DE602005000481T2

DE602005000481T2 - Zapfwellenantriebssteuerung

Info

Publication number: DE602005000481T2
Application number: DE602005000481T
Authority: DE
Inventors: Yanming 53158 Hou; Darrel J. 53406 Svendsen
Original assignee: CNH Industrial Italia SpA
Current assignee: CNH Industrial Italia SpA
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: EP1580063A1; EP1580063B1; ATE352447T1; DE602005000481D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zapfwellen-(PTO-) Steuersystem und Verfahren zur optimaleren Einkupplung und zum optimaleren Betrieb von Lasten, die auf die PTO-Welle einwirken, insbesondere für ein landwirtschaftliches Fahrzeug, wie einen Traktor. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Steuersystem und Steuerverfahren zur Feststellung von unterschiedlichen Arten von Lasten und zur Steuerung der Betriebsweise einer PTO-Kupplung zum Bewirken des Einkupplens der Kupplung mit veränderlichen Lasten, und insbesondere zum Bewirken des Einkuppelns einer Kupplung unter extremen Bedingungen in optimalerer Weise, wie zum Beispiel bei einer sehr geringen Last, einer sehr hohen Last, und/oder wenn Freilaufkupplungen verwendet werden.
PTOs werden auf vielen Arten von Fahrzeugen verwendet, unter Einschluss von landwirtschaftlichen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Traktoren, um Leistung für Ausrüstungen oder Arbeitsgeräte, wie zum Beispiel für landwirtschaftliche Zwecke, Mähdrescher, Mäher, Ballenpressen, Feldhäcksler und Verteilervorrichtungen, zu liefern.
Moderne Traktoren haben üblicherweise Leistungsnennwerte oberhalb von 100 PS. Die Wellengrößen für die PTOs haben sich jedoch aufgrund der Notwendigkeit, eine Kompatibilität mit älteren Ausrüstungen aufrecht zu erhalten und um die Normung für PTOs einzuhalten, nicht geändert. Somit ist der Drehmoment-Ausgang von PTOs für viele moderne Traktoren nicht mehr durch die Traktor-Betriebsleistung beschränkt. Vielmehr ist der Drehmoment-Ausgang durch die Festigkeit der PTO-Welle und deren Ausfall begrenzt. Zusätzlich dazu, dass PTO-Wellen-Ausfälle hervorgerufen werden, kann das von Traktoren mit hoher Betriebsleistung erzeugte Drehmoment an der jeweiligen PTO angebrachte Ausrüstungen mit einer Rate beschleunigen, die die Ausrüstung beschädigen kann.
In Hinblick auf die Probleme, die mit der Steuerung PTO-Wellen bei Traktoren mit hoher Betriebsleistung verbunden sind, hat es sich als wünschenswert herausgestellt, ein PTO-Kupplungs-Steuersystem zum Schützen von PTO-Wellen gegenüber katastrophalen Ausfällen und zur Schaffung von PTO-Wellen-Beschleunigungen mit Raten zu schaffen, die die Wellen und die daran angebrachten Ausrüstungen während des Einkuppelns der Kupplung schützen.
Typisch für ein derartiges System ist das System nach der US-A-5 494 142, die ein PTO-Steuersystem für Fahrzeuge, wie zum Beispiel landwirtschaftliche Traktoren beschreibt, die eine PTO-Welle einschließen, um einen Drehantrieb an ein Arbeitsgerät von der Art zu liefern, das stationär sein kann oder von dem Traktor geschleppt wird. Leistung wird an die PTO-Welle über eine Kupplung übertragen, die eine mit einer Leistungsquelle gekoppelte Eingangs-Welle und eine Ausgangs-Welle einschließt, die mit der PTO-Welle gekoppelt ist. Die Kupplung überträgt ein maximales Drehmoment zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Wellen in Abhängigkeit von einem maximalen Kupplungsdruck und überträgt ein veränderbares Drehmoment zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Wellen in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Einkupplungs-Druck der Kupplung, der kleiner als der maximale Einkupplungs-Druck der Kupplung ist. Typischerweise wird ein allgemein lineares sanftes Ansteigen des Stromes/Druckes verwendet, um ein sanftes Einkuppeln zu erzielen.
Das Steuersystem schließt einen ersten Wandler, der zur Erzeugung eines Eingangssignals angeordnet ist, das die Drehgeschwindigkeit der Eingangs-Welle darstellt, einen zweiten Wandler, der zur Erzeugung eines Ausgangssignals angeordnet ist, das die Drehgeschwindigkeit der Ausgangs-Welle darstellt, und eine Steuerschaltung ein. Die Steuerschaltung ist mit der Kupplungs-Steuerung, dem ersten Wandler und dem zweiten Wandler gekoppelt.
Obwohl ein derartiges Steuersystem von großem Wert und großer Wirksamkeit war, ergaben dieses System und andere Steuersysteme weiterhin Schwierigkeiten, wenn versucht wurde, PTOs unter extremen Bedingungen anzutreiben. Bei derartigen Systemen wurde keine Unterscheidung hinsichtlich der angelegten Lasten gemacht, unabhängig davon, ob sie sehr gering oder sehr hoch waren. Bei einer leichten angelegten Last konnte die anfängliche PTO-Wellen-Bewegung zu einer relativ frühen Zeit auftreten, und die volle Wellen-Drehzahl konnte erreicht werden, bevor eine Modulation effektiv ausgeführt wurde. Bei einer starken Last würde die anfängliche PTO-Wellen-Bewegung erst zu einer späteren Zeit erfolgen, was sehr wenig Zeit für eine Modulation übrig lässt. Viele Systeme streben einen Kompromiss an, bei dem das Last-Einkuppeln in annehmbar guter Weise mit mittleren Lasten arbeitet, jedoch weniger gut in extremen Situationen, unter Einschluss von Situationen, in denen Freilaufkupplungen der PTO-Ausgangs-Welle zugeordnet waren.
Die Strategie der Verwendung eines allgemein linearen Anstiegs des Stromes/Druckes zum Erzielen eines sanftes Einkuppelns, war zwar im allgemeinen relativ effektiv, litt jedoch an verschiedenen Unzulänglichkeiten, insbesondere unter extremen Lastbedingungen unter Einschluss der Verwendung mit zugehörigen Freilaufkupplungen und hinsichtlich des sanften Einkuppelns. In verschiedenen Fällen konnte die Schwierigkeit bei der Einleitung der Bewegung dazu führen, dass das System entweder das Einkuppeln beendete oder dass sich ein plötzliches und abruptes Einkuppeln ergab, was in schwerwiegenden Fällen zu einem Bruch der Welle oder einem unsicheren Betrieb führen konnte.
Das System der US-B-6 267 189 befasste sich mit verschiedenen der verbleibenden Probleme mit größeren Einzelheiten und erläutert mit wesentlichen Einzelheiten die Probleme, die auftreten, wenn Freilaufkupplungen verwendet werden, unter Einschluss der Möglichkeit, dass unerwünschte Beanspruchungen auf die PTO aufgrund einer „Verriegelungs-Verzögerung" ausgeübt werden, die auftreten, wenn die anfänglich nicht in Eingriff stehenden Klemmkörper einer Freilaufkupplung mit deren Verriegelungskerben zu einer Zeit in Eingriff kommen, die auf die anfängliche Bewegung der PTO-Ausgangs-Welle folgt. Wie dies hier erläutert wurde, kann, obwohl die Verriegelungs-Verzögerung von geringer Bedeutung zu den Zeiten ist, zu denen die PTO-Kupplung eingekuppelt ist, die Verriegelungs-Verzögerung beim Einkuppeln der PTO problematisch sein. Allgemein ergibt sich dies daraus, dass eine PTO-Kupplung so modelliert ist, dass sie in idealer Weise zwei deutlich verschiedene Betriebszustände aufweist, nämlich (a) einen ersten ausgekuppelten Zustand, in den die Platten der Kupplung nicht zusammengedrückt sind, sodass die Kupplung kein Drehmoment zwischen der Eingangs-Welle und der Ausgangs-Welle (und dann an irgendeine angeschlossenen Last) überträgt, und (b) einen zweiten eingekuppelten Zustand, in dem die Platten der Kupplung zusammengedrückt sind und die Kupplung ein Drehmoment in einer Größe überträgt, die in der direkter Beziehung zu dem Hydraulikflüssigkeits-Druck steht, der an die Kupplung angelegt wird. In der Praxis kann eine PTO-Kupplung jedoch immer noch eine kleine jedoch nicht vernachlässigbare Größe des Drehmomentes von der Eingangs-Welle auf die Ausgangs-Welle übertragen, selbst wenn sie sich in dem ersten ausgekuppelten Zustand befindet, insbesondere dann, wenn der Hydraulikflüssigkeits-Druck innerhalb der Kupplung vergrößert wird, um die Platten zusammenzudrücken und zu bewirken, dass die Kupplung in den eingekuppelten Zustand übergeht. Selbst wenn diese kleine Größe des Drehmomentes unzureichend sein kann, eine PTO-Ausgangs-Welle in Drehung zu versetzten, wenn eine Ausrüstung direkt an diese angeschlossen ist, kann das Drehmoment ausreichend sein, um anfänglich eine Ausgangs-Welle in Drehung zu versetzen, die als ein Eingang an eine Freilaufkupplung angeschlossen ist, während die Klemmkörper 9 der Freilaufkupplung aus deren Verriegelungskerben ausgekuppelt sind, und bis zu der Zeit, zu der der Freilaufkupplungs-Ausgang mit dem Freilaufkupplungs-Eingang verriegelt wird (das heißt obwohl das übertragene Drehmoment nicht ausreichend sein kann, um die verriegelte Freilaufkupplung und deren Last in Drehung zu versetzen, es ausreichend sein kann, um die PTO-Ausgangs-Welle während der Verriegelungs-Verzögerung in Drehung zu versetzen). Zusammenfassend ist festzustellen, dass die PTO-Kupplung ein ausreichendes Drehmoment von der Eingangs-Welle auf die Ausgangs-Welle während des PTO-Einkuppel-Prozesses übertragen kann, bevor die Kupplung eingekuppelt wird, damit sich die PTO von einer Position, in der die Klemmkörper der Freilaufkupplung außer Eingriff mit den Verriegelungskerben sind, in eine Position zu Drehen, in der die Klemmkörper mit den Verriegelungskerben in Eingriff stehen.
Obwohl die US-B-6 267 189 mit beträchlichen Einzelheiten die Probleme erläuterte, die durch zugehörige Freilaufkupplungen während der PTO-Einkuppel-Operationen hervorgerufen werden, war der Hauptbeitrag des Patentes zu einem verbesserten PTO-Kupplungs-Betrieb weniger auf die tatsächliche Erfassung und das kontrollierte Einkuppeln von Freilaufkupplungen sondern mehr auf eine verbesserte Art und Weise oder Strategie der Gesamt-PTO-Modulation gerichtet. Das System dieses Patentes verwendete eine Art der Einstellung des Stromanstieges, die auf die Kupplung anzuwenden war, auf der Grundlage von im Verlauf der Modulation durchgeführten Vergleichen der Ist-Beschleunigung und der Soll-Beschleunigung, wobei im Wesentlichen angenommen wurde, dass aufgrund der Tatsache, dass die mechanischen Teile zwischen der PTO-Ausgangs-Welle und der Freilaufkupplung (das heißt dem Eingangs-Wellen-Abschnitt der Freilaufkupplung) effektiv mitgezogen werden konnten, um sich zu drehen, wenn die PTO-Kupplung lediglich teilweise unter Druck gesetzt wurde, dass die Ist-Beschleunigung sehr niedrig sein würde, wenn eine Freilaufkupplung mit der PTO-Ausgangs-Welle verbunden ist. Das System dieses Patentes bewirkte während der Modulations-Betriebsart eine Vergrößerung des Stromes mit einer langsameren Rate, wenn die Beschleunigung höher ist, und mit einer schnelleren Rate, wenn die Beschleunigung niedriger war, mit Ausnahme dann, wenn festgestellt wurde, dass die Beschleunigung niedriger als irgendein Schwellenwert war, wie z.B. 1/6 der Soll-Beschleunigung, wobei unter dieser Bedingung (angenommene Anzeige einer Freilaufkupplung) der Anstieg des Stromes auf die niedrigste Rate eingestellt wurde.
Obwohl eine derartige Strategie in vielen Fällen ziemlich gut arbeitet, hatte sie zwei wesentliche Nachteile.
Erstens werden Freilaufkupplungen relativ häufig mit PTO-angetriebenen Arbeitsgeräten verwendet, wobei unterschiedliche Kupplungen unterschiedliche Arten oder Grade einer „Verriegelungs-Verzögerung" aufwiesen. Die Strategie der US-B-6 267 189 war allgemein effektiver für Freilaufkupplungen, die eine relativ kleine „Verriegelungs-Verzögerung" hatten, doch war sie weniger gut für Freilaufkupplungen, die ausgeprägtere „Verriegelungs-Verzögerungen" aufwiesen und/oder wenn die mechanischen Teile zwischen der PTO-Ausgangs-Welle und der Freilaufkupplung leicht waren. In derartigen Fällen würde die festgestellte Beschleunigung im allgemeinen nicht nur höher als der Schwellenwert sein, sondern auch höher als die normale Beschleunigung, wie sie bei anderen als nicht freilaufenden Kupplungen und Arbeitsgeräten auftreten würde. Weil die erfassten Beschleunigungswerte nicht in die „Annahme"-Kategorie von Freilaufkupplungen fielen, wurden somit typischerweise Stromanstiege mit einer höheren Rate angewandt, als diese für eine Freilaufkupplung wünschenswert sein würden, was in vielen Fälle zu einem abrupten Einkuppeln führte.
Zweitens konnte, wenn schwere Lasten und nicht freilaufende Kupplungen und Arbeitsgeräte mit der PTO-Ausgangs-Welle verbunden wurden, insbesondere beim Betrieb bei einer niedrigen Motor-Drehzahl, die tatsächliche PTO-Wellen-Beschleunigung so niedrig sein, dass sie niedriger als der Schwellenwert war, und derartige Lastbedingungen konnten dann dazu führen, dass derartige Lasten als „Indiz" für Freilaufkupplungen behandelt wurden, obwohl sie es nicht waren. Unter derartigen Bedingungen führte die Verwendung der Strategie der US-B-6 267 189 zu einem sehr niedrigen Anstieg des Stromes, obwohl es tatsächlich bevorzugt worden wäre, dass der Strom aggressiver vergrößert worden wäre. Die Verwendung der Strategie unter derartigen Bedingungen führte in vielen Fällen zu einem verzögerten und zähem Einkuppeln, und in schwerwiegenden Fällen Fehlschlägen, eine Kupplungs-Verriegelung innerhalb einer gewünschten oder erforderlichen Zeitgrenze zu bewirken.
Obwohl das System nach der US-B-6 267 189 insgesamt beträchtlich die Art und Weise verbessert hat, wie der PTO-Einkuppelvorgang während der Modulationsperiode zwischen der anfänglichen Bewegung der Ausgangs-Welle und der Kupplungs-Verriegelung bewirkt wird, und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens schwerwiegender Probleme bei extremen Lasten verringert hat, und obwohl die Fortschritte, die durch oder als Ergebnis der Verwendung derartiger Strategien verwirklicht wurden, die sich in vielen Fällen als wirkungsvoll und nützlich erwiesen hatten, blieb dennoch die Behandlung von Situationen mit extremen Lasten problematisch. In manchen Fällen konnten die Schwierigkeiten beim Bewirken eines Einkuppelns entweder zu dem Aufbringen eines sehr abrupten Drehmomentes auf eine sehr leichte Last und zu der Gefahr von schwerwiegenden Schäden an dieser oder zu einer plötzlichen und abrupten Änderung des Lastansprechverhaltens aufgrund der Verriegelungs-Verzögerung führen, wenn eine Freilaufkupplung verwendet wird, was in schwerwiegenden Fällen Gefahren einschließen konnte, die mit dem Bruch der Welle, einem unsicheren Betrieb oder einem Abwürgen des Motors verbunden sein konnten.
Die US-A-5 806 640 schlägt ein Verfahren zur Beseitigung von Verstopfungen eines verstopften Arbeitsgerätes durch Überwachen der Drehzahl der Ausgangswelle vor. Wenn sich die Welle nicht dreht und ein Drehzahl-Abfall des Motors mit einer bestimmten Größe festgestellt wird, so wird die Pulsbreiten-Steuerung zum Einkuppeln der Kupplung auf ein Maximum eingestellt. Diese Anordnung leidet an dem Nachteil, dass bei einer großen Last auf das Arbeitsgerät die Ausgangs-Welle sich zu Anfang immer noch bewegen kann, wodurch die Last noch weiter vergrößert wird, beispielsweise durch Hinzufügen von neuem Erntematerial zu einem Zuführungskanal einer Ballenpresse. Während einer derartigen Zeit wird eine abgeflachte Steuerkurve verwendet, die normalerweise nicht in der Lage ist, die große Last zu starten, und die schließlich zu einer vollständigen Blockierung führen könnte, wodurch sich die Ausgangs-Welle nicht mehr bewegt. Lediglich dann reagiert die Anordnung nach der US-A-5 806 640 durch Überwachen des Motor-Drehzahl-Abfalls und versucht, die Verstopfung des Arbeitsgerätes dadurch zu beseitigen, dass die Kupplung vollständig eingekuppelt wird. Zu dieser Zeit könnte es jedoch zu spät sein, die Verstopfung des Arbeitsgerätes zu beseitigen, was zu einem Abwürgen des Motors führen würde.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Nachteile des Standes der Technik dadurch zu überwinden, dass ein Steuersystem und Steuerverfahren zur optimaleren Durchführung eines Einkuppelns und eines Betreibs einer Kupplung unter sich ändernden Arbeitsgeräte-Lasten geschaffen wird, die auf eine PTO-Welle einwirken können.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein System gemäß Anspruch 11 geschaffen.
Durch Feststellen des Vorliegens entweder einer sehr geringen Last oder einer zugehörigen Freilaufkupplung am Punkt einer anfänglichen Bewegung der Ausgangs-Welle ist es möglich, eine geeignete Einkuppel-Steuerkurve festzulegen, um ein sicheres und sanftes Einkuppeln der Last zu bewirken und Probleme zu vermeiden, wie sie anderenfalls auftreten könnten, wenn eine zugehörige Freilaufkupplung betrieben wird, um ihre Last einzukuppeln.
