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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung betrifft allgemein ein Steuerungssystem und insbesondere ein System und Verfahren zum Steuern eines Getriebes.
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Hintergrund
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Maschinen, wie beispielsweise Radlader, kettenartige Zugmaschinen und andere Typen von Schwermaschinen, können für eine Vielzahl von Aufgaben verwendet werden. Diese Maschinen weisen eine Leistungsquelle auf, die beispielsweise ein Motor, wie einen Dieselmotor, Benzinmotor oder Erdgasmotor, sein kann, der die zum Durchführen solcher Aufgaben erforderte Leistung bereitstellt. Zum effektiven Steuern der Maschine während dem Durchführen solcher Aufgaben weist die Maschine außerdem ein Getriebe auf, das dazu imstande ist, die vom Motor erzeugte Leistung an verschiedene Antriebsstrangkomponenten der Maschine über einen weiten Zustandsbereich zu übertragen.
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Beispielsweise verwenden solche Maschinen üblicherweise ein stufenloses Getriebe („CVT”) zum Übertragen des Motordrehmoments an die Traktionsvorrichtungen, wie beispielsweise Räder oder Ketten, die die Maschine antreiben. Ein CVT ist dazu im Stande, solchen Komponenten bei jeder Drehzahl innerhalb seines Betriebsbereichs durch kontinuierliches Ändern der Übersetzung des Getriebes ein gewünschtes Abtriebsdrehmoment bereitzustellen. Der Motor und/oder das CVT können dazu verwendet werden, beim Bremsen der Maschine zu unterstützen. Beispielsweise können während Arbeitsvorgängen, in denen es die Maschine erfordert, die Fahrtrichtung unter einer relativ hohen Last zu ändern, der Motor und das CVT dazu ausgebildet sein, den Traktionsvorrichtungen ein Verzögerungsdrehmoment bereitzustellen, um die Maschine anzuhalten.
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Wenn z. B eine beispielhafte Radladerschaufel mit Material von einem Haufen beladen wird, kann der Radlader dazu gesteuert werden, vom Stapel rückwärts weg zu fahren. Der Radlader kann bei solch einer relativ hohen Last während dem Rückwärtsfahren dazu gesteuert werden, anzuhalten und vorwärts zu fahren, so dass das Material zu einem Kipplastwagen oder einem anderen Abladeort transportiert werden kann. Obwohl die Motordrehzahl während solcher Hochlastrichtungswechsel zum Bereitstellen eines Verzögerungsdrehmoments an die Traktionsvorrichtungen über das CVT erhöht werden kann, kann das vom Motor und dem CVT gemeinsam bereitgestellte Verzögerungsdrehmoment zum Absorbieren der gesamten Energie, die dem zügigen Bremsen der Maschine zugeordnet ist, ungenügend sein. Demzufolge kann die Effizienz der Maschine während wiederholten Ladezyklen leiden. Obwohl zusätzliche Lasten und/oder Drehmomentanforderungen am CVT und/oder dem Motor zum weiteren Unterstützen der Maschinenbremsung angeordnet werden können, sind bekannte Steuerungssysteme nicht dazu ausgebildet, die Kombination solcher Lasten zu bewältigen, so dass die Ladezykluseffizienz der Maschinen maximiert ist. Stattdessen werden traditionelle, einen Motor und ein CVT aufweisende Leistungssysteme durch Messen der Motordrehzahl und Ändern der Getriebeübersetzung zum Halten des Motors innerhalb eines definierten Drehzahlbereichs gesteuert. Solche Systeme konzentrieren sich typischerweise auf das Schützen der Maschinenkomponenten vor Schaden, der durch Motorüberdrehung verursacht wird.
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Beispielsweise offenbart das
US-Patent 6,385,970 von Kuras et al. ein System, das einen Motor, ein hydraulisches CVT und ein mit dem Motor und dem CVT in Verbindung stehendes Steuerungssystem aufweist. Das Steuerungssystem des '970-Patents ist mit einem hydro-mechanischen Antriebssystem gekoppelt, das zum Erfassen der Motordrehzahl und Erzeugen eines Drehzahlausgabesignals betreibbar ist. Das Steuerungssystem ist ferner zum Vergleichen des Motordrehzahlsignals mit einem Unterdrehzahlwert und zum Erzeugen eines Fehlersignals betreibbar. Das Fehlersignal wird zum Erzeugen eines Befehlssignals verwendet, das das Übersetzungsverhältnis zum Steuern der Motorlast steuert.
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Während das Steuerungssystem des
'970 -Patents verschiedene Verfahren zum Erhöhen der Menge des zum Bremsen der Maschine verfügbaren Motor- und/oder CVT-Verzögerungsdrehmoments und zum Schützen des Motors und des CVT vor Überdrehzahlschäden während dem Maschinenbremsen einbeziehen kann, strebt das Steuerungssystem das Minimieren der zum Bremsen der Maschine erforderlichen Zeit während verschiedenen Lade- und Entladevorgängen an. Demzufolge optimiert das Steuerungssystem des '970-Patents nicht die Ladezykluseffizienz der Maschine.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf das Bewältigen von einem oder mehreren der oben genannten Probleme gerichtet.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Steuern eines einer Maschine zugeordneten Getriebes ein Bestimmen eines ersten Zieldrehmoments des Getriebes auf. Das erste Zieldrehmoment ist eine Kombination einer einer Leistungsquelle der Maschine zugeordneten Drehmomentgrenze und eines virtuellen Verzögerungsdrehmoments. Das Verfahren weist außerdem ein Steuern des Getriebes zum Erzeugen eines dem ersten Zieldrehmoment entsprechenden ersten Abtriebs an einer Schnittstelle zwischen dem Getriebe und der Leistungsquelle auf. Der erste Abtrieb des Getriebes erhöht die Drehzahl der Leistungsquelle von einer ersten Leistungsquellendrehzahl auf eine zweite Leistungsquellendrehzahl und verringert eine Fahrgeschwindigkeit der Maschine von einer ersten Fahrgeschwindigkeit auf eine zweite Fahrgeschwindigkeit. Das Verfahren weist außerdem ein Bestimmen, dass das erste Zieldrehmoment nicht gleich der Drehmomentgrenze ist, und ein Bestimmen eines zweiten Zieldrehmoments des Getriebes in Erwiderung auf das Bestimmen auf, dass das erste Zieldrehmoment nicht gleich der Drehmomentgrenze ist. Das zweite Zieldrehmoment ist kleiner als das erste Zieldrehmoment.
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Gemäß einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Steuern eines einer Maschine zugeordneten Getriebes ein Bestimmen einer ersten Betriebscharakteristik einer der Maschine zugeordneten Leistungsquelle und ein Bestimmen eines ersten Zieldrehmoments des Getriebes basierend auf der ersten Betriebscharakteristik auf. Das erste Zieldrehmoment überschreitet einen Leistungsquellendrehmomentschwellenwert mit einem Wert größer oder gleich einem dem ersten Zieldrehmoment zugeordneten virtuellen Verzögerungsdrehmoment. Das Verfahren weist außerdem ein Bestimmen, in geschlossenem Regelkreis, von zumindest einem zusätzlichen Zieldrehmoment des Getriebes auf, bis ein dem zumindest einem zusätzlichen Zieldrehmoment zugeordnetes virtuelles Verzögerungsdrehmoment ungefähr gleich Null ist.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine Maschine eine Leistungsquelle mit einem angetriebenen Bauteil, ein Getriebe mit einem mit dem angetriebenen Bauteil wirkend verbundenes Antriebselement und eine parasitäre Last auf, die Leistung vom Getriebe und/oder der Leistungsquelle empfängt. Die Maschine weist außerdem ein Steuerungssystem auf, das mit der Leistungsquelle, dem Getriebe und der parasitären Last in Verbindung steht. Das Steuerungssystem ist zum Bestimmen, in geschlossenem Regelkreis, eines Zieldrehmoments des Getriebes basierend auf einer der Leistungsquelle zugeordneten Drehmomentgrenze und eines virtuellen Verzögerungsdrehmoments betreibbar. Das Steuerungssystem ist außerdem dazu betreibbar, entsprechend dem jeweiligen Zieldrehmoment das Getriebe zum Bereitstellen eines Abtriebs für die Leistungsquelle über das Antriebselement zu steuern. Die Drehmomentgrenze weist eine Kombination eines Leistungsquellendrehmomentschwellwerts und eines der parasitären Last zugeordneten zusätzlichen Drehmomentschwellenwerts auf. Außerdem basiert das virtuelle Verzögerungsdrehmoment auf der Differenz zwischen der Leistungsquellendrehzahl und einem Leistungsquellendrehzahlschwellenwert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Getriebesteuerungssystems.
