DE102012221477B4

DE102012221477B4 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges während eines Anfahrvorganges

Info

Publication number: DE102012221477B4
Application number: DE102012221477.1A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schinacher; Marcus Hiemer; Timo Maise; Jan-Frederik Kuhn
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2032-11-24
Also published as: US20140148308A1; DE102012221477A1; US9011290B2; CN103836184A; CN103836184B

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges (1) während eines Anfahrvorganges, der eine Antriebseinrichtung (2), eine damit koppelbare, stufenlose leistungsverzweigte Getriebeeinrichtung (3), in deren Bereich mehrere Übersetzungsbereiche einstellbar sind, innerhalb welchen die Übersetzung durch Verstellung eines Variators (24) stufenlos veränderbar ist, und einen Abtrieb (8) umfasst, wobei ein Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung (2) und dem Abtrieb (8) im Bereich eines reibschlüssigen Schaltelementes (5, 6) durch entsprechendes Einstellen der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (5, 6) herstellbar ist, und wobei bei Vorliegen einer Anforderung zum Anfahren im Bereich der Getriebeeinrichtung (3) eine Anfahrübersetzung eingestellt wird, wobei während dem Einstellen der Anfahrübersetzung die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes (5, 6) auf Werte größer als null eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsdruck (p5, p6) des Schaltelementes (5, 6) nach Ablauf der Füllausgleichsphase über eine Druckrampe angehoben wird, wobei der Betätigungsdruck (p5, p6) des Schaltelementes (5, 6) über eine sich an die Druckrampe anschließende weitere Druckrampe weiter angehoben wird, wobei der Gradient der Druckrampe größer als der Gradient der weiteren Druckrampe ist und das Schaltelement (5, 6) am Ende der weiteren Druckrampe vorzugsweise in einem wenigstens annähernd schlupffreien Betriebszustand vorliegt, und wobei die weitere Druckrampe des Betätigungsdruckes (p5, p6) des Schaltelementes (5, 6) bei Vorliegen einer Abtriebsdrehzahl (n8) größer null gestartet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges während eines Anfahrvorganges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Während Anfahrvorgängen von mit konventionellen Stufenautomatikgetrieben ausgeführten Fahrzeugantriebssträngen treten bei gleichzeitigem fahrerseitigem Anfahrwunsch bzw. Gasgeben nur unwesentliche zeitliche Verzögerungen auf, die durch den Fahrer nur schwer oder überhaupt nicht erkennbar sind. Bei den Stufenautomatikgetrieben wird bereits während des Herstellens des Kraftschlusses über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler Drehmoment im Bereich eines Abtriebes eines Fahrzeugantriebsstranges zur Verfügung gestellt. Dies wird in der Regel durch Erhöhen einer Übertragungsfähigkeit einer Kupplung oder dergleichen ermöglicht. Durch das Anheben der Übertragungsfähigkeit der Kupplung wird die Drehzahl der zuvor frei drehenden Turbine des hydrodynamischen Drehmomentwandlers in Richtung null abgesenkt, womit sich im Bereich des Drehmomentwandlers ein entsprechendes Drehzahlverhältnis einstellt. Das von einem Pumpenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers aufgenommene und von einer damit wirkverbundenen Antriebsmaschine bereitgestellte Drehmoment wird in der Folge in Abhängigkeit der im Bereich des Drehmomentwandlers vorliegenden Drehmomentwandlung von der Turbine des Drehmomentwandlers in Richtung des Abtriebs abgegeben.
Der Betrag des von der Turbine abgegebenen Drehmomentes kann das von einem Anfahrelement erzeugte Drehmoment, das von einer Übersetzung zwischen der Turbine und dem Anfahrelement abhängt, nicht übersteigen. Ein mit einem solchen Fahrzeugantriebsstrang ausgeführtes Fahrzeug wird entsprechend der im Bereich des Stufenautomatikgetriebes eingestellten Übersetzung und dem aus der Übersetzung resultierenden Drehmoment im Bereich des Abtriebs durch das Zusammenspiel von Antriebsmaschine, hydrodynamischem Drehmomentwandler und Anfahrelement beschleunigt.
Im Unterschied hierzu wird bei stufenlosen leistungsverzweigten Getriebesystemen der Kraftfluss zwischen einer Antriebsmaschine und einem Abtrieb eines Fahrzeugantriebsstranges im Bereich eines oder mehrerer Schaltelemente hergestellt und anschließend eine Übersetzung eines solchen Getriebesystems von unendlich nach lang verstellt.
Diese Vorgehensweise verschlechtert jedoch eine Spontaneität eines Fahrzeugantriebsstranges in unerwünschtem Umfang, da Betriebszeiten zwischen einem Zeitpunkt, zu dem ein Fahrer eine Anforderung für einen Anfahrvorgang generiert, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug tatsächlich in die gewünschte Fahrtrichtung anfährt, sehr lange sind und deutliche, für einen Fahrer erkennbare zeitliche Verzögerungen darstellen.
Besonders bei Arbeitsmaschinen werden zeitliche Verzögerungen auf Kommandos eines Fahrers nicht akzeptiert. Dies gilt im Besonderen für Radlader und Forstmaschinen. Durch die Verwendungen von stufenlosen leistungsverzweigten Getrieben in Fahrzeugantriebssträngen solcher Arbeitsmaschinen treten vor allem während Anfahrvorgängen zeitliche Verzögerungen auf.
