DE60214953T2

DE60214953T2 - Kontrollsystem für eine vorwärts-rückwärts Getriebeeinheit

Info

Publication number: DE60214953T2
Application number: DE60214953T
Authority: DE
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: CA2392791C; EP1304509B1; EP1304509A2; EP1304509A3; US6633805B2; US20030014172A1; CA2392791A1; DE60214953D1

Description

Die Erfindung betrifft Nutzfahrzeuge für den industriellen und landwirtschaftlichen Einsatz, wie zum Beispiel Allzwecktraktoren. Insbesondere betrifft die Erfindung Getriebesteuersysteme für solche Fahrzeuge.
Typische Nutzfahrzeuge, wie zum Beispiel Kompakttraktoren, nutzen einen Motor, der im Wesentlichen mit einer vorgewählten Drehzahl arbeitet und ein Getriebesystem oder einen Antriebsstrang antreibt, das bzw. der Leistung an ein oder mehrere angetriebene Räder abgibt. Das Getriebesystem enthält eine drehzahlsteuerbare Getriebekomponente, eine Gangwählkomponente und eine Differenzialkomponente. Die drehzahlsteuerbare Getriebekomponente kann zum Beispiel ein hydrostatisches Getriebe oder ein Getriebe sein, das elektrohydraulisch gesteuerte Vorwärts- oral Rückwärtskupplungspakete verwendet, um das Fahrzeug anfangs zu beschleunigen und um die Fahrtrichtung zu ändern (im Weiteren als ein "Umkehrgetriebe" bezeichnet), wie zum Beispiel ein POWRREVERSER-Getriebe, wie es sich in Traktoren der JOHN DEERE-Baureihe 4000 findet.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die gewünschte Leistungsentfaltung eines Fahrzeugs oder die Beschleunigungs- und Verzögerungsraten in Reaktion auf Bedienbefehle von der Erfahrung des Fahrers, den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs und der mit dem Fahrzeug ausgeführten Arbeit abhängen. Zum Beispiel bevorzugen erfahrene Fahrer, die Materialumschlagsarbeiten ausführen, im Allgemeinen ein Fahrzeug, das aggressiv beschleunigt und verzögert und rasche Fahrtrichtungsänderungen gestattet. Ein Fahrer, der ein Fahrzeug für Rasenpflegearbeiten verwendet, würde weniger aggressive Beschleunigungen und Verzögerungen bevorzugen, um Schäden am Gras als Folge von rutschenden Fahrzeugrädern zu vermeiden.
Für hydrostatische Getriebe und Umkehrgetriebe erfolgt das Vorwählen der Fahrzeugleistung üblicherweise durch die Größeneinstellung von Öffnungen zum Steuern der Fluidströmungsrate zum Servosteuersystem des hydrostatischen Getriebes oder zum Steuern der Fluidströmungsrate zu Kupplungspaketen in dem Umkehrgetriebe. Bei elektronisch gesteuerten Systemen wird die Leistungsentfaltung üblicherweise durch Vorwählen der Rate des Anstiegs des elektrischen Steuerstroms zu elektrohydraulischen Druckminderungsventilen gesteuert, die Taumelscheibenservosysteme oder Kupplungspakethydraulikdrücke steuern.
Allerdings werden Allzweck-Kompakttraktoren üblicherweise sowohl für den Materialumschlag als auch für die Rasenpflege sowie für viele andere Arbeiten verwendet.
EP-A2-1 013 967 zeigt ein Steuersystem für ein Powershuttle-Wendegetriebe mit einem ersten Kupplungspaket, dessen Einkuppeln einen Getriebeabtrieb in einer ersten Richtung antreibt, und mit einem zweiten Kupplungspaket, dessen Einkuppeln den Getriebeabtrieb in einer zweiten Richtung antreibt, und mit einem Mittel zum Einkuppeln und Auskuppeln des ersten und/oder des zweiten Kupplungspaketes. Das Steuersystem umfasst ein Steuermittel zum Initiieren und Ausführen der Einkuppel- und/oder Auskuppelzyklen des ersten und/oder des zweiten Kupplungspaketes, wobei das Steuersystem ein Verstellmittel umfasst, das von einem Bediener des Getriebes betätigt wird, um den Einkuppel- und Auskuppelzyklus zu justieren.
US-A-4,924,983 offenbart den Oberbegriff von Anspruch 1 oder Anspruch 14 und stellt eine Antriebskupplungsvorrichtung für ein Arbeitsfahrzeug bereit, die Folgendes umfasst: eine hydraulische Reibungskupplung, die an einem Antriebsstrang montiert ist, ein Ventil zum Verstellen eines Öldrucks, der an die hydraulische Kupplung angelegt wird, einen Sensor zum Detektieren der Winkelbeschleunigung einer Drehwelle, die in dem Antriebsstrang enthalten ist, und eine Steuereinheit zum Steuern der hydraulischen Kupplung in Reaktion auf eine Änderung eines Fahrzeugfahrzustandes.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Allzwecktraktors, der es dem Fahrer ermöglichen würde, die Leistungsentfaltung des Traktors entsprechend der ausgeführten Arbeit zu wählen. Eine solche wählbare Leistungsentfaltung hätte eine verbesserte Produktivität des Traktors zur Folge.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es einem Fahrer, die Leistungsentfaltung des Fahrzeugs oder die Beschleunigungsraten in Reaktion auf Bedienbefehle zu wählen. Die Leistungsentfaltung eines Fahrzeugs kann durch Modulieren von Steuersignalen an Steuerventile gesteuert werden, die die Beschleunigung des Fahrzeuggetriebes entsprechend zwei oder mehr elektrischen Anstiegs- (oder Abstiegs-) Profilen in Reaktion auf einen Beschleunigungsbefehl (oder Verzögerungsbefehl) eines Fahrers bestimmen.
Die Wahl der Leistungsentfaltung des Fahrzeugs steuert die Beschleunigungsraten des Fahrzeugs sowohl im Vorwärts- als auch im Rückwärtsbetrieb.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Fahrzeuggetriebesteuersystem eine Steuerung, Richtungsschalter oder -potentiometer und elektrohydraulische Steuerventile, die den Hydraulikdruck in der Kupplungspakethydraulik in dem Umkehrgetriebe steuern.
Der Fahrer hat einen Zweipositions-Stellschalter zur Verfügung. Wenn der Stellschalter in der Position der sanfteren Leistungsentfaltung steht, so erzeugt die Software in der Steuerung in Reaktion auf einen Bedienbefehl einen relativ geringen Stromanstieg, um die elektrohydraulischen Steuerventile zu aktivieren, welche die Betätigung von Getriebekupplungspaketen in einem Umkehrgetriebe steuern. Durch ein langsames Ansteigen des Hydraulikdrucks in Reaktion auf die geringen Stromanstiege vollzieht sich die Beschleunigung weniger aggressiv.
Wenn der Schalter in der Position der aggressiveren Leistungsentfaltung steht, so sind die Stromanstiege und die resultierenden Druckanstiege steiler, wodurch ein aggressiverer Getriebebetrieb für die Umkehrgetriebe entsteht.
Der Zweipositions-Stellschalter könnte durch ein Potentiometer ersetzt werden, wodurch eine stufenlose Verstellung der Leistungsentfaltung des Getriebes möglich wird.
Indem der Traktorfahrer eine wählbare Leistungsentfaltung des Getriebes zur Verfügung hat, kann er die Beschleunigungs- und Verzögerungsraten entsprechend seinen Wünschen, seinen Fähigkeiten und/oder entsprechend der ausgeführten Aufgabe wählen.
Die Leistung, die Steuerbarkeit und die Produktivität des Fahrzeugs werden dadurch verbessert.
Die Erfindung stellt außerdem eine Wegfahrsperre bereit. Diese Sperre dient in einem Umkehrgetriebe dem Verhindern einer nicht vorhergesehenen Bewegung. Um den Motor des Traktors starten zu können, muss von der Steuerung Folgendes erfasst werden:

1. Der Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel muss von der Steuerung als in der Neutralstellung stehend erfasst werden. "Neutral" ist als das Anliegen eines Neutralsignals bei gleichzeitigem Nicht-Anliegen eines Vorwärtssignals und Nicht-Anliegen eines Rückwärtssignals definiert.
2. Der Hauptgangwahlhebel muss in der Neutralstellung stehen.
3. Der Nebenantrieb muss abgeschaltet sein.

Wenn sich der Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel in der Neutralstellung befindet, so darf in keinem der Kupplungspakete ein kupplungsbetätigender Hydraulikdruck erfasst werden, sonst wird der Motor des Traktors abgeschaltet. Wenn sich der Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel in der Vorwärtsfahrstellung befindet, so muss ein kupplungsbetätigender Hydraulikdruck in dem Vorwärtskupplungspaket anliegen, nicht aber in dem Rückwärtskupplungspaket, sonst wird der Motor abgeschaltet. Der Rückwärtsantrieb hat ebenfalls eine ähnliche Logik. Weil sich die Hydraulikdrücke der Kupplungspakete in einem Übergangszustand befinden, wenn der Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel aus einer Stellung in eine andere bewegt wird, werden Zeitverzögerungen erzeugt, um das Ansteigen oder Absteigen von Drucksignalen zu ermöglichen, bevor die Wegfahrsperrenlogik eingreift.
Wenn ungefähr eine Sekunde, nachdem das jeweilige Signal von dem Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel empfangen wurde, keine Hydraulikdrücke in den Vorwärts- oder Rückwärtskupplungspaketen realisiert werden, so blockiert die Steuerung eine Bewegung in der betreffenden Richtung, bis ein weiteres Neutralsignal von dem Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel erfasst wird.
Zahlreiche weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und ihrer Ausführungsformen, der Ansprüche und der begleitenden Zeichnungen verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaubild eines alternativen Steuersystems der vorliegenden Erfindung, das in einem Umkehrgetriebe Anwendung findet, in dem Vorwärts- und Rückwärtskupplungspakete verwendet werden.
2A ist eine Vorderansicht eines Kupplungspaketes;
2B ist eine schematische Schnittansicht eines Kupplungspaketes;
2C ist eine schematische Schnittansicht eines Umkehrgetriebes, das Kupplungspakete zur Initiierung eines Vorwärts- oder Rückwärtsantriebs verwendet, wobei hier die Vorwärtsbetriebsart gezeigt ist;
2D ist eine schematische Ansicht eines Steuerventils des Systems von 1;
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Kupplungsdrucksteuerventilaktivierungsstrom und der Zeit zeigt, nachdem über die Fahrzeugrichtungswähleinrichtung ein Bedienbefehl gegeben wurde; und
4 ist ein Diagramm, das die beiden Leistungsentfaltungseinstellungen und die zeitliche Reaktion des Kupplungspakethydraulikdrucks als einen Prozentsatz des Gesamtantriebsbefehlshydraulikdrucks für Beschleunigungen veranschaulicht.
Obgleich sich diese Erfindung zur Verkörperung in vielen verschiedenen Formen eignet, sind konkrete Ausführungsformen der Erfindung in den Zeichnungen gezeigt und im vorliegenden Text detailliert beschrieben, wobei es sich versteht, dass die vorliegende Offenbarung als eine Exemplifizierung der Prinzipien der Erfindung anzusehen ist und keine Beschränkung der Erfindung auf die veranschaulichten konkreten Ausführungsformen darstellen soll.
Getriebesteuerung eines Umkehrgetriebes
1 veranschaulicht ein Steuersystem 150 zur Verwendung mit einem Umkehrgetriebe 152 des Typs, der mit einer elektrohydraulischen Steuerung von Kupplungspaketen arbeitet, um eine Vorwärts- oder Rückwärtsantriebsrichtung des Traktors zu realisieren, wie es zum Beispiel in dem POWRREVERSER-Getriebe verkörpert ist, das in den Traktoren der JOHN DEERE-Baureihe 4500 PRT und 4600 PRT eingesetzt wird.
Das Umkehrgetriebe 152 wird durch einen Motorantrieb 153 angetrieben. Das Umkehrgetriebe 152 treibt ein Schaltgetriebe 154 an, das ein oder mehrere Räder über ein (nicht gezeigtes) Differenzial antreibt. Das Umkehrgetriebe kann in einem Antriebsstrang verwendet werden, wie er zum Beispiel im US-Patent Nr. 6,002,976 offenbart ist.
Gemäß der Erfindung hat eine Steuerung 156, wie zum Beispiel eine Mikrosteuerung auf der Basis eines Mikroprozessors, eine Signalverbindung zu Vorwärts- und Rückwärts-Proportionaldrucksteuerventilen 162, 166, die ihrerseits eine Druckfluidverbindung zu Vorwärts- und Rückwärtskupplungspaketen 172, 176 haben. Die Steuerung kann ein elektronisches Steuermodul auf der Basis eines Mikroprozessors sein.
Drucksensoren oder -schalter 182, 186 sind zwischen den Proportionalventilen 162, 166 und den Kupplungspaketen 172, 176 angeschlossen. Die Drucksensoren 182, 186 fungieren als Rückkopplungssteuersensoren für die Steuerung 156. Ein Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel 202 ist mit Schaltern 208 verbunden, die eine Signalverbindung zu der Steuerung 156 haben. Ein Sitzschalter 212 hat ebenfalls eine Signalverbindung zu der Steuerung 156. Der Hauptschalthebel 220 enthält einen Neutralstellungsschalter 222, der ebenfalls eine Signalverbindung zu der Steuerung hat.
