(57)【要約】【課題】補助デバイスにＰＴＯドライブライン（４８）によって動力を補助デバイスに供給するときに、クラッチ（５０）においてスリップが検出されるまで、ＰＴＯクラッチ（５０）の圧力を周期的にゆっくりと徐々に低下させる方法を提供する。【解決手段】スリップを判定する際、クラッチ（５０）への軸速度、およびクラッチの下流における軸速度を監視する。スリップが発生したときの指令圧力を判定することによって、補助機能に行く等価エンジン動力を計算する。この情報を用いて、補助機能に行くエンジン負荷信号の駆動車輪に対する割合を判定する。ＰＴＯクラッチ（５０）においてスリップを検出した後、スリップ量を最少に抑えるために、クラッチ（５０）において圧力を逆に徐々に低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助機能を駆動するための動力取り出し装置（ＰＴＯ）を装備した車両のエンジンにおける補助負荷を判定する方法であって、
クラッチのスリップを判定するために、ＰＴＯクラッチへの軸速度、および前記ＰＴＯクラッチの下流における軸速度を監視するステップと、
前記クラッチにおいてスリップを検出するまで、周期的にＰＴＯクラッチの圧力を徐々に低下させるステップと、
スリップが発生した時点において、指令圧力を決定するステップと、
前記補助機能に行くエンジン負荷信号の駆動車輪に対する割合を判定するために、スリップ時における前記指令圧力から、前記補助機能に行く等価エンジン動力を計算するステップと、
を備えた、方法。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンにおける補助負荷を判定する方法であって、更に、クラッチのスリップを最少に抑えるために、スリップを検出した後に前記ＰＴＯクラッチの圧力を逆に徐々に上昇させるステップを備えた、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、車両用トランスミッションに関する。更に特定すれば、本発明は、動力取り出し装置（ＰＴＯ：Power-Take-Off）を有する作業用車両のトランスミッションに関する。具体的には、本発明は、補助負荷測定のためのＰＴＯクラッチ使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ギアをシフトする際、多くのパワーシフト・トランスミッションは、ソレノイド制御弁を用いて各クラッチへの圧力を制御し、エンジン負荷を表す信号を拠り所として、接近する(on-coming)クラッチに加える圧力を決定していた。
【０００３】
発生する可能性がある問題は、エンジン負荷信号が誤った方向に導く虞れがあることである。例えば、農業用トラクタの用途では、油圧ポンプまたはＰＴＯ機器のような補助機能に動力を供給するために、エンジン負荷の多くを用いるという状態があり得る。このために、実際には少量のエンジン動力だけが駆動車輪に伝わっていたので、本来低く指令すべき場合に、接近するクラッチの圧力に高い圧力で指令したために、シフト品質が粗くなるという問題が生ずる虞れがある。
【０００４】
この問題を克服する方法が米国特許第６，０２２，２９２号に記載されている。この引例では、負荷の一部が、何らかの作動中の補助機能に行っていることを想定するように、エンジンからの負荷信号を調節する。負荷信号は、得られるシフト特性に基づいて自動的に、連続的に調節する。トラクタがシフト中に減速し過ぎた場合、車輪に行くエンジン負荷が少なすぎるという想定を示す。トラクタがシフト中に加速した場合、これは、車輪に行くエンジン負荷が多すぎるという想定を示す。この方法に伴う問題は、これが悪いシフトにしか反応できないことである。そもそも、これは悪いシフトが発生するのを防止できないのである。
【０００５】
別の問題は、車両のドライブトレインを、最大エンジン動力を処理するように設計しなければならないことである。しかしながら、場合によっては、ＰＴＯ機器または油圧ポンプのような補助機能にエンジン動力が行くこともある。これらの場合、制限要因（ドライブトレイン）の能力には負荷がかかっていないので、エンジン動力を増大することが望ましい場合もある。
