-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Steuersystem
für eine Maschine mit einem CVT-Getriebe und insbesondere
auf ein Steuersystem zum Variieren einer Kraftquellengeschwindigkeit
basierend auf einer CVT-Ausgabegeschwindigkeit.
-
Hintergrund
-
Maschinen,
wie beispielsweise Fachfahrzeuge für auf der Autobahn,
Nutzfahrzeuge für abseits von Autobahnen. Radlader, Motorstraßenhobel
und andere Arten von Schwerfahrzeugen werden für eine Vielzahl
von Aufgaben genutzt. Diese Maschinen beinhalten im Allgemeinen
eine Kraftquelle, die beispielsweise ein Motor ausführen
kann, wie zum Beispiel ein Dieselmotor, ein Benzinmotor oder ein
mit gasförmigem Kraftstoff angetriebener Motor, der die zum
Durchführen dieser Aufgaben erforderliche Leistung vorsieht.
Die durch die Kraftquelle erzeugte Leistung kann über ein
Getriebe, wie beispielsweise ein kontinuierlich variables Getriebe
(„CVT”), an eine oder mehrere Eingriffseinrichtungen
mit dem Boden übertragen werden, um die Maschine vorwärts
zu bewegen.
-
Maschinensteuersysteme
werden oftmals verwendet, um den Betrieb der Kraftquelle und des CVTs
zu koordinieren und regulieren, um das Ansprechverhalten der Maschine
und die Effizienz zu verbessern. Während die Maschine fährt,
können beispielsweise die Kraftquelle und das CVT eine Bandbreite
an Geschwindigkeiten und Drehmomenten haben, bei denen die Kraftquelle
und das CVT einen im Wesentlichen stabilen und effizienten Betrieb aufweisen.
Ein Betreiben außerhalb dieses Bereichs kann den Kraftstoffverbrauch
erhöhen und/oder das Ansprechverhalten verringern.
-
Ein
Verfahren zum Steuern einer Kraftquelle und eines CVTs ist im
US-Patent Nr. 7,192,374 (dem
'374 Patent), das für
Kuras et al. am 20. März 2007 ausgegeben wurde, offenbart.
Das
'374 Patent offenbart
ein Motorunterdrehzahlsteuersystem, das das Übersetzungsverhältnis
so einstellt, dass der Motor bei einer optimalen Drehzahlbedingung
läuft (d. h. innerhalb eines Bereichs von Drehzahlen, bei
denen der Motor am effektivsten arbeitet). Das Steuersystem des
'374 Patents beschreibt
eine Bedienereingabe, die ein Eingangssignal für eine Steuerung
vorsieht. Die Bedienereingabe könnte beispielsweise ein
Gaspedal sein, das es dem Bediener ermöglicht, das Pedal
niederzudrücken, um eine Zunahme in der Maschinenausgangsgeschwindigkeit
zu verlangen. Das Eingangssignal kann eine eingeforderte Geschwindigkeit
darstellen, die die Steuerung dann in einen Motordrehzahlbefehl
umwandelt (wobei der Motor ein Bauteil eines CVTs ist, das durch
einen Verbrennungsmotor angetrieben wird). Das Steuersystem des
'374 Patents verhindert,
dass der Motordrehzahlbefehl eine obere Drehzahlgrenze übersteigt
und unter eine untere Drehzahlgrenze fällt. Diese Grenzen
sind so berechnet, dass, solange der Motordrehzahlbefehl innerhalb
der oberen und unteren Drehzahlgrenzen bleibt, der Motordrehmomentbefehl innerhalb
der Drehmomentfähigkeit des Motors verbleibt. Die Motordrehmomentgrenze
bei einer bestimmten Motordrehzahl kann aus den Drehmoment-Drehzahlkurven
für den Motor bestimmt werden. Der Motorunterdrehzahlsteuerungsalgorithmus (implementiert
durch die Steuerung) wird auch den Motordrehzahlbefehl senken, wenn
der Motor zu schleifen beginnt (zum Beispiel wenn die Motordrehzahl
unter einen Schwellenwert fällt). Das Verfahren des
'374 Patents ermöglicht
es somit, dass das CVT auf Änderungen in dem Motordrehzahlbefehl
rasch anspricht, wobei ein Schaden an dem Motor und dem Getriebe
verhindert wird.
-
Wenngleich
die Maschine des
'374 Patents dazu
beitragen kann, dass der Motor ansprechend bleibt, wobei ein möglicher
Schaden an dem Motor und dem Getriebe verhindert wird, ist es möglich, dass
sie nicht einen ausreichenden Betrieb und Steuerung des Motors unter
allen Bedingungen vorsieht. Indem die Motordrehzahl gesteuert wird
es möglich, dass das Steuersystem des
'374 Patents es dem Verbrennungsmotor
ermöglicht, bei einer nicht effizienten und/oder nicht
ansprechenden Verbrennungsmotordrehzahl (d. h. entweder zu niedrig
oder zu hoch) für das gegenwärtig vorliegende
Getriebeübersetzungsverhältnis, die Arbeitsgerätbedingungen
und die Lastbedingungen zu arbeiten.
