DE2934270C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Steuereinrichtung eines durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen, stufenlos ver­ stellbaren Übersetzungsgetriebes, nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise bekannt aus der DE-AS 12 28 518. Mit dem dort beschriebenen Fahrtregler für Kraftfahrzeuge wird ein Betrieb in den Bereichen des für die ver­ schiedenen Motordrehzahlen sparsamsten Kraftstoffverbrauchs ange­ strebt. Dabei bilden zwei Stellkurven eine Art Speicher, in dem die motordrehzahlabhängig günstigste Verbrauchslinie abgespei­ chert ist. Eine ähnliche Anordnung zeigt die DE-PS 8 15 455. Bei stufenlos verstellbaren Übersetzungsgetrieben mit derartigen Fahrtreglern ist es möglich, daß die Fahrgeschwindigkeit den durch die installierte Leistung vorgegebenen Wert überschreitet.

Zwar ist durch die DE-PS 8 44 863 eine Einrichtung zur Be­ grenzung der Geschwindigkeit eines Fahrzeuggetriebes veröffent­ licht worden, aber bei dieser Einrichtung wird die Drosselklap­ penstellung beeinflußt. Diese Funktionsweise ist insofern nach­ teilig, als bestimmte Arbeitsmaschinen eine fest einstellbare Motordrehzahl liefern müssen, wenn Anbauaggregate, beispielsweise Sämaschinen, von einer Zapfwelle des Motors mit konstanter Dreh­ zahl angetrieben werden sollen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße Steuereinrichtung mit einer Geschwindigkeits-Begren­ zungseinrichtung zu versehen, die auch für die vorstehend genann­ ten Einsatzgebiete in der Landwirtschaft geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Steuereinrich­ tung durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Hierbei wird die Geschwindigkeitslimitierung dadurch er­ reicht, daß die Getriebeübersetzung herabgesetzt und begrenzt wird, wobei die Motordrehzahl unbeeinflußt bleibt. Dadurch ergibt sich, daß das Drehmoment der Antriebsmaschine bei bleibender Fahrpedalstellung immer auf einen gleichen Wert eingeregelt wird und daß die Getriebeübersetzung sich den veränderlichen Fahrzeug­ widerständen anpaßt. Da keine Leistungseinbußen, beispielsweise durch Motordrückung, entstehen, kann die ganze Leistung der An­ triebsmaschine somit in jedem Betriebszustand und in jeder Bela­ stungssituation innerhalb der maximal möglichen Zugkraftgrenze voll ausgeschöpft werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeich­ nung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Kennlinienfeld einer Brennkraftmaschine mit einer verbrauchsoptimalen Linie für ein stufenlos verstellbares Getriebe,

Fig. 2 eine automatische Steuereinrichtung eines stufenlos ver­ stellbaren Getriebes mit drei Fahrbereichen,

Fig. 3 einen Motorkennlinienspeicher, und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der automatischen Steuereinrichtung.

In dem Diagramm gemäß Fig. 1 sind die Kurven 1 konstanten Kraftstoffverbrauches für eine Brennkraftmaschine angegeben. Dabei ist auf der Ordinate die Leistung in Abhängigkeit von der Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine, die auf der Abszisse angegeben ist, abzulesen. In dieses Diagramm der Fig. 1 ist eine verbrauchsoptimale Linie 2 für eine Brennkraftmaschine mit stufenlosen Getrieben einge­ zeichnet, bei deren Einhaltung bei optimaler Drehzahl und maximaler Leistung ein minimaler Kraftstoffverbrauch gegeben ist. Entsprechend dieser verbrauchsoptimalen Linie 2 soll die Steuerung einer automatischen Steuereinrichtung nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag erfolgen.

