JP2015514937A - 充填量を決定するための方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、駆動目的のために入力軸(16)を出力軸(18)にそれぞれ接続させるための前進クラッチ(12)および後進クラッチ(14)を有するクラッチ構成(10)の作動システムでの充填量を決定するための方法に関する。前進クラッチ(12)を作動させるための第1の制御可能作動ユニット(20)が設けられ、後進クラッチ(14)を作動させるための第2の制御可能作動ユニット(22)が設けられる。【選択図】図2

Description

本発明は、駆動目的のために入力軸を出力軸にそれぞれが接続させるための前進クラッチおよび後進クラッチを有するクラッチ構成の作動システムでの充填量を決定するための方法に関し、ここでは、第1の制御可能作動ユニットが前進クラッチを作動させるために設けられ、第2の制御可能作動ユニットが後進クラッチを作動させるために設けられる。
John Deereマークのトラクタでは、各々の他方のクラッチの動作中に解放されるような、反転ユニット(reversing unit)の前進クラッチおよび後進クラッチを有するギアボックスが使用され、ここでは、クラッチに関連する作動ユニットが圧力を受けずに切り替えられることに加えて、その中に存在する作動油が少なくとも部分的に空となる。この状況では、作動ユニット内で液圧を得られるようにするために、作動ユニットにより対応するクラッチを再び切り替える前に作動ユニット内に存在する空気を除去する必要がある。これは、トラクタの動作中に、駆動方向を各々切り替えるとき、一方のクラッチの作動ユニットを部分的に空にすることおよびもう一方のクラッチの作動ユニットを充填することがそれに応じて行われることを意味する。一方のクラッチを実際に解放してもう一方の駆動方向のためにもう一方のクラッチを切り替えることは、操作者によって作動されるクラッチペダルと相関関係があり、したがって、クラッチペダルを解放することにより、切り替えられるクラッチの作動ユニットの通気および充填が制御される。操作者が受ける操作快適性(operating comfort)のために、一つには、作動ユニットを通気させるのを、正確に決定される可能な限り短い時間区間で行うことが重要であり、その場合、完全に通気した瞬間から、かつ、低いクラッチ圧力で予め調整した後で、操作者がクラッチペダルを用いてクラッチ圧力を慎重かつ量的に調節することができる。また、一方で、時間区間が長くなりすぎると、作動ユニットが最初に完全に通気され、操作者が反応の鈍いギア変更の感覚を受けることになることから、操作快適性のためには、切り替えられるクラッチの作動ユニットを通気させた直後に操作者のためにペダル位置を可能な限り最適にするようにクラッチ圧力を設定することが重要である。したがって、クラッチ圧力が高すぎることは、駆動方向を変更するときにクラッチ構成が制御不能に激しく噛合されることで操作者が受けるクラッチ圧力が高くなりすぎることから、操作快適性にとって特に有害である。同様に、作動ユニットを通気させた直後のクラッチ圧力が低すぎると、操作者が受けるギア変更の反応が鈍くなる。したがって、可能な限り良好な操作快適性を得るためには、通気およびその直後の次のクラッチ圧力のこの時間区間を決定してこれらの互いに適合させることが重要な事項となる。
操作快適性に対するこのような許容されない影響を回避するために、また、各ギアボックスまたは各クラッチ構成が高精度の製造でも公差を得られるようにするためには、トラクタを起動する前に各ギアボックスに較正プロセスを施す必要があり、ここでは、作動ユニットを完全に通気させるのに必要となる作動油の量、および、クラッチが激しく噛合されるのを回避するように通気後に適用されるクラッチ圧力が正確に決定される。現在の較正プロセスでは、クラッチ構成の出力軸に荷重をかけることが必要となる。これは、クラッチ構成の後方に設置されるような特定のギアボックスの場合では、動力フローが、クラッチ構成の出力軸からギアボックスおよび差動装置を介して駆動輪へと切り替えられることを意味する。あらゆる状況下で回避する必要があるが、好ましくない事例では、この動力フローが較正プロセス中に車両を明確に移動させる可能性があり、それに伴い、トラクタ近傍で傷害事故が起こる可能性もある。
