特許 6420558 運転者警告および出力低下制御システムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6420558

(24)【登録日】2018年10月19日

(45)【発行日】2018年11月7日

(54)【発明の名称】運転者警告および出力低下制御システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20181029BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20181029BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20181029BHJP

   E02F 9/00 20060101ALI20181029BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20181029BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 312Z

   F02D45/00 310Z

   F02D45/00 345L

   F01N3/18 CZAB

   F01N3/08 B

   F02D45/00 368F

   E02F9/00 D

   E02F9/26 C

【請求項の数】18

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-65026(P2014-65026)

(22)【出願日】2014年3月27日

(65)【公開番号】特開2015-105652(P2015-105652A)

(43)【公開日】2015年6月8日

【審査請求日】2017年3月15日

(31)【優先権主張番号】14/094,333

(32)【優先日】2013年12月2日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ヘンリー・トッド・ヤング

(72)【発明者】

【氏名】ケネス・ポール・ネドレー

(72)【発明者】

【氏名】ショーン・チルセン

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー・ウォーレン・ブラウン

【審査官】 田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第７８１３８６９（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１１−３７３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１６０１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２６１７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ２９／００ − ２９／０６

Ｆ０２Ｄ４３／００ − ４５／００

Ｆ０１Ｎ ３／００ − ３／３８

Ｆ０１Ｎ ９／００ − １１／００

Ｅ０２Ｆ ３／４２ − ３／８５

Ｅ０２Ｆ ９／００ − ９／２８

Ｇ０１Ｃ２１／００ − ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両のためのシステムであって、
前記車両のエンジンの排出汚染物質の状態を監視するように構成されたセンサと、
前記センサと通信するように構成された制御ユニットと、
前記車両な位置を示す信号を前記制御ユニットに提供する位置追跡機構と
を備え、
前記制御ユニットが、前記車両が経路に沿って移動するときに特定位置での排出汚染物質の状態を決定し運搬プロファイルとして記録し、
前記制御ユニットが現在の排出汚染物質の状態及び前記記録された運搬プロファイルに基づいて前記排出汚染物質が所定値を超えたときに発動される前記エンジンの自動出力低下までの推定時間及び該出力低下が生じる推定車両位置を決定するように構成され、
前記制御ユニットが前記自動出力低下までの推定時間及び推定車両位置に基づいて前記車両の性能パラメータを変更し、自動出力低下を回避するように構成されるシステム。

【請求項2】

前記制御ユニットが、前記排出汚染物質の状態を示す信号を受信し、前記信号を排出汚染物質の状態の許容範囲と比較し、前記比較に基づいて将来のエンジン性能を予測するようにさらに構成される、請求項１記載のシステム。

【請求項3】

前記センサがＮＯxセンサであり、前記排出汚染物質の状態がＮＯxの濃度である、請求項１又は２記載のシステム。

【請求項4】

運転者警告機構をさらに備え、前記運転者警告機構が前記性能パラメータの変更を示す早期警告を出すように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。

【請求項5】

前記早期警告が１つまたは複数の灯、音、または振動である、請求項４記載のシステム。

【請求項6】

前記車両の排気と反応して前記ＮＯxの排出を低下させるディーゼル排出流体を収容するディーゼル排出流体リザーバを備え、
前記センサが前記ディーゼル排出流体リザーバ内に設けられている、請求項３記載のシステム。

【請求項7】

前記制御ユニットが前記車両の駆動システムの駆動システムパラメータにも更に基づいて前記自動出力低下までの推定時間を決定するように構成される、請求項１乃至６のいずれか１項記載のシステム。

【請求項8】

前記性能パラメータがエンジン加速度、走行馬力、または車両速度のうちの少なくとも１つのである、請求項１乃至７のいずれか１項記載のシステム。

【請求項9】

車両のエンジンを制御する方法であって、
前記エンジンの排出汚染物質が所定値を超えたときに発動される自動出力低下までの時間及び該前記出力低下が生じる運搬サイクル中の車両の位置を含む自動出力低下特性を推定するステップと、
前記車両の操作者に前記自動出力低下特性の早期警告を出すステップと、
前記推定された自動出力低下までの時間及び車両の位置に基づき、前記車両の性能パラメータを変更し、前記自動出力低下を回避するステップと
を含む、方法。

【請求項10】

前記車両の前記性能パラメータを変更する前記ステップがエンジン加速度を制限するステップ、走行馬力を制限するステップ、または前記車両の速度を制限するステップのうちの少なくとも１つを含む、請求項９記載の方法。

【請求項11】

前記車両の前記性能パラメータを変更する前記ステップが運搬経路内の前記車両の位置および少なくとも１つの学習されたパラメータに基づいて可変エンジン加速度、走行馬力、および速度制限を使用するステップを含む、請求項９又は１０記載の方法。

