DE4340126A1 - Elektro-hydraulische Steuerung für lastschaltbare Getriebe in Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-hydraulische Steuerung für last­ schaltbare Getriebe in Fahrzeugen, insbesondere Baumaschinen, bestehend aus mindestens einem stufenlos verstellbaren hydrostatischen Getriebe, mindestens einem elektro-hydraulisch betätigbaren Ventil zur Ansteuerung mindestens einer Schaltkupplung, die im Bereich mindestens eines als Stufengetriebe ausgebildeten Lastschaltgetriebes vorgesehen ist sowie einer Meß- und Regelelektronik, die in Wirkverbindung mit dem Ventil steht.

Der DE-C 39 07 633 ist ein stufenlos regelbarer hydrostatischer Fahran­ trieb zu entnehmen, der mindestens einen über ein Vorgelege bestimmter Übersetzung fest mit dem gemeinsamen Ausgang verbundenen Konstantmotor sowie mindestens einen bis in eine Nullstellung rückschwenkbaren Ver­ stellmotor beinhaltet, wobei zwischen Verstellmotor und Ausgang eine Schaltkupplung angeordnet ist. Der Verstellmotor weist hierbei eine grö­ ßere Übersetzung seines Vorgeleges zum Ausgang auf als der fest mit dem Ausgang verbundene Konstantmotor. Nach Erreichen der Grenzstellung des Verstellmotors, die sich aus der höchsten nach technischen oder wirt­ schaftlichen Gesichtspunkten bestimmten zugelassenen Drehzahl ergibt, wird dieser mit schnellem Übergang auf den Verstellwinkel alpha = 0 oder mindestens in den Bereich der Selbsthemmung geführt und im Verlauf dieses Vorganges durch die Schaltkupplung vom Ausgang abgetrennt, wobei gleich­ zeitig der Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe um den Betrag zurückge­ nommen wird, der dem letztlichen Hubvolumen des Verstellmotors entsprach. Der Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe wird nun wieder zunehmend auf den vollen Ausschwenkwinkel geführt, wobei dann die Endgeschwindigkeit mit dem noch in Betrieb befindlichen Konstantmotor erreicht wird. Derzei­ tige Umschaltsteuerungen für lastschaltbare Stufengetriebe und Getriebe in Mehrmotorenausführung, bei denen mindestens ein Hydromotor unter Last, d. h. während der Fahrt zu- oder abgeschaltet wird, arbeiten im Hinblick auf die gewünschte Ruckfreiheit und Betriebssicherheit noch nicht zufrie­ denstellend.

Die DE-A 39 25 524 betrifft eine Steuerung für ein ohne Zugkraftunterbre­ chung schaltbares Stufengetriebe eines von einem Antriebsmotor angetrie­ benen Kraftfahrzeuges, bei dem zum Umschalten reibschlüssige Elemente, wie z. B. Kupplungen, sich zeitlich überschneidend, gelöst bzw. geschlos­ sen werden und der Zeitpunkt des Lösebeginns der auszurückenden Kupplung zwecks Verminderung des Schaltruckes in Abhängigkeit von einer Betriebs­ größe des Fahrzeugantriebes verändert wird. Beim Umschalten des Stufenge­ triebes erfolgt der Aufbau des vollen Drehmomentübertragungsvermögens der jeweils schließenden Kupplung langsamer als der Abbau des vollen Drehmo­ mentübertragungsvermögens der jeweils öffnenden Kupplung. Durch diesen St.d.T. ist eine Steuerung bekannt, mit welcher der Schaltruck verringert werden soll, indem in Abhängigkeit vom Fahrmoment verschiedene Zeiten für den Öffnungsbeginn der Kupplungen berücksichtigt werden sollen. Diese Zeiten sind in einem Speicher abgelegt und sollen auf den Fahrzustand im Hinblick auf das Fahrmoment optimiert werden.

