動力換擋變速器的自動效率模式的製作方法
2023-09-22 05:16:05
本申請總體涉及變速器，更具體地涉及動力換擋變速器的自動效率模式。
背景技術：
各種類型的農用車輛(例如，拖拉機、撒布車、噴灑車等)可用於犁田、耕地、播種或者完成其它類似的農業操作。典型的農用車輛包括構造成給車輛提供動力的發動機和構造成以期望的傳動比將發動機的動力傳遞給轉動車輪的變速器。
一些農用車輛包括控制器，控制器基於最低可能發動機轉速是最有利於發動機燃料經濟性的假定來控制發動機和/或變速器。也就是說，一些控制器並不計算是變速器的更高擋位還是變速器的更低擋位可以產生總體更好的燃料經濟性。
技術實現要素：
在一個實施例中，提供了一種系統，系統包括農用車輛，農用車輛包括發動機、由發動機驅動的具有多個傳動比的變速器、和控制器。控制器構造成接收由操作者輸入的要求車輪轉速，計算出期望的發動機轉速，如果當前發動機轉速大於期望的發動機轉速且如果升擋將使當前發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則指令升擋，並且如果當前發動機轉速小於期望的發動機轉速且如果降擋將使當前發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則指令降擋。
在一個實施例中，提供了存儲計算機指令的有形非暫時性計算機可讀介質，當由處理器執行時，計算機指令：接收由操作者輸入的要求車輪轉速，計算出期望的發動機轉速，如果當前發動機轉速大於期望的發動機轉速且如果升擋將使當前發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則指令升擋，並且如果當前發動機轉速小於期望的發動機轉速且如果降擋將使當前發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則指令降擋。
在第三實施例中，提供了操作農用車輛的方法，方法包括在處理器處接收由操作者輸入的要求車輪轉速，如果當前發動機轉速大於期望的發動機轉速且如果升擋將使當前發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則指令升擋，並且如果當前發動機轉速小於期望的發動機轉速且如果降擋將使當前發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則指令降擋。
附圖說明
當參照附圖閱讀以下詳細說明時，將更好地理解本發明的這些及其它的特徵、方面和優點，在附圖中相同的符號表示相同的部分，其中：
圖1是農用車輛實施例的示意性側視圖；
圖2示出了可用於控制圖1農用車輛的控制系統實施例的框圖；
圖3示出了可以被圖2的控制系統用來確定最小制動燃油消耗率的BSFC圖；
圖4示出了顯示發動機功率與發動機轉速之間關係的功率—轉速曲線，曲線可以基於圖3的BSFC圖生成；和
圖5是操作圖2的控制系統來選擇擋位以調節農用車輛發動機轉速的方法實施例的框圖。
具體實施方式
本文所公開的實施例涉及包括農用車輛控制器的系統，該控制器構造成達到並維持由駕駛員輸入的要求車輪轉速。控制器採用自動效率模式(AEM)控制器來執行本文所描述的技術。控制器可通過管理功率消耗來減少發動機停轉的發生。當利用功率—發動機轉速曲線時，控制器可構造成使發動機轉速基本匹配所要求的車輪轉速。控制器可調節發動機轉速和變速器擋位，以維持所要求的車輪轉速並且在給定功率下將燃料消耗減到最少。控制器還可從其它部件(例如，制動器控制器等)接收信號。
在一些實施例中，控制器系統(例如，經由轉速控制杆)接收駕駛員的輸入。控制器系統可計算出對應的變速器輸出和對應的可接受發動機轉速範圍。控制器系統可以確定如果期望的發動機轉速大於最大發動機轉速，則升擋並且收油門(例如，減小發動機轉速)，直到發動機轉速小於最大發動機轉速。如果期望的發動機轉速小於最小發動機轉速，則控制器系統降擋並且加油門(例如，增大發動機轉速)，直到期望的發動機轉速大於最小發動機轉速。控制器系統可控制發動機轉速調節器，以通過調節噴射的燃料量來調節當前發動機轉速以達到期望的發動機轉速。