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2 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen dem Leistungsquellendrehmoment und der Leistungsquellendrehzahl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Getriebesteuerungssystems darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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Die 1 stellt ein beispielhaftes Getriebesteuerungssystem 24 der vorliegenden Offenbarung dar. Das Getriebesteuerungssystem 24 kann beispielsweise mit einer Leistungsquelle 17 und einem Getriebe 11 verwendet werden, die einer Maschine (nicht gezeigt) zugeordnet sind. Solch eine Maschine kann beispielsweise jede mobile oder stationäre Maschine sein, die zum Ausführen von Arbeiten oder anderer Aufgaben verwendet wird. Solche beispielhafte Maschinen können Radlader, Planierfahrzeuge, kettengetriebene Zugvorrichtungen, Bagger, Leistungsgeneratoren, Straßenfahrzeuge, Geländefahrzeuge und/oder andersartige Maschinen sein, sind aber nicht darauf begrenzt. Solche Maschinen können zum Durchführen von Aufgaben beispielsweise im Bergbau, Baggern, Bauen, Landwirtschaft, Transport und/oder andersartige Umgebungen oder Anwendungen verwendet werden.
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In der beispielhaften Ausführungsform der 1 ist die Leistungsquelle 17 ein Motor, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor. Der Motor kann ein Dieselmotor, Benzinmotor, Erdgasmotor oder jeder andere dem Fachmann bekannte Motor sein. Es ist angedacht, dass das Getriebesteuerungssystem 24 mit anderen Typen von Leistungsquellen verwendet werden kann, wie beispielsweise Brennstoffzellen.
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Wie in der 1 dargestellt, kann die Leistungsquelle 17 mehrere Verbrennungskammern 28 aufweisen und es kann ein Kraftstoffinjektor 29 jeder Verbrennungskammer 28 zugeordnet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Leistungsquelle 17 vier Verbrennungskammern 28 und vier zugeordnete Kraftstoffinjektoren 29 auf. Der Fachmann wird jedoch ohne Weiteres erkennen, dass die Leistungsquelle 17 eine größere oder kleinere Anzahl von Verbrennungskammern 28 aufweisen kann und dass die Verbrennungskammern 28 in einer „Reihen”-Konfiguration, einer „V”-Konfiguration oder jeder anderen herkömmlichen Konfiguration angeordnet sein können.
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Die Leistungsquelle 17 kann dazu ausgebildet sein, dem Getriebe 11 und/oder anderen Komponenten der Maschine über einen Leistungsquellendrehzahlbereich ein Abtriebsdrehmoment bereitzustellen. Die 2 stellt eine beispielhafte Drehmomentkurve der Leistungsquelle 17 dar. Die Drehmomentkurve der 2 stellt den Zusammenhang zwischen der Drehzahl der Leistungsquelle 17 und dem resultierenden Leistungsquellendrehmoment gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
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Die Leistungsquelle 17 kann, wie in der 2 gezeigt, einen Drehmomentschwellenwert 18 aufweisen und/oder dadurch gekennzeichnet sein. Zum Zweck dieser Offenbarung kann der „Leistungsquellendrehmomentschwellenwert” 18 als das maximale Verzögerungsdrehmoment definiert werden, das die Leistungsquelle 17 imstande ist, der Maschine über das Getriebe 11 bereitzustellen. Die Leistungsquelle 17 kann dazu ausgebildet sein, solch ein Verzögerungsdrehmoment z. B. zum Unterstützen beim Bremsen der der Leistungsquelle 17 zugeordneten Maschine bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Verzögerungsdrehmomente, auf die sich hierin bezogen wird, beispielsweise an die Räder, Ketten und/oder anderen Traktionsvorrichtungen der Maschine über das Getriebe 11 und/oder die Leistungsquelle 17 zum Unterstützen bei solch einer Bremsung geleitet werden können.
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Der Leistungsquellendrehmomentschwellenwert 18 kann, wie in der 2 gezeigt, einem negativen Drehmomentwert zugeordnet sein. Beispielsweise kann sich die Drehmomentabgabe der Leistungsquelle 17 in Ausführungsformen, in denen die Leistungsquelle 17 zum Unterstützen beim Bremsen der Maschine verwendet wird, von einem positiven Spitzendrehmomentwert, während dem die Leistungsquelle 17 bei ungefähr 1200 U/min arbeitet, auf den Leistungsquellendrehmomentschwellenwert 18 verringern, während dem die Leistungsquelle 17 zwischen ungefähr 1600 U/min und ungefähr 2000 U/min arbeitet. Wenn sich die Drehmomentabgabe der Leistungsquelle 17 verringert und sich dem Leistungsquellendrehmomentschwellenwert 18 nähert, kann sich dementsprechend das Vorzeichen des Leistungsquellendrehmoments ändern. Wenn sich das Leistungsquellendrehmoment im Betrag in negativer Richtung erhöht, wie beispielsweise von ungefähr 0 Nm auf ungefähr –60 Nm, erhöht sich das von der Leistungsquelle 17 der Maschine und/oder dem Getriebe bereitgestellte Verzögerungsdrehmoment. Der Leistungsquellendrehmomentschwellenwert 18 kann, wie in der 2 gezeigt, in beispielhaften Ausführungsformen einen Wert zwischen ungefähr –25 Nm und ungefähr –200 Nm haben. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der Leistungsquellendrehmomentschwellenwert 18 einen Wert zwischen ungefähr –50 Nm und ungefähr –100 Nm haben.
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In beispielhaften Ausführungsformen können ein oder mehrere Maschinenkomponenten, die wirkend verbunden sind mit, Leistung empfangen von und/oder anderweitig der Leistungsquelle 17 zugeordnet sind, außerdem beim Bereitstellen eines Verzögerungsdrehmoments während dem Maschinenbetrieb unterstützen. Beispielsweise kann das Getriebe 11 mit der Leistungsquelle 17 durch verschiedene bekannte Kupplungen, Schäfte und/oder andere unten genauer beschriebene Strukturen gekoppelt sein. Demzufolge können während dem Betrieb der Maschine Widerstands- und/oder Reibungsverluste, die der Bewegung der Zahnräder, Lager, Schäfte und/oder anderer Getriebekomponenten zugeordnet sind, zusätzlich zum gesamten Verzögerungsdrehmoment beitragen, das zum Bremsen der Maschine verfügbar ist. Das von der Leistungsquelle 17 verfügbare kumulative Verzögerungsdrehmoment und die beispielhaften Widerstands- und/oder Reibungsverluste des Getriebes 17 werden von dem in der 2 dargestellten kombinierten Leistungsquellen- und Getriebedrehmomentschwellenwert 20 repräsentiert. Es versteht sich, dass für eine gegebene Leistungsquellengeschwindigkeit der den Widerstands- und/oder Reibungsverlusten des Getriebes 17 zugeordnete aktuelle Verzögerungsdrehmomentwert als Differenz zwischen dem Leistungsdrehmomentschwellenwert 18 und dem kombinierten Leistungsquellen- und Getriebedrehmomentschwellenwert 20 berechnet werden kann. In beispielhaften Ausführungsformen kann solch ein Verzögerungsdrehmoment einen Wert zwischen ungefähr –25 Nm und ungefähr –100 Nm aufweisen.
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Zusätzlich können eine oder mehrere parasitären Lasten 22 wirkend verbunden sein mit, Leistung empfangen von und/oder anderweitig der Leistungsquelle 17 und/oder dem Getriebe 11 zugeordnet sein. Solche parasitären Lasten 22 können beispielsweise ein Leistungsquellenkühlungsgebläse, eine Hydraulikpumpe, die einem Ausleger, einem Werkzeug, einer Schaufeltraktionsvorrichtung, einer Rotationsvorrichtung und/oder anderen Arbeitswerkzeugen der Maschine zugeordnet ist, und eine der Leistungsquelle 17 zugeordnete hydraulische Pumpe sein. Während dem Betrieb können solche parasitären Lasten 22 eine weitere Verzögerungsdrehmomentquelle sein, die zum Bremsen der Maschine verfügbar ist. Solche parasitären Lasten 22 können zusätzlich zum gesamten verfügbaren Verzögerungsdrehmoment beitragen, wie oben bezüglich der Widerstands- und/oder Reibungsverlusten des Getriebes 17 beschrieben. Das kumulative Verzögerungsdrehmoment, das von der Leistungsquelle 17, den beispielhaften Widerstands- und/oder Reibungsverlusten des Getriebes 17 und dem gleichzeitigen Betrieb aller der Leistungsquelle 17 und/oder dem Getriebe 11 zugeordneten parasitären Lasten 22 verfügbar ist, wird durch den in der 2 dargestellten Parasitärlastschwellenwert 19 repräsentiert. Es versteht sich, dass bei einer gegebenen Leistungsquellendrehzahl der aktuelle Verzögerungsdrehmomentwert, der dem gleichzeitigen Betrieb aller parasitären Lasten 22 zugeordnet ist, als Differenz zwischen dem kombinierten Schwellenwert 20 und dem Drehmomentschwellenwert 19 der parasitären Lasten berechnet werden kann. In beispielhaften Ausführungsformen kann solch ein Verzögerungsdrehmoment einen Wert zwischen ungefähr –25 Nm und ungefähr –150 Nm haben.
