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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Regulierung eines Radschlupfs in einem Triebfahrzeug.
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Wenn ein Triebfahrzeug, wie ein Motorgrader, unter schlechten Bodenhaftungsbedingungen läuft, kann ein zu starker Radschlupf bewirken, dass das Fahrzeug weniger produktiv wird, und kann auch die Qualität der Auflagefläche unter dem Rad mindern. Auf schlechte Bodenhaftungsbedingungen wurden bisher mit einer Begrenzung des Drehmoments bei einem Elektroantriebsmotor reagiert, indem individuelle Radbremsen an ein haftungsloses Rad angelegt wurden und indem hydrostatische Drehmomentantriebssysteme und unendlich variable Hydraulikantriebsdrehbegrenzungssysteme angewendet wurden. Andere Reaktionen auf einen Radschlupf liegen typischerweise in den Händen des Bedieners.
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Ein Bereitstellen eines Verfahrens für eine automatische Traktionskontrolle für einen verminderten Radschlupf verbessert die Qualität der Auflagefläche, die hinter dem Fahrzeug verbleibt, verbessert die Produktivität des Fahrzeugs, unterstützt Anfänger in der Fahrzeugbedienung und verringert die Arbeitslast erfahrener Fahrzeugbediener.
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In einem Aspekt stellt die Offenbarung ein Fahrzeugtraktionskontrollsystem für ein Fahrzeug mit einer Zugmaschine, zumindest einem Rad zum Bereitstellen einer Zugkraft auf einer Auflagefläche und einem Getriebe mit einer Eingangsseite, die betriebsbereit an die Zugmaschine gekoppelt ist, und einer Ausgangsseite, die betriebsbereit an das zumindest eine Rad gekoppelt ist, bereit. Das Getriebe hat einen steuerbaren Kupplungsdruck zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite. Das Traktionskontrollsystem enthält eine Steuerung, die zum Überwachen des Radschlupfs des zumindest einen Rades betriebsbereit ist. Wenn ein Radschlupf erfasst ist, ist die Steuerung betriebsbereit, den Kupplungsdruck zu steuern, um ein Ausgangsmoment des Getriebes zum Verringern des Radschlupfs zu modulieren.
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In einem anderen Aspekt, stellt die Offenbarung ein Fahrzeugtraktionskontrollsystem für ein Fahrzeug mit einer Zugmaschine, zumindest einem Rad zum Bereitstellen einer Zugkraft auf einer Auflagefläche, und einem Getriebe mit einer Eingangsseite, die betriebsbereit an die Zugmaschine gekoppelt ist, und einer Ausgangsseite, die betriebsbereit an das zumindest eine Rad gekoppelt ist, bereit. Das Getriebe hat einen steuerbaren Kupplungsdruck zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite und ein Kupplungsschlupfsensor ist mit dem Getriebe verbunden. Das Traktionskontrollsystem enthält eine Steuerung, die betriebsbereit ist, um den Kupplungsschlupf des Getriebes zu überwachen und den Kupplungsdruck basierend auf dem Kupplungsschlupf zu steuern, um ein Ausgangsmoment des Getriebes zum Verringern des Radschlupfs zu modulieren.
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In einem anderen Aspekt stellt die Offenbarung ein Verfahren zum Regulieren eines Radschlupfs in einem Triebfahrzeug mit einer Zugmaschine, zumindest einem Rad zum Bereitstellen einer Zugkraft auf einer Auflagefläche, und einem Getriebe mit einer Eingangsseite, die betriebsbereit an die Zugmaschine gekoppelt ist, und einer Ausgangsseite, die betriebsbereit an das zumindest eine Rad gekoppelt ist, bereit. Das Getriebe hat einen steuerbaren Kupplungsdruck zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite. Das Verfahren enthält ein Überwachen des Radschlupfs des zumindest einen Rades und Steuern des Kupplungsdrucks des Getriebes, wenn das Rad in einem Schlupfzustand ist, um den Radschlupf zu verringern.
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In einem weiteren Aspekt stellt die Offenbarung ein Verfahren zum Regulieren eines Radschlupfs in einem Triebfahrzeug mit einer Zugmaschine, zumindest einem Rad zum Bereitstellen einer Zugkraft auf einer Auflagefläche, einem Getriebe mit einer Eingangsseite, die betriebsbereit an die Zugmaschine gekoppelt ist, und einer Ausgangsseite, die betriebsbereit an das zumindest eine Rad gekoppelt ist, bereit. Das Getriebe hat einen steuerbaren Kupplungsdruck zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite und einen Kupplungsschlupfsensor, der mit dem Getriebe verbunden ist. Das Verfahren enthält ein Überwachen des Kupplungsschlupfs des Getriebes und ein Steuern des Kupplungsdrucks basierend auf dem Kupplungsschlupf, um ein Ausgangsmoment des Getriebes zum Verringern des Radschlupfs zu modulieren.
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In einem anderen Aspekt stellt die Offenbarung ein Fahrzeugtraktionskontrollsystem für ein Fahrzeug mit einer Zugmaschine, zumindest einem Rad zum Bereitstellen einer Zugkraft auf einer Auflagefläche, und einem Getriebe mit einer Eingangsseite, die betriebsbereit an die Zugmaschine gekoppelt ist, und einer Ausgangsseite, die betriebsbereit an das zumindest eine Rad gekoppelt ist, bereit. Das Getriebe hat einen steuerbaren Kupplungsdruck zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite. Das Traktionskontrollsystem enthält einen Prozessor, der zum Überwachen des Radschlupfs des zumindest einen Rades konfiguriert ist, um den Kupplungsdruck zum Verringern des Radschlupfs zu verringern, wenn der Radschlupf bei oder über einem ersten Schwellenwert und unter einem zweiten Schwellenwert ist, und um die Motordrehzahl zum Verringern des Radschlupfs zu steuern, wenn der Radschlupf bei oder über dem zweiten Schwellenwert ist.
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Andere Aspekte der Offenbarung werden anhand der ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
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1A ist ein Triebfahrzeug mit einem Traktionskontrollsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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1B ist eine schematische Darstellung des Traktionskontrollsystems für das Triebfahrzeug von 1A.
