(57)【要約】【課題】遊星歯車セットを有する駆動システムの制御を提供する。【解決手段】駆動システムを制御する方法は、機械移動速度要求を受け取るステップと、現在の動力源速度において移動速度要求を満たすために必要な、駆動システムと関連付けられたバリエータの出力速度を決定するステップとを含む。方法はまた、バリエータに動作可能に接続された貯蔵装置が、そのバリエータ出力速度でバリエータを作動するのに十分な貯蔵エネルギー量を有していることを判断するステップと、機械動力源およびバリエータによって機械変速機にトルクを提供するステップとを含む。バリエータは、貯蔵装置からの貯蔵エネルギーを使用してバリエータ出力速度で作動されて、トルクを変速機に提供する。動力源およびバリエータによって変速機に提供されるトルクは、現在の動力源速度で移動速度要求を満たすのに十分である。【選択図】図５−１
2013252847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械の動力源および変速機に動作可能に接続された駆動システムを制御する方法であって、
機械移動速度要求を受け取るステップと、
現在の動力源速度において移動速度要求を満たすために必要な、駆動システムと関連付けられたバリエータの出力速度を決定するステップと、
バリエータに動作可能に接続された貯蔵装置が、そのバリエータ出力速度でバリエータを作動するのに十分な貯蔵エネルギー量を有していることを判断するステップと、
動力源およびバリエータによって変速機にトルクを提供するステップと、
を含み、バリエータは貯蔵装置からの貯蔵エネルギーを使用してバリエータ出力速度で作動されて、トルクを変速機に提供し、
動力源およびバリエータによって変速機に提供されるトルクは、現在の動力源速度で移動速度要求を満たすのに十分である、方法。
【請求項２】
移動速度要求を満たすために必要な変速機入力速度を決定するステップと、
変速機入力速度が、許容可能な動力源速度範囲外であることを判断するステップと、
変速機入力速度が、許容可能な動力源速度範囲外であるという判断に応答してバリエータ出力速度を決定するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
移動速度要求を満たすために必要な変速機入力トルクを決定するステップと、
変速機入力トルクが、許容可能な動力源トルク範囲外であることを判断するステップと、
変速機入力トルクが、許容可能な動力源トルク範囲外であるという判断に応答してバリエータ出力速度を決定するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
移動速度要求を満たすために必要な変速機入力速度が、許容可能な動力源速度範囲内であることを判断するステップと、
移動速度要求を満たすために必要な変速機入力トルクが、許容可能な動力源トルク範囲内であることを判断するステップと、
変速機入力速度および変速機入力トルクが、それぞれ、動力源速度範囲内および動力源トルク範囲内であるという判断に応答して、バリエータに関連付けられた遊星歯車セットの少なくとも２つの構成要素を固定するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
バリエータ出力速度が、許容可能なバリエータ出力速度範囲内であるという判断に応答して、バリエータによって変速機にトルクを提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
バリエータ出力速度が、許容可能なバリエータ出力速度範囲外であることを判断するステップと、
現在の動力源速度が動力源速度範囲の限界値に実質的に等しいことを判断するステップと、
現在の動力源速度が動力源速度範囲の限界値に実質的に等しいという判断に応答して変速機のギヤを変えるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
バリエータ出力速度が、許容可能なバリエータ出力速度範囲内であることを判断するステップと、
貯蔵装置内に貯蔵されているエネルギーが、バリエータ出力速度でバリエータを作動するには不十分であることを判断するステップと、
貯蔵装置内に貯蔵されているエネルギーが、バリエータ出力速度でバリエータを作動するには不十分であるという判断に応答して、現在の動力源速度が動力源速度範囲の限界値に実質的に等しいかどうかを判断するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
現在の動力源速度が動力源速度範囲の限界値に実質的に等しいという判断に応答して、変速機のギヤを変えるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
移動速度要求を満たすために必要な追加のバリエータ出力速度を決定するステップであって、追加のバリエータ出力速度が動力源速度範囲の限界値に基づいて決定されるステップと、
追加のバリエータ出力速度が、許容可能なバリエータ速度範囲外であることを判断するステップと、
追加のバリエータ出力速度が、許容可能なバリエータ速度範囲外であるという判断に応答して変速機のギヤを変えるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
動力源速度の限界値で動力源を作動するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して駆動システムに関し、詳細には遊星歯車セットを有する駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば履帯式トラクタおよび他の建設、農業および採掘機械などの機械は、多くの作業を実行するために使用される。これらの作業を効果的に実行するために、そのような機械は駆動システムに大きな力を提供する動力源を必要とする。動力源は、例えば、ある速度範囲でトルク出力を生成するように作動されるタービンエンジン、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などのエンジンであり得る。このトルクは通常、駆動システムを介してエンジンに動作可能に接続された変速機を介して１つ以上の走行装置に提供される。
【０００３】
使用中変化する走行装置の要求を満たすことにおいて変速機およびエンジンを補助するために、そのような機械の駆動システムは一般的に１つ以上のモータ、トルクコンバータ、または特定の状況において変速機に補足トルクを供給するように構成された他の類似の装置を含む。例えば、そのような駆動システム構成要素は、変速機出力速度の幅広い、比較的速い変化が要求される機械運転の間、エンジンによって提供されるトルクを補完するように構成することができる。
【０００４】
例示的な駆動システムは、１９９２年１２月８日にＤｏｒｇａｎに付与された（特許文献１）（‘９４６特許）に記載されている。（特許文献１）は、左および右側組合せ歯車セットを介して各左および右側車両履帯に接続された第１、第２および第３電気モータを有する電気駆動システムを記載する。ローレンジ運転（例えば、低速度、高トルク）で車両を推進するために、第１および第２モータが通電される一方、制動が第３モータに適用される。ハイレンジ運転（例えば、高速度、低トルク）で車両を推進するために、３つ全てのモータが通電される。（特許文献１）で説明されるように、ハイレンジ運転において２つではなく３つのモータを使用することは、モータサイズの低減をもたらす。
【０００５】
（特許文献１）に開示される駆動システムは多数の運転レンジで車両を推進するために使用できるが、（特許文献１）に開示されているタイプの駆動システムは様々な欠点を有する。例えば、一時的な高トルクおよび／またはハイパワー負荷状況を考慮するために、モータおよび／またはそのような駆動システムの他の構成要素は典型的に、主要な機械運転に対して大き過ぎる。そのような構成要素の高い費用、および関連する実装の問題に加えて、低トルク負荷状態の間のこれら大き過ぎる駆動システム構成要素の運転は非効率的である。さらに、そのような構成要素は、それらの運転に関連付けられるトルク損失が原因で非効率的であると知られている。加えてそのような構成要素は、例えば過剰なトルクがエンジンによって生成されている運転の間、変速機および／またはエンジンから受け取られたエネルギーの貯蔵を促進するように構成されていない。代わりに、そのような公知の駆動システム構成要素は典型的にそのような過剰なエネルギーを熱に変換する。経時的にそのような熱の生成はこれら駆動システム構成要素に損傷を引き起こす恐れがあり、またそれらの早期故障をもたらすかもしれない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，１６８，９４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
