(57)【要約】  機械のための電力及びデータ伝達システム（４０）。このシステムは、機械の少なくとも一部分全体にわたって位置付けられる電力及びデータ導体（５０）と、それぞれが様々な場所において導体に接続された複数の処理ノードと、それぞれが複数の処理ノードの対応する１つに接続され、かつその処理ノードによって制御される複数の装置（６０）とを含み、それぞれの処理ノードは、導体の任意の場所において接続され得る。
2008520171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械のための電力及びデータ伝達システムであって、
機械の少なくとも一部分全体にわたって位置付けられる導体と、
それぞれが各所望の場所において導体に接続された複数の処理ノードと、
複数の装置であって、少なくとも１つが、複数の処理ノードの対応する１つに接続され、かつその処理ノードによって制御される、複数の装置と
を備え、
所望の場所が、導体に沿った任意の箇所にあり得る、電力及びデータ伝達システム。
【請求項２】
導体が、電源及びデータ源と複数の処理ノードとの間で電力信号及びデータ信号の少なくとも１つを伝達するよう動作可能である請求項１に記載の電力及びデータ伝達システム。
【請求項３】
複数の処理ノードの選択された少なくとも１つが、電力信号及びデータ信号の受信に応答して稼動され、接続された装置の作動を制御する請求項２に記載の電力及びデータ伝達システム。
【請求項４】
それぞれの処理ノードが、導体と接続された装置との間で電力信号及びデータ信号の少なくとも１つを転送するよう動作可能である請求項２に記載の電力及びデータ伝達システム。
【請求項５】
複数の処理ノードが、導体を介して電力信号及びデータ信号の少なくとも１つを転送するよう動作可能であり、
導体が、選択された処理ノードの間で電力信号及びデータ信号の少なくとも１つを伝達するよう動作可能である請求項１に記載の電力及びデータ伝達システム。
【請求項６】
それぞれの処理ノードが、データ信号を受信し、かつ制御信号及びさらなるデータ信号の少なくとも１つを選択的に伝達するためのプロセッサを含む請求項１に記載の電力及びデータ伝達システム。
【請求項７】
電気装置を機械上の電源及びデータ源の少なくとも１つに接続する方法であって、
機械の少なくとも一部分全体にわたって導体を設置することと、
導体の電気経路を妨害することなく、導体に沿った任意の所望の場所において処理ノードを接続することと、
少なくとも１つの電気装置を処理ノードに接続することと
を含む方法。
【請求項８】
接続された電気装置を、機械と共に使用するように構成することと、
機械上の変更された条件をオペレータに知らせることと
をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
導体上の任意の場所に直接接続された処理ノードに、導体上の電力信号及びデータ信号を伝達することと、
電力信号及びデータ信号に応じて、処理ノードから電気装置に作動信号を伝達することと
をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
電気装置が、電力信号及びデータ源信号に応じて、処理ノードにより制御可能に作動される請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、機械上に分散された通信のためのシステム／方法、より詳細には、同じ導体を介したデータ及び電力伝達システム／方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
幅広い仕事の機能を実施するために、多くの機械が使用されているが、これらの機械は、可動である場合もあれば固定である場合もある。たとえば、代表的な機械としてホイールローダが図１に示されており、多くの土工事及び建築作業に使用される。他の種類の機械には、トラック、自動車、船舶、航空機、ドーザー、グレーダ、掘削機、トレーラトラック、列車、固定発電機、及びその他多くのものが含まれ得る。
【０００３】
一般に、機械は、電気及び電子技術を使用して、電力供給され、制御され、監視されるが、このため、電力及びデータを様々な構成要素及び場所に供給するよう電気導体を使用する必要がある。従来、電力及びデータは別個の導体上で伝達される。このような機械においては、操作者が、それぞれの装置に専用の個別のデータ導体を通じて送られてきたデータを用いて、中央の場所から装置を制御し得る。同様に、これらの機械の電力は、通常、電源で生成されて、機械全体にわたる場所に電力導体上で個別に分散するために、中央の場所、一般にはヒューズ盤に接続する。
【０００４】
