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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine Maschine, die mit einem stufenlos variablen Getriebe (CVT) ausgestattet ist, und insbesondere die Steuerung des Leistungsausgangs des CVT.
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Hintergrund
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Viele Maschinen verwenden Getriebe, um den Ausgang einer Antriebsmaschine oder Leistungsquelle, zum Beispiel eines Verbrennungsmotors, mit einem angetriebenen Element oder einer angetriebenen Vorrichtung, wie etwa Rädern oder einem Arbeitswerkzeug, zu koppeln. Herkömmliche Getriebe umfassen typischerweise ein oder mehrere festgelegte, auswählbar einrückbare Übersetzungen, die die Drehzahl der Antriebsmaschine und, in einem umgekehrten Verhältnis, das Drehmoment, das an das angetriebene Element ausgegeben wird, erhöhen oder verringern könnten. Um die gesteuerte Übertragung von Drehleistung, die von der Antriebsmaschine ausgegeben wird, und in einigen Fällen das selektive Einrücken und Ausrücken der Übersetzungen zu erleichtern, kann das Getriebe mit einer Kupplung gekoppelt sein. Typischerweise verbinden Kupplungen ein Antriebselement, wie etwa eine Antriebswelle, und ein angetriebenes Element, wie etwa einen Wellenstrang, der ein- und ausgerückt werden kann, um die Leistungsquelle und das Getriebe zu koppeln oder zu entkoppeln. Einige Kupplungen sind auch in der Lage zu rutschen, wobei das Antriebselement und das angetriebene Element in Eingriff sind, sich jedoch mit unterschiedlichen relativen Drehzahlen drehen. Der Grad des Rutschens kann einstellbar gesteuert werden, so dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment, die über die Kupplung übertragen werden, selektiv variiert werden können. Eine Kupplung kann daher als eine Art von Drehzahlsteuerung dienen, die eine temporäre Drehzahl- und/oder Drehmomentverringerung einleiten kann, ohne die Gänge schalten zu müssen.
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In neuerer Zeit haben einige Hersteller bestimmte Maschinen mit stufenlos variablen Getrieben (CVTs) anstelle der herkömmlichen Getriebe auf Zahnradbasis ausgestattet. Ein CVT stellt einen unbegrenzten oder kontinuierlichen Bereich von Drehmoment-Drehzahl-Ausgabeverhältnissen in Bezug auf einen beliebigen gegebenen Eingang von der Antriebsmaschine bereit. Mit anderen Worten kann der Ausgang des CVT über einen kontinuierlichen Bereich in beinahe unendlich kleinen Inkrementen erhöht oder verringert werden. In einigen Ausführungsformen kann das CVT, um die Erkennbarkeit und Vertrautheit des Bedieners zu verbessern, in Übereinstimmung mit einer virtuellen Gangmethode geregelt werden, die eine Vielzahl von virtuellen Übersetzungen simuliert, welche den tatsächlichen Übersetzungen in herkömmlichen Getrieben ähneln. Zusätzlich kann ein CVT durch selektives Variieren der Eingangs- und Ausgangsverhältnisse einen Teil der Funktionalität einer Kupplung bereitstellen.
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In einigen Fällen können ein CVT und eine Kupplung zusammen verwendet werden, um ihre Funktionalitäten zu kombinieren. Zum Beispiel beschreibt das
US-Patent Nr. 7.972.240 (”das '240er Patent”) eine Anordnung, die ein CVT umfasst, das operativ mit einer Kupplung gekoppelt ist. Ein Merkmal dieser Anordnung besteht darin, dass das CVT und die Kupplung in zusammenhängender Weise geregelt werden können, um den an die angetriebenen Elemente übertragenen Drehmoment- und/oder Drehzahlausgang zu begrenzen. Das '240er Patent beschreibt des Weiteren, dass das Regeln der beiden Einrichtungen in zusammenhängender Weise Leistungsverluste oder Ineffizienzen vermeiden kann, die in Anordnungen auftreten können, die nur ein CVT zur Übertragung des Leistungsausgangs umfassen. Die vorliegende Offenbarung betrifft ähnliche Überlegungen zur Funktionalität der Kupplung und des CVT.
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Zusammenfassung
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In einem Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl in einer Maschine mit einem stufenlos variablen Getriebe (CVT), die operativ mit einer Leistungsquelle gekoppelt ist. Das Verfahren reguliert den Ausgang des CVT in Übereinstimmung mit einer Drehmoment-Drehzahl-Kurve, die in einer im Wesentlichen inversen Weise das CVT-Ausgangsdrehmoment und die CVT-Ausgangsdrehzahl in Beziehung setzen kann. Die Drehmoment-Drehzahl-Kurve kann dazu dienen, das CVT-Ausgangsdrehmoment zu begrenzen. Ein Bedienereingabesignal, das eine erwünschte Veränderung im Maschinenbetrieb anzeigt, wird empfangen und in einen ersten Skalierungsfaktor umgewandelt. Als Ergebnis wird die Drehmoment-Drehzahl-Kurve verschoben, um das verfügbare CVT-Ausgangsdrehmoment weiter zu verringern.
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In einem weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung eine Maschine mit einem stufenlos variablen Getriebe (CVT), das operativ mit einer Leistungsquelle gekoppelt ist. Das CVT ist in der Lage, ein CVT-Ausgangsdrehmoment und eine CVT-Ausgangsdrehzahl zu erzeugen. Die Maschine umfasst eine erste Bedienereingabevorrichtung zur Erzeugung eines Bedienereingabesignals zur Änderung des Maschinenbetriebs. Die Maschine umfasst auch ein Steuergerät, das mit der ersten Bedienereingabevorrichtung kommuniziert. Das Steuergerät steuert des Weiteren den Ausgang des CVT in Übereinstimmung mit einem Steuerkennfeld. Das Steuerkennfeld weist eine Drehmoment-Drehzahl-Kurve auf, die das CVT-Ausgangsdrehmoment mit der CVT-Ausgangsdrehzahl in Beziehung setzt, sowie eine Unterschreitungskurve, die einer Zieldrehzahl entspricht. Das Steuergerät kann bei Erhalt des Bedienereingabesignals gleichzeitig die Drehmoment-Drehzahl-Kurve und die Unterschreitungskurve einstellen.
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In noch einem weiteren Aspekt beschreibt die Offenbarung ein Verfahren zur Regelung des Ausgangs eines stufenlos variablen Getriebes (CVT) mit einem CVT-Ausgangsdrehmoment und einer CVT-Ausgangsdrehzahl. Ein erstes Bedienereingabesignal wird empfangen, das eine Zieldrehzahl angibt. Ist die CVT-Ausgangsdrehzahl um einen vorbestimmten Betrag geringer als die Zieldrehzahl, bestimmt das Verfahren das CVT-Ausgangsdrehmoment in Übereinstimmung mit einer Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Ist die CVT-Ausgangsdrehzahl innerhalb des vorbestimmten Betrags der Zieldrehzahl, bestimmt das Verfahren das CVT-Ausgangsdrehmoment in Übereinstimmung mit einer Unterschreitungskurve. Eine zweite Bedienereingabe kann empfangen werden, um den Betrieb des CVT einzustellen. Das Verfahren stellt die Drehmoment-Drehzahl-Kurve und die Unterschreitungskurve bei Erhalt des zweiten Bedienereingabesignals ein, um das verfügbare CVT-Ausgangsdrehmoment und die Zieldrehzahl zu verringern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Seitenansicht einer mobilen Maschine mit einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle, die mit einem angetriebenen Element durch ein zwischengeschaltetes CVT gekoppelt ist.
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2 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht, gesehen vom Bedienersitz in einer Bedienerstation für die Maschine, verschiedener zugänglicher, von einem Bediener betätigter Steuerungen und Eingaben zum Betreiben der Maschine.
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3 ist eine schematische Veranschaulichung eines Antriebsstrangs der Maschine, die eine Ausführungsform eines CVT und ein Steuergerät umfasst, das dazu ausgebildet ist, das CVT unter Verwendung einer Vielzahl von virtuellen Übersetzungen zu betreiben.
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4 ist eine Veranschaulichung eines Steuerkennfelds oder Diagramms, das die Maschinendrehzahl mit einer Vielzahl von virtuellen Übersetzungen in Beziehung setzt, die dem CVT zugeordnet sein können.
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5 ist eine graphische Darstellung einer Drehmoment-Drehzahl-Kurve, die den Ausgang des CVT darstellt, wobei die Drehmomentwerte entlang der Y-Achse aufgetragen sind, und die Drehzahlwerte entlang der X-Achse.
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6 ist eine graphische Darstellung der Drehmoment-Drehzahl-Kurve von 4, und zwar modifiziert, um den Drehmoment- und Drehzahlausgang des CVT zu verringern.
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7 ist eine schematische Darstellung einer Steuerstrategie zur Modifizierung der Drehmoment-Drehzahl-Kurve bei Erhalt eines Bedienereingabesignals von einer von einem Bediener betätigten Eingabevorrichtung.
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8 ist eine weitere schematische Darstellung einer Steuerstrategie zum gesteuerten Ausrücken des CVT bei Erhalt eines vorbestimmten Bedienereingabesignals von einer von einem Bediener betätigten Eingabevorrichtung.
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9 ist ein Flussdiagramm, das eine mögliche Routine zur Regelung des Betriebs einer Maschine veranschaulicht, die ein CVT umfasst, um das Drehmoment und/oder die Drehzahl auf eine Weise zu begrenzen, die eine Kupplung simuliert.
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Detaillierte Beschreibung
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Diese Offenbarung betrifft eine Maschine, die mit einem stufenlos variablen Getriebe (CVT) ausgestattet ist, um eine Antriebsmaschinenleistungsquelle operativ mit einem angetriebenen Element zu koppeln und mechanische Leistung von ersterer zu letzterem zu übertragen. CVTs können manchmal auch als unendlich variable Getriebe (IVTs) bezeichnet werden, doch betrifft die Offenbarung beide Getriebe sowie jegliche ähnlichen Getriebetypen, unabhängig von der Nomenklatur. Nun Bezug nehmend auf 1, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Elemente beziehen, wird eine Ausführungsform einer Maschine 100 und insbesondere ein Motorgrader veranschaulicht, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch außer auf Motorgrader auch auf andere Typen von Maschinen und Anwendungen anwendbar. So wie er hierin verwendet wird, kann der Begriff ”Maschine” sich auf einen beliebigen Typ von Maschine beziehen, die eine Betriebsart ausführt, die einer Industrie, wie z. B. Bergbau, Bauwirtschaft, Landwirtschaft, Transport oder einer beliebigen anderen in der Technik bekannten Industrie zugeordnet ist. Beispielsweise kann die Maschine eine Erdbewegungsmaschine sein, wie z. B. ein Radlader, ein Bagger, ein Muldenkipper, ein Tieflöffelbagger, ein Bagger, eine Materialhandlingmaschine, oder die Maschine kann eine andere Art von Arbeitsmaschine sein, etwa Verdichter oder Asphaltiermaschinen. Darüber hinaus kann ein Werkzeug mit der Maschine verbunden sein. Solche Arbeitsgeräte können für verschiedene Aufgaben eingesetzt werden, einschließlich z. B. Verladen, Verdichten, Heben und Bürsten, und umfassen z. B. Schaufeln bzw. Löffel, Verdichtungsgeräte, Gabelhubvorrichtungen, Bürsten, Greifer, Schneiden, Scheren, Schilde, Brecher/Hämmer, Bohrer und andere. Außerdem kann die Maschine auf dem Gebiet des Transports eingesetzt werden, zum Beispiel Straßenlastwagen, Frachtfahrzeuge oder dergleichen.
