DE102017210563A1

DE102017210563A1 - Variable Zapfwelle mit elektrischer Erzeugungskapazität

Info

Publication number: DE102017210563A1
Application number: DE102017210563.1A
Authority: DE
Inventors: Roger W. Burjes
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2018-01-25
Also published as: US10183661B2; US20180022337A1

Abstract

Vorgesehen ist ein Zapfwellen-System und ein Verfahren für ein Fahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Generator, eine elektrische Maschine, ein Zapfwellen-Summierungsplanetengetriebe und eine Zapfwellenbremse beinhaltet. Das Zapfwellen-System beinhaltet eine Steuereinheit und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle. Die Steuereinheit ist derart konfiguriert, dass sie eine Eingabe von der Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen kann, um einen aus einem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus, einem Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung und einem Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis auszuwählen. In dem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus werden elektrische Energie von dem elektrischen Generator und eine Drehantriebsleistung von dem Zapfwellen-System ausgegeben, und die elektrische Maschine empfängt Elektrizität und stellt Drehantriebsleistung bereit. In dem Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung stellen sowohl der elektrische Generator als auch die elektrische Maschine beide elektrische Leistung bereit. In dem Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis wird keine elektrische Leistung bereitgestellt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Traktor mit einer Zapfwelle und auf ein Verfahren zur Steuerung der Zapfwelle und zur Erzeugung elektrischer Energie.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform stellt die Offenbarung ein Zapfwellen-System für die Steuerung einer Zapfwellen-Ausgangswelle eines Fahrzeugs bereit, welches über einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Generator und eine elektrische Maschine verfügt. Das Zapfwellen-System beinhaltet eine Steuereinheit, die einen Prozessor, einen Speicher und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle beinhaltet. Die Steuereinheit ist derart konfiguriert, dass sie eine Eingabe von der Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen kann, mit der für das Zapfwellensystem ein geschwindigkeitsvariabler Zapfwellen-Betriebsmodus oder ein Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung ausgewählt wird. Als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus wird die Steuereinheit derart konfiguriert, dass sie 1) den elektrischen Generator antreibt, damit dieser elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus liefert und 2) eine Drehantriebsleistung an die Zapfwellen-Ausgangswelle liefert. Als Reaktion auf die Auswahl des Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung wird die Steuereinheit derart konfiguriert, dass sie den Verbrennungsmotor derart betreibt, dass dieser 1) den elektrischen Generator veranlasst, Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern und 2) eine Drehantriebsleistung an die elektrische Maschine zu liefern, sodass die elektrische Maschine dem Hochspannungsbus elektrische Leistung bereitstellt.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Offenbarung eine Steuereinheit für ein Zapfwellen-System eines Fahrzeugs bereit, die derart konfiguriert ist, dass sie eine Eingabe von einer Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen kann, dass sie eine Eingabe von der Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen kann, mit der für das Zapfwellensystem ein geschwindigkeitsvariabler Zapfwellen-Betriebsmodus oder ein Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung ausgewählt wird. Als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus wird die Steuereinheit derart konfiguriert, dass sie 1) einen elektrischen Generator antreibt mithilfe einer Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor, um elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern und 2) eine Drehantriebsleistung an die Zapfwellen-Ausgangswelle liefert. Als Reaktion auf die Auswahl des Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung wird die Steuereinheit derart konfiguriert, dass sie 1) den elektrischen Generator mithilfe der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor antreibt, um elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern und 2) eine elektrische Maschine mithilfe der Drehantriebsleistung aus dem Verbrennungsmotor antreibt, um elektrische Leistung an den Hochspannungsbus zu liefern und 3) eine Zapfwellenbremse betätigt, um die Drehung der Zapfwellen-Ausgangswelle zu stoppen.