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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Antriebsstrangsystem und insbesondere auf ein Antriebsstrangsystem mit einem verriegelbaren Differential.
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Hintergrund
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Maschinen, wie beispielsweise Schürfzüge, Radlager, Lastwägen und andere mobile Maschinen, werden verwendet, um viele Aufgaben auszuführen. Um diese Aufgaben effektiv auszuführen, benötigen die Maschinen einen Motor, der beträchtliches Drehmoment durch ein Getriebe an mehrere mit dem Boden in Eingriff stehende Traktionsvorrichtungen liefert. Solche Maschinen weisen gewöhnlicher Weise ein oder mehrere Differentiale auf, die Rotationsleistung von dem Getriebe zwischen Tandempaaren von Traktionsvorrichtungen verteilen. Diese Differentiale bzw. Differentialgetriebe werden verwendet, um gleichzeitig die Traktionsvorrichtungen anzutreiben, während es gestattet ist, dass sich dieser mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen, wodurch die Abnutzung der Traktionsvorrichtungen, des assoziierten Antriebsstrangs und auch der Straßen während speziellen Betriebsvorgängen verringert wird, wie beispielsweise während einer Kurvenfahrt. In einigen Situationen kann jedoch ein Differential auch gestatten, dass die Maschine die Traktion verliert, indem es die gesamte Leistung oder eine Hauptteil der Leistung von dem Getriebe auf nur die Traktionsvorrichtung überträgt, die durchrutscht.
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Ein Weg zum Verringern des Durchrutschens einer Traktionsvorrichtung ist es, manuell das Differential zu verriegeln, wenn ein Durchrutschen wahrscheinlich auftritt oder schon auftritt. Das Verriegeln des Differentials bewirkt, dass sich beide gepaarten Traktionsvorrichtungen mit der gleichen Drehzahl drehen, auch wenn eine der Traktionsvorrichtungen noch keine ausreichende Traktion hat (d. h., auch wenn die Traktionsvorrichtung sich schneller dreht als eine Fahrgeschwindigkeit der Maschine). In dieser Weise nimmt die Traktionsvorrichtung, die immer noch eine adäquate Traktion hat, genügend Leistung von dem Getriebe auf, um die Maschine durch ein Gelände zu fahren, welches dem Durchrutschvorgang beiträgt. Unglücklicher Weise kann das manuelle Verriegeln eines Differentials zu Timing- bzw. Einsatzproblemen führen, die mit den Verriegelungs- und Endriegelungsvorgängen assoziert sind. Es kann beispielsweise möglich sein, dass ein Maschinenbediener versucht, das Differential zu verriegeln, wenn hohe Niveaus des Durchrutschens schon auftreten (beispielsweise wenn eine Traktionsvorrichtung sich viel schneller als die andere damit gepaarte Traktionsvorrichtung dreht), was zu einem Schaden am Differential führen kann. Genauso kann es möglich sein, dass der Maschinenbediener das Differential länger als notwendig in einem verriegelten Zustand hält, was zu einer übermäßigen Abnutzung der Maschine führen kann.
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Ein Versuch, ein oder mehrere der oben beschriebenen Probleme anzusprechen, wird im
US-Patent mit der Nr. 6,174,255 offenbart, das an Porter und andere am 16. Januar 2001 erteilt wurde („das '255-Patent”). Insbesondere offenbart das '255-Patent ein Arbeitsfahrzeug mit einer Vorderachse mit einem Differential und einer Verriegelungsvorrichtung, die hydraulisch mit einem Elektromagnetventil gekoppelt ist. Das Elektromagnetventil ist weiter mit einem Mikroprozessor gekoppelt, der manuelle und automatische Betriebsmodi hat. Im manuellen Betriebsmodus wird das Elektromagnetventil gesteuert, um die Verriegelungsvorrichtung zu aktivieren und das Differential zu verriegeln, wenn ein Fußpedal, das in einer Bedienerkabine gelegen ist, heruntergedrückt wird. In dem automatischen Betriebsmodus bestimmt der Mikroprozessor automatisch, wann Räder der Vorderachse durchrutschen und löst darauf ansprechend das Elektromagnetventil aus, um die Verriegelungsvorrichtung zu aktivieren und das Durchrutschen zu stoppen. Der Mikroprozessor ist weiter konfiguriert, um zu bestimmen, wann ein Gelenkwinkel bzw. Lenkwinkel des Fahrzeugs während des Betriebs größer als eine programmierte Größe ist, und zwar entweder im manuellen oder im automatischen Betriebsmodus, und löst, darauf ansprechend, das Elektromagnetventil aus, um die Verriegelungsvorrichtung zu lösen und den Schaden an dem Differential zu verringern, welcher durch die Kurvenfahrt bewirkt wird.
