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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine, mit einem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe und mit einem Abtrieb gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Fahrzeugantriebsstränge der Eingangs näher definierten Art werden oftmals in mobilen Arbeitsmaschinen, wie Baumaschinenfahrzeugen oder Traktoren, eingesetzt und umfassen in der Regel eine meist als Dieselmotor ausgeführte Antriebsmaschine, ein hydrodynamisches bzw. hydrostatisches Getriebe und eine oder mehrere antreibbare Fahrzeugachsen und Räder, die jeweils die Abtriebe bilden. Im Bereich der Getriebe solcher Fahrzeugantriebsstränge sind die Übersetzungen jeweils stufenlos veränderbar. Hierfür sind im Bereich stufenlos leistungsverzweigter Getriebe Hydrostateinheiten mit mindestens zwei Hydraulikmaschinen vorgesehen, die als Axialkolbenmaschinen ausgebildet sind oder in Schrägscheiben- oder Schrägachsenbauweise ausgeführt sind. Üblicherweise übernimmt eine Hydraulikmaschine die Pumpenfunktion, während die andere jeweils als Motor betrieben wird. Durch Veränderung des Verhältnisses von im Bereich der jeweils als Pumpe betriebenen Hydraulikmaschine gefördertem Hydraulikfluidvolumen, zu dem im Bereich der jeweils als Motor betriebenen Hydraulikmaschine aufgenommenem Schluckvolumen ist die gewünschte stufenlose Verstellung der Übersetzung und auch eine Modulation der im Bereich der Abtriebe zur Verfügung stellbaren Zugkräfte durchführbar, die auch über eine Veränderung der Drehzahlen der Antriebsmaschinen realisierbar ist. Um das Fördervolumen und das Schluckvolumen der Hydraulikmaschinen jeweils im gewünschten Umfang verändern zu können, werden die Hydraulikmaschinen bzw. Achsen der Hydraulikmaschinen zum Variieren des Kolbenhubes verschränkt.
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Üblicherweise sind im Bereich der stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe mehrere Übersetzungsbereiche durch Zu- und Abschalten verschiedener mechanischer Leistungspfade im Getriebe darstellbar, innerhalb welchen die Übersetzungen der Getriebe durch Verstellen der Hubvolumina der Hydraulikmaschinen hydraulischer Variatoren im Bereich hydraulischer Leistungspfade stufenlos veränderbar sind. Ein Drehmoment einer Antriebsmaschine ist über eine Leistungsverzweigungseinheit eines solchen Getriebes zum Teil über einen hydraulischen Leistungspfad und zum anderen Teil über einen aktuell zur Darstellung des eingelegten Übersetzungsbereiches zugeschalteten mechanischen Leistungspfad in Richtung des Abtriebs führbar.
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Insbesondere während Anfahrvorgängen von mit den vorbeschriebenen Fahrzeugantriebssträngen ausgeführten Fahrzeugen aus einem Fahrzeugstillstand heraus sind im Bereich eines Abtriebes hohe Zugkräfte zur Verfügung zu stellen, um ein solches Fahrzeug in gewünschtem Umfang anfahren zu können. Da ein angefordertes Zugkraftangebot im Bereich eines Abtriebes nur durch ein entsprechend hohes Antriebsmoment der Antriebsmaschine zur Verfügung stellbar ist, sind auch die Belastungen im Bereich eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes entsprechend hoch.
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Nachteilhafterweise sind die über den hydraulischen Leistungspfad führbaren Drehmomente durch die im Bereich der Hydrostateinheit maximal möglichen Druckbelastungen limitiert, weshalb das im Bereich eines Abtriebs angeforderte anzulegende Antriebsmoment unter Umständen nicht im angeforderten Umfang zur Verfügung stellbar ist.
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Aus der
EP 1 835 201 B1 sind ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit einem Hydrostatgetriebe und ein Verfahren zum Betrieb eines hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebes mit einem Hydrostatgetriebe bekannt, mittels welchen zumindest für kurze Zeitintervalle bzw. während sogenannter Hochdruckphasen ein wesentlich höherer Druck im Bereich des Hydrostatgetriebes einstellbar ist, als der Druck, der bei einer Dauerbelastung des Hydrostatgetriebes als Maximaldruck zugrunde gelegt wird. Nach jeder Hochdruckphase ist eine Erholungsphase vorgesehen, während der der Betriebsdruck niedriger als der Maximaldruck oder gleich dem Maximaldruck ist.