電流方式については、それぞれの装置に２つの以上の導体が必要である。必要な導体の総数は、機械によって使用される装置の数及び装置間の通信の組合せの数に比例して増加するものであり、その数はますます増加している。将来の機械には、今日の機械よりさらに多くの装置が必要となる。現在の機械において組み立てる際の問題を最小限に抑えるために、導体は、複雑かつ厄介な配線ハーネス内に束ねられる。導体の数が多くなるにつれて、配線ハーネスも、これに比例して大きくなり、またこれに比例して機械の周りで配線するのが難しくなる。配線ハーネスの費用及び重量もこれに比例して増加し、トラブルシュートの時間が指数関数的に増加する。組立てを容易にするために、ハーネスには、一般に、多くのピンコネクタが使用される。大きいハーネスには、さらに大きくかつ高価なコネクタが必要である。新しい装置を１つ追加するだけで、ハーネスの取り換え又は修正が必要となり得る。導体又はコネクタの所望の修理又は修正場所が見つかった場合にも、この場所が、必要な修理又は修正を実施するのに又は新しい装置に接続するのに便利な場所ではないことがある。残念なことに、電子的に実施される機械機能の割合が増加し続けているため、この問題もますます増大している。
【０００５】
電気通信に必要な個別の導体の数を減少するよう多重化が使用されている。多重化は、一般に、１対の信号導体上で多くのメッセージを電気データの個別の受信機に送信するのに使用される。しかし、複数の群の電気機能を多重化する今日の技術は、システムが複雑であるという問題をほんの一部しか解決しておらず、電気システムの複雑さを減少させるのではなく、電気階層構造にさらなる追加層を作り出しているに過ぎない。これらのシステム／方法は今日のいくつかの電気機能の速度及び帯域幅には充分であるかも知れないが、信号の活動がこのまま増加し続ければ、速度及びキャパシティが大きな問題となる。
【０００６】
データ及び電力が同じ導体を介して送られるデータ通信システムを使用する試みもなされてきた。たとえば、自動車内に、搬送電流技術を用いて車両のバッテリに接続された供給導体を通じて互いに通信するための機能装置を配置することが公知である。搬送電流を用いるデータ通信システムのこのような一例が、Ｍａｌｖｉｌｌｅ（マルビル）による（特許文献１）に開示されている。しかし、Ｍａｌｖｉｌｌｅは、機械全体にわたる電力及びデータ伝達の組合せを可能にする機能について開示していない。たとえば、Ｍａｌｖｉｌｌｅは、他のスマートコネクタと通信し、かつこれらと共に働くよう構成された装置をワイヤーバスに接続するスマートコネクタについて開示していない。Ｍａｌｖｉｌｌｅはまた、スマートコネクタが、組立て、保全、又はグレードアップ中、任意の所望の場所において容易にバスに接続される技術についても開示していない。さらに、Ｍａｌｖｉｌｌｅは、厳しい環境においてデータ干渉を捕らえ補償する、組み合わせられた電力及びデータ伝達バスを介して多量のデータを伝達する技術についても開示していない。
【０００７】
（特許文献２）において、Ｍａｒｙａｎｋａ（マヤンカ）は、直流ワイヤーを通じて、音声、音楽、ビデオ、及びデータを伝送できるようにするシステムについて開示している。しかし、Ｍａｒｙａｎｋａのシステムは、装置と直流ワイヤーとの間のインターフェースが、コマンドを解釈し、意思決定に基づいて装置を制御する能力を有するスマートコネクタの使用について開示していない。Ｍａｒｙａｎｋａのシステムはまた、直流ライン上の任意の所望の場所においてスマートコネクタが容易に接続される技術を含まない。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，７４５，０２７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７２７，０２５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の一般的な記述も以下の詳細な記述も、例示かつ説明のためであり、特許請求されている本発明を制限するものではないことを理解されたい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、機械のための電力及びデータ伝達システムに関する。このシステムは、機械の少なくとも一部分全体にわたって位置付けられる導体と、それぞれが各所望の場所において導体に接続された複数の処理ノードと、少なくとも１つが複数の処理ノードの対応する１つに接続されかつその処理ノードによって制御される複数の装置とを備え、所望の場所は、導体に沿った任意の箇所にあり得る。
【００１１】
本発明の別の態様は、機械のための電力及びデータ伝達システムに関する。この態様は、機械の少なくとも一部分全体にわたって位置付けられる導体と、それぞれのスマートコネクタが任意の所望の場所において導体に接続された複数のスマートコネクタとを備え、この複数のスマートコネクタは、導体を通じて電力及びデータ信号の少なくとも１つを転送するよう動作可能であり、少なくとも１つの装置が、複数のスマートコネクタのそれぞれに制御可能に接続される。
【００１２】
本発明の別の態様は、電力及びデータ伝達システムを備えた機械に関する。この機械は、電源と、データ源と、複数の電動装置と、電源及びデータ源と複数の装置との間で電力信号及びデータ信号を伝達するための導体と、導体から複数の装置に信号を制御可能に接続する複数の処理ノードとを備え、それぞれの処理ノードは、導体上の任意の所望の場所に位置付けられる。
【００１３】
本発明の別の態様は、機械上で電源及びデータ源の少なくとも１つに電気装置を接続する方法に関する。この方法は、機械の少なくとも一部分全体にわたる導体を設置することと、導体の電気経路を妨害することなく導体に沿った任意の所望の場所において処理ノードを接続することと、少なくとも１つの電気装置を処理ノードに接続することとを含む。