Ein Leistungsentfaltungswählschalter 230 hat eine Signalverbindung zu der Steuerung. Ein Kupplungsschalter 234 und ein Pedalpositionssensor, wie zum Beispiel ein Potentiometer 238, sind an einem Kupplungs- oder Anfahrpedal montiert und haben eine Signalverbindung zu der Steuerung 156.
Die Vorwärts- und Rückwärtskupplungspakete 172, 178 werden hydraulisch eingekuppelt und mittels Federkraft ausgekuppelt. Die Drehmomentkapazität der Kupplungspakete ist somit eine Funktion des an die Kupplungspakete angelegten Hydraulikdrucks. Die Proportionalventile 162, 166 erzeugen einen stromabwärtigen Hydraulikdruck, der proportional zu dem Strom ist, der an das Solenoid des jeweiligen Ventils angelegt wird, und steuern so den Hydraulikdruck, der an das jeweilige Vorwärts- oder Rückwärtskupplungspaket angelegt wird.
Die Steuerung 156 steuert den Strom zu dem richtigen Ventil 162, 166 und auf dem richtigen Pegel, um das Kupplungsdrehmoment zu erzeugen, das der Fahrer anfordert. Auf der Grundlage der Anweisung des Fahrers über die Fahrzeugrichtungswähleinrichtung 202 wird das Vorwärts-, das Rückwärts- oder gar kein Steuerventil 162, 166 aktiviert.
Auf der Grundlage des Signals von einem Potentiometer 238, vorzugsweise einem 5 kΩ-Potentiometer, das mit einem Kupplungspedal oder Anfahrpedal 239 verbunden ist, wird der Strom zu dem jeweiligen Steuerventil 162, 166 auch als eine Funktion der Kupplungspedalposition moduliert. Der Stromanstieg, der durch die Richtungssteuerungswähleinrichtung 202 und den Schalter 230 angewiesen wird, wird mit dem Strom verglichen, der durch das Anfahrpedalpotentiometer 238 angewiesen wird, und der kleinere der beiden Ströme wird an das Ventil angelegt. Beim Übergang von dem vollständig durchgetretenen Kupplungspedal zu einer anderen Pedalposition wird eine Schnellfüllzeit T_fill angelegt.
Das Anfahrpedal 239 enthält einen Endanschlagschalter 241. Der Endanschlagschalter 241 ist nur in der Position des vollständig durchgetretenen Pedals geöffnet. Beide Schalter 238, 241 schalten die Systemspannung als Signale in die Steuerung 156 hinein. An das Potentiometer 238 können eine 5 V-Bezugsspannung und ein Massepotenzial angelegt werden, und das Potentiometer 238 gibt eine Spannung an die Steuerung 156 zurück, die der Anfahrpedalposition proportional ist. Wenn sich das Pedal in der obersten Position befindet, kann die maximale Spannung zurückgeführt werden, wobei die Spannung mit zunehmend niedergetretenem Pedal immer mehr abnimmt.
Die Steuerventile 162, 166 enthalten Solenoids 162a, 166a. Beide Solenoids werden durch die Steuerung 156 über eine Erfassungs-Vergleichs-Funktion angesteuert. Die Steuerung 156 moduliert eine (nicht gezeigte) Komponente (FET/TRIAC), die den angeforderten Strom an das Proportionalventil anlegt.
Die Steuerventilsolenoids 162a, 166a sind vorzugsweise impulsbreitenmodulierte Ansteuerungen, die proportional zur Breite von Schrittimpulsen von Strom, der an die Solenoids angelegt wird, geöffnet werden. Die Impulse werden mit einer im Wesentlichen konstanten Frequenz angelegt, und die Impulsbreiten werden gesteuert, um die Öffnung der Ventile 162, 166 zu modulieren.
Wenn eines der Steuerventilsolenoids 162a, 166a von Aus zu Ein übergeht, so gibt es dabei drei Aktivierungsphasen. Die erste Phase ist eine Schnellfüllphase FP, die zweite Phase ist die Anstiegs- oder Modulationsphase ROP, und die dritte Phase ist die statische Phase SP. Diese Phasen sind grafisch in 3 dargestellt.
Wie in 3 veranschaulicht, wird – für eine Füllzeit T_fill – dem entsprechenden Steuerventilsolenoid 162a, 166a ein maximaler Strom I_max zugeführt, der den Strom darstellt, bei dem das Ventil vollständig Ein oder vollständig aktiviert ist. I_max kann eine Größenordnung von 660 mA haben. Die Zeit T_fill kann experimentell bestimmt werden, vorzugsweise in einem Bereich von 0 bis 250 ms. Die Füllzeit hat den Zweck, den Raum zwischen den Kupplungsreibplatten und den stationären Kupplungsplatten im Vorfeld der Anstiegsphase rasch zu beseitigen.
Nach T_fill wird der Steuerventilstrom von der Steuerung auf I_base verringert, was den Strom darstellt, der erforderlich ist, um den Druck zu erzeugen, um die Kupplungskolbenverschiebung auf einem Null-Abstand zwischen den Kupplungsreibplatten und den Trennplatten zu halten, wobei die effektive Drehkraft ungefähr gleich null ist. Von T_fill zu T_ramp steigt der Strom von I_base mit der Rate di/dt. Unter stabilen Bedingungen kann das gewählte Kupplungsdrucksteuerventil bei einem Strom I_max von 660 mA angesteuert werden.
Die Vorwärts- und Rückwärtsschaltvorgänge beginnen, nachdem eine neue Schalthebelstellung angezeigt wurde. Für jede Richtung werden separate Füllzeiten und Haltepegel verwendet. Das Schalten beinhaltet vorzugsweise das Folgende in chronologischer Folge:

1. einen Schnellfüllzeitraum mit einem maximalen Ansteuerstrom von 660 mA, um die Kupplung in eine Position zu bringen, in der sie gerade bereit ist, Drehmoment zu übertragen;
2. einen Haltezeitraum auf einem Wert, der keine Veränderung der Kupplungsposition gestattet, wobei dieser Wert gerade lange genug gehalten wird, damit sich die Übergangsbewegungen des Ventils stabilisieren können, wenn die Schnellfüllphase beendet ist;
3. eine Reihe mehrerer Anstiege, wie zum Beispiel drei Anstiege, für den übrigen Teil des Schaltvorgangs vom Haltepegel zum maximalen Ansteuerstrom.

Verwendung von Schaltern zur Betriebssteuerung Die Druckmesswandler oder Druckschalter 182, 186 sind stromabwärts der Vorwärts- bzw. Rückwärtsventile 162, 166 angeschlossen. Die Messwandler senden eine analoge Spannung an die Steuerung 156. Wenn der Druck, der von den Schaltern 182, 186 erfasst wird, eine vorgegebene Schwelle übersteigt, so wird davon ausgegangen, dass ein Schaltvorgang abläuft.

1. Wenn beide Drucksensoren länger als eine Sekunde geschlossen sind, so wird ein Abbruchsignal an ein Kraftstoffabsperrsolenoid, das Kraftstoff zum Fahrzeugmotor leitet, gesandt, und es wird eine Fehlermeldung angezeigt.
2. Wenn nach einer Sekunde ein neutraler Status angefordert wird und einer der Druckmesswandler über seinem Schwellenwert liegt, so wird ein Abbruchsignal an das Kraftstoffabsperrsolenoid gesandt, und es wird eine Fehlermeldung angezeigt.
3. Wenn ein Wenden (Bewegung von Vorwärts direkt zu Rückwärts und umgekehrt) angefordert wurde und beide Druckmesswandler nach einer Sekunde noch nicht ihren Status geändert haben, so wird ein Abbruchsignal an das Kraftstoffabsperrsolenoid gesandt, und es wird eine Fehlermeldung angezeigt.
4. Wenn ein Schaltvorgang angefordert wird und der Druckmesswandler für die angeforderte Richtung nicht innerhalb einer Sekunde seinen Schwellenwert übersteigt und das Anfahrpedal um mehr als 25 Prozent seines Bewegungsweges niedergetreten ist, so schaltet die Steuerung standardmäßig zu Neutral, und es wird eine Fehlermeldung angezeigt. Die Neutralstellung ist jene, in der die Ventile 162, 166 verhindern, dass druckbeaufschlagtes Fluid die Kupplungspakete betätigt.

