DE102017211232A1

DE102017211232A1 - Fahrantrieb und Verfahren zum Ansteuern eines Fahrantriebs

Info

Publication number: DE102017211232A1
Application number: DE102017211232.8A
Authority: DE
Inventors: Erich Ilk; Alessandro Arcolia; Norman Brix
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2019-01-03
Also published as: CN109210186A

Abstract

Offenbart sind ein Fahrantrieb und ein Verfahren zum Ansteuern eines derartigen Fahrantriebs, wobei zwei verstellbare Hydromaschinen über beispielsweise drei Getriebestufen mit einem Achsantrieb verbunden sind. Jede Getriebestufe ist über eine Kupplung mit einer der Hydromaschinen verbindbar. Erfindungsgemäß ist jeder Hydromaschine und dem Ausgang des Getriebes jeweils ein Drehzahlsensor zugeordnet, so dass das Öffnen und Schließen der Kupplungen anhand der Drehzahldifferenz an der jeweiligen Kupplung überwachbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Ansteuern eines derartigen Fahrantriebs.
In der DE 39 07 633 C2 ist ein Verfahren zum Betrieb eines stufenlos regelbaren hydrostatischen Fahrantriebs gezeigt, bei dem eine Verstellpumpe einen Hydromotor mit konstantem Schluckvolumen antreibt, dessen Triebwelle über einen mechanischen Leistungszweig (Vorgelege) eine Abtriebswelle antreibt, die ihrerseits mit einem Achsantrieb eines Fahrzeugs in Wirkverbindung steht. Die Verstellpumpe treibt des Weiteren einen Motor mit verstellbarem Schluckvolumen an, der über eine Kupplung mit der Abtriebswelle verbindbar ist, so dass das Übersetzungsverhältnis nahezu stufenlos durch geeignete Einstellung der verstellbaren Hydropumpe und des Verstellmotors einstellbar ist. Die Kupplung ist dabei als Schaltkupplung ausgeführt. Über diese kann bei einem hohen Zugkraftbedarf (hohe Last), beispielsweise bei niedrigen Geschwindigkeiten, der Hydromotor mit verstellbarem Schluckvolumen zugeschaltet werden, um ein hohes Drehmoment aufzubringen, wobei dann die Hydropumpe auf ihren maximalen Schwenkwinkel eingestellt wird.
In der der EP 0 483 543 B2 wird ein verbesserter hydrostatischer Fahrantrieb beschrieben, bei dem zwei als Axialkolbenmaschinen ausgeführte verstellbare Hydromotoren über einen mechanischen Leistungszweig ausbildende schaltbare Getriebestufen in Wirkverbindung mit einer gemeinsamen Abtriebswelle stehen, über die - ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Lösung - ein Rad oder eine Achse eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Radladers antreibbar ist.
Im Betrieb ist darauf zu achten, dass das Drehmoment des Verstellmotors nur dann erhöht wird, wenn die zugeordnete Kupplung den Kraftschluss zur Abtriebswelle hergestellt hat. Im Stand der Technik sind dabei mehrere Möglichkeiten bekannt, das „Öffnen“ oder „Schließen“ einer Kupplung zu erkennen. So kann beispielsweise eine aus Erfahrungswerten resultierende Betätigungszeit vorgegeben werden, die die Kupplung bei vorgegebenen Bedingungen benötigt, um in den geöffneten oder den geschlossenen Zustand gebracht zu werden. Eine derartige Vorgehensweise mit vorgegebener Betätigungszeit ist jedoch problematisch, da diese Zeit in Abhängigkeit von dem Verschleiß der Kupplung und der zugeordneten mechanischen/hydraulischen Komponenten und auch in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur und den Umgebungsbedingungen veränderlich ist.
Zur Überwindung eines derartigen Nachteils wird in der DE 10 2014 219 646 A1 eine Lösung vorgeschlagen, bei der mit zwei von einer Verstellpumpe gespeisten Verstellmotoren eines hydrostatischen Fahrantriebs über einen mechanischen Leistungszweig mit einer Abtriebswelle verbunden sind. Dabei ist die Triebwelle einer der Hydromaschinen (Verstellmotor) direkt über ein Vorgelege mit der Abtriebswelle verbunden. Die Triebwelle der weiteren Hydromaschine kann über ein weiteres Vorgelege und eine Kupplung mit der Triebwelle der erst genannten Hydromaschine verbunden werden, um ein höheres Drehmoment aufzubringen. Bei dieser bekannten Lösung sind des Weiteren zwei Drehzahlsensoren vorgesehen, die die Drehzahlen der beiden Triebwellen erfassen, wobei dann die Betätigung der Kupplung in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz der beiden Triebwellen erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz den Kuppelvorgang beispielsweise im Hinblick auf eine sehr schnelle Kupplung oder aber im Hinblick auf einen „komfortablen“ Kupplungsvorgang zu optimieren.
Eine Drehmomenterhöhung des Hydromotors wird bei dieser bekannten Lösung dann vorgenommen, wenn die Drehzahldifferenz am Eingang und am Ausgang der Kupplung einen Sollwert unterschreitet.
Ein Nachteil einer derartigen Lösung besteht darin, dass die Anzahl der Getriebestufen begrenzt ist, da über die Kupplung direkt ein Kraftschluss zwischen den beiden Triebwellen der Hydromotoren hergestellt wird, die dann gemeinsam über das Vorgelege in Wirkverbindung mit der Abtriebswelle stehen.