【００１４】
本発明の別の態様は、機械において電気装置を制御する方法に関する。この方法は、導体上の電力信号及びデータ信号を導体上の任意の場所に直接接続された処理ノードに伝達することと、電力信号及びデータ信号に応じて処理ノードから電気装置に作動信号を伝達することとを含む。
【００１５】
本明細書内に組み込まれており、かつ本発明の一部を構成する添付図面には、本発明のいくつかの例示的実施形態が例示されているが、この添付図面は、以下の記述と合わせて、本発明の原理を説明するためのものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について詳細に言及する。この例は、添付図面に例示されている。随時、同じ又は同様の部品には、図面全体にわたって同じ参照符号が使用されている。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態が用いられる機械１０を示す概略図である。機械１０がホイールローダとして示されているが、機械１０は、操作を実行できるようにするために、一般にデータ通信及び電力を機械１０上の１つの区域から別の区域に伝送する必要がある、任意の種類の可動又は固定機械であり得る。たとえば、可動機械には、ホイールローダ、掘削機、トラック型のローダ、ダンプトラック、ごみ収集車、舶用推進システム、機関車などが含まれ得る。固定機械には、発電システム、機械加工システム、又は他の製造ツール及びシステムなどが含まれ得る。
【００１８】
図１に表示されている機械１０は、電源（図示せず）と、機具１４と、リフト機構１６と、オペレータ制御ステーション２０とを含む、様々な装置６０を備えた形で示されている。オペレータステーション２０は、リフト制御装置２２、ステアリング制御装置２４、表示装置２６などの、追加装置６０を含み得る。オペレータステーション２０は、ここでは機械１０の上に示されているが、機械自体に又は機械１０から遠隔に位置する場所にあることもある。機械１０はまた、少なくとも１つのコントローラ２８も含み得る。このコントローラはまた、ある種類の装置６０でもある。コントローラ２８は、機械１０に特有のプログラミングを含むことが好ましいが、コントローラ２８の様々な態様はすべての機械１０に共通であることを理解されたい。コントローラ２８は、当業者に公知の、マイクロプロセッサであり得る。その上、コントローラ２８は、異なる機能を制御するための、いくつかのコントローラの１つであり得る。コントローラ２８はまた、従位のコントローラを制御し得る。
【００１９】
機械１０は、リフト機構１６により機械１０に制御可能に装着された機具１４を備え得る。リフト機構１６は、１つ以上の油圧シリンダによって油圧作動されるリフトリンク機構３０を含み得る。特に、リフトリンク機構３０及び機具１４は、機具１４を持ち上げ、傾けるよう、リフトシリンダ３２及びティルトシリンダ３４によって制御され得る。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態による電力及びデータ伝達システム４０を示す概略図である。電力及びデータ伝達システム４０は、機械１０全体にわたって配置され、電源４２に接続される。電力及びデータ伝達システム４０は、２ワイヤー構成などの導体を含み得るが、たとえば共通のシャシ接地を有する１ワイヤー構成も含むが、これに制限されるものではない、他の形態も含み得る。電力及びデータ伝達システム４０は、導体５０が、コントローラ２８との又は他の装置６０との通信を必要としかつ電源４２からの電力も必要とするすべての装置６０に動作可能に接続されるよう配置され得る。データ及び電力の転送は、同じ導体５０を介して起こることが好ましい。上述した装置６０に加えて、装置６０は、ソレノイド、センサ、継電器、スロットルシフタ、照明、警報、及び機械１０又は他の機械上に存在する他の任意の電気装置を含み得るが、これらに制限されるものではない。装置６０は、スマートコネクタ７０を介して導体５０に動作可能に接続される。スマートコネクタ７０はまた、処理ノードとして特徴付けられ得る。それぞれの装置６０が、図２に示されているように、それ自体のスマートコネクタ７０を有し得る。
【００２１】
代替形態として、電力及びデータ伝達システム４０は、機械１０の一部分上に配置され、利用され得る。これは、新しい装置６０が、配線ハーネスなどの配線設定を既に有する機械１０に追加された場合に起こり得る。さらに、多くのシステム４０が、機械１０上で使用され得る。たとえば、第１のシステムは機械１０のオペレータステーション用に設置され、第２のシステム４０は機械１０の残りの部分用に設置され得る。同様に、別個のシステム４０がまた、冷却システム、機具などに使用され得る。次いで、システム４０は、スマートコネクタ７０を介して互いに接続され得る。
【００２２】
