DE102017220003B3

DE102017220003B3 - Verfahren zur Leistungs- und/oder Drehmomentbestimmung im Fahrantrieb eines CVT Getriebes einer Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE102017220003B3
Application number: DE102017220003.0A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Bailly; Wolfgang Straif
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-11-11

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Bestimmen einer durch ein CVT-Getriebe (3) einer Arbeitsmaschine (1) fließenden Leistung (P; P), bei dem ein aktueller Variatordifferenzdruck (Δp) eines Variators (6) des CVT-Getriebes (3) mit zumindest einem Drucksensor (11) gemessen wird. Erfindungsgemäß wird empirisch auf einem Prüfstand am realen CVT-Getriebe (3) ein Differenzdruck-Kennfeld (13, 14), das den funktionalen Zusammenhang zwischen Variatordifferenzdruck (Δp) und Leistung (P; P) in Abhängigkeit einer Getriebeübersetzung (i) des CVT-Getriebes (3) wiedergibt, ermittelt und in einem elektronischen Steuergerät (10) des CVT-Getriebes (3) abgespeichert. Des Weiteren wird vom elektronischen Steuergerät (10) im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine (1) die aktuelle Leistung (P; P) anhand des aktuellen Variatordifferenzdrucks (Δp) und des Differenzdruck-Kennfelds (13, 14) bestimmt. Ferner betrifft die Erfindung ein CVF-Getriebe mit einem derartigen Differenzdruck-Kennfled (13, 14).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungs- und Drehmomentbestimmung im Fahrantrieb eines CVT-Getriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art sowie ein entsprechendes CVT-Getriebe für eine Arbeitsmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 21 näher definierten Art.
Leistungsverzweigungsgetriebe werden vorzugsweise in Arbeitsmaschinen verwendet, beispielsweise als Getriebe für Traktoren oder Baumaschinen. Die hydrostatischmechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe weisen einen hydrostatischen Leistungszweig und einen mechanischen Leistungszweig auf, welche über ein Summierungsgetriebe wieder summiert werden.
Die Druckschrift DE 10 2015 202 981 A1 offenbart ein hydrostatisch-mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe bzw. ein stufenlos schaltbares CVT-Getriebe sowie ein Verfahren zum Betreiben des hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungs-Getriebes mit einem Variator, dessen Hochdruck mittels eines Hochdrucksensors ermittelt wird und in Abhängigkeit des erfassten Hochdrucks im hydrostatischen Leistungszweig eine vom hydrostatischen Leistungszweig übertragene Leistung ermittelt wird.
Nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten CVT-Getrieben ist, dass die auftretenden Verlustleistungen im jeweiligen Getriebe rechnerisch nur sehr aufwendig zu beschreiben sind und Rechenmodelle über Versuchsmessungen getriebespezifisch bestätigt werden müssen. Ferner ist bei veränderter Getriebekonstruktion eine softwareseitige Anpassung des Rechenmodells erforderlich, d.h. die Steuerungssoftware muss getriebespezifisch erstellt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, bei welchen mit begrenztem Aufwand und bei ausreichender Genauigkeit die geforderten Daten, vor allem die durch das Getriebe fließende Fahrantriebsleistung und das Getriebeabtriebsmoment im aktuellen Betriebszustand des Getriebes ermittelt und für die Getriebe- bzw. Arbeitsmaschinensteuerung geliefert werden.
Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie des Patentanspruchs 21 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Bestimmen einer durch ein CVT-Getriebe einer Arbeitsmaschine fließenden Leistung. Bei einem CVT-Getriebe handelt es sich um ein stufenlos schaltbares Leistungsverzeigungsgetriebe. Bei dem Verfahren wird ein aktueller Variatordifferenzdruck eines Variators des CVT-Getriebes mit zumindest einem Drucksensor gemessen. Um mit dem gemessenen Variatordifferenzdruck die durch das CVT-Getriebe fließende Leistung bestimmen zu können wird auf einem Prüfstand am realen CVT-Getriebe ein Differenzdruck-Kennfeld ermittelt, das den funktionalen Zusammenhang zwischen Variatordifferenzdruck und Leistung in Abhängigkeit einer Getriebeübersetzung des CVT-Getriebes wiedergibt. Das Differenzdruck-Kennfeld wird nach seiner Ermittlung in einem elektronischen Steuergerät des CVT-Getriebes abgespeichert. Im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine wird vom elektronischen Steuergerät die aktuell durch das CVT-Getriebe fließende Leistung anhand des aktuellen Variatordifferenzdrucks und des abgespeicherten Differenzdruck-Kennfelds bestimmt. Vorteilhafterweise werden somit keine speicher- und rechenintensive Rechenmodelle benötigt. Des Weiteren ist das Verfahren unabhängig von der konstruktiven Ausgestaltung des CVT-Getriebes und kann standardisiert auf unterschiedlichste Getriebeversionen angewendet werden. Des Weiteren werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt, da lediglich der sensorisch erfassbare Varitordifferenzdruck zur Ermittlung des Leistungsflusses benötigt wird. Ferner werden Wirkungsgradeinflüsse des Variators und eines nachgelagerten Getriebes auf das Abtriebsmoment am empirisch vermessenen Getriebe ohne Detailkenntnisse zu eigentlichen Verlustquellen erfasst.
