(57)【要約】電気駆動構成（１０２）を有する機械（１００）のための牽引力制御システムを開示する。牽引力制御システムは、少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）に関連付けられ、車輪（１０５、１０６）に制動トルクを提供するように適合された電気モータ（１１６、１１８）を含む。制御システムは、さらに、少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）の回転速度を求め、回転速度を許容滑走しきい値と比較し、速度が許容滑走しきい値未満である場合には、減速中の少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）への制動トルクを調節するように構成された制御装置を含む。
2013543368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気駆動構成を有する機械（１００）のための牽引力制御システム（１３４）であって、
少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）に関連付けられ、車輪（１０５、１０６）に制動トルクを提供するように適合された電気モータ（１１６、１１８）と、
制御装置とを備え、制御装置が、
少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）の回転速度を求め、
回転速度を、許容滑走しきい値と比較し、
速度が許容滑走しきい値未満である場合に、減速中に少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）への制動トルクを調節する
ように構成される牽引力制御システム（１３４）。
【請求項２】
許容滑走しきい値が、機械（１００）の対地速度に基づく請求項１に記載の牽引力制御システム（１３４）。
【請求項３】
許容滑走しきい値が、機械（１００）の対地速度のパーセンテージである請求項２に記載の牽引力制御システム（１３４）。
【請求項４】
許容滑走しきい値が、機械（１００）の測定される対地速度の９０パーセントである請求項３に記載の牽引力制御システム（１３４）。
【請求項５】
さらに、少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）に関連付けられる少なくとも１つの機械的ブレーキを含み、機械的ブレーキが、車輪（１０５、１０６）に制動トルクを提供するように適合される請求項１に記載の牽引力制御システム（１３４）。
【請求項６】
制御装置が、さらに、
減速中に、少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）に制動トルクの第１の部分を加えるように、電気モータ（１１６、１１８）を調節し、
速度が許容滑走しきい値よりも大きくなるまで、減速中に、少なくとも１つの車輪（１０５、１０６）に制動トルクの第２の部分を提供するように、機械的ブレーキを調節する
ように構成される請求項５に記載の牽引力制御システム（１３４）。
【請求項７】
制動トルクの第２の部分が一定に保たれたままで、速度が許容滑走しきい値よりも大きくなるまで制動トルクの第１の部分が変更される請求項６に記載の牽引力制御システム（１３４）。
【請求項８】
第１の車輪（１０５、１０６）と、
機械（１００）に対して第１の軸の周りで第１の車輪（１０５、１０６）を回転させるように動作する第１のモータ（１１６、１１８）と、
機械（１００）に対する第１の車輪（１０５、１０６）の速度を測定するために設けられた第１のセンサと、
地面に対する機械（１００）の速度を測定するために設けられた速度センサ（１３８）と、
第１のモータ（１１６、１１８）、第１のセンサ、および速度センサ（１３８）に作動的に接続された制御装置と
を備える電気駆動機械（１００）であって、
制御装置が、
第１のセンサからの情報に基づいて第１の車輪（１０５、１０６）の回転速度を求め、
速度センサ（１３８）からの情報に基づいて機械（１００）の対地速度を求め、
対地速度に基づいて滑走しきい値を求め、
回転速度をしきい値と比較し、
回転速度がしきい値未満であるとき、
回転速度がしきい値を超えるように、第１のモータ（１１６、１１８）へのトルク指令を調節する
ように構成される電気駆動機械（１００）。
【請求項９】
さらに、
第２の車輪（１０５、１０６）と、
機械（１００）に対して、第１の軸に平行な第２の軸の周りで第２の車輪（１０５、１０６）を回転させるように動作する第２のモータ（１１６、１１８）と、
機械（１００）に対する第２の車輪（１０５、１０６）の速度を測定するために設けられた第２のセンサと
を備え、
制御装置が、さらに、
第２のセンサからの情報に基づいて第２の車輪（１０５、１０６）の回転速度を求め、
速度センサ（１３８）からの情報に基づいて滑走しきい値を求め、
回転速度をしきい値と比較し、
回転速度がしきい値未満であるときに、第２の回転速度がしきい値を超えるように、第２のモータ（１１６、１１８）へのトルク指令を調節する
ように構成される請求項８に記載の機械（１００）。
【請求項１０】
さらに、
第１の車輪（１０５、１０６）に作動的に結合された第１の機械的ブレーキであって、車輪（１０５、１０６）に制動トルクを提供するように構成された第１の機械的ブレーキと、
第２の車輪（１０５、１０６）に作動的に結合された第２の機械的ブレーキであって、車輪（１０５、１０６）に制動トルクを提供するように構成された第２の機械的ブレーキとを備え、
制御装置が、さらに、
第１の機械的ブレーキから一定の制動トルクを提供し、
第１の回転速度がしきい値を超えるまで制動トルクを変更するために、第１のモータ（１１６、１１８）へのトルク指令を調節し、
第２の機械的ブレーキから一定の制動トルクを提供し、