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Offenbarung ein Zapfwellen-System für ein Fahrzeug bereit, welches über einen Verbrennungsmotor verfügt. Das Zapfwellen-System beinhaltet ein Getriebe, das mit einer Motorausgangswelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, einen elektrischen Generator, der mit der Motorausgangswelle verbunden ist, um von dieser eine Leistung zu erhalten, und eine elektrische Maschine, die mit der Motorausgangswelle verbunden ist. Das Zapfwellen-System beinhaltet weiter ein Zapfwellen-Planetengetriebe, welches mit der Motorausgangswelle verbunden ist, eine Zapfwellen-Ausgangswelle, welche mit dem Zapfwellen-Planetengetriebe verbunden und derart konfiguriert ist, dass sie von der Motorausgangswelle angetrieben wird, eine Zapfwellenbremse, die mit der Zapfwellen-Ausgangswelle verbunden ist, und ein Zapfwellen-Steuersystem, welches eine Steuereinheit beinhaltet, die einen Prozessor, einen Speicher und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle aufweist. Die Steuereinheit ist derart konfiguriert, dass sie eine Eingabe von der Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen kann, mit der für das Zapfwellensystem ein geschwindigkeitsvariabler Zapfwellen-Betriebsmodus oder ein Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung ausgewählt wird. Als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus wird die Steuereinheit derart konfiguriert, dass sie derart betrieben wird, dass sie 1) den elektrischen Generator mittels der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor antreibt, um elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern, und 2) eine Drehantriebsleistung über das Zapfwellen-Planetengetriebe an die Zapfwellen-Ausgangswelle liefert. Als Reaktion auf die Auswahl des Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung wird die Steuereinheit derart konfiguriert, dass sie derart betrieben wird, dass sie 1) den elektrischen Generator mittels der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor betreibt, um elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern, und 2) die elektrische Maschine mittels der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor antreibt, um elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern, und 3) eine Zapfwellenbremse betätigt, um die Drehung der Zapfwellen-Ausgangswelle zu stoppen.
Weitere Aspekte der Offenbarung werden durch die Miteinbeziehung der detaillierten Beschreibung sowie der zugehörigen Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine perspektivische Sicht eines Traktors dar.
2 ist eine schematische Darstellung eines Zapfwellen-Systems des in 1 gezeigten Traktors.
3 ist ein Flussdiagramm der Bedienung des in 2 gezeigten Zapfwellen-Systems.
4 ist eine schematische Darstellung eines Zapfwellen-Systems, welches über drei Bedienarten verfügt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevor die Ausführungsformen der Offenbarung detailliert beschrieben werden, ist zu verstehen, dass die Offenbarung in ihrer Anwendung nicht auf die baulichen Einzelheiten und die Anordnung der Komponenten beschränkt ist, welche in der folgenden Beschreibung ausgeführt oder in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Offenbarung kann andere Ausführungsformen ermöglichen und auf verschiedene Arten angewendet oder ausgeführt werden.
1 stellt einen Traktor 20 dar, der über eine Zapfwelle (PTO) 24 verfügt, die eine Zapfwellen(PTO)-Ausgangswelle 28 aufweist. Der Traktor 20 beinhaltet Vorderräder 30, Hinterräder 32 und eine Kabine 36 für einen Bediener. Der Traktor 20 beinhaltet eine Motorhaube 40, die einen Verbrennungsmotor schützt.
2 stellt ein Zapfwellen-System 100 dar, das einen Verbrennungsmotor 104 für das Antreiben einer Antriebswelle 108 und eines Getriebes 112 beinhaltet. Das Getriebe 112 ist verbunden mit einem Getriebe 116 und einer Generator-Welle 120 eines elektrischen Generators 124 (MG1). Die Antriebswelle 108 ist auch mit einem Zapfwellen(PTO)-Summierungsplanetengetriebe 128 verbunden. Das Zapfwellen-Summierungsplanetengetriebe 128 ist verbunden mit einem Getriebe 132 und einer Welle 136 einer elektrischen Maschine 140 (MG3). Das Zapfwellen-Summierungsplanetengetriebe 128 beinhaltet eine Ausgangswelle 144, die mit einem Getriebe 148 verbunden ist. Das Getriebe 148 ist verbunden mit einem Zapfwellen-Ausgangsgetriebe 156, welches mit der Zapfwellen-Ausgangswelle 160 verbunden ist. Die Zapfwellen-Ausgangswelle 160 ist selektiv verbunden mit einer Last 164, etwa ein Eingang für eine Sämaschine oder ein anderes Werkzeug, welche separat an den Traktor 20 angehängt oder mit diesem verbunden ist. Weiter ist eine Zapfwellenbremse 162 vorgesehen, die die Drehung der Ausgangswelle 144 stoppt oder die Ausgangswelle 144 anderweitig steuert, welche letztlich die Zapfwellen-Ausgangswelle 160 antreibt.