Wenn eine geringe Last vorliegt, so kann eine flachere lineare Steuerkurve verwendet werden, ohne in nachteiliger Weise die Dauer der Zeit zu beeinflussen, die erforderlich ist, um eine vollständige Einkupplung der PTO-Ausgangs-Welle zu bewirken: Die allgemeine Verwendung einer derartigen flacheren linearen Steuerkurve für alle Lasten war jedoch nicht vorteilhaft, weil mit größeren Lasten die Zeit zum Bewirken eines vollständigen Einkuppelns beträchtlich verlängert wird. Viele Systeme waren daher bestrebt, einen Kompromiss zu erzielen, der ein Einkuppeln einer Last in einer Weise bewirken würde, die in Abhängigkeit von der ausgeübten Last ein relativ sanftes Einkuppeln in einer relativ kurzen Zeit für mittlere Lasten ergibt, was jedoch zu Nachteilen bei extremen Lasten, wie zum Beispiel großen oder geringen Lasten oder zugehörigen Freilaufkupplungen führte, wenn diese auf die PTO-Ausgangs-Wellen angewandt wurden. Die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Steuersystems zum Erkennen einer geringen Last und/oder der Zuordnung einer Freilaufkupplung ermöglicht es dem vorliegenden Steuersystem, Steuerkurven an die Belastung anzupassen, insbesondere in den Fällen von sehr geringen Lasten und Freilaufkupplungen. Die resultierende Kombination einer flacheren linearen Steuerung mit einer gleichzeitigen Modulation der Beschleunigung bei der Feststellung von Niedriglast-Bedingungen unter Einschluss von Bedingungen von Freilaufkupplungen ist bei der Erzielung eines sanfteren und sichereren PTO-Einkuppelns für derartige Lastbedingungen nützlich.
Durch Anlegen von eine hohe Amplitude/kurze Dauer aufweisenden Stromstößen, beispielsweise zusätzlich zu der allgemein linearen Steuerkurve zu unterschiedlichen Zeiten, kann bewirkt werden, dass die PTO-Wellen-Bewegung zu frühere Zeiten für schwerere Lasten auftritt, als dies bisher der Fall war. Die hohe Amplitude des Stromes und der sich daraus ergebende hohe Druck, der über die Kupplung angelegt wird, und dann der nachfolgende Stoß-Effekt bewirkt ein Aufbrechen statischer Lasten, wie zum Beispiel Reibungen, Bremswirkungen, usw. und ergibt eine frühzeitigere Bewegung der PTO-Welle. Aus Sicherheitsgründen wird erwartet, dass die PTO-Welle ihre Bewegung startet und dann die volle Drehzahl innerhalb eines Zeitgrenzwertes erreicht, wie zum Beispiel 6 Sekunden. Dieser frühzeitigere Start der PTO-Wellen-Bewegung gewinnt wertvolle Zeit zur Modulation von Wellen-Beschleunigungen. Da die Stöße nunmehr dazu beitragen, schwere statische Lasten aufzubrechen, kann die allgemein lineare Steuerkurve noch sanfter/flacher gemacht werden, ohne dass man Bedenken haben muss, dass es zu lange dauert, um Anwendungen mit schweren Lasten einzukuppeln. Die Kombination einer flacheren linearen Steuerung und einer längeren Modulation der Beschleunigung ist für die Erzielung eines sanfteren PTO-Einkuppelns für beliebige Lastbedingungen nützlich.
Die kurze Dauer der angelegten Stöße stellt jedoch sicher, dass der Gesamt-Energiepegel niedrig bleibt, was nicht nur die PTO-Welle schützt, sondern auch sicherstellt, dass die Beschleunigung der PTO-Welle hauptsächlich durch die allgemein lineare Steuerkurve bestimmt wird, und nicht durch den Stromstoß. Durch Verwenden dieser Technik können größere statische Lasten einfacher aufgebrochen werden, und es kann dennoch eine sanfte PTO-Wellen-Beschleunigung erzielt werden.
Im Systembetrieb werden Stromstöße somit zu strategischen Zeiten vor der Bewegung der PTO-Welle eingesetzt. Die Anzahl der Stöße die erforderlich ist, um die PTO-Wellen-Bewegung einzuleiten und/oder die Zeitdauer von dem Anlegen des Druckes bis zum ersten Auftreten einer PTO-Wellen-Bewegung zeigen die ausgeübte Last an, wobei schwere Lasten mehr Stöße und/oder eine länger Zeit erfordern, bevor die Bewegung der PTO-Welle beginnt. Sobald die Bewegung der PTO-Welle aufgetreten ist, kann der Strom nachfolgend in bekannter Weise vergrößert werden, unter Einschluss von vorgegebenen oder neu berechneten Rampen-Raten oder Anstiegsgeschwindigkeiten, bis der maximal zulässige Strom erreicht ist. Die Rampen-Rate nach der Feststellung der Bewegung der PTO-Bewegung kann weiterhin entsprechend der festgestellten Last-Art und der festgestellten und gewünschten Beschleunigung der PTO-Welle eingestellt werden.
Die Anzahl und Zeitsteuerung der Stromstöße kann auf der Grundlage einer Last-Rückführungs-Information bestimmt werden. In einem grundlegenderen System, das die vorliegende Erfindung verwendet, wird Strom anfänglich zu einer Zeit t0 angelegt, und typischerweise beginnt ein langsamer rampenförmiger Anstieg des Stromes. Die PTO-Wellen-Geschwindigkeit wird überwacht, und wenn eine Bewegung der PTO-Welle vor einer Zeit t1 festgestellt wird, so wird angenommen, dass die Last eine geringe Last ist, und eine passende Strom-/Druck-Steuerungskurve für eine geringe Last kann vorzugsweise nachfolgend während der Modulationperiode des Betriebs verwendet werden.
Wenn jedoch zur Zeit t1 die PTO-Welle ihre Bewegung noch nicht begonnen hat, so wird ein leichter Stromstoß angewandt, oder die Anwendung einer Serie von leichten Stromstößen wird zum Zeitpunkt tS1 begonnen, die im Wesentlichen gleich t1 oder etwas verzögert sein kann, wenn dies erwünscht ist. Die PTO-Wellen-Drehzahl wird weiter überwacht, und wenn die Bewegung der PTO-Welle dann vor einer Zeit t2 festgestellt wird, so wird die Last als eine mittlere Last betrachtet und eine Strom/Druck-Steuerkurve für eine mittlere Last kann vorzugsweise nachfolgend während der Modulationsperiode des Betriebs verwendet werden.
Wenn zum Zeitpunkt t2 die PTO-Welle immer noch ihre Bewegung nicht begonnen hat, so wird ein stärkerer Stromstoß angelegt oder die Anwendung einer Serie von stärkeren Stromstößen wird zum Zeitpunkt tS2 begonnen, der im Wesentlichen der gleiche wie t2 sein kann, oder der etwas verzögert ist, wenn dies erwünscht ist. Die PTO-Wellen-Geschwindigkeit wird weiter überwacht, und wenn eine Bewegung der PTO-Welle vor einer Zeit t3 festgestellt wird, so wird die Last als eine große Last betrachtet, und eine passende Stroml/Druck-Steuerkurve für eine schwere Last kann vorzugsweise nachfolgend während der Modulationsperiode des Betriebs verwendet werden.
Noch stärkere Stöße können zu noch späteren Zeiten ausgeführt werden, und es können zusätzliche Last-Typ-Bezeichnungen eingeführt werden, wie dies erwünscht ist. Es kann weiterhin eine maximale Zeit für die Feststellung einer Bewegung der PTO-Welle festgelegt werden, wobei eine fehlende Bewegung zu dieser Zeit als Anzeige für einen Überlast-Zustand betrachtet wird. In einen derartigen Fall kann das Steuersystem dann eine Beendigung der Einkuppel-Operation bewirken, um Schäden an der PTO-Welle oder dem Fahrzeug-Motor zu vermeiden.
Die Zeiten, zu denen Stromstöße angelegt werden, müssen nicht strikt vorgegebene Zeitperioden sein, sondern sie können Zeitpunkte sein, die vollständig oder teilweise von dem Systembetrieb und zugehörigen Ereignissen bestimmt werden oder hiervon abhängen. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, dass insbesondere bei großen Lasten ein Abfall der Drehzahl des Motors (und/oder der Eingangs-Welle der PTO-Kupplung) vor irgendeiner festgestellten Bewegung der PTO-Welle auftreten kann. Ein derartiges Auftreten zeigt eine Situation an, bei der der Motor durch das Arbeitsgerät an der PTO-Welle belastet wird, die Arbeitsgeräte-Last jedoch noch nicht in Bewegung gesetzt wurde. In vielen Fällen kann, wenn ein Stromstoß zu dieser Zeit angelegt werden kann, die Last in Bewegung gesetzt werden, bevor die Motor-Drehzahl steil abfällt. Entsprechend kann es bei bestimmten Ausführungsformen wünschenswert sein, die Feststellung des Motor-Drehzahl-Abfalls oder einer gewissen Größe des Drehzahl-Abfalls zu verwenden und einen Stromstoß zu erzeugen, wenn die Bewegung der PTO-Welle noch nicht festgestellt wurde, wenn der Drehzahl-Abfall auftritt.
Die Erfindung kann weiterhin in Verbindung mit anderen Techniken und Verfahren zur Steuerung des Einkuppelns einer belasteten PTO-Welle verwendet werden, unter Einschluss von Techniken und Verfahren, wie sie beispielsweise in der US-A-5 494 142 und US-B-6 267 189 und in anderen anhängigen oder beabsichtigten Anwendungen des Anmelders der vorliegenden Anmeldung oder verwandten Firmen beschrieben sind, wobei diese Techniken und Verfahren unter anderem eine automatische Kalibrierung des Startpunktes auf der Grundlage sowohl der PTO- als auch Motor-Wellen-Drehzahl ermöglichen können, wobei der Beginn entweder der PTO-Wellen-Bewegung oder des Motor-Drehzahl-Abfalls, was auch immer als erstes festgestellt wird, zu einer Feststellung des zu dieser Zeit angelegten Stromes führt, wobei dieser Stromwert mit den Stromwerten für eine Vielzahl von vorhergehenden Einkuppel-Vorgängen gemittelt werden kann, um einen Bezugs-Stromwert zu bestimmen, der als Startpunkt für den nächsten Einkuppel-Vorgang verwendet werden kann. Die Verwendung derartiger anderer Techniken und Verfahren sind nicht notwendig für die Verwendung und den Nutzen der vorliegenden Erfindung, doch sind Systeme, die Kombinationen dieser Techniken und Verfahren verwenden, allgemein stärker vorzuziehen, als grundlegendere Systeme, weil zusätzliche Vorteile und verbesserte Betriebseigenschaften verglichen mit den grundlegenderen Systemen verwirklicht werden können.
Die Erfindung wird nunmehr ausführlicher in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen.
1 eine schematische Blockdarstellung eines PTO-Antriebs- und Steuersystems ist;
2 ein schematisches Blockschaltbild ist, das die Schaltungskonfiguration für eine Steuerung des Steuersystems darstellt;
3A und 3B Ablaufdiagramme sind, die die allgemeine Betriebsfolge einer Ausführungsform des Steuersystems darstellen;
4 eine graphische Darstellung eines bestimmten Anlegens von Strom/Druck-Steuersignalen an das Hydraulikventil des Steuersystems über eine Zeitperiode ist;
5 eine graphische Darstellung von Ist- und Soll-Beschleunigungen einer PTO-Welle ist:
6 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Ausführungsform der Funktionalität des Schrittes 90 des Ablaufdiagramms nach 3A darstellt;
7 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Ausführungsform der Funktionalität des Schrittes 98 des Ablaufdiagramms nach 3B darstellt;
8 eine graphische Darstellung der Ist- und Soll-Drehzahlen einer PTO und der Motordrehzal eines landwirtschaftlichen Fahrzeuges während des Einkuppelns der PTO ist;
9 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Ausführungsform der Funktionalität des Schrittes 94 des Ablaufdiagramms nach 3B darstellt; und
10 ein Ablaufdiagramm ist, das einen zusätzlichen Betriebsschritt darstellt, der in einem Punkt A in der Betriebsfolge der 6 enthalten sein kann.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Zapfwellen-(PTO-) Kupplungs-Steuersystems 10 für ein landwirtschaftliches Fahrzeug (wie zum Beispiel einen Traktor, der schematisch durch die mit 12 bezeichnete gestrichelte Linie dargestellt ist), das die vorliegende Erfindung einschließt. Mit der Ausnahme des PTO-Kupplungs-Steuersystems 10 kann der Traktor ein konventioneller landwirtschaftlicher Traktor derart sein, die einen Motor 14 mit üblichen Zubehörteilen, wie zum Beispiel einer Lichtmaschine 16, einschließt. Der Motor 14 ist die Leistungsquelle für den Traktor und liefert zusätzlich zu der Lieferung von Leistung an die (nicht gezeigten) Antriebsräder des Traktors 12 die Leistung zur Zuführung einer Drehbewegung an eine hydraulisch betätigte Mehrscheiben-PTO-Kupplung 18. In Abhängigkeit davon, ob die PTO-Kupplung 18 eingekuppelt ist, kann dann Leistung von dem Motor 14 an eine Ausgangswelle 32 übertragen werden. Die Ausgangswelle 32 ist so gezeigt, dass sie direkt mit einer PTO-Welle 33 für 1000 U/min (Hochgeschwindigkeits-PTO) und weiterhin mit einer PTO-Welle 35 für 540 U/min (Niedriggeschwindigkeits-PTO) über ein Untersetzungsgetriebe 37 gekoppelt ist. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Hochgeschwindigkeits-PTO-Welle 33 eine andere Nenndrehzahl haben, wie zum Beispiel 750 U/min. Obwohl bei alternativen Ausführungsformen die Hoch- und Niedriggeschwindig keits-PTO-Wellen 33 und 35 als getrennte Ausgangsanschlüsse an dem Traktor 12 vorgesehen sein können, wird vorzugsweise jede PTO an einem einzigen Ausgangsanschluss verwendet (eine PTO kann durch die andere ersetzt werden).
Das Steuersystem 10 schließt eine Steuerung 20 (die beispielsweise einen digitalen Mikroprozessor, wie zum Beispiel den Intel TN83C51FA einschließt), einen PTO-Ein-/Aus-Schalter 22, einen Ausgangs-Kupplungs-Drehzahl-Wandler 26 und ein normalerweise geschlossenes, magnetspulenbetätigtes hydraulisches proportionales Kupplungs-Steuerventil 28 ein. Das Steuersystem 10 ist weiterhin mit der Lichtmaschine 16 gekoppelt und empfängt von dieser ein Signal, das die Drehzahl des Motors 14 darstellt.
Die Motordrehzahl ist gleich der, oder in Abhängigkeit von der Getriebe-Untersetzung, gleich einem Vielfachen oder Bruchteil der Drehzahl einer Eingangs-Welle 19 an die PTO-Kupplung 18, die Leistung von dem Motor 14 empfängt und Leistung an die Kupplung überträgt. Bei alternativen Ausführungsformen kann ein die Drehzahl der Eingangs-Welle 19 darstellendes Signal (das direkt die Drehzahl des Motors 14 darstellt) mit Hilfe eines Eingangs-Wellen-Wandlers 24 gewonnen werden, der mit der Welle 19 statt mit der Lichtmaschine 16 gekoppelt ist. Entsprechend kann für die Zwecke dieses Dokumentes eine Bezugnahme austauschbar auf den Motor und/oder dessen Drehzahl oder auf die Eingangs-Welle und/oder deren Drehzahl mit der gleichen Wirkung erfolgen, und die Behandlung dieser Geschwindigkeiten erfolgt in der gleichen Weise, obwohl sie sich proportional unterscheiden können.
Die Wandler 24 und 26 können als Beispiel und ohne Beschränkung Sensoren mit variabler Reluktanz sein.
Die Lichtmaschine 16 und der Wandler 26 sind mit digitalen Eingängen der Steuerung 20 über jeweilige elektrische Leitungen 21 und 29 und Aufbereitungsschaltungen 79 und 38 gekoppelt, die integral mit der Steuerung vereinigt sind. (Bei alternativen Ausführungsformen, bei denen Signale bezüglich der Eingangs-Welle 19 von dem Wandler 24 geliefert werden, kann eine elektrische Leitung 25 zusammen mit einer Aufbereitungsschaltung 38 verwendet werden). Die Aufbereitungsschaltungen 79 und 38 filtern Funk- und andere unerwünschte Störfrequenzen aus den Signalen aus, die von der Lichtmaschine 16 und dem Wandler 26 (oder in alternativen Ausführungsformen, von dem Wandler 24) geliefert werden und in die Leitungen 21 und 29 (oder in alternativen Ausführungsformen in die Leitungen 25) eingeführt werden. Zusätzlich bringen die Aufbereitungsschaltungen 79 und 38 typischerweise die von der Lichtmaschine 16 und dem Wandler 26 (oder dem Wandler 24) erzeugten Signale in einen 5V-Bereich und liefern diese Signale typischerweise mit einer allgemeinen Rechteck-Schwingungs-Konfiguration, die in geeigneter Weise von der Steuerung 20 abgetastet werden kann. Entsprechend haben die der Steuerung 20 von der Lichtmaschine 16 (oder dem Wandler 24) und dem Wandler 26 zugeführten Signale typischerweise allgemein eine Rechteck-Schwingungs-Konfiguration mit einer Frequenz, die proportional zur Drehgeschwindigkeit der Eingangs-Welle 19 (oder des Motors 14) beziehungsweise der Ausgangs-Welle 32 ist.
Dem Schalter 22 ist eine Aufbereitungsschaltung 40 zugeordnet, die integral in der Steuerung 20 vorgesehen sein kann. In Abhängigkeit von der Anwendung kann die Schaltung 40 eine Signalumkehrung und eine geeignete Filterung hervorrufen, um ein Schalter-Prellen zu beseitigen. In Abhängigkeit von der Art der verwendeten Steuerung 20 kann die Schaltung 40 jedoch fortgelassen sein. Das von dem Schalter 22 erzeugte Signal wird einem digitalen Eingang der Steuerung 20 über eine elektrische Leitung 23 zugeführt.
Ein Hydraulikventil 28 ist mit einem digitalen Ausgang der Steuerung 20 über eine geeignete Verstärkungs- und Signal-Aufbereitungsschaltung 44, die integral mit der Steuerung 20 ausgebildet sein kann, und eine elektrische Leitung 48 gekoppelt. Wie dies weiter unten ausführlicher erläutert wird, liefert die Steuerung 20 ein Signal, wie zum Beispiel ein Analog- oder Pulsbreitenmodulations-(PWM-) Signal an das Ventil 28 über die elektrische Leitung 48 und die Schaltung 44. Aufgrund der Eigenart der Magnetspule, die das Ventil 28 betätigt, wird eine Verstärkungs- und Trennschaltung 44 verwendet, um Steuersignal zu erzeugen, das eine ausreichende Spannung und einen ausreichenden Strom aufweist, um das Ventil 28 zu betätigen. Zusätzlich kann wegen der induktiven Spannungen, die möglicherweise von den Magnetspulen des Ventils 28 erzeugt werden, eine Isolation in der Schaltung 44 vorgesehen sein, um die Steuerung 20 zu schützen. Obwohl die Steuerung 20 typischerweise so konfiguriert ist, dass sie ein Analog- Stromsignal an das Ventil 28 liefert, kann in alternativen Ausführungsformen ein Analog-Spannungssignal, ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-) Stromsignal oder ein PWM-Spannungssignal in gleicher Weise verwendet und an das Ventil 28 geliefert werden. In jedem Fall ist die Amplitude des gelieferten Signals (die im Fall eines PWM-Strom- oder Spannungssignals die zeitlich gemittelte Amplitude des Signals ist und daher von dem Tastverhältnis oder der Impulsbreite des Signals abhängt) proportional zu dem gewünschten Druck von dem Ventil 28.