開示されるシステムおよび方法は、上述の問題の１つ以上を克服することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の例示的実施形態において、機械の動力源および変速機に動作可能に接続された駆動システムを制御する方法は、機械移動速度要求を受け取るステップと、現在の動力源速度において移動速度要求を満たすために必要な、駆動システムと関連付けられたバリエータの出力速度を決定するステップと、を含む。方法はまた、バリエータに動作可能に接続された貯蔵装置が、そのバリエータ出力速度でバリエータを作動するのに十分な貯蔵エネルギー量を有していることを判断するステップと、動力源およびバリエータによって変速機にトルクを提供するステップと、を含む。そのような例示的な方法において、バリエータは、貯蔵装置からの貯蔵エネルギーを使用して前記バリエータ出力速度で作動されて、トルクを変速機に提供する。さらに、動力源およびバリエータによって変速機に提供されるトルクは、現在の動力源速度で移動速度要求を満たすのに十分である。
【０００９】
本開示の別の例示的実施形態において、機械の動力源および変速機に動作可能に接続された駆動システムを制御する方法は、機械移動速度要求を受け取るステップと、現在の動力源速度で移動速度要求を満たすために必要な、駆動システムと関連付けられたバリエータの出力速度を決定するステップと、を含む。方法はまた、駆動システムの遊星歯車セットを介して、動力源およびバリエータによって、変速機にトルクを提供するステップを含む。そのような例示的な方法において、バリエータは遊星歯車セットのサンギヤに接続され、バリエータ出力速度で作動するために貯蔵された電気エネルギーで駆動される。さらに、動力源は遊星歯車セットのリングギヤに接続され、動力源およびバリエータによって変速機に提供されるトルクは、現在の動力源速度で移動速度要求を満たすのに十分である。
【００１０】
本開示のさらなる例示的実施形態において、機械の動力源および変速機に動作可能に接続された駆動システムを制御する方法は、機械移動速度要求を受け取るステップと、現在の動力源速度で移動速度要求を満たすために必要な、駆動システムと関連付けられたバリエータの出力速度を決定するステップと、を含む。方法はまた、駆動システムの遊星歯車セットを介して、動力源およびバリエータによって、変速機にトルクを提供するステップを含む。そのような例示的な方法において、バリエータは遊星歯車セットのリングギヤに接続され、バリエータ出力速度で作動するために貯蔵された油圧エネルギーで駆動される。さらに、動力源は遊星歯車セットのサンギヤに接続され、動力源およびバリエータによって変速機に提供されるトルクは、現在の動力源速度で移動速度要求を満たすのに十分である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な機械の概略図である。
【図２】図１で示された機械のさらなる概略図である。
【図３】図１の機械に関連付けられた例示的な駆動システムの概略図である。
【図４】図１の機械に関連付けられた別の例示的な駆動システムの概略図である。
【図５−１】駆動システムを作動する例示的な方法を示すフローチャートである。
【図５−２】駆動システムを作動する例示的な方法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】
【００１２】
図１は例示的な機械１０を示す。機械１０は、採掘、建設、農業、輸送または当技術分野で公知の他のいずれかの産業などの産業に関連付けられる何らかの種類の作業を実行する移動機械を具現化し得る。例えば、機械１０は、オフハイウェー運搬トラック、ホイールローダ、モータグレーダ、または他のいずれかの好適な土工機械などの土工機械であり得る。機械１０はあるいはオンハイウェートラック、乗用車、または他のいずれかの作業実行機械を具現化し得る。機械１０は、とりわけ、動力源１２、駆動システム１４、および変速機１６を含み得る。機械１０は、変速機１６に動作可能に接続された１つ以上の走行装置１８、走行装置１８に関連付けられる制動機構２０、およびオペレータ室２１も含み得る。
【００１３】
動力源１２は動力出力を生成するように構成可能であり、内燃機関を含み得る。例えば、動力源１２はディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料を原動力とするエンジンまたは当業者に明白な他のいずれかのエンジンを含み得る。あるいは動力源１２は、例えば、バッテリー、燃料電池、モータ、または他のいずれかの公知の非燃焼動力源などの非燃焼源を含み得ると考えられる。例示的な実施形態において、動力源１２は１つ以上のそのような動力源の組み合わせを含んでもよく、例えば、当技術分野で公知のいずれかのタイプのハイブリッド動力源であってもよい。
【００１４】
駆動システム１４は、トルクコンバータ、クラッチ、歯車装置、および／または動力源１２を変速機１６に連結するように構成された他のいずれかの類似の機械式、油圧式、油圧機械式、電気式、電気機械式、および／または空気圧式装置を含み得る。本明細書に記載された例示的実施形態の各々において、駆動システム１４はトルクを動力源１２から変速機１６へ伝達するように構成され得る。駆動システム１４がトルクコンバータを含む例示的実施形態において、トルクコンバータは、動力源１２の出力部と変速機１６の入力部との間に加圧流体を導き、それによって変速機１６を駆動する一方、動力源１２がいくらか変速機１６から独立して回転することを許容する。そのような例示的実施形態において、駆動システムクラッチは、ロックアップクラッチおよび／または動力源１２の出力部を変速機１６の入力部に直接的に機械的に連結する他の類似の機構を含み得る。
【００１５】
例示的なトルクコンバータおよびロックアップクラッチは、駆動システム１４の単一ハウジング２２内に配置され得る。この配置において、駆動システム１４のトルクコンバータは、動力源１２の出力回転と変速機１６の入力回転との間のスリップを許容または阻止することによって、動力源１２と変速機１６との間で伝達されるトルクを選択的に吸収および／または増加し得る。そのようなトルクコンバータは、あるいは、例えば機械式ダイヤフラムクラッチなどの非油圧装置を具現化し得るとさらに考えられる。
【００１６】
図３および４との関連で以下においてさらに詳細に記載されるように、別の例示的実施形態において、駆動システム１４はバリエータ２８、遊星歯車セット３０、およびクラッチ６７を含み得る。そのような例示的実施形態において、上に記載したトルクコンバータおよび／またはクラッチは駆動システム１４から省略されてもよく、そのような装置の代わりにバリエータ２８、遊星歯車セット３０およびクラッチ６７の１つ以上がハウジング２２の中に配置されてもよい。従って、例示的実施形態において、トルクコンバータを含む駆動システム１４は、図３または図４で示されるバリエータ２８−遊星歯車セット３０−クラッチ６７構成によって改造され得る。図３の例示的実施形態において、バリエータ２８、遊星歯車セット３０、およびクラッチ６７はそれぞれ、ハウジング２２の中に配置され得る。そのような例示的実施形態において、バリエータ２８は、貯蔵装置６８からの電気的エネルギーによって、１つ以上のベルト、歯車または他の類似の連結具３９を介して動力源１２から受け取る機械的エネルギーによって、および／または機械１０に関連付けられる１つ以上の電気モータまたは発電機によって駆動され得る。従って、図３の実施形態では、バリエータ２８は当技術分野で公知のいずれかのタイプの電気式および／または電気機械式バリエータを含み得る。
【００１７】
あるいは、図４の実施形態において、遊星歯車セット３０およびクラッチ６７はハウジング２２内に配置され得る一方、バリエータ２８はハウジング２２の外側に配置され得る。そのような例示的実施形態において、バリエータ２８は、貯蔵装置６８から受け取るエネルギーによって、１つ以上のベルト、歯車、カウンターシャフト８８または他の類似の連結具を介して動力源１２から受け取る機械的エネルギーによって、および／または機械１０と関連付けられる油圧回路７６によって、駆動され得る。従って、図４の実施形態において、バリエータ２８は当技術分野で公知のいずれかのタイプの油圧式または空気圧式バリエータを含み得る。図３および４に示されるように、例示的実施形態において、駆動システム１４の１つ以上の追加構成要素が、油圧回路７６からの加圧流体によって駆動されてもよく、および／または油圧回路７６からの加圧流体を受け取ってもよい。例えば、クラッチ６７に動作可能に接続された弁装置６６は、クラッチ６７の選択的係合および／または分離を補助するために、油圧回路７６から加圧流体を受け取ってもよい。
【００１８】
