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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein effizienzorientiertes Antriebsstrang-Steuersystem
und insbesondere ein Steuersystem zum Optimieren der Effizienz einer
integrierten Einheit aus einer Antriebsquelle und einem Getriebe.
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Stand der Technik
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Maschinen
wie zum Beispiel Straßenfertiger, Geländezugmaschinen,
Radlader, Erdhobel und andere Typen von Schwermaschinen werden für
verschiedene Aufgaben eingesetzt. Diese Maschinen enthalten allgemein
eine Antriebsquelle, die zum Beispiel ein Motor wie etwa einen Dieselmotor,
ein Benzinmotor oder ein mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebener
Motor sein kann, um die für die Anforderungen erforderliche
Leistung bereitzustellen. Die Antriebsquelle kann einen gewünschten
Betriebsbereich aufweisen, der Geschwindigkeiten und Drehmomente
umfassen kann, bei denen die Antriebsquelle einen im wesentlichen
stabilen und effizienten Betrieb vorsehen kann. Bei einem Betrieb
außerhalb des gewünschten Betriebsbereichs kann
die Antriebsquelle einen instabilen Betrieb vorsehen, wie etwa eine Überdrehzahl,
eine Unterdrehzahl, ein Schleppen und/oder ein Abwürgen.
Bei einem Betrieb außerhalb des gewünschten Betriebsbereichs können
auch Effizienzverluste der Antriebsquelle auftreten, wie etwa ein
erhöhter Kraftstoffverbrauch, eine erhöhte Abgasemission,
eine Temperaturerhöhung der Antriebsquelle und/oder eine
verminderte Reaktionsfähigkeit.
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Um
die verschiedenen Aufgaben der Maschine effizient auszuführen,
nutzt die Maschine ein Getriebe, das das durch die Antriebsquelle
erzeugte Drehmoment zu einer oder mehreren Bewegungseinrichtungen über
einen breiten Drehzahlbereich übertragen kann. Das Getriebe
kann zum Beispiel ein mechanisches Getriebe, ein elektrisches Getriebe, ein
hydraulisches Getriebe oder eine Kombination aus derartigen Getrieben
sein. Das Getriebe kann ein gewünschtes Ausgabedrehmoment
bei einer gewünschten Drehzahl innerhalb des Betriebsbereichs vorsehen,
indem es das Verhältnis einer Eingangsdrehung zu einer
Ausgangsdrehung ändert. Ähnlich wie die oben beschriebene
Antriebsquelle kann das Getriebe einen gewünschten Betriebsbereich
aufweisen, bei dem das Getriebe einen im wesentlichen stabilen und
effizienten Betrieb vorsieht. Der gewünschte Betriebsbereich
des Getriebes kann sich von dem gewünschten Betriebsbereich
des Antriebsquelle unterscheiden. Entsprechend kann sich ein stabiler oder
effizienter Betriebsbereich einer Kombination aus einer Antriebsquelle
und einem Getriebe von den einzelnen gewünschten Betriebsbereichen
des Getriebes oder der Antriebsquelle unterscheiden.
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Ein
Verfahren zum Verbessern der Effizienz einer Maschine ist in dem
US-Patent Nr. 6,436,005 (Patent
'005) von Bellinger vom 20. August 2002 angegeben. Das Patent '005
beschreibt ein System mit einem Steuercomputer, der betrieben werden
kann, um eine Vielzahl von Bedingungen für Motorlasten und
Drehzahlgrenzen in Abhängigkeit von bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchskennlinien
mit Bezug auf eine Motorausgabe-Kennlinienmap zu bestimmen. Der
Steuercomputer definiert einen unerwünschten Motorbetriebsbereich.
Solange der Motor mit wenigstens einem der Übersetzungsverhältnisse eines
Fahrzeuggetriebes betrieben wird, kann der Steuercomputer einen
Motorbetrieb außerhalb des unerwünschten Motorbetriebsbereichs
aufrechterhalten oder unterstützen, indem er das Ausgangsverhältnis
des Getriebes ändert.