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2 ist eine grafische Darstellung von Motordrehzahl, Getriebeausgangsdrehzahl, Kupplungsdruck und Radschlupf im Laufe der Zeit, das den Nicht-Schlupfzustand und den Schlupfzustand darstellt.
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3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der grafischen Darstellung von 2.
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4 ist eine grafische Darstellung von Motordrehzahl, Getriebeausgangsdrehzahl, Kupplungsdruck und Radschlupf im Laufe der Zeit, das den Nicht-Schlupfzustand, den Schlupfzustand und den maximalen Schlupfzustand darstellt.
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Bevor Ausführungsformen der Offenbarung ausführlich erklärt werden, sollte klar sein, dass die Offenbarung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung angeführt oder in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Offenbarung ist zu anderen Ausführungsformen imstande und kann auf verschiedene Weisen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden.
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Es wird hier ein Traktionskontrollsystem 10, das schematisch in 1B dargestellt ist, mit einer Steuerung 14 für ein Triebfahrzeug 18 beschrieben. Zum Beispiel kann das Triebfahrzeug 18 einen Motorgrader enthalten, wie in 1A dargestellt. Das hier beschriebene Traktionskontrollsystem 10 ist jedoch in seiner Anwendung nicht auf Motorgrader beschränkt und kann bei anderen Triebfahrzeugen angewendet werden. Zum Beispiel kann das Traktionskontrollsystem 10 bei Fahrzeugen wie Erdbewegungsgeräten, Schneeräumgeräten, Sandbewegungsgeräten, Forst- und Erntegeräten, landwirtschaftlichen Geräten, Frachtbewegungsgeräten, Bergbaugeräten, bei Baumaschinen, Kraftfahrzeugen, usw. angewendet werden, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Das Traktionskontrollsystem 10 kann auch bei anderen Fahrzeugen verwendet werden, die mit einem Getriebe ausgestattet sind, das eine Reibungskupplung oder eine Kupplung enthält, die rutschen kann, wie in der Folge ausführlicher besprochen wird.
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1A zeigt beispielsweise das Triebfahrzeug 18, z. B. einen Motorgrader, mit mehreren Achsen 46, 50, 54 und mehreren Rädern 26, wobei die Achsen und Räder von einem Antriebsstrang 30 angetrieben werden, der von einer Zugmaschine 34 angetrieben wird. Das Triebfahrzeug 18 kann eine beliebige Anzahl von Achsen und Antriebsrädern aufweisen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 18 eine erste Achse 46, eine zweite Achse 50, eine dritte Achse 54 und demensprechend sechs Antriebsräder 26 haben, wie dargestellt. Der Antriebsstrang 30 kann Energie zum Antreiben einiger oder aller Räder 26, z. B. nur der Hinterräder, sowohl der Vorder- als auch Hinterräder, usw. bereitstellen. Der Antriebsstrang 30 kann einen Antriebswählmechanismus 90 zum selektiven Antreiben der Räder enthalten, so dass ein Benutzer wählen kann, welche Räder angetrieben werden. Zum Beispiel können die Hinterräder während normaler Betriebsbedingungen normal angetrieben werden und die Vorderräder können nach Wunsch selektiv eingerückt werden, um einen Teil des Getriebeausgangsmoments von den Hinterrädern aufzunehmen. In anderen Konstruktionen können andere Räder in jeder Kombination normal mit Energie versorgt und selektiv mit Energie versorgt werden. Das Fahrzeug 18 kann Räder 26 mit Reifen, Endlosbahnen oder anderen Zugvorrichtungen haben, die mit einer Auflagefläche 58 (z. B. dem Boden) in Eingriff stehen. Die Antriebsräder 26 interagieren direkt mit der Auflagefläche 58 und sind für die Bewegung und Zugkraft des Fahrzeugs 18 verantwortlich.
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Das dargestellte Triebfahrzeug 18 enthält ein Gerät 62, wie eine Klinge, das zwischen der zweiten und dritten Achse 50, 54 angeordnet ist. Das Gerät 62 ist ein Bodeneingriffswerkzeug. Zum Beispiel schabt die Klinge die Auflagefläche 58 ab, um die Auflagefläche 58 während eines Planierungsbetriebs zu ebnen. Das Gerät 62 kann andere Geräte enthalten, wie ein Trennmesser, einen Vertikutierer, einen Frontanbau, einen Pflug, eine Kehrmaschine, eine Schaufel usw., und das Fahrzeug 18 kann eines oder mehrere der Geräte enthalten. Das Gerät 62 kann vor der vordersten Achse (z. B. der dritten Achse 54), hinter der hintersten Achse (z. B. der ersten Achse 46) oder zwischen anderen Achsen angeordnet sein. In weiteren Konstruktionen kann das Triebfahrzeug 18 zwei oder mehr Geräte 62 an diesen oder anderen Stellen in jeder Kombination enthalten. Das Gerät 62 ist im Allgemeinen für eine Auf- und Abwärtsbewegung in Bezug auf die Auflagefläche 58, z. B. in eine Richtung Y, die im Allgemeinen normal zur Auflagefläche 58 ist, zur Auflagefläche 58 hin und von dieser weg bewegbar. Eine solche Bewegung wird im Allgemeinen hier als Anheben (von der Auflagefläche 58 weg) und Senken (zur Auflagefläche 58 hin) bezeichnet. Das Gerät 62 kann auch eine Verschwenkung entlang einer vertikalen Achse YY (z. B. normal zur Auflagefläche 58) enthalten, um eine Fläche 66 des Geräts 62 von der Vorderseite zu den Seiten zu drehen. Zum Beispiel kann das Gerät 62 von der Steuerung 14 elektrohydraulisch gesteuert werden oder kann durch andere geeignete Mechanismen gesteuert werden.
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Die Zugmaschine 34 kann jede Energiequelle enthalten, um eine Drehantriebsübertragungsenergie bereitzustellen, die eine Eingangsenergie zum Antriebsstrang 30 enthält. Zum Beispiel kann die Zugmaschine 34 einen Verbrennungsmotor, einen Kolbenmotor, einen Drehmotor, einen Hydraulikmotor, ein hydrostatisches System, einen Elektromotor, usw. enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Der Begriff ”Motor”, der im gesamten Dokument verwendet wird (wie z. B. in ”Motordrehzahl”) bezieht sich im allgemein auf die Zugmaschine 34 und ist nicht auf einen Motor oder eine bestimmte Art von Zugmaschine beschränkt.
