BR102017025421B1 - Arranjo de controle para uso em um arranjo de condução de um veículo - Google Patents

Abstract

ARRANJO DE CONTROLE, MÉTODO PARA CONTROLAR UM PROPULSOR E UMA TRANSMISSÃO HIDROSTÁTICA DE UM VEÍCULO, E, USO DE UM ARRANJO DE CONTROLE E/OU DE UM MÉTODO. Um arranjo de controle para uso em uma transmissão hidrostática (14) de um veículo, e um método para controlar um propulsor (12) e a transmissão hidrostática (14) são projetados tal que, dependendo da carga sensoreada em um arranjo de condução (10) a velocidade do propulsor é selecionada para alcançar economia de combustível, enquanto que a pressão máxima na transmissão hidrostática (14) é mantida a um nível, que não afoga o propulsor (12).

Description

[001] Esta invenção refere-se a um arranjo de controle para uso em uma transmissão hidrostática de um veículo, e um método para controlar um propulsor e uma transmissão hidrostática de um veículo.

[002] A DE 10 2007 003 956 A1 descreve um controle de velocidade de um propulsor e uma transmissão hidrostática, enquanto que uma solicitação de velocidade de condução do veículo é estabelecida por um pedal acelerador e uma porcentagem moduladora, isto é, a velocidade máxima do veículo é reduzida, conforme o pedal totalmente pressionado produz velocidade do veículo abaixo da velocidade máxima. Existe uma relação fixa e parametrizada da solicitação de velocidade do veículo a ambas a rpm do propulsor e a razão de engrenagem da transmissão hidrostática.

[003] A EP 2 949 533 A1 ensina o controle de um propulsor dependendo da operação prevista de um veículo, a fim de reduzir o consumo de combustível.

[004] O problema no qual esta invenção é baseada é visto em face de um controle de um conjunto de condução de um veículo, que provê eficiência de combustível, mas também mantém o propulsor potente e operando em uma velocidade solicitada em vez da carga gerada por uma transmissão hidrostática impulsionando o veículo.

[005] Este problema é solucionado de maneira inovadora por meio do ensinamento das reivindicações 1 e 8, enquanto que aspectos vantajosos que adicionalmente desenvolvem a invenção são dados nas reivindicações relacionadas a eles.

[006] Por meio deste ensinamento a velocidade do propulsor não é controlada em isolamento, mas em conjunto com a transmissão hidrostática, que permite considerar o propulsor característico por ajuste da pressão máxima e/ou deslocamento da bomba e motor na transmissão hidrostática. A pressão máxima é selecionada considerando o torque e a velocidade (rpm) do propulsor no dado ponto na curva de características do propulsor, tal que o torque de carga gerado pela transmissão hidrostática não excede a capacidade do propulsor de produzir torque, isto é, a transmissão hidrostática não sobrecarrega o propulsor.

[007] O afogamento do propulsor é definitivamente evitado, se o sinal gerado por um controlador de condução para um meio de controle de pressão provê uma pressão na transmissão hidrostática menor que a pressão necessária para sobrecarregar ou até mesmo afogar o propulsor na rpm do propulsor solicitada pelo controlador de condução. Enquanto normalmente a dita pressão máxima é mantida pelo controle da posição das placas de impacto, seria também possível operar, por exemplo, abrir uma válvula de alívio de pressão no caso de um pico de carga.

[008] O sensoreamento de carga pode ocorrer em qualquer local e componente adequado como no próprio propulsor, em um componente de acionamento ou indiretamente a partir de dados sobre o próprio movimento, como aceleração. Em particular a carga no ou do propulsor é baseada em dados do sistema de injeção do propulsor e/ou do sistema de exaustão do propulsor e/ou de vibrações do propulsor e/ou de medições de torque do sistema de transmissão e/ou de medições de pressão da transmissão e/ou de velocidade e aceleração do veículo e/ou de inclinação do veículo e/ou de entradas de direção e/ou de entradas de controle do operador e/ou de pelo menos um componente de veículo acionado pelo propulsor. Isto é, o valor pode ser derivado diretamente no propulsor ou seus auxiliares ou onde a carga se origina. Qualquer combinação de dados pode ser útil, dependendo da dada circunstância.

