WO2008106929A1 - Verfahren zur steuerung und/oder regelung eines hydrostatisch-mechanischen lastschaltgetriebes - Google Patents

Verfahren zur steuerung und/oder regelung eines hydrostatisch-mechanischen lastschaltgetriebes Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a hydrostatic-mechanical power shift transmission.
  • the aim of the subject invention is to develop the state of the art to the effect by the method for controlling and regulating the Travel drive and the gearshift of a hydrostatic-mechanical power shift transmission is simplified so that - without adding more design elements - the switching process is improved in such a way that exploits the inherent advantages of the superposition gearing and its principal disadvantages in the possible operating cases are largely excluded.
  • a method for controlling a hydrostatic mechanical powershift transmission comprising the following components: a control and / or control unit, at least two hydraulic drive motors, at least two input shafts, clutches and a single planetary gear, consisting of sun gear, ring gear, bridge and planetary gears and at least one output shaft by the clutches are connected so that the ring gear and the sun gear are non-positively connected to each other after a speed-sensitive driving range.
  • a variant is that following a speed-sensitive driving range, the rotational speeds of the input shafts synchronized and the clutches are switched so that the ring gear and the sun gear are non-positively connected.
  • a further variant consists in that, during the synchronization of the rotational speeds of the input shafts, the respectively faster rotating hydraulic drive motor is reduced in its rotational speed and the respectively slower rotating hydraulic drive motor increases the rotational speed learns that substantially corresponds to the down regulated value of the first, namely faster hydraulic drive motor.
  • the switchover from the speed-sensitive driving range to the torque-sensitive driving range takes place in such a way that, for example, the respectively faster rotating motor is down-regulated or controlled with respect to its rotational speed and the slower-rotating motor undergoes a speed increase substantially corresponding to the down-regulated value of the first, namely faster , Motors corresponds.
  • the transmission output speed also remains constant, or increases when the control / control is set so that increases during the synchronization process, the total of both speeds and thus the output speed.
  • Powershift transmission to which the inventive method for controlling and / or regulating the traction drive and the gearshift of hydrostatic-mechanical powershift transmissions is applied;
  • FIGS 2 and 3 flow diagram of the method according to the invention for controlling and regulating the traction drive and the gearshift of a hydrostatic-mechanical
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a hydrostatic-mechanical powershift transmission on which the inventive method for controlling and regulating the traction drive and the gearshift of hydrostatic-mechanical powershift applications applies.
  • the following essential components are shown, without the subject of the invention being limited to this embodiment:
  • a control and / or control unit 1, two hydraulic drive motors 2,3, three speed sensors 4,5,6, three clutch switching valves 7,8,9, three clutches 10,11, 12, two input shafts 13,14, a mechanical transmission element 15, a ring gear 16, planet gears 17, a land 18, a sun gear 19, a spur gear 20, an output shaft 21, axles 22, and wheels 23.
  • the control and / or control unit 1 records the measured values of the speed sensors 4, 5, 6, calculates corresponding actuating variables for the hydraulic drive motors 3, 4 and regulates / controls them accordingly.
  • the clutch 11 is positively closed, in this case the speed of the faster motor, such as the hydraulic drive motor 2, is reduced and this reduced speed value as long as the manipulated variable of the slower Motors, in this case the Hydraulic operating motor 3, added until the D rehiere difference of the two input shafts 13,14 makes the non-positive switching of the clutch 12 possible.
  • the planetary gear is operated in a blocking operation, such that the sun gear 19 is frictionally connected via the mechanical transmission element 15 with the ring gear 16.
  • the planet gears 17 no longer rotate about their own axis, but act as a driver for the web 18, which drives via the spur gear 20 to the output shaft 21, and the axes 22 and the wheels 23.
  • the input shafts 13,14 are thus positively connected and the control and regulation of both hydraulic drive motors 2,3 is simplified possible.
  • FIGS. 2 and 3 show an exemplary flow chart of the method according to the invention for controlling and regulating the travel drive and the gearshift of the hydrostatic-mechanical power shift transmission according to FIG. 1.
  • FIG. 2 shows the shifting process in gear 1
  • FIG. 3 illustrates the shifting process in gear 2.