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Problematisch dabei ist jedoch, dass selbst kurzfristige Erhöhungen des Druckes im Bereich eines Hydrostatgetriebes oberhalb des Maximaldruckes eine Standfestigkeit eines Hydrostatgetriebes beeinträchtigen und Betriebskosten solcher hydrostatisch-mechanischer Leistungsverzweigungsgetriebe aufgrund kürzerer Wartungsintervalle und zu erwartender Reparaturen unerwünscht hoch sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine, mit einem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe und mit einem Abtrieb zur Verfügung zu stellen, mittels welchem im Bereich eines Abtriebs zumindest kurzfristig ein gewünschtes Zugkraftangebot darstellbar ist, ohne eine Standfestigkeit eines stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes zu beeinträchtigen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine, mit einem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe und mit einem Abtrieb, wobei im Bereich des Getriebes mehrere Übersetzungsbereiche durch Zu- und Abschalten verschiedener mechanischer Leistungspfade im Getriebe darstellbar sind, innerhalb welchen eine Übersetzung des Getriebes durch Verstellen der Hubvolumina von Hydraulikmaschinen eines hydraulischen Variators eines hydraulischen Leistungspfades stufenlos veränderbar ist, ist ein Drehmoment der Antriebsmaschine über eine Leistungsverzweigungseinheit zum Teil über den hydraulischen Leistungspfad und zum anderen Teil über einen aktuell zur Darstellung des eingelegten Übersetzungsbereiches zugeschalteten mechanischen Leistungspfad in Richtung des Abtriebs führbar.
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Erfindungsgemäß wird bei Vorliegen einer Anforderung eines Drehmomentes im Bereich des Abtriebs, zu dessen Darstellung im Bereich des Variators unzulässig hohe Belastung auftreten, neben dem aktuell zugeschalteten mechanischen Leistungspfad wenigstens ein hierzu paralleler weiterer mechanischer Leistungspfad über ein Schaltelement mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges zumindest teilweise zugeschaltet, um einen Teil des Drehmomentes der Antriebsmaschine über den weiteren mechanischen Leistungspfad in Richtung des Abtriebs weiterzuleiten.
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Über die erfindungsgemäße Vorgehensweise besteht auf einfache und kostengünstige Art und Weise die Möglichkeit, im Bereich des Abtriebs insbesondere während eines Anfahrvorganges eines Fahrzeuges im Vergleich zu herkömmlich betriebenen Fahrzeugantriebssträngen eine höhere Zugkraft anlegen zu können, ohne ein Drucklimit im Bereich des hydrostatischen Variators zu überschreiten. Damit ist ein höheres Antriebsmoment der Antriebsmaschine in Richtung des Abtriebs über das stufenlos leistungsverzweigte Getriebe führbar, ohne den hydraulischen Variator hierfür in unzulässig hohen Druckbereichen betreiben zu müssen und eine Standfestigkeit des hydraulischen Variators zu beeinträchtigen sowie eine Funktionsweise des Variators nachteilig zu beeinflussen.
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Fahrzeugantriebsstränge, bei welchen im Bereich des Abtriebs hohe Anfahrzugkräfte darzustellen sind, sind mit geringem Aufwand mit stufenlosen leistungsverzweigten Getrieben ausführbar, da innerhalb der Leistungsgrenze des Schaltelementes beispielsweise eine bis zu 40 % höhere Anfahrzugkraft im Bereich des Abtriebs darstellbar ist, wenn ein Fahrzeugantriebsstrang erfindungsgemäß betrieben wird.
