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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft ein Steuerungssystem für
ein stufenloses Getriebe, und insbesondere ein drehmomentbasiertes
Steuerungssystem für ein stufenloses Getriebe.
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Hintergrund
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Maschinen
wie beispielsweise Radlader, Planierraupen, Löffelbagger,
Muldenkipper und andere Schwergeräte werden zum Erfüllen
vieler Aufgaben verwendet. Damit sie diese Aufgaben effizient durchführen
können, benötigen die Maschinen einen Motor, der über
ein Getriebe ein beträchtliches Drehmoment für
eine oder mehrere Bodenbearbeitungsvorrichtungen bereitstellt. Häufig
nutzen diese Maschinen zum Erzielen eines erhöhten Motorwirkungsgrads
stufenlose Getriebe (engl.: continuously variable transmissions,
CVT).
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Ein
CVT ist ein Typ eines Automatikgetriebes, das in seinem Übersetzungsverhältnisbereich eine
unbegrenzte Zahl von Übersetzungsverhältnissen
bereitstellt. Ein Hydraulik-CVT enthält beispielsweise
eine Pumpe und einen Fluidmotor, der von der Pumpe druckbeaufschlagtes
Fluid erhält. Abhängig von einer Durchflussleistung
und einem Druck der Pumpe können die Motordrehzahl und
das Ausgangsdrehmoment für die Bodenbearbeitungsvorrichtung
variiert werden. Ein elektrisches CVT enthält einen Generator
und einen Elektromotor, der von dem Generator Strom erhält.
Abhängig von dem dem Motor zugeführten Strom können
die Motordrehzahl und das Ausgangsdrehmoment variiert werden.
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Ein
Beispiel eines Systems, das zum Steuern eines herkömmlichen
CVTs verwendet wird, ist in dem am 27. Dezember 1988 für
Morisawa et al. erteilten
US-Patent
Nr. 4,793,217 (dem Patent '217) beschrieben. Das in dem
Patent '217 offenbarte Steuerungssystem ist ein drehzahlbasiertes
System, das eine Drehzahl einer Eingangswelle des CVTs zum Aufrechterhalten
einer Zielleistungsabgabe einstellt. Das CVT wird in mehreren Betriebsarten
wie Vorwärts und Rückwärts betrieben,
wobei jeder Betriebsart ein eindeutiges Kennfeld zugewiesen ist. Zusätzlich
gibt jedes Kennfeld für die zugehörige Betriebsart
eine Beziehung zwischen einer Zieldrehzahl der Eingangswelle des
CVT und einer Motorleistung an. Wenn das CVT betätigt wird,
bestimmt eine Steuerung, in welcher Betriebsart das CVT in Betrieb
ist, und wählt das für diese Betriebsart vorgesehene Kennfeld
aus. Die Steuerung stellt dann zum Erhalten der gewünschten
Motorleistung die Drehzahl der Eingangswelle gemäß dem
Kennfeld ein.
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Wenngleich
das in dem Patent '217 offenbarte Steuerungssystem für
mehrere Betriebsarten eine gewünschte Motorleistung liefern
kann, kann die Anwendung des Systems begrenzt sein. Insbesondere kann,
da jede Eingabe lediglich ein Kennfeld aufruft, eine geringe Zahl
unterschiedlicher Arten von Kennfeldern zur Verfügung stehen.
Solch eine verringerte Auswahl kann die unterschiedlichen Aufgaben
und Umgebungen einschränken, die das Getriebe und letztlich
die zugehörige Maschine durchführen können
bzw. in denen dieselben betrieben werden können.
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Die
offenbarte Vorrichtung zielt darauf ab, eines oder mehrere der vorher
dargelegten Probleme zu lösen.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem
Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein stufenloses Getriebe,
das ein angetriebenes Element enthält. Das stufenlose Getriebe enthält
ferner mindestens eine Bedienereingabevorrichtung, die zum Übertragen
einer Anfrage einer Betriebsart des Getriebes ausgebildet ist, und mindestens
eine andere Bedienereingabevorrichtung, die zum Übertragen
einer Anfrage einer Leistungsabgabe des angetriebenen Elements ausgebildet
ist. Zusätzlich enthält das stufenlose Getriebe
mindestens einen Sensor, der zum Erfassen mindestens eines Parameters
ausgebildet ist, der einen Betriebszustand des Getriebes angibt.
