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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes für ein Fahrzeug, insbesondere für eine Arbeitsmaschine.
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Eine Arbeitsmaschine ist eine Maschine, die nach ihrer Bauart und ihren besonderen, mit dem Fahrzeug fest verbundenen Einrichtungen zur Verrichtung von Arbeiten, jedoch nicht zur Beförderung von Personen oder Gütern bestimmt und geeignet ist. Beispielsweise sind hierunter Landmaschinen oder auch Baumaschinen zu verstehen.
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Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge, insbesondere Baumaschinen und Landmaschinen bekannt, die stufenlose Getriebe mit weitreichenden Diagnose bzw. Getriebeschutzfunktionen aufweisen. Eine mögliche Schutzfunktion beinhaltet unter anderem, dass sich das Getriebe gegen eine zu hohe Öltemperatur und einer damit verbundenen Schädigung des Getriebes selbstständig schützt.
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In der Regel wird dabei die aktuelle Öltemperatur über einen Sensor im Ölsumpf des Getriebes gemessen und mit Grenzwerten vergliche, die in der Steuerung des Fahrzeugs hinterlegt sind. Die Schutzmechanismen sind häufig mehrstufig aufgebaut, wobei ab einer Überschreitung eines ersten Grenzwertes für die Öltemperatur, der beispielsweise bei 80°C liegt, die Getriebeleistung beispielsweise auf 70% der maximalen Leistung limitiert wird. Eine solche Einschränkung kann beispielsweise mittels Elektronik über eine Hochdruckregelung einer Hydrostatvorrichtung im Getriebe stattfinden. Durch diese Reduzierung der Getriebeleistung sollte es dem Fahrer nicht mehr möglich sein, dass Getriebe weiterhin zu erwärmen. Typischerweise wird dem Fahrer die Übertemperatur auch über einen Hinweis im Fahrerdisplay signalisiert, sodass dieser seine Fahrweise der Situation hin anpasst.
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Sollte dennoch die Öltemperatur weiterhin steigen, wird das Getriebe ab einem zweiten Grenzwert, der beispielsweise bei 90°C liegt in einen sich stark schützenden Betrieb übergehen. In diesem sich stark schützenden Betrieb des Getriebes kann der Fahrer das Fahrzeug nur noch stark eingeschränkt bewegen. Beispielsweise können automatische Gangwechsel und Reversierungen unterbunden werden. Ferner wird auch die Getriebeleistung weiter auf beispielsweise 50% der maximalen Leistung limitiert.
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In beiden Fällen der Grenzwertüberschreitung wird die Getriebeleistung schlagartig reduziert. Auf diese harte Umschaltung der maximalen Zugkraft reagiert die Hochdruckregelung, mit einer abrupten Verzögerung des Fahrzeugs, um den durch die Reduzierung erzeugten Überdruck abzubauen. Dadurch erfolgt insbesondere ein Produktivitätsverlust der Arbeitsmaschine. Ferner wirkt sich die Abrupte Verzögerung des Fahrzeugs abhängig der Fahrsituation negativ auf den Fahrkomfort aus.
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Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein optimiertes Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes zu schaffen. Insbesondere soll der Fahrkomfort und die Produktivität durch die Steuerung des stufenlosen Getriebes gesteigert werden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes für ein Fahrzeug wird in Abhängigkeit einer Überschreitung eines Grenzwertes für eine Öltemperatur des stufenlosen Getriebes eine Leistung des stufenlosen Getriebes eingestellt, um die Öltemperatur wieder unter dem Grenzwert abzusenken. Erfindungsgemäß wird die Leistung des stufenlosen Getriebes mittels einer ersten Funktionsgleichung in Abhängigkeit der Überschreitung des Grenzwertes für die Öltemperatur eingestellt.
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Unter einer Funktionsgleichung ist eine mathematische Funktion zu verstehen. Dabei ist es unerheblich ob die mathematische Funktion linear, quadratisch, kubisch, exponentiell oder logarithmisch ist, wesentlich ist, dass jedem x-Wert ein y-Wert zugeordnet wird. Mithin erfolgt eine kontinuierliche und somit nicht abrupte Einstellung der Leistung des stufenlosen Getriebes. Mit anderen Worten werden mit der Funktionsgleichung Funktionswerte ermittelt, wobei der jeweiligen x-Werte die Überschreitung des Grenzwertes für die Öltemperatur angeben, und wobei die jeweiligen y-Werte die Funktionswerte darstellen und zum Einstellen der Leistung des stufenlosen Getriebes vorgesehen sind.
