УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ НАКАТА И ТОРМОЖЕНИЕМ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ С БЕССТУПЕНЧАТОЙ ТРАНСМИССИЕЙ
STEPLESS TRANSMISSION MACHINE FREE RUNNING AND BRAKING CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к рабочим машинам, а более конкретно - к рабочим машинам, содержащим двигатель внутреннего сгорания, соединенный с бесступенчатой трансмиссией.
Уровень техники
Рабочая машина, такая как машина для строительных работ, машина для сельскохозяйственных работ или машина для лесохозяйственных работ, как правило, содержит первичный движитель в виде двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания может быть выполнен в виде либо двигателя с воспламенением от сжатия (т.е. дизельного двигателя), либо двигателя с искровым зажиганием (т.е. бензинового двигателя). В случае машин для тяжелых работ первичный движитель выполнен в виде дизельного двигателя, имеющего лучшие характеристики перегрузки, прерывистого движения и крутящего момента для соответствующих рабочих операций.
Двигатель внутреннего сгорания может быть соединен с бесступенчатой трансмиссией, что обеспечивает выходную скорость, непрерывно изменяемую от 0 до максимума бесступенчатым образом. Бесступенчатая трансмиссия, как правило, содержит гидростатические и механические элементы привода. Гидростатические элементы преобразуют мощность вращающегося вала в гидравлический поток и наоборот. Поток мощности через бесступенчатую трансмиссию может проходить только через гидростатические элементы, только через механические элементы или через комбинацию гидравлических и механических элементов, в зависимости от конструкции и выходной скорости.
Одним примером бесступенчатой трансмиссии для использования в рабочей машине является гидромеханическая трансмиссия, которая содержит гидравлический модуль, соединенный с планетарной зубчатой передачей. Другим примером бесступенчатой трансмиссией для использования в рабочей машине является гидростатическая трансмиссия, которая содержит гидравлический модуль, соединенный с зубчатой передачей.
Скорость замедления с помощью бесступенчатой трансмиссии может изменяться резче, чем у обычной трансмиссии с силовым переключением передач гидротрансформатором, когда педаль управления скоростью относительно земли полностью отпущена. Передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии, соответствующее отношению входной и выходной скоростей, увеличивается, когда педаль управления скоростью отпускается, и инерция транспортного средства осуществляет обратный привод двигателя и резко снижает скорость транспортного средства. Это заставляет транспортное средство быстро останавливаться и является нежелательным для оператора.
В данной области техники необходима рабочая машина с бесступенчатой трансмиссией, конфигурация и управление которой предусматривают снижение скорости или остановку без резкого и поэтому нежелательного замедления.
Раскрытие изобретения
Согласно одному варианту изобретение относится к рабочей машине, содержащей двигатель внутреннего сгорания, имеющий выход, и бесступенчатую трансмиссию, имеющую вход, соединенный с выходом двигателя внутреннего сгорания, и привод для обеспечения скорости относительно земли. Датчик требуемой скорости, соединенный с приводом для обеспечения скорости относительно земли, обеспечивает выходной сигнал, указывающий сниженную скорость относительно земли. По меньшей мере, одна электрическая цепь обработки данных выполнена с возможностью увеличения входного/выходного передаточного отношения бесступенчатой трансмиссии в зависимости от выходного сигнала датчика таким образом, что передача эффективного крутящего момента, подаваемого обратно с входа бесступенчатой трансмиссии на выход двигателя внутреннего сгорания, по существу, равна нулю.
Согласно другому варианту изобретение относится к способу эксплуатации рабочей машины, содержащей двигатель внутреннего сгорания, имеющий выход, соединенный с входом бесступенчатой трансмиссии. Способ включает этапы, на которых: перемещают привод для обеспечения скорости относительно земли в положение, соответствующее сниженной скорости рабочей машины относительно земли; определяют положение привода для обеспечения скорости относительно земли и обеспечивают выходной сигнал, указывающий сниженную скорость относительно земли; и увеличивают входное/выходное передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии в зависимости от определенного выходного сигнала таким образом, что передача эффективного крутящего момента, подаваемого обратно с входа бесступенчатой трансмиссии на выход двигателя внутреннего сгорания, по существу, равна нулю.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематичный вид варианта осуществления рабочей машины согласно настоящему изобретению; и
Фиг.2 представляет собой блок-схему последовательности операций варианта осуществления способа эксплуатации рабочей машины согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
Со ссылкой на фиг.1 показан схематичный вид варианта осуществления рабочей машины 10 согласно настоящему изобретению. Предполагается, что рабочая машина 10 может быть рабочей машиной для строительных работ, такой как фронтальный погрузчик (погрузчик фронтальной навески) от фирмы John Deere, или рабочей машиной другого типа, такой как машина для сельскохозяйственных, лесохозяйственных, горных или промышленных работ.