図１および２を続けて参照すると、変速機１６は、動力を動力源１２から駆動システム１４を介して走行装置１８へ伝達するように相互作用する多数の構成要素を含み得る。具体的には、変速機１６は、ニュートラルギヤ比、複数の前進ギヤ比、後退ギヤ比、および１つ以上のクラッチ（不図示）を有する多速度、双方向性、機械的変速機を具現化し得る。クラッチは所望の出力ギヤ比を生成する所定の歯車の組み合わせ（不図示）を係合するように選択的に作動され得る。変速機１６はオートマチック型変速機であってもよく、オートマチック型変速機では変速は動力源速度、最大選択ギヤ比、および変速機制御器および／または機械１０に関連付けられる制御器３２の中に記憶された変速マップに基づく。変速機１６の出力部はシャフト２３を介して走行装置１８を回転可能に駆動するように接続可能であり、それによって機械１０を推進する。
【００１９】
走行装置１８は機械１０の両側に位置付けられた車輪２４を含み得る（片側のみ示される）。あるいは走行装置１８は履帯、ベルトまたは他の被駆動式走行装置を含み得る。走行装置１８は変速機１６の出力回転に従い回転するように変速機１６によって駆動され得る。
【００２０】
制動機構２０は機械１０の移動を遅らせるように構成可能であり、機械１０の車輪２４に動作可能に接続可能である。例示的実施形態において、制動機構２０は、例えば車輪２４と駆動装置２６の中間に配置されるディスクブレーキまたはドラムブレーキなどの油圧作動式車輪ブレーキであり得る。そのような例示的実施形態において、制動機構２０は機械１０の常用ブレーキを含み得る。制動機構２０はあるいは電気モータまたは当技術分野で公知の他のいずれかの類似の機構などの別の非油圧式車輪ブレーキを具現化し得ると考えられる。
【００２１】
オペレータ室２１は、機械１０の所望の加速および／または能動的減速を示す機械オペレータからの入力を受け取るように構成され得る。詳細には、図２に示されるように、オペレータ室２１は、オペレータシートの前方に位置付けられたスロットルペダル４６ａ、ブレーキペダル４６ｂ、および／または単軸もしくは多軸ジョイスティック４６ｃなどの１つ以上のオペレータインターフェース装置４６を含み得る。オペレータインターフェース装置４６は、所望の機械加速を示す加速信号を生成することによって機械１０の加速を増加または低減するように構成された比例式制御器を具現化し得る。あるいはまたはさらに、例えばホイール、ノブ、押し引き装置、スイッチ、レバー、および当技術分野で公知の他の類似の装置などの異なるオペレータインターフェース装置がオペレータ室２１に含まれ得ることが考えられる。そのような追加のオペレータインターフェース装置は、例えば、前進−ニュートラル−後退レバーおよび／または他の方向制御装置を含み得る。
【００２２】
スロットルペダル４６ａは動力源１２の回転速度およびその結果得られる機械１０の移動速度を上げるようにマニュアル的に作動され得る。具体的には、スロットルペダル作動の度合は所望の加速および／または他の類似の機械移動速度要求を表し得るもので、動力源１２に供給される燃料の量を比例的に制御し得る。スロットルペダル４６ａが機械式装置、電気式装置、油圧式装置または当技術分野で公知の他のいずれかのタイプの装置を具現化し得ることが考えられる。
【００２３】
スロットルペダル４６ａおよび／またはオペレータが機械１０の所望の加速を能動的に示している時をいつでも示すために、および所望の加速の大きさを示すためにスロットルセンサ４７が設けられ得る。スロットルセンサ４７は、例えば、能動的な加速が要求されていることを示す電気信号を生成できるスイッチまたは圧力センサを具現化し得る。例えばそのような信号は、機械移動速度要求を含み得るものであり、動力源１２、駆動システム１４および／または変速機１６の制御を補助するために制御器３２へ送られ得る。スイッチはスロットルペダル４６ａの位置または角度を示すことが可能で、一方、圧力センサはスロットルペダル４６ａの移動によって加圧されたパイロット流体の圧力を示すことが可能である。例えば、スロットルセンサ４７が圧力センサを含む実施形態において、スロットルセンサ４７は、スロットル弁（不図示）および／または１つ以上の流体ライン、ポンプおよび／またはスロットルペダル４６ａに関連付けられる他の油圧流体構成要素に関連付けられる流体圧力を示す電気信号を生成し得る。そのような信号は機械１０のオペレータによるスロットルペダル４６ａの操作を示し得る、および／またはそれに反応し得る。
【００２４】
ブレーキペダル４６ｂは加圧流体を制動機構２０へ導くようにマニュアル的に作動され得る。ブレーキペダル作動の度合は制動機構２０へ供給される流体の圧力および／または流量を比例的に制御し得る。制動機構２０はあるいは空気圧式に作動され得る、機械式に作動され得る、電気式に作動され得る、または当技術分野で公知の他のいずれかの方法で作動され得ると考えられる。
【００２５】
機械の移動の能動的な減速が所望されている時をいつでも示すために、およびどの程度の大きさの減速が所望されているかを示すためにブレーキセンサ５１が提供され得る。ブレーキセンサ５１は、例えば、マイナスの加速が要求されていることを示す電気信号を生成できるスイッチまたは圧力センサを具現化し得る。スイッチはブレーキペダル４６ｂの位置または角度を示すことが可能で、一方、圧力センサはブレーキペダル４６ｂによって加圧されたパイロット流体の圧力を示すことが可能である。例えば、ブレーキセンサ５１が圧力センサを含む実施形態において、ブレーキセンサ５１は制動弁（不図示）、制動ライン、制動流体ポンプおよび／またはブレーキペダル４６ｂおよび／または制動機構２０に関連付けられる他の空気圧または油圧流体構成要素に関連付けられる流体圧力を示す電気信号を生成し得る。ブレーキセンサ５１によって生成される信号が機械１０のオペレータによるブレーキペダル４６ｂの操作を示し得るおよび／またはそれに反応し得ることが理解される。同様にブレーキセンサ５１およびスロットルセンサ４７に類似の１つ以上のセンサがジョイスティック４６ｃに関連付けられ得ることが理解される。
【００２６】
制御器３２は機械１０の様々な構成要素を制御するための手段を含む単一マイクロプロセッサまたは複数マイクロプロセッサを具現化し得る。多数の市販のマイクロプロセッサを制御器３２の機能を実行するように設定することができる。制御器３２は多数の機械の機能を制御可能な一般的な機械マイクロプロセッサを簡単に具現化できることを認識されたい。電源供給回路、信号調整回路、ソレノイドドライバ回路、通信回路および他の適切な回路を含む様々な他の公知の回路を制御器３２と関連付けることができる。
【００２７】
制御器３２は機械１０の様々な構成要素と通信し得る。具体的には、制御器３２は動力源１２の回転速度の示度を受け取るために通信ライン３６を介して動力源速度センサ３４と通信し得る。例示的実施形態において、制御器３２は例えば、動力源速度および／または例えば機械および／または用具負荷などの機械１０の他の運転特性に基づいて動力源１２によって生成される出力トルクを決定するように構成され得る。制御器３２はまた、動力源速度および／または動力源出力トルクの増大および／または減少を制御するために通信ライン４５を介して直接動力源１２と通信し得る。
【００２８】
さらに、制御器３２は変速機ギヤおよび／または変速機ギヤ比の示度を受け取るために通信ライン３８を介して変速機１６と通信し得る。通信ライン３８を介して、制御器３２を、機械１０の運転中、より高いまたはより低い変速機ギヤへのシフトを制御するように構成することもできる。制御器３２はまた、機械１０の移動速度の示度を受け取るために通信ライン４２を介して機械移動速度センサ４０と通信し得る。さらに、制御器３２は駆動システム１４の１つ以上の構成要素と通信し得る。例えば、制御器３２は通信ライン７２を介してバリエータ２８と、および通信ライン７４を介して弁装置６６および／またはクラッチ６７と通信し得る。例示的実施形態において、制御器３２はバリエータ２８の回転出力速度の示度を受け取るために通信ライン７２を介してバリエータ速度センサ７０と通信し得る。例示的実施形態において、制御器３２は例えば、バリエータ出力速度および／または例えば機械および／または用具負荷などの機械１０の他の運転特性に基づいてバリエータ２８によって生成される出力トルクを決定するように構成され得る。
【００２９】
制御器３２はまた、本明細書に記載したオペレータインターフェース装置４６のそれぞれとも通信し得る。例えば制御器３２はスロットルペダル４６ａ、ブレーキペダル４６ｂ、およびジョイスティック４６ｃと、それぞれ通信ライン５２、５０および５６を介して通信し得る。例示的実施形態において、制御器３２は通信ライン５２を介してスロットルセンサ４７と、および通信ライン５０を介してブレーキセンサ５１と通信し得る。
【００３０】
動力源速度センサ３４、機械移動速度センサ４０およびバリエータ速度センサ７０はそれぞれ磁性ピックアップ式センサを具現化し得る。具体的には、動力源速度センサ３４は動力源１２のフライホイール５９と関連付けることが可能で、回転速度を感知しかつ対応する速度信号を生成するように構成可能である。同様に、機械移動速度センサ４０はシャフト２３と関連付けることが可能で、移動速度を感知しかつ対応する速度信号を生成するように構成可能である。バリエータ速度センサ７０はシャフトおよび／またはバリエータ２８の他の類似の出力部６４と関連付けることが可能で、回転出力速度を感知しかつ対応する速度信号を生成するように構成可能である。
