DE19523963A1 - Steuereinrichtung für ein stufenlos verstellbares hydrostatisches und hydrostatisch-mechanisches Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine einen Fahrhebel zur Steuerung der Übersetzung und ein Kupplungspedal zur Steuerung der übertragbaren Zugkraft umfassende Steuereinrichtung für einen stufenlos verstellbaren hydrostatischen oder hydrostatisch-mechanischen Antrieb mit mindestens einer Primäreinheit mit zwei Förderrichtungen und mindestens einer Sekundäreinheit, die in einem aus zwei Zweigleitungen bestehenden Hauptkreis liegen und zur Steuerung der Übersetzung mittels eines Stellgliedes verstellbar sind.

Stufenlos verstellbare hydrostatische Antriebe, unter denen im folgenden sowohl rein hydrostatische als auch hydrostatisch­ mechanische Antriebe verstanden werden, sind in der Übersetzungssteuerung meist auf die Primäreinheit für den direkten Einfluß durch den Fahrer (DE-PS 22 37 595) oder eine Regelung abhängig von Motordrehzahldrückung, Summenleistungsregelung etc. ausgelegt (Zeitschrift Ölhydraulik und Pneumatik, 34 (1990) Nr. 3, siehe insbesondere Bild 13).

Die Verstellung der Sekundäreinheit basiert meist auf der Last im Hydrostatkreis. In wenigen Fällen ist die Sekundäreinheit in gleicher Weise steuerbar wie die Primäreinheit. Steuerungen dieser Art lassen nur die Steuerung oder Regelung der Getriebeübersetzung zu, aber keine Steuerung oder Regelung der Zugkraft, keine Nachbildung von hydrodynamischen Kupplungen oder Wandlern - keine bekannten Eigenschaften von herkömmlichen Getrieben mit Fahrkupplungen.

Fahrzeuge mit stark unterschiedlichen Lasten und/oder stark unterschiedlichen Einsatzbedingungen, wie dies beim Ackerschlepper der Fall ist, erfordern vom Fahrverhalten ein absolut gewohntes, keine Überraschungen bietendes Verhalten. Dazu sind drei wesentliche Anforderungen zu erfüllen:

• a) Übersetzungsregelung ist manuell beeinflußbar vom Fahrer (das Getriebe soll das tun, was der Fahrer vorgibt),
• b) Zugkraftregelung ist vom Fahrer manuell beeinflußbar ohne Beeinflussung der von ihm vorgegebenen Getriebeübersetzung (die Funktion der heutigen Fahrkupplungen, Reibkupplung einschließlich hydrodynamischer Kupplungen und Antrieb muß zumindest erhalten bleiben, möglichst aber verbessert werden), und
• c) automatische und manuelle Steuerfunktionen müssen mit der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit heutiger Schaltgetriebe erfolgen.

Bisherige Steuerungen von stufenlosen Antrieben basieren einzig auf einer Übersetzungssteuerung/-regelung. Selbst Kupplungspedale sind lediglich als Inch-Funktion ausgeführt, d. h. es wird direkt das Übersetzungsverhältnis ohne Rücksicht auf Zugkraft proportional dem Betätigungsweg des Pedals bis auf Fahrgeschwindigkeit Null reduziert.

Das Verhalten eines solchen Fahrzeugs ist stark unterschiedlich von herkömmlichen Ackerschleppern oder Straßenfahrzeugen und nur für Sondereinsätze mit unterwiesenem Personal brauchbar. In kritischen Situationen bedarf es einer besonnenen Handlung des Fahrers, damit keine erhöhte Gefahrensituationen entstehen. Ein derartiges Verhalten ist für den Fahrer eines solchen Fahrzeugs mit universellen Einsatzbedingungen erschwerend und ermüdend im normalen Betrieb und zu risikoreich in Notsituationen. Durch das gewöhnungsbedürftige Fahrzeugverhalten können sogar Gefahrensituationen entstehen, da gewohnte Funktionen völlig andersgeartet oder in der Priorität unterschiedlich ablaufen.

Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Steuereinrichtung für stufenlose Antriebe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die dem Antrieb ein Verhalten im Sinne heutiger gewohnter Getriebe verleiht. Gleichzeitig soll eine möglichst hohe Verfügbarkeit und Sicherheit der Steuereinrichtung gegeben sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beschrieben.