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Der Antriebsstrang 30 enthält ein Getriebe 70, wie ein Eingang- oder Mehrfachganggetriebe oder ein durch direkte Kopplungsmittel stufenlos verstellbares Getriebe, Drehmomentwandlerantriebe, hydrostatische Antriebe, Elektromotorantriebe oder jedes andere Getriebe, das derzeit oder in Zukunft einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist. Für den Zweck der hier verwendeten Beispiele wird ein Direktantriebs-Mehrganggetriebe verwendet. Die Anmeldung ist jedoch nicht auf ein Direktantriebs-Getriebesystem beschränkt. Das Traktionskontrollsystem 10 kann bei jedem Energieübertragungssystem, das ein Reibungselement enthält, oder jedem anderen Getriebesystem, das einen Schlupf aufweisen kann, verwendet werden.
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Das Getriebe 70 enthält eine Eingangsseite 74 und eine Ausgangsseite 78, die durch mehrere Zahnräder und Kupplungen 22 oder andere ähnliche Reibungselemente gekoppelt sind, die ein Drehmoment übertragen können. Die Eingangsseite 74 nimmt die Eingangsenergie auf und wandelt die Eingangsenergie in eine Ausgangsenergie an der Ausgangsseite 78 um. Zum Beispiel treibt die Ausgangsenergie von der Ausgangsseite 78 die Antriebsräder 26 an und kann direkt auf die Antriebsräder 26 gerichtet sein. Allgemein gesagt, Reibungsgetriebe, die eine oder mehrere Reibungskupplungen enthalten, koppeln die Eingangsseite 74 reibschlüssig an die Ausgangsseite 78, um eine Bewegung (z. B. Drehung) und/oder Energie von der Eingangsseite 74 zur Ausgangsseite 78 zu übertragen. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, die Ausgangsseite 78 auf dieselbe Drehzahl zu bringen wie die Eingangsseite 74. Wenn die Eingangsseite 74 und die Ausgangsseite 78 bei derselben Drehzahl sind, kommt es zu keinem Rutschen oder Kupplungsschlupf. Ein Druck, oder Kupplungsdruck, wird an die Reibungskopplung angelegt und kann von der Steuerung 14 gesteuert werden, um die Reibung (die proportional zum Kupplungsdruck ist) selektiv zwischen der Eingangsseite 74 und der Ausgangsseite 78 zu erhöhen und zu senken, wodurch das Getriebedrehmoment gesteuert wird. Die Steuerung des Kupplungsdrucks und der Motordrehzahl kann das Ausmaß des Kupplungsschlupfs beeinflussen. Zum Beispiel kann bei einer druckbelasteten federgelösten Kupplung der Kupplungsdruck durch ein Proportionalventil, wie ein elektrohydraulisches Proportionalventil, eingestellt werden. Die Steuerung 14 steuert den Strom zu dem Ventil, so dass der Kupplungsdruck proportional zum Strom eingestellt wird. Es sollte klar sein, dass der Kupplungsdruck auf andere geeignete Weise gesteuert werden kann, insbesondere sollte, wenn andere Arten von Getriebe verwendet werden, klar sein, dass andere entsprechende Kupplungsdruckeinstellmechanismen verwendet werden können. Für eine bessere Effizienz kann es wünschenswert sein, unter normalen Betriebsbedingungen einen möglichst kleinen Kupplungsschlupf zwischen der Eingangsseite 74 und der Ausgangsseite 78 zu haben.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1A und 1B kann das Triebfahrzeug 18 eine Benutzerschnittstelle 38 für den Systembetrieb haben, die sich in einer Kabine 42 des Triebfahrzeugs 18 oder an einer anderen Stelle auf dem Fahrzeug oder fern vom Fahrzeug befinden kann (z. B. kann die Benutzerschnittstelle eine persönliche tragbare Vorrichtung mit drahtloser Verbindung zur Steuerung sein). Die Steuerung 14 empfängt eine Eingabe von der Benutzerschnittstelle 38, von einer benutzergesteuerten Drossel 82 zur Steuerung der Motordrehzahl und von mehreren Sensoren 86. Die Steuerung 14 hat auch Ausgänge zur Steuerung des Kupplungsdrucks, der Motordrehzahl, der Klingenanhebung und -senkung und der Kraftübertragungsantriebsauswahl 90 (um z. B. Energie zu den Hinterrädern, den Vorderrädern, allen Rädern usw. zu lenken). Somit ist die Steuerung 14 betriebsbereit an das Getriebe 70, die Zugmaschine 34, die Klinge 62 und die Antriebsauswahl 90 gekoppelt.
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Die Sensoren 86 können sämtliche Sensoren enthalten, die für jede Anwendung geeignet sind, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, eines Drehzahlsensors wie eines Raddrehzahlsensors und/oder eines Bodengeschwindigkeitssensors, eines Kupplungsschlupfsensors, einschließlich eines Eingangsseitendrehzahlsensors und eines Ausgangsseitendrehzahlsensors und eines Kupplungstemperatursensors (oder Getriebetemperatursensors).
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Der Bodengeschwindigkeitssensor kann einen Radarmechanismus, ein globales Navigationssystem (GPS) oder einen anderen geeigneten Lineargeschwindigkeitsmessungssensor enthalten. Der Bodengeschwindigkeitssensor misst die Geschwindigkeit des Triebfahrzeugs 18 relativ zur Auflagefläche 58 und sendet ein Bodengeschwindigkeitssignal zur Steuerung 14. Der Raddrehzahlsensor misst die Drehzahl zumindest eines Rads, das durch das Getriebe 70 angetrieben wird, und sendet ein Raddrehzahlsignal zur Steuerung 14. Die Raddrehzahl kann eine Drehzahl oder eine Lineargeschwindigkeit enthalten (z. B. eine Lineargeschwindigkeit, bei der sich das Rad basierend auf seiner Drehzahl ohne Radschlupf bewegen würde). Der Eingangsseitendrehzahlsensor und der Ausgangsseitendrehzahlsensor können Drehzahlsensoren oder andere geeignete Sensoren enthalten. Die Steuerung 14 enthält einen Prozessor zur Durchführung von Berechnungen, Vergleichen und Ausführung einer Logik, die in der Folge ausführlicher beschrieben ist.
