DE102012218974A1 - Method of switching between transmission ranges of power distribution transmission, involves closing and opening clutch arrangements and vice versa in different speed ranges, where operating time period of arrangements is predefined - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten zwischen Übersetzungsbereichen eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator sowie eine Recheneinheit zu dessen Durchführung und einen Fahrantrieb. The present invention relates to a method for shifting between transmission ranges of a power split transmission with variator and a computing unit for its implementation and a traction drive.
Stand der Technik State of the art
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 Übersetzungsbereiche, 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". Varifocal power split transmissions typically have a variable ratio hydrostatic or electric variator power branch adjacent a mechanical power branch operating at a fixed ratio. This variator power branch makes it possible to continuously vary the overall transmission ratio of the power split transmission. For this purpose, the two power branches are combined via a summing gear in the power split transmission and thus act on a common output shaft of the power split transmission. Power split transmissions with variator usually provide at least two transmission ranges, between which is switched by pressing associated clutch assemblies. A clutch assembly has at least one clutch. In the context of this invention, a clutch assembly is referred to as "closed" when a torque can be transmitted, otherwise as "open".
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 hydrostatischmechanische Leistungsverzweigungsgetriebe beschrieben wird, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern insbesondere auch auf elektrisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe gerichtet. A hydrostatic variator is usually realized as a hydraulic pump / hydraulic motor arrangement ("hydrostatic transmission"), an electric variator is usually realized as a generator / electric motor arrangement ("electric transmission"). Although the invention is described below essentially with reference to hydrostatic-mechanical power split transmissions, it is not limited thereto, but in particular also directed to electric-mechanical power split transmissions.
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
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. During acceleration, therefore, the output speed of the power split transmission is increased in proportion to the input speed of the first power branch. If the synchronization point is reached, a change of driving range is carried out. For this purpose, the power split transmission is brought into a second driving range by the output of the first power branch is disconnected from the output of the summation gear section. In addition, the output of the second power branch is connected to a second input of the summation gear section. As a result, at the output of the power split transmission, a resultant speed is established, which is dependent on the speeds prevailing at the two inputs of the summing gear section.
Bei diesem sog. Synchronschalten wird zunächst eine Kupplungsanordnung geschlossen und anschließend eine andere Kupplungsanordnung geöffnet. Während beide Kupplungsanordnungen geschlossen sind, kann das Übersetzungsverhältnis nicht geändert werden; das Getriebe ist verblockt. Bei verblockter Übersetzung ist die Funktionalität eines kontinuierlich variablen Getriebes stark eingeschränkt, was mit Einbußen bei Komfort und Leistungsfähigkeit verbunden ist. Hier sind selbst aktuelle Verblockungszeiträume von 250–300 ms hinderlich. In this so-called synchronous switching, first a clutch arrangement is closed and then another clutch arrangement is opened. While both clutch assemblies are closed, the gear ratio can not be changed; the gearbox is blocked. With interlocked transmission, the functionality of a continuously variable transmission is severely limited, which is associated with sacrificing comfort and performance. Here even current blocking periods of 250-300 ms are a hindrance.
Es ist wünschenswert, diese Zeitspanne möglichst kurz zu halten. It is desirable to keep this period as short as possible.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Schalten zwischen Übersetzungsbereichen 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. According to the invention, a method for switching between transmission ranges of a power split transmission with a variator and a computing unit for its implementation and a drive train with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description. The variator is preferably designed as a hydrostatic or electrical variator.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Im Rahmen der Erfindung wird der Schaltvorgang so verbessert, dass das Öffnen einer ersten Kupplungsanordnung und/oder das Schließen einer zweiten Kupplungsanordnung unter Berücksichtigung eines momentan zu übertragenden Drehmoments zeitlich so aneinander angepasst werden, dass ein Drehmoment-Übergabezeitpunkt oder ein kurzer Übergabezeitraum existiert, zu bzw. in dem die öffnende Kupplungsanordnung das von dieser zu übertragende Drehmoment gerade noch übertragen kann und die schließende Kupplungsanordnung das von jener zu übertragende Drehmoment gerade schon übertragen kann. Der Verblockungszeitraum kann so deutlich reduziert, im Idealfall sogar eliminiert werden. In the context of the invention, the switching operation is improved so that the opening of a first clutch assembly and / or closing a second clutch assembly, taking into account a momentarily to be transmitted torque so timed to each other that a torque-handover time or a short transfer period exists, or in which the opening clutch assembly just to transfer the torque to be transmitted by this and the closing clutch assembly that can just transfer from that to be transmitted torque. The blocking period can be significantly reduced, ideally even eliminated.