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Obwohl
das System des Patents '005 die Effizienz eines Fahrzeugs verbessern
kann, indem es das Fahrzeuggetriebe verwendet, um den Motor innerhalb
eines gewünschten Betriebsbereichs zu halten, berücksichtigt
es die Effizienzkennlinie des Getriebes nicht. Der Steuercomputer
des Patents '005 kann also die Effizienz des Motors maximieren,
indem er einen Betrieb des Motors außerhalb des unerwünschten
Betriebsbereichs unterstützt, wobei es jedoch möglich
ist, dass der unerwünschte Betriebsbereich des Motors mit
einem gewünschten Betriebsbereich des Getriebes überlappt.
Obwohl in dieser Situation die Motoreffizienz verbessert werden
kann, bleibt die Effizienz des Antriebsstrangs unbeeinflusst oder
wird sogar reduziert.
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Das
Steuersystem der vorliegenden Erfindung bezweckt, eines oder mehrere
der oben genannten Probleme zu lösen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Antriebsstrang-Steuersystem
für eine mobile Maschine. Das Antriebsstrang-Steuersystem
umfasst eine Antriebsquelle, die konfiguriert ist, um eine Leistungsausgabe
zu erzeugen, eine Getriebeeinrichtung, die operativ verbunden ist,
um die Leistungsausgabe zu empfangen und die mobile Maschine anzutreiben,
und ein Steuermodul. Das Steuermodul ist konfiguriert, um eine Angabe
einer Leistungsanforderung zu empfangen, eine Angabe einer aktuellen
Bewegungsgeschwindigkeit der mobilen Maschine zu empfangen und die
Leistungsanforderung und die aktuelle Bewegungsgeschwindigkeit mit einer
Antriebsstrang-Effizienzmap zu vergleichen, um eine gewünschte
Antriebsquellendrehzahl zu bestimmen. Das Antriebsstrang-Steuersystem
ist außerdem konfiguriert, um den Betrieb der Getriebeeinrichtung
zu steuern, um die Drehzahl der Antriebsquelle in einen vorbestimmten
Größenbereich der gewünschten Antriebsquellendrehzahl
zu bringen.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer mobilen Maschine. Das
Verfahren umfasst das Verbrennen eines Kraftstoffs in einer Antriebsquelle,
um eine Leistungsausgabe zu erzeugen, und das Weitergeben der Leistungsausgabe
für einen Antrieb der mobilen Maschine. Das Verfahren umfasst
weiterhin das Erfassen einer Leistungsanforderung, das Erfassen
einer Bewegungsgeschwindigkeit der mobilen Maschine und das Vergleichen
der erfassten Leistungsanforderung und der erfassten Bewegungsgeschwindigkeit
mit einer Antriebsstrang- Effizienzmap, um eine gewünschte
Antriebsquellendrehzahl zu bestimmen. Das Verfahren umfasst weiterhin
das Steuern des Betriebs der Getriebeeinrichtung, um die Drehzahl
der Antriebsquelle in einen vorbestimmten Größenbereich
der gewünschten Antriebsquellendrehzahl zu bringen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht einer beispielhaften Maschine gemäß der
Erfindung.
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2 ist
eine schematische Ansicht eines beispielhaften Antriebsstrangs für
die Verwendung mit der Maschine von 1 gemäß der
Erfindung.
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3 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben
des Antriebsstrangs von 2 gemäß der
Erfindung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt
eine beispielhafte Maschine 10 mit mehreren Systemen und
Komponenten, die zusammenwirken, um eine Aufgabe zu bewältigen.
Die durch die Maschine 10 ausgeführten Aufgaben
können mit einer bestimmten Branche wie etwa dem Bergbau,
dem Bau, der Landwirtschaft, dem Transportwesen, der Stromerzeugung
oder einer anderen Branche assoziiert sein. Zum Beispiel kann die
Maschine 10 eine mobile Maschine wie etwa der in 1 gezeigte
Straßenfertiger, ein Bus, eine Geländezugmaschine
oder eine andere mobile Maschine aus dem Stand der Technik sein.