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Vorzugsweise ist die erste Funktionsgleichung dazu vorgesehen, einen Funktionswert zwischen 100% und 0% beziehungsweise zwischen 1 und 0 anzugeben, wobei dieser Funktionswert zur Einstellung der Leistung des stufenlosen Getriebes verwendet wird. Insbesondere wird die Leistung des stufenlosen Getriebes mit dem Funktionswert multipliziert, wobei das Produkt eine für den Fahrer verfügbare Zugkraft des Fahrzeugs angibt.
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Beispielsweise beträgt der Grenzwert für die Öltemperatur des stufenlosen Getriebes 80°C. Eine Überschreitung des Grenzwertes von 1°C ergibt somit eine Öltemperatur des stufenlosen Getriebes von 81°C. Bei Überschreitung des Grenzwertes für die Öltemperatur um 1°C ist durch Anwendung der ersten Funktionsgleichung ein Funktionswert von beispielsweise 95% vorgesehen. Dieser Funktionswert limitiert eine Leistung des stufenlosen Getriebes und somit Zugkraft des Fahrzeugs um 5%. Durch die Limitierung der Leistung des stufenlosen Getriebes beziehungsweise der Zugkraft des Fahrzeugs, wird ein Gradient der Öltemperatur des stufenlosen Getriebes gesenkt beziehungsweise derart verändert, dass eine Abnahme der Öltemperatur des stufenlosen Getriebes eingeleitet wird. Beispielsweise wird der Gradient der Öltemperatur des stufenlosen Getriebes zunächst immer kleiner, dann Null und anschließend negativ, wodurch eine Abnahme der Öltemperatur eingeleitet wird.
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Bevorzugt wird die Öltemperatur in einem Ölsumpf des stufenlosen Getriebes erfasst. Dazu ist beispielsweise mindestens ein Temperatursensor im Ölsumpf des stufenlosen Getriebes angeordnet. Aufgrund der Öldurchmischung im Ölsumpf herrscht dort in der Regel eine homogene Temperaturverteilung die repräsentativ für die Öltemperatur des stufenlosen Getriebes ist.
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Vorzugsweise wird die Leistung des stufenlosen Getriebes durch Reduzierung eines Hochdrucks einer Hydrostatvorrichtung des stufenlosen Getriebes gesenkt. Mithin ist das stufenlose Getriebe leistungsverzweigt. Unter leistungsverzweigt ist zu verstehen, dass eine Eingangsleistung in mehrere Leistungszweige aufgeteilt wird. Der eine Leistungszweig ist vorzugsweise mechanisch und der andere Leistungszweig ist hydraulisch. Das erfindungsgemäße Verfahren nimmt somit Einfluss auf die Hochdruckregelung des hydraulischen Systems. Durch eine Reduzierung des Hochdrucks, werden Verlustleistungen, die sich insbesondere durch Wärme zeigen, reduziert und somit auch der Erwärmung des stufenlosen Getriebes entgegenwirkt.
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Alternativ oder ergänzend wird die Leistung des stufenlosen Getriebes durch Reduzierung einer Getriebeeingangsleistung des stufenlosen Getriebes gesenkt. Dazu nimmt das erfindungsgemäße Verfahren Einfluss auf die Steuerung eines Hauptantriebselements, das dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung in das stufenlose Getriebe einzuspeisen. Beispielsweise kann die Drehzahl des Hauptantriebselements reduziert werden. Bei dem Hauptantriebselement handelt es sich in bevorzugter Weise um eine Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise einen mit Gas, Benzin oder Dieselkraftstoff betriebenen Motor. Alternativ kann das Hauptantriebselement jedoch auch in Form einer elektrischen Maschine realisiert werden.
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Ferner alternativ oder ergänzend wird die Leistung des stufenlosen Getriebes durch Reduzierung einer Getriebeausgangsleistung des stufenlosen Getriebes gesenkt. Insbesondere kann die Getriebeausgangsleistung durch Schaltvorgänge und der Einleitung von energiesparenden Betriebszuständen im stufenlosen Getriebe reduziert werden.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei absinkender Überschreitung des Grenzwertes für die Öltemperatur ein Anstieg der Leistung des stufenlosen Getriebes zeitlich verzögert. Mit anderen Worten wird nach einer Überschreitung des Grenzwertes die erste Funktionsgleichung aktiviert, wobei sich die Leistung des Getriebes für eine zunehmende Öltemperatur an die Funktionswerte der Funktionsgleichung richtet und somit kontinuierlich abnimmt. Sobald die Öltemperatur wieder fällt, jedoch immer noch oberhalb des Grenzwertes für die Öltemperatur ist, wird die zuletzt eingestellte Leistung des stufenlosen Getriebes für eine bestimmte Zeit beibehalten. Mithin steigt bei einer Abnahme der Öltemperatur die Leistung des stufenlosen Getriebes nicht unmittelbar entlang der ersten Funktionsgleichung, sondern zumindest zeitlich verzögert. Beispielsweise kann hierfür auch eine Funktionsgleichung zur Dämpfung des Leistungsanstiegs vorgesehen sein. Bevorzugt kann die Leistungsreduzierung länger und stärker ausgeprägt sein, je weiter die Öltemperatur von dem Grenzwert für die Öltemperatur entfernt ist.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ab Beginn der Überschreitung des Grenzwertes für die Öltemperatur ein Zähler inkrementiert, um die Verweildauer der Öltemperatur über dem Grenzwert zu erfassen. Vorzugsweise wird der Zähler mit einer zweiten Funktionsgleichung zur Einstellung der Leistung des stufenlosen Getriebes in Abhängigkeit der Überschreitung des Grenzwertes für die Öltemperatur verknüpft, wobei die Leistung des stufenlosen Getriebes durch Multiplikation der Funktionswerte von der ersten und zweiten Funktionsgleichung eingestellt wird. Das Ergebnis dieser Multiplikation wird mit der aktuell zulässigen maximalen Zugkraft des Fahrzeugs, welche in der Steuerung des Fahrzeugs hinterlegt ist multipliziert. Somit wird die maximal zulässige Zugkraft reduziert.