Das in 2 gezeigte Zapfwellen-Systems 100 beinhaltet auch ein Zapfwellen-Steuersystem 166, welches eine Steuereinheit 170 beinhaltet, die über einen Prozessor 172 und einen Speicher 174 verfügt. Der Prozessor 172 kann ein Mikroprozessor, ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC), ein digitaler Prozessor oder ähnliches sein. Der Speicher 174 kann ein nicht-transitorisches Computer-lesbares Medium sein, etwa ein Arbeitsspeicher (RAM) oder ein Festwertspeicher (ROM), welches Anweisungen für die Ausführung durch den Prozessor 172 enthält.
Die Steuereinheit 170 ist derart konfiguriert, dass sie das Zapfwellensystem, einschließlich der Zapfwellenbremse 162, selektiv steuert. Das Zapfwellen-Steuersystem 166 beinhaltet einen Zapfwellendrehzahlsensor 176 für das Erfassen der Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle 160.
Der Zapfwellendrehzahlsensor 176 liefert ein Drehzahlsignal an die Steuereinheit 170. Weiter steht eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 180 ein- und ausgehend in Verbindung mit der Steuereinheit 170, um Bedieneingaben an das Zapfwellen-Steuersystem 166 weiterzuleiten und den Status sowie verschiedene Bedienparameter des Zapfwellen-Steuersystems anzuzeigen.
2 stellt weiter die Steuereinheit 170 in Verbindung mit einer ersten MG1-Steuereinheit 184 dar, die den elektrischen Generator 124 steuert. Die Steuereinheit 170 steht ebenfalls in Verbindung mit einer zweiten MG3-Steuereinheit 186, welche die elektrische Maschine 140 steuert.
Eine erste Stromleitung 188 liefert elektrische Leistung von dem elektrischen Generator 124 an einen Hochspannungsbus 190. Eine zweite Stromleitung 192 führt elektrische Leistung zwischen der elektrischen Maschine 140 und dem Hochspannungsbus 190. Der Hochspannungsbus 190 stellt über das Bordnetz 196 Leistung für eine Reihe von Geräten an dem Traktor 20 bereit. Der Hochspannungsbus 190 stellt weiter selektiv Leistung über das externe Netz 198 für andere Geräte bereit, etwa eine Sämaschine oder ein anderes Werkzeug, welche separat an den Traktor 20 angehängt oder mit diesem verbunden ist.
BETRIEB
Ein Bediener nimmt Eingaben an der Mensch-Maschine-Schnittstelle 180 vor, um das Zapfwellen-System 100 zu bedienen. Genauer gesagt selektiert der Bediener entweder einen ersten Modus, der einem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus entspricht, oder einen zweiten Modus, der einen Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung darstellt. Genauer gesagt liefert das Zapfwellen-Systems 100 in dem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus eine Drehantriebsleistung in einer von einem Bediener gewählten Drehzahl zusammen mit der Erzeugung einer gewissen elektrischen Energie und alternativ erzeugt es in dem Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung eine beträchtliche Menge elektrischer Energie ohne Drehantriebsleistung.
