自動降坂速度制御システム
機械の降坂速度を自動的に制御する方法。この方法は、現在の機械速度に基づいて目標機械速度を決定するステップと、勾配が所定の閾値より大きいこと、等の少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断するステップと、を含む。条件が満たされた場合、この方法は、制御システムを有効化して、パワートレインリターダとトランスミッションギアチェンジのうちの少なくとも一方を制御して、目標機械速度の超過を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動降坂速度制御に関し、より詳しくは降坂速度を制御するための自動パワートレイン制動およびギアシフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械のオペレータは、降坂時にしばしば、制動装置を効かせ、ギアを選択することによって速度を制御する。（特許文献１）は、方位センサを使用して、油圧式ファンの動作によりエンジンの制動を制御することを開示している。しかしながら、（特許文献１）は目標速度を決定するシステムを開示していない。（特許文献１はまた、パワートレイン制動と変速ギアの制御により降坂速度を制御するシステムも開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２０７３９８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様において、本願は、機械の降坂速度を自動的に補遺御する方法を提供する。この方法は、現在の機械速度に基づいて目標機械速度を設定し、勾配が所定の閾値より大きいこと、等の少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断する。条件が満たされた場合、この方法は、制御システムを有効化して、パワートレインリターダを制御し、目標機械速度の超過を防止する。
【０００５】
別の態様において、この方法は、ブレーキペダルが踏まれると、パワートレイン制動レベルを上げて、機械速度を目標速度未満に下げる。
【０００６】
また別の態様において、スロットル、エンジン、パワートレインリターダ、勾配センサ、コンローラを含む機械が提供される。コントローラは、パワートレインリターダおよび勾配センサと電気的に連通しており、勾配センサが所定の閾値より大きい機械の勾配を測定し、スロットルが解放されると、パワートレインリターダを有効化して、目標機械速度の超過を防止するように構成される。
【０００７】
本願のその他の特徴と態様は、以下の説明と添付の図面から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】平坦な坂上面の上の機械の概略図である。
【図２】降坂面の上の機械の概略図である。
【図３】平坦な坂下面の上の機械の概略図である。
【図４】機械の概略図である。
【図５】リターダレバーの概略図である。
【図６】自動降坂速度制御システムのブロック図である。
【図７】軌道シーケンスのブロック図である。
【図８】目標速度シーケンスのブロック図である。
【図９】速度制御シーケンスのブロック図である。
【図１０】加速シーケンスのブロック図である。
【図１１】減速シーケンスのブロック図である。
【図１２】スキッドシーケンスのブロック図である。
【図１３】失速シーケンスのブロック図である。
【図１４】シフトシーケンスのブロック図である。
【図１５】ギア選択シーケンスを説明する図である。
【図１６】勾配センサの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１〜図３は、地面１２の上にある、自動降坂速度制御システム１００（以下、「制御システム１００」という）を備える機械１０を示している。図１は、地面１２の平坦な坂上面１４の上にある機械１０を示しており、この機械１０は、坂上平面速度１８で平面方向１６に走行している。図２は、地面１２の勾配２２の降坂面２０の上にある機械を示しており、この機械１０は、降坂速度２６で降坂方向２４に走行している。図３は、地面１２の平坦な坂下面２８の上にある機械１０を示しており、この機械１０は、坂下平面速度３０で平面方向１６に走行している。
【００１０】
機械１０は実際には、連結トラック（図示のとおり）またはその他、さまざまな自動車または移動機械のうちのいずれであってもよい。機械１０は、たとえば、トラック、自動車、公道用トラック、ダンプトラック、工事現場用トラック、土木機械、ホイールローダ、突き固め機、掘削機、履帯式トラクタ、ブルドーザ、モータグレーダ、モータスクレーパまたは他のいずれの移動機械であってもよい。機械１０は、荷重３２を運搬していても、していなくてもよい。
【００１１】
図４は、エンジン３４、パワートレインリターダ３５、トランスミッション３８、自動トランスミッション制御手段３９、ドライブシャフト４０、車輪４２、機械または車輪ブレーキ４４、コントローラ４６、勾配センサ４８、荷重センサ４９、スロットル５０、ブレーキペダル５２、リターダレバー５４を備える。エンジン３４は、トランスミッション３８とドライブシャフト４０を通じて動力を車輪４２に伝える。スロットル５０、ブレーキペダル５２およびリターダレバー５４は、オペレータ５６によって制御される。オペレータ５６は実際には、運転士（図示のとおり）または自律制御システムであってよい。
【００１２】
パワートレインリターダ３５は、機械１０を推進させるための動力を供給し、またはその動力を伝達するシステム内でエネルギーを消散させるために使用される機器またはシステムを含む。パワートレインリターダ３５は、エンジンブレーキ３６および／またはトランスミッションリターダ３７を含んでいてもよい。パワートレインリターダ３５は、エンジンブレーキ３６またはトランスミッションリターダ３７のいずれか、または両方を含んでいてもよい。エンジンブレーキ３６、トランスミッションリターダ３７、および含められている他のあらゆるパワートレインリターダ３５は、一緒に使用してもよく、相互に褒め合ってもよい。
【００１３】
エンジンブレーキ３６は、エネルギーを消散させることによって、エンジン３４と機械１０を減速（ｒｅｔａｒｄ ｏｒ ｓｌｏｗ）させる機器である。エンジンブレーキ３６は、圧縮解放ブレーキまたはジェイクブレーキとも呼ばれ、エンジン３４の弁を作動させ、開放し、または制御することによって機能する。エンジンブレーキ３６は、圧縮行程の上死点付近でエンジン３４の排気弁を開放し、または作動させてもよく、これによって圧縮空気を排気の中に解放させて、エネルギーを消散させ、機械１０を減速させる。
【００１４】
トランスミッションリターダ３７またはその他の駆動系リターダは、駆動系の中でエネルギーを消散させる。トランスミッションリターダ３７は、トランスミッション３８に取り付けられた１つまたはそれ以上の油圧ポンプを動作させて、エネルギーを消散させてもよい。トランスミッションリターダ３７は、流体（油圧油、トランスミッション液またはその他の利用可能な流体）を、トランスミッション３８と一緒に回転するチャンバの中に輸送してもよい。チャンバは、羽根またはその他の構造を有していてもよい。流体がチャンバに供給されると、トランスミッション３８に粘性抵抗がかかり、これがエネルギーを消散させて、機械１０を減速させる。トランスミッションリターダ３７はまた、トランスミッション３８またはドライブシャフト４０に連結された電気モータ、ヒータ、または発電機を動作させて、エネルギーを消散させてもよい。
【００１５】
パワートレインリターダ３５はまた、当業界で周知のその他のリターダを有していてもよい。たとえば、パワートレインリターダ３５は、排気システムに制御可能な制約を加える排気ブレーキまたは、電磁誘導を利用してフライホイール、トランスミッション３７またはドライブシャフト４０に制動力をかけるようにしてもよい電気リターダを含んでいてもよい。パワートレインリターダ３５からのエネルギーは、他のシステムが使用してもよく、または後にパワートレインが使用するために保存していてもよい。
【００１６】
コントローラ４６は、エンジン３４、パワートレインリターダ３５、およびトランスミッション３８と連通し、これらを制御する。コントローラ４６はまた、勾配センサ４８、スロットル５０、ブレーキペダル５２、およびリターダレバー５４からデータを受信する。コントローラ４６は、電子コントローラモジュールまたは、データの通信、受信、処理、保存が可能な当業界で周知の別のプロセッサの形をとる。コントローラ４６はまた、本明細書に記載のものより多くのシステムと、これより多くのデータの通信、受信および処理を行ってもよい。
【００１７】
自動トランスミッション制御手段３９はトランスミッション３８の適当なギアを自動的に判断し（図９と図１５に関して後述）、このギアに入れる。トランスミッション３８のギアはまた、オペレータ５６がマニュアル操作で選択してもよい。
【００１８】