これに基づき、本発明の目的は、クラッチ構成の自由に回転する出力軸を用いて実行され得る較正プロセスを提供することである。
これは、本発明に従い、駆動目的のために入力軸を出力軸に接続させるための前進クラッチおよび後進クラッチを有するクラッチ構成の作動システムでの充填量を決定するための請求項1による方法によって達成され、ここでは、第1の制御可能作動ユニットが前進クラッチを作動させるために設けられ、第2の制御可能作動ユニットが後進クラッチを作動させるために設けられる。
この方法により、中にクラッチ構成が設置される農業用車両のクラッチ構成の出力軸と駆動輪との間で切り替えられる動力フローを有利な形で分配することが可能となる。本発明の概念は、農業用車両のエンジンによって駆動されるクラッチ構成の入力軸に対して所定の時間区間で駆動係合させる形でクラッチのうちの1つを介して出力軸を接続することと、その後、付随的に生じる荷重(parasitic load)によってのみで制動される形で出力軸が自由に回転するのを可能にして、それによりこの状況においてもう一方のクラッチを介して出力軸を入力軸に再び接続するようにすることとに、特に基づく。したがって、一方で、係合軸に連結された後の出力軸の速度が変化しなくなる事態が発生する可能性があり、このことから、対応する作動ユニットがまだ通気されておらず、クラッチ圧力が得られていないことを結論付けることができる。また、一方で、入力軸に連結された後の出力軸の速度が明確に変化するかまたは急激に変化するような事態が発生する可能性もあり、このことから、作動ユニットが通気されていること、加えて、通常の動作では望ましくない激しい噛合を引き起こすような低いクラッチ圧力は得られていないことを結論付けることができる。
好適には、時間区間tにおいて第1または第2の作動ユニットのうちの二番目の作動ユニットを少なくとも部分的に空にするのを実施する方法ステップが提供される。それにより、その充填量が決定および/または較正されるべき作動ユニットが手順の開始時に確実に空になる。
好適には、入力軸の速度nに依存する時間区間tは5秒から10秒の間である。これは、入力軸の低速時に時間区間tが長くなるように選択されることを意味し、逆も同様である。いずれの場合も、それにより、作動ユニットが所望される通りに十分に空になることが保証され得る。
時間区間tは、好適には、入力軸の速度nおよび出力軸の速度nを比較することにより、第1または第2の作動ユニットのうちの一番目の作動ユニットによって制御される前進クラッチまたは後進クラッチが少なくとも概略的にスリップフリー状態であることが感知されるときに、終了する。スリップフリー状態とは、出力速度に対する入力速度の比が2つの軸間の伝達比に正確に一致することを意味する。したがって、例えば2つの軸の間でプラネタリホイールギア(planetary wheel gear)が切り替えられる場合、伝達比は1ではなくてよい。
好適には、係数X=0.75および係数Y=2が適用される。例えば出力軸の始動速度が2000n/分である場合、係数X=0.75であることが好ましい。本方法の実際的な実装形態では、これは、速度が1500n/分まで低下するまでに約500msの一般的な時間スパンが経過することを意味し得る。係数Y=2が好ましいのは、これが、出力軸の速度が急に半減することを意味し、それにより急激な制動であることがほぼ確実に示され得るからである。
充填するためのおよび空にするための作動ユニットは、各々が、好適には、電気的に制御可能な弁を備え、ここでは、時間区間tの間に第1または第2の作動ユニットのうちの二番目の少なくとも部分的に空の作動ユニットを充填するための弁が少なくとも概略的に完全に開いている。それにより、最大の貫通流れが弁を通ることが保証され、作動ユニットを充填するために弁が開いている間の時間スパンを短く維持することができる。
クラッチ構成は、好適には、入力軸を出力軸に後進駆動用に接続させるために、後進クラッチによりクラッチ構成の筐体に対して係止され得る伝達段を備える。具体的には、伝達段がプラネタリホイールギアとして設計されることが提案される
本方法は好適には以下のさらなるステップを含む:時間区間tを通して第1または第2の作動ユニットのうちの一番目の作動ユニットに液圧Pを適用するステップと、時間区間tを通して作動ユニット内の液圧pを増大させるステップと、時間区間tの経過を通して液圧pを測定し、液圧pの振動が振幅水準を超えるときの平均液圧p2,mittelを記憶するステップ。