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Die veranschaulichte Maschine 100 kann in der Lage sein, zwischen dem Straßenbetrieb mit hohen Drehzahlen und dem Schwerlastbetrieb zu wechseln. Zum Beispiel kann die Maschine 100 ein in den Boden eingreifendes Werkzeug wie etwa ein Schild 102 umfassen, das durch Leistung eingestellt werden kann, um eine Arbeitsfläche zu planieren oder zu glätten. Die Maschine 100 ist auf mit dem Boden in Eingriff stehenden Vortriebseinrichtungen 104 wie etwa Rädern getragen, die zur Vorder- und Hinterseite der Maschine hin angeordnet sein können. In anderen Ausführungsformen der Maschine können alternative Vortriebseinrichtungen 104 durchgehende Raupen, Bänder, Propeller, etc. umfassen. Um die Maschine in Bezug auf den Untergrund vorzutreiben und zu lenken, kann zumindest ein Satz von Vortriebsvorrichtungen durch Leistung angetrieben werden, um sich zu drehen, und/oder ein weiterer Satz kann durch einen Bediener an Bord der Maschine, aus der Ferne oder durch ein anderes Steuerschema lenkbar sein.
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Leistung zum Antrieb der Vortriebsvorrichtungen und/oder des montierten Werkzeugs kann durch eine Leistungsquelle 106 bereitgestellt werden, die manchmal als Antriebsmaschine bezeichnet wird und an der Maschine angeordnet ist. Ein geeignetes Beispiel einer Leistungsquelle 106 ist ein Verbrennungsmotor, wie etwa ein Kompressionszündungs-Dieselmotor, der einen Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffquelle oder eine andere verbrennbare Kraftstoffquelle verbrennt, um die potenzielle oder chemische Energie darin in mechanische Leistung umzuwandeln, die für andere Arbeiten eingesetzt werden kann. Andere geeignete Typen von Leistungsquellen 106 können funkengezündete Benzinmotoren, Turbinen, Hybridmotoren, solarbetriebene Motoren und dergleichen umfassen. Um die von der Leistungsquelle 106 erzeugte mechanische Leistung an die Vortriebseinrichtungen 104 zu übertragen, kann die Maschine 100 einen Antriebsstrang 108 umfassen, der die Leistungsquelle und die Vortriebseinrichtungen operativ koppelt. Um den Drehzahl- und/oder Drehmomentausgang der Leistungsquelle einzustellen, kann ein CVT 110 dem Antriebsstrang 108 zwischengeschaltet sein. Der Antriebsstrang 108 kann auch verschiedene Wellen, Kupplungen, Differentiale und andere Einrichtungen umfassen, um Leistung zu übertragen und den Betrieb der Maschine zu unterstützen. Zusätzlich können eine oder mehrere Leistungsabnahmen (power takeoffs bzw. PTOs) direkt oder indirekt mit dem Antriebsstrang 108 in Eingriff stehen, um einen Teil der Leistung an eine Zusatzvorrichtung wie etwa das durch Leistung betätigte Schild 102 umzuleiten oder zu übertragen 102.
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Um den Betrieb der Maschine 100 zu leiten, kann eine Bedienerstation 112, die dazu ausgebildet ist, einen Bediener unterzubringen, an der Maschine oder davon entfernt an einer Stelle vorgesehen sein, die eine visuelle Übersicht über die Betriebsumgebung ermöglicht. Unter Bezugnahme auf 2 können verschiedene Steuerungen und/oder Eingaben 114, mit denen der Bediener interagieren kann, um die Maschine 100 zu manövrieren und zu betätigen, im Inneren der Bedienerstation 112 zugänglich sein. Die in 2 veranschaulichten Steuerungen und/oder Eingaben sind rein beispielhaft vorgesehen und können in unterschiedlichen Ausführungsformen unterschiedliche Anordnungen umfassen. Zum Beispiel können zum Lenken oder Steuern der Richtung der Maschine ein erster Steuerknüppel oder Joystick 120 und ein zweiter Joystick 122 an beiden Seiten der Bedienerstation 112 angeordnet sein. Der Bediener kann die Joysticks 120, 122 ergreifen und manipulieren, um den Betrieb der Maschine oder des Werkzeugs einzustellen. Zum Beispiel kann der erste Joystick 120 die Lenkung steuern, und der zweite Joystick 122 kann ein Werkzeug steuern. In anderen Ausführungsformen kann ein Lenkrad oder ein anderer geeigneter Typ von Steuerung eingeschlossen sein.
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In der veranschaulichten Ausführungsform können die Steuerungen ein oder mehrere angelenkte Pedale umfassen, die zum Boden der Bedienerstation 112 hin angeordnet sind und die ein Bediener durch Niederdrücken oder Loslassen mit dem Fuß modulieren kann. Ein Bediener kann ein Pedal durch einen Verschiebungsbereich drücken oder loslassen, um eine erwartete Reaktion der Maschine herbeizuführen. Zum Beispiel können die Pedale zur Steuerung oder Einstellung der Geschwindigkeit oder des Vortriebs der Maschine ein erstes Pedal 130 umfassen, das zur rechten Seite der Bedienerstation 112 hin orientiert ist und als ein Gaspedal fungieren kann. Durch Modulieren des ersten Pedals 130 kann der Bediener den Wunsch nach einer Beschleunigung oder Verzögerung der Maschine anzeigen, um die Drehzahl oder Geschwindigkeit der Maschine zu erhöhen oder zu verringern. Der Bediener kann auch einen Wunsch anzeigen, eine konsistente Drehzahl oder Leistungsabgabe der Maschine aufrecht zu erhalten, indem er das Pedal in einer festen Modulation in Bezug auf einen Boden hält. Das zweite Pedal 132 kann zum Einrücken und/oder Simulieren einer Kupplung fungieren. Wie unten beschrieben kann der Bediener das zweite Pedal 132 modulieren, um das Einrücken oder Ausrücken des CVT von dem Rest des Antriebsstrangs anzuweisen. Weiters kann der Bediener durch Modulieren des zweiten Pedals durch Zwischenstufen zwischen vollständig durchgedrückt und vollständig losgelassen das ”Rutschen” anweisen oder regeln, das die Leistungsrate des Getriebes beeinflusst, so dass nur ein Teil der gesamten Drehleistung über den Antriebsstrang übertragen wird. Das zentral orientierte dritte Pedal 134 kann eine Bremse betätigen, um die Geschwindigkeit zu verringern und/oder die Maschine anzuhalten. In anderen Ausführungsformen können andere Steuerungen oder Eingaben als ein Pedal, wie etwa Hebel oder dergleichen, verwendet werden, um die Drehzahl der Maschine einzustellen, und können als Drehzahlsteuerungsdrosseln betrachtet werden.
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Die Bedienerstation kann auch Eingaben, Steuerungen und Anzeigen in Bezug auf den Betrieb des CVT umfassen, die in dem Antriebsstrang zur Übertragung von Leistung zwischen der Leistungsquelle und den Vortriebsvorrichtungen angeordnet sein können. Zum Beispiel kann zur Veränderung der Fahrtrichtung der Maschine ein Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Wähler (bzw. F-N-R-Wähler) 136 in Form eines Umschalters oder Schalters an einer geeigneten zugänglichen Stelle vorgesehen sein, etwa an dem ersten Joystick 120. Das Umschalten des F-N-R-Wählers 136 kann das Eingreifen oder den Betrieb des CVT so verändern, dass der Drehausgang die Maschine in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung vortreibt, oder kann das CVT ausrücken, so dass die Maschine in einem neutralen Zustand gehalten wird. Ist das CVT für ein virtuelles Gangverfahren ausgebildet, das eine Vielzahl von virtuellen Gängen simuliert, kann die Bedienerstation 112 einen virtuellen Gangschalthebel 138 in Form eines Rades oder eines Schiebeschalters umfassen. Das Umschalten oder Verschieben des virtuellen Gangschalthebels 138 kann ein Umschalten zwischen benachbarten virtuellen Übersetzungen veranlassen oder simulieren. Verschiedene andere Typen von Schaltern, Tasten, Knöpfen, Rädern, Hebeln und dergleichen können eingeschlossen sein. Weitere Steuerungsfunktionalitäten können zum Beispiel Tempomaten, Zündung, Steuerungen für ein Arbeitswerkzeug und dergleichen umfassen. In anderen Ausführungsformen können die Steuerungen und die Bedienerstation von der Maschine entfernt angeordnet sein.
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Um visuell mit dem Bediener zu interagieren, kann eine visuelle Anzeige 139 mit einem Bildschirm oder Monitor in der Bedienerstation 112 vorgesehen sein. Die visuelle Anzeige 139 kann zum Beispiel Informationen bezüglich der Betriebsparameter, Leistungseigenschaften, Zustände und Variablen in Bezug auf verschiedene Aspekte des Maschinenbetriebs anzeigen. Die gemeinsamen Anzeigeinformationen können Drehzahl, Richtung, Drehzahl (u/min) der Leistungsquelle, Motorlast, Kraftstofffüllstand und dergleichen umfassen. Die visuelle Anzeige 139 kann ein beliebiger geeigneter Typ von Anzeige sein, was eine Flüssigkristallanzeige (LCD), ein Kathodenstrahlrohr (CRT), eine Plasmaanzeige oder dergleichen umfasst. Außerdem kann die visuelle Anzeige 139 dazu ausgebildet sein, Eingaben von dem Bediener durch Berührungsbildschirmtechnologie, Folientasten und so weiter zu empfangen.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird eine Ausführungsform des Antriebsstrangs 108 zur Übertragung mechanischer Leistung durch die Maschine in größerem Detail veranschaulicht. Die Antriebsmaschinenleistungsquelle 106, zum Beispiel ein Diesel-Verbrennungsmotor, erzeugt Drehleistung, die einen Leistungsquellenausgang 140, wie etwa eine sich von der Leistungsquelle weg erstreckende Antriebswelle, drehen kann. Die von dem Motor 140 erzeugte Leistung kann als Drehzahl und/oder Drehmoment quantifizierbar sein, die/das durch den Leistungsquellenausgang 142 geliefert wird. Um die Drehzahl und/oder das Drehmoment zu messen, kann ein Leistungsquellensensor 144 einer beliebigen geeigneten Bauart verwendet werden. Zum Beispiel kann der Leistungsquellensensor 144 dem Leistungsquellenausgang 142 zugeordnet sein. Der Leistungsquellensensor 144 kann ein Sensor vom magnetischen Aufnehmertyp sein, der ein rotierendes Magnetfeld aufnimmt, das einer drehenden Komponente des Leistungsquellenausgangs 142 wie etwa einem Schwungrad oder einer Antriebswelle zugeordnet ist. Rein beispielhaft kann in anderen Ausführungsformen der Leistungsquellensensor 144 ein optischer Aufnahmesensor sein, der optisch eine visuelle Angabe an der drehenden Komponente abliest. Die möglichen Drehzahl- und Drehmomentausgänge können zum Teil eine Funktion der Motorbauart sowie der dimensionellen Parameter, der Verdrängung etc. sein. Die Drehzahl und, in gewisser Weise damit zusammenhängend, das Drehmoment, die von der Leistungsquelle erzeugt werden, können selektiv in einem Ausmaß durch Einstellen der Betriebsparameter und Eingänge in den Motor 140 variiert werden. Dem Motor 140 können operativ weitere Elemente zugeordnet sein, etwa ein Einlasssystem, ein Abgassystem, Kühlungssysteme und dergleichen.
