DE4340126C2 - Elektro-hydraulische Steuerung für lastschaltbare Getriebe in Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-hydraulische Steuerung für lastschaltbare Getriebe in Fahr­ zeugen, insbesondere Baumaschinen, bestehend aus mindestens einem stufenlos verstellba­ ren hydrostatischen Getriebe, mindestens einem elektro-hydraulisch betätigbaren Ventil zur Ansteuerung mindestens einer Schaltkupplung, die im Bereich mindestens eines als Stufenge­ triebe ausgebildeten Lastschaltgetriebes vorgesehen ist sowie einer Meß- und Regelelektronik, die in Wirkverbindung mit dem Ventil steht

Der DE 39 07 633 C2 ein stufenlos regelbarer hydrostatischer Fahrantrieb zu entnehmen, der mindestens einen über ein Vorgelege bestimmter Übersetzung fest mit dem gemeinsamen Ausgang verbundenen Konstantmotor sowie mindestens einen bis in eine Nullstellung rück­ schwenkbaren Verstellmotor beinhaltet, wobei zwischen Verstellmotor und Ausgang eine Schaltkupplung angeordnet ist. Der Verstellmotor weist hierbei eine größere Übersetzung sei­ nes Vorgeleges zum Ausgang auf als der fest mit dem Ausgang verbundene Konstantmotor. Nach Erreichen der Grenzstellung des Verstellmotors, die sich aus der höchsten nach techni­ schen oder wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmten zugelassenen Drehzahl ergibt, wird dieser mit schnellem Übergang auf den Verstellwinkel alpha = 0 oder mindestens in den Be­ reich der Selbsthemmung geführt und im Verlauf dieses Vorganges durch die Schaltkupplung vom Ausgang abgetrennt, wobei gleichzeitig der Ausschwenkwinkel der Fahrantriebspumpe um den Betrag zurückgenommen wird, der dem letztlichen Hubvolumen des Verstellmotors ent­ sprach. 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. Derzeitige 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 ge­ wünschte Ruckfreiheit und Betriebssicherheit noch nicht zufriedenstellend.

Die DE 39 25 524 A1 betrifft eine Steuerung für ein ohne Zugkraftunterbrechung schaltbares Stufengetriebe eines von einem Antriebsmotor angetriebenen Kraftfahrzeuges, bei dem zum Umschalten reibschlüssige Elemente, wie z. B. Kupplungen, sich zeitlich überschneidend, ge­ löst bzw. geschlossen werden und der Zeitpunkt des Lösebeginns der auszurückenden Kupp­ lung zwecks Verminderung des Schaltruckes in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße des Fahrzeugantriebes verändert wird. Beim Umschalten des Stufengetriebes erfolgt der Aufbau des vollen Drehmomentübertragungsvermögens der jeweils schließenden Kupplung langsamer als der Abbau des vollen Drehmomentübertragungsvermögens der jeweils öffnenden Kupp­ lung. 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 Öffnungs­ beginn der Kupplungen berücksichtigt werden sollen. Diese Zeiten sind in einem Speicher ab­ gelegt 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 Antriebsstrang selber ausgehen, nicht berücksichtigt werden. So ist z. B. durch einfaches Ermitteln des Fahrmomentes noch nicht erkennbar, inwie­ weit dieses Fahrmoment aufgebracht wird, um das Fahrzeug zu beschleunigen bzw. um gegen eine konstante Kraft zu wirken, die z. B. bei Bergfahrten auftritt. Die einzelnen Fahrzustände, Beschleunigung und Geschwindigkeit, haben großen Einfluß auf die optimale Wahl des Öff­ nungs- und Schließbeginns der Kupplungen, da bei großer Beschleunigung das Schaltfenster schneller durchlaufen wird als bei kleinerer Beschleunigung. Die Geschwindigkeit ist deswegen wichtig, weil bei hohen Geschwindigkeiten, d. h. bei unmittelbarer Nähe des Schaltfensters, weniger Zeit für den Schaltvorgang bei beschleunigten Fahrzeugen gegeben ist.