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Die Steuerung 14 kann einen Radschlupf durch einen Vergleich der Raddrehzahl und der Bodengeschwindigkeit berechnen. Als ein Beispiel kann die Steuerung 14 eine Geschwindigkeitsdifferenz durch Subtrahieren der Bodengeschwindigkeit von der Raddrehzahl berechnen (die z. B. zunächst von einer Raddrehzahl in eine Linearradgeschwindigkeit des Rades umgewandelt wird, wie oben besprochen). Der Radschlupf kann als Prozentsatz gemessen werden, z. B. als Prozentsatz der Geschwindigkeitsdifferenz relativ zur Raddrehzahl. Wenn das Rad keinen Schlupf aufweist, ist der Radschlupf 0% und wenn das Rad einen vollständigen Schlupf ohne Zug aufweist, ist der Radschlupf 100%. In anderen Konstruktionen kann der Radschlupf auf andere Arten quantifiziert und in anderen Einheiten angegeben werden, wie als absolute Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Bodengeschwindigkeit und Raddrehzahl, ohne aber darauf beschränkt zu sein.
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Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung 14 den Kupplungsschlupf durch einen Vergleich der Drehzahl an der Eingangsseite 74 vom Eingangsseitendrehzahlsensor (z. B. der Motordrehzahl) mit der Drehzahl an der Ausgangsseite 78 des Getriebes 70 vom Ausgangsseitendrehzahlsensor bestimmen. Die Steuerung 14 kann ein Kupplungs-Delta (Drehschlupf) durch Subtrahieren der Ausgangsseitendrehzahl von der Eingangsseitendrehzahl berechnen. Der Kupplungsschlupf kann durch das Kupplungs-Delta (die Drehzahldifferenz) oder als ein Prozentsatz gemessen werden, z. B. ein Prozentsatz von Kupplungs-Delta relativ zur Eingangsdrehzahl. In anderen Konstruktionen kann der Kupplungsschlupf auf andere Arten quantifiziert und in anderen Einheiten angegeben werden.
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Wie in der Folge ausführlicher beschrieben ist, kann es wünschenswert sein, wenn während schlechter Boden haftungsbedingungen ein Radschlupf eintritt oder über dem Schwellenwert eintritt, den Kupplungsschlupf zu steuern, um wieder eine Bodenhaftung zu erlangen, z. B. durch automatisches Steuern des Kupplungsdrucks und/oder der Motordrehzahl. Die vorliegende Offenbarung, die das Traktionskontrollsystem 10 enthält, beschreibt Verfahren zum automatischen Verwalten der Radzugkraft.
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In Betrieb und unter Bezugnahme insbesondere auf eines oder mehrere jener Räder 26, die vom Getriebe 70 angetrieben werden, haben das eine Rad oder die mehreren Rädern 26 drei mögliche Betriebszustände: 1) Schlupf, 2) maximaler Schlupf und 3) kein Schlupf. Die Steuerung 14 überwacht den Radschlupf beständig und bestimmt, in welchem Zustand sich das eine Rad oder die mehreren Räder 26 befinden, wie in der Folge beschrieben ist. 2–3 zeigen ein Beispiel eines Betriebs aus dem Nicht-Schlupfzustand in den Schlupfzustand und zurück in den Nicht-Schlupfzustand und dies wird nicht als Einschränkung angesehen. 4 zeigt ein Beispiel eines Betriebs aus dem Nicht-Schlupfzustand in den Schlupfzustand, in den maximalen Schlupfzustand, dann zurück in den Schlupfzustand und schließlich zurück in den Nicht-Schlupfzustand und dies wird nicht als Einschränkung angesehen.
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Unter normalen Betriebsbedingungen, wenn kein Radschlupf erfasst ist, ist das System 10 im Nicht-Schlupfzustand. Das System 10 ist typischerweise im Nicht-Schlupfzustand, wenn das Triebfahrzeug 18 den Betrieb aufnimmt, und ist während der gesamten Verwendung unter normalen Betriebsbedingungen. Im Nicht-Schlupfzustand weisen die Räder 26 überhaupt keinen Schlupf auf (z. B. 0% Radschlupf) und können ein geringes, annehmbares Maß an Schlupf haben, das tolerierbar ist und den Wert nicht erreicht, der eine Intervention des Systems erfordert, um wieder Bodenhaftung zu erlangen. Das tolerierbare Ausmaß des Schlupfs kann ein vorbestimmter Schwellenwert des Schlupfs, oder Schlupfschwellenwert, sein, der in der Steuerung 14 als ein Schwellenwert programmiert ist, der einen Eintritt in den Schlupfzustand auslöst, wie in der Folge ausführlicher beschrieben ist.
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Wie in den Beispielen von 2–4 dargestellt, arbeitet das System 10 während des Nicht-Schlupfzustands normal, wenn die Räder 26 eine gute Bodenhaftung auf der Auflagefläche 58 haben und kein Radschlupf oder nur ein geringes Ausmaß an Radschlupf unter dem Schlupfschwellenwert vorhanden ist, und es wird ein vorbestimmter normaler Kupplungsdruck ausgeübt; es gibt keine Systemintervention zur Drehmomentsteuerung oder Motordrehzahlsteuerung. Das System 10 stellt den normalen Kupplungsdruck für das Getriebe 70 bereit und die Motordrehzahl wird durch den Drosseleingang des Fahrzeugbedieners gesteuert, z. B. normale Bedienersteuerung. Wenn ein Übergang von einem anderen Zustand (z. B. dem Schlupfzustand oder dem maximalen Schlupfzustand, in der Folge näher erklärt), in dem der Kupplungsdruck manipuliert wurde und nicht beim normalen Druck ist (z. B. bei I in 2 und bei P/Q in 4), in den Nicht-Schlupfzustand erfolgt, stellt die Steuerung 14 den Kupplungsdruck im Laufe der Zeit linear auf den normalen Kupplungsdruck zurück und ebenso wird der Motordrehzahlbefehl aufgegeben und zur normalen Bedienersteuerung zurückgestellt. Der Nicht-Schlupfzustand ist aktiv, bis der Radschlupf den Schlupfschwellenwert erreicht oder überschreitet.