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Um die Drehzahl und/oder das Drehmoment in einem größeren Umfang einzustellen, zum Beispiel durch Erhöhen der Drehzahl und inverse Beeinflussung des Drehmoments, kann der Drehausgang der Leistungsquelle 106 auf das CVT 110 geleitet werden, das dem Leistungsquellenausgang 142 nachgeschaltet und mit diesem operativ gekoppelt ist. Wie oben angeführt, kann das CVT 110 eine kontinuierliche oder infinite Anzahl verfügbarer Drehmoment-Drehzahl-Verhältnisse bereitstellen, um den Ausgang von der Leistungsquelle 106 zu variieren. Mit anderen Worten kann das CVT 110, das als ein Kasten in unterbrochenen Linien dargestellt ist, den Drehausgang durch ein dem Leistungsquellenausgang 142 zugeordnetes CVT-Eingangselement 150 empfangen, und diesen auf gesteuerte Weise durch Verändern des Drehmoment-Drehzahl-Verhältnisses über einen stufenlosen Bereich oder ein kontinuierliches Spektrum modifizieren, bevor es ihn durch ein CVT-Ausgangselement 152 überträgt. Um das Drehmoment-Drehzahl-Verhältnis zu variieren, können eine oder mehrere betriebliche Eigenschaften des CVT reaktiv gesteuert werden.
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In der veranschaulichten Ausführungsform kann das CVT 110 ein hydromechanisches CVT mit getrennten Pfaden sein, in welchem der Dreheingang von dem CVT-Eingangselement 150 proportional in zwei parallele Pfade gesplittet wird, bevor er an dem CVT-Ausgangselement 152 wieder kombiniert wird. Die Pfade können einen mechanischen Leistungsübertragungspfad 160 und einen hydrostatischen Leistungsübertragungspfad 170 umfassen, die innerhalb des CVT 110 angeordnet sind. Um den Dreheingang physikalisch zu splitten, kann ein Pfadtrenner 154, der mit einer Welle des CVT-Eingangselement 150 gekoppelt ist, eine Reihe von parallelen, miteinander verzahnten Zahnrädern umfassen, die die Drehachse des Dreheingangs duplizieren oder versetzen können, um sie mit dem mechanischen Leistungsübertragungspfad 160 und/oder dem hydrostatischen Leistungsübertragungspfad 170 auszurichten.
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Der mechanische Leistungsübertragungspfad 160 kann den Drehleistungseingang von dem CVT-Eingangselement 150 durch mechanische, dynamische Techniken an das CVT-Ausgangselement 152 übertragen. Zum Beispiel kann der mechanische Leistungsübertragungspfad 160 ein mehrgängiges bidirektionales mechanisches Getriebe mit verschiedenen Vorwärtsgängen, Rückwärtsgängen und/oder Kupplungen verkörpern. Die Gänge und/oder Kupplungen können in einem einstellbaren und selektiv einrückbaren Getriebezug 162 angeordnet sein, so dass vorbestimmte Gangkombinationen eingelegt werden können, um eine diskrete Ausgangsübersetzung zu erzeugen. Auf diese Weise kann der mechanische Leistungsübertragungspfad in ähnlicher Weise funktionieren wie herkömmliche Getriebe auf Zahnradbasis.
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Der hydrostatische Leistungsübertragungspfad 170 kann den Drehleistungsausgang von dem CVT-Eingangselement 150 an das CVT-Ausgangselement 152 unter Verwendung fluidmechanischer und hydraulischer Konzepte übertragen. Zum Beispiel kann der hydrostatische Leistungsübertragungspfad 170 eine Hydraulikpumpe 172 und einen Hydraulikmotor 174 umfassen, die untereinander durch eine Fluidübertragungsleitung 176 verbunden sind, wie etwa einen flexiblen Hydraulikschlauch, der ein Hydraulikfluid leiten kann. Die Hydraulikpumpe 172, die eine Pumpe mit variabler Verdrängung, Schrägscheibe oder dergleichen sein kann, kann operativ mit dem CVT-Eingangselement 150 gekoppelt sein und kann den Drehleistungseingang in Hydraulikdruck umwandeln, indem das Hydraulikfluid in der Fluidübertragungsleitung 176 unter Druck gesetzt wird. Die Fluidübertragungsleitung leitet das unter Druck stehende Hydraulikfluid an den Hydraulikmotor 174, um einen zugehörigen Impeller oder dergleichen zu drehen und den Hydraulikdruck wieder in einen Drehausgang umzuwandeln. Eine ”Übersetzung” oder ”effektive Übersetzung” des hydrostatischen Leistungsübertragungspfades 170 kann zum Beispiel durch Variieren der Verdrängung der Hydraulikpumpe 172 oder durch Verändern des Widerstands der Fluidübertragungsleitung 176 geändert werden. Die hydraulische Verdrängung und/oder der hydraulische Widerstand können stufenlos innerhalb der betrieblichen Grenzen des CVT variiert werden, um eine infinite Anzahl effektiver Übersetzungen bereitzustellen.
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Die Ausgänge des mechanischen Leistungsübertragungspfads 160 und eines hydrostatischen Leistungsübertragungspfads 170 können unter Verwendung einer oder mehrerer Zahnradanordnungen, die in Verbindung mit dem CVT-Ausgangselement 152 arbeiten, wieder kombiniert werden. Zum Beispiel können die Zahnradanordnungen ein Planetengetriebe 180 mit einem inneren Sonnenrad 182, einem äußeren Hohlrad 184, und einen dazwischen liegenden Träger 186 umfassen, die miteinander in Wirkeingriff stehen. Wie der Fachmann erkennen wird, können die Beziehungen und die Relativbewegungen der verschiedenen Zahnräder in einem Planetengetriebe eingestellt werden, um eine Reihe von unterschiedlichen Ausgängen einschließlich reversibler Ausgänge zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Drehzahl, mit welcher sich das Hohlrad 184 relativ zu einer Basis dreht, und die Drehzahl, mit welcher sich der Träger 186 relativ zu dem Hohlrad 184 dreht, eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Sonnenrads 182 bestimmen. Dementsprechend kann eine beliebige kombinierte Übersetzung erzielt werden, indem die diskrete Übersetzung des mechanischen Leistungsübertragungspfades 160, die variable Übersetzung des hydrostatischen Leistungsübertragungspfades 170 variiert und diese in unterschiedlichen ausgewählten Verhältnissen des Planetengetriebes 180 rekombiniert werden, wodurch das Ausgabedrehmoment und die Drehzahleigenschaften des CVT 110 verändert werden.
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In anderen Ausführungsformen kann das CVT ein rein mechanisches CVT unter Verwendung einer Reihe von auswählbaren, miteinander in Beziehung stehenden Getriebezügen sein, wie etwa der Getriebezug 162 in 3. Das rein mechanische CVT kann auch als ein Treibscheibensystem mit variablem Durchmesser verkörpert sein, das zwei oder mehr parallele umgekehrt konusförmige Riemenscheiben umfasst, die durch einen Riemen verbunden sind. Ein Stellglied kann den Riemen axial in Bezug auf die parallelen Riemenscheiben verschieben, um sie an unterschiedlichen Durchmessern auszurichten und dadurch Ausgänge mit variablem Drehmoment und Drehzahl zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen kann das CVT ein rein hydrostatisches CVT sein, ähnlich dem hydrostatischen Leistungsübertragungspfad 170 in 3. Darüber hinaus kann das CVT ein elektrisch-magnetisches CVT mit einer Generator-Motor-Kombination sein. Der Dreheingang kann den Generator antreiben, um Elektrizität zu erzeugen, die den Motor antreibt, um den Drehausgang zu reproduzieren. Um das Drehmoment-Drehzahl-Verhältnis stufenlos zu variieren, kann der elektrische Widerstand zwischen dem Generator und dem Motor in zunehmend kleinen Inkrementen eingestellt werden. In anderen Ausführungsformen kann ein beliebiger geeigneter Typ CVT verwendet werden.
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Um das CVT 110 selektiv mit dem Rest des Antriebsstrangs 108 zu koppeln und von diesem zu entkoppeln, können das CVT-Eingangselement 150 und/oder das CVT-Ausgangselement 152 Kupplungen sein. Wie oben beschrieben können Kupplungen zwei oder mehr selektiv einrückbare Komponenten umfassen, die, wenn sie eingerückt sind, Drehleistung oder -kraft übertragen können. Wenn sie ausgerückt ist, ist die Kupplung jedoch nicht länger in der Lage, Leistung zu übertragen. Sind sowohl das CVT-Eingangselement 150 als auch das CVT-Ausgangselement 152 ausgerückte Kupplungen, kann das CVT 110 effektiv von dem Rest des Antriebsstrang 108 isoliert sein. Darüber hinaus wird, wenn das CVT-Ausgangselement 152 eine ausgerückte Kupplung ist, die Übertragung von Drehleistung an die Vortriebsvorrichtung 104 sogar dann verhindert, wenn das CVT 110 unter Eingang von der Leistungsquelle 106 arbeitet. In dieser Ausführungsform kann ein beliebiger geeigneter Kupplungstyp verwendet werden, was mechanische Reibungskupplunen, Fluidkupplungen, elektrische oder elektronische Kupplungen und dergleichen umfasst.