Die Maschine 10 kann eine oder mehrere Bewegungseinrichtungen 12 umfassen,
die operativ mit einem Antriebsstrang 14 verbunden sind
und durch diesen angetrieben werden.
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Die
Bewegungseinrichtungen 12 können Räder
auf jeder Seite der Maschine 10 (nur eine Seite ist gezeigt)
umfassen. Alternativ hierzu können die Bewegungseinrichtungen
Schienen, Riemen oder andere Bewegungseinrichtungen umfassen. Es
kann eine beliebige Kombination der Räder an der Maschine 10 angetrieben
und/oder gesteuert werden.
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Der
Antriebsstrang 14 kann eine integrierte Einheit sein, die
konfiguriert ist, um Leistung zu erzeugen und zu den Bewegungseinrichtungen 12 zu übertragen.
Insbesondere kann der Antriebsstrang 14 eine Antriebsquelle 16,
die betrieben werden kann, um eine Leistungsausgabe zu erzeugen,
eine Getriebeeinheit 18, die verbunden ist, um die Leistungsausgabe
zu empfangen und in nützlicher Weise zu den Bewegungseinrichtungen 12 zu übertragen, und
ein Steuermodul 20 umfassen, das konfiguriert ist, um den
Betrieb der Antriebsquelle 16 und der Getriebeeinheit 18 in
Reaktion auf eine oder mehrere Eingaben zu steuern.
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Wie
in 2 gezeigt, kann die Antriebsquelle 16 einen
Verbrennungsmotor mit mehreren Subsystemen umfassen, die zusammenwirken,
um eine mechanische oder elektrische Leistungsausgabe zu erzeugen.
Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist die Antriebsquelle 16 als
ein Viertakt-Diselmotor gezeigt. Dem Fachmann sollte aber deutlich
sein, dass die Leistungsquelle 16 auch ein anderer Typ
von Verbrennungsmotor wie etwa ein Benzinmotor oder ein mit einem
gasförmigen Kraftstoff betriebener Motor sein kann. Die Subsysteme
in der Antriebsquelle 16 können zum Beispiel ein
Kraftstoffsystem, ein Lufteinführsystem, ein Abgassystem,
ein Schmiersystem, ein Kühlsystem oder ein anderes geeignetes
System umfassen.
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Die
Antriebsquelle 16 kann wenigstens teilweise über
eine Benutzereingabeeinrichtung 22 gesteuert werden, die
konfiguriert ist, um eine angeforderte Maschinenausgabeleistung
anzugeben. Die Benutzereingabeeinrichtung 22 kann eine
beliebige Einrichtung sein, die ein elektrisches Signal ausgibt, das
eine gewünschte Maschinenausgabeleistung angibt, wobei
es sich zum Beispiel um ein durch den Benutzer betätigbares
Pedal handeln kann, das eine Minimalposition aufweist und über
einen Bereich von Positionen zu einer Maximalposition bewegt werden kann.
Ein Sensor (nicht gezeigt) wie etwa ein Schalter oder ein Potentiometer
kann vorgesehen sein, um die Position der Bedienereingabeeinrichtung 22 zu erfassen
und ein Signal mit einer angeforderten Maschineleistung in Reaktion
auf die Position der Einrichtung zu erzeugen. Das Signal mit der
angeforderten Maschinenleistung kann über das Steuermodul 20 zu
der Antriebsquelle 16 gegeben werden, um einen Luftfluss
und/oder eine Kraftstoffzufuhr zu der Antriebsquelle 16 zu
steuern. Die gewünschte Maschinenausgabeleistung kann jedoch
auch auf andere Weise bestimmt werden, etwa indem die Kraftstoffeinstellung,
der Ladedruck, die Abgastemperatur, die Ventilzeiten, das Ausgabedrehmoment
oder ein anderer geeigneter Parameter der Antriebsquelle 16 überwacht
wird.
