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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Steuersystem gerichtet und insbesondere auf ein Antriebsstrangsteuersystem mit einer Verriegelung, die ein Getriebeausgabedrehmoment und eine Motordrehzahl regelt.
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Hintergrund
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Maschinen wie beispielsweise Radlader, Dozer, Geländelastwagen und andere schwere Ausrüstung werden verwendet, um viele Aufgaben auszuführen. Um diese Aufgaben effektiv durchzuführen, benötigen die Maschinen einen Motor, der beträchtliches Drehmoment durch ein Getriebe an ein oder mehrere mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtungen liefert. Um die Drehzahl und Drehmomentausgabe der mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen zu steuern, werden für den Bediener dieser Maschinen typischerweise drei unterschiedliche Fußpedale vorgesehen. Eines der drei Pedale wird betätigt, um die Brennstoffversorgung des Motors zu beeinflussen. Ein weiteres der drei Pedale wird betätigt, um das Bremsen des Fahrzeuges zu beeinflussen. Das dritte der drei Pedale wird betätigt, um den Motor außer Eingriff mit dem Getriebe zu bringen und, wenn es weit genug herabgedrückt wird, beeinflusst es auch das Bremsen des Fahrzeuges.
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Obwohl diese Konfiguration geeignet sein kann, wenn ein mechanisches Getriebe mit Stufenschaltung verwendet wird, um Leistung von dem Motor an die mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen zu übertragen, ist es möglicherweise nicht ausreichend und/oder umständlich, wenn ein kontinuierlich variables Getriebe bzw. CVT (CVT = continuously variable transmission) genutzt wird. Ein kontinuierlich variables Getriebe ist eine Automatikgetriebebauart, die eine unendliche Anzahl von Ausgabeverhältnissen innerhalb seines Übersetzungsbereichs liefert. Zum Beispiel kann ein hydraulisches kontinuierlich variables Getriebe eine Pumpe aufweisen und einen Strömungsmittelmotor, der unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Pumpe empfängt. Abhängig von einer Ausgabeflussrate und einem Druck der Pumpe, können die Motordrehzahl und das Ausgabedrehmoment an der mit dem Boden in Eingriff stehenden Einrichtung variiert werden. Wenn ein kontinuierlich variables Getriebe verwendet wird, ist es ein primäres Ziel, den Motor auf effiziente Weise so stabil wie möglich zu halten. In dieser Situation kann die oben beschriebene Strategie einer konstanten Veränderung der Brennstoffversorgung des Motors und/oder einer konstanten Trennung des Motors von dem Getriebe gegen das Effizienzziel arbeiten. Daher ist eine alternative Strategie erforderlich, um den Betrieb einer Maschine zu steuern, die ein kontinuierlich variables Getriebe nutzt.
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Ein alternatives Verfahren einer Antriebsstrangsteuerung ist im
US-Patent Nr. 7,854,681 von Sopko et al. beschrieben, das am 21. Dezember 2010 ausgegeben wurde (im '681-Patent). Das '681-Patent beschreibt eine Maschine mit einem kontinuierlich variablen Getriebe, linken und rechten Bedienerpedalen, einer Gangauswahlvorrichtung und einer Steuervorrichtung, die mit dem kontinuierlich variablen Getriebe, den Pedalen und der Gangauswahlvorrichtung in Verbindung steht. Das linke Fußpedal erzeugt ein erstes Signal, das eine erwünschte Menge an Leistung anzeigt, die übertragen werden sollte, um die Maschine anzutreiben. Das rechte Fußpedal erzeugt ein zweites Signal, das eine erwünschte Motordrehzahl anzeigt. Die Gangauswahlvorrichtung erzeugt ein drittes Signal, das mit einer Fahrgeschwindigkeitsgrenze der Maschine assoziiert ist. Die Steuervorrichtung erzeugt einen Drehmomentausgabebefehl für das kontinuierlich variable Getriebe, der eine Funktion der ersten und zweiten Signale ist. Der Drehmomentausgabebefehl wird dann basierend auf dem dritten Signal modifiziert. Die Maschine beinhaltet auch ein Drossel- bzw. Gaspedalverriegelungsmerkmal, welches es dem Bediener der Maschine gestattet, eine Motordrehzahl auf einem erwünschten Niveau zu verriegeln, während eine unabhängige Steuerung des kontinuierlich variablen Getriebes gestattet wird. Das Gaspedalverriegelungsmerkmal kann einen Betrieb der Maschine ohne manuelle Betätigung des rechten Fußpedals gestatten.
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Obwohl das System des
'681-Patentes eine effiziente Regelung eines kontinuierlich variablen Getriebes vorsehen kann, kann es immer noch weniger als optimal sein. Insbesondere ist es für den Bediener immer noch erforderlich, das linke Fußpedal während des Betriebs anzupassen bzw. zu modulieren, was für den Bediener umständlich und ermüdend sein kann. Zusätzlich kann es Zeiten geben, wenn die vom Bediener ausgewählte Motordrehzahl (d. h. die Motordrehzahl, die über das Gaspedalverriegelungsmerkmal ausgewählt ist) für aktuelle Vorgänge ineffizient ist und das System des '681-Patentes sieht keine Möglichkeit vor, dieses Merkmal zu übersteuern.