Es wird nunmehr die Betriebsweise des Ventils 28 betrachtet. Das Ventil 28 ist ein hydraulisches Proportional-Ventil, das Hydraulikflüssigkeit der PTO-Kupplung 18 von der Hydraulikflüssigkeits-Quelle 52 des Systems mit einem Druck zuführt, der auf die zeitlich gemittelte Spannung bezogen ist (das heißt proportional hierzu ist), die der dem Ventil 28 zugeordneten Magnetspule zugeführt wird. Somit kann der Druck der Hydraulikflüssigkeit, der der PTO-Kupplung 18 über die Hydraulikleitung 36 von dem Ventil 28 zugeführt wird, durch Liefern eines veränderlichen Stromsignals an das Ventil gesteuert werden. In alternativen Ausführungsformen kann der Druck durch Anlegen eines eine veränderliche Spannung aufweisenden Signals, eines PWM-Stromsignals oder eines PWM-Spannungssignals an das Ventil gesteuert werden. Wenn ein PWM-Signal der Magnetspule des Ventils 28 zugeführt wird, um den Druck der der PTO-Kupplung 18 zugeführten Hydraulikflüssigkeit zu steuern, so ist der Druck der Hydraulikflüssigkeit proportional zu der Impulsbreite des von der Steuerung 20 erzeugten PWM-Signals.
Wie dies weiter oben erwähnt wurde, ist die PTO-Kupplung eine hydraulische Mehrscheiben-Kupplung. Diese Art von Kupplung kann ein Drehmoment von der Kupplungs-Eingangs-Welle 19 auf die Ausgangs-Welle 32 übertragen, wobei das Drehmoment allgemein proportional zum Druck der Hydraulikflüssigkeit ist, die der PTO-Kupplung 18 zugeführt wird. Wie dies gezeigt ist, ist die Ausgangs-Welle 32 direkt mit der PTO 33 für 1000 U/min (Hochgeschwindigkeits-PTO) verbunden, und sie ist weiterhin mit der PTO 35 für 540 U/min (Niedriggeschwindigkeits-PTO) über ein Untersetzungs-Getriebe 37 verbunden. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Hochgeschwindigkeits-PTO 33 eine andere Nenndrehzahl haben, wie zum Beispiel 750 U/min. Entsprechend ist das zwischen den Wellen 19 und 32 übertragene Drehmoment allgemein proportional zur Größe des Analog-Stromsignals, das von der Steuerung 20 an die Magnetspule des Ventils 28 angelegt wird. (In alternativen Ausführungsformen, bei denen ein Analog-Spannungssignal, ein PWM-Stromsignal oder ein PWM-Spannungssignal dem Ventil 28 geliefert wird, ist das zwischen den Wellen 19 und 32 übertragene Drehmoment ebenfalls allgemein proportional zur Größe des angelegten Signals, das im Fall eines PWM-Signals proportional zum Tastverhältnis oder der Impulsbreite des Signals ist). Obwohl es im Idealfall zweckmäßig sein kann, dass das zwischen den Wellen 19 und 32 übertragene Drehmoment exakt proportional zur Größe des an das Ventil 28 angelegten Stromsignals ist, kann eine derartige Beziehung in mechanischen Systemen nur schwierig zu erzielen sein. Entsprechend ist die Steuerung so programmiert, dass sie die Unfähigkeit zur Erzielung einer derartigen Proportionalität und die Gesamt-Nichtlinearität in der Elektronik und dem Mechanismus des Steuersystems 10 kompensiert.
In 1 ist weiterhin ein Arbeitsgerät 17 gezeigt, das an dem Traktor 12 angebracht werden kann (typischerweise von diesem geschleppt wird). Das Arbeitsgerät 17 schließt (nicht gezeigte) Ausrüstungen ein, die mit Hilfe von Leistung von dem Traktor 12 betrieben werden. Die Ausrüstungen können eine oder mehrere Aktionen an einem Feld ausführen, wie zum Beispiel das Pflanzen oder die Bodenauflockerung. Das Arbeitsgerät 17 kann Leistung von dem Traktor 12 über eine Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle 51 empfangen, die mit der Hochgeschwindigkeits-PTO 33 über einen Koppler 47 gekoppelt ist. Wenn die PTO-Kupplung 18 eingekuppelt wird und Leistung von dem Motor 14 auf die Ausgangs-Welle 32 und die Hochgeschwindigkeits-PTO 33 überträgt, wird die Leistung dann auch auf die Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle 51 übertragen. Zusätzlich zu der Arbeitsgerät-Eingangs-Welle 51 schließt das Arbeitsgerät 17 auch eine Arbeitsgeräte-Ausgangs-Welle 85 ein, die Leistung von der Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle auf die Ausrüstungen koppelt und überträgt. Die Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle 51 und die Arbeitsgeräte-Ausgangs-Welle 85 sind über eine Freilaufkupplung 87 verbunden. Eine Freilaufkupplung 87 ermöglicht es, dass sich die Arbeitsgeräte-Ausgangs-Welle 85 weiter frei drehen kann, selbst wenn sich die Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle 51 nicht dreht, und dies ermöglicht es der Arbeitsgeräte-Ausgangs-Welle, sich mit einer höheren Winkel-Geschwindigkeit zu drehen, als die Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle. Wenn sich (nicht gezeigte) Klemmkörper und Kerben der Freilaufkupplung 87 nicht in Eingriff miteinander befinden, muss die Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle 51 über einen Teil einer Drehung rotieren, um die Klemmkörper mit den Kerben in Eingriff zu bringen, bevor die Freilaufkupplung Leistung von der Eingangs-Welle auf die Arbeitsgeräte-Ausgangs-Welle 85 überträgt. Die Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle 51 ist mit der Hochgeschwindigkeits-PTO 33 gekuppelt. Bei alternativen Ausführungsformen kann eine ähnliche Arbeitsgeräte-Eingangs-Welle mit der Niedriggeschwindigkeits-PTO 35 über einen zweiten (nicht gezeigten) Koppler gekoppelt sein.
Es wird nunmehr auf 2 Bezug genommen, die die Steuerung 20 zeigt. Die Steuerung kann eine Speicherschaltung 54 einschließen (die RAM und ROM einschließen kann) und/oder so konfiguriert oder programmiert ist, dass sie die Operationen einer Drehzahl-Mess-Schaltung 56, einer Zeitsteuerschaltung 58, einer Schalterstatus-Überwachungsschaltung 60, einer Signalverarbeitungsschaltung 62 und einer Ventil-Steuersignal-Ausgangsschaltung 64 bereitstellt. Die Richtung und Kanäle für den Datenfluss zwischen den Schaltungen 54, 56, 57, 58, 60, 62 und 64 sind in 2 gezeigt. Der ROM der Speicherschaltung 54 speichert diejenigen Werte, die für die Initialisierung des Systems 10 erforderlich sind, sowie die Konstanten, die für die Betriebsweise bestimmter Programme erforderlich sind, die auf der Steuerung 20 ablaufen. Der RAM des Speichers 54 ergibt die vorübergehende digitale Speicherung, die die Steuerung 20 benötigt, um das Systemprogramm auszuführen. Obwohl derzeit Speicher, wie zum Beispiel RAM und/oder ROM bevorzugt wird, muss der Speicher nicht auf diese Arten beschränkt sein, und andere Speicher-Arten, unter Einschluss von beispielsweise chemischen, optischen, Blasen-Speichern und biologischen Speichern können ebenfalls verwendet werden, wenn dies passend ist.
Es ist für den Fachmann verständlich, dass obwohl im vorstehenden auf verschiedene Schaltungen und Speicher und auf Operationen Bezug genommen wurde, die hier unter Bezugnahme darauf beschrieben und erläutert wurden, diese genannte Schaltungen und ihre Operationen und Arbeitsweisen unter Einschluss von Operationen, die nachfolgend erläutert und beschrieben werden, in verschiedenen Ausführungsformen als in einem programmierten oder programmierbaren Prozessor oder Mikroprozessor und dessen zugehörigen Speicher und Eingangs- und Ausgangsschaltungen enthalten oder zugeordnet betrachtet werden können. In dieser Hinsicht und mit spezieller Bezugnahme auf die verschiedenen Ausführungsformen des Steuersystems 20 können hier den verschiedenen Schaltungsteilen der Steuerung 20 zugeordnete Aktionen effektiv entsprechend der Programmierung des Mikroprozessors oder anderen Steuergeräten oder Mechanismen ausgeführt oder durchgeführt werden, die so angeschlossen sind, dass sie in einer gleichen oder ähnlichen Weise arbeiten, um die erforderlichen Aktionen auszuführen.
Eine Frequenz-Schnittstellenschaltung 57 und die Drehzahl-Mess-Schaltung 56 empfangen Signale von der Lichtmaschine 16 und dem Wandler 26, die den Leitungen 25 und 29 zugeführt werden, und wandeln die Signale in digitale Werte um, die den Drehgeschwindigkeiten des Motors (oder Eingangs-Welle 19) beziehungsweise der Ausgangs-Welle 32 entsprechen. (In alternativen Ausführungsformen kann die Drehzahl-Mess-Schaltung 56 Signale von dem Wandler 24 empfangen, die der Leitung 25 zugeführt werden, und diese Signale in digitale Werte umwandeln, die die Drehgeschwindigkeit der Eingangs-Welle 19 darstellen, anstelle von oder zusätzlich zu der Frequenz-Schnittstellenschaltung 57, der Lichtmaschine 16 und der Leitung 21). Weil der Ausgang der Lichtmaschine 16 eine Frequenz einer Rechteck-Schwingung ist, kann die Schnittstellenschaltung 57 als eine Zeitsteuer-Schnittstelle arbeiten, die die Zeit zwischen Paaren von Flanken der Rechteck-Schwingung misst.
Die Zeitsteuerschaltung 58 schließt Zähler ein, die von der Signalverarbeitungsschaltung 62 bei der Ausführung der Programmierung verwendet werden, die durch die Ablaufdiagramme nach den 3A und 3B dargestellt ist.
Die Schalter-Status-Überwachungsschaltung 60 wandelt die von dem Schalter 22 über die Leitung 23 zugeführten Signale in Digitalwerte um, die den Status dieser Schalter darstellen.
Die Ventil-Steuersignal-Ausgangsschaltung 64 erzeugt ein Analogsignal, wie zum Beispiel ein Analog-Stromsignal, das der Magnetspule des Ventils 28 über eine Leitung 48 und die Trennschaltung 44 zugeführt wird, und eine geeignete Größe aufweist.
Wie dies weiter unten kurz erläutert wird, wird das von der Steuerung 20 ausgeführte Programm vorzugsweise mit 100 Hz ausgeführt (obwohl in alternativen Ausführungsformen das Programm mit anderen Frequenzen ausgeführt werden könnte). (In einer alternativen Ausführungsform, bei der dem Ventil 28 ein PWM-Strom- oder Spannungssignal geliefert wird, könnte die Ventil-Steuersignal-Ausgangsschaltung 64 ein 400 Hz-PWM-Strom- oder Spannungssignal mit einer passenden Impulsbreite erzeugen. Unter der Annahme der gleichen Programm-Ausführungs-Frequenz von 100 Hz würde die Impulsbreite des Signals von der Schaltung 64 alle 10 Millisekunden oder alle 4 Perioden des PWM-Signals aktualiert).
Die 3A und 3B zeigen ein Beispiel einer Betriebsfolge einer PTO-Einkupplung und eines PTO-Betriebs, wie er mit dem System der vorliegenden Erfindung erfolgen könnte, und 4 zeigt die Ergebnisse einer derartigen Betriebsfolge. Grundsätzlich gibt es drei aufeinander folgende Betriebsarten der elektrischen Signalmodulation des PTO-Ventils, die als die FÜLL-BETRIEBSART, die MODULATIONS-BETRIEBSART und die RAMPEN-BETRIEBSART bezeichnet sind, und die entlang der horizontalen Achse in 4 gezeigt sind. Die vertikale Achse in 4 stellt den PTO-Ventil-Strom in Einheiten von Ampere dar, und die horizontale Achse stellt die Zeit dar. Typischerweise moduliert das PTO-Modul das Ventil durch Ändern des Analog-Stromes an die Spule. Dem Steuerstrom ist ein eine feste Frequenz aufweisendes Schwankungssignal überlagert. 4 ist eine repräsentative Figur, deren Zweck in der Erläuterung bestimmter Merkmale besteht, und sie ist nicht notwendigerweise maßstäblich.
In 4 ist I_INIT der Strompegel, bei dem die PTO-Magnetspulen-Wicklung das PTO-Ventil gerade soweit aufmacht, dass die PTO-Kupplung beginnt, ein Drehmoment zu übertragen. Der Wert dieses Strompegels stammt von der PTO-Kalibrierung, die vorgegeben sein kann oder die auf andere Weise auf unterschiedliche Arten vorgegeben sein kann. Der Wert dieses Stromes liegt typischerweise zwischen 200 und 400 mA.
Die Zeit T_INIT in 4 ist die Zeit, zu der der PTO-Steuerstrom I_INIT erreicht, typischerweise 500 ms.
In einer stärker bevorzugten Form kann die FÜLL-BETRIEBSART so betrachtet werden, als ob sie drei identifizierbare Stufen hat. VENTIL-AUFWECKEN, SANFTES ANSTEIGEN und STÖSSE MIT NIEDRIGER ENERGIE. Das System wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die stärker bevorzugte Form einer FÜLL-BETRIEBSART beschrieben, obwohl es zu erkennen ist, dass die vorliegende Erfindung auch mit einer grundlegenden FÜLL-BETRIEBSART verwendet werden kann, die nicht so viele unterscheidbare Stufen verwendet, die jedoch dennoch über eine gewisse Zeitperiode einen Anstieg des zugeführten Drehmomentes zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Wellen bewirkt, um eine anfängliche Bewegung der Ausgangs-Welle zu erreichen. Unabhängig von der Ausführungsform wird die FÜLL-BETRIEBSART so betrachtet, als ob sie zum Zeitpunkt t₀ mit einer PTO-Drehzahl von Null beginnt, wenn der PTO-Schalter 22 geschlossen wird, und das sie endet, wenn die PTO-Drehzahl (Ausgangs-Wellen-Bewegung) festgestellt wird, wie zum Beispiel T₁. Der Zeitpunkt, zu dem die PTO-Drehzahl festgestellt wird, ist der Beginn der MODULATIONS-BETRIEBSART.
In ihrer bevorzugten Ausführungsform beginnt die FÜLL-BETRIEBSART vorzugsweise mit einer VENTIL-AUFWECK-Stufe. Der Aufweckstrom ist typischerweise um 200 mA größer als I_INIT. Die Dauer einer derartigen Stufe kann so ausgebildet werden, dass sie davon abhängt, wie lange sich die PTO im AUS-Zustand befunden hat, und sie kann typischerweise so eingestellt werden, wie dies nachfolgend angegeben ist.:

PTO-Abschaltzeit Aufweck-Dauer

⇐ 500 ms 0

> 500 ms 10 ms

> 800 ms 20 ms

> 1200 ms 30 ms

> 2000 ms 40 ms

> 4000 ms 60 ms

> 6300 ms 70 ms
Die Verwendung der VENTIL-AUFWECK-Stufe beschleunigt das Auffüllen des PTO-Ventils und bereitet das Ventil so vor, dass es zur Übertragung von Drehmoment bereit ist.
Nach dem Ventil-Aufwecken, fällt der Strom vorzugsweise auf ungefähr 40 mA unterhalb von I_INIT ab und geht dann sehr schnell in die SANFTE-ANSTIEGS-Stufe über. Während dieser Stufe steigt der Strom weiter an, im allgemeinen sanft, nach beispielsweise einer stärker ausgeprägten anfänglichen Anstiegs-Schrittweite, bis entweder 1,5 Sekunden abgelaufen sind oder die PTO-Drehzahl festgestellt wird, wobei der Strom an das PTO-Ventil typischerweise um ungefähr 0,03% des maximalen Stroms jede 10 ms ansteigt. Es hat sich als wünschenswert herausgestellt, den Strom so zu vergrößern, dass zum Zeitpunkt T_INIT der Strom typischerweise I_INIT erreicht hat, und dass nach ungefähr 1,5 Sekunden der zugeführte Strom typischerweise ungefähr 40 mA oberhalb von I_INIT liegt. Wenn keine PTO-Wellenlänge-Drehzahl zu der Zeit festgestellt wurde, tritt die FÜLL-BETRIEBSART dann in die Stufe mit STÖSSEN MIT NIEDRIGER ENERGIE ein. Bei bisher bekannten Systemen wurde vielleicht eine AUFWECK-Stufe und/oder eine SANFTE ANSTIEGS-Stufe während der FÜLL-BETRIEBSART verwendet, doch haben sie keine Stufe mit STÖSSEN MIT NIEDRIGER ENERGIE verwendet. Es hat sich als wünschenswert herausgestellt, eine derartige Stufe in die FÜLL-BETRIEBSART einzufügen, weil manche Arbeitsgeräte die Zuführung eines höheren Stromes an das Ventil erfordern, um das Arbeitsgerät in Gang zu setzen (beispielsweise Reibungen, starke statische Lasten, usw.), jedoch niedrigere Ströme, um die Geschwindigkeit rampenförmig zu vergrößern. Während der Stufe mit STÖSSEN NIEDRIGER ENERGIE, werden Stöße mit niedriger Energie, beispielsweise grob gesagt 10 Hz-Impulse, die auf dem grundlegenden Strom-Anstieg ablaufen, zugeführt, um das Arbeitsgerät einfacher in Gang zu setzen und um eine Bewegung der Ausgangs-Welle hervorzurufen. Die Amplituden derartiger Impulse beginnen vorzugsweise bei ungefähr 10 mA und steigen graduell auf ungefähr 50 mA an.
Es wurde festgestellt, dass nach ungefähr 3,6 Sekunden die Drehmoment-Übertragungsfähigkeit typischerweise ungefähr groß genug sein sollte, um den Motor abzuwürgen. Wenn zu dieser Zeit keine PTO-Wellen-Geschwindigkeit festgestellt wird und der Motor noch nicht abgewürgt wurde, so stoppt die Software vorzugsweise die FÜLL-BETRIEBSART und beendet den PTO-Betrieb. Der Fahrer muss dann das System neu initialisieren, beispielsweise durch Abschalten und nachfolgendes Einschalten des PTO-Schalters, um die PTO neu zu Starten.
Wenn zu irgendeiner Zeit während der FÜLL-BETRIEBSART eine PTO-Wellen-Drehzahl festgestellt wird, so endet die FÜLL-BETRIEBSART, und die MODULATIONS-BETRIEBSART beginnt.
Die Betriebsweise der Steuerung 20, insbesondere hinsichtlich der besonders bevorzugten Form der FÜLL-BETRIEBSART wird nunmehr ausführlicher unter Bezugnahme auf die 3A und 3B beschrieben (die 3A und 3B stellen die Betriebsschritte des Programms dar, das auf der Steuerung 20 abläuft). Beim Starten des Systems im Schritt 66 liest die Steuerung 20 den ROM der Speicherschaltung 54 und initialisiert den Zähler in der Zeitsteuerschaltung 58. Die Steuerung 20 initialisiert weiterhin diejenigen anderen Variablen und Konstanten, die bei der Programmierung der Steuerung 20 verwendet werden können, während diese zum Schritt 68 übergeht und diesen durchläuft.
