JP2008533956A - 推進式機械用の勾配制限されるリタード制御 - Google Patents

Abstract

電気駆動システム及び機械式ブレーキシステムを有する推進式機械内のパワーを散逸させるための方法が提供される。機械の傾斜が決定される（１１０ａ）。機械の速度が決定される（１３５）。決定された傾斜及び速度に基づきリタード要件が決定される（１５５）。リタード要件の第１の部分は、電気駆動システムによって満たされるように割り当てられ、第１の部分は、電気駆動システムのリタード容量以下である（１７０）。リタード要件が電気駆動システムのリタード容量よりも大きい場合（１６０）、リタード要件の第２の部分は、機械式ブレーキシステムによって満たされるように割り当てられる（１７５）。

Description

本開示は、一般に、推進式機械用のリタード制御、より詳しくは、電気駆動部を有する推進式機械用のリタード制御に関する。

トラック、車輪付きトラクタ、履帯型トラクタ及び他の建設車両のような推進式機械は、急勾配の斜面で作動することが多い。このような勾配を下降するとき、これらの機械は、安全速度を維持するように運動エネルギを散逸させるために様々なリターダシステムを使用することが可能である。例えば、機械は、エンジンリターダ及び／又は機械式制動を使用して減速してもよい。

以前は、このような勾配で作動しているとき、機械オペレータは適切な動作速度を選択しなければならなかった。例えば、オペレータは、正しい変速ギヤを選択し、またオペレータが安全であると考える速度で勾配を下降するために正しい量の制動力を適用するように要求された。しかし、その選択の際にオペレータが不注意であった場合、エンジンがオーバスピードになり、ブレーキがオーバーヒートし、このように機械を損傷することがある。オペレータがあまりにも慎重である場合、機械には、勾配の安全な下降に必要であるよりも多くの時間がかかり、このように、機械は最適な生産性を下回ることになろう。

勾配を下降するときに車両のリターダシステムを自動制御するために、従来技術のシステムが開発されてきた。１つのこのようなシステムは、表題「オートマチックリターダ制御器」の特許文献１に記載されている。このシステムでは、車両の前傾角度の傾斜が検出され、制御器によって変速ギヤが選択され、ブレーキがかけられ、角度に基づき所定の下降速度に機械が減速される。しかしながら、特許文献１の特許のリタード技術は、電気駆動推進／リターダシステムを有する機械に適用できない。さらに、特許文献１の特許によって開示されたシステムは、下降速度を選択するときにロール軸線の周りの車両の傾斜を考慮しない。

米国特許第６，２９９，２６３号明細書

ここに開示される、勾配制限されるリタード制御システム（ｓｌｏｐｅ−ｌｉｍｉｔｅｄ ｒｅｔａｒｄｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）は、従来技術のリタード制御システムのこれらの欠点の１つ以上を解決することに向けられる。

電気駆動システム及び機械式ブレーキシステムを有する推進式機械内のパワーを散逸させるための方法が提供される。機械の傾斜が決定される。機械の速度が決定される。決定された傾斜及び速度に基づきリタード要件が決定される。リタード要件の第１の部分は、電気駆動システムによって満たされるように割り当てられ、第１の部分は、電気駆動システムのリタード容量以下である。リタード要件が電気駆動システムのリタード容量よりも大きい場合、リタード要件の第２の部分が、機械式ブレーキシステムによって満たされるように割り当てられる。

他の形態では、電気駆動システム及び機械式ブレーキシステムを有する推進式機械内のパワーを散逸させるためのシステムが提供される。傾斜表示器は、機械の傾斜に対応する信号を出力するように動作可能である。速度表示器は、機械の速度に対応する信号を出力するように動作可能である。リタード要件計算器は、表示された傾斜及び速度に基づきリタード要件を決定するように動作可能である。制御器は、電気駆動システムによって満たされるべきリタード要件の第１の部分であって、電気駆動システムのリタード容量以下である第１の部分を割り当てるように、またリタード要件が電気駆動システムのリタード容量よりも大きい場合、機械式ブレーキシステムによって満たされるべきリタード要件の第２の部分を割り当てるように動作可能である。

他の形態では、推進式機械内のパワーを散逸させるための方法が提供される。機械のロール軸線の周りの機械の傾斜が決定される。機械の勾配制限速度（ｓｌｏｐｅ−ｌｉｍｉｔｅｄ ｓｐｅｅｄ）が傾斜に基づき決定される。勾配制限速度に機械を減速するために必要なリタード量が、決定される。

他の形態では、推進式機械内のパワーを散逸させるためのシステムが提供される。傾斜表示器は、機械のロール軸線の周りの機械の傾斜に対応する信号を出力するように動作可能である。勾配制限速度の計算器は、傾斜に基づき、機械の勾配制限速度を計算するように動作可能である。リタード要件計算器は、勾配制限速度に機械を減速するために必要なリタード量を計算するように動作可能である。

前述の一般的な説明及び次の詳細な説明の両方が模範的かつ説明目的にすぎず、また特許請求されるように、本発明を限定するものでないことを理解すべきである。

図１は、本開示の例証的な実施形態による勾配制限されるリタード制御システム６０を有する推進式機械２０を概略的に示している。推進式機械２０は、推進／リターダシステム３０及び機械式ブレーキシステム４０を含むことが可能である。例示した実施形態では、推進／リターダシステム３０は電気駆動システムである。しかし、本開示は、機械式推進／リターダシステムなどの従来の推進／リターダシステムを有する推進式機械に等しく適用できる。