DE 10 2010 008 787 A1 offenbart ein elektrisch verstellbares Multimodus-Hybridgetriebe und ein Schaltsteuerverfahren zum Regeln desselben. Die Hybridgetriebekonfiguration und die Schaltsteuermethodik sorgen für ein Schalten zwischen unterschiedlichen EVT-Modi, wenn die Maschine aus ist, während die Vortriebsfähigkeit und eine minimale Zeitverzögerung für den Maschinenautostart aufrechterhalten werden. Vorfüllstrategien für die herankommende Kupplung minimieren die Zeit, die erforderlich ist, um das Schalten abzuschließen. Eine Mittelpunkt-Abbruchlogik kann implementiert sein, um die Maschinenstartverzögerung zu verringern, wenn ein intermittierender Autostartbetrieb eingeleitet wird.
Im Rahmen des Verfahrens zur Adaption von Rückschaltungen von Automatgetrieben im Bereich Schub wird gemäß DE 199 17 575 A1 die Toleranzlage (Istzustand) des zuschaltenden Kupplungssystems ermittelt und entsprechend der Toleranzlage die Schnellfüllphase und/oder die Füllphase und/oder die Schaltphase verändert bzw. adaptiert, derart, dass eine „weiche“ Kupplungsübernahme erfolgt. Eine weitere Variante sieht vor, dass zusätzlich zum zuschaltenden Kupplungssystem auch das abschaltende Kupplungssystem adaptiert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfach durchführbares Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges während eines Anfahrvorganges zur Verfügung zu stellen, mittels welchem eine Spontaneität hinsichtlich der Umsetzung einer fahrerseitigen Anforderung für ein Anfahren eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer stufenlosen leistungsverzweigten Getriebeeinrichtung im Vergleich zu herkömmlich betriebenen Fahrzeugantriebssträngen verbesserbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges während eines Anfahrvorganges, der eine Antriebseinrichtung, eine damit koppelbare stufenlose leistungsverzweigte Getriebeeinrichtung, in deren Bereich mehrere Übersetzungsbereiche einstellbar sind, innerhalb welchen die Übersetzung durch Verstellung eines Variators stufenlos veränderbar ist, und einen Abtrieb umfasst, ist ein Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtrieb im Bereich eines reibschlüssigen Schaltelementes durch entsprechendes Einstellen der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes herstellbar, wobei bei Vorliegen einer Anforderung zum Anfahren im Bereich der Getriebeeinrichtung eine Anfahrübersetzung eingestellt wird.
Während dem Einstellen der Anfahrübersetzung wirddie Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes auf Werte größer als null eingestellt.
Dadurch, dass die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes gleichzeitig während dem Einstellen der Anfahrübersetzung auf Werte größer als null eingestellt wird, ist eine vorliegende vorzugsweise fahrerseitige Anforderung zum Anfahren eines Fahrzeuges auf besonders einfache Art und Weise mit im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Vorgehensweisen signifikant verringerten Verzögerungen umsetzbar, ohne für einen Fahrer erkennbare Nachteile zu verursachen.
Um Überlastungen im Bereich des reibschlüssigen Schaltelementes insbesondere während eines Anfahrvorganges zu vermeiden, wird die Übersetzung der Getriebeeinrichtung und ein am reibschlüssigen Schaltelement anliegendes Antriebsmoment der Antriebsmaschine bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Verstellen des Variators während des Anfahrvorganges in einem eine Belastung des Schaltelementes reduzierenden Umfang variiert. Das bedeutet, dass die Übersetzung der Getriebeeinrichtung verändert wird, um beispielsweise eine Dauer eines Schlupfbetriebes des reibschlüssigen Schaltelementes durch Reduzieren eines am reibschlüssigen Schaltelement anliegenden Drehmomentes zu verkürzen. Das reibschlüssige Schaltelement ist in schlupffreiem Betrieb für die gewünschte Herstellung des Kraftflusses mit seinem maximalen Schließdruck beaufschlagbar, ohne einen Fahrkomfort beeinträchtigende Reaktionsmomente in den Fahrzeugantriebsstrang einzuleiten.
Wird das Schaltelement bei vorliegender Anforderung zum Anfahren während einer Vorbefüllphase durch Anliegen eines Vorbefülldruckes vorbefüllt, ist das reibschlüssige Schaltelement in einen für die Zuschaltung des reibschlüssigen Schaltelementes erforderlichen Betriebszustand in gewünschtem Umfang überführbar.
Wird das reibschlüssige Schaltelement während einer sich an die Vorbefüllphase anschließenden Füllausgleichsphase mit einem Füllausgleichsdruck beaufschlagt und weist das Schaltelement am Ende der Füllausgleichsphase einen Betriebszustand mit einer Übertragungsfähigkeit von wenigstens annähernd gleich null auf, zu dem ein Anheben des Betätigungsdruckes des Schaltelementes ausgehend vom Füllausgleichsdruck vorzugsweise mehr oder weniger unmittelbar einen Anstieg der Übertragungsfähigkeit bewirkt, ist das Zuschalten des reibschlüssigen Schaltelementes mit der erforderlichen Güte durchführbar und Zuschaltvorgänge sind mit reproduzierbarer Güte zur Verfügung stellbar.
