DE10257403A1 - System und Verfahren Steuerung eines elektrischen Antriebs - Google Patents

Abstract

Ein System zur Steuerung einer Arbeitsmaschine ist vorgesehen, das ein elektrisches, kontinuierlich variables Getriebe umfasst. Das System umfasst einen Mikroprozessor, der eine Statusmaschine und einen Satz von Instruktionen zur Navigation der Statusmaschine aufweist. Die Statusmaschine umfasst einen Satz von Zuständen, die mögliche Zustände repräsentieren, welche die Arbeitsmaschine zwischen dem Starten bei "keine Energieeingabe" und der Arbeitsbereitschaft erfahren kann.

Description

Technisches Gebiet
• Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Antriebssysteme und insbesondere auf ein System zur Steuerung und zum Management des Wechsels eines elektrischen Antriebssystems zwischen zwei Zuständen, ansprechend auf eine einzelne Anforderung eines Bedienungsmannes, wobei der erste Zustand eine Arbeitsmaschine im Ruhezustand bei Motordrehzahl null ist, und der zweite Zustand eine Arbeitsmaschine mit einer arbeitenden Leistungsquelle ist, wobei alle Systeme bereit sind, auf Eingabegrößen des Bedienungsmannes anzusprechen.
Hintergrund
• Maschinen mit elektrischen Antriebssystemen, beispielsweise diejenigen, die ein kontinuierlich variables Getriebe ("continuously variable transmission" = CVT) oder insbesondere ein Getriebe mit aufgeteiltem Drehmoment aufweisen, erfordern typischerweise, dass eine Maschine von einem Zustand der Motordrehzahl null gestartet wird und bei der eine Bewegung verhindert wird, bis ein Bedienungsmann der Maschine befiehlt, sich zu bewegen. Bevor sie in der Lage ist, die Befehle des Bedienungsmannes anzunehmen bzw. zu empfangen, muss jedes elektrische Antriebssystem eine Anzahl von Schritten vollständig ausführen. Beispielsweise machen es der Zustand der Parkbremse, jeder Kupplung und/oder jeder Anzahl von anderen Systemen erforderlich, einen gewissen Zustand einzunehmen, bevor jener Schritt vollständig ausgeführt und der neue Zustand erreicht ist. Zusätzlich können die Schritte nicht in einer echt linearen Art und Weise auftreten. Wenn beispielsweise nach vollständiger Ausführung eines Schrittes ein gewisses Ereignis auftritt, kann die Maschine zu dem vorhergehenden Schritt zurückkehren oder kann zu jedem anderen definierten Schritt fortschreiten. Obwohl der folgende Schritt definiert werden muss, braucht es nicht ein linearer Schritt zu sein. Ferner können Fehler- bzw. Ausfallzustände ("fault conditions") bei jedem Schritt detektiert werden, die die Maschine zwingen, in eine Fehler- bzw. Ausfallbetriebsart ("fault mode") zu gehen.
• Bisher bekannte Systeme und Verfahren gibt es zur Steuerung eines Getriebesystems mit aufgeteiltem Drehmoment. Ein derartiges System und Verfahren ist in der US-PS 5,682,315 beschrieben mit dem Titel "Method and System for Controlling a Split Torque Transmission". Dieses System umfasst ein hydrostatisches Getriebe und ein mechanisches Getriebe. Das System weist auch einen Mikroprozessor auf, der eine Anzahl von Modulen bzw. Baugruppen umfasst zur Durchführung der Anzahl von Schritten, die erforderlich ist, um von einem Zustand mit dem Motorzustand null zu einem Zustand zu gehen, wo die Maschine auf die Befehle des Bedienungsmannes wartet. Das System ist jedoch nicht auf elektrische CVT-Systeme gerichtet, die zusätzliche Kriterien erfordern mögen, die zu erfüllen sind, bevor sie sich zwischen den Schritten bewegen. Ferner sieht das System eine ziemlich lineare Annäherung an die Schritte von einem Zustand mit dem Motorzustand null zu einem Zustand vor, wo die Maschine auf die Befehle des Bedienungsmannes wartet.
• Somit sieht ein System aus dem Stand der Technik kein effizientes Mittel vor, den anfänglichen Betrieb einer Arbeitsmaschine zu steuern, die ein elektrisches, kontinuierlich variables Getriebe verwendet. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der vorstehend erwähnten Probleme oder Nachteile der bekannten Systeme zu überwinden bzw. zu beseitigen.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Ein System ist vorgesehen zur Steuerung einer Arbeitsmaschine mit einem elektrischen CVT. Das System umfasst einen Mikroprozessor, wobei der Mikroprozessor eine Statusmaschine ("state machine") zur Steuerung des Verhaltens einer Arbeitsmaschine aufweist. Die Statusmaschine umfasst einen Satz bzw. eine Reihe von Zuständen ("set of states"), die mögliche Bedingungen bzw. Zustände darstellen, die die Arbeitsmaschine erfahren kann, und zwar zwischen dem Starten mit der Energieeingangsgröße null und der Betriebsbereitschaft ("ready to work").
• Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen, kontinuierlich variablen Getriebes (CVT) in einer Arbeitsmaschine vorgesehen. Eine Statusmaschine ist vorgesehen. Der laufende Status der Arbeitsmaschine wird bestimmt. Es wird auch eine Statusinformation über die Arbeitsmaschine erhalten bzw. bereitgestellt. Basierend auf der Statusmaschine und der Statusinformation wird bestimmt, ob die Kriterien erfüllt werden, um in einen neuen Status zu springen. Wenn die Kriterien erfüllt sind, werden Instruktionen an die Arbeitsmaschine geliefert, um das Verhalten zu bewirken, das durch bzw. für den neuen Status erforderlich ist.
• Es ist klar, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft sind und der Erklärung dienen und die Erfindung nicht einschränken sollen, wie beansprucht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Die beigefügte Zeichnung, die in die Beschreibung einbezogen und Bestandteil derselben ist, zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und dient dazu, zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm, das eine Maschine zeigt, die ein elektrisches Antriebsgetriebemanagementsystem umfasst, das konsistent mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 2 ein Flussdiagramm von Schritten, die durch ein elektrisches Antriebsgetriebemanagementsystem durchgeführt werden, das mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konsistent ist; und
• Fig. 3 ein Statusdiagramm, das einen Algorithmus darstellt, der durch ein elektrisches Antriebsgetriebemanagementsystem durchgeführt wird, das mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konsistent ist.
Detaillierte Beschreibung
• Es wird nun detailliert Bezug genommen auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, von denen Beispiele in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Wo immer möglich, werden gleiche Bezugsziffern in der ganzen Zeichnung verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu kennzeichnen.
• Ein System und Verfahren sind vorgesehen zur Steuerung eines glatten und effizienten Betriebs der Maschine, das ein elektrisches CVT aufweist. Fig. 1 zeigt eine Maschine 100, die ein elektrisches Antriebsgetriebemanagementsystem aufweist, das mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konsistent ist. Die Maschine 100 umfasst ein Getriebesystem 110, ein Motorsystem 120, eine oder mehrere Sensoren/Betätiger 125 und eine Steuerbereichs-Netzwerk-Datenverbindung ("controller area network" = CAN) 130.
• Die Maschine 100 kann auch andere Systeme aufweisen, beispielsweise ein Werkzeughydrauliksystem, ein Lüfterhydrauliksystem, ein Lenk-/Steuersystem oder jedes andere mit der Maschine 100 assoziierte System. Die Maschine 100 weist auch einen Mikroprozessor 140 auf. Das Getriebesystem 110 umfasst irgendeinen Mechanismus, der Leistung vom Motor 120 überträgt, um die Maschine anzutreiben. Das Getriebesystem 110 umfasst elektrische CVT-Systeme, und insbesondere elektrische Getriebesysteme mit aufgeteiltem Drehmoment. Die Sensoren/Betätiger 125 liefern Informationen und Instruktionen an das und von dem Getriebesystem 110 und/oder Motorsystem 120 an den Mikroprozessor 140. Das Getriebesystem 110 und das Motorsystem 120 sind jeweils assoziiert mit einer CAN-Datenverbindung ("CAN data link") 130 und einem Mikroprozessor 145. CAN-Datenverbindungen 130 sehen Verbindungen vor zwischen industriellen Vorrichtungen, wie beispielsweise Sensoren, nicht gezeigt, die mit dem Getriebesystem 110 und/oder Motorsystemen 120 assoziiert sind, und höherwertige bzw. High-Level-Vorrichtungen, beispielsweise ein Mikroprozessor 140 oder ein spezialisierter Mikroprozessor, beispielsweise ein (hier nicht gezeigter) elektronischer Steuermodul ("electronic control module") ECM. Alternativ können CAN Datenverbindungen 130 implementiert werden, wobei diese irgendein Übertragungsprotokoll benutzen.
• Der Mikroprozessor 140 kann eine Speichervorrichtung aufweisen, die einen Speicher 141 umfasst, der einen Satz von Instruktionen 142 zur Navigation durch die Zustände von der Motorleistung null zum Status, wo die Befehle des Bedienungsmanns angenommen werden können. Der Satz von Instruktionen 142 kann auch als eine Satusmaschine ("status machine") bezeichnet werden. Der Mikroprozessor 140 kann in verschiedenen Umgebungen implementiert werden, um die Werkzeuge zur Bestimmung eines laufenden Zustandes der Maschine 100 vorzusehen, wobei er eine Zustandsinformation über die Maschine 100 erhält und bestimmt, wann auf einen neuen Zustand zu wechseln ist. Der Mikroprozessor 140 kann Hardware umfassen, die speziell für die Durchführung verschiedener Verfahren und Arbeiten der Erfindung ausgelegt ist, oder kann einen "General Purpose"-Computer oder eine Computer-Plattform ("computing platform") aufweisen, die durch einen Programmcode selektiv aktiviert oder rekonfiguriert werden, um die erwünschte Funktionalität vorzusehen bzw. zu schaffen. Der Mikroprozessor 140 ist in einer Maschine 100 angebracht und kann Eingabegrößen von einem Maschinenbedienungsmann empfangen. Der Mikroprozessor 140 umfasst ferner Eingabe- und Ausgabevorrichtungen zum Empfang von Daten von oder zur Absendung von Instruktionen zu den Mikroprozessoren 145, die mit dem Getriebesystem 110 und dem Motorsystem 120 assoziiert sind, basierend auf der Statusmaschine 142. Die Daten und Instruktionen werden durch die CAN-Datenverbindungen 130 gesandt.
• Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines elektrischen CVT-Systems, das mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konsistent ist. Der Mikroprozessor 140 beginnt vom Ausfallzustand an der Maschine 100 (Schritt 200) an. Die Zustände und die Statusmaschine, die die Zustände beschreibt, werden mit Bezugnahme auf Fig. 3 detailliert diskutiert. Der Mikroprozessor 140 kann einen Speicher aufweisen, der konfiguriert ist, um Informationen über den laufenden Zustand der Maschine zu speichern, und zwar darauf folgend auf jede Änderung innerhalb der Statusmaschine 142. Alternativ kann der Mikroprozessor 140 Zustandsinformationen von Sensoren erhalten, die mit dem Getriebesystem 110 oder dem Motorsystem 120 assoziiert sind. Der Mikroprozessor 140 kann sodann den wahrscheinlichen Zustand bestimmen, basierend auf der Zustandsinformation, beispiels-Weise durch Zurateziehen der Zustandsnachschlagetabellen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Mikroprozessor 140 den laufenden Zustand bestimmen, basierend auf einem externen Antrieb bzw. Stimulus. Wenn beispielsweise ein Schlüssel gedreht wird, um eine Maschine zu starten, kann der Mikroprozessor 140 bestimmen, dass der laufende Zustand "Leistung AN" ("power-up") ist.
• Der Mikroprozessor 140 erhält sodann die Maschinenzustandsinformation (Schritt 210). Wenn beispielsweise Sensoren verwendet werden, die mit dem Getriebesystem 110 oder dem Motorsystem 120 oder anderen Maschinenkomponenten verbunden sind, kann der Mikroprozessor 140 Informationen erhalten, wie beispielsweise den Zustand der Kupplung, den Zustand des Motors, den Steuermodus des Getriebes und/oder ob die (Park-)Feststellbremse in Eingriff steht. Andere relevante Zustandsinformationen können auch erhalten werden. Der Mikroprozessor 140 kann alle Eingangsgrößen abfragen oder kann nur diejenigen Eingangsgrößen abfragen, die erforderlich sind, um den nächsten Zustand zu bestimmen.
• Als nächstes bestimmt der Mikroprozessor 140, ob die Kriterien erfüllt worden sind, um zu einem neuen Zustand zu wechseln (Schritt 220). Diese Bestimmung kann auf dem laufenden Zustand der Maschine basiert werden, bestimmt in Schritt 200, und der Statusinformation über die Maschine, erhalten in Schritt 210, wobei die Statusinformation beispielsweise angibt, ob gewisse Ereignisse in der Maschine 100 eingetreten sind. Wenn alle Kriterien erfüllt sind, kann der Mikroprozessor 140 zu einem neuen Zustand wechseln und einen Speicher aktualisieren, um den neuen Zustand als dem laufenden Maschinenzustand zu speichern (Schritt 230). Der Mikroprozessor 140 kann ferner Instruktionen für das Getriebesystem 110 liefern, um die Bedingungen zu erzeugen, die mit dem neuen Zustand assoziiert sind (Schritt 240). Beispielsweise kann der Mikroprozessor 140 Instruktionen an das Motorsystem senden, um den Zustand des Motors vom Bereitstellungsmodus ("stand-by") zum Laufmodus ("running") zu ändern. Wenn alle Kriterien nicht erfüllt sind, verbleibt die Maschine 100 in ihrem laufenden Zustand ("current state"). Es ist klar, dass es möglich sein kann, von einem laufenden Zustand zu mehr als nur einem Zustand zu springen, was das System nicht-linear macht. Wenn beispielsweise ein Satz der Kriterien erfüllt ist, kann das System vom laufenden Zustand zum nächsten springen. Wenn jedoch ein unterschiedlicher Satz der Kriterien erfüllt ist, kann das System vom laufenden Zustand zum vorherigen Zustand oder einem anderen vordefinierten Zustand springen. Die Implementierung dieses eine im Mikroprozessor 140 abgespeicherte Statusmaschine benutzenden Systems, gestattet diese Art der Flexibilität der Änderung der Zustände.
