DE102012218973A1

DE102012218973A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Betätigungszeit einer Kupplungsanordnung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator

Info

Publication number: DE102012218973A1
Application number: DE201210218973
Authority: DE
Inventors: Andreas Greim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2013-06-13
Also published as: ITMI20122015A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Betätigungszeit einer Kupplungsanordnung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator, wobei der zeitliche Verlauf des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes erfasst wird, wobei die tatsächliche Betätigungszeit der Kupplungsanordnung aus dem zeitlichen Verlauf des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Betätigungszeit einer Kupplungsanordnung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator sowie eine Recheneinheit zu dessen Durchführung und einen Fahrantrieb.
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 (z.B. Kommunalfahrzeuge, Kompaktlader, Gabelstapler, Flugfeldschlepper etc.), 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 sog. 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.
Es ist daher wünschenswert, die Zeitspannen zu kennen, die die Kupplungsanordnung zum Öffnen oder Schließen (d.h. Betätigen) benötigen. Das Betätigen (Öffnen oder Schließen) einer Kupplungsanordnung ist gekennzeichnet durch einen Betätigungszeitpunkt (Öffnungszeitpunkt oder Schließzeitpunkt), zu dem die Betätigung beginnt, und eine Betätigungszeit, die die Betätigung insgesamt benötigt (z.B. Schließzeit: vollständiger Übergang von offen zu geschlossen).
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bestimmen einer Betätigungszeit einer Kupplungsanordnung eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator sowie eine Recheneinheit zu dessen Durchführung und ein Fahrantrieb mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Der Variator ist vorzugsweise als hydrostatischer oder elektrischer Variator ausgebildet.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung liefert eine Möglichkeit, die Betätigungszeit (vorzugsweise Schließzeit) einer Kupplungsanordnung eines Getriebes zu bestimmen. Der Schaltvorgang kann so besser an die tatsächliche Betätigungszeit angepasst werden, bspw. kann der Betätigungszeitpunkt an das Erreichen eines Synchronpunkts angepasst werden, so dass die Kupplungsanordnung nicht zu früh und nicht zu spät betätigt wird.
Bei der Bestimmung der Betätigungszeit wird der zeitliche Verlauf des Getriebeübersetzungsverhältnisses ausgewertet. Der zeitliche Verlauf kann besonders einfach anhand des zeitlichen Gradienten berücksichtigt werden. Wird bspw. ein Sprung oder Knick im Getriebeübersetzungsverhältnis erkannt, kann daraus geschlossen werden, dass eine angenommene Betätigungszeit länger als die tatsächliche Betätigungszeit ist. In der Praxis wird der Betätigungszeitpunkt um die angenommene Betätigungszeit vor das gewünschte Ende der Betätigung gesetzt. Das gewünschte Ende der Betätigung entspricht üblicherweise einem Synchronpunkt, so dass im Synchronpunkt eine ruckfreie Drehmomentübergabe auf die dann geschlossene Kupplungsanordnung möglich ist. Weicht also die tatsächliche Betätigungszeit von der angenommenen Betätigungszeit ab, ist der Schaltvorgang nicht synchron.
Schließt bspw. die Kupplungsanordnung zu früh, wird das Übersetzungsverhältnis plötzlich auf das Synchronübersetzungsverhältnis gezogen, es tritt ein Sprung oder Knick im zeitlichen Verlauf des Übersetzungsverhältnisses auf.
Das Verfahren eignet sich prinzipiell auch für das Bestimmen der Öffnungszeit. Öffnet nämlich eine Kupplungsanordnung zu früh, geht die Kraftübertragung verloren und das Übersetzungsverhältnis steigt zumindest nicht mehr oder sinkt sogar plötzlich. Es tritt ebenfalls ein Sprung oder Knick im zeitlichen Verlauf des Übersetzungsverhältnisses auf.
Um einen Knick oder Sprung aufgrund eines nicht-synchronen Schaltens von einem Knick oder Sprung aufgrund einer sog. Verblockung beim synchronen Schalten zu unterscheiden, bietet sich ein Schwellwertvergleich an. Ein Knick oder Sprung im zeitlichen Verlauf des Übersetzungsverhältnisses kann aus einem Vergleich des momentanen Übersetzungsverhältnisses mit einem für den Moment aus dem bisherigen zeitlichen Verlauf des Übersetzungsverhältnisses zu erwartenden Übersetzungsverhältnis bestimmt werden. Überschreitet der Unterschied zwischen dem momentanen Übersetzungsverhältnis und dem für den Moment erwarteten Übersetzungsverhältnis einen Schwellwert, wird ein die Betätigung bzw. Nichtsynchronität anzeigender Knick erkannt.