Das stufenlose Getriebe enthält ferner eine Steuerung,
die zum Regulieren einer Leistungsabgabe des angetriebenen Elements ansprechend
auf die Anfrage einer Betriebsart, die Anfrage einer Leistungsabgabe
des angetriebenen Elements und den mindestens einen erfassten Parameter
ausgebildet ist, der einen Betriebszustand des Getriebes angibt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Verfahren zum Betreiben
eines Getriebes bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Erhalten
einer Anfrage einer Betriebsart, das Empfangen einer Anfrage einer
Leistungsabgabe des Getriebes und das Erfassen mindestens eines
Parameters, der einen Betriebszustand des Getriebes angibt. Das Verfahren
beinhaltet ferner das Steuern einer Leistungsabgabe des Getriebes
ansprechend auf die Anfrage einer Betriebsart, die Anfrage einer
Leistungsabgabe des Getriebes und den mindestens einen Parameter,
der einen Betriebszustand des Getriebes angibt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer beispielhaften offenbarten Maschine,
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2 ist
eine bildliche Darstellung einer beispielhaften offenbarten Bedienerstation
zur Verwendung mit der Maschine aus 1,
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3 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Steuerungssystems zur
Verbindung mit der Bedienerstation aus 2,
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4 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3,
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5 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3,
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6 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3, und
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7 ist
ein beispielhaftes offenbartes Steuerungskennfeld zur Verwendung
mit dem Steuerungssystem aus 3.
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Detaillierte Beschreibung
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1 stellt
eine beispielhafte Maschine 10 dar, die mehrere Systeme
und Komponenten aufweist, die zum Erfüllen einer Aufgabe
zusammenwirken. Die von der Maschine 10 erfüllten
Aufgaben können mit einem bestimmten Industriezweig wie dem
Bergbau, dem Baugewerbe, der Landwirtschaft, dem Transportwesen,
der Energieerzeugung oder einem anderen bekannten Industriezweig
in Verbindung stehen. Beispielsweise kann die Maschine 10 als
eine mobile Maschine wie der in 1 dargestellte
Radlader, ein Bus, ein Überlandlastkraftwagen oder eine
andere Art einer bekannten mobilen Maschine ausgeführt
sein. Die Maschine 10 kann eine Bedienerstation 12,
eine oder mehrere Traktionsvorrichtungen 14 und einen Triebstrang 16 enthalten, der
betriebsfähig zum Antreiben mindestens einer der Traktionsvorrichtungen 14 verbunden
ist.
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Wie
in 2 dargestellt, kann die Bedienerstation 12 Vorrichtungen
enthalten, die von einem Bediener der Maschine eine Eingabe erhalten,
die eine gewünschte Fortbewegungsart der Maschine angibt.
Genauer kann die Bedienerstation 12 eine oder mehrere Bedienerschnittstellenvorrichtungen 18 enthalten,
die in der Nähe eines Bedienersitzes 20 angeordnet
sind. Die Bedienerschnittstellenvorrichtungen 18 können
durch Erzeugen von Signalen, die ein gewünschtes Manöver
der Maschine angeben, eine Bewegung der Maschine 10 einleiten.
Bei einer Ausführungsform können die Bedienerschnittstellenvorrichtungen
ein linkes Fußpedal 22, ein rechtes Fußpedal 24 und
einen Vorwärts-Leerlauf-Rückwärts(engl.:
forward-neutral-reverse, FNR)-Schalthebel 26 enthalten.
Wenn ein Bediener das linke Fußpedal 22 und/oder
das rechte Fußpedal 24 betätigt (d. h. das
linke und/oder das rechte Fußpedal 22 und 24 aus
einer Nullstellung bewegt), kann der Bediener eine entsprechende
Fortbewegungsbewegung der Maschine erwarten und bewirken. Zusätzlich
kann der Bediener, wenn der Bediener den FNR-Schalthebel 26 in
eine Vorwärts-, Rückwärts- oder Leerlaufstellung
bringt, eine entsprechende Bebetriebsart des Getriebes wie beispielsweise
Vorwärts, Rückwärts oder Leerlauf bewirken.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Bedienerstation 12 auch
einen (nicht gezeigten) Geschwindigkeitsbegrenzungsschalter enthalten,
der eine Geschwindigkeitsschwelle einstellen kann, die die Maschine 10 nicht überschreiten
darf. Ferner können zusätzlich oder alternativ
auch andere Bedienerschnittstellenvorrichtungen als Fußpedale,
beispielsweise Joysticks, Hebel, Schalter, Regler, Räder
und andere bekannte Vorrichtungen, zur Steuerung der Fortbewegung
der Maschine 10 in der Bedienerstation 12 vorgesehen
sein, sofern dies erwünscht ist. Ferner kann der FNR-Schalthebel 26 weggelassen
sein, und andere Bedienereingabevorrichtungen können die
Bebetriebsart des Getriebes einstellen.
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Die
Traktionsvorrichtungen 14 (siehe 1) können
als Räder ausgeführt sein, die sich an jeder Seite
der Maschine 10 befinden (lediglich eine Seite ist gezeigt).