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Das Antriebsstrangsteuersystem der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik.
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Zusammenfassung
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Antriebsstrangsteuersystem gerichtet. Das Antriebsstrangsteuersystem kann einen Motor und ein kontinuierlich variables Getriebe aufweisen, das betriebsmäßig an den Motor gekoppelt ist. Das Antriebsstrangsteuersystem kann auch Folgendes aufweisen: eine Bedienereingabevorrichtung, die konfiguriert ist, um ein Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Drehzahl des Motors anzeigt, eine Merkmalauswahlvorrichtung, die von einem Bediener genutzt werden kann, um eine Aktivierung eines Antriebsstrangsteuermerkmals auszuwählen, und eine Steuervorrichtung, die mit dem Motor, dem kontinuierlich variablen Getriebe, der Bedienereingabevorrichtung und der Merkmalauswahlvorrichtung in Verbindung steht. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um eine Bestimmung vorzunehmen, dass der Bediener eine Aktivierung des Antriebsstrangsteuermerkmals über die Merkmalauswahlvorrichtung ausgewählt hat, um eine Drehzahl des Motors basierend auf der Bestimmung und dem Signal zu verriegeln und um eine Drehmomentausgabe des kontinuierlich variablen Getriebes basierend auf der Bestimmung und der verriegelten Drehzahl des Motors zu verriegeln bzw. festzulegen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstranges gerichtet. Das Verfahren kann das Empfangen einer Eingabe von einem Bediener aufweisen, die eine erwünschte Motordrehzahl anzeigt, und das Empfangen einer Auswahl von dem Bediener, die mit einer Aktivierung des Antriebsstrangsteuermerkmals assoziiert ist. Dieses Verfahren kann auch das Verriegeln einer Drehzahl des Motors basierend auf der Auswahl und der erwünschten Motordrehzahl aufweisen, und das Verriegeln bzw. Festlegen einer Drehmomentausgabe eines kontinuierlich variablen Getriebes basierend auf der Auswahl und der verriegelten bzw. festgelegten Drehzahl.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine diagrammartige Darstellung einer beispielhaften offenbarten Maschine;
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2 ist eine bildliche Darstellung einer beispielhaften offenbarten Bedienerstation, die in Verbindung mit der Maschine der 1 verwendet werden kann;
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3 ist eine diagrammartige Darstellung eines beispielhaften offenbarten Antriebsstrangsteuersystems, das in Verbindung mit der Maschine der 1 verwendet werden kann; und
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4 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften offenbarten Betrieb abbildet, der von dem Antriebsstrangsteuersystem der 3 durchgeführt werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht eine beispielhafte Maschine 10 mit mehreren Systemen und Komponenten, die zusammenwirken, um eine Aufgabe zu erfüllen. Die Aufgaben, die von der Maschine 10 durchgeführt werden, können mit einem bestimmten Industriezweig assoziiert sein, wie beispielsweise Bergbau, Bau, Landwirtschaft, Transport, Energieerzeugung oder mit jeglichem anderen in der Technik bekannten Industriezweig. Zum Beispiel kann die Maschine 10 eine mobile Maschine, wie beispielsweise einen Radlader verkörpern, der in 1 abgebildet ist, einen Bus, ein Straßen- oder Geländetransportfahrzeug oder jegliche andere Art von mobiler Maschine, die in der Technik bekannt ist. Die Maschine 10 weist einen Rahmen 11, eine Bedienerstation 12, die von dem Rahmen 11 getragen wird, eine oder mehrere Traktionsvorrichtungen 14, die drehbar mit dem Rahmen 11 verbunden sind und einen Antriebsstrang 16 auf, der vom Rahmen 11 getragen wird und der betriebsmäßig verbunden ist, um wenigstens eine der Traktionsvorrichtungen 14 ansprechend auf eine Eingabe, die von der Bedienerstation 12 empfangen wird, anzutreiben.
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Wie in 2 veranschaulicht, kann die Bedienerstation 12 eine im Allgemeinen umschlossene Kabine mit Vorrichtungen verkörpern, die manuelle Signale empfangen, die ein erwünschtes Maschinenfahrmanöver anzeigen. Insbesondere kann die Bedienerstation 12 ein oder mehrere Schnittstellenvorrichtungen 18 aufweisen, die in der Nähe eines Bedienersitzes 20 angeordnet sind. Schnittstellenvorrichtungen 18 können eine Bewegung einleiten und/oder Merkmale der Maschine 10 aktivieren, und zwar durch Erzeugen von Signalen, die eine erwünschte Maschinenfunktion anzeigen. In einem Ausführungsbeispiel können Schnittstellenvorrichtungen 18 ein linkes Fußpedal 18a, ein rechtes Fußpedal 18b und eine Merkmalauswahlvorrichtung 18c aufweisen. Wenn ein Bediener das linke Fußpedal 18a und/oder das rechte Fußpedal 18b betätigt (d. h. er verschiebt das linke und/oder rechte Fußpedal 18a, 18b aus einer neutralen Position), dann kann der Bediener eine entsprechende Maschinenfahrfunktion erwarten und beeinflussen. Wenn der Bediener die Merkmalauswahlvorrichtung 18c manipuliert bzw. betätigt, kann der Bediener eine Aktivierung eines bestimmten Steuermerkmals (z. B. ein Antriebsstrangverriegelungsmerkmal) auswählen. Es wird in Betracht gezogen, dass andere Schnittstellenvorrichtungen als Fußpedale und Merkmalauswahlvorrichtungen, wie beispielsweise Joysticks, Hebel, Schalter, Knöpfe bzw. Griffe, Räder und andere in der Technik bekannt Einrichtungen zusätzlich oder alternativ innerhalb der Bedienerstation 12 zur Fahrtsteuerung der Maschine 10 vorgesehen sein können, wenn dies erwünscht ist.
