JP2013538310A - 荷重調節式エコノミーモードを有する制御システム - Google Patents

Abstract

移動式機械（１０）のための制御システム（１４）を開示する。制御システムは、移動式機械を推進させるように構成されたエンジン（１６）と、所望されるエンジン回転数および所望される動作モードを指示するように構成された少なくとも１つのオペレータ入力装置（２３、３０）と、エンジンおよび少なくとも１つのオペレータ入力装置と通信するコントローラ（３４）とを有してもよい。コントローラは、エンジンの現在のトルクを利用可能なトルクと比較するとともに、所望される動作モードおよび比較結果に基づいてエンジンの回転数を所望されるエンジン回転数から選択的に調節するように構成されてもよい。

Description

本開示は、一般に、制御システムに関し、より詳細には、荷重調節式の機械のエコノミー動作モードを有する制御システムに関する。

ブルドーザ、ホイールローダ、モータグレーダ、および他の種類の重機を含む移動式機械を、種々の仕事に用いることが可能である。これらの仕事を遂行するため、機械は、典型的には、機械を推進させるために機械の牽引装置に連結された内燃エンジンなどの原動機を含む。また、原動機は、機械に取り付けられた１つ以上の工事器具を駆動するように連結することも可能である。

移動式機械の一種は、「高アイドル」機械として既知である。高アイドル機械の動作中、原動機の回転数は、一般に、牽引装置および工事器具により要求される可能性がある最大パワー出力を速やかに発生させるために十分なレベルに設定される。すなわち、すべての条件下で機械および工事工具を移動させるために十分なパワーを機械が有することを保証することを助けるため、原動機は、機械により遂行されている現在の仕事が、原動機に少ないパワーを要求する場合であっても、所定の高い回転数に設定される。変化する要求に対する応答性は非常に高いかもしれないが、このような高いレベルの出力は、いくつかの状況において非効率的であるかもしれず、高い燃料消費、過度の排気排出、上昇した温度、および高いレベルのエンジンノイズを結果的に生じさせる可能性がある。

高アイドル機械に関連付けられた燃料消費、排気排出、温度、およびノイズを低下させる１つの方法が、２００９年７月２日に公開されたＲｏｔｈ他による「特許文献１」（’４４６号公報）に開示されている。「特許文献１」は、機械の走行方向を監視するとともに走行方向に基づいて機械のエンジン回転数を選択的に調節する制御システムを有する高アイドル機械を開示している。特に、制御システムが機械の後進駆動方向を検出すると、制御システムは、機械のエンジン回転数を高アイドル回転数から低下させる。後進方向への駆動中、機械の工事工具は、非活動状態であるか、または地面との係合が減少した状態であり、従ってエンジンへ要求されるパワーが低下する。そのため、エンジン回転数を後進走行中に低下させることにより、機械の応答性に大きい負の影響を与えることなく、燃料消費、排出、およびノイズを改善することが可能である。

国際公開第２００９／０８２４４６号パンフレット

開示の制御システムは、上記の問題および／または従来技術の他の問題の１つ以上を克服することを目的とするものである。

一態様において、本開示は、移動式機械のための制御システムを目的とする。制御システムは、移動式機械を推進させるように構成されたエンジンと、所望されるエンジン回転数および所望される動作モードを指示するように構成された少なくとも１つのオペレータ入力装置と、エンジンおよび少なくとも１つのオペレータ入力装置と通信するコントローラとを含んでもよい。コントローラは、エンジンの現在のトルクを利用可能なトルクと比較するとともに、所望される動作モードおよび比較結果に基づいてエンジンの回転数を所望されるエンジン回転数から選択的に調節するように構成されてもよい。

別の態様において、本開示は、移動式機械を制御する方法を目的とする。方法は、移動式機械の所望されるエンジン回転数および移動式機械の所望される動作モードを指示する入力を受信するステップを含んでもよい。また、方法は、移動式機械の現在のエンジントルクを利用可能なトルクと比較するステップと、所望される動作モードおよび比較結果に基づいて、移動式機械のエンジン回転数を所望されるエンジン回転数から選択的に調節するステップとを含んでもよい。

例示的な開示の機械の略図である。 図１の機械とともに用いてもよい例示的な開示のパワーシステムの概略図である。 図２に示すパワーシステムの例示的な動作を示すフローチャートである。

