(57)【要約】【課題】  予測負荷管理のためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  予測負荷管理システムが提供される。予測負荷管理システムは、パワー出力を生成するよう動作可能であり、かつ所望の動作範囲を有する電源を含む。駆動部材を備えた変速機は、電源に動作可能に係合される。制御システムは、電源及び変速機に通じている。制御システムは、変速機に対する負荷を示す少なくとも１つの入力を受信し、かつその少なくとも１つの入力に基づいて、変速機に対する負荷の変更を識別するよう動作可能である。制御システムは、さらに、変速機に対する負荷の変更を可能にする、電源の所望のパワー出力を決定し、かつ変速機に対する負荷の変更により、電源が所望の動作範囲外で動作している場合に、電源に所望のパワー出力を生成させる、電源の性能特性を修正するよう動作可能である。【選択図】  図３
2005106054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源を制御する方法であって、
変速機に対する負荷を感知することと、
変速機に対する負荷の変更を識別することと、
変速機に対する負荷の変更を可能にする、電源のための所望のパワー出力を決定することと、
変速機に対する負荷の変更により、電源が所望の動作範囲外で動作している場合に、電源の性能特性を変更して、所望のパワー出力を生じさせることを含む方法。
【請求項２】
予測負荷管理システムであって、
パワー出力を生成するよう動作可能であり、所望の動作範囲を有する電源と、
電源に動作可能に係合された駆動部材を含む変速機と、
電源及び変速機に通じている制御手段とを備えた予測負荷管理システムであって、制御手段が、変速機に対する負荷を示す少なくとも１つの入力を受信し、少なくとも１つの入力に基づいて変速機に対する負荷の変更を識別し、変速機に対する負荷の変更を可能にする、電源の所望のパワー出力を決定し、変速機に対する負荷の変更により、電源が所望の動作範囲外で動作している場合に、電源に所望のパワー出力を生成させるための電源の性能特性を修正するよう動作可能である予測負荷管理システム。
【請求項３】
予測負荷管理システムであって、
パワー出力を生成するよう動作可能であり、所望の動作範囲を有する電源と、
電源に動作可能に係合された駆動部材を含む変速機と、
電源及び変速機に通じている制御システムとを備えた予測負荷管理システムであって、制御システムが、変速機に対する負荷を示す少なくとも１つの入力を受信し、少なくとも１つの入力に基づいて変速機に対する負荷の変更を識別し、変速機に対する負荷の変更を可能にする、電源の所望のパワー出力を決定し、変速機に対する負荷の変更により、電源が所望の動作範囲外で動作している場合に、電源に所望のパワー出力を生成させるための電源の性能特性を修正するよう動作可能である予測負荷管理システム。
【請求項４】
性能特性が、
吸気マニホルドの空気圧と、
電源に送出される燃料の量との少なくとも１つを含む請求項２または３のいずれか一項に記載の予測負荷管理システム。
【請求項５】
ハウジングと、
ハウジングを支持する牽引装置と、
パワー出力を生成するよう動作可能であり、所望の動作範囲を有する電源と、
電源のパワー出力を牽引装置に伝達するように適合された、電源に動作可能に係合された駆動部材を含む変速機と、
電源及び変速機に通じている制御システムとを備えた予測負荷管理システムであって、制御システムが、変速機に対する負荷を示す少なくとも１つの入力を受信し、少なくとも１つの入力に基づいて変速機に対する負荷の変更を識別し、変速機に対する負荷の変更を可能にする、電源の所望のパワー出力を決定し、変速機に対する負荷の変更により、電源が所望の動作範囲外で動作している場合に、電源に所望のパワー出力を生成させるための電源の性能特性を修正するよう動作可能である予測負荷管理システムを備えた作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、負荷管理システム、より詳しくは、電源に対する予測負荷を管理するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、ホイールローダ、履帯式トラクタ、及び他の種類の重機のような作業機械が、様々な作業に使用されている。これらの作業機械には電源が含まれるが、電源は、様々な作業を完了させるのに必要なパワーを提供する、たとえばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、または天然ガスエンジンのようなエンジンであり得る。様々な作業を効率的に実施するために、作業機械は、広い範囲の速度に渡る、エンジンによって生成されたトルクを伝達することが可能な変速機を必要とする。