In Fig. 2 ist eine automatische Steuereinrichtung mit 10, eine Servostelleinrichtung mit 12, ein als Druckwaage wirken­ des Regelventil mit 13, ein Servomotor mit 14, ein stufenlos verstellbares Getriebe mit 16 und eine Antriebsmaschine mit 17 bezeichnet. Die Servostelleinrichtung 12 besteht aus dem Regelventil 13 und aus einer Servopumpe 20, über die Pumpmedium über Pumpleitungen 22 zu dem Regelventil 13 und weiter über zwei Stelleitungen 23 und 24 zu den beiden Arbeits­ räumen 26 und 27 des Servomotors 14 gefördert wird. Dabei ist das Regelven­ til 13 als 5/3-Wegeventil ausgeführt, wobei in der Stellung A die Stelleitung 23 über die Pumpleitung 22 und in der Stellung C die Stelleitung 24 über die Pumpleitung 22 mit der Servopumpe 20 in Verbindung steht. In der mittleren Neutralstellung B sind alle Anschlüsse des Regelventils 13 abgesperrt. Um unterschied­ liche, fahrzeugbedingte Verstellgeschwindigkeiten für die Übersetzungsänderungen des stufenlos verstellbaren Getriebes 16 in beiden Richtungen realisieren zu können, kann die Pumplei­ tung 22 als doppelte Leitung 22 a und 22 b ausgeführt sein, mit einer für jede Verstellrichtung eigenen Drossel (bzw. Blende) 30 bzw. 31 in der Pumpleitung 22 a bzw. 22 b. Die direkte Regelung des stufenlos verstellbaren Getriebes 16 erfolgt mittels des Servomotors 14, wobei jeweils einer der beiden Arbeitsräume 26 bzw. 27 über die Steuerleitungen 23 bzw. 24 entsprechend der Stellung des Regelventils 13 mit Pumpmedium von der Servo­ pumpe 20 befüllt und der andere Arbeitsraum mit einem Tank verbunden wird.

Entsprechend der Stellung eines Gaspedals 35 wird ein Fahrpedalwegsignal a erzeugt, das über eine Drosselklappen­ steuerleitung 36 einem Drosselklappenregler 37 zum Regeln der Antriebsmaschinendrehzahl zugeführt wird. Zum anderen wird das Fahrpedalwegsignal a über eine Stelleitung 41 einem Motorkenn­ linienpeicher 40 zugeführt, in dem die verbrauchsoptimale Linie 2 nach Fig. 1 gespeichert ist. Vom Motorkennlinienspei­ cher 40 wird ein Steuersignal b nach einer entsprechend dem Kenn­ linienfeld nach Fig. 1 erfolgenden Modulierung als Fahrpedalwegsignal a zum Betätigen des Regelventils 13 abgegeben.

Durch das auf das Regelventil 13 einwirkende, im Motorkennlinienspeicher 40 erzeugte Steuersignal b wird sicher­ gestellt, daß bei jeder Fahrsituation bzw. Leistungsbeanspru­ chung des Fahrzeuges die Antriebsmaschine 17 mit der Drehzahl arbeitet, in der die jeweils angeforderte Leistung bei günstig­ stem Verbrauch abgegeben wird. Dazu ist der Motorkennlinien­ speicher 40 vorgesehen, in dem die Kennwerte des günstigsten Kraftstoffverbrauches der jeweils verwandten Antriebsmaschine 17 als verbrauchsoptimale Linie 2 nach Fig. 1 gespeichert sind. Als weitere Steuergröße ist ein Antriebsmaschinendrehzahl­ signal c vorgesehen, das durch einen mit einer Getriebeeingangs­ welle 43 verbundenen Drehzahlgeber 45 erzeugt wird und über eine Regelleitung 46 dem Regelventil 13 so zugeführt wird, daß es dem Steuersignal b entgegenwirkt.

Zur Funktion der Steuereinrichtung

Das Regelventil 13 vergleicht das Antriebsmaschinendreh­ zahlsignal c mit dem Steuersignal b, wobei im Anfahrzustand bei bereits vorgewählter Fahrtrichtung die zusätzlich auf das Regelventil 13 einwirkende Kraft einer Ventilfeder 48 überwiegt, wodurch das Regelventil 13 zunächst in seiner Schaltstellung C gehalten wird. Somit ist die Getriebeübersetzung so lange in Nullstellung, bis die Leerlaufdrehzahl überschritten und ein größer werdendes Antriebsmaschinendrehzahlsignal c die Gegen­ kraft der Ventilfeder 48 übersteigt.

Überwiegt das Antriebsmaschinendrehzahlsignal c das Steuersignal b, so wird das Regelventil 13 in die Stellung A geschaltet, wodurch die Kolbenstange des Servomotors 14 so ausgefahren wird, daß eine Übersetzungsänderung des stufenlos verstellbaren Getrie­ bes 16 zu höheren Abtriebsdrehzahlen hin erfolgt. Erhält das Steuersignal b einen höheren Wert als das Antriebsmaschinen­ drehzahlsignal c, schaltet das Regelventil 13 in die Schalt­ stellung C, wodurch eine Übersetzungsänderung des stufenlos verstellbaren Getriebes 16 hin zu niedrigeren Abtriebsdreh­ zahlen erfolgt, das Fahrzeug wird langsamer. Bei Gleichheit der beiden Signalgrößen ist die Funktion B des Regelventiles 13 wirksam, eine Getriebeübersetzungsänderung findet nicht statt.