Die Getrieberichtungswähleinrichtung 202 umfasst drei Schalter 208, die Vorwärts, Neutral und Rückwärts entsprechen. Die Schalter bewirken ein Schalten der Systemspannung in die Steuerung 156 hinein.
Der Endanschlagschalter 241 und der analoge Eingang des Anfahrpedalpositionspotentiometers 238 steuern den Ausgangspegel des Steuerungssignals zu den Ventilen 162, 166. Wenn der Endanschlagschalter 241 am Ende des Bewegungsweges des Kupplungspedals geöffnet ist und wenn nach einer Sekunde die Druckschalter 182, 186 geschlossen werden, so wird das Kraftstoffabsperrsolenoid aktiviert, um die Kraftstoffzufuhr zum Motor zu unterbrechen, und eine Fehlermeldung wird angezeigt. Wenn der Endanschlagschalter 241 geöffnet ist, so muss die analoge Spannung von dem Anfahrpedalpositionspotentiometer 238 innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. Liegt sie außerhalb dieses Bereichs, so schaltet das Signal von der Steuerung 156 zu den Ventilen 162, 166 standardmäßig zu Neutral, und es wird eine Fehlermeldung angezeigt.
Wenn die analoge Anfahrpedalspannung vom Potentiometer 238 innerhalb eines bestimmten Bereichs entsprechend dem Ende des Kupplungspedalbewegungsweges liegt und das Schaltsignal geschlossener Endanschlagschalter 241 noch immer an der Steuerung 156 anliegt, dann schaltet das Signal von der Steuerung 156 zu den Ventilen 162, 166 standardmäßig zu Neutral, und es wird eine Fehlermeldung angezeigt.
Ein Schaltvorgang kann nur stattfinden, wenn ein Vorwärts- oder ein Rückwärtssignal von der Richtungssteuerung 202 kommt. Wenn zwei oder mehr Signale (Vorwärts, Rückwärts, Neutral) gleichzeitig an der Steuerung 156 anliegen oder länger als eine Sekunde gar kein Signal anliegt, so schaltet das Signal von der Steuerung 156 zu den Ventilen 162, 166 standardmäßig zu Neutral, und es wird eine Fehlermeldung angezeigt.
Ein Schaltvorgang kann nur stattfinden, wenn nach dem Anlassen des Traktors der Schalthebel in der Neutralstellung stand, die Vorwärts- und Rückwärtsdruckschalter 182, 186 offen sind, das Signal des Kupplungs-Endanschlagschalters 241 seinen Status nach der einen oder der anderen Richtung ändert und das analoge Signal der Anfahrpedalposition sich bei einer Spannung befindet, die der Endanschlagposition des Kupplungspedalweges entspricht. Wenn der Sitzschalter 212 länger als eine Sekunde lang geöffnet ist, während der Schalthebel in der Vorwärts- oder Rückwärtsstellung steht, so schaltet das Signal von der Steuerung 156 zu den Ventilen 162, 166 standardmäßig zu Neutral, und es wird eine Fehlermeldung angezeigt.
Die Erfindung stellt des Weiteren eine Wegfahrsperre bereit. Um den Motor des Fahrzeugs anzulassen, muss die Steuerung Folgendes erfassen:

1. Der Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel 202 muss von der Steuerung 156 als in der Neutralstellung stehend erfasst werden. "Neutral" ist als das Anliegen eines Neutralsignals bei gleichzeitigem Nicht-Anliegen eines Vorwärtssignals und Nicht-Anliegen eines Rückwärtssignals definiert.
2. Der Hauptgangwahlhebel 220 muss von der Steuerung 156 anhand des Neutralpositionsschalters 222 als in der Neutralstellung stehend erfasst werden.
3. Der Nebenantrieb des Traktors muss abgeschaltet sein.