-
Das
offenbarte Maschinensystem ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der vorher beschriebenen Probleme zu überwinden.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
In
einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Antriebsstrangsteuersystem
gerichtet. Das Antriebsstrangsteuersystem kann eine Kraftquelle
und ein an einen Ausgang der Kraftquelle gekoppeltes CVT enthalten.
Das Antriebsstrangsteuersystem kann weiter eine Steuerung in Verbindung
mit der Kraftquelle und dem CVT enthalten. Die Steuerung kann ein
Kennfeld mit einer Mehrzahl von Drehzahlmodi enthalten und, für
zumindest einen der Mehrzahl der Drehzahlmodi, kann die Steuerung
angepasst sein, eine tatsächliche Kraftquellengeschwindigkeit
basierend auf zumindest einer aus einer CVT-Ausgangsdrehzahl oder
einer Fahrgeschwindigkeit über Grund zu variieren.
-
In
einem anderen Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
der Maschinensteuerung gerichtet. Das Verfahren kann das Erzeugen
einer Drehausgabe enthalten und das Lenken der Drehausgabe zum Antreiben
eines CVTs. Das Verfahren kann weiter das Messen einer CVT-Ausgabedrehzahl
und das Variieren einer tatsächlichen Geschwindigkeit der
Rotationsausgabe basierend auf der gemessenen CVT-Ausgabedrehzahl
enthalten. Das Variieren der tatsächlichen Geschwindigkeit kann
auftreten, wenn zumindest einer einer Mehrzahl von Geschwindigkeitsmodi
implementiert wird.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine diagrammartige Darstellung einer exemplarisch offenbarten Maschine;
-
2 ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung eines exemplarisch
offenbarten Antriebsstrangs und eines Steuersystems, das mit der
Maschine aus 1 verwendet werden kann; und
-
3 ist
ein Diagramm eines exemplarischen Kennfelds zum Steuern des Antriebsstrangs aus 2.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 stellt
eine exemplarische Maschine 10 dar. Die Maschine 10 kann
ein mobiles Fahrzeug sein, das irgendeine Art von Betrieb in Zusammenhang
mit einer Industrie durchführt, wie zum Beispiel dem Bergbau,
der Konstruktion, der Landwirtschaft, dem Transport oder irgendeiner
anderen im Stand der Technik bekannten Industrie. Beispielsweise kann
die Maschine 10 eine Erdbewegungsmaschine sein, wie zum
Beispiel ein Radlader, ein Bagger, ein Löffelbagger, ein
Motorstraßenhobel oder jede andere geeignete erdbewegende
Maschine, die im Stand der Technik bekannt ist. Alternativ kann
die Maschine 10 ein lasttragendes Fahrzeug sein, ein Seeschiff, ein
Passagierfahrzeug oder jede andere geeignete einen Betrieb durchführende
Maschine. Die Maschine 10 kann eine oder mehrere Zugeinrichtungen 12, ein
Arbeitsgerät 16, eine Bedienerstation 18 und
einen Antriebsstrang 20 enthalten.
-
Die
Zugeinrichtungen 12 können ein oder mehrere Räder
enthalten, die auf jeder Seite der Maschine 10 (nur eine
Seite ist dargestellt) sich befinden, die gestaltet sind, dass sie
eine translatorische Bewegung der Maschine 10 ermöglichen.
Alternativ können die Zugeinrichtungen 12 Ketten,
Riemen oder andere im Stand der Technik bekannte Zugeinrichtungen
enthalten. Jede beliebige der Zugeinrichtungen 12 kann
angetrieben und/oder lenkbar sein.
-
Das
Arbeitsgerät 16 kann jede Einrichtung enthalten,
die dazu verwendet wird, eine spezielle Aufgabe durchzuführen,
wie zum Beispiel eine Baggerschaufel, ein Schild, eine Kippschaufel,
einen Grubber, einen Hammer, eine Enterhakeneinrichtung oder irgendeine
andere eine Aufgabe erfüllende Einrichtung, die im Stand
der Technik bekannt ist. Ein oder mehrere Arbeitsgeräte 16 können
an der Maschine 10 anbringbar sein und von der Bedienerstation 18 aus
steuerbar sein. Das Arbeitsgerät 16 kann mit der
Maschine 10 über ein direktes Gelenk oder ein
Verbindungsgelenksystem verbunden sein und kann über ein
oder mehrere hydraulische Stellglieder, elektrische Motoren oder
in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt werden.
Das Arbeitsgerät 16 kann schwenken, drehen, gleiten,
schwingen, heben oder sich relativ zu der Maschine 10 in
irgendeiner im Stand der Technik bekannten Weise bewegen.
-
Die
Bedienerstation 18 kann ein Ort sein, von dem aus ein Bediener
die Maschine 10 steuert. Die Bedienerstation 18 kann
sich bezüglich der Maschine 10 onboard oder offboard
befinden und kann eine Bedienereingabeeinrichtung 22 (siehe 2)
zum Steuern einer oder mehrerer Komponenten des Antriebsstrangs 20 enthalten.