Alternativ können die Traktionsvorrichtungen 14 Ketten,
Riemen oder andere bekannte Traktionsvorrichtungen enthalten. Es
kann auch eine beliebige Kombination der Räder an der Maschine 10 angetrieben
und/oder gelenkt werden.
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Wie
in 3 dargestellt, kann der Triebstrang 16 ein
einheitliches Paket darstellen, das zum Erzeugen und Übertragen
von Leistung auf die Traktionsvorrichtungen 14 ausgebildet
ist. Insbesondere kann der Triebstrang 16 eine Leistungsquelle 28,
die betreibbar zum Erzeugen einer Ausgangsleistung ist, eine Getriebeeinheit 30,
die zum Erhalten der Ausgangsleistung und zum Übertragen
der Ausgangsleistung auf die Traktionsvorrichtungen 14 (siehe 1)
auf sinnvolle Weise verbunden ist, und ein Steuerungsmodul 32 enthalten,
das zum Regulieren des Betriebs der Getriebeeinheit 30 ansprechend
auf eine oder mehrere Eingaben ausgebildet ist.
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Die
Leistungsquelle 28 kann einen Verbrennungsmotor mit mehreren
Untersystemen enthalten, die zum Erzeugen einer mechanischen oder
elektrischen Ausgangsleistung zusammenwirken. Im Rahmen dieser Offenbarung
ist die Leistungsquelle 28 als ein Vierzylinder-Dieselmotor
dargestellt und beschrieben. Für Fachleute ist jedoch offensichtlich, dass
die Leistungsquelle 28 eine beliebige andere Art eines
Verbrennungsmotors wie beispielsweise ein Benzinmotor oder ein mit
einem gasförmigen Kraftstoff betriebener Motor sein kann.
Die Untersysteme, die in der Leistungsquelle 28 enthalten
sind, können beispielsweise eine Kraftstoffversorgung,
ein Luftansaugsystem, ein Abgassystem, ein Schmiersystem, ein Kühlsystem
oder ein anderes geeignetes System enthalten.
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Ein
Sensor 34 kann der Leistungsquelle 28 zum Erfassen
einer Ausgangsdrehzahl derselben zugeordnet sein. Bei einem Beispiel
kann der Sensor 34 als ein Sensor mit einem magnetischen
Geber ausgeführt sein, der einem in einem sich drehenden Bauteil
des Triebstrangs 16 wie einer Kurbelwelle oder einem Schwungrad
eingebetteten Magneten zugeordnet ist. Während des Betriebs
der Leistungsquelle 28 kann der Sensor 34 das
magnetische Drehfeld erfassen, das von dem Magneten erzeugt wird, und
ein Signal erzeugen, das der Drehzahl der Leistungsquelle 28 entspricht.
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Die
Getriebeeinheit 30 kann beispielsweise als ein stufenloses
Getriebe (CVT) ausgeführt sein. Die Getriebeeinheit 30 kann
eine beliebige Art eines stufenlosen Getriebes wie beispielsweise
ein Hydraulik-CVT, ein hydromechanisches CVT, ein elektrisches CVT
oder eine andere, für einen Fachmann offensichtliche Konfiguration
sein. Bei dem beispielhaften elektrischen CVT aus 3 kann
das Antriebselement 36 ein Generator wie ein Dreiphasen-Permanentmagnet-Wechselfeldgenerator
sein, und das angetriebene Element 38 kann ein Elektromotor
wie ein Permanentmagnet-Wechselfeldmotor sein, der zum Empfangen
von Leistung von dem Antriebselement 36 ausgebildet ist.
Der Generator des Antriebselements 36 kann zum auf eine
auf das angetriebene Element 38 gerichtete Drehmomentanweisung
ansprechenden Antreiben des Motors des angetriebenen Elements 38 mit
elektrischem Strom über eine Leistungselektronik 40 verbunden
sein. In einigen Situationen kann der Motor des angetriebenen Elements 34 alternativ
den Generator des Antriebselements 36 über die
Leistungselektronik 40 in umgekehrter Richtung antreiben.
Bei Ausführungsformen, die eine hydraulische stufenlose
Getriebeeinheit benutzen, kann das Antriebselement 36 auch
eine Pumpe wie eine Verstellpumpe sein, und das angetriebene Element 38 kann
ein Motor wie ein Verstellmotor sein. Das angetriebene Element 38 kann
durch Leitungen, die dem Antriebselement 36 und dem angetriebenen
Element 38 Fluid zuführen bzw. von denselben zurückführen,
mit dem Antriebselement 36 in Fluidverbindung stehen, was
dem Antriebselement 36 ermöglicht, das angetriebene
Element 38 durch einen Fluiddruck wirksam anzutreiben.
