DE102008004613A1

DE102008004613A1 - System für ein stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE102008004613A1
Application number: DE102008004613A
Authority: DE
Inventors: Sanjay I. Mistry; Christopher P. Masini; Steven H. Mount Horeb Gluck
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2008-09-04
Also published as: US20080181793A1

Abstract

Eine variable Verdrängungspumpe (14, 16) umfasst einen Sensor (18, 22), der dazu bestimmt ist, die Position der variablen Verdrängungspumpe (14, 16) zu messen. Der Sensor (18, 22) kann ein drehbarer Winkelstellungssensor sein, der auf der Jochwelle der variablen Verdrängungspumpe (14, 16) montiert ist. Eine Steuerung (12) ist dazu bestimmt, die Positionsdaten vom Sensor (18, 22) zu empfangen und ein einstufiges oder zweistufiges Hydrauliksteuerventil (20, 24) zu steuern und hierdurch den Abtrieb der ersten variablen Verdrängungspumpe (14, 16) abzustimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein stufenloses Getriebe mit einer variablen Verdrängungspumpe.
In den letzten Jahren wurden stufenlose Getriebe eingeführt, um das Abtriebsdrehmoment von Maschinen zu steuern. In neuerer Zeit wurden unendlich verstellbare Getriebe auf dem Markt eingeführt. Unendlich verstellbare Getriebe umfassen normalerweise ein hydromechanisches Modul mit einer maschinengetriebenen, variablen Verdrängungspumpe. Variable Verdrängungspumpen umfassen ein Joch, das sich um eine neutrale Position dreht, um das unendlich verstellbare Getriebe exakt zu steuern. Die Position des Jochs muss – bezogen auf die gewünschte Position – derart gesteuert werden, dass die Abtriebsdrehzahl der gewünschten Drehzahl genau entspricht. Derzeit gibt es einige Systeme, die die Drehzahl einer variablen Verdrängungspumpe basierend auf der Maschinendrehzahl und der Abtriebsdrehzahl steuern, wobei die mechanische Rückkopplung zur Anpassung der Pumpendrehzahl verwendet wird. Allerdings sind diese Systeme mechanisch kompliziert und führen zu einem größeren Ausmaß und Gewicht des Gesamtsystems.
Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen liegt eine Aufgabe der Erfindug darin, ein verbessertes stufenloses Getriebe zu schaffen.
Die oben genannte Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß umfasst ein stufenloses Getriebe eine variable Verdrängungspumpe. Die variable Verdrängungspumpe umfasst einen ersten Sensor, der dazu bestimmt ist, die Position des Pumpenjochs zu messen. Der erste Sensor kann ein drehbarer Winkelstellungssensor sein, der auf die Jochwelle montiert ist. Der drehbare Winkelstellungssensor entspricht der Drehung der Jochwelle und/oder dem Drehwinkel des Joches. Eine Steuerung ist dazu bestimmt, die Positionsdaten vom ersten Sensor zu empfangen und ein Hydraulikventil zu steuern, wodurch der Abtrieb der ersten variablen Verdrängungspumpe abgestimmt wird. Beim Hydraulikventil kann es sich um ein einstufiges oder zweistufiges Hydraulikventil handeln.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das stufenlose Getriebe zwei variable Verdrängungspumpen; die erste Pumpe besitzt einen ersten drehbaren Winkelstellungssensor und ein erstes Hydraulikventil, um eine endlose Rückkopplungsschleife bereitzustellen, während die zweite Pumpe einen zweiten drehbaren Winkelstellungssensor umfasst, der in Verbindung mit der Steuerung steht, um ein zweites Hydraulikventil abzustimmen, wodurch eine zweite endlose Rückkopplungsschleife bereitgestellt wird. Die Steuerung ist dazu bestimmt, ein hydraulisches Verhältnis zwischen den Drehzahlen der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe, basierend auf den Signalen vom ersten und vom zweiten Sensor, zu berechnen. Ferner steuert die Steuerung, basierend auf dem hydraulischen Verhältnis, die erste und die zweite Verdrängungspumpe.
Weitere Zwecke, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden einem Durchschnittsfachmann nach dem Lesen der folgenden Beschreibung deutlich, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und Ansprüche erfolgt, die Teil der vorliegenden Darlegung sind.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines stufenlosen Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 zeigt eine Schnittansicht eines Paares einer variablen Verdrängungspumpe gemäß der Ausführungsform aus 1.
