DE102016200992A1

DE102016200992A1 - Getriebevorrichtung und Verfahren zum Betreiben der Getriebevorrichtung

Info

Publication number: DE102016200992A1
Application number: DE102016200992.3A
Authority: DE
Inventors: Simon Geiger; Matthias MADLENER; Robin Cramer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-07-27
Also published as: US10458543B2; US20170211695A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine leistungsverzweigte Getriebevorrichtung (1) für ein Fahrzeug, wobei die Getriebevorrichtung (1) dazu vorgesehen ist, mit einer ersten und einer zweiten Verzögerungslogik betrieben zu werden, und wobei die zweite Verzögerungslogik eine höhere Verzögerungsdynamik als die erste Verzögerungslogik aufweist, und wobei ferner die zweite Verzögerungslogik dazu vorgesehen ist, eine geschlossene Bereichskupplung (5a, 5b, 5c) sofort zu öffnen, um die Übersetzung mittels Hydrostateinheit (4) mit einer maximalen Dynamik abzusenken. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der zuvor gennannten Getriebevorrichtung (1), umfassend die Verfahrensschritte a) Überwachung verschiedener Fahrzeugparameter während das Fahrzeug mit einer ersten Verzögerungslogik betrieben wird, b) Feststellung einer Überschreitung von mindestens einem festgelegten Grenzwert während das Fahrzeug mit der ersten Verzögerungslogik betrieben wird, c) Einleitung der zweiten Verzögerungslogik, wobei eine geschlossene Bereichskupplung (5a) sofort geöffnet wird, d) maximale Absenkung einer Übersetzung mittels Hydrostateinheit (4), wobei die Hydrostateinheit () mit einer maximalen Dynamik verstellt wird, und e) Schließen der Bereichskupplung (5a) und Einleitung der ersten Verzögerungslogik.

Description

Die Erfindung betrifft eine leistungsverzweigte Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Getriebevorrichtung, wobei die Getriebevorrichtung, insbesondere in einer mobilen Arbeitsmaschine verwendbar ist.
Fahrzeugantriebsstränge von mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere von Radladern werden zunehmend mit stufenlosen, leistungsverzweigten Getriebevorrichtungen ausgebildet, die mit einem Variator, einem Wendegetriebe und Bereichskupplungen ausgeführt sind. Im Bereich des Wendegetriebes sind üblicherweise Stirnradstufen oder Planetengetriebe vorgesehen, wobei die Fahrtrichtung der Arbeitsmaschine durch entsprechendes Schalten von Lamellenkupplungen eingestellt wird. Fahrbereiche, innerhalb welchen eine Übersetzung des leistungsverzweigten Getriebes über den Variator stufenlos variierbar ist, werden über gekoppelte Planetengetriebe oder Stirnradstufen dargestellt. Zur Darstellung von Fahrbereichswechseln werden als Schaltelemente in der Regel Lamellenkupplungen verwendet. Ferner wird der Variator oftmals als hydrostatisches Getriebe mit jeweils als Pumpe oder Motor betreibbaren Hydrostateinheiten in Verbindung mit einer Leistungsverzweigung ausgeführt.
Bei einer Verstellung der Übersetzung der leistungsverzweigten Getriebevorrichtung, beispielsweise ausgehend von kleinen Übersetzungen in Richtung großer Übersetzungen, werden jeweils ein oder mehrere Fahrbereiche teilweise oder vollständig durchfahren, wobei hierfür die Hydrostateinheit mehrfach über den vollen Fahrbereich zu verschwenken ist. Werden beispielsweise zwei vollständig zu durchfahrende Fahrbereiche zugrundegelegt, so werden für das Durchfahren der Fahrbereiche ca. 0,5 bis 1,0 s und für den erforderlichen Fahrbereichswechsel weitere 150 bis 200 ms benötigt, womit in Summe etwa 0,65 bis 1,2 s verstreichen, bis im Bereich der Getriebevorrichtung eine maximale Übersetzung eingestellt ist. Beim Einfahren eines Radladers in ein Haufwerk steigt die von außen aufgeprägte Last, insbesondere die Verzögerung in weniger als 0,2 s an. Die Stellgeschwindigkeit bzw. die Änderungsgeschwindigkeit der Übersetzung im Bereich der Getriebevorrichtung ist daher zur Vermeidung von unzulässigen Drückungen der Drehzahl eines Antriebsmotors beim Einfahren in ein Haufwerk nachteilhafterweise zu gering. Auf Grund der hohen geforderten Stellgeschwindigkeiten der Hydrostateinheit in Kombination mit der gegebenen Todzeit eines Fahrbereichswechsels sind neue Verfahren erforderlich, um die hohen Anforderungen an Dynamik, Motor- und Getriebeschutz zu gewährleisten.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2013 222 693 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine und mit einer eingangsseitig mit der Antriebsmaschine in Wirkverbindung bringbaren leistungsverzweigten Getriebevorrichtung, die ausgangsseitig mit einem Abtrieb verbindbar ist und deren Übersetzung im Bereich eines Variators stufenlos variierbar ist, und mit einem Schaltelement, das im Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb angeordnet und dessen Übertragungsfähigkeit stufenlos veränderbar ist. Die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes wird in Abhängigkeit eines jeweils aktuell im Fahrzeugantriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb zu übertragenden Drehmomentes variiert und das Schaltelement geht bei Anliegen eines Drehmomentes größer als ein definierter Schwellwert in einen Schlupfbetrieb über.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine leistungsverzweigte Getriebevorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Getriebevorrichtung zu schaffen, die eine höhere Verzögerungsdynamik aufweisen, um die Getriebevorrichtung und den Antriebsmotor in ungünstigen Betriebszuständen zu schützen..