【０００３】
一般的に、作業機械は、作業機械を進ませる車輪またはトラックのような、牽引装置を駆動するためにエンジントルクを変換する無段変速機（ＣＶＴ）を使用する。無段変速機は、変速機の比率を連続的に変更することにより、その動作範囲内の任意の速度で所望の出力トルクを提供することができる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，３８５，９７０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以前に要求されていた以上の出力速度で、トルクを増加することが必要とされた場合には、エンジンにパワー増加要求が出される。同様に、以前に要求されていた以下の速度で、トルクを低下することが必要とされた場合には、エンジンにパワー減少要求が伝達される。エンジンパワー要求の変更は、従来より、エンジンへの燃料送出量の増減によって対処される。しかし、様々なエンジンシステムの反応遅延及び即時のパワー変更要求により、エンジン速度が、出力要求を満たすのに必要な所望のエンジン速度に届かないか、または超過することがある。
【０００６】
多くの知られているＣＶＴシステムに共通の問題として、これらの装置の動作により、エンジンが、「失速する」かまたは「力を入れて引く」、つまり過剰なエンジンの速度低下を引き起こす程厳しい負荷が、エンジンに生じ得る。エンジンが「力を入れて引く」または「失速する」ことにより、エンジンの生産性及び効率が減少することがある。このＣＶＴシステムはまた、エンジンがパワー要求の変更に反応するのに必要な時間が、要求時間よりはるかに大きい場合があるために、不安定になり得る。
【０００７】
従来より、エンジンと無段変速機とを含むパワーシステムは、エンジン速度を測定し、エンジンを定められた速度範囲内に保つために、変速機の比率を変更することによって制御される。たとえば、Ｋｕｒａｓらによる特許文献１では、エンジンと、油圧無段変速機と、エンジン及び変速機に通じている制御システムとを含むシステムについて開示している。特許文献１の制御システムは、エンジン速度を感知し、出力速度信号を生成するよう動作可能な油圧機械式駆動システムのための速度不足制御システムである。この制御システムは、さらに、エンジン速度信号を速度不足値と比較し、誤差信号を生じさせるよう動作可能である。この誤差信号は、エンジンに対する負荷を管理するために、変速機の比率を制御するコマンド信号を生じさせるために使用される。
【０００８】
しかし、この種の制御システムは、エンジンが、エンジンの速度超過または速度不足状況に関連して非効率となるのを防止し得ない。制御システムは、所望の速度からの実際の速度の偏差を測定することにより、所望のエンジン速度を維持しようと試みるので、実際のエンジン速度が、所望のエンジン速度に合致しないことがある。制御システムが、エンジン速度が所望の速度から偏差していると判断した時には、たとえ変速機がエンジンが回復するのを助けるために、その比率を調整したとしても、エンジンは、既にこのような非効率の状態になっていることがある。
【０００９】
本発明は、上記に記載した問題の１つ以上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】
【００１０】
本発明の一形態は、予測負荷管理システムを対象とする。電源が、パワー出力を生成するよう動作可能であり、所望の動作範囲を有する。駆動部材を備えた変速機が、電源に動作可能に係合される。制御システムが、電源及び変速機に通じている。制御システムは、変速機に対する負荷を示す少なくとも１つの入力を受信し、その少なくとも１つの入力に基づいて、変速機に対する負荷の変更を識別する。制御システムは、さらに、変速機に対する負荷の変更を可能にする、電源の所望のパワー出力を決定するよう動作可能である。制御システムは、変速機に対する負荷の変更により、電源が所望の動作範囲外で動作している場合に、電源に所望のパワー出力を生成させる、電源の性能特性を修正する。
【００１１】
本発明の別の形態は、電源に対する負荷を管理する方法を対象とする。変速機は電源と共に駆動され、変速機に対する負荷が感知される。変速機に対する負荷の変更が識別される。変速機に対する負荷の変更を可能にする、電源のための所望のパワー出力が決定される。変速機に対する負荷の変更により、電源が所望の動作範囲外で動作している場合に、所望のパワー出力を生じさせるために、電源の性能特性が変更される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