Wird der Betätigungsdruck des reibschlüssigen Schaltelementes nach Ablauf der Füllausgleichsphase über eine Druckrampe angehoben, ist ein Anfahrvorgang mit hohem Fahrkomfort durchführbar, da eine Änderung der Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes mit einer hohen Auflösung und daher an den aktuellen Betriebszustandsverlauf jeweils angepasst realisierbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Betätigungsdruck des Schaltelementes über eine sich an die Druckrampe anschließende weitere Druckrampe weiter angehoben, wobei der Gradient der Druckrampe größer als der Gradient der weiteren Druckrampe ist und das Schaltelement am Ende der weiteren Druckrampe vorzugsweise in einem wenigstens annährend schlupffreien Betriebszustand vorliegt.
Damit ist gewährleistet, dass die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes innerhalb kurzer Betriebszeiten auf einen gewünschten Wert anhebbar ist, ohne in den Fahrzeugantriebsstrang einen Fahrkomfort beeinträchtigende Reaktionsmomente einzuleiten. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes zu Beginn, d. h. bei niedrigeren Werten der Übertragungsfähigkeit, zunächst schneller angehoben wird und ab einem definierten Grenzwert, ab dem höhere Drehmomente über das reibschlüssige Schaltelement führbar sind, eine höhere Auflösung im Bereich des reibschlüssigen Schaltelementes zur Verfügung gestellt wird und Drehmomentschwankungen während eines Anfahrvorganges in geringerem Umfang in den Fahrzeugantriebsstrang eingeleitet werden.
Wird das Schaltelement während einer zusätzlichen Druckrampe des Betätigungsdruckes, die sich an die weitere Druckrampe des Betätigungsdruckes anschließt, in einen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführt, zu dem das Schaltelement mit Schließdruck beaufschlagt wird, ist das Schaltelement nach Erreichen eines schlupffreien Betriebszustandes mit hohen Druckgradienten innerhalb kurzer Betriebszeiten in seinen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführbar und ein angeforderter Anfahrvorgang im Wesentlichen verzögerungsfrei darstellbar.
Wird bei Vorliegen einer Anforderung zum Anfahren ein weiteres Schaltelement während einer Vorbefüllphase und einer sich daran anschließenden Füllausgleichsphase für eine Zuschaltung in den Kraftfluss vorbereitet, wobei im zugeschalteten Betriebszustand des weiteren Schaltelementes vorzugsweise ein erster Übersetzungsbereich in der Getriebeeinrichtung eingelegt ist, wird das weitere Schaltelement innerhalb definierter Betriebszeiten für die Zuschaltung vorbereitet und ist ausgehend von einem definierten Betriebszustand in einen geschlossenen Betriebszustand innerhalb reproduzierbarer Betriebszeiten überführbar.
Ist das Schaltelement eine Fahrtrichtungskupplung, über die im Bereich des Abtriebs eine Drehrichtung für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt einstellbar ist, ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit geringem Aufwand in bestehende Fahrzeugantriebsstrangkonzepte integrierbar, ohne eine Auslegung des Schaltelementes im Vergleich zu bestehenden Konzepten ändern zu müssen. Da insbesondere über Fahrtrichtungskupplungen von Arbeitsmaschinen sogenannte Reversiervorgänge darstellbar sein müssen, während welchen das Fahrzeug über die Fahrtrichtungskupplungen aus einer bestimmten Geschwindigkeit in Vorwärts- oder Rückwärtsfahrtrichtung in Richtung null abgebremst und anschließend in die jeweils entgegengesetzte Fahrtrichtung wieder auf ein definiertes Geschwindigkeitsniveau zu beschleunigen sind, sind Belastungen im Bereich der Fahrtrichtungskupplungen während solchen Reversiervorgängen sehr hoch. Fahrtrichtungskupplungen sind aus diesem Grund von Haus aus entsprechend robust konzipiert. Während der erfindungsgemä-ßen Umsetzung eines angeforderten Anfahrvorganges wird das als Fahrtrichtungskupplung ausgeführte Schaltelement im Wesentlichen nur halb so stark belastet, wie während eines standardmäßig durchgeführten Reversiervorganges einer Arbeitsmaschine.
Bei vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Vorbefüllphase des weiteren Schaltelementes gleichzeitig mit, vor oder nach dem Beginn der Vorbefüllphase des Schaltelementes gestartet, wobei das weitere Schaltelement unabhängig davon noch bei unterbrochenem Kraftfluss im Fahrzeugantriebsstrang vor dem reibschlüssigen Schaltelement mit geringen Belastungen in den geschlossenen Betriebszustand zu überführen ist. Grundsätzlich wird angestrebt, den Fahrzeugantriebsstrang innerhalb möglichst kurzer Betriebszeiten in den für den angeforderten Anfahrvorgang erforderlichen Betriebszustand zu überführen. Wann mit der Zuschaltung des weiteren Schaltelementes und des reibschlüssigen Schaltelementes jeweils begonnen wird, ist unter anderem auch von der konstruktiven Ausführung der Schaltelemente abhängig.
So besteht beispielsweise in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles die Möglichkeit, dass vor der Befüllung des weiteren Schaltelementes mit der Befüllung des reibschlüssigen Schaltelementes begonnen wird und das weitere Schaltelement vor dem reibschlüssigen Schaltelement zugeschaltet wird, während das reibschlüssige Schaltelement bei bereits geschlossenem weiterem Schaltelement moduliert in seinen geschlossenen Betriebszustand überführt wird.
Die Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes wird erfindungsgemäß während der Füllausgleichsphase des reibschlüssigen Schaltelementes über eine Druckrampe des Betätigungsdruckes des weiteren Schaltelementes angehoben, bis das weitere Schaltelement einen vorzugsweise schlupffreien Betriebszustand aufweist. Damit ist gewährleistet, dass das weitere Schaltelement während eines unterbrochenen Kraftflusses des Fahrzeugantriebsstranges in einen wenigstens annähernd zugeschalteten Betriebszustand bei geringen Belastungen überführbar ist.