Bei einem herkömmlichen Schaltvorgang kann der Betätigungszeitpunkt in Abhängigkeit vom aktuellen Übersetzungsgradienten und der angenommenen Betätigungszeit vorgegeben werden. Je genauer die angenommene Betätigungszeit der tatsächlichen Betätigungszeit ist, desto präziser findet der Schaltvorgang am Synchronpunkt statt. Es ist im Stand der Technik möglich, die Betätigungszeit als Konstante anzunehmen, die beispielsweise nur von der Viskosität des für die Kupplungsansteuerung verwendeten Hydrauliköls abhängt. In diesem Fall werden jedoch weder Exemplarstreuungen noch Veränderungen über die Lebensdauer berücksichtigt. Die Erfindung schafft nun eine Möglichkeit, sowohl Exemplarstreuungen als auch Verschleißerscheinungen zu berücksichtigen, indem die aktuellen Kupplungsbetätigungszeiten über eine Kalibrierprozedur bestimmt werden.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Betätigungszeit vorgeschlagen, welches auch in einer Zustandsüberwachung genutzt werden kann. Zunächst kann eine Betätigungszeit im Rahmen einer sog. Kalibrierung bestimmt werden, die dann in die Ansteuerung eingeht. Später kann festgestellt werden, ob die aktuell für die Ansteuerung verwendeten Kupplungsbetätigungszeiten noch korrekt sind, oder ob eine erneute Kalibrierung zur Korrektur der verwendeten Kupplungsbetätigungszeiten angezeigt ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die tatsächlichen Betätigungszeiten von Kupplungen automatisiert bestimmt werden können. Dabei werden sowohl Exemplarstreuungen über mehrere Getriebe als auch Verschleißerscheinungen eines einzelnen Getriebes ausgeglichen. Die dafür verwendete Kalibrierprozedur kann auch von Anwendern eingesetzt werden, die nicht extra dafür geschult wurden, wie Z.B. der Bediener der Baumaschine.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. 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 u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) 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 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Leistungsverzweigungsgetriebe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt in einem Diagramm schematisch Schaltschemata und Übersetzungsverhältnisverläufe bei einem Schaltvorgang 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 ein 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 (Im Folgenden "zweite Kupplungsanordnung") 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 (im Folgenden "erste Kupplungsanordnung") 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 zweite 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.
Nachfolgend wird das Vorgehen bei einer beschleunigten Fahrt aus dem Stillstand des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung erläutert.
Zunächst ist die erste Kupplung 39 geöffnet und die zweite Kupplung 31 geschlossen. Eine Kraftübertragung erfolgt ausschließlich über den hydrostatischen Leistungszweig 3, während das Hohlrad 21 mit einer resultierenden Drehzahl frei dreht. Die resultierende Drehzahl ergibt sich aus den Übersetzungsverhältnissen zwischen Motorabtriebswelle 19 und dem Sonnenrad 23 sowie zwischen der Motorabtriebswelle 19 und dem Steg 28.
Aufgrund des Zwischenrads 25' rotieren in dem rein hydrostatischen Fahrbereich der Steg 28 und das Sonnenrad 23 gegenläufig. Während eines Fahrzeugstillstands ist der Hydromotor 13 auf sein maximales Schluckvolumen eingestellt und die Hydropumpe 12 ist auf Nullfördervolumen eingestellt. Zum Anfahren wird die Hydropumpe 12 eine für die Vorwärtsfahrt vorgesehene Förderrichtung in Richtung größer werdenden Schwenkwinkels ausgeschwenkt.
Erreicht die Hydropumpe 12 in dieser Richtung ihren maximalen Schwenkwinkel und ist daher eine weitere Erhöhung des Fördervolumens nicht möglich, so wird für eine weitere Beschleunigung in dem rein hydrostatischen Fahrbereich der Hydromotor 13 anschließend in Richtung seines minimalen Schluckvolumens, also in Richtung kleinerer Schwenkwinkel verstellt.