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der Patentansprüche 1 und 3. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße leistungsverzweigte Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug, ist dazu vorgesehen, einen eingangsseitig angeordneten Antriebsmotor mit einem ausgangsseitig angeordneten Abtrieb zu verbinden. Die Getriebevorrichtung umfasst eine Hydrostateinheit zur stufenlosen Einstellung einer Übersetzung sowie mindestens eine Bereichskupplung zur Kopplung der Getriebevorrichtung mit dem Abtrieb, wobei die Getriebevorrichtung dazu vorgesehen ist, mit einer ersten und einer zweiten Verzögerungslogik betrieben zu werden, wobei die zweite Verzögerungslogik eine höhere Verzögerungsdynamik als die erste Verzögerungslogik aufweist, und wobei die zweite Verzögerungslogik dazu vorgesehen ist, eine geschlossene Bereichskupplung sofort zu öffnen, um die Übersetzung mittels Hydrostateinheit mit einer maximalen Dynamik abzusenken.
Vorzugsweise wird die Übersetzung der Hydrostateinheit unabhängig vom jeweiligen Fahrbereich mit einem maximalen Gradienten in Richtung einer Null-Übersetzung verstellt. Insbesondere ist der Antriebsmotor als Verbrennungsmotor, vorzugsweise als Dieselmotor ausgebildet und dient dazu das Fahrzeug anzutreiben. Durch aktives verstellen der Hydrostateinheit wird die Übersetzung der Getriebevorrichtung eingestellt. Insbesondere wird dazu ein Joch der Hydrostateinheit zwischen einer Nulllage und einer maximalen Ausschwenkung bewegt. Des Weiteren ist die mindestens eine Bereichskupplung dazu vorgesehen einen Fahrbereich der Hydrostateinheit, in dem eine stufenlose Einstellung der Übersetzung möglich ist, mit dem Abtrieb zu koppeln. Ferner ist es denkbar, dass die Getriebevorrichtung mehrere Bereichskupplungen aufweist, wobei die jeweilige Bereichskupplung dazu vorgesehen ist, einen jeweiligen Fahrbereich mit dem Abtrieb zu koppeln.
Die erste Verzögerungslogik stellt im Wesentlichen einen Normalbetrieb der Getriebevorrichtung dar. Im Normalbetrieb werden bei einer Verzögerung des Fahrzeugs, beispielsweise einer Bremsung bei hoher Geschwindigkeit bis zum Stillstand, alle Fahrbereiche Durchfahren. Abhängig von der Anzahl der Fahrbereiche werden somit mehrere Fahrbereichswechsel durchgeführt. Eine Ist-Reziprokübersetzung folgt einer Soll-Übersetzung, die durch die Hydrostatvorrichtung eingestellt wird. Definitionsgemäß ist die Ist-Reziprokübersetzung gleich dem Quotienten aus der Abtriebsdrehzahl und der Antriebsdrehzahl der Getriebevorrichtung.
