DE102015225527A1

DE102015225527A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe mit sekundärer Kopplung

Info

Publication number: DE102015225527A1
Application number: DE102015225527.1A
Authority: DE
Inventors: Jan-Frederik Kuhn; Marcus Hiemer; Stephan Schinacher; Sven Bieber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN106895140A; US20170174217A1; CN106895140B; US10011280B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges (1) mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe (3) mit sekundärer Kopplung beschrieben. Ein im Bereich eines Abtriebs (4) anliegendes Drehmoment ist in geöffnetem Betriebszustand von Wendekupplungen eines Wendegetriebes (5) über ein Bereichsgetriebe (7) im Bereich eines Variators (8) abstützbar. Bei Vorliegen einer Anforderung zum Trennen des Kraftflusses zwischen einer Antriebsmaschine (2) und dem Abtrieb (4) wird überprüft, ob sich ein Fahrzeug in einer Hanglage befindet, wobei der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine (2) und dem Getriebe (3) bei positivem Abfrageergebnis spätestens bei Erreichen einer Drehzahl des Abtriebs (4) gleich null durch Öffnen der Wendekupplungen getrennt wird, während die Wirkverbindung zwischen dem Abtrieb (4) und dem Variator (8) über das Bereichsgetriebe (7) aufrecht erhalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe mit sekundärer Kopplung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Mobile Arbeitsmaschinen werden auch in Arbeitsumgebungen eingesetzt, die von starken Steigungen und starkem Gefälle geprägt sind. Dabei werden Transportfahrzeuge durch mobile Arbeitsmaschinen beispielsweise auch am Hang beladen. Die Beladung von Transportfahrzeugen wird meist mittels Radladern durchgeführt, die hierfür eine entsprechende Arbeitshydraulik aufweisen. Während des Beladevorganges ist beispielsweise eine mit Ladegut befüllte Schaufel anzuheben, um einen auf einem gewissen Höhenniveau befindlichen und Ladegut aufnehmenden Ladebehälter eines Transportfahrzeuges zu erreichen. Das Beladen geht einher mit ständigen Fahrrichtungswechseln bei gleichzeitig kleinen Fahrgeschwindigkeiten, um jeweils die optimale Abladeposition für den Radlader zu erreichen.
Eine Fahrrichtungsvorgabe erfolgt bei mobilen Arbeitsmaschinen häufig mit Hilfe eines sogenannten Lenkstockschalters, der wenigstens drei Rasterstellungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt sowie für einen sogenannten Neutralbetriebszustand des Fahrzeugantriebsstranges einer solchen Arbeitsmaschine aufweist. Bei angefordertem Neutralbetriebszustand wird der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb einer mobilen Arbeitsmaschine getrennt.
In der Regel ist die mit dem Neutralbetriebszustand korrespondierende Rasterstellung zwischen den Rasterstellungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt vorgesehen. Dies hat zur Folge, dass eine Betätigung des Lenkstockschalters ausgehend von der Rasterstellung für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt in Richtung der Rasterstellung für Rückwärts- bzw. Vorwärtsfahrt die Rasterstellung eines Lenkstockschalters für den Neutralbetriebszustand überfahren wird. Unterhalb einer definierten Betätigungsgeschwindigkeit des Lenkstockschalters und einer daraus resultierenden zu langen Verweilzeit des Lenkschalters in der Rasterstellung für den Neutralbetriebszustand kommandiert der Fahrer gewollt oder ungewollt eine Anforderung für den Neutralbetriebszustand in Richtung eines Getriebes des Fahrzeugantriebsstranges einer mobilen Arbeitsmaschine und der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb einer mobilen Arbeitsmaschine wird durch entsprechende Betätigung des Getriebes im Bereich des Getriebes getrennt.
Ergeht eine solche Neutralanfrage bzw. eine Anforderung zum Einstellen des Neutralbetriebszustandes eines Fahrzeugantriebsstranges einer mobilen Arbeitsmaschine bei Vorliegen einer Hanglage einer Arbeitsmaschine, rollt das Fahrzeug bzw. die mobile Arbeitsmaschine gegebenenfalls weg, was bei angehobener Arbeitshydraulik mit gefüllter Schaufel die Arbeitsleistung einer mobilen Arbeitsmaschine einschränkt und daher unerwünscht ist.