Der Fahrantrieb 1 bleibt solange in dem rein hydrostatischen Fahrbereich, bis ein Schaltkriterium erreicht ist. Als Schaltkriterium dient im einfachsten Fall das Erreichen des minimalen Übersetzungsverhältnisses des hydrostatischen Leistungszweigs 3, so dass eine weitere Beschleunigung des Fahrzeugs nicht mehr möglich ist. Das Getriebe ist so ausgelegt, dass in das Schaltkriterium auch die Bedingung eingeht, dass die Differenzdrehzahl an der zweiten Kupplung 31 (d.h. Drehzahldifferenz zwischen 30 und 34) Null ist.
Ist das Schaltkriterium erreicht, so wird in den zweiten Fahrbereich übergewechselt. Der zweite Fahrbereich ist ein leistungsverzweigter Fahrbereich, bei dem sowohl über den hydrostatischen Leistungszweig 3 als auch über den mechanischen Leistungszweig 4 Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs übertragbar ist. Im zweiten Fahrbereich ist die erste Kupplung 39 geöffnet, so dass der Ausgang des hydrostatischen Leistungszweigs 3 nur noch mit dem Sonnenrad 23 und damit dem ersten Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 verbunden ist, und die zweite Kupplung 31 geschlossen, so dass der Ausgang des mechanischen Leistungszweigs 4 mit dem zweiten Eingang, also dem Hohlrad 21 des Summiergetriebeabschnitts gekoppelt ist.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, um die Betätigungszeit einer der beteiligten Kupplungsanordnungen zu bestimmen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird später unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Nach dem Umschalten wird der erste Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 durch den Hydromotor 13 mit einer ersten Drehzahl angetrieben. Zudem wird der zweite Eingang des Summiergetriebeabschnitts 20 mit einer zweiten Drehzahl angetrieben. Die erste Antriebsdrehzahl hängt dabei neben der Abtriebsdrehzahl der Antriebsmaschine 5 von dem jeweils eingestellten Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Leistungszweigs 3 ab und ist damit weitgehend unabhängig von der Dieseldrehzahl einstellbar.
Die zweite Drehzahl steht dagegen in einem festen Verhältnis zu der Dieseldrehzahl, also der Abtriebsdrehzahl der Antriebsmaschine 5. Die Ausgangsdrehzahl des Summiergetriebeabschnitts 20 steht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in direktem Zusammenhang mit der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Eine weitere Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit kann erreicht werden, indem die Hydropumpe 12 und/oder der Hydromotor 13 in ihrem Schwenkwinkel so verstellt werden, dass die Drehzahl der Motorabtriebswelle 19 abnimmt. Dies kann bis über eine Umkehrung der Drehrichtung der Motorabtriebswelle 19 hinaus durchgeführt werden. Bei einer Umkehrung der Drehrichtung der Motorabtriebswelle 19 wird die Hydropumpe 12 über ihre Neutralstellung bei Nullfördervolumen hinaus in entgegengesetzter Richtung in Richtung größer werdenden Fördervolumens ausgeschwenkt.
Die Steuereinrichtung 50 ist programmtechnisch zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Sie kommuniziert zu diesem Zweck mit den entsprechenden Komponenten des Fahrantriebs 1 und optional der Brennkraftmaschine 5. Die Steuereinrichtung 50 steuert bspw. die Verstellvorrichtungen 14, 15 sowie die Kupplungen 31 und 39 an. Die Steuereinrichtung 50 bestimmt die tatsächliche Betätigungszeit einer Kupplungsanordnung und berücksichtigt diese bei späteren Schaltvorgängen (als o.g. "angenommene Betätigungszeit").
Anhand 2 wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In 2 sind dabei die Verläufe unterschiedlicher Größen gegen die Zeit t aufgetragen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 50 programmtechnisch zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Schritte eingerichtet. Als Betätigungszeit wird dabei eine Schließzeit bestimmt.
Ein Graph 201 zeigt einen Istwert r für die Gesamtübersetzung des Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator. Ein Graph 202 beschreibt einen extrapolierten Verlauf der Gesamtübersetzung. Ein Wert r₀ kennzeichnet darin ein Synchronübersetzungsverhältnis. Ein Wert r₁ kennzeichnet darin ein Übersetzungsverhältnis zu Beginn der Betätigung. Ein Wert ∆r kennzeichnet darin die angenommene bzw. erwartete Änderung des Übersetzungsverhältnisses während der Betätigung.
Ein Graph 203 zeigt einen Gradienten ∂r des Verlaufs der Gesamtübersetzung.