Demgegenüber stellt die zweite Verzögerungslogik eine Notschaltung der Getriebevorrichtung dar, die zum Schutz der Getriebevorrichtung und des Antriebsmotors vorgesehen ist. Während der zweiten Verzögerungslogik folgt die Soll-Übersetzung der Ist-Reziprokübersetzung. Insbesondere wird die zweite Verzögerungslogik bei hochdynamischen Fahrbewegungen des Fahrzeugs eingeleitet. Unter einer hochdynamischen Fahrbewegung ist beispielhaft das Einstechen eines Radladers mit hoher Geschwindigkeit in ein festes Haufwerk zu verstehen. Hierbei entsteht eine hohe Verzögerungsdynamik, die dazu führt, dass die Soll-Übersetzung der Ist-Reziprokübersetzung nicht folgen kann. Die zweite Verzögerungslogik weist eine höhere Verzögerungsdynamik als die erste Verzögerungslogik auf. Beim Einleiten der zweiten Verzögerungslogik wird eine geschlossene Bereichskupplung sofort geöffnet. Dadurch werden die Getriebevorrichtung und der Antriebsmotor vom Abtrieb getrennt. Ferner erlaubt dies die Soll-Übersetzung mittels Hydrostateinheit mit einer maximalen Dynamik abzusenken. Die unterschiedlichen Fahrbereiche werden somit nicht mehr durchfahren. Unter einer maximalen Dynamik ist zu verstehen, dass ein maximaler Soll-Übersetzungsgradient verwendet wird. Dies ermöglicht, dass die Soll-Übersetzung der Reziprokübersetzung folgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Bereichskupplungen zur Realisierung von drei Fahrbereichen vorgesehen, wobei die Übersetzung in jedem Fahrbereich mittels Hydrostateinheit stufenlos einstellbar ist. Zur Beschleunigung des Fahrzeugs wird die erste Bereichskupplung geschlossen und die Soll-Übersetzung mittels Hydrostateinheit bis zur Synchronübersetzung für den Fahrbereichswechsel eingestellt. Während des Fahrbereichswechsels vom ersten Fahrbereich in den zweiten Fahrbereich werden die erste und die zweite Bereichskupplung miteinander synchronisiert, wobei die zweite Bereichskupplung geschlossen und die erste Bereichskupplung geöffnet wird. Sobald der Fahrbereichswechsel abgeschlossen ist, wird die Soll-Übersetzung im zweiten Fahrbereich mittels Hydrostateinheit bis zur Synchronübersetzung für den nächsten Fahrbereichswechsel eingestellt. Während des Fahrbereichswechsels vom zweiten Fahrbereich in den dritten Fahrbereich werden die zweite und die dritte Bereichskupplung miteinander synchronisiert, wobei die dritte Bereichskupplung geschlossen und die zweite Bereichskupplung geöffnet wird. Sobald der Fahrbereichswechsel abgeschlossen ist, wird die Soll-Übersetzung im dritten Fahrbereich mittels Hydrostateinheit eingestellt. Bei einer Verzögerung, insbesondere Bremsung des Fahrzeugs aus dem dritten Fahrbereich bis zum Stillstand des Fahrzeugs, werden die drei Fahrbereiche umgekehrt durchfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der zuvor genannten leistungsverzweigten Getriebevorrichtung umfasst im Wesentlichen die Verfahrensschritte Überwachung verschiedener Fahrzeugparameter während das Fahrzeug mit einer ersten Verzögerungslogik betrieben wird, Feststellung einer Überschreitung von mindestens einem festgelegten Grenzwert während das Fahrzeug mit der ersten Verzögerungslogik betrieben wird, Einleitung der zweiten Verzögerungslogik, wobei eine geschlossene Bereichskupplung sofort geöffnet wird, maximale Absenkung einer Übersetzung mittels Hydrostateinheit, wobei die Hydrostateinheit mit einer maximalen Dynamik verstellt wird, und Schließen der Bereichskupplung und Einleitung der ersten Verzögerungslogik. Mithin wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, sobald aus den überwachten Fahrzeugparametern ersichtlich ist, dass die Verzögerungsdynamik der ersten Verzögerungslogik nicht ausreicht, um die Soll-Übersetzung der Ist-Reziprokübersetzung anzupassen. Zur Beurteilung wann die Verzögerungsdynamik der ersten Verzögerungslogik nicht mehr ausreicht, werden Grenzwerte für unterschiedliche Fahrzeugparameter definiert. Diese Fahrzeugparameter werden Überwacht und bei einer Überschreitung von mindestens einem festgelegten Grenzwert wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet. Mit anderen Worten dient die Überschreitung von mindestens einem festgelegten Grenzwert als Auslösebedingung zur Einleitung der zweiten Verzögerungslogik.
Nachfolgend werden bevorzugte Auslösebedingungen zur Einleitung der zweiten Verzögerungslogik genannt. Vorzugsweise wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, wenn mindestens eine Auslösebedingungen erfüllt ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, wenn alle Auslösebedingungen erfüllt sind. Ferner ist es denkbar die verschiedenen Auslösebedingungen unterschiedlich zu gewichten. Insbesondere ist vorgesehen, dass mehrere höher gewichtete Auslösebedingungen die Einleitung der zweiten Verzögerungslogik auslösen. Vorteilhafterweise kann die Einleitung der zweiten Verzögerungslogik unter bestimmten Umständen deaktiviert werden, insbesondere dann, wenn Informationen einer Hubgerüst- oder Schaufelstellung des Fahrzeugs bekannt sind.
Vorzugsweise wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, wenn zumindest ein Ist-Abtriebsdrehzahlgradient kleiner als ein festgelegter Grenzwert ist. Der Ist-Abtriebsdrehzahlgradient ist insbesondere ein Maß für die Verzögerung des Fahrzeugs und beschreibt wie schnell sich die Abtriebsdrehzahl verändert, insbesondere wie schnell das Fahrzeug verzögert wird.
