NO300202B1 - Fremgangsmåte og anordning for automatisk inn- og utkobling av kraftoverföring til en drivende foraksel på en traktor eller en arbeidsmaskin - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for en automatisk inn- og utkobling av kraftoverføring til en drivende foraksel på en traktor eller tilsvarende arbeidsmaskin av den art som angitt i innledningen til krav 1, samt et styresystem for automatisk inn- og utkobling av kraft-overføring til en drivende foraksel på en traktor eller tilsvarende arbeidsmaskin av den art som angitt i innledningen til krav 8.

Fremgangsmåten og systemet av den art nevnt i innledningen til hhv. krav 1 og 8 er kjent fra EP-Å-329045.

I traktorer, særlig landbrukstraktorer, er konstruksjonen av den normale kraftoverføring innrettet slik at kraft overføres fra girkassen til traktorens bakhjul permanent gjennom differensialen. Vanligvis har forakselen ikke vært en drivende aksel, men i de senere år er nesten alle nye landbrukstraktorer utstyrt med en mekanisk drivende foraksel. Den drivende foraksel får i sin alminnelighet kraft fra girkassen ved hjelp av en kardangaksel. Koblingen til overføringen for forakselen foregår normalt ved hjelp av en mekanisk tannkobling, ved hjelp av en hydraulisk lamellkob-ling eller ved hjelp av et eller annet tilsvarende system.

Overføringen til forakselen krever en egen kobling fordi den beregnede hastighet på forakselen, for at god styreevne skulle opprettholdes, er omtrent 1... 3% høyere enn hastigheten for bakakselen. På grunn av denne hastighetsforskjell oppstår det ved kjøring på veier et problem som skyldes urimelig påkjenning av krafoverføringen og som fører til unødvendig slitasje av dekkene hvis overføringen til forakselen ikke kan kobles ut når den egentlig ikke er nødvendig. Også når det gjelder virkningsgraden for traktorens kraftoverføring er det fordelaktig om overføringen til forakselen kan kobles ut når det ikke er behov for den.

En kobling for forakselen er mekanisk bygget opp ved hjelp av en tannkobling, men den er ofte uhensiktsmessig under drift siden innkobl ing av overføringen er meget vanskelig når traktoren ikke beveger seg, mens på den annen side utkobling av overføringen under kjøring med kraftutøvelse er omtrent umulig på grunn av belastningen på systemet. Dette er årsaken til den stadig økende anvendelse av forakseloverføring som kobles ved hjelp av en hydraulisk flerplate- eller lamell-kobling. En hydraulisk kobling tilsluttet kraftoverføringen kan styres ved hjelp av en elektrisk betjent solenoidventil, og da kan selve driften ganske enkelt styres ved hjelp av en trykknapp eller en annen tilsvarende bryter.

Selv om inn- og utkobling av overføringen til forakselen er blitt lettere er imidlertid firehjulsdriften ofte innkoblet selv om den egentlig ikke er nødvendig for det arbeid som skal utføres. Når en landbrukstraktor arbeider ute på marken ville det også være fordelaktig om firehjulsdriften kunne kobles ut når bakhjulsdrift alene er tilstrekkelig, dvs. når kraftoverføring til forakselen ikke er nødvendig. Ved kjøring på veier er dette lett å merke, mens det ofte er vanskelig for traktorføreren å bli klar over behovet for firehjulsdrift når han kjører på marken eller arbeider under tilsvarende forhold.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til helautomatisk inn- og utkobling av kraftoverføringen til forakselen for en traktor eller en tilsvarende arbeidsmaskin slik at maskinføreren ikke behøver ta seg av denne omkobling.

Ovenfornevnte tilveiebringes ved hjelp av en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1, samt et styresystem av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 8.