Die Bedienereingabeeinrichtung 22 kann sich proximal zu
einem Bedienersitz befinden und kann einen Einachsen- oder Mehrachsen-Joystick,
ein Rad, einen Knopf, eine Push-Pull-Einrichtung, einen Druckknopf,
ein Pedal oder jede andere Art von Eingabeeinrichtung, die im Stand
der Technik bekannt ist, enthalten. Es ist in Erwägung
gezogen, dass die Bedienerstation 18 zusätzliche
Bedienereingabeeinrichtungen enthalten kann, wie zum Beispiel eine
Lenkeinrichtung, eine Bremseinrichtung, eine Gangwahlwähleinrichtung und/oder
andere Bedienereingabeeinrichtungen, die im Stand der Technik bekannt
sind.
-
Wie
es in 2 gezeigt ist, kann der Antriebsstrang 20 Bauteile
enthalten, die zum Vorwärtsbewegen der Maschine 10 zusammenarbeiten.
Insbesondere kann der Antriebsstrang 20 eine Antriebsquelle 24 enthalten,
die in Antriebsverbindung mit einem kontinuierlich variablen Getriebe
(„CVT”) 26 verbunden ist. Es ist in Erwägung
zu ziehen, dass der Antriebsstrang 20 auch einen Drehmomentwandler (nicht
dargestellt) zum Koppeln der Kraftquelle 24 und des CVTs 26 enthalten
kann.
-
Die
Kraftquelle 24 kann eine Leistungsausgabe für
den Betrieb der Maschine 10 (bezugnehmend auf 1)
vorsehen. Die Kraftquelle 24 kann durch einen Verbrennungsmotor,
wie zum Beispiel einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen durch gasförmigen
Kraftstoff angetriebenen Motor (zum Beispiel einen Naturgasmotor)
oder jede andere Art von Verbrennungsmotor, die im Stand der Technik bekannt
ist, ausgeführt sein. Die Kraftquelle 24 kann alternativ
durch eine Nicht-Verbrennungs-Kraftquelle ausgeführt sein,
wie zum Beispiel eine Brennstoffzelle oder eine Stromspeichereinrichtung,
die mit einem elektrischen Motor verbunden ist. Die Kraftquelle 24 kann
eine Rotationsausgabe zum Antreiben der Zugeinrichtung 12 (siehe 1)
vorsehen, und dadurch die Maschine 10 vorwärts
bewegen. Die Kraftquelle 24 kann auch eine Rotationsausgabe
zum Antreiben eines Hydraulikkreises 25 vorsehen, der zum
Betätigen des Arbeitsgerätes 16 verwendet
wird.
-
Das
CVT 26 kann eine Vielzahl von Unterbauteilen (oder Kraftflusswegen)
enthalten, die Rotationsleistung von einem Ausgang 30 der
Kraftquelle 24 an die Zugeinrichtung 12 übertragen.
Die Unterbauteile können beispielsweise ein mechanisches Getriebe 27 und
ein hydrostatisches Getriebe 28 enthalten. Es ist in Erwägung
gezogen, dass das mechanische Getriebe 27 und das hydrostatische
Getriebe 28 parallel, wie es in 2 gezeigt
ist, oder in Serie wirken.
-
Das
mechanische Getriebe 27 des CVTs 26 kann beispielsweise
durch ein bidirektionales mechanisches Multispeed-Getriebe mit einer
Mehrzahl von Vorwärtsübersetzungen, einer oder
mehrerer Rückwärtsübersetzungen und einer
oder mehrerer Kupplungen (nicht dargestellt) ausgeführt
sein. Das mechanische Getriebe 27 kann selektiv die Kupplungen betätigen
zum Ineingriffnehmen von vorbestimmten Kombinationen von (nicht
dargestellten) Zahnrädern zum Erzeugen eines diskreten
Ausgangsübersetzungsverhältnisses. Das mechanische
Getriebe 27 kann ein Getriebe vom Automatiktyp sein, wobei
das Schalten auf einer Kraftquellengeschwindigkeit basiert, einem
maximalen bedienergewählten Schaltverhältnis und
einem Schaltkennfeld, das innerhalb einer Steuerung gespeichert
ist. Alternativ kann das mechanische Getriebe 27 ein Handschaltgetriebe sein,
bei dem der in Eingriff genommene Gang manuell durch einen Bediener
gewählt wird.
-
Das
hydrostatische Getriebe 28 kann eine Pumpe 38 und
einen Motor 40 enthalten, die mittels eines ersten Fluiddurchlasses 42 und
eines zweiten Fluiddurchlasses 44 verbunden sind. Die Pumpe 38 kann
beispielsweise durch eine Verstellpumpe, die durch den Ausgang 30 der
Kraftquelle 24 gedreht wird, um Fluid unter Druck zu setzen,
ausgeführt sein. Die Pumpe 38 kann das unter Druck
gesetzte Fluid durch Fluiddurchlässe 42 oder 44 an
den Motor 40 lenken, und somit eine nachfolgende Rotation
des Motors 40 erzeugen. Ein „Übersetzungsverhältnis” oder ”effektives Übersetzungsverhältnis” des
hydrostatischen Getriebes 28 kann durch Variieren des Versatzes
der Pumpe 38 verändert werden. Es ist in Erwägung
zu ziehen, dass der Fluidversatz der Pumpe 38 unendlich
variiert werden kann, innerhalb der Betriebsgrenzen der Pumpe 38 (d.