Aus der DE 38 07 599 C2 ist eine Schalteinrichtung für einen automotiven Antrieb für Maschinen und Fahrzeuge, insbesondere Baufahrzeuge, wie Radlader, Bagger und Raupen bekannt, mit einem Antriebsmotor, dessen Drehzahl durch ein Einstellglied stufenlos veränderbar ist, einem in Abhängigkeit der Antriebsmotordrehzahl und vom Fahrdruck durch eine Regeleinrichtung in seinem Übersetzungsverhältnis geregelten hydrostatischen Getriebe, einem dem hydrostati­ schen Getriebe nachgeordneten, mechanischen Schaltgetriebe, insbesondere Lastschaltgetrie­ be, wobei die Schalteinrichtung für das Schaltgetriebe eine elektronische Steuerschaltung und ein Betätigungselement zum Einleiten eines Schaltvorganges umfaßt. Die Schalteinrichtung läßt einen Schaltvorgang von einem größeren in einen kleineren Gang nur dann zu, wenn fol­ gende Schaltbedingungen erfüllt sind:

• a) die Ausgangsdrehzahl des hydrostatischen Getriebes liegt vor dem Schaltvorgang unter einem Mindestwert,
• b) der Lastdruck des hydrostatischen Getriebes und damit sein Übersetzungsverhältnis hat vor dem Schaltvorgang eine vom Fahrwiderstand verursachte Mindestgröße,

wobei Mindestwert und Mindestgröße derart bemessen sind, daß auch nach dem Schaltvor­ gang ein Antriebsdrehmoment vom Antriebsmotor zum Schaltgetriebe übertragen wird.

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 durch eine elektro-hydraulische Steuerung für lastschaltbare Getriebe gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

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 Lastschaltgetriebes 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 Lastschaltgetriebes 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 Ventile 10 sind hydraulisch über Leitungen 24, 25 mit den Schaltkupplungen 11, 12 verbunden. Mit dem Einleiten des Umschaltvorganges des Lastschaltgetriebes 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 Ventile 10 werden die Schaltkupplungen 11, 12 derart betätigt, daß der Schaltruck im Bereich des Lastschaltgetriebes 5 bzw. der auf die Abtriebswelle 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 am Anfang 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 Fahrzeugen, insbesondere Baumaschinen, bestehend aus mindestens einem stufenlos verstellbaren hydrostati­ schen 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) vorgesehen 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 Last­ schaltgetriebes (5) die aktuellen Werte von Geschwindigkeit (v) und Beschleunigung (a) des Fahrzeuges durch die Meß- und Regelelektronik (13) ermittelt und diese Werte als Parameter durch eine Berechnung in Algorithmen zur Feststellung des optimalen Öff­ nungs- und Schließbeginns der Schaltkupplung (11, 12) sowie die optimale Verstellung des hydrostatischen Getriebes bestimmt werden, und daß durch entsprechende Ansteue­ rung des hydrostatischen Getriebes (3) sowie des Ventils (10) die Schaltkupplung (11, 12) derart betätigt wird, daß der Schaltruck im Bereich des Lastschaltgetriebes (5) oder 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 Betätigung der Schaltkupplung (11, 12) be­ reits bei geringer Geschwindigkeit (v) erfolgt.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (10) zur variablen Einstellung der Schaltgeschwindigkeit der Schaltkupplung (11, 12) als Propor­ tionalventil ausgeführt wird.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optima­ len Schaltzeiten der Schaltkupplung (11, 12) sowie die Werte zur Verstellung des hydro­ statischen Getriebes (3) in Form von Daten innerhalb eines in der Regelelektronik (13) vorhandenen Speichers abgelegt sind.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ führung des Schaltvorganges auf Basis einer Fuzzy-Regelung erfolgt.

6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfüh­ rung des Schaltvorganges auf Basis einer Zustandsregelung erfolgt.

7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfas­ sung der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeuges durch Messung der Frequenz der sich drehenden Bauteile am Ein- (14) und Ausgang (15) des Lastschaltgetriebes (5) mit sich anschließender Frequenz-/Spannungswandlung erfolgt.

8. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfas­ sung der Geschwindigkeit (v) digital durch elektronische Counter-Bausteine (26) erfolgt, denen als Eingangssignal der Wert der Frequenz der sich drehenden Bauteile im Last­ schaltgetriebe (5) zugeführt wird.

9. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermitt­ lung der Beschleunigung (a) durch analoge Differenzierung des elektrischen Span­ nungssignals für die Geschwindigkeit (v) erfolgt.

10. Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Beschleu­ nigung (a) digital durch mathematische Differenzierung des Wertes für die Geschwindig­ keit (v) innerhalb des Rechnerteiles (27) der Meß- und Regelelektronik (13) erfolgt.

11. Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Beschleu­ nigung (a) direkt, d. h. durch Sensoren als Beschleunigungsaufnehmer, herbeiführbar ist.