Im Schritt 70 prüft die Steuerung 20 den digitalen Wert, der den Status des PTO-Ein-/Aus-Schalters 22 darstellt, wobei dieser Status von der Schalter-Status-Überwachungsschaltung 60 zur Verfügung gestellt wird, und sie bleibt in einer Umlaufschleife zu diesem Schritt, wenn nicht festgestellt wird, dass der Schalter 22 geschlossen wurde. Sobald festgestellt wird, dass der Schalter 22 geschlossen wurde, geht die Betriebsweise dann zum Schritt 88 über und geht dann zur Ausführung der Schritte über, die erforderlich sind, um das Einkuppeln der Kupplung 18 zu beginnen (oder fortzusetzen).
Im Schritt 88 bestimmt die Steuerung 20 durch Prüfen des die Drehgeschwindigkeit der Ausgangs-Welle darstellenden Wertes, ob sich die Welle 32 bewegt, und sie geht zum Schritt 20 über, wenn sie die Ausgangs-Welle 32 nicht bewegt, oder zum Schritt 91, wenn sich die Ausgangs-Welle 32 bewegt.
Wenn sich die Ausgangs-Welle 32 nicht bewegt und die Operation zum Schritt 90 übergegangen ist, befindet sich das System in seiner FÜLL-BETRIEBSART, und die Steuerung 20 stellt einen Füllstrom-Wert ein, der teilweise von der speziellen Zeit-Zählung abhängt.
Allgemein kann im Schritt 90 der Füll-Stromwert entsprechend einer vorgegebenen Strom-/Druck-Steuerkurve eingestellt werden, wie dies weiter oben erläutert wurde, doch wird zur bestimmten Zeit während der Stufe mit STÖSSEN NIEDRIGER ENERGIE der Stromwert vergrößert, sodass ein Stromstoß an das Kupplungssystem geliefert wird. Beispielsweise kann zu zu anderen als den bestimmten Zeiten zur Zuführung der Stromstöße die Steuerung 20 die Zeit ablesen, die den Zeiten seit dem Schließen des PTO-Schalters zugeordnet sind, beispielsweise von einem Zeitzähler der Schaltung 58, und den Strom-Größenwert auf einem vorgegebenen prozentualen Teil einstellen, wenn der Schalter 22 über weniger als eine vorgegebene Zeit geschlossen war. Wenn die Zeit größer als die vorgegebene Zeit ist, kann der Strom-Größenwert um 0,1% für jeden 10 ms Zeitschritt vergrößert werden, der seit dem Schließen des Schalters 22 vergangen ist, und für diese vorgegebene Zeit. (In einer alternativen Ausführungsform kann die Impulsbreite auf einem vorgegebenen prozentualen Wert (beispielsweise 20%) der maximalen Impulsbreite eingestellt werden, wenn der Schalter 22 für 20 ms oder weniger geschlossen war. Wenn die Zeit größer als 300 ms ist, so kann der Impulsbreiten-Wert um 0,1% für jeden 10 ms-Schritt der Zeit nach dem Schließen des Schalters 22 über 300 ms vergrößert werden,).
Zu den bestimmten Zeiten, zu denen die Stromstöße zugeführt werden sollen werden die Stromwerte auf einen beträchtlich höheren Wert eingestellt, als dies anderenfalls der Fall sein würde. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform einer ausführlicheren Betriebsfolge des Schrittes 90 nach 3A angibt und zeigt, wie die Stromstoß-Werte, wie zum Beispiel die vergrößerten Amplituden des Stroms so eingestellt werden können, dass sie zu den Zeiten t_S1, t_S2, t_S3 und t_SN auftreten. Obwohl lediglich ein einziger Stromstoß in 4 zu solchen Zeiten gezeigt ist, sollte es verständlich sein, dass die Zuführung einer Serie von Stromstößen beginnend an diesen Zeiten ebenfalls möglich und vorzuziehen ist.
Wenn keine Bewegung der Ausgangs-Welle 32 im Schritt 88 festgestellt wurde und der Einkuppelvorgang zum Schritt 90 fortgefahren ist, so prüft unter spezieller Bezug-nahme auf 6 die Steuerung 20 im Schritt 90A, ob die dann aktuelle Zeit die Zeit t_S1 ist, die Zeit, zu der ein erster Stromstoß zugeführt werden soll, wenn die Ausgangs-Welle 32 zu dieser Zeit ihre Bewegung noch nicht begonnen hat.
Wenn die Zeit t gleich t_S1 ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 90B über, in der sie den Stromwert einstellt, der bei der Zuführung des Stromstoßes zur Zeit t_S1 verwendet werden soll, bevor sie durch den Punkt C nach 6 zum Schritt 104 nach 3A weiterläuft.
Wenn im Schritt 90A die dann aktuelle Zeit nicht gleich t_S1 ist, so geht die Steuerung 20 zum Schritt 90C über, in der sie als nächstes prüft, ob t gleich t_S2 ist, die Zeit, zu der der zweite Stromstoß zugeführt werden soll, wenn die Ausgangs-Welle 32 ihre Bewegung zu dieser Zeit noch nicht begonnen hat. Wenn die t gleich t_S2 ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 90D über, in der sie den Stromwert einstellt, der bei der Zuführung des Stromstoßes zu der Zeit t_S2 verwendet werden soll, bevor sie über den Punkt C nach 6 zum Schritt 104 nach 3A übergeht.
Wenn im Schritt 90C die dann aktuelle Zeit nicht gleich t_S2 ist, so geht die Steuerung 20 Schritt 90E über, in der sie als nächstes prüft, t gleich t_S3 ist, die Zeit, zu der ein dritter Stromstoß zugeführt werden soll, wenn die Ausgangs-Welle 32 zu dieser Zeit ihre Bewegung noch nicht begonnen hat. Wenn die Zeit t gleich t_S3 ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 90F über, in der sie den Stromwert einstellt, der bei der Zuführung des Stromstoßes zu der Zeit t_S3 verwendet werden sollt, bevor sie über den Punkt C nach 6 zum Schritt 104 nach 3A übergeht.
Wenn im Schritt 90E die dann aktuelle Zeit nicht gleich t_S3 ist, so kann die Steuerung 20 zu anderen Schritten übergehen, wie zum Beispiel 90G, wenn das System zur Lieferung zusätzlicher Stromstöße zu anderen Zeiten ausgelegt ist, oder wenn keine zusätzlichen Stromstöße bei einem bestimmten System anzulegen sind, zum Schritt 90I. Im Schritt 90G prüft die Steuerung 20, ob t gleich t_SN ist, der Zeit, zu der ein N-ter Stromstoß zuzuführen ist, wenn die Ausgangs-Welle 32 zu dieser Zeit ihre Bewegung noch nicht begonnen hat. Wenn die Zeit t gleich t_SN ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 90H über, in der sie den Stromwert einstellt, der bei der Zuführung des Stromstoßes zu der Zeit t_SN zu verwenden ist, bevor sie über den Punkt C nach 6 zum Schritt 104 nach 3A übergeht. Wenn t nicht gleich t_SN im Schritt 90G ist (oder zu irgendeinem Wert von t an einem der Schritte 90A, 90C, oder 90E, wenn das System so ausgelegt ist, dass es weniger als 2, 3 oder N Stromstöße zuführt) geht die Steuerung 20 zum Schritt 90I über, in der sie den Füll-Stromwert für die Zeit t in einer Weise einstellt, wie dies weiter oben unter Bezugnahme auf den Schritt 90 nach 3A beschrieben wurde, bevor sie über den Punkt C nach 6 zum Schritt 104 nach 3A übergeht.
10 ist ein weiteres Ablaufdiagramm, das ein optionales Merkmal darstellt, das in die Betriebsfolge nach 6 eingefügt werden kann, unter Einschluss von zusätzlichen Schritten am Punkt A nach 6, und zeigt, wie ein Stromstoß-Wert durch die Feststellung eines Drehzahl-Abfalls des Motors vor der Feststellung einer Bewegung der Ausgangs-Welle 32 ausgelöst werden kann. Wie dies in 10 gezeigt ist, kann die Steuerung 20 beim Erreichen des Schrittes 90 (in 3A) und vor dem Übergang zum Schritt 90A zunächst feststellen, ob die DROOP-(Drehzahl-Abfall-) Flagge gesetzt wurde. Wenn eine derartige Flagge bereits vorher gesetzt wurde, kann die Steuerung beispielsweise entweder zum Punkt B nach 6 oder zum Schritt 90A nach 6 übergehen, in Abhängigkeit von bestimmten Systemen.
Wenn jedoch die DROOP-Flagge vorher nicht gesetzt wurde, geht die Steuerung 20 zum Schritt 90K über, in dem sie prüft, ob irgendein Motor-Drehzahl-Abfall (oder ein Grad des Drehzahl-Abfalls) festgestellt wird. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 90A in 6 über, wenn nicht, geht sie zum Schritt 90L über.
Im Schritt 90L setzt die Steuerung 20 die DROOP-Flagge, bevor sie zum Schritt 90M übergeht, in dem die Steuerung 20 einen dem Ventil bei t = T_DROOP zuzuführenden Stromstoß einstellt,, bevor sie zum Punkt C nach 6 und durch diesen hindurch zum Schritt 104 nach 3A übergeht.
Sobald der Stromwert für die Zeit t im Schritt 90 eingestellt wurde, wie zum Beispiel an den Schritten 90B, 90D, 90F, 90H oder 90I nach 6 oder dem Schritt 90M nach 10, geht die Operation dann zum Schritt 104 (3A) über, wobei dieser Schritt weiter unten näher betrachtet wird.
Aus der vorstehenden Diskussion und Beschreibung sollte es verständlich sein, dass ein Zweck der Schritte 88 und 90 darin besteht, ein sanftes Einkuppeln der PTO-Kupplung 18 zu bewirken. Ein bestimmtes Volumen an Hydraulikflüssigkeit muss an die PTO-Kupplung 18 geliefert werden, bevor sich die Kupplungsplatten der PTO-Kupplung 18 über die Strecke bewegen, die erforderlich ist, um die Kupplungsplatten miteinander in Eingriff zu bringen. Während eines Kupplungs-Füllprozesses ist es nicht wünschenswert, Hydraulikflüssigkeit der Kupplung mit einem festem oder unerwünscht hohem Druck zuzuführen, weil die Kupplung abrupt ein Drehmoment von der Eingangs-Welle 19 auf die Ausgangs-Welle 32 übertragen würde. Eine derartige abrupte Übertragung des Drehmomentes kann möglicherweise Schäden an der Ausgangs-Welle 32 oder einem zugehörigen Arbeitsgerät hervorrufen, das mit der PTO-Ausgangs-Welle verbunden ist. Durch Einleiten des Füllens der Kupplung 18 mit einem Druck, der äquivalent zur Vorspannkraft ist, die von den Kupplungsfedern ausgeübt wird, und durch Zuführen eines Stromes an das Ventil zum Bewirken eines gesteuertes Füllens der Kupplung 18 kann erreicht werden, dass sich die Kupplungsplatten relativ langsam in Richtung auf ein Einkuppeln bewegen, und der Druck kann in steuerbarer Weise graduell vergrößert werden, bis sich ein Einkuppeln ergibt. Dieser Vorgang verhindert die abrupte Übertragung von Drehmoment von der Einganngs-Welle 19 auf die Ausgangs-Welle 32.
Wie dies in einer idealisierten Form in 4 gezeigt ist, beginnt nach dem Ventil-Aufwecken zum Zeitpunkt t₀ der Strom/Druck, der über die Zeit von T_s aus zugeführt wird, mit einem niedrigen Pegel und steigt entsprechend den Strom-Füllwerten an, die im Schritt 90 festgelegt werden, bis zur Zeit T1, zu der die erste Bewegung der Ausgangs-Welle 32 auftritt und im Schritt 88 festgestellt wird. Während der Periode zwischen t₀ und T1 ist zu den Zeiten t_S1, t_S2, und t_S3 die Zuführung von Stromstößen entsprechend den Stromwerten gezeigt, die in den Schritten 90B, 90D und 90E festgelegt wurden. Wie dies in 4 gezeigt ist, muss die Zuführung der Stromstöße nicht unter einem gleichen Abstand aufweisenden Intervallen auftreten, sondern kann zu Zeiten erfolgen, die für bestimmte Systeme ausgewählt und an diese angepasst sind. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, hat es sich während einer derartigen Zeitperiode von t₀ bis T1 nach der anfänglichen Zuführung von Strom mit einer vorgegebenen Größe für eine kurze Dauer als vorteilhaft herausgestellt, graduell den Strom zu vergrößern, beispielsweise um ungefähr 0,03% des maximalen Stromes alle 10 ms, bis die Bewegung der Ausgangs-Welle 32 festgestellt wird. Wie dies weiter oben erläutert wurde, ergeben die Stromstöße eine höhere Amplitude des Stromes für eine kurze Dauer zu den Zeitpunkten ihrer Zuführung.
Bei alternativen Ausführungsformen, die PWM-Signale verwenden, kann die Impulsbreite des PWM-Signals mit einem bestimmten Tastverhältnis (beispielsweise 20%) zur Zeit t₀ eingeleitet und in graduellen Schritten vergrößert werden, bis sich die Ausgangs-Welle 32 zu bewegen beginnt, wie dies im Schritt 88 festgestellt wird. Zu den Zeiten, zu denen ein Stromstoß zugeführt werden soll, kann die Impulsbreite vergrößert werden, um den eine kurze Dauer aufweisenden Druckstoß zu erreichen, der an der PTO-Kupplung 18 erwünscht ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3A geht, wie dies weiter oben erläutert wurde, nach der Einstellung des Füllstromes die Steuerung 20 von dem Schritt 90 nach 3A auf den Schritt 104 über. Im Schritt 104 prüft die Steuerung 20, ob der Zeitgeber abgelaufen ist. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 107 über und beendet die PTO-Operation; wenn nicht, geht sie direkt zum Schritt 106 über.
Im Schritt 106 bewirkt die Steuerung 20 die Zuführung des festgelegten Stromwertes an das PTO-Kupplungsventil 28, bevor sie zum Schritt 109 übergeht, an dem sie den Zeitgeber aktuallisiert, bevor sie zum Schritt 110 übergeht. Im Schritt 110 prüft die Steuerung 20, ob der PTO-Schalter immer noch geschlossen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 107 über, in dem die PTO-Operation beendet wird. Wenn der Schalter immer noch geschlossen ist, geht die Steuerung 20 jedoch zum Schritt 108 über, der eine Rückkehr zum Schritt 88 und dem Beginn einer weiteren Schleife der Einkuppel-Operation identifiziert. (Im Schritt 106 kann für Ausführungsformen, die PWM-Techniken verwenden, die Steuerung die Zuführung eines Pulsbreitenmodulations-Signals an das Ventil 28 über die Leitung 48 mit einer Frequenz von 400 Hz und mit einer Impulsbreite bewirken, die dem derzeitigen Strombreiten-Wert entspricht, wie er in dieser speziellen Schleife durch die Operationsfolge eingestellt ist).
Es ist zu erkennen, dass verschiedene Prüfungen und Aktionen der RÜCKKEHR 108 zugeordnet werden können, um einen Abschluss der Betriebsfolge und die Beendigung eines weiteren Schleifendurchlaufs durch die Folge zu bewirken, und um Informationen oder Initialisierungswerte für weitere Aktivitäten zu sichern, in Abhängigkeit von dem System. Als Beispiel können vorhergehende Drehzahlwerte für die Eingangs- und/oder Ausgangs-Welle für eine spätere Bezugnahme gespeichert werden, wenn dies gewünscht ist, und neue Drehzahlwerte können bei diesem Schritt zur Bezugnahme und Verwendung bei einer Rückkehr der Operation zum Schritt 88 und nachfolgenden Schritten gelesen werden.
Es sollte verständlich sein, dass die vorstehende Erläuterung nunmehr den Schleifenbetrieb von dem Schritt 88 über den RÜCKKEHR-Schritt 108 und zurück zum Schritt 88 beschrieben hat, wobei dieser Schleifenbetrieb während der FÜLL-BETRIEBSART erfolgt. Die Steuerung 20 bewirkt, dass der Zeitgeber-Zähler um einen bestimmten Betrag bei jedem Durchlauf durch den Schritt 109 aktualisiert wird, wobei dieser Betrag zu der Zeit in Beziehung steht, die zum Durchlauf durch die Betriebsschleife erforderlich ist. (Für die durch die Ablaufdiagramme nach den 3A und 3B dargestellte Programmierung, die mit einer Rate von ungefähr 100 Hz läuft, ist ein Zyklus ungefähr 10 ms. Entsprechend wird für einen Zyklus der Zähler um einen Zählwert aktualisiert, der 10 ms zugeordnet ist).
Unter erneuter Bezugnahme auf 3A ist zu erkennen, dass bei einem Schleifendurchgang durch den Schritt 88 und bei einer Feststellung, dass sich die Welle 32 (bereits) bewegt, die FÜLL-BETRIEBSART beendet und die Systemoperation tritt entweder in die MODULATIONS-BETRIEBSART oder die RAMPEN-BETRIEBSART der Operation ein (oder setzt diese fort) während die Steuerung 20 zum Schritt 91 anstatt zum Schritt 90 übergeht.
Bevor zu einer Diskussion der Betriebsweise der Steuerung 20 während der MODULATIONS-BETRIEBSART übergegangen wird, sollte zunächst daran erinnert werden, dass die MODULATIONS-BETRIEBSART die Zeitperiode ist, die beginnt, wenn die Übertragung von Drehmoment begonnen hat, bis zur vollständigen Einkupplung der Kupplung, und dass das System versucht, eine derartige Verriegelung sanft jedoch ziemlich schnell zu erreichen, beginnend mit einem Zustand, in dem die Ausgangs-Wellen-Drehzahl im Wesentlichen Null ist und weiter zu einem Zustand, in dem die Ausgangs-Wellen-Drehzahl im Wesentlichen gleich der Eingangs-Welle (und des Motors) ist.
In der Vergangenheit wurde bei manchen Systemen die Soll-Beschleunigung als ein fester Zielwert eingestellt, und sie wurde effektiv als eine geradlinige Steuerkurve (oder ein Satz von Steuerkurven) gesehen oder betrachtet, die sich von einer Ausgangs-Welle-Drehzahl von Null zu der vollen Soll-Drehzahl über ein festes Zeitintervall erstrecken (typischerweise 2 Sekunden). Ein Nachteil derartiger Systeme besteht darin, dass sie unterschiedliche Last- und Beschleunigungs-Bedingungen in der gleichen Weise behandeln.