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Abstract

Verfahren zur Ansteuerung eines hydrostatisch-mechanischen Lastschaltgetriebes, das folgende Komponenten beinhalten: eine Regel- und/oder Steuerungseinheit (1), mindestens zwei Hydraul ikantriebsmotore (2,3), mindestens zwei Eingangswellen (13,14), Kupplungen (10,11,12) und eine einzelne Planetenradstufe, bestehend aus Sonnenrad (19), Hohlrad (16), Steg sowie Planetenrädern (17) und mindestens eine Abtriebswelle (21), indem im Anschluss an einen drehzahladditiven Fahrbereich die Kupplungen so geschaltet werden, dass das Hohlrad und das Sonnenrad kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines hydrostatischmechanischen Lastschaltgetriebes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines hydrostatischmechanischen Lastschaltgetriebes.
In der DE 44 04 829 C2 wird ein hydrostatisch-mechanisches Lastschaltgetriebe und ein Verfahren zur Steuerung desselben beschrieben. Hierbei werden in einem ersten Fahrbereich zur Addition der Drehmomente die Eingangswellen von zwei Hydromotore miteinander kraftschlüssig über eine Kupplung verbunden und auf das Sonnenrad eines Planetengetriebes geführt. In einem zweiten Fahrbereich wird einer der beiden Hydromotore von dem Sonnenrad entkuppelt und kraftschlüssig auf das Hohlrad des Planetengetriebe geschaltet, zur Addition der Drehzahlen entsprechend dem Überlagerungsprinzip.
Gegenüber dem in der DE 44 04 829 C2 zitierten Stand der Technik erscheint diese Lösung vorteilhaft, im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit, Baugröße, Leistungsdichte und insbesondere der Schaltqualität beim Gangwechsel. Auch wenn hier bereits eine positive Weiterentwicklung bezüglich der Verfahren zur Steuerung und Regelung des Fahrantriebes und der Gangschaltung von hydrostatisch-mechanischen Lastschaltgetrieben erreicht worden ist, erscheint jedoch nachteilig, dass bei diesem Konzept im zweiten Fahrbereich ausschließlich im Überlagerungsbetrieb gefahren wird, weshalb resultierend die beiden Hydromotore grundsätzlich mit unterschiedlichen Drehmomenten und überwiegend mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden müssen. Die Steuerung und Regelung unterschiedlicher Drehmomente und unterschiedlicher Drehzahlen von zwei Hydromotore an einem Lastschaltgetriebe erscheint technisch aufwendig und kompliziert, so dass kommerzieller Aufwand in die Herstellung der Steuerung und Regelung investiert werden muss.
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, den Stand der Technik dahingehend weiterzubilden, indem das Verfahren zur Steuerung und Regelung des Fahrantriebes und der Gangschaltung eines hydrostatisch-mechanischen Lastschaltgetriebes so vereinfacht wird, dass - ohne Hinzufügung weiterer Konstruktionselemente - der Schaltvorgang dergestalt verbessert wird, dass die prinzipbedingten Vorteile des Überlagerungsgetriebes ausgenutzt und dessen prinzipielle Nachteile in den möglichen Betriebsfällen weitestgehend ausgeschlossen werden.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines hydrostatischmechanischen Lastschaltgetriebes, das folgende Komponenten beinhalten: eine Regel- und/oder Steuerungseinheit, mindestens zwei Hydraulikantriebsmotore, mindestens zwei Eingangswellen, Kupplungen und eine einzelne Planetenradstufe, bestehend aus Sonnenrad, Hohlrad, Steg sowie Planetenrädern und mindestens eine Abtriebswelle, indem im Anschluss an einen drehzahladditiven Fahrbereich die Kupplungen so geschaltet werden, dass das Hohlrad und das Sonnenrad kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind eine Reihe unterschiedlichster Betriebsweisen eines hydrostatisch mechanischen Lastschaltgetriebes denkbar:
Eine Variante besteht darin, dass im Anschluss an einen drehzahladditiven Fahrbereich die Drehzahlen der Eingangswellen synchronisiert und die Kupplungen so geschaltet werden, dass das Hohlrad und das Sonnenrad kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Eine weitere Variante besteht darin, dass während der Synchronisation der Drehzahlen der Eingangswellen der jeweils schneller drehende Hydraulikantriebsmotor bezüglich seiner Drehzahl heruntergeregelt wird und der jeweils langsamer drehende Hydraulikantriebsmotor eine Drehzahlerhöhung erfährt, die im Wesentlichen dem herunter geregelten Wert des ersten, nämlich schnelleren Hydraulikantriebsmotors entspricht.