図１に示したように、電気駆動推進／リターダシステム３０は、エンジン制御ユニット５１によって制御されかつエンジンシャフト３１ａを有するエンジン３１、発電機３２、発電機インバータ制御ユニット５３によって制御される発電機側電力インバータ３３、ＤＣバス制御ユニット５４によって制御されかつ抵抗グリッド３４ａに連結されるＤＣバス３４、モータインバータ制御ユニット５５によって制御されるモータ側電力インバータ３５、モータシャフト３６ａを有する電気モータ３６、ギヤ駆動部３７、及び牽引装置３８を含むことが可能である。電気駆動推進／リターダシステム３０のこれらの構成要素３１−３８は動作連結され、推進運転段階中には機械２０を推進するようにパワーを提供し、そしてリタード運転段階中には機械２０を減速するようにパワーを散逸させる。

エンジン３１は、任意の従来のタイプでもよい。例えば、エンジン３１は、ディーゼル、ガソリン、又は天然ガスによって駆動される内燃機関でもよい。エンジン３１は、推進式機械２０の様々な機械式動力の付属部品（図示せず）を駆動するように構成可能である。例えば、エンジン３１は、推進式機械２０の１つ以上の油圧ポンプ、ウォータポンプ、ファン、オルタネータ等を駆動するために連結できるであろう。推進段階中、エンジン３１は、エンジンシャフト３１ａを回転するために燃料を燃焼してもよい。リタード段階中、エンジンシャフト３１ａは、（次にモータとして機能する）発電機３２によって駆動可能である。このように駆動されるとき、エンジン３１は、エンジン摩擦、排気絞り、圧縮解除装置、及びエンジンの被駆動付属品（例えば、ポンプ等）を通して望ましくないパワーを散逸させることが可能である。エンジン３１はまた、リタード段階中に追加のエネルギを散逸させるようにエアコンプレッサとして機能するように装備してもよい。例えば、エンジン３１は、従来の「ジェイクブレーキ（Ｊａｋｅ ｂｒａｋｅ）」アタッチメントを装備してもよい。

エンジン制御ユニット５１は、エンジンシャフト３１ａの回転速度又はトルクを制御する。例えば、エンジンの目標の回転速度及びトルクを生成するために、エンジン制御ユニット５１は、エンジン速度及びトルク表示器５１ａを介してエンジンシャフト３１ａの回転速度及びトルクを感知して、例えば燃料噴射器（図示せず）によってエンジン３１に供給される燃料量を制御することが可能である。エンジン３１が、リタード段階中に（次にモータとして機能する）発電機３２によって駆動されるとき、エンジン制御ユニット５１は、エンジンに３１への燃料流を低減するか又は遮断し、このように、燃料を節約し、機械２０の運転コストを下げることが可能である。

さらに、エンジン制御ユニット５１は、エンジン速度及びトルク表示器５１ａ及び／又は他のセンサ（図示せず）のようなエンジンセンサからのデータを、通信バス７０を介して監視制御器５０に通信することが可能である。これらのデータは、エンジン３１の現在の散逸可能性の表示を提供することが可能である。例えば、エンジン３１の散逸可能性は、エンジンシャフト３１ａの損傷を与えない回転速度制限、すなわち、エンジン３１又はその被駆動付属品に対し許容し難い摩耗を引き起こさない回転速度と関連させてもよい。

発電機３２は、任意の適切なタイプであり得る。例えば、発電機３２は、ＡＣ誘導、永久磁石、ＡＣ同期又はスイッチトリラクタンス発電機であり得る。推進段階中、発電機３２は、エンジン３１によって駆動されて交流を生成することが可能である。リタード段階中、発電機３２は、エンジン３１を駆動するようにモータとして機能し、このように、上述の方法で望ましくないパワーを散逸させることが可能である。

発電機インバータ制御ユニット５３は、発電機３２とＤＣバス３４との間のパワー流れを制御するように、発電機側電力インバータ３３の配向を制御する。推進段階中、発電機インバータ制御ユニット５３は、発電機３２のＡＣ出力をＤＣバス３４に適切な直流に変換するように、発電機側電力インバータ３３のベクトル配向を制御することが可能である。リタード段階中、発電機インバータ制御ユニット５３は、（次にモータとして機能する）発電機３２を駆動するために適切な交流にＤＣバス３４のＤＣ出力を変換して、エンジン３１の回転速度限界までのエンジンシャフト３１ａの目標回転速度を生成するように、発電機側電力インバータ３３の配向を制御することが可能である。

さらに、発電機インバータ制御ユニット５３は、温度、電圧又は電流センサ（図示せず）のようなセンサからのデータを、通信バス７０を介して監視制御器５０に通信することが可能である。これらのデータは、発電機３２のパワー散逸可能性の表示を提供することが可能である。例えば、発電機３２の散逸可能性は、発電機３２及び／又は発電機側電力インバータ３３の損傷を与えない温度、電圧又は電流限界と関連させてもよい。

ＤＣバス３４は、発電機側電力インバータ３３、モータ側電力インバータ３５及び抵抗グリッド３４ａの間に電流を導く。ＤＣバス制御ユニット５４は、発電機側電力インバータ３３、モータ側電力インバータ３５及び抵抗グリッド３４ａの間のＤＣ電力の分配を制御する。推進段階中、ＤＣバス制御ユニット５４は、ＤＣ電力をモータ側電力インバータ３５に分配してもよい。リタード段階中、ＤＣバス制御ユニットは、ＤＣ電力を発電機側電力インバータ３３及び／又は抵抗グリッド３４ａに分配してもよい。