【００３１】
図３および４に示される実施形態を参照すると、ハウジング２２は、入力および／または出力シャフトがハウジング２２を通過できるようにする任意の数の通路を含み得る。そのような入力および／または出力シャフトは、例えば、駆動システム１４の入力部５８および出力部６０を含み得る。例示的実施形態において、入力部５８は動力源１２の出力部を含むことができ、および／またはそれと連結可能である。同様に、例示的実施形態において、出力部６０は変速機１６の入力部を含むことができ、および／またはそれと連結可能である。図４に示されるように、バリエータ２８がハウジング２２の外側に配置される例示的実施形態において、そのような入力および／または出力シャフトはバリエータ２８の出力部６４も含み得る。あるいは、図３に示されるように、バリエータ２８がハウジング２２の中に配置される例示的実施形態において、バリエータ２８の出力部６４はハウジング２２を通過することなく遊星歯車セット３０に連結することができる。そのような実施形態において、バリエータ２８のシャフトおよび／または他の類似の入力部６２は、例えば、連結具３９を介して入力部５８に連結することができる。
【００３２】
ハウジング２２は、空気圧および／または流体ラインがハウジング２２を通過できるようにする任意の数の追加の通路も含み得る。そのような流体ラインは油圧回路７６を駆動システム１４の１つ以上の構成要素と流体的に接続し得る。例えば、弁装置６６および／またはクラッチ６７が駆動システム１４の油圧構成要素を含む例示的実施形態において、弁装置６６および／またはクラッチ６７は１つ以上の流体ライン９２を介して油圧回路７６の供給ライン８４から加圧流体を受け取り得る。弁装置６６および／またはクラッチ６７が駆動システム１４の電気式または電気機械式構成要素を含む更なる例示的実施形態において、１つ以上の流体ライン９２および対応するハウジング通路は省略されてもよい。
【００３３】
バリエータ２８は、可変量の補足トルクを変速機１６に制御可能に提供するように構成されたいかなる装置も含み得る。バリエータ２８によって提供されたトルクによって、変速機１６は機械移動速度要求を満たすことを補助され得る。さらに、バリエータ２８は、それによって変速機１６に伝達されるトルクの独立した制御を許容し得る。従ってバリエータ２８は、駆動システム１４が、変速機１６に提供されるトルクを、オペレータから受け取った動的速度および／またはトルク要求に応用して、トルク変化を動力源１２のみに頼ることなく変化することを可能にし得る。動力源１２は、動力源出力速度および／またはトルクの変化が最小化される状況の間ピーク効果によって運転し得ることが理解される。従ってバリエータ２８は、駆動システム１４がそのような動的速度および／またはトルク要求を満たすことを可能にし得る一方、動力源１２のほぼ一定の運転が維持される。例えば所与の運転の間動力源速度変化の大きさおよび／または数を低減することによって、動力源１２は、比較的小さい運転ウィンドウ内で最適効率に更正可能であり、バリエータ２８はこのウィンドウから外れるトルクおよび／または速度要求を満たすために利用可能である。そのような制御は機械１０の運転効率を最大化し得る。
【００３４】
さらに、バリエータ２８の速度および／またはトルク出力は、動力源１２の運転範囲全体にわたり、そのような動的速度および／またはトルク要求に応答して、独立的に制御され得る。そのような独立して制御されるバリエータ２８の使用は、例えば、動力源速度が比較的低く、そして比較的大きいトルクおよび／または速度要求をオペレータから受け取った状況など、様々な機械運転状態において有利であり得る。そのような運転状態は、例えば、ホイールローダバケットおよび／または他の機械用具が堆積物からの材料によって負荷を受け、そしてオペレータがホイールローダに比較的高い負荷で機械移動方向を逆にする（すなわち、堆積物から後ろに離れる）ように命令する状況を含み得る。
【００３５】
さらに、本開示の例示的なバリエータ２８は有利なエネルギー貯蔵能力を提供および／または利用し得る。例えば、動力源１２の出力がオペレータから受け取った動的機械移動速度および／またはトルク要求を超えている機械運転状態において、バリエータ２８は動力源１２によって駆動システム１４に提供される余剰エネルギーの貯蔵を促進し得る。例えば、バリエータ２８はそのような余剰エネルギーを貯蔵および／またはその後のバリエータ２８による使用のために貯蔵装置６８へ導くように構成することができる。そのような貯蔵されたエネルギーは、オペレータから受け取った動的機械移動速度および／またはトルク要求を満たすために補足トルクが要求される上に記載された運転の間、バリエータ２８を駆動するために使用され得る。他方、公知のトルクコンバータは、そのようなエネルギー貯蔵能力を提供しない。代わりに、公知のトルクコンバータに基づく駆動システムに提供される一切の余剰トルクおよび／または動的エネルギーは一般的に熱エネルギーに転換される。そのような熱エネルギーは駆動システム構成要素に有害であり得る。加えて、そのようなトルクコンバータに基づく駆動システムは冷却を必要とする場合があり、それによって、機械資源に追加の排液管がもたらされる。
【００３６】
例示的実施形態において、電気式および／または電気機械式バリエータ２８は内部始動発電機または受動フライホイールを含み得る。あるいは、油圧式バリエータ２８は、例えば、モータ／発電機の組み合わせ、ポンプ／モータの組み合わせ、あるいは油圧（すなわち、ハイブリッド）フライホイールを含み得る。バリエータ２８が内部始動発電機を含む例示的実施形態において、内部始動発電機は、例えば、動力源１２からの回転入力に応答して動力出力を生成するように構成された三相永久磁石交番磁界式発電機を含み得る。そのような内部始動発電機は、切替磁気抵抗発電機、直接位相発電機、または当技術分野で公知の他のいずれかの適切な種類の発電機であり得ることも考えられる。本明細書に記載された種類の内部始動発電機は、ギヤトレーンを介して、または他のいずれかの適切な方法で、例えば連結具３９によってなど、当技術分野で公知のいずれかの手段によって動力源１２に回転可能に接続されたロータ（不図示）を含み得る。そのようなロータは、ロータがバリエータ２８のスタータ（不図示）内で回転される時に電力出力を生成するように構成可能である。そのような例示的実施形態において、バリエータ２８は、例えば三相交流電力を直接位相電力に反転するように構成されたインバータ（不図示）に電気的に接続可能である。
【００３７】
貯蔵装置６８は１つ以上のバッテリー、コンデンサ、および／または当技術分野で公知の他の再充電可能な電力貯蔵装置を含み得る。さらに、バリエータ２８が油圧式バリエータを含む例示的実施形態において、貯蔵装置６８は流体アキュムレータおよび／または他の類似の流体貯蔵装置を含み得る。従って、バリエータ２８は、利用されるバリエータ２８の種類に依存して貯蔵装置６８に電気的または流体的に接続することができる。そのような接続により、バリエータ２８は繰返しおよび選択的にエネルギーを電力貯蔵装置６８へ供給し、および／またはそこからエネルギーを除去することができるようになり得る。同様に、貯蔵装置６８は繰返しおよび選択的にエネルギーをバリエータ２８から受け取り、および／またはそこへエネルギーを供給するように構成することができる。バリエータ２８が電気式または電気機械式バリエータを含む例示的実施形態において、そのようなエネルギーは電力の形態であり得ることが理解される。バリエータ２８が油圧式バリエータを含む例示的実施形態において、そのようなエネルギーは加圧された油圧流体の形態であり得る。
【００３８】
遊星歯車セット３０は、サンギヤ（「Ｓ」）、少なくとも１セットの遊星ギヤを有する遊星キャリア（「Ｐ」）、およびリングギヤ（「Ｒ」）を含む少なくとも３つの要素を含み得る。遊星キャリアＰの遊星ギヤはサンギヤＳおよびリングギヤＲと噛み合うことができる。さらに、遊星キャリアＰの遊星ギヤは、中間遊星ギヤが遊星歯車セットに含まれる場合、同じ遊星キャリアＰの中間遊星ギヤと噛み合うことができる。サンギヤＳ、遊星キャリアＰ、遊星ギヤ、およびリングギヤＲは全て同時に一緒に回転し得る。あるいは、サンギヤＳ、遊星キャリアＰ、およびリングギヤＲのそれぞれは、固定式に保持され得る。使用中、遊星歯車セット３０は１つ以上の入力回転を受け取り、１つ以上の対応する出力回転を生成し得る。入力部と出力部の間の回転速度の変化はサンギヤＳとリングギヤＲの歯の数に依存し得る。回転速度の変化はまた、入力回転を受け取るために使用されるギヤ、出力回転を提供するために選択されるギヤ、およびもしあれば固定式に保持されるギヤに依存し得る。
【００３９】
