DE102011121880A1

DE102011121880A1 - Verfahren zum Betätigen einer hydraulisch betätigten Kupplung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator

Info

Publication number: DE102011121880A1
Application number: DE201110121880
Authority: DE
Inventors: Andreas Greim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-06-27
Also published as: ITMI20122191A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen einer mittels einer Hydraulikflüssigkeit betätigten Kupplung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator, wobei ein Versorgungsdruck über einen Steuerelement in einen Betätigungsdruck gewandelt wird, wobei ein in einem Hydraulikzylinder hin und her bewegbar gelagerter Hydraulikkolben mit dem Betätigungsdruck beaufschlagt wird, um die Kupplung zu betätigen, wobei Umgebungsbedingungen, zum Beispiel die Öltemperatur, und Betriebsbedingungen bei der Ansteuerung des Steuerelements berücksichtigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen einer hydraulisch betätigten Kupplung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator sowie eine Recheneinheit zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Leistungsverzweigungsgetriebe mit Variator weisen in der Regel neben einem mechanischen Leistungszweig, welcher mit einer festen Übersetzung arbeitet, einen hydrostatischen oder elektrischen Variator-Leistungszweig mit variabler Übersetzung auf. Dieser Variator-Leistungszweig erlaubt es, das gesamte Übersetzungsverhältnis des Leistungsverzweigungsgetriebes stufenlos zu variieren. Hierzu werden die beiden Leistungszweige über einen Summiergetriebeabschnitt in dem Leistungsverzweigungsgetriebe zusammengeführt und wirken so auf eine gemeinsame Abtriebswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes. Leistungsverzweigungsgetriebe mit Variator bieten in der Regel wenigstens zwei Schaltbereiche, zwischen denen durch Betätigen von zugehörigen Kupplungsanordnungen umgeschaltet wird. Eine Kupplungsanordnung weist wenigstens eine Kupplung auf. Im Rahmen dieser Erfindung wird eine Kupplungsanordnung als ”geschlossen” bezeichnet, wenn ein Drehmoment übertragen werden kann, andernfalls als ”offen”.
Ein hydrostatischer Variator ist üblicherweise als Hydraulikpumpe/Hydraulikmotor-Anordnung (”Hydrostatgetriebe”) realisiert, ein elektrischer Variator ist üblicherweise als Generator/Elektromotor-Anordnung (”elektrisches Getriebe”) realisiert. Wenngleich die Erfindung im Folgenden im Wesentlichen unter Bezugnahme auf hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe beschrieben wird, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern insbesondere auch auf elektrisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe gerichtet.
Hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe können in Fahrantrieben, bspw. von mobilen Arbeitsmaschinen (zum Beispiel Kommunalfahrzeuge, Kompaktlader, Gabelstapler, Flugfeldschlepper et cetera), eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist aus der DE 10 2007 037 107 A1 bekannt, zum Steuern eines Antriebssystems eines Fahrzeugs mit einer Antriebsmaschine und einem Leistungsverzweigungsgetriebe das Fahrzeug zunächst in einem ersten Fahrbereich (= Schaltbereich) zu betreiben. Das Leistungsverzweigungsgetriebe weist einen ersten Leistungszweig auf, welcher ein variables Übersetzungsverhältnis hat. Ferner weist das Leistungsverzweigungsgetriebe einen mechanischen Leistungszweig auf. In dem ersten Fahrbereich ist ein Ausgang des ersten Leistungszweigs mit einem Ausgang eines Summiergetriebeabschnitts des Leistungsverzweigungsgetriebes verbunden. Zum Beschleunigen wird das Übersetzungsverhältnis des ersten Leistungszweigs erhöht, bis ein sogenannter Synchronpunkt erreicht ist. Ein Synchronpunkt zeichnet sich dadurch aus, dass eine Differenzdrehzahl der zu schließenden Kupplungsanordnung Null ist. Im Synchronpunkt hat das Getriebe ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis, das Synchronübersetzungsverhältnis.
Beim Beschleunigen wird somit die Ausgangsdrehzahl des Leistungsverzweigungsgetriebes im Verhältnis zu der Eingangsdrehzahl des ersten Leistungszweigs erhöht. Ist der Synchronpunkt erreicht, so wird ein Fahrbereichswechsel durchgeführt. Hierzu wird das Leistungsverzweigungsgetriebe in einen zweiten Fahrbereich gebracht, indem der Ausgang des ersten Leistungszweigs von dem Ausgang des Summiergetriebeabschnitts abgekuppelt wird. Zudem wird der Ausgang des zweiten Leistungszweigs mit einem zweiten Eingang des Summiergetriebeabschnitts verbunden. Infolgedessen stellt sich am Ausgang des Leistungsverzweigungsgetriebes eine resultierende Drehzahl ein, welche abhängig von den an den beiden Eingängen des Summiergetriebeabschnitts herrschenden Drehzahlen ist.
Bei diesem sog. Synchronschalten liegt also ein Synchronpunkt vor, während eine Kupplungsanordnung geschlossen und eine andere Kupplungsanordnung geöffnet wird. Während beide Kupplungsanordnungen geschlossen sind, kann das Übersetzungsverhältnis nicht geändert werden; das Getriebe ist verblockt. Andererseits kann die eine Kupplungsanordnung erst geöffnet werden, wenn die andere geschlossen ist.
Die Kupplungen der Kupplungsanordnungen können als hydraulisch betätigte Lamellenkupplungen ausgebildet sein, deren Schließdruck aus einem Versorgungsdruck über ein betätigtes Ventil (zum Beispiel ein Magnetventil) gewonnen wird. Der Versorgungsdruck kann von einer Hydraulikpumpe bereitgestellt werden. Der Betätigungsvorgang nimmt maßgeblich Einfluss auf das Schaltverhalten, so dass es wünschenswert ist, die Betätigung der Kupplung exakt steuern zu können.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betätigen einer hydraulisch betätigten Kupplung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung verbessert den Betätigungsvorgang einer hydraulisch betätigten Kupplung, indem Umgebungsbedingungen und Betriebsbedingungen berücksichtigt werden. Insbesondere vorteilhaft ist eine Berücksichtigung der Temperatur und damit der Zähigkeit der Hydraulikflüssigkeit, des für den Schließvorgang der Kupplung zur Verfügung stehende Volumenstroms und des aktuellen Füllungsgrads der zu schließenden Kupplung, also des nach dem letzten Schaltvorgang in der Kupplung verbliebenen Volumens an Hydraulikflüssigkeit.
Im Rahmen der Erfindung werden bei der Ansteuerung der Kupplungen vorteilhafterweise die aktuellen Umgebungsbedingungen und sowohl stationäre als auch dynamische Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Hydrauliksystems berücksichtigt. Dabei können die dynamischen Eigenschaften der Aktuatoren so ausgenutzt werden, dass die Kupplungen ohne Schädigung der Komponenten in möglichst kurzer Zeit geschlossen werden können.