Die Stellung des Regelventils 13 und damit die Getriebe­ übersetzung werden automatisch so lange variiert, bis zwischen dem Antriebsmaschinendrehzahlsignal c und dem Steuersignal b ein Gleichgewicht vorliegt. Daraus folgt, daß jeder Stellung des Gaspedals 35 eine bestimmte Antriebsmaschinendrehzahl bei entsprechender Last zugeordnet ist. Bei einer vorgenommenen Gaspedaleinstellung wird sich eine bestimmte Übersetzung des Getriebes 16 einregeln. Nimmt dann z. B. die Steigung zu, so wird zunächst die Antriebsmaschinendrehzahl gedrückt, um die Zugkraft zu erhöhen. Die Folge ist, daß das Antriebsmaschinen­ drehzahlsignal c kleiner wird und bei gleichbleibender Gas­ pedalstellung und damit gleichbleibendem Fahrpedalwegsignal a bzw. Steuersignal b das Regelventil 13 die Stellung C einnimmt, worauf über den Servomotor 14 eine Übersetzungsänderung des stufenlos einstellbaren Getriebes 16 hin zu niedrigeren Ab­ triebsdrehzahlen so lange erfolgt, bis das Antriebsmaschinen­ drehzahlsignal c wieder seinen ursprünglichen Wert erreicht hat und mit dem Steuersignal b wieder im Gleichgewicht ist.

Umgekehrt wird bei zunehmendem Gefälle und größer werden­ dem Antriebsmaschinendrehzahlsignal C aufgrund des geringeren Fahrzeugwiderstandes über das Regelventil 13 eine Erhöhung der Getriebeübersetzung eingeregelt, bis das Antriebsmaschinendreh­ zahlsignal c wieder den ursprünglichen Wert erreicht hat. Es bleibt also bei gleicher Fahrpedalstellung das Drehmoment der Antriebsmaschine 17 konstant eingeregelt, und die Übersetzung des stufenlos einstellbaren Getriebes 16 wird den sich verän­ dernden Fahrzeugwiderständen angepaßt. Eine Leistungseinbuße durch Motordrückung wird also vermieden.

Beim Beschleunigungsvorgang steht das erhöhte und durch den Motorkennlinienspeicher 40 entsprechend der Stellung des Gaspedals 35 festgelegte Steuersignal b sofort am Regelventil 13 an, das dadurch sofort in die Schaltstellung C kippt und eine Rückstellung der Getriebeübersetzung bewirkt. Dies bedeutet, daß das Antriebsdrehmoment sofort niedriger wird und die Antriebsmaschine 17 rasch eine hohe Drehzahl und damit eine hohe Leistung erreicht. Der Wert für das Antriebsmaschinen­ drehzahlsignal c immt dabei schnell einen Wert an, der zu­ nächst noch größer ist als das schon erhöhte Steuersignal b, wodurch das Regelventil 13 die Stellung A einnimmt und die Getriebeübersetzung in die entgegengesetzte Richtung verändert, und zwar so lange, bis von der Lastseite her über die Abtriebs­ welle 50 und der Getriebeübersetzung das Antriebsdrehmoment einen Wert angenommen hat, bei der das Antriebsmaschinendreh­ zahlsignal c und das Steuersignal b im Gleichgewicht sind. In der Beschleunigungsphase wird also zunächst das Getriebe in der Übersetzung zurückgestellt und sobald die Antriebsmaschine 17 die geforderte Leistung erreicht hat, in die Gegenrichtung ge­ ändert, bis die gewünschte, der Gaspedalstellung entsprechende Fahrsituation erreicht ist.

Bei der Steuerung des stufenlos einstellbaren Getriebes 16 nach Fig. 2 ist es auch möglich, eine Fahrzeugbremse bis zu einem gewissen Grad zu ersetzen. Dazu wird mit Hilfe eines Brems- oder Inchpedals 52 das Steuersignal b übersteuert. Für die Bremseinrichtung ist zwischen dem Regelventil 13 und dem übersetzungsabhängigen Stellkolben 28 ein Koppelungsglied in Form eines Waagehebels 54 vorgesehen, auf den das Brems­ signal f wirkt. Dabei kann das Bremssignal f unmittelbar über das Bremspedal 52 mittels der Übertragungselemente 55, 56 und 57 auf den Waagehebel 54 übertragen werden. Eine Verstellung des Waagehebels 54 kann aber ebenso hydraulisch, pneumatisch bzw. elektrisch bewirkt werden. Dabei wird der Drehpunkt 58 des Waagehebels 54 verschoben.

