EP4363745A1 - Verfahren zum antreiben eines fahrzeugs und antriebsanordnung - Google Patents

Verfahren zum antreiben eines fahrzeugs und antriebsanordnung

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EP4363745A1
EP4363745A1 EP22729157.2A EP22729157A EP4363745A1 EP 4363745 A1 EP4363745 A1 EP 4363745A1 EP 22729157 A EP22729157 A EP 22729157A EP 4363745 A1 EP4363745 A1 EP 4363745A1
Authority
EP
European Patent Office
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planetary gear
automatic transmission
speed
drive
vehicle
Prior art date
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Pending
Application number
EP22729157.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolai Hoersch
Torsten Büchner
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
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    • F16H61/68—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings
    • F16H61/684—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive
    • F16H61/686—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive with orbital gears
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    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/40—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism comprising signals other than signals for actuating the final output mechanisms
    • F16H63/50—Signals to an engine or motor

Definitions

  • the invention relates to a method for driving a vehicle at low speed and a drive arrangement for driving a vehicle, in particular a special rail vehicle.
  • Vehicles which, in addition to the usual driving and cruising speeds, are also driven over a long period of time at consistently low speeds, ie when driving slowly.
  • rail construction vehicles that are used for track construction or overhead line construction must be driven constantly at very low speeds such as 3, 5, 7 or 9 km/h, even over a long period of time, to carry out the work.
  • rail vehicles should also be able to be driven at a significantly higher driving speed for faster journeys.
  • the higher driving speed is required, for example, to be able to drive quickly from one construction site to another.
  • a drive arrangement or a drive train with a multi-stage automatic transmission can be used in planetary design.
  • Vehicles that are equipped with a stepped automatic transmission in planetary design with a hydrodynamic torque converter cannot drop below a constant minimum speed without additional measures. Due to the hydromechanical transmission, when the engine is idling, an equilibrium is formed via the idling speed controller, the torque converter and the driving resistance, which leads to a minimum constant speed that cannot be undershot. In addition, high accuracy requirements regarding the constant speed of +/- 1 km/h often cannot be met due to control inaccuracies of the engine speed when driving slowly.
  • EP 3434 550 A1 discloses a drive arrangement for driving at least one axle of a rail vehicle, which has a mechanical drive train and a hydrostatic drive train. Both drive trains mentioned are connected on the drive side to a drive motor of the rail vehicle. On the output side, the mechanical drive train and the hydrostatic drive train are brought together in a wheel set transmission arranged on a wheel set shaft in order to drive the wheel set shaft via the wheel set transmission.
  • Such drive assemblies are typically used in rail construction vehicles.
  • Such rail construction vehicles can be driven train in a working operation at a very low working speed via the hydrostatic drive, while they are driven for faster journeys via the me chanical drive train.
  • the additional hydrostatic drive train requires a considerable amount of additional work.
  • a method for controlling constant slow travel of a vehicle is proposed.
  • the method is intended for a vehicle that has a drive arrangement that includes a stepped automatic transmission with a hydrodynamic torque converter and with a plurality of shifting elements for setting different gear ratios.
  • a first transmission stage in the stepped automatic transmission is set.
  • the shifting elements can be designed in particular as friction shifting elements in the form of a multi-plate clutch or multi-plate brake.
  • the first and the second shifting element are preferably completely closed for constant slow travel, so that there is no slippage between the shafts to be connected in the stepped automatic transmission.
  • the gear ratios are each automatically inserted or switched by closing Shen of at least one friction shift element, but mostly two friction shift elements.
  • the gear stage provided for this purpose can be shifted with a starting transmission, i.e. the starting gear stage, by closing the relevant friction shift elements.
  • a starting gear in two directions for example a first forward gear and a reverse gear, or a starting gear with the same ratio in each direction for vehicles that are operated with two equivalent directions of travel, such as rail vehicles.
  • the third shifting element designed as a friction shifting element is actuated as a function of an output speed.
  • the actuation of the third switching element is therefore not required to drive the vehicle.
  • the third switching element is actuated in order to brake the vehicle in a targeted manner and thus achieve the constant speed when driving slowly.
  • the transmission or the vehicle is braked by the targeted intervention of the third shifting element, thus ensuring constant slow travel with different driving resistances. This is particularly necessary when driving slowly when coasting, i.e. on downhill gradients, in order to maintain a constant, slow speed with high accuracy.
  • the third switching element is actuated as a brake by temporarily closing this friction switching element.
  • the third switching element can be actuated in such a way that it is operated in a slipping manner.
  • the engine speed of a drive motor which is connected to an input shaft of the multi-stage automatic transmission, can be regulated in such a way that there is always an excess power in the multi-stage automatic transmission during slow travel.
  • This excess power enables constant slow travel to be controlled by the third switching element used as a brake.
  • the third switching element is closed at least temporarily and partially as a function of an output speed.
  • the first and/or the second shifting element can also be designed as a friction shifting element and be operated in a slipping manner when driving slowly. This is particularly advantageous when the speed resulting from the required engine speed and the transmission ratio in the associated drive train in the starting gear stage is above the desired slow travel speed.
  • a desired speed can also be set, which is below the speed resulting from the engine speed and the transmission ratio in the drive train.
  • the output speed can be reduced while the input speed remains the same.
  • driving speeds of up to 10 km/h are understood to be driving slowly.
  • a constant speed is understood to mean, in particular, driving speeds that deviate from a target speed by less than 2 km/h, preferably by less than 1 km/h, over a period of time under consideration.
