CN103322180A - 用于工作车辆中的无级变速器的操作者可选择的动力传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于具有可变动力传动系统和扭矩控制的车辆的操作者可选择的变速器和方法。操作者可选择的变速器包括多个变速器模式、选择变速器模式的操作模式选择器和用于选择用于所选择的模式的曲线的操作者曲线选择器，每个变速器模式包括车辆地速和变速器驱动力之间的多个可选择的关系曲线。可以具有液压、变矩、直接驱动和其他变速器模式。操作者界面可以显示当前选择的模式，和当前选择的模式对性能、燃料消耗和制动器磨损的影响。曲线选择器可以是脚踏板、手柄或其他装置。所述方法包括读取所选择的模式、曲线和地速；基于读数确定驱动力命令；基于驱动力命令和多个车辆参数计算用于变速器的扭矩命令；将所计算的扭矩命令发送到变速器。

Description

用于工作车辆中的无级变速器的操作者可选择的动力传动系统

技术领域

本发明主要地涉及无级变速器领域，且更具体地，涉及用于具有扭矩控制的无级变速器的操作者可选择的动力传动系统操作特性。

背景技术

传动系统或动力传动系统涉及产生动力并且传递动力到道路表面的一组部件，其可以包括例如，发动机、变速器、传动轴、差速器和最终传动机构(车轮、履带等)。由于变速器或其他部件，动力传动系统限制用于特定地速的可用驱动力(可用在道路表面处的作用力)。直接驱动或变矩机器具有基于发动机扭矩曲线的驱动力(rim-pull)限制、效率损失、和由于在发动机和车轮之间具有固定的离散的传动比而导致的其他限制。因为无级变速器可以以无限数量的齿轮速比进行有效地操作，因此无级变速器可以允许发动机以其峰值功率连续运转。虽然仍将存在限制，但这可以使得驱动力性能能够延伸超出在传统动力传动系统中可获得的性能。串联电动动力传动系统是既是无级变速的又在工作极限内控制驱动力的动力传动系统的示例。这将是用于本申请的其余部分的示例性动力传动系统。

工作车辆可以在各种环境中运转，具有不同的职责并且具有有着不同喜好的不同操作者。例如，装载机可以进行无数的操纵，用于从料堆中得到材料装载物、从料堆开始后退、接近运输机、停止和将装载物倾倒在运输中、从运输机开始后退、接近料堆并且获得另外的装载物。这个重复过程需要不断的前进、停止、反转、停止运动，如果利用车辆的脚踏制动器，这可能会导致过度车辆的脚踏制动器过度磨损，并且将会影响在减速期间多少能量返回到发动机驱动轴，进而影响总的燃料消耗。此外，经过一天的进程，操作者的疲劳可能显著地影响整体工作效率。

期望具有用于动力传动系统的操作者可选择的特征，以满足操作者喜好和/或自定义工作参数的特性。可以由操作者经常在其他机器上操作的特定类型的动力传动系统确定用于每个操作者的舒适水平，这种特定类型的动力传动系统例如是液压变速器、变矩变速器或直接驱动变速器。还期望的是，变速器在制动过程中有助于减少操作者需要使用脚踏制动器进行制动的量，从而延长脚踏制动器的寿命，并且提高燃油经济性。允许操作者选择产生更多的变速器制动的操作模式将提供更多的动能，以为其它车辆提供动力，并且减少/消除发动机加燃料。通过给操作者赋予可选择感觉，操作者能够确定哪些变速器特性对于他们是最舒服的和最适合工作的。

发明内容

公开一种用于车辆的操作者可选择的变速器，该车辆具有可变动力传动系统，该可变动力传动系统具有在操作者的控制下的扭矩控制，所述操作者可选择的变速器包括多个变速器模式、模式选择器和曲线选择器。每个变速器模式包括车辆地速和变速器驱动力之间的多个可选择的关系曲线。该模式选择器由操作者控制以从所述多个变速器模式中选择期望的变速器模式。该曲线选择器由操作者控制以从用于所选择的变速器模式的所述多个可选择的关系曲线中选择期望的关系曲线。所述模式选择器使操作者能够在所述车辆正在运行的同时在所述多个变速器模式之间进行选择。