• Fig. 3 zeigt ein Zustandsdiagramm, das die Statusmaschine 142 beschreibt, die im Mikroprozessor 140 gespeichert ist, die konsistent ist mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statusmaschine umfasst 10 Zustände, nämlich:
  S0: "Leistung AN" ("power-up"); S1: "Fertig" (ready"); S2: "Gestartet" ("started") S3: "EC Motorstart" ("EC engine start"); S4: "Neutral Frei" ("neutral free"); S5: "Drehzahlsteuerung" ("speed control"); S6: "Neutral gehalten" ("neutral held"); S7: "Lauf bzw. Fahren" ("run"); S8: "Neutrales Verfolgen" ("neutral tracking"); und S9: "Fehler bzw. Ausfall" ("fault"). Wenn der Mikroprozessor 140 bestimmt, dass eine Änderung zwischen den Zuständen zweckmäßig ist, modifiziert der Mikroprozessor 140 die Instruktionen an die Komponenten, beispielsweise das Getriebesystem 110, das Motorsystem 120 oder andere Komponenten, um das mit dem neuen Zustand assoziierte Verhalten zu bewirken. Jeder dieser Zustände und die Kriterien, die erforderlich sind, um von jenem Zustand zu einem neuen Zustand zu springen, wird nunmehr diskutiert.
• S0 oder "Leistung AN" ist der "Ausfall"-Zustand und ist auch der "Startpunkt", wenn eine Maschine zuerst eingeschaltet wird. In diesem Zustand wird erwartet, dass die Parkbremse in Eingriff ist, das Motormanagement in einer Rücksetzbetriebsart ist und die Getriebesteuerung in einem Drehmomentmodus ("torque mode") ist. Der Motorzustand bzw. Motorstatus ist nicht fertig ("not ready") und alle Kupplungen sollten außer Eingriff sein. Da dies der "Start-AN" ("start-up") Zustand ist, kann die Statusmaschine gegenüber Ausfällen toleranter sein. In jedem der anderen Zustände S1-S8, kann die Statusmaschine im Falle eines Ausfalles zum "Ausfall"-Zustand S9 springen. Jedoch kann die Maschine im Zustand S0 "Leistung AN" den Fehler bzw. Ausfall stattdessen rücksetzen. Die Maschine kann die Ausfälle nicht unbegrenzt neu einstellen bzw. rücksetzen; sie kann aber vielmehr eine Zeitsteuerung bzw. einen Timer setzen bzw. einstellen. Die Zeitsteuerung kann entweder die Anzahl der Minuten oder eine andere Zeiteinheit zählen, die seit dem Einstiegzustand S0 abgelaufen ist, oder kann die Anzahl der neu rückgesetzten Fehler bzw. Ausfälle zählen. In jedem Fall kann die Maschine, sobald die Zeitsteuerung abläuft, vom Zustand S0 zum Zustand S9 "Fehler bzw. Ausfall" springen. Startausfälle können Situationen einschließen, beispielsweise Fehler, um Verbindungen mit der CAN ("controller area network") Datenverbindung 130 herzustellen. Wenn es keine Ausfälle gibt oder die Ausfälle vor dem Ablaufen der Zeitsteuerung behoben sind, springt die Maschine von S0 auf S1 ("Fertig").
• S1 oder der "Fertig"-Zustand ist der Zustand, wo Verbindungen zwischen Systemen erstellt werden, und die Maschine den Start des Motors erwartet. In diesem Zustand wird erwartet, dass die Parkbremse in Eingriff steht, kein Motormanagement befähigt ist und das Getriebe im Drehmomentmodus ist. Der Motorzustand ist bereit oder steht im Stand-by und alle Kupplungen bleiben außer Eingriff. Vom Zustand S1 aus kann die Maschine zum "Fehler bzw. Ausfall" S9 springen, wenn ein Fehler bzw. Ausfall detektiert wird. Ausfälle für diesen Zustand (wie auch für die Zustände S2-S8) umfassen solche Ereignisse, wie ÖIdruckverlust, Überhitzung oder Lenksystemverlust. Andere Ausfälle können eingeschlossen werden, wie beispielsweise, wenn der Mikroprozessor 140 die Verbindung mit CAN 130 über eine gewisse Zeitspanne verliert. Ausfallkriterien können im Mikroprozessor 140 als Kriterienereignisse gespeichert werden. S1 ist auch der Ausfall-Zustand zur Rückkehr, nachdem ein Ausfall behoben wurde. Wenn beispielsweise von jedem Zustand aus der Mikroprozessor 140 ein Ausfallereignis detektiert, kann die Maschine zum Ausfallzustand S9 springen. Dies kann beispielsweise das Detektieren des Öldruckverlustes involvieren. Vom Zustand S9 "Ausfall" aus, sobald die Maschine bestimmt, dass das Ausfall-Ereignis behoben ist, oder in diesem Falle, dass der Öldruck einen akzeptablen Pegel erreicht hat, springt die Maschine zum Zustand S1 "Fertig". Im Normalbetrieb springt die Maschine vom Zustand S1 zum Zustand S2 "Gestartet", sobald die Motordrehzahl einen Schwellenwert übertrifft. Beispielsweise kann die Maschine eine Motordrehzahl erfordern, die über 400 Umdrehungen/Minute liegt, bevor sie zum Zustand S2 springt. In einem Ausführungsbeispiel kann für die Ausfall-Wiederherstellung ("fault recovery") eine besondere Ausnahme gemacht werden. In diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Maschine vom Zustand S9 aus zum Zustand S1 "Fertig" zurückkehrt, kann die Maschine nach einer Schleife (oder einem Durchlauf durch das in Fig. 2 dargestellte detaillierte Verfahren) zum Zustand S2 "Gestartet" springen. Dieses Ausführungsbeispiel gestattet eine effiziente Ausfall-Wiederherstellung durch Bewegen des Verfahrens, wenn ein Ausfall bei einem späteren Schritt erfolgt. Alternativ kann die Maschine vom Zustand S1 zum Zustand S3 "EC Motorstart" springen, wenn ein Trigger ("trigger") in Eingriff ist. Ein Trigger kann ein Schlüssel, ein Knopt ein Schalter oder eine manuelle Vorrichtung sein, die durch den Bedienungsmann betätigt wird, um einen Sprung vom Zustand S1 zum Zustand S3 zu erzwingen.