  • constant slow travel is travel at a target speed of no more than 10 km/h, with the actual speed deviating from the target speed by no more than 2 km/h, preferably no more than 1 km/h.
  • the speed when driving slowly can be below the crawling speed resulting from the idling speed of the drive motor and the gear ratio in the first forward gear or in reverse gear.
  • a converter lock-up clutch on the hydrodynamic torque converter should preferably be open during constant slow travel.
  • a fourth shifting element of the stepped automatic transmission designed as a friction shifting element can be actuated alternately or simultaneously with the third shifting element, depending on the output speed.
  • a retarder can also be used as a braking element alternately or simultaneously with the third shifting element in order to prevent the third shifting element from overheating.
  • temperature monitoring can be used, in which case the third switching element can then be relieved, for example by using the fourth switching element or the retarder, if a temperature threshold value of the switching element is exceeded.
  • the invention also relates to a drive arrangement for driving a vehicle, which is suitable for carrying out the method described.
  • a drive arrangement comprises a stepped automatic transmission, the stepped automatic transmission comprising an input shaft that can be connected to a drive motor, a hydrodynamic torque converter, a number of planetary gear sets, a number of friction shift elements for selecting different gear ratios, an output shaft, a speed sensor for detecting the output speed of the output shaft and a control device .
  • the control device is set up in such a way that it can carry out the method described.
  • the control device can include at least one processor, at least one data memory, software in the form of at least one computer program and at least one interface for communication.
  • the control device can, for example, be in the form of a transmission control unit or be part of such a transmission control unit.
  • the control device is connected in a signal-transmitting manner to the speed sensor for detecting the output speed.
  • the control device can also receive information about the output speed from another control device of the vehicle via a suitable data connection.
  • the control device is connected to the drive motor or to a control unit of the drive motor, in order to enable the motor speed of the drive motor to be regulated in such a way that there is excess power in the stepped automatic transmission during slow driving.
  • the control device is also connected to actuating means for the shifting elements in the stepped automatic transmission and thus controls or regulates the closing and opening of the shifting elements depending on the output speed.
  • control device can also be connected to at least one temperature sensor in order to measure the temperature of at least monitor slip operated third switching element. In this way, damage caused by overheating of the third switching element can be prevented by taking the measures described above to relieve the third switching element in good time.
  • the control device or the transmission control unit has suitable communication interfaces for the connections mentioned, which can be set up both for wireless communication and for cable connections.
  • the stepped automatic transmission is designed as a planetary gear and includes a first, a second and a third planetary gear set for setting different transmission ratios, and a fourth planetary gear set for reversing the direction of travel.
  • the fourth planetary gear set is used as a turning gear set in order to provide two equivalent travel directions for the rail vehicle. This means that all gear ratios that can be adjusted using the first, second and third planetary gear sets in the stepped automatic transmission are available in two directions, so that the rail vehicle can be driven in both directions with the same speed ranges.
  • the four planetary gear sets mentioned can in particular each be designed as negative planetary gear sets.
  • a minus planetary gear set is a single planetary gear set with exactly one carrier on which the planetary gears are rotatably mounted, with exactly one sun gear and with exactly one ring gear, with the gearing of each of the planetary gears being geared both to the gearing of the sun gear and to the gearing ment of the flea wheel meshes, causing the flea wheel and sun gear to rotate in opposite directions of rotation when the sun gear rotates with the web stationary.
  • a stepped automatic transmission in which the first, second, third and fourth planetary gear sets are each designed as negative planetary gear sets.
  • the first switching element in such a stepped automatic transmission connects a drive shaft to the sun gear of the third planetary gear set
  • the second switching element connects the ring gear of the third planetary gear set with a housing of the stepped automatic transmission
  • the third switching element connects the ring gear of the second planetary gear set with the housing.
  • the first, second and third shifting element are each designed as a friction shifting element.
  • a friction shifting element can also be provided as the fourth shifting element, which connects the ring gear of the first planetary gear set to the housing.
  • the present invention also includes a computer program product with a computer program that can be loaded into a memory unit of a control device of a vehicle in order to carry out all the steps of the method described when the computer program is executed in the control device. If the computer program in question is used on a computer or in a control device of the vehicle, the computer program produces the inventive technical effect described above.
  • the computer program product proposed here comprises a sequence of commands, by means of which the drive arrangement is caused to carry out the method described, as a result of which the vehicle is driven at slow speed.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a drive assembly according to the invention in a schematic representation in a setting for driving in a first gear and th
  • FIG. 2 shows the drive arrangement from FIG. 1 in a setting for constant slow travel.
  • the drive arrangement 1 for driving a vehicle comprises a drive motor 2 and a stepped automatic transmission 3.
  • the stepped automatic transmission 3 has an input shaft 4 which is connected or can be connected to the drive motor 2. This means that a motor output shaft of the drive motor 2 is connected to the input shaft 4 in a torque-transmitting manner.
  • the stepped automatic transmission 3 also has a hydrodynamic torque converter 5 .
  • An impeller of the torque converter 5 is connected to the input shaft 4 .
  • a turbine wheel Torque converter 5 is connected to a drive shaft 6, which in turn is connected or ver bindable with individual elements of the planetary gear sets P1, P2, P3, P4.
  • Each of the mentioned planetary gear sets P 1 , P2 , P3 , P4 has the three elements Son gear, planet carrier and ring gear.
  • the planet carrier tarpaulins are rotatably mounted tennd whose teeth engage in the teeth of each parent to the sun gear and ring gear.