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Traktionsvorrichtungen 14 (mit Bezug auf 1) können Räder verkörpern, die an jeder Seite der Maschine 10 angeordnet sind (nur eine Seite ist gezeigt). Alternativ können Traktionsvorrichtungen 14 Raupen, Riemen oder jegliche anderen bekannten Traktionsvorrichtungen beinhalten. Es wird in Betracht gezogen, dass jegliche Kombination von Rädern an der Maschine 10 angetrieben und/oder gesteuert werden kann.
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Wie in 3 veranschaulicht, kann der Antriebsstrang 16 eine integrale Einheit sein, die konfiguriert ist, um Leistung zu erzeugen und an die Traktionsvorrichtungen 14 zu übertragen. Insbesondere kann der Antriebsstrang 16 einen Hauptmotor 22 aufweisen, der betreibbar ist, um eine Leistungsausgabe zu erzeugen, ein Getriebe 24, das verbunden ist, um die Leistungsausgabe aufzunehmen und die Leistungsausgabe auf nützliche Weise an die Traktionsvorrichtungen 14 (mit Bezug auf 1) zu übertragen, und ein Steuersystem 26, das konfiguriert ist, um den Betrieb vom Hauptmotor 22 und dem Getriebe 24 ansprechend auf ein oder mehrere Signale zu regeln, die vom linken Fußpedal 18a, dem rechten Fußpedal 18b, der Merkmalauswahlvorrichtung 18c und ein oder mehreren unterschiedlichen Sensoren erzeugt werden.
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Der Hauptmotor 22 kann ein Verbrennungsmotor sein, der mehrere Untersysteme hat, die zusammenwirken, um eine mechanische und/oder elektrische Leistungsausgabe zu erzeugen. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist der Motor bzw. Hauptmotor 22 dargestellt und beschrieben als ein Viertaktdieselmotor. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Hauptmotor 22 jegliche andere Art von Verbrennungsmotor sein kann, wie beispielsweise ein Otto- bzw. Benzinmotor oder ein mit gasförmigem Brennstoff angetriebener Motor. Die Untersysteme, die innerhalb des Hauptmotors 22 enthalten sind können beispielsweise ein Brennstoffsystem, ein Luftansaugsystem, ein Abgassystem, ein Schmiersystem, ein Kühlsystem und andere geeignete Systeme beinhalten.
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Der Hauptmotor 22 kann wenigstens teilweise mit den rechten Fußpedalen 18b gesteuert werden. Das heißt, wenn ein rechtes Fußpedal 18b durch einen Bediener betätigt wird, dann kann das rechte Fußpedal 18b ein elektrisches Signal erzeugen, das an eine Steuervorrichtung 36 des Steuersystems 26 gerichtet ist, das eine erwünschte Motordrehzahl anzeigt. Zum Beispiel kann das rechte Fußpedal 18b eine minimale Position haben, die einer niedrigen Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors 22 entspricht, und kann über einen Bereich von Positionen auf eine maximale Position bewegbar sein, die einer Nenndrehzahl vom Hauptmotor 22 entspricht. Ein Sensor 38, wie beispielsweise ein Schalter oder Potentiometer, kann in Verbindung mit dem rechten Fußpedal 18b vorgesehen sein, um eine Verschiebungsposition davon abzufühlen und ein entsprechendes Signal ansprechend auf die verschobene Position zu erzeugen. Das Verschiebungssignal vom Sensor 38 kann durch die Steuervorrichtung 36 zum Hauptmotor 22 geleitet werden (z. B. an das Brennstoffsystem, das Luftansaugsystem, das Abgassystem oder an ein anderes System vom Hauptmotor 22), um die Drehzahl des Hauptmotors 22 zu steuern. Obwohl der Hauptmotor 22 als ein Motor mit niedrigem Leerlauf beschrieben wurde (d. h. die minimale Verschiebungsposition des rechten Fußpedals 18b ist mit einer niedrigen Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors 22 assoziiert), wird in Betracht gezogen, dass der Hauptmotor 22 alternativ ein Motor mit hohem Leerlauf sein könnte (d. h. die minimale Verschiebungsposition des rechten Fußpedals 18b könnte mit einer hohen Leerlaufdrehzahl des Hauptmotors 22 verbunden sein und weiter könnte eine Verschiebung des rechten Fußpedals 18b zu einer Verringerung der Motordrehzahl führen), wenn dies erwünscht ist.