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Für einen Eintritt in den Schlupfzustand weisen zumindest eines oder mehrere der Räder 26 einen Schlupf relativ zur Auflagefläche 58 bei oder über dem vorbestimmten Schwellenwert des Schlupfs oder dem Schlupfschwellenwert auf. Der Schlupfschwellenwert ist in der Steuerung 14 programmiert und ist ein Wert eines Schlupfs, bei dem eine gewisse Maßnahme erwünscht ist, um wieder Bodenhaftung zu erlangen, und kann in einigen Konstruktionen Null sein (so dass jedes Ausmaß eines Schlupfs einen Eintritt in den Schlupfzustand auslöst). Im Speziellen erfolgt im Beispiel von 2–3 ein Eintritt in den Schlupfzustand bei A, wenn die Zeit etwa 30,2 Sekunden ist. In dem Beispiel von 4 erfolgt ein Eintritt in den Schlupfzustand bei A, wenn die Zeit etwa 46,5 Sekunden ist. Der Schlupfschwellenwert kann auf jeden gewünschten Wert programmiert werden. Nur als Beispiel und nicht als Einschränkung, kann der Radschlupfschwellenwert etwa 5% Radschlupf, etwa 15% Radschlupf, etwa 35% Radschlupf oder andere gewünschte Werte, im Allgemeinen im Bereich zwischen etwa 1% und etwa 40%, zwischen etwa 1% und etwa 100% oder mehr als 0% und bis zu 100% usw.., sein, d. h., jeder Wert, der für die Anwendung und die Art, in der der Radschlupf gemessen und quantifiziert wird, geeignet ist. In einigen Konstruktionen kann es keinen Schlupfschwellenwert geben. Die Steuerung 14 vergleicht beständig den gemessenen Radschlupf mit dem Schlupfschwellenwert um zu bestimmen, ob das Traktionskontrollsystem 10 im Schlupfzustand sein sollte. Wenn der gemessene Radschlupf bei oder über dem Schlupfschwellenwert ist, bewegt sich das System 10 in den Schlupfzustand (z. B. vom Nicht-Schlupfzustand in den Schlupfzustand).
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Während des Schlupfzustands steuert das System 10 den Kupplungsdruck zur Regulierung des Getriebedrehmoments als Reaktion auf den Schlupf des Rades (der Räder) 26. Sobald der Schlupfzustand erreicht ist (wie bei A in 2–4 dargestellt), senkt das System 10 sofort den Kupplungsdruck um eine anfängliche Druckabnahme auf einen verringerten Kupplungsdruck, der niedriger als der normale Kupplungsdruck ist (wie in 2 und bei B in 3 dargestellt). Der verringerte Kupplungsdruck wird abhängig von einem aktuellen Motordrehmoment zu diesem Zeitpunkt geschätzt, ein Kupplungsdruck, der schätzungsweise annähernd jenem ist, der einen Kupplungsschlupf verursacht. Zum Beispiel kann die folgende Formel verwendet werden, um einen Kupplungsbefehl für den verringerten Kupplungsdruck bereitzustellen: Geschätzter Kupplungsbefehl = vom Motor angegebenes Drehmoment·Motor/Kupplungsverhältnis / Drehmoment pro Kupplungsbefehl
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Der Wert ”Drehmoment pro Kupplungsbefehl” stellt dar, wie viel Drehmoment die Kupplung bei einem gegebenen Kupplungsbefehl überträgt. Wenn zum Beispiel Strom (in Milliampere) zum Proportionalventil geleitet wird, wandelt das Ventil den Strom in hydraulischen Druck um, der von der Kupplung in ein Drehmoment umgewandelt wird. Auf diese Weise stellt eine gegebene Strommenge ein gegebenes Maß an Drehmoment bereit. Somit ist ”Drehmoment pro Kupplungsbefehl” der Drehmomentausgang, der sich aus einem gegebenen Strom ergibt, der in das Kupplungsventil eingegeben wird. Somit kann der verringerte Kupplungsdruck proportional zum Ausgangsmoment der Zugmaschine 34 sein. Der verringerte Kupplungsdruck kann auch geschätzt oder auf andere Arten gewählt werden. Als allgemeine Regel wird danach gestrebt, dass sich der verringerte Kupplungsdruck dem Kupplungsdruck nähert, der anfänglich den Kupplungsschlupf verursacht. Das System 10 überwacht während des Schlupfzustands beständig die Kupplungsschlupfdrehzahl (z. B. als Kupplungs-Delta, Kupplungsschlupfprozentsatz oder andere relative Terme). Wenn die Kupplung 22 keinen Schlupf erfahren hat, verringert das System 10 den Kupplungsdruck um eine Abwärtsstufe, pausiert und wiederholt (wie am besten bei C in 3 dargestellt). Verglichen zum Beispiel mit der anfänglichen Kupplungsdruckabnahme kann die Abwärtsstufe etwa 3–4% der anfänglichen Kupplungsdruckabnahme sein. In anderen Konstruktionen kann die Abwärtsstufe kleiner als etwa 2%, kleiner als etwa 1%, kleiner als etwa 5%, kleiner als etwa 10%, kleiner als etwa 50% oder ein anderes relativ geringes Ausmaß sein, von dem erwartet wird, dass es einen Kupplungsschlupf einleitet, ohne die Grenze des anfänglichen Kupplungsschlupfs weit zu überschreiten. Wenn zum Beispiel die anfängliche Kupplungsdruckabnahme geringer ist, kann eine größere (aber noch immer relativ kleine) Abwärtsstufe als in 3 dargestellt gewählt werden. Jede Abwärtsstufe kann dieselbe wie die vorangehende Abwärtsstufe sein oder variiert werden, z. B. abnehmende Abwärtsstufen, so dass jede folgende Abwärtsstufe kleiner als die vorherige Abwärtsstufe ist. Solange das System 10 im (Rad-)Schlupfzustand ist, wird mit diesem Prozess der Abwärtsstufung fortgefahren, bis ein gewisser Kupplungsschlupf erfasst ist oder eine minimale Kupplungsdruckgrenze erreicht ist.
