DE102007017175B4

DE102007017175B4 - Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kupplung eines hydrodynamischen Lastschaltgetriebes

Info

Publication number: DE102007017175B4
Application number: DE102007017175.9A
Authority: DE
Inventors: Hans Höfler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2020-04-23
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: DE102007017175A1

Abstract

Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Inchkupplung eines Lastschaltgetriebes mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler für einen Radlader, bei dem die Inchkupplung zum Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit bei hohen Motordrehzahlen im Schlupfbereich betrieben wird, wobei die Inchkupplung mit einem Steuerdruck (P_Kupplung) beaufschlagbar ist und das von der Inchkupplung übertragene Drehmoment abhängig von diesem Steuerdruck (P_Kupplung) ist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Inchen ein von der Inchkupplung zu übertragendes Drehmoment vorgegeben wird und der Steuerdruck (P_Kupplung) an der Inchkupplung in Abhängigkeit des vorgegebenen Drehmoments der Inchkupplung verändert wird, bis ein korrespondierendes Drehmoment turbinenseitig des hydrodynamischen Drehmomentwandlers anliegt, wobei das Drehmoment für jeden Betriebszustand des Fahrzeugs anhand eines vorgegebenen Kennfeldes des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kupplung eines hydrodynamischen Lastschaltgetriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik sind Arbeitsmaschinen, wie z. B. Gabelstapler, Radlader oder Sonderfahrzeuge bekannt, welche mit einem hydrodynamischen Fahrantrieb ausgestattet sind. Der hydrodynamische Antrieb besteht üblicherweise aus einem Antriebsmotor, einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und einem nachgeschalteten Getriebe.
Bei den bekannten Arbeitsmaschinen ist es üblich, dass zum Aufnehmen von bestimmten Lasten geringe Fahrgeschwindigkeiten angefordert werden, jedoch die Arbeitshydraulik in diesem Fahrzustand maximale Leistung benötigt, um die Lasten oder auch andere Arbeitsgänge ausführen zu können. Um die Zugkraft bzw. das Drehmoment des hydrodynamischen Antriebs bei hoher Drehzahl zu begrenzen, kann das nachgeschaltete Getriebe eine Reibungskupplung, beispielsweise eine so genannte Inchkupplung aufweisen.
Die Reibungskupplung wird in einem Fahrzustand, in dem hohe Drehzahlen des Antriebsmotors angefordert werden, im Schlupfbereich betrieben, um damit auch bei einer hohen Motordrehzahl ein langsames Fahren der Arbeitsmaschine zu ermöglichen. Dazu wird bei der bekannten Arbeitsmaschine der Steuerdruck an der Inchkupplung abgesenkt, um das Kupplungsmoment entsprechend zu verringern. Das eingestellte Druckniveau bei der Kupplung wird über den Pedalweg des Brems- oder Inchpedals eingestellt. Dadurch wird der Vortrieb des Fahrzeugs in der Inchkupplung bzw. in einer Fahrtrichtungskupplung über das Druckniveau in Abhängigkeit von der Pedalstellung gesteuert. Bei dieser Ansteuerung ist das eingestellte Druckniveau vom Reibwert der Kupplungsbeläge als auch von Toleranzen der verwendeten Druckreglern und der hydraulischen Steuerung abhängig. Somit ergibt sich bei dem über die Pedalstellung vorgewählten Druck in Abhängigkeit der Toleranzen ein unterschiedliches Moment an der Kupplung.
Da in der Regel das maximale Moment an der Kupplung begrenzt werden muss, besteht durch die auftretenden Toleranzen die Gefahr, dass die Leistungsgrenze der Kupplung beim Inchen überschritten wird. Somit ist es erforderlich, dass entsprechende Sicherheiten bezüglich des maximal zulässigen Druckniveaus eingestellt werden müssen. Dadurch wird in nachteiliger Weise die maximal mögliche Inchleistung der Kupplung verringert. Dies bedeutet wiederum, dass die Kupplung leistungsfähiger ausgelegt werden muss, um die auftretenden Toleranzen an den Druckreglern und der hydraulischen Steuerung zu berücksichtigen. Zudem kann die Inchleistung der Kupplung durch einen üblicherweise über die Lebensdauer der Kupplung abfallenden Reibwert der Beläge ebenfalls reduziert werden. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass die Kupplung aufgrund von Reibwertunterschieden durch den Einsatz von unterschiedlichen Ölen in der Kupplungshydraulik überlastet wird.