次に、図面を参照しながら本発明による方法を以下で説明する。
クラッチ構成を示す長手方向断面図である。 図2aは前進クラッチのための作動ユニットの弁を作動させるための電流の時間変化(path)を示す図である。 図2bは本発明による方法の実施時の作動ユニットの電流および出力軸の速度の時間変化を示す図である。 キスアップ(kiss−up)圧力を決定するときのクラッチのクラッチ圧力の時間変化を示す図である。
図1は、筐体26内に配置される反転ユニット28として設計される、農業用車両のためのクラッチ構成10を示す。入力軸16および出力軸18が設けられ、両方が中空軸として設計される。さらに詳細には説明されない軸30が、例えば農業用車両の動力取出軸を駆動させるために、入力軸16および出力軸18の内部を延在する。
入力軸16が前進クラッチ12により出力軸18に駆動係合される形で接続され、したがって、2つの軸16、18が同じ回転方向を有する。ここでは、前進クラッチ12はマルチプレートクラッチとして設計される。外側プレート支持体32が、ダブルプラネタリホイールギアリング(double planetary wheel gearing)として設計される伝達段24のプラネタリホイール支持体34に接続される。ダブルプラネタリホイールギアリングの中空ホイール36が、リバースブレーキとも称される後進クラッチ14により筐体26に対して係止され得る。後進クラッチも同様にマルチプレートクラッチとして設計される。プラネタリホイール支持体34上に設置されるプラネタリホイール38が内部で径方向に太陽ホイール40を駆動させ、ここでは、太陽ホイールが前進クラッチ12の内側プレート支持体33および出力軸18の両方に適切な形で駆動接続される。入力軸16が、後進クラッチ14および伝達段24により出力軸18に後進駆動用に係合される形で接続され得、ここでは2つの軸16、18が反対の回転方向を有する。前進クラッチ12および後進クラッチ14は各々が作動ユニット20、22によって制御可能である。作動ユニット20、22は、各々が、電磁的に制御可能な弁42、44を備え、これらの弁42、44を介して、液圧ポンプ45を介して圧力を受けるように設定される作動油が作動ユニット20、22の関連する圧力チャンバ46、48に供給され得る。作動ユニット20、22は、各々が、クラッチ12、14の関連する圧力プレート50、52に作用する。クラッチ12、14の摩擦ラメラプレート(friction lamellar plate)が圧力プレート50、52を介して互いの方に付勢される。作動ユニット20、22に広く行き渡るような液圧が存在しないときに圧力プレート50、52を摩擦ラメラプレートから離すように付勢するための円周方向に配置される圧縮ばねがあるが、これは、断面(sectional plane)からオフセットされているので図1には示されない。
農業用車両の動作中、車両を移動させるためだけの場合には接続される必要がないクラッチ12、14の作動ユニット20、22は、関連するクラッチ12、14を確実に完全に解放するために作動油が少なくとも部分的に空である。これは、関連する作動ユニット20、22の圧力チャンバ46、48が少なくとも部分的に空気によって充填されることを意味する。
本発明による方法はこの油の量を正確に決定するように機能し、ここでは、この油の量が1つの種類のギアに対して均一に決定される油の量ではなく、製造公差の結果として各々のギアに対して個別に決定される油の量である。本発明による方法では、シフトの感覚が鈍くならないようにするために、正確に制御される作動ユニット20、22を通気させた後で設定する必要があるクラッチ圧力を正確に決定するための方法ステップがさらに提供される。ここでは、このクラッチ圧力は、圧縮ばねのリセット力と平衡するときに正確に設定される。図2aが、例えば前進クラッチ12の場合の、弁42が荷重を受けるときに経時的に適用される電流IFWDの時間変化を図的に示す。電流IFWDが最初の所定の時間区間で高いレベルにまで増加し、これがウェイクアップパルス継続時間(wake−up pulse duration)と称され得ることに留意されたい。この時間、弁42が完全に開いており、作動ユニット20が通気されている。この時間区間の後、電流IFWDが、前進クラッチ12が既に最小の力での接続を確立しているときのレベルにまで低下する。この状態で広く行き渡るクラッチ圧力はキスアップ(kiss−up)圧力とも称され得、図3に見られるように油圧力内での特徴的で測定可能な振動を伴う。