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Obwohl das System des '255-Patentes möglicherweise für einige Situationen geeignet ist, ist es möglicherweise nicht vollständig optimal. Insbesondere verhindert das System nicht, dass ein Bediener das Differential während Bedingungen verriegelt, welche das Differential beschädigen könnten. Zusätzlich kann das System des '255-Patentes begrenzte Anwendbarkeit haben, da es während des automatischen Entriegelns des Differentials nicht Parameter berücksichtigen kann, die für spezielle Maschinenarten spezifisch sind.
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Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik zu überwinden.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Antriebsstrangsystem für eine mobile Maschine gerichtet. Das Antriebsstrangsystem kann eine Leistungsquelle, eine Vielzahl von Traktionsvorrichtungen und ein Differential bzw. Differentialgetriebe aufweisen, welches betriebsmäßig eine Ausgabe der Leistungsquelle mit der Vielzahl von Traktionsvorrichtungen verbindet. Das Antriebsstrangsystem kann auch eine manuelle Eingabevorrichtung aufweisen, die durch einen Bediener bewegbar ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, welches einen Wunsch anzeigt, das Differential zu verriegeln, zumindest einen Sensor, der konfiguriert ist, um ein zweites Signal zu erzeugen, welches einen Parameter der mobilen Maschine anzeigt, und eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem mindestens einen Sensor, der manuellen Eingabevorrichtung und dem Differential. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um eine Verriegelung des Differentials basierend auf dem ersten Signal zu verhindern, wenn das zweite Signal anzeigt, dass der Parameter von einem akzeptablen Bereich abweicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Betrieb einer mobilen Maschine gerichtet. Das Verfahren kann aufweisen, eine Leistungsausgabe zu erzeugen und die Leistungsausgabe durch ein Differential an eine Vielzahl von Traktionsvorrichtungen zu leiten. Das Verfahren kann auch aufweisen, eine manuelle Eingabe aufzunehmen, welche einen Wunsch anzeigt, das Differential zu verriegeln, einen Parameter der mobilen Maschine zu detektieren und selektiv das Verriegeln des Differentials basierend auf der manuellen Eingabe zu verhindern, wenn der Parameter von einem akzeptablen Bereich abweicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine bildliche Darstellung einer beispielhaften offenbarten mobilen Maschine;
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2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Antriebsstrangsystems, welches mit der mobilen Maschine der 1 verwendet werden kann; und
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3 ist ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes offenbartes Verfahren abbildet, welches von dem Antriebsstrangsystem der 2 ausgeführt wird.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht eine beispielhafte mobile Maschine 10. Die Maschine 10 ist in dem offenbarten Beispiel eine Erdbewegungsmaschine, wie beispielsweise ein Schürfzug, der konfiguriert ist, um Material an einer ersten Stelle zu laden, das Material von der ersten Stelle zu einer zweiten Stelle zu transportieren und das Material an der zweiten Stelle zu entladen. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Maschine 10 eine andere Art von mobiler Maschine verkörpern kann, falls erwünscht, wie beispielsweise einen Straßen- oder Geländelastwagen, einen Radlader oder eine andere in der Technik bekannte Maschine. Die Maschine 10 kann einen vorderen Traktorteil 12 aufweisen, der betriebsmäßig mit einem hinteren Traktorteil 14 verbunden ist, und eine Mulde 16, die zwischen den vorderen und hinteren Traktorteilen 12, 14 angeordnet ist. Die vorderen und hinteren Traktorteilen 12, 14 können zusammenarbeiten, um die Mulde 16 gegen eine Bodenfläche zu ziehen bzw. zu drücken. Die Mulde 16 kann starr mit dem hinteren Traktorteil 14 verbunden sein und betriebsmäßig mit dem vorderen Traktorteil über eine Gelenkscharnieranordnung 18 verbunden sein.
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Der vordere Traktorteil 12 kann mehrere Komponenten aufweisen, die zusammenwirken, um Betriebsvorgänge der Mulde 16 anzutreiben und zu steuern. Insbesondere kann der vordere Traktorteil 12 einen Rahmen 20, eine Vorderachsenanordnung 22, einen Antriebsstrang 24, und eine Bedienerstation 26 aufweisen. Der Rahmen 20 kann drehbar die Vorderachsenanordnung 22 aufnehmen und konfiguriert sein, um den Antriebsstrang 24 zu tragen. Der Antriebsstrang 24 kann konfiguriert sein, um die Vorderachsenanordnung 22 anzutreiben und elektrische und/oder hydraulische Leistung zu liefern, um die Mulde 16 zu bewegen. Die Bedienerstation 26 kann, wie genauer unten beschrieben wird, eine manuelle Steuerung der Maschine 10 ermöglichen.