Ein Graph 204 zeigt die Ansteuerung der zu kalibrierenden Kupplungsanordnung (von offen "0" nach geschlossen "1").
Ein Graph 205 zeigt ein Signal, das angibt, wann die Kupplungsanordnung tatsächlich geschlossen ist (von offen "0" nach geschlossen "1").
Der Kalibrierprozess kann automatisch (bspw. regelmäßig in Abhängigkeit von den Betriebsstunden des Fahrantriebs) und/oder manuell induziert werden. Vorzugsweise wird dabei auf reproduzierbare Umgebungsbedingungen geachtet. Es ist zweckmäßig, wenn eine ebene, harte Teststrecke ohne Hindernisse vorhanden ist, die lang genug ist, um nach Möglichkeit ohne Lenkmanöver auch alle Synchronpunkte zu erreichen. Stellt das zu kalibrierende Getriebe auch eine Rückwärtsfahrfunktion bereit, sollte dies auch bei einer Rückwärtsfahrt möglich sein.
Um Schaltverzögerungen aufgrund unterschiedlicher Hydrauliköltemperaturen zu vermeiden, sollte das für die Kupplungsansteuerung verwendete Hydrauliköl bereits auf Betriebstemperatur aufgewärmt sein.
Sinnvollerweise arbeitet der Fahrantrieb für die Kalibrierung fehlerfrei (d.h. es sollten keine Fehler im System erkannt worden sein). Werden bspw. Drehzahlsensoren für die Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses verwendet, müssen diese fehlerfrei arbeiten.
Weiter wird vorzugsweise überprüft, dass keine äußeren Störungen das Kalibrierergebnis verfälschen, bspw. dass keine unzulässig hohen Fahrzeugbeschleunigungen und Getriebelasten auftreten. Beispielsweise können die Fahrzeugbeschleunigung aus der Getriebeausgangsdrehzahl und die Getriebelast aus Variatorgrößen (z.B. dem hydrostatischen Druck (Differenzdruck) im Hydrostatgetriebe oder Motorstrom im elektrischen Getriebe) bestimmt werden. Hier bietet sich ein Schwellwertvergleich an. Eine Bestimmung der tatsächlichen Betätigungszeit wird dann nur durchgeführt, wenn sowohl der Absolutwert der Fahrzeugbeschleunigung als auch der Absolutwert der Variatorgröße einen jeweils zugehörigen Schwellwert nicht überschreiten.
Es bietet sich an, wenn während der Kalibrierprozedur sowohl das Auslösen des Schaltvorgangs als auch die Kupplungsansteuerung gemäß dem gleichen Verfahren erfolgen wie im normalen Fahrbetrieb, damit die ermittelten Schließzeiten nicht verfälscht werden und ohne Korrekturen verwendbar sind. Weiterhin bietet sich an, den Fahrantrieb konstant zu beschleunigen.
Zur Bestimmung der tatsächlichen Betätigungszeit wird zunächst eine angenommene Betätigungszeit T_A vorgewählt, bspw. auf Grundlage einer Referenzbetätigungszeit. Beim ersten Ausführen des Verfahrens kann es sich bei der Referenzbetätigungszeit bspw. um einen vorgegebenen Wert handeln, der bspw. an einem Referenzgetriebe an einem Prüfstand ermittelt wurde. Beim wiederholten Ausführen des Verfahrens handelt es sich bei der Referenzbetätigungszeit zweckmäßigerweise um die letzte bestimmte tatsächliche Betätigungszeit. Die Referenzbetätigungszeit stellt daher vorzugsweise die zum jeweiligen Zeitpunkt erwartete tatsächliche Betätigungszeit dar.
Für das Vorgeben der angenommenen Betätigungszeit wird die Referenzbetätigungszeit um einen gewissen Wert verlängert (oder verkürzt), bspw. um einen Prozentsatz, bspw. 50%. Dabei weicht die angenommene Betätigungszeit von der Referenzbetätigungszeit zweckmäßigerweise soweit ab, dass der mit der angenommenen Betätigungszeit ausgelöste Schaltvorgang asynchron erfolgt. D.h., dass das aktuelle Übersetzungsverhältnis des Getriebes zum Ende der angenommenen Betätigungszeit vom Synchronübersetzungsverhältnis abweicht und eine erzwungene Synchronisation über die schließende Kupplungsanordnung erfolgt. Andererseits darf die Abweichung von angenommener zu tatsächlicher Betätigungszeit nicht so groß sein, dass das asynchrone Schließen der Kupplungsanordnung zu einer Schädigung der Kupplung infolge zu hoher Differenzdrehzahlen führt.