図３は、本発明の一実施形態による導体５０を示す断面図である。導体５０は、陽線（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｌｉｎｅ）５１と陰線（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｌｉｎｅ）５３とを有する。陽線及び陰線５１、５３のそれぞれが、銅、アルミニウムなどの細かく撚られた材料、又は他の材料から作られ得る。陽線及び陰線５１、５３は、陽線及び陰線５１、５３を電気的に絶縁し、かつ保護するように囲む、絶縁体５５内に置かれ得る。被覆材５７が、磨耗から保護し、電磁干渉（ＥＭＩ）又は放出を防止する追加層として、絶縁体５５の周囲に配置され得る。代替形態として、絶縁体５５及び被覆材５７は、１つの構成部材として統合され得る。
【００２３】
図４は、本発明の一実施形態による導体５０に接続されたスマートコネクタ７０を示す断面図である。スマートコネクタ７０は、ハウジング７１と、突起７２と、スマートチップ７３と、装置コネクタ７７とを備え得る。スマートコネクタ７０は、装置６０に接続されることが望ましい導体５０に沿った任意の場所において、導体５０に接続され得る。スマートコネクタ７０の接続は、機械１０の組立て中に、又は新しい装置６０を追加する時などの後の時間に起こり得る。
【００２４】
スマートコネクタ７０の電力及びデータ導体５０との接続には、スマートコネクタ７０が、導体５０の絶縁体５５及び被覆材５７を貫通し、かつ陽線及び／又は陰線５１、５３のこれに対応する少なくとも１つに個別に接触する、少なくとも１つの突起７２を有する必要がある。図４に示されているように、２つの突起７２があるが、１つの突起７２は陽線５１に接触し、１つの突起７２は陰線５２に接触している。
【００２５】
適切な接続を保証するには、陽の刻印又は陰の刻印、カラーコード、又は他の種類の刻印で、導体５０及び突起７２をはっきりと刻印して、両接触間に正しい極性を作るなどの技術が必要となる。本発明の一実施形態においては、突起７２は、導体５０内により容易に貫通するよう、所定の曲率を有するナイフ状の構造の形状をとり得る。導体５０内に細かい撚り線を使用することにより、突起７２が陽線及び陰線５１、５３内に容易に貫通できるようになり、電気接点が改良される。ハウジング７１により、導体５０から突起７２を所定の量だけずらすこともでき、導体５０の周囲にハウジング７１を組み立てることにより、突起７２の導体５０内への適切な侵入度が保証され得る。
【００２６】
突起７２は、被覆材５７及び絶縁体５５を貫通する必要があるが、良い接続を確立するための様々な技術も使用され得る。突起７２の間の電気的連続性を防止するために、撚られた部分内に導体５０を貫通する突起７２の一部のみが伝導性を有するよう突起７２を被覆することが望ましいことがある。これは、被覆材５７又は絶縁体５５と接触している突起７２の一部の周囲に被覆剤などを使用することによって行われ得る。たとえば、被覆剤が被覆材５７又は絶縁体５５と接触している突起７２の一部分に塗布され得る、又は被覆剤が突起７２の端部を除くすべてに塗布され得る。被覆剤は、電気絶縁を有する材料であるべきである。
【００２７】
スマートコネクタ７０は、シーラント、たとえばゲル状の物質が、スマートコネクタ７０上にあり、ハウジング７１が導体５０の近くに来た時に環境から接続を完全に封止するよう接続プロセス中に解放されるよう構成され得る。シーラントはまた、導体５０内に貫通する時に突起７２の一部分を被覆することができ、このため、それぞれの突起７２の一部分に絶縁体ができる。代替形態として、シーラントは、導体５０内の、たとえば被覆材５７と絶縁体５５との間にあり得る。被覆材５７が環境にさらされた場合、その場所のシーラントが硬くなり、したがって、導体５０の整合性を維持するためのバリアが作られ得る。空気にさらされると硬くなる材料を有するシーラントを使用することも、被覆材５７が磨り減った場合の物理的な損傷を防止し得る。
【００２８】
導体５０及びスマートコネクタ７０の設計によりまた、ハウジング７１内の導体５０の様々な形態が可能となり得る。導体５０及びハウジング７１は、陽線５１はハウジング７１内の一方の側にのみ適合し、陰線５３はハウジング７１の他方の側にのみ適合するよう構成され、したがって、適切な極性の接続が可能となる。代替形態として、ハウジング７１は、導体５０との接続がいずれかの突起７２に接触する陽線及び陰線５１、５３で行われるよう構成され得る。接触装置７４が、電圧極性を感知するようスマートコネクタ７０上に位置付けられ、正しく分極された接続を表示し得る又は極性が正しくない場合には逆にし得る。
【００２９】
スマートコネクタ７０は、接着剤、ネジ、ボルト、クリップなどを含むが、これらに制限されるものではない、いくつかの方法で、導体５０に固定され得る。上記の方法の１つでハウジング７１を導体５０に固定することにより、厳しい環境においても充分な接続が維持されることが好ましい。
【００３０】
導体５０の周囲にハウジング７１を適切に固定することにより、細かく撚られたワイヤー束に対する圧縮力が均一になり、この結果、導体５０の全体により強固な領域が生じ得る。突起７２が導体５０に貫通するより強固な領域を有することにより、突起と導体５０の細かく撚られたワイヤー束との間の擦過腐食が減少し得る。
【００３１】