Vorzugsweise wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, wenn zumindest ein Hochdruck in der Getriebevorrichtung größer als ein festgelegter Grenzwert ist. Der Hochdruck in der Getriebevorrichtung ist ein Maß für die Belastung der Hydrostateinheit und darf einen maximalen Grenzwert nicht überschreiten, um die Funktion der Hydrostateinheit nicht zu beeinträchtigen. Ist der Hochdruck in der Getriebevorrichtung für eine bestimmte Zeit über einem getriebeschädigenden Maximaldruck, wird eine Notschaltung ausgelöst. Mithin ist die Auslösebedingung eine maximale Betriebszeit über dem getriebeschädigenden Maximaldruck. Dazu wird ein Zählwert bei Überschreiten des Maximaldrucks hochgezählt. Fällt der Hochdruck unter den Maximaldruck, wird der Zähler dekrementiert. Ein erreichen der maximalen Betriebszeit führt zur Einleitung der zweiten Verzögerungslogik.
Vorzugsweise wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, wenn zumindest eine Motordrehzahl und/oder ein Motordrehzahlgradient kleiner als ein festgelegter Grenzwert ist. Der Antriebsmotor wird mit einer Motordrehzahl betrieben, die in einem zulässigen Bereich ist. Eine Drückung der Motordrehzahl unter dem zulässigen Bereich kann zum Abwürgen des Motors oder im schlimmsten Fall zu Motorschäden führen. Ferner beschreibt der Motordrehzahlgradient wie schnell sich die Motordrehzahl verändert. Vorzugsweise wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, wenn zumindest eine Drückung der Motordrehzahl größer als ein festgelegter Grenzwert ist.
Vorzugsweise wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, wenn zumindest eine Auslastung des Antriebsmotors größer als ein festgelegter Grenzwert ist. Die Auslastung des Antriebsmotors wird vorzugsweise prozentual angegeben.
Vorzugsweise wird die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, wenn zumindest ein Soll-Reziprokübersetzungsgradient kleiner als ein festgelegter Grenzwert ist. Mithin wir die zweite Verzögerungslogik eingeleitet, um den Soll-Reziprokübersetzungsgradient zu erhöhen. Dies ermöglicht, dass die Soll-Reziprokübersetzung der Ist-Reziprokübersetzung folgt.
Vorzugsweise wird beim Einleiten der zweiten Verzögerungslogik die Bereichskupplung auf einen Füllausgleichsdruck abgesenkt, um anschließend von diesem Druckniveau aus in ein momentengesteuertes Einlegen der Bereichskupplung zu starten. Dadurch läuft die Bereichskupplung nicht vollständig leer, sodass schneller ein Moment an der Bereichskupplung aufgebaut wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Bereichskupplung geschlossen, sobald die Ist-Reziprokübersetzung einen Grenzwert erreicht. Insbesondere ist als Grenzwert eine Nulllage definiert. Ferner kann der Grenzwert auch größer Null sein, wobei dann die Bereichskupplung leistungsfähiger ausgebildet ist.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Bereichskupplung geschlossen, sobald eine Differenzdrehzahl einen Grenzwert erreicht. Der Grenzwert der Differenzdrehzahl ist von der Leistung der Bereichskupplung abhängig. Somit kann die Bereichskupplung auch bei einer höheren Differenzdrehzahl geschlossen werden, sofern die Bereichskupplung dementsprechend leistungsfähiger ist und die notwendige Schaltarbeit und Schaltleistung aufnehmen kann.
Bevorzugt geht das Öffnen der geschlossenen Bereichskupplung bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik mit einer Betätigung einer Bremse des Fahrzeugs einher. Beim Einleiten der zweiten Verzögerungslogik wird der Antriebsstrang aufgrund des Öffnens der Bereichskupplung frei, wobei dadurch das Fahrzeug rückwärts rollen kann. Um ein Rückwärtsrollen und eine schnellere Schließung der Bereichskupplung zu erreichen, geht die Einleitung der zweiten Verzögerungslogik mit einer Betätigung der Bremse des Fahrzeugs einher. Insbesondere wird die Bremse unterhalb einer bestimmten Abtriebsdrehzahl betätigt. Die Bremse des Fahrzeugs kann sowohl eine Feststellbremse als auch eine Betriebsbremse sein.