【０００６】
ＰＴＯ機器に行く動力を決定する方法が、米国特許第６，７２９，４５９号に記載されている。この方法では、ＰＴＯクラッチ圧力を低下させ、クラッチにおいて少量の一定スリップを生ずる圧力に維持する。スリップを生ずる指令圧力を知ることによって、ＰＴＯクラッチを通過する動力量を計算することができる。トルク測定値を供給する以外に、この方法はＰＴＯドライブトレインを衝撃負荷から保護する方法も提供する。このシステムの主な欠点は、クラッチを連続的にスリップさせることに付きまとう動力損失である。
【０００７】
したがって、当技術分野では、前述の問題を回避するように、補助機能に行くエンジン負荷量を決定する方法が求められていることは明らかである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の問題に鑑み、本発明の目的は、エンジン上の補助負荷を決定する方法を提供することである。
本発明の別の目的は、既知のドライブトレイン・システムおよび動作技法と和合するこのような方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の前述の目的およびその他の目的は、その従来技術に対する利点と共に、以下に続く詳細な説明から明らかとなり、補助機能を駆動するために動力取り出し装置（ＰＴＯ）を装備した車両のエンジン上における補助負荷を決定する方法によって達成する。この方法は、クラッチのスリップを判定するために、ＰＴＯクラッチへの軸速度、およびＰＴＯクラッチの下流における軸速度を監視するステップと、クラッチにおいてスリップを検出するまで、周期的にＰＴＯクラッチの圧力を徐々に低下させるステップと、スリップが発生した時点において、指令圧力を決定するステップと、補助機能に行くエンジン負荷信号の駆動車輪に対する割合を判定するために、スリップ時における指令圧力から、補助機能に行く等価エンジン動力を計算するステップとを備えている。
【００１０】
一般に、ＰＴＯドライブラインによって補助デバイスに動力を供給する場合、クラッチにおいてスリップが検出されるまで、ＰＴＯクラッチの圧力を周期的にゆっくりと徐々に低下させる。スリップを判定する際、クラッチへの軸速度およびクラッチの下流における軸速度を監視する。スリップが発生したときの指令圧力を判定することにより、補助機能に行く等価エンジン動力を計算する。この情報によって、補助機能に行くエンジン負荷信号の駆動車輪に対する割合を判定する。ＰＴＯクラッチにおいてスリップを検出した後、スリップ量を最少に抑えるように、クラッチにおける圧力を逆に徐々に上昇させる。
【００１１】
本方法と米国特許第６，７２９，４５９号との間の主要な相違は、連続的にスリップする時点まで圧力を低下させるのに対して、スリップするまでＰＴＯクラッチの圧力を周期的に低下させるだけであることにある。これは、連続的にクラッチをスリップさせる結果生ずる動力損失を低減する利点がある。
【００１２】
本発明に最も密接に関係する当業者に熟知させるために、発明を実用化するために現在想定される最良の形態を示す発明の好適な一実施形態について、本明細書の一部をなす添付図面によってそしてこれを参照してここに説明する。実施形態例を詳細に説明するが、発明を実施し得る種々の形態および変更の全てを示そうとするのではない。したがって、ここに示し説明する実施形態は例示であり、当業者には明白となるように、発明の主旨および範囲の中で多数の方法で修正することができ、本発明は、明細書の詳細ではなく、添付した特許請求の範囲によって評価するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の目的、技法、および構造を完全に理解するために、以下の詳細な説明および添付図面を参照することとする。