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Ein Sensor 28 kann mit dem Hauptmotor 22 assoziiert sein, um dessen Drehzahl abzufühlen. In einem Beispiel kann der Sensor 28 ein Sensor vom Typ eines Magnetaufnehmers sein, der mit einem Magnet assoziiert ist, der innerhalb einer rotierenden Komponente des Antriebsstranges 16 eingebettet ist, wie beispielsweise einer Kurbelwelle oder einem Schwungrad des Hauptmotors 22. Während des Betriebs des Hauptmotors 22 kann der Sensor 28 das rotierende Feld abfühlen, das vom Magnet erzeugt wird und kann ein Signal erzeugen, das der Drehzahl des Hauptmotors 22 entspricht.
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Das Getriebe 24 kann beispielsweise ein kontinuierlich variables Getriebe bzw. CVT (CVT = continuously variable transmission) verkörpern. Das Getriebe 24 kann jegliche Art von kontinuierlich variablem Getriebe sein, wie beispielsweise ein hydraulisches, kontinuierlich variables Getriebe, ein hydromechanisches, kontinuierlich variables Getriebe, ein elektrisches kontinuierlich variables Getriebe, ein elektromechanisches kontinuierlich variables Getriebe, ein hydraulisches oder elektrisches kontinuierlich variables Getriebe in parallelem Aufbau oder jegliche andere Konfiguration, wie dem Fachmann klar sein würde.
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Ein kontinuierlich variables Getriebe besteht im Allgemeinen aus einem Antriebselement 30 und einem angetriebenen Element 32, das hydraulisch, elektrisch und/oder mechanisch mit dem Antriebselement 30 verbunden ist. In dem vereinfachten, beispielhaften hydraulischen kontinuierlich variablen Getriebe der 3 ist das Antriebselement 30 eine hydraulische Pumpe, wie beispielsweise eine bidirektionale Hydraulikpumpe vom Kolbentyp mit variabler Verdrängung (d. h. eine Over-Center-Pumpe bzw. über die Mitte stellbare Pumpe). Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass das Antriebselement 30 alternativ eine unidirektionale Pumpe, eine Pumpe mit fester Verdrängung oder eine Drehkolben- bzw. Rotationspumpe (oder ein elektrischer Generator, wie beispielsweise in einem elektrischen oder elektromechanischen kontinuierlich variablen Getriebe) sein könnte, wenn dies erwünscht ist. In derselben Konfiguration ist das angetriebene Element 32 als ein Hydraulikmotor gezeigt, wie beispielsweise ein bidirektionaler Kolbenmotor mit variabler Verdrängung. Ähnlich wie beim Antriebselement 30 wird in Betracht gezogen, dass das angetriebene Element 32 alternativ einen unidirektionalen Motor, einen Motor mit fester Verdrängung oder einen rotierenden Motor (oder einen elektrischen Motor, wie beispielsweise in einem elektrischen oder elektromechanischen kontinuierlich variablen Getriebe) verkörpern kann, wenn dies erwünscht ist. Das Antriebselement 30 kann verbunden bzw. angeschlossen sein, um das angetriebene Element 32 mit Druckströmungsmittel über einen offenen oder geschlossenen Kreislauf 34 mit Leistung zu versorgen, und zwar ansprechend auf Verschiebungsbefehle, die an die antreibenden und/oder angetriebenen Elemente 30, 32 gerichtet sind. In einigen Situationen kann das angetriebene Element 32 alternativ das antreibende Element bzw. Antriebselement 30 in umgekehrter Richtung mit Leistung versorgen, beispielsweise während des Bremsens von Maschine 10.
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Das Getriebe 24 kann wenigstens teilweise mit linken und rechten Fußpedalen 18a, 18b gesteuert werden. Das heißt, wenn das rechte Fußpedal 18b vom Bediener betätigt wird, kann das Signal, das vom rechten Fußpedal 18a erzeugt wird, zusätzlich zu einer erwünschten Motordrehzahl ein erwünschtes Ausgabedrehmoment des Getriebes 24 anzeigen. Daher ist das Ausgabedrehmoment des Getriebes 24 umso größer, je größer die Verschiebung des rechten Fußpedals 18b ist. Im Gegensatz dazu kann, wenn das linke Fußpedal 18a vom Bediener betätigt wird, das linke Fußpedal 18a ein Signal erzeugen, das an die Steuervorrichtung 36 gerichtet ist, das eine erwünschte Verringerung im Getriebeausgabedrehmoment anzeigt.