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Ein
Sensor 24 kann mit der Antriebsquelle 16 assoziiert
sein, um die Drehzahl der Antriebsquelle 16 zu erfassen.
In einem Beispiel kann der Sensor 24 ein Sensor mit einem
magnetischen Abnehmer sein, der mit einem Magneten in einer sich
drehenden Komponente der Antriebsquelle 16 wie etwa der
Kurbelwelle oder dem Schwungrad assoziiert ist. Während
des Betriebs der Antriebsquelle 16 kann ein Sensor 24 ein
durch den Magneten erzeugtes und sich drehendes Magnetfeld erfassen
und ein der Drehzahl der Antriebsquelle 16 entsprechendes
Signal erzeugen.
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Die
Getriebeeinheit 18 kann zum Beispiel ein kontinuierlich
variables Getriebe (CVT) sein. Die Getriebeeinheit 18 kann
ein beliebiger Typ von kontinuierlich variablem Getriebe wie etwa
ein kontinuierlich variables Hydraulikgetriebe (wie in 1 und 2 gezeigt),
ein kontinuierlich variables und Elektrogetriebe (nicht gezeigt)
oder eine Getriebe mit einer anderem dem Fachmann bekannten Konfiguration
sein.
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Ein
kontinuierlich variables Getriebe umfasst allgemein ein Antriebselement 28 und
ein angetriebenes Element 30. In der kontinuierlich variablen
Hydraulikgetriebeeinheit 18 von 2 ist das
Antriebselement eine Pumpe wie etwa eine variable Verdrängungspumpe
und ist das angetriebene Element 30 ein Motor wie etwa
ein variabler Verdrängungsmotor. Das angetriebene Element 30 kann über
Leitungen, die ein Fluid zu und von dem Antriebselement 28 und
dem angetriebenen Element 30 zuführen und zurückführen,
in einer Fluidverbindung mit dem Antriebselement 28 stehen,
sodass das Antriebselement 28 das angetriebene Element 30 effektiv
durch einen Fluiddruck antreibt.
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Die
Getriebeeinheit 18 kann auch eine Getriebeeinheit 26 mit
einem fixen Übersetzungsverhältnis umfassen, das
eine Vielzahl von wählbaren und fixen Vorwärtsgängen
aufweist. Ein Gangwahlhebel (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein,
um anzugeben, welcher der fixen Vorwärtsgänge
gewünscht wird, und um ein entsprechendes Übersetzungsverhältnissignal über
das Steuermodul 20 zu der Getriebeeinheit 26 zu
geben. Wenn sich in einem Automatikgetriebe die Bewegungsgeschwindigkeit der
Maschine erhöht, kann das Steuermodul 20 ein Schalten
der Getriebeeinheit 26 in Übereinstimmung mit
einer Schaltmap bewerkstelligen, bis ein maximaler gewünschter
Gang erreicht wird. Bei einem manuellen Getriebe kann das Steuermodul 20 den
durch den Benutzer gewählten Gangwechsel bewerkstelligen,
wenn der Benutzer die Wahl trifft. Des Gangwahlhebel kann aber auch
eine mechanische Einrichtung umfassen, die den Gangwechsel direkt durchführt.
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Ein
Sensor 32 kann mit einem Ausgang der Getriebeeinheit 18 verbunden
sein, um die Bewegungsgeschwindigkeit der Maschine 10 zu
erfassen. In einem Beispiel kann der Sensor 32 ein Sensor
mit einem magnetischen Abnehmer sein, der mit einem Magneten in
einer sich drehenden Komponente wie etwa einer Ausgangswelle der
Getriebeeinheit 18 oder einer Eingangswelle der Bewegungseinrichtung 12 assoziiert
ist. Während des Betriebs der Maschine 10 kann
der Sensor 32 das durch den Magneten erzeugte und sich
drehende Magnetfeld erfassen und ein Signal in Entsprechung zu der
Bewegungsgeschwindigkeit der Maschine 10 erzeugen.