Die Erfindung gibt eine Möglichkeit an, den Betätigungsvorgang einer hydraulisch betätigten Kupplung so zu steuern, dass er in der kürzest möglichen Zeit mit dem kleinst möglichen Verschleiß und mit maximalem Komfort stattfindet. Ebenso ist möglich, die Schließvorgänge so zu steuern, dass die Kupplungsschließzeit unter allen Umgebungsbedingungen gleich ist.
Die Berücksichtigung von Umgebungsbedingungen erlaubt eine Verkürzung der Schließzeit, wenn zum Beispiel die Kupplungslamellen eine niedrige Differenzdrehzahl haben, da der Schaltvorgang nahe am Synchronpunkt ausgelöst wurde. Zum anderen kann die Anpassung der Kupplungsansteuerung an Umgebungsbedingungen insbesondere während des Füllvorgangs verhindern, dass der Wärmeeintrag in die Kupplung während des Schließvorgangs ein kritisches Maß übersteigt und damit kein unnötiger Verschleiß auftritt.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, zum Beispiel ein Steuergerät eines Fahrantriebs bzw. eines Fahrzeugs mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Ein erfindungsgemäßer Fahrantrieb weist Leistungsverzweigungsgetriebe mit Variator und eine erfindungsgemäße Recheneinheit auf.
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs und anderes mehr. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet und so weiter) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Leistungsverzweigungsgetriebes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt schematisch einen Hydraulikversorgungskreis eines Nutzfahrzeuges.
3 zeigt schematisch einen möglichen Ansteuerstromverlauf für ein Magnetventil zur Regulierung des Betätigungsdrucks für die Betätigung einer hydraulisch betätigbaren Kupplung.
4 zeigt schematisch ein Ablaufschema gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt schematisch unterschiedliche Vorfüllmethoden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Fahrantrieb 1 eines Nutzfahrzeugs dargestellt, wie er der Erfindung zugrunde liegen kann. Der Fahrantrieb 1 umfasst elf stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe 2. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 2 weist einen ersten Leistungszweig und einen zweiten Leistungszweig auf. Der erste Leistungszweig ist hier als hydrostatischer Leistungszweig 3 ausgeführt. Der zweite Leistungszweig ist als mechanischer Leistungszweig 4 ausgeführt. Es sei betont, dass der erste Leistungszweig ebenso als elektrischer Leistungszweig ausgebildet sein kann.
Zum Antrieb des Fahrzeugs ist eine Antriebsmaschine 5 vorgesehen. In der Regel ist die Antriebsmaschine 5 als Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt. Die Antriebsmaschine 5 treibt eine Getriebeeingangswelle 6 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 an. Zum Antrieb des Fahrzeugs ist eine Getriebeausgangswelle 7 des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 mit einer angetriebenen Fahrzeugachse 8 verbunden. Die angetriebene Fahrzeugachse 8 umfasst in der Regel ein Differenzialgetriebe 9, welches über Halbwellen 10 angetriebene Räder 11 antreibt.
Der hydrostatische Leistungszweig 3 weist als Variator ein Hydrostatgetriebe, nämlich eine Kombination aus einer Hydropumpe 12 und einem Hydromotor 13 auf. Die Hydropumpe 12 ist in ihrem Fördervolumen einstellbar und zur Förderung in zwei Richtungen ausgelegt. Zum Einstellen der Förderrichtung sowie des Fördervolumens der Hydropumpe 12 ist eine erste Verstellvorrichtung 14 vorgesehen, die in nicht dargestellter Weise beispielsweise durch eine Fahrzeugelektronik (Steuereinrichtung 50) angesteuert wird. Eine zweite Verstellvorrichtung 15 wirkt auf einen Verstellmechanismus des Hydromotors 13. Der Hydromotor 13 ist ebenfalls für beide Strömungsrichtungen ausgelegt und in seinem Schluckvolumen durch die zweite Verstellvorrichtung 15 einstellbar. Die Hydropumpe 12 und der Hydromotor 13 sind über eine erste Arbeitsleitung 16 und eine zweite Arbeitsleitung 17 in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf miteinander verbunden. Über die Druckdifferenz in den beiden Arbeitsleitungen und bspw. das Fördervolumen der Hydropumpe kann das momentan vom Hydrostatgetriebe übertragene Drehmoment bestimmt werden. Daraus können dann unter Berücksichtigung der beteiligten Übersetzungsverhältnisse die von den Kupplungsanordnungen 31, 39 zu übertragenden Drehmomente bestimmt werden. Bei einem elektrischen Getriebe würden Hydropumpe und Hydromotor wirkungsgleich durch einen Generator und einen Elektromotor ersetzt werden.
Zum Antreiben der Hydropumpe 12 weist die Hydropumpe 12 eine Pumpenantriebswelle 18 auf. Der hydrostatische Leistungszweig 3 wirkt über eine Motorabtriebswelle 19 auf einen Summiergetriebeabschnitt 20. Die Motorabtriebswelle 19 bildet dabei den Ausgang des hydrostatischen Leistungszweigs 3. Entsprechend bildet die Pumpenantriebswelle 18 den Eingang des hydrostatischen Leistungszweigs 3.
Der Ausgang des hydrostatischen Leistungszweigs 3, also die Motorabtriebswelle 19, ist mit einem ersten Eingang des Summiergetriebes 20 verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Summiergetriebeabschnitt 20 als einstufiges Planetengetriebe ausgeführt. Das einstufige Planetengetriebe weist ein Sonnenrad 23 auf, welches einen ersten Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 bildet. Das Sonnenrad 23 ist drehfest mit einer Sonnenradwelle 22 verbunden. Ein zweiter Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 ist durch ein Hohlrad 21 realisiert.
Das Hohlrad 21 ist mit einer Hohlradwelle 24 drehfest verbunden und bildet den zweiten Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20. Ein erstes Motorzahnrad 25 ist mit der Motorabtriebswelle 19 des Hydromotors 13 fest verbunden. Das erste Motorzahnrad 25 treibt über ein Zwischenrad 25' ein auf der Sonnenradwelle 22 angeordnetes Antriebszahnrad 29 an. Dementsprechend wird das Sonnenrad 23 permanent mit einer von der Drehzahl des Hydromotors 13 direkt abhängigen Drehzahl angetrieben. In einem leistungsverzweigten Fahrbetrieb ist ferner das Hohlrad 21 permanent drehfest mit einem Ausgang des mechanischen Leistungszweigs 4 verbunden. Die den Ausgang des mechanischen Leistungszweigs 4 bildende Abtriebswelle 30 wird hierzu über eine Kupplung 31 an die Hohlradwelle 24 gekoppelt.
