CN104541091B - 换挡控制和方法 - Google Patents

Abstract

一种机器(100)具有动力传动系和用户界面(248)，所述动力传动系包括连接到具有两个或更多能够选择的齿轮设置的传动装置(210)的原动机，所述用户界面(248)向操作员提供一整数的至少两个齿轮标识符的选择。每个整数齿轮标识符对应于用于相应齿轮设置的高怠速(307，311，315)。用户界面(248)将指示所选择的齿轮标识符的信号(404)提供给也接收和发送指示机器(100)参数的信号的电子控制器(220，222，402)。电子控制器(220，222，402)包含确定最佳齿轮设置和是否应该换挡的计算机可执行指令。

Description

换挡控制和方法

技术领域

本发明专利通常涉及具有连接到传动装置的发动机的动力传动系，且更特别地涉及一种具有自适应的变速控制和/或变速指示灯使得其可以更有效地操作的动力传动系。

背景技术

传动装置通常根据变速图或基于由操作员进行的齿轮选择来控制变速比变化。具体地对于作业机器，如拖拉机和机动平地机，传动装置可包含自动变速，以保持所期望的地面速度。然而，当机器正在作业时，操作员通常将停用自动变速，以确保机器将具有足够的转矩来例如克服诸如巨石等障碍物并且在斜坡等上行进。

包括通过变矩器连接到发动机的传动装置和/或其他组件的动力传动系经常可以一不同变速比、发动机转速和变矩器设置操作来为机器提供由操作员选择的大体恒定的地面速度。发动机转速和传动装置变速比的若干不同组合中的任何一个可提供所期望的地面速度。由于这种固有的灵活性，虽然操作员可选择适当的变速比来执行机器功能，但是从机器的操作观点来看，此类选择可能并不总是最有效的，这可导致噪声增加和燃料效率降低。

自动变速传动装置的一个示例可以在2002年12月17日发出的美国专利6,496,767(’767专利)中看到。该’767专利描述了一种用于在最大化燃料燃烧效率的步进齿轮传动系统中确定变速点的方法。该方法使用来自各种变速比的燃料燃烧效率数据来计算决策曲线。然后在操作期间使用这些决策曲线来最小化燃料消耗，同时保持所期望的地面速度。

虽然变化的变速比和速度在宽范围的操作条件下降低燃料消耗或提高机器的整体操作效率中可能是有效的，但是如果操作员不愿意或不能调节到新的装置，则可最小化机器的整体价值。

发明内容

在一方面中，本发明描述了一种具有动力传动系的机器，该动力传动系包括连接到具有至少两个能够选择的齿轮设置的传动装置的原动机。机器的用户界面适于向操作员提供一整数的至少两个齿轮标识符的选择。每个整数齿轮标识符对应于用于相应齿轮设置的高怠速，所述相应齿轮设置直接对应于所选择的齿轮标识符。用户界面提供指示所选择的齿轮标识符的信号，该信号由电子控制器接收。电子控制器也被配置成接收和发送指示机器参数的信号。电子控制器包含用于确定最佳齿轮设置和是否应该作变速的计算机可执行指令。

在另一方面中，本发明描述了一种用于操作具有发动机连接到多齿轮动力转移传动装置(multi-gear power-shift transmission)的机器的方法，所述发动机以当前发动机转速操作并提供当前转矩。该方法包括接收指示齿轮标识符的信号，所述齿轮标识符是从适于向操作员提供一整数的至少两个齿轮标识符的选择的用户界面选择的。每个整数齿轮标识符对应于用于相应齿轮设置的高怠速，所述相应齿轮设置直接对应于所选择的齿轮标识符。该方法还包括接收指示包括地面速度的至少一个机器参数的信号，执行控制逻辑来确定最佳齿轮设置和是否应该作变速，以及如果从当前齿轮设置到备用齿轮设置的变速是所期望的，基于所选择的齿轮标识符提供指示。