Vorzugsweise sind auch Bedingungen vorgesehen, die eine Einleitung der ersten Verzögerungslogik während das Fahrzeug mit der zweiten Verzögerungslogik betrieben wird, erlauben. Insbesondere wird die erste Verzögerungslogik wieder eingeleitet wenn die Reibleistung und/oder die Reibarbeit an der Betriebskupplung größer als ein Grenzwert sind. Ferner wird die erste Verzögerungslogik wieder eingeleitet wenn eine maximale Zeit des Betriebs mit der zweiten Verzögerungslogik überschritten ist. Vorzugsweise beträgt die maximale Zeit zum Betrieb des Fahrzeugs mit der zweiten Verzögerungslogik wenige Sekunden. Des Weiteren wird die erste Verzögerungslogik wieder eingeleitet, wenn nach einer maximalen Betriebszeit der zweiten Verzögerungslogik eine Ist-Abtriebsdrehzahl einen bestimmten Wert abgebaut hat.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße leistungsverzweigte Getriebevorrichtung zum Antrieb und damit in einer mobilen Arbeitsmaschine verwendet werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiden Zeichnungen, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine stark schematisierte Blockschaltbilddarstellung eines Fahrzeugantriebsstranges umfassend eine erfindungsgemäße leistungsverzweigte Getriebevorrichtung mit einer Hydrosteinrichtung,
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verlaufs einer Übersetzung der Hydrostateinheit sowie einer davon abhängigen Ist-Reziprokübersetzung,
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verlaufs einer Soll-Reziprokübersetzung, der Übersetzung der Hydrostateinheit sowie der davon abhängigen Ist-Reziprokübersetzung bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik in einem dritten Fahrbereich,
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verlaufs der Soll-Reziprokübersetzung, der Übersetzung der Hydrostateinheit sowie der davon abhängigen Ist-Reziprokübersetzung bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik in einem zweiten Fahrbereich,
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verlaufs der Soll-Reziprokübersetzung, der Übersetzung der Hydrostateinheit sowie der davon abhängigen Ist-Reziprokübersetzung bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik in einem ersten Fahrbereich,
6 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verlaufs der Soll-Reziprokübersetzung und der Ist-Reziprokübersetzung bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik, und
7 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verlaufes des Schließmoments an einer ersten Bereichskupplung.
Gemäß 1 umfasst ein Fahrzeugantriebsstrang einen Antriebsmotor 2 und eine damit koppelbare, stufenlose leistungsverzweigte Getriebevorrichtung 1. Der Antriebsmotor 2 ist vorliegend als Brennkraftmaschine, ausgeführt und kann bei weiteren Ausführungsformen des Fahrzeugantriebsstranges auch als elektrische Maschine oder als eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine ausgebildet sein. Getriebeausgangsseitig steht die Getriebevorrichtung 1 mit einem Abtrieb 3 in Wirkverbindung, womit ein vom Antriebsmotor 2 zur Verfügung gestelltes Antriebsmoment in Abhängigkeit der im Bereich der Getriebevorrichtung 1 eingestellten Übersetzung entsprechend gewandelt als Abtriebsmoment im Bereich des Abtriebs 3 als entsprechendes Zugkraftangebot vorliegt. Die Getriebevorrichtung 1 umfasst eine Hydrostateinheit 4 zur stufenlosen Einstellung der Übersetzung, drei Bereichskupplung 5a, 5b, 5c zur Kopplung der Getriebevorrichtung 1 mit dem Abtrieb 3 und eine Wendekupplung 9 zur Realisierung einer Vorwärtsfahrt und einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs. Ausführungen mit nur einer Bereichskupplung 5a, 5b, 5c sind darüber hinaus auch denkbar. Üblicherweise sind in der Wendekupplung ein hier nicht gezeigte Kupplung für eine Vorwärtsfahrt und ebenfalls nicht gezeigte Kupplung für eine Rückwärtsfahrt angeordnet. Die Wendekupplung kann jedoch auch als Doppelschaltelement ausgeführt sein, dies bedeutet, dass für das jeweilige Betätigen der Kupplung für Vor-/Rückwärtsfahrt ein gemeinsamer Aktuator betätigt wird. Ferner ist im Bereich zwischen dem Antriebsmotor 2 und der Getriebevorrichtung 1 ein Nebenabtrieb 6, der als Arbeitshydraulik ausgebildet ist, vom Antriebsmotor 2 mit Drehmoment beaufschlagbar. Erfindungsgemäß ist die Getriebevorrichtung 1 dazu vorgesehen, mit einer ersten und einer zweiten Verzögerungslogik betrieben zu werden, wobei die zweite Verzögerungslogik eine höhere Verzögerungsdynamik als die erste Verzögerungslogik aufweist. Dabei ist die zweite Verzögerungslogik dazu vorgesehen, eine jeweilige geschlossene Bereichskupplung 5a, 5b, 5c sofort zu öffnen, um die Übersetzung mittels Hydrostateinheit 4 mit einer maximalen Dynamik abzusenken. Die Wendekupplung 9 bleibt dabei stets in der Schaltstellung Vorwärtsfahrt geschlossen.
Nach den 2, 3, 4 und 5 wird die Getriebevorrichtung 1 ausgehend von einer hohen Übersetzung in Richtung kleinerer Übersetzungen verstellt. Dabei ist auf der Abszisse eine Zeit und auf der Ordinate eine Übersetzung aufgetragen.