Als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus durch den Bediener, der mit der Mensch-Maschine-Schnittstelle 180 interagiert, stellt die Mensch-Maschine-Schnittstelle 180 ein Ausgabesignal oder einen Wert bereit, den die Steuereinheit 170 als Eingabe empfängt. Die Steuereinheit 170 steuert den Verbrennungsmotor 104, um über die Antriebswelle 108 eine Drehantriebsleistung bereit zu stellen. Der Verbrennungsmotor 104 kommuniziert über die Getriebe 112, 116 mit dem elektrischen Generator 124, um elektrische Leistung oder Energie zu erzeugen. Die elektrische Energie oder Elektrizität wird über die erste Stromleitung 188 an den Hochspannungsbus 190 geliefert. Weiter steuert die Steuereinheit 186 die elektrische Maschine 140.
Insbesondere, und in weiterem Bezug auf das Flussdiagramm 200 von 3, nimmt ein Bediener Eingaben an der Mensch-Maschine-Schnittstelle 180 vor, wobei er in Schritt 204 den geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus auswählt, einschließlich eines Zapfwellendrehzahlwerts. Als Reaktion auf diese Eingabe ändert (d. h. erhöht oder verringert) die Steuereinheit 170 in Schritt 208 die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle, indem sie ein Signal ausgibt für die Steuerung von mindestens einem aus dem Verbrennungsmotor 104 und der von der elektrischen Maschine 140 bereitgestellten Elektrizität, um das Getriebe 132 anzutreiben. Das Ausgabesignal basiert auf einer oder mehrerer der Eingaben an der Mensch-Maschine-Schnittstelle 180, auf der an die elektrische Maschine 140 gelieferten elektrischen Leistung und der gemessenen Drehzahl des Zapfwellendrehzahlsensors 176. Der elektrische Generator 124 generiert zeitgleich Elektrizität, die an den Hochspannungsbus 190 geliefert wird.
Die Routine schreitet zu Schritt 212 fort, in dem der Zapfwellendrehzahlsensor 176 die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle 160 misst und einen gemessenen Zapfwellendrehzahlwert an die Steuereinheit 170 liefert. In Schritt 216 vergleicht die Steuereinheit den gemessenen Zapfwellendrehzahlwert mit der Eingabe oder dem selektierten Zapfwellendrehzahlwert.
Wenn der gemessene Zapfwellendrehzahlwert größer ist als der eingegebene Zapfwellendrehzahlwert (Schritt 220), stellt die Steuereinheit 170 in Schritt 224 eine Ausgabe bereit, um die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle 160 zu verringern, indem er Schritt 208 zurückkehrt und arbeitet, um den Motor-Ausgabewert zu verringern und/oder den an die elektrische Maschine 140 gelieferten Strom zu verringern, der die Leistung für das Antreiben der Zapfwellen-Ausgangswelle 160 liefert.
Wenn der Zapfwellendrehzahlwert in Schritt 220 nicht größer ist als der eingegebene Zapfwellendrehzahlwert, schreitet die Routine zu Schritt 228 fort.
Wenn in Schritt 228 der gemessene Zapfwellendrehzahlwert nicht kleiner ist als der eingegebene Zapfwellendrehzahlwert, so werden die Drehzahlen als gleich angesehen und die Routine schreitet zu Schritt 208 fort. Die Steuereinheit 170 erzeugt keine weiteren oder anderen Ausgaben für die Anpassung der Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle 160. Dadurch wird die Zapfwelle Drehzahl beibehalten.
Wenn in Schritt 228 der gemessene Zapfwellendrehzahlwert geringer ist als der eingegebene Zapfwellendrehzahlwert, schreitet die Routine zu Schritt 232 fort. In Schritt 232 wird der Motor-Ausgabewert erhöht und die Routine kehrt zu Schritt 208 zurück und läuft dann wie vorab beschrieben weiter.
In dem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus ist die elektrische Maschine 140 in Betrieb. Dabei empfängt die elektrische Maschine 140 Elektrizität von dem Hochspannungsbus 190, anstatt als Generator zu fungieren, und sie agiert als Motor, der das Zapfwellen-Summierungsplanetengetriebe 128 betreibt oder antreibt.