Beispielweise aus den Druckschriften DE 102 36 090 A1 , DE 102 36 092 A1 und DE 102 36 116 A1 sind jeweils ein mobiles Fahrzeug mit einem schaltbaren Getriebe bekannt, bei dem die Inchkupplung durch ein so genanntes Inch-Pedal angesteuert wird, um die Fahrgeschwindigkeit bei hohen Motordrehzahlen entsprechend zu regeln.
Dazu wird bei dem aus der Druckschrift DE 102 36 090 A1 bekannten Fahrzeug vorgesehen, dass durch einen elektronischen Justiervorgang des Inch-Pedalwegs über dem Incheffekt und der Betriebsbremse der Überschneidungszeitpunkt zwischen der Betriebsbremse und der Betätigungskraft der Kupplung eingestellt wird. Bei der Druckschrift DE 102 36 092 A1 wird vorgeschlagen, dass durch die Verwendung einer Öffnungskennlinie und einer Schließkennlinie der Lamellenkupplung die Inchfunktion hysteresefrei realisiert wird. Schließlich soll bei dem Fahrzeug, welches aus der Druckschrift DE 102 36 116 A1 bekannt ist, ebenfalls durch die Verwendung einer Öffnungskennlinie und einer Schließkennlinie der Lamellenkupplung die Inchfunktion verbessert werden.
Jedoch wird bei den bekannten Fahrzeugen bzw. Arbeitsmaschinen die Inchfunktion ausschließlich durch die Ansteuerung des Druckniveaus an der Kupplung realisiert, welches mit den eingangs geschilderten Nachteilen, insbesondere hinsichtlich der auftretenden Toleranzen verbunden ist.
Aus US 6 676 562 B1 ist ein Verfahren für ein automatisches Einrücken der Kupplung basierend auf einer Motordrehzahl bekannt. Dabei wird in einem Fahrzeuggetriebesystem mit einem Getriebe mit einer von einem Motor angetriebenen Eingangswelle, einer Ausgangswelle und einer Kupplung zum Steuern der Drehmomentübertragung von der Eingangswelle zu der Ausgangswelle eine Drehzahl des Motors erfasst und das Einrücken der Kupplung basierend auf der erfassten Motordrehzahl gesteuert, wobei die Übertragung des Drehmoments von der Eingangswelle zur Ausgangswelle durch die Drehzahl des Motors bestimmt wird.
DE 103 04 918 A1 zeigt einen Antriebsstrang für ein Mobilfahrzeug, vorzugsweise einen Radlader, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor aufweist, welcher über eine Primärkupplung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler antreibt, dessen Abtrieb ein Untersetzungsgetriebe antreibt. Der Antriebsmotor steht mit einem Nebenantrieb in Verbindung und treibt einen Verbraucher an. Der Antriebsmotor und der hydrodynamische Drehmomentwandler sind so ausgelegt, dass im Festbremspunkt und nicht aktivierten Verbraucher der Antriebsmotor nahe zu seinem maximalen Drehmoment betrieben wird. Wird zusätzlich der Verbraucher aktiviert, wird die Primärkupplung so weit im Öffnungssinne betätigt, dass eine definierte Drehzahl des Antriebsmotors erhalten bleibt.
Ferner offenbart DE 196 31 243 A1 eine Getriebeeinheit insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einer Hybridantriebsanordnung, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Abtriebsmoments eines Antriebsstrangs. Dabei wird ein Drehmomentwandler vorgesehen, welcher vorzugsweise ein Umschlingungs-, Reibrad-, hydrostatisches, hydrodynamisches oder elektrisches Getriebe aufweist.
Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, mit dem die Kupplung des hydrodynamischen Lastschaltgetriebes derart ansteuerbar ist, dass die Kupplung möglichst über ihren gesamten Leistungsbereich sicher betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
Somit wird ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Kupplung eines Lastschaltgetriebes mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler für ein Fahrzeug, insbesondere für eine Arbeitsmaschine, vorgeschlagen, bei dem die Kupplung zum Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit bei hohen Motordrehzahlen im Schlupfbereich betrieben wird, wobei ein Kupplungsmoment zum Aufbauen eines korrespondierenden Steuerdruckes an der Kupplung vorgegeben wird. Infolgedessen wird eine Momentenregelung beim Inchen im Dauerbetrieb des Getriebes realisiert.
Auf diese Weise kann anstelle der bekannten Druckniveausteuerung bzw. -vorgabe das Inchen durch eine Ansteuerung des Kupplungsmomentes realisiert werden, so dass die eingangs beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden. Insbesondere kann die Kupplung bis an ihre Leistungsgrenzen betrieben werden, ohne dass die Gefahr besteht, die Kupplung zu überlasten und somit zu beschädigen.