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Die Vorderachsenanordnung 22 kann unter anderem eine Vielzahl von Traktionsvorrichtungen 28 aufweisen, weiter eine Achse 30, die mit jeder der Traktionsvorrichtungen 28 assoziiert ist, und ein mittig gelegenes Differential bzw. Differentialgetriebe 32, welches mit Innenenden der Achse 30 verbunden ist. In der offenbarten beispielhaften Ausführungsform sind die Traktionsvorrichtungen 28 Räder, die an Außenenden der Achsen 30 entgegengesetzt zum Differential 32 befestigt sind. Es sei jedoch bemerkt, dass andere Traktionsvorrichtungen 28 als Räder verwendet werden könnten, falls erwünscht, beispielsweise Raupen oder Riemen. Das Differential 32 kann konfiguriert sein, um eine Dreheingangsgröße von dem Antriebsstrang 24 aufzunehmen und eine Drehausgangsgröße an jede der Achsen 30 zu liefern, um die Traktionsvorrichtungen 28 anzutreiben und dadurch die Maschine 10 voranzutreiben. Wenn eine der Traktionsvorrichtungen 28 während einer geradeaus gerichteten Fahrt der Maschine 10 mit einer beträchtlich anderen Drehzahl dreht als eine andere der Traktionsvorrichtungen 28 in der gleichen Achsenanordnung 22, wird gesagt, dass zumindest eine der Traktionsvorrichtungen 28 durchrutscht.
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Das Differential 32 kann eine Kombination von ineinander greifenden Zahnrädern und eine verriegelbare Kupplung aufweisen (beispielsweise eine herkömmliche Klauenkupplung), welche zusammenwirken, um zwei unterschiedliche Betriebsmodi zu erzeugen, während denen die Achsen 30 entweder mit einem im Wesentlichen gleichen Drehmoment oder mit einer im Wesentlichen gleichen Drehzahl angetrieben werden. Insbesondere kann das Differential 32 im Wesentlichen gleiche Größen an Drehmoment zu jeder Achsen 30 liefern, wenn das Differential 32 in einem entriegelten Modus arbeitet (d. h., wenn die Klauenkupplung entriegelt ist), wie es in der Technik bekannt ist, und zwar ungeachtet der Drehzahlen der Achsen 30 (d. h., die Drehzahlen der Achsen 30 können anders sein, wenn das Differential 32 im nicht verriegelten Zustand arbeitet. Im Gegensatz dazu ist es auch in der Technik bekannt, dass das Differential 32 konfiguriert sein kann, um die Achsen 30 ungeachtet einer Größe des Drehmomentes, das zu jeder der Achsen 30 geliefert wird, mit ungefähr den gleichen Drehzahlen anzutreiben, wenn es in einem verriegelten Zustand arbeitet (d. h., wenn die Klauenkupplung entriegelt ist) (d. h., das Drehmoment, welches zu den Achsen 30 geliefert wird, kann anders sein, wenn das Differential 32 im verriegelten Modus arbeitet). Der Betrieb mit dem Differential 32 im verriegelten Modus kann das Lenken wegen der gleichen Drehzahlen schwierig machen: Weil das Differential 32 eine Klauenkupplung aufweisen kann, können die Achsen 30, wenn das Differential 32 verriegelt ist, miteinander durch mechanische Gegenwirkung gekoppelt sein (im Gegensatz zu Reibung, die bei anderen Arten von Kupplungen üblich ist, so dass ein Durchrutschen der Traktionsvorrichtungen 28 nicht ohne einen Schaden an dem Differential 32 möglich ist. Es kann bewirkt werden, dass das Differential 32 selektiv in dem verriegelten Modus arbeitet, um eine Traktionskraft der Maschine 10 aufrechtzuerhalten, oder im entriegelten Modus, um die Abnutzung der Traktionsvorrichtungen 28 und/oder des Antriebsstrangs 24 während spezieller Betriebsvorgänge zu verringern, wie beispielsweise während der Kurvenfahrt.
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Der Antriebsstrang 24 kann konfiguriert sein, um eine Leistungsausgabe zu erzeugen, die durch das Differential 32 an die Achsen 30 geleitet wird. In dem veröffentlichen Ausführungsbeispiel weist der Antriebsstrang 24 u. a. einen Motor 34 und eine Getriebe 36 auf, welches betriebsmäßig mit dem Motor 34 und dem Differential 32 gekoppelt ist. Der Motor 34 kann irgendeine in der Technik bekannte Leistungsquelle sein, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor. Das Getriebe 36 kann ein Leistungsschaltgetriebe, ein kontinuierlich variables Getriebe oder ein Hybridgetriebe sein, wie erwünscht und kann konfiguriert sein, um eine Leistungsausgabe, die vom Motor 34 erzeugt wird, an das Differential 32 über einen Bereich von Drehzahl-Drehmoment-Verhältnissen zu übertragen. Es sei bemerkt, dass der Antriebsstrang 24 eine alternative Leistungsquelle aufweisen kann, die mit dem Getriebe 36 gekoppelt ist, falls erwünscht, wie beispielsweise einen Elektromotor, eine Kombination aus Brennstoffzelle/Motor oder eine andere in der Technik bekannte Quelle.