第２の回転速度がしきい値を超えるまで制動トルクを変更するために、第２のモータ（１１６、１１８）へのトルク指令を調節する
ように構成される請求項９に記載の機械（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許開示は、一般に、牽引力制御システムに関し、より詳細には、電気駆動機械に関する減速中の牽引力を制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的な駆動システムを有する車両は、典型的には、一般にディファレンシャルとして知られているギア構成を介して車両の従動輪にトルクを伝送する。ディファレンシャルは、典型的には、入力シャフトから、駆動車軸の両側に設けられた２つの車輪それぞれに回転運動を伝達する。ディファレンシャルは、典型的には、単一の車軸に接続された２つの車輪が異なる速度で回転できるようにすることができる。そのような運動の差を必要とする状況は、車両が旋回しているとき、または２つの車輪が異なる牽引状態を受けているときに生じることがある。牽引力の損失は、車輪滑走をもたらすことがある。後輪駆動を用いた電気駆動車両は、後輪に加えられる電気的減速により増加されることがある牽引力損失を受けることがあり、これは、全輪制動システムよりも比較的高い接地摩擦を必要とする。
【０００３】
ディファレンシャルは、車両または機械に関する車輪のスリップまたは滑走を防止するのに効果的であるが、ディファレンシャルは、典型的には、電気駆動または静圧駆動システムを有する車両など、各車輪を互いに個別に駆動させるシステムを有する車両にはない。そのような車両は、各従動輪が、その車輪に関連付けられるモータによって個別に動力供給されるので、典型的には、従動輪の間の直接的な機械的連係がない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
開示するシステムおよび方法は、上述した問題の１つまたは複数を克服することを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、一態様では、電気駆動構成を有する機械のための牽引力制御システムを述べる。牽引力制御システムは、少なくとも１つの車輪に関連付けられ、車輪に制動トルクを提供するように適合された電気モータを含む。制御システムは、さらに、少なくとも１つの車輪の回転速度を求め、回転速度を許容滑走しきい値と比較し、速度が許容滑走しきい値未満である場合には、減速中の少なくとも１つの車輪への制動トルクを調節するように構成された制御装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示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機械を示す概略図である。
【図２】本開示の例示的実施形態による牽引力を制御する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本開示の例示的実施形態による減速中の牽引力を制御する方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示は、電気駆動機械の牽引力を制御するためのシステムおよび方法に関する。機械１００の例示的実施形態が、図１に概略的に示されている。機械１００は、図示されるようなオフハイウェイトラック、または、乗用車、電車、土木機械、および採掘車を含めた、電気駆動システムを有する任意の他の車両でよい。例示される実施形態では、機械１００は、機械１００の移動を推進するために走行メカニズム１０４に作動的に結合された電気駆動システム１０２を含む。
【０００８】
走行メカニズム１０４は、機械１００の各側に車輪と車軸とを含むことがある。例示される実施形態では、走行メカニズム１０４は、機械１００の各側にある１組の前輪１０５と、機械１００の各側にある１組の二重後輪１０６とを含む。走行メカニズム１０４は、地表の地形など、ある種の地形の表面上を機械１００が走行できるようにする。走行メカニズム１０４は、車輪として図示されているが、例えば線路やベルトなど、知られている任意のタイプの牽引または走行用メカニズムでよいと考えられる。
【０００９】
電気駆動システム１０２は、エンジン１０７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とを含む。エンジン１０７は、機械１００および他の機械構成要素のための動力を提供することができる。適切なエンジンは、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンを含むことがある。いくつかの実施形態では、エンジン１０７は、動力を発生して、動力伝達メカニズム、例えばシャフト（図示せず）を介して機械１００の他の構成要素に伝達するディーゼルエンジンでよい。例示される実施形態では、エンジン１０７は、オルタネータ１０８に動力を提供する。オルタネータ１０８は、３相交流を発生し、この３相交流が電力を生み出す。
【００１０】