Die erfindungsgemäße Regelung des Kupplungsmomentes beim Inchbetrieb kann im Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung dadurch realisiert werden, dass der Druck der Kupplungsansteuerung durch die elektronische Getriebesteuerung in Abhängigkeit des vorgegebenen Kupplungsmoments verändert wird, bis ein korrespondierendes Drehmoment an dem Turbinenrad des Drehmomentwandlers anliegt. Dieses korrespondierende Drehmoment kann vorher bestimmt werden.
Das turbinenseitige Drehmoment kann beispielsweise durch die elektronische Getriebesteuerung für jeden Betriebszustand des Fahrzeugs anhand eines vorgegebenen Kennfeldes des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ermittelt werden. Bei dieser Vorgehensweise sind lediglich die Toleranzen des Wandlerkennfeldes beim Inchen zu berücksichtigen. Da diese Toleranzen erheblich geringer sind, als die Toleranzen der Druckregler und der hydraulischen Steuerung sowie weiterer Einflussgrößen, kann die Kupplung ohne die Vorgabe von Sicherheitsabständen hinsichtlich ihrer Leistungsgrenzen betrieben werden, ohne dass die Gefahr von Überlastungen der Kupplung auftreten.
Um eine Optimierung der Ansteuerung der Kupplung zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass die ermittelten turbinenseitigen Drehmomente des Drehmomentwandlers in einem weiteren Kennfeld oder dergleichen abgespeichert werden. Auf dieses Kennfeld kann die elektronische Getriebesteuerung zugreifen, so dass die Ansteuerung der Kupplung weiter vereinfacht wird. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass das jeweils ermittelte turbinenseitige Drehmoment auch zur Steuerung von Lastschaltungen bei dem Getriebe verwendet werden kann.
Vorzugsweise kann die elektronische Getriebesteuerung über einen Regelalgorithmus den Kupplungsdruck erhöhen oder absenken, um diesen an das vorgewählte Drehmoment des Drehmomentwandlers anzupassen. Es sind auch andere Vorgehensweisen möglich.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass durch die elektronische Getriebesteuerung das Kupplungsmoment anhand der internen Getriebeübersetzungsstufen aus dem vorgegebenen turbinenseitigen Drehmoment ermittelt wird. Auch diese Vorgehensweise optimiert die vorgeschlagene Ansteuerung der Kupplung erheblich, insbesondere deshalb, weil die internen Übersetzungen ebenfalls in der elektronischen Getriebesteuerung abgelegt sind, so dass auf diese Werte ohne weiteres zugegriffen werden kann.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur der vorliegenden Erfindung zeigt einen prinzipiellen Verlauf eines Inch-Vorganges über den Pedalweg des Inch-Pedals zwischen 0 und 100 %. In dem Diagramm ist auf der Ordinate jeweils der Steuerdruck P Kupplung für die hydraulische Kupplungsansteuerung und der Steuerdruck P_Bremse der hydraulische Betriebsbremsenansteuerung aufgetragen. Der Pedalweg des Inch-Pedals ist auf der Abzisse dargestellt.
Wenn der Pedal-Weg des Inch-Pedals 0 % beträgt und sich somit in seiner Ausgangsstellung befindet, wird die Kupplung mit maximalem Kupplungsdruck beaufschlagt und ist somit geschlossen. In diesem Zustand wird somit das maximale Kupplungsmoment vorgegeben, welches durch einen Doppelpfeil max_torque an dem Verlauf A des erfindungsgemäß vorgegebenen Kupplungsmomentes angedeutet ist.
Wenn das Inchen beginnt, wird dazu das Inch-Pedal betätigt, so dass der Kupplungsdruck P_Kupplung abgesenkt wird, da die Vorgabe des Kupplungsmoments abgesenkt wird. Durch das Absenken des Kupplungsmoments wird die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine reduziert. Dieser Vorgang kann kontinuierlich weitergeführt werden, indem das Inch-Pedal weiter betätigt wird. Wenn das Inch-Pedal zu 100 % betätigt ist, wird die Vorgabe des Kupplungsmoments auf ein minimales Kupplungsmoment abgesenkt, welches durch einen Doppelpfeil min_torque an dem rechten Ende des Verlaufes A des Kupplungmomentes angedeutet ist.
Sobald die Vorgabe des Kupplungsmomentes dem minimalen Kupplungsmoment entspricht, kann zudem der Steuerdruck P_Bremse der Betriebsbremse erhöht werden, um sicherzustellen, dass bei 100 % Pedalweg des Inch-Pedals die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine auf null gebracht wird. Der Verlauf B des Steuerdruckes P_Bremse der Betriebsbremse ist durch eine strichpunktierte Linie in der Figur angedeutet.
Bezugszeichenliste