控制器系統可使用制動燃油消耗率(BSFC)子系統來基於發動機的最佳BSFC曲線選擇期望的發動機轉速。在一些實施例中，沒有擋位能夠使發動機轉速落在最佳BSFC曲線上。在這種情況下，控制器系統可使用本文所描述的技術來使發動機轉速儘可能靠近最佳BSFC曲線上的期望發動機轉速。
控制器系統首先估算轉矩值(例如，在升擋之後利用傳動比估算)。然後，將估算出的轉矩值乘以實際的發動機轉速來計算出功率需求(例如，達到要求車輪轉速所需的功率)。功率需求可在達到要求車輪轉速(例如，處於穩定狀態)之後確定。控制器系統使用BSFC子系統來確定最佳的或者期望的發動機轉速(例如，期望的發動機轉速或者對於給定的發動機功率而言BSFC值最低時的發動機轉速)。BSFC子系統可使用BSFC查找表來確定期望的發動機轉速。BSFC曲線和/或查找表可以是因發動機而異的(例如，基於發動機性能)，並且可預先確定和/或保存在控制器系統內部的存儲器中或者控制器系統能訪問的存儲器中。
如果當前發動機轉速大於期望的發動機轉速且如果升擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則控制器系統可指令升擋。如果當前發動機轉速小於期望的發動機轉速且如果降擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則控制器系統可指令降擋。在一些實施例中，如果當前發動機轉速大於期望的發動機轉速、如果升擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速、和/或如果沒有達到最大擋位指數(例如，有更高的擋位可用)，則控制器系統可指令升擋。如上所述，控制器系統可通過控制發動機轉速調節器來控制發動機轉速。發動機轉速調節器可通過調節噴射的燃料量來調節當前發動機轉速以達到期望的發動機轉速。
在一些實施例中，如果當前發動機轉速小於期望的發動機轉速、如果降擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速、和/或如果沒有達到最小擋位指數(例如，有更低的擋位可用)，則控制器系統可指令降擋。
控制器系統可包括多種保護子系統。例如，控制器系統可包括最大擋位指數，以在發動機處於高負載狀態下時避免發動機停轉(例如，升擋保護)。控制器系統還可包括在功率(例如，功率需求)超過最大可用發動機功率的情況下降擋以減少停轉發生的機構(例如，降擋保護)。控制器系統可包括功率保護子系統。例如，如果當前車輪轉速低於要求車輪轉速，則功率保護子系統可估算出在發生升擋的情況下的假定功率值，並且如果假定功率值高於最大可用發動機功率，則不會發生升擋。如本文所使用的，最大可用發動機功率、最大發動機轉速和最小發動機轉速是發動機的性能和/或是發動機的已知或者預定的特徵。
考慮到前述事項，圖1是具有AEM控制器的越野車輛10的實施例的透視圖。在示出的實施例中，車輛10是農用拖拉機。然而，包括聯合收割機、卡車等的任何合適的越野車輛可利用公開實施例的方面。在示出的實施例中，車輛10包括車身12和駕駛室14，操作員可以坐在駕駛室中來操作車輛10。車身12可容納內燃發動機、變速器和用於驅動一個或多個車輪16的動力傳動系。應當理解，在一些車輛中，車輪16可替換為履帶或者其它驅動系統。如以下更詳細地論述的，農用車輛10可包括控制系統30。如以下詳細地論述的，控制系統30可構造成部分地基於制動燃油消耗率來進行換擋並且將發動機轉速調節成期望的發動機轉速。
圖2示出了可用於控制圖1的農用車輛10的控制系統30的實施例的框圖。控制系統30包括控制器系統31，控制器系統包括發動機控制器34、拖拉機控制器36和變速器控制器38。如將理解的，控制器34、36和38可各自包括一個或多個處理器、內存裝置和/或外部存儲裝置。此外，控制器34、36和38可通信地相互聯接。在該構造中，控制器34、36和38協同工作以控制發動機42和變速器44的操作。發動機控制器34構造成控制發動機42，並且變速器控制器38構造成控制變速器44。發動機42可以是構造成向變速器系統44傳遞轉矩的任何合適的裝置。變速器控制器38可如下地指令變速器換擋(例如，升擋或者降擋)。在一些實施例中，變速器44是有級變速器，其包括多個不連續的擋位(例如，相比於無級變速器)。變速器的每個擋位具有關聯的擋位指數並且在被選擇時建立不同的傳動比。增大擋位指數則減小傳動比，並且降低擋位指數則增大傳動比。如所示的，控制系統30包括用戶界面48。