In idealer Weise sollte einer Welle, die eine Nacheilung für eine bestimmte Zeit hatte, ein höherer Beschleunigungs-Zielwert im Verlauf der Zeit gegeben werden, während eine Welle, die schneller beschleunigt hatte, mit einem niedrigeren Beschleunigungs-Zielwert versehen werden sollte. Selbst in einem normalen Last-Zustand, bei dem die Welle weder nacheilte noch zu stark beschleunigte, wird es als bevorzugt betrachtet, die Soll-Beschleunigung an der anfänglichen Beschleunigungs-Stufe niedriger einzustellen, damit sich ein sanfter Anlauf ergibt, und höher zu einer späteren Beschleunigungs-Stufe, damit die volle Soll-Drehzahl in ausreichender Zeit erreicht wird. Eine derartige Beschleunigung ergibt eine geringere mechanische Beanspruchung sowohl des Arbeitsgerätes als auch des Fahrzeuges. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird bei dem vorliegenden System die Soll-Beschleunigung vorzugsweise als ein dynamischer Zielwert eingestellt, obwohl ein dynamischer Zielwert für die Erzielung einiger der breiteren Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sein kann. Wie dies derzeit bevorzugt wird, kann die Soll-Beschleunigung als eine Kurve betrachtet werden, die zu Beginn flacher ist und am Ende steiler wird. Allgemein und, wie dies weiter unten weiter erläutert wird, wird gemäß der bevorzugten Art der Betriebsweise ein Zeitgeber (Zeitgeber 2) zurückgesetzt, wenn die Ausgangs-Wellen-Bewegung erstmalig festgestellt wird, und er wird nachfolgend aktualisiert, während die MODULATIONS-BETRIEBSART fortschreitet, wobei die maximale Zeit zum Erzielen einer Kupplungsverriegelung auf 3 Sekunden eingestellt ist. Zum Zeitpunkt der ersten Ausgangs-Wellen-Bewegung (T₁) wird eine Soll-Beschleunigung anfänglich unter Verwendung eines Beschleunigungs-Zeitwertes t_ACC von 2,3 Sekunden bestimmt. Die Beschleunigungs-Zeitwerte, die zu späteren Zeiten für nachfolgende Festlegungen der (aktualisierten) Soll-Beschleunigungswerte verwendet werden, werden vorzugsweise entsprechend der Gleichung t_ACC = (2,3 – ((Zeitgeber 2)/2)) bestimmt. Damit würde der Beschleunigungs-Zeitwert, der zur Zeit 1,0 Sekunden nach der anfänglichen Bewegung der Ausgangs-Welle verwendet wird, gleich t_ACC = (2,3 – ((1,0)/2)) = (2,3 – 0,5) – 1,8 Sekunden sein, während der Beschleunigungs-Zeitwert, der am Abschluß der 3-Sekunden-Maximal-Zeitperiode zur Erzielung der Verriegelung verwendet wurde, gleich t_ACC = (2,3 – ((3,0)/2)) = (2,3 – 1,5) = 0,8 Sekunden sein würde. Entsprechend neigt, während die Zeit vergeht, die Kurve dazu, steiler zu werden. Weil die Beschleunigung eine Funktion der Geschwindigkeits-Änderungen über die Zeit ist, wirkt die fortgesetzte Verkleinerung des Beschleunigungs-Zeitwertes im Sinne der Erzielung von höheren und höheren Beschleunigungs-Zielwerten, und als Folge hiervon zu einer Anforderung für die Zuführung von zunehmend größeren Stromwerten an die die Kupplung.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3A ist zu erkennen, dass im Schritt 91, wenn die im Schritt 88 festgestellte Bewegung die erste Bewegung der Ausgangs-Welle ist, die MODULATIONS-BETRIEBSART beginnt und die Steuerung 20 dann zum Schritt 93 übergeht in dem sie die Zeit für diese festgestellte Bewegung als ZEITGEBER 1 speichert, einen Zeitgeber für ZEITGEBER 2 zurücksetzt und startet und eine Flagge für ein 1. MAL setzt, bevor sie zum Schritt 120 übergeht. Wenn die festgestellte Bewegung nicht die erste Bewegung der Ausgangs-Welle ist, geht die Steuerung 20 stattdessen über den Punkt B nach den 3A und 3B zum Schritt 76 nach 3B über.
Wenn die im Schritt 91 festgestellte Bewegung die erste Bewegung ist und die Betriebsweise über den Schritt 93 zum Schritt 120 übergegangen ist, prüft die Steuerung 20 im Schritt 120, ob ein Motor-Drehzahl-Abfall (oder ein Grad des Motor-Drehzahl-Abfalls) zu dieser Zeit aufgetreten ist. Typischerweise kann dies die Form der Feststellung umfassen, ob die Differenz zwischen einem vorhergehenden (Nenn-) Motor-Drehzahl-Wert und dem aktuellen Motor-Drehzahl-Wert innerhalb oder außerhalb eines festgelegten Abweichungswertes liegt. Wenn die Differenz den festgelegten Abweichungswert übersteigt, so zeigt diese Feststellung die Anwendung einer ausreichenden Last auf den Motor bei Beginn der Bewegung der Ausgangs-Welle an, damit die Last als etwas anderes als eine sehr leichte Last oder eine zugehörige Freilaufkupplung betrachtet wird. In einem derartigen Fall geht die Steuerung 20 zum Punkt B nach den 3A und 3B zum Schritt 76 nach 3B über. Wenn andererseits die Differenz innerhalb des Abweichungswertes liegt, so wird diese Feststellung so betrachtet, dass sie das Vorhandensein entweder einer sehr geringen Last oder einer zugehörigen Freilaufkupplung anzeigt, und die Steuerung 20 geht dann zum Schritt 122 über.
Im Schritt 122 setzt die Steuerung 20 eine Status-Flagge für eine sehr geringe Last, bevor sie über den Punkt B nach den 3A und 3B zum Schritt 76 nach 3B übergeht.
Das Fehlen eines im Schritt 120 festgestellten Drehzahl-Abfalls bei Feststellung der ersten Bewegung der Ausgangs-Welle im Schritt 91 ist von Bedeutung, weil derartige Feststellungen in Kombination Reaktionen identifizieren, die auftreten, wenn die ausgeübte Last sehr niedrig ist, oder wenn eine Freilaufkupplung vorhanden ist und die Klemmkörper einer derartigen Freilaufkupplung noch nicht mit dem Verriegelungskerben dieser Freilaufkupplung in Eingriff gekommen sind, wobei in derartigen Fällen die anfänglich festgestellte Last auf die PTO-Ausgangs-Welle nur einen geringen anfänglichen Widerstand gegen das über die PTO-Kupplung zugeführte Drehmoment und eine nur sehr geringe Belastung des Motors darstellt. Die Feststellung der Bewegung der Ausgangs-Welle im Schritt 88 und die Feststellung der ersten Bewegung im Schritt 91 ist von Bedeutung, weil diese Vorgänge den Abschluss der FÜLL-BETRIEBSART und den Beginn der MODULATIONS-BETRIEBSART identifizieren. Wie dies in 4 gezeigt ist, folgt die MODULATIONS-BETRIEBSART direkt auf die FÜLL-BETRIEBSART und wird eingeleitet, wenn die PTO-Drehzahl (Ausgangs-Wellen-Bewegung) zu ersten Mal festgestellt wird. Nach der Feststellung der PTO-Wellen-Drehzahl zum Zeitpunkt T1 modifiziert die Steuerung 20 das Analog-Befehlssignal an das Ventil auf der Grundlage der Beschleunigung der PTO-Kupplung, bis ein PTO-Kupplungs-Einkuppeln (das heißt, wenn der PTO-Kupplungs-Schlupf die Kriterien für eine voll eingekuppelte Kupplungs-Bedingung erfüllt) zum Zeitpunkt T_L erfolgt.
Allgemein wird während der Periode zwischen der Feststellung der PTO-Drehzahl und dem vollen Einkuppeln der Kupplung das Analog-Befehlssignal typischerweise in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen der berechneten Beschleunigung der PTO-Kupplung verglichen mit dem Ziel-Beschleunigungswert eingestellt. Die Steuerung überwacht die Motor-Drehzahl und nimmt typischerweise an, dass sie für die nächsten 2 Sekunden konstant ist. Aus der Motor-Drehzahl berechnet die Steuerung typischerweise die PTO-Beschleunigung, die erforderlich ist, um ein vollständiges Einkuppeln der PTO-Kupplung innerhalb von ungefähr 1,8 Sekunden zu erreichen. Wenn die Beschleunigung niedriger als der Ziel-Beschleunigungswert ist, wird der Steuerstrom entsprechend vergrößert, sofern nicht die Motor-Drehzahl zu niedrig belastet wurde. Wenn die Beschleunigung höher als der Ziel-Beschleunigungswert ist, wird der Steuerstrom entsprechend in den frühen Stufen der Modulation verringert. Typischerweise wird, wenn die Modulation über eine Sekunde abgelaufen ist oder die PTO länger als 4 Sekunden eingeschaltet wurde oder der Kupplungs-Schlupf kleiner als 50% ist, der Steuerstrom nicht verringert, selbst wenn die Beschleunigung höher als der Ziel-Beschleunigungswert ist, obwohl diese Merkmale in Abhängigkeit von bestimmten Systemen und Benutzern geändert werden können.
Eine erkannte Schwierigkeit bei einem derartigen Vorgehen besteht darin, dass die Motor-Drehzahl selten, wenn überhaupt, über 2 Sekunden konstant bleibt, sondern sich in Wirklichkeit über diese Zeit möglicherweise drastisch ändert, wie dies der Fall sein würde, wenn eine zugehörige Freilaufkupplung nach einer kurzen Periode einer Einkuppel-Verzögerung vollständig einkuppelt. Wenn die Ausgangs-Wellen-Bewegung ohne merklichen Motor-Drehzahl-Abfall auftritt oder die PTO-Welle ihre Drehzahl ziemlich schnell und ohne merklichen Motor-Drehzahl-Abfall vergrößert, so erkennt die Steuerung diese Bedingungen (wie zum Beispiel in den Schritten 120 und 122) als Anzeige eines Zustandes ohne Last oder mit sehr geringer Last, das auch zu Anfang die mögliche Verwendung einer Freilaufkupplung anzeigen könnte. Es hat sich als wünschenswert herausgestellt, eine noch sanftere Strom-Modulation in solchen Fällen zu verwenden, um die Möglichkeit zu berücksichtigen, dass eine Freilaufkupplung mit der Ausgangs-Welle verbunden ist, und die Art und Weise wie dies erreicht wird, wird weiter unten beschrieben.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Tatsachen gewinnt, wenn die Operation zum Schritt 76 nach 3B übergeht, die Steuerung 20 die digitalen Werte, die die Drehgeschwindigkeiten der Eingangs-Welle 19 (oder des Motors 14) und der Ausgangs-Welle 32 darstellen (die einige der gleichen Werte sein können, wie sie in den Schritten 88 und 120 verwendet werden), wie sie an die Signal-Verarbeitungs-Schaltung 62 von den Schaltungen 56 und 57 geliefert werden, und die Steuerung geht dann zum Schritt 78 über, in dem sie die Geschwindigkeiten der Welle 19 (oder des Motors 14) und der Welle 32 vergleicht und in Abhängigkeit von diesem Vergleich entweder zum Schritt 80 oder zum Schritt 82 übergeht.
Wenn die Wellen-Drehzahlen gleich sind (oder innerhalb eines gewissen Toleranzgrades der Drehzahlen oder Proportionen hiervon liegen), was anzeigt, dass ein vollständiges Einkuppeln der PTO-Kupplung erfolgt ist, wie dies weiter unten erläutert wird, endet die MODULATIONS-BETRIEBSART, die RAMPEN-BETRIEBSART beginnt und die Operation geht zum Schritt 80 über.
Wenn jedoch im Schritt 78 die Wellen-Drehzahlen nicht gleich sind (oder nicht innerhalb eines gewissen Toleranzgrades der Geschwindigkeiten oder Proportionen hiervon liegen), was die erwartete Situation ist, wenn die Ausgangs-Wellen-Bewegung erstmalig festgestellt wird und die MODULATIONS-BETRIEBSART beginnt, so geht die Operation stattdessen zum Schritt 82 über, in dem die Steuerung 20 eine Prüfung durchführt, um festzustellen, ob die Flagge für den EINGESCHWUNGENEN ZUSTAND gesetzt wurde oder nicht, was anzeigt, dass ein vollständiges Einkuppeln der PTO-Kupplung vorher erfolgt ist. Während der MODULATIONS-BETRIEBSART wurde die Flagge für den EINGESCHWUNGENEN ZUSTAND noch nicht gesetzt, und die Steuerung 20 geht daher zum Schritt 94 über.
Der Toleranzgrad im Schritt 78 kann teilweise von dem ZEITGEBER2-Wert abhängen, der im Schritt 93 zurückgesetzt wird und der auf einen derartigen Wert eingestellt wird, dass beispielsweise im Fall einer zugehörigen Freilaufkupplung sichergestellt wird, dass die Drehzahlen während einer möglichen Einrast-Verzögerungs-Periode der zugehörigen Freilaufkupplung nicht als gleich betrachtet werden. Alternativ könnte die Steuerung 20 so konfiguriert oder programmiert sein, dass sie die Schritte 76, 78 und 82 umgeht und stattdessen direkt zum Schritt 94 für eine kurze jedoch ausreichende Zeitperiode nach dem Setzen der Statusflagge für SEHR GERINGE LAST übergeht, um sicherzustellen, dass irgendeine Verriegelungs-Verzögerungs-Periode abgeschlossen ist, bevor eine Feststellung im Schritt 78 getroffen wird, dass die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangs-Wellen der PTO-Kupplung ausgeglichen wurden.
Im Schritt 94 stellt die Steuerung 20 dann eine Soll-Beschleunigung ein, wobei diese Beschleunigung in manchen Fällen und mit bestimmten Ausführungsformen einmal bei einem ersten Durchgang durch den Schritt 94 während einer PTO- Einkuppel-Operation berechnet wird und man sich nachfolgend bei folgenden Durchläufen durch den Schritt 94 während dieser Einkupplungs-Operation auf diesen Wert verlässt, während in anderen Fällen und bei anderen Ausführungsformen dieser Wert in nachfolgenden Durchgängen durch den Schritt 94 in einer Einkuppel-Operation neu berechnet wird. Als Beispiel kann die Soll-Beschleunigung unabhängig davon, ob sie einmal oder mehrfach berechnet wird, dadurch berechnet werden, dass die Drehzahl der Eingangs-Welle 19 zu Zeitpunkt der Berechnung durch 2 Sekunden dividiert wird.
Allgemein ist der erste Durchgang durch den Schritt 94 der Beginn des Prozesses zur Steuerung der Kupplung 18 zur Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 gegenüber der Eingangs-Welle 19, bis die Drehzahl der Ausgangs-Welle 32 ihren eingeschwungenen Zustand (kein Rutschen der Kupplung 18) erreicht, was gleich oder proportional zur Drehzahl der Eingangs-Welle 19 ist. Die Soll-Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 im Schritt 94 wird vorzugsweise auf der Grundlage von 1,8–2,0 Sekunden berechnet, was auf der Grundlage von Experimenten ausgewählt wurde, um allgemein eine optimale Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 zu erreichen. In Abhängigkeit von der System-Konfiguration kann diese Zeitperiode jedoch entsprechend dem speziellen Traktor und der speziellen PTO-Anwendung geändert werden. Die berechnete Beschleunigung dient als ein Bezugswert zur Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 gegenüber der Eingangs-Welle 19 im Schritt 96.
Es ist verständlich, dass durch die Auswahl einer längeren Beschleunigungsperiode eine flachere, sanftere Steuerkurve erzielt werden kann, und dass durch Auswahl einer kürzeren Beschleunigungsperiode eine steilere Steuerkurve erreicht werden kann. Unter Brücksichtigung dieser Tatsache ist es weiterhin verständlich, dass die Verwendung einer flacheren, sanfteren Steuerkurve anstelle einer steileren Steuerkurve anfänglich für bestimmte extreme Lastbedingungen wünschenswert ist, wie sie beispielsweise auftreten, wenn eine zugehörige Freilaufkupplung verwendet wird, weil dies eine langsamere Beschleunigung während der Verriegelungs-Zeitperiode und eine sich daraus ergebende weniger abrupte Reaktion ermöglicht, wenn die Freilaufkupplung verriegelt wird und die „tatsächliche" Last von dem Motor aufgenommen wird. Eine Art der Berücksichtigung der Möglichkeit einer Freilaufkupplung bei der Feststellung eines Falls mit sehr geringen Lasten besteht daher darin, zumindest anfänglich eine flachere sanftere Steuerkurve während der MODULATIONS-BETRIEBSART auszubilden, als sie anderenfalls erzeugt würde. Eine weitere Diskussion, wie dies bei der vorliegenden Erfindung erreicht wird, wird nachfolgend geliefert.
Wie dies aus den 3A und 3B ersichtlich ist und wie dies ohne weiteres von dem Fachmann erkannt wird und wie dies in der US-B-6 267 189 erläutert und beschrieben ist, kann das PTO-Kupplungs-Steuersystem wiederholt eine neue aktualisierte Soll-Beschleunigung einstellen, während es den Schritt 94 durchläuft. Wie dies aus einer Betrachtung der 3A und 3B ersichtlich ist, durchläuft das Steuersystem-Programm solange, wie die Drehzahlen der Eingangs-Welle 19 und der Ausgangs-Welle 32 unterschiedlich bleiben (wie dies im Schritt 78 festgestellt wird) wiederholt den Schritt 94. In Ausführungsformen, bei denen die Soll-Beschleunigung jedes mal dann neu berechnet wird, wenn das PTO-Kupplungs-Steuersystem den Schritt 94 durchläuft (statt lediglich beim ersten Mal), kann die Soll-Beschleunigung wiederholt durch Dividieren der aktuellen Drehzahl der Welle 19 oder einer anderen auf die Motor-Drehzahl bezogenen Größe durch die Soll-Zeit für das Einkuppeln berechnet werden, die vorzugsweise, teilweise aus Gründen einer einfachen Diskussion, 1,8–2,0 Sekunden in verschiedenen der Ausführungsformen und zugehörigen Figuren ist, die hier beschrieben und erläutert werden. Obwohl sich in alternativen Ausführungsformen die Häufigkeit der Neuberechnung ändern kann (oder die Neuberechnung mit einer Häufigkeit erfolgen kann, die kleiner als die Häufigkeit ist, mit der das Steuersystem-Programm den Schritt 94 durchläuft), hat es sich als wünschenswert herausgestellt, dass die Soll-Beschleunigung mit der gleichen Häufigkeit neu berechnet wird, mit der das Steuersystem-Programm den Schritt 94 durchläuft, was (wie weiter oben angegeben wurde), ungefähr 10 ms ist. Eine derartige Neuberechnung erfolgt mit ausreichender Schnelligkeit, damit die Soll-Beschleunigung effektiv kontinuierlich neu berechnet wird, um Änderungen in der Drehzahl der Eingangs-Welle 19 wiederzugeben (das heißt Änderungen der Motor-Drehzahl).
