專利名稱：具有扭矩限制控制的無級變速器的作業(yè)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作業(yè)機(jī)械，并且更具體地說涉及一種包括有與無級變速器(IVT) 連接的內(nèi)燃機(jī)的作業(yè)機(jī)械。
背景技術(shù)：
諸如建筑作業(yè)機(jī)械、農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械或者林業(yè)作業(yè)機(jī)械的作業(yè)機(jī)械，典型地包 括內(nèi)燃(IC)發(fā)動機(jī)形式的牽引車。所述內(nèi)燃機(jī)可以是壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)(即柴油 發(fā)動機(jī))或者火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)(即汽油發(fā)動機(jī))。對于大多數(shù)重型作業(yè)機(jī)械來說， 其牽引車為具有適用于相關(guān)作業(yè)操作的更好過載、下拉和扭矩特性的柴油機(jī)形式。
載荷沖擊后瞬態(tài)內(nèi)燃機(jī)的階躍載荷響應(yīng)是一最受發(fā)動機(jī)排量、發(fā)動機(jī)硬件(例 如，它是否有標(biāo)準(zhǔn)渦輪增壓器、具有排廢門或變幾何渦輪增壓器，等等)，及用于 驅(qū)動與排放法規(guī)(例如可見煙、氮氧化物(NOx)等)、噪音或振動的要求相關(guān)的 空氣和燃料驅(qū)動器(例如廢氣再循環(huán)、具有可變幾何渦輪的渦輪增壓器(VGT)、 燃料噴嘴形狀等)的軟件策略影響的特性。載荷沖擊可能是由動力傳動系統(tǒng)載荷 (例如作業(yè)機(jī)械后面拖帶的工具)或外載荷(例如諸如前端裝載機(jī)或反伊附件的 輔液壓載荷等)的結(jié)果。
發(fā)動機(jī)系統(tǒng)作為一整體在瞬載應(yīng)用過程中反應(yīng)為線性方式。最初，所述載荷 被施加于所述內(nèi)燃機(jī)的傳動軸。當(dāng)載荷增大時所述內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。所述內(nèi)燃 機(jī)的轉(zhuǎn)速下降受所述調(diào)節(jié)器是否同步或具有一速度降的影響。通過改變所述空氣 促動器增加氣流以提供額外的空氣給內(nèi)燃機(jī)。為獲得新的氣流調(diào)整點(diǎn)，時延是必 需的。幾乎瞬時的燃油噴射量相對于煙限量和最大允許燃油量增加。然后發(fā)動機(jī) 恢復(fù)至發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整點(diǎn)。載荷沖擊之后，與內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)階躍載荷響應(yīng)相關(guān)的參 數(shù)是速度降和恢復(fù)至發(fā)動機(jī)調(diào)整點(diǎn)的時間。
一內(nèi)燃機(jī)可與一無級變速器(IVT)連接，所述無級變速器以無級形式提供速 度從0至最大的連續(xù)可變的輸出。 一個IVT典型地包括流體靜壓和機(jī)械傳動組件。 所述流體靜壓組件將旋轉(zhuǎn)軸動力轉(zhuǎn)換為水壓流，反之亦然。流動通過IVT的動力 可以只通過液體靜壓組件、只通過機(jī)械組件或通過根據(jù)設(shè)計(jì)和輸出速度的二者的三口 D o
一種用于作業(yè)機(jī)械的IVT實(shí)例為液壓機(jī)械變速器，其包括與一行星齒輪組連 接的一液壓組件。另外一種用于作業(yè)機(jī)械的IVT實(shí)例為流體靜壓變速器，其包含 與一齒輪組連接的一液壓組件。
當(dāng)IVT比率改變以與載荷狀況相匹配時，包括IVT的作業(yè)機(jī)械容易造成牽引 控制失靈和車輪偏移。當(dāng)發(fā)動機(jī)在負(fù)載下轉(zhuǎn)速下降時，所述IVT控制器探測發(fā)動 機(jī)轉(zhuǎn)速并且加深所述IVT比率。當(dāng)處于低地速時，作業(yè)機(jī)械所需的動力值為發(fā)動 機(jī)能夠產(chǎn)生的低百分率，因此當(dāng)發(fā)動機(jī)的輸出扭矩增大時，發(fā)動機(jī)可能無法加載 減速。則當(dāng)車輪的扭矩增大時，操作員將無法得知。在這種情況下，由于注意不 到，驅(qū)動車輪可能失去牽引力并且旋出。這對于可靠的操作是不期望的。
現(xiàn)有技術(shù)所需要的是一種配置有IVT的作業(yè)機(jī)械，其在低地速狀況時不易失 去牽引力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面涉及一種作業(yè)機(jī)械，包括一具有一輸出的內(nèi)燃機(jī)和一與所述內(nèi) 燃機(jī)輸出連接的無級變速器(IVT)。所述IVT包括一液壓組件和一機(jī)械傳動組件。 一壓力傳感器與所述液壓組件相關(guān)聯(lián)并提供一表示所述液壓組件內(nèi)的一液壓的輸 出信號。至少一個電氣處理電路被配置以用于根據(jù)來自所述壓力傳感器的所述輸 出信號控制所述內(nèi)燃機(jī)輸出。