Aus der DE 10 2013 200 392 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine, mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe und mit einem Abtrieb bekannt. Das Getriebe besteht aus einem Wendegetriebe, einem Planetengetriebe sowie einem Bereichsgetriebe. Das Wendegetriebe umfasst Wendekupplungen, mit denen die Drehrichtung des Getriebes geschaltet wird und die gemeinsam mit den Bereichskupplungen den Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb herstellen. Im Bereich des Planetengetriebes wird der Kraftfluss bzw. der Leistungsfluss von der Antriebsmaschine in einen mechanischen und einen hydrostatischen Leistungsanteil aufgeteilt. Über das Bereichsgetriebe ist die maximale Abtriebsdrehzahl erhöhbar und der Leistungsfluss zwischen dem Variator und dem Abtrieb sowie zwischen dem Abtrieb und dem Wendegetriebe hergestellt.
Bei Vorliegen einer Anforderung zur Darstellung des Neutralbetriebszustandes werden sowohl die Wendekupplungen des Wendegetriebes als auch Schaltelemente des Bereichsgetriebes in den geöffneten Betriebszustand überführt, um den Kraftfluss im Bereich zwischen der Antriebsmaschine und dem Getriebeeingang und auch zwischen dem Variator und dem Abtrieb zu trennen.
Diese Vorgehensweise führt jedoch nachteilhafter Weise dazu, dass eine mit dem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe ausgeführte mobile Arbeitsmaschine in Hanglagen insbesondere bei Vorliegen einer ungewollten Anforderung zum Einlegen des Neutralbetriebszustandes in unerwünschtem Umfang wegrollt, wenn der Fahrer nicht gleichzeitig eine Betriebsbremse der Arbeitsmaschine betätigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe zur Verfügung zu stellen, mittels welchem ein unerwünschtes Wegrollen während eines Fahrtrichtungswechsels in Hanglage vermieden wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit dem Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe mit sekundärer Kopplung, das ein Wendegetriebe, ein Planetengetriebe, ein Bereichsgetriebe und einen Variator umfasst, ist über die Wendekupplungen des Wendegetriebes die Drehrichtung des Getriebes einstellbar und ein Kraftfluss zwischen dem Getriebe und einer Antriebsmaschine herstellbar. Im Planetengetriebe ist ein von der Antriebsmaschine zur Verfügung stehendes Drehmoment über einen ersten Leistungspfad und einen den Variator aufweisenden zweiten Leistungspfad sowie über Schaltelemente des Bereichsgetriebes im Bereich eines mit dem Getriebe verbundenen Abtriebs des Fahrzeugantriebsstranges anlegbar. Ein im Bereich des Abtriebs anliegendes Drehmoment ist in geöffnetem Betriebszustand der Wendekupplungen des Wendegetriebes über das Bereichsgetriebe im Bereich des Variators abstützbar, wenn im Bereichsgetriebe über Bereichskupplungen der Kraftfluss zwischen dem Abtrieb und dem Variator hergestellt ist.
Erfindungsgemäß wird bei Vorliegen einer Anforderung zum Trennen des Kraftflusses im Fahrzeugantriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb überprüft, ob ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführtes Fahrzeug sich in einer Hanglage befindet. Bei positivem Abfrageergebnis wird der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Getriebe spätestens bei Erreichen einer Drehzahl des Abtriebs gleich null durch Öffnen der Wendekupplungen getrennt, während die Wirkverbindung zwischen dem Abtrieb und dem Variator über das Bereichsgetriebe aufrecht erhalten wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird auf einfache Art und Weise ein Wegrollen einer mit dem vorbeschriebenen Fahrzeugantriebsstrang ausgeführten mobilen Arbeitsmaschine bei erkannter Hanglage und gleichzeitig angefordertem Neutralbetriebszustand des Fahrzeugantriebsstranges bzw. des Getriebes bei gleichzeitig getrenntem Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb dadurch vermieden, dass die Antriebsmaschine im Bereich des Wendegetriebes vom Abtrieb entkoppelt wird und gleichzeitig eine den Abtrieb drehfest haltende Wirkverbindung zwischen dem Abtrieb und dem Variator durch entsprechende Betätigung des Bereichsgetriebes aufrecht erhalten wird.