【請求項12】

前記少なくとも１つの学習されたパラメータが前の運搬サイクル中の前記車両の速度である、請求項１１記載の方法。

【請求項13】

前記操作者に前記変更された性能パラメータを示す第２の警告を出すステップをさらに含む、請求項９乃至１２のいずれか１項記載の方法。

【請求項14】

前記自動出力低下特性を推定する前記ステップが、現在の排出汚染物質の状態を示す信号を受信し、前記信号をエンジン動作の許容範囲と比較し、前記比較に基づいて将来のエンジン性能を予測するステップを含む、請求項９乃至１３のいずれか１項記載の方法。

【請求項15】

前記信号がＮＯx排出レベルを示す、請求項１４記載の方法。

【請求項16】

前記車両の地理的位置に関するデータを受信するステップをさらに含み、
前記車両の前記性能パラメータを変更し、自動出力低下特性を回避する前記ステップが前記地理的位置に関する前記データに基づく、請求項９乃至１５のいずれか１項記載の方法。

【請求項17】

車両のためのシステムであって、
前記車両のエンジンの排出汚染物質の状態を監視するように構成されたセンサと、
前記センサと通信するように構成された制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットが前記排出汚染物質の状態に基づいて、該排出汚染物質が所定値を超えたときに発動される前記エンジン自動出力低下までの時間および前記出力低下が生じる運搬サイクル中の位置を推定するように構成され、
前記制御ユニットが前記自動出力低下までの推定時間および自動出力低下の位置に基づいて前記車両の性能パラメータを変更し、前記自動出力低下を回避するように構成されるシステム。

【請求項18】

前記センサがＮＯxセンサであり、前記排出汚染物質の状態がＮＯxの濃度である、請求項１７記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、内燃エンジンの排出を低減する制御システムに関する。他の実施形態は、ノンロードディーゼルエンジンの排出を低減する制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

排出基準は環境に放出することができる汚染物量に特定の制限を設ける条件である。新しいノンロードディーゼルエンジンに関する最初の米国連邦基準が１９９４年に承認され、つい最近の「Ｔｉｅｒ４」基準は、２０１５年までに段階的に行われるが、さらに厳しいものである。特に、鉱山用運搬トラック、および鉱業でよく使用される他の機器で使用されるものなど、ノンロードディーゼルエンジンに関するＴｉｅｒ４基準では、粒子状物質（ＰＭ）および酸化窒素（ＮＯ_x）の排出を現在の許容レベルからさらに９０％減少させる必要がある。

【0003】

こうした基準を遵守するため、新しいノンロードディーゼルエンジンは、ＮＯ_x排出を低減する排気ガス後処理システム、たとえば、選択触媒還元を含むことが多い。この特定のタイプの排気ガス後処理は、排気がエンジンを通って移動する時にディーゼル排出流体（ＤＥＦ）を排気中に噴射することを含み、ディーゼル排出流体が蒸発し、分解してアンモニアと二酸化炭素が形成される。ＮＯ_xはアンモニアによる触媒作用によって水と窒素に低減されるが、どちらも無害であり、排気を通して放出される。排気ガス後処理システムと併せて、新しいノンロードディーゼルエンジンは、通常、排出が設定されたガイドラインを超えた場合に、エンジンの出力を制限する制御技法を含む。具体的には、エンジンは、自動的にエンジンを出力低下（性能低下）させて、適切な排出制御のない動作を防止するように構成された内蔵型の警告およびオーバライドシステムを有する制御装置を含むことができる。たとえば、ＤＥＦの供給が枯渇し、ＮＯ_x排出の急上昇に至る場合など、感知された排出レベルが許容限度を超えた場合に、エンジンを自動的に出力低下させるように、制御装置を構成することができる。

【0004】

しかし、ノンロードディーゼルエンジン用の既存の排出制御システムは、荷を積んだ運搬トラックが露天採掘において斜面で動作している時など、望ましくない時に、著しい車両の出力低下をもたらす可能性がある。容易に理解されるように、特に運搬車両の運転者に十分に警告せずに、斜面で自動的に出力低下させることは、安全性を危うくする可能性があり、また鉱業生産を減速させることがある。したがって、運転の安全性を向上させ、生産への影響を制限する運転者警告／警報および出力低下制御システムを提供することが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第７８１３８６９号明細書

【発明の概要】

【0006】

本発明の一実施形態は、車両のためのシステム、たとえば、運転者警告および出力低下制御システムに関する。このシステムは、車両のエンジンのエンジン動作状態を監視するように構成されたセンサ、およびセンサと通信するように構成された制御ユニットを含む。制御ユニットは、エンジン動作状態に基づいて、エンジンの自動出力低下までの推定時間を決定し、自動出力低下までの推定時間に基づいて車両の性能パラメータを変更するように構成される。