スマートコネクタ７０は、装置コネクタ７７を経由して装置６０に接続し、これとの電気接点を作り得る。装置コネクタ７７は、ピグテールコネクタ又は作業に適した他のいくつかのこのようなコネクタであり得る。代替形態として、装置６０は、任意の中間コネクタを使わずにスマートチップ７３ａに直接接続され得る。
【００３２】
図５ａは、本発明の一実施形態による導体に接続されたスマートチップ７３を示すブロック図である。突起７２は、図４に示されているように、導体５０に接触し得る。スマートチップ７３は、任意選択の接触装置７４と、受信機／送信機７５と、プロセッサ７６とを備え得る。
【００３３】
プロセッサ７６は、受信機／送信機７５を通じてコントローラ２８からプログラムされ得るか、新しい装置６０との接続を認識するよう予めプログラムされ得るか、装置６０自体からプログラムされ得るか、又はプログラミング能力を有する他の任意の装置６０を利用してプログラムされ得る。次いで、メッセージが表示装置２６に送信され、そのプログラミングに基づいて変更された条件をオペレータに知らせ得る。次いで、その変更された条件は、オペレータ入力又は所定のシステムプロトコルに基づいて承認又は否定され得る。次いで、スマートコネクタ７０は、導体５０を通じて情報を通信できるようにされ得る。
【００３４】
スマートコネクタ７０は、コマンド、質問、又は他のデータを装置６０に伝送し、また装置６０からデータを受信し得る。次いで、スマートコネクタ７０は、導体５０を経由して他のスマートコネクタ７０、装置６０、又はコントローラ２８に通信し得る。導体５０を介して通信が送信された場合には、その通信は、すべてのスマートコネクタ７０で閲覧するよう利用可能となり得る。しかし、通常、通信の目的地であるスマートコネクタ７０のみが情報を利用する。信号は時間が経つにつれて減衰するが、通信は、信号減衰装置６５によってフィルタリングされる（ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｏｕｔ）まで無期限に導体５０上に留まり得る。信号減衰装置６５は、ある期間にわたって通信をフィルタリングする又は妨害することがあり、このため、通信は非常に小さい値まで減衰し、新しい通信に利用可能な導体５０の帯域幅を残すだけとなる。
【００３５】
スマートコネクタ７０又はスマートチップ７３は、規格品のものから入手可能であり得る。したがって、スマートコネクタ７０は、標準構成要素を使用することにより、一般的に交換可能な製品であり得る。
【００３６】
スマートコネクタ７０には、電流制限能力が組み込まれている。プロセッサ７６は、装置６０へと流れる電流を検出し、その電流が許容差内にあるかどうかを判断するようプログラムされ得る。電流が許容差内にない場合、プロセッサ７６は、装置６０への電流の流れを止める又は制限し得る。プロセッサ７６はまた、許容差外であるというメッセージをオペレータに送信し得る。抵抗器、コンデンサ、トランジスタ、ヒューズ、ブレーカ、分流装置などの、電流の流れを制限するための代替手段が使用され得る。
【００３７】
プロセッサ７６は、所定の周波数で導体５０を介して通信を送信するようプログラムされ得る。この所定の周波数は、所望の周波数に基づいてオペレータ選択され得るか、利用可能な帯域幅に基づいて選択され得るか、又はシステム条件、場所、利用可能な通信手段、規制された制限事項などの、他のいくつかの基準に基づいて選択され得る。代替形態として、通信は、複数の周波数又は複数の通信プロトコルを使用する、多くの冗長パケットで送信され得る。
【００３８】
図５ｂは、本発明の一実施形態による導体５０に接続された２つのスマートチップ７３ａ、７３ｂを示すブロック図である。第１のプロセッサ７６ａは、冗長パケットを第２のプロセッサ７６ｂに送信し得る。冗長パケットを受信する第２のプロセッサ７６ｂは、データの整合性について、多くの通信を比較し得る。データは、多くの通信を互いに比較することにより、徹底的に考慮され、正確に伝達され得る。たとえば、通信は、３つの別個の周波数を通じて冗長的に送信され、少なくとも２つの通信のデータが一致した場合には、伝送が成功したことを示す。必要な一致の数は、データの種類、データの重要度、データ転送に必要な速度、システム条件、外部条件などに依存し得る。第２のプロセッサ７６ｂは、データの伝送が成功したと判断すると、受信されたデータの確認を送信し得る。この確認は、オペレータに知らせるよう、第１のプロセッサ７６ａに又は表示装置２６に送信され得る。データの伝送が不成功であると判断された場合、即ち必要な数の一致が受信されなかった場合、第２のプロセッサ７６ｂが、第１のプロセッサ７６ａ、オペレータ、指定された源などのいずれかに知らせ得る。その上、第２のプロセッサ７６ｂは、データの再伝送を求め得る。確認の欠如、再伝送要請などのいずれかにより、第１のプロセッサ７６ａは、データが第２のプロセッサ７６ｂによって受信されていないことを認識し、次いで、異なる周波数で又は異なる数のパケットでデータを送信するよう選択し得る。これは、データが受信される、要請が取り消される、オペレータに条件が知らされるなどまで継続し得る。
【００３９】