抵抗グリッド３４ａは、望ましくないパワーを熱に変換することによって望ましくない力を散逸させることが可能な任意の従来の装置でもよい。例えば、抵抗グリッド３４ａは、１つ以上の電気抵抗を含むことが可能である。抵抗グリッド３４ａはまた、過剰熱の散逸に役立つ適切な冷却システム（図示せず）を含んでもよい。

さらに、ＤＣバス制御ユニット５４は、ＤＣバスセンサ（図示せず）からのデータを通信バス７０を介して監視制御器５０に通信することが可能である。これらのデータは、抵抗グリッド３４ａのパワー散逸可能性の表示を提供することが可能である。例えば、抵抗グリッド３４ａの散逸可能性は、ＤＣバス３４及び／又は抵抗グリッド３４ａの損傷を与えない温度、電圧又は電流限界と関連させてもよい。

モータインバータ制御ユニット５５は、ＤＣバス３４とモータ３６との間のパワー流れを制御するように、モータ側電力インバータ３５の配向を制御することが可能である。推進段階中、モータインバータ制御ユニット５５は、電気モータ３６を駆動するために適切な交流にＤＣバス３４のＤＣ出力を変換して、目標のモータシャフト速度及びトルクを生成するようにモータ側電力インバータ３５のベクトル配向を制御することが可能である。リタード段階中、モータインバータ制御ユニット５５は、（発電機として機能する）モータ３６のＡＣ出力をＤＣバス３４に適切な直流に変換するように、モータ側電力インバータ３５の配向を制御することが可能である。

電気モータ３６は、任意の適切なタイプであり得る。例えば、モータ３６は、ＡＣ誘導、永久磁石、ＡＣ同期又はスイッチトリラクタンスモータであり得る。推進段階中、電気モータ３６は、モータ側電力インバータ３５から受けとったＡＣ電力を変換して、モータシャフト３６ａの目標の回転速度及びトルクを生成することが可能である。リタード段階中、モータ３６は、牽引装置３８の従動回転を電流に変換し得る発電機として作用するために可逆であることが可能である。

さらに、モータインバータ制御ユニット５５は、モータ速度及びトルク表示器５５ａ、及び／又は温度、電圧又は電流センサ（図示せず）のようなセンサからのデータを、通信バス７０を介して監視制御器５０に通信することが可能である。これらのデータは、モータ３６のパワー散逸可能性の表示を提供することが可能である。例えば、モータ３６の散逸可能性は、モータ３６及び／又はモータ側電力インバータ３５の損傷を与えない温度、電圧又は電流限界と関連させてもよい。モータ３６の散逸可能性はまた、モータシャフト３６ａの損傷を与えない回転速度限界と関連させてもよい。

ギヤ駆動部３７は、モータシャフト３６ａを、例えば従来の車輪またはスプロケットのような牽引装置３８に動作連結する。ギヤ駆動部３７は、例えば、従来の減速ギヤ及び／又はディファレンシャルを含んでもよい。推進段階中、モータ３６は、地上で機械２０を推進するようにモータシャフト３６ａを回転させ、したがって、ギヤ駆動部３７及び牽引装置３８を回転させることが可能である。リタード段階中、牽引装置３８の従動回転は、ギヤ駆動部３７を回転させ、したがって、モータシャフト３６ａを回転させて（次に発電機として機能する）モータ３６を駆動することが可能である。

機械式ブレーキシステム４０は、機械式ブレーキ制御ユニット５７によって制御される１つ以上の機械式ブレーキ４７を含むことが可能である。ブレーキ４７は、可変制御を有する任意の従来のタイプであり得る。例えば、ブレーキ４７は、適切な機械的又は流体制御システムによって機械的又は油圧的に作動してもよく、あるいは油圧リターダの形態であり得る。ブレーキ４７の適用中、望ましくないパワーは、熱の形態で散逸させてもよい。したがって、ブレーキ４７には、従来の冷却システムを装備してもよい。ブレーキ４７は牽引装置３８に連結されるものとして示されているが、ブレーキ４７の数及び位置は、関連技術で公知のように変更し得ることが理解される。

機械式ブレーキ制御ユニット５７は、ブレーキ４７の適用を制御することが可能である。さらに、機械式ブレーキ制御ユニット５７は、温度センサ（図示せず）のような従来のセンサからのデータを通信バス７０を介して監視制御器５０に通信することが可能である。これらのデータは、ブレーキ４７の現在の散逸可能性の表示を提供することが可能である。例えば、ブレーキ４７の散逸可能性は、ブレーキ４７の損傷を与えない最高温度限度と比較してブレーキの現在の温度と関連させてもよい。

監視制御器５０は、電気駆動推進／リターダシステム３０及び／又は機械式ブレーキシステム４０を制御して、機械２０の所望の推進又は減速を行うことが可能である。制御器５０は、適切な命令を制御ユニット５１、５３、５４、５５及び／又は５７に送ることによって、電気駆動推進／リターダシステム３０及び／又は機械式ブレーキシステム４０を制御してもよい。

制御器５０はまた、制御ユニット５１、５３、５４、５５及び／又は５７からデータを受信することが可能である。これらのデータは、電気駆動推進／リターダシステム３０及び／又は機械式ブレーキシステム４０が、現在生成又は散逸させることができるパワー量の表示を提供することが可能である。制御器５０は、通信バス７０を介して制御ユニット５１、５３、５４、５５及び／又は５７と通信することが可能である。