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Zum Beispiel kann das linke Fußpedal 18a eine minimale Position haben, die einer maximalen Drehmomentausgabe des Getriebes 24 entspricht (d. h. keine Verringerung im Ausgabedrehmoment wird vom rechten Fußpedal 18b angefordert), und kann über einen Bereich von Positionen zu einer maximalen Position bewegbar sein, die einer minimalen Drehmomentausgabe entspricht (d. h. einer größten Verringerung in dem Getriebeausgabedrehmoment). Ein Sensor 40, wie beispielsweise ein Schalter oder ein Potentiometer, kann in Verbindung mit dem linken Fußpedal 18a vorgesehen sein, um dessen Verschiebungsposition abzufühlen und ein entsprechendes Signal ansprechend auf die verschobene Position zu erzeugen. Das Verschiebungssignal von dem Sensor 40 kann durch die Steuervorrichtung 36 an das Getriebe 24 geleitet werden, um die Drehmomentausgabe der antreibenden und/oder angetriebenen Elemente 30, 32 über eine Einstellung der Verschiebung(en) davon zu steuern. In einem Ausführungsbeispiel kann das Signal, das vom Sensor 40 erzeugt wird, einen Wert haben, der einem Prozentsatz einer zulässigen Drehmomentausgabe entspricht, die für eine aktuelle Drehzahl der Maschine 10 verfügbar ist.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann das linke Fußpedal 18a auch mit dem Bremsen einer Traktionseinrichtung 14 assoziiert sein. In diesen Ausführungsbeispielen kann das linke Fußpedal 18a von der minimalen Verschiebungsposition über eine Schwellenwertzwischenposition zu der maximalen Verschiebungsposition bewegbar sein. Wie oben beschrieben, kann die minimale Verschiebungsposition des linken Fußpedals 18a mit der maximalen Drehmomentausgabe des Getriebes 24 assoziiert sein. Im Kontrast zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel jedoch kann das linke Fußpedal 18a in diesem Ausführungsbeispiel alternativ ein Signal erzeugen, das die minimale Drehmomentausgabe des Getriebes 24 bei der Schwellenwertzwischenposition anzeigt. Eine weitere Verschiebung des linken Fußpedals 18a von der Schwellenwertzwischenposition kann dann in einer Zunahme des Bremsens der Traktionsvorrichtung 18 führen.
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Ein Sensor 42 kann mit dem Getriebe 24 und/oder der Traktionsvorrichtung 14 (mit Bezug auf 1) assoziiert sein, um eine Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 abzufühlen. In einem Beispiel kann der Sensor 42 einen Sensor vom Typ eines Magnetaufnehmers verkörpern, der mit einem Magnet assoziiert ist, der innerhalb einer rotierenden Komponente vom Antriebsstrang 16 eingebettet ist, wie beispielsweise einer Getriebeausgangswelle. Während des Betriebs von Maschine 10 kann der Sensor 42 das rotierende Feld abfühlen, das von dem Magnet erzeugt wird und kann ein Signal erzeugen, das der Drehzahl des Getriebes 24 und/oder der entsprechenden Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 entspricht.
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Die Steuervorrichtung 36 kann, zusammen mit den Schnittstellenvorrichtungen 18, den Sensoren 40 und 42, den (nicht gezeigten) Steuerkomponenten des Hauptmotors 22 und den Verschiebungssteuermechanismen des Getriebes 24 das Steuersystem 26 bilden. Die Steuervorrichtung 36 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zum Steuern des Betriebs von Antriebsstrang 16 ansprechend auf die empfangenen Signale aufweisen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert sein, um die Funktionen von der Steuervorrichtung 36 durchzuführen. Es sollte klar sein, dass die Steuervorrichtung 36 leicht einen allgemeinen Maschinenprozessor verkörpern könnte, der in der Lage ist, zahlreiche Maschinenfunktionen zu steuern. Die Steuervorrichtung 36 kann einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung, einen Prozessor und jegliche anderen Komponenten zum Durchführen einer Anwendung aufweisen. Verschiedene andere Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 36 assoziiert sein, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, Signalkonditionierungsschaltung, Elektromagnettreiberschaltung oder andere Arten von Schaltkreisen.
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Ein oder mehrere Getriebesteuerpläne bzw. -kennfelder, die sich auf die Verschiebung des linken Fußpedals, die Verschiebung des rechten Fußpedals, den Status der Merkmalauswahlvorrichtung 18c, die detektierte Fahrgeschwindigkeit, die erwünschte Fahrgeschwindigkeit, die erwünschte Motordrehzahl, die erwünschte Drehmomentausgabe, den Drehmomentausgabebefehl, die Drehmomentausgabegrenzen und/oder andere Steuervariablen beziehen, können innerhalb des Speichers der Steuervorrichtung 36 gespeichert werden. Jeder dieser Plane bzw. jedes dieser Kennfelder kann in der Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen vorliegen und kann eine Zusammenstellung von Daten aufweisen, die im Labor und/oder im Feldbetrieb im Antriebsstrang 16 gesammelt wurden. Die Steuervorrichtung 36 kann auf diese Pläne bzw. Kennfelder Bezug nehmen und kann den Hauptmotor 22 und das Getriebe 24 steuern, um den Betrieb des Antriebsstrangs 16 mit dem erwarteten und/oder erwünschten Leistungsverhalten von Maschine 10 auszurichten.
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4 bildet ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern von Antriebsstrang 16 ab, das durch die Steuervorrichtung 36 geregelt wird. 4 wird ausführlicher im folgenden Abschnitt diskutiert, um weitere Aspekte des offenbarten Systems klarzustellen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das offenbarte Antriebsstrangsteuersystem kann auf jegliche mobile Maschine angewendet werden, die ein kontinuierlich variables Getriebe hat. Das offenbarte Antriebsstrangsteuersystem kann verbesserte Effizienz und Steuerung des assoziierten Antriebsstrangs vorsehen, während auch die Anstrengung des Bedieners verringert wird. Der Betrieb des Antriebsstrangsteuersystems 26 wird nun im Detail mit Bezug auf 4 beschrieben.