Der Bedienkomfort wird erhöht, da der Verlauf der Übersetzung über der Zeit und damit der Geschwindigkeitsverlauf der gesamten Maschine im Wesentlichen stetig ist und sich keine ungewollten Beschleunigungen ergeben, wie es beim sequenziellen Schaltmanagement der Fall ist. Eine Überlastung der Antriebsmaschine wird vermieden. The ease of use is increased because the course of the translation over time and thus the speed of the entire machine is essentially continuous and no unwanted accelerations arise, as is the case with sequential shift management. An overload of the drive machine is avoided.
Das Betätigen (Öffnen oder Schließen) einer Kupplungsanordnung ist gekennzeichnet durch einen Betätigungszeitpunkt (Öffnungszeitpunkt oder Schließzeitpunkt), zu dem die Betätigung beginnt, und eine Betätigungszeitspanne, die die Betätigung insgesamt benötigt (z.B. Öffnungszeitspanne: vollständiger Übergang von geschlossen zu offen). Im Rahmen der Erfindung wird nun beim synchronen Schalten von einem ersten in einen zweiten Übersetzungsbereich eines Leistungsverzweigungsgetriebes mit Variator, wobei in dem ersten Übersetzungsbereich eine erste Kupplungsanordnung geschlossen und eine zweite Kupplungsanordnung geöffnet ist und in dem zweiten Übersetzungsbereich die erste Kupplungsanordnung geöffnet und die zweite Kupplungsanordnung geschlossen ist, der Betätigungszeitpunkt der ersten und/oder zweiten Kupplungsanordnung in Abhängigkeit von der aktuellen Belastung des Getriebes vorgegeben. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass jede Kupplung beim Schalten nicht das volle Drehmoment tragen muss, für das sie ausgelegt wurde, sondern nur so viel, wie die äußere Belastung des Getriebes notwendig macht. The operation (opening or closing) of a clutch assembly is characterized by an operation timing (opening timing or closing timing) at which the operation starts and an operation period requiring the operation as a whole (e.g., opening period: full transition from closed to open). In the context of the invention, a synchronous shift from a first to a second transmission range of a power split transmission with variator, wherein in the first gear range, a first clutch assembly is closed and a second clutch assembly is opened and opened in the second gear ratio, the first clutch assembly and the second clutch assembly closed is, the actuation time of the first and / or second clutch arrangement as a function of the current load of the transmission specified. This is based on the idea that each clutch does not have to carry the full torque when shifting it, but only as much as the external load of the transmission makes necessary.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Öffnungszeitpunkt der ersten Kupplungsanordnung gegenüber dem Stand der Technik zeitlich verzögert. Dies hat den positiven Nebeneffekt, dass auf diese Weise die Anzahl der Schaltvorgänge reduziert werden kann, nämlich dann, wenn sich innerhalb der Verzögerungszeit der Sollwert für das Übersetzungsverhältnis in die entgegengesetzte Richtung ändert. In a preferred embodiment, the opening time of the first clutch assembly with respect to the prior art is delayed in time. This has the positive side effect that in this way the number of switching operations can be reduced, namely, if within the delay time the target value for the gear ratio changes in the opposite direction.
In bevorzugter Ausgestaltung wird beim Schalten der Zeitpunkt berechnet, zu dem die zweite Kupplungsanordnung zumindest das von dieser momentan zu übertragende Drehmoment (im Folgenden auch "zweites Drehmoment") übertragen kann. Dieser Zeitpunkt wird als zweiter Zeitpunkt bezeichnet (= Beginn der Drehmomentübertragung). Weiterhin wird eine Zeitspanne gerechnet von einem Öffnungszeitpunkt der ersten Kupplungsanordnung an bestimmt, während der die erste Kupplungsanordnung zumindest das von dieser momentan zu übertragende Drehmoment (im Folgenden auch "erstes Drehmoment") übertragen kann. Diese Zeitspanne wird als erste Zeitspanne bezeichnet; der Zeitpunkt, der um die erste Zeitspanne nach dem Öffnungszeitpunkt liegt, als erster Zeitpunkt (= Ende der Drehmomentübertragung). Schließlich wird der Öffnungszeitpunkt für die Kupplungsanordnung so vorgegeben, dass der erste Zeitpunkt nicht vor dem zweiten Zeitpunkt liegt. Mit anderen Worten wird die erste Kupplungsanordnung so geöffnet, dass sie frühestens zum zweiten Zeitpunkt die Drehmomentübertragung beendet. Der Verblockungszeitraum entspricht mindestens dem Zeitraum zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt. Daher werden der erste und der zweite Zeitpunkt zweckmäßigerweise möglichst nah zusammengelegt. In a preferred embodiment, when switching is calculated, the time at which the second clutch assembly can transmit at least the momentarily to be transmitted by this torque (hereinafter also "second torque"). This time is called second time (= start of torque transmission). Furthermore, a time period calculated from an opening time of the first clutch arrangement is determined, during which the first clutch arrangement can transmit at least the torque currently to be transmitted by the latter (hereinafter also "first torque"). This period of time is referred to as the first time period; the time, which is the first time period after the opening time, as the first time point (= end of torque transmission). Finally, the opening time for the clutch assembly is set so that the first time is not before the second time. In other words, the first clutch assembly is opened so that it ends the torque transmission at the earliest at the second time. The blocking period corresponds at least to the period between the first and the second time. Therefore, the first and the second time are expediently merged as close as possible.