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Um den Drehausgang des CVT 110 zu messen, kann ein CVT-Sensor 158, wie etwa ein Magnetaufnahmesensor oder ein optischer Sensor, dem CVT-Ausgangselement 152 zugeordnet sein, um die erzeugte Umdrehungsgeschwindigkeit zu erfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Drehmomentausgang des CVT 110 durch einen Sensor bestimmt werden, der in der Fluidübertragungsleitung 176 angeordnet ist und den Hydraulikdruck darin misst. Die Drehmomentübertragung durch das CVT kann dann von dem gemessenen Hydraulikdruck abgeschätzt werden, und jegliche möglichen Getriebeverluste und -ineffizienzen können berücksichtigt werden. Der Antriebsstrang 108 kann an einer Vortriebsvorrichtung 104, wie etwa einem drehbaren Rad, enden, das mit dem Boden in Eingriff steht und die Maschine vortreibt. Verschiedene Achsen, Differentiale und dergleichen können den Eingriff des Antriebsstrangs 108 mit dem Rad erleichtern. In der Ausführungsform von 3 kann ein Maschinendrehzahlsensor 159, wie etwa ein magnetischer Aufnahme- oder ein optischer Sensor, der Vortriebsvorrichtung zugeordnet sein. Die Maschinengeschwindigkeit, d. h. die pro Zeiteinheit zurückgelegte Distanz, kann durch Multiplikation der Umdrehungen pro Sekunde des Rades mit dem Radumfang berechnet werden. Im Allgemeinen sollte die Maschinendrehzahl im Wesentlichen direkt der Ausgangsdrehzahl des CVT entsprechen. Mit anderen Worten bestimmt die Steuerung des Ausgangs des CVT die Maschinendrehzahl. In einigen Fällen können jedoch die Vortriebsvorrichtungen in Bezug auf einen Untergrund rutschen, durchdrehen oder Aquaplaning erfahren, in welchen Fällen die gemessene Maschinendrehzahl nicht der CVT-Ausgangsdrehzahl gleichen kann. In einigen Ausführungsformen kann der Maschinendrehzahlsensor 159 oder ein weiterer Sensor dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, ob die Vortriebsvorrichtungen nicht richtig mit dem Untergrund in Eingriff stehen.
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Um die verschiedenen Komponenten in dem Antriebsstrang 108 einschließlich des CVT 110 zu koordinieren und zu steuern, kann die Maschine eine Steuereinheit, ein Modul oder Steuergerät 190 umfassen, die elektronisch oder computerisiert sind. Das Steuergerät 190 kann dazu geeignet sein, verschiedene Betriebsparameter zu überwachen und reaktiv verschiedene Variablen und Funktionen zu regeln, die den Antriebsstrang beeinflussen. Das Steuergerät 190 kann einen Mikroprozessor, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), oder eine andere geeignete Schaltung umfassen und kann einen Speicher oder andere Datenspeichermöglichkeiten aufweisen. Das Steuergerät kann Funktionen, Schritte, Routinen, Steuerkennfelder, Datentabellen, Datendiagramme und dergleichen umfassen, die in einem Nur-Lese-Speicher oder einem anderen elektronisch zugreifbaren Speichermedium gespeichert und ausführbar sind, um das Motorsystem zu steuern. Speicher oder computerlesbare Medien können die Form beliebiger Medien annehmen, die Anweisungen zur Ausführung durch das Steuergerät bereitstellen. Das Medium kann die Form nicht flüchtiger Medien, flüchtiger Medien und Übertragungsmedien annehmen. Nicht flüchtige Medien umfassen zum Beispiel optische oder magnetische Scheiben. Flüchtige Medien umfassen dynamische Speicher. Übertragungsmedien umfassen beispielsweise Koaxialkabel, Kupferdrähte und Faseroptiken, und können auch die Form von Schall- oder Lichtwellen annehmen, wie etwa jene, die bei der Funk- und Infrarot-Datenkommunikation erzeugt werden. Übliche Formen computerlesbarer Medien umfassen zum Beispiel eine Floppydisk, eine flexible Scheibe, Festplatte, ein magnetisches Band, oder ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Papierband, ein beliebiges anderes physikalisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, und EPROM, ein FLASH-EPROM, ein beliebiger anderer Speicherchip oder -kassette, eine Trägerwelle wie im Folgenden beschrieben, oder ein beliebiges anderes Medium, von welchem ein Computer oder Prozessor lesen kann. Obwohl in 3 das Steuergerät 190 als eine einzelne, diskrete Einheit veranschaulicht ist, können in anderen Ausführungsformen das Steuergerät und seine Funktionen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen und getrennten Komponenten aufgeteilt sein. Um Betriebsparameter zu empfangen und Steuerbefehle oder -anweisungen zu senden, können dem Steuergerät operativ verschiedene Sensoren und Steuerungen in der Bedienerstation und im Antriebsstrang 112 zugeordnet sein und mit ihm kommunizieren. Die Kommunikation zwischen dem Steuergerät und den Sensoren kann durch Senden und Empfangen digitaler oder analoger Signale über elektronische Kommunikationsleitungen oder Kommunikationsbusleitungen hergestellt werden. Die verschiedenen Kommunikations- und Befehlskanäle sind zum Zweck der Veranschaulichung in unterbrochenen Linien angezeigt.
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Zum Beispiel kann das Steuergerät 190, um eine erwünschte Erhöhung oder Verringerung in dem Drehzahl- oder Leistungsausgang der Maschine in Bezug auf den Untergrund zu registrieren, mit einem ersten Pedalsensor 192 kommunizieren, der einem als Gaspedalregister dienenden ersten Pedal 130 zugeordnet ist und dessen Artikulation registriert. Der erste Pedalsensor 192 kann bei Modulation des ersten Pedals ein Bedienereingabesignal erzeugen und dieses Bedienereingabesignal an das Steuergerät 190 kommunizieren, das dann den Betrieb einer oder mehrerer Komponenten in dem Antriebsstrang 108 entsprechend einstellen kann, um die Maschinendrehzahl und/oder den Maschinenausgang zu erhöhen oder zu verringern. Das Steuergerät 190 kann auch mit einem zweiten Pedalsensor 194 kommunizieren, der dem zweiten Pedal 132 zugeordnet ist, das als eine Kupplung fungieren kann, sowie mit einem dritten Pedalsensor 196, der dem dritten Pedal 134 zugeordnet ist, das als eine Bremse fungieren kann. Das Steuergerät 190 kann auch mit dem F-N-R-Wähler 136 kommunizieren, um eine Eingabe zu registrieren, die eine Veränderung der Fahrtrichtung befiehlt, und kann mit dem virtuellen Gangschalthebel 138 kommunizieren, um eine Eingabe zu registrieren, die eine Schaltung der virtuellen Gänge befiehlt. Das Steuergerät 190 kann auch mit der visuellen Anzeige 139 in Verbindung stehen und kann Informationen an die Anzeige senden und durch diese empfangen.
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Um den Betrieb der Maschine weiter zu unterstützen, kann das Steuergerät 190 auch mit anderen Sensoren oder Monitoren kommunizieren, die rund um die Maschine angeordnet sind. Zum Beispiel kann das Steuergerät mit dem Leistungsquellensensor 144 kommunizieren, so dass das Steuergerät die Drehzahl oder Ausgangseigenschaften des Leistungsquellenausgangs 142 bestimmen kann. Das Steuergerät 190 kann auch mit dem CVT-Sensor 158 kommunizieren, um den Ausgang des CVT 110 zu überwachen, wie etwa die CVT-Ausgangsdrehzahl und/oder das CVT-Ausgangsdrehmoment. In jenen Ausführungsformen, in welchen das CVT-Ausgangselement 152 eine Kupplung ist, kann der CVT-Sensor 158 auch die Getrieberate oder Effektivität des Ausgangs von dem CVT 110 an die Vortriebsvorrichtung 104 messen. Um die Maschinendrehzahl zu bestimmen, kann das Steuergerät 190 direkt mit dem Maschinendrehzahlsensor 159 kommunizieren, der den Vortriebsvorrichtungen 104 zugeordnet ist. Die vorstehende Beschreibung ist rein beispielhaft, und das Steuergerät kann mit weiteren Sensoren kommunizieren, die andere Aspekte des Betriebs der Maschine messen.
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Wie oben erwähnt kann das Steuergerät die Ausgangsdrehzahl und/oder das Ausgangsdrehmoment des CVT innerhalb diskreter Bereiche regeln, indem diese Bereiche einer Vielzahl von durch den Bediener auswählbaren virtuellen Übersetzungen zugeordnet werden. Eine beliebige geeignete Anzahl virtueller Übersetzungen kann eingesetzt werden, einschließlich Bruchteile oder Inkremente diskreter virtueller Übersetzungen. Die virtuellen Übersetzungen können den Vorwärts- und/oder Rückwärtsrichtungen der Maschine zugeordnet sein. Unter Bezugnahme auf 4 wird dort ein Kennfeld 200 für virtuelle Gänge zum Betreiben eines CVT veranschaulicht, das eine Reihe von virtuellen Übersetzungen einsetzt. Zum Beispiel kann das Steuergerät, unter Bezugnahme auf 4, mit einem Kennfeld 200 für virtuelle Gänge programmiert sein, das die Beziehung zwischen Maschinenleistung und der Vielzahl von virtuellen Übersetzungen widerspiegelt, die in dem veranschaulichten Beispiel die Gänge (1) bis (8) umfassen kann. Das Kennfeld 200 für virtuelle Gänge korreliert damit die virtuellen Übersetzungen (1) bis (8) mit den verfügbaren Ausgangsgeschwindigkeiten 202 des CVT und/oder der Maschine, die entlang der X-Achse aufgetragen sind. Jede virtuelle Übersetzung (1) bis (8) ist als eine aufwärts verlaufende, schräge Linie dargestellt, und jede virtuelle Übersetzung hat einen ihr zugeordneten Bereich virtueller Gangdrehzahlen zwischen einer minimalen virtuellen Gangdrehzahl 210 an dem unteren Ende der Linie und einer maximalen virtuellen Gangdrehzahl 212 an dem oberen Ende. Zum Beispiel kann in der veranschaulichten Ausführungsform die virtuelle Übersetzung (1) eine minimale virtuelle Gangdrehzahl 210 aufweisen, die einer Sollmaschinengeschwindigkeit von etwa 2 Kilometern pro Stunde (km/h) entspricht, sowie eine maximale virtuelle Gangdrehzahl 212, die einer Sollmaschinengeschwindigkeit von etwa 5 km/h entspricht. Die virtuelle Übersetzung (2) kann einer Sollmaschinengeschwindigkeit von zwischen etwa 4 und 12 km/h entsprechen. Die virtuelle Übersetzung (8) kann eine maximale virtuelle Gangdrehzahl aufweisen, die einer maximalen Sollgeschwindigkeit der Maschine, z. B., 40 km/h, entspricht.