Nach 2 ist dargestellt, wie eine Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 im jeweiligen Fahrbereich 7a, 7b, 7c gemäß einer ersten Verzögerungslogik verstellt wird, um eine Ist-Reziprokübersetzung 11 zu verringern. Unter der Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 ist eine Soll-Übersetzung der Hydrostateinheit 4 zu verstehen, somit eine gewünschte Übersetzung der Hydrostateinheit 4. Definitionsgemäß ist die Ist-Reziprokübersetzung 11 gleich dem Quotienten aus einer Abtriebsdrehzahl und einer Antriebsdrehzahl der Getriebevorrichtung 1, wobei die Abtriebsdrehzahl und die Antriebsdrehzahl, vorzugsweise über einen jeweiligen Sensor gemessen wird. Während eines jeweiligen Fahrbereichswechsels 8a, 8b ist die Ist-Reziprokübersetzung 11 ebenso wie die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 nicht verstellbar. Die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 wird in einem dritten Fahrbereich 7c von hohen Übersetzungen analog der Ist-Reziprokübersetzung 11 in Richtung eines ersten Synchronpunktes 13a hin zu kleineren Übersetzungen verstellt. In einem ersten Fahrbereichswechsel 8a werden die dritte und zweite Bereichskupplung 5c, 5b synchronisiert. Die zweite Bereichskupplung 5b wird geschlossen und die dritte Bereichskupplung 5c geöffnet. Der zweite Fahrbereich 7b wird eingeleitet. Im zweiten Fahrbereich 7b wird die Ist-Reziprokübersetzung 10 in Richtung eines zweiten Synchronpunktes 13b kleiner, wobei die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 größere Werte einstellt. In einem zweiten Fahrbereichswechsel 8b werden die zweite und erste Bereichskupplung 5b, 5a synchronisiert. Die erste Bereichskupplung 5a wird geschlossen und die zweite Bereichskupplung 5b geöffnet. Der erste Fahrbereich 7a wird eingeleitet. Im ersten Fahrbereich 7a wird die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 von einer hohen Übersetzung analog der Ist-Reziprokübersetzung 10 in Richtung Stillstandspunkt hin zu kleineren Übersetzungen verstellt. Die erste Verzögerungslogik ist für einen normalen Verzögerungsbetrieb vorgesehen, wobei die Ist-Reziprokübersetzung 10 nach Maßgabe der Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 eingestellt wird. Mithin folgt die Ist-Reziprokübersetzung 10 der Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4.
Bei hohen Dynamikanforderungen, insbesondere hinsichtlich der Verstelldynamik der Übersetzung, stößt die erste Verzögerungslogik an ihre Grenzen. Mit anderen Worten kann bei einer äußeren Verzögerung die Übersetzung nicht schnell genug verstellt werden, sodass die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 der Ist-Reziprokübersetzung 11 nicht folgen kann. Daraus resultiert, dass entweder die Drehzahl des Antriebsmotors 2 zu stark gedrückt wird oder ein Hochdruck in der Hydrostateinheit 4 unzulässig hohe Werte erreicht, die die Getriebevorrichtung 1 schädigen können. Erfindungsgemäß wird der Betrieb der Getriebevorrichtung 1 mit einer zweiten Verzögerungslogik, die eine höhere Verstelldynamik als die erste Verzögerungslogik aufweist, vorgeschlagen.
3 zeigt, wie die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik im dritten Fahrbereich 7c verstellt wird, um eine gewünschte Soll-Reziprokübersetzung 15 derart einzustellen, dass diese im Wesentlichen mit der Ist-Reziprokübersetzung 11 übereinstimmt. Mit der Einleitung der zweiten Verzögerungslogik wird die dritte geschlossene Bereichskupplung 7c sofort geöffnet, sodass eine Entlastung des Antriebsmotors 2 und der Getriebevorrichtung 1 realisiert wird. Die Wendekupplung 9 bleibt geschlossen. Die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 wird während einer Wartezeit 12 mit der anliegenden Soll-Dynamik verstellt, bis die zweite Bereichskupplung 5b vollständig geöffnet ist, sodass kein Drehmoment mehr von der zweiten Bereichskupplung 5b übertragen wird. Nach Ablauf der Wartezeit 12 wird die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 mit einer maximalen Dynamik direkt in die Nulllage verstellt. Anschließend wird die erste Bereichskupplung 5a eingelegt und der erste Fahrbereich 7a eingeleitet, um keine Zugkraftunterbrechung zu erhalten.
4 zeigt, wie die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik im zweiten Fahrbereich 7b verstellt wird, um die gewünschte Soll-Reziprokübersetzung 15 derart einzustellen, dass diese im Wesentlichen mit der Ist-Reziprokübersetzung 11 übereinstimmt. Mit der Einleitung der zweiten Verzögerungslogik wird die zweite geschlossene Bereichskupplung 5b sofort geöffnet, sodass eine Entlastung des Antriebsmotors 2 und der Getriebevorrichtung 1 realisiert wird. Die Wendekupplung 9 bleibt geschlossen. Die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 wird während einer Wartezeit 12 nicht verstellt, sondern eingefroren, da hier eine normale Verstellung bei einer Verzögerung in Richtung des zweiten Synchronpunktes 13b mit einer Zunahme der Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 einhergehen würde. Nach Ablauf der Wartezeit 12 wird die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 mit einer maximalen Dynamik direkt in die Nulllage verstellt. Anschließend wird die erste Bereichskupplung 5a eingelegt und der erste Fahrbereich 7a eingeleitet, um keine oder lediglich eine geringe Zugkraftunterbrechung zu erhalten.