次に、図2bを参照しながら本発明による方法を以下で説明する。前進クラッチ12および後進クラッチ14を備えるクラッチ構成10の場合、本方法は各クラッチ12、14に対して個別に実施されなければならず、以下では、前進クラッチ12で使用される方法のみを説明する。
図2bが、まず、時間軸上で記録される出力軸18の速度nを示す。さらに、電流IFWDおよび電流IREVが時間軸上に記録される。これらは、作動ユニット20、22の弁42、44の各々を開くために給電(charge)するための電流である。プロセスの開始時、入力軸16が例えば2000n/分の速度nで駆動される。入力軸16の一定の速度は図2bでは記録されず、示されない。付随的に生じる力により係合されることの効果として、出力軸18が低速で回転する。出力軸18の速度は図2bでは実線で示される。前進クラッチ12の作動ユニット20が時間区間tで空になり、したがって圧力チャンバ46内に空気が存在する。
その後の時間区間tで、電流IREVが後進クラッチ14の作動ユニット22の弁44に供給され、弁44が少なくとも概略的に完全に開き、後進クラッチ14に油圧pが加えられる。電流IREVは図2bでは点線で示される。ここでのこの事例では伝達段24は反転ユニットであることから、出力軸18が入力軸16の反対の回転方向で回転する。出力軸18の速度nは図2bでは実線で示される。入力軸16の速度nと出力軸18の速度nとを比較して、制御される後進クラッチ14が少なくとも概略的にスリップフリー状態であることが感知されるときに、時間区間tが終了する。時間区間tの終了時、出力軸18の速度nが測定されて第1の基準速度nA,Ref1として記憶される。
同様に、時間区間tの終了時、後進クラッチ14の作動ユニット22内の油圧pが解放されて少なくとも部分的に空にされ、その後、最も広い意味では出力軸18が自由に回転するようになり、つまり、駆動されなくなり、付随的に生じる荷重のみによって制動される。
その後の時間区間tを通して出力軸18の速度nが継続的に測定され、ここでは、出力軸18に作用する付随的に生じる荷重の結果として出力軸18の速度nが制動される。出力軸18の速度nが第1の基準速度nA,Ref1の75%まで低下すると、時間区間tが終了する。本方法の有効範囲に応じて、75%以外の速度低下の制限値も適切となり得る。時間区間tの終了時、時間区間tを通した出力軸18の平均加速度a,mittelが計算されて記憶され、ここでは、これは総量を考慮するタイムラグである。時間区間tの長さの経験値は約500msからであってよい。
その後の時間区間tで、少なくとも部分的に空である前進クラッチ12の作動ユニット20の弁42が電流IFWDで給電され、弁42が少なくとも概略的に完全に開き、作動ユニット20が通気されて作動油で充填される。電流IFWDは図2bでは一点鎖線で示される。時間区間tは較正されるべきウェイクアップパルス継続時間であり、時間区間tの長さはクラッチ構成10が良好に動作することに関して本発明による重要な決定事項であり、時間区間tが過度に長くまたは過度に短く測定されないことが重要である。時間区間tは本発明による方法で較正または設定されるべき値である。
本発明による方法の最初の実行時、時間区間tは、作動ユニット20が完全に通気されるようになる前に終了するくらいの短さとなるように選択され、これはその中に空気が一部存在することを意味する。この状態では、クラッチデバイス10が回転しても、作動ユニット20内に液圧は発生せず、前進クラッチ12が起動されることがない。時間区間tの終了時、出力軸18の速度nが測定され、第2の基準速度nA,Ref2として記憶される。次いで、第2の基準速度n2,Ref2が、時間区間tの終了時に第1の基準速度nA,Ref1および平均加速度a,mittelから計算される出力軸18の速度nA,calcと比較される。第2の基準速度nA,Ref2が出力軸18の計算速度n,calcとほぼ等しくなることで、すぐ上で説明した状態つまり作動ユニット20が完全に通気されていない状態が感知される。前進クラッチ12を介して追加的に出力軸18を制動することはまだ行われない。その理由は、作動ユニット20の通気が不完全であることにより、速度nで継続して駆動されている入力軸16に有効な動力フローが得られないからである。本方法の最初の実行時に基づく時間区間tの経験値として50msが想定され得る。