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Folglich kann der Parasitärlastdrehmomentschwellenwert 19 für eine der Maschine zugeordnete Drehmomentgrenze repräsentativ sein. Zum Zweck dieser Offenbarung kann solch eine „Drehmomentgrenze” als das kumulative maximale Verzögerungsdrehmoment definiert werden, das die oben beschriebene Leistungsquelle 17, das Getriebe 11 und die parasitären Lasten 22 zum Bremsen der Maschine ohne dem Versagen einer Leistungsquellenkomponente, einer Getriebekomponente, einer Komponente der parasitären Lasten oder einer solchen Komponenten zugeordneten Verbindung bereitstellen können. Es versteht sich, dass sich solch ein Verzögerungsdrehmoment im Betrag in negativer Richtung erhöhen kann, wenn sich der Drehmomentgrenze genähert wird. In beispielhaften Ausführungsformen kann eine der Leistungsquelle 17 zugeordnete Drehmomentgrenze eine Kombination des Leistungsquellendrehmomentschwellenwerts 18 und zumindest einem zusätzlichen Drehmomentschwellenwert aufweisen, der einem Drehmoment zugeordnet ist, das von einer parasitären Last 22 erfordert wird, die Leistung von der Leistungsquelle 17 empfängt. Die der Leistungsquelle 17 zugeordnete Drehmomentgrenze kann, wie z. B. in der 2 gezeigt, einen Wert haben, der gleich dem kombinierten Leistungsquellen- und Getriebedrehmomentschwellenwert 20 und dem Drehmomentschwellenwert 19 der parasitären Lasten gleicht. Folglich kann die Drehmomentgrenze ein physikalischer Verzögerungsschwellenwert und/oder eine Kapazität des Steuerungssystems 24 sein, über dem hinaus ein Schaden und/oder Versagen von einem oder mehreren Systemkomponenten auftreten kann. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Drehmomentgrenze statisch sein und kann einen Wert zwischen ungefähr –200 Nm und ungefähr –400 Nm haben. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Drehmomentgrenze einen Wert zwischen ungefähr –200 Nm und ungefähr –300 Nm haben.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 kann ein Eingangsantriebselement, wie beispielsweise eine Vorgelegewelle 10, die Leistungsquelle 17 mit dem Getriebe 11 an einer Schnittstelle zwischen der Leistungsquelle 17 und dem Getriebe 11 verbinden. Das Getriebe 11 kann außerdem ein angetriebenes Ausgangselement aufweisen, wie beispielsweise eine Abtriebswelle 9. Wie unten genauer beschrieben, kann das Getriebe 11 eine Eingangsdrehung der Vorgelegewelle 10 in eine Ausgangsdrehung der Abtriebswelle 9 umwandeln. In dieser Weise kann die von der Leistungsquelle 17 erzeugte Leistung und/oder Drehmoment an die Abtriebswelle 9 übertragen werden, und die Abtriebswelle 9 kann solch eine Leistung und/oder solche ein Drehmoment an eine oder mehrere parasitären Lasten 22 und verschiedenen Traktionsvorrichtungen der Maschine übertragen.
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In zusätzlichen beispielhaften Ausführungsformen kann das Getriebe 11 dazu ausgebildet sein, der Leistungsquelle 17 eine Eingangsdrehung der Vorgelegewelle 10 bereitzustellen, wodurch der Leistungsquelle 17 eine Eingangsleistung und/oder -drehmoment übertragen wird. In beispielhaften Ausführungsformen kann solch eine der Leistungsquelle 17 vom Getriebe 11 bereitgestellte Eingangsleistung und/oder -drehmoment zum Unterstützen beim Bremsen der Maschine verwendet werden. Es versteht sich, dass das Getriebe 11 jeder bekannte Getriebetyp sein kann und in beispielhaften Ausführungsformen, in denen das Getriebe 11 dazu ausgebildet ist, der Leistungsquelle 17 Leistung und/oder Drehmoment bereitzustellen, kann das Getriebe 11 ein CVT aufweisen. Das Getriebe 11 kann, wie in der 1 gezeigt, ein hydraulisches CVT sein. In zusätzlichen beispielhaften Ausführungsformen kann das Getriebe 11 alternativ ein elektrisches CVT oder von einem dem Fachmann bekannter andere Typ von CVT sein.
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Ein CVT besteht allgemein aus einem Antriebselement, einem angetriebenen Element und einer Übersetzungssteuerung 33. In dem in der 1 dargestellten hydraulischen CVT kann das Antriebselement eine Pumpe 1 sein, wie beispielsweise eine Verstellpumpe, und das angetriebene Element kann ein Motor 2 sein, wie beispielsweise ein Verstellmotor. Auf der anderen Seite können bei einem elektrischen CVT das Antriebselement ein elektrischer Generator und das angetriebene Element ein elektrischer Motor sein.
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Bei dem hydraulischen CVT der 1 kann die Übersetzungssteuerung 33 dazu ausgebildet sein, die Verstellung der Pumpe 1 mit einem Pumpenbefehlssignal 6 zu ändern, und kann dazu ausgebildet sein, die Verstellung des Motors 2 mit einem Motorbefehlssignal 37 zu ändern. Durch Ändern der Verstellungen in dieser Weise kann die Übersetzungssteuerung 33 die Ausgangsrotation der Abtriebswelle 9 verändern und/oder anderweitig steuern. Der Motor 2 kann mit der Pumpe 1 über Leitungen fluidverbunden sein, die Fluid zu und von der Pumpe 1 und dem Motor 2 zuführen und zurückführen. Demzufolge kann die Pumpe 1 dazu ausgebildet sein, den Motor 2 durch den Fluiddruck anzutreiben. Das Getriebe 11 kann außerdem einen Resolver bzw. Drehgeber 3 aufweisen, der eine Messung einer Druckdifferenz zwischen den zwei Leitungen von zugeführtem und zurückgeführtem Fluid ermöglicht. Die Druckdifferenz zwischen den beiden Leitungen und/oder die Verstellung des Motors 2 können zum Bestimmen eines Abtriebsdrehmoments des Getriebes 11 verwendet werden.
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Die Übersetzungssteuerung 33 kann außerdem dazu ausgebildet sein, das Verhältnis der Getriebeausgangsdrehzahl zur Getriebeeingangsdrehzahl zu steuern. Bei der in der 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann die Übersetzungssteuerung 33 mit sowohl dem Antriebselement als auch dem angetriebenen Element in Verbindung stehen und kann das Verhältnis der Getriebeausgangsdrehzahl zur Getriebeeingangsdrehzahl anpassen, wie durch die Leistungsabgabe der Leistungsquelle 17 begrenzt. Wenn vom Getriebe 11 sowohl Abtriebsdrehmoment- als auch Ausgangsdrehzahlerhöhungen angefordert werden, wird von der Übersetzungssteuerung 33 ein Bedarf für erhöhte Leistung an die Leistungsquelle übertragen. Wenn vom Getriebe 11 sowohl Abtriebsdrehmoment als auch Ausgangsdrehzahlverringerungen angefordert werden, wird ebenfalls ein Bedarf für verringerte Leistung an die Leistungsquelle 17 übertragen.