5 zeigt, wie die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik im ersten Fahrbereich 7a verstellt wird, um die gewünschte Soll-Reziprokübersetzung 15 derart einzustellen, dass diese im Wesentlichen mit der Ist-Reziprokübersetzung 11 übereinstimmt. Dabei ist diese Verstellung der Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 identisch zu der Verstellung der Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 im dritten Fahrbereich 7c gemäß 3. Mit der Einleitung der zweiten Verzögerungslogik wird die erste geschlossene Bereichskupplung 5a sofort geöffnet. Die Wendekupplung 9 bleibt geschlossen. Die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 wird während einer Wartezeit 12 mit der anliegenden Soll-Dynamik verstellt. Nach Ablauf der Wartezeit 12 wird die Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 mit einer maximalen Dynamik direkt in die Nulllage verstellt. Anschließend wird die erste Bereichskupplung 5a wieder eingelegt.
Gemäß 6 ist der jeweilige Verlauf der Soll-Übersetzung 10 und der Ist-Übersetzung der Hydrostateinheit 4 in einem Diagramm dargestellt, wobei auf der Abszisse eine Zeit und auf der Ordinate eine Übersetzung aufgetragen sind. Die Ist-Übersetzung der Hydrostateinheit 4 stellt einen realen Verlauf der Übersetzung der Hydrostateinheit 4 dar, wobei die Soll-Übersetzung 10 der Hydrostateinheit 4 einen gewünschten Verlauf der Übersetzung der Hydrostateinheit 4 darstellt. Nach der Einleitung der zweiten Verzögerungslogik wird die Übersetzung der Hydrostateinheit 4 in Richtung Null geführt. Diese Rückführung wird mit dem Gradient 16a bis zu einem Schwellwert 17a vorgegeben. Anschließend wird ein – hier nicht dargestelltes – Joch der Hydrostateinheit 4 in Abhängigkeit der Ist-Übersetzung der Hydrostateinheit 4 nachgeführt. Während der Nachführung der Ist-Übersetzung der Hydrostateinheit 4 wird die Soll-Übersetzung der Hydrostateinheit 4 mit einem zweiten Gradienten 16b, der geringer als der erste Gradient 16a ist, verstellt, um ein sanftes einregeln zu realisieren. Gemäß 6 ist der Fall beschrieben, dass nach dem Nulldurchgang das Fahrzeug leicht rückwärts rollt. In diesem Fall wird die Soll-Übersetzung unter die Nulllage auf den geringsten Schwellwert 17b gestellt. Mit anderen Worten erfolgt ein Überschwenken der Hydrostateinheit 4. Daraus verringert sich eine Differenzdrehzahl beim Anlegen der ersten Bereichskupplung 5a.
Gemäß 7 ist ein Verlauf eines Schließmoment der ersten Bereichskupplung 5a in einem Diagramm dargestellt, wobei auf der Abszisse eine Zeit und auf der Ordinate eine Schließmoment aufgetragen sind. Nach der Einleitung der zweiten Verzögerungslogik und dem Öffnen der jeweiligen geschlossenen Bereichskupplung 5a, 5b, 5c wird die erste Bereichskupplung 5a eingelegt. Dieses Einlegen der ersten Bereichskupplung 5a folgt einem genau definierten momentengesteuerten Verfahren. Die Belastungsgrenze der ersten Bereichskupplung 5a im Bezug auf eine Reibleistung und eine Reibarbeit darf nicht überschritten werden. Aufgrund des Anfahrens über die erste Bereichskupplung 5a wird schnell wieder Zugkraft in Vorwärtsrichtung aufgebaut. Zunächst wird Initial ein erstes Schließmoment 18a an der ersten Bereichskupplung 5a angelegt. Ausgehend von diesem Schließmoment 18a wird das Moment in einem Zeitintervall bis zu einem zweiten Schließmoment 18b erhöht, wodurch die erste Bereichskupplung 5a eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Getriebevorrichtung 1 und dem Abtrieb 3 herstellt. Das zweite Schließmoment 18b ist derart gewählt, dass eine vorgegebene Reibleistung nicht überschritten wird, gleichzeitig aber genug Schließmoment aufgebaut wird um das Fahrzeug aus dem Rückwärtsrollen zum Stillstand zu bringen. Nach Ablauf einer Mindestzeit 19 wird die erste Bereichskupplung 5a geschlossen, indem das Schließmoment über einen maximalen Gradienten auf ein drittes Schließmoment 18c erhöht wird. Dies erfolgt jedoch nur dann, wenn nach Ablauf der Mindestzeit 19 eine vordefinierte maximale Differenzdrehzahl der Kupplung nicht überschritten wird. Soweit die Differenzdrehzahl der Kupplung überschritten wird, wird das Moment so lange gehalten, bis die Differenzdrehzahl unter die vordefinierte maximale Differenzrehzahl der Kupplung fällt und erst dann wird die Kupplung komplett geschlossen. Mithin ist die Bereichskupplung 5a geschlossen, wobei die erste Verzögerungslogik wieder eingeleitet wird.