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Die
Getriebeeinheit 30 kann zumindest teilweise mit dem linken
und dem rechten Fußpedal 22 und 24 gesteuert
werden. Das heißt, wenn das linke und das rechte Fußpedal 22 und 24 von
einem Bediener betätigt werden, können die Fußpedale
elektrische Signale liefern, die eine gewünschte Leistungsabgabe
des angetriebenen Elements wie beispielsweise ein gewünschtes
Ausgangsdrehmoment und/oder eine gewünschte Geschwindigkeitsbegrenzung
anzeigen. Beispielsweise können das linke und das rechte
Fußpedal 22 und 24 eine Minimalstellung aufweisen
und über einen Bereich von Stellungen zu einer Maximalstellung
bewegbar sein. Die Sensoren 42 und 44 können
jeweils dem linken und dem rechten Fußpedal 22 und 24 zugeordnet
sein und dazu vorgesehen sein, die Verstellungen derselben zu erfassen
und ansprechend auf die Verstellungen entsprechende Signale zu erzeugen.
Die Sensoren 42 und 44 können beliebige
Sensoren sein, die dazu in der Lage sind, die Verstellung der Fußpedale 42 und 44 zu
erfassen, beispielsweise ein Schalter oder ein Potentiometer. Die
Verstellungssignale von jedem der Sensoren 42 und 44 können
zum Steuern des Ausgangsdrehmoments des angetriebenen Elements 38 durch
das Steuerungsmodul 32 zu der Getriebeeinheit 30 geleitet
werden.
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Zum
Erfassen einer Fortbewegungsgeschwindigkeit der Maschine 10 kann
der Getriebeeinheit 30 und/oder der Traktionsvorrichtung 14 (siehe 1)
ein Sensor 46 zugeordnet sein. Bei einem Beispiel kann
der Sensor 46 als ein Sensor mit einem magnetischen Geber
ausgeführt sein, der einem in einem sich drehenden Bauteil
des Triebstrangs 16 wie einer Getriebeausgangswelle eingebetteten
Magneten zugeordnet ist. Während eines Betriebs der Maschine 10 kann
der Sensor 46 das von dem Magneten erzeugte magnetische
Drehfeld erfassen und ein Signal erzeugen, das der Drehzahl der
Getriebeeinheit 30 und/oder der entsprechenden Fortbewegungsgeschwindigkeit
der Maschine 10 entspricht.
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Das
Steuerungsmodul 32 kann als ein einzelner Mikroprozessor
oder mehrere Mikroprozessoren zum Steuern des Betriebs des Triebstrangs 16 ansprechend
auf die erhaltenen Signale ausgeführt sein. Zahlreiche
kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können
zum Erfüllen der Funktionen des Steuerungsmoduls 32 ausgebildet
sein. Es ist offensichtlich, dass das Steuerungsmodul 32 ohne
Weiteres als ein allgemeiner Maschinenmikroprozessor ausgeführt
sein könnte, der dazu in der Lage ist, zahlreiche Maschinenfunktionen
zu steuern. Das Steuerungsmodul 32 könnte einen
Speicher, eine Sekundärspeichervorrichtung, einen Prozessor
und andere Bauteile zum Laufenlassen einer Anwendung enthalten.
Verschiedene andere Schaltungen können dem Steuerungsmodul 32 zugeordnet
sein, beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalverarbeitungsschaltung,
eine Solenoidansteuerungsschaltung und andere Arten von Schaltungen.
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Eine
Mehrzahl von Basissteuerungskennfeldern kann in dem Speicher des
Steuerungsmoduls 32 gespeichert sein und basierend auf
einer Getriebebetriebsart in Gruppen unterteilt sein. Beispielsweise
können die Basissteuerungskennfelder in eine Vorwärts-,
eine Leerlauf- und eine Rückwärts-Gruppe unterteilt
sein. Solche Gruppen können ansprechend auf ein Signal
ausgewählt werden, das eine Stellung des FNR-Schalthebels 26 angibt.
Zusätzlich kann jedes Basiskennfeld mehrere Unterkennfelder enthalten.
Jedes dieser Basiskennfelder und dieser Unterkennfelder kann in
Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen vorliegen und eine
Ansammlung von Daten enthalten, die im Labor und/oder beim praktischen
Einsatz des Triebstrangs 16 gesammelt wurden.
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4 stellt
ein beispielhaftes Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 mit
einer Mehrzahl von Unterkennfeldern dar, die von dem Steuerungsmodul 32 benutzt
werden können, wenn sich der FNR-Schalthebel 26 in
einer Vorwärts-Stellung befindet. Das Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 kann
ein Antriebsunterkennfeld 50, das einen Vorwärtsantrieb der
Maschine 10 steuert, ein Verzögerungsunterkennfeld 52,
das eine Verzögerung des Vorwärtsantriebs steuert,
und ein Richtungsänderungsunterkennfeld 54 enthalten,
das eine Rückwärtsgeschwindigkeit der Maschine 10 steuert.
