EP2434133B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Leistung eines Motorfahrzeugs - Google Patents
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- EP2434133B1 EP2434133B1 EP11172048.8A EP11172048A EP2434133B1 EP 2434133 B1 EP2434133 B1 EP 2434133B1 EP 11172048 A EP11172048 A EP 11172048A EP 2434133 B1 EP2434133 B1 EP 2434133B1
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Definitions
- the present invention relates to an engine control concept for a vehicle, a vehicle with an engine control concept according to the invention and a method for operating such an engine control concept.
- the invention relates to motor vehicles used in the fields of agriculture and forestry, crop processing, and tillage. These are preferably, without limitation, tractors and / or tractors.
- the invention relates to an engine control concept for a vehicle that has a drive unit, preferably an internal combustion engine, and a transmission between a motor output element of the drive unit and a drive device that engages with the ground.
- a drive unit preferably an internal combustion engine
- a transmission between a motor output element of the drive unit and a drive device that engages with the ground preferably an internal combustion engine
- Such vehicles are equipped with drive units not only for driving, but also for the additionally connectable units.
- Aggregates are understood to mean all additional devices that can be connected to a drive device of a tractor and / or tractor.
- the additional devices are connected to the drive unit via a driveline that can be activated, which may be a PTO shaft.
- a driveline that can be activated, which may be a PTO shaft.
- PTO shafts are switched on or off to the drive unit via a control and regulating device.
- the hand control (hand throttle) is usually used to adjust the engine speed according to the power take-off.
- the electronic control system can be used to maintain the engine speed, in preference to the vehicle speed of the vehicle, which was selected by selecting a gear ratio.
- the driver may have to intervene to keep the engine speed and thus the PTO speed constant.
- reasons to intervene for example increasing or reducing the vehicle speed, changing the gear stage or the different loads on the PTO.
- the DE 42 00 806 C1 from the prior art a method for controlling the engine speed for at least one auxiliary unit driven by an internal combustion engine via a switchable high drive.
- the engine control method consists in that the mixture quantity (fuel quantity) for the drive unit is increased briefly immediately before the high drive is switched on, in order to prevent an increased power requirement and a related drop in the engine speed.
- the disadvantage of the aforementioned motor control method is that the system cannot be regulated independently in an optimal, energy-efficient power range or optimal operating points for the drive unit can be adjusted.
- An operating point is understood to mean the power value P which results from the engine speed and the engine torque. There is therefore no optimal cooperation between the control and regulating device and the drive unit.
- the drive unit can be operated at operating points during field operation, because the drive device is provided with the required drive power.
- the drive power made available is independent of whether the drive unit works in a more favorable or more unfavorable performance and economy range.
- a fuel-saving operating activity of the drive unit cannot be achieved due to the stipulations of the control method and the resulting cooperation with the drive unit and due to the drive unit itself.
- the invention is therefore based on the object of avoiding the disadvantages known in the prior art and proposing a device and a method for operating such an engine control concept in which the engine torque and the engine speed of the drive unit when connecting and during operation of a connected unit in almost Optimal operating points can be operated in order to meet the different performance requirements that arise from the connection of units to the drive unit with the greatest possible fuel-saving operation.
- the solution to the problem is therefore to avoid the disadvantage that arises today in the existing methods and devices for controlling drive units for vehicles, when connecting units, and to develop an engine control concept according to the invention for a vehicle, the vehicle being a drive unit , preferably an internal combustion engine, and has a drive train that is operatively connected to it.
- the drive train consists, for example, of a transmission which is arranged between a motor output element of the drive unit and a drive device which engages with the ground, the drive train having a multiplicity of power consumers, hereinafter referred to as units, and one or more vehicle axles carrying wheels.
- the vehicle further comprises a front and a rear PTO which can be driven by the drive unit in a fixed ratio of the engine speed, the engine control concept comprising at least one electronic control and regulating device which has a control device which can be actuated to make an activation request to provide the electronic control and regulating device.
- a control device that sends an activation request directly to the control and regulating device for engaging a unit immediately triggers the engagement of the power take-off shaft, whereby the engine speed drops immediately due to the additional power requirement.
- the device comprises a control device and a control and regulating device.
- the control and regulating device responds to the activation request from the control device and, before the energy-consuming units are switched on, leads the drive unit into a power range which not only prevents the engine speed from falling, but also has an energy-efficient operating point.
- characteristic curves for estimating the energy requirement of one or more power consumers are stored in the control and regulating device. After the activation of the connection of at least one power consumer, the control and regulating device automatically adjusts the power value P of the drive unit before the connection of the at least one power consumer.
- the Power value P is selected from the stored characteristic curves to estimate the energy requirement of the at least one power consumer and the power value P is adjusted after the at least one connected power consumer has been connected.
- control and regulating device is equipped internally with a programmable electronic control and evaluation unit and an electronic control unit.
- the control device When the control device is actuated, it simultaneously provides an activation request to the electronic control unit and to the programmable logic control and evaluation unit in such a way that, before the at least one power consumer is switched on, the electronic control unit requests an activation permit to the programmable logic control and evaluation unit provides, whereupon the programmable electronic control and evaluation unit independently changes the power value P of the drive unit before switching on a power consumer and provides an activation release to the electronic unit after the change.
- the control and regulating device for the control of the drive unit Before the control and regulating device actually engages the PTO shafts, for example by coupling with the help of an electromagnetic clutch, the control and regulating device for the control of the drive unit has to use the characteristic field stored for the respective connected unit for use and contains it Implement operating points II to IV. Before the implementation of the operating points II to IV, the control and regulating device has to determine the current power values P of the first operating point I, which result from the normal driving operation of the tractor or tractor.
- the control and regulating device In order to determine the current data of the drive unit for the first operating point I, the control and regulating device, on the basis of the request from the electronic control unit, accesses various sensors, for example the torque sensor and the engine speed sensor, which are arranged in the vehicle on the drive unit and on the other hand to a specific, editable file that contains a characteristic field of the connected unit, which was determined via an aggregate sensor system and is stored in a program directory.
- the characteristic data of a connected unit are stored in an editable file.
- the files with the corresponding characteristic field and the operating points stored therein can also be obtained via the Internet and stored in the program directory.
- the data determined by the sensors are evaluated and a first power value P, which results in the first operating point I, is calculated from the power values by the programmable logic control and evaluation unit.
- the calculated operating point I is entered in the characteristic field in an editable file belonging to the connected unit, from which the power of the drive unit is regulated, with the help of the control and evaluation unit, via an operating point II stored in the file to the stored operating point III.
- the editable file stored in a program directory also contains, in an advantageous embodiment, motor characteristic curves and the operating points II to IV stored for regulating the drive unit.
- the operating points II to IV are required for the connection and operation of the connected unit. Every unit that can be connected to the PTO has a characteristic power requirement when it is switched on and used in field operation. This characteristic power requirement is entered as operating point II to IV in such an editable file.
- An aggregate for example consisting of a rear mower, is assigned a file with characteristic operating points in a characteristic field. The same also applies to an aggregate, for example an attachment in the form of a front mower, to which a file is assigned. If both units are in use, i.e. both PTO shafts are equipped with a power-consuming unit, there is another file that has characteristic operating points II to IV for the power requirement of two units to be switched on.
- the control and regulating device, or the control and evaluation unit, the drive unit starting from the determined operating point I, with the help of the regulation of the fuel and air supply, automatically leads to the characteristic operating point II to the operating point III.
- the operating point III is arranged on the one hand in a power range of the drive unit which, after switching on the unit located on the PTO shafts, avoids a load-dependent engine speed reduction and, on the other hand, is in an efficient range with relatively low fuel consumption.
- the optimized operating point III is stored above the expected torque and speed requirement of the unit to be connected in an energy-efficient area of the characteristic field for regulating the drive unit.
- One of the steps according to the invention therefore consists in raising the power values of the drive unit up to the optimized operating point III, predetermined in the characteristic curve field of a file, before the power-consuming unit is switched on.
- a unit can be switched on via a clutch provided for the PTO shafts.
- the programmable logic control and evaluation unit After the drive unit has reached the power value P of the operating point III at the engine speed and at the engine torque, this operating state of the drive unit being controlled by the control and evaluation unit by evaluating the measurement results of the sensors, the programmable logic control and evaluation unit sends an activation release the electronic control unit.
- the electronic control unit then initiates the connection of one or both PTO shafts, or the connection of at least one power consumer, depending on what the aggregate sensor system has previously determined in terms of occupancy on the PTO shaft and reported to the control and evaluation unit.
- the activation release also contains the information as to which of the two PTO shafts or whether both PTO shafts should be activated.
- a further step according to the invention is that after the at least one connected power consumer or unit has been connected, the programmable logic control and evaluation unit automatically returns the drive unit to the power value P at operating point IV, starting from the power value P at operating point III, with a change of Power range or a gain curve, hereinafter referred to as a characteristic, takes place to a lower power range. Further details can be found in the description of the figures 3 and 4. This return from operating point III to operating point IV corresponds to the running-in phase of the unit, this return being monitored by the sensors controlling the engine control concept.
- Operating point IV lies on the one hand in a power range of the drive unit which corresponds to the unit in use and avoids a load-dependent reduction in engine speed and on the other hand in an efficient range with relatively low fuel consumption.
- the optimized operating point IV is stored above the expected torque and speed requirements of the unit in operation, in an energy-efficient area of the characteristic field for regulating the drive unit.
- the programmable logic control and evaluation unit controls the operating point IV in an energy-efficient power range II, which is always above the power value P required by the unit.
- the operating point IV is advantageously optimized such that the drive unit can keep the engine speed stable and the fuel consumption low.
- the engine control concept according to the invention has the particular advantage that the drive unit of the tractor or tractor always works safely in a power range that is on the one hand relatively far above the required power range, so that a decrease in the engine speed is excluded and on the other hand enables energy-efficient operation.
- the control and regulating device or the programmable logic control and evaluation unit always leads the higher power value P of the operating point III to the operating point IV, the actual power value P required by the driving operation and the unit in use, "coming from above” , approach.
- “Coming from above” means that the engine torque and the engine speed of the drive unit, based on the engine control concept, is automatically brought to a higher power value P than before an engine is switched on required by the unit. After switching on the unit, the power value P of the drive unit is then automatically returned to a power range in which the unit can still be operated safely and therefore without loss of power.
- the operating point IV of the drive unit which corresponds to an operating point which is composed of the driving operation and the operation of the unit, can be corrected independently by the control and regulating device.
- This process is shown using an example.
- the vehicle speed of the tractor should be 10 km / h and an aggregate should be switched on.
- the power value P of the drive unit corresponds to operating point I when driving (see the information in the Figure 4 ).
- the device according to the invention of the engine control concept now controls the power of the drive unit, in accordance with the aforementioned information, up to operating point IV.
- the drive unit reaches operating point IV in accordance with the specifications from the characteristic field of a file.
- the control and regulating device would make a change in the power values in the drive unit. Either the engine torque is changed at the same engine speed, which causes the operating point IV to be shifted up or down in the power range, or the engine speed is changed at the same torque, which causes the operating point IV to shift to the right or left. Of course, a simultaneous shift of the operating point IV in the positive and negative X and Y directions is also possible.
- the engine control concept according to the invention can calculate which shift in the operating point achieves the lower fuel consumption.
- the engine control concept can advantageously carry out a further calculation, etc.
- the engine control concept regulates the drive unit at all times in the cheapest consumption range, without neglecting the power to be made available.
- the control and regulating device, or the control and evaluation unit is advantageously in a position when a unit is connected and in operation, based on the ascertainable vehicle parameters, a constant driving speed of the vehicle and / or a constant engine speed of the drive unit and / or to control the constant PTO speed for the unit in such a way that the power value P of the operating point IV is always in a favorable power range.
- an apparatus for carrying out the method of the engine control concept for a vehicle according to claim 1, in claim 10, is proposed.