Bezugszeichenliste

1: Getriebevorrichtung
2: Antriebsmotor
3: Abtrieb
4: Hydrostateinheit
5a–5c: Bereichskupplung
6: Nebenabtrieb
7a–7c: Fahrbereich
8a, 8b: Fahrbereichswechsel
9: Wendekupplung
10: Soll-Übersetzung
11: Ist-Reziprokübersetzung
12: Wartezeit
13a, 13b: Synchronpunkt
14: Ist-Übersetzung
15: Soll-Reziprokübersetzung
16a, 16b: Gradient
17a, 17b: Schwellwert
18a–18c: Schließmoment
19: Mindestzeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013222693 A1 [0004]

Claims

Leistungsverzweigte Getriebevorrichtung (1) für ein Fahrzeug, wobei die Getriebevorrichtung (1) dazu vorgesehen ist, einen eingangsseitig angeordneten Antriebsmotor (2) mit einem ausgangsseitig angeordneten Abtrieb (3) zu verbinden, und wobei die Getriebevorrichtung (1) eine Hydrostateinheit (4) zur stufenlosen Einstellung einer Übersetzung sowie mindestens eine Bereichskupplung (5a, 5b, 5c) zur Kopplung der Getriebevorrichtung (1) mit dem Abtrieb (3) umfasst, wobei die Getriebevorrichtung (1) dazu vorgesehen ist, mit einer ersten und einer zweiten Verzögerungslogik betrieben zu werden, wobei die zweite Verzögerungslogik eine höhere Verzögerungsdynamik als die erste Verzögerungslogik aufweist, und wobei die zweite Verzögerungslogik dazu vorgesehen ist, eine geschlossene Bereichskupplung (5a, 5b, 5c) sofort zu öffnen, um die Übersetzung mittels Hydrostateinheit (4) mit einer maximalen Dynamik abzusenken.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Bereichskupplungen (5a, 5b, 5c) zur Realisierung von drei Fahrbereichen vorgesehen sind, wobei die Übersetzung in jedem Fahrbereich mittels Hydrostateinheit (4) stufenlos einstellbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer leistungsverzweigten Getriebevorrichtung (1) für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, umfassend die Verfahrensschritte a) Überwachung verschiedener Fahrzeugparameter während das Fahrzeug mit einer ersten Verzögerungslogik betrieben wird, b) Feststellung einer Überschreitung von mindestens einem festgelegten Grenzwert während das Fahrzeug mit der ersten Verzögerungslogik betrieben wird, c) Einleitung der zweiten Verzögerungslogik, wobei eine geschlossene Bereichskupplung (5a) sofort geöffnet wird, d) maximale Absenkung einer Übersetzung mittels Hydrostateinheit (4), wobei die Hydrostateinheit (4) mit einer maximalen Dynamik verstellt wird, e) Schließen der Bereichskupplung (5a) und Einleitung der ersten Verzögerungslogik.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzögerungslogik eingeleitet wird, wenn zumindest ein Ist-Abtriebsdrehzahlgradient kleiner als ein festgelegter Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzögerungslogik eingeleitet wird, wenn zumindest ein Hochdruck in der Getriebevorrichtung (1) größer als ein festgelegter Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzögerungslogik eingeleitet wird, wenn zumindest eine Motordrehzahl und/oder ein Motordrehzahlgradient kleiner als ein festgelegter Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzögerungslogik eingeleitet wird, wenn zumindest eine Auslastung eines Antriebsmotors (2) größer als ein festgelegter Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzögerungslogik eingeleitet wird, wenn zumindest eine Drückung einer Motordrehzahl größer als ein festgelegter Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verzögerungslogik eingeleitet wird, wenn zumindest ein Soll-Reziprokübersetzungsgradient kleiner als ein festgelegter Grenzwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereichskupplung (5a) geschlossen wird, sobald die Ist-Reziprokübersetzung einen Grenzwert erreicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereichskupplung (5a) geschlossen wird, sobald eine Differenzdrehzahl einen Grenzwert erreicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, das Öffnen der geschlossenen Bereichskupplung (5a) bei Einleitung der zweiten Verzögerungslogik mit einer Betätigung einer Bremse des Fahrzeugs einhergeht.