図１は、機械１０の例示的な実施形態を示す。機械１０は、採鉱、建設、農業、または当該技術において既知の別の産業などの産業に関連付けられた何らかの種類の動作を行う移動式機械であってもよい。例えば、機械１０は、ドーザ、ホイールローダ、掘削機、バックホー、モータグレーダ、または他のいずれかの好適な動作を行う機械などの土木機械であってもよい。機械１０は、パワートレイン１２と、パワートレイン１２を制御するために用いられるオペレータステーション１４とを含んでもよい。いくつかの実施形態において、機械１０は、パワートレイン１２の一部により駆動され、また、オペレータステーション１４により制御される１つ以上の工事工具１５を含んでもよい。

図２に示すように、パワートレイン１２は、エンジン１６、少なくとも１つの牽引装置１８、およびエンジン１６と牽引装置１８との間に接続された変速機２０を含んでもよい。エンジン１６は、燃料と空気との混合物を燃焼させることで、速度成分とトルク成分とを含むパワー出力を生成してもよい。変速機２０は、機械１０を所望される速度で推進させるために牽引装置１８に送られるエンジン１６により生成された速度成分とトルク成分との比を調節してもよい。また、エンジン１６は、工事工具１５を操作するために要求されるパワーを提供するために用いてもよい。

エンジン１６は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料エンジン（例えば、天然ガスエンジン）、または当業者に明白な他のいずれかの種類の燃焼エンジンを具現化してもよい。エンジン１６は、エンジン１６内で燃焼される燃料および空気の量によりパワー出力を発生させてもよい。特に、所与のエンジン回転数のために、および十分な空気の供給がある状態で、エンジン１６は、最大でトルク限界量までの燃料を提供されてもよい。所与のエンジン回転数のための燃料の量がトルク限界量であるとき、エンジン１６は、その回転数についての最大量のトルクを発生させ得る。トルク限界量未満の燃料がエンジン１６内で燃焼されているとき、エンジン１６は、利用可能な追加のトルク出力容量を有し得る。１つ以上のセンサ２２をエンジン１６に関連付け、現在のエンジン回転数およびエンジン１６の現在のトルクを監視させ、対応する信号を生成するように構成してもよい。一例において、現在のトルクに対応するエンジン１６の現在の燃料設定を監視することにより、現在のトルクを監視してもよい。

機械１０は、高アイドル機械であってもよい。特に、機械１０は、高アイドルとして既知の上昇したエンジン回転数において通常動作するように設計されてもよい。例えば工事工具１５および／または牽引装置１８経由で、機械１０に荷重が印加されると、エンジン１６のトルク出力が増加される間、機械１０はぎくしゃくし、エンジン１６の回転数は上昇したエンジン回転数から下降し得る。機械１０への荷重が除去されると、機械１０は、将来の荷重イベントを見込んで高アイドルエンジン回転数を回復するように試みてもよい。一実施形態において、機械１０の高アイドルエンジン回転数は、約２１００ｒｐｍであってもよい。

エンジン１６の所望される回転数は、オペレータステーション１４内に配置された入力装置２３を介してオペレータにより設定されてもよい。一例において、入力装置２３は、約７５０ｒｐｍの低アイドル回転数に対応する最も左の位置から高アイドル回転数に対応する最も右の位置まで移動可能なダイヤルであってもよい。入力装置２３は、低アイドルと高アイドルとの間の異なる回転数に対応する移動範囲を通じて、連続的に、または別個のステップで、移動されてもよい。図２の例において、入力装置２３は、複数の高アイドル位置、例えば通常の高アイドル位置２３ａ、第１のエコノミーモード高アイドル位置２３ｂ、および第２のエコノミーモード高アイドル位置２３ｃを有してもよい。以下でより詳細に説明するように、エンジン１６は、入力装置２３の高アイドル位置に依存して、異なるように制御されてもよい。通常の高アイドルモードは、機械１０の標準的な動作を可能にしてもよい。第１および第２のエコノミーモードは、エンジン回転数を選択的に低下させることにより、改善されたレベルの燃料消費、排気排出、エンジンノイズなどを提供してもよい。