Ferner kann jedes Unterkennfeld eine x-Achse (unabhängige
Achse), die entweder eine Maschinengeschwindigkeit oder ein Getriebeübersetzungsverhältnis
darstellt, und eine y-Achse (abhängige Achse) enthalten,
die entweder eine Getriebeleistungsabgabe oder eine Drehmomentanforderung
darstellt. Jedes Unterkennfeld kann auch Grenzen für das
Drehmoment, die Maschinengeschwindigkeit und/oder die Antriebsleistung
enthalten. Beispielsweise kann das Antriebsunterkennfeld 50 eine
Maximaldrehmomentgrenze 56 und eine Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 enthalten.
Zusätzlich kann das Verzögerungsunterkennfeld 52 eine
Maximalverzögerungskraftgrenze 60, eine Maximalgeschwindigkeitsgrenze 62 und
eine Maximalauslaufverzögerungskraft 64 enthalten.
Ferner kann das Richtungsänderungsunterkennfeld 54 eine Maximaldrehmomentgrenze 66 enthalten.
Es versteht sich, dass, obwohl die Grenzen für das Drehmoment,
die Maschinengeschwindigkeit und die Antriebsleistung als durchgehende
Kurven oder Linien dargestellt sind, die Grenzen auch nicht durchgehend
sein können. Zusätzlich kann jedes Unterkennfeld
auch zusätzliche Grenzen enthalten, die in 4 nicht
dargestellt sind, sofern dies erwünscht ist.
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5 stellt
ein beispielhaftes Rückwärts-Basissteuerungskennfeld 68 mit
einer Mehrzahl von Unterkennfeldern dar, die von dem Steuerungsmodul 32 benutzt
werden können, wenn sich der FNR-Schalthebel 26 in
einer Rückwärts-Stellung befindet. Das Rückwärts-Basissteuerungskennfeld 68 kann
ein Antriebsunterkennfeld 70, das einen Rückwärtsantrieb der
Maschine 10 steuert, ein Verzögerungsunterkennfeld 72,
das eine Verzögerung des Rückwärtsantriebs
steuert und ein Richtungsänderungsunterkennfeld 74 enthalten,
das eine Vorwärtsgeschwindigkeit der Maschine 10 steuert. Ähnlich
zu den Vorwärtsunterkennfeldern kann jedes Rückwärtsunterkennfeld
eine x-Achse (unabhängige Achse), die entweder eine Maschinengeschwindigkeit
oder ein Getriebeübersetzungsverhältnis darstellt,
und eine y-Achse (abhängige Achse) enthalten, die entweder eine
Getriebeleistungsabgabe oder eine Drehmomentanforderung darstellt.
Zusätzlich kann jedes Unterkennfeld auch Grenzen für
das Drehmoment, die Maschinengeschwindigkeit und/oder die Antriebsleistung
enthalten. Beispielsweise kann das Antriebsunterkennfeld 70 eine
Maximaldrehmomentgrenze 76 und eine Maximalgeschwindigkeitsgrenze 78 enthalten.
Zusätzlich kann das Verzögerungsunterkennfeld 72 eine
Maximalverzögerungskraftgrenze 80, eine Maximalgeschwindigkeitsgrenze 82 und
eine Maximalauslaufverzögerungskraft 84 enthalten.
Ferner kann das Richtungsänderungsunterkennfeld 74 eine
Maximaldrehmomentgrenze 86 enthalten. Es versteht sich,
dass, obwohl die Grenzen für das Drehmoment, die Maschinengeschwindigkeit
und die Antriebsleistung als durchgehende Kurven oder Linien dargestellt
sind, die Grenzen auch nicht durchgehend sein können. Zusätzlich
kann jedes Unterkennfeld auch zusätzliche Grenzen enthalten,
die nicht in 5 dargestellt sind, sofern dies
erwünscht ist.
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Die
in dem Speicher des Steuerungsmoduls 32 gespeicherten Basiskennfelder
können so modifiziert sein, dass die abhängigen
Variablen, die auf der y-Achse dargestellt sind, auf ein Einheitsmaß normalisiert
sind. Beispielsweise können die abhängigen Variablen
auf ein Einheitsmaß einer Beschleunigung wie eine normalisierte
Traktion normalisiert sein. Das Normalisieren der abhängigen
Variablen kann erlauben, dass die Kennfelder von mehreren Maschinen mit
einer ähnlichen Größe benutzt werden
können. Es versteht sich, dass, wenn Kennfelder von mehreren
Maschinen benutzt werden, möglicherweise Maschinenparameter
in den Algorithmus eingegeben werden müssen. Solche Parameter
können beispielsweise einen Radradius, eine Maschinenmasse, ein
Kegelradgetriebetibersetzungsverhältnis, ein Differentialgetriebeübersetzungsverhältnis
und/oder andere Parameter enthalten, die die Bewegung der Maschine 10 beeinflussen
können. Zusätzlich können die abhängigen
Variablen, die auf der y-Achse der Kennfelder dargestellt sind,
basierend auf mehreren Eingaben verschoben und/oder skaliert werden. Solche
Eingaben können beispielsweise Stellungen des rechten und
des linken Pedals, eine Stellung des FNR-Schalthebels, eine Stellung
eines Schalthebels für eine gewünschte Geschwindigkeitsbegrenzung, einen
höchsten zulässigen virtuellen Gang, einen Status
einer Feststellbremse, eine Getriebeeingriffs-Flag oder eine andere
Eingabe enthalten, die die abhängigen Variablen beeinflussen
kann.