いくつかの実施形態では、電気駆動システム１０２の整流器は、３相交流を直流に変換することができる。インバータ１１２、１１４の１つまたは複数が、直流を交流に変換して、電気モータ１１６、１１８の１つまたは複数に動力供給する。電気モータ１１６、１１８は、オルタネータ１０８から受け取られた電力を、走行メカニズム１０４の１つまたは複数を駆動する動力に変換するモータである。例えば、いくつかの実施形態では、モータ１１６、１１８は、機械１００を推進するように車輪を駆動させるために使用される車輪モータでよい。いくつかの実施形態では、二重後輪１０６を個別に、または直接駆動させることができ、したがって、それに対応して、各モータ１１６、１１８が各従動二重後輪１０６を駆動させることができる。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の周波数を制御することによって制御することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、ただ１つのモータがすべての走行メカニズム１０４を駆動するが、いくつかの実施形態では、複数のモータが走行メカニズム１０４を駆動させる。例示される実施形態では、例えば、電気モータ１１６、１１８は、二重後輪１０６として具現化された各走行メカニズム１０４に関連付けられ、右側モータ１１６および左側モータ１１８を含む。いくつかの実施形態では、複数のモータのうちのいくつかのモータに動力供給するためにエンジン１０７を使用することでき、複数のモータのうちの残りのモータに動力供給するためにバッテリ（図示せず）など別個の電源または電力貯蔵ユニットを使用することができる。いくつかの実施形態では、モータ１１６、１１８は、別個の電源から直接駆動させることができる。
【００１２】
エンジン１０７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とは、動作の駆動段階または推進段階中に前進または後進駆動方向に機械１００を推進させるのに十分な動力を提供するように作動的に結合させることができる。駆動段階で機械１００を動作させるとき、モータ１１６、１１８は、前進または後進駆動方向に機械１００を推進させるのに十分な推進トルクを提供する。いくつかの実施形態では、電気駆動システム１０２は、ファイナルドライブ（図示せず）を含むことがあり、ファイナルドライブは、モータ１１６、１１８と走行メカニズム１０４の間に接続された遊星歯車セットを含み、モータ１１６、１１８の速度を適当な大きさの推進トルクに変換して、前進または後進駆動方向に機械１００を推進させる。
【００１３】
さらに、電気駆動システム１０２は、動作の減速段階中に、機械１００を減速する、または機械１００に制動力を提供するのに十分に動力を消散させることができる。動作の減速段階中、インバータ１１２、１１４と、モータ１１６、１１８と、制動チョッパ１２０とが、全体として電気的減速システム１２２を画定する。機械１００を減速段階で動作させるとき、モータ１１６、１１８は、機械１００を減速させる、および／または完全に停止させるのに十分な制動トルクを提供することができる。いくつかの実施形態では、減速中のモータ１１６、１１８は、交流を発生することができ、交流は、インバータ１１２、１１４によって直流に変換され、直流直流変換を提供するブレーキチョッパ１２０を通って、制動グリッドまたは抵抗グリッド１２４に流れる。例示される実施形態では、減速中にモータ１１６、１１８によって発生される動力を使用して、ファン１２６または他の適当な冷却システムに動力供給して、制動グリッド１２４から放射する熱エネルギーによる温度を低下させる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、機械１００は、制動システム１２８も含むことがあり、制動システム１２８は、機械１００の移動を減速または制動するための電気的減速システム１２２および１つまたは複数の常用ブレーキ１３０、１３２を含む。いくつかの実施形態では、制動システム１２８および１つまたは複数の常用ブレーキ１３０、１３２は、対応する走行メカニズム１０４に関連付けることができる。いくつかの実施形態では、制動システム１２８および１つまたは複数の常用ブレーキ１３０、１３２は、前輪１０５および／または後輪１０６に関連付けることができる。例示される実施形態では、制動システム１２８は、電気的減速システム１２２と、右側常用ブレーキ１３０および左側常用ブレーキ１３２として具現化される１つまたは複数の常用ブレーキ１３０、１３２とを含む。常用ブレーキ１３０、１３２は、油圧摩擦、油圧機械式、または機械的ブレーキでよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、機械１００の速度を減少させるのに必要な制動すべてを、電気的減速システム１２２によって提供することができる。いくつかの実施形態では、機械１００の速度を減少させるのに必要な制動のすべてを、常用ブレーキ１３０、１３２によって提供することができる。例示される実施形態では、電気的減速システム１２２が、必要な制動力をすべては提供することが可能でない場合、機械１００の速度を減少させるのに必要な制動力の一部が電気的減速システム１２２によって提供され、機械１００の速度を減少させるのに必要な制動力の一部が常用ブレーキ１３０、１３２によって提供される。
【００１６】
常用ブレーキ１３０、１３２は、操作者が手動で作動させることができ、また、これにより、操作者が機械１００の速度を手動で制御できるようになる。いくつかの実施形態では、常用ブレーキ１３０、１３２は、機械的に、電気機械的に、油圧式に、空気圧式に、または他の既知の方法によって作動させることができる。例示される実施形態では、常用ブレーキ１３０、１３２は、制御システム１３４によって自動的に作動させることができる。いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、例えば、１組の左右の二重車輪１０６の間、または後輪１０６と前輪１０５の間での減速トルク分割の適切な比を決定することができる。すなわち、電気的減速システム１２２によって提供される制動力の一部を、左右の走行メカニズム１０４の間、および／または二重後輪１０６と前輪１０５の間で分割することができる。
【００１７】