In 1 wird ein System illustriert, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert und mit 10 bezeichnet wird. Das System 10 umfasst eine Steuerung 12, eine erste variable Verdrängungspumpe 14, eine zweite variable Verdrängungspumpe 16 und eine Antriebs-/Abtriebs-Getriebeeinheit 15. Die Steuerung 12 steht in elektrischer Verbindung mit einem ersten Winkelstellungssensor 18 der ersten Verdrängungspumpe 14 und mit einem zweiten Winkelstellungssensor 22 der zweiten variablen Verdrängungspumpe 16.
Basierend auf den ersten und zweiten Winkelstellungssensoren 18, 22, kann die Steuerung 12 das hydraulische Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe 14, 16 berechnen, um die Leistung des Systems zu optimieren. Demzufolge betätigt die Steuerung 12, basierend auf dem Eingangswert von den ersten und zweiten Winkelstellungssensoren 18, 22, zwei Hydraulikventile. Das erste Hydraulikventil 20 steuert den Abtrieb der ersten variablen Verdrängungspumpe 14, während das zweite Hydraulikventil 24 den Abtrieb der zweiten variablen Verdrängungspumpe 16 steuert. Die erste und die zweite variable Verdrängungspumpe 14, 16 stehen in hydraulischer Verbindung, wie mit Linie 28 bezeichnet ist. Darüber hinaus stehen die erste und zweite variable Verdrängungspumpe 14, 16 in mechanischer Verbindung mit dem Antriebs-/Abtriebsgetriebe, wie mit Linie 26, 27 bezeichnet ist, um gemeinsam die Antriebs-/Abtriebsgetriebe-Einheit 15 zu betätigen.
Unter Bezugnahme auf 2 können die erste und die zweite Verdrängungspumpe 14, 16 jeweils einer bekannten Bauart sein, wie beispielsweise eine variable Verdrängungspumpe mit abgewinkelter Achse, 160 cc, die für die Verwendung in einem Traktor bestimmt ist. Als solche kann die erste variable Verdrängungspumpe 14 eine gekuppelte Einheit sein, die entweder von einem Träger eines Planetengetriebes mechanisch angetrieben wird, wenn eine erste Kupplung eingekuppelt ist, oder von einem Sonnenrad des Planetengetriebes, wenn eine zweite Kupplung eingekuppelt ist. Zusätzlich kann die zweite variable Verdrängungspumpe 16 eine Ringeinheit umfassen, die von einem Ringgetriebe mechanisch angetrieben wird, das von der Maschine durch einen Planetengetriebesatz angetrieben wird. Die erste und die zweite variable Verdrängungspumpe 14, 16 sind hydraulisch durch einen eisernen Verteiler verbunden und zusammen mit dem Verteiler in einem Halterungsgehäuse 30 enthalten, das mechanisch vom Systemgetriebegehäuse isoliert ist.
Die erste und die zweite variable Verdrängungspumpe 14, 16 werden allgemein auf ähnliche Weise gesteuert. Allerdings ist die erste variable Verdrängungspumpe 14, die als Kupplungseinheit konfiguriert ist, in einem Joch 32 montiert, das sich in einem Winkel von –45° bis +45° dreht. Die zweite variable Verdrängungspumpe 16, die als Ringeinheit konfiguriert ist, ist in einem Joch 34 montiert, das sich in einem Winkel von –15° bis +45° dreht. Die erste variable Verdrängungspumpe 14 umfasst ein Hydraulikventil 20 und einen Servo-Kolben 36, wobei der erstere die Position des letzteren steuert, während letzterer nacheinander die Position der ersten variablen Verdrängungspumpe 14 steuert. Eine mechanische Verbindung 42 stellt eine Rückkopplung zwischen dem Joch 32 der ersten variablen Verdrängungspumpe 14 und dem hydraulischen Steuerventil 20 bereit. In ähnlicher Weise wird ein Servo-Kolben 48 der zweiten variablen Verdrängungspumpe 16 vom Hydraulikventil 24 gesteuert, während der Servo-Kolben 48 die Position der zweiten variablen Verdrängungspumpe 16 steuert. Eine mechanische Verbindung 52 stellt eine Rückkopplung zwischen dem Joch 34 und dem Hydraulikventil 24 der zweiten variablen Verdrängungspumpe 16 bereit. Die Hydraulikventile 20, 24 besitzen Mehrfachanschlüsse und sind dazu bestimmt, wahlweise einen Servo-Kolben der jeweiligen Verdrängungspumpe entweder mit einem Hydraulik-Vorratsbehälter zur Erhöhung des Drucks im