在另一方面中，本发明描述了一种包括连接到多齿轮动力转移传动装置的发动机的动力传动系，所述传动装置适于以所期望的地面速度和动力输出操作驱动系统。该动力传动系还包括电子控制器，所述电子控制器被配置成接收指示从用户界面选择的齿轮标识符的信号。用户界面向操作员提供一整数的至少两个齿轮标识符的选择，每个整数齿轮标识符对应于用于直接对应于所选择的齿轮标识符的相应齿轮设置的高怠速。电子控制器也接收指示包括地面速度的至少一个机器参数的信号，并执行控制逻辑来确定最佳齿轮设置和是否应该作变速。如果从当前齿轮设置到备用齿轮设置的变速是所期望的，则电子控制器基于所选择的齿轮标识符提供指示，以启动变速。

附图说明

图1是根据本发明的机器的概略图。

图2是根据本发明的用于机器的动力传动系的方框图。

图3是根据本发明的示出变速控制的实施例的某些方面的曲线图。

图4是根据本发明的用于操作机器的实施例的方法的流程图。

图5是根据本发明的用于机器的动力传动系的实施例的齿轮标识符和对应履带速度的示例性图表。

具体实施方式

本发明涉及用于在动力传动系中使用的传动装置，且更特别地涉及在机器的动力传动系中使用的传动装置。虽然在下文示出并描述了特定类型的机器，但是术语“机器”可指执行与诸如采矿、建筑、农业、运输、海洋或本领域中已知的任何其他行业相关联的某种类型的操作的任何机器。例如，机器可以是一种运土机器，如轮式装载机、挖掘机、翻斗车、反铲挖土机、机动平地机、材料处理机，或者是另一种类型的机器，如机车、铺路机等。类似地，虽然示例性刮板(blade)被示出作为本文所示机器的附加工具，但是可包括备用工具。可以利用和采用任何工具进行各种任务，包括例如装载、压实、推、吊装、刷涂，并且所述工具包括例如铲斗、压实机、叉状升降装置、刷子、抓斗、切割机、剪板机、刮板、破碎机/锤子、螺旋钻、翻土机、松土机等。

图1中示出了机器100的概略图。机器100被示为具有推土机刮板102和松土机104作为工具的履带式拖拉机101，尽管可以使用其他作业工具。履带式拖拉机101包括连接到底盘108的发动机106。驾驶室109连接到底盘108。发动机106提供动力来操作驱动链轮110，所述驱动链轮110引起履带112选择性地旋转和推进履带式拖拉机101。发动机106还提供动力来操作各种工具，如可以相对于底盘108选择性地定位刮板102和松土机104的致动器114和116。由发动机106提供的动力是机械动力，且可以例如通过传动系组件的使用被转移到机器100的各种组件和系统。另外地或替代地，发动机动力可被转换成其他形式的动力，如电力、液压动力等。在所示的实施例中，驱动链轮通过各种动力传动组件被机械地联接到发动机106的输出轴，其中一些动力传动组件在下文描述。致动器114和116被配置成接收由从发动机106接收机械动力的泵压缩的加压液压流体。

图2中示出了机器100的动力传动系200的方框图。动力传动系200包括原动机202。原动机202可以是发动机，例如发动机106(图1)，或者是另一种类型的装置，如电动机、液压致动器等。原动机202具有能够动力旋转的输出轴204。输出轴204连接到变矩器206。变矩器206是一种经配置提供输入转矩的相乘的装置。在所示的实施例中，变矩器206乘以由原动机102经由轴204提供给传动输入轴208的转矩。变矩器206可以是任何适当类型的变矩器装置，如粘性流体装置等。替代地，变矩器206可以是转矩传递装置，如离合器，其可以替代或另外用于粘性流体转矩传递装置。