【0007】

他の実施形態では、車両のエンジンを制御する（たとえば出力低下を制御する）方法を提供する。この方法は、少なくとも１つの自動出力低下特性を推定するステップと、車両の操作者に少なくとも１つの自動出力低下特性の早期警告を出すステップと、車両の動作状態を変更し、自動出力低下を回避するステップを含む。

【0008】

他の実施形態では、オフハイウェイ車両、または他の車両のためのエンジン制御システムを提供する。このシステムは、車両のエンジンのエンジン動作状態を監視するように構成されたセンサ、およびセンサと通信するように構成された制御ユニットを含む。制御ユニットは、エンジン動作状態に基づいて、エンジンの自動出力低下までの時間および出力低下が生じる運搬サイクル中の位置を推定し、推定された自動出力低下までの時間およびその位置に基づいて車両の性能パラメータを変更するように構成される。

【0009】

添付の図面を参照し、以下の非限定的な実施形態の説明を読むことによって、本発明がより良く理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の運転者警告および出力低下制御システムを組み込むことができるディーゼルエンジンを有する運搬トラックを示す斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態による運転者警告および出力低下制御システムを示す概略図である。

【図3】車両のエンジンの出力低下を制御する簡略化した方法を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の例示の実施形態を以下で詳細に参照する。実施形態の例は添付の図面に示されている。可能な限り、図面中で使用される同じ参照数字は、同じまたは同様の部分を指す。本発明の例示の実施形態を、露天鉱業で使用されるディーゼルエンジンを有する運搬トラックに関して記載するが、本発明の実施形態は、全般的に、内燃エンジン、およびこうしたエンジンを使用する車両での使用にも適用することができる。たとえば、車両は、鉱業、建設、農業など、特定の産業に関連して動作を行うように設計されたオフハイウェイ車両（「ＯＨＶｓ」）でもよく、運搬トラック、クレーン、土工機械、鉱山機械、農業機器、トラクタ、材料運搬機器、土工機器などを含むことができる。別法として、または追加として、車両は、トラクタ・トレーラリグ、オンロードダンプトラックなど、オンロード車両でもよい。本明細書で使用する場合、「出力低下」は、車両のエンジンの出力を低下させることを指し、排出濃度を下げるために使用される。本明細書で使用する場合、「電気通信」または「電気的に結合された」は、幾つかの構成要素が直接または間接的な電気的接続によって直接または間接的な信号方式により互いに通信するように構成されることを指す。

【0012】

図１は、本発明の運転者警告および出力低下制御システムを組み込むことができる運搬トラック１０を示している。運搬トラック１０は、高生産鉱業および大型建設環境で使用されるように特別に設計されたダンプトラックであり、動力を運搬トラック１０に供給する動力システム１００を含む。（運搬トラック１０は、全般的に車両を示しているが、実施形態では、本発明のシステムおよび／または方法は、具体的に、運搬トラックで実施される。）図２を参照すると、動力システム１００は、エンジン１０２および制御システム１５０を含む。エンジン１０２は、ディーゼルエンジンでもよいが、たとえば、ガソリンエンジン、またはガス体燃料エンジン（たとえば、ディーゼルおよび／または天然ガスで作動するエンジン）など、他のタイプの内燃エンジンにも等しく適用される。

【0013】

図２で最も良く示されているように、エンジン１０２は、複数の燃焼室１０６を少なくとも部分的に画定する複数のシリンダヘッド１０４を含む。エンジン１０２は、さらに、燃料システム１０８、空気取入れシステム１１０、および排気システム１１２を含む。燃料システム１０８は、加圧燃料をエンジン１０２の燃焼室１０６内に向けるように構成され、空気取入れシステム１１０は、空気を燃焼室１０６内に向けるように構成され、当技術分野で周知のように、空気と燃料がエンジン１０２内で燃焼されて、動力および排気流が生成される。排気システム１１２は、やはり当技術分野で周知のように、排気流を大気に向けるように構成される。

【0014】

燃料システム１０８はマニホールド１１４を含み、マニホールド１１４を通して燃料を燃料管路を経由してシリンダヘッド１０４内部に配置された燃料噴射器１１６にポンピングすることができる。燃料噴射器１１６は、制御システム１５０によって制御される所定のタイミングおよび燃料圧力で大量の加圧燃料を関連する燃焼室内に噴射するように動作可能である。具体的には、以下で詳細に論じるように、噴射燃料の噴射のタイミングおよび圧力を変えることによって、制御システム１５０はエンジン１０２の性能を変えることができる。