例示される実施形態では、制御システム１３４は、データリンクインターフェース１３６を介して電気駆動システム１０２と通信することができる。追加として、または代替として、制御システム１３４は、電気駆動システム１０２および他の機械構成要素とワイヤレス通信または遠隔通信することができる。いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、１つまたは複数のセンサによって収集されて伝送される信号に応答して、１つまたは複数の構成要素に指令を送信することができる。制御システム１３４は、センサ信号を、１つまたは複数のセンサから直接、または例えばデータリンクインターフェース１３６から間接的に受信することができる。例示される実施形態では、１つまたは複数のセンサは、１つまたは複数の速度センサ１３８を含み、速度センサ１３８は、機械１００の速度を示す信号を測定し、収集し、制御システム１３４に伝送することができる。
【００１８】
速度センサ１３８は、要求に応答して制御システム１３４に速度信号を送信することができ、あるいは、速度センサ１３８は、定期的に速度信号を送信するように、または速度の増加や減速などの機械イベント、および他のそのようなイベントに応答して速度信号を送信するように構成することができる。いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、機械１００の対地速度（または直線タイヤ速度）に関連付けられる走行メカニズム１０４または他のドライブトレイン構成要素で使用される車軸の回転速度を測定することができる。いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、機械１００の実際の対地速度または走行速度を測定することが可能であることがある。いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、空転する車輪の回転速度を測定するように構成または配置することができる。例えば、例示される実施形態では、アイドリング車輪は、前輪１０５である。いくつかの実施形態では、対地／走行速度は、各アイドリング車輪１０５の回転速度を測定し、測定された速度の平均を計算することによって求めることができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、被動または従動輪の回転速度を測定するように構成または配置することができる。例えば、例示される実施形態では、被動または従動輪は、二重後輪１０６である。また、回転速度は、回転機械ＲＰＭを表すこともある。いくつかの実施形態では、速度センサ１３８は、モータ１１６、１１８に関連付けられる回転構成要素の方向を感知することが可能であることもある。例えば、速度センサ１３８は、１つまたは複数のホール効果センサ（図示せず）を含むことがある。いくつかの実施形態では、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それぞれに関連付けられる。
【００２０】
例示される実施形態では、特定の制御機能を行うように構成されることがある制御システム１３４は、データリンクインターフェース１３６を介して電気駆動システム１０２に作動的に接続される。データリンクインターフェース１３６は、１つまたは複数のデータリンクを制御システム１３４と相互接続する１つまたは複数のインターフェースデバイスであることがある。データリンクインターフェース１３６は、他の標準的なデータリンクを含むことがあり、本開示の教示から逸脱することなく、例示された実施形態とは異なる様式で構成されることもあると考えられる。
【００２１】
制御システム１３４は、操作者インターフェース１４０に作動的に接続され、操作者インターフェース１４０は、操作者と制御システム１３４の間で情報および指令を通信するための複数の操作者入力デバイス、例えば、操舵デバイス１４２、アクセルペダルまたはスロットル１４４、シフトレバー１４６、リターダレバー１４８、およびディスプレイ１５０を含むことがある。操舵デバイス１４２は、例えば、走行メカニズム１０４の操舵角を制御することによって機械１００の走行方向を制御するように構成または適合されることがある。いくつかの実施形態では、操舵デバイス１４２は、電気的な、機械的な、または油圧式の動力によって作動されることがある。
【００２２】
例示される実施形態では、操舵デバイス１４２は油圧作動式であり、機械１００の操舵角を変えるために１つまたは複数の連係機構を枢動させることができる既知の油圧式および／または電気的構成要素を含むことができる。操作者インターフェース１４０は、操舵角センサ１５２を含むことがあり、操舵角センサ１５２は、操舵デバイス１４２に関連付けられ、走行メカニズム１０４の操舵角、したがって機械１００の操舵角を測定するように適合または構成することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、操作者インターフェース１４０は、アクセルペダル１４４に関連付けられるアクセルペダル位置センサ１５４を含むことがあり、アクセルペダル１４４は、求められるモータ出力に対応する要求されるエンジン速度を決定するために使用される。いくつかの実施形態では、求められるモータ出力は、アクセルペダル１４４の踏み込みに対応することがある。アクセルペダル１４４は、機械１００の加速および／または減速を制御するように構成することができる。操作者によって要求されるトルクの量を示すために、アクセルペダル位置センサ１５４から制御システム１３４の他の構成要素にアクセルペダル位置信号を伝送することができる。
【００２４】
制御システム１３４は、前進または後進駆動方向への機械１００の所望の推進力を生み出すように電気駆動システム１０２を制御することができる。制御システム１３４は、操作者要求、現在の機械速度、エンジン出力利用性、機械速度制限、ならびにドライブトレインおよび構成要素の温度を含めた環境因子など、いくつかの因子を考慮に入れることによって、モータ１１６、１１８に対するトルク指令を管理することができる。いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、アクセルペダル位置信号、シフトレバー１４６からの要求されたギア指令信号、リターダレバー位置信号、ペイロードステータス、および／または速度制限の１つまたは複数に基づいて、望ましいトルクを決定して、モータ１１６、１１８に伝達することができる。