Die jeweils von den Kupplungen zu übertragenden Drehmomente können unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhältnisse aus einem bekannten Drehmoment berechnet rechnen. Ein bekanntes Drehmoment kann bspw. aus Kenngrößen des Variators (z.B. Hydrostatgetriebe oder elektrisches Getriebe) und/oder der Antriebsmaschine (z.B. Verbrennungsmotor) bestimmt oder messtechnisch erfasst werden. The respective torques to be transmitted by the clutches can be calculated from a known torque taking into account the gear ratios. For example, a known torque may be determined or metrologically determined from characteristics of the variator (e.g., hydrostatic transmission or electric transmission) and / or the prime mover (e.g., engine).
Es bietet sich zur Vereinfachung der Betrachtung an, das von einer Kupplung momentan zu übertragende Drehmoment auf ein maximal von der Kupplung übertragbares Drehmoment zu normieren. It is advisable to simplify the consideration to normalize the momentarily to be transmitted by a clutch torque to a maximum torque transferable from the clutch.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Fahrantriebs bzw. eines Fahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Ein erfindungsgemäßer Fahrantrieb weist Leistungsverzweigungsgetriebe mit Variator und eine erfindungsgemäße Recheneinheit auf. An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a traction drive or a vehicle is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention. An inventive traction drive has power split transmission with variator and a computing unit according to the invention.
Die Bestimmung der genannten Zeitpunkte und Zeiträume erfolgt vorzugsweise während des Betriebs in einer entsprechend dafür programmtechnisch eingerichteten Recheneinheit. Diese kann auch für die Ansteuerung der Kupplungsanordnung und optional des Variators [z.B. Hydrostatgetriebe (Übersetzungsverhältnis; Fördervolumen, Schluckvolumen, usw.) bzw. elektrisches Getriebe (Übersetzungsverhältnis; Feldsteuerung usw.)] verantwortlich sein. The determination of the mentioned times and periods is preferably carried out during operation in a correspondingly programmatically arranged arithmetic unit. This may also be used to drive the clutch assembly and optionally the variator [e.g. Hydrostatic transmission (gear ratio, displacement, displacement, etc.) or electrical transmission (gear ratio, field control, etc.)] be responsible.
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. Also, the implementation of the invention in the form of software is advantageous because this allows very low cost, especially if an executing processing unit for even more Tasks is used and therefore exists anyway. Suitable data carriers for the provision of the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs, and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
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. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.
Figurenbeschreibung figure description
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing
In
Zum Antrieb des Fahrzeugs ist eine Antriebsmaschine
Der hydrostatische Leistungszweig
Zum Antreiben der Hydropumpe
Der Ausgang des hydrostatischen Leistungszweigs
Das Hohlrad
Das Hohlrad
Mittels eines Stegabtriebsrads
Das von der Antriebsmaschine
Der mechanische Leistungszweig
Im leistungsverzweigten Fahrbetrieb wird durch den hydrostatischen Leistungszweig
Zusätzlich zu dem leistungsverzweigten Fahrbereich (Übersetzungsbereich) ist bei dem dargestellten Leistungsverzweigungsgetriebe
Die Motorabtriebswelle
In dem ersten Fahrbereich ist die zweite Kupplung
Nachfolgend wird das Vorgehen bei einer beschleunigten Fahrt aus dem Stillstand des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung erläutert. The procedure for an accelerated ride from the stationary state of the vehicle in the forward direction is explained below.