Wird die Drehzahl des Abtriebs bei vorliegendem Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb bei positivem Abfrageergebnis bzw. bei ermittelter Hanglage einer mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführten mobilen Arbeitsmaschine durch Verstellen der Übersetzung des Variators in Richtung null geführt und bei einer Drehzahl des Abtriebs kleiner als ein definierter Schwellwert der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb durch Betätigen der Wendekupplungen des Wendegetriebes getrennt, während der Kraftfluss zwischen dem Variator und dem Abtrieb über das Bereichsgetriebe aufrecht erhalten wird, werden zunächst das Abbremsen des Abtriebs in Richtung des Fahrzeugstillstandes durch die nach wie vor mit dem Abtrieb wirkverbundene Antriebsmaschine unterstützt und unzulässige Drehzahlen im Bereich des Variators auf einfache Art und Weise vermieden.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Übersetzung des Variators solange verstellt, bis die Drehzahl des Abtriebs kleiner als der Schwellwert ist, womit ein Wegrollen einer mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführten und sich in Hanglage befindenden mobilen Arbeitsmaschine sicher vermieden wird.
Ist der Schwellwert der Drehzahl des Abtriebs wenigstens annährend gleich null, sind im Bereich des Variators auftretende Belastungen minimal.
Der Kraftfluss wird bei einer durch einen geringen Betätigungsaufwand gekennzeichneten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb bei positivem Abfrageergebnis durch Betätigen der Wendekupplungen des Wendegetriebes getrennt, während die Drehzahl des Abtriebs durch Verstellen der Übersetzung des Variators in Richtung null geführt und der Kraftfluss zwischen dem Variator und dem Abtrieb über das Bereichsgetriebe aufrecht erhalten wird.
Bei negativem Abfrageergebnis der Prüfung, ob ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführtes Fahrzeug sich in einer Hanglage befindet, wird bei einer den Variator in geringem Umfang belastenden weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb im Bereich des Wendegetriebes als auch der Kraftfluss zwischen dem Abtrieb und dem Variator im Bereich des Bereichsgetriebes getrennt.
Zur Bestimmung einer Hanglage werden bei einer weiteren einfach durchführbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens Signale eines Neigungssensors, wie eines Beschleunigungssensors, eines Drehratensensors oder Kombinationen dieser Sensoren ausgewertet.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmales sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet den erfindungsgemäßen Gegenstand weiter zu bilden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugantriebsstranges einer mobilen Arbeitsmaschine;
2 eine detailliertere Darstellung des Fahrzeugantriebstranges gemäß 1;
3 ein Blockschaltbild eines elektronischen Steuersystems des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1 bzw. 2;
4 eine Bockschaltbilddarstellung eines funktionalen Ablaufplanes während des Betätigung des Fahrzeugantriebsstranges gemäß 1 bzw. 2;
5 ein Flussdiagramm einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
6 ein Flussdiagramm einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine Bockschaltbilddarstellung eines Fahrzeugantriebsstranges 1 eines vorzugsweise als mobile Arbeitsmaschine ausgeführten Fahrzeuges mit einer Antriebsmaschine 2, einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe 3 mit sekundärer Kopplung und mit einem Abtrieb 4. Das Getriebe 3 umfasst ein Wendegetriebe 5, ein Planetengetriebe 6, ein Bereichsgetriebe 7 und einen Variator 8, der vorliegend als Hydrostat ausgeführt ist.
2 zeigt eine detailliertere Darstellung eines die in 1 gezeigte Struktur des Fahrzeugantriebsstranges 1 aufweisenden Fahrzeugantriebsstranges 1, wobei aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht, dass das Wendegetriebe 5 mit zwei als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildeten Wendekupplungen 5A, 5B ausgeführt ist. 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.