Wenn sich der Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel 202 in der Neutralstellung befindet, so darf in keinem der Kupplungspakete 172, 176 ein kupplungsbetätigender Hydraulikdruck erfasst werden, sonst wird der Motorantrieb 153 des Traktors abgeschaltet. Wenn sich der Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel 202 in der Vorwärtsfahrstellung befindet, so muss ein kupplungsbetätigender Hydraulikdruck in dem Vorwärtskupplungspaket 172 anliegen, nicht aber in dem Rückwärtskupplungspaket 176. Der Rückwärtsantrieb hat ebenfalls eine ähnliche Logik. Weil sich die Hydraulikdrücke der Kupplungspakete in einem Übergangszustand befinden, wenn der Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel 202 aus einer Stellung in eine andere bewegt wird, werden Zeitverzögerungen erzeugt, um das Ansteigen oder Absteigen von Drucksignalen zu ermöglichen, bevor die Wegfahrsperrenlogik eingreift.
Wenn ungefähr eine Sekunde, nachdem das jeweilige Signal von dem Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel 202 empfangen wurde, keine Hydraulikdrücke in den Vorwärts- oder Rückwärtskupplungspaketen 172, 176 realisiert werden, so blockiert die Steuerung 156 eine Bewegung in der betreffenden Richtung, bis ein weiteres Neutralsignal von dem Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel erfasst wird.
Umkehrgetriebe
2A und 2B veranschaulichen eines der identischen Kupplungspakete 172, 176. Das Kupplungspaket 172 enthält einen mittigen Zylinder 270 und eine damit verbundene Nabe 272. Ein Kupplungskolben 274 befindet sich innerhalb der Nabe 272. Eine Stützplatte 276 und eine Endplatte 278 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten einer Reihe von Trennscheiben 280 und dazwischenliegenden Reibscheiben 282. Ein Kupplungszahnrad 286 enthält mehrere Zähne 287 entlang seines Umfangs und einen mittigen Zylinderabschnitt 288. Der mittige Zylinderabschnitt 288 trägt die Reibscheiben 282, die so befestigt sind, dass sie sich mit ihm drehen, und die Nabe 272 trägt die Stützplatte 276, die Endplatte 278 und die Trennscheiben 280. Die Trennscheiben 280 sind so befestigt, dass sie sich mit der Nabe 272 drehen. Eine Rückholfeder 290 wird zwischen dem Kupplungskolben 274 und dem Kupplungszahnrad 286 zusammengedrückt, um die Reibscheiben 282 und die Trennscheiben 280 voneinander getrennt zu halten, wenn nicht genügend Hydraulikdruck anliegt, um das Kupplungspaket 172 einzukuppeln. Wenn genügend druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid zu dem Kupplungspaket 172 geleitet wird, so werden das Kupplungszahnrad 286 und der der Kupplungskolben 274 zueinander gezogen, um die Reibscheiben 282 und die Trennscheiben 280 zwischen der Stützplatte 276 und der Endplatte 278 miteinander in Eingriff zu bringen. Die Scheiben 280, 282 nehmen einander in Eingriff, um sich gemeinsam zu drehen, wodurch sich das Kupplungszahnrad 286 und die Nabe 272 und der Zylinder 270 gemeinsam drehen.
Es ist eine radiale Öffnung 294 vorhanden, um druckbeaufschlagtes Fluid in den Raum oder aus dem Raum 296 zwischen dem Kupplungskolben 274 und dem Zylinder 270 zu leiten. Druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid drängt den Kupplungskolben 274 von rechts nach links in 6. Schmierfluid fließt durch radiale Kanäle 297. 2C veranschaulicht das Umkehrgetriebe 152 in größerem Detail. Die Kupplungspakete 172, 176 sind nebeneinander angeordnet, und nur das Vorwärtskupplungspaket 172 ist in 2C zu sehen. Eine Kupplungsantriebswelle 300 erstreckt sich durch den Zylinder 270 hindurch und ist daran keilverzahnt oder auf sonstige Weise befestigt. Die Steuerventile 162, 166 leiten Hydraulikfluid zu den Vorwärts- und Rückwärtskupplungspaketen 172, 176 und steuern den Betrieb des Umkehrgetriebes 152.
