(57)【要約】      （修正有）【課題】スクレーパを引っ張るトラクタの、車輪スリップに応答する駆動及び制御システムを提供する。【解決手段】駆動システムは、電力を生成するための発電機を駆動するエンジン１６を備える。牽引車両電気駆動モータ２４，７６は、変速機を介して牽引車両の駆動される車輪に接続される。補助又は器具電気駆動モータは、器具の駆動される車輪に駆動可能に接続される。電力分配ユニットは、発電機から牽引車両及び器具駆動モータへの電力の分配を制御する。制御ユニットは、オペレータが設定した電力分割、オペレータが設定した最大車輪スリップ、検出された車輪スリップ、及び、他の検出されたパラメータ、に基づいて電力分配ユニットを制御する。【選択図】図１
2015091692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
牽引される動力器具を引っ張る牽引車両のための駆動システムであって、
電力を生成する発電機を含む電力生成ユニットと、
前記牽引される動力器具の駆動軸に接続された器具電気駆動モータと、
マニュアルで操作可能な電力分配の設定ユニットと、
車両速度信号を生成する車両速度センサと、
車輪速度信号を生成する車輪速度センサと、
前記発電機から前記器具電気駆動モータへの電力の分配を制御する電力分配ユニットと、
前記設定ユニット、前記速度センサ、及び、前記電力分配ユニット、に接続された制御ユニットであって、前記車両速度センサ及び前記車輪速度センサに基づいて車輪のスリップを判定し、前記設定ユニット及び前記車輪のスリップに応じて前記電力分配ユニットを制御する、制御ユニットと、
を備える駆動システム。
【請求項２】
請求項１の駆動システムにおいて、
前記駆動システムは、前記牽引車両の駆動車輪に接続された車両電気駆動モータをさらに備え、
最大車輪スリップを超え、発電電力が最大容量になった場合には、前記制御ユニットは、前記車両電気駆動モータを二次発電機として動作させ、電力を前記器具電気駆動モータに送らせる、
駆動システム。
【請求項３】
請求項２の駆動システムにおいて、
最大車輪スリップを超え、発電電力が最大容量にならない場合には、前記制御ユニットは、追加の電力を前記発電機から前記器具電気駆動モータへ送る、
駆動システム。
【請求項４】
請求項１の駆動システムにおいて、
前記駆動システムは、前記牽引車両の駆動車輪に接続された車両電気駆動モータをさらに備え、
最大車輪スリップを超え、発電電力が最大容量になった場合には、前記制御ユニットは、前記車両電気駆動モータを二次発電機として動作させ、全ての利用可能な電力を前記器具電気駆動モータへ送らせる、
駆動システム。
【請求項５】
請求項１の駆動システムにおいて、
オペレータ制御の牽引車両の最大車輪スリップの設定ユニット、をさらに備える、
駆動システム。
【請求項６】
請求項５の駆動システムにおいて、
前記制御ユニットは、前記オペレータによって設定された最大値よりも牽引車両の車輪スリップが小さい状態を維持するために、電力を前記器具電気駆動モータに分配する、
駆動システム。
【請求項７】
牽引される動力器具を引っ張る牽引車両のための駆動システムであって、
電力を生成する発電機を含む電力生成ユニットと、
前記牽引車両の駆動車輪に接続された車両電気駆動モータと、
前記牽引される動力器具の駆動軸に接続された器具電気駆動モータと、
マニュアルで操作可能な電力分配の設定ユニットと、
車両速度信号を生成する車両速度センサと、
車輪速度信号を生成する車輪速度センサと、
前記発電機から前記車両電気駆動モータ及び前記器具電気駆動モータの両方への電力の分配を制御し、前記車両電気駆動モータと前記器具電気駆動モータとの間の電力の分配を制御する電力分配ユニットと、
前記設定ユニット、前記速度センサ、及び、前記電力分配ユニット、に接続された制御ユニットであって、前記車両速度センサ及び前記車輪速度センサに基づいて車輪のスリップを判定し、前記設定ユニット及び前記車輪のスリップに応じて前記電力分配ユニットを制御する、制御ユニットと、
を備える駆動システム。
【請求項８】
請求項７の駆動システムにおいて、
オペレータ制御の牽引車両の最大車輪スリップの設定ユニット、をさらに備え、
前記制御ユニットは、前記オペレータによって設定された最大値よりも牽引車両の車輪スリップが小さい状態を維持するために、電力を前記車両電気駆動モータ及び前記器具電気駆動モータに分配する、
駆動システム。
【請求項９】