表示装置２６は、機械動作条件についての、リアルタイムの視覚フィードバックを提供するよう構成され得る。これは、機械１０の最良の性能を保証し、トラブルシューティングを補助するのに使用され得る。導体５０により、機械１０の使用中に、リアルタイムの性能及び動作情報を提供する際に、多くの通信データリンクを利用することができるようになる。代替形態として、情報は将来閲覧するために記録され得る。表示装置２６はまた、機械１０に接続された装置６０の１つ以上を示すこともでき得る。この表示装置２６はまた、ハードウェアを変更することなく構成可能又は再構成可能であり得る。再構成により、追加電流を運ぶ装置を利用することなく表示装置２６を変更でき得る。
【００４０】
図６は、本発明の別の実施形態による電力及びデータ伝達システム４０を示す概略図である。この実施形態においては、導体５０上の１つのスマートコネクタ７０が、オペレータインターフェースステーション１００に接続される。オペレータインターフェースステーション１００は、オペレータインターフェースコントローラ１１０と、表示装置２６と、オペレータ制御装置２２、２４、６０と、ソフトウェアローディングインターフェース２９とを備える。
【００４１】
ソフトウェアローディングインターフェース２９は、オペレータがソフトウェアをロードし、新しい装置及び既存の装置６０を構成又は再構成できるようにするよう利用可能であり得る。ソフトウェアローディングインターフェース２９はまた、それぞれのスマートコネクタ７０内でプログラムされたソフトウェアを表示し得る。代替形態として、これは、上述したように、装置６０が導体５０に接続された時に自動的に行われ得る。
【００４２】
この実施形態の表示装置２６は、仮想ダッシュボード表示装置を備え得る。仮想表示装置２６は、毎分回転数（ＲＰＭ）、速度、温度、バッテリ情報、燃料表示などを含む、様々な機械オペレータ条件を表示するよう構成され得る。表示装置２６は、製造業者から予めプログラムされて来る場合もあれば、所有者の又はオペレータの好みによって選択するよう又は構成可能であるよう、様々な構成可能な設定を有し得る。仮想ダッシュボード表示装置２６は、専用入力の必要性を排除し得る。このため、電力消費が減少し、配線が少なくなり、システムの容量全体が大きくなり得る。表示装置２６はまた、すべて又は一部がソフトウェアベースであり得る。このため、製品ライン及び機械全体にわたる機器の一貫性をもった監視又は制御が可能となる。
【００４３】
図７は、本発明の別の実施形態による電力及びデータ伝達システム４０を示す概略図である。導体５０がループ内に構成されるので、第１のスマートコネクタ７０ａは、導体５０上のデータを第１のスマートコネクタ７０Ａから両方向に走る第２のスマートコネクタ７０ｂに伝送し得る。導体５０内で中断９０が起こると、信号は、中断９０に達するまで導体上を継続し続け、この時に、信号は完全に減衰される。しかし、このループ構成により、中断９０が起こっても、信号はまだ第２のスマートコネクタ７０ｂに達することができる。さらに、導体５０内で中断９０が起こった時及び場所を判断する際に補助するよう、電力及びデータ伝達システム４０に診断モードが内蔵され得る。たとえば、導体５０に沿ったそれぞれのスマートコネクタ７０は、試験信号の受信を通知するよう促され得る。スマートコネクタ７０による受信通知がない場合には、スマートコネクタの誤動作又は導体５０内の中断を示し得る。さらなるこのような診断質問により、より明確な情報がもたらされ得る。
【００４４】
図８は、本発明の別の実施形態による電力及びデータ伝達システム４０を示す概略図である。上記に論じ、図１に示した導体５０がループ構成で示されているが、これは、スパイダ形態又は直線形態などの当業者に公知の、他の許容できる形態でも配置され得る。代替形態として、構成は、図８に示されている構成と同様でもあり得る。図８は、第１の導体８０及び第２の導体８５が、装置コネクタ７７によって接続されたそれぞれのループ上でスマートコネクタ７０を介して互いに通信している、２つのループ構成を示す。この実施形態においては、電力及びデータが、第１の導体８０から第２の導体８５に、したがって第２の導体８５上の装置６０に転送され得る。代替形態として、第２の導体８５はまた、第２の導体８５上の装置６０に電力を提供する第２の電源（図示せず）を備え得る。この実施形態においては、第１の導体８０と第２の導体８５との接続は、上述したようにワイヤードである場合があれば、衛星又はＧＰＳ、無線周波（ＲＦ）、セルラなどを含むが、これらに制限されるものではない技術を使用するワイヤレスである場合もある。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
電力及びデータ伝達システム４０は、電源４２と、導体５０と、スマートコネクタ７０と、装置６０とを備える。システム４０が機械１０に配置された後、一般にハウジング７１内に構成されたスマートコネクタ７０は、装置６０が位置付けられることが望ましい場所の近くにおいて導体５０に装着され得る。装置６０は、装置コネクタ７７を通じてスマートコネクタ７０に装着され得る。このため、スマートコネクタ７０を通じて導体５０から装置６０に電力及びデータを転送できるようになる。
【００４６】