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Das Verhältnis der Getriebeausgangsdrehzahl zur Getriebeeingangsdrehzahl kann bei einer bestimmten Leistungsquellenausgangsleistung durch Ändern der Verstellung der Pumpe 1 und des Motors 2 gesteuert werden. Wenn die Maschine einer relativ schnellen Änderung der Ladezustände begegnet, wie beispielsweise einer Änderung von einer hohen Fahrgeschwindigkeit mit einer niedrigen Ladung zu einer niedrigen Fahrgeschwindigkeit mit einer hohen Ladung, kann die Übersetzungssteuerung 33 die Übersetzung des Getriebes 11 von einer hohen Drehzahlausgabe zu einer niedrigen Drehzahlausgabe verschieben. Es versteht sich, dass solch eine relativ schnelle Änderung der Ladungszustände auftreten können, wenn beispielsweise die Maschine in einen Materialhaufen mit einer leeren Schaufel gefahren wird, die mit Material beladene Schaufel angehoben wird, und die Maschine weg vom Materialhaufen in einer umgekehrten Richtung zurückgesetzt wird. Wenn von einer hohen Drehzahlausgabe auf eine niedrige Drehzahlausgabe geschalten wird, kann die Übersetzungssteuerung 33 den dem Motor 2 zugeführten Fluidstrom durch Verringern der Verstellung der Pumpe 1 zum Reduzieren der Drehmomentlast oder Leistungslast der Leistungsquelle 17 verringern. Die Übersetzungssteuerung 33 kann ebenso die Verstellung des Motors 2 zum Verringern der Last an der Leistungsquelle 17 erhöhen. Wenn die Maschine einer Lastreduktion begegnet, kann die Übersetzungssteuerung 33 die Verstellung der Pumpe 1 erhöhen und kann die Verstellung des Motors 2 verringern. Die erhöhte Verstellung der Pumpe 1 führt zusammen mit der verringerten Verstellung des Motors 2 zu einer Erhöhung der Maschinenfahrgeschwindigkeit und einer Reduktion des verfügbaren Drehmoments.
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Alternativ kann in einem elektrischen CVT bei einer bestimmten Leistungsquellenausgangsleistung das Verhältnis von Getriebeausgangsdrehzahl zu -eingangsdrehzahl durch Ändern eines Drehmomentbefehlssignals an den oben beschriebenen elektrischen Motor gesteuert werden. Wenn die Maschine einer relativ schnellen Änderung der Ladezustände begegnet, wie beispielsweise einer Änderung von einer hohen Fahrgeschwindigkeit mit einer niedrigen Last zu einer niedrigen Fahrgeschwindigkeit mit einer hohen Last, kann die Übersetzungssteuerung 33 das dem elektrischen Motor gesendete Drehmomentsteuerungssignal zum Erzeugen von zusätzlichem Drehmoment verändern. Im Gegenzug kann der elektrische Motor zusätzliche Leistungskapazität vom oben beschriebenen Generator in der Form von zusätzlichem Strom anfordern.
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Wie in der 1 gezeigt, können einer oder mehrere Sensoren dem Getriebe 11, der Leistungsquelle 17 und/oder den parasitären Lasten 22 zugeordnet sein. Diese Sensoren können dazu ausgebildet sein, Signale zu erzeugen, die jeweils eine oder mehrere Betriebscharakteristika des Getriebes 11, der Leistungsquelle 17 und/oder der parasitären Lasten 22 anzeigen. Beispielsweise kann ein Drucksensor 36 im hydraulischen Getriebe 11 der 1 dazu ausgebildet sein, einer dem Getriebesteuerungssystem 24 zugeordneten Getriebesteuerung 12 ein Fluiddrucksignal 4 vom Drehgeber 3 bereitzustellen. Zusätzlich kann ein Leistungsquellendrehzahlsensor 26 dazu ausgebildet sein, ein Leistungsquellendrehzahlsignal 13 zu erzeugen, und ein Getriebedrehzahlsensor 27 kann dazu ausgebildet sein, ein Getriebedrehzahlsignal 7 zu erzeugen. Die Drehzahlsensoren 26, 27 können beispielsweise in der Form von magnetischen Aufnahmesensoren sein, die dazu ausgebildet sind, Signale zu erzeugen, die jeweils der Drehzahlen der Vorgelegewelle 10 und der Abtriebswelle 9 entsprechen. Diese Sensoren 26, 27 können außerdem dazu imstande sein, die Winkelposition und/oder Drehrichtung der Vorgelegewelle 10 und Abtriebswelle 9 zu bestimmen. Die Drehzahlsensoren 26, 27 können die jeweiligen Signale der Getriebesteuerung 12 und/oder einer dem Getriebesteuerungssystem 24 zugeordneten Leistungsquellenüberwachung 14 bereitstellen.
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Die Leistungsquellenüberwachung 14 und die Getriebesteuerung 12 können miteinander wirkend verbunden sein und/oder anderweitig miteinander in Verbindung stehen. Obwohl die 1 die Getriebesteuerung 12 und die Leistungsquellenüberwachung 14 als separate Komponenten des Getriebesteuerungssystems 14 darstellt, können in anderen beispielhaften Ausführungsformen die Getriebesteuerung 12 und die Leistungsquellenüberwachung 14 eine einzige Steuerung, einen Mikroprozessor und/oder andere bekannte Steuerungskomponenten verkörpern. Zahlreiche, kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können dazu ausgebildet sein, die Funktionen der Leistungsquellenüberwachung 14 und der Getriebesteuerung 12 auszuführen. Die Getriebesteuerung 12 und/oder die Leistungsquellenüberwachung 14 können einen Speicher und/oder andere Speicherkomponenten aufweisen, die dazu ausgebildet sind, Datenkarten, Nachschlagetabellen, Algorithmen, Programme, erfasste Betriebscharakteristika und/oder andere Informationen zu beinhalten, die zum Betreiben der Maschine und/oder des Getriebesteuerungssystems 24 verwendet werden.
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In beispielhaften Ausführungsformen können die Getriebesteuerung 12 und die Leistungsquellenüberwachung 14 (d. h. das Getriebesteuerungssystem 24) die überwachten Betriebscharakteristika und/oder Signale, die von einem oder mehreren hierin beschriebenen Sensoren empfangen werden, zum Bestimmen von einem oder mehreren Parameter verwendet werden, die dem Getriebe 11, der Leistungsquelle 17, den parasitären Lasten 22 und/oder der Maschine zugeordnet sind. Solche Parameter können beispielsweise ein von der Leistungsquelle 17 erzeugtes Abtriebsdrehmoment, das von dem Getriebe 11 erzeugte Abtriebsdrehmoment, ein Zieldrehmoment des Getriebes 11 und ein virtuelles Verzögerungsdrehmoment umfassen, sind aber nicht darauf begrenzt.
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Die Leistungsquellenüberwachung 14 kann dazu ausgebildet sein, einen oder mehrere Betriebscharakteristika der Leistungsquelle 17 zu überwachen und/oder Signale zu empfangen, die ein oder mehrere solcher Betriebscharakteristika anzeigen. Beispielsweise kann die Leistungsquellenüberwachung 14 das oben in Bezug auf den Leistungsquellendrehzahlsensor 26 beschriebene Leistungsquellendrehzahlsignal 13 empfangen. Zusätzlich kann die Leistungsquellenüberwachung 14 den Betrieb der Kraftstoffinjektoren 29 durch ein Leistungsquellenkraftstoffeinstellsignal 15 und ein Leistungsquelleneinspritzzeitpunktsignal 16 überwachen. Solche Signale können der Leistungsquellenüberwachung 14 über ein oder mehrere Sensoren (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, die den Kraftstoffinjektoren 29 zugeordnet sind. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Leistungsquellenüberwachung 14 einen oder mehrere solcher Eingaben dazu verwenden, das von der Leistungsquelle 17 erzeugte Abtriebsdrehmoment abzuschätzen, zu berechnen und/oder anderweitig zu bestimmen. In beispielhaften Ausführungsformen kann das Abtriebsdrehmoment der Leistungsquelle 17 außerdem neben anderen Dingen auf der Grundlage der Umgebungstemperatur, Umgebungsfeuchtigkeit, Leistungsquellenlast, Maschinenfahrgeschwindigkeit und/oder anderer bekannter Parameter bestimmt werden. Das bestimmte Leistungsquellendrehmoment kann über ein Drehmomentsignal 23 an die Getriebesteuerung 12 gesendet werden.