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Wie in dem Flussdiagramm in 4 veranschaulicht, kann der erste Schritt bei der Steuerung des Antriebsstrangs 16 das Überwachen eines Status der Schnittstellenvorrichtungen 18 beinhalten. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 36 die Verschiebungsposition des linken Fußpedals 18a, die Verschiebungsposition des rechten Fußpedals 18b und eine Betätigung der Merkmalauswahlvorrichtung 18c überwachen (Schritt 400). Aus den Verschiebungssignalen, die über die Sensoren 40, 42 empfangen werden, kann die Steuervorrichtung 36 eine erwünschte Drehzahl des Hauptmotors 22 und ein erwünschtes Ausgabedrehmoment des Getriebes 24 (d. h. einen erwünschten Prozentsatz eines zulässigen Ausgabedrehmoments für die aktuelle Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10) bestimmen. Basierend auf diesen erwünschten Werten, kann die Steuervorrichtung 36 dann Einstellungen an dem Hauptmotor 22 und dem Getriebe 24 vornehmen, so dass eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Motordrehzahl und der erwünschten Motordrehzahl und eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Drehmomentausgabe und der erwünschten Drehmomentausgabe verringert werden (Schritt 405). Die Motordrehzahl kann über Einstellungen des Brennstoffsystems, des Luftansaugsystems, des Abgassystems oder jeglicher Kombination dieser Einstellungen angepasst werden. Das Getriebeausgabedrehmoment kann durch Einstellung (d. h. Verdrängungs- bzw. Verschiebungseinstellung) von einem von Antriebselement 30 und angetriebenem Element 32 oder von beiden eingestellt werden.
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Die Steuervorrichtung 36 kann auch bestimmen, ob eine Merkmalauswahlvorrichtung 18c durch den Bediener der Maschine 10 betätigt worden ist (Schritt 410). Wenn die Merkmalauswahlvorrichtung 18c nicht betätigt worden ist, kann die Steuerung zu Schritt 400 zurückkehren. Wenn jedoch die Merkmalauswahlvorrichtung 18c vom Bediener von Maschine 10 betätigt worden ist, kann die Steuervorrichtung 36 dann die Drehzahl des Hauptmotors 22 bei der aktuellen Motordrehzahl verriegeln (Schritt 415). Zum Beispiel kann der Bediener das rechte Fußpedal 18b herunterdrücken, bis eine erwünschte Motordrehzahl erreicht ist, und kann dann die Merkmalauswahlvorrichtung 18c betätigen, um diese Motordrehzahl zur Verwendung bei der Erfüllung einer bestimmten Aufgabe zu verriegeln. Durch das Verriegeln der Drehzahl des Hauptmotors 22 kann der Bediener von der weiteren Notwendigkeit befreit werden, das rechte Fußpedal 18b zu betätigen, was es dem Bediener gestattet, seine Bemühungen auf andere kritischere Aufgaben zu fokussieren. Dies kann dabei helfen, die Ermüdung des Bedieners zu verringern. Zusätzlich kann die Drehzahl, die vom Bediener ausgewählt wurde, eine Drehzahl sein, die dem Bediener als die effizienteste oder am besten steuerbare Drehzahl für die bestimmte Aufgabe bekannt ist.
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Eine Betätigung der Merkmalauswahlvorrichtung 18c kann auch auslösen, dass die Steuervorrichtung 36 das Ausgabedrehmoment des Getriebes 24 verriegelt (Schritt 420). Insbesondere kann, auf das Verriegeln der Motordrehzahl hin, die Steuervorrichtung 36 das Ausgabedrehmoment an einem bestimmten Prozentsatz eines verfügbaren Ausgabedrehmoments für die aktuelle Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 verriegeln. Der Prozentwert kann über eine oder mehrere Nachschlagepläne bzw. -kennfelder bestimmt werden, die als eine Funktion der verriegelten Motordrehzahl gespeichert sind. Zum Beispiel kann, für eine verriegelte Motordrehzahl von ungefähr 50% der Nenndrehzahl bei einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit von 8 km/h, die Steuervorrichtung 36 eine Drehmomentausgabe des Getriebes 24 bei ungefähr 50% einer maximalen Größe des Drehmoments, das bei 8 km/h zulässig ist, verriegeln. Wenn die Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 variiert, kann der Wert des Ausgabedrehmoments des Getriebes 24 ebenfalls variieren (zusammen mit Variationen in der maximalen Größe an zulässigem Drehmoment), aber kann bei ungefähr 50% der maximalen Größe an zulässigem Drehmoment verriegelt bleiben.
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Zu jeglichem Zeitpunkt während des Betriebs der Maschine 10 kann der Bediener wählen, die Motordrehzahl und/oder das Getriebeausgabedrehmoment abweichend von den verriegelten Werten einzustellen, entweder temporär oder dauerhaft. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 36 kontinuierlich die Verschiebungspositionen der linken und rechten Fußpedale 18a, 18b überwachen, um zu bestimmen, ob eine solche Abweichung erwünscht ist und welche Art von Abweichung erwünscht ist (Schritt 425). Wenn der Bediener das rechte Fußpedal 18b verschiebt, um eine Erhöhung der Motordrehzahl zu bewirken (d. h. wenn die Steuervorrichtung 36 eine Verschiebung des rechten Fußpedals 18b in eine Position entsprechend einer Motordrehzahl detektiert, die größer ist als die verriegelte Motordrehzahl (Schritt 328), dann kann die Steuervorrichtung 36 ein temporäres Übersteuern der verriegelten Motordrehzahl gestatten (Schritt 430) und kann eine Motordrehzahl einsetzen, die der Verschiebungsposition des rechten Fußpedals 18b entspricht. Sobald der Bediener das rechte Fußpedal 18b freigibt, kann die Steuervorrichtung 36 die Drehzahl des Hauptmotors 22 auf den zuvor verriegelten Wert zurückführen, so lange die Merkmalbetätigungsvorrichtung 18c immer noch aktiv ist. Das heißt, die Steuerung kann von Schritt 430 zurück durch die Schritte 410–420 laufen. Es sei bemerkt, dass die Betätigung des rechten Fußpedals 18b in eine Position entsprechend einer Motordrehzahl von weniger als der verriegelten Motordrehzahl (Schritt 328: Nein) möglicherweise keinen Effekt auf die Steuerung des Antriebsstranges 16 hat.