次いで、上の方法ステップが再び実施され、ここでは、作動ユニット20がより長い時間区間t3,verlで充填される。時間区間tと時間区間t3,verlとの時間差は例えば5msまたは10msであってよい。
したがって、時間区間t3,verlが作動ユニット20を完全に通気させるのに十分な長さである場合、クラッチ構成10が回転するときに生じる遠心力により、作動ユニット20内の油圧が低くなり、前進クラッチ12が入力軸16と出力軸18とを最小の力で接続させ、それにより、付随的に生じる荷重によりも強く出力軸18が制動されることになる。この状態は第2の基準速度nA,Ref2と出力軸18の計算速度nA,calcとを比較することにより感知され得るが、実際には、第2の基準速度nA,Ref2が計算速度nA,calcを大きく下回ることはなく、わずかにのみ下回る。
しかし、時間区間t3,verlの長さが作動ユニット20を完全に通気させるくらいに長く、加えて、作動油が流入されることにより作動ユニット20内に既に低い油圧が得られている場合、前進クラッチ12内により強い動力フローが得られ、それにより出力軸18が有効に制動される。この状態は第2の基準速度nA,Ref2と出力軸18の計算速度nA,calcとを比較することにより感知され得、第2の基準速度nA,Ref2が計算速度nA,calcを大きく下回る。この場合、時間区間t4,verlの長さが短縮される。
最後の方法ステップとして、第2の基準速度nA,Ref2が計算速度nA,calcをわずかに下回るときのこの時間区間tまたはt3,verlの長さが記憶される。この時間区間tの値は本発明に従って決定されるべきウェイクアップパルス継続時間である。
必要となるクラッチ圧力、および/または、作動ユニット20を通気させた後で弁42に給電すべき対応する電流IFWDを決定するために、図3から分かるように、時間区間tを通して液圧pが前進クラッチ12の作動ユニット20に適用される。圧力pは前進クラッチ12が動力フローを伝達しない状態を維持するように低い圧力となるべきである。時間区間tは好適には数秒である。
その後の時間区間tで、電流IFWDを増大させることにより作動ユニット20の液圧pが増加し、時間区間tの経過を通して液圧pが測定される。液圧pの振動が振幅の高さを超える場合、この平均液圧p2,mittelが記憶される。この平均液圧p2,mittelはキスアップ(kiss−up)圧力である。これに対応する電流IFWDも同様に記憶され得る。この動作状態の特性は、電流フローにより、あるいは、平均液圧または圧力コマンドのそれぞれにより感知され得、本発明に従って較正値として記憶される。
10 クラッチ構成
12 前進クラッチ
14 後進クラッチ
16 入力軸
18 出力軸
20 作動ユニット
22 作動ユニット
24 伝達段
26 筐体
28 反転ユニット
30 軸
32 外側プレート支持体
33 内側プレート支持体
34 プラネタリホイール支持体
36 中空ホイール
38 プラネタリホイール
40 太陽ホイール
42 弁
44 弁
45 液圧ポンプ
46 圧力チャンバ
48 圧力チャンバ
50 圧力プレート
52 圧力プレート

Claims (8)

  1. 駆動目的のために入力軸(16)を出力軸(18)にそれぞれ接続させるための前進クラッチ(12)および後進クラッチ(14)を有するクラッチ構成(10)の作動システムでの充填量を決定するための方法であって、前記前進クラッチ(12)を作動させるための第1の制御可能作動ユニット(20)が存在し、前記後進クラッチ(14)を作動させるための第2の制御可能作動ユニット(22)が存在し、前記方法が、
    前記入力軸(16)を速度(n)で継続的に駆動させるステップと、
    時間区間(t)を通して前記第1の作動ユニット(20)または前記第2の作動ユニット(22)のうちの一番目の作動ユニットに液圧(p)を適用するステップと、
    第1の基準速度(nA,Ref1)として前記出力軸(18)の速度(n)を測定して記憶し、前記時間区間(t)の終了時に前記第1の作動ユニット(20)または前記第2の作動ユニット(22)のうちの一番目の作動ユニット内の液圧(p)を解放するステップと、