制御器５０及び制御ユニット５１、５３、５４、５５、５７は、任意の適切な方法で実施可能である。例えば、制御器５０及び制御ユニット５１、５３、５４、５５、５７は、適切に構成されたコンピュータソフトウェアを用いて実施可能である。制御器５０及び制御ユニット５１、５３、５４、５５と５７は、別個に示されているが、例えば、監視制御プログラム内のモジュールとして、制御ユニット５１、５３、５４、５５、５７の１つ以上を制御器５０と一体化し得ることが理解されるであろう。

図２は、本開示の例証的な実施形態による勾配制限されるリタード制御システム６０を概略的に示している。図２に示したように、勾配制限されるリタード制御システム６０は、傾斜表示器６１、機械重量表示器６２、移動方向表示器６３、リタード容量計算器６５、最高速度計算器６６、目標速度表示器６７、機械速度制限器６８、及び機械速度表示器６９を含むことが可能である。図１に示したように、制御システム６０は、監視制御器５０内に一体化してもよい。代わりに、制御システム６０は、制御器５０とは別個に実装されてもよい。

勾配制限されるリタード制御システム６０は、傾斜降下時の機械２０の速度を制限するように、電気駆動推進／リターダシステム３０及び／又は機械式ブレーキシステム４０の動作を制御するリタード方策を実施することが可能である。図３は、本開示の例証的な実施形態によるリタード方策１００を示すフローチャートである。例証的なリタード方策１００は一連の機能として説明可能であるが、機能の順序は、本開示と合致する他の実施において変更可能である。特に、独立した行為は任意の順序で又は平行に実行してもよい。

リタード方策１００は、１０５から始まり得る。方策１００の始まり（１０５）は、機械２０の動作中、方策１００が周期的に、例えば毎秒何回も、あるいは他の任意の所望の時間間隔で反復されるように、システムクロック（図示せず）の制御下にあってもよい。このように、リタード方策１００は、機械２０の動作条件の変化に対応可能である。

１１０ａにおいて、傾斜表示器６１は機械２０の現在の傾斜Ｉを示す信号を出力する。図４は、勾配Ｓを移動している機械２０（この例では、ブルドーザ）を示している。一実施形態において、表示器６１は、機械２０のピッチ軸線Ｐの周りの機械２０の傾斜ｐを示し得る。表示器６１は、前進及び後進方向の両方の移動について下り坂の勾配を決定し得るように、両方の正と負のピッチを示すことができる。例えば、表示器６１は、±４５°の範囲のピッチ（±１００％の勾配）を示すことが可能である。代わりに、表示器６１は、機械２０のロール軸線Ｒの周りの機械２０の傾斜ｒを示し得る。別の代替例として、表示器６１は、ピッチ軸線及びロール軸線の両方の周りの機械２０の傾斜Ｉを示してもよい。例えば、表示器６１は、ピッチ軸線Ｐの周りの機械２０の傾斜を示す１つの信号、及びロール軸線Ｒの周りの機械２０の傾斜を示す他の信号を出力してもよい。言い換えると、表示器６１は、ピッチ軸線及びロール軸線の両方の周りの機械の傾斜を示す単一の信号、例えば、ピッチ軸Ｐ及びロール軸線Ｒの周りの機械２０の傾斜の加重和を示す信号を出力してもよい。表示器６１は、当業者に公知の任意の適切な１つ又は複数の傾斜センサを使用して実装可能である。例えば、表示器６１は、機械２０のフレーム（図示せず）に固定された１つ以上の傾角計又は加速度計を使用して実装してもよい。

１１０ｂにおいて、機械重量表示器６２は、機械２０の重量Ｗを示す信号を出力し得る。表示器６２は、例えば、機械２０のサスペンション構成要素（図示せず）に対する応力を感知することによって機械２０の重量Ｗを感知するセンサであり得る。代わりに、表示器６２は、機械２０のオペレータによって制御される入力部でもよい。例えばオペレータは、機械２０を運転する前に、例えばキーパッドを使用して、重量Ｗの表示を入力することが可能である。別の代替例として、表示器６２は、機械２０の通常運転中に予想される最大重量Ｗのような所定値を示すことが可能である。

１１０ｃにおいて、移動方向表示器６３は、機械２０の現在の移動方向Ｆ／Ｒを示す信号、すなわち、機械２０が前進又は後進方向に移動しているかどうかを出力することが可能である。表示器６３は、当業者が適切であると考える任意のセンサを使用して実装してもよい。例えば、表示器６３は、機械２０の前進又は後進選択ギヤ（図示せず）が前進又は後進位置に配置されたかどうかを感知することが可能である。代わりに、表示器６３は、発電機側電力インバータ３３及び／又はモータ側電力インバータ３５の配向が、前進又は後進移動方向に対応するかどうかを感知することが可能である。しかし、一実施形態において、方向表示器６３を省略してもよく、勾配制限されるリタード制御システム６０が、前進及び後進方向の両方の移動中に等しく機能することが可能である。代わりに、制御システムは、１つの方向、例えば前進方向の移動中にのみ動作し得る。

１１５において、リタード容量計算器６５は、傾斜表示器６１から傾斜Ｉを受信して、傾斜Ｉに基づき、電気駆動推進／リターダシステム２０の損傷を与えない最大のリタード容量、すなわち、勾配制限されるリタード容量Ｃ_EDを示す信号を出力する。計算器６５は、データを、例えば、マップ、あるいは傾斜、例えばピッチ及び／又はロールと、電気駆動推進／リターダシステム３０のリタード容量との間の関係を規定する式を含むことが可能である。