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Somit stellt die Vielzahl von virtuellen Übersetzungen (1)–(8) eine Reihe von zunehmend höheren und überlappenden verfügbaren Drehzahlbereichen bereit. Der Bediener kann auf Grund der überlappenden Drehzahlbereiche gleichmäßig zwischen benachbarten virtuellen Übersetzungen schalten. Darüber hinaus können in verschiedenen Ausführungsformen die Drehzahlbereiche für jede virtuelle Übersetzung (1) bis (8) im Wesentlichen den bekannten Fahrgeschwindigkeiten herkömmlicher zahnradbasierter Getriebe entsprechen. Um die Maschinendrehzahl innerhalb des verfügbaren Bereichs für jede virtuelle Übersetzung zu verändern, kann das Kennfeld 200 für virtuelle Gänge das Bedienereingabesignal, z. B. die Modulation der ersten oder Gaspedals als einen Prozentsatz 204 entlang der Y-Achse abbilden. Wird das erste als Gaspedal fungierende Pedal mit einem zunehmenden Modulationsgrad gedrückt, kann die Ausgangsdrehzahl des CVT zunehmen, indem sie den aufwärts verlaufenden Linien folgt, die jeder virtuellen Übersetzung (1) bis (8) zugeordnet sind. Dementsprechend kann der Bediener durch die Vielzahl von virtuellen Übersetzungen hochschalten, um das CVT und somit die Maschine dazu anzuleiten, zunehmende Ausgangsdrehzahlen 202 und einen weiteren Bereich von Ausgangsdrehzahlen zu erzeugen.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Diagramm oder Kennfeld 250 veranschaulicht, das die Leistungsausgangseigenschaften des CVT und des Antriebsstrangs einschließlich der Beziehung zwischen Drehmoment 252 und Drehzahl 254 abbildet. Das Drehmoment 252 kann entlang der Y-Achse in beliebigen geeigneten Einheiten gemessen werden, wie etwa Newtonmeter oder Fuß pro Pfund, und die Drehzahl 254 kann entlang der X-Achse in Umdrehungen pro Minute (u/min) gemessen werden. Das Kennfeld 250 kann als ein oder mehrere Steuerkennfelder verkörpert sein, die in dem Speicher des Steuergeräts gespeichert sind und den Betrieb des Motors unterstützen können. In Ausführungsformen, die ein virtuelles Gangverfahren einsetzen, kann ein unterschiedliches Kennfeld oder Diagramm für jede der Vielzahl von virtuellen Übersetzungen existieren.
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Das Drehmoment 252 und die Drehzahl 254 des CVT stehen in inverser Beziehung, wie dies durch die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 beispielhaft dargestellt ist, die empirisch durch Messen des Drehmoments und/oder der Drehzahl, die an dem Ausgang des CVT geliefert werden, bestimmt werden kann. In einigen Fällen kann die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 als Rimpull- bzw. Felgenzugkraftkurve bezeichnet werden. Sie stellt den tatsächlichen Ausgang des CVT dar und berücksichtigt keine weiteren Übertragungsverluste, die später im Antriebsstrang auftreten können, wie etwa Reibungsverluste in einem Differential oder Achslager oder den Rollwiderstand zwischen dem Boden und den Vortriebsvorrichtungen. Bei niedrigen Drehzahlen kann das CVT in der Lage sein, hohe Werte für das Drehmoment 252 zu erzeugen, wie durch den flachen Abschnitt 258 der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 angezeigt. Nimmt die Ausgangsdrehzahl 254 jedoch entlang der X-Achse zu, fällt das Drehmoment 252 umgekehrt ab, wie durch den nach unten weisenden Abschnitt 259 der Kurve angezeigt. Dies kann deshalb geschehen, da das CVT mehr von dem Drehmoment von der Leistungsquelle, d. h. der Eingangsleistung, in Drehzahl umwandelt, um die u/min-Ausgabe des CVT zu erhöhen. Dementsprechend stellt der flache Abschnitt 258 einen Ausgang mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment dar, und der nach unten weisende Abschnitt 259 stellt höhere Drehzahlen und einen niedrigeren Drehmomentausgang dar. Die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 kann die betrieblichen Grenzen des CVT und der Maschine darstellen. Das CVT kann eingestellt werden, um Drehmoment und Drehzahl an einem beliebigen Punkt unter der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 zu erzeugen, was einen beliebigen Punkt entlang der Kurve einschließt. Um die Betriebseinstellungen des CVT unter der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 zu verändern, kann der Bediener die verschiedenen Steuerungen und Eingaben 114 in der Bedienerstation 112, die in 2 gezeigt ist, einstellen.
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Die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 von 5 kann auch einen möglichen Ausreißzustand darstellen, bei dem die Drehzahl 254 weiter zunimmt, während die Verringerung in dem Drehmoment 252 abzuflachen beginnt. Steht die Maschine nicht Eingriff mit einer ausreichend hohen Last, oder wenn die Vortriebsvorrichtungen durchzudrehen beginnen, kann die Drehzahl 254 weiter steigen. Dies zum Teil deshalb, da das CVT in der Lage ist, einen nahezu unbegrenzten oder kontinuierlichen Bereich von Drehmoment-Drehzahl-Ausgabeverhältnissen bereitzustellen. Um zu verhindern, dass dieser Zustand auftritt, kann eine erste Unterschreitungskurve 260 in dem Kennfeld 250 enthalten sein. Die erste Unterschreitungskurve 260 ist als eine nach unten weisende Linie dargestellt, die die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 und die X-Achse, die die Drehzahl 254 darstellt, schneidet.
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Als ein Beispiel der Funktion der ersten Unterschreitungskurve 260 kann der Bediener eine erwünschte oder erste Zieldrehzahl 262 durch die Eingaben und Steuerungen auswählen, einschließlich zum Beispiel des ersten Pedals, das als ein Gaspedal fungiert. Die erste Zieldrehzahl 262 kann entlang der X-Achse unter den verfügbaren Drehzahlen 254 aufgetragen sein. Die erste Unterschreitungskurve 260 kann auf das Kennfeld 250 angewendet werden, um die erste Zieldrehzahl 262 und die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 zu schneiden. Auf Grund ihrer Schräge kann die erste Unterschreitungskurve 260 die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 an einer niedrigeren entsprechenden Drehzahl 254 schneiden als die erste Zieldrehzahl 262. Der Grad oder das Ausmaß der Versetzung, die durch die Versetzungsklammer 268 angezeigt wird und eine Funktion der Schräge der ersten Unterschreitungskurve 262 ist, kann auf einem beliebigen geeigneten Faktor basieren, wie beispielsweise etwa der Drehzahl. Die Versetzungsklammer 268 kann als ein gegebener Prozentsatz kleiner als die Zieldrehzahl 262 quantifiziert sein, obwohl andere geeignete Quantifizierungen verwendet werden können. Während sich die Ausgangsleistung des CVT der ersten Zieldrehzahl 262 annähert, zum Beispiel durch eine Bewegung entlang der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256, kann sie die erste Unterschreitungskurve 260 schneiden, bevor sie die erste Zieldrehzahl 262 erreicht. Danach kann die Leistung der Maschine in Übereinstimmung mit der ersten Unterschreitungskurve 260 geregelt werden, die nach unten verläuft, bis sie die erste Zieldrehzahl 262 erreicht. Bei der ersten Zieldrehzahl 262 kann der Ausgang des CVT im Wesentlichen ein geringes oder kein Nettodrehmoment erzeugen. Trifft die Maschine auf eine Last, kann die Ausgangsdrehzahl 254 des CVT von der ersten Zieldrehzahl 262 aus abfallen, indem sie sich entlang der ersten Unterschreitungskurve 260 bewegt, was dem CVT gestattet, mehr Drehmoment zu erzeugen, um den durch die Last dargestellten Widerstand zu überwinden. Das Kennfeld 250 mit der ersten Unterschreitungskurve 262 kann die Maschinenleistung auf eine Weise regeln, die ein Ausreißen der Drehzahl verhindert.
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Unterschiedliche Unterschreitungskurven 260 können vorhanden sein und in das Kennfeld 250 für unterschiedliche Zieldrehzahlen 262 integriert sein. Die Schräge der Unterschreitungskurven 260 und somit die Versetzungsklammer 268 können sich in Abhängigkeit davon ändern, wo die Zieldrehzahl 262 entlang der X-Achse festgelegt wird. Wird zum Beispiel die erste Zieldrehzahl 262 fast unter dem flachen Abschnitt 258 der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 festgelegt, kann die erste Unterschreitungskurve 260 unter Umständen ein beträchtliches Ausmaß an Drehmoment 252 abführen müssen. Dementsprechend kann die Schräge der ersten Unterschreitungskurve 260 bei niedrigen Drehzahlwerten geringer sein (d. h. steiler) als bei höheren Drehzahlwerten der ersten Zieldrehzahl 262. Die Größe oder der Wert der Versetzungsklammer 268 kann sich damit zusammenhängend ändern.
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Um die Regelung und die betrieblichen Eigenschaften der Maschine einzustellen, kann das Kennfeld 250, das die Kurven darin umfasst, so wie sie in dem Steuergerät verkörpert sind, auf der Grundlage unterschiedlicher Bedienereingabesignale neu angeordnet und eingestellt werden. Unter Bezugnahme auf 6 kann die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 zum Beispiel eingestellt werden, um ihre Eigenschaften zu ändern, wenn der Bediener bestimmte Eingaben und/oder Steuerungen betätigt. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Einstellung die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve in Bezug auf die Y-Achse nach unten verschieben, um das verfügbare Drehmoment 252 zu verringern. Dies kann durch die zweite Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 angezeigt werden, die in unterbrochenen Linien dargestellt ist. Das Ausmaß, in dem die zweite Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 von der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 verschoben ist, kann durch einen ersten Verschiebungswert 276 angezeigt werden, der durch die Klammer veranschaulicht wird. Zusätzlich zu der Verschiebung der zweiten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 nach unten kann auch die erste Unterschreitungskurve 260 eingestellt und insbesondere in Bezug auf die X-Achse nach hinten zu einer zweiten Unterschreitungskurve 272 versetzt werden. Die Bewegung der zweiten Unterschreitungskurve 272 kann dazu führen, dass die erste Zieldrehzahl 262 zu einer niedrigeren zweiten Zieldrehzahl 274 verschoben wird. Das Ausmaß, in dem die zweite Unterschreitungskurve 272 und die zweite Zieldrehzahl von der ersten Unterschreitungskurve 260 und der ersten Zieldrehzahl 262 verschoben sind, kann durch einen zweiten Verschiebungswert 278 angezeigt werden. Die Schräge bzw. der Winkel der zweiten Unterschreitungskurve 272 kann der selbe oder ein anderer sein als die Schräge bzw. der Winkel der ersten Unterschreitungskurve 260. Die zweite Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 und die zweite Unterschreitungskurve 272 können danach die Leistung der Maschine regeln, bis der Bediener die Eingaben und/oder Steuerungen zurücksetzt. Das Verschieben der zweiten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 und der zweiten Unterschreitungskurve 272 auf diese Weise verringert die Menge an Drehmoment und Drehzahl, die das CVT erzeugen kann, und begrenzt damit das aktuelle Ausgangspotenzial der Maschine.