バリエータ２８は出力部６４を介して遊星歯車セット３０に連結することができ、動力源１２の出力部は入力部５８を介して遊星歯車セット３０に接続することができる。バリエータ２８と遊星歯車セット３０との間の接続は、とりわけ、バリエータ２８が図３に示されるようにハウジング２２の内側に配置されるか、あるいは図４に示されるようにハウジング２２の外側に配置されるかに依存し得る。例えば、バリエータ２８がハウジング２２の内側に配置される例示的実施形態において、出力部６４は遊星歯車セット３０のサンギヤＳに接続可能であり、その一方で動力源１２は入力部５８を介して遊星歯車セット３０のリングギヤＲに接続可能である。あるいは、バリエータ２８がハウジング２２の外側に配置される例示的実施形態において、出力部６４は遊星歯車セット３０のリングギヤＲに接続可能であり、その一方で動力源１２は入力部５８を介して遊星歯車セット３０のサンギヤＳに接続可能である。図３および４に示される例示的実施形態において、変速機１６は出力部６０を介して遊星歯車セット３０の遊星キャリアＰに接続可能である。歯車、入力部材、出力部材、連結部材、およびそれらの間の接続の構造は、当技術分野で公知の構成要素を使用して確立することができる。
【００４０】
弁装置６６は油圧回路７６から加圧流体を受け取り、油圧回路７６へ流体を排出するように構成することができる。詳細には、弁装置６６は流体ライン９２を介して油圧回路７６と連通する弁要素（不図示）を有し得る。弁要素は弁装置６６の１つ以上の圧力室を選択的に満たす間同時に別の圧力室を排出通路（不図示）を介して低圧タンク９０と接続するように移動可能であり得る。弁装置６６に加えてまたはそれの代わりに、クラッチ６７を駆動するために油圧式または電気式モータ（不図示）を実装することができる。
【００４１】
クラッチ６７は入力部５８および出力部６０を選択的に接続および分離するように構成された油圧機械式装置、機械式装置、または電気機械式装置であり得る。例えば、クラッチ６７は、油圧インペラまたは機械ばね式トルクコンバータ、電気機械式ロックアップクラッチ、機械式ダイヤフラムクラッチ、または当技術分野で公知の他のいずれかのタイプのクラッチ機構を具現化し得る。クラッチ６７は、入力部５８の回転と出力部６０の回転との間のスリップを許容または阻止することによって、動力源１２と変速機１６との間で伝達されるトルクを選択的に吸収および増加し得る。
【００４２】
例示的実施形態において、クラッチ６７は遊星歯車セット３０のいずれか２つの歯車および／または他の構成要素を連結するように構成することができる。例えば、クラッチ６７は遊星キャリアＰをリングギヤＲと選択的に連結するように、または遊星キャリアＰをサンギヤＳと連結するように構成することができる。このようにして遊星歯車セット３０のいずれか２つの構成要素を連結することによって、クラッチ６７は、入力部５８と出力部６０との間に直接連結（すなわち、１対１の回転関係）を形成するように作動可能であり得る。そのような連結および／または固定された構成において、遊星歯車セット３０の全ての歯車および／または構成要素は調和して一緒に回転可能であり、バリエータ２８は駆動システム１４のトルクおよび／または速度出力に影響を及ぼすように作動可能である必要はない。しかしながら、さらなる例示的実施形態において、バリエータ２８は、遊星歯車セット３０の２つ以上の構成要素が固定されているか否かにかかわらず、駆動システム１４のトルクおよび／または速度出力に影響を及ぼすように作動可能であり得ることが理解される。そのような実施形態において、例えばバリエータ２８は、遊星歯車セット３０が固定構造にある間、トルクを変速機１６に提供するように、および／またはトルクを変速機１６および動力源１２の少なくとも１つから受け取るように構成することができる。クラッチ６７の起動および／または停止は、弁装置６６の操作によって選択的に制御することができる。
【００４３】
油圧回路７６は加圧流体を機械１０の１つ以上の構成要素へ提供するように構成することができる。図３および４に示されるように、例示的実施形態において、油圧回路７６は、油圧式バリエータ２８、弁装置６６、および／またはクラッチ６７を含む駆動システム１４の１つ以上の構成要素と流体的に接続することができ、および／またはその他の方法でそれらに加圧流体を提供するように構成することができる。油圧回路７６の１つ以上の構成要素は、流体を加圧し、加圧流体を様々な機械の構成要素へ送達するために、動力源１２によって駆動することができる。具体的には、油圧回路７６は高圧源７８、アキュムレータ８０、および圧力リリーフ弁８２を含み得る。高圧源７８、アキュムレータ８０、および圧力リリーフ弁８２は共通の供給ライン８４によって互いに流体接続することができる。さらに、バリエータ２８が油圧式バリエータを含む例示的実施形態において、バリエータ２８は流体ライン９４を介して供給ライン８４に流体接続することができる。
【００４４】
高圧源７８は、流体の高圧流を供給ライン８４に供給し得る。高圧源７８は、例えば斜板式またはワブル板式ポンプなどの任意のタイプの可変容量型ポンプを含み得る。可変容量型ポンプでは、板の角度が、別個のまたは一体の制御器８６によって変えられ、それによって連動するピストンのポンプ押しのけ量を修正する。さらなる例示的実施形態において、高圧源７８は計量スリーブ式ポンプを含んでもよく、計量スリープ式ポンプでは、連動するピストンの効率的な押しのけ量を修正するために、押し退けられた流体の量がスリーブ部材からこぼれる。高圧源７８は、例えばカウンターシャフト８８、ベルト（不図示）、電気回路（不図示）によって、または他のいずれかの適切な方法において、動力源１２の出力部に、および／または入力部５８に駆動可能に接続することができる。
【００４５】
アキュムレータ８０は供給ライン８４に接続された圧力容器を具現化し得る。例示的実施形態において、アキュムレータ８０は、流体ライン９２と９４の接続の間で連続的に供給ライン８４に流体接続され得る。あるいは、図３に示されるように、アキュムレータ８０は、流体ライン９２と高圧源７８との接続の間で連続的に供給ライン８４に流体接続され得る。アキュムレータ８０は、圧縮性ガスによって満たされ、かつ将来の使用のために加圧流体を貯蔵するように構成され得る。圧縮性ガスは、例えば、窒素または他の適切な圧縮性ガスを含み得る。アキュムレータ８０と連通する流体が所定圧力を超える時、アキュムレータ８０に流れ込み得る。窒素ガスは圧縮性なので、ばねのように作用し、流体がアキュムレータ８０へ流れ込む時圧縮し得る。アキュムレータ８０と連通する通路内の流体圧力が所定圧力未満に低下すると、アキュムレータ８０内の圧縮された窒素が膨張し、流体をアキュムレータ８０の中から供給ライン８４に出るようにする。あるいはアキュムレータ８０は、必要に応じて、ばね付勢式アキュムレータを具現化し得ると考えられる。
【００４６】
圧力リリーフ弁８２はアキュムレータ８０の下流に配置され、共通の供給ライン８４内の流体の圧力に応答して、流体を低圧タンク９０へ選択的に通過させ得る。例として、圧力リリーフ弁８２は、流体遮断位置にばね付勢され、供給ライン８４内の流体圧力に応答して流体通過位置に移動可能である弁要素（不図示）を含み得る。供給ライン８４内の圧力が所定の閾値を超えると、弁要素に作用する流体圧力によって生成される力がばね力に打ち勝ち、弁要素を第２位置へ移動させる。このようにして、圧力リリーフ弁８２は供給ライン８４内の所定圧力を維持するように機能し得る。圧力リリーフ弁８２は、必要に応じて、可変圧力設定を有することができ、および／または監視される圧力に応答して電子的に作動され得ると考えられる。
【００４７】
低圧タンク９０は、供給流体を保持するように構成された容器を具現化し得る。流体は、例えば、エンジン潤滑油、変速機潤滑油、分離油圧油、または当技術分野で公知の他のいずれかの流体を含み得る。高圧源７８、および／または機械１０または駆動システム１４の他の油圧式構成要素はどれも、タンク９０から流体を引き、そこへ流体を戻し得る。
【００４８】
図５に示すフローチャート１００は、駆動システム１４を運転する例示的な方法を示す。図５は以下で詳細に記載される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
開示される駆動システム１４は、加速または減速が所望されるあらゆる機械とともに使用可能であり、動力源１２からのトルクが機械オペレータの移動速度要求を満たすのに十分でない運転の間有用であり得る。そのような運転は、機械１０のバケットまたは他の用具が堆積物からの物質で満たされていて、オペレータが機械１０を堆積物から後ろに離れるように逆方向に制御する場合など、比較的高い負荷で機械１０が運転している状況を含み得る。高負荷での運転の間、動力源１２によるトルク出力の大部分は、バケットの作動に関連付けられるトルク要求を満たすために使用することができる。そのような状況において、バリエータ２８を使用して必要な追加（すなわち補足）トルクを変速機１６に提供することができ、それによって、高い用具負荷に関連付けられるトルク要求を同時に満たしつつ機械１０が移動速度要求を満たすことを可能にする。