In der Druckschrift DE 10 2015 215 013 ist ein hydrostatischer Fahrantrieb gezeigt, bei dem ein einziger Hydromotor über eine Getriebeanordnung auf eine Abtriebswelle zum Antrieb eines Rades oder einer Achse wirkt. Die Getriebeanordnung hat dabei zwei Getriebestufen, die wahlweise durch Betätigen einer Kupplung einstellbar sind, so dass das Übersetzungsverhältnis zwischen einer Triebwelle des Hydromotors und der Antriebswelle verstellbar ist. Die Drehzahl der Abtriebswelle und die Drehzahl einer Triebwelle der Hydromaschine werden jeweils über Drehzahlsensoren erfasst. Die Verwendung eines einzigen Hydromotors ist nahteilig, da entweder ein sehr großer teurer Hydromotor verwendet werden muss, um ein hinreichendes Drehmoment aufzubringen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Fahrantrieb und ein Verfahren zum Ansteuern eines Fahrantriebs zu schaffen, der die Realisierung mehrerer Getriebestufen mit erhöhter Betriebssicherheit und mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf den Fahrantrieb durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Fahrantrieb hat zwei verstellbare Hydromaschinen (Hydromotoren), die über eine mechanische Getriebeanordnung (mechanischer Leistungszweig) ein Rad oder eine Achse eines Fahrzeugs antreiben. Die Getriebeanordnung hat zumindest zwei Getriebestufen mit jeweils einer Kupplung, über die ein Kraftschluss zu einer Abtriebswelle herstellbar ist - im Unterschied zum vorbeschriebenen Stand der Technik kann somit jede Hydromaschine über eine Kupplung wahlweise mit der Abtriebswelle verbunden werden. Der erfindungsgemäße Fahrantrieb hat des Weiteren Drehzahlsensoren zur Erfassung der Drehzahlen der Antriebswelle und der beiden Hydromaschinen und eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Hydromaschinen und der Kupplungen, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, um einen Gangwechsel/Fahrbereichswechsel in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz der Antriebswelle und zumindest einer der im Kraftfluss liegenden Hydromaschinen durchzuführen. Erfindungsgemäß werden somit bei dem Fahrantrieb die Drehzahlen jeder Hydromaschine und der Abtriebswelle und somit die Drehzahldifferenzen am Eingang und am Ausgang der Kupplungen erfasst und der Kupplungsvorgang in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehzahldifferenz gesteuert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Fahrantrieb mit drei Getriebestufen ausgeführt, denen jeweils eine Kupplung zugeordnet ist, so dass entsprechend auch jeder dieser Kupplungen eingangs- und ausgangsseitig ein Drehzahlsensor zugeordnet ist, um die Drehzahldifferenz der jeweiligen Kupplung zu erfassen.
Die Betriebssicherheit lässt sich weiter erhöhen, wenn der Fahrantrieb mit einer Zeiterfassungseinrichtung ausgeführt ist, über die diejenige Zeit erfassbar ist, die die jeweilige Kupplung zum Öffnen oder Schließen benötigt, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, um bei Überschreiten einer Sollzeit eine Fehlermeldung abzugeben und den Gangwechsel nicht einzuleiten. D.h. mittels dieser Zeiterfassungseinrichtung kann beispielsweise die Zeit überwacht werden, die von der Ansteuerung der Kupplung vergeht bis die Drehzahldifferenz an der Kupplung einen vorbestimmten Sollwert über- oder unterschreitet.
Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, die Steuereinheit derart auszulegen, dass zu einem Gangwechsel ein Drehmoment der im Kraftfluss liegenden Hydromaschine auf ein Minimum, vorzugsweise auf Null, zu verringern und das Drehmoment der anderen Hydromaschine in geeigneter Weise zu steuern.
Dabei kann beispielsweise über die Zeiterfassungseinrichtung oder über ein zusätzliches Zeiterfassungsglied die Zeit erfasst werden, die verstrichen ist, seit das Drehmoment der Hydromaschine zum Schalten verringert wird, wobei dann nach einer vorbestimmten Zeitspanne davon ausgegangen ist, dass diese Drehmomentverringerung erfolgt ist. Selbstverständlich kann der Status der Hydromaschine alternativ auch durch mittelbare oder unmittelbare Messung erfolgen, wobei beispielsweise das Schluckvolumen über einen Schwenkwinkelsensor erfasst wird.
Beim Schließen einer Kupplung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kraftschluss der Kupplung über eine Modulationseinrichtung moduliert wird, so dass beispielsweise ein komfort- oder zeitoptimierter Verlauf des Schließvorgangs einstellbar ist.
Die Betriebssicherheit lässt sich weiter erhöhen, wenn der Fahrantrieb mit einem Fehlererkennungsglied ausgeführt ist, über das bei Überschreiten eines Sollwertes ein Fehlersignal generierbar ist, so dass der Gangwechsel nicht durchgeführt wird.
Die Betätigung der Kupplungen ist besonders einfach, wenn diese elektrisch oder elektrohydraulisch betätigbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines derartigen Fahrantriebs sieht vor, zunächst vor einem Gangwechsel das Drehmoment der im Kraftfluss liegenden Hydromaschine nach einer vorgegebenen Rampenfunktion zu verringern und dann die zugeordnete Kupplung zu betätigen. Dabei wird erfindungsgemäß die Drehzahldifferenz am Eingang und am Ausgang der Kupplung mittelbar oder unmittelbar über die Drehzahlsensoren erfasst und der Zustand „Kupplung geöffnet“ erkannt, wenn die Drehzahldifferenz größer eine Mindestdrehzahldifferenz ist. Alternativ wird der Status „Kupplung geschlossen“ detektiert, wenn die Drehzahldifferenz größer als eine Maximaldrehzahldifferenz ist.
Dabei kann zusätzlich über ein Zeiterfassungsglied die Zeit zum Betätigen der Kupplung erfasst und ein Fehlersignal generiert werden, wenn die Drehzahldifferenz innerhalb einer Sollzeit beim „Kupplung öffnen“ nicht die Mindestdrehzahldifferenz überschreitet bzw. beim „Kupplung schließen“ die Maximaldrehzahldifferenz nicht unterschreitet.
Wie bereits vorstehend erläutert, wird es bevorzugt, das Schließen der Kupplung nach einer Zeitverzögerung zur Einstellung eines weichen Kraftschlusses zu modulieren.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Hydraulikschaltplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrantriebs und
2a, 2b ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Gangwechsels bei einem Fahrantrieb gemäß 1.