予測負荷管理システムの例示的実施形態が、図１及び２に例示されている。予測負荷管理システムは、たとえば電源１７及び変速機１１と共に使用され得る。図１及び２の実施形態においては、電源１７は、ターボ吸気内燃機関のようなエンジンである。エンジンは、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、または当業者には容易に明らかな他の任意のエンジンであり得る。エンジンはまた、自然吸気、過給機付き、または当業者には容易に明らかな他の任意の空気誘導システムであり得る。予測負荷管理システムは、たとえば燃料電池のような、別の種類の電源と共に使用され得ることが想定される。
【００１３】
図１に例示されているように、電源１７は、複数の燃焼室２８を含む。燃料噴射ユニット２７が、それぞれの燃焼室２８と結合している。例示されている実施形態においては、電源１７は、４つの燃焼室２８と４つの結合された燃料噴射ユニット２７とを含む。電源１７は、これより多くのまたは少ない数の燃焼室２８を含むことがあり、かつ燃焼室２８は、「直列」構成、「Ｖ型」構成、または他の任意の従来の構成で配置され得ることは、当業者なら容易に認識されるであろう。
【００１４】
電源１７は、所望の動作範囲を有し得る。この明細書においては、用語「所望の動作範囲」は、電源１７が実質的に安定した効率的な動作を経験する速度及びトルクを含む。所望の動作範囲外で動作している場合には、電源１７は、たとえば速度超過状況、速度不足状況、力を入れて引く、及び／または失速のような、不安定な動作を経験し得る。たとえば、燃料消費量の増加、排気物質の増加、電源温度の上昇、及び／または反応の低下のような、所望の動作範囲外で動作している場合には、電源１７により効率の損失が経験され得る。
【００１５】
従来のシステムにおいては、所望の負荷の変更を、変速機１１からエンジン１７に移すのに必要な時間により、エンジン１７が不安定な動作を経験する。本明細書のシステムは、負荷の変更をエンジンに移すのに必要な時間を減少させ、これにより、不安定な動作を回避するように適合されている。このような方法で、本明細書のシステムは、従来のシステムのタイミングより早く動作する。
【００１６】
たとえばカウンタシャフト１０のような入力駆動部材が、電源１７を変速機１１に連結し得る。変速機１１はまた、たとえば出力シャフト９のような出力駆動部材を含み得る。以下により詳細に記載されているように、変速機１１は、カウンタシャフト１０の入力回転を出力シャフト９の出力回転に変換する。このような方法で、電源１７によって生成されたパワーが、出力シャフト９に伝達され得る。
【００１７】
変速機１１は、たとえば無段変速機であり得る。変速機は、たとえば、（図１に示されている）油圧無段変速機、（図２に示されている）電気無段変速機、または当業者には明らかな他の構成のような、任意の種類の無段変速機であり得る。
【００１８】
無段変速機は、一般的に、駆動要素と、被駆動要素と、比率制御装置３３とから構成される。図１に例示されている油圧無段変速機１１においては、駆動要素は、可変容量形ポンプのようなポンプ１であり、被駆動要素は、可変容量形モーターのようなモーター２である。図２に例示されている電気無段変速機１１においては、駆動要素は発電機２２であり、被駆動要素は電動機３４である。
【００１９】
図１の油圧無段変速機１１においては、比率制御装置３３は、ポンプ１及びモーター２の押しのけ容積を操作し、これにより、出力シャフト９の出力回転を制御し得る。モーター２は、流体圧力によりポンプ１がモーター２を効果的に駆動できるようにする、ポンプ１及びモーター２に流体を供給し、かつ流体をそれらに戻す導管により、ポンプ１に流体連結され得る。変速機１１はまた、流体を供給し、かつ戻す２つの導管間の差圧を測定できるようにするレゾルバ３を含み得る。２つの導管間の差圧及び／またはモーター２の押しのけ容積は、変速機の出力トルクを決定するために使用され得る。
【００２０】
図２の電気無段変速機１１は、発電機２２を電動機３４に連結する電気回路を含み得る。発電機２２は、電動機３４を駆動するよう操作され得る。発電機２２及び電動機３４は、比率制御装置３３を介して通じ得る。
【００２１】