[009] A fim de fazer a estimativa da potência do propulsor requerida mais sofisticada e menos ad hoc, o cálculo pelo controlador de condução pode ser baseado em circunstâncias de condução atuais bem como em futuras, isto é, previstas usando uma combinação de valores passados e presentes de carga de condução para o propulsor detectadas por meio de sensoreamento de carga. Valores podem ser coletados durante um período de por exemplo, 5 segundos ou mais.

[0010] O controle inteligente, até mesmo considerando mudanças nas características do propulsor, é alcançado pelo uso de uma base de dados contendo dados sobre velocidade do propulsor/rpm, deslocamento de bomba, estimativa da potência do propulsor requerida, eficiência de combustível do propulsor e pressão hidrostática requerida para sobrecarregar/afogar o propulsor. Esta base de dados pode ser parte do controlador de condução.

[0011] Uma vez que ganhos em consumo de combustível e/ou saída de potência do propulsor podem ser mínimos, se for o caso, em regiões de rpm superiores e/ou inferiores, o controle pode ser limitado a uma faixa definida pelo usuário de rpm do propulsor, em que o controlador de solicitação de velocidade do propulsor é permitido operar. Dependendo do tipo do propulsor uma faixa de rpm adequada pode ser entre 1200 e 1800 rpm.

[0012] Informações dos ciclos de condução passados do veículo podem ser usadas em um algoritmo de aprendizagem, que é projetado para ajustar automaticamente a faixa de rpm do propulsor baseada nele.

[0013] Um método, que detecta a carga atual, que seleciona uma rpm do propulsor adequadamente, tal que uma quantidade baixa de combustível é necessária e que ajusta a carga, uma transmissão hidrostática que é deixada gerar no máximo ajudará a evitar que a rpm do propulsor caia demasiadamente e/ou muito rápido ou até mesmo afogue - fique sobrecarregada de alguma forma.

[0014] O sinal gerado pelo controlador de condução para ajustar a velocidade e rpm do propulsor preferivelmente não é baseado em uma revisão instantânea da situação de carga, mas em dados considerando situações por um certo intervalo de tempo, que permite também prever o desenvolvimento da carga.

[0015] Veículos fora de estrada (off-road) em silvicultura, construção e agricultura são mais adequados para este arranjo de controle, como eles geralmente são conduzidos por meio de transmissões hidrostáticas a uma rpm fixa e são expostos a picos de carga repentinos.

[0016] Na uma modalidade a seguir da invenção é descrito em maior detalhe e em relação ao desenho. É mostrado na: Fig. 1 um arranjo de condução em representação esquemática, Fig. 2 um diagrama da velocidade do propulsor pela pressão hidrostática, e Fig. 3 um diagrama da potência do propulsor pela velocidade do propulsor.

[0017] Um arranjo de condução 10 mostrado na figura 1 compreende um propulsor 12, uma transmissão hidrostática 14, um sistema de transmissão mecânica 16, um controlador de movimento 18, um controlador de condução 20 e um controlador de velocidade do propulsor 22 como este é conhecido em princípio na técnica anterior.

[0018] O arranjo de condução 10 é projetado para uso em um veículo fora de estrada, como um veículo de lagarta, uma escavadora, um carregador, uma colheitadeira florestal, um forwarder, uma colheitadeira forrageira, uma colheitadeira combinada ou qualquer tipo similar de máquina de construção, silvicultura ou agricultura.

[0019] O propulsor 12 normalmente é um propulsor a diesel com ou sem um turbocompressor, mas também poderia ser um propulsor a gasolina. Neste pedido o propulsor 12 é normalmente conduzido em uma velocidade constante dependendo das circunstâncias, em vez de velocidades variadas constantemente como é o caso de carros, por exemplo. A rpm do propulsor é controlada por meio do controlador de velocidade do propulsor 22 agindo no sistema de injeção (não mostrado).