传动输入轴208被配置成将传递转矩和通常机械动力传给传动装置210。图2中所示的传动装置210是一种包括一系列行星齿轮的动力转移传动装置(power shift transmission)，所述一系列行星齿轮可以选择性地在传动输入轴208和传动输出轴212之间提供预先确定的变速比。在所示的实施例中，传动装置210被配置成为机器100的向前运动提供三个变速比且为反向运动提供三个变速比。每个齿轮组的传动装置可使用大直径、高容量、油冷却的离合器(未示出)，以选择性地接合在操作期间提供所期望的变速比的各种齿轮组。

传动装置210的输出轴212被配置成提供原动力至移动机器100的地面接合元件，例如履带112(图1)。原动力可以以任何适当形式提供。在诸如履带式拖拉机101的滑移转向机器的情况下，可以使用各种装置来选择性地为机器的每个履带提供动力，使得机器可以转向。在图2的图示中，输出轴212连接到转向差速器214，但可以使用其他装置。转向差速器214包括行星齿轮装置，所述行星齿轮装置可以选择性地通过在保持全动力到两个履带的同时加快一个履带和放慢另一个履带来引起机器转动。转向差速器214包括两个驱动轴216，每个主动轴都连接到经配置移动机器100的最终驱动器218。参照图1，每个最终驱动器218可连接到相应驱动链轮110且被配置成驱动两个履带112中的一个。

动力传动系200的各种组件和系统的操作由电子控制器控制。因此，动力传动系200包括经由接口224与控制器222连通的发动机控制器220。电子控制器220和222可以是单个控制器或者可包括经设置控制机器100的各种功能和/或特征的两个以上控制器。例如，控制器222可以是用于控制机器的整体操作和功能的主控制器的一部分，所述主控制器是与发动机控制器220协作地实施。在此实施例中，术语“控制器”是指包括一个、两个或更多个可以与机器100相关联且可协作控制机器100(图1)的各种功能和操作的控制器。控制器的功能性虽然在仅为了说明性目的包括各种不连续功能的图3的描述中概念性地示出，但可以在硬件和/或软件中实施，而不管所示的不连续功能性。因此，相对于图2的方框图中所示的动力传动系的组件描述了控制器的各种接口。此类接口不旨在限制所连接的组件的类型和数量，也不旨在限制所描述的控制器的数量。

因此，发动机控制器220经由发动机接口226连接到原动机202。发动机接口226包括经配置在控制器220和原动机202的各种组件、系统和致动器之间传达信号和命令的多个通信信道。例如，在其中原动机202是内燃机的实施例中，发动机接口226可提供控制发动机转速和负荷输出的命令。在其中原动机202是电动机(未示出)的实施例中，可以从控制器220发送设置电动机的速度的命令。从发动机提供给控制器220的信息可包括指示发动机转速(RPM)、发动机负荷、各种组件的温度等的信号。

控制器222连接到动力传动系200的各种传感器，所述各种传感器提供指示动力传动系200的操作的信息。虽然在本文示出并描述了某些传感器连接以在控制器222和所讨论的每个传感器之间单独延伸，但是也可以使用任何适当通信方案，例如控制器区域连接母线可以用于从各种传感器收集信息且将信息提供给该控制器。基于从各种传感器接收的信息，控制器222被配置成提议和/或影响可以促进机器100有效操作的变速。更具体地，控制器222经由发动机转速通信线路230连接到发动机转速传感器228。类似地，控制器222经由变矩器速度通信线路234连接到变矩器速度传感器232，并且经由传动装置速度通信线路238连接到传动装置速度传感器236。最终驱动器速度传感器240经由最终驱动器速度通信线路242连接到控制器222。这些及其他传感器每个均被配置成将指示由每个传感器测量的参数的信号提供给控制器222。

控制器222还被配置成实现齿轮变化，以便在传动装置210处采用预先确定的变速比。以这种方式，控制器222被布置成经由变速命令线路244将命令提供给传动装置210的变速致动器246。变速致动器246可包括经配置选择性地引起诸如在传动装置210的内部或外部的离合器和/或齿轮等装置的接合。此类装置的选择性接合可以在传动装置210的输入轴208和输出轴212之间提供所期望的变速比。