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Die Bedienerstation 26 kann eine Schnittstellenvorrichtung 38 aufweisen, die in der Nähe eines Bedienersitzes gelegen ist und konfiguriert ist, um Steuersignale zu erzeugen, die mit dem Betrieb der Maschine 10 assoziiert sind. Gemäß einem Beispiel kann die Schnittstellenvorrichtung 38 ein Fußschalter sein, der an einem Boden der Bedienerstation 26 gelegen ist und selektiv durch einen Bediener betätigt wird (beispielsweise durch Drauftreten, um manuell die Klauenkupplung des Differentials 32 zum Verriegeln und Entriegeln zu bewegen. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass eine andere Art von Schnittstellenvorrichtung 38, beispielsweise ein Pedal, ein Druckknopf oder Hebel verwendet werden kann, um das Differential 32 zu steuern, falls erwünscht. Die gleiche oder eine andere Schnittstellenvorrichtung kann verwendet werden, um Betriebsvorgänge der Mulde 16 zu steuern, falls erwünscht.
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Die Gelenkscharnieranordnung 18 (auch als Dämpfungs- bzw. Klappscharnier bekannt) kann einen gekrümmten Hauptträger 40 mit einem vorderen Ende 42 und einem hinteren Ende 44 aufweisen. Das vordere Ende 42 des Trägers 40 kann durch ein vertikales Scharniergelenk 46 und ein horizontales Scharniergelenk 48 mit dem Rahmen 20 derart verbunden sein, dass der Träger 40 sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung relativ zum Rahmen 20 schwenken kann. Ein Paar von Lenkbetätigungsvorrichtungen 50 (von denen nur eine in 1 gezeigt ist) kann mit dem vertikalen Scharniergelenk 46 assoziiert ist, um eine Gelenklenkung bzw. Knicklenkung der Maschine 10 vorzusehen. Insbesondere können die Lenkbetätigungsvorrichtungen 50 linke und rechte Hydraulikzylinder verkörpern welche auf jeder Seite des Trägers 40 gelegen sind, die entgegengesetzt zueinander ausfahren und einfahren, um dadurch zu bewirken, dass der Träger 40 bei dem vertikalen Scharniergelenk 46 in der horizontalen Richtung schwenkt. Eine Knickbetätigungsvorrichtung 52, beispielsweise ein Hydraulikzylinder, kann mit dem horizontalen Scharniergelenk 48 assoziiert sein, um eine selektive Isolation der Bedienerstation 26 von Vertikalbewegungen der Mulde 16 vorzusehen. Die Knickbetätigungsvorrichtung 52 kann hydraulisch während einiger Betriebsmodi verriegelt sein (beispielsweise während des Grabens bzw. Entladens), so dass verhindert wird, dass sich der Träger 40 in der vertikalen Richtung relativ zum Rahmen bewegt, und kann während anderer Betriebsmodi entriegelt sein (beispielsweise während des Transports), um zu gestatten, dass der Träger 40 und die Mulde 16 in der vertikalen Richtung relativ zum Rahmen 20 schweben bzw. schwimmen.
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Das hintere Ende 44 des Trägers 40 kann mit der Mulde 16 über ein Paar von Armen 54 verbunden sein, die auf gegenüberliegenden Seiten des Trägers 40 gelegen sind (nur eine Seite ist in 1 gezeigt). Jeder Arm 54 kann ein erstes Ende 56 und ein zweites Ende 58 aufweisen. Das erste Ende 56 kann schwenkbar mit dem hinteren Ende 44 des Trägers 40 verbunden sein, während das zweite Ende 58 schwenkbar mit der Mulde 16 verbunden sein kann. Ein Paar von Muldenbetätigungsvorrichtungen 60 (nur eine in 1 gezeigt), beispielsweise Hydraulikzylinder, kann zwischen dem Träger 40 am hinteren Ende 44 und der Mulde 16 angeschlossen sein und konfiguriert sein, um selektiv die Mulde 16 weg von der Bodenfläche anzuheben und die Mulde 16 zur Bodenfläche hin abzusenken, und zwar durch Einfahrbewegungen bzw. Ausfahrbewegungen davon.
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Die Mulde 16 kann starr vom hinteren Traktorteil 14 getragen werden. Während des Ausfahrens und Einfahrens der Muldenbetätigungsvorrichtungen 60 kann bewirkt werden, dass die Mulde 16 in der vertikalen Richtung um eine Hinterachsenanordnung 62 schwenkt, so dass ein vorderes Ende 64 der Mulde 16 relativ zur Bodenfläche angehoben und abgesenkt werden kann. in einigen Ausführungsbeispielen kann ein zusätzlicher Antriebsstrang 66 in dem hinteren Traktorteil 14 enthalten sein und von der Hinterachsenanordnung 62 getragen werden. In diesen Ausführungsbeispielen kann der Antriebsstrang 66 betrieben werden, um die Hinterachsenanordnung 62 anzutreiben und dadurch die Maschine 10 zu schieben.