Die Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes wird ausgehend von einem wenigstens annähernd schlupffreien Betriebszustand während einer sich an die Druckrampe anschließenden weiteren Druckrampe des Betätigungsdruckes des weiteren Schaltelementes, deren Gradient größer als der Gradient der Druckrampe ist, in einen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführt, zu dem das weitere Schaltelement mit Schließdruck beaufschlagt wird. Dann ist das weitere Schaltelement innerhalb kurzer Betriebszeiten und vorzugsweise vor der Herstellung des Kraftflusses im Fahrzeugantriebsstrang bei gleichzeitig geringen Belastungen im Bereich des weiteren Schaltelementes in seinen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführbar.
Um ein Fahrzeug möglichst ruckfrei anfahren zu können, wird die weitere Druckrampe des Betätigungsdruckes des Schaltelementes bei Vorliegen einer Abtriebsdrehzahl größer null gestartet, da die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes während der weiteren Druckrampe mit höherer Auflösung in einem hierfür erforderlichen Umfang einstellbar und variierbar ist.
Wird die Übersetzung der Getriebeeinrichtung solange angehoben, bis die Abtriebsdrehzahl größer null ist, und wird die Übersetzung der Getriebeeinrichtung anschließend bis zum Start der zusätzlichen Druckrampe des Betätigungsdruckes des Schaltelementes wenigstens annähernd konstant gehalten, ist der Anfahrvorgang innerhalb kurzer Betriebszeit bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort umsetzbar, da die für das Anfahren erforderliche Übersetzung betriebszustandsabhängig eingestellt und anschließend konstant gehalten wird, um das Zuschalten des reibschlüssigen Schaltelementes mit möglichst konstanten Randbedingungen störungsfrei und damit geringen Verzögerungen durchführen zu können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Übersetzung der Getriebeeinrichtung während der zusätzlichen Druckrampe des Betätigungsdruckes des reibschlüssigen Schaltelementes weiter angehoben, womit die angeforderte Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb kurzer Betriebszeiten erreichbar ist.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:

1 eine vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebseinrichtung, einer damit koppelbaren stufenlosen leistungsverzweigten Getriebeeinrichtung und einem Abtrieb;
2 eine detailliertere Darstellung einer möglichen Ausführung des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1;
3 mehrere Verläufe von Betriebsgrößen verschiedener Baugruppen des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1 bzw. 2 über der Zeit t; und
4 mehrere Verläufe von Betriebsgrößen unterschiedlicher Baugruppen des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1 bzw. 2 über einer Fahrzeuggeschwindigkeit v.

1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges 1 mit einer Antriebseinrichtung 2 und mit einer damit koppelbaren stufenlosen leistungsverzweigten Getriebeeinrichtung 3. Die Antriebsmaschine 2 ist vorliegend als Brennkraftmaschine, vorzugsweise als Dieselbrennkraftmaschine, ausgeführt und kann bei weiteren Ausführungsformen des Fahrzeugantriebsstranges 1 auch als elektrische Maschine oder als eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine beliebiger Bauart und einer elektrischen Maschine ausgebildet sein.
Zwischen der Antriebsmaschine 2 und der Getriebeeinrichtung 3 ist vorliegend ein Wendegetriebe 4 vorgesehen, die zwei reibschlüssige Schaltelemente 5, 6 umfasst, die jeweils als Fahrtrichtungskupplungen ausgeführt sind. Dabei wird eine Antriebsdrehbewegung der Antriebseinrichtung 2 bei geschlossenem reibschlüssigem Schaltelement 5 mit einer derartigen Drehrichtung in die Getriebeeinrichtung 3 eingeleitet, dass ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug in Vorwärtsfahrtrichtung angetrieben wird. Ist dagegen das reibschlüssige Schaltelement 6 geschlossen und gleichzeitig das reibschlüssige Schaltelement 5 geöffnet, wird die Antriebsdrehbewegung der Antriebseinrichtung 2 mit einer entgegengesetzten Drehrichtung in die Getriebeeinrichtung 3 eingeleitet und ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug in Rückwärtsfahrtrichtung betrieben.
Eine Welle 7 der Getriebeeinrichtung 3 ist mit einem Abtrieb 8 des Fahrzeugantriebsstranges 1 wirkverbunden, über den eine antreibbare Fahrzeugachse 9 mit Drehmoment beaufschlagbar ist. Im Bereich der stufenlos leistungsverzweigten Getriebeeinrichtung 3 sind mehrere Übersetzungsbereiche einstellbar, innerhalb welchen wiederum die Übersetzung der Getriebeeinrichtung 3 durch Verstellung eines Variators stufenlos veränderbar ist. Die Getriebeeinrichtung 3 kann sowohl als primär als auch als sekundär gekoppeltes stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe ausgeführt sein, wobei die Leistungsverzweigung sowohl hydraulisch als auch elektrisch oder mittels einer Kombination hieraus erfolgen kann.
Anstelle des Wendegetriebes 4 kann der Fahrzeugantriebsstrang 1 im Bereich zwischen der Antriebseinrichtung 2 und der Getriebeeinrichtung 3 auch mit einem herkömmlichen Anfahrelement, wie mit einer reibschlüssigen Anfahrkupplung ausgeführt sein, wobei ein unter Umständen gewünschter Rückwärtsfahrtbetrieb dann beispielsweise im Bereich einer separaten Übersetzungsstufe für Rückwärtsfahrt der Getriebeeinrichtung 3 darstellbar sein kann.