• Der Zustand S2 "Gestartet" tritt auf, wenn der Motor läuft und das System zur Gleichstromverbindung hochbringt. Das Ziel dieses Zustandes ist, das elektrische Motorsystem in einen Betriebszustand zu bringen, um das Arbeiten als ein Arbeitswerkzeug vorzubereiten, bis eine Schaltung angefordert wird. Dieser Zustand kann äquivalent sein zur Entwicklung eines Flusses in einem Induktionsmotor vor dem Betrieb. In diesem Zustand wird erwartet, dass die Parkbremse in Eingriff ist, das Motormanagement die Gleichstromverbindung startet und die Getriebesteuerung im Modus des aufgeteilten Drehmoments ist. Der Motor verbleibt im Zustand "Fertig" oder "Stand-by" und die Kupplung verbleibt im Zustand "Neutral". Die Maschine verbleibt in diesem Zustand, bis die Gleichstromverbindung einen Gleichstromspannungsschwellenwert übersteigt, bei dem das System zum Zustand S4 springt. Die Maschine verbleibt beispielsweise im Zustand S2, bis die Gleichstromverbindung bzw. Gleichstromspannung größer als 500 Volt ist.
• Der Zustand S3 "EC Motorstart" ist ein Alternativzustand zwischen den Zuständen S1 und S2. Wie diskutiert, kann die Maschine auf das Ereignis eines Schalters (trigger) hin vom Zustand S1 zum Zustand S3 springen. Der Zustand S3 "EC Motorstart" gestattet einer elektrischen Komponente 1 (EC1) und/oder einer elektrischen Komponente 2 (EC2), geliefert entweder durch eine Wandkraft bzw. durch das Netz oder eine heraufkonvertierten bzw. herauftransformierte Batterie ("converted battery"), den Motor zu starten, anstelle des Gebrauchs eines konventionellen Starters. Die elektrischen Komponenten EC1 und EC2 können Elektromotore umfassen, die entweder als Motore oder Generatoren arbeiten und Teil des Getriebesystems sein können. Die Werte zur Einstellung der EC1 und/oder EC2 können bei einem Terminalfenster ("terminal window") manuell oder über eine andere Eingabevorrichtung oder können hart-codiert ("hard coded") in den Mikroprozessor eingegeben werden. Alternativ können diese Werte auch durch andere Verfahren eingegeben werden, wie beispielsweise über drahtlose oder Infrarottechnologie, oder können auf der Basis von mit der Maschine assoziierten Faktoren bestimmt werden. Der erwartete Zustand dieses Zustandes ist ähnlich dem Zustand S2 "Gestartet", mit der Ausnahme, dass der Motor in einem Drehzahl- oder Drehmomentmodus sein kann. Ähnlich dem Sprung zwischen den Zuständen S1 und S2, springt die Maschine vom Zustand S3 zum Zustand S2, wenn eine Schwellenmotordrehzahl übertroffen ist.
• Der Zustand S4 "Neutral Frei" tritt auf, wenn der Motor läuft, die elektrischen Komponenten fertig bzw. betriebsbereit sind und die Gleichstromverbindung angeschaltet ist ("DC link is up"). Dieser Zustand ist der Ausfall-Laufzustand und der Zustand mit der niedrigsten Laufenergie. Bei diesem Zustand ist die Maschine nicht fertig bzw. betriebsbereit, um in Gang zu kommen, und die Motordrehzahl ist unkontrolliert. Der erwartete Zustand umfasst eine in Eingriff stehende Parkbremse, das Motormanagement läuft, und das Getriebe ist im Drehmomentmodus bzw. in der Drehmomentbetriebsart. Der Motor läuft, und die Kupplungen sind außer Eingriff. Die Maschine erwartet einen Schaltbefehl, bevor sie vom Zustand S4 zum Zustand S5 springt.