h. jeglicher Fluidversatz innerhalb der Betriebsgrenzen der Pumpe 38 kann
erreichbar sein), wodurch somit eine unendliche Anzahl von effektiven Übersetzungsverhältnissen
erzeugt wird. Das hydrostatische Getriebe 28 kann alternativ
durch ein elektrisches kontinuierlich variables Getriebe ausgeführt
sein, ein rollkörperbasiertes kontinuierlich variables
Getriebe oder ein riemenscheibenbasiertes kontinuierlich variables
Getriebe.
-
Die
Ausgaben des mechanischen Getriebes 27 und des hydrostatischen
Getriebes 28 können unter Verwendung von einer
oder mehreren Zahnradanordnungen 32 (nur eine ist in 2 gezeigt),
die zwischen dem mechanischen und hydrostatischen Getriebe 27, 28 und
einer mechanischen Ausgabe 36 angeordnet sind, kombiniert
werden. Die Zahnradanordnungen 32 können beispielsweise
Planetenradanordungen enthalten. Jede Zahnradanordnung 32 kann
beispielsweise einen Träger 33, ein Ringrad 35 und
ein Sonnenrad 37 enthalten. Das Sonnenrad 37 kann
mit der mechanischen Ausgabe 36 verbunden sein, die mit
der Zugeinrichtung 12 verbunden sein kann. Das mechanische
Getriebe 27 kann mit dem Träger 33 verbunden
sein und das hydrostatische Getriebe kann mit dem Ringrad 35 verbunden
sein. Es ist in Erwägung zu ziehen, dass alternativ eine
parallele Konfiguration durch Anordnen von entweder dem hydrostatischen
Getriebe oder dem mechanischen Getriebe 27 auf einer Ausgabeseite
der Zahnradanordnungen 32 (d. h. gekoppelt zur mechanischen
Ausgabe 36) und durch anschließendes Verbinden
eines Wegs der Ausgabe 30 direkt in die Zahnradanordnungen 32 (zum
Beispiel wenn sich das mechanische Getriebe 27 auf dem
Ausgangsende der Zahnradanordnungen 32 befindet, kann ein Weg
der Ausgabe 30 mit dem Träger 33 verbunden sein)
erzeugt werden kann.
-
Ein
kombiniertes Übersetzungsverhältnis kann durch
Variieren des diskreten Übersetzungsverhältnisses
des mechanischen Getriebes 27 und des effektiven Übersetzungsverhältnisses
des hydrostatischen Getriebes 28 erzielt werden, wodurch
somit das Eingangs- und Ausgangsdrehmoment und die Drehzahlcharakteristika
des CVTs 26 verändert werden. Beispielsweise kann
die Geschwindigkeit (Drehzahl), mit der sich das Ringrad 35 relativ
zu einem Boden dreht, und die Geschwindigkeit (Drehzahl), mit der
sich der Träger 33 relativ zum Ringrad 35 dreht,
eine Rotationsgeschwindigkeit (Drehzahl) des Sonnenrads 37 bestimmen.
-
Ein
Steuersystem 21 kann die Leistung der Maschine 10 und
ihrer Bauteile überwachen und modifizieren. Insbesondere
kann das Steuersystem 21 einen Geschwindigkeitssensor 46 und
eine Steuerung 48 enthalten. Die Steuerung 48 kann
mit dem Geschwindigkeitssensor 46 über eine Kommunikationsleitung 50,
mit der Kraftquelle 24 über eine Kommunikationsleitung 52,
mit dem CVT 26 über eine Kommunikationsleitung 54 und
mit der Bedienereingabeeinrichtung 22 über eine
Kommunikationsleitung 56 kommunizieren. Es ist in Erwägung
zu ziehen, dass die Steuerung 48 auch mit dem Hydraulikkreis 25 und/oder
anderen Bauteilen der Maschine 10 kommunizieren kann (nicht
dargestellt).
-
Der
Geschwindigkeitssensor 46 kann angeordnet sein, dass er
eine Rotationsgeschwindigkeit der mechanischen Ausgabe 36 (d.
h. die CVT-Ausgangsdrehzahl) erfasst. Der Geschwindigkeitssensor 46 kann
beispielsweise durch einen magnetischen Aufnahmesensor, einen Drehencoder,
einen Tachometer oder jede andere Art von Sensor, die gestaltet ist,
ein entsprechendes Signal zu erzeugen, ausgeführt sein.
Der Geschwindigkeitssensor 46 kann proximal zu einer Welle
angeordnet sein, die der mechanischen Ausgabe 36 zugeordnet
ist, oder proximal zu irgendeinem anderen Bauteil der Maschine 10 dessen
Rotationsgeschwindigkeit mit der CVT-Ausgangsdrehzahl in Beziehung
steht (zum Beispiel einem Achsschenkel, einem Rad, einem Zahnrad).