Die Wendekupplungen 5A und 5B des Wendegetriebes 5 sind jeweils als Fahrtrichtungskupplungen ausgeführt. Dabei wird eine Antriebsdrehbewegung der Antriebseinrichtung 2 bei geschlossenem reibschlüssigen Schaltelement 5A 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 5B geschlossen und gleichzeitig das reibschlüssige Schaltelement 5A 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.
Eine Welle 50 des Getriebes 3 ist mit dem Abtrieb 4 des Fahrzeugantriebsstranges 1 wirkverbunden, über den eine antreibbare Fahrzeugachse 9 mit Drehmoment beaufschlagbar ist. Im Bereich des stufenlos leistungsverzweigten Getriebes 3 sind durch Zu- und Abschalten verschiedener mechanischer Leistungspfade im Getriebe 3 mehrere Übersetzungsbereiche darstellbar, innerhalb welchen wiederum die Übersetzung des Getriebes 3 durch Verstellen der Hubvolumina von Hydraulikmaschinen 23, 28 des hydraulischen Variators 8 eines hydraulischen Leistungspfades des Getriebes 3 stufenlos veränderbar ist.
Ein Kraftfluss zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Abtrieb 4 ist im Bereich des reibschlüssigem Schaltelementes 5A oder des reibschlüssigem Schaltelementes 5B durch entsprechendes Einstellen der Übertragungsfähigkeit der Schaltelemente 5A, 5B 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 4 bzw. der antreibbaren Fahrzeugachse 9 über das Getriebe 3 weitergeleitet, sobald der Kraftfluss zumindest teilweise hergestellt ist.
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 5A und 5B an. Das reibschlüssige Schaltelement 5A ist koaxial zur Getriebeeingangswelle 10 angeordnet, während das reibschlüssige Schaltelement 5B bzw. die Fahrtrichtungskupplung für Rückwärtsfahrt auf der koaxial zur Getriebeeingangswelle 10 angeordneten Welle eines Nebenabtriebs 13 positioniert ist. In geschlossenem Betriebszustand des reibschlüssigen Schaltelementes 5A 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 des eine Leistungsverzweigungseinheit darstellenden Planetengetriebes 6 drehfest gekoppelt ist. In geschlossenem Betriebszustand des reibschlüssigen Schaltelementes 5B 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 Hydraulikmaschine 23 eines Variators 8 drehfest verbunden. Das Hohlrad 21 ist über ein Festrad 25 und ein Festrad 26 mit einer Welle 27 der zweiten Hydraulikmaschine 28 des Variators bzw. der Hydrostateinheit 8 wirkverbunden.
Die Welle 50 des Getriebes 3 ist über ein koaxial zur Welle 50 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 8 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 darstellt und Teil des Bereichsgetriebes 7 ist. Des Weiteren ist die Welle 50 über ein Festrad 32, ein Festrad 33 und ein weiteres reibschlüssiges Schaltelement 34 bzw. eine Bereichskupplung des Bereichsgetriebes 7 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.
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 50 vorgesehen. Zusätzlich kämmt das Festrad 32 sowohl mit dem Festrad als auch mit einem Festrad 36A einer Getriebeausgangswelle 37, die wiederum mit der antreibbaren Fahrzeugachse 51 bzw. mit mehreren antreibbaren Fahrzeugachsen 51 des Fahrzeugantriebsstranges 1 verbindbar ist.