請求項７の駆動システムにおいて、
最大車輪スリップを超え、発電電力が最大容量になり、前記牽引車両の変速機が未利用能力を有する場合には、前記制御ユニットは、前記車両電気駆動モータを二次発電機として動作させ、全ての利用可能な電力を前記器具電気駆動モータへ送る、
駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、動力器具を引っ張る車両のための、車輪スリップに応答する駆動及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクレーパを引っ張るトラクタは、牽引される器具を引っ張る牽引車両の一例である。地上を動くスクレーパは重く、地面に動力を与えるのが困難な土壌条件で動作することがある。スクレーパタイヤによって運ばれる重量は、牽引車両がスクレーパを推進させる牽引力を発展させるための可能性を与える。この追加の牽引力を利用することができれば、スクレーパを引っ張って急傾斜を登る間に必要な牽引力は減少する。トラクション制御システムに結合されたスクレーパのトラクション車軸を用いることによる操作性能の有利性は、実質的なものとなる。
【０００３】
第１に、システムは、システム全体のために、短い時間で素早く受け皿を満たすことができ多くの材料を移動することができる、追加のトラクションを開発する。第２に、駆動軸およびタイヤを含む多くのトラクタ駆動系にかかる負荷が減少し、その結果、サービス寿命が延び、操作費用が全体的に減少する。第３に、最大牽引負荷におけるこれらの減少は、バラストがトラクタから離れることを許容し、トラクタスクレーパシステム全体の転がり抵抗による寄生損失を低くすることができる。これは、より早い輸送速度及びより生産性の高い操作を許容するとともに、動作全体（ロード、輸送、アンロード）において燃料節約を向上させることができる。最後に、通常のトラクタスクレーパシステムでは動けなくなるような状況においてシステムが動作できることによって、器具の利用性を向上することができる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の１つの側面によれば、スクレーパを引っ張るトラクタのような、牽引される器具を引っ張る牽引車両のためのトラクション駆動制御システムが提供される。駆動システムは、電力を生成する発電機を駆動するディーゼルエンジンを備える。トラクタ軸駆動モータは、トラクタの駆動車輪に駆動可能に接続される。二次アシスト駆動モータは、牽引される器具の駆動車輪に駆動可能に接続される。電力管理ユニットは、発電機からトラクタ駆動モータ及び器具の補助駆動モータへの電力分配を制御する。電力管理ユニットは、トラクタの車輪スリップの関数として電力分配ユニットを制御する。トラクタの車輪スリップがあらかじめ設定された値を超えたら、トラクタ軸駆動モータは、器具のアシスト駆動モータへ送られる追加の電力を生成する二次発電機となる。このシステムでは、トラクタの車輪スリップを最小化するためにより多くの動力が地面に伝達される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、本発明の実施形態の駆動システムの簡易的な模式図である。
【図２】図２は、図１の駆動システムの簡易的な電気回路図である。
【図３】図３は、図２の電力管理ユニットによって実行されるアルゴリズムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１及び図２を参照すると、駆動システムは、器具１２を引っ張る牽引車又はトラクタ１０のために提供される。牽引車１０は、農業用トラクタであってもよい。牽引される器具１２は、引っ張りタイプのスクレーパであってもよい。トラクタ１０は、発電機１６と同様にトラクタ車軸を駆動する、ディーゼルエンジンのようなエンジン１４を備える。発電機１６は、電力を電力エレクトロニクスユニット１５に供給する。電力エレクトロニクスユニット１５は、電力を、対応する車輪２５，７９を駆動するトラクションモータユニット２４，７６に分配する。代替的に、トラクタ１０は、トラクタの車輪に駆動力を与える（図示していない）電気車輪モータに電力を与える発電機を駆動するエンジンを有していてもよい。代替的に、発電機を駆動するディーゼルエンジンに代えて、トラクタ１０は、既知の燃料セル（図示しない）及び電力を発生させるパワーエレクトロニクスを備えていてもよい。つまり、トラクタ１０には、何らかの種類の駆動力が求められる。これは、機関車と同様にディーゼルエンジンシステムでは通常のことである。原動力は、燃焼機関又は容量適合の燃料セルであり得る。また、電力は通常、トラクタ１０の車軸を駆動するのに用いられる。代替では、トラクタ１０は、デュアル（２重）エンジン（図示しない）を備えていてもよい。