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Der Antriebsstrang 66 des hinteren Traktorteils 14 kann im Wesentlichen identisch mit dem Antriebsstrang 24 des vorderen Traktorteils 12 sein.
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Die Mulde 16 kann ein Werkzeug sein, welches als eine hohle Umhüllung verkörpert ist, die am vorderen Ende 64 eine Öffnung hat. Ein horizontales Schild 68 kann am vorderen Ende 64 gelegen sein und positioniert sein, um selektiv mit der Bodenfläche in Eingriff zu kommen, wenn das vordere Ende 64 durch das Ausfahren der Muldenbetätigungsvorrichtungen 60 abgesenkt wird. In dieser Konfiguration kann eine Ausfahrlänge der Muldenbetätigungsvorrichtungen 60 eine Tiefe bzw. Schnitttiefe des Schildes 68 in die Bodenfläche beeinflussen und, in Verbindung mit einer Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10, eine Rate der Materialentfernung von der Bodenfläche.
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Wie in 2 gezeigt, kann die Maschine 10 mit einem Antriebsstrangsystem 70 ausgerüstet sein, welches Komponenten aufweist, die zusammenarbeiten, um das Differential 32 ansprechend auf verschiedene Sensor- und Bedienereingaben zu steuern. Insbesondere kann das Antriebsstrangsystem 70 u. a. eine Steuervorrichtung 72 in Verbindung mit dem Differential 32, dem Getriebe 36, der Schnittstellenvorrichtung 38, der Knickbetätigungsvorrichtung 52, den Muldenbetätigungsvorrichtungen 60 und/oder einem oder mehreren Sensoren aufweisen, die an der gesamten Maschine 10 angeordnet sind und konfiguriert sind, um Signale zu erzeugen, welche Leistungsparameter der Maschine 10 anzeigen. Die Steuervorrichtung 72 kann, wie genauer unten beschrieben wird, konfiguriert sein, um selektiv zu bewirken, dass die Klauenkupplung des Differentials 32 verriegelt oder entriegelt, wodurch der Betriebsmodus des Differentials 32 und das entsprechende Verhalten der Traktionsvorrichtungen 28 verändert wird.
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Die Steuervorrichtung 72 kann konfiguriert sein, um Anweisungen auszuführen, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Steuerverfahren für das Differential ansprechend auf empfangene Signale auszuführen. Die Steuervorrichtung 72 kann irgendeine Komponente oder Kombination von Komponenten aufweisen, um betriebliche Aspekte der oben beschriebenen Maschine 10 zu überwachen, aufzuzeichnen, zu speichern, zu indexieren, zu verarbeiten und/oder zu übermitteln. Diese Komponenten können beispielsweise ein Speicher, eine oder mehrere Datenspeichervorrichtungen, eine zentrale Verarbeitungseinheit oder irgendwelche anderen Komponenten aufweisen, die verwendet werden, um eine Anwendung laufen zu lassen. Obwohl Aspekte der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen so beschrieben sein können, dass sie im Speicher gespeichert sind, wird weiterhin dem Fachmann klar sein, das diese Aspekte auf Arten von Computerprogrammprodukten oder computerlesbaren Medien gespeichert sein können oder von diesen gelesen werden können, wie beispielsweise Computerchips und sekundäre Speichervorrichtungen, was Festplatten, Disketten, optische Medien, CD-ROMs oder andere Formen von RAM bzw. Arbeitsspeicher oder ROM bzw. Lesespeicher mit einschließt. Die Steuervorrichtung 72 kann Sequenzen von Computerprogrammanweisungen ausführen, die auf dem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um Steuerverfahren für das Differential auszuführen, die unten erklärt werden.
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Die Sensoren, welche eine Eingangsgröße für die Steuervorrichtung 72 vorsehen können, können u. a. einen Drehzahlsensor 74 aufweisen, der mit jeder der Achsen 30 und/oder Traktionsvorrichtungen 28 assoziiert ist, und einen Gierungsratensensor 76. Die Geschwindigkeits- und Gierungsratensensoren 74, 76 können irgendwelche herkömmlichen Geschwindigkeits- und Gierungsratensensoren verkörpern, die in der Technik bekannt sind. Basierend auf einer Eingangsgröße von mehreren Drehzahlsensoren 74 kann die Steuervorrichtung 72 konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob ein Schlupf (eine Drehzahldifferenz zwischen den Traktionsvorrichtungen 28) auftritt oder wahrscheinlich auftritt. Basieren auf einer Eingabe vom Gierungsratensensor 76 kann die Steuervorrichtung 72 konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob und mit welcher Rate die Maschine 10 eine Kurve fährt (d. h. lenkt und/oder eine Gelenklenkung ausführt).