Mit der Erfindung wird ein neues Konzept der Steuerung eines hydrostatischen Antriebes vorgeschlagen, das die Vorgabe der Getriebeübersetzung unabhängig von der Zugkraftsteuerung ermöglicht, eine vorrangige Zugkraftsteuerung aufweist und die sicherheitsrelevante Zugkraftsteuerung als guasiredundantes System beinhaltet. Das Grundsystem beinhaltet eine rein manuelle Getriebesteuerung mit Druckabschneidung unterschiedlich für Zug- und Schubbetrieb. Der Aufbau der Steuerung gewährleistet ein Fahrzeugverhalten, das immer gleiches Reaktionsverhalten in unterschiedlichen Einsatzbedingungen aufweist, wobei die Reihenfolge der Funktionsabläufe wie bei bisherigen Fahrzeuggetrieben streng geordnet ist. Das Verhalten ist dem herkömmlicher Fahrzeuggetriebe angeglichen unter Nutzung der Vorteile eines stufenlosen Antriebes.

Aus den Unteransprüchen gehen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung hervor.

Hervorzuheben ist hier Anspruch 8, nach dem eine Automatisierung der Steuerung durch servomotorischen Antrieb von Fahrhebel und Kupplungspedal als erweiterter Baukasten vorgesehen ist, so daß alle weiteren Anforderungen bis hin zum Fahrzeugmanagement möglich sind. Der Aufbau - manuelle Steuerung mit Redundanz der Zugkraftsteuerung und aufgesetzter Automatisierung- gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit und Sicherheit. Da für automatisierten Betrieb als auch manuellen Betrieb die gleichen Bedienelemente benutzt werden, ist bei Funktionsausfall der Automatik keine Gefahrensituation gegeben und die Verfügbarkeit des Fahrzeuges ohne Einschränkung, bis auf die des Komfortverlustes, gewährleistet.

Die besonders kritische Zugkraftsteuerung bzw. Kupplungsfunktion ist als redundantes System aufgebaut und gewährleistet auch im Fehlerfall die Einhaltung der Funktion.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Steuerung für hydrostatische Antriebe mit gesonderten Steuerkreisen für die Primäreinheit und die Sekundäreinheit mit Zugkraftbegrenzung,

Fig. 2 eine Steuerung für hydrostatische Antriebe mit einem gemeinsamen Steuerkreis für die Primäreinheit und die Sekundäreinheit, wobei deren Verstellung über kulissengesteuerte Verstellzylinder erfolgt, mit einer Zugkraftbegrenzung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Steuerung für hydrostatische Antriebe mit einem gemeinsamen Steuerkreis für die Primäreinheit und die Sekundäreinheit, wobei deren Verstellung über von einem Verstellzylinder gesteuerte Kulissen erfolgt, mit einer Zugkraftbegrenzung gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 eine Detailansicht der Steuerung gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 besteht ein hydrostatischer Antrieb für ein Nutzfahrzeug aus einer Primäreinheit 1 (verstellbare Axialkolbenpumpe) und zwei Sekundäreinheiten 2 (Axialkolbenmotoren), wobei der Antrieb der Primäreinheit 1 über ein von einem nicht gezeigten Antriebsmotor angetriebenen Antriebsrad 3 und der Abtrieb der Sekundäreinheiten 2 über ein Abtriebsrad 4 auf ein nachgeschaltetes, ebenfalls nicht gezeigtes mechanisches Getriebe erfolgt. Sämtliche Hydrostaten 1, 2 befinden sich in einem geschlossenen Hauptkreis, dessen Zweigleitungen A und B je nach Drehrichtung der Primäreinheit 1 und/oder Belastungsfall (Zug- oder Schubbetrieb) entweder auf der Hochdruckseite oder der Niederdruckseite liegen.

Zur Einstellung der Drehrichtung der Primäreinheit 1 und der Fahrgeschwindigkeit besitzen die Hydrostaten ein verschwenkbares Steuerteil. Das Verschwenken des Steuerteils der Primäreinheit 1 auf den gewünschten Schwenkwinkel erfolgt durch einen Verstellzylinder VP, der seinerseits von einem Positionsregler RP (4/3-Wegeventil) gesteuert wird. Entsprechendes gilt für die Sekundäreinheiten 2, die über einen Positionsregler RS und einen Verstellzylinder VS verstellt werden. Die Sollwerte für die Positionsregler RP und RS werden an den Sollwertpositionszylindern ZP und ZS vorgegeben und mittels Gestänge GP, GS übertragen.