Die Fahrtrichtungskupplungen 5A und 5B sind vorliegend als nasse Kupplungen ausgeführt, die nicht nur zum Herstellen des Kraftflusses zwischen der Antriebseinrichtung 2 und dem Abtrieb 4 vorgesehen sind, sondern gleichzeitig in vorbeschriebenem Umfang auch die Fahrtrichtung bestimmen. Entsprechend ihrer kapazitiven Auslegung sind die reibschlüssigen Schaltelemente 5A und 5B 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 Bereichskupplungen bzw. die Schaltelemente 29 und 34 geöffnet sind, eine Fahrtrichtung eingelegt und gleichzeitig ein Gaspedal zur Abgabe eines Geschwindigkeitswunsches betätigt wird. Die reibschlüssigen Schaltelemente 5A und 5B sind vorliegend derart ausgelegt, dass über sie auch ein Fahrtrichtungswechsel bzw. ein sogenannter Reversiervorgang ausgehend von höheren Fahrgeschwindigkeiten in Vorwärts- und 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 5A als auch die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 5B in entsprechendem Umfang eingestellt wird. Die beiden reibschlüssigen Schaltelemente 5A und 5B werden während des Reversiervorganges überwiegend schlupfend betrieben. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich null, werden die Übertragungsfähigkeiten der beiden Schaltelemente 5A und 5B derart eingestellt, dass das Fahrzeug entgegen der zuvor betriebenen Fahrtrichtung in entgegengesetzter Fahrtrichtung angefahren wird, bis die angeforderte Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird.
Grundsätzlich wird bei dem in 2 dargestellten Getriebe 3 ein Drehmoment der Antriebsmaschine 2 über die Leistungsverzweigungseinheit bzw. das Planetengetriebe 6 zum Teil über den aktuell zur Darstellung des eingelegten ersten oder zweiten Übersetzungsbereiches zugeschalteten mechanischen Leistungspfades des Bereichsgetriebes 7 und zum anderen Teil über den hydraulischen Leistungspfad des Getriebes 3 in Richtung des Abtriebs 4 geführt. Dabei umfasst der hydraulische Leistungspfad das erste Sonnenrad 19, die erste Welle 22 des Variators 8, den Variator 8 und die zweite Welle 27 des Variators 8.
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 bzw. die Bereichskupplung des ersten Übersetzungsbereiches des Getriebes 3 geschlossen und zusätzlich das Schaltelement 5A oder das Schaltelement 5B in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Fahrerwunsches für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt in seinen geschlossenen Betriebszustand überführt. Während dem Zuschalten des Schaltelementes 29 und des Schaltelementes 5A oder 5B werden die Hydraulikmaschinen 23 und 28 über ein verstellbares Joch 38 derart verstellt, dass im Bereich des Getriebes 3 die gewünschte Anfahrübersetzung eingestellt ist. Dabei wird die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Schaltelementes 5A oder 5B während dem Einstellen der Anfahrübersetzung des Getriebes 3 auf Werte größer als null eingestellt, um ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 2 ausgeführtes Fahrzeug bereits während des Schließvorganges des reibschlüssigen Schaltelementes 5A oder 5B anfahren zu können.
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.
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.
Das Getriebe 3 des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 1 bzw. gemäß 2 besitzt die Eigenschaft, dass bei geschlossenem Bereichsgetriebe 7, das heißt bei zugeschaltetem reibschlüssigem Schaltelement 29 oder 34, aber geöffnetem Wendegetriebe 4, das sich bei gleichzeitig geöffneten Schaltelementen 5A und 5B in geöffnetem Betriebszustand befindet, der Leistungsfluss zwischen der Antriebsmaschine 2 und dem Abtrieb 4 zwar unterbrochen wird, der Abtrieb 4 sich jedoch im Bereich des Variators 8 abstützen kann. Dabei erhöht sich der Druck zwischen einer Hochdruck- und einer Niederdruckölleitung des als Axialkolbenmaschine ausgebildeten Hydrostaten 8, wenn über die Welle 27 oder die Welle 22 des Variators 8 ein Abtriebsdrehmoment eingeprägt wird. Abgesehen von Leckagen des Variators 8 setzt sich bei einer solchen Kupplungsbeschaltung des Bereichsgetriebes 7 die Getriebeausgangswelle 37 bzw. eine damit wirkverbundene Abtriebswelle nicht in Bewegung, wenn ein Abtriebsmoment zum Beispiel durch ein am Hang stehendes Fahrzeug eingeprägt wird.