Servo-Kolben oder mit einem Hydraulik-Rücklaufbehälter zur Verminderung des Drucks im Servo-Kolben zu verbinden. Durch Erhöhung oder Verminderung des Drucks im Servo-Kolben betätigt die Steuerung 12 die Jochposition der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe 14, 16. Auf diese Weise steuert ein Kräftegleichgewicht im Hydraulikventil 20 den Winkel der ersten variablen Verdrängungspumpe 14, während ein Kräftegleichgewicht im Hydraulikventil 24 den Winkel der zweiten variablen Verdrängungspumpe 16 steuert. Eine dieser Kräfte wird durch den Hydraulikdruck erzeugt, der von einem externen elektrohydraulischen Ventil bereitgestellt wird. Die andere Kraft wird durch eine Rückkopplungsfeder 44, 54 erzeugt, die auf den Nockenprofilen 33, 35 der ersten bzw. der stufenlosen zweiten Verdrängungspumpe 14, 16 läuft. Das erste und das zweite Hydraulikventil 20, 24 positionieren die Joche 32, 34 in einem bestimmten Winkel, der auf dem Befehl basiert, der dem externen elektrohydraulischen Ventil von der Steuerung 12 erteilt wird. Die Abtriebsdrehzahl der Abtriebsgetriebeeinheit 15 hängt von der Wellendrehzahl, den Jochwinkeln, der Last und dem Wirkungsgrad der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe ab.
Eine Alternative besteht darin, die bestehende mechanische Rückkopplungsverbindung durch Winkelstellungssensoren zu ersetzen. Der erste und der zweite Winkelstellungssensor 18, 22 können elektrisch drehbare Winkelstellungssensoren umfassen, die die mechanischen Rückkopplungsverbindungen 42, 52 und die Nockenprofile 33, 35 des vorhergehenden Systems ersetzen. Die drehbaren Winkelstellungssensoren 18, 22 können mit einem Kopplungsmechanismus auf die Jochwelle der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe 14, 16 montiert werden. Auf diese Weise wird die mechanische Rückkopplung des vorhergehenden Systems durch elektrische Rückkopplung ersetzt. Diese elektrischen Winkelstellungssensoren sind kompakter als das mechanische Rückkopplungssystem und sehen elektrische Signale zur Steuerung 12 vor, die als eine Jochwinkelposition interpretiert werden können.
Die mechanische Rückkopplungsverbindung kann durch ein Flussreglerventil und Winkelstellungssensoren ersetzt werden. Beim Flussreglerventil kann es sich um ein einstufiges oder ein zweistufiges Proportionalhydraulikventil handeln, um die Servo-Kolben 36, 48 mit Druck zu beaufschlagen und die Position der Joche 32, 34 zu steuern. Die Steuerung 12 benutzt die Position der drehbaren Winkelstellungssensoren 18, 22, um die Position der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe 14, 16 zu messen. Die Steuerung 12 benutzt die Positionssignale, um das hydraulische Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe 14, 16 zu berechnen, wobei er eine Endlosschleifen-Rückkopplung bereitstellt, um die Systemleistung zu optimieren. Diese Anordnung macht die Elemente 20, 42, 44, 33, 24, 52, 54 und 35 überflüssig.
Dementsprechend stellt die beschriebene Ausführungsform eine verbesserte Steuerung unter Verwendung eines elektronischen Endlosschleifen-Steuerungsalgorithmus bereit und sieht eine Echtzeitinformation über das hydraulische Verhältnis zur Optimierung der Leistung vor. Darüber hinaus kann das Steuerungssystem auf einfache Weise mit Hilfe der in der Steuerung 12 gespeicherten Verstärkungsparameter abgestimmt werden. Ferner wird dank der elektronischen Rückkopplung der Schmierungsbedarf der mechanischen Rückkopplungsverbindung verringert. Die geringere Reibung reduziert die Hysterese im System auf ein Mindestmaß und trägt dazu bei, den durch die mechanische Rückkopplungsverbindung verursachten Verschleiß zu vermeiden. Darüber hinaus sorgen die direkte Messung des Jochwinkels und die Beseitigung des mechanischen Rückkopplungssystems für eine verbesserte Steuerungsgenauigkeit und beseitigen wesentliche Einschränkungen im Zusammenhang mit der Packungsgröße des Systems.