勾配センサ４８は、機械１０が乗っている勾配２２の指標を提供する。勾配センサ４８は、加速度計（図１６に関して後述）、傾斜計、または機械１０の上り、下り、仰角の変化、傾斜、方位または勾配２２を測定するための当業界で周知の他のセンサの形をとってもよい。勾配センサ４８はまた、全地球測位システム、機械１０の現在位置の勾配に関する外部入力、またはオペレータ５６からの入力の形をとってもよい。勾配２２は、上昇勾配を走行距離で割ったパーセンテージ（％）として測定してもよく、０％勾配は平坦な０傾斜、１００％勾配は１フィート走行して１フィート上昇する（１／１の）急峻な傾斜、すなわち４５度傾斜である。
【００１９】
荷重センサ４９は、荷重３２と機械１０の重量の指標を提供する。荷重センサ４９は、機械１０のサスペンションのアスペクトをモニタしてもよく、または実際にはロードセルであってもよい。荷重センサ４９はまた、実際には、重量を表す外部入力または、荷重３２と機械１０の重量を測定するための当業界で周知の他の機器または方法であってもよい。より機能の少ない実施形態の場合、荷重センサ４９は不要としてもよい。
【００２０】
スロットル５０は、オペレータ５６によって押し下げられ、エンジン３４への燃料供給を増大させ、機械１０の速度を上げる。ブレーキペダル５２は、オペレータ５６によって使用され、車輪ブレーキ４４をかけて、機械１０を減速させる。
【００２１】
リターダレバー５４は、オペレータによって使用され、パワートレインリターダ３５をかけて、機械１０を減速させる。図５に示されるように、リターダレバー５４には、複数の動作位置または動作モードがあってもよい。たとえば、リターダレバー５４には、オートマチック位置５８、オフ位置６０、ロー位置６２、ハイ位置６４があってもよい。オートマチック位置５８では、制御システム１００が有効化される。オフ位置６０では、制御システム１００とパワートレインリターダ３５が無効化される。ロー位置６２では、制御システム１００が無効化され、パワートレインリターダ３５がかけられる。ハイ位置６４では、制御システム１００が無効化され、パワートレインリターダ３５が、ロー位置６２の時よりも大きな程度までかけられる。リターダレバー５４の位置はこれより多くても少なくてもよく、また、これらをなくして、デフォルトでオートマチック位置５８が選択されてもよい。
【００２２】
コントローラ４６は、制御システム１００を動作させるように構成される。制御システム１００は、図６において、以下の制御シーケンスを有するように概略的に示されている。有効化シーケンス２００、目標速度シーケンス３００、速度制御シーケンス４００、加速シーケンス５００、減速シーケンス６００、スキッドシーケンス７００、失速シーケンス８００、シフトシーケンス９００、およびギア選択シーケンス９１０である。制御システム１００のシーケンスはこれより多くても少なくてもよい。
【００２３】
有効化シーケンス２００は、図７に示されるように、制御システム１００がいつ有効化され、パワートレインリターダ３５が自動的に動作するかを判断する。有効化シーケンス２００は、少なくとも１つのトリガ条件について尋ね、少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断し、制御システム１００を有効化する。
【００２４】
図７に示されているように、有効化シーケンス２００には５つのトリガ条件が含まれてもよい。トリガ条件２０２では、有効化シーケンス２００は、リターダレバー５４がオートマチック位置５８にあるか否かを確認する。トリガ条件２０４では、有効化シーケンス２００は、所定の勾配閾値を超えた降坂勾配２２が勾配センサ４８によって報告されたか否かを確認する。所定の勾配閾値は、機械の降坂速度２６を制御するためにパワートレイン制動が必要となる勾配２２であってもよく、０％から４％の間の勾配２２であってもよい。
【００２５】
トリガ条件２０６では、有効化シーケンス２００は、スロットル５０が解除されたか否かを確認する。トリガ条件２０８では、有効化シーケンス２００は、ブレーキペダル５２が踏まれていないかを確認する。トリガ条件２１０では、有効化シーケンス２００は、エンジン３４が所定の失速速度より速いか否かを確認する。所定の失速速度は、それより低いとエンジン３４が適正に動作しなくなる速度であり、それより低いとエンジン３４に対して、それが回転し続けるのに十分な燃料と空気が送られなくなる速度を表していてもよい。所定の失速速度を下回ると、エンジン速度は自動的に失速速度より高く上げられてもよい。
【００２６】
有効化シーケンス２００のこれらのトリガ条件２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の各々に対する回答が「イエス」であれば、結果２１２で制御システム１００が有効化される。有効化シーケンス２００のこれらのトリガ条件２０２、２０４、２０６、２０８、２１０のいずれかに対する回答が「ノー」であると、結果２１４で制御システム１００が有効化されず、マニュアル制御が保持される。有効化シーケンス２００のトリガ条件、質問、回答、結果は、これより多くても少なくてもよい。
【００２７】
有効化シーケンス２００によって有効化されると、制御システム１００は、その他のシーケンスを利用して機械１０とエンジン３４を制御し、これを図８から図１５に示す。
【００２８】
図８は目標速度シーケンス３００を示しており、これは制御システム１００の目標速度の決定に使用される。ステップ３０２において、機械１０の現在速度が自動的に測定または判断される。ステップ３０４において、機械１０の最大許容速度が決定される。最大許容速度は、その時の状況において機械１０が動作されるべき所定の速度である。機械１０の最大許容速度は、勾配２２と荷重３２の重量に依存してもよい。勾配２２がより急峻で、荷重３２の重量が大きいほど、最大許容速度は低くなり得る。最大許容速度は、計算またはマップを通じて、コントローラ４６により決定されてもよい。機械１０の最大許容速度はまた、その他の要素、たとえば車輪スリップ、負荷分散、実際の使用状況、エンジン状態または、機械１０の動作に影響を与える可能性のあるその他の要素に依存してもよい。ステップ３０４は、勾配２２の変化等、最大許容速度を変化させるような変動的条件に対応して常に繰り返されている。
【００２９】
ステップ３０６において、ステップ３０２で決定された現在速度とステップ３０４で決定された最大許容速度のうちの低い方が目標速度とされる。ステップ３０６は、最大許容速度の変化に対応して常に繰り返されている。ステップ３０８において、制御システム１００は、ステップ３０６で決定された目標速度を達成するために使用される。
【００３０】
図９は速度制御シーケンス４００を示しており、これは目標速度の達成に使用される。制御システム１００は、以下のように、降坂速度２６を目標速度と一致させるように試みる。ステップ４０２において、トランスミッション３８の適当なギアが、ギア選択シーケンス９１０（図１５に関して後述）に従って選択される。次に、ステップ４０４において、パワートレインリターダ３５が有効化されて、目標速度が達成される。速度が目標速度より高い場合、パワートレインの制動程度または制動レベルは上げられ、速度が目標速度より低い場合は、エンジンブレーキのレベルが下げられる。
【００３１】
図１０は加速シーケンス５００を示しており、これは、勾配２２の上にあり、制御システム１００が有効である時に機械１０を加速させるために使用される。ステップ５０２において、制御システム１００が有効の状態で、スロットル５０がかけられる。ステップ５０４において、スロットル５０がかけられたことに応答して、制御システム１００が無効化され、機械１０が加速される。ステップ５０６において、新しい現在速度でスロットル５０が再び解除される。ステップ５０８において、目標速度シーケンス３００によって新しい目標速度がステップ５０６からの新しい現在速度に基づいて設定された状態で、制御システム１００が再び有効化される。
【００３２】
図１１は減速シーケンス６００を示しており、これは、勾配２２の上にあり、制御システム１００が有効である時に機械１０を減速させるために使用される。ステップ６０２において、制御システム１００が有効の状態で、ブレーキペダル５２が踏まれる。ステップ６０４において、制御システム１００は自動的にパワートレインの制動レベルを上げ、車輪ブレーキ４４を必要に応じてかけて、機械１０を減速させる。ステップ６０６において、新しい現在速度でブレーキペダル５２が解除される。ステップ６０８において、目標速度シーケンス３００によって新しい目標速度がステップ６０６からの新しい現在速度に基づいて設定された状態で、制御システム１００が再び有効化される。
【００３３】