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Wenn ein Kupplungsschlupf erfasst wird (wie bei D in 3 dargestellt), wird eine Kupplungsschlupfdrehzahl überwacht. Wenn die Kupplungsschlupfdrehzahl bei einem oberen oder größer als ein oberer Schwellenwert ist, erhöht das System 10 den Kupplungsdruck (z. B. wird der Kupplungsdruck nach oben gestuft), wie bei E in 3 dargestellt, um den Kupplungsschlupf zu verringern. (Die entsprechende Verringerung im Radschlupf ist bei F in 3 dargestellt). Der Kupplungsdruck wird um ein relativ kleines Maß verglichen mit der anfänglichen Kupplungsdruckabnahme, wie etwa 15–20% der anfänglichen Kupplungsdruckabnahme oder insbesondere etwa 17–19% der anfänglichen Kupplungsdruckabnahme, auf einen Kupplungszwischendruck aufwärtsgestuft. In anderen Konstruktionen kann die Aufwärtsstufe im Bereich von etwa 10–20% der anfänglichen Kupplungsdruckabnahme, etwa 5–25%, etwa 15%–40% oder bei anderen Werten liegen, von welchen erwartet wird, dass sie den Kupplungsschlupf effektiv verringern, ohne zum normalen Kupplungsdruck zurückzukehren, d. h., andere Werte kleiner als der normale Kupplungsdruck. Wenn der Kupplungsschlupf bei oder unter einem unteren Schwellenwert ist (der geringer als der obere Schwellenwert ist, wie um eine Hysterese anzuwenden), wird der Kupplungsdruck auf den vorherigen niedrigsten Kupplungsdruck abwärtsgestuft (d. h., etwa dasselbe Maß wie das oben beschriebene Aufwärtsstufen, in 2 als der gesenkte Kupplungsdruck dargestellt), um einen zusätzlichen Kupplungsschlupf bereitzustellen (wie bei G in 3 dargestellt). Mit einer Überwachung der Kupplungsschlupfdrehzahl wird fortgefahren und das System 10 wiederholt das Aufwärtsstufen auf den Kupplungszwischendruck jedes Mal, wenn die Kupplungsschlupfdrehzahl bei dem oberen Schwellenwert liegt oder größer als der obere Schwellenwert ist, und wiederholt die Abwärtsstufe zum gesenkten Kupplungsdruck jedes Mal, wenn die Kupplungsschlupfdrehzahl bei dem unteren Schwellenwert liegt oder kleiner als der untere Schwellenwert ist. Somit wechselt der Kupplungsdruck zwischen einem Kupplungsdruck, der den Kupplungsschlupf erhöht, und einem Kupplungsdruck, der den Kupplungsschlupf senkt. Diese Aufwärtsstufungs-/Abwärtsstufungsmaßnahme des Kupplungsdrucks erzeugt eine schwingende (oder wechselnde) Wirkung am Kupplungsschlupf (die hier als Kupplungsschwingung oder -wechsel, Kupplungsschlupfschwingung oder -wechsel, Getriebeschwingung oder -wechsel, Getriebeausgangsschwingung oder -wechsel, Getriebedrehzahlschwingung oder -wechsel oder Getriebeausgangsmomentschwingung oder -wechsel bezeichnet werden kann). Die Kupplungsschlupfschwingung bewirkt eine wiederholte Schwingung oder Schwankung des Kupplungsdrucks zwischen höheren und niedereren Amplituden, die den Kupplungsschlupf und daher die Getriebeausgangsdrehzahl schwanken Isst, was letztendlich eine Drehmomentmodulierungsbedingung ist, die den Radschlupf in einer Weise proportional zum Kupplungsschlupf verringert. Die höheren und niedereren Amplituden (d. h., der Kupplungszwischendruck und der gesenkte Kupplungsdruck) können wiederholt dieselben höheren und niedereren Amplituden sein (wie in 2–4 dargestellt) oder der Druck kann in anderen Konstruktionen zwischen variierten höheren und niedereren Amplituden schwanken. Infolge der Kupplungsschwingung kann zum Beispiel eine 5% Erhöhung im Kupplungsschlupf eine Verringerung von 5% im Radschlupf bewirken.
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Als solches ist die Steuerung betriebsbereit, den Kupplungsschlupf zu überwachen, den Kupplungsdruck von einem normalen Betriebsdruck auf einen geringeren Druck zu senken, bis ein Kupplungsschlupf erfasst ist (Abwärtsstufen des Kupplungsdrucks, falls notwendig), dann den Kupplungsdruck auf den Zwischendruck zwischen dem normalen Betriebsdruck und dem geringeren Druck zu erhöhen (und typischerweise näher beim geringeren Druck), wenn der Kupplungsschlupf erfasst wird, dann den Kupplungsdruck wieder auf den verringerten Kupplungsdruck zu senken, wenn die Kupplungsschlupfdrehzahl gesenkt wird, und dies zu wiederholen, bis der Schlupfzustand verlassen wird.
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Die Motordrehzahl kann zusätzlich während des Schlupfzustands gesteuert werden, wenn die Kupplungsschlupfdrehzahl einen minimalen Schwellenwert überschreitet (der in einigen Konstruktionen höher als der obere und untere Schwellenwert sein kann, aber nicht unbedingt höher ist). Wenn, gleichzeitig mit der oben beschriebenen Getriebedrehmomentschwingung, die Kupplungsschlupfdrehzahl den minimalen Schwellenwert übersteigt, moduliert das System 10 die Motordrehzahl. Ein Senken der Motordrehzahl (das sich direkt in einer Senkung der Drehzahl der Getriebeeingangsseite 74 zeigt) senkt den Radschlupf und neigt auch zu einer Senkung des Kupplungsschlupfs. Während der Motordrehzahlmodulation strebt das System 10 eine geringere Kupplungsschlupfdrehzahl durch Senken der Motordrehzahl an. Zum Beispiel kann das System 10 eine Motordrehzahl proportional zu der und niedriger als die vom Bediener eingegebene Motordrehzahl (oder, alternativ, proportional zur Bodengeschwindigkeit) anstreben. Im Laufe der Zeit, wenn das Getriebedrehmoment moduliert wird, führt diese Motordrehzahlmodulation zu einer Abnahme sowohl der Drehzahl an der Getriebeeingangsseite 74 als auch der Drehzahl an der Getriebeausgangsseite 78, wodurch der Radschlupf weiter verringert wird. Die Motordrehzahl muss jedoch im Schlupfzustand nicht moduliert werden. Zum Beispiel wird in einigen Konstruktionen nur die Getriebedrehmomentmodulation (Kupplungsschlupfschwingung) während des Schlupfzustands angewendet. Der Schlupfzustand ist aktiv, bis der Radschlupf den Austrittsschlupfwert erreicht, der Radschlupf den maximalen Schlupfschwellenwert erreicht oder die Kupplungstemperatur den Temperaturgrenzwert überschreitet.