【００２５】
例えば、操作者インターフェース１４０は、操作者がシフトレバー１４６を１つの位置から別の位置に変えようとしていることを検出するために、シフトレバー１４６に関連付けられたシフトレバー位置センサ１５６を含むことができる。要求されたギア指令信号は、パーキング、リバース、ニュートラル、ドライブ、またはローなどのギア選択を表すことがある。操作者は、機械１００の駆動方向を制御するためにシフトレバー１４６を入れることができる。例えば、シフトレバー１４６は、少なくとも、機械１００の前進および後進駆動方向にそれぞれ関連付けられるドライブおよびリバース位置を含むことがある。
【００２６】
制御システム１３４は、操作者インターフェース１４０および他の構成要素と作動的に対話して、機械１００の対地速度を求めることができる。例えば、制御システム１３４は、アイドリング車輪１０５の少なくとも１つの回転速度と、機械１００の操舵角とに少なくとも一部基づいて、機械１００の中心線の対地速度を求めることができる。しかしながら、任意の適切な方法を使用して機械１００の走行速度または対地速度を求めることができると考えられる。
【００２７】
例示される実施形態では、制御システム１３４は、例えば２次元アレイまたはルックアップテーブルを含むことがある１つまたは複数のマップなど１つまたは複数のデータ構造をメモリに含む。マップは、数式、テーブル、またはグラフの形でデータを含むことがある。制御システム１３４は、操舵角値をスリップまたは滑走比に相関させるマップを含むことがある。制御システム１３４は、特定の操舵角に対応する特定のスリップ／滑走比を計算するように構成または適合することができ、さらに、動作中に操舵角が変化するときに、この計算を継続的に行うことができる。
【００２８】
スリップおよび滑走比は、同じ車軸に接続された２つの車輪の間、または両側で機械１００に接続された２つの車輪の間の相対速度を示す無次元の値である。例えば、スリップ比は、左右の後輪１０６の回転速度の比でよく（すなわち、右側の後輪１０６の回転速度を左側の後輪１０６の回転速度で割った値）、これは、スリップ／滑走がなく、機械１００が直進しているときには約１であるはずである。
【００２９】
制御システム１３４は、各個の従動輪１０６、１０６に対して指令されるトルクを調節するように適合されたアルゴリズムにおいてスリップ／滑走比マップを使用することができる。各個の従動輪１０６、１０６に対して指令されるトルクを調節することによって牽引力を制御する方法に関するフローチャートが、図２に参照番号２００で全般的に示される。制御システム１３４は、２つの従動輪の同時制御を行うように構成され、各従動輪は、それぞれのモータ１１６、１１８によって駆動される。単一の車軸に沿って機械の各側に配置されていることを示すために、各車輪を「右側」または「左側」と表す。本明細書で開示する方法は、２つよりも多い、または２つよりも少ない従動輪を有する機械にも同様に適用可能であることを理解することができる。
【００３０】
図２に示されるように、制御システム１３４は、機械１００の様々なシステムからの入力、例えば操舵角センサ１５２からの入力を受信する。また、制御システム１３４は、速度センサ１３８の少なくとも１つからの入力を受信することもできる。これらの入力に基づいて、制御システム１３４は、トルクを計算してモータ１１６および１１８に加えて、機械１００の牽引力を制御するように適合される。制御システム１３４は、各従動輪１０６の回転速度を個別に求めるために、各従動輪１０６、１０６と関連付けられる速度センサ１３８からの信号を使用することができる。ステップ２０２において、少なくとも１つの速度センサ１３８からの入力に基づいて、左側従動輪１０６の車輪速度が求められる。
【００３１】
制御システム１３４は、機械１００の牽引力を制御する際に機械の旋回を考慮に入れるために、操舵センサ１５２からの信号を使用することができる。ステップ２０４において、制御システム１３４は、操舵角センサ１５２からの信号に基づいて機械の操舵角を求めるように適合または構成される。制御システム１３４は、非従動輪１０５、１０５に関連付けられる速度センサ１３８からの信号を使用して、機械１００の対地速度を求めることができる。ステップ２０６において、機械の走行速度または対地速度が測定され、ステップ２０８において、少なくとも１つの速度センサ１３８からの入力に基づいて、右側従動輪の車輪速度が求められる。
【００３２】
制御システム１３４は、従動輪１０６、１０６それぞれに関する正規化または補正された速度または速度比を決定することができる。例えば、ステップ２１０において、ステップ２０２で計算された左側従動輪１０６に関する車輪速度を、ステップ２０６で計算された機械１００の対地速度で割ることによって、左側従動輪に関する速度比ＶＬ，ＴＳを計算することができる。さらに、制御システム１３４は、ステップ２１２において、ステップ２０８で計算された右側従動輪１０６に関する車輪速度を、ステップ２０６で計算された機械の対地速度で割ることによって、右側従動輪１０６に関する速度比ＶＲ，ＴＳを計算することができる。
【００３３】
従動輪の速度のこれらの正規化または補正は、機械速度または対地速度が各車輪１０６の速度と一致するとき、すなわちスリップまたは滑走がないときには１であるはずであり、スリップまたは滑走があるときには１よりも大きいまたは小さい値に変化するはずである。理解することができるように、各速度比ＶＲ，ＴＳおよびＶＬ，ＴＳは、対応する車輪１０６、１０６の対地速度が機械１００の速度よりも大きいとき、例えば車輪１０６、１０６が地面とグリップせずにスリップしているときには１よりも大きくなり、対応する車輪１０６、１０６の速度よりも機械が速く走行しているとき、例えば車輪１０６、１０６が動かなくなっているとき、または減速中に車輪１０６、１０６が滑走しているときには１よりも小さくなる。