本発明は、機械１０において、電力及びデータを伝達するための改良されたシステム／方法を提供する。このシステム／方法は、構成要素の数を減少することにより、また多くの主要な部品を標準化することにより、今日の厄介な配線ハーネスを不要なものとし、費用を大きく減少することができる。導体５０の経路選択は、大きさ及び重量が減少したことにより、実質的により容易となり、このため、装置との接続、システム及び装置のトラブルシューティングなどの作業が簡単になり、所望通りに装置を追加することができる。このシステム／方法により、旧式の機械のグレードアップがより容易かつ費用対効果が高いものとなる。ＥＭＩも、システム構成の性質、即ち、運転者が駆動される装置の近くにいることができること、及び多くの周波数を介して通信を送信することができることにより、最小限に抑えられ得る。システム４０はまた、追加機能を実施する能力を有し得る。これらの機能には、電力の共有、再生成、高レベルの診断及び予知診断、性能の最適化のためのファジィ論理ベースの学習、サイト管理などの機能、及び配線ハーネスなどの以前の配線形態が余りにも複雑かつ煩わしく商業上実行不可能な他の機能も含まれ得る。
【００４７】
本発明の実施形態が、電力及びデータの両方が機械１０に接続された装置６０に送られる、いくつかの機械１０に適応可能である。図９は、本発明の一実施形態による電力及びデータ伝達システム４０の操作ステップを表す流れ図である。オペレータが第１の制御ブロック２００でコマンドを始動すると、コマンドは、第２の制御ブロック２１０に表されているように、コントローラに送信され得る。コントローラプロトコルに従って、コントローラコマンドは、第３の制御ブロック２２０に示されているように、導体５０を介して装置６０用のスマートコネクタ７０に伝送され得る。次いで、スマートコネクタ７０は、第４の制御ブロック２３０に示されているように、コントローラコマンドを処理し、このコントローラコマンドに応じて装置６０に命令を送信し得る。次いで、装置６０は、第５の制御ブロック２４０に示されているように、その命令に従って所望の作業を実施し得る。次いで、スマートコネクタ７０は、第６の制御ブロック２５０に示されているように、作業が首尾良く実施されたかどうかを判断し、第７の制御ブロック２６０に示されているように、導体５０を通じてコントローラ２８に応答確認を伝送し得る。応答確認を受信すると、コントローラ２８は、第８の制御ブロック２７０に示されているように、オペレータが見るよう表示装置２６に応答確認を送信し得る。
【００４８】
本発明の特に複雑な適用形態の一例として、ホイールローダなどの機械１０が、リフトシリンダ及びティルトシリンダがレベルリフトとして公知のプロセスのために互いに調整し合って制御される、リフト機能を実施するのに使用され得る。たとえば、機械１０が機具１４と共に荷重を持ち上げ、落とすのに使用される時に、その動きを遂行するために様々な通信がシステム４０内で起こり得る。オペレータがリフト制御装置２２を動かした時に、リフト制御装置２２用のスマートコネクタは、リフトシリンダ３２用の導体５０を通じてコマンドを伝送し得る。次いで、リフトシリンダ３２用のスマートコネクタは、コマンドを受信し、リフトシリンダ３２を作動させ得る。次いで、リフトシリンダ３２用のスマートコネクタは、要請しているスマートコネクタがリフトシリンダ３２が作動していることを確認するよう、導体５０を通じてデータを伝送し得る。
【００４９】
リフト制御装置２２用のスマートコネクタはまた、リフトシリンダ３２用の位置センサ（図示せず）に問い合わせるよう、導体５０を通じて要請を伝送し得る。この問い合わせに基づいて、位置センサは、読取りを行い、要請しているスマートコネクタ用の導体５０を通じてその読取りを伝送し得る。次いで、リフト制御装置２２用のスマートコネクタは、ティルトシリンダ３４に対するリフトシリンダ３２の延長量を認識し、ティルトシリンダ３４を作動させるためのコマンドの伝送を開始し得る。
【００５０】
次いで、ティルトシリンダ３４用のスマートコネクタは、コマンドを受信し、ティルトシリンダ３４を作動させ得る。次いで、ティルトシリンダ３４に接続されたスマートコネクタは、リフト制御装置２２がティルトシリンダ３４が作動していることを確認するよう、スマートコネクタ用の導体５０を通じてデータを伝送し得る。
【００５１】
次いで、リフト制御装置２２用のスマートコネクタは、ティルトシリンダ３４用の位置センサ（図示せず）に問い合わせるよう、導体５０を通じて要請を伝送し得る。この問い合わせに基づいて、位置センサは、読取りを行い、要請しているスマートコネクタ用の導体５０を通じてその読取りを伝送し得る。次いで、リフト制御装置２２用のスマートコネクタは、リフトシリンダ３２に対するティルトシリンダ３４の延長量を認識し得る。
【００５２】
次いで、上記の通信により、機具１４がレベルリフトを引き続き維持し得る。上記の通信のすべてが、ほぼ同時に行われ、その動きのためのデータは、同時に同じ導体５０を介して伝わり得る。さらに、他のシステム又はエンジン制御システムなどの機械１０のサブシステムのための通信がまた、レベルリフトのためのデータ通信と同時に導体５０を介してデータを伝えている。
【００５３】