【００５０】
公知の機械は、高負荷運転の間、機械移動速度要求を満たすのを補助するため、トルクコンバータおよび他の類似の構成要素を使用するが、そのような構成要素は非常に非効率的であり、典型的に機械製造業者らによって好まれない。例えば、そのような構成要素は、変速機に提供されるまたはそこから引かれるトルクの量に関して独立した制御を提供しない。これら構成要素はそのような独立した制御を認めないので、そのような構成要素を使用するシステムは、例えば変速機１６に提供されるトルクの量を制御するために、動力源出力の調整のみに頼らなければならない。これは、機械速度要求を満たすために可変変速機入力速度が必要とされる状況において問題になる恐れがある。例えば、典型的な動力源は、３または４つのギヤのみが動力源出力速度を管理し、そのような動力源は典型的にそのようなギヤ間にかなり大きい速度ギャップを有する。従って、機械速度要求を満たすために動力源ギヤを変えることは、非常に非効率的であり得る。他方、本開示のバリエータに基づく駆動システム１４は、変化する速度要求を満たすことにおいて動力源１２を補助するために独立的に制御することができ、従って所与の運転の間要求される動力源ギヤ変化の数を最小化し、運転効率を最大化する。
【００５１】
さらに、公知のトルクコンバータおよび他の類似の構成要素は、機械１０またはその用具によって使用され得るよりも多くのトルクが動力源１２によって生成されている運転の間、エネルギーを貯蔵することができない。例えば、機械１０が物質の堆積物に向かって駆動され、動力源トルクが堆積物から物質を取り除くことにおいて用具を補助するために使用されている状況において、トルクコンバータおよび他の類似の構成要素は、動力源１２によって生成される余剰トルクを利用できない可能性がある。代わりにそのような余剰トルクに関連付けられるエネルギーはそのような構成要素によって熱に変換される。徐々にそのような熱の生成は、そのような構成要素および／または機械１０にとって有害となる恐れがある。さらに、そのような構成要素は、機械資源の望まれない排出をもたらす周期的な冷却を必要とし得る。他方、本開示の駆動システム１４は、運転の間動力源１２および／または変速機１６を介して受け取られた余剰エネルギーを貯蔵するように構成される。例えば、そのようなエネルギーは、その後の運転においてバリエータ２８によって使用されるためにバリエータ２８と関連付けられる貯蔵装置６８に貯蔵することができる。そのようなエネルギー貯蔵は、機械１０の運転効率を最大化し、有害な熱の生成を低減することによって様々な機械の構成要素の耐用年数を延ばす。
【００５２】
図５に示されるように、駆動システム１４の例示的な運転の間、本明細書に記載した各種センサおよび／または制御器３２が機械１０の１つ以上の運転特性を決定し得る（ステップ１０２）。本明細書に記載の例示的実施形態のそれぞれにおいて、駆動システム１４は開ループまたは閉ループ式に制御可能であることが理解される。さらに、ステップ１０２で決定された運転特性は、例えば、動力源出力トルク、動力源出力速度、バリエータ出力トルク、バリエータ出力速度、機械移動速度、変速機ギヤ、変速機ギヤ比、および／または本明細書で記載した他の運転特性のいずれかを含み得る。そのような運転特性は、本明細書に記載したセンサのいずれかによって決定可能であり、および／または制御器３２が各種機械センサから１つ以上の信号を受け取ることによって計算またはその他の方法で決定することができる。例えば、そのような信号に含まれる情報は１つ以上のアルゴリズム、制御マップ、ルックアップテーブルおよび／または他のいずれかの類似の制御器ソフトウェアまたはハードウェア構成要素に入力可能であり、そのような運転特性はこれら構成要素の出力を含み得る。
【００５３】
ステップ１０４において、制御器３２は機械１０のオペレータから機械移動速度要求を受け取り得る。例えば、動力源１２の回転速度とその結果得られる機械１０の移動速度とを上げるために、スロットルペダル４６ａがマニュアル的に作動され得る。そのような作動によって、機械移動速度要求を示す信号が、スロットルペダル４６ａおよび／またはスロットルセンサ４７から制御器３２へ導かれ得る。さらなる例示的実施形態において、他のオペレータインターフェース装置４６の１つ以上がまた、そのような移動速度要求を示す信号を制御器３２へ送るために使用され得る。
【００５４】
そのような速度要求を受け取ると、制御器３２は、移動速度要求が機械の加速（すなわち、変速機１６の出力速度の増加）を示すものか、あるいは機械の制動（すなわち、変速機１６の出力速度の低減）を示すものかを決定し得る（ステップ１０６）。ステップ１０６において、例えば、制御器３２は、そのような決定をするために、現在の機械移動速度を、ステップ１０４で受け取った移動速度要求と比較し得る。例えば、現在の機械移動速度が機械移動速度要求未満の場合、制御器３２は加速が要求されていると判断し得る。ステップ１０６におけるそのような判断に応答して、制御器３２は機械制御を調整するためにステップ１０２において決定された第１の運転特性セットを利用および／または処理し得る。そのような例示的な第１の運転特性セットは、移動速度要求を満たすのに必要な加速量に対応し得るものであり、例えば、スロットルペダルの位置、変速機出力速度、用具負荷、および／または機械１０の現在の運転に関連付けられる他の類似の運転特性を含み得る。他方、現在の機械移動速度が機械移動速度要求を超えている場合、制御器３２は機械の惰行および／または制動が要求されていると判断し得る。ステップ１０６におけるそのような判断に応答して、制御器３２は機械制御を調整するためにステップ１０２において決定された第２の運転特性セットを利用および／または処理し得る。そのような例示的な第２の運転特性セットは、移動速度要求を満たすのに必要な惰行および／または制動の量に対応し得るものであり、例えば、ブレーキペダルの位置、変速機出力速度、用具負荷、および／または機械１０の現在の運転に関連付けられる他の類似の運転特性を含み得る。
【００５５】
ステップ１０６において要求が加速か制動か判断されると、制御はステップ１０８へ進むことができ、ステップ１０８で制御器３２は移動速度要求を満たすのに必要な変速機入力速度（「ＴＩＳ」）を決定し得る。例えば制御器３２は、ＴＩＳを決定することにおいて、アルゴリズム、制御マップ、ルックアップテーブルおよび／または上に記載した他の制御器構成要素の１つ以上への入力として、現在の動力源速度、現在の変速機ギヤ比、および／または現在のバリエータ出力速度を示す情報を利用し得る。ステップ１１０において、制御器３２は、ステップ１０８で決定されたＴＩＳが、許容できる動力源速度範囲内にあるかどうかを決定し得る。例えば、ステップ１１０において、制御器３２はＴＩＳが動力源１２の安全な運転速度範囲内で達成可能かどうかを判断し得る。そのような許容可能な動力源速度範囲外で動力源１２を運転することは、例えば動力源１２および／またはそれに連結された機械構成要素の１つ以上の構成要素に損傷を与える可能性がある。許容可能な動力源速度範囲は、動力源１２の能力、型、構成、および／または他の特性に依存して変わり得る。例示的実施形態において、許容可能な動力源速度範囲は、約１２００ｒｐｍ〜約２２００ｒｐｍであり得る。さらに別の例示的実施形態において、そのような許容可能な動力源速度範囲は、約６００ｒｐｍ〜約２６００ｒｐｍであり得る。ＴＩＳが許容可能な動力源速度範囲外である場合（ステップ１１０、Ｎｏ）、制御はステップ１１８へ進むことができる。ステップ１１８は以下でより詳細に考察される。
【００５６】
他方、ＴＩＳが許容可能な動力源速度範囲内にある場合（ステップ１１０、Ｙｅｓ）、制御器３２は、ステップ１０４で受け取った移動速度要求を満たすのに必要な変速機入力トルク（ＴＩＴ）を決定し得る（ステップ１１２）。例えば、制御器３２は、ＴＩＴを決定することにおいて、アルゴリズム、制御マップ、ルックアップテーブルおよび／または本明細書に記載した他の制御器構成要素の１つ以上への入力として、現在の動力源出力トルク、現在の変速機ギヤ比、および／または現在のバリエータ出力トルクを示す情報を利用し得る。例示的実施形態において、ステップ１１２で決定されたＴＩＴは、ステップ１０２で決定された機械１０の現在の運転特性に基づく推定値であり得る。
【００５７】
さらなる例示的実施形態において、１つ以上の追加の入力が、ステップ１１２でＴＩＴを決定するために利用され得る。そのような入力は、例えば、機械１０の位置を示す全地球測位システム（「ＧＰＳ」）入力を含み得る。例えば、機械１０に関連付けられたＧＰＳから受け取られ、かつ作業場における機械１０の位置を示す信号が、アルゴリズム、制御マップ、ルックアップテーブルおよび／または上に記載した他の制御器構成要素の１つへ入力され得る。制御器３２は、機械１０の位置を認識するように、および決定された位置を、位置に対応する以前のＴＩＴと関連付けるように構成され得る。従って、そのような例示的実施形態において、制御器３２は１つ以上の位置およびそのメモリに記憶された以前決定されたＴＩＴを有することができ、制御器３２は、そのような記憶された（すなわち「学習された」）情報に基づいて、動力源１２、駆動システム１４、および／または変速機１６の運転を制御するように構成することができる。そのような例示的実施形態において、制御器３２は、機械１０のそのような学習された制御を補助するように構成された１つ以上のニューラルネットワークまたは他の類似のソフトウェアおよび／またはハードウェア構成要素を利用し得る。