Das Hohlrad 21 weist zudem eine Innenverzahnung 26 auf. Zwischen dem Sonnenrad 23 und dem Hohlrad 21 sind mehrere Planetenräder 27 angeordnet, welche drehbar auf einem Planetenträger, dem sogenannten Steg 28, angeordnet sind. Infolge der Drehzahlen der beiden Eingänge (Sonnenrad 23 und Hohlrad 21) des Summiergetriebeabschnitts 20, also der Drehzahl des Hohlrads 21 und der Drehzahl des Sonnenrads 23 stellt sich eine Ausgangsdrehzahl des Stegs 28 ein.
Mittels eines Stegabtriebsrads 32 und ein sich damit im Eingriff befindliches zweites Zwischenrad 33 wird die Rotation des Stegs 28 auf eine Summiergetriebeabtriebswelle 34 übertragen. Die Summiergetriebeabtriebswelle 34 bildet den Ausgang des Summiergetriebeabschnitts 20. Der Ausgang des Summiergetriebeabschnitts 20 ist über eine Getriebestufe 35 mit der Getriebeausgangswelle 7 verbunden.
Das von der Antriebsmaschine 5 über die Getriebeeingangswelle 6 in das Leistungsverzweigungsgetriebe 2 eingespeiste Drehmoment wird auf die beiden Leistungszweige 3 und 4 verteilt. Auf der Pumpenantriebswelle 18 ist ein Pumpenrad 36 angeordnet. Dieses befindet sich im permanenten Eingriff mit einem Antriebsritzel 37, das fest mit der Getriebeeingangswelle 6 verbunden ist.
Der mechanische Leistungszweig 4 umfasst eine Ausgangswelle 30 des mechanischen Leistungszweigs 4, die mittels eines Zahnrads 38 mit der Getriebeeingangswelle 6 verbunden ist. Das Zahnrad 38 befindet sich ebenfalls im permanenten Eingriff mit dem Antriebsritzel 37. Die Drehrichtung der Pumpenantriebswelle 18 ist gleich der Drehrichtung der Getriebeeingangswelle 6.
Im leistungsverzweigten Fahrbetrieb wird durch den hydrostatischen Leistungszweig 3 und den mechanischen Leistungszweig 4 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Die an den beiden Eingängen des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 erzeugten Drehzahlen führen zu einer resultierenden Drehzahl des Stegs 28 und damit zu einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit.
Zusätzlich zu dem leistungsverzweigten Fahrbereich ist bei dem dargestellten Leistungsverzweigungsgetriebe 2 auch noch ein rein hydrostatischer Fahrbereich vorgesehen. Die beiden Fahrbereiche sind dabei so abgestimmt, dass während eines Arbeitseinsatzes der rein hydrostatische Fahrbereich verwendet wird, während für höhere Geschwindigkeiten der leistungsverzweigte Fahrbereich vorgesehen ist. Bevor auf das Verfahren zum Antreiben des Fahrzeugs im Detail eingegangen wird, sollen zunächst noch die zum Fahren in dem rein hydrostatischen Fahrbereich erforderlichen Komponenten des Leistungsverzweigungsgetriebes 2 erläutert werden.
Die Motorabtriebswelle 19 ist über eine Kupplung 39 mit einem zweiten Motorzahnrad 40 verbindbar. Das zweite Motorzahnrad 40 wirkt mit dem Stegabtriebsrad 32 zusammen. Damit wird bei eingekuppelter (d. h. geschlossener) Kupplung 39 eine direkte Verbindung zwischen der Motorabtriebswelle 19 und dem Ausgang des Summiergetriebeabschnitts 20 erzeugt. Die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ergibt sich somit unmittelbar aus der eingestellten Drehzahl der Antriebsmaschine 5 und dem eingestellten Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Leistungszweigs 3.
In dem ersten Fahrbereich ist die Kupplung 31 geöffnet, so dass sich das Hohlrad 21 mit einer sich auf Grund der Drehzahlen des Sonnenrads 23 und des direkt angetriebenen Stegs 28 einstellenden Drehzahl drehen kann.
Die Kupplungen 31, 39 sind vorzugsweise als hydraulisch betätigte Lamellenkupplungen ausgebildet, wie in 2 schematisch dargestellt.
In 2 ist ein Kreislauf der Hydraulikversorgung beispielsweise eines Nutzfahrzeuges dargestellt. Gleiche Elemente wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Hydraulikversorgung 100 verfügt über einen gemeinsamen Rücklauf 101 (beispielsweise einen Tank), in dem Hydraulikflüssigkeit gesammelt wird.
Aus dem Rücklauf 101 fördert eine Versorgungspumpe 102, welche beispielsweise als Außenzahnradpumpe ausgebildet sein kann, Hydraulikflüssigkeit, um einen Volumenstrom Q_V mit einem Versorgungsdruck p_V bereitzustellen. Die Versorgungspumpe 102 ist auch Speisepumpe für das Hydrostatgetriebe des Fahrantriebs mit den beiden Hydroeinheiten 12 und 13, um Spülmengen auszugleichen.
In dem Versorgungskreislauf ist weiterhin ein Druckbegrenzungsventil 103 vorgesehen, um den Versorgungsdruck p_V und damit den Speisedruck im Hydrostatgetriebe auf einen bestimmten Wert zu begrenzen. Weiterhin kann ein Filter 104 vorgesehen sein. Ein Druckspeicher 105 dient zur Aufrechterhaltung des Versorgungsdrucks p_V für einen gewissen Zeitraum.
In 2 ist darüber hinaus lediglich eine weitere zu versorgende Komponente dargestellt, nämlich eine Kupplung 31 bzw. 39.
Die Kupplung 31, 39 ist als hydraulisch betätigte Lamellenkupplung ausgebildet, welche mittels einer Hydraulikflüssigkeit mit einem Betätigungsdruck p_B betätigt wird. Der Betätigungsdruck p_B wird über ein Druckregelventil 106 eingestellt, das von einem Elektromagneten betätigbar ist, der von einem Steuergerät, beispielsweise dem Steuergerät 50, angesteuert wird. Der Regeldruck am Regelausgang des Ventils 106 kann über die Höhe eines Ansteuerstroms eingestellt werden kann, welcher vom Steuergerät dem Elektromagneten über Zuleitungen 107 bereitgestellt wird. Je höher der Ansteuerstrom ist, umso höher ist der eingeregelte Druck.