Unabhängig von der Ausführung des Fahrzeugantriebsstranges 1 mit dem Wendegetriebe 4 oder mit einer einzelnen reibschlüssigen Anfahrkupplung ist ein Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Abtrieb 8 im Bereich des reibschlüssigen Schaltelementes 5 oder des reibschlüssigen Schaltelementes 6 oder im Bereich einer reibschlüssigen Anfahrkupplung durch entsprechendes Einstellen der Übertragungsfähigkeit eines dieser Schaltelemente herstellbar. Bei Vorliegen einer Anforderung zum Anfahren wird im Bereich der Getriebeeinrichtung 3 eine Anfahrübersetzung eingestellt und ein Antriebsmoment ausgehend von der Antriebseinrichtung 2 in entsprechend gewandelter Form in Richtung des Abtriebs 8 bzw. der antreibbaren Fahrzeugachse 9 über die Getriebeeinrichtung 3 weitergeleitet, sobald der Kraftfluss zumindest teilweise hergestellt ist.
2 zeigt ein Räderschema einer möglichen Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 3, die im Bereich einer Getriebeeingangswelle 10 mit der Antriebseinrichtung 2 drehfest verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle 10 treibt über ein Festrad 11 und ein Festrad 12 einen Nebenabtrieb 13 und erste Schaltelementhälften der reibschlüssigen Schaltelemente 5 und 6 an. Das reibschlüssige Schaltelement 5 ist koaxial zur Getriebeeingangswelle 10 angeordnet, während das reibschlüssige Schaltelement 6 bzw. die Fahrtrichtungskupplung für Rückwärtsfahrt auf der koaxial zur Getriebeeingangswelle 10 angeordneten Welle des Nebenabtriebs 13 positioniert ist. In geschlossenem Betriebszustand des reibschlüssigen Schaltelementes 5 bzw. der Fahrtrichtungskupplung für Vorwärtsfahrt treibt die Getriebeeingangswelle 10 über ein Losrad 14, das auf der Getriebeeingangswelle 10 drehbar angeordnet ist, ein Losrad 15 an, welches mit einem Planetenträger 16 drehfest gekoppelt ist. In geschlossenem Betriebszustand des reibschlüssigen Schaltelementes 6 treibt die Getriebeeingangswelle 10 über ein Losrad 17 das Losrad 15 an.
Auf dem Planetenträger 16 sind mehrere Doppelplanetenräder 18 drehbar gelagert. Die Doppelplanetenräder 18 stehen mit einem ersten Sonnenrad 19 und einem zweiten Sonnenrad 20 sowie einem Hohlrad 21 in Eingriff. Das erste Sonnenrad 19 ist mit einer Welle 22 einer ersten Hydraulikeinheit 23 einer Hydrostateinheit 24 drehfest verbunden. Das Hohlrad 21 ist über ein Festrad 25 und ein Festrad 26 mit einer Welle 27 einer zweiten Hydraulikeinheit 28 der Hydrostateinheit 24 wirkverbunden.
Die Welle 7 der Getriebeeinheit 2 ist über ein koaxial zur Welle 7 angeordnetes reibschlüssiges Schaltelement 29 für einen ersten Fahrbereich der Getriebeeinrichtung 3, ein Losrad 30 und ein Festrad 31 mit der zweiten Welle 27 der Hydrostateinheit 24 verbindbar. Des Weiteren ist die Welle 7 über ein Festrad 32, ein Festrad 33 und ein weiteres reibschlüssiges Schaltelement 34 für einen zweiten Fahrbereich der Getriebeeinrichtung 3 sowie ein Losrad 35 und ein Festrad 36 mit dem zweiten Sonnenrad 20 koppelbar. Das Festrad 36 ist koaxial zum zweiten Sonnenrad 20 angeordnet, während das Festrad 33, das reibschlüssige Schaltelement 34 für den zweiten Fahrbereich und das Losrad 35 koaxial zueinander angeordnet sind. Das Festrad 32, das reibschlüssige Schaltelement 29 für den ersten Fahrbereich und das Losrad 30 sind wiederum koaxial zur Welle 7 vorgesehen. Zusätzlich kämmt das Festrad 32 sowohl mit dem Festrad 33 als auch mit einem Festrad 36 einer Getriebeausgangswelle 37, die wiederum mit der antreibbaren Fahrzeugachse 9 bzw. mit mehreren antreibbaren Fahrzeugachsen 9 des Fahrzeugantriebsstranges 1 verbindbar ist.
Die Fahrtrichtungskupplungen 5 und 6 sind vorliegend als nasse Kupplungen ausgeführt, die nicht nur zum Herstellen des Kraftflusses zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Abtrieb 8 vorgesehen sind, sondern gleichzeitig in vorbeschriebenem Umfang auch die Fahrtrichtung bestimmen. Entsprechend ihrer kapazitiven Auslegung sind die reibschlüssigen Schaltelemente 5 und 6 des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 2 auch als Anfahrelemente nutzbar. Dies ist dann der Fall, wenn von einem Fahrer ausgehend von einem Neutralbetriebszustand der Getriebeeinrichtung 3, zu dem die Schaltelemente 29 und 34 geöffnet sind, eine Fahrtrichtung eingelegt und gleichzeitig ein Gaspedal zur Abgabe eines Geschwindigkeitswunsches betätigt wird. Die reibschlüssigen Schaltelemente 5 und 6 sind vorliegend derart ausgelegt, dass über sie auch ein Fahrtrichtungswechsel bzw. ein sogenannter Reversiervorgang ausgehend von höheren Fahrgeschwindigkeiten in Vorwärts- oder Rückwärtsfahrtrichtung möglich ist.