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Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes bei einer Drehzahl des Abtriebs kleiner als eine Drehzahlschwelle angehoben. Dieser Variante des Verfahrens liegt die Kenntnis zugrunde, dass die über ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe führbare Zugkraft bei zwei parallel zueinander vorgesehenen mechanischen Leistungspfaden nur in einem definierten Drehzahlbereich im vorbeschriebenen Umfang nutzbar ist und außerhalb des Drehzahlbereiches das im Bereich anlegbare Drehmoment durch den weiteren zumindest teilweise zugeschalteten parallelen mechanischen Leistungspfad aufgrund von erzeugten Verspannungsmomenten im Bereich des Getriebes eher reduziert wird und daher zu einer zusätzlichen Belastung des hydraulischen Variators in unerwünschtem Umfang führt.
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Wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes beim Erreichen der Drehzahlschwelle reduziert, wird ein unerwünschtes Absenken des im Bereich des Abtriebs darstellbaren Drehmomentes bei gleichzeitig geringem Steuer- und Regelaufwand vermieden.
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Um im Bereich des Abtriebs ein angefordertes Drehmoment in gewünschtem Umfang darstellen zu können, ohne dabei den hydraulischen Variator unzulässig hohen Belastungen auszusetzen, wird das Drehmoment der Antriebsmaschine bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes und des im Bereich des Abtriebs anzulegenden Drehmomentes eingestellt.
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Ist das Schaltelement als reibschlüssige Kupplung ausgeführt und wird dieses zum Übertragen von Drehmoment in einen definierten Schlupfbetrieb überführt, ist der weitere mechanische Leistungspfad auf konstruktiv einfache Art und Weise und mit geringem Steuer- und Regelaufwand in gewünschtem Umfang zuschaltbar und ein angefordertes Drehmoment im Bereich des Abtriebs im erforderlichen Umfang anlegbar, ohne unzulässige Belastungen im Bereich des hydraulischen Variators zu erzeugen.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen 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.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
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1 eine schematisierte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine, mit einem stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe und mit einem Abtrieb;
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2 eine 1 entsprechende Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugantriebsstranges; und
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3 eine Gegenüberstellung zweier Zugkraftverläufe im Bereich des Abtriebs des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1 bzw. gemäß 2 über der Fahrzeuggeschwindigkeit, die sich bei herkömmlichem Betrieb bzw. bei erfindungsgemäßem Betrieb der Fahrzeugantriebsstränge einstellen.
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1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges 1 mit einer Antriebseinrichtung 2 und mit einem damit koppelbaren stufenlosen leistungsverzweigten Getriebe 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.
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Zwischen der Antriebsmaschine 2 und dem Getriebe 3 ist vorliegend ein Wendegetriebe 4 vorgesehen, das 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 das Getriebe 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 das Getriebe 3 eingeleitet und ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug in Rückwärtsfahrtrichtung betrieben.
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Eine Welle 7 des Getriebes 3 ist mit einem Abtrieb 8 des Fahrzeugantriebsstranges 1 wirkverbunden, über den eine antreibbare Fahrzeugachse 9 mit Drehmoment beaufschlagbar ist. Im Bereich des stufenlosen leistungsverzweigten Getriebes 3 sind durch Zu- und Abschalten verschiedener mechanischer Leistungspfade im Getriebe 3 mehrere Übersetzungsbereiche einstellbar, innerhalb welchen wiederum die Übersetzung des Getriebes 3 durch Verstellen der Hubvolumina von Hydraulikmaschinen 23, 28 eines hydraulischen Variators 24 eines hydraulischen Leistungspfades stufenlos veränderbar ist.
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Anstelle des Wendegetriebes 4 kann der Fahrzeugantriebsstrang 1 im Bereich zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Getriebe 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 des Getriebes 3 darstellbar sein kann.
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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 des Getriebes 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 das Getriebe 3 weitergeleitet, sobald der Kraftfluss zumindest teilweise hergestellt ist.
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Eine Getriebeeingangswelle 10 des Getriebes 3 ist mit der Antriebseinrichtung 2 drehfest verbunden. 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 einer als Planetenradsatz ausgeführten Leistungsverzweigungseinheit drehfest gekoppelt ist. In geschlossenem Betriebszustand des reibschlüssigen Schaltelementes 6 treibt die Getriebeeingangswelle 10 über ein Losrad 17 das Losrad 15 an.