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Um den Grad oder das Ausmaß, in dem die Drehmoment-Drehzahl-Kurve und die Unterschreitungskurve verschoben werden, d. h. die ersten und zweiten Verschiebungswerte 276, 278, zu bestimmen, kann das Steuergerät eine Reihe von Anweisungen ausführen, um eine Steuerstrategie 300, wie beispielsweise jene, die in 7 angezeigt wird, durchzuführen. Die Steuerstrategie 300 kann aus beliebigen geeigneten Typen von Softwareroutinen, Funktionen, Modulen, Objekten, Klassen, Datenstrukturen, Verfahren, Datensätzen, Bibliotheken etc., oder beliebigen davon, die in Hardware implementiert sind, zusammengesetzt sein, die hier insgesamt als Routinen bezeichnet werden. Unter Bezugnahme auf 3 und 7 kann die Steuerstrategie 300 eine oder mehrere Eingaben aus einer Betätigung der Eingabeeinrichtungen durch einen Bediener erhalten. Zum Beispiel kann der Bediener das erste Pedal 130 modulieren, das als ein Gaspedal fungiert. Der erste Pedalsensor 192 kann den Grad oder das Ausmaß der Modulation registrieren, in ein erstes Signal oder einen Gaspedaleingang 302 übersetzen und das Signal an die Steuerstrategie 300 kommunizieren. Der Bediener kann auch den virtuellen Gangschalthebel 138 verwenden, um eine virtuelle Übersetzung aus der Vielzahl von virtuellen Übersetzungen, die dem CVT 110 zugeordnet sind, auszuwählen. Die ausgewählte virtuelle Übersetzung kann durch ein zweites Signal oder einen virtuellen Gangeingang 304 angezeigt werden, der ebenfalls an die Steuerstrategie 300 kommuniziert wird. Die Steuerstrategie 300 kann eine Drehzahlbestimmungsroutine 306 umfassen, die den Gaspedaleingang 302 und den virtuellen Gangeingang 304 analysiert, um die von dem Bediener angeforderte Maschinendrehzahl zu bestimmen. Die Drehzahlbestimmungsroutine 306 kann zu einem angeforderten Drehzahlsignal 308 zum Beispiel in u/min führen, das an weitere Abschnitte der Steuerstrategie 300 zur weiteren Verarbeitung kommuniziert wird.
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Um das Drehmoment und/oder die Drehzahl der Maschine temporär zu verringern oder zu begrenzen, kann ein Bediener das zweite als Kupplungspedal fungierende Pedal 132 modulieren, um ein teilweises Ausrücken des CVT 110 von den Vortriebsvorrichtungen 104 zu simulieren. Dadurch kann der Bediener einen Wunsch signalisieren, ein Rutschen einer physischen Kupplung zu betätigen oder zu simulieren, so dass der Antriebsstrang 108 zumindest einen Teil der Drehleistung verringert oder abführt, die an die Vortriebsvorrichtungen 104 übertragen wird. Das Ausmaß, in dem das Drehmoment 252 und die Drehzahl 254 verringert oder begrenzt werden, kann als das Ausmaß verwirklicht sein, in welchem die Drehmoment-Drehzahl- und Unterschreitungskurven in 5 verschoben sind. Dementsprechend kann das angeforderte Kupplungsrutschen simuliert werden, indem die CVT-Leistung und -Begrenzungen durch die verschobenen Kurven geregelt werden, anstatt tatsächlich eine physikalische Kupplung rutschen zu lassen. Um die Modulation des zweiten Pedals 132 zu registrieren, kann der zweite Pedalsensor 194 den Grad messen, in dem das zweite Pedal artikuliert wird, und diesen in ein drittes Signal oder einen Kupplungseingang 310 übersetzen, der an die Steuerstrategie 300 kommuniziert wird.
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Ein Drehmomentbegrenzungsverfahren 320, das durch den unteren Abschnitt der Steuerstrategie 300 in 7 dargestellt wird, kann den Kupplungseingang 310 weiter verarbeiten, um den Grad zu bestimmen, in dem die Drehmoment-Drehzahl-Kurve nach unten verschoben wird. Um den Kupplungseingang 310 in einen Wert umzuwandeln, der einfacher durch die Steuerstrategie 300 interpretiert werden kann, kann das Drehmomentbegrenzungsverfahren 320 zum Beispiel den Kupplungseingang 310 in eine erste Skalierungsroutine 322 leiten. Die erste Skalierungsroutine 322 kann den Kupplungseingang 310 in einen ersten Skalierungsfaktor (SF) 324 umwandeln, der im Bereich zwischen 0,05 und 1,0 liegt. Werte zwischen 0,05 und 1,0 können einem mittleren Modulationsgrad des zweiten Pedals 132 entsprechen. Wenn der Bediener das zweite Pedal zum Beispiel etwa zu 50% drückt, wird die erste Skalierungsroutine 322 den resultierenden Kupplungseingang 310 in einen ersten SF 324 von etwa 0,53 umwandeln.
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Um eine Skalierung des Kupplungseingangs 310 zu erreichen, kann die erste Skalierungsroutine 322 eine erste Skalierungstabelle oder ein erstes Skalierungsdiagramm 330 umfassen, die bzw. das die Größenordnung des Kupplungseingangs 310 (z. B. die Pedalmodulation als Prozentsatz) entlang der X-Achse 332 und den Bereich möglicher Skalierungsfaktoren von 0,05 bis 1,0 entlang der Y-Achse 334 registriert. Eine erste Referenzkurve oder erste Referenzlinie 336 kann in dem Skalierungsdiagramm 330 eingetragen sein, um die Umwandlung durch Querverweis des Kupplungseingangs 310 mit der ersten Referenzlinie 336 zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform endet der Bereich möglicher Skalierungsfaktoren entlang der Y-Achse 332 bei 0,05, so dass ein minimaler Drehmomentausgang immer verfügbar ist, um beispielsweise das Wiedereinrücken des CVT aus einem vollständigen Neutralisierungszustand heraus zu unterstützen. In alternativen Ausführungsformen, wo dieses Problem weniger von Belang ist, kann der Bereich möglicher Skalierungsfaktoren bei 0,0 enden. Ein möglicher Vorteil der Verwendung der ersten Skalierungsroutine 322, um den Kupplungseingang 310 in einen ersten SF 324 umzuwandeln, besteht darin, dass der Kupplungseingang auf einen einfach interpretierbaren Wert für die Verwendung mit anderen Funktionen oder Routinen normalisiert wird.
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Das Drehmomentbegrenzungsverfahren 320 kann den ersten SF 324 an eine erste Multiplikationsroutine 340 zur Begrenzung oder Einstellung der Drehmoment-Drehzahl-Kurve leiten. Die erste Multiplikationsroutine 340 kann auch Informationen in der Form eines Diagramms oder Kennfelds empfangen, ähnlich dem in 5 abgebildeten Kennfeld 250, das Informationen über die nicht eingestellte erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256, die dem CVT zugeordnet ist, enthält. Weitere Informationen, die von der ersten Multiplikationsroutine 340 empfangen werden können, können die tatsächliche Maschinendrehzahl 346, wie sie von dem Maschinendrehzahlsensor 159 in 3 bestimmt werden kann, und beliebige andere geeignete Informationen umfassen. Die erste Multiplikationsroutine 340 kann die empfangenen Informationen multiplizieren oder auf andere Weise verarbeiten, um eine neue Ausgangs-Drehmoment-Drehzahl-Kurve zu bestimmen, die als die zweite Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 erzeugt werden kann, um das CVT 110 zu steuern. Zum Beispiel kann die Differenz zwischen der zweiten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 und der nicht eingestellten ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 das Ausmaß oder der erste Verschiebungswert 276 sein, um den die zweite Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 von der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 in 6 verschoben ist. Der erste Verschiebungswert 276 ist somit mit dem Kupplungseingang 310 durch den ersten SF 324 korreliert.
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Um den Grad oder das Ausmaß zu bestimmen, in dem die zweite Unterschreitungskurve 272 verschoben werden sollte, kann die Steuerstrategie 300 auch ein Drehzahlbegrenzungsverfahren 350 umfassen, das zur oberen Hälfte von 7 hin dargestellt ist. Das Verschieben der Unterschreitungskurve kann ebenfalls auf dem Kupplungseingang 310 basieren, der die Artikulation des zweiten Pedals 132 darstellt. Das Drehzahlbegrenzungsverfahren 350 kann den unbearbeiteten Kupplungseingang 310 durch eine Skalierungsroutine, die dieselbe wie die erste Skalierungsroutine 322 sein kann, oder eine unterschiedliche Routine sein kann, in einen Skalierungsfaktor (SF) umwandeln. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Drehzahlbegrenzungsverfahren 350 eine unterschiedliche zweite Skalierungsroutine 352, um einen zweiten Skalierungsfaktor (SF) 354 zu erzeugen. Zum Beispiel kann die zweite Skalierungsroutine 352 den unbehandelten Kupplungseingang 310 in einen normalisierten Wert zwischen 0,0 und 1,0 umwandeln, im Gegensatz zu 0,05 bis 1,0 in der ersten Skalierungsroutine 322. Um dies zu erreichen, kann die zweite Skalierungsroutine 352 eine zweite Skalierungstabelle oder ein zweites Skalierungsdiagramm 360 umfassen, die bzw. das den Kupplungseingang 310 als Prozentsatz der Pedalmodulation entlang der X-Achse 362 mit einem Bereich möglicher Skalierungsfaktoren von 0,0 bis 1,0 an der Y-Achse 364 korreliert. Die Korrelation zwischen der X-Achse und der Y-Achse kann durch eine zweite Referenzlinie 366 vervollständigt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der zweite SF 354 derselbe sein wie der erste SF 324.
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Das Drehzahlbegrenzungsverfahren 350 kann den zweiten SF 354 an eine zweite Multiplikationsroutine 370 leiten, wo der zweite SF mit dem angeforderten Drehzahlsignal 308 kombiniert werden kann. Der SF 354 und das angeforderte Drehzahlsignal 308 können multipliziert oder auf andere Weise verarbeitet werden, um einen abgeleiteten Drehzahlgrenzwert 372 zu erzeugen. Der abgeleitete Drehzahlgrenzwert 372 wird von der Modulation des ersten Pedals 130, das das Gaspedal darstellt, und des zweiten Pedals 132, das die Kupplung darstellt, abgeleitet und berücksichtigt diese. Da die Maschine in unterschiedlichen Richtungen betätigt werden kann, kann der abgeleitete Drehzahlgrenzwert 372 weiter mit einem Richtungssignal 374 von dem F-N-R-Wähler 136 durch eine Maschinenrichtungsroutine 376 verarbeitet werden. Das Ergebnis kann die zweite Zieldrehzahl 274 von 6 sein. Auf Grund des SF 354, der sich aus dem Drücken des zweiten Pedals 132 ergibt, wird die zweite Zieldrehzahl 274 geringer als das angeforderte Drehzahlsignal 308 sein, das auf dem Gaspedaleingang 302 von dem ersten Pedal 130 allein basiert. Die Differenz der zweiten Zieldrehzahl 274 und des angeforderten Drehzahlsignals 308 wird der zweite Verschiebungswert 278 sein. Die zweite Zieldrehzahl 274 kann auf die X-Achse des Kennfelds 250 von 6 angewendet werden, und die erste Unterschreitungskurve 260 kann bewegt werden, um die zweite Zieldrehzahl zu schneiden und dadurch die zweite Unterschreitungskurve 272 zu erzeugen.