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Die Getriebesteuerung 12 kann dazu ausgebildet sein, eine oder mehrere Betriebscharakteristika zu überwachen und/oder Signale zu empfangen, die eine oder mehrere Betriebscharakteristika des Getriebes 11 und/oder der parasitären Lasten 22 anzeigen. Beispielsweise kann die Getriebesteuerung 12 dazu ausgebildet sein, Eingaben zu empfangen, die das Getriebedrehzahlsignal 7 vom Drehzahlsensor 27, ein Pumpen- und Motorverstellsignal 5 von der Übersetzungssteuerung 33 und das Fluiddrucksignal 4 vom Drucksensor 36 aufweisen. Die Getriebesteuerung 12 kann außerdem das Leistungsquellendrehzahlsignal 13, das oben mit Bezug auf den Leistungsquellendrehzahlsensor 36 beschrieben wurde, und das von der Leistungsquellenüberwachung 14 erzeugte Drehmomentsignal 23 empfangen. In beispielhaften Ausführungsformen, in denen das Getriebe 11 ein elektrisches CVT aufweist, kann die Getriebesteuerung 12 außerdem dazu ausgebildet sein, Eingaben zu empfangen, wie beispielsweise ein Drehmomentbefehlssignal von der Übersetzungssteuerung 33 und das Getriebedrehzahlsignal 7 vom Getriebedrehzahlsensor 27 aufweisen. Die Getriebesteuerung 12 kann einen oder mehrere Parameter der Maschine, der parasitären Lasten 22 und/oder des Getriebes 11 basierend auf solchen Eingaben bestimmen und kann einen oder mehrere Steuerungsbefehle basierend auf den bestimmten Parametern erzeugen. Beispielsweise kann die Getriebesteuerung 12 ein auf die Vorgelegewelle 10 ausgeübtes Abtriebsdrehmoment des Getriebes 11 durch einen oder mehrere Drehmomentalgorithmen unter Verwendung des Pumpen- und Motorverstellsignals 5, des Fluiddrucksignals 4, des Leistungsquellendrehzahlsignals 13 und/oder des Drehmomentsignals 23 als Algorithmuseingabe bestimmen.
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In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Getriebesteuerung 12 dazu ausgebildet sein, ein oder mehrere der Leistungsquelle 17 zugeordnete Zieldrehmomente zu bestimmen. Das Leistungsquellenabtriebsdrehmoment, das Getriebeabtriebsdrehmoment, Zieldrehmomente und/oder andere hierin beschriebene Parameter können durch das Steuerungssystem 24 in einem offenen oder geschlossenen Regelkreis bestimmt werden. Solche Parameter können dazu verwendet werden, beim Bremsen der Maschine und/oder beim anderweitigen Steuern des Getriebes 11, der Leistungsquelle 17, der parasitären Lasten 22 und/oder anderer Maschinenkomponenten unterstützen. Wie hierin beschrieben, kann der Ausdruck „Zieldrehmoment” als ein Getriebeabtriebsdrehmomentwert definiert werden, der zum Minimieren der Zeit bestimmt wird, die für das Leistungsquellenabtriebsdrehmoment zum Erreichen der Drehmomentgrenze erforderlich ist. Ein einzigartiges Zieldrehmomentwert kann beispielsweise, wie in der 2 gezeigt, im Wesentlichen kontinuierlich, sequentiell und/oder zu jeder Zeit oder Leistungsquellendrehzahlintervall berechnet, abgeschätzt und/oder anderweitig bestimmt werden. Solche Zieldrehmomentwerte können zum Steuern des Betriebs des Getriebes 11 und/oder der Leistungsquelle 17 dazu verwendet werden, beim Bremsen der Maschine unter relativ hoher Lastbedingungen und zu jeder Maschinenfahrgeschwindigkeit zu unterstützen.
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Die Getriebesteuerung 12 kann beispielsweise das Getriebe 11 zum Drehen der Vorgelegewelle 10 und/oder der Abtriebswelle 9 bei einer Drehzahl steuern, die einem oder mehreren bestimmten Zieldrehmomenten entspricht. Durch Drehen der Vorgelegewelle 10 und/oder der Abtriebswelle 9 bei solchen Drehzahlen kann die Getriebesteuerung 12 das Getriebe 11 zum Erzeugen eines Abtriebsdrehmoments an der Vorgelegewelle 10 und/oder der Abtriebswelle 9 steuern, das gleich dem einen oder mehreren Zieldrehmomenten ist. In weiteren Ausführungsformen kann die Getriebesteuerung 12 das Getriebe 11 zum Erzeugen von jeglichen anderen bekannten Ausgaben steuern, die ein oder mehrere Zieldrehmomente anzeigen, ihnen entsprechen und/oder ihnen gleich sind. Solche Getriebeausgaben können beispielsweise an irgendeiner Schnittstelle zwischen dem Getriebe 11 und der Leistungsquelle 17 erzeugt werden. Solche Getriebeausgaben können beispielsweise die Drehzahl der Leistungsquelle 17 erhöhen und/oder eine Fahrgeschwindigkeit der Maschine verringern.
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In beispielhaften Ausführungsformen können ein oder mehrere Zieldrehmomente in Erwiderung auf ein Signal bestimmt werden, das eine gewünschte Änderung der Maschinenfahrtrichtung anzeigt, wie beispielsweise von einer Vorwärtsrichtung in eine Rückwärtsrichtung oder von der Rückwärtsrichtung zu der Vorwärtsrichtung. Ein oder mehrere Zieldrehmomente können außerdem in Erwiderung auf das Bestimmten bestimmt werden, dass eine Neigung einer Oberfläche, auf der sich die Maschine befindet, einen Neigungsschwellenwert überschreitet. Solch eine Fahrtrichtung, Oberflächenneigung und/oder andere zum Auslösen der Bestimmung von einem oder mehreren Zieldrehmomenten verwendeten Bestimmungen können von der Übersetzungssteuerung 12 unter Verwendung von Signalen gemacht werden, die von verschiedenen Sensoren, Steuerungskomponenten oder anderen der Maschine zugeordneten bekannten Vorrichtungen empfangen werden.
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In beispielhaften Ausführungsformen können ein oder mehrere Zieldrehmomente eine Summe, Funktion und/oder jegliche andere arithmetische Kombinationen der der Leistungsquelle 17 zugeordnete Drehmomentgrenze und des virtuellen Verzögerungsdrehmoments umfassen. Bei beispielsweise einer gegebenen Leistungsquellendrehzahl, wie in der 2 gezeigt, kann jeder Zieldrehmomentwert gleich der Summe des statistischen Drehmomentgrenzwerts und des virtuell Verzögerungsdrehmoments sein. Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck „virtuelles Verzögerungsdrehmoment” als diejenige Drehmomentmenge, -bereich und/oder -betrag definiert werden, bei dem das Zieldrehmoment die Drehmomentgrenze überschreitet. Das virtuelle Verzögerungsdrehmoment kann ein dynamischer Bereich von Drehmomentwerten sein und das virtuelle Verzögerungsdrehmoment kann eine Funktion der Leistungsquellendrehzahl sein. Insgesamt können die bestimmten Zieldrehmomentwerte für das in der 2 dargestellte virtuelle Verzögerungsdrehmoment repräsentativ sein, und der Betrag des virtuellen Verzögerungsdrehmoments kann auf Null gehen, wenn sich das Leistungsquellendrehmoment der Drehmomentgrenze nähert.
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In beispielhaften Ausführungsformen kann das virtuelle Verzögerungsdrehmoment, und folglich die individuellen Zieldrehmomentwerte, die gemeinsam das virtuelle Verzögerungsdrehmoment ausmachen, eine Funktion der Leistungsquellendrehzahl sein. Das virtuelle Verzögerungsdrehmoment kann beispielsweise auf einer Differenz zwischen der Leistungsquellendrehzahl und einem Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 beruhen. Wie hierin verwendet, kann der „Leistungsquellendrehzahlschwellenwert” als die maximale Drehzahl definiert werden, bei der die Leistungsquelle 17 betrieben werden kann, bevor eine Leistungsquellenkomponente oder eine Komponente beschädigt wird, die gekoppelt ist mit und/oder anderweitig von der Leistungsquelle 17 angetrieben wird. In beispielhaften Ausführungsformen kann sich der Betrag des virtuellen Verzögerungsdrehmoments verringern, wenn sich eine Differenz zwischen der Leistungsquellendrehzahl und dem Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 verringert. Zusätzlich kann sich der Betrag des virtuellen Verzögerungsdrehmoments verringern, wenn sich beispielsweise das Leistungsquellendrehmoment im Betrag in negativer Richtung (d. h. verringert) erhöht. Insbesondere kann sich der Betrag des virtuellen Verzögerungsdrehmoments verringern, wenn sich das von der Leistungsquelle 17 bereitgestellte Verzögerungsdrehmoment auf seinen Maximalwert an der Drehmomentgrenze erhöht. Wie oben erwähnt, kann das maximale Verzögerungsdrehmoment der Leistungsquelle 17 an der Drehmomentgrenze einen negativen Wert haben. Wenn die Leistungsquelle 17 die Drehmomentgrenze während z. B. einem Maschinenbremsbetrieb erreicht, kann das Zieldrehmoment zusätzlich einen Wert haben, der gleich der Drehmomentgrenze ist. Wenn das Zieldrehmoment der Drehmomentgrenze gleicht, kann das virtuelle Verzögerungsdrehmoment ferner ungefähr Null sein.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die offenbarten Systeme und Verfahren sind in einer Vielzahl von Maschinen anwendbar, die beispielsweise Radlader und kettengetriebene Zugvorrichtungen aufweisen. Die offenbarten Systeme und Verfahren können in ähnliche Maschinen implementiert sein, die ein Getriebe zum Umwandeln einer Drehzahl einer Leistungsquelle in eine Fahrgeschwindigkeit für eine Traktionsvorrichtung verwenden. Die offenbarten Systeme und Verfahren können beispielsweise von jeglicher Maschine verwendet werden, die eine Leistungsquelle, ein CVT und/oder ein oder mehrere parasitäre Lasten zum Unterstützen beim Maschinenbremsen einsetzen.