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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 Hydraulikmaschine 23 einer Hydrostateinheit 24 drehfest verbunden. Das Hohlrad 21 ist über ein Festrad 25 und ein Festrad 26 mit einer Welle 27 einer zweiten Hydraulikmaschine 28 der Hydrostateinheit 24 wirkverbunden.
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Die Welle 7 des Getriebes 3 ist über ein koaxial zur Welle 7 angeordnetes reibschlüssiges Schaltelement 29 für den ersten Übersetzungsbereich des Getriebes 3, ein Losrad 30 und ein Festrad 31 mit der zweiten Welle 27 des Variators 24 bzw. der Hydrostateinheit verbindbar, wobei die letztbeschriebene Räderkette mit dem Festrad 26 und dem damit kämmenden Festrad 25 sowie dem Hohlrad 21 den ersten mechanischen Leistungspfad im Getriebe 3 darstellt. Des Weiteren ist die Welle 7 über ein Festrad 32, ein Festrad 33 und ein weiteres reibschlüssiges Schaltelement 34 für den zweiten Übersetzungsbereich des Getriebes 3 sowie ein Losrad 35 und ein Festrad 36 mit dem zweiten Sonnenrad 20 koppelbar, wobei diese Räderkette dem zweiten mechanischen Leistungspfad des Getriebes 3 entspricht.
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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 36A einer Getriebeausgangswelle 37, die wiederum mit der antreibbaren Fahrzeugachse 9 bzw. mit mehreren antreibbaren Fahrzeugachsen 9 des Fahrzeugantriebsstranges 1 verbindbar ist.
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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 des Getriebes 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.
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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.
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Grundsätzlich wird bei dem in 1 dargestellten Getriebe 3 ein Drehmoment der Antriebsmaschine 2 über die Leistungsverzweigungseinheit 41 zum Teil über den aktuell zur Darstellung des eingelegten ersten oder zweiten Übersetzungsbereiches zugeschalteten mechanischen Leistungspfades und zum anderen Teil über einen hydraulischen Leistungspfad des Getriebes 3 in Richtung des Abtriebs 8 geführt. Dabei umfasst der hydraulische Leistungspfad das erste Sonnenrad 19, die erste Welle 22 des Variators 24, den Variator 24 und die zweite Welle 27 des Variators 24.
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Um einen Anfahrvorgang ausgehend von einem Fahrzeugstillstand und dem Neutralbetriebszustand des Getriebes 3 innerhalb kurzer Betriebszeiten und im Wesentlichen verzögerungsfrei darstellen zu können, wird das Schaltelement 29 des ersten Übersetzungsbereiches des Getriebes 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 Hydraulikmaschinen 23 und 28 über ein verstellbares Joch 38 derart verstellt, dass im Bereich der Getriebeeinrichtung die gewünschte Anfahrübersetzung eingestellt ist. Dabei wird die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 5 oder 6 während dem Einstellen der Anfahrübersetzung des Getriebes 3 auf Werte größer als null eingestellt, um ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 1 ausgeführtes Fahrzeug bereits während des Schließvorganges des reibschlüssigen Schaltelementes 5 oder 6 anfahren zu können.
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Während eines solchen Anfahrvorganges des Fahrzeugantriebsstranges 1 befindet sich dieser im Zugbetrieb, zu dem die erste Hydraulikmaschine 23 als Pumpe und die zweite Hydraulikmaschine 28 als Motor betrieben werden. Durch eine nachfolgend näher beschriebene Betätigung des Jochs 38 werden Achsen 39, 40 der Hydraulikmaschinen 23 und 28 zum Beschleunigen des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges derart verstellt, dass die Übersetzung des Getriebes 3 verkleinert wird und eine Abtriebsgeschwindigkeit zunimmt. Mit zunehmendem Verschwenkwinkel der Achsen 39 und 40 in Richtung eines maximalen Verschwenkwinkels, der vorliegend etwa 44° ist, und bei anhaltender fahrerseitiger Anforderung für eine weitere Beschleunigung des Fahrzeuges bzw. eine weitere Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit ist für eine weitere stufenlose Veränderung der Übersetzung des Getriebes 3 im Bereich des Getriebes 3 der zweite Übersetzungsbereich einzulegen. Hierfür ist das Schaltelement 29 abzuschalten und das weitere reibschlüssige Schaltelement 34 in seinen geschlossenen Betriebszustand zu überführen. Zu einem definierten Schwenkwinkel der Achsen 39 und 40 befinden sich die reibschlüssigen Schaltelemente 29 und 34 im Wesentlichen gleichzeitig in einem synchronen Betriebszustand, womit der Wechsel zwischen dem ersten Übersetzungsbereich und dem zweiten Übersetzungsbereich im Wesentlichen zugkraftunterbrechungsfrei darstellbar ist.