本發(fā)明的另一方面涉及一種操作一作業(yè)機(jī)械的方法，所述作業(yè)機(jī)械包括一具 有一輸出的內(nèi)燃機(jī)和一與所述內(nèi)燃機(jī)輸出連接的IVT，所述IVT包括一液壓組件和 一機(jī)械傳動組件。所述方法包括的步驟為設(shè)定與所述IVT相關(guān)聯(lián)的扭矩限值； 檢測所述液壓組件內(nèi)的一液壓；及根據(jù)所述檢測的液壓及所述扭矩限值控制所述
內(nèi)燃機(jī)的一輸出。


圖1是本發(fā)明作業(yè)機(jī)械的實(shí)施例的示意圖2是本發(fā)明作業(yè)機(jī)械的操作方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方案
現(xiàn)在參考圖1，表明本發(fā)明的一實(shí)施例的作業(yè)機(jī)械10的示意圖。作業(yè)機(jī)械10 可能是平路機(jī)，或諸如約翰迪爾(John Deere)前端裝載機(jī)的建筑作業(yè)機(jī)械，或是諸如農(nóng)業(yè)、林業(yè)、礦業(yè)，或者工業(yè)作業(yè)機(jī)械的不同類型的作業(yè)機(jī)械。
作業(yè)機(jī)械10包括一內(nèi)燃機(jī)12，其典型地通過來自內(nèi)燃機(jī)12的輸出機(jī)軸16 與一IVT14連接。內(nèi)燃機(jī)12在示例實(shí)施例中假定為柴油發(fā)動機(jī)，但是也可以是汽 油發(fā)動機(jī)、丙垸發(fā)動機(jī)等等。內(nèi)燃機(jī)12根據(jù)應(yīng)用來確定尺寸和配置。
IVT14通常包括液壓組件18和機(jī)械傳動組件20。 IVT14假定為實(shí)施例中表明 的液壓機(jī)械變速器，但是也可以是流體靜壓變速器，或者其他類型的IVT。 IVT14 可以是常規(guī)設(shè)計(jì)，因而在這里不具體描述。IVT14具有一與至少一個其它下游的傳 動組件22連接的輸出，而所述傳動組件22與多個驅(qū)動輪24連接，其中之一如圖 1所示。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，在履帶式作業(yè)車輛情形中，傳動組件22可以與地面接 合履帶連接。
IVT14也提供輸出功率給一個或多個外載荷26，所述外載荷26又因而提供內(nèi) 燃機(jī)12額外載荷。外載荷26通常是液壓載荷，諸如前端裝載機(jī)、反鏟臂、卸糧 螺旋推運(yùn)器、伐樹鋸馬達(dá)等等。因而置于內(nèi)燃機(jī)12上的總載荷是牽引載荷和外部 液壓載荷兩者的函數(shù)。
電氣處理電路28被配置成一個或多個控制器。實(shí)施例中表明，控制器28包 括電氣控制內(nèi)燃機(jī)12的運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)控制單元(ECU) 30，并且與內(nèi)燃機(jī)12的 操作相關(guān)聯(lián)的多個傳感器(沒有具體示出)連接。例如，ECU30可以與指示諸如 一個或多個進(jìn)氣歧管的氣流速率、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、加料速率和/或時間、排放氣再循 環(huán)(EGR)速率、渦輪增壓器葉片位置等發(fā)動機(jī)控制參數(shù)的傳感器連接。另外， ECU30可接收來自車輛控制單元(VCU) 32的輸出信號，所述輸出信號表示操 作員輸入的車輛控制參數(shù)，諸如作業(yè)機(jī)械10的指令地速(通過節(jié)流閥和/或水壓調(diào) 節(jié)器桿的位置指示)或指令方向(通過轉(zhuǎn)向輪的角定向指示)。
同樣地，變速器控制單元(TCU)34電氣控制IVT14的操作，并且連接與IVT14 的操作相關(guān)聯(lián)的多個傳感器。ECU30和TCU34通過提供雙向數(shù)據(jù)流的諸如控制 器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線36的總線結(jié)構(gòu)連接在一起。
壓力傳感器38被置于與液壓組件18的通信中，優(yōu)選與靠近所述固定的流體 靜壓單元的壓力環(huán)的通信。壓力傳感器38提供一表示液壓組件18內(nèi)的液壓的輸 出信號至TCU34。壓力傳感器38可以是常規(guī)設(shè)計(jì)，并且根據(jù)具體應(yīng)用選擇。
一扭矩控制輸入裝置40允許操作員調(diào)整來自IVT14的所述扭矩，其至少部分通過控制來自內(nèi)燃機(jī)12的所述輸出扭矩來控制。實(shí)施例中所示，扭矩控制輸入裝