Ytterligere trekk ved fremgangsmåten og styresystemet fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Med foreliggende oppfinnelse oppnås en rekke bemerkelses-verdige fordeler sammenlignet med tidligere kjente løsninger, og i denne forbindelse skal man spesielt være klar over de følgende fordeler. Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen holder kraftoverføringen til forakselen på traktoren eller arbeidsmaskinen innkoblet bar når det er nødvendig på grunn av situasjonen slik at man optimalserer virkningsgraden og driften av arbeidsmaskinen. I tillegg vil løsningen ifølge oppfinnelsen utnytte kraftoverføringen til forakselen i større utstrekning enn det ville være mulig bare med manuell betjening uten automatisk styring. Systemet beskytter også lamellkoblingen i overføringen til forakselen mot for store påkjenninger. Med løsningen ifølge oppfinnelsen oppnås dessuten den fordel at når løsningen ifølge oppfinnelsen benyttes under bremsing med traktoren oppnås en "firehjulsbremsing" fordi systemet er slik programmert at ved bremsing innkobles firehjulsdriften slik at forhjulenes veigrep utnyttes sammen med bakhjulsbremsene. Normalt har naturligvis forhjulene på en traktor ikke noen bremser i det hele tatt. Videre vil systemet ved bremsing hindre låsing av forhjulene slik at man ved hjelp av systemet får bremser som ikke låser seg for traktorens forhjul. Andre fordeler og karakteristiske trekk ifølge oppfinnelsen vil fremgå av den følgende detaljerte beskrivelse av denne.

En utførelsesform for oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningen. Tegningens eneste figur er en helt skjematisk gjengivelse av kraftoverføringssystemet for en traktor eller en tilsvarende arbeidsmaskin der det automatiske systemet i henhold til oppfinnelsen anvendes for inn-og utkobling av kraftoverføringen til den drivende foraksel.

På figuren er traktorens motor betegnet med henvisningstallet 1, den drivende kobling med henvisningstallet 2, og girkassen er generelt betegnet med tallet 4. Videre er det på figuren ved hjelp av henvisningstallet 3 og den strekpunkterte linje angitt at det mellom den drivende clutch 2 og girkassen 4 finnes en såkalt momentgirkasse som som regel har to til fire hastighetsområder. På figuren betegner henvisningstallet 5 den hydrauliske pumpe som er tilsluttet en aksel som stikker igjennom girkassen 4 og som er fast forbundet med motoren 1 i traktoren og som derved alltid roterer når motoren 1 er i gang.

Fra girkassen 4 blir kraften vanligvis overført til differensialen 6 for bakakselen, gjennom tannhjulsoverføringen i girkassen og til drivhjulenes aksel 7 i bakakselen. Som vist på tegningens figur er på vanlig måte bakakselen forsynt med bremser 8 såvel som navgir 9, f.eks. av planetgirtypen. Figuren viser bare ett av bakhjulene 10. Fra girkassen 4 blir kraft videre overført på vanlig måte til drivhjulenes aksel 11 i forakselen og derfra til en differensial (ikke vist) for forakselen. Mellom drivhjulakselen 11 for forakselen og girkassen 4 er det innskutt en multi-skive-clutch 12 ved hjelp av hvilken kraftoverføringen til forakselen kan kobles inn når det er behov for det. Multi-skive-clutchen 12 for forakselen er en hydraulisk betjent clutch som veksler inn og ut som vist på figuren ved hjelp av det trykk som tilføres fra den hydrauliske pumpe 5 gjennom den mellomliggende solenoidventil 13.