【０００７】
牽引される器具１２は、電力エレクトロニクスユニット１５から電力を受信する電気アシスト又は器具牽引駆動モータ７６を備える。アシストモータ７６は、牽引される器具１２の車輪７９を駆動する車軸７８を駆動する。
【０００８】
図２を参照すると、発電機１６は、３相配線１７によって、電力インバータ１８，２０，２２を備える電力エレクトロニクスユニット１５に結合される。インバータ１８は、ＤＣバス１９によって、インバータ２０，２２に結合される。インバータ１８は、３相配線２１によって、牽引車１０の駆動車輪２５に駆動可能に結合された２スピードトランスミッションのようなトランスミッション２６に駆動可能に結合されるトラクションモータ２４に動作可能に結合される。インバータ２２は、３相配線２３によって、牽引車両１０の電力エレクトロニクスを牽引される器具１２の器具走行モータへ電気的に接続する３相コネクタ２８に結合される。
【０００９】
制御配線３０は、インバータ１８−２２それぞれを相互に接続するとともにトランスミッションコントローラ３４、及び、電力管理ユニット５８へ接続する。作業者制御モード選択ユニット３５は、電力管理ユニット５８へ接続される。モード選択ユニット３５を使用して、作業者は、最大車両スリップモード又はトラクションモードを選択することができる。制御配線３６は、トランスミッションコントローラ３４を、２スピードトランスミッション２６、及び、牽引車両１０の制御エレクトロニクスを牽引される器具１２の制御エレクトロニクスに電気的に接続する制御コネクタ３８、に接続する。制御配線４０は、インバータ２２を制御コネクタ３８に接続する。制御配線４２は、インバータ２０を発電機１６に接続する。制御配線４４は、インバータ１８をトラクションモータ２４に接続する。連結配線４６は、インバータ２０を発電機１６に接続する。結合配線４８は、インバータ１８をモータ２４に接続する。連結配線５０は、インバータ２２をコネクタ２８に接続する。グラウンド配線５２は、３相コネクタ２８をグラウンドと同電位に接続する。電力管理ユニット（ＰＭＵ）５８は、エンジン制御ユニット３２からエンジン負荷要因を、作業者制御電力分割設定ユニット５４から電力分割を、車輪速度センサ５５から車輪速度を、及び、車両速度センサ５７から車体速度を、得る。ＰＭＵは、また、車輪スリップ設定ユニット５９から最大所望車輪スリップも得る。
【００１０】
図２の牽引器具部分を参照すると、３相コネクタ２８は、グラウンド配線５２、連結配線６２、及び、３相ＡＣ配線６４によって、インターフェースボックス６６に結合される。インターフェースボックス６６は、３相ＡＣ配線６８及び連結配線７０によって、高電流コネクタ７２に結合される。コネクタ７２は、３相ＡＣ配線７４によって、牽引される器具１２の駆動される車軸７８に駆動可能に接続された牽引器具トラクションモータ７６に結合される。
【００１１】
ワンウェイ（一方向）クラッチ７７は、トラクションモータ７６と駆動車軸７８との間に結合される。なぜなら、牽引器具７８は、高い駆動比率を有し、車両がいったん高い速度に届いたら（例えば、１１ｍｐｈなど）、牽引される器具の車軸７８は、モータが高い速度によって損傷を受けるのを防止するために、電気モータ７６から外れるからである。ワンウェイクラッチ７６は、この機能を果たして電気モータ７６を牽引される器具の車軸７８から自動的に外すために使用される。
【００１２】
制御コネクタ３８は、制御配線８０，８２及びコネクタ８４によって、トラクションモータ７６及び牽引器具車軸７８に結合される。制御コネクタ３８は、制御配線８０によって、牽引器具、及び、電気モータ温度、電気モータ／発電機速度、器具車輪速度、器具車輪スリップ（計算のためにレーダ／ｇｐｓ及び車軸速度を使用する）及びグラウンド速度を検出する車両センサに結合される。
【００１３】
電力管理ユニット５８は、図３によって示されるアルゴリズム１００を実行する。このフローチャートをデジタルコンピュータ又はマイクロプロセッサで実行される通常言語に変換することは当業者にとって自明である。
【００１４】