例えば、計算器６５は、特定の機械構造のために開発された電気駆動リタード容量曲線８２（図５参照）に対応するデータ又は式を含んでもよい。図５に示したように、電気駆動リタード容量曲線８２は、電気駆動推進／リターダシステム３０のみのリタード容量を使用して、すなわち、電気駆動推進／リターダシステムに対する損傷なしに、所定の傾斜（ｙ軸）の勾配を下降し得る損傷を与えない最高の前進速度（ｘ軸）を示している。例えば、図５に示したように、曲線８２が開発された特定の構造の機械２０は、もっぱらその電気駆動推進／リターダシステム３０に頼りつつ、損傷なしに、２．５ｍｐｈで４０％の勾配を下降することが可能である。

勾配制限されるリタード容量Ｃ_EDのリタード容量計算器６５による計算は、傾斜Ｉに加えて他のデータに基づいてもよい。例えば、勾配制限されるリタード容量Ｃ_EDの計算は、さらに機械２０の重量Ｗ（機械重量表示器６２から受信可能）及び／又は機械２０の移動方向Ｆ／Ｒ（移動方向表示器６３から受信可能）に基づいてもよい。さらに、勾配制限されるリタード容量Ｃ_EDの計算は、電気駆動推進／リターダシステム３０のリタード容量に影響を及ぼす可能性がある１つ以上の状態を示し得る電気駆動制御ユニット５１、５３、５４及び／又は５５によって通信されるデータに基づいてもよい。例えば、制御ユニット５１、５３、５４及び／又は５５の１つ以上は、減少したリタード容量を示す故障状態を通信することが可能である。リタード容量計算器６５は、リタード容量とこれらの状態との間の関係を規定する追加のデータ又は式を含んでもよい。

１２０において、最高速度計算器６６は、傾斜Ｉに基づき損傷を与えない最高の機械速度Ｖ_MAXを示す信号を出力する。計算器６６は、データを、例えば、マップ、あるいは傾斜、例えばピッチ及び／又はロールと、電気駆動部２０の最高速度との間の関係を規定する式を含んでもよい。

例えば、計算器６６は、特定の機械構造のために開発された全体のリタード容量曲線８４（図５参照）に対応するデータ又は式を含んでもよい。図５に示したように、全体のリタード容量曲線８４は、電気駆動推進／リターダシステム３０ならびに機械式ブレーキシステム４０のリタード容量を使用して、すなわち、これらのシステムに対する損傷なしに、所定の傾斜（ｙ軸）の勾配を下降し得る損傷を与えない最高の前進速度（ｘ軸）を示している。例えば、さらに図５に示したように、曲線８２が開発された特定の構造の機械２０は、機械式ブレーキシステム４０及び電気駆動推進／リターダシステム３０の両方が減速に利用可能な場合、損傷なしに４．５ｍｐｈで４０％の勾配を下降することが可能である。

最高速度計算器６６による最高速度Ｖ_MAXの計算は、傾斜Ｉに加えて他のデータに基づいてもよい。例えば、最高速度Ｖ_MAXの計算は、さらに、機械２０の重量Ｗ（機械重量表示器６２から受信可能）及び／又は機械２０の移動方向Ｆ／Ｒ（移動方向表示器６３から受信可能）に基づいてもよい。さらに、最高速度Ｖ_MAXの計算は、さらに、電気駆動推進／リターダシステム３０及び／又は機械式ブレーキシステム４０のリタード容量に影響を及ぼす可能性がある１つ以上の状態を示し得る電気駆動制御ユニット５１、５３、５４、５５及び／又は５７によって通信されるデータに基づいてもよい。例えば、機械的なブレーキ制御ユニット５７が機械式ブレーキ４７の過温度の状態を報告した場合、最高速度Ｖ_MAXを下げることが可能である。最高速度計算器６６は、最高速度Ｖ_MAXとこれらの状態との間の関係を規定する追加のデータ又は式を含んでもよい。

特定の機械構造用のリタード容量計算器６５及び最高速度計算器６６は、異なる地面の傾斜にわたる特定の機械構造の操作試験によって経験的に開発可能である。代わりに、計算器６５と６６は、例えば、コンピュータシミュレーション技術を用いて、又は経験的な試験及びシミュレーションの組み合わせによって、特定の機械構造の性能をモデル化することによって開発してもよい。

１２５において、目標速度表示器６７は、機械２０の目標速度Ｖ_DESを示す信号を出力する。表示器６７は、機械２０のオペレータによって制御されるスロットル又は速度セレクタのような入力部でもよい。一実施形態において、表示器６７は、損傷を与えない最高の機械速度Ｖ_MAXを目標速度としてオペレータが選択することを可能にする設定を含む速度セレクタであり得る。代わりに、表示器６７は、機械２０の目標速度を計算し得る監視制御器５０のような機械制御器の出力部でもよい。例えば、制御器５０は、目標量のパワーを生成するために必要な目標の速度及びトルクを機械２０の牽引バー（図示せず）に出力することが可能である。

１３０において、機械速度制限器６８は、目標速度表示器６７からの目標速度Ｖ_DESと、最高速度計算器６６からの最高速度Ｖ_MAXとを受信することが可能であり、目標速度Ｖ_DES及び最高速度Ｖ_MAXに基づき、勾配制限速度Ｖ_Sを示す信号を出力することが可能である。勾配制限速度Ｖ_Sは、目標速度Ｖ_DES及び最高速度Ｖ_MAXの低い方に対応し得る。例えば、目標速度Ｖ_DESが最高速度Ｖ_MAXよりも低い場合、勾配制限速度Ｖ_Sは、オペレータ又は他の制御器によって選択された目標速度を生成するように、目標速度Ｖ_DESに対応し得る。しかし、目標速度Ｖ_DESが最高速度Ｖ_MAXよりも高い場合、勾配制限速度Ｖ_Sは、オペレータ又は他の制御器が、機械２０の構成要素を損傷し得る速度を要求することを防止するように、最高速度Ｖ_MAXに対応し得る。