- the device may include operating the engine control concept in which the various controls respond to inputs from the control device to provide output signals to a drive unit and to change the power value P of the drive unit.
- An apparatus for operating an engine control concept for a vehicle is described below.
- the device for carrying out the method of the engine control concept comprises a vehicle, the vehicle having a drive unit, preferably an internal combustion engine, a drive train which is operatively connected to the drive train, the drive train carrying a plurality of power consumers and one or more vehicle axles and at least one control and Has control device and the control and regulating device has a control device which can be actuated in order to provide an activation request to a control and regulating device.
- the control and regulating device After providing the activation request to connect at least one connected Power consumer, the control and regulating device performs a verification of the power consumer before the power consumer is switched on and assigns an associated file to the power consumer.
- the file contains characteristic curves with characteristic operating points I-IV for controlling the power of a drive unit.
- the control and regulating device adjusts the power values P of the drive unit to the operating points I-III with the data stored in the file.
- the control device regulates the power values P for the drive unit in a specific sequence. Starting from operating point I, the control and regulating device leads the drive unit to operating point III. After the drive unit has reached the power value P of the operating point III, the control and regulating device initiates the connection of at least one connected power consumer.
- the control and regulating device leads the power value P of the drive unit from operating point III to the operating point IV specified in the file.
- the power value P of the operating point IV corresponds to the vehicle with a connected unit in Field operation. It is therefore necessary for the control and regulating device to regulate the operating point IV of the drive unit in an energy-efficient power range II which is always above the power value P required by the unit.
- the Fig. 1 shows a schematic representation of a specific embodiment of a vehicle 1 equipped with an engine control concept 30 according to the invention.
- the embodiment is typically a tractor 2.
- the tractor 2 can be an agricultural unit 3 during operation, for example in the form of a side mower (shown in dashed lines) ), move across the floor 7.
- the unit 3 is driven by the drive unit 4 of the tractor 2, which can be an internal combustion engine 5.
- the tractor 2 is equipped with wheels, two pairs 10, 11 each being arranged on the front 8 and rear axles 9 of the tractor 2.
- the paired wheels 10, 11 form a bottom-locking drive device 26, by means of which the driving force of the drive unit 4 is transmitted to the floor 7 via a gearbox 6.
- the tractor 2 is driven by the operating personnel or driver in a driver's cab 12 and is otherwise controlled.
- the agricultural unit 3 attached to the rear 13, for example a side mower, is also operated by the driver from the driver's cab 12.
- the attached unit 3 is driven by a power take-off shaft 14 arranged at the rear 13 of the tractor 2, although in this example the tractor 2 also has a power take-off shaft 19 arranged on the front 18 of the tractor 2, which also has an power unit 23 (shown in dashed lines), for example can drive a front attachment, preferably consisting of a front mower.
- the front PTO shaft 19 and the rear PTO shaft 14 can be switched on or off separately and driven by a motor output element 15, 20 of the drive unit 4 via a drive train 16, 21 which is only indicated schematically become.
- a gear 17, 22 (shown in broken lines) can be arranged in the drive train 16, 21 between the engine output element 15, 20 and the PTO shaft 14, 19.
- the gear 17, 22 allows the fixed ratio between the engine output element 15, 20 and the PTO shaft 14, 18 to be changed by selecting a desired gear train, corresponding to various units to be driven. In any case, the drive speed of the respective PTO shaft 14, 18 will have a fixed relationship to the engine speed 56, etc. for a fixed ratio selected by the gear 17, 22.
- a variety of translation levels are possible, preferably up to four translations are used.
- the tractor 2 itself has a control device 31 inside the driver's cab 12, at the driver's workplace.
- the control device 31 comprises an operating device 34, which can consist of one or more different actuating means.
- the actuating means can consist of an actuating button 35, hereinafter referred to as a PTO button, a switch or the like.
- the actuating means can also be formed from an operable terminal 36 with an LCD display.
- the operating device 34 can have a keypad 37 for a device selection or unit selection. With the device selection button 38, the unit connected to the PTO shaft 14, 19, e.g. a mower 3, 23 selected or preselected.
- the operating device 34 is connected to the control and regulating device 71, likewise arranged in the driver's cab 12, via a data line 39.
- the device selection keypad 37 in the operating device 34 is omitted and is replaced by a sensor system 40 which is arranged in the region of the PTO shafts 14, 19.
- FIG. 2 An illustrated engine control concept 30 according to the invention for controlling a drive unit 4 of a vehicle 1 can be seen in a first embodiment of a control and regulating device 71.
- the embodiment according to the Figure 2 essentially shows the elements of the engine control concept 30 which interact and interact with one another in order to achieve optimal control of the drive unit 4 by the control and regulating device 71, before switching on a power-consuming unit 3, 23 arranged on the PTO shafts 14, 19 and after the connection 72, 73 of the at least one unit 3, 23, a specific energy-efficient power value P in the drive unit 4 has to be set.
- the elements of the engine control concept 30 therefore comprise a control device 31, consisting of an actuation button 35, a first control and regulating device 71, a drive unit 4 and at least one switchable power consumer, or an aggregate 3, 23.
- the elements communicate with one another via different ones Data lines 41, 44, 48, 51.
- the control and regulating device 71 on the one hand a drive unit 4 before engagement 72, 73 of a torque-consuming unit 3, 23 and on the other hand after engagement 72, 73 of the PTO shafts 14, 19 can control and regulate.
- the control and regulating device 71 contains stored characteristic curves 61, 62, 63.
- the power and control values 71 are taken from the control and regulating device 71 for the adaptation of the drive unit 4 to the switchable unit 3, 23 .
- the power of the drive unit 4 is adapted to the specific consumption of the connected unit 3, 23.
- the power values of the drive unit 4 are monitored and regulated accordingly by various sensors. The mutual cooperation of the different elements of the engine control concept is in the Figure 3 explained in more detail.
- FIG. 3 An illustrated engine control concept 30 for controlling a drive unit 4 of a vehicle 1, in a second embodiment of a control and regulating device 71, can be seen in an illustrated illustration.
- the embodiment according to the Figure 3 also shows how the engine control concept 30 in FIG Figure 2 , essentially the elements that interact and interact with one another in order to achieve optimal control of the drive unit 4.
- the elements of the engine control concept 30 include a control device 31, consisting of an operating device 34, a control and regulating device 71, consisting of a programmable logic control and evaluation unit 32 and an electronic control unit 33. Furthermore, the engine control concept 30 comprises the elements of at least one clutch 24 , 25, at least one switchable PTO shaft 14, 19, various sensors 27, 40, 50 and a drive unit 4. The elements communicate with one another via data lines 29, 39, 41, 44, 48, 51.
- the engine control concept 30 shows that the control and evaluation unit 32 on the one hand control a drive unit 4 before engagement 72, 73 of a torque-consuming unit 3, 23 and on the other hand, in connection with the electronic control unit 33, the engagement 72, 73 of the PTO shafts 14, 19 and, after engagement 72 , 73 of the at least one unit 3, 23, a certain energy can set efficient power value P on the drive unit 4.
- the electronic control unit 33 has a signal 43 via the data line 44 for switching on or receives both PTO shafts 14, 19 from the operating device 34, but the electronic control unit 33 no longer directly engages 72, 73, but only requests an activation permit 45 via the CAN bus 42 (Controller Area Network) from the control and evaluation unit 32 .
- the control and evaluation unit 32 receives an activation request 46 from the operating device 34 via the data line 39. This activation request 46 made to the control and evaluation unit 32 solves a sequence of different ones Requests that first have to be obtained, evaluated and implemented by the control and evaluation unit 32.
- the tractor 2 is in an operating mode when queried, which is referred to as driving operation without field operation.
- the PTO shafts 14, 19 are inoperable because they are separated from the drive train 16, 21 of the engine output element 15, 20, for example mechanically by disengaging gears in the transmission 17, 22, or electromechanically by disengaging an electrically operable clutch 24, 25.
- the driving operation is selected as a typical case because, for example, the tractor 2 frequently drives on a road surface even though the tractor 2 is pulling a trailer or an agricultural unit 3, 23 drags when the PTO shaft 14, 19 is inoperative, or the tractor carries out a field work that does not require a PTO shaft 14, 19 to be driven.
- the sensor system 40 is queried via the data line 41.
- the aggregate 3, 23 connected to the PTO shaft 14, 19 is recognized via the sensor system 40 and reported to the control and evaluation unit 32.
- the control and evaluation unit 32 contains an editable file 53 for each unit 3, 23 which can be connected to the vehicle 1 and which is stored in a program directory 52 in the control and evaluation unit 32.
- each different aggregate is assigned a specific file 53, 53 ', 53 "etc. to 53 to the height n.
- a file 53 has a characteristic field 55. In this characteristic field 55, the power requirement or the associated engine torque requirement is stored or stored in the form of operating points II to IV 65, 66, 67.
- a sensor 50 for determining the first operating point I 64 detects the engine speed n 56 and reports this to the control and evaluation unit 32 via the data line 51. Furthermore, the associated one is used to determine the first operating point I 64 via the torque sensor 27 Engine torque M 57 is determined and likewise reported to drivelie management 32 via data line 29. The first operating point is made from the two parameters I 64 calculated and entered in the characteristic field 55.
- Each unit 3, 23 which can be connected to the PTO shafts 14, 19 has a characteristic power requirement when it is switched on and used in field operation. This characteristic power requirement is called operating points I 64 to IV 67 entered in such a characteristic field 55.
- a specific example of a diagram 54, consisting of a characteristic field 55, for example belonging to a mower 3, which is arranged at the rear 13 of a tractor 2, and the characteristic operating points II 64 to IV 67 contained therein according to the invention is Figure 4 refer to.
- Each different unit 3, 23 thus has its own characteristic field 55 with its own characteristic operating points II 65, III 66, IV 67.
- control and evaluation unit 32 will select another characteristic curve (gain curve) 61, 62, 63 and thus the power range I, II, III 58, 59, 60 of drive unit 4 change.
- the control and evaluation unit 32 communicates with the drive unit 4 via the data line 48 to the fuel and air supply 49.
- a change in the fuel and air supply 49 for the drive unit 4 causes a change in the engine speed n 56 and / or the engine torque M 57 to move into the higher performance range II, III 59, 60 (see Figure 3 ) to get.
- a check is carried out via the torque sensor 27 and the speed sensor 50.
- the control and evaluation unit 32 sends, via the CAN, on the basis of the activation request 46 from the electronic control unit 33 -Bus 42 an activation release 47 to the electronic control unit 33.
- the electronic control unit 33 will initiate a connection 72, 73 of the PTO shafts 14, 19, as a result of which the unit 3, 23 connected to the rear 13 and / or the front 18 Can start operation.
- the further and further procedure is the description below of the Figure 4 refer to.
- the operating points I to IV 64, 65, 66, 67 on which the engine control concept 30 is based according to the invention and plotted in a diagram 54 are shown in a schematic representation.
- the values of the operating points 64, 65, 66, 67 from the diagram 54 are used to control the drive unit 4.
- the diagram 54 contains a characteristic field 55 with a horizontal coordinate X, which shows the engine speed n 56 and a vertical coordinate Y, which shows the engine torque M 57.
- the different power ranges I to III 58, 59, 60 of the drive unit 4 are located between the two coordinates n 56 and M 57.
- the three power ranges I to III 58, 59, 60 are indicated by the three characteristic curves (gain curves) 61, 62, 63 the drive unit 4 on the one hand limited and on the other hand separated.
- Various operating points I to IV 64, 65, 66, 67, which correspond to a power value P, are contained in the power ranges I to III 58, 59, 60.
- the first power value P is composed of the engine torque M 57 and the engine speed n 56 of the drive unit 4 and corresponds to the first operating point I 64.