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Die Steuervorrichtung 72 kann konfiguriert sein, um zusätzliche Informationen über eine Kommunikation mit dem Getriebe 36, der Knickbetätigungsvorrichtung 52 und/oder den Muldenbetätigungsvorrichtungen 60 zu bestimmen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 72 konfiguriert sein, um durch eine Kommunikation mit dem Getriebe 36 oder durch eine Kommunikation mit einem oder mehreren (nicht gezeigten) Sensoren, die mit dem Getriebe 36 assoziiert sind, zu bestimmen, was das gegenwärtige Drehzahl-Drehmoment-Verhältnis (d. h. der Gang) ist. Die Steuervorrichtung 72 kann auch konfiguriert sein, um durch eine Kommunikation mit der Knickbetätigungsvorrichtung 52 oder durch eine Kommunikation mit einem oder mehreren (nicht gezeigten) Sensoren, die mit der Gelenkscharnieranordnung 18 assoziiert sind, zu bestimmen, was der gegenwärtige Status der Gelenkscharnieranordnung 18 ist (d. h., ob die Gelenkscharnieranordnung 18 in einem verriegelten Zustand oder freischwimmenden Zustand ist). In ähnlicher Weise kann die Steuervorrichtung 72 konfiguriert sein, um durch eine Kommunikation mit den Muldenbetätigungsvorrichtungen 60 oder durch eine Kommunikation mit einem oder mehreren (nicht gezeigten) Sensoren, die mit der Mulde 16 assoziiert sind, zu bestimmen, wie die gegenwärtige Position und/oder der Ladezustand der Mulde 16 ist.
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3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren, welches als Anweisungen auf dem computerlesbaren Medium gespeichert ist, wobei die Anweisungen von der Steuervorrichtung 72 ausführbar sind, um eine Differentialsteuerung der Maschine 10 auszuführen. 3 wird genauer im folgenden Abschnitt besprochen, um weiter die offenbarten Konzepten zu veranschaulichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das offenbarte Antriebsstrangsystem kann auf jegliche mobile Maschine anwendbar sein, wo ein Schutz der Komponenten des Differentials der Maschine erwünscht ist. Das offenbarte Antriebsstrangsystem kann dabei helfen, das Differential durch eine Regelung von sowohl manuellen als auch automatischen Verriegelungsvorgängen basierend auf einer Bedienereingabe und abgefühlten Leistungsparametern der Maschine zu schützen. Der Betrieb des Antriebsstrangsystems 70 wird nun mit Bezugnahme auf 3 erklärt.
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Das beispielhafte Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangsystems 70 der Maschine 10 kann damit beginnen, dass die Steuervorrichtung 72 eine manuelle Eingabe vom Bediener der Maschine 10 bezüglich eines erwünschten Verriegelns des Differentials 32 empfängt (Schritt 300). Wie oben beschrieben, kann die Eingangsgröße ein Signal aufweisen, welches von der Schnittstellenvorrichtung 38 erzeugt wurde (siehe 2). Beispielsweise kann der Bediener auf die Schnittstellenvorrichtung 38 treten, um einen Wunsch anzuzeigen, die Klauenkupplung des Differentials 32 zu verriegeln (wenn das Differential 32 gegenwärtig entriegelt ist) und die Schnittstellenvorrichtung 38 kann ein entsprechendes Signal erzeugen, welches diesen Wunsch anzeigt. Der Bediener kann auf die Schnittstellenvorrichtung 38 treten, um den Wunsch anzuzeigen, das Differential 32 zu verriegeln, wenn dem Bediener bewusst wird, dass die Traktionsvorrichtungen 28 durchrutschen, oder alternativ, wenn der Bediener einen Betriebsvorgang einleitet, wo bekannt ist, dass Durchrutschen bzw. Schlupf üblicherweise auftritt. Das Durchrutschen kann üblicherweise während des Beladens oder Entladens der Mulde 16 auftreten, wenn ein Widerstand gegen die Vorwärtsbewegung der Maschine zunimmt und/oder wenn der Untergrund der Maschine 10 lose wird und weniger Traktion für die Traktionsvorrichtungen 28 bietet. In gleicher Weise kann der Bediener wieder auf die Schnittstellenvorrichtung 38 treten (oder die Schnittstellenvorrichtung 38 freigeben) um einen Wunsch anzuzeigen, die Klauenkupplung des Differentials 32 zu entriegeln (wenn das Differential gegenwärtig verriegelt ist), und die Schnittstellenvorrichtung 38 kann ein entsprechendes Signal erzeugen, welches diesen Wunsch anzeigt. Der Bediener kann auf die Schnittstellenvorrichtung 38 treten, um den Wunsch anzuzeigen, das Differential 32 zu entriegeln, wenn der Bediener den Betriebsvorgang vollendet, der üblicherweise mit dem Durchrutschen bzw. Schlupf assoziiert ist und/oder ein Transportvorgang beginnt, wo es weniger wahrscheinlich ist, dass ein Durchrutschen auftritt.