所述多个变速器模式可以包括复制液压变速器的液压模式和复制变矩变速器的变矩模式。所述多个变速器模式还可以包括在所述液压模式和所述变矩模式之间的多个中间模式，每个中间模式包括液压变速器和变矩变速器的特性的唯一的混合。所述多个变速器模式还可以包括复制直接驱动变速器的直接驱动模式。

操作者可选变速器可以还包括操作者界面，所述操作者界面向操作者显示所述多个变速器模式中的当前选定的变速器模式。操作者界面还可以向操作者显示当前选定的变速器模式对性能、燃料消耗和制动器磨损的影响。

轮廓选择器可以是脚踏板。所述多个可选择的曲线的范围可以是从0％曲线到100％曲线，操作者没有踩压脚踏板以选择0％曲线，并且操作者完全地踩压脚踏板以选择100％曲线。可替换地，所述曲线选择器可以是手柄。

用于所述多个变速器模式中的每一个的所述多个可选择的关系曲线的范围可以是从0％曲线到100％曲线，并且所述曲线选择器的范围可以是从用于选择0％曲线的0％操作者激活至用于选择100％曲线的100％操作者激活。所述多个变速器模式可以包括复制液压变速器的液压模式，该液压模式对在与车辆被控制行进的方向相反的方向上的运动具有高阻力。在选择用于所述液压模式的0％曲线时，该变速器试图将所述车辆带到零地速。用于液压模式的所述多个可选择的关系曲线可以包括在车辆运动的相反方向上的快速驱动力减速。所述多个变速器模式可以包括复制变矩变速器的变矩模式。在选择用于所述变矩模式的0％曲线时，该变速器尝试将所述车辆带到恒定的前进地速。

公开一种用于包括具有扭矩控制的可变动力传动系统的车辆的操作者可选择的变速方法，所述操作者可选择的变速方法包括下述步骤：由控制器读取所选择的变速器模式，所选择的变速器模式由操作者从多个变速器模式中选择；由所述控制器读取所述车辆的地速；由所述控制器读取所选择的关系曲线，所选择的关系曲线由操作者从多个关系曲线中选择，每个关系曲线限定车辆地速和用于所述选择的变速器模式的变速器驱动力之间的关系；根据所选择的变速器模式、车辆地速以及所选择的关系曲线，由所述控制器确定驱动力命令；基于所述驱动力命令和多个车辆参数，计算用于变速器的扭矩命令；以及将计算出的扭矩命令发送到变速器。读取所选择的变速器模式的步骤可以包括确定开关的位置，该开关具有：第一位置，该第一位置用于选择复制液压变速器的变速器模式；第二位置，该第二位置用于选择复制液压变速器和变矩变速器的特性混合的、更类似于液压变速器的变速器模式；第三位置，该第三位置用于选择复制液压变速器和变矩变速器的特性的混合的/更类似于变矩变速器的变速器模式；和第四位置，该第四位置用于选择复制变矩变速器的变速器模式。

附图说明

图1示出地速与用于电动动力传动系统的一对示例性操作者可选择的动力传动系统操作特性的驱动力之间的关系的示意图；

图2示出在负地速条件下图1的示意图；

图3示出在正地速条件下图1的示意图；

图4示出示例性操作者控制面板；和

图5示出用于电动动力传动系统的操作者可选择的动力传动系统操作特性的示例性控制面板显示。

具体实施方式

为了促进对新颖性发明的原理的理解的目的，现在将参照在此描述并且在附图中示出的实施例，并且将使用具体的语言来描述这些实施例。然而应当理解，没有因而意图限制新颖性发明的范围，在图示的装置和方法中的这种变化和进一步修改，以及如在此图示的新颖性发明的原则的如将被预期的其它应用对新颖性发明涉及的领域中的技术人员来说通常是容易想到的。

用于电动动力传动系统的操作者可选择的动力传动系统操作特性使得操作者能够从多个可选择的动力传动系统曲线图(profile)中选择一组优选的动力传动系统操作特性。操作者可以根据个人喜好、使用车辆的工作要求或其他原因选择所需的动力传动系统特性或曲线图。不同的动力传动系统特性将通过动力传动系统改变驱动力，这影响动力传动系统的制动作用，并且可以减少车辆的脚踏制动器所需的制动。