Die Beschaltung der Wendekupplungen 5A und 5B des Wendegetriebes 5 sowie der Bereichskupplungen 29 und 34 des Bereichsgetriebes 7 erfolgt durch Steuerströme, die von einem in 3 näher gezeigten elektronischen Steuergerät 60 in einem Mikrorechner 61, wie einen Mikrokontroller, DSP (Digitaler Signalprozessor), FPGA (Field Programmable Gate Array) und dergleichen, ermittelt werden. Der Mikrorechner 61 leitet Sollströme an Endstufen 62 weiter, die ihrerseits Aktoren schließen, welche den Zustand der Wendekupplungen 5A und 5B sowie der Bereichskupplungen 29 und 34 in einen geöffneten, in einen geschlossenen oder in einen schlupfenden Betriebszustand überführen. Zusätzlich wird im Bereich des Mikrorechners 61 ermittelt, in welche Lage der Variator bzw. die Hydrostateinheit 8 zu verschwenken ist. Damit kann die Drehgeschwindigkeit der Getriebeausgangswelle 37 bzw. einer damit verbundenen Abtriebswelle sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert werden.
4 zeigt einen funktionalen Ablaufplan für den Betrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 1 bzw. 2, über den in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise ein unerwünschtes Wegrollen einer mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten mobilen Arbeitsmaschine bei einer Anforderung zur Darstellung eines Neutralbetriebszustandes des Getriebes 3 bei gleichzeitig vorliegender Hanglage der mobilen Arbeitsmaschine vermieden wird.
Über ein Betätigungselement 65, wie einen Fahrschalter, einen Joystick, ein Dashboard oder dergleichen, besteht für einen Fahrer einer mobilen Arbeitsmaschine die Möglichkeit, eine Fahrerwunschvorgabe zur Darstellung eines Betriebszustandes des Fahrzeugantriebsstranges, wie eine Vorwärtsfahrt, eine Rückwärtsfahrt oder einen Neutralbetriebszustand anzufordern, wobei sowohl die Vorwärtsfahrt als auch die Rückwärtsfahrt mit verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten anforderbar ist.
Der über ein solches Bedienelement 65 abgegebene Fahrerwunsch wird mittels eines ersten Moduls 67 einer Steuersoftware 66 eingelesen. Anschließend werden die Umgebungsbedingungen der mobilen Arbeitsmaschine mittels eines Neigungssensors, wie eines Beschleunigungssensors, eines Drehratensensors oder einer Kombination dieser Sensoren, ermittelt. Dabei wird mittels eines zweiten Moduls 68 der Steuersoftware 66 bestimmt, ob sich die mobile Arbeitsmaschine beispielsweise in einer Hanglage befindet.
Befindet sich die mobile Arbeitsmaschine in einer Hanglage, so wird während eines weiteren Schrittes entschieden, ob bei Vorliegen einer Anforderung zur Darstellung eines Neutralbetriebszustandes nicht alle Kupplungen des Getriebes 3, also nicht alle Wende- und Bereichskupplungen 5A, 5B, 29, 34, geöffnet werden, sondern nur die Wendekupplungen 5A und 5B. Diese Entscheidung wird mittels eines dritten Moduls 69 getroffen. In Abhängigkeit der über das dritte Modul 69 getroffenen Entscheidung werden mittels eines vierten Moduls 70 der Steuersoftware 66 Steuerkommandos für die Wendekupplungen 5A, 5B, den Variator 8 sowie die Bereichskupplungen 29, 34 generiert.
5 zeigt ein Flussdiagramm einer ersten Variante der dem funktionalen Ablaufplan gemäß 4 zugrunde liegenden Vorgehensweise zur Vermeidung eines Wegrollens einer mobilen Arbeitsmaschine bei ermittelter Hanglage.