これより図面、更に特定すれば、図１を参照すると、本発明を適用することができるマイクロプロセッサ型トランスミッション制御システムに、全体的に参照番号１０が付されていることが分かる。車両のパワートレインは、エンジン１２を含む。エンジン１２は、電子エンジン制御ユニット１４によって制御され、入力軸１３を介してパワー・シフト・トランスミッション（ＰＳＴ）１６を駆動する。トランスミッション１６は、内部中間軸（図示せず）、および駆動車輪（図示せず）に接続されている出力軸１８を有する。ＰＳＴ１６は、１組の圧力で動作する制御エレメント、即ち、クラッチ２０を含む。クラッチ２０は、対応する１組の、ソレノイドで動作する比例制御弁２２によって制御される。トランスミッション１６は、Jeffries et al,に１９９１年４月３０日に発行され、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，０１１，４６５号に記載されているようなトランスミッションとすればよい。弁２２は、Stoss et al.に１９８８年５月３日に発行され出願人の譲受人に譲渡された米国特許第４，７４１，３６４号に記載されているような、２段階電気油圧弁とすればよい。
【００１４】
ＰＳＴ１６は、トランスミッション制御ユニット２４によって制御され、アームレスト制御ユニット２６は、シフト・コマンド・レバー・ユニット２８からのシフト・レバー・コマンドを受け取り、これを解釈する。シフト・コマンド・レバー・ユニット２８は、John Deere社のトラクタ製品に用いられている従来のシフト・コマンド・レバー・ユニットであることが好ましく、ギアシフト・レバー２９を含む。このようなシフト・コマンド・レバー・ユニットは、Easton, et al.に１９９５年４月１８日に発行され、本願の譲受人に譲渡された米国特許第５，４０６，８６０号に記載されている。ディスプレイ・ユニット３０は、システム１０に関する情報を表示することができる。トランスミッション制御ユニット２４およびアームレスト制御ユニット２６は、好ましくは、マイクロプロセッサ型電子制御ユニットである。
【００１５】
手動制御は、オペレータ制御型ギアシフト・コマンド・レバー・ユニット２８によって行われる。ユニット２８は、レバー２９の位置を表す信号を、アームレスト制御ユニット２６に供給する。アームレスト制御ユニット２６は、車両通信バス３１を通じて、ギア・コマンド情報をトランスミッション制御ユニット２４に送る。
【００１６】
クラッチ係合センサ３２およびクラッチ解除スイッチ３４が、クラッチ・ペダル３６の位置を表す信号を供給する。エンジン制御ユニット１４は、エンジン速度センサ３８、ならびにエンジン制御ユニットがエンジン負荷情報を車両通信バス３１上に送信することを可能にするその他のセンサ（図示せず）からの信号を受け取る。トランスミッション・コントローラ２４は、車軸速度センサ４０、トランスミッション１６の内部にある中間軸(intermediate shaft or counter-shaft)の速度を検知する中間軸速度センサ４２、およびトランスミッション・オイル温度センサ４４からの信号を受け取る。トランスミッション・コントローラ２４は、車輪速度（タイヤ・サイズに基づいて車軸速度から計算する）、およびオイル温度情報を、車両通信バス３１を通じてディスプレイ３０に送る。中間軸速度情報は、制御のためだけに用いられ、通常の運転状態では表示されない。
【００１７】
更に、トランスミッション１６は、ＰＴＯ出力軸４８を介して補助デバイスまたは機器（図示せず）を駆動するＰＴＯドライブ４６を含む。ＰＴＯドライブ４６は、ＰＴＯクラッチ５０を通じて係合する。ＰＴＯ出力軸４８の速度は、トランスミッション・コントローラ２４と通信するＰＴＯ速度センサ５２によって測定する。
【００１８】
トランスミッション制御ユニット２４は、市販のマイクロプロセッサを含む。マイクロプロセッサは、制御信号を１組の弁駆動部（図示せず）に供給し、弁駆動部は可変デューティ・サイクルのパルス幅変調電圧制御信号を弁２２に供給する。トランスミッション制御ユニット２４は、クラッチにおける所望の圧力を得て、これによって所望のやり方でトランスミッション１６のシフト動作を制御するために、種々の検知した入力およびオペレータが決定した入力の関数として、制御信号を発生する。
【００１９】