• Der Zustand S5 "Drehzahlsteuerung" bringt die Drehzahlen von EC1 (oder EC2) auf Drehzahl null. In diesem Zustand wird die Drehzahl von EC1 gemessen, und die Drehzahl benutzt eine Steuerung mit geschlossener Schleife. Die Steuerung mit geschlossener Schleife kann eine Drehzahlmessung der elektrischen Komponenten und eine Soll-Drehzahl umfassen. Ein Fehler wird beschrieben als Differenz zwischen diesen beiden Signalen und kann durch Gebrauch typischer Verfahren, wie beispielsweise durch Multiplikation mit einer Verstärkung, Integration über die Zeit und/oder ein Derivativ bzw. Ableitung des Fehlers verstärkt werden. Das Endsignal, verwendet zur Erzeugung eines Steuersignals an die Komponente, ähnelt einem Drehmoment, angelegt durch das Steuersystem, um die Komponente auf die Drehzahl null zu bringen. Nachdem die Drehzahl des EC1 ein niedriges Schwellenlimit erreicht hat, springt die Maschine vom Zustand S5 zum Zustand S6 "Neutral gehalten". Wenn das System einen einzigen Drehzahlsteuerintegrator zur Durchführung dieses Schrittes benutzt, sowie wenn die Maschine in einer vollen Betriebssituation ist, kann es erforderlich sein, dass der Drehzahlsteuerintegrator nach diesem Schritt neu eingestellt werden muss, um eine Beeinträchtigung der Maschine während ihres Laufes bzw. Betriebes zu vermeiden. In diesem Zustand wird erwartet, dass die Parkbremse in Eingriff ist, das Motormanagement am Laufen ist und das Getriebesystem die Drehzahl des EC1 steuert. Der Motor läuft und die Kupplung ist im Zustand "Neutral". In einem alternativem Ausführungsbeispiel kann bzw. mag dieser Zustand nicht erforderlich sein, und die Statusmaschine kann vom Zustand S4 zum Zustand S6 wechseln.
• Der Zustand S6 "Neutral gehalten" hält das EC1 bei Drehzahl null in Erwartung eines Schaltbefehls. Sobald ein Schaltbefehl empfangen wird, springt die Maschine zum Zustand S7 "Lauf bzw. Fahren". Wie bei Zustand S5, wenn ein einziger Drehzahlsteuerintegrator benutzt wird, kann es erforderlich sein, dass der Drehzahlsteuerintegrator nach diesem Schritt behoben oder limitiert werden muss. Der erwartete Status dieses Zustandes ist ähnlich dem des Zustandes S5, mit der Ausnahme, dass die Getriebesteuerung zum Modus mit aufgeteiltem Drehmoment zurückkehrt und die Parkbremse außer Eingriff ist. Ein Aspekt dieses Zustandes ist ferner der, dass eine Zeitsteuerung nach Eintritt in den Zustand S6 das Zählen beginnt. Wenn ein Schaltbefehl empfangen wird, bevor die Zeitsteuerung abläuft, springt die Maschine zum Zustand S7. Wenn jedoch die Zeitsteuerung abläuft, bevor der Schaltbefehl empfangen wird, springt die Maschine zum Zustand S4 "Neutral Frei". Dieser Zustand kann einfach ein Durchlasspunkt sein, wenn ein gültiger bzw. berechtigter Schaltbefehl empfangen wurde vor Eintritt dieses Zustandes und die Drehzahl des EC1 null ist.
• Der Zustand S7 "Laufen" ist der Status, bei dem der Bedienungsmann das System übernimmt und die Maschine die Bewegungsbefehle des Bedienungsmannes akzeptiert bzw. annimmt. In diesem Status wird erwartet, dass die Parkbremse außer Eingriff ist, das Motormanagement am Laufen ist bzw. läuft und das Getriebesystem in einem Modus mit aufgeteiltem Drehmoment arbeitet. Der Motor läuft, und der Kupplungszustand wird durch den Bedienungsmann oder ein Steuersystem bestimmt. Wenn ein Befehl "Neutral" empfangen wird, springt die Maschine vom Zustand S7 zurück zum Zustand S6 "Neutral gehalten". Wenn ein erzwungener Befehl "Neutral" empfangen wird, springt die Maschine vom Zustand S7 zurück zum Zustand S4 "Neutral Frei". Wenn das System eine Notstoppsituation erfährt, und die Betriebsbremse "AN" ist, springt die Maschine vom Zustand S7 zum Zustand S8 "Neutrales verfolgen", wo sie verbleibt, bis die Betriebsbremse "AUS" ist. Die Bedingungen bzw. Zustände der Arbeitsmaschine in diesem Status können ähnlich sein der des Zustandes S6 "Neutral gehalten" oder können durch den Bedienungsmann definiert werden.