図１２はスキッドシーケンス７００を示しており、これは、駆動力制御システムが有効である状態で、スキッド現象発生中の支援のために使用される。スキッド現象は、機械１０が地面１２の上でスリップを始めた時、またはその他の理由で駆動力が失われた時に発生する。駆動力制御システムは、車輪速度の変化と加速度計のデータを含めたさまざまな入力に基づいて有効化されてもよい。状況に応じて、駆動力制御システムは多数の是正措置を実行してもよく、これにはたとえば、車輪４２への動力の分散を変化させること、車輪ブレーキ４４をかけること、パワートレインリターダ３５をかけること、またトランスミッション３８のギアチェンジを行うこと、等が含まれる。
【００３４】
ステップ７０２において、駆動力制御システムは有効であり、動作を要求する。ステップ７０４において、制御システム１００は、駆動力制御システムによって制御され、駆動力制御システムからの要求に従って、パワートレイン制動レベルを適用するか、トランスミッション３８のギアチェンジを行う。ステップ７０６において、スキッド現象が終息し、駆動力制御システムが有効ではなくなるか、または是正措置を要求しなくなる。ステップ７０８において、駆動力制御システムが有効化される前の目標速度で、制御システム１００が再び有効化される。
【００３５】
図１３は失速シーケンス８００を示しており、これは、トリガ条件２１０と同様に、エンジン３４の速度が所定の失速速度を下回るのを防止するために使用される。ステップ８０２において、エンジン３４の速度が所定の失速速度を下回ると、失速制御システムが有効化される。ステップ８０４において、制御システム１００が失速制御システムによって制御される。ステップ８０６において、失速制御システムはエンジン３４の速度を無効化速度より高く上げ、これは、エンジン３４の速度が再び所定の失速速度を下回るのを防止するのに役立つように、所定の失速速度より高くてもよい。ステップ８０８において、エンジン３４の速度が無効化速度を上回ると、失速制御システムが無効化され、失速制御システムが有効化される前の目標速度で制御システム１００が有効化される。
【００３６】
図１４はシフトシーケンス９００を示しており、これはトランスミッション３８の円滑なシフトを提供するのに役立つ。ステップ９０２において、制御システム１００または自動トランスミッション制御手段３９のいずれかがトランスミッション３８のギアシフトを要求する。ステップ９０４において、制御システム１００は、トランスミッション３８のギアシフトが完了するまで、パワートレイン制動レベルの変化を禁止する。
【００３７】
図１５はギア選択シーケンス９１０がどのように機能するかを示す例示的な図である。速度制御シーケンス４００のステップ４０２に含められているように、制御システムは、自動トランスミッション制御手段３９を通じて、その時の状況にとって適正なギアを選択する。図１５に示されるように、このギア選択は、目標速度ではなく、勾配２２と荷重３２の重量に基づいて行ってもよい。図１５は、勾配２２対荷重３２の重量に依存する適正なギア（１〜７）の例示的な図である。勾配２２と荷重３２が低ければ低いほど、より高いトランスミッション３８ギアが選択される。実際の数値は、機械１０の特性によって大きく異なる。このギア選択には、追加的な可変値も使用してよい。
【００３８】
他の実施形態において、シーケンス２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００または９１０のうちの１つまたはそれ以上を含めなくてもよい。たとえば、加速シーケンス５００、減速シーケンス６００、スキッドシーケンス７００、失速シーケンス８００、シフトシーケンス９００および／またはギア選択シーケンス９１０は省いてもよい。１つの実施形態において、自動トランスミッション制御３９を省いてもよく、それによって、荷重センサ４８、速度制御シーケンス４００のステップ４０２、ギアシフトシーケンス９００、およびギア選択シーケンス９１０は不要となり得る。
【００３９】
図１６は、使用可能な例示的な勾配センサ４８を示している。この勾配センサ４８は、ロール軸Ｘ、ピッチ軸Ｙ、ヨー軸Ｚの３軸加速度計として実現されている。これらの３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚからの測定値は、三角計算法によって勾配２２の指標を提供するために使用できる。これらの計算では、多数の可変値を考慮に入れなければならず、たとえば、粗い地面１２、機械１０の回転中の動揺、速度変化中または車輪ブレーキ壁４４がかかっているときの機械１０の揺れ、車輪４２の跳ね上がり、荷重３２の移動、トランスミッション３８のギアシフト、機械１０のサスペンションの圧縮、急速に変化する勾配２２その他が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
上述の制御システム１００により、オペレータ５６は機械１０の速度を制御する。オペレータ５６が傾斜２２を下り始め（図１参照）、スロットル５０を解除すると、制御システム１００に引き継がれて、機械１０の現在の速度が維持される。現在の速度が勾配２２と荷重３２の重量にとって速すぎると、目標速度シーケンス３００が機械１０を減速させる。オペレータ５６が、スロットル５０を押し下げることによって機械１０を加速させたい場合、加速シーケンス５００が機械１０を加速させる。オペレータ５６が、ブレーキペダル５２を踏むことによって、機械１０を減速させたい場合、減速シーケンス６００は機械１０を減速させる。
【００４１】
スキッド現象が発生し、駆動力制御システムがパワートレイン制動レベルまたはトランスミッション３８のギアの変更が必要な場合、スキッドシーケンス７００は駆動力制御システムを制御する。エンジン３４の速度が所定の失速速度未満になると、失速シーケンス８００が失速制御システムを制御する。トランスミッション３８のギアチェンジが行われている間、制御システム１００は、ギアチェンジが完了するまでパワートレイン制動レベルを変化させない。
【００４２】
制御システム１００は継続的に現状に適応する。勾配２２の変化によって、目標速度シーケンス３００において最大許容速度が変化し、ギア選択シーケンス９１０によって選択されたギアが自動的に変化する可能性がある。機械１０が平坦な面２８（図３参照）に戻ると、感知された勾配２２は、有効化シーケンス２００における所定の閾値より低くなり、制御システム１００が無効化されるであろう。
【００４３】
降坂時には、制御システム１００は、オペレータ５６が、重要な入力を必要とせず、またブレーキペダル５２を介してホイールブレーキ４４を使って所望の速度を達成することなく、所望の速度を維持するのに役立つ。特に機械１０が大型である、荷重３２が重い、および勾配２２が急峻である場合に、車輪ブレーキ４４が過熱し、摩耗して、降坂時に速度制御において効果がなくなり得る。これらの状況と用途においては、たとえばエンジンブレーキ３６等のパワートレインリターダ３５が車輪ブレーキ４４より一般に好ましい。
【００４４】
制御システム１００がなければ、オペレータ５６は常に制動レバー５４を切り替えて、降坂時に、所望の機械１０に必要なパワートレイン制動レベルを達成し、維持する必要がある。オペレータ５６に求められるこのような連続的動作によって、オペレータ５６は車輪ブレーキ４４をかけて必要な修正を行い得る。制御システム１００は、オペレータ５６が担うこの作業を軽減させ、車輪ブレーキ４４を使用しなくて済むようにするのに役立ち得る。このようにオペレータ５６が担う作業が軽減されることによって、オペレータは、道路またはその他の任務により集中することができるであろう。制御システム１００により、機械１０の自動制御がより容易となる場合もある。
【００４５】
制御システム１００はまた、オペレータ５６が気付き、修正し得る前に、勾配２２の変化に対する修正を行う。目標速度シーケンス３００は、その時の状況での最大許容速度の超過を防止するのに役立つ。スキッドシーケンス７００は、機械１０が好ましくない状況に自動的に反応するのに役立ち、その一方でオペレータ５６は引き続き運転に集中することができるようにする。失速シーケンス８００は、機械１０が、オペレータ５６が気付かない、または間に合うように反応できない場合があるような低速状態に自動的に反応するのに役立つ。ギアシフトシーケンス９００は、トランスミッション３８の円滑なシフトを提供するのを助け、トランスミッション３８の摩耗を軽減させる可能性がある。ギア選択シーケンス９１０は、自動的にトランスミッション３８をその状況にとって適正なギアに入れることによって、オペレータ５６を支援する。３軸加速度計は、勾配センサ４８として、傾斜計に対する低コストの代替物となり得る。
【００４６】
自動制御レベルが高いにもかかわらず、制御システム１００は依然としてオペレータ５６に多くの入力をもたらす。有効化シーケンス２００は、制御システム１００を有効化する容易な方法である。オペレータは、勾配２２に近づいたときに、単にリターダレバー５４をオートマチック位置５８にして、スロットル５０から足を離すだけでよい。
【００４７】