Beim Betätigen des Brems- bzw. Inchpedals 52 wird zunächst das Regelventil 13 über das Koppelglied, den Waagehebel 54, bei feststehendem Stellkolben 28 in die Stellung C gebracht, wodurch der Stellkolben 28 des Servomotors 14 in Richtung einer niedrigeren Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes 16 bewegt wird. Die Verschiebung hält so lange an, bis die Kräfte, die über den Waagehebel 54 und das Steuer­ signal b auf das Regelventil 13 einwirken, sich im Gleichgewicht mit den Kräften durch das sich erhöhende Antriebsmaschinendrehzahlsignal c befinden und der Stellkolben 28 soweit zurückverschoben worden ist, daß der Waagehebel 54 ein Zurückstellen des Regelventils 13 in seine mittlere Neutralstellung B wieder zuläßt.

Über einen Wählhebel 60, der ebenfalls auf das Kupplungs­ glied, den Waagehebel 54, einwirkt, kann gleichzeitig ein Geschwindigkeitshöchstwert vorgewählt werden. Wird in Fig. 2 z. B. der Wählhebel 60 nach links in eine bestimmte Stellung verschwenkt, so kann der Stellkolben 28 des Servomotors 25 nur einen begrenzten Hub machen, bis über den Waagehebel 54 das Regelventil 13 in die mittlere Stellung C gelangt, wobei dem stufenlos verstellbaren Getriebe 16 in dieser Stellung eine maximale Grenzübersetzung zugeordnet ist.

Der Motorkennlinienspeicher 40 der automatischen Steuer­ einrichtung 10 in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 kann z. B. als programmierbarer Festwertspeicher (PROM) ausgeführt sein. Ebenso ist es aber möglich, wie in Fig. 3, den Motor­ kennlinienspeicher 40 als Kurvenscheibe 70 auszuführen. Ein Fahrpedalwegsignal a wird über diese Kurvenscheibe 70 in das Steuersignal b modifiziert, das auf das Regelventil 13 ein­ wirkt.

Fig. 4 zeigt eine automatische Regeleinrichtung, die sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch einen vorzugs­ weise elektronischen Fahrregler 180 unterscheidet, wobei der Motorkennlinienspeicher 140 in dem elektronischen Fahrregler 180 mit enthalten sein kann. Das Regelventil 113 wird von einem Differenzregelsignal d angesteuert gegen die Kraft einer Ventilfeder 148. Im Fahrregler 180 werden das Steuersignal b und das Antriebsmaschinendrehzahlsignal c verglichen und der Differenzbetrag daraus einer konstanten Steuergröße k zu­ addiert. Ist das Differenzregelsignal d gleich der konstanten Steuergröße k, also bei dem Signaldifferenzsollwert, so tritt die Funktion B des Regelventils 113 in Kraft, wonach keine Übersetzungsänderung erfolgt. Ist dagegen das Differenzregel­ signal d größer, resultierend aus dem positiven Differenzbe­ trag der Signalgrößen des Antriebsmaschinendrehzahlsignals c und des Steuersignals b, so wird die Funktion A des Regelven­ tiles 113 wirksam und das Getriebe wird in Richtung zu einer höheren Abtriebsdrehzahl hin in der Übersetzung verändert. Bei kleinerem Wert des Differenzdrehzahlsignals d unter die kon­ stante Steuergröße k, also bei einem negativen Differenzbetrag aus den Signalgrößen des Steuersignales b und des Antriebsma­ schinendrehzahlsignales c, wird das Regelventil 113 auf die Funktion C geschaltet, wodurch eine Getriebeübersetzungsände­ rung in Richtung zu kleineren Abtriebsdrehzahlen hin erzeugt wird.

Ebenso ist es auch möglich, das Differenzsignal d allein aus dem Steuersignal b und dem Antriebsmaschinendrehzahlsi­ gnal c ohne die konstante Steuergröße k zu bilden. Dabei sind die Signalwerte dadurch bestimmt, daß der konstante Signal­ differenzsollwert, bei dem die Funktion B des Regelventils 113 in Kraft tritt, gleich der Summe aus b + c ist. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß bei größer werdendem An­ triebsmaschinendrehzahlsignal c das Fahrpedalwegsignal a von einem maximalen auf einen minimalen Wert bei durchgedrücktem Fahrpedal abnimmt.