トランスミッション・コントローラ２４は、種々のトランスミッション・クラッチ・エレメントに加える時間可変油圧を制御する、既知の生成主ループ・アルゴリズム（図示せず）を実行する。本発明によれば、コントローラは図２および図３に表すアルゴリズムも実行する。図２および図３のフロー・チャートをディジタル・コンピュータまたはマイクロプロセッサにおけるフロー・チャートが記述するアルゴリズムを実施するための標準的な言語に変換することは、当業者には明白であろう。
【００２０】
図２は、マイクロコンピュータ型制御システムにおいて本方法をどのように実行するかを示す。図２における開始から終了までのシーケンスを実行するのは、タスク管理型のリアル・タイム・オペレーティング・システムであり、ある周期的な間隔でトランスミッション・コントローラにおいて走る。本発明の範囲は、ＰＴＯによる通常の係合方策を含まない。このアルゴリズムの開始時には、ＰＴＯはオンになっており、完全に係合されていると仮定する。ＰＴＯがオンになっておらず完全に係合されていない場合、本発明のアルゴリズムは走らない。終了時におけるこのロジックの結果は、ｋＰａ単位のＰＴＯ指令圧力である。ＥＨＰＴＯ弁を介してこの指令圧力を電子的にＰＴＯクラッチに加える下流プロセス、および最終的な指令圧力に影響を及ぼし得るその他の要因は、本発明の範囲には含まれない。
【００２１】
図２の１００において、ＰＴＯトルク測定プロセスにおける最初のステップは、トランスミッション・クラッチが完全に係合されており、トランスミッションがギヤに入っているか否か判定を行うことである。この判断基準を満たさない場合、ＰＴＯトルク測定は、１０８においてＰＴＯトルク測定タイマ１０８（以下に続く説明では単に「タイマ」と呼ぶ）をリセットすることによってディスエーブルし、指令した圧力は不変のままとなる。次いで、トランスミッション・クラッチが完全に係合されトランスミッションが完全にあるギア内までシフトした場合に、タイマは初期時間遅延を最初のトルク測定値に与える。
【００２２】
１０２において、ＰＴＯトルク測定の試みに対する第２判断基準をチェックして、トランスミッションのシフトが行われている最中か否か調べる。そうである場合、ＰＴＯトルク測定を開始せず、その場合、１１２においてタイマを単に増分し、指令圧力を１００％に維持する。または、１０４におけるように、シフトの時点においてＰＴＯトルク測定が行われている最中である場合、１０６に示すように、現在のトルク測定値を破棄し、シフトを開始した時点で、指令圧力が１１４におけるように最大圧力の１００％未満である場合、１２２において最大圧力まで逆に指令圧力を徐々に上げて行く。
【００２３】
トランスミッションのシフトが行われていない場合、タイマを増分し、１１０においてオーバーフローを防止するために制限し、新しいＰＴＯトルク測定値を取り込むか否か１１８においてチェックする。ＰＴＯトルク測定を開始する時点ではない場合、指令圧力を変更しない。新しいＰＴＯトルク測定を開始する時点である場合、１２６においてクラッチ・スリップ・ロジックを実行する前に、１２４においてクラッチ・スリップをチェックする。スリップが検出されている場合、圧力を再度１００％まで徐々に上昇させる。スリップが検出されていない場合、クラッチ・スリップ・ロジックを実行する。
【００２４】
クラッチ・スリップ・ロジックの出力は、アルゴリズムが走っている間、ＰＴＯクラッチへの指令圧力となる。スリップが検出されると、スリップが検出されたときに圧力コマンドの関数としてＰＴＯトルクを計算する。次いで、１３０、１３４において、圧力を最大圧力まで逆に徐々に上昇させ、次の測定の試みのためにタイマをリセットする。
【００２５】
図２のブロック１２６のクラッチ・スリップ・ロジックの詳細について、これより図３を参照しながら論ずる。クラッチ・スリップ・ロジックにおける最初のステップ２００では、エンジン速度２００Ａ、エンジン負荷（即ち、ブレーキ・トルク）２００Ｂ、ＰＴＯ軸速度２００Ｃ、およびＰＴＯ対エンジン速度比２００Ｄに関する現在のデータを得る。２０２において、クラッチ・エレメントに対するソフトウェア・ルーチンの最初のパスである場合、全てのエンジン負荷がＰＴＯに行くと仮定して、２０４においてエンジン負荷に基づいて、予測スリップ圧力を計算する。トランスミッションを通過するエンジン・トルク量をスリップ圧力に関係付ける式は次の通りである。