Gemäß dem in 1 dargestellten, stark vereinfachten Schaltplan hat ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrantriebs 1 einen hydrostatische Leistungszweig 2, der über einen mechanischen Leistungszweig 4 mit einer Achse 6 oder einem Rad eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise eines Radladers oder dergleichen verbunden ist. Der im Folgenden näher beschriebene Fahrantrieb ermöglicht einen weitgehend automatischen stufenlosen Gangwechsel.
Der hydrostatische Leistungszweig 2 hat in an sich bekannter Weise eine von einem Verbrennungsmotor 8 angetriebene, verstellbare Hydropumpe 10, die beispielsweise als Axialkolben-Verstellpumpe 10 ausgeführt ist. Die Verwendung derartiger Pumpen bei Fahrantrieben ist üblich, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. Diese Hydropumpe 10 ist in einem geschlossenen Kreislauf mit zwei Hydromaschinen 12, 14 angeordnet. Diese üblicherweise als Hydromotor wirkenden Hydromaschinen sind ebenfalls in Axialkolbenbauweise mit veränderlichem Schluckvolumen ausgebildet. Sowohl die Hydropumpe 10 als auch die Hydromaschinen 12, 14 sind über Null verschwenkbar, so dass durch entsprechende Ansteuerung eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt einstellbar ist. Dabei sind die Arbeitsanschlüsse der beiden Hydromaschinen 12, 14 in einer Art Parallelschaltung über Arbeitsleitungen 16, 16a bzw. 18, 18a mit den jeweiligen Anschlüssen der Hydropumpe 10 verbunden. Die ansonsten bei einem geschlossenen Kreislauf üblichen Bauelemente, wie beispielsweise eine Speisepumpe, Speiseventile, Druckbegrenzungsventile, etc. sind nicht dargestellt.
Jede der Hydromaschinen 12, 14 hat eine Ausgangs- oder Triebwelle 20, 22, die über den mechanischen Leistungszweig 4 mit der Achse 6 oder dem Rad verbindbar sind. Dieser mechanische Leistungszweig 4 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Getriebeanordnung mit drei Gängen/Fahrbereichen (Range) ausgeführt. Diese Getriebestufen sind in 1 mit dem Bezugszeichen 24, 26, 28 versehen. Jeder dieser Getriebestufen 24, 26, 28 ist jeweils eine Kupplung 30 (erste Kupplung), 32 (zweite Kupplung), 34 (dritte Kupplung) zugeordnet. Über diese Kupplungen 30, 32, 34 kann jeweils der Kraftfluss von der Hydromaschine 12, 14 zu einer Abtriebswelle hergestellt oder unterbrochen werden. Diese Abtriebswelle 36 ist über einen Achsantrieb 38 mit der Achse 6 verbunden.
Jede der Getriebestufen 24, 26, 28 hat eine durch Zahnräder oder ein Vorgelege ausgebildete Übersetzung, so dass die Drehzahl der Triebwelle 20, 22 auf ein für den Achsantrieb 38 geeignetes Niveau reduziert/übersetzt wird. Diese Übersetzungen i werden im Folgenden noch näher erläutert.
Jede der Kupplungen 30, 32, 34 hat ein eingangsseitiges Kupplungsteil 30a, 32a, 34a, das mit der zugeordneten Triebwelle 20 bzw. 22 verbunden ist. Demgemäß stehen die Kupplungen 30 und 34 über die Kupplungsteile 30a, 34a in Wirkverbindung mit der Triebwelle 22 der Hydromaschine 14, während das Kupplungsteil 32a mit der Triebwelle 20 der Hydromaschine 12 verbunden ist. Die ausgangsseitigen Kupplungsteile der jeweiligen Kupplungen sind mit dem Bezugszeichen 30b, 32b bzw. 34b versehen. Diese ausgangsseitigen Kupplungsteile sind dann entsprechend über die Getriebestufen 24, 26, 28 mit der Abtriebswelle 36 verbunden.
Die Betätigung der Kupplungen 30, 32, 34 erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel elektrisch oder elektrohydraulisch über eine Steuereinheit 40. Die Steuer-/Signalleitungen sind in 1 gestrichelt angedeutet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Kupplungen 30, 32, 34 durch Stromlosschalten nicht dargestellter Betätigungselemente, beispielsweise von Schaltmagneten oder hydraulischen Betätigungszylindern, geöffnet. Bei Bestromung dieser Stellelemente rückt die Kupplung ein („Kupplung geschlossen“). Selbstverständlich kann auch eine positive Kupplung verwendet werden, bei der die Kupplung im unbestromten Zustand geschlossen und im bestromten Zustand geöffnet ist.
Gemäß dem Schaltschema in 1 werden die Drehzahlen der Abtriebswelle 36 und der Triebwellen 20, 22 jeweils über einen Drehzahlsensor 42, 44, 46 erfasst und über die angedeuteten Signalleitungen an die Steuereinheit 40 gemeldet.
Gemäß der unten einkopierten Tabelle 1 lassen sich über eine derartige 2+3-Anordnung (zwei Hydromotoren, 3 Getriebestufen) beispielsweise drei Gänge/Fahrbereiche (Range) einstellen, wobei in dem ersten Gang die Kupplungen 30, 32 geschlossen sind und die Kupplung 34 geöffnet ist. Tabelle 1