Ebenfalls denkbar ist, dass während der Synchronisation der Drehzahlen der Eingangswellen einer der beiden Hydraulikantriebsmotore bezüglich seiner Drehzahl im Wesentlichen unverändert bleibt und der andere Hydraulikantriebsmotor im Wesentlichen an die Drehzahl des einen Hydraulikantriebsmotors angepasst wird.
Gemäß Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Anschluss an einen drehzahladditiven Fahrbereich, bei dem die vorhandenen Kupplungen so geschaltet werden, dass das Hohlrad und das Sonnenrad gegeneinander blockiert sind, folglich nun wieder drehmomentadditiv, aber bei kleinerer Übersetzung für hohe Geschwindigkeitsbereiche, gefahren werden.
Die Umschaltung vom drehzahladditiven Fahrbereich auf den drehmomentadditiven Fahrbereich erfolgt dergestalt, dass beispielsweise der jeweils schneller drehende Motor bezüglich seiner Drehzahl heruntergeregelt bzw. -gesteuert wird und der jeweils langsamer drehende Motor eine Drehzahlerhöhung erfährt, die im Wesentlichen dem herunter geregelten Wert des ersten, nämlich schnelleren, Motors entspricht.
Aufgrund der dadurch gegebenen Konstanz der Summe beider Drehzahlen, bleibt somit die Getriebeausgangsdrehzahl auch konstant, bzw. erhöht sich, wenn die Regelung/Steuerung so eingestellt wird, dass sich während des Synchronisationsvorganges die Gesamtsumme beider Drehzahlen und damit auch die Ausgangsdrehzahl erhöht.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen Figur 1 Prinzipskizze eines hydrostatisch-mechanischen
Lastschaltgetriebes, auf welches das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrantriebes und der Gangschaltung von hydrostatisch-mechanischen Lastschaltgetrieben angewendet wird;
Figuren 2 und 3 Ablauf-Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung des Fahrantriebes und der Gangschaltung eines hydrostatisch-mechanischen
Lastschaltgetriebes.
Figur 1 zeigt als Prinzipskizze ein hydrostatisch-mechanisches Lastschaltgetriebe auf welches das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und Regelung des Fahrantriebes und der Gangschaltung von hydrostatisch-mechanischen Lastschaltgetrieben Anwendung findet. Folgende wesentliche Komponenten sind dargestellt, ohne dass der Erfindungsgegenstand auf diese Ausführungsform beschränkt ist:
Eine Regel- und/oder Steuerungseinheit 1 , zwei Hydraulikantriebsmotore 2,3, drei Drehzahlsensoren 4,5,6, drei Kupplungsschaltventile 7,8,9, drei Kupplungen 10,11 ,12, zwei Eingangswellen 13,14, ein mechanisches Übertragungselement 15, ein Hohlrad 16, Planetenräder 17, ein Steg 18, ein Sonnenrad 19, eine Stirnradstufe 20, eine Abtriebswelle 21 , Achsen 22 und Räder 23.
Die Regel- und/oder Steuerungseinheit 1 nimmt die Messwerte der Drehzahlsensoren 4,5,6 auf, errechnet entsprechende Stellgrößen für die Hydraulikantriebsmotore 3,4 und regelt/steuert diese entsprechend an. Ausgehend von einem zweiten Fahrbereich im Überlagerungsbetrieb, bei dem die Kupplungen 10 und 12 geöffnet sind, die Kupplung 11 aber kraftschlüssig geschlossen ist, wird hierbei die Drehzahl des schnelleren Motors, beispielsweise des Hydraulikantriebsmotors 2, reduziert und dieser reduzierte Drehzahlwert solange auf die Stellgröße des langsameren Motors, in diesem Fall des Hydraulikbetriebsmotors 3, addiert, bis der D rehzahl unterschied der beiden Eingangswellen 13,14 das kraftschlüssige Schalten der Kupplung 12 möglich macht. In diesem Betriebszustand wird das Planetengetriebe in einen Blockierungsbetrieb betrieben, dergestalt, dass das Sonnenrad 19 über das mechanische Übertragungselement 15 mit dem Hohlrad 16 kraftschlüssig verbunden ist. Die Planetenräder 17 drehen sich nun nicht mehr um ihre eigene Achse, sondern wirken als Mitnehmer für den Steg 18, der über die Stirnradstufe 20 auf die Abtriebswelle 21 , bzw. die Achsen 22 und die Räder 23 treibt. Die Eingangswellen 13,14 sind somit kraftschlüssig verbunden und die Ansteuerung sowie Regelung beider Hydraulikantriebsmotore 2,3 ist vereinfacht möglich.