比率制御装置３３は、変速機の入力速度に対する変速機の出力速度の比率を制御する。図１及び２の実施形態においては、比率制御装置３３は、駆動要素と被駆動要素の両方に通じており、電源１７の現在のパワー出力によって制限される、変速機の入力速度に対する変速機の出力速度の比率を調整し得る。変速機１１の出力トルクと出力速度の両方を増加するよう要求された場合には、パワーの増加要求が、電源１７に伝達される。同様に、変速機１１の出力トルクと出力速度の両方を減少させるよう要求された場合には、パワーの減少要求が、電源１７に伝達される。
【００２２】
特定の電源出力パワーでの（図１に示されている）油圧変速機１１の入力速度に対する変速機の出力速度の比率は、ポンプ１及び／またはモーター２の押しのけ容積を操作することによって制御され得る。作業機械が、たとえば、低い負荷状況での高い対地速度から突然の高い負荷状況に変更するような、負荷条件の変更に遭遇すると、比率制御装置３３は、高速出力から低速出力に変速機１１の比率を変え得る。高速出力から低速出力に変わった場合には、比率制御装置３３は、電源１７のトルク負荷またはパワー負荷を軽減するために、ポンプ１の押しのけ容積を減少させることにより、モーター２に供給される流体の流れを減少させ得る。比率制御装置３３はまた、電源１７に対する負荷を減少させるために、モーター２の押しのけ容積を増加させ得る。
【００２３】
電源１７に対する負荷を制限または軽減するために、変速機１１の比率が変わると、使用可能な対地速度が制限され得る。その結果、作業機械の対地速度が低下する。同様に、作業機械が負荷の軽減に遭遇すると、比率制御装置は、ポンプ１の押しのけ容積を増加させ、モーター２の押しのけ容積を減少させて、作業機械の対地速度の増加及び使用可能なトルクの軽減を可能にし得る。
【００２４】
特定の電源出力パワーでの（図２に示されている）電気変速機の入力速度に対する変速機の出力速度の比率は、電動機３４へのトルクコマンド信号８を操作することによって制御され得る。作業機械が、たとえば、低い負荷状況の高い対地速度から突然の高い負荷状況に変更するような、負荷条件の変更に遭遇すると、比率制御装置３３は、電動機３４へのトルクコマンド信号を変えて、補助トルクを生じさせ得る。電動機３４は、補助電流の形で発電機２２から補助パワー容量を要求する。
【００２５】
１つ以上のセンサが、変速機１１に結合され得る。これらのセンサは、変速機１１の動作に関する表示を提供するように適合され得る。たとえば、図１の油圧変速機１１においては、圧力センサ３７が、レゾルバ３からの流体圧力信号４を提供するように適合され得る。
【００２６】
その上、１つ以上のセンサが、電源１７に結合され得る。これらのセンサは、電源１７の動作の関連表示を提供するように適合され得る。たとえば、電源センサ３６は、電源速度を感知し、電源速度信号１３を生じさせるように適合され得る。電源センサ３６は、たとえば、電源１７の回転速度に対応する信号を生じさせるように適合された磁気ピックアップセンサの形であり得る。電源センサ３６はまた、カウンタシャフト１０の速度、角位置、及び回転方向を決定でき得る。その上、吸気センサ３８は、電源シリンダ２８に入る給気の圧力を感知し、適切な吸気圧力信号３２を生成するよう動作可能であり得る。
【００２７】
予測負荷管理システムは、マイクロプロセッサにおいて具体化される変速機の制御装置１２と、マイクロプロセッサにおいて具体化される電源の制御装置１４とを備えた制御システム２４を含み得る。数々の市販されているマイクロプロセッサは、電源及び変速機の制御装置１４、１２の機能を実施するように適合され得る。電源及び変速機の制御装置１４、１２は、本明細書の範囲から逸脱することなく、１つのマイクロプロセッサにおいて容易に具体化され得ることを理解されたい。
【００２８】
図１の実施形態においては、変速機の制御装置１２は、比率制御装置３３からの押しのけ容積信号５及び圧力センサ３７からの流体圧力信号４を含む、油圧変速機１１からの入力を受信するよう構成され得る。変速機の制御装置１２は、押しのけ容積信号５及び流体圧力信号４を使用して、変速機の出力トルクを計算し、要求トルクの変更を決定し得る。
【００２９】
図２の実施形態においては、変速機の制御装置１２は、電気変速機１１から入力を受信するよう構成され得る。これらの入力は、たとえばトルクコマンド信号８を含み得る。出力シャフト９上の速度センサ４０からの速度信号３９または電源センサ３６からの速度信号１３を、トルクコマンド信号８と共に使用して、要求パワーの変更を決定し得る。
【００３０】
比率制御装置３３から電動機３４へのトルクコマンド信号８は、実際のモーター出力とコマンドされたモーター出力との関係には一貫性があるので、電動機の出力トルクを測定または推定するために使用され得る。出力トルクを測定する他の方法、たとえば、モーターの入力電圧及び電流を測定すること、発電機の出力電圧及び電流を測定すること、及び当分野で知られている他の方法が、実施され得る。