変速機２０は、無限に可変の出力比範囲を有する無段変速機（ＣＶＴ）を具現化してもよい。ＣＶＴは、一般に、駆動要素、従動要素、および比コントローラで構成されている。変速機２０は、油圧式ＣＶＴとして図２に示されており、駆動要素は、可変容量ポンプなどのポンプ２４であり、従動要素は、可変容量モータなどのモータ２６であり、比コントローラは、ポンプ２４およびモータ２６の一方または両方に関連付けられた可変容量機構２８で構成されている。ポンプ２４は、エンジン１６により駆動されることで流体を加圧し、かかる流体は、次いで、モータ２６に方向付けられ、モータ２６を回転させることにより牽引装置１８を駆動する。ポンプ２４および／またはモータ２６の容量を、容量機構２８を介して選択的に調節することにより、変速機２０の比を調節し（すなわち、エンジン１６により生成され牽引装置１８に送られるパワーにおける速度成分対トルク成分比を変更し）得る。

図２では油圧式ＣＶＴとして示したが、代替として、変速機２０は、所望される場合、電気式ＣＶＴを具現化することも可能であると考えられる。電気式ＣＶＴは、発電機と、発電機からの電流を受ける電気モータと、変速機２０のパワー出力における速度対トルク比を調節する比コントローラとして機能する電子回路とを含んでもよい。また、代替として、変速機２０は、所望される場合、機械式有段変速機を具現化するか、または追加的に組み込むことも可能であると考えられる。

変速機２０は、ニュートラルギア比、無限の組み合わせの前進ギア比、および無限の組み合わせの後進ギア比を含んでもよい。オペレータ入力装置３０からの信号に基づいて、容量機構２８は、変速機２０をニュートラルギア比からいずれかの組み合わせの前進または後進ギア比にシフトさせてもよい。例えば、オペレータは、入力装置３０を前進（Ｆ）、ニュートラル（Ｎ）、または後進（Ｒ）に対応する方向に傾けることで、所望される走行方向を選択してもよい。オペレータは、次いで、入力装置３０上のボタンを押圧することで、所望される走行方向における変速機２０の所望されるギア比を指示してもよい。所望されるギア比は、入力装置２３経由で受信された所望されるエンジン回転数とともに、機械１０の所望される走行速度を少なくとも部分的に定義してもよい。所望される走行方向、ギア比、および走行速度は、所望される場合、上記以外の方法で選択されてもよいと考えられる。また、所望される場合、オペレータ入力装置３０は、機械１０の操舵および／または工事工具１５の移動など、追加の動作を制御するために用いてもよいと考えられる。

１つ以上のセンサ３２を変速機２０に関連付けることで、変速機２０の現在のギア比を指示する信号を生成してもよい。センサ３２は、例えば、変速機２０の回転数入力（例えば、ポンプ２４の回転数）および回転数出力（例えば、モータ２６の回転数）を監視するように構成された回転数センサを具現化してもよい。回転数入力および回転数出力に基づいて、変速機２０の現在のギア比を計算してもよい。変速機２０の現在のギア比は、所望される場合、ポンプ２４およびモータ２６の容量を監視するなど、別の方法で判定してもよいと考えられる。

牽引装置１８は、変速機２０により提供される回転運動を機械１０の並進運動に変換してもよい。図１の実施形態において、牽引装置１８は、機械１０の各側に配置された軌道を含む。代替として、牽引装置１８は、車輪、ベルト、または他の従動牽引装置を含んでもよい。牽引装置１８は、変速機２０により駆動されることで、モータ２６の出力回転により回転してもよい。所望される場合、最終減速ギアセット（不図示）をモータ２６と牽引装置１８との間に配置してもよいと考えられる。

数多くの異なる工事工具１５を、単一の機械１０に取り付け可能であり、オペレータステーション１４を介して制御可能であってもよい。工事工具１５は、リッパ、バケット、ブレード、ショベル、または当該技術において既知の他のいずれかの仕事を行う装置など、特定の仕事を行うために用いられるいずれの装置を含んでもよい。工事工具１５は、直結ピボットを介して、結合システムを介して、１つ以上の油圧シリンダを介して、モータを介して、または他のいずれかの適切な方法により、機械１０に接続されてもよい。工事工具１５は、枢動、回転、摺動、揺動、リフト、または当該技術において既知のいずれかの方法で機械１０に対して移動してもよい。

工事工具１５は、エンジン１６により駆動されてもよい。一例において、工事工具１５は、エンジン１６に接続されるとともにエンジン１６により駆動されるポンプ３３から高圧流体を受ける、例えばシリンダまたはモータである、油圧アクチュエータを含んでもよい。高圧流体は、工事工具１５が土と係合する際に工事工具１５のための作動力を提供するために用いてもよい。このようにして、工事工具１５の係合は、ポンプ３３を介してエンジン１６に荷重するように機能し得る。