電力及びデータ伝達システム４０には、トラック、即ちトラクタトレーラのトラクタで見られる第１の導体８０、及びトラックに接続して動作可能なトレーラで見られる第２の導体８５の適用形態もある。この適用形態は、図８に示されている本発明の実施形態と同様である。第１の導体８０は、照明、ブレーキ、エンジン、センサ、表示装置などを含むが、これらに制限されるものではない、トラック上のいくつかの装置６０に電力及びデータを運ぶことが可能であり得る。第２の導体８５は、コントローラ２８、照明、ブレーキ、ＧＰＳ、気候環境制御装置などを含むが、これらに制限されるものではない、トレーラ上のいくつかの装置６０に電力及びデータを運ぶことが可能であり得る。
【００５４】
第１の導体８０と第２の導体８５とが接続されるとすぐに、コントローラ２８は、第１の導体８０上のスマートコネクタ７０が第２の導体８５上の別のスマートコネクタ７０に接続されたことを認識することができ得る。この接続により、電力及びデータが第２の導体８５に運ばれ、このため、第２の導体８５上の装置６０を稼動することができ得る。代替形態として、また上述したように、第１の導体８０と第２の導体８５との接続は、ワイヤレスでも行われ得る。これは、ＧＰＳ又はＲＦ電子機器を使用して行われる場合もあれば、トレーラとトラックとが近くにあることによる場合もある。ＧＰＳを備えることにより、機械１０に機能を追加することが可能となる。ＧＰＳは、機械の安全性及び機械を設置した場所の規則に対する準拠を補助し得る。
【００５５】
ＧＰＳ及び／又はＲＦ技術により、２つのホイールローダなどの別個の可動機械１０上の導体５０の存在が可能となり、それぞれのホイールローダが、近くに別の機械１０があることをオペレータに知らせる近接警報又は警告を有し得る。多くの導体５０を備えることにより、機械１０の後部部分の全配線がその関節接合部を通らなければならない、関節式機械の配線の配置が簡単になり得る。別個の導体５０により、関節式機械の前部部分と後部部分との導体の間の装置コネクタ７７を１つにでき得る。
【００５６】
当業者には、本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、本発明のシステム／方法の様々な修正形態及び変形形態が作られ得ることが明らかとなろう。当業者には、本発明の他の実施形態が、本明細書に開示されている本発明の仕様を考慮し実践することにより明らかとなろう。この仕様及び例は単なる例示と考えられるべきものであり、本発明の真の範囲及び趣旨は、頭記の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態が用いられる機械を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による電力及びデータ伝達システムを示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による導体を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による導体に差し込まれたスマートコネクタを示す断面図である。
【図５ａ】本発明の一実施形態による導体に接続されたスマートチップを示すブロック図である。
【図５ｂ】本発明の一実施形態による導体に接続された２つのスマートチップを示すブロック図である。
【図６】本発明の別の実施形態による電力及びデータ伝達システムを示す概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態による電力及びデータ伝達システム４０を示す概略図である。
【図８】本発明の別の実施形態による電力及びデータ伝達システムを示す概略図である。
【図９】本発明の一実施形態による電力及びデータ伝達システムの操作のステップを表す流れ図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  機械
１４  機具
１６  リフト機構
２０  オペレータ制御ステーション
２２  リフト制御装置
２４  ステアリング制御装置
２６  表示装置
２８  コントローラ
２９  ソフトウェアローディングインターフェース
３０  リフトリンク機構
３２  リフトシリンダ
３４  ティルトシリンダ
４０  電力及びデータ伝達システム
４２  電源
５０  導体
５１  陽線
５３  陰線
５５  絶縁体
５７  被覆材
６０  装置
６５  信号減衰装置
７０  スマートコネクタ
７０ａ  第１のスマートコネクタ
７０ｂ  第２のスマートコネクタ
７１  ハウジング
７２  突起
７３  スマートチップ
７３ａ  第１のスマートチップ
７３ｂ  第２のスマートチップ
７４  接触装置
７４ａ  第１の接触装置
７４ｂ  第２の接触装置
７５  受信機／送信機
７５ａ  第１の受信機／送信機
７５ｂ  第２の受信機／送信機
７６  プロセッサ
７６ａ  第１のプロセッサ
７６ｂ  第２のプロセッサ
７７  装置コネクタ
８０  第１の導体
８５  第２の導体
９０  中断
１００  オペレータインターフェースステーション
１１０  オペレータインターフェースコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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