Während eines solchen Reversiervorganges wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit zunächst ausgehend von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit in Richtung null reduziert, wobei hierfür sowohl die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 5 als auch die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 6 in entsprechendem Umfang eingestellt wird. Die beiden reibschlüssigen Schaltelemente 5 und 6 werden während des Reversiervorganges überwiegend schlupfend betrieben. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich null, werden die Übertragungsfähigkeiten der beiden Schaltelemente 5 und 6 derart eingestellt, dass das Fahrzeug entgegen der zuvor betriebenen Fahrtrichtung in entgegengesetzter Fahrtrichtung angefahren wird, bis die angeforderte Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird.
Um einen Anfahrvorgang ausgehend von einem Fahrzeugstillstand und dem Neutralbetriebszustand der Getriebeeinrichtung 3 innerhalb kurzer Betriebszeiten und im Wesentlichen verzögerungsfrei darstellen zu können, wird das Schaltelement 29 des ersten Übersetzungsbereiches der Getriebeeinrichtung 3 geschlossen und zusätzlich das Schaltelement 5 oder das Schaltelement 6 in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Fahrerwunsches für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt in seinen geschlossenen Betriebszustand überführt. Während dem Zuschalten des Schaltelementes 29 und des Schaltelementes 5 oder 6 werden die beiden Hydraulikeinheiten 23 und 28 über ein verstellbares Joch 38 derart verstellt, dass im Bereich der Getriebeeinrichtung 3 die gewünschte Anfahrübersetzung eingestellt ist. Dabei wird die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 5 oder 6 während dem Einstellen der Anfahrübersetzung der Getriebeeinrichtung 3 auf Werte größer als null eingestellt, um ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 2 ausgeführtes Fahrzeug bereits während des Schließvorganges des reibschlüssigen Schaltelementes 5 oder 6 anfahren zu können. Um dies zu gewährleisten, werden das Schaltelement 29 und das Schaltelement 5 oder 6 in der nachfolgend zu 3 näher beschriebenen Art und Weise mit Hydraulikdruck beaufschlagt.
Zu einem Zeitpunkt T1 liegt eine fahrerseitige Anforderung für ein Anfahren eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 1 bzw. gemäß 2 ausgeführten Fahrzeuges ausgehend von einem Fahrzeugstillstand vor, wobei sich die Getriebeeinrichtung 3 zunächst im Neutralbetriebszustand befindet. Aus diesem Grund wird zum Zeitpunkt T1 das Schaltelement 29 bis hin zu einem Zeitpunkt T2 mit einem Schnellfüllpuls beaufschlagt, wobei der Betätigungsdruck p29 des Schaltelementes 29 dann einem Vorbefülldruckwert p29vor entspricht. Zum Zeitpunkt T2 wird eine Füllausgleichsphase des Schaltelementes 29 gestartet und der Betätigungsdruck p29 des Schaltelementes 29 auf einen Füllausgleichsdruck p29aus abgesenkt und bis zu einem Zeitpunkt T3 auf diesem Druckniveau gehalten. Zum Zeitpunkt T3 weist das Schaltelement 29 einen Betriebszustand mit einer Übertragungsfähigkeit von im Wesentlichen gleich null auf, von dem ausgehend ein Anstieg des Betätigungsdruckes p29 eine unmittelbare Zunahme der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 29 zur Folge hat.
Aus diesem Grund wird der Betätigungsdruck p29 ab dem Zeitpunkt T3 über eine Druckrampe mit definiertem Gradienten angehoben, die zu einem Zeitpunkt T4 endet. Das Schaltelement 29 liegt zum Zeitpunkt T4 im Wesentlichen in einem schlupffreien Betriebszustand vor, weshalb der Betätigungsdruck p29 während einer sich an die Druckrampe anschließenden weiteren Druckrampe mit steilerem Gradienten in Richtung eines Schließdruckes p29s angehoben wird, zu dem das Schaltelement p29 vollständig geschlossen ist.
Ab einem auf den Zeitpunkt T1 folgenden Zeitpunkt T5, der zeitlich vor dem Zeitpunkt T2 liegt, wird in Abhängigkeit der jeweils angeforderten Fahrtrichtung entweder das reibschlüssige Schaltelement 5 oder das reibschlüssige Schaltelement 6 ebenfalls bis zu einem Zeitpunkt T6 mit einem Schnellfüllpuls beaufschlagt, wobei ein Betätigungsdruck p5 oder p6 des Schaltelementes 5 oder 6 während dieses Zeitraumes ein Vorbefülldruckniveau p5vor bzw. p6vor aufweist. Zum Zeitpunkt T6 wird der Betätigungsdruck p5 bzw. p6 des Schaltelementes 5 oder 6 auf das Niveau eines Füllausgleichsdruckes p5aus oder p6aus abgesenkt und bis zum Ende der Füllausgleichsphase auf diesem Druckniveau belassen.