-
Die
Steuerung 48 kann durch einen einzigen Mikroprozessor oder
eine Mehrzahl von Mikroprozessoren ausgeführt sein, die
ein Mittel zum Steuern eines Betriebs der Maschine 10 enthalten.
Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können angepasst
sein, um die Funktionen der Steuerung 48 auszuführen,
und es ist zu verstehen, dass die Steuerung 48 unmittelbar
durch einen allgemeinen Maschinenmikroprozessor ausgeführt
sein kann, der zahlreiche Maschinenfunktionen steuern kann. Die Steuerung 48 kann
einen Speicher, eine Sekundärspeichereinrichtung, einen
Prozessor und jegliche andere Bauteile zum Laufenlassen einer Anwendung enthalten.
Verschiedene andere Kreise können der Steuerung 48 zugeordnet
sein, wie zum Beispiel ein Stromzufuhrkreis, ein Signalkonditionierkreis,
ein Datenermittlungskreis, ein Signalausgabekreis, ein Signalverstärkungskreis
und andere Arten von Kreisen, die im Stand der Technik bekannt sind.
-
Die
Steuerung 48 kann ein oder mehrere Kennfelder enthalten,
die innerhalb eines internen Speichers zur Steuerung 48 gespeichert
sind. Jedes dieser Kennfelder kann eine Sammlung von Daten in der
Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen enthalten. Wie es
in 3 gezeigt ist, kann die Steuerung 48 zumindest
ein Kennfeld 58 enthalten, das zum Steuern einer Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
(d. h. der maximalen Geschwindigkeit der Rotationsausgabe der Kraftquelle)
als Funktion der CVT-Ausgangsdrehzahl und/oder der Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund verwendbar ist (die CVT-Ausgangsdrehzahl und die Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund können beide messbar oder berechenbar unter Verwendung
des Signals, das von dem Geschwindigkeitssensor 46 empfangen wird,
sein, und die CVT-Ausgangsdrehzahl kann unmittelbar in die Maschinenfahrgeschwindigkeit über Grund
umgewandelt werden oder umgekehrt). Es ist in Erwägung
zu ziehen, dass die aktuelle (oder gegenwärtige) Kraftquellengeschwindigkeit
unter, jedoch nicht über, der Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
ist. Das Kennfeld 58 kann die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
für eine Vielzahl von Geschwindigkeitsmodi, wie zum Beispiel
einen Niedriggeschwindigkeitsmodus 60, einen Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 und
einen Hochgeschwindigkeitsmodus 64 spezifizieren. Die Geschwindigkeitsmodi
können direkt mit der Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund und/oder der CVT-Ausgangsdrehzahl in Beziehung gesetzt sein.
Beispielsweise können sich der Niedrig-, Mittel- und Hochgeschwindigkeitsmodus 60, 62 und 64 auf
die Fahrgeschwindigkeiten über Grund von näherungsweise
0–8, 8–25 bzw. 19–40 Kilometer pro Stunde
beziehen (die Geschwindigkeitsmodi können auch im Hinblick
auf die CVT-Ausgangsdrehzahl ausgedrückt sein). Es ist
in Erwägung zu ziehen, dass, wenn beispielsweise der Niedriggeschwindigkeitsmodus 60 oder der
Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 verwendet wird, die Steuerung 48 die
Modulation der gegenwärtigen Kraftquellengeschwindigkeit
bis zu der Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze, jedoch nicht darüber
hinaus, erlaubt. Es ist ferner in Betracht zu ziehen, dass in zumindest einem
Geschwindigkeitsmodus, wie zum Beispiel dem Hochgeschwindigkeitsmodus 64,
die Steuerung 48 die aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit
(oder den Kraftquellengeschwindigkeitsbefehl) basierend auf der
CVT-Ausgangsdrehzahl steuert. Beispielsweise kann die Steuerung 48 einen
Verbrennungsmotorgeschwindigkeitsbefehl geben, dass eine aktuelle
Kraftquellengeschwindigkeit auf die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
gedrückt wird (der Bediener steuert nicht weiter direkt
die aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit mit der Bedienereingabeeinrichtung 22).
Somit kann im Hochgeschwindigkeitsmodus 64 die Bedienereingabeeinrichtung 22 ein
Ausgangsdrehmoment des CVT 26 steuern. Es ist in Erwägung zu
ziehen, dass jeder Geschwindigkeitsbereich optimiert sein kann,
um die Effizienz und das Ansprechverhalten der Maschine 10 zu
maximieren.
-
Im
Niedriggeschwindigkeitsmodus 60 und wenn die Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund etwa 0 km/h beträgt, kann die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
auf eine maximale Nennkraftquellengeschwindigkeit gesetzt sein,
wie beispielsweise ungefähr 1700 Umdrehungen pro Minute.
Das Maximieren der Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze bei einer Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund von 0 km/h kann ein Potenzial für eine erhöhte
Hydraulikfluidströmung im Hydraulikkreis 25 erzeugen.