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Während einem beispielhaften Maschinenbremsbetrieb, wie z. B. einem Betrieb, der ein Bremsen der Maschine bei relativ hoher Last erfordert, kann es notwendig sein, das für eine Maschinenbremsung verfügbare Drehmoment selektiv zu maximieren. Jedoch erfolgt ein Maximieren eines solchen Verzögerungsdrehmoments in mechanischen Systemen nicht unverzüglich. Beispielsweise kann es einige Zeit dauern (typischerweise in der Größenordnung von Sekunden), damit die Leistungsquelle 17 auf einen Befehl reagiert, die die Leistungsquelle 17 benötigt, den Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 zu erreichen und/oder die Drehmomentgrenze zu erreichen. Diese Zeitverzögerung, die dem Maximieren des der Maschine verfügbaren Verzögerungsdrehmoments zugeordnet ist, kann die Produktivität und Ladungszykluseffizienz der Maschine behindern, insbesondere wenn die Maschine zum Durchführen von Aufgaben verwendet wird, in denen wiederholtes Bremsen bei relativ hohen Lasten erforderlich ist.
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Solche Aufgaben können beispielsweise ein Transportieren eines ersten Materialhaufens von einem ersten Ort zu einem zum ersten Ort verschiedenen zweiten Ort aufweisen. Beim Durchführen solch einer Aufgabe kann die Maschine dazu gesteuert werden, mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Ladung auf den Haufen zu stoßen. Während dem Aufprall kann ein Arbeitswerkzeug der Maschine, wie beispielsweise eine Schaufel, mit dem Material beladen werden, und die Fahrgeschwindigkeit der Maschine kann sich während dem Aufprall auf den Haufen dem Nullwert annähern. Die Maschine kann dann dazu gesteuert werden, sich unter hoher Last in Rückwärtsrichtung, also weg vom Haufen, zu bewegen. Irgendwann muss dann die Maschine bei hoher Last vom Rückwärtsfahren aufs Vorwärtsfahren in Richtung einer gewünschten Materiallagerstelle (d. h. den zweiten Ort) wechseln. In Verbindung mit dem Aktivieren von einer oder mehreren parasitären Lasten 22 können die Leistungsquelle 17 und das Getriebe 11 dazu verwendet werden, beim Bremsen der Maschine während solcher Hochlastrichtungsänderungen zu unterstützen. Es kann bevorzugt sein, diese Maschinenkomponenten zum Unterstützen beim Bremsen der Maschine während Hochlastrichtungsänderungen eher zu verwenden als beispielsweise die Verwendung der den Maschinentraktionsvorrichtungen zugeordneten Betriebsbremsen aufgrund der Leistungsverluste und anderer Ineffizienten, die der Anwendung solcher Betriebsbremsen zugeordnet sind.
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Zum Vereinfachen der Verwendung der Leistungsquelle 17, des Getriebes 11 und der parasitären Lasten 22 zum Unterstützen beim Bremsen der Maschine in Hochlastsituationen können die beispielhaften Steuerungsverfahren der vorliegenden Offenbarung die Leistungsquellendrehzahl auf den Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 erhöhen, basierend auf Bestimmungen eines virtuellen Verzögerungsdrehmoments in geschlossenem Regelkreis. In solchen Ausführungsformen kann das virtuelle Verzögerungsdrehmoment sequentiell bestimmte Zieldrehmomentwerte aufweisen, die als Getriebeabtriebsdrehmomentbefehle dienen. Durch aktives Steuern des Abtriebsdrehmoments, das vom Getriebe 11 in einem geschlossenen Regelkreis unter Verwendung solcher Zieldrehmomentwerte erzeugt wird, kann das Leistungsquellenverzögerungsdrehmoment so schnell wie möglich maximiert werden.
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Beispielsweise kann das Abtriebsdrehmoment, das vom Getriebe 11 basierend auf solchen Zieldrehmomentwerten erzeugt wird, diejenige Zeit verringern, die die Leistungsquelle 17 zum Erreichen der Drehmomentgrenze benötigt. In beispielhaften Ausführungsformen können die Zieldrehmomentwerte gemäß einem oder mehrerer Steuerungsalgorithmen bestimmt werden, die zum Bringen der Leistungsquelle 17 auf die Drehmomentgrenze so schnell wie möglich oder dem Verursachen von Fehlern an den Komponenten und/oder Kupplungen, die der Leistungsquelle 17, dem Getriebe und den parasitären Lasten 22 zugeordnet sind, formuliert sind. Solche Zieldrehmomentwerte können außerdem die Drehzahl der Leistungsquelle 17 erhöhen, bis der Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 erreicht ist. Es versteht sich, dass in beispielhaften Ausführungsformen, in denen sich die Leistungsquellendrehzahl z. B. über den Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 hinaus erhöht, beispielhafte Steuerungsalgorithmen der vorliegenden Offenbarung ein oder mehrere Zieldrehmomentwerte mit positiven Vorzeichen und/oder jeglichem anderen Betrag (positiv oder negativ) zum Unterstützen beim Reduzieren der Leistungsquellendrehzahl auf den Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 bestimmen können. Zusätzlich können die Zieldrehmomentwerte derart bestimmt werden, dass die Rate, bei der die Leistungsquelle 17 sich dem Zieldrehmoment nähert, begrenzt wird, wodurch Betreiberunannehmlichkeiten und/oder Materialverschütten, das durch zu abruptes Bremsen der Maschine verursacht wird, minimiert wird. Beispielsweise kann das Getriebesteuerungssystem 24 während einer beispielhaften Maschinenbremssituation ein oder mehrere parasitären Lasten 22 sequentiell aktivieren, um abruptes Maschinenbremsen und/oder Materialverschütten zu vermeiden.
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Die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung können gegenüber bekannter Systeme und Verfahren, die ein CVT einsetzen, aus mehreren Gründen vorteilhaft sein. Da solche bekannten Systeme und Verfahren das CVT nicht auf der Grundlage dynamischer Drehmomentziele steuern, wie beispielsweise der Zieldrehmomente, die das hierin beschriebene virtuelle Verzögerungsdrehmoment ausmachen, sind z. B. solche Systeme und Verfahren nicht dazu ausgebildet, die Zeit zu minimieren, die dem Bremsen der Maschine bei hohen Lasten zugeordnet ist. Selbst wenn solche bekannten passiven Systeme den Betrieb der Leistungsquelle basierend auf einem statischen Zieldrehmoment steuern, das eine der Leistungsquelle zugeordnete Drehmomentgrenze überschreitet, und die Leistungsquellendrehzahl begrenzen, wenn die Drehmomentgrenze erreicht ist, können solche bekannten Systeme ferner immer noch nicht dazu imstande sein, Bedienerunannehmlichkeiten, Materialverschütten und/oder andere Nachteile zu verhindern, die dem abrupten Maschinenbremsen zugeordnet sind. Ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines einer Maschine zugeordneten Getriebes 11 wird nun mit Bezug auf das in der 3 dargestellte Flussdiagramm 100 erläutert.
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In einem beispielhaften Steuerungsverfahren eines der Maschine zugeordneten Getriebes 11 kann das Maschinenbremsen in unterschiedlichster Weise gestartet werden. Beispielsweise können ein oder mehrere der Maschine zugeordnete Sensoren die Neigung der Oberfläche, auf der sich die Maschine befindet, messen, erfassen und/oder anderweitig bestimmen. Die Sensoren können ein oder mehrere die Neigung anzeigende Signale an die Getriebesteuerung 12 zum Vergleich mit einem Neigungsschwellenwert senden. Die Getriebesteuerung 12 kann dazu ausgebildet sein, das Maschinenbremsen beim Schritt 102 zu initiieren und/oder mehrere andere im Flussdiagramm 100 gezeigten Schritte in Erwiderung auf eine Bestimmung durchführen, dass die Neigung der Oberfläche, auf der sich die Maschine befindet, den Neigungsschwellenwert überschreitet. In solch beispielhaften Ausführungsformen kann der Neigungsschwellenwert entweder eine steigende Neigung oder eine fallende Neigung anzeigen.