【0015】

さらに図２で示しているように、空気取入れシステム１１０は、加圧空気を燃焼室１０６内に導入して、燃焼し易くするように構成される。一実施形態では、以下でも論じるように、制御システム１５０は、追加として、または別法として、燃焼室１０６への空気流の制御によって、エンジン１０２の出力を制御することができる。

【0016】

排気システム１１２は、燃焼室１０６と流体連通状態の排気マニホールド１１８を含む。当技術分野で周知のように、排気システムはシリンダ１０４からの排気を大気に向けるように構成される。一実施形態では、制御システム１５０は、排気ガス再循環の増加によって、および／またはエンジン１０２の背圧の変更によって、エンジン１０２の出力を制御することができる。また、図２で示したように、排気システム１１２は、ＤＥＦリザーバ１２２から大量のディーゼル排出流体（「ＤＥＦ」）を排気流中に噴射してから、排気がマニホールド１１８から大気に出るように構成されたＤＥＦ噴射器１２０を含むこともできる。当技術分野で周知のように、ＤＥＦはマニホールド１１８内の排気と反応して、望ましくない亜酸化窒素を排気から除去し、それによってＮＯ_xの排出を低下させる。

【0017】

制御システム１５０は、制御ユニット１５２、および様々なエンジンの動作状態を監視する複数のセンサを含むことができる。具体的には、排気センサ１５４を排気マニホールドの出口に隣接するように位置付けることができ、排気センサ１５４は制御ユニット１５２に電気的に結合される。センサ１５４は、ＮＯ_x排出を監視し、制御ユニット１５２に排気流中のＮＯ_xの濃度を示す信号を与えるように構成される。さらに、ＤＥＦセンサ１５６をＤＥＦリザーバ１２２内部に位置付けることができ、ＤＥＦセンサ１５６はリザーバ１２２内のＤＥＦのレベルを監視するように構成される。ＤＥＦセンサ１５６は同様に制御ユニット１５２に電気的に結合され、制御ユニット１５２に常にリザーバ１２２に残るＤＥＦの量を示す信号を与える。本発明の実施形態は、電気的結合を企図しているが、本明細書の構成要素を他の方法で結合して、データおよび信号を無線通信などによって構成要素の間で転送することもできる。

【0018】

一実施形態では、制御ユニット１５２は、燃料システム１０８、空気取入れシステム１１０、および／または排気システム１１２の動作を制御する手段を含み、燃料噴射器１１６、空気取入れシステム１１０および排気システムの構成要素、およびセンサ１５４および１５６など様々なセンサと通信することができる、１つのマイクロプロセッサ、または複数のマイクロプロセッサでもよい。

【0019】

一実施形態では、制御システム１５０は、車両１０の正確な位置を示す信号を制御ユニット１５２に送信するための、ＧＰＳユニット、無線周波数送信機、または他の当技術分野で周知の機構など、位置追跡機構１５８も含む。また、図２で示したように、運転者警告機構１６０は制御ユニット１５２に電気的に結合される。以下で論じるように、運転者警告機構１６０は、運搬トラック１０または他の車両の操作者に、許容排出レベルの予想される、および／または実際の超過の結果として、予想されるエンジン出力低下の警報または警告を与える。

【0020】

さらに厳しい排出基準（具体的にはＴｉｅｒ４排出基準）を遵守するため、制御システム１５０は、当技術分野で周知の手段によって、排出レベルが所定の閾値を超えた場合にエンジン１０２を自動的に出力低下させるように構成される。たとえば、排出レベル、たとえばＮＯ_xの排出が許容限度を超えたことが検出されると、制御ユニット１５２は、噴射燃料の噴射のタイミングおよび圧力を変え、燃焼室１０６への空気流を制限し、排気ガス再循環を増加させ、かつ／またはエンジン１０２の背圧を変えて、排出が許容レベルに戻るまでエンジンの出力を制限することができる。しかし、上記で論じたように、エンジンの自動出力低下は、運搬トラック１０または他の車両が斜面で荷を運搬している場合など、幾つかの状況では特に望ましくない。

【0021】

したがって、本発明の制御システムは、自動エンジン出力低下が生じ得る時を予測し、運搬トラックまたは他の車両の操作者に警告して、操作者が修正処置を取ることができるようにし、または、排出レベルによって自動出力低下が開始される前に、操作者が安全な場所を探すことができるように構成される。具体的には、本発明の制御システム１５０、および、特に制御ユニット１５２は、エンジンの出力低下までの時間および運搬サイクル中の出力低下が生じ得る場所を推定するように構成される。