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Wenn der Bediener das linke Fußpedal 18a betätigt, kann die Steuervorrichtung 36 die Verschiebungsposition mit einem Schwellenwert vergleichen, bevor sie fortfährt (Schritt 435). Wenn das linke Fußpedal 18a in eine Position verschoben worden ist, die geringer ist als eine Schwellenwertposition (Schritt 435: Nein), dann kann die Steuerung zu Schritt 430 folgen bzw. gehen, wobei ein temporäres Übersteuern des Getriebeausgabedrehmomentes auf die gleiche Weise gestattet wird, wie oben für die Motordrehzahl beschrieben ist. Wenn jedoch bei Schritt 435, die Steuervorrichtung 36 bestimmt, dass das linke Fußpedal 18a um wenigstens eine Schwellengröße verschoben worden ist (Schritt 435: Ja), dann kann die Steuervorrichtung 36 stattdessen die Betriebsvorgänge mit verriegelter Drehzahl und verriegeltem Drehmoment beenden (Schritt 440) und die Steuerung kann zu Schritt 400 zurückkehren. In einem Ausführungsbeispiel kann die Schwellengröße wenigstens 75% des Bereichs von der minimalen Verschiebungsposition zur maximalen Verschiebungsposition sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Schwellengröße ungefähr gleich der Zwischenverschiebungsposition sein, bei der das Bremsen der Traktionsvorrichtungen 14 aktiviert bzw. betätigt wird. Es wird in Betracht gezogen, dass in manchen Anwendungen das linke Fußpedal 18a möglicherweise um die Schwellengröße für wenigstens eine Schwellenzeitdauer verschoben werden muss, bevor die Betriebsvorgänge mit verriegelter Drehzahl und verriegeltem Drehmoment aufgehoben werden. In diesen Anwendungen kann die Schwellenzeitdauer eine Funktion einer Maschinenfahrgeschwindigkeit sein.
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Zurück beim Schritt 425 kann, während einer Steuerung mit verriegelter Drehzahl und verriegeltem Drehmoment (d. h. wenn der Bediener die linken oder rechten Fußpedale 18a, 18b nicht verschoben hat), die Steuervorrichtung 36 kontinuierlich die aktuelle Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 mit einem Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert vergleichen (Schritt 445). In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann der Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert mit einer Drehzahl assoziiert sein, bei der die Maschine 10 am wahrscheinlichsten lange Distanzen zwischen Orten an einer Arbeitsstätte oder sogar zwischen Arbeitsstätten fährt. Bei dieser Drehzahl können im Allgemeinen nicht mit der Fortbewegung in Bezug stehende Maschinenfunktionen (z. B. Werkzeugfunktionen) nicht genutzt werden. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel kann der Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert bei ungefähr 20 km/h liegen. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Fahrgeschwindigkeitsschwellenwert variabel sein und kann zumindest teilweise auf einer Fahrgeschwindigkeitsgrenze liegen, die vom Bediener ausgewählt wird. Wenn die Steuervorrichtung 36 bestimmt, dass die Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 geringer ist als die Schwellengeschwindigkeit, kann die Steuerung zu Schritt 410 zurückkehren, ohne dass eine weitere Maßnahme unternommen wird.
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Wenn jedoch die Steuervorrichtung 36 bei Schritt 445 bestimmt, dass die aktuelle Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 größer ist als die Schwellenfahrgeschwindigkeit, kann die Steuervorrichtung 36 schließen, dass der Bediener von Maschine 10 höchstwahrscheinlich nicht die Aktivierung bzw. Betätigung von nicht mit der Fortbewegung in Bezug stehenden Funktionen anfordern wird, und kann dann bestimmen, ob eine effizientere Motordrehzahl verfügbar ist (Schritt 450). Das heißt, die Steuervorrichtung 36 kann bestimmen, ob ein Hauptmotor 22 bei einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden kann (d. h. bei einer Drehzahl, die weniger Brennstoff erfordert) und immer noch die Maschine 10 mit derselben Fahrgeschwindigkeit antreiben kann. Wenn eine solche Drehzahl nicht verfügbar ist, kann die Steuerung zum Schritt 410 zurückkehren. Wenn jedoch eine effizientere Drehzahl verfügbar ist, kann die Steuervorrichtung 36 die vom Bediener verriegelte Drehzahl übersteuern und kann die Drehzahl vom Hauptmotor 22 verringern (Schritt 455).