【００３１】
変速機の制御装置１２は、トルクコマンド信号８を電源の制御装置１４に伝達するよう構成され得る。
【００３２】
電源の制御装置１４は、変速機の出力トルク及び／またはパワー要求を示す変速機の制御装置１２から入力を受信するよう構成され得る。電源の制御装置１４はまた、たとえば電源速度信号１３及び吸気圧力信号３２のような、動作パラメータを受信するように適合され得る。電源の制御装置１４は、燃料設定及び空気送出要求を含む参照パラメータを受信するよう構成され得る。電源の制御装置１４は、さらに、これらの入力及び参照信号を処理し、負荷の変更要求が変速機１１から電源１７に移される時の予測期間中に、電源１７の性能特性を修正するための手段を作動させる準備コマンドを決定するよう構成され得る。
【００３３】
予測期間とは、この明細書においては、変速機が、まず最初に変速機の被駆動部材に対する所望の負荷の変更を識別した時から、電源が、実際に所望の負荷の変更を経験する時までの期間である。たとえば、変速機は、変速機の被駆動部材に対する所望の負荷の変更を識別する。被駆動部材は、所望の負荷の変更を駆動部材に移す。同様に、駆動部材は、所望の負荷の変更を電源に伝達する。電源性能は、新しいパワーレベルに適応するよう変更される。これらの負荷の移動に関連する時間が、予測期間である。
【００３４】
電源の制御装置１４は、受信された入力が、変速機に対する負荷が変更されたことを示した場合に、電源１７の性能を調整し得る。電源の制御装置１４は、電源１７のパワー出力を増減させるための電源性能変更信号を生じさせ得る。具体的には、電源の制御装置１４は、燃料噴射システム、空気誘導システム、または電源のパワー出力が変更され得る、他の任意の形態の電源動作の性能を調整し得る。
【００３５】
電源の制御装置１４は、電源のパワー出力を変えるよう、燃料噴射システムの動作を調整し得る。電源の制御装置１４は、燃料送出量、燃料送出タイミング、燃料送出圧、及び／または燃料トルク制限を制御するために、燃料噴射システムの性能を調整するよう、燃料送出量変更信号１６を生成し、送信し得る。これらの燃料送出量変更信号１６は、当分野で知られている、たとえばレール圧力マップ、タイミングマップ、トルク制限マップなどのような、電源制御マップに従って生じ得る。必要に応じて、実際の電源性能は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御ループを使用して、所望の性能に対応するよう調節され得る。あるいは、比例積分制御のような他の制御方式も用いられ得る。
【００３６】
燃料送出量変更信号１６は、個々の電源の燃焼室２８に結合された、ソレノイドで動作する燃料噴射ユニット２７に送出され得る。噴射制御信号の継続時間は、ソレノイドの時間に対応し、これにより、燃料噴射ユニット２７が、燃焼サイクル中に、結合された燃焼室２８に燃料を送出する継続時間を制御する。ソレノイドで動作する燃料噴射ユニット２７は、油圧作動ユニット、機械作動ユニット、または当分野で知られている他の任意のユニットであり得る。
【００３７】
電源の制御装置１４は、予測された負荷変更を満足するのに必要な所望の電源出力と現在のパワー出力との間の差に基づいて、電源１７への燃料送出量を制御し得る。例示的予測負荷管理システムにおいては、予想された負荷変更要求に反応するための準備として、実際の電源出力を所望のパワー出力にするために、変速機１１から電源１７に負荷が移される前の予測期間中に、電源１７への燃料送出量が変更され得る。その結果、電源の制御装置１４は、電源異常を防止しながら、来るべき負荷の変更に関連する速度低下または速度超過を軽減するのに必要であると認識されたパワー出力に基づいて、燃料送出量を変更し得る。
【００３８】
電源１７への燃料送出量の変更は、実際の吸気圧力と、予測された負荷要求の変更に関連する反応時間を最小限に抑えるのに必要な所望の吸気圧力との間の差に基づき得る。例示的予測負荷管理システムにおいては、予想された負荷変更要求に反応するための準備として、実際の吸気圧力を所望の吸気圧力にするために、変速機１１から電源１７に負荷が移される前の予測期間中に、電源への燃料送出量が変更され得る。その結果、電源の制御装置１４は、電源異常を防止しながら、来るべき負荷の変更に関連する反応時間を軽減するのに必要であると認識された吸気圧力に基づいて、燃料送出量を変更し得る。
【００３９】