Für den Vorwärtsbetrieb wird Kraft von dem (nicht gezeigten) Motor über eine Kupplungsantriebswelle 302 und dann zu einem Antriebszahnrad 304 und zu dem Vorwärtskupplungspaket 172 übertragen. Genauer gesagt, dreht das Antriebszahnrad 304 das Kupplungszahnrad 286. Wenn der Traktor in den Vorwärtsfahrmodus versetzt wird und das Kupplungspedal losgelassen wird, so wird druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid mit einem modulierten Druck durch das Ventil 162, durch Kanäle 308, die in dem Getriebegehäuse ausgebildet sind, durch eine Öffnung 309a in einer Dichtringbaugruppe 309 und durch Kanäle 310 in der Abtriebswelle 300, durch den Zylinder 270 und durch die Öffnung 294, die durch den Zylinder 270 gebohrt ist, und zu dem Raum 296 des Kupplungspaketes 172 geleitet. Das Hydraulikfluid drängt den Kupplungskolben 274 zur Ineingriffnahme der Kupplungsreibscheiben 282 mit den Trennscheiben 280. Wenn die Reib- und die Trennscheiben miteinander in Eingriff stehen, so wird Kraft von dem Kupplungszahnrad 286 zur der Kupplungsnabe 272, zum Kupplungszylinder 270 und dann zur Abtriebswelle 300 übertragen. Die Abtriebswelle 300 ist mit einem Abtriebszahnrad 314 und danach mit einem Schaltgetriebe verbunden.
Ein weiterer Kanal 316 durch die Welle 300 leitet Fluid für Schmierzwecke zu den Kanälen 297.
An der Abtriebswelle können vier (nicht gezeigte) Zahnräder keilverzahnt sein, bei denen es sich um die Antriebszahnräder für das Schaltgetriebe 154, wie zum Beispiel ein Viergangschaltgetriebe, handelt (schematisch in 5 gezeigt). Ein Vorwärtseinkuppeln des Kupplungspaketes 172 bewirkt, dass sich die Abtriebswelle in der gleichen Richtung dreht wie das Schwungrad des Motors.
Der Rückwärtsbetrieb erfolgt im Wesentlichen in der gleichen Weise, mit der Ausnahme, dass das Rückwärtssteuerventil 166 den Druck von druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid moduliert, der das Rückwärtskupplungspaket 176 betätigt. Das Rückwärtskupplungspaket 176 treibt eine Rückwärtsabtriebswelle 318 an, die mit dem Abtriebszahnrad 314 dergestalt verzahnt ist, dass die relative Drehung der Abtriebswelle 300 umgekehrt wird. Während des Rückwärtsbetriebes wird das Vorwärtskupplungspaket 172 ausgekuppelt, und die Nabe 270 kann sich frei mit der Welle 300 drehen.
Steuerventile
Ein veranschaulichendes Beispiel eines Steuerventils, wie zum Beispiel das Steuerventil 162, ist in 2D dargestellt. Das Solenoid 162 enthält einen (schematisch dargestellten) Kolben 420, der durch die (schematisch dargestellte) Solenoidspule 421 angesteuert wird. Der Kolben 420 bewegt einen Ventilsteuerschieber 422 innerhalb eines Gehäuses 423. Das Gehäuse enthält einen Einlass 426 für druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid in Form mehrerer Öffnungen und einen Auslass 424 in Form mehrerer Öffnungen zu dem Hydraulikfluidreservoir. Ein Steuerdruckauslass 425 leitet Hydraulikfluid mit einem modulierten Druck zu dem Kupplungspaket 172, wie in 1 gezeigt. Die Solenoidspule 421 schiebt den Kolben 420 nach unten (in 3A), um den Einlass 425 zu dem Auslass 425 durch einen Ringkanal 422a zu öffnen.
Der Kanal 422a öffnet durch den Steuerschieber 422 zu einer länglichen Öffnung 422b hin, um Fluid in einen Innenraum 422c des Steuerschiebers zu leiten. Der Innenraum des Steuerschiebers öffnet zu dem Auslass 425 hin. Der Druck des Hydraulikfluids am Steuerauslass 425 ist im Wesentlichen proportional zur der Kraft, die der Kolben an den Steuerschieber anlegt, und liegt im Bereich zwischen dem Reservoirdruck, dem Druck am Auslass 425, während der Einlass 426 geschlossen ist, und dem Druck der Zufuhrquelle des Hydraulikfluids, wobei der Steuerschieber 422 abwärts bewegt wird, um den Auslass 424 zu schließen und den Einlass 426 zu öffnen.
Ein ringförmiges Sieb 426a und kreisrundes Sieb 425a können am Einlass 426 bzw. am Auslass 425 angeordnet sein.
Das Steuerventil 166 kann identisch konfiguriert sein, wie es oben für das Steuerventil 162 beschrieben wurde.
Profile für den Anstieg des Hydraulikdrucks
4 zeigt einen Vergleich zwischen einer weniger aggressiven Leistungssteuerung und einer aggressiveren Leistungssteuerung. Als ein Beispiel für die aggressivere Einstellung des Stellschalters 230 führt ein 100%-iger Ansteuerungsbefehl, welcher der Richtungsbetätigung durch die Wähleinrichtung 202, entweder vorwärts oder rückwärts (bei 100% eingekuppelter Kupplung, d. h. ohne Modulation durch das Kupplungspedal 239) entspricht, innerhalb einer Sekunde zu einem proportionalen Hydraulikdruck, der durch die Software der Steuerung 156 und das entsprechende Steuerventil 162, 166 in dem jeweiligen Kupplungspaket des Umkehrgetriebes gesteuert wird.
Bei der weniger aggressiven Einstellung führt ein 100%-iger Ansteuerungsbefehl innerhalb von zwei Sekunden zu einem entsprechenden Hydraulikdruck, der durch die Software der Steuerung 156 und das entsprechende Steuerventil 162, 166 in dem jeweiligen Kupplungspaket des Umkehrgetriebes gesteuert wird.