Weiterhin wird die momentane Steigung ∆r/∆t des Verlaufs 201 des aktuellen Übersetzungsverhältnisses bestimmt.
Auf Grundlage der angenommenen Betätigungszeit T_A und der ermittelten Steigung ∆r/∆t wird ausgehend von einem Synchronpunkt t₀ (als erwünschte Endzeitpunkt) ein Betätigungszeitpunkt t₁ bestimmt. Zum Betätigungszeitpunkt t₁ wird der Schließbefehl für die Kupplungsanordnung ausgelöst.
Aufgrund der beschriebenen Wahl der angenommenen Betätigungszeit T_A ist davon auszugehen, dass die angenommene Betätigungszeit T_A länger als die tatsächliche Betätigungszeit ist. In der Folge wird ein definiert asynchroner Schließvorgang der Kupplungsanordnung erreicht und die Kupplungsanordnung schließt tatsächlich schon zu einem Zeitpunkt t₂, der vor dem Synchronpunkt t₀ liegt. Da nun beide Kupplungsanordnungen geschlossen sind, wird das Getriebe in den Synchronpunkt gezwungen und das Übersetzungsverhältnis springt zum Synchronübersetzungsverhältnis r₀. In Folge dessen weist der Graph 201 an dieser Stelle einen Knick auf, der detektiert werden kann. Die tatsächliche Betätigungszeit T_S ergibt sich aus t₂ – t₁.
Eine bevorzugte Möglichkeit zur Erkennung des asynchronen Schließvorgangs bedient sich einer Auswertung des Gradienten des Übersetzungsverhältnisses. Es bietet sich in diesem Zusammenhang an, die angenommene Schließzeit T_A in zwei Abschnitte A und B zu unterteilen, bspw. ungefähr hälftig.
In der Phase A wird ein gleitender Mittelwert des aktuellen Gradienten des Übersetzungsverhältnisses berechnet. Dieser Gradient wird zum Ende der Phase A eingefroren und dient als Vergleichswert (Referenzgradient) für die Erkennung des Schließvorgangs der Kupplungsanordnung.
In der Phase B wird der aktuell ermittelte Gradient des Übersetzungsverhältnisses mit dem Referenzgradienten verglichen. Eine besonders bevorzugte Erkennungsmöglichkeit liefert ein doppelter Schwellwertvergleich. Ist die absolute Differenz beider Gradienten größer als ein erster Schwellwert und die relative Differenz größer als ein zweiter Schwellwert, wird der Zeitpunkt t₂ erkannt.
Eine Überprüfung einer bestimmten tatsächlichen Betätigungszeit kann besonders vorteilhaft durchgeführt werden, indem diese als angenommene Betätigungszeit (T_A) verwendet wird. Wurde die Betätigungszeit richtig bestimmt, dürfte nun kein Knick oder Sprung im zeitlichen Verlauf des Übersetzungsverhältnisses auftreten. Eine Überprüfung kann, wie oben erläutert, durch einen doppelten Schwellwertvergleich (d.h. absolute und relative Änderung) durchgeführt werden. Tritt ein Knick oder Sprung auf, wird dies als Ereignis "Prädiktion fehlgeschlagen" bewertet.
Eine Ursache für einen Knick oder Sprung im Verlauf des Übersetzungsverhältnisses kann neben einem asynchronen Schaltvorgang aufgrund falsch bestimmter Betätigungszeiten jedoch bspw. auch eine starke äußere Einwirkung sein (im Falle eines Radladers z.B. eine Fahrt ins Haufwerk mit Hindernissen, wie z.B. größeren Steinen).
Ein einziges Auftreten eines Knicks oder Sprungs im Normalbetrieb kann daher noch nicht eine Fehlbestimmung der Betätigungszeit belegen. Es ist daher zweckmäßig, das Testergebnis "Prädiktion fehlgeschlagen" zusammen mit der dabei bestimmten Betätigungszeit abzuspeichern. Die auf diese Weise bestimmten Betätigungszeiten werden gemittelt.