In der Kupplung 31 bzw. 39 ist ein Hydrozylinder 108 mit einem Kolben 109 vorgesehen, wobei der Kolben 109 über den Betätigungsdruck p_B hin und her bewegt werden kann. Für die Rückstellung ist eine Feder 110 vorgesehen. Wird die Kupplung betätigt, drückt der Kolben 109 Lamellenscheiben 111, von denen ein Teil drehfest an einer Welle und der andere Teil drehfest an einem Gehäuse befestigt sind, aneinander, so dass ein Kraftschluss entsteht. Die Kupplung ist dann geschlossen. Über eine nahe am Hydrozylinder 108 befindliche Drosselstelle 112 kann kontinuierlich Hydraulikflüssigkeit entweichen, um einen Austausch des Öls im Hydrozylinder zu gewährleisten. Solange die Kupplung betätigt sein soll, muss daher der entweichende Volumenstrom ständig nachgefördert werden.
Ein beispielhafter Ansteuerstromverlauf für die Betätigung der Kupplung 31, 39 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 erläutert, in dem in einem Diagramm 300 Verläufe des Soll-Ansteuerstroms 301 sowie des Soll-Betätigungsdrucks 302 über der Zeit t dargestellt sind. Der dargestellte Betätigungsvorgang kann in sechs unterschiedliche Phasen I bis VI unterteilt werden. Die Betätigung kann mit einer Phase I begonnen werden, in der zunächst der Zylinder 108 der Kupplung mit einer geringen Menge an Hydraulikflüssigkeit vorgefüllt wird. Dies kann den anschließenden Betätigungsvorgang beschleunigen.
Die eigentliche Betätigung beginnt zu einem Zeitpunkt t₁. In einer Phase II wird der zum Druckaufbau in der Kupplung nötige Volumenstrom an Hydraulikflüssigkeit aufgebaut. Dazu wird das Magnetventil 106 vollständig geöffnet.
Zu einem Zeitpunkt t₂ ist der für die Füllung des Zylinders 108 nötige Betätigungsdruck erreicht und der Zylinder wird während einer Phase III befüllt.
Zu einem Zeitpunkt t₃ ist der Zylinder befüllt und eine Bewegung des Kolbens 109 soll einsetzen. Zu diesem Zweck wird in einer Phase IV der Ansteuerstrom wieder erhöht, um dadurch den Betätigungsdruck zu erhöhen.
Zu einem Zeitpunkt t₅ ist der Betätigungsdruck erreicht und wird in einer Phase VI so lange gehalten, wie die Kupplung betätigt sein soll.
Es kann eine Zwischenphase V vorgesehen sein, in der ein Gradient des Ansteuerstroms erhöht wird, um auch den Druckanstieg zu beschleunigen. Die Erhöhung kann linear, wie gezeigt, sein oder eine andere Form haben, bspw. hyperbolisch (gestrichelt).
Bei einem Betätigungsvorgang gemäß 3 ist nachteilig, dass keine gezielte Kontrolle über die einzelnen Phasen besteht.
Im Rahmen der Erfindung wird deshalb der Betätigungsvorgang weitergebildet, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 4 und 5 erläutert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Betrieb der Kupplung in sechs Zustände unterteilt, die jeweils zu einem anderen erwünschten Betätigungsdruck p_B führen. Ein erster Zustand Z1 ist der Fahrzustand, wobei die Kupplung geöffnet ist. Optional kann eine Vorfüllung bestehen. Ein zweiter Zustand Z2 ist das Starten des Füllvorgangs. Ein dritter Zustand Z3 ist der Füllvorgang selbst, bis ein bestimmter Füllgrad erreicht ist. Ein vierter Zustand Z4 ist ein Zustand, in dem die Bewegung des Kolbens 109 in dem Zylinder 108 abgebremst wird, um bspw. ein hartes Aufprallen in die Endstellung zu vermeiden. Ein fünfter Zustand Z5 ist das finale Schließen der Kupplung, d. h. eine Erhöhung des Betätigungsdrucks bis zum zulässigen Maximalwert. Ein sechster Zustand Z6 ist das Geschlossen-Halten der Kupplung, d. h. das Halten des Betätigungsdrucks auf dem zulässigen Maximalwert. Je nach Ausgestaltung des Fahrantriebs werden gleichzeitig auch mehrere Kupplungen betätigt, was im Rahmen der Erfindung berücksichtigt wird.
Um einen möglichst schnellen Schaltvorgang zu erreichen, sollte die dabei zu schließende Kupplung so betätigt werden, dass sie genau bei Erreichen des Synchronpunktes schließt, also t₅ gemäß 3 am Synchronpunkt liegt. Um dies zu erreichen, ist einerseits die Kenntnis über die verbleibende Zeit bis zum Synchronpunkt nötig. Diese kann aus dem Verlauf, hier insbesondere aus der Steigung, des Übersetzungsverhältnisses bestimmt werden. Andererseits ist die Kenntnis über die aktuelle Schließzeit nötig, also die Zeit, die die Kupplung unter den herrschenden Bedingungen zum Schließen braucht (t₅–t₁ gemäß 3).
Um die Einflüsse der Umgebungsbedingungen und sowohl die stationären als auch die dynamischen Eigenschaften der Wirkkette korrekt berücksichtigen zu können, wird eine Aufteilung des Berechnungsvorgangs in mehrere Schritte vorgeschlagen:

1) Berechnung des Soll-Betätigungsdruckes p_{B_soll}: Hier wird der gewünschte stationäre Betätigungsdruck so berechnet, dass er unabhängig ist von den Aktuatoren (Magnetventile, Hydraulikleitungen, Kupplungen), mit denen dieser Druck eingestellt wird. Infolge dessen werden bei der Berechnung des Soll-Betätigungsdruckes die Eigenschaften der Komponenten, mit denen dieser Druck eingestellt werden soll, nicht berücksichtigt wird. So wird zum Beispiel bei der Vorgabe des Soll-Betätigungsdruckes keine Rücksicht darauf genommen, dass die ausführenden Komponenten (also unter anderem Magnetventile und Hydraulikleitungen) zum Beispiel mit Trägheiten und Hysteresen behaftet sind, wodurch sie den Solldruck nicht verzögerungsfrei einstellen können. Die Kompensation dieser Eigenschaften erfolgt erst in nachfolgenden Softwarekomponenten. Ausschlaggebend für den Soll-Kupplungsdruck ist das Drehmoment, das von dieser Kupplung übertragen werden soll. Eine offene Kupplung soll kein Drehmoment übertragen, eine geschlossene Kupplung soll 100% des anliegenden Drehmomentes übertragen. Vorgesehen sind auch Zwischenzustände, in denen die Kupplung nur einen bestimmten Anteil des anliegenden Drehmomentes übertragen soll (wofür der Soll-Kupplungsdruck entsprechend angepasst wird), um zum Beispiel ein sanfteres Ein- oder Auskuppeln oder das Abbauen von Belastungsspitzen im Getriebe durch einen gewolltes Schleifen der Kupplung zu ermöglichen.