- the engine speed n 56 from the first operating point I 64 became as from Figure 3 can be seen, determined by the speed sensor 50 and taken over by the control and evaluation unit 32 via the data line 51.
- the engine torque M 57 from the first operating point I 64 was, as also from the Figure 3 can be seen, measured by the torque sensor 27 and fed as a torque signal 28 via the data line 29 to the control and evaluation unit 32 for further processing and accepted.
- the determined engine speed n 56 and the engine torque M 57 are used as the starting point for controlling the drive unit 4.
- the first operating point I 64 corresponds to the power state of the drive unit 4 of the vehicle 1 before the activation request 46 for engaging the PTO shafts 14, 19.
- This operating point I 64 has a relatively low engine torque M 57 in the first power range I 58.
- the control and evaluation unit 32 Based on the characteristic operating points II 65 to IV 67 stored in a file 53 for the mower 3 connected to the rear of the vehicle 1, the control and evaluation unit 32 increases the engine speed n 56 in a first step.
- the engine speed n 56 of the first operating point I 64 is changed up to the engine speed n 56 specified in the characteristic field 55, which represents the second operating point II 65.
- the second operating point II 65 is thus achieved by the control and evaluation unit 32 being activated by the drive unit 4. Since the power P of the drive unit 4, or the engine torque M 57, has not yet been increased, switching on an energy consumer would now result in a load-dependent "stalling" of the drive unit. It is therefore necessary for the engine torque M 57 of the drive unit 4 to be increased by the control and evaluation unit 32.
- the motor torque M 57 is therefore increased in the drive unit 4.
- the motor torque is increased again by actuating the drive unit 4 with the aid of the control and evaluation unit 32.
- the control and evaluation unit 32 contains a power value P.
- Power value P is stored in the characteristic field 55 of a file 53. This file 53 is responsible for the mower mechanism 3 arranged at the rear 13 of the tractor 2.
- the increase in the engine torque M 57 is necessary in order to meet the additional power requirement that is to be expected when connecting 72, 73 of the unit 3 connected to the PTO shaft 14, 19 , 23 is already required.
- the increase in engine torque 57 is achieved in that operating point II 65 of drive unit 4 is shifted from power range I 58 to power range III 60, that is to say over two characteristic curves (gain curves) I, II 61, 62. For this it is necessary to increase the power P of the engine. Since the physical quantity power P is proportional to the physical quantity motor torque M, the total torque to be applied by the drive unit 4 can also be set here instead of the total power requirement. Starting from the total power requirement specified from operating point III 66 or from the total engine torque M 57 to be applied, the power P of the drive unit 4 is increased in the control and evaluation unit 32 in accordance with the responsible program step. The engine speed n 56 is kept constant, only the engine torque M 57 is increased.
- the control and evaluation unit 32 sends the power value P of the defined, predetermined operating point III 66 from the diagram 54 stored in the program directory 52, which is arranged between the characteristic curve (gain curve) 62 and the characteristic curve (gain curve) 63 in the power range III 60 electronic control unit 33 an activation release 47.
- the unit 3, 23 connected to the PTO shaft 14, 19 can be put into operation by connection 72, 73.
- a connection 72, 73 of the PTO shafts 14, 19 at the operating points I, II 64, 65 was not yet possible. Only at operating point III 66, when the drive unit 4 has actually reached the predetermined engine torque M 57, is a connection 72, 73 of the PTO shafts 14, 19 carried out.
- At least one of the torque sensors 27 arranged on the engine output element 15, 20 is queried via the data line 29.
- the measured torque signal 28 is transmitted to the control and evaluation unit 32 for evaluation.
- the control and evaluation unit 32 controls, via a data line 48, in a manner known per se, a fuel and an air supply 49 of the drive unit 4, insofar as the drive unit 4 is an internal combustion engine 5. If the power value P determined by the torque sensor 27 agrees with the predetermined power value P from the operating point III 66, the electronic control unit 33 receives, as described above, the activation release 47 for engaging the PTO shafts 14, 19. If the power value P has not yet been reached or exceeded , the control and evaluation unit 32 regulates the fuel and air supply 49 until the power value P determined by the torque sensor 27 matches the power value P stored in the characteristic field 55.
- the connected unit 3, 23 is put into operation.
- the predetermined power value P of the operating point III 66 of the drive unit 4 is now automatically shifted to the operating point IV 67.
- the shift is again carried out by the control and evaluation unit 32, in accordance with the stored specifications in the file 53 relating to the connected unit 3, 23.
- the file 53 contains a stored one in the characteristic field 55 Power value P at the operating point IV 67.
- the operating point IV 67 is in the power range II 59 between the characteristic I (gain curve I) 61 and the characteristic II (gain curve II) 62.
- the operating point IV 67 is therefore in a lower power range II 59 than that Operating point III 66.
- the operating point IV 67 corresponds to the power P which the drive unit 4 requires to drive and operate the units 3, 23 during field operation in order to ensure a speed-stable drive unit 4.
- the motor control concept 30 impressively shows, as can be seen from the diagram 54, that the drive unit 4 always works in a safe power range I, II, II 58, 59, 60, the operating points I to IV 64, 65, 66, 67 always enable energy-efficient operation of the drive unit 4 and thus reduce fuel consumption.
- Control unit 4th Drive unit 34 Control device 5 Internal combustion engine 35 Push button 6 Powertrain (manual transmission) 36 Terminal / display 7 ground 37 Keypad 8th Vehicle axle (front) 38 Device selection button 9 Vehicle axle (rear) 39 Data line 10th Wheels (front) 40 Sensors 11 Wheels (rear) 41 Data line 12th Driver's cabin 42 CAN bus 13 43 Activation signal 14 Front PTO 44 Data line 15 Engine output element 45 Activation permit 16 Powertrain (v.15) 46 Activation request 17th Gearbox (v.14) 47 Activation release (S5) 18th 48 Data line 19th Rear PTO 49 Fuel u. Air supply 20th Engine output element 50 Speed sensor (v.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuerungskonzept für ein Fahrzeug, außerdem ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Motorsteuerungskonzept und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Motorsteuerungskonzeptes.
- Allgemein bezieht sich die Erfindung auf Motorfahrzeuge, die auf dem Gebiet der Land- und Forstwirtschaft, der Verarbeitung von Ernteerzeugnissen und zur Bodenbearbeitung eingesetzt werden. Vorzugsweise handelt es sich dabei, ohne eine Einschränkung damit vorzunehmen, um Traktoren und/oder Schlepper.
- Insbesondere betrifft die Erfindung ein Motorsteuerungskonzept für ein Fahrzeug, das eine Antriebseinheit aufweist, vorzugsweise einen Verbrennungsmotor, und ein Getriebe zwischen einem Motorausgangselement der Antriebseinheit und einer, mit dem Boden in Eingriff stehenden Antriebsvorrichtung, gemäß dem Anspruch 1.
- Solche Fahrzeuge sind mit Antriebseinheiten nicht nur für den Fahrbetrieb, sondern auch für die zusätzlich anschließbaren Aggregate ausgestattet. Unter Aggregaten werden alle Zusatzgeräte verstanden, die an eine Antriebseinrichtung eines Traktors und/oder Schleppers anschließbar sind. Die Zusatzgeräte sind über einen zuschaltbaren Antriebsstrang, wobei es sich dabei um eine Zapfwelle handeln kann, mit der Antriebseinheit verbunden. Das Zu- oder Abschalten einer oder beider Zapfwellen an die Antriebseinheit erfolgt in der einfachen Ausführung über eine Steuer- und Regeleinrichtung.
- Aus dem Stand der Technik sind, zur Steuerung von Antriebseinheiten, verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, exemplarisch wird auf die
US2007/0016355A1 und dieGB2397138A - Wenn sich aber, zum Beispiel während des Mähens, ändernde Belastungen ergeben, kann es sein, dass der Fahrer eingreifen muss, um die Motordrehzahl und somit die Zapfwellendrehzahl konstant zu halten. Zum Eingreifen gibt es vielerlei Gründe, z.B. das Steigern oder das Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit, das Wechseln der Getriebestufe oder die unterschiedliche Belastung an der Zapfwelle. Um ein Absinken der Motordrehzahl an einer Antriebseinheit, infolge des Zuschaltens eines zusätzlichen Aggregates aufgrund der zusätzlichen Leistungsanforderung, zu vermeiden, offenbart die
DE 42 00 806 C1 aus dem Stand der Technik ein Verfahren zur Steuerung der Motordrehzahl für mindestens ein, über einen zuschaltbaren Hochtrieb von einer Brennkraftmaschine angetriebenes Nebenaggregat. Das Motorsteuerungsverfahren besteht darin, dass unmittelbar vor einem Zuschalten des Hochtriebes kurzfristig die Gemischmenge (Kraftstoffmenge) für die Antriebseinheit erhöht wird, um einer erhöhten Leistungsanforderung und einem damit verbunden Abfall der Motordrehzahl, vorzubeugen. Analog gilt für das Abschalten des Hochtriebes, dass unmittelbar vor dessen Abschalten die Kraftstoffmenge reduziert wird, damit es nicht infolge der plötzlich reduzierten Leistungsanforderung zu einer erhöhten Motordrehzahl kommt. Zur Regelung der Gemischmenge für die Antriebseinheit steht gemäß derDE 42 00 806 C1 eine offenbarte elektronische Steuereinheit zur Verfügung. - Der Nachteil des vorgenannten Motorsteuerungsverfahrens besteht darin, dass sich das System nicht selbständig in einem optimalen, energieeffizienten Leistungsbereich regeln lässt bzw. optimale Betriebspunkte für die Antriebseinheit eingestellt werden können. Unter einem Betriebspunkt wird der Leistungswert P verstanden, der sich aus der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment ergibt. Eine optimale Zusammenarbeit zwischen der Steuer- und Regelungseinrichtung und der Antriebseinheit ist somit nicht gegeben. Die Antriebseinheit kann zwar während des Feldbetriebes in Betriebspunkten betrieben werden, weil der Antriebseinrichtung jeweils die benötigte Antriebsleistung zur Verfügung gestellt wird. Die zur Verfügung gestellte Antriebsleistung ist aber unabhängig davon, ob die Antriebseinheit in einem eher günstigen oder eher ungünstigen Leistungs- und Wirtschaftlichkeitsbereich arbeitet. Eine kraftstoffsparende Betriebstätigkeit der Antriebseinheit kann aufgrund der Vorgaben des Steuerungsverfahrens und der sich daraus ergebenden Zusammenarbeit mit der Antriebseinheit und aufgrund der Antriebseinheit selbst, nicht erreicht werden.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Motorsteuerungskonzeptes vorzuschlagen, bei der das Motordrehmoment und die Motordrehzahl der Antriebseinheit beim Zuschalten und während des Betriebes eines angeschlossenen Aggregates in nahezu optimalen Betriebspunkten betrieben werden kann, um den unterschiedlichen Leistungsanforderungen, die durch die Zuschaltung von Aggregaten an die Antriebseinheit entstehen, mit größtmöglichem kraftstoffsparendem Betrieb gerecht zu werden.
- Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
- Die Lösung der Aufgabe besteht also darin, den Nachteil zu vermeiden, der heute bei den vorhandenen Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung von Antriebseinheiten für Fahrzeuge, bei der Zuschaltung von Aggregaten entsteht, und ein erfindungsgemäßes Motorsteuerungskonzept für ein Fahrzeug zu entwickeln, wobei das Fahrzeug eine Antriebseinheit, vorzugsweise einen Verbrennungsmotor, und einen mit dieser in Wirkverbindung stehenden Antriebsstrang aufweist. Der Antriebsstrang besteht beispielsweise aus einem Getriebe, welches zwischen einem Motorausgangselement der Antriebseinheit und einer mit dem Boden in Eingriff stehenden Antriebsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Antriebsstrang eine Vielzahl von Leistungsverbrauchern, nachstehend als Aggregate bezeichnet, und ein oder mehrere Laufräder tragende Fahrzeugachsen, aufweist. Das Fahrzeug umfasst weiterhin eine Front- und eine Heckzapfwelle, die von der Antriebseinheit in einem festen Verhältnis der Motordrehzahl antreibbar ist, wobei das Motorsteuerungskonzept zumindest eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung umfasst, die über eine Steuervorrichtung verfügt, welche betätigbar ist, um eine Aktivierungsanforderung an die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung bereitzustellen.
- Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine Steuervorrichtung, die eine Aktivierungsanforderung direkt an die Steuer- und Regeleinrichtung, zum Zuschalten eines Aggregates, sendet, umgehend eine Zuschaltung der Zapfwelle veranlasst, wodurch die Motordrehzahl aufgrund der zusätzlichen Leistungsanforderung, unmittelbar stark absinkt. Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Motorsteuerungskonzept, bestehend aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwenden. Die Vorrichtung umfasst eine Steuervorrichtung und eine Steuer-und Regeleinrichtung. Die Steuer- und Regeleinrichtung reagiert auf die Aktivierungsanforderung von der Steuervorrichtung und führt, vor der Zuschaltung der energieverbrauchenden Aggregate, die Antriebseinheit in einen Leistungsbereich, der nicht nur ein Absinken der Motordrehzahl verhindert, sondern auch einen energieeffizienten Betriebspunkt aufweist. Um dieses zu erreichen, sind in der Steuer- und Regeleinrichtung Kennlinien zur Abschätzung des Energiebedarfes eines oder mehrerer Leistungsverbraucher, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern des jeweiligen Leistungsverbrauchers, hinterlegt. Nach der Aktivierung der Zuschaltung zumindest eines Leistungsverbrauchers passt die Steuer- und Regeleinrichtung vor der Zuschaltung des zumindest einen Leistungsverbrauchers selbständig den Leistungswert P der Antriebseinheit an. Der Leistungswert P wird aus den hinterlegten Kennlinien, zur Abschätzung des Energiebedarfes des zumindest einen Leistungsverbrauchers ausgewählt und das nach der Zuschaltung des zumindest einen angeschlossenen Leistungsverbraucher der Leistungswert P angepasst wird.
- In einer anderen Ausführung ist die Steuer- und Regeleinrichtung intern mit einer speicherprogrammierbaren elektronischen Steuer- und Auswerteeinheit und einer elektronischen Steuereinheit ausgestattet. Bei Betätigung der Steuervorrichtung stellt diese gleichzeitig eine Aktivierungsanforderung an die elektronische Steuereinheit und an die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit in der Weise bereit, dass die elektronische Steuereinheit, vor Zuschaltung des zumindest einen Leistungsverbrauchers, die Anfrage einer Aktivierungserlaubnis an die speicherprogrammierbare elektronische Steuer- und Auswerteeinheit stellt, woraufhin die speicherprogrammierbare elektronische Steuer- und Auswerteeinheit selbständig den Leistungswert P der Antriebseinheit vor Zuschaltung eines Leistungsverbrauchers verändert und nach der Veränderung eine Aktivierungsfreigabe an die elektronische Einheit bereitstellt.
- Bevor die Steuer- und Regeleinrichtung tatsächlich eine Zuschaltung der Zapfwellen, vornimmt, beispielsweise über das Ankuppeln mit Hilfe einer elektromagnetischen Kupplung, hat die Steuer- und Regeleinrichtung für die Steuerung der Antriebseinheit das für das jeweilige angeschlossene Aggregat hinterlegte Kennlinienfeld zur Benutzung heranzuziehen und die darin enthaltenen Betriebspunkte II bis IV umzusetzen. Vor der Umsetzung der Betriebspunkte II bis IV hat die Steuer- und Regeleinrichtung die aktuellen Leistungswerte P des ersten Betriebspunktes I zu ermitteln, die sich aus dem normalen Fahrbetrieb des Traktors oder Schleppers ergeben. Zur Ermittlung der aktuellen Daten der Antriebseinheit für den ersten Betriebspunkt I greift die Steuer- und Regeleinrichtung, aufgrund der Anfrage von der elektronischen Steuereinheit, einerseits auf verschiedene Sensoren, beispielsweise den Drehmomentsensor und den Motordrehzahlsensor zu, die im Fahrzeug an der Antriebseinheit angeordnet sind und andererseits auf eine spezifische, editierbare Datei zu, die ein Kennlinienfeld des angeschlossenen Aggregates enthält, welches über eine Aggregatsensorik ermittelt wurde und in einem Programmverzeichnis gespeichert ist. In einer editierbaren Datei sind die charakteristischen Daten eines angeschlossenen Aggregates hinterlegt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Dateien mit dem entsprechenden Kennlinienfeld und den darin hinterlegten Betriebspunkten auch über das Internet bezogen und im Programmverzeichnis gespeichert werden. Die von den Sensoren ermittelten Daten werden ausgewertet und aus den Leistungswerten wird von der speicherprogrammierbaren Steuer- und Auswerteeinheit ein erster Leistungswert P berechnet, welcher den ersten Betriebspunkt I ergibt. Der berechnete Betriebspunkt I wird im Kennlinienfeld in einer dem angeschlossenen Aggregat zugehörigen editierbaren Datei eingetragen, von dem aus die Leistung der Antriebseinheit, mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinheit, über einen in der Datei hinterlegten Betriebspunkt II bis zum hinterlegten Betriebspunkt III geregelt wird.
- D.h., die in einem Programmverzeichnis hinterlegte editierbare Datei enthält des Weiteren in vorteilhafter Ausgestaltung Motorkennlinien und die zum Regeln der Antriebseinheit hinterlegten Betriebspunkte II bis IV. Die Betriebspunkte II bis IV werden für die Zuschaltung und den Betrieb des angeschlossenen Aggregates benötigt. Jedes an die Zapfwellen anschließbare Aggregat besitzt beim Zuschalten und der Benutzung im Feldbetrieb einen charakteristischen Leistungsbedarf. Dieser charakteristische Leistungsbedarf ist als Betriebspunkt II bis IV in einer solchen editierbaren Datei eingetragen. Einem Aggregat, beispielsweise bestehend aus einem Heckmähwerk, ist eine Datei mit charakteristischen Betriebspunkten in einem Kennlinienfeld zugeordnet. Das gleiche betrifft auch ein Aggregat, beispielsweise ein Vorsatzgerät in Form eines Frontmähwerkes, welchem eine Datei zugeordnet ist. Sind beide Aggregate im Einsatz, also beide Zapfwellen mit einem leistungsverbrauchenden Aggregat belegt, gibt es eine weitere Datei, die zum Leistungsbedarf zweier zuzuschaltender Aggregate charakteristische Betriebspunkte II bis IV aufweist.
- In der vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuer- und Regeleinrichtung, bzw. die Steuer- und Auswerteeinheit, die Antriebseinheit, ausgehend von dem ermittelten Betriebspunkt I, mit Hilfe der Regelung der Kraftstoff- und Luftzufuhr, automatisch über den charakteristischen Betriebspunkt II zum Betriebspunkt III führt. Der Betriebspunkt III ist einerseits in einem Leistungsbereich der Antriebseinheit angeordnet, der, nach Zuschaltung des an den Zapfwellen befindlichen Aggregates, eine lastabhängige Motordrehzahlreduzierung vermeidet und andererseits in einem effizienten Bereich mit relativ niedrigem Kraftstoffverbrauch liegt. D.h., der optimierte Betriebspunkt III ist oberhalb des zu erwartenden Drehmoment- und des Drehzahlbedarfs des zuzuschaltenden Aggregates in einem energieeffizienten Bereich des Kennlinienfeldes, zum Regeln der Antriebseinheit, hinterlegt. Einer der erfindungsgemäßen Schritte besteht also darin, die Leistungswerte der Antriebseinheit bis zu dem optimierten Betriebspunkt III, vorgegeben im Kennlinienfeld einer Datei, anzuheben, bevor das leistungsverbrauchende Aggregat zugeschaltet wird. Die Zuschaltung eines Aggregates kann über eine für die Zapfwellen vorgesehene Kupplung erfolgen.
- Nachdem die Antriebseinheit den Leistungswert P des Betriebspunktes III bei der Motordrehzahl und bei dem Motordrehmoment erreicht hat, wobei dieser Betriebszustand der Antriebseinheit über die Auswertung der Meßergebnisse der Sensoren von der Steuer- und Auswerteeinheit kontrolliert wird, sendet die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit eine Aktivierungsfreigabe an die elektronische Steuereinheit. Die elektronische Steuereinheit veranlasst daraufhin die Zuschaltung einer oder beider Zapfwellen, bzw. die Zuschaltung zumindest eines Leistungsverbrauchers, je nachdem was die Aggregatsensorik vorher an Belegung an der Zapfwelle ermittelt und an die Steuer- und Auswerteeinheit gemeldet hat. Die Aktivierungsfreigabe beinhaltet also auch die Information, welche der beiden Zapfwellen oder ob beide Zapfwellen zugeschaltet werden sollen.
- Ein weiterer erfindungsgemäßer Schritt besteht darin, dass nach der Zuschaltung des zumindest einen angeschlossenen Leistungsverbrauchers, bzw. Aggregates, die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit die Antriebseinheit, ausgehend vom Leistungswert P im Betriebspunkt III, automatisch zum Leistungswert P im Betriebspunkt IV zurückführt, wobei ein Wechsel des Leistungsbereiches bzw. einer Verstärkungskurve, nachstehend als Kennlinie bezeichnet, zu einem niedrigeren Leistungsbereich erfolgt. Nähere Angaben hierzu können der Figurenbeschreibung 3 und 4 entnommen werden. Diese Rückführung vom Betriebspunkt III zum Betriebspunkt IV entspricht der Einlaufphase des Aggregates, wobei diese Rückführung von den, das Motorsteuerungskonzept kontrollierenden Sensoren, überwacht wird.
- Der Betriebspunkt IV liegt einerseits in einem Leistungsbereich der Antriebseinheit, der dem im Einsatz befindlichen Aggregat entspricht und eine lastabhängige Motordrehzahlreduzierung vermeidet und andererseits in einem effizienten Bereich mit relativ niedrigem Kraftstoffverbrauch. D.h., der optimierte Betriebspunkt IV ist oberhalb des zu erwartenden Drehmoment- und des Drehzahlbedarfs des im Betrieb befindlichen Aggregates, in einem energieeffizienten Bereich des Kennlinienfeldes, zum Regeln der Antriebseinheit, hinterlegt. D.h., die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit regelt den Betriebspunkt IV in einem energieeffizienten Leistungsbereich II, der immer oberhalb des vom Aggregates benötigten Leistungswert P liegt.
- Vorteilhafterweise ist der Betriebspunkt IV derart optimiert, dass die Antriebseinheit die Motordrehzahl stabil und den Kraftstoffverbrauch niedrig halten kann. Das erfindungsgemäße Motorsteuerungskonzept hat vor allem den Vorteil, dass die Antriebseinheit des Traktors oder Schleppers immer sicher in einem Leistungsbereich arbeitet, der einerseits relativ weit über dem erforderlichen Leistungsbereich liegt, so dass ein Absinken der Motordrehzahl ausgeschlossen ist und andererseits aber eine energieeffiziente Betriebsweise ermöglicht. Dazu führt die Steuer- und Regeleinrichtung, bzw. die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit immer den höheren Leistungswert P des Betriebspunktes III an den Betriebspunkt IV, den tatsächlichen, durch den Fahrbetrieb und den im Einsatz befindlichen Aggregat benötigten Leistungswert P, "von oben kommend", heran. "Von oben kommend" bedeutet, dass das Motordrehmoment und die Motordrehzahl der Antriebseinheit, aufgrund des Motorsteuerungskonzeptes, vor dem Zuschalten eines Aggregates, selbständig auf einen höheren Leistungswert P gebracht wird, als von dem Aggregat benötigt. Nach dem Zuschalten des Aggregates wird der Leistungswert P der Antriebseinheit dann selbständig in einen Leistungsbereich zurückgefahren, bei dem das Aggregat noch sicher und damit ohne Leistungsverlust betrieben werden kann.