图1示出地速与用于电动动力传动系统的一对示例性操作者可选择的动力传动系统操作特性的驱动力之间的关系的示意图。在X-轴上显示地速，正地速表示车辆在与命令相同的方向上行驶，并且负地速表示车辆在与命令相反的方向上行驶，这可能是由于位于向上的斜坡上。在Y-轴上示出驱动力(施加到地面的作用力)。加速命令是在驱动力具有与地速相同符号时，减速命令是驱动力具有与地速相反的符号时。因此，(+)速度*(+)驱动力＝加速命令；(-)速度*(-)驱动力＝加速度命令；(+)速度*(-)驱动力＝减速命令；和(-)速度*(+)驱动力＝减速命令。

图1示出由变速器性能、类似于液压变速器的第一示例性变速器曲线图和类似于变矩变速器的第二示例性变速器曲线图形成的包络线。变速器性能包络线100由上边界102和下边界104形成。请注意，上边界102和下边界104延伸到该示意图的左侧，并且通常形成镜像性能包络线(未显示)，在正地速侧向下朝向X轴倾斜。所有变速器曲线落入这种性能包络线内。

两个示例性变速器曲线图(profile)中的每一个包括多个曲线，每个曲线定义驱动力和地速之间的关系。操作者通过输入装置从多个曲线中选择所需的曲线。用于曲线选择的输入装置可以是脚踏板、手柄、调节控制盘或其他适当的选择装置。针对两个示例性变速器曲线图中的每一个，在图1中示出用于输入装置的0％激活、50％激活和100％激活的曲线。现在将在图1的示意图上从左至右描述用于示例性的变速器曲线图中的每一个的曲线。

示例性的液压变速器曲线图包括0％激活液压曲线140、50％激活液压曲线150和100％激活液压曲线160。0％激活液压曲线140沿着包络线上边界102附近的上液压驱动力曲线112开始，沿着液压0％曲线114向下行进，并且沿着包络线下边界104附近的下液压驱动力曲线116继续行进。50％激活液压曲线150沿着包络线上边界102附近的上液压驱动力曲线112开始，沿着液压50％曲线118向下行进，并且沿着包络线下边界104附近的下液压驱动力曲线116继续行进到右侧。100％激活液压液压曲线160沿着包络线上边界102附近的上液压驱动力曲线112开始，沿着液压100％曲线120向下行进，并且沿着包络线下边界104附近的下液压驱动力曲线116继续行进到右侧。

示例性变矩变速器曲线图包括0％激活变矩曲线240、50％激活变矩曲线250和100％激活变矩曲线260。0％激活变矩曲线240在包络线上边界102(未显示)附近从示意图的左侧开始，沿着变矩0％曲线122向下行进，并且沿着下变矩驱动力曲线124继续行进。50％激活变矩曲线250沿着包络线上边界102附近的上变矩驱动力曲线126开始，沿着变矩50％曲线128向下行进，并且沿着下变矩驱动力曲线124继续行进到右侧。100％激活变矩曲线260沿着包络线上边界102附近的上变矩驱动力曲线126开始，沿着变矩100％曲线130向下行进，并且沿着下变矩驱动力曲线124继续行进到右侧。

液压和变矩变速器曲线图是示例性的，并且有可能存在适合变速器性能包络线100的任何数量的不同的操作者可选择变速器曲线。0％、50％和100％曲线仅是用于不同的操作者激活量的曲线的三个示例。操作者可以将曲线选择输入装置定位在0％和100％激活之间的任何位置处，在不同的曲线之间移动变速器特性。

操作者可选择的动力传动系统操作特性的操作可以被视为具有三个输入和一个输出。三个输入可以被视为：(1)操作者选择的变速器模式(例如，液压、变矩或直接驱动)，(2)驱动力和地速之间的由操作者选择的关系曲线(例如，0％、50％或100％)，和(3)地速。前两个输入选择如在图1中显示的那些曲线中的一个具体曲线，并且第三个输入选择用于所选择的曲线上的点的X坐标。所述输出可以被看作是驱动力命令，该驱动力命对应于所选择的曲线上的该点的选定的X坐标的Y坐标。驱动力(作用力)命令由控制器转变成变速器扭矩命令。将驱动力命令转变成变速器扭矩命令的计算考虑到各种车辆参数，例如车辆的车轮(或履带)半径，以及存在于电动机和车轮(包括车轴和/或变速器减速器)之间的任何齿轮速比。