  • the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 are each designed as a negative planetary gear set.
  • the fourth planetary gear set P4 which is arranged on the output side in the power flow, is provided as a reversing gear set for reversing the direction of rotation. It has stepped planetary gears, each with two teeth whose number of teeth is different and selected in such a way that the amount of translation in both directions of rotation is at least almost the same. In this way, the vehicle can be operated in two directions at the same speed levels.
  • the shifting elements A, B, D, E, F assigned to the planetary gearsets P1, P2 and P3 are designed as friction shifting elements, while the shifting elements G and H assigned to the planetary gearset P4 are designed as positive-locking shifting elements.
  • the torque converter 5, the planetary gear sets P1, P2, P3, P4 and the switching elements A, B, D, E, F, G, H are arranged in a housing 9 of the stepped automatic transmission 3, which can also be designed in several parts.
  • shifting elements A, B, D, E, F By selectively closing and opening the shifting elements A, B, D, E, F, different gear ratios are set, while the driving direction is selected using the shifting elements G and H.
  • the associated shifting elements G and H can be connected to an output shaft 7 either with the ring gear of the fourth planetary gear set P4 or with the planet carrier of the third planetary gear set P3.
  • different translation stages can be selected using the switching elements, whereby a translation adapted to the respective driving situation between the input shaft 6 and the output shaft 7 can be set.
  • a speed sensor 11 for detecting the output speed of the output shaft 7 is arranged in the area of the output shaft 7.
  • the speed sensor 11 is connected to a control device 10 in order to transmit the signals relating to the output speed.
  • the control device 10 which is set up to carry out the method described, is arranged in the form of a transmission control unit on the multi-stage automatic transmission 3.
  • the control device 10 can also be arranged at a different location or can include components that are arranged at a different location.
  • the drive shaft 6 is permanently connected to the son gear of the first planetary gear set P1.
  • the drive shaft 6 can also be connected to the sun gear of the third planetary gear set P3 by the first shifting element A being closed.
  • the ring gear of the first planetary gear set P1 can be connected to the housing 9 of the stepped automatic transmission BES 3 by means of the fourth switching element D.
  • the ring gear of the second planetary gear set P2 and the planet carrier of the first planetary gear set P1 are permanently connected to each other.
  • the ring gear of the second planetary gear set P2 and the planet carrier of the first planetary gear set P1 can be connected to the housing 9 by means of the third switching element E.
  • the ring gear of the third planetary gear set P3 is permanently connected to the tarpaulin carrier of the second planetary gear set P2.
  • the ring gear of the third planetary gear set P3 and the planet carrier of the second planetary gear set P2 can be connected to the housing 9 by means of the second switching element F.
  • the planet carrier of the second planetary gear set P2 and the The ring gear of the third planetary gear set P3 is connected to the drive shaft 6 by means of the fifth shifting element B.
  • the first gear so the starting gear is selected in the stepped automatic transmission 3, which is also provided for the constant low speed.
  • the performance-leading elements are characterized by reinforced lines.
  • the first switching element A and the second switching element F are closed in the first gear stage.
  • the closed switching elements A and F can be seen in FIG. 1 by the fact that no air gaps can be seen between the laminations shown schematically.
  • the switching element G is closed in the turning wheel set P4, which results in a direct through drive without reversing the direction of rotation.
  • the converter lockup clutch 8 is also closed, so that the hydrodynamic part of the converter is ineffective.
  • Fig. 2 shows the same drive assembly 1 as FIG. 1 with the same reference numerals for the same components. Only the switching position of the converter lockup clutch 8 and the third switching element E have changed. In order to achieve constant slow travel, the converter lockup clutch 8 was opened so that the hydrodynamic torque converter 5 becomes effective. Furthermore, the third switching element E is closed in FIG. 2 in order to represent a temporary braking by means of the third switching element E. This means that the third switching element E does not remain permanently closed during constant slow travel. Instead, the third switching element E is only temporarily and partially closed. It is therefore mainly operated in a slipping manner. The braking duration and braking strength with which the third switching element E is actuated depend on the output speed, which is detected by the speed sensor 11 on the output shaft 7 . reference sign

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer konstanten Langsamfahrt eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist eine Antriebsanordnung (1) auf, die ein Stufenautomatgetriebe (3) mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler (5) und mit mehreren Schaltelementen (A, B, D, E, F) zum Einstellen verschiedener Übersetzungsstufen umfasst. Durch zumindest teilweises Schließen zumindest eines ersten und eines zweiten Schaltelements (A, F) wird eine erste Übersetzungsstufe in dem Stufenautomatgetriebe (3) eingestellt. Ferner wird zumindest ein weiteres, als Reibschaltelement ausgebildetes drittes Schaltelement (E) in Abhängigkeit einer Abtriebsdrehzahl betätigt. Des Weiteren werden eine Antriebsanordnung (1) sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.

Description

Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs und Antriebsanordnunq
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs bei niedriger Ge schwindigkeit und eine Antriebsanordnung zum Antreiben eines Fahrzeugs, insbe sondere eines Schienenfahrzeugs.