Die Einstellung der Übersetzung des hydrostatischen Antriebes erfolgt über Druckregelventile V14, V15, V16. Diese Druckregelventile werden über einen mit F angedeuteten Fahrhebel mit nicht gezeigten Kulissen oder Kurvenbahnen so angesteuert, daß sich in den Leitungen L17, L18, L19 der zum Erlangen der gewünschten Getriebeübersetzung benötigte Steuerdruck einstellt. Das Ventil V15 dient zur Verstellung der Primäreinheit 1 in Vorwärtsfahrt, Ventil V16 zur Verstellung der Primäreinheit 1 in Rückwärtsfahrt und Ventil V14 zur Verstellung der Sekundäreinheit 2, um den Übersetzungsbereich sowohl in Rückwärtsfahrt als auch in Vorwärtsfahrt voll auszunützen. Der Steuerdruck der Ventile V15 oder V16 beaufschlagt den Kolben ZPK im Sollwertpositionszylinder ZP und verschiebt diesen gegen Federkraft in eine dem Steuerdruck proportionale Position, die über das mechanische Gestänge GP dem Schieber des Reglers RP mitgeteilt wird.

Der Steuerdruck des Ventils V14 wirkt auf den Sollwertpositionszylinder ZS des Sekundärreglers RS. Da insbesondere bei Stellkoppelgetrieben das Übersetzungsverhalten von Vorwärts- und Rückwärtsfahrt unterschiedlich ist, kann es erforderlich sein, den Vorwärts- und Rückwärtsfahrbereich auf unterschiedliche Übersetzungen zu begrenzen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, besitzt der Sollwertpositionszylinder ZS zwei Verstellkolben ZSK1, ZSK2 mit der Möglichkeit, unterschiedliche Federkennlinien und Stellwege zu realisieren. Über die Leitung L17, das 4/2-Wegeventil V11 und einer der Leitungen L15, L16 wird für Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt die entsprechende Kolbenseite des Kolbens ZSK1 für das Übersetzungsverhalten beaufschlagt. Die Stellung dieses Kolbens wird über eine Kolbenstange KS auf den Hauptkolben HK und von diesen über das mechanische Gestänge GS auf den Schieber des Reglers RS übertragen. Mit diesen beschriebenen Ventilen läßt sich der hydrostatische Antrieb im Übersetzungsbereich vollständig steuern.

Die Zugkraftbegrenzung des hydrostatischen Antriebes erfolgt über die Ventile V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V12 und V13 bei Betätigung der mit K angedeuteten Fahrkupplung. Hierzu sind, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, die Druckräume V1a, V2a und V1b, V2b vor bzw. hinter den mittels Federkraft in Schließstellung gehaltenen Kolben V1K, V2K der Druckbegrenzungsventile V1 und V2 über die Leitungen L1, L2 mit den Zweigleitungen A bzw. B des Hauptkreises verbunden. Der Druck im Kolbenraum V1a, V2a, der im Sinne einer Öffnung des Ventils V1, V2 wirkt, wird im folgenden Öffnungsdruck genannt. Dementsprechend wird der Druck im Kolbenraum V1b, V2b, der die Federkraft unterstützt und das Ventil V1, V2 im Schließsinne beaufschlagt, im folgenden Schließdruck genannt. Um den Aufbau des Schließdruckes zu verzögern, ist der schließdruckseitige Kolbenraum V1b, V2b jeweils über eine Drossel D1, D2 an die Leitung L1, L2 angeschlossen. Ausgangsseitig sind beide Ventile V1, V2 miteinander über die Leitung L20 verbunden und ermöglichen einen von der Öffnungsstellung beider Ventile abhängigen Druckausgleich zwischen den Zweigleitungen A bzw. B des Hauptkreises.

An den schließdruckseitigen Kolbenraum V1b, V2b ist je eine Leitung L3, L4 angeschlossen, die zu einem Druckbegrenzungsventil V7, V8 führt. Beide Ventile begrenzen den Druck für Zug und Schub in den zugeordneten Zweigen A, B des Hauptkreises (Druckabschneidung). Jedem Ventil V1, V2 ist ferner ein Ventil V3, V4 zugeordnet, das in angesteuertem Zustand den Kolben des Sollwertpositionszylinders ZP über die Leitung L10 in der einen und über die Leitung L11 in der anderen Richtung druckbeaufschlagt. Die Ansteuerung der Ventile V1, V2 geschieht bei Druckabfall in der Leitung L3, L4, der entweder durch Abfließen von Öl über die Druckbegrenzungsventile V7, V8 oder über die Drosselventile V5, V6 bewirkt wird. Die Drosselventile V5, V6 sind bei unbetätigter Fahrkupplung K geschlossen und werden mit zunehmendem Verstellweg des Kupplungspedals gemeinsam geöffnet.