[0020] A transmissão hidrostática 14 compreende uma bomba 24 e um motor 26 conectados por meio de mangueiras ou tubos. No entanto, mais do que uma dupla de bomba 24 e motor 26 poderia ser usada e uma bomba 24 pode alimentar mais do que um motor 26. Ambos - a bomba 24 e o motor 26 - são do tipo de deslocamento variável, enquanto que a variação normalmente é alcançada por meios não mostrados, mas bem conhecidas placas de impacto internas. A pressão de trabalho hidrostático máxima na transmissão hidrostática 14 é controlada pela manipulação do volume de fornecimento e recebimento (deslocamentos) na bomba 24 e no motor 26 através da mudança da inclinação de suas placas de impacto eletronicamente ou hidraulicamente. A pressão na transmissão hidrostática 14 determina o potencial do veículo equipado com este arranjo de condução 10 para superar um obstáculo, como uma pedra, uma vala, uma inclinação, etc.

[0021] O sistema de transmissão mecânica 16 neste caso compreende uma transmissão mecânica 30 e transmissões finais 32, conectados entre si por meios comuns, como embreagens, eixos universais, eixos de transmissão, etc. A transmissão 30 pode ser uma transmissão de câmbio com certas engrenagens bem como uma transmissão variável como uma transmissão planetária; em certas aplicações a transmissão 30 pode não prover de modo algum uma faixa de velocidade diferente, mas somente transmite o torque. A dita transmissão 30 pode permitir que o veículo se desloque em diferentes modos de velocidade, como um modo lento fora de estrada e um modo rápido na estrada, ainda que dentro do respectivo modo de velocidade a velocidade será variada por meio da transmissão hidrostática 14. O controle da transmissão 30 pode ocorrer manualmente e isolado do controlador de condução 20 ou atuado por ele. As transmissões finais 32 podem compreender uma transmissão por desmultiplicação diferencial por roda e eixos de transmissão como é habitual na técnica e rodas de suporte e lagartas de transmissão.

[0022] O controlador de movimento 18 é mostrado no tipo de um pedal, mas é representativo de todos os tipos de atuadores necessários para controlar o movimento do veículo, como velocidade, orientação, aceleração, paragem, etc. Poderia ser na forma de uma alavanca operada manualmente em uma estação de condutor, um comutador elétrico ou eletrônico, um mousepad, etc. movido ou atuado por um operador ou um sistema autônomo. Dependendo da posição física ou virtual do controlador de movimento 18 espera-se que o arranjo de condução 10 mova o veículo mais rapidamente, mais lentamente, em uma dada velocidade, para trás, para frente, etc. pelo terreno. Adequadamente o controlador de movimento 18 dá um sinal ao controlador de condução 20 indicativo da velocidade e orientação pretendidas. Os sinais emitidos pelo controlador de movimento 18 podem ser por exemplo o operador acelerando o veículo, parando o veículo, mudando a orientação de condução, direção, ou usando outro propulsor equipamento de veículo alimentado.

[0023] O controlador de condução 20 é conectado ao meio de sensoreamento de carga 34 mostrado na figura 1 como sendo relatado ao propulsor 12, mas isso é somente um local exemplar para qualquer outra localização como no sistema de transmissão mecânica 16, ou na transmissão hidrostática 14. Na verdade, o meio de sensoreamento de carga 34 pode compreender sensores colocados por todo o veículo. O controlador de condução 20 também faz comunicação com o controlador de movimento 18 e o controlador de propulsor 22 como é indicado pelas setas mostradas na figura 1. O controlador de condução 20 recebe sinais sobre o propulsor e/ou carga de condução relacionados à operação de condução. Propulsor e carga de condução são monitorados usando múltiplos sinais de veículo e propulsor. Os dados relacionados ao propulsor e à carga de condução podem ser tomados de qualquer ou vários de, em qualquer combinação, do sistema de injeção do propulsor, sistema de ar do propulsor, sistema de exaustão do propulsor, vibração do propulsor, medições de torque do sistema de transmissão, medições de pressão da transmissão, velocidade e aceleração do veículo, inclinação do veículo, entradas de direção do veículo, entradas de controle de operação do veículo ou pelo menos um componente de veículo acionado pelo propulsor 12. Baseado nos sinais medidos, medidas específicas descrevendo circunstâncias de condução são calculadas com base em valores passados e presentes dos sinais medidos. As medidas calculadas são por exemplo variância de um sinal, máximo/mínimo/mediano/média de um sinal dentro de um certo espaço de tempo. Com base na combinação desses sinais e medidas calculadas o controlador de condução 20 tem um modelo para calcular uma estimativa da demanda de potência do propulsor requerida na presente e em situações futuras de condução.