Zu einem Zeitpunkt T7 weist das reibschlüssige Schaltelement 5 bzw. 6 noch eine Übertragungsfähigkeit gleich null auf, jedoch steigt die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 5 oder 6 bei einem weiteren Anheben des Betätigungs-druckes p5 oder p6 sofort auf Werte größer als null an. Da der Betätigungsdruck p5 oder p6 zum Ende der Füllausgleichsphase bzw. ab einem Zeitpunkt T7 über eine Druckrampe angehoben wird, steigt auch die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 5 oder 6 an. Ab einem Zeitpunkt T8 wird der Betätigungsdruck p5 oder p6 mit kleinerem Gradienten weiter angehoben, bis das Schaltelement 5 oder 6 einen im Wesentlichen schlupffreien Betriebszustand erreicht. Dies ist vorliegend zu einem Zeitpunkt T9 der Fall, weshalb der Betätigungsdruck p5 oder p6 ab dem Zeitpunkt T9 mit gro-ßem Gradienten in Richtung des Schließdruckniveaus p5s oder p6s des Schaltelementes 5 oder 6 innerhalb kurzer Betriebszeit t angehoben wird.
Um die fahrerseitige Anforderung für den Anfahrvorgang eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 1 bzw. gemäß 2 ausgeführten Fahrzeuges in gewünschter Art und Weise möglichst verzögerungsfrei durchführen zu können, wird eine Übersetzung i3 der Getriebeeinrichtung 3 ab einem Zeitpunkt T10, der zwischen den Zeitpunkten T5 und T2 liegt, in in 3 dargestellter Art und Weise bis zum Zeitpunkt T8 stetig angehoben und anschließend bis zum Zeitpunkt T9 auf dem zum Zeitpunkt T8 erreichten Übersetzungswert konstant belassen. Ab dem Zeitpunkt T9 wird die Übersetzung i3 der Getriebeeinrichtung 3 durch entsprechendes Verstellen der Hydrostateinheit 24, die den Variator der Getriebeeinrichtung 3 darstellt, mit kleinerem Gradienten als zwischen den Zeitpunkten T10 und T8 weiter angehoben, um die Fahrzeuggeschwindigkeit auf den fahrerseitig angeforderten Wert führen zu können.
In 4 sind mehrere Drehzahlverläufe und ein Verlauf einer Übersetzung i24 über der Fahrzeuggeschwindigkeit v dargestellt, die sich jeweils während eines Reversiervorganges des Fahrzeugantriebsstranges 1 ausgehend von einem Fahrbetrieb in Vorwärtsfahrtrichtung bzw. in Rückwärtsfahrtrichtung hin zu einem Fahrbetrieb in Rückwärtsfahrtrichtung bzw. in Vorwärtsfahrtrichtung einstellt. Wird der Fahrzeugantriebsstrang 1 während eines Anfahrvorganges eines Fahrzeuges ausgehend von einem Fahrzeugstillstand in Vorwärtsfahrtrichtung oder in Rückwärtsfahrtrichtung unter Anwendung der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise betrieben, stellen sich die in 4 jeweils gezeigten Verläufe analog zum Reversiervorgang ausgehend von der Fahrzeuggeschwindigkeit gleich null in Richtung positiver oder negativer Werte ein.
Ausgehend von einer Fahrzeuggeschwindigkeit v gleich null, zu der eine Drehzahl n8 des Abtriebes 8 ebenfalls gleich null ist und die Übersetzung i24, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel dem Quotienten aus der Drehzahl n28 der zweiten Hydraulikeinheit 28 und der Drehzahl n2 der Antriebseinrichtung 2 entspricht, einen damit korrespondierenden Übersetzungswert aufweist, steigt die Abtriebsdrehzahl n8 bei einer Anforderung für einen Anfahrvorgang in Vorwärtsfahrtrichtung bei gleichzeitig konstanter Drehzahl n2 der Antriebseinrichtung 2 in der in 4 näher dargestellten Art und Weise stetig an, während die Drehzahl n23 der ersten Hydraulikeinheit 23 und die Drehzahl n28 der zweiten Hydraulikeinheit 28 durch Zuschalten der Schaltelemente 29 und 5 zunehmen.