【００３４】
また、制御システム１３４は、操舵角センサ１５２からの信号によって、操舵デバイス１４２の角度を示す情報を受信する。ステップ２１４において、操舵角情報がテーブルに入力されて、予想スリップまたは滑走比ＳＲＥを求める。予想スリップまたは滑走比ＳＲＥは、機械１００が旋回しており、単一の「車軸」ラインに沿って配置された車輪１０６、１０６が機械１００の旋回半径の中心点から異なる距離にある円形経路を辿っているときに生じる予想されるスリップまたは滑走である。すなわち、予想スリップ比ＳＲＥは、互いに機械的に連係されていない車輪１０６、１０６に関する回転速度の差を考慮に入れる。
【００３５】
機械が旋回しているとき、ステップ２１４において、ステップ２０４で求められた操舵角を使用して、予想スリップまたは滑走比ＳＲＥを計算する。ステップ２１４での予想スリップまたは滑走比ＳＲＥの計算は、スリップ／滑走比と操舵角のルックアップテーブルを含むことがあり、または例えば操舵角およびスリップ／滑走比の値を変数として有する関数など任意の他のタイプの計算でよい。しかしながら、予想スリップまたは滑走比ＳＲＥ、ならびに速度比ＶＬ，ＴＳおよびＶＲ，ＴＳは、無次元のパラメータまたは正規化されたパラメータである。特に、予想スリップまたは滑走比ＳＲＥは、機械１００が旋回しているときに生じる予想スリップもしくは滑走、または車輪速度の差を表す。
【００３６】
予想スリップまたは滑走比ＳＲＥは、旋回の内側経路を辿る車輪の速度と旋回の外側経路を辿る対応する車輪の速度との比とみなされる。例えば、機械が左に旋回しているとき、左側従動輪１０６は内側経路を辿り、内側経路は、旋回中心（図示せず）の周りで湾曲しているか円形であることがあり、一方、右側従動輪１０６は外側経路を辿り、外側経路は、旋回中心から、左側従動輪１０６の半径方向距離よりも大きい半径方向距離に位置される。
【００３７】
操舵を考慮に入れるために、制御システム１３４は、予想スリップまたは滑走比ＳＲＥを使用して、速度比ＶＲ，ＴＳおよびＶＬ，ＴＳの第２の正規化または補正を行う。例えば、機械１００が旋回しているとき、牽引力の損失によるスリップがなくても、一方または両方の速度比ＶＲ，ＴＳおよびＶＬ，ＴＳが基準値１から変化することがある。この変化は、旋回中に従動輪１０６、１０６が異なる軌道を辿ることに起因することがある。この状況では、予想スリップまたは滑走比ＳＲＥを使用して、旋回に起因する車輪速度の差を考慮に入れることができ、それにより、各従動輪に関するそれぞれの速度比ＶＲ，ＴＳおよびＶＬ，ＴＳを、旋回中に基準値１に調節することができる。
【００３８】
例えば、鋭い旋回中に内側経路上を走行する車輪の速度比は、速度比１／２とすることができ、これは、車輪が機械１００の速度の半分の速度で走行していることを示す。また、特定の旋回角度に対応する予想スリップまたは滑走比ＳＲＥも１／２に設定することもでき、それにより、速度比と予想速度比の比が１になる。したがって、これらの各正規化の結果、補正された速度比が得られ、これは、各従動輪１０６ごとに計算される。
【００３９】
例示される実施形態では、ステップ２１６において、左輪１０６に関する速度比ＶＬ，ＴＳ（ステップ２１０）を、予想スリップまたは滑走比ＳＲＥ（ステップ２１４）で割ることによって、左輪補正速度比ＶＬ，ＴＳ，ＳＲが計算される。同様に、ステップ２１８において、右輪１０６に関する速度比ＶＲ，ＴＳ（ステップ２１２）を、予想スリップまたは滑走比ＳＲＥ（ステップ２１４）で割ることによって、右輪補正速度比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲが計算される。左輪補正速度比ＶＬ，ＴＳ，ＳＲと右輪補正速度比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲはどちらも無次元の値を表し、これらの値は、機械１００の直進運動または旋回運動中の、機械の従動輪１０６、１０６のスリップまたは滑走を示唆する。
【００４０】
補正スリップ比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲは、実際のスリップまたは滑走の値ではない。そうではなく、補正スリップ比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲは、機械１００の同じ駆動車軸に沿って設けられた従動輪１０６、１０６に関するスリップまたは滑走状態を定性化および定量化する無次元のスリップまたは滑走パラメータである。補正速度比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲは、任意の直線運動スリップまたは滑走を包括し、または考慮に入れ、そのようなスリップまたは滑走は、一様でない牽引力によるものであることがあり、また、旋回により生じ得る従動輪１０６、１０６の速度差によるものであることがある。
【００４１】
補正スリップ比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲを決定した後、制御システム１３４は、それぞれを速度比しきい値ＴＳＲと比較する。速度比しきい値ＴＳＲは、推進または減速動作モードでの動作中に機械１００が許容することができるしきい値スリップまたは滑走状態とみなすことができる。各補正速度比ＶＬ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＲ，ＴＳ，ＳＲがしきい値ＴＳＲと個々に比較され、それにより、各従動輪１０６、１０６のスリップまたは滑走を個別に求めることができる。しきい値ＴＳＲは、１０パーセント（％）など一定の無次元のパラメータでよく、これは、各従動輪１０６、１０６に対して指令されるトルクに制御システム１３４が介入する必要なく、機械１００の動作中に存在してよいスリップまたは滑走の範囲を表す。あるいは、しきい値ＴＳＲは、機械の動作パラメータ、例えば機械１００の対地速度に依存する変数でよい。