Das Flussdiagramm 200 wird ausgeführt, bis der geschwindigkeitsvariable Zapfwellen-Betriebsmodus deaktiviert oder ein anderer Modus ausgewählt wird. Neben dem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus kann ein Bediener alternativ über die Mensch-Maschine-Schnittstelle 180 einen Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung auswählen.
Der Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung wird wie folgt beschrieben. Als Reaktion auf die Auswahl des Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung stellt die Mensch-Maschine-Schnittstelle 180 eine Ausgabe in Form eines Eingabesignals für die Auswahl des Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung für die Steuereinheit 170 bereit. Als Reaktion schickt die Steuereinheit 170 ein Bremssignal an die Zapfwellenbremse 162, die dann die Drehung der Ausgangswelle 144 abbremst. Die Zapfwellen-Ausgangswelle 160 rotiert daher nicht und liefert somit auch kein mechanisches externes Netz über die Zapfwellen-Ausgangswelle 160. Weiter steuert die Steuereinheit 170 die Steuereinheit 184 und die Steuereinheit 186, sodass der elektrische Generator 124 Leistung von dem Getriebe 116 erhält und die elektrische Maschine 140 Leistung von dem Getriebe 132 erhält und beide werden so betrieben, dass sie Elektrizität an den Hochspannungsbus 190 liefern. So wird die elektrische Ausgangsleistung zum Traktor 20 hin oder von ihm fort maximiert aufgrund der Ausgabe der elektrischen Maschine 140 zusätzlich zum elektrischen Generator 124.
ZAPFWELLENSYSTEM MIT DREI BETRIEBSMODI
4 stellt ein weiteres Zapfwellen-Systems 300 dar, welches dem System aus 2 gleicht. Gleiche Elemente besitzen die gleiche Referenzzahl, lediglich das Präfixen ändert sich auf „3“ statt „1”. Daher ist eine Beschreibung aller Elemente nicht erforderlich. Folgende sind die Unterschiede der Elemente. Verglichen mit dem in 3 dargestellten Zapfwellen-Summierungsplanetengetriebe 128 treibt die Antriebswelle 308 aus 4 direkt ein Hohlrad und nicht ein Sonnenrad des Getriebes 328 an. Weiter stellt 4 eine Bremse 399 für die Verwendung mit der elektrischen Maschine 340 dar. Das in 4 dargestellte Zapfwellen-System 300 wird in einem Modus betrieben, der aus der Gruppe und aus einem ersten geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus, einem zweiten Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung und einem dritten Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis ausgewählt wird.
In dem ersten geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus befindet sich die Maschinenbremse 399 in einer Aus-Position und die Steuereinheit 386 steuert die elektrische Maschine 340, damit diese Antriebsleistung zur Verfügung stellt. So selektiert in dem ersten geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus ein Bediener einen Dreh-Zapfwellendrehzahlwert für die Zapfwellen-Ausgangswelle 360 und das Zapfwellen-Steuersystem 366 arbeitet so, dass die Drehzahl durch die in 3 gezeigten und oben erörterten Schritte, die nicht noch einmal wiederholt werden müssen, beibehalten wird. Der elektrische Generator 324 erzeugt zeitgleich eine elektrische Leistung, die an den Hochspannungsbus 390 geliefert wird.
In dem zweiten Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung befindet sich die Bremse in 399 in Aus-Position oder wird nicht betätigt. Die Zapfwellenbremse 362 wird betätigt. Die Steuereinheit 384 steuert den elektrischen Generator 324 und die Steuereinheit 386 steuert die elektrische Maschine 340, sodass beide elektrische Leistung erzeugen, die an den Hochspannungsbus 390 geliefert wird. Der Hochspannungsbus 390 stellt dem Traktor 20 einschließlich einer Traktor-Batterie ein Bordnetz 396 bereit. Weiter kann der Hochspannungsbus 390 einem Gerät oder Werkzeug, welches physisch oder elektrisch mit dem Traktor 20 verbunden ist, selektiv ein externes Netz 398 zur Verfügung stellen.