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Basierend auf dem gegenwärtigen Status des Differentials 32 (d. h., abhängig davon, ob das Differential 32 gegenwärtig verriegelt oder entriegelt ist) und basierend auf dem Signal von der Schnittstellenvorrichtung 38 kann die Steuervorrichtung 72 bestimmen, ob der Bediener das Differential 32 verriegeln oder entriegeln will. Wenn beispielsweise das Differential 32 verriegelt ist, wenn das Signal von der Schnittstellenvorrichtung 38 empfangen wird, kann die Steuervorrichtung 72 bestimmen, dass der Bediener das Differential 32 entriegeln will (Schritt 306: Entriegeln). Wenn das Differential 32 entriegelt ist, wenn das Signal von der Schnittstellenvorrichtung 38 empfangen wird, kann die Steuervorrichtung 72 in ähnlicher Weise bestimmen, dass der Bediener das Differential 32 verriegeln möchte (Schritt 305: Verriegeln). Wenn der Bediener das Differential 32 entriegeln möchte, kann die Steuervorrichtung 72 bewirken, dass die Klauenkupplung des Differentials 32 außer Eingriff kommt (Schritt 307) und die Steuerung kann zum Schritt 300 zurückkehren. Wenn jedoch der Bediener das Differential 32 verriegeln möchte, kann die Steuerung zu einem Schritt 310 vorangehen, wo die Steuervorrichtung 72 verschiedene Leistungsparameter der Maschine 10 detektiert, welche einen erfolgreichen Eingriff der Klauenkupplung beeinflussen können.
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Der Schritt 310 kann vollendet werden bevor, während und/oder nachdem die Eingabe vom Bediener der Maschine 10 bezüglich des Wunsches zum Verriegeln des Differentials 32 empfangen wurde (Schritt 310). Die von der Steuervorrichtung 72 detektierten Leistungsparameter können u. a. Drehzahlen der Traktionsvorrichtungen 28 aufweisen, die von den Sensoren 74 empfangen wurden. Die Steuervorrichtung 72 kann dann die Leistungsparameter mit einem akzeptablen Bereich vergleichen und bestimmen, ob die Leistungsparameter von dem Bereich abgewichen sind (Schritt 320). Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 72 Signale von den Sensoren 74 aufnehmen, die mit den Traktionsvorrichtungen 28 assoziiert sind und kann darauf ansprechend bestimmen, ob ein tatsächlicher Durchrutschwert der Traktionsvorrichtungen 28 (d. h. eine tatsächliche Drehzahldifferenz zwischen den gegenüberliegenden Traktionsvorrichtungen 28 oder ein prozentualer Unterschied von der Maschinenfahrgeschwindigkeit) von einem akzeptablen Bereich von Rutschwerten bzw. Schlupfwerten abgewichen ist. Wenn die Leistungsparameter von dem akzeptablen Bereich abweichen, könnte das Verriegeln des Differentials 32 einen Schaden an der Klauenkupplung des Differentials 32 verursachen (d. h., die erhöhte Differenz der Drehzahlen könnte bewirken, dass die zusammenwirkenden Komponenten der Klauenkupplung heftig miteinander in Eingriff kommen, was ein Bruch der Komponenten zur Folgen hat). Entsprechend kann die Steuervorrichtung 72 in dieser Situation ein Verriegeln des Differentials 32 ansprechend auf das Signal verhindern, welches von der Schnittstellenvorrichtung 38 empfangen wurde (Schritt 330). Wenn jedoch die Leistungsparameter in den akzeptablen Bereich von Werten fallen, kann die Steuervorrichtung 72 stattdessen das Differential 32 ansprechend auf die manuelle Anzeige bzw. Anweisung verriegeln, die vom Bediener der Maschine 10 vorgesehen wird (d. h., ansprechend auf das Signal von der Schnittstellenvorrichtung 38) (Schritt 340).