Bei einer Anforderung für einen Anfahrvorgang in Rückwärtsfahrtrichtung steigt die Drehzahl n8 des Abtriebs 8 betragsmäßig in gleichem Umfang wie bei dem zuvor betrachteten Anfahrvorgang in Vorwärtsfahrtrichtung mit negativem Vorzeichen an, während die Drehzahlen n23 und n28 in Bezug auf den Anfahrvorgang in Vorwärtsfahrtrichtung jeweils mit umgekehrtem Vorzeichen zunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugantriebsstrang
2: Antriebseinrichtung
3: Getriebeeinrichtung
4: Wendegetriebe
5: reibschlüssiges Schaltelement
6: reibschlüssiges Schaltelement
7: Welle
8: Abtrieb
9: antreibbare Fahrzeugachse
10: Getriebeeingangswelle
11: Festrad
12: Festrad
13: Nebenabtrieb
14: Losrad
15: Losrad
16: Planetenträger
17: Losrad
18: Doppelplanetenträger
19: erstes Sonnenrad
20: zweites Sonnenrad
21: Hohlrad
22: Welle
23: erste Hydraulikeinheit
24: Hydrostateinheit
25: Festrad
26: Festrad
27: Welle
28: zweite Hydraulikeinheit
29: reibschlüssiges Schaltelement
30: Losrad
31: Festrad
32: Festrad
33: Festrad
34: reibschlüssiges Schaltelement
35: Losrad
36: Festrad
37: Getriebeausgangswelle
38: verstellbares Joch
i3: Übersetzung der Getriebeeinrichtung
i24: Übersetzung
n2: Drehzahl der Antriebseinrichtung
n8: Drehzahl des Abtriebs
n23: Drehzahl der ersten Hydraulikeinheit
n28: Drehzahl der zweiten Hydraulikeinheit
p5, p6: Betätigungsdruck
p29: Betätigungsdruck
v: Fahrzeuggeschwindigkeit
t: Zeit
T1 bis T10: diskreter Zeitpunkt

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges (1) während eines Anfahrvorganges, der eine Antriebseinrichtung (2), eine damit koppelbare, stufenlose leistungsverzweigte Getriebeeinrichtung (3), in deren Bereich mehrere Übersetzungsbereiche einstellbar sind, innerhalb welchen die Übersetzung durch Verstellung eines Variators (24) stufenlos veränderbar ist, und einen Abtrieb (8) umfasst, wobei ein Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung (2) und dem Abtrieb (8) im Bereich eines reibschlüssigen Schaltelementes (5, 6) durch entsprechendes Einstellen der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (5, 6) herstellbar ist, und wobei bei Vorliegen einer Anforderung zum Anfahren im Bereich der Getriebeeinrichtung (3) eine Anfahrübersetzung eingestellt wird, wobei während dem Einstellen der Anfahrübersetzung die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes (5, 6) auf Werte größer als null eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsdruck (p5, p6) des Schaltelementes (5, 6) nach Ablauf der Füllausgleichsphase über eine Druckrampe angehoben wird, wobei der Betätigungsdruck (p5, p6) des Schaltelementes (5, 6) über eine sich an die Druckrampe anschließende weitere Druckrampe weiter angehoben wird, wobei der Gradient der Druckrampe größer als der Gradient der weiteren Druckrampe ist und das Schaltelement (5, 6) am Ende der weiteren Druckrampe vorzugsweise in einem wenigstens annähernd schlupffreien Betriebszustand vorliegt, und wobei die weitere Druckrampe des Betätigungsdruckes (p5, p6) des Schaltelementes (5, 6) bei Vorliegen einer Abtriebsdrehzahl (n8) größer null gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung der Getriebeeinrichtung (3) und ein am reibschlüssigen Schaltelement (5, 6) anliegendes Antriebsmoment der Antriebseinrichtung (2) durch Verstellen des Variators (24) während des Anfahrvorganges in einem eine Belastung des Schaltelementes (5, 6) reduzierenden Umfang variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (5, 6) bei Vorliegen der Anforderung zum Anfahren während einer Vorbefüllphase durch Anlegen eines Vorbefülldruckes (p5vor, p6vor) vorbefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (5, 6) während einer sich an die Vorbefüllphase anschließenden Füllausgleichsphase mit einem Füllausgleichsdruck (p5aus, p6aus) beaufschlagt wird und das Schaltelement (5, 6) am Ende der Füllausgleichsphase einen Betriebszustand mit einer Übertragungsfähigkeit von wenigstens annähernd gleich null aufweist, zu dem ein Anheben des Betätigungsdruckes (p5, p6) des Schaltelementes (5, 6) ausgehend vom Füllausgleichsdruck (p5aus, p6aus) einen Anstieg der Übertragungsfähigkeit bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (5, 6) während einer zusätzlichen Druckrampe des Betätigungsdruckes (p5, p6), die sich an die weitere Druckrampe des Betätigungsdruckes (p5, p6) anschließt, in einen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführt wird, zu dem das Schaltelement (5, 6) mit Schließdruck (p5s, p6s) beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Anforderung zum Anfahren ein weiteres Schaltelement (29) während einer Vorbefüllphase und einer sich daran anschließenden Füllausgleichsphase für eine Zuschaltung in den Kraftfluss vorbereitet wird, wobei in zugeschaltetem Betriebszustand des weiteren Schaltelementes (29) vorzugsweise ein erster Übersetzungsbereich in der Getriebeeinrichtung (3) eingelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (5, 6) eine Fahrtrichtungskupplung ist, über die im Bereich des Abtriebs (8) eine Drehrichtung für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbefüllphase des weiteren Schaltelementes (29), gleichzeitig mit, vor oder nach dem Beginn der Vorbefüllphase des Schaltelementes (5, 6) gestartet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes (29) während der Füllausgleichsphase des Schaltelementes (5, 6) über eine Druckrampe des Betätigungsdruckes (p29) des weiteren Schaltelementes (29) angehoben wird, bis das weitere Schaltelement (29) einen vorzugsweise schlupffreien Betriebszustand aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes (29) ausgehend von einem wenigstens annähernd schlupffreien Betriebszustand während einer sich an die Druckrampe anschließenden weiteren Druckrampe des Betätigungsdruckes (p29) des weiteren Schaltelementes (29), deren Gradient größer als der Gradient der Druckrampe ist, in einen vollständig geschlossenen Betriebszustand überführt wird, zu dem das weitere Schaltelement (29) mit Schließdruck (p29s) beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung (i3) der Getriebeeinrichtung (3) solange angehoben wird, bis die Abtriebsdrehzahl (n8) größer null ist, wobei die Übersetzung der Getriebeeinrichtung (3) anschließend bis zum Start der zusätzlichen Druckrampe des Betätigungsdruckes (p5, p6) des Schaltelementes (5, 6) wenigstens annähernd konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung (i3) der Getriebeeinrichtung (3) während der zusätzlichen Druckrampe des Betätigungsdruckes (p5, p6) des reibschlüssigen Schaltelementes (5, 6) weiter angehoben wird.