Kupplung 30 Kupplung 32 Kupplung 34

Gang 1 X X

Gang 2 X

Gang 3 X

Motor 14 Motor 12

Gang 1 i = 6,103 i = 3,033

Gang 2 i = 3,033

Gang 3 i = 1,342 (1,84)
Der zweite Gang ist eingestellt, wenn nur die Kupplung 32 geöffnet ist. Der dritte Gang wird dann durch Schließen der Kupplung 34 und Öffnen der beiden anderen Kupplungen 30, 32 eingestellt.
In der Tabelle 1 sind auch die sich bei Einstellung dieser Fahrbereiche/Gänge einstellenden Übersetzungsverhältnisse i der jeweiligen Hydromaschine 12, 14 dargestellt. Demgemäß betragen die Übersetzungsverhältnisse im ersten Gang an der Hydromaschine 14: i = 6,103 und an der Hydromaschine 12: i = 3,033.
Im zweiten Gang ist nur das Übersetzungsverhältnis der zweiten Getriebestufe 28 wirksam; dieses Übersetzungsverhältnis beträgt: i = 3,033. Im dritten Gang/Fahrbereich wirkt nur die dritte Getriebestufe 26; das Übersetzungsverhältnis beträgt dann: i = 1,342 (1,84).
Selbstverständlich kann der Fahrantrieb auch mit anderen Übersetzungsverhältnissen und weiteren oder lediglich zwei Gängen/Fahrbereichen ausgeführt werden.
Der prinzipielle Ablauf der Steuer-/Regelstrategie zur Ansteuerung des vorbeschriebenen Fahrantriebs 1 wird anhand des Ablaufschemas in 2 erläutert. Die dabei verwendeten Abkürzungen sind der am Ende der Beschreibung angefügten Bezugszeichenliste entnehmbar.
Es sei angenommen, dass der erste Gang (Range 1) eingelegt ist und automatisch hochgeschaltet werden soll. Dieses Hochschalten (up shifting) erfolgt üblicher Weise dann, wenn die aktuelle Belastung des Verbrennungsmotors vergleichsweise gering ist. Hierfür kann beispielsweise ein Lastgrenzwert des Verbrennungsmotors vorgegeben werden, so dass beim Hochschalten eine Überlastung im nächsten Fahrbereich/Gang zuverlässig verhindert ist.
Ein Herunterschalten, das ebenfalls anhand von 2 erläutert wird, erfolgt dann, wenn die Last des Verbrennungsmotors einen Maximalwert erreicht hat und der Fahrzeugführer, beispielsweise zum Beschleunigen, die volle Leistung abruft.
Die im Folgenden beschriebene Strategie zur Ansteuerung des Fahrantriebs bzw. zur Steuerung des Gangwechsels basiert auf folgenden Grundprinzipien:

- Kupplung öffnen:
- Vor dem Öffnen einer Kupplung wird das Drehmoment des zugeordneten Hydromotors auf Null reduziert. Wenn dann das Drehmoment dieser Hydromaschine in etwa Null beträgt, wird die zugeordnete Kupplung stromlos geschaltet. Der Zustand „Kupplung geöffnet“ wird dann erfasst, wenn die Drehzahldifferenz am Eingang und am Ausgang der Kupplung größer als eine Referenz- oder Mindestdrehzahldifferenz ist.
- Kupplung schließen:
- Auch vor dem Schließen einer Kupplung wird das Drehmoment der zugeordneten Hydromaschine auf Null reduziert. Beim Schließen wird dann die jeweilige Kupplung für einen kurzen Zeitintervall ohne Modulation angesteuert, um möglichst schnell den Schleifpunkt (kisspoint) der Kupplung zu erreichen. Nach diesem voreingestellten Zeitintervall erfolgt dann eine Modulation des Kupplungseingriffs derart, dass der Kraftschluss zum Hydromotor kontinuierlich auf „sanfte Weise“ erfolgt. Der Zustand „Kupplung geschlossen“ wird dann erkannt, wenn die Drehzahldifferenz an der Kupplung niedriger ist als ein vorgegebener Schwellwert, beispielsweise eine Maximaldrehzahldifferenz.