In 8 sind Beispiele der Soll- und Ist-Geschwindigkeiten für die Ausgangs-Welle 32 (das heißt die PTO-Drehzahl) und die Motor-Drehzahl (das heißt die Drehzahl der Eingangs-Welle 19), wie sie von den PTO-Kupplungs-Steuersystem einer Ausführungsform gemessen oder bestimmt werden, die die derzeitige Soll- Beschleunigung während des Einkuppelvorganges neu berechnet, gegenüber der Zeit dargestellt. Es sind vier Soll-Geschwindigkeits-Kurven gezeigt. Die vier Geschwindigkeits-Kurven werden auf der Grundlage der Motor-Drehzahl (oder der Drehzahl der Eingangs-Welle 19) bestimmt, wie sie zur vier Zeiten t_a, t_b, t_c und t_d gemessen werden, und sie werden jeweils als „die Soll-PTO-Drehzahl #a", „die Soll-PTO-Drehzahl #b", „die Soll-PTO-Drehzahl #c" bzw. „die Soll-PTO-Drehzahl #d"-Kurve bezeichnet und nachfolgend behandelt. Aus Gründen der Bequemlichkeit sind lediglich vier Soll-Drehzahl-Kurven in 8 gezeigt. Wie dies weiter oben erläutert wurde, werden die Soll-Beschleunigungen bei der bevorzugten Ausführungsform tatsächlich ungefähr alle 10 ms (effektiv kontinuierlich) neu berechnet, sodass 8 eine symbolische Beschreibung der tatsächlichen Betriebsweise des PTO-Kupplungs-Steuersystems sein soll, bei dem es viel mehr als vier Soll-Geschwindigkeits-Kurven ergibt. Weiterhin ist es lediglich verallgemeinernd, dass die vier Soll-Drehzahl-Kurven so gezeigt sind, als ob sie zur vier Zeiten berechnet werden (Zeiten t_a-t_d), die nicht den gleichen Abstand voneinander haben. Obwohl alternative Ausführungsformen unterschiedlich sein können, hat es sich als wünschenswert herausgestellt, dass die Soll-Beschleunigungen (im Gegensatz zu 8) mit einer konstanten Frequenz neu berechnet werden, weil das PTO-Kupplungs-Steuersystem wiederholt den Schritt 94 durchläuft.
Obwohl aus Bequemlichkeitsgründen bei der Diskussion die Drehzahl-Kurven so dargestellt sind, als ob sie auf der Grundlage der gleichen Zeitperiode (von t_a bis t_e) berechnet werden, sollte es verständlich sein, dass die Drehzahl-Kurven auf unterschiedlichen Perioden beruhen können, wie zum Beispiel den t_ACC-Werten, die weiter oben berechnet wurden, und dass das grundlegende Prinzip bezüglich der Neuberechnung immer noch anwendbar ist, und dass die speziellen Zeitperioden, die für die Drehzahl-Kurven-Berechnungen verwendet werden, geändert werden können und von verschiedenen Faktoren abhängen können, unter Einschluss von Faktoren, wie zum Beispiel der Zeit t der Berechnung oder dem Lasttyp, um Beispiele zu nennen.
Wie dies in 8 gezeigt ist, beginnt die Ausgangs-Welle 32, sich zu Zeitpunkt t_a zu drehen, und die Drehzahl der Ausgangs-Welle ist gleich der Drehzahl der Eingangs-Welle 19 (oder der Motor-Drehzahl) zum Zeitpunkt t_e (vollständiges Einkuppeln), was T_L von 4 entspricht. Wie dies weiterhin gezeigt ist, bleibt die Drehzahl der Eingangs-Welle 19 (und des Motors 14) nicht konstant, während die Übertragung der Leistung auf die Ausgangs-Welle 32 beginnt, sondern sie sinkt stattdessen ab und entsprechend würde, wenn die Ist-Drehzahl der Ausgangs-Welle 32 sich entsprechend der Kurve #a für die Soll-PTO-Drehzahl vergrößern soll, was auf der Grundlage der anfänglichen Motor-Drehzahl zum Zeitpunkt t_a bestimmt wird, die Welle die Drehzahl der Eingangs-Welle 19 (das heißt die Motor-Drehzahl) in einer Zeit erreichen, die wesentlich kürzer als die Soll-Zeit des Einkuppelns ist (das Zeit-Intervall zwischen den Zeiten t_a und t_e, das heißt 2 Sekunden). Anstatt die Drehzahl der Eingangs-Welle 19 zur Zeit t_e zu erreichen, würde die Welle die Drehzahl der Eingangs-Welle an der Zeit erreichen, an der gemäß 8 die Kurve #a für die Soll-PTO-Drehzahl die Motor-Drehzahl-Kurve durchquert.
Die Ausführungsformen, die wiederholt die Soll-Beschleunigung neu berechnen, vermeiden diese übermäßige Einkuppel-Geschwindigkeit dadurch, dass die Soll-Drehzahl-Kurve abgeglichen wird, wenn die Motor-Drehzahl absinkt. Wie dies in 8 gezeigt ist, wird zu den Zeiten t_b, t_c, und t_d die Soll-Beschleunigung neu berechnet (im Schritt 94 des Steuersystem-Programms), und die Soll-Drehzahl-Kurve ändert sich jeweils auf die Soll-PTO-Drehzahl #d-, die Soll-PTO-Drehzahl #c- und Soll-PTO-Drehzahl #d-Kurven. Wie dies weiter unten beschrieben wird, wird bei derartigen Ausführungsformen die Ist-Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 abgeglichen, wenn sich die Soll-Drehzahl-Kurve ändert (genauer gesagt wird die Ist-Beschleunigung auf der Grundlage der Differenz zwischen den Ist- und Soll-Beschleunigungen abgeglichen). Insoweit als die Ist-Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 eingestellt wird, um die neuen Soll-Drehzahl-Kurven wiederzugeben, steigt die Drehzahl der Ausgangs-Welle mit einer derartigen Rate an, dass sie sich der Drehzahl der Eingangs-Welle 19 (das heißt der Motor-Drehzahl) ungefähr bei t_e annähert (das heißt innerhalb der Soll-Zeit für das Einkuppeln, das heißt 2 Sekunden), wie dies in 8 gezeigt ist, und nicht wesentlich vor t_e.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, dass es vorteilhaft ist, in der Lage zu sein, unterschiedliche Beschleunigungs-Steuerkurven in Abhängigkeit von der Art der Last zu verwenden, die die PTO antreibt. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das mit weiteren Einzelheiten eine Art und Weise zeigt, wie dies im Schritt 94 in dem Einkuppel-Operations-Prozess durchgeführt werden kann, nicht nur für sehr geringe Lasten und Freilaufkupplungen, sondern auch für andere Arten von Lasten, wie sie insbesondere durch die Verwendung von oder in Verbindung mit der Anwendung von Stromstößen während der FÜLL-BETRIEBSART erreicht werden kann.
Während der MODULATIONS-BETRIEBSART prüft die Steuerung 20 beim Erreichen des Schrittes 94 im Schritt 94A, um festzustellen, ob irgendwelche Last-Flaggen bereits gesetzt wurde, wie zum Beispiel die Status-Flagge für SEHR GERINGE LAST, die im Schritt 122 gesetzt wird. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuerung zum Schritt 94K über. Wenn dies nicht der Fall ist, geht sie stattdessen zum Schritt 94B über.
Im Schritt 94B prüft die Steuerung 20, ob der gespeicherte ZEITGEBER1-WERT kleiner als t_S1 ist, die Zeit, zu der der erste Stromstoß zuzuführen war. Wenn dies der Fall ist, hat die Ausgangs-Welle 32 ihre Bewegung vor der geplanten Zeit für den ersten Stromstoß begonnen, und als Folge hiervon wird die Last daher als eine geringe Last klassifiziert oder betrachtet, und die Steuerung 20 geht zum Schritt 94C über, in dem sie eine Flagge für eine GERINGE LAST setzt, bevor sie zum Schritt 94K übergeht.
Wenn im Schritt 94B der gespeicherte ZEITGEBER1-WERT nicht kleiner als t_S1 ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 94D über, in dem sie prüft, ob der ZEITGEBER1-WERT kleiner als t_S2 ist, die Zeit, zu der der zweite Stromstoß anzuwenden wäre. Wenn dies der Fall ist, hat die Ausgangs-Welle 32 ihre Bewegung nach der geplanten Zeit für den ersten Stromstoß, jedoch vor der geplanten Zeit für den zweiten Stromstoß begonnen, wobei als Folge hiervon die Last daher als eine mittlere Last klassifiziert oder betrachtet wird, und die Steuerung 20 geht zum Schritt 94E über, in dem sie eine Flagge für eine MITTLERE LAST setzt, bevor sie zum Schritt 94K übergeht.
Wenn im Schritt 94D der gespeicherte ZEITGEBER1-WERT nicht kleiner als t_S2 ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 94F über, in der sie prüft, ob der ZEITGEBER1-WERT kleiner als t_S3 ist, der Zeitpunkt, zu dem der dritte Stromstoß anzuwenden wäre. Wenn dies der Fall ist, hat die Ausgangs-Welle 32 ihre Bewegung nach der geplanten Zeit für den zweiten Stromstoß, jedoch vor der geplanten Zeit für den dritten Stromstoß begonnen, wobei als Folge hiervon die Last daher als eine große Last klassifiziert oder betrachtet wird, und die Steuerung 20 geht zum Schritt 94G über, in dem sie eine Flagge für eine GROSSE LAST setzt, bevor sie zum Schritt 94K übergeht.
Wenn im Schritt 94F der gespeicherte ZEITGEBER1-WERT nicht kleiner als t_S3 ist, kann die Steuerung 20 auf andere Schritte übergehen, wie zum Beispiel den Schritt 94H, wenn das System so ausgelegt ist, dass es zusätzliche Lasttypen kategorisiert, oder, wenn keine zusätzlichen Lasttypen bei einem bestimmten System kategorisiert werden, zum Schritt 94K. Im Schritt 94H prüft die Steuerung 20, ob der ZEITGEBER1-WERT kleiner als t_SN ist, die Zeit, zu der der N-te Stromstoß zuzuführen wäre. Wenn dies der Fall ist, hat die Ausgangs-Welle 32 ihre Bewegung nach der geplanten Zeit für den (N-1) ten Stromstoß begonnen, jedoch vor der geplanten Zeit für den N-ten Stromstoß, wobei als Folge hiervon die Last daher als Beispiel als eine sehr schwere Last klassifiziert oder betrachtet wird, und die Steuerung 20 geht zum Schritt 94I über, in der sie eine Flagge für eine SEHR SCHWERE LAST setzt, bevor sie zum Schritt 94K übergeht.
Wenn im Schritt 94H der ZEITGEBER1-WERT nicht kleiner als t_SN ist, so wird die Last als beispielsweise eine extreme Last klassifiziert oder betrachtet, und die Steuerung 20 geht zum 94J über, in der sie eine Flagge für EXTREME LAST setzt, bevor sie zum Schritt 94K übergeht.
Beim Erreichen des Schrittes 94K bestimmt die Steuerung 20 dann die Soll-Beschleunigung für den anzutreibenden Lasttyp, beispielsweise in der Art, wie dies weiter oben anhand des Schrittes 94 nach 3B beschrieben wurde, oder auf alternative Weise, bevor sie zum Schritt 96 nach 3B übergeht. Derartige alternative Arten könnten beispielsweise die Verwendung einer voreingestellten Kurve für einen oder mehrere Lasttypen oder von Steuerkurven, die in Nachschlagetabellen enthalten sind, sowie Steuerkurven einschließen, die mit Hilfe verschiedener Einrichtungen in Echtzeit ausgebildet werden.
Im Schritt 96 führt die Steuerung 20 eine Prüfung aus, um festzustellen, ob die Beschleunigung der Ausgangs-Welle kleiner als die Soll-Beschleunigung ist, die im Schritt 94 eingestellt wurde. Um eine derartige Prüfung durchzuführen, muss zuerst die dann aktuelle Wellenbeschleunigung berechnet werden, beispielsweise auf der Grundlage der Drehzahl der Welle 32, die zu dieser Zeit von der Schaltung 56 verfügbar ist, und der Drehzahl der Welle 32, wie sie während der vorhergehenden Schleife überwacht und im Speicher gespeichert wurde, wie zum Beispiel im Schritt 76. Wenn die Betriebsschleife durch den Schritt 96 alle 10 ms ausgeführt wird, ist die Wellenbeschleunigung dann die Änderung der Wellen-Drehzahl zwischen den Programmschleifen dividiert durch 10 ms.
Wenn im Schritt 96 die berechnete Ist-Beschleunigung der Welle 32 kleiner als die Soll-Wellenbeschleunigung ist, wie sie im Schritt 94 eingestellt wurde, so geht die Operation zum Schritt 98 über. Wenn andererseits die berechnete Ist-Beschleunigung der Welle 32 größer oder gleich der Soll-Wellenbeschleunigung ist, wie sie im Schritt 94 eingestellt wurde, so geht die Operation stattdessen zum Schritt 99 über, in dem der Strom begrenzt wird, bevor ein Übergang zum Schritt 100 erfolgt.
Beide Schritte 98 und 99 befassen sich während der MODULATIONS-BETRIEBSART mit der Ausgestaltung von Strom-Einstellungen, die für die Zuführung an die die Kupplung 18 vorgesehen sind. Während der Modulation der PTO-Ausgangs-Wellen-Beschleunigung werden Stromsteuer-Kurven erzeugt, die vorzugsweise von den Lasttypen abhängen, die auf die PTO-Ausgangs-Welle einwirken. Für geringere Lasten neigen die Stromkurven dazu, flacher zu sein, und für schwerere Lasten steiler. Innerhalb des gleichen Lasttyps hängt die Rate des Stromanstiegs typischerweise davon ab, wie klein die tatsächliche Beschleunigung ist, im Vergleich zu der Ziel-Beschleunigung (beispielsweise 2/3 bis 1/6 des Zielwertes, wie dies nachfolgend weiter erläutert wird), wobei der Anstieg des Stromes typischerweise von ungefähr 0,02% bis 0,1% des maximalen Stromes reicht. Bei Freilaufkupplungen wird die Stromanstiegs-Rate beträchtlich niedriger eingestellt (bis herunter zu 0,007% des maximalen Stromes), als auf irgendeinem derartigen Wert.
Vorzugsweise wird selbst im Schritt 98, der als ein „Stromvergrößerungs"-Block bezeichnet ist, wenn festgestellt wird, dass ein Abfall der Motor-Drehzahl einen Schwellenwert überschreitet oder das der Motor-Drehzahl-Abfall über die Zeit einen Schwellenwert bezüglich der Soll-Motor-Drehzahl überschritten hat, der Stromanstieg gestoppt oder sogar umgekehrt (falls dies innerhalb der frühzeitigen Modulations-Stufe erfolgt), und zwar entsprechend der Motor-Drehzahl-Abfall-Geschwindigkeit und/oder der Größe des Drehzahl-Abfalls, der aufgetreten ist. Der Abfall der Motor-Drehzahl gibt die Einwirkung von Lasten/Drehmomenten wieder. Die Stromverringerung/Begrenzung trägt dazu bei, das Spitzen-Drehmoment zu verringern, um eine Überlastung zu vermeiden und das mechanische System zu schützen.
Unter speziellerer Bezugnahme auf den Schritt 99 ist es weiterhin wünschenswert, den Steuerbefehl (Strom oder Spannung) zu begrenzen und/oder zu verringern, wenn die Ist-Beschleunigung größer als die Ziel-Beschleunigung ist. Wie dies in den vorhergehenden Patenten beschrieben wurde, können derartige Operationen Regelschwingungen hervorrufen.
Vorzugsweise wird eine derartige Stromreduzierung lediglich in der frühzeitigen Modulationsstufe ausgeführt, wie zum Beispiel innerhalb einer Sekunde nach der Wellenbewegung, und wenn die Wellen-Drehzahl relativ niedrig ist, beispielsweise wenn der Kupplungs-Schlupf über 50% beträgt. Der Strom ist vorzugsweise nicht niedriger als der Strom, der bewirkt, dass die Welle sich zu drehen beginnt. Wenn eine Stromreduzierung angefordert wird, so sollte die Strom-Reduzierungs-Geschwindigkeit vorzugsweise langsam sein. In Abhängigkeit davon, wieviel größer die Ist-Beschleunigung als die Ziel-Beschleunigung ist (beispielsweise von 1/3 bis 3 mal größer) kann die Stromreduzierungs-Rate auf eine Bereich von ungefähr 0,1% bis 0,02% des maximalen Stromes festgelegt werden.
Wenn der Abfall der Motor-Drehzahl einen Schwellenwert übersteigt oder dieser Abfall der Motor-Drehzahl über die Zeit einen Schwellenwert bezüglich der eingestellten Motor-Drehzahl übersteigt, so wird die Stromreduzierung vorzugsweise entsprechend der Motor-Drehzahl-Abfall-Geschwindigkeit und/oder der Größe bewirkt, mit der die Drehzahl abgefallen ist, doch erfolgt dies zur Vermeidung von Regelschwingungen lediglich während der frühen Modulationsstufe. Sobald die Modulation über eine frühe Stufe hinaus fortgeschritten ist, kann der Strom auf einen konstanten Wert (strombegrenzt) gehalten werden, jedoch nicht verringert werden. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, gibt der Drehzahl-Abfall des Motors die Einwirkung von Lasten/Drehmomenten wieder, und die Stromreduzierung/Begrenzung trägt dazu bei, das Spitzen-Drehmoment zu verringern, eine Überlastung zu vermeiden und das mechanische System zu schützen.
Wenn die Ist-Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 kleiner als die Soll-Wellen-Beschleunigung ist und die Operation zum Schritt 98 fortgeschritten ist, arbeitet die Steuerung 20 dann so, dass die Größe des Stromes vergrößert wird. Die spezielle Art und Weise, wie sich die Strom-Amplitude ändert, kann für unterschiedliche Steuersystem-Ausführungsformen unterschiedlich sein.
Im Schritt 98 kann eine erste Ausführungsform des Steuersystems (die hier als die „nicht modifizierte PTO-Kupplungs-Steuersystem-Ausführungsform" bezeichnet wird) jedes mal dann, wenn die Soll-Beschleunigung die Ist-Beschleunigung übersteigt, die Strom-Amplitude um 0,1% vergrößern.
Eine alternative zweite Steuersystem-Ausführungsform (die hier als die „modifizierte PTO-Kupplungs-Steuersystem-Ausführungsform" bezeichnet wird) kann einen proportionalen (genauer gesagt pseudeo-proportionalen) Einstell-Algorithmus verwenden, um den Stromanstieg zu bestimmen. Gemäß einem derartigen Algorithmus kann das Steuersystem wie folgt arbeiten: (a) wenn festgestellt wird, dass die Ist-Beschleunigung der PTO kleiner als die Soll-Beschleunigung jedoch größer als zwei Drittel der Soll-Beschleunigung ist, so wird ein Strom derart angelegt, dass das von der PTO-Kupplung übertragene Drehmoment mit einer langsamen Rate vergrößert wird; (b) wenn festgestellt wird, dass die Ist-Beschleunigung der PTO kleiner als zwei Drittel der Soll-Beschleunigung jedoch größer als ein Drittel der Soll-Beschleunigung ist, so wird ein Strom derart angelegt, dass das übertragene Drehmoment mit einer mittleren Rate vergrößert wird; und (c) wenn festgestellt wird, dass die Ist-Beschleunigung der PTO kleiner als ein Drittel der Soll-Beschleunigung ist, so wird ein Strom derart angelegt, dass das übertragene Drehmoment mit einer schnellen Rate vergrößert wird.