Vorteilhaft ist es, wenn am Prüfstand zur Ermittlung des Differenzdruck-Kennfelds ein erster Referenzdruckverlauf und/oder ein zweiter Referenzdruckverlauf, insbesondere in einem definierten Referenzbetriebszustand des CVT-Getriebes, empirisch erfasst werden. Hierdurch kann der prüfstandseitige Aufwand zur Ermittlung des Differenzdruck-Kennfelds reduziert werden.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass bei gekrümmten Kennfeldern die Anzahl der erforderlichen Referenzdruckverläufe der Kennfeldkrümmung angepasst wird. Es muss sich also nicht nur um zwei Referenzkurven mit einer niedrigen und hohen Referenzleistung handeln. Das Ermitteln und Ablegen einer oder mehrerer Referenzkurven, beispielsweise bei einer mittleren Leistung, kann zur Steigerung der Verfahrensgenauigkeit sinnvoll sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn am Prüfstand zur empirischen Erfassung des Referenzdruckverlaufs eine konstante Referenzleistung am CVT-Getriebe angelegt wird, die Getriebeübersetzungen durchfahren werden und hierbei der Variatordifferenzdruck aufgezeichnet wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der erste Referenzdruckverlauf für eine konstante erste Referenzleistung und der zweite Referenzdruckverlauf für eine im Vergleich dazu höhere, konstante zweite Referenzleistung erfasst. Hierdurch kann der prüfstandseitige Aufwand zur Ermittlung des Differenzdruck-Kennfelds reduziert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine für den gemessenen, aktuellen Variatordifferenzdruck und für eine aktuelle Getriebeübersetzung ein Druckarbeitspunkt im Differenzdruck-Kennfeld ermittelt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Druckarbeitspunkt durch Interpolation zwischen den zumindest zwei Referenzdruckverläufen des Differenzdruck-Kennfelds ermittelt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn für die aktuelle Getriebeübersetzung auf dem ersten Referenzdruckverlauf ein erster Druckstützpunkt und auf dem zweiten Referenzdruckverlauf ein zweiter Druckstützpunkt bestimmt werden. Ferner ist es diesbezüglich vorteilhaft, wenn zwischen diesen beiden durch Interpolation eine Druck-Interpolationskurve bestimmt wird.
Es besteht somit vorteilhafterweise die Möglichkeit, dass auf der Druck-Interpolationskurve für den aktuell gemessenen Variatordifferenzdruck der Druckarbeitspunkt ermittelt und anhand von diesem aus dem Differenzdruck-Kennfeld die aktuelle Leistung, insbesondere rechnerisch, abgeleitet wird.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird ein erstes Differenzdruck-Kennfeld für eine von einer Antriebsseite zu einer Abtriebsseite des CVT-Getriebes fließende Fahrantriebsleistung ermittelt. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn mit dem ersten Differenzdruck-Kennfeld eine aktuelle Fahrantriebsleistung ermittelt wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn ein zweites Differenzdruck-Kennfeld für eine von der Abtriebsseite zur Antriebsseite fließende Schubleistung ermittelt wird. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn mit dem zweiten Differenzdruck-Kennfeld eine aktuelle Schubleistung bestimmt wird.
Zur Ermittlung eines aktuellen Abtriebsdrehmoments ist es vorteilhaft, wenn auf dem Prüfstand am realen CVT-Getriebe empirisch ein Abtriebsmoment-Kennfeld ermittelt wird, das den funktionalen Zusammenhang zwischen einem Abtriebsdrehmoment (T_ab ) und der Fahrantriebsleistung (P_An ) in Abhängigkeit der Getriebeübersetzung (i) des CVT-Getriebes wiedergibt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Abtriebsmoment-Kennfeld in dem elektronischen Steuergerät des CVT-Getriebes abgespeichert wird.
Vorteilhaft ist es, wenn vom elektronischen Steuergerät im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine ein aktuelles Abtriebsdrehmoment anhand der über das Differenzdruck-Kennfeld bestimmten aktuellen Fahrantriebsleistung und des Abtriebsmoment-Kennfelds bestimmt wird.
Vorteilhaft ist es auch, wenn am Prüfstand zur Ermittlung des Abtriebsmoment-Kennfelds ein erster Referenzmomentenverlauf und/oder ein zweiter Referenzmomentenverlauf, insbesondere in dem definierten Referenzbetriebszustand des CVT-Getriebes, empirisch erfasst werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass am Prüfstand zur empirischen Erfassung des Referenzmomentenverlaufs eine konstante Referenzleistung am CVT-Getriebe angelegt wird, die Getriebeübersetzungen durchfahren werden und hierbei das Abtriebsdrehmoment aufgezeichnet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der erste Referenzmomentenverlauf für eine konstante erste Referenzleistung und der zweite Referenzmomentenverlauf für eine im Vergleich dazu höhere, konstante zweite Referenzleistung erfasst.