目標速度シーケンス３００によって、オペレータ５６は素早くその所望の降坂速度２６を設定することができる。加速シーケンス５００によって、オペレータ５６は機械１０を容易に加速させることができる。減速シーケンス６００によって、オペレータ５６は機械１０を容易に減速させ、その一方でさらに車輪ブレーキ４４の必要性を低減させることができる。
【００４８】
要約すれば、機械の降坂速度を自動的に制御する方法が開示され、この方法は、現在の機械速度に基づいて目標機械速度を設定するステップと、勾配センサによって測定された勾配が所定の閾値より高いことを含む少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断するステップと、少なくとも１つのトリガ条件が満たされたと判断された場合に、パワートレインリターダを制御して、目標機械速度の超過を防止するステップと、を含む。少なくとも１つのトリガ条件はまた、オペレータがオートマチックモードを選択したこと、スロットルが解除されたこと、機械ブレーキがかけられていないこと、エンジン速度が失速防止を行うべき速度であること、等のうちの少なくとも１つまたはそれ以上を含んでいてもよい。勾配センサは、加速度計であってもよい。トランスミッションギアは、勾配とその機械が運搬する荷重の重量に基づいて選択されてもよい。この方法はまた、最大許容機械速度を決定するステップと、最大許容機械速度が目標機械速度より低いときに、パワートレイン制動レベルを上げて、最大許容機械速度の超過を防止するステップと、を含んでいてもよい。最大許容機械速度は、勾配とその機械が運搬する荷重の重量に依存してもよい。パワートレインリターダは、スロットルがかけられた時に無効化されてもよい。パワートレインリターダは、スロットルが再び解除された時に再度有効化され、新しい現在速度に基づいて新しい目標速度が設定されてもよい。ブレーキペダルが踏まれると、パワートレイン制動レベルが上げられて、機械速度が目標速度未満にされてもよく、ブレーキペダルが解除されたら、新しい現在速度に基づいて新しい目標速度が設定されてもよい。勾配が所定の閾値未満になった時に、パワートレインリターダは再度無効化されてもよい。トランスミッションのギアチェンジが行われたときに、現在のパワートレイン制動レベルが維持され得る。パワートレインリターダはまた、エンジンブレーキとトランスミッションリターダの少なくとも一方を含んでいてもよい。
【００４９】
機械の自動速度制御のための方法もまた開示され、この方法は、現在の機械速度に基づいて目標機械速度を設定するステップと、トリガ条件が満たされたか否かを判断するステップと、トリガ条件が満たされたと判断されたところで、パワートレイン制動レベルを有効化して、目標機械速度の超過を防止するステップと、ブレーキペダルが踏まれたときに、パワートレイン制動レベルを上げて、機械速度を目標速度未満にするステップと、を含む。少なくとも１つのトリガ条件はまた、勾配が所定の閾値より大きいこと、オペレータがオートマチックモードを選択したこと、スロットルが解除されたこと、機械ブレーキがかかっていないこと、エンジン速度が失速防止を行うべき速度であること、等のうちの少なくとも１つまたはそれ以上含んでもよい。この方法はまた、勾配と機械が運搬する荷重の重量に基づいてトランスミッションのギアチェンジを行うステップを含んでいてもよい。この方法また、最大許容機械速度を決定するステップと、最大許容機械速度が目標機械速度未満の時に、パワートレイン制動レベルを上げて、最大許容機械速度の超過を防止するステップと、を含んでいてもよく、最大許容機械速度は、勾配と機械が運搬する荷重の重量に依存してもよい。この方法はまた、ブレーキペダルが解除されたときに、パワートレイン制動レベルを有効化して、新しい現在速度に基づく新しい目標機械速度の超過を防止するステップを含んでいてもよい。
【００５０】
また、スロットル、エンジン、パワートレインリターダ、勾配センサ、パワートレインリターダおよび勾配センサと電気的に連通するコントローラと、を備える機械が開示され、勾配センサから機械の勾配が所定の閾値より大きいことが報告され、スロットルが解除されると、コントローラはパワートレインリターダを有効化して、目標機械速度の超過を防止する。この機械はまた、機械の勾配が所定の閾値より大きく、スロットルが解除されると、勾配とその機械が運搬する荷重の重量に基づいてギアチェンジを行うトランスミッションを備えていてもよい。勾配センサは、３軸加速度計であってもよい。
【００５１】
本願の態様は、降坂速度制御が必要な、エンジン３４と機械１０のその他のシステムにも適用可能である。このような、エンジン３４と機械１０のその他のシステムとしては、ハイブリッド、電気、油圧その他が含まれる。本明細書で説明する本願の実施形態は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく採用され得るが、当業者にとっては、各種の変更や改変を加えることができることが明らかであろう。他の実施形態も、本願の明細書と実践態様を考慮することにより、当業者にとって明らかとなるであろう。明細書と例は単に説明のためとみなされ、実際の範囲は以下の特許請求の範囲とその均等物によって示されるものとする。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動降坂速度制御に関し、より詳しくは降坂速度を制御するための自動パワートレイン制動およびギアシフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械のオペレータは、降坂時にしばしば、制動装置を効かせ、ギアを選択することによって速度を制御する。（特許文献１）は、方位センサを使用して、油圧式ファンの動作によりエンジンの制動を制御することを開示している。しかしながら、（特許文献１）は目標速度を決定するシステムを開示していない。（特許文献１はまた、パワートレイン制動と変速ギアの制御により降坂速度を制御するシステムも開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２０７３９８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様において、本願は、機械の降坂速度を自動的に補遺御する方法を提供する。この方法は、現在の機械速度に基づいて目標機械速度を設定し、勾配が所定の閾値より大きいこと、等の少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断する。条件が満たされた場合、この方法は、制御システムを有効化して、パワートレインリターダを制御し、目標機械速度の超過を防止する。
【０００５】
別の態様において、この方法は、ブレーキペダルが踏まれると、パワートレイン制動レベルを上げて、機械速度を目標速度未満に下げる。
【０００６】
また別の態様において、スロットル、エンジン、パワートレインリターダ、勾配センサ、コンローラを含む機械が提供される。コントローラは、パワートレインリターダおよび勾配センサと電気的に連通しており、勾配センサが所定の閾値より大きい機械の勾配を測定し、スロットルが解放されると、パワートレインリターダを有効化して、目標機械速度の超過を防止するように構成される。
【０００７】
本願のその他の特徴と態様は、以下の説明と添付の図面から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】平坦な坂上面の上の機械の概略図である。
【図２】降坂面の上の機械の概略図である。
【図３】平坦な坂下面の上の機械の概略図である。
【図４】機械の概略図である。
【図５】リターダレバーの概略図である。
【図６】自動降坂速度制御システムのブロック図である。
【図７】軌道シーケンスのブロック図である。
【図８】目標速度シーケンスのブロック図である。
【図９】速度制御シーケンスのブロック図である。
【図１０】加速シーケンスのブロック図である。
【図１１】減速シーケンスのブロック図である。
【図１２】スキッドシーケンスのブロック図である。
【図１３】失速シーケンスのブロック図である。
【図１４】シフトシーケンスのブロック図である。
【図１５】ギア選択シーケンスを説明する図である。
【図１６】勾配センサの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１〜図３は、地面１２の上にある、自動降坂速度制御システム１００（以下、「制御システム１００」という）を備える機械１０を示している。図１は、地面１２の平坦な坂上面１４の上にある機械１０を示しており、この機械１０は、坂上平面速度１８で平面方向１６に走行している。図２は、地面１２の勾配２２の降坂面２０の上にある機械を示しており、この機械１０は、降坂速度２６で降坂方向２４に走行している。図３は、地面１２の平坦な坂下面２８の上にある機械１０を示しており、この機械１０は、坂下平面速度３０で平面方向１６に走行している。
【００１０】