Prinzipiell erfolgt dann, wenn der Status „Kupplung geschlossen“ oder „Kupplung offen“ nicht in einer vorgegebenen Zeitspanne detektiert wird, eine Fehlermeldung und das Getriebe verbleibt in seinem Ausgangszustand bzw. wird in den Ausgangszustand zurückgeschaltet.
Weitere Details des Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Fahrantriebs werden anhand der 2a, 2b erläutert, die gemeinsam ein Ablaufschema darstellen.
Es sei angenommen, dass der Fahrantrieb auf die erste Getriebestufe 24 eingestellt ist, in der gemäß der obigen Tabelle die Kupplung 30 und die Kupplung 32 geschlossen sind und die Kupplung 34 geöffnet ist. Zum Umschalten in den zweiten Gang (Range 2) muss dann entsprechend die Kupplung 30 geöffnet werden.
Dieses Hochschalten erfolgt beispielsweise dann, wenn sich die Getriebeausgangsdrehzahl unterhalb einer Drehzahl befindet, in der üblicherweise vom ersten in den zweiten Gang umgeschaltet wird. Des Weiteren wird vorausgesetzt, dass kein „kick down“ betätigt wird und die aktuelle Last des Verbrennungsmotors unter einem ebenfalls vorbestimmten Grenzwert liegt. Des Weiteren befindet sich das Fahrpedal oberhalb eines vorbestimmten Stellweges. Diese Bedingungen für das Hochschalten sind allgemein bekannt, so dass diesbezügliche Details entbehrlich sind. Bei diesen Bedingungen geht die Steuerung davon aus, dass das Fahrzeug nicht im Überlastbereich fährt und die mechanischen Grenzen nicht überschritten sind und auch vom Fahrer keine Vorgabe zur Beschleunigung vorliegt.
Dementsprechend wird bei Einhaltung dieser Bedingung zunächst ein Befehl zum Gangwechsel vom ersten Gang in den zweiten Gang in einen Zustand A (TRC12_1A) abgegeben. Wie in 2a dargestellt, wird dann in dem Schritt RC12_A das Drehmoment des Hydromotors 14 auf Null abgesenkt und das Drehmoment des anderen Hydromotors 12 nach einer vorgegebenen Funktion in Abhängigkeit vom Drehmoment des erst genannten Hydromotors 16 gesteuert. Der Status bzw. der Betriebszustand der Hydromaschinen 12, 14 kann dann beispielsweise über den Schwenkwinkel oder - wie vorstehend erläutert - anhand der Zeitspanne RC12_A bestimmt werden, die seit der Ansteuerung der Hydromaschinen zum Gangwechsel vergangen ist. Nach Ablauf dieser Zeitspanne, in der der Übergang vom Status TRC12_1A auf den Status TRC12_AB erfolgt, erfolgt dann das Einleiten des Gangwechsels (RC12_B), wobei die Kupplung 30 geöffnet wird, indem sie stromlos geschaltet wird. Parallel wird über die Zeiterfassungseinrichtung die Zeit erfasst, seit dem die Kupplung stromlos geschaltet ist. Gleichzeitig wird die Drehzahldifferenz an der Kupplung 30 über die Drehzahlsensoren 44, 46 erfasst. Sobald diese Drehzahldifferenz größer wird als eine voreingestellte Mindestdrehzahldifferenz wird der Status „Kupplung offen“ erkannt und das Signal TRC12_B2 generiert, gemäß dem der Schaltvorgang in den zweiten Gang abgeschlossen ist. Dabei ist allerdings vorausgesetzt, dass diese Zieldrehzahldifferenz innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne erreicht wird. Falls innerhalb dieser Zeitspanne nicht das Signal „Kupplung offen“ detektiert wird, wird ein Fehlersignal TEC12_21A abgegeben. Daraufhin wird der Hochschaltvorgang abgebrochen und das Getriebe in den ersten Gang zurückgestellt (TRC21_Stop). Das Fahrzeug kann auf diese Weise weiterfahren und es wird ein Fehlersignal abgegeben, das darauf hinweist, dass die Kupplung 30 blockiert ist.
Das Umschalten vom zweiten Gang in den dritten Gang erfolgt im Wesentlichen unter den gleichen Voraussetzungen wie das Umschalten vom ersten in den zweiten Gang. Dementsprechend wird vorausgesetzt, dass die Drehzahl der Abtriebswelle unterhalb eines für den Schaltvorgang von dem zweiten in den dritten Gang vorgegebenen Drehzahllimits liegt; es soll kein Kick-Down-Signal vorliegen, das Fahrpedal ist nicht vollständig betätigt und steht oberhalb eines Grenzbetätigungsweges, die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors liegt unterhalb eines Grenzwertes, etc. Falls diese Schaltbedingungen erfüllt sind, wird das Schaltsignal TRC23_2A abgegeben und zunächst ein Gangwechselsignal RC23_A erzeugt, das für den Gangwechsel vom zweiten zum dritten Gang in einem Status A steht. Mit diesem Signal wird die Kupplung 34 geschlossen und über die Zeiterfassungseinrichtung wiederum eine Zeitspanne vorgegeben, in der die Drehzahldifferenz an der Kupplung 34 erfasst wird. Das Starten der Zeiterfassung mit der damit einhergehenden Drehzahlüberwachung ist in 2b mit dem Schritt TRC23_AB gekennzeichnet.
In dem Fall, in dem innerhalb dieser vorgegebenen Zeitspanne die Drehzahldifferenz an der Kupplung 34 eine maximale Drehzahldifferenz unterschreitet, wird der Status „Kupplung 34 geschlossen“ detektiert. Parallel dazu wird überwacht, ob die Drehzahl der zugeordneten Hydromaschine 14 größer ist als eine vorgegebene Drehzahl.
In dem nächsten, mit RC23_B gekennzeichneten Schritt wird dann das Drehmoment der Hydromaschine 14 auf einen für das Umschalten vom zweiten in den dritten Gang geeigneten Wert eingestellt und das Drehmoment der Hydromaschine 12 über eine Rampenfunktion auf Null zurück verstellt.
Über die Zeiterfassungseinrichtung wird dann ein weiterer Verzögerungsintervall RC23_B gestartet und während dieser Zeitspanne in dem mit TRC23_BC gekennzeichneten Zeitintervall das Drehmoment der Hydromaschine 12 auf Null abgesenkt und dann im Schritt RC23_C die Kupplung 32 stromlos geschaltet. Wie zuvor wird dabei während des Zeitintervalls TRC23_C3 wiederum die Drehzahldifferenz an der Kupplung 32 überwacht und ein Signal „Kupplung geöffnet“ detektiert, wenn diese Drehzahldifferenz größer als eine Mindestdrehzahldifferenz ist - der dritte Fahrbereich/Gang ist dann aktiv.