【0022】

一実施形態では、制御システム１５０は、エンジンおよび／またはＤＥＦセンサのフィードバックに基づいて（すなわち検出された、または推定されたエンジン動作状態に基づいて）エンジン出力低下までの時間を推定するように構成される。たとえば、制御ユニット１５２は、エンジン１０２の動作状態を示す信号を受信することができ、こうした状態に基づいて差し迫ったエンジン出力低下を予想することができる。さらに、制御ユニット１５２は、センサ１５４によって排出濃度を常に監視して、検出された排出濃度の安定した、または急激な上昇を制御ユニット１５２が使用して、将来の排気物質濃度およびエンジン１０２が自動的に出力低下する時を予測することができる。（たとえば、排出レベルが指定排出レベル閾値を超えた場合に、自動出力低下を開始するように、車両を構成することができる。制御システムを、車両の現在の排出レベル、および排出レベルの決定された変化率に基づいて、指定排出レベル閾値を超える時を推定するように構成することができる。決定される変化率を、排出レベルの過去の測定値、および一組の現在の動作状態を考慮して値が時間とともにいかに変わるかという周知の（たとえば経験的に決定された）関係（たとえば直線関係）に基づいて決定することができる。）他の実施形態では、制御ユニット１５２は、ＤＥＦセンサ１５６によってＤＥＦリザーバ１２２内のＤＥＦのレベルを監視することができる。残っているＤＥＦ量を監視することによって、制御ユニット１５２は、ＤＥＦが枯渇する時を正確に予測し、したがって、（エンジンの出力低下を開始させる）ＤＥＦの枯渇によりＮＯ_xの排出が増加する時を正確に予測することができる。

【0023】

一実施形態では、制御ユニット１５２は、所与の時刻にエンジン１０２が出力する馬力の大きさなど、駆動システムパラメータに基づいてエンジンの出力低下までの時間を推定することもできる。排出は、エンジン出力（すなわち馬力）が上昇する時に必然的に増加するため、制御ユニット１５２は、任意の所与の時点でエンジンが出力する馬力、所与の期間にわたるエンジン出力の平均、または馬力傾向に基づいて、排出レベルが許容閾値を超え得る時を予測することができる。

【0024】

一実施形態では、制御システム１５０は、学習アルゴリズムを使用して、運搬トラック１０または他の車両の運搬プロファイルを学習することができる。たとえば、制御システム１５０は、制御ユニット１５２が所定の間隔で１つまたは複数のエンジン動作パラメータ（またはセンサの読取り）を監視し、メモリに記憶し、次いで記録されたパラメータまたはセンサの読取りの傾向に基づいて、将来のエンジン動作パラメータまたはセンサの読取りを予測する傾向分析を使用することができる。具体的には、制御ユニットは、センサ１５４によって所定の間隔でＮＯ_x排出を監視することができる。制御ユニット１５２は、次いで、記録されたＮＯ_x排出値を分析して、将来のＮＯ_x排出の可能性を予測することができる。こうすると、以下で論じるように、有害な排出が増加し、規制の閾値を超えて、自動出力低下が開始されることが傾向によって示された場合、操作者に通知され、かつ／または修正処置を取ることができる。

【0025】

さらに、制御ユニット１５２は、位置追跡機構１５８からのフィードバックを学習アルゴリズムと併せて使用して、排出濃度の急上昇を予測することもできる。たとえば、運搬トラック１０または他の車両が経路に沿って移動する時に、特定位置でのその排出（または馬力など他のエンジン動作パラメータ）を決定し、メモリに記録することができる。この所与の位置での動作パラメータおよび排出濃度の記録を「運搬プロファイル」と呼ぶことができる。次いで、制御ユニット１５２は、この記録されたデータを分析し、運搬サイクル中の排出濃度が上昇する場所、および／または出力低下が生じる正確な場所を決定して（たとえば、ＧＰＳが運搬トラック１０または他の車両の位置を決定して）、修正処置を取り、自動出力低下を回避することができる。

【0026】

出力低下までの時間および運搬サイクル中の出力低下が生じる場所の推定は、本発明の単なる一態様である。本発明の運転者警告および出力低下制御システムは、また、制御システム１５０が上記で論じた１つまたは複数の方法を使用して、自動出力低下動作を予想した後、運搬トラックまたは他の車両の操作者に早期警告を出すように構成される。一実施形態では、早期警告を運転者警告機構１６０によって出すことができ、運転者警告機構１６０を運搬トラック１０または他の車両の操作者のキャブに位置付け、制御ユニット１５２に電気的に接続することができる。早期警告は、１つまたは複数の灯、音、または制御振動の形をとることができる。態様では、早期警告は、自動出力低下動作の前に発生する警告と呼ばれる。さらに、早期警告は、自動出力低下を回避する修正処置の必要性を操作者に伝えることができる。