[0024] O controlador de propulsor 22 contém uma UCE para o sistema de injeção não mostrado operando com sinais recebidos do controlador de condução 20. O controle de condução ocorre com base em uma base de dados/mapa de características do propulsor individual sobre relações de torque do propulsor e velocidade do propulsor (rpm) com linhas de consumo de combustível ideal. É o objetivo operar o propulsor 12 com uma rpm, na qual sua capacidade de produção de potência/torque é suficiente para a atividade, mas o consumo de combustível é tão baixo quanto possível.

[0025] O meio de controle de pressão 28 compreende componentes necessários para mudar o deslocamento na bomba 24 e no motor 26 e deste modo a pressão do sistema. Tais componentes geralmente são válvulas eletro- hidráulicas, placas de impacto, solenoides, etc.

[0026] O meio de sensoreamento de carga 34, o controlador de velocidade do propulsor 22, o meio de controle de pressão 28 e o controlador de condução 20 formam um arranjo de controle 36. Enquanto as setas entre o controlador de velocidade do propulsor 22 e o meio de controle de pressão 28 e o controlador de condução 20 apontam em ambas as orientações, significando um controle de circuito fechado, é possível também aplicar um controle de circuito aberto.

[0027] Com base na descrição acima do arranjo de condução 10 seu funcionamento é descrito como segue.

[0028] A estimativa da potência de propulsor requerida pode ser modelada como um modelo de rede neural, modelo estático ou probabilístico comparando as medidas com estatísticas previamente coletadas de dados de condução do propulsor e veículo de diversas condições de operação, um padrão de controle baseado em regras ou qualquer combinação desses métodos acima mencionados.

[0029] O controlador de condução 20 tem uma base de dados contendo a relação de potência do propulsor e velocidade do propulsor ideal que otimiza eficiência de combustível a diferentes níveis de exigência do propulsor. A potência para relação específica de propulsor ideal é específica ao propulsor levando em conta as curvas de torque do propulsor, diferença do sistema de injeção e ar do propulsor ou diferença do sistema de exaustão após tratamento. Portanto para um tipo único de um veículo múltiplas variantes de propulsor diferentes podem ser usadas por exemplo para satisfazer diferentes regulações de emissão.

[0030] O controlador de condução 20 calcula e envia sinais para adaptar a solicitação de velocidade do propulsor à velocidade do propulsor otimizada para o combustível. A razão de engrenagem na transmissão hidrostática 14 é calculada de acordo com a velocidade do propulsor ajustada tal que a adaptação de velocidade do propulsor não muda a velocidade de condução do veículo e um sinal respectivo é enviado para o meio de controle de pressão 28. O sinal relacionado para ajustar a velocidade do propulsor/rpm é enviado para o controlador de velocidade do propulsor 22. A taxa de mudanças na solicitação de adaptação de velocidade do propulsor é limitada a ser lenta o suficiente tal que o sistema de ar do propulsor e sistema de injeção são capazes de responder e fornecer a velocidade do propulsor recém- solicitada e que a mudança na velocidade do propulsor não resulta em alterações indesejadas tais como oscilação na velocidade de condução do veículo.

[0031] Para prevenir que o propulsor 12 se sobrecarregue ou afogue em qualquer ponto da faixa de operação de velocidade do propulsor, no caso de a carga de condução repentinamente aumentar por exemplo se o veículo é conduzido sobre um obstáculo repentino tal como uma grande pedra, árvore ou um toco de árvore, o torque que a transmissão hidrostática 14 provê ao propulsor 12 deve ser limitado. O torque é limitado pela limitação da pressão e deslocamento da bomba 24 por meio do meio de controle de pressão 28. O torque do propulsor é limitado em primeiro lugar ao permitir que o deslocamento do motor 26 retorne a seu valor máximo e em segundo lugar ao permitir que o deslocamento da bomba 24 retorne em direção a zero. Isso maximiza o torque do motor hidrostático e a força de tração ao conduzir sobre o obstáculo do terreno.