機械１０は実際には、連結トラック（図示のとおり）またはその他、さまざまな自動車または移動機械のうちのいずれであってもよい。機械１０は、たとえば、トラック、自動車、公道用トラック、ダンプトラック、工事現場用トラック、土木機械、ホイールローダ、突き固め機、掘削機、履帯式トラクタ、ブルドーザ、モータグレーダ、モータスクレーパまたは他のいずれの移動機械であってもよい。機械１０は、荷重３２を運搬していても、していなくてもよい。
【００１１】
図４は、エンジン３４、パワートレインリターダ３５、トランスミッション３８、自動トランスミッション制御手段３９、ドライブシャフト４０、車輪４２、機械または車輪ブレーキ４４、コントローラ４６、勾配センサ４８、荷重センサ４９、スロットル５０、ブレーキペダル５２、リターダレバー５４を備える。エンジン３４は、トランスミッション３８とドライブシャフト４０を通じて動力を車輪４２に伝える。スロットル５０、ブレーキペダル５２およびリターダレバー５４は、オペレータ５６によって制御される。オペレータ５６は実際には、運転士（図示のとおり）または自律制御システムであってよい。
【００１２】
パワートレインリターダ３５は、機械１０を推進させるための動力を供給し、またはその動力を伝達するシステム内でエネルギーを消散させるために使用される機器またはシステムを含む。パワートレインリターダ３５は、エンジンブレーキ３６および／またはトランスミッションリターダ３７を含んでいてもよい。パワートレインリターダ３５は、エンジンブレーキ３６またはトランスミッションリターダ３７のいずれか、または両方を含んでいてもよい。エンジンブレーキ３６、トランスミッションリターダ３７、および含められている他のあらゆるパワートレインリターダ３５は、一緒に使用してもよく、相互に褒め合ってもよい。
【００１３】
エンジンブレーキ３６は、エネルギーを消散させることによって、エンジン３４と機械１０を減速（ｒｅｔａｒｄ ｏｒ ｓｌｏｗ）させる機器である。エンジンブレーキ３６は、圧縮解放ブレーキまたはジェイクブレーキとも呼ばれ、エンジン３４の弁を作動させ、開放し、または制御することによって機能する。エンジンブレーキ３６は、圧縮行程の上死点付近でエンジン３４の排気弁を開放し、または作動させてもよく、これによって圧縮空気を排気の中に解放させて、エネルギーを消散させ、機械１０を減速させる。
【００１４】
トランスミッションリターダ３７またはその他の駆動系リターダは、駆動系の中でエネルギーを消散させる。トランスミッションリターダ３７は、トランスミッション３８に取り付けられた１つまたはそれ以上の油圧ポンプを動作させて、エネルギーを消散させてもよい。トランスミッションリターダ３７は、流体（油圧油、トランスミッション液またはその他の利用可能な流体）を、トランスミッション３８と一緒に回転するチャンバの中に輸送してもよい。チャンバは、羽根またはその他の構造を有していてもよい。流体がチャンバに供給されると、トランスミッション３８に粘性抵抗がかかり、これがエネルギーを消散させて、機械１０を減速させる。トランスミッションリターダ３７はまた、トランスミッション３８またはドライブシャフト４０に連結された電気モータ、ヒータ、または発電機を動作させて、エネルギーを消散させてもよい。
【００１５】
パワートレインリターダ３５はまた、当業界で周知のその他のリターダを有していてもよい。たとえば、パワートレインリターダ３５は、排気システムに制御可能な制約を加える排気ブレーキまたは、電磁誘導を利用してフライホイール、トランスミッション３７またはドライブシャフト４０に制動力をかけるようにしてもよい電気リターダを含んでいてもよい。パワートレインリターダ３５からのエネルギーは、他のシステムが使用してもよく、または後にパワートレインが使用するために保存していてもよい。
【００１６】
コントローラ４６は、エンジン３４、パワートレインリターダ３５、およびトランスミッション３８と連通し、これらを制御する。コントローラ４６はまた、勾配センサ４８、スロットル５０、ブレーキペダル５２、およびリターダレバー５４からデータを受信する。コントローラ４６は、電子コントローラモジュールまたは、データの通信、受信、処理、保存が可能な当業界で周知の別のプロセッサの形をとる。コントローラ４６はまた、本明細書に記載のものより多くのシステムと、これより多くのデータの通信、受信および処理を行ってもよい。
【００１７】
自動トランスミッション制御手段３９はトランスミッション３８の適当なギアを自動的に判断し（図９と図１５に関して後述）、このギアに入れる。トランスミッション３８のギアはまた、オペレータ５６がマニュアル操作で選択してもよい。
【００１８】
勾配センサ４８は、機械１０が乗っている勾配２２の指標を提供する。勾配センサ４８は、加速度計（図１６に関して後述）、傾斜計、または機械１０の上り、下り、仰角の変化、傾斜、方位または勾配２２を測定するための当業界で周知の他のセンサの形をとってもよい。勾配センサ４８はまた、全地球測位システム、機械１０の現在位置の勾配に関する外部入力、またはオペレータ５６からの入力の形をとってもよい。勾配２２は、上昇勾配を走行距離で割ったパーセンテージ（％）として測定してもよく、０％勾配は平坦な０傾斜、１００％勾配は１フィート走行して１フィート上昇する（１／１の）急峻な傾斜、すなわち４５度傾斜である。
【００１９】
荷重センサ４９は、荷重３２と機械１０の重量の指標を提供する。荷重センサ４９は、機械１０のサスペンションのアスペクトをモニタしてもよく、または実際にはロードセルであってもよい。荷重センサ４９はまた、実際には、重量を表す外部入力または、荷重３２と機械１０の重量を測定するための当業界で周知の他の機器または方法であってもよい。より機能の少ない実施形態の場合、荷重センサ４９は不要としてもよい。
【００２０】
スロットル５０は、オペレータ５６によって押し下げられ、エンジン３４への燃料供給を増大させ、機械１０の速度を上げる。ブレーキペダル５２は、オペレータ５６によって使用され、車輪ブレーキ４４をかけて、機械１０を減速させる。
【００２１】
リターダレバー５４は、オペレータによって使用され、パワートレインリターダ３５をかけて、機械１０を減速させる。図５に示されるように、リターダレバー５４には、複数の動作位置または動作モードがあってもよい。たとえば、リターダレバー５４には、オートマチック位置５８、オフ位置６０、ロー位置６２、ハイ位置６４があってもよい。オートマチック位置５８では、制御システム１００が有効化される。オフ位置６０では、制御システム１００とパワートレインリターダ３５が無効化される。ロー位置６２では、制御システム１００が無効化され、パワートレインリターダ３５がかけられる。ハイ位置６４では、制御システム１００が無効化され、パワートレインリターダ３５が、ロー位置６２の時よりも大きな程度までかけられる。リターダレバー５４の位置はこれより多くても少なくてもよく、また、これらをなくして、デフォルトでオートマチック位置５８が選択されてもよい。
【００２２】
コントローラ４６は、制御システム１００を動作させるように構成される。制御システム１００は、図６において、以下の制御シーケンスを有するように概略的に示されている。有効化シーケンス２００、目標速度シーケンス３００、速度制御シーケンス４００、加速シーケンス５００、減速シーケンス６００、スキッドシーケンス７００、失速シーケンス８００、シフトシーケンス９００、およびギア選択シーケンス９１０である。制御システム１００のシーケンスはこれより多くても少なくてもよい。
【００２３】
有効化シーケンス２００は、図７に示されるように、制御システム１００がいつ有効化され、パワートレインリターダ３５が自動的に動作するかを判断する。有効化シーケンス２００は、少なくとも１つのトリガ条件について尋ね、少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断し、制御システム１００を有効化する。
【００２４】
図７に示されているように、有効化シーケンス２００には５つのトリガ条件が含まれてもよい。トリガ条件２０２では、有効化シーケンス２００は、リターダレバー５４がオートマチック位置５８にあるか否かを確認する。トリガ条件２０４では、有効化シーケンス２００は、所定の勾配閾値を超えた降坂勾配２２が勾配センサ４８によって報告されたか否かを確認する。所定の勾配閾値は、機械の降坂速度２６を制御するためにパワートレイン制動が必要となる勾配２２であってもよく、０％から４％の間の勾配２２であってもよい。
【００２５】
トリガ条件２０６では、有効化シーケンス２００は、スロットル５０が解除されたか否かを確認する。トリガ条件２０８では、有効化シーケンス２００は、ブレーキペダル５２が踏まれていないかを確認する。トリガ条件２１０では、有効化シーケンス２００は、エンジン３４が所定の失速速度より速いか否かを確認する。所定の失速速度は、それより低いとエンジン３４が適正に動作しなくなる速度であり、それより低いとエンジン３４に対して、それが回転し続けるのに十分な燃料と空気が送られなくなる速度を表していてもよい。所定の失速速度を下回ると、エンジン速度は自動的に失速速度より高く上げられてもよい。