Der dritte Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis wird aktiv, wenn die Steuereinheit 370 in 4 eine Eingabe erhält, die dem Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis von der Mensch-Maschine-Schnittstelle 380 entspricht. Im Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis ist die von der Zapfwellen-Ausgangswelle 360 ausgegebene Drehantriebsleistung in einem festen Übersetzungsverhältnis maximiert. Im Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis ist die Zapfwellenbremse 362 ausgeschaltet oder wird nicht betätigt, um die Ausgabe der Drehantriebsleistung zu ermöglichen. Weiter setzt oder betätigt die Steuereinheit 370 die Bremse 399, sodass die elektrische Maschine 340 keine Elektrizität oder keine Last gegen die Leistungsübertragung von dem Verbrennungsmotor 304 über die Antriebswelle 308, das Zapfwellen-Summierungsplanetengetriebe 328, das Getriebe 348 und das Zapfwellen-Ausgangsgetriebe 356 an die Zapfwellen-Ausgangswelle 360 erzeugt. Überdies kann der elektrische Generator 324 in einen Aus- oder Nichterzeugungs-Zustand versetzt werden. Da der elektrische Generator 324 und die elektrische Maschine 340 nicht angetrieben werden, um Energie zu erzeugen, wird die Übertragung der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor 304 an die Zapfwellen-Ausgangswelle 360 maximiert. Die Drehantriebsleistung wird von dem Zapfwellen-System 300 an eine Last 364 eines Geräts oder Werkzeugs übertragen, welches mit der Zapfwelle 24 des Traktors 20 verbunden ist.
ALTERNATIVE ANORDNUNGEN
In einer Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 104 des Traktors 20 ein Gasmotor. In einer weiteren Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 104 ein Dieselmotor.
In einer weiteren Ausführungsform für den geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus wirkt, anstelle einer Bereitstellung von zusätzlicher Leistung an die Zapfwelle durch die elektrische Maschine eine Bremse (nicht abgebildet), sodass die elektrische Maschine 140 keine Last an den Verbrennungsmotor 104 liefert oder keine elektrische Leistung erzeugt.
In einigen Ausführungsformen erkennt der Zapfwellendrehzahlsensor 176 die Drehung der Ausgangswelle 144 auf elektromagnetischem oder optischem Wege. In weiteren Ausführungsformen erkennt der Zapfwellendrehzahlsensor 176 direkt auf elektromagnetischem oder optischem Wege die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle 160.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit 170 eine Chassis-Steuereinheit. In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit 184 in den elektrischen Generator 124 integriert und Steuereinheit 186 ist in die Maschine 140 integriert. In einer Ausführungsform sind die Steuereinheit 184 und die Steuereinheit 186 mit der Steuereinheit 170 kombiniert oder sie sind ein Teil von dieser.
In einer Ausführungsform ist die Last 164 Teil einer Einzelkorn-Sämaschine (ExactEmerge). Der Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung wird verwendet, um ein externes Netz 198 für elektrische Lüftungsmotoren von pneumatischen Sämaschinen bereitzustellen.
Während ein Traktor 20 dargestellt ist, kann die Zapfwelle 24 für andere Arten von Fahrzeugen oder Maschinen bereitgestellt werden. Die in 1 an der Vorderseite von Traktor 20 dargestellte Zapfwelle 24 kann auch hinten an dem Traktor oder einem Fahrzeug angeordnet sein.