１３５において、機械速度表示器６９は、地上の機械２０の速度Ｖ_Mと関係する信号を出力することが可能である。表示器６９は、任意の従来の方法で、機械速度Ｖ_Mを決定することが可能である。機械速度Ｖ_Mは、地上の機械２０の実際の速度と関係付けることが可能である。例えば、対地速度は、地面に向けたドップラーレーダを使用して決定してもよい。ドップラーレーザは同様の方法で使用し得る。代わりに、対地速度を感知するために、従動の地面係合ホイールを使用できるであろう。対地速度はまた、例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を使用して、長時間にわたるトラクタの位置変化を測定することによって決定できるであろう。代わりに、機械速度Ｖ_Mは、地上の機械２０の理論的な速度と関係付けてもよい。例えば、理論的な速度は、牽引装置３８の円周、ギヤ駆動部３７の減速比、及び例えばモータ速度及びトルク表示器５５ａによって通信されるようなモータシャフト３６ａの回転速度の関数として計算してもよい。しかし、理論的な速度は、当業者に公知の他の任意の適切な方法で決定することが可能である。

１４０において、監視制御器５０は、機械速度表示器６９から受信された機械速度Ｖ_Mを、機械速度制限器６８から受信された勾配制限速度Ｖ_Sに比較することが可能である。次に、監視制御器５０は、電気駆動推進／リターダシステム３０を制御して、勾配制限速度Ｖ_Sで機械２０を推進することが可能である。

機械速度Ｖ_Mが、容認可能な誤差のマージン内までの勾配制限速度Ｖ_Sに等しい（Ｖ_M＝Ｖ_S）場合、監視制御器５０は別の動作をとらなくてもよく、またリタード方策１００は、戻って他の周期的な反復（１０５）を始めてもよい。

機械速度Ｖ_Mが、容認可能な誤差のマージンを超えて、勾配制限速度Ｖ_Sよりも小さい（Ｖ_M＜Ｖ_S）場合、監視制御器５０は、電気駆動推進／リターダシステム３０を制御して機械速度を高め、勾配制限速度を達成することが可能である。一例として例証的な全体のリタード容量曲線８４（図５）を使用して、機械２０が４０％の勾配で４．０ｍｐｈで下方に移動する場合、制御器５０は、機械速度を高めて、４．５ｍｐｈの勾配制限速度を達成するために、推進／リターダシステム３０を制御することが可能である。

機械速度を高めるために、監視制御器５０は、最初に、機械式ブレーキシステム４０が推進式機械２０（１４５）を能動的に減速しているかどうかを決定してもよい。例えば、制御器５０は、例えば、リタード方策１００の事前の反復中に制御器５０からのリタード命令に応答して、機械式ブレーキ制御ユニット５７が機械式ブレーキ４７を現在制御して、機械２０を減速しているかどうかを決定してもよい。そうであれば（１４５：はい）、制御器５０は、勾配制限速度が達成されるかあるいは機械式ブレーキシステム４０が機械２０をもはや能動的に減速しなくなる（すなわち、機械式ブレーキ４７がもはや適用されない）まで、機械式ブレーキ４７によって散逸されるパワー量を減少させるように、機械式ブレーキ制御ユニットに命令することが可能である（１５０）。

機械式ブレーキシステム４０が推進式機械２０を能動的に減速しておらず（１４５：いいえ）、また機械速度が勾配制限速度未満に留まる場合、監視制御器５０は、電気駆動推進／リターダシステム３０が推進式機械２０を能動的に減速しているかどうかを決定してもよい（１５５）。例えば、制御器５０は、例えば、リタード方策１００の事前の反復中に制御器５０からのリタード命令に応答して、推進／リターダシステム３０が現在パワーを散逸させて、機械２０を減速しているかどうかを決定してもよい。そうであれば（１５５：はい）、制御器５０は、勾配制限速度が達成されるかあるいは推進／リタードシステム３０が機械２０をもはや能動的に減速しなくなるまで、推進リターダシステム３０によって散逸されるパワー量を減少させるように、電気駆動制御ユニット５１、５３、５４及び／又は５５に命令することが可能である（１６０）。

電気駆動推進／リターダシステム３０が推進式機械２０を能動的に減速しておらず（１５５：いいえ）、また機械速度が勾配制限速度未満に留まる場合、監視制御器５０は、電気駆動推進／リターダシステム３０を制御して、推進段階に入る（１６５）。推進段階中、エンジン制御ユニット５１は、エンジンシャフト３１ａの目標の回転速度及びトルク出力を生成するために必要な燃料量を燃焼するように、エンジン３１を制御することが可能である。発電機３２は、エンジン３１によって生成される機械的パワーをＡＣ電力に変換することが可能である。発電機インバータ制御ユニット５３は、発電機側電力インバータ３３の配向を制御して、発電機３２のＡＣ出力をＤＣに変換することが可能である。ＤＣバス制御ユニット５４は、勾配制限速度Ｖ_Sで機械２０を推進するために必要なＤＣパワーの部分をモータ側の電力インバータ３５に分配することが可能である。モータインバータ制御ユニット５５は、モータ側電力インバータ３５の配向を制御して、電流をＤＣバス３４からモータ３６に導くことが可能である。モータ３６は、モータ側電力インバータ３５のＡＣ出力を変換して、モータシャフト３６ａの目標の回転速度及びトルクを生成することが可能である。モータシャフト３６ａの回転は、勾配制限速度Ｖ_Sで機械２０を推進するように、ギヤ駆動部３７を通して牽引装置３８に連結可能である。