2) Berechnung des Ist-Versorgungsvolumenstromes und Ist-Versorgungsdruckes: hier wird der unter den gegenwärtigen Randbedingungen zur Verfügung stehende Volumenstrom Q_{B_ist} und der sich daraus ergebende Versorgungsdruck p_{V_ist} der Versorgungspumpe berechnet.
3) Berechnung des nötigen Ansteuerstromes I_soll, um den stationären Soll-Betätigungsdruck sicher einzustellen: hier wird unter Berücksichtigung der stationären und dynamischen Eigenschaften der Aktuatoren der Ansteuerstrom berechnet, der zum möglichst schnellen Erreichen des stationären Soll-Betätigungsdruckes notwendig ist.
4) Berechnung des Kupplungszustandes: hier wird unter Berücksichtigung der geometrischen Eigenschaften der Kupplung, der zu- und abfließenden Volumenströme Q_{M_ist} und der Öltemperatur T_ist der Grad der Füllung der Kupplung und damit der Kolbenweg s der Kupplung berechnet.

In 4 ist ein schematischer Aufbau eines entsprechenden Ablaufschemas dargestellt. Dieses kann insbesondere programmtechnisch in der Recheneinheit implementiert sein.
Schritt 1 wird in einem Glied 400 durchgeführt. Hier wird der in der jeweiligen Phase I bis VI gewünschte stationäre Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} berechnet. Um die einzelnen Phasen der Kupplungsansteuerung abzubilden und das jeweilige gewünschte Verhalten in den beteiligten Softwarekomponenten auszuwählen, kann ein Zustandsautomat 401 verwendet werden, der in 400 integriert ist. In dem Zustandsautomat sind vorzugsweise die oben erläuterten Zustände Z1 bis Z6 implementiert. In die Berechnung des Soll-Betätigungsdrucks p_{B_soll} geht eine Schließanforderung X_soll ein, die das Schließen der Kupplung anfordert. Weiterhin geht eine momentane Differenzdrehzahl an der zu schließenden Kupplung ein. Neben dem Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} wird von dem Glied 400 bspw. auch der Zustand Z, in dem sich die Kupplung befinden soll, ausgegeben.
Der Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} wird einem Glied 402 übergeben, in dem der Schritt 2 ausgeführt wird. In dem Glied 402 werden der momentane Versorgungsdruck p_{V_ist} sowie der nutzbare Volumenstrom Q_{B_ist} bestimmt.
Vorzugsweise wird dabei zunächst der aktuelle hydraulische Volumenstrom Q_V in Abhängigkeit von der Getriebeeingangsdrehzahl und der Öltemperatur T_ist bestimmt.
Dabei fördert die Versorgungspumpe einen Volumenstrom Q_V gemäß Q_V = V_V·n_V·η_V mit:

V_V:: Pumpvolumen
n_V:: Pumpdrehzahl
η_V:: Pumpwirkungsgrad

Der geförderte Volumenstrom Q_V teilt sich auf in einen Volumenstrom Q_H für das Hydrostatgetriebe und einen für die Kupplungsbetätigung nutzbaren Volumenstrom Q_B.
Der Volumenstrom Q_H über das Hydrostatgetriebe ist von der Leckage im Hydrostatgetriebe abhängig und kann separat für die Hydropumpe 12 und den Hydromotor 13 durch Messreihen bestimmt werden. Die Messdaten werden vorzugsweise in Kennfeldern hinterlegt, die über den hydrostatischen Druck p_{H_ist} (Differenzdruck zwischen den Leitungen 16 und 17), Schwenkwinkel der Hydrostaten beziehungsweise dem Übersetzungsverhältnis r_ist des Hydrostatgetriebes, die Drehzahl n_{M_ist} von Hydromotor und n_{P_ist} von Hydropumpe und die Öltemperatur T_ist adressiert werden. Solche Kennfelder sind in 402 implementiert. Mit der Kenntnis der Leckage kann somit auch der Volumenstrom Q_{B_ist} bestimmt werden, der für die Kupplungsbetätigung zur Verfügung steht.
Der für die Kupplungsbetätigung nutzbare Volumenstrom Q_B teilt sich wiederum auf alle zu betätigenden Kupplungen des Fahrantriebs auf. Der Volumenstrom für eine Kupplung setzt sich zusammen aus einem Volumenstrom zum Füllen des Kupplungszylinders und einem Leckagestrom.
Der Versorgungsdruck p_{V_ist} ergibt sich aus den Strömungswiderständen im Hydrostaten und in den Magnetventilen und Kupplungen, auf die dieser Volumenstrom trifft. Wenn, wie hier, die Versorgungspumpe auch das Hydrostatgetriebe versorgt, kann der Versorgungsdruck p_{V_ist} indirekt über Drucksensoren im Hydrostatgetriebe bestimmt werden, wobei der Versorgungsdruck p_{V_ist} der kleinere Druck in den Leitungen 16 und 17 ist.
Die ermittelten Werte p_{V_ist} und Q_{B_ist} werden an ein Glied 403 übergeben, in dem der Schritt 3 durchgeführt wird. Hier wird der Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} unter anderem unter Berücksichtigung von nutzbarem Betätigungsvolumenstrom Q_{B_ist} und Öltemperatur T_ist in einen stationären Ansteuerstrom I_soll für das Magnetventil 106 und in einen Volumenstrom Q_{M_ist} durch das Magnetventil umgerechnet. Dabei werden zweckmäßigerweise der Volumenstrom, der über eine zu öffnende Kupplung fließt, und die Volumenströme, die ev. zum Vorfüllen anderer Kupplungen dienen, berücksichtigt. Der Volumenstrom Q_{M_ist} wird an ein Glied 404 übergeben, in dem der Schritt 4 durchgeführt wird.
In dem Glied 404 wird aus der Temperatur T_ist und dem Volumenstrom Q_{M_ist} der aktuelle Kolbenweg s_ist bestimmt und dem Glied 403 übergeben. Für die Kupplung wird dabei anhand des zufließenden Volumenstromes Q_{M_ist} und des Leckagestromes in den Kupplungen der für das Füllen der Kupplung zur Verfügung stehende Volumenstrom Q_{F_ist} berechnet. Dieser Volumenstrom Q_{F_ist} wird über der Zeit integriert, womit man den Füllgrad und damit unter Berücksichtigung der Kolbenfläche in der Kupplung den Kolbenweg s_ist für jede Kupplung erhält.