Es besteht die Möglichkeit, dass im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine für die über das Differenzdruck-Kennfeld bestimmte aktuelle Fahrantriebsleistung und für die aktuelle Getriebeübersetzung ein Momentenarbeitspunkt im Abtriebsmoment-Kennfeld ermittelt wird. Vorteilhaft ist es, wenn der Momentenarbeitspunkt durch Interpolation zwischen den beiden Referenzmomentenverläufen des Abtriebsmoment-Kennfelds ermittelt wird.
Vorteilhaft ist es auch, wenn für die aktuelle Getriebeübersetzung auf dem ersten Referenzmomentenverlauf ein erster Momentenstützpunkt und auf dem zweiten Referenzmomentenverlauf ein zweiter Momentenstützpunkt bestimmt werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn zwischen diesen beiden durch Interpolation eine Momenten-Interpolationskurve bestimmt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn auf der Momenten-Interpolationskurve für die über das Differenzdruck-Kennfeld bestimmte aktuelle Fahrantriebsleistung der Momentenarbeitspunkt ermittelt und anhand von diesem aus dem Abtriebsmoment-Kennfeld das aktuelle Abtriebsdrehmoment abgeleitet wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird für zumindest einen vom Referenzbetriebszustand abweichenden Ist-Betriebszustand des CVT-Getriebes, insbesondere für eine veränderte Antriebsdrehzahl und/oder Getriebetemperatur, eine Korrekturfunktion für den jeweiligen Referenzdruckverlauf und/oder Referenzmomentenverlauf bestimmt und/oder hinterlegt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Referenzdruckverläufe und/oder Referenzmomentenverläufe im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine bei auftretenden Veränderungen anhand der Korrekturfunktionen korrigiert werden.
Vorgeschlagen wird ein CVT-Getriebe für eine Arbeitsmaschine, insbesondere eine Land- oder Baumaschine, mit einem Variator, zumindest einem Drucksensor zum Messen eines aktuellen Variatordifferenzdrucks und einem elektronischen Steuergerät. In dem Steuergerät ist ein Differenzdruck-Kennfeld und/oder ein Abtriebsmoment-Kennfeld abgespeichert, welches empirisch auf einem Prüfstand am realen CVT-Getriebe ermittelt wurde. Das Steuergerät ist ausgebildet derart, dass eine aktuell durch das CVT-Getriebe fließende Leistung und/oder ein aktuelles Abtriebsdrehmoment mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ermittelbar ist, wobei die vorstehend genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine mit einem CVT-Getriebe,
2 ein empirisch ermitteltes Differenzdruck-Kennfeld des CVT-Getriebes zur Ermittlung der aktuell durch das CVT-Getriebe fließenden Fahrantriebsleistung,
3 ein empirisch ermitteltes Abtriebsdrehmoment-Kennfeld zur Ermittlung eines aktuellen Abtriebsmoments der Arbeitsmaschine und
4 ein empirisch ermitteltes Differenzdruck-Kennfeld des CVT-Getriebes zur Ermittlung einer aktuell durch das CVT-Getriebe fließenden Schubleistung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Arbeitsmaschine 1. Bei der Arbeitsmaschine 1 handelt es sich beispielsweise um eine Land- oder Baumaschine. Die Arbeitsmaschine 1 weist eine Antriebseinheit 2 auf. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Verbrennungsmotor. In einem Antriebsstrang der Arbeitsmaschine 1 ist ein CVT-Getriebe 3 angeordnet („CVT“ bedeutet im englischen „continuously variable transmission“). Bei dem CVT-Getriebe handelt es sich somit um ein Getriebe, bei dem die Übersetzung stufenlos einstellbar ist. In dem vorliegenden Fall ist das CVT-Getriebe 3 als stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe ausgebildet. Es weist somit einen mechanischen Leistungszweig 4 und einen hydrostatischen Leistungszweig 5 auf.
In dem hydrostatischen Leistungszweig 5 ist ein Variator 6 angeordnet. Der Variator 6 umfasst eine antriebsseitige Pumpe und einen abtriebsseitigen Hydromotor. Des Weiteren umfasst das CVT-Getriebe 3 ein Summierungsgetriebe 7, in dem die auf den mechanischen Leistungszweig 4 und den hydrostatischen Leistungszweig 5 aufgeteilten Leistungen abtriebsseitig wieder zusammengeführt werden. Vorliegend ist das Summierungsgetriebe 7 als Planetengetriebe ausgebildet, wobei ein Sonnenrad mit dem Variator 6, ein Planetenträger mit dem mechanischen Leistungszweig 4 und ein Hohlrad mit einer Abtriebswelle des CVT-Getriebes 3 verbunden ist. Dem CVT-Getriebe 3 ist ein Schaltgetriebe 8 nachgelagert. Von dem Schaltgetriebe 8 wird die Antriebsleistung weiter an eine Antriebsachse 9 der Arbeitsmaschine 1 geleitet.
Des Weiteren umfasst die Arbeitsmaschine 1 ein elektronisches Steuergerät 10. Mit diesem kann zumindest das CVT-Getriebe 3 gesteuert werden. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn über das elektronische Steuergerät 10 auch die Antriebseinheit 2 und/oder das Schaltgetriebe 8 gesteuert werden können.