图1显示，对于液压变速器曲线和0％的操作者激活，在零地速时具有零驱动力。相反地，对于变矩变速器曲线和0％的操作者激活，在零驱动力下具有地速GTO。因此，在水平地面上在脚踏板上没有压力的情况下，车辆将以规定速度GTO以变矩模式行驶，并且不会以液压模式运动。

图2示出了与图1相同的、重叠有线202的示意图，线202显示以负地速G2向后滚动的车辆。对于地速G2，在选择的变矩变速器模式和0％操作者激活的情况下，电子变速器提供RT2的驱动力。对于在所选择的液压变速器模式和0％的操作者激活的情况下的地速G2，电子变速器提供驱动力RH2。这表明，对于这些轮廓线，液压曲线在车辆运动相反的方向上提供更大的驱动力阻力。因此，在选择液压传动模式时，操作者将不需要与选择变矩变速器模式时同样多地使用脚踏制动器(service brake)来停止车辆的运动。

图3示出与图1相同的、重叠有线302的示意图，线302显示以地速G3向前行进的车辆。假设在以速度G3行进时，操作者停止激活输入到0％操作者激活。对于在所选择的变矩模式和0％的操作者激活的情况下的地速G3，电子变速器提供驱动力RT3。对于在所选择的液压模式和0％的操作者激活的情况下的地速G3，电子变速器提供驱动力RH3。液压模式比变矩模式产生更多的反向驱动力，这提供比变矩设置更多的从G3到零地速的迅速减速。这减少车辆的制动磨损和燃料消耗。在进行重复前进、停止、反转、停止操控以装载运输机的装载机的示例中，与在变矩模式中相比，当在液压模式中接近运输机时，操作者将需要较少地使用脚踏制动器。

再次参照图1，如果操作者继续使用0％操作者激活而在水平地面上不施加任何制动，则液压模式将车辆带到停止(零地速)，而变矩将车辆带到较慢但恒定的速度GTO。因此，在变矩模式中在水平地面上停止车辆将需要使用一定量的脚踏制动器。

图4示出示例性的操作者控制面板400，操作者控制面板400具有用于控制车辆上的各种系统的各种选择器，包括用于动力传动系统操作特性的示例性选择器402。图5示出用于动力传动系统操作特性的示例性选择器402。用于动力传动系统操作特性的示范性选择器402包括符号和三个指示灯502、504、506，指示灯502、504、506指示当前选择的动力传动系统操作特性。在一个实施例中，没有灯照明意味着选择变矩模式，只有灯502照明意味着选择具有比液压特性多的变矩特性的中间模式；只有灯502和504照明意味着选择具有比变矩特性多的液压特性的中间模式，并且全部灯502、504和506照明意味着选择液压模式。可以具有多于或少于四个变速器模式，并且在不同实施例中可以使用具有不同的模式指示器的不同类型的变速器模式选择器。用于动力传动系统操作特性的示范性选择器402或操作者可用的其他显示器可以显示当前选择的变速器模式对性能、燃料消耗和/或制动器磨损的影响。

虽然在上文已经公开了结合了本发明的原理的示例性实施例，但本发明不限定于所公开的实施例。相反地，本申请旨在使用本发明的一般原则覆盖本发明的任何变化、用途或修改。而且，本申请意图涵盖偏离本公开内容的、如落入本发明所属领域中已知或习惯做法范围内这种内容。

Claims (20)

1.一种用于车辆的操作者可选择的变速器，该车辆具有可变动力传动系统，该可变动力传动系统具有在操作者的控制下的扭矩控制，所述操作者可选择的变速器具有多个变速器模式，每个变速器模式包括车辆地速和变速器驱动力之间的多个可选择的关系曲线；

所述操作者可选择的变速器包括：

模式选择器，该模式选择器由操作者控制用于从所述多个变速器模式中选择选定的变速器模式；和

曲线选择器，该曲线选择器由操作者控制用于从用于所选择的变速器模式的所述多个可选择的关系曲线中选择选定的关系曲线。

2.根据权利要求1所述的操作者可选择的变速器，其中所述多个变速器模式包括复制液压变速器的液压模式和复制变矩变速器的变矩模式。

3.根据权利要求2所述的操作者可选择的变速器，其中所述多个变速器模式进一步包括在所述液压模式和所述变矩模式之间的多个中间模式，每个中间模式包括液压变速器和变矩变速器的特性的唯一混合。