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In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Maschinenbremsen in Erwiderung auf das Empfangen eines Signals von der Getriebesteuerung 12 initiiert werden (Schritt: 102), die eine gewünschte Änderung der Maschinenfahrtrichtung anzeigt. Während dem Abtragen von Material von einem Haufen und dem Zurücksetzen weg vom Haufen kann beispielsweise ein Bediener der Maschine einen Schalter, Hebel, Pedal, Joystick, Knopf, Vorwärts-Neutral-Rückwärtsauswähler und/oder andersartige Bedienerschnittstellen, die der Maschine zugeordnet sind, zum Ändern der Fahrtrichtung der Maschine von rückwärts zu vorwärts manipulieren. Die Getriebesteuerung 12 kann dazu ausgebildet sein, das Maschinenbremsen beim Schritt: 102 zu initiieren und/oder ein mehrere der im Flussdiagramm 100 gezeigten Schritte in Erwiderung auf solch ein Signal durchführen, das eine Änderung der gewünschten Fahrtrichtung anzeigt. Zusätzlich können ein oder mehrere der Maschine zugeordnete Sensoren im Wesentlichen kontinuierlich die Last an einem oder mehreren Arbeitswerkzeugen der Maschine erfassen. Solche Sensoren können beispielsweise dazu ausgebildet sein, Signale an die Getriebesteuerung zu senden, die die Arbeitswerkzeuglast anzeigen. Die Getriebesteuerung 12 kann dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, ob das Arbeitswerkzeug, wie beispielsweise eine Schaufel der Maschine, oberhalb eines Lastschwellenwerts arbeitet. Die Getriebesteuerung 12 kann dazu ausgebildet sein, das Maschinenbremsen beim Schritt: 102 in Erwiderung auf solch eine Lastbestimmung zusammen mit dem Empfangen eines Signals zu initiieren, das eine gewünschte Änderung der Maschinenfahrtrichtung anzeigt.
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Beim Schritt: 104 kann die Getriebesteuerung 12 ein Zieldrehmoment des Getriebes 11 bestimmen, wie beispielsweise ein erstes Zieldrehmoment des Getriebes 11. Solch ein beispielhaftes Zieldrehmoment kann eine Kombination der der Leistungsquelle 17 zugeordneten Drehmomentgrenze und des oben beschriebenen virtuellen Verzögerungsdrehmoments aufweisen. Die Getriebesteuerung 12 kann einen oder mehrere Algorithmen, Karten und/oder Nachschlagetabellen beim Bestimmen des Zieldrehmoments im Schritt: 104 verwenden. Beispielsweise kann die Getriebesteuerung 12 ein oder mehrere vom Fluiddrucksignal 4, Pumpen- und Motorverstellsignal 5, Getriebedrehzahlsignal 7, Leistungsquellendrehzahlsignal 13 und/oder Drehmomentsignal 23 als Eingaben zu einem oder mehreren Zieldrehmomentalgorithmen verwenden, und das erste Zieldrehmoment kann eine Ausgabe von solchen Algorithmen sein.
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Die Getriebesteuerung 12 kann im Schritt: 106 das Getriebe 11 dazu steuern, einen Abtrieb an der Vorgelegewelle 10 zu erzeugen, die dem beim Schritt: 104 erzeugten ersten Zieldrehmoment entspricht und/oder gleicht. Beispielsweise kann das Getriebe 11 die Vorgelegewelle 10 mit einer Drehzahl rotieren, die es der Vorgelegewelle 10 ermöglicht, der Leistungsquelle 17 ein Abtriebsdrehmoment zuzuführen, das gleich dem ersten Zieldrehmoment ist. Die Rotation der Vorgelegewelle 10 und/oder andere Ausgabe des Getriebes 11 kann den Effekt des Erhöhens der Drehzahl der Leistungsquelle 17 von einer ersten Leistungsquellendrehzahl auf eine zweite Leistungsquellendrehzahl, die größer als die erste ist, aufweisen. Zusätzlich kann die Rotation der Vorgelegewelle 10 und/oder andere Ausgabe des Getriebes 11 den Effekt des Verringerns der Fahrgeschwindigkeit der Maschine von einer ersten Fahrgeschwindigkeit auf eine zweite Fahrgeschwindigkeit, die kleiner als die erste Fahrgeschwindigkeit ist, aufweisen. Folglich kann das Getriebe das erste Zieldrehmoment dazu verwenden, beim Bremsen der Maschine zu unterstützen.
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Beim Schritt: 108 kann die Getriebesteuerung 12 bestimmen, ob das beim Schritt: 104 bestimmte Zieldrehmoment gleich dem der Leistungsquelle 17 zugeordneten Drehmomentgrenze ist. Wenn z. B. die Getriebesteuerung 12 bestimmt, dass das erste Zieldrehmoment der Drehmomentgrenze gleicht (Schritt: 108 – ja), kann die Getriebesteuerung 12 damit fortfahren, dass Getriebe 11 an der Drehmomentgrenze zu betreiben, bis ein Maschinenbremsen nicht mehr benötigt wird (Schritt: 110). Die Getriebesteuerung 12 kann auf unterschiedlichsten Weisen bestimmen, dass ein Bremsen nicht mehr benötigt wird, beispielsweise wenn ein Signal von einem Bremspedalpositionssensor und/oder von einer oder mehreren Bedienerschnittstellen, die einen Wunsch zum Beschleunigen der Maschine oder zum Ändern der Fahrtrichtung der Maschine von vorwärts auf rückwärts anzeigen, empfangen wird.
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Wenn die Getriebesteuerung 12 alternativ bestimmt, dass das erste Zieldrehmoment nicht gleich der Drehmomentgrenze ist (Schritt: 108 – nein), kann die Getriebesteuerung 12 zum Schritt: 104 zurückkehren und kann sequentiell zumindest ein zusätzliches Zieldrehmoment bestimmen, bis ein erstes der zusätzlichen Zieldrehmomente gleich der Drehmomentgrenze ist. Beispielsweise kann die Getriebesteuerung 12 in Erwiderung auf das Bestimmen, dass das erste Zieldrehmoment nicht gleich dem Zieldrehmoment ist, zum Schritt: 104 zurückkehren und kann ein zweites Zieldrehmoment des Getriebes 11 bestimmen. In beispielhaften Ausführungsformen kann sich das virtuelle Verzögerungsdrehmoment verringern, wenn sich die Drehzahl der Leistungsquelle 17 in Richtung des Leistungsquellendrehzahlschwellenwerts 21 erhöht, wobei folglich das zweite Zieldrehmoment kleiner als (d. h. es kann einen größeren Betrag in negativer Richtung haben als) das erste Zieldrehmoment ist.
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Das sequentielle Bestimmen zusätzlicher Zieldrehmomente, bis ein erstes der zusätzlichen Zieldrehmomente der Drehmomentgrenze gleicht, kann beim Bremsen der Maschine durch Maximieren des zum Bremsen verfügbaren Verzögerungsdrehmoments in so kurzer Zeit wie möglich unterstützen. Zusätzlich können die einen oder mehreren beim Schritt: 104 eingesetzten Algorithmen dazu ausgebildet sein, die Rate zu begrenzen, bei der das Verzögerungsdrehmoment beispielsweise auf die Traktionsvorrichtungen der Maschine und/oder anderen Komponenten aufgebracht wird. Während dem Unterstützen beim Minimieren der Zeit, die zum Bremsen der Maschine während beispielsweise Hochlastrichtungsänderungen erforderlich ist, können solche Algorithmen folglich abgestimmt sein, um ein Maschinenruckeln, ein Materialverschütten und/oder andere Nachteile, die mit einem relativ abrupten Bremsen verbunden sind, zu vermeiden.