- In einem weiteren erfinderischen Schritt kann der Betriebspunkt IV der Antriebseinheit, welcher einem Arbeitspunkt entspricht, der sich aus dem Fahrbetrieb und dem Betrieb des Aggregates zusammensetzt, durch die Steuer- und Regeleinrichtung selbständig korrigiert werden. Dieser Vorgang sei anhand eines Beispiels aufgeführt. Z.B. soll die Fahrzeuggeschwindigkeit des Traktors 10 km/h betragen und es soll ein Aggregat zugeschaltet werden. Der Leistungswert P der Antriebseinheit entspricht beim Fahrbetrieb dabei dem Betriebspunkt I (siehe hierzu die Angaben in der
Figur 4 ). Aufgrund der zu erwartenden Zuschaltung eines Aggregates steuert die erfindungsgemäße Vorrichtung des Motorsteuerungskonzeptes jetzt die Leistung der Antriebseinheit, entsprechend den vorgenannten Angaben, bis zum Betriebspunkt IV. Die Antriebseinheit erreicht den Betriebspunkt IV, gemäß den Vorgaben aus dem Kennlinienfeld einer Datei. Würde nach dem Erreichen des Betriebspunktes IV die Fahrzeuggeschwindigkeit des Traktors oder Schlepper kleiner oder größer 10 km/h betragen, würde die Steuer-und Regeleinrichtung eine Änderung der Leistungswerte bei der Antriebseinheit vornehmen. Entweder wird das Motordrehmoment bei gleicher Motordrehzahl verändert, wodurch eine Verschiebung des Betriebspunktes IV im Leistungsbereich nach oben oder unten erfolgt oder es wird die Motordrehzahl bei gleichem Drehmoment verändert, wodurch eine Verschiebung des Betriebspunktes IV nach rechts oder links erfolgt. Natürlich ist auch eine gleichzeitige Verschiebung des Betriebspunktes IV in positive und negative X- und Y-Richtung möglich. Das erfindungsgemäße Motorsteuerungskonzept kann dabei berechnen, welche Verschiebung des Betriebspunktes den niedrigeren Kraftstoffverbrauch erzielt. Vorteilhafterweise kann das Motorsteuerungskonzept eine weitere Berechnung durchführen, uzw. in der Hinsicht, ob ein kleineres Untersetzungsverhältnis, betrieben mit einer höheren Motordrehzahl oder ein größeres Untersetzungsverhältnis, betrieben mit einer kleineren Motordrehzahl, den geringeren Kraftstoffverbrauch erzielt. Das Motorsteuerungskonzept regelt die Antriebseinheit zu jeder Zeit im günstigsten Verbrauchsbereich, ohne Vernachlässigung der zur Verfügung zu stellenden Leistung. Die Steuer- und Regeleinrichtung, bzw. die Steuer- und Auswerteeinheit, ist bei einem angeschlossenen und in Betrieb befindlichen Aggregat vorteilhafterweise in der Lage, aufgrund der ermittelbaren Fahrzeugparameter, eine konstante Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges und/oder eine konstante Motordrehzahl der Antriebseinheit und/oder eine konstante Zapfwellendrehzahl für das Aggregat derart zu regeln, dass der Leistungswert P des Betriebspunktes IV immer in einem günstigen Leistungsbereich liegt. - In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens des Motorsteuerungskonzeptes für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1, in Anspruch 10, vorgeschlagen. Die Vorrichtung kann das Betreiben des Motorsteuerungskonzeptes aufweisen, in der die verschiedenen Steuerungen auf Eingänge von der Steuervorrichtung reagieren, um Ausgangssignale an eine Antriebseinheit bereitzustellen und um den Leistungswert P der Antriebseinheit zu verändern. Eine Vorrichtung zum Betreiben eines Motorsteuerungskonzeptes für ein Fahrzeug wird nachstehend beschrieben.
- Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens des Motorsteuerungskonzeptes umfasst ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine Antriebseinheit, vorzugsweise einen Verbrennungsmotor, einen mit diesem in Wirkverbindung stehenden Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang eine Vielzahl von Leistungsverbrauchern und ein oder mehrere Laufräder tragende Fahrzeugachsen und zumindest eine Steuer- und Regeleinrichtung aufweist und die Steuer- und Regeleinrichtung über eine Steuervorrichtung verfügt, welche betätigbar ist, um eine Aktivierungsanforderung an eine Steuer- und Regeleinrichtung bereitzustellen. Nach der Bereitstellung der Aktivierungsanforderung zur Zuschaltung mindestens eines angeschlossenen Leistungsverbrauchers, nimmt die Steuer- und Regeleinrichtung, vor der Zuschaltung des Leistungsverbrauchers, eine Verifizierung des Leistungsverbrauchers vor und ordnet dem Leistungsverbraucher eine zugehörige Datei zu. Die Datei enthält Kennlinien mit charakteristischen Betriebspunkten I-IV zur Steuerung der Leistung einer Antriebseinheit. Im nächsten Schritt passt die Steuer- und Regeleinrichtung, nach der Zuordnung einer Datei, mit den in der Datei hinterlegten Daten die Leistungswerte P der Antriebseinheit an die Betriebspunkte I-III an. Dabei regelt die die Steuer- und Regeleinrichtung in einer bestimmten Reihenfolge die Leistungswerte P für die Antriebseinheit. Ausgehend von dem Betriebspunkt I führt die Steuer- und Regeleinrichtung die Antriebseinheit bis zum Betriebspunkt III. Nachdem die Antriebseinheit den Leistungswert P des Betriebspunktes III erreicht hat, veranlasst die Steuer- und Regeleinrichtung eine Zuschaltung mindestens eines angeschlossenen Leistungsverbrauchers. In einem weiteren Schritt führt die Steuer-und Regeleinrichtung, nach der Zuschaltung des zumindest einen angeschlossenen Leistungsverbrauchers, den Leistungswert P der Antriebseinheit vom Betriebspunkt III zu dem in der Datei vorgegebenen Betriebspunkt IV. Der Leistungswert P des Betriebspunktes IV entspricht dem Fahrzeug mit angeschlossenem Aggregat im Feldbetrieb. Daher ist es notwendig, dass die Steuer- und Regeleinrichtung den Betriebspunkt IV der Antriebseinheit in einem energieeffizienten Leistungsbereich II regelt, der immer oberhalb des vom Aggregat benötigten Leistungswertes P liegt.
- Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges, vorzugsweise eines Traktors, in perspektivischer Ansicht und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aktivierung von Leistung einer Antriebseinheit, und
- Fig. 2
- eine veranschaulichte Darstellung eines Motorsteuerungskonzeptes für ein Fahrzeug gemäß der
Figur 1 , das erfindungsgemäß mit einer ersten Ausführung einer Steuer- und Regeleinrichtung betrieben werden kann, und - Fig. 3
- eine veranschaulichte Darstellung eines Motorsteuerungskonzeptes für ein Fahrzeug gemäß der
Figur 1 , das erfindungsgemäß mit einer zweiten Ausführung einer Steuer- und Regeleinrichtung betrieben werden kann, und - Fig. 4
- eine schematische Darstellung der, dem Motorsteuerungskonzept erfindungsgemäß zugrunde liegenden Betriebspunkte, die zum Steuern der Antriebseinheit, aufgetragen in einem Kennlinienfeld-Diagramm mit Motorkennlinien, herangezogen werden.
- Die
Fig.1 zeigt in schematischer Darstellung ein konkretes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuges 1, ausgestattet mit einem erfindungsgemäßen Motorsteuerungskonzept 30. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich typischerweise um einen Traktor 2. Der Traktor 2 kann während des Betriebes ein landwirtschaftliches Aggregat 3, beispielsweise in Form eines Seitenmähwerkes (gestrichelt dargestellt), über den Boden 7 bewegen. Das Aggregat 3 wird von der Antriebseinheit 4 des Traktors 2, der ein Verbrennungsmotor 5 sein kann, angetrieben. In dieser Ausgestaltung ist der Traktor 2 ausgestattet mit Rädern, wobei jeweils zwei paarweise 10, 11 an der Vorder 8- und Hinterachse 9 des Traktors 2 angeordnet sind. Die paarweisen Räder 10, 11 bilden eine bodenschlüssige Antriebsvorrichtung 26, mittels derer die Antriebskraft der Antriebseinheit 4 über ein Schaltgetriebe 6 auf den Boden 7 übertragen wird. Der Traktor 2 wird von dem Bedienpersonal bzw. Fahrer in einer Fahrerkabine 12 gefahren und anderweitig gesteuert. Das am Heck 13 angehängte landwirtschaftliche Aggregat 3, z.B. ein Seitenmähwerk, wird ebenfalls vom Fahrer aus der Fahrerkabine 12 heraus, bedient. Das angehängte Aggregat 3 wird von einer am Heck 13 des Traktors 2 angeordneten Zapfwelle 14 angetrieben, obwohl der Traktor 2 auch in diesem Beispiel eine an der Front 18 des Traktors 2 angeordnete Zapfwelle 19 aufweist, die ebenfalls ein Aggregat 23 (gestrichelt dargestellt), beispielsweise ein Vorsatzgerät, vorzugsweise bestehend aus einem Frontmähwerk, antreiben kann. Die Frontzapfwelle 19 und die Heckzapfwelle 14 können separat zu- oder abgeschaltet und von einem Motorausgangselement 15, 20 der Antriebseinheit 4 über einen nur schematisch angedeuteten Antriebsstrang 16, 21 angetrieben werden. Zwischen dem Motorausgangselement 15, 20 und der Zapfwelle 14, 19 kann im Antriebsstrang 16, 21 ein Getriebe 17, 22 (gestrichelt dargestellt) angeordnet sein. Das Getriebe 17, 22 lässt das Verändern des festen Verhältnisses zwischen dem Motorausgangselement 15, 20 und der Zapfwelle 14, 18, durch Auswählen eines gewünschten Getriebezuges, entsprechend verschiedener anzutreibender Aggregate, zu. In jedem Fall wird die Antriebsdrehzahl der jeweiligen Zapfwelle 14, 18 aber ein festes Verhältnis zur Motordrehzahl 56 besitzen, uzw. für eine vom Getriebe 17, 22 ausgewählte feste Übersetzung. Eine Vielzahl von Übersetzungsstufen ist möglich, vorzugsweise werden bis zu vier Übersetzungen verwendet. - Der Traktor 2 selbst weist innerhalb der Fahrerkabine 12, am Arbeitsplatz des Fahrers, eine Steuervorrichtung 31 auf. Die Steuervorrichtung 31 umfasst eine Bedieneinrichtung 34, welche aus einem oder mehreren verschiedenen Betätigungsmitteln bestehen kann. Die Betätigungsmittel können aus einem Betätigungsknopf 35, nachstehend als PTO-Taster bezeichnet, einem Schalter oder ähnlichem bestehen. Das Betätigungsmittel kann auch aus einem bedienbaren Terminal 36 mit einer LCD-Display-Anzeige gebildet sein. Des Weiteren kann die Bedieneinrichtung 34 ein Tastenfeld 37 für eine Geräteauswahl bzw. Aggregatauswahl aufweisen. Mit der Gerätewahltaste 38 kann das, an die Zapfwelle 14, 19 angeschlossene Aggregat, z.B. ein Mähwerk 3, 23 ausgewählt, bzw. vorgewählt werden. Die Bedieneinrichtung 34 steht bei der Betätigung der Gerätewahltaste 38 des Tastenfeldes 37, des PTO-Tasters 35 oder der Betätigung des Terminals 36 mit der, ebenfalls in der Fahrerkabine 12 angeordneten Steuer-und Regeleinrichtung 71, über eine Datenleitung 39 in Verbindung. In einer anderen Ausführung des Motorsteuerungskonzeptes 30 entfällt das Geräteauswahltastenfeld 37 in der Bedieneinrichtung 34 und wird durch eine Sensorik 40, die im Bereich der Zapfwellen 14, 19 angeordnet ist, ersetzt.