A: Verlauf des vorgegebenen Kupplungsmomentes
B: Verlauf des Bremsdruckes
P_Kupplung: Steuerdruck an der Kupplung
P_Bremse: Steuerdruck an der Betriebsbremse
max_torque: maximal vorgegebenes Kupplungsmoment
min_torque: minimal vorgegebenes Kupplungsmoment
Inching_On: Beginn des Inchens
Inching_OFF: Ende des Inchens

Claims

Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Inchkupplung eines Lastschaltgetriebes mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler für einen Radlader, bei dem die Inchkupplung zum Einstellen der Fahrzeuggeschwindigkeit bei hohen Motordrehzahlen im Schlupfbereich betrieben wird, wobei die Inchkupplung mit einem Steuerdruck (P_Kupplung) beaufschlagbar ist und das von der Inchkupplung übertragene Drehmoment abhängig von diesem Steuerdruck (P_Kupplung) ist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Inchen ein von der Inchkupplung zu übertragendes Drehmoment vorgegeben wird und der Steuerdruck (P_Kupplung) an der Inchkupplung in Abhängigkeit des vorgegebenen Drehmoments der Inchkupplung verändert wird, bis ein korrespondierendes Drehmoment turbinenseitig des hydrodynamischen Drehmomentwandlers anliegt, wobei das Drehmoment für jeden Betriebszustand des Fahrzeugs anhand eines vorgegebenen Kennfeldes des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruck (P_Kupplung) an der Kupplung durch eine elektronische Getriebesteuerung (EST) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektronische Getriebesteuerung (EST) für jeden Betriebszustand anhand eines vorgegebenen Kennfeldes des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ein turbinenseitiges Drehmoment ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Drehmomente abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Drehmomente zur Steuerung einer Lastschaltung verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruck (P_Kupplung) an der Kupplung über einen Regelalgorithmus verändert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektronische Getriebesteuerung (EST) das Kupplungsmoment anhand der internen Getriebeübersetzungsstufen aus dem turbinenseitigen Drehmoment ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die internen Getriebeübersetzungsstufen in der elektronischen Getriebesteuerung (EST) abgespeichert werden.