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Ist in dem Getriebe 3 der zweite Übersetzungsbereich eingelegt, zu dem das reibschlüssige Schaltelement 34 geschlossen und das reibschlüssige Schaltelement 29 geöffnet ist, wird die erste Hydraulikmaschine 23 als Motor und die zweite Hydraulikmaschine 28 als Pumpe betrieben. Die beiden Achsen 39 und 40 der Hydraulikmaschinen 23 und 28 werden über das Joch 38 gemeinsam ausgehend von der aktuellen Schwenklage, d. h. dem maximalen Schwenkwinkel, zurück in Richtung der Ausgangslage zu Beginn des Anfahrvorganges zurückverschwenkt, wobei durch die Verschwenkung der Hydrostateinheit 34 der komplette Übersetzungsbereich des zweiten Übersetzungsbereiches durchfahren wird. Dies führt dazu, dass die Geschwindigkeit des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges weiter ansteigt, bis die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird.
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2 zeigt eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges 1, der im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Fahrzeugantriebsstrang gemäß 1 aufweist. Im Bereich des Getriebes 3 gemäß 2 ist neben den beiden in vorbeschriebener Art und Weise zuschaltbaren Übersetzungsbereichen über ein weiteres reibschlüssiges Schaltelement 42 ein zusätzlicher mechanischer Leistungspfad und somit ein dritter Übersetzungsbereich zuschaltbar bzw. einlegbar, innerhalb welchem wiederum über den Variator 24 die Übersetzung des Getriebes 3 stufenlos veränderbar ist. Hierfür umfasst das Getriebe 3 gemäß 2 eine weitere Welle 43 und ein damit drehfest verbundenes Festrad 44, das mit dem Festrad 36A der Getriebeausgangswelle 37 kämmt. Auf der weiteren Welle 43 ist ein Losrad 45 drehbar gelagert, das über das weitere reibschlüssige Schaltelement 42 drehfest mit der weiteren Welle 43 verbindbar ist und mit einem weiteren Festrad 46 der zweiten Welle 27 des Variators 24 kämmt. Damit wird in geschlossenem Betriebszustand des weiteren reibschlüssigen Schaltelementes 42 ein Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 ausgehend vom Planetenradsatz 41 über die Zahnradpaarung 25 und 26 und die Welle 27 auf das Festrad 46 und von dort über das Losrad 45 und das Festrad 44 der weiteren Welle 43 in Richtung der Getriebeausgangswelle 37 geführt, während der andere Teil über den hydraulischen Leistungspfad des Getriebes 3 ausgehend vom Planetenradsatz 41 in Richtung der Getriebeausgangswelle 37 geführt wird.
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Das Losrad 30 des Getriebes 3 gemäß 1 ist bei dem Getriebe 3 gemäß 2 als Festrad und das Festrad 32 des Getriebes 3 gemäß 1 ist bei der Ausführungsform des Getriebes 3 gemäß 2 als Losrad ausgebildet und über das Schaltelement 29 mit der Welle 7 drehfest verbindbar.
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In 3 sind zwei Zugkraftverläufe im Bereich des Abtriebs 8 über der Fahrzeuggeschwindigkeit eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 1 oder gemäß 2 ausgeführten Fahrzeuges dargestellt. Dabei stellt sich der Zugkraftverlauf m8a während eines herkömmlich durchgeführten Anfahrvorganges des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 1 bzw. 2 ein. Der Zugkraftverlauf m8n stellt sich dann ein, wenn der Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 1 bzw. gemäß 2 in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise während eines Anfahrvorganges betätigt wird.