オペレータステーション１４は、そこからオペレータが機械１０を制御する場所であってもよい。オペレータステーション１４は、機械１０上または機械１０外に配置され、入力装置２３および入力装置３０などの１つ以上のオペレータ入力装置を含んでもよい。オペレータ入力装置２３、３０は、オペレータの座席に近接して配置されてもよく、コンソールに関連付けられても関連付けられなくてもよい。所望される場合、追加の入力装置（不図示）をオペレータステーション１４内に配置し、例えば、単軸または多軸ジョイスティック、ホイール、ノブ、プッシュプル装置、ボタン、ペダル、スイッチ、および当該技術において既知の他の入力装置を具現化してもよい。オペレータステーション１４の入力装置により生成された信号を用いて、工事工具１５、エンジン１６、および／または変速機２０の動作を調整してもよい。

コントローラ３４を機械１０に関連付け、機械１０の他のコンポーネントと通信させることで、機械１０の性能に影響を与えてもよい。特に、コントローラ３４は、センサ２２および３２、入力装置２３および３０、ならびに容量機構２８とともに、制御システム３６を形成してもよく、かかる制御システム３６は、以下でより詳細に説明するように、オペレータ入力および感知された機械のパラメータに応答して、エンジン１６の回転数を選択的に低下させ、および／または、変速機２０のギア比を変更するように機能してもよい。

コントローラ３４は、エンジン１６、センサ２２および３２、入力装置２３および３０、容量機構２８、ならびに機械１０の他のコンポーネントから受信された信号に応答してエンジン１６および／または変速機２０の動作を制御するための手段を含む、単一または複数のマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などを具現化してもよい。数多くの市販のマイクロプロセッサを、コントローラ３４の機能を行うように構成することが可能である。コントローラ３４は、他の性能に関係するパワーシステムの機能を制御するマイクロプロセッサとは別のマイクロプロセッサを容易く具現化することが可能であるか、または、コントローラ３４は、一般パワーシステムのマイクロプロセッサと一体的であるとともに数多くのパワーシステムの機能および動作モードを制御可能であることが、理解されるべきである。一般パワーシステムのマイクロプロセッサと別であれば、コントローラ３４は、データリンクを介してまたは他の方法により一般パワーシステムのマイクロプロセッサと通信してもよい。電力供給回路、信号処理回路、アクチュエータドライバ回路（すなわち、ソレノイド、モータ、または圧電アクチュエータを駆動する回路）、および通信回路を含む他の様々な既知の回路を、コントローラ３４に関連付けてもよい。

コントローラ３４は、内部メモリ内に格納された１つ以上のマップを含んでもよいと考えられる。これらのマップの各々は、数ある中でも、燃料限界（例えば、トルク燃料限界、スモーク限界等）、異なる動作モード（例えば、通常、第１のエコノミー、第２のエコノミー等）、走行方向（例えば、Ｆ、Ｎ、Ｒ）、および変速比を、異なる所望されるエンジン回転数、走行速度、トルク比、および燃料設定に関係付けるために用いてもよいテーブル、グラフ、および／または数式の形態におけるデータの集合を含んでもよい。これらのマップの各々は、コントローラ３４による使用のために自動的に選択されるか、またはオペレータにより手動で選択され、機械１０の性能に基づいて周期的に更新されてもよい。

入力装置３０を介して選択可能な各動作モードは、機械１０の調整中にコントローラ３４により用いられてもよい条件および限界値のマッピングされたセットに対応してもよい。条件は、１つ以上の所定のアルゴリズムを介して測定値またはシミュレート値を限界値と比較することにより満たされてもよい。限界値は、コントローラ３４のマップに格納されてもよいし、および／または、オペレータにより供給されてもよい。限界値は、例えば、機械１０の走行方向、機械１０の走行速度、エンジン１６の最小および／または最大許容回転数、エンジン１６の現在のまたは利用可能なトルク出力（すなわち、現在の燃料設定または燃料限界）、ならびに変速機２０の現在の、所望される、および／または最大のギア比を含んでもよい。限界値は、コントローラ３４により単体またはいずれかの組み合わせで用いられてもよい。

