JP4394069B2 - 車両電気駆動システム用始動インターロック装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電気駆動システムに関する。

速度数が少なく、構成部品の設計および製造コストが高く、車両構成選択肢が限られているというような機械式変速システムの欠陥の一部を克服するために、車両用電気駆動システム、即ち、ＡＣ電気牽引ドライブが提案されている。このような車両用ハイブリッド電気駆動システムは、２００２年１２月１０日に発行され、本願の譲受人に譲渡された米国特許第６，４９２，７８５号（特許文献１）に記載されている。このハイブリッド電気駆動システムは、エンジン駆動型発電機、および牽引車輪またはベルトを駆動し、更にＰＴＯまたはファン・ドライブのような補助パワー・ユニットを駆動する電気モータを含む。

また、このハイブリッド電気駆動システムは、速度制御ペダル、および前進−ニュートラル−後進制御レバーも含む。このような制御では、オペレータは、数種類の動作モードから１つを選択でき、その中には、方向制御を前進または後進位置に切り換え、速度制御を非ゼロ速度位置に移動させることによって、車両の動きを開始させることができるモードが含まれる。このモードでは、オペレータは、単に方向制御を後進に切り換えることによって、素早く方向を逆転させることができる。これは、例えば、方向を素早くしかも頻繁に変えることが望ましい、積込機を操作するときには有用である。

従来のトラクタおよび無限可変変速機（ＩＶＴ）を有するトラクタは、双方共、オペレータが不用意にトラクタを危険な状態で始動させるのを防止するためにインターロック装置を採用している。例えば、多くのトラクタは、変速ギアの係合を検知し、変速機が係合されている場合、エンジンが始動するのを禁止する。このようなインターロック装置は、ハイブリッド電気車両では用いることができない。何故なら、検知すべきギア比を有する変速機がないからである。
米国特許第６，４９２，７８５号

したがって、本発明の目的は、オペレータが始動状況において不用意に車両を操作するのを防止するインターロック機構を有する車両用ハイブリッド電気駆動システムを提供することである。

これらおよびその他の目的は、本発明の車両電気駆動システムによって達成され、このシステムは、内燃エンジンと、エンジンによって駆動される発電機と、発電機に結合された第１インバータ／整流器と、第１インバータ／整流器に結合されたバスと、バスに結合された第２インバータ／整流器と、第２インバータ／整流器の出力に結合され、車輪を駆動する牽引モータとを有する。また、本システムは、ゼロ速度位置から高速位置まで移動可能なオペレータ速度制御部材、前進、ニュートラル、および後進位置を有するオペレータＦＮＲ方向制御部材、車輪速度センサ、および第２インバータ／整流器の電流出力を、速度および方向制御部材の位置の関数として制御するために第２インバータ／整流器に結合されたコントローラも含む。

始動時に、コントローラは、方向制御部材の位置を検知し、車輪速度を検知し、速度制御部材の位置を検知する。コントローラは、方向制御部材がそのニュートラル位置にない場合、または検知した車輪速度がゼロに近くない場合、または速度制御部材がそのゼロ速度位置近くにない場合には、車両の動作を禁止する。コントローラは、方向制御部材がそのニュートラル位置にあり、かつ検知した車輪速度がゼロに近く、かつ速度制御部材がそのゼロ速度位置近くにある場合、車両の動作を許可する。

その結果、駆動車輪へのパワー伝達が可能になる前では、ＦＮＲ制御部を最初にニュートラルの外にシフトさせるとき、車速および指令速度はゼロまたはその近傍でなければならない。これは、初期始動時における急激で予期しない車両の加速を防止するのに有効である。

図１を参照すると、車両電気駆動システム１０は、圧縮点火エンジンのような内燃エンジン１２を含む。エンジン１２は、発電機１４を駆動し、そして発電機は、電力をインバータ／整流器１６に供給する。インバータ／整流器１６は、電力を高電圧ＤＣバス１８に供給する。バス１８は電力をインバータ／整流器２０に伝える。インバータ／整流器２０は、電力を牽引モータ２２に供給し、牽引モータ２２は、車軸減速ユニット２４を介して、後輪２６を駆動する。ユニット２４は、速度センサ２８を収容しており、速度センサ２８は車両速度信号を車両電気制御ユニットＥＣＵ３０に供給する。ＥＣＵ３０は、各インバータ１６、２０を制御する。

発電機１４は、好ましくは、三相発電機であり、発電機／モータとすることができ、インバータ／整流器１６は双方向型とするとよい。モータ２２は、好ましくは、三相電機モータであり、モータ／発電機とすることができ、インバータ／整流器２０は双方向型とするとよい。

速度指令レバー３２が車両ＥＣＵ３０に結合されている。速度指令ペダル３６が車両ＥＣＵ３０に結合されている。レバー３２およびペダル３６は、オペレータが、毎時０から５０キロメートルの範囲というような、所望の車速を設定するために用いることができる。前進−ニュートラル−後進（ＦＮＲ）方向制御レバー・ユニット４０が車両ＥＣＵ３０に結合されている。適したレバー、ペダル、およびＦＮＲ方向制御レバー・ユニットは、現在では公知であり、無限可変変速機を有するＪｏｈｎ Ｄｅｅｒｅ７８２０および７７２０トラクタの生産で用いられている。ユニット３２、３６、および４０は、それぞれの制御部材の位置を表す信号をＥＣＵ３０に供給する変換器（図示せず）を含む。