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Unter Bezugnahme auf 3 kann in einigen Fällen der Bediener das zweite Pedal 132 in einem solchen Ausmaß drücken, dass die Verschiebung der Drehmoment-Drehzahl-Kurven und/oder Unterschreitungskurven nicht länger genau den erwünschten Ausgang des CVT 110 darstellen kann. Zum Beispiel kann ein vollständiges Durchdrücken des zweiten Pedals 132 als Befehl gedacht sein, das CVT 110 vollständig aus den Vortriebsvorrichtungen 104 auszurücken. Um eine mögliche Beschädigung des CVT 110 durch plötzliches oder abruptes Ausrücken zu verhindern, kann das Steuergerät 190 eine zweite Steuerstrategie oder Neutralisierungsstrategie 400 aus- oder durchführen. Unter Bezugnahme auf 3 und 8 kann die Neutralisierungsstrategie 400 den Kupplungseingang 310 vom Drücken des zweiten Pedals 132 empfangen. Um den Befehl zu bewerten, der durch den Kupplungseingang 310 vermittelt wird, kann die Neutralisierungsstrategie 400 eine erste Vergleichsroutine 410 umfassen, die den Kupplungseingang mit einer vorbestimmten Neutralisierungsschwelle 412 vergleicht. Die Neutralisierungsschwelle 412 kann den Grad oder das Ausmaß des Drückens des zweiten Pedals 132 darstellen, die einen Wunsch zum vollständigen Ausrücken des CVT 110 bedeutet, zum Beispiel, 96% des vollständigen Durchdrückens. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Neutralisierungsschwelle einstellbar sein, um den Präferenzen des Bedieners zu entsprechen. Wenn der Kupplungseingang 310 die Neutralisierungsschwelle 412 übersteigt, kann die erste Vergleichsroutine 410 einen ersten binären Befehl 414 erzeugen, wie etwa einen Ja-/Nein-, Wahr-/Falsch- oder Positiv-/Negativ-Befehl, der bestätigt, ob das CVT 110 ausgerückt werden sollte oder nicht.
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Da ein frühzeitiges oder abruptes Ausrücken des CVT 110 bei einem Betrieb mit ausreichend hohem Drehmoment- und/oder Drehzahl-Ausgang zu einem Rucken der Maschine auf unkontrollierte oder unangenehme Weise führen und möglicherweise den Antriebsstrang 108 beschädigen kann, kann die Steuerstrategie 400 eine zweite Vergleichsroutine 420 umfassen, um den Drehmoment- und/oder Drehzahlausgang des CVT zu bewerten. Die zweite Vergleichsroutine 420 kann ein Signal empfangen, das den tatsächlichen, von dem CVT erzeugten Drehmomentwert 422 darstellt, indem sie zum Beispiel mit dem CVT-Sensor 158 oder einem anderen Sensor, der in der hydrostatischen Leitung wie oben beschrieben angeordnet ist, kommuniziert. Die zweite Vergleichsroutine 420 kann auch eine vorbestimmte Drehmomentschwelle 426 empfangen, überhalb welcher eine plötzliche Neutralisierung des CVT nicht zuträglich ist oder das CVT beschädigen kann. Diese Drehmomentschwelle 426 kann empirisch bestimmt werden, und in verschiedenen Ausführungsformen kann die Drehmomentschwelle auch einstellbar sein. Die zweite Vergleichsroutine 420 vergleicht die zwei Eingänge, um zu bestimmen, ob es akzeptabel ist, das CVT auszurücken, und erzeugt einen zweiten binären Befehl 424, der das Ergebnis angibt.
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Der erste und zweite binäre Befehl 414, 424 können an eine dritte Vergleichsroutine 430 weitergegeben werden, um die Autorisierung zur Neutralisierung des CVT 110 zu bestimmen. Die dritte Vergleichsroutine 430 kann eine logische Grundfunktion sein, die die in den ersten und zweiten binären Befehlen 414, 424 wiedergegebenen Resultate vergleicht. Wenn zum Beispiel die ersten und zweiten binären Befehle 414, 424 beide positiv sind, was anzeigt, dass alle Bedingungen zum Ausrücken des CVT erfüllt sind, kann die dritte Vergleichsroutine einen geeigneten Neutralisierungsbefehl 432 ausgeben. Der Neutralisierungsbefehl 432 kann an das CVT-Ausgangselement 152 geleitet werden, das eine physische Kupplung sein kann, die in der Lage ist, ein- oder auszurücken. Ein Ausrücken des CVT-Ausgangselements 152 entkoppelt das CVT 110 von den Vortriebsvorrichtungen 104, was eine weitere Leistungsübertragung verhindert. Sind jedoch der erste oder der zweite Binärbefehl 414, 424 oder beide negativ, sind die Bedingungen nicht erfüllt, und der Neutralisierungsbefehl 432 kann dies anzeigen. Dementsprechend wird das CVT 110 nicht vorzeitig neutralisieren, solange der zweite binäre Befehl 424 nicht positiv ist, was anzeigt, dass der CVT-Drehmomentausgang bei einem geeignet niedrigen Wert ist, und dadurch plötzliche ruckartige Bewegungen und mögliche Schäden an Komponenten vermeiden. Die Neutralisierungsstrategie 400 verzögert damit das Ausrücken des CVT, bis die Bedingungen geeignet sind, um plötzliche und möglicherweise schädliche Spitzen in der Maschine zu vermeiden.
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Als damit zusammenhängende Funktion kann in einer Ausführungsform die Neutralisierungsstrategie 400 dazu ausgebildet sein, es zu vermeiden, vorzeitig das CVT 110 wieder in die Vortriebsvorrichtungen 104 einzurücken, nachdem das zweite Pedal 132 losgelassen wurde. Zum Beispiel kann die Neutralisierungsstrategie 400 eine Wiederherstellungsroutine 440 umfassen, die bewerten kann, ob die Betriebsbedingungen für ein Wiedereinrücken des CVT 110 geeignet sind. Um die Bedingungen zu bewerten, können die ersten und zweiten binären Befehle 414, 424 an die Wiederherstellungsroutine 440 geleitet werden. Aus dem ersten binären Befehl 414 kann die Wiederherstellungsroutine 440 bestimmen, ob das zweite Pedal 132 über die Neutralisierungsschwelle 412 hinaus losgelassen wurde, und aus dem zweiten binären Signal 424 kann die Wiederherstellungsroutine den aktuellen Drehmomentausgang bewerten. In einigen Ausführungsformen kann die Wiederherstellungsroutine 440 in ihrer Bestimmung eine vorbestimmte Zeitperiode 442 umfassen, die einer abgeschätzten Periode des Zeitablaufs darstellt, die eintreten sollte, bevor die Bedingungen zum Wiedereinrücken des CVT 110 geeignet sind. In anderen Ausführungsformen kann die Wiederherstellungsroutine andere geeignete, die Rate begrenzende Elemente umfassen. Die Wiederherstellungsroutine 440 kann die Eingaben berechnen und falls geeignet einen Wiederherstellungsbefehl an die dritte Vergleichsroutine 430 ausgeben, die ein Wiedereinrücken des CVT 110 über den CVT-Ausgang anweisen kann.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Offenbarung kann ein in den Antriebsstrang einer Maschine eingeschlossenes CVT auf eine Weise geregelt werden, die eine physische Kupplung simuliert. Insbesondere kann ein Bediener die in 3 veranschaulichten Steuerungen manipulieren, einschließlich des zweiten Pedals 132, das als die Kupplungseingabevorrichtung designiert ist, um den Drehzahl- und/oder Drehmomentausgang des CVT auf eine Weise einzustellen, die das Rutschen und Ausrücken einer Kupplung simulieren kann. Unter Bezugnahme auf 9 wird dort eine Ausführungsform eines Flussdiagramms 500 zur Regelung des in 3 gezeigten Antriebsstrangs 108 veranschaulicht, um die Kupplungsfunktionalität zu erleichtern. Die Schritte und Maßnahmen, die durch das Flussdiagramm 500 beschrieben werden, können in computerlesbaren Anweisungen festgelegt sein, die durch das Steuergerät 190 zugänglich und ausführbar sind. Das Flussdiagramm 500 kann einen ersten Auswahlschritt 502 umfassen, um eine oder mehrere Tabellen oder Kennfelder auszuwählen, wie etwa das Kennfeld 250, das in 5 veranschaulicht ist, um den Betrieb des das CVT 110 umfassenden Antriebsstrangs 108 zu regeln. Die Kennfelder und Tabellen können computerlesbare und computerausführbare Programme oder Software sein, die das Steuergerät 190 verarbeiten kann.
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Das Kennfeld 250 kann die unveränderte erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 und die erste Unterschreitungskurve 260 umfassen, um das Ausmaß an Drehmoment und/oder Drehzahl, die das CVT erzeugen kann, zu begrenzen. In den Ausführungsformen, die das virtuelle Gangverfahren einsetzen, können die unterschiedlichen virtuellen Übersetzungen unterschiedlichen Kennfeldern mit Drehmoment-Drehzahl-Kurven entsprechen, die unterschiedliche Eigenschaften und Funktionalitäten widerspiegeln. Dementsprechend kann der erste Auswahlschritt 502 Signale von dem virtuellen Gangschalthebel 138 einschließlich des virtuellen Gangeingangs 304 in Bezug auf die vom Bediener ausgewählte virtuelle Übersetzung zur Verwendung in dem Flussdiagramm 500 empfangen. Um das Festlegen der Zieldrehzahl der Maschine zu unterstützen, kann das Flussdiagramm 500 auch den Gaspedaleingang 302 empfangen, der die Bedienermodulation des ersten Pedals 130 angibt, das als eine Gaspedaleingabevorrichtung dient. Die ausgewählte virtuelle Übersetzung, die in dem virtuellen Gangeingang 304 und dem Gaspedaleingang 302 festegelegt ist, kann eine Zieldrehzahl 262 bestimmen. Die Zieldrehzahl 262 kann in dem Kennfeld 250 von 5 eingetragen sein, und die geeignete erste Unterschreitungskurve 260 wird angewendet, um einen Schnittpunkt der Zieldrehzahl und der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 zu bilden. Ohne weitere gegenteilige Eingaben des Bedieners kann das Flussdiagramm 500 in einem ersten Regelungsschritt 508 den Ausgang des CVT einschließlich der Drehzahl und/oder des Drehmoments in Übereinstimmung mit der unveränderten ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 und der ersten Unterschreitungskurve 260 regeln.
