JP5536327B2 - 無限可変トランスミッションによる作業機械の惰力走行および制動制御 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関し、更に特定すれば、無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）と結合した内燃エンジンを含む作業機械に関する。

建設作業機械、農業作業機械、または林業作業機械のような作業機械は、通例、内燃（ＩＣ）エンジンの形態とした原動機を含む。ＩＣエンジンは、圧縮点火エンジン（即ち、ディーゼル・エンジン）または火花点火エンジン（即ち、ガソリン・エンジン）のいずれかの形態であればよい。殆どの重作業機械では、原動機は、関連する作業動作に対する引っ張り、引き落とし、およびトルク特性が高いディーゼル・エンジンの形態をなす。

ＩＣエンジンをＩＶＴと結合すると、無段階で０から最大まで連続可変出力速度を得ることができる。ＩＶＴは、通例、静水および機械的伝導部品を含む。静水部品は、回転するシャフトの動力を作動流に、そしてその逆に変換する。ＩＶＴを通過する動力流(power flow)は、設計および出力速度に応じて、静水的部品のみ、機械的部品のみ、または双方の組み合わせを通過することができる。

作業機械に用いるＩＶＴの一例に、油圧機械式トランスミッションがあり、これは遊星ギア集合と結合されている流体モジュールを含む。作業機械用ＩＶＴの別の例に、静水的トランスミッションがあり、これはギア集合と結合されている油圧モジュールを含む。

対地速度制御ペダルを最大限解放したとき、ＩＶＴによる減速率は、従来のトルク・コンバータ・パワーシフト・トランスミッションよりも急激になる可能性がある。入力の出力速度に対するＩＶＴ比は、速度制御ペダルを解放するにつれて増大し、車両の慣性がエンジンを逆駆動し、急激に車両速度を低下させる。このため、車両は突然停止し、操作者には望ましくない。

当技術分野において必要とされているのは、急激で不愉快な減速がなく作業機械を速度低下させ停止させることができるように構成され制御される、ＩＶＴを有する作業機械である。

一形態において、本発明は、出力を有するＩＣエンジンと、ＩＣエンジンの出力に結合された入力を有するＩＶＴと、対地速度アクチュエータとを含む作業機械を対象とする。対地速度アクチュエータと関連した所望速度センサが、より低い対地速度を示す出力信号を供給する。少なくとも１つの電気処理回路は、ＩＶＴ入力からＩＣエンジン出力へ逆駆動される正味のトルク伝達が実質的にゼロになるように、センサ出力信号に応じて、ＩＶＴの入力／出力（Ｉ／Ｏ）比を増大させるように構成されている。

別の形態において、本発明は、ＩＶＴへの入力に結合された出力を有するＩＣエンジンを含む作業機械の動作方法を対象とする。この方法は、作業機械のより遅い対地速度に対応する位置に、対地速度アクチュエータを移動させるステップと、対地速度アクチュエータの位置を検知し、より遅い対地速度を示す出力信号を供給するステップと、検知した出力信号に応じて、ＩＶＴ入力からＩＣエンジン出力に逆駆動される正味トルク伝達が実質的にゼロとなるように、ＩＶＴのＩ／Ｏ比を増大させるステップとを含む。

図１は、本発明の作業機械の一実施形態の模式図である。

図２は、本発明の作業機械の動作方法の一実施形態のフローチャートを示す。

これより図１を参照すると、本発明の作業機械１０の一実施形態の模式図が示されている。作業機械１０は、John Deere社のフロント・エンド・ローダのような建設作業機械であることを想定しているが、農業、林業、鉱業、または産業用作業機械のような異なる種類の作業機械とすることができる。

作業機械１０は、ＩＶＴ１４と結合されているＩＣエンジン１２を含み、ＩＶＴ１４は、通例、ＩＣエンジン１２のフライホイールまたはフライホイール・ハウジングに直接結合されているか、または離れたところから、ＩＶＴ入力にＩＣエンジン出力を接続する駆動軸を通じて結合されている。図示の実施形態では、ＩＣエンジン１２はディーゼル・エンジンであると仮定するが、ガソリン・エンジン、プロパン・エンジン等とすることもできる。ＩＣエンジン１２は、用途に応じて大きさおよび構成を決められる。