So stellt die Offenbarung unter anderem ein Zapfwellen-System bereit, das über mehrere Betriebsmodi verfügt, einschließlich eines Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung und eines Modus mit maximaler Drehantriebsleistung. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Zapfwellen-System für die Steuerung einer Zapfwellen-Ausgangswelle eines Fahrzeugs, welches über einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Generator und eine elektrische Maschine verfügt, wobei das Zapfwellensystem eine Steuereinheit beinhaltet, welche einen Prozessor, einen Speicher und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle aufweist, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie: eine Eingabe von der Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen kann, mit der ein geschwindigkeitsvariabler Zapfwellen-Betriebsmodus oder ein Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung für das Zapfwellensystem ausgewählt wird; als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus den Verbrennungsmotor antreibt, um 1) den elektrischen Generator anzutreiben, um elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern und 2) eine Drehantriebsleistung an die Zapfwellen-Ausgangswelle zu liefern; und als Reaktion auf die Auswahl des Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung den Verbrennungsmotor antreibt, um 1) den elektrischen Generator anzutreiben, um Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern, und 2) eine Drehantriebsleistung für die elektrische Maschine bereit zu stellen, sodass die elektrische Maschine elektrische Leistung an den Hochspannungsbus liefert.
Zapfwellen-Systems nach Anspruch 1, welches einen Zapfwellendrehzahlsensor für das Erkennen der Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle beinhaltet, sowie eine Zapfwellenbremse für die Steuerung der Zapfwellen-Ausgangswelle, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle anpasst, indem sie mindestens ein Element aus einer Gruppe aus einer von dem Verbrennungsmotor ausgegebenen Drehleistung und einer elektrischen Leistung, die für die elektrische Maschine bereitgestellt wird, steuert.
Zapfwellen-System nach Anspruch 1, wobei als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie selektiv die Abgabe elektrischer Leistung an die elektrische Maschine erlaubt, um eine Drehantriebsleistung für die Zapfwellen-Ausgangswelle bereit zu stellen.
Zapfwellen-System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie eine Eingabe empfängt, die einem Modus mit voller Leistung und einem festem Übersetzungsverhältnis entspricht, wobei die Steuereinheit weiter derart konfiguriert ist, dass sie 1) das Zapfwellen-System derart betreibt, dass weder von dem elektrischen Generator noch von der elektrischen Maschine Elektrizität erzeugt wird und dass sie 2) den Verbrennungsmotor derart steuert, dass er die Ausgangswelle mit voller Leistung und einem festem Übersetzungsverhältnis antreibt.
Zapfwellen-System nach Anspruch 1, welches weiter ein Zapfwellen-Summierungsplanetengetriebe umfasst, welches den Verbrennungsmotor mit der Zapfwellen-Ausgangswelle verbindet.
Steuereinheit für ein Zapfwellen-System eines Fahrzeugs, welches über einen Verbrennungsmotor verfügt, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie: eine Eingabe von einer Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen kann, mit der ein geschwindigkeitsvariabler Zapfwellen-Betriebsmodus oder ein Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung für das Zapfwellensystem ausgewählt wird; als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus betrieben wird, um 1) einen elektrischen Generator anzutreiben mithilfe der Drehantriebsleistung aus dem Verbrennungsmotor, um elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus zu liefern, und 2) eine Drehantriebsleistung für die Zapfwellen-Ausgangswelle bereit zu stellen; und als Reaktion auf die Auswahl des Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird, um 1) den elektrischen Generator mithilfe der Drehantriebsleistung aus dem Verbrennungsmotor anzutreiben, um elektrische Leistung für einen Hochspannungsbus bereit zu stellen, und 2) eine elektrische Maschine anzutreiben mittels der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor, um elektrische Leistung für einen Hochspannungsbus bereit zu stellen und 3) eine Zapfwellenbremse zu betätigen, um die Drehung der Zapfwellen-Ausgangswelle zu stoppen.
Steuereinheit nach Anspruch 6, welche einen Zapfwellendrehzahlsensor für das Erkennen der Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle beinhaltet, worin die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle während des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus anpasst, indem sie den Verbrennungsmotor steuert sowie die elektrische Leistung, die für die elektrische Maschine bereitgestellt wird, wodurch eine Drehantriebsleistung für die Zapfwellen-Ausgangswelle bereitgestellt wird.