In dem hydrostatischen Leistungszweig 5 ist des Weiteren zumindest ein Drucksensor 11 angeordnet. Mit diesem Drucksensor 11 kann ein Variatordifferenzdruck Δp ermittelt werden. Vorzugsweise umfasst der Variator 6 einen niederdruckseitigen ersten Drucksensor und einen hochdruckseitigen zweiten Drucksensor. Charakteristisch bei derartigen, in 1 dargestellten Arbeitsmaschinen 1 ist es, dass über einen Nebenabtrieb 12 ein Teil der von der Antriebseinheit 2 erzeugten Antriebsleistung an zumindest einen vorliegend nicht dargestellten Nebenverbraucher abgeführt wird. In diesem Fall ist die aktuell durch den Antriebsstrang zu der Antriebsachse 9 fließende Fahrantriebsleistung P_{An akt} unbekannt. Infolgedessen ist auch das aktuelle Abtriebsdrehmoment T_{Ab akt} unbekannt. Aber nicht nur im Zugbetrieb, d.h. wenn ein Teil der von der Antriebseinheit 2 erzeugten Leistung in Richtung der Antriebsachse 9 fließt, sondern auch im Schubbetrieb, das heißt wenn beispielsweise bei einer Bergabfahrt eine Schubleistung P_Schub von der Antriebsachse 9 in Richtung der Antriebseinheit 2 geleitet wird, ist die aktuell durch den Antriebsstrang fließende Schubleistung P_Schub _akt unbekannt. Diese Informationen sind jedoch zur Realisierung von Antriebsstrangfunktionen notwendig.
Um die notwendigen Informationen, d.h. insbesondere im Zugbetrieb die aktuelle Fahrantriebsleistung P_{An akt} und das aktuelle Abtriebsdrehmoment T_{Ab akt} und im Schubbetrieb die aktuelle Schubleistung P_Schub _akt , zuverlässig, schnell und einfach ermitteln zu können, werden bereits im CVT-Getriebe 3 vorhandene Komponenten, nämlich der Drucksensor 11 genutzt. Mit dem Drucksensor 11 kann die Variatordifferenzdruck Δp bzw. die aktuelle Variatordifferenzdruck Δp_akt ermittelt werden.
Um die durch das CVT-Getriebe 3 fließenden Leistungen P_An _akt , P_Schub _akt sowie Momente T_{Ab akt} ermitteln zu können, werden zunächst empirisch auf einem Prüfstand am realen CVT-Getriebe 3 Kennfelder 13, 14, 20 ermittelt und im elektronischen Steuergerät 10 hinterlegt. Im laufenden Fahrbetrieb erhält das elektronische Steuergerät 10 gemäß 1 von dem zumindest einem Drucksensor 11 den aktuellen Variatordifferenzdruck Δp_akt und kann über diesen anhand der Kennfelder 13, 14, 20 die gesuchten Größen, d.h. insbesondere die aktuelle Fahrantriebsleistung P_{An akt} , das aktuelle Abtriebsdrehmoment T_{Ab akt} und die aktuelle Schubleistung P_Schub _akt , ermittelt werden.
In 2 ist ein erstes Differenzdruck-Kennfeld 13 dargestellt. Dieses gibt den funktionalen Zusammenhang zwischen dem über den Drucksensor 11 messbaren Variatordifferenzdruck Δp und der Fahrantriebsleistung P_An in Abhängigkeit einer Getriebeübersetzung i des CVT-Getriebes 3 wieder.
Zur Ermittlung dieses ersten Differenzdruck-Kennfelds 13 wird zunächst für das reale CVT-Getriebe 3 auf einem Prüfstand ein erster Referenzdruckverlauf 15 ermittelt. Hierfür wird zunächst eine Konstante erste Referenzleistung P_{An ref (A)} am CVT-Getriebe 3 angelegt. Anschließend werden die Getriebeübersetzungen i durchfahren. Während dessen wird über den zumindest einem Drucksensor 11 der Variatordifferenzdruck Δp aufgezeichnet. Am Ende dieses empirischen Verfahrens liegt nunmehr der erste Referenzdruckverlauf 15 vor.
Gleiches wird nun für zumindest eine zweite Referenzleistung P_An _ref(B) der Fahrantriebsleistung P_An durchgeführt. Infolgedessen wird eine zweite Referenzleistung P_An _{ref (B)} der Fahrantriebsleistung P_An angelegt und die Getriebeübersetzungen i durchfahren. Auch in diesem Fall wird erneut der Variatordifferenzdruck Δp aufgezeichnet, wodurch ein zweiter Referenzdruckverlauf 16 empirisch ermittelt werden kann. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der zweite Referenzdruckverlauf 16 für eine im Vergleich zum ersten Referenzdruckverlauf 15 höhere konstante zweite Referenzleistung P_{An ref (B)} der Fahrantriebsleistung P_An erfasst. Aktuelle Fahrantriebsleistung P_An _akt , die sich zwischen der ersten Referenzleistung P_{An ref (A)} und der zweiten Referenzleistung P_{An ref (B)} befinden, werden - wie nachfolgend noch detailliert erläutert - im laufenden Betrieb von dem elektronischen Steuergerät 10 über Interpolation ermittelt.