【００２６】
〔数１〕
エンジン・トルク（Ｎｍ）＝スリップ圧力（ｋＰａ）×ｍ＋ｂ
傾きｍおよび切片ｂは、経験的に求める。予測スリップ圧力は、上の式を用いて、スリップ圧力について解くことにより、計算することができる。その式は次の通りである。
【００２７】
〔数２〕
予測スリップ圧力（ｋＰａ）＝（エンジン・トルク−ｂ）／ｍ
このアルゴリズムにおいて、較正した最大圧力と傾きｍとの積を減算することによって、経験的に求めた切片ｂをＰＴＯクラッチ・エレメントについて較正した最大圧力の値と関連付ける。このように、１組の実験データから発展させた式を、本発明を適用する車両全てに適用することができる。
【００２８】
アルゴリズムを実行する毎に、２０６においてアルゴリズムが高速ランプ・ダウン・フェーズにあるか否か判定を行う。ＰＴＯクラッチには、ソフトウェアのループ・カウンタが関連しており、トルク測定を開始して以来クラッチ・スリップ関数を実行した回数を示す。アルゴリズムが高速ランプ・ダウン・フェーズ(fast ramp down phase)を実行すべきか、または漸進ランプ・ダウン・フェーズ(gradual ramp down phase)に進むベきかの判断は、このループ・カウンタの値のみに基づく。ループ・カウンタがある値、例えば、６未満の場合、アルゴリズムはクラッチに対して高速圧力ランプ・ダウンを実行する。前述の予測スリップ圧力は、２０８において初期高速ランプ・ダウン・ソフトウェアに目標圧力を設定する。この高速ランプ・ダウン・フェーズの間に指令圧力出力を計算するために用いることができる式の例は、次の通りである。
【００２９】
〔数３〕
指令圧力＝直前の圧力出力−（目標変化×２／３）
上の式において、目標変化とは、直前の圧力出力と前述の予測スリップ・圧力との間の差であり、直前の圧力出力を最大システム圧力に初期化する。別の手法があるとすれば、参照表上の圧力出力を基にすることであろう。その一例は、次のようにすることができる。
【００３０】
【表１】
2009502650.tif 000003
【００３１】
高速ランプ・ダウン・フェーズの意図は、ＰＴＯクラッチの圧力を、エンジン負荷全体がＰＴＯに行く場合に、エンジン負荷信号がクラッチ・エレメントが丁度スリップし始めることを示す圧力よりも少し上の圧力に素早く低下させることである。この方法は、単に、アルゴリズムの実行時間全体を最小限にするために用いられる。この高速ランプ・ダウン・フェーズ中における圧力コマンドのプロファイルは、圧力のアンダーシュートを最少にするように経験的に決定する。
【００３２】
一旦この圧力に達したなら、アルゴリズムは２１０において漸進圧力ランプ・ダウン・フェーズに移る。このフェーズの間、ソフトウェアがＰＴＯクラッチにおける宇リップを検出しようとしている間、ルーチンを１回実行する毎に固定量、例えば、２ｋＰａずつ圧力コマンドを徐々に減少させる。スリップとは、ＰＴＯクラッチ・プレート間の相対的移動と定める。スリップ率は次のように計算する。
【００３３】
〔数４〕
スリップ率＝（ＰＴＯ軸速度×ＰＴＯギア比）／エンジン速度
このアルゴリズムでは、スリップ率を０．１％の精度で計算する。
【００３４】
２１２において、このスリップ率でノイズ除去アルゴリズムを１回実行する。このアルゴリズムはＮ／（Ｎ＋１）ディジタル平均フィルタと追加のロジックとから成る。実際のスリップは、スリップ比をフィルタ処理した値に基づいて計算する。負のスリップが検出されている場合、０．９８０のスリップ比が２．０％の実際のスリップに対応する。正のスリップが検出されている場合、１．０２０のスリップ比が２．０％の実際のスリップに対応する。追加のロジックは、スリップの方向（正または負）をチェックすることと、現在のスリップ測定値を、直前にアルゴリズムを１回実行したときの値と比較することから成る。２１４において有効なスリップ検出が行われるのは、現在のスリップの大きさが直前のスリップの値よりも大きく、同じ方向であり、あるしきい値よりも大きい場合である。更に、スリップを検出する前にこれら有効なスリップ・イベントをいくつ見なければならないか設定するために、クラッチ・エレメント毎に、制御パラメータがメモリ内にある。実際には、以下のパラメータがＰＴＯクラッチには有効であることが分かっている。