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Das
Steuermodul 20 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder
mehrere Mikroprozessoren aufweisen, die eine Einrichtung zum Steuern
des Betriebs des Antriebsstrangs 14 umfassen. Verschiedene
auf dem Markt erhältliche Mikroprozessoren können
konfiguriert werden, um die Funktionen des Steuermoduls 20 auszuführen.
Es ist jedoch zu beachten, dass das Steuermodul 20 auch
einfach durch einen allgemeinen Maschinenmikroprozessor, der verschiedene
Maschinenfunktionen steuern kann, einen Motormikroprozessor oder
einen Getriebemikroprozessor gebildet werden kann. Das Steuermodul 20 kann
einen Speicher, eine sekundäre Speichereinrichtung, einen
Prozessor und andere Komponenten zum Ausführen einer Anwendung
umfassen. Verschiedene andere Schaltungen können mit dem Steuermodul 20 assoziiert
sein, wie etwa eine Stromversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung,
eine Solenoidsteuerschaltung oder andere Schaltungen.
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Eine
oder mehrere Antriebsstrang-Effizienzmaps mit Bezug auf das Bewegungsgeschwindigkeitssignal
und das Leistungsanforderungssignal und in Entsprechung zu einer
gewünschten Antriebsquellendrehzahl und zu gewünschten
Effizienzwerten können in dem Speicher des Steuermoduls 20 gespeichert
sein. Jede dieser Maps kann auf ein anderes fixes Übersetzungsverhältnis
der Getriebeeinheit 26 bezogen sein und kann in der Form
von Tabellen, Kurven und/oder Gleichungen vorgesehen sein. Jede
der Antriebsstrang-Effizienzmaps kann eine Kombination aus Antriebsquellen-Effizienzdaten
und Getriebeeffizienzdaten aus einem Labor und/oder einem Feldbetrieb
des Antriebsstrangs 14 in einem bestimmten fixen Übersetzungsverhältnis
sein. Das Steuermodul 20 kann auf diese Maps Bezug nehmen und
den Betrieb des Antriebselements 28 und des angetriebenen
Elements 30 steuern, um den Betrieb der Antriebsquelle 16 zu
der gewünschten Antriebsquellendrehzahl zu bringen. Wenn
das Steuermodul 20 die Getriebeeinheit 18 beeinflusst,
um die Drehzahl der Antriebsquelle 16 zu der gewünschten
Antriebsquellendrehzahl zu bringen, kann die Gesamteffizienz des
Antriebsstrangs 14 in dem bestimmten fixen Übersetzungsverhältnis
für die Leistungsanforderung und die gegebene Bewegungsgeschwindigkeit
der Maschine 10 maximal sein, auch wenn die Effizienz der
Antriebsquelle und/oder des Getriebes nicht maximal sind.
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Das
Steuermodul 20 kann auch konfiguriert sein, um ein Schalten
der Getriebeeinheit 26 zwischen fixen Übersetzungsverhältnissen
zu bewerkstelligen, wenn das Schalten die Effizienz des Antriebsstrangs 14 um
eine Schwellwertgröße verbessern kann. Insbesondere
kann das Steuermodul 20 gleichzeitig auf mehrere Maps Bezug
nehmen, zu denen etwa eine Map in Entsprechung zu dem derzeit gewählten
fixen Übersetzungsverhältnis, eine Map in Entsprechung
zu dem oben benachbarten fixen Übersetzungsverhältnis
und eine Map in Entsprechung zu einem unten benachbarten fixen Übersetzungsverhältnis
gehören. Das Steuermodul 20 kann die aktuell angeforderte
Leistung und die aktuelle Bewegungsgeschwindigkeit der Maschine 10 mit
allen diesen Maps vergleichen, um die gewünschte Antriebsquellendrehzahl
zu bestimmen, mit der sich eine optimale Effizienz des Antriebsstrangs 14 für
die bestimmten fixen Übersetzungsverhältnisse
erzielen lässt. Das Steuermodul 20 kann die drei
resultierenden Antriebsstrangeffizienzen vergleichen und die Getriebeeinheit 26 zu
dem fixen Übersetzungsverhältnis mit der höchsten
Effizienz schalten. Das Steuermodul 20 kann aber auch nur
dann ein die Effizienz verbesserndes Schalten durchführen,
wenn die Verbesserung der Effizienz größer als
eine Schwellwertgröße von etwa ungefähr
5% ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Getriebeeinheit 26 ständig
zwischen zwei Übersetzungsverhältnissen wechselt.