ＩＶＴ１４は、従来の設計でよく、したがってここでは詳細には説明しない。ＩＶＴ１４の出力は、少なくとも１つの他の下流駆動列部品１８と結合されており、一方、下流駆動列部品１８は複数の駆動輪２０に結合されている。駆動輪２０の１つが図１に示されている。勿論、トラック型(track-type)作業車両の場合、駆動列部品２２を対地係合トラックと結合すればよいことは認められよう。

また、ＩＶＴ１４は出力動力を１つ以上の外部負荷２２に供給し、一方、外部負荷２２はこれによってＩＣエンジン１２に追加の負荷をかける。外部負荷２２は、通例、フロント・エンド・ローダ・ブーム(front end loader boom) 、バケット、および操縦(steering)機能、バックホー油圧機能、粒子揚げ卸しオーガ機能、伐木鋸モータ等のように、油圧負荷の形態である。また、ＩＣエンジン１２は、１つまたは複数の冷却ファン、空調コンプレッサ、オルタネータ、エア・コンプレッサ、動力を非実施機能(non-implement function)に供給する油圧ポンプのような、補助負荷２３に直接動力を供給する。つまり、ＩＣエンジン１２にかかる総負荷は、牽引負荷外部油圧負荷、および補助負荷の関数となる。

エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）２４は、ＩＣエンジン１２の動作を電子的に制御し、ＩＣエンジン１２の動作と関連のある複数のセンサ（具体的には示さない）と結合されている。例えば、ＥＣＵ２４は、１つ以上の吸気マニフォルド内における空気流速、エンジン速度、クランクシャフト位置、燃料供給速度および／またはタイミング、排気ガス環流（ＥＧＲ）率、冷却剤温度、油圧、ターボチャージャ・ブレード位置等のような、エンジン制御パラメータを示すセンサと結合することができる。加えて、ＥＣＵ２４は、例えば、対地速度アクチュエータを用いて操作者が入力した指令対地速度、または速度範囲選択レバーを用いて操作者が入力した速度範囲のような、操作者が入力した車両制御パラメータを表す出力信号を、車両制御ユニット（ＶＣＵ）２８から受信することもできる。ＥＣＵ２４は、理論的総エンジン動力を計算し、この値をコントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バス３０に流通させる。ＥＣＵは、燃料量、燃料噴射タイミング、ＥＧＲ弁位置等を制御するアクチュエータと結合することもできる。

同様に、トランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）２６は、ＩＶＴ１４の動作を電子的に制御し、ＩＶＴ１４の動作と関連のある複数のセンサと結合されている。ＥＣＵ２４およびＴＣＵ２６は、ＣＡＮバス３６のような、双方向データ流を提供するバス構造によって互いに結合されている。

ＶＣＵ２８は、重要な負荷を表す外部負荷２２または補助負荷２３からの信号を受信することができる。これらの信号は、実際の負荷を表し、外部および補助負荷の計算を可能にすることができる。負荷値は、ＣＡＮバス３０に流通させることができる。

ＥＣＵ２４、ＴＣＵ２６、およびＶＣＵ２６のような種々の電子部品は、有線接続を用いて互いに結合されているように示されているが、ある種の用途には無線接続を用いてもよいことは言うまでもない。

操作者は、作業機械１０の所望の対地速度に対応する位置に、対地速度アクチュエータ３２を移動させる。図示の実施形態では、対地速度アクチュエータは、中立位置に偏倚されているフット・ペダルであると仮定しており、操作者は、フット・ペダルを押下し、所望の対置速度に対応する位置に保持する。しかしながら、対地速度アクチュエータ３２は、前進および後進機能双方を含むロッカ型フット・ペダル、またはハンド・レバーのように、異なる構成にすることも可能であることは言うまでもない。