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Eine Verringerung der Motordrehzahl ohne Einstellung des Getriebes 24 kann zu einer Abweichung von der aktuellen Fahrgeschwindigkeit der Maschine 10 führen. Entsprechend kann die Steuervorrichtung 36 das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 24 zu ungefähr demselben Zeitpunkt anpassen, wie die Drehzahl des Hauptmotors 22 eingestellt wird, so dass die Fahrgeschwindigkeit von Maschine 10 im Wesentlichen konstant bleibt.
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Nach der Verringerung der Drehzahl des Hauptmotors 22 kann die Steuervorrichtung 36 den Betrieb des Hauptmotors 22 überwachen um zu bestimmen, ob der Hauptmotor 22 Leistung auf einem Niveau erzeugt, das geringer ist als durch die aktuellen Bedingungen oder durch den Bediener angefordert wird. Insbesondere wird die Steuervorrichtung 36 eine Fahrgeschwindigkeit von Maschine 10 mit einer minimalen Schwellenfahrgeschwindigkeit vergleichen (Schritt 460). Wenn die Steuervorrichtung 36 bestimmt, dass sich die Maschine 10 mit einer Drehzahl/Geschwindigkeit fortbewegt, die geringer ist als die minimale Fahrgeschwindigkeit, dann kann die Steuervorrichtung 36 die Drehzahl des Hauptmotors 22 zu dem zuvor verriegelten Wert zurückführen (Schritt 465) und die Steuerung kann zum Schritt 410 zurückkehren. Diese Situation kann beispielsweise auftreten, wenn sich die Maschine 10 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit fortbewegt (z. B. über ungefähr 20 km/h), wenn die Steuervorrichtung 36 die Drehzahl des Hauptmotors 22 auf ein effizienteres Niveau verringert und dann der Bediener eine nicht mit der Fortbewegung in Beziehung stehende Funktion aktiviert bzw. betätigt (z. B. betätigt der Bediener das Werkzeugsystem der Maschine 10). In dieser Situation kann eine Leistungsanfrage an Hauptmotor 22 gestellt werden, die vom Hauptmotor 22 bei der aktuellen Fahrgeschwindigkeit nicht geliefert werden kann, und daher fällt die Fahrgeschwindigkeit unter die minimale Schwellenfahrgeschwindigkeit. Entsprechend kann in dieser Situation die Steuervorrichtung 36 die Drehzahl des Hauptmotors 22 zurück auf den zuvor verriegelten Wert anheben.
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Die Steuerung über den Antriebsstrang 16 kann in einigen Ausführungsbeispielen durch die Betätigung einer (nicht gezeigten) Feststellbremse beeinflusst werden. Es wird beispielsweise in Betracht gezogen, dass wenn die Merkmalauswahlvorrichtung 18c zur gleichen Zeit betätigt wird wenn die Feststellbremse betätigt ist, nur die Drehzahl des Hauptmotors 22 verriegelt wird. Wenn im Gegensatz dazu die Feststellbremse nicht aktiv ist, können sowohl die Drehzahl des Hauptmotors 22 als auch die Drehmomentausgabe des Getriebes 24 verriegelt werden. Zusätzlich kann, wenn sich der Status der Feststellbremse verändert (d. h. wenn die Feststellbremse aktiviert oder deaktiviert wird) während die Merkmalauswahlvorrichtung 18c aktiviert ist, die Steuervorrichtung 36 darauf ansprechend die Merkmalauswahlvorrichtung 18c deaktivieren.
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Das Antriebsstrangsteuersystem 26 kann eine verbesserte Effizienz durch eine bedarfsgesteuerte, automatisierte Steuerung von Motordrehzahl und Getriebeausgabedrehmoment vorsehen. Das heißt, durch die Verwendung von vom Bediener verriegelter Motordrehzahl und Getriebeausgabedrehmoment und durch selektives und automatisiertes Übersteuern dieser verriegelten Werte, zu günstigen Zeitpunkten, kann die Effizienz von Maschine 10 verbessert werden. Das Antriebsstrangsteuersystem 26 kann auch eine verbesserte Steuerung über den Antriebsstrang 16 vorsehen. Insbesondere kann die Fähigkeit, temporär von der verriegelten Motordrehzahl und dem verriegelten Getriebeausgabedrehmoment abzuweichen und dann schnell zurückzukehren, den Bediener mit der Fähigkeit ausstatten, die kurzzeitige Leistungsversorgung auf kurzzeitige Leistungsanforderungen genau abzustimmen, während der allgemeine Betrieb der Maschine auf Niveaus, die auf lange Sicht effizient sind, beibehalten wird. Zusätzlich kann die Fähigkeit, nicht nur die Motordrehzahl sondern auch das Getriebeausgabedrehmoment zu verriegeln, dabei helfen, die Mühen des Bedieners zu verringern und kann eine Ermüdung des Bedieners verringern. Das hießt, dass es für den Bediener nicht erforderlich ist, konstant das linke Fußpedal 18a und das rechte Fußpedal 18b während des Betriebs von Maschine 10 zu betätigen, wodurch weniger physikalische Anstrengung erforderlich ist und was weniger Ablenkungen von wichtigeren Aufgaben erzeugt.
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Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Antriebsstrangsteuersystem vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des offenbarten Antriebsstrangsteuersystems offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