また、各選択可能な動作モードは、コントローラ３４が所望される動作モードのためにエンジン回転数および／または変速機のギア比を調整するために用いてもよい設定点値に対応してもよい。例えば、通常の高アイドルモードのための設定点値は、約２１００ｒｐｍの所望されるエンジン回転数に対応してもよい。第１および第２のエコノミーモードのための設定点値は、約１６００ｒｐｍの所望されるエンジン回転数に対応してもよい。動作モード間の自動的な遷移をトリガする設定点値は、トルク閾値、例えば、利用可能なトルク出力（すなわち、トルク限界燃料設定）よりも約１０％小さい現在のエンジントルク（すなわち、現在の燃料設定）に対応する第１のトルク閾値、および利用可能なトルクの９５％にほぼ等しい現在のエンジントルクに対応する第２のトルク閾値に関連付けられてもよい。エコノミーモードの解除をトリガする、またはエコノミーモードの完全な使用を制限する追加の設定点値は、変速機２０の最大許容ギア比、例えば約１．６のギア比、および対応する走行速度、例えば約１０ｋｍ／ｈに関連付けられてもよい。

入力装置３０を介して受信された入力に応答して、コントローラ３４は、機械１０の動作を１つの動作モードから別の動作モードに（例えば、通常の高アイドルモードから第１または第２のエコノミーモードに）変更してもよい。各動作モード内において、コントローラ３４は、監視された入力、格納されたマップからのデータ、内部アルゴリズム、および格納された設定点値に基づいてエンジン１６の回転数設定および変速機２０のギア比を調節してもよい。コントローラ３４は、例えばエンジン１６の利用可能な燃料および／または空気流入量を低下または増加させる（すなわち、利用可能な潜在的なエネルギーを変更する）ことにより、エンジン１６の回転数を調整してもよい。変速機２０のギア比の修正は、例えば容量機構２８を介してポンプ２４および／またはモータ２６の容量を選択的に増加または減少させることにより、達成してもよい。この調整により、コントローラ３４は、変化する機械１０に対する荷重、走行条件、および機械のオペレータの要望に効率的に応答することが可能になり得る。コントローラ３４は、バングバング制御、比例制御、比例積分微分制御、適応制御、モデルベース制御、論理ベース制御、および当該技術において既知の他のいずれかの制御方法など、いずれの制御アルゴリズムを用いてもよい。コントローラ３４は、フィードフォワードおよび／またはフィードバック制御を用いてもよい。

図３は、コントローラ３４により実施されてもよい機械１０を制御する例示的な方法を略示する。図３は、以下で詳細に検討する。

開示の制御システムは、燃料消費、排気排出、エンジン温度、およびエンジンノイズのより大きい制御が所望されるいずれの機械にも適用可能であってもよい。特に、開示の制御システムは、各モードがエンジンおよび関連付けられた変速機の動作に異なる影響を与える、２つのエコノミーモードを含む複数の選択可能な動作モードを提供してもよい。さらに、開示の制御システムは、機械の荷重および所望される走行速度に基づいてエンジンおよび変速機を自動的に調整してもよい。機械の荷重および所望される走行速度によるこの調整は、機械の応答性に大きい影響を与えることなく、燃料消費、排気排出、エンジン温度、およびエンジンノイズを全体的に低下させ得る。ここで、機械１０の動作について説明する。

機械１０は、高アイドル機械であってもよく、そのため、高トルク出力を要求する機械１０を用いる工事を始める前に、オペレータは、機械１０のスロットル位置を高アイドル回転数に設定してもよい。オペレータは、次いで、前進走行（Ｆ）、後進走行（Ｒ）、またはニュートラル（Ｎ）を含む機械１０の所望される走行方向を選択し、選択された走行方向における所望されるギア比を選択してもよい。上記のように、機械１０のスロットル位置は、入力装置２３を介して、所望される走行方向およびギア比は、入力装置３０を介して、設定されてもよい。所望されるスロットル位置およびギア比は、ともに、機械１０の所望される走行速度を定義してもよい。コントローラ３４は、スロットル設定、所望される走行方向、および所望されるギア比を受信し（ステップ１００）、次いで、いずれかの高アイドル動作モードがオペレータにより選択されたかを受信された入力に基づいて判定してもよい（ステップ１２０）。