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In einem Versuch, den Drehzahl- und/oder Drehmomentausgang der Maschine zu verändern, kann der Bediener jedoch das zweite Pedal 132 modulieren. Das Flussdiagramm 500 kann einen Kupplungsregistrierungsschritt 510 umfassen, der einen Eingang von dem zweiten Pedalsensor 194 empfangen kann, um die Artikulation des zweiten Pedals 132 zu überwachen. Ist das zweite Pedal 132 nicht gedrückt, kann das Flussdiagramm 500 in eine Schleife eintreten, die den Betrieb weiter in Übereinstimmung mit der ersten Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 und der ersten Unterschreitungskurve 260 regelt, indem sie in den ersten Regelungsschritt 508 zurückkehrt, während sie periodisch oder kontinuierlich das zweite Pedal 132 über den Kupplungsregistrierungsschritt 510 überwacht. Registriert jedoch der Kupplungsregistrierungsschritt 510 eine Artikulation des zweiten Pedals 132, kann das Flussdiagramm 500 einen Kupplungsmessschritt 512 umfassen, um den Grad der Kupplungsartikulation zu bewerten. Die verschiedenen Artikulationsgrade des zweiten Pedals 132 können anzeigen, dass der Bediener versucht, unterschiedliche Reaktionen der Maschine zu befehlen.
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Wird zum Beispiel das zweite Pedal 132 in einem mittleren Grad gedrückt, z. B. 5% bis 95% Prozent, kann der Bediener versuchen, die Maschine vorübergehend durch Kupplungsrutschen zu verlangsamen. Insbesondere kann der Bediener wiederholt das zweite Pedal in mittleren Graden drücken und loslassen, um die Kupplung rutschen zu lassen und den Drehmoment- und/oder Drehzahlausgang auf eine Weise zu modulieren, die die Maschine in relativ feinen Beträgen oder Graden bewegt, zum Beispiel bei der Annäherung an eine aufzunehmende Last. Dieser Vorgang wird manchmal als ”Inching” bzw. Tippbetrieb der Maschine bezeichnet. Bestimmt der Kupplungsmessschritt 512, dass die Artikulation des zweiten Pedals 132 innerhalb eines geeigneten Bereichs zur Angabe des ”Inching” ist, kann das Flussdiagramm 500 zu einem Drehmoment-/Drehzahlbegrenzungsverfahren 520 weitergehen, um das Rutschen einer Kupplung zu simulieren.
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Insbesondere kann das Drehmoment-/Drehzahlbegrenzungsverfahren 520 von 9 einen Skalierungsschritt 522 umfassen, der den Betrag skaliert, um den das zweite Pedal artikuliert ist, um das Ausmaß des Rutschens zu bestimmen. Dies kann einen Skalierungsfaktor ähnlich den in Bezug auf die Steuerstrategie 300 von 7 beschriebenen SF 324, 354 erzeugen. Dementsprechend kann der Bediener das wahrgenommene Kupplungsrutschen variieren, indem er das zweite Pedal 132 in unterschiedlichen mittleren Graden moduliert. Das Drehmoment-/Drehzahlbegrenzungsverfahren 520 von 9 kann des Weiteren einen ersten Verschiebeschritt 524 umfassen, um die Drehmoment-Drehzahl-Kurve in Übereinstimmung mit dem Skalierungsschritt 522 zu verschieben. In einer Ausführungsform kann der erste Verschiebeschritt 524 dem Drehmomentbegrenzungsverfahren 320 in 7 entsprechen. In ähnlicher Weise kann das Drehmoment-/Drehzahlbegrenzungsverfahren 520 einen zweiten Verschiebeschritt 526 umfassen, um die Unterschreitungskurve zu verschieben. In einer Ausführungsform kann der zweite Verschiebeschritt 526 dem Drehzahlbegrenzungsverfahren 350 in 7 entsprechen. Unter Bezugnahme auf 6 können die ersten und zweiten Verschiebeschritte 524, 526 die erste Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 und die erste Unterschreitungskurve 260 dazu veranlassen, um den ersten und zweiten Verschiebewert 276, 278 auf die zweite Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 und die zweite Unterschreitungskurve 272 verschoben zu werden. Die ersten und zweiten Verschiebeschritte 524, 526 können gleichzeitig ablaufen. Drehmoment- und/oder Drehzahlausgang des CVT werden somit durch die verschobene zweite Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 und die zweite Unterschreitungskurve 272 auf eine Weise begrenzt oder beschränkt, die ein Kupplungsrutschen simuliert, d. h., eine unvollständige oder nur teilweise Übertragung von Leistung durch den Antriebsstrang.
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Dementsprechend kann das Drehmoment-/Drehzahlbegrenzungsverfahren 520 die Begrenzungen, die auf den CVT-Ausgang angelegt sind, in Übereinstimmung mit der Stellung des zweiten Pedals korrelieren. Ein Vorteil der Verschiebung der Drehmoment- und Drehzahlbeschränkungen kann im Ansprechen des Drehmoment- und/oder Drehzahlausgangs des CVT verwirklicht werden. Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 6 das Ausgangsdrehmoment 252, das zu dem Zeitpunkt, an dem das zweite Pedal aktiviert ist, befohlen wird, unterhalb der Drehmoment-Drehzahl-Kurve 256 und von dieser entfernt sein, so dass ein Senken des Drehmomentgrenzwerts auf die zweite Drehmoment-Drehzahl-Kurve 270 die wahrgenommene Maschinenleistung nicht wesentlich beeinflussen kann. Das Verringern der ersten Zieldrehzahl 262 auf die zweite Zieldrehzahl 274 zusätzlich zu, und in einer Ausführungsform, zum ungefähr selben Zeitpunkt wie das Verschieben der ersten und zweiten Drehmoment-Drehzahl-Kurven 256, 270 kann jedoch einen merklichen unmittelbaren Einfluss erzeugen, den Bediener spüren können, und der sie somit beim ”Inching” unterstützt. Darüber hinaus kann ein unmittelbares oder frühes Verschieben der Unterschreitungskurve das Gefühl einer ”Totzone” bei der anfänglichen Artikulation des zweiten Pedals verringern.
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Misst der Kupplungsmessschritt 512 des Flussdiagramms 500 in 9 einen größeren Modulationsgrad des zweiten Pedals 132, kann dies anzeigen, dass der Bediener versucht, eine andere Reaktion der Maschine zu befehlen. Zum Beispiel kann der Kupplungsmessschritt 512 den Modulationsgrad messen oder mit einer vorbestimmten Neutralisierungsschwelle 412 ähnlich jener, die in Bezug auf die Steuerstrategie 400 von 8 beschrieben wurde, vergleichen. Wird das zweite Pedal 132 über die Neutralisierungsschwelle 412 hinaus gedrückt, z. B. 96%, kann der Bediener einen Wunsch anzeigen, das CVT 110 vollständig auszurücken, ähnlich der Reaktion einer ganz gelösten oder getrennten Kupplung. Um dies zu erreichen, kann das Flussdiagramm 500 zu einem Neutralisierungsverfahren 530 weitergehen, um das CVT 110 aus den Vortriebsvorrichtungen 104 auszurücken. Um diesen Übergang zu erleichtern und mögliche Schäden an dem Antriebsstrang 108 zu vermeiden, kann das Neutralisierungsverfahren 530 mehrere Schritte umfassen, um zu bewerten, ob die Bedingungen für ein Ausrücken geeignet sind. Insbesondere kann das Neutralisierungsverfahren 530 einen Drehmomentmessschritt 532 umfassen, der den aktuellen Drehmomentausgang von dem CVT 110 misst. Dieser Wert wird an einen Drehmomentvergleichsschritt 534 übergeben, der das tatsächliche, in dem Drehmomentmessschritt 532 gemessene Drehmoment mit einer vorbestimmten Drehmomentschwelle 426 vergleicht, wie etwa in Bezug auf die Steuerstrategie 400 von 8 beschrieben, um zu bestimmen, ob die Bedingungen für eine Neutralisierung des CVT geeignet sind.
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Sind die Bedingungen nicht geeignet, kann das Neutralisierungsverfahren 530 das CVT eingerückt lassen und zu dem Drehmomentmessschritt 532 zurückkehren, um weiter das Ausgangsdrehmoment des CVT 110 zu messen. Während dieser Zeit kann das Ausgangsdrehmoment in Übereinstimmung mit dem Drehmoment-/Drehzahlbegrenzungsverfahren 520, das auf Grund des Drückens des zweiten Pedals 132 gleichzeitig ablaufen kann, sinken. Bestimmt jedoch der Drehmomentvergleichsschritt 534, dass das CVT-Ausgangsdrehmoment unterhalb der Drehmomentschwelle 426 liegt, gibt das Neutralisierungsverfahren 530 einen Neutralisierungsbefehl 536 aus, um das CVT 110 aus den Vortriebsvorrichtungen 104 auszurücken. Dies kann durch Lösen des CVT-Ausgangselements 152 erreicht werden, das als eine Kupplung fungieren kann. In einer Ausführungsform kann das Neutralisierungsverfahren 530 in der Neutralisierungsstrategie 400 von 8 verkörpert sein.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung nur Beispiele des offenbarten Systems bzw. der offenbarten Technik bietet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorstehenden Beispielen unterscheiden können. Alle Verweise auf die Offenbarung oder deren Beispiele sind als Verweis auf das speziell an dieser Stelle besprochene Beispiel zu verstehen und sollen keine Begrenzung des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen darstellen. Alle Formulierungen einer Unterscheidung und einer Herabsetzung bezüglich bestimmter Merkmale sollen eine geringere Bevorzugung für diese Merkmale angeben, jedoch diese nicht vom Bereich der Offenbarung ausschließen, falls nichts anderes angegeben ist.
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Die Verwendung der Begriffe ”ein”, ”eine”, ”der/die/das”, ”zumindest ein/e” und ähnliche referierende Begriffe im Kontext der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Kontext der folgenden Ansprüche) sind so auszulegen, dass sie sowohl Einzahl als auch Mehrzahl umfassen, sofern dies hierin nicht anders angezeigt wird oder dies nicht deutlich dem Kontext widerspricht. Die Verwendung des Begriffs ”zumindest ein/e” gefolgt von einer Auflistung von einem oder mehreren Punkten (zum Beispiel, ”zumindest ein A und/oder B”) ist so auszulegen, dass dies entweder einen Punkt aus den aufgelisteten Punkten (A oder B) oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehr der aufgelisteten Punkte (A und B) bedeutet, sofern dies hierin nicht anders angezeigt wird oder dies nicht deutlich dem Kontext widerspricht.
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Die Erwähnung von Wertebereichen soll hier nur als ein abgekürztes Verfahren dazu dienen, einzeln jeden getrennten Wert zu nennen, der in den Bereich fällt, außer wenn dies in anderer Weise hier angezeigt wird, und jeder getrennte Wert wird in die Beschreibung miteingeschlossen, genauso wie wenn er einzeln hier genannt worden wäre. Alle hier beschriebenen Verfahren können in jedweder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, falls hier nichts anderes angegeben ist oder es zum konkreten Zusammenhang nicht in einem klaren Widerspruch steht.
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Demgemäß umfasst diese Offenbarung alle Modifizierungen und Äquivalente des in den beigefügten Ansprüchen angegebenen Gegenstands, soweit dies auf Grund anwendbarer Gesetze zulässig ist. Darüber hinaus ist jegliche Kombination der vorstehend beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon in der Offenbarung eingeschlossen, falls hier nichts anderes angegeben ist oder es nicht in einem klaren Widerspruch zum Kontext steht.