Als wesentliches Teil der automatischen Steuereinrichtung ist ein elektronischer Geschwindigkeitsbe­ grenzer 190 vorgesehen. Ein Abtriebsdrehzahlsignal g wird von der Abtriebswelle 192 dem Geschwindigkeitsbegrenzer 190 zuge­ führt, über den mittels eines Wählhebels 160 die maximale Ge­ schwindigkeit eingestellt werden kann. Dazu wird dem elek­ tronischen Fahrregler 180 von dem elektronischen Geschwindig­ keitsbegrenzer 190 ein Geschwindigkeitsbegrenzungssignal l zugeführt, so daß bei Erreichen der Grenzgeschwindigkeit der elektronische Fahrregler so beeinflußt wird, daß das Regel­ ventil 113 über seine Funktionen A, B und C dem stufenlos verstellbaren Getriebe 116 ständig eine Übersetzung zuordnet, die der vorgebildeten konstanten Fahrgeschwindigkeit entspricht.

Über das Brems- bzw. Inchpedal 52 wird das Differenzregel­ signal d durch das Bremssignal f, ähnlich dem Geschwindigkeits­ begrenzungssignal l, derart beeinflußt, daß dessen Wert unter die Sollwertgrenze der konstanten Steuergröße k tritt, bis die entsprechende Übersetzungsrückstellung zum Abbremsen des Fahrzeuges erfolgt ist.

In Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist es natürlich ebenso möglich, den Motorkennlinienspeicher 140 als integralen Bestandteil im elektronischen Fahrregler 180 anzuordnen.

Ferner ist es möglich den Motorkennlinien­ speicher 40 nicht wie in Fig. 2 in der Stellregelleitung 41, sondern in der Drosselklappensteuerleitung 36 anzuordnen. Entsprechendes gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, bei dem es möglich ist, den Motor­ kennlinienspeicher 140 nicht in der Stellregelleitung 141, sondern in der Drosselklappensteuerleitung 136 anzuordnen. In beiden Ausführungsbeispielen wirkt das Fahrpedalwegsignal a direkt auf das Regelventil 13 bzw. den Fahrregler 180, während über den Motorkennlinienspeicher 40 bzw. 140 eine motorkenn­ linienabhängige Umwandlung des Fahrpedalwegsignals a dem Drosselklappenregler 37 bzw. 137 zugeführt wird.

Claims (2)

1. Automatische Steuereinrichtung eines durch einen Verbren­ nungsmotor angetriebenen, stufenlos verstellbaren Übersetzungsge­ triebes, bei der durch ein Fahrpedal ein Fahrpedalwegsignal abge­ geben wird, das zusammen mit einem Drehzahlsignal des Verbren­ nungsmotors zur Einstellung der Drosselklappenöffnung und zur Steuerung einer Servostelleinrichtung zum stufenlosen Verstellen des Übersetzungsgetriebes herangezogen wird, wobei ein Motorkenn­ linienspeicher vorgesehen ist, in dem eine optimale Verbrauchs­ linie des Verbrennungsmotors gespeichert ist, der Motorkennli­ nienspeicher in einer Drosselklappen-Steuerleitung bzw. einer ein Regelventil steuernden Stellregelleitung angeordnet ist und das auf den Stellkolben der Servostelleinrichtung einwirkende Regel­ ventil Schaltstellungen zum Erhöhen bzw. Erniedrigen der Aus­ gangsdrehzahl des Übersetzungsgetriebes gegenüber dessen Ein­ gangsdrehzahl einnehmen kann, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Fahrgeschwindigkeitslimitierung in Abhängig­ keit eines die Getriebeübersetzung angebenden Signals dadurch vorgesehen ist, daß über einen manuell einstellbaren Wählhe­ bel (60) der Drehpunkt (58) eines Waagehebels (54) verlagerbar ist, dessen einer Arm trieblich mit dem Stellkolben (28 ) verbun­ den ist und dessen anderer Arm den Verstellbereich des Regelven­ tils (13) in Richtung zur der Erhöhung der Ausgangsdrehzahl zu­ geordneten Schaltstellung (A) begrenzt (Fig. 2).

2. Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Fahrgeschwindig­ keitslimitierung in Abhängigkeit eines die Fahrgeschwindigkeit angebenden Signals dadurch vorgesehen ist, daß über ein Drehzahl­ signal (g) der Getriebeausgangswelle (192) und einen Geschwindig­ keitsbegrenzer (190) ein Geschwindigkeits-Begrenzungssignal (l) erzeugt wird, welches ein für die Betätigung des Regelven­ tils (113) maßgebliches, aus dem Fahrpedal-Wegsignal (a) und dem Drehzahlsignal (c) des Verbrennungsmotors (17) gebildetes Diffe­ renzsignal (d) bei Überschreitung eines eingestellten Limits übersteuert und über das Regelventil (113) den Stellkolben (28) der Servostelleinrichtung (112, Servomotor 114) in der Verstel­ lung beschränkt (Fig. 4).