Der Durchschnittsfachmann wird sogleich verstehen, dass die obige Beschreibung als eine Darstellung der Umsetzung der Prinzipien dieser Erfindung zu verstehen ist. Die Beschreibung ist nicht dazu bestimmt, den Bereich oder die Anwendung dieser Erfindung einzuschränken, da die Erfindung Änderungen oder Abwandlungen unterworfen werden kann, ohne sich vom Geist derselben zu entfernen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

System für ein stufenloses Getriebe mit einer ersten Verdrängungspumpe (14) dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sensor (18) an die variable Verdrängungspumpe angeschlossen ist und derart konfiguriert ist, dass eine Jochposition der variablen Verdrängungspumpe messbar ist.
System gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor einen Winkelstellungssensor umfasst.
System gemäß Anspruch 2, wobei der Winkelstellungssensor einen drehbaren Winkelstellungssensor umfasst.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste variable Verdrängungspumpe (14) eine gekuppelte Einheit ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste variable Verdrängungspumpe (14) eine Ringeinheit ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner ein erstes Hydrauliksteuerventil (20) umfasst, das in hydraulischer Verbindung mit der ersten variablen Verdrängungspumpe (14) steht.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Hydrauliksteuerventil (20) ein einstufiges oder ein zweistufiges Proportionalhydrauliksteuerventil umfasst.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste variable Verdrängungspumpe (14) eine Verdrängungspumpe mit abgewinkelter Achse umfasst.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner eine Steuerung (12) umfasst, die in elektrischer Verbindung mit dem Sensor (18) steht, wobei der dazu bestimmt ist, einen elektronischen Steueralgorithmus zum Positionieren des Jochs der variablen Verdrängungspumpe (14) zu verwenden.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner eine zweite variable Verdrängungspumpe (16) umfasst.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner eine Steuerung (12) umfasst, die in elektrischer Verbindung mit dem Sensor steht (18), um ein Sensorsignal zu empfangen, wobei die Steuerung (12) dazu bestimmt ist, ein hydraulisches Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe (14, 16) basierend auf dem Sensorsignal zu berechnen.
System gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die zweite variable Verdrängungspumpe (16) eine gekoppelte Einheit ist.
System gemäß einem der Ansrpüche 10 bis 12, wobei die zweite variable Verdrängungspumpe (16) eine Ringeinheit ist.
System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die erste und die zweite variable Verdrängungspumpe (14, 16) in hydraulischer Verbindung stehen.
System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, das ferner einen zweiten Sensor (22) umfasst, der an die zweite variable Verdrängungspumpe (16) angeschlossen und dazu bestimmt ist, eine Jochposition der zweiten variablen Verdrängungspumpe (16) zu messen.
System gemäß Anspruch 15, das ferner eine Steuerung (12) umfasst, die in elektrischer Verbindung mit einem ersten Sensor (18) steht, um ein erstes Sensorsignal zu empfangen, wobei die Steuerung (12) in elektrischer Verbindung mit dem zweiten Sensor (22) steht, um ein zweites Sensorsignal zu empfangen, wobei die Steuerung (12) dazu bestimmt ist, ein hydraulisches Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten variablen Verdrängungspumpe (14, 16) basierend auf dem ersten und dem zweiten Sensorsignal zu berechnen.
System gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, das ferner ein zweites Hydrauliksteuerventil (24) umfasst, das in hydraulischer Verbindung mit der zweiten variablen Verdrängungspumpe (16) steht.
System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, das ferner eine Steuerung (12) umfasst, die in elektrischer Verbindung mit dem ersten und dem zweiten Hydrauliksteuerventil (20, 24) steht und dazu bestimmt ist, das erste und das zweite Hydrauliksteuerventil (20, 24) basierend auf einem Signal vom ersten und vom zweiten Sensor (18, 22) zu steuern.