Рабочая машина 10 содержит двигатель 12 внутреннего сгорания, который соединен с бесступенчатой трансмиссией 14, обычно - непосредственно с маховиком и кожухом маховика двигателя 12 внутреннего сгорания или дистанционно - посредством ведущего вала, который соединяет выход двигателя внутреннего сгорания с входом бесступенчатой трансмиссии. Предполагается, что в иллюстрируемом варианте осуществления двигатель 12 внутреннего сгорания является дизельным двигателем, но он может быть также бензиновым двигателем, двигателем, работающим на пропане, и т.д. Двигатель 12 внутреннего сгорания имеет размеры и конфигурацию, соответствующие применению.
Бесступенчатая трансмиссия 14 может иметь обычную конструкцию и поэтому не описывается здесь подробно. Бесступенчатая трансмиссия 14 имеет выход, который соединен, по меньшей мере, с одним расположенным дальше в кинематической цепи элементом 18 зубчатой передачи привода, который, в свою очередь, соединен с множеством ведущих колес 24, одно из которых показано на фиг.1. Конечно, следует понимать, что в случае рабочего транспортного средства на гусеничном ходу элемент 18 зубчатой передачи привода может быть соединен с гусеницей, контактирующей с грунтом.
Бесступенчатая трансмиссия 14 также выдает выходную мощность на одну или более внешних нагрузок 22, которые, в свою очередь, обеспечивают дополнительную нагрузку на двигателе 12 внутреннего сгорания. Внешние нагрузки 22 обычно представлены в форме гидравлических нагрузок, таких как стрела фронтального погрузчика, ковш и средства, обеспечивающие функции гидравлического рулевого управления, функцию шнека для выгрузки зерна, а также электродвигатель пилы для валки деревьев и т.д. Двигатель 12 внутреннего сгорания также выдает мощность непосредственно на вспомогательные нагрузки 23, такие как охлаждающий вентилятор или охлаждающие вентиляторы, генератор переменного тока, воздушный компрессор или гидравлические насосы, которые обеспечивают мощность для блокировки функциональных средств. Таким образом, суммарная нагрузка, прикладываемая к двигателю 12 внутреннего сгорания, является функцией тяговых нагрузок, внешних гидравлических нагрузок и вспомогательных нагрузок.
Блок 24 управления двигателем осуществляет электронное управление работой двигателя 12 внутреннего сгорания и соединен с множеством датчиков и приводов (не показаны), связанных с работой двигателя 12 внутреннего сгорания. Например, блок 24 управления двигателем может быть соединен с датчиками, указывающими параметры управления двигателем, такие как расход воздуха внутри одного или более впускных коллекторов, скорость двигателя, положение коленчатого вала, расход и/или синхронизацию подачи топлива, скорость рециркуляции выхлопных газов, температуру хладагента, давление масла, положение лопастей турбонагнетателя и т.д. Кроме того, блок 24 управления двигателем может принимать выходные сигналы из блока 28 управления транспортным средством, отображающие параметры управления транспортным средством, вводимые оператором, например, такие как предписываемая скорость относительно земли, задаваемая с помощью исполнительного механизма отработки скорости относительно земли, или диапазон скорости, задаваемый с помощью рычага переключения диапазона скорости. Блок 24 управления двигателем вычисляет теоретическую полную мощность двигателя и выдает это значение в шину 30 локальной сети контроллеров. Блок 24 управления двигателем может быть соединен с множеством приводов, которые управляют количеством топлива, синхронизацией впрыска топлива, положением клапана рециркуляции выхлопных газов и т.д.