Den automatiske anordningen ifølge oppfinnelsen for over-føring av kraft til forakselen innbefatter et detektorsystem ved hjelp av hvilket styresystemet i henhold til oppfinnelsen bedømmer behovet for firehjulsdrift i hver enkelt situasjon. For det første innbefatter systemet en hastighetsdetektor 19 som måler rotasjonshastigheten for bakakselen. På tegningens figur er hastighetsdetektoren 14 for bakakselen tilsluttet girkassen 4 for å måle rotasjonshastigheten for drivhjulets aksel 7 i bakakselen slik at hastighetsområdet som benyttes i girkassen 4 ikke innvirker på måleresultatet. Hastighetsdetektoren 14 i bakakselen kan imidlertid også tilsluttes systemet ved et hvilket som helst punkt der det er mulig å måle enten rotasjonshastigheten for bakakselen direkte eller en rotasjonshastighet som er proporsjonal med bakakselens hastighet. Dermed oppnås den teoretiske hastighet for traktoren som et måleresultat gitt av hastighetsdetektoren 14 for bakakselen. For det andre innbefatter systemet en detektor 15 som angir rotasjonshastigheten for forakselen, dvs. at hastigheten for forakselen måles. Den nevnte hastighetsdetektor 15 for forakselen er forbundet med overføringen slik at den måler forakselens hastighet uansett om kraftoverføringen til forakselen er koblet inn eller ikke. Videre innbefatter systemet en markhastighetsdetektor 16 som angir hastigheten over marken og er basert på mikrobølger, og denne detektor måler da den virkelige bevegelseshastighet traktoren har. Dessuten er en bremsedetektor 20 tilsluttet traktorens bremsepedal 19, og denne detektor angir om bremsevirkning utøves på traktoren.

Alle de ovennevnte detektorer 14, 15, 16 er koblet til en sentral enhet 17 av mikroprosessortypen slik at detektorene sender signaler svarende til måledata til den sentrale enhet 17. Solenoidventilen 13 som styrer multi-skive-clutchen 12 for forakselen er også forbundet med den sentrale enhet 17 slik at solenoidventilen trer i virksomhet når den styres av den sentrale enhet 17. Den sentrale enhet 17 innbefatter videre en anordning ved hjelp av hvilke traktorføreren kan programmere den ønskede operasjonsparameter for styringen av systemet.

Utførelsen ifølge oppfinnelsen innbefatter videre en betjeningsvender 18 for traktorføreren der arbeidsmåten for systemet kan velges. Betjeningsvenderen 18 innbefatter vendere ved hjelp av hvilke traktorføreren kan velge å benytte en hel manuell styring av forhjulenes drift eller om denne styring skal være helt automatisk. Positiv styring, dvs. manuell styring av forhjulsdriften er nødvendig hvis det av en eller annen årsak er ønskelig å koble forhjulsdriften inn eller ut uten hensyn til det automatiske system. Dermed er den manuelle betjeningsvender en av-på-vender ved hjelp av hvilken forhjulsdriften kan velges på eller av. Dermed kan venderne i betjeningsvenderanordningen 18 betjenes slik at en av venderne velger automatisk eller manuell styring, mens den annen vender er til ut- og innkobling av den manuelle styring.

Den automatiske betjening av systemet finner sted slik:

For den sentrale enhet 17 i systemet vil traktorføreren programmere operasjonsparameteren som virker som et kriterium for automatisk innkobling av kraftoverføringen til forakselen. Denne parameter er et enkelt prosenttall som angir hastighetsforskjellen mellom forakselen (drivhjulakselen for forakselen) og bakakselen (drivhjulakselen 7 for bakakselen) som en prosentdel når kraftoverføringen til forakselen er innkoblet er denne prosentdel 0, og når bakhjulene 10 roterer mens traktoren ikke beveger seg er denne prosentandelen 100. Forhjulsdrift er nødvendig hvis denne prosentandel er høyere enn 10 og i praksis mellom 10 og 40, avhengig av kjøre-forholdene .

Når den automatiske styring er innkoblet vil den sentrale enhet 17 begynne å beregne de sammenhørende virkelige prosentverdier og sammenligne verdiene hele tiden med den ønskede avlesning. Den virkelige verdi det er behov for i den sentrale enhet fås ved hjelp av signalene som avgis av hastighetsdetektorene 14, 15 for foraksel og bakaksel etter følgende formel:

Parameteren P som fås av denne formel angir når kraftover-føring til forakselen skal kobles inn.