• Der Zustand S9 "Ausfall" ist der, wo die Maschine von den Zuständen S1-S8 springt, wenn ein Fehler bzw. Ausfall detektiert wurde. Auch der Zustand S0 "Leistung AN" springt zum Zustand S9, wenn eine Zeitsteuerung abläuft, bevor alle Fehler bzw. Ausfälle behoben sind. Wie diskutiert, ist der Ausfall-Rückkehr- Zustand ("default return state") vom Zustand S9 der Zustand S1 "Fertig", wo der genaue Zustand des ganzen Systems nach einem Ausfall geprüft wird. An diesem Punkt wird erwartet, dass sich das Motormanagement im Niederspannungsmodus und sich die Getriebesteuerung im aufgeteilten Drehzahlmodus befinden. Der Motorzustand und der Zustand der Parkbremse kann abhängig sein vom Zustand vor dem Sprung zum Zustand S9 "Ausfall". Dieser Zustand kann ein Zustand "Kupplung ausgefallen" sein. Die Kupplung ist in einer erzwungenen neutralen Position oder insgesamt außer Eingriff. In einem Ausführungsbeispiel müssen Ausfälle vor dem Springen vom Zustand S9 zum Zustand S1 manuell behoben werden. Alternativ kann der Mikroprozessor 140 in der Klage sein, eine Änderung der Maschineninformation zu bestimmen, die die Behebung des Ausfalls anzeigt.
• Obwohl das Zustandsdiagramm ein Getriebe mit aufgeteiltem Drehmomentmodus und ein System mit EC1 und EC2 diskutiert, ist klar, dass jedes elektrische CVT-System konfiguriert werden kann, das ein ähnliches Zustandsdiagramm benutzt. Ferner ist klar, dass weniger oder zusätzliche Zustände möglich sein können, abhängig vom Betriebsziel bzw. von der Betriebsaufgabe der Maschine.
Industrielle Anwendbarkeit
• Durch Benutzung eines Zustandsdiagramms und Verfahrens zur Steuerung des Verfahrens der Motorinbetriebnahme, beginnend von einer Nicht-Energiezuführung am Maschinenpegel bis zur Erzeugung eines Systems, das fertig zur Arbeit bzw. Betriebsaufnahme ist, kann ein effizientes Verfahren implementiert werden. Ferner benötigt das System kleine oder keine Eingabegrößen vom Bedienungsmann, um zwischen den Zuständen überzuwechseln. Im Wesentlichen dreht der Bedienungsmann einen Schlüssel, um in den Zustand "Leistung AN" einzutreten, schaltet das Getriebe ein, und die Maschine ist sodann bereit, die Arbeit aufzunehmen. Die Einführung der Statusmaschine gestattet nicht-lineare Übergänge zwischen den Zuständen. Somit weist die vorliegende Erfindung potentiell einen weiten Anwendungsbereich bei verschiedenen Arbeitsmaschinen auf, die eine elektrische kontinuierlich variable Übertragung benutzen.
• Es ist dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich, das zahlreiche Änderungen und Modifikationen offensichtlicher Natur vorgenommen werden können, und alle diese Änderungen und Modifikationen als in Rahmen der beigefügten Ansprüche fallend betrachtet werden. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann offenbar aus der Betrachtung der Beschreibung und Ausübung der darin offenbaren Erfindung. Es ist Absicht, Beschreibung und Beispiele nur als beispielhaft anzusehen, wobei der wahre Rahmen und Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente gekennzeichnet sind. (S-20380)
Legende zur Zeichnung Fig. 1
• MICROPROCESSOR Mikroprozessor
• CAN CONTROLLER CAN (controller area netw.) Steuervorrichtung
• ENGINE SYSTEM Motorsystem
• TRANSMISSION SYSTEM Getriebesystem
• Fig.
• 2
• START Start
• DETERMINE CURRENT STATE Bestimmen des laufenden Zustands
• OBTAIN MACHINE STATUS INFORMATION Erhalten der Maschinenstatus- bzw. Maschinenzustands-Informationen
• IS CRITERIA MET TO JUMP TO NEW STATE? Ist das Kriterium erfüllt, um zum neuen Zustand zu springen?
• UPDATE CURRENT STATE TO NEW STATE Aktualisieren des laufenden Zustandes auf den neuen Zustand
• PROVIDE INSTRUCTIONS TO TRANSMISSION SYSTEM Liefern von Instruktionen an das Getriebesystem
• YES Ja
• NO Nein
• END Ende
• S0 POWER-UP S0 Leistung AN
• S1 READY S1 Fertig
• S2 STARTED S2 Gestartet
• S3 EC ENGINE START S3 EC Motorstart
• S4 NEUTRAL FREE S4 Neutral frei
• S5 SPEED CONTROL S5 Drehzahl-/Geschwindigkeits-Steuerung
• S6 NEUTRAL HELD S6 Neutral gehalten
• S7 RUN S7 Laufen bzw. Fahren
• S8 NEUTRAL TRACKING S8 Neutrales Verfolgen
• S9 FAULT S9 Fehler bzw. Ausfall
• FAULT Fehler bzw. Ausfall
• FAULTS CLEAR Fehler bzw. Ausfall behoben
• ES > THRESHOLD Motordrehzahl ("ES = engine speed") > Schwellenwert
• TRIGGER Trigger
• TIMER EXPIRES Zeitsteuerung läuft ab
• DC LINK > DC THRESHOLD Gleichspannung > Gleichspannungsschwelle
• E-BRAKE OFF Notbremse aus (E = emergency)
• E-BRAKE ON Notbremse ein
• NEUTRAL COMMAND Neutraler Befehl
• SHIFT COMMAND Schaltbefehl
• ECI < LOW-THRESHOLD Elektr. Komponente
• 1
• (electrical component
• 1
• ) < unterer Schwellenwert
• FORCED NEUTRAL Neutral erzwungen

Claims (10)

1. System zur Steuerung einer Arbeitsmaschine mit einem elektrisch kontinuierlich variablen Getriebe (CVT), wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Mikroprozessor, der eine Statusmaschine und einen Satz von Befehlen bzw. Instruktionen zur Navigation der Statusmaschine aufweist; und
wobei die Statusmaschine einen Satz von Zuständen umfasst, die mögliche Zustände repräsentieren, welche die Arbeitsmaschine zwischen dem Starten bei "keine Energieeingabe" ("no energy input") und der Arbeitsbereitschaft ("ready to work") erfahren kann.