Solange die Ventile V5 und V6 geschlossen und die Drücke niedriger sind als der Ansprechdruck der Druckbegrenzungsventile V7 bzw. V8, sind die Ventile V1 und V2 geschlossen. Es findet kein Druckausgleich zwischen Leitungszweig A und Leitungszweig B des Hauptkreises statt. Sobald über die Ventile V5 oder V6 bzw. V7 oder V8 Öl abfließt, nimmt der Druck im schließdruckseitigen Kolbenraum desjenigen der 2/2-Wegeventile V1 oder V2 wirksam ab, das mit der augenblicklich Hochdruck führenden Leitung L1, L2 verbunden ist. Ist der Druckunterschied zum öffnungsdruckseitigen Kolbenraum ausreichend groß, so öffnet das betreffende Ventil V1, V2. Das andere öffnet ebenfalls, da dessen schließdruckseitiger Kolbenraum lediglich mit dem sehr viel niedrigerem Niederdruck des anderen Leitungszweiges beaufschlagt ist. Gleichzeitig bewirkt der Druckunterschied auch die Ansteuerung des zugehörigen Ventils V3 oder V4. Der Ansprechdruck dieser Ventile V3 oder V4 ist dabei geringer als der Öffnungsdruck der Ventile V1 oder V2.

Durch das angesteuerte Ventil V3 oder V4 werden entsprechend der jeweiligen Fahrtrichtung und abhängig vom Stellweg des Kupplungspedals über die Ventile V12 und V13 der Sollwertpositionszylinder ZS beaufschlagt. Der Sollwertpositionszylinder ZP wird von den Ventilen V3, V4 direkt beaufschlagt. Die Kolbenflächen und Federn der Sollwertpositionszylinder ZP und ZS sind derart aufeinander abgestimmt, daß die Reihenfolge der Verstellung ordnungsgemäß abläuft. Über den Eingriff auf die Sollwertpositionszylinder ZP und ZS werden die Primäreinheit 1 und die Sekundäreinheiten 2 in der Weise nachgeführt, daß sich ein Druckunterschied im Hauptkreis entsprechend der durch die Betätigung des Kupplungspedals vorgenommenen Zugkraftvorgabe einstellt. Bis dieser Regelvorgang ausgeglichen ist, strömt mehr oder weniger Öl über die Ventile V1 und V2 ab.

Bei Versagen der Ventile für die Nachführung der Hydrostateinheiten gewährleisten die Ventile V1 und V2 eine sichere Funktion, allerdings ist über den entsprechend großen Ölstrom eine große Wärmemenge abzuführen. Die Ventile V1, V2, V5 und V6 müssen als störunanfällige Ventile (Sitzventile, Ventile mit Überhub, etc.) ausgeführt sein.

Neben der beschriebenen Zugkraftvorgabe aufgrund einer Betätigung des Kupplungspedals K kann eine Zugkraftvorgabe auch in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors erfolgen. Hierzu wird der der Kupplung zugeordnete Verstellmotor M mit einem von der Drehzahl des Antriebsmotors abgeleiteten Signal derart beaufschlagt und die Drosselventile V5, V6 derart verstellt, daß die übertragbare Zugkraft wie bei einer realen Turbokupplung mit sinkender Drehzahl des Antriebsmotors abnimmt. Auf diese Weise ist es möglich, eine Turbokupplung im Antriebsstrang zu imitieren.

Neben der Zugkraftsteuerung verfügt die Steuereinrichtung über eine wirkungsvolle Druckabschneidung. Bei einer manuellen Steuerung wird unterschieden nach unterschiedlichem Druck im Zugfall und Schubfall. Im Zugfall ist die Begrenzung des Druckniveaus durch den max. Auslegungsdruck bestimmt, im Schubfall ist eine Angleichung an das Schubmoment des Antriebsmotors möglich. Die Druckbegrenzungsventile V7, V8 spielen in diesem Zusammenhang eine bedeutsame Rolle. Sie begrenzen den Druck für Zug und Schub im Hauptkreis A, B und sind für Zug/Schub in Vorwärts- und Rückwärtsfahrt unterschiedlich ansteuerbar mittels eines 4/2-Wegeventils V9, das seinerseits abhängig vom Druck in der Leitung L19 angesteuert wird.