【００４２】
例示される実施形態では、ステップ２２０において、例えばルックアップテーブルを使用して、機械１００の対地速度（ステップ２０６）に基づいてしきい値ＴＳＲが決定される。しきい値ＴＳＲは、それぞれステップ２２２および２２４において、各補正速度比ＶＬ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＲ，ＴＳ，ＳＲと比較される。ステップ２２２およびステップ２２４での比較に基づいて、制御システム１３４は、一方または両方の補正速度比ＶＬ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＲ，ＴＳ，ＳＲがしきい値ＴＳＲを超えているかどうかについて２つの独立した判断を行う。制御システム１３４は、少なくとも一方の補正速度比ＶＬ，ＴＳ，ＳＲおよび／またはＶＲ，ＴＳ，ＳＲがしきい値ＴＳＲを超えていると判断すると、ステップ２２６および／または２２８において、対応するモータ１１６および／または１１８に対して指令されるトルクを調節することによって、スリップまたは滑走している車輪に対して指令されるトルクを調節するように介入する。
【００４３】
制御システム１３４は、予め設定された周波数またはサイクル時間、例えば１２５Ｈｚで動作することができる。各サイクルで、制御システム１３４は、各補正速度比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲをしきい値ＴＳＲと比較して、スリップまたは滑走状態が存在するかどうか、およびスリップまたは滑走状態が、機械１００の対地速度に関する許容スリップまたは滑走しきい値を超えているかどうかを判断することができる。補正速度比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲの一方または両方が、計算されたしきい値ＴＳＲよりも高いと判断されると、制御システム１３４は、例えば、対応する車輪１０６に対して指令されるトルクを減少させることによって、その車輪１０６に対して指令されるトルクを調節することができる。
【００４４】
対応する車輪１０６、１０６の回転速度に対するこの調節は、各対応する補正速度比を、しきい値ＴＳＲ以内の値にする意図のものである。この実施形態では、制御システム１３４は、動作中の従動輪１０６、１０６のスリップまたは滑走を減少させるために、より能動的な役割を担うことができる。制御システム１３４は、スリップまたは滑走比誤差、あるいは、各補正スリップまたは滑走比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲとしきい値ＴＳＲとの差を継続的に計算する。すなわち、継続的に計算される補正スリップまたは滑走比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲは、各従動輪１０６、１０６に関するスリップまたは滑走状態を反映する「実際の」スリップまたは滑走比とみなすことができる。
【００４５】
これらの実際のスリップまたは滑走比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲは、常に、しきい値ＴＳＲに応じた許容範囲内にすべきである。ここで、制御システム１３４は、各補正速度比ＶＲ，ＴＳ，ＳＲおよびＶＬ，ＴＳ，ＳＲとしきい値ＴＳＲとの差を計算して、誤差を生成する。ＰＩ制御装置（図示せず）を駆動させるためにこの誤差を使用することができるが、これは、それぞれステップ２２６およびステップ２２８に含まれる。さらに、制御システム１３４は、ステップ２３０およびステップ２３２において各モータにトルクを指令する様々な他のサブルーチンまたはパワー回路を含むことができる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、１つまたは複数の制御装置を含むことがある。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の制御装置は、１つまたは複数の制御モジュール（例えばＥＣＭやＥＣＵ）を含むことがある。１つまたは複数の制御モジュールは、処理ユニット、メモリ、センサインターフェース、および／または（信号の送受信用の）制御信号インターフェースを含むことがある。処理ユニットは、特定の通信、制御、および／または診断機能を行うために制御システム１３４によって使用される１つまたは複数の論理および／または処理構成要素であることがある。例えば、処理ユニットは、制御システム１３４の内部および／または外部にあるデバイス間での経路指定情報を実行するように構成することができる。
【００４７】