機械速度Ｖ_Mが、容認可能な誤差のマージンを超えて、勾配制限速度Ｖ_Sよりも大きい（Ｖ_M＞Ｖ_S）場合、監視制御器５０はリタード段階に入ってもよい（１７０）。再び、一例として例証的な全体のリタード容量曲線８４（図５）を使用して、機械２０が４０％の勾配で６．０ｍｐｈで下方に移動する場合、制御器５０は、４．５ｍｐｈの勾配制限速度に機械速度を低減するために、リタード段階に入ってもよい。監視制御器はまた、機械２０のオペレータが減速を要求する任意の時間にリタード段階に入ってもよい。リタード段階中、監視制御器５０は、電気駆動リターダシステム３０及び／又は機械式ブレーキシステム４０を制御して、勾配制限速度Ｖ_Sに機械２０を減速する。

１７５において、監視制御器５０は、現在の機械速度Ｖ_Mから、勾配制限速度Ｖ_Sに機械２０を減速するために散逸されなければならないパワー量を示すリタード要件Ｒ_REQを計算することが可能である。例えば、監視制御器５０は、データを、例えば、マップ、又は機械速度の所定の低減を達成するために散逸されなければならないパワー量を決定する式を含んでもよい。監視制御器によるリタード要件Ｒ_REQの計算は、機械２０の傾斜Ｉ（機械傾斜表示器６１から検索可能）、機械２０の重量Ｗ（機械重量表示器６２から受信可能）及び／又は機械２０の移動方向Ｆ／Ｒ（移動方向表示器６３から受信可能）に基づいてもよい。

１８０において、監視制御器５０は、リタード要件Ｒ_REQを、リタード容量計算器６５から受信された電気駆動Ｃ_EDの勾配制限されるリタード容量と比較して、機械２０の様々なリターダ構成要素によって満たされるべきリタード要件の部分を割り当てる。電気駆動部Ｃ_EDの勾配制限されるリタード容量が、リタード要件Ｒ_REQ以上である（Ｃ_ED≧Ｒ_REQ）場合、監視制御器５０は、全体のリタード要件を電気駆動推進／リターダシステム３０に割り当ててもよい。例えば、監視制御器５０は、電気駆動推進／リターダシステム３０を制御して、勾配制限速度Ｖ_Sに機械２０を減速するように、リタード要件Ｒ_REQに等しい望ましくないパワー量を散逸させてもよい（１８５）。次に、プロセスは、戻って他の周期的な反復を始めてもよい（１０５）。

制御器５０は、望ましくないパワーがエンジン３１及び／又は抵抗グリッド３４ａによって散逸され得るように、適切な命令を電気駆動制御ユニット５１、５３、５４及び／又は５５に発信することによって電気駆動推進／リターダシステム３０を制御してもよい。一実施形態において、望ましくないパワーは、最初にエンジン３１を使用して、その最大の散逸可能性まで散逸させられ、次に抵抗グリッド３４ａを使用して散逸させられる。

電気駆動推進／リターダシステム３０による機械２０の減速中、牽引装置３８の従動回転は、ギヤ駆動部３７を通して電気モータ３６に連結してもよい。次に、電気モータ３６は、発電機として作動して、モータシャフト３６ａの回転をＡＣ電力に変換することが可能である。モータインバータ制御ユニット５５は、モータ側電力インバータ３５の配向を制御して、モータ３６のＡＣ出力をＤＣに変換することが可能である。ＤＣバス制御ユニット５４は、ＤＣ電力を発電機側電力インバータ３３及び／又は抵抗グリッド３４ａの間に分配してもよい。発電機インバータ制御ユニット５３は、発電機側電力インバータ３３の配向を制御して、ＤＣバス３４から発電機３２に電流を導くことが可能である。発電機３２は、発電機側電力インバータ３３のＡＣ出力を変換して、エンジン３１の損傷を与えない回転速度限界までのエンジンシャフト３１ａの目標の回転速度及びトルクを生成し、このように、エンジンリターダを通して望ましくないパワーを散逸させることが可能である。抵抗グリッド３４ａは、ＤＣバス３４からの残りのすべてのＤＣ電力を熱に変換し、このように、残りの望ましくないパワーを散逸させることが可能である。望ましくないパワーの散逸により、勾配制限速度Ｖ_Sに機械２０を減速することが可能である。

電気駆動部Ｃ_EDの勾配制限されるリタード容量が、リタード要件Ｒ_REQよりも低い（Ｃ_ED＜Ｒ_REQ）場合、監視制御器５０は、リタード要件を電気駆動推進／リターダシステム３０と機械式ブレーキシステム４０との間に割り当ててもよい。例えば、監視制御器５０は、電気駆動推進／リターダシステム３０を制御して、勾配制限されるそのリタード容量Ｃ_EDに等しいパワー量を散逸させ（１９０）、同様に機械式ブレーキシステム４０を制御して、勾配制限速度Ｖ_Sに機械２０を減速するように、望ましくないパワーの残部（例えば残部全体Ｒ_REQ−Ｃ_ED）を散逸させる（１９５）ことが可能である。

再び、一例として例証的な全体のリタード容量曲線８４（図５）を使用して、機械２０が４０％の勾配で下方に移動する場合、電気駆動部Ｃ_EDの勾配制限されるリタード容量は、機械２０が２．５ｍｐｈのみで移動することを可能にするであろう。しかし、制御器５０は、電気駆動推進／リターダシステム３０のリタード容量を機械式ブレーキ制御システム４０による減速で補完することによって、機械２０が最高４．５ｍｐｈで４０％の勾配を下方に移動することを可能にし得る。次に、プロセスは、戻って他の周期的な反復を始めてもよい（１０５）。