Es sind Fahrzeuge bekannt, die neben den üblichen Fahr- und Reisegeschwindigkei ten auch über längere Zeit mit gleichbleibend geringen Geschwindigkeiten, also bei Langsamfahrt, angetrieben werden. So müssen beispielsweise Schienenbaufahr zeuge, die zum Gleisbau oder Oberleitungsbau eingesetzt werden, zum Durchführen der Arbeiten mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten wie beispielsweise 3, 5, 7 oder 9 km/h auch über längere Zeit konstant angetrieben werden. Für schnellere Strecken fahrten sollen solche Schienenfahrzeuge aber auch mit deutlich höherer Fahrge schwindigkeit antreibbar sein. Die höhere Fahrgeschwindigkeit wird beispielsweise benötigt, um zügig von einer Baustelle zu einer anderen Baustelle fahren zu können. Dazu kann eine Antriebsanordnung bzw. ein Antriebsstrang mit einem Stufenauto matgetriebe in Planetenbauweise genutzt werden.
Bei Fahrzeugen, die mit einem Stufenautomatgetriebe in Planetenbauweise mit hyd rodynamischem Drehmomentwandler ausgerüstet sind, kann eine konstante mini male Geschwindigkeit ohne zusätzliche Maßnahmen nicht unterschritten werden. Aufgrund des hydromechanischen Getriebes bildet sich bei Leerlaufdrehzahl des Mo tors über den Leerlaufdrehzahlregler, den Drehmomentwandler und dem Fahrwider stand ein Gleichgewicht, das zu einer minimalen konstanten Geschwindigkeit führt, welche nicht unterschritten werden kann. Zudem können hohe Genauigkeitsanforde rungen betreffend die konstante Geschwindigkeit von +/- 1 km/h aufgrund von Rege lungsungenauigkeiten der Motordrehzahl bei Langsamfahrt oft nicht erfüllt werden.
Es sind Lösungen zum Antreiben eines Fahrzeugs mit sehr geringen konstanten Ge schwindigkeiten bekannt, die zur Langsamfahrt einen zusätzlichen hydrostatischen Antrieb vorsehen. So ist aus der EP 3434 550 A1 eine Antriebsanordnung zum An treiben mindestens einer Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs bekannt, die einen mechanischen Antriebsstrang und einen hydrostatischen Antriebsstrang aufweist. Beide genannten Antriebsstränge sind antriebsseitig mit einem Antriebsmotor des Schienenfahrzeugs verbunden. Abtriebsseitig sind der mechanische Antriebsstrang und der hydrostatische Antriebsstrang in einem an einer Radsatzwelle angeordneten Radsatzgetriebe zusammengeführt, um über das Radsatzgetriebe die Radsatzwelle anzutreiben. Derartige Antriebsanordnungen werden typischerweise bei Schienen baufahrzeugen verwendet. Solche Schienenbaufahrzeuge können in einem Arbeits betrieb mit sehr geringer Arbeitsgeschwindigkeit über den hydrostatischen Antriebs strang angetrieben werden, während sie für schnellere Streckenfahrten über den me chanischen Antriebsstrang angetrieben werden. Der zusätzliche hydrostatische An triebsstrang erfordert jedoch einen erheblichen Mehraufwand.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs mit einem Stufenautomatgetriebe in Planetenbauweise bei konstanten niedrigen Geschwindigkeiten und eine dazu geeignete Antriebsanordnung zu schaf fen, wobei die Antriebsanordnung einen möglichst einfachen Aufbau aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine An triebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein Verfahren zum Regeln einer konstanten Langsamfahrt eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Verfahren ist für ein Fahrzeug vorgesehen, welches eine An triebsanordnung aufweist, die ein Stufenautomatgetriebe mit einem hydrodynami schen Drehmomentwandler und mit mehreren Schaltelementen zum Einstellen ver schiedener Übersetzungsstufen umfasst. Durch zumindest teilweises Schließen zu mindest eines ersten und eines zweiten Schaltelements eine erste Übersetzungs stufe in dem Stufenautomatgetriebe eingestellt wird. Die Schaltelemente können ins besondere als Reibschaltelemente in Form einer Lamellenkupplung oder Lamellen bremse ausgebildet sein. Vorzugsweise werden zur konstanten Langsamfahrt das erste und das zweite Schaltelement vollständig geschlossen, sodass kein Schlupf zwischen den zu verbindenden Wellen in dem Stufenautomatgetriebe vorliegt. Bei Kraftfahrzeugen, die mit einem Stufenautomatgetriebe in Planetenbauweise aus gerüstet sind, werden die Übersetzungsstufen jeweils automatisch durch das Schlie ßen von mindestens einem Reibschaltelement, zumeist jedoch zwei Reibschaltele menten eingelegt bzw. geschaltet. Zum Anfahren nach einem Fahrzeugstillstand und bei Langsamfahrt kann die dafür vorgesehene Gangstufe mit einer Anfahrüberset zung, also der Anfahrgangstufe, durch das Schließen der betreffenden Reibschalt elemente geschaltet werden. Es kann eine Anfahrgangstufe in zwei Fahrtrichtungen vorliegen, beispielsweise ein erster Vorwärtsgang und ein Rückwärtsgang oder eine Anfahrgangstufe mit gleicher Übersetzung in jede Fahrtrichtung für Fahrzeuge, die mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen betrieben werden wie Schienenfahrzeuge.
Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass zur konstanten Langsamfahrt zumin dest ein weiteres, als Reibschaltelement ausgebildetes drittes Schaltelement in Ab hängigkeit einer Abtriebsdrehzahl betätigt wird. Die Betätigung des dritten Schaltele ments ist also nicht erforderlich, um das Fahrzeug anzutreiben. Stattdessen wird das dritte Schaltelement betätigt, um das Fahrzeug gezielt abzubremsen und damit die konstante Geschwindigkeit bei Langsamfahrt zu erreichen. Mit anderen Worten wird das Getriebe bzw. das Fahrzeug durch gezielten Eingriff des dritten Schaltelements gebremst und damit die konstante Langsamfahrt bei verschiedenen Fahrwiderstän den sichergestellt. Dies ist insbesondere bei Langsamfahrt im Schubbetrieb, also im Gefälle erforderlich, um eine konstante, langsame Geschwindigkeit mit hoher Genau igkeit einzuhalten. Das Betätigen des dritten Schaltelements als Bremse erfolgt durch zeitweises Schließen dieses Reibschaltelements. Das dritte Schaltelement kann ins besondere so betätigt werden, dass es schlupfend betrieben wird.
Dazu kann die Motordrehzahl eines Antriebsmotors, der mit einer Eingangswelle des Stufenautomatgetriebes verbunden ist, so geregelt werden, dass während der Lang samfahrt immer ein Leistungsüberschuss in dem Stufenautomatgetriebe vorhanden ist. Dieser Leistungsüberschuss ermöglicht die Regelung der konstanten Langsam fahrt durch das als Bremse eingesetzte dritte Schaltelement. Das dritte Schaltele ment wird dazu in Abhängigkeit einer Abtriebsdrehzahl zumindest zeitweise und teil weise geschlossen. Ferner kann auch das erste und/oder das zweite Schaltelement als Reibschaltelement ausgeführt und bei Langsamfahrt schlupfend betrieben werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die sich bei der erforderlichen Motordrehzahl und der Übersetzung im dazugehörigen Antriebsstrang in der Anfahrgangstufe ergebende Geschwindigkeit oberhalb der gewünschten Langsamfahrtgeschwindigkeit liegt.
Dann kann durch Regelung des schlupfenden ersten und/oder zweiten Schaltelementes auch eine gewünschte Geschwindigkeit eingestellt werden, die unterhalb der sich aus der Motordrehzahl und der Übersetzung im Antriebsstrang ergebenden Geschwindigkeit liegt. Mit zunehmender Differenzdrehzahl an dem mit Schlupf betriebenen ersten oder zweiten Schaltelement lässt sich so die Abtriebsdrehzahl bei gleichbleibender Eingangsdrehzahl reduzieren.
Als Langsamfahrt werden insbesondere Fahrgeschwindigkeiten bis zu 10 km/h ver standen. Als konstante Geschwindigkeit werden insbesondere Fahrgeschwindigkei ten verstanden, die über einen betrachteten Zeitraum um weniger als 2 km/h, vor zugsweise um weniger als 1 km/h von einer Zielgeschwindigkeit abweichen. Die kon stante Langsamfahrt ist demnach eine Fahrt mit einer Soll-Geschwindigkeit von ma ximal 10 km/h, wobei die Ist-Geschwindigkeit nicht mehr als 2 km/h, bevorzugt nicht mehr als 1 km/h von der Soll-Geschwindigkeit abweicht. Die Geschwindigkeit bei Langsamfahrt kann unterhalb der sich aus der Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors und der Getriebeübersetzung im ersten Vorwärtsgang bzw. im Rückwärtsgang erge benden Kriechgeschwindigkeit liegen.
Eine Wandlerüberbrückungskupplung an dem hydrodynamischen Drehmomentwand ler soll während der konstanten Langsamfahrt vorzugsweise geöffnet sein.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens kann ein als Reibschaltelement ausgebil detes viertes Schaltelement des Stufenautomatgetriebes im Wechsel oder gleichzei tig mit dem dritten Schaltelement in Abhängigkeit der Abtriebsdrehzahl betätigt wer den. Auf diese Weise lässt sich eine Überhitzung des dritten Schaltelements vermei den, weil die durch das Bremsen erzeugte Wärme auf das dritte und das vierte Schaltelement verteilt wird. Des Weiteren kann auch ein Retarder zusätzlich als Bremselement im Wechsel oder gleichzeitig zu dem dritten Schaltelement eingesetzt werden, um eine Überhitzung des dritten Schaltelements zu vermeiden. Um eine Überhitzung des dritten Schaltele ments zu erkennen, kann eine Temperaturüberwachung eingesetzt werden, wobei das dritte Schaltelement dann beispielsweise durch den beschriebenen Einsatz des vierten Schaltelements oder des Retarders entlastet werden kann, wenn ein Tempe raturschwellwert des Schaltelements überschritten wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Antriebsanordnung zum Antreiben eines Fahrzeugs, welche zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Eine solche Antriebsanordnung umfasst ein Stufenautomatgetriebe, wobei das Stufenautomatge triebe eine mit einem Antriebsmotor verbindbare Eingangswelle, einen hydrodynami schen Drehmomentwandler, mehrere Planetenradsätze, mehrere Reibschaltele mente zum Auswählen verschiedener Übersetzungsstufen, eine Abtriebswelle, einen Drehzahlsensor zum Erfassen der Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle und ein Steue rungseinrichtung umfasst. Die Steuerungseinrichtung ist so eingerichtet, dass es ein das beschriebene Verfahren ausführen kann. Die Steuerungseinrichtung kann zu mindest einen Prozessor, zumindest einen Datenspeicher, Software in Form zumin dest eines Computerprogramms und zumindest eine Schnittstelle zur Kommunikation umfassen. Die Steuerungseinrichtung kann beispielsweise als Getriebesteuergerät ausgebildet oder ein Teil eines solchen Getriebesteuergeräts sein. Die Steuerungs einrichtung ist signalübertragend verbunden mit dem Drehzahlsensor zur Erfassung der Abtriebsdrehzahl. In alternativen Ausführungen kann die Steuerungseinrichtung Informationen über die Abtriebsdrehzahl auch von einer anderen Steuerungseinrich tung des Fahrzeugs über eine geeignete Datenverbindung erhalten. Ferner ist die Steuerungseinrichtung mit dem Antriebsmotor oder mit einem Steuergerät des An triebsmotors verbunden, um zu ermöglichen, dass die Motordrehzahl des An triebsmotors so geregelt wird, dass während der Langsamfahrt ein Leistungsüber schuss in dem Stufenautomatgetriebe vorhanden ist. Die Steuereinrichtung ist auch mit Betätigungsmitteln für die Schaltelemente in dem Stufenautomatgetriebe verbun den und steuert bzw. regelt so das Schließen und Öffnen der Schaltelemente in Ab hängigkeit der Abtriebsdrehzahl. Ferner kann die Steuerungseinrichtung auch mit zu mindest einem Temperatursensor verbunden sein, um die Temperatur zumindest des schlupfend betriebenen dritten Schaltelementes zu überwachen. Damit können Schäden durch eine Überhitzung des dritten Schaltelements verhindert werden, in dem die oben beschriebenen Maßnahmen zur Entlastung des dritten Schaltelements rechtzeitig ergriffen werden.