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3 zeigt
ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs 14.
Die 3 wird im folgenden Abschnitt erläutert,
um das angegebene System und seinen Betrieb zu verdeutlichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das
angegebene Antriebsstrang-Steuersystem kann auf ein beliebiges Fahrzeug
angewendet werden, bei dem die Gesamteffizienz wichtig ist. Insbesondere
indem eine assoziierte Antriebsquelle und ein Getriebe in Reaktion
auf eine kombinierte Effizienzkennlinie und nicht auf einzelne Effizienzkennlinien
gesteuert werden, kann die Gesamteffizienz des Fahrzeugs verbessert
werden. Der Betrieb der Maschine 10 wird im Folgenden erläutert.
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Wie
in dem Flussdiagramm von 3 angegeben, kann der erste
Schritt zur Verbesserung der Betriebseffizienz der Maschine 10 vorsehen,
dass das Steuermodul 20 durch verschiedene Komponenten
des Antriebsstrangs 14 erzeugte Signale überwacht
(Schritt 100). Insbesondere kann das Steuermodul 20 das
Bewegungsgeschwindigkeitssignal aus dem Sensor 24, das
Leistungsanforderungssignal aus der Bedienereingabeeinrichtung 22 und
ein Signal aus der Getriebeeinheit 26, das das aktuell Ausgangsverhältnis
der Getriebeeinheit 26 angibt, überwachen. In
einem Beispiel kann die überwachte Bewegungsgeschwindigkeit
ungefähr 10 Meilen pro Stunde betragen, kann die angeforderte
Leistung ungefähr 300 PS betragen und kann das aktuelle
Ausgangsverhältnis dem dritten von sechs verfügbaren fixen Übersetzungsverhältnissen
entsprechen. Es können aber auch andere Betriebssignale
durch das Steuermodul 20 überwacht werden.
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In
Reaktion auf die Werte der überwachten Signale kann das
Steuermodul 20 eine bestimmte Map für die Antriebseffizienz
aus den im Speicher des Steuermoduls 20 gespeicherten Maps
für die Bezugnahme wählen (Schritt 110).
In dem oben beschriebenen Beispiel kann das Steuermodul 20 die Map
in Entsprechung zu dem dritten Gang der Getriebeeinheit 26,
die Map in Entsprechung zu dem oben benachbarten Ausgangsverhältnis
bzw. dem vierten Gang der Getriebeeinheit 26 und die Map
in Entsprechung zu dem unten benachbarten Ausgangsverhältnis
bzw. dem zweiten Gang der Getriebeeinheit 26 wählen.
Wenn das aktuelle Ausgangsverhältnis das höchste
oder das niedrigste Ausgangsverhältnis der Getriebeeinheit 26 (der
sechste oder der erste Gang in dem oben beschriebenen Beispiel)
ist, kann das Steuermodul 20 nur zwei Maps für die
Bezugnahme wählen (z. B. die Map in Entsprechung zu dem
aktuellen Ausgangsverhältnis und die Map in Entsprechung
zu dem nächsten verfügbaren Ausgangsverhältnis).