【００２６】
有効化シーケンス２００のこれらのトリガ条件２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の各々に対する回答が「イエス」であれば、結果２１２で制御システム１００が有効化される。有効化シーケンス２００のこれらのトリガ条件２０２、２０４、２０６、２０８、２１０のいずれかに対する回答が「ノー」であると、結果２１４で制御システム１００が有効化されず、マニュアル制御が保持される。有効化シーケンス２００のトリガ条件、質問、回答、結果は、これより多くても少なくてもよい。
【００２７】
有効化シーケンス２００によって有効化されると、制御システム１００は、その他のシーケンスを利用して機械１０とエンジン３４を制御し、これを図８から図１５に示す。
【００２８】
図８は目標速度シーケンス３００を示しており、これは制御システム１００の目標速度の決定に使用される。ステップ３０２において、機械１０の現在速度が自動的に測定または判断される。ステップ３０４において、機械１０の最大許容速度が決定される。最大許容速度は、その時の状況において機械１０が動作されるべき所定の速度である。機械１０の最大許容速度は、勾配２２と荷重３２の重量に依存してもよい。勾配２２がより急峻で、荷重３２の重量が大きいほど、最大許容速度は低くなり得る。最大許容速度は、計算またはマップを通じて、コントローラ４６により決定されてもよい。機械１０の最大許容速度はまた、その他の要素、たとえば車輪スリップ、負荷分散、実際の使用状況、エンジン状態または、機械１０の動作に影響を与える可能性のあるその他の要素に依存してもよい。ステップ３０４は、勾配２２の変化等、最大許容速度を変化させるような変動的条件に対応して常に繰り返されている。
【００２９】
ステップ３０６において、ステップ３０２で決定された現在速度とステップ３０４で決定された最大許容速度のうちの低い方が目標速度とされる。ステップ３０６は、最大許容速度の変化に対応して常に繰り返されている。ステップ３０８において、制御システム１００は、ステップ３０６で決定された目標速度を達成するために使用される。
【００３０】
図９は速度制御シーケンス４００を示しており、これは目標速度の達成に使用される。制御システム１００は、以下のように、降坂速度２６を目標速度と一致させるように試みる。ステップ４０２において、トランスミッション３８の適当なギアが、ギア選択シーケンス９１０（図１５に関して後述）に従って選択される。次に、ステップ４０４において、パワートレインリターダ３５が有効化されて、目標速度が達成される。速度が目標速度より高い場合、パワートレインの制動程度または制動レベルは上げられ、速度が目標速度より低い場合は、エンジンブレーキのレベルが下げられる。
【００３１】
図１０は加速シーケンス５００を示しており、これは、勾配２２の上にあり、制御システム１００が有効である時に機械１０を加速させるために使用される。ステップ５０２において、制御システム１００が有効の状態で、スロットル５０がかけられる。ステップ５０４において、スロットル５０がかけられたことに応答して、制御システム１００が無効化され、機械１０が加速される。ステップ５０６において、新しい現在速度でスロットル５０が再び解除される。ステップ５０８において、目標速度シーケンス３００によって新しい目標速度がステップ５０６からの新しい現在速度に基づいて設定された状態で、制御システム１００が再び有効化される。
【００３２】
図１１は減速シーケンス６００を示しており、これは、勾配２２の上にあり、制御システム１００が有効である時に機械１０を減速させるために使用される。ステップ６０２において、制御システム１００が有効の状態で、ブレーキペダル５２が踏まれる。ステップ６０４において、制御システム１００は自動的にパワートレインの制動レベルを上げ、車輪ブレーキ４４を必要に応じてかけて、機械１０を減速させる。ステップ６０６において、新しい現在速度でブレーキペダル５２が解除される。ステップ６０８において、目標速度シーケンス３００によって新しい目標速度がステップ６０６からの新しい現在速度に基づいて設定された状態で、制御システム１００が再び有効化される。
【００３３】
図１２はスキッドシーケンス７００を示しており、これは、駆動力制御システムが有効である状態で、スキッド現象発生中の支援のために使用される。スキッド現象は、機械１０が地面１２の上でスリップを始めた時、またはその他の理由で駆動力が失われた時に発生する。駆動力制御システムは、車輪速度の変化と加速度計のデータを含めたさまざまな入力に基づいて有効化されてもよい。状況に応じて、駆動力制御システムは多数の是正措置を実行してもよく、これにはたとえば、車輪４２への動力の分散を変化させること、車輪ブレーキ４４をかけること、パワートレインリターダ３５をかけること、またトランスミッション３８のギアチェンジを行うこと、等が含まれる。
【００３４】
ステップ７０２において、駆動力制御システムは有効であり、動作を要求する。ステップ７０４において、制御システム１００は、駆動力制御システムによって制御され、駆動力制御システムからの要求に従って、パワートレイン制動レベルを適用するか、トランスミッション３８のギアチェンジを行う。ステップ７０６において、スキッド現象が終息し、駆動力制御システムが有効ではなくなるか、または是正措置を要求しなくなる。ステップ７０８において、駆動力制御システムが有効化される前の目標速度で、制御システム１００が再び有効化される。
【００３５】
図１３は失速シーケンス８００を示しており、これは、トリガ条件２１０と同様に、エンジン３４の速度が所定の失速速度を下回るのを防止するために使用される。ステップ８０２において、エンジン３４の速度が所定の失速速度を下回ると、失速制御システムが有効化される。ステップ８０４において、制御システム１００が失速制御システムによって制御される。ステップ８０６において、失速制御システムはエンジン３４の速度を無効化速度より高く上げ、これは、エンジン３４の速度が再び所定の失速速度を下回るのを防止するのに役立つように、所定の失速速度より高くてもよい。ステップ８０８において、エンジン３４の速度が無効化速度を上回ると、失速制御システムが無効化され、失速制御システムが有効化される前の目標速度で制御システム１００が有効化される。
【００３６】
図１４はシフトシーケンス９００を示しており、これはトランスミッション３８の円滑なシフトを提供するのに役立つ。ステップ９０２において、制御システム１００または自動トランスミッション制御手段３９のいずれかがトランスミッション３８のギアシフトを要求する。ステップ９０４において、制御システム１００は、トランスミッション３８のギアシフトが完了するまで、パワートレイン制動レベルの変化を禁止する。
【００３７】
図１５はギア選択シーケンス９１０がどのように機能するかを示す例示的な図である。速度制御シーケンス４００のステップ４０２に含められているように、制御システムは、自動トランスミッション制御手段３９を通じて、その時の状況にとって適正なギアを選択する。図１５に示されるように、このギア選択は、目標速度ではなく、勾配２２と荷重３２の重量に基づいて行ってもよい。図１５は、勾配２２対荷重３２の重量に依存する適正なギア（１〜７）の例示的な図である。勾配２２と荷重３２が低ければ低いほど、より高いトランスミッション３８ギアが選択される。実際の数値は、機械１０の特性によって大きく異なる。このギア選択には、追加的な可変値も使用してよい。
【００３８】
他の実施形態において、シーケンス２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００または９１０のうちの１つまたはそれ以上を含めなくてもよい。たとえば、加速シーケンス５００、減速シーケンス６００、スキッドシーケンス７００、失速シーケンス８００、シフトシーケンス９００および／またはギア選択シーケンス９１０は省いてもよい。１つの実施形態において、自動トランスミッション制御３９を省いてもよく、それによって、荷重センサ４８、速度制御シーケンス４００のステップ４０２、ギアシフトシーケンス９００、およびギア選択シーケンス９１０は不要となり得る。
【００３９】
図１６は、使用可能な例示的な勾配センサ４８を示している。この勾配センサ４８は、ロール軸Ｘ、ピッチ軸Ｙ、ヨー軸Ｚの３軸加速度計として実現されている。これらの３つの軸Ｘ、Ｙ、Ｚからの測定値は、三角計算法によって勾配２２の指標を提供するために使用できる。これらの計算では、多数の可変値を考慮に入れなければならず、たとえば、粗い地面１２、機械１０の回転中の動揺、速度変化中または車輪ブレーキ壁４４がかかっているときの機械１０の揺れ、車輪４２の跳ね上がり、荷重３２の移動、トランスミッション３８のギアシフト、機械１０のサスペンションの圧縮、急速に変化する勾配２２その他が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