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6 und 7 sind
graphische Darstellungen, die beispielhafte Pfade zeigen, die eine
Bedieneranforderung ansprechend auf unterschiedliche Bedieneraktionen
einschlagen kann. 6 und 7 werden
im folgenden Abschnitt zur besseren Veranschaulichung des offenbarten
Systems und seines Betriebs weiter erörtert.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das
offenbarte Steuerungssystem kann auf ein beliebiges Fahrzeug mit
einem drehmomentgesteuerten CVT angewandt werden. Insbesondere kann
das Steuerungssystem durch Auswählen eines bestimmten Basissteuerungskennfelds
aus einer Mehrzahl von Basissteuerungskennfeldern und eines bestimmten
Unterkennfelds aus einer Mehrzahl von Unterkennfeldern ansprechend
auf mehrere Eingaben effizient und präzise ein gewünschtes
Ausgangsdrehmoment ermitteln, dem das Getriebe unter verschiedenen
Umgebungs- und Fahrzeugbedingungen folgen kann. Die Auswahl eines
Basissteuerungskennfelds, eines zugehörigen Unterkennfelds
und eines anschließenden Steuerungspfads für eine
Leistungsabgabeanforderung wird im Folgenden beschrieben.
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Der
Bediener kann die Auswahl eines Basissteuerungskennfelds durch Bringen
des FNR-Schalthebels 26 in eine gewünschte Stellung
einleiten. Das Steuerungsmodul 32 kann ein Signal empfangen, das
die Stellung des FNR-Schalthebels 26 angibt, und das geeignete
Basissteuerungskennfeld entsprechend auswählen. Beispielsweise
kann, wenn der Bediener den FNR-Schalthebel 26 in eine
Vorwärts-Stellung bringt, ein Signal, das die Vorwärts-Stellung
angibt, von dem FNR-Schalthebel 26 entweder drahtlos oder über
eine Kommunikationsleitung zu dem Steuerungsmodul 32 übertragen
werden. Bei einem Empfang des Signals kann das Steuerungsmodul 32 das
Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 auswählen.
Die Auswahl des Basissteuerungskennfelds kann auch unabhängig
von der Bedienereingabe vorgenommen werden, sofern dies erwünscht
ist. Bei solch einer Ausführungsform kann das Steuerungsmodul 32 ein
Basissteuerungskennfeld basierend auf anderen Eingabefaktoren wie
beispielsweise einer Richtung einer Drehung einer Gegenwelle der
Maschine, eine Richtung einer Drehung der Traktionsvorrichtung 14 oder
einem anderen Parameter, der eine Richtung der Bewegung des Fahrzeugs
oder einen Leerlaufzustand angibt, auswählen.
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Nachdem
ein Basissteuerungskennfeld ausgewählt wurde, kann das
Steuerungsmodul 32 von mehreren Quellen eine Eingabe erhalten
und einen bestimmten Steuerungspfad ermitteln, dem die Getriebeeinheit 30 folgen
kann. Solch eine Eingabe kann die Auslenkung des linken Fußpedals 22,
die über den Sensor 42 erhalten wird, die Auslenkung des
rechten Fußpedals 24, die über den Sensor 44 erhalten
wird, die Ausgangsdrehzahl der Leistungsquelle 28, die über
den Sensor 34 erhalten wird, und die Ausgangsdrehzahl der
Getriebeeinheit 30 enthalten, die über den Sensor 46 erhalten
wird. Beim Bestimmen einer gewünschten Leistungsabgabeanweisung
kann auch auf andere Eingabequellen zurückgegriffen werden.
Beispielsweise kann das Steuerungsmodul 32 ein Signal von
einem Geschwindigkeitsbegrenzungsschalthebel, der die Maximalgeschwindigkeit
begrenzt, mit der sich die Maschine 10 fortbewegen kann,
ein Signal von den Bedienereingabevorrichtungen 18, das
einen höchsten zulässigen virtuellen Gang angibt,
und/oder ein Signal erhalten, das angibt, ob die Feststellbremse
aktiviert ist.