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Bei Vorliegen einer Anforderung für einen Anfahrvorgang eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang gemäß 1 bzw. 2 ausgeführten Fahrzeuges ausgehend von einem Fahrzeugstillstand, zu dem eine Fahrzeuggeschwindigkeit v im Wesentlichen gleich null ist, wird in der vorbeschriebenen Art und Weise im Bereich des Getriebes 3 die Anfahrübersetzung eingelegt. Hierfür wird das reibschlüssige Schaltelement 29 in seinen geschlossenen Betriebszustand überführt und gleichzeitig das reibschlüssige Schaltelement 5 oder 6 in Abhängigkeit der ausgewählten Fahrtrichtung entsprechend geschlossen. Im Bereich des Variators 24 wird der zur Anfahrübersetzung äquivalente Verschwenkwinkel eingestellt.
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Bei herkömmlicher Betriebsweise des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 1 bzw. 2 wird bei Vorliegen einer Anforderung zum Anlegen eines definierten Drehmomentes im Bereich des Abtriebs 8, dessen Darstellung im Bereich des Variators 24 unzulässig hohe Belastungen verursacht, der Druck im Bereich des Variators 24 auf einen maximalen Druckwert begrenzt, um eine Standfestigkeit und auch eine Funktionsweise des Variators 24 beeinträchtigende Belastungen im Bereich des Variators 24 zu vermeiden. Da in Abhängigkeit der konstruktiven Ausführung des Getriebes 3 insbesondere im Bereich des Planetenradsatzes 41 das Verhältnis zwischen dem Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2, der über den hydraulischen Leistungspfad des Getriebes 3 geführt wird, und dem anderen Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2, der während eines Anfahrvorganges über den über das reibschlüssige Schaltelement 29 zugeschalteten mechanischen Leistungspfad geführt wird, festgelegt ist, ist das im Bereich des Abtriebs angeforderte anzulegende Abtriebsmoment durch die Druckbegrenzung im Bereich des Variators 24 nicht in angefordertem Umfang darstellbar. Das bedeutet, dass eine oberhalb des Zugkraftverlaufes m8a liegende angeforderte Zugkraft bei herkömmlicher Betriebsweise des Fahrzeugantriebsstranges im Bereich des Abtriebs nicht darstellbar ist.
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Um dennoch im Bereich des Abtriebs 8 ein oberhalb des Zugkraftverlaufes m8a im Bereich des Abtriebs 8 angefordertes Zugkraftangebot zur Verfügung stellen zu können und gleichzeitig den hydraulischen Variator 24 dabei nicht unzulässig hoch zu belasten, wird bei Vorliegen einer solchen Anforderung neben dem aktuell über das reibschlüssige Schaltelement 29 zugeschalteten mechanischen Leistungspfad der hierzu parallele weitere mechanische Leistungspfad über das reibschlüssige Schaltelement 34, das vorliegend als eine reibschlüssige Schaltkupplung ausgeführt ist und deren Übertragungsfähigkeit stufenlos variierbar ist, zumindest teilweise in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 1 bzw. 2 zugeschaltet, wobei dann ein Teil des Drehmomentes der Antriebsmaschine 2 über den zweiten mechanischen Leistungspfad in Richtung des Abtriebs 8 weiterleitbar ist.
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Letztbeschriebene Vorgehensweise führt dazu, dass das im Bereich des Abtriebs 8 darstellbare Zugkraftangebot einen in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v entsprechenden Zugkraftverlauf m8n aufweist, der insbesondere in einem Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 und 0,5 km/h um etwa 40 % oberhalb des Zugkraftverlaufes m8a liegt, der ohne zusätzliches Betätigen des weiteren reibschlüssigen Schaltelementes 34 erreichbar ist.
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Hierfür wird die Übertragungsfähigkeit des weiteren reibschlüssigen Schaltelementes 34 derart angehoben, dass das reibschlüssige Schaltelement 34 in einen definierten Schlupfbetrieb übergeht und das von der Antriebsmaschine 2 zur Verfügung gestellte Antriebsmoment zu einem Teil über den hydraulischen Leistungspfad, ein weiterer Teil über dem Schaltelement 29 vollständig zugeschaltetem erstem mechanischem Leistungspfad und der verbleibende Teil über den durch das schlupfend betriebene Schaltelement 34 zusätzlich teilweise zugeschalteten zweiten mechanischen Leistungspfad in Richtung des Abtriebs 8 geführt wird.