その上、電源の制御装置１４はまた、空気送出特性を変える信号を直接生じ得る。吸気圧力を変更させる、これらの空気送出量変更信号１５は、たとえばブーストマップまたは他のウエィストゲート制御マップ、タービン複合マップ、ターボブレーキマップ、または当分野で知られている他のマップのような、電源制御マップに従って生じ得る。
【００４０】
電源の制御装置１４は、必要な空気送出量コマンド信号を、吸気圧力を変更するための手段に送出し得る。吸気圧力を変更するための手段は、たとえばタービン複合システムと、ターボブレーキシステムと、排気ガス廃棄システムと、当分野で知られている他のシステムとを含み得る。例示的予測負荷管理システムにおいては、予想された負荷の変更に反応するための準備として、実際の空気送出量を所望の送出量にするために、変速機１１から電源１７に負荷が移される前の予測期間中に、電源１７への空気送出量が変更され得る。その結果、電源の制御装置１４は、予想された負荷の変更に関連する反応時間を最小限に抑えるのに必要であると認識された差圧に基づいて、吸気圧力を変更し得る。
【００４１】
ターボ過給複合システムは、補助電源（図示せず）を含み得る。この補助電源は、ターボ３０に向かう通常の排気流に加えて、エネルギをターボシステムに印加するように適合され得る。補助エネルギは、機械、電気、油圧、または空気的な補助によって供給され得る。
【００４２】
タービン複合システムは、電源からの排気の流れが比較的低い場合に、吸気圧力を増加するために使用され得る。たとえば、負荷容量を増加するよう電源１７に要求が出されると、電源１７への燃料送出量が増加され得る。しかし、燃料が効率的に燃焼するためには、十分な空気の供給が必要である。ターボの慣性により、ターボ３０が直ちに回転速度を上げることが防止され、これにより、十分な空気が即時に供給されることが防止され、その結果、効率的な燃焼となる。非効率な燃焼により、排気温度が上昇し、最終的にはターボ３０を駆動して、回転速度を上げ、所望の吸気圧力を生じさせるが、ターボの慣性に関連して遅れが生じる。空気システムのこのような遅れにより、電源１７の反応が遅れる。タービン複合が、ターボ３０が所望の吸気圧力を生成するのに必要な駆動パワーを印加することにより、遅れる時間を軽減する。ターボ３０が十分な吸気を供給する場合には、増加した燃料供給により、効率的な燃焼がなされ、これにより、パワーの増加要求を素早く提供できる。
【００４３】
ターボブレーキシステムを使用して、ターボの回転の逆方向に、抵抗または負荷を印加し得る。パワーを下げるという突然の要求が電源１７に働いた場合には、ターボの慣性により、ターボ３０が、直ちに回転をより低い速度に下げることが防止される。繰り返すが、空気システムの遅れにより、電源１７の反応に遅れが生じる。ターボブレーキが、空気システムに効果的にブレーキをかけることにより、電源の反応時間の速度を上げ、これにより吸気圧力が制限される。
【００４４】
ウエィストゲートシステムを使用して、事実上、燃焼ガスにターボ３０を迂回させる、ターボ３０内の膨張の前に、燃焼ガスを大気に排気し得る。ターボブレーキと同様に、すべての排気ガスが、ターボ３０内に入り、その回転を駆動させることができる場合には、ウエィストゲートにより、通常の場合より素早く、ターボの速度が下がる。ウエィストゲートは、ターボの駆動力を効果的に除去することにより、電源１７の反応時間を改善し、これにより、吸気を加圧するためのターボ３０の容量が制限される。
【００４５】
予測負荷管理システムを操作する例示的方法５０を示す流れ図が、図３に示されている。予測負荷管理システムの制御は、エンジンに負荷がかかった時に開始する（ステップ５１）。変速機の制御装置１２が、変速機１１に負荷がかかっていると判断する（ステップ５２）と、変速機の制御装置１２は、変速機１１に印加されたトルク及び／またはパワーを感知する（ステップ５６）。
【００４６】
変速機の制御装置１２は、感知されたトルクと前のトルク出力値との間の大きさの差を計算する（ステップ５７）。感知されたトルクは、次の比較サイクルのための既存の値となる。変速機の制御装置１２は、所定の値に対する大きさの差を比較する（ステップ５８）。大きさの差が所定の値未満であることが判断された場合には、電源１７の性能の変更は行われない。変速機の制御装置１２は、変速機１１に対する負荷を監視し続け得る。許容速度変更となる、負荷変更要求の大きさのための許容値が、実験室及び／または実地試験によって判断され得る。
【００４７】
しかし、大きさの差が所定の値以上であると、変速機の制御装置１２が、電源の制御装置１４に負荷変更の表示を提供し得る。電源の制御装置１４が、予想された負荷を満足するための電源１７の性能特性の変更を決定する（ステップ５９）。たとえば、制御装置１４が、燃料送出量及び／または吸気圧力を修正して、予想された負荷を相殺し、かつ速度不足または速度超過イベントを最小限に抑え得る。