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Ein
erstes Beispiel für das Auswählen eines Basiskennfelds
und des anschließenden Steuerungspfads ist in 6 dargestellt. 6 stellt
das Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 und einen Steuerungspfad
dar, der zum Bewirken, dass die Maschine 10 aus einem angehaltenen
Zustand beschleunigt, ausgewählt wird. Da der Bediener
möglicherweise wünscht, die Maschine 10 in
einer Vorwärtsrichtung zu bewegen, kann der Bediener den FNR-Schalthebel 26 in
eine Vorwärts-Stellung bringen. Ein Signal, das angibt,
dass der FNR-Schalthebel 26 in eine Vorwärts-Stellung
gebracht worden ist, kann zu dem Steuerungsmodul 32 übertragen
werden. Nach dem Empfang des Signals kann das Steuerungsmodul 32 das
in 6 dargestellte Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 auswählen.
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Das
Steuerungskennfeld 32 kann von verschiedenen Quellen Eingabesignale
zum Auswählen eines geeigneten Unterkennfelds erhalten.
Insbesondere kann das Steuerungsmodul 32 von den Sensoren 34 und 46 Signale
erhalten, die angeben, dass die Maschine 10 angehalten
ist. Zusätzlich kann das Steuerungsmodul 32 ein
Signal von dem Sensor 44 erhalten, das angibt, dass der
Bediener zum Erhöhen des Ausgangsdrehmoments das rechte
Pedal 24 hinunterdrückt. Ansprechend auf die vorher
erwähnten Eingabesignale kann das Steuerungsmodul 32 bestimmen,
dass der Bediener wünscht, die Maschine 10 in
einer Vorwärtsrichtung anzutreiben. Daher kann das Steuerungsmodul 32 das
Antriebsunterkennfeld 50 des Vorwärts-Basissteuerungskennfelds 48 auswählen.
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Nach
einer Auswahl des geeigneten Kennfelds kann das Steuerungsmodul 32 das
Ausgangsdrehmoment der Getriebeeinheit 30 ansprechend auf die
von dem Sensor 44 übertragene Anforderung einer
Erhöhung des Ausgangsdrehmoments erhöhen. Wenn
das Ausgangsdrehmoment erhöht wird, kann das Steuerungsmodul 32 kontinuierlich
das Ausgangsdrehmoment mit der Maximaldrehmomentgrenze 56 vergleichen.
Die Maximaldrehmomentgrenze 56 kann auch ansprechend auf
eine Eingabe von den Bedienerschnittstellenvorrichtungen 18 verschoben
oder skaliert werden oder in dem Steuerungsstrategiealgorithmus
enthalten sein. Wenn das Ausgangsdrehmoment des Getriebes 30 kleiner
als die Maximaldrehmomentgrenze 56 ist, kann das Steuerungsmodul 32 damit
fortfahren, das Ausgangsdrehmoment gemäß der von
dem Sensor 44 übertragenen Anforderung zu erhöhen.
Wenn jedoch das Ausgangsdrehmoment gleich der Maximaldrehmomentgrenze 56 ist,
kann das Steuerungsmodul 32 das Signal von dem Sensor 44,
das die Erhöhung des Ausgangsdrehmoments anfordert, nicht
beachten und das Ausgangsdrehmoment auf einem Niveau halten, das
gleich der Maximaldrehmomentgrenze 56 ist.
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Während
das Ausgangsdrehmoment auf einem konstanten Niveau gehalten wird,
kann das Steuerungsmodul 32 kontinuierlich die Geschwindigkeit
der Maschine 10 mit der Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 vergleichen.
Wenn die Geschwindigkeit der Maschine 10 kleiner als die
Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 ist, kann das Steuerungsmodul 32 die
Größe des Ausgangsdrehmoments beibehalten. Wenn
jedoch die Geschwindigkeit der Maschine 10 gleich der Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 ist,
kann das Steuerungsmodul 32 das Ausgangsdrehmoment zum
Halten der Geschwindigkeit der Maschine 10 auf der Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 verringern. Ähnlich zu
der Maximaldrehmomentgrenze 56 kann die Maximalgeschwindigkeitsgrenze 58 ansprechend
auf eine Eingabe von den Bedienerschnittstellenvorrichtungen 18 verschoben oder
skaliert werden oder in dem Steuerungsstrategiealgorithmus enthalten
sein.
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Ein
zweites Beispiel für das Auswählen eines Basiskennfelds
und des anschließenden Steuerungspfads ist in 7 dargestellt. 7 stellt
das Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48 und einen Steuerungspfad
dar, der zum Bewirken, dass die Maschine 10 von einer Anfangsgeschwindigkeit
zu einem Stopp ausrollt, ausgewählt wird. Da sich die Maschine 10 möglicherweise
bereits in einer Vorwärtsrichtung bewegt, kann sich der
FNR-Schalthebel bereits in einer Vorwärts-Stellung befinden.