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In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Getriebesteuerungssystem 24 und/oder andere der Maschine zugeordnete Steuerungssysteme den Betrieb einer parasitären Last 22, die der Leistungsquelle 17 und/oder dem Getriebe zugeordnet ist, in Erwiderung auf das Bestimmen, dass das erste Zieldrehmoment nicht gleich der Drehmomentgrenze ist (Schritt: 108 – nein) aktivieren oder aufrechterhalten (Schritt: 109). In beispielhaften Ausführungsformen können solche parasitären Lasten 22 sequentiell aktiviert werden. Zum Beispiel kann eine erste parasitäre Last 22 beim Schritt: 109 in Erwiderung auf eine beim Schritt: 108 gemachte erste Bestimmung aktiviert werden, und eine zweite parasitäre Last 22 kann beim Schritt: 109 in Erwiderung auf eine beim Schritt: 108 nachfolgend gemachte zweite Bestimmung aktiviert werden. Alternativ können solche parasitären Lasten 22 basierend auf der Drehzahl der Leistungsquelle 17 aktiviert werden. Wenn beispielsweise ein Maschinenbremsen beim Schritt: 102 initiiert worden ist, kann eine erste parasitäre Last 22 in Erwiderung auf die Leistungsquelle 17, die eine erste Leistungsquellendrehzahl erreicht, aktiviert werden, und eine zweite parasitäre Last 22 kann in Erwiderung auf die Leistungsquelle 17, die eine zweite Leistungsquellendrehzahl größer als die erste Leistungsquellendrehzahl erreicht, aktiviert werden. Die sequentielle Aktivierung solcher parasitären Lasten 22 kann beim Bremsen der Maschine durch Erhöhen der Lastnachfrage an der Leistungsquelle 17 und/oder dem Getriebe 11 unterstützen. Zusätzlich kann eine solche sequentielle Aktivierung zu einem stufenweiseren Bremsen der Maschine führen als das gleichzeitige Aktivieren von mehr als einer parasitären Last 22. Folglich kann solch eine Parasitärlastaktivierung beim Vermeiden von Bedienerunannehmlichkeiten und/oder anderen Ineffizienzen, die dem abrupten Bremsen der Maschine zugeordnet sind, unterstützen.
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Wie oben beschrieben kann die hierin beschriebene Steuerung des Getriebes 11, der Leistungsquelle 17 und/oder der parasitären Lasten 22 in einem geschlossenen Regelkreis gemäß dem in dem Flussdiagramm 100 dargestellten Verfahren fortfahren, bis ein Maschinenbremsen nicht mehr benötigt wird. Unter Bezugnahme auf den Schritt: 104 ist zu verstehen, dass, wenn ein zweites Zieldrehmoment erzeugt worden ist, die Getriebesteuerung 12 das Getriebe 11 dazu steuern kann, einen zweiten Abtrieb, der gleich dem zweiten Zieldrehmoment ist, an der Schnittstelle zwischen dem Getriebe 11 und der Leistungsquelle 17 zu erzeugen (Schritt: 106). Wie oben mit Bezug auf das erste Zieldrehmoment beschrieben, kann solch eine Aufgabe eine Drehung der Vorgelegewelle 10 bei einer Drehzahl umfassen, die es der Vorgelegewelle 10 ermöglicht, der Leistungsquelle 17 ein Abtriebsdrehmoment zuzuführen, das gleich dem zweiten Zieldrehmoment ist. Diese Drehung der Vorgelegewelle 10 und/oder andere Ausgaben des Getriebes 11 können den Effekt des Erhöhens der Drehzahl der Leistungsquelle 17 von der zweiten Leistungsquellendrehzahl auf eine dritte Leistungsquellendrehzahl, die größer als die zweite ist, aufweisen. Zusätzlich kann die Drehung der Vorgelegewelle 10 und/oder andere Ausgabe des Getriebes 11 den Effekt des Verringerns der Fahrgeschwindigkeit der Maschine von der zweiten Fahrgeschwindigkeit auf eine dritte Fahrgeschwindigkeit, die kleiner als die zweite Fahrgeschwindigkeit ist, aufweisen.
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Wenn die Getriebesteuerung 12 ferner bestimmt, dass das beim Schritt: 104 erzeugte zweite, dritte und/oder nachfolgende zusätzliche Zieldrehmoment gleich der Drehmomentgrenze ist (Schritt: 108 – ja), kann die Drehzahl der Leistungsquelle 17 auf den Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21, mit solchen geschlossenen Steuerungsverfahren, erhöht werden. Diese Drehzahlerhöhung kann vom Getriebe 11 durch eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit und/oder des Abtriebsdrehmoments der Vorgelegewelle 10 getrieben werden. Diese Drehzahlerhöhungen können ebenfalls durch Übertragen von einem oder mehreren Drehzahlerhöhungsbefehlen vom Getriebesteuerungssystem 24 und/oder anderen Maschinensteuerungssystemen an die Leistungsquelle 17 beeinflusst werden. Wenn die Getriebesteuerung 12 bestimmt, dass das beim Schritt: 104 erzeugte zweite, dritte und/oder nachfolgende zusätzliche Zieldrehmoment gleich der Drehmomentgrenze ist (Schritt: 108 – ja), kann das hierin beschriebene Drehmoment, dass von einem oder mehreren parasitären Lasten 22 erfordert und/oder nachgefragt wird, zusätzlich auf den entsprechenden Parasitärlastdrehmomentschwellenwert 19 erhöht werden. Solch eine Erhöhung des von der parasitären Last 22 erforderten Drehmoments kann beim Maschinenbremsen weiter unterstützen.
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Es versteht sich, dass ein oder mehrere der beim Schritt: 104 erzeugten Zieldrehmomente basierend auf zumindest einer Betriebscharakteristik der Leistungsquelle 17, des Getriebes 11 und/oder ein oder mehrerer der parasitären Lasten 22 bestimmt werden können. Beispielsweise kann eine erste Betriebscharakteristik der Leistungsquelle 17, das die Leistungsquellendrehzahl, Leistungsquellenlast und/oder das Leistungsquellendrehmoment aufweist, durch die Leistungsquellenüberwachung 14 unter Verwendung von einem der Signale 13, 15, 16 und/oder anderer Eingaben von den hierin beschriebenen Sensoren bestimmt werden. In beispielhaften Ausführungsformen können solche Eingaben ein Lastsignal aufweisen, das durch die Leistungsquellenüberwachung 14 und/oder der Getriebesteuerung 12 von einem einer Schaufel oder einem andere Arbeitswerkzeug der Maschine zugeordneten Lastsensor empfangen wird. Während eines solchen geschlossenen Regelkreises können eine oder mehrere Betriebscharakteristika durch die Leistungsquellenüberwachung 14 und/oder der Getriebesteuerung 12 bestimmt werden. Außerdem können eine oder mehrere zusätzliche Zieldrehmomente beim Schritt: 104 basierend auf solch zusätzlichen Betriebscharakteristika in einem geschlossenen Regelkreis bestimmt werden. Solch ein Steuerungsverfahren kann, wie es im Flussdiagramm 100 der 3 gezeigt ist, so lange fortfahren, bis beispielsweise ein Maschinenbremsen nicht mehr benötigt wird. Zusätzlich können solch zusätzliche Zieldrehmomente beim Schritt: 104 bestimmt werden, bis ein virtuelles Verzögerungsdrehmoment, das einem der zusätzlichen Drehmomenten zugeordnet ist, ungefähr gleich Null ist. Ein virtuelles Verzögerungstor, das ungefähr gleich Null ist, kann das entsprechende Zieldrehmoment anzeigen, das einen Wert aufweist, der gleich der Drehmomentgrenze ist. Ein virtuelles Verzögerungsdrehmoment, das ungefähr gleich Null ist, kann außerdem eine Leistungsquellendrehzahl anzeigen, die einen Wert aufweist, der gleich dem Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 ist.
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Es versteht sich, dass beispielsweise ein virtuelles Verzögerungsdrehmoment, dass ungefähr gleich Null ist, ein Zieldrehmoment, dass einen Wert aufweist, der gleich der Drehmomentgrenze ist, und/oder eine Leistungsquellendrehzahl, die einen Wert aufweist, der gleich dem Leistungsquellendrehzahlschwellenwert 21 ist, anzeigen können, dass die kombinierte Maschinenbrems- und/oder Verzögerungsfähigkeiten der Leistungsquelle 17, des Getriebes 11 und der parasitären Lasten 22 maximiert worden sind. Ferner kann die Bestimmung von einem oder mehreren Zieldrehmomenten in geschlossenem Regelkreis dabei unterstützen, die Zeit zu minimieren, die zum Bremsen der Maschine benötigt wird. Das Minimieren der mit dem Bremsen der Maschine in dieser Weise zugeordneten Zeit kann beispielsweise die Maschineneffizienz während Hochlastrichtungsänderungen und/oder andersartigen Bremsoperationen verbessern.
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Andere Ausführungsformen der Erfindung werden dem Fachmann durch Betrachtung der Spezifikation und Ausübung der hierin offenbarte Systeme und Verfahren bekannt. Es ist angedacht, dass die Spezifikation und Beispiele lediglich als beispielhaft zu betrachten sind, wobei der wahre Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angezeigt wird.