Um im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine 1 anhand des hinterlegten ersten Differenzdruck-Kennfelds 13 die aktuelle Fahrantriebsleistung P_An _akt ermitteln zu können, wird zunächst über den Drucksensor 11 der aktuelle Variatordifferenzdruck Δp_akt gemessen. Neben dem aktuellen Variatordifferenzdruck Δp_akt ist ferner die aktuelle Getriebeübersetzung i_akt bekannt. Anhand von diesen beiden Parametern kann nunmehr über das erste Differenzdruck-Kennfeld 13 ein erster Druckarbeitspunkt M im ersten Differenzdruck-Kennfeld 13 ermittelt werden. Hierfür wird auf dem ersten Referenzdruckverlauf P_An _{ref (A)} für die aktuelle Getriebeübersetzung i_akt ein erster Druckstützpunkt 17 bestimmt. Des Weiteren wird auf dem zweiten Referenzdruckverlauf 16 ein zweiter Druckstützpunkt 18 bestimmt. Zwischen dem ersten Druckstützpunkt 17 und dem zweiten Druckstützpunkt 18 wird eine Druck-Interpolationskurve 19 bestimmt. Nunmehr kann für den aktuellen, sensorisch gemessenen Variatordifferenzdruck Δp_akt auf der Druck-Interpolationskurve 19 der erste Druckarbeitspunkt M ermittelt werden. Über diesen ersten Druckarbeitspunkt M kann nunmehr aus dem ersten Differenzdruck-Kennfeld 13 die aktuelle Fahrantriebsleistung P_{An akt} abgeleitet werden.
In 3 ist ein weiteres in dem Steuergerät 10 hinterlegtes Kennfeld dargestellt, mit dem im Zugbetrieb das aktuelle Abtriebsdrehmoment T_{Ab akt} ermittelt werden kann. Bei dem in 3 dargestellten Kennfeld handelt es sich um ein Abtriebsdrehmoment-Kennfeld 20. Dieses stellt den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Abtriebsdrehmoment T_Ab und der Fahrantriebsleistung P_An in Abhängigkeit der Getriebeübersetzung i des CVT-Getriebes 3 dar. Wie nachfolgend detailliert erläutert, wird dieses ebenfalls auf einem Prüfstand am realen CVT-Getriebe 3 im Wesentlichen in analoger Weise zum ersten Differenzdruck-Kennfeld 13 ermittelt.
Demnach wird am Prüfstand zur Ermittlung des Abtriebsmoment-Kennfelds 20 zunächst ein erster Referenzmomentenverlauf 21 empirisch ermittelt. Hierfür wird zunächst eine Konstante erste Referenzleistung P_{An ref (A)} der Fahrantriebsleistung P_An am CVT-Getriebe 3 angelegt. Für die angelegte konstante erste Referenzleistung P_An _ref _(A) werden nun die Getriebeübersetzungen i durchfahren. Hierbei wird das Abtriebsdrehmoment T_Ab sensorisch erfasst und aufgezeichnet. Die Sensoren zum aufzeichnen des Abtriebsdrehmoments T_Ab sind nur in der Prüfstandumgebung vorhanden. Im eingebauten Zustand verfügt das CVT-Getriebe 3 über keine derartigen Sensoren, mittels denen das Abtriebsdrehmoment T_Ab gemessen werden kann.
Nach der Ermittlung des ersten Referenzmomentenverlaufs 21 wird zumindest ein zweiter Referenzmomentenverlauf 22 empirisch ermittelt. Hierfür wird die Fahrantriebsleistung P_An auf eine zweite Referenzleistung P_{An ref (B)} eingestellt und erneut die Getriebeübersetzungen i durchfahren. Ferner wird auch hier über die prüfstandseitige Sensorik das Abtriebsdrehmoment T_Ab aufgezeichnet. Das in dieser Art und Weise empirisch erfasste Abtriebsdrehmoment-Kennfeld 20 wird im elektronischen Steuergerät 10 abgespeichert, so dass auf dieses während des Betriebes der Arbeitsmaschine 1 zugreifen werden kann.
Zur Ermittlung des aktuellen Abtriebsmoments T_{Ab akt} kennt das elektronische Steuergerät 10 als ersten Parameter die aktuelle Getriebeübersetzung i_akt . Des Weiteren kennt das Steuergerät 10 die aktuelle Fahrantriebsleistung P_Anakt . Diese wurde, wie vorstehend in Bezug auf 2 erläutert, aus dem ersten Differenzdruck-Kennfeld 13 ermittelt, insbesondere anhand des über den Drucksensor 11 sensorisch erfassten aktuellen Variatordifferenzdrucks Δp_akt . Mit der aktuellen Getriebeübersetzung i_akt und der aktuellen Fahrantriebsleistung P_{An akt} - die aus dem ersten Differenzdruck-Kennfelder 13 bekannt ist - kann nunmehr über Interpolation das aktuelle Abtriebsdrehmoment T_{Ab akt} ermittelt werden.