2. System nach Anspruch 1, wobei ferner folgendes vorgesehen ist:
ein Steuerbereichsnetzwerk (CAN);
ein Motorsystem; und
ein Getriebesystem,
wobei das CAN, das Motorsystem und das Getriebesystem mit dem Mikroprozessor verbunden sind.

3. System nach Anspruch 2, wobei die Instruktionen für die Navigation der Statusmaschine auf Informationen basieren, die von dem CAN und/oder dem Motorsystem und/oder dem Übertragungssystem empfangen werden.

4. System nach Anspruch 1, wobei die Statusmaschine folgendes aufweist:
einen "Leistung AN"-Zustand ("power-up state");
einen "Fertig"-Zustand ("ready state"), wobei die Statusmaschine vom "Leistung AN"-Zustand ausgeht, wenn kein Fehler bzw. Ausfall vorhanden ist
einen "Gestartet"-Zustand ("started state"), wobei die Statusmaschine vom "Fertig"-Zustand ausgeht, sobald die Motordrehzahl einen Schwellenwert übertrifft;
einen "Neutral Frei"-Zustand ("neutral free state"), wobei die Statusmaschine vom "Gestartet"-Zustand ausgeht, sobald eine Gleichstromspannung ("DC link") einen DC Schwellenwert übertrifft;
einen "Drehzah4steuerungs"-Zustand ("speed control state"), wobei die Statusmaschine vom "Neutral Frei"-Zustand ausgeht, nachdem ein Schalt- bzw. Verschiebungsbefehl eingegangen ist;
einen "Neutral gehalten"-Zustand ("neutral held state"), wobei die Statusmaschine vom "Drehzahlsteuerungs"-Zustand ausgeht, wenn eine elektrische Komponente unterhalb einer niedrigen Schwelle liegt;
einen "Laufen"-Zustand ("run state"), wobei die Statusmaschine vom "Neutra) gehalten"-Zustand ausgeht, wenn ein gültiger Schalt- bzw. Verschiebungsbefehl empfangen wird;
einen "Neutrales Verfolgen"-Zustand ("neutral tracking state"), wobei die Statusmaschine vom "Laufen"-Zustand ausgeht, wenn eine Notbremse in Eingriff ist; und
einen "Ausfall"-Zustand ("fault state"), wobei die Statusmaschine von jedem anderen Zustand ausgeht, im Falle eines Ausfalls.

5. System nach Anspruch 4, wobei die Statusmaschine ferner einen "EC-Motorstart"-Zustand umfasst, wohin die Statusmaschine auf das Empfangen eines Triggers geht, während sie im "Fertig"-Zustand ist.

6. System nach Anspruch 5, wobei die Statusmaschine vom "EC-Motorstart"- Zustand zum "Gestartet"-Zustand ausgeht, wenn die Motordrehzahl den Schwellwert übertrifft.

7. Verfahren zur Steuerung der Inbetriebsetzung einer Arbeitsmaschine mit einem elektrischen kontinuierlich variablen Getriebe (CVT), wobei folgende Schritte vorgesehen sind:
Vorsehen einer Statusmaschine;
Bestimmen eines laufenden Status bzw. Zustandes der Arbeitsmaschine;
Erhalten von Statusinformationen über die Arbeitsmaschine;
Bestimmen, ob Kriterien, zu einem neuen Zustand zu springen, erfüllt sind,
basierend auf der Statusmaschine und der Statusinformationen; und
Liefern von Instruktionen an die Arbeitsmaschine, um den neuen Zustand zu erhalten, wenn die Kriterien erfüllt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Bestimmens eines laufenden Zustandes der Arbeitsmaschine das bestimmen eines laufenden Zustandes der Arbeitsmaschine einschließt, basierend auf der Statusmaschine.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Bestimmens eines laufenden Zustandes der Arbeitsmaschine das Bestimmen eines laufenden Zustandes der Arbeitsmaschine einschließt, basierend auf der Zustandsinformation bzw. Statusinformation über die Arbeitsmaschine.

10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Bestimmens eines laufenden Zustandes der Arbeitsmaschine das Bestimmen eines laufenden Zustandes der Arbeitsmaschine einschließt, basierend auf einem externen Antrieb bzw. Stimulus.