I det følgende vil styrealgoritmen som finnes i den sentrale enhet 17 bli beskrevet på grunnlag av et eksempel: Når traktoren begynner å kjøre etter at automatisk styring er koblet inn ved hjelp av betjeningsvenderanordningen 18 har systemet koblet ut kraftoverføringen til forakselen. Etter dette blir multi-skive-clutchen 12 som arbeider som kraft-overføringsclutch til forakselen og koblet til såsnart den programmerte operasjonsparameter overskrides, dvs. hvis forakselens hastighet som angitt av hastighetsdetektoren 15 for forakselen er en bestemt verdi lavere enn hastigheten som angis av hastighetsdetektoren 14 for bakakselen og hvis, på samme tid, markhastigheten som angis av markhastighetsdetektoren 16 ikke er for høy. I et slikt tilfelle må fortegnet for beregningsresultatet også tas i betraktning for f.eks. i en bremsesituasjon da forskjellen i hastighet også kan være av motsatt fortegn. På denne måte vil systemet øyeblikkelig merke om sluringen av bakhjulene blir for høy, og i så tilfelle vil systemet koble inn kraftoverføringen til forakselen som en ekstra hjelp. Data som gjelder traktorens virkelige hastighet angitt av markhastighetsdetektoren 16 er nødvendige for at den sentrale enhet 17 skal kunne fortelle om traktoren er i virksomhet, f.eks. på veien eller ute på marken. Hvis den virkelige hastighet f.eks. er høyere enn 15 km pr. time blir traktoren kjørt på veien, og i så tilfelle blir forhjulsdriften ikke koblet inn i det hele tatt.

Videre vil systemet koble inn kraftoverføringen til forakselen så snart bremsepedalen trykkes ned hvis forakselens hastighet samtidig er høyere enn 0 km pr. time. Bremsedetek-toren 20 forteller om nedtrykning av bremsepedalen 19 til den sentrale enhet 17. Ved hjelp av denne Innkobling blir bremsevirkningen forsterket fordi forhjulene normalt ikke har bremser, og når firehjulsdriften er koblet inn kan forhjulenes grep utnyttes ved hjelp av bremsene bak. Kraftoverføringen til forakselen kobles deretter ut når bremsepedalen 19 ikke lenger er trykket ned og den virkelige hastighet traktoren har, målt av markhastighetsdetektoren 16 er den samme som den hastighet som måles av hastighetsdetektoren 14 for bakakselen i en tilstrekkelig lang tid

(tidskonstant er programmert inn i den sentrale enhet 17)

eller når traktorens virkelige hastighet er for høy (mer enn 15 km i timen) eller når den hastighet som meddeles av hastighetsdetektoren 14 for bakakselen er 0 km i timen, og i dette tilfellet ville traktoren ha stanset eller bakhjulene er blitt låst under bremsing. Videre vil systemet koblet ut kraftoverføringen til forakselen når markhastigheten, dvs. den virkelige hastighet traktoren har, er lavere enn en på forhånd bestemt hastighet (15 km pr. time) under bremsing ved nedtrykking av bremsepedalen 19 når forhjulsdriften ikke er innkoblet.

Med innstilling av de tilstander som er angitt ovenfor oppnås det at kraftoverføringen til forakselen kobles ut så snart den virkelige hastighet, dvs. markhastigheten, for traktoren, og den teoretiske hastighet for bakakselen har vært det samme over en viss tid, dvs. i en situasjon der traktorens hjul ikke slurer og firehjulsdrift ikke er nødvendig. Ifølge innstillingen av tilstanden vil videre kraftoverføringen til forhjulene bli koblet ut hvis hastigheten på traktoren øker utover en tillatt grense. Det samme er tilfelle hvis traktoren stanser, eller om hastigheten under bremsing, er blitt lavere enn 15 km pr. time og firehjulsdriften ikke var innkoblet før bremsingen startet. Under de motsatte forhold vil naturligvis den automatiske styring koble inn firehjulsdriften når bremsepedalen 19 trykkes ned.