Im Niedriggeschwindigkeitsmodus 60 kann ein Trend der Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
allgemein abnehmen, wenn die Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund zunimmt, bis er ungefähr 1600 Umdrehungen pro Minute
bei einer Geschwindigkeit von 8 km/h erreicht. Wenn die aktuelle
Kraftquellengeschwindigkeit die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
erreicht, ist in Erwägung zu ziehen, dass die Steuerung 48 die
Maschinenfahrgeschwindigkeit erhöht, wobei sie die aktuelle
Kraftquellengeschwindigkeit (für ein einziges diskretes Übersetzungsverhältnis) verringert,
indem das effektive Übersetzungsverhältnis des
hydrostatischen Getriebes 28 modifiziert wird. Wenn beispielsweise
der Bediener voll die Bedienereingabeeinrichtung 22 betätigt
hat (zum Beispiel das Pedal vollständig niedergedrückt
ist), und somit bewirkt wird, dass die aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit
die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze erreicht, kann die Steuerung 48 die
Maschinenfahrgeschwindigkeit erhöhen, wobei gleichzeitig
die Kraftquellengeschwindigkeit durch Ändern der Rotationsgeschwindigkeit
des Ringrads 35 (über die Pumpe 38) bei
einer schnelleren Rate als die Rotationsgeschwindigkeit des Trägerrads 33 sich ändert,
verändert wird. Die Steuerung 48 kann kontinuierlich
das effektive Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen
Getriebes 28 unabhängig von dem gegenwärtig
gewählten diskreten Übersetzungsverhältnis
einstellen, um ein beliebiges kombiniertes Übersetzungsverhältnis
zu erzeugen, das eine spezifizierte Kraftquellengeschwindigkeit-Trajektorie
erreicht (zum Beispiel Erhöhen, Verringern oder konstante Kraftquellengeschwindigkeit
als Funktion der Maschinenfahrgeschwindigkeit über Grund)
oder ein anderes vorbestimmtes Kontrollziel der Steuerung 48 erfüllt
(zum Beispiel spezifizierter Vortrieb, spezifiziertes Drehmoment,
spezifizierte Kraftstoffeffizienz und/oder spezifizierte zum Arbeitsgerätbetrieb
verfügbare Leistung).
-
Im
Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 kann die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
auf ein im Wesentlichen konstantes Niveau gesetzt werden, wie beispielsweise
näherungsweise 1600 Umdrehungen pro Minute. Die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze von
1600 Umdrehungen pro Minute kann dazu beitragen, Einzelfunktionsarbeitsgerätzykluszeiten
zu erzielen. Die Maschinenfahrgeschwindigkeit, bei der die Steuerung 48 von
dem Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 auf den Hochgeschwindigkeitsmodus 40 schaltet
(somit zwischen den Kraftquellengeschwindigkeitsgrenzen schaltet,
die in dem jeweiligen Geschwindigkeitsmodus verwendet werden), kann
von der Beschleunigung der Maschine 10 und/oder einem Maß der
Bedienereingabeeinrichtungsbetätigung (zum Beispiel der
Menge des Niederdrückens des Pedals) abhängen.
Es ist in Erwägung zu ziehen, dass die Maschinenbeschleunigung
von den Geschwindigkeitssensormessungen oder anderen geeigneten
Mitteln berechnet werden kann.
-
Wenn
beispielsweise die Maschine 10 eine leichte Beschleunigung
und/oder eine geringe Menge der Betätigung der Bedienereingabeeinrichtung erfährt,
kann die Steuerung 48 von dem Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 auf
den Hochgeschwindigkeitsmodus 64 bei einer niedrigeren
Maschinenfahrgeschwindigkeit über Grund (zum Beispiel ungefähr 19
km/h) schalten. Alternativ, wenn die Maschine 10 eine hohe
Beschleunigung und/oder eine große Menge der Betätigung
der Bedienereingabeeinrichtungsbetätigung erfährt,
kann die Steuerung 48 von dem Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 auf
den Hochgeschwindigkeitsmodus 64 bei einer höheren
Fahrgeschwindigkeit der Maschine über Grund (zum Beispiel
von ungefähr 25 km/h) schalten. Diese Verzögerung
des Schaltens von der Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze des Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 auf
die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze des Hochgeschwindigkeitsmodus 64 kann
eine erhöhte Kraftstoffeffizienz und einen Maschinenvortrieb
unter schweren Beschleunigungsbedingungen ermöglichen.
Die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze des Abschnitts des Mittelgeschwindigkeitsmodus 62,
die während Bedingungen mit hoher Beschleunigung verwendet
wird (zum Beispiel Abschnitt von ungefähr 19–25
km/h), kann von ungefähr 1600 Umdrehungen pro Minute bei
19 km/h auf ungefähr 1700 Umdrehungen pro Minute bei 25
km/h zunehmen.