Hierfür wird zunächst auf dem ersten Referenzmomentenverlauf 21 für die aktuelle Getriebeübersetzung i_Akt ein erster Momentenstützpunkt 23 bestimmt. Des Weiteren wird für die aktuelle Getriebeübersetzung i_Akt auf dem zweiten Referenzmomentenverlauf 22 ein zweiter Momentenstützpunkt 24 bestimmt. Zwischen diesen beiden Momentenstützpunkten 23, 24 kann nunmehr über Interpolation eine Momenten-Interpolationskurve 25 bestimmt werden. Über die aktuelle Fahrantriebsleistung P_An _akt kann somit auf dieser Momenten-Interpolationskurse 25 ein Momentenarbeitspunkt N bestimmt werden. Über diesen Momentenarbeitspunkt N kann nunmehr aus dem Abtriebsdrehmoment-Kennfeld 20 das aktuelle Abtriebsdrehmoment T_{Ab akt} ausgelesen werden.
Im Zugbetrieb - d.h. wenn zumindest ein Teil der von der Antriebseinheit 2 erzeugten Leistung an die Antriebsachse 9 übertragen wird - kann somit über das in 2 dargestellte erste Differenzdruck-Kennfeld 13 anhand des über den Drucksensor 11 erfassten Variatordifferenzdrucks Δp_akt die aktuelle in Richtung der Antriebsachse 9 fließende Fahrantriebsleistung P_{An akt} ermittelt werden. Des Weiteren kann über das in 3 dargestellte Abtriebsdrehmoment-Kennfeld 20 über die nunmehr bekannte aktuelle Fahrantriebsleistung P_{An akt} das aktuelle Abtriebsdrehmoment T_{Ab akt} bestimmt werden. Das aktuelle Abtriebsdrehmoment T_{Ab akt} wird somit mittelbar, d.h. über das erste Differenzdruck-Kennfeld 13, mit dem aktuellen Variatordifferenzdruck Δp_akt ermittelt.
Im Schubbetrieb kann mit dem in 4 dargestellten zweiten Differenzdruck-Kennfeld 14 die aktuelle Schubleistung P_Schub _akt ermittelt werden. Das zweite Differenzdruck-Kennfeld 14 wird empirisch in analoger Art und Weise zum ersten Differenzdruck-Kennfeld 13 ermittelt. Demnach wird zunächst ein erster Referenzdruckverlauf 15 aufgezeichnet. Hierbei wird eine erste Referenzleistung P_Schub _ref _(A) der Schubleistung P_Schub eingestellt. Eine derartige Schubleistung P_Schub tritt beispielsweise bei einer Bergabfahrt der Arbeitsmaschine 1 auf. Infolgedessen handelt es sich hierbei um den Leistungsfluss P_Schub von der Antriebsachse 9 in Richtung der Antriebseinheit 2 (vgl. 1). Sobald die erste Referenzleistung P_Schub _ref _(A) eingestellt ist, werden die Getriebeübersetzungen i durchfahren. Hierbei wird der Variatordifferenzdruck Δp aufgezeichnet, so dass der erste Referenzdruckverlauf 15 generiert wird. Gleiches wird für eine höhere zweite Referenzleistung P_Schub _ref _(B) der Schubleistung P_Schub durchgeführt. Hieraus resultiert der zweite Referenzdruckverlauf 16. Das gemäß dem vorstehenden Verfahren am Prüfstand empirisch ermittelte zweite Differenzdruck-Kennfeld 14 wird im elektronischen Steuergerät 10 abgespeichert.
Im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine 1 kann nunmehr von dem elektronischen Steuergerät 10 anhand des zweiten Differenzdruck-Kennfelds 14 die aktuelle von der Antriebsachse 9 in Richtung der Antriebseinheit 2 fließende Schubleistung P_Schub _akt ermittelt werden. Hierfür wird zunächst für die aktuelle Getriebeübersetzung i_akt der korrespondierende erste Druckstützpunkt 17 auf dem ersten Referenzdruckverlauf 15 ermittelt. Anschließend wird auf dem zweiten Referenzdruckverlauf 16 der zweite Druckstützpunkt 18 ermittelt. Über die beiden Druckstützpunkt 17, 18 kann nunmehr über Interpolation der zweite Druckarbeitspunkt L ermittelt werden. Dieser liegt auf der zwischen dem ersten und zweiten Druckstützpunkt 17, 18 gebildeten Druck-Interpolationskurve 19. Mit der Kenntnis über die Lage des zweiten Druckarbeitspunktes L kann nunmehr die aktuelle Schubleistung P_Schub _akt aus dem zweiten Druckdifferenz-Kennfelder 14 abgeleitet werden.