ＥＣＵ３０は、システム始動時に、始動ロックアウト・サブルーチン、即ち、図２に示すアルゴリズム９０を実行する。ここで図２を参照すると、アルゴリズム９０は、主アルゴリズム（図示せず）からコールされると、ステップ１００にて開始する。ステップ１００では、STARTUP＿フラグをSTARTUPに初期化し、センサ２８から車輪速度信号、速度指令レバー３２から速度指令信号、速度指令ペダル３６から速度指令信号、およびＦＮＲ制御部４０から方向制御信号を得る。

ステップ１０４では、STARTUP＿フラグがRUNに設定されている場合、アルゴリズム１０ステップ１１２に進ませ、それ以外の場合ステップ１０６に進ませる。

ステップ１０６では、ＦＮＲレバーがそのニュートラル位置にあり、センサ２０からの検知した車輪速度が０に近く、速度制御レバー３２がその最低速度位置近くまたはそれ以内であり、更にペダル３６がその最低速度位置近くまたはそれ以内である場合、アルゴリズムをステップ１０８に進ませる。これらの条件のいずれかが満たされない場合、ステップ１０６からステップ１１０に制御を進ませる。

ステップ１０８では、正常動作（種々のフラグおよびパラメータ（図示せず）を設定することによって）を可能にするので、車両は、制御部３２、３６および４０の動作の結果として、前進または後進に移動することができる。

その結果、駆動車輪へのパワー伝達が可能になる前では、ＦＮＲ制御部が最初にシフトされてニュートラルから外れるときには、車速および命令された速度は０またはその近傍でなければならない。これは、初期始動時における急激で不意の車両加速を防止する効果がある。

ステップ１１０では、種々のフラグおよびパラメータ（図示せず）を設定し、正常な動作がその後禁止されるようにする。制御部３２、３６および４０の動作の結果、車両は前進にも後進にも移動することを禁止される。

ステップ１１２において、このサブルーチンが終了し、制御を主制御アルゴリズム（図示せず）に戻す。

以上、具体的な実施形態と共に本発明について説明したが、以上の記載を考慮すれば、多くの代替物、変更物、および変形物が当業者には明白であることは言うまでもない。したがって、本発明は、添付した特許請求の範囲の精神および範囲に該当する、このような代替物、変更物、および変形物全てを包含するものとする。

図１は、本発明による車両電気駆動システムの簡略模式図を示す。 図２は、図１の制御システムの車両ＥＣＵによって実行するアルゴリズムの論理フロー図である。

符号の説明

１０ 車両電気駆動
１２ 内燃エンジン
１４ 発電機
１６、２０ インバータ／整流器
１８ 高電圧ＤＣバス
２２ 牽引モータ
２４ 車軸減速ユニット
２６ 後輪
２８ 速度センサ
３０ 車両電気制御ユニットＥＣＵ
３２ 速度指令レバー
３６ 速度指令ペダル
４０ 方向制御レバー・ユニット

Claims (2)

1. 内燃エンジンと、該エンジンによって駆動される発電機と、該発電機に結合された第１インバータ／整流器と、該第１インバータ／整流器に結合されたバスと、該バスに結合された第２インバータ／整流器と、該第２インバータ／整流器の出力に結合され車輪を駆動する牽引モータと、ゼロ速度位置から高速位置まで移動可能なオペレータ速度指令部材と、前進、ニュートラルおよび後進位置を有するオペレータ方向制御部材と、前記第２インバータ／整流器の電流出力を前記速度指令部材および前記方向制御部材の位置の関数として制御するため前記第２インバータ／整流器に結合されたコントローラとを有する車両電気駆動システムにおける始動インターロック方法であって、
   始動時に、前記方向制御部材の位置を検知し、車輪速度を検知し、前記速度指令部材の位置を検知するステップと、
   前記方向制御部材がそのニュートラル位置にない場合、または前記検知した車輪速度がゼロに近くない場合、または前記速度指令部材がそのゼロ速度位置に近くない場合、車両の動作を禁止するステップと、
   前記方向制御部材がそのニュートラル位置にあり、かつ前記検知した車輪速度がゼロに近く、かつ前記速度指令部材がそのゼロ速度位置に近い場合、車両の動作を許可するステップと、
   を備えている、始動インターロック方法。
2. 内燃エンジンと、該エンジンによって駆動される発電機と、該発電機に結合された第１インバータ／整流器と、該第１インバータ／整流器に結合されたバスと、該バスに結合された第２インバータ／整流器と、該第２インバータ／整流器の出力に結合され車輪を駆動する牽引モータと、ゼロ速度位置から高速位置まで移動可能なオペレータ速度指令レバーと、ゼロ速度位置から高速位置まで移動可能なオペレータ速度指令ペダルと、前進、ニュートラルおよび後進位置を有するオペレータ方向制御部材と、前記第２インバータ／整流器の電流出力を前記速度指令レバー、前記速度指令ペダル、および前記方向制御部材の位置の関数として制御するため前記第２インバータ／整流器に結合されたコントローラとを有する車両電気駆動システムにおける始動インターロック方法であって、
   始動時に、前記方向制御部材の位置を検知し、車輪速度を検知し、前記速度指令レバーの位置を検知し、前記速度指令ペダルの位置を検知するステップと、
   前記方向制御部材がそのニュートラル位置にない場合、または前記検知した車輪速度がゼロに近くない場合、または前記速度指令レバーがそのゼロ速度位置に近くない場合、または前記速度指令ペダルがそのゼロ速度位置に近くない場合、車両の動作を禁止するステップと、
   前記方向制御部材がそのニュートラル位置にあり、かつ前記検知した車輪速度がゼロに近く、前記速度指令レバーがそのゼロ速度位置に近く、かつ前記速度指令ペダルがそのゼロ速度位置に近い場合、車両の動作を許可するステップと、
   を備えている、始動インターロック方法。

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