Аналогичным образом, блок 26 управления трансмиссией осуществляет электронное управление работой бесступенчатой трансмиссии 14 и соединен с множеством датчиков, связанных с работой бесступенчатой трансмиссии 14. Блок 24 управления двигателем и блок 26 управления трансмиссией соединены друг с другом посредством структуры шин, обеспечивающей двухсторонний поток данных, такой как шина 30 локальной сети контроллеров.
Блок 28 управления транспортным средством может принимать сигналы от внешних нагрузок 22 и вспомогательных нагрузок 23, отображающие значительные нагрузки. Такие сигналы могут отображать реальные нагрузки или обеспечивать вычисление внешних и вспомогательных нагрузок. Значения нагрузок можно выдавать в шину 30 локальной сети контроллеров.
Хотя различные электронные элементы, такие как блок 24 управления двигателем, блок 26 управления трансмиссией и блок 28 управления транспортным средством показаны соединенными друг с другом с помощью проводных соединений, следует также понимать, что для определенных применений можно использовать беспроводные соединения.
Привод 32 для обеспечения скорости относительно земли переводится оператором в положение, соответствующее требуемой скорости рабочей машины 10 относительно земли. В иллюстрируемом варианте осуществления предполагается, что привод 32 для обеспечения скорости относительно земли представляет собой ножную педаль, которая смещена в нейтральное положение, причем оператор оказывает нажим на эту педаль и удерживает ее в положении, соответствующем требуемой скорости относительно земли. Вместе с тем, следует понимать, что привод 32 для обеспечения скорости относительно земли может иметь и другую конфигурацию, такую как ножная педаль коромыслового типа, отрабатывающая функции и движения вперед, и обратного привода, или ручной рычаг.
Как указано выше, предполагается, что привод 32 для обеспечения скорости относительно земли представляет собой подвижный механический элемент в виде ножной педали. Положение ножной педали определяют посредством электроники с помощью датчика 34 требуемой скорости, а результат передается в блок 26 управления трансмиссией. Выходной сигнал, отображающий положение ножной педали, можно непосредственно преобразовывать в соответствующую требуемую скорость рабочей машины 10 относительно земли.
В альтернативном варианте, привод 32 для обеспечения скорости относительно земли может быть реальным механическим звеном, которое механически соединено с бесступенчатой трансмиссией 14 и/или другим элементом 18 зубчатой передачи привода. Кроме того, датчик 34 требуемой скорости может передавать непосредственно в блок 28 управления транспортным средством сигнал, отображающий положение привода 32 для обеспечения скорости относительно земли и - в свою очередь - требуемую скорость рабочей машины 10 относительно земли.
Тормозной привод 36 переводится оператором в положение, соответствующее требуемой степени торможения рабочей машины 10. В иллюстрируемом варианте осуществления предполагается, что тормозной привод 36 представляет собой ножную педаль, которая смещена в нейтральное положение, причем оператор оказывает нажим на эту педаль и удерживает ее в положении, соответствующем требуемой скорости замедления. Положение ножной педали определяют посредством электроники с помощью тормозного датчика 38, а результат передается в блок 2 6 управления трансмиссией (или - в альтернативном варианте - в блок 28 управления транспортным средством). Выходной сигнал, отображающий положение ножной педали, можно непосредственно преобразовывать в соответствующее прикладываемое давление рабочих тормозов 40.
Далее со ссылками на фиг.2, будет приведено более подробное описание варианта осуществления способа эксплуатации рабочей машины 10 согласно настоящему изобретению. В решающем блоке 50 делается запрос о том, перемещен ли привод 32 для обеспечения скорости относительно земли (например, ножная педаль). Если привод 32 для обеспечения скорости относительно земли не перемещен (линия 52), то наступает состояние ожидания. С другой стороны, если привод 32 для обеспечения скорости относительно земли перемещен (решающий блок 54), то определяют, следует ли увеличить или уменьшить требуемую скорость относительно земли. В случае если требуемую скорость относительно земли следует увеличить (блок 56), то просто осуществляют соответствующую регулировку входного/выходного передаточного отношения бесступенчатой трансмиссии 14.