Steuereinheit nach Anspruch 6, wobei als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie selektiv die Abgabe elektrischer Energie an die elektrische Maschine erlaubt, um eine Drehantriebsleistung für die Zapfwellen-Ausgangswelle bereit zu stellen.
Steuereinheit nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie eine Eingabe empfangen kann, die einem Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis entspricht und als Reaktion derart betrieben wird, dass sie den Verbrennungsmotor derart steuert, dass er die Zapfwellen-Ausgangswelle mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis betreibt.
Steuereinheit nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle selektiv ändert als Reaktion auf eine von der Mensch-Maschine-Schnittstelle erhaltene Eingabe im geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus.
Zapfwellen-System für ein Fahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei das Zapfwellen-System Folgendes umfasst: ein Getriebe, welches mit einer Motorausgangswelle des Verbrennungsmotors verbunden ist; einen elektrischen Generator, der mit der Motorausgangswelle verbunden ist, um von dieser Leistung empfangen zu können; eine elektrische Maschine, die mit der Motorausgangswelle verbunden ist; ein Zapfwellen-Planetengetriebe, das mit der Motorausgangswelle verbunden ist; eine Zapfwellen-Ausgangswelle, die mit dem Zapfwellen-Planetengetriebe verbunden und derart konfiguriert ist, dass sie von der Motorausgangswelle angetrieben wird; eine Zapfwellenbremse, die mit der Zapfwellen-Ausgangswelle verbunden ist; und ein Zapfwellen-Steuersystem, welches eine Steuereinheit beinhaltet, die einen Prozessor, einen Speicher und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle aufweist, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie: eine Eingabe von der Mensch-Maschine-Schnittstelle empfangen kann, mit der ein geschwindigkeitsvariabler Zapfwellen-Betriebsmodus oder ein Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung für das Zapfwellensystem ausgewählt wird, als Reaktion auf die Auswahl des geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus betrieben wird, um 1) den elektrischen Generator anzutreiben mithilfe der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor, um elektrische Leistung für den Hochspannungsbus bereit zu stellen; und 2) eine Drehantriebsleistung über das Zapfwellen-Planetengetriebe für die Zapfwellen-Ausgangswelle bereit zu stellen; und als Reaktion auf die Auswahl des Betriebsmodus für die Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird, um 1) den elektrischen Generator mithilfe der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor anzutreiben, um elektrische Leistung für einen Hochspannungsbus bereit zu stellen, und 2) die elektrische Maschine anzutreiben mittels der Drehantriebsleistung von dem Verbrennungsmotor, um elektrische Leistung für den Hochspannungsbus bereit zu stellen und 3) eine Zapfwellenbremse zu betätigen, um die Drehung der Zapfwellen-Ausgangswelle zu stoppen.
System nach Anspruch 11, welches einen Zapfwellendrehzahlsensor für das Erkennen Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle beinhaltet, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle anpasst, indem sie mindestens ein Element aus der Gruppe steuert, die aus der von dem Verbrennungsmotor ausgegebenen Drehzahl besteht und aus der elektrischen Leistung, die in dem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus an die elektrische Maschine geliefert wird, und wobei die elektrische Maschine derart konfiguriert ist, dass sie die Zapfwellen-Ausgangswelle antreibt.
System nach Anspruch 11, wobei in dem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie selektiv die Abgabe elektrischer Energie an die elektrische Maschine erlaubt, um eine Drehantriebsleistung an die Zapfwellen-Ausgangswelle zu liefern.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie eine Eingabe empfängt, die einem Modus mit voller Leistung und einem festen Übersetzungsverhältnis entspricht, und worin die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie den Verbrennungsmotor derart steuert, dass dieser die Zapfwellen-Ausgangswelle mit einem festen Übersetzungsverhältnis antreibt.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit derart konfiguriert ist, dass sie die Drehzahl der Zapfwellen-Ausgangswelle selektiv ändern kann als Reaktion auf eine von der Mensch-Maschine-Schnittstelle erhaltene Eingabe in dem geschwindigkeitsvariablen Zapfwellen-Betriebsmodus.