-
Im
Hochgeschwindigkeitsmodus 64, wenn die Maschine 10 eine
leichte Beschleunigung und/oder eine geringe Menge der Betätigung
der Bedienereingabeeinrichtung erfährt (zum Bespiel den Abschnitt
von ungefähr 19–25 km/h), kann die aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit
auf ein im Wesentlichen konstantes Niveau gesetzt werden, wie zum Beispiel
ungefähr 1300 Umdrehungen pro Minute. Im oberen Abschnitt
des Hochgeschwindigkeitsmodus 64 (zum Beispiel im Abschnitt
von ungefähr 25–40 km/h) kann die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze als
Funktion der Fahrgeschwindigkeit über Grund zunehmen. Die
Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze kann eine ansteigende Trajektorie
aufweisen, um die Verlustcharakteristika des CVT 26 auszugleichen, die
als Funktion der Maschinenfahrgeschwindigkeit über Grund
zunehmen können. Es ist in Erwägung zu ziehen,
dass die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze auf einen Wert von ungefähr
1700 Umdrehungen pro Minute bei 40 km/h zunehmen kann. Es ist weiter
in Erwägung zu ziehen, dass die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
weiter mit der gleichen Rate für Geschwindigkeiten über
40 km/h zunehmen kann oder, alternativ, ein Plateau bei 1700 Umdrehungen
pro Minute erreichen kann. Alle Zunahmen und/oder Abnahmen der Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
im Niedrig-, Mittel- und Hochgeschwindigkeitsmodus 60, 62 und 64 können
näherungsweise linear sein oder durch irgendeine andere
geeignete Trajektorie definiert werden.
-
Jeder
Geschwindigkeitsbereich im Kennfeld 58 kann auf ein diskretes Übersetzungsverhältnis des
mechanischen Getriebes 27 zurückgeführt
werden. Beispielsweise kann der Niedriggeschwindigkeitsmodus 50 sich
auf ein erstes diskretes Übersetzungsverhältnis
beziehen, der Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 kann sich
auf ein zweites diskretes Übersetzungsverhältnis
beziehen und der Hochgeschwindigkeitsmodus 64 kann sich
auf ein drittes diskretes Übersetzungsverhältnis
beziehen. Es ist in Erwägung zu ziehen, dass die Steuerung 48 zwischen der
Mehrzahl von Geschwindigkeitsmodi im Kennfeld 58 basierend
auf der Maschinenfahrgeschwindigkeit, dem gegenwärtig gewählten
diskreten Übersetzungsverhältnis oder beiden schaltet.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Das
offenbarte Steuersystem kann für jede Maschine anwendbar
sein, bei der eine Kraftquellensteuerung gewünscht wird.
Das offenbarte Steuersystem kann eine Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
als Funktion der Fahrgeschwindigkeit über Grund modifizieren,
um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, wobei der Maschinenvortrieb
maximiert wird. Die Arbeitsweise des Steuersystems 21 wird
nun beschrieben.
-
In
einem Beispiel kann ein Bediener der Maschine 10 die Bedienereingabeeinrichtung 22 betätigen
und somit die Maschinenbewegung verlangen. Die Bedienereingabeeinrichtung 22 kann
das Bedienerverlangen über die Kommunikationsleitung 56 an die
Steuerung 48 senden und die Steuerung 48 kann das
Signal in eine verlangte Kraftquellengeschwindigkeit und ein Kraftquellendrehmoment
umwandeln. Die Steuerung 48 kann dann die verlangte Kraftquellengeschwindigkeit
mit dem Kennfeld 58 in Beziehung setzen, um sicherzustellen,
dass die verlangte Kraftquellengeschwindigkeit die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
nicht übersteigt. Die Steuerung 48 kann die aktuelle
Kraftquellengeschwindigkeit auf die verlangte Kraftquellengeschwindigkeit
bis zu der Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze des Niedriggeschwindigkeitsmodus 60 setzen.
jedoch nicht darüber hinaus.
-
Während
des Maschinenbetriebs kann die Steuerung 48 kontinuierlich
mit dem Geschwindigkeitssensor 46 kommunizieren, um die
Maschinenfahrgeschwindigkeit über Grund und/oder die CVT-Ausgangsdrehzahl
zu bestimmen. Wenn die Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund näherungsweise 8 km/h erreicht, kann die Steuerung 48 von
der Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze des Niedriggeschwindigkeitsmodus 60 auf
die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze des Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 schalten.
Am Übergang von dem Niedriggeschwindigkeitsmodus 60 in
den Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 kann die Steuerung 48 auch ein
Schalten von dem ersten diskreten Übersetzungsverhältnis
in das zweite diskrete Übersetzungsverhältnis
befehlen.