Der stationäre Ansteuerstrom wird unter Berücksichtigung des aktuellen Kolbenweges s_ist dynamisch korrigiert. Handelt es sich bspw. bei dem Ventil 106 um ein Proportional-Druckreduzierventil, welches stationär den Versorgungsdruck proportional zum Ansteuerstrom reduziert, kann dieses als variable Drossel angenommen werden, die einen Druckabfall Δp erzeugt, so dass der Druck nach der Drossel proportional zum Ansteuerstrom ist. Der für die Einstelqlung des Soll-Betätigungsdrucks p_{B_soll} in der Kupplung nötige Druckabfall Δp kann damit stationär nach der Gleichung Δp = p_V – p_B berechnet werden. Aus dem nutzbaren Versorgungsvolumenstrom Q_{B_ist} und dem Ansteuerstrom I_soll des jeweiligen Magnetventils wird der Volumenstrom durch die einzelnen Magnetventile hin zu den Kupplungen Q_M = Q_B bestimmt.
Die dynamische Korrektur des stationären Ansteuerstroms basiert auf der Kolbenwegsinformation s_ist aus 404. Dabei wird die Änderung des Kolbenweges s_ist über der Zeit überwacht und prädiziert. Als Prädiktionszeit wird die Verzögerungszeit des Magnetventils verwendet. Wenn die Prädiktion ergibt, dass der Kolben in der Prädiktionszeit das Ende seines Weges erreicht, wird der Ansteuerstrom auf sein zulässiges Minimum reduziert. Damit schließt sich das Magnetventil und der Volumenstrom über die Leckage in der Kupplung sorgt für eine Verzögerung des Kolbens. Nach der Verzögerungszeit des Kolbens wird kurz vor seinem Stillstand wieder der stationäre Ansteuerstrom ausgegeben, um die Kupplung komplett zu füllen und damit zu schließen.
Die Zustände Z1 bis Z6 selbst können gemäß nachfolgender Erläuterung fortgebildet werden:
Zustand 1: Vorfüllen
Für die Berechnung des Vorfülldruckes ist die Differenz zwischen dem aktuellen Getriebe-Übersetzungsverhältnis r und dem nächsten Synchron-Übersetzungsverhältnis einerseits und die Zeit seit der letzten Kupplungsansteuerung andererseits ausschlaggebend.
Ein Vorfüllungstyp ist durch eine bestimmte Kombination der folgenden Merkmale gekennzeichnet:

– Das Einstellen des Vorfülldruckes kann geschaltet erfolgen.
– Das Einstellen des Vorfülldruckes kann linear abhängig vom Übersetzungsverhältnis erfolgen.
– Das Vorfüllen kann nur für eine Kupplung erfolgen, nämlich für die voraussichtlich als nächste zu schaltende.
– Das Vorfüllen kann überlappend für zwei Kupplungen gleichzeitig erfolgen.

In 5 sind in einem Diagramm 500 mehrere Graphen für Kupplungszustände und Vorfüllschritte über dem Gesamtübersetzungsverhältnis r für eine beispielhafte Ausführungsform eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit fünf Kupplungen aufgetragen. Das Leistungsverzweigungsgetriebe bietet insgesamt sechs Übersetzungsbereiche, von denen drei Vorwärtsfahrbereiche und drei Rückwärtsfahrbereiche sind. Die Synchronpunkte sind durch gestrichelte vertikale Linien gekennzeichnet.
In einem Teildiagramm 501 sind die Öffnungszustände (”1”: offen, ”0”: geschlossen) für drei (oben, mitte, unten) der fünf Kupplungen dargestellt.
Die Teildiagramme A) bis D) entsprechen den unterschiedlichen Vorfülltypen.
In Teildiagramm A) ist ein geschalteter Vorfülltyp ohne Überlappung dargestellt, bei dem die Kupplungen eine bestimmte Zeit vor dem Schaltvorgang angesteuert werden (Vorlauf), um eine Vorfüllung zu erzeugen, und eine bestimmte Zeit nach dem Schaltvorgang weiter angesteuert werden (Nachlauf), um eine Vorfüllung zu erhalten. Die bestimmte Zeit ist relativ kurz gewählt, so dass Vorlauf einer Kupplung und Nachlauf einer anderen Kupplung nicht überlappen.
In Teildiagramm B) ist ein geschalteter Vorfülltyp mit Überlappung dargestellt, bei dem die Kupplungen eine bestimmte Zeit vor dem Schaltvorgang angesteuert werden (Vorlauf), um eine Vorfüllung zu erzeugen, und eine bestimmte Zeit nach dem Schaltvorgang weiter angesteuert werden (Nachlauf), um eine Vorfüllung zu erhalten. Die bestimmte Zeit ist relativ lang gewählt, so dass Vorlauf einer Kupplung und Nachlauf einer anderen Kupplung überlappen.
In Teildiagramm C) ist ein proportionaler Vorfülltyp ohne Überlappung dargestellt, bei dem die Kupplungen eine vom momentanen Übersetzungsverhältnis abhängige Zeit vor dem Schaltvorgang angesteuert werden, um eine Vorfüllung zu erzeugen, und eine vom momentanen Übersetzungsverhältnis abhängige Zeit nach dem Schaltvorgang weiter angesteuert werden, um eine Vorfüllung zu erhalten. Die Proportionalität ist relativ groß gewählt, so dass Vorlauf einer Kupplung und Nachlauf einer anderen Kupplung nicht überlappen.
In Teildiagramm D) ist ein proportionaler Vorfülltyp mit Überlappung dargestellt, bei dem die Kupplungen eine vom momentanen Übersetzungsverhältnis abhängige Zeit vor dem Schaltvorgang angesteuert werden, um eine Vorfüllung zu erzeugen, und eine vom momentanen Übersetzungsverhältnis abhängige Zeit nach dem Schaltvorgang weiter angesteuert werden, um eine Vorfüllung zu erhalten. Die Proportionalität ist relativ gering gewählt, so dass Vorlauf einer Kupplung und Nachlauf einer anderen Kupplung nicht überlappen.
Für die Vorgabe des Vorfülldruckes einer Kupplung ist weiterhin die Zeit seit ihrem letzten Öffnungsvorgang maßgeblich: Direkt nach dem Öffnen einer Kupplung darf für diese Kupplung kein Vorfülldruck ausgegeben werden, um ein sicheres und schnelles Öffnen dieser Kupplung zu gewährleisten. Erst nachdem die Kupplung sicher geöffnet ist, darf sie wieder mit dem Vorfülldruck beaufschlagt werden.
Zustand 2: Start
In der Start-Phase kommt es darauf an, den Volumenstrom zum Füllen der jeweiligen Kupplung in Bewegung zu setzen. Dazu muss das Magnetventil der Kupplung möglichst schnell geöffnet werden.