Die Steuerungseinrichtung bzw. das Getriebesteuergerät weist für die genannten Verbindungen geeignete Kommunikationsschnittstellen auf, die sowohl für kabellose Kommunikation als auch für Kabelverbindungen eingerichtet sein können.
Besonders geeignet für den Einsatz in einem Schienenfahrzeug ist eine Antriebsan ordnung, bei der das Stufenautomatgetriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist und einen ersten, einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz zum Einstellen ver schiedener Übersetzungsstufen, sowie einen vierten Planetenradsatz zum Umkehren der Fahrtrichtung umfasst. Der vierte Planetenradsatz wird dabei als Wenderadsatz eingesetzt, um zwei gleichwertige Fahrtrichtungen für das Schienenfahrzeug bereit zustellen. Das heißt, dass alle Übersetzungsstufen, die mithilfe des ersten, zweiten und dritten Planetenradsatzes in dem Stufenautomatgetriebe einstellbar sind, in zwei Fahrtrichtungen zur Verfügung stehen, sodass das Schienenfahrzeug in beiden Fahrtrichtungen mit den gleichen Geschwindigkeitsbereichen antreibbar ist. Die vier genannten Planetenradsätze können dabei insbesondere jeweils als Minus-Planeten- radsätze ausgebildet sein. Ein Minus-Planetenradsatz ist ein Einzel-Planetenradsatz mit genau einem Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, mit genau ei nem Sonnenrad und mit genau einem Hohlrad, wobei die Verzahnung jedes der Pla netenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades als auch mit der Verzah nung des Flohlrades kämmt, wodurch Flohlrad und Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert.
Bei einer Ausführungsform der Antriebsanordnung, die sich im Hinblick auf geeignete Übersetzungsstufen und Geschwindigkeitsbereiche als vorteilhaft herausgestellt hat, ist ein Stufenautomatgetriebe vorgesehen, bei dem der erste, zweite, dritte und vierte Planetenradsatz jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgebildet sind. Das erste Schaltelement in einem solchen Stufenautomatgetriebe verbindet eine Antriebswelle mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes, das zweite Schaltelement verbindet das Hohlrad des dritten Planeten radsatzes mit einem Gehäuse des Stufen automatgetriebe, und das dritte Schaltelement verbindet das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse. Vorzugsweise sind dabei das erste, zweite und dritte Schaltelement jeweils als Reibschaltelement ausgebildet. Als viertes Schaltele ment kann ebenfalls ein Reibschaltelement vorgesehen sein, welches das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse verbindet.
Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches in eine Speichereinheit einer Steuerungsein richtung eines Fahrzeugs ladbar ist, um alle Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuerungseinrichtung ausgeführt wird. Wenn das betreffende Computerprogramm auf einem Computer bzw. in einer Steuerungseinrichtung des Fahrzeugs zum Einsatz kommt, ruft das Computerpro grammprodukt den oben beschriebenen erfinderischen technischen Effekt hervor.
Das hier vorgeschlagene Computerprogrammprodukt umfasst dazu eine Folge von Befehlen, durch welche die Antriebsanordnung veranlasst wird, das beschriebene Verfahren durchzuführen, wodurch das Fahrzeug in Langsamfahrt angetrieben wird.
Die Erfindung wird in dem folgenden Ausführungsbeispiel verdeutlicht. Dabei zeigen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung in einer Einstellung zur Fahrt in einer ers ten Gangstufe und
Fig. 2 die Antriebsanordnung aus Fig. 1 in einer Einstellung zur konstanten Langsamfahrt.
Die Antriebsanordnung 1 zum Antreiben eines Fahrzeugs umfasst einen Antriebsmo tor 2 und ein Stufenautomatgetriebe 3. Das Stufenautomatgetriebe 3 weist eine Ein gangswelle 4 auf, die mit dem Antriebsmotor 2 verbunden oder verbindbar ist. Das heißt, dass eine Motorabtriebswelle des Antriebsmotors 2 drehmomentübertragend mit der Eingangswelle 4 verbunden ist. Das Stufenautomatgetriebe 3 weist ferner ei nen hydrodynamischen Drehmomentwandler 5 auf. Ein Pumpenrad des Drehmo mentwandlers 5 ist mit der Eingangswelle 4 verbunden. Ein Turbinenrad des Drehmomentwandlers 5 ist mit einer Antriebswelle 6 verbunden, welche wiederum mit einzelnen Elementen der Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4 verbunden oder ver bindbar ist. Es ist ein erster Planetenradsatz P1 , ein zweiter Planeten radsatz P2 und ein dritter Planeten radsatz P3 zum Einstellen verschiedener Übersetzungsstufen vor gesehen, sowie ein vierter Planetenradsatz P4 zum Umkehren der Fahrtrichtung.