- Die einzelnen Elemente des erfindungsgemäßen Motorsteuerungskonzeptes 30, die in der
Figur 1 nicht oder nur zum Teil aufgeführt sind, werden in der nachstehendenFigur 2 und3 näher erläutert. Bezugszeichen in der Beschreibung derFigur 1 können in der Zeichnung derFigur 2 und3 enthalten sein. DieFiguren 2 bis 4 ergänzen sich und stellen das komplette Motorsteuerungskonzept 30 für ein Fahrzeug 1 dar. Einander entsprechende Bezeichnungen sind in denFiguren 1 bis 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. - Aus der
Fig.2 ist in veranschaulichter Darstellung ein erfindungsgemäßes Motorsteuerungskonzept 30, zum Steuern einer Antriebseinheit 4 eines Fahrzeuges 1, in einer ersten Ausführung einer Steuer- und Regeleinrichtung 71, ersichtlich. Das Ausführungsbeispiel gemäß derFigur 2 zeigt im Wesentlichen die Elemente des Motorsteuerungskonzeptes 30, die aufeinander ein- und wechselwirken, um eine optimale Steuerung der Antriebseinheit 4 durch die Steuer- und Regeleinrichtung 71, vor dem Zuschalten eines an den Zapfwellen 14, 19 angeordneten leistungsverbrauchenden Aggregates 3, 23 zu erreichen und nach der Zuschaltung 72, 73 des zumindest einen Aggregates 3, 23 einen bestimmten energieeffizienten Leistungswert P bei der Antriebseinheit 4, einzustellen. - Die Elemente des Motorsteuerungskonzept 30 umfassen daher eine Steuervorrichtung 31, bestehend aus einem Betätigungstaster 35, eine erste Steuer-und Regeleinrichtung 71, eine Antriebseinheit 4 und mindestens einen zuschaltbaren Leistungsverbraucher, bzw. ein Aggregat 3, 23. Die Kommunikation der Elemente untereinander erfolgt über verschiedene Datenleitungen 41, 44, 48, 51. Aus dem Motorsteuerungskonzept 30 ist ersichtlich, dass die Steuer- und Regeleinrichtung 71 einerseits eine Antriebseinheit 4 vor Zuschaltung 72, 73 eines drehmomentverbrauchenden Aggregates 3, 23 und andererseits nach der Zuschaltung 72, 73 der Zapfwellen 14, 19 steuern und regeln kann. Dazu enthält die Steuer- und Regeleinrichtung 71 hinterlegte Kennlinien 61, 62, 63. Aus den Kennlinien 61, 62, 63 werden von der Steuer- und Regeleinrichtung 71 die Leistungswerte P für die Anpassung der Antriebseinheit 4 an das zuschaltbare Aggregat 3, 23, entnommen. Nach der Zuschaltung 72, 73 eines Aggregates 3, 23 wird die Leistung der Antriebseinheit 4 an den spezifischen Verbrauch des zugeschalteten Aggregates 3, 23 angepasst. Durch verschiedene Sensoren werden die Leistungswerte der Antriebseinheit 4 überwacht und entsprechend geregelt. Die wechselseitige Zusammenarbeit der verschiedenen Elemente des Motorsteuerungskonzeptes wird in der
Figur 3 näher erläutert. - Aus der
Fig.3 ist in veranschaulichter Darstellung ein erfindungsgemäßes Motorsteuerungskonzept 30 zum Steuern einer Antriebseinheit 4 eines Fahrzeuges 1, in einer zweiten Ausführung einer Steuer- und Regeleinrichtung 71, ersichtlich. Das Ausführungsbeispiel gemäß derFigur 3 zeigt ebenfalls, wie das Motorsteuerungskonzept 30 in derFigur 2 , im Wesentlichen die Elemente auf, die aufeinander ein- und wechselwirken, um eine optimale Steuerung der Antriebseinheit 4 zu erreichen. - Beschreibungen und Angaben zum Motorsteuerungskonzept 30 und zum Fahrzeug 1, die identisch in der
Figur 1 und2 enthalten sind, werden nicht wiederholt aufgeführt und sind bei übereinstimmenden Elementen mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Elemente des Motorsteuerungskonzept 30 umfassen eine Steuervorrichtung 31, bestehend aus einer Bedieneinrichtung 34, eine Steuer- und Regeleinrichtung 71, bestehend aus einer speicherprogrammierbaren Steuer- und Auswerteeinheit 32 und einer elektronischen Steuereinheit 33. Des Weiteren umfasst das Motorsteuerungskonzept 30 die Elemente mindestens einer Kupplung 24, 25, mindestens einer zuschaltbaren Zapfwelle 14, 19, verschiedene Sensoren 27, 40, 50 und eine Antriebseinheit 4. Die Kommunikation der Elemente untereinander erfolgt über Datenleitungen 29, 39, 41, 44, 48, 51. Aus dem Motorsteuerungskonzept 30 ist ersichtlich, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 32 einerseits eine Antriebseinheit 4 vor Zuschaltung 72, 73 eines drehmomentverbrauchenden Aggregates 3, 23 und andererseits, in Verbindung mit der elektronischen Steuereinheit 33, die Zuschaltung 72, 73 der Zapfwellen 14, 19 steuern und, nach der Zuschaltung 72, 73 des zumindest einen Aggregates 3, 23, einen bestimmten energieeffizienten Leistungswert P an der Antriebseinheit 4 einstellen kann. - Aufgrund der vorliegenden Erfindung ist ersichtlich, dass die elektronische Steuereinheit 33 zwar ein Signal 43 über die Datenleitung 44 zum Zuschalten einer oder beider Zapfwellen 14, 19 von der Bedieneinrichtung 34 erhält, aber die elektronische Steuereinheit 33 keine Zuschaltung 72, 73 unmittelbar mehr durchführt, sondern erst eine Aktivierungserlaubnis 45 über den CAN-Bus 42 (Controller Area Network) von dem Steuer- und Auswerteeinheit 32 anfordert. Gleichzeitig mit dem Aktivierungssignal 43 der Zuschaltung 72, 73 an die elektronische Steuereinheit 33 erhält die Steuer- und Auswerteeinheit 32 eine Aktivierungsanforderung 46 von der Bedieneinrichtung 34 über die Datenleitung 39. Diese an die Steuer- und Auswerteeinheit 32 gestellte Aktivierungsanforderung 46 löst eine Folge von verschiedenen Anfragen aus, die erst von der Steuer- und Auswerteeinheit 32 eingeholt, ausgewertet und umgesetzt werden müssen. Diese Anfragen und Auswertungen, sowie die Umsetzung, nehmen eine gewisse Bearbeitungszeit in Anspruch. Aufgrund der Bearbeitungszeit in der Steuer- und Auswerteeinheit 32 erfolgt die Zuschaltung 72, 73 einer Zapfwelle 14, 19 erfindungsgemäß zeitverzögert. Diese erfindungsgemäße Verzögerungszeit entsteht durch die Steuer- und Auswerteeinheit 32, welches erst die Antriebseinheit 4 auf die zu erwartende zusätzliche Leistungsanforderung eines angeschlossenen Aggregates 3, 23 vorbereitet bzw. einstellt. Erst dann erhält die elektronische Steuereinheit 33, von der Steuer- und Auswerteeinheit 32, eine Aktivierungsfreigabe S5 47 zur Zuschaltung 72, 73 einer Zapfwelle 14, 19. Vor der Abgabe der Aktivierungsfreigabe S5 47 durch die Steuer- und Auswerteeinheit 32 ist es notwendig, dass der aktuelle Betriebszustand der Antriebseinheit 4, durch Abfragen der Leistungsparameter an den Sensoren 27, 40, 50, erfasst und ausgewertet wird.
- Im vorliegenden Beispiel befindet sich der Traktor 2 bei der Abfrage in einer Betriebsart, die als Fahrbetrieb ohne Feldbetrieb bezeichnet wird. In diesem Fall sind die Zapfwellen 14, 19 funktionsunfähig, weil diese beispielsweise mechanisch durch Auskuppeln von Zahnrädern im Getriebe 17, 22, oder elektromechanisch durch Ausrücken einer elektrisch betätigbaren Kupplung 24, 25, vom Antriebsstrang 16, 21 des Motorausgangselementes 15, 20 getrennt sind.
- Der Fahrbetrieb wird als typischer Fall ausgewählt, weil der Traktor 2 beispielsweise häufig auf einer Straßenfläche fährt, obwohl der Traktor 2 einen Anhänger zieht oder ein landwirtschaftliches Aggregat 3, 23 bei funktionsunfähiger Zapfwelle 14, 19 schleppt oder der Traktor eine Feldbearbeitung durchführt, die keinen Antrieb einer Zapfwelle 14, 19 erfordert. Dieser Fahrbetrieb kann mit einem relativ geringen Motordrehmoment M 57 und relativ geringer Motordrehzahl n 56 erfolgen, beispielsweise bei einer Motordrehzahl 56 n= 850 U/min (weitere Angaben hierzu sind in der
Figur 4 enthalten). - Als erstes wird über die Datenleitung 41 die Sensorik 40 abgefragt. Bei dieser Abfrage wird über die Sensorik 40 das an der Zapfwelle 14, 19 angeschlossene Aggregat 3, 23 erkannt und an die Steuer- und Auswerteeinheit 32 gemeldet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 32 enthält für jedes an das Fahrzeug 1 anschließbare Aggregat 3, 23 eine editierbare Datei 53, die in einem Programmverzeichnis 52 in der Steuer- und Auswerteeinheit 32 gespeichert ist. Mit anderen Worten, jedem unterschiedlichem Aggregat ist eine spezifische Datei 53, 53', 53" usw. bis 53 hoch n zugeordnet. Eine Datei 53 weist ein Kennlinienfeld 55 auf. In diesem Kennlinienfeld 55 ist zu jedem Aggregat 3, 23 der Leistungsbedarf, bzw. der zugehörige Motordrehmomentbedarf, in Form von Betriebspunkten II bis IV 65, 66, 67, hinterlegt bzw. gespeichert. Diese Betriebspunkte II bis IV 65, 66, 67 werden beim Zuschalten eines Aggregates 3, 23 im Feldbetrieb für die Steuerung der Antriebseinheit 3 herangezogen. Im nächsten Schritt erfasst ein Sensor 50 zur Festlegung des ersten Betriebspunkts I 64 die Motordrehzahl n 56 und meldet diese über die Datenleitung 51 an die Steuer- und Auswerteeinheit 32. Des Weiteren wird zur Festlegung des ersten Betriebspunktes I 64 über den Drehmomentsensor 27 das zugehörige Motordrehmoment M 57 ermittelt und über die Datenleitung 29 ebenfalls an das Drivelie-Management 32 gemeldet. Aus den beiden Parametern wird der erste Betriebspunkt I 64 berechnet und im Kennlinienfeld 55 eingetragen.