Die Ventile V5 und V6 können auch durch steuerbare Druckbegrenzungsventile ersetzt werden, wobei mit zunehmendem Kupplungsbetätigungsweg der max. Druck herabgesetzt wird. Dabei ist dem Kupplungsbetätigungsweg jeweils ein max. Druck im Hauptkreis zugeordnet. Das Regelverhalten wird dabei aber in der Weise beeinträchtigt, daß praktisch immer ein gewisser Volumenstrom zum Druckabbau bei Kupplungsbetätigung über die Ventile V1 und V2 erfolgt, da ansonsten der erforderliche Differenzdruck an den Drosseln D1, D2 der Ventile V1 und V2 nicht entsteht. Bei dieser Konfiguration können die Ventile V8 und V7 funktionsmäßig in die steuerbaren Druckbegrenzungsventile integriert werden, d. h. es sind die Ventile V8 und V7 nicht mehr erforderlich.

Funktion der Steuerung

Im folgenden werden die Funktionsabläufe für verschiedene Betriebszustände beschrieben.

1. Vorwärtsfahrt Primärverstellung

Über das Druckregelventil V15 und Leitung L18 wird Druck im Sollwertpositionszylinder ZP aufgebaut. Die Primäreinheit 1 schwenkt mit steigendem Druck von Ventil V15 in die Richtung für Vorwärtsfahrt. Unterschreitet der Druck einen bestimmten Mindestwert, z. B. 1 bar, so ist der Schwenkwinkel der Primäreinheit 0, die Übersetzung ist ∞, das Fahrzeug steht. Mit zunehmendem Druck schwenkt die Primäreinheit in Richtung max. Schwenkwinkel für Vorwärtsfahrt.

2. Vorwärtsfahrt Sekundärverstellung

Kurz bevor über Ventil V15 der max. Druck ausgesteuert ist, beginnt Ventil V14 Druck über die Leitung L17 und L15 am Sollwertpositionszylinder ZS aufzubauen. Die Sekundäreinheiten 2 schwenken mit zunehmendem Druck vom max. Schwenkwinkel in Richtung Schwenkwinkel 0. Bei reinem hydrostatischen Antrieb muß bei einem Schwenkwinkel größer 0 beendet werden, wogegen bei hydrostatisch-mechanischem Antrieb (Stellkoppelgetrieben) Schwenkwinkel über 0 hinaus möglich sind.

3. Rückwärtsfahrt Primärverstellung

Über das Druckregelventil V16 und die Leitung L19 wird Druck im Sollwertpositionszylinder ZP aufgebaut. Die Primäreinheit 1 schwenkt mit steigendem Druck von Ventil V16 in die Richtung für Rückwärtsfahrt. Unterschreitet der Druck einen bestimmten Mindestwert, z. B. 1 bar, so ist der Schwenkwinkel der Primäreinheit 0 , die Übersetzung ist ∞, das Fahrzeug steht. Mit zunehmenden Druck schwenkt die Primäreinheit 1 in Richtung max. Schwenkwinkel für Rückwärtsfahrt. Bei etwas erhöhtem Druck in der Leitung L19 wird das Ventil V11 geschaltet, damit für die weitere Getriebeübersetzungsänderung in Rückwärtsfahrt der hierfür abgestimmte Stellzylinder für Sollwertpositionszylinder ZS angesteuert wird.

4. Rückwärtsfahrt Sekundärverstellung

Kurz bevor über Ventil V16 der max. Druck ausgesteuert ist, beginnt Ventil V14 Druck über die Leitung L17 und L16 am Sollwertpositionszylinder ZS aufzubauen. Die Sekundäreinheiten 2 schwenken mit zunehmenden Druck vom max. Schwenkwinkel in Richtung Schwenkwinkel 0. Bei reinem hydrostatischen Antrieb muß bei einem Schwenkwinkel größer 0 beendet werden, wogegen bei hydrostatisch-mechanischem Antrieb (Stellkoppelgetriebe) bei Schwenkwinkeln weit größer als 0 bereits Blockierung auftreten kann. Dazu ist der Stellzylinder für Rückwärtsfahrt durch Druckbeaufschlagung des Kolbens ZSK2 im Hub zu begrenzen, damit die Blockiergrenze nicht erreicht wird.