制御器５０は、望ましくないパワーが機械式ブレーキ４７によって散逸され得るように、適切な命令を機械式ブレーキ制御ユニット５７に発信することによって機械式ブレーキシステム６１を制御してもよい。機械式ブレーキシステム４０による機械２０の減速中、制御ユニット５７によるブレーキ４７の作動により、熱の形態で望ましくないパワーを散逸させてもよい。ブレーキ４７は、それらの持続するリタード容量の上方で簡単に適用して、損傷を与えない勾配制限速度Ｖ_Sに機械２０を減速することが可能である。

本開示の勾配制限されるリタード制御システムは、電気駆動システム又は他のタイプの駆動システムを有する機械を含む任意のタイプの推進式機械に適用可能である。操作中、本開示のリタード制御システムは、機械のピッチ軸線及び／又はロール軸線の周りの機械の傾斜に基づき、安全で損傷を与えない動作速度の選択を可能にする。機械の傾斜に基づき電気駆動推進／リターダシステムの制御を可能にすることによって、本開示のリタード制御システムは、このようなシステムを使用する機械の勾配上の安全かつ効率的な動作を可能にする。

本発明の他の実施形態は、本明細書に開示した本発明の説明と実施を考慮すれば当業者には明白であろう。説明及び実施例は模範的なものに過ぎないと考えられ、本発明の真の範囲は、次の特許請求の範囲によって示されることが意図される。

本開示の例証的な実施形態による勾配制限されるリタード制御システムを有する推進式機械の概略図である。 本開示の例証的な実施形態による勾配制限されるリタード制御システムの概略図である。 本開示の例証的な実施形態によるリタード方策を示したフローチャートである。 勾配にわたって移動する推進式機械の図面である。 例証的な推進式機械のリタード容量と傾斜との間の関係を示すグラフである。

Claims (10)

1. 電気駆動システム（３０）と、機械式ブレーキシステム（４０）とを有する推進式機械（２０）内のパワーを散逸させるための方法であって、
   機械（２０）の傾斜を決定するステップと、
   機械（２０）の速度を決定するステップと、
   決定された傾斜及び速度に基づいてリタード要件を決定するステップと、
   電気駆動システム（３０）によって満たされるべきリタード要件の第１の部分であって、電気駆動システム（３０）のリタード容量以下である第１の部分を割り当てるステップと、
   リタード要件が電気駆動システム（３０）のリタード容量よりも大きい場合、機械式ブレーキシステム（４０）によって満たされるべきリタード要件の第２の部分を割り当てるステップと、
   を含む方法。
2. 機械（２０）の移動方向を決定するステップをさらに含み、
   リタード要件を決定するステップが、移動方向に基づきリタード要件を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 推進式機械（２０）のパワーを散逸させるための方法であって、
   機械（２０）のロール軸線の周りの機械（２０）の傾斜を決定するステップと、
   傾斜に基づき、機械（２０）の勾配制限速度を決定するステップと、
   勾配制限速度に機械（２０）を減速するために必要なリタード量を決定するステップと、
   を含む方法。
4. 傾斜を決定するステップが、機械（２０）のピッチ軸線の周りの傾斜を決定するステップを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 電気駆動システム（３０）と、機械式ブレーキシステム（４０）とを有する推進式機械（２０）内のパワーを散逸させるためのシステムであって、
   機械（２０）の傾斜に対応する信号を出力するように動作可能な傾斜表示器（６１）と、
   機械（２０）の速度に対応する信号を出力するように動作可能な速度表示器（６９）と、
   表示された傾斜及び速度に基づきリタード要件を決定するように動作可能なリタード要件計算器（６５）と、
   制御器（５０）であって、
   電気駆動システム（３０）によって満たされるべきリタード要件の第１の部分であって、電気駆動システム（３０）のリタード容量以下である第１の部分を割り当てるように、また
   リタード要件が電気駆動システム（３０）のリタード容量よりも大きい場合、機械式ブレーキシステム（４０）によって満たされるべきリタード要件の第２の部分を割り当てるように動作可能な制御器（５０）と、
   を備えるシステム。
6. 機械の移動方向を表示するように動作可能な移動方向表示器（６３）をさらに含み、リタード要件計算器（６５）が、移動方向に基づき電気駆動システム（３０）のリタード要件を決定するようにさらに動作可能である、請求項５に記載のシステム。
7. 制御器（５０）が、電気駆動システム（３０）を制御して第１の部分を散逸させるように、また機械式ブレーキシステム（４０）を制御して第２の部分を散逸させるようにさらに動作可能である、請求項５又は６に記載のシステム。
8. 推進式機械（２０）のパワーを散逸させるためのシステムであって、
   機械（２０）のロール軸線の周りの機械（２０）の傾斜に対応する信号を出力するように動作可能な傾斜表示器（６１）と、
   傾斜に基づき、機械（２０）の勾配制限速度を計算するように動作可能な勾配制限速度の計算器（６６、６８）と、
   勾配制限速度に機械（２０）を減速するために必要なリタード量を計算するように動作可能なリタード要件計算器（６５）と、を備えるシステム。
9. 傾斜表示器（６１）が、機械（２０）のピッチ軸線の周りの傾斜を表示するように動作可能である、請求項５〜８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 請求項５〜９のいずれか１項に記載のシステムを含む推進式機械（２０）。

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