[0032] A saída de torque dinâmica máxima do propulsor tipicamente não é constante pela faixa de operação de velocidade do propulsor, e portanto, a pressão máxima permitida é diferente dependendo da velocidade do propulsor. O controlador de condução 20 tem uma base de dados contendo a relação de velocidade de operação do propulsor para a pressão máxima permitida na transmissão hidrostática 14. A Figura 2 mostra a pressão máxima permitida com base na potência máxima de propulsor. As curvas de pressão individuais D1, D2, DMAX na figura 2 representam diferentes deslocamentos. A relação rpm/pressão leva em conta o deslocamento da bomba 24, tal que um pequeno deslocamento se correlaciona a uma pressão mais elevada. Em vez de velocidade do propulsor, a pressão máxima permitida pode ser calculada a partir de qualquer outro valor de sistema de ar do propulsor ou sistema de injeção, tal como pressão do ar turboalimentado, que descreve a capacidade dos propulsores de produzir potência/torque de saída. Se necessário, a linha de pressão máxima da transmissão hidrostática 14 pode incluir potência do propulsor reservada para outras funções que não condução que são alimentadas pelo propulsor 12 durante condução. PMAX indicado no canto superior esquerdo do gráfico significa a pressão de sistema máxima permitida na transmissão hidrostática 14.

[0033] O controlador de condução 18 calcula a pressão máxima para a velocidade do propulsor ajustada. No caso de a pressão exceder a pressão máxima, o controlador de condução 20 reduz a razão de engrenagem na transmissão hidrostática 14 em primeiro lugar pelo aumento do deslocamento do motor 26 e em segundo lugar pela redução do deslocamento da bomba 24. A limitação de variação de pressão máxima permitida pode alternativamente ser controlada com o uso de válvula(s) separadas que manipulam os deslocamentos de motor 26 e/ou a bomba 24 da transmissão hidrostática 14.

[0034] Dependendo da operação do veículo ou circunstâncias do local de trabalho, pode não ser factível operar o propulsor 12 por toda a faixa de velocidade do propulsor. Portanto o controlador de condução 20 inclui limites superior e inferior para definir a faixa de operação de velocidade do propulsor. A faixa de operação de velocidade do propulsor é mostrada na figura 3, onde ninferior pode representar 1200 rpm (mais ou menos) e nsuperior 1800 rpm (mais ou menos). Dado que o veículo tipicamente opera em um local de trabalho definido e a operação do veículo pode ser cíclica por natureza, pode ser possível estimar as condições de operação do local de trabalho com base nos ciclos de condução ou em entrada vinda do uso de certos equipamentos no veículo, como um guindaste. O sistema de controle incluir um algoritmo de aprendizagem que determina os limites superior e inferior para a velocidade do propulsor, usando as potências de propulsor exigidas calculadas e solicitações de velocidade do propulsor dos ciclos de condução anteriores. Em vez de automaticamente adaptar faixa de velocidade do propulsor, o operador do veículo pode ter uma opção de definir manualmente a faixa de operação de velocidade do propulsor.

Claims (2)

1. Arranjo de controle (36) para uso em um arranjo de condução (10) de um veículo, compreendendo: um propulsor (12); uma transmissão hidrostática (14); um meio de sensoreamento de carga (34) sendo configurado para detectar uma carga no propulsor (12); um controlador de velocidade de propulsor (22) para controlar o propulsor (12); um meio de controle de pressão (28) sendo configurado para atuar em uma pressão na transmissão hidrostática (14); e um controlador de condução (20), caracterizado pelo fato de que: com base em um primeiro sinal gerado por aquele meio de sensoreamento de carga (34), um segundo sinal é gerado pelo controlador de condução (20) para o controlador de velocidade de propulsor (22) e para o meio de controle de pressão (28), o sinal gerado pelo controlador de condução (20) para o meio de controle de pressão (28) provê uma pressão máxima permitida na transmissão hidrostática (14) para ser menor do que a pressão necessária para afogar o propulsor (12) em uma velocidade de propulsor selecionada; em que o controlador de condução (20) compreende uma faixa definida por usuário de velocidade de propulsor, cujo controlador de velocidade de propulsor (22) é operável.

2. Arranjo de controle (36) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estimativa de potência do propulsor requerida calculada pelo controlador de condução (20) é baseada em condições de condução atuais e futuras usando uma combinação de valores do passado e do presente de carga de condução para o propulsor (12) detectada pelo meio de sensoreamento de carga (34).