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Diese Funktion ermöglicht eine zeitliche Anpassung der Leistungsreduzierung, sodass in Abhängigkeit der Dauer der Zeitüberschreitung des Grenzwertes der Zähler beziehungsweise Counter inkrementiert wird. Abhängig von diesem Zählerwert wird nun ein zusätzlicher Funktionswert über die zweite Funktionsgleichung bestimmt. Der zweite Funktionswert sorgt dafür, dass die Überschreitung des Grenzwertes für die Öltemperatur über die Zeit schwerer gewichtet wird und somit die Leistung des stufenlosen Getriebes beziehungsweise die Zugkraft des Fahrzeugs weiter absinkt. Somit ist es dem Fahrer nicht mehr möglich länger über den Grenzwert für die Öltemperatur zu fahren.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät welches dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das Steuergerät ist dazu signalübertragend zumindest mit dem stufenlosen Getriebe verbunden. Darüber hinaus kann das Steuergerät auch mit Sensoren, beispielsweise Drehzahlsensoren, die an einer Getriebeantriebswelle und/oder Getriebeabtriebswelle angeordnet sind, oder weiteren Steuergeräten, insbesondere Fahrzeugführungsrechner und/oder Motorsteuergerät, signalübertragend verbunden sein.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine vereinfachtes Blockschaltbild mit zwei Diagrammen zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines stufenlosen Getriebes, und
- 2 ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Öltemperatur- und Leistungsverlaufs des stufenlosen Getriebes in einem ausgewählten Zeitintervall.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines - hier nicht dargestellten - stufenlosen Getriebes für ein Fahrzeug anhand eines Blockaltbilds veranschaulicht. Das Fahrzeug ist vorliegend eine Baumaschine. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Überschreitung eines - in 2 dargestellten - Grenzwertes 1 für eine Öltemperatur des stufenlosen Getriebes kontinuierlich überwacht. Die Öltemperatur wird von - hier nicht dargestellten - Sensoren in einem Ölsumpf des stufenlosen Getriebes erfasst. Sobald der Grenzwert 1 überschritten wird, wird gemäß einem ersten Pfeil A ein zweiter Verfahrensschritt 200 eingeleitet. In dem zweiten Verfahrensschritt 200 wird die Leistung des stufenlosen Getriebes mittels einer ersten Funktionsgleichung 2a, die vorliegend in einem ersten Diagramm 3a veranschaulicht ist, in Abhängigkeit der Überschreitung des Grenzwertes 1 für die Öltemperatur eingestellt, um die Öltemperatur wieder unter dem Grenzwert 1 abzusenken und gemäß Pfeil B den ersten Verfahrensschritt 100 wieder einzuleiten. Die erste Funktionsgleichung 2a ist dazu vorgesehen, einen Funktionswert zwischen 100% und 0% anzugeben, wobei dieser Funktionswert zur Einstellung der Leistung des stufenlosen Getriebes weiterverwendet wird.
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Auf einer Abszisse X ist die Überschreitung des Grenzwertes 1 für die Öltemperatur aufgetragen. Demgegenüber ist auf einer Ordinate Y die Leistung des stufenlosen Getriebes in % aufgetragen. Sofern keine Überschreitung des Grenzwertes 1 für die Öltemperatur vorliegt, beträgt die Leistung des stufenlosen Getriebes 100%. Mit zunehmender Überschreitung des Grenzwertes 1 für die Öltemperatur fällt die Leistung des stufenlosen Getriebes zunächst bis 30% linear ab. Ab 30% bleibt die Leistung des stufenlosen Getriebes auch bei einem weiteren Anstieg der Öltemperatur konstant bei 30%. Bei einer maximalen Überschreitung M des Grenzwertes 1 wird das stufenlose Getriebe ausgestellt, um eine Schädigung zu verhindern. Der Fahrer wird vorher durch optische und akustische Anzeigemittel in der Fahrerkabine über die bevorstehende Einstellung des Fahrbetriebs informiert.