在操作期间，发动机控制器220和控制器222可以在由机器100的操作员决定的参数下例如通过按压不同踏板、设置所期望的机器速度、操纵各种机器工具的位置和操作、将机器转向等协作操作动力传动系200。传感器和其他装置(未示出)被设置成将操作员的命令转换成随后以已知的方式传达给控制器222的信号。在所示的实施例中，操作员接口248经由通信线路250连接到控制器222。操作员接口248可包括提供各种机器参数和/或操作模式的视觉指示的可配置显示器，并且还可包括可以由操作员操纵来将输入命令提供给控制器222的一个或多个输入装置，如按钮、滚子、键盘等。例如，操作员接口248可包括输入装置，所述输入装置用于识别各种效率参数，如例如原动机的燃料消耗、由原动机产生的预期噪声、原动机的动力输出、由原动机产生的排放和预期的机器动力消耗的变化；操作员接口248可经由通信线路250将指示操作员接口的信号提供给控制器222。通过进一步的示例的方式，操作员可以通过适当地操纵操作员接口248的控制在机器100的手动变速模式、半自动变速模式或自动变速模式之间选择。自动变速模式的操作可被公开于例如2011年3月16日提交的美国申请13/049,214中，并要求美国临时专利申请61/448,035的优先权，该美国申请的全部公开内容和该美国临时专利申请的全部公开内容均并入本文。

图3中可以看到示出本文所公开的变速控制系统和方法的一个实施例的某些方面的曲线图。在该曲线图中，对于三个齿轮中的每个齿轮，示出机器的操作点，其中以每小时英里为单位的机器履带速度和对应的齿轮标识符布置在水平轴302上，并且以每力英镑为单位的机器牵引杆拉力布置在垂直轴304上。第一曲线306对应于当在第一齿轮中时当机器正在行进时的最大操作点的集合，并且在曲线图的左下角处限定了大致三角形区域308。区域308中的每个点表示机器的可允许操作对的履带速度和牵拉杆拉力。这些点中的每个也对应于特定对的发动机转速和发动机燃料供给操作条件，其中位于第一曲线306上的点表示沿突耳线(lug line)的发动机操作。类似地，第二曲线310限定包括机器与第二齿轮接合的操作点的第二区域312，并且第三曲线314限定包括与第三齿轮接合的机器操作点的第三区域316。

根据本发明的一方面，操作员接口248包括输入装置和方法，操作员可通过输入装置和方法选择齿轮标识符，同时仍然以自动变速模式操作，其中所选择的整数齿轮标识符对应于用于直接对应于所选择的齿轮标识符的齿轮的高怠速。也就是说，通过在操作员接口248上选择齿轮标识符1.0，操作员在图3中所示的曲线图中以零DB拉力选择速度307。通过在操作员接口248上选择齿轮标识符2.0，操作员在图3中所示的曲线图中以零DB拉力选择速度311。类似地，通过在操作员接口248上选择齿轮标识符3.0，操作员在图3中所示的曲线图中以零DB拉力选择速度315。

在一些实施例中，齿轮标识符可包括除整数以外的数，其可以例如以带有指示例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.1、1.2等小数的整数的小数点的形式，或者它们的任何组合或子集。以这种方式，当操作员选择除整数以外的齿轮标识符时，机器将仍然以下一个整数齿轮标识符操作。换句话说，当选择0.x时，其中x是除零以外的数，操作员仍然在选择第一齿轮标识符，但以比用于第一齿轮的高怠速307更低的速度选择。类似地，当选择1.x时，其中x是除零以外的数，操作员仍然在选择第二齿轮标识符，但以比用于第二齿轮的高怠速311更低的速度选择。同样地，当选择2.x时，其中x是除零以外的数，操作员仍然在选择第三齿轮标识符，但以比用于第三齿轮的高怠速315更低的速度选择。