Die vorstehend beschriebenen Kennfelder, d.h. das in 2 dargestellte erste Differenzdruck-Kennfeld 13, das in 3 dargestellte Abtriebsmoment-Kennfeld 20 und/oder das in 4 dargestellte zweite Differenzdruck-Kennfeld 14 werden während ihrer empirischen Ermittlung am Prüfstand unter definierten Referenzbetriebszuständen des CVT-Getriebes 3 ermittelt. Bei den Referenzbetriebszuständen handelt es sich beispielsweise um eine definierte Antriebsdrehzahl der Antriebseinheit 2 und/oder um eine Getriebetemperatur des CVT-Getriebes 3. Im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine 1 werden Ist-Betriebszustände ermittelt. Sofern diese von den definierten Referenzbetriebszuständen abweichen werden die Referenzverläufe, d.h. insbesondere die Referenzdruckverläufe 15, 16 des ersten und/oder zweiten Differenzdruck-Kennfelds 13, 14 und/oder der erste und/oder zweite Referenzmomentenverlauf 21, 22 des Abtriebsdrehmoment-Kennfelds 20, mit einer im elektronischen Steuergerät 10 hinterlegten Korrekturfunktion korrigiert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Arbeitsmaschine
2: Antriebseinheit
3: CVT-Getriebe
4: mechanischer Leistungszweig
5: hydrostatischer Leistungszweig
6: Variator
7: Summierungsgetriebe
8: Schaltgetriebe
9: Antriebsachse
10: Steuergerät
11: Drucksensor
12: Nebenabtrieb
13: erstes Differenzdruck-Kennfeld
14: zweites Differenzdruck-Kennfeld
15: erster Referenzdruckverlauf
16: zweiter Referenzdruckverlauf
17: erster Druckstützpunkt
18: zweiter Druckstützpunkt
19: Druck-Interpolationskurve
20: Abtriebsmoment-Kennfeld
21: erster Referenzmomentenverlauf
22: zweiter Referenzmomentenverlauf
23: erster Momentenstützpunkt
24: zweiter Momentenstützpunkt
25: Momenten-Interpolationskurve
Δp: Variatordifferenzdruck
Δp_akt: aktueller Variatordifferenzdruck
i: Getriebeübersetzung
i_akt: aktuelle Getriebeübersetzung
P_An _akt: aktuelle Fahrantriebsleistung
P_An: Fahrantriebsleistung
P_{An ref (A)}: erste Referenzleistung der Fahrantriebsleistung
P_{An ref (B)}: zweite Referenzleistung der Fahrantriebsleistung
P_Schub: Schubleistung
P_Schub _akt: aktuelle Schubleistung
P_Schub _ref _(A): erste Referenzleistung der Schubleistung
P_Schub _ref _(B): zweite Referenzleistung der Schubleistung
M: erster Druckarbeitspunkt
L: zweiter Druckarbeitspunkt
N: Momentenarbeitspunkt
T_Ab: Abtriebsdrehmoment
T_Ab _akt: aktuelles Abtriebsdrehmoment

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer durch ein CVT-Getriebe (3) einer Arbeitsmaschine (1) fließenden Leistung (P_An _akt; P_{Schub akt}), bei dem ein aktueller Variatordifferenzdruck (Δp_akt) eines Variators (6) des CVT-Getriebes (3) mit zumindest einem Drucksensor (11) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass empirisch auf einem Prüfstand am realen CVT-Getriebe (3) ein Differenzdruck-Kennfeld (13, 14), das den funktionalen Zusammenhang zwischen Variatordifferenzdruck (Δp) und Leistung (P_An; P_Schub) in Abhängigkeit einer Getriebeübersetzung (i) des CVT-Getriebes (3) wiedergibt, ermittelt und in einem elektronischen Steuergerät (10) des CVT-Getriebes (3) abgespeichert wird und dass vom elektronischen Steuergerät (10) im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine (1) die aktuelle Leistung (P_An _akt; P_Schub _akt) anhand des aktuellen Variatordifferenzdrucks (Δp_akt) und des Differenzdruck-Kennfelds (13, 14) bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfstand zur Ermittlung des Differenzdruck-Kennfelds (13, 14) ein erster Referenzdruckverlauf (15) und/oder ein zweiter Referenzdruckverlauf (16), insbesondere in einem definierten Referenzbetriebszustand des CVT-Getriebes (3), empirisch erfasst werden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfstand zur empirischen Erfassung des Referenzdruckverlaufs (15, 16) eine konstante Referenzleistung (P_An _ref _(A), P_{An ref (B)}; P_Schub _ref _(A), P_Schub _ref _(B)) am CVT-Getriebe (3) angelegt wird, die Getriebeübersetzungen (i) durchfahren werden und hierbei der Variatordifferenzdruck (Δp) aufgezeichnet wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Referenzdruckverlauf (15) für eine konstante erste Referenzleistung (P_An _ref _(A); P_Schub _ref _(A)) und der zweite Referenzdruckverlauf (16) für eine im Vergleich dazu höhere, konstante zweite Referenzleistung (P_An _ref _(B); P_Schub _ref _(B)) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine (1) für den gemessenen, aktuellen Variatordifferenzdruck (Δp_akt) und für eine aktuelle Getriebeübersetzung (i_akt) ein Druckarbeitspunkt (M; L) im Differenzdruck-Kennfeld (13, 14) ermittelt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckarbeitspunkt (M; L) durch Interpolation zwischen den beiden Referenzdruckverläufen des Differenzdruck-Kennfelds (13, 14) ermittelt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die aktuelle Getriebeübersetzung (i_akt) auf dem ersten Referenzdruckverlauf (15) ein erster Druckstützpunkt (17) und auf dem zweiten Referenzdruckverlauf (16) ein zweiter Druckstützpunkt (18) bestimmt werden und dass zwischen diesen beiden durch Interpolation eine