オペレータが通常の動作モードを選択すると、コントローラ３４は、エンジン１６の現在の回転数を選択された高アイドル回転数の２１００ｒｐｍに設定し（ステップ１３０）、制御をステップ１００に戻してもよい。オペレータは、機械１０の高い応答性と引き替えに経済性を犠牲にしてもよい仕事について通常の動作モードを選択してもよい。コントローラ３４は、オペレータが新しい動作モードを選択するまで通常モードのままであってもよい。

オペレータが第１のエコノミー動作モードを選択すると（ステップ１２０：モード１）、コントローラ３４は、入力装置３０と通信することで、オペレータにより現在要請されている所望される走行方向に関するデータを受信してもよい。すなわち、コントローラ３４は、前進、ニュートラル、または後進がオペレータにより入力装置３０を介して選択されたことを判定してもよい（ステップ１４０）。第１のエコノミーモードとともに前進走行方向が選択されたら、コントローラ３４は、現在のエンジン回転数を選択されたスロットル設定により設定し（ステップ１５０）、制御をステップ１００に戻してもよい。

しかし、コントローラ３４がステップ１２０においてエコノミーモード１であると判定し、ステップ１４０において後進またはニュートラルが選択されたと判定したら、コントローラ３４は、現在のエンジントルクの利用可能なエンジントルクに対する比を監視してもよい（ステップ１７０）。上記のように、エンジントルクは、所与のエンジン回転数における燃料量により表され得る。従って、現在のエンジントルクの利用可能なエンジントルクに対する比は、現在の燃料設定のエンジン１６の所与の回転数についてのトルク燃料限界に対する比にほぼ等しくなり得る。コントローラ３４は、このトルク比を閾値比と比較し（ステップ１８０）、比較結果に基づいて、機械の応答性に大きい負の影響を与えることなく、エンジン回転数の低下を生じさせることが可能であるかを判定してもよい。現在のエンジントルクの現在のエンジン回転数における利用可能なエンジントルクに対する比が約９０％よりも大きければ（すなわち、エンジン１６のトルク出力量が利用可能なトルク出力に近ければ）（ステップ１８０：Ｎｏ）、コントローラ３４は、何も低下させることなく、現在のエンジン回転数を選択されたスロットル設定により設定してもよい（ステップ１５０）。この特定の状況において、エンジン回転数を低下させると、エンジントルク出力がオペレータまたは機械の要求を満たすために不十分なものとなる場合があり、そのため、コントローラ３４がこの状況において現在のエンジン回転数を低下させない場合がある。

しかし、現在のエンジントルクが利用可能なエンジントルクに約１０％以上満たない場合（ステップ１８０：Ｙｅｓ）、コントローラ３４は、エンジン１６の現在の回転数を所望されるエンジン回転数から（すなわち、高アイドルのスロットル設定から約１６００ｒｐｍまで）低下させ、低下したエンジン回転数において機械１０の所望される走行速度を維持するように変速機２０の比を調節してもよい（ステップ１９０）。例えば、高アイドルエンジン回転数の２１００ｒｐｍを所望されるギア比に組み合わせた結果、機械の走行速度が後進方向に２ｋｍ／ｈとなる場合、コントローラ３４が現在のエンジン回転数を１６００ｒｐｍに低下させるとき、コントローラ３４は、低下したエンジン回転数において結果的に生じる機械の走行速度がやはり２ｋｍ／ｈであるように、対応する量だけ変速機２０のギア比を同時に増加させてもよい。このようにして、機械の性能に負の影響を与えることなく、恐らくはオペレータがエンジン回転数の変化に気付くことさえなく、燃料効率、排出、ノイズなどを改善し得る。オペレータは、燃料消費、温度、ノイズなどの低下が所望されるが高い性能がやはり要求される仕事について、第１のエコノミー動作モードを選択してもよい。