4.根据权利要求2所述的操作者可选择的变速器，其中所述多个变速器模式进一步包括复制直接驱动变速器的直接驱动模式。

5.根据权利要求1所述的操作者可选择的变速器，其中所述模式选择器使操作者能够在所述车辆正在运行的同时在所述多个变速器模式之间进行选择。

6.根据权利要求1所述的操作者可选择的变速器，还包括操作者界面，所述操作者界面向操作者显示所述多个变速器模式中的当前选定的变速器模式。

7.根据权利要求6所述的操作者可选择的变速器，其中操作者界面还向操作者显示当前选定的变速器模式对性能、燃料消耗和制动器磨损的影响。

8.根据权利要求6所述的操作者可选择的变速器，其中所述曲线选择器是脚踏板。

9.根据权利要求8所述的操作者可选择的变速器，其中所述多个可选择的曲线的范围是从0％曲线到100％曲线，操作者没有踩压脚踏板以选择0％曲线，并且操作者完全地踩压脚踏板以选择100％曲线。

10.根据权利要求1所述的操作者可选择的变速器，其中所述曲线选择器是脚踏板，并且其中所述多个可选择的曲线的范围是从0％曲线到100％曲线，操作者没有踩压脚踏板以选择0％曲线，并且操作者完全地踩压脚踏板以选择100％曲线。

11.根据权利要求1所述的操作者可选择的变速器，其中所述曲线选择器是手柄。

12.根据权利要求1所述的操作者可选择的变速器，其中用于所述多个变速器模式中的每一个的所述多个可选择的关系曲线的范围是从0％曲线到100％曲线，并且所述曲线选择器的范围是从用于选择0％曲线的0％操作者激活至用于选择100％曲线的100％操作者激活。

13.根据权利要求12所述的操作者可选择的变速器，其中所述多个变速器模式包括复制液压变速器的液压模式，该液压模式对在与车辆被控制行进的方向相反的方向上的运动具有高阻力。

14.根据权利要求13所述的操作者可选择的变速器，其中在选择用于所述液压模式的0％曲线时，该变速器试图将所述车辆带到零地速。

15.根据权利要求14所述的操作者可选择的变速器，其中用于液压模式的所述多个可选择的关系曲线包括在车辆运动的相反方向上的快速驱动力减速。

16.根据权利要求12所述的操作者可选择的变速器，其中所述多个变速器模式包括复制变矩变速器的变矩模式。

17.根据权利要求16所述的操作者可选择的变速器，其中在选择用于所述变矩模式的0％曲线时，该变速器尝试将所述车辆带到恒定的前进地速。

18.一种用于包括具有扭矩控制的可变动力传动系统的车辆的操作者可选择的变速方法，所述变速方法包括下述步骤：

由控制器读取所选择的变速器模式，所选择的变速器模式由操作者从多个变速器模式中选择；

由所述控制器读取所述车辆的地速；

由所述控制器读取所选择的关系曲线，所选择的关系曲线由操作者从多个关系曲线中选择，每个关系曲线限定用于所选择的变速器模式的车辆地速和变速器驱动力之间的关系；

根据所选择的变速器模式、车辆地速以及所选择的关系曲线，由所述控制器确定驱动力命令；

基于所述驱动力命令和多个车辆参数，计算用于变速器的扭矩命令；以及

将计算出的扭矩命令发送到变速器。

19.根据权利要求18所述的操作者可选择的变速方法，其中读取所选择的关系曲线的步骤包括确定操作者激活选择器的范围在0％和100％之间的位置。

20.根据权利要求19所述的操作者可选择的变速方法，其中读取所选择的变速器模式的步骤包括确定开关的位置，该开关具有：

第一位置，该第一位置用于选择复制液压变速器的变速器模式；

第二位置，该第二位置用于选择复制液压变速器和变矩变速器的特性的混合的、更类似于液压变速器的变速器模式；

第三位置，该第三位置用于选择复制液压变速器和变矩变速器的特性的混合的、更类似于变矩变速器的变速器模式；和

第四位置，该第四位置用于选择复制变矩变速器的变速器模式。

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