Das Zurückschalten vom dritten Gang auf den zweiten Gang (Fahrbereich) und vom zweiten Gang in den ersten Gang erfolgt dann weitestgehend entsprechend.
Der Übergang vom dritten in den zweiten Gang wird durch den Befehl TRC32_3A eingeleitet. In der Phase RC32_A wird dann zunächst das Schließen der Kupplung 32 eingeleitet und über die Zeiterfassungseinrichtung eine erste Zeitspanne gestartet, in der keine Modulation erfolgt. Diese Zeitspanne ist so gewählt, dass die Kupplung nach dem Bestromen den Schleifpunkt (Kisspoint) erreichen kann. Dieser Zeitabschnitt ist in 2b mit dem Schritt TRC32_AB gekennzeichnet. Im Anschluss daran erfolgt mit dem Schritt RC32_B eine Modulation während einer weiteren Zeitspanne, die derart erfolgt, dass beispielsweise die Drehzahl der Hydromaschine 12 kleiner ist als die Drehzahl der Hydromaschine 14. Nach dem Schritt RC32_C wird die Modulation deaktiviert und dann im Übergang TRC32_CD geprüft, ob die Drehzahldifferenz an der Kupplung 32 kleiner als eine vorgegebene Maximaldrehzahldifferenz ist. Falls dies der Fall ist, wird ein Signal „Kupplung 32 geschlossen“ detektiert (Schritt TR32_CD).
Im nächsten Übergangsschritt RC32_D wird dann das Drehmoment des Hydromotors 14 über eine Rampenfunktion auf Null reduziert, während das Drehmoment der Hydromaschine 12 entsprechend einer vorgegebenen Funktion in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird. Des Weiteren wird eine weitere Zeitspanne gestartet, innerhalb der die Verstellung der beiden Hydromaschinen 12, 14 in der vorgenannten Weise erfolgen soll (TR32_DE). Nach Ablauf dieser Zeitspanne wird dann im Schritt RC32_E davon ausgegangen, dass die Hydromaschine 12 auf das vorbestimmte Drehzahlniveau verstellt ist und es wird ein Signal zum Öffnen (Bestromen) der Kupplung 34 generiert. Wie zuvor wird dann während des Schrittes TR32_E2 die Drehzahldifferenz an der Kupplung 34 bestimmt und der Status „Kupplung 34 geöffnet“ detektiert, wenn diese Drehzahldifferenz größer ist als die vorgenannte Mindestdrehzahldifferenz - der Gangwechsel zum zweiten Gang ist beendet.
Zum Herunterschalten auf den ersten Gang muss dann entsprechend der vorgenannten Tabelle auch die Kupplung 30 geschlossen werden. Dies wird über die Steuereinheit 40 mit dem Befehl TRC21_2A eingeleitet. Wie beim Herunterschalten vom dritten Gang in den zweiten Gang wird mit dem Schritt RC21_A das Signal „Kupplung 30 schließen“ generiert und eine Zeitspanne gestartet, während der keine Modulation erfolgt. Während dieser Zeitspanne TRC21_AB erreicht die Kupplung dann den Schleifpunkt und mit dem Schritt RC21_B wird dann die Modulation aktiviert und eine weitere Zeitspanne gestartet. Innerhalb dieser Zeitspanne erfolgt die Modulation derart, dass die Drehzahl der Hydromaschine 14 geringer ist als die Drehzahl der Hydromaschine 12 (TRC21_BC). In dem Schritt RC21_C wird dann nach Ablauf der vorgenannten Zeitspanne die Modulation deaktiviert und eine weitere Zeitspanne gestartet. Während dieser Zeitspanne wird dann im Schritt TR21_CD überwacht, ob die Drehzahldifferenz der Kupplung 34 kleiner ist als die vorgegebene Maximaldrehzahldifferenz. Falls dies der Fall ist, wird der Status „Kupplung 34 geschlossen“ detektiert und mit dem Schritt RC21_D eine weitere Zeitspanne gestartet, innerhalb der das Drehmoment der Hydromotoren 12 und 14 auf das für den ersten Gang vorbestimmte Niveau mittels einer Rampenfunktion verstellt wird. Nach Ablauf dieser Zeitspanne und entsprechender Verstellung der Hydromotoren 12, 14 ist dann mit dem Schritt TR21_D1 das Herunterschalten auf den ersten Gang beendet.
In dem Diagramm sind noch einige Schritte eingezeichnet, die dann eingeleitet werden, wenn innerhalb der vorgenannten Zeitspannen die jeweilige Bedingung nicht erfüllt ist. Es handelt sich dabei um Fehlererkennungen, mit denen dann jeweils ein Zurücksetzen in einen vom jeweiligen Fehler abhängigen Status, beispielsweise ein Zurückstellen in den Ausgangszustand erfolgt. Diese Fehlermeldungen/aus Fehlern resultierenden Schritte sind in dem Diagramm mit den Kennungen TE32A_23C, TE32B_23C, TE32C_23C, TE23A_32E, TE21A_12B, TE12_21A, TE21B_12B, TE21C_12B gekennzeichnet, welcher Status damit jeweils eingestellt wird, ist ohne Weiteres dem Ablaufdiagramm gemäß den 2a, 2b entnehmbar, so dass diesbezügliche Erläuterungen entbehrlich sind.
Offenbart sind ein Fahrantrieb und ein Verfahren zum Ansteuern eines derartigen Fahrantriebs, wobei zwei verstellbare Hydromaschinen über beispielsweise drei Getriebestufen mit einem Achsantrieb verbunden sind. Jede Getriebestufe ist über eine Kupplung mit einer der Hydromaschinen verbindbar. Erfindungsgemäß ist jeder Hydromaschine und dem Ausgang des Getriebes jeweils ein Drehzahlsensor zugeordnet, so dass das Öffnen und Schließen der Kupplungen anhand der Drehzahldifferenz an der jeweiligen Kupplung überwachbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrantrieb
2: hydrostatischer Leistungszweig
4: mechanischer Leistungszweig
6: Achse
8: Verbrennungsmotor
10: Hydropumpe
12: Hydromaschine / Hydromotor
14: Hydromaschine / Hydromotor
16: Arbeitsleitung
18: Arbeitsleitung
20: Triebwelle
22: Triebwelle
24: Getriebestufe
26: Getriebestufe
28: Getriebestufe
30: Kupplung
32: Kupplung
34: Kupplung
36: Abtriebswelle
38: Achsantrieb
40: Steuereinheit
42: Drehzahlsensor
44: Drehzahlsensor
44: Drehzahlsensor