第１のエコノミーモードにおける動作中、現在のエンジントルクの利用可能なエンジントルクに対する比が増加する（すなわち、現在のエンジン燃料設定が増加してトルク燃料限界に近付く）ことが可能であり得る。この理由のため、コントローラ３４は、現在対利用可能エンジントルク比を監視し続け（ステップ２００）、比較結果に基づいて選択的にエンジン回転数を再設定してもよい（ステップ２１０）。すなわち、第１のエコノミーモードにおける機械１０の動作中、現在対利用可能エンジントルク比が約９５％に到達するかまたは約９５％を超過するとき、コントローラ３４は、エンジン１６の回転数を１６００ｒｐｍから２１００ｒｐｍまで増加させてもよい。代替として、上昇するトルク値に起因するエンジン回転数の増加は、漸増的であり、高アイドル未満のエンジン回転数が結果的に生じてもよいと考えられる。例えば、現在のトルク対利用可能なトルクの比が約９５％を超過するとき、第１のエコノミーモード中の後進走行速度の増加は、１６００ｒｐｍから１８００ｒｐｍのみへの増加であってもよく、いくつかの状況において、比が約１００％に到達する際、２１００ｒｐｍまでさらに増加してもよい。

オペレータが第２のエコノミー動作モードを選択すると（ステップ１２０：モード２）、制御は、機械１０が後進方向に走行しているかを確認することなく、ステップ１７０に直接進行してもよい。すなわち、２１００ｒｐｍから１６００ｒｐｍまでの上記のエンジン回転数の低下は、機械１０の走行方向に関わらず、現在対利用可能エンジントルク比が９０％未満であればいつでも実施されてもよい。第２のエコノミー動作モードは、燃料消費、ノイズ、温度などを最大限に低下させるために選択されてもよい。

上昇する現在対利用可能エンジントルク比に応答したステップ２１０後のエンジン回転数の再設定は、所望される場合、第２のエコノミーモード中に機械１０の走行方向に依存して異なってもよいと考えられる。すなわち、第２のエコノミーモードにおける機械１０の前進走行中に比が９５％を上回って増加するとき、エンジン回転数は、１６００ｒｐｍから高アイドル回転数の２１００ｒｐｍに再設定されてもよい。しかし、第２のエコノミーモードにおける機械１０の後進走行中、エンジン回転数は、上昇するトルク比に応答してより少ない量だけ、例えば１６００ｒｐｍから１８００ｒｐｍのみに、上昇させてもよい。

また、エコノミーモードの使用中、変速機２０のギア比および／または機械１０の走行速度に最大限界が課されてもよい。特に、変速機２０のギア比を増加させることで低下したエンジン回転数において所望される走行速度を維持する際、ギア比は、最終的に閾値に到達してもよい。変速機２０のギア比を、閾値を越えて増加させると、変速機２０のギア比および／または機械１０の走行速度が許容可能な限界を越えて増加することが可能であり得る。この理由のため、エコノミー動作モードは、最大の変速機のギア比の約１．６および／または最大の走行速度の約１０ｋｍ／ｈに制限されてもよい。

いくつかの状況において、最大のギア比／走行速度の限界により、第１または第２のエコノミーモード中にエンジン回転数の低下がほとんどまたはまったく生じない結果となり得る。例えば、機械１０が２１００ｒｐｍにおいて１．４のギア比で走行している場合、低下したエンジン回転数の１６００ｒｐｍにおいて同じ走行速度を維持するために、ギア比は、約１．８４に増加する必要があろう。しかし、変速機のギア比が１．６に制限され得るため、エンジン１６を低下させることが可能な最低の速度は、約１８３７ｒｐｍであろう。そのため、この状況において、コントローラ３４は、現在対利用可能トルク比が９０％を下回って下降するときにエンジン１６の回転数を低下させ得るが、回転数の低下量は、約２６０ｒｐｍのみであり得る。

他の状況において、ステップ１９０におけるエンジン回転数の低下後、オペレータは、機械１０の増加した走行速度への要望を指示してもよい。走行速度の所望される増加に応答して、コントローラ３４は、変速機２０の最大のギア比が到達されるまで変速機２０のギア比を増加させてもよい。一旦変速機２０の最大のギア比が到達されても、所望される走行速度の増加に達していなければ、コントローラ３４は、次いで、エンジン１６の回転数を１６００ｒｐｍから上昇させ始めてもよい。

また、通信不全の状況において、エコノミー動作モード中にトルク比（すなわち、現在のトルクの利用可能なトルクに対する比）以外の入力を利用して機械１０を制御してもよいと考えられる。例えば、現在のトルクの信号が利用不可能なとき、現在のエンジン回転数を所望されるエンジン回転数と比較し、エコノミー動作モードが実施されるべきかを判定することが可能であり得る。すなわち、高アイドル回転数の２１００ｒｐｍに設定されている場合、機械１０のエンジン１６がぎくしゃくして１９００ｒｐｍになると、対応するトルク比は、１００％で計算されているだろうと判定することが可能である。この状況において、エコノミー動作モードは、許容されなくてもよい。