Nachteilig an der bekannten Steuerung ist, daß dynamische Einflüsse, welche entweder von außen auf den Antrieb einwirken oder vom Antriebs­ strang selber ausgehen, nicht berücksichtigt werden. So ist z. B. durch einfaches Ermitteln des Fahrmomentes noch nicht erkennbar, inwieweit dieses Fahrmoment aufgebracht wird, um das Fahrzeug zu beschleunigen bzw. um gegen eine konstante Kraft zu wirken, die z. B. bei Bergfahrten auf­ tritt. Die einzelnen Fahrzustände, Beschleunigung und Geschwindigkeit, haben großen Einfluß auf die optimale Wahl des Öffnungs- und Schließbe­ ginns der Kupplungen, da bei großer Beschleunigung das Schaltfenster schneller durchlaufen wird als bei kleinerer Beschleunigung. Die Ge­ schwindigkeit ist deswegen wichtig, weil bei hohen Geschwindigkeiten, d. h. bei unmittelbarer Nähe des Schaltfensters, weniger Zeit für den Schaltvorgang bei beschleunigten Fahrzeugen gegeben ist.

Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, eine Steuerung für lastschaltbare Getriebe, wie sie im gattungsbildenden Teil des ersten Patentanspruches beschrieben ist, zu konzipieren, welche optimal weich und betriebssicher schaltet.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß gleichzeitig mit dem Einleiten des Umschaltvorganges des Stufengetriebes die aktuell ge­ messenen Werte von Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeuges durch die Meß- und Regelelektronik ermittelt und mit diesen Werten als Parameter der optimale Öffnungs- und Schließbeginn der Schaltkupplung sowie die optimale Verstellung des hydrostatischen Getriebes bestimmt werden, und daß durch entsprechende Ansteuerung des hydrostatischen Ge­ triebes sowie des Ventils die Schaltkupplung derart betätigt wird, daß der Schaltruck im Bereich des Stufengetriebes bzw. der auf den gesamten Antriebsstrang und auf das Fahrzeug einwirkende Schaltruck gegen null geführt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Nach Ermittlung der Geschwindigkeit und der aktuellen Beschleunigung des Fahrzeuges werden diese Werte als Parameter durch eine Berechnung in Algorithmen zur Feststellung des optimalen Öffnungs- und Schließbeginns der Schaltkupplung bzw. Schaltkupplungen festgestellt.

Bei Getrieben mit mehr als einem Hydromotor als Antriebsmotor, die unter­ schiedlich stark mechanisch untersetzt auf den Getriebeausgang gekoppelt sind, dient die Ermittlung der aktuellen Beschleunigung zur automati­ schen und vorzeitigen Einleitung der Abschaltung eines oder mehrerer Hydromotoren, um diesen bzw. diese vor Überdrehen und somit vor mechani­ schen Schäden zu schützen. Vorteilhafterweise wird bei großer auf das Fahrzeug wirkender positiver Beschleunigung der Schaltvorgang schon bei kleineren Geschwindigkeiten ausgelöst, um sicherzustellen, daß für den Abschaltvorgang hinreichend viel Zeit vorhanden ist.

Das bzw. die Ventile sind vorzugsweise als Proportionalventile ausge­ führt, um die Schaltgeschwindigkeit der Kupplung(en) variabel einzustel­ len. Die Regelelektronik beinhaltet einen Speicher, der zur Aufnahme der Daten für die optimalen Schaltzeiten der Kupplung(en) bzw. der Werte für die Verstellung des hydrostatischen Getriebes dient.

Der Schaltvorgang kann entweder auf Basis einer Fuzzy-Regelung oder aber einer Zustandsregelung ausgeführt werden.

Die Geschwindigkeit kann sowohl über Messung der Frequenz der sich dre­ henden Bauteile am Ein- und Ausgang des mechanischen Getriebes mit zuge­ höriger Frequenzspannungswandlung oder digital durch elektronische Counter-Bausteine vorgenommen werden, die als Eingangssignal den Wert der Frequenz der sich drehenden Bauteile im mechanischen Getriebe zugeführt bekommen.

Die Beschleunigung kann einerseits über analoge Differenzierung des elek­ trischen Spannungssignals für die Geschwindigkeit und andererseits digi­ tal durch mathematische Differenzierung des Wertes für die Geschwindig­ keit innerhalb des Rechnerteiles der Meß- und Regelelektronik ermittelt werden.

Alternativ besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Geschwindigkeit mittels herkömmlicher Sensoren und die Beschleunigung über ebenfalls bekannte Beschleunigungsaufnehmer zu messen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipskizze der erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerung,

Fig. 2 Blockschaltbild der Regelelektronik.