【００４８】
電源の制御装置１４が、電源１７のパワー出力を増減するために、燃料噴射システムを修正し得る。電源の制御装置１４は、変速機１１の負荷条件、及び電源１７の所望の電源速度及び吸気圧力に基づいて、修正された燃料トルク制限、修正されたタイミング、及び／または修正されたレール圧力を決定し得る。次いで、電源の制御装置１４は、修正された燃料トルク制限によって制限される、現在の電源速度及び吸気圧力と所望の電源速度及び吸気圧力との間の差、修正されたタイミング、及び／または修正されたレール圧力に応じて、電源１７に送出される燃料の量を決定し得る。電源１７に送出される燃料の量は、たとえば、混合気が濃すぎることにより生じる黒煙のエミッションを防止するための煙のためのラックの制限のような、他の要因によっても制限され得ることを理解されたい。
【００４９】
あるいは、電源の制御装置１４は、電源のパワー出力を変更するよう、空気送出量を変えるための手段を修正し得る。電源の制御装置１４は、変速機１１の負荷条件、及び電源性能に対する変速機負荷の予想される影響に基づいて、吸気圧力値を決定し得る。負荷が増加した場合には、電源の制御装置１４は、予想された負荷の増加に伴って増加する燃料供給の効率的な燃焼のために充分な空気を供給するのに必要な吸気圧力の増加を決定し得る。次いで、電源の制御装置１４により、補助エネルギが、タービンの回転方向においてタービン３０に向かい（タービン複合）、これにより、吸気圧力及び関連する空気送出量が増加する。
【００５０】
負荷が減少した場合には、電源の制御装置１４は、予想された負荷の減少に伴って減少する燃料供給の効率的な燃焼を可能にする、吸気圧力及び関連する空気送出量の減少量を決定し得る。次いで、電源の制御装置１４により、エネルギが、タービンの回転の逆方向においてタービン３０に向かい（ターボブレーキ）、これにより、ターボ速度及び関連する空気送出量が減少する。あるいは、ターボブレーキではなく、排気ガスが、ターボ３０に入る前に大気に通気され（ウエィストゲート）、事実上ターボ３０を迂回し、これにより、ターボ速度及び関連する空気送出量が減少し得る。
【００５１】
いったん電源性能が変わる（ステップ６２）と、電源１７の性能パラメータが、電源の制御装置１４によって感知され、測定され得る（ステップ６４）。次いで、変速機１１が新しい負荷の変更を経験すると、このサイクルが再び開始し得る（ステップ５２）。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
変速機負荷センサによって提供された情報に基づいて、上述の予測負荷管理システムは、電源速度低下または速度超過を最小限に抑え、かつ変速機負荷の変更に関連する反応時間を減少するよう動作し得る。変速機センサは、通常の環境下で、電源１７が所望の動作範囲外で動作した結果、電源が非効率となり、かつ恐らく不安定な動作が生じる原因となり得る、負荷の変更を検出し得る。予想された不相当な負荷の変更の直前に電源速度を修正することにより、速度低下または速度超過イベントを最小限に抑えるよう働き得る。同様に、不相当な負荷が印加される直前に空気誘導システム特性を変更することにより、電源１７が、変化している負荷により素早く反応できるようになり得る。
【００５３】
たとえば、突然の負荷の変更が、出力シャフト９から変速機１１に通信され得る。負荷の変更は、トルクの増加要求またはトルクの低下要求であり得る。変速機１１が電源１７より前に負荷の変更を経験するので、変速機の制御装置１２が、今まさに要求の変更が来ることを電源の制御装置１４に警告する時間があり、これにより、電源の制御装置１４には、準備し、反応する時間ができる。
【００５４】
変速機の制御装置１２が、変速機１１内の流体圧力の増加を感知し、かつ油圧無段変速機内の圧力及びモーターの押しのけ容積を参照圧力及び押しのけ容積値と比較することにより、負荷の増加を検出し得る。同様に、電気無段変速機１１においては、モーターコマンドトルクの増加を感知し、かつそれを参照トルク値と比較することにより、負荷の増加を検出し得る。
【００５５】