-
Während
der Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 implementiert ist, kann
der Bediener weiter frei die aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit
modulieren bis zu der Kraftquellengrenzgeschwindigkeit, wobei diese
nicht zu übersteigen ist. Wenn die Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund von ungefähr 19 km/h erreicht ist, kann die Steuerung 48 mit
dem Geschwindigkeitssensor 46 kommunizieren. Die Steuerung 48 kann
Informationen von dem Geschwindigkeitssensor 46 verwenden,
um zu bestimmen, ob die Maschine 10 beschleunigt. Die Steuerung 48 kann auch
mit der Bedienereingabeeinrichtung 22 kommunizieren, um
das Maß der Bedienereingabeeinrichtungsbetätigung
zu bestimmen. Wenn die Maschine 10 oberhalb einer Schwellenwertbeschleunigung
ist und/oder die Bedienereingabeeinrichtung 22 über
einer Schwellenwertmenge der Betätigung ist, kann die Steuerung 48 weiterhin
die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze des Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 verwenden,
bis eine höhere Maschinenfahrgeschwindigkeit über
Grund erreicht ist, wie beispielsweise 25 km/h. Alternativ, wenn
die Maschine 10 unter einer Schwellenwertbeschleunigung
ist und/oder die Bedienereingabeeinrichtung 22 unter einer Schwellenwertmenge
der Betätigung ist, kann die Steuerung 48 auf
die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze des Hochgeschwindigkeitsmodus 64 bei
ungefähr 19 km/h schalten. Es wird in Erwägung
gezogen, dass am Übergang von dem Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 in
den Hochgeschwindigkeitsmodus 64 die Steuerung 48 ein
Schalten von dem zweiten diskreten Übersetzungsverhältnis
in das dritte diskrete Übersetzungsverhältnis
befehlen kann.
-
Während
der Hochgeschwindigkeitsmodus 64 implementiert ist, kann
die Steuerung 48 eine aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit
auf die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze drücken, so
dass die Bedienereingabeeinrichtung 22 nur das Ausgangsdrehmoment
des CVT 26 steuern kann. Es wird jedoch in Erwägung
gezogen, dass die gesamte Kraftquellengeschwindigkeitsgrenzkurve
hoch oder herunter skaliert werden kann (zum Beispiel die gesamte
Kurve von 3, die die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
des Hochgeschwindigkeitsmodus 64 darstellt, kann sich nach
oben oder unten bewegen), in Abhängigkeit von einer Last,
die durch die Maschine 10 transportiert oder erfahren wird.
Beispielsweise kann eine Zunahme in der Maschinenlast (zum Beispiel hervorgerufen
durch die Verwendung des Arbeitsgeräts 16) ein
Hochskalieren der gesamten Kraftquellengeschwindigkeitsgrenzkurve
bewirken, und eine verringerte Last kann bewirken, dass sie herabskaliert
wird. Die Steuerung 48 kann in dem Hochgeschwindigkeitsmodus 64 bleiben,
bis die Maschinenfahrgeschwindigkeit über Grund auf die
Geschwindigkeitsbereiche über Grund abnimmt, die entweder dem
Mittelgeschwindigkeitsmodus 62 oder dem Niedriggeschwindigkeitsmodus 60 zugeordnet
sind.
-
Einige
Vorteile des offenbarten Steuersystems können realisiert
werden. Insbesondere kann das offenbarte Steuersystem die Produktivität
und das Ansprechverhalten erhöhen, indem es dem Bediener
erlaubt wird, die aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit bei niedrigeren
Fahrgeschwindigkeiten über Grund zu steuern, dass eine
erhöhte Strömung für die Pumpe, die dem
Arbeitsgerät zugeordnet ist, ermöglicht wird.
Die Steuerung kann jedoch die aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit
auf die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze bei höheren
Geschwindigkeiten drücken, um maximale Effizienz und Vortrieb sicherzustellen.
Zusätzlich kann die Kraftquellengeschwindigkeitsgrenze
als Funktion der Maschinenfahrgeschwindigkeit über Grund
oder der CVT-Ausgangsdrehzahl variieren, so dass die speziellen
Verlustcharakteristika der Kraftquellen und CVT-Kombination berücksichtigt
werden.
-
Es
ist für die Fachleute im technischen Gebiet offensichtlich,
dass verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden
können an dem offenbarten Steuersystem, ohne von dem Rahmen
der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsformen des
Steuersystems werden für die Fachleute aus der Berücksichtigung
der Beschreibung und dem Umsetzen des hier offenbarten Steuersystems
in die Praxis offensichtlich. Beispielsweise kann jedes alternative
CVT statt des offenbarten CVT verwendet werden, und alle Geschwindigkeitsbereiche
können virtuellen diskreten Übersetzungsverhältnissen
zugeordnet werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und
die Beispiele lediglich als beispielhaft angesehen werden, wobei
ein wahrer Rahmen durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente
angegeben wird.
-
Zusammenfassung
-
Ein
Antriebsstrangsteuersystem (21) wird offenbart. Das Antriebsstrangsteuersystem
kann eine Kraftquelle (24) und ein CVT (26) haben,
das mit einem Ausgang (30) der Kraftquelle verbunden ist.
Das Antriebsstrangsteuersystem kann weiter eine Steuerung (48)
in Verbindung mit der Kraftquelle und dem CVT haben. Die Steuerung
kann ein Kennfeld (58) aufweisen mit einer Mehrzahl von
Geschwindigkeitsmodi und für zumindest einen der Mehrzahl
von Geschwindigkeitsmodi kann die Steuerung konfiguriert sein, eine
aktuelle Kraftquellengeschwindigkeit basierend auf zumindest einem
aus einer CVT-Ausgangsdrehzahl oder einer Geschwindigkeit über Grund
zu variieren.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 7192374 [0004, 0004, 0004, 0004, 0004, 0004, 0005, 0005]