【0027】

早期警告が出された後、スマート運転者警告を開始することができる。スマート運転者警告は、操作者からのオーバライドがない場合に自動的に行われて、自動エンジン出力低下を防ぐ、提案されたトラック／車両の挙動変更（すなわち性能パラメータの変更）を提示することができる。提案されたトラック／車両の挙動／性能パラメータの変更を運転者警告機構１６０によって操作者に示すことができる。一実施形態では、トラック／車両の挙動変更は、本明細書で性能パラメータの変更とも呼ばれ、エンジン加速度の制限、走行馬力の制限、および／または車両速度の制限を含むことができ、その全てが排出濃度の低下をもたらし、自動エンジン出力低下を防ぐことができる。この性能パラメータの変更は、上記で論じたように、運搬経路内の運搬トラック１０または他の車両の位置に基づいた、また、最後の運搬サイクル中の速度など学習されたパラメータに基づいた、エンジン加速度、走行馬力、および車両速度の制限を含むこともできる。さらに、前に論じたように、制御ユニット１５２は、噴射燃料の噴射のタイミングおよび圧力を変え、燃焼室１０６内への空気流を制限し、排気ガス再循環を増加させ、かつ／またはエンジン１０２の背圧を変えることによって、このトラック／車両の性能パラメータの変更を達成することができる。この性能パラメータの変更は、出力低下が自発的に行われて、制御不可能な自動の出力低下を回避することを指す「制御された出力低下」と考えることができる。

【0028】

一実施形態では、制御システム１５０は、操作者からのオーバライドがない場合に、事前設定期間後に、決定されたトラック／車両の挙動／性能パラメータの変更を行うように構成される。出力低下が開始されると、出力低下警告を運転者警告機構１６０によって出すことができる。しかし、操作者は、計画された挙動の変更をオーバライドして、斜面での、または他の不適当な時の出力低下を回避することができる。容易に理解されるように、スマート運転者警告、自動トラック／車両の挙動変更、および出力低下のオーバライドは、（斜面で荷を運搬中の出力低下を防止するなど）運搬サイクルの適切な重要な部分中の継ぎ目のない動作をもたらす。他の実施形態では、推定された自動エンジン出力低下に応答して、トラック／車両の挙動変更を手動で開始することができる。

【0029】

図３は、本発明の運転者警告および出力低下制御システムの動作を示している。図で示したように、ステップ２００で、システムは先ず出力低下までの時間および出力低下が生じ得る運搬サイクル中の場所を推定する。上記で論じたように、学習アルゴリズムによって、駆動システムパラメータによって、および／または様々なエンジンパラメータおよびセンサのフィードバックの監視によって、これを達成することができる。出力低下の時刻および位置がある程度確実に決定された後、システムは、ステップ２０２で運転者警告機構１６０によって操作者に警告を出して、車両挙動を変更しないと出力低下が生じることを操作者に警告する。図で示したように、ステップ２０４で、システムは次いで、自動出力低下を防ぐためにとるべき挙動変更のタイプを運転者に警告し、操作者のオーバライドがない場合にこうした変更を行う。

【0030】

運搬トラック１０がハイブリッド運搬トラック、もしくは他のハイブリッドＯＨＶ、または別のハイブリッド車両である一実施形態では、制御システム１５０は蓄積エネルギーを使用して、最適性能を提供することができる。たとえば、出力低下が斜面で生じるように予定されている場合、蓄積エネルギーを使用して、運搬トラック１０または他の車両が丘を登るのを助けるのに必要な余分の動力を供給することができる。

【0031】

他の実施形態では、運搬トラック１０または他の車両は、トロリが装備された車両、すなわちオフボードライン（ｏｆｆ−ｂｏａｒｄ ｌｉｎｅ）から電気を受けるように装備された車両でもよい。（たとえば、ラインを車両の経路の一部に沿って配置することができる。）こうした一実施形態では、出力低下を管理して、オフラインの場合に、全トロリ出力から低下したエンジン出力に移行するのを回避するように、車両の駆動および制御システムを構成することができる。したがって、一実施形態では、車両のためのシステムは、車両の経路に沿って位置付けられたオフボードラインから車両用走行電気を受けるための車両に取り付けられたトロリシステム、および車両に搭載された制御ユニットを備える。（走行電気は、車両の走行モータに給電して車両を経路に沿って移動させる電気を指す。）制御ユニットは、車両のエンジンをエンジンの指定された低下出力レベルよりも大きい第１の電力レベルに制御するように構成される。これは、（ｉ）車両の走行電気を受ける状態からもはや走行電気を受けない状態への移行、および（ｉｉ）低下出力レベルを示す１つまたは複数のエンジン動作状態、に応答して行われる。すなわち、１つまたは複数のエンジン動作状態が低下出力レベルを示す場合（すなわち、１つまたは複数のエンジン動作状態の結果、他の状況下で車両が低下出力レベルに制御されている場合）、および車両がオフボード電気を受ける状態から、車両のエンジンを使用し、かつオフボード電気を使用せずに走行する状態に移行する時、制御ユニットはエンジンを出力低下レベルの代わりに第１の電力レベルに制御する。これは、少なくとも車両がもはや走行電気を受けない状態の後の移行期間に行われる。たとえば、上記のように、移行期間は、電力レベルの指定の低下率（急激な低下）を防ぎ、かつ／または運転者警告および出力低下制御方法を容易にするように十分に長い指定期間でもよい。