Abkürzungen:

RC: Gangwechsel (Range Change)
Rng: Gang
TRC: Übergang zu einem anderen Status des Gangwechsels (Transition to Range Change State)
RngX: Fahrbereich oder Gang X
RCXY_Z: Gangwechsel vom Gang X in den Gang Y im Status Z
TRCXY_WZ: Gangwechsel vom Gang/Fahrbereich X auf den Gang/Fahrbereich Y im Gangwechselstatus Z ausgehend vom Status W

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3907633 C2 [0002]
EP 0483543 B2 [0003]
DE 102014219646 A1 [0005]
DE 102015215013 [0008]

Claims

Fahrantrieb mit zwei verstellbaren Hydromaschinen (12, 14), die über eine mechanische Getriebeanordnung ein Rad oder eine Achse (6) antreiben, wobei die Getriebeanordnung zumindest zwei Getriebestufen (24, 26, 28) mit jeweils einer Kupplung (30, 32, 34) hat, über die ein Kraftschluss zu einer Abtriebswelle (36) herstellbar ist und mit einer Steuereinheit (40) zur Ansteuerung der Hydromaschinen (12, 14) und der Kupplungen (30, 32, 34), wobei der Abtriebswelle (36) und jeder Hydromaschine (12, 14) ein Drehzahlsensor (42, 44, 46) zugeordnet ist und die Steuereinheit (40) ausgelegt ist, um einen Gang-/Fahrbereichswechsel in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz der Abtriebswelle (36) und zumindest einer der im Kraftfluss liegenden Hydromaschinen (12, 14), insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz an der jeweiligen Kupplung (30, 32, 34), durchzuführen.
Fahrantrieb nach Patentanspruch 1, mit drei Getriebestufen (24, 26, 28), denen jeweils eine Kupplung (30, 32, 34) zugeordnet ist.
Fahrantrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, mit einer Zeiterfassungseinrichtung zum Erfassen der Zeit, die die jeweilige Kupplung (30, 32, 34) zum Öffnen oder Schließen benötigt, wobei die Steuereinheit (40) ausgelegt ist, um bei Überschreiten einer Sollzeit eine Fehlermeldung abzugeben und den Gangwechsel zu unterbrechen.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Steuereinheit (40) ausgelegt ist, um zum Gangwechsel ein Drehmoment der im Kraftfluss liegenden Hydromaschine (12, 14) auf ein Minimum, vorzugsweise auf Null, zu verringern und das Drehmoment der anderen Hydromaschine (12, 14) in geeigneter Weise zu steuern.
Fahrantrieb nach Patentanspruch 3 und 4, wobei über die Zeiterfassungseinrichtung diejenige Zeit erfassbar ist, in der das Drehmoment der Hydromaschine (12, 14) verändert wird, wobei die Steuereinheit (40) ausgelegt ist, um bei Überschreiten einer Sollzeit ein Fehlersignal abzugeben und den Gangwechsel zu unterbrechen.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Modulationseinrichtung zum Modulieren des Kraftschlusses der Kupplung (30, 32, 34) beim Schließen.
Fahrantrieb nach Patentanspruch 6, wobei die Modulation erst erfolgt, wenn die Kupplung (30, 32, 34) den Schleifpunkt erreicht hat.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Kupplungen (30, 32, 34) elektrisch oder elektrohydraulisch betätigt sind.
Verfahren zum Ansteuern eines Fahrantriebs mit zwei verstellbaren Hydromaschinen (12, 14), die über ein mechanisches Getriebe ein Rad oder eine Achse (6) antreiben, wobei das Getriebe zumindest zwei Getriebestufen (24, 26, 28) mit jeweils einer Kupplung (30, 32, 34) hat, über die ein Kraftschluss zu einer Abtriebswelle (36) herstellbar ist und mit Drehzahlsensoren (42, 44, 46) zur Erfassung der Drehzahlen der Abtriebswelle (36) und der Hydromaschinen (12, 14) sowie mit einer Steuereinheit (40) zur Ansteuerung der Hydromaschinen (12, 14) und der Kupplungen (30, 32, 34), gekennzeichnet durch die Schritte: - Reduzieren des Drehmomentes der im Kraftfluss liegenden Hydromaschinen (12, 14), - Betätigen der zugeordneten Kupplung (30, 32, 34) und - mittelbares oder unmittelbares Erfassen der Drehzahldifferenz am Eingang und am Ausgang der Kupplung (30, 32, 34) und Detektieren des Status „Kupplung geöffnet“, wenn die Drehzahldifferenz größer ist als eine Mindest- oder Referenzdrehzahldifferenz ist und Detektieren des Zustands „Kupplung geschlossen“, wenn die Drehzahldifferenz größer als eine Referenz-/Maximaldrehzahldifferenz ist.
Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei über eine Zeiterfassungseinrichtung die Zeit ab dem Betätigen der Kupplung (30, 32, 34) erfasst und ein Fehlersignal abgegeben wird, wenn die Drehzahldifferenz innerhalb einer Sollzeit beim „Kupplung öffnen“ nicht die Mindestdrehzahldifferenz überschreitet bzw. beim „Kupplung schließen“ die Maximaldrehzahldifferenz nicht unterschreitet.
Verfahren nach Patentanspruch 9 oder 10, wobei beim Schließen einer Kupplung (30, 32, 34) die Kupplung zunächst bis zum Schleifpunkt geschlossen und danach das Schließen der Kupplung (30, 32, 34) moduliert wird, um einen weichen Kraftschluss zu erreichen.