Daher ist möglicherweise das Signal, das die Vorwärts-Stellung
des FNR-Schalthebels 26 angibt, bereits zu dem Steuerungsmodul 32 übertragen
worden, und das Vorwärts-Basissteuerungskennfeld 48,
das in 7 dargestellt ist, ist möglicherweise
bereits ausgewählt worden.
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Das
Steuerungsmodul 32 kann das geeignete Unterkennfeld basierend
auf Eingabesignalen auswählen, die von verschiedenen Quellen
erhalten werden. Insbesondere kann das Steuerungskennfeld 32 Signale
von den Sensoren 34 und 46 erhalten, die angeben,
dass die Maschine 10 sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit
bewegt. Zusätzlich kann das Steuerungsmodul 32 ein
Signal von dem Sensor 42 erhalten, das angibt, dass sowohl
das linke Pedal 22 als auch das rechte Pedal 24 in
einer Nullstellung sind. Ansprechend auf die vorher erwähnten
Eingabesignale kann das Steuerungsmodul 32 bestimmen, dass
der Bediener wünscht, dass die Maschine 10 von
einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit zu einem Stopp ausrollt.
Daher kann das Steuerungsmodul 32 das Verzögerungsunterkennfeld 52 des
Vorwärts-Basissteuerungskennfelds 48 auswählen.
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Nach
der Auswahl des geeigneten Unterkennfelds kann das Steuerungsmodul 32 eine
Verzögerungskraft der Getriebeeinheit 30 erhöhen,
bis die Größe der Verzögerungskraft eine
Maximalauslaufverzögerungskraftgrenze 64 erreicht.
Die Maximalauslaufverzögerungskraftgrenze 64 kann
auch ansprechend auf eine Eingabe von den Bedienerschnittstellenvorrichtungen 18 verschoben
oder skaliert werden oder kann in dem Steuerungsstrategiealgorithmus
enthalten sein. Nach dem Erreichen der Maximalauslaufverzögerungskraftgrenze 64 kann
die Verzögerungskraft konstant gehalten werden, bis die Maximalverzögerungskraftgrenze 60 erreicht
wird. Sobald die Maximalverzögerungskraftgrenze 60 erreicht
worden ist, kann das Steuerungsmodul 32 die Verzögerungskraft
verringern, bis die Maschine 10 angehalten hat.
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Da
das offenbarte Steuerungssystem mehrere Eingaben zum Ermitteln einer
gewünschten Kombination aus Basissteuerungskennfeldern
und Unterkennfeldern verarbeiten kann, kann die Flexibilität
des Steuerungssystems erhöht werden. Zusätzlich
kann die Verwendung von Kombinationen von Steuerungskennfeldern
zum Erzeugen eines gewünschten Steuerungspfads die Zahl
an möglichen Steuerungsverläufen über
die Zahl an verfügbaren Kennfeldern hinaus erhöhen,
was die Flexibilität des Systems erhöht. Solch
eine Flexibilität kann die Zahl von Umgebungen und Anwendungen
erhöhen, für die das Getriebe und letztlich die
zugehörige Maschine verwendet werden können.
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Für
Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und
Variationen an der offenbarten Bedienerschnittstelle vorgenommen
werden können. Andere Ausführungsformen werden
für Fachleute bei der Betrachtung der Beschreibung und der
Verwendung der offenbarten Bedienerschnittstelle offensichtlich
werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als
exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich durch
die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente
festgelegt wird.
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Zusammenfassung
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DREHMOMENTBASIERTES STEUERUNGSSYSTEM
FÜR EIN STUFENLOSES GETRIEBE
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Es
wird ein stufenloses Getriebe (30) bereitgestellt, das
ein angetriebenes Element aufweist. Das stufenlose Getriebe weist
ferner mindestens eine Bedienereingabevorrichtung (26),
die dazu ausgebildet ist, eine Anforderung einer Betriebsart des Getriebes
zu übertragen, und mindestens eine andere Bedienereingabevorrichtung
(22, 24) auf, die dazu ausgebildet ist, eine Anforderung
einer Leistungsabgabe des angetriebenen Elements zu übertragen. Zusätzlich
weist das stufenlose Getriebe mindestens einen Sensor (46)
auf, der zum Erfassen mindestens eines Parameters ausgebildet ist,
der einen Betriebszustand des Getriebes angibt. Das stufenlose Getriebe
weist ferner eine Steuerung (32) auf, die zum Regulieren
einer Leistungsabgabe des angetriebenen Elements ansprechend auf
die Anforderung einer Betriebsart, die Anforderung einer Leistungsabgabe
des angetriebenen Elements und den mindestens einen erfassten Parameter
ausgebildet ist, der einen Betriebszustand des Getriebes angibt.
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(3)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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