5. Zugkraftbegrenzung bei Vorwärtsfahrt innerhalb Primärverstellbereich im Schubfall

Im Schubfall bei Vorwärtsfahrt ist der Druck in der Zweigleitung B größer als in der Zweigleitung A. Werden durch Betätigung der Fahrkupplung K die Drosselventile V5 und V6 auf Durchlaß gesteuert, so entsteht an Ventil V2 über die Drossel D2 ein Druckabfall, der Ventil V4 ansteuert. Ventil V4 beaufschlagt Leitung L11 ab einem bestimmten Differenzdruck. Der Ölstrom in Leitung 11 beaufschlagt Sollwertpositionszylinder ZP und über Leitung L13 Sollwertpositionszylinder ZS. Zunächst wird der Sollwertpositionszylinder ZP in Richtung kleinere Übersetzung (= schneller Fahrgeschwindigkeit) verstellt. Dies erfolgt solange, bis entweder die Druckdifferenz zwischen den Zweigleitungen A und B genügend abgebaut ist, oder der Sollwertpositionszylinder ZP in max. Verstellposition angelangt ist. Ist die Druckdifferenz immer noch zu groß, so baut sich der Druck weiter auf und der Sollwertpositionszylinder ZS wird verstellt. Die Sekundäreinheiten 2 werden zurückgeschwenkt, die Übersetzung des Getriebes wird kleiner. Dies erfolgt solange, bis entweder die Druckdifferenz in den Zweigleitungen A und B genügend abgebaut ist, oder der Sollwertpositionszylinder ZS in max. Verstellposition angelangt ist.

Ist das Ende der Verstellpositionen erreicht und die Druckdifferenz ist immer noch zu groß, so öffnen ab einen bestimmten Differenzdruck die Ventile V1 und V2 und der Druck im Hauptkreis baut sich über diese Ventile ab. Werden die Drosselventile V5 und V6 über die Kupplung wieder geschlossen, so wird die Druckdifferenz an den Drosseln D1, D2 der Ventile V1 und V2 zu 0 und über Ventil V4 wird der Druck an den Sollwertpositionszylindern ZP und ZS über Leitung L11 und L13 abgebaut. Der vom Ventil V15 vorgegebene Übersetzungssollwert stellt sich wieder ein. Die Zugkraftbegrenzungssteuerung bzw. Kupplungsfunktion hat Priorität vor der Getriebeübersetzungssteuerung. Damit ist ein Verhalten wie bei herkömmlichen Getrieben gegeben.

6. Zugkraftbegrenzung bei Vorwärtsfahrt innerhalb Sekundärverstellbereich im Schubfall

Der Ablauf entspricht dem unter 5. bei Ende Verstellbereich Sollwertpositionszylinder ZP beschriebenen.

7. Zugkraftbegrenzung bei Vorwärtsfahrt innerhalb Sekundärverstellbereich im Zugfall

Im Zugfall bei Vorwärtsfahrt ist der Druck in der Zweigleitung A des Hauptkreises größer als in der Zweigleitung B. Werden durch Betätigung der Fahrkupplung die Drosselventile V5 und V6 auf Durchlaß gesteuert, so entsteht an Ventil V1 über die Drossel D1 ein Druckabfall, der Ventil V3 ansteuert. Ventil V3 beaufschlagt Leitung L10 ab einem bestimmten Differenzdruck. Der Ölstrom in Leitung L10 beaufschlagt Sollwertpositionszylinder ZP und über Leitung L12 Sollwertpositionszylinder ZS. Zunächst wird der Sollwertpositionszylinder ZS in Richtung größere Übersetzung (= langsamere Fahrgeschwindigkeit) verstellt. Dies erfolgt solange, bis entweder die Druckdifferenz zwischen den Zweigleitungen A und B genügend abgebaut ist, oder der Sollwertpositionszylinder ZS in min. Verstellposition angelangt ist. Ist die Druckdifferenz immer noch zu groß, so baut sich der Druck weiter auf und der. Sollwertpositionszylinder ZP wird verstellt. Die Primäreinheit; 1 wird zurückgeschwenkt, die Übersetzung des Getriebes wird größer. Dies erfolgt solange, bis entweder die Druckdifferenz zwischen den Zweigleitungen A und B genügend abgebaut ist oder der Sollwertpositionszylinder ZP in mittlerer Verstellposition angelangt ist, der einem Schwenkwinkel von 0 der Primäreinheit entspricht. Ist die Druckdifferenz zwischen den Zweigleitungen A, B immer noch zu groß, so wird der Sollwertpositionszylinder ZP in Richtung "rückwärts" verstellt. Die Primäreinheiten schwenken auf negativen Schwenkwinkel.

Ist die Endposition des Sollwertpositionszylinders ZP in Richtung "rückwärts" erreicht und es besteht immer noch zu große Druckdifferenz zwischen den Zweigleitungen A,B, wird infolge des weiteren Druckaufbaus Ventil V13 geschaltet, wodurch über Leitung L14 der Sollwertpositionszylinder ZS in kleinere Getriebeübersetzung verstellt wird. Dies kann max. solange erfolgen, bis über die Verstellbegrenzung "rückwärts" der zulässige Verstellweg erreicht ist.