上述の制御システム１００により、オペレータ５６は機械１０の速度を制御する。オペレータ５６が傾斜２２を下り始め（図１参照）、スロットル５０を解除すると、制御システム１００に引き継がれて、機械１０の現在の速度が維持される。現在の速度が勾配２２と荷重３２の重量にとって速すぎると、目標速度シーケンス３００が機械１０を減速させる。オペレータ５６が、スロットル５０を押し下げることによって機械１０を加速させたい場合、加速シーケンス５００が機械１０を加速させる。オペレータ５６が、ブレーキペダル５２を踏むことによって、機械１０を減速させたい場合、減速シーケンス６００は機械１０を減速させる。
【００４１】
スキッド現象が発生し、駆動力制御システムがパワートレイン制動レベルまたはトランスミッション３８のギアの変更が必要な場合、スキッドシーケンス７００は駆動力制御システムを制御する。エンジン３４の速度が所定の失速速度未満になると、失速シーケンス８００が失速制御システムを制御する。トランスミッション３８のギアチェンジが行われている間、制御システム１００は、ギアチェンジが完了するまでパワートレイン制動レベルを変化させない。
【００４２】
制御システム１００は継続的に現状に適応する。勾配２２の変化によって、目標速度シーケンス３００において最大許容速度が変化し、ギア選択シーケンス９１０によって選択されたギアが自動的に変化する可能性がある。機械１０が平坦な面２８（図３参照）に戻ると、感知された勾配２２は、有効化シーケンス２００における所定の閾値より低くなり、制御システム１００が無効化されるであろう。
【００４３】
降坂時には、制御システム１００は、オペレータ５６が、重要な入力を必要とせず、またブレーキペダル５２を介してホイールブレーキ４４を使って所望の速度を達成することなく、所望の速度を維持するのに役立つ。特に機械１０が大型である、荷重３２が重い、および勾配２２が急峻である場合に、車輪ブレーキ４４が過熱し、摩耗して、降坂時に速度制御において効果がなくなり得る。これらの状況と用途においては、たとえばエンジンブレーキ３６等のパワートレインリターダ３５が車輪ブレーキ４４より一般に好ましい。
【００４４】
制御システム１００がなければ、オペレータ５６は常に制動レバー５４を切り替えて、降坂時に、所望の機械１０に必要なパワートレイン制動レベルを達成し、維持する必要がある。オペレータ５６に求められるこのような連続的動作によって、オペレータ５６は車輪ブレーキ４４をかけて必要な修正を行い得る。制御システム１００は、オペレータ５６が担うこの作業を軽減させ、車輪ブレーキ４４を使用しなくて済むようにするのに役立ち得る。このようにオペレータ５６が担う作業が軽減されることによって、オペレータは、道路またはその他の任務により集中することができるであろう。制御システム１００により、機械１０の自動制御がより容易となる場合もある。
【００４５】
制御システム１００はまた、オペレータ５６が気付き、修正し得る前に、勾配２２の変化に対する修正を行う。目標速度シーケンス３００は、その時の状況での最大許容速度の超過を防止するのに役立つ。スキッドシーケンス７００は、機械１０が好ましくない状況に自動的に反応するのに役立ち、その一方でオペレータ５６は引き続き運転に集中することができるようにする。失速シーケンス８００は、機械１０が、オペレータ５６が気付かない、または間に合うように反応できない場合があるような低速状態に自動的に反応するのに役立つ。ギアシフトシーケンス９００は、トランスミッション３８の円滑なシフトを提供するのを助け、トランスミッション３８の摩耗を軽減させる可能性がある。ギア選択シーケンス９１０は、自動的にトランスミッション３８をその状況にとって適正なギアに入れることによって、オペレータ５６を支援する。３軸加速度計は、勾配センサ４８として、傾斜計に対する低コストの代替物となり得る。
【００４６】
自動制御レベルが高いにもかかわらず、制御システム１００は依然としてオペレータ５６に多くの入力をもたらす。有効化シーケンス２００は、制御システム１００を有効化する容易な方法である。オペレータは、勾配２２に近づいたときに、単にリターダレバー５４をオートマチック位置５８にして、スロットル５０から足を離すだけでよい。
【００４７】
目標速度シーケンス３００によって、オペレータ５６は素早くその所望の降坂速度２６を設定することができる。加速シーケンス５００によって、オペレータ５６は機械１０を容易に加速させることができる。減速シーケンス６００によって、オペレータ５６は機械１０を容易に減速させ、その一方でさらに車輪ブレーキ４４の必要性を低減させることができる。
【００４８】
要約すれば、機械の降坂速度を自動的に制御する方法が開示され、この方法は、現在の機械速度に基づいて目標機械速度を設定するステップと、勾配センサによって測定された勾配が所定の閾値より高いことを含む少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断するステップと、少なくとも１つのトリガ条件が満たされたと判断された場合に、パワートレインリターダを制御して、目標機械速度の超過を防止するステップと、を含む。少なくとも１つのトリガ条件はまた、オペレータがオートマチックモードを選択したこと、スロットルが解除されたこと、機械ブレーキがかけられていないこと、エンジン速度が失速防止を行うべき速度であること、等のうちの少なくとも１つまたはそれ以上を含んでいてもよい。勾配センサは、加速度計であってもよい。トランスミッションギアは、勾配とその機械が運搬する荷重の重量に基づいて選択されてもよい。この方法はまた、最大許容機械速度を決定するステップと、最大許容機械速度が目標機械速度より低いときに、パワートレイン制動レベルを上げて、最大許容機械速度の超過を防止するステップと、を含んでいてもよい。最大許容機械速度は、勾配とその機械が運搬する荷重の重量に依存してもよい。パワートレインリターダは、スロットルがかけられた時に無効化されてもよい。パワートレインリターダは、スロットルが再び解除された時に再度有効化され、新しい現在速度に基づいて新しい目標速度が設定されてもよい。ブレーキペダルが踏まれると、パワートレイン制動レベルが上げられて、機械速度が目標速度未満にされてもよく、ブレーキペダルが解除されたら、新しい現在速度に基づいて新しい目標速度が設定されてもよい。勾配が所定の閾値未満になった時に、パワートレインリターダは再度無効化されてもよい。トランスミッションのギアチェンジが行われたときに、現在のパワートレイン制動レベルが維持され得る。パワートレインリターダはまた、エンジンブレーキとトランスミッションリターダの少なくとも一方を含んでいてもよい。
【００４９】
機械の自動速度制御のための方法もまた開示され、この方法は、現在の機械速度に基づいて目標機械速度を設定するステップと、トリガ条件が満たされたか否かを判断するステップと、トリガ条件が満たされたと判断されたところで、パワートレイン制動レベルを有効化して、目標機械速度の超過を防止するステップと、ブレーキペダルが踏まれたときに、パワートレイン制動レベルを上げて、機械速度を目標速度未満にするステップと、を含む。少なくとも１つのトリガ条件はまた、勾配が所定の閾値より大きいこと、オペレータがオートマチックモードを選択したこと、スロットルが解除されたこと、機械ブレーキがかかっていないこと、エンジン速度が失速防止を行うべき速度であること、等のうちの少なくとも１つまたはそれ以上含んでもよい。この方法はまた、勾配と機械が運搬する荷重の重量に基づいてトランスミッションのギアチェンジを行うステップを含んでいてもよい。この方法また、最大許容機械速度を決定するステップと、最大許容機械速度が目標機械速度未満の時に、パワートレイン制動レベルを上げて、最大許容機械速度の超過を防止するステップと、を含んでいてもよく、最大許容機械速度は、勾配と機械が運搬する荷重の重量に依存してもよい。この方法はまた、ブレーキペダルが解除されたときに、パワートレイン制動レベルを有効化して、新しい現在速度に基づく新しい目標機械速度の超過を防止するステップを含んでいてもよい。
【００５０】
また、スロットル、エンジン、パワートレインリターダ、勾配センサ、パワートレインリターダおよび勾配センサと電気的に連通するコントローラと、を備える機械が開示され、勾配センサから機械の勾配が所定の閾値より大きいことが報告され、スロットルが解除されると、コントローラはパワートレインリターダを有効化して、目標機械速度の超過を防止する。この機械はまた、機械の勾配が所定の閾値より大きく、スロットルが解除されると、勾配とその機械が運搬する荷重の重量に基づいてギアチェンジを行うトランスミッションを備えていてもよい。勾配センサは、３軸加速度計であってもよい。
【００５１】