先に示したように、対地速度アクチュエータ３２は、フット・ペダルの形態とした可動機械要素であると仮定する。フット・ペダルの位置は、所望速度センサ３４を用いて電子的に検知され、ＴＣＵ２６に送信される。フット・ペダルの位置を表す出力信号は、作業機械１０の対応する所望の対地速度に直接解釈することができる。あるいは、対地速度アクチュエータ３２は、実際の機械的連結とすることもでき、ＩＶＴ１４および／またはその他の駆動列部品１８に機械的に接続する。更に、所望速度センサ３４は、対地速度アクチュエータ３２の位置を表す信号を直接ＶＣＵ２８に、次いで作業機械１０の所望の対地速度を送信することができる。

操作者は、作業機械１０の所望の制動度に対応する位置に、ブレーキ・アクチュエータ３６を移動させる。図示の実施形態では、ブレーキ・アクチュエータ３６は、中立位置に偏倚されているフット・ペダルであると仮定しており、操作者は、フット・ペダルを押下し、所望の減速率に対応する位置に保持する。フット・ペダルの位置は、ブレーキ・センサ３８を用いて電子的に検知され、ＴＣＵ２６（あるいは、ＶＣＵ２８）に送信される。フット・ペダルの位置を表す出力信号は、サービス・ブレーキ４０の対応する適用圧力に直接解釈することができる。

ここで図２を参照して、本発明の作業機械１０の動作方法の一実施形態について、更に詳しく説明する。ブロック５０において、対地速度アクチュエータ３２（例えば、フット・ペダル）を移動させたか否か問い合わせを行う。対地速度アクチュエータ３２を移動させていない場合（線５２）、待機状態が生ずる。一方、対地速度アクチュエータ３２を移動させていた場合（判断ブロック５４）、所望の対地速度を上昇させるべきかまたは低下させるべきか判定を行う。対地速度を上昇させる場合（ブロック５６）、ＩＶＴ１４のＩ／Ｏ比をそれに応じて調節するだけである。

逆に、対地速度を低下させる場合（ブロック５８）、ＩＶＴ１４の入力からＩＣエンジン１２の出力へ逆駆動される正味のトルク移転がほぼゼロになるまで、ＩＶＴ１４のＩ／Ｏ比を増大させる。このために、ＴＣＵ２６は、ＩＣエンジン１２からの出力トルクをＥＣＵ２４を通じて監視し、更に外部および補助負荷をＶＣＵ２８を通じて監視する。外部および補助負荷の要件をＩＣエンジン１２の総出力トルクから推論して、ＩＶＴ１４の正味トルクを判定する。ＴＣＵ２６は、それに応じてＩＶＴ１４のＩ／Ｏ比を調節して、ＩＣエンジン１２からＩＶＴ１４への正味のトルク移転を実質的にゼロに維持する。これによって、作業機械１０は、急激な速度低下を生ずることなく、惰力走行することが可能となり、操作者にとっては一層望ましいと言える。一旦所望の対地速度に達したなら、ＩＶＴ１４のＩ／Ｏ比を調節して、ＩＣエンジン１２からＩＶＴ１４への正のトルク移転によって対地速度を維持できるようにする。

判断ブロック５４とブロック５８との間において、ブロック５８に記載する惰力走行モードに入れるべきか否か、あるいは惰力走行モードに入れることなく、単に対地速度を低下させるべきか否か任意に問い合わせることができる。言い換えると、対地速度の所望の下落が、既定した所望の対地速度のしきい値下落を上回る場合（例えば、割合または絶対値での下落）にのみ、惰力走行モードに入ることができる。例えば、作業機械１０がコンバインであり、操作者が大豆を収穫していると仮定する。夕方が近づくと、茎が硬くなり始めるのが通例であり、刈り取り機構上にあるナイフの目詰まりを回避するために、対地速度を多少落とす必要がある場合がある。例えば、４．５から４．３ｍｐｈにコンバインの速度を低下させて走行条件を順応させれば、対地速度に小さな低下があっても、惰力走行モードに入れる必要があるとは思われない。この場合、制御は、判断ブロック５４とブロック５８との間に入っている任意の判断ブロックから、対地速度低下を実行するためのＩ／Ｏ比調節のブロック５６に直接移ることができる。