如可以理解的，区域308、312和316的某些部分在两个齿轮或所有三个齿轮之间重叠。在机器操作的这些区域中，例如美国申请13/049,214和美国临时专利申请61/448,035中公开的以及如由在本文解释的速度选择装置实现的变速控制的优点可以更容易地实现，因为履带速度和拉力的组合可以由两个或三个不同齿轮设置中的任何一个实现。

仅通过示例的方式，在本发明的实施例中，在操作员选择齿轮标识符1.8(沿水平轴302标识为318)的情况下，传动装置可在第二齿轮或第三齿轮中操作，这取决于由特定操作要求的DB拉力。因此，根据所利用的特定控制逻辑，传动装置可在第二齿轮或第三齿轮中操作，以便保持对应于标识符1.8(318)的速度4.5mph。通过进一步的示例的方式，在操作员选择标识符0.7(沿水平轴302标识为320)的情况下，传动装置可在第一齿轮、第二齿轮或第三齿轮中的任何一个中操作，这取决于由特定操作要求的DB拉力。因此，根据所利用的特定控制逻辑，传动装置可在第一齿轮、第二齿轮或第三齿轮中操作，以便保持对应于标识符0.7(320)的速度2.0mph。

图4中示出了用于控制器402的变速控制装置400的代表性方框图。控制器402可包括发动机控制器220和/或控制器222，并且变速控制装置400可以例如通过计算机能够执行的指令、硬件或它们的任何组合的方式以任何适当形式操作。变速控制装置400还可包括较大控制方案的一部分，与其可以交换输入、输出和命令，但为了简洁的目的在这里被示出与任何其他此类控制分开。

如关于图3所解释的，操作员选择范围从诸如零的低数到例如在图3的实施例中为三的齿轮最大数的齿轮标识符。在一些实施例中，齿轮标识符也可包括除整数以外的一个或多个齿轮标识符，其可以例如以带有指示小数的整数的小数点的形式。从齿轮标识符选择器，如操作员接口248，将信号404提供给控制器402。然后控制器402基于反映如仅通过示例的方式在图3和图5中所示的齿轮标识符和目标地面速度的相关性的相关性图表或表格来确定所期望的适当地面速度404。

指示各种机器和/或效率参数406的附加输入信号，包括例如发动机转速、变矩器速度、传动装置速度、最终驱动器速度、当前齿轮设置、指示例如机器在行进方向上倾斜的机器取向、发动机燃料供给和其他参数，可同样提供给控制器402。可以提供给控制装置400的附加参数406包括指示留在机器中的燃料水平、诸如留在机器中的尿素等其他流体的水平、油的使用寿命、机器操作时间、指示机器的工作水平的自适应参数等的信号。例如从相对于图2所示和讨论的各种传感器，如发动机转速传感器228、变矩器速度传感器232、传动装置速度传感器236和最终驱动器速度传感器240可以提供作为到控制装置400的输入示出的参数406。参数406还可包括效率参数，如例如原动机的燃料消耗、由原动机产生的预期噪声、原动机的动力输出、由原动机产生的排放和预期的机器动力消耗的变化。

基于由齿轮标识符确定的目标地面速度和指示由控制装置400接收的一个或多个机器和/或效率参数406的一个或多个其他输入信号，控制装置400执行控制逻辑408，以确定所期望的发动机转速410、所期望的发动机燃料供给412和所期望的齿轮设置414。控制逻辑408可以是用于通过具体示例的方式确定包括美国申请13/049,214和美国临时专利申请61/448,035中公开的逻辑等参数的任何适当逻辑。例如，控制器400可确定所述期望的发动机转速410、所期望的发动机燃料供给412和所期望的齿轮设置414，使得发动机控制器220可引起原动机202以所期望的速度和负荷输出操作，并且控制器222可经由变速命令线路244命令变速致动器246，以选择所期望的传动装置210的齿轮设置414，使得所期望的变速比可以被接合。在当机器不在以由控制器222视为可取的齿轮设置操作时的时间，致动器246可响应齿轮标识符选择信号404升速变换或降速变换传动装置210，使得所期望的齿轮设置被接合。