Ist das Ende der Verstellpositionen erreicht und die Druckdifferenz immer noch zu groß, so öffnen ab einem bestimmten Differenzdruck die Ventile V1 und V2 und der Druck im Hydrostathauptkreis baut sich über diese Ventile ab. Werden die Drosselventile V5 und V6 über die Kupplung wieder geschlossen, so wird die Druckdifferenz an den Drosseln D1, D2 der Ventile V1 und V2 zu null und über Ventil V3 wird der Druck an den Sollwertpositionszylindern ZP und ZS über Leitung L10, L12 und L14 abgebaut. Der vom Ventil V14 und V15 vorgegebene Übersetzungssollwert stellt sich wieder ein.

8. Zugkraftbegrenzung bei Vorwärtsfahrt innerhalb Primärverstellbereich im Zugfall

Der Ablauf entspricht dem unter 7. bei Ende Verstellbereich Sollwertpositionszylinder ZS in Richtung größere Getriebeübersetzung beschriebenen.

9. Zugkraftbegrenzung bei Rückwärtsfahrt

Bei Rückwärtsfahrt laufen die gleichen Vorgänge in gleicher Weise ab wie bei Vorwärtsfahrt. Die Unterschiede liegen darin, daß bei Zug der Druck in der Zweigleitung B des Hauptkreises größer ist als in der Zweigleitung A. Bei Schub ist dies umgekehrt. Damit die Ansteuerung bei Rückwärtsfahrt folgerichtig abläuft wird über Ventil V12 die Beaufschlagung des Sollwertpositionszylinders ZS durch Ventile V3 und V4 umgeschaltet. Der Ablauf erfolgt ansonsten in gleicher Weise wie bei Vorwärtsfahrt.

Ein erheblicher Aufwand der Steuerung ist verursacht durch die getrennte Ansteuerung von Primäreinheit für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt und der Sekundäreinheit. Für eine aufgelöste Bauweise des hydrostatischen Antriebes sind immer 2 getrennte Ansteuerungen, wie oben beschrieben, notwendig. Liegen aber Primäreinheit und Sekundäreinheit des hydrostatischen Antriebes sehr nahe beieinander, womöglich noch in einem gemeinsamen Gehäuse, so bieten sich Vereinfachungen derart an, daß Primär- 1 und Sekundäreinheiten 2 entsprechend Fig. 2 über ein Gelenkgetriebe (Koppelgetriebe KGP) oder entsprechend Fig. 3 über ein Kurvengetriebe (z. B. Kulisse KGS) über nur einen Steuerkreis für Vorwärtsfahrt und nur einen Steuerkreis in Rückwärtsfahrt verstellt werden.

Dabei sind 2 Lösungen möglich: Entweder der Sollwert für Primäreinheit 1 und Sekundäreinheit 2 wird über das Gelenk- oder Kurvengetriebe KGP vorgegeben (Fig. 2), oder die Verstellung von Primäreinheit 1 und Sekundäreinheit 2 erfolgt über das Kurvengetriebe KGS (Fig. 3).

In beiden Fällen entfällt der aufwendige Anteil der Sekundäransteuerung einschließlich Druckregelventil V14 und Ventil V11 für unterschiedliche Kennung von Vorwärts- Rückwärtsfahrt für die Sekundärverstellung. Für die Kupplungsansteuerung entfallen die Ventile V12 und V13 sowie die Verstellbegrenzung bei Rückwärtsfahrt.

Durch den Einsatz eines Gelenk- oder Kurvengetriebes ist nur mehr ein Sollwertpositionszylinder Z notwendig. Dadurch braucht nur mehr der entsprechende Kolbenraum mit Druck beaufschlagt werden, damit das Getriebe für die Druckanpassung unter Umständen den gesamten Übersetzungsbereich durchfahren kann. Die Zuordnung der folgerichtigen Schwenkwinkel von Primär- 1 und Sekundäreinheit 2 ist im Gelenk- oder Kurvengetriebe KGP, KGS eindeutig zur Lage des Sollwertpositionszylinders Z festgelegt.