Videre vil kraftoverføringen til forakselen bli koblet ut hvis bremsepedalen 19 er trykket ned samtidig med at hastigheten som angis av hastighetsdetektoren 14 for bakakselen er 0 km pr. time og markhastigheten er høyere enn 0 km pr. time. Dette betyr at under bremsing er traktorens hjul låst, og styring av traktoren er umulig hvis firehjulsdriften var innkoblet. Dette merker systemet og kobler ut kraftoverføringen til forakselen så snart låsing finner sted. Vekslingsalgoritmen vil også øyeblikkelig merke når dekkene igjen griper, slik at kraftoverføringen til forakselen kobles inn på nytt. Denne egenskap er også i virksomhet når manuell styring er blitt stilt inn.

Kraftoverføringen til forakselen blir også koblet ut når den opprinnelig er koblet inn og når forskjellen i hastighet mellom den hastighet som måles av hastighetsdetektoren 15 på forakselen og den hastighet som meddeles av hastighetsdetektoren 14 for bakakselen er høyere enn 0 over en viss tid som er programmert inn i den sentrale enhet 17. Ved hjelp av denne omkobling er lamellkoblingen 12 til forakselen beskyttet mot å svikte siden den ganske fort blir skadet om sluring finner sted i denne kobling 12. Når koblingen av kraftoverføring til forhjulene frigjøres i dette tilfellet vil traktorens levetid øke. Systemet arbeider på samme måte både under bremsing og under akselerasjon. All styring gjenopprettes til det normale etter en viss forsinkelse som programmert inn i den sentrale enhet.

Ovenfor er oppfinnelsen blitt beskrevet under henvisning til et eksempel og til tegningen. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til den viste utførelse, men andre utførelser for oppfinnelsen kan oppvise endringer innenfor rammen av den oppfinneriske idé som er angitt i kravene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til automatisk inn- og utkobling av kraft-overføringen til en drivende foraksel på en traktor eller en tilsvarende arbeidsmaskin som er forsynt med et kraftover-føringssystem som innbefatter en motor (1), en drivende clutch (2), en girkasse (4), en hydraulisk pumpe (5) og en drivende bakaksel mekanisk operert ved hjelp av girkassen (4) og en overføring til forakselen for innkobling ved hjelp av en hydraulisk kobling (2), idet den hydrauliske koblingen innbefatter en hydraulisk operert clutch, som er koblet på/av ved hjelp av trykk tilført av den hydrauliske pumpen (5) ved mellomkobling av en solenoidventil (13), såvel som en sentralenhet (17) anordnet for å sammenligne målt data med data forprogrammert i sentralenheten (17) slik at når målt data er i et forutbestemt forhold med de forprogrammerte grenseverdiområdene til sentralenheten (17) er anordnet for å koble automatisk inn/ut overføringen til forakselen, karakterisert ved at bakakselens hastighet, forakselens hastighet, og den virkelige bevegelseshastigheten til traktoren eller lignende måles kontinuerlig og et bremseforløp avtastes, at de målte verdier og tidspunktet for bremsingen sammenlignes med verdier og arbeidsområder som er programmert på forhånd i den sentrale enheten (17), og at kraftoverføringen til forakselen kobles ut ved hjelp av flerplatekoblingen (12) av den mellomliggende solenoidventilen (13) dersom den virkelig bevegelseshastigheten og den målte bakakselens hastighet er lik i en forutbestemt tidsperiode så lenge det ikke samtidig foregår et bremse-forløp .

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at på grunnlag av de målte akselhastigheter beregnes prosentverdien for forskjellen mellom bakakselhastighet og forakselhastighet i forhold til den målte bakakselhastighet, at det beregnede forhold sammenlignes med et forprogrammert arbeidsområde og at den virkelige bevegelseshastighet sammenlignes med en forprogrammert hastighetsverdi, idet kraftoverføringen til forakselen kobles inn når det nevnte prosenttall overskrider den programmerte verdi for arbeidsområdet, mens den virkelige bevegelseshastighet samtidig er lavere enn den programmerte verdi for bevegelseshastigheten.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at kraftoverføringen til forakselen kobles inn når det nevnte prosenttall for akselhastigheter er høyere enn den forhåndsinnstilte verdi og når den virkelige bevegelseshastighet høyst er lik den forhåndsinnstilte verdi.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at kraftoverføringen til forakselen kobles inn under bremsing hvis den målte forakselhastighet er høyere enn 0 km pr. time.