在示出的實施例中，發動機控制器34可從傳感器接收信號，傳感器構造成輸出表示發動機52的狀態(例如，轉速)的數據。在一些實施例中，發動機控制器34可控制發動機42以使發動機維持恆定的發動機轉速。農用車輛的控制器36可通信地聯接至發動機控制器34和變速器控制器38。在示出的實施例中，農用車輛的控制器36包括存儲器50和處理器52。存儲器50可以是用於存儲數據和可執行指令的任何非暫時性機器可讀介質，例如，隨機存取存儲器、只讀存儲器、可重寫閃速存儲器、硬碟驅動器、光碟等。處理器52可執行儲存在存儲器50上的指令。例如，存儲器50可包含機器可讀的代碼(例如指令)，代碼可由處理器52執行。在一些實施例中，例如，農用車輛控制器36的存儲器50和處理器52可指令發動機控制器34和/或變速器控制器38在變速器44的擋位之間進行自動地換擋(例如，由處理器/存儲器控制地)，以改善制動燃油消耗率。
在示出的實施例中，可由用戶(例如，經由轉速控制杆、用戶界面48或者其它輸入裝置)來設定所要求的車輪轉速。用戶界面48可使操作者能夠選擇發動機轉速，和/或調節與發動機/變速器系統的操作有關的各種參數。AEM模式(例如，由控制器系統31執行的)可構造成確定對應的變速器輸出和對應的期望發動機轉速。例如，對應的變速器輸出可以基於所要求的車輪轉速、傳動比和輪胎半徑來確定。對應的期望發動機轉速可以基於對應的變速器輸出、擋位指數和當前傳動比來確定。
控制器系統31首先估算轉矩值(例如，在升擋之後利用傳動比估算)。然後，將估算出的轉矩值乘以實際的發動機轉速來計算出功率需求(例如，達到要求車輪轉速所需的功率)。功率需求可在達到要求車輪轉速(例如，處於穩定狀態)之後確定。控制器系統31使用BSFC子系統來確定最佳的發動機轉速(例如，期望的發動機轉速或者對於給定的功率需求而言BSFC的值最低時的發動機轉速)。BSFC子系統可使用BSFC查找表來確定期望的發動機轉速。BSFC曲線和/或查找表可以是因發動機而異的(例如，基於發動機性能)，並且可預先確定和/或保存在控制器系統31內部的或者控制器系統31能訪問的存儲器中。
控制器系統31可通過控制發動機轉速調節器40來控制發動機轉速。發動機轉速調節器40可調節發動機轉速以達到所期望的車輪轉速，包括在升擋或者降擋之後調節發動機轉速。例如，發動機轉速調節器40可通過調節噴射的燃料量來調節當前發動機轉速，以達到和/或維持接近於所期望的車輪轉速的車輪轉速。
如果當前發動機轉速大於期望的發動機轉速且如果升擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則控制器系統31可指令升擋。如果當前發動機轉速小於期望的發動機轉速且如果降擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速，則控制器系統31可指令降擋。在一些實施例中，如果當前發動機轉速大於期望的發動機轉速、如果升擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速、和/或如果沒有達到最大擋位指數(例如，有更高的擋位可用)，則控制器系統31可指令升擋。
在一些實施例中，如果當前發動機轉速小於期望的發動機轉速、如果降擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速、和/或如果沒有達到最小擋位指數(例如，有更低的擋位可用)，則控制器系統31可指令降擋。
控制器系統31可包括多種保護子系統。例如，控制器系統31可包括最大擋位指數，以在發動機處於高負載狀態下時避免發動機停轉(例如，升擋保護)。控制器系統31還可包括在功率(例如，功率需求)接近當前發動機轉速下的最大可用發動機功率的情況下降擋以減少停轉發生的機構(例如，降擋保護)。控制器系統31可包括功率保護子系統。例如，如果當前車輪轉速低於要求車輪轉速，則功率保護子系統可估算出在發生升擋的情況下的假定功率值，並且如果假定功率值高於最大可用發動機功率，則不會發生升擋。如本文所使用的，最大可用發動機功率、最大發動機轉速和最小發動機轉速是發動機的性能和/或是發動機的已知或者預定的特徵。