Während eines ersten Prüfschrittes S1 wird geprüft, ob eine fahrerseitige Wunschvorgabe zur Darstellung des Neutralbetriebszustandes des Getriebes 3 vorliegt. Bei negativem Abfrageergebnis des ersten Prüfschrittes S1 wird zu einem Funktionsblock F1 verzweigt und der Fahrzeugantriebsstrang 1 im aktuellen Betriebszustand belassen. Bei positivem Abfrageergebnis des Prüfschrittes S1 wird zu einem weiteren Prüfschritt S2 verzweigt, mittels welchem überprüft wird, ob sich die mobile Arbeitsmaschine in einer Hanglage befindet oder nicht. Bei negativem Abfrageergebnis des zweiten Prüfschrittes S2 wird zu einem zweiten Funktionsblock F2 verzweigt und es werden sowohl die Wendekupplungen 5A, 5B des Wendegetriebes 5 als auch die Bereichskupplungen 29, 34 des Bereichsgetriebes 7 des Getriebes 3 sofort geöffnet, womit der Fahrzeugantriebsstrang 1 im Neutralbetriebszustand vorliegt und die Antriebsmaschine 2 im Bereich des Wendegetriebes vom Abtrieb 4 getrennt ist. Zusätzlich ist auch der Abtrieb 4 über das geöffnete Bereichsgetriebe 7 vom Variator 8 entkoppelt und somit frei drehbar.
Im Unterschied hierzu wird bei positivem Abfrageergebnis des Prüfschrittes S2 zu einem dritten Funktionsblock F3 verzweigt und der Variator 8 verschwenkt bzw. dessen Übersetzung derart verstellt, dass eine Drehzahl des Abtriebs 4 in Richtung null geführt wird.
Aufgrund der während des dritten Funktionsblockes F3 durchgeführten Verstellung des Variators 8 wird zyklisch während eines dritten Prüfschrittes S3 überprüft, ob der Betrag der Drehzahl des Abtriebs 4 kleiner als ein definierter Schwellwert ist, der vorzugsweise im Wesentlichen wenigstens annährend gleich null ist. Bei negativem Abfrageergebnis des dritten Prüfschrittes S3 wird vor den dritten Funktionsblock F3 zurückverzweigt und der Variator 8 weiter verstellt. Wird während des dritten Prüfschrittes S3 hingegen ermittelt, sodass die Drehzahl des Abtriebs 4 kleiner als der definierte Schwellwert ist, wird zu einem vierten Funktionsblock F4 verzweigt und die Wendekupplungen 5A und 5B werden sofort geöffnet, während die Bereichskupplung 29 in geschlossenem Betriebszustand gehalten wird, um den Abtrieb 4 über den Variator 8 drehfest zu halten sowie ein unerwünschtes Wegrollen der mobilen Arbeitsmaschine in einer Hanglage sicher zu vermeiden.
6 zeigt ein Flussdiagramm einer zweiten Variante der zu 4 beschriebenen Vorgehensweise, die in identischem Umfang die beiden zu 5 beschriebenen Prüfschritte S1 und S2 sowie die während der beiden Funktionsblöcke F1 und F2 durchzuführenden Abläufe umfasst. Im Unterschied zu der zu 5 beschriebenen ersten Variante wird bei der zweiten Variante bei positivem Abfrageergebnis des zweiten Prüfschrittes S2 zu einem fünften Funktionsblock F5 verzweigt, über den die Wendekupplungen 5A und 5B sofort geöffnet werden, während die Bereichskupplung 29 in geschlossenem Betriebszustand gehalten wird. Zusätzlich wird die Drehzahl des Abtriebs 4 durch entsprechendes Verstellen bzw. Verschwenken des Variators 8 bereits während des Öffnungsvorganges der Wendekupplungen 5A und 5B in Richtung null geführt. Das bedeutet, dass bei der zweiten Variante gemäß 6 die Wendekupplungen 5A und 5B sofort geöffnet werden und erst daran anschließend wird der Variator 8 in die zur Darstellung des Fahrzeugstillstandes angeforderte Lage verschwenkt.