400: Als Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} wird der stationär maximal zulässige Fülldruck ausgegeben. Außerdem wird ein Zeitzähler für die Dauer der Start-Phase gestartet. Überschreitet der Zähler eine Zeitschwelle, wird im Zustandsautomat der Kupplungsansteuerung der Wechsel zu Zustand 3 (Füllen) angestoßen.
403: Die Software-Komponente für das Magnetventil der Kupplung muss einen Ansteuerstrom ausgeben, der den maximal möglichen Volumenstrom durch das Magnetventil zulässt. Dazu muss zum einen das Verzögerungsverhalten des Stromreglers in der elektronischen Steuerung als auch die Trägheit des Magnetventils und Zähigkeit/Trägheit der Hydraulikflüssigkeit überwunden werden. Da die Zähigkeit der Hydraulikflüssigkeit vor allem von ihrer Temperatur abhängt, muss sich auch der Ansteuerstrom nach dieser Temperatur richten.
404: Auf Basis des Versorgungsdruckes p_{V_ist}, der Öltemperatur T_ist, der Zeit seit dem letzten Öffnen der jeweiligen Kupplung und des Vorfülldruckes für die Kupplungen werden die Leckageströme der Kupplungen und damit die Füllgrade und aktuellen Kolbenpositionen s_ist für die Kupplungen berechnet und für 403 zur Verfügung gestellt.
Zustand 3: Füllen
Beim Füllen einer Kupplung wird durch das jeweilige Magnetventil ein Volumenstrom Q_{M_ist} freigegeben, der höher sein muss als der Leckagestrom in der Kupplung, damit die Kupplung mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und der Kupplungskolben bewegt werden kann.
400: Ausschlaggebend für den Betätigungsdruck p_{B_soll} ist eine virtuelle Größe, die sich als Produkt aus Ist-Betätigungsdruck p_{B_ist} und Kupplungsdifferenzdrehzahl n_{D_ist} ergibt. Diese virtuelle Größe ist proportional zum Wärmeeintrag in die Kupplung und darf einen maximal zulässigen Wärmeeintrag, der wird für jede Kupplung festgelegt wird, nicht überschreiten.
Der Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} wiederum ergibt sich als Quotient aus dem maximal zulässigen Wärmeeintrag und der Kupplungsdifferenzdrehzahl.
403: abhängig vom Versorgungsvolumenstrom Q_{B_ist} und den Volumenströmen über die anderen beiden am Schaltvorgang beteiligten Kupplungen wird der Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} in der zu schließenden Kupplung in einen Ansteuerstrom I_soll für das Magnetventil umgerechnet. Weiterhin wird der Volumenstrom zur Kupplung Q_{M_ist} in Abhängigkeit vom Versorgungsvolumenstrom Q_{B_ist}, vom Ansteuerstrom und von der Zeit seit Ansteuerbeginn über ein Modell abgeschätzt und für 404 zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig wird die Kolbenposition s_ist der zu schließenden Kupplung aus 404 überwacht. Dabei wird die Änderung des Kolbenweges über der Zeit überwacht und prädiziert. Als Prädiktionszeit wird die Verzögerungszeit des Magnetventils verwendet. Wenn die Prädiktion ergibt, dass der Kolben in der Prädiktionszeit das Ende seines Weges erreicht, wird im Zustandsautomat der Kupplungsansteuerung der Wechsel zu Zustand 4 (Kolben abbremsen) angestoßen.
404: Auf Basis des Volumenstromes Q_M ist in die Kupplung und der Leckageströme aus den Kupplungen werden die Füllgrade für die Kupplungen und damit die aktuellen Kolbenpositionen s_ist berechnet und für 403 zur Verfügung gestellt.
Zustand 4: Abbremsen des Kolbens
In diesem Zustand wird der Kupplungskolben kurz vor dem Erreichen seiner Endposition abgebremst. Ziel ist, dass sich die Lamellen der Kupplung am Ende des Abbremsvorganges nur leicht berühren und damit ein Zustand erreicht wird (der sogenannte Schleifpunkt oder auch Kisspoint), in dem eine weitere Erhöhung des Betätigungsdruckes eine Erhöhung des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes bewirkt.
400: Zum Abbremsen des Kolbens wird der Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} auf Null gesetzt.
403: Zum Abbremsen des Kolbens wird der Ansteuerstrom I_soll für das Magnetventil über eine Rampe innerhalb einer einstellbaren Rampenzeit auf den kleinsten Wert im Regelbereich des Magnetventils reduziert und dort eingefroren. Beim Einstellen der Rampenzeit muss ein Kompromiss erreicht werden aus einer möglichst kurzen Ventilschließzeit einerseits und andererseits der Sicherheit, dass das Gesamtsystem Magnetgentil/Hydraulikflüssigkeit/Kupplung nicht zum Schwingen angeregt wird. Weiterhin wird der Volumenstrom Q_{M_ist} zur Kupplung in Abhängigkeit von dem Versorgungsvolumenstromes Q_{B_ist}, von dem Kupplungsvolumenstrom aus Zustand 4 (Füllen) und der Zeit seit Beginn der Abbremsphase über ein Modell abgeschätzt und für 404 zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig wird die Kolbenposition der zu schließenden Kupplung aus 404 überwacht. Dabei wird die Änderung des Kolbenweges über der Zeit überwacht. Hat sich die Geschwindigkeit des Kolbens bis auf ein einstellbares Minimum reduziert, wird im Zustandsautomat der Kupplungsansteuerung der Wechsel zu Zustand 5 (Finales Schließen) angestoßen.
404: Auf Basis des Volumenstromes Q_{M_ist} in die Kupplung und der Leckageströme aus den Kupplungen werden die Füllgrade für die Kupplungen und damit die aktuellen Kolbenpositionen s_ist berechnet und für 403 zur Verfügung gestellt.
Zustand 5: Finales Schließen
In der finalen Schließphase wird der maximal zulässige Betätigungsdruck angefahren. Dabei erfolgt vorzugsweise, wie beschreiben, eine Modulation des Druckes in Abhängigkeit von einer internen oder externen Drehmomentvorgabe für diese Kupplung.
400: Die Kupplungsansteuerung gibt im einfachsten Fall einen linearen Anstieg des von der Kupplung zu übertragenden Drehmomentes bis zum maximal möglichen Drehmoment vor. Dazu werden der stationär maximal zulässige Betätigungsdruck über eine lineare Rampenfunktion angefahren und der aktuelle Wert der Rampenfunktion als Soll-Betätigungsdruck ausgegeben. Beim Eistellen der Rampenzeit muss ein Kompromiss erreicht werden aus einer möglichst kurzen Kupplungsschließzeit einerseits und andererseits der Sicherheit, dass der maximal zulässige Betätigungsdruck nicht überschritten wird. Nach Ablauf der Rampenzeit wird im Zustandsautomat der Kupplungsansteuerung der Wechsel zu Zustand 6 (Schließdruck halten) angestoßen. Als Variante zum linearen Verlauf des Soll-Drehmomentes über der Zeit ist auch ein hyperbolischer Drehmomentverlauf möglich, bei dem das Soll-Drehmoment zu Beginn der Schließphase stark ansteigt und sich dann asymptotisch dem maximalen Drehmoment nähert (vgl. 3, Phase V).