さらに、処理ユニットは、メモリなど記憶デバイスからの命令を実行するように構成することができる。１つまたは複数の制御モジュールが、１つまたは複数の汎用処理ユニットおよび／または専用ユニット（例えばＡＳＩＣＳやＦＰＧＡ）など、複数の処理ユニットを含むことができる。いくつかの実施形態では、処理ユニットの機能は、集積されたＣＰＵ、メモリ、および１つまたは複数の周辺機器を含む集積型マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラの内部で具現化することができ、または複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラで具現化することができる。メモリは、限定はしないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気および光記憶デバイス、ディスク、プログラマブル消去可能コンポーネント、例えば消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）、および不揮発性メモリ、例えばフラッシュメモリを含めた、情報を記憶することができる１つまたは複数の既知のシステムでよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本明細書で述べる電気駆動機械において牽引力を制御するためのシステムおよび方法の産業上の利用可能性は、上記の論述から容易に明らかになろう。特定の実施形態によれば、開示する制御システムは、互いに独立して駆動される車輪を有する任意の機械、例えば、各車輪に接続されたモータを使用する電気駆動または静圧駆動システムを有する機械に適用可能であることがある。各モータは、個別に、他のモータとの機械的な接続なしで動作させることができる。開示した制御システムは、例えば、機械が前進または後進駆動方向で直進しているとき、機械が旋回しているとき、制動時など機械が減速モードで動作しているときに、弱い牽引力により機械の従動輪の一方または両方がスリップもしくは滑走している状況で有用となることがあり、または、従動輪で速度差を生じさせる任意の他の状況で有用となることがある。
【００４９】
図３は、少なくとも１つの車輪の速度に一部基づく速度比が減速中に許容滑走しきい値に等しくなるまで、少なくとも１つの車輪に制動トルクを提供するように適合された電気モータを調節する制御システム１３４およびプロセス（３００）の例示的実施形態を示す。制御システム１３４は、例えば操作者がリターダレバー１４８を入れたときなど、機械が減速動作モードにあることを判断することができる（ステップ３０２）。制御システム１３４は、対地速度を求める（ステップ３０４）ように適合される。いくつかの実施形態では、対地速度は、牽引モータの速度測定値に基づいて、または１つまたは複数の独立した対地速度測定値に基づいて得られる機械１００の走行速度の推定値である。例示される実施形態では、上に詳細に論じたように、速度センサ１３８の少なくとも１つが非従動輪１０５に関連付けられ、対地速度測定値は、従動輪１０６と組み合わせた非従動輪１０５の測定された速度に基づく。便宜上、すべての速度を、牽引モータのＲＰＭに関して表すが、速度は、車輪のＲＰＭまたはｋｍ／時での機械速度で表すこともできると考えられる。
【００５０】
制御システム１３４は、さらに、補正または調節の試みが開始される前に、許容できる滑走の量を求める（ステップ３０６）。例示される実施形態では、許容車輪滑走しきい値が、減速中に使用するために設定され、概して機械１００の対地速度未満に設定される。例えば、いくつかの実施形態では、許容滑走しきい値は、対地速度のパーセンテージとして設定することができる。例えば、１０％の滑走を許容することができ、測定対地速度が牽引モータでの１０００ＲＰＭに対応する場合、最低９００ＲＰＭまでの任意のモータ速度が、補正なしで許容される。したがって、９００ＲＰＭ未満の任意のモータ速度は、しきい値未満となる。
【００５１】
制御システム１３４は、従動輪１０６の少なくとも１つのモータ速度を求める（ステップ３０８）。いくつかの実施形態では、制御システム１３４は、各従動輪１０６、１０６の回転速度を求めて、滑走しきい値と比較することができる。（ステップ３０８からの）実際のモータ速度が、（ステップ３０６からの）許容滑走しきい値と比較される（ステップ３１０）。モータ速度が滑走しきい値未満である場合（ステップ３１０；Ｙｅｓ）、制御システム１３４は、モータ速度が滑走しきい値以内になるまで、車輪に関連付けられるモータに提供されるトルクを調節するように適合される。
【００５２】
例示される実施形態では、制御システム１３４は、各モータを個別に制御し、それにより各車輪速度が個別に制御され、各車輪速度は、本質的に、互いにほぼ等しく維持される。いくつかの実施形態では、モータ速度が滑走しきい値未満である場合、制御システム１３４は、機械的ブレーキトルクを一定に保ちながら、車輪速度が滑走しきい値以内になるまで電気モータトルクを変更するように適合される。
【００５３】
上記の説明は、開示するシステムおよび技法の例を提供するものであることを理解されよう。しかし、本開示の他の実装形態は、前述した例とは詳細が異なることがあることも考えられる。本開示またはそれらの例へのすべての言及は、その点で論じられる特定の例に言及することを意図されており、より全般的に本開示の範囲に関する限定を示唆する意図のものではない。特定の特徴を区別および軽視する表現はすべて、それらの特徴に対する選好がないことを示すが、別段に示さない限り、本開示の範囲全体からそのような特徴を除外することは意図していない。
【００５４】
本明細書で別段に示さない限り、本明細書における値の範囲の表記は、その範囲内に入る各個の値に個々に言及するための簡略的な方法として意図されているにすぎず、各個の値が、本明細書に個々に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書で別段に示さない限り、または文脈上明示しない限り、本明細書で述べるすべての方法を任意の適切な順序で行うことができる。
【００５５】
したがって、本開示は、適用法令によって認可される本明細書に添付する特許請求の範囲に記載された主題のすべての修正形態および均等物を含む。さらに、本明細書で別段に示さない限り、または文脈上明示しない限り、可能な変形形態での上述した要素の任意の組合せはいずれも、本開示によって包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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