置40被配置成一設(shè)置在操作員站的可旋轉(zhuǎn)的扭矩控制刻度盤40。所述扭矩控制 刻度盤40可以具有分布在一最小扭矩控制設(shè)定與一最大扭矩控制設(shè)定之間范圍內(nèi) 的可見刻度線、數(shù)值、鋸齒狀突起等?？蛇x擇地，扭矩控制刻度盤40可被配置成 一電子觸摸屏，或任何數(shù)字的其它配置。
雖然所示的諸如ECU30、 TCU32和VCU34的不同電子元件使用有線連接相 連接，但是還應(yīng)該理解，無線連接也可以適用于一些應(yīng)用。為了簡潔，圖1中組 件的內(nèi)部電子和流體連接沒有表明。
現(xiàn)在參照圖2，將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明實(shí)施例的作業(yè)機(jī)械10的操作方法。 圖2中表明的流程圖容納了幾乎所有的操作狀態(tài)，除內(nèi)燃機(jī)12在空閑或接近于空 閑狀態(tài)下操作，在這種狀態(tài)下內(nèi)燃機(jī)12的輸出沒有限制。
首先，使用扭矩控制刻度盤40設(shè)定IVT14輸出的扭矩限值(方塊50)。所述 控制刻度盤設(shè)定對應(yīng)于一來自IVT14的期望的輸出扭矩。在一定地面情形下，較 少的主動性設(shè)定防止車輪偏移，而較多的主動性設(shè)定增加所述最大的期望扭矩。 如果為液壓機(jī)械傳動變速器，旋動旋鈕至較少的主動性設(shè)置，實(shí)際限制與所述行 星太陽齒輪直接相連的所述固定的靜壓單元內(nèi)的壓力。
在操作中，使用壓力傳感器38檢測液壓組件18內(nèi)的液壓(方塊52)。來自 壓力傳感器38的一輸出信號被輸出至TCU34，其依次輸出一信號至ECU30。 ECU30根據(jù)所述檢測的壓力和所述設(shè)定的扭矩限值控制內(nèi)燃機(jī)12的輸出(方塊 54)。壓力傳感器38非常精確并且響應(yīng)靈敏，因而能夠更精確更及時地控制IVT14 的輸出軸的限制扭矩。當(dāng)所述檢測的壓力達(dá)到所述計(jì)算的期望的扭矩限值時，內(nèi) 燃機(jī)12的加料速率降低，依次使至IVT14的輸入扭矩量減少，因而限制了來自 IVT14的所述輸出扭矩。
本發(fā)明的操作方法也可以包括操作過程中的瞬載(判定塊56)。如果檢測到諸 如外部液壓載荷的瞬載，則會作出內(nèi)燃機(jī)12是否處于最大輸出扭矩的查詢(判定 塊58)。如果內(nèi)燃機(jī)12已經(jīng)在給定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的最大扭矩進(jìn)行操作，那么內(nèi)燃機(jī) 12的輸出扭矩不可能再進(jìn)一步增大，因此替代地來自IVT14的所述輸入/輸出(1/0) 比率增大(方塊60)。在另一方面，如果內(nèi)燃機(jī)12沒有在給定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的最大 扭矩操作，則內(nèi)燃機(jī)12的所述扭矩輸出將增加以匹配所述瞬載(方塊62)。如果沒有檢測到瞬載，或瞬載通過(線段64)，那么這種方法將一直持續(xù)直至 內(nèi)燃機(jī)12停止運(yùn)行(判定塊66)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)12持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制環(huán)返回至判定塊 50，在那里一新的或所述舊的扭矩限值被設(shè)定。
應(yīng)用如上描述的本發(fā)明的方法，基于來自壓力傳感器38的讀數(shù)限制內(nèi)燃機(jī)12 的輸入扭矩，是一種非常精確地控制來自IVT14最大輸出扭矩的方法，從而控制 牽引力以符合當(dāng)前條件和最佳化性能下操作員的需要。
以優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離所附 權(quán)利要求限制的本發(fā)明范圍內(nèi)可進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1、一種作業(yè)機(jī)械，包括一具有一輸出的內(nèi)燃機(jī)；一與所述的內(nèi)燃機(jī)輸出連接的無級變速器，所述無級變速器包括一液壓組件和一機(jī)械傳動組件；一壓力傳感器，其與所述的液壓組件相關(guān)聯(lián)并提供一表示所述液壓組件內(nèi)一液壓的輸出信號；及至少一個電氣處理電路，其被配置以用于根據(jù)來自所述壓力傳感器的所述輸出信號控制所述內(nèi)燃機(jī)的輸出。
2、 如權(quán)利要求1所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于還包括一扭矩控制輸入裝置， 其與所述的至少一個電氣處理電路通信并提供一輸出信號至所述的至少一個電氣 處理電路，所述至少一個電氣處理電路被配置以用于根據(jù)每一來自所述壓力傳感 器的所述輸出信號和來自所述扭矩控制輸入裝置的所述輸出信號控制所述內(nèi)燃機(jī) 的輸出。