Jeder der genannten Planetenradsätze P 1 , P2, P3, P4 weist die drei Elemente Son nenrad, Planetenträger und Hohlrad auf. Jeweils auf dem Planetenträger sind Plane tenräder rotierbar gelagert, deren Verzahnung in die Verzahnungen des jeweils zu geordneten Sonnenrades und Hohlrades eingreift. Das heißt, dass die Planetenrads ätze P1 , P2, P3, P4 jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgebildet sind.
Der im Leistungsfluss abtriebsseitig angeordnete vierte Planetenradsatz P4 ist dabei als Wenderadsatz vorgesehen zur Drehrichtungsumkehr. Er weist Stufenplanetenrä der mit jeweils zwei Verzahnungen auf, deren Zähnezahl unterschiedlich und so aus gewählt ist, dass der Betrag der Übersetzung in beiden Drehrichtungen zumindest nahezu gleich groß ist. Auf diese Weise kann das Fahrzeug in zwei Fahrtrichtungen in gleichen Geschwindigkeitsstufen betrieben werden.
Zum gegenseitigen Schließen und Trennen der Verbindungen zwischen den Wellen des Stufenautomatgetriebes 3 und der Elemente der Planetenradsätze P1 , P2, P3,
P4 sind mehrere Schaltelemente A, B, D, E, F, G, H vorgesehen. Die den Planeten radsätzen P 1 , P2 und P3 zugeordneten Schaltelemente A, B, D, E und F sind dabei als Reibschaltelemente ausgebildet, während die dem Planeten radsatz P4 zugeord neten Schaltelemente G und H als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
Der Drehmomentwandler 5, die Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4 und die Schaltele mente A, B, D, E, F, G, H sind in einem Gehäuse 9 des Stufenautomatgetriebes 3 angeordnet, welches auch mehrteilig ausgeführt sein kann.
Durch das gezielte Schließen und Öffnen der Schaltelemente A, B, D, E, F werden verschiedene Übersetzungsstufen eingestellt, während mittels der Schaltelemente G und H die Fahrtrichtung ausgewählt wird. Mittels der dem Wenderadsatz P4 zugeordneten Schaltelemente G und H lässt sich eine Abtriebswelle 7 entweder mit dem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes P4 oder mit dem Planetenträger des drit ten Planetenradsatzes P3 verdrehtest verbinden.
Mit anderen Worten können mithilfe der Schaltelemente verschiedene Übersetzungs stufen ausgewählt werden, wodurch eine der jeweiligen Fahrsituation angepasste Übersetzung zwischen der Antriebswelle 6 und der Abtriebswelle 7 eingestellt wer den kann.
Im Bereich der Abtriebswelle 7 ist ein Drehzahlsensor 11 zum Erfassen der Abtriebs drehzahl der Abtriebswelle 7 angeordnet. Der Drehzahlsensor 11 ist zur Übermittlung der Signale zur Abtriebsdrehzahl mit einer Steuerungseinrichtung 10 verbunden.
Die Steuerungseinrichtung 10, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist, ist in Form eines Getriebesteuergerätes an dem Stufenautomatge triebe 3 angeordnet. Die Steuerungseinrichtung 10 kann in anderen Ausführungsfor men auch an anderer Stelle angeordnet sein bzw. Komponenten umfassen, die an anderer Stelle angeordnet sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 6 permanent mit dem Son nenrad des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Die Antriebswelle 6 ist auch mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes P3 verbindbar, indem das erste Schaltelement A geschlossen wird. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes P1 ist mittels des vierten Schaltelements D mit dem Gehäuse 9 des Stufenautomatgetrie bes 3 verbindbar. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Planeten träger des ersten Planetenradsatzes P1 sind permanent miteinander verbunden. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Planetenträger des ersten Plane tenradsatzes P1 sind mittels des dritten Schaltelements E mit dem Gehäuse 9 ver bindbar. Das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3 ist permanent mit dem Plane tenträger des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Das Hohlrad des dritten Pla netenradsatzes P3 und der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes P2 kön nen mittels des zweiten Schaltelements F mit dem Gehäuse 9 verbunden werden. Schließlich können der Planetenträger des zweiten Planeten radsatzes P2 und das Hohlrad des dritten Planeten radsatzes P3 mittels des fünften Schaltelements B mit der Antriebswelle 6 verbunden werden.
In der Fig. 1 ist in dem Stufenautomatgetriebe 3 die erste Gangstufe, also die Anfahr gangstufe ausgewählt, welche auch für die konstante Langsamfahrt vorgesehen ist. Die leistungsführenden Elemente sind dabei durch verstärkte Linien gekennzeichnet. Das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement F sind in der ersten Gang stufe geschlossen. Die geschlossenen Schaltelemente A und F sind in der Fig. 1 dadurch erkennbar, dass zwischen den schematisch dargestellten Lamellen keine Luftspalte mehr erkennbar sind. Ferner ist das Schaltelement G in dem Wenderad satz P4 geschlossen, wodurch sich dort ein direkter Durchtrieb ohne Drehrichtungs umkehr ergibt. Auch die Wandlerüberbrückungskupplung 8 ist geschlossen, sodass der hydrodynamische Teil des Wandlers unwirksam ist.