Claims

Fahrzeugsteuersystem, das Folgendes umfasst: eine Steuerung; eine durch einen Benutzer aktivierte Richtungsvorrichtung (222) zum Senden eines Beschleunigungsanforderungssignals an die Steuerung; wobei die Steuerung eine das Beschleunigungsanforderungssignal empfangende Beschleunigungsschaltung aufweist, und ein zum Leiten von Antrieb an ein Rad angeordnetes Getriebe (152), gekennzeichnet dadurch, dass die Beschleunigungsschaltung ein wählbares Ausgangssignal erzeugt, das proportional zum Anforderungssignal zwischen einem ersten Ausgangssignal und einem zweiten, größeren Ausgangssignal wählbar ist; durch eine bedienergesteuerte Wählvorrichtung (230) zur Wahl zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal; wobei das Getriebe auf das wählbare Ausgangssignal zur Beschleunigung des Rads reagiert.
Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuerung eine Mikrosteuerung (156) umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (152) ein Getriebe mit Kupplungspaketen (172, 176) zur Steuerung der Getriebeantriebsrichtung umfasst, wobei die Kupplungspakete (172, 176) auf das Ausgangssignal reagieren.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsanforderungssignal ein elektrisches Signal umfasst, das proportional zur Vorrichtungsposition ist.
Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Potentiometer (238) zur Bereitstellung des Eingangssignals enthält, wobei das Eingangssignal proportional zur Vorrichtungsposition ist.
Fahrzeugsteuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuerung (156) mit einer programmierten Beschleunigungsschaltung; ein Vorwärtsbeschleunigungspedal mit einem Positionssensor, der mit einem Eingang der programmierten Beschleunigungsschaltung in der Steuerung (156) signalverbunden ist; ein elektrisch gesteuertes hydraulisches Proportionalsteuerventil (162, 166), das mit der programmierten Beschleunigungsschaltung der Steuerung (156) signalverbunden ist; wobei das Getriebe auf das hydraulische Proportionalsteuerventil (162, 166) dahingehend reagiert, das Rad anzutreiben; dadurch, dass die programmierte Beschleunigungsschaltung eine erste programmierte Stromsteuerschaltung enthält, die als ein erstes Ausgangssignal eine erste Änderungsrate von elektrischem Strom über Zeit als Reaktion auf den Positionssensor aufweist; die programmierte Beschleunigungsschaltung eine zweite Stromsteuerschaltung aufweist, die als ein zweites Ausgangssignal eine zweite Änderungsrate von elektrischem Strom über Zeit als Reaktion auf den Positionssensor aufweist; durch eine Auswählvorrichtung zur Wahl zwischen der ersten und der zweiten Stromsteuerschaltung durch den Bediener; und wobei das Steuerventil (162, 166) auf ein gewähltes des ersten und zweiten Ausgangssignals proportional reagiert.
Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Getriebe umfasst, das Vorwärts- und Rückwärtskupplungspakete (172, 178) aufweist, wobei das Proportionalsteuerventil (162, 166) eines der Kupplungspakte (172, 176) steuert.
Steuersystem nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Kupplungsbetätiger mit einem Kupplungsbetätigerpositionssensor, der mit der Beschleunigungsschaltung der Steuerung (156) signalverbunden ist und dahingehend betätigt werden kann, ein zur Kupplungsbetätigerposition proportionales Kupplungsbetätigerpositionssignal zu senden, wobei die Beschleunigungsschaltung das erste oder das zweite Ausgangssignal proportional zum Kupplungsbetätigerpositionssignal ändert.
Steuersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsbetätiger ein Kupplungspedal (239) umfasst, das durch den Fuß eines Bedieners betätigt wird, und der Kupplungsbetätigerpositionssensor ein mit dem Pedal (239) verbundenes Potentiometer (238) umfasst.
Steuersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kupplungspaket (172, 178) Kupplungsreibplatten (282) und stationäre Kupplungsplatten (280) enthält und jedes Ausgangssignal drei Phasen enthält, eine Schnellfüllphase, während der ein maximaler Strom für eine Anfangszeitdauer angelegt wird, um einen Zwischenraum zwischen den Kupplungsreibplatten (282) und den stationären Kupplungsplatten (280) zu beseitigen, eine Hochfahrphase, während der der Strom über die Zeit im Wesentlichen linear erhöht wird, und eine statische Phase, während der der maximale Strom aufrechterhalten wird, um die Kupplungsreibplatten (282) und die stationären Platten (280) vollständig einzurücken.
Fahrzeugsteuersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rückwärtsbeschleunigungspedal mit einem Positionssensor, der mit einem Eingang der programmierten Beschleunigungsschaltung in der Steuerung (156) signalverbunden ist; wobei das elektrisch gesteuerte hydraulische Proportionalsteuerventil (162, 166) ein elektrisch gesteuertes, hydraulisches Vorwärts- und Rückwärtsproportionalsteuerventil (162, 166) umfasst, die jeweils mit der programmierten Beschleunigungsschaltung der Steuerung (156) signalverbunden sind; ein auf die hydraulischen Proportionalsteuerventile (162, 166) reagierendes Getriebe zum Antrieb eines Rads vorwärts bzw. rückwärts; einen stromabwärts des Vorwärtssteuerventils (162) angeschlossenen ersten Drucksensor und einen stromabwärts des Rückwärtssteuerventils (166) angeschlossenen zweiten Drucksensor, wobei der erste und der zweite Drucksensor mit der Steuerung (156) signalverbunden sind; und wobei die Steuerung (156) eine Rückkopplungsschaltung enthält, die das Getriebe auf Grundlage von Signalen von dem ersten und dem zweiten Drucksensor steuert.
Fahrzeugsteuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung eine Motorabstellschaltung enthält, die dahingehend aktiviert wird, den Fahrzeugmotor abzustellen, und wenn der erste oder der zweite Drucksensor über eine vorbestimmte Zeitdauer ein Signal ,erhöhter Druck' an die Steuerung (156) sendet, wenn der erhöhte Druck nicht von dem Bediener angefordert wird, die Motorabstellschaltung dann aktiviert wird.
Fahrzeugsteuersystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungsschaltung eine Neutraleinrückschaltung enthält, die sowohl das erste als auch das zweite Ausgangssignal an die Steuerventile (162, 166) entfernt, und wenn der erste oder der zweite Drucksensor kein Signal ,erhöhter Druck' über eine vorbestimmte Zeitdauer an die Steuerung (156) sendet, wenn der erhöhte Druck von dem Bediener angefordert wird, die Motorneutraleinrückschaltung der Steuerung (156) dann aktiviert wird.
Verfahren zur Steuerung der Beschleunigungsaggressivität eines Getriebes (152), mit dem Schritt des Erhaltens eines Beschleunigungseingangssignals von einer bedienersteuerbaren Vorrichtung; gekennzeichnet durch Wählen einer aus mindestens einer ersten und einer zweiten Beschleunigungsfunktion (230), die jeweils ein Ausgangssignal erzeugen, wobei die erste Beschleunigungsfunktion ein erstes Ausgangssignal und die zweite Beschleunigungsfunktion ein zweites, größeres Ausgangssignal erzeugt; wobei das Ausgangssignal mit einem hydraulischen Getriebesteuerventil (162, 166) signalverbunden ist, um die Beschleunigung des Getriebes zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Wählens einer Beschleunigungsfunktion weiterhin dadurch definiert wird, dass eine Beschleunigungsfunktion aus einer unendlichen Anzahl von durch ein Potentiometer wählbaren Beschleunigungsfunktionen gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Wählens einer Beschleunigungsfunktion weiterhin dadurch definiert wird, dass die Beschleunigungsfunktion weiterhin dadurch definiert wird, dass sie durch einen Schalter alternativ zwischen der ersten und der zweiten Beschleunigungsfunktion wählbar ist.