Die zu 5 beschriebene erste Variante der Vorgehensweise gemäß 4 weist gegenüber der zu 6 beschriebenen zweiten Variante den Vorteil auf, dass durch die bis zum Erreichen des Fahrzeugstillstandes mit dem Abtrieb gekoppelte Antriebsmaschine 2 auf einfache Art und Weise unzulässige Belastungen durch hohe Drehzahlen im Bereich des Variators 8 vermieden werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugantriebsstrang
2: Antriebsmaschine
3: Getriebe
4: Abtrieb
5: Wendegetriebe
5A, 5B: Wendekupplung
6: Planetengetriebe
7: Bereichsgetriebe
8: Variator, Hydrostateinheit
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
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
50: Welle
60: Steuergerät
61: Mikrorechner
62: Endstufe
65: Bedienelement
66: Steuersoftware
67: erstes Modul
68: zweites Modul
69: drittes Modul
S1–S3: Prüfschritt
F1–F5: Funktionsblock

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013200392 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges (1) mit einem stufenlos leistungsverzweigten Getriebe (3) mit sekundärer Kopplung, das ein Wendegetriebe (5), ein Planetengetriebe (6), ein Bereichsgetriebe (7) und einen Variator (8) umfasst, wobei über Wendekupplungen (5A, 5B) des Wendegetriebes (5) die Drehrichtung des Getriebes (3) einstellbar und ein Kraftfluss zwischen dem Getriebe (3) und einer Antriebsmaschine (2) herstellbar ist, während im Planetengetriebe (6) ein von der Antriebsmaschine (2) zur Verfügung stehendes Drehmoment über einen ersten Leistungspfad und einen den Variator (8) aufweisenden zweiten Leistungspfad sowie über Schaltelemente (29, 34) des Bereichsgetriebes (7) im Bereich eines mit dem Getriebe (3) verbundenen Abtriebs (4) des Fahrzeugantriebsstranges (1) anlegbar ist, und wobei ein im Bereich des Abtriebs (4) anliegendes Drehmoment in geöffnetem Betriebszustand der Wendekupplungen (5A, 5B) des Wendegetriebes (5) über das Bereichsgetriebe (7), wenn im Bereichsgetriebe (7) über Bereichskupplungen (5A, 5B) der Kraftfluss zwischen dem Abtrieb (4) und dem Variator (8) hergestellt ist, im Bereich des Variators (8) abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Anforderung zum Trennen des Kraftflusses im Fahrzeugantriebsstrang (1) zwischen der Antriebsmaschine (2) und dem Abtrieb (4) überprüft wird, ob ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang (1) ausgeführtes Fahrzeug sich in einer Hanglage befindet, wobei der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine (2) und dem Getriebe (3) bei positivem Abfrageergebnis spätestens bei Erreichen einer Drehzahl des Abtriebs gleich Null durch Öffnen der Wendekupplungen (5A, 5B) getrennt wird, während die Wirkverbindung zwischen dem Abtrieb (4) und dem Variator (8) über das Bereichsgetriebe (7) aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Abtriebs (4) bei vorliegendem Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine (2) und dem Abtrieb (4) bei positivem Abfrageergebnis durch Verstellen der Übersetzung des Variators (8) in Richtung null geführt wird und bei einer Betrags-Drehzahl des Abtriebs (4) kleiner als ein definierter Schwellwert der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine (2) und dem Abtrieb (4) durch Betätigen der Wendekupplungen (5A, 5B) des Wendegetriebes (5) getrennt wird, während der Kraftfluss zwischen dem Variator (8) und dem Abtrieb (4) über das Bereichsgetriebe (7) aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung des Variators (8) zumindest solange verstellt wird, bis die Betrags-Drehzahl des Abtriebs (4) kleiner als der Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert der Drehzahl des Abtriebs (4) wenigstens annähernd gleich null ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine (2) und dem Abtrieb (4) bei positivem Abfrageergebnis durch Betätigen der Wendekupplungen (5A, 5B) des Wendegetriebes (5) getrennt wird, während die Drehzahl des Abtriebs (4) durch Verstellen der Übersetzung des Variators (8) in Richtung null geführt und der Kraftfluss zwischen dem Variator (8) und dem Abtrieb (4) über das Bereichsgetriebe (7) aufrechterhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei negativem Abfrageergebnis sowohl der Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine (2) und dem Abtrieb (4) im Bereich des Wendegetriebes (5) als auch der Kraftfluss zwischen dem Abtrieb (4) und dem Variator (8) im Bereich des Bereichsgetriebes (7) getrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer Hanglage Signale eines Neigungssensors ausgewertet werden.