- D.h., in der Steuer- und Auswerteeinheit 32 sind Motorkennlinien 61, 62, 63 in einem Kennlinienfeld 55 aufgetragen und in einem Programmverzeichnis 52 hinterlegt. Jedes an die Zapfwellen 14, 19 anschließbare Aggregat 3, 23 besitzt beim Zuschalten und der Benutzung im Feldbetrieb einen charakteristischen Leistungsbedarf. Dieser charakteristische Leistungsbedarf wird als Betriebspunkte I 64 bis IV 67 in einem solchen Kennlinienfeld 55 eingetragen. Ein konkretes Beispiel eines Diagramms 54, bestehend aus einem Kennlinienfeld 55, beispielsweise zugehörig zu einem Mähwerk 3, welches am Heck 13 eines Traktors 2 angeordnet ist, und den darin erfindungsgemäß enthaltenen charakteristischen Betriebspunkten II 64 bis IV 67, ist der
Figur 4 zu entnehmen. Jedes unterschiedliche Aggregat 3, 23 besitzt somit ein eigenes Kennlinienfeld 55 mit seinen eigenen charakteristischen Betriebspunkten II 65, III 66, IV 67. - Sind alle für die zusätzliche Steuerung der Antriebseinheit 4 notwendigen Daten von der Steuer- und Auswerteeinheit 32 ermittelt und ausgewertet, wird die Steuer- und Auswerteeinheit 32 eine andere Kennlinie (Verstärkungskurve) 61, 62, 63 wählen und somit den Leistungsbereich I, II, III 58, 59, 60 der Antriebseinheit 4 wechseln. Die Kommunikation der Steuer- und Auswerteeinheit 32 mit der Antriebseinheit 4 erfolgt über die Datenleitung 48 zur Kraftstoff- und Luftzufuhr 49. Eine Änderung der Kraftstoff- und Luftzufuhr 49 für die Antriebseinheit 4 bewirkt eine Änderung der Motordrehzahl n 56 und/oder des Motordrehmoments M 57, um in den höheren Leistungsbereich II, III 59, 60 (siehe
Figur 3 ) zu gelangen. Eine Überprüfung erfolgt über den Drehmomentsensor 27 und den Drehzahlsensor 50. Hat die Antriebseinheit 4 einen bestimmten, in der Datei 53 hinterlegten Betriebspunkt III erreicht, sendet die Steuer- und Auswerteeinheit 32, aufgrund der von der elektronischen Steuereinheit 33 vorliegenden Aktivierungsanforderung 46, über den CAN-Bus 42 eine Aktivierungsfreigabe 47 an die elektronische Steuereinheit 33. Anhand dieser Aktivierungsfreigabe 47 wird die elektronische Steuereinheit 33 eine Zuschaltung 72, 73 der Zapfwellen 14, 19 veranlassen, wodurch das am Heck 13 und/oder der Front 18 angeschlossene Aggregat 3, 23 seinen Betrieb aufnehmen kann. Der nähere und weitere Ablauf ist der nachstehenden Beschreibung derFigur 4 zu entnehmen. - Aus der
Fig.4 sind in einer schematischen Darstellung die, dem Motorsteuerungskonzept 30 erfindungsgemäß zugrunde liegenden Betriebspunkte I bis IV 64, 65, 66, 67, aufgetragen in einem Diagramm 54, ersichtlich. Die Werte der Betriebspunkte 64, 65, 66, 67 aus dem Diagramm 54 werden zur Steuerung der Antriebseinheit 4 herangezogen. Das Diagramm 54 enthält dazu ein Kennlinienfeld 55 mit einer waagerechten Koordinate X, welche die Motordrehzahl n 56 und einer senkrechten Koordinate Y, welche das Motordrehmoment M 57 aufzeigt. Zwischen den beiden Koordinaten n 56 und M 57 befinden sich die verschiedenen Leistungsbereiche I bis III 58, 59, 60 der Antriebseinheit 4. Die drei Leistungsbereiche I bis III 58, 59, 60 werden durch die drei Kennlinien (Verstärkungskurven) 61, 62, 63 der Antriebseinheit 4 einerseits begrenzt und andererseits getrennt. In den Leistungsbereichen I bis III 58, 59, 60 sind verschiedene Betriebspunkte I bis IV 64, 65, 66, 67, die einem Leistungswert P entsprechen, enthalten. Der erste Leistungswert P setzt sich aus dem Motordrehmoment M 57 und der Motordrehzahl n 56 der Antriebseinheit 4 zusammen und entspricht dem ersten Betriebspunkt I 64. Die Motordrehzahl n 56 vom ersten Betriebspunktes I 64 wurde, wie aus derFigur 3 ersichtlich, vom Drehzahlsensor 50 ermittelt und über die Datenleitung 51 von der Steuer- und Auswerteeinheit 32 übernommen. Das Motordrehmoment M 57 vom ersten Betriebspunkt I 64 wurde, wie ebenfalls aus derFigur 3 ersichtlich, vom Drehmomentsensor 27 gemessen und als Drehmomentsignal 28 über die Datenleitung 29 der Steuer- und Auswerteeinheit 32 zur Weiterverarbeitung zugeleitet und übernommen. Zum ersten Betriebspunkt I 64 werden die ermittelte Motordrehzahl n 56 und das Motordrehmoment M 57 als Ausgangspunkt zur Steuerung der Antriebseinheit 4 herangezogen. Der erste Betriebspunkt I 64 entspricht im Prinzip dem Leistungszustand der Antriebseinheit 4 des Fahrzeuges 1 vor der Aktivierungsanforderung 46 zum Zuschalten der Zapfwellen 14, 19. Aus dem konkreten Beispiel derFigur 3 beträgt die Motordrehzahl n 56 des ersten Betriebspunktes I 64 n=850 U/min. Dieser Betriebspunkt I 64 weist ein relativ niedriges Motordrehmoment M 57 im ersten Leistungsbereich I 58 auf. Aufgrund der in einer Datei 53, für das am Heck des Fahrzeuges 1 angeschlossene Mähwerk 3 hinterlegten charakteristischen Betriebspunkte II 65 bis IV 67, erhöht die Steuer- und Auswerteeinheit 32 in einem ersten Schritt die Motordrehzahl n 56. Die Motordrehzahl n 56 des ersten Betriebspunktes I 64 wird bis zu der im Kennlinienfeld 55 vorgegebenen Motordrehzahl n 56, die den zweiten Betriebspunkt II 65 darstellt, verändert. Bei der Erhöhung der Motordrehzahl n 56 vom Betriebspunkt I 64 zum Betriebspunkt II 65 wird der Leistungsbereich I 58 nicht verlassen. D.h., die Motordrehzahl n 56 im zweiten Betriebspunkt II 65 der Antriebseinheit 4 entspricht, bei gleicher Leistung der Antriebseinheit 4, jetzt gemäß dem Beispiel in derFigur 4 , einer Motordrehzahl 56 von n=1000 U/min. Der zweite Betriebspunkt II 65 wird also über das Ansteuern der Antriebseinheit 4 durch die Steuer- und Auswerteeinheit 32 erreicht. Da die Leistung P der Antriebseinheit 4, bzw. das Motordrehmoment M 57, aber noch nicht erhöht wurde, würde ein Zuschalten eines Energieverbrauchers jetzt ein lastabhängiges "Abwürgen" der Antriebseinheit zur Folge haben. Daher ist es notwendig, dass das Motordrehmoment M 57 der Antriebseinheit 4 durch die Steuer-und Auswerteeinheit 32 erhöht wird. - In einem zweiten vorgegebenen Schritt erfolgt daher die Erhöhung des Motordrehmoments M 57 bei der Antriebseinheit 4. Die Motordrehmomenterhöhung erfolgt wiederum durch das Ansteuern der Antriebseinheit 4 mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinheit 32. Die Steuer- und Auswerteeinheit 32 enthält dazu einen Leistungswert P. Der Leistungswert P ist im Kennlinienfeld 55 einer Datei 53 hinterlegt. Diese Datei 53 ist zuständig für das am Heck 13 des Traktors 2 angeordnete Mähwerk 3. Die Erhöhung des Motordrehmoments M 57 ist notwendig, um den zu erwartenden zusätzlichen Leistungsbedarf, der bei der Zuschaltung 72, 73 des an den Zapfwelle 14, 19 angeschlossenen Aggregates 3, 23 benötigt wird, bereits vorzuhalten. Die Erhöhung des Motordrehmoments 57 wird dadurch erreicht, dass der Betriebspunkt II 65 der Antriebseinheit 4 aus dem Leistungsbereich I 58 in den Leistungsbereich III 60, also über zwei Kennlinien (Verstärkungskurven) I, II 61, 62 hinweg, verschoben wird. Hierzu ist es notwendig, die Leistung P des Motors zu erhöhen. Da die physikalische Größe Leistung P proportional der physikalischen Größe Motordrehmoment M ist, kann hier auch, an Stelle des Gesamtleistungsbedarfes, das insgesamt von der Antriebseinheit 4 aufzubringende Gesamtdrehmoment eingestellt werden. Ausgehend von dem, aus dem Betriebspunkt III 66 vorgegebenen Gesamtleistungsbedarf bzw. von dem gesamtaufzubringenden Motordrehmoment M 57, wird entsprechend des zuständigen Programmschrittes in der Steuer- und Auswerteeinheit 32, die Leistung P der Antriebseinheit 4 erhöht. Die Motordrehzahl n 56 wird dabei konstant gehalten, nur das Motordrehmoment M 57 wird erhöht. Hat die Antriebseinheit 4 den Leistungswert P des definierten, vorgegebenen Betriebspunktes III 66 aus dem im Programmverzeichnis 52 hinterlegten Diagramm 54, der zwischen der Kennlinie (Verstärkungskurve) 62 und der Kennlinie (Verstärkungskurve) 63 im Leistungsbereich III 60 angeordnet ist, erreicht, sendet die Steuer- und Auswerteeinheit 32 der elektronischen Steuereinheit 33 eine Aktivierungsfreigabe 47. Jetzt kann das, an der Zapfwelle 14, 19 angeschlossene Aggregat 3, 23 durch Zuschaltung 72, 73 in Betrieb genommen werden. Eine Zuschaltung 72, 73 der Zapfwellen 14, 19 bei den Betriebspunkten I, II 64, 65 war bisher noch nicht möglich. Erst im Betriebspunkt III 66, wenn die Antriebseinheit 4 tatsächlich das vorgegebene Motordrehmoment M 57 erreicht hat, erfolgt eine Zuschaltung 72, 73 der Zapfwellen 14, 19. Dazu wird mindestens einer der am Motorausgangselement 15, 20 angeordneten Drehmomentsensoren 27 über die Datenleitung 29 abgefragt. Das gemessene Drehmomentsignal 28 wird der Steuer- und Auswerteeinheit 32 zur Auswertung übermittelt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 32 steuert dann, über eine Datenleitung 48, in an sich bekannter Weise, eine Kraftstoff- und eine Luftzufuhr 49 der Antriebseinheit 4, insofern es sich bei der Antriebseinheit 4 um einen Verbrennungsmotor 5 handelt. Stimmt der vom Drehmomentsensor 27 ermittelte Leistungswert P mit dem vorgegebenen Leistungswert P aus dem Betriebspunkt III 66 überein, erhält, wie zuvor beschrieben, die elektronische Steuereinheit 33 die Aktivierungsfreigabe 47 zum Zuschalten der Zapfwellen 14, 19. Ist der Leistungswert P noch nicht erreicht oder überschritten, regelt die Steuer- und Auswerteeinheit 32 die Kraftstoff- und die Luftzufuhr 49, bis der vom Drehmomentsensor 27 ermittelte Leistungswert P mit dem im Kennlinienfeld 55 hinterlegten Leistungswert P übereinstimmt.