Fig. 1 zeigt als Prinzipskizze eine elektro-hydraulische Steuerung für lastschaltbare Getriebe, beispielsweise eines nicht dargestellten Radla­ ders. An Bauteilen erkennbar ist eine Brennkraftmaschine 1, die über eine Reibkupplung 2 mit einem hydrostatischen Getriebe 3 zusammenwirkt. Das hydrostatische Getriebe 3 ist über eine weitere Kupplung 4 mit einem als Stufengetriebe ausgebildeten Lastschaltgetriebe 5 verbunden. Die Ab­ triebswelle 6 des Lastschaltgetriebes 5 wirkt über ein Differential 7 mit der Antriebsachse 8 des hier nicht weiter dargestellten Radladers zusam­ men und treibt die Räder 9 desselben an. Ferner sind elektro-hydraulisch betätigbare Ventile 10 vorgesehen, die zur Ansteuerung von Schaltkupplun­ gen 11, 12 dienen, die im Bereich des Stufengetriebes 5 vorgesehen sind. Darüber hinaus ist eine Meß- und Regelelektronik 13 vorgesehen, die in Wirkverbindung mit den Ventilen 10 steht. Am Eingang 14 sowie am Ausgang 15 des Stufengetriebes 5 sind Meßeinrichtungen 16, 17 vorgesehen, die die Geschwindigkeit des Radladers durch Messung der Frequenz der sich drehen­ den Bauteile mit anschließender Frequenz-/Spannungswandlung ermitteln.

Die Meßwerte werden über elektrische Leitungen 18, 19 der Meß- und Regel­ elektronik 13 zugeführt. Die Meß- und Regelelektronik 13 steht über weite­ re elektrische Leitungen 20, 21 mit den Magneten 22, 23 der vorzugsweise als Proportionalventile ausgebildeten Ventile 10 in Wirkverbindung. Die Proportionalventile 10 sind hydraulisch über Leitungen 24, 25 mit den Schaltkupplungen 11, 12 verbunden. Mit dem Einleiten des Umschaltvorganges des Stufengetriebes 5 werden zunächst die aktuellen Werte von Geschwin­ digkeit und Beschleunigung des Radladers durch die Meß- und Regelelektro­ nik 13 in Verbindung mit den Meßeinrichtungen 16, 17 ermittelt und mit diesen Werten als Parameter über Algorithmen der optimale Öffnungs- und Schließbeginn der Schaltkupplungen 11, 12 sowie die optimale Verstellung des stufenlosen hydrostatischen Getriebes 3 bestimmt. Durch entsprechende Ansteuerung des hydrostatischen Getriebes 3 sowie der Proportionalventile 10 werden die Schaltkupplungen 11, 12 derart betätigt, daß der Schaltruck im Bereich des Stufengetriebes 5 bzw. der auf den gesamten Antriebsstrang 6 einwirkende Schaltruck gegen null geführt wird. Die Meß- und Regelelek­ tronik 13 beinhaltet einen hier nicht weiter dargestellten Speicher zur Aufnahme der Werte für die Verstellung des hydrostatischen Getriebes 3 sowie der optimalen Schaltzeiten der Schaltkupplungen 11, 12. Durch die Einbeziehung der Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte des Radladers wird eine Steuerung geschaffen, die optimal weich und betriebssicher schaltet, so daß der Fahrkomfort des Radladers erheblich verbessert wird.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der Regelelektronik 13 in Verbindung mit dem Lastschaltgetriebe 5 gemäß Fig. 1. Anhand der als Initiator ausgebildeten Meßeinrichtung 16 wird die Geschwindigkeit des Radladers durch Messung der Frequenz f der sich drehenden Bauteile 15 des Last­ schaltgetriebes 5 erfaßt. Nachgeschalteten Counter-Bausteinen 26 wird als Eingangssignal der Wert der Frequenz f zugeführt und hier in einen digi­ talen Wert gewandelt, welcher der aktuellen Geschwindigkeit v entspricht. Im Bereich der Regelelektronik 13 findet anschließend innerhalb des zu­ ständigen Rechnerteiles 27 des Rechnerbausteines 28 eine digitale Diffe­ renzierung des Wertes für die Geschwindigkeit v statt, wodurch sich der aktuelle Wert der Beschleunigung a ergibt. Die aktuellen Werte von Ge­ schwindigkeit v und Beschleunigung a werden einem nachgeschalteten Algorithmusbaustein 29 zugeführt, der mit diesen Werten als Parameter den optimalen Öffnungs- und Schließbeginn der Kupplung sowie die optimale Verstellung des hier nicht weiter dargestellten hydrostatischen Getriebes bestimmt. Durch entsprechende Ansteuerung 30 des Ventils 10 sowie des hydrostatischen Getriebes wird die Schaltkupplung dergestalt betätigt, daß der Schaltruck im Bereich des Lastschaltgetriebes 5 gegen Null ge­ führt wird.