【0032】

他の実施形態は、鉱業運搬トラックまたは他の車両のためのシステムに関する。このシステムは、車両のエンジンの１つまたは複数のエンジン動作状態を監視するように構成されたセンサ、車両に搭載され、センサと通信する制御ユニット、および車両の地理的位置を決定するように構成された、車両に搭載され、制御ユニットと通信する位置追跡機構を備える。制御ユニットは、決定された車両の地理的位置および監視された１つまたは複数のエンジン動作状態に基づいて、エンジンの出力低下が指定の地理的境界（たとえば、車両がノンゼロディグリーグレード（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ ｄｅｇｒｅｅ ｇｒａｄｅ）を移動する経路の一部）内で発生するかどうかを決定するように構成される。その場合、制御ユニットは、車両が指定の地理的境界に入る前に、車両の性能パラメータを変更し、境界内での出力低下を回避するように構成される。

【0033】

容易に理解されるように、本発明のスマート運転者警告および出力低下制御システムは、運搬サイクル中の排出が許容閾値レベルを超える可能性がある時（したがって、エンジンが自動的に出力低下されて厳しい排出基準を遵守する時）および場所を予測して、修正処置を取り、望ましくない時の出力低下を回避する点で、実際に事前に行動を起こすものである。これは、排出濃度が実際に許容限度を超えた場合にだけ、自動的かつ望ましくなくエンジンの出力を低下させて、斜面での安全でない出力低下を招く可能性がある、実際に単に反応する既存のシステムとは対照的である。出力低下が生じる時を予測することによって、早期行動を取り、斜面での出力低下を回避し、それによって安全性を向上し、生産への影響を制限することができる。

【0034】

本発明の一実施形態は、車両の運転者警告および出力低下制御システムに関する。このシステムは、エンジン動作状態を監視するように構成されたセンサ、およびセンサと通信する制御ユニットを含む。制御ユニットは、エンジン動作状態に基づいてエンジンの自動出力低下までの時間を推定し、推定した自動出力低下までの時間に基づいて、車両の性能パラメータを変更するように構成される。

【0035】

一実施形態では、制御ユニットは、さらに、エンジン動作状態を示す信号を受信し、その信号をエンジン動作状態の許容範囲と比較し、その信号に基づいて将来のエンジン性能を予測するように構成される。一実施形態では、性能パラメータは、エンジン加速度、走行馬力、および車両速度のうちの１つである。

【0036】

一実施形態では、センサはＮＯ_xセンサであり、動作状態はＮＯ_xの濃度である。

【0037】

一実施形態では、システムは、さらに、運転者警告機構を含む。運転者警告機構を、性能パラメータの変更を示す早期警告を出すように構成することができる。早期警告は、１つまたは複数の灯、音、および振動でもよい。

【0038】

他の実施形態では、システムは、制御ユニットと通信する位置追跡機構を含むこともできる。位置追跡機構を、制御ユニットに車両の地理的位置に関する信号をリレーするように構成することができる。

【0039】

一実施形態では、制御ユニットは、駆動システムパラメータに基づいて自動出力低下までの時間を推定するように構成される。

【0040】

一実施形態では、制御ユニットは、車両の地理的位置に基づいて性能パラメータを変更するように構成される。

【0041】

他の実施形態では、車両のエンジンの出力低下を制御する方法を提供する。この方法は、少なくとも１つの自動出力低下特性を推定するステップと、車両の操作者に少なくとも１つの自動出力低下特性の早期警告を出すステップと、車両の性能パラメータを変更し、自動出力低下を回避するステップを含む。

【0042】

一実施形態では、少なくとも１つの自動出力低下特性は、自動出力低下までの時間である。一実施形態では、少なくとも１つの自動出力低下特性は、自動出力低下時の運搬サイクル中の車両の位置である。

【0043】

一実施形態では、車両の性能パラメータを変更するステップは、エンジン加速度の制限、走行馬力の制限、および車両の速度の制限のうちの少なくとも１つを含む。他の実施形態では、車両の性能パラメータを変更するステップは、運搬経路内の車両の位置、および少なくとも１つの学習されたパラメータに基づいて、可変のエンジン加速度、走行馬力、および速度制限を使用するステップを含む。一実施形態では、少なくとも１つの学習されたパラメータは、前の運搬サイクル中の車両の速度である。