403: Abhängig vom Versorgungsdruck p_{V_ist} wird auf Basis der Kennlinie des Magnetventils (Druck auf der Ausgangsseite in Abhängigkeit vom Ansteuerstrom) der Soll-Betätigungsdruck p_{B_soll} aus der Kupplungsansteuerung in einen Ansteuerstrom für das Magnetventil umgerechnet und ausgegeben. Weiterhin wird der Volumenstrom zur Kupplung Q_{M_ist} in Abhängigkeit von dem Versorgungsvolumenstrom Q_{B_ist}, von dem Ansteuerstrom und von der Zeit seit Ansteuerbeginn über ein Modell abgeschätzt und für 404 zur Verfügung gestellt.
404: Auf Basis des Volumenstromes Q_{M_ist} in die Kupplung und der Leckageströme aus den Kupplungen werden die Füllgrade für die Kupplungen und damit die aktuellen Kolbenpositionen s_ist berechnet und für 403 zur Verfügung gestellt.
Zustand 6: Halten des Schließdruckes
In der Haltephase wird der maximal zulässige Betätigungsdruck gehalten.
400: Die Kupplungsansteuerung gibt den maximal zulässigen Betätigungsdruck als Soll-Betätigungsdruck aus.
403: Abhängig vom Versorgungsdruck p_{v_ist} wird auf Basis der Kennlinie des Magnetventils (Druck auf der Ausgangsseite in Abhängigkeit vom Ansteuerstrom) der Soll-Betätigungsdruck aus der Kupplungsansteuerung in einen Ansteuerstrom für das Magnetventil umgerechnet und ausgegeben. Dabei darf der maximal zulässige Betätigungsdruck nicht überschritten werden. Weiterhin wird der Volumenstrom Q_{M_ist} zur Kupplung in Abhängigkeit von dem Versorgungsvolumenstrom Q_{B_ist}, von dem Ansteuerstrom und der Zeit seit Ansteuerbeginn über ein Modell abgeschätzt und für 404 zur Verfügung gestellt.
404: Auf Basis des Volumenstromes Q_{M_ist} in die Kupplung und der Leckageströme aus den Kupplungen werden die Füllgrade für die Kupplungen und damit die aktuellen Kolbenpositionen s_ist berechnet und für 403 zur Verfügung gestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007037107 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betätigen einer mittels einer Hydraulikflüssigkeit betätigten Kupplung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator, wobei ein Versorgungsdruck (p_V) über einen Steuerelement (106) in einen Betätigungsdruck (p_B) gewandelt wird, wobei ein in einem Hydraulikzylinder (108) hin und her bewegbar gelagerter Hydraulikkolben (109) mit dem Betätigungsdruck (p_B) beaufschlagt wird, um die Kupplung (31, 39) zu betätigen, wobei Umgebungsbedingungen (T_ist) und Betriebsbedingungen (Q_{B_ist}, p_{v_ist}, r_ist, p_{H_ist}, n_{P_ist}, n_{M_ist}, n_{D_ist}) bei der Ansteuerung des Steuerelements (106) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Ist-Temperatur (T_ist) der Hydraulikflüssigkeit, ein für die Betätigung zur Verfügung stehender Ist-Volumenstrom (Q_{B_ist}), der Ist-Versorgungsdruck (p_{V_ist}), eine aktuelle Position (s_ist) des Hydraulikkolbens (109) und/oder ein momentaner Füllungsgrad des Hydraulikzylinders (108) bei der Ansteuerung des Steuerelements (106) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Gesamtvolumenstrom in Abhängigkeit von einer Eingangsdrehzahl des als Hydrostatgetriebe (12, 13) mit einem Hydromotor (12) und einer Hydropumpe (13) ausgebildeten Variators (12, 13) und der Ist-Temperatur (T_ist) der Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird, wobei der Gesamtvolumenstrom einen Volumenstrom für das Hydrostatgetriebe (12, 13) und den für die Betätigung zur Verfügung stehenden Ist-Volumenstrom (Q_{B_ist}) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Volumenstrom für das Hydrostatgetriebe (12, 13) als Leckage des Hydrostatgetriebes bestimmt wird, wobei die Leckage des Hydrostatgetriebes in Abhängigkeit von einem hydrostatischen Druck (p_{H_ist}), einem Übersetzungsverhältnis (r_ist) des Hydrostatgetriebes, einer Drehzahl (n_{M_ist}) des Hydromotors, einer Drehzahl (n_{P_ist}) der Hydropumpe und der Ist-Temperatur (T_ist) der Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei der Ist-Versorgungsdruck (p_{V_ist}) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei ein für die Betätigung der Kupplung (31, 39) nötiger Volumenstrom (Q_{M_ist}) aus dem für die Betätigung zur Verfügung stehenden Ist-Volumenstrom (Q_{B_ist}) und aus der Ist-Temperatur (T_ist) der Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Sollwert für den Betätigungsdruck (p_{B_soll}) in Abhängigkeit von einer momentanen Differenzdrehzahl (n_{D_ist}) und einem gewünschten zu übertragenden Drehmoment der Kupplung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuerelement ein Magnetventil (10) ist, dessen Öffnungsgrad von einer Hohe eines Ansteuerstroms und einer Höhe eines Druckes auf der Ausgangsseite des Magnetventils abhängt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Ansteuerung des Steuerelements (106) das Vorgeben des Ansteuerstroms (I_soll) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, der zumindest auf Anspruch 7 rückbezogen ist, wobei der Ansteuerstrom aus dem Sollwert für den Betätigungsdruck (p_{B_soll}), aus dem für die Betätigung zur Verfügung stehenden Ist-Volumenstrom (Q_{B_ist}) und aus der Ist-Temperatur (T_ist) der Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, der zumindest auf Anspruch 2 rückbezogen ist, wobei der Ansteuerstrom unter Berücksichtigung der aktuellen Position (s_ist) des Hydraulikkolbens (109) korrigiert wird, wobei der Ansteuerstrom auf sein zulässiges Minimum reduziert wird, wenn bestimmt wird, dass der Hydraulikkolbens (109) während einer Verzögerungszeit des Magnetventils (10) eine Endposition erreicht.
Recheneinheit (50), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Fahrantrieb (1) mit einem Leistungsverzweigungsgetriebe (2) mit Variator (12, 13) und einer Recheneinheit (50) nach Anspruch 11.