【００３５】
Ｎ＝３
要求有効スリップ・イベント＝１
スリップ検出しきい値＝２．０％
ＰＴＯトルク測定では、負のスリップは所望の検出選択肢である。２１４においてスリップが検出されない場合、直前の圧力コマンドから固定量の圧力を減算し、２１８においてこれが新しい所望圧力となる。２１４において圧力が検出された場合、２１６に戻り、前述の線形式によって圧力コマンドを処理して、ＰＴＯトルク計算値を生成し、２２０において指令圧力は不変のままである。このＰＴＯトルク計算値を、ソフトウェア、またはこれから利点が得られるその他のプロセス、例えば、トランスミッション・シフト・アルゴリズムに利用できるようにする。また、スリップが検出されたときを示し、トルク計算を行うソフトウェアにおいて、フラグも利用可能である。このフラグは、図２におけるブロック１２４の「ＹＥＳ」経路における場合のように、指令圧力の制御を効果的に撤回するために（即ち、ＴＰＯクラッチ上の圧力を逆に徐々に上昇させるときを知るために）親プロセスによって用いられる。
【００３６】
クラッチ・スリップ・ロジックの後に常に実行される下流プロセスは、クラッチ・スリップ・ロジックから出力される指令圧力に対する境界チェックである。指令圧力を最小値に低下させてもクラッチ・スリップが検出されない場合、図２において説明した親プロセスがスリップ検出フラグを設定し、１３６において最低圧力からＰＴＯトルクを計算する。次いで、圧力を１００％まで逆に徐々に上昇させる等とする。
【００３７】
尚、エンジン動力の内どれくらいがパワートレインに行き、どれくらいが補助負荷に行くか知ることによって、ＰＴＯ機器のような補助負荷の状態の間動力軸トランスミッション・シフト品質を改良することができることが、今や当業者には認められよう。更に、シフト中に用いられるトランスミッション・クラッチ圧力は、駆動車輪に行くエンジン負荷のみを処理するように合わせることができる。加えて、エンジン動力は、パワートレインの寿命を短くすることなく、増大させることができる（エンジン動力の一部が補助負荷に行く場合）。
【００３８】
以上のように、本発明の目的は、これまでに紹介した構造によって満たされることが分かる。特許法にしたがって、本発明の最良の形態および好適な実施形態を紹介し詳しく説明したが、それで余すところがないことや、開示した形態そのものに本発明を限定することは意図していない。以上の教示に鑑みれば、自明な修正または変形も可能である。本発明の原理およびその実際の用途の最良の例示を与え、それによって当業者が種々の実施形態において本発明を利用することが可能となるように、実施形態を選択し説明したが、個々の使用に適した種々の変更も想定している。このような変更や変形は、添付した特許請求の範囲が正当にかつ法的に認められる広さにしたがって解釈したときに、特許請求の範囲によって決定される発明の範囲に該当するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明によるトランスミッション制御システムの模式ブロック図である。
【図２】図２は、図１のトランスミッション・コントローラが実行するアルゴリズムを示す論理フロー図である。
【図３】図３は、図２のステップ１２６が表すアルゴリズムを示す論理フロー図である。
【図１】
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【図２】
2009502650.tif 000005
【図３】
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【国際調査報告】
2009502650.tif 000007