Druck-Interpolationskurve (19) bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Druck-Interpolationskurve (19) für den aktuellen Variatordifferenzdruck (Δp_akt) der Druckarbeitspunkt (M; L) ermittelt und anhand von diesem aus dem Differenzdruck-Kennfeld (13, 14) die aktuelle Leistung (P_An _akt; P_Schub _akt) abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Differenzdruck-Kennfeld (13) für eine von einer Antriebsseite zu einer Abtriebsseite des CVT-Getriebes (3) fließenden Fahrantriebsleistung (P_An) und/oder ein zweites Differenzdruck-Kennfeld (14) für eine von der Abtriebsseite zur Antriebsseite fließenden Schubleistung (P_Schub) ermittelt wird und/oder dass mit dem ersten Differenzdruck-Kennfeld (13) eine aktuelle Fahrantriebsleistung (P_An _akt) und/oder mit dem zweiten Differenzdruck-Kennfeld (14) eine aktuelle Schubleistung (P_Schub _akt) bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass empirisch auf dem Prüfstand am realen CVT-Getriebe (3) ein Abtriebsmoment-Kennfeld (20), das den funktionalen Zusammenhang zwischen einem Abtriebsdrehmoment (T_Ab) und der Fahrantriebsleistung (P_An) in Abhängigkeit der Getriebeübersetzung (i) des CVT-Getriebes (3) wiedergibt, ermittelt und in dem elektronischen Steuergerät (10) des CVT-Getriebes (3) abgespeichert wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vom elektronischen Steuergerät (10) im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine (1) ein aktuelles Abtriebsdrehmoment (T_Ab _akt) anhand der über das erste Differenzdruck-Kennfeld (13) bestimmten aktuellen Fahrantriebsleistung (P_An _akt) und des Abtriebsmoment-Kennfelds (20) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfstand zur Ermittlung des Abtriebsmoment-Kennfelds (20) ein erster Referenzmomentenverlauf (21) und/oder ein zweiter Referenzmomentenverlauf (22), insbesondere in dem definierten Referenzbetriebszustand des CVT-Getriebes (3), empirisch erfasst werden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfstand zur empirischen Erfassung des Referenzmomentenverlaufs (21, 22) eine konstante Referenzleistung (P_An _ref _(A), P_{An ref (B)}) am CVT-Getriebe (3) angelegt wird, die Getriebeübersetzungen (i) durchfahren werden und hierbei das Abtriebsdrehmoment (T_Ab) aufgezeichnet wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Referenzmomentenverlauf (21) für eine konstante erste Referenzleistung (P_An _ref _(A)) und der zweite Referenzmomentenverlauf (22) für eine im Vergleich dazu höhere, konstante zweite Referenzleistung (P_An _ref _(B)) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine (1) für die über das erste Differenzdruck-Kennfeld (13) bestimmte aktuelle Fahrantriebsleistung (P_An _akt) und für die aktuelle Getriebeübersetzung (i_akt) ein Momentenarbeitspunkt (N) im Abtriebsmoment-Kennfelds (20) ermittelt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentenarbeitspunkt (N) durch Interpolation zwischen den beiden Referenzmomentenverläufen des Abtriebsmoment-Kennfelds (20) ermittelt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass für die aktuelle Getriebeübersetzung (i_akt) auf dem ersten Referenzmomentenverlauf (21) ein erster Momentenstützpunkt (23) und auf dem zweiten Referenzmomentenverlauf (22) ein zweiter Momentenstützpunkt (24) bestimmt werden und dass zwischen diesen beiden durch Interpolation eine Momenten-Interpolationskurve (25) bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Momenten-Interpolationskurve für die über das erste Differenzdruck-Kennfeld (13) bestimmte aktuelle Fahrantriebsleistung (P_An _akt) der Momentenarbeitspunkt (N) ermittelt und anhand von diesem aus dem Abtriebsmoment-Kennfeld (20) das aktuelle Abtriebsdrehmoment (T_Ab _akt) abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen vom Referenzbetriebszustand abweichenden Ist-Betriebszustand des CVT-Getriebes (3), insbesondere für eine veränderte Antriebsdrehzahl und/oder Getriebetemperatur, eine Korrekturfunktion für den jeweiligen Referenzdruckverlauf (15, 16) und/oder Referenzmomentenverlauf (21, 22)bestimmt und/oder hinterlegt wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdruckverläufe und/oder Referenzmomentenverläufe im laufenden Fahrbetrieb der Arbeitsmaschine (1) bei auftretenden Veränderungen anhand der Korrekturfunktionen korrigiert werden.
CVT-Getriebe (3) für eine Arbeitsmaschine (1), insbesondere eine Land- oder Baumaschine, mit einem Variator (6), zumindest einem Drucksensor (11) zum Messen eines aktuellen Variatordifferenzdrucks (Δp_akt) und einem elektronischen Steuergerät (10), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuergerät (10) ein Differenzdruck-Kennfeld (13, 14) und/oder ein Abtriebsmoment-Kennfeld (20) abgespeichert ist, welches empirisch auf einem Prüfstand am realen CVT-Getriebe (3) ermittelt wurde, und dass das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass eine aktuelle durch das CVT-Getriebe (3) fließende Leistung (P_An _akt; P_Schub _akt) und/oder ein aktuelles Abtriebsdrehmoment (T_Ab _akt) mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche ermittelbar ist.