【0044】

一実施形態では、方法は、さらに、操作者に変更された性能パラメータを示す第２の警告を出すステップを含むことができる。

【0045】

一実施形態では、少なくとも１つの自動出力低下特性を推定するステップは、現在のエンジンの動作を示す信号を受信し、その信号をエンジン動作の許容範囲と比較し、その信号に基づいて将来のエンジン性能を予測するステップを含む。

【0046】

一実施形態では、方法は、車両の地理的位置に関するデータを受信するステップを含むこともできる。一実施形態では、車両の性能パラメータを変更し、自動出力低下を回避するステップは、地理的位置に関するデータに基づいてもよい。

【0047】

一実施形態では、信号はＮＯ_x排出レベルを示す。

【0048】

他の実施形態では、オフハイウェイ車両のためのエンジン制御システムを提供する。このシステムは、エンジン、エンジンに関連する排気システム、エンジンに関連する燃料システム、エンジンに関連する空気取入れシステム、エンジン動作状態を監視するように構成されたセンサ、およびセンサと通信する制御ユニットを含む。制御ユニットは、エンジン動作状態に基づいて、エンジンの自動出力低下までの時間および出力低下が生じる運搬サイクル中の場所を推定し、推定された自動出力低下までの時間およびその位置に基づいて車両の性能パラメータを変更するように構成される。

【0049】

一実施形態では、センサはＮＯ_xセンサであり、動作状態はＮＯ_xの濃度である。

【0050】

理解されるように、上記の説明は例示であって、限定的ではないものとする。たとえば、上記の実施形態（および／またはその態様）を互いに組み合わせて使用することができる。さらに、多くの変更を加えて、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させることができる。本明細書に記載した材料の寸法およびタイプは、本発明のパラメータを定義することが意図されているが、それらは決して限定的ではなく、例示の実施形態である。上記の説明を検討すると、当業者には多くの他の実施形態が明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、こうした特許請求の権利が与えられる等価のものの全範囲と共に、添付の特許請求の範囲を参照して決定される。添付の特許請求の範囲では、用語「含む」および「その中で」は、それぞれ用語「備える」および「その中で」と等しい平易な英語として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲では、用語「第１」、「第２」、「第３」、「上方」、「下方」、「底部」、「頂部」などは、単にラベルとして使用され、それらの物体に数または位置的要件を課するものではない。また、以下の特許請求の範囲の制限は、ミーンズプラスファンクション（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ）形式で記載されておらず、こうした特許請求の範囲の制限が、さらなる構造がない機能の記述が続く句「手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」を明確に使用するまでは、米国特許法第１１２条第６段落に基づいて解釈されないものとする。

【0051】

この記載の説明は、例を使用して、最良の形態を含む、本発明の幾つかの実施形態を開示するものであり、また、当業者が、任意の装置またはシステムを作成し、使用し、任意の組み込まれた方法を実施することを含み、本発明の実施形態を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲に記載されており、当業者が思いつく他の例を含むことができる。こうした他の例は、それらが特許請求の範囲の文字言語から逸脱しない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字言語からごくわずかしか異ならない等価の構造要素を含む場合は特許請求の範囲内に含まれるものとする。

【0052】

本明細書で使用する場合、単数で挙げ、語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」で始まる要素またはステップは、除外が明確に記載されていない場合は、複数の前記要素またはステップが除外されないことを理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」の参照は、やはり記載の特徴を組み込む追加の実施形態の存在を除外すると解釈されないものとする。また、その反対が明確に記述されない場合、特定の特性を有する１つの要素、または複数の要素を「備える」、「含む」、または「有する」実施形態は、その特性を持たない追加のこうした要素を含むことができる。

【0053】

本明細書に関連する本発明の精神および範囲から逸脱することなく、運転者警告および出力低下制御システムに幾つかの変更を加えることができるが、上記の説明または添付の図面で示した全ての主題は、本明細書で発明の概念を示す単なる例であると解釈されるべきであり、本発明を限定するものと考えられるべきではない。

【符号の説明】

【0054】

１０ 運搬トラック
１００ 動力システム
１０２ エンジン
１０４ シリンダヘッド
１０６ 燃焼室
１０８ 燃料システム
１１０ 空気取入れシステム
１１２ 排気システム
１１４、１１８ マニホールド
１１６ 燃料噴射器
１２０ ＤＥＦ噴射器
１２２ ＤＥＦリザーバ
１５０ 制御システム
１５２ 制御ユニット
１５４ 排気センサ
１５６ ＤＥＦセンサ
１５８ 位置追跡機構
１６０ 運転者警告機構

【図1】

【図2】

【図3】