変速機の制御装置１２が、トルク負荷の増加の大きさを決定し、予想されたトルク負荷を電源の制御装置１４に通信し得る。次いで、電源の制御装置１４は、準備行動を決定し、その準備行動を電源１７に通信し得る。トルク負荷の増加に対するこのような準備行動には、燃料送出量を増加すること、燃料送出のタイミングを進めること、燃料噴射圧力を増加すること、または最大燃料トルク設定を増加することが含まれ得、これらのすべてにより、電源パワー及び／または吸気圧力が増加し得る。電源パワーの増加は、予測された速度不足イベントを相殺し、かつ最小限に抑えるよう機能する。吸気圧力が増加すると、空気送出量が効果的に増加する。空気送出量が増加することにより、効率的に燃焼するための十分な空気が電源１７に供給され、これにより、電源１７が、電源出力パワーの増加に対して予想された要求に、より素早く反応できるようになる。吸気圧力及び関連する空気送出量もまた、ターボ過給複合という直接手段によって増加され得る。
【００５６】
同様に、変速機１１において感知された、予想された電源の負荷の減少が、変速機の制御装置１２に通信され得る。変速機の制御装置１２は、上述した負荷の増加の場合と同様の方法で、トルクの減少を決定し、この要求変更を電源の制御装置１４に通信する。次いで、電源の制御装置１４が、準備コマンドを決定し、電源１７に送信する。これらの準備コマンドには、燃料送出量を減少すること、燃料送出のタイミングを遅らせること、燃料噴射圧力を減少すること、または最大燃料トルク設定を減少することが含まれ得る。これらの準備行動のそれぞれが、電源パワー及び吸気圧力の少なくとも１つを減少させる。電源パワーの減少は、予測された速度超過イベントを相殺し、かつ最小限に抑えるよう機能し得る。吸気圧力が減少した結果、関連する空気送出量が減少し得、これにより、電源には、空気流の減少要求に、より素早く反応する能力ができる。吸気圧力及び関連する空気送出量も、ターボブレーキ及びウエィストゲートという直接の方法によって減少され得る。
【００５７】
本発明は、たとえばホイールローダ及び履帯式トラクタを含む、様々な作業機械において、広範囲な適用形態を有する。本発明は、ハウジングと、無段変速機を利用して、電源の回転速度を牽引装置の駆動速度に変換する牽引装置とを備えた、どのような作業機械においても実施され得る。本発明は、所望の動作範囲内でより多くの割合の時間、作業機械を動作できるようにすることにより、作業機械の全体的な効率を増加し得る。本発明の制御システムは、どのような大がかりな修正や高価なハードウェアの追加もなく、既存の作業機械内で実施され得る。
【００５８】
当業者には、本明細書に開示されている本発明の明細書を考察し、かつ実践することにより、本発明の他の実施形態が自明となろう。明細書及び例はあくまでも例示のためであり、本発明の真の範囲は、特許請求の範囲内に示されているものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による予測負荷管理システムの例示的実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明による予測負荷管理システムの別の例示的実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明に従って電源を制御する例示的方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    可変容量形ポンプ
２    可変容量形モーター
３    レゾルバ
４    流体圧力信号
５    押しのけ容積信号
８    トルクコマンド信号
９    出力シャフト
１０    カウンタシャフト
１１    変速機
１２    変速機の制御装置
１３    電源速度信号
１４    電源の制御装置
１５    空気送出量変更信号
１６    燃料送出量変更信号
１７    電源
２２    発電機
２４    制御システム
２７    燃料噴射ユニット
２８    燃焼室
３０    ターボ過給機
３２    吸気圧力信号
３３    比率制御装置
３４    電動機
３６    電源センサ
３７    圧力センサ
３８    吸気センサ
３９    速度信号
４０    速度センサ
５０    方法
５１    ステップ：開始する
５２    ステップ：変速機に負荷がかかる
５３    ステップ：変速機から電源に負荷を移す
５６    ステップ：変速機の出力トルクを感知する
５７    ステップ：出力トルクを比較し、差を生成する
５８    ステップ：差≧所定の差分？
５９    ステップ：所望の性能を決定する
６０    ステップ：性能を変えるための手段を作動させる
６２    ステップ：電源性能を変える 
６４    ステップ：電源性能を感知する
【図１】
2005106054.tif 000003
【図２】
2005106054.tif 000004
【図３】
2005106054.tif 000005