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Zum Verlassen des Schlupfzustands und Eintreten in den Nicht-Schlupfzustand wird eine Hysterese angewendet, so dass der Radschlupf auf oder unter einen Austrittsschlupfwert abnehmen muss, der niedriger als der Schlupfschwellenwert ist, wodurch ein rascher Wechsel zwischen dem Schlupf- und Nicht-Schlupfzustand verringert wird. Zum Beispiel kann in der dargestellten Konstruktion von 2–4 der Austrittsschlupfwert auf jeden gewünschten Wert programmiert sein, z. B. im Bereich zwischen etwa 2% und etwa 20%, oder auf oder unter einen anderen Wert, der niedriger als der Schlupfschwellenwert ist, oder einen anderen Wert, der für die Anwendung und die Art, wie der Radschlupf gemessen und berechnet wird, relevant ist. In 2–3 tritt das System 10 bei I bei etwa 40,3 Sekunden aus dem Schlupfzustand in den Nicht-Schlupfzustand (2). Wenn das System 10 im Schlupfzustand ist, vergleicht die Steuerung 14 beständig den gemessenen Radschlupf mit dem Austrittsschlupfwert um zu bestimmen, ob das Traktionskontrollsystem 10 den Schlupfzustand verlassen sollte. Wenn der gemessene Radschlupf bei oder unter dem Austrittsschlupfwert ist, bewegt sich das System 10 vom Schlupfzustand in den Nicht-Schlupfzustand. In diesem Beispiel verringert die Hysterese einen raschen Wechsel zwischen dem Schlupf- und dem Nicht-Schlupfzustand. In anderen Konstruktionen kann das System 10 den Schlupfzustand verlassen, wenn der Radschlupf bei oder unter dem Schlupfschwellenwert liegt, daher ohne Hysterese.
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Zusammenfassend und unter Bezugnahme auf das Beispiel von 2–3 kreuzt bei A der Radschlupf den Schlupfschwellenwert. Bei B nimmt der Kupplungsdruck auf einen Wert ab, der anhand des Motordrehmoments bestimmt wird. Bei C schaut die Steuerung 14 nach Kupplungsschlupf, stuft den Kupplungsdruck um ein relativ kleines Maß herunter, pausiert und schaut nach Kupplungsschlupf und wiederholt dies mehrere Male, was zu einem Abwärtsstufen des Kupplungsdrucks um ein relativ kleines Maß oder eine relativ kleine Stufe führt. Bei D wird der Kupplungsschlupf erfasst. Bei E wird der Kupplungsdruck aufgrund des erhöhten Kupplungsschlupfs aufwärtsgestuft. Bei F ist eine Abnahme des Radschlupfs infolge des Kupplungsschlupfs dargestellt. Bei G wird der Kupplungsdruck aufgrund des verringerten Kupplungsschlupfs auf den vorherigen niedrigsten Kupplungsdruck abwärtsgestuft. Bei H folgt die Motordrehzahl der Getriebeausgangsdrehzahl, wodurch der Radschlupf zusätzlich zu Kupplungsschwingung verringert wird. Bei I (2) fällt der Radschlupf unter den Austrittsradschlupfwert und das System 10 stellt den Kupplungsdruck auf den normalen Kupplungsdruck zurück.
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Für einen Eintritt in den maximalen Schlupfzustand oder maximalen Schlupfzustand ist der Radschlupf bei oder über einem vorgegebenen Schwellenwert eines maximalen Schlupfs oder maximalen Schlupfschwellenwert. Der maximale Schlupfschwellenwert ist in der Steuerung 14 programmiert und ist ein Schlupfwert, der zusätzliche Maßnahmen oder andere Maßnahmen erfordert, um wieder Bodenhaftung zu erlangen. Zum Beispiel kann der maximale Schlupfschwellenwert auf jeden gewünschten Wert programmiert werden, z. B. zwischen etwa 30% und etwa 60%, usw., oder bei oder über einem anderen Wert sein, der höher ist als der Schlupfschwellenwert, oder einem anderen Wert, der für die Anwendung und die Art, in welcher der Radschlupf gemessen und quantifiziert wird, relevant ist. Wie in 4 dargestellt, erfolgt ein Eintritt in den maximalen Schlupfzustand bei J bei etwa 47,5 Sekunden. Die Steuerung 14 vergleicht beständig den gemessenen Radschlupf mit dem maximalen Schlupfschwellenwert um zu bestimmen, ob das Traktionskontrollsystem 10 im maximalen Schlupfzustand ist. Wenn der gemessene Radschlupf bei oder über dem maximalen Schlupfschwellenwert ist, bewegt sich das System 10 aus dem Schlupfzustand in den maximalen Schlupfzustand.
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Ein Eintritt in den maximalen Schlupfzustand kann auch erfolgen, wenn die Kupplung 22 einen Grenzwert ihrer thermischen Energiekapazität überschreitet, z. B. überhitzt. Zum Beispiel misst ein Kupplungstemperatursensor die Kupplungstemperatur und sendet ein Kupplungstemperatursignal zur Steuerung 14. Die Steuerung 14 überwacht beständig die Kupplungstemperatur und wenn die Kupplungstemperatur einen vorgegebenen Temperaturwert übersteigt, tritt das System 10 in den maximalen Schlupfzustand.