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Aus
jeder der für die Bezugnahme gewählten Maps kann
das Steuermodul 20 eine gewünschte Motordrehzahl
und einen entsprechenden vorausgesagten Antriebsstrang-Effizienzwert
bestimmen (Schritt 220). Das heißt, das Steuermodul 20 kann aus
der Map in Entsprechung zu dem dritten Gang bestimmen, dass die
optimale Antriebsquellendrehzahl, bei der der Antriebsstrang 14 die
gewünschten 300 PS zu der Bewegungseinrichtung 12 übertragen kann,
bei 1500 U/min liegen kann, wobei die assoziierte Antriebsstrangeffizienz
ungefähr 45% beträgt. In dieser Situation kann
die Antriebsquelle 16 300 PS bei einer Drehzahl von 1800
U/min mit einer höheren Effizienz als bei 1500 U/min erzeugen.
Wenn sich die Maschine 10 jedoch aufgrund der Effizienzkennline der
Getriebeeinheit 18 mit 10 Meilen pro Stunde bewegt, kann
die Gesamteffizienz des Antriebsstrangs 14 niedriger sein,
wenn die Antriebsquelle 16 mit 1800 U/min und nicht mit
1500 U/min betrieben wird. Aus diesem Grund kann die gewünschte
Antriebsquellendrehzahl von 1500 U/min für die Steuerung gewählt
werden. Aus den Maps in Entsprechung zu dem zweiten Gang und dem
vierten Gang kann das Steuermodul 20 auf ähnliche
Weise die gewünschten Antriebsquellendrehzahlen bestimmen,
bei denen der Antriebsstrang 14 300 PS zu der Bewegungseinrichtung 12 übertragen
kann. Zum Beispiel können die Effizienzwerte in Entsprechung
zu den gewünschten Antriebsquellendrehzahlen aus den Maps für
den zweiten und den vierten Gang jeweils ungefähr 35% und
40% betragen. Die optimale Antriebsquellendrehzahl kann auch für
jeden Gang der Getriebeeinheit 26 gleich sein, wobei jedoch
jeder Gang ein anderes Ausgangsverhältnis für
das Antriebselement 28 und das angetriebene Element 30 benötigt, um
diese Drehzahl zu erzielen. Es können auch nur ein Gang
und ein Ausgangsverhältnis für das Antriebselement 28 und
das angetriebene Verhältnis 30 vorgesehen sein,
die optimal für eine angeforderte Leistung und Bewegungsgeschwindigkeit
sind. Wenn jedoch die optimale Antriebsquellengeschwindigkeit für eine
bestimmte Leistungsanforderung und eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit
in den verschiedenen Gängen der Getriebeeinheit 26 verschieden sind,
kann der Gang mit dem effizientesten Ausgangsverhältnis
für das Antriebselement und das angetriebene Element 28, 30 der
beste Gang sein.
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Sobald
die vorausgesagten Antriebsstrang-Effizienzwerte in Entsprechung
zu den gewünschten Antriebsquellendrehzahlen bestimmt wurden,
kann das Steuermodul 20 feststellen, ob ein Schalten der
Getriebeeinheit 26 zu einem der benachbarten Gänge
die Effizienz des Antriebsstrangs 14 verbessert. Wenn zum
Beispiel ein Schalten der Getriebeeinheit 26 von dem dritten
Gang zu dem zu dem zweiten oder vierten Gang die Effizienz des Antriebsstrangs 14 um
mindestens 5% verbessern kann, kann das Steuermodul 20 das
Schalten veranlassen (Schritt 140). Weil in dem oben beschriebenen Beispiel
die vorausgesagten Effizienzen des Antriebsstrangs 14 in
dem zweiten und in dem vierten Gang niedriger als die für
den Betrieb in dem dritten Gang bestimmte Effizienz ist, kann das
Steuermodul 20 gestatten, dass die Getriebeeinheit 26 in
dem dritten Gang bleibt.