【００５８】
ステップ１１４において、制御器３２は、ステップ１１２で決定されたＴＩＴが許容可能な動力源トルク範囲内にあるかどうかを判断し得る。例えば、ステップ１１４において、制御器３２は、ＴＩＴが動力源１２の安全な運転トルク範囲内で達成可能かどうかを判断し得る。そのような許容可能な動力源トルク範囲外で動力源１２を運転することは、例えば動力源１２および／またはそれに連結された機械構成要素の１つ以上の構成要素に損傷を与える可能性がある。そのような動力源トルク範囲は、動力源１２の能力、型、構成、および／または他の特性に依存して変わり得る。例示的実施形態において、許容可能な動力源トルク範囲は、約−２５０Ｎｍ〜約１０００Ｎｍであることができ、ここで負のトルクは減速能力を示すものである。さらに別の例示的実施形態において、そのような許容可能な動力源トルク範囲は、約−１５００Ｎｍ〜約２５００Ｎｍであり得る。そのような例示的な動力源トルク範囲は、例えば、とりわけ、動力源の能力および現在の動力源速度に依存し得ることが理解される。ＴＩＴが許容可能な動力源トルク範囲外である場合（ステップ１１４、Ｎｏ）、制御は以下に記載されるステップ１１８へ進むことができる。
【００５９】
他方、ＴＩＴが許容可能な動力源トルク範囲内にある場合（ステップ１１４、Ｙｅｓ）、制御器３２は、遊星歯車セット３０の２つ以上の構成要素を一緒に固定し得る（ステップ１１６）。例えば、バリエータ２８が電気式および／または電気機械式バリエータを含む実施形態において、制御器３２は、ステップ１１６においてクラッチ６７を係合するために弁装置６６を制御し得る。そのような例示的実施形態において、クラッチ６７の係合は、例えば、リングギヤＲをサンギヤＳに連結し、それにより動力源１２と変速機１６の直接連結を形成し得る。バリエータ２８が油圧式バリエータを含む別の例示的実施形態において、制御器３２は、例えばリングギヤＲを遊星キャリアＰに連結するために、ステップ１１６においてクラッチ６７を係合するように弁装置６６を制御し得る。そのような連結により動力源１２と変速機１６の直接連結が形成され得る。本明細書に記載した例示的実施形態において、遊星歯車セット３０の２つ以上の構成要素を固定するためにクラッチ６７を係合することにより、バリエータ２８の動作を効率的に停止し、および／またはバリエータ２８を、バリエータ２８が無視できるトルクを変速機１６に提供する最小変位モードに置くことができる。そのような例示的実施形態において、動力源１２のみが、バリエータ２８からの補足トルクを要求および／または利用することなく、機械１０の様々な速度および／またはトルク要求を完全に満たすことができる。ステップ１１６において遊星歯車セット３０の２つ以上の構成要素を固定すると、制御は閉ループ式にステップ１０２に進むことができる。
【００６０】
図５で示されるように、制御器３２が、ＴＩＳが許容可能な動力源速度範囲外にあるか（ステップ１１０、Ｎｏ）、ＴＩＴが許容可能な動力源トルク範囲外にある（ステップ１１４、Ｎｏ）と判断した場合、バリエータ２８の運転は補足トルクを変速機１６に提供するか、余剰トルクを変速機１６および／または動力源１２から取り除くように要求され得る。そのような状況において、制御はステップ１１８に進むことができ、ステップ１１８において制御器３２は、現在の動力源速度において、ステップ１０４で受け取った機械移動速度要求を満たすのに必要なバリエータ出力速度（「ＶＯＳ」）を決定し得る。そのような例示的実施形態において、ステップ１１８で決定されたＶＯＳは、ギヤ変化および／または動力源１２の他の運転ダイナミクスを最小化するのに有用であり得る。例えば、一度制御がステップ１１８に達すると、制御器３２は、可能であれば、動力源速度を実質的に一定に維持することに焦点を合わされた機械制御ストラテジを利用し得る。そのようなストラテジによってギヤ変化および／または動力源１２の他の運転ダイナミクスを最小化することができ、結果として動力源の効率を改善することができる。
【００６１】
ステップ１２０において、制御器３２は、ＶＯＳが許容可能なバリエータ速度範囲内にあるかどうかを判断し得る。例えば、ステップ１２０において、制御器３２は、ＶＯＳがバリエータ２８の安全な運転速度範囲内で達成可能かどうかを判断し得る。そのような許容可能な速度範囲外でバリエータ２８を運転することは、例えば、バリエータ２８の１つ以上の構成要素および／またはそれに連結された機械構成要素に損傷を与える可能性がある。そのようなバリエータ速度範囲は、バリエータ２８のサイズ、能力、型、構成、および／または他の特性に依存して変わり得る。バリエータ２８は動力源１２よりかなり広い許容可能な速度範囲を有することができ、変化する速度および／またはトルク要求に対しするより優れた応答性を有することができる。結果として、本開示の例示的実施形態において、変化する速度および／またはトルク要求を、バリエータ２８の出力速度を変えることによって満たすことは、動力源１２の出力速度を変えることと比較して好ましいかもしれない。例示的実施形態において、許容可能なバリエータ速度範囲は、約−４０００ｒｐｍ〜約＋４０００ｒｐｍであり得る。
【００６２】
バリエータ２８が変速機１６にトルクおよび／またはエネルギーを提供している例示的な運転において、バリエータ速度は正の符号によって表され得る。そのような運転は、本明細書中、「正速度運転」と呼ばれ得る。そのような正速度運転において、貯蔵装置６８に貯蔵されたエネルギーは、そのような正の速度でバリエータ２８を駆動するように使用され得る。あるいは、バリエータ２８が変速機１６および／または動力源１２からエネルギーを受け取っているおよび／または取り除いている例示的実施形態において、バリエータ速度は負の符号によって表され得る。そのような運転は、本明細書中、「負速度運転」と呼ばれ得る。そのような負速度運転において、バリエータ２８はそのようなエネルギーを貯蔵装置６８に導きそこに貯蔵し得る。そのような貯蔵されたエネルギーは、バリエータ２８に提供することができ、および／または、バリエータ２８から補足トルクおよび／またはエネルギーが要求される後の正速度運転においてその他の方法で使用することができる。上に記載したように、貯蔵装置６８に貯蔵されたエネルギーは実際には電気的および／または油圧的であり得る。
【００６３】
続けて図５を参照すると、ＶＯＳが許容可能なバリエータ速度範囲内にある場合（ステップ１２０、Ｙｅｓ）、制御はステップ１２２に進むことができ、ステップ１２２では、（正速度運転において）ＶＯＳでバリエータ２８を運転するために貯蔵装置６８に適切に貯蔵されたエネルギーがあるか、あるいは（負速度運転において）動力源１２および／または変速機１６からバリエータ２８が受け取る追加エネルギーを貯蔵するために貯蔵装置６８内に十分な貯蔵容量があるか、制御器３２が判断し得る。
【００６４】
例示的な負速度運転において、ステップ１２２で行われた貯蔵容量決定は、バリエータ２８がＶＯＳで運転され、動力源１２および変速機１６がそれぞれ、それら各々の出力速度、出力トルクおよび／または他の安定した状態の運転に維持された場合に、バリエータ２８が動力源１２および／または変速機１６から受け取るであろうエネルギーの推定量に基づくことができる。あるいは、ステップ１２２で行われた貯蔵容量決定は、バリエータ２８がＶＯＳで運転され、動力源１２および変速機１６の少なくとも１つの出力がステップ１０４で受け取った移動速度要求を満たすために修正された場合に、バリエータ２８によって動力源１２および／または変速機１６から受け取られるであろうエネルギーの推定量に基づくことができる。例示的実施形態において、バリエータ２８によって受け取られるであろうエネルギーのそのような推定量は、アルゴリズム、制御マップ、ルックアップテーブルおよび／または上に記載した他の制御器構成要素のいずれかを使用して制御器３２によって決定することができる。
【００６５】