荷重調節式エコノミーモードシステムのいくつかの利点を実現してもよい。特に、開示のシステムは、複数の選択可能な機械動作モードを提供し、エコノミーモード中に荷重が大パワーを要求するときにエンジン回転数および変速機のギア比を自動的に変調させてもよい。選択可能なエコノミーモードと変速機の調節とのこの組み合わせは、機械の応答性を大きく損なうことなく、増加した効率を提供し得る。

本発明の範囲から逸脱することなく開示の制御システムに様々な修正および変形を行うことが可能であることが、当業者には明白であろう。明細書を検討し、本明細書中に開示の制御システムを実施することにより、制御システムの他の実施形態が当業者には明白であろう。例えば、コントローラ３４は、所望される場合、特定の走行方向の選択後、エンジン回転数の低下を行う前の期間を遅延させてもよいと考えられる。明細書および例は、例示のみのためのものであると考えられるべきであり、真の範囲は、後続の請求項およびそれらの均等物により指示されることが意図される。

Claims (10)

1. 移動式機械（１０）のための制御システム（１４）であって：
   移動式機械を推進させるように構成されたエンジン（１６）と；
   所望されるエンジン回転数および所望される動作モードを指示するように構成された少なくとも１つのオペレータ入力装置（２３、３０）と；
   エンジンおよび少なくとも１つのオペレータ入力装置と通信するコントローラ（３４）であって、コントローラは、
   エンジンの現在のトルクを利用可能なトルクと比較するとともに；
   所望される動作モードおよび比較結果に基づいて、エンジンの回転数を所望されるエンジン回転数から選択的に調節する；ように構成されている、コントローラと；を備える、制御システム。
2. エンジンにより駆動される変速機（２０）をさらに含み；
   少なくとも１つのオペレータ入力装置は、さらに、所望される走行速度を指示するように構成され；
   コントローラは、さらに、エンジンの回転数の調節後に移動式機械の所望される走行速度を維持するように変速機の比を選択的に調節するように構成されている、請求項１に記載の制御システム。
3. 変速機は無段変速機であり、コントローラは、エンジンの回転数が調節されている際、移動式機械の現在の走行速度がエンジンの回転数の調節中にほぼ同じままであるように変速機の比を調節するように構成されている、請求項２に記載の制御システム。
4. コントローラは、さらに、変速機の現在のギア比を閾値ギア比と比べる第２の比較を行うとともに、第２の比較の結果に基づいて所望されるモードにおける動作を選択的に抑制するように構成されている、請求項２に記載の制御システム。
5. 少なくとも１つのオペレータ入力装置は、さらに、所望される走行方向を指示するように構成され；
   コントローラは、さらに、所望される走行方向が特定の走行方向であるときにのみエンジンの回転数を所望されるエンジン回転数から選択的に調節するように構成され、特定の走行方向は後進走行方向である、請求項１に記載の制御システム。
6. コントローラは、エンジンの現在のトルクが利用可能なトルクよりも少なくとも閾値量だけ小さいときにのみエンジンの回転数を選択的に低下させるように構成され、閾値量は、利用可能なトルクの約１０％である、請求項１に記載の制御システム。
7. コントローラは、さらに、エンジンの現在のトルクが第２の閾値量を上回って上昇するときにエンジンの回転数を所望されるエンジン回転数に選択的に増加させるように構成され、第２の閾値量は、利用可能なトルクの約９５％である、請求項６に記載の制御システム。
8. 移動式機械（１０）を制御する方法であって：
   移動式機械の所望されるエンジン回転数および移動式機械の所望される動作モードを指示する入力を受信するステップと；
   移動式機械の現在のエンジントルクを利用可能なトルクと比較するステップと；
   所望される動作モードおよび比較結果に基づいて、移動式機械のエンジン回転数を所望されるエンジン回転数から選択的に調節するステップと；を含む、方法。
9. 所望される走行速度を指示する入力を受信するステップと；
   エンジン回転数の調節後に所望される走行速度を維持するように移動式機械の変速比を選択的に調節するステップと；をさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 機械（１０）であって：
    牽引装置（１８）と；
    機械を推進させるために牽引装置を駆動するように構成された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御システム（１４）と；を備える、機械。

Images