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Da nunmehr ein Teil des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 über den zweiten mechanischen Leistungspfad in Richtung des Abtriebs 8 führbar ist, ist im Bereich des Abtriebs 8 ein höheres Abtriebsmoment bei gleichzeitig zulässiger Belastung des hydraulischen Variators 24 darstellbar. Übersteigt die Fahrzeuggeschwindigkeit v eine Drehzahlschwelle, die vorliegend in etwa 0,5 km/h entspricht, fällt das im Bereich des Abtriebs 8 darstellbare Zugkraftangebot in der in 3 dargestellten Art und Weise im Zugkraftverlauf m8n entsprechend ab und unterschreitet bei dem in 3 dargestellten Beispiel den Zugkraftverlauf m8a ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 1,1 km/h. Dies ist dadurch begründet, dass mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit die durch das Zuschalten des zweiten mechanischen Leistungspfades im Bereich des weiteren reibschlüssigen Schaltelementes 34 verursachten Leistungsverluste überwiegen und der durch das Zuschalten des weiteren reibschlüssigen Schaltelementes 34 unterhalb der Drehzahlschwelle erreichte und im Bereich des Abtriebs höhere darstellbare Leistungsumfang dann nicht mehr zur Verfügung steht.
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In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anmeldungsfalles besteht die Möglichkeit, dass das Getriebe 3 im Bereich der Leistungsverzweigungseinheit 41 mit weiteren Wellen ausgeführt ist, die in der vorbeschriebenen Art und Weise über weitere Schaltelemente mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit parallel zum ersten mechanischen Leistungspfad zumindest teilweise in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 zuschaltbar sind und über die dann Teile des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine 2 in Richtung des Abtriebs 8 in der vorstehend näher erläuterten Art und Weise führbar sind, um ein angefordertes Zugkraftangebot im Bereich des Abtriebs 8 darstellen zu können, ohne unzulässig hohe Belastungen im Bereich des Variators 24 zu erzeugen.
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Vorbeschriebene Vorgehensweise zur Erhöhung des Zugkraftangebotes im Bereich des Abtriebs 8 ist auch während einer aktivierten Inchfunktion anwendbar, während der die Drehzahl der Antriebseinrichtung aufgrund einer fahrerseitigen Leistungsanforderung größer als eine Drehzahlschwelle ist, und ein am Abtrieb anliegendes Drehmoment durch gleichzeitiges fahrerseitiges Betätigen einer Betriebsgrenze begrenzt wird, um eine vorzugsweise für einen Antrieb eines Nebenabtriebs gewünschte hohe Antriebsdrehzahl der Antriebseinrichtung zur Verfügung stellen zu können und gleichzeitig die über das Bremspedal angeforderte Zugkraftmodulation umzusetzen sowie die Zugkraft im Bereich des Abtriebs 8 auf das angeforderte Niveau einstellen zu können, ohne den Variator 24 unzulässig hoch zu belasten.
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Bezugszeichenliste
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- 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
- Doppelplanetenräder
- 19
- erstes Sonnenrad
- 20
- zweites Sonnenrad
- 21
- Hohlrad
- 22
- Welle
- 23
- erste Hydraulikmaschine
- 24
- Hydrostateinheit
- 25
- Festrad
- 26
- Festrad
- 27
- Welle
- 28
- zweite Hydraulikmaschine
- 29
- reibschlüssiges Schaltelement
- 30
- Losrad
- 31
- Festrad
- 32
- Festrad
- 33
- Festrad
- 34
- reibschlüssiges Schaltelement
- 35
- Losrad
- 36
- Festrad
- 36A
- Festrad
- 37
- Getriebeausgangswelle
- 38
- verstellbares Joch
- 39, 40
- Achse
- 41
- Leistungsverzweigungseinheit, Planetenradsatz
- 42
- reibschlüssiges Schaltelement
- 43
- weitere Welle
- 44
- Festrad
- 45
- Losrad
- m8n, m8a
- Zugkraftverlauf
- v
- Fahrzeuggeschwindigkeit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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