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Während des maximalen Schlupfzustands (4) wird nur die Motordrehzahl gesteuert. Die Steuerung 14 befiehlt der Kupplung 22, linear im Laufe der Zeit in den normalen Kupplungsdruck (somit in das normale Getriebedrehmoment) zurückzukehren, und befiehlt der Zugmaschine 34, eine Motordrehzahl aufrechtzuerhalten, die niedriger als die aber proportional zu der vom Bediener verlangten Motordrehzahl ist (oder, alternativ, niedriger als die aber proportional zur Bodengeschwindigkeit ist). Somit wird der Radschlupf durch Verringern der Eingangsdrehzahl zu den Rädern 26 verringert. Der maximale Schlupfzustand ist aktiv, bis der Radschlupf den maximalen Schlupfschwellenwert erreicht (bei oder unter diesem ist).
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Zum Verlassen des maximalen Schlupfzustands und Eintreten in den Schlupfzustand, wenn der gemessene Radschlupf bei oder über dem maximalen Schlupfschwellenwert ist, muss der Radschlupf unter den maximalen Schlupfschwellenwert abnehmen. Die Steuerung 14 vergleicht beständig den gemessenen Radschlupf mit dem maximalen Schlupfschwellenwert um zu bestimmen, ob das Traktionskontrollsystem 10 im maximalen Schlupfzustand ist. Wenn der gemessene Radschlupf bei oder unter dem maximalen Schlupfschwellenwert ist, bewegt sich das System 10 aus dem maximalen Schlupfzustand in den Schlupfzustand. Wie in 4 dargestellt, verlässt das System 10 den maximalen Schlupfzustand bei N, wenn der Radschlupf unter den maximalen Schlupfschwellenwert fällt, und kehrt gleichzeitig bei O zum Schlupfzustand zurück. In anderen Konstruktionen kann das System 10 den maximalen Schlupfzustand in den Schlupfzustand nur dann verlassen, wenn der Radschlupf unter dem maximalen Schlupfschwellenwert ist. In weiteren anderen Konstruktionen kann eine Hysterese angewendet werden, so dass das System 10 den maximalen Schlupfzustand in den Schlupfzustand verlässt, wenn der Radschlupf auf einen maximalen Schlupfaustrittswert abnimmt, der niedriger ist als der maximale Schlupfschwellenwert. In diesem Beispiel würde eine Hysterese einen raschen Wechsel zwischen dem maximalen Schlupf- und dem Schlupfzustand verringern. Wenn ein Eintritt in einen maximalen Schlupfzustand basierend auf der Kupplungstemperatur erfolgt ist, kann das System 10 aus dem maximalen Schlupfzustand aus- und in den Schlupfzustand eintreten, wenn die Kupplungstemperatur auf oder unter den vorgegebenen Temperaturwert fällt, wenn der gemessene Radschlupf nicht bei oder über dem maximalen Schlupfschwellenwert ist. Ein Eintritt in den Nicht-Schlupfzustand aus dem Schlupfzustand ist wie zuvor beschrieben.
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Zusammenfassend und unter Bezugnahme auf das in 4 dargestellte Beispiel tritt das System 10 bei A in den Schlupfzustand, wenn der Radschlupf den Schlupfschwellenwert kreuzt. Es ist erkennbar, dass der Kupplungsdruck wie oben beschrieben während des Schlupfzustands in 4 schwingt. Bei K tritt das System 10 in den maximalen Schlupfzustand, wenn der Radschlupf den maximalen Schlupfschwellenwert bei J kreuzt. Bei L, während des maximalen Schlupfzustands, wird der Kupplungsdruck linear im Laufe der Zeit auf den normalen Kupplungsdruck erhöht und endet in einer Kupplungsschwingung. Während des maximalen Schlupfzustands (allgemein bei M) wird, wie oben besprochen, nur die Motordrehzahl gesteuert. Bei N fällt der Radschlupf unter den maximalen Schlupfschwellenwert und das System 10 kehrt bei O in den Schlupfzustand zurück, in dessen Verlauf erkennbar ist, dass der Kupplungsdruck die anfängliche Abnahme, die Abwärtsstufe in kleinen Maßen, annimmt und eine Schwingung eintritt, wenn der Kupplungsschlupf erfasst wird. Wenn schließlich der Radschlupf bei P unter den Radschlupfaustrittswert fällt, bei Q in den Nicht-Schlupfzustand zurückkehrt, stellt die Steuerung 14 das Getriebedrehmoment wieder auf normal, indem sie den Kupplungsdruck wieder linear im Laufe der Zeit auf den normalen Kupplungsdruck erhöht.
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Somit stellt die Offenbarung unter anderen ein System 10 und ein Verfahren zum automatischen Schwingen des Getriebedrehmoments als Form einer Drehmomentregulierung zum Verringern des Radschlupfs bereit. Das System 10 kann auch automatisch die Motordrehzahl gleichzeitig mit der Kupplungsschwingung steuern, um kollektiv den Radschlupf zu verringern. Das System 10 der vorliegenden Offenbarung arbeitet allgemein durch Erfassen des Radschlupfs und dann Regulieren eines Reibungselements im Getriebe 70, um das Drehmoment zu begrenzen, das durch das Getriebe 70 übertragen werden kann, um dadurch das Raddrehmoment zu begrenzen und zu regulieren, wodurch ein Durchdrehen oder Schlupf des Rades verringert wird. Die Offenbarung stellt auch ein System 10 und Verfahren zum automatischen Reagieren auf einen Radschlupf durch eine Getriebeschwingung bereit, z. B. durch wiederholtes Abwechseln des Kupplungsdrucks zwischen höheren und niedereren Amplituden abhängig von einem Messwert des Kupplungsschlupfs. Die Offenbarung stellt auch ein System 10 und Verfahren zum automatischen Reagieren auf einen Radschlupf durch eine Drehmomentsteuerung (Kupplungsschwingung) bereit, wenn der Radschlupf einen ersten Schwellenwert überschreitet, durch Drehmomentsteuerung und Drehzahlsteuerung (Motordrehzahlmodulation), wenn der Kupplungsschlupf einen minimalen Schwellenwert überschreitet, und nur durch Motordrehzahlsteuerung, wenn der Radschlupf einen zweiten Schwellenwert überschreitet, der größer als der erste Schwellenwert ist. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.