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Vorliegend wird die Leistung des stufenlosen Getriebes durch Reduzierung eines Hochdrucks einer - hier nicht dargestellten - Hydrostatvorrichtung des stufenlosen Getriebes gesenkt. Alternativ oder ergänzend kann die Leistung des stufenlosen Getriebes durch Reduzierung einer Getriebeeingangsleistung und/oder Getriebeausgangsleistung des stufenlosen Getriebes gesenkt werden.
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Ferner wird ab Beginn der Überschreitung des Grenzwertes 1 für die Öltemperatur ein Zähler inkrementiert, um die Verweildauer der Öltemperatur über dem Grenzwert 1 zu erfassen. Der Zähler wird mit einer zweiten Funktionsgleichung 2b zur Einstellung der Leistung des stufenlosen Getriebes in Abhängigkeit der Überschreitung des Grenzwertes 1 für die Öltemperatur verknüpft, wobei die zweite Funktionsgleichung 2b vorliegend in einem zweiten Diagramm 3b veranschaulicht ist. Auf einer Abszisse X ist die Verweildauer der Öltemperatur über dem Grenzwert 1, nämlich der Ausgabewert des Zählers aufgetragen. Demgegenüber ist auf einer Ordinate Y die Leistung des stufenlosen Getriebes in % aufgetragen.
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Die Leistung des stufenlosen Getriebes wird durch Multiplikation der Funktionswerte von der ersten und zweiten Funktionsgleichung 2a, 2b eingestellt. Durch diese Multiplikation wird die Überschreitung des Grenzwertes 1 der Öltemperatur über der Zeit schwerer gewichtet und die Leistung des stufenlosen Getriebes weiter abgesenkt, um so eine Verweildauer bei einer Öltemperatur, die über dem Grenzwert 1 liegt zu verkürzen. Das Produkt der beiden Funktionswerte wird mit der aktuell zulässigen maximalen Zugkraft des Fahrzeugs multipliziert, welche in einer - hier nicht dargestellten - Steuerung des Fahrzeugs hinterlegt ist. Dadurch wird die Leistung des stufenlosen Getriebes beziehungsweise die maximal zulässige Zugkraft des Fahrzeugs reduziert.
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Gemäß 2 sind zwei Diagramme 4a, 4b in einem gemeinsamen Diagramm 4 zusammengeführt, um den Verlauf der Öltemperatur und der Leistung des stufenlosen Getriebes in einem ausgewählten Zeitintervall zu veranschaulichen. Auf einer jeweiligen Abszisse X ist die Zeit aufgetragen. Demgegenüber ist auf einer Ordinate Y des ersten Diagramms 4a die Öltemperatur und auf einer Ordinate Y des zweiten Diagramms 4b die Leistung des stufenlosen Getriebes aufgetragen.
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Nach 2 beinhaltet der zweite Verfahrensschritt 200 die Funktion, dass bei absinkender Überschreitung des Grenzwertes 1 für die Öltemperatur ein Anstieg der Leistung des stufenlosen Getriebes zeitlich verzögert wird. Mit anderen Worten bleibt die Leistung nach einem Hochpunkt H der Öltemperatur konstant und wird somit nicht direkt wieder angehoben, wie es eigentlich von der ersten Funktionsgleichung 3a vorgesehen wäre. Dadurch wird die Öltemperatur schneller abgesenkt. Diese Funktion wird aufgehoben, sobald die Öltemperatur wieder unter dem Grenzwert 1 liegt. Daher steigt ab einem Punkt W die Leistung des stufenlosen Getriebes wieder an.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann das Verfahren zum Steuern des stufenlosen Getriebes auch in anderen Fahrzeugen oder Vorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug oder einer Industriemaschine denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grenzwert
- 2a
- ersten Funktionsgleichung
- 2b
- zweite Funktionsgleichung
- 3a
- erstes Diagramm
- 3b
- zweites Diagramm
- 4
- gemeinsames Diagramm
- 4a
- erstes Diagramm des gemeinsamen Diagramms
- 4b
- zweites Diagramm des gemeinsamen Diagramms
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
- A
- erster Pfeil
- B
- zweiter Pfeil
- H
- Hochpunkt
- M
- maximale Überschreitung des Grenzwertes
- W
- Punkt
- X
- Abszisse
- Y
- Ordinate