Zunächst ist die erste Kupplung
Aufgrund des Zwischenrads
Erreicht die Hydropumpe
Der Fahrantrieb
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
Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, um diesen Schaltvorgang in besonders kurzer Zeit durchzuführen, so dass die Zeitspanne, in der beide Kupplungen geschlossen sind ("Verblockung") und daher keine Veränderung der Übersetzung möglich ist, besonders kurz bleibt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird später unter Bezugnahme auf die
Nach dem Umschalten wird der erste Eingang des Summiergetriebeabschnitts
Die zweite Drehzahl steht dagegen in einem festen Verhältnis zu der Dieseldrehzahl, also der Abtriebsdrehzahl der Antriebsmaschine
Eine weitere Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit kann erreicht werden, indem die Hydropumpe
Die Steuereinrichtung
Anhand der
Ein Graph
Ein Graph
Ein Graph
Ein Graph
Zu einem Zeitpunkt t0 ist ein Schaltkriterium erreicht, beispielsweise weil der Wert der Sollübersetzung
Nun wird das momentan von der ersten Kupplungseinrichtung übertragene erste Drehmoment M1 bestimmt, beispielsweise auf Grundlage von Variatorgrößen (z.B. Differenzdruck P im Hydrostaten; Motorstrom im Elektromotor). Dazu kann beispielsweise ein Kennfeld verwendet werden, wie es in
Anschließend wird beispielsweise erneut anhand eines Kennfeldes eine Zeitspanne T1 bestimmt, wie es in
Ebenfalls wird das nach dem Schalten von der zweiten Kupplungseinrichtung zu übertragende zweite Drehmoment M2 bestimmt, beispielsweise ebenfalls über Variatorgrößen (hier Differenzdruck P im Hydrostatgetriebe) und ein Kennfeld, wie es in
Anschließend wird beispielsweise erneut anhand eines Kennfeldes eine Zeitspanne T2 bestimmt, wie es in
Anhand des Zeitpunktes t0 und der Zeitspanne T2 kann ein zweiter Zeitpunkt t2 bestimmt werden, ab dem die zweite, schließende Kupplungsanordnung eine ausreichende Drehmomentübertragung bereitstellen kann. Mindestens bis zu diesem Zeitpunkt t2 sollte die Drehmomentübertragung durch die erste Kupplungsanordnung sichergestellt sein, d.h. der erste Zeitpunkt (bei dem die Drehmomentübertragung über die erste Kupplungsanordnung endet) sollte nicht vor dem zweiten Zeitpunkt (bei dem die Drehmomentübertragung über die zweite Kupplungsanordnung beginnt) liegen. On the basis of the time t 0 and the time period T 2 , a second time t 2 can be determined, from which the second, closing clutch arrangement can provide sufficient torque transmission. At least until this time t 2 should the torque transmission through the first clutch assembly be assured, ie, the first instant (at which torque transmission via the first clutch assembly terminates) should not be prior to the second instant (at which torque transfer via the second clutch assembly begins) ,
Für eine möglichst kurze Schaltzeit sollte der erste Zeitpunkt möglichst nahe beim zweiten Zeitpunkt liegen. Idealerweise sind die Zeitpunkte identisch, wie in
Ist der erste Zeitpunkt t1 dementsprechend gesetzt, kann über die erste Zeitspanne T1 der zugehörige Öffnungszeitpunkt tOff für die erste Kupplungsanordnung berechnet werden. Zum Öffnungszeitpunkt tOff beginnt die Steuereinrichtung mit dem Öffnen der ersten Kupplungsanordnung. If the first time t 1 is set accordingly, the associated opening time t Off for the first clutch arrangement can be calculated over the first time period T 1 . At the opening time t Off , the control device begins to open the first clutch arrangement.
Zu einem Zeitpunkt t3 haben beide Kupplungsanordnungen ihren jeweiligen Sollzustand erreicht und der Schaltvorgang ist beendet. At a time t 3 , both clutch arrangements have reached their respective desired state and the shift operation is completed.
Der sich im Rahmen der bevorzugten Ausführungsform ergebende Verblockungszeitraum ist mit TB gekennzeichnet und ergibt sich lediglich als kurzer Zeitraum um den Übergabezeitpunkt. The blocking period resulting in the context of the preferred embodiment is marked T B and results only as a short period of time at the time of transfer.
Wie erwähnt, kommt es beim Umschalten zu einer Druckumkehr in den Arbeitsleitungen des Hydraulikkreises. Neben den Zeitpunkten t1 und t2 wird der Verblockungszeitraum auch durch den für die Druckumkehr benötigten Zeitraum bestimmt. Es ist daher vorteilhaft, auch diesen Druckumkehrzeitraum möglichst kurz zu halten. As mentioned, it comes when switching to a pressure reversal in the working lines of the hydraulic circuit. In addition to the times t 1 and t 2 , the blocking period is also determined by the time required for the pressure reversal. It is therefore advantageous to keep this pressure reversal period as short as possible.
In den
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