本願の態様は、降坂速度制御が必要な、エンジン３４と機械１０のその他のシステムにも適用可能である。このような、エンジン３４と機械１０のその他のシステムとしては、ハイブリッド、電気、油圧その他が含まれる。本明細書で説明する本願の実施形態は、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく採用され得るが、当業者にとっては、各種の変更や改変を加えることができることが明らかであろう。他の実施形態も、本願の明細書と実践態様を考慮することにより、当業者にとって明らかとなるであろう。明細書と例は単に説明のためとみなされ、実際の範囲は以下の特許請求の範囲とその均等物によって示されるものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械（１０）の降坂速度（２６）を自動的に制御する方法であって、
現在の機械速度に基づいて目標機械速度を設定するステップと、
勾配センサ（４８）によって測定された勾配（２２）が所定の閾値より大きいことを含む少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断するステップと、
少なくとも１つのトリガ条件が満たされたと判断されたところで、パワートレインリターダ（３５）を制御して、目標機械速度の超過を防止するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
少なくとも１つのトリガ条件がまた、オートマチックモード（５８）がオペレータにより選択されたこと、スロットル（５０）が解除されていること、機械ブレーキ（４４）がかけられていないこと、エンジン（３４）の速度が失速防止を行うのに十分な速度であること、のうちの少なくとも１つまたはそれ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
最大許容機械速度を決定するステップと、
最大許容機械（１０）速度が目標機械速度未満の時に、パワートレイン制動レベルを上げて、最大許容機械（１０）速度の超過を防止するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
スロットル（５０）がかけられると、パワートレインリターダ（３５）が無効化され、スロットル（５０）が再び解除されると、パワートレインリターダ（３５）が再び有効化されて、新しい目標速度が新しい現在速度に基づいて設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ブレーキペダル（５２）が踏まれると、パワートレイン制動（３５）レベルが上げられて、機械（１０）の速度が目標速度未満に下げられ、ブレーキペダル（５２）が解除されると、新しい目標速度が新しい現在速度に基づいて設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
勾配（２２）が所定の閾値未満であると、パワートレインリターダ（３５）が無効化される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
トランスミッション（３８）のギアチェンジが行われている時に、現在のパワートレイン制動（３５）レベルが保持される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
パワートレインリターダ（３５）がエンジンブレーキ（３６）とトランスミッションリターダ（３７）の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
スロットル（５０）と、
エンジン（３４）と、
パワートレインリターダ（３５）と、
勾配センサ（４８）と、
パワートレインリターダ（３５）および勾配センサ（４８）と電気的に連通するコントローラ（４６）と、
を備える機械（１０）であって、
勾配センサ（４８）が、機械（１０）の勾配（２２）が所定の閾値より大きいことを報告し、スロットル（５０）が解除されると、コントローラ（４６）はパワートレインリターダ（３５）を有効化して、目標機械（１０）速度の超過を防止する機械（１０）。
【請求項１０】
機械（１０）の勾配（２２）が所定の閾値より大きく、スロットル（５０）が解除されると、勾配（２２）と機械（１０）が運搬する荷重（３２）の重量に基づいてギアチェンジを行うトランスミッション（３８）をさらに備える、請求項９に記載の機械（１０）。
【請求項１】
機械（１０）の降坂速度（２６）を自動的に制御する方法であって、
現在の機械速度に基づいて目標機械速度を設定するステップと、
勾配センサ（４８）によって測定された勾配（２２）が所定の閾値より大きいことを含む少なくとも１つのトリガ条件が満たされたか否かを判断するステップと、
少なくとも１つのトリガ条件が満たされたと判断されたところで、パワートレインリターダ（３５）を制御して、目標機械速度の超過を防止するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
少なくとも１つのトリガ条件がまた、オートマチックモード（５８）がオペレータにより選択されたこと、スロットル（５０）が解除されていること、機械ブレーキ（４４）がかけられていないこと、エンジン（３４）の速度が失速防止を行うのに十分な速度であること、のうちの少なくとも１つまたはそれ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
最大許容機械速度を決定するステップと、
最大許容機械（１０）速度が目標機械速度未満の時に、パワートレイン制動レベルを上げて、最大許容機械（１０）速度の超過を防止するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
スロットル（５０）がかけられると、パワートレインリターダ（３５）が無効化され、スロットル（５０）が再び解除されると、パワートレインリターダ（３５）が再び有効化されて、新しい目標速度が新しい現在速度に基づいて設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ブレーキペダル（５２）が踏まれると、パワートレイン制動（３５）レベルが上げられて、機械（１０）の速度が目標速度未満に下げられ、ブレーキペダル（５２）が解除されると、新しい目標速度が新しい現在速度に基づいて設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
勾配（２２）が所定の閾値未満であると、パワートレインリターダ（３５）が無効化される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
トランスミッション（３８）のギアチェンジが行われている時に、現在のパワートレイン制動（３５）レベルが保持される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
パワートレインリターダ（３５）がエンジンブレーキ（３６）とトランスミッションリターダ（３７）の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
スロットル（５０）と、
エンジン（３４）と、
パワートレインリターダ（３５）と、
勾配センサ（４８）と、
パワートレインリターダ（３５）および勾配センサ（４８）と電気的に連通するコントローラ（４６）と、
を備える機械（１０）であって、
勾配センサ（４８）が、機械（１０）の勾配（２２）が所定の閾値より大きいことを報告し、スロットル（５０）が解除されると、コントローラ（４６）はパワートレインリターダ（３５）を有効化して、目標機械（１０）速度の超過を防止する機械（１０）。
【請求項１０】
機械（１０）の勾配（２２）が所定の閾値より大きく、スロットル（５０）が解除されると、勾配（２２）と機械（１０）が運搬する荷重（３２）の重量に基づいてギアチェンジを行うトランスミッション（３８）をさらに備える、請求項９に記載の機械（１０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２０１３−５１１４２６（Ｐ２０１３−５１１４２６Ａ）
【公表日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３９９０９（Ｐ２０１２−５３９９０９）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５１７２３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６２６９７
【国際公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５１７２３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６２６９７
【国際公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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