И наоборот, если требуемую скорость относительно земли следует уменьшить (блок 58), то входное/выходное передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии 14 увеличивают до тех пор, пока передача эффективного крутящего момента, подаваемого обратно с входа бесступенчатой трансмиссии на выход двигателя внутреннего сгорания, не станет, по существу, равной нулю. С этой целью, блок 26 управления трансмиссией контролирует выходной крутящий момент, передаваемый с двигателя 12 внутреннего сгорания, посредством блока 24 управления двигателем, а также внешние и вспомогательные нагрузки посредством блока 28 управления транспортным средством. Величины, соответствующие требованиям к внешним и вспомогательным нагрузкам, вычитаются из полного выходного крутящего момента двигателя 12 внутреннего сгорания, чтобы определить эффективный крутящий момент для бесступенчатой трансмиссии 14. Блок 26 управления трансмиссией соответственно регулирует входное/выходное передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии 14 для поддержания передачи эффективного крутящего момента с двигателя 12 внутреннего сгорания на бесступенчатую трансмиссию 14, по существу, равной нулю. Это позволяет рабочей машине 10 двигаться накатом без резкого снижения скорости, и это может оказаться более желательным для оператора. Сразу же по достижении требуемой скорости относительно земли, регулируют входное/выходное передаточное отношение бесступенчатой трансмиссии 14, обеспечивая безусловную передачу эффективного крутящего момента с двигателя 12 внутреннего сгорания на бесступенчатую трансмиссию 14 для поддержания скорости движения относительно земли.
По выбору, между решающим блоком 54 и блоком 58 возможна выдача запроса о том, следует ли перейти в режим движения накатом, описываемый в блоке 58, или следует просто снизить скорость относительно земли, не переходя в режим движения накатом. Иными словами, перейти в режим движения накатом можно лишь в случае, если требуемое падение скорости относительно земли превышает заданное пороговое падение требуемой скорости относительно земли (например, падение, выражаемое в процентах или абсолютным значением). Например, предположим, что рабочая машина 10 представляет собой комбайн, а оператор убирает урожай соевых бобов. Ближе к вечеру стебли обычно становятся жестче, и может понадобиться немного снизить скорость относительно земли во избежание засорения ножей на режущем брусе. Если комбайн снижает скорость, например, с 8,34 до 7,97 км/ч (с 4,5 до 4,3 миль в час) для обеспечения соответствия условиям движения, то маловероятно, что потребуется переход в режим движения накатом при заданном малом падении скорости относительно земли. В этом случае управление может перейти от решающего блока, предусматриваемого по выбору между решающим блоком 54 и блоком 58, непосредственно к блоку 56 для регулировки входного/выходного передаточного отношения для осуществления снижения скорости относительно земли.
В решающем блоке 60 делается запрос о том, оказан ли нажим на тормозной привод 36 (например, на тормозную педаль). Если нет, то управление возвращается обратно на вход в решающий блок 40 (линия 62). Если нажим на тормозной привод 36 оказан, то происходит дальнейшее увеличение входного/выходного передаточного отношения бесступенчатой трансмиссии 14 таким образом, что происходит обратный привод двигателя 12 внутреннего сгорания (с возрастанием рабочей скорости (об/мин) двигателя), а это приводит к торможению рабочей машины 10 двигателем (блок 64). Торможение двигателем предотвращает выработку тепла и продлевает срок службы рабочих тормозов (40). Скорость двигателя можно увеличивать до максимальной заданной скорости двигателя, когда на тормозную педаль оказывают дальнейший нажим для достижения дополнительного торможения двигателем.
В решающем блоке 66 делается запрос о том, оказан ли оператором дополнительный нажим на тормозной привод 36 до некоторого момента после прохождения максимальной скорости двигателя для торможения двигателем. Если нет, то управление возвращается обратно на вход в решающий блок 50 (линия 68). Если дополнительный нажим на тормозной привод 36 оказан, то срабатывают рабочие тормоза (блок 70).
Для торможения двигателем, описываемого в блоке 64, и приведения в действие рабочих тормозов, описываемого в блоке 70, можно также использовать пороговую зависимость, аналогичную пороговой зависимости, описанной выше применительно к режиму движения накатом.
Вышеупомянутая логическая последовательность управления повторяется, пока двигатель 12 внутреннего сгорания находится во включенном состоянии (решающий блок 72 и линия 74), и завершается, когда двигатель 12 внутреннего сгорания выключается (блок 76).
После описания предпочтительного варианта осуществления становится ясно, что могут быть выполнены различные изменения, не выходящие за рамки объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.