    前記出力軸(18)の前記速度(n)を継続的に測定し、終了時に前記速度(n)が前記第1の基準速度(nA,Ref1)の係数X<1まで低下する時間区間(t)の長さを感知するステップと、
    前記時間区間(t)を通して前記出力軸(18)の平均加速度(a,mittel)を計算して記憶するステップと
    時間区間(t)を通して前記第1の作動ユニット(20)または前記第2の作動ユニット(22)のうちの少なくとも部分的に空である二番目の作動ユニットを充填するステップと、
    前記時間区間(t)の終了時に第2の基準速度(nA,Ref2)として前記出力軸(18)の前記速度(n)を測定して記憶するステップと、
    前記第2の基準速度(nA,Ref2)と、前記時間区間(t)の終了時に前記第1の基準速度(nA,Ref1)および前記平均加速度(a,mittel)から計算される前記出力軸(18)の速度(nA,calc)とを比較するステップと、
    前記方法ステップを新たに実施するステップであって、前記第2の基準速度(nA,Ref2)が前記計算速度(nA,calc)にほぼ等しい場合に時間区間(t3,verl)が延長され、または、前記第2の基準速度(nA,Ref2)が係数Y>1により前記計算速度(nA,calc)より低い場合に時間区間(t3,verk)が短縮される、ステップと、
    前記第2の基準速度(nA,Ref2)が前記計算速度(nA,Cacl)より概して低いときの前記時間区間(t、t3,verl、t3,verk)の長さを記憶するステップと
    を特徴とする方法。
  2. 請求項1に記載の充填量を決定するための方法において、時間区間(t)を通して前記第1の作動ユニットまたは前記第2の作動ユニットのうちの二番目の作動ユニットを少なくとも部分的に空にする方法ステップ
    を特徴とする、方法。
  3. 請求項2に記載の充填量を決定するための方法において、前記時間区間(t)が前記入力軸(16)の前記速度(n)に応じて5秒から10秒の間となる、ことを特徴とする、方法。
  4. 請求項1から3までのいずれか1項に記載の充填量を決定するための方法において、前記入力軸(16)の前記速度(n)と前記出力軸(18)の前記速度(n)とを比較して、前記第1の作動ユニット(20)または前記第2の作動ユニット(22)のうちの一番目の作動ユニットによって制御される前記前進クラッチ(12)または前記後進クラッチ(14)が少なくとも概略的にスリップフリー状態であることが感知されるときに、前記時間区間(t)が終了する、ことを特徴とする、方法。
  5. 請求項1から4までのいずれか1項に記載の充填量を決定するための方法において、係数X=0.75および係数Y=2が適用される、ことを特徴とする、方法。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項に記載の充填量を決定するための方法において、
    時間区間(t)を通して前記第1の作動ユニット(20)または前記第2の作動ユニット(22)のうちの一番目の作動ユニットに液圧(p)を適用するステップと、
    時間区間(t)を通して前記作動ユニット(20、22)内の前記液圧(p)を増大させ、前記時間区間(t)の経過を通して前記液圧(p)を測定するステップと、
    前記液圧(p)の振動が振幅水準を超えるときの平均液圧(p2,mittel)を記憶するステップと
    のさらなる方法ステップを特徴とする、方法。
  7. 請求項1から6までのいずれか1項に記載の充填量を決定するための方法において、充填するためのおよび空にするための前記作動ユニット(20、22)の各々が電気的に制御可能な弁を備え、前記第1の作動ユニット(20)または前記第2の作動ユニット(22)のうちの少なくとも部分的に空の二番目の作動ユニットを充填するための前記弁が前記時間区間(t)で少なくとも概略的に完全に開いている、ことを特徴とする、方法。
  8. 請求項1から7までのいずれか1項に記載の充填量を決定するための方法において、前記クラッチ構成(10)が、前記入力軸(16)を前記出力軸(18)に後進駆動用に接続させるために、前記後進クラッチ(14)により前記クラッチ構成(10)の筐体(26)に対して係止され得る伝達段(24)を備える、ことを特徴とする、方法。
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