Hat die Anzahl der detektierten Knicke oder Sprünge (asynchrone Schaltvorgänge) eine bestimmte einstellbare Schwelle pro Zeiteinheit überschritten und/oder weicht der Mittelwert der dabei bestimmten Betätigungszeiten um einen bestimmten einstellbaren Schwellwert von der aktuell verwendeten Betätigungszeit ab, wird angenommen, dass sich die Betätigungszeit über ein tolerierbares Maß hinaus verändert hat. In diesem Fall wird eine neue Kalibrierprozedur induziert, bspw. indem der Bediener des Fahrantriebs (z.B. über eine Anzeige) zu einer expliziten Kalibrierprozedur aufgefordert wird.
Es sei angemerkt, dass der gemittelte Wert nicht als neue Betätigungszeit übernommen werden sollte, da für die Bestimmung des gemittelten Wertes keine reproduzierbaren Umgebungsbedingungen vorlagen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007037107 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Betätigungszeit einer Kupplungsanordnung (31, 39) eines Leistungsverzweigungsgetriebes (2) mit Variator (12, 13), wobei der zeitliche Verlauf (201) des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) erfasst wird, wobei die tatsächliche Betätigungszeit (T_S) der Kupplungsanordnung (31, 39) aus dem zeitlichen Verlauf (201) des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ermittlung der tatsächlichen Betätigungszeit (T_S) aus dem zeitlichen Verlauf (201) des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) die Bestimmung eines zeitlichen Gradienten (203) des Übersetzungsverhältnisses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei aus dem zeitlichen Verlauf (201) des Übersetzungsverhältnisses und einer angenommenen Betätigungszeit (T_A) der Kupplungsanordnung (31, 39) ein Betätigungszeitpunkt (t₁) bestimmt wird, so dass sich aus dem Betätigungszeitpunkt (t₁) und der angenommenen Betätigungszeit (T_A) ein erwünschter Endzeitpunkt (t₀) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei für den Normalbetrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) die bestimmte tatsächliche Betätigungszeit (T_S) als angenommene Betätigungszeit verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei für die Bestimmung der tatsächlichen Betätigungszeit (T_S) eine längere oder kürzere angenommene Betätigungszeit (T_A) verwendet wird als für den Normalbetrieb.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei für eine Überprüfung einer bestimmten tatsächlichen Betätigungszeit (T_S) diese als angenommene Betätigungszeit (T_A) verwendet wird.
Verfahren nach 6, wobei erkannt wird, dass die Bestimmung der tatsächlichen Betätigungszeit (T_S) fehlerhaft war, wenn ein Knick oder Sprung im zeitlichen Verlauf (201) des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei als tatsächliche Betätigungszeit (T_S) die Zeitdauer zwischen dem Betätigungszeitpunkt (t₁) und einem Auftreten (t₂) eines Knicks oder Sprungs im zeitlichen Verlauf (201) des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein Knick oder Sprung im zeitlichen Verlauf (201) des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) aus einem Vergleich des momentanen Übersetzungsverhältnisses mit einem für den Moment aus dem bisherigen zeitlichen Verlauf des Übersetzungsverhältnisses zu erwartenden Übersetzungsverhältnis bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei ein Knick oder Sprung im zeitlichen Verlauf (201) des Übersetzungsverhältnisses des Leistungsverzweigungsgetriebes (2) aus einem doppelten Schwellwertvergleich eines momentanen zeitlichen Gradienten (203) des Übersetzungsverhältnisses mit einem Referenzübersetzungsverhältnis bestimmt wird, wobei eine absolute und eine relative Abweichung dem Schwellwertvergleich unterzogen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während eines Schaltvorgangs von einem ersten Schaltbereich in einen zweiten Schaltbereich, wobei in dem ersten Schaltbereich eine erste Kupplungsanordnung geschlossen und eine zweite Kupplungsanordnung geöffnet ist und in dem zweiten Schaltbereich die erste Kupplungsanordnung geöffnet und die zweite Kupplungsanordnung geschlossen ist, eine Schließzeit der zweiten Kupplungsanordnung oder eine Öffnungszeit der ersten Kupplungsanordnung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das automatisch während des Fahrens mit einem Fahrantrieb (1) durchgeführt wird, wobei der Fahrantrieb das Leistungsverzweigungsgetriebe (2) mit Variator (12, 13) aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das nur durchgeführt wird, wenn eine Fahrzeugbeschleunigung und/oder eine Getriebelast einen jeweils vorgegebenen Schwellwert nicht überschreiten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Variator ein Hydrostatgetriebe (12, 13) oder ein elektrisches Getriebe aufweist.
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 15.