Die Fig. 2 zeigt die gleiche Antriebsanordnung 1 wie die Fig. 1 mit den gleichen Be zugszeichen für die gleichen Komponenten. Nur die Schaltstellung der Wandlerüber brückungskupplung 8 und des dritten Schaltelements E haben sich geändert. Zum Erreichen einer konstanten Langsamfahrt wurde die Wandlerüberbrückungskupplung 8 geöffnet, sodass der hydrodynamische Drehmomentwandler 5 wirksam wird. Dar über hinaus ist in der Fig. 2 das dritte Schaltelement E geschlossen, um ein zeitweili ges Bremsen mittels des dritten Schaltelements E darzustellen. Das heißt, dass das dritte Schaltelement E während der konstanten Langsamfahrt nicht permanent ge schlossen bleibt. Stattdessen wird das dritte Schaltelement E nur zeitweise und teil weise geschlossen. Es wird also überwiegend schlupfend betrieben. Die Bremsdauer und Bremsstärke, mit der das dritte Schaltelement E betätigt wird, sind abhängig von der Abtriebsdrehzahl, die mittels des Drehzahlsensors 11 an der Abtriebswelle 7 er fasst wird. Bezuqszeichen
1 Antriebsanordnung
2 Antriebsmotor
3 Stufenautomatgetriebe
4 Eingangswelle
5 Drehmomentwandler
6 Antriebswelle
7 Abtriebswelle
8 Wandlerüberbrückungskupplung
9 Gehäuse
10 Steuerungseinrichtung
11 Drehzahlsensor
A erstes Schaltelement
B fünftes Schaltelement
D viertes Schaltelement
E drittes Schaltelement
F zweites Schaltelement
G sechstes Schaltelement
H siebtes Schaltelement
P1 erster Planetenradsatz
P2 zweiter Planetenradsatz
P3 dritter Planeten radsatz
P4 vierter Planeten radsatz

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Regeln einer konstanten Langsamfahrt eines Fahrzeugs, das eine Antriebsanordnung (1 ) aufweist, die ein Stufenautomatgetriebe (3) mit einem hydro dynamischen Drehmomentwandler (5) und mit mehreren Schaltelementen (A, B, D,
E, F) zum Einstellen verschiedener Übersetzungsstufen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass durch zumindest teilweises Schließen zumindest ei nes ersten und eines zweiten Schaltelements (A, F) eine erste Übersetzungsstufe in dem Stufenautomatgetriebe (3) eingestellt wird, und dass zumindest ein weiteres, als Reibschaltelement ausgebildetes drittes Schaltelement (E) in Abhängigkeit einer Ab triebsdrehzahl betätigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Motordrehzahl ei nes Antriebsmotors (2), der mit einer Eingangswelle (4) des Stufenautomatgetriebes (3) verbunden ist, so geregelt wird, dass während der Langsamfahrt ein Leistungs überschuss in dem Stufenautomatgetriebe (3) vorhanden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebs drehzahl an einer Abtriebswelle (7) des Stufenautomatgetriebes (3) erfasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandlerüberbrü ckungskupplung (8) an dem hydrodynamischen Drehmomentwandler (5) während der konstanten Langsamfahrt geöffnet ist.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Reibschaltelement ausgebildetes viertes Schaltelement (D) im Wechsel oder gleichzeitig mit dem dritten Schaltelement (E) in Abhängigkeit der Abtriebsdreh zahl betätigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Retarder zusätzlich als Bremselement eingesetzt wird.
7. Antriebsanordnung (1 ) zum Antreiben eines Fahrzeugs umfassend, einen An triebsmotor (2) und ein Stufenautomatgetriebe (3), wobei das Stufenautomatgetriebe (3) eine mit dem Antriebsmotor (2) verbundene Eingangswelle (4), einen hydrodyna mischen Drehmomentwandler (5), mehrere Planeten radsätze (P 1 , P2, P3, P4), meh rere Schaltelemente (A, B, D, E, F, G, H) zum Auswahlen verschiedener Überset zungsstufen, eine Abtriebswelle (7), einen Drehzahlsensor (11 ) zum Erfassen der Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle (7) und eine Steuerungseinrichtung (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (10) so eingerichtet ist, dass es ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
8. Antriebsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stufen automatgetriebe einen ersten Planetenradsatz (P1 ), einen zweiten Planetenradsatz (P2) und einen dritten Planetenradsatz (P3) zum Einstellen verschiedener Überset zungsstufen, sowie einen vierten Planetenradsatz (P4) zum Umkehren der Fahrtrich tung umfasst.
9. Antriebsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite, dritte und vierte Planetenradsatz (P 1 , P2, P3, P4) jeweils als Minus- Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger und einem Flohlrad ausgebildet sind, dass das erste Schaltelement eine Antriebswelle (6) mit dem Son nenrad des dritten Planeten radsatzes verbindet, dass das zweite Schaltelement das Flohlrad des dritten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse (9) des Stufenautomatge triebe (3) verbindet, und dass das dritte Schaltelement das Flohlrad des zweiten Pla netenradsatzes mit dem Gehäuse (9) verbindet.
10. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches in eine Spei chereinheit einer Steuerungseinrichtung eines Fahrzeugs ladbar ist, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen, wenn das Compu terprogramm in der Steuerungseinrichtung ausgeführt wird.
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