5 . Fremgangsmåte som angitt i krav 1 til 3, karakterisert ved at kraftoverføringen til forakselen kobles ut hvis den virkelige bevegelseshastighet og den målte bakakselhastighet er like høye i en på forhånd bestemt tidsperiode hvis det ikke bremses samtidig.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at kraftoverføringen til forakselen kobles ut hvis den virkelige bevegelseshastighet er høyere enn en forhåndsinnstilt verdi.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 4, karakterisert ved at kraftoverføringen til forakselen kobles inn ved bremsing hvis den målte forakselhastighet er 0 km pr. time og markhastigheten er høyere enn 0 km pr. time.

8. Styresystem til automatisk inn- og utkobling av kraftover-føringen til en drivende foraksel på en traktor eller tilsvarende arbeidsmaskin som er forsynt med et kraftover-føringssystem innbefattende en motor (1), en drivende clutch (2), en girkasse (4), en hydraulisk pumpe (5), såvel som en drivende bakaksel som er mekanisk operert ved hjelp av girkassen (4) og en kraftoverføring til forakselen for innkobling ved hjelp av en hydraulisk kobling, og idet den hydrauliske koblingen innbefatter en hydraulisk operert clutch (12) som er koblet inn/ut ved hjelp av trykk tilført av den hydrauliske pumpen (5) ved en mellomliggende solenoidventil (13), og idet styresystemet omfatter en sentralenhet (17), fortrinnsvis av mikroprosessortypen, anordnet for å sammenligne målt data med data som er f orprogrammert i sentralenheten (17) slik at når de målte data står i et på forhånd bestemt forhold til de forprogrammerte grenseverdiområder er den sentrale enheten (17) innrettet til automatisk å koble kraftoverføringen til forakselen inn eller ut, karakterisert ved at det er anordnet anordninger (14, 15, 16) for konstant måling av den virkelige bakakselhastighet, forakselhastighet og bevegelseshastighet for traktoren eller arbeidsmaskinen såvel som en detektor-anordning (20) for observasjon av et bremseforløp, hvilke anordninger (14, 15, 16, 20) er innrettet til å føre signalene, svarende til de målte data, til den sentrale enhet (17) hvori grenseverdiområder er blitt programmert på forhånd for de målte størrelser, og at basert på målte akselhastigheter, er den sentrale enheten (17) innrettet til å beregne prosentforholdet for forskjellen mellom bakakselhastighet og forakselhastighet i forhold til den målte bakakselhastighet og til å sammenligne det beregnede forhold med en forprogrammert verdi eller arbeidsområde såvel som å sammenligne den virkelige bevegelseshastighet med en forprogrammert hastighetsverdi samt innrettet til å koble inn kraftoverføringen til forakselen når nevnte prosentforhold overskrider den programmerte verdi eller arbeidsområde mens den virkelige bevegelseshastighet, samtidig, er lavere enn den programmerte verdi for bevegelseshastigheten.

9. Styresystem som angitt i krav 8, karakterisert ved at styresystemet videre omfatter en betjeningsvender (18) ved hjelp av hvilken det automatiske styresystemet kan kobles ut eller om nødvendig bli forbikoblet.

10. Styresystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 8 til 9, karakterisert ved at anordningene (14, 15) til måling av akselhastigheten og omfatter hastig-hetsdetektorer og at anordningen (20) for påvisning av bremseforløpet omfatter en venderdetektor av av-på-typen, hvilke detektorer er innrettet til å føre signalene som svarer til de målte data til den sentrale enhet (17).