3、 如權(quán)利要求2所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述扭矩控制輸入裝置包括 一操作員可調(diào)節(jié)的扭矩控制刻度盤。
4、 如權(quán)利要求3所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述扭矩控制刻度盤包括一 最小扭矩控制設(shè)定和一最大扭矩控制設(shè)定。
5、 如權(quán)利要求1所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述至少一個電氣處理電路包括一與所述內(nèi)燃機(jī)相關(guān)聯(lián)的發(fā)動機(jī)控制單元和一與所述無級變速器相關(guān)聯(lián)的變 速器控制單元中的至少一個。
6、 如權(quán)利要求5所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述變速器控制單元接收來 自所述壓力傳感器的所述輸出信號，所述變速器控制單元與所述發(fā)動機(jī)控制單元 通信，并且所述發(fā)動機(jī)控制單元控制所述內(nèi)燃機(jī)的輸出。
7、 如權(quán)利要求1所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述至少一個電氣處理電路 通過控制所述內(nèi)燃機(jī)的加料速率控制所述內(nèi)燃機(jī)的輸出。
8、 如權(quán)利要求7所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述內(nèi)燃機(jī)輸出包括一機(jī)軸， 所述液壓組件與所述機(jī)軸連接。
9、 如權(quán)利要求1所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述無級變速器包括一液壓 機(jī)械變速器和一流體靜壓變速器中的一個。
10、 如權(quán)利要求1所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述最大允許載荷與所述 內(nèi)燃機(jī)一給定操作速度下的一最大扭矩相關(guān)聯(lián)。
11、 如權(quán)利要求1所述的作業(yè)機(jī)械，其特征在于所述作業(yè)機(jī)械包括一建筑 作業(yè)機(jī)械、 一農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械和一林業(yè)作業(yè)機(jī)械中的一個。
12、 一種操作一作業(yè)機(jī)械的方法，所述作業(yè)機(jī)械包括具有一輸出的內(nèi)燃機(jī)和 一與該內(nèi)燃機(jī)輸出連接的無級變速器，所述無級變速器包括一液壓組件和一機(jī)械 傳動組件的作業(yè)機(jī)械的方法，所述方法包括以下步驟設(shè)定一與所述無級變速器相關(guān)聯(lián)的扭矩限值； 檢測所述液壓組件內(nèi)的一液壓；及根據(jù)所述檢測的液壓和所述扭矩限值控制所述內(nèi)燃機(jī)的輸出；
13、 如權(quán)利要求12所述的操作一作業(yè)機(jī)械的方法，其特征在于使用一操作 員可調(diào)節(jié)的扭矩控制刻度盤設(shè)定所述扭矩限值。
14、 如權(quán)利要求12所述的操作一作業(yè)機(jī)械的方法，其特征在于使用一壓力 傳感器檢測所述液壓，所述壓力傳感器與所述液壓組件相關(guān)聯(lián)并提供一表示所述 液壓組件內(nèi)的所述液壓的輸出信號。
15、 如權(quán)利要求12所述的操作一作業(yè)機(jī)械的方法，其特征在于使用一與所 述內(nèi)燃機(jī)相關(guān)聯(lián)的發(fā)動機(jī)控制單元和一與所述無級變速器相關(guān)聯(lián)的變速器控制單 元中的至少一個實(shí)施所述控制步驟。
全文摘要
具有扭矩限制控制的無級變速器的作業(yè)機(jī)械，包括具有一輸出的內(nèi)燃機(jī)和連接內(nèi)燃機(jī)輸出的無級變速器(IVT)。所述IVT包括一液壓組件和一機(jī)械傳動組件。一壓力傳感器與所述液壓組件相關(guān)聯(lián)并提供一表示所述液壓組件內(nèi)的一液壓的輸出信號。至少一個電氣處理電路被配置以用于根據(jù)來自所述壓力傳感器的所述輸出信號控制所述內(nèi)燃機(jī)的輸出。
文檔編號E02F9/20GK101424085SQ200810172070
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者亞歷克·本杰明·漢崔克斯 申請人:迪爾公司