工业实用性

本发明适用于用于包括作业机器的各种类型的车辆的动力传动系。本文所公开的系统和方法被有利地配置成将可取的和可理解的接口提供给操作员，同时针对机器操作的各种效率度量，如燃料消耗的速率，提高机器性能。在所示的实施例中，公开了一种作业机器，并且具体地公开了履带式拖拉机，尽管可以使用可被预期在其作业中需要稳定行进周期的其他机器，如机动平地机、压实机、铺路机等。

将理解的是前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可以想到的是本发明的其他实施方式可以在细节上不同于前述示例。对本发明或其示例的所有参考旨在参考正在这一点上讨论的特定示例，且更通常地不旨在暗示关于本发明的范围的任何限制。相对于某些特征的所有区分和贬低语言旨在指出缺乏对那些特征的优先，但不完全排除本发明的范围，除非另有说明。

本文数值范围的列举仅旨在用作单独参考落入范围内的每个单独值的速记方法，除非本文另有说明，并且每个单独值被并入本说明书中，就好像在本文被单独列举。本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非本文另有说明或通过上下文明显矛盾。

Claims (10)

1.一种具有动力传动系的机器(100)，所述动力传动系包括连接到具有至少两种可选择的齿轮设置的传动装置(210)的原动机，所述机器(100)还包括：

用户界面(248)，其能够向操作员提供整数的至少两个齿轮标识符的选择，每个整数齿轮标识符对应于用于相应齿轮设置的高怠速(307，311，315)，所述相应齿轮设置直接地对应于所选择的齿轮标识符，所述用户界面(248)还能够提供表示所选择的齿轮标识符的信号(404)，

电子控制器(220，222，402)，其能够接收表示所选择的齿轮标识符的信号并且能够接收和发送表示机器(100)参数的信号，所述电子控制器(220，222，402)包含计算机可执行指令，所述计算机可执行指令包括用于确定最佳齿轮设置和是否应该换挡的指令。

2.根据权利要求1所述的机器(100)，其中，所述用户界面(248)包括除整数以外的至少一个齿轮标识符，所述除整数以外的齿轮标识符表示以降低的速度操作的下一个整数标识符的齿轮标识符的选择。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的机器(100)，其中，所述计算机可执行指令包括用于关联所选择的齿轮标识符与目标地面速度的指令。

4.根据权利要求3所述的机器(100)，其中，所述电子控制器(220，222，402)还包括当选定所述齿轮标识符时用于确定所述机器(100)的地面速度的指令和用于保持所述机器(100)的地面速度大体不变的指令。

5.根据权利要求1-2中的任一项所述的机器(100)，其中，所述计算机可执行指令包括用于在所述传动装置(210)的当前齿轮设置处确定至少部分基于操作期间发动机转速的所述机器(100)的至少一个效率度量的当前值。

6.根据权利要求5所述的机器(100)，其中，所述至少一个效率度量包括所述原动机的燃料消耗、由所述原动机产生的预期噪声、所述原动机的动力输出、由所述原动机产生的排放或所述机器(100)动力消耗的预期变化中的一个。

7.根据权利要求1-2中的任一项所述的机器(100)，其中，所述计算机可执行指令包括当选定所述最佳齿轮设置使得机器(100)地面速度保持大体不变时用于确定包括发动机转速的附加机器(100)参数的指令。

8.一种用于操作根据权利要求1-7中的任一项所述的机器(100)的方法，所述方法包括：

接收来自所述用户界面(248)的表示所选择的齿轮标识符的信号(404)，

接收表示包括地面速度的至少一个机器(100)参数的信号，

执行控制逻辑来确定所述最佳齿轮设置和是否应该换挡，以及

如果从当前齿轮设置到替代齿轮设置的换挡是所期望的，基于所选择的齿轮标识符提供指示。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括关联所选择的齿轮标识符与目标地面速度。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括当选定所述齿轮标识符时确定所述机器(100)的地面速度以及保持所述机器(100)的地面速度大体不变。