Claims (11)

1. Elektro-hydraulische Steuerung für lastschaltbare Getriebe in Fahr­ zeugen, insbesondere Baumaschinen, bestehend aus mindestens einem stufenlos verstellbaren hydrostatischen Getriebe (3), mindestens einem elektro-hydraulisch betätigbaren Ventil (10) zur Ansteuerung mindestens einer Schaltkupplung (11, 12), die im Bereich mindestens eines als Stufengetriebe ausgebildeten Lastschaltgetriebes (5) vor­ gesehen ist sowie einer Meß- und Regelelektronik (13), die in Wirkverbindung mit dem Ventil (10) steht, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Einleiten des Umschaltvorganges des Stufen­ getriebes (5) die aktuell gemessenen Werte von Geschwindigkeit (v) und Beschleunigung (a) des Fahrzeuges durch die Meß- und Regelelek­ tronik (13) ermittelt und mit diesen Werten als Parameter der opti­ male öffnungs- und Schließbeginn der Schaltkupplung (11, 12) sowie die optimale Verstellung des hydrostatischen Getriebes (3) bestimmt werden, und daß durch entsprechende Ansteuerung des hydrostatischen Getriebes (3) sowie des Ventils (10) die Schaltkupplung (11, 12) derart betätigt wird, daß der Schaltruck im Bereich des Stufenge­ triebes (5) bzw. der auf den gesamten Antriebsstrang und auf das Fahrzeug einwirkende Schaltruck gegen null geführt wird.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei großer auf das Fahrzeug einwirkender positiver Beschleunigung (a) die Betä­ tigung der Schaltkupplung (11, 12) bereits bei geringer Geschwindig­ keit (v) erfolgt.

3. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) zur variablen Einstellung der Schaltgeschwindigkeit der Schaltkupplung (11, 12) als Proportionalventil ausgeführt wird.

4. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optimalen Schaltzeiten der Schaltkupplung (11, 12) sowie die Werte zur Verstellung des hydrostatischen Getriebes (3) in Form von Daten innerhalb eines in der Regelelektronik (13) vorhandenen Spei­ chers abgelegt sind.

5. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausführung des Schaltvorganges auf Basis einer Fuzzy-Regelung erfolgt.

6. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausführung des Schaltvorganges auf Basis einer Zustandsregelung erfolgt.

7. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeuges durch Messung der Frequenz der sich drehenden Bauteile am Ein- (14) und Ausgang (15) des Stufengetriebes (5) mit sich anschließender Frequenz-/Span­ nungswandlung erfolgt.

8. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Geschwindigkeit (v) digital durch elektronische Counter-Bausteine (26) erfolgt, denen als Eingangssignal der Wert der Frequenz der sich drehenden Bauteile im Stufengetriebe (5) zuge­ führt wird.

9. Steuerung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Beschleunigung (a) durch analoge Differenzierung des elektrischen Spannungssignals für die Geschwindigkeit (v) er­ folgt.

10. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermitt­ lung der Beschleunigung (a) digital durch mathematische Differenzie­ rung des Wertes für die Geschwindigkeit (v) innerhalb des Rechner­ teiles (27) der Meß- und Regelelektronik (13) erfolgt.

11. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermitt­ lung der Beschleunigung (a) direkt, d. h. durch Sensoren als Be­ schleunigungsaufnehmer, herbeiführbar ist.