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Nach
dem Schalten der Getriebeeinheit 26 oder der Bestimmung,
dass ein derartiges Schalten die Effizienz des Antriebsstrangs 14 nicht
ausreichend verbessert, kann das Steuermodul 20 das Ausgangsverhältnis
des Antriebselements 28 und/oder des angetriebenen Elements 30 derart steuern,
dass die Drehzahl der Antriebsquelle 16 in einen vorbestimmten
Größebereich der gewünschten Motordrehzahl
gebracht wird (Schritt 150). Wenn zum Bespiel die gewünschte
Motordrehzahl 1500 U/min beträgt und die aktuelle Motordrehzahl
bei 1800 U/min liegt, kann das Steuermodul 20 die Verdrängung
des Antriebselements 28 erhöhen und die Verdrängung
des angetriebenen Elements 30 vermindern, sodass eine größere
Drehmomentlast von der Bewegungseinrichtung 12 auf die
Antriebsquelle 16 übertragen wird. Die größere
Drehmomentlast kann verursachen, dass die Geschwindigkeit der Antriebsquelle 16 zu
einer annehmbaren vorbestimmten Größe von 1500
U/min geht. Um umgekehrt die Geschwindigkeit der Antriebsquelle 16 zu
erhöhen, kann die Verdrängung des Antriebselements 28 reduziert
werden, während gleichzeitig die Verdrängung des
angetriebenen Elements 30 erhöht wird, um die
auf die Antriebsquelle 16 übertragene Drehmomentlast
zu reduzieren.
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Weil
die Antriebsquelle 16 und die Getriebeeinheit 18 in Übereinstimmung
mit einer integrierten Effizienz des Antriebsstrangs und nicht in Übereinstimmung
mit den Effizienzen von einzelnen Komponenten gesteuert werden kann,
kann die Gesamteffizienz der Maschine 10 verbessert werden.
Insbesondere können Situationen auftreten, in denen ein
effizientester Betriebspunkt der Antriebsquelle 16 nicht der
effizienteste Betriebspunkt der Getriebeeinheit 18 ist.
Wenn in dieser Situation die Antriebsquelle 16 in Übereinstimmung
mit ihrer optimalen Effizienzeinstellung betrieben würde,
wäre die Gesamteffizienz des Antriebsstrangs 14 nicht
maximiert. Weil das Steuermodul 20 die kombinierte Effizienz
der Antriebsquelle 16 und der Getriebeeinheit 18 berücksichtigt,
kann die Effizienz des integrierten Antriebsstrangs bei einer optimalen
Einstellung sein, auch wenn die einzelnen Effizienzen der Antriebsquelle 16 und
der Getriebeeinheit 18 unter Umständen nicht optimal
sind.
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Dem
Fachmann sollte deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem beschriebenen Steuersystem vorgenommen werden können.
Der Fachmann kann auf der Grundlage der vorstehenden Beschreibung
auch andere Ausführungsformen des angegebenen Steuersystems
entwickeln. Die beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhaft
aufzufassen, wobei der Erfindungsumfang durch die folgenden Ansprüche
und deren Äquivalente definiert wird.
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Zusammenfassung
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Ein
wird ein Antriebsstrang-Steuersystem (14) für
eine mobile Maschine (10) angegeben. Das Antriebsstrang-Steuersystem
umfasst eine Antriebsquelle (16), die konfiguriert ist,
um eine Leistungsausgabe zu erzeugen, eine Getriebeeinrichtung (18),
die operativ verbunden ist, um die Leistungsausgabe zu empfangen
und die mobile Maschine anzutreiben, und ein Steuermodul (20).
Das Steuermodul ist konfiguriert, um eine Angabe einer Leistungsanforderung
zu empfangen, eine Angabe der aktuellen Bewegungsgeschwindigkeit
der mobilen Maschine zu empfangen, und die Leistungsanforderung
und die aktuelle Bewegungsgeschwindigkeit mit einer Antriebsstrang-Effizienzmap
zu vergleichen, um eine gewünschte Antriebsquellendrehzahl
zu bestimmen. Das Antriebsstrang-Steuersystem ist weiterhin konfiguriert,
um den Betrieb der Getriebeeinrichtung zu steuern, um die Drehzahl
der Antriebsquelle in einen vorbestimmten Größenbereich
der gewünschten Antriebsquellendrehzahl zu bringen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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