Auch eine dritte Steuersystem-Ausführungsform, die hier als die „modifizierte PTO-Kupplungs-Steuersystem-Ausführungsform mit proportionalem Einstell-Algorithmus" bezeichnet wird hat sich als praktisch und brauchbar herausgestellt. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf einer Ausführungsform der Funktionalität des Schrittes 98 des Ablaufdiagramms nach 3B für eine Ausführungsform des PTO-Kupplungs-Steuersystems mit einem modifizierten proportionalem Einstell-Algorithmus zeigt. Im Schritt 98a stellt die Steuerung 20 fest, ob die Ist-Beschleunigung zwischen der Soll-Beschleunigung und zwei Dritteln der Soll-Beschleunigung liegt. Wenn dies der Fall ist, vergrößert das Programm die Strom-Amplitude mit einer langsamen Rate im Schritt 98d, bevor es den Schritt 98 verlässt. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 98b über, in der sie feststellt, ob die Ist-Beschleunigung zwischen zwei Dritteln der Soll-Beschleunigung und einem Drittel der Soll-Beschleunigung liegt. Wenn dies der Fall ist, so vergrößert die Steuerung 20 die Strom-Amplitude mit einer mittleren Rate im Schritt 98e. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 98c über, an dem sie feststellt, ob die Ist-Beschleunigung zwischen einem Drittel der Soll-Beschleunigung und einem Sechstel der Soll-Beschleunigung liegt. Wenn diese der Fall ist, vergrößert die Steuerung die Strom-Amplitude mit einer schnellen Rate im Schritt 98f. Wenn dies nicht der Fall ist, liegt die Ist-Beschleunigung zwischen Null und einem Sechstel der Soll-Beschleunigung, und die Steuerung 20 geht zum Schritt 98d über, in dem sie die Strom-Amplitude mit einer langsamen Rate vergrößert. (Es sei bemerkt, dass das Programm so ausgelegt sein kann, dass es Ist-Beschleunigungen, die exakt zwei Drittel, ein Drittel oder ein Sechstel der Soll-Beschleunigungen sind, so behandelt, als ob die Ist-Beschleunigungen oberhalb oder unterhalb dieser Pegel liegen würden).
Eine wichtige Charakteristik des modifizierten proportionalen Einstell-Algorithmus besteht darin, dass der modifizierte proportionale Einstell-Algorithmus (a) feststellt, ob die Ist-Beschleunigung unterhalb eines minimalen Schwellenwert-Teils der Soll-Beschleunigung liegt, und (b) die Strom-Amplitude mit einer langsamen Rate vergrößert, wenn die Ist-Beschleunigung unterhalb des minimalen Schwellenwert-Teils ist, selbst wenn die Ist-Beschleunigung beträchtlich kleiner als die Soll-Beschleunigung ist. Das heißt, dass bei einer derartigen Ausführungsform der modifizierte proportionale Einstell-Algorithmus im Schritt 98c feststellt, ob die Ist-Beschleunigung unterhalb von einem Sechstel der Soll-Beschleunigung liegt, und wenn dies der Fall ist, die Strom-Amplitude mit einer langsamen Rate im Schritt 98g vergrößert.
Dieses Merkmal des modifizierten proportionalen Einstell-Algorithmus erleichtert Probleme, wie sie beispielsweise in der US-B-6 267 189 beschrieben werden, und die sich aus möglichen zufälligen Drehungen der Ausgangs-Welle 32 aufgrund einer vorzeitigen Zuführung des Drehmomentes durch die PTO-Kupplung 18 ergeben (bevor die Kupplung vollständig eingekuppelt ist), die sich beispielsweise ergeben können, bevor die Freilaufkupplung 87 verriegelt ist. Dies ergibt sich daraus, dass typischerweise nach dem Einkuppeln der PTO-Kupplung 18 und der Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 die Ausgangs-Welle keine Ist-Beschleunigung von weniger als einem Sechstel der Soll-Beschleunigung haben würde. Weiterhin ist die PTO-Kupplung 18 typischerweise nicht in der Lage, ein ausreichendes Drehmoment zu liefern, wenn die Kupplung nicht vollständig eingekuppelt ist, um zu bewirken, dass die Ausgangs-Welle 32 mit einer Rate beschleunigt wird, die größer als ein Sechstel irgendeiner der Soll-Beschleunigungen ist, die von dem Steuersystem 10 berechnet werden können. Daher erreicht der modifizierte proportionale Einstell-Algorithmus die zwei Ziele, nämlich (a) zu bewirken, dass die Strom-Amplitude mit einer schnellen Rate ansteigt, wenn die Ist-Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 beträchtlich kleiner als die Soll-Beschleunigung ist, und dennoch (b) zu vermeiden, dass die Strom-Amplitude mit einer schnellen Rate ansteigt, wenn die PTO-Kupplung noch nicht vollständig eingekuppelt ist.
Obwohl bei einer derartigen Ausführungsform die Verhältnisse der Ist-Beschleunigung zur Soll-Beschleunigung, die die Strom-Amplituden-Anstiegs-Geschwindigkeiten bestimmen, vorzugsweise auf zwei Drittel, ein Drittel und ein Sechstel eingestellt sind, können bei alternativen Ausführungsformen die Verhältnisse auf unterschiedliche Werte gesetzt werden. Tatsächlich können unterschiedliche PTO-Kupplungs-Steuersysteme eine Vielzahl von unterschiedlichen proportionalen Einstell-Algorithmen haben, die zwischen mehr (oder weniger) als vier Bereichen (oder Verhältnissen von Ist-Beschleunigung zur Soll-Beschleunigung) unterscheiden und bei denen die Steuersysteme feinere (oder weniger feine) Abstufungen der Vergrößerung der Strom-Amplitude ergeben. (Eine vollständig proportionale Steuerung kann auch bei bestimmten Ausführungsformen geeignet sein). Weiterhin können sich die exakten Werte für die „langsamen", „mittleren" und „schnellen" Raten des Stromanstiegs in Abhängigkeit von der Ausführungsform ändern, obwohl die „schnelle" Rate des Anstiegs typischerweise die schnellste Rate sein wird, mit der die mechanische Kupplung in vorhersagbarer Weise das Drehmoment in Abhängigkeit von Befehlen von dem Steuersystem zur Vergrößerung des Druckes vergrößern kann. Es sei bemerkt, dass obwohl eine derartige Ausführungsform der Erfindung sowohl die Funktionalität des modifizierten proportionalen Einstell-Algorithmus als auch der vorstehend beschriebenen wiederholten (kontinuierlichen) Neuberechnung der Soll-Beschleunigung (und eine Modifikation der gewünschten Geschwindigkeitskurve 9 kombiniert, der modifizierte proportionale Einstell-Algorithmus des Schrittes 98 selbst dann verwendet werden kann, wenn die Soll-Beschleunigung lediglich einmal berechnet wird.
Ob die vorstehende Erläuterung der Schritte 96 und 98 sich speziell auf Ausführungsformen bezogen hat, die eine Vergrößerung der Strom-Amplitude bei den Einkuppel-Operationen verwenden können auch Ausführungsformen verwendet werden, die Vergrößerungen der Impulsbreite verwenden. Bei derartigen Ausführungsformen geht, wenn im Schritt 96 festgestellt wird, dass die Ist-Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 größer oder gleich der Soll-Beschleunigung ist, die Steuerung 20 zum Schritt 100 über, wobei der Impulsbreiten-Wert unverändert bleibt. Wenn im Schritt 96 festgestellt wird, dass die Ist-Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 kleiner als die Soll-Beschleunigung ist, so geht die Steuerung stattdessen zum Schritt 98 über, in dem sie so arbeitet, dass die derzeitige Impulsbreite um 0,1% vergrößert wird.
Bei bestimmten derartigen Systemen kann es wünschenswert sein, den Impulsbreiten-Wert zu verringern, wenn die Ist-Beschleunigung der Ausgangs-Welle 32 größer als die Soll-Beschleunigung ist. Diese Art von Steuerung kann jedoch Regelschwingungen und somit eine Beschleunigung der Welle 32 hervorrufen, die nicht gleichförmig ist. Entsprechend wird es bei den derzeit bevorzugten Ausführungsformen, die eine Pulsbreitenmodulations-Technik verwenden, es als vorteilhaft betrachtet, den Impulsbreiten-Wert unverändert zu lassen, wenn die Ist-Beschleunigung der Welle 32 die Soll-Beschleunigung übersteigt. Bei derartigen Ausführungsformen hat sich ein Impulsbreiten-Anstieg von 0,1% für jedes 10 ms-Intervall (das heißt für jeden Durchgang durch den Schritt 98) als vorteilhaft und bevorzugt herausgestellt.
Irgendwelche dieser Steuersystem-Ausführungsformen (oder die darin enthaltene Programmierung) kann in vorteilhafter Weise in Verbindung mit dem Steuersystem verwendet werden, das vorstehend beschrieben wurde, bei dem die Soll-Beschleunigungen wiederholt neu berechnet werden (das heißt derart, dass die Soll-Geschwindigkeitskurve sich mit der Motor-Drehzahl ändert).
Unabhängig von der speziellen Ausführungsform prüft, wenn die Einkuppel-Operation den Schritt 100 entweder ausgehend von dem Schritt 98 oder dem Schritt 99 erreicht, die Steuerung 20, ob der vergrößerte Strom-Wert, wie er an den Schritten 98, 99 oder 102 eingestellt wurde, den maximal zulässigen Strom-Wert übersteigt. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuerung 20 zum Schritt 101 über und setzt den Strom-Wert auf den maximal zulässigen Wert, bevor über den Punkt A nach 3B und 3A auf den Schritt 104 nach 3A übergegangen wird. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuerung 20 direkt über den Punkt A nach den 3B und 3A auf den Schritt 104 nach 3A über.
Die Betriebsweise wird dann in der vorstehend beschriebenen Weise beginnend mit dem Schritt 104 fortgesetzt, und sie setzt sich in einer MODULATIONS-BETRIEBSART-BETRIEBSSCHLEIFE weiter fort, bis im Schritt 78 von 3B festgestellt wird, dass die Drehzahlen gleich sind. Zu diesem Zeitpunkt endet die MODULATIONS-BETRIEBSART, und die RAMPEN-BETRIEBSART beginnt.
Die Operation geht dann von dem Schritt 78 auf den Schritt 80 statt auf den Schritt 82 über, und im Schritt 80 setzt die Steuerung 20 dann die Zeitgeber-Zählung zurück und setzt weiterhin eine Flagge für den eingeschwungenen Zustand, bevor zum Schritt 102 übergegangen wird. Im Schritt 102 bestimmt die Steuerung 20 einen zuzuführenden Strom-Wert, der während der RAMPEN-BETRIEBSART inkrementale Vergrößerungen auf den Strom-Wert einschließen kann, beispielsweise durch Vergrößern der Strom-Amplitude um 1,00% (oder in alternativen Ausführungsformen, Vergrößern des Impulsbreiten-Wertes um 1,00%), bevor zum Schritt 100 übergegangen wird.
Bei Abschluss des Schrittes 102 geht die Steuerung 20 zum Schritt 100 über, und die Betriebsweise setzt sich durch diesen hindurch und danach in der vorstehend beschriebenen Weise fort, wobei dauernde Betriebsschleifen Durchläufe durch die Schritte 80 und 102 der RAMPEN-BETRIEBSART-Schleife fortgesetzt werden.
Nachdem der maximale Strom-Wert nach kontinuierlichen Durchläufen des Schrittes 102 erreicht wurde (bei T_max), wird die RAMPEN-BETRIEBSART abgeschlossen, und die Schritte 100 und 102 bewirken eine Begrenzung des Strom-Wertes auf den maximalen Strom-Wert.
Wenn in Betriebsdurchläufen nach den Setzen der Flagge für den EINGESCHWUNGENEN ZUSTAND im Schritt 80 nachfolgend im Schritt 78 festgestellt wird, dass die Geschwindigkeiten (wiederum) unterschiedlich sind, so geht die Steuerung zum Schritt 82 über, in dem sie eine Prüfung ausführt, um festzustellen, ob die Flagge für den EINGESCHWUNGENEN ZUSTAND gesetzt ist. Weil die Flagge vorher gesetzt wurde, geht die Steuerung 20 zum Schritt 83 über.
Im Schritt 83 bestimmt die Steuerung 20, ob die Geschwindigkeits-Differenz zwischen der Welle 19 (oder dem Motor 14) und der Welle 32 größer als irgendein zulässiger Abweichungs-Wert, wie zum Beispiel fünfzehn Prozent (15%) ist oder nicht. Wenn die Geschwindigkeits-Differenz größer als fünfzehn Prozent (15%) ist, geht die Betriebsweise zum Schritt 85 über, der eine Fehlerbedingung anzeigt und zur Beendigung der PTO-Operation führt. Wenn die Geschwindigkeits-Differenz kleiner als 15% ist, geht die Steuerung 20 stattdessen zum Schritt 102 über, von dem aus die Betriebsweise in der vorstehend erläuterten Weise weiter läuft. Typischerweise wird, wenn die Flagge für den EINGESCHWUNGENEN ZUSTAND vorher gesetzt wurde und der Schritt 102 ausgehend vom Schritt 83 erreicht wurde, der bestimmte Strom-Wert auf den maximal zulässigen Strom-Wert oder nahe an diesem eingestellt.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 bezüglich der vorstehenden Erläuterung ist zu erkennen, dass das endgültige Einkuppeln der PTO-Kupplung zum Zeitpunkt T_L erfolgt, wenn die Drehzahlen der Eingangs-Welle 19 (oder des Motors 14) und der Ausgangs-Welle 32 gleich oder proportional werden, wie diese im Schritt 78 nach 3B festgestellt wird. Nach diesem Ereignis und solange die Drehzahlen gleich bleiben, durchläuft die Betriebsfolgen-Steuerung 20 wiederholt die Schritte 102 und 100 und vergrößert den Strom-Wert bei jedem Durchlauf durch den Schritt 102, bis der Strom-Wert den maximal zulässigen Strom-Wert übersteigt. An diesem Punkt und in nachfolgenden Durchläufen durch den Schritt 100 wird der Strom-Wert auf den maximal zulässigen Strom-Wert im Schritt 101 zurückgesetzt. Diese Vorgänge bewirken, dass der Strom-Wert rampenförmig mit der Zeit vergrößert wird, um einen Kupplungsdruck in der PTO-Kupplung 18 zu erzeugen, der dem maximal zulässigen Drehmoment zugeordnet ist, das zwischen der Eingangs-Welle 19 und der Ausgangs-Welle 32 zu übertragen ist. Wenn der Strom-Wert jemals größer als der maximal zulässige Strom-Wert wird, so wird der Strom-Wert auf den maximal zulässigen Strom-Wert im Schritt 101 zurückgesetzt.
Bei Ausführungsformen, die PWM-Techniken verwenden, durchläuft die Steuerung 20 nach dem endgültigen Einkuppeln zum Zeitpunkt T_L die Schritte 100 und 102, um den Impulsbreiten-Wert rampenförmig zu vergrößern, um einen Kupplungsdruck in der Kupplung 18 zu erzeugen, der den maximalen Drehmoment zugeordnet ist, das zwischen den Wellen 32 und 19 zu übertragen ist. Im Schritt 100 wird der laufende Impulsbreiten-Wert mit dem maximalen Impulsbreiten-Wert verglichen. Wenn der derzeitige Impulsbreiten-Wert, der an den Schritten 98, 99 oder 102 eingestellt wurde, größer als der maximale Impulsbreiten-Wert ist, so setzt die Steuerung 20 den Impulsbreiten-Wert auf den maximalen Impulsbreiten-Wert im Schritt 101 zurück.
Man sollte sich von den vorstehenden Diskussionen her daran erinnern, dass unterschiedliche Zeitgrenzen für unterschiedliche Betriebsarten ausgebildet oder verwendet werden können, und dass der Zeitgeber im Schritt 109 nach 3A aktualisiert wird, während die Schleifen-Operationen vorangehen, wobei als Folge hiervon die Feststellung eines Zeitablaufs des Zeigers im Schritt 104 durch die Steuerung 20 unter verschiedenen unterschiedlichen Umständen auftreten kann.
In dieser Hinsicht sei daran erinnert, dass eine Art des Erreichens des Schrittes 104 über eine Betriebsschleife unter Einschluss des Schrittes 90 besteht. Im Schritt 90 wird der Füll-Strom-Wert eingestellt, wenn im Schritt 88 festgestellt wird, dass sich die Ausgangs-Welle 32 nicht bewegt. Wenn nach Betriebsdurchläufen während der FÜLL-BETRIEBSART über eine bestimmte Zeit die Ausgangs-Welle 32 noch nicht ihre Bewegung begonnen hat, arbeitet die Steuerung 20 somit im Schritt 104 zur Beendigung des PTO-Betriebs.
Eine weitere Art und Weise, wie der Schritt 104 erreicht wird, ist über eine Betriebsschleife, die die Schritte 94, 96 und 98 oder 99 einschließt. Wenn nach dem Beginn der MODULATIONS-BETRIEBSART die Drehzahlen der Eingangs-Welle 19 und der Ausgangs-Welle 32 im Schritt 78 innerhalb einer vorgegebenen Zeit als nicht gleich festgestellt werden, ist ein vollständiges Einkuppeln der Kupplung innerhalb dieser Zeit nicht erfolgt, und die Steuerung 20 bewirkt wiederum im Schritt 104 eine Beendigung des PTO-Betriebs.
Eine weitere Art und Weise, wie der Schritt 104 erreicht werden kann, besteht in einer Betriebsschleife, die den Schritt 102 einschließt. Während der RAMPEN-BETRIEBSART wird, solange die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangs-Wellen gleich sind, der Zeitgeber bei jedem Durchlauf durch den Schritt 80 zurückgesetzt. Wenn sich die Drehzahlen an irgendeinem Punkt unterscheiden verläuft jedoch die Betriebsweise über den Schritt 82 zum Schritt 83, statt zum Schritt 80, und der Zeitgeber wird in dieser Schleife nicht im Schritt 80 zurückgesetzt. Bei fortlaufenden Durchgängen durch eine Schleife, die den Schritt 83 anstelle des Schrittes 80 einschließt, wird der Zeitgeber wiederholt im Schritt 109 aktualisiert (3A), bis entweder (a) die Drehzahlen im Schritt 78 wieder als gleich festgestellt werden und der Zeitgeber im Schritt 80 zurückgesetzt wird, oder (b) die Zeitgrenze zur erneuten Erzielung der gleichen Drehzahlen im Schritt 104 erreicht wird (wobei ein derartiger Zustand typischerweise ein unerwünschtes Rutschen in der PTO-Kupplung 18 anzeigt), was zur Beendigung der PTO-Operation im Schritt 107 führt, oder (c) eine Fehlerbedingung im Schritt 83 festgestellt wird, was zu einer Beendigung der PTO-Operation im Schritt 85 führt.
Zusätzlich zu den verschiedenen Prüfungen, die durchgeführt werden und zu den geprüften Bedingungen, wie diese vorstehend erläutert und beschrieben wurden, können verschiedene Prüfungen und Test bei verschiedenen Systemen wünschenswert sein, die beispielsweise periodische Tests der Motor-Drehzahl und anderer Betriebsfaktoren, oder Erwägungen einschließen, und die Ergebnisse derartiger Tests können bei der Feststellung des Verlauf der Operationen verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.
Obwohl verschiedene Merkmale des Steuersystems beschrieben und in den Zeichnungen erläutert wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf diese Merkmale beschränkt, und sie kann weitere Merkmale umfassen, die sowohl einzeln als auch in verschiedenen Kombinationen beschrieben wurden. Beispielsweise können Entwicklungen bei PTO-Kupplungen elektrische Kupplungen für PTO-Anwendungen kosteneffektiv machen. Entsprechend kann die hydraulische Kupplung 18 und das Steuerventil 28 möglicherweise durch eine zugehörige elektrische Kupplung und eine elektrische Kupplungs-Steuerschaltung ersetzt werden.
Es ist verständlich, dass Änderungen an den Einzelheiten, Materialien, Schritten und Anordnungen von Teilen, die beschrieben und dargestellt wurden, um die Eigenart der Erfindung erkennen zu lassen, für den Fachmann erkennbar werden und von diesem nach einem Lesen dieser Offenbarung innerhalb der Prinzipien und des Schutzumfanges der Erfindung ausgeführt werden können. Die vorstehende Beschreibung erläutert die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung; es können jedoch Konzepte, wie sie auf der Beschreibung beruhen, in anderen Ausführungsformen verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Entsprechend sollen die nachfolgenden Ansprüche die Erfindung sowohl allgemein als auch in der dargestellten speziellen Form schützen.

Claims

Verfahren zum Einkuppeln und Betrieb einer Kupplung (18) in einem System (12), das variablen Lasten ausgesetzt ist, wobei das System (12) folgendes umfasst: – eine Leistungsquelle (14) zur Erzeugung einer Drehbewegung; – eine Zapfwellen-Antriebswelle (33, 35) zur Lieferung einer Drehbewegung an zumindest ein Ausrüstungsteil (17), das mit der Zapfwellen-Antriebswelle (33, 35) verbunden ist; – eine Kupplung (18), die eine mit der Leistungsquelle (14) gekoppelte Eingangs-Welle (19) und eine mit der Zapfwellen-Antriebswelle (33, 35) gekoppelte Ausgangs-Welle (32) einschließt, wobei die Kupplung (18) ein maximales Drehmoment zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Wellen (19, 32) in Abhängigkeit von einem maximalen Kupplungsdruck überträgt, und ein auswählbares Drehmoment zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Wellen (19, 32) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Kupplungs-Einkupplungsdruck überträgt, der kleiner als der maximale Kupplungs-Einkupplungsdruck ist; – einen ersten Wandler (24), der zur Erzeugung eines Eingangs-Wellen-Drehzahlsignals angeordnet ist, das die Drehgeschwindigkeit der Eingangs-Welle (19) darstellt; – einen zweiten Wandler (26), der zur Erzeugung eines Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignals angeordnet ist, das die Drehgeschwindigkeit der Ausgangs-Welle (32) darstellt; – eine Kupplungs-Steuerung (10), die so konfiguriert ist, dass sie das Einkuppeln und Auskuppeln durch die Kupplung (18) in Abhängigkeit von dieser zugeführten Einkupplungs-Steuersignalen bewirkt, wobei die Kupplung (18) ein auswählbares Drehmoment zwischen den Eingangs-(19) und Ausgangs-(32) Wellen in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Kupplungs-Einkupplungsdruck überträgt, der durch die Einkuppel-Steuersignale definiert ist, wobei der Kupplungs-Einkupplungsdruck bis zu dem maximalen Einkupplungsdruck veränderbar ist; – eine Steuerung (20), die mit der Kupplungs-Steuerung (10), dem ersten Wandler (24) und dem zweiten Wandler (26) gekoppelt ist, wobei die Steuerung (20) betreibbar ist, um: • die Eingangs-Wellen-Drehzahlsignale und die Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignale, die von dem ersten (24) und zweiten (26) Wandlern erzeugt werden zu überwachen, und um zeitbasierte Einkuppel-Steuersignale in Abhängigkeit hiervon zu erzeugen; wobei die Einkuppel-Steuersignale jeweils eine Charakteristik einschließen, die eine zugehörige Größe des anzuwendenden Kupplungsdruckes darstellt; und • einen ersten Satz von zeitbasierten Einkupplungs-Steuersignalen während einer ersten Zeitperiode zwischen dem Beginn (t₀) eine Einkuppeloperation und der Zeit (T₁), zu der das Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignal, das eine Bewegung der Ausgangs-Welle (32) anzeigt, von der Steuerung (20) festgestellt wird, und einen zweiten Satz von Einkupplungs-Signalen zu Zeiten zu erzeugen, die auf die Feststellung der Bewegung der Ausgangs-Welle (32) folgen; und dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Überwachen der Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignale, um die Drehzahlen der Ausgangs-Welle (32) zu vorgegebenen Zeiten und eine anfängliche Bewegung der Ausgangs-Welle (32) als Ergebnis der Zuführung der Einkupplungs-Steuersignale festzustellen; (b) Überwachen der Eingangs-Wellen-Drehzahlsignale, um die Drehzahlen der Eingangs-Welle (19) zu vorgegebenen Zeiten festzustellen; und (c) Bestimmen, bei der Feststellung einer anfänglichen Bewegung der Ausgangs-Welle (32), der Abweichung der Drehzahl der Eingangs-Welle (19) zu dieser Zeit von der Nenn-Eingangs-Drehzahl vor dieser Zeit, und Festlegen eines ersten Last-Status, wenn die Drehzahl-Abweichung innerhalb eines festgelegten Abweichungswertes geblieben ist, und Festlegen eines anderen Last-Status, wenn die Drehzahl nicht innerhalb des festgelegten Abweichungswertes geblieben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der: (d) Zuführung eines Satzes von zeitbasierten Einkupplungs-Steuersignalen für den ersten Last-Status umfasst, die eine abgeflachte Steuerung gegenüber Steuerkurven definieren, die für Lasten des anderen Last-Status angewandt werden würden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der: (e) Erzeugung, nach der Feststellung einer anfänglichen Bewegung der Ausgangs-Welle (32), über eine vorgegebene Zeitperiode vor der Feststellung von Eingangs- und Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignalen von gleichem Wert durch die Steuerung (20), einer Folge von Einkupplungs-Steuersignalen umfasst, die Charakteristiken aufweisen, die einem zunehmend größeren Kupplungsdruck zugeordnet sind, der entsprechend einem bestimmten Muster anzulegen ist, bis ein maximaler Kupplungsdruck verwirklicht ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkupplungs-Steuersignale, die im Schritt (e) erzeugt werden, von der Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignale über die Zeit und der Eingangs-Wellen-Drehzahl zu einer vorgegebenen Zeit abhängen, wodurch die Steuerung (20) eine Soll-Beschleunigung für die Ausgangs-Welle (32) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt (e) erzeugten Einkupplungs-Steuersignale von der Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignale über die Zeit und dem Eingangs-Wellen-Drehzahlsignal zu der Zeit der Erzeugung des Einkupplungs-Steuersignals abhängen, wodurch die Steuerung (20) wiederholt eine Soll-Beschleunigung für die Ausgangs-Welle (32) über eine Zeitperiode bestimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt umfasst, dass: (f) nach der Feststellung der Anfangsbewegung der Ausgangs-Welle (32) innerhalb des anderen Last-Status die Last auf die Zapfwellen-Ausgangs-Welle (33, 35) auf der Grundlage der festgestellten Zeit (T₁) der Anfangsbewegung der Ausgangs-Welle gegenüber zumindest einer vorgegebenen Zeit (t_s1,..., t_s3) kategorisiert wird, wobei der zweiten Satz von zeitbasierten Einkupplungs-Steuersignalen von dem Last-Status und der Last-Kategorisierung abhängt, die im Schritt (f) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der: (g) Erzeugung, über die erste Zeitperiode, vor der Feststellung einer anfänglichen Bewegung der Ausgangs-Welle (32) durch die Steuerung als Ergebnis des Zuführens von Einkuppel-Steuersignalen, einer Folge von Einkupplungs-Steuersignalen umfasst, die Charakteristiken aufweisen, die einem zunehmend größeren Kupplungsdruck zugeordnet sind, der entsprechend einem bestimmten Muster angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der: (h) Erzeugung, zumindest einmal während der ersten Zeitperiode, deutlich verschiedener Einkupplungs-Steuersignale durch die Steuerung (20) umfasst, die Stoß-Steuersignale sind, die jeweils eine Charakteristik aufweisen, die durch eine andere Beziehung als die Charakteristiken der nicht-stoßförmigen Signale definiert sind, die über die erste Zeitperiode erzeugt werden, wobei die Charakteristik jedes Stoß-Steuersignals einem deutlich und unterscheidbar höheren Kupplungsdruck und ohne Entsprechung mit dem speziellen Muster der Kupplungsdrücke zugeordnet ist, die den nicht-stoßförmigen Einkupplungs-Steuersignalen zugeordnet sind, die über die erste Zeitperiode erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der: (i) periodischen Prüfung umfasst, um festzustellen, ob eine Bewegung der Ausgangs-Welle erfolgt ist, und: – wenn die Bewegung der Ausgangs-Welle erfolgt ist, den Übergang zur Erzeugung des zweiten Satzes von Einkupplungssignalen umfasst; oder – wenn die Ausgangs-Wellen-Bewegung nicht aufgetreten ist, und die Zeit der Prüfung nicht um eine vorgegebene Zeit nach dem Beginn der Einkupplungs-Operation liegt, Zuführen eines Einkupplungs-Steuersignals, das Charakteristiken aufweist, die einem Muster von zunehmend größeren Kupplungsdrücken zugeordnet sind, oder – wenn die Ausgangs-Wellen-Bewegung noch nicht erfolgt ist, und die Zeit der Prüfung zu einer vorgegebenen Zeit nach dem Beginn der Einkupplungs-Operation liegt, nachfolgendes Erzeugen, zumindest einmal während der ersten Zeitperiode, eines Einkupplungs-Steuersignals, das ein Stoß-Steuersignal ist, das eine Charakteristik aufweist, die durch eine andere Beziehung als die Charakteristik der nicht-stoßförmigen Steuersignale definiert ist, die über die erste Zeitperiode erzeugt werden, wobei die Charakteristik des Stoß-Steuersignals einem deutlich und unterscheidbar höheren Kupplungsdruck und ohne Entsprechung zu dem speziellen Muster von Kupplungsdrücken zugeordnet ist, die nicht-stoßförmigen Einkupplungs-Steuersignalen zugeordnet sind, die über die erste Zeitperiode erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkupplungs-Steuersignale pulsbreitenmodulierte Signale sind, die eine vorgegebene Frequenz aufweisen, und dass der der Kupplung (18) zugeführte Druck im Wesentlichen proportional zur Impulsbreite der modulierten Signale ist.
Zapfwellen-Steuersystem für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug (12) eine Leistungsquelle (14) zur Erzeugung einer Drehbewegung, eine Zapfwellen-Ausgangs-Welle (33, 35) zur Lieferung einer Drehbewegung an zumindest ein anderes Ausrüstungsteil (17) als das Fahrzeug (12), und eine Kupplung (18) aufweist, die eine mit der Leistungsquelle (14) gekoppelte Eingangs-Welle (19) und eine Ausgangs-Welle (32) einschließt, die mit der Zapfwellen-Ausgangs-Welle (33, 35) gekoppelt ist, wobei die Kupplung (18) ein maximales Drehmoment zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Wellen (19, 32) in Abhängigkeit von einem maximalen Kupplungsdruck überträgt und ein auswählbares Drehmoment zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Wellen (19, 32) in Abhängigkeit von einem ausgewählten Kupplungs-Einkupplungsdruck überträgt, der kleiner als der maximale Kupplungs-Einkupplungsdruck ist, wobei das Zapfwellen-Steuersystem folgendes umfasst: – einen ersten Wandler (24), der zur Erzeugung eines Eingangs-Wellen-Drehzahlsignals angeordnet ist, das die Drehgeschwindigkeit der Eingangs-Welle (19) darstellt; – einen zweiten Wandler (26), der zur Erzeugung eines Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignals angeordnet ist, das die Drehgeschwindigkeit der Ausgangs-Welle (32) darstellt; – eine Kupplungs-Steuerung (10), die so konfiguriert ist, dass sie das Einkuppeln und Auskuppeln der Kupplung (18) in Abhängigkeit von dieser zugeführten Einkupplungs-Steuersignalen bewirkt, wobei die Kupplung (18) ein auswählbares Drehmoment zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Wellen (19, 32) in Abhängigkeit von einem Kupplungs-Einkupplungsdruck überträgt, der durch die Einkupplungs-Steuersignale definiert ist, wobei der Kupplungs-Einkupplungsdruck bis zu dem maximalen Einkupplungsdruck veränderbar ist; – eine Steuerung (20), die mit der Kupplungs-Steuerung (10), dem ersten Wandler (24) und dem zweiten Wandler (26) verbunden ist, wobei die Steuerung (20) betreibbar ist, um die Eingangs-Wellen-Drehzahlsignale und die Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignale, die von dem ersten (24) und zweiten (26) Wandlern erzeugt werden zu überwachen und zeitbasierte Einkupplungs-Steuersignale in Abhängigkeit hiervon zu erzeugen, wobei die Einkupplungs-Steuersignale jeweils eine Charakteristik einschließen, die eine zugehörige Größe des anzuwendenden Kupplungsdruckes darstellt; und dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (20) betreibbar ist, um – einen ersten Satz von zeitbasierten Einkupplungs-Steuersignalen während einer ersten Zeit zwischen dem Beginn einer Einkupplungs-Operation und der Zeit zu erzeugen, zu der ein Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignal, das eine Bewegung der Ausgangs-Welle (32) anzeigt, durch die Steuerung (20) festgestellt wird; – einen zweiten Satz von Einkupplungs-Signalen zu Zeiten zu erzeugen, die auf die Feststellung der Bewegung der Ausgangs-Welle (32) folgen; und – bei Feststellung der Bewegung der Ausgangs-Welle (32) zu bestimmen, ob die überwachte Eingangsdrehzahl zu dieser Zeit innerhalb eines festgelegten Abweichungswertes von der nominellen Eingangsdrehzahl vor dieser Zeit geblieben ist, und um einen ersten Last-Status festzulegen, wenn die Drehzahl innerhalb des festgelegten Abweichungswertes geblieben ist, und um einen anderen Last-Status festzulegen, wenn die Drehzahl nicht innerhalb des festgelegten Abweichungswertes geblieben ist.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Satz von zeitbasierten Einkupplungssignalen eine Teilmenge von Einkupplungs-Steuersignalen einschließt, die teilweise von dem festgestellten Last-Status abhängen und eine abgeflachte Steuerkurve gegenüber Steuerkurven darstellen, die für Lasten mit dem anderen Last-Status festgelegt sind.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmenge des zweiten Satzes von Einkupplungs-Steuersignalen eine Vielzahl von Steuersignalen einschließt, deren Charakteristiken von der Änderungsgeschwindigkeit über die Zeit des Ausgangs-Welle-Drehzahlsignals und dem Eingangs-Wellen-Drehzahlsignals zu einer vorgegeben Zeit abhängen, wodurch die Steuerung (20) eine Soll-Beschleunigung für die Ausgangs-Welle (20) bestimmt.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmenge des zweiten Satzes von Einkupplungs-Steuersignalen eine Vielzahl von Steuersignalen einschließt, deren Charakteristiken von der Änderungsgeschwindigkeit über die Zeit des Ausgangs-Wellen-Drehzahlsignals und dem Eingangs-Wellen-Drehzahlsignals zum Zeitpunkt der Erzeugung des Ankupplungs-Steuersignals abhängen, wodurch die Steuerung (20) wiederholt eine Soll-Beschleunigung für die Ausgangs-Welle (32) über eine Zeitperiode bestimmt.
System nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin eine Quelle für Hydraulik-Druckflüssigkeit (52) umfasst, dass die Kupplung (18) eine Hydraulikkupplung ist, die durch einen Einkupplungs-Druck einkuppelbar ist, der auf den der Kupplung zugeführten Hydraulikdruck bezogen ist; wobei die Kupplungs-Steuerung (10) ein Hydraulikventil (28) zum Verbinden der Kupplung (18) mit der Quelle für Hydraulik-Druckflüssigkeit (52) einschließt, und das Hydraulikventil (28) ein Proportionalventil ist, das so konfiguriert ist, dass es den Druck der von der Quelle (52) der Kupplung (18) zugeführten Hydraulikflüssigkeit steuert, wobei der Druck von den ersten Steuersignalen abhängt.
System nach den Ansprüchen 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (20) einen programmierten Mikroprozessor (62) einschließt.
System nach den Ansprüchen 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin eine Freilaufkupplung (87) umfasst, die mit der Ausgangs-Welle (32) verbunden ist.
System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin ein mit der Freilaufkupplung (87) gekoppeltes Arbeitsgerät (17) umfasst.
System nach den Ansprüchen 11 bis 18. dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (20) einen digitalen Prozessor (62) einschließt, der zur Erzeugung von Einkupplungs-Steuersignalen konfiguriert ist, die pulsbreitenmodulierte Signale mit einer vorgegebenen Frequenz sind, und dass der der Kupplung (18) zugeführte Druck im Wesentlichen proportional zur Impulsbreite der modulierten Signale ist.
System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin Filterschaltungen (38, 79) zum Verbinden der ersten und zweiten Wandler (24, 26) mit dem digitalen Prozessor (62) einschließt.
System nach den Ansprüchen 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Wandler (24, 26) Magnetaufnehmer sind, die an und benachbart zu den Eingangs- bzw. Ausgangs-Wellen (19, 32) angeordnet sind.
System nach den Ansprüchen 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Last-Status eine Vielzahl von unterscheidbaren Last-Typen einschließt, und dass die Steuerung (20) betreibbar ist, um einen bestimmten Last-Typ in Abhängigkeit von der Zeit nach dem Beginn einer Einkupplungs-Operation und der Zeit zu bestimmen, zu der eine anfängliche Bewegung der Ausgangs-Welle (32) festgestellt wird.
System nach den Ansprüchen 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Satz von zeitbasierten Einkupplungs-Steuersignalen zumindest eine Teilmenge von Einkupplungs-Steuersignalen einschließt, die Charakteristiken aufweisen, die zusammen die Größe des anzuwendenden Kupplungsdruckes über eine Zeitperiode in einer zeitlich geordneten Weise darstellen, wobei zumindest ein Einkupplungs-Steuersignal von dieser zumindest einen Teilmenge ein Stoß-Steuersignal ist, das eine Charakteristik aufweist, die durch eine andere Beziehung definiert ist, als die Charakteristiken der nicht-stoßförmigen Steuersignale der zumindest einen Teilmenge, und deren zugehöriger Kupplungsdruck deutlich unterscheidbar größer ist und außerhalb der Charakteristiken der Kupplungsdrücke liegt, die den nicht-stoßförmigen Steuersignalen der zumindest einen Teilmenge zugeordnet sind, wobei die Erzeugung eines Stoß-Steuersignals die Zuführung eines hohen Kupplungsdruckes für eine kurze Zeitdauer zu einer vorgegeben Zeit vor der Feststellung der Bewegung der Ausgangs-Welle (32) bewirkt.
System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Charakteristik von zumindest einem Stoß-Steuersignal von der zumindest einen Teilmenge von der Charakteristik anderer Stoß-Steuersignale von der zumindest einen Teilmenge verschieden ist.
System nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Teilmenge des ersten Satzes von Einkupplungs-Steuersignalen in einer Zeitablauf-Reihenfolge erzeugt wird, und die Charakteristiken der später erzeugten Stoß-Steuersignale der Teilmenge zunehmend größer als die Charakteristiken von früher erzeugten Stoß-Steuersignalen dieser Teilmenge sind.