判断ブロック６０において、ブレーキ・アクチュエータ３６（例えば、ブレーキ・ペダル）が押下されているか否か問い合わせを行う。押下されていない場合、制御は入力を判断ブロック５０に戻す（線６２）。ブレーキ・アクチュエータ３６が押下されている場合、ＩＣエンジン１２を逆駆動して（エンジン動作速度（ＲＰＭ）は上昇する）、作業機械１０のエンジンを制動する（ブロック６４）ように、ＩＶＴ１４のＩ／Ｏ比を更に増大させる。エンジンの制動によって、サービス・ブレーキ４０における熱の発生を防止し、その寿命を長くする。ブレーキ・ペダルを更に押下して追加のエンジン制動を行うと、エンジン速度を最大の所定エンジン速度まで上昇させることができる。

判断ブロック６６において、エンジン制動に対する最大エンジン速度を超える点まで、ブレーキ・アクチュエータ３６が操作者によって更に押下されたか否か問い合わせを行う。押下されていない場合、制御は入力を判断ブロック５０に戻す（線６８）。ブレーキ・アクチュエータが更に押下されている場合、サービス・ブレーキを適用する（ブロック７０）。

ブロック６４において記載したエンジン制動、およびブロック７０において記載したサービス・ブレーキの使用(engagement)について、惰力走行モードに関して先に述べたしきい値依存性と同様のしきい値依存性を利用することも可能である。

前述の制御ロジックは、ＩＣエンジン１２がＯＮ状態にある間（判断ブロック７２および線７４）繰り返し、ＩＣエンジン１２をＯＦＦに切り換えたとき（ブロック７６）に終了する。

以上、好適な実施形態について説明したが、添付した特許請求の範囲に定めた本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正が可能であることは明らかとなろう。

Claims (16)