（正速度運転において）ＶＯＳでバリエータ２８を運転するために貯蔵装置６８に適切に貯蔵されたエネルギーがあるか、あるいは（負速度運転において）動力源１２および／または変速機１６からバリエータ２８が受け取る追加エネルギーを貯蔵するために貯蔵装置６８内に十分な貯蔵容量があると制御器３２が判断した場合（ステップ１２２、Ｙｅｓ）、制御はステップ１２４へ進むことができる。ステップ１２４において、制御器３２はバリエータ２８をＶＯＳで（正速度運転において）運転することができ、バリエータ２８は遊星歯車システム３０を介して変速機１６へ補足トルクおよび／またはエネルギーを提供することができる。そのような例示的実施形態において、バリエータ２８によって変速機１６に提供されるトルクの量は、ＶＯＳに基づくことができる、ＶＯＳの関数であることができる、および／またはそうでなければＶＯＳに一致することができる。例示的実施形態において、バリエータ２８によって変速機１６に提供されるトルクの量は、ＶＯＳに実質的に等しくてもよい。しかしながら、本開示の例示的実施形態において、ＴＩＴは、バリエータ出力トルクと動力源出力トルクの合計に実質的に等しくてもよいことが理解される。従ってＴＩＴはＶＯＳに直接関連付けられても関連付けられなくてもよい。本明細書に記載した例示的実施形態において、例えばステップ１２４においてバリエータ２８をＶＯＳで運転することによって動力源１２およびバリエータ２８によって変速機１６に提供されるトルクは、現在の動力源速度で（すなわち、動力源１２の出力速度、出力トルクまたはギヤを変えることなく）移動速度要求を満たすのに十分であり得る。
【００６６】
さらなる例示的実施形態では、ステップ１２４において、制御器３２は、（負速度運転において）余剰エネルギーを貯蔵装置６８に導いてそこに貯蔵するようにバリエータ２８を制御し得る。ステップ１２４から、制御は閉ループ式にステップ１０２へ進むことができる。
【００６７】
図５に示されるように、ＶＯＳが許容可能なバリエータ速度範囲外にある（ステップ１２０、Ｎｏ）、または、１）バリエータ２８をＶＯＳで運転するには不適切な貯蔵エネルギーが貯蔵装置６８内にある、あるいは２）追加エネルギーを貯蔵するには不適切な貯蔵容量が貯蔵装置６８内にある（ステップ１２２、Ｎｏ）と制御器３２が判断した場合、制御器３２は、機械移動速度要求が動力源速度を変えることで満たされ得るか、あるいは現在の変速機ギヤを変えることが必要とされ得るか、を判断することを試みることができる。さらなる例示的な負速度運転において、追加エネルギーを貯蔵するには不適切な貯蔵容量が貯蔵装置６８内にある（ステップ１２２、Ｎｏ）と制御器３２が判断した場合、そのような追加エネルギーをヒートシンク、タンク９０および／または機械１０の他の場所または他の構成要素へ抜き取ることが可能であるおよび／または許容されるなら、そのような判断を自動的に無視するように制御器３２を構成することができると理解される。そのような例示的な無視状況において、ステップ１２２で否定的な結論を出したにも関わらず、制御はステップ１２２からステップ１２４へ進むことができる。
【００６８】
一度制御がステップ１２８に達すると、制御器３２は、現在の動力源速度が、（例えばステップ１１０との関連で上に記載した）許容可能な動力源速度範囲の上限または下限に実質的に等しいかどうかを判断することができる。例えば、ＶＯＳが許容可能なバリエータ速度範囲外にある実施形態において、動力源速度を増大または低減することによって移動速度要求を満たすことが可能かどうかを判断するために、制御器３２は現在の動力源速度を、許容可能な動力源速度範囲の限界値と比較することができる。動力源１２が、許容可能な動力源速度範囲の限界値の一方で既に運転している場合（ステップ１２８、Ｙｅｓ）、動力源速度を増大または低減することによって移動速度要求を満たすことは不可能であり、制御はステップ１３４へ進むことができる。ステップ１３４において、制御器３２はギヤを上段シフトする、下段シフトする、および／またはその他の方法で変えるように変速機１６を操作し得る。より低い変速機ギヤは、相対的により高い変速機ギヤよりも高いギヤ比を有し得ることは理解される。従って、より低い変速機ギヤは、相対的により高い変速機ギヤよりも高いトルク増加を可能にし得る。反対に、与えられた変速機入力速度について、より低い変速機ギヤは、より高い変速機ギヤよりも、より低い変速機出力速度、ひいてはより高い変速機出力トルクによって特徴づけられ得る。ステップ１３４で一度変速機ギヤチェンジが生じると、制御は閉ループ式にステップ１０２へ進むことができる。
【００６９】
あるいは、制御器３２が、現在の動力源速度が許容可能な動力源速度範囲の限界値と実質的に等しくないと判断した場合（ステップ１２８、Ｎｏ）、移動速度要求を満たすために必要な追加のＶＯＳを決定することができ、追加のＶＯＳは、動力源１２を許容可能な動力源速度範囲の上限か下限のどちらかで運転することに基づいて決定された推定バリエータ出力速度であり得る（ステップ１３０）。ステップ１３０で決定された追加ＶＯＳは、例えば、最大化動力源速度および／またはトルク出力に対応する仮想ＶＯＳであり得る。あるいは、ステップ１３０で決定された追加ＶＯＳは、最小化動力源速度および／またはトルク出力に対応する仮想ＶＯＳであり得る。ステップ１１８で決定されたＶＯＳが、（正速度運動においてなど）許容可能なバリエータ速度範囲の高い側の外にある実施形態において、追加ＶＯＳは動力源速度範囲の下限を使用してステップ１３０において決定され得る。他方、ステップ１１８で決定されたＶＯＳが、（負速度運転においてなど）許容可能なバリエータ速度範囲の低い側の外にある実施形態において、追加ＶＯＳは動力源速度範囲の上限を使用してステップ１３０において決定され得る。例示的実施形態において、一度仮想追加ＶＯＳがステップ１３０で決定されると、制御はステップ１２０へ戻ることができる。そのような例示的実施形態では、ステップ１２０において、追加ＶＯＳが上に記載したような許容可能なバリエータ速度範囲内にあるかどうかを制御器３２が判断し得る。さらに、そのような例示的実施形態において、制御がステップ１２０に戻る前、制御器３２は、例えば、ステップ１３０で決定された追加ＶＯＳに基づいて、動力源１２の出力速度および／または出力トルクを実際に修正しなくてもよい。そのような例示的実施形態において、ステップ１２０で一度追加ＶＯＳが許容可能なバリエータ速度範囲と比較されると、制御はステップ１３４またはステップ１２４のどちらかへ進むことができる。
【００７０】
あるいは、図５で示されるように、ステップ１３０において一度追加ＶＯＳが決定されると、制御器３２は動力源１２を動力源速度範囲の上限または下限で運転し得る（ステップ１３２）。制御は次にステップ１２０へ進むことができ、ステップ１２０において、制御器３２は追加ＶＯＳが許容可能なバリエータ速度範囲内にあるかどうかを判断し得る。そのような実施形態において、追加バリエータ出力速度が許容可能なバリエータ速度範囲外にあると制御器３２が判断した場合（ステップ１２０、Ｎｏ）、次に制御器３２は、現在の動力源速度が動力源速度範囲の限界値に実質的に等しいと判断し得る（ステップ１２８、Ｙｅｓ）。次に制御はステップ１３４へ進むことができ、ステップ１３４において、変速機ギヤを変えることができる。ステップ１３４において一度変速機ギヤチェンジが生じると、制御は閉ループ式にステップ１０２へ進むことができる。
【００７１】
本開示の駆動システムに対して様々な修正形態および変更形態を作ることができることは当業者には明白であろう。駆動システムの他の実施形態は、本明細書に開示された駆動システムの仕様および実践を考慮することから当業者には明白であろう。仕様および例は単なる例証として考慮され、本開示の真の範囲は以下の請求項とそれらの等価物によって示されることが意図される。
【符号の説明】
【００７２】
１０  機械
１２  動力源
１４  駆動システム
１６  変速機
１８  走行装置
２０  制動機構
２１  オペレータ室
２２  ハウジング
２３  シャフト
２４  車輪
２６  駆動装置
２８  バリエータ
３０  遊星歯車セット
３２  制御器
３４  動力源速度センサ
３６  通信ライン
３８  通信ライン
３９  連結具
４０  機械移動速度センサ
４２  通信ライン
４５  通信ライン
４６  オペレータインターフェース装置
４６ａ  スロットルペダル
４６ｂ  ブレーキぺダル
４６ｃ  多軸ジョイスティック
４７  スロットルセンサ
５０  通信ライン
５１  ブレーキセンサ
５２  通信ライン
５８  入力部
５９  フライホイール
６０  出力部
６２  入力部
６４  出力部
６６  弁装置
６７  クラッチ
６８  貯蔵装置
７０  バリエータ速度センサ
７２  通信ライン
７４  通信ライン
７６  油圧回路
７８  高圧源
８０  アキュムレータ
８２  圧力リリーフ弁
８４  供給ライン
８６  制御器
８８  カウンターシャフト
９０  低圧タンク
９２  流体ライン
９４  流体ライン
１００  フローチャート
【図１】
2013252847.tif 000003
【図２】
2013252847.tif 000004
【図３】
2013252847.tif 000005
【図４】
2013252847.tif 000006
【図５−１】
2013252847.tif 000007
【図５−２】
2013252847.tif 000008
【外国語明細書】
2013252847000001.pdf