Die Automatisierung von Getriebesteuerungen erfordert in der Regel eine Reihe von Einrichtungen, die die Verfügbarkeit wegen der erforderlichen komplexen Einrichtungen vermindern. Die hier beschriebene Erfindung sieht eine adaptive Anordnung der für eine Automatisierung erforderlichen Komponenten vor. Mit servomotorischem Antrieb von Fahrhebel F, servomotorischem Antrieb von Kupplung K und dem Ventil V10 zum Abschalten der Schubbegrenzung wird die manuelle Steuerung für eine vollständig automatisierte Steuerung befähigt. Abhängig von Motordaten, Fahrgeschwindigkeit, Motorauslastung etc. läßt sich hierüber ein vollständiges Fahrzeugmanagement und automatisierte Abläufe, z. B. Reversieren, realisieren. Bei Störung der adaptiven Automatik besteht die Möglichkeit, daß ohne besondere Einrichtungen ein manueller Betrieb aufrecht erhalten bleibt. Einrichtungen zu einem Notbetrieb sind nicht erforderlich, Einschränkungen, die für Notbetrieb unvermeidbar sind, bestehen nicht. Einziger Verlust bei Störung der Automatik sind die Komfortfunktionen eines Fahrzeugmanagements und automatisierter Abläufe.

Claims (12)

1. Einen Fahrhebel (F) zur Steuerung der Übersetzung und ein Kupplungspedal (K) zur Steuerung der übertragbaren Zugkraft umfassende Steuereinrichtung für einen stufenlos verstellbaren hydrostatischen oder hydrostatisch-mechanischen Antrieb mit mindestens einer Primäreinheit (1) mit zwei Förderrichtungen und mindestens einer Sekundäreinheit (2), die in einem aus zwei Zweigleitungen (A, B) bestehenden Hauptkreis liegen und zur Steuerung der Getriebeübersetzung mittels eines Stellgliedes verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch Betätigen des Kupplungspedals (K) die übertragbare Zugkraft vorgebbar und bei betätigtem Kupplungspedal (K) zwischen den Zweigleitungen (A, B) ein von der Vorgabe der übertragbaren Zugkraft abhängiger. Druckunterschied einstellbar ist (Zugkraftbegrenzung).

2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine kupplungspedalgesteuerte Einrichtung zur Schaffung eines teilweisen Druckausgleichs zwischen den Zweigleitungen (A, B) derart, daß die übertragbare Zugkraft mit zunehmendem Betätigungsweg des Kupplungspedals (K) abnimmt.

3. Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung eines teilweisen Druckausgleichs zwischen den Zweigleitungen (A, B) zwei jeweils einer der Förderrichtungen der Primäreinheit(en) (1) zugeordnete Kurzschlußventile (V1, V2) hintereinandergeschaltet sind, auf deren Ventilkolben (V1K, V2K) der Druck in den Zweigleitungen (A, B) als Schließ- bzw. Öffnungsdruck wirkt, wobei die max. Höhe des wirksamen Schließdruckes begrenzbar und der Aufbau des wirksamen Schließdruckes über eine Drosselblende (D1, D2) verzögert ist.

4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsgrad der Kurzschlußventile (V1, V2) durch Absenken des wirksamen Schließdruckes in Abhängigkeit vom Betätigungsweg des Kupplungspedals (K) steuerbar ist.

5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsgrad der Kurzschlußventile (V1, V2) mittels kupplungspedalgesteuerter Drosselblenden (V5, V6) absenkbar ist.

6. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Schließdruck der Kurzschlußventile (V1, V2) unabhängig voneinander begrenzbar ist.

7. Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Nachführung der Primäreinheit(en) (1) und/oder der Sekundäreinheit(en) (2) bei betätigtem Kupplungspedal (K).

8. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß über Ventile (V3, V4), die auf ein Absinken des Schließdruckes der Ventile V1, V2 beim Betätigen des Kupplungspedals (K) ansprechen, die Sollwertpositionszylinder (ZP, Z) zwecks Nachführung der Primäreinheit (1) und/oder der Sekundäreinheit(en) (2) druckbeaufschlagt werden.

9. Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrhebel (F) oder das Kurvengetriebe (KGP) und das Kupplungspedal (K) oder die Drosselventile (V5, V6) zusätzlich zu einer manuellen Betätigbarkeit servomotorisch verstellbar sind.

10. Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragbare Zugkraft in Abhängigkeit von der Drehzahl des Antriebsmotors steuerbar ist.

11. Steuerungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, für hydrostatische und hydrostatisch-mechanische Antriebe mit nahe beieinander liegenden Primär- und Sekundäreinheiten, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Verstellung der Primäreinheit (1) und Sekundäreinheiten (2) mittels eines als Koppelgetriebe oder Kurvengetriebe, z. B. Kulisse, ausgebildeten Gelenkgetriebes (KGP) über nur einen Steuerkreis für Vorwärtsfahrt und nur einen Steuerkreis für Rückwärtsfahrt.

12. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Gelenkgetriebes (KGP) entweder der Sollwert für die Primäreinheit (1) und Sekundäreinheit (2) vorgegeben oder die Primäreinheit (1) und Sekundäreinheit (2) verstellt wird.