含み得る。

本明細書では、単数形で記載され用語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」が先行する要素またはステップは、除外することが明示的に記されない限り、複数の前記要素またはステップを除外しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、記載した特徴も組み込む追加の実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図していない。また、明示的に反対に記さない限り、特定の性質を有するある要素または複数の要素を「備える「（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その性質を有しない追加的なこのような要素を含んでもよい。用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「それには（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」を用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」のそれぞれの平易な言葉の同義語として使用している。また、用語「第１の」、「第２の」および「第３の」等を単なる目印として使用しており、それらの対象に数値的な要件または特定の配置順序を課すことを意図していない。

この明細書は、ベストモードを含めて、本発明を開示するために、ならびに、任意の装置もしくはシステムの製作および使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実施を含めて、当業者が本発明を実践することも可能にするために例示を用いている。 本発明の特許可能な範囲は、請求項により規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。 このような他の例は、請求項の文言と相違しない構成要素を有する場合、または、請求項の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、請求項の範囲内であることを意図している。

１ 隊列
１０ 車両システム
１２ エンジン、原動機
１４ 交流発電機
１６ 整流器バンク
１８ ＤＣバス
２０ インバータユニット
２２ 牽引モータ
２３ 車輪
２４ 格子抵抗器
２６ コントローラ
２８ 車輪速度センサ
３０ 制御パネル
３１ ブレーキ装置
３３ 積荷計量器
３５ サスペンションストラット
３６ 送受信器
３８ ディスパッチャ
４０ エンジン速度センサ
４２ エンジン出力センサ
４０２ 参照用テーブル
４０４ オフセットブロック
４０６ 第１の制御ブロック
４０８ ブロック
４１０ 負荷誤差ブロック
４１２ 第２の制御ブロック
４１４ 速度制御ブロック、速度調節ブロック
４１６ 速度誤差ブロック
５０２ 曲線
５０４ 曲線
５０６ 曲線
Ｖ 採鉱運搬車両
ｔ１ 時間
ｔ２ 時間

Claims (11)

1. エンジン（１２）と、
   コントローラ（２６）であって、
   目標エンジン馬力および関連する目標エンジン速度を決定するように、前記目標エンジン速度を上回る第１のエンジン速度で動作するように前記エンジン（１２）に命令するように、
   前記目標エンジン速度に到達すべく前記エンジン（１２）にかかる負荷を調節するように、かつ
   前記目標エンジン馬力に到達すべく第２のエンジン速度で動作するように前記エンジン（１２）に命令するように
   構成されたコントローラ（２６）と
   を備え、
   前記コントローラ（２６）が、エンジン速度を前記第１のエンジン速度から前記第２のエンジン速度に低減するために前記エンジン（１２）にかかる前記負荷を調節するように構成され、
   前記第２のエンジン速度が、前記目標エンジン馬力を維持するための可能な限り低いエンジン速度である、
   ことを特徴とする、システム（１０）。
2. 前記コントローラ（２６）が、前記目標エンジン速度に到達すべく前記エンジン（１２）にかかる前記負荷を最大負荷まで調節するように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記コントローラ（２６）が、前記負荷が前記エンジン（１２）にかかる間にエンジン馬力が前記目標エンジン馬力を上回る場合に、エンジン速度を低減するように前記エンジン（１２）に命令するように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
4. 前記第１のエンジン速度で動作するように前記エンジン（１２）に命令するために、前記コントローラ（２６）が、前記第１のエンジン速度で動作するための命令を別個の燃料供給コントローラ（２６）に送出するように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
5. 前記コントローラ（２６）が、フルスロットル要請の受領に応じて前記目標エンジン馬力を決定するように、かつ、前記目標エンジン馬力に到達すべく前記第２のエンジン速度で動作するように前記エンジン（１２）に命令するように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
6. 前記目標エンジン馬力が第１の目標エンジン馬力であり、
   前記コントローラ（２６）が、フルスロットル未満の要請が受領される場合に、第２の目標エンジン馬力および関連する第２の目標エンジン速度を決定するように、前記第２の目標エンジン速度を上回る第３のエンジン速度で動作するように前記エンジン（１２）に命令するように、かつ、前記第２の目標エンジン速度に到達すべく前記エンジン（１２）にかかる前記負荷を調節するように構成される、請求項５に記載のシステム（１０）。
7. 前記コントローラ（２６）が、前記フルスロットル要請未満で動作するためのその後の要請の受領に応じて、前記目標エンジン馬力を低減させるようにさらに構成される、請求項５に記載のシステム（１０）。
8. 前記コントローラ（２６）が、１つまたは複数の動作サイクルに亘って前記フルスロットル要請の下で動作する経過時間の量をモニタリングするようにさらに構成され、
   前記経過時間の量が閾値未満である場合に、前記コントローラ（２６）が、その後の動作サイクルの前記目標エンジン馬力を低下させるように構成される、請求項５に記載のシステム（１０）。
9. 前記目標エンジン馬力が、予め定められた量だけ低下される、請求項８に記載のシステム（１０）。
10. 前記目標エンジン馬力が、前記フルスロットル要請の下で動作する前記経過時間に基づく量だけ低下される、請求項８に記載のシステム（１０）。
11. １つまたは複数の牽引モータ（２２）と、交流発電機（１４）とをさらに備え、
    前記交流発電機（１４）が、前記エンジン（１２）により駆動されて、前記１つまたは複数の牽引モータ（２２）を駆動するための電気的パワーを発生させ、前記目標エンジン馬力に到達すべく前記エンジン（１２）にかかる前記負荷が、前記交流発電機（１４）により前記エンジン（１２）にかけられる負荷である、請求項１に記載のシステム（１０）。