ステップ１０２において、ＰＭＵ５８は、電気アシスト駆動モータを有する器具が存在するか否かを判定する。もし存在する場合には、ＰＭＵは、ステップ１０４を実行し、存在しない場合には、ＰＭＵは、ステップ１２８を実行する。
【００１５】
ステップ１０４において、ＰＭＵ５８は、モード選択ユニット３５からモード選択決定を得る。ＰＭＵ５８は、路面状況に基づいて、オペレータによって設定された最大所望トラクタ車輪スリップ、又は、オペレータによって選択される予め定義されたトラクションモード、のいずれかを得る。例えば、予め定義されたトラクタモードは、最大許容スリップを設定し、滑りやすさ、堅さ、緩さ、砂地、の路面状況の設定を備える。
【００１６】
ステップ１０６において、選択されたモードに基づいて、最大トラクタ車輪スリップ値に適合するように、電力を分配する。
【００１７】
ステップ１０８において、主エンジン負荷、対地速度、車輪速度、トルク、電気モータ、インバータ温度、電圧、及び、電流を監視する。
【００１８】
ステップ１１０において、全てのシステムパラメータが特定の制限内におさまる場合には、ステップ１１２へ制御を移し、そうではない場合には、ステップ１２４へ制御を移すよう指示する。
【００１９】
もしモータ速度が予め設定された制限値よりも小さい場合には、ステップ１１２は、ステップ１１４へ制御を移し、そうではない場合には、ステップ１２２へ制御を移すよう指示する。
【００２０】
もし最大トラクタ車輪スリップを超えたら、ステップ１１４は、ステップ１１６へ制御を移し、そうではない場合には、ステップ１１２へ制御を移すよう指示する。
【００２１】
もし主発電機１６からの電力が最大容量で運転されている場合には、ステップ１１６は、ステップ１１８へ制御を移し、そうではない場合には、ステップ１２０へ制御を移すよう指示する。
【００２２】
ステップ１１８において、過剰なトラクタ車輪スリップが、トラクションモータ２４をトラクションアシストモータ７６に追加の電力を供給する二次発電機へ転換するために使用されるように、ＰＭＵは運転される。
【００２３】
ステップ１２０において、トラクションを改善するために、利用可能な電力をトラクタからモータ７６へ送る。ステップ１２０はステップ１１０へ制御を移す。
【００２４】
ステップ１２２は、電力を主発電機１６からトラクタトラクションモータ２４へ送り続け、ステップ１１０へ制御を戻す。
【００２５】
ステップ１２４において、システムパラメータがその制限を超えていることをオペレータに示す警報を生成する。
【００２６】
ステップ１２６において、トラクタ又はトラクションモータに送られる電力を使わずにトラクタ１０を動作させる。
【００２７】
ステップ１２８において、高電圧電気システムと切り離し、トラクションモータ制御システムと切り離し、ステップ１２６へ制御を移すよう指示する。
【００２８】
システムは、改善されたトラクションを提供し、牽引される器具がスクレーパである場合には、短い時間でより早く受け皿を材料で満たすことができる。また、車輪のスリップが減少し、牽引の負荷が減少することによって、トラクタのタイヤ及び駆動系の摩耗を減少させることができる。さらに、従来の器具では操作できない理想には満たない道路状況において、オペレータは、器具を操作することができるので、装置稼働率を向上させることができる。このシステムは、大きな引張りタイプの装置（穀物カート、スラリータンク、エアシーダカート、など）のような、スクレーパ以外の装置にも使用することができ、生産性及び／又は効率を追加のトラクションとともの向上させることができる。
【００２９】
開示の実施形態が図面及び明細書に詳細に図示され説明されたが、これらの図示及び説明は例示的なものであって特徴を制限するものではなく、保護が求められる範囲内で変化及び変更することができるものと理解されるべきである。本開示の代替の実施形態は、既に説明された全ての構成を含むわけではないが、これらの構成の少なくともいくつかの利点から効果を有する。当業者は、本開示の１又は複数の構成を含む独自の実施を容易に行うことができ、この実施は、本願の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲に含まれるものである。
【図１】
2015091692.tif 000003
【図２】
2015091692.tif 000004
【図３】
2015091692.tif 000005
【外国語明細書】
2015091692000001.pdf