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Während des Betriebs des Differentials 32 im verriegelten Modus können die Achsen 30 so angetrieben werden, dass sie sich ungefähr mit dem gleichen Drehzahlen drehen, und verbesserte Traktion für die Maschine 10 kann vorgesehen werden, was eine verbesserte Produktivität und/oder Effizienz bietet. Sobald die Maschine 10 durch Bedingungen gelaufen ist, welche zum Schlupf bzw. Durchrutschen beitragen, sollte der Bediener manuell das Differential 32 entriegeln, indem er wiederum die Schnittstellenvorrichtung 38 betätigt. In einigen Situationen kann der Bediener sich jedoch irren und möglicherweise nicht das Differential 32 entriegeln, wenn die verbesserte Traktion nicht länger notwendig oder vorteilhaft ist. Entsprechend kann die Steuervorrichtung 72 konfiguriert sein, um automatisch den Bediener zu überstimmen bzw. zu übersteuern und das Differential 32 unter gewissen Umständen zu entriegeln, so dass die Komponentenlebensdauer der Traktionsvorrichtungen 28 und/oder des Antriebsstrangs 24 vergrößert werden kann.
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Nachdem das Differential 32 gemäß dem Wunsch des Bedieners verriegelt worden ist (d. h., nach der Vollendung des Schrittes 340) kann die Steuervorrichtung 72 beispielsweise verschiedene andere Leistungsparameter der Maschine 10 detektieren. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 72 eine Position der Mulde 16, einen Ladezustand der Mulde 16, ein Drehzahl-Drehmoment-Verhältnis (d. h., einen Gang) des Getriebes 36, einen Zustand der Gelenkscharnieranordnung 18 (verriegelt oder frei schwimmend), eine Gierungsrate (d. h. eine Kurvenfahrtrate) der Maschine 10 und/oder einen anderen in der Technik bekannten Parameter detektieren (Schritt 350). Die Steuervorrichtung 72 kann dann bestimmen, ob der detektierte Parameter (die detektierten Parameter) Bedingungen anzeigen, während denen eine erhöhte Traktion nicht länger erwünscht ist. Das heißt, die Steuervorrichtung 72 kann bestimmen, ob die Mulde 16 in einer Transportposition ist (im Gegensatz zu einer Grab- oder Abladeposition), ob die Mulde nicht beladen oder entladen ist, ob das Getriebe 36 in einem Transportgang (einem höheren Gang im Vergleich zu einem niedrigeren Grab- oder Abladegang) ist, ob die Gelenkscharnieranordnung 18 im schwimmenden Zustand ist (im Gegensatz zu einem verriegelten Zustand, der während der Beladung der Mulde 16 erforderlich ist) und/oder ob die Maschine 10 mit einer signifikanten Rate eine Kurvenfahrt ausführt (im Gegensatz dazu, dass sie in einer geraden Linie fährt) (Schritt 360). Wenn keiner dieser Bedingungen vorliegt (Schritt 360: nein), kann die Steuervorrichtung 72 den vom Bediener erwünschten verriegelten Zustand des Differentials 32 beibehalten (Schritt 370), und die Steuerung kann zum Schritt 300 zurückkehren. Wenn jedoch die Steuervorrichtung 72 bestimmt, dass die Mulde 16 in einer Transportposition ist, nicht beladen ist oder nicht entladen wird, dass das Getriebe 36 in einem hohen Transportgang ist, dass die Gelenkscharnieranordnung 18 entriegelt ist und/oder dass die Maschine 10 mit einer signifikanten Rate um die Kurve fährt, kann die Steuervorrichtung 72 stattdessen das Differential 32 entriegeln (Schritt 380), um dabei zu helfen, die Komponenten des Differentials 32 zu schützen, und die Steuerung kann zum Schritt 300 zurückgehen.
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Weil das Antriebssystem 70 ein Verriegeln des Differentials 32 ansprechend auf eine manuelle Eingabe gestatten kann, kann dem Bediener der Maschine eine bessere Steuerung über den Betrieb der Maschine gegeben werden. Weil das Antriebsstrangsystem 70 zusätzlich dahingehend funktioniert, dass es Bedienerbefehle für die Verriegelung des Differentials 32 während Zuständen, die das Differential 32 beschädigen könnten, übersteuert bzw. überstimmt, kann die Integrität des Antriebsstrangsystems 70 gewahrt werden. Weil das Antriebsstrangsystem 70 weiter basierend auf Leistungsparametern betreibbar sein kann, die für eine gewisse Anwendung speziell vorgesehen sind (beispielsweise speziell für eine Anwendung bei einem Schürfzug), können weiterhin zusätzliche Funktionsweisen der Maschine 10 vorgesehen werden. Beispielsweise kann das Antriebsstrangsystem 70 ein automatisches Entriegeln des Differentials 32 basierend auf der Detektion von speziellen Leistungsparametern eines Schürfzuges gestatten, und zwar ungeachtet des ursprünglichen Befehls des Bedieners, das Differential 32 zu verriegeln (d. h., ungeachtet der gegenwärtigen Position und/oder des Zustandes der Schnittstellenvorrichtung 38). Diese Funktion kann dabei helfen, eine Leistung und/oder Langlebigkeit der Maschine 10 bei einer Anwendung bei einem Schürfzug zu verbessern.
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Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Antriebsstrangsystem vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des offenbarten Antriebsstrangsystems offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