Die Figuren 2 und 3 zeigen ein beispielhaftes Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung und Regelung des Fahrantriebes und der Gangschaltung des hydrostatisch-mechanischen Lastschaltgetriebes gemäß Figur 1.
Figur 2 zeigt den Schaltvorgang in Gang 1 , während Figur 3 den Schaltvorgang in Gang 2 verdeutlicht.
Bezugszeichen
1 Regel- und/oder Steuerungseinheit
2 Hydraulikantriebsmotor
3 Hydraulikantriebsmotor
4 Drehzahlsensor
5 Drehzahlsensor
6 Drehzahlsensor
7 Kupplungsschaltventil
8 Kupplungsschaltventil g Kupplungsschaltventil
10 Kupplung
11 Kupplung
12 Kupplung
13 Eingangswelle
14 Eingangswelle
15 Übertragungselement
16 Hohlrad
17 Planetenrad
18 Steg
19 Sonnenrad 0 Stirnradstufe 1 Abtriebswelle 2 Achse 3 Rad

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Ansteuerung eines hydrostatisch-mechanischen Lastschaltgetriebes, das folgende Komponenten beinhalten: eine Regel- und/oder Steuerungseinheit (1), mindestens zwei Hydraulikantriebsmotore (2,3), mindestens zwei Eingangswellen (13,14), Kupplungen (10,11 ,12) und eine einzelne Planetenradstufe, bestehend aus Sonnenrad (19), Hohlrad (16), Steg (18) sowie Planetenrädern (17) und mindestens eine Abtriebswelle (21), indem im Anschluss an einen drehzahladditiven Fahrbereich die Kupplungen (10,11 ,12) so geschaltet werden, dass das Hohlrad (16) und das Sonnenrad (19) kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an einen drehzahladditiven Fahrbereich die Drehzahlen der Eingangswellen (13,14) synchronisiert und die Kupplungen (10,11 ,12) so geschaltet werden, dass das Hohlrad (16) und das Sonnenrad (19) kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation der Drehzahlen der Eingangswellen (13,14) unmittelbar nach einem Schaltvorgang von einem ersten drehmomentenadditiven Fahrbereich in einen drehzahladditiven Fahrbereich eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einen weiteren drehmomentenadditiven Fahrbereich geschaltet wird, indem bei nahezu synchroner Drehzahl der Eingangswellen (13,14) mindestens eine Kupplung (11 ,12) kraftschlüssig geschlossen und mindestens eine weitere Kupplung (10) geöffnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Synchronisation der Drehzahlen der Eingangswellen (13,14) der jeweils schneller drehende Hydraulikantriebsmotor (2,3;3,2) bezüglich seiner Drehzahl heruntergeregelt wird und der jeweils langsamer drehende Hydraulikantriebsmotor (3,2;2,3) eine Drehzahlerhöhung erfährt, die im Wesentlichen dem heruntergeregelten Wert des ersten, nämlich schnelleren Hydraulikantriebsmotors (2,3;3,2) entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Synchronisation der Drehzahlen der Eingangswellen (13,14) einer der beiden Hydraulikantriebsmotore (2,3) bezüglich seiner Drehzahl im Wesentlichen unverändert bleibt und der andere Hydraulikantriebsmotor (3,2) im Wesentlichen an die Drehzahl des einen Hydraulikantriebsmotors (2,3) angepasst wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund einer über die Regel- und/oder Steuerungseinheit (1) errechneten Summe beider Drehzahlen der Eingangswellen (13,14) die Getriebeausgangsdrehzahl konstant geregelt/gesteuert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Summe beider Drehzahlen der Eingangswellen (13,14) und die Drehzahl der Abtriebswelle (21) während des Synchronisationsvorgangs der Eingangswellen (13,14) erhöht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Summe beider Drehzahlen der Eingangswellen (13,14) und die Drehzahl der Abtriebswelle (21) während des Synchronisationsvorgangs der Eingangswellen (13,14) reduziert.
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