圖3示出了BSFC圖60，該圖可由控制系統30用來確定最小制動燃油消耗率(BSFC)。功率—發動機轉速曲線可從BSFC圖導出(如相對於圖4的論述進一步描述的)。如所示的，發動機轉速是沿X軸追蹤的，並且發動機轉矩(牛頓·米)是沿Y軸追蹤的。BSFC可表示相對於生成功率而言的燃料消耗率，並且可表示燃料的效率。BSFC圖60可包括穿過各個發動機功率水平的、代表或者表示最小制動燃油消耗率的線(由線64繪出)。BSFC圖60可包括BSFC的等值線(例如，線66)和功率的等值線(例如，線62)。BSFC的線64基於每條功率等值曲線62的最小BSFC值。最小制動燃油消耗率64可用於生成功率—轉速曲線(如相對於圖4進一步描述的)。對於每個恆定的功率水平，存在具有最小BSFC值的發動機運行條件(例如，轉速和轉矩)。如果系統負載方面沒有變化，則控制可通過換擋至更高的擋位並且減小發動機轉速或者換擋至更低的擋位並且增大發動機轉速來在各恆定的功率水平上調節。如上所述，控制器系統31旨在使發動機的運行條件儘可能靠近給定運行功率水平的最小BSFC值。
圖4示出了顯示發動機功率與發動機轉速之間關係的功率—發動機轉速曲線68。最小制動燃油消耗率64可用於生成功率—轉速曲線。基於功率(例如，促使農用車輛10以所要求車輪轉速行駛的功率或者使得農用車輛10能以所要求車輪轉速行駛的功率)，可以基於功率—發動機轉速曲線68來選擇發動機轉速(例如，通過控制器系統31)。例如，控制器系統31可確定對於給定的功率使得BSFC或者燃料消耗最低的期望發動機轉速。可以為除了BSFC值以外的其它考慮來調整功率—發動機曲線。例如，在一些實施例中，作出的調整可使得發動機不在最大轉矩曲線上運行(例如，以減少停轉的發生)。
圖5是操作控制系統30來選擇擋位以調節農用車輛10發動機轉速的方法70的實施例的框圖。控制系統30首先接收所要求車輪轉速並且驅動農用車輛10以達到所期望的車輪轉速(框72)。BSFC圖、功率—發動機轉速曲線、和/或基於功率—發動機轉速曲線生成的查找表可由控制系統30(例如，由控制器的處理器從內存裝置)訪問。控制系統30然後確定出在一定的功率(例如，能使農用車輛10以所要求車輪轉速地行駛的功率)下提供最小BSFC的期望發動機轉速(框74)。然後，控制系統30可進行換擋和/或通過發動機控制調節器來控制發動機轉速，以通過調節噴射的燃料量來調節當前發動機轉速以達到期望的發動機轉速(框76)。控制系統30可升擋、降擋或者維持擋位。控制系統30接下來確定當前發動機轉速是否不同於期望的發動機轉速(框78)。如果當前發動機轉速並非不同於期望的發動機轉速，則控制系統30維持所選擇擋位指數的擋位(框80)。如果當前發動機轉速不同於期望的發動機轉速且當前發動機轉速小於期望的發動機轉速，則控制系統30指令變速器降擋以使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速(框82)。如果發動機轉速不同於期望的發動機轉速且當前發動機轉速大於期望的發動機轉速，則控制系統30指令變速器降擋以使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速(框84)。
如上所述，在一些實施例中，控制系統30可構造成至少部分地基於所要求車輪轉速來計算對應的變速器輸出和對應的期望發動機轉速。在一些實施例中，如果當前發動機轉速大於期望的發動機轉速、如果升擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速、和/或如果沒有達到最大擋位指數(例如，有更高的擋位可用)，則控制器系統31可指令升擋。
在一些實施例中，如果當前發動機轉速小於期望的發動機轉速、如果降擋將使發動機轉速更接近於期望的發動機轉速、和/或如果沒有達到最小擋位指數(例如，有更低的擋位可用)，則控制器系統31可指令降擋。
應當理解，本文所公開的步驟(例如，方法70的步驟)是由控制系統30的任何合適部件來執行的，例如，部件包括控制器34、36、38及其相應的處理器和存儲器部件。
雖然本文僅僅示出和描述了本發明的一些特徵，但是本領域的技術人員將會想到許多修改和變化。因此，應當理解，所附權利要求旨在涵蓋落入本發明的實質精神範圍內的所有修改和變化。