1. 作業機械であって、
   出力を有する内燃（ＩＣ）エンジンと、
   前記ＩＣエンジンの出力に結合された入力を有する無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）と、
   対地速度アクチュエータと、
   前記対地速度アクチュエータと関連しており、より低い対地速度を示す出力信号を供給する所望速度センサと、
   前記ＩＶＴ入力から前記ＩＣエンジン出力へ逆駆動される正味トルク伝達が実質的にゼロになるように、前記センサ出力信号に応じて、前記ＩＶＴの入力／出力（Ｉ／Ｏ）比を増大させるように構成された少なくとも１つの電気処理回路と、
   を備えた、作業機械。
2. 請求項１記載の作業機械であって、ブレーキ・アクチュエータと、該ブレーキ・アクチュエータと関連したブレーキ・センサとを含み、前記ブレーキ・センサは、前記ブレーキ・アクチュエータの作動を指示する第１出力信号を供給し、前記少なくとも１つの電気処理回路は、前記ＩＶＴ入力が前記ＩＣエンジン出力を逆駆動するように、前記第１出力信号に応じて、前記ＩＶＴの前記Ｉ／Ｏ比を増大させるように構成された、作業機械。
3. 請求項２記載の作業機械であって、更に、少なくとも１つのサービス・ブレーキを含み、前記ブレーキ・センサは、前記ブレーキ・アクチュエータの別の作動を指示する第２出力信号を供給し、前記少なくとも１つの電気処理回路は、前記第２出力信号に応じて、前記サービス・ブレーキを作動させるように構成された、作業機械。
4. 請求項２記載の作業機械において、前記ブレーキ・アクチュエータはブレーキ・ペダルを含む、作業機械。
5. 請求項１記載の作業機械において、前記対地速度アクチュエータは、フット・ペダルおよびハンド・レバーの内の１つを含む、作業機械。
6. 請求項１記載の作業機械において、前記少なくとも１つの電気処理回路は、前記ＩＣエンジンと関連したエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）と、前記ＩＶＴと関連したトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）とを備えており、前記ＴＣＵが前記ＩＶＴの前記Ｉ／Ｏ比を制御する、作業機械。
7. 無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）への入力に結合された出力を有する内燃（ＩＣ）エンジンを含む作業機械の動作方法であって、
   前記作業機械のより遅い対地速度に対応する位置に、対地速度アクチュエータを移動させるステップと、
   前記対地速度アクチュエータの前記位置を検知し、前記より遅い対地速度を示す出力信号を供給するステップと、
   前記ＩＶＴ入力から前記ＩＣエンジン出力に逆駆動される正味トルク伝達が実質的にゼロとなるように、前記検知した出力信号に応じて、前記ＩＶＴの入力／出力（Ｉ／Ｏ）比を増大させるステップと、
   を備えた、方法。
8. 請求項７記載の作業機械の動作方法であって、
   ブレーキ・アクチュエータを作動させるステップと、
   前記ブレーキ・アクチュエータの前記作動を検知し、前記ブレーキ・アクチュエータの作動を示す第１出力信号を供給するステップと、
   前記ＩＶＴ入力が前記ＩＣエンジン出力を逆駆動するように、前記第１出力信号に応じて、前記ＩＶＴの前記Ｉ／Ｏ比を増大させるステップと、
   を含む、方法。
9. 請求項８記載の作業機械の動作方法であって、更に、
   前記ブレーキ・アクチュエータの更に別の作動を検知し、前記ブレーキ・アクチュエータの前記更に別の作動を示す第２出力信号を供給するステップと、
   前記第２出力信号に応じて、少なくとも１つのサービス・ブレーキを作動させるステップと、
   を備えた、方法。
10. 請求項８記載の作業機械の動作方法において、前記ブレーキ・アクチュエータはブレーキ・ペダルを含む、作業機械。
11. 請求項７記載の作業機械の動作方法において、前記対地速度アクチュエータは、フット・ペダルおよびハンド・レバーの内の１つを含む、方法。
12. 請求項７記載の作業機械の動作方法において、前記Ｉ／Ｏ比を増大させる前記ステップは、前記ＩＣエンジンと関連したエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）と前記ＩＶＴと関連したトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）とを用いて実行し、前記ＴＣＵが前記ＩＶＴの前記Ｉ／Ｏ比を制御する、方法。
13. 作業機械であって、
    出力を有する内燃（ＩＣ）エンジンと、
    前記ＩＣエンジンの出力に結合された入力を有する無限可変トランスミッション（ＩＶＴ）と、
    ブレーキ・アクチュエータと、
    前記ブレーキ・アクチュエータと関連したブレーキ・センサであって、前記ブレーキ・アクチュエータの作動を示す第１出力信号を供給する、ブレーキ・センサと、
    前記ＩＶＴ入力が前記ＩＣエンジン出力を逆駆動するように、前記第１出力信号に応じて、前記ＩＶＴの入力／出力（Ｉ／Ｏ）比を増大させるように構成された、少なくとも１つの電気処理回路と、
    を備えた、作業機械。
14. 請求項１３記載の作業機械であって、更に、少なくとも１つのサービス・ブレーキを含み、前記ブレーキ・センサは、前記ブレーキ・アクチュエータの更に別の作動を示す第２出力信号を供給し、前記少なくとも１つの電気処理回路は、前記第２出力信号に応じて、前記サービス・ブレーキを作動させるように構成された、作業機械。
15. 請求項１３記載の作業機械において、前記ブレーキ・アクチュエータは、ブレーキ・ペダルを含む、作業機械。
16. 請求項１３記載の作業機械において、前記少なくとも１つの電気処理回路は、前記ＩＣエンジンと関連したエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）と、前記ＩＶＴと関連したトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）とを含み、前記ＴＣＵが前記ＩＶＴの前記Ｉ／Ｏ比を制御する、作業機械。

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