- Nach dem Zuschalten der Zapfwellen 14, 19 durch die elektronische Steuereinheit 33, wird das angeschlossene Aggregat 3, 23 in Betrieb genommen. Während der Inbetriebnahme wird jetzt der vorgegebene Leistungswert P des Betriebspunktes III 66 der Antriebseinheit 4 automatisch zum Betriebspunkt IV 67, verschoben. Die Verschiebung übernimmt wieder die Steuer- und Auswerteeinheit 32, entsprechend den hinterlegten Vorgaben in der für das angeschlossene Aggregat 3, 23 betreffenden Datei 53. Die Datei 53 enthält im Kennlinienfeld 55 einen hinterlegten Leistungswert P im Betriebspunkt IV 67. Der Betriebspunkt IV 67 befindet sich im Leistungsbereich II 59 zwischen der Kennlinie I (Verstärkungskurve I) 61 und der Kennlinie II (Verstärkungskurve II) 62. Der Betriebspunkt IV 67 liegt somit in einem niedrigeren Leistungsbereich II 59 als der Betriebspunkt III 66. Der Betriebspunkt IV 67 ist im Kennlinienfeld 55 somit unterhalb des Betriebspunktes III 66 angeordnet. Damit die Antriebseinheit 4 den vorgegebenen Betriebspunkt IV 67 erreichen kann, muss die Steuer- und Auswerteeinheit 32 eine Drosselung der Motordrehzahl n 56 und des Motordrehmomentes M 57 veranlassen. Hierzu regelt die Steuer- und Auswerteeinheit 32 über die Datenleitung 48 entsprechend die Kraftstoff- und Luftzufuhr 49 an der Antriebseinheit 4, bis, wie in diesem Beispiel angegeben, die Motordrehzahl 56 n=900 U/min und ein niedrigeres Motordrehmoment M 57 erreicht ist. Der Betriebspunkt IV 67 entspricht der Leistung P, welche die Antriebseinheit 4 zum Fahren und Betreiben der Aggregate 3, 23 während des Feldbetriebes benötigt, um eine drehzahlstabile Antriebseinheit 4 sicher zustellen. Das erfindungsgemäße Motorsteuerungskonzept 30 zeigt in eindrucksvoller Weise auf, wie aus dem Diagramm 54 ersichtlich, dass die Antriebseinheit 4 immer in einem sicheren Leistungsbereich I, II, II 58, 59, 60 arbeitet, wobei die Betriebspunkte I bis IV 64, 65, 66, 67 immer eine energieeffiziente Arbeitsweise der Antriebseinheit 4 ermöglichen und somit den Kraftstoffverbrauch reduzieren.
Bezugszeichenliste: 1 Fahrzeug 31 Steuervorrichtung 2 Traktor 32 Steuer-u. Auswerteeinheit 3 Leistungsverbraucher /Aggregat 33 elektr. Steuereinheit 4 Antriebseinheit 34 Bedieneinrichtung 5 Verbrennungsmotor 35 Betätigungstaster 6 Antriebsstrang (Schaltgetriebe) 36 Terminal/Display 7 Boden 37 Tastenfeld 8 Fahrzeugachse (vorne) 38 Gerätewahltaste 9 Fahrzeugachse (hinten) 39 Datenleitung 10 Laufräder (vorne) 40 Sensorik 11 Laufräder (hinten) 41 Datenleitung 12 Fahrerkabine 42 CAN-Bus 13 43 Aktivierungssignal 14 Frontzapfwelle 44 Datenleitung 15 Motorausgangselement 45 Aktivierungserlaubnis 16 Antriebsstrang (v.15) 46 Aktivierungsanforderung 17 Getriebe (v.14) 47 Aktivierungsfreigabe (S5) 18 48 Datenleitung 19 Heckzapfwelle 49 Kraftstoff- u. Luftzufuhr 20 Motorausgangselement 50 Drehzahlsensor (v. 6) 21 Antriebsstrang (v.20) 51 Datenleitung 22 Getriebe (v.19) 52 Programmverzeichnis 23 Leistungsverbraucher/Aggregat 53 Datei 24 Kupplung (v.22) 54 Diagramm 25 Kupplung (v.17) 55 Kennlinienfeld 26 Antriebsvorrichtung 56 Motordrehzahl n 27 Drehmomentsensor (v.57) 57 Motordrehmoment M 28 Drehmomentsignal (S1) 58 Leistungsbereich I 29 Datenleitung 59 Leistungsbereich II 30 Motorsteuerungskonzept 60 Leistungsbereich III 61 Kennlinie I (Verstärkungskurve I) 72 Zuschaltung (v.3) 62 Kennlinie II (Verstärkungskurve II) 73 Zuschaltung (v.23) 63 Kennlinie III (Verstärkungskurve III) P Leistungswert 64 Betriebspunkt I v Fahrgeschwindigkeit 65 Betriebspunkt II 66 Betriebspunkt III 67 Betriebspunkt IV 68 Drehzahlsignal (S2) 69 Ausgangssignal (S3 an 49) 70 Ausgangssignal (S4 v.40) 71 Steuer- und Regeleinrichtung
Claims (10)
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30), wobei das Fahrzeug (1) eine Antriebseinheit (4), vorzugsweise einen Verbrennungsmotor (5), einen mit dieser in Wirkverbindung stehenden Antriebsstrang (6), wobei der Antriebsstrang (6) eine Vielzahl von Leistungsverbrauchern (3, 23) und ein oder mehrere Laufräder (10, 11) tragende Fahrzeugachsen (8, 9) und zumindest eine Steuer-und Regeleinrichtung (71) umfasst und die Steuer-und Regeleinrichtung (71) über eine Steuervorrichtung (31) verfügt, welche betätigbar ist, um eine Aktivierungsanforderung (46) an eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (71) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- und Regeleinrichtung (71) Kennlinien (61, 62, 63) zur Abschätzung eines Energiebedarfes eines oder mehrerer Leistungsverbraucher (3, 23), in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern des jeweiligen Leistungsverbrauchers (3, 23) hinterlegt sind, und nach Aktivierung einer Zuschaltung (72, 73) zumindest eines Leistungsverbrauchers (3, 23) die Steuer- und Regeleinrichtung (71) vor der Zuschaltung (72, 73) des zumindest einen Leistungsverbrauchers (3, 23) selbständig einen Leistungswert P der Antriebseinheit (4) aus den hinterlegten Kennlinien (61, 62, 63) zur Abschätzung des Energiebedarfes des zumindest einen Leistungsverbrauchers (3, 23) auswählt, und vor der Zuschaltung eines energieverbrauchenden Aggregates, die Antriebseinheit in einen Leistungsbereich führt, der nicht nur ein Absinken der Motordrehzahl verhindert, sondern auch einen energieeffizienten Betriebspunkt aufweist, und dass nach Zuschaltung (72, 73) des zumindest einen Leistungsverbrauchers (3, 23) der Leistungswert P angepasst wird.
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (31) gleichzeitig eine Aktivierungsanforderung (46) an eine elektronische Steuereinheit (33) und an eine speicherprogrammierbare elektronische Steuer- und Auswerteeinheit (32) in der Weise bereitstellt, dass die elektronische Steuereinheit (33) vor Zuschaltung (72, 73) des zumindest einen Leitungsverbrauchers (3, 23) die Anfrage einer Aktivierungserlaubnis an die speicherprogrammierbare elektronische Steuer-und Auswerteeinheit (32) stellt, woraufhin die speicherprogrammierbare elektronische Steuer- und Auswerteeinheit(32) selbständig den Leistungswert P der Antriebseinheit (4) vor Zuschaltung (72, 73) eines Leistungsverbrauchers (3, 23) verändert und nach der Veränderung eine Aktivierungsfreigabe (47) an die elektronische Einheit (33) bereitstellt.
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30) nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare elektronische Steuer- und Auswerteeinheit (32) vor der Aktivierungsfreigabe (47) einerseits, zur Ermittlung von aktuellen Daten der Antriebseinheit (4), auf verschiedene Sensoren (27, 40, 50) und andererseits auf eine editierbare Datei (53), gespeichert in einem Programmverzeichnis (52), in der die Kennlinien (61, 62, 63) hinterlegt sind, zugreift.
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit (32) aus den ermittelten Daten einen ersten Leistungswert P berechnet, der den ersten Betriebspunkt I (64) ergibt und der in ein Kennlinienfeld (55) der Datei (53) eingetragen wird und von dem aus die Leistung der Antriebseinheit (4), mit Hilfe der elektronischen Steuer- und Auswerteeinheit (32), über einen in der Datei (53) hinterlegten Betriebspunkt II (65) bis zum hinterlegten Betriebspunkt III (66) geregelt wird.
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit (32), nach dem die Antriebseinheit (4) den Leistungswert P des Betriebspunktes III (66) erreicht hat, eine Aktivierungsfreigabe (47) an die Steuereinheit (33) sendet, die jetzt eine Zuschaltung (72, 73) zumindest eines Leistungsverbrauchers (3, 23) veranlasst.
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit (32) nach der Zuschaltung (72, 73) zumindest eines angeschlossenen Leistungsverbrauchers (3, 23), den Leistungswert P der Antriebseinheit (4) zum vorgegebenen Betriebspunkt IV (67) führt.
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit (32) den Betriebspunkt IV (67) in einem energieeffizienten Leistungsbereich II (59) regelt, der oberhalb des vom Aggregates (3, 12) benötigten Leistungswertes P liegt.
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit (32) den Betriebspunkt IV (67) immer von einem höheren Leistungswert P kommend, ansteuert.
- Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit einem Motorsteuerungskonzept (30) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuer- und Auswerteeinheit (32), aufgrund der ermittel- und auswertbaren Fahrzeugparameter in der Lage ist, eine konstante Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges (1) oder eine konstante Motordrehzahl (56) der Antriebseinheit (4) oder eine konstante Zapfwellendrehzahl für das Aggregat (3, 23) derart zu regeln, dass der Betriebspunkt IV (67) immer in einem günstigen Verbrauchsbereich liegt.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 umfasst ein Fahrzeug (1), wobei das Fahrzeug (1) eine Antriebseinheit (4), vorzugsweise einen Verbrennungsmotor (5), einen mit diesem in Wirkverbindung stehenden Antriebsstrang (6), wobei der Antriebsstrang (6) eine Vielzahl von Leistungsverbrauchern (3, 23) und ein oder mehrere Laufräder (10, 11) tragende Fahrzeugachsen (8, 9) und zumindest eine Steuer- und Regeleinrichtung (71) aufweist und die Steuer- und Regeleinrichtung (71) über eine Steuervorrichtung (31) verfügt, welche betätigbar ist, um eine Aktivierungsanforderung (46) an eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung (33) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dassa) die Steuer- und Regeleinrichtung (71) nach der Bereitstellung der Aktivierungsanforderung (46) zu einer Zuschaltung (72, 73) mindestens eines angeschlossenen Leistungsverbrauchers (3, 23) vor der Zuschaltung (72, 73) eine Verifizierung des Leistungsverbrauchers (3, 23) vornimmt und ihm eine Datei (53) zuordnet, welche Kennlinien (61, 62, 63) mit charakteristischen Betriebspunkten I-III (64, 65, 66) zur Steuerung einer Leistung einer Antriebseinheit (4) enthält,b) die Steuer- und Regeleinrichtung (71) nach der Zuordnung einer Datei (53) mit den in der Datei (53) hinterlegten Daten die Leistungswerte P der Antriebseinheit (4) an die Betriebspunkte I-III (64, 65, 66) anpasst,c) die Steuer- und Regeleinrichtung (71) nachdem die Antriebseinheit (4) den Leistungswert P des Betriebspunktes III (66) erreicht hat, eine Zuschaltung (72, 73) mindestens eines Leistungsverbrauchers (3, 23) veranlasst,d) die Steuer- und Regeleinrichtung (71) nach der Zuschaltung (72, 73) zumindest eines angeschlossenen Leistungsverbrauchers (3, 23), den Leistungswert P der Antriebseinheit (4) zum vorgegebenen Betriebspunkt IV (67) führt, unde) die Steuer-und Regeleinrichtung (71) den Betriebspunkt IV (67) der Antriebseinheit (4) in einem energieeffizienten Leistungsbereich II (